网络学院煤矿通风设计001.docx

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网络学院煤矿通风设计001

重庆大学网络教育学院

本科生毕业设计

姓名：

***学号：

专业：

**

设计题目：

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指导教师：

&&&&&职称：

2014年9月

摘要

本矿设计能力为240万t/a，属低瓦斯矿井，但煤层有自然发火倾向，煤尘有爆炸性危险，井田走向较短，倾斜长度较长，设计为一个阶段一个采区，生产集中，便于管理；按倾向来看本矿煤层赋存形状为一个向斜和一个背斜构造。

风井布置在井田中央背斜构造上面，有利于兼顾两翼通风，也为深部通风提供有利条件，再者压煤少。

因此结合本矿的地质条件及以上技术和经济的比较，综合考虑，本矿井回风井也设在工业广场内东南处，通风方式设计为中央并列式。

关键词：

平煤十矿低瓦斯矿井中央并列式通风阻力设备选型费用

1矿井概况

1.1矿井概况

本设计矿井井型为240万t/a，服务年限为80年，本区主采戊8煤层平均厚度4.5m，平均容重为1.36t/m3；戊9-10煤平均厚度3.2m，平均容重为1.36t/m3，煤层总平均厚度7.7m，倾角不大，在0°～13°之间，平均8°。

煤质稳定，硬度中硬,普氏硬度为2～3，均属肥和1/3焦煤，低硫中低灰分。

煤层的埋藏深度为+20～-800m之间。

因而设计两个开采水平，标高-320、－720。

矿井属低瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量为1.0m3/t，绝对瓦斯涌出量为3.75m3/min。

各煤层均有自然发火倾向，发火期为4～6个月，煤层有爆炸性。

2矿井通风系统

矿井通风设计是整个矿井设计的主要组成部分，是保证安全生产的重要一环。

必须密切结合矿井地质条件、矿井设计生产能力、矿井开拓方式、采煤方法、运输方式等条件以及各种经济技术参数，周密考虑，全面分析，精心设计，力求实现预期效果。

2.1矿井通风系统选择

通风系统应根据矿井整个生产时期的技术经济因素做出全面考虑，以便确定的通风系统既可适应现实生产要求，又能照顾长远的生产发展与变化情况。

设计原则及考虑因素:

1、符合《煤矿安全规程》与《煤炭工业矿井设计规范》，通风系统完整、合理、简单。

2、利于矿井建设与连续、高效、建立一个安全可靠，技术先进和经济的矿井通风系统是矿井通风设计的基本任务，矿井基建时期通风是建井过程中掘进井巷的通风，此时期多用局部通风机对独头巷道进行局部通风。

当两个井筒贯通后主要机组安装完毕，便可用主要通风机对已开凿的井巷实行全风压通风，从而可缩短其余井巷与硐室掘进时局部通风的距离。

矿井生产时期的通风对于本矿井服务年限较长考虑到通风机设备的选型，对矿井安全生产。

3、进风流新鲜，回风流安全；风流易于控制，设有灾害应急措施。

4、优化巷道联络，减少风巷工程，减小风阻与漏风。

5、选择任何通风系统，都要符合投产快、出煤多、安全可靠、技术经济指标合理等原则。

2.1.1矿井通风系统的基本要求

选择矿井通风系统的因素较多，在抓住起决定作用的主要因素的同时注意其他因素，进行全面分析，就可能选择比较合理的通风系统。

一般情况下矿井通风系统，都要符合投产较快、出煤较多、安全可靠、技术经济指标合理等原则。

具体地说要适应以下基本要求：

1、每个矿井，特别是地震区、多雷区的矿井至少要有两个通地面的安全出口，两个出口之间距离不得小于30m；

2、进风井口，要有利于防洪，不受粉尘、污风炼焦气体矸石燃烧气体等有毒气体的侵入；

3、采用多台分区主扇通风时，为了保持联合运转的稳定性，总进风道的断面不宜过小，尽可能减少公共风路的风阻；各分区主扇的回风流中央主扇和每一翼的主扇的回风流都必须严格隔开；

