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1、煤礦西采區通風系統改造設計規化方案 目錄第一節、礦井概況5第二節、礦井通風系統現狀及存在問題6一、通風系統現狀6二、存在問題6第三節、礦井通風系統改造方案的選擇7一、方案選擇7二、方案設計的計算基礎7第四節、礦井需風量計算及風速驗算9一、需風量計算9二、風量分配及風速驗算15第五節、礦井通風阻力計算16一、通風阻力計算16二、通風阻力分析18第六節、通風設備選擇19一、工況點計算19二、電機功率計算19三、風硐改造20第七節、通風系統改造21一、生產巷道現狀21二、巷道改造方案21第一節、礦井概況煤礦位于xx省xx。地理坐標為:東經1045400?1045534,北緯252247?2524402、。 礦井形狀為不規則形,面積4.7993km。主井口標高為+1405.48m,副井標高為+1404.60m,風井標高為+1446.54m,主平硐標高為+1309.79m。本井田可采煤層4層,即17#、18#、19#、20#煤層。 礦井采用平硐、斜井開拓方式,原設計生產能力30萬噸/年,2009年實際產煤36萬噸。目前共有兩個采區,西采區地質構造簡單,煤量大,2009年產出煤量21萬噸。2010年,西風井將擔負年產25萬噸以上產量的通風任務,需供風量4000 m3/min左右。煤礦煤層開采順序先上后下,近距離煤層群分組聯合布置,上山開采,采區式區段后退式,區段內后退式回采。采煤工作面采用走向長壁3、后退式采煤法,采煤工藝為炮采、支護形式為2.5m單體液壓支柱配合絞接頂梁、四對八梁全斷面支護;全部垮落法管理頂板。礦井通風系統現狀及存在問題一、通風系統現狀煤礦礦井通風方式為中央并列式,通風方法為抽出式,主、副,主平硐井進風,東西采區風井回風。地面通風機房安設兩臺同型號離心式扇風機,一臺運轉,一臺備用。 西采區主扇型號為BD-11NO14型,功率為255kw,數量2臺(一臺工作,一臺備用),額定風量1200-2880m3/min、風壓1000?3100Pa。采區實際總進風量2024m3/min,負壓980Pa。 東采區主扇型號為FBCDZ防爆對旋軸流式風機,數量2臺(一臺工作,一臺備用),配套4、電機YBF225-4主扇功率為275kw,額定風量1510-3100m3/min、風壓1300?3300Pa。采區實際總進風量2283m3/min,負壓1100Pa。 掘進工作面使用FBDNo6/215kw型,全礦共有局部扇風機八臺(四臺工作,四臺備用),電機功率為215kw、風量為330m3/min-500m3/min,風筒為600mm的礦用抗靜電阻燃風筒,采用壓入通風本礦井采用抽出式通風,二、存在問題煤礦原設計能力為45萬噸/年,但是實際生產能力難以達到設計生產能力,今年礦井對各個生產系統進行了一系列改造,礦井生產能力達90萬噸/年。礦井通風系統雖進行了系列改造,但仍不能完全與礦井實際生產5、能力相匹配,給通風安全管理帶來隱患。主要存在以下幾方面的問題: 1、按目前的采掘布局布置,西采區主要通風機的供風量已達到極限。日常因供風量不足影響生產安全。 2、主要通風機嚴重老化,故障較多,運行不穩定,供風量不連續不可靠。 3、井下采場逐步向西采區轉移,采區要布置2個采煤工作面和二個掘進工作面,所需風量增加,通風距離增大,通風阻力增大,現運行的主要通風機難以滿足安全生產需要。 4、礦井主要通風巷道都布置地煤層中,變形嚴重,通風斷面小,阻力大,風速超限,供風量不足。第三節、礦井通風系統改造方案的選擇一、方案選擇煤礦原設計能力為30萬噸,礦井初期主要開采首采區的17#煤,現西采區17#煤層已回采6、結束,礦井東西采區近兩年內也將結束,礦井今后的生產主要集中在西采區開采。