通风设计范永亮.docx
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通风设计范永亮
中国矿业大学
通风设计与安全
设计题目:
山西阳城史山煤矿通风设计
专业:
采矿工程
姓名:
范永亮
学号:
177130329
指导教师:
第一章矿井生产概况
一、矿井生产能力
根据山西省煤炭资源整合和有偿使用工作领导组办公室文件“关于《晋城市阳城县煤炭资源整合和有偿使用工作方案》的核准意见”(晋煤整合办核〔2006〕17号),结合当地的生产技术条件,最终确定矿井生产能力为900kt/a。
二、矿井服务年限
本井田煤层结构简单,勘探程度较高,储量备用系数取1.4。
矿井设计可采储量
矿井服务年限=————————————————
矿井设计生产能力×储量备用系数
27010
=——-————————=21.4a
900×1.4
第一水平设计可采储量
第一水平服务年限=————————————————
矿井设计生产能力×储量备用系数
15783
=——————————=12.5a
900×1.4
则矿井服务年限为21.4a,第一水平服务年限为12.5a。
第二章井田概况
阳城史山煤矿设计针对批准开采的3号、9号、15号煤层进行开拓布置,但本设计只针对3号煤层开采布置,因此根据3号煤层地质条件和煤层赋存情况,根据已确定的矿井工业场地位置,选择斜井开拓,本着井上、下生产管理集中,方便生产,减少初期投资,多做煤巷,少做岩巷的原则,本次设计提出的3号煤层开拓方式为生产主斜井装备胶带输送机作为主提升井,副斜井装备单滚筒绞车作为辅助提升井,回风井功能不变。
另外利用矿井回风斜井作为行人安全出口井。
根据煤层赋存特征,设一个水平开拓全井田,斜井沿井田中央北偏东43°方向布置运输、回风大巷、轨道大巷,基本垂直于运输(回风)大巷布置工作面运输、回风顺槽。
运输、回风顺槽分别与相对应的采区巷道直接沟通,运输大巷、轨道大巷、采区运输巷沿煤层底板布置,回风大巷、采区回风巷沿煤层顶板布置,全井田共划分2个采区。
详见井田开拓方式平面图插图。
详见井筒特征表
井筒特征表
井筒名称
主斜井
副斜井
回风斜井
井口
座标
经距Y
19644982.283
19645097.325
19645318.169
纬距X
3932182.739
3932200.283
3932447.751
井口标高(m)
+727.10
+720.32
+778.926
提升方位角(度)
236
233
井筒倾角(度)
18
20
30
井筒深度或斜长
(m)
第一水平
245
164
154
井筒直径或宽度(m)
净
3.20
2.60
2.1
掘进
3.80
3.10
2.6
井筒断面
(m)
净
8.5
6.29
4.7
掘进
10.99
8.11
6.0
砌壁
厚度(m)
300
250
250
材料
荒料石
荒料石
荒料石
井筒装备
皮带机
单钩串车
备注
行人扶手
行人扶手
行人扶手
第三章矿井基本巷道情况
第一节井简装备及布置
主斜井净宽3.2m,净断面8.5m2,倾角18度,斜长245m,半园拱,荒料石砌碹,装备皮带机,作为矿井主提升井。
副斜井净宽2.6m,净断面6.92m2,倾角20度,斜长164m,荒料石砌碹,装备单钩串车,担负全矿井辅助下料、行人任务。
另外利用原有回风斜井作为行人安全出口井。
井筒特征见表。
井筒断面见断面图册。
井筒特征表
井筒名称
主斜井
副斜井
回风斜井
井口
座标
经距Y
19644982.283
19645097.325
19645318.169
纬距X
3932182.74
3932200.283
3932447.751
井口标高(m)
+727.10
+720.32
+778.926
提升方位角(度)
236
233
井筒倾角(度)
18
20
30
井筒深度或斜长
(m)
第一水平
245
164
154
井筒直径或宽度(m)
净
3.20
2.60
2.1
掘进
3.80
3.10
2.6
井筒断面
(m)
净
8.5
6.29
4.7
掘进
10.99
8.11
6.0
砌壁
厚度(m)
300
