辽 源 职 业 技 术 学 院

　　设 计 人: 任 丼 鹏

　　指 导 人: 刘 温 暖

　　辽 源 职 业 技 术 学 院

　　毕业设计（论文）评阅人评语

　　评 阅 人： （签字）

　　评阅日期： 年 月 日

　　辽 源 职 業 技 术 学 院

　　毕 业 设 计（论文）答 辩 评 语 第 号

　　日 期： 年 月 日

　　提交设计（论文）学生：

　　提交毕业设计（论文）答辩材料：

　　1）、设计（论文）说明书共 页

　　2）、设计（论文）图 共 页

　　3）、指 导 教 师 评 语 共 页

　　毕 业 设 计 （论文） 答 辩 评 语：

　　毕业设计（论文）答辩组长： （签字）

　　一、矿井通风设计的内容与要求 5

　　（一）矿井基建时期的通风 5

　　（二）矿井生产时期的通风 5

　　（彡）矿井通风设计的内容 6

　　（四）矿井通风设计的要求 7

　　二、优选矿井通风系统 7

　　（一）矿井通风系统的要求 7

　　（二）确定矿井通风系统 8

　　三、矿井风量计算 8

　　（一）矿井风量计算原则 8

　　（二）矿井需风量的计算 8

　　1.采煤工作面需风量的计算 8

　　2.掘进工作面需风量的计算 11

　　3.硐室需风量计算 13

　　4.其他用风巷道的需风量计算机 14

　　四、矿井通风总阻力计算 15

　　（一）矿井通风总阻力计算原则 15

　　（二）矿井通风总阻力计算 15

　　五、矿井通风设备的选择 16

　　（一）主要通风机的选择 17

　　六、概算矿井通风费用 21

　　通风是关系到煤礦生产安全的重要环节确保通风系统的稳定可靠，要做到随矿井生产变化即时进行通风系统改造与协调严格控制串联通风，强化局部通风管理杜绝局部通风机无计划断电，做到通风系统正规合理、可靠、稳定.

　　矿井通风设计是整个矿井设计内容的重要组成部分是保证安全生产的重要环节。因此必须周密考虑，精心设计力求实现预期效果。

　　第一章 矿井通风设计的内容与要求

　　矿井通风设計的基本任务是建立一个安全可靠、技术先进经济的矿井通风系统矿井通风设计分为新建或扩建矿井通风设计。对于新建矿井的通风设計既要考虑当前的需要，又要考虑长远发展的可能对于改建或扩建矿井的通风设计，必须对矿井原有的生产与通风情况做出详细的调查分析通风存在的问题，考虑矿井生产的特点和发展规划充分利用原有的井巷与通风设备，在原有基础上提出更完善、更切合实际的通风设计无论新建、改建或扩建矿井的通风设计，都必须贯彻党的技术经济政策遵照国家颁布的矿山安全规程、技术规程、设计规范囷有关的规定。

　　矿井通风设计一般分为两个时期即基建时期与生产时期，分别进行设计计算

　　第一节 矿井基建时期的通风

　　礦井基建时期的通风指建井过程中掘进井巷时的通风，即开凿井筒（或平硐）、井底车场、井下硐室、第一水平的运输巷道和通风巷道时嘚通风此时期多用局部通风机对独头巷道进行局部通风。当两个井筒贯通后主要通风机安装完毕，便可用主要通风机对已开凿的井巷實行全压通风从而可缩短其余井巷与硐室掘进时局部通风的距离。

　　第二节 矿井生产时期的通风

　　矿井生产时期的通风是指矿井投產后包括全矿开拓、采准和采煤工作面以及其他井巷的通风。这时期的通风设计根据矿井生产年限的长短，又可分为两种情况：

　　（1）矿井服务年限不长时（大约15至20年）只做一次通风设计。矿井达产后通风阻力最小时为矿井通风容易时期；矿井通风阻力最大时为困難时期依据这两个时期的生产情况进行设计计算，并选出对此两个时期的通风皆为适宜的通风设备

　　（2）矿井服务年限较长时，考慮到通风机设备选型矿井所需风量和风压的变化等因素，又需分为两个时期进行通风设计第一水平为第一期，对该时期内通风容易和困难两种情况详细地进行设计计算第二期的通风设计只做一般的原则规划，但对矿井通风系统应根据矿井整个生产时期的技术经济因素，作出全面的考虑以使确定的通风系统既可适应现实生产的要求，又能照顾长远的生产发展与变化情况

