大三下 通风课程设计

《通风安全学》课程设计

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《安全通风学》矿井通风设计

第一节矿井概况

一、煤层地质概况

l、煤层地质概况：煤层倾角250，单一煤层，煤层厚2.8m。该矿属高瓦斯矿井，矿井

相对瓦斯涌出量为12m3／t，煤尘有爆炸危险，煤层自然发火期3～6个月, 该矿自然风压20毫米水柱，冬季与主要通风机方向一至，夏季与主要通风机方向相反。

二、井田范围

设计第一水平开采深度240m，走向长度为6000m，每翼长3000m

三、矿井生产任务

设计年产量为0.90mt，矿井第一水平服务年限为16年。

四、井田开拓与开采：

矿井采用立井开拓，开拓系统见图1，采区划分见图2。在每翼一个采区、中央上部边界开风井，采用对角式通风，通风系统见图3。矿井一个采区生产，每个采区综采生产工作面，工作面日产量3000t，一个备用面，两个掘进面，可满足矿井产量要求。

五、矿井通风方式

本矿井通风方法为抽出式，通风方式为两翼对角式，即中央副井进风，两翼风井回风。

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5 第二节 矿井通风系统 一、矿井通风系统要符合下列要求。

1、每一个生产矿井，必须至少有两个能行人的通达地面的安全出口。各个出口之间的距离不得小于30m 。如果采用中央式通风系统时，还要在井田境界附近设置安全出口。

井下每一个水平到上水平和

2、进风井口，必须布置在不受粉尘、灰土、有害和高温气体侵入的地方，距离产生烟尘、有害气体的地点不得小于500m 。进风井筒冬季结冰，对工人身体健康、提升和其它设施有危害时，必须装设暖风设备，保持进风井口以下的空气温度在2℃以上。进风井与出风井的设备地点必须地层稳定且有利于防洪。总回风道不得作为主要行人道。

3、箕斗提升或装有皮带运输机的井筒不应兼作风井。如果兼作风井使用时，必须遵守下列规定：

(1)箕斗提升兼作回风井时，井上下装、卸井塔都必须有完善的封闭措施，其漏风率不超过15%，并应有可靠的降尘设施。

(2)箕斗提升井或装有皮带运输机的井筒兼作进风井时，箕斗提升井筒中的风速不得超过6m/s ；装有皮带运输机的井筒中的风速不得超过4m/s

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、所有矿井都必须采用机械通风，主要通风机要有符合要求的

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6、采用多台分区主要通风机通风时，为了保持联合运转的稳定性，总进风道的断面不宜过小，尽可能减少公共风路的风阻；各分区主要通风机的回风流，

中央主要通风机和每一翼主要通风机的回风流

7、采煤工作面的掘进工作面都应采用独立通风。

8、井下火药库必须有单独的进风风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风道或主要回风道，井下充电硐室必须有单独的风流通风，回风风流可以引入采区回风道

第三节 矿井风量计算与分配

一、矿井需风量的计算原则

矿井需风量应按照“由里往外”的原则，由采、掘工作面、硐室和其他用风地点的实际最大需风量总和，再考虑一定的备用风量系数后，计算出矿井总风量。

二、矿井需风量的计算方法

根据现行《煤矿安全规程》规定，矿井需要的风量应按照下列求分别计算，并选取其中的最大值。

由题目条件：矿井一个采区生产，每个采区综采生产工作面，工作面日产量3000t ，一个备用面，两个掘进面，可满足矿井产量要求。

忽略掘进工作面和备用工作面的出煤量，忽略掘进工作面和备用工作面涌出的瓦斯，每个采煤工作面的瓦斯绝对涌出量为：

Q 采瓦=12×3000/ 24×60=25 m 3／min

①按瓦斯涌出量计算：

Q采风=100×Q采瓦×K 式中：Q采——工作面实际需要的风量，m3/min

Q采——工作面的瓦斯绝对涌出量，取1m3/min

K——工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取1.2 Q采风=100×q采瓦×K=100×25×1.2=3000m3/min=50 m3/s

②按工作面进风流温度计算

Q采=60×V c×S c×K c，m3/min 式中：V c——采煤工作面风速，当采长壁工作面稳定在18℃时，

工作面风速应在0.8-1.0m3/s之间，取1.0m3/s S c——采煤工作面的平均断面积，（2+4）/2×2.8=8.4㎡ K c——采煤工作面长150m,长度系数，取1.1

