矿井通风课程设计
一、局部通风设计
（一）设计原则及掘进通风方法的选择
1、设计原则
根据开拓、开采巷道布置、掘进区域煤岩层的自然条件以及掘进工艺，确定合理的局部通风方法及其布置方式，选择风筒类型和直径，计算风筒出入口风量，计算风筒通风阻力，选择局部通风机。
局部通风是矿井通风系统的一个重要组成部分，其新风取自矿井主风流，其污风又排入矿井主风流。其设计原则可归纳如下：
(1)矿井和采区通风系统设计应为局部通风创造条件； (2)局部通风系统要安全可靠、经济合理和技术先进； (3)尽量采用技术先进的低噪、高效型局部通风机；
(4)压人式通风宜用柔性风筒，抽出式通风宜用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性的风筒。风筒材质应选择阻燃、抗静电型。
(5)当一台风机不能满足通风要求时可考虑选用两台或多台风机联合运行。 2、掘进通风方法的选择
掘进通风方法分为利用矿井内总风压通风和利用局部动力设备通风的方法，局部通风机通风是矿井广泛采用的掘进通风方法，它是由局部通风机和风筒（或风障）组成一体进行通风，按其工作方式可分为：
（1）压入式通风 （2）抽出式通风 （3）混合式通风
压入式通风新风经过风机，安全系数高，可用柔性风筒，柔性风筒重量轻，易于贮存和搬运，连接和悬吊也简单，胶布和人造革风筒防水性能好，是大多数矿井局部通风的选择，结合本设计故选择压入式通风。
（二）掘进工作面所需风量计算及设计
根据《规程》规定：矿井必须采用局部通风措施 1、掘进工作面所需风量
按下列因素分别计算，取其最大值。
1）按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算
Q掘
100QCH4K掘
60
m3/s
式中：Q掘——掘进工作面实际需风量，m3/s；
Qch4——掘进工作面平均绝对瓦斯涌出量，m3/s；
K掘——掘进工作面因瓦斯涌出量不均匀的备用风量系数。即掘进工作面最大绝
对瓦斯涌出量与平均绝对瓦斯涌出量之比。通常，机掘工作面取1.5~2.0；炮掘工作面取1.8~2.0。此处取1.9 所以：
Q掘=100×1.2×2=240(m3/min)
2）按炸药使用量计算
Q掘=25A掘 (m3/min)
式中：25——使用1㎏炸药的供风量，m3/s；
A掘——掘进工作面一次炸破所用的最大炸药量，㎏。 所以：Q掘=25×7.2=180(m3/min) 3)按工作人员数量计算
Q掘=4N掘
式中：N掘——掘进工作面同时工作的最多人数，人 所以： Q掘=4×40=160(m3/min) Q掘取其最大值: 240(m3/min)
根据上述计算，应选取所有风量中的最大值，故按排瓦斯所需风量为该掘进巷道的需风量，大小为240 m3/min。
4）按风速进行验算
掘进工作面的最小风速： 60×0.25×8.5=127.5(m3/min) 掘进工作面的最大风速： 60×4×8.5=2040(m3/min) 127.5(m3/min) 小于240(m3/min) 小于2040(m3/min)
符合要求。
2、掘进面的设计 1）巷道断面
掘进断面取8.5m2 2）支护形式
在上下顺槽内，巷道支护形式采用工字钢支护 （三）掘进通风设备选择
1、风筒的选择 1）风筒的种类
掘进通风使用的风筒有金属风筒和帆布、胶布、人造革等柔性风筒。柔性风筒重量轻，易于贮存和搬运，连接和悬吊也简单，胶布和人造革风筒防水性能好，且柔性风筒适于压入式通风，本设计通风长度750米，因此可选用直径为1000㎜的胶布风筒。风筒特性如表5-4。
2）风筒漏风
（1）风筒漏风备用系数 柔性风筒的pq值用下式计算：
pq=
11-nLei
式中：n——接头数；在这里n=750÷30=25
