河南理工大学采矿工程矿井通风课程设计必过版Word文档格式.docx
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2.2.3矿井通风方式技术和经济比较 5
(1)工程掘进费用比较 6
(4)通风总费用比较 7
2.3矿井通风机工作方法的选择 8
2.3.1自然通风 8
2.3.2机械通风 8
3采区通风 10
3.1通风系统的整体要求 10
3.2采区上山通风系统确定 10
3.2.1输送机上山进风 10
3.2.2轨道上山进风 10
3.2.3本矿井进风上山的选择 11
3.3回采工作面通风方式 11
3.3.1现行的回采工作面通风系统 11
3.3.2本矿井回采工作面的通风系统选择 11
3.3.3上行风与下行风的对比分析 11
4.1掘进工作面通风方式 14
4.1.1压入式通风 14
4.1.2抽出式通风 15
4.1.3混合式通风 15
4.2煤巷掘进工作面需风量 16
4.2.1按压入式通风方式通风时 16
4.2.2按瓦斯涌出量计算 16
4.2.3按人数计算 17
4.2.4炸药量计算 17
4.2.5按风速进行验算 18
5矿井风量计算与分配 19
5.1矿井总风量的计算 19
5.1.1按井下同时工作的最多人数计算 19
5.1.2按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需风量 19
5.1.2.2备用工作面需要风量计算 21
5.1.2.5其他巷道所需风量计算 22
5.1.2.6Kt的确定 22
5.2矿井风量分配 23
5.2.1分配原则 23
5.2.2分配方法 23
5.3风速验算 24
6矿井通风阻力计算 27
6.1矿井通风阻力计算原则 27
6.2矿井通风容易时期和困难时期的确定 27
6.2.1通风最容易时期 27
6.2.2通风最困难时期 28
6.3矿井通风阻力及等积孔的计算 29
6.3.1通风容易时期 30
6.3.2通风困难时期 31
6.3.3通风难易程度判断 32
7矿井通风设备选型 33
7.1通风机选型基本原则 33
7.2自然风压 33
7.3选择主要通风机 33
7.3.1主要通风机工作风压 33
7.3.2主要通风机工作风量 34
7.3.3矿井总风阻 34
7.3.4主要通风机选择 35
7.4电动机 37
7.5电费 37
7.6矿井主要通风设备要求 38
7.7通风附属装置及其安全技术 39
7.7.1通风附属装置 39
7.7.2通风设备的安全技术要求 39
8结论 40
致谢 41
参考文献 42
1矿井概况
1.1煤层地质概况
单一煤层,倾角20°
,煤层厚3.9m,相对瓦斯涌出量为11m3/t,为高瓦斯矿井。
该矿井可采煤层属于III级自燃发火煤层,煤层具有爆炸危险。
1.1.1井田范围
设计第一水平深度540m,走向长度13220m,倾斜长度2000m。
1.1.2、矿井生产任务
设计年产量为1.5Mt,矿井第一水平服务年限为50a。
1.1.3矿井开拓与开采
采用立井开拓,井筒置于工业场地之中。
本矿井采用双立井-540m单水平上下山开采。
单水平开采本设计的开采水平设在井田中央的-540米,集中大巷布置在-540m水平开采范围-250~-850m。
主立井采用箕斗提煤;
副立井采用罐笼提升矸石,升降人员、设备、材料。
为了均衡矿井初期和后期的生产运输量,缩短通风网路,决定将井筒的位置设于井田中央的位置,采用立井开拓方式开凿二个立井,即主井、副井。
