采礦工程專業(yè)礦井通風與安全課程設計例題和習題

1、明理工大學國土資源工程學院采礦工程本科專業(yè)講義礦井通風系統(tǒng)設計例題和習題（適用：礦井通風與安全課程設計）謝賢平 編昆明理工大學國土資源工程學院2010年11月目錄例題1某礦礦體走向長600m，厚30m，傾角2530°；采用豎井石門開拓，階段高60m，單翼對角抽出式通風系統(tǒng)。進風井（罐籠井）井口標高220m，邊界風井井口標高245m。同時開采一個階段，分成三個小分段，采用有底柱崩落法開采。礦井年產(chǎn)礦石25.6萬t，每年工作320d，日產(chǎn)800t，每日三班作業(yè)。一個電耙道日出礦量200t，電耙道斷面4.8m2，長50m；二次破碎最大裝藥量3kg，通風時間5min。作業(yè)面鑿巖巷道斷面7.0

2、m2。采準、探礦的掘進作業(yè)面采用局部通風，巷道斷面4.5 m2；一次爆破火藥量20kg，通風時間25min；獨頭巷道長度不超過150m。開拓掘進作業(yè)面采用局扇通風，最大通風距離600m，巷道斷面7.4 m2；一次爆破火藥量30kg，通風時間20min，采用混合式通風。井下火藥庫在井底車場，有獨立的通風系統(tǒng)。礦井通風系統(tǒng)及作業(yè)面分布見圖1。各段巷道的規(guī)格、尺寸及摩擦阻力系數(shù)值列于表1中。夏季自然風壓與主扇作業(yè)方向相反，其自然風壓為96Pa。設計要求：1、 計算全礦所需風量，進行風量分配；2、 計算全礦總阻力（第一階段的最大阻力）；3、 選擇扇風機，計算電動機功率。解：1、計算全礦總風量及分配風量

3、（1） 電耙道所需風量 二次破碎爆破通風所需風量火藥量；電耙道長度，斷面，通風時間，則風量 按排塵風速計算風量電耙道風速，則排塵風量取風量大者，作為電耙道風量。（2） 采場作業(yè)面鑿巖所需風量按排塵風速計算，取風速，巷道斷面，（3） 采準、探礦巷道掘進所需風量 按爆破后通風所需風量（壓入式通風）火藥量，巷道長度，巷道斷面，通風時間，則風量為：貫穿風流巷道的風量應大于獨頭巷道風量的1.43倍，則風量應為1.43×1.47=2.1。 按排塵風速計算風量取風量大者，。（4） 放礦巷道所需風量按排塵風速計算，。（5） 火藥庫風量取2。（6） 二階段開拓巷道掘進所需風量采用混合式通風，壓入風量為

4、抽出式的風量為 貫穿風流的風量為 （7） 礦井總風量式中 各類作業(yè)面所需風量，；各類作業(yè)面的數(shù)量；風量備用系數(shù)，此例中。則 礦井漏風按總回風道集中漏風考慮，各巷道按需分配的風量如圖1所示。2、計算全礦總阻力首先選擇最大阻力路線。根據(jù)通過風量的大小和路線的長短，選擇1、2、313、14為最大阻力路線（圖1）。分段計算各巷道的摩擦阻力，按下式計算 計算結果列于表1中。由各段巷道摩擦阻力的總和可求得礦井摩擦阻力。礦井的局部阻力按摩擦阻力的計算。礦井的總阻力應為 3、選擇扇風機，計算電動機功率扇風機風量 式中，扇風機裝置風量備用系數(shù)，。扇風機的全壓 式中，扇風機裝置阻力，=100；擴散塔出口動壓損失，

