礦井通風(fēng)設(shè)計-安工學(xué)院.ppt

第十章礦井通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)設(shè)計 本章主要內(nèi)容1 礦井通風(fēng)設(shè)計 內(nèi)容與要求 優(yōu)選通風(fēng)系統(tǒng) 礦井風(fēng)量計算 阻力計算 全礦總壓差計算 主扇風(fēng)機的選擇2 礦井通風(fēng)費用的預(yù)算 鈾礦井排氡風(fēng)量計算 第一節(jié)礦井通風(fēng)設(shè)計的任務(wù)與內(nèi)容1 礦井通風(fēng)設(shè)計的任務(wù)將足夠的新鮮空氣有效地送到井下工作場所 保證生產(chǎn)和良好的勞動條件 通風(fēng)系統(tǒng)簡單 風(fēng)流穩(wěn)定 易于管理 具有抗災(zāi)能力 發(fā)生事故時 風(fēng)流易于控制 人員便于撤出 有符合規(guī)定的井下環(huán)境及安全監(jiān)測系統(tǒng)或檢測措施 通風(fēng)系統(tǒng)的基建投資省 營運費用低 綜合經(jīng)濟效益好 2 礦井通風(fēng)設(shè)計的內(nèi)容 1 擬定礦井通風(fēng)系統(tǒng) 2 計算各個工作面需風(fēng)量 3 計算風(fēng)量分配和全礦需風(fēng)量 4 計算全礦總壓差 5 選擇主扇及其電機 6 決定通風(fēng)構(gòu)筑物 7 擬定通風(fēng)費用預(yù)算 8 編制通風(fēng)工程的施工計劃 第十章礦井通風(fēng)系統(tǒng)與通風(fēng)設(shè)計 第二節(jié)通風(fēng)系統(tǒng)的擬定一 擬定通風(fēng)系統(tǒng)的基本原則 1 進風(fēng)井巷及采掘工作面的風(fēng)源含塵量不得大于0 5mg m3 現(xiàn)已作為通風(fēng)井的箕斗井或混合井 必須采取凈化措施 使風(fēng)源含塵量達到上述要求 2 主要回風(fēng)井不得作為人行道 回風(fēng)道排出的廢風(fēng)不得造成公害 3 礦井有效風(fēng)量率應(yīng)在60 以上 4 采場 二次破碎巷道應(yīng)有貫穿風(fēng)流 電耙工應(yīng)位于上風(fēng)側(cè) 避免廢風(fēng)串聯(lián) 否則應(yīng)采取空氣凈化措施 5 井下炸藥庫及充電硐室必須設(shè)有獨立的回風(fēng)線路 6 不用的井巷和采空區(qū) 必須及時封閉 密閉 風(fēng)門 風(fēng)橋 風(fēng)硐等通風(fēng)構(gòu)筑物 必須嚴(yán)密完好 7 主扇應(yīng)有反風(fēng)裝置 并保證在10min內(nèi)改變風(fēng)向 二 統(tǒng)一通風(fēng)系統(tǒng)及分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的擬定擬定通風(fēng)系統(tǒng)時 首先要考慮采用統(tǒng)一通風(fēng)系統(tǒng)還是分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng) 兩者各有優(yōu)劣 應(yīng)根據(jù)各礦的具體情況進行比較確定 統(tǒng)一通風(fēng)系統(tǒng)進風(fēng)和回風(fēng)井較少 使用的通風(fēng)設(shè)備也較少 便于集中管理 不能增加進 出風(fēng)井的礦井 特別是深礦井 采用全礦統(tǒng)一的通風(fēng)系統(tǒng)比較合理 分區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)不同于在一個礦區(qū)內(nèi)因劃分成幾個井田開拓而構(gòu)或幾個通風(fēng)系統(tǒng) 