礦井通風設計畢業論文

礦井通風設計

礦井通風設計是整個礦井設計內容的重要組成部分，是保證安全生產的重要環節。因此，必須周密考慮，精心設計，力求實現預期效果。

一、礦井通風設計的內容與要求

礦井通風設計的基本任務是建立一個安全可靠、技術先進經濟的礦井通風係統。礦井通風設計分為新建或擴建礦井通風設計。對於新建礦井的通風設計，既要考慮當前的需要，又要考慮長遠發展的可能。對於改建或擴建礦井的通風設計，必須對礦井原有的生產與通風情況做出詳細的調查，03manbetx 通風存在的問題，考慮礦井生產的特點和發展規劃，充分利用原有的井巷與通風設備，在原有基礎上提出更完善、更切合實際的通風設計。無論新建、改建或擴建礦井的通風設計，都必須貫徹黨的技術經濟政策，遵照國家頒布的礦山安全01manbetx 、技術01manbetx 、設計規範和有關的規定。

礦井通風設計一般分為兩個時期，即基建時期與生產時期，分別進行設計計算。

（一）礦井基建時期的通風

礦井基建時期的通風指建井過程中掘進井巷時的通風，即開鑿井筒（或平硐）、井底車場、井下硐室、第一水平的運輸巷道和通風巷道時的通風。此時期多用局部通風機對獨頭巷道進行局部通風。當兩個井筒貫通後，主要通風機安裝完畢，便可用主要通風機對已開鑿的井巷實行全壓通風，從而可縮短其餘井巷與硐室掘進時局部通風的距離。

（二）礦井生產時期的通風

礦井生產時期的通風是指礦井投產後，包括全礦開拓、采準和采煤工作麵以及其他井巷的通風。這時期的通風設計，根據礦井生產年限的長短，又可分為兩種情況：

（1）礦井服務年限不長時（大約15至20年），隻做一次通風設計。礦井達產後通風阻力最小時為礦井通風容易時期；礦井通風阻力最大時為困難時期。依據這兩個時期的生產情況進行設計計算，並選出對此兩個時期的通風皆為適宜的通風設備。

（2）礦井服務年限較長時，考慮到通風機設備選型，礦井所需風量和風壓的變化等因素，又需分為兩個時期進行通風設計。第一水平為第一期，對該時期內通風容易和困難兩種情況詳細地進行設計計算。第二期的通風設計隻做一般的原則規劃，但對礦井通風係統，應根據礦井整個生產時期的技術經濟因素，作出全麵的考慮，以使確定的通風係統既可適應現實生產的要求，又能照顧長遠的生產發展與變化情況。

礦井通風設計所需要的基礎資料如下：

礦井地形地質圖；礦岩遊離二氧化矽（矽）、硫、放射性物質及瓦斯和有害氣體的含量；煤岩自然發火傾向性；煤塵爆炸性；礦區氣候條件，包括年最高、最低、平均氣溫、地溫、地熱增深率及常年主導風向等；礦岩容重、塊度、鬆散係數、含泥量及粘結性；礦區有無老窯舊巷及其所在地點和存在情形；礦井年產量、服務年限、開拓係統、回采順序、開采方法；產量分配和作業布置，同時作業的工作麵數及備用工作麵個數；同時開動的各種型號的鑿岩機台數及其分布；同時爆破的最多炸藥量；同時工作的最多人數等。

（三）礦井通風設計的內容

（1）確定礦井通風係統

（2）礦井通風計算和風量分配

（3）礦井通風阻力計算

（4）選擇通風設備

（5）概算礦井通風費用

此外，根據不同地區或礦井的特殊條件，還需警醒礦井空氣溫度調節的計算（具體內容見第八章）

（四）礦井通風設計的要求

（1）將足夠的新鮮空氣有效地送到井下工作場所，保證生產和創造良好的勞動條件；

（2）通風係統簡單，風流穩定，易於管理，具有抗災能力；

（3）發生02manbetx.com 時，風流易於控製，人員便於撤出；

（4）有符合規定的井下環境及安全檢測係統或檢測措施；

（5）通風係統的基建投資省，營運費用低，綜合經濟效益好。

二、優選礦井通風係統

（一）礦井通風係統的要求

（1）每一礦井必須有完整的獨立通風係統。

（2）進風井口應按全年風向頻率，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。

（3）箕鬥提升井或裝有膠帶運送機的井筒不應兼做進風井，如果兼做進風井使用，必須采取措施，滿足安全的需要。

（4）多風機通風係統，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，當通風機之間的風壓相差較大時，應減小共用風路的風壓，使其不超過任何一個通風機風壓的30%。