5、=10；礦井反向自然風壓，=96。則查扇風機特性曲線，選用K40（B）型19軸流式扇風機，轉速，葉片安裝角，實際風量可達60，風壓可達1290，效率。扇風機的功率 電動機的功率式中 電機備用系數(shù)，取1.1；電機效率，取0.95。圖1 礦井通風系統(tǒng)及作業(yè)面分布圖表1巷道編號巷道名稱支架種類摩阻系數(shù)，巷道長度L，m巷道斷面S，m2巷道周界P，m風阻R風量Q阻力h1-2豎井雙罐、梯子間0.03624017180.031736.2841.72-3石門混凝土0.0041206.410.60.019431.2819.03-4運輸平巷無支架0.010605.249.40.039211.965.64-5運輸平

6、巷無支架0.0101805.249.40.11809.9611.75-6人行天井木框、梯子間0.050407.011.20.06538.654.96-7電耙聯(lián)絡道無支架0.010404.58.60.03782.100.27-8電耙道0.020504.88.80.07962.100.48-9回風聯(lián)絡道0.010404.58.60.03789.103.19-10回風聯(lián)絡道0.010404.58.60.037810.854.510-11回風聯(lián)絡道0.010404.58.60.037813.256.611-12分段回風道0.0103804.58.60.358715.6587.912-13總回風道0.0

7、101206.410.60.048554.42143.613-14回風斜井木棚子0.0164007.411.60.183254.42542.0合計871.2例題2某礦礦體走向長1400m，厚715m，采用下盤豎井階段石門開拓，階段高40m。上部已有露天開采，井下部分開采深度400m。主井為箕斗井，不進風也不出風。副井為罐籠井做為進風井。通風系統(tǒng)為兩翼對角抽出式。采礦方法為有底柱的中深孔留礦法。作業(yè)面長50m，電耙道沿走向布置，礦體薄時，布置單耙道，礦體厚時，布置雙耙道?；夭身樞蛴缮隙拢凰綖楹笸耸?。三個階段同時作業(yè)，包括礦柱回采、礦房回采和開拓采準，通風系統(tǒng)見圖2。礦井年產(chǎn)礦石80萬t，

8、一個電耙道日出礦量270t。作業(yè)面一次爆破最大火藥量300kg，通風時間40min。礦柱回采時集中通風，每兩個月進行一次大爆破，通風時間8h。掘進作業(yè)面按排塵計算風量。采場和電耙道二次爆破火藥量3kg，通風時間5min。工作面分布，東西兩翼相同，合計工作面數(shù)（包括備用作業(yè)面）如表2，井巷規(guī)格見表3。夏季反向自然風壓126Pa。設計要求：1、 計算全礦所需總風量，分配風量；2、 計算全礦總阻力；3、 選擇扇風機，計算電動機功率。解1、計算全礦總風量及分配風量（1） 采場風量 按爆破火藥量計算式中 火藥量，；通風時間，；采場體積，；紊流擴散系數(shù)，當時，由礦井通風與防塵一書中的附錄可查得=0.81。

9、 按排塵計算風量式中，硐室采場入口巷道斷面面積，； 風流受限系數(shù)。取風量大者，采場風量為4.22。（2） 電耙道風量按二次破碎爆破后通風計算按排塵風速計算，。取大者，電耙道風量為2.70。（3） 出礦平巷的風量（4） 掘進、采準作業(yè)面的風量，按排塵風速計算并考慮貫穿風流的風量大于獨頭巷道風量1.43倍，則 （5） 井下火藥庫的風量取2。（6） 礦井總風量（7） 風量分配。礦井備用風量按總回風道集中漏風考慮；各作業(yè)面分配的風量見圖2；西翼風量分配情況與東翼相同，從略。2、計算全礦總阻力選擇最大阻力路線118（圖2），各段巷道的摩擦阻力按下式計算 計算結果列于表3中，累計118各段巷道摩擦阻力值可

