礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo).ppt

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1 山東科技大學(xué)資環(huán)學(xué)院安全工程系 礦井通風(fēng)系統(tǒng)專業(yè)課程設(shè)計指導(dǎo) 2 1礦井通風(fēng)系統(tǒng)類別與要求 1 1礦井通風(fēng)系統(tǒng)的類型及其適用條件按進(jìn) 回井在井田內(nèi)的位置不同 通風(fēng)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(jìn) 回風(fēng)井均位于井田走向中央 根據(jù)進(jìn) 回風(fēng)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(jìn)風(fēng)井大致位于井田走向的中央 兩個回風(fēng)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(fēng)井 且進(jìn) 回風(fēng)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(jìn)風(fēng)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(fēng)井 無總回風(fēng)巷 5 1 1 3區(qū)域式在井田的每一個生產(chǎn)區(qū)域開鑿進(jìn) 回風(fēng)井 分別構(gòu)成獨立的通風(fēng)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(fēng)機的工作方式與安裝地點主要通風(fēng)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(fēng)機安裝在回風(fēng)井口 在抽出式主要通風(fēng)機的作用下 整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)處在低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ呢?fù)壓狀態(tài) 當(dāng)主要通風(fēng)機因故停止運轉(zhuǎn)時 井下風(fēng)流的壓力提高 比較安全 7 1 2 2壓入式主要通風(fēng)機安設(shè)在入風(fēng)井口 在壓入式主要通風(fēng)機作用下 整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)處在高于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱恼龎籂顟B(tài) 在冒落裂隙通達(dá)地面時 壓入式通風(fēng)礦井采區(qū)的有害氣體通過塌陷區(qū)向外漏出 當(dāng)主要通風(fēng)機因故停止運轉(zhuǎn)時 井下風(fēng)流的壓力降低 8 1 2 3壓抽混合式在入風(fēng)井口設(shè)一風(fēng)機作壓入式工作 回風(fēng)井口設(shè)一風(fēng)機作抽出式工作 通風(fēng)系統(tǒng)的進(jìn)風(fēng)部分處于正壓 回風(fēng)部分處于負(fù)壓 工作面大致處于中間 其正壓或負(fù)壓均不大 采空區(qū)通連地表的漏風(fēng)因而較小 其缺點是使用的通風(fēng)機設(shè)備多 管理復(fù)雜 9 1 3礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇根據(jù)礦井設(shè)計生產(chǎn)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(chǎn)需要的前提下 通過對多種個可行的礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟比較后確定 10 中央式通風(fēng)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(yīng)采用對角式或分區(qū)對角式通風(fēng) 當(dāng)井田面積較大時 初期可采用中央通風(fēng) 逐步過渡為對角式或分區(qū)對角式 礦井通風(fēng)方法一般采用抽出式 當(dāng)?shù)匦螐?fù)雜 露頭發(fā)育老窯多 采用多風(fēng)井通風(fēng)有利時 可采用壓入式通風(fēng) 11 2采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的類別與要求 采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)是礦井通風(fēng)系統(tǒng)的主要組成單元 包括 采區(qū)進(jìn)風(fēng) 回風(fēng)和工作面進(jìn) 回風(fēng)巷道組成的風(fēng)路連接形式及采區(qū)內(nèi)的風(fēng)流控制設(shè)施 12 2 1采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的基本要求 1 每一個采區(qū) 