设计主要开拓大巷均布置于煤层底板岩层中,锚喷支护,考虑通风要求,适当加大断面。
其断面均采用半圆拱型,大巷布置在各层煤下部的岩石中便于维护。
矿井为立井开拓,煤炭由运输大巷运至井底煤仓,后经箕斗提升运至地面;
物料经副井运至井底车场,经井底车场由电机车牵引运到采(带)区;
少量矸石由矿车直接排运到非通行的巷道横贯中。
1.2巷道布置与采煤方法
1.2.1采区巷道布置及生产系统
采区(一采区)倾斜长度为928m,区段平巷采用单巷布置,在回采下区段时,采用留小煤柱的沿空掘巷。
首采区工作面长度取215m,区段上平巷为4.5m,下平巷宽度为4.5m,区段小煤柱宽度约8m。
按照区段的顺序进行开采,开采顺序如下:
一采区→二采区→三采区→四采区。
1.2.2采煤方法
主采煤层选用综采开采工艺,走向长壁全部垮落一次采全高的采煤方法。
工作面的推进方向确定为后退式。
根据工作面的关键参数,选用MXA-300/3.8D型双滚筒采煤,平均采高3.35m。
前刮板输送机采用SGZ-830/630,后刮板输送机采用SGZ-764/500。
采煤机截深0.6m,其工作方式为双向割煤,追机作业,工作面端头进刀方式。
工作面用先移架后推溜的及时支护方式。
1.2.3回采巷道布置
工作面回采巷道采用单巷布置;
两平巷设计均为梯形断面,断面13.8m2采用沿空掘巷施工。
采用1000mm宽的胶带输送机运煤;
无极绳绞车斜巷运料、运设备;
辅助运输巷铺设轨道,通过设备车辆。
1.2.4部分井巷特征参数
表1部分井巷尺寸及支护情况
井道名称
井巷特征及支护情况
段面积m2
副井
圆形,罐笼,有梯子间,直径5.5,混凝土碹
17.27
井底车场巷道
拱形,混凝土碹,壁面抹浆
16
主要运输石门
主要运输巷
采区上山
拱形,料石碹
15
工作面平巷
梯形,锚杆,巷道宽度3.5
采区车场
回风大巷
8
回风井
混凝土碹,风井直径4m
15.72
2矿井通风系统拟定
2.1矿井通风系统的基本要求
选择任何通风系统,都要符合投产快、出煤较多、安全可靠、技术经济指标合理等原则。
具体地说,要适应以下基本要求:
1.矿井至少要有两个同地面的安全出口;
2.进风井口要有利于防洪,不受粉尘有害气体的污染;
3.北方矿井,井口需装供暖设备;
(本矿井即北方矿井,应安装供暖设备)
4.总回风巷要体现“专巷专用”的原则,不得作为运煤、运料、行人通道;
5.工业广场不得受扇风机的噪音干扰;
6.装有皮带机、箕斗的井筒不得作为主要进风井;
2.2矿井通风方式的选择
选择通风方案的考虑因素
选择任何通风方式都需要符合投产较快、出煤较快、安全可靠和技术经济合理等原则。
选择矿井通风方式时,应考虑以下两种因素:
1.技术因素:
煤层赋存条件、埋藏深度、井田特征、矿井瓦斯涌出及自然发火倾向等级。
2.经济因素:
井巷工程量、通风运行费、设备装备费。
2.2.1现行的矿井通风方式
矿井通风方式根据回风井的位置的不同,可分为中央并列式、中央分列式、两翼对角式、采区式和混合式通风中选择,以下为各方案的示意图。
方案一:
中央并列式
风井主副井都位于中央工业广场上,副井进风,风井回风
方案二:
中央边界式
方案三:
两翼对角式
进风井位于井田的中央,回风井设在井田两翼的上部边界
方案四:
分区对角通风方式
每一个分区域内均设置进风井及回风井,构成独立的通风系统
方案五混合式通风方式
混合式是进风井与出风井由三个以上井筒按上述各种方式混合组成。
包括:
中央分列与两翼对角混合式、中央并列与中央分列混合式等。
2.2.2矿井通风方式的选择
下面对这几种通风方式的特点及优缺点适用条件列表比较,见表2.1.
