第九章 矿井通风设计.ppt

第九章矿井通风设计,本章主要内容1、矿井通风设计----内容与要求、优选通风系统、矿井风量计算、阻力计算、全矿总压差计算、主扇风机的选择2、矿井通风费用的预算、铀矿井排氡风量计算、,第一节矿井通风设计的任务与内容1、矿井通风设计的任务将足够的新鲜空气有效地送到井下工作场所，保证生产和良好的劳动条件；通风系统简单，风流稳定，易于管理，具有抗灾能力；发生事故时，风流易于控制，人员便于撤出；有符合规定的井下环境及安全监测系统或检测措施；通风系统的基建投资省，营运费用低、综合经济效益好。2、矿井通风设计的内容（1）拟定矿井通风系统；（2）计算各个工作面需风量；（3）计算风量分配和全矿需风量；（4）计算全矿总压差；（5）选择主扇及其电机；（6）决定通风构筑物；（7）拟定通风费用预算；（8）编制通风工程的施工计划。,第七章矿井通风系统与通风设计,第二节通风系统的拟定一、拟定通风系统的基本原则1进风井巷及采掘工作面的风源含尘量不得大于0.5mg/m3。现已作为通风井的箕斗井或混合井，必须采取净化措施，使风源含尘量达到上述要求。2主要回风井不得作为人行道，回风道排出的废风不得造成公害。3矿井有效风量率应在60％以上。4采场、二次破碎巷道应有贯穿风流，电耙工应位于上风侧；避免废风串联，否则应采取空气净化措施。5井下炸药库及充电硐室必须设有独立的回风线路。6不用的井巷和采空区，必须及时封闭。密闭、风门、风桥、风硐等通风构筑物，必须严密完好。7主扇应有反风装置，并保证在10min内改变风向。,二、统一通风系统及分区通风系统的拟定拟定通风系统时，首先要考虑采用统一通风系统还是分区通风系统，两者各有优劣，应根据各矿的具体情况进行比较确定。统一通风系统进风和回风井较少，使用的通风设备也较少，便于集中管理。不能增加进、出风井的矿井，特别是深矿井，采用全矿统一的通风系统比较合理。分区通风系统不同于在一个矿区内因划分成几个井田开拓而构或几个通风系统。分区通风各通风系统是处于同一开拓系统中，井巷之间存在一定的联系。分区通风也不同于多台扇风机在一个通风系统中作并联通风。分区通风区域划分的原则是，一般应将矿量比较集中，生产上联系紧密的有关地段划分为一个分区。目前国内冶金矿山主要有以下几种分区方法（1）按矿体分区（2）按中段分区（3）按采区分区,三、进风井与回风井的布置按照进风井与回风井的相对位置，其布置可分为三类1、中央式进、回风井均位于井田走向中央。根据进、回风井的相对位置，又分为中央并列式和中央边界式（中央分列式）。2、对角式1）两翼对角式进风井大致位于井田走向的中央，两个回风井位于井田边界的两翼（沿倾斜方向的浅部），称为两翼对角式，如果只有一个回风井，且进、回风分别位于井田的两翼称为单翼对角式。,2）分区对角式进风井位于井田走向的中央，在各采区开掘一个不深的小回风井，无总回风巷。3、混合式由上述诸种方式混合组成。例如，中央分列与两翼对角混合式，中央并列与两翼对角混合式等等。,四、主扇工作方式主要通风机的工作方式有三种抽出式、压入式、压抽混合式。1、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。2、压入式主要通风机安设在入风井口，在压入式主要通风机作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气压的正压状态。在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外漏出。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。3、压抽混合式在入风井口设一风机作压入式工作，回风井口设一风机作抽出式工作。通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或负压均不大，采空区通连地表的漏风因而较小。其缺点是使用的通风机设备多，管理复杂。,在一般情况下，抽出式通风应用比较广泛，其优点主要是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。但是下列情况适于采用压入式通风。（1）在回采过程中，回风系统易受破坏难于维护。（2）矿井有专用进风井巷，能将新鲜风流直接送往工作面。