礦井通風課程設計

1、 礦井通風技術(shù)課程設計題 目： 礦井通風技術(shù)課程設計 姓 名： 王冰雨 學 號： 1545203115 學 院： 能源與交通工程學院 專 業(yè)： 礦井通風與安全 班 級： 通 風 15-1 學 制： 三 年 指導教師： 張 修 峰 二 一 七 年 一 月 目 錄1. 概況12. 礦井通風系統(tǒng)選擇3 2.1.礦井通風系統(tǒng)設計原則及步驟5 2.2.掘進通風方法63. 風量計算及風量分配7 3.1.礦井需風量的計算原則9 3.2.礦井需風量的計算方法10 3.3.礦井總風量分配134. 礦井通風阻力計算15 4.1.計算原則17 4.2.計算方法185. 選擇礦井通風設備21 5.1.選擇礦井通風設備

2、的基本要求24 5.2.選擇礦井主要通風設備276. 概算礦井通風費用30 6.1.噸煤的通風電費32 6.2.通風設備的折舊費和維修費37 6.3.專為通風服務的井巷工程折舊費和維修費43 6.4.通風器材和通風儀表等材料的購置費和維修費47 6.5.通風工作全體人員的工資521.概況 礦井通風設計是在進行礦井開拓、開采設計的同時，依據(jù)礦井的自然條件及 生產(chǎn)技術(shù)條件，確定礦井通風系統(tǒng)、供風量、通風阻力和礦井主要通風設備的工作。 礦井通風設計是整個礦井設計的主要組成部分，是保證礦井安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。其基本任務是建立安全、可靠、技術(shù)先進和經(jīng)濟合理的礦井通風系統(tǒng)。通風系統(tǒng)是否合理，直接關系到整個

3、礦井的通風狀況的好壞和保障礦井安全生產(chǎn)。 新建礦井通風設計的基本內(nèi)容和步驟是：擬定礦井通風系統(tǒng)、礦井總風量的計算與分配、礦井通風阻力計算、選擇礦井通風設備。礦井通風系統(tǒng)必須根據(jù)礦井瓦斯涌出量、礦井設計生產(chǎn)能力、煤層賦存條件、表土層厚度、井田面積、地溫、煤層自燃傾向性等條件，通過優(yōu)化或技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。礦井通風設計按照設計內(nèi)容的實施步驟又可分為技術(shù)設計和施工設計。礦井通風技術(shù)設計是礦井初步設計或技術(shù)方案設計時進行的通風設計，其內(nèi)容包括確定礦井通風系統(tǒng)、礦井總風量的計算和分配、礦井通風阻力計算、選擇通風設備和概算通風費用。這也就是一般說的礦井通風設計。礦井通風施工設計是為通風構(gòu)筑物和通風設備等安

4、裝施工進行的設計，其內(nèi)容包括工程布置、設備布置和施工布置等。礦井通風設計的主要依據(jù)是：礦區(qū)氣象資料：井田地質(zhì)地形：煤層瓦斯風化帶垂深、各煤層瓦斯含量、瓦斯壓力及梯度等；煤層自然發(fā)火傾向，發(fā)火周期；煤塵爆炸危險性及爆炸指數(shù)；礦井設計生產(chǎn)能力及服務年限；礦井開拓方式及采區(qū)巷道分布，回采順序、開采方法；礦井巷道斷面圖冊；礦區(qū)電費等。礦井通風設計必須符合下列規(guī)定：（1） 將足夠的新鮮空氣有效地運送到井下用風地點，保證安全生產(chǎn)和良好的工作條件；（2） 通風系統(tǒng)簡單、風流穩(wěn)定、易于管理、抗災能力強；（3） 發(fā)生事故時，風流易于控制，人員便于撤出；（4） 又符合規(guī)定的井下環(huán)境與安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)；（5） 有符