表2.1通风方式比较
通风方式
优点
缺点
适用条件
初期投资较少,工业场地布置集中,管理方便,工业场地保护煤柱少,构成矿井通风系统的时间短
风路较长,风阻较大,采空区漏风较大
煤层倾角大,埋藏深,但走向长度并不大,而且瓦斯、自然发火都不严重
通风阻力较小,内部漏风小,增加一个安全出口,工业广场没有主要通风机的噪音影响,从回风系统铺设防尘洒水管路系统比较方便。
建井期限略长,有时初期投资稍大
煤层倾角较小,埋藏较浅,走向长度不大,而且瓦斯、自然发火比较严重
封路较短,阻力较小,采空区的漏风较小,比中央并列式安全性更好
煤层走向较大,井型较大,煤层上部距地表较浅,瓦斯和自然发火严重的新矿井
分区对角式
通风线路短、几个分区域可以同时施工的优点外,更有利于处理矿井事故、运送人员设备也方便
工业场地分散、占地面积大、精通保护煤柱较多
井田面积较大、局部瓦斯含量大,采区离工业广场比较远。
混合式
井田范围大、多煤层、多水平开采矿井,一般用于老矿井的改造及扩建
2.2.3矿井通风方式技术和经济比较
2.2.3.1技术比较
通过对矿井煤层进行初步分析,该矿井为低瓦斯矿井,开采煤层属于自燃发火煤层,各煤层均具有自燃发火危险性。
井田东西走向长为7.02公里,南北倾斜宽约为2.0公里,煤层倾角平均为20度,煤厚平均4.1米。
综合考虑各种通风方式的优缺点,结合本矿井煤层的实际情况,对比各种通风方式的适应条件,初步判断:
中央边界式和两翼对角式相对于中央并列式、分区对角式、混合式通风有明显的技术优势,能满足该矿井的实际生产需要。
下将进行经济对比,从中央边界式和两翼对角式中选取出最经济的通风方式。
2.2.3.2经济比较
中央边界式和两翼对角式的经济比较主要从巷道开拓费用、巷道维护费用及通风设施购置费用等方面考虑。
(备注:
为了方便比较,减小比较的复杂程度,更加简明的进行经济比较,下述的经济对比中,巷道开拓及维护费用只比较两方案中不同(或多出)巷道,相同巷道不再做经济比较。
两翼对角式,回风大巷工程量:
1300m,回风井工程量:
280+330=610m;
中央边界式,回风大巷工程量:
1531+1409+137=3077m,回风井工程量:
380m。
(1)工程掘进费用比较
表2.2井巷掘进费用
方案
项目
工程
工程量(m)
单价(元/m)
费用(万元)
回风
大巷
1300
4000
520
3077
1203.8
610
10000
380
合计
1130
1610.8
(2)井巷维护费用比较
表2.3井巷维护费用比较
90
11.7
27.693
120
7.32
4.56
19.02
32.253
(3)通风设备购置费用
中央边界式通风设备购置费用矿井主通风机、配套电机设备购置费按100万元计算,主要通风机房必须安装两套主要通风机及配套电机。
一套工作,一套备用,则共需要设备费用100×
2=200万元。
风机房、风硐、扩散器、防爆门、反风设施等通风设施的土建费按50万元计算,则建一风机房需要250万元。
两翼对角式通风设备购置费用矿井主通风机、配套电机设备购置费按70万元计算,主要通风机房必须安装两套主要通风机及配套电机。
一套工作,一套备用,则共需要设备费用70×
4=280万元。
风机房、风硐、扩散器、防爆门、反风设施等通风设施的土建费按50万元计算,则建一风机房需要380万元。
表2.4通风设备购置费用
两翼对角式(万元)
中央边界式(万元)
通风设备费
250
(4)通风总费用比较
表2.5通风总费用比较
井巷掘进费
井巷维护费
总费用
1152.02
1893.053
本矿井设计为120万吨矿井,同时为高瓦斯矿井,两翼对角式和中央边界式进行粗略的经济比较,中央边界式需要掘进回风大巷,掘进费用太多,且维护费用高,因此本矿井通风方式选为两翼对角式通风。
2.3矿井通风机工作方法的选择
矿井通风方法是指产生通风动力的方法,有自然通风法和机械通风法。
2.3.1自然通风
利用自然因素产生的通风动力使空气在井下巷道内流动的通风方法叫做自然通风。
2.3.2机械通风
利用通风机运转产生通风动力使空气在井下巷道内流动的通风方法叫做机械通风。
按通风机的工作方式将矿井通风系统分为抽出式、压入式和压抽混合式三种。
表2.6通风方式分类对比表
适用条件及优缺点
抽出式
优点:
井下风流处于负压状态,当主要通风机因故停止运转时,井下的风流压力提高肯那个使采空区沼气涌出量减少,比价安全;
漏风量小,通风管理较简单;
