矿井通风课设说明书.docx
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矿井通风课设说明书
课程设计（论文）
课程名称：
矿井通风与空气调节课程设计
题目：
45×104t/a矿井单翼对角式通
风系统设计
院（系）：
材料与冶金工程系
专业班级：
矿物资源工程-采矿1001
姓名
学号：
201005060116
指导教师：
张遵毅
2013年7月10日
西安建筑科技大学华清学院课程设计（论文）任务书
前言
《矿井通风与空气调节》设计是学完《矿井通风与空气调节》课程后进行，是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。
通过课程设计使学生获得以下几个方面能力，为毕业设计打下基础。
1．进一步巩固和加深我们所学矿井通风理论知识，培养我们设计计算、工程绘图、计算机应用、文献查阅、运用标准与规范、报告撰写等基本技能。
2．培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际的能力。
3．培养学生创新意识、严肃认真的治学态度和理论联系实际的工作作风。
依照老师精心设计的题目，按照大纲的要求进行，要求我们在规定的时间内独立完成计算，绘图及编写说明书等全部工作。
设计中要求严格遵守和认真贯彻行业各种规范以及国家制定的有关冶金工业的方针政策，设计力争做到分析论证清楚，论据确凿，并积极采用切实可行的先进技术，力争使自己的设计达到较高水平。
目录
西安建筑科技大学华清学院课程设计（论文）任务书1
前言4
1.拟定矿井通风系统1
1.1进、回风井的布置1
1.1.1进、回风井的布置原则1
1.1.2布置形式的选择2
1.2矿井通风方式及主扇安装地点的选择2
1.2.1典型通风方式及特点2
1.2.2选择通风方式的规则4
1.2.3主扇的安装地点选择4
2.全矿总风量的计算5
2.1作业面位置及数量5
2.2回采天井凿岩需风量计算6
2.3电耙道需风量计算7
2.4出矿平巷需风量计算7
2.5采准、切割作业面需风量计算8
2.6开拓工程需风量计算8
2.7矿井总需风量计算9
3.风量分配及风速校核10
3.1风量分配的原则10
3.2风量分配的方法11
3.3风速校核12
4.计算矿井总阻力13
5.选择扇风机18
5.1扇风机工作风量计算18
5.2扇风机工作风压计算18
5.3选择扇风机19
5.3.1初选风机20
5.3.2确定扇风机20
6.电机功率计算及选择21
6.1计算扇风机输入功率21
6.2计算电机功率21
7.局部通风、通风构筑物22
7.1局部通风22
7.2通风构筑物24
结语25
参考文献26
1.拟定矿井通风系统
该矿体走向长430m，开采深度为500m，属于长度短，采深较深矿体，由于统一通风具有以下一些突出优点：
进风井、回风井数量少，投资少，便于管理，比较适合于难以增加进、出风井的矿井采用。
特别是深矿井，开拓风井的工程量较大。
但也不同程度的存在一些缺点，如网路结构复杂，漏风多，风阻大，供风量大，导致通风电耗比较高。
经综合考虑选用统一通风，经权衡利弊，最终选择统一通风。
1.1进、回风井的布置
1.1.1进、回风井的布置原则
1）每个通风系统至少要有一个可靠的进风井和一个可靠地回风井。
2）一般情况下，为节省开拓工程量，大都均以人行运输道或罐笼提升井兼做进风井。
3）箕斗井和混合井不宜做进风井。
4）每个矿井都必须设置一个以上的专用回风井。
按照进风井和回风井的相对位置，其布置形式可以分为中央式、对角式、和混合式三类，其优缺点和适用条件如下：
