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礦井通風(fēng)模擬設(shè)計-馮樹鳴/第一章礦井概況1、概況某礦井,井田走向長度3.89Km,傾斜長度1.98Km,單一煤層,煤層厚度2.6m,煤層傾角8°~15°,相對瓦斯涌量10.4m/t,采煤工作面絕對瓦斯涌出量5.6m/min,掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量1.8m/min,煤層無自然發(fā)火和煤塵爆炸危險。礦井設(shè)計能力60萬t/a,服務(wù)年限34a,采用斜井單水平開拓方式,上山階段劃分為兩個采區(qū),服務(wù)年限18a,下山階段劃分為兩個采區(qū),服務(wù)年限16a,四個采區(qū)布置基本相同。達(dá)到設(shè)計產(chǎn)量時,礦井開拓工程量已完畢。生產(chǎn)采區(qū)有一個綜采工作面生產(chǎn),一個備用綜采工作面,兩個綜掘工作面;準(zhǔn)備采區(qū)有一個綜掘工作面。每個掘進(jìn)工作面都采用雙巷掘交替進(jìn),利用一臺局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng),均為獨立回風(fēng)。需要獨立通風(fēng)的硐室有中央變電所、爆破材料庫(容積1080m)、采區(qū)配電室和軌道上山絞車房各一個。巷道規(guī)格表井巷區(qū)段序號井巷名稱支護(hù)形式斷面形狀斷面積/計算長度/mɑ×10/N?s?m1-2進(jìn)風(fēng)斜井錨桿噴漿半圓拱形14240682-3運(yùn)輸大巷料石砌碹半圓拱形1280493-4運(yùn)輸大巷料石砌碹半圓拱形12680494-5運(yùn)輸大巷料石砌碹半圓拱形12120495-6采區(qū)車場錨桿噴漿半圓拱形1280686-7軌道上山錨桿噴漿半圓拱形10560687-8軌道上山錨桿噴漿半圓拱形1080688-9軌道上山錨桿噴漿半圓拱形10200689-10進(jìn)風(fēng)順槽工字梁棚梯形1088012310-11綜采面支撐掩護(hù)梯形718032011-13回風(fēng)順槽工字梁棚梯形1092012313-14運(yùn)輸上山錨桿噴漿半圓拱形103806814-15運(yùn)輸上山錨桿噴漿半圓拱形10806815-16運(yùn)輸上山錨桿噴漿半圓拱形105206816-17回風(fēng)大巷料石砌碹半圓拱形121204917-18回風(fēng)大巷料石砌碹半圓拱形126804918-19回風(fēng)大巷料石砌碹半圓拱形121804919-20回風(fēng)斜井料石砌碹半圓拱形122404920-21風(fēng)硐混凝土碹半圓拱形1030100井下同時工作的最多人數(shù)為380人,其中綜采工作面最多人數(shù)為30人,綜掘工作面對多人數(shù)為20人,采煤工作面最高溫度為18℃。礦井自然風(fēng)壓變化范圍為±礦井開拓平面示意圖開拓方式:采用斜井單水平開拓方式。生產(chǎn)系統(tǒng):生產(chǎn)采區(qū)有一個綜采工作面生產(chǎn),一個備用綜采工作面,兩個綜掘工作面;準(zhǔn)備采區(qū)有一個綜掘工作面。每個掘進(jìn)工作面都采用雙巷掘交替進(jìn),利用一臺局部通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng),均為獨立回風(fēng)。4、通風(fēng)方式:中央分列式(又名中央邊界式)進(jìn)風(fēng)井大致位于井田走向的中央,出風(fēng)井大致位于井田淺部邊界沿走向的中央,在沿傾斜方向上,出風(fēng)井和進(jìn)風(fēng)井相隔—段距離,出風(fēng)井的井底高于進(jìn)風(fēng)井的井底,主要通風(fēng)機(jī)設(shè)在出風(fēng)井口附近;在井田走向的中央開鑿主井和副井。圖2-2中央分列式中央邊界式使用于走向不大的礦井(井田長度小于4000米),兩翼對角式適合于走向較大、井型較大的礦井,與中央邊界式相比,安全性更好,多一個通往地面的安全出口,發(fā)生事故時兩翼不相互影響,便于控制通風(fēng),阻力較小。