矿井通风课程设计1 精品.docx
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目录
绪论···········································1
第一章矿井概述······························3
1.1井田开采范围································3
1.2煤层赋存地质条件····························3
1.3煤层埋藏条件································5
1.4矿井参数设计································5
第二章矿井通风系统··························8
2.1矿井通风系统的要求·························8
2.2矿井通风系统的确定··························8
2.3采区通风系统······························13
2.4采煤工作面上行通风和下行通风···············14
2.5工作面通风系统····························16
第三章矿井风量的计算和分配··················17
3.1矿井风量计算原则··························17
3.2矿井需风量的计算··························17
3.3矿井风量分配······························23
第四章矿井通风阻力计算·····················25
4.1矿井通风阻力计算原则······················25
4.2矿井通风阻力的计算························25
第五章矿井通风设备的选择····················26
5.1矿井通风设备的要求························26
5.2主要通风机的选择··························26
5.3电动机的选择······························30
5.4概算年耗电量······························31
总结··········································32
参考文献······································33
绪论
通风系统设计是整个矿井设计内容的重要组成部分，是保证安全生产的重要环节。
因此，必须周密考虑，精心设计，力求实现预期效果。
一矿井通风设计的内容与要求
矿井设计的基本任务是建立一个安全可靠、技术先进和经济的矿井通风系统。
对于新建矿井的通风设计，既要考虑当前的需要，又要考虑长远发展的可能。
此外，矿井通风设计必须贯彻党的技术政策，遵照国家颁布的矿山安全规程、技术操作规程、设计规范等有关规定。
矿井设计一般分为两个时期，即基建时期和生产时期。
1、矿井基建时期的通风
矿井基建时期的通风指建井过程中掘进井巷时的通风，即开凿井筒、井底车场、井下硐室、第一水平的运输巷道和通风巷道时的通风。
此时期多用局部通风机对独头巷道经行局部通风。
当两个井筒贯通后，主要通风机安装完毕，便可以主要通风机对已开凿的井巷实行全压通风，从而可缩短其余巷道与硐室掘进时的局部通风的距离。
2、矿井生产时期的通风
矿井生产时期的通风是指矿井投产后，包括全矿开拓、采准和采煤工作面以及其它巷道的通风。
这时期的通风设计，根据矿井生产年限的长短，又可分为两种情况：
（1）矿井服务年限不长（小于20年），只作一次通风设计。
矿井达产后通风阻力最小时为矿井通风容易时期；矿井通风阻力最大时为通风困难时期。
依据这两个时期的生产情况进行设计计算，并选出对此两时期皆适宜的通风设备。
（2）矿井服务年限较长时，考虑到通风机设备选型，矿井所需风量和风压变化等因素，又分为两期进行设计。
第一水平为第一期，对该时期内通风容易和困难两种情况详细的进行设计计算。
第二期的通风设计只作一般的原则规划，以使确定放入通风系统既可适应现实生产的要求，又能照顾长远的生产发展与变换情况。
本设计将不对矿井基建时期的通风进行设计，只对矿井生产时期的通风进行设计。
3、本次矿井通风设计的内容
（1）拟定矿井开采范围和开采、开拓系统
（2）确定矿井通风系统
（3）矿井风量计算和风量分配
（4）矿井通风阻力计算
（5）选择通风设备
此外，根据不同地区或矿井的特殊条件，还需进行矿井空气温度调节的计算。
4、矿井通风设计的要求
（1）将足够的新鲜空气有效的送到井下工作场所，保证生产和创造良好的劳动条件
（2）通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能力
（3）发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出
（4）有符合规定的井下环境和安全监测系统或检测措施
（5）通风系统的基建投资省，营运费用低、综合经济效益好
1.矿井概况
1.1.1、交通位置
本井田位于江苏省徐州市铜山县境内，距徐州市约22公里。
交通：
铁路，徐沛路与陇海铁路在该井田南部相交，铁路专用线与徐沛铁路在刘集站接轨。
公路，井田东部有徐沛公路通过，矿用公路在唐沟站与徐沛公路连接，交通极便。
1.1.2、地形地势
本井田地貌属黄淮冲积平原，地表岩性性主要以黄淮堆积的亚粘土。
地势平坦，地面标高为+35～+45米，微向东及北东倾斜，地面坡度为0.1%，矿区内无洪水，内涝现象。
1.1.3、河流湖泊
矿区内地表水系重要有废黄河和桃园河两条河流。
废黄河，斜穿井田西南部，呈北西-东南延展，河道宽浅，河床大部分干枯，为季节性河流。
两岸筑有防洪堤坝，堤坝标高+43米～+44米.
