生產礦井通風系統(tǒng)設計書

第 頁 共 18 頁 - 0 - 生產礦井通風系統(tǒng)設計書 第 1 章 礦井生產及通風 安全概 況 1 井 煤層煤質及生產概 況 井煤層煤質 概況 井井型及開拓方式 1 2 礦井通風 安全概 況 井通風系統(tǒng) 基本 狀況 斯、煤塵與自然發(fā)火情況 第 2 章 礦井通風 方式與風機工作方式選擇 2 井 通風 方式 的 選擇 依據和原則 產 礦井通風 系統(tǒng) 設計的 基本 任務 作為 生產 礦井設計的一個 主要 組成部分，其基本任務是：緊密結合礦井開拓、開采和運輸?shù)然厩闆r，來擬定技術可行、安全可靠 、經濟合理的礦井通風系統(tǒng)方案；計算不同時期的礦井總風量及系統(tǒng)總阻力；選擇礦井通風設備。設計時還應遵循當時的礦井設計技術政策、規(guī)定和規(guī)程，并順應當時的發(fā)展趨勢。 第 頁 共 18 頁 - 1 - 井通風方式的 選擇依據、原則 1）礦井通風方式選擇的主要影響因素 礦井總開拓布置；煤層賦存狀況；煤層瓦斯含量；煤層自燃傾向性；小窯塌陷漏風情況；地形條件等。 2）礦井通風方式選擇的選擇依據 礦井生產的技術條件及礦井通風基礎資料：如礦井瓦斯等級；各煤層瓦斯含量及涌出量；煤塵爆炸性；煤層自然發(fā)火傾向性等； 礦井設計生產能力和有效服務年 限； 礦井開拓方式、初期采區(qū)布置；采掘工作面數(shù)量； 礦井各水平標高和服務年限； 采煤年進度計劃圖；各水平、各采區(qū)產量分配及接替情況； 井巷斷面積和支護方式； 鄰近生產礦井有關經驗數(shù)據或統(tǒng)計資料。 3）礦井通風方式選擇的選擇原則 每一個礦井必須有 完整獨立的礦井通風系統(tǒng)；杜絕礦井間的串聯(lián)通風； 箕斗提升井或裝有皮帶運輸機的井筒不應兼做進風井； 每一個生產水平和每一采區(qū)都必須布置單獨的回風道，實現(xiàn)分區(qū)獨立通風； 所選擇的通風路線對井下工作人員應具有最大的安全性，即：一旦礦井發(fā)生事故時，有利于風流控制，便于人員撤退；井下每一水平到上一水平和每個采區(qū)，都必須至少布置兩個便于行人的安全出口，并同通到地面的安全出口相連接； 盡可能使每個采區(qū)的設計能力相均衡、阻力相近；避免過多的風量調節(jié)；盡量減少通風構筑物設施的數(shù)量；盡量避免對角風路；防止風流漏風或風流 反向； 井下的爆破材料庫必須有單獨的通風系統(tǒng)； 多風機抽出式通風時，為確保風機聯(lián)合遠行時的穩(wěn)定性，總進風道的斷面不宜過?。ū匾獣r進行風巷允許風速的驗算）；應盡量降低公共風路段的阻力。 2 井主要通風機工作方式選擇 井 主要 通風 機工作 方式 及其優(yōu)缺點分析 （ 1） 礦井 主要 通風 機工作 方式 第 頁 共 18 頁 - 2 - 主要有抽出式、壓入式、壓抽混合式等三種方式。 （ 2）抽出式通風的應用條件及優(yōu) 缺 點 分析 優(yōu)點： 井下風流處于負壓狀態(tài)：當主要通風積因故停止運轉時，井巷風流升高，阻止采空區(qū)瓦斯向工作面涌出，有利于安全生產； 適應于走向長、開采面積大的礦井； 瓦斯均勻涌出，通風管理簡單；尤其為高瓦斯礦的首選； 與壓入式通風方式相比，不存在在礦井向下水平過度時通風系統(tǒng)和風量變化的困難。 （ 3） 壓入 式通風的應用條件及優(yōu) 缺 點 分析 （ 4） 壓 抽 混合 式通風的應用條件及優(yōu) 缺 點 分析 井 主要通風機型號及其工作方式 區(qū)通風系統(tǒng) 選擇確定（選） 采區(qū)通風系統(tǒng)是礦井通風系統(tǒng)的重要組成部分，主要取決于采區(qū)內的巷道布置方式和采煤方法；同時應滿足對高瓦斯區(qū)、工作面隅角區(qū)、巷尾、硐室及其特殊地點的特殊供風要求。 選擇確定 的原則：有利于保證采區(qū)內風流流動的穩(wěn)定性；盡可能避免對角風路；最大限度的減少采區(qū)內部的漏風量；有利于采空區(qū)瓦斯的合理排放；有利于防治采空區(qū)浮煤及煤巷煤柱的自熱自燃；新風在預熱程度及被污染程度達到最低。 作面通風系統(tǒng)的選擇確定 （選） 第 頁 共 18 頁 - 3 - 第 3 章 礦井通風系統(tǒng)風量計算 3 井風量計算原則和規(guī)定 煤礦安全規(guī)程 中的 規(guī)定 礦井需風量應按下列要求分別計算并取其中的最大值： （ 1） 按井下同時工作的最多人數(shù)進行計算：每人每分鐘供風量不得少于 4 （ 2） 生產礦井的需風量應按采 煤、掘進、硐室及其他地點實際需風量的總合進行計算：即各地點的實際需風量應使風流中的瓦斯、 速、溫度等都必須符合規(guī)程的有關規(guī)定。 礦井風量的備用系數(shù)為 m i n/a ，）（ 其它，硐，掘，采，需 礦井風量計算后，還應當根據鄰近礦井的實際配風量進行校核，必要時可進行適當?shù)恼{整。 對采取抽放瓦斯措施的礦井，應按礦井抽放瓦斯后的煤層瓦斯涌出量計算礦井風量。 它 規(guī)定 3 井風量計算方法 循的原則 1） 高瓦斯礦井以沖淡瓦斯?jié)?度為計算基礎； 2） 低瓦斯礦井則以創(chuàng)造良好的氣候條件為依據，并利用分配法計算礦井總需風量： m i n/其它，硐，掘，采， 式中， 礦井內部漏風系數(shù)，采用壓入式或中央并列式通風時，取 用混合式或中央分列式通風時，取 用對角式或分區(qū)式通風時，取 下各用風地點的風量計算 1）采煤工作面風量計算 第 頁 共 18 頁 - 4 - （ 1） 采煤工作面風質要求 在采掘面進風流中， 20%， 在采掘面回風流中， 1%， 井下空氣中有害氣體濃度不得超過下表 3 1 中的規(guī)定。 井巷空氣中有害氣體的允許濃度 表 3 1 名稱 安全標準 體積濃度， % 質量濃度， mg/O 30？ 15 10 30 采掘工作面的風流溫度 26 ； 井下有人工作地點和人行道空氣中粉塵濃度應符合下表 3 2 中的規(guī)定。 井巷空氣中粉塵的允許濃度 表 3 2 粉塵種類 最高允許濃度， mg/游離 10%的粉塵 2 含游離 10%的水泥粉塵 6 含游離 10%的粉塵 10 每一工作地點，每人每分鐘的新風供應量不小于 4 （ 2） 回采工作面需風量計算 按工作面 m in/m,c 4 式中，4工作面絕對瓦斯或二氧化碳的涌出量， m3/ 工作面進、回風流中瓦斯（或二氧化碳）的最高允許濃度，分別為 和 1%（ ； 工作面中瓦斯（或二氧化碳）的涌出不均衡系數(shù)：機采面可取 采面可取 按工作面同時工作的最多人數(shù)進行計算 第 頁 共 18 頁 - 5 - m in/m,i,c 按工作面的允許風溫進行計算 規(guī)程規(guī)定工作面風溫與理想風流速度之間的對應關系見下表 3 3。 