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矿井通风设计毕业设计论文
矿井通风设计
学院:
能源学院
专业班级:
采矿11-1班
姓名:
学号:
指导老师:
前言
(一)、矿井概况
(二)、拟定矿井通风系统
(三)、矿井总风量计算与分配
1、矿井需风量计算原则
2、矿井需风量计算方法
3、矿井总风量的分配
(四)、矿井通风总阻力计算
1、矿井通风总阻力计算的原则
2、矿井通风总阻力的计算方法
3、绘制矿井通风网络图
(五)、选择矿井通风设备
1、选择矿井通风设备的要求
2、主要通风机的选择
前言
《矿井通风》设计是学完《矿井通风》课程后进行,是学生理论联系实际的重要实践教学环节,是对学生进行的一次综合性专业设计训练。
通过课程设计使学生获得以下几个方面能力,为毕业设计打下基础。
1、进一步巩固和加深我们所学矿井通风理论知识,培养我们设计计算、工程绘图、计算机应用、文献查阅、运用标准与规范、报告撰写等基本技能。
2、培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际的能力。
3、培养学生创新意识、严肃认真的治学态度和理论联系实际的工作作风。
依照老师精心设计的题目,按照大纲的要求进行,要求我们在规定的时间内独立完成计算,绘图及编写说明书等全部工作。
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。
(一)矿井基本概况
平煤八矿
1、井田范围
第一水平垂深-550米。
井田东西走向长为7.01公里,南北倾斜宽约为3.36公里,煤层倾角平均为150,煤厚平均4.27米,井田面积约为23.55平方公里。
2、煤层特征
井田主要可采煤层有丁5-6、戊9-10、己15、己16-17四层,四层主采煤层总厚度为11.62米,可采系数1.47%。
本设计中只涉及到戊9-10煤层,厚度3.0~4.5米,平均厚度4.27米。
矿井为低瓦斯矿井,瓦斯绝对涌出5.596m3/min,相对涌出量1.788m3/t。
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,自燃发火期为1~3个月。
图1综合地质柱状图
3、矿井生产任务
本矿井的设计生产能力为120万吨/年,矿井服务年限为55年。
4、井田开拓
本矿井采用双立井-550m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-550米,集中大巷布置在-550m水平开采范围-250~-850m。
工业场地的位置选择在主、副井井口附近,即井田中下部。
采用立井开拓,井筒置于工业场地之中。
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。
井内的气象参数按表1.1所列的平均值选取。
表1.1空气平均密度一览表
季节地点
进风井筒(kg/m3)
出风井筒(kg/m3)
冬
1.21
1.20
夏
1.20
1.19
5、井田境界与储量
矿井地质资源量:
戊9-10煤143.08(Mt),矿井工业储量133.071(Mt),矿井可采储量99.4(Mt),本矿井设计生产能力为120万t/年。
工业广场的尺寸为320m×450m的长方形,工业广场的煤柱量为512(万t)。
6、矿井工作制度、设计生产能力及服务年限
本矿井设计生产能力按年工作日300天计算,设计采用“三八”工作制,每天三班作业,即二班生产,一班准备,每班净工作时间为8小时。
净提升时间为14小时。
井下同时工作的最多人数为300人。
回采工作面最多人数为30人。
7、带区巷道布置及生产系统
采区(一采区)倾斜长度为1628m,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。
首采带区工作面长度取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。
根据八矿现场实测数据,工作面平均气温为22℃。
开采首采区(一采区)时,采用沿空掘巷准备下一个工作面的回采巷道,为工作面接替做好准备。
待首采区(一采区)全部采完后,第二个工作面已经准备出来,可以投入生产。
依次类推。
按照区段的顺序进行开采,开采顺序如下:
一采区→三采区→五采区→二采区→四采区→六采区。
8、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。
9、回采巷道布置
工作面回采巷道采用单巷布置;两平巷设计均为矩形断面,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。
10、部分井巷特征参数
表1.2部分井巷特征参数
巷道名称
长度(m)
断面(m2)
周长(m)
副井井筒
23.75
17.27
轨道大巷
12.68
13.48
轨道上山
16.43
13.04
区段运输平巷
13.5
14.3
工作面
11.91
16.04
区段回风平巷
13.5
14.3
回风大巷
15.43
11.34
回风井
19.63
15.72
11、开拓系统图、采区布置图、巷道布置图、以及井巷尺寸
图1-1开拓系统图
图1-2巷道布置图
(二)拟定矿井通风系统
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,如图2.1。
图2.1中央并列式通风方式
方案二:
中央边界式
进风井位于井田走向中央,回风井位于井田浅部边界走向的中央,如图2.2。
图2.2中央边界式通风方式
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,如图2.3。
图2.3两翼对角式通风方式
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,见图2.4.1和2.4.2。
图2.4.1分区对角抽出式通风方式
图2.4.2分区对角压入式通风方式
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。
图2.5混合式通风方式
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
中央并列式
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
中央边界式
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
两翼对角式
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
建井期限略长,有时初期投资稍大
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7.01公里,南北倾斜宽约为3.36公里,煤层倾角平均为15度,煤厚平均4.27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。