都必須布置回風(fēng)道 實行分區(qū)通風(fēng) 2 采煤和掘進(jìn)工作面應(yīng)獨立通風(fēng)系統(tǒng) 有特殊困難必須串聯(lián)通風(fēng)時應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定 3 煤層傾角大于12 的采煤工作面采用下行通風(fēng)時 報礦總工程師批準(zhǔn) 4 采煤和掘進(jìn)工作面的進(jìn)風(fēng)和回風(fēng) 都不得經(jīng)過采空區(qū)或冒落區(qū) 13 2 2采區(qū)進(jìn)風(fēng)上山與回風(fēng)上山的選擇上 下 山至少要有兩條 對生產(chǎn)能力大的采區(qū)可有3條或4條上山 1 軌道上山進(jìn)風(fēng) 運輸機上山回風(fēng)2 運輸機上山進(jìn)風(fēng) 軌道上山回風(fēng)比較 軌道上山進(jìn)風(fēng) 新鮮風(fēng)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(jìn)風(fēng) 運輸過程中所釋放的瓦斯 可使進(jìn)風(fēng)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(fēng)與下行風(fēng)上行風(fēng)與下行風(fēng)是指進(jìn)風(fēng)流方向與采煤工作面的關(guān)系而言 當(dāng)采煤工作面進(jìn)風(fēng)巷道水平低于回風(fēng)巷時 采煤工作面的風(fēng)流沿傾斜向上流動 稱上行通風(fēng) 否則是下行通風(fēng) 15 上行風(fēng)與下行風(fēng)的優(yōu)缺點 1 下行風(fēng)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(fēng)比下行風(fēng)工作面的氣溫要高 3 下行風(fēng)比上行風(fēng)所需要的機械風(fēng)壓要大 4 下行風(fēng)在起火地點瓦斯爆炸的可能性比上行風(fēng)要大 16 2 4工作面通風(fēng)系統(tǒng)1 U型與Z型通風(fēng)系統(tǒng) 17 2 Y型 W型及雙Z型通風(fēng)系統(tǒng)3 H型通風(fēng)系統(tǒng) 18 3礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇與優(yōu)化 3 1礦井通風(fēng)設(shè)計的內(nèi)容與要求3 1 1礦井通風(fēng)設(shè)計的內(nèi)容確定礦井通風(fēng)系統(tǒng) 礦井風(fēng)量計算和風(fēng)量分配 礦井通風(fēng)阻力計算 選擇通風(fēng)設(shè)備 概算礦井通風(fēng)費用 19 3 1 2礦井通風(fēng)設(shè)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(chǎn)和良好的勞動條件 通風(fēng)系統(tǒng)簡單 風(fēng)流穩(wěn)定 易于管理 具有抗災(zāi)能力 發(fā)生事故時 風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)的基建投資省 營運費用低 綜合經(jīng)濟效益好 20 3 2優(yōu)選礦井通風(fēng)系統(tǒng)3 2 1礦井通風(fēng)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(fēng)系統(tǒng) 進(jìn)風(fēng)井囗應(yīng)按全年風(fēng)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(yīng)兼作進(jìn)風(fēng)井 如果兼作回風(fēng)井使用 必須采取措施 滿足安全的要求 21 1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的選擇要求多風(fēng)機通風(fēng)系統(tǒng) 在滿足風(fēng)量按需分配的前提下 各主要通風(fēng)機的工作風(fēng)壓應(yīng)接近 每一個生產(chǎn)水平和每一采區(qū) 必須布置回風(fēng)巷 實行分區(qū)通風(fēng) 井下爆破材料庫必須有單獨的新鮮風(fēng)流 回風(fēng)風(fēng)流必須直接引入礦井的總回風(fēng)巷或主要回風(fēng)巷中 井下充電室必須單獨的新鮮風(fēng)流通風(fēng) 回風(fēng)風(fēng)流應(yīng)引入回風(fēng)巷 22 確定礦井通風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)礦井瓦斯涌出量 礦井設(shè)計生產(chǎn)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(chǎn)需要等條件 提出多個技術(shù)上可行的方案 通過優(yōu)化或技術(shù)經(jīng)濟比較后確定礦井通風(fēng)系統(tǒng) 23 3 3礦井風(fēng)量計算3 3 1礦井風(fēng)量計算原則礦井需風(fēng)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(fēng)量不得少于4m3 