通风与安全课程设计---矿井通风系统设计

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课程设计说明书设计题目:矿井通风系统设计助学院校:河南理工大学自考助学专业:采矿工程姓名:自考助学学号:成绩:指导教师签名:2O14年10月25日8 目录前言1第一章矿井概况21.1矿井概况21.2巷道尺寸及支护情况2第二章矿井通风系统的选择3第三章矿井总风量计算与分配43.1矿井需风量的计算原则43.2矿井需风量的计算方法4第四章矿井通风阻力的计算94.1矿井通风阻力计算的原则94.2矿井通风阻力计算的方法94.3矿井通风容易及困难时期通风示意图9第五章矿井通风设备选型115.1选型原则115.2主要通风机的选择115.3选择电动机12结束语13参考文献148 前言本设计是针对于煤矿的通风系统进行的设计，内容涉及较多，设计时间较短，对于我来说，设计的过程是一个学习的过程，更是一个把所有知识与实践相结合的一个过程。再此设计过程中，通过查阅资料和在老师的帮助下对所学有了较为全面的认识和了解，其中以前的矿井开拓设计也为本次设计打下了一个良好的基础。同时涉及的参考文献较多，由于参考资料层次不齐，难免存在一些错误，还望大家见谅。根据设计大纲所要求内容，将设计分为六章，内容主要有三部分，第一部分主要介绍煤田概况从而合理的对煤田进行划分，内容涉及第一章。二到四章为设计的第二部分，也是本次设计的核心内容，主要是对矿井的开拓和通风系统进行合理设计，选择合理的通风方式和方法，并计算出容易时期和困难时期的风阻，最后选择出适合的风机和对通风费用进行概算。第五章介绍了矿用设备的选择。由于时间紧迫，加之所学知识有限，本设计中难免有错误和不妥之处，欢迎大家批评指正。8 第一章矿井概况1.1矿井概况矿井位于平原地区，井田长7200米，双翼开采，每翼长3600米。设计年产量60万吨，矿井第一水平服务年限为23年。矿井采用竖井主要石门开拓，在煤层底板开围岩平巷，其开拓系统如图1，已拟定采用两翼对角式通风，在NO7，NO8两区中央上部边界开回风井，其采区划分见图2。采区巷道布置见图3，每个采区共有上层工作面2个，下层工作面2个，工作日产量均为500吨，全矿同时有4个工作面生产即能满足要求。备用工作面2个。井下同时工作的最多人数为380人。该矿为单一煤层，煤层厚4m，倾角25°，低瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量为3.06m3/t，煤尘有爆炸危险性。1.2巷道尺寸及支护情况表2-1巷道尺寸、支护表序号区段井巷名称断面形式支护方式长度（m）净断面（m2）备注11-2主井圆砌碹24019.6d=5m两个罐笼216-17副井圆砌碹24019.6d=5m两个罐笼32-2’主要运输石门三心拱混凝土1009.542’-3主要运输石门三心拱混凝土1009.553-4主要运输巷三心拱混凝土450/31507.064-5’运输机上山梯形锚喷支护1357.0光面爆破凹凸度<15075’-5运输机上山梯形锚喷支护1357.0光面爆破凹凸度<15085-6运输机顺槽梯形木支架3704.8d=22cm△=296-7联络眼梯形木支架304d=18cm△=4107-8上分层顺槽梯形木支架804.8d=22cm△=2118-9回采工作面切眼梯形金属支架1354.5采高2m机组采煤129-10上分层顺槽梯形木支架804.5d=22cm△=21310-11联络眼梯形木支架304.5d=18cm△=41411-12回风顺槽梯形木支架3504.5d=22cm△=21512-13回风石门梯形钢棚307.01613-14主要回风道三心拱混凝土2700/06.2壁面抹浆1714-15回风井圆砌碹707.1d=3m8 第二章矿井通风系统的选择矿井开拓采用立井开拓方式，矿井通风采用两翼对角式通风方式。矿井主要进风井为位于井田中央的副井，总回风巷布置在井田的上部边界，回风井分别布置在上山采区No.5、No.6上部边界中央，形成两翼对角式通风系统。1．采区工作面通风系统：新鲜风流从地面经副井（1~2）进入井下，经井底车场(2)、主要运输石门(2~3、3~4)、主要运输大巷（4~5）、采区下部车场（5）、运输上山（5~6、6~7）、区段运输顺槽（7~8）、上层采煤工作面（10~11）。