分區(qū)通風(fēng)各通風(fēng)系統(tǒng)是處于同一開拓系統(tǒng)中 井巷之間存在一定的聯(lián)系 分區(qū)通風(fēng)也不同于多臺扇風(fēng)機在一個通風(fēng)系統(tǒng)中作并聯(lián)通風(fēng) 分區(qū)通風(fēng)區(qū)域劃分的原則是 一般應(yīng)將礦量比較集中 生產(chǎn)上聯(lián)系緊密的有關(guān)地段劃分為一個分區(qū) 目前國內(nèi)冶金礦山主要有以下幾種分區(qū)方法 1 按礦體分區(qū) 2 按中段分區(qū) 3 按采區(qū)分區(qū) 三 進風(fēng)井與回風(fēng)井的布置按照進風(fēng)井與回風(fēng)井的相對位置 其布置可分為三類 1 中央式進 回風(fēng)井均位于井田走向中央 根據(jù)進 回風(fēng)井的相對位置 又分為中央并列式和中央邊界式 中央分列式 2 對角式1 兩翼對角式進風(fēng)井大致位于井田走向的中央 兩個回風(fēng)井位于井田邊界的兩翼 沿傾斜方向的淺部 稱為兩翼對角式 如果只有一個回風(fēng)井 且進 回風(fēng)分別位于井田的兩翼稱為單翼對角式 2 分區(qū)對角式進風(fēng)井位于井田走向的中央 在各采區(qū)開掘一個不深的小回風(fēng)井 無總回風(fēng)巷 3 混合式由上述諸種方式混合組成 例如 中央分列與兩翼對角混合式 中央并列與兩翼對角混合式等等 四 主扇工作方式主要通風(fēng)機的工作方式有三種 抽出式 壓入式 壓抽混合式 1 抽出式主要通風(fēng)機安裝在回風(fēng)井口 在抽出式主要通風(fēng)機的作用下 整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)處在低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ呢?fù)壓狀態(tài) 當(dāng)主要通風(fēng)機因故停止運轉(zhuǎn)時 井下風(fēng)流的壓力提高 比較安全 2 壓入式主要通風(fēng)機安設(shè)在入風(fēng)井口 在壓入式主要通風(fēng)機作用下 整個礦井通風(fēng)系統(tǒng)處在高于當(dāng)?shù)卮髿鈮旱恼龎籂顟B(tài) 在冒落裂隙通達地面時 壓入式通風(fēng)礦井采區(qū)的有害氣體通過塌陷區(qū)向外漏出 當(dāng)主要通風(fēng)機因故停止運轉(zhuǎn)時 井下風(fēng)流的壓力降低 3 壓抽混合式在入風(fēng)井口設(shè)一風(fēng)機作壓入式工作 回風(fēng)井口設(shè)一風(fēng)機作抽出式工作 通風(fēng)系統(tǒng)的進風(fēng)部分處于正壓 回風(fēng)部分處于負(fù)壓 工作面大致處于中間 其正壓或負(fù)壓均不大 采空區(qū)通連地表的漏風(fēng)因而較小 其缺點是使用的通風(fēng)機設(shè)備多 管理復(fù)雜 在一般情況下 抽出式通風(fēng)應(yīng)用比較廣泛 其優(yōu)點主要是無需在主要進風(fēng)道安設(shè)控制風(fēng)流的通風(fēng)構(gòu)筑物 便于運輸 行人和通風(fēng)管理工作 采場炮煙也易于排出 但是下列情況適于采用壓入式通風(fēng) 1 在回采過程中 回風(fēng)系統(tǒng)易受破壞難于維護 2 礦井有專用進風(fēng)井巷 能將新鮮風(fēng)流直接送往工作面 3 當(dāng)用崩落法采礦而覆蓋巖層透氣性很強 構(gòu)成大量漏風(fēng) 從而減少工作面實得風(fēng)量時 4 巖石裂隙及采空區(qū)中的氡 對進風(fēng)部分造成污染 下列情況適于采用壓抽混合式 1 