华北理工矿井通风与安全教案第9章 矿井通风设计.docx

课程名称：矿井通风与安全授课题目（章、节）第九章 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节矿井通风设计拟定矿井通风系统矿井总风量的计算和分配 计算井巷通风总阻力选择矿井通风设备 概算矿井通风费用 生产矿井通风设计简述 本讲目的要求及重点难点：【目的要求】通过本章的学习，要求学生了解和掌握矿井通风设计方法和原贝【重 点】通风设计的步骤。【难 点】拟定矿井通风系统。【本讲课程的引入】矿井通风设计是整个矿井设计内容的重要组成部分，是保证安全生产的重要 一环。新建矿井在进行开拓，开采设计时，还要对通风进行设计。【本讲课程内容】第九章矿井通风设计新建矿井通风设计的依据：1、矿井天然的安全条件（矿井沼气等级，各煤层的沼气含量，煤尘爆炸 性，煤的自燃等）2、矿井设计的生产能力3、矿井的开拓方式和采煤方法4、采煤年进度计划5、矿井和各水平的服务年限6、各种技术经济参数，性能的资料和有关法规政策规定新建矿井通风设计的基本内容和步骤：1、拟定矿井通风系统2、计算和分配矿井总风量3.计算矿井通风总阻力4、选择矿井通风设备5、概算矿井通风费用第一节拟定矿井通风系统矿井通风系统：1、通风方式（中央式，对角式，混合式）2、通风方法（抽出式，压入式，压抽联合式）3、通风网络一、矿井通风系统的类型1、中央式（1）中央并列式A、中央并列抽出式：进风井和出风井大致并列在井田走向的中央，出风 井的井底必须和总进风流隔开。B、中央并列压入式（2）中央分列式A、中央分列抽出式：进风井大致位于井田走向的中央出风井大致位于井 田浅部边界，沿走向的中央，在沿倾斜方向上。B、出风井和井风井相隔一段距离，为了提人和提物需要在井田走向中央 开两个并联井筒。2、对角式（1）两翼对角式A、两翼对角抽出式：进风井筒大致位于井田走向中央B、两翼对角压入式：两个出风井筒分别位于沿倾斜的浅部和沿走向的边 界附近。（2）分区对角式A、分区对角抽出式：进风井大致位于井田走向的中央，在每个采区各采 掘一个小回风井，并分别安设主扇。可不比做总回风道。B、分区对角压入式、3、混合式井风井与出风井由三个以上井筒按上述各种方式混合组成，其中有中央 分别与两翼对角混合式和中央并列与中央分别混合等。要在初期通风系统的基础上，根据煤层赋有条件和生产发展情况进行分 析确定。1、选择矿井通风系统的基本要求选择任何通风系统都要符合投产较快，出煤较多，安全可靠，技术经济 指标合理等总原则，具体地说要适应以下要求：1）个矿井特别是地震区，多震区的矿井，至少要有两个通到地面的安全 出口，各出口之间的距离不得小于30m。2）进风井口要避免污风，尘土，砰石燃烧气体，炼焦气体等的侵入，进 风井口距离产生煤尘，有害气体的地点不得小于500m3） 一般不应兼作进风井或出风井，若满足一定条件时方可兼作。4）所有矿井都耍采用机械通风，主扇和分区主扇必须安装在地面，新设 计矿井不宜在同一井口选用儿台主扇联合运转。5）不宜把两个可以独立通风的矿井合并为一个通风系统。6）采用多台分区主扇通风时，为了保持联合运转的稳定性，总进风巷的 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 扇和每一翼主扇的回风流都必须严格隔开。7）要充分注意降低通风费用8）要符合采区通风和掘进通风的若干要求，要满足防止瓦斯，火，尘， 水和高温对矿井通风系统的要求，还要有利于深水平或后期通风系统的发展 变化。