矿井通风课程设计.docx
《矿井通风课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿井通风课程设计.docx（31页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
矿井通风课程设计
河南理工大学采矿工程专业（本科）
矿井通风课程设计说明书
姓名：
学号：
学院：
能源科学与工程
班级：
指导教师：
王兵建
职称：
副教授
二〇二〇年六月
《矿井通风》课程设计评阅参考标准
项目
分值
参考标准
优秀
良好
中等
及格
不及格
评分
设计态度
20
刻苦努力，态度认真，遵守纪律，按时完成设计。
20－18
17－16
15－14
13－12
11－0
技术水平与实际能力
40
设计方案合理、理论分析与计算正确，动手能力、分析能力较强。
40－36
35－32
31－28
27－24
23－0
设计说明书规范
25
设计说明书及插图绘制规范，文字流畅，书写工整或打印成文
25－23
22－20
19－17
16-15
14－0
基础理论与专业知识
15
对问题能做合理分析，反映出很好的掌握了矿井通风基础理论与专业知识。
15-14
13-12
11-10
9
8－0
评分合计
摘要
从2016年6月10日到2016年6月23日，进行课程设计。
本次的通风课程设计极大得锻炼了我对所学知识的运用，提高了我的学习能力。
和同学讨论问题，加深了对通风知识的理解。
此次课程设计的基本条件是单一煤层，倾角18°，煤层平均厚度3.5m，为Ⅲ级自燃煤层，相对瓦斯涌出量为10m3/t，煤尘有爆炸危险。
此次课程设计的矿井开采设计基础参数是立井单水平上下山开拓，用竖井主要石门开拓，在底板岩层中开掘岩石大巷，双翼采区准备，按照“一井一面”布置生产，采掘比为1:
2。
一个主井，一个副井，一个风井，都为立井。
分为8个采区。
采煤方法为走向长壁综合机械化采煤。
采场主要支护设备是单体液压支柱。
经过课程设计，通风容易时期矿井总风量为4063m3/min，综采工作面风量通风困难时期矿井总风量为4250.5m3/min。
综采工作面风量26.51m3/s，掘进工作面风量13m3/s。
主要通风机选型结果为BDNo22型轴流式通风机。
主要问题是对课本知识掌握不熟练，尤其是通风机选型这里，经过很长时间才选好。
做到一些设计项目时，要翻阅很多资料，尤其是找课本或者是上网查找，因此也极大得锻炼了我的动手能力。
此次课程设计可能还有一些设计的不完善的地方，还请老师指正。
建议就是老师可以多做一些指导和答疑，帮助同学们更好得完成课程设计；同学们上课要认真学习，尤其是通风机选型的内容，努力学好通风课程，做好课程设计。
第一章矿井概况
1.1煤层地质特征
单一煤层，倾角18°，煤层平均厚度3.5m，为Ⅲ级自燃煤层，相对瓦斯涌出量10m3/t，煤尘有爆炸危险。
1.2井田范围
设计第一水平深度540m,走向长度L为7260m，倾斜长度1600m。
1.3矿井生产任务
设计年产量A为60万t。
1.4矿井开拓与开采
立井单水平上下山开拓，用竖井主要石门开拓，在底板岩层中开掘岩石大巷，双翼采区准备，按照“一井一面”布置生产，采掘比为1:
2。
一个主井，一个副井，一个风井，都为立井。
分为8个采区，采煤方法为走向长壁综合机械化采煤。
采场主要支护设备是单体液压支柱。
井下同时工作的最多人数为200人，330天工作日。
采煤工作面温度取22℃。
采煤工作面同时工作的最多人数为50人。
采煤工作面绝对瓦斯涌出量11.36m3/min，掘进工作面绝对瓦斯涌出量1.26m3/min。
回风井不做提升用。
1.5矿井通风方式
设计通风方式为两翼对角式，通风方法为抽出式。
阻力最大和最小时自然风压分别为50Pa和150Pa。
主要通风机装置（含风硐）阻力取120Pa。
1.6部分井巷尺寸及支护情况
表1-1井巷尺寸及支护情况
井巷名称井巷特征及支护情况断面积m2长度m
副井圆形，罐笼，有梯子间，直径5.5m，混凝土碹
井底车场巷道拱形，混凝土碹，壁面抹浆16
主要运输石门拱形，混凝土碹，壁面抹浆16200
主要运输巷拱形，混凝土碹，壁面抹浆16
轨道上山拱形，料石碹14
皮带上山拱形，14
工作面平巷梯形，锚杆，巷道宽度3.5m3.5×3
采煤工作面矩形，液压支架，控顶距4.2~5.2m，综采150
回风石门梯形，锚喷840
主要回风大巷拱形，混凝土碹，壁面抹浆8
回风井混凝土碹（不平滑），风井直径D=4m