250
250
材料
荒料石
荒料石
荒料石
井筒装备
皮带机
单钩串车
备注
行人扶手
行人扶手
行人扶手
第二节井底车场形式及硐室
主斜井井底车场为平车场,井底车场水平标高+657m。
主斜井井底布置有井底煤仓,煤仓直径4.0m,垂深15m,容量100。
副斜井井底布置有井下主变电所及水泵房、井底水仓等硐室,主副斜井之间布置有无极绳绞车房。
其它硐室还有等候室及井下消防材料库等,井下水仓容量800m3。
第四章矿井通风与安全
第一节风量计算
根据国家煤矿安全监察局颁布的《煤矿安全规程》第103条和安监总煤矿字[2005]42号文《煤矿通风能力核定办法(试行)》,矿井需要的风量,应按下列要求分别计算,并选取其中最大值:
一、按井下同时工作的最多人数计算,每人每分钟供风量不得少于4m3;
式中:
N——井下同时工作的最多人数,取66;
Km——矿井通风系数,取1.30。
二、按回采、掘进、硐室及其它地点实际需要风量的总和进行计算;
(1)回采工作面Q采
①按瓦斯涌出量计算
式中:
——回采工作面需要风量,m3/min;
——绝对瓦斯涌出量,利用相对瓦斯涌出量为9.36m3/t,计算回采工作面绝对瓦斯涌出量5.28m3/min;
——工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数,取1.8。
②按气象条件计算
式中:
——回采工作面需要风量,m3/min;
——不同采煤方式工作面所需的基本风量,m3/min;
——回采工作面采高调整系数,2m≤h=2m<2.5m时
取1.1;
——回采工作面长度调整系数,取1.0;
——回采工作面温度调整系数,取1.0。
③按工作面温度选择适宜的风速进行计算
式中:
——回采工作面,适宜风速设计取1.0m/s;
——回采工作面的平均断面积,8.14m2。
④按工作人员数量计算
式中:
4——每人每分钟应供给的最低风量,m3/min;
——回采工作面同时工作的最多人数,20人。
⑤按风速进行验算
⑥备用工作面
设计矿井正常生产中,布置一个回采工作面和一个备用工作面,则
(2)掘进工作面
①按瓦斯涌出量计算
式中:
——掘进工作面需要风量,m3/min;
——绝对瓦斯涌出量,利用相对瓦斯涌出量为9.36m3/t,
计算回采工作面绝对瓦斯涌出量0.53m3/min;
——工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数,取2.0。
②按炸药使用量计算
式中:
——掘进工作面一次使用最大炸药量,5kg。
③按局部通风机吸风量计算
式中:
——掘进面局部通风机额定风量为200m3/min;
1——每个掘进面同时运转的局部通风机台数,1台;
S——安设局部通风机所在巷道净断面,6.5m2。
④按工作人员数量计算
式中:
4——每人每分钟应供给的最低风量,m3/min;
——掘进工作面同时工作的最多人数,12人。
⑤按风速进行验算
式中:
——掘进工作面巷道的净断面,6.5m2。
矿井正常生产中布置一个掘进工作面即可保证矿井的正常接续,则
(3)独立通风硐室
采区变电所采用独立通风,中央变电所、水泵房、消防材料库、无机绳绞车硐室等硐室均布置在新鲜风流中。
采区变电所需要风量设计均取60m3/min。
(4)其它风量
(5)矿井总风量
第二节通风系统和风量的分配
一、风量分配
1、分配原则
矿井总风量确定后,应将其分配到各用风地点,其分配原则:
①分配到各用风地点(包括回采工作面、掘进工作面、硐室等)的风量,应不低于以上计算出的风量;
②为维护巷道、防止坑木腐烂、金属锈蚀以及行人安全等,所有巷道都应分配一定的风量;
③风量分配后,应保证井下各处瓦斯浓度、有害气体浓度、风速等满足《煤矿安全规程》的各项要求;
2、分配方法
①当矿井总风量确定后,首先按照采区布置图给各回采工作面、掘进工作面、硐室分配风量;
②从总风量中减去各回采工作面、掘进工作面、硐室分配风量,余下的风量按照采区采量、采掘数目、硐室数目等分配到各采区。
再按照一定的比例将这部分风量分配到其它用风地点,用于保证行人安全。
矿井各工作地点风量分配表表6-2-1