2、择主扇的工作方法煤矿主扇的工作方法基本上分为抽出式与压入式两种，其优缺点为：1）抽出式主扇使井下风流处于负压状态，当一旦主扇因故停止运转时、 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；压入式 主扇使井下风流处于正压状态，当主扇停止转动时，风流压力降低。有可能 使采空区瓦斯涌出量增加。2）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 管理工作比较困难，漏风较大。3）在地面小窑塌陷区分区较少，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, 总进风量和工作的有效风量都会减少。因此，一般来说，在地面小窑塌陷区漏风严重，开采第一水平和低沼气 矿井等条件下，采用压入式比较合适，否则不宜采用。3、选择矿井的通风方式一般来说，新建矿井多数是在中央并列式，中央分裂式，两翼对角式和 分区对角式等方式中进行选择，混合式是前几种方式的发展，多在老矿井的 改进扩建时使用。1）中央并列式的使用条件：煤层倾角大，埋藏深，但走向长度不大（4km）且瓦斯发火都不严重时, 比较合理。2）中央分列式的使用条件：煤层倾角较小，埋藏深度较钱，走向长度不大，且瓦斯发火比较严重的 新建矿井。与中央并列式相比，其安全性要好，建井期略长，相差不悬殊。矿井的 通风阻力较小，内部漏风小，这时于瓦斯，自然发火的管理工作比较有利。3）两翼对角式的使用条件煤层走向较大（4km）,井型较大，煤层上部距地面较浅，瓦斯和自然 发火严重的新建矿井。其优缺点与中央并列式相反，比中央分列式的安全性更好，初期投资大, 有些瓦斯等级不高。但煤层走向较长，产量较大的新建矿井也可采用。4）分区对角式的使用条件煤层距地表较钱，或因地表高低起伏较大，无法开掘浅部的总回风道.在 此条件下，开采第一水平时,只能采用这种小风井分区通风的布置方式，其主 要优点是每隔采区各有独立的通风路线，互不影响.第二节矿井总风量的计算和分配矿井总风量是井下各个工作点的有效风量和各条风路上的漏风之和。一、生产矿井所需风量1、配风的原则和方法根据实际需要由里向外细致配风，即先定井下各个工作地点所需的有效 风量，逆风流方向加上各风路上允许的漏风量，确定各风路上的风量和矿井 的总回风量；在适当加上因体积膨胀的风量（总进风量的5%）得出矿井的总 回风量，最后加上抽出式主扇井口和附属装置的允许漏风量，得出通过主扇 的总风量.对于压入式通风的矿井，则在所确定的矿井总进风量中加上矿井外部漏 风量.得出通过压入式主扇的总风量.2、配风的依据所配给的风量必须符合规程中下列有关规定：1）关于。2, CH4, C02和其他有毒有害气体安全浓度的规定2）关于最高风速和最低风速的规定。3）关于采掘工作和机电碉室最高温度的规定。4）关于空气中粉尘安全浓度的规定等。另外，在装有局扇的巷道内，巷道内的风量应不小于局扇风量的L43倍; 在串联掺新的风量中，应使其中的CHm C02不超过0.5%,且其它有害气体 不超过安全浓度。允 许 风速井巷名称 , *«离无提升设备的风井和网，15也为升降物料的井筒12凤桥10升降人员和物料的并临8主要进、回风道一8架线 电机 车卷 道8运输机巷道、采区进、回风道0.256回采工作面、福进中的媒卷和半柒岩卷0.254掘进中的岩卷0.154其它人行巷道0.15一二、新建矿井和延深矿井所需风量在进行矿井通风设计时，对于新建矿井和延深矿井所需风量，是属于预 先估计风量的性质。如何恰当的预测其风量还不能很好的办到。有条件的可 以参考相邻矿井的总风量，然后大致分配到各个用风地点，这种方法存在不 少问题，我国已有改进的计算方法可供参考。1、曾经沿用过的风量计算方法（1）按井下同时工作的最多人数计算矿井总风量。（2）按井下同时使用最大炸药量计算。（3）按沼气或C02的涌出量计算。