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矿井通风设计

河南理工大学采矿工程专业（本科）

矿井通风课程设计说明书

姓名：

张志巍

学号：

3

学院：

能源科学与工程学院

班级：

1405

指导教师：

王明中

职称：

讲师

二〇二二年四月

《矿井通风》课程设计评阅参考标准

项目

分值

参考标准

优秀

良好

中等

及格

不及格

评分

设计态度

15

刻苦努力，态度认真，遵守纪律，按时完成设计。

15-14

13-12

11-10

9

8－0

技术水平与实际能力

40

设计方案合理、理论分析与计算正确，动手能力、分析能力较强。

40－36

35－32

31－28

27－24

23－0

设计说明书规范

25

设计说明书及插图绘制规范，文字流畅，书写工整或打印成文

25－23

22－20

19－17

16-15

14－0

基础理论与专业知识

20

对问题能做合理分析，反映出很好的掌握了矿井通风基础理论与专业知识。

20－18

17－16

15－14

13－12

11－0

评分合计

摘要

本次设计矿井地质特征为单一煤层，倾角18°，煤层平均厚度，为Ⅲ级不易自燃煤层，相对瓦斯涌出量为3m3/t,煤尘有爆炸危险。

回采工作面最多人数为40人，温度t=20℃，瓦斯绝对涌出量min。

设计第一水平深度540m,走向长度L为11250m，倾斜长度为1600m。

采用立井单水平上、下山开拓，用竖井主要石门开拓，在底板岩层中开掘岩石大巷，按照“一井一面”布置生产，采区内采掘比为1:

2。

走向长壁采煤法，经济技术上综合考虑，拟初期采用中央边界式（中央并列式）通风方式。

采用副井进风，风井回风。

中后期采用两翼对角式，即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）。

根据Q通=s，H通静小=，H通静大=，可选定通风机型号为2k-58-4No25型轴流式通风机。

设计中严格遵守和认真贯彻《煤炭工业设计政策》、《煤矿安全规程》、《煤矿工业矿井设计规范》以及国家制定的其它有关煤炭工业的方针政策，设计力争做到了分析论证清楚，论据确凿，并积极采用切实可行的先进技术，力争使自己的设计达到较高水平。

1矿井基本概况

煤层地质情况

单一煤层，倾角18°，煤层平均厚度，为Ⅲ级不易自燃煤层，相对瓦斯涌出量为3m3/t,煤尘有爆炸危险。

井田范围

设计第一水平深度540m,走向长度L为11250m，倾斜长度为1600m。

矿井生产任务

设计年产量A为90万t。

矿井开拓与开采

立井单水平上下山开拓，用竖井主要石门开拓，在底板岩层中开掘岩石大巷，按照“一井一面”布置生产，采区内采掘比为1:

2。

井下同时工作的最多人数为200人。

回采工作面最多人数为40人，温度t=20℃，瓦斯绝对涌出量为min。

自然风压

阻力最大和最小时自然风压分别为50Pa和150Pa。

主要通风机装置（含风硐）阻力取120Pa。

部分井巷尺寸及支护情况

表1-1井巷尺寸及其支护情况

井巷名称

井巷特征及支护情况

巷长

m

断面积

m2

副井

两个罐笼，有梯子间，风井直径D=5m

540

20

井底车场巷道

拱形，混凝土碹，壁面抹浆

120

16

主要运输石门

拱形，混凝土碹，壁面抹浆

200

16

主要运输巷

拱形，混凝土碹，壁面抹浆

2812

16

轨道上山

拱形，锚网

1000

14

皮带上山

拱形，锚网

1000

14

工作面平巷

梯形，锚杆，巷道宽度

1406

13

采煤工作面

矩形，液压支架，控顶距，综采

150

16

回风石门

梯形，锚喷

40

8

主要回风道

拱形，混凝土碹，壁面抹浆

2700

8

回风井

混凝土碹（不平滑），风井直径D=4m

230

13

采区分布图

采区分布图1-1

开拓系统图

开拓系统图1-2

采区巷道布置图

采区巷道布置图1-3

采区、巷道布置图1-4

2矿井通风方式及安全技术

矿井通风方式与通风系统的选择

矿井通风系统符合要求

1.每一个生产矿井必须至少有两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少于30m。

2.进风井口必须布置在不受粉尘、灰尘、有害和高温气体浸入的地方。

3.箕斗提升或装有皮带运输机的井筒不应兼作回风井。

如果兼作回风井使用时，必须遵循下列规定：

1）箕斗提升兼作回风井时，井上下装卸井塔都必须有完善的封闭措施，其漏风率不超过15％，并应有可靠的降陈措施，但装有皮带输送机的井筒不得兼作回风井。

2）箕斗提升井或装有皮带运输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；装有皮带运输机的井筒的风速不得超过4m/s，并都有可靠的防尘措施，保证粉尘浓度符合工业卫生标准。