第二章通风系统的选取
2.1矿井通风拟定原则和要求
2.1.1矿井通风拟定原则
选择矿井通风系统的因素较多，只要抓住起决定作用的主要因素，同时注意其它因素，进行全面分析，就有可能选定比较合理的通风系统。
拟定矿井通风系统应严格遵循安全可靠、投产较快、出煤较多，通风基建费用和经营费用之总和最低以及便于管理的原则。
（1）矿井通风网路结构合理；集中进、回风线路要短，通风总阻力要小，多阶段同时作业时，主要人行运输巷道和工作点上的污风不串联。
（2）内外部漏风少。
（3）通风构筑物和风流调节设施及辅助通风机要少。
（4）充分利用一切可用的通风井巷．使专用通风井巷工程量最小。
（5）通风动力消耗少，通风费用低。
为使拟定的矿井通风系统安全可靠和经济合理，必须对矿山作实地考查和对原始条件作细致分析。
2.1.2拟定通风系统的基本要求
（1）每个矿井和阶段水平之间都必须有两个安全出口。
（2）进风井巷与采掘工作面的进风流的粉尘浓度不得大与0.5mg/m3。
（3）新设计的箕斗井和混合井禁止作进风井，已作进风井的箕斗井和混合井必须采取净化措施，使进风流的含尘量达到上述要求。
（4）主要回风井巷不得作人行道，井口进风不得受矿尘和有毒有害气体污染，井口排风不得造成公害。
（5）矿井有效风量率应在60％以上。
（6）采场、二次破碎巷道和电耙道，应利用贯穿风流通风，电耙司机应位于风流的上风侧，有污风串联时，应禁止人员作业。
（7）井下破碎硐室和炸药库，必须设有独立的回风道。
（8）主要通风机一般应设反风装置，要求10min内实现反风，反风量大于40％。
选择通风系统时，应根据矿体赋存条件和开采特点，拟定几个可行方案进行详细的技术经济比较，择优选出。
2.2矿井通风方式的选取
2.2.1矿井通风方式的选取原则和方法
（1）矿井通风方式的选取原则
投产较快，出煤较多、安全可靠、技术经济指标合理等。
（2）矿井通风方式的选取方法
根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安全、兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多种个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。
一般，中央式井巷工程量少，初期投资省，矿井初期宜优先选用。
突出、高瓦斯、煤层自燃及有热害的矿井，应采用对角式或分区式通风；当井田面积较大时，初期可采用中央式，逐步过渡到对角式或分区式通风。
2.2.2常见的矿井通风方式
（1）中央并列式
（2）中央边界式（中央分列式）
图2-1图2-2
（3）两翼对角式（4）分区对角式
图2-3图2-4
（5）分区式（区域式）（6）混合式
图2-5
图2-6
2.3矿井通风方式的优缺点以及选取
2.3.1矿井通风方式的优缺点
表2-1
通风方式
优点
缺点
适用条件
中
中
央
式
中
央
并
列
式
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。
风流在井下的流动路线为折返式，风流线路长，阻力大，井底车场漏风大。
工业广场受主要通风机噪声的影响和回风流的污染。
适用于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。
中
央
分
列
式
通风阻力较小，内部漏风较小。
工业广场不受主要通风机噪生的影响及回风流的污染。
风流在井下的流动路线为折返式，风流线路长，阻力大。
适用于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。
对角式
两
翼
对
角
式
风流在井下的流动线路是直向式，风流线路短，阻力小内部漏风少。
安全出口多，抗灾能力强，便于风量调节，矿井风压比较稳定。
工业广场不受主要通风机噪生的影响及回风流的污染。
井筒安全煤柱压煤较多。
初期投资大，投产较晚。
煤层走向大于4km，井型较大，瓦斯与自燃发火比较严重的矿井。
或低瓦斯矿井，煤层走向较长，产量较大的矿井。
分
区
对
角
式
每个采区有独立的通风路线，互不影响，便于风量调节，安全出口多，抗灾能力强，建井工期短，初期投资少，出煤快。
占用场地多，管理分散，矿井反风困难。
煤层埋藏浅，或因地表起伏较大，无法开掘总回风巷。
表2-1（续表）
区
域
式
既可改善通风条件，又能利用风井准备采区，缩短建井工期风流线路短，阻力小。
漏风少网路简单，风流易于控制，便于主要通风机的选择。
