矿井通风系统设计指导.ppt

1 山东科技大学资环学院安全工程系 矿井通风系统专业课程设计指导 2 1矿井通风系统类别与要求 1 1矿井通风系统的类型及其适用条件按进 回井在井田内的位置不同 通风系统可分为中央式 对角式 区域式及混合式 1 1 1中央式进 回风井均位于井田走向中央 根据进 回风井的相对位置 又分为中央并列式和中央边界式 中央分列式 3 1 1 2对角式1 两翼对角式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 称为两翼对角式 如果只有一个回风井 且进 回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式 4 2 分区对角式进风井位于井田走向的中央 在各采区开掘一个不深的小回风井 无总回风巷 5 1 1 3区域式在井田的每一个生产区域开凿进 回风井 分别构成独立的通风系统 如图 1 1 4混合式由上述诸种方式混合组成 例如 中央分列与两翼对角混合式 中央并列与两翼对角混合式等等 6 1 2主要通风机的工作方式与安装地点主要通风机的工作方式有三种 抽出式 压入式 压抽混合式 1 2 1抽出式主要通风机安装在回风井口 在抽出式主要通风机的作用下 整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态 当主要通风机因故停止运转时 井下风流的压力提高 比较安全 7 1 2 2压入式主要通风机安设在入风井口 在压入式主要通风机作用下 整个矿井通风系统处在高于当地大气压的正压状态 在冒落裂隙通达地面时 压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外漏出 当主要通风机因故停止运转时 井下风流的压力降低 8 1 2 3压抽混合式在入风井口设一风机作压入式工作 回风井口设一风机作抽出式工作 通风系统的进风部分处于正压 回风部分处于负压 工作面大致处于中间 其正压或负压均不大 采空区通连地表的漏风因而较小 其缺点是使用的通风机设备多 管理复杂 9 1 3矿井通风系统的选择根据矿井设计生产能力 煤层赋存条件 表土层厚度 井田面积 地温 矿井瓦斯涌出量 煤层自燃倾向性等条件 在确保矿井安全 兼顾中 后期生产需要的前提下 通过对多种个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定 10 中央式通风系统具有井巷工程量少 初期投资省的优点 因此 矿井初期宜优先采用 有煤与瓦斯突出危险的矿井 高瓦斯矿井 煤层易自燃的矿井及有热害的矿井 应采用对角式或分区对角式通风 当井田面积较大时 初期可采用中央通风 逐步过渡为对角式或分区对角式 矿井通风方法一般采用抽出式 当地形复杂 露头发育老窑多 采用多风井通风有利时 可采用压入式通风 11 2采区通风系统的类别与要求 采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元 包括 采区进风 回风和工作面进 回风巷道组成的风路连接形式及采区内的风流控制设施 12 2 1采区通风系统的基本要求 1 每一个采区 都必须布置回风道 实行分区通风 2 采煤和掘进工作面应独立通风系统 有特殊困难必须串联通风时应符合有关规定 3 煤层倾角大于12 的采煤工作面采用下行通风时 报矿总工程师批准 4 采煤和掘进工作面的进风和回风 都不得经过采空区或冒落区 13 2 2采区进风上山与回风上山的选择上 下 山至少要有两条 对生产能力大的采区可有3条或4条上山 1 轨道上山进风 运输机上山回风2 运输机上山进风 轨道上山回风比较 轨道上山进风 新鲜风流不受煤炭释放的瓦斯 煤尘污染及放热影响 输送机上山进风 运输过程中所释放的瓦斯 可使进风流的瓦斯和煤尘浓度增大 影响工作面的安全卫生条件 14 2 3采煤工作面上行风与下行风上行风与下行风是指进风流方向与采煤工作面的关系而言 当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷时 采煤工作面的风流沿倾斜向上流动 称上行通风 否则是下行通风 15 上行风与下行风的优缺点 1 下行风的方向与瓦斯自然流向相反 二者易于混合且不易出现瓦斯分层流动和局部积存的现象 2 上行风比下行风工作面的气温要高 3 下行风比上行风所需要的机械风压要大 4 下行风在起火地点瓦斯爆炸的可能性比上行风要大 16 2 4工作面通风系统1 U型与Z型通风系统 17 2 Y型 W型及双Z型通风系统3 H型通风系统 18 3矿井通风系统的选择与优化 3 1矿井通风设计的内容与要求3 1 1矿井通风设计的内容确定矿井通风系统 矿井风量计算和风量分配 矿井通风阻力计算 选择通风设备 概算矿井通风费用 19 3 1 