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采掘工作面实行独立通风。
其中回采工作面全负压通风;
掘进头为局部通风机压入式通风;
井下爆破材料发放硐室独立通风。
2.2.2通风路线
通风路线:
新风由地面→副井→一水平井底车场→一水平轨道运输大巷或带式输送机大巷→中部车场→运输上山→运输顺槽→工作面;
乏风由工作面→回风顺槽→回风上山→一水平(或二水平)回风大巷→中央风井→风硐→地面。
第三章矿井风量计算
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,每人每分钟供给风量不得少于4
(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
3.2.1按井下同时工作的最多人数计算
Q=4NK/60
式中Q—矿井总供风量,m3/s;
4—每人每分钟供给的风量不得小于4m3;
N—井下同时工作的最多人数,人;
K—矿井通风系数,本矿井采用中央并列式通风;
根据内蒙古自治区人民政府工业办公室、内蒙古煤矿安全监察局文件内工办煤炭字〔2005〕246号《关于印发自治区煤矿瓦斯综合治理工作实施方案的通知》,通风系数取1.8。
3.2.2按采煤、掘进、硐室等实际需风量计算
Q总=(∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q它)K
式中∑Q采——采煤工作面实际需风量总和,m3/s;
∑Q掘—掘进工作面实际需风量总和,m3/s;
∑Q硐—独立通风硐室实际需风量总和,m3/s;
∑Q它—除采掘、独立通风硐室外其它需风量总和,m3/s。
K—矿井通风系数,本矿井采用中央并列式通风,取1.8
(1)采煤工作面实际需风量计算
∑Q采=Q采+Q准
式中Q采—综采工作面实际需风量,m3/s;
Q准—准备工作面的风量,m3/s;
本矿达产时配备1个放顶煤综采工作面,1个准备工作面,开采煤层。
实际需风量按瓦斯、二氧化碳涌出量和风速、人数等分别进行计算,取其中最大值,并用风速验算。
综采工作面实际需风量计算如下:
1按瓦斯涌出量计算
参考附近灵泉矿瓦斯绝对涌出量暂取6.31m3/min
Q采=100×
QCH4×
KC
QCH4—采煤工作面的绝对瓦斯涌出量,m3/s;
KC—工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数,通常机采工作面取1.2~1.6,本矿井综采放顶煤工作面取1.5。
6.31/60×
1.5=10.5m3/s
②按工作面温度计算
Q采=60×
Vc×
Sc×
Ki/60
Vc—回采工作面的适宜风速,m/s;
取0.9m/s(工作面进风流气温18~20°
)
Sc—回采工作面的平均有效断面,m/s;
取13.155m2。
Ki—工作面长度系数,回采工作面长度150m,因此系数Ki取1.~1.2,此时取1.2
0.9×
13.115×
1.2/60=14.16m3/s
采煤工作面气温与风速对应表
采煤工作面进风流气温/℃
采煤工作面风速/m.