采場距地表近 漏風(fēng)大 采用壓抽混合可平衡坑內(nèi)外壓差 控制漏風(fēng)量 2 具有自燃危險的礦井 為了防止大量風(fēng)流漏入采空區(qū)引起自燃 3 開采具有放射性氣體危害的礦井時 壓入式主扇的正壓控制進風(fēng)和整個作業(yè)區(qū)段 以控制氡的滲流方向 減少氡的析出 抽出式主扇控制回風(fēng)段 以使廢風(fēng)迅速排出地表 五 主扇的安裝地點在下列情況下 主扇可安裝在井下進風(fēng)段內(nèi) 1 需采用抽出式通風(fēng) 但回風(fēng)井附近地表漏風(fēng)較大 為了減少密閉工程和提高有效風(fēng)量率 主扇可安裝在井下回風(fēng)段內(nèi) 壓入式通風(fēng)井口密閉困難 主扇可安裝在井下進風(fēng)段內(nèi) 2 在某些情況下 建筑坑內(nèi)扇風(fēng)機房可能比地表扇風(fēng)機房經(jīng)濟 特別是小型礦井或分區(qū)通風(fēng)風(fēng)量較小時 所需扇風(fēng)機較小 可以將扇風(fēng)機放在巷道中 而不需開鑿硐室 3 有山崩 滾石 雪崩危險的地區(qū)布置風(fēng)井 地表無適當(dāng)位置或地基不宜建筑扇風(fēng)機房時 六 多風(fēng)機串并聯(lián)多級機站通風(fēng)系統(tǒng)在一個通風(fēng)系統(tǒng)中可使用一定數(shù)量的扇風(fēng)機 根據(jù)需要把扇風(fēng)機分為若干級 用扇風(fēng)機串聯(lián)減少漏風(fēng) 用扇風(fēng)機井聯(lián)進行合理分風(fēng) 稱為多風(fēng)機串井聯(lián)多級機站 多級機站可分為三級 四級 以致五級 六級 一般多采用四級機站 其布置原則是 一級機站是壓入式機站 在全系統(tǒng)內(nèi)起主導(dǎo)作用 新鮮空氣由它引入礦井 它的風(fēng)量為全礦總風(fēng)量 二級機站起通風(fēng)接力及分風(fēng)的作用 保證作業(yè)區(qū)域的供風(fēng) 所以風(fēng)機應(yīng)靠近用風(fēng)段作壓入式供風(fēng) 三級機站把作業(yè)區(qū)域的廢風(fēng)直接排至回風(fēng)道 所以安裝在用風(fēng)部分靠近回風(fēng)一側(cè)作抽出式通風(fēng) 四級機站是全系統(tǒng)的總回風(fēng) 它把三級機站排出的廢風(fēng)集中起來排至地表 作抽出式通風(fēng) 第三節(jié)工作面需風(fēng)量計算一 掘進工作面按第八章計算方法計算 二 采礦工作面1 采場通風(fēng)網(wǎng)路 1 薄礦脈采場通風(fēng) 薄礦脈采場一般多為巷道型并具有兩個出口 若這兩個出口分別聯(lián)通上下兩個中段 就可直接利用礦井總壓差通風(fēng) 如下左圖 否則用局扇通風(fēng) 如下右圖所示 2 厚大礦體采場的通風(fēng) 厚大礦體的采場多數(shù)為硐室型 除無底柱崩落法外 一般都容易形成貫通風(fēng)流 并可直接利用礦井總壓差通風(fēng) 所以采場設(shè)計時應(yīng)充分利用現(xiàn)有的井巷 避免各工作點之間的串聯(lián)風(fēng)流 有效地排出炮煙及礦塵 2 采場需風(fēng)量計算 1 按爆破后排煙計算風(fēng)量 一般井巷及井筒內(nèi)的風(fēng)流稱為有固定邊界的風(fēng)流或非自由風(fēng)流 如下左圖 進入硐室的風(fēng)流 如下右圖所示 風(fēng)流的邊界是與風(fēng)流性質(zhì)相同的介質(zhì) 這種風(fēng)流稱為無固定邊界的風(fēng)流或自由風(fēng)流 1 非自由風(fēng)流采場需風(fēng)量計算 巷道型采場 采場需風(fēng)量為2 自由風(fēng)流采場需風(fēng)量計算 