10、得東翼總摩擦阻力。礦井局部通風阻力按摩擦阻力的20%計算，則礦井總阻力 東翼與西翼阻力相同。3、選擇扇風機，計算電動機功率取扇風機裝置風量備用系數(shù)，則扇風機的風量為扇風機的全壓按下式計算取查扇風機特性曲線，選用DK40型19軸流式扇風機，轉速為，葉片安裝角，風量，全壓，效率，可以滿足通風要求。扇風機的功率為電動機的功率為圖2 礦井通風系統(tǒng)及作業(yè)面布置（東翼）表2 作業(yè)面分配表 作業(yè)面一階段二階段三階段合計采場88電耙道2810出礦平巷268掘進、采準246火藥庫11表3巷道編號巷道名稱支架種類摩阻系數(shù)，巷道長度L，m巷道斷面S，m2巷道周界P，m風阻R風量Q阻力h1-2石門混凝土0.00412

11、010.413.60.005861.3221.82-3豎井噴漿0.01228014.617.30.018782.32125.73-4豎井0.0124014.617.30.002773.3014.44-5石門混凝土0.0048010.413.60.003964.5816.35-6運輸平巷無支架0.0081246.110.10.044032.2945.96-7運輸平巷0.0081246.110.10.044030.1139.97-8運輸平巷0.0081246.110.10.044022.3822.08-9穿脈平巷0.010104.08.00.012514.652.79-10人行天井臺板、梯子0.0

12、5083.65.80.049713.849.510-11臺板、梯子0.050203.65.80.12408.448.811-12采場無支架0.0106237.535.00.00044.22-12-13回風天井0.010124.08.00.015013.842.913-14回風穿脈0.010154.08.00.018813.843.614-15回風平巷0.0101245.49.70.076421.3834.915-160.0101245.49.70.076455.80237.916-170.0103505.49.70.216059.31759.817-18排風井0.0083207.0410.80

13、.079061.74301.1合計1647.2第四小組題目某礦礦體走向長600m，厚30m，傾角2530°；采用豎井石門開拓，階段高60m，單翼對角抽出式通風系統(tǒng)。進風井（罐籠井）井口標高220m，邊界風井井口標高245m。同時開采一個階段，分成三個小分段，采用有底柱崩落法開采。礦井年產(chǎn)礦石25.6萬t，每年工作320d，日產(chǎn)800t，每日三班作業(yè)。一個電耙道日出礦量200t，電耙道斷面4.8m2，長50m；二次破碎最大裝藥量3kg，通風時間5min。作業(yè)面鑿巖巷道斷面7.0m2。采準、探礦的掘進作業(yè)面采用局部通風，巷道斷面4.5 m2；一次爆破火藥量20kg，通風時間25min；獨

14、頭巷道長度不超過150m。開拓掘進作業(yè)面采用局扇通風，最大通風距離600m，巷道斷面7.4 m2；一次爆破火藥量30kg，通風時間20min，采用混合式通風。井下火藥庫在井底車場，有獨立的通風系統(tǒng)。礦井通風系統(tǒng)及作業(yè)面分布見圖4。各段巷道的規(guī)格、尺寸及摩擦阻力系數(shù)值列于表7中。夏季自然風壓與主扇作業(yè)方向相反，其自然風壓為96Pa。試按上述條件作礦井通風設計。題目要求：1、采用單翼對角抽出式通風方法設計，并要求進行局部通風設計。承擔者： （2人）2、采用多風機多級機站（二級抽出）通風方法設計。承擔者： （2人）3、采用多風機多級機站（一級壓入、二級抽出）通風方法設計。承擔者： （2人）圖4 礦井

15、通風系統(tǒng)及作業(yè)面分布圖表7巷道編號巷道名稱支架種類摩阻系數(shù)，巷道長度L，m巷道斷面S，m2巷道周界P，m1-2豎井雙罐、梯子間0.03624017182-3石門混凝土0.0041206.410.63-4運輸平巷無支架0.010605.249.44-5運輸平巷無支架0.0101805.249.45-6人行天井木框、梯子間0.050407.011.26-7電耙聯(lián)絡道無支架0.010404.58.67-8電耙道無支架0.020504.88.88-9回風聯(lián)絡道無支架0.010404.58.69-10回風聯(lián)絡道無支架0.010404.58.610-11回風聯(lián)絡道無支架0.010404.58.611-12

