礦井通風與安全課程設計

1、礦井通風與安全課程設計姓名 專業(yè)年級 學號 0前言采礦工業(yè)是我國的基礎工業(yè)，它在整個國民經(jīng)濟中占有重要地位，煤炭是我國一次能源的主體。我國煤炭生產(chǎn)以井下開采為主，其產(chǎn)量占煤炭總產(chǎn)量的95%。而地下作業(yè)首先面臨的是通風問題，在礦井生產(chǎn)過程中要有源源不斷的新鮮空氣送到井下各個作業(yè)地點，以供人員呼吸，以稀釋和排除井下各種有毒有害氣體和礦塵，創(chuàng)造良好的礦內(nèi)環(huán)境，保障井下作業(yè)人員的身體健康和勞動安全。向井下供應新鮮的空氣和良好的供風系統(tǒng)是分不開的，所以在礦井建設的過程中一定要設計優(yōu)良的通風系統(tǒng)，這樣不僅可以滿足井下供風的要求，還能很好的節(jié)約礦井通風的費用。本文是針對礦井的建設，提出了行之有效的通風系統(tǒng)，

2、采用兩翼對角式的通風方式，在采區(qū)采用軌道上山進新風，運輸上山回污風的通風方法，并起在工作面采用上行通風。風別計算了通風容易時期和通風困難時期的風量和風壓，并以此為基礎選用了礦井主要通風機和電機，設計的通風系統(tǒng)滿足了礦井通風的要求。值得一提的是，這是作者初次設計礦井通風系統(tǒng)，全憑自己的知識總結(jié)利用設計，沒有拷貝別人的既成成果，難免會有一些不太妥當之處，敬請指教。一、礦井概況1地質(zhì)概況該礦井地處平原，地面標高+150m，井田走向長度5km，傾斜方向長度3.3km。井田上界以標高-165m為界，下界以標高-1020m為界，兩邊以斷層為界，井田內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定，井田可采儲量約1.08億噸。 井田有兩個開

3、采煤層，為、，在井田范圍內(nèi)，煤層賦存穩(wěn)定，煤層傾角，各煤層厚度、間距及頂?shù)匕鍘r性參見綜合柱狀圖1-1：圖1-1 綜合柱狀圖2開拓方式及開采方法礦井相對瓦斯涌出量為6.6，煤層有自然發(fā)火危險，發(fā)火期為1618個月，煤塵有爆炸性，爆炸指數(shù)為36% 。根據(jù)開拓開采設計確定，采用立井多水平上下山開拓，第一水平標高-380m，傾斜長為825×2m，服務年限為27年，因為走向較短，兩翼各布置一個采區(qū)。每個采區(qū)上山和下山部分各分為五個區(qū)段回采。每采區(qū)各布置一個綜采工作面和一個高檔普采工作面，工作面長度150m，區(qū)段平巷及區(qū)段煤柱15m，綜采工作面產(chǎn)量在煤層時為1620t/d，在煤層時為1935t/

4、d，日進6刀，截深0.6m，高檔普采工作面產(chǎn)量在煤層時為1080t/d，在煤層時為1290t/d，日進4刀，截深0.6米，東翼還另布置一備用的高檔普采工作面。采區(qū)軌道上山均布置在k2煤層的底板穩(wěn)定細砂石中，區(qū)段回風平巷與運輸上山，區(qū)段運輸平巷與軌道上山采用石門連接，為了保證生產(chǎn)正常接替，前期東西兩翼各安排兩個獨立通風的煤層平巷掘進頭，后期東西兩翼各安排兩個獨立通風的煤層平巷掘進頭和一個巖石下山掘進頭。東西兩翼各有一個絞車房、變電所、火藥庫，亦需獨立通風。井為箕斗井提煤用，井為罐籠井升降人員、材料、矸石，也作為進風井用，并設有梯子間。在開采的時候先開采煤層，之后開采煤層，并且按照先上山開采后下山

5、開采的順序。并且另普采和綜采面相互交替的順序，保證同一采區(qū)能夠同時向下推進。部分巷道名稱、長度、支護形式，斷面幾何特征參數(shù)列入表1。井內(nèi)的氣象參數(shù)按表3所列的平均值選取，除綜采工作面采用46工作制外，其它均采用三八工作制。井下同時作業(yè)的最多人數(shù)為700人，綜采工作面同時作業(yè)最多人數(shù)40人，高檔普采工作面同時作業(yè)最多人數(shù)60人。二、礦井通風系統(tǒng)設計礦井通風系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部風，它包含礦井通風方式、通風方法和通風網(wǎng)絡。1通風方式1）通風方式簡介礦井通風方式是指進風井和回風井的布置，按照進、回風井的相對位置可以分為中央并列式（包括中央并列式和中央分列式）、對角式、混合式，以及分區(qū)式。各種