硐室型采場 A 炸藥消耗量 Kg V 采場的空間體積 m3 K 紊流擴散系數(shù) 按下式求出 a 系數(shù) 取0 06 0 10 巷道壁非常粗糙者取大值 lk 硐室長度 m S 進風(fēng)巷道斷面 m2 3 大爆破采場出礦時期所需風(fēng)量式中t 二次破碎時 把炮煙稀釋到容許濃度所規(guī)定的通風(fēng)時間 一般為300s n 礦塊中放礦水平的工作巷道數(shù)目 VF 從放礦巷道與其他風(fēng)流匯合處的空間體積 m3 AJ 假定裝藥量 AJ A1 A2 KgA1 在通風(fēng)時間內(nèi)由礦石堆涌出炮煙的炸藥量 kg 放礦初期炮煙放出系數(shù) 取2 7 PK 每晝夜由每條放礦巷道放出礦石量 t d VS 采下礦石的空隙率 一般取0 3 s 松散狀態(tài)的礦石容重 t m3 tF 每晝夜放礦時間 一般取72000 75600s 即20 21h ba 每kg炸藥產(chǎn)生的炮煙總量 m3 kg 取0 9 A2 每次礦石的二次破碎炸藥量 1 3kg 2 按排塵風(fēng)量計算需風(fēng)量 3 按排柴油設(shè)備排放的廢氣計算風(fēng)量 使用柴油設(shè)備時的風(fēng)量計算 應(yīng)滿足將柴油設(shè)備所排出廢氣全部稀釋至允許濃度以下的標(biāo)準(zhǔn) 新設(shè)計礦井 一般可按單位功率的需風(fēng)量指標(biāo)計算 其計算公式如下Q Q0n式中Q 坑內(nèi)柴油設(shè)備的需風(fēng)量 m3 min q0 單位功率的風(fēng)量指標(biāo) q0 2 8 3 0 m3 馬力 min N 各種柴油設(shè)備按使用時間的百分比的總馬力數(shù)N N1K1 N2K2 N3K3 NnKn 馬力N1 N2 N3 Nn 各柴油設(shè)備的額定功率 馬力 K1 K2 K3 Kn 時間系數(shù) 即各種柴油設(shè)備每小時在坑內(nèi)作業(yè)的時間百分?jǐn)?shù) 3 硐室需風(fēng)量計算各種硐室所需新鮮風(fēng)流通過硐室后 其廢風(fēng)不直接排入回風(fēng)道者 則在計算總風(fēng)量時 不考慮這類硐室所需風(fēng)量 井下各種硐室所需新鮮風(fēng)流的風(fēng)量 可分別按下列公式計算 1 壓風(fēng)機硐室所需風(fēng)量Q 2 3 Nm3 min式中 N 硐室內(nèi)所有電動機千瓦數(shù) 2 水泵硐室 卷揚機硐室所需風(fēng)量Q 0 46 Nm3 min 3 電機車庫所需風(fēng)量 一般保持1 1 5m3 s的通過風(fēng)量 4 炸藥庫需風(fēng) 一般應(yīng)有貫穿風(fēng)流通過 貯存量在8t以上時 供風(fēng)量為100 150m3 min 貯存量在8t以下時 供風(fēng)量為50 100m3 min 第四節(jié)風(fēng)量分配及調(diào)節(jié)一個通風(fēng)網(wǎng)路 如果不采取任何風(fēng)量調(diào)節(jié)措施而能實現(xiàn)所需的風(fēng)量分配 是最經(jīng)濟和最有效的辦法 因為在這種情況下總風(fēng)阻最小 電耗最少 而且通風(fēng)管理方便是最理想不過的 但是實際上這樣的巧合很少 所以應(yīng)先根據(jù)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)情況 風(fēng)阻及總風(fēng)量 用電子計算機 也可用人工 算出風(fēng)量分配的情況 若與需要風(fēng)量基本相符 就不必再采取風(fēng)量調(diào)節(jié)措施 否則應(yīng)根據(jù)具體情況進行風(fēng)量調(diào)節(jié) 第五節(jié)全礦總壓差計算一 