中央式布置的优点是基建费用少，投产快，地面建筑物集中，便于管理，井筒延深方便。
缺点是进、回风井比较领近，两者间压差较大，故进、回风井之间，以及井底车场漏风较大，特别是前进式开采时漏风更为严重；风流线路为折返式，风流路线长，且变化大，这样不仅压差大，而且在整个矿井服务期间，压差变化范围较大。
中央式布置多用于开采层状矿床。
金属矿山矿体走向不太长，要求早期投产，或受地形地质条件限制、两翼不宜开掘风井时，可采用中央式布置风井。
对角式布置的优点是风流路线是直向式，路线比较短，长度变化不大，因此不仅压差小，而且在整个矿井服务期间压差变化范围较小，漏风少，污风出口距工业场地较远。
缺点是投产慢，地面建筑物不集中不利于管理，金属矿山多用对角式布置。
混合井的特点是进、回风井数量较多，通风能力大，布置比较灵活，适用于井田范围大，开采多个分散矿体，地表地形复杂，生产规模较大的矿井。
1.1.2布置形式的选择
由于该金属矿体开采较深，走向较短，矿量集中，整个开采范围不大，再结合三种布置形式的优缺点，在本次设计中设计采用单翼对角式布置形式。
1.2矿井通风方式及主扇安装地点的选择
1.2.1典型通风方式及特点
矿井通风方式及井下压力状态，取决于主扇安装地点与工作方式，典型的通风方式有压入式、抽出式、压抽混合式三种，其特点如下：
1）压入式通风
压入式通风的优点是采用专用进风井压入新风，风流不受污染，风质好；在北方寒冷地区，可使主提升井处于出风状态，温暖的上行漏风对提升井冬季防冻有益。
缺点是为防止压入的新风从人行、运输、提升等井巷往外漏，需在这些井巷中安装风门堵漏，风门与人行运输冲突较大，管理较难。
由于集中进风，进风段阻力大、电耗大、风压高、漏风多。
而在用风段和回风段，由于风路多，风流分散，压力梯度较小，易受自然风流干扰而发生风流反向。
2）抽出式通风
抽出式通风的优点是回风段负压梯度高，可使各作业面的污浊风流迅速向回风道集中，烟尘不易向其他巷道扩散，排出速度快。
由于风流调控设施均安装于回风道中，不妨碍运输、行人，管理方便，控制可靠。
缺点是当回风系统不严密时，容易造成短路吸风，特别是当采用崩落法开采，地表有塌陷区与采空区相连同的情况下更为严重。
3）压抽混合式通风
压抽混合式通风的优点是在进风段和回风段均利用主扇控制风流，使整个通风系统在较高的压力梯度作用下，驱使风流沿指定路线流动，故排烟快，漏风少，也不容易受自然风流干扰而造成风流反向，尤其是利用零压区附近，让漏风随着压差的降低而减少，可以有效的解决漏风问题。
缺点是所需设备较多，投资大，管理复杂。
1.2.2选择通风方式的规则
在一般情况下，抽出式通风应用广泛，其优点主要是无需在主要进风道安设控制风流的通风构筑物，便于运输、行人和通风管理工作，考虑各种因素，最终决定在本次设计中选采用抽出式通风。
1.2.3主扇的安装地点选择
矿井大型主要扇风机一般安装在地表，这样地表安装、检修和管理都比较方便；当井下发生火灾时，便于采取停风、反风或控制风量等通风措施；井下发生灾变事故时，地面主扇比较安全可靠，不宜受到损害。
其缺点是井口密闭、反风装置和风筒的短路漏风较大；当矿井较深，工作面距主扇较远，沿途漏风量较大时，在下列情况下，主扇可安装于井下：
1）在采用压入式（或抽出式）通风的矿井，但专用进风井（或专用回风井）附近地表漏风较大，为了减少密闭工程和提高有效风量率，主扇可安装在井下进风段（或回风段）内。
2）在建筑坑内扇风机房可能比地表扇风机房经济时，可选择将扇风机放在巷道中。
3）当地表无适当位置或地基下不宜建筑扇风机房时，可考虑将扇风机房建在井下。
由于本次设计中无上述一些特殊情况，所以采用将主扇安装在地表。
2.全矿总风量的计算
