礦井通風系統(tǒng)設計指導.ppt

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1 山東科技大學資環(huán)學院安全工程系 礦井通風系統(tǒng)專業(yè)課程設計指導 2 1礦井通風系統(tǒng)類別與要求 1 1礦井通風系統(tǒng)的類型及其適用條件按進 回井在井田內的位置不同 通風系統(tǒng)可分為中央式 對角式 區(qū)域式及混合式 1 1 1中央式進 回風井均位于井田走向中央 根據(jù)進 回風井的相對位置 又分為中央并列式和中央邊界式 中央分列式 3 1 1 2對角式1 兩翼對角式進風井大致位于井田走向的中央 兩個回風井位于井田邊界的兩翼 沿傾斜方向的淺部 稱為兩翼對角式 如果只有一個回風井 且進 回風分別位于井田的兩翼稱為單翼對角式 4 2 分區(qū)對角式進風井位于井田走向的中央 在各采區(qū)開掘一個不深的小回風井 無總回風巷 5 1 1 3區(qū)域式在井田的每一個生產區(qū)域開鑿進 回風井 分別構成獨立的通風系統(tǒng) 如圖 1 1 4混合式由上述諸種方式混合組成 例如 中央分列與兩翼對角混合式 中央并列與兩翼對角混合式等等 6 1 2主要通風機的工作方式與安裝地點主要通風機的工作方式有三種 抽出式 壓入式 壓抽混合式 1 2 1抽出式主要通風機安裝在回風井口 在抽出式主要通風機的作用下 整個礦井通風系統(tǒng)處在低于當?shù)卮髿鈮毫Φ呢搲籂顟B(tài) 當主要通風機因故停止運轉時 井下風流的壓力提高 比較安全 7 1 2 2壓入式主要通風機安設在入風井口 在壓入式主要通風機作用下 整個礦井通風系統(tǒng)處在高于當?shù)卮髿鈮旱恼龎籂顟B(tài) 在冒落裂隙通達地面時 壓入式通風礦井采區(qū)的有害氣體通過塌陷區(qū)向外漏出 當主要通風機因故停止運轉時 井下風流的壓力降低 8 1 2 3壓抽混合式在入風井口設一風機作壓入式工作 回風井口設一風機作抽出式工作 通風系統(tǒng)的進風部分處于正壓 回風部分處于負壓 工作面大致處于中間 其正壓或負壓均不大 采空區(qū)通連地表的漏風因而較小 其缺點是使用的通風機設備多 管理復雜 9 1 3礦井通風系統(tǒng)的選擇根據(jù)礦井設計生產能力 煤層賦存條件 表土層厚度 井田面積 地溫 礦井瓦斯涌出量 煤層自燃傾向性等條件 在確保礦井安全 兼顧中 后期生產需要的前提下 通過對多種個可行的礦井通風系統(tǒng)方案進行技術經濟比較后確定 10 中央式通風系統(tǒng)具有井巷工程量少 初期投資省的優(yōu)點 因此 礦井初期宜優(yōu)先采用 有煤與瓦斯突出危險的礦井 高瓦斯礦井 煤層易自燃的礦井及有熱害的礦井 應采用對角式或分區(qū)對角式通風 當井田面積較大時 初期可采用中央通風 逐步過渡為對角式或分區(qū)對角式 礦井通風方法一般采用抽出式 當?shù)匦螐碗s 露頭發(fā)育老窯多 采用多風井通風有利時 可采用壓入式通風 11 2采區(qū)通風系統(tǒng)的類別與要求 采區(qū)通風系統(tǒng)是礦井通風系統(tǒng)的主要組成單元 包括 采區(qū)進風 回風和工作面進 回風巷道組成的風路連接形式及采區(qū)內的風流控制設施 12 2 1采區(qū)通風系統(tǒng)的基本要求 1 每一個采區(qū) 都必須布置回風道 實行分區(qū)通風 2 采煤和掘進工作面應獨立通風系統(tǒng) 有特殊困難必須串聯(lián)通風時應符合有關規(guī)定 3 煤層傾角大于12 的采煤工作面采用下行通風時 報礦總工程師批準 4 采煤和掘進工作面的進風和回風 