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4矿井通风129146
第四章矿井通风
第一节通风系统
一、通风系统
1、通风方式:
机械抽出式通风方式。
2、通风系统:
矿井采用混合式通风系统。
3、采掘工作面通风
5号煤层回采工作面采用一进一回“U”型通风方式。
掘进工作面通风采用机械压入式通风方式。
4、硐室通风
井下永久避难硐室、采区变电所、排水泵房等硐室采用独立通风方式。
二、风井数量及服务范围
1、风井数量
鑫瑞矿井初期风井数目有3个,其中2个进风井、1个回风井;主斜井(新建)、副斜井(新建)为进风井,回风立井(利用原新民二矿主立井)为回风井。
2、风井服务区域
主斜井、副斜井,回风立井,三个井筒服务全井田,服务年限同矿井服务年限,为15.9a。
第二节矿井风量、负压及等积孔
一、矿井风量
1、矿井总进风量计算
根据《煤矿安全规程》及设计规范有关规定矿井总进风量按如下要求进行计算,并选取其中的最大值。
(1)按井下同时工作的最大班下井人数计算
Q=4NK=4×88×1.2/60=7.04m3/s。
式中:
N—井下同时工作最多人数;
K—矿井通风系数,设计取通风系数为1.2。
(2)按采煤、掘进、硐室及其它地点实际需要的风量的总和计算:
Q=(∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q柴+∑Q其它)×K
式中:
∑Q采—采煤工作面实际需要风量的总和,m3/s;
∑Q掘—掘进工作面实际需要风量的总和,m3/s;
∑Q硐—硐室实际需要风量的总和,m3/s;
∑Q备—稀释柴油机车废气实际需风量总和,m3/s;
∑Q其它—其它用风地点需要风量的总和,m3/s。
1)采煤工作面需风量计算
①按瓦斯涌出量计算
设计矿井投产时在5号煤层布置1个综采工作面,生产中期在8号煤层布置1个综采工作面,生产后期在9号煤层布置1个综采工作面。
根据河南理工大学编制的《山西离柳焦煤集团鑫瑞煤业有限公司矿井瓦斯涌出量预测研究报告》,矿井生产初期,5号煤回采工作面最大绝对瓦斯涌出量为2.879m3/min。
工作面绝对瓦斯涌出量均小于5m3/min,因此,本次设计暂不考虑进行瓦斯抽放。
根据《煤矿安全规程》规定CH4浓度不得超过1%。
则:
Q采=100×q采×K采通
=100×2.879×1.6=460.64m3/min
=7.68m3/s
式中:
Q采—综采工作面所需风量,m3/s;
q采—采煤工作面绝对瓦斯涌出量,qmax=2.879m3/s;
K采通—采煤工作面瓦斯涌出不均匀的风量备用系数,K采通=1.6。
按工作面温度计算
Q采=60×V×S×K
式中:
Q采—工作面配风量,m3/min;
V—适宜风速;1.5m/s
S—回采工作面平均有效断面面积,综采工作面取15.0m2。
K—回采工作面长度系数,取1.3;
则:
Q采=60×1.5×15.0×1.3=1755m3/min=29.25m3/s,取Q采=30m3/s
③按工作面人数计算
Q采=4N=4×25/60=1.7m3/s
取以上计算最大值,则Q采=30m3/s。
④风速验算
按最低风速验算
Q采≥0.25×S采=0.25×15=3.75m3/s
式中:
S采—采煤工作面平均有效通风断面,综采工作面取15m2。
按最大风速验算
Q采≤4×S采=4×15=60m3/s。
经验算:
Q采=30m3/s满足风速要求。
备用工作面所需风量按回采工作面风量50%取Q备=15m3/s。
综上所述,∑Q采=Q采+Q备=30+15=45m3/s。
2)掘进工作面需风量计算
设计共配备1个顺槽综掘工作面、1个大巷综掘工作面和1个大巷普掘工作面的配风。
按瓦斯涌出量计算
根据河南理工大学编制的《山西离柳焦煤集团鑫瑞煤业有限公司矿井瓦斯涌出量预测研究报告》,单个掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量为1.404m3/min,根据《煤矿安全规程》规定CH4浓度不得超过1%。
则:
Q掘=100×q掘×K掘通
=100×0.31×1.8=55.8m3/min
=0.93m3/s
式中:
Q采—掘进工作面所需风量,m3/s;
q掘—掘进工作面绝对瓦斯涌出量;
K掘通—掘进工作面瓦斯涌出不均匀的风量备用系数,K采通=1.8。
按局部通风机吸风量计算