Lei——一个接头的漏风率，插接时取0.01～0.02；反边连接时取0.005。 在这里取0.005
所以
pq=1÷(1－25×0.005)=1.14285
所以 Qf= pq×Qh=1.14285×240=274.284(m3/min) 风筒漏风量占局部通风机工作风量的百分数：
Qf-QhQl
Le=⨯100%=⨯100%
QfQf
所以：
Ls=(274.284－240)÷274.284=12.5%
（2）风筒有效风量
掘进工作面风量占局部通风机工作风量的百分数：
Qf-QlQh
pe=⨯100%=⨯100%=(1-Le)⨯100%
QfQf
所以
ps=(1－12.5%)×100%=87.5%
通过风筒的风量Q即：
Q=fQ=256.6(m3/min)
h
2、局部通风机的选择 1）、确定局部通风机的工作参数： （1）、局部通风机工作风量Qf
根据掘进工作面所需风量Qh和风筒的漏风情况，用下式计算局部通风机的工作风量。
既
Qf=pqQh
Qf= pq×Qh=1.14285×256.6=293.3(m3/min)
（2）、局部通风机的工作风压hf
压入式通风时，设风筒出口动压损失为hv，则局部通风机的全压Ht为
2Qh
Ht=RfQfQh+hv=RfQfQh+0.811ρ4
D
式中：Rf——压入式风筒的总风阻。 Rf=15.88×750÷100=119.1 所以
24
Ht=119.1×293.3÷60×240÷60＋0.811×1.2×(240÷60)÷0.6 =2354.754(pa)
3）、局部通风机选型：
根据需要的Qf、Ht、值在局部通风机特性曲线上，确定局部通风机的合理工作范围，选择长期运行效率高的局部通风机。
查课本表6－3－8得选择的局部通风机为： BKJ66—11NO5.0型 功率：15kw 转速：2950r/min，动轮直径：0.5m。
二、风量计算及风量分配
（一）矿井需风量计算
对设计矿井的风量，可按两种情况分别计算： 一种是新矿区无邻近矿井通风资料可参考时，矿井需要风量应按设计中井下同时工作的最多人数和按吨煤瓦斯涌出量的不同的吨煤供风量计算，并取其中最大值。在矿井设计中吨煤瓦斯涌出量的计算，根据在地质勘探时测定煤层瓦斯含量，结合矿井地质条件和开采条件计算出吨煤瓦斯涌出量，再计算矿井需风量。
另一种是依据邻近生产矿井的有关资料，按生产矿井的风量计算方法进行。其原则是：矿井的供风量应保证符合矿井安全生产的要求，使风流中瓦斯、二氧化碳、氢气和其它有害气体的浓度以及风速、气温等必须符合《规程》有关规定。创造良好的劳动环境，以利于生产的发展。课程设计是在收集实习矿井资料基础上进行的，故可按此种方法计算矿井风量。即按生产矿井实际资料，分别计算设计矿井采煤工作面、掘进工作面、硐室等所需风量，得出全矿井需风量，即“由里往外”计算方法。
1、生产工作面、备用工作面 每个回采工作面实际需要风量，应按瓦斯、二氧化碳涌出量和爆破后的有害气体产生量以及工作面气温、风速和人数等规定分别进行计算，然后取其中最大值。本设计矿井属低瓦斯矿井。
(1)、低瓦斯矿井的采煤工作面按气象条件或瓦斯涌出量（用瓦斯涌出量计算，采用高瓦斯计算公式）确定需要风量，其计算公式为：
Qc=Qjb⨯Kcg⨯Kcc⨯Kcw
式中：Qc——采煤工作面需要风量，m3/s；
Qjb——不同采煤方式工作面所需的基本风量，m3/s。
Qjb——工作面控顶距×工作面实际采高×70%(工作面有效断面积)×适宜风速（不小于1m/s）；
Kcg——回采工作面采高调整系数（见表2）； Kcc——回采工作面长度调整系数（见表3）； Kcw——回采工作面温度调整系数（见表4）。
代入公式得:
Qc=Qjb⨯Kcg⨯Kcc⨯Kcw
=3.96×4.1×0.7×1.3×1.5×1×1
2
=22.16(m/s)
(2)、按工作面温度选择适宜的风速进行计算
Qc=60⨯Vc⨯Sc