采區開始投產時采區主要進風巷道斷面積為5.6-8.02m2,主要回風巷道斷面積為6.9m2,并開采17#煤層,通風距離短,通風網絡簡單,測定通風阻力為1205Pa,等積孔為2.26m2,網絡上屬于通風容易礦井。 目前礦井通風系統存在的問題主要為礦井總風量達到極限、主要通風機嚴重老化,故障較多,運行不穩定、通風系統將由生產系統的增加,所需的風量增加,通風距離增大,通風阻力增大,現運行風機難以滿足安全生產需要。煤礦通風系統改造的目的在于提高礦井總風量,保證主要通風機安全運轉,使通風能力與生產能力相匹配。 鑒于以上對礦井通風網路7、通風設備的分析, 通風系統改造的方案為:更換礦井主要通風機和巷道改造。二、方案設計的計算基礎煤礦通風系統改造的方案為更換主要通風機和巷道改造,今后采掘頭面個數及機電硐室數量基本穩定,但隨采掘地點的變化,通風系統有較大變化。因此主要通風機選型,須從以下幾方面作為選型計算的基礎: (一)重新計算礦井需風量,合理配風,并以此來計算礦井通風阻力。 (二)隨采掘布局的變化,礦井生產逐步轉移到西采區,形成西采區通風系統。生產系統增加,礦井配風量增加,通風路線延長、通風阻力增大,礦井通風進入困難時期。因此應以通風路線最長、阻力最大的困難時期作為風機選型的基礎。 (三)根據礦井采掘計劃,礦井需風量計算1個回8、采工作面、1個備用工作面,4個掘進工作面、2個獨立通風的硐室作為風量計算基礎。 1個回采工作面為:1903工作面。 1個備用工作面:1904工作面。 4個掘進工作面:17#煤層和19#煤層。 (四)通風阻力計算 通風容易時期:阻力計算以1903回采工作面為通風阻力計算路線。西采區1個回采工作面,2個掘進工作面,留有30m的煤柱。 通風困難時期:阻力計算以1904回采工作面和1903回采工作面作為通風困難時期阻力計算路線。通風困難時期西采區1個回采工作面, 1個備用面,4個掘進工作面,2個硐室,按工作面的最長計算。第四節、礦井需風量計算及風速驗算一、需風量計算 采煤工作面的實際需要風量,應按稀釋9、和沖淡抽放以后的工作面瓦斯涌出量要求,并考慮工作面氣溫、風速以及人數等因素分別進行計算后,取其中最大值,并經風速驗算。經分析和計算認為,本礦井地溫不高,炮采工作面人數少,一般不超過35人,因此,影響工作面風量確定的主要原因是瓦斯涌出量和風速。 (一)采煤工作面需風量計算 1、西1903工作面的配風量 (1)按瓦斯(或二氧化碳)涌出量計算。 Q采1100q采Kc 式中: Q采?采煤工作面實際需要的風量,m3/s; q瓦采?采煤工作面絕對瓦斯涌出量,m3/min;取5.7m3 /min KC?采煤工作面瓦斯涌出不均衡的備用風量系數,即該工作面瓦斯絕對涌出量的最大值與平均值之比;炮采工作面取1.4210、.0,本礦取1.8 Q采1100q采Kc1005.71.81026 m3/min (2)按工作面溫度計算 Q采=Vc?Sc?Ki 式中 Vc?采煤工作面適宜風速,取1.0m3/s; Sc?采煤工作面平均有效斷面,取7.04m2; Ki?工作面長度系數,取1.0。 故Q采=17.041422.4m3/min (3)按炸藥使用量計算 Q采=25Ac/600.417Ac 式中 Ac:采煤工作面采煤工作面一次使用最大炸藥量,取18kg; 故 Q采=0.41718450m3/min (4)按工作面工作人員數量計算 Q采4n435140m3/min2.3 m3/s 式中:n?