平煤十矿矿井通风与安全课程设计

河北工程大学毕业设计（论文）1第七章 矿井通风矿井通风设计是整个矿井设计的主要组成部分，是保证安全生产的重要一环。必须密切结合矿井地质条件、矿井设计生产能力、矿井开拓方式、采煤方法、运输方式等条件以及各种经济技术参数，周密考虑，全面分析，精心设计，力求实现预期效果。7.1 矿井通风系统选择通风系统应根据矿井整个生产时期的技术经济因素做出全面考虑，以便确定的通风系统既可适应现实生产要求，又能照顾长远的生产发展与变化情况。设计原则及考虑因素:1) 符合 煤矿安全规程与煤炭工业矿井设计规范 ，通风系统完整、合理、简单。2) 利于矿井建设与连续、高效、建立一个安全可靠，技术先进和经济的矿井通风系统是矿井通风设计的基本任务，矿井基建时期通风是建井过程中掘进井巷的通风，此时期多用局部通风机对独头巷道进行局部通风。当两个井筒贯通后主要机组安装完毕，便可用主要通风机对已开凿的井巷实行全风压通风，从而可缩短其余井巷与硐室掘进时局部通风的距离。矿井生产时期的通风对于本矿井服务年限较长考虑到通风机设备的选型，对矿井安全生产。3) 进风流新鲜，回风流安全；风流易于控制，设有灾害应急措施。4) 优化巷道联络，减少风巷工程，减小风阻与漏风。5) 选择任何通风系统，都要符合投产快、出煤多、安全可靠、技术经济指标合理等原则。7.1.1 矿井概况本设计矿井井型为 240 万 t/a，服务年限为 80 年，本区主采戊 8煤层平均厚度4.5m，平均容重为 1.36t/m3；戊 9-10煤平均厚度 3.2m，平均容重为 1.36t/m3，煤层总平均厚度 7.7m，倾角不大，在 013之间，平均 8。煤质稳定，硬度中硬,普氏硬度为 23，均属肥和 1/3 焦煤，低硫中低灰分。煤层的埋藏深度为+20-800m 之间。因而设计两个开采水平，标高-320、720。矿井属低瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量为1.0m3/t，绝对瓦斯涌出量为 3.75m3/min。各煤层均有自然发火倾向，发火期为 46个月，煤层有爆炸性。7.1.2 矿井通风系统的基本要求选择矿井通风系统的因素较多，在抓住起决定作用的主要因素的同时注意其他因素，进行全面分析，就可能选择比较合理的通风系统。一般情况下矿井通风系统 ，都河北工程大学毕业设计（论文）2要符合投产较快、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：（1）每个矿井，特别是地震区、多雷区的矿井至少要有两个通地面的安全出口，两个出口之间距离不得小于 30m；（2）进风井口，要有利于防洪，不受粉尘、污风炼焦气体矸石燃烧气体等有毒气体的侵入；(3）采用多台分区主扇通风时，为了保持联合运转的稳定性，总进风道的断面不宜过小，尽可能减少公共风路的风阻；各分区主扇的回风流中央主扇和每一翼的主扇的回风流都必须严格隔开；(4)所有矿井都要采用机械通风主扇和分区扇必须安装在地面；(5)北方矿井，井口要有供暖设备；(6)总回风巷不得作为主要人行道；(7)工业广场不允许受扇风机噪音的干扰；（8)装有皮带机的井筒不允许兼作回风井；（9）装有箕斗的井筒不允许兼作进风井；（10）可以独立通风的矿井，采区尽可能独立通风；（11）通风系统要为防瓦斯、火、水、尘及降温创造条件；通风系统要有利于深水平延伸或后期通风系统的发展变化；(12)要注意降低通风费用。7.1.3 矿井通风方式的确定一般矿井主要有五种通风类型：中央并列式、中央分列式、两翼对角式、分区对角式和混合式通风。但一般来说新建矿井多在前 4 种方式中选择。混合式是前几种方式的发展，多在老井的改建、扩时使用。因而我们对前 4 种方式做一个初步的比较，表 4-1 所示。 表 7-1 通风方式对比表项目类型 适用条件 优缺点中央并列式新建矿井，煤层倾角大，走向长度小于 5Km，而且瓦斯、自然发火不严重的矿井初期投资少，出煤快，采区生产集中，便于管理；节省风井工业广场占地，压煤少；便于井筒延伸，为深部通风提供有利条件；风流折返流动路线长，通风阻力大，通风费用高；工业广场有风机，噪音大。河北工程大学毕业设计（论文）3中央分列式煤层倾角较小，埋藏较浅，走向长度不大而瓦斯和自然发火较严重的矿井与并列式相比，这种方式较安全，建井期两井深部延伸，通风不困难，风流不折返，阻力小，内部漏风小，有利于防火。工业广场没有噪音和污风的污染，回风井系统设备防尘管理比较方便。两翼对角式适用于走向长度大于 5Km，井田面积大，产量高，煤层距地表浅，瓦斯、自然发火严重的矿井。由于风流路线较短，阻力和漏风小，所以各采区风阻表较稳定；矿井总风压稳定，工业广场不受污染，比中央分列式安全性更好；但它的初期投资较大，管理相对分散，发生事故时反风较困难。