4、所有矿井都要采用机械通风主扇和分区扇必须安装在地面；

5、北方矿井，井口要有供暖设备；

6、总回风巷不得作为主要人行道；

7、工业广场不允许受扇风机噪音的干扰；

8、装有皮带机的井筒不允许兼作回风井；

9、装有箕斗的井筒不允许兼作进风井；

10、可以独立通风的矿井，采区尽可能独立通风；

11、通风系统要为防瓦斯、火、水、尘及降温创造条件；通风系统要有利于深水平延伸或后期通风系统的发展变化；

12、要注意降低通风费用。

2.1.2矿井通风方式的确定

一般矿井主要有五种通风类型：

中央并列式、中央分列式、两翼对角式、分区对角式和混合式通风。

但一般来说新建矿井多在前4种方式中选择。

混合式是前几种方式的发展，多在老井的改建、扩时使用。

因而我们对前4种方式做一个初步的比较。

表2-1通风方式对比表

项目类型

适用条件

优缺点

中央并列式

新建矿井，煤层倾角大，走向长度小于5Km，而且瓦斯、自然发火不严重的矿井

初期投资少，出煤快，采区生产集中，便于管理；节省风井工业广场占地，压煤少；便于井筒延伸，为深部通风提供有利条件；风流折返流动路线长，通风阻力大，通风费用高；工业广场有风机，噪音大。

中央分列式

煤层倾角较小，埋藏较浅，走向长度不大而瓦斯和自然发火较严重的矿井

与并列式相比，这种方式较安全，建井期两井深部延伸，通风不困难，风流不折返，阻力小，内部漏风小，有利于防火。

工业广场没有噪音和污风的污染，回风井系统设备防尘管理比较方便。

两翼对角式

适用于走向长度大于5Km，井田面积大，产量高，煤层距地表浅，瓦斯、自然发火严重的矿井。

由于风流路线较短，阻力和漏风小，所以各采区风阻表较稳定；矿井总风压稳定，工业广场不受污染，比中央分列式安全性更好；但它的初期投资较大，管理相对分散，发生事故时反风较困难。

分区对角式

适用于煤层距地表浅，因地表高低起伏较大，无法开掘浅部总回风巷，而且表土层没有沙层，便于开掘小风井。

另外，煤层走向长，多煤层开采，高温矿井也可以采用这种方式。

各分区有独立的通风线路，互相不影响而且通风阻力小，建井工期短，安全生产好，分区风井多，占场地多，通风机管理分散。

经技术比较后，通风方式确定在中央并列式与分区式之间。

现将两种方案进行经济比较。

表2-2经济比较表

方案

项目

中央并列式

分区式

井巷掘进费

257.52万元

367.28万元

回风大巷

1356.23万元

1468.29万元

风机房费用

1023.56万元

1856.27万元

通风电费

2086.46万元

4545.24万元

主要通风设备购置费

603.25万元

567.87万元

大修费

528.42万元

853.94万元

设备折旧费

12.45万元/年

25.46万元/年

总费用

5867.89万元

9684.35万元

本矿设计能力为240万t/a，属低瓦斯矿井，但煤层有自然发火倾向，煤尘有爆炸性危险，井田走向较短，倾斜长度较长，设计为一个阶段一个采区，生产集中，便于管理；按倾向来看本矿煤层赋存形状为一个向斜和一个背斜构造。

风井布置在井田中央背斜构造上面，有利于兼顾两翼通风，也为深部通风提供有利条件，再者压煤少。

因此结合本矿的地质条件及以上技术和经济的比较，综合考虑，本矿井回风井也设在工业广场内东南处，通风方式设计为中央并列式。

2.2.3矿井主扇工作方法的选择

煤矿主扇的工作方法分为抽出式和压入式两种。

他们各有优缺点，现将两种工作方法的优缺点对比如下：

表2-3抽出式和压入式的优缺点

工作方式

优点

缺点

抽

出

式

整个通风系统处于负压状态，当主扇应故停止运转时，井下风流的压力提高，有可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全。