都不得經過采空區(qū)或冒落區(qū) 13 2 2采區(qū)進風上山與回風上山的選擇上 下 山至少要有兩條 對生產能力大的采區(qū)可有3條或4條上山 1 軌道上山進風 運輸機上山回風2 運輸機上山進風 軌道上山回風比較 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 輸送機上山進風 運輸過程中所釋放的瓦斯 可使進風流的瓦斯和煤塵濃度增大 影響工作面的安全衛(wèi)生條件 14 2 3采煤工作面上行風與下行風上行風與下行風是指進風流方向與采煤工作面的關系而言 當采煤工作面進風巷道水平低于回風巷時 采煤工作面的風流沿傾斜向上流動 稱上行通風 否則是下行通風 15 上行風與下行風的優(yōu)缺點 1 下行風的方向與瓦斯自然流向相反 二者易于混合且不易出現(xiàn)瓦斯分層流動和局部積存的現(xiàn)象 2 上行風比下行風工作面的氣溫要高 3 下行風比上行風所需要的機械風壓要大 4 下行風在起火地點瓦斯爆炸的可能性比上行風要大 16 2 4工作面通風系統(tǒng)1 U型與Z型通風系統(tǒng) 17 2 Y型 W型及雙Z型通風系統(tǒng)3 H型通風系統(tǒng) 18 3礦井通風系統(tǒng)的選擇與優(yōu)化 3 1礦井通風設計的內容與要求3 1 1礦井通風設計的內容確定礦井通風系統(tǒng) 礦井風量計算和風量分配 礦井通風阻力計算 選擇通風設備 概算礦井通風費用 19 3 1 2礦井通風設計的要求將足夠的新鮮空氣有效地送到井下工作場所 保證生產和良好的勞動條件 通風系統(tǒng)簡單 風流穩(wěn)定 易于管理 具有抗災能力 發(fā)生事故時 風流易于控制 人員便于撤出 有符合規(guī)定的井下環(huán)境及安全監(jiān)測系統(tǒng)或檢測措施 通風系統(tǒng)的基建投資省 營運費用低 綜合經濟效益好 20 3 2優(yōu)選礦井通風系統(tǒng)3 2 1礦井通風系統(tǒng)的選擇原則與要求每一礦井必須有完整的獨立通風系統(tǒng) 進風井囗應按全年風向頻率 必須布置在不受粉塵 煤塵 灰塵 有害氣體和高溫氣體侵入的地方 箕斗提升井或裝有膠帶輸送機的井筒不應兼作進風井 如果兼作回風井使用 必須采取措施 滿足安全的要求 21 1 礦井通風系統(tǒng)的選擇要求多風機通風系統(tǒng) 在滿足風量按需分配的前提下 各主要通風機的工作風壓應接近 每一個生產水平和每一采區(qū) 必須布置回風巷 實行分區(qū)通風 井下爆破材料庫必須有單獨的新鮮風流 回風風流必須直接引入礦井的總回風巷或主要回風巷中 井下充電室必須單獨的新鮮風流通風 回風風流應引入回風巷 22 確定礦井通風系統(tǒng)根據(jù)礦井瓦斯涌出量 礦井設計生產能力 煤層賦存條件 表土層厚度 井田面積 地溫 煤層自燃傾向性及兼顧中后期生產需要等條件 提出多個技術上可行的方案 通過優(yōu)化或技術經濟比較后確定礦井通風系統(tǒng) 23 3 3礦井風量計算3 3 1礦井風量計算原則礦井需風量 按下列要求分別計算 并必須采取其中最大值 按井下同時工作最多人數(shù)計算 每人每分鐘供給風量不得少于4m3 按采煤 掘進 硐室及其他實際需要風量的總和進行計算 24 3 3 2礦井需風量的計算 一 采煤工作面需風量的計算采煤工作面的風量應該按下列因素分別計算 取其最大值 1 按瓦斯涌出量計算 式中 Qwi 第i個采煤工作面需要風量 m3 min Qgwi 第i個采煤工作面瓦斯絕對涌出量 m3 min kgwi 第i個采煤工作面因瓦斯涌出不均勻的備用風量系數(shù) 通常 