分区对角式适用于煤层距地表浅，因地表高低起伏较大，无法开掘浅部总回风巷，而且表土层没有沙层，便于开掘小风井。另外，煤层走向长，多煤层开采，高温矿井也可以采用这种方式。各分区有独立的通风线路，互相不影响而且通风阻力小，建井工期短，安全生产好，分区风井多，占场地多，通风机管理分散。经技术比较后，通风方式确定在中央并列式与分区式之间。现将两种方案进行经济比较。表 7-2 经济比较表方案项目中央并列式 分区式井巷掘进费 257.52 万元 367.28 万元回风大巷 1356.23 万元 1468.29 万元风机房费用 1023.56 万元 1856.27 万元通风电费 2086.46 万元 4545.24 万元主要通风设备购置费 603.25 万元 567.87 万元大修费 528.42 万元 853.94 万元设备折旧费 12.45 万元/年 25.46 万元/年总费用 5867.89 万元 9684.35 万元河北工程大学毕业设计（论文）4本矿设计能力为 240 万 t/a，属低瓦斯矿井，但煤层有自然发火倾向，煤尘有爆炸性危险，井田走向较短，倾斜长度较长，设计为一个阶段一个采区，生产集中，便于管理；按倾向来看本矿煤层赋存形状为一个向斜和一个背斜构造。风井布置在井田中央背斜构造上面，有利于兼顾两翼通风，也为深部通风提供有利条件，再者压煤少。因此结合本矿的地质条件及以上技术和经济的比较，综合考虑，本矿井回风井也设在工业广场内东南处，通风方式设计为中央并列式。7.1.4 矿井主扇工作方法的选择煤矿主扇的工作方法分为抽出式和压入式两种。他们各有优缺点，现将两种工作方法的优缺点对比如下：表 7-3 抽出式和压入式的优缺点工作方式 优点 缺点抽出式整个通风系统处于负压状态，当主扇应故停止运转时，井下风流的压力提高，有可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全。在地面小窑塌陷区分布较广时，并和采区相沟通的条件下，用抽出式通风，会把小窑积存的有害气体抽到井下，同时使通过主扇的一部分风流短路。总进风量和工作面通风量都会减少。压入式用压入式通风，能用一部分回风流把小窑塌陷区的有害气体带到地面，在地面小窑塌陷区分布较广，并和采区相沟通的条件下使用比较安全。如果能够严防总风路上的漏风，则压入式主扇的规格尺寸和通风电力费用都较抽出式小。采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干构筑物，使通风管理工作比较难，漏风较大。在由压入式通风过渡到深水平抽出式通风时，有一定困难，因为过渡时期是新旧水平同时产生，战线较长。压入式主扇使井下风流处于正压状态，当主扇停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加。鉴于抽出式通风的若干优点及压入式通风方式的诸多缺点，本设计决定采用抽出式通风。7.2 采区通风采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元，是采区生产系统的重要组成部分，它包括采区进风、回风和工作面进风、回风巷道组成的风路连接形式及采区内的风流控制及设施。采区通风系统的合理与否不仅影响采区内的风量分配，发生事故时的风流控制，生产的顺利完成，而且影响到全矿井的通风质量和安全状况。河北工程大学毕业设计（论文）57.2.1 采区通风的基本要求采区应该有足够的风量并按需分配到各采面。为此，采区通风设计应满足下列要求：(1) 每个采区必须有单独的回风道，实行分区通风，回采面和掘进面都应采用独立通风，不能串联；(2) 工作面尽量避免位于角联分支上，要保证工作面风向稳定；(3) 煤层倾角大于 12时，不能采用下行风；(4) 回采工作面的风速不得低于 1m/s；(5) 工作面回风流中瓦斯浓度不得超过 1%；(6) 必须保证通风设施 (风门、风桥、风筒) 规格质量要求；(7) 要保证风量按需分配，尽量使通风阻力小风流畅通；(8) 机电硐室必须在进度风流中；(9) 采空区必须要及时封闭；(10) 要防止管路、避灾路线、避灾硐室和局部反风系统。7.2.2 采区通风方式的选择对于本矿的煤层赋存特点，采区设置为沿走向布置，沿倾向划分，采用分层下行式开采。通风路线为：副井进风井底车场轨道大巷采区车场轨道上（下）山中部车场区段进风石门区段运输平巷综采工作面区段轨道回风平巷运输上（下）山回风大巷回风井地面。采区通风方式大部分是上行风。只有在采区为下山开采时，从轨道下山进风这一段为下行风。所以再通风上不存在什么问题。7.2.3 工作面通风方式下适用于本设计的采煤工作面通风类型有 U、Z、Y 和双 Z 等形式（以后退式为例） 。