清洗工作面后，污风经区段回风平巷（13~14）、回风石门（14~15）、主要回风巷道（15~16）回风井（16~17）排入大气。2．备用工作面通风系统：新鲜风流从地面经副井（1~2）进入井下，经井底车场(2)、主要运输石门(2~3、3~4)、主要运输大巷（4~5）、采区下部车场（5）、运输上山（5~6、6~7）、区段运输顺槽（7~8）、上层采煤工作面（10~11）。清洗工作面后，污风经区段回风平巷（13~14）、回风石门（14~15）、主要回风巷道（15~16）回风井（16~17）排入大气。3．火药库通风系统：新鲜风流从地面经副井（1~2）进入井下，经井底车场(2)、主要运输石门(2~3)、火药库、轨道上山、回风石门（14~15）、主要回风巷道（15~16）回风井（16~17）排入大气。4．掘进工作面通风系统：新鲜风流从地面经副井（1~2）进入井下，经井底车场(2)、主要运输石门(2~3、3~4)、主要运输大巷（4~5）、采区下部车场（5）、运输上山（5~6）、掘进工作面。清洗工作面后，污风流入轨道上山、回风石门（14~15）、主要回风巷道（15~16）回风井（16~17）排入大气。8 第三章矿井总风量计算与分配3.1矿井需风量的计算原则矿井需风量应按照“由里往外”的计算原则，由采、掘工作面、硐室和其他用风地点的实际最大需风量总和，再考虑一定的备用风量系数后，计算出矿井总风量。1．按该用风地点同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4立方米。2．按该用风地点风流中的瓦斯、二氧化碳和其他有害气体浓度、风速以及温度等都符合《规程》的有关规定分别计算，取其最大值。3.2矿井需风量的计算方法矿井需风量按以下方法计算，并取其中最大值。1．按进下同时工作的最多人数计算Q矿=4NK=4×120×1.10=528m3/min式中Q矿——矿井总需风量，m3/minN——井下同时工作的最多人数，人；4——矿井通风系数，包括矿井内部漏风和分配不均等因素。采用压入式和中央并列式通风时，可取1.20~1.25;采用对角式或区域式通风时，可取1.10~1.15。上述备用系数在矿井产量T≧0.90Mt/a时取大值。2．按采煤、掘进、硐室等处实际需风量计算1）采煤工作面需风量计算采煤工作面的需风量应按下列因素分别计算，并取其中最大值。（1）按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算：根据矿井总产量算出矿井每分钟产煤量为：1.71t，瓦斯绝对涌出量为：1.73×8=13.84m3/minQ采=100Q瓦K瓦=100×13.84×1.6=2214.4m3/min8 式中Q采——采煤工作需要风量，m3/min；Q瓦——采煤工作面瓦斯（二氧化碳）绝对涌出量，m3/min；K瓦——采煤工作面因瓦斯（二氧化碳）涌出量不均匀的备用风量系数，即该工作面炮采工作面可取1.4~2.0;水采工作面可取2.0~3.0。生产矿井可根据各个工作面正常生产条件时，至少进行五昼夜的观测，得出五个比值，取其最大值。（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。其气温与风速应符合表1的要求表3-1采煤工作面空气温度与风速对应表采煤工作面进风流气温/℃采煤工作面风速/（m/s）＜1515~1818~2020~2323~260.3~0.50.5~0.80.8~1.01.0~1.51.5~1.8采煤工作面的需风量按下式计算：Q采=60v采S采K采，m3/min=60×1.0×8.14×1.2=586.08m3/min式中v采——采煤工作面适宜风速，m/sS采——采煤工作面平均有效断面积，㎡，按最大和最小控顶有效断面积的平均值计算；K采——采煤工作面长度风最系数，按表3-2先取表3-2采煤工作面长度风量系数表采煤工作面长度/m工作面长度风量系数﹤5050~8080~120120~150150~180﹥1800.80.91.01.11.21.30~1.408 （3）按炸药使用量计算：Q采=25A采，m3/min=25×10=250m3/min式中25——每使用1kg炸药的供风量，m3/minA采——采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg（4）按工作人员数量计算：Q采=4n采，m3/min=4×26=104m3/min式中4——每人每分钟供给的最低风量，m3/minn采——采煤工作面同时工作的最多人数，人。