全礦總壓差計算當(dāng)風(fēng)量調(diào)節(jié)措施決定后 就可進行全礦總壓差的計算 所謂全礦總壓差 就是從入風(fēng)井口到扇風(fēng)機風(fēng)硐 抽出式 或從扇風(fēng)機風(fēng)硐 壓人式 到出風(fēng)井口所發(fā)生的風(fēng)流能量損失值 礦井總壓差是選擇扇風(fēng)機的主要依據(jù)之一 其計算方法如下 經(jīng)電子計算機解算出風(fēng)量分配結(jié)果中 已包括了每一條巷道的風(fēng)流壓差值 只需對任何一條風(fēng)路從進風(fēng)口到出風(fēng)口 把沿程的壓差疊加起來即為礦井總壓差 如右圖 礦井總壓差可用風(fēng)流 13的壓差疊加求取 若h1表示風(fēng)流 的壓差 按類似的表示方法 礦井的總壓差為h h1 h2 h3 h4 h13從電算結(jié)果得知 h1 790Pa h2 275Pa h3 52Pa h4 149Pa h13 507Pa則 h 2532Pa 全礦總壓差一般不應(yīng)超過3400 4400Pa 高硫礦床的礦井總壓差不能超過2400Pa 否則應(yīng)采取降阻措施 二 多出口多風(fēng)機的壓差計算當(dāng)兩臺抽出式扇風(fēng)機安裝于兩側(cè)井筒的對角式通風(fēng)時 如下圖 兩翼壓差雖不相等 但不必采取調(diào)節(jié)措施 設(shè)計時只要根據(jù)各翼所需風(fēng)量及壓差選取兩臺不同的扇風(fēng)機 因為每臺扇風(fēng)機只為本翼的巷道網(wǎng)路工作 第六節(jié)主要扇風(fēng)機的選擇礦井通風(fēng)設(shè)備是指主要通風(fēng)機和電動機 一 礦井通風(fēng)設(shè)備的要求 1 礦井必須裝設(shè)兩套同等能力的主通風(fēng)設(shè)備 其中一套作備用 2 選擇通風(fēng)設(shè)備應(yīng)滿足第一開采水平各個時期工況變化 并使通風(fēng)設(shè)備長期高效率運行 3 風(fēng)機能力應(yīng)留有一定的余量 4 進 出風(fēng)井井口的高差在150m以上 或進 出風(fēng)井井口標(biāo)高相同 但井深400m以上時 宜計算礦井的自然風(fēng)壓 二 主要通風(fēng)機的選擇1 計算通風(fēng)機風(fēng)量Qf式中Qf 主要通風(fēng)機的工作風(fēng)量 m3 s Qm 礦井需風(fēng)量 m3 s k 漏風(fēng)損失系數(shù) 風(fēng)井不提升用時取1 1 箕斗井兼作回硯用時取1 15 回風(fēng)回升降人員時取1 2 2 計算通風(fēng)機風(fēng)壓離心式通風(fēng)機 提供的大多是全壓曲線 容易時期困難時期軸流式通風(fēng)機 提供的大多是靜壓曲線 容易時期困難時期hm 通風(fēng)系統(tǒng)的總阻力 hd 通風(fēng)機附屬裝置 風(fēng)硐和擴散器 的阻力 hvd 擴散器出口動能損失 N 自然風(fēng)壓 當(dāng)自然風(fēng)壓與通風(fēng)機風(fēng)壓作用相同時取 自然風(fēng)壓與通風(fēng)機負(fù)壓作用反向時取 3 初選通風(fēng)機根據(jù)計算的礦井通風(fēng)容易時期通風(fēng)機的Qf Hsdmin 或Htdmin 和礦井通風(fēng)困難通風(fēng)機的Qf Hsdmax 或Htdmax 在通風(fēng)機特性曲線上 選出滿足礦井通風(fēng)要求的通風(fēng)機 4 求通風(fēng)機的實際工況點因為根據(jù)Qf Hsdmin 或Htdmin 和Qf Hsdmax 或Htdmax 確定的工況點 但設(shè)計工況點不一定恰好在所選擇通風(fēng)機的特性曲線上 必須根據(jù)通風(fēng)機的工作阻力 確定其實際工況點 