2矿井通风设计的要求将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所 保证生产和良好的劳动条件 通风系统简单 风流稳定 易于管理 具有抗灾能力 发生事故时 风流易于控制 人员便于撤出 有符合规定的井下环境及安全监测系统或检测措施 通风系统的基建投资省 营运费用低 综合经济效益好 20 3 2优选矿井通风系统3 2 1矿井通风系统的选择原则与要求每一矿井必须有完整的独立通风系统 进风井囗应按全年风向频率 必须布置在不受粉尘 煤尘 灰尘 有害气体和高温气体侵入的地方 箕斗提升井或装有胶带输送机的井筒不应兼作进风井 如果兼作回风井使用 必须采取措施 满足安全的要求 21 1 矿井通风系统的选择要求多风机通风系统 在满足风量按需分配的前提下 各主要通风机的工作风压应接近 每一个生产水平和每一采区 必须布置回风巷 实行分区通风 井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流 回风风流必须直接引入矿井的总回风巷或主要回风巷中 井下充电室必须单独的新鲜风流通风 回风风流应引入回风巷 22 确定矿井通风系统根据矿井瓦斯涌出量 矿井设计生产能力 煤层赋存条件 表土层厚度 井田面积 地温 煤层自燃倾向性及兼顾中后期生产需要等条件 提出多个技术上可行的方案 通过优化或技术经济比较后确定矿井通风系统 23 3 3矿井风量计算3 3 1矿井风量计算原则矿井需风量 按下列要求分别计算 并必须采取其中最大值 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4m3 按采煤 掘进 硐室及其他实际需要风量的总和进行计算 24 3 3 2矿井需风量的计算 一 采煤工作面需风量的计算采煤工作面的风量应该按下列因素分别计算 取其最大值 1 按瓦斯涌出量计算 式中 Qwi 第i个采煤工作面需要风量 m3 min Qgwi 第i个采煤工作面瓦斯绝对涌出量 m3 min kgwi 第i个采煤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kgwi 1 2 1 6 炮采工作面取kgwi 1 4 2 0 水采工作面取kgwi 2 0 3 0 25 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中的要求 26 采煤工作面的需要风量按下式计算 式中vwi 第i个采煤工作面的风速 按其进风流温度从表中取 m s Swi 第i个采煤工作面有效通风断面 取最大和最小控顶时有效断面的平均值 m2 kwi 第i个工作面的长度系数 27 3 按使用炸药量计算 式中 25 每使用1kg炸药的供风量 m3 min Awi 第i个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 式中 4 每人每分钟应供给的最低风量 m3 minnwi 第i个采煤工作面同时工作的最多人数 个 28 5 按风速进行验算按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量 按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量 29 二 掘进工作面需风量的计算 煤巷 半煤岩和岩巷掘进工作面的风量 应按下列因素分别计算 取其最大值 按瓦斯涌出量计算 式中Qhi 第i个掘进工作面的需风量 m3 minQghi 第i个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量 m3 min kghi 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1 5 2 0 30 2 按炸药量计算式中25 使用1kg炸药的供风量 m3 min Ahi 第i个掘进工作面一次爆破所用的最大炸药量 kg 31 3 按局部通风机吸风量计算式中 第i个掘进工件面同时运转的局部通风机额定风量的和 khfi 为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 进风巷道中无瓦斯涌出时取1 2 有瓦斯涌出时取1 3 按工作人员数量计算式中nhi 第i个掘进工作面同时工作的最多人数 人 32 按风速进行验算按最小风速验算 岩巷掘进面最小风量 各个煤巷或半煤岩巷掘进面的最小风量 按最高风速验算 掘进面的最大风量 式中 shi 第i个掘进工作面巷道的净断面积 m2 33 三 硐室需风量计算独立通风硐室的供风量 应根据不同类型的硐室分别进行计算 机电硐室发热量大的机电硐室 按硐室中运行的机电设备发热量进行计算 34 式中Qri 第个机电硐室的需风量 m3 min 机电硐室中运转的电动机 变压器 总功率 KW 机电硐室的发热系数 空气密度 一般取1 25kg