桃园河，为一条季节性河流，由西向东流入京杭运河，只有尾端和支流伸入井田东部，河道较浅，讯期泄水，排涝，旱期断流。
在井田以东约15公里，有徐州地区最大地表水体微山湖（全湖面积644平方公里）湖面水位常年标高+31米～+33,最高洪水位36.9米（1957年）。
自1958年以来，微山湖大堤多次进行培修，堤顶标高一般增高到+38.5米～+39.5米,堤宽为6米～10米,同时开挖了京杭运河。
疏竣了流通河道，兴建了配套、节制、灌溉等工程。
基本上解决了洪水危害。
1.1.4、矿区气候条件
1、矿区气候性质及气温变化：
据地质报告提供徐州气象站资料：
本矿区气候属南温带鲁淮区，具有长江与黄河流域气候的过度性质，但接近北方气候的特点。
气候温和，四季明显，日照充足，春秋季短，入冬和回暖较早，冬寒干燥，夏热多雨。
春秋干旱突出，并伴有寒潮、霜冻、风雪、台风、冰雹和暴雨等灾害性天气出现。
气温：
历年年平均为14.2摄氏度，最高气温40.6C，（1972年6月11日），最低温度零下22.6摄氏度（1969年2月6日），35.2摄氏度以上高温天数年平均为11天，零下10摄氏度的低温年平均6天。
2、雨季时间、年平均及最大降雨量：
据徐州气象站1951-1982年资料，历年平均降雨量866.7毫米，最大降雨量出现在1962年，达1360毫米，最少降雨量出现于1953年，仅为595.2毫米。
降雨量多集中在每年夏季的6-8月，平均为511.2毫米，占全年降雨量的59%，年平均降雨为32天，暴雨日年平均仅为4天，日最大降雨量为255.5毫米。
3、结冰及解冻日期、最大冻结深度、最大积雪厚度：
据徐州气象站资料，本区河港封冻日期，平均在12月底-1月低最早12月15日，最晚为1月30日。
历年最大冻土厚度为24厘米（1968年1月2日），最早解冻日期为元月1日、（1974年），最晚为2月21日（1957）年，平均解冻日期为1月22日，最大积雪厚度为25厘米（1964年2月15日）。
4、全年最大频率风向和最大风速：
本区历年四季风向均为偏东风为主，ENE频率为13%，年平均风速为30米/秒，年平均大风日为15.3天，3～4月最多，最大风速为19.3米/秒（1952年5月），瞬时最大风速曾达12级。
台风直接影响本区平均3-5年一次，而台风倒槽影响本区较多，年均有一次，多出现在8-9月。
常常带来暴雨。
1.1.5、地震及地震烈度：
据国家地震局南京地震大队（1977年编制的《江苏地震》中记载，江苏记载地震开始于公元前179年至公元1982年，发生有感地震600多次，破坏地震29次，其徐州附近发生有感地震36次，破坏性地震4次，其中最大2次，即一次发生于公元1668年7月25日，震中山东省郯城，震级8.5级，震中烈度12度，当时铜山（徐州）城市建筑倾覆过半，远近压死者不计其数。
第二次发生于1937年8月1日，震中山东荷泽，震级7级，震中烈度9度，本区处于波及影响范围，房屋摇动，旧房坍塌50余间，伤亡20余人，按国家地震局烈度区划，规定徐州建筑物按地震烈度7度设防，重要建筑物按8度设防。
1.1.6、临近矿井
其临近矿井东有年产120万吨的张小楼煤矿和年产能力为120万吨的庞庄煤矿，东北有年产90万吨的坨城煤矿和年产能力为90万吨的柳新矿。
西北有年产能力的120万吨的马坡矿。
1.1.7、水源和电源
1、水源：
该矿以前曾利用距工业广场2.9公里的59-41号钻孔建成水源井，该水源虽水量能满足需要，但水质经多次化验，因硫酸根离子、氧化物及铁的含量较多，引用危害极大，已经停用。
现在取用的饮用水取自井下-300水平太原群灰岩水。
2、电源：
工业广场内建110/25/6KV变电所一座，有坨城电厂110KV供电。
1.2矿井带区划分与布置
张集矿设一个水平，采用上下山开拓，该水平标高为－450m，阶段上山斜长为2006.3761m,下山斜长为1337.584m。
根据张集矿情况，带区采用集中布置；井田范围内采用后退式开采顺序；开采顺序为下行式。
