《矿井通风》课程设计大纲

矿井通风课程设计大纲系部：安全工程学院 专业：安全工程专业周数：2 周 学分：2.5学分一、课程设计目的和任务使学生了解课程设计工作的基本步骤和流程，初步具备运用所学基础知识解决实际问题的能力，重点掌握设计工作的基本程序和实施方法。（1）巩固和加深专业基本知识的理解，提高综合运用所学知识的能力；（2）根据需要选学参考书籍，查阅有关文献资料，学会分析和解决问题的方法；（3）了解与本课程有关的工程技术规范，能按照设计任务书的要求，编写设计说明书，绘制技术图表（包括通风系统图一张，一号图纸；通风容易时期和困难时期的网络图各一个，画在一张一号图纸上）等；（4）培养严肃、认真的工作作风和科学态度。二、课程设计的主要内容与要求.课程设计的内容（1）拟定矿井开采范围和开采、开拓系统；（2）确定矿井通风系统；（3）进行矿井风量计算和风量分配（重点内容）；（4）计算矿井通风阻力（重点内容）；（5）选择矿井通风设备（重点内容）。.课程设计的要求（）教师下达的课程设计任务书必须写清楚设计题目、主要技术指标和要求、给定的技术条件和相关设备资料及参考文献等项目。（）学生完成的课程设计说明书必须写清楚设计题目、主要技术指标和要求、方案工作原理、设计计算过程、计算条件、计算结果、设备选择依据和主要技术决定、结果汇总等项目。（3）通过课程设计的训练，使学生树立较强的安全意识，掌握基本的设计思想和步骤。 三、课程设计的指导.根据设计工作的进程，教师要讲解必要的设计原理和设计方法，适当补充讲授有关的内容，帮助学生明确任务、掌握工程设计方法；.学生在教师指导下选择设计方案，进行设计计算，完成预设计。预设计方案经过教师审查通过后，即可进行正式设计；.设计完成后，学生要根据设计的全过程并按照规定格式写出设计说明书。.指导教师要给学生的课程设计写出详细的评语。设计步骤详见矿井通风学教材第七章第四节四、课程设计的质量标准与成绩考核.课程设计的质量标准（）符合国家法律法规的规定；（）技术上可行、经济上合理；（）在教师的指导下独立完成；（）设计说明书内容、项目符合要求；（5）设计说明书用学校标准格式编写；.成绩考核课程设计采用五级分制：优秀、良好、中等、及格和不及格。五、课程设计的工作进度安排.课程设计时间为两周，集中进行；.第一天上午指导教师要详细讲解设计大纲、设计任务、设计步骤及注意事项；.第二周周五上交设计报告。六、课程设计的组织管理与要求.课程设计原则上每人独立完成一个设计，也可几个人在一起商量，共同完成；.一般要求学生每天上午在指定的教室进行设计，指导教师在教室指导。下午学生可以到图书馆等地方收集资料；3.学生设计选择的最终方案必须经过指导教师同意；4.要给学生使用计算机创造有利的条件。七、矿井通风课程设计任务书题目：煤矿通风系统设计1.拟定矿井开采范围和开采、开拓系统概述井田开采范围、煤层赋存地质条件、煤层埋藏深度、可采煤层数目、煤层厚度、煤层倾角、顶底板岩性等。确定矿井生产能力、进行阶段和水平划分，确定采掘工作面数目和位置。2.确定矿井通风系统根据矿井生产要求，设计矿井通风系统，绘制通风系统图和通风网络图。3.进行矿井风量计算和风量分配（重点内容）依据矿井生产部署，确定采掘工作面个数，依据工作面瓦斯涌出量、工作面温度、工作面同时作业的人数、炸药使用量、局部通风机吸风量等因素计算采掘工作面用风量，并进行风速验算，确定采掘工作面风量，结合矿井通风系统进行矿井总风量计算，并根据矿井通风网络结构进行风量分配。4.计算矿井通风阻力（重点内容）参考教科书有关资料，确定各井巷的摩擦阻力系数。结合矿井设计资料提供的巷道长度、断面和风量，计算各井巷的风阻和通风阻力，再求算矿井通风阻力。分支号井巷名称断面形状支护方式长度（m）断面积（m2）温度()摩擦阻力系数（kg/m3）风阻(kg/m7)风量（m3/s）阻力（Pa）累计通风阻力本系统总阻力：分支号井巷名称断面形状支护方式长度（m）断面积（m2）温度()摩擦阻力系数（kg/m3）风阻(kg/m7)风量（m3/s）阻力（Pa）累计通风阻力本系统总阻力：5.选择矿井通风设备（重点内容）根据设计矿井通风容易时期和困难时期的风量、外部漏风量、通风阻力和自然风压等参数，确定主要通风机风量和风压，选择主要通风机及配套电机，根据所选定的主要通风机特性曲线确定主要通风机工况点，概算年耗电量。附录：参考资料矿井风量计算方法（由里向外核算法，产量在30万吨/年以上矿井使用）1.生产矿井需要风量按各采煤、掘进工作面，硐室及其它巷道等用风地点分别进行计算。现有通风系统必须保证各用风地点稳定可靠供风。Q矿（Q采+Q掘+Q硐+Q备Q其它）K矿通 （m3/min） (5)式中：Q采采煤工作面实际需要风量的总和，m3/min；Q掘掘进工作面实际需要风量的总和，m3/min；Q硐硐室实际需要风量的总和，m3/min；Q备备用工作面实际需要风量的总和，m3/min；Q其它矿井除了采、掘、硐室地点以外的其它巷道需风量的总和，m3/min；K矿通矿井通风系数（抽出式K矿通取1.151.2，压入式K矿通取1.251.3）。