1、矿井通风与安全课程设计指导书一、课程设计的性质、目的和任务1设计的性质矿井通风课程设计是在高年级学生基本学完通风安全学课程时的一次集中式的综合设计，是一次重要的实践性教学环节。2设计的目的和任务本设计的目的是让学生能综合地运用所学知识，理论联系实际，对新建矿井或改扩建矿井的通风设计具有初步设计和计算的能力，以加深对基础知识的理解，提高分析问题和解决问题的能力，为毕业设计和今后从事矿井通风的工程实践打下良好的基础。为此，主要应完成的基本任务是：根据已知的基础资料，建立一个安全可靠、技术先进和经济的矿井通风系统。二、课程设计的基本要求通过对一个课程设计的全过程，使学生达到以下要求：1巩固和加深对通
2、风安全学课程基本理论的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。2培养学生调查研究、查阅技术文献、资料、手册的能力。培养独立思考，深入研究，分析问题、解决问题的能力。3掌握矿井通风设计的基本程序和方法。4能够按要求编写课程设计报告书，能正确用简洁文字、图表阐述设计过程和结果，能够正确绘制相关图形。5通过课题设计的全过程，使学生树立严肃认真的工作作风和实事求是的科学态度。三、课程设计的总原则、范围与步骤1总原则应遵循安全可靠、技术经济合理，符合国家有关的技术政策、规定和安全规程等原则进行矿井通风设计。2设计范围矿井服务年限不长时（大约 15 至 20 年） ，按整个服务年限，做一次通风设计。3设计
3、步骤1）拟定矿井通风系统，绘出通风系统图及网络图；2）矿井需风量计算和风量分配；3）矿井通风阻力计算；4）选择主要通风设备及附属装置；5）概算通风费用四、课程设计的主要内容1拟定矿井通风系统，绘出通风系统图及网络图首先应结合矿井开拓、开采和运输拟定出安全可靠、经济技术合理的矿井通风系统，并确定最困难时期和容易时期的通风路线，分别绘制出两个时期的通风系统示意图和网络图。矿井通风系统示意图可按水平投影示意图或轴侧投影示意图绘制，二者既可用单线表示巷道，也可采用双线表示巷道。图中各通风设施应按规定的符号表示。网络图要与通风系统图完全对应绘制，各条风路上应加注风流方向、巷道风阻、通过风量、通风阻力、调
4、节风窗等。2矿井需风量计算和风量分配矿井需风量，按下列要求分别计算，并采取其中最大值。 （规程 2010第一百零三条）1）按井下同时工作最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于 4m3；2）按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。采煤工作面的风量计算按下列因素计算，取最大值： 按瓦斯涌出量计算（规程 2010第一百三十六条）gwiiwi K10Q其中：第 i 个采煤工作面需要风量, m 3/min;i第 i 个采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m 3/min；gwi第 i 个采煤工作面瓦斯涌出不均匀的风量备用系数，它是该工iK作面瓦斯绝对涌出量的最大值和平均值的比值。生产矿井可以根据各工作
5、面正常生产条件时，至少进行 5 昼夜的观测，得出 5 个值，取其最大值。通常机采工作面取 =1.21.6；炮采工作面取 =1.42.0；水采工作面取gwi gwiK=2.03.0。gi 按工作面进风流温度计算回采工作面应有良好的气候条件，其气温和风速的关系应符合下表的要求。wiiwii KSV60Q其中 第 i 个采煤工作面的平均风速，按其进风流温度从上表选，wim/s； 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wiS面平均值，m 2；第 i 个采煤工作面的长度系数，从下表中选择。wiK采煤工作面的长度/m 采煤工作面的长度风量系数 wiK180 1.31.4 按使用炸药量计
6、算 wii25AQ其中： 25每使用 1kg 炸药的供风量，m 3/min；第 i 个采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量， kg。wi 按工作人员人数计算 wii4N其中： 4每人每分钟应供给的最低风量，m 3/min；第 i 个采煤工作面同时工作的最多人数，个。wi回采工作面的空气温度（） 回采工作面的风速（m/s）15 0.30.51518 0.50.81820 0.81.02023 1.01.52326 1.51.8 按风速进行验算（规程 2010第一百零一条）按最低风速验算各采煤工作面的最小风量： wiwi S25.06Q按最高风速验算各采煤工作面的最小风量： ii4采煤工作面有串联通