（3）当用崩落法采矿而覆盖岩层透气性很强，构成大量漏风，从而减少工作面实得风量时。（4）岩石裂隙及采空区中的氡，对进风部分造成污染。下列情况适于采用压抽混合式（1）采场距地表近，漏风大，采用压抽混合可平衡坑内外压差，控制漏风量。（2）具有自燃危险的矿井，为了防止大量风流漏入采空区引起自燃。（3）开采具有放射性气体危害的矿井时，压入式主扇的正压控制进风和整个作业区段，以控制氡的渗流方向，减少氡的析出；抽出式主扇控制回风段，以使废风迅速排出地表。,五、主扇的安装地点在下列情况下，主扇可安装在井下进风段内1需采用抽出式通风，但回风井附近地表漏风较大，为了减少密闭工程和提高有效风量率，主扇可安装在井下回风段内；压入式通风井口密闭困难，主扇可安装在井下进风段内。2在某些情况下，建筑坑内扇风机房可能比地表扇风机房经济，特别是小型矿井或分区通风风量较小时，所需扇风机较小，可以将扇风机放在巷道中，而不需开凿硐室。3有山崩、滚石。雪崩危险的地区布置风井，地表无适当位置或地基不宜建筑扇风机房时。六、多风机串并联多级机站通风系统在一个通风系统中可使用一定数量的扇风机，根据需要把扇风机分为若干级。用扇风机串联减少漏风，用扇风机井联进行合理分风，称为多风机串井联多级机站。多级机站可分为三级、四级、以致五级、六级。一般多采用四级机站，其布置原则是,一级机站是压入式机站，在全系统内起主导作用。新鲜空气由它引入矿井，它的风量为全矿总风量。二级机站起通风接力及分风的作用，保证作业区域的供风，所以风机应靠近用风段作压入式供风。三级机站把作业区域的废风直接排至回风道，所以安装在用风部分靠近回风一侧作抽出式通风。四级机站是全系统的总回风、它把三级机站排出的废风集中起来排至地表，作抽出式通风。,第三节工作面需风量计算一、掘进工作面按第八章计算方法计算。二、采矿工作面1、采场通风网路1薄矿脉采场通风。薄矿脉采场一般多为巷道型并具有两个出口；若这两个出口分别联通上下两个中段，就可直接利用矿井总压差通风。如下左图，否则用局扇通风，如下右图所示。,2厚大矿体采场的通风。厚大矿体的采场多数为硐室型，除无底柱崩落法外，一般都容易形成贯通风流，并可直接利用矿井总压差通风。所以采场设计时应充分利用现有的井巷，避免各工作点之间的串联风流，有效地排出炮烟及矿尘。2、采场需风量计算（1）按爆破后排烟计算风量。一般井巷及井筒内的风流称为有固定边界的风流或非自由风流，如下左图。进入硐室的风流，如下右图所示。风流的边界是与风流性质相同的介质。这种风流称为无固定边界的风流或自由风流。,1）非自由风流采场需风量计算（巷道型采场），采场需风量为2）自由风流采场需风量计算（硐室型采场）A－炸药消耗量，Kg；V－采场的空间体积，m3；K－紊流扩散系数，按下式求出,a－系数，取0.060.10（巷道壁非常粗糙者取大值）；lk－硐室长度，m；S－进风巷道断面，m2。3）大爆破采场出矿时期所需风量式中t－－二次破碎时，把炮烟稀释到容许浓度所规定的通风时间，一般为300s；n－－矿块中放矿水平的工作巷道数目；VF－－从放矿巷道与其他风流汇合处的空间体积，m3；AJ－－假定装药量，AJA1A2，KgA1－－在通风时间内由矿石堆涌出炮烟的炸药量，kg,ε－放矿初期炮烟放出系数，取2.7；PK每昼夜由每条放矿巷道放出矿石量，t/d；VS采下矿石的空隙率，一般取0.3；γs松散状态的矿石容重，t/m3；tF每昼夜放矿时间，一般取72000－75600s（即20－21h）；ba－每kg炸药产生的炮烟总量，m3/kg，取0.9；A2－每次矿石的二次破碎炸药量，1－3kg。（2）按排尘风量计算需风量（3）按排柴油设备排放的废气计算风量。使用柴油设备时的风量计算，应满足将柴油设备所排出废气全部稀释至允许浓度以下的标准。新设计矿井，一般可按单位功率的需风量指标计算，其计算公式如下Q＝Q0n式中Q－坑内柴油设备的需风量，m3/min；q0－单位功率的风量指标，q0＝2.8-3.0，m3/（马力min）；N－各种柴油设备按使用时间的百分比的总马力数N＝N1K1N2K2N3K3NnKn，马力N1、N2、N3、、Nn－各柴油设备的额定功率，马力；K1、K2、K3、、Kn－时间系数，即各种柴油设备每小时在坑内作业的时间百分数，％。,3、硐室需风量计算各种硐室所需新鲜风流通过硐室后，其废风不直接排入回风道者，则在计算总风量时，不考虑这类硐室所需风量。