矿井通风课程设计

矿井通风课程设计

题目2：

某煤矿井田东西走向长约3 Km，南北倾向宽约1.7Km，井田面积约4.5519Km2，井田总体呈单斜构造，煤层倾角大部分小于15°，属缓倾斜煤层。顶板为黑色泥岩，致密而均一，底板为灰白色细—中粒砂岩，煤层厚度0.84～6.12米，平均5.9米，以镜煤、亮煤为主，含黄铁矿，煤层夹矸0～3层，倾角10°～14°。矿井煤层自燃发火期为1个月，自燃趋势较突出的是2月～3月。煤尘具有爆炸性，爆炸指数为40.3%。矿井属低瓦斯矿井。设计生产能力为90万t/年。

矿井采用斜井单水平上下山开拓，矿井的采煤方法为走向长壁，采煤工艺为综采放顶煤。采用中央边界式通风方式。风井设在采区的边界。主、副井进风，风井回风。采区采用轨道上山、运输上山进风，专用回风巷回风。工作面采用U型后退式开采，采煤工作面风流流动形式是上行通风。综放面平均控顶距为3.96m，实际采高4.1 m，工作面面长150米，工作面温度20℃，回采工作面同时作业人数最多90人。矿井掘进工作面平均瓦斯涌出量为1.2 m3/min，掘进工作面一次炸破所用的最大炸药量7.2kg，掘进工作面同时工作的最多人数40人。

一、局部通风设计

（一）设计原则及掘进通风方法的选择

1、设计原则

根据开拓、开采巷道布置、掘进区域煤岩层的自然条件以及掘进工艺，确定合理的局部通风方法及其布置方式，选择风筒类型和直径，计算风筒出入口风量，计算风筒通风阻力，选择局部通风机。

局部通风是矿井通风系统的一个重要组成部分，其新风取自矿井主风流，其污风

又排入矿井主风流。其设计原则可归纳如下：

(1)矿井和采区通风系统设计应为局部通风创造条件；

(2)局部通风系统要安全可靠、经济合理和技术先进；

(3)尽量采用技术先进的低噪、高效型局部通风机；

(4)压人式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。风筒材质应选择阻燃、抗静电型。

(5)当一台风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多台风机联合运行。

2、掘进通风方法的选择

掘进通风方法分为利用矿井内总风压通风和利用局部动力设备通风的方法，局部通风机通风是矿井广泛采用的掘进通风方法，它是由局部通风机和风筒（或风障）组成一体进行通风，按其工作方式可分为：

（1）压入式通风

（2）抽出式通风

（3）混合式通风

压入式通风新风经过风机，安全系数高，可用柔性风筒，柔性风筒重量轻，易于贮存和搬运，连接和悬吊也简单，胶布和人造革风筒防水性能好，是大多数矿井局部通风的选择，结合本设计故选择压入式通风。

（二）掘进工作面所需风量计算及设计

根据《规程》规定：矿井必须采用局部通风措施

1、掘进工作面所需风量

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

601004掘掘KQQCH m3/s

式中：Q掘——掘进工作面实际需风量，m3/s；

Qch4——掘进工作面平均绝对瓦斯涌出量，m3/s；

K掘——掘进工作面因瓦斯涌出量不均匀的备用风量系数。即掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量与平均绝对瓦斯涌出量之比。通常，机掘工作面取1.5~2.0；炮掘工

作面取1.8~2.0。此处取1.9

所以：

Q掘=100×1.2×2=240(m3/min)

2）按炸药使用量计算

掘掘AQ25 (m3/min)

式中：25——使用1㎏炸药的供风量，m3/s；

A掘——掘进工作面一次炸破所用的最大炸药量，㎏。

所以：Q掘=25×7.2=180(m3/min)

3)按工作人员数量计算

掘掘NQ4

式中：N掘——掘进工作面同时工作的最多人数，人

所以： Q掘=4×40=160(m3/min)

Q掘取其最大值: 240(m3/min)

根据上述计算，应选取所有风量中的最大值，故按排瓦斯所需风量为该掘进巷道的需风量，大小为240 m3/min。

4）按风速进行验算

掘进工作面的最小风速：

60×0.25×8.5=127.5(m3/min)

掘进工作面的最大风速：

60×4×8.5=2040(m3/min)

127.5(m3/min) 小于240(m3/min) 小于2040(m3/min)

符合要求。

2、掘进面的设计

1）巷道断面

掘进断面取8.5m2

2）支护形式

在上下顺槽内，巷道支护形式采用工字钢支护

（三）掘进通风设备选择

1、风筒的选择

1）风筒的种类

掘进通风使用的风筒有金属风筒和帆布、胶布、人造革等柔性风筒。柔性风筒重量轻，易于贮存和搬运，连接和悬吊也简单，胶布和人造革风筒防水性能好，且柔性风筒适于压入式通风，本设计通风长度750米，因此可选用直径为1000㎜的胶布风筒。风筒特性如表5-4。

表1

风筒类别 风筒直径㎜ 接头方式 百米风阻Ns2/m8 节长

胶布风筒 400 单反边 131.32 10m

胶布风筒 600 双反边 15.88 30m

2）风筒漏风

（1）风筒漏风备用系数

柔性风筒的pq值用下式计算：

eiqnLp11

式中：n——接头数；在这里n=750÷30=25

Lei——一个接头的漏风率，插接时取0.01～0.02；反边连接时取0.005。

在这里取0.005

所以

pq=1÷(1－25×0.005)=1.14285

所以 Qf= pq×Qh=1.14285×240=274.284(m3/min)