機采工作面取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 按工作面進風流溫度計算 采煤工作面應有良好的氣候條件 其進風流溫度可根據(jù)風流溫度預測方法進行計算 其氣溫與風速應符合表中的要求 26 采煤工作面的需要風量按下式計算 式中vwi 第i個采煤工作面的風速 按其進風流溫度從表中取 m s Swi 第i個采煤工作面有效通風斷面 取最大和最小控頂時有效斷面的平均值 m2 kwi 第i個工作面的長度系數(shù) 27 3 按使用炸藥量計算 式中 25 每使用1kg炸藥的供風量 m3 min Awi 第i個采煤工作面一次爆破使用的最大炸藥量 kg 4 按工作人員數(shù)量計算 式中 4 每人每分鐘應供給的最低風量 m3 minnwi 第i個采煤工作面同時工作的最多人數(shù) 個 28 5 按風速進行驗算按最低風速驗算各個采煤工作面的最小風量 按最高風速驗算各個采煤工作面的最大風量 29 二 掘進工作面需風量的計算 煤巷 半煤巖和巖巷掘進工作面的風量 應按下列因素分別計算 取其最大值 按瓦斯涌出量計算 式中Qhi 第i個掘進工作面的需風量 m3 minQghi 第i個掘進工作面的絕對瓦斯涌出量 m3 min kghi 第i個掘進工作面的瓦斯涌出不均勻和備用風量系數(shù) 一般可取1 5 2 0 30 2 按炸藥量計算式中25 使用1kg炸藥的供風量 m3 min Ahi 第i個掘進工作面一次爆破所用的最大炸藥量 kg 31 3 按局部通風機吸風量計算式中 第i個掘進工件面同時運轉的局部通風機額定風量的和 khfi 為防止局部通風機吸循環(huán)風的風量備用系數(shù) 一般取1 2 1 3 進風巷道中無瓦斯涌出時取1 2 有瓦斯涌出時取1 3 按工作人員數(shù)量計算式中nhi 第i個掘進工作面同時工作的最多人數(shù) 人 32 按風速進行驗算按最小風速驗算 巖巷掘進面最小風量 各個煤巷或半煤巖巷掘進面的最小風量 按最高風速驗算 掘進面的最大風量 式中 shi 第i個掘進工作面巷道的凈斷面積 m2 33 三 硐室需風量計算獨立通風硐室的供風量 應根據(jù)不同類型的硐室分別進行計算 機電硐室發(fā)熱量大的機電硐室 按硐室中運行的機電設備發(fā)熱量進行計算 34 式中Qri 第個機電硐室的需風量 m3 min 機電硐室中運轉的電動機 變壓器 總功率 KW 機電硐室的發(fā)熱系數(shù) 空氣密度 一般取1 25kg m3cp 空氣的定壓比熱 一般可取1KJ kgk t 機電硐室進 回風流的溫度差 采區(qū)變電所及變電硐室 可按經驗值確定需風量m3 min 35 2 爆破材料庫式中v 庫房空積 m3 3 充電硐室按其回風流中氫氣濃度小于0 5 計算式中qrhi 第個充電硐室在充電時產生的氫氣量 m3 min 36 四 礦井總風量計算礦井的總進風量 應按采煤 掘進 硐室及其他地點實際需要風量的總和 式中 Qwl 采煤工作面和備用工作面所需風量之和 m3 min Qhl 掘進工作面所需風量之和 m3 min Qrl 硐室所需風量之和 m3 min km 礦井通風系統(tǒng) 包括礦井內部漏風和配風不均勻等因素 備用系數(shù) 宜取1 15 1 25 37 3 4礦井通風總阻力計算3 4 1礦井通風總阻力計算原則礦井通風設的總阻力 不應超過2940Pa 礦井井巷的局部阻力 新建礦井按井巷摩擦阻力的10 計算 擴建礦井宜按井巷摩擦阻力的15 計算 38 3 4 2礦井通風總阻力計算礦井通風總阻力 風流由進風井口起 到回風井口止 沿一條通路 風流路線 各個分支的摩擦阻力和局部阻力的總和 簡稱礦井總阻力 用hm表示 對于礦井有兩臺或多臺風主要通風機工作 