在地面小窑塌陷区分布较广时，并和采区相沟通的条件下，用抽出式通风，会把小窑积存的有害气体抽到井下，同时使通过主扇的一部分风流短路。

总进风量和工作面通风量都会减少。

压

入

式

用压入式通风，能用一部分回风流把小窑塌陷区的有害气体带到地面，在地面小窑塌陷区分布较广，并和采区相沟通的条件下使用比较安全。

如果能够严防总风路上的漏风，则压入式主扇的规格尺寸和通风电力费用都较抽出式小。

采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干构筑物，使通风管理工作比较难，漏风较大。

在由压入式通风过渡到深水平抽出式通风时，有一定困难，因为过渡时期是新旧水平同时产生，战线较长。

压入式主扇使井下风流处于正压状态，当主扇停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加。

鉴于抽出式通风的若干优点及压入式通风方式的诸多缺点，本设计决定采用抽出式通风。

2.2采区通风

采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元，是采区生产系统的重要组成部分，它包括采区进风、回风和工作面进风、回风巷道组成的风路连接形式及采区内的风流控制及设施。

采区通风系统的合理与否不仅影响采区内的风量分配，发生事故时的风流控制，生产的顺利完成，而且影响到全矿井的通风质量和安全状况。

2.2.1采区通风的基本要求

采区应该有足够的风量并按需分配到各采面。

为此，采区通风设计应满足下列要求：

1、每个采区必须有单独的回风道，实行分区通风，回采面和掘进面都应采用独立通风，不能串联；

2、工作面尽量避免位于角联分支上，要保证工作面风向稳定；

3、煤层倾角大于12°时，不能采用下行风；

4、回采工作面的风速不得低于1m/s；

5、工作面回风流中瓦斯浓度不得超过1%；

6、必须保证通风设施（风门、风桥、风筒）规格质量要求；

7、要保证风量按需分配，尽量使通风阻力小风流畅通；

8、机电硐室必须在进度风流中；

9、采空区必须要及时封闭；

10、要防止管路、避灾路线、避灾硐室和局部反风系统。

2.2.2采区通风方式的选择

对于本矿的煤层赋存特点，采区设置为沿走向布置，沿倾向划分，采用分层下行式开采。

通风路线为：

副井进风→井底车场→轨道大巷→采区车场→轨道上（下）山→中部车场→区段进风石门→区段运输平巷→综采工作面→区段轨道回风平巷→运输上（下）山→回风大巷→回风井→地面。

采区通风方式大部分是上行风。

只有在采区为下山开采时，从轨道下山进风这一段为下行风。

所以再通风上不存在什么问题

2.2.3工作面通风方式

下适用于本设计的采煤工作面通风类型有U、Z、Y和双Z等形式（以后退式为例）。

这几种通风类型的粗略比较见表2—1。

图2-1回采工作面通风类型

表2-4回采工作面通风类型比较表

类型

优点

缺点

U形

采空区漏风少

在工作面上隅角附近容易积存沼气，影响工作面的安全生产。

Z形

在采空区上部维护一条回风巷，工作面回风流经回风巷时，采空区的漏风可将其中的沼气排至回风道，工作面比较安全。

采空区漏风大，需要维护一条巷道，巷道维护费用高。

Y形

增加一条进风巷，能有效地解决回风流的瓦斯浓度过高和积存问题。

对回采工作面的瓦斯和气候条件没有改善；要求工作面的上顺槽沿采区一翼全长预先掘好，且在回采期间始终维护；同时，还需要在采区边界开一条为相邻两个采区共用的回风上山，故采区巷道的掘进和维护费用较大。