按采煤 掘進(jìn) 硐室及其他實際需要風(fēng)量的總和進(jìn)行計算 24 3 3 2礦井需風(fēng)量的計算 一 采煤工作面需風(fēng)量的計算采煤工作面的風(fēng)量應(yīng)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(fēng)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(fēng)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(jìn)風(fēng)流溫度計算 采煤工作面應(yīng)有良好的氣候條件 其進(jìn)風(fēng)流溫度可根據(jù)風(fēng)流溫度預(yù)測方法進(jìn)行計算 其氣溫與風(fēng)速應(yīng)符合表中的要求 26 采煤工作面的需要風(fēng)量按下式計算 式中vwi 第i個采煤工作面的風(fēng)速 按其進(jìn)風(fēng)流溫度從表中取 m s Swi 第i個采煤工作面有效通風(fēng)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(fēng)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(yīng)供給的最低風(fēng)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(fēng)速進(jìn)行驗算按最低風(fēng)速驗算各個采煤工作面的最小風(fēng)量 按最高風(fēng)速驗算各個采煤工作面的最大風(fēng)量 29 二 掘進(jìn)工作面需風(fēng)量的計算 煤巷 半煤巖和巖巷掘進(jìn)工作面的風(fēng)量 應(yīng)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(jìn)工作面的需風(fēng)量 m3 minQghi 第i個掘進(jìn)工作面的絕對瓦斯涌出量 m3 min kghi 第i個掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出不均勻和備用風(fēng)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(fēng)量 m3 min Ahi 第i個掘進(jìn)工作面一次爆破所用的最大炸藥量 kg 31 3 按局部通風(fēng)機吸風(fēng)量計算式中 第i個掘進(jìn)工件面同時運轉(zhuǎn)的局部通風(fēng)機額定風(fēng)量的和 khfi 為防止局部通風(fēng)機吸循環(huán)風(fēng)的風(fēng)量備用系數(shù) 一般取1 2 1 3 進(jìn)風(fēng)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(jìn)工作面同時工作的最多人數(shù) 人 32 按風(fēng)速進(jìn)行驗算按最小風(fēng)速驗算 巖巷掘進(jìn)面最小風(fēng)量 各個煤巷或半煤巖巷掘進(jìn)面的最小風(fēng)量 按最高風(fēng)速驗算 掘進(jìn)面的最大風(fēng)量 式中 shi 第i個掘進(jìn)工作面巷道的凈斷面積 m2 33 三 硐室需風(fēng)量計算獨立通風(fēng)硐室的供風(fēng)量 應(yīng)根據(jù)不同類型的硐室分別進(jìn)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(shè)備發(fā)熱量進(jìn)行計算 34 式中Qri 第個機電硐室的需風(fēng)量 m3 min 機電硐室中運轉(zhuǎn)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(jìn) 回風(fēng)流的溫度差 采區(qū)變電所及變電硐室 可按經(jīng)驗值確定需風(fēng)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(fēng)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(chǎn)生的氫氣量 m3 min 36 四 礦井總風(fēng)量計算礦井的總進(jìn)風(fēng)量 應(yīng)按采煤 掘進(jìn) 硐室及其他地點實際需要風(fēng)量的總和 式中 Qwl 采煤工作面和備用工作面所需風(fēng)量之和 m3 min Qhl 掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量之和 m3 min Qrl 硐室所需風(fēng)量之和 m3 min km 礦井通風(fēng)系統(tǒng) 包括礦井內(nèi)部漏風(fēng)和配風(fēng)不均勻等因素 備用系數(shù) 宜取1 15 1 25 37 3 4礦井通風(fēng)總阻力計算3 4 1礦井通風(fēng)總阻力計算原則礦井通風(fēng)設(shè)的總阻力 不應(yīng)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(fēng)總阻力計算礦井通風(fēng)總阻力 