（1）采煤工作面的需要风量每个回采工作面实际需要风量，应按瓦斯、二氧化碳涌出量和爆破后的有害气体产生量以及工作面气温、风速和人数等规定分别进行计算，然后取其中最大值。低瓦斯矿井的采煤工作面按气象条件或瓦斯涌出量（用瓦斯涌出量计算，采用高瓦斯计算公式）确定需要风量，其计算公式为：Q采=Q基本K采高K采面长K温 (6)式中: Q采采煤工作面需要风量，m3/min；Q基本不同采煤方式工作面所需的基本风量，m3/min。Q基本工作面控顶距工作面实际采高（工作面有效断面）70%适宜风速（不小于1m/s）；K采高回采工作面采高调整系数（见表4）；K采面长回采工作面长度调整系数（见表5）；K温回采工作面温度调整系数（见表6）。表4 K采高回采工作面采高调整系数采 高200长度调整系数（K长）1.01.01.31.31.5表6 K温回采工作面温度与对应风速调整系数回采工作面空气温度（）采煤工作面风速（m/s）配风调整系数K温4N （m3/min） (12)每千克炸药供风25m3/min：Q采25A （m3/min） (13)式中：N工作面最多人数，A一次爆破炸药最大用量，Kg。按风速进行验算：15SQ采4N （m3/min） (19)每千克炸药供风25 m3/min：Q掘25A （m3/min） (20)式中：N掘进工作面最多人数；A一次爆破炸药最大用量，Kg。按风速进行验算:岩巷掘进最低风量， Q岩掘9S掘 （ m3/min）煤巷掘进最低风量， Q煤掘15S掘 （m3/min）岩煤巷道最高风量， Q掘9S其i （m3/min） (24)架线机车巷中的风速验算:Q其它架线机车60S其i (25)式中：S其i第i个其它井巷断面，m2。2.矿井通风能力计算按照矿井总进风量与矿井各用风地点的需风量（有效风量）计算出采掘工作面个数（按合理采掘比m1、m2），取当年度每个采掘工作面的计划产量，计算矿井通风能力。 p= (26)式中：p矿井通风能力，万t/a；p采i第i个回采工作面正常生产条件下的年产量，万t/a；p掘j第j个掘进工作面正常掘进条件下的年进尺换算成煤的产量t/a；m1回采工作面的数量，个；m2掘进工作面的数量，个.m1，m2应符合合理采掘比。 图5-1 前期通风网络图图5-2 后期通风网络图3.根据风网图对通风系统的分支和节点以整数编号，并编制Xcel表格，进行风量分配和风速、阻力计算，前期见表5-13，后期见表5-14。分支编号的次序是先固定风量分支，再风机分支，最后一般分支。各个节点编号不能重复和遗漏，但可以不连续11。4.在图上标注各个分支的风阻，自然风压和固定风量的数据，标明风流方向。5.3.2 风网图的绘制风网图是点与线的组合图，仅表示风网中各分支的风流方向的联结形式，用不按比例表示空间关系的单线条绘制12。绘制风网图的方法如下：1.以开拓开采工程平面图或通风系统图为依据，沿风流方向在各个分支节点处顺序编号；2.按照风流方向，一般由下而上或由左而右按节点的编号顺序和井巷的联结形式绘出单线条的连接关系图；3.按风流系统先绘制主干线后绘支线尽量减少风路的交叉；4.在不影响解算要求的情况下可以适当简化；5.对通地表的进、回风井口，只要标高一样均可编为同一号码，视为一个通大气的节点；6.完成风网图的雏形后，可以按具体情况适当简化美化，尽量绘成光滑弧状的对称形；7.主要的漏风通路应以虚线标记，画在风网图中；8.风网图应该以回采工作面的位置作为图的中心，各采面排布在一条直线上；9.绘制风网图过程中不可随意改变节点编号，以利于与原图相对照；10.最后在风网图上表明风流方向及有关参数、通风设备和设施以及工作面的位置。5.3.3 摩擦阻力的计算1.容易通风阻力一采区风井容易风井最大阻力路线由进到出：1234589101113151，通风摩擦阻力为：H1=h1-2+h2-3+h3-4+h4-5+h5-8+h8-9+h9-10+h10-11+h11-13+h13-15+h15-1=373.18+159.21+97.67+71.63+58.10+213.19+19.08+216.46+9.63+6.65+41.53=1266.33Pa二采区风井容易风井最大阻力路线由进到出：12316172021222325271，通风摩擦阻力为：H2=h1-2+h2-3+h3-16+h16-17+h17-20+h20-21+h21-22+h22-23+h23-25+h25-27+h27-1=373.18+159.21+68.04+66.13+49.05+213.19+19.08+213.19+9.63+6.65+17.01=1194.36Pa2.