（5）按风速验算：按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量：Q采≧60×0.25S采，m3/min=60×0.25×8.14=122.1m3/min按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：Q采≦60×4S采，m3/min=60×4×8.14=1953.6m3/min2）掘进工作面需风量计算煤巷、半煤岩巷和岩巷掘进工作面的需风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。（1）按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算：Q掘=100Q瓦K瓦=100×0.42×1.5=60m3/min（2）按炸药量使用最计算：Q掘=25A掘，m3/min8 =25×10=250m3/min（3）按局部通风机吸风量计算：Q掘=Q通IK通，m3/min=200×1×1.2=240m3/min式中Q通——掘进工作面局部通风机额定风量（表3），I——掘进工作面同时运转的局部通风机台数，台：K通——防止局部通风机吸循球风的风量备用系数，一般取1.2~1.3,进风巷中无瓦斯涌出时取1.2，有瓦斯涌出时取1.3。表3-3局部通风机额定风量Q通风机型号额定风量/（m3/min）JBT-51（5.5KW）JBT-52(11KW)JBT-61(14KW)JBT-62(28KW)150200250300（4）按工作人员数量计算：Q掘=4n掘，m3/min=4×10=40m3/min（5）按风速进行验算；岩巷掘进工作面的风量应满足：60×0.15×S掘≦Q掘≦60×4×S掘由上式得43.2m3/min≦Q掘≦1152m3/min煤巷、半煤岩巷掘进工作面的风量应满足：60×0.25×S掘≦Q掘≦60×4×S掘=72m3/min≦Q掘≦1152m3/min根据上面的计算掘进工作面的风量应取其最大值。Q掘=250m3/min72m3/min≦Q掘≦1152m3/min8 所以，Q掘=250m3/min符合上述要求。3）硐室需风量各个独立通风的硐室供风量，应根据不同的硐室分别计算。（1）井下爆破材料库按经验值计算，小型矿井一般80~100m3/min，大型矿井一般100~150m3/min。（2）充电硐室通常充电硐室的供风量不得小于100m3/min。（3）机电硐室采区小型机电硐室，可按经验值确定风量，一般为60~80m3/min。表3-4机电硐室发热系数表机电硐室名称发热系数（）空气压缩机房水泵房变电所、绞车房0.15~0.230.01~0.040.02~0.04（4）其它巷道需风量计算新建矿井，其他用风巷道的总风量难以计算时，也可按采煤，掘进，硐室的需风量总和的3%~5%估算。（5）矿井总风量计算；=(2214.4×2+250×4+285+82.5)×1.1=6375.9m3/min。通过计算所得；矿井总风量为6375.9m3/min8 第四章矿井通风阻力的计算4.1矿井通风阻力计算的原则1．如果矿井服务年限不长（10~20年），选择达到设计产量后通风容易和困难两个时期分别计算其通风阻力；若矿井服务年限较长（30~50年），只计算前15~25年通风容易和困难两个时期的通风阻力。为此，必须先给出这两个时期的通风网络图。2．通风容易和通风困难两个时期总阻力的计算，应沿着这两个时期的最大通风阻力风路，分别计算各段井巷的通风阻力，然后累加起来，作为这两个时期的矿井通风总阻力。最大通风阻力风路可根据风量和巷道参数（断面积、长度等）直接判断确定，不能直接确定时，应选几条可能最大的路线进行计算比较。3．矿井通风总阻力不应超过2940Pa4．