<
15
0.3~0.6
15~18
0.5~0.8
18~20
0.8~1.0
20~23
1.0~1.5
23~26
1.5~1.8
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k1
0.8
50~80
0.9
80~120
1.0
120~150
1.1
150~180
1.2
>
180
1.30~1.40
③按人数计算
Q采=4NC/60
式中NC—综采工作面同时工作的最多人数(包括交接班),69人。
Q采=4×
90/60≈6m3/s
从以上分类计算中取最大者,取Q综采=16m3/s
④按风速验算
《煤矿安全规程》规定,回采工作面最低风速为0.25m/s,最高风速为4m/s,根据以上计算所需风量进行验算:
其中回采工作面最大净断面积S=21m2。
按工作面满足最低风速要求验算:
Q采≥0.25×
13.115=3.28m3/s
按工作面满足最高风速要求验算:
Q采≤4×
13.115=52.46m3/s符合要求。
故工作面风量取16m3/s较为合理。
备用工作面风量取8m3/s。
∑Q采=16+8=24m3/s
(2)掘进工作面实际需风量
掘进工作面实际需风量,按矿井需要独立通风的掘进工作面实际需要风量的总和计算。
∑Q掘=Q综掘+Q炮掘
①按瓦斯涌出量计算
本矿井瓦斯平均绝对涌出量取3.2m3/min
Q综掘=100×
QCH4掘×
K掘=100×
3.2×
2/60×
2.0=10.6m3/s
式中Q综掘—掘进工作面的需风量,m3/s;
QCH4掘—掘进工作面平均绝对瓦斯涌出量,m3/s;
K掘—工作面通风不均匀系数,一般可取1.5~2.0,取K掘=2.0。
②按局部通风机实际吸风量计算
Q综掘=Q局×
1×
Kf/60
=300×
1.3/60
=6.5m3/s
Q炮掘=Q局×
=250×
=5.4m3/s
式中:
Q局—局部通风机额定风量,综掘工作面局部通风机型号为JBT-62(28kW)
型,普掘工作面局部通风机型号为JBT-61(14kW);
I—同时运转的局部通风机台数,1台;
Kf—防止局部通风机吸循环风的风量备用系数,一般取1.2~1.3。
进风巷中无瓦斯涌出取1.2,有瓦斯涌出时取1.3,此时取1.3。
各种局部通风机的额定风量
风机型号
额定风量/(m3/min)
JBT—51(5.5kW)
150
JBT—52(11kW)
200
JBT—61(14kW)
250
JBT—62(28kW)
300
Q综掘=4Nc/60=4×
16/60≈1.1m3/s
Q炮掘=4Nc/60=4×
40/60≈2.7m3/s
式中:
NC—综掘工作面同时工作的最多人数,按交接班两班人员同时在井下考虑,综掘16人,普掘40人。
④按炸药消耗量计算
Q炮掘=Aj×
b/(t×
c×
60)
式中Q炮掘—普掘工作面配风量,m3/s;
Aj—掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量,取每班炸药消耗量7.2kg;
b—每公斤炸药爆破后的当量CO的量,根据炸药有毒气体国家标准取0.1m3/kg。
t—通风时间,一般不少于20分钟;
c—爆破经通风后,允许工人进入工作面的CO浓度,
一般取0.02%。
Q普掘=(7.2×
0.1)/(20×
0.02%×
60)=3.0m3/s
根据以上计算并参考灵泉矿井通风情况,掘进工作面取10.6m3/s。
按最小风速验算,各个岩巷掘进工作面最小风量:
Q掘≧60×
0.15×
Sj/60
Q掘≧1.92
《规程》规定,煤巷、半煤岩巷掘进工作面的风量应满足:
60×
0.25×
Sj/60≤Q掘≤60×
4×
Sj—掘进工作面巷道过风断面,取平均值12.829m2。
3.20≤Q掘≤51.31
经验算,工作面实际需风量取10.6m3/s能够满足风速要求。
本矿配备0个综掘工作面,2个普掘工作面,总风量为:
∑Q掘=10.6×
2=21.2m3/s。
(3)独立通风的硐室实际需要风量
本矿井下设独立回风的硐室有机电硐室、爆破材料库、充电硐室,按照经验值确定供风量,机电硐室为1.4m3/s,爆破材料发放硐室取2.0m3/s,该矿中共有俩个机电硐室,则