1.3煤炭储量的计算
1.3.1矿井工业储量
本井田钻孔数总计260个，总工程量169260.59米，网度达到每公里11.05孔，达到了精查要求。
煤层最小可采厚度0.8米，煤层平均厚度6米，平均倾角11度，最大倾角14.1度，最小倾角9.16度，煤的容重为每立方米1.4吨。
据《生产矿井储量管理规程》规定煤层最低可采厚度为0.70米，核定工业储量。
Ｚg=S×米×d/cosa＝18500000×6×1.4/cos11=30311万吨
其中：
Ｚg——矿井的工业储量，吨。
S —— 井田的水平面积，s=14145000平方米。
米——煤层的可采厚度，m=15米。
d —— 煤的容重，d＝1.4方米。
Ａ——煤层倾角，ａ＝11.6度。
m——为两个可采煤层煤的厚度之和，
1.3.2设计可采储量
矿井总的可采储量Zk:
Zk＝（Zg-P）×C＝（30311-1133.8-299.8-644）×0.75
＝24848.4万吨
式中：
Zg——矿井工业储量，万吨。
P——矿井煤柱煤量，万吨，
C——采区采出率，根据要求取C=0.75。
根据《煤矿安全规程》规定，井田边界要留设边界煤柱、防水煤柱以及工业广场的保护煤柱。
估算本煤田内工业煤柱、境界煤柱等永久煤柱损失约占工业储量的5%。
煤层为中厚煤层，按《矿井设计规范》要求，确定本矿的采区采出率为75%。
1.4设计生产能力及服务年限
1.4.1确定矿井的生产能力
根据井田的可采储量及地质构造，确定本矿井的设计生产能力为240万t/a。
1.4.2矿井服务年限
由T＝Z/（KA）
＝24848.4/（1.4+400）＝62.4（年）
62年
其中：
T—矿井的服务年限（年）
Z—矿井的可采储量（万t）
K—矿井储量备用系数，K取1.4
A—矿井生产能力（万t/年）
符合规程规定，故本矿井的生产能力为400万t合理。
1.4.3采煤方法
矿井采用立井开拓，倾斜长壁采煤法，综采工艺，全部垮落法控制顶板，中央并列式通风，副井进风，主井回风。
矿井为低瓦斯矿井，各煤层煤尘爆炸危险性不大，不易自燃。
1.4.4井田的开拓
由于张集矿井煤层埋藏较深，冲积层较厚，且倾角较小，所以，本矿井采用立井开拓方式。
设计为建井初期1个主井、1个副井、2个风井，工业广场和主副井井口布置在井田走向的中央，对于本矿井井田走向中央也大致是井田储量中央。
第二章矿井通风系统
2.1各类通风系统的优缺点及适用条件
21.1中央并列式
优点：
进回风井均布置在中央工业广场内，地面建筑和供电集中，建井期限较短，便于贯通，初期投资少，出煤快，护井煤柱较小。
矿井反风容易，便于管理。
缺点：
风流在井下的路线为折返式，风流线路大，阻力大，井底车场附近漏风大。
工业广场受主要通风机噪声的影响和回风风流的污染。
适用条件：
煤层倾角大，埋藏深，井田走向长度小于4km，瓦斯与自燃发火都不严重的矿井。
2.1.2中央边界式
优点：
通风阻力较小，内部漏风较小，工业广场不受主要通风机噪声的影响及回风风流的污染。
缺点：
风流在井下的流动线路为折返式，风流线路长，阻力大。
适用条件：
煤层倾角较小，埋藏较浅，井田走向长度不大，瓦斯与自燃发火比较严重的矿井。
2.1.3两翼对角式
优点：
风流在井下的流动线路是直向式，风流线路短，阻力小。
内部漏风小，安全出口多，抗灾能力强，便于风量调节，矿井风压比较稳定。
工业广场不受回风污染和通风机噪声的危害。
缺点：
井筒安全煤柱压煤较多，初期投资大，投产较晚。
适用条件：
煤层走向大于4km，井型较大，瓦斯和自燃发火严重的矿井，或低瓦斯矿井，煤层走向较长，产量较大的矿井。
2.1.4分区对角式
优点：
每个采区有独立通风路线，互不干扰，便于峋调节，安全出口多，抗灾能力强，建井期短，初期投资少，出煤快。
缺点：
占用设备多，管理分散，矿井反风困难。
适用条件：
煤层埋藏浅，或因地表高低起伏较大，无法开掘总回风巷。
2.1.5区域式
优点：
既可发送通风条件，又能利用风井准备采区，缩短建井工期。
风流线路短，阻力小。