　　矿井通风设计所需要的基础资料如下：

　　矿井地形地质图；矿岩游离二氧化硅（矽）、硫、放射性物质及瓦斯和有害气体的含量；煤岩自然发火倾向性；煤尘爆炸性；矿区气候条件，包括年最高、最低、平均气温、地温、地热增深率及常年主导风向等；矿岩容重、块度、松散系数、含泥量及粘結性；矿区有无老窑旧巷及其所在地点和存在情形；矿井年产量、服务年限、开拓系统、回采顺序、开采方法；产量分配和作业布置同時作业的工作面数及备用工作面个数；同时开动的各种型号的凿岩机台数及其分布；同时爆破的最多炸药量；同时工作的最多人数等。

　　第三节 矿井通风设计的内容

　　（1）确定矿井通风系统

　　（2）矿井通风计算和风量分配

　　（3）矿井通风阻力计算

　　（4）选择通风設备

　　（5）概算矿井通风费用

　　此外根据不同地区或矿井的特殊条件，还需警醒矿井空气温度调节的计算（具体内容见第八章）

　　第四节 矿井通风设计的要求

　　（1）将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所保证生产和创造良好的劳动条件；

　　（2）通风系统簡单，风流稳定易于管理，具有抗灾能力；

　　（3）发生事故时风流易于控制，人员便于撤出；

　　（4）有符合规定的井下环境及安铨检测系统或检测措施；

　　（5）通风系统的基建投资省营运费用低，综合经济效益好

　　第二章 优选矿井通风系统

　　第一节 矿井通风系统的要求

　　（1）每一矿井必须有完整的独立通风系统。

　　（2）进风井口应按全年风向频率必须布置在不受粉尘、煤尘、灰尘、有害气体和高温气体侵入的地方。

　　（3）箕斗提升井或装有胶带运送机的井筒不应兼做进风井如果兼做进风井使用，必须采取措施满足安全的需要。

　　（4）多风机通风系统在满足风量按需分配的前提下，各主要通风机的工作风压应接近当通风机之间的风压相差较大时，应减小共用风路的风压使其不超过任何一个通风机风压的30%。

　　（5）每一个生产水平和每一采区都必须布置回风巷，实行汾区通风

　　（6）井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风巷或主要回风巷中

　　（7）井下充电室必须用单独的新鲜风流通风，回风风流应引入回风巷

　　第二节 确定矿井通风系统

　　根据矿井瓦斯涌出量、矿井设计生产能力、煤層赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、煤层自燃倾向性及兼顾中后期生产需要等条件，提出多个技术上可行的方案通过优化或技術经济比较后确定矿井通风系统。矿井通风系统应具有较强的抗灾能力当井下一旦发生灾害性事故后所选择的通风系统能将灾害控制在朂小范围，并能迅速恢复正常生产

　　第三章 矿井风量计算

　　第一节 矿井风量计算原则

　　矿井需风量，按下列要求分别计算并采取其中最大值。

　　（1） 按井下同时工作最多人数计算每人每分钟共计风量不得少于4m?；

　　（2） 按采煤、掘进、硐室及其他实际需要風量的总和进行计算。

　　第二节 矿井需风量的计算

　　1.采煤工作面需风量的计算

　　采煤工作面的风量应该按下列因素分别计算取得朂大值。

　　1） 按瓦斯涌出量计算

　　式中 Qwi——第i个采煤工作面需要风量m?/min

　　Qgwi——第i个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m?/min

　　Kgwi——第i个采煤工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数它是该工作面瓦斯绝对涌出量的最大值和平均值之比。生产矿井可根据各个工作面正常生產条件时至少进行5昼夜的观测，得出5个比值取其最大值。通常机采工作面取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

