矿井通风说明书.docx
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矿井通风说明书
矿井通风说明书
害气体抽到井下，并使工作面的有效风量减少；一旦主要通风机因故停止运转，井下的风流压力提高，有可能使采区内瓦斯涌出量减少，比较安全，而压入式通风正好相反。
2）压入式
采用压入式通风，是把主要通风机安装在进风井口附近，工作时使井下整个通风系统处于正压状态。
采用这种通风方式，矿井地面漏风是从矿内漏向矿外；在垮落裂隙通达地表时，矿井采空区煤炭自燃生成的有害气体难以检测到，使自燃征兆不宜发现。
一般认为，压入式通风适合于开采水平低，小窑多，顶板跨落裂隙直通地表、瓦斯低的矿井，由于采用压入式通风必须在矿井总路线上设置若干个构筑物，而其中有些是交通要道，人员、车辆或提升容器来往频繁，使风门易受损坏，漏风较大，通风管理比较困难；尤其是深水平矿井，采用压入式通风更不适宜。
3）压抽混合式
采用压抽混合式通风，是在进风井口安装一风机作压入式运转，在回风井口安装一风机作抽出式运转。
采用这种通风方式，通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或副压均不大，采空区连通地表的漏风因而较小，其缺点是使用的风机设备多，管理复杂。
综合考虑各种通风机工作方式的优缺点和本矿的生产实际，确定本矿井为抽出式通风。
1.1.3选择矿井通风方式
1）中央并列式的适用条件
煤层倾角大、埋藏深、但走向长度不大（井田走向长度小于4km），而且瓦斯、自然发火都不严重的矿井，采用中央并列式是较合理的。
2）中央分列式（边界式）的适用条件
煤层倾角较小、埋藏较浅，走向长度不大，且瓦斯突出、煤层自燃比较严重的矿井，采用中央分列式较合理，它与中央并列式相比，安全性好，通风阻力较小，内部漏风小，这对于瓦斯、自然发火的管理工作较有利，且工业广场不受主要通风机噪音的影响。
3）两翼对角式的适用条件
煤层走向长度超过4km，井型较大，煤层上部距地面较浅，瓦斯和煤层自然发火严整的矿井，采用两翼对角式比较适宜。
4）分区对角式的适用条件
煤层距地表浅，或因地表高低起伏比较大无法开掘浅部的总回风道，在此条件下开采第一水平时，只能用这种小风井分区通风的布置方式。
5）混合式的适用条件
井型大、走向长，为了缩短基建的时间，在初期采用中央式通风系统，随着生产的发展，当开采到两翼边界时，在建立对角式的通风系统。
由于本矿井倾角小，走向长度大，故可采用分区式通风方式。
优点是：
安全性好，通风阻力较小，内部漏风小，这对于瓦斯、自然发火的管理工作较有利，且工业广场不受主要通风机噪音的影响。
1.2全矿所需风量的计算及其分配
1.2.1矿井风量计算原则
矿井需风量按下列要求分别计算，并取其中的最大值：
1）按井下同时工作最多人数计算，供风量不得小于4m3/（人·min）；
2）按采煤、掘进、硐室及其他实际需风量之和进行计算。
1.2.2矿井风量计算方法
1）回采工作面需风量的计算
（1）按瓦斯涌出量计算
按回采工作面回风巷风流中瓦斯的浓度不得超过1℅的要求计算。
即：
Qai=100×Qgai×Kgai（1-1）
式中：
Qai——第i个回采工作面实际需要风量，m³/min
Qgai——第i个回采工作面瓦斯的平均绝对涌出量，m³/min；
Kgai——第i个回采工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数。
它是该工作面瓦斯绝对涌出量的最大值与平均值之比。
生产矿井可在各个工作面正常生产条件时，进行至少5昼夜的观测，取其最大值。
通常机采工作面取1.2～1.6，炮采工作面取1.4～2.0，水采工作面取2.0～3.0。
本工作面为机采工作面，取1.4。
回采工作面日产量：
9512.2t
则瓦斯绝对涌出量Qgai=1.915×9512.2/（60×24）=12.65m3/min
工作面需风量Qai=100×12.65×1.4=1771.0m³/min，取1800m3/min。
（2）按工作面气温与适宜风速的关系计算
回采工作面应有良好的气候条件，其气温与风速的关系应符合表1-1要求：
表1-1回采工作面温度与风速关系表
回采工作面空气温度/℃
回采工作面的风速Vai/m/s
＜15
0.3～0.5
15～18
0.5～0.8
18～20
0.8～1.0
20～23
1.0～1.5