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4.2矿井通风阻力计算的方法沿矿井通风容易和困难两个时期通风阻力最大的风路（入不敷出风井口到风硐之前），分别用下式计算各段井巷的磨擦阻力；将各段井巷的磨擦阻力累加后并乘以考虑局部阻力的系数即为两个时期的井巷通风总阻力。即4.3矿井通风容易及困难时期通风示意图1414 图4-6矿井容易时期节点系统图4-7矿井困难时期节点系统图1414 第五章矿井通风设备选型5.1选型原则1．矿井每个装备主要通风机的风井，均要在地面装设两套同等能力的通风设备，其中一套工作，一套备用，交替工作。2．选择的通风设备应能满足第一开采水平各个时期的工况变化，并使通风设备长期高效运行。当工况变化较大时，应根据矿井分期时间及节牟情况，分期选择电动机动。3．通风机能力应留有一定的余量。轴流式、对旋式通风机在最大设计负压和风量时，叶轮叶片的运转角度应比允许范围小5°；离心式通风机的选型设计转速不宜大于允许最高转速的90%。4．进、出井井口的高差在150m以上，或进、出风井口标高相同，但井深400米以上时，宜计算矿井的自然风压。5.2主要通风机的选择一、选型依据矿井需要风量：Q=56m3/s矿井需要风压：容易hmin=2877.76Pa；困难hmax=3614.72Pa二、风机选型参数计算1.风机的计算风压hFmin=hmin+hT+hs=2877.76+0+100=2977.76PahFmax=hmax+hT+hs=3614.72+0+100=3714.72Pahs——通风设备阻力，一般为100～200Pa，风机工况点风量与所选风机风量相差悬殊时取下限，否则取上限。hT——矿井自然风压，hT=H(γ1-γ2)，H为入风口与出风口的高差(m)，γ1和γ2分别为入风井和出风井的空气容重(kg/m3)。2.风机的计算风量QF=Ks.Q=1.05×56=58.8（m3/s）Ks——矿井外部漏风系数，专用通风井取1.05。3.风机的选择1414 选用FBCDZ-6-No19C防爆轴流对旋式通风机两台，一台工作，一台备用。配用电机为YBFe355M1-6，额定功率Pe=2×185kW，电压U=380V，额定转速n=980r/min，风量Q=35～82m3/s，风压P=1000～4850Pa。根据以上计算煤矿选用4台同等能力的主要通风机投入运行，其型号为FBCDZ-6-No19C，主要技术参数为：功率2×185KW，风量Q=35-82m3/s，风压1000-4850Pa,主要通风机能满足以上所计算参数。5.3选择电动机1.初期和后期风机的轴功率分别为2.电动机的输出功率为式中传动效率，直联传动，取所选风机功率为2×185kW，可满足要求。1414 结束语在两个星期的课程设计过程中，让我不仅从中学到了很多新的知识，更让我对所学的专业知识做了系统的复习和总结，并且能够运用已经学过的知识来解决设计中出现的问题。通过指导教师的指导，让我掌握了矿井通风设计的基本步骤，也能够熟练的使用工具书来解决设计中出现的问题，更能使自己对设计进行比较周全的考虑。本设计涉及内容多，任务繁重，在设计中多次与老师、同学交流和讨论，采纳了老师和同学的建议，多次计算和核算，最终确定设计方案。在设计过程中对一些内容进行了反复的修改。在短短的两个星期时间内，由于时间急迫，设计图纸不能尽善尽美，可能有很多地方做得不够细致、美观。在本设计的制作中，我一直都细心的编写说明书的每一部分，严格按照设计要求来进行设计，对于计算就更加严格计算每一个数据，对于每一部分设计自己都亲手完成。经过两个星期的努力，我顺利完成了煤矿通风系统设计图和说明书。最后，感谢老师的耐心的指导和热情的帮助。由于本人水平有限，设计不能尽善尽美，还望在使用中多多参详。1414 参考文献[1]张国枢.通风安全学.第一版徐州：中国矿业大学出版社，2000[2]赵以蕙.矿井通风与空气调节.徐州：中国矿业大学出版社，1990[3]沈阳煤.矿设计研究院.矿井巷道通风摩擦阻力系数表（试行），1985[4]杜计平.开采方法.中国矿业大学出版社，2006[5]杨孟达.煤矿地质学.煤炭工业出版社，2006[6]焦作矿业学院，阜新矿业学院.采煤概论.煤炭工业出版社，2005[7]董方庭.井巷设计与施工.中国矿业大学出版社，20041414