通风安全学课程设计 dong.docx

1、通风安全学课程设计 dong矿井通风与安全课程设计 姓 名: 专业班级: 学 号:指导老师: 系部名称: 教师批阅意见成绩： 指导老师： 时间： 目 录1. 概述32. 矿井通风系统选择42.1设计原则及步骤43. 风量计算及风量分配63.1矿井需风量计算63.2风量分配与风速验算104. 矿井通风阻力计算144.1计算原则144.2计算方法145. 主要通风机选型165.1自然风压的计算165.2选择主要通风机175.3选择电动机216. 概算矿井通风机236.1吨煤的通风电费236.2矿井等积孔,总风阻23附录一 矿井井巷通风总阻力附表25附录二 通风系统图27附录三 简单时期通风网络图2

2、8附录四 困难时期通风网络图29参考文献301. 概述 矿井通风设计是在进行矿井开拓、开采设计的同时，依据矿井的自然条件及生产技术条件，确定矿井通风系统、供风量、通风阻力和矿井主要通风设备的工作。矿井通风设计是整个矿井设计的主要组成部分，是保证矿井安全生产的重要环节。其基本任务是建立安全、可靠、技术先进和经济合理的矿井通风系统。通风系统是否合理，直接关系到整个矿井的通风状况的好坏和保障矿井安全生产。 新建矿井通风设计的基本内容和步骤是：拟定矿井通风系统、矿井总风量的计算与分配、矿井通风阻力计算、选择矿井通风设备。矿井通风系统必须根据矿井瓦斯涌出量、矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井

3、田面积、地温、煤层自燃倾向性等条件，通过优化或技术经济比较后确定。题目（学号尾号为奇数）某煤矿井田范围走向长7.42km，倾斜宽0.661.47km，井田面积约8.53 km2。位于背斜南翼，为一般平缓的单斜构造，地层产状走向近东西向，倾向南，倾角10-25。，一般为16。左右。矿井生产能力为90万t/a。矿井采用中央竖井，煤层分组采区上山布置的开拓方式，单翼对角式通风。矿井通风难易时期的系统示意图见后。井田设三个井筒：主井、副井、风井。地面标高+200m。全矿井划分为两个水平，第一水平标高150m，第二水平标高350m，回风水平标高+45+50m。第一水平东西运输大巷布置在煤层的底板岩石中，

4、距煤层30m，通过水平大巷开拓煤层的全部上山采区。矿井采用走向长壁开采方式。该矿是高瓦斯矿井，瓦斯涌出量较大，为安全起见，用“品”字形布置三条上山。采用综合机械化放顶煤采煤。采煤工作面的平均断面积8.1 m2，回采工作面温度一般在21，回风巷风流中瓦斯（或二氧化碳）的平均绝对涌出矿为5.65m3/min，三四班交接时人数最多66人；掘进工作面平均绝对瓦斯涌出量3.75m3/min，掘进工作面同时工作的最多人数18人，一次爆破炸药用量4.3kg。2. 矿井通风系统选择选择合理的局部通风方法、风筒类型与直径，计算局部通风阻力、选择局部通风机及掘进通风安全技术措施、装备。1.设计原则及步骤1.1设计

5、原则根据开拓、开采巷道布置、掘进区域煤岩层的自然条件以及掘进工艺，确定合理的局部通风方法及其布置方式，选择风筒类型和直径，计算风筒出入口风量，计算风筒通风阻力，选择局部通风机。局部通风是矿井通风系统的一个重要组成部分，其新风取自矿井主风流，其污风又排入矿井主风流。其设计原则可归纳如下：(1)矿井和采区通风系统设计应为局部通风创造条件；(2)局部通风系统要安全可靠、经济合理和技术先进；(3)尽量采用技术先进的低噪、高效型局部通风机；(4)压人式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。风筒材质应选择阻燃、抗静电型；(5)当一台风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多

