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矿井通风说明书
矿井通风说明书
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ﻩ
1矿井通风与安全1
1.1 矿井通风系统的选择ﻩ1
1.1.2 选择矿井主要通风机的工作方法ﻩ3
1.2 全矿所需风量的计算及其分配ﻩ5
1.2.1矿井风量计算原则ﻩ5
1.2.2矿井风量计算方法ﻩ5
1.2.3风量分配ﻩ9
1.2.3风速验算10
1.3全矿通风阻力计算ﻩ11
1.3.1 矿井通风总阻力计算原则ﻩ11
1.3.3 井总风阻及总等积孔计算16
1.4矿井通风设备的选择17
1.4.1 矿井通风设备的要求17
1.4.2 选择主要通风机ﻩ17
1.4.3选择电动机19
1.5矿井灾害防治技术ﻩ19
1.5.1预防瓦斯事故措施ﻩ19
1.5.2火灾防治措施ﻩ20
1.5.3预防煤尘事故措施ﻩ20
1.5.4矿井水害防治措施20
1矿井通风与安全
1.1矿井通风系统的选择
1.1.1选择矿井通风系统
选择矿井通风系统,要结合井田开拓方式和采区巷道布置及生产系统,要符合安全可靠,技术先进、合理、经济,投产快等总原则。
矿井通风系统的要求:
1)每个生产矿井,必须至少有2个能行人的通达地面的安全出口。
各个出口之间的距离不得小于30m。
如果采用中央并列式通风系统,还要有井田边界附近设置安全出口。
当井田一翼走向较长,矿井发生灾害不能保证人员安全撤退时,必须掘进井田边界附近的安全出口。
井下每一个水平到上一个水平和各个采区,至少都要有2个便于行人的安全出口,并与通达地面的安全出口相连通,要保证有一个井筒进新鲜空气,另一个井筒排出污浊空气。
2)进风井口必须布置在不受粉尘、灰土、有害和高温气体侵入的地方。
进风井筒冬季结冰对工人身体健康、提升和其他设施有危害时,必须设置暖风设备,保持进风井以下的空气温度经常在2℃以上。
进风井与出风井的设置地点必须地层稳定,施工地质条件比较简单,占地少,压煤少而且要在当地历年来洪水位的最高标高以下。
3)箕斗提升井或装有带式输送机的井筒,若兼作风井使用,必须遵守下列规定:
(1)箕斗提升井兼作回风井时,井上下装、卸载装置和井塔架都必须有完善的封闭措施漏风率不得超过15%,并应有可靠的防尘措施。
装有带式输送机的井筒兼作回风井时,井筒中的风速不得超过6m/s,且必须装设甲烷断电仪。
(2)箕斗提升井或装有带式输送机的井筒兼作进风井时,箕斗提升井筒中的风速不得超过6m/s,装有带式输送机的井筒中的风速不得超过4m/s,并都应有可靠的防尘措施,保证粉尘浓度符合工业卫生标准。
井筒中必须装设自动报警灭火装置和铺设消防管路。
4)所有矿井都必须采用机械通风。
主要通风机(供全矿、一翼或一个分区使用)必须安装在地面,装有通风机的井口必须封闭严密,其外部漏风率在无提升设备时不得超过5%,有提升设备时不得超过15%;必须保证主要通风机连续运转;必须安装2套同等能力的主要通风设备,其中一套备用,严禁采用局部通风机或通风群作为主要通风机使用;装有主要通风机的出风井口应安装防爆门;必须装有符合《煤炭安全规程》的反风设施。
5)每一个矿井必须有完整的独立通风系统,不宜把两个可以独立通风的矿井合并成一个通风系统;若有几个出风井,则自采区流到各个出风井的风流需保持独立;各工作面的回风在进入采区回风道之前,都不能任意贯通;下水平的回风流和上水平的进风流必须严格隔开;在条件允许的条件下,要尽量使总进风早分开,总回风晚汇合。
6)采用多台主要通风机分区开采时,为了保持联合运转的稳定性,总进风道的断面不宜过小,并尽可能的减少公共风路的风阻;各分区主要通风机的回风流、中央主要通风机和每一翼主要通风机的回风流,都必须严格隔开。
7)矿井通风系统中,如果某一分区风路的风阻过大,主要通风机不能供给足够风量时,可在井下安设辅助通风机,但必须供给辅助通风机房新鲜风流;在辅助通风机停止运转期间,必须打开绕道风门。
严禁在煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井中安设辅助通风机。
8)回采工作面和掘进工作面都应采用独立通风。
回采工作面与其相连接的掘进工作面,在布置独立通风有困难时,可采用串联通风,但必须符合《规程》第114条、116条的有关规定。
掘进工作面必须采用矿井全风压通风或局部通风机通风,并符合《规程》第127条、128条、129条的规定。
9)煤层倾角大于12°的回采工作面,都应采用上行通风,有煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出危险的回采工作面,不得采用下行通风。
10)井下火药库必须有单独的进风风流,回风风流必须直接引入矿井的总风道或主要回风道,并符合《规程》第130条的有关规定。
结合本矿实际,选用分区式通风系统。
1.1.2选择矿井主要通风机的工作方法
1)抽出式
采用抽出式通风,是把主要通风机安装在回风井口附近,工作时使井下整个通风系统处于负压状态。
采用这种通风方式,当矿井与地面间存在漏风通道时,漏风从地面漏向矿内;当塌陷裂隙通向废旧小煤窑时,会把小煤窑内积存的有害气体抽到井下,并使工作面的有效风量减少;一旦主要通风机因故停止运转,井下的风流压力提高,有可能使采区内瓦斯涌出量减少,比较安全,而压入式通风正好相反。
2)压入式
采用压入式通风,是把主要通风机安装在进风井口附近,工作时使井下整个通风系统处于正压状态。
采用这种通风方式,矿井地面漏风是从矿内漏向矿外;在垮落裂隙通达地表时,矿井采空区煤炭自燃生成的有害气体难以检测到,使自燃征兆不宜发现。
一般认为,压入式通风适合于开采水平低,小窑多,顶板跨落裂隙直通地表、瓦斯低的矿井,由于采用压入式通风必须在矿井总路线上设置若干个构筑物,而其中有些是交通要道,人员、车辆或提升容器来往频繁,使风门易受损坏,漏风较大,通风管理比较困难;尤其是深水平矿井,采用压入式通风更不适宜。
3)压抽混合式
采用压抽混合式通风,是在进风井口安装一风机作压入式运转,在回风井口安装一风机作抽出式运转。
采用这种通风方式,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,其正压或副压均不大,采空区连通地表的漏风因而较小,其缺点是使用的风机设备多,管理复杂。
综合考虑各种通风机工作方式的优缺点和本矿的生产实际,确定本矿井为抽出式通风。
1.1.3选择矿井通风方式
1)中央并列式的适用条件
煤层倾角大、埋藏深、但走向长度不大(井田走向长度小于4km),而且瓦斯、自然发火都不严重的矿井,采用中央并列式是较合理的。
2)中央分列式(边界式)的适用条件
煤层倾角较小、埋藏较浅,走向长度不大,且瓦斯突出、煤层自燃比较严重的矿井,采用中央分列式较合理,它与中央并列式相比,安全性好,通风阻力较小,内部漏风小,这对于瓦斯、自然发火的管理工作较有利,且工业广场不受主要通风机噪音的影响。
3)两翼对角式的适用条件
煤层走向长度超过4km,井型较大,煤层上部距地面较浅,瓦斯和煤层自然发火严整的矿井,采用两翼对角式比较适宜。
4)分区对角式的适用条件
煤层距地表浅,或因地表高低起伏比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,只能用这种小风井分区通风的布置方式。
5)混合式的适用条件
井型大、走向长,为了缩短基建的时间,在初期采用中央式通风系统,随着生产的发展,当开采到两翼边界时,在建立对角式的通风系统。
由于本矿井倾角小,走向长度大,故可采用分区式通风方式。
优点是:
安全性好,通风阻力较小,内部漏风小,这对于瓦斯、自然发火的管理工作较有利,且工业广场不受主要通风机噪音的影响。
1.2全矿所需风量的计算及其分配
1.2.1矿井风量计算原则
矿井需风量按下列要求分别计算,并取其中的最大值:
1)按井下同时工作最多人数计算,供风量不得小于4m3/(人·min);
2)按采煤、掘进、硐室及其他实际需风量之和进行计算。
1.2.2矿井风量计算方法
1)回采工作面需风量的计算
(1)按瓦斯涌出量计算
按回采工作面回风巷风流中瓦斯的浓度不得超过1℅的要求计算。
即:
Qai=100×Qgai×Kgai (1-1)
式中:
Qai——第i个回采工作面实际需要风量,m³/min
Qgai——第i个回采工作面瓦斯的平均绝对涌出量,m³/min;
Kgai——第i个回采工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数。
它是该工作面瓦斯绝对涌出量的最大值与平均值之比。
生产矿井可在各个工作面正常生产条件时,进行至少5昼夜的观测,取其最大值。
通常机采工作面取1.2~1.6,炮采工作面取1.4~2.0,水采工作面取2.0~3.0。
本工作面为机采工作面,取1.4。
回采工作面日产量:
9512.2t
则瓦斯绝对涌出量Qgai=1.915×9512.2/(60×24)=12.65m3/min
工作面需风量Qai=100×12.65×1.4=1771.0m³/min,取1800m3/min。
(2)按工作面气温与适宜风速的关系计算
回采工作面应有良好的气候条件,其气温与风速的关系应符合表1-1要求:
表1-1回采工作面温度与风速关系表
回采工作面空气温度/℃
回采工作面的风速Vai/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
1.5~1.8
回采工作面平均空气温度为23℃,回采工作面的风速取为1.5m/s,因此,工作面所需风量可按下式计算:
Qai=60×Vai×Sai×Kai (1-2)
式中:
Vai——第i个回采工作面的风速,1.5m/s;
Sai——第i个回采工作面的有效通风面积,对于综采工作面可根据不同情况按下式近似计算:
Sai=3.75(M-0.3) (1-3)
式中:
M——煤层开采厚度,3.5m;
Sai=3.75×(3.5-0.3)=12m2
Kai——第i个回采工作面的长度风量系数,可按表9-2取1.4。
Qai=60×1.5×12×1.4= 1512m3/min
(3)按工作人数计算
Qai=4Nai (1-4)
式中:
4——以人数为单位的供风标准,即每人每分钟应供给的最低风量,m³/min;
Nai——第i个回采工作面同时工作的最多人数,人。
Qai=4×30=120m³/min
表1-2工作面长度风量系数取值表
回采工作面长度/m
回采工作面长度风量系数Kai
<50
0.8
50~80
0.9
80~120
1.0
120~150
1.1
150~180
1.2
>180
1.3~1.4
(4)按风速进行验算
按最低风速验算各个回采工作面的最小风量为:
Qai≥60×0.25×Sai (1-5)
按最高风速验算各个回采工作面的最大风量为:
Qai≤60×4×Sai (1-6)
式中:
Sai——第i个回采工作面的有效通风面积,综采工作面可按下式近似计算,m²;
则:
Qai≥60×0.25×12=180 m³/min
Qai≤60×4×12=2880m³/min
通过以上的各种计算及验算,可确定本工作面的通风量为1800m3/min。
2)备用工作面所需风量计算
按下式计算:
Q=0.5Qa大 (1-7)
式中Q备——备用工作面所需风量,m3/min。
则备用工作面所需风量为Q备=0.5×1800=900 m3/min
3)掘进工作面所需风量计算
(1)按瓦斯涌出量计算掘进工作面实际需风量的计算公式为
Qhf=100×Qghi×Kghi (1-8)
式中:
Qhf——第i个掘进工作面实际需要风量,m³/min;
Qghi——第i个掘进工作面的瓦斯平均绝对涌出量,m³/min;
Kghi——第i个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀风量备用系数,一般取1.5~2.0,这里取1.8。
掘进煤量:
951.22t;
瓦斯绝对涌出量Qghi=951.22×1.915/(60×24)=1.26m3/min
工作面需风量Qhf=100×1.26×1.8=226.8m³/min
(2)按局部通风机的吸风量进行计算
按局部通风机吸风量计算掘进工作面实际需风量计算公式为:
Qhi=∑Qhfi×Khfi (1-9)
式中:
∑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,掘进工作面选用JBT—61型局部通风机,额定风量为150m³/min;
Khfi——为防止局部通风机吸循环风的风量储备系数,取1.3。
Qhi=150×1.3=195m³/min
(3)按人数计算
按人数计算掘进工作面实际需要风量的计算公式为:
Qhi=4Nhi (1-10)
式中:
4——以人数为单位的供风标准,即每人每分钟应供给的最低风量,m³/min;
Nhi——第i个掘进工作面同时工作的最多人数,为20人。
则:
Qhi=4×20=80m³/min
(4)按风速进行验算
按最低风速验算,各个岩巷掘进工作面最小风量为:
Qhi≥60×0.15×Shi (1-11)
各个煤巷或半煤岩巷掘进工作面的最小风量为:
Qhi≥60×0.25×Shi (1-12)
按最高风速验算,各个掘进工作面的最大风量为:
Qhi≤60×4×Shi (1-13)
式中:
Shi——第i个掘进工作面巷道的净断面积,m²
区段巷掘进工作面最小风量为:
Qhi≥60×0.25×14.5=217.5m³/min
区段平巷掘进工作面最大风量为:
Qhi≤60×4×14.5=3480m³/min
根据以上计算结果可确定掘进工作面最大风量为230m³/min。
4)硐室所需风量计算
井下独立通风的每个硐室,应根据各类硐室分别计算。
(1)机电硐室
发热量大的机电硐室,风量根据硐室中运行的机电设备发热量进行计算:
Qri= (3600∑N×θ)/(ρ×Cp×60×Δt) (1-14)
式中:
Qri——第i个机电硐室的通风量,m3/min;
∑N——机电硐室中运转的电动机总功率,kW;
θ——机电硐室的发热系数;
ρ——空气密度,一般取1.2kg/m3;
Cp——空气的定压比热;
Δt——机电硐室进、回风流温度差。
采区变电所等机电硐室,根据经验值确定风量:
Qri=60~80m3/min,
在本设计矿井中取:
Qri=80m3/min
(2)爆破材料库所需风量的计算
爆破材料库所需风量的计算公式为:
Qri=4×V/60 (1-15)
式中:
V——库房容积,m3;大型爆破材料库风量不得小于100m3/min,中小型爆破材料库不得小于60m3/min,此取100m3/min。
(3)充电硐室
按其回风流中氢气浓度不得小于0.5%计算
Qri=200×qrhi (1-16)
式中:
qrhi——充电硐室在充电时产生的氢气量,m3/min。
通常充电硐室的供风量不得小于100m3/min,这里取100m3/min。
则硐室所需风量之和为:
80+100+100=280m3/min。
(4)其他用风地点所需风量设为200m3/min。
5)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所需风量的总和计算:
Qm=(ΣQat+ΣQht+ΣQrt+ΣQot)×Km (1-17)
式中:
ΣQat——采煤工作面和备用工作面所需风量之和,m3/min;
ΣQht——掘进工作面所需风量之和,m3/min;
ΣQrt——硐室所需风量之和,m3/min;
ΣQot——其他用风地点所需风量之和,m3/min;
Km——矿井通风系数,可取1.15~1.25,此取1.25。
Qm=(1800+900+230×2+280+200)×1.25=4550m3/min=75.83m3/s
1.2.3风量分配
1)通风容易时期和困难时期的确定
在主要通风机服务年限内,随着采煤工作面和采区接替的变化,通风系统的总阻力也将因此变化。
在通风容易时期东区有一个采煤工作面,一个备采工作面,两个掘进工作面;在通风困难时期东区再多出了一个掘进工作面。
2)配风方法
采煤工作面Q采=1800×1.25=2250m3/min=37.5m3/s
备用工作面Q备=900×1.25=1125m3/min=18.75m3/s
机电硐室Q机=80×1.25=100m3/min=1.67m3/s
爆破材料库Q爆=100×1.25=125m3/min=2.08m3/s
充电硐室Q充=100×1.25=125m3/min=2.08m3/s
其他地点Q其他=200×1.25=250m3/min=2.17m3/s
1.2.3风速验算
井田开拓系统中各个主要巷道设计风速要按《规程》第101条规定的风速进行验算。
《规程》规定的风速限定值见表1-3。
表1-3井巷中允许风流风速
井巷名称
最低允许风速/(m·s-1)
最高允许风速/(m·s-1)
无提升设备的风井和风硐
15
专为升降物料的井筒
12
风桥
10
升降人员和物料的井筒
8
主要进、回风巷道
8
架线电机车巷道
1.0
8
运输机巷道,采区进、回风巷道
0.25
6
回采工作面、掘进中的煤巷和半煤岩巷
0.25
4
掘进中的岩巷
0.15
4
其他通风人行巷道
0.15
1)副井井筒
断面积44.16m2,通过风量75.83m3/s,则风速为:
80.63/44.16 =1.72m/s<12m/s,
满足风速的要求。
2)轨道大巷
轨道大巷净断面积13.3m2,通过风量为64.37m3/s,则风速为:
64.37/13.3=4.84m/s<8m/s
所以满足风速的要求。
3)轨道上山断面12.8m2,通过风量为:
58.13m3/s,则风速为:
58.13/12.8=4.54m/s<6m/s
所以满足风速的要求。
4)区段运输平巷断面积13.4m2,通过风量为46.88m3/s,则风速为:
46.88/13.4=3.50m/s<6m/s
所以满足风速要求。
5)回采工作面断面约为12m2,通过风量为37.5m3/s,则风速为:
37.5/12=3.13m/s<4m/s
所以满足风速要求。
6)区段回风平巷断面面积为:
10.4m2,通过风量为46.88m3/s,则风速为:
46.88/10.4=4.51m/s<6m/s
所以满足风速要求。
7)采区回风石门断面积为12.8m2,通过风量为75.83m3/s,则风速为:
75.83/12.8=5.92 m/s<6m/s
所以满足风速要求。
8)风井断面积:
19.63 m2,通过风量为80.63 m3/s,则风速为:
75.83/19.63= 3.86m/s<15 m/s满足要求
从各个巷道风速与上表对照知,本矿井的巷道风速都能满足要求。
1.3全矿通风阻力计算
1.3.1矿井通风总阻力计算原则
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(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。
1.3.2矿井通风阻力计算
摩擦阻力可按下式计算:
Hfi=αi×Li×Ui×Qi2/Si3=RQ2 (1-18)
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;
Qi——第i个通风井巷风量,m3/s;
Si——井巷净断面积,m2;
R——井巷摩擦风阻,NS2/m8;
主要通风机的选择是工作风压要满足最大的通风阻力,因此先确定通风容易时期和通风困难时期的最大阻力路线。
根据矿井不同时期的通风系统图1-1和图1-2绘制网络图
因有外部漏风,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,即风硐风量是风井风量的1.05倍。
沿最大的阻力路线分别计算通风容易时期和通风困难时期的通风阻力,见表1-4和表1-5。
通风容易时期总阻力hme=1.1hfe
通风困难时期总阻力hmd=1.1hfd
式中hme——通风容易时期总阻力,Pa;
hfe——通风容易时期总摩擦阻力,Pa;
hmd——通风困难时期总阻力,Pa;
hfd——通风困难时期总摩擦阻力,Pa。
图1-1 通风容易时期系统图
图1-2通风困难时期系统图
图1-3 通风容易时期与困难时期的网络图
表1-4风容易时期的通风阻力
序号
巷道
名称
支护
形式
α/N·s2·m-4
L/m
U/m
净断面
/s/m2
R/N·S2·m-8
风量
Q/m3·s-1
Hfi
/Pa
1-2
副井
钢筋
混凝土
0.040
730
23.55
44.18
0.008
75.83
46.00
2-3
井底
车场
锚喷
0.005
500
14.23
13.3
0.015
64.37
62.15
3-4
轨道
大巷
锚喷
0.005
2000
14.23
13.3
0.060
64.37
248.61
4-5
上山
锚喷
0.007
1100
13.95
12.8
0.050
58.13
172.33
5-6
区段
运输巷
锚喷
0.012
2000
15.2
13.44
0.150
46.88
329.66
6-7
工作面
支架
0.032
300
14.0
12
0.078
37.50
109.69
7-8
区段
回风巷
锚喷
0.007
2000
13.0
10.44
0.160
46.88
219.77
8-9
回风石门
锚喷
0.008
300
13.95
12.8
0.016
75.83
92.00
9-10´
风井
钢筋
混凝土
0.003
380
15.7
19.63
0.002
75.83
11.50
风硐
混凝土
0.012
79.62
76.07
总阻力
1367.78
表1-5通风困难时期的通风阻力
序号
巷道
名称
支护
形式
α/
N·s2·m-4
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- 矿井 通风 说明书