矿井通风与安全课程设计刘志恒

中 国 矿 业 大 学 矿 业 工 程 学 院矿井通风与安全课程设计课程设计题目：云驾岭矿 120 万 t/a 新井通风设计小组成员： 刘志恒李军光班级：采矿 12-1 班 指导教师： 于宝海成绩： 日 期： 2015 年 12 月 01 矿井设计概况 .21.1 矿区概述 .21.2 井田开拓 .21.3 巷道布置与采煤方法 .42.1 矿井通风系统的基本要求 .52.2 矿井通风方式的选择 .62.3 矿井通风方案技术和经济比较 .82.4 通风机工作方法 .93 带区通风 .123.1 带区进、回风通风系统 .123.2 回采工作面通风方式 .124 掘进通风 .154.1 掘进方法的确定 .154.2 掘进工作面的通风方式 .154.3 煤巷掘进工作面需风量 .164.4 掘进通风设备选型 .174.5 掘进通风技术管理和安全措施 .195 矿井风量计算与分配 .205.1 矿井总风量的计算 .205.2 矿井风量分配 .225.3 风速验算 .236 矿井通风阻力计算 .246.1 通风阻力的计算原则 .256.2 通风容易时期和困难时期的确定 .256.3 通风阻力计算 .306.4 矿井通风总阻力 .317 矿井通风设备选型 .347.1 矿井通风设备选型要求 .347.2 矿井自然风压 .347.3 通风机选择 .357.4 矿井主要通风机设备要求 .377.5 通风机附属装置及其安全技术 .378 矿井通风费用概算 .398.1 吨煤通风电费 .398.2 通风设备的折旧费和维护费 .398.3 专用通风巷道的维护费 .408.4 通风员工工资费用 .408.5 吨煤通风成本 .409 结论 .4011 矿井设计概况1.1 矿区概述1.1.1 矿区概述云驾岭煤矿隶属河北冀中能源邯郸矿业集团有限公司，位于河北省武安市北部，以高村为中心，南距武安市约 5km，邯郸-长治公路横跨矿区南端，邢台-都党公路纵贯矿区东缘。北以第 1 地质剖面与郭二庄矿为界；南以第 13 地质剖面与上泉勘探区为界；西部以井田 F4 断层与地方煤矿为界；东部以 F22 断层及-550m 水平切割各煤层为边界。井内的气象参数按表 1-1 所列的平均值选取。表 1-1 空气平均密度一览表季节 进风井筒 kg/m3 回风井筒 kg/m3 井下平均密度 kg/m3冬 1.156 1150 1.166夏 1.135 1.141 1.1451.1.2 井田地质特征井田南北长约 5.7km 东西约 2.4km 南北近似长条状，井田周界 15280m，井田面积13.7km2。1.1.3 煤层特征本矿井可采煤层有 2 煤层，其煤层平均厚度分别 6.8m，具体参见图 1-1 综合地质柱状图。根据精查地质报告的瓦斯地质资料，最大相对瓦斯涌出量为 2.58 ，矿井瓦斯3/等级应定为瓦斯矿井。经煤炭科学研究总院抚顺分院对云驾岭矿 2、6 号煤的自燃进行了鉴定，鉴定结果表明 2 号、6 号煤为三类不易自燃。 1.2 井田开拓1.2.1 井田境界与储量矿井地质资源量：2 号煤 176.74Mt，矿井工业储量 151.35Mt， 矿井可采储量100.97Mt，本矿井设计生产能力为 120 万吨/年。工业广场的尺寸为 360m400m 的长方形，工业广场的煤柱量为 831 万吨。1.2.2 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限本矿井设计生产能力按年工作日 330 天计算， “三八”工作制，即二班生产，一班准备，每班净工作时间为 8 个小时，净提升时间为 14 小时。本矿井的设计生产能力为 120万吨/年,矿井服务年限为 64 年。2厚 度 (m)岩 层 名 称 及 岩 性 描 述0-150-2柱 状0-64.89630.8-9537461.8962-130850表 土 层 ， 上 部 由 河 卵 石 、 砂 土 及 残 破 积 物 构 成 ； 下 部为 水 泽 砾 石 层 ， 含 沙 量 硝 岩 ， 砾 石 为 紫 红 色 ， 灰 白 色石 英 ， 及 火 成 岩 等 ， 压 抗 等 水 泽 等 特 征 ， 砾 石 表 面 多包 有 灰 白 、 棕 红 色 粘 土基 岩 层 ： 紫 色 ， 厚 层 状 细 砂 岩 薄 层 状 粉 砂 岩 ； 上 部为 猪 肝 色 、 紫 红 、 暗 红 色 细 砂 岩 ， 中 细 砂 岩 、 粉 砂岩泥 岩 、 下 部 数 层 淡 水 灰 岩 石 ， 靠 近 底 部 有 一 层 褐 灰色 薄 层 状 硅 质 层 ， 底 部 为 比 灰 色 中 后 层 中 粒 含 粒 砂岩 。