16、分段回風道無支架0.0103804.58.612-13總回風道無支架0.0101206.410.613-14回風斜井木棚子0.0164007.411.6下告鐵礦通風系統(tǒng)設計1、概述下告鐵礦在廣東省河源市境內，屬紫金縣義容鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)位于河源市的東南部、紫金縣城的西南部。礦區(qū)屬亞熱帶季風氣候區(qū)。礦山設計規(guī)模80×104t/a。根據(jù)礦床地質勘探情況和工業(yè)礦體分布特征，結合礦山目前簡易生產(chǎn)現(xiàn)狀（+60m以上），為降低初期投資和加快建設速度，初步擬定分兩期開采。第一期開采范圍為下告礦段18號勘探線+60-180m標高。該范圍保有地質礦量1659.04×104t，平均品位TFe28.

17、84%，占全部開采范圍地質總礦量的57.4%。第二期開采范圍為18線-180m標高以下，保有地質礦量1233.46×104t，平均品位TFe30.55%，占全部開采范圍地質總礦量的42.6%。根據(jù)礦床埋藏較深、儲量較大、走向不長的特點，結合采礦方法和生產(chǎn)規(guī)模要求，設計確定采用分期開拓和主、副豎井（箕斗主井、罐籠副井）集中布置和輔助斜坡道的開拓方式。根據(jù)礦體賦存特點，設計推薦采用礦房礦柱兩步驟回采的高分段空場采礦法（主要對-120m以上的礦體）和大直徑深孔階段礦房采礦法（主要對-120m以下的礦體）作為該礦的主要采礦方法（開采礦量占總礦量的85%）。對厚度（或疊加厚度）小于2030m的

18、部分零星緩傾斜礦體擬采用中深孔切頂房柱法回采（占總礦量的15%）。圖1 開拓、通風系統(tǒng)縱投影示意圖2、風量計算礦井總風量為各采掘工作面、需獨立通風的硐室與其他需風量以及礦井漏風量之總和。因下告鐵礦井下設備多為柴油設備，首先按柴油設備單位功率指標計算所需風量，井下各柴油設備功率見表1。按柴油設備單位功率指標4.08m3/（kW·min），以總功率為依據(jù)，折算總風量為：Q=576 kW×4.08m3/（kW·min）=2350.08m3/min，即39.16m3/s。因此，單按柴油設備計算總風量顯然偏小。故本設計結合柴油設備和工作面需風量計算風量（表2）。表1 柴油設

19、備功率計算表設備名稱工作臺數(shù)，臺單臺功率，總功率，利用系數(shù)使用功率，SimbaH1354中深孔鑿巖臺車155550.7541.25TORO-400鏟運機21873740.75280.50Boomer281掘進臺車142420.6025.20JZC-10t坑內自卸卡車163630.7547.25JFC井下服務車142420.6527.30合計576421.50表2 風量計算表風量用風點用風點數(shù)目，個單耗，需風量，采礦工作面鑿巖采場（少量柴油設備）出礦采場（主要為柴油設備）備用采場332612418368掘進工作面鑿巖（少量柴油設備）出渣（少量柴油設備）22591018有關硐室坑內破碎硐室溜井裝卸

20、礦點炸藥庫-120m泵站及變電所142153.53.5451474風量合計小計內外漏風系數(shù)總風量1201.251503、通風負壓計算空氣由于具有粘性，當其沿井巷流動時，就受到井巷對其所呈現(xiàn)的阻力作用該阻力統(tǒng)稱為井巷通風阻力。按照風流邊界狀況的不同，通常將井巷的通風阻力分為3類：摩擦阻力、局部阻力、正面阻力。全礦通風阻力中，一般摩擦阻力所占的比例較大，局部阻力和正面阻力所占的比例較小。根據(jù)通風系統(tǒng)及風量分配要求，計算一、二期工程（分別為-180m和-300m以上）回風出口的總負壓。巷道通風負壓由下式計算： （1）式中，hi為巷道通風摩擦阻力，即抽出式通風負壓，Pa；S為巷道通風斷面，m2；為巷道