工作方法:采用抽出式抽出式通風(fēng)是主要通風(fēng)機(jī)安裝在回風(fēng)井口,在抽出式通風(fēng)機(jī)的作用下,整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)處于低于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱母眽籂顟B(tài)。抽出式優(yōu)點:井下風(fēng)流處于負(fù)壓狀態(tài),當(dāng)主扇因故停止運(yùn)轉(zhuǎn)時,井下的風(fēng)流壓力提高可能使采空區(qū)瓦斯涌出量減少,比較安全;漏風(fēng)量小,通風(fēng)管理較簡單;與壓入式比,不存在過渡到下水平時期通風(fēng)系統(tǒng)和風(fēng)量變化的困難。抽出式缺點:當(dāng)?shù)孛嬗行「G塌陷區(qū)井和采區(qū)溝通時,抽出式會不小窯積存的有害氣體抽到井下使有礦井效風(fēng)量減少。主要通風(fēng)機(jī)使井下風(fēng)流處于負(fù)壓狀態(tài)。一旦主要通風(fēng)機(jī)因故停止運(yùn)轉(zhuǎn),井下風(fēng)流的壓力提高,有可能使采空區(qū)瓦斯涌出量減少,比較安全;壓入式主要通風(fēng)機(jī)使井下風(fēng)流處于正壓狀態(tài),當(dāng)主要通風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)時,風(fēng)流壓力降低,有可能使采空區(qū)瓦斯涌出量增加。正因為抽出式有著獨自的優(yōu)點,井下風(fēng)流處于負(fù)壓狀態(tài),當(dāng)主要通風(fēng)機(jī)因故停止運(yùn)轉(zhuǎn)時,井下的風(fēng)流壓力提高可能使采空區(qū)沼氣涌出量減少,比較安全;漏風(fēng)量小,通風(fēng)管理較簡單。由于該礦井采用上下山交替開采,抽出式與壓入式相比,不存在過渡到下水平時期通風(fēng)系統(tǒng)和風(fēng)量變化的困難。因此本設(shè)計選用抽出式通風(fēng)方法。6、附屬裝置:風(fēng)硐、擴(kuò)散器(擴(kuò)散塔)、防爆門(防爆井蓋)。通風(fēng)設(shè)計條件1、煤層條件:單一煤層,煤層厚度2.6m,煤層傾角8°~15°,相對瓦斯涌量10.4m/t,采煤工作面絕對瓦斯涌出量5.6m/min,掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量1.8m/min,煤層無自然發(fā)火和煤塵爆炸危險。井田尺寸:井田走向長度3.89Km,傾斜長度1.98Km。生產(chǎn)能力:礦井設(shè)計能力60萬t/a,服務(wù)年限34a,,上山階段服務(wù)年限18a,下山階段服務(wù)年限16a。開采開拓:采用斜井單水平開拓方式,上山階段劃分為兩個采區(qū),下山階段劃分為兩個采區(qū),四個采區(qū)布置基本相同。擬定礦井通風(fēng)系統(tǒng)1、主扇工作方法:采用抽出式,抽出式通風(fēng)是主要通風(fēng)機(jī)安裝在回風(fēng)井口,在抽出式通風(fēng)機(jī)的作用下,整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)處于低于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱母眽籂顟B(tài)。風(fēng)井布置方式:中央分列式(又名中央邊界式),進(jìn)風(fēng)井大致位于井田走向的中央,出風(fēng)井大致位于井田淺部邊界沿走向的中央,在沿傾斜方向上,出風(fēng)井和進(jìn)風(fēng)井相隔—段距離,出風(fēng)井的井底高于進(jìn)風(fēng)井的井底,主要通風(fēng)機(jī)設(shè)在出風(fēng)井口附近;在井田走向的中央開鑿主井和副井。