6、通分系統(tǒng)的形式如圖2-1，優(yōu)缺點對比如表2-1：表2-1 礦井通風系統(tǒng)分類分類通分系統(tǒng)適用條件及優(yōu)缺點中央式中央并列式進、回風井大致并列位于井田中央適用于煤層傾角較大，走向不長（一般小于4km），投產(chǎn)初期暫未設置邊界安全出口，且自然發(fā)火不嚴重的礦井：1 初期投資少，采區(qū)生產(chǎn)集中，并便于管理；2 節(jié)省風井工業(yè)場地，占地少，比在井田內(nèi)打邊界風井壓煤少；3 進、出風井之間的漏風較大，風路較長，阻力較大；4 工業(yè)場地有噪音影響中央分列式進、回風井大致位于井田走向中央，沿傾向有一定的距離，回風井位于淺部煤層處適用于煤層傾角小，走向長度不大的礦井1 比中央并列式安全性好；2 礦井通風阻力較小，內(nèi)部漏風少，

7、有利于對瓦斯、自然發(fā)火的管理；3 工業(yè)場地沒有噪音影響；4 多一個風井場地，壓煤較多對角式 進風井大致位于井田走向中央，回風井位于淺部走向兩翼一般適用于煤層走向長度（超過4km），井田面積大，產(chǎn)量較大的礦井。其優(yōu)缺點與中央并列式相反，比中央分列式安全性要好，但初期投資大，建井期較長對于有瓦斯突出或瓦斯噴出的礦井，應采用對角式的通風方式混合式 進風井與出風井由三個以上井筒中央式與對角式混合組成。其中有中央分列式與對角式混合，中央并列與對角混合，以及中央并列式與中央分列混合混合式是前幾種的發(fā)展，適用于 ：1 礦井走向距離很長以及老礦井的擴建和深部開采；2 多煤層多井筒的礦井。有利于礦井分區(qū)分期投產(chǎn)

8、；3 大型礦井井田面積大，產(chǎn)量大或采用分區(qū)開拓的礦井分區(qū)式分區(qū)通風各分區(qū)有獨立的進風系統(tǒng)，但與中央進風系統(tǒng)大巷沒有通風設施隔絕。1 各分區(qū)有獨立的通風路線，互不影響是此方式的主要優(yōu)點，便于管理；2 建井工期短；3 安全生產(chǎn)好；4 分區(qū)進風井多，需增加風井場地，通風機管理分散分區(qū)回風 進風井大致位于井田走向中央，在采區(qū)開掘回風井，并分別按設通風機分區(qū)抽出適用于每層距地表較淺，或因地表高低起伏較大，無法開鑿淺部的總回風道。在開采第一水平時，只能采用這種分區(qū)方式。另外礦井走向長，多煤層開采，高溫礦井，亦有采用此方式對有瓦斯噴出或有煤與瓦斯突出的礦井應采用分區(qū)通風系統(tǒng)除適用于上述條件外，還適用于高瓦斯

9、礦井和具備一定條件的大型礦井2）通風方式選擇在該礦中，由于井田長度為5km，明顯超出了4km，所以如果使用中央式，就一定會造成回風巷道太長，阻力增大，掘進專用通風巷道長等缺點，和采用兩翼對角式相比要多開掘2500m的階段回風大巷 ，而如果采用兩翼對角的方式，將回風井布置在兩翼的運輸上山的上邊界處，并用回風石門連通運輸上山和回風井。綜合考慮這些因素，提出了兩套通風系統(tǒng)方式：方案一、兩翼對角式方案二、在初期采用中央分列式，后期采用中央并列式和中央分列混合式下面對這兩種方式做技術和經(jīng)濟對比如下 ： （1）安全因素比較：該礦井為低瓦斯礦井，但是煤塵爆炸指數(shù)為36%，煤塵的爆炸強度和爆炸指數(shù)的關系如表2