Q掘=Qf×I×kf
式中:
Qf—掘进面局部通风机额定风量,m3/s;
综掘工作面选用2台FBD-8.0/2×30型局部通风机,额定风量450m3/min。
Qf=450m3/min=7.5m3/s
式中:
I—掘进面同时运转的局部通风机台数;煤巷综掘进工作面配备1台,大巷综掘工作面配备1台,大巷普掘工作面配备1台。
Kf—为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数,取1.3。
煤巷综掘工作面:
Q掘=7.5×1×1.3=9.75m3/s,取10m3/s。
按最低风速验算
Q掘≥0.25×S掘=0.25×14=3.5m3/s
式中:
S掘—掘进工作面平均有效通风断面,取14m2。
④按最大风速验算
Q掘≤4×S掘=4×14=56m3/s。
⑤ΣQ掘的确定
ΣQ掘=3×10=30m3/s
矿井兼并重组投产时,形成1个顺槽综掘工作面、1个大巷综掘工作面和1个大巷普掘工作面。
3)硐室需风量计算
独立通风的硐室主要有采区变电所,其配风标准为3m3/s。
则ΣQ硐室=3m3/s。
4)无轨胶轮车所需风量计算
按照《采矿工程设计手册》计算方法,若采用无轨胶轮车作辅助运输时,应计算巷道配风量,即如果有多台设备运行时通风量为:
第一台柴油机设备风量按5.4m3/min·kW;第二台加单台的75%;第三台及以上各台分别加50%的风量进行计算。
按全矿井生产高峰时5台无轨胶轮车(柴油机功率65kW)同时工作时计算稀释柴油机车尾气风量:
则:
Q柴=5.4×65+5.4×75%×65+5.4×50%×65×3
=1140.75m3/min=19.0m3/s
5)其它用风地点需风量计算
其它地点所需风量按以上几项和的5%计算,即:
ΣQ其它=(45+30+3+19)×5%=4.85m3/s
6)矿井总风量
Q=(ΣQ采+ΣQ掘+ΣQ硐+ΣQ柴+Q其它)×1.2
=(45+30+3+19+4.85)×1.2
=122.2m3/s
根据上述计算结果,考虑一些其它不确定因素,取矿井总风量为130.0m3/s。
2、风量分配
根据上述计算,井下采掘工作面分量分配如下:
综采工作面:
1个,配风30m3/s;
备用工作面:
1个,配风15m3/s;
掘进工作面:
3个,配风30m3/s;
采区变电所:
1个,配风3m3/s;
无轨胶轮车:
5台,配风20m3/s;
其它风量:
配风32m3/s。
二、通风阻力、等积孔及自然风压
(1)通风负压
矿井通风负压采用下式计算
式中:
α—通风阻力系数(kg·S2/m3);
L、P、S—分别为巷道长度(m)、周边长(m)、净断面积(m2);
Q—通过巷道的风量(m3/s)。
根据矿井开拓开采布置,矿井通风容易时期工作面位置在投产初期一采区5号煤层,通风困难时期工作面位置在井田西南部三采区9号煤层。
经计算,矿井生产初、中期通风系统通风容易、困难时期负压分别为823Pa和924.3Pa,负压计算见表4-1-1、4-1-2。
矿井通风容易和困难时期通风系统及网络图见图4-1-1~4。
表4-1-1矿井通风系统通风阻力计算表(容易时期)
序号
名称
支护形式
α
P
L
S
S3
Q
Q2
h
V
(N·s2/m4)
(m)
(m)
(m2)
(m6)
(m3/s)
(Pa)
(m/s)
1
副斜井
锚网喷
0.0090
16.9
369.5
19.8
7762.392
80
6400
46.3
4.04
2
下组煤辅运大巷
锚网喷
0.0090
16.9
218
19.8
7762.392
80
6400
27.3
4.04
3
下组煤辅运大巷
锚网喷
0.0090
16.9
1268.1
19.8
7762.392
70
4900
121.8
3.54
4
5煤、8煤辅运联络巷
锚网喷
0.0090
16.9
107.2
19.8
7762.392
60
3600
7.6
3.03
5
5煤采区辅运巷
锚网喷
0.0090
17.6
50
19.0
6859
25
625
0.7
1.32
6
1501运输顺槽
锚网
0.0170
15.0
1528.7
13.5
2460.375
30
900
142.6
2.22
7
1501综采工作面
液压支架
0.0420
16.0
180
15.0
3375
30
900
32.3
2.00
8
1501回风顺槽
锚网
0.0170