通风设备多，管理分散。
井田面积大，储量丰富，或瓦斯含量大的大型矿井。
混
合
式
回风井数量较多，通风能力
大，布置较灵活，适应性强。
通风设备较多
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。
2.3.2矿井通风方式的选取
（1）技术性比较
由于煤层属于缓斜煤层，相对瓦斯涌出量为10m3/t，煤尘有爆炸危险。
深度540m,走向长度为7260m，较长，走向长度大于4km，不适用于中央式；对角式、区域式、混合式在技术上都可以考虑。
（2）经济性比较
经济性上，区域式、混合式掘进巷道的工程量较大，施工费用较高，可以考虑对角式。
综合考虑，井田的走向长度不是特别大，选择两翼对角式比较合适。
2.4矿井通风方法的选择
2.4.1矿井主要通风方法
矿井主要通风方法有抽出式、压入式、压抽混合式。
（1）抽出式
风机安装在回风井口，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。
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。
漏风量小,管理简单,适应性广
（2）压入式
风机安设在入风井口，井下高于当地大气压的正压状态。
在冒落裂隙通达地面时，井下采区的有害气体通过塌陷区向外漏出。
当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。
（3）混合式
在入风井口设一风机做压入式工作，回风井口设一风机做抽出式工作。
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，其正压或负压均不大，采空区通连地表的漏风因而较小。
其缺点是使用的通风设备多，管理复杂。
2.4.2矿井通风方法的选择
矿井通风方法一般采用抽出式。
当地形复杂、露头发育老窑多、采用多风井通风有利时，可采用压入式通风。
综合考虑，选择抽出式通风。
2.5采区通风系统
2.5.1采区进风上山与回风上山的选择
采区内一般布置三条上山，一条为运输上山，一条为轨道上山，一条专用回风上山。
瓦斯涌出量小的小煤矿可布置两条上山，采区相对瓦斯涌出量为10m3/t，这里采用三条上山。
图2-7
2.5.2采煤工作面上行风与下行风
（1）上行通风与下行通风是指进风流方向与采煤工作面的关系而言。
当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷时，采煤工作面的风流沿倾斜向上流动，称上行通风。
（2）上行风与下行风优缺点
下行风的方向与瓦斯自然流向相反，二者易于混合且不易出现瓦斯分层流动和局部积存的现象。
上行风比下行风工作面的气温要高。
下行风比上行风所需要的机械风压要大；下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风要大。
图2-8（a）为上行通风（b）为下行通风
由于煤层为Ⅲ级自燃煤层，不倾向自燃，为了减少出现瓦斯分层流动和局部积存现象，所以采用下行通风。
2.5.3工作面通风系统
（1）、U型与Z型通风系统
（2）Y型、W型
（3）、H型通风系统
图2-9
U型布置方便，通风简单，漏风量小，瓦斯、煤炭自然方向与风流方向一致，有利于降低工作面瓦斯浓度。
通过进行经济技术和安全效果比较后，工作面通风系统选用U型通风系统。
第三章矿井风量计算与分配
3.1矿井通风计算原则
矿井需风量，按下列要求分别计算，并必须采取其中最大值。
（１）按井下同时工作最多人数计算，每人供给风量不得少于4m3/min；
（２）按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。
3.2矿井需风量的计算
按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。
3.2.1采煤工作面需风量的计算
采煤工作面的风量应该按下列因素分别计算，取其最大值。
（1）按瓦斯涌出量计算：
𝑄𝑤𝑖=100×𝑄𝑔𝑤𝑖×k𝑔𝑤𝑖
式中𝑄𝑤𝑖--第i个工作面需风量，m3/min；
𝑄𝑔𝑤𝑖--绝对瓦斯涌出量：
单位时间内涌出的瓦斯体积，11.36m3/min；
k𝑔𝑤𝑖--采煤工作面因瓦斯涌出不均匀而取的备用风量系数，通常机采工作面取1.2-1.6炮采工作面取1.4-2.0，这里取1.4。
𝑄𝑤𝑖=100×11.36×1.4=1590.4m3/min