2、建议试用风量计算方法（1）低沼气矿井，以工作面能够有良好的气候条件作为供风依据。高沼气矿井，按总回风流中的沼气浓度不超过0.75%的要求计算。三、风量分配在进行总风量计算后，依据下列原则进行分配各个回采工作面的风量， 按照与产量成正比的原则进行分配；各个备用工作面的风量，按照它再生产 时所需风量的一半进行分配.四、确定矿井总风量和各个分风量通过以上的风量分配计算，把分配给井下各个用风地点与它们的进风和 回风路线上的各个风量初步确定。然后按照风速极限进行验算，如能符合风 速的要求，就最后确定矿井总风量和井下各处的风量，否则就要进行个别调 整。第三节计算井巷通风阻力井巷通风总阻力是选择矿井主扇的重要因素之一。因此，在选择矿井主 扇之前，必须首先计算井巷通风总阻力。一、计算的原则（1）如果矿井的服务年限不长（10-20a）,选择达到设计产量后通风容 易和通风困难两个时期通风阻力最大的风路，沿着这两条风路分别计算各段井巷的通风阻力。然后累加起来，便得出这两个时期的井巷通风总阻力/zrmin, 儿max。据此所选用的主扇既能满足通风困难时期的要求，又能作到通风容易 使用合理，其他时期无需计算。如果矿井服务年限较长(30-50a),则只计算头15-20a左右通风容易和通风困难两个时期的4min和4max，为此需先绘出这两个时期的通风网络图。对于小矿则只计算服务年限内的么mix，不必分两个时期。(2)因有外部漏风，通过主扇的风量Qf必大于通过总出峰井的矿井总 风量Q。为了计算风峭的阻力，需先求出Qf抽出式 Qf= (1.05-1.10) Q(9-1)式中1.05, 1.10表示抽出是通风矿井的外部漏风系数(3)为了经济合理，避免主扇选型太大，需控制max不能太大。(一般不超过3000Pa,特大型除外)，必要时需对某些局部巷道采取降阻措施。(4)要先分析整个通风网络中，自然分配风量和按需分配风量的区段， 分别按这两种分配风量的方法，计算各区段的通风阻力。二、计算方法沿着上述两个时期通风阻力最大的风路。分别用下式计算出个区段井巷 的摩擦阻力。hfr =cdLUQ1/S3 Pa(9-3)将各区段的摩擦阻力累加起来，并考虑适当的局部阻力系数，即可算出 通风容易和通风困难两个时期的井巷通风总阻力。Amin = l2Z&minPa(%4)%ax=L15Z与max Pa( %5)式中1.15, 1.20是考虑到风路上局部阻力的系数，有时还用下式计算两 个时期的矿井总风阻和总等积孔。Rmin =力rmin / 2之Rmax = 4max/Q24ax = 1.18962 /柄总第四节选择矿井通风设备矿井通风设备包括主扇和它的电动机，需先选择主扇，然后选择电动机。 一、选择主扇通常用扇风机的个体特性曲线来选择。要先确定通风容易和通风困难两 个时期运转时的工作点。为此要用以下方法分别算出两个时期主扇的风压， 为了使所选的主扇在通风容易时期的工作效率不致太低，有时需考虑矿井自 然风压帮助主扇的作用，即：抽出式主扇，通风容易时期的静风压，应为：Pa（9-6 ）式中版为通风容易时期帮助主扇风压的矿井自然风压。为了使所选用的主扇在通风困难时期的风压够用，有时考虑自然风压反 对主扇风压的作用，即：抽出式主扇，通风困难时期的静风压，应为：储=%max - hno（9-7）式中心为通风困难时期帮助主扇风压的矿井自然风压同理对于压入式主扇，通风容易和通风困难时期的全风压分别为：%min =%in 一%Pa（%8）“max = "max -%（%9）根据计算所得的的max，。/和'min，Q/两组数据，在扇风机的个体特性曲线图表上选择合适的主扇。判别是否合适，要看上面两组数局所构成的时期的工作点是否都落在扇 风及个体特性曲线上的合理工作范围内。