5、合現(xiàn)行的煤礦安全規(guī)程的規(guī)定；（6） 通風系統(tǒng)基建投資省、營運費用低、綜合經(jīng)濟效益好。題目：（7） 某礦地質(zhì)與開拓開采情況如下，試進行礦井通風設計。（8） 井田走向長8 400 m，單一煤層，煤厚20m，傾角15°，煤層瓦斯含量為2.89m3t，煤塵具有爆炸危險性，煤層自燃傾向性為自燃。（9） 礦井開拓開采情況為：（10） (1)礦井生產(chǎn)能力為0.45 Mta，礦井服務年限為43 a。（11） (2)礦井采用立井單水平上下山分區(qū)式開拓，全礦井共劃分4個采區(qū)(每個采區(qū)長度相同)，上山部分2個(服務年限為25a)，下山部分2個(服務年限為18a)，礦井有兩個采區(qū)同時生產(chǎn)。圖1-1礦井開拓示

6、意圖（12） (3)礦井共有3個采煤工作面，2個生產(chǎn)，一個準備。采煤方法為走向長壁式普通機械化采煤，工作面長度為150 m，采高2.0m，采用全部垮落法管理頂板，最大控頂距4.2 m，最小控頂距3.2 m；工作面預計溫度22；工作面最大班工作人數(shù)為26人；作業(yè)形式為兩采一準。每個采區(qū)各有兩個煤巷掘進工作面，采用炮掘方式掘進，工作面預計溫度21，工作面最大班工作人數(shù)為12人，工作面一次起爆炸藥量為6 kg。具體見圖1-2。圖1-2礦井巷道布置示意圖（13） (4)礦井年工作日數(shù)為330 d，工作制度為“三八”作業(yè)制，井下最大班工作人數(shù)為120人。(5)井巷特征見題表1-1 井巷特征續(xù)表。序號井巷

7、名稱斷面形狀支護形式斷面積/長度/m摩擦阻力系數(shù)/N·摩擦阻力/pa1-2副井圓形混凝土碹直徑D=83200.042-3井底車場繞道半圓拱料石碹9.70500.0063-4井底車場繞道半圓拱料石碹9.70700.0064-5主運輸石門半圓拱料石碹11.0800.0055-6煤層運輸大巷半圓拱料石碹11.08750.0056-7煤層運輸大巷半圓拱料石碹11.01350.0057-8采區(qū)下部車場半圓拱錨網(wǎng)噴9.70400.018-9采區(qū)軌道上山梯形工字鋼6.305000.01249-10采區(qū)軌道上山梯形工字鋼6.302690.012410-11采區(qū)中部車場梯形工字鋼6.30300.012

8、411-12聯(lián)絡巷梯形工字鋼5.10100.01312-13區(qū)段運輸平巷梯形工字鋼5.5010300.02213-14采煤工作面矩形單體液壓支柱配鉸接頂梁見說明1500.04514-15區(qū)段回風平巷梯形工字鋼5.5010300.01315-16上部車場繞道 梯形工字鋼5.50500.01316-17區(qū)段回風平巷梯形工字鋼5.50300.01317-18運輸上山梯形工字鋼6.30150.012418-19運輸上山梯形工字鋼6.30150.012419-20礦井總回風巷半圓拱料石碹7.8021000.00420-21風井梯形混凝土碹直徑D=4950.0352礦井通風系統(tǒng)選擇 選擇合理的局部通風方法

9、、風筒類型與直徑，計算局部通風阻力、選擇局部通風機及掘進通風安全技術(shù)措施、裝備。2.1設計原則及步驟2.1.1設計原則 根據(jù)開拓、開采巷道布置、掘進區(qū)域煤巖層的自然條件以及掘進工藝，確定合理的局部通風方法及其布置方式，選擇風筒類型和直徑，計算風筒出入口風量，計算風筒通風阻力，選擇局部通風機。 局部通風是礦井通風系統(tǒng)的一個重要組成部分，其新風取自礦井主風流，其污風又排入礦井主風流。其設計原則可歸納如下： (1)礦井和采區(qū)通風系統(tǒng)設計應為局部通風創(chuàng)造條件； (2)局部通風系統(tǒng)要安全可靠、經(jīng)濟合理和技術(shù)先進； (3)盡量采用技術(shù)先進的低噪、高效型局部通風機； (4)壓人式通風宜用柔性風筒，抽出式通風