双Z形

对于瓦斯涌出量大和采用综采机组的回采工作面，能有效解决产量严重受通风限制的问题。

中间巷道开掘在煤体中，并且在回采期间始终维护，故掘进和维护费用较大。

由于本设计矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量很小，且U形通风漏风量少，易于通风管理。

结合设计带区回采工作面推进方向，确定回采工作面的通风类型为U型后退式通风。

区段沿走向布置，沿倾向划分，工作面采用长壁后退式开采方式，所以工作面只存在上行同向通风和下行逆向通风的问题，因此本设计只在这两种之间选择。

这两种通风方式各有优缺点，分析如下表：

表2-5上行风和下行风的优缺点

工作方式

优点

缺点

上

行

风

工作面沼气局部积存可能性小；设备工作安全；能构充分利用自然风压；

工作面沼气易出现分层流动；沼气浓度大；煤尘大

下

行

风

工作面沼气局部积存可能性小；沼气不易出现分层流动

设备安全性较差；工作面一旦起火，沼气爆炸可能性大

根据以上比较，考虑到人员和设备运行的安全，本设计决定工作面采用U型后退上行式通风。

2.2.4采区通风构筑物

因为生产的需要，井下巷道是纵横交错彼此贯通。

为了使井下各用风地点得到所需要的风量，保证风流按预定的通风路线，就必须在某些通风巷道的交叉口附近巷道设置通风设施，如风桥、挡风墙、风门等，以控制风流，为了防止这些设施漏风或风流短路，要求对通风设施，进行正确的设计，合理的选择形式及位置，保证通风设施的可靠性。

1、风桥

在进风流与回风流平面交叉的巷道处，须设置风桥，风桥使将两支平面相交的风流隔开，使之构成立体交叉风路的通风设施。

2、挡风墙

在需要截断风流和不通行的巷道内可以设置挡风墙，按其服务年限长短分为永久性和暂时性。

3、风门

风门是建筑在人员和矿车需要通过的巷道，而又不允许风流通过的巷道，按规定要建两座风门，其间距要大于运输车辆的长度，以便一座风门启动时，另一座风门能够关闭、不至于形成风流短路。

分为普通风门和自动风门两种。

4、调节风窗

调节风窗用以增加巷道的局部阻力，以调节用风地点的供风量，本设计主扇采用抽出式工作方法，调节风窗全部安设在回风道中。

2.2.5采区通风系统的合理性

由本设计矿井的回采工作面巷道布置方式、通风方式、通风构筑物、通风设备布置、配风量、采区漏风量、有效风量的计算可知，本设计采区通风系统式合理可行，主要可以从以下几个方面看出：