23～26
1.5～1.8
回采工作面平均空气温度为23℃，回采工作面的风速取为1.5m/s，因此，工作面所需风量可按下式计算：
Qai=60×Vai×Sai×Kai（1-2）
式中：
Vai——第i个回采工作面的风速，1.5m/s；
Sai——第i个回采工作面的有效通风面积，对于综采工作面可根据不同情况按下式近似计算：
Sai=3.75（M－0.3）（1-3）
式中：
M——煤层开采厚度，3.5m；
Sai=3.75×（3.5－0.3）=12m2
Kai——第i个回采工作面的长度风量系数，可按表9-2取1.4。
Qai=60×1.5×12×1.4=1512m3/min
（3）按工作人数计算
Qai=4Nai（1-4）
式中：
4——以人数为单位的供风标准，即每人每分钟应供给的最低风量，m³/min；
Nai——第i个回采工作面同时工作的最多人数，人。
Qai=4×30=120m³/min
表1-2工作面长度风量系数取值表
回采工作面长度/m
回采工作面长度风量系数Kai
＜50
0.8
50～80
0.9
80～120
1.0
120～150
1.1
150～180
1.2
＞180
1.3～1.4
（4）按风速进行验算
按最低风速验算各个回采工作面的最小风量为：
Qai≥60×0.25×Sai（1-5）
按最高风速验算各个回采工作面的最大风量为：
Qai≤60×4×Sai（1-6）
式中：
Sai——第i个回采工作面的有效通风面积，综采工作面可按下式近似计算，m²；
则：
Qai≥60×0.25×12=180m³/min
Qai≤60×4×12=2880m³/min
通过以上的各种计算及验算，可确定本工作面的通风量为1800m3/min。
2）备用工作面所需风量计算
按下式计算：
Q=0.5Qa大（1-7）
式中Q备——备用工作面所需风量，m3/min。
则备用工作面所需风量为Q备=0.5×1800=900m3/min
3）掘进工作面所需风量计算
（1）按瓦斯涌出量计算掘进工作面实际需风量的计算公式为
Qhf=100×Qghi×Kghi（1-8）
式中：
Qhf——第i个掘进工作面实际需要风量，m³/min；
Qghi——第i个掘进工作面的瓦斯平均绝对涌出量，m³/min；
Kghi——第i个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀风量备用系数，一般取1.5～2.0，这里取1.8。
掘进煤量：
951.22t；
瓦斯绝对涌出量Qghi=951.22×1.915/（60×24）=1.26m3/min
工作面需风量Qhf=100×1.26×1.8=226.8m³/min
（2）按局部通风机的吸风量进行计算
按局部通风机吸风量计算掘进工作面实际需风量计算公式为：
Qhi=∑Qhfi×Khfi（1-9）
式中：
∑Qhfi——第i个掘进工作面同时运转的局部通风机额定风量的和，掘进工作面选用JBT—61型局部通风机，额定风量为150m³/min；
Khfi——为防止局部通风机吸循环风的风量储备系数，取1.3。
Qhi=150×1.3=195m³/min
（3）按人数计算
按人数计算掘进工作面实际需要风量的计算公式为：
Qhi=4Nhi（1-10）
式中：
4——以人数为单位的供风标准，即每人每分钟应供给的最低风量，m³/min；
Nhi——第i个掘进工作面同时工作的最多人数，为20人。
则：
Qhi=4×20=80m³/min
（4）按风速进行验算
按最低风速验算，各个岩巷掘进工作面最小风量为：
Qhi≥60×0.15×Shi（1-11）
各个煤巷或半煤岩巷掘进工作面的最小风量为：
Qhi≥60×0.25×Shi（1-12）
按最高风速验算，各个掘进工作面的最大风量为：
Qhi≤60×4×Shi（1-13）
式中：
Shi——第i个掘进工作面巷道的净断面积，m²
区段巷掘进工作面最小风量为：
Qhi≥60×0.25×14.5=217.5m³/min
区段平巷掘进工作面最大风量为：
Qhi≤60×4×14.5=3480m³/min
根据以上计算结果可确定掘进工作面最大风量为230m³/min。
4）硐室所需风量计算
井下独立通风的每个硐室，应根据各类硐室分别计算。
（1）机电硐室
发热量大的机电硐室，风量根据硐室中运行的机电设备发热量进行计算：
Qri=（3600∑N×θ）/（ρ×Cp×60×Δt）（1-14）
式中：