（5）每一個生產水平和每一采區，都必須布置回風巷，實行分區通風。

（6）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。

（7）井下充電室必須用單獨的新鮮風流通風，回風風流應引入回風巷。

（二）確定礦井通風係統

根據礦井瓦斯湧出量、礦井設計生產能力、煤層賦存條件、表土層厚度、井田麵積、地溫、煤層自燃傾向性及兼顧中後期生產需要等條件，提出多個技術上可行的方案，通過優化或技術經濟比較後確定礦井通風係統。礦井通風係統應具有較強的抗災能力，當井下一旦發生災害性02manbetx.com 後所選擇的通風係統能將災害控製在最小範圍，並能迅速恢複正常生產。

三、礦井風量計算

（一）礦井風量計算原則

礦井需風量，按下列要求分別計算，並采取其中最大值。

（1）按井下同時工作最多人數計算，每人每分鍾共計風量不得少於 4 m ³ ；

（2）按采煤、掘進、硐室及其他實際需要風量的總和進行計算。

（二）礦井需風量的計算

1.采煤工作麵需風量的計算

采煤工作麵的風量應該按下列因素分別計算，取得最大值。

1） 按瓦斯湧出量計算

Qwi=100 Qgwi Kgwi

式中Qwi——第i個采煤工作麵需要風量，m³/min

Qgwi——第i個采煤工作麵瓦斯絕對湧出量，m³/min

Kgwi——第i個采煤工作麵因瓦斯湧出不均勻的備用風量係數，它是該工作麵瓦斯絕對湧出量的最大值和平均值之比。生產礦井可根據各個工作麵正常生產條件時，至少進行5晝夜的觀測，得出5個比值，取其最大值。通常機采工作麵取Kgwi=1.2～1.6；炮采工作麵取Kgwi=1.4～2.0；水采工作麵取Kgwi=2.0～3.0。

2）按工作麵進風流溫度計算

采煤工作麵應有良好的氣候條件。其進風流溫度可根據風流溫度預測方法進行計算。其氣溫與風速應符合表 7-4-1 的要求。

表 7-4-1 采煤工作麵空氣溫度與風速對應表

采煤工作麵進風流氣溫/℃	采煤工作麵風速/m•s-1
<15 15~18 18~20 20~23 23~26	0.3~0.5 0.5～0.8 0.8～1.0 1.0～1.5 1.5～1.8

采煤工作麵的需要風量計算：

Qwi=60 Vwi Swi Kwi

式中Vwi——第i個采煤工作麵的風速，按其進風流溫度從表 7-4-1 中選取，m/s；

Swi——第i個采煤工作麵有效通風斷麵，取最大和最小控頂時有效斷麵的平均值，m²

Kwi——第i個工作麵的長度係數，可按表 7-4-2 選取。

表 7-4-2 采煤工作麵長度風量係數表

采煤工作麵長度/m	工作麵長度風量係數Kwi
<15 50～80 80～120 120~150 150~180 >180	0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.30~1.40

3)按使用炸藥量計算

Qwi=25×Awi

式中25——每使用 1kg 炸藥的供風量，m³/min；

Awi——第i個工作麵一次爆破使用的最大炸藥量，kg；

4）按工作人員數量計算

Qwi=4×nwi

式中4——每人每分鍾應供給的最低風量，m³/min；

nwi——第i個采煤工作麵同時工作的最多人數，個。

5）按風速進行驗算

按最低風速驗算各個采煤工作麵的最小風量：

Qwi≥60×0.25×Swi

按最高風速驗算各個采煤工作麵的最大風量：

Qwi≤60×0.25×Swi

采煤工作麵有串聯通風時，按其中一個最大需風量計算。備用工作麵也按上述要求，並滿足瓦斯、二氧化碳、風流溫度和風速等規定計算需風量，且不得低於其回采時需風量的50%。