式中：Vc——采煤工作面风速，m/s；见表5 Sc——采煤工作面的平均断面积，m2。
所以：
Qc=60×1.3×3.96×4.1×0.7=886.5÷60=14.8（m3/s）
(3)、按回采工作面同时作业人数
每人供风不小于4m3/min，则
Qc=
4N
60
式中：N——采煤工作面同时工作人数.。此处为90人。 所以：Qc=（4×90）÷60=6（m3/s）
根据上述计算并取其中最大值即为22.16（m3/s） （4）按风速进行验算:
0.25S
式中：S——工作面平均断面积，m2此处为3.96×4.1×0.7=11.4 所以：0.25×11.4=2.85
4×11.4=45.6 既0.25S
符合
(5)、备用工作面不得低于采煤工作面实际需要风量的50%。
所以备用工作面风量取22.16×50%=11.1（m3/s） 2、掘进工作面所需风量
前面已经算过为4（m3/s） 3、硐室实际需要风量
硐室实际需要风量应按矿井各个独立通风硐室实际需要风量的总和计算，即
∑Q
硐
=Q火+Q充＋Q机＋Q采硐＋Q其它 m3
式中：Q火——火药库实际需要风量，按每小时4次换气量计算，即 Q火=4V/60=0.07V
(m3/s)；
V——井下爆炸材料库的体积，m3，包括联络巷道在内的火药库的空间总体积
(m3)，一般按经验值给定风量，大型火药库供风100～150m3/min；中小型火药库供风60～100m3/min；这里取80既1.333 m3/s
Q充——充电硐室实际需要风量，应按回风流中氢气浓度小于0.5%计算，但不得
小于100m3/min，或按经验值给定100～200m3/min；
机电硐室需要风量应根据不同硐室内设备的降温要求进行配风，选取硐室风量，须保证机电硐室温度不超过30℃，其它硐室温度不超过26℃。
Q机——大型机电硐室实际需要风量，应按机电设备运转的发热量计算，即
Q机=
860Wi(1-ui)
m3s
1.2⨯0.24⨯60⨯∆t
Wi ——机电硐室中运转的机电总功率，kW；
(1-μi )—— 机电硐室的发热系数，应根据实际考查的结果确定，也可取下列数
值，空气压缩机房取0.20～0. 23；水泵房取0.02～0.04；
860——1kW/h的热当量数，千卡； μi ——机电设备效率；
Δt ——机电硐室进回风流的气温差，℃；
Q采硐 —— 采区绞车房或变电硐室实际需要风量，按经验供给风量60～80
m3/min ；这里都取80既1.333 m3/s
Q其它硐 ——其它硐室所需风量，根据具体情况供风 既
3
Q=Q+Q＋Q＋Q＋Q m∑硐火充机采硐其它
=1.333+1.333+1.333 =3.999（m3/s） 4、矿井总风量
矿井总风量按下式计算
Qkj=(∑Qcj+∑Qjj+∑Qdj+∑Qgj)Kkj
=(22.16+4+11.1+3.999) ×1.20 = 49.3
式中：Qkj ——矿井总进风量，m3/s；
∑Qcj ——采煤工作面实际需要风量总和，m3/s； ∑Qjj ——掘进工作面实际需要风量总和，m3/s；
∑Qdj ——独立通风的硐室实际需要风量总和，m3/s；
∑Qgj——矿井中除采煤、掘进和硐室以外其它井巷需要通风量总和，m3/s； Kkj ——矿井通风系数(包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素)宜取1.15～1.25。 矿井内部漏风量为8.25 m3/s 平均每处漏风量为1.65m3/s. （二）风量分配与风速验算
当风量分配到各用风地点后，必须结合巷道断面情况进行风速验证，保证各条巷道的风速均在合理范围内。