工作面風溫與理想風速間的對應關系 表 3 3 工作面溫度， 工作面允許風速， m/s 15 5 18 8 20 0 23 3 26 1.8 m in/m,i,c 按一次性放炮的最多炸藥用量進行計算 m in/m,i,c 按工作面風速驗算 應使得工作面的風速符合： s/ 備用工作面的風量計算： 一般按產量、條件都相同的同類型生產工作面需風量的一半計算； 或按保證工作面上不積聚 綜上可得，采煤工作面的總風量為： m i n/m,Q,Qm a m a x,c 1 2）掘進工作面風質要求與風量計算 掘進巷 道應采用礦井全風壓或局部通風機送風，禁止采用擴散通風。若新掘的掘進面巷道長度不超過 6 m，而工作面風流中的瓦斯?jié)舛扔植怀^ ，可允許考慮采用擴散通風； 對于高瓦斯礦井中的掘進工作面，必須探索新的工作面風量計算經驗表達式。例如： m in/m,j 44 按局扇抽出式的排除炮煙計算掘進面需風量： 第 頁 共 18 頁 - 6 - m in/m,5i,j 式中， A 起爆所需的最大炸藥用量， S 掘進斷面積， t 爆破后的有效通風時間，一般取 20 按掘進面中的有效風速進 行驗算： 煤巷、半煤巷： s/ 巖巷： s/ 上述最小風速的確定依據是：不至于在巷道頂板上形成瓦斯的層狀積聚；而最高風速的確定依據則是不至于形成二次揚塵。 3）獨立通風硐室風量計算 （ 1） 煤礦安全規(guī)程中的有關規(guī)定 井下爆破材料庫必須有單獨的進風風流，回風風流必須直接引入礦井的總回風道或主要回風道中； 在多水平生產的 礦井內，以及井下沒有爆破材料庫的礦井，可以設立井下發(fā)放爆破材料硐室。發(fā)放爆破材料硐室管理制 度同井下爆破材料庫，必須單獨通風； 井下充電硐室必須用單獨的新鮮風流通風，回風流可以引入采空區(qū)回風道中。井下充電硐室內風流中以及電機車充電硐室、 井下機電硐室必須設在進風風流中； 機電硐室的的空氣溫度不得超過 30 ；否則應采取降溫措施。 （ 2） 獨立通風硐室需風量計算 井下火藥庫 可按每小時 4 次換氣量計算： m in/m,r 井下蓄電池電機車庫 蓄電池電機車庫一般包括充電硐室、變流硐室和機車修理間等三部分。 其供風量應主要考慮將 充電硐室中產生的 下，并降低充電與變流硐室溫度。通常?。?m in/ 01 0 0Q 3d 第 頁 共 18 頁 - 7 - 井下絞車房供風量 m in/ 080Q 3j 井下主水泵房供風量 m in/ 01 8 0Q 3s 4）其他通風行人和維護巷道所需風量 確定 設計時，高瓦斯、小型、機械化程度低的礦井，可按礦井采煤面、掘進面和硐室三者總風量的 5% 10%進行計算： m i n/m,10%5(Q 3 低瓦斯礦井中，通常按經驗或習慣取值進行計算，也可按實有地點的實際配風要求進行累計計算。 第 頁 共 18 頁 - 8 - 第 4 章 礦井通風總阻力計算 4 巷通風阻力計算 巷通風阻力 的 計算原則 如果礦井的服務年限小于 10 20 年，可選擇在達到設計產量以后的通風容易和通風困難兩個時期內的最大（長）通風路線進行計算，得到r ，則可使所選通風機滿足于通風容易和困難時期的要求。 如果礦井的服務年限為 30 50 年，則可只選擇在達到設計產量后的 15 25年內的通風容易和通風困 難兩個時期最大（長）通風路線進行計算，得到r ，可使所選通風機滿足于該時期內的通風容易和困難時期的要求。 繪制礦井在通風容易與通風困難兩個時期內的通風系統(tǒng)示意圖和網絡圖。 