2.掘進工作麵需風量的計算

煤巷、半煤岩和岩巷掘進工作麵的風量，應按下列因素分別計算，取其最大值。

1）按瓦斯湧出量計算

Qhi=100×Qghi×Kghi

式中Qhi——第i個掘進工作麵的需風量，m³/min；

Qghi——第i個掘進工作麵的絕對瓦斯湧出量，m³/min；

Kghi——第i個掘進工作麵的瓦斯湧出不均勻和備用風量係數，一般可取1.5～2.0。

2）按炸藥量計算

Qhi=25×Ahi

式中25——使用 1kg 炸藥的供風量，m³/min；

Ahi——第i個掘進工作麵一次爆破使用的最大炸藥量，kg。

3）按局部通風機吸風量計算

Qhi=∑Qhfi×Khfi

式中 ∑Qhfi——第i個掘進工作麵同時運轉的局部通風機額定風量的和。各種通風機的額定風量可按表 7-4-3 選取。

Khfi——為防止局部通風機吸循環風的風量備用係數，一般取1.2～1.3。進風巷道中無瓦斯湧出時取1.2，有瓦斯湧出時去1.3。

表 7-4-3 各種局部通風機的額定風量

風機型號	額定風量/m3·min-1
JBT-51(5.5KW) JBT-52(11KW) JBT-61(14KW) JBT-62(28KW)	150 200 250 300

4)按工作人員數量計算

Qhi=4×n_hi

式中n_hi——第i個掘進工作麵同時工作的最多人數，人。

5）按風速進行驗算

按最小風速驗算，各個岩巷絕境工作麵最小風量：

Q_hi≥60×0.15×S_hi

各個煤巷或半煤巷掘進工作麵的最小風量：

Q_hi≥60×0.25×S_di

按最高風速驗算，各個掘進工作麵的最大風量：

Q_hi≤60×4×S_hi

式中S_hi——第i個掘進工作麵巷道的淨斷麵積，m²。

3.硐室需風量計算

各個獨立通風硐室的供風量，應根據不同類型的硐室分別進行計算：

1）機電硐室

發熱量大的機電硐室，按硐室中運行的機電設備發熱量分別進行計算：

Q_ri=3600×∑N×θ

ρ×Cp×60×Δt

式中Q_hi——第i個機電硐室的需風量，m³/min；

∑N—機電硐室中運轉的電動機（變壓器）總功率，kw；

θ—機電硐室的發熱係數，可根據實際考察由機電硐室內機械設備運轉時的實際熱量轉換為相當於電器設備容量做無用功的係數確定，也可按表 7-4-4 選取；

ρ—空氣密度，一般取1.2kg/ m³；

Cp—空氣的定壓比熱，一般可取1kJ/（kg·K）；

Δt—機電硐室進、回風流的溫度差，℃。

表 7-4-4 機電硐室發熱係數（θ）表

機電硐室名稱	發熱係數
空氣壓縮機房	0.20~0.23
水泵房	0.01~0.03
變電所、絞車房	0.02~0.04

采區變電所及變電硐室，可按經驗值確定需風量：

Q_ri=60~ 80 m³ /min

2）爆破材料庫

Q_ri=4×V/60

式中V—庫房容積，m³

但大型爆破材料庫不得小於100 m³/min，中小型爆破材料庫不得小於60 m³/min。

3）充電硐室

按其回風流中氫氣濃度小於0.5%計算

Q_ri=200×q_rhi

式中q_rhi——第i個充電硐室在充電時產生的氫氣量，m³/min。

4.其他用風巷道的需風量計算機

各個其他巷道的需風量，應根據瓦斯湧出量和風速分別進行計算，采用其最大值。

1）按瓦斯湧出量計算

Q_oi=133×Q_goi×k_goi

式中Q_goi——第i個其他用風巷道的瓦斯絕對湧出量，m³/min；

k_oi——第i個其他用風巷道瓦斯湧出不均勻的風量備用係數，一般可取k_goi=1.2~1.3.