与压入式比,不存在过度到下水平时期通风系统和风量变化的因素
缺点:
当地面有小窖塌陷区井和采取沟通时,抽出式会不小窖积存的有害气体抽到井下使有效矿井风量减少。
压入式
低瓦斯矿的第一水平,矿井地面地形复杂、高低起伏,无法在高山上设置扇风机,总回风巷无法连通或维护困难的条件优缺点:
1)压入式的优缺点与抽出式相反,能用一部分回风把小窖塌陷区的有窖气体压入到地面;
2)进风线路漏风大,管理困难;
3)风阻大,风量调节困难;
4)由第一水平的压入式过度到深部水平的抽出式有一定的困难;
5)通风机使井下风流处于正压状态,当通风机停止运转时,风流压力降低,有可能使采空区瓦斯用动量增加。
我国《煤矿安全规程》规定,矿井必须采用机械通风。
由于风流与围岩的热交换作用使机械通风的回风井中一年四季中气温变化不大,而地面进风井中气温则随季节变化,两者综合作用的结果,导致一年中自然风压随季节发生周期性的变化。
所以自然通风不能代替机械通风,因为自然风压随季节发生周期性的变化,大小、方向都不稳定。
该矿井为高瓦斯矿井,采用抽出式通风时,当主要通风机因故停止运转时,井下风流的压力提高,可能使采空区瓦斯涌出量减少,有利于瓦斯管理,比较安全;
该矿开采煤层属于自燃发火煤层,各煤层均具有自燃发火危险性。
采用抽出式通风时,外部漏风量少,通风管理比较简单;
由于该煤矿每个采区存在不同的开采水平,与压入式通风相比,抽出式通风不存在向下水平过渡时期改变通风方法的困难。
所以,该矿井采用抽出式通风。
3采区通风
3.1通风系统的整体要求
采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元,也是采区生产系统的重要组成部分,它包括采区进、回风和工作面进、回风巷道的布置方式,采区通风路线的连接形式,以及采区通风设备和通风构筑物的设置等基本内容,它主要取决于采区巷道布置和采煤方法,同时要满足全矿通风的特殊要求。
采区通风的合理与否不仅影响采区内的风量分配,发生事故时的风流控制,生产的顺利完成,而且影响到全矿井的通风质量和安全状况。
在通风系统中,要能保证采区风流的稳定性,尽量避免角联风路,尽量减少采区漏风量,新鲜风流在风路上被加热和污染的程度小,回采工作面和掘进工作面都应该独立通风。
采区布置独立的回风道,实行分区通风。
采区通风系统既要保证质量,安全可靠,又要经济合理。
3.2采区上山通风系统确定
一个采区布置两条上山时,可用轨道上山进风、输送机上山回风;
也可用输送机上山进风、轨道上山回风。
3.2.1输送机上山进风
采用输送机上山进风,轨道上山回风的通风系统,容易引起煤尘飞扬,使进风流的煤尘浓度增大;
煤炭在运输过程中所涌出的瓦斯,可使进风流的瓦斯浓度增高,影响工作面的安全卫生条件,输送机设备所散发的热量,使进风流温度升高。
3.2.2轨道上山进风
采用轨道上山进风、输送机上山回风的通风系统,虽能避免上述的缺点,但输送机设备处于回风流中,轨道上山的上部和中部甩车场都要安装风门,风门数目较多。
3.2.3本矿井进风上山的选择
该矿井为高瓦斯矿井,该矿开采煤层属于自燃发火煤层。
虽然轨道上山进风输送机设备处于回风流中,轨道上山的上部和中部甩车场都要安装风门,风门数目较多但轨道上山进风不易引起煤尘飞扬,不易引起瓦斯积聚,进风流风流质量好,煤尘、瓦斯浓度低,风流温度低,有利于工作面的安全卫生条件。
所以,该矿区采用轨道上山进风,输送机上山回风的通风方式。
3.3回采工作面通风方式
3.3.1现行的回采工作面通风系统
长臂工作面在我国的应用最广,采用这种工作面的矿井产量占全国回踩总产量的85%以上。
工作面的通风方式因瓦斯涌出量、开采工作条件和开采技术而异。
按工作面进、回风巷的数量和位置,可分为U型、Y型、E型、W型、Z型等通风方式,其中U型应用最为普遍。
3.3.2本矿井回采工作面的通风系统选择
矿井为高瓦斯矿井,瓦斯相对涌出量11m3/t。
采用U型通风方式对了解煤层赋存情况、掌握瓦斯、火灾的发生、发展规律较为有利,且由于巷道均维护在媒体中,因而巷道的漏风率较少。
U型通风方式布置方便,通风简单,U型后退式通风上下顺槽均维护在煤体中,漏风量小,瓦斯、煤炭自然方向与风流方向一直,有利于降低工作面瓦斯浓度。
且U型后退式通风巷道开拓费用低。
同时加一条瓦斯抽放巷抽放瓦斯,解决瓦斯高的问题。
所以,该矿井采用U型后退式通风方式。
3.3.3上行风与下行风的对比分析
表3.2工作面风向比较