10、宜用帶剛性骨架的可伸縮風筒或完全剛性的風筒。風筒材質(zhì)應選擇阻燃、抗靜電型； (5)當一臺風機不能滿足通風要求時可考慮選用兩臺或多臺風機聯(lián)合運行。 2.1.2設計步驟確定局部通風系統(tǒng)，繪制掘進巷道局部通風系統(tǒng)布置圖； 按通風方法和最大通風距離，選擇風筒類型與直徑；計算風機風量和風筒出口風量； 按掘進巷道通風長度變化分階段計算局部通風系統(tǒng)總阻力；按計算所得局部通風機設計風量和風壓，選擇局部通風機； 按礦井災害特點，選擇配套安全技術(shù)裝備。2.2掘進通風方法 掘進通風方法分為利用礦井內(nèi)總風壓通風和利用局部動力設備通風的方法，局部通風機通風是礦井廣泛采用的掘進通風方法，它是由局部通風機和風筒（或風障）組

11、成一體進行通風，按其工作方式可分為： （1）壓入式通風 （2）抽出式通風 （3）混合式通風 3風量計算及風量分配 3.1礦井需風量原則 對設計礦井的風量，可按兩種情況分別計算：   一種是新礦區(qū)無鄰近礦井通風資料可參考時，礦井需要風量應按設計中井下同時工作的最多人數(shù)和按噸煤瓦斯涌出量的不同的噸煤供風量計算，并取其中最大值。在礦井設計中噸煤瓦斯涌出量的計算，根據(jù)在地質(zhì)勘探時測定煤層瓦斯含量，結(jié)合礦井地質(zhì)條件和開采條件計算出噸煤瓦斯涌出量，再計算礦井需風量。   另一種是依據(jù)鄰近生產(chǎn)礦井的有關資料，按生產(chǎn)礦井的風量計算方法進行。其原則是：

12、礦井的供風量應保證符合礦井安全生產(chǎn)的要求，使風流中瓦斯、二氧化碳、氫氣和其它有害氣體的濃度以及風速、氣溫等必須符合規(guī)程有關規(guī)定。創(chuàng)造良好的勞動環(huán)境，以利于生產(chǎn)的發(fā)展。課程設計是在收集實習礦井資料基礎上進行的，故可按此種方法計算礦井風量。即按生產(chǎn)礦井實際資料，分別計算設計礦井采煤工作面、掘進工作面、硐室等所需風量，得出全礦井需風量，即“由里往外”計算方法。3.2礦井需風量的計算方法 一、按井下同時工作的最多人數(shù)需要風量計算： Q礦進=4NK礦通=4×26×1.2=124.8m³/min式中 Q礦進礦井的總進風量，m³/mim； 4每人每分鐘供奉標準，m&#

13、179;/min； N井下同時工作的最多人數(shù)，按礦井生產(chǎn)情況取值； K礦通礦井通風系數(shù)，取1.2。二、礦井總風量計算：（一）按井下同時工作的做多人數(shù)需要風量計算 Q礦進=4NK礦通=4×26×1.2=124.8m³/min 式中： Q礦進礦井總進風量，m³/min； 4 每人每分鐘供風標準，m³/min； N井下同時工作的最多人數(shù)，按礦井生產(chǎn)情況取值； K礦通礦井通風系數(shù)，取1.2。（2） 按采煤、掘進、硐室及其他地點實際用風量計算 礦井總進風量按下式進行累加計算： Q礦進=（Q采+Q掘+Q硐+Q其他）K礦通式中： Q礦進礦井總進風量，m

14、79;/min； Q采采煤工作面、備用采煤工作面實際需風量的總和，m³/min； Q掘掘進工作面實際需風量的總和； Q硐獨立通風的硐室實際需風量的總和； Q其他除了采煤、掘進、獨立通風硐室以外其他井巷需要通風風量的總和，m³/min； K礦通礦井通風系數(shù)，取1.2。 1.采煤工作面實際需要的風量計算 采煤工作面實際需要的風量，應按瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、工作面溫度、炸藥用量人數(shù)等分別計算，取其中大值并進行風速驗算。（1）按瓦斯涌出量計算 高瓦斯礦井采煤工作面實際需要風量計算主要依據(jù)以下公式 平均一天采煤量：045Mt=450000t 450000/330=1363t/d