粉 砂 岩 ： 黑 灰 色 ， 较 致 密 ， 波 状 层 理 ， 裂 隙 发 育 ， 含星 点 状 铁 矿 晶 粒 及 植 物 化 石 。2号 煤 层 ， 为 本 区 主 要 含 煤 层 段 ； 黑 色 ， 玻 璃 光 泽 ，较 硬以 中 砂 岩 、 粉 砂 岩 为 主 ， 煤 层 底 板 为 粉 砂 岩 ， 富 含 植物 化 石 。6号 煤 层 ， 为 本 区 主 要 含 煤 层 段 ； 顶 板 以 粉 砂 岩 、 中砂 岩 为 主 ，由 一 套 灰 -灰 黑 色 粉 砂 岩 组 成 ， 富 含 黄 铁 矿 细 晶 .为 灰 色 铝 土 质 具 有 鳞 状 结 构 泥 岩 、 粉 砂 岩 、 中 细 砂 岩及 1-2层 灰 岩 、 煤 层 组 成 。 底 部 为 灰 铝 土 质 泥 岩 、 细砂 岩 ， 略 带 紫 色 ， 局 部 为 紫 红 色 赤 铁 矿 。图 1-1 综合地质柱状图1.2.3 井田开拓工业场地的布置选择在主、副井井口附近。工业场地的形状为矩形，占地面积长为400m，宽为 360m。设计为两个水平开采，两至四个阶段，阶段内采用带区方式布置。一水平标高-300m，二水平标高-550m ，第一水平采用上山开采，标高为-300m -100m，平均斜长1140m，水平垂直高度 200m，开拓大巷位于-300m 处。第二水平标高为-300m-550m，平均斜长 1260m，水平垂直高度 250m，开拓大巷位于-850m 处。本设计只设计2 号煤的开采。井筒的位置设于井田中央偏东的位置，这样既可以不增加初期工程量投资，又能照3顾矿井中后期的开采布置，同时以倾角较大条件复杂的煤层做工业广场保护煤柱，简化了矿井的开拓结构。风井井口位置的选择应在满足通风条件的前提下，与提升井筒的贯通位置最短，并利用各种煤柱以减少保护煤柱的损失。大巷层位选择根据煤层顶底板岩性和服务年限长短的原则，结合辅助运输方式对大巷的要求，设计确定大巷布置在 2 号煤层底板岩层中。1.3 巷道布置与采煤方法1.3.1 带区巷道布置及生产系统2 号煤层为单斜煤层，煤层走向 NS，长 5700m；倾向 NW，倾斜长度平均为 2400m；倾角 10。煤层平均厚度 6.8m，煤层较稳定。本开采区为北一带区，采用分带式采煤法。分带区走向长度为 2317m，倾斜长度 1140m，采用带区开采。以轨道大巷、运输大巷两侧保护煤柱线设停采线。首采带区由 10 个倾斜分带联合布置。在轨道大巷一侧掘带区车场与带区煤层运料平巷沟通；在运输大巷一侧掘带区回风斜巷与带区煤层运煤平巷贯通。带区煤层集中运料平巷和运煤平巷与各分带运输斜巷和分带轨道斜巷联通。首采工作面开切眼、分带轨道斜巷和分带运输斜巷均沿 2 煤底板布置在煤层中，两分带斜巷相互平行且与切眼垂直。首采带区工作面长度设计为 223.7m，采用综采放顶煤，所以把北一带区划分为 10个工作面。开采北一带区时，在北二带区同时开掘准备及回采巷道，为工作面接替做好准备。待首采北一带区首采面全部采完后，北二带区接替工作面已经准备出来，可以投入生产，依次类推。同理，设计首采采区的工作面接替顺序为跳采。即：2101210321052107210921022104210621082110 。1.3.2 采煤方法主采煤层选用综采开采工艺，倾斜长壁全部垮落一次采全高的采煤方法。工作面的推进方向确定为后退式。根据工作面的关键参数选用设备如下：ZZPF4800/17/33 型支架技术、MXA300/3.5D 型双滚筒采煤机、SGZ-764/400 型刮板输送机、SZZ-764/160 型转载机、 SB1200 型破碎机、SSJ1200/2200M 可伸缩带式输送机。采煤机截深 0.6m，其工作方式为双向割煤，追机作业，工作面端头进刀方式。工作面用先移架后推溜的及时支护方式。1.3.3 回采巷道布置回采巷道采用一般的“U”型布置方式，即一条区段运输顺槽,一条区段回风顺槽。该采区采用单巷布置，间留 5m 的煤柱，掘进通风简单，通风阻力小。回采巷道宽度为4.0m，高度为 3.3m。