皮带运输机的井筒中还应有装有专用的消防管路。

4.所有矿井都必须采用机械通风，主要扇风机必须安装在地面。

同一井口不宜选用几台主扇并联运转，主扇要用符合要求的防爆门。

5.每个矿井必须有完整的独立的通风系统。

6.采用多台分区主扇通风时，总进风道的断面不宜过小。

7.回采工作面的掘进工作面都应采用独立通风。

8.井下火药库，井下充电峒室必须有单独的进风风流。

矿井通风方式与通风系统

本设计井田单一煤层，倾角18°，煤层平均厚度，综采工作面瓦斯相对涌出量为3m3/t，瓦斯绝对涌出量为min为Ⅲ级不易自燃煤层，走向长度L为11250m，倾斜长度为1600m；立井单水平上下山开拓，用竖井主要石门开拓，在底板岩层中开掘岩石大巷，按照“一井一面”布置生产。

采用立井单水平上、下山开拓，走向长壁采煤法，经济技术上综合考虑，拟初期采用中央边界式（中央并列式）通风方式。

即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，在走向方向上两井相隔一段距离，回风井的井底标高高于进风井的井底。

采用副井进风，风井回风。

中后期采用两翼对角式，即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）。

矿井总风量计算与分配

矿井需风量计算原则

1、矿井需风量应按照“由里往外”的计算原则，由采、掘工作面、硐室和其他用风地点的实际最大需风量总和，再考虑一定的备用风量系数后，计算出矿井总风量。

2、按该用风地点同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m3。

3、按该用风地点风流中的瓦斯、二氧化碳和其他有害气体浓度、风速以及温度等都符合《规程》的有关规定分别计算，取其最大值。

矿井需风量的计算

采煤工作面需风量计算

采煤工作面的需风量应按下列因素分别计算，并取其中最大值。

1、按瓦斯涌出量计算：

Q采=100Q瓦K瓦

=100××

=816m3/min

式中：

Q采——采煤工作需要风量，m3/min；

Q瓦——采煤工作面瓦斯（二氧化碳）绝对涌出量，m3/min；

K瓦——采煤工作面因瓦斯（二氧化碳）涌出量不均匀的备用风量系数，通常机采工作面可取~；炮采工作面可取~;水采工作面可取~。

生产矿井可根据各个工作面正常生产条件时，至少进行五昼夜的观测，得出五个比值，取其最大值。

2、按工作面进风流温度计算：

采煤工作面应有良好的气候条件，其进风流温度可根据风流温度预测方法进行计算。

其气温与风速应符合表2-1的要求。

表2-1采煤工作面空气温度与风速对应表

采煤工作面进风流气温/℃

采煤工作面风速/（m/s）

＜15

15~18

18~20

20~23

23~26

~

~

~

~

~

采煤工作面的需风量按下式计算：

Q采=60v采S采K采

=60××16×

=1056m3/min

式中：

v采——采煤工作面适宜风速，m/s；

S采——采煤工作面平均有效断面积，㎡，按最大和最小控顶有效断面积的平均值计算；

K采——采煤工作面长度风最系数，按表2-2先取

表2-2采煤工作面长度风量系数表

采煤工作面长度/m

工作面长度风量系数

﹤50

50~80

80~120

120~150

150~180

﹥180

~

该矿井设计工作面长度150m，K采本式取；S采取16m2

3、按炸药使用量计算：

Q采=25A采，m3/min

=25×

=60m3/min

式中

25——每使用1kg炸药的供风量，m3/min；

A采——采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg；

4、按工作人员数量计算：

Q采=4n采，m3/min

=4×40

=160m3/min

式中

4——每人每分钟供给的最低风量，m3/min；

n采——采煤工作面同时工作的最多人数，人；

5、按风速验算：

1）按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量：

Q采≥60×采，m3/min

=60××16

=240m3/min

2）按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：

Q采≤60×4S采，m3/min

=60×4×16