风筒漏风量占局部通风机工作风量的百分数：

%100%100fhffleQQQQQL

所以：

Ls=(274.284－240)÷274.284=12.5%

（2）风筒有效风量

掘进工作面风量占局部通风机工作风量的百分数：

%100)1(%100%100eflffheLQQQQQp

所以 ps=(1－12.5%)×100%=87.5%

通过风筒的风量Q即：

hfQQQ=256.6(m3/min)

2、局部通风机的选择

1）、确定局部通风机的工作参数：

（1）、局部通风机工作风量Qf

根据掘进工作面所需风量Qh和风筒的

漏风情况，用下式计算局部通风机的工作风量。

hqfQpQ

既

Qf= pq×Qh=1.14285×256.6=293.3(m3/min)

（2）、局部通风机的工作风压hf

压入式通风时，设风筒出口动压损失为hv，则局部通风机的全压Ht为

42811.0DQQQRhQQRHhhffvhfft

式中：Rf——压入式风筒的总风阻。

Rf=15.88×750÷100=119.1

所以

Ht=119.1×293.3÷60×240÷60＋0.811×1.2×(240÷60)2÷0.64

=2354.754(pa)

3）、局部通风机选型：

根据需要的Qf、Ht、值在局部通风机特性曲线上，确定局部通风机的合理工作范围，选择长期运行效率高的局部通风机。

查课本表6－3－8得选择的局部通风机为：

BKJ66—11NO5.0型 功率：15kw

转速：2950r/min，动轮直径：0.5m。

二、风量计算及风量分配

（一）矿井需风量计算

对设计矿井的风量，可按两种情况分别计算：

一种是新矿区无邻近矿井通风资料可参考时，矿井需要风量应按设计中井下同时工作的最多人数和按吨煤瓦斯涌出量的不同的吨煤供风量计算，并取其中最大值。在矿井设计中吨煤瓦斯涌出量的计算，根据在地质勘探时测定煤层瓦斯含量，结合矿井地质条件和开采条件计算出吨煤瓦斯涌出量，再计算矿井需风量。

另一种是依据邻近生产矿井的有关资料，按生产矿井的风量计算方法进行。其原则是：矿井的供风量应保证符合矿井安全生产的要求，使风流中瓦斯、二氧化碳、氢气和其它有害气体的浓度以及风速、气温等必

须符合《规程》有关规定。创造良好的劳动环境，以利于生产的发展。课程设计是在收集实习矿井资料基础上进行的，故可按此种方法计算矿井风量。即按生产矿井实际资料，分别计算设计矿井采煤工作面、掘进工作面、硐室等所需风量，得出全矿井需风量，即“由里往外”计算方法。

1、生产工作面、备用工作面

每个回采工作面实际需要风量，应按瓦斯、二氧化碳涌出量和爆破后的有害气体产生量以及工作面气温、风速和人数等规定分别进行计算，然后取其中最大值。本设计矿井属低瓦斯矿井。

(1)、低瓦斯矿井的采煤工作面按气象条件或瓦斯涌出量（用瓦斯涌出量计算，采用高瓦斯计算公式）确定需要风量，其计算公式为：

cwcccgjbcKKKQQ

式中：Qc——采煤工作面需要风量，m3/s；

Qjb——不同采煤方式工作面所需的基本风量，m3/s。

Qjb——工作面控顶距×工作面实际采高×70%(工作面有效断面积)×适宜风速（不小于1m/s）；

Kcg——回采工作面采高调整系数（见表2）；

Kcc——回采工作面长度调整系数（见表3）；

Kcw——回采工作面温度调整系数（见表4）。

表2 Kcg——回采工作面采高调整系数

采 高 <2.0 2.0～2.5 2.5～5.0及放顶煤面

系数(K采高) 1.0 1.1 1.5

表3 Kcc——回采工作面长度调整系数

回采工作面长度(m) 80～150 150～200 >200

长度调整系数(K长) 1.0 1.0～1.3 1.3～1.5

表4 Kcw——回采工作面温度与对应风速调整系数

回采工作面空气温度（℃） 采煤工作面风速（m/s） 配风调整系数K温

<18 0.3～0.8 0.90

18～20 0.8～1.0 1.00

20～23 1.0～1.5 1.00～1.10

23～26 1.5～1.8 1.10～1.25

26～28 1.8～2.5 1.25～1.4

28～30 2.5～3.0 1.4～1.6

代入公式得:

cwcccgjbcKKKQQ

=3.96×4.1×0.7×1.3×1.5×1×1

=22.16(m2/s)

(2)、按工作面温度选择适宜的风速进行计算

cccSVQ60

式中：Vc——采煤工作面风速，m/s；见表5

Sc——采煤工作面的平均断面积，m2。

所以：

Qc=60×1.3×3.96×4.1×0.7=886.5÷60=14.8（m3/s）

表5 采煤工作面风速

回采工作面空气温度（℃） 采煤工作面风速（m/s） 配风调整系数K温

此处取1.3 <18 0.3～0.8 0.90

18～20 0.8～1.0 1.00

20～23 1.0～1.5 1.00～1.10

23～26 1.5～1.8 1.10～1.25

26～28 1.8～2.5 1.25～1.4

28～30 2.5～3.0 1.4～1.6

(3)、按回采工作面同时作业人数

每人供风不小于4m3/min，则

604NQc

式中：N——采煤工作面同时工作人数.。此处为90人。

所以：Qc=（4×90）÷60=6（m3/s）

根据上述计算并取其中最大值即为22.16（m3/s）

（4）按风速进行验算: