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07通风设计
目录
绪论···········································1
第一章矿井概述······························3
1.1井田开采范围································3
1.2煤层赋存地质条件····························3
1.3煤层埋藏条件································5
1.4矿井参数设计································5
第二章矿井通风系统··························8
2.1矿井通风系统的要求·························8
2.2矿井通风系统的确定··························8
2.3采区通风系统······························13
2.4采煤工作面上行通风和下行通风···············14
2.5工作面通风系统····························16
第三章矿井风量的计算和分配··················17
3.1矿井风量计算原则··························17
3.2矿井需风量的计算··························17
3.3矿井风量分配······························23
第四章矿井通风阻力计算·····················25
4.1矿井通风阻力计算原则······················25
4.2矿井通风阻力的计算························25
第五章矿井通风设备的选择····················26
5.1矿井通风设备的要求························26
5.2主要通风机的选择··························26
5.3电动机的选择······························30
5.4概算年耗电量······························31
小结··········································32
参考文献······································33
绪论
通风系统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环节。
因此,必须周密考虑,精心设计,力求实现预期效果。
一矿井通风设计的内容与要求
矿井设计的基本任务是建立一个安全可靠、技术先进和经济的矿井通风系统。
对于新建矿井的通风设计,既要考虑当前的需要,又要考虑长远发展的可能。
此外,矿井通风设计必须贯彻党的技术政策,遵照国家颁布的矿山安全规程、技术操作规程、设计规范等有关规定。
矿井设计一般分为两个时期,即基建时期和生产时期。
1、矿井基建时期的通风
矿井基建时期的通风指建井过程中掘进井巷时的通风,即开凿井筒、井底车场、井下硐室、第一水平的运输巷道和通风巷道时的通风。
此时期多用局部通风机对独头巷道经行局部通风。
当两个井筒贯通后,主要通风机安装完毕,便可以主要通风机对已开凿的井巷实行全压通风,从而可缩短其余巷道与硐室掘进时的局部通风的距离。
2、矿井生产时期的通风
矿井生产时期的通风是指矿井投产后,包括全矿开拓、采准和采煤工作面以及其它巷道的通风。
这时期的通风设计,根据矿井生产年限的长短,又可分为两种情况:
(1)矿井服务年限不长(小于20年),只作一次通风设计。
矿井达产后通风阻力最小时为矿井通风容易时期;矿井通风阻力最大时为通风困难时期。
依据这两个时期的生产情况进行设计计算,并选出对此两时期皆适宜的通风设备。
(2)矿井服务年限较长时,考虑到通风机设备选型,矿井所需风量和风压变化等因素,又分为两期进行设计。
第一水平为第一期,对该时期内通风容易和困难两种情况详细的进行设计计算。
第二期的通风设计只作一般的原则规划,以使确定放入通风系统既可适应现实生产的要求,又能照顾长远的生产发展与变换情况。
本设计将不对矿井基建时期的通风进行设计,只对矿井生产时期的通风进行设计。
3、本次矿井通风设计的内容
(1)拟定矿井开采范围和开采、开拓系统
(2)确定矿井通风系统
(3)矿井风量计算和风量分配
(4)矿井通风阻力计算
(5)选择通风设备
此外,根据不同地区或矿井的特殊条件,还需进行矿井空气温度调节的计算。
4、矿井通风设计的要求
(1)将足够的新鲜空气有效的送到井下工作场所,保证生产和创造良好的劳动条件
(2)通风系统简单,风流稳定,易于管理,具有抗灾能力
(3)发生事故时,风流易于控制,人员便于撤出
(4)有符合规定的井下环境和安全监测系统或检测措施
(5)通风系统的基建投资省,营运费用低、综合经济效益好
第一章矿井概述
1.1井田开采范围
平顶山煤矿位于河南省中西部,属于平顶山市区管辖,井田长4000m,倾斜长为1800m,面积约为7.2平方千米,交通极为便利:
北边是全国交通枢纽,地处陇海线、京九线及京广线边界、可到达全国各个省市。
1.2煤层赋存地质条件
一、煤系地层
井田地处河南省边缘地带,井田四周以黄土覆盖,中部为基岩裸露区,地层总体走向为东西走向,倾向向南,倾角10°-15°,平均倾角为12°。
井田内地层发育为奥陶系中统峰峰组,石炭系上统太原组,二叠系下统山西组,下统下石盒子组,上统上石盒子组,第四纪中、上更新统及全新统。
现由老至新分述如下:
1.奥陶系中统峰峰组
本组为煤系地层的基底,根据钻孔揭露基岩主要为蓝色,灰黄色,致密厚层状花斑灰岩。
顶部为泥灰岩或白云质泥岩。
2.石炭系上统太原组
本组主要为一套海陆交互相沉积。
岩性主要为灰黑色泥岩、砂岩及较稳定的第二两煤层组成,本组厚60-78m,平均厚度73m。
3.二叠系
(1)下统山西组
本组为陆相沉积,底部以粉砂岩及砂质泥岩与太原组分界,本组岩性主要为黑色泥岩、粉砂岩、砂质泥岩与第一层较稳定的煤层组成,厚度40-80m,平均厚度60m。
(2)下统下石盒子组
岩性特征为黄绿色砂岩、粉砂岩、泥岩互层,局部有煤线,本层厚度60-90m,平均厚度70m。
(3)上统上石盒子组
一段岩性特征黄绿色、杏黄色泥岩,夹薄层砂岩,厚度130-200m,平均160m。
二段岩性特征黄绿色中细粒砂岩夹泥岩,厚度80-130m,平均100m。
4.第四纪中、上更新统及全新统
(1)中更新统:
为一套洪积相的红色粘土,富含钙质结核。
(2)上更新统:
其基岩主要为浅黄色亚粘土或砂质泥土,多分布在丘陵和山坡之上。
(3)全新统:
多覆盖在地表最上层,岩性为浅灰色亚砂土、卵砾石等。
第四纪分布厚度一般20-60m,平均厚度45m。
二、地质构造
井田内地质构造简单,岩层比较稳定,倾角为10°-15°,地质构造主要表现为单斜构造。
井田内基本无褶皱构造,仅井田西部以断层为界,且基本无岩浆侵入活动和岩溶塌陷现象及其对煤层的影响。
三、水文地质特征
水文地质条件简单,基本无含水层:
矿区内有太原组灰岩、砂岩及山西组、下石盒子组砂岩等含水层,据区域及邻区资料其含水性均较弱。
涌水量很小,对生产基本无影响。
四、瓦斯赋存情况等
1.瓦斯等级:
本矿井为低瓦斯矿井。
2.煤层、煤的自燃倾向性及地温
根据钻孔煤样和周围矿井生产实际调查分析,本矿井无较大爆炸危险性和自燃倾向性,邻近矿井在生产实际中未发生过煤尘爆炸和自燃现象。
1.3煤层埋藏条件
井田内主要煤系地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组,煤层地层总厚度508m,含煤三层,煤层总厚度4m,主要可采煤层为1、6号煤层。
总体走向为东西走向,倾向向南,倾角10°-15°,平均倾角为12°。
1、1号煤层
厚度1.2-1.8m,平均厚度1.5m;结构简单,一般不含夹层,顶板为粘土岩、粉砂岩,底板为粉砂岩,局部为细砂岩,属坚固性中硬岩、中等稳定岩。
2、6号煤层
上距5号煤层底板约10m,煤层厚度1.7-3.5m,平均2.5m,结构简单,一般不含夹层,顶板为粘土岩、粉砂岩,属坚固性中硬岩、中等稳定岩-稳定岩层。
底板为粉砂岩,为中等稳定-稳定岩层,坚固性中硬岩石。
煤层埋藏特征表
煤层
煤号
煤层厚度
最小—最大
平均厚度
煤层间距
夹矸层数
可采情况
顶底板岩性
瓦斯含量
水含量
顶板
底板
山西组
1号
1.2—1.8
1.5
0
0
中等稳定
粘土层,粉砂层
粉砂层
低
很小
太原组
6号
1.7—3.5
2.5
距离5号10米
0
中等稳定
粘土层,粉砂层
粉砂层
低
很小
1.4矿井参数设计
一、阶段和水平的划分
本矿井走向长度为4000m,倾斜长度为1800m,故可将其划分为3个阶段,每个阶段倾斜长度为600m。
再将每个阶段划分为4采区,平均每个采区走向长度为1000m,采区倾斜长度与阶段倾斜长度相等,为600m。
在采区内,沿煤层倾斜方向将采区划分为3个区段。
区段斜长为200m。
每个区段分一个采煤工作面和备用工作面,因此,每个采煤工作面的走向长度为500m,除去煤柱,工作面长度为196m.具体划分情况如图1-1所示。
煤层开采顺序为先采上层1号煤层,再采下层6号煤层。
本采区处于第一水平,为单翼开采。
因本矿井先开采1号煤层,因此以下就1号煤层进行设计。
图1-1
二、矿井工业储量和生产能力
1、矿井工业储量
Zg=SLMr=4000×1800×4×1.3=3.744×107t=3774万t
式中:
Zg---矿井工业储量,t;
S---矿井走向长度,m;
L---矿井倾斜长度,m;
M---矿井煤厚,m;
r---煤的容重,t/m3,经实测取1.3t/m3;
2、矿井生产能力
1)一个工作面产量A0(t/a)
A0=L×v0×M×r×C0=196×1000×1.5×1.3×0.93
=355446t/a=35.5万t/a
式中
L--采煤工作面长度,m;
v0--工作面年推进度,m/a;综采面1000~1200m,本设计中取1000m;
M--煤层厚度或高,m;
r--煤的容量,t/m3;
C0--工作面回采工艺,一般取0.93~0.97,本设计中取0.93。
采区生产能力AB(t/a)为:
AB=k1×k2×∑i=1~nAoi=1.1×1×355446=390991t/a
=39.1万t/a
式中
n--同时生产的采煤工作面数,本矿井为1;
k1--采区掘进出煤的系数,可取1.1左右;
k2--工作面之间的煤影响系数;
Aoi--第i个采煤工作面的产量,t/a
第二章矿井通风系统
2.1矿井通风系统的要求
(1)每一矿井必须有完整的独立的通风系统;
(2)进风井口应按全年风向频率,必须布置在不受煤尘、粉尘、灰尘、有害气体和高温气体侵入的地方;
(3)箕斗提升或装有胶带运输及的井筒不应兼作进风井,如果兼做回风井使用,必须采取措施,满足安全要求;
(4)多风机通风系统,在满足风量按需分配的前提下,各主要通风机的工作风压应接近,当通风机之间的风压相差较大时应减少公用风路的风压,使其不超过任何一个通风机的风压的30%;
(5)每一个生产水平和每一采区,都必须布置回风巷,实行分区通风;
(6)井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流,回风必须直接引入矿井的总回风大巷或主要巷道;
(7)井下充电室必须用单独的新鲜风流通风,回风风流应引入回风巷。
2.2确定矿井通风系统
根据矿井瓦斯涌出量、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、煤层自然倾向性及兼顾中后期生产需要等条件、提出多个技术上可行的方案,通过优化或技术经济比较确定矿井通风系统。
一、矿井通风系统的类型
按进、回风井在井田的位置不同,通风系统可分为中央式、对角式、区域式和混合式。
如图2-1所示。
1、中央式
进、回风井均位于井田走向中央。
根据进、回风井的相对位置,又分为中央并列式和中央边界式(中央分列式)。
1)中央并列式
中央并列式进风井和回风井大致并列在井田走向的中央,两井底可以开掘到第一水平,也可只将回风井掘至回风水平。
(2)中央边界式(中央分列式)
中央边界式(中央分列式)是进风井大致位于井田走向的中央,回风井大致位于井田浅部边界沿走向中央、在倾斜方向上两井相隔一段距离,回风井的井底高于进风井的井底。
2、对角式
(1)两翼对角式
进风井大致位于井田走向的中央,两个回风井位于井田边界的两翼(沿倾斜方向的浅部),称为两翼对角式。
(2)分区对角式
进风井位于井田走向的中央,在各个采区开掘一个回风井,无总回风巷。
3、区域式
在井田内的每一个生产区域开凿进、回风井,分别构成独立的通风系统。
4、混合式
由上述几种方式混合组成,例如中央边界与两翼对角混合。
(a)中央并列式
(b)中央边界式
(c)两翼对角式
(d)分区式
(e)区域式
图2-1
二、各类矿井通风系统的优缺点及适用条件
各类型矿井通风系统的优缺点及适用条件如表2-1所示。
表2-1各类型矿井通风系统的优缺点及适用条件
通风方式
优点
缺点
适用条件
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
边界式
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。
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。
三、主要通风机的工作方式与工作地点
主要通风机的工作方式有三种:
抽出式、压入式、压抽混合式。
1)抽出式
抽出式是主要通风机安装在回风井口,在抽出式主要通风机的作用下,整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。
当主要通风机因故障停止运转时,井下风流的压力提高,比较安全。
2)压入式
压入式是主要通风机安装在入风井口,在压入式主要通风机的作用下,整个矿井通风系统处在高于当地大气压力的正压状态。
在冒落裂隙通达地面时,压入式通风矿井的有害气体通过塌陷区向外漏出。
当主要通风机停止运转时,井下风流的压力降低。
采用压入式通风时,须在矿井总进风路线上设置若干通风构筑物,使通风管理困难,且漏风较大。
3)压抽混合式
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。
四、矿井通风系统的选择
综上所述,本设计确定本矿选用中央边界式通风系统,主要通风机的工作方式采用抽出式。
2.3采区通风系统
采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元,是采区生产系统的重要组成部分。
它包括采区进风、回风和工作面进、回风巷道组成的风路连接形式与采区内的风流控制设施。
一、采区通风系统的基本要求
采区应该有足够的供风量,并按需要分配到各个采、掘工作面。
为此,采区通风系统应满足以下要求:
(1)每一个采区,都必须布置回风巷,实行分区通风;
煤层群或分层开采的每个上下山采区,采用联合布置时,都必须至少设置一条专门的回风巷。
采区进、回风巷必须贯穿整个采区的长度或高度。
严禁将一条上、下山或盘区的风巷分为两段,其中一段为进风巷,另一段为回风巷。
(2)采煤工作面和掘进工作面都应采用独立通风。
有特殊困难必须串联通风时应符合有关规定;
(3)煤层倾角大于12。
的采煤工作面采用下行风时,报矿总工程师批准,必须遵守下列规定:
①采煤工作面的风速,不低于1m/s;
②机电设备在回风巷时,其风流中瓦斯浓度不超过1%,并应装有瓦斯自动检测仪报警断电装置;
③进、回风巷中,都必须设置消防供水管路。
有煤与瓦斯突出的采煤工作面严禁采用下行风。
(4)采煤工作面和掘进工作面的进风和回风,都不得经过采空区或冒落区。
二、采区进风上山与回风上山的选择
本矿的可采煤层是中厚可缓倾斜煤层,故采用走向长壁采煤法。
设计两条上山,即一条运输机上山和一条轨道上山。
以下为轨道上山进风与运输机上山进风两种通风方式的比较:
轨道上山进风,新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯、煤层污染及放热影响,轨道上山的绞车房易于通风;变电所设在两上山之间,其回风口设调节风窗,利用两上山间风压差通风。
运输机上山进风,由于风流方向与运煤方向相反,容易引起煤尘飞扬,煤炭在运输过程中所释放的瓦斯,可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大,影响工作面的安全卫生条件;输送机设备所散发的热量,使尽风流温度升高。
此外,须在轨道上山的下部车场内安设风门,此处运输矿车来往频繁,需要加强管理,防止风流短路。
根据本矿井的煤层赋存条件、开采方法以及瓦斯、煤尘及温度等具体条件通过技术经济比较后确定采用轨道上山进风,运输机上山回风。
如附图一所示,采煤工作所需的新鲜风流由副井1→井底车场→运输大巷4→采区进风石门5→采区下部车场6→轨道上山7→区段回风平巷9’→联络巷14→区段运输巷10’→区段回风平巷11→采区上部车场16→采区回风石门15→回风大巷17→总回风石门18→回风井19。
2.4采煤工作面上行通风与下行通风
上行通风与下行通风是指风流方向与采煤工作面的关系而言的。
当采煤工作面进风巷道低于回风巷时,采煤工作面的风流沿倾斜向上流动,称为上行风。
否则是下行风。
同向与逆向通风是指风流方向与煤流方向之间的关系而言。
风流方向与煤炭运输方向一致时称为同向通风,否则为逆向通风。
如图2-2所示。
图图2-2上下行风示意图
这两种方法各自的优缺点:
(1)采煤工作面涌出的瓦斯比空气轻,其自然流动的方向和上行风的方向一致,在正常风速(大于0.5到0.8m/s)下,瓦斯分层流动和局部积存的可能性较小,下行风的方向与瓦斯自然流向想反,二者易于混合且不易出项瓦斯分层流动和局部积存的现象。
(2)采用上行风时,须先把采区的进风流导至下部进风巷,然后进入工作面,流经的路线较长,风流回由于压缩和地温加热而升温,又因为巷道里的机电设备散发的热量也进入风流中,故上行风比下行风气温高。
(3)采用上行风,采区进风流和回风流之间产生的自然风压和机械风压的作用方向相同;而下行风,其作用方向相反,故下行风部上行风所需的机械风压大;而且,主要通风机一旦停转,工作面就有停风或反向的危险。
(4)工作面一旦起火,所产生的火风压和下行风作用相反,会使工作面风量减少,瓦斯浓度增加,故下行风在起火地点爆炸的可能性比上行风要大。
综上所述,本设计采用的是上行风,同时采取防止风流逆转和防止火灾气体侵入进风流的安全措施。
2.5工作面通风系统
采煤工作面的通风系统由采煤工作面的瓦斯、温度和煤层自然发火等所确定的,根据采煤工作面进、回风巷道的布置方式和数量,本设计的工作面通风系统采用U型后退式通风系统。
如图2-3。
U型后退式通风系统特点:
工作面只有一条进风巷道和一条回风巷道。
其优点是结构简单,巷道施工维修量小,工作面漏风小,风流稳定,易于管理;
其缺点是上隅角瓦斯易超限,工作面进、回风巷要提前掘进。
图2-3U型后退式通风系统
根据以上矿井通风系统的设计,绘制通风系统图和通风网络图,见附图1和附图2
第三章矿井风量的计算和分配
根据矿井生产部署,最终确定本采区1个回采工作面,1个备用工作面,以及2个采掘工作面。
现进行分量计算。
3.1矿井风量计算原则
矿井需风量,按下列要求分别计算,并采取其中最大值。
1)按井下同时工作最多人数计算,每分钟供给风量不得小于4m3;
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
Q矿≥(∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q备+∑Q其它)×K矿通(m3/min)
式中:
Q采————采煤工作面实际需要风量的总和,m3/min;
Q掘————掘进工作面实际需要风量的总和,m3/min;
Q硐————硐室实际需要风量的总和,m3/min;
Q备————备用工作面实际需要风量的总和,m3/min;
Q其它————采煤工作面实际需要风量的总和,m3/min;
K矿通————除了采、掘、硐室地点以外的其它巷道需风量的总和,m3/min;
计算过程中,先按一个采区计算,最后再计算整个矿井需风量。
1、采煤工作面需风量的计算
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。
本采区采高为1.5m,回采工作面长度为196m,回采工作面温度为24.9℃,采煤工作面风速为1.6m/s。
1)低瓦斯矿井的采煤工作面按气象条件确定需要风量,其计算公式为:
Q采=Q基本×K采高×K采面长×K温
式中:
Q采——采煤工作面需要风量,m3/min;
Q基本——不同采煤方式工作面所需的基本风量,m3/min;
Q基本——工作面控顶距(本设计取5.5m)×工作面实际采高(本设计中为1.5m)×70%×适宜风速(不小于1m/s,本设计中取1.7m/s);
K采高——回采工作面采高调整系数(见表3-1);
K采面长——回采工作面长度调整系数(见表3-2);
K温——回采工作面温度调整系数(见表3-3)。
表3-1K采高——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3-2K采面长——回采工作面长度调整系数
回采工作面长
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