（2）按工作面进风流温度计算
采煤工作面应有良好的气候条件。
其进风流温度可根据风流温度预测方法进行计算。
表3-1采煤工作面空气温度与风速对应表表3-2采煤工作面长度风量系数表
采煤工作面进风流气温℃
采煤工作面风速m/s
采煤工作面长度m
工作面长度风量系数k
<15
0.3-0.5
<15
0.8
15-18
0.5-0.8
50-80
0.9
18-20
0.8-1.0
80-120
1.0
20-23
1.0-1.5
120-150
1.1
23-26
1.5-1.8
150-180
1.2
>180
1.30-1.40
采煤工作面的需要风量按下式计算：
𝑄𝑤𝑖=60×𝑉𝑤𝑖×𝑆𝑤𝑖×𝐾𝑤𝑖
式中𝑉𝑤𝑖--第i个采煤工作面风速，取1.4m3/s
𝑆𝑤𝑖--第i个采煤工作面的有效通风断面，取最大和最小控顶时有效断面的平均值，m2
𝐾𝑤𝑖--第i个采煤工作面长150m,取1.1
𝑆𝑤𝑖=（𝐿𝑚𝑎𝑥+𝐿𝑚𝑖𝑛）/2×H×K
式中：
𝐿𝑚𝑎𝑥--最大控顶距，取5.2m
𝐿𝑚𝑖𝑛--最小控顶距，取4.2m
H--工作面平均采高，H=3m
K--工作面有效断面系数，K=0.8
则:
𝑆𝑤𝑖=（4.2+5.2）/2×3×0.8=11.28m2
𝑄𝑤𝑖=60×1.4×11.28×1.1=1042.27m3/min
（3）按工作人员数量计算
Qwi=4×nwi
式中4--每人每分钟应供给的最低风量，m3/min
nwi--采煤面同时工作的最多人数,个，取50人。
Qwi=4×50=200m3/min
（4）按风速进行验算
按最低风俗验算各个采煤工作面的最小风量：
Qwi≧60×0.25×Swi=169.2m3/min按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：
Qwi≦60×4×Swi=2707.2m3/min
综上，采煤工作面的风量取1590.4m3/min
3.2.2掘进工作面需风量的计算
煤巷、半煤岩和岩巷掘进工作面的风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。
（1）按瓦斯涌出量计算：
式中Qd--第i个掘进工作面的需风量，m3/min；
qgdi--第i个掘进工作面的平均绝对瓦斯涌出量，1.26m3/min
kgdi--第i个掘进工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，通常取1.8～2.5，取1.8
Qdi=100×1.26×1.8=226.8m3/min
（2）按炸药量计算：
式中25--使用1kg炸药的供风量，m3/min
Ah𝑖--掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，取15kg
Qh𝑖=25×15=375m3/min
（3）按工作人员数量计算：
Qhi=4×Nh𝑖
式中ndi--第i个掘进工作面同时工作的最多人数，取30人。
Qhi=4×30=120m3/min
（4）按局部通风机吸风量计算：
式中：
Qhi--第i个掘进工作面需要风量，m3/min
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，取300m3/min
khfi--为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取1.2—1.3，进风巷道无瓦斯涌出时取1.2，有瓦斯涌出时取1.3，取1.3
Qhfi=300×1.3=390m3/min
（5）按风速进行验算
各个煤巷或半煤岩巷掘进工作面的最小风量：
Qhi≧60×0.25×Sdi=60×0.25×3.5×3=157.53m3/min
按最高风速验算，各个掘进工作面的最大风风量：
Qhi≦60×4×Shi=60×4×3.5×3=2520m3/min
所以，一个掘进工作面所需风量为390m3/min
3.2.3硐室需风量
根据《煤矿安全规程》有关规定，可取各硐室需风量:
变电所150m3/min;爆破材料库100m3/min;绞车房150m3/min;清理水仓80m3/min；水泵房200m3/min；撒煤硐室80m3/min；检修硐室120m3/min。
3.2.4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需要风量的总和:
式中