Qri——第i个机电硐室的通风量，m3/min；
∑N——机电硐室中运转的电动机总功率，kW；
θ——机电硐室的发热系数；
ρ——空气密度，一般取1.2kg/m3；
Cp——空气的定压比热；
Δt——机电硐室进、回风流温度差。
采区变电所等机电硐室，根据经验值确定风量：
Qri=60～80m3/min，
在本设计矿井中取：
Qri=80m3/min
（2）爆破材料库所需风量的计算
爆破材料库所需风量的计算公式为：
Qri=4×V/60（1-15）
式中：
V——库房容积，m3；大型爆破材料库风量不得小于100m3/min，中小型爆破材料库不得小于60m3/min，此取100m3/min。
（3）充电硐室
按其回风流中氢气浓度不得小于0.5%计算
Qri=200×qrhi（1-16）
式中：
qrhi——充电硐室在充电时产生的氢气量，m3/min。
通常充电硐室的供风量不得小于100m3/min，这里取100m3/min。
则硐室所需风量之和为：
80＋100＋100=280m3/min。
（4）其他用风地点所需风量设为200m3/min。
5）矿井总风量计算
矿井的总进风量，应按采煤、掘进、硐室及其他地点实际所需风量的总和计算：
Qm=（ΣQat+ΣQht+ΣQrt+ΣQot）×Km（1-17）
式中：
ΣQat——采煤工作面和备用工作面所需风量之和，m3/min；
ΣQht——掘进工作面所需风量之和，m3/min；
ΣQrt——硐室所需风量之和，m3/min；
ΣQot——其他用风地点所需风量之和，m3/min；
Km——矿井通风系数，可取1.15～1.25，此取1.25。
Qm=（1800+900+230×2+280+200）×1.25=4550m3/min=75.83m3/s
1.2.3风量分配
1）通风容易时期和困难时期的确定
在主要通风机服务年限内，随着采煤工作面和采区接替的变化，通风系统的总阻力也将因此变化。
在通风容易时期东区有一个采煤工作面，一个备采工作面，两个掘进工作面；在通风困难时期东区再多出了一个掘进工作面。
2）配风方法
采煤工作面Q采=1800×1.25=2250m3/min=37.5m3/s
备用工作面Q备=900×1.25=1125m3/min=18.75m3/s
机电硐室Q机=80×1.25=100m3/min=1.67m3/s
爆破材料库Q爆=100×1.25=125m3/min=2.08m3/s
充电硐室Q充=100×1.25=125m3/min=2.08m3/s
其他地点Q其他=200×1.25=250m3/min=2.17m3/s
1.2.3风速验算
井田开拓系统中各个主要巷道设计风速要按《规程》第101条规定的风速进行验算。
《规程》规定的风速限定值见表1-3。
表1-3井巷中允许风流风速
井巷名称
最低允许风速/（m·s-1）
最高允许风速/（m·s-1）
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
1.0
8
运输机巷道，采区进、回风巷道
0.25
6
回采工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷
0.25
4
掘进中的岩巷
0.15
4
其他通风人行巷道
0.15
1）副井井筒
断面积44.16m2，通过风量75.83m3/s，则风速为：
80.63/44.16=1.72m/s＜12m/s，
满足风速的要求。
2）轨道大巷
轨道大巷净断面积13.3m2，通过风量为64.37m3/s，则风速为：
64.37/13.3=4.84m/s＜8m/s
所以满足风速的要求。
3）轨道上山断面12.8m2，通过风量为：
58.13m3/s，则风速为：
58.13/12.8=4.54m/s＜6m/s
所以满足风速的要求。
4）区段运输平巷断面积13.4m2，通过风量为46.88m3/s，则风速为：
46.88/13.4=3.50m/s＜6m/s
所以满足风速要求。
5）回采工作面断面约为12m2，通过风量为37.5m3/s，则风速为：
37.5/12=3.13m/s＜4m/s
所以满足风速要求。
6）区段回风平巷断面面积为：
10.4m2，通过风量为46.88m3/s，则风速为：
46.88/10.4=4.51m/s＜6m/s
所以满足风速要求。
7）采区回风石门断面积为12.8m2，通过风量为75.83m3/s，则风速为：