矿井通风系统的作用，在于供给井下工作面必要的新鲜空气，以稀释并排除有毒有害气体和粉尘，创造良好的劳动条件，保证井下人员身体健康，提高劳动生产率。
因此，正确计算需风量、合理确定供风量是矿井通风系统设计的主要环节，是进一步计算矿井通风阻力、选择通风设备的重要基础。
2.1作业面位置及数量
1）电耙道数量
该矿山产量为45×104t/a，根据手册查取得电耙道日出矿量为270~330t/d，在本次设计中取300t/d，年工作日取300天，则一个电耙道每年出矿量为9×104t/a，由产量计算同时工作的电耙道数目为5条。
参考给定范例70万吨生产能力，按比例调节为45万吨生产能力也为5条，故认为设计合理。
2）回采天井凿岩
参照上述给定的70万吨生产能力矿井通风系统，结合本组生产能力为45万吨，对70万吨能力的工作面数量和主要井巷断面进行调整，确定本组设计题目对应的回采天井凿岩工作面个数为3个
3）采准切割
同上确定本组设计题目对应的采准切割工作面个数为6个
4）放矿平巷
同上确定本组设计题目对应的采放矿平巷工作面个数为7个
根据上述结果得出作业面位置及数量如下表所示
表2-1作业面位置及数量
作业面类型
一分段
二分段
三分段
开拓
合计
电耙道
回采天井凿岩
采准切割
放矿平巷
1
4
2
2
1
3
7
1
5
3
6
7
2.2回采天井凿岩需风量计算
因为采矿方法为有底柱分段崩落法，凿岩硐室可以设在凿岩巷道，故采用贯穿风流通风。
由上表知该次设计中同时工作的回采凿岩天井为3个，按排尘风速计算风量，如式（2-1）：
Q1=S·v（2-1）
式中：
S--工作面过风面积，m2-
v--要求的排尘风速，m/s;凿岩巷道应不小于0.25m/s
设计取v=0.25m/s（引自文献[1]P202），采用中深孔爆破，炮孔可自天井直接钻凿，取凿岩天井规格为2.7×2.7m（参考文献[2]P189自行修改设计），带入计算得单个凿岩工作面需风量：
Q1=0.25×7.29=1.823m3/s
回采天井凿岩工作面数为3，则总的需风量：
qh=3Q1=5.469m3/s
2.3电耙道需风量计算
电耙道需风量按排尘风速计算风量，如式（2-1）：
Q2=S·v
式中：
S--工作面过风面积，m2
v--要求的排尘风速，m/s;电耙道要求的排尘风速不应小于0.5m/s。
设计取v=0.5m/s（引自文献[1]P202），工作面过风面积S查巷道规格表4-1取5.3m2，带入计算得单条电耙道需风量：
Q2=0.5×5.3=2.65m3/s
电耙道总数为5，则总的需风量
qd=5×Q2=5×2.65=13.25m3/s
2.4出矿平巷需风量计算
出矿平巷没有二次爆破等特殊通风需求，可按最低排尘风速计算风量，如式（2-1）：
Q=S·v
式中：
S--工作面过风面积，m2
v--要求的排尘风速，m/s。
设计取v=0.25m/s（引自文献[3]P1586），工作面过风面积S查巷道规格表4-1取11.2m2，带入计算得出矿平巷需风量：
Q3=11.2×0.25=2.8m3/s
同时工作的出矿平巷数为7，则总的需风量
qi=7×Q3=7×2.8=19.6m3/s
2.5采准、切割作业面需风量计算
采准、切割作业面需风量按最低排尘风速计算，如式（2-1）：
Q=S·v
式中：
S--工作面过风面积，m2；
v--要求的排尘风速，m/s
设计取v=0.25m/s（引自文献[1]P202），工作面过风面积S查巷道规格表4-1取4m2，带入计算得采准、切割作业面需风量：
Q4=4×0.25=1m3/s
但在独头巷道掘进时应考虑Q局≤0.7Q巷，故开拓巷道实际需风量为
即Q4=1.429m3/s
采准、切割作业面数为5，则总的需风量
qj=5×Q4=5×1.429=7.145m3/s