Q采风=60×1.0×8.4×1.1=554.4m3/min

③按人数计算实际需风量

Q采=4×N，m3/min

式中：N——工作面同时工作的最多人数，30人

Q采=4×30=120m3/min

④按风速验算

60×0.25×S采≤Q采≤60×4×S采

式中：S采——采煤工作面的平均断面积，采煤工作面8.4㎡

采工作面：126m3/min≤Q采≤2016m3/min

根据以上计算，设计采工作面配风量取其中最大值，即：

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Q采风=2016m3/min=33.6 m3/s

备用工作面一般按回采工作面需风量的50﹪计算，

即：Q备风=1/2 Q采风 =1008 m3/min =16.8m3/s （2）掘进工作面实际需风量

①按瓦斯涌出量计算

Q掘=100×q掘×K掘

由于忽略了掘进工作面的出煤量和瓦斯涌出量，因此，此步计算结果可予忽略。

②按局部通风机吸风量计算

Q掘=2×Q局扇吸×k=2×300×1.2=780 m3/min

选择28kw局部通风机，其额定风量为300 m3/min

③按人数计算掘进工作面实际需风量

Q掘=4×N

式中：N——掘进工作面同时工作的最多人数，26人

Q采=4×20=80m3/min

4、按风速进行验算

15×S掘≤Q煤掘≤240×S掘

式中：S掘——煤巷掘进工作面的断面积，6㎡

90m3/min≤Q煤掘≤1440m3/min

综合考虑，掘进工作面实际需风量为：Q掘=780 m3/min

（3）硐室、爆破材料库等需风量

①爆炸材料硐室：1m3/s

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②采区变电所：1m3/s

③绞车硐室：1m3/s

则硐室、爆破材料库等实际需风量为：

∑Q硐=1＋1+1=3m3/s=180 m3/min

综合上述计算，矿井需风量为：

Q=（ΣQ采+ΣQ掘+ΣQ硐）×K

=（1.5×2016 +2×780+180）×1.25

=5955m3/min=99.3 m3/s

以上计算结果取最大值，由于采用两翼对角通风，两翼对称同进开采，则矿井一翼需风量Q=49.6m3/s=50 m3/s。

四、矿井通风阻力及等积孔计算

在主要通风机整个服务期限内，矿井通风总阻力随开采深度的增加和走向范围的扩大及产量的提高而增加。为了扇风机在整个矿井服务期间在合理的效率范围内运转，在选择扇风机时必须考虑到最大可能的总阻力和最小可能的总阻力，前者对应于扇风机服务期间内通风最困难时期矿井总阻力，后者对应通风最容易时期的矿井总阻力，同时还考虑到自然风压得作用。

一、计算原则

1、在进行矿井通风总阻力计算时，不要计算每一条巷道的通风阻力，只选择其中一条阻力最大的风路进行计算。但必须是矿井达到设计年产量以后，通风容易时期和通风困难时期的阻力最大风路。在选定的风路上（分最容易和最困难时期），从进风井口到回风井口逐

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段编号，对各段井巷进行阻力计算，然后累加起来，得出这两个时期的各个井巷通风总阻力（h阻易，h阻难）。如果通风系统复杂，直观上难以判断哪条风路阻力最大时，则需选择几条风路，通过计算比较选出最大值。

如果矿井服务年限较长时，则只计算头15--25a的通风容易和困难两个时期的井巷通风总阻力。

附:(矿井平面图4-1) (通风网络图4-２)。

容易时期通风网络图困难时期通风网络图

2、通过主扇的风量Q f必大于通过风井的矿井总风量Q矿，为了计

算矿井的阻力，必先算出Q f：

对于抽出式：

f

Q=（1.05～1.10）* Q矿（４-1）

3、为了经济、合理、安全地使用主扇，应控制h阻难不易太大，矿井

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11 通风的总阻力，不应超过2940 Pa 。

二、计算方法

沿着上述两个时期通风阻力的风路，分别用下式算出各区段井巷摩擦阻力：

23L U Q h S α???摩＝Pa （４-2）

式中：h 摩——各段井巷的摩擦阻力；

α——摩擦阻力系数；

L ——各段井巷的长度，m ；

U ——各段井巷的周长，m

S ——井巷的净断面积，m 2；

Q ——各井巷和硐室所通过的风量分配值，系根据前面所

计算的各井巷硐室所需要的实际风量值再乘以K 后求得的风量值，3m /s 。

本设计根据采区接替安排，矿井投产后至NO.７采区为初期通风容易时期（即上采面接近停采线位置时，当同一采区的同一区段上下煤层同采时，应有３－４个的进尺距离）；之后到NO.１采区采完为初期通风困难时期。通风容易时期负压和通风困难时期负压计算结果见表3-1和表3-2。