礦井通風阻力按每臺主要通風機所服務的系統(tǒng)分別計算 39 礦井通風系統(tǒng)總阻力最小時稱通風容易時期 通風系統(tǒng)總阻力最大時亦稱為通風困難時期 對于通風困難和容易時期 要分別畫出通風系統(tǒng)圖 按照采掘工作面及硐室的需要分配風量 再由各段風路的阻力計算礦井總阻力 40 計算方法 沿著風流總阻力最大路線 依次計算各段摩擦阻力hf 然后分別累計得出容易和困難時期的總摩擦阻力hf1和hf2 通風容易時期總阻力 通風困難時期總阻力 41 hf按下式計算 式中 42 4礦井通風設備選型 礦井通風設備是指主要通風機和電動機 4 1礦井通風設備的要求 礦井必須裝設兩套同等能力的主通風設備 其中一套作備用 選擇通風設備應滿足第一開采水平各個時期工況變化 并使通風設備長期高效率運行 風機能力應留有一定的余量 進 出風井井口的高差在150m以上 或進 出風井井口標高相同 但井深400m以上時 宜計算礦井的自然風壓 43 4 2主要通風機的選擇 1 計算通風機風量Qf式中Qf 主要通風機的工作風量 m3 s Qm 礦井需風量 m3 s k 漏風損失系數(shù) 風井不提升用時取1 1 箕斗井兼作回硯用時取1 15 回風回升降人員時取1 2 44 2 計算通風機風壓離心式通風機 提供的大多是全壓曲線 容易時期困難時期 45 軸流式通風機 提供的大多是靜壓曲線 容易時期困難時期hm 通風系統(tǒng)的總阻力 hd 通風機附屬裝置 風硐和擴散器 的阻力 hvd 擴散器出口動能損失 N 自然風壓 當自然風壓與通風機風壓作用相同時取 自然風壓與通風機負壓作用反向時取 46 3 初選通風機根據(jù)計算的礦井通風容易時期通風機的Qf Hsdmin 或Htdmin 和礦井通風困難通風機的Qf Hsdmax 或Htdmax 在通風機特性曲線上 選出滿足礦井通風要求的通風機 4 求通風機的實際工況點因為根據(jù)Qf Hsdmin 或Htdmin 和Qf Hsdmax 或Htdmax 確定的工況點 但設計工況點不一定恰好在所選擇通風機的特性曲線上 必須根據(jù)通風機的工作阻力 確定其實際工況點 47 步驟 1 計算通風機的工作風阻用靜壓特性曲線時 用全壓特性曲線時 48 2 確定通風機的實際工況點在通風機特性曲線上作通風機工作風阻曲線 與風壓曲線的交點即為實際工況點 Hmin Qfmin Hmax Qfmax Rmax Rmin Mmax Mmin 49 5 確定通風的型號和轉速根據(jù)通風機的工況參數(shù) Qf Hsd N 對初選的通風機進行技術 經濟和安全性比較 最后確定通風機的型號和轉速 50 6 電動機選擇 通風機的輸入功率按通風容易和困難時期 分別計算風所需的輸入功率Nmin max 或 51 電動機的臺數(shù)及種類當Nmin 0 6Nmax時 可選一臺電動機 電動機功率為 當Nmin 0 6Nmax時 選二臺電動機 其功率分別為 初期 后期按選一臺電機公式計算 e 電機效率 tr 傳動效率 52 5礦井通風設計費用概算與經濟評價 噸煤通風成本是通風設計和管理的重要經濟指標 噸煤通風成本主要包括下列費用 1 電費 W1 噸煤的通風電費為主要通風機年耗電費及井下輔助通風機 局部通風機電費之和除以年產量 可用如下公式計算 53 式中 E 主要通風機年耗電量 D 電價 元 KWh T 礦井年產量 噸 v 變壓器效率 可取0 95 EA 局部通風機和輔助通風機的年耗電量 w 電纜輸電效率 54 2 設備折舊費3 材料消耗費用4 通風工作人員工資費用5 專為通風服務的井巷工程折舊費和維護費折算至噸煤的費用 6 采每噸煤的通風儀表的購置費和維修費用 55 謝謝