7、风时，按其中一个最大需风量计算。备用工作面亦按上述要求，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%。掘进工作面需风量的计算 按瓦斯涌出量计算 ghiihi K10Q其中： 第 i 个掘进工作面需要风量，m 3/mini第 i 个掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m 3/min；ghi第 i 个掘进工作面瓦斯涌出不均匀和风量备用系数，一般取iK1.52.0。 按炸药量计算 hihi25AQ其中： 25每使用 1kg 炸药的供风量，m 3/min；第 i 个掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量， kg。hi 按局扇的吸风量计算 hfifihiK其中： 第 i 个
8、掘进工作面同时工作的局部通风机额定风量的和，fiQ可按下表选择。为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数，一般取 1.2hfiK1.3，进风巷道中无瓦斯涌出时取 1.2，有瓦斯涌出时取 1.3。 按工作人员数量计算 hii4NQ其中： 4每人每分钟应供给的最低风量，m 3/min；第 i 个掘进工作面同时工作的最多人数。hi 按风速进行验算按最低风速验算各个岩巷掘进工作面的最小风量： hihi S15.06Q各个煤巷和半煤岩巷掘进工作面的最小风量： hihi S25.06Q按最高风速验算各掘进工作面的最小风量： hihi4式中 第 i 个掘进巷道工作面巷道的净断面积， m2。iS硐室所需风量的计
9、算 机电硐室发热量大的机电硐室，按硐室中运行的机电设备发热量进行计算 tcNQpri 603式中 Q ri第 i 个机电硐室的需风量，m 3/min；机电硐室中运转的电动机（变压器）总功率，kw ；N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，也可按下表选取；空气密度，一般取.2kg/m 3；cp空气的定压比热，一般可取kJ/kgk；t机电硐室进、回风流的温度差，机电硐室名称 发热系数空气压缩机房 0.200.23水泵房 0.010.03变电所、绞车房 0.020.04采区变电所及变电硐室，可按经验值确定需风量：m3/min
10、806Qri 火药库/V4ri其中： 火药库容积，m 3。但是大型火药库不得小于 100 m3/min，中小型火药库不得小于60m3/min。 充电硐室按其回风流中氢气浓度小于 0.5%计算rhiriq20Q其中： 第 i 个充电硐室在充电时产生的氢气量， m3/min。rhiq 其他用风巷道的需风量计算根据瓦斯涌出量和风速分别计算，取其最大值。 根据瓦斯涌出量计算oigioi KQ13第 i 个其他用风巷道的瓦斯绝对涌出量，m 3/min；goiQ第 i 个其他用风巷道瓦斯涌出不均匀的风量备用系数，一般取iK1.21.3。 按最低风速验算oioi S15.06第 i 个其他用风巷道的净断面积
11、，m 2。oiS矿井总风量计算矿井的总风量，应按采煤、掘进、硐室和其他用风地点的实际需风量的总和来计算。moihiriwim KQQ其中： 采煤工作面和备用工作面所需风量之和，m 3/min；i硐室所需风量之和，m 3/min； ri掘进工作面所需风量之和，m 3/min；hi其他用风地点所需风量之和，m 3/min。oi 矿井通风（包括矿井内部漏风和分配不均匀等因素）系K数，可取 1.151.25。矿井总需风量确定后，应按矿井设计期限内通风最困难时期和最容易时期，对各个用风地点进行风量分配，并验算各通风巷道中的风速是否符合规程规定，如符合规程 ，则风量分配合理。否则还需进行个别调整或扩大巷道
12、断面。3矿井通风阻力计算通风阻力计算的原则：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。计算矿井通风阻力时，按下表格式应分别计算出通风机服务年限内通风最容易时期和最困难时期的最小阻力和最大阻力。选择达到设计产量后在通风机服务年限内，通风最容易和通风最困难两个时期通风阻力最大的风流路线，分别计算出各段井巷的通风阻力，然后分别累加井巷区段序号井巷名称支架形式A(Ns2/m4)L(m)U(m)S(m2)S(m2)3R(Ns2/m8)fQ(m3/s)Q2( m3/s)2hf(pa)V(m/s)1-22
13、-33-4.4选择主要通风设备及附属装置选择矿井主要通风设备，是选择矿井主要通风机（或分区通风机）及其电动机。主要通风机的选择方法为：1）计算通风最容易时期和最困难时期的通风机风量和风压；2）参考风机产品样本，初选合适的通风机；3）求通风机的实际工况点，并确定通风机的型号和转速。计算通风机风量mfQk其中： 主要通风机的工作风量，m 3/s；矿井需风量，m 3/s；K漏风损失系数，风井不做提升用时取 1.1，箕斗井兼做回风用时取 1.15，回风井兼做升降人员时取 1.2。计算通风机风压NvdmtdHhh其中： 通风机全压；t矿井通风系统总阻力；通风机附属装置（风硐和扩散器）阻力；d扩散器出口动