困难通风阻力一采区风井困难风井最大阻力路线由进到出：123456789101213151，通风摩擦阻力为：H3=h1-2+h2-3+h3-4+h4-5+h5-6+h6-7+h7-8+h8-9+h9-10+h10-12+h12-13+h13-15+ h15-1=355.82+161.51+107.75+26.63+12.96+240.03+19.08+240.03+20.14+68.85+15.58+45.81=1314.19Pa二采区风井困难风井最大阻力路线由进到出：1231617192021222425271，通风摩擦阻力为：H4=h1-2+h2-3+h3-16+h16-17+h17-19+h19-20+h20-21+h21-22+h22-24+h24-25+h25-27+h27-1=355.82+161.51+75.07+26.63+11.74+320.33+19.08+313.56+5.16+70.86+16.05+18.77=1394.58Pa20表5-12 容易时期风量分配及摩擦阻力表起点终点井巷名称支护形式*104(Ns2/m4)L(m)U(m)S(m2)Q(m3/s)h摩(Pa) V(m/s)12主井混凝土0.04950020.4233.25439.86531.62650612副井混凝土0.049500145.34185373.17972.07317123井底车场锚喷0.00922015.815.6139159.21288.91025634运输大巷锚喷0.00591014.714.969.597.665134.66443316运输大巷锚喷0.00563414.714.969.568.043624.6644345轨道上山锚喷0.008148212.510.84371.632113.98148146回风上山锚喷0.006748212.61111.54.0430581.045455412运输上山锚喷0.0085100014.714.9158.4988461.00671156采区变电所锚喷0.007389.435.920.0488540.33898358轨道上山锚喷0.008143012.510.84158.097833.79629667回风上山锚喷0.006743012.61113.54.9705371.227273712回风上山锚喷0.00678312.61118.51.8017261.68181887掘进工作面金属网0.009426010.26.552.2693490.76923189区段运输巷金属网0.009497710.26.525213.18793.846154814轨道上山锚喷0.008115612.510.8111.5171681.018519910采煤工作面液压支架0.03211516.212.52519.0771221011区段回风巷金属网0.009499210.26.525216.4613.8461541113采区回风石门锚喷0.00772106.89259.630593.6284471213回风上山锚喷0.00673812.61133.52.7048333.0454551315回风上山锚喷0.00672612.61163.56.6494865.7727271413掘进工作面锚杆金属网0.009425110.26.552.1907950.7692311415绞车房锚喷0.007348.868.4360.1267160.711744151回风井锚喷0.00716614.812.669.541.526555.5158731617轨道上山锚喷0.008144512.510.84366.133383.9814811618回风上山锚喷0.006744512.61111.53.7326991.0454551624运输上山锚喷0.008588414.714.9157.512981.0067111718采区变电所锚喷0.007389.435.920.0488540.3389831720轨道上山锚喷0.008136312.510.84149.045383.7962961819回风上山锚喷0.006736312.61113.54.1960581.2272731924回风上山锚喷0.00678212.61118.51.7800191.6818182019掘进工作面锚杆金属网0.009426010.26.552.2693490.7692312021区段运输巷锚杆金属网0.009497710.26.525213.18793.8461542026轨道上山锚喷0.008114612.510.8111.4199141.0185192122采煤工作面液压支架0.03211516.212.52519.0771222223区段回风巷锚杆金属网0.009497710.26.525213.18793.8461542325采区回风石门锚喷0.00772106.89259.630593.6284472425回风上山锚喷0.00673812.61133.52.7048333.0454552527回风上山锚喷0.00672612.61163.56.6494865.7727272625掘进工作面锚杆金属网0.009425110.26.552.1907950.7692312627绞车房锚喷0.007348.868.4360.1267160.711744271回风井锚喷0.0076814.812.669.517.010875.515873表5-13 