井下各种硐室所需新鲜风流的风量，可分别按下列公式计算（1）压风机硐室所需风量Q＝2.3∑Nm3/min式中∑N－硐室内所有电动机千瓦数。（2）水泵硐室、卷扬机硐室所需风量Q＝0.46∑Nm3/min（3）电机车库所需风量，一般保持1－1.5m3/s的通过风量。（4）炸药库需风，一般应有贯穿风流通过，贮存量在8t以上时，供风量为100－150m3/min，贮存量在8t以下时，供风量为50－100m3/min。,第四节风量分配及调节一个通风网路，如果不采取任何风量调节措施而能实现所需的风量分配，是最经济和最有效的办法。因为在这种情况下总风阻最小，电耗最少，而且通风管理方便是最理想不过的。但是实际上这样的巧合很少。所以应先根据通风网络结构情况、风阻及总风量，用电子计算机也可用人工算出风量分配的情况。若与需要风量基本相符、就不必再采取风量调节措施，否则应根据具体情况进行风量调节。,第五节全矿总压差计算一、全矿总压差计算当风量调节措施决定后，就可进行全矿总压差的计算。所谓全矿总压差，就是从入风井口到扇风机风硐抽出式，或从扇风机风硐压人式到出风井口所发生的风流能量损失值。矿井总压差是选择扇风机的主要依据之一，其计算方法如下。经电子计算机解算出风量分配结果中。已包括了每一条巷道的风流压差值。只需对任何一条风路从进风口到出风口，把沿程的压差叠加起来即为矿井总压差。如右图，矿井总压差可用风流①－②－③－④－13的压差叠加求取。若h1表示风流①的压差，按类似的表示方法，矿井的总压差为h＝h1＋h2＋h3＋h4＋h13从电算结果得知h1＝790Pa、h2＝275Pa、h3＝52Pa、h4＝149Pa、h13＝507Pa则∑h＝2532Pa,全矿总压差一般不应超过3400－4400Pa，高硫矿床的矿井总压差不能超过2400Pa，否则应采取降阻措施。二、多出口多风机的压差计算当两台抽出式扇风机安装于两侧井筒的对角式通风时。如下图，两翼压差虽不相等，但不必采取调节措施。设计时只要根据各翼所需风量及压差选取两台不同的扇风机，因为每台扇风机只为本翼的巷道网路工作。,第六节主要扇风机的选择矿井通风设备是指主要通风机和电动机。一、矿井通风设备的要求1、矿井必须装设两套同等能力的主通风设备，其中一套作备用。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。3、风机能力应留有一定的余量。4、进、出风井井口的高差在150m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m以上时，宜计算矿井的自然风压。二、主要通风机的选择1、计算通风机风量Qf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，风井不提升用时取1.1；箕斗井兼作回砚用时取1.15；回风回升降人员时取1.2。,2、计算通风机风压离心式通风机（提供的大多是全压曲线）容易时期困难时期轴流式通风机（提供的大多是静压曲线）容易时期困难时期hm－－通风系统的总阻力；hd－－通风机附属装置（风硐和扩散器）的阻力；hvd－－扩散器出口动能损失；ＨN－－自然风压，当自然风压与通风机风压作用相同时取“”；自然风压与通风机负压作用反向时取“-”。,3、初选通风机根据计算的矿井通风容易时期通风机的Qf、Hsdmin或Htdmin和矿井通风困难通风机的Qf、Hsdmax或Htdmax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、Hsdmin或Htdmin和Qf、Hsdmax或Htdmax确定的工况点，但设计工况点不一定恰好在所选择通风机的特性曲线上，必须根据通风机的工作阻力，确定其实际工况点。步骤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）确定通风机的实际工况点在通风机特性曲线上作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、确定通风的型号和转速根据通风机的工况参数（Qf、Hsd、η、N）对初选的通风机进行技术、经济和安全性比较，最后确定通风机的型号和转速。