各条井巷的供风量确定后，要按《规程》第101条规定的风速进行验算。 需绘制出矿井通风系统图与网络图，计算出每条巷道的通过风量，计算出每条巷道的风速，进行验算，验算结果可填入表6中。如果某条井巷的风速不符合《规程》规定，则必须进行调整，然后将各地点、各巷道的风量、断面、风速列成一览表。
矿井下各类巷道的适宜风速一般为：阶段运输大巷：4.5~5.0m/s；轨道上(下)山、运输上(下)山：3.5~4.5m/s；回风上(下)山：4.5~5.5m/s；区段运输平巷(顺槽)：3.0~3.5m/s；区段回风平巷(回风顺槽)：4.5~5.5m/s；阶段回风大巷、总回风巷：5.5~6.5m/s。
巷道名断面称 m2 副井 12.5 井底车场 12.5 运输大巷 12.5 运输上山4－5 10.2 运输上山5－6 10.2 运输平巷6－7 9.51 工作面 10.0 回风平巷 9.51 回风大巷 10.2
专用回风下山10.2 9～13 专用回风下山10.2 13～14 专用回风上山10.2 14-15 风井 11.6
表6 巷道风速校验表
容易时期 困难时期 风量风速风量风速m3/s m/s m3/s m/s 49.3 3.944 49.3 3.944 49.3 3.944 49.3 3.944 49.3 3.944 49.3 3.944 34.901 3.422 38.201 3.745 23.801 2.333 23.801 2.333 22.16 2.330 22.16 2.330 22.16 2.216 22.16 2.216 22.16 2.330 22.16 2.330 49.3
4.833
49.3
4.833
30.91 3.030 46.643 4.573 49.3 4.833 49.3
4.25
49.3
4.25
适宜风速m/s
4.5~5.0
3.0~3.5
4.5~5.5 5.5~6.5
4.5~5.5 4.5~5.5 4.5~5.5
允许风速m/s 最小 最大— 8 0.25 6 0.25 6 0.25 6 0.25 6 0.25 4 |— 8 —
8
0.25 6 0.25 6 0.25 6 —
15
备注
《规程》规定的风速限定值见表7所示。
(1) 风量分配 容易时期 副井:49.3 井底车场:49.3 运输大巷:49.3
运输上山4－5: 49.3-1.333×3-1.65×4-3.8=34.901 运输上山5－6：34.901-11.1=23.801 运输平巷6－7： 24.761-1.65=22.16 工作面： 22.16 回风平巷：22.16 回风大巷49.3 风井 49.3 困难时期
副井 49.3 井底车场 49.3 运输大巷 49.3 运输上山4～5 49.3-1.333×3-1.65×2-3.8=38.201 运输上山5~6 38.201-1.65×2-11.1=23.801 运输平巷6～7 23.801-1.65=22.16 工作面7～8 22.16 回风平巷8～9 22.16
专用回风下山9～13 22.16+1.65×3+3.8=30.91 专用回风下山13～14 30.91+11.1+1.333+1.65×2=46.643 专用回风上山14-15 49.3 回风大巷15-10 49.3 风井10-11 49.3
三、矿井通风阻力计算
在主要通风机整个服务期限内，矿井通风总阻力随着开采深度的增加和走向范围的扩大以及产量提高而增加。为了主要通风机于整个服务期限内均能在合理的效率范围内运转，在选择主要通风机时必须考虑到最大可能的总阻力和最小可能的总阻力，前者对应于主要通风机服务期限内通风最困难时期矿井总阻力，后者对应于通风最容易时期的矿井总阻力，同时还考虑到自然风压的作用。
（一）计算原则