考慮外部漏風的影響，風機風量與風井總回風量的關系為： m in/m,Q) 3f 式中，風井沒有提升任務時取 控制計算出的礦井總阻力不能超過 350 則，需要對某些局部巷道采取降低風阻的措施。 條件許可時，可以通過網絡解算來計算礦井的總阻力。 井總阻力的計算方法 分別針對上述通風容易和通風困難的兩條路線中的每一段巷道計算其摩擦阻力，必要時可列表計算。 礦井阻力為： Q)(h 3 2m i n,r 4 井通風系統(tǒng)的其它計算 巷風阻 1）井巷摩擦風阻的計算 井巷風阻是反映通風巷道幾何特征的參數(shù)。當已知巷道的支護方式（ ）、斷面第 頁 共 18 頁 - 9 - 積（ S）、周長（ U）、巷道長度（ L）等參數(shù)時，可以進行計算： )m/kg(m/ 823 或 2）利用阻力 定律計算礦井或區(qū)域總風阻 當已知總阻力 h 和總風量時，可以按阻力定律計算總風阻： )m/kg(m/822 或 3）降低井巷摩擦阻力的意義和措施 積極而有效的降低井巷或礦井的通風阻力，無論對安全（防治煤層自然發(fā)火和礦井瓦斯事故）和經濟（減少通風年電耗和通風電費），都有重要意義。 摩擦阻力占礦井總阻力的 80%左右，是礦井通風阻力的主要組成部分，故降阻應以降低井巷摩擦阻力為重點。由井巷摩擦阻力的計算式 S 可知，可采取的措施有： 降低井巷的摩擦阻力系 數(shù) ：盡量采用光滑、 值小的支護方式，如采用光爆錨噴與砌碹支護；要及時巷修，保持巷道斷面不變形和支護良好； 選用周邊長度 U 小的巷道斷面形狀，如圓形、拱形； 減小巷道的通風路線長度：及時封堵廢舊巷道； 盡量擴大巷道的有效通風斷面積 S。因5 . 2f ，通過擴大 S，則可大為降低 在擴面不許可的條件下，可以考慮開掘并聯(lián)巷道的解決方案。 在通風設 計工作中，應當權衡主要巷道的使用年限、開掘費、維護費和通風電費等諸因素的影響后，優(yōu)化選擇主要通風巷道的經濟斷面，即總費用為最小的斷面積 S。具體方法見相關章節(jié)。 在滿足風量需求的情況下，盡量減少巷道的風量。因 2f ， Q 大，則阻力就大。從風網結構來看，要盡可能的使礦井的總進風早分開，并使礦井各區(qū)的回風晚匯合。 井等積孔 A 與礦井風阻 R 指標類似，礦井通風等積孔 A 也不是一個獨立的指標。礦井通風等積孔 A 是 20 世紀 40 年代由前蘇聯(lián)學者提出來的，用它可以現(xiàn)象的表示礦 井通風第 頁 共 18 頁 - 10 - 難易程度，是反映礦井通風難易的理想的綜合性指標： 1）對于單風井礦井，其通風等積孔 A： 2m, 2）對于多風機多風井的礦井，應按各風井風量加權確定礦井通風等積孔 A： 2 通常依據礦井風阻 ，把礦井按通風難易程度劃分為三級，見表 4 1。利用等積孔的分級就可以初步判定生產礦井礦井通風的總體狀況，判定礦井通風是否容易。 礦井通風難易程度劃分方法 表 4 1 礦井通風難易程度 礦井風阻 R， 風等積孔 A， 易 2 中 等 2 困 難 1 3）建議使用的等積孔值 不同井型大小的礦井的等積孔值見表 4 2。 