选定以后即可得出两个时期的主扇 的型号，动轮直径等。二、选择电动机根据通风容易和通风困难时期主扇的输入功率N/m.N/max计算出电动机的输出功率（kw）。如果选用异步电动机，且当NMin，N*max相差不大时，即N.min 2 0.6Nmax时，则这两个时期都用一种较大功率的电动机，选择这种电动机的输出功率N-。和输入功率Nj,分别用下式计算：Ne0 = N» kw （9-10）式中%传动效率，直接传动时/ =1。Nd=Q.a-.15）Ne。/%, kw （9-11）式中1.10, L15电动机的容量系数，离心式主扇，取1.15；轴流式主扇MX 1.10, %电动机的效率。当Nfmin <06N*m”时，则通风容易时期用功率较小的电动机，在适当的时候在换用功率较大的电动机。通风容易时期电动机的输出功率习惯用比例中项式计算，即：Neomin =Nj1gm N/max，kw，(9-12)-I。1.15)%/%，kw (9-13)对于功率在400500KW以上的主扇，宜选用同步电动机，选用这种电 动机的输出功率分别用(9-10), (9-12)式计算。用同步电动机的优点是，在通风容易时期低负载运转时，可以利用它来 改善矿井变电所母线上的功率圈数，使矿井经济用电；缺点是，这种电动机 的购置和安装费用较大。根据以上所得的Ne。，Nei，ne以及主扇所要求的转数，可以选出合适的 电动机。第五节概算矿井通风费用一般是计算每吨煤的通风费用，即所谓吨煤的通风成本。一、每吨煤的通风电费士工曾十卢一挂仿打山且7(N1+M)x365 X24先计算王扇运转的耗电卑：Imf=，KW-h/t式中N,N?年内最大和最小的主扇输入功率。“一主扇电动机的效率，一般取0.90.95力一变压器的效率，一般取0.8小一电线的输电效率，一般取0.95%传动效率，直接传动，取L0;间接传动，取0.95同时，统计一年内局扇，辅扇的耗电量(厂 各类扇风机在一年内的总耗电量为：Is= Ims+ Ief kwh/a(9-15)用下式计算每吨煤的耗电量/ 二4,kwh/aTT年内的矿井产煤量每吨煤的通风电费£ = /x。万D年度电的费用兀1(kw h)二、吨煤通风成本除上述每吨煤的通风电力费外，还要统计一年的下列费用，然后折算出 吨煤费用。(1)通风设备的折旧费和维修费折旧费一般是用通风设备的服务年限去除购置费、运输费和安装费的总 和。(2)转为通风服务的井巷工程折旧费和维修费。(3)通风器材的购置费和维修费(4)通风仪表的购置费和维修费(5)通风区队全体人员的工资费以上五项的吨煤费用加上吨煤通风电力费，就是吨煤通风成本。第六节生产矿井的通风简述一、生产矿井通风设计的特点和要求生产矿井的通风设计和新建矿井的通风设计在设计内容步骤和方法等方 面基本类似，但更复杂些。因为要在老区正常生产的基础上发展新区，新区设计必须紧密联系老区 的生产发展情况，不仅要保证新区施工和投产过程中的安全生产，而且要保 证老区在这一过程中的安全生产，既要挖掘现有的通风的潜力，充分利用现 有的通风井巷，又要使他们与新建的通风井巷和新选的通风设备协调起来。一、生产到,井通风设计的基本内容和步骤(1)拟定到井通风系统(2)计算和分配矿井总风量，可以采取有力向外推的方法计算。(3)计算矿井通风总阻力(4)局部风量调节(5)主扇的调节或选择(6)概算矿井通风费用【本讲课程的小结】本讲课程主要讲授了矿井通风系统设计步骤和方法：矿井总风量的计算 和分配、计算井巷通风总阻力、选择矿井通风设备、概算矿井通风费用。要 求学生掌握矿井通风设计的方法和步骤，能够独立进行矿井通风系统选择和 设备选型。【本讲课程的作业】1、矿井通风系统设计步骤和方法？2、矿井总风量的计算方法？3、井巷通风总阻力计算方法？4、如何选型矿井通风设备？