∑Q硐=1.4×
2+2.0=4.8m3/s
(4)其它井巷所需风量
矿井除采煤、掘进工作面和硐室实际需要风量外的其它需风量按上述总风量的5%计。
∑Q其它=(24+21.6+4.8)×
0.05=2.5m3/s。
(5)矿井总风量计算
=(24.0+21.6+4.8+2.5)×
1.15
=60.82m3/s
式中∑Q采——采煤工作面和备用工作面所需要的风量之和,m3/s
∑Q掘——掘进工作面所需要的风量之和,m3/s
∑Q硐——硐室所需风量之和,m3/s
∑Q它——其他用风地点所需风量之和,m3/s
K——矿井通风(包括矿井内部漏风和配风部均匀等因素)系数,可取1.15~1.25
由于漏风以及其它原因造成的风量损失,最终确定矿井的需风量为65m3/s
第四章矿井通风阻力计算
4.1矿井通风阻力计算原则
(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(包括扩建矿井独立通风的扩建区)宜按井巷摩擦阻力的10%计算,扩建矿井宜按巷井摩擦阻力的15%计算
4.2矿井通风阻力计算
4.2.1摩擦阻力
hf=Rf
=
式中hf——摩擦阻力
Rf——摩擦风阻,
——井巷摩擦阻力系数,Kg·
s2/m4查《通风安全学》附录可知
L——巷道长度,m
U——巷道断面周长,m
S——巷道断面积,
Q——通过巷道的风量,m3/s
根据上式计算得出巷道的摩擦阻力附表所示:
4.2.2局部阻力
局部阻力为摩擦阻力的10%
根据矿井开采计划以及通风系统图,通过上式对全矿井通风容易和困难时期风量和风压进行了解算。
经解算,副井入风量为65m3/s,主井入风量为0m3/s,中央风井回风量为65m3/s,通风容易时负压为2708.18Pa,通风困难时负压为2940.93Pa。
风量分配及矿井风压计算结果见表如附表所示
第五章矿井通风设备的选择
5.1矿井通风设备的要求
(1)矿井必须装设两套同等能力的主通风设备,其中一套做备用。
(2)选择通风机设备应满足第一开采水平各个时期工况变化,并使通风设备长期高效率运行。
当工况变化较大时,根据矿井分期时间及节能情况,应选择电动机。
(3)通风机能力应保留一定的余量,轴流式通风机在最大设计负压和风量时,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应不宜大于允许最大转速的90%。
(4)进、出风井井口高差在150m以上,或进出风井井口标高相同,但井深400以上时,宜计算矿井的自然风压。
5.2主要通风机的选择
5.2.1计算通风机风量
由于外部漏风(即井口防爆门及通风机附近烦人反风门等处烦人漏风),风机风量Qf大于矿井风量Q总
Qf=kQ总
式中Qf——主要通风机的工作风量
Q总——矿井需风量
k——漏风系数,风井不做提升用时取1.1,箕斗井兼做回风用时取1.1.5,回风井兼做升降人员时取气;
此时取1.15
Qf=1.15×
65=74.75m3/s
5.2.2计算风机风压
通风机全压Htd和矿井自然风压HN共同克服矿井通风系统的总阻力hm通风机附属装置(风硐和扩散器)的阻力。
此时用于井深小于400米,所以自然风压忽略不计,查规程知道扩散器阻力为hd150pa也忽略不计。
轴流式风机
容易时期Hsdmin=hm+hd
=2708.19+150
=2858pa
困难时期Hsdmax=hm+hd
=2940.93+150
=3091pa
5.3初选通风机
根据上面计算得知Qf为74.75m3/s,Htdmin为2858paHtdmax为3091pa,选择型号为BDNo24号轴流式风机。
5.4求通风机的实际工况点
5.4.1计算风机的工作风阻
利用静压特性曲线:
Rsdmin=
=
=0.51
Rsdmax=
=
=0.55
5.4.2确定通风机的实际工况点
根据Rsdmin、Rsdmax做的特性曲线分别与风机特性曲线相交的交点,交点为风机的实际工况点。
可知通风机效率为78%,转速为740r/min叶片安装角为36°
/33°
(风压大取大值,风压小取小值)。
5.5确定通风机的型号
根据风机的工况参数(Qf、Hsd、
、N)对初选的风机进行验证,经比较可知BDNo24叶片安装角为36°