=3840m3/min

掘进工作面需风量计算

煤巷、半煤岩巷和岩巷掘进工作面的需风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。

1、按瓦斯涌出量计算：

Q掘≥100Q瓦K瓦

=100××

=120m3/min

式中：

Q掘—第I个掘进工作面的需风量，m3/min；

Q瓦—第I个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量，m3/min；

K瓦—第I个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀和备用风量系数，一般可取～，本式取。

2、按炸药量使用最计算：

Q掘=25A掘，m3/min

=25×

=60m3/min

式中：

A掘—掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量，kg；

25—每公斤炸药爆破后需要供；

3、按局部通风机吸风量计算：

Q掘=Q通IK通，m3/min

=200×1×

=260m3/min

式中：

Q通——掘进工作面局部通风机额定风量（表2-3）；

I——掘进工作面同时运转的局部通风机台数，台；

K通——防止局部通风机吸循球风的风量备用系数，一般取~,进风巷中无瓦斯涌出时取，有瓦斯涌出时取；

表2-3局部通风机额定风量Q通

风机型号

额定风量/（m3/min）

JBT-51（）

JBT-52（11KW）

JBT-61（14KW）

JBT-62（28KW）

150

200

250

300

4、按工作人员数量计算：

Q掘=4n掘，m3/min

=4×13

=52m3/min

5、按风速进行验算

根据《煤矿安全规程》规定各掘进工作面的风量应满足：

1）岩巷掘进工作面的风量应满足：

60××S掘≤Q掘≤60×4×S掘

由上式得m3/min≤Q掘≤1152m3/min。

2）煤巷、半煤岩巷掘进工作面的风量应满足：

60××S掘≤Q掘≤60×4×S掘

=72m3/min≤Q掘≤1152m3/min

根据上面的计算掘进工作面的风量应取其最大值。

Q掘=260m3/min

72m3/min≤Q掘≤1152m3/min

所以，Q掘=260m3/min符合上述要求。

硐室需风量计算

各个独立通风的硐室供风量，应根据不同的硐室分别计算。

1、机电硐室

采区小型机电硐室，可按经验值确定风量，一般为60~80m3/min。

该矿井取70m3/min。

表2-4机电硐室发热系数表

机电硐室名称

发热系数（

）

空气压缩机房

水泵房

变电所、绞车房

~

~

~

2、爆破材料库

按经验值计算，小型矿井一般80~100m3/min，大型矿井一般100~150m3/min。

该矿井取120m3/min。

3、充电硐室

通常充电硐室的供风量不得小于100m3/min。

该矿井取120m3/min。

其它巷道需风量计算

可按采煤，掘进，硐室的需风量总和的3%~5%估算。

按5%计算。

即：

（1056+260+310）×5%=m3/min。

矿井总风量计算

矿井总进风量，应按照采煤、掘进、硐室及其他地点实际所需要风量的总和计算：

Q矿=（∑Q采+∑Q掘∑Q硐室∑Q其他）×km

式中：

∑Q采—采煤工作面和备采工作面所需风量之和，m3/min；

∑Q掘—掘进工作面所需风量之和，m3/min；

∑Q硐室—硐室所需风量之和，m3/min；

∑Q其他—其他巷道所需风量之和，m3/min；

Km—矿井通风（包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素）系数，可取～。

即：

Q矿=（1056+260+310+）×

=min。

通过计算所得矿井总风量为：

min

矿进总风量的分配

1、分配原则

矿井总风量确定后，分配到各用风地点的风量，应不得低于其计算的需风量；所有巷道都应分配一定的风量；分配后的风量，应保证井下各处瓦斯及有害气体浓度、风速等满足《规程》的各项要求。

2、分配的方法

首先按照采区布置图，对各采煤、掘进工作面、独立回风硐室按其需风量配给风量，余下的风量按采区产量、采掘工作面数目、硐室数目等分配到各采区，再按一定比例分配到其它用风地点，用以维护巷道和保证行人安全。