75.83/12.8=5.92m/s＜6m/s
所以满足风速要求。
8）风井断面积：
19.63m2，通过风量为80.63m3/s，则风速为：
75.83/19.63=3.86m/s＜15m/s满足要求
从各个巷道风速与上表对照知，本矿井的巷道风速都能满足要求。
1.3全矿通风阻力计算
1.3.1矿井通风总阻力计算原则
1）矿井通风的总阻力，不应超过2940Pa。
2）矿井井巷的局部阻力，新建矿井（包括扩建矿井独立通风的扩建区）宜按井巷摩擦阻力的10%计算，扩建矿井宜按井巷摩擦阻力的15%计算。
1.3.2矿井通风阻力计算
摩擦阻力可按下式计算：
Hfi=αi×Li×Ui×Qi2/Si3=RQ2（1-18）
式中hfi——第i个井巷摩擦阻力，Pa；
αi——摩擦阻力系数，NS2/m4；
Li——第i个井巷的井巷长度，m；
Ui——巷道净断面周长，m；
Qi——第i个通风井巷风量，m3/s；
Si——井巷净断面积，m2；
R——井巷摩擦风阻，NS2/m8；
主要通风机的选择是工作风压要满足最大的通风阻力，因此先确定通风容易时期和通风困难时期的最大阻力路线。
根据矿井不同时期的通风系统图1-1和图1-2绘制网络图
因有外部漏风，所以通过主要通风机装置的风量一定大于矿井所需的总风量，根据实际生产经验，风井无提升任务，外部漏风系数取1.05，即风硐风量是风井风量的1.05倍。
沿最大的阻力路线分别计算通风容易时期和通风困难时期的通风阻力，见表1-4和表1-5。
通风容易时期总阻力hme=1.1hfe
通风困难时期总阻力hmd=1.1hfd
式中hme——通风容易时期总阻力，Pa；
hfe——通风容易时期总摩擦阻力，Pa；
hmd——通风困难时期总阻力，Pa；
hfd——通风困难时期总摩擦阻力，Pa。
图1-1通风容易时期系统图
图1-2通风困难时期系统图
图1-3通风容易时期与困难时期的网络图
表1-4风容易时期的通风阻力
序号
巷道
名称
支护
形式
α/N·s2·m-4
L/m
U/m
净断面
/s/m2
R/N·S2·m-8
风量
Q/m3·s-1
Hfi
/Pa
1-2
副井
钢筋
混凝土
0.040
730
23.55
44.18
0.008
75.83
46.00
2-3
井底
车场
锚喷
0.005
500
14.23
13.3
0.015
64.37
62.15
3-4
轨道
大巷
锚喷
0.005
2000
14.23
13.3
0.060
64.37
248.61
4-5
上山
锚喷
0.007
1100
13.95
12.8
0.050
58.13
172.33
5-6
区段
运输巷
锚喷
0.012
2000
15.2
13.44
0.150
46.88
329.66
6-7
工作面
支架
0.032
300
14.0
12
0.078
37.50
109.69
7-8
区段
回风巷
锚喷
0.007
2000
13.0
10.44
0.160
46.88
219.77
8-9
回风石门
锚喷
0.008
300
13.95
12.8
0.016
75.83
92.00
9-10´
风井
钢筋
混凝土
0.003
380
15.7
19.63
0.002
75.83
11.50
风硐
混凝土
0.012
79.62
76.07
总阻力
1367.78
表1-5通风困难时期的通风阻力
序号
巷道
名称
支护
形式
α/
N·s2·m-4
L
/m
U
/m
净断面
/s/m2
R/N·S2·m-8
风量
Q/m3·s-1
hfi
/Pa
1-2
副井
钢筋
混凝土
0.040
730
23.55
44.18
0.008
75.83
46.00
2-3
井底
车场
锚喷
0.005
500
14.23
13.3
0.015
64.37
62.15
3-4
轨道
大巷
锚喷
0.005
2000
14.23
13.3
0.060
64.37
248.61
4-5
轨道
上山
锚喷
0.007
400
13.95
12.8
0.019
58.13
64.20
5-6
区段
运输巷
锚喷
0.012
2000
15.2
13.44
0.150
46.88
329.66
6-7
工作面
支架
0.032
300
14
12
0.078
37.5
109.69
7-8
区段
回风巷
锚喷
0.007
2000
13
10.44
0.16
46.88
219.77
8-9
运输