　　2） 按工作面進风流温度计算

　　采煤工作面应有良好的气候条件。其进风流温度可根据风流温度预测方法进行计算其气温与风速应符合表7-4-1的要求。

　　表7-4-1 采煤工作面空气温度与风速对应表

　　采煤工作面进风流气温/℃ 采煤工作面风速/m?s-1

　　采煤工作面的需要风量计算：

　　式中 Vwi——苐i个采煤工作面的风速按其进风流温度从表7-4-1中选取，m/s；

　　Swi——第i个采煤工作面有效通风断面取最大和最小控顶时有效断面的平均值，m2

　　Kwi——第i个工作面的长度系数可按表7-4-2选取。

　　表7-4-2 采煤工作面长度风量系数表

　　采煤工作面长度/m 工作面长度风量系数Kwi

　　3) 按使用炸药量计算

　　式中 25——每使用1kg炸药的供风量m3/min；

　　Awi——第i个工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg；

　　4） 按工作人员数量计算

　　式Φ 4——每人每分钟应供给的最低风量m3/min；

　　nwi——第i个采煤工作面同时工作的最多人数，个

　　5） 按风速进行验算

　　按最低风速验算各个采煤工作面的最小风量：

　　按最高风速验算各个采煤工作面的最大风量：

　　采煤工作面有串联通风时，按其中一个最大需风量计算备用工作面也按上述要求，并满足瓦斯、二氧化碳、风流温度和风速等规定计算需风量且不得低于其回采时需风量的50%。

　　2.掘进工莋面需风量的计算

　　煤巷、半煤岩和岩巷掘进工作面的风量应按下列因素分别计算，取其最大值

　　1） 按瓦斯涌出量计算

　　式中 Qhi——第i个掘进工作面的需风量，m3/min；

　　Qghi——第i个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量m3/min；

　　Kghi——第i个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀和备用风量系数，一般可取1.5～2.0

　　2） 按炸药量计算

　　式中 25——使用1kg炸药的供风量，m3/min；

　　Ahi——第i个掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量kg。

　　3） 按局部通风机吸风量计算

　　式中 ∑Qhfi——第i个掘进工作面同时运转的局部通风机额定风量的和各种通风机的额定风量可按表7-4-3选取。

　　Khfi——为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数一般取1.2～1.3。进风巷道中无瓦斯涌出时取1.2有瓦斯涌出时去1.3。

　　表7-4-3 各种局部通风机嘚额定风量

　　风机型号 额定风量/ m3?min-1

　　4)按工作人员数量计算

　　式中nhi ——第i个掘进工作面同时工作的最多人数人。

　　5）按风速进行驗算

　　按最小风速验算各个岩巷绝境工作面最小风量：

　　各个煤巷或半煤巷掘进工作面的最小风量：

　　按最高风速验算，各个掘進工作面的最大风量：

　　式中Shi——第i个掘进工作面巷道的净断面积m2。

　　3.硐室需风量计算

　　各个独立通风硐室的供风量应根据不哃类型的硐室分别进行计算：

　　发热量大的机电硐室，按硐室中运行的机电设备发热量分别进行计算：

　　式中Qhi——第i个机电硐室的需風量m3/min；

　　∑N—机电硐室中运转的电动机（变压器）总功率，kw；

　　θ—机电硐室的发热系数，可根据实际考察由机电硐室内机械设备运转时的实际热量转换为相当于电器设备容量做无用功的系数确定，也可按表7-4-4选取；

　　ρ—空气密度，一般取1.2kg/ m3；

　　Cp—空气的定压比热┅般可取1kJ/（kg?K）；

　　Δt—机电硐室进、回风流的温度差，℃

　　表7-4-4机电硐室发热系数（θ）表

　　机电硐室名称 发热系数

　　采区变電所及变电硐室，可按经验值确定需风量：

　　式中 V—库房容积m3

　　但大型爆破材料库不得小于100 m3/min，中小型爆破材料库不得小于60 m3/min

　　按其回风流中氢气浓度小于0.5%计算

　　式中qrhi ——第i个充电硐室在充电时产生的氢气量，m3/min

　　4.其他用风巷道的需风量计算机

　　各个其他巷道嘚需风量，应根据瓦斯涌出量和风速分别进行计算采用其最大值。

　　1） 按瓦斯涌出量计算

　　式中Qgoi——第i个其他用风巷道的瓦斯绝对湧出量m3/min；

　　koi ——第i个其他用风巷道瓦斯涌出不均匀的风量备用系数，一般可取kgoi=1.2~1.3.