6、台风机联合运行。1.2设计步骤(1)确定局部通风系统，绘制掘进巷道局部通风系统布置图；(2)按通风方法和最大通风距离，选择风筒类型与直径；(3)计算风机风量和风筒出口风量；(4)按掘进巷道通风长度变化分阶段计算局部通风系统总阻力；(5)按计算所得局部通风机设计风量和风压，选择局部通风机；(6)按矿井灾害特点，选择配套安全技术装备。1.3掘进通风方法掘进通风方法分为利用矿井内总风压通风和利用局部动力设备通风的方法，局部通风机通风是矿井广泛采用的掘进通风方法，它是由局部通风机和风筒（或风障）组成一体进行通风，按其工作方式可分为：（1）压入式通风（2）抽出式通风（3）混合式通风3. 风量计算及风量分

7、配1.矿井需风量计算对设计矿井的风量，可按两种情况分别计算：一种是新矿区无邻近矿井通风资料可参考时，矿井需要风量应按设计中井下同时工作的最多人数和按吨煤瓦斯涌出量的不同的吨煤供风量计算，并取其中最大值。在矿井设计中吨煤瓦斯涌出量的计算，根据在地质勘探时测定煤层瓦斯含量，结合矿井地质条件和开采条件计算出吨煤瓦斯涌出量，再计算矿井需风量。 另一种是依据邻近生产矿井的有关资料，按生产矿井的风量计算方法进行。其原则是：矿井的供风量应保证符合矿井安全生产的要求，使风流中瓦斯、二氧化碳、氢气和其它有害气体的浓度以及风速、气温等必须符合规程有关规定。创造良好的劳动环境，以利于生产的发展。课程设计是在收集实习

8、矿井资料基础上进行的，故可按此种方法计算矿井风量。即按生产矿井实际资料，分别计算设计矿井采煤工作面、掘进工作面、硐室等所需风量，得出全矿井需风量，即“由里往外”计算方法。3.1.1生产工作面,备用工作面每个回采工作面实际需要风量，应按瓦斯、二氧化碳涌出量和爆破后的有害气体产生量以及工作面气温、风速和人数等规定分别进行计算，然后取其中最大值。此矿井属高瓦斯矿井(1)高瓦斯矿井按照瓦斯(或二氧化碳)涌出量计算 根据煤矿安全规程规定，按回采工作面回风流中瓦斯（或二氧化碳）的浓度不超过1的要求计算：式中：Qc回采工作面实际需要风量，m3/s ；qc回采工作面回风巷风流中瓦斯（或二氧化碳）的平均绝对涌出

9、量，m3/s；KCH4采面瓦斯涌出不均衡通风系数。（正常生产条件下，连续观测1个月，日最大绝对瓦斯涌出量与月平均日瓦斯绝对涌出量的比值）。此矿井采用综合机械化采煤,查表可取KCH4=1.5，由题目可知回风巷风流中瓦斯的平均绝对涌出量qc=5.65 m3/min =0.09 m3/s则Qc=1000.091.5=13.5 m3/s(2)按工作面温度选择适宜的风速进行计算（见表5-3） （m3/s）式中：Vc采煤工作面风速，m/s；Sc采煤工作面的平均断面积，m2。表5-3 Kcw回采工作面温度与对应风速调整系数回采工作面空气温度（）采煤工作面风速（m/s）配风调整系数K温180.30.80.90

10、18200.81.01.0020231.01.51.001.1023261.51.81.101.2526281.82.51.251.428302.53.01.41.6 由题目可得采煤工作面的平均断面积Sc=8.1m2，温度一般在21左右，查表得Vc=1.01.5，取Vc=1.0m/s.则Qc=1.08.1=8.1 m3/s(3)按回采工作面同时作业人数每人供风不小于4m3/min，即不小于0.07 m3/s则 （m3/s）式中：N采煤工作面同时工作人数。由题目得N=66 则Qc=46660=0.073 m3/s0.07 m3/s(4)炸药量计算需要风量：每千克炸药供风不小25m3/min，即不