14、能损失；vh矿井自然风压，当自然风压与通风机风压作用相同时取“-” ，NH当自然风压与通风机风压作用相反时取“+” 。通常离心式通风机提供大多是全压曲线，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：离心式通风机：容易时期 （1）Nvdmin tdHhh困难时期 （2）ax t轴流式通风机：容易时期 Ndmin sd困难时期 ax hh对于压入式通风矿井，上述的式（1）及（2）中的 应该为出风井的vdh出口动压， 应为风硐的阻力。dh初步选择通风机根据计算的矿井通风容易时期通风机的 、 （ ）和矿井通风困fQmin sdin td难时期通风机的 、 （ ） ，在通风特性曲线上，选择
15、合适的通风机。fQmax sdax tdh求通风机的实际工况点因为根据计算 、 （ ）和 、 （ ）确定的工况点，fmin sdin tdfmax sdhax td即设计工况点不一定恰好在所选的通风机的特性曲线上，必须根据通风机的工作阻力，确定出实际工况点。 计算通风机的工作风阻用静压特性曲线时：2fminsdin sdQhR2fmax sdax sdQhR用全压特性曲线时：2fmintdin tdh 2fmax tdax tdh 确定通风机的实际工况点在通风机特性曲线中，作通风机工作风阻曲线，二者交点即是实际工况点。确定通风机的型号和转速根据通风机的各种工况参数对初选的通风机进行技术、经济和
16、安全性比较，最后确定满足矿井通风要求的技术先进、效率高和运转费用低的通风机的型号和转速。电动机选择主要通风机选定后，根据各时期的主要通风机输入功率计算出电动机的输出功率，选出电动机。 通风机输入功率按通风容易及苦难时期，分别计算通风机所需输入功率、minNax smin dfin10hQNsax dfax或者tmin dfin10hQNtin dfin其中： 、 分别为通风机的全压效率和静压效率；tsNmin、N max分别为通风容易时期和困难时期通风机输入功率，KW。 电动机的台数及种类当 Nmin0.6 N max 时，可选一台电动机，电动机的功率tremaxe/kN当 Nmin0.6 N
17、 max 时，可选两台电动机，电动机的功率分别为：初期 treinaxe /后期 tem其中： k e电动机容量备用系数，一般取 1.11.2；电动机效率， =0.90.94（大型电机取较高值）;e传动效率，电动机与通风机直联时取 1，皮带传动tr时取 0.95。对于功率在 400 一 500 千瓦以上的扇风机，宜选用同步电动机。其优点是，在通风容易时期低负载运转时，可以利用它来改善矿井变电所母线上的功率因数，使矿井经济用电。缺点是这种电动机的购置和安装费较大。5概算通风费用根据通风电费、通风设备折旧维修费、专用通风井巷工程折旧维修费、通风器材购置维修以及通风区队全体职工的工资和附加费用等，计
18、算吨煤通风成本。电费（W 1）吨煤的电费是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：， 元/tT/D)E(A1其中：E主要通风机年耗电量，设计中用下式概算：通风困难和容易时期共用一台电机时 ， wveemaxk/8760NEKWh选两台电动机时 ， KWh；wveemineaxk/N4380EEA辅助通风机和局部通风机年耗电量，K Wh；D电价，元/ KWh；T矿井年产量，t；变压器效率，可取 0.95；v电缆输电效率，取 0.90.95。w设备折旧费（W 2）吨煤的通风设备折旧费：， 元/tTG212其中： G1基本设备投资折旧费；G2大修理折旧费。材料消耗费（W 3
19、）吨煤的材料消耗费：， 元/tTC3其中： C材料消耗总费用（包括通风构筑物的材料费、通风机和电动机润滑油料费、防尘设施费用） 。通风工作人员工资费用（W 4）吨煤的工资费：，元/tTA4其中： A通风工作人员年工资总费用。转为通风服务的井巷工程折旧费和维护费（W 5）每吨煤的通风仪表的购置费和维护费（W 6）吨煤通风的总费用：， 元/t654.321 WW若计算出的吨煤通风成本过高，应重新修改通风设计。五、课程设计的基本环节1教师下达设计任务书。任务书内容包括题目、主要技术指标和要求、给定条件及原始数据、所参考资料及文献等。教师讲授必要的设计思路和设计方法。2学生阅读设计任务书，查阅资料、拟定设计程序和进度计划。3设计计算、绘图、编写设计说明书。 六、课程设计的考核设计结束时，由指导老师对学生进行全面考核，评分按五级分制（优、良、中、及格、不及格）评定成绩，评分依据以下几个方面。 1设计方案的合理性2独立工作能力3设计说明书的内容和质量4学习态度和纪律