16.0
1498.4
15.8
3944.312
30
900
93
1.90
9
1501回风顺槽
锚网
0.0170
16.0
93
15.8
3944.312
32
1024
6.6
2.03
10
5煤采区回风巷
锚网喷
0.0090
16.0
45
15
3375
66
4356
8.4
4.4
11
5煤总回巷
锚网喷
0.0090
16.0
95
15
3375
69
4761
19.3
4.6
12
5煤回风巷
锚网喷
0.0090
16.0
811
15
3375
74
5476
189.5
4.93
13
回风立井
混凝土碹
0.0035
15.7
165
19.6
7529.536
130
16900
20.4
6.63
14
小计
715.6
15
局部阻力(按井巷阻力的15%考虑)
107.3
16
总计
823
17
等积孔
5.4
表4-1-2矿井通风系统通风阻力计算表(困难时期)
序号
名称
支护形式
α
(N·s2/m4)
P
(m)
L
(m)
S
(m2)
S3
(m6)
Q
(m3/s)
Q2
h
(Pa)
V
(m/s)
1
副斜井
锚网喷
0.0090
16.9
369.5
19.8
7762.392
80
6400
46.3
4.04
2
下组煤辅运大巷
锚网喷
0.0090
16.9
218
19.8
7762.392
80
6400
27.3
4.04
3
下组煤辅运大巷
锚网喷
0.0090
16.9
1268.1
19.8
7762.392
70
4900
121.8
3.54
4
下组煤辅运大巷
锚网喷
0.0090
16.9
110.1
19.8
7762.392
70
4900
10.6
3.54
5
下组煤辅运大巷
锚网喷
0.0090
16.9
526
19.8
7762.392
50
2500
25.8
2.53
6
下组煤三采区辅运大巷
锚网喷
0.0090
19
921
21
9261
80
6400
108.8
3.81
7
下组煤三采区辅运大巷
锚网喷
0.0090
19
180
21
9261
70
4900
16.3
3.33
8
运输顺槽
锚网
0.0170
15.0
1049
13.5
2460.375
30
900
97.8
2.22
9
综采工作面
液压支架
0.0420
16.0
180
15.0
3375
30
900
32.3
2.00
10
回风顺槽
锚网
0.0170
16.0
1109
15.8
3944.312
30
900
68.8
1.90
11
下组煤三采区回风大巷
锚网喷
0.0090
19.2
220
20.1
8120.601
100
10000
46.8
4.98
12
下组煤三采区回风大巷
锚网喷
0.0090
19.2
200
20.1
8120.601
110
12100
51.5
5.47
13
下组煤三采区回风大巷
锚网喷
0.0090
19.2
305
20.1
8120.601
120
14400
93.5
5.97
14
下组煤回风石门
锚网喷
0.0085
19.2
89
20.1
8120.601
130
16900
30.2
6.47
15
回风立井
混凝土碹
0.0035
15.7
210
19.6
7529.536
130
16900
25.9
6.63
16
小计
803.7
17
局部阻力(按井巷阻力的15%考虑)
120.6
18
总计
924.3
19
等积孔
5.1
(2)通风等积孔
矿井等积孔按下式计算
式中:
A—全矿井等积孔(m2);
Q—全矿井总风量(m3/s);
h—全矿井总负压(Pa)。
经计算,矿井生产初、中期通风系统通风容易、困难时期等积孔分别为5.4m2和5.1m2,属通风容易矿井。
(3)自然风压
根据《煤炭工业矿井设计规范》(GB50215-2015)规定:
进、出风井井口高程差在150m以上,或井深在400m以上时,应计算矿井自然风压。
本矿井进、回风井井口高程差最大值为56m(副斜井井口标高+901m,回风立井井口标高+845m),井深最大值为203m(回风立井井口标高+845m,落底标高+642m)。
故不需要计算自然风压。
第三节掘进通风
一、通风方法、通风设备
掘进通风方式采用机械压入式通风。
井下2个综掘进工作面、1个普掘工作面均采用FBD-8.0/2×30型局部通风机通风,额定功率2×30,额定风量450m3/min。