第四章計算和分配礦井總風(fēng)量一、在本設(shè)計中礦井總風(fēng)量按采煤、掘進(jìn)、峒室實際需要風(fēng)量的總和計算:×K式中:——采煤工作面實際需要風(fēng)量的總和,——備用采煤工作面實際需要風(fēng)量的總和,——掘進(jìn)工作面實際需要風(fēng)量的總和,——硐室實際需要風(fēng)量的總和,——其他巷道用風(fēng)量的總和,K——礦井通風(fēng)系數(shù),包括礦井內(nèi)部漏風(fēng)和配風(fēng)不均勻等因素,一般可取K=1.15-1.25采煤工作面需風(fēng)量:1)、按瓦斯涌出量計算:中:——采煤工作面的瓦斯絕對涌出量,——采煤工作面的瓦斯絕對涌出不均勻系數(shù),它是各個采煤工作面瓦斯絕對涌出量的最大值與其平均值之比,須在各個工作面正常生產(chǎn)條件下,至少進(jìn)行5晝夜的觀測,得出5個比值,取其最大值。通常機(jī)采工作面可取=1.2~1.6;炮采工作面可取=1.4~2。計算得:2)、按工作面溫度計算:(表1)式中:——采煤工作面風(fēng)速,m/s——采煤工作面的平均面積,可按最大和最小控頂斷面積的平均值計算,表1.采煤工作面空氣與風(fēng)速對應(yīng)表采煤工作面空氣溫度,采煤工作面風(fēng)速,m/s<150.3-0.515-180.5-0.818-200.8-1.020-231.0-1.523-261.5-2.026-282.0-2.5計算得:3)按人數(shù)計算實際需要風(fēng)量:=4×,式中:——采煤工作面同時工作的最多人數(shù),人計算得:==1204)、按風(fēng)速進(jìn)行驗算:按最低風(fēng)速驗算,各個采煤工作面的最低風(fēng)量();≥15×=,式中:——第i個采煤工作面的平均面積,按最高風(fēng)速驗算,各個采煤工作面的最低風(fēng)量();≤240×,綜上所述:采煤工作面需風(fēng)量取最大值=784×2=26.2,準(zhǔn)備采區(qū)掘進(jìn)工作面需風(fēng)量:按采煤工作面需風(fēng)量的60%計算:=×60%=26.2×0.6=13.723、掘進(jìn)工作面需風(fēng)量:1)、按瓦斯涌出量計算:式中:Q-掘進(jìn)工作面的需風(fēng)量,Q-掘進(jìn)工作面的絕對瓦斯涌出量,K-掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出不均勻系數(shù)和備用風(fēng)量系數(shù)K=1.5~2.0計算得:2)按工作人員數(shù)量計算:Q=4N式中:N-掘進(jìn)工作面同時工作的最多人數(shù),人。計算得:Q=420=803)、按風(fēng)速進(jìn)行驗算:按最小風(fēng)速驗算,巖石掘進(jìn)工作面最小風(fēng)量:Q≧600.15S=60×0.15×7=63煤巷或半煤巖巷掘進(jìn)工作面最小風(fēng)量:Q≧60×0.25×S=60×0.25×7=105按最高風(fēng)速驗算,掘進(jìn)工作面最大風(fēng)量:Q≧60×4×S=60×4×7=1680綜上所述:掘進(jìn)工作面需風(fēng)量取Q=324×2=10.84、硐室實際需要風(fēng)量1)爆破材料庫需風(fēng)量:Q=4×V/60=4×1080/60=722)硐室實際需要風(fēng)量,應(yīng)根據(jù)不同類型的硐室分別進(jìn)行計算。因為該礦井只有絞車房、變電所故可以不用計算可根據(jù)經(jīng)驗值所得火藥庫按經(jīng)驗值給定風(fēng)量:大型爆破材料庫為100~150,中小型爆破材料庫為60~100,采區(qū)絞車房及變電所為60~80。結(jié)合本礦實際,取采區(qū)配電室實際風(fēng)量為80,絞車房實際風(fēng)量為80,變電所實際風(fēng)量為80.