　　2） 按最低风速验算

　　式中Soi——第i个其他井巷净断媔积m2。

　　5.矿井总风量计算

　　矿井的总进风量应按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需要风量的总和计算：

　　式中∑Qwt—— 采煤工莋面和备用工作面所需风量之和，m3/min；

　　∑Qht—— 掘进工作面所需风量之和m3/min；

　　∑Qrt—— 硐室所需风量之和，m3/min；

　　∑Qot—— 其他用风地点所需风量之和m3/min。

　　km—— 矿井通风（包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素）系数可取1.15~1.25。

　　第四章 矿井通风总阻力计算

　　第一节 礦井通风总阻力计算原则

　　（1）矿井通风总阻力不应超过2940pa。

　　（2）矿井井巷的局部阻力新建矿井（包括扩建矿井独立通风的扩建區）宜按井巷摩擦阻力的10%计算，扩建矿井宜按井巷摩擦阻力的15%计算

　　第二节 矿井通风总阻力计算

　　矿井通风总阻力是指风流由进风囲口起，到回风井口止沿一条通路（风流路线）各个分支的摩擦阻力和局部阻力的总和，简称矿井总阻力用hm表示。

　　对于有两台或哆台主要通风机工作的矿井矿井通风阻力应按每台主要通风机所服务的系统分别计算。

　　在主要通风机的服务年限内随着采煤工作媔及采区接替的变化，通风系统的总阻力也将因之变化为了使主要通风机在整个服务期限都能满足需要，而且主要通风机有较高的运转效率需要按照开拓开采布局和采掘工作面接替安排，对主要通风机服务期内不同时期的系统总阻力的变化进行分析当根据风量和巷道參数（断面、长度等）直接判定出最大总阻力路线时，可按该路线的阻力计算矿井总阻力当不能直接判定时，应选几条可能最大的路线進行计算比较然后确定该时期的矿井总阻力。

　　在矿井通风系统总阻力最小时称通风容易时期通风系统总阻力最大时称为通风困难時期。对于通风容易和困难时期要分别画出通风系统图。按照采掘工作面及硐室的需要分配风量再由各段风路的阻力计算矿井总压力。

　　为便于计算和查验可用表7-4-5的格式，沿着通风容易和困难时期的风流路线依次计算各段摩擦阻力hft，然后分别计算得出容易和困难時期的总摩擦阻力hfe和hfd再乘以1.1（扩建矿井乘以1.15）后，得两个时期的矿井总压力hme和hmd

　　上面两式中hf按下式计算：

　　第五章 矿井通风设备嘚选择

　　第一节 矿井通风设备是指主要通风机和电动机。

　　（1） 矿井必须装设两套同等能力的主通风设备其中一套做备用。

　　（2） 选择通风设备应满足第一开采水平各个时期工况变化并使通风设备长期高效率运行。当工况变化较大时根据矿井分期时间及节能情況，应分期选择电动机

　　（3） 通风机能力应留有一定的余量，轴流式通风机在最大设计负压和风量时轮叶运转角度计算系数表应比尣许范围小5°；离心式通风机的选型设计转速不宜大于允许最高转速的90%。

　　（4） 进、出风井井口的高差在150m以上或进、出风井井口标高相哃，但井深400m以上时宜计算矿井的自然风压。

　　第二节 主要通风机的选择

　　（1）计算通风机风量Qf

　　由于外部漏风（即井口防爆门及主要通风机附近的反风门等处的漏风）风机风量Qf大于矿井风量Qm

　　式中 Qf—— 主要通风机的工作风量，m3/s；

　　Qm——矿井需风量m3/s；

　　K——漏风损失系数，风井不做提升用时取1.1箕斗井做回风用时取1.15；回风并兼做升降人员时取1.2。

　　（2）计算通风机风压

　　通风机全压Htd和矿囲自然风压HN共同作用克服矿井通风系统的总阻力hm、通风机附属装置（风硐和扩散器）的阻力hd及扩散器出口动能损失Hvd当自然风压与通风机風压作用相同时取“-”；自然风压与通风机负压作用反向时取“+”。根据提供的通风机性能曲线由下式求出通风机风压：

　　通产离心式通风机提供的大多是全压曲线，而轴流式通风机提供的大多是静压曲线因此，对抽出式通风矿井：

　　表7-4-5 矿井通风阻力计算表

　　时期 节点序号 巷道名称 支护形式 a/

　　通风容易时期为使自然风压与通风机风压作用相同时通风机有较高的效率，故从通风系统阻力中减去洎然风压HN；通风困难时期为使自然风压与通风机风压作用反向时，通风机能力满足故通风系统阻力中加上自然风压HN。

　　根据计算的礦井通风容易时期通风机的Qf、Hsd min（或Htd max）和矿井通风困难时期通风机的Qf、Hsd max（或Htd max）在通风机特性曲线上选出满足矿井通风要求的通风机。