2.6开拓工程需风量计算
设计中，开拓工程只有一个工作面，作业面需风量按最低排尘风速计算风量，如式（2-1）：
Q=S·v
式中：
S--工作面过风面积，m2
v--要求的排尘风速，m/s。
设计取v=0.25m/s（引自文献[1]P202），工作面过风面积S查巷道规格表4-1取11.2m2，带入计算开拓巷道需风量：
Qk=11.2×0.25=2.8m3/s
但在独头巷道掘进时应考虑Q局≤0.7Q巷，故开拓巷道实际需风量为
即Qk=4m3/s。
2.7矿井总需风量计算
1）根据实际需风量计算总分量
矿井的总风量为各采掘工作面、需独立通风的硐室与其他需风量以及矿井漏风量之总和，可按下式计算：
Q=k1·k2·（qh+qj+qd+qi+qk）（2-2）
式中：
Q--矿井总风量m3/s
qh--回采天井凿岩需风量m3/s
qj--采切工作面所需风量m3/s
qd--电耙道需风量m3/s
qi--出矿平巷需风量m3/s
k1--外部漏风系数
k2--内部漏风系数
k1取1.2；k2取1.15，带入2.2~2.6的计算结果得
Q=k1·k2·（qh+qj+qd+qi+qk）
=1.2×1.15×（5.469+13.25+19.6+7.145+4.0）
=1.2×1.15×49.464=68.26m3/s
按矿井或坑口的年生产量和年产万吨耗风量计算，如下式：
Q=Aq（2-3）
式中：
Q--矿井总风量，m3/s
A--矿井年产量
q--年产万吨耗风量，m3/s；参照表2-2选取，该矿山年产量为45万t，q取1.5~4.0
计算结果得
Q=67.5~180m3/s
分析比较上述两种计算结果，显然实际计算风量偏小于估算法计算所得值，但在该次设计中未考虑一些硐室的需风量，故认为设计合理。
表2-2年产万吨耗风量
矿井类型
q（m3/s）
矿井类型
q（m3/s）
小型矿井
2.0~4.5
大型矿井
1.2~3.5
中型矿井
1.5~4.0
特大型矿井（规模250万t/a以上）
1.0~2.5
资料来源：
长沙有色冶金设计研究院.《采矿设计手册·矿床开采卷下》.中国建筑工业出版社
3.风量分配及风速校核
3.1风量分配的原则
1）采掘工作面、井下硐室、主溜井等需风点的供风量，应按照计算的需风量并考虑备用系数进行分配。
为保证风流质量，应避免各采掘工作面串联通风。
2）井下炸药库，破碎硐室和主溜井处应独立通风，回风流应直接导入总回风道或直通地表，否则必须采取净化措施。
3）各风路分配的风量，应与该风路中阻力大小相吻合，否则应采取措施进行调节。
4）多路进风、多路排风的通风系统，各路进风、各路排风的风量应与各路的风阻相适宜。
否则，会因分风不合理而产生附加功耗。
解决的方法是按风量自然分配的规律进行解算，求出各路最合理的风量。
5）在所有需风点和有风流通过的井巷中，最大风速必须符合《地下矿通风规范》的规定。
3.2风量分配的方法
通过矿井各井巷的风量，原则上应根据矿井各需风点的风量、在通风系统中所处的位置、漏风地点和漏风量来确定。
为此必须详细分析矿井的漏风状况，力求使所确定的各巷道风量值接近实际。
进行风量分配时，应将各井巷的风量值一一标在通风系统图和通风网络结构示意图上。
漏风风路可用一条通大气的插入线来表示。
抽出式通风时，在回风段的始点上画一漏风风路连通地表大气，并标出漏风量，使网路保持风量平衡。
而在设计工作中，具体漏风地点和漏风量的判断是非常困难的。
因此，风量的分配方法可按是否具体考虑漏风分为不考虑具体漏风情况的风量调节和考虑具体漏风情况的风量调节。
此次设计选择第一种方法，即不考虑具体漏风情况的风量分配。
这种方法不具体计算通风网络内的漏风量，而是在总分量中考虑备用系数k，即按所需风量乘以备用系数k进行分配。
