赵明河南理工毕业设计说明书论文资料.docx
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赵明河南理工毕业设计说明书论文资料
河南理工大学成人教育学院
毕业设计(论文)说明书
毕业设计(论文)题目
平煤天安四矿三水平
三水平矿井通风优化设计
站别平顶山函授站
年级专业2012级安全工程
学生姓名赵明
指导教师李创起
2014年04月25日
河南理工大学成人教育学院
毕业设计(论文)任务书
站名:
平顶山函授站年级专业2012级安全工程学生姓名赵明
一、设计(论文)题目:
平煤天安四矿三水平矿井通风优化设计
二、设计(论文)任务与要求
三、设计(论文)时间2014年03月05日至2014年04月20日
指导教师(签名)
成教院院长(签名)
河南理工大学成人教育学院
毕业设计(论文)评定书
站名:
平顶山函授站年级专业2012级安全工程学生姓名赵明
一、设计(论文)题目:
平煤天安四矿三水平矿井通风优化设计
二、设计(论文)说明书53页,附图1张。
三、审阅意见及评语
根据学院毕业设计管理的有关规定,同意(不同意)参加毕业设计(论文)
答辩。
指导教师(签名)
职称
工作单位
河南理工大学成人教育学院
毕业设计(论文)答辩委员会记录
平顶山函授站年级专业2012级安全工程学生赵明的毕业设计(论文)
于2014年05月17日进行答辩。
设计(论文)题目:
平煤天安四矿三水平矿井通风优化设计
答辩学生向毕业设计答辩委员会(小组)提交以下资料:
一、设计(论文)说明书共53页
二、设计(论文)图纸共1张
三、指导教师评阅意见共页
根据学生所提供的毕业设计(论文)材料和指导教师意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况,毕业设计(论文)答辩委员会(小组)作出如下决议:
一、毕业设计(论文)的总评语:
二、毕业设计(论文)的总评成绩:
毕业答辩委员会主任(组长)签字:
委员(成员)签字:
年月日
平煤天安四矿三水平矿井通风优化设计
摘要
矿井通风系统是由向井下各作业地点供给新鲜空气并排出污浊空气的通风网络、通风动力和通风控制设施等构成的体系的总称。
矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分。
随着煤炭工业的不断发展,矿井生产能力越来越大,开采深度和广度不断加大,开采的地质条件也更加复杂,矿井通风对矿井的生产与安全起着越来越大的影响。
矿井通风系统优化应达到两个目标,一是改善作业环境,提高系统的有效性和可靠性;另一是节省通风费用,提高经济效益,两者必须同时兼顾。
本文就是通过对平煤四矿的通风阻力测定,通风网络解算和通风系统分析之后,结合矿井的实际情况,制定出了合理的优化方案。
通过对优化后通风能力的核定,本着以风定产的原则,核定该矿生产能力为315万吨。
指导了矿井的安全生产,并为矿井的增产和扩大提供了可行性依据。
从而满足了矿井近期内的生产需要,起到了一定的社会经济价值。
关键词:
通风系统,系统分析,系统优化,阻力测定,通风网络解算
1矿井概况
1.1矿井概述
中国平煤神马集团具有广泛的发展空间和巨大的潜力,通过已签定的合作协议,煤田面积达3000平方公里,煤炭储存量150亿吨,为企业快速发展提供了充足的战略资源.煤种齐全,焦煤,电煤,瘦煤无烟煤资源充足,特别是中国稀缺的焦煤资源充足,是中国具有重要影响的焦煤基地.经济地理位置优越,是国家规划建设的13家大型煤炭基地之一是铁道部拟建的全国十大煤运通道之一。
平顶山天安煤业股份有限公司四矿(前身为平煤集团四矿)位于擂古抬山下,距市6公里市北环路横穿矿区公路铁路四通八达交通变利.职工总数6200人,固定资产1.926亿元是平顶山天安煤业股份有限公司的大型骨干矿井之一。