困难时期风量分配及摩擦阻力表起点终点井巷名称支护形式*104(Ns2/m4)L(m)U(m)S(m2)Q(m3/s)h摩(Pa) V(m/s)12主井混凝土0.04950020.4233.26354.261111.8975912副井混凝土0.049500145.34183355.82492.0243923井底车场锚喷0.00922015.815.6140161.51198.97435934运输大巷锚喷0.00591014.714.973107.74964.899329316运输大巷锚喷0.00563414.714.97375.06954.89932945轨道上山锚喷0.008113812.510.84926.631464.53703746回风上山锚喷0.006713812.61190.7089761.818182413运输上山锚喷0.0085100014.714.9158.4988461.00671156掘进工作面锚杆金属网0.009420510.26.551.7892940.76923156掘进工作面锚杆金属网0.009420510.26.551.7892940.76923157轨道上山锚喷0.008110612.510.83912.958623.611111610回风上山锚喷0.006721712.611194.9686021.72727378区段运输巷锚杆金属网0.0094110010.26.525240.02733.846154711轨道上山锚喷0.008127612.510.8144.3479941.29629689采煤工作面液压支架0.03211516.212.52519.077122910区段回风巷锚杆金属网0.0094110010.26.525240.02733.8461541012回风上山锚喷0.006716412.6114420.1380141112采区变电所锚喷0.007389.435.920.0488540.3389831114轨道上山锚喷0.008159012.510.8126.8287041.1111111213回风上山锚喷0.006751312.6114668.849434.1818181315回风上山锚喷0.00676612.6116115.576545.5454551415绞车房锚喷0.00768.868.4360.0223620.7117441415联络巷锚喷0.00734106.8960.2619520.870827151回风井锚喷0.00716614.812.67345.814395.7936511617轨道上山锚喷0.008113812.510.84926.631464.5370371618回风上山锚喷0.006713812.61190.7089761.8181821625运输上山锚喷0.008584814.714.9157.2070221.0067111718掘进工作面锚杆金属网0.009420510.26.551.7892940.7692311718掘进工作面锚杆金属网0.009420510.26.551.7892940.7692311719轨道上山锚喷0.00819612.510.83911.736113.6111111822回风上山锚喷0.006722512.611195.1517761.7272731920区段运输巷锚杆金属网0.0094146810.26.525320.32743.8461541923轨道上山锚喷0.008115512.510.8142.4418081.2962962021采煤工作面液压支架0.03211516.212.52519.0771222122区段回风巷锚杆金属网0.0094143710.26.525313.56293.8461542224回风上山锚喷0.00674212.611445.15729542324采区变电所锚喷0.007389.435.920.0488540.3389832326轨道上山锚喷0.008159012.510.8126.8287041.1111112425回风上山锚喷0.006752812.6114670.862574.1818182527回风上山锚喷0.00676812.6116116.048555.5454552627绞车房锚喷0.00768.868.4360.0223620.7117442627联络巷锚喷0.00734106.8960.2619520.870827271回风井锚喷0.0076814.812.67318.767345.793651表6 巷道风速校验表巷道名称断面m2容易时期困难时期适宜风速m/s允许风速m/s备注风量m3/s风速m/s风量m3/s风速m/s最小最大副井12.548.83.94448.83.9448井底车场12.548.83.94448.83.944运输大巷12.548.83.94448.83.9444.55.00.256运输上山4510.227.193.42230.433.7450.256运输上山5610.218.6652.33318.6652.3330.256运输平巷679.5117.052.33017.052.3303.03.50.256工作面11.36(易)10.0(难)17.052.21617.052.2160.254回风平巷9.5117.052.33017.052.3304.55.5|8回风大巷10.248.84.83348.84.8335.56.58专用回风下山91310.232.043.0304.55.50.256专用回风下山131410.245.1384.5734.55.50.256专用回风上山14-1510.248.84.8334.55.50.256风井11.648.84.2548.84.2515规程规定的风速限定值见表7所示。