綜上所述:硐室實際需風(fēng)量為Q=Q+80×3=72+240=312=5.2其他巷道需風(fēng)量:其他巷道需風(fēng)量按采煤、掘進(jìn)、硐室用風(fēng)量總和的5%考慮且不低于0.25,即:=×5%=(26.2+15.72+10.8+5.2)×0.05=2.896根據(jù)上述礦井總風(fēng)量按采煤、掘進(jìn)、峒室實際需要風(fēng)量的總和計算得:×K=(26.2+13.72+10.8+5.2+2.896)×1.2=56計算礦井通風(fēng)總阻力一、礦井摩擦阻力和總阻力的計算方法:1、井下多數(shù)風(fēng)流屬于完全紊流狀態(tài),故:Pa令,或2、若通過井巷的風(fēng)量為Q(),則V=Q/s,代入上式,得:Pa對于已定型的井巷,L、U和S等各項都為已知數(shù),α值只和ρ成正比。故把上式中的αLU/項用符號來表示,即,或此稱為井巷的摩擦風(fēng)阻,它反映了井巷的特征。它只受α和L、U、S的影響,對于已定型的井巷,只受ρ的影響。故,Pa上式就是在完全紊流狀態(tài)下的摩擦阻力定律。當(dāng)摩擦風(fēng)阻一定時,摩擦阻力和風(fēng)量的平方成正比。按照上述計算方法,沿著選定的兩條最大阻力風(fēng)路,將各區(qū)段的摩擦阻力累加起來,并考慮適當(dāng)?shù)木植孔枇ο禂?shù)(一般不細(xì)算局部阻力),即可算出通風(fēng)容易和通風(fēng)困難兩個時期的井巷通風(fēng)總阻力分別為:=1.2,Pa=1.15,Pa式中1.15——困難時期的局部阻力系數(shù);1.2——容易時期的局部阻力系數(shù)。二、礦井通風(fēng)總阻力的計算在通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)圖中選出最大的通風(fēng)阻力路線,根據(jù)上述計算原則,算出此路線的阻力。通風(fēng)容易時期的最大阻力路線:123456789####8192021通風(fēng)困難時期的最大阻力路線:1234567891011####8192021巷道規(guī)格表井巷區(qū)段序號井巷名稱支護(hù)形式斷面形狀斷面積/計算長度/mɑ×10/N?s?m1-2進(jìn)風(fēng)斜井錨桿噴漿半圓拱形14240682-3運(yùn)輸大巷料石砌碹半圓拱形1280493-4運(yùn)輸大巷料石砌碹半圓拱形12680494-5運(yùn)輸大巷料石砌碹半圓拱形12120495-6采區(qū)車場錨桿噴漿半圓拱形1280686-7軌道上山錨桿噴漿半圓拱形10560687-8軌道上山錨桿噴漿半圓拱形1080688-9軌道上山錨桿噴漿半圓拱形10200689-10進(jìn)風(fēng)順槽工字梁棚梯形1088012310-11綜采面支撐掩護(hù)梯形718032011-13回風(fēng)順槽工字梁棚梯形1092012313-14運(yùn)輸上山錨桿噴漿半圓拱形103806814-15運(yùn)輸上山錨桿噴漿半圓拱形10806815-16運(yùn)輸上山錨桿噴漿半圓拱形105206816-17回風(fēng)大巷料石砌碹半圓拱形121204917-18回風(fēng)大巷料石砌碹半圓拱形126804918-19回風(fēng)大巷料石砌碹半圓拱形121804919-20回風(fēng)斜井料石砌碹半圓拱形122404920-21風(fēng)硐混凝土碹半圓拱形10301001、通風(fēng)容易時期礦井總阻力計算:容易時期礦井摩擦總阻力井巷區(qū)段序號RQPa124.8678×10^(-2)56200.57232.3065×10^(-2)4342.65342.6050×10^(-2)4041.68454.4598×10^(-2)3780.98564.4253×10^(-2)3598.43674.6964×10^(-2)33200.14784.6709×10^(-2)30120.04894.6773×10^(-2)28130.1591322.5902×10^(-2)26.2155.0613143.1868×10^(-2)2896.9814154.6709×10^(-2)3070.0415164.3609×10^(-2)3392.9016174.4597×10^(-2)3590.8817182.6050×10^(-2)3780.6818194.6896×10^(-2)40108.0319204.9194×10^(-2)43144.4920214