二、防止产生循环风的安全措施
1、为了保证局部通风机的供电可靠、使局部风机连续运转,局部通风机供电必须满足三专两闭锁(专用变压器、专用开关、专用线路、风电、瓦斯电闭锁)的要求,两台局部风机一台运行,一台带电备用,两台局扇实现自动切换,以提高掘进通风的可靠性及安全性。
2、局部通风机指定专人负责管理,保证正常运转,严禁随意开停局部通风机。
3、为防止掘进工作面产生循环风,局部通风机必须安设在进风巷道中,距巷道回风口大于10m,安设地点的风量必须大于局部通风机的吸入风量,局部通风机安装地点到回风口间的巷道中的最低风速煤巷不小于0.25m/s,岩巷不小于0.15m/s。
4、为确保掘进工作面有足够的风量,风筒出风口应随工作面掘进及时跟进,风筒未端到工作面应小于风流的有效射程,以避免工作面迎头出现循环风,煤巷和半煤岩巷一般按5~7m考虑,岩巷一般小于10m。
5、掘进工作面风筒具有抗静电、阻燃性能。
第四节硐室通风
井下采区变电所采用独立通风,有单独的进风风流,回风风流直接引入主要回风巷。
井下其它硐室均采用新风串联或并联通风。
消防材料库与所在巷道之间应设隔墙,库房可设一个供消防车出入的出口,出口应安设向外开启的栅栏门。
第五节井下通风设施及构筑物
一、井下各种风门、挡风墙、风帘和风桥、调节风门、测风站的设置及技术要求
井下通风设施及构筑物有风门、调节风门、风帘、风桥和密闭等。
对其结构和设计简述如下:
1、风门:
在进、回风巷之间的联络巷安设风门,用于隔绝风流和便于行人、检修等。
2、调节风门:
用于调节通过巷道的风流大小,安设在大巷、掘进工作面、独立通风硐室的回风通道等需要调节风流的巷道中。
3、风帘:
采用不燃性材料制作,主要设在回采工作面的上隅角,用于疏导风流。
4、风桥:
主要用于进回风巷交叉处,回风巷从进风巷上方通过时形成风桥,使进风风流不泄露。
5、密闭:
分为永久密闭和临时密闭两种,用于隔绝风流。
永久密闭用实心砖或混凝土块砌成,砂浆抹缝,在进风巷一侧墙面抹上砂浆,主要设在进回风大巷之间的两侧贯眼口。
临时密闭用空心混凝土块砌成,不需砂浆抹缝,但要在进风巷一侧墙面抹上砂浆,主要设在临时不用的巷道口。
6、测风站:
在井下主要巷道均应建立测风站,以便正确测定风量。
测风站应设在平直的巷道中,其前后10m范围内不得有障碍物和拐弯等局部阻力。
测风站前后至少4m范围内巷道断面形状保持一致。
测风站内应悬挂测风记录板,记录板上记明测风站的断面积、平均风速、风量、空气温度、大气压力、瓦斯和二氧化碳浓度、测定日期以及测定人等项目。
二、为保证井下风流按设计路线流动,在巷道布置了完善的通风设施。
为保证井下风流按设计路线流动,在巷道布置了完善的通风设施。
1、独立通风硐室、进、回风巷尽头联络处等设置有调节风门,以控制风流流量。
2、进风风流分岔处,为控制风量,设置风帘。
3、进、回风巷间废弃的联络巷口设置密闭墙。
4、回风井井口设置防爆门,确保爆炸事故时主扇风机不被冲击波冲毁,便于矿井救灾及恢复生产。
5、井下风门、调节风门等通风构筑物,布置在巷道水平段及直线段,安全、可靠性较强,当通风设施受采动影响后,应及时修复,以减少通风构筑物处漏风。
6、进、回风井之间和主要进、回风巷之间的每个联络巷中,必须砌筑永久性闭墙;需要使用的联络巷,必须设置2道连锁的正向风门和2道反向风门。
7、控制风流的风门、风桥、风墙、风窗等设施必须可靠。
不在倾斜运输巷中设置风门;如果必须设置风门,应安设自动风门或设专人管理,并有防止矿车或风门碰撞人员以及矿车碰坏风门的安全风门。
三、保障矿井角联通风巷道通风可靠的安全措施
1、增加通风设施,保证巷道风量稳定。
2、加强日常的通风管理。
3、在角联巷道中增加风速传感器。
四、防治矿井老空区积气泄出的安全技术措施
根据矿井采空区积水积气调查报告,井田内存在采(老)空区存在积气。
为确保矿井安全生产,制定以下措施:
1、加强测风测气工作,配备足够的专职瓦斯检查员和瓦斯检测仪器。
发现异常情况,必须立即报告矿井主要负责人并采取撤出作业人员、断电等相应安全措施。
2、加强通风,保证将各种有害气体冲淡到安全浓度以下。
3、对中毒或窒息人员的急救
①迅速把受难者抬到新鲜风流和周围支架完好安全的地方。
在搬运途中,如仍受到有害气体威胁,急救者一定要戴好自救器,对被救人员也要戴好自救器。