漏风少，网络简单，风流易于控制，便于主要通风机的选择。
缺点：
通风设备多，管理分散。
适用条件：
井田面积大，储量丰富或瓦斯含量大的大型矿井
2.1.6混合式
优点：
回风井数量较多，通风能力大，布置较灵活，适应性强。
缺点：
通风设备多。
适用条件：
井田范围大，地质和地面地形复杂，或产量大，瓦斯涌出量大的矿井。
根据张集矿的生产实际：
产量为400万吨/年。
为保证井下生产时有足够的风量，且每一个采区的通风路线都不太长。
本矿井采用中央边界式通风。
2.2选择通风机的工作方式
矿井主要通风机的工作方式有三种：
抽出式、压入式、压抽混合式。
该矿井主要通风机的工作方式采用抽出式，主要通风机分别安装在两个回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处于低于当地大气压的负压状态。
当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。
2.3确定通风系统
2.3.1矿井通风系统
由于煤层倾角较大，埋藏深，瓦斯与自然发火都不太严重，因此应选择中
央边界式。
其简单示意图如下所示：
由于该矿井属于中厚的缓倾斜煤层，采用倾斜长壁采煤法。
所以采用运输机上山进风，轨道上山回风的通风系统。
2.3.2采煤工作面上行通风与下行通风
上行通风与下行通风是指风流方向与采煤工作面的关系而言的。
当采煤工作面进风巷道低于回风巷时，采煤工作面的风流沿倾斜向上流动，称为上行风。
否则是下行风。
同向与逆向通风是指风流方向与煤流方向之间的关系而言。
风流方向与煤炭运输方向一致时称为同向通风，否则为逆向通风。
如图2-2所示。
图图2-2上下行风示意图
这两种方法各自的优缺点：
（1）采煤工作面涌出的瓦斯比空气轻，其自然流动的方向和上行风的方向一致，在正常风速（大于0.5到0.8m/s）下，瓦斯分层流动和局部积存的可能性较小，下行风的方向与瓦斯自然流向想反，二者易于混合且不易出项瓦斯分层流动和局部积存的现象。
（2）采用上行风时，须先把采区的进风流导至下部进风巷，然后进入工作面，流经的路线较长，风流回由于压缩和地温加热而升温，又因为巷道里的机电设备散发的热量也进入风流中，故上行风比下行风气温高。
（3）采用上行风，采区进风流和回风流之间产生的自然风压和机械风压的作用方向相同；而下行风，其作用方向相反，故下行风部上行风所需的机械风压大；而且，主要通风机一旦停转，工作面就有停风或反向的危险。
（4）工作面一旦起火，所产生的火风压和下行风作用相反，会使工作面风量减少，瓦斯浓度增加，故下行风在起火地点爆炸的可能性比上行风要大。
综上所述，本设计采用的是上行风，同时采取防止风流逆转和防止火灾气体侵入进风流的安全措施。
第三章矿井风量的计算和分配
3.1风量计算
3.1.1采煤工作面的需风量
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最大值。
㈠采煤工作面的需要风量
由于本采区的相对瓦斯涌出量为5m3/min，故按低瓦斯矿井的实际需要风量计算。
低瓦斯矿井的采煤工作面按瓦斯涌出量的计算公式为
Q采=Q基本×K采高×K采面长×K温
Q基本——工作面需要的基本风量，它的计算公式是
Q基本=工作面控顶距×工作面实际采高×70%×适宜风速
在该采区中，控顶距取4.0于采区的回采方式是综采，工作面实际采高取3.7；适宜风速应不小于1m/s，在本采区中取1.5m/s。
即Q基本=4.0×3.7×1.5×0.7=15.54m/s
K采高——回采工作面采高调整系数，在本采区中K取1.5；
K采面长——回采工作面长调整系数，在本采区中K取1.3；
K温——回采工作面温度调整系数，在本采区中K取1.3；
Q采=15.54×1.5×1.3×1.1=33.3m3/s=2000m3/min
㈡按工作面温度选择适宜的风速进行计算：
＝60×
×
式中
——采煤工作面风速,m/s;
——采煤工作面平均断面积,m2.