.37×10^(-2)44176.52摩擦總阻力2502.40局部阻力按15%計算375.36總阻力2877.76通風(fēng)困難時期礦井總阻力計算:困難時期礦井摩擦總阻力井巷區(qū)段序號RQPa124.8678×10^(-2)56200.57232.3065×10^(-2)4384.65342.6050×10^(-2)4082.68454.4598×10^(-2)3780.98564.4253×10^(-2)3598.43674.6964×10^(-2)33200.14784.6709×10^(-2)30120.04894.6773×10^(-2)28130.1591022.5902×10^(-2)26.2155.0610114.6964×10^(-2)27200.1411134.6709×10^(-2)27.9180.3213143.1868×10^(-2)2896.9814154.6709×10^(-2)3070.0415164.3609×10^(-2)3392.9016174.4597×10^(-2)3590.8817182.6050×10^(-2)3780.6818194.6896×10^(-2)40108.0319204.9194×10^(-2)43144.4920214.37×10^(-2)44176.52摩擦總阻力3143.23局部阻力按15%計算471.48總阻力3614.72選擇礦井通風(fēng)設(shè)備一、選型依據(jù)礦井需要風(fēng)量:Q=56m3/s礦井需要風(fēng)壓:容易=2877.76Pa;困難=3614.72Pa二、風(fēng)機(jī)選型參數(shù)計算1.風(fēng)機(jī)的計算風(fēng)壓=++=2877.76+0+100=2977.76Pa=++=3614.72+0+100=3714.72Pa式中:——通風(fēng)設(shè)備阻力,一般為100~200Pa,風(fēng)機(jī)工況點風(fēng)量與所選風(fēng)機(jī)風(fēng)量相差懸殊時取下限,否則取上限?!V井自然風(fēng)壓,=H(γ1-γ2),H為入風(fēng)口與出風(fēng)口的高差(m),γ1和γ2分別為入風(fēng)井和出風(fēng)井的空氣容重(kg/m3)。2.風(fēng)機(jī)的計算風(fēng)量=Ks.Q=1.05×56=58.8(m3/s)式中Ks——礦井外部漏風(fēng)系數(shù),專用通風(fēng)井取1.05。3.風(fēng)機(jī)的選擇選用FBCDZ-6-No19C防爆軸流對旋式通風(fēng)機(jī)兩臺,一臺工作,一臺備用。配用電機(jī)為YBFe355M1-6,額定功率Pe=2×185kW,電壓U=380V,額定轉(zhuǎn)速n=980r/min,風(fēng)量Q=35~82m3/s,風(fēng)壓P=1000~4850Pa。三、確定風(fēng)機(jī)工況點1.通風(fēng)風(fēng)阻為:=/=2977.76/58.82=0.86=/=3714.72/58.82=1.072.網(wǎng)路特性方程=0.86Q2:=1.07Q23.工況點根據(jù)上述兩方程式,用描點法在所選的型防爆軸流對旋式通風(fēng)機(jī)的性能曲線上,繪出末期與初期的網(wǎng)絡(luò)特性曲線,即得兩工況點和。見圖5-1。點θ=38o/25o點θ=41o/28o4、選擇電動機(jī)1.初期和后期風(fēng)機(jī)的軸功率分別為2.電動機(jī)的輸出功率為式中傳動效率,直聯(lián)傳動,取所選風(fēng)機(jī)功率為2×185kW,可滿足要求。5、風(fēng)機(jī)的選擇根據(jù)以上計算煤礦選用4臺同等能力的主要通風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行,其型號為FBCDZ-6-No19C,主要技術(shù)參數(shù)為:功率2×185KW,風(fēng)量Q=35-82m3第七章通風(fēng)經(jīng)
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