11、小于0.42 m3/s则 （m3/s）式中：A一次爆破炸药最大用量，Kg。由题目可知A=4.3则Qc=254.360=1.79 m3/s0.42 m3/s(5)按风速进行验算： （m3/s）式中：S工作面平均断面积，S=8.1 m2。 则0.258.1Qc48.1（m3/s）则工作面所需风量Qc=13.5 m3/s(6)备用工作面所需风量 备用工作面所需风量生产工作面需风量50% 则备用工作面所需风量为6.75 m3/s3.1.2掘进工作面所需风量煤巷,半煤岩巷掘进工作面的风量,按下列因素分别计算,取最大值.(1)按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算 m3/s式中：Q硐掘进工作面实际需风量，m3/s；

12、 Qch4掘进工作面平均绝对瓦斯涌出量，m3/min； K掘掘进工作面因瓦斯涌出量不均匀的备用风量系数。即掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量与平均绝对瓦斯涌出量之比。通常，机掘工作面取1.52.0。由题目可知Qch4=3.75m3/min, K掘取1.6 则Q掘=1003.751.660=10m3/s(2)按炸药使用量计算/60 m3/s式中：25使用1炸药的供风量，m3/min；A掘掘进工作面一次炸破所用的最大炸药量，由题目知A=4.3Kg则Q掘=254.360=1.8 m3/s(3)按工作人员数量计算/60m3/s式中：N掘掘进工作面同时工作的最多人数，人。 由题目可知掘进工作面同时工作的最多人

13、数为18人则Q掘=41860=1.2 m3/s则Q掘取最大值Q掘=10 m3/s(4)按风速进行验算岩巷掘进工作面的风量应满足：煤巷、半煤岩巷掘进工作面的风量应满足：式中：掘进工作面巷道过风断面积，m2。 取8.5m2，则0.258.5=2.1 m3/s10m3/s48.5=34 m3/s 则掘进工作面所需风量Q掘=10m3/s3.1.3硐室实际需要风量硐室实际需要风量应按矿井各个独立通风硐室实际需要风量的总和计算，即 式中：Q火火药库实际需要风量，按每小时4次换气量计算，即 Q火=4V/60=0.07V (m3/s)； V井下爆炸材料库的体积，m3，包括联络巷道在内的火药库的空间总体积(m3

14、)，一般按经验值给定风量，大型火药库供风100150m3/min；中小型火药库供风60100m3/min；取Q火=120 m3/min=2 m3/sQ充充电硐室实际需要风量，应按回风流中氢气浓度小于0.5%计算，但不得小于100m3/min，或按经验值给定100200m3/min；取Q充=150 m3/min=2.5 m3/s 机电硐室需要风量应根据不同硐室内设备的降温要求进行配风，选取硐室风量，须保证机电硐室温度不超过30，其它硐室温度不超过26。Q机大型机电硐室实际需要风量，应按机电设备运转的发热量计 算即 Wi 机电硐室中运转的机电总功率，kW；(1-i ) 机电硐室的发热系数，应根据实

15、际考查的结果确定，也可取下列数值，空气压缩机房取0.200. 23；水泵房取0.020.04；8601kW/h的热当量数，千卡；i 机电设备效率；t 机电硐室进回风流的气温差，；Q采硐 采区绞车房或变电硐室实际需要风量，按经验供给风量6080 m3/min ；取Q采硐=60 m3/min=1 m3/s,共有两个变电所和一个绞车房,则Q采硐=3 m3/sQ其它硐 其它硐室所需风量，根据具体情况供风。 则硐室实际需风量Q硐=2+2.5+3=7.5 m3/s3.1.4矿井总风量矿井总风量按下式计算 式中：Qkj 矿井总进风量，m3/s；Qcj 采煤工作面实际需要风量总和，m3/s；Qjj 掘进工作面

16、实际需要风量总和，m3/s；Qdj 独立通风的硐室实际需要风量总和，m3/s；Qgj矿井中除采煤、掘进和硐室以外其它井巷需要通风量总和，m3/s；Kkj 矿井通风系数(包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素)宜取1.151.25。取Kkj=1.15 则容易时期 Qkj=(13.5+102+7.5)1.15=47.m3/s 困难时期 Qkj=(13.5+6.75+102+7.5)*1.15=55m3/s 3.2.风量分配与风速验算当风量分配到各用风地点后，必须结合巷道断面情况进行风速验证，保证各条巷道的风速均在合理范围内。各条井巷的供风量确定后，要按规程第101条规定的风速进行验算。需绘制出矿井通风