㈢按回采工作面同时作业人数和炸药量计算：
每人供风4m3/min
>4N＝4×25＝100m3/min
每千克炸药供风
25m3/min
>25A＝25×3.6＝90m3/min
其中N——工作面最多人数，
A——一次爆破炸药最大用量，单位kg
㈣按风速进行验算：
15S<
<240S
式中S——工作面平均断面积，m2
的最大值为2000m3/min，在上述范围内，所以回采面供风量是合理的。
备用工作面亦应满足按瓦斯、二氧化碳、气温等规定计算的风量且最少不得低于采煤工作面实际需风量的50%。
＝1000m3/min
3.1.2掘进工作面的需风量计算
㈠按瓦斯涌出量计算：
=100×
×
式中
——单个掘进工作面需要风量m3/min
——掘进工作面回风流中瓦斯的绝对涌出量m3/min（取2.1m3/min）
——瓦斯涌出不均衡通风系数，取1.5
所以
=100×2.1×1.5=315m3/min
㈡按掘进工作面同时作业人数和炸药量计算需要风量：
每人供风
4m3/min
4N＝4×25＝100m3/min
每kg炸药供风
25m3/min
25A＝25×3.6＝90m3/min
式中N——掘进工作面最多人数，
A——一次爆破炸药最大用量，kg
㈢按风速进行验算：
岩巷掘进最低风量
>9
＝9×5.2＝46.8m3/min
煤巷掘进最低风量
>15
=15×5.2=78m3/min
岩巷掘进最高风量
＝240×5.2＝1248m3/min
式中
——掘进工作面的断面积m2.
的最大值为315m3/min，符合作业要求。
3.1.3井下硐室需要风量
矿井井下硐室配风原则：
井下爆炸材料库配风必须保证每小时4次换气量，大型矿井100～150m3/min，中小型矿井60～100m3/min。
=4V/60＝0.07V（m3/min）
式中
——井下爆炸材料需风量，m3/min
V——井下爆炸材料库的体积，m3
井下充电室，应按其回风风流中氢气浓度小于0.5%计算风量，规定风量不小于100m3/min。
机电硐室规定风量在60～80m3/min的范围内。
选取硐室风量，须保证机电硐室温度不超过30
其他硐室不超过26
∑Q硐＝
+
+…+
＝80+60+60+60+70+80+70+80＝500m3/min
式中∑Q硐——所有独立硐室需要总风量，m3/min
——n个独立硐室需风量。
3.1.4其它井巷实际需风量
应按矿井各个其它巷道用风量的总和计算：
∑Q其它＝
+ … +
式中
…
——各其它井巷风量，m3/min
按瓦斯涌出量计算：
=100×qCH4×K其通
式中
——第i个其它井巷实际用风量，m3/min
qCH4——第i个其它井巷最大瓦斯绝对涌出量，m3/min
K其通——瓦斯涌出不均衡系数，取1.2—1.3
由于无其它井巷，所以 ∑Q其它＝0
3.1.5矿井总需风量的确定
按采煤、掘进、硐室及其它地点需风量的总和计算
∑Q矿进
（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q备+∑Q其）×K矿通
（2000×2+315×4+315×0.5×4+500+1000×2+0）×1.15＝9648.5m3/min
K矿通——矿井通风系数（抽出式取1.15—1.2）
3.2风量分配
风量分配表
序号
用风地点
个数
（个）
单位配风量
总配风量
m3/min
m3/s
m3/min
m3/s
1
回采工作面
2
2000
33.3
4000
66.7
2
备用回采面
2
1000
16.7
2000
33.3
3
掘进面
4
315
5.25
1260
21
4
备用掘进面
4
157.5
2.625
630
10.5
5
爆破材料库
1
80
1.3
80
1.3
6
采区变电所
2
70
1.17
140
2.3
7
机电硐室
2
80
1.3
160
2.6
8
绞车房
2
60
1
120
2
9
井下充电硐室
1
60
1
60
1
合计
20
3822.5
63.7
8450
140.8
第四章矿井通风阻力计算
4.1通风风流流向
新鲜风流自地面——进风立井——进风石门——进风大巷——进风联络巷——运输机上山——区段运输平巷——采煤工作面——区段回风平巷——回风石门——总回风巷——回风立井——地面。
4.2矿井通风阻力采用下式计算
h=∑（α·L·U·Q2/S3）
式中：
h——矿井通风阻力，Pa；
α——井巷摩擦阻力系数，kgs2/m4；
L——井巷长度，m；
U——井巷净断面周长，m；
S——井巷净断面积，m2；
Q——通过井巷的风量，m3/s；
4.3通风容易时期通风阻力计算
通风容易时期的通风阻力的计算：
矿井的第一水平划分为四个采区，可按煤层的走向分别标定为采区1，采区2，采区3，采
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