1）符合设计规范，风量有富于系数；

2）瓦斯得到稀释，二氧化碳不会出现超限；

3）自然发火得到有效控制；

4）通风方式合理

2.3掘进通风

为开掘井巷而进行的通风称为掘进通风，亦称局部通风。

为了稀释和排出自煤（岩）体涌出的有害气体，爆破产生的炮烟和矿尘以及保持良好的气候条件，必须对掘进工作面进行通风。

掘进通风管理困难，易发生事故，因此搞好掘进通风对提高矿井安全程度有重大意义。

2.3.1掘进通风方式的确定

掘进通风方法分为三类：

利用矿井全风压通风、引射器通风和局部通风机通风。

结合矿井实际条件，本设计掘进通风由于掘进头长度较长，全风压通风和引射器通风不能满族足设计要求，所以不与考虑。

压入式通风安全可靠性较好，在煤矿中得到广泛应用。

最终掘进通风方案确定为局部动力通风方法，动力设备为局部通风机，通风方式为压入式通风。

2.3.2掘进工作面需风量计算

掘进工作面应按瓦斯（或二氧化碳）涌出量、工作面温度、同时工作的最多人数分别计算。

从计算结果中取最大值，并验算风速。

1、按沼气（或二氧化碳）涌出量计算

Qbi=100qgbiKbi，m3/min（2.1）

式中Qbi——第i个掘进工作面实际需要风量，m3/min；

qgbi——该掘进工作面回风流中沼气（或二氧化碳）的平均绝对涌出量，m3/min；

Kbi——该掘进工作面的瓦斯涌出不均衡系数，一般可取1.5~2.0。

根据十矿现场实测数据及生产经验，取qgbi=1m3/min，Kai=2.0。

则Qbi=100qgbiKbi

=100×1×2

=200m3/min

2、按局扇的吸风量计算

Qbi=QfiIi，m3/min（2.2）

式中Qfi——第i个掘进工作面局扇的吸风量，根据所选掘进通风局扇，Qfi=225m3/min；

Ii——该掘进工作面同时运转的局扇台数，Ii=1。

则Qbi=QfiIi=225×1=225m3/min

3、按人数计算

Qbi=4Nbi，m3/min（2.3）

式中4——以人数为计算单位的供风标准，即每人每分钟供给4m3的规定风量；

Nbi——第i个掘进工作面同时工作的最多人数，根据十矿现场生产实际，取Nai=40人。

则Qbi=4Nbi=4×40=160m3/min

4、按炸药量计算

Qbi=25Abi，m3/min（2.4）

式中25——以炸药量为计算单位的供风标准[m3/（min·kg）]，即为每公斤炸药爆破后，需要供给的风量；

Abi——第i个掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg。

对于轨道大巷，根据第二章所选断面，参照《井巷工程》关于炸药用量的规定，取一次爆破使用的最大炸药量为9.6kg。

则Qbi=25Abi=25×9.6=240m3/min

5、尘风按最低风速进行验算

岩巷按最低排速0.15m/s计算掘进工作面的风量为：

Qbi≥0.15×60×Sbi，m3/min（2.5）

=154.8m3/min

煤巷或半煤岩巷按不能形成瓦斯层最低风速0.5m/s计算掘进工作面的风量为：

对于煤巷，Qbi≥0.5×60×Sbi

=441.6m3/min

综上，前述4项所计算风量均不满足煤巷的风速要求，因此采用加大局扇功率即加大局扇风量的办法，改用28KW的JBT系列局扇，取其吸风量450m3/min作为每个掘进工作面所需风量。