该矿1955年破土动工,1958年8月1日正式投产,60年代四矿人发扬自力更生艰苦创业的精神建成全国四个质量标准化样板矿之一。
1985年12月二水平建设投产,年设计能力有60万吨增加到120万吨。
进入90年代以来该矿大力实施科技兴矿战略,企业步入快速发展的新阶段,实际年生产能力达到180万吨以上,经济实力显著增强,矿井面貌焕发出生机。
该矿坚持走以煤为本多种经营综合发展的道路非煤产业迅速发展,重点项目有矸石热电厂,切块水泥厂,磁化肥厂,标准件厂等20多个厂点,从业人员2500人资产总额6718万元,成为企业经济发展的主要支柱。
该矿矿井井田面积7.5平方公里,可采储量5160.7万吨,可采煤层3组8层,各煤层赋存条件交好,地质构造简单。
平煤四矿的开拓方式为立、斜井多水平上下山混合开拓,分区开采。
目前四矿现有两个生产水平,一水平主采丁、戊组煤层,二水平主采己组煤层。
一水平有丁九、戊九两个生产采区,二水平有己三采区、己一东翼残采区和庚一开发采区、三水平前期开拓工程四个采区。
其中丁九采区主采丁56煤层、己三采区主采己1617煤层都曾发生过煤与瓦斯突出,鉴定为突出采区。
1.2交通情况
平煤四矿距平顶山市区约6 km,市内有七路公交车直通矿区,并有一、八路公交车经过四矿口。
平顶山火车站向东有漯宝线与京广线相接,往西经宝丰与焦枝线相连,区内还有平韩线、平午线。
公路北通郑州,南达南阳,与临近市、区的长途汽车,均为全天侯公路,交通方便(见图1.1)。
图1.1平煤四矿交通位置图
1.3自然地理
1.3.1水文地貌
平顶山煤田位于沙河和汝河之间的低山、丘陵地带,四周均为平原,四矿位于煤田中段南部。
井田内最高点为擂鼓台,标高505.6m,最低点在褚庄附近,标高150.4m。
井田中部高,南北低,擂鼓台、小擂鼓台及407.7m高地一线为近东西向分水岭,分水岭以南坡度较陡,以北坡度较缓,基本呈单面山地形。
1.3.2水文概况
井田内无大的河流,只有季节性小溪和冲沟,分水岭以北的小溪和冲沟在雨季有水北流,属汝河水系,分水岭以南的小溪和冲沟有水流出井田入湛河(人工河)至沙河。
沙河流径井田南部边缘,流向向东,属淮河水系,最大流量3000m3/s,旱季流量0.8m3/s,河床宽阔,坡降较小。
1.3.3气候
平顶山地区属大陆性半干旱气候,年均降雨量742.6mm,平均气温14℃,夏季炎热,冬季寒冷,四季分明。
据平顶山气象站历年资料:
气温:
最高气温42.6℃(1966年7月19日),最低气温-18.8℃(1955年1月30日),历年平均气温为14℃。
降雨量:
年最大降雨量1461.6mm(2000年),最小降雨量373.9mm(1966年),年平均降雨量742.6mm,月最大降雨量481.3mm(2000年7月)。
最大连续降雨天数9天(1964年4月13日~21日)。
雨季集中在7、8、9三个月。
蒸发量:
年最大蒸发量2825mm(1959年),最小蒸发量1490.5mm(1964年)。
月最大蒸发量408.9mm(1959年7月),月最小蒸发量40.7mm(1957年1月)。
蒸发量大于降雨量。
温度和风速:
平均绝对湿度13.5mm,平均相对湿度67%。
冰冻期一般是11月到来年3月。
最大冻土深度14cm(1977年1月30日)。
最大风速24m/s,平均风速2.8m/s。
风向北西、北北西和北东,常年主风向为北东。
1.3.4地震
历年记载,许昌地区共发生地震九次,河南省有史以来的八次地震中,七次对本区有较大的破坏,1556年叶县地震的记载,有声如擂鼓,山裂石飞,毁屋人死,现将1820年4月在许昌地区发生的一次大地震情况详见表1.2。