風(fēng)流由進(jìn)風(fēng)井口起 到回風(fēng)井口止 沿一條通路 風(fēng)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(fēng)主要通風(fēng)機工作 礦井通風(fēng)阻力按每臺主要通風(fēng)機所服務(wù)的系統(tǒng)分別計算 39 礦井通風(fēng)系統(tǒng)總阻力最小時稱通風(fēng)容易時期 通風(fēng)系統(tǒng)總阻力最大時亦稱為通風(fēng)困難時期 對于通風(fēng)困難和容易時期 要分別畫出通風(fēng)系統(tǒng)圖 按照采掘工作面及硐室的需要分配風(fēng)量 再由各段風(fēng)路的阻力計算礦井總阻力 40 計算方法 沿著風(fēng)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(fēng)容易時期總阻力 通風(fēng)困難時期總阻力 41 hf按下式計算 式中 42 4礦井通風(fēng)設(shè)備選型 礦井通風(fēng)設(shè)備是指主要通風(fēng)機和電動機 4 1礦井通風(fēng)設(shè)備的要求 礦井必須裝設(shè)兩套同等能力的主通風(fēng)設(shè)備 其中一套作備用 選擇通風(fēng)設(shè)備應(yīng)滿足第一開采水平各個時期工況變化 并使通風(fēng)設(shè)備長期高效率運行 風(fēng)機能力應(yīng)留有一定的余量 進(jìn) 出風(fēng)井井口的高差在150m以上 或進(jìn) 出風(fēng)井井口標(biāo)高相同 但井深400m以上時 宜計算礦井的自然風(fēng)壓 43 4 2主要通風(fēng)機的選擇 1 計算通風(fēng)機風(fēng)量Qf式中Qf 主要通風(fēng)機的工作風(fēng)量 m3 s Qm 礦井需風(fēng)量 m3 s k 漏風(fēng)損失系數(shù) 風(fēng)井不提升用時取1 1 箕斗井兼作回硯用時取1 15 回風(fēng)回升降人員時取1 2 44 2 計算通風(fēng)機風(fēng)壓離心式通風(fēng)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(fēng)機 提供的大多是靜壓曲線 容易時期困難時期hm 通風(fēng)系統(tǒng)的總阻力 hd 通風(fēng)機附屬裝置 風(fēng)硐和擴散器 的阻力 hvd 擴散器出口動能損失 N 自然風(fēng)壓 當(dāng)自然風(fēng)壓與通風(fēng)機風(fēng)壓作用相同時取 自然風(fēng)壓與通風(fēng)機負(fù)壓作用反向時取 46 3 初選通風(fēng)機根據(jù)計算的礦井通風(fēng)容易時期通風(fēng)機的Qf Hsdmin 或Htdmin 和礦井通風(fēng)困難通風(fēng)機的Qf Hsdmax 或Htdmax 在通風(fēng)機特性曲線上 選出滿足礦井通風(fēng)要求的通風(fēng)機 4 求通風(fēng)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(shè)計工況點不一定恰好在所選擇通風(fēng)機的特性曲線上 必須根據(jù)通風(fēng)機的工作阻力 確定其實際工況點 47 步驟 1 計算通風(fēng)機的工作風(fēng)阻用靜壓特性曲線時 用全壓特性曲線時 48 2 確定通風(fēng)機的實際工況點在通風(fēng)機特性曲線上作通風(fēng)機工作風(fēng)阻曲線 與風(fēng)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(fēng)的型號和轉(zhuǎn)速根據(jù)通風(fēng)機的工況參數(shù) Qf Hsd N 對初選的通風(fēng)機進(jìn)行技術(shù) 經(jīng)濟和安全性比較 最后確定通風(fēng)機的型號和轉(zhuǎn)速 50 6 電動機選擇 通風(fēng)機的輸入功率按通風(fēng)容易和困難時期 分別計算風(fēng)所需的輸入功率Nmin max 或 51 電動機的臺數(shù)及種類當(dāng)Nmin 0 6Nmax時 可選一臺電動機 電動機功率為 當(dāng)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(fēng)設(shè)計費用概算與經(jīng)濟評價 噸煤通風(fēng)成本是通風(fēng)設(shè)計和管理的重要經(jīng)濟指標(biāo) 噸煤通風(fēng)成本主要包括下列費用 1 電費 W1 噸煤的通風(fēng)電費為主要通風(fēng)機年耗電費及井下輔助通風(fēng)機 局部通風(fēng)機電費之和除以年產(chǎn)量 可用如下公式計算 53 式中 E 主要通風(fēng)機年耗電量 D 電價 元 KWh T 礦井年產(chǎn)量 噸 v 變壓器效率 可取0 95 EA 局部通風(fēng)機和輔助通風(fēng)機的年耗電量 w 電纜輸電效率 54 2 設(shè)備折舊費3 材料消耗費用4 通風(fēng)工作人員工資費用5 專為通風(fēng)服務(wù)的井巷工程折舊費和維護(hù)費折算至噸煤的費用 6 采每噸煤的通風(fēng)儀表的購置費和維修費用 55 謝謝