2.3.3掘进通风设备的选择

1、风筒的选择

掘进巷道所使用的风筒类型和规格，按制造材料不同，分为胶布风筒、塑料布风筒、人造革风筒、帆布风筒、金属硬质风筒等。

除金属硬质风筒外，其他都是柔性风筒。

考虑到本设计掘进头较长，为经济起见，决定选用KSS600-100型金属骨架的柔性风筒。

表2-6风筒特征表

风筒

风筒直径

（mm）

接头方法

百米漏风率

百米风阻N.S2m-8

备注

KSS600-150

800

快速接头软带

1.0%

6.5

节长10m，螺距150mm

2、局部通风机的工作风量

局部通风机的工作风量按下式计算：

Qf=Φ×Q（2.6）

式中：

Qf—局部通风机工作风量，m3/min

Q—工作面所需风量，m3/min

Φ—风筒漏风备用系数

Φ=1/（1－Le）（2.7）

式中：

Le—风筒漏风率，Le=1.0%

则Qf=Φ×Q=1/（1－Le）×Q=1/（1－0.010）×450

=454.5m3/min

3、局部通风机工作风压

压入式通风时，则局部通风机全风压Ht（Pa）：

Ht=Rf.Qa.Qh（4.8）

式中：

Ht—通风机的全风压，Pa

Rf—压入式风筒的总风阻，N.s2/m8

Qa—风机的工作风量，m3/min

Qh—掘进工作面所需风量，m3/min

Rf=（L/100）×R100（2.9）

式中：

L—风筒的长度，m

R100—风筒的百米风阻，N.s2/m8

则压入式通风时，则局部通风机全风压（按最大风阻计算）

Ht=Rf.Qa.Qh

=（2400/100）×6.5×454.5×450/3600

=8862.75Pa

由于轴流式局部通风机具有体积小、便于安装和串联效率高等优点而被广泛使用与各煤矿，本矿掘进面选用两台№6/2×22型防爆型局部通风机并联工作。

具体参数见表2-7。

表2-7局部通风机技术指标

型号

转速（r/min）

全风压（Pa）

风量（m3/min）

电机功率（KW）

№6/2×22

2950

500～5500

500～300

2×22

3矿井风量计算和风量分配

3.1回采工作面所需风量

1、按沼气（或二氧化碳）涌出量计算

根据《规程》规定，按照回采工作面回风巷风流中沼气（或二氧化碳）的浓度不得超过1%的要求计算，则回采工作面所需风量为：

Qai=100qgaiKai，m3/min（3.1）

=100×3.92×2.0

=784m3/min

式中：

Qai——第i个回采工作面实际需要风量，m3/min；

qgai——该回采工作面回风巷风流中沼气（或二氧化碳）的平均绝对涌出量3.92m3/t，

Kai——该回采工作面的瓦斯涌出不均衡系数，Kai=2.0。

2、按工作面气温与风速的关系计算

回采工作面应有良好的气候条件，其气温条件与风速的关系表：

表3-1气温条件与风速的关系

工作面气温（℃）

工作面风速V

（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

1.2~1.8

26~30

1.5~2.2

则回采工作面所需风量为：

Qai=60VaiSai，m3/min（3.2）

式中Vai——第i个回采工作面的合理风速，取Vai=1.5m/s；

Sai——第i个回采工作面的平均断面积，m2。

对于该设计综放工作面，根据所选综采配套设备尺寸。

Sai=4.8（M―0.3），m2（3.3）

式中M——工作面采高，M=4.5m。

则Sai=4.6×（M―0.3）

=21.6m2

则Qai=60VaiSai

=1994m3/min

3、按人数计算

Qai=4Nai，m3/min（3.4）

式中：

4——以人数为计算单位的供风标准，即每人每分钟供给4m3的规定风量；

Nai——第i个回采工作面同时工作的最多人数，根据十矿现场生产实际，取Nai=50人。

则Qai=4Nai=4×50=200m3/min

4、按风速进行验算

《规程》规定：

回采工作面的最小风速为0.25m/s，最高风速为4m/s。

按此要求验算回采工作面的风量：

Qai≥0.25×60×Sai，m3/min；（3.5）

Qai≤4×60×Sai，m3/min；（3.6）

把Sai=11.5m2代入公式，可得

210.75m3/min≤Qai≤3372m3/min

由于210.75≤1994≤4320

所以，工作面风量取1994m3/min符合《规程》的规定。

3.2硐室所需风量计算

1、硐室所需风量计算

根据十矿现场生产经验，各个需要独立通风的硐室所需风量为：

炸药库180m3/min，中央变电所120m3/min，中央水泵房120m3/min，带区变电所120m3/min，绞车房120m3/min，胶带峒室120m3/min。

则各硐室所需风量为：

∑Qci=180+120+120+120+120+120=780m3/min

2、其它巷道所需风量

除上述用风地点外，其它巷道需要通风。

∑Qdi=（∑Qai+∑Qbi+∑Qci）K，K=3%~5%。

=（1994+1994×0.5+780）×5%，取K=5%

=210m3/min

3.3矿井总风量

本设计属于新矿井设计，且矿井为低瓦斯矿井，所以以工作面能够有良好的气候条件作为供风的依据，来计算矿井的总风量。

1、按井下同时工作的最多人数计算矿井总风量

Qk=4NK，m3/min（3.7）

式中：

4——以人数为计算单位的供风标准，即按井下每人4m3/min的规定风量来计算矿井总风量；

N——井下同时工作的最多人数，因设计矿井为高产高效矿井，井下同时工作的人数不会超过300人，取N=300；

K——矿井风量备用系数，对于中央并列式，取K=1.45。

则Qk=4NK

=1740m3/min

2、按实际需要计算矿井所需总风量

Qk=（∑Qai+∑Qbi+∑Qci+∑Qdi）Kl（3.8）

式中：

∑Qai——回采工作面和备用工作面所需风量之和，m3/min；

∑Qbi——各掘进工作面所需风量之和，m3/min；

∑Qci——各硐室所需风量之和，m3/min；

∑Qdi——除上述各用风地点外，其它巷道所需风量之和m3/min。

Kl——矿井风量备用系数，对于中央并列式，取Kl=1.15。

代入公式（3.8）矿井总风量为：

通风容易时期

Qk