17、系统图与网络图，计算出每条巷道的通过风量，计算出每条巷道的风速，进行验算，验算结果可填入附表6-1中。如果某条井巷的风速不符合规程规定，则必须进行调整，然后将各地点、各巷道的风量、断面、风速列成一览表。表6 巷道风速校验表巷道各段序号巷道名称断面m2容易时期困难时期允许风速m/s是否满足风量m3/s风速m/s风量m3/s风速m/s最小最大12副井28.26471.66551.9515是23主石门11.1474.23554.9515是34大巷11.1474.23554.950.256是45南五运输上山10.229.52.900.256是56南五运输上山10.219.51.900.256是6721

18、051运输巷8.519.52.300.256是易78难89采煤面8.119.52.40212.970.254是8921051回风巷8.519.52.30|8是45南一运输上山10.2 37.53.670.256是56南一运输上山10.227.5 2.700.256是67南一运输上山10.2212.050.256是7821011运输平巷8.5212.470.256是91021011回风平巷8.5212.478是1011总回风巷10.2555.408是易910难1112回风石门10.255.25.41555.4015是易1011难1213回风井19.655.22,82552.8015是规程规定的风

19、速限定值见表6-1所示。 表6-1 风速限定值井巷名称最低允许风速(m/s)最高允许风速(m/s)无提升设备的风井和风硐15专为升降物料的井筒12风桥10升降人员和物料的井筒8主要进、回风巷道8架线电机车巷道1.08运输机巷道、采区进、回风巷道0.256采煤工作面，掘进中的煤巷和半煤岩巷0.254掘进中的岩巷0.154其它通风行人巷道0.15注1：设有梯子间的井筒或修理中的井筒，风速不得超过8m/s，梯子间四周经封闭后，井筒中的最高允许风速可按表中有关规定执行。注2：无瓦斯涌出量的架线电机车巷道中的最低风速可低于1.0m/s，但不得低于0.5m/s。注3：综合机械化采煤工作面，在采取煤层注水和

20、采煤机喷雾降尘等措施后，其最大风速可高于4m/s的规定值，但不得超过5m/s。注4：专用排瓦斯巷道的风速不得低于0.5m/s，抽放瓦斯巷道的风速不应低于0.5m/s。3.2.1风量分配容易时期副井 47m3/s主石门 47m3/s大巷 47m3/s南五运输上山45 47-7.5-10=29.5m3/s南五运输上山56 29.5-10=19.5m3/s21051运输巷 19.5m3/s 采煤面 19.5m3/s21051回风巷 19.5m3/s回风石门 47m3/s回风井 47m3/s 困难时期副井 55m3/s主石门 55m3/s大巷 55m3/s南一运输上山45 55-7.5-10=37.5

21、m3/s南一运输上山56 37.5-10=27.5m3/s南一运输上山67 27.5-6.75=21m3/s21011运输平巷 21 m3/s采煤面 21m3/s21011回风平巷 21 m3/s总回风巷 55 m3/s回风石门 55 m3/s回风井 55 m3/s4. 矿井通风阻力计算 在主要通风机整个服务期限内，矿井通风总阻力随着开采深度的增加和走向范围的扩大以及产量提高而增加。为了主要通风机于整个服务期限内均能在合理的效率范围内运转，在选择主要通风机时必须考虑到最大可能的总阻力和最小可能的总阻力，前者对应于主要通风机服务期限内通风最困难时期矿井总阻力，后者对应于通风最容易时期的矿井总阻力

22、，同时还考虑到自然风压的作用。4.1.计算原则4.1.1在进行矿井通风总阻力计算时，不要计算每一条巷道的通风阻力，只选择其中一条阻力最大的风路进行计算。但必须是选择矿井达到设计产量以后，通风容易时期和通风困难时期的阻力最大风路。一般，可在两个时期的通风系统图上根据采掘作业布置情况分别找出风流线路最长、风量较大的一条线路作为阻力最大的风路。在选定的线路上(分最容易和最困难时期)，从进风井口到回风井口逐段编号，对各段井巷进行阻力计算，然后累加起来得出这两个时期的各自井巷通风总阻力(h阻易、h阻难)。如果通风系统复杂，直观上难以判断哪条风路阻力最大时，则需选择几条风路，通过计算比较选出其中最大值。如