15、 Qch4采=1363/2.89/24/60=0.33m³/min Q采=100 Qch4采K采通=100×0.33×1.8=59.4m³/min式中： Q采采煤工作面實際需要風量，m³/min； 100單位瓦斯涌出量配風量，以回風流瓦斯?jié)舛炔怀^1%換算值； Qch4采采煤工作面瓦斯絕對涌出量，m³/min； K采通采煤工作面因瓦斯或二氧化碳涌出不均勻等備用風量系數(shù)，即該工作面瓦斯絕對涌出量的最大值和平均值之比，取1.8。 采煤工作面布置有專用排瓦斯巷的實際需風量計算為： Q采= Q采回+ Q采尾=59.4+23.7=83.1m&#

16、179;/min式中： Q采回采煤工作面回風巷實際需要的風量，m³/min； Q采尾采煤工作面尾巷實際需要的風量，m³/min； Q采尾=40×Qch4尾K采通=40×0.33×1.8=23.7m³/min；式中： Q采尾采煤工作面尾巷實際需要的風量，m³/min； 40單位瓦斯涌出量配風量，以采煤工作面尾巷風流瓦斯?jié)舛炔怀^2.5%換算值。 Qch4尾采煤工作面尾巷的風排瓦斯量，m³/min，其值按煤層瓦斯含量計算得出，或按礦井實際數(shù)據(jù)取值； K采通采煤工作面因瓦斯或二氧化碳涌出不均勻等備用風量系數(shù)，即該工作面瓦

17、斯絕對涌出量的最大值和平均值之比，取1.8。（2） 按二氧化碳涌出量計算 Qco2采=124.8×0.02=2.5m³/min Q采=67Qco2采K采通=67×2.5×1.8=300m³/min式中： Q采采煤工作面實際需要的風量，m³/min； 40單位二氧化碳涌出量配風量，以回風流瓦斯?jié)舛炔怀^1.5%的換算值； Qco2采采煤工作面二氧化碳絕對涌出量，m³/min，其值按煤層二氧化碳含量計算得出，或按礦井實際數(shù)據(jù)取值； K采通采煤工作面因瓦斯或二氧化碳涌出不均勻等備用風量系數(shù)，即該工作面瓦斯絕對涌出量的最大值和平均值

18、之比，取1.8。（3） 按工作面溫度計算 這是低瓦斯礦井采煤工作面實際需要風量的計算依據(jù)： S采=(4.2+3.2)/2×2×70%=5.18m³/min K采=1.1×1×1.1=1.21 Q采=60V采S采K采=60×1.1×5.18×1.21=413.6m³/min式中： Q采采煤工作面實際需要的風量，m³/min； 60時間的分鐘和秒的換算系數(shù)； V采采煤工作面適宜風速（m/s），參照表11-1選?。?S采采煤工作面平均斷面積，按最大和最小控頂距的平均值與采高相乘的有效斷面積（70%）計

19、算； K采采煤工作面溫度與風速對應調(diào)整、采煤工作面長度、采高及綜放工作面支架斷面風量系數(shù)（高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井可不考慮此系數(shù)），K采=K溫×K采面長×K采高，可參照表11-1、11-2、11-3選取。采煤工作面進風流氣溫/適宜風速/m/s配風調(diào)整系數(shù)K溫2020232326262828301.01.01.51.21.81.82.52.53.01.001.001.101.101.251.251.401.401.60表11-1 采煤工作面空氣溫度與風速對應及調(diào)整系數(shù)表采煤工作面長度/m工作面長度系數(shù)K采面長505080801501502002000.80.91.01.0