建議試用的礦井等積孔分類 表 4 2 礦井設計生產能力 （ a/t,104 ） 礦井等積孔（ 高瓦斯礦井 低瓦斯礦井 9、 15、 21、 30 5、 60、 90 20、 150、 180、 240 300 上表數(shù)據來自煤礦總工程師工作指南（中） 第 頁 共 18 頁 - 11 - 第 5 章 礦井通風設備選擇 5 井通風設備選擇要求 礦井主要通風機必須裝置兩套同等能力的通風機，其中一套運轉，一套備用，備用通風機能力必須滿足生產的需要且能在 10 通風機房兩回直接由變（配）電所饋出的供電線路，線路上不應該分接任何負載； 通風設備的選擇一般應滿足第一水平各個時期阻力變化的要求，并適當照顧下一水平的通風需要。當阻力變化較大時，可考慮 分期選擇電動機；但初裝電動機的使用年限不宜少于 10年； 選用通風設備時，應留有一定余量：軸流式風機在最大設計風壓和風量時，其動輪的葉片安裝角一般至少比允許范圍小 5 ；離心式風機的設計轉速不應大于允許最大值的 90%； 風機在服務年限內，其在礦井最大和最小阻力時期的工況點均應在合理的工作范圍以內來確定風機的穩(wěn)定、經濟運行轉速； 一個井筒盡量安裝單一通風機通風，盡量避免主要通風機的聯(lián)合運行； 主要通風機要靈活可靠、合乎要求的反風裝置和防爆門；要建造其規(guī)格、質量均合乎要求的風硐和擴散器； 風機 與 電動機機座 必須牢固，應設置在不受采動影響的穩(wěn)定地層上。 5 井 主要 通風機選 型 1） 風機風量 Qf m in/m, 2） 通風機風壓 取通風機裝置阻力 Pa,h ，則在礦井通風容易于通風困難時期的通風機（靜）風壓分別為： Pa,nm in,rm in, Pa,nm a x,rm a x, 第 頁 共 18 頁 - 12 - 風機的選型計算 取通風機裝置速壓為 Pa,則 Pa,i n,i n,i n, Pa,a x,a x,a x, 根據上述計算得到的最小、最大工況點值（ h,Q ）和（ h,Q ），即可在擬選的通風機特性曲線上選擇合適的通風機類型、轉速或葉片角度。 風機的型號與轉速確定 1）計算通風機的工作風阻 （ 1） 離心式通風機的工作風阻 7a x,a x,t m/ 7in,in,t m/ （ 2） 軸流式通風機的 工作風阻 7a x,a x,s m/ 7in,in,s m/ 2）求通風機的實際工況點 依據通風機的工作風阻，分別在兩個初選好的通風機個特曲線坐標系中做出風組曲線，并由此曲線圖可得到兩個初選風機實際工況點 1M 和 2M 的坐標值可分別列在表 5 1中。其中，通風機的軸功率的計算式為： 000 a x,fm a x,fm a x,fm a x,f ； 000in,fm in,fm in,fm in,f 初選風機實際工況點 1M 和 2M 的坐標值 表 5 1 風機型號 實際風壓 實際風量 效率 軸功率 備注 fhfhfQfQfffN4 73 1122 轉速 : 3）通風機的型號與轉速確定 最終選定風機時，可以電耗大小，風機類型的可調性，反風方式的靈活性，風機類型的新舊、效率、防爆性，購置與安裝費等方面進行綜合比較后，才能最終選定通風機的型號與轉速。 4） 附：通風機選型曲線圖。 第 頁 共 18 頁 - 13 - 5 動機的選擇 動機選型參數(shù)的計算 根據礦井在通風容易和通風困難兩個時期通 風機的輸入功率 和，計算電動機的輸出功率： a x,a x,d in,in,d 式中， 電動機容量備用系數(shù)，取 動機種類及臺數(shù)的選擇 1）電動機種類的選擇 通常選擇電動機時，應考慮通風機調節(jié)及其功率因數(shù)補償?shù)囊?，當計算得到的電動機最大功率 m a x,d 時，最好選用同步電動機，其功率為 優(yōu)點是，當電動機在低負荷狀