21、通風摩擦阻力系數(shù)，Ns2/m4；P為巷道通風斷面的周邊長度，m；L為巷道長度（指通過同一風量的相同斷面和支護類型相同的巷道長度），m；qi為巷道的通過風量，m3/s。按照公式（1）計算出各巷道的負壓（表3），在需風網(wǎng)中選出負壓最大的分支風路，將其加上進風網(wǎng)和回風網(wǎng)的阻力即為礦井通風摩擦阻力，再加上通風局部阻力和正面阻力后即為礦井通風總阻力。局部阻力和正面阻力累加值按通風摩擦阻力的24%選取。最終計算得下告鐵礦一期礦井總負壓為1800Pa，二期礦井總負壓為2200Pa。因進風段的部分風量會從斜坡道進入，按上述計算得出的礦井負壓偏大。設計時考慮到今后生產(chǎn)留有余地所以忽略了對此部分的計算。4、通風設

22、備下告鐵礦通風網(wǎng)路不長，且采礦工藝能使用貫穿風流通風，在回風段調節(jié)阻力和風量，既可滿足生產(chǎn)通風要求又可充分保障行人和運輸暢通。礦區(qū)采用單翼對角和地表單一主扇集中抽出式通風方式。該方式能適應本礦開采范圍內礦體走向不長、采區(qū)需風段大斷面并聯(lián)巷道較多和風阻相對較小等特點。表3 井巷通風阻力計算表期號井巷名稱支護型式阻力系數(shù)井巷長度井巷周長斷面風量負壓風速一期副井車場及石門進風聯(lián)絡井-180中段巷道回風聯(lián)絡井回風石門合計砼錨噴網(wǎng)錨噴網(wǎng)部分錨噴錨噴網(wǎng)部分噴支砼0.0250.010.030.0130.030.0130.025360390606006019032518.216.612.614.19.614.

23、214.126.41712.614.19.612.515.91501007560751001502001326413011018064114577.15.964.17.889.4二期副井副井車場及石門進風聯(lián)絡井-300中段巷道回風聯(lián)絡井回風石門風井合計砼錨噴網(wǎng)錨噴網(wǎng)部分錨噴錨噴網(wǎng)部分噴支砼0.0250.010.030.0130.030.0130.025480390606006019044518.216.612.614.19.614.214.126.41712.614.19.612.515.91501007560751001502671326413011018087817617.15.964.1

24、7.889.4（1）扇風機風量=KQ=1.1×150=165式中，K為通風裝置漏風系數(shù)，取1.1。（2）計算負壓一期：Hj1=H+h+hc=2100Pa二期：Hj1=H+h+hc=2500Pa式中，Hj為風機的計算風壓，Pa；H為礦井通風阻力，一期1800Pa，二期2200Pa；h為通風裝置阻力，取100Pa；hc為消聲裝置阻力，取200Pa。扇風機的工作風阻由下式計算：式中，R1為礦井一期工作風阻；R2為礦井二期工作風阻。為使扇風機安全、經(jīng)濟地運轉，它在整個服務期內的工況點必須在合理的范圍之內。從經(jīng)濟的角度出發(fā)，扇風機的運轉效率不應低于60%；從安全方面考慮，其工況點必須位于駝峰點的右側、單調下降的直線段上。根據(jù)計算，選用FBCDZ-8-28B風機1臺。風機的性能曲線見圖2。圖中所示風阻曲線1為一期風機的風阻曲線：風阻曲線2為二期風機的風阻曲線。圖2 FBCDZ-8-28B風機性能及風阻曲線由圖2可得，一、二期風機的一級葉片安裝角均在4