1、在进行矿井通风总阻力计算时，不要计算每一条巷道的通风阻力，只选择其中一条阻力最大的风路进行计算。但必须是选择矿井达到设计产量以后，通风容易时期和通风困难时期的阻力最大风路。一般，可在两个时期的通风系统图上根据采掘作业布置情况分别找出风流线路最长、风量较大的一条线路作为阻力最大的风路。在选定的线路上(分最容易和最困难时期)，从进风井口到回风井口逐段编号，对各段井巷进行阻力计算，然后累加起来得出这两个时期的各自井巷通风总阻力(h阻易、h阻难)。如果通风系统复杂，直观上难以判断哪条风路阻力最大时，则需选择几条风路，通过计算比较选出其中最大值。
如果矿井服务年限较长，则只计算头15～25a的通风容易和困难两个时期的井巷通风总阻力。
2、为了经济、合理、安全地使用主要通风机，应控制h阻难不太大，对大型矿井不超
巷道各段序
过4400Pa，有自燃倾向的矿井不超过3400Pa。 （二）计算方法
沿着上述两个时期通风阻力最大的风路，分别用下式算出各区段井巷的摩擦阻力： h
23
摩=a·L·U·Q/S ( Pa )
式中：L、U、S ——分别为各井巷的长度、周长、净断面积(m,m,m2)； a ——摩擦阻力系数，可查阅《煤矿通风与安全》一书的附录；
Q—— 各井巷和硐室所通过的风量分配值，系根据前面所计算的各井巷硐室所
需要的实际风量值再乘以 K矿 (即考虑井巷的内部漏风和配风不均匀等因素)后所求得风量值，m3/s。
将以上计算结果填入表7中。
其总和为总摩擦阻力 ∑h摩，即是：
∑h摩 =h1-2+h 2-3+„„+h-n-(n+1) (Pa )
式中：h1-2、h2-3、„„ 为各段井巷之摩擦阻力，Pa。 因此，全矿总阻力为：
(1)通风容易时期的总阻力h阻易为：
h阻易=1.2∑h摩易
(2)通风困难时期的总阻力h阻难为：
h阻难=1.15∑h摩难
式中：1.2、1.15——考虑到风路上有局部阻力的系数。
a 净断面
巷
道支架形风量h摩28
(NS2/m4R (NS/m) 23
名式 L (m) U (m) S (m) Q(m/s) (Pa)
)
称
局部阻力 合计
1617.7
四、主要通风机选型
（一）自然风压
本设计矿井冬，夏季自然风压都取50 pa （二）选择主要通风机
本矿井为高瓦斯矿井，考虑压人和抽出通风方式的优缺点及轴流式通风机和离心式通风机的优缺点。
初步选择轴流式通风机采用抽出通风方式通风。 1、确定主要通风机的风量
（1）容易时期通过主要通风机的风量Q扇必大于通过出风井的矿井总风量Q矿， 对于抽出式：
Q扇=(1.05～1.10)Q矿 (m3/s)
式中，1.05～1.10为外部漏风系数，出风井无提升运输任务时取1. 05，有提升运输任务时取1.10。 此处取1.05
Q扇=1.05×49.3=51.8(m3/s)
（2）困难时期时期通过主要通风机的风量Q扇必大于通过出风井的矿井总风量Q矿， 对于抽出式：
Q扇=(1.05～1.10)Q矿 (m3/s)
式中，1.05～1.10为外部漏风系数，出风井无提升运输任务时取1. 05，有提升运输任务时取1.10。 此处取1.05 Q扇=1.05×49.3=51.8(m3/s)
2、确定主要通风机的风压
轴流式通风机：
容易时期 h扇易＝h阻易十hd一HN 困难时期 h扇难＝h阻难十hd十HN 式中：
hd——通风机装置阻力，Pa。此处取150pa 所以 容易时期 h扇易＝h阻易十hd一HN=1107.1＋150－50=1207.1pa 困难时期 h扇难＝h阻难十hd十HN=1617.7＋150＋50=1817.7 pa
观察BDNo-20通风机特性曲线图知，其可满足要求,在其风量坐标51.8 做Q轴垂线，在风压坐标1207.1。 1817.7点分别做Q轴平行线，分别Q轴垂线于A. B两点，有图可见，此两个工况点均在合理工作范围内，故选BDNo-20通风机 3、求通风机的实际工况点
1）计算通风机的工作风阻 R易= h扇易/ Q扇2 R难= h扇难/ Q扇2 即：
2
R易=1207.1÷51.8=0.4498