本区属地震烈度区Ⅵ度区,按《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),本区所属地震动峰值加速度分区为0.05g。
表1.2平煤四矿地震区域分布图
时间
震中区
震级
震中
烈度
破坏程度
波及范围
1820年8月4日
许昌东北乡
N34°1′E113°49′
6
8°
震中许昌县东北乡破坏房屋无数计受灾169个村
禹县、临颖。
鄢陵、扶沟。
淮阳、武陟、临汝等
1.4区域地质简况
平顶山煤田处于秦岭纬向构造带的东延部位,淮阳山字型构造的西翼反射弧顶部,为纬向构造与山字型构造的复合部位,由于二者的共同影响,使得整个煤田形成了一系列北西向的复式褶皱(李口向斜、灵武向斜、郭庄背斜、牛庄向斜、诸葛庙背斜等)和大断层(白石沟逆断层、锅底山正断层、山庄逆断层等),总体构造线为北西向。
追溯区域地质历史,平顶山煤田曾受到中岳运动、少林运动、怀远运动、加里东运动、印支燕山运动和喜山运动六期构造运动的影响,在C-P煤系沉积以后,燕山运动最为重要,使区内中生代及其以前地层(包括前震旦纪)卷入了这次运动,形成了北西向的褶皱和断裂,并拌有中酸性岩浆侵入。
喜山运动在本区主要表现为差异升降运动,并使先期断裂再次活动,形成了一幅复杂的构造图案。
井田地表多被第四系地层覆盖,依据钻探工程揭露地层从老到新依次有:
寒武系崮山组、石炭系本溪组、太原组和二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组、石千峰组和第四系。
1.5区域经济概况
本区经济由于受交通条件影响,在山北由于交通不便,经济较为落后;在矿区南部,经济条件较好。
平顶山市以煤炭生产为主产业,其原煤产量居全国第三位,为缓解南方煤炭馈缺起着不容忽视的作用;并以其为中心形成了铁路、公路网络,交通运输极为便利;同时,还有平高电器、姚孟电厂等大型企业,工业较为发达。
平顶山市的农业生产以小麦、玉米为主,并发展畜牧业养殖多种经营模式,在向现代农业过渡。
2平煤四矿通风系统分析
2.1矿井通风系统基本情况
2.1.1矿井通风系统概况
四矿通风方式为中央并列式,进回风井分布在井田的中央。
通风方法为抽出式通风,分别在2个回风井安装2台主要通风机通风。
进风井五个,即三水平主井、二水平主井、副井、南风井和东风井;回风井二个,即北风井和已三风井。
如表2.1所示。
表2.1进回、风井筒数量及风量表
风井类别
进风井
回风井
风井名称
一水平主井
二水平主井
副井
南风井
东风井
北风井
已三风井
风井风量(m3/min)
3254
4221
5383
825
1100
7176
7924
2.1.2矿井需要风量、实际风量、有效风量
矿井总需要风量13834m3/min,实际进风量14783m3/min,有效风量14059m3/min。
其中北风井系统需要风量6381m3/min,实际进风量6859m3/min,有效风量6541m3/min。
己三风井系统需要风量7453m3/min,实际进风量7924m3/min,有效风量7518m3/min。
2.1.3矿井瓦斯等级,瓦斯和二氧化碳的绝对、相对涌出量
想四矿矿井为煤与瓦斯突出矿井。
2005年矿井瓦斯等级鉴定结果为,矿井最大绝对瓦斯涌出量57.51m3/min,二氧化碳涌出量12.97m3/min;最大相对瓦斯涌出量9.56m3/t,二氧化碳涌出量2.15m3/min。
2.1.4主通风设备及运行参数,风量,风压,通风阻力,等积孔
北风井主要通风机为2台型号相同的AGF606-2.2-1.3-2型抽出式通风机,一台使用,一台备用,配套电机型号为YR1000-6/1180,额定功率1000KW。
己三风井为2台型号相同的BDK--8--NO30高效对旋抽出式风机,一台使用,一台备用,配套电机型号YBF630S1-8,额定功率2×500K。