10、2：表22煤塵爆炸指數(shù)與爆炸性的關系煤塵爆炸指數(shù)<1010151528>28爆炸性除個別外，基本無爆炸性爆炸性弱爆炸性較強爆炸性很強可見該煤塵具有很強的爆炸性。在通風設計時必須要予以充分考慮。如果采用方案二，則當發(fā)生煤塵爆炸是就可以危及整個礦井，但是如果采用方案一就可以很好的解決這一問題，將煤塵爆炸的危險限制在一翼。從這方面考慮才 用第二中通風方案會比第一種通風方案要好。（2）通風難易程度：采用方案二時，在通風容易時期風流最短路線近似3325m，通風困難時期風流經(jīng)過的最長距離大概為7475m；在采用方案一時，在通風容易時期風流的路程為2075m通風困難時期風流的最長路線大概為622

11、5m，可見采用第一種通風方案的時候礦井的風流的路程比第二中多了1250米，導致通風阻力增大，不利于通風，并且這樣就在長久的同風過程中浪費電源。從這方面考慮采用第二種通風方案會比第一種要好。（3）井巷工程量：在方案二中共需要掘進兩條回風大巷，長度共5000m，需要掘進兩條回風井，長度總共845m；而在方案一當中就沒有必要掘進專門的回風大巷，需要掘進的兩條回風井總長度為630m。比較可見采用方案一可以減少井巷工程。（4）初期投資：在方案一中由于要先開采兩條回風井，需要四個主要通風機（其中有兩個是備用的），而在方案二當中只需要建設一條回風井，需要兩個主要通風機，但是在方案一中需要開拓一條回風大行巷。

12、需要詳細計算才能知道兩種方案的初期投資情況，根據(jù)以往經(jīng)驗可以知道方案一可以節(jié)省初期投資，早產(chǎn)煤。綜合上面各方面因素的比較，可以很容易選定方案一要優(yōu)于方案二，所以選用方案一。2礦井通風方法通風方法一般根據(jù)煤層瓦斯含量高低，煤層埋藏深度和賦存狀態(tài)，沖擊層厚度，煤層自然發(fā)火性，小窯塌陷漏風情況、地形條件，以及開拓方式等綜合考慮確定。通風方式分為壓入式、抽出式、抽壓混合式3類，其使用條件和優(yōu)缺點分析見表23。表23 通風方式分類通風方式適用條件及優(yōu)缺點抽出式是當前通風方式的主要形式，適應性較廣泛，尤其對高瓦斯礦井，更有利于對瓦斯的管理，也適用于礦井走向長，開采面積大的礦井優(yōu)點：1井下風流處于負壓狀態(tài)，

13、當主要通風機因故障停止運轉(zhuǎn)時，井下的風流壓力提高可能使采空區(qū)瓦斯涌出量減少，比較安全；2漏風量小，通風管理較簡單；3與壓入式比較，不存在過度到下水平時期通風系統(tǒng)和風量變化的困難；缺點：當?shù)孛嬗行「G塌陷區(qū)并和采空區(qū)溝通時，抽出式會把小窯積存的有害氣體抽到井下使有效風量減少。壓入式低瓦斯礦的第一水平，礦井地面比較復雜，高差起伏，無法在高山上設置通風機。總回風巷無法連通或維護困難的條件下優(yōu)缺點：1 壓入式的優(yōu)缺點與抽出式相反，能用一部分回風把小窯塌陷區(qū)的有害氣體壓到地面；2 進風線路漏風大，管理困難；3 風阻大、風量調(diào)節(jié)困難；4 由第一水平的壓入式過渡到深部水平的抽出式有一定困難；5 通風機使井下風

14、流處于正壓狀態(tài)，當通風機停止轉(zhuǎn)動時，風流壓力降低，又可能使采空區(qū)瓦斯涌出量增加。抽壓聯(lián)合式可產(chǎn)生較大的通風壓力，能適應大阻力礦井需要，但通風管理困難，一般新建礦井和高瓦斯礦井不宜采用，只是個別用于老井延伸或改建的低瓦斯礦井。由于該礦井地處平原，井田內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定，不存在小窯漏風情況，走向長度5000米，又由于煤的瓦斯相對涌出量為6.6，為了便于管理，通風安全，減少漏風，所以選用抽出式礦井通風方法。3通風網(wǎng)絡一般把礦井或采區(qū)通風系統(tǒng)中風流分流、匯合的線路結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)稱為通風網(wǎng)絡。由于礦井開采方式和采區(qū)巷道布置不同，通風網(wǎng)絡連接方式也就不一樣。大致可風味串聯(lián)、并聯(lián)、角立案和復雜連接四縱類型。通風網(wǎng)絡