工作面风向
定义
上行风
当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷道水平时,采煤工作面的风流沿工作面的倾斜方向由下向上流动,称上行通风。
(1)瓦斯比空气轻,有一定的上浮力,其自然流动的方向和上行风流的方向一致利于带走瓦斯,在正常风速(大于0.5~0.8m/s)下,瓦斯分层流动和局部积聚的可能性较小。
(2)采用上行风时,工作面运输平巷中的运输设备位于新鲜风流中,安全性较好。
(3)工作面发生火灾时,采用上行风在起火地点发生瓦斯爆炸的可能性比下行风要小些。
(4)除浅矿井的夏季之外,采用上行风时,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,对通风有利。
(1)上行风流方向与运煤方向相反,易引起煤尘飞扬,使采煤工作面进风流及工作面风流中的煤尘浓度增大。
(2)煤炭运输过程中放出的瓦斯进入工作面,使进风流和工作面风流瓦斯浓度升高,影响了工作面卫生条件。
(3)采用上行凤时,进风风流流经的路线较长,且上行风比下行风工作面的气温要高些。
下行风
当采煤工作面进风巷道水平高于回风巷道水平时,采煤工作面的风流沿工作面的倾斜方向由上向下流动,称上行通风。
(1)采煤工作面及其进风流中的煤尘、瓦斯浓度相对较小些。
(2)采煤工作面及其进风流中的空气被加热的程度较小。
(3)下行风流方向与瓦斯自然流向相反,不易出现瓦斯分层流动和局部积聚的现象。
(1)运输设备在回风巷道中运转,安全性较差。
(2)工作面一旦起火,产生的火风压和下行风工作面的机械风压作用方向相反,使工作面风量减少,瓦斯浓度升高,下行风在起火地点引起瓦斯爆炸的可能性比上行风要大些,灭火工作困难一些。
(3)除浅矿井的夏季之外,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反,降低了矿井通风能力,而且一旦主要通风机停止运转,工作面的下行风流就有停风或反风(或逆转)的可能。
综上所述,上行通风和下行通风各有利弊,尽管一般认为上行通风稍优于下行通风,但国内外有此矿井为了降低工作面温度减少工作面的瓦斯和煤尘浓度,采用下行通风也取得了较好的效果。
结合该矿井开采煤层属于自燃发火煤层,各煤层均具有自燃发火危险性。
工作面一旦起火,上行通风起火地点发生瓦斯爆炸的可能性比下行通风要小,且上行通风瓦斯流动的方向与风量方向一致,瓦斯分层流动和集聚的可能性小,故采区采用上行通风方式。
4掘进通风
局部通风机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。
其设计规则如下:
(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)尽量采用先进技术先进的低噪、高效型局部通风机;
(4)压入式通风易采用柔性风筒,抽出式通风易采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。
4.1掘进工作面通风方式
矿井新建、扩建或生产时,都要掘进巷道,在掘进工程中,为了稀释和排出自煤(岩)体涌出量的有害气体、爆破产生的炮烟和矿尘,以及创造良好的气候条件,必须对独头掘进工作面进行通风。
掘进通风总的可以分为总风压通风法和局部动力通风法。
出于掘进面通风必须做到风质好,风量稳定等多方面的考虑。
本设计决定采用局部动力通风,采用局部通风机进行掘进的通风。
局部通风机通风是矿井广泛采用的掘进通风方法,局部通风机通风是由局部通风机和风筒组成一体进行通风,按其工作方式分为:
压入式通风,抽出式通风和混合式通风。
4.1.1压入式通风
局部通风机和启动装置安装在离掘巷道口10m外的进风侧,局部通风机把新鲜风流经风筒压送到掘进工作面,污风沿巷道排出。
具体布置示意图如图4.1。
图4.1压入式通风
4.1.2抽出式通风
这种通风方式是把局部通风机安装在离巷道口10m以外的回风侧。
新鲜风流沿巷道流入,污风通过铁风筒由局部通风机排出,抽出式通风见图4.2。
图4.2抽出式通风
4.1.3混合式通风
混合式通风的布置如图4.3所示,其中压入式风筒出风口与工作面的距离仍应小于有效射程长度,抽出式风筒吸收风口与工作面的距离和压入式局部通风机所在位置有关。
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