采煤工作面同時工作的最多人數,11、35人;以上計算最大值Q采Q采1,Q采取Q采787.2m3/min13.12m3/s (5)按風速驗算 0.25ScQ采4Sc, 則 0.25Sc=0.257.04=1.76 m3/sQ采 故 Q采=1026 m3/min 17.1m3/s滿足要求。 西采區1903工作面所需風量為1026 m3/min, 2、西1904工作面的配風量 (1)按瓦斯(或二氧化碳)涌出量計算。 Q采1100q采Kc 式中: Q采?采煤工作面實際需要的風量,m3/s; q瓦采?采煤工作面絕對瓦斯涌出量,m3/min;取4.6m3 /min KC?采煤工作面瓦斯涌出不均衡的備用風量系數,即該工作面瓦斯絕對涌出量的最大12、值與平均值之比;炮采工作面取1.42.0,本礦取1.8 Q采1100q采Kc1004.61.8828 m3/min (2)按工作面溫度計算 Q采=Vc?Sc?Ki 式中 Vc?采煤工作面適宜風速,取1.0m3/s; Sc?采煤工作面平均有效斷面,取7.04m2; Ki?工作面長度系數,取1.0。 故Q采=17.041422.4m3/min 表1 采煤工作面溫度與風速對照表 根據煤礦地溫梯度及季節變化情況,井下工作面溫度一般在17?22之間,對照上表,取工作面風速V采i1.0m/s; S采i?第i個采煤工作面的平均斷面積 m2; K?采面調整系數;(3)按炸藥使用量計算 Q采=25Ac/600.13、417Ac 式中 Ac:采煤工作面采煤工作面一次使用最大炸藥量,取18kg; 故 Q采=0.41711.25281m3/min(4)按工作面工作人員數量計算 Q采4n435140m3/min2.3 m3/s 式中:n?采煤工作面同時工作的最多人數,35人;以上計算最大值Q采Q采1,Q采取Q采787.2m3/min13.12m3/s (5)按風速驗算 0.25ScQ采4Sc, 則 0.25Sc=0.257.04=1.76 m3/sQ采 故 Q采=13.8m3/s滿足要求。西采區1904工作面所需風量為828 m3/min, 各個獨立通風的掘進工作面實際需風量,應按瓦斯或二氧化碳涌出量、炸藥用量、14、局部通風機實際吸風量、 風速和人數等規定要求分別進行計算,并取其中最大值。 (二)采區掘進工作面需風量計算 1、西1905運輸巷配風量計算 (1)按每班掘進工作面人數計算: Q掘4nj41264m3/min1.06 m3/s 式中:nj?掘進工作面同時工作的最多人數,1人; 經計算,掘進工作面風量為1.06m3/s。 (2)按瓦斯(或二氧化碳)涌出量計算 Q掘1100q瓦掘?K掘通 式中: T-晝夜產量, 6.09?6m1.5t/m354.8t q絕?瓦斯相對涌出量,1.26m3/t; K掘通?掘進工作面瓦斯涌出不均衡的備用風量系數,該數值應經過觀察實測后取得;一般取1.42.0;取1.4則:15、Q掘1100q掘Kd1000.9454.8/24601.4343m3/min (3)按炸藥使用量計算: Q掘Aj?b/(t?c) 式中:Aj?掘進工作面一次爆破所用的最大炸藥量,4.5kg; b?每公斤炸藥爆破后生成的當量CO的量,根據炸藥有毒氣體國家標準,取b0.1m3/kg; t?通風時間,一般不少于20min;c?爆破經通風后,允許工人進入工作面工作的CO濃度,一般取c0.0024%; Q掘25Aj254.5112.5m3/min (4)按局部通風機吸風量計算: Q掘3 Q局I+9S3751+96.08382 m3/min Q掘?局部通風機實際吸風量,該對旋式局部通風機215K額定風量為16、456295 m3/min,取375 m3/min進行計算, S?安裝局部通風機巷道斷面 9?為防止局部通風機吸循環風的風速 I?局部通風機的臺數 經計算,以上計算最大值Q掘Q掘1,Q掘1,Q掘3,則普通鉆爆法掘進工作面風量為382m3/min。 (5)按風速驗算: 根據煤礦安全規程規定煤巷、半煤巖巷掘進工作面的風量應滿足: 15SjQ掘240Sj 式中:Sj?掘進工作面巷道過風斷面,7.04m2; 所以:Q掘156.0891.2m3/min1.52m3/s Q掘2406.081459.2m3/min24.32m3/s 式中: SJ?掘進工作面巷道過風斷面為6.08m2,經計算每個掘進工作面所17、需風量為343 m3/min。按風速驗算滿足要求。 2、西1905回風巷配風量計算 (1)按每班掘進工作面人數計算: Q掘4nj41264m3/min1.06 m3/s 式中:nj?掘進工作面同時工作的最多人數,1人; 經計算,掘進工作面風量為1.06m3/s。 (2)按瓦斯(或二氧化碳)涌出量計算 Q掘1100q瓦掘?K掘通 式中: T?晝夜產量, 6.09?6m1.5t/m354.8t q絕?瓦斯相對涌出量,0.78m3/t; K掘通?掘進工作面瓦斯涌出不均衡的備用風量系數,該數值應經過觀察實測后取得;一般取1.42.0;取1.6則:Q掘1100q掘Kd1000.7854.8/24601.18、6285m3/min (3)按炸藥使用量計算: Q掘Aj?b/(t?c) 式中:Aj?掘進工作面一次爆破所用的最大炸藥量,4.5kg; b?每公斤炸藥爆破后生成的當量CO的量,根據炸藥有毒氣體國家標準,取b0.1m3/kg; t?通風時間,一般不少于20min;c?爆破經通風后,允許工人進入工作面工作的CO濃度,一般取c0.0024%; Q掘25Aj254.5112.5m3/min (4)按局部通風機吸風量計算: Q掘3 Q局I+9S3751+96.08382 m3/min Q掘?局部通風機實際吸風量,該對旋式局部通風機215K額定風量為456295 m3/min,取375 m3/min進行計19、算, S?安裝局部通風機巷道斷面 9?為防止局部通風機吸循環風的風速 I?局部通風機的臺數 經計算,以上計算最大值Q掘Q掘1,Q掘1,Q掘3,則普通鉆爆法掘進工作面風量為382m3/min。 (5)按風速驗算: 根據煤礦安全規程規定煤巷、半煤巖巷掘進工作面的風量應滿足: 15SjQ掘240Sj 式中:Sj?掘進工作面巷道過風斷面,7.04m2; 所以:Q掘156.0891.2m3/min1.52m3/s Q掘2406.081459.2m3/min24.32m3/s 式中: SJ?掘進工作面巷道過風斷面為6.08m2,經計算每個掘進工作面所需風量為382 m3/min。按風速驗算滿足要求。 (三20、)硐室需要風量計算 各個獨立通風的硐室實際需要風量,按照經驗值風量: Q變電所60-80, 取70 m3/min Q其他 40-60,取50 m3/min Q硐=Q變電所+Q其他=702+502=240 m3/min 4、其它巷道的需要風量無 5、礦井總需風量計算 礦井總需進風量的計算按下列要求分別進行計算,并必須采取其中的最大值。 1按井下同時工作的最多人數計算: Q礦需4NK礦通式中 N?井下同時工作的最多人數,根據統計我礦同時入井最多人數為421人。 K礦通?礦井通風系數,一般可取1.2?1.25,我礦取1.20。 Q礦需4NK礦通 44211.20 2021m3/min 2按采煤、掘進21、硐室及其它用風地點設計需風量的總和計算: Q需Q采+Q掘+Q硐+Q其它K礦通,m3/min K礦通?