,,,,,,,,,Hmin,Qfmin,Hmax,Qfmax,Rmax,Rmin,,,Mmax,Mmin,6、电动机选择（１）通风机的输入功率按通风容易和困难时期，分别计算风所需的输入功率Nmin，Ｎmax。或（２）、电动机的台数及种类当Nmin≥0.6Nmax时，可选一台电动机，电动机功率为当Nmin＜0.6Nmax时，选二台电动机，其功率分别为初期后期按选一台电机公式计算。ηe电机效率，ηtr传动效率。,第七节矿井通风费用的预算通风设计应符合安全、经济、可靠的要求。每采出一吨矿石通风成本可按以下方法计算1、设备折旧费通风设备的折旧费与设备数量、成本及服务年限有关。每吨矿石的通风折旧费W1J1J2/T元/t式中J1－基本投资折旧费，元/a；J2－大修理费用折旧费，元/a；T－矿井年产量，t/a。2、动力费用用于通风设备上的每年电费为x元（主扇、辅扇、局扇的电费），则每吨矿石的动力费为W2x/T元/t,3、工资费用矿山通风工作人员每年工资总额为A，则每吨矿石的工资费用为。W3A/T元/t4、材料消耗费全年内所消耗的各种材料费用的总和为C元（包括各种通风构筑物的材料费、扇风机及电动机润滑油料费、防尘设施费用等），则每吨矿石的通风材料费用为W4C/T元/t5、井巷工程折旧费和维护费专为通风服务的井巷工程折旧费和维护费，分摊到每回采一吨矿石的费用为W5元/t。6、通风仪表的购置费和维修费回采每吨矿石的通风仪表的购置费和维修费为W6元/t。以上各项成本之和，即为矿井回采一吨矿石的通风成本W。WW1W2W3W4W5W6元/t,第八节铀矿井排氡风量计算铀矿井，通风仍然是降低空气中氡及其子体的主要措施。计算风量时，一般按矿井生产最大发展时期计算氡析出量，并按最大氡析出量计算排氡风量。我国放射防护规定“井下工作场所空气中氡的最大允许浓度为3.71kBq/m3，空气中氡子体浓度的限值己定为8.3μJ/m3。矿井供风量必须同时满足这两项的要求。一、全矿井所需风量计算式中Q－按整个矿井计算所需风量，m3/s；D－矿井氡析出量，kBq/s；V－该采场所需通风空间体积，Km3，二、各采场所需风量计算,式中Q－该采场所需风量，m3/s；D－该采场氡析出量，kBq/s；V－该采场所需通风空间体积，Km3，E0－该采场入风氡子体浓度，μJ/m3。第九节自燃发火矿井的通风特点一、拟定自燃发火矿井通风系统时的要求（1）尽量防止或减少从地表或其它地方向采空区及火灾地区补给新鲜空气;（2）当某一处发生火灾时，所产生的高温和毒气烟雾不致于扩散到其他作业区;（3）便于对发火区进行密闭隔离，阻止火灾漫延，便于灭火；（4）网路结构要有利于降温排热;（5）便于反风。,二、自燃发火矿井的风量计算（1）开采次生富集半氧化带或接近地表的淋蚀带及原生带中构造裂隙较发育地段的矿床；（2）崩落带中的矿柱回采工作面。发热工作面所属风量一般按下列经验公式计算。当风速v1.0m/s时，用,式中H－工作面所要求的千卡达度，取6－8；△t－36.5－t，℃；t－工作面的空气温度，℃。三、井下降温和改善工作面作业条件的措施降低作业面温度，改善作业条件，可采取下列措施。（1）消除老硐和崩落带的热源。消除热源目前较为有效的方法是对老硐和崩落带实行灌浆抑制氧化。如湘潭锰矿、铜官山铜矿及向山硫铁旷均采用过此种方法。但有的地点不可能全部灌到，应配合密闭隔离及其他综合方法。（2）及时消除热量的积聚。良好的通风是及时排出工作面热量，改善作业点气候条件的有效措施之一。（3）利用低温脉外巷道吸热。脉外进风井巷有着明显的调热作用，它夏季吸热，冬季放热，可以适当利用。,第十节矿井风流的预热及冷却一、空气预热矿山安全规程规定进风井筒冬季结冰，对提升及其他装置有危险时，须设暖风装置，将空气加热到2℃以上。二、空气冷却我国南方夏季进风温度高达36－38℃，直接引起井下高温现象。如矿井深度很大，岩石温度很高，也会引起井下高温。故必须冷却进风温度，用循环冷水在进风井巷或井底喷成水雾，由于水分蒸发吸收热量，可使空气温度下降。为了降低进风温度，亦可利用进风井附近的废旧巷道或在进风井筒附近开凿几条通至恒温带的专用小井，并用平巷与井筒联通，形成井联进风，可既使空气沿小井冷却后再进入井下，又有利于降低通风阻力。,第九章习题,9-1,9-2,9-3,9-4,9-5,9-8,9-9,9-11,9-12,9-13,9-14,9-15,