2
R难=1817.7÷51.8=0.6774
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 A/, 即为实际工
况点A/。和B/沿风阻曲线上移一级得容易时期和困难时期风机实际工况点A和B。
由图可见，两个工况点均在合理工作范围内
容易时期应在安装角θ较小的情况工作，困难时期应在安装角 θ较大的情况下工作。 （三）选择电动机
1、根据通风容易和通风困难两个时期实际工况点计算主要通风机的输入功率
N扇入易=
Q扇'∙h扇易'1000η扇易Q扇'∙h扇难'1000η扇难
N扇入难=
式中：h扇易’、 h扇难’ 、Q扇’均为实际工况点的对应参数
η——风机效率，可在风机特性图上查得。
所以:N扇入易=(55×1360.6) ÷(1000×0.76)=98.5(KW) N扇入难=(53.1×1914.2)÷(1000×0.82)=123.96(KW)
2、由通风容易通风困难两个时期主要通风机输入功率，计算电动机的输出功率 N电出。当选择异步电动机时，可用下列两种方法计算。
当主要通风机的输入功率在通风容易时期为 N扇入易 与困难时期的N扇入难相差不大时，即N扇入易≥0.6N扇入难时，则两个时期都用一种较大功率的电动机。其电动机的输出功率N电出和输入功率N电入分别用下式计算：
N电出=
N扇入难
η转
( kW )
式中：η转 ——传动效率，直接传动时，η转 =1 ；
N
N电入＝（1.10~1.15电出
η电
( kW )
式中：1.10～1.15——电动机的容量系数，对于离心式主要通风机取1.15，对于轴流式
主要通风机取1.10；
η电——电动机效率，一般取0.9～0.95，此处取0.91。
因98.5＞123.96×0.6=74.376
所以 N电出=123.96÷1=123.6
N电入=(1.1×123.6) ÷0.91=149.4（kw）
查《电动机技术手册》合适的电动机为：JS－400S2－8 功率160Kw 转数740r/min 效率91.功率因数0.85.
五、概算矿井通风费用及评价
1、吨煤的通风电费
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，可用下公式计算
E=
D(If+Ia)
T
式中：E——主要通风机年耗电量，元/t；
D——电价，元；
T——矿井年产量，t；
If——矿井主要通风机年耗电量；通风容易时期和困难时期共选一台电动机时：
If=
Nemax⨯365⨯24
ηeηcηvηH
式中：ηe ——主要通风机电动机效率，取0.90；
ηc——传动效率，直接传动时取1.0； ην——变压器的效率 取0.80；
ηH ——电线的输出功率 取0.95 If=(149.4×365×24)÷(0.9×1×0.8×
0.95)=1913368.4
Ia——矿井局部通风机与辅助通风机年耗电量
Ia=（15×365×24）÷（1×1×0.8×0.95）=172894.7 E=｛1×（1913368.4＋172894.7）｝÷900000=2.32（元/t）
2、矿井等积孔、总风阻 R矿易=h阻易/Q2扇 R矿难=h阻难/Q2扇
式中：R矿易、R矿难——容易时期和困难时间的全矿总风阻，Ns2/m8
2
R矿易=1207.1÷51.8=0.4498
2
R矿难=1817.7÷51.8=0.6774
A矿易=1.19
Q矿易h矿易Q矿难h矿难
A矿难=1.19
式中： A矿易 、A矿难 ——容易时间、困难时期全矿通风等积孔，m2
1/2
A矿易=（1.19×51.8）÷922.6=2.03
1/2
A矿难=(1.19×51.8)÷1617.7=1.53 矿井通风难易程度评价见依据见表8
表8
容易时期和困难时期矿井通风难易程度都为中等。