20、1.31.31.5表11-2 采煤工作面長度風量系數(shù)表采煤工作面采高/m工作面長度系數(shù)K采高2.02.02.52.55.0最頂煤面1.01.11.51.0表11-3 采煤工作面采高風量系數(shù)表按一次放炮最多炸藥量計算 此方法主要用于礦井使用硝酸銨炸藥時需計算，若礦井使用乳化炸藥時可不進行此步計算： Q采=25A采=25×6=150m³/min式中： Q采采煤工作面實際需要的風量，m³/min； 25每使用1kg炸藥的供風量，m³/min； A采采煤工作面一次放炮最多炸藥量，kg。按采煤工作面同時工作最多人數(shù)計算 Q采=4N采=4×26=104m&

21、#179;/min式中： Q采采煤工作面實際需要的風量，m³/min； 4每人每分鐘的供風標準，m³/min； N采采煤工作面同時工作的最多人數(shù)，人。 通過以上計算，取其中最大值，進行下面風速驗算。（6）按工作面風速驗算 工作面最低風速的風量 Q采 60×0.25×S采=60×0.25×5.18=77.25m³/min 工作面最高風速的風量 Q采 60×4×S采=60×4×5.18=1243.2m³/min式中： Q采采煤工作面實際需要的風量，m³/min； 60時

22、間的分鐘和秒的換算系數(shù)； 0.25采煤工作面的最低風速，m/s； 4采煤工作面的最高風速，m/s； S采采煤工作面平均斷面積，按最大和最小控頂距的平均值與采高相乘的有效斷面積（70%）計算。3.3礦井總風量分配分配原則 1.各采煤工作面的風量按照與產(chǎn)量成正比的原則進行分配，備用工作面的風量按計劃所需風量的一半配風。 2.獨立通風的掘進工作面和硐室的風量，按計算結(jié)果或采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)配風。（二）分配的方法 1.計算日產(chǎn)噸煤配風量; 2.計算各采煤工作面的風量分配; 3.計算各掘進工作面的風量分配; 4.風速驗算、按分配的風量所計算出的井下各個用風地點與進風和回風路線上各處的風速均應符合規(guī)程的要求，如

23、不符合則需要調(diào)整。 4計算礦井通風總阻力4.1計算原則 在進行礦井通風總阻力計算時，不要計算每一條巷道的通風阻力，只選擇其中一條阻力最大的風路進行計算。但必須是選擇礦井達到設計產(chǎn)量以后，通風容易時期和通風困難時期的阻力最大風路。一般，可在兩個時期的通風系統(tǒng)圖上根據(jù)采掘作業(yè)布置情況分別找出風流線路最長、風量較大的一條線路作為阻力最大的風路。在選定的線路上(分最容易和最困難時期)，從進風井口到回風井口逐段編號，對各段井巷進行阻力計算，然后累加起來得出這兩個時期的各自井巷通風總阻力(h阻易、h阻難)。如果通風系統(tǒng)復雜，直觀上難以判斷哪條風路阻力最大時，則需選擇幾條風路，通過計算比較選出其中最大值。

24、如果礦井服務年限較長，則只計算頭1525a的通風容易和困難兩個時期的井巷通風總阻力。礦井通風系統(tǒng)風量/m³/min系統(tǒng)的通風阻力/Pa3000300050005000100001000020000大于20000150020002500294039204.2計算方法（一）礦井通風總阻力計算 在礦井通風容易的通風困難兩個時期，從入風井口到出風井口風硐之前，各段井巷的摩擦風阻和摩擦阻力分別用下兩式計算： 井巷摩擦風阻，按下式計算： R摩=³=³=3.558×10N×S²/m式中： R摩井巷摩擦風阻，N×S²/m； 摩擦阻

25、力系數(shù)，N×S²/m，表中可查； L井巷長度，m； U井巷斷面凈周長，m； S井巷凈斷面，。 井巷風壓按下式計算： h摩=R摩Q²=3.558×10×413.6=150×10式中： h摩井巷摩擦阻力，Pa； R摩井巷摩擦風阻，N×S²/m； Q井巷通過風量，m³/s。5選擇礦井通風設備5.1.擇礦井通風設備的基本要求（一）煤礦安全規(guī)程規(guī)定（1）主要通風及必須安裝在地面；裝有通風機的井口必須封閉嚴密，其外部漏風率在無提升設備時不得超過5，有提升設備時不得超過15。（2）必須安裝2套同等能力的主要通風機裝置，