15、圖和立體圖見附件14 。三、采區(qū)通風系統(tǒng)1采取進風上山與回風上山的選擇一般來說，采區(qū)上（下）山至少要有兩條，即運輸上山和軌道上山，對生產(chǎn)能力大的采區(qū)可有三條或四條上山。只設兩條上山時，一條進風，另一條回風。新風流由大巷經(jīng)進風上（下）山、進風平巷進入采煤工作面，回風經(jīng)回風巷、回風上（下）山到采區(qū)回風石門。當采區(qū)生產(chǎn)能力大、產(chǎn)量集中、瓦斯涌出量大，上下多區(qū)段同時生產(chǎn)或采區(qū)有煤與瓦斯突出危險時，可增設專用的通風上山。1）軌道上山進風，運輸機上山回風如圖31所示，新鮮風流由進風大巷 采區(qū)進風石門 下部車場 軌道上山。故下部車場繞道中不設風門。軌道上山的上部及中部車場凡與回風巷連接處，均設置風門與回風隔

16、離，為此車場航道要有一定的長度，以及決通風與運輸?shù)拿堋?）運輸上山進風、軌道上山回風如圖32，運輸上山進風時，風流與煤流方向相反。運輸機上山的下部與進風大巷間必須設聯(lián)絡巷入風，禁止從溜煤眼進風。運輸上山的中部、上部與回風巷或回風上山連接的巷道中均設置風門或風墻。軌道上山回風，它與各區(qū)段回風巷與回風石門連通。為了將軌道上山與采區(qū)進風巷隔離，其下部車場中應設兩道風門，風門間隔不應小于一列車長度；否則運料與通風發(fā)生矛盾，風門易于被破壞或敞開，導致工作面風量不足，可能引發(fā)事故。3）兩種通風方式比較軌道上山進風，新鮮風流不受煤炭釋放的瓦斯、煤塵污染及放熱影響，軌道上山的絞車房易于通風；變電所設在兩上山

17、之間，其回風口設調(diào)節(jié)風窗，利用兩上山之間按風壓差通風。輸送機上山進風，由于風流方向與運煤方向相反，易于引起煤塵飛揚，運輸煤炭釋放大量瓦斯，可使進風流的煤塵和瓦斯?jié)舛仍龃?，影響工作面的安全衛(wèi)生條件；輸送機設備所散發(fā)的熱量，使風流溫度增高。此外須在軌道上山的下部車場內(nèi)安設風門，此外運輸?shù)V車來往頻繁，需要加強管理，防止風流短路。 該礦井的煤塵具有強爆炸性，所以運輸上山進風容易引起煤塵飛揚，并釋放出大量瓦斯，可使進風流中的煤塵和瓦斯?jié)舛仍龃?，給安全生產(chǎn)帶來了嚴重的隱患。所以在該礦井的設計中采用軌道上山進風，運輸上山回風的通風方式。2采煤工作面上行風與下行風的確定1）采煤工作面通風系統(tǒng)要求（1）回采工作

18、面要獨立通風。（2）風流穩(wěn)定。在礦井通風系統(tǒng)中，回采工作面分支應盡量避免處在角聯(lián)分支或復雜網(wǎng)絡的內(nèi)聯(lián)分支上；當無法避免時，應有保證風流穩(wěn)定的措施。（3）漏風少。應盡量減小回采工作面的內(nèi)部及外部漏風，特別應避免從外部向回采工作面的漏風。（4）會才工作面的調(diào)風措施可靠。（5）保證風流暢通。2）采煤工作面通風系統(tǒng)分類（1）按照回采工作面回風方向分為上行通風和下行通風，他們的優(yōu)缺點比較如表31。煤礦安全規(guī)程規(guī)定，煤層傾角大于12o工作面都要采用上行通風。如果采用下行通風時，必須報礦總工程師批準，并遵守系列規(guī)定：A回采工作面風速不得低于1m/s。B機電設備設在回風道時，回采工作面回風道中瓦斯?jié)舛炔坏贸^