编者主要考虑了独头巷道掘进通风时Q局≤0.7Q巷，以避免产生循环涡风流。
图3-1典型节点风量分配图
现以典型节点6和节点20为例说明该次设计风量的分配
如图，在节点6处，进入节点6的风量分为三个方向，如若不考虑漏风，则三个方向的风流量之和即为该节点通过的风流量，即
A=B+C+D（3-1）
在节点20处，由于考虑了独头巷道掘进通风时Q局≤0.7Q巷，不考虑漏风时，即
G≤0.7F=0.7E（3-2）
按上述原则、方法进行风量分配后，具体巷道所对应的风量见表4-1
注：
上图A、B等大写字母代表节点处各分支的风量。
3.3风速校核
几乎井下所有巷道都起通风作用，当通过该巷道的风量确定后，断面越小，风速越大。
过大的风速会扬起粉尘，影响作业环境，为此，进行风量分配后必须对巷道的风速进行校核，只有当风速满足《安全规程》的规定后，才可认为风量分配合理。
否则必须调整风量或断面积，通常风速校核按下式验算
（3-3）
按上式计算所得风速如表4-1，经与表3-1比对后，各个巷道风速均满足《安全规程》的规定。
除表4-1所列出的巷道外，其余巷道的风速也是按照式（3-3）计算，与表3-1比对后，各个巷道风速均满足《安全规程》的规定。
表3-1井巷断面平均最高风速规定
井巷名称
最高风速/m·s-1
专业风井，专用总进、回风道
15
专用物料提升井
12
枫桥
10
提升人员和物料的井筒，主要进、回风道，修理中的井筒，主要斜坡道
8
运输巷道、采区进风道
6
采场、穿脉巷道
4
注：
1.设梯子间的井筒风速不得超过8m/s
2.修理井筒时，风速不得超过8m/s
资料来源：
赵兴东.《井巷工程》.北京：
冶金工业出版社2010.5
4.计算矿井总阻力
对于抽出式矿井来说，矿井通风总阻力就是从入风井口到扇风机风硐之间风流的全压差值。
绘制通风示意图及通风网络图如附图，该次设计中在通风系统图上找出风路最长、风量最大的一条线路（图中节点处标数字的线路）为阻力最大的线路。
各分段的摩擦阻力按下式计算：
hf=α
Q2（4-1）
式中：
h--摩擦阻力，pa
α--摩擦阻力系数，N·s2·m-4
L--巷道长度，m
P--通风断面周界长度，m
S--通风断面面积，m2
Q--通风风量，m3·s-1
计算所得各段摩擦阻力如表4-1。
由表4-1的结果计算全矿的摩擦阻力
hf=h1-2+h2-3+…+h18-19（4-2）
=398.869pa
根据有关设计资料简绍，全矿的局部阻力可根据总摩擦阻力进行估算。
一般认为，总局部阻力大致等于总摩擦阻力的10%~20%，在此次设计中取20%，即hj=0.2×hf=79.774pa
因此矿井总风阻：
ht=hj+hf（4-3）
=79.774+398.869=478.643pa
表4-1摩擦阻力及风速计算表
始节点
末节点
巷道名称
支护形式及井筒装备
摩擦阻力系数α×103/（N·s2·m-4）
巷道形状
巷道面积/（m2）
巷道周长/m
巷道长度/m
摩擦风阻Rf×103/（N·s2·m-8）
风量/（m3·s-1）
风速/（m·s-1）
摩擦阻力×103/pa
1
2
主平硐
混凝土砌碹
3.5
拱形
12.8
14.4
140
3.365
49.464
3.864
8232
2
3
副井
吊框木支护，双罐笼，梯子间
38
圆形
15.4
16
500
83.236
49.464
3.212
203653
3
4
石门
混凝土砌碹
5
矩形
12.8
14.4
70
2.403
45.464
3.552
4967
4
5
主要运输巷道
无
4
拱形
11.2
12.8
100
3.644
45.464
4.059
7533
5
6