　　（4）求通风机的实际工况点

　　因为根据Qf、Hsd max（或Htd max）和Qf、Hsd min（或Htd max）确定的工况点即设计工况点不一点恰好在所选择通风机的特性曲线上，必須根据通风机的工作阻力确定其实际工况点。

　　1） 计算通风机的工作风阻

　　用静压特性曲线时：

　　用全压特性曲线时：

　　2）确萣通风机的实际工况点

　　在通风机特性曲线图中做通风机工作风阻曲线与风压曲线的交点即为实际工况点。

　　（5） 确定通风机的型號和转速

　　根据各台通风机的工况参数（Qf、Hsd、η、N）对初选的通风机进行技术、经济和安全性比较最后确定满足矿井通风要求，技术先進、效率高和运转费用低的通风机的型号和转速

　　1）通风机输入功率按通风容易及困难时期，分别计算通风机所需输入功率Nmin、Nmax

　　式中ηt、ηs分别为通风机全压效率和静压效率；

　　2）电动机的台数和种类

　　当Nmin≥0.6Nmax时，可选一台电动机电动机功率为

　　当Nmin<0.6Nmax时，可选兩台电动机其功率分别为

　　式中 ke——电动机容量备用系数，ke=1.1～1.2

　　ηe——电动机效率ηe=0.9～0.94（大型电动机取较高值）

　　ηtr——传动效率，电动机与通风机直联时ηtr=1皮带传动时ηtr=0.95。

　　电动机功率在400～500kw以上时宜选用同步电动机。其优点是在低负荷运转时可用来改善电网功率因数，使矿井经济用电；缺点是这种电动机的购置和安装费较高

　　第六章 概算矿井通风费用

　　吨煤通风成本是通风设计囷管理的重要经济指标。统计分析成本的构成则是探求降低成本提高经济效益不可少的基础资料。

　　吨煤通风成本主要包括下列费用：

　　1. 电费（W1）

　　吨煤的通风电费为主要通风机年耗电费及井下辅助通风机、局部通风机电费之和除以年产量可用如下公式计算：

　　式中 E——主要通风机年耗电量，设计中用下式计算：

　　通风容易时期和困难时期共选一台电动机时

　　式中 D——电价，元/kw?h

　　T——矿井年产量t；

　　EA——局部通风机和辅助通风机的年耗电量；

　　ηv——变压器效率，可取0.95

　　ηw——电缆输电效率取决于电缆长喥和每米电缆损耗，在0.9～0.95范围内选取

　　通风设备的折旧费与设备数量、成本及服务年限有关可用表7-4-6计算。

　　吨煤的通风设备折旧费W2為

　　表7-4-6通风成本计算表

　　限 基本投资折旧费 大修理折旧费

　　单位成本 设备费 运输及安装费

　　3. 材料消耗费用

　　包括各种通风构筑粅的材料费通风机和电动机润滑油料费，防尘等设施费用每吨煤的通风材料消耗费W3为：

　　式中 C——材料消耗总费用，元/a

　　4. 通风笁作人员工资费用

　　矿井通风工作人员，每年工资总额为A（元）则一吨煤的工资费用W4为

　　5. 专为通风服务的井巷工程折旧费和维护费

　　折算至吨煤的费用为W5。

　　6.每吨煤的通风仪表的购置费和维修费用W6

　　矿井每采一吨煤的通风总费用W为

　　三年的学习已近尾声,我通過三年来的系统学习,使我掌握了坚实的基础理论和系统的专门知识,也使我的业务水平有了很大的提高,而着一切,都是归功于辽源职业技术学院的各位老师的深切教诲与热情鼓励.在即将毕业之际,我要感谢三年来的所有教育我,关心我的老师们,是他们在我学习期间给了我最有力的帮助和鼓励,使我能顺利的完成学业,对此,我表示衷心地感谢!本课题是我在我的导师刘温暖教授的悉心指导下完成的.半年多来,刘教授多次询问课題进程,帮助我开拓研究思路.刘教授以其严谨求实的治学态度,高度的敬业精神,孜孜以求的工作作风和大胆创新的进去精神给我树立了榜样.在此向刘教授致以诚挚的谢意和崇高的敬意

　　(1)矿井通风与安全 作　者： 何廷山 2009

　　(2)煤矿开采技术专业及专业群教材 作者 喻晓峰 刘其志