日产量120*90%/300=0.36万吨=3600吨
刀产量247*0.6*3.5*1.4=726.18吨
日进刀数3600/726.18=4.95刀≈5刀
工作面日推进长度5*0.6=3刀
东一采区一个工作面开采时间((1301+1076.6)/2)/3=396天
开采工作面数1523/247=6.17≈6个
服务年限396*6/300=7.92年
西一采区一个工作面开采时间((1320+947.4)/2)/3=378天
开采工作面数1059/247=4.28≈4个
服务年限378*4/300=5.04年
东三采区一个工作面开采时间((1533+1432)/2)/3=494天
开采工作面数1183/247=4.79≈5个
服务年限494*5/300=8.23年
西三采区一个工作面开采时间((1532+1700)/2)/3=539天
开采工作面数1160/247=4.7≈5个
服务年限539*5/300=8.98年
根据通风实际要求知,设计服务年限为25年的通风方式,故在25年内,可开采东一采区6个工作面、西一采区4个工作面、东三采区4个工作面、西三采区3个工作面。
验算,(396*6+378*4+494*4+539*3)/300=25年,符合要求。
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
两翼对角式
中央边界式
工程
项目
工程量(m)
单价(元/m)
费用(万元)
工程量(m)
单价(元/m)
费用(万元)
回风
大巷
1300
4000
520
3077
4000
1203.8
回风井
610
10000
610
380
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
方案
项目
两翼对角式
中央边界式
工程
项目
工程量(m)
单价(元/m)
费用(万元)
工程量(m)
单价(元/m)
费用(万元)
回风
大巷
1300
90
11.7
3077
90
27.693
回风井
610
120
7.32
380
120
4.56
合计
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
方案
项目
两翼对角式(万元)
中央边界式(万元)
通风设备费
380
250
(4)通风总费用比较
表2.5通风总费用比较
方案
项目
两翼对角式(万元)
中央边界式(万元)
井巷掘进费
1130
1610.8
井巷维护费
19.02
32.253
通风设备费
380
250
总费用
1152.02
1893.053
本矿井设计为120万吨矿井,同时为低瓦斯矿井,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
通风方式
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。
该矿井为低瓦斯矿井,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,自燃发火期为1~3个月。
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
3.2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
该矿井为低瓦斯矿井,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。
表3.1工作面通风方式比较
通风系统
示意图
优点
缺点
适用条件
U型
(1)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;
(2)由于巷道均维护在媒体中,因而巷道的漏风率较少。
(1)煤炭自然威胁较大;
(2)上隅角瓦斯浓度高。
多适用于瓦斯涌出量不大、不易自然发火的煤层开采中。
Y型
(1)采空区的瓦斯,通过巷旁支护流入回风平巷,较好地解决了回采工作面上隅角的瓦斯超限之患;
(2)工作面上、下端均处于进风流中,改善了作业环境;
(3)实行沿空留巷,可提高采区回收率。
需要边界准备专用回风上山,增加了巷道掘进、维护费用。
瓦斯涌出量大的工作面
Z型
(1)与前进式U型相比,巷道的采掘工程量较少;
(2)进、回风巷只需在一侧采空的条件下维护;
(3)采区内进、回风巷的总长度近似不变,有利于稳定风阻、改善通风。
需要边界准备专用回风上山,增加了巷道维护和掘进费用。
W型
(1)减少了巷道的开掘和维护费用。
(2)风阻小,风量大,漏风量小,利于防火。
(3)便于回收安装维修采煤设备。
(4)当中间平巷进风且设运输机时,既保证了运输设备处于新鲜风流中,又保证了进、回风巷的总断面比较接近,故在近水平煤层的综采工作面中应用较广。
在近水平煤层综采工作面中应用较广。
E型
(1)下平巷和下部工作面回风速度降低,故可抑制煤尘的产生。
(2)与U型通风方式相比,可使上部工作面气温降低。
(1)采空区的空气流动相应发生了变化,迫使采空区的瓦斯较集中地从上部回采工作面的上隅角涌出,使该处时常处于瓦斯超限状态。
仅适用于低瓦斯矿井。
U+L型
(1)可减少采煤工作面回风流中的瓦斯排放量和防止上隅角瓦斯超限;
(2)尾巷不作回风用时可用于钻孔施工、铺设管路抽放瓦斯,还可用于下一邻近工作面的进风巷。
适用于瓦斯涌出量大的采煤工作面。
其他
随煤层开采条件、开采技术、瓦斯赋存、自然发火倾向性的不同,还可采用X、H、双Z型等通风方式。
这些通风方式是在实践中不断发展、丰富起来的。
3.3.2本矿井回采工作面的通风系统选择
矿井为低瓦斯矿井,瓦斯绝对涌出5.596m3/min,相对涌出量1.788m3/t。
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,自燃发火期为1~3个月。
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。
虽然煤炭自然威胁较大,上隅角瓦斯浓度高,但根据八矿现场实测数据,工作面平均气温为22℃,且低瓦斯,所以煤炭自然和瓦斯浓度达到爆炸点的可能性不大。
U型后退式通风方式多适用于瓦斯涌出量不大、不易自然发火的煤层开采中。
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。
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
图3.1通风方式
表3.2工作面风向比较
工作面风向
定义
优点
缺点
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,自燃发火期为1~3个月。
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
4.1掘进工作面通风方式
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
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