礦井通風系數,取 K礦通=1.20 Q需Q采+Q掘+Q峒+Q其它K礦通, Q需Q采+Q掘+Q峒+Q其它K礦通, =(1854+725+240+0)1.20 =3382m3/min 礦井總需風量為Q需=3382m3/min,礦井通風方式為中央并列式,取外部漏風系數k通=1.10, 則主要通風機通風量為Q通 =k通Q需 =1.103382 =3721m3/min二、風量分配及風速驗算礦井風量分配按采煤工作面、掘進工作面、硐室等用風地點的需風量逐點分配,內部漏風按漏風系數均勻分配到各用風地點。通風容22、易時期的阻力計算路線為:皮帶井、材料井190皮帶巷190上山1903運輸巷1904工作面1903回風巷190回風上山272回風巷西回風井引風硐。此路線的風量分配及風速驗算如表3通風困難時期的阻力計算路線為:皮帶井、材料井190皮帶巷190上山1903運輸巷1904工作面1903回風巷190回風上山272回風巷西回風井引風硐。通過對礦井的采面和掘進面風量計算,為滿足各工作點所需要的風量,完善通風系統,必須要對各工作地點進行風量分配,即分配如下: 表 2 礦井作業地點所需分量分配表第五節、礦井通風阻力計算一、通風阻力計算 風機選型應分別以礦井通風容易時期及通風困難時期的工況點為選擇依據。礦井通風容23、易時期及通風困難時期的通風阻力計算如表5、表6,并據此計算出礦井通風最小阻力H最小和最大阻H最大,通風阻力計算公式如下: (一)礦井通風阻力計 摩擦阻力的計算: hfRfQ2pa 式中:hf?井巷的摩擦阻力,pa; Rf?井巷的摩擦風阻,K; Q?井巷風量,m3/s 其中:RfLU/S3 式中:?井巷的摩擦阻力系數; L?井巷的長度;m U?井巷周邊長度,m S?井巷的斷面積,m2 hRQ2 RLU/S3 1、現煤礦為通風容易時期阻力的計算,如圖3所示。 表3 礦井通風容易時期阻力計算2、局部阻力的計算 根據煤炭工業設計規范的規定,局部阻力不單獨計算,取摩擦阻力的15%作為局部阻力,即: he24、hf15% 1081.3 162.2(式中:her?井巷的局部阻力,pa) 通風阻力的計算 hhe+hf 式中:hf?井巷的通風阻力,pa 1081.3+162.2 1243.5pa 3、等積孔的計算 A1.1896Qh1/2 式中:A?通風等積孔,m2 Q?主扇風量 h?井巷的通風阻力,pa 故A1.1896621851/22.01 所以容易時期的等級孔為2.01。 2、現煤礦為通風困難時期阻力的計算,如圖4所示。 表4 西采區通風困難時期阻力計算2、局部阻力的計算 根據煤炭工業設計規范的規定,局部阻力不單獨計算,取摩擦阻力的15%作為局部阻力,即: hehf15% 1610.315% 2425、1.5(式中:her?井巷的局部阻力,pa) 通風阻力的計算 hhe+hf 式中:hf?井巷的通風阻力,pa 1610.3+241.5 1851.9pa 3、等積孔的計算 A1.1896Qh1/2 式中:A?通風等積孔,m2 Q?主扇風量 h?井巷的通風阻力,pa 故A1.1896511851/21.41 所以容易時期的等級孔為1.41二、通風阻力分析 根據以上計算,可知:(一)在礦井采掘頭面及硐室數量相對穩定的情況下,隨采掘布局的變化,礦井通風阻力變化較大。風機選型既要保持經濟運行,又要滿足礦井通風困難時期的供風需要。(二)在滿足礦井需風量的前提下,無論是通風容易時期,還是通風困難時期,風硐26、中的風速均超過允許風速。因此,在更換主要通風機的同時,應考慮擴大風硐斷面,進行巷道改造。第六節、通風設備選擇一、工況點計算根據以上計算,風機工況點為: 工作風量Q=3721m3/min H靜=Hf+hd Hf-工作風壓 hd-風機及附屬裝置阻力,一般取150?200Pa,我礦取150Pa通風容易時期的風機工況點為:Q=3721m3/min=62 m3/s H靜小=Hf+hd1243.5+1501393.5Pa通風困難時期的風機工況點為:Q=3721m3/min=62 m3/s H靜小=Hf+hd1851+1502001Pa二、電機功率計算 西采區通風困難時期的風量為3721 m3/min。 