目前运行的风机参数如表2.2所示
表2.2矿井主要通风机运行参数表
风机名称
北风井主要通风机
(东台)
己三风井主要通风机(东台)
型号
AGF606-2.2-1.3-2
BDK-8-NO30
工作风量m3/s
123.3
143
工作风压Pa
4250
3500
风叶角度
-2.5
32.5
电机型号
YR1000-6/1180
YBF630S1-8
额定功率kw
1000
2×500
转速rpm
988
739
额定电压V
6600
6700
2.1.5分区通风情况北主扇担负的北风井系统
由丁九、戊九采区组成,2个系统为并联网络,回风由北风井排出;己三主扇担负的已三风井系统由已一东翼采区和已三采区组成,2个系统为并联网络,回风由已三风井排出。
采区实行上、下山开拓,丁九采区和己三采区皆为突出采区,戊九采区为高瓦斯采区,上述三个采区均为皮带运输下山和轨道运输下山进风、专用回风下山回风的“两进一回”通风系统;已一东翼采区为低瓦斯采区,为皮带运输下山进风、轨道运输下山回风的通风系统。
其各采区风量及工作面情况如表2.3所示。
表2.3采区风量以及用风地点分布情况见表
系统名称
采区名称
进风量
回风量
主要用风地点
北风井系统
丁九采区
1960
2048
丁56-19070备面
戊九采区
4899
5128
戊9、10-19120采面、戊8-19190采面、已15-31120机巷、已15-31120风巷、已15-31120尾巷、戊九新总回
己三风井系统
己三采区
5481
5755
己1617-23100采面、己16-23070备面、己1617-23060机巷、己1617-23060风巷、三水平回风下山联巷
已一东翼采区
2108
2213
己1617-23100采面、己1617-23060机巷、己1617-23060风巷
2.2矿井通风阻力测定
为了摸清矿井通风阻力沿程分布状况,获得课题研究所必需的基础参数数据,于2013年3月—4月对平四矿东翼、己三、戊九和丁九四个采区进行了较为全面的井下通风参数技术测定工作。
2.2.1通风阻力测定的目的及意义
井巷风阻是反映通风特性的重要参数。
通风阻力测定的主要内容和目的是通过测量各种类型井巷的通风阻力和风量,以标定它们的标准摩擦风阻值和标准摩擦阻力系数值,作为矿井通风技术管理的基本资料。
运用在矿井通风系统优化工作中。
井巷风阻是最重要的参数之一。
而矿井井巷摩擦风阻的测定是通过摩擦阻力的测定来进行的,因此,矿井通风阻力的测定工作就成了矿井通风系统优化中必不可少的内容。
通过矿井摩擦阻力的测算,可以掌握矿井通风阻力的分配状况、通风网络效率、各矿井主要通风机装置的工矿点、运行效率以及矿井通风能耗等的情况,然后通过论证矿井通风系统的技术经济合理性,为是否有进行系统优化改造的必要性提供理论依据。
另外,只有以井巷风阻作为基础参数,才可解算矿井通风网络、设计优化的矿井通风网络和优选主要通风机装置,最终给出一个最优的通风系统方案。
2.2.2平煤四矿通风阻力测定路线的选择原则
(1)在所有并联风路中应选择风量较大且通过回采工作面的风流风路作为测定路线。
(2)应选择路线较长且包含有较多井巷类型和支护形式的线路作为测定路线。
(3)应选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线路作为测定路线。
2.2.3平煤四矿通风阻力测定的方法
采用了气压计法中的两点同时测定法。
2.2.4测定数据的整理计算,矿井通风阻力计算
两测点A-B之间的通风阻力h阻AB为:
h阻AB==△hs+△hz+△hv(2--1)
式中:
h阻AB------两测点A-B间的通风能力,pa
hs---------两测点A-B间的静压差,pa
△hs==PA-PB+△P(2—2)
式中:
PA,PB-------A-B两测点上两太仪器的同时读数值,pa
△P-----两台仪器的基准及变档差植校正,pa
△hz------矿井自然风压,pa
△hz=g(ZA-ZB)(2—3)
△hv-----两测点A-B间的动压差,pa
△hv=(ρAvA2-ρBvB2)(2—4)
式中:
ρAρB------空气密度,㎏/m3
vAvB-------A,B两测点断面上的平均风速,m/s
主测线路上矿井通风总阻力:
h阻测=Σh阻AB(2—5)
2.2.5矿井通风阻力测定结果的评价
本矿井为抽出式通风矿井,根据矿井通风阻力与通风机装置压力关系,由机房水柱计读数推广的矿井通风阻力为:
h阻j=hs2-hv2+HN(2—6)
式中:
h阻j-------由风机房水柱读数对算的矿井通风阻力,pa;
hs2--------风机房U型水柱计读数,pa;
HN--------矿井自然风压,pa
hv2--------风硐中传压管处断面上的速压,pa。
各主测路线实测阻力的相对误差计算公式为:
△h=∣h阻j-h阻测∣×100﹪(2—7)
式中:
△h----相对误差;
h阻j-------由风机房水柱读数对算的矿井通风阻力,pa;
h阻测-------主测路线上各段实测阻力之和,pa
将测定的上述有关的参数代入上式,分别得出主测路线I(东翼采区系统)实测阻力的相对误差Ah为3.8%;主测路线II(己三采区系统)实测阻力的相对误差dh为4.9%;主测路线III(戊九采区系统)实测阻力的相对误差Ah为4.7%;主测路线N(丁九采区系统)实测阻力的相对误差Ah为3.6%。
可以看出,各主测路线实测阻力的相对误差均小于5%,说明精度符合要求。
2.2.6对通风网路分支风量及风阻值测算结果的评价
由计算的风阻值,再根据目前运行风机的特性曲线(风机特性曲线表附件1),对目前通风网路进行计算机解算。
由解算结果可以看出,测算的各风路的风量和风压值与电算结果基本一致,比较吻合。
从而表明:
通风网路内风阻值的测算结果是可靠的,满足网路分析的要求。
2.3平煤四矿通风系统的分析与评价
合理良好的矿井通风系统应该是既能保证井下各作业地点良好的通风效果、很强的抗灾能力和矿井的安全生产,又能做到能量消耗最小,且管理方便。
通过对平煤四矿整个通风系统的调查,下面就其矿井通风阻力分布状况和通风系统不合理状况作一简要分析与评价。
2.3.1关键路径上的阻力分配情况
进风区阻力占关键路径总阻力的20%以下,用风区阻力的相应比例约为40﹪~50%,回风区阻力占55%以下;否则,视为阻力分布不合理。
根据实际测定的数据,计算出矿井三段(进风段、用风段、回风段)
由表2.4矿井通风阻力表可以看出,对己三风井风机担负的通风.总阻力的8.0%;用风段巷道虽没有回采面,但断面较小,百米阻力值较大,占总阻力的47.3:
三段阻力分布基本合理。
对己三风井风机所担负的通风路线II来说,进风段巷道断面好,阻力较小,占总阻力的16.2%;用风段阻力较大,占总阻力的49.4%:
回风段通风线路短,通风阻力小,占总阻力的34.4%,三段阻力分布状况不合理。
表2.4矿井通风三段阻力分布情况表
路线
区段
点号划分
长度(m)
阻力
(pa)
占阻力百分比(%)
百米阻力值(pa)
路线1
进风段
1-106
1214
280
8.0
22.47
用风段
106-116
1547
1510
47.3
97.95
回风段
116-119
668
1450
44.7
214.12
合计
3429
3240
100
95.27
路线2
进风段
1-380
3118
500
16.2
16.68
用风段
380-400
1548
1500
49.4
87.28
回风段
400-406
1856
1050
34.4
118.27
合计
6522
3050