2）按最低風速驗算

Q_oi≥60×0.15×S_oi

式中S_oi——第i個其他井巷淨斷麵積，m²。

5.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計算：

Q_m=（∑Q_wt+∑Q_ht+∑Q_rt+∑Q_ot）×k_m

式中∑Q_wt——采煤工作麵和備用工作麵所需風量之和，m³/min；

∑Q_ht——掘進工作麵所需風量之和，m³/min；

∑Q_rt——硐室所需風量之和，m³/min；

∑Q_ot——其他用風地點所需風量之和，m³/min。

k_m——礦井通風（包括礦井內部漏風和配風不均勻等因素）係數，可取1.15~1.25。

四、礦井通風總阻力計算

（一）礦井通風總阻力計算原則

（1）礦井通風總阻力，不應超過2940pa。

（2）礦井井巷的局部阻力，新建礦井（包括擴建礦井獨立通風的擴建區）宜按井巷摩擦阻力的10%計算，擴建礦井宜按井巷摩擦阻力的15%計算。

（二）礦井通風總阻力計算

礦井通風總阻力是指風流由進風井口起，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h_m表示。

對於有兩台或多台主要通風機工作的礦井，礦井通風阻力應按每台主要通風機所服務的係統分別計算。

在主要通風機的服務年限內，隨著采煤工作麵及采區接替的變化，通風係統的總阻力也將因之變化。為了使主要通風機在整個服務期限都能滿足需要，而且主要通風機有較高的運轉效率，需要按照開拓開采布局和采掘工作麵接替安排，對主要通風機服務期內不同時期的係統總阻力的變化進行03manbetx ，當根據風量和巷道參數（斷麵、長度等）直接判定出最大總阻力路線時，可按該路線的阻力計算礦井總阻力，當不能直接判定時，應選幾條可能最大的路線進行計算比較，然後確定該時期的礦井總阻力。

在礦井通風係統總阻力最小時稱通風容易時期。通風係統總阻力最大時稱為通風困難時期。對於通風容易和困難時期，要分別畫出通風係統圖。按照采掘工作麵及硐室的需要分配風量，再由各段風路的阻力計算礦井總壓力。

為便於計算和查驗，可用表 7-4-5 的格式，沿著通風容易和困難時期的風流路線，依次計算各段摩擦阻力h_ft，然後分別計算得出容易和困難時期的總摩擦阻力h_fe和h_fd，再乘以1.1（擴建礦井乘以1.15）後，得兩個時期的礦井總壓力h_me和h_md。

通風容易時期總阻力h_me=（1.1～1.15）h_fe

通風困難時期總阻力h_md=（1.1～1.15）h_fd

上麵兩式中h_f按下式計算：

h_f= h_fi

式中h_fi= Q_i²

五、礦井通風設備的選擇

礦井通風設備是指主要通風機和電動機。

（1）礦井必須裝設兩套同等能力的主通風設備，其中一套做備用。

（2）選擇通風設備應滿足第一開采水平各個時期工況變化，並使通風設備長期高效率運行。當工況變化較大時，根據礦井分期時間及節能情況，應分期選擇電動機。

（3）通風機能力應留有一定的餘量，軸流式通風機在最大設計負壓和風量時，輪葉運轉角度應比允許範圍小5°；離心式通風機的選型設計轉速不宜大於允許最高轉速的90%。

（4）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。

（二）主要通風機的選擇

1.計算通風機風量Q_f

由於外部漏風（即井口防爆門及主要通風機附近的反風門等處的漏風），風機風量Q_f大於礦井風量Q_m

Q_f=k Q_m

式中Q_f—— 主要通風機的工作風量，m³/s；

Q_m——礦井需風量，m³/s；

K——漏風損失係數，風井不做提升用時取1.1，箕鬥井做回風用時取1.15；回風並兼做升降人員時取1.2。

2.計算通風機風壓

通風機全壓H_td和礦井自然風壓H_N共同作用克服礦井通風係統的總阻力h_m、通風機附屬裝置（風硐和擴散器）的阻力h_d及擴散器出口動能損失H_vd。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“+”。根據提供的通風機性能曲線，由下式求出通風機風壓：

H_td=h_m+h_d+H_vd±H_N

通產離心式通風機提供的大多是全壓曲線，而軸流式通風機提供的大多是靜壓曲線。因此，對抽出式通風礦井：

離心式通風機：

容易時期H_{td min}=h_m+h_d+H_vd±H_N

困難時期H_{td max}=h_m+h_d+H_vd±H_N

表 7-4-5 礦井通風阻力計算表

時期

節點序號

巷道名稱

支護形式

a/ Ns 2m -4

L/M

U/M

S/m2

S3/s6

R/ Ns 2m -8

Q/ m3s-1

Q2/ m6s-2

hfi /pa

V/ ms-1

容易時期

h_fi=∑h_fi=pa

困難時期

h_fi=∑h_fi=pa

軸流式通風機：

容易時期H_{td min}=h_m+h_d-H_N

困難時期H_{td max}=h_m+h_d+H_N

通風容易時期為使自然風壓與通風機風壓作用相同時，通風機有較高的效率，故從通風係統阻力中減去自然風壓H_N；通風困難時期，為使自然風壓與通風機風壓作用反向時，通風機能力滿足，故通風係統阻力中加上自然風壓H_N。