表7 风速限定值井巷名称最低允许风速(m/s)最高允许风速(m/s)无提升设备的风井和风硐15专为升降物料的井筒12风桥10升降人员和物料的井筒8主要进、回风巷道8架线电机车巷道1.08运输机巷道、采区进、回风巷道0.256采煤工作面，掘进中的煤巷和半煤岩巷0.254掘进中的岩巷0.154其它通风行人巷道0.15注1：设有梯子间的井筒或修理中的井筒，风速不得超过8m/s，梯子间四周经封闭后，井筒中的最高允许风速可按表中有关规定执行。注2：无瓦斯涌出量的架线电机车巷道中的最低风速可低于1.0m/s，但不得低于0.5m/s。注3：综合机械化采煤工作面，在采取煤层注水和采煤机喷雾降尘等措施后，其最大风速可高于4m/s的规定值，但不得超过5m/s。注4：专用排瓦斯巷道的风速不得低于0.5m/s，抽放瓦斯巷道的风速不应低于0.5m/s。(1) 风量分配容易时期副井: 48.8 井底车场: 48.8 运输大巷: 48.8 运输上山45: 48.8-5-1.624-10.13=27.19运输上山56：27.19-8.525=18.665 运输平巷67：18.665-1.62=17.05工作面： 17.05 回风平巷： 17.05 回风大巷 48.8风井 48.8困难时期副井 48.8 井底车场 48.8 运输大巷 48.8 运输上山4548.8-5-1.622-10.13=30.43运输上山5630.43-1.622-8.525=18.665运输平巷6718.665-1.62=17.05 工作面78 17.05回风平巷89 17.05 专用回风下山913 17.05+1.624+10.13=33.66 专用回风下山131433.66+8.525+1.333+1.62=45.138专用回风上山14-1548.8 回风大巷15-1048.8 风井10-1148.8一、矿井基本概况二、拟定矿井通风系统三、矿井总风量计算与分配四、矿井通风总阻力计算五、选择矿井通风设备六、通风耗电费用概算1.矿井概述 1.1井田开采范围 井田位于某省某城市境内，南北长4.8km,东西平均宽12.4km,面积约为60km2。 1.2煤层赋存地质条件 本井田属华北上古生界聚煤区，为新生界沉积物所掩盖。矿区水文地质条件简单，无突水危险。地质构造简单，矿区内无断层、褶皱等特殊地质构造1.3煤层埋藏概述 本井田共含煤35层，平均总厚8.77m，含煤系数为5.8%，埋深在-50至-350m之间。可采煤层为3号、5号煤层，平均厚度为9.0米，3号煤埋深为-150m左右，5号煤层埋深在-250m附近，为近水平单斜构造，倾角以38为主，平均6，倾向南或南西。 1.4顶底板岩性 两层煤均属较稳定的主采煤层。煤层顶板岩性大部分为砂岩，粉砂岩和泥岩则为零星分布，底板岩性主要为粉砂岩，次为泥岩或砂泥岩互层。 1.5瓦斯、煤尘及自燃 矿井属低瓦斯矿井，总绝对瓦斯涌出量为8.0 （其中每个采煤工作面绝对瓦斯涌出量为2 每个掘进工作面绝对瓦斯涌出量为1.0 ），相对瓦斯涌出量为4.67 煤尘均无爆炸危险； 煤层自燃倾向性为不易自燃。 1.6生产能力和服务年限 根据煤炭安全规程及其他相关规定和矿井实际情况，确定年产量为90万吨，服务年限为50年。 1.7井田再划分，掘进采煤工作面数目及其他 根据煤炭安全规程及其他相关规定和矿井实际情况，将井田沿东西走向近似平均的划分为四个采区，采用立井多水平开拓方式，设两个采煤工作面，两个准备工作面，四个掘进工作面。采煤工作面位置处于-150m水平附近，准备工作面与采煤工作面在同一水平，掘进工作面位置处于-250m水平附近。 2.矿井通风系统 2.1通风机采用抽出式工作方式 由于抽出式通风风量比压入式大，抽出式主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。并且抽出式通风应用无需在主要进风道安设控制风流的通风构筑物，便于运输，行人和通风管理工作，采场炮烟也易于排出。 2.2采用两翼对角式通风系统 两翼对角式通风系统优点在于风流在井下的流动线路是直向式，风流线路短，阻力小。内部漏风少中。安全出口多，抗灾能力强。便于风量调节，矿井风压比较稳定。工业广场不受回风污染和通风机噪声的危害。而且本矿井属于煤层走向较长，产量较大的低瓦斯矿井，因此采用两翼对角式通风方式。 2.3通风系统图和通风网络图见附件。