19、1%，并應裝有瓦斯自動報警斷電裝置。C應有能夠控制逆轉(zhuǎn)風流、防止火災氣體涌入金風流的安全措施。在煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出危險的、傾角大于12o的煤層中，嚴禁回采工作面采用下行通風。表31 回采工作面上、下行通風適應條件及優(yōu)缺點通風系統(tǒng)適應條件及優(yōu)缺點上行通風煤層傾角大于120的回采工作面，都應采用上行通風優(yōu)缺點：1 瓦斯自然流動方向和風流方向一致，有利于較快地降低工作面瓦斯?jié)舛龋? 風流方向與運煤方向相反，引起煤塵飛揚，增加了回采工作面進風流中煤塵濃度；同時，煤炭在運輸中放出的瓦斯又隨風流帶到回采工作面，增加了工作面的瓦斯?jié)舛龋? 運輸設備運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的熱量隨進風流散發(fā)到回采工作面，使工

20、作面氣溫上升下行通風在沒有煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出威脅的、傾角小于12o的煤層中，可考慮采用下行通風工作面下行通風，除了可以降低瓦斯?jié)舛群凸ぷ髅鏈囟韧?，還可以減少煤塵含量，降低水砂充填工作面的空氣濕度，有利于提高工作面的產(chǎn)量。 但是運輸設備處于回風流中，不太安全。由于煤層的傾角為15o，并且為了減少采用下行通風帶來的不必要的浪費，所以選用上行通風。（2）按進、回風巷數(shù)目分類，見表32表32 工作面通風方式通風方式適應條件及優(yōu)缺點U型通風方式后退式一進一回，在我國使用比較普遍，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，巷道維修量小，工作面漏風小，風流穩(wěn)定，易于管理，但上隅角瓦斯容易超限，工作面進、回風巷要提前掘進

21、。此種通風方是對了解煤層賦存狀況，掌握甲烷、火的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，較為有利。由于巷道均維護在煤體重，因而巷道的漏風率減少，適用于低瓦斯礦井前進式一進一回，可緩和采，掘緊張關系，采空區(qū)瓦斯不涌向工作面，而涌向回風順曹。其缺點是：采空區(qū)漏風不易管理，且需沿空護巷。這種通風系統(tǒng)適用于推進距離，低瓦斯，自燃傾向性弱的煤層Y型通風方式兩進一回，在回采工作面的上、下端各設一條進風巷道，另外在采空區(qū)一側(cè)設回風道。優(yōu)點為：可以很好的解決工作面上隅角瓦斯超限問題，改善了工作環(huán)境，提高回收率。E型通風方式兩進一回，下兩天為進風巷，上面為回風巷。優(yōu)點：使下回風平巷和下部工作面回風速度降低，抑制煤塵飛揚，降低采空區(qū)溫度

22、。但是容易引起工作面上隅角瓦斯超限。W型通風方式兩進一回，或一進兩回。優(yōu)點：相鄰工作面公用一個進或回風巷，減少了巷道的開掘和維護，漏風少，利于防火，在近水平煤層的綜采工作面中應用較廣。Z型通風方式一進一回，前期掘進巷道工程量小，風流比較穩(wěn)定，采空區(qū)漏風介于U型后退和U型前進式之間，但需要沿空護巷和控制經(jīng)過踩空區(qū)的漏風，其難度較大3）采煤工作面通風系統(tǒng)選定由于該礦井要求東西兩翼各布置兩個工作面，所以在上下山的一側(cè)開采一個區(qū)段，沒有兩個臨近工作面同時開采的條件，所以不使用W型通風方式；Y型和E型有巷道在采空區(qū)，這樣給巷道的維護帶來困難，此礦為低瓦斯礦井所以不必要使用這樣方式來防止上隅角瓦斯超限，所以可以不使用這兩種通風方式，同樣也不使用U型前進式通風方式。E型巷道要開采三條通風巷道，這樣開采是合理的，但是和U型后退式相比需要多開采一條巷道，所以在該礦井的通風設計中選用U型后退式。四、通風設備的安全技術要求按照有關原則，并根據(jù)現(xiàn)場科技人員的經(jīng)驗，可對通風設備提出以下幾點安全技術要求：主通風機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性能好，主通風機的穩(wěn)定性運轉(zhuǎn)與否決定著礦井通風系統(tǒng)的安全可靠程度。通風設備的自動監(jiān)控系統(tǒng)完備。主要通風機和局部通風機正常運轉(zhuǎn)很重要；風門失控會造成風流短路和通風系統(tǒng)紊亂，危及井下生產(chǎn)的安全。所以，它們要安裝自動監(jiān)控系統(tǒng)。反風系統(tǒng)的靈活程度要高。進行反