3.初選通風機

根據計算的礦井通風容易時期通風機的Q_f、H_{sd min}（或H_{td max}）和礦井通風困難時期通風機的Q_f、H_{sd max}（或H_{td max}）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Q_f、H_{sd max}（或H_{td max}）和Q_f、H_{sd min}（或H_{td max}）確定的工況點，即設計工況點不一點恰好在所選擇通風機的特性曲線上，必須根據通風機的工作阻力，確定其實際工況點。

1）計算通風機的工作風阻

用靜壓特性曲線時：

S_{sd min}=

S_{sd max}=

用全壓特性曲線時：

R_{Td min}=

S_{Td max}=

2）確定通風機的實際工況點

在通風機特性曲線圖中做通風機工作風阻曲線，與風壓曲線的交點即為實際工況點。

5.確定通風機的型號和轉速

根據各台通風機的工況參數（Q_f、H_sd、η、N）對初選的通風機進行技術、經濟和安全性比較，最後確定滿足礦井通風要求，技術先進、效率高和運轉費用低的通風機的型號和轉速。

6.電動機選擇

（1）通風機輸入功率按通風容易及困難時期，分別計算通風機所需輸入功率N_min、N_max。

N_min= Q_fH_{sd min}/1000ηsN_max= Q_fH_{sd max}/1000ηs

或N_min= Q_fH_{td min}/1000ηtN_max= Q_fH_{td max}/1000ηt

式中ηt、ηs分別為通風機全壓效率和靜壓效率；

（2）電動機的台數和種類

當N_min≥0.6N_max時，可選一台電動機，電動機功率為

N_e=N_max•k_e/（ηeηtr）

當N_min<0.6N_max時，可選兩台電動機，其功率分別為

初期N_emin= •k_e/（ηeηtr）

後期按N_e=N_max•k_e/（ηeηtr）計算。

式中k_e——電動機容量備用係數，k_e=1.1～1.2

η_e——電動機效率，η_e=0.9～0.94（大型電動機取較高值）

η_tr——傳動效率，電動機與通風機直聯時η_tr=1，皮帶傳動時η_tr=0.95。

電動機功率在400～500kw以上時，宜選用同步電動機。其優點是在低負荷運轉時，可用來改善電網功率因數，使礦井經濟用電；缺點是這種電動機的購置和安裝費較高。

六、概算礦井通風費用

噸煤通風成本是通風設計和管理的重要經濟指標。統計03manbetx 成本的構成，則是探求降低成本提高經濟效益不可少的基礎資料。

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：

W₁=（E+E_A）×D/T

式中E——主要通風機年耗電量，設計中用下式計算：

通風容易時期和困難時期共選一台電動機時，

E=8760（N_emin+ N_emax）/（k_eη_vη_w）

選兩台電動機時

E=4380（N_emin+ N_emax）/（k_eη_vη_w）

式中D——電價，元/kw•h

T——礦井年產量，t；

E_A——局部通風機和輔助通風機的年耗電量；

η_v——變壓器效率，可取0.95

η_w——電纜輸電效率，取決於電纜長度和每米電纜損耗，在0.9～0.95範圍內選取。

2.設備折舊費

通風設備的折舊費與設備數量、成本及服務年限有關可用表 7-4-6 計算。

噸煤的通風設備折舊費W₂為

W₂=（G₁+G₂）/T

表 7-4-6 通風成本計算表

序 號	設備名稱	計算單位	數量	總成本			總計	服 務 年 限	基本投資折舊費	大修理折舊費	備注
				單位成本	設備費	運輸及安裝費

3.材料消耗費用

包括各種通風構築物的材料費，通風機和電動機潤滑油料費，防塵等設施費用。每噸煤的通風材料消耗費W₃為：

W₃=C/T

式中C——材料消耗總費用，元/a。

4.通風工作人員工資費用

礦井通風工作人員，每年工資總額為A（元），則一噸煤的工資費用W₄為

W₄= A/T

5.專為通風服務的井巷工程折舊費和維護費

折算至噸煤的費用為W₅。

6.每噸煤的通風儀表的購置費和維修費用W₆

礦井每采一噸煤的通風總費用W為

W= W₁+W₂+ W₃+ W₄+ W₅+ W₆