步驟 1 計算通風(fēng)機的工作風(fēng)阻用靜壓特性曲線時 用全壓特性曲線時 2 確定通風(fēng)機的實際工況點在通風(fēng)機特性曲線上作通風(fēng)機工作風(fēng)阻曲線 與風(fēng)壓曲線的交點即為實際工況點 5 確定通風(fēng)的型號和轉(zhuǎn)速根據(jù)通風(fēng)機的工況參數(shù) Qf Hsd N 對初選的通風(fēng)機進行技術(shù) 經(jīng)濟和安全性比較 最后確定通風(fēng)機的型號和轉(zhuǎn)速 Hmin Qfmin Hmax Qfmax Rmax Rmin Mmax Mmin 6 電動機選擇 通風(fēng)機的輸入功率按通風(fēng)容易和困難時期 分別計算風(fēng)所需的輸入功率Nmin max 或 電動機的臺數(shù)及種類當(dāng)Nmin 0 6Nmax時 可選一臺電動機 電動機功率為 當(dāng)Nmin 0 6Nmax時 選二臺電動機 其功率分別為 初期 后期按選一臺電機公式計算 e 電機效率 tr 傳動效率 第七節(jié)礦井通風(fēng)費用的預(yù)算通風(fēng)設(shè)計應(yīng)符合安全 經(jīng)濟 可靠的要求 每采出一噸礦石通風(fēng)成本可按以下方法計算 1 設(shè)備折舊費通風(fēng)設(shè)備的折舊費與設(shè)備數(shù)量 成本及服務(wù)年限有關(guān) 每噸礦石的通風(fēng)折舊費W1 J1 J2 T元 t式中J1 基本投資折舊費 元 a J2 大修理費用折舊費 元 a T 礦井年產(chǎn)量 t a 2 動力費用用于通風(fēng)設(shè)備上的每年電費為x元 主扇 輔扇 局扇的電費 則每噸礦石的動力費為W2 x T元 t 3 工資費用礦山通風(fēng)工作人員每年工資總額為A 則每噸礦石的工資費用為 W3 A T元 t4 材料消耗費全年內(nèi)所消耗的各種材料費用的總和為C元 包括各種通風(fēng)構(gòu)筑物的材料費 扇風(fēng)機及電動機潤滑油料費 防塵設(shè)施費用等 則每噸礦石的通風(fēng)材料費用為W4 C T元 t5 井巷工程折舊費和維護費專為通風(fēng)服務(wù)的井巷工程折舊費和維護費 分?jǐn)偟矫炕夭梢粐嵉V石的費用為W5元 t 6 通風(fēng)儀表的購置費和維修費回采每噸礦石的通風(fēng)儀表的購置費和維修費為W6元 t 以上各項成本之和 即為礦井回采一噸礦石的通風(fēng)成本W(wǎng) W W1 W2 W3 W4 W5 W6元 t 第八節(jié)鈾礦井排氡風(fēng)量計算鈾礦井 通風(fēng)仍然是降低空氣中氡及其子體的主要措施 計算風(fēng)量時 一般按礦井生產(chǎn)最大發(fā)展時期計算氡析出量 并按最大氡析出量計算排氡風(fēng)量 我國 放射防護規(guī)定 井下工作場所空氣中氡的最大允許濃度為3 71kBq m3 空氣中氡子體濃度的限值己定為8 3 J m3 礦井供風(fēng)量必須同時滿足這兩項的要求 一 全礦井所需風(fēng)量計算式中Q 按整個礦井計算所需風(fēng)量 m3 s D 礦井氡析出量 kBq s V 該采場所需通風(fēng)空間體積 Km3 二 各采場所需風(fēng)量計算 式中Q 該采場所需風(fēng)量 m3 s D 該采場氡析出量 kBq s V 該采場所需通風(fēng)空間體積 Km3 E0 該采場入風(fēng)氡子體濃度 J m3 第九節(jié)自燃發(fā)火礦井的通風(fēng)特點一 擬定自燃發(fā)火礦井通風(fēng)系統(tǒng)時的要求 1 盡量防止或減少從地表或其它地方向采空區(qū)及火災(zāi)地區(qū)補給新鮮空氣 2 當(dāng)某一處發(fā)生火災(zāi)時 所產(chǎn)生的高溫和毒氣煙霧不致于