②将中毒者口内的妨碍物除去,如粘液、血块、泥土、碎煤、假牙等,并将上衣、腰带解开,脱掉胶鞋。
③用衣服覆盖在伤员身上以保暖。
④根据心跳、呼吸、瞳孔等特征和伤员的神志情况,初步判断伤情的轻重。
正常人每分钟心跳60~80次,呼吸16~18次,两眼瞳孔是等大、等圆的,遇到光线能迅速收缩变小、而且神志清醒。
休克伤员两瞳孔不一样大、对光线应迟钝或不收缩。
对呼吸困难或停止呼吸者,应及时进行人工呼吸。
当出现心跳停止的现象时,除进行人工呼吸外,还应同量进行胸外心脏按压急救。
⑤人工呼吸持续时间以恢复自主性呼吸或到伤员真正死亡时为止。
4、制定应急预案。
当钻孔接近老空时,矿山救护队员要在现场值班,随时检查空气成分。
如果瓦斯或者其他有害气体浓度超过有关规定,应当立即停止钻进,切断电源,撤出人员,并报告矿井调度室,及时处理。
5、矿井应当根据水患的影响程度,及时调整井下通风系统,避免风流紊乱、有害气体超限。
如一旦发生水害事故,可能造成风流短路,通风部门应根据水害具体情况,及时跟踪了解矿井的通风状况,避免因风流紊乱造成有害气体超限而导致抢险人员伤亡。
6、排除井筒和下山的积水及恢复被淹井巷前,应当制定防止被水封住的有害气体突然涌出的安全措施。
排水过程中,应当有矿山救护队检查水面上的空气成分;发现有害气体,及时处理。
第六节矿井主通风机及矿井反风
一、现状
建设单位已订货2台FBCDZNo27/2×220型矿用防爆轴流式主要通风机(直接反转反风),一台工作,一台备用,每台风机配YBF560M1-10P10kV220kW590r/min防爆电机两台。
二、回风立井通风设备校核
1、校核依据
(1)通风参数
通风容易时期:
风量:
130m3/s,负压:
823Pa;
通风困难时期:
风量:
130m3/s,负压:
924.3Pa,
通风方式:
主斜井、副斜井进风,回风立井回风。
(2)风机需要产生的风量
通风容易时期:
Qk1=KL·Q1=136.5m3/s
通风困难时期:
Qk2=KLQ2=136.5m3/s
式中,按《煤矿安全规程》的规定取通风设备的漏风系数KL=1.05
(3)通风机需要产生的负压
通风容易时期:
H1=HK1+h1+Σh1=1073Pa
通风困难时期:
H2=HK2+h2+Σh2=1174Pa
式中:
QK—矿井需要风量,m3/s;
HK—矿井通风阻力;
h—矿井自然通风的压差,Pa;
Σh—通风设备的阻力损失(包括引、排风道及导流、消声装置阻力损失)。
(4)通风机的工况点
管网阻力系数
通风容易时期:
R1=H1/Q2=0.05759
通风困难时期:
R2=H2/Q2=0.06303
管网性能曲线方程
通风容易时期:
H′1=R1Q12=0.05759Q2
通风困难时期:
H′2=R2Q22=0.06303Q2
风机运行工况点参数见表4-1-3。
特性曲线见图4-1-5。
表4-1-3风机运行工况点参数表
风量(m3/s)
负压(Pa)
叶片角度
效率η
通风容易时期M1
136.5
1073
+1°
66%
通风困难时期M2
136.5
1174
+1°
70%
注:
括号内为调速后风机运行参数。
(5)电动机选型
轴功率计算
通风容易时期:
226.44kW
通风困难时期:
233.66kW
电动机功率的计算
通风容易时期:
Nc1=KNΦ1=271.73kW
通风困难时期:
Nc2=KNΦ2=280.39kW
式中:
电机能力备用系数K取1.2;
机械传动效率ηC取0.98。
经验算,每台风机均配2台YBF560M1-10P10kV220kW防爆电机是合适的。
二、反风方式、反风系统及设备校核
矿井所配FBCDZ型轴流风机采用直接反转的反风方式。
反风时可根据所需要的风量调节叶片角度。
能在10min内改变巷道中风流的方向,当风流方向改变后,经核算,各风机的反风量均不小于正常风量的40%。
满足《煤矿安全规程》的有关规定。
反风时,各风机所配电机容量均能满足要求。
根据管网特性曲线和通风机反风性能曲线求得工况点参数见表4-1-4。
特性曲线见图4-1-5。
表4-1-4风机反风运行工况点参数表
风量(m3/s)
负压(Pa)
叶片角度
效率η
通风容易时期M1
100
575.88
+1°
35%
通风困难时期M2
98
605.29
+1°
40%
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