转速为740r/min满足且适用于矿井在通风容易以及困难时期的使用。
5.6电动机的选择
5.6.1计算通风容易及困难时期的风机的输入功率Nmin、Nmax
Nmin=
=273.9kW
Nmax=
=289.3kW
式中
——通风机静压效率;
Nmin、Nmax——风别为矿井通风容易和通风困难时期通风机的输入功率,kW。
5.6.2电动机台数及种类
因为Nmin≧0.6Nmax,所以选用一台电动机,电动机功率为
Ne=Nmax×
ke/(
=289.3×
1.1/(0.92×
1)
=345.9kW
式中ke——电动机备用系数,一般为1.1~1.2,此时取1.1;
——电动机效率,一般为0.9~0.94,此时取0.92;
——传动效率,电动机与通风机直接连接时取1,皮带传动取0.95,此时去1。
第六章概算矿井通风费用
6.1电费(W1)
吨煤的通风电费为主要通风机的年耗电费及风、辅助通风机及局部通风机的电费之和除以年产量,此时辅助通风机与局部通风机的电费忽略不计。
W1=E×
D/T
E=8760Nemax/(ke×
×
式中D——电价,元/kW.h,去0.5
T——矿井年产量,t
——变压器效率,可取0.95
——电缆输电效率,取决于电缆长度和每米电缆损耗,在0.9~0.95范围内选取。
此时取0.93
W1=8760×
345.9×
0.5/(1.1×
0.95×
0.93×
900000)=1.73元/吨
6.2设备折旧费(W2)
W2=
式中G1——基本投资折旧费
G2——大修理折旧费
W2=(35000+1000)/900000=0.04元/吨
6.3材料消耗费(W3)
包括各种通风构建物的材料费,通风机和电动机的润滑油费用,防尘等设施费用。
两台主要通风机费用3800000元,其余忽略不计
W3=C/T×
N
=3800000/900000×
20=0.21元/吨
式中C——材料消耗总费用
N——通风装置为巷道服务的年限
6.4通风工作人员工资费用(W4)
风区队的工作人员有瓦检员、测风员、通风灭尘工、通风巷道维护工、密闭工等。
瓦检员为七人,测风员为一人,通风灭尘工为一人,通风巷道维修工为四人,密闭工为四人,每人的月工资为2500元,则通风区队的人员工资及附加费用为:
W4=A/T
=17×
2500×
12/900000
=0.56元/吨
式中A——矿井通风工作人员,每年工资总额
6.5专用通风组服务的井巷工程折旧费和维护费W5
W5=L×
D
=0.0025×
=0.37元/吨
L——专为通风服务的巷道长度,取150米
D——通风巷道的吨煤每米折旧维修费用,D=(巷道造价/服务年限+维修费),取0.0025元/米吨煤。
6.6每顿煤的通风仪表的购置费用和维护费用W6
仪表的购置费用为120000元,使用年限为10年
W6=120000/900000×
10=0.1元/吨
W=W1+W2+W3+W4+W5+W6
=1.73+0.04+0.21+0.56+0.37+0.1
=3.01元/吨
致谢
本次课程设计顺利底完成了,在做课程实习的过程中,遇见了不少困难,很多疑问,但在老师和同学的帮助下,都以顺利的解决。
首先,我要感谢我们的指导老师老师,他的细致认真让我们佩服,他的兢兢业业让我们感动,在百忙之中抽出时间为我们指导设计中的疑难点,让我们可以解决设计中存在的问题。
其次我要感谢我们的老师,在实习的过程中为我们忙前忙后,为我们实习中辛勤的服务,使我们的外出实习顺利完成,并且为我们编排实习大纲,为我们的设计指明道路,让我们的设计思路保持清晰。
最后,我要感谢的同学们,在设计中相互讨论、探讨,发挥团结互助的精神,相互协助圆满的完成了本次设计。
参考文献
[1]国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京:
煤炭工业出版社,2010.
[2]张国枢.通风安全学.中国矿业大学出版社,2011.
[3]国家安监局煤矿安全规程[M].北京:
煤炭工程出版社2009.
[4]郭连生.灵东矿初步设计规程.2009.
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- 矿井 通风 设计