1.3.4 部分井巷特征参数表 1-2 部分井巷特征参数井巷名称 长度(m) 断面（ ）2 周长（m）副井 571 44.16 23.55井底车场及石门 15.6 1542 矿井通风系统拟定轨道大巷 2670 15 15.8带区车场 78.6 14.3 13.85带区轨道斜巷 1336.8 13.2 14.4工作面 222.6 8.1 11.4带区运输斜巷 1263.6 13.2 14.4带区回风石门 74.4 13.2 14.4回风大巷 2733 13.86 15回风石门 187.3 13.86 15风井 498.4 19.63 15.7风硐 13.3 12 11.79胶带运输大巷 2553.852.1 矿井通风系统的基本要求选择任何通风系统，都要符合投产快、出煤较多、安全可靠、技术经济指标合理等原则。具体地说，要适应以下基本要求：矿井至少要有两个通地面的安全出口；进风井口要有利于防洪，不受粉尘有害气体污染；北方矿井，井口需装供暖设备；总回风巷不得作为主要行人道；工业广场不得受扇风机的噪音干扰；装有皮带机的井筒不得兼作回风井；装有箕斗的井筒不得作为主要进风井；可以独立通风的矿井，采区尽可能独立通风；通风系统要为防瓦斯、火、尘、水及高温创造条件；通风系统要有利于深水平式或后期通风系统的发展变化。2.2 矿井通风方式的选择2.2.1 选择通风方案的考虑因素选择任何通风方式都需要符合投产较快、出煤较多、安全可靠和技术经济合理等原则。选择矿井通风方式时，应考虑以下两种因素：自然因素：煤层赋存条件、埋藏深度、冲击层深度、矿井瓦斯等级。经济因素：井巷工程量、通风运行费、设备装备费。2.2.2 矿井通风方案矿井通风方式根据回风井的位置的不同，可分为中央并列式、中央分列式、两翼对角式、采区式和混合式通风，以下为前四种方案的示意图。方案一：中央并列式风井主副井都位于中央工业广场上，副井进风，风井回风，如图 2.1。图 2.1 中央并列式通风方式1主井 2副井 3运输大巷 4回风大巷 5回风石门方案二：中央分列式123456两回风井位于井田边界的两翼，副井进风，风井回风，如图 2.2。12345图 2.2 中央分列式通风方式1主井 2副井 3运输大巷 4回风大巷 5回风石门方案三：两翼对角式进风井位于井田的中央，回风井设在井田两翼的上部边界，如图 2.3。图 2.3 两翼对角式通风方式1主井 2副井 3运输大巷 4回风大巷 5回风石门方案四：分区对角式通风方式每一个分区域内均设置进风井及回风井，构成独立的通风系统，见图 2.4。图 2.4 分区对角式通风方式1主井 2副井 3运输大巷 4回风石门12345123472.2.3 矿井通风方式的选择下面对这几种通风方式的特点及优缺点适用条件列表比较，见表 2-1。表 2-1 通风方式比较通风方式 优点 缺点 适用条件中央并列式初期投资较少，工业场地布置集中，管理方便，工业场地保护煤柱小，保护井筒的煤柱较少，构成矿井通风系统的时间短。风路较长，风阻较大，井底车场附近漏风较大。煤层倾角大、埋藏深，但走向长度并不大，而且瓦斯、自然发火都不严重。中央分列式通风阻力较小，内部漏风小，增加了一个安全出口，工业广场没有主要通风机的噪音影响；从回风系统铺设防尘洒水管路系统比较方便。建井期限略长，有时初期投资稍大。煤层倾角较小，埋藏较浅，走向长度不大，而且瓦斯、自然发火比较严重。两翼对角式 风路较短，阻力较小，采空区的漏风较小，比中央并列式安全性更好建井期限略长，有时初期投资稍大煤层走向较大（超过 4km） ，井型较大，煤层上部距地表较浅，瓦斯和自然发火严重的新矿井分区对角式通风方式工业场地没有噪声影响；矿进通风阻力小，风路短，漏风小；矿井通风安全可靠性强，特别是具有严重自然灾害威胁的矿井应采用该法。初期投资大，建井期较长。增加若干个回风井场地，压煤多。煤层距地表较浅，或因地表高低起伏较大，无法开凿浅部的总回风道，矿井走向长、多煤层开采、高温、高瓦斯、有瓦斯喷出和有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出的矿井。2.3 矿井通风方案技术和经济比较2.3.1 技术比较由于云驾岭煤矿为瓦斯矿井，自燃发火不严重，2 号煤层倾角不大，且走向较大，通过初步的技术比较方案一和方案三相比较案二和方案四有更明显的优势。2.3.2 经济比较方案一和方案三两通风方案的经济主要从巷道开拓工程量费用及巷道维护费用、通风设施购置费用和通风电费等方面考虑。巷道开拓及维护费用只比较两方案中不同（或多出）巷道，相同巷道不再作经济比较。经济比较见表 2-2 到表 2-5。（1）进行工程掘进费用比较中央并列式，回风井工程量为 498m；两翼对角式，回风井工程量：4982=996m。 表 2-2 井巷掘进费用比较表8方案项目 中央并列式 两翼对角式工程项目 工程量 （m）