23、果矿井服务年限较长，则只计算头1525a的通风容易和困难两个时期的井巷通风总阻力。4.1.2为了经济、合理、安全地使用主要通风机，应控制h阻难不太大，对大型矿井不超过4400Pa，有自燃倾向的矿井不超过3400Pa。4.2.计算方法沿着上述两个时期通风阻力最大的风路，分别用下式算出各区段井巷的摩擦阻力： h 摩=aLUQ2/S3 ( Pa ) 式中：L、U、S 分别为各井巷的长度、周长、净断面积(m,m,m2)； a 摩擦阻力系数，可查阅煤矿通风与安全一书的附录； Q 各井巷和硐室所通过的风量分配值，系根据前面所计算的各井巷硐室所需要的实际风量值再乘以 K矿 (即考虑井巷的内部漏风和配风不均匀

24、等因素)后所求得风量值，m3/s。 将以上计算结果填入附录一。 其总和为总摩擦阻力 h摩，即是：h摩 =h1-2+h 2-3+h-n-(n+1) (Pa ) 式中：h1-2、h2-3、 为各段井巷之摩擦阻力，Pa。则容易时期总摩擦阻力 h摩易=660.50pa 困难时期总摩擦阻力 h摩难=1069.73.pa因此，全矿总阻力为：(1)通风容易时期的总阻力h阻易为：h阻易=1.2h摩易 则h阻易=1.2660.50=792.6pa(2)通风困难时期的总阻力h阻难为：h阻难=1.15h摩难 则h阻难=1.15=1230.20pa式中：1.2、1.15考虑到风路上有局部阻力的系数。5 主要通风机选型

25、5.1自然风压的计算矿井冬、夏季气温差别较大，使得空气密度也有所差别，致使矿井自然风压也气温变化而变化，因此需计算矿井自然风压。规定矿井冬、夏季空气密度如表6-2所示。表6-2 矿井冬、夏季空气密度季节密度/kg/m3进风回风冬季1.281.24夏季1.201.24如图6-1所示，根据自然风压定义，以矿井最低水平作为计算的参考面，图所示系统的自然风压HN可用下式计算：为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值m1和m2，用其分别代替上式的1和2，则上式可写为：式中：重力加速度，m/s2；Z矿井最高点至最低水平间的距离，m；、分别为空气柱0-1-2和5-4-3井巷内

26、dZ段空气密度，kg/m3；、分别为空气柱0-1-2和5-4-3井巷内dZ段空气平均密度，kg/m3。根据上述计算原则可分别计算出矿井冬、夏季自然风压。自然风压这里均取50pa,即HN=50pa.5.2选择主要通风机 通常用主要通风机的个体特性曲线来选择主要通风机。要保证主要通风机在容易时期的工作效率不致太低，又能保证主要通风机在困难时期风压够用且能有足够的风量，同时还要考虑自然风压的影响。5.2.1确定主要通风机的风量对于抽出式：Q扇=(1.051.10)Q矿 (m3/s)式中，1.051.10为外部漏风系数，出风井无提升运输任务时取1. 05，有提升运输任务时取1.10。则容易时期 Q扇=1.0547=49.35 m3/s 困难时期 Q扇=1.0555=57.75 m3/s对于压入式：Q扇=(1.101.15)Q矿 (m3/s)式中，通风井无提升运输任务时取1.10，有提升运输任务时取1.15。5.2.2确定主要通风机的风压分别求出通风容易和通风困难两个时期的主要通风机风压。通常离心式通风机提供的大多是全压曲线，而轴流式通风机提供的大多是静压曲线。因此对抽出式通风矿井：离心式通风机：容易时期 h扇易h阻易十hd十hv一HN 困难时期 h扇难h阻难十hd十hv十HN 式中：hd通风机装置阻力，Pa。hv通风机出口动能损失，Pa。轴流式通风机：容易时期 h扇易h阻易十h