m3cp 空气的定压比热 一般可取1KJ kgk t 机电硐室进 回风流的温度差 采区变电所及变电硐室 可按经验值确定需风量m3 min 35 2 爆破材料库式中v 库房空积 m3 3 充电硐室按其回风流中氢气浓度小于0 5 计算式中qrhi 第个充电硐室在充电时产生的氢气量 m3 min 36 四 矿井总风量计算矿井的总进风量 应按采煤 掘进 硐室及其他地点实际需要风量的总和 式中 Qwl 采煤工作面和备用工作面所需风量之和 m3 min Qhl 掘进工作面所需风量之和 m3 min Qrl 硐室所需风量之和 m3 min km 矿井通风系统 包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素 备用系数 宜取1 15 1 25 37 3 4矿井通风总阻力计算3 4 1矿井通风总阻力计算原则矿井通风设的总阻力 不应超过2940Pa 矿井井巷的局部阻力 新建矿井按井巷摩擦阻力的10 计算 扩建矿井宜按井巷摩擦阻力的15 计算 38 3 4 2矿井通风总阻力计算矿井通风总阻力 风流由进风井口起 到回风井口止 沿一条通路 风流路线 各个分支的摩擦阻力和局部阻力的总和 简称矿井总阻力 用hm表示 对于矿井有两台或多台风主要通风机工作 矿井通风阻力按每台主要通风机所服务的系统分别计算 39 矿井通风系统总阻力最小时称通风容易时期 通风系统总阻力最大时亦称为通风困难时期 对于通风困难和容易时期 要分别画出通风系统图 按照采掘工作面及硐室的需要分配风量 再由各段风路的阻力计算矿井总阻力 40 计算方法 沿着风流总阻力最大路线 依次计算各段摩擦阻力hf 然后分别累计得出容易和困难时期的总摩擦阻力hf1和hf2 通风容易时期总阻力 通风困难时期总阻力 41 hf按下式计算 式中 42 4矿井通风设备选型 矿井通风设备是指主要通风机和电动机 4 1矿井通风设备的要求 矿井必须装设两套同等能力的主通风设备 其中一套作备用 选择通风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 风机能力应留有一定的余量 进 出风井井口的高差在150m以上 或进 出风井井口标高相同 但井深400m以上时 宜计算矿井的自然风压 43 4 2主要通风机的选择 1 计算通风机风量Qf式中Qf 主要通风机的工作风量 m3 s Qm 矿井需风量 m3 s k 漏风损失系数 风井不提升用时取1 1 箕斗井兼作回砚用时取1 15 回风回升降人员时取1 2 44 2 计算通风机风压离心式通风机 提供的大多是全压曲线 容易时期困难时期 45 轴流式通风机 提供的大多是静压曲线 容易时期困难时期hm 通风系统的总阻力 hd 通风机附属装置 风硐和扩散器 的阻力 hvd 扩散器出口动能损失 N 自然风压 当自然风压与通风机风压作用相同时取 自然风压与通风机负压作用反向时取 46 3 初选通风机根据计算的矿井通风容易时期通风机的Qf Hsdmin 或Htdmin 和矿井通风困难通风机的Qf Hsdmax 或Htdmax 在通风机特性曲线上 选出满足矿井通风要求的通风机 4 求通风机的实际工况点因为根据Qf Hsdmin 或Htdmin 和Qf Hsdmax 或Htdmax 确定的工况点 但设计工况点不一定恰好在所选择通风机的特性曲线上 必须根据通风机的工作阻力 确定其实际工况点 47 步骤 1 计算通风机的工作风阻用静压特性曲线时 用全压特性曲线时 48 2 确定通风机的实际工况点在通风机特性曲线上作通风机工作风阻曲线 与风压曲线的交点即为实际工况点 Hmin Qfmin Hmax Qfmax Rmax Rmin Mmax Mmin 49 5 确定通风的型号和转速根据通风机的工况参数 Qf Hsd N 对初选的通风机进行技术 经济和安全性比较 最后确定通风机的型号和转速 50 6 电动机选择 通风机的输入功率按通风容易和困难时期 分别计算风所需的输入功率Nmin max 或 51 电动机的台数及种类当Nmin 0 6Nmax时 可选一台电动机 电动机功率为 当Nmin 0 6Nmax时 选二台电动机 其功率分别为 初期 后期按选一台电机公式计算 e 电机效率 tr 传动效率 52 5矿井通风设计费用概算与经济评价 吨煤通风成本是通风设计和管理的重要经济指标 吨煤通风成本主要包括下列费用 1 电费 W1 吨煤的通风电费为主要通风机年耗电费及井下辅助通风机 局部通风机电费之和除以年产量 可用如下公式计算 53 式中 E 主要通风机年耗电量 D 电价 元 KWh T 矿井年产量 吨 v 变压器效率 可取0 95 EA 局部通风机和辅助通风机的年耗电量 w 电缆输电效率 54 2 设备折旧费3 材料消耗费用4 通风工作人员工资费用5 专为通风服务的井巷工程折旧费和维护费折算至吨煤的费用 6 采每吨煤的通风仪表的购置费和维修费用 55 谢谢