主27、扇的工作風壓 根據我礦實際情況,自然風壓對礦井風壓影響較小,故不考慮自然通風的影響。 困難時期西主扇風壓hf2001Pa 主扇的工作風量 Qf1.05Q難 1.055153m3/s 式中:Q?難為困難時期采區的實際需風量,單位m3/s。 H?為困難時期采區主扇工作風壓,單位pa。 1.05為外部漏風系數 主扇的電機功率計算: Nc (1.2Qh)(0.71000) 1.2?電機儲備系數 Nc?扇風機的功率,KW H?通風機的負壓, PaQ?通風機的風量,m3/s 0.7?風機實際效率 Nc (1.2Qh)(0.71000) (1.2531851)(0.71000) 171.4KW 經過以上計算28、,我礦作業地點所需要的風量,西采區為3721 m3/min。選擇的主通風機型號:FBCDZ18A型主扇2臺一臺備用。配備電機功率290Kw,靜壓7022650pa,風量37681698m3/min,滿足設計風量要求。三、風硐改造煤礦原引風硐斷面積為4.0m2,主要通風機更換后,礦井排風量增加。風硐風速為v15.5m/s,考慮到引風硐主體結構及對生產的影響,可進行地表引風硐改造來解決風硐風速超限的問題,擴大風硐斷面為5.4m2。改造后引風硐風速為:v11.5m3/s。 第七節、通風系統改造一、生產巷道現狀煤礦生產系統的主要巷道均布置在煤層中,受礦山壓力的影響巷道幾乎變形,巷道斷面小于設計斷面,通29、風阻力大,影響礦井的通風系統,制約礦井的安全生產。現西采區17#煤層已經開采完,工作面布置轉移到了19#煤層,通風路線和阻力較大,礦井總風量小,再也不能滿足現階段的生產布局,影響生產。二、巷道改造方案 存在以上問題,并按照煤礦安全規程規定和現各巷道的風量,確定每條巷道的允許風速,如下表所示。 1、西總回砌墻拱處高為1.75m,高2.25m,斷面為3m2,改造后巷道斷面不小于6m2。架棚段巷道高為2.0m,寬為1.8m,斷面為3.6m,改造后巷道斷面不小于6.05m2;(擴幫、拉底、架棚)工程量為20m 2、總回交叉處巷道需擴幫,直角修成圓角,巷道彎道大的需改造成直巷道,現272回風上山巷道斷面30、不足4m2,巷道后必須達到6.05m2。工程量為78m。 3、190回風上山段現斷面為4.3,必須進行巷修,斷面不小于6.05m2。工程量為90m。4、1903與1904交叉處需進行擴幫,直角修圓角。5、1903運輸巷、回風巷斷面不足5 m2,必須拉底擴幫不小于5.6 m2。工程量為380m。6、1904運輸巷、回風巷斷面不足5 m2,必須拉底擴幫不小于5.6 m2。工程量為390m。7、材料上山與1904運輸巷交叉段,現高度為1.3m,斷面為2.99 m2,必須巷道達到6 m2。8、190運輸運輸上山部分巷道斷面只有3.6m2,巷修斷面達到6 m2,工程量為250m。第八節、通風系統優化改造結果一、效果分析1、改造前后主要參數對比項目改造前改造后增加備注風機名稱最大通風能力m3/min最大工作負壓pa電機名稱電機功率礦井年生產能力萬t/年二、效果分析 西采區從2004年3月投入運行至今,通風能力達到2600m3/min,工作負壓為3000pa,與預期效果相符,風機性能與性能測定曲線基本一致,礦井通風能力滿足30萬t/年生產的要求,獲得了預期效果。 通過改造,西采區,各采掘工作面風量增加,風速加大,特別是工作面風量由m3/min 增加到 m3/min,改善了作業環境,提高了生產率。