井下用风地点
配风标准(m3/s)
数目(个)
合计(m3/s)
备注
回采工作面
16
1
16
备用工作面
8
1
8
掘进工作面
8
1
8
采区变电所
2
1
2
其它
6
6
合计
40
二、风压及等积孔计算
当分量分配到用风地点后,选择矿井达产时通风最容易和最困难的两个时期通风阻力最大的风路分别进行阻力计算,其计算公式如下:
H=a.p.L.Q2/S3
式中:
H——矿井阻力:
Pa;
L——井巷长度,m;
a——摩擦阻力系数,N·S2/m4;
p——井巷净断面周长,m;
Q——通过井巷的风量,m3/s;
S——风流通过巷道的净断面积,m2。
由上式计算结果再加上10%的局部阻力,再加上100Pa风硐阻力,即为矿井总阻力。
通风容易时期负压为921Pa,困难时期负压为1117Pa。
负压计算见附表。
等积孔计算如下:
Q
A=1.19————
式中:
A——等积孔,m2;
h——负压,Pa。
容易时期等积孔:
1.19×40
A大=—————————=1.57m2
困难时期等积孔:
1.19×40
A小=—————————=1.42m2
经计算,矿井容易时期等积孔为1.57m2,矿井困难时期等积孔为1.42m2,说明矿井通风难易程度前后期均属中等。
第三节通风设备选型
⑴设计依据
矿井所需风量:
40m3/s;
通风困难时期负压:
1117Pa;
通风容易时期负压:
921Pa。
⑵选型计算
①确定风机需要的风量及全压
风量:
Q=KlQL=46m3/s
通风困难时期矿井所需负压:
Hmax=hmax+Δh=1264Pa
通风容易时期矿井所需负压:
Hmin=hmin+Δh=1068Pa
②选择风机
根据计算的风量及负压确定利用现有2台BDK-40-6-N018型对旋轴流风机,1台工作,1台备用。
③确定风机工况点
最大、最小网路阻力系数:
HmaxHmin
Rmax=———=0.60Rmin=———=0.50
Q2Q2
风机网路特性曲线方程
Hmax=RmaxQ2=0.6Q2
Hmin=RminQ2=0.5Q2
将网路特性曲线方程置于所选风机性能曲线上,其交点即所求工况点。
通风困难时期:
Q1=48m3/sH1=1382.4Paη1=75%,叶片安装角度-3;
通风容易时期:
Q2=49.5m3/sH2=1225Paη2=79%,叶片安装角度-3。
④电动机功率计算
通风困难时期:
Q1H1
Nmax=K———————=104kW<90kW×2
1000η1ηc
通风容易时期:
Q2H2
Nmin=K———————=90.1kW
1000η2ηc
利用现有YBFe315M-6型电机,电压660V,功率90kW×2,转速980rpm。
第四节安全生产技术措施
一、矿井通风方式及通风系统对矿井安全的保证程度和措施
阳城史山煤矿,通风系统为并列式,设计认为本系统对于该矿井是合理的。
为满足规程要求,主斜井、副斜井、回风斜井设行人台阶,,是井下通往地面的3个安全出口,能够保证矿井的安全生产。
为了保障矿井通风安全、可靠运行,设计采取了如下措施:
⑴回风井通风设备选用2台BDK-40-6-N018型轴流风机,其中1台工作,1台备用。
这2套同等能力的通风装置为矿井正常通风、人员的生命安全提供了可靠的保障。
当工作风机出现故障时,备用风机在10min内及时投入运行,当矿井根据用风的要求,需要反风时,BDK-40-6-N018型轴流风机可以通过反转反风,通风机供给风量大于正常供风量的40%以上。
(2)为了保证通风机房供电电源的可靠性,在通风机旁设一通风机变电亭,该变电亭内设KS7-315/1010/0.66kV变压器2台,2回电源分别引自矿井工业场地10kV变电所10kV不同母线段,2台变压器一台工作,一台备用。
风机两回电源分别引自通风机变电亭0.66kV不同母线段,一回电源停止供电时,另一回路能够保证通风机房全部负荷的运行。
电控系统设有电动机短路、欠压、过载、断电、定子温度和通风机轴承温度等保护,对电动机的电流、电压、温度和通风机轴承温度进行集中监测,保证通风机安全可靠的运行。
⑶井下设置了各类通风设施。