100
119.68
路线3
进风段
1-302
2814
456
15.56
17.10
用风段
302-312
2210
876
35.12
79.56
回风段
312-318
1700
1279
49.32
95.58
合计
7145
2611
100
48.79
路线4
进风段
1-315
2800
984
17.6
58.2
用风段
315-326
2645
1014
25.9
42.6
回风段
326-331
1678
1717
46.5
106.38
合计
7123
3715
100
68.66
对北风井风机担负的通风路线III来说,进风段为多路进风,主斜井通风路线长,进风量较小,故阻力15.56%,所占比例偏低;用风段路线较长,阻力较大,占总阻力的35.12%,该段阻力所占比例偏高,这主要是由于回风段线路较长,风量较大所致;总的来说,进回风段阻力分布不合理。
北风井风机担负的通风路线IV来说,由于进风断面大,路线短,进风段通风阻力较小,占总阻力的17.6%;用风段路线较长,阻力较大,占总阻力的25.9%;回风段阻力占总阻力的46。
5%,回风段阻力偏高。
2.3.2通风系统的不合理状况
(1)东翼采区四条进风路线中,有三条路线(东翼高强皮带、暗轨、技改)均由南北两头同时进风,容易出现通风零点,使得部分分支现无风、微风现象,尤其在东翼高强皮带和暗轨极为明显。
(2)己三高强皮带机头没有独立的通风线路,上下供风时风量小,皮带机头及皮带散热大且无法排除,从而导致皮带机头、己三皮带下山及其下部工作面进风温度偏高,工人作业环境恶劣。
(3)己三采区一300m石门巷道受压严重,断面狭小,通风阻力大,维护费用高。
(4)己三大仓处于东翼与己三两采区的大角联中,风流不稳定,经常反向,造成串联通风,给系统的安全可靠性带来极大威胁。
(5)己三的两台BDK--8--NO30风机老化运转,给以风定产带来了安全隐患。
(6)北回风立井只做到一260m水平,使得丁九下山采区回风要通过轨道上山从一440m水平回到一260m回风石门,再到北回风立井,通风路线长。
阻力大。
同时,由于丁九上、下山采区回风都经一260m回风石门,回风量大,巷道断面小,风速高达11.81m31s,明显超限;随着丁九下山的开发,这种现象将更加严重。
(7)从矿井主要通风机性能核定结果来看,风机性能都存在不同程度的下降,以同角度下风机工况点的风量为指标,己三风机下降20.3%,北风井风机下降了14.2%。
(8)另外,在测定过程中发现北风井风机房水柱计读数不稳定,分析其原因,可能是由于丁九石门与戊九石门都与戊九总回相通,且风门间没有闭锁,运输过程中有时出现两道风门同时开启,造成风流短路。
2.3.3本章小结
从以上分析评价来看,戊九采区通风系统基本合理,而东翼、丁九及己三采区在通风有效、安全可靠、经济合理以及管理水平上则存在不同程度的问题,有些甚至严重威胁着矿井的安全生产。
如果不对上述通风系统存在的问题进行解决,矿井以风定产的要求就难以满足。
特别是随着己三及东翼下山采区的延伸开发,通风阻力路线变长,阻力增大,通风系统将更加复杂,供风不足现象更加明显,这将严重影响着矿井的安全生产和经济效益的提高。
因此,在对平煤四矿通风系统分析的基础上,制定了一套切实可行的优化改造方案.对该矿建立合理优质的矿井通风系统、确保矿井安全生产、创造良好健康的井下作业环境以及提高整个矿井的经济效益,将具有重要的意义并产生深远的影响。
3矿井通风系统优化的可行性论证
3.1四矿三水平通风系统优化的目的和意义有以下几方面
1)可以解决矿井通风困难问题,提高通风系统的稳定可靠性。
2)可以提高突出矿井的安全性能,提高
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