风量分配后，应对井下各通风巷道的风速进行验算，使其符合《规程》对风速的要求。

表2-5采区及全矿的风量分配

3矿井通风总阻力计算

矿井通风总阻力的计算原则

1、矿井通风总阻力不应超过2940Pa。

2、矿井井巷的局部阻力，新建矿井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。

矿井通风总阻力的计算方法

沿矿井通风容易和困难两个时期通风阻力最大的风路，分别用下式计算各段井巷的磨擦阻力；

将各段井巷的磨擦阻力累加后并乘以考虑局部阻力的系数即为两个时期的井巷通风总阻力。

即

表3-1矿井通风（容易）时期井巷磨擦阻力计算表

1、计算矿井通风容易时期的通风总阻力

表3-2矿井通风（困难）时期井巷磨擦阻力计算表

2、矿井通风困难时期通风总阻力

矿井通风网络图

通风网络图3-1

通风网络图3-2

4矿井通风设备选择

选择矿井通风设备的基本要求

1、矿井每个装备主要通风机的风井，均要在地面装设两套同等能力的通风设备，其中一套工作，一套备用，交替工作。

2、选择的通风设备应能满足第一开采水平各个时期的工况变化，并使通风设备长期高效运行。

当工况变化较大时，应根据矿井分期时间及节牟情况，分期选择电动机动。

3、通风机能力应留有一定的余量。

轴流式、对旋式通风机在最大设计负压和风量时，叶轮叶片的运转角度应比允许范围小5°；离心式通风机的选型设计转速不宜大于允许最高转速的90%。

4、进、出井井口的高差在150m以上，或进、出风井口标高相同，但井深400米以上时，宜计算矿井的自然风压。

主要通风机的选择

计算通风机的风量Q通

=41m3/s

式中：

Q通——通风机的风量，m3/s；

Q矿——矿井需风量，m3/s；

K——漏风损失系数，风井不做提升用时取；箕斗井兼做回风井用时取；回风井兼做升降人员时取。

本式取。

计算通风机的风压H通全（或H通静）

轴流式通风机：

容易时期Hsdmin=h阻易+hd-HN

=+120-150=Pa

困难时期Hsdmax=h阻难+hd+HN

=+120+50=Pa

选择通风机

根据计算的矿井通风容易时期通风机的Q通、H通静小和困难时期通风机的Q通、H通静大，在通风机的个体特性图表上选择合适的主要通风机。

根据Q通=sH通静小=H通静大=可选定通风机型号为FBCDZ-6-No15型轴流式通风机。

风机工况点图4-1

选择电动机

1、计算通风机输入功率。

按通风容易和困难时期，分别计算通风机输入功率N通小、N通大：

2、选择电动机

当P电小≤6P通大时，两个时期分选电动机，初期电动机功率为：

后期电动机功率为：

电动机功率在400KW~500KW以上时，宜选用同步电动机其优点是低负荷动转时，可用来改善电网功率因数，使矿井经济用电；其缺点是这种电动机的购置和安装费较高。

5通风耗电费用概算

通风的耗电量

1、主要通风的耗电量

通风容易时期和困难时期共选一台电动机时

2、局部通风机的耗电量

3、通风总耗电量

通风电费

W1=E总×D/A

=256140×1/90000

=元/t

式中：

D——电价，元/Kw·h;

A——矿井年产量，t;

致谢

经过一个星期的努力，本设计终于顺利完成了。

在这期间得到了老师和同学的许多帮助。

特别是得到了指导老师王明中的大力帮助，从设计题目的开始，方案的确定，图纸的绘制到设计说明书的撰写，他们都给予了大量的指导和帮助，这才有了本次设计的顺利完成。

在设计过程中，老师耐心的指导，以及独特的启发，对本设计的完成起到了很重要的作用，他们的设计指导思想都是最新的理念，不局于旧规程，鼓励采用先进的技术，先进的设备，和简单便捷的布置。

从中我学到了许多新的知识，感谢老师们。

通过本次设计，提高了独立思考和动手能力的同时，也认识到了集体力量的强大，在我做毕业设计的过程中，经常会出现一些自己解决不了的问题，这时我就和同学们一起讨论、交流，经过我们的共同努力、取长补短，顺利的解决了很多问题，感谢我的同学们。

设计中要求严格遵守和认真贯彻《煤炭工业设计政策》、《煤矿安全规程》、《煤矿工业矿井设计规范》以及国家制定的其它有关煤炭工业的方针政策，设计力争做到分析论证清楚，论据确凿，并积极采用切实可行的先进技术，力争使自己的设计达到较高水平，但由于本人水平有限，难免有疏漏和错误之处，敬请老师指正。

参考文献

[1]张国枢.通风安全学，徐州：

中国矿业大学出版社，2011

[2]徐永圻.煤矿开采学（重排修订本），徐州：

中国矿业大学出版社，

[3]采矿工程专业毕业设计手册（第八分册），风机装置性能曲线图册，中国矿业大学出版社，2008。