上山
锚喷
0.007
700
13.95
12.8
0.033
75.83
189.76
续表1-5
9-10
回风
石门
锚喷
0.008
300
13.95
12.8
0.016
75.83
92.00
10-11
风井
钢筋
混凝土
0.003
380
15.7
19.63
0.002
75.83
11.5
风硐
0.012
79.62
76.07
总风阻
1449.41
则：
矿井困难时期通风总阻力为：
hme=1.1Σhfi=1.1×1449.41pa=1594.35pa
通风容易时期矿井总阻力为：
hmd=1.1Σhfi=1.1×1367.78pa=1504.56pa
1.3.3井总风阻及总等积孔计算
矿井总风阻：
Rm=hm/Q2（1-19）
式中：
Rm——矿井总风阻，Ns2/m8；
hm——矿井通风总阻力，pa；
Q——矿井总风量，为75.83m3/s。
通风容易时期：
Rm=1504.56/75.832=0.26Ns2/m8
通风困难时期：
Rm=1594.35/75.832=0.28Ns2/m8
矿井总等积孔：
A=1.19/（Rm）1/2
容易时期：
A=1.19/0.261/2=2.33m2
困难时期：
A=1.19/0.281/2=2.25m2
1.4矿井通风设备的选择
矿井通风设备是指主要通风机和电动机。
1.4.1矿井通风设备的要求
1）矿井必须安装两套同等能力的主要通风设备，其中一套备用，且备用通风必须能在10min内开动。
2）选择通风设备应满足第一开采水平各个时期共况变化，并使通风设备长期高效率运行。
当工况变化较大时，根据分期时间及节能情况，应分期选择电动机。
3）通风机能力应留有一定的余量，轴流式风机在最大设计负压和风量时，叶轮运转角度应比允许范围小50；离心式风机的选型设计转速不宜大于允许最高转速的90%。
4）进、出风井井口的高差在150m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m以上，宜计算矿井的自然风压。
1.4.2选择主要通风机
1）计算通风机风量
由于外部漏风，风机风量Qf大于矿井风量Qm。
Qf=k×Qm=1.1×75.83=83.41m3/s
式中：
k——漏风损失系数，风井不做提升用，故可取1.1。
2）计算通风机风压
通风机全压Htd和矿井自然风压HN共同克服矿井通风系统的总阻力hm、通风机附属装置的阻力hd及扩散器出口的动能损失hvd。
当自然风压与通风机作用相同时取“－”；自然风压与通风机作用方向相反时取“＋”。
根据提供的通风机性能曲线，由下式求出通风机全压。
Htd=hm＋hd＋hvd±HN（1-20）
通常离心式通风机提供的多是全压曲线，而轴流式通风机提供的大多是静压曲线。
吕家坨一矿所在区自然风压HN=51.45pa，本矿井主要通风机选用轴流式通风机。
通风机风压计算：
容易时期：
Hsdmin=1504.56－51.45=1453.11Pa
困难时期：
Hsdmax=1594.35+51.45=1645.80Pa
3）初选通风机
在FBCDZ-10-No.25B型轴流式通风机性能曲线的风量坐标Q=83.41m3/s点处，做Q轴的垂线，在风压坐标Ht=1453.11Pa和Ht=1645.8Pa分别做Q轴的平行线，三条线段分别交于M1和M2两点，由图可见，能使两个时期工况点都在合理范围内的风机只有FBCDZ-10-No.25B型轴流式通风机。
4）求通风机的实际工况点
（1）计算通风机的工作风阻-
工作风阻：
Rsdmin=Hsdmin/Qf2=1453.11/83.412=0.21Ns2/m8
Rsdmax=Hsdmax/Qf2=1645.8/83.412=0.24Ns2/m8
（2）确定通风机的实际工况点
在通风机特性曲线图中做出通风机工作风阻曲线，与风压曲线的交点即为实际工况点，具体见图1-4。
图1-4DK40-8-No20型风机静压性能曲线
表-6风机特征表
风机型号
时期
转速/r/min
风压/Pa
风量/m3/s
效率/%
功率/kW
FBCDZ-10-No.25B
容易时期
580
1474
83.7
80
202
困难时期
580
1723
85.2
85
239
1.4.3选择电动机
根据矿井通风容易时期和困难时期主要通
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