其总和为总摩擦阻力：

∑h 摩=h 1-2+h 2-3+……+h n-(n+1) Pa （４-3）

式中：h 1-2、h 2-3、……、+h n-(n+1)——为各段井巷之摩擦阻力，Pa 。

由表3-1和表3-2的计算知：

12 h 易=940.6Pa

h 难=1006.8Pa

三、计算矿井总风阻

2h /Q R =易阻易，Ns 2m -8

（４-6）

2h /Q R =难阻难，Ns 2m -8 （４-7） 式中：R 易、R 难 ------容易时期和困难时期的全矿总风阻

则R 易=0.3762Ns 2m -8

R 难=0.4027Ns 2m -8

四、计算矿井等积孔

A =易=1.94 （４-8）

A 难 = 1.88 （４-9） 式中：A 易，A 难-----容易时期和困难时期的全矿等积孔，㎡

根据矿井通风难易程度分级见表3-3。

表3-3 矿井通风难易程度分级

由等积孔可以看出，矿井通风为中等,所以矿井在生产时期应加大各巷道的掘进断面，以满足用风地点所需风量，并避免有关巷道风速超限。

通风容易时期风阻计算

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通风困难时期风阻计算

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15 第五节 主要通风机选型

一、选型依据

矿井一翼所需风量：50m 3/s

通风容易时期矿井所需风压：940.6Pa 通风困难时期矿井所需风压：1006.8Pa

二、通风机选型

通风机所需风量 由 f Q =K t Q

则 f Q =1.15×50

=57.5s m /3

式中 K ——风量备用系数，K =1.15；

t Q ——矿井所需总风量，s m /3。

通风机所需负压 由 f H =t h +H n +r h +v h

则通风容易期 1f H =1t h —H n +r h +v h

=940.6—196,2+200

=944.4Pa

通风困难时期 2f H =2t h +H n +r h +v h

=1006.8+196.2+200

=1403Pa

式中 t h ——全矿总阻力，即矿井所需负压，Pa ； H n ——自然风压，20mm 水柱产生196.2Pa ；

r h ——风机装置阻力，一般取150～200 Pa ； v h —— 出口动压损失，由于这里以所需风机的静压

16 为依据利用静压特性曲线进行风机选型，故v h =0 Pa 。

1、确定通风机的工况点

（1）计算矿井通风网路阻力系数R

根据 H =R 2Q

得到 R =H /2Q

则通风容易时网路阻力系数

1R =1f H /2f

Q =944.4/（57.5×57.5）

=0.2856

通风困难时网路阻力系数

2R =2f H /2

f Q

=1403/（57.5×57.5）

=0.4243

（2）网路特性曲线

根据H =R 2Q ，利用描点法将矿井通风容易时期及通风困难时

期通风网路特性曲线分别描绘在FBCDZ-№20型风机特性曲线上。根据所需负压及风量，取矿井后期网路特性曲线与风机叶片安装角度为35°/32°的性能特性曲线相交于1K 点，为通风容易时的工况点，初期

工况值1Q =57s m /3， 1H =950Pa ，1 =0.71；取矿井初期网路特性曲

线与风机叶片安装角度为41/38°的性能特性曲线相交于2K 点，为通

风困难时的工况点，后期工况值2Q =58s m /3， 2H =1400Pa ，

=0.75。通风容易时风机叶片安装角度为35°/32°，通风困难时风机2

叶片安装角度为37°/34°，满足生产及安全要求。通风机特性曲线与工况点，如图5-1所示。

2、通风机性能参数

FBCDZ-№20型通风机主要技术参数如下：

电机型号20

电机功率2×75kW

额定电压660v

m/3

风量范围35—61s

风压范围500—2100 Pa

根据矿井所需的风量、负压及矿井的开拓布置，考虑设施漏风和各种阻力损失后，经计算和比较，选择两台FBCDZ-№20型防爆对旋轴流式通风机，一台工作，一台备用，风机转数740r/min。

每台风机配备两台专用防爆电机，功率2×75kW，电压660kV。

该风采用内装式电机，机电一体化，改变了矿井主通风机长轴或皮带轮传动的传统结构，避免了传动装置损坏事故，提高了风机的传动效率。

二、通风机运行工况

通风机运行特性曲线见图5-1。

图5-1 通风机运行性能曲线

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5.3、电动机选型及通风机电动机的校验

5.3.1、电动机选型

后期最小负压时，所需电动机功率N 容易：

N 容易=O f ×H 容易/1000η=78.38KW

第六节电动机选型

一．计算电机功率：

后期最小负压时，所需电动机功率N容易：

N容易=O f×H容易/1000η=57×950/1000×0.71=77.61KW 前期最大负压时，所需电动机功率N困难：

N困难=O f×H困难/1000η=58×1400/1000×

0.71=114.37KW

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因N 容易/N 困难=0.67大于0.6，故选一台异步电机，其功率N=

=114.37×1.1/0.9×1=135 KW 。

二、通风机电动机的校验：

1、起动时容量

由于本矿井通风机布置在工业场地内，电动机采用全压直接启

动，其容量能够满足风机正常启动的要求。

2、反风时的容量

根据厂家提供的FBCDZ-№20型对旋风机反风参数确定。

检验所选电动机容量是否满足反风要求。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7pze.html