主要运输巷道
无
4
拱形
11.2
12.8
12
0.437
40.014
3.573
700
6
7
主要运输巷道
无
4
拱形
11.2
12.8
12
0.437
37.214
3.323
606
7
8
主要运输巷道
无
4
拱形
11.2
12.8
12
0.437
27.910
2.492
341
8
9
主要运输巷道
无
4
拱形
11.2
12.8
12
0.437
25.110
2.242
276
9
10
人行通风天井
梯子、台板
32
矩形
4
8
15
60.000
5.300
1.325
1685
10
11
电耙道
无
55
矩形
5.3
9.2
40
135.951
2.650
0.500
955
11
12
回风平巷
无
14
拱形
11.2
12.8
12
1.531
9.154
0.817
128
12
13
回风平巷
无
14
拱形
11.2
12.8
12
1.531
11.804
1.054
213
13
14
回风平巷
无
14
拱形
11.2
12.8
12
1.531
14.454
1.291
320
14
15
回风平巷
无
14
拱形
11.2
12.8
320
40.816
17.104
1.527
11941
15
16
排风井
无
14
圆形
12.6
12.6
15
1.323
46.814
3.715
2899
16
17
排风井
无
14
圆形
12.6
12.6
480
42.328
49.464
3.926
103563
17
18
排风平巷
无
14
矩形
11.2
12.8
80
10.204
49.464
4.416
24966
18
19
排风井
无
14
圆形
12.6
12.6
120
10.582
49.464
3.926
25891
注：
摩擦阻力系数α×103/（N·s2·m-4）的值均取自长沙有色冶金设计研究院.《采矿设计手册2》.中国建筑工业出版社，由于回风平巷在手册没有对应值可参考，在设计取值时参考手册给出的无装备、无支护的通风井的之值。
5.选择扇风机
5.1扇风机工作风量计算
在通风设计中，通常利用厂家提供的风机个体特性曲线产品样本来选择矿井主要扇风机，在具体选型时，必须计算通风系统要求扇风机提供的风量和风压。
扇风机的风量
Qf=ρQt（5-1）
式中：
ρ--扇风机装置的风量备用系数，一般取1.1；当风井有提升任务时取1.2；当风机性能可靠、风墙不漏风时可取1。
Qt--矿井要求的总分量，m3/s
此次设计中ρ取1.1，Qt取2.7节的计算结果68.26m3/s，带入后得Qf=1.1×68.26=75.086m3/s
5.2扇风机工作风压计算
扇风机产生的风压不仅用于克服矿井总阻力，同时还要克服反向的矿井自然风压、扇风机装置的通风阻力以及矿井出口动压损失。
按困难时期计算时，扇风机的标准风压（静压）可按下式计算：
Hf=ht+Hn+hr（5-2）
式中：
Hf--扇风机工作风压，pa
ht--矿井总阻力，pa
Hn--自然风压，pa
hr--扇风机装置阻力，pa
计算中矿井总阻力取第4节中的计算结果，ht=478.643pa；自然风压和扇风机装置阻力由设计中已给出，Hn=130pa；hr=150pa，代入上述值后得Hf=478.643+130+150=758.643pa
5.3选择扇风机
主要通风机是矿山主要的生产设备，其功耗是相当可观的，因此选择的风机性能应尽量与通风系统相匹配。
在风机选择时应遵循以下一些重要原则
1）图解所得风机工况点的风量不得小于计算风量，但也不应多
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