26、其中1套作備用，備用通風機必須能在10min內(nèi)開動。在建井期間可安裝1套通風機和1套備用電動機。生產(chǎn)礦井現(xiàn)有的兩套不同能力的主要通風機，在滿足生產(chǎn)要求時，可繼續(xù)使用。（3）嚴禁采用局部通風機或風機群作為主要通風機使用。（4）生產(chǎn)礦井主要通風機必須裝有反風措施，并能在10min內(nèi)改變巷道中的風流方向；當風流方向改變后，主要通風及的供給風量不應小于正常供風量的40。（二）煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范（1）應滿足礦井第一水平開采各個時期的工況變化需要，并要求通風設備在較長時期高效運行；當工況變化較大時，應根據(jù)礦井采取分期投產(chǎn)時間及節(jié)能情況分期選擇電動機；必要時，可采用電氣調(diào)速裝置及負壓滿足工況要求。（2）通

27、風及能力應留有一定余量，軸流式通風機在最大設計風量和負壓時，輪葉運轉(zhuǎn)角度允許小于5°；離心式通風機的選擇轉(zhuǎn)速不應大于設備允許最高轉(zhuǎn)速的90。（3）通風及電動機的選擇，一般宜采用鼠籠型或繞線型異步電動機傳動，但容量較大時宜采用同步電動機傳動，電網(wǎng)容量允許時應采用直接啟動方式。（4）軸流式通風機應校驗電動機的正常啟動容量和反風容量。（5）多風機通風系統(tǒng)，在滿足風量按風需求的分配的前提下，各主通風機的工作風壓應接近。當風機之間的風壓較大時，應減少共用風路的風壓，使其不超過任何一個通風及風壓的30%。5.2選擇礦井主要通風設備（一）主要通風機的選擇 1.計算通風機的風量 考慮到外部漏風，主要

28、通風機的風量Q通可用下式計算： Q通=K外漏×Q礦進=1.2×413.6=496m³/min 式中： Q通礦井主通風機風量，m³/s； Q礦進礦井總進風量，m³/s； K外漏外部漏風系數(shù)，取1.2。 2.計算通風機的風壓 通常離心式通風機提供的大多是全壓曲線，而軸流式通風機提供的大多是靜壓曲線。因此對抽出式通風礦井： 離心式通風機： 容易時期 h扇易h阻易十hd十hv一HN 困難時期 h扇難h阻難十hd十hv十HN 式中： hd通風機裝置阻力，Pa； hv通風機出口動能損失，Pa。 軸流式通風機： 容易時期 h扇易h阻易十hd一HN 困難時期

29、h扇難h阻難十hd十HN 式中： hd通風機裝置阻力，Pa；通風機裝置阻力hd取150pa 則軸流式能風機 容易時期h扇易792.6+150-50=892.6pa 困難時期 h扇難1230.20+150+50=1430.20pa 。3.選擇通風機根據(jù)求出的Q扇 、h扇難 、h扇易 兩組數(shù)據(jù)，在主要通風機個體特性曲線圖表上選擇合適的主要通風機。觀察BDNo-20通風機特性曲線圖知，其可滿足要求,在其風量坐標57.69和66.47 做Q軸垂線，在風壓坐標1162.61和1778.82點分別做Q軸平行線，分別Q軸垂線于A. B兩點，此兩個工況點均在合理工作范圍內(nèi)，故選BDNo-20通風機.4.主要通

30、風機的校驗設計工況點不一定恰好在所選擇通風機的特性曲線上，必須根據(jù)通風機的工作阻力，確定其實際工況點。     計算通風機的工作風阻  R易= h扇易/ Q扇2 R難= h扇難/ Q扇2則容易時期的工作風阻 R易=0.36650NS2/m8           困難時期的工作風阻 R難=0.42884 NS2/m8  在通風機特性曲線圖中做通風機工作風阻曲線，與風壓曲線的交點即為實際工況點。對軸流式主要通風機：容易時期應在安裝角較小的情況工作，困難時期應在安裝角 較大的情況下工作，其效率不低于0.6，如兩組數(shù)據(jù)所確定的工作