⑷设计配备了与矿井井型协调的通风安全仪器、仪表。
⑸井下采区设置采区专用回风巷。
进、回风大巷(下山)间留设了30m的隔离煤柱,防止了裂缝处短路漏风。
⑹矿井运输大巷、回风大巷采用梯形断面木支架支护,运输下山、回风下山采用梯形断面木支架支护,顺槽巷道采用梯形断面,木支架支护。
为降低巷道的摩擦阻力系数,适当加大了井巷净断面积,并在通风线路上,减少断面变化及弯道。
⑺矿井主通风机选用防爆通风机,工况点位于风机的稳定运行区,该机具有性能良好、效率高、易于操作、噪音低等优点。
⑻在回采工作面上隅角附近设置一道木板墙或帆布风障,迫使一部分风流清洗上隅角,防止瓦斯积聚。
⑼在主要进回风巷中,均建立测风站。
每10d进行1次全矿井测风。
对采掘工作面和其它用风地点,应根据实际需要随时测风,每次测风结果应记录并写在测风地点的记录牌上。
应根据测风结果采取措施,及时进行风量调节。
⑽扩散通风距离不能大于6m。
巷道及硐室必须以不燃性材料支护、并处于稳定岩层中,巷道宽度必须大于1.5m。
⑾串联通风时,进入串联工作面的风流中,必须装有瓦斯自动检测报警断电装置。
瓦斯、二氧化碳浓度、其它有害气体浓度均应符合《煤矿安全规程》中的规定。
⑿主通风机房内应有反风操作系统图。
通风机运行应有操作规程及设备运行记录,发现异常,应立即报告有关部门。
⒀压入式通风机和启动装置,必须安装在距掘进巷道回风口不得小于10m。
全风压供给该处的风量必须大于通风机的吸入风量。
局部通风机安装地点到回风口的巷道中的最低风速必须符合《煤矿安全规程》有关规定。
⒁局部通风机风筒必须采用抗静电、阻燃风筒,风筒口到掘进工作面的距离必须在作业规程中明确规定。
局部通风机采用装有选择性漏电保护装置的供电线路供电。
⒂局部通风机因各种原因停风时,必须撤出人员,切断电源。
临时停工地点,不得停风;否则必须切断电源,设置栅栏,揭示警标,禁止人员进入,并向矿调度室报告。
停工区内瓦斯或二氧化碳浓度达到3.0%或其它有害气体浓度超过规定不能立即处理时,必须在24h内封闭完毕。
恢复已封闭的停工区或采掘工作接近这些地点时,必须事先排除其中积聚的瓦斯。
排除瓦斯工作必须制定安全技术措施。
二、矿井开拓、采掘布置、风井数目与井筒装备、设施对矿井安全的影响
根据计算,矿井生产期间为通风较容易矿井,各采区、各掘进工作面均设有独立进回风系统,且相互之间以隔爆水棚互相隔离,并配置了相应的安全仪器仪表。
所以矿井开拓及采掘布置对矿井安全没有不利影响。
主斜井、副斜井、回风斜井的装备、设施均采用阻燃、抗静电的材料,不会因发生火灾而影响矿井通风安全。
三、矿井风量与通风网络对安全的保证程度
矿井风量根据《煤矿安全规程》按实际需要量计算及分配,各用风地点与主要风路均为并联关系,有相对独立的进、回风系统,所以是安全可靠的。
在生产过程中要经常测量各用风地点风量及各种参数,及时调整风量。
四、反风系统及可靠性
矿井采用BDK-40-6-N018型轴流风机2台,配用90kW×2电机,1台工作,1台备用,采用双回路供电;分别接自矿井主变电所不同母线;主通风机房内有反风操作系统图,BDK-40-6-N018型轴流风机通过反转反风,反风量不低于正常风量的40%,10min内可以改变巷道风流方向。
只要按《煤矿安全规程》有关条文执行,定期对设备设施进行检查维护,使设备始终处于完好状态,反风系统是安全可靠的。
五、矿井通风设备及设施的保证措施
⑴加强安全培训、提高职工素质及责任心。
⑵加大安全方面投入,严格按有关规定及设计设置通风设施,购置通风设备。
⑶通风设备及设施应建立完善的检查制度,及时维修,使设备及设施始终处于良好运行状态。
⑷经常检查各用风地点的风量,及时调整调节风窗面积,使各用风地点风量不低于设计风量,风速符合《煤矿安全规程》规定。
⑸主扇风机及电机均应处于良好状态,反风设施应根据《煤矿安全规程》要求,进行定期检查、测试。
六、矿井安全出口及保证措施
主斜井、副斜井、回风斜井均设有行人台阶,为3个安全出口,只要进行定期检查维修,这些安全出口的安全性是有保障的。
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