∑𝑄𝑤t--采煤工作面和备用工作面所需风量之和，1590.4m3/min
∑Qht--掘进工作面所需风量之和，780m3/min
∑Qrt--硐室所需风量之和，880m3/min
kmi--通风系统（内部漏风和配风不均匀）备用系数，宜取1.15-1.25，取1.25
通风容易时期：
Qm=（1590.4+780+880）×1.25=4063m3/min
通风困难时期：
Qm=（1590.4+780+880+150）×1.25=4250.5m3/min
3.3矿井风量的分配
3.3.1风量分配原则
（1）分配到各用风地点（包括回采面、掘进面、硐室等）的风量应不低于所计算出的需风量。
（2）为维护巷道，防止坑木腐烂，金属锈蚀，以及行人安全等，所有巷道都应分配一定风量。
（3）风量分配后，应保证井下各处瓦斯浓度，有害气体浓度，风速等满足《煤矿安全规程》的各项要求。
3.3.2风量分配表
表3-3
时期
用风地点
供风量m3/s
相同用风地点个数
总风量m3/s
综采工作面
26.51
1
26.51
容易时期
掘进工作面
6.5
2
13
硐室
14.67
1
14.67
综采工作面
26.51
1
26.51
困难时期
掘进工作面
6.5
2
13
硐室
17.17
1
17.17
第四章矿井通风阻力计算
4.1矿井通风阻力计算原则
（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。
4.2矿井通风阻力的计算
4.2.1矿井通风阻力的计算方法
按照风流经过巷道时产生阻力的方式不同，可分为摩擦阻力和局部阻力。
由上述原则可知，摩擦阻力一般占矿井通风总阻力的90%，局部阻力占10%。
摩擦阻力可按下式计算：
hfi=αi×Li×Ui×Qi2/Si3
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
Q--第i个通风井巷风量，m3/s；
Si--井巷净断面积，m2
同时，因为外部漏风，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，即风硐风量为风井风量的1.05倍。
沿最大的阻力路线分别计算通风容易时期和困难时期的通风阻力
通风容易时期总阻力：
通风困难时期总阻力：
其中
--通风容易时期总阻力，pa；
--通风容易时期总摩擦阻力，pa；
--通风困难时期总阻力，pa；
--通风困难时期总摩擦阻力，pa；
4.2.2通风容易时期阻力计算
（1）通风容易时期系统平面图
图4-1
（2）通风容易时期网络图
图4-2
（3）通风容易时期摩擦阻力
序号
井巷名称
支护情况
α（N.s2/m4）
L（m）
U（m）
Q（m3/s）
S（m2）
fh（Pa）
1-1
副井
混凝土碹
0.036
540
17.27
65
23.75
105.88
1-2
井底车场巷道
混凝土碹，壁面抹浆
0.0036
200
15.4
65
16
11.44
2-3
主要运输石门
混凝土碹，壁面抹浆
0.0036
200
15.4
65
16
11.44
3-4
主要运输巷
混凝土碹，壁面抹浆
0.0036
1500
15.4
65
16
85.78
4-5
轨道上山
料石碹
0.0042
1000
14.41
54
14
64.32
5-10
工作面平巷
锚杆
0.0094
50
13.48
35
10.5
6.71
10-11
采煤工作面
液压支架
0.03
150
17.4
35
18.2
15.91
11-12
工作面平巷
锚杆
0.0094
50
13.48
35
10.5
6.71
12-15
回风石门
锚喷
0.0072
40
11.77
54
8
19.31
15-16
主要回风大巷
混凝土碹，壁面抹浆
0.036
500
10.89
54
8
1116.11
16-17
回风井
混凝土碹（不平滑）
0.036
290
12.56
65
12.56
279.61
hfe
1709.8
hme
1880.78
表4-1
4.2.3通风困难时期阻力计算
（1）通风困难时期系统示意图
图4-3
（2）通风困难时期网络图
图4-4
（3）通风困难时期摩擦阻力
表4-2
序号
井巷名称
支护情况
α（N.s2/m4）
L（m）
U（m）
Q（m3/s）
S（m2）
fh（Pa）
1-1
副井
混凝土碹
0.036
540
17.27
65
23.75
105.88
1-2
井底车场巷道
混凝土碹，壁面抹浆
0.0036
200
15
升级会员 