这几种通风类型的粗略比较见表 71。图 71 回采工作面通风类型形形 双 形形河北工程大学毕业设计（论文）6表 7-4 回采工作面通风类型比较表 类型 优点 缺点U 形 采空区漏风少 在工作面上隅角附近容易积存沼气，影响工作面的安全生产。Z 形在采空区上部维护一条回风巷，工作面回风流经回风巷时，采空区的漏风可将其中的沼气排至回风道，工作面比较安全。采空区漏风大，需要维护一条巷道，巷道维护费用高。Y 形 增加一条进风巷，能有效地解决回风流的瓦斯浓度过高和积存问题。对回采工作面的瓦斯和气候条件没有改善；要求工作面的上顺槽沿采区一翼全长预先掘好，且在回采期间始终维护；同时，还需要在采区边界开一条为相邻两个采区共用的回风上山，故采区巷道的掘进和维护费用较大。双 Z 形对于瓦斯涌出量大和采用综采机组的回采工作面，能有效解决产量严重受通风限制的问题。中间巷道开掘在煤体中，并且在回采期间始终维护，故掘进和维护费用较大。由于本设计矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量很小，且 U 形通风漏风量少，易于通风管理。结合设计带区回采工作面推进方向，确定回采工作面的通风类型为 U 型后退式通风。区段沿走向布置，沿倾向划分，工作面采用长壁后退式开采方式，所以工作面只存在上行同向通风和下行逆向通风的问题，因此本设计只在这两种之间选择。这两种通风方式各有优缺点，分析如下表：表 7-5 上行风和下行风的优缺点 工作方式 优点 缺点上行风工作面沼气局部积存可能性小；设备工作安全；能构充分利用自然风压；工作面沼气易出现分层流动；沼气浓度大；煤尘大下行风工作面沼气局部积存可能性小；沼气不易出现分层流动 设备安全性较差；工作面一旦起火，沼气爆炸可能性大根据以上比较，考虑到人员和设备运行的安全，本设计决定工作面采用 U 型后退河北工程大学毕业设计（论文）7上行式通风。7.2.4 采区通风构筑物因为生产的需要，井下巷道是纵横交错彼此贯通。为了使井下各用风地点得到所需要的风量，保证风流按预定的通风路线，就必须在某些通风巷道的交叉口附近巷道设置通风设施，如风桥、挡风墙、风门等，以控制风流，为了防止这些设施漏风或风流短路，要求对通风设施，进行正确的设计，合理的选择形式及位置，保证通风设施的可靠性。1.风桥在进风流与回风流平面交叉的巷道处，须设置风桥，风桥使将两支平面相交的风流隔开，使之构成立体交叉风路的通风设施。2.挡风墙在需要截断风流和不通行的巷道内可以设置挡风墙，按其服务年限长短分为永久性和暂时性。3.风门风门是建筑在人员和矿车需要通过的巷道，而又不允许风流通过的巷道，按规定要建两座风门，其间距要大于运输车辆的长度，以便一座风门启动时，另一座风门能够关闭、不至于形成风流短路。分为普通风门和自动风门两种。4.调节风窗调节风窗用以增加巷道的局部阻力，以调节用风地点的供风量，本设计主扇采用抽出式工作方法，调节风窗全部安设在回风道中。7.2.5 采区通风系统的合理性由本设计矿井的回采工作面巷道布置方式、通风方式、通风构筑物、通风设备布置、配风量、采区漏风量、有效风量的计算可知，本设计采区通风系统式合理可行，主要可以从以下几个方面看出：1）符合设计规范，风量有富于系数；2）瓦斯得到稀释，二氧化碳不会出现超限；3）自然发火得到有效控制；4）通风方式合理7.3 掘进通风为开掘井巷而进行的通风称为掘进通风，亦称局部通风。为了稀释和排出自煤（岩）体涌出的有害气体，爆破产生的炮烟和矿尘以及保持良好的气候条件，必须对掘进工作面进行通风。掘进通风管理困难，易发生事故，因此搞好掘进通风对提高矿井安全程度有重大意义。河北工程大学毕业设计（论文）87.3.1 掘进通风方式的确定掘进通风方法分为三类：利用矿井全风压通风、引射器通风和局部通风机通风。1）利用矿井全风压通风利用矿井全风压的一部分能量，借助于各种导风设施，将新鲜风流引入掘进工作面，排除工作面的炮烟和有害气体。根据导风设施不同，分为以下三类：（1）用纵向风墙或风障导风如图 72 所示；材料多用木板、砖石和涂胶帆布等。图 72 纵向风墙导风图（2）利用风筒导风如图 43 所示，利用全风压克服导风风筒和独头巷道的通风阻力，向掘进工作面供给所需风量。图 73 风筒导向图（3）利用平行巷道通风当两条平行巷道同时掘进时，可每隔一定距离开一联络巷，前一联络巷掘通后，后一联络巷即封闭。由两条巷道与联络巷构成一个进、回风系统，由全风压供风。独头巷道部分可利用风障或导风筒导风。河北工程大学毕业设计（论文）9利用全风压通风管理方便，但风压小、风量低，只适用于短距离掘进巷道或两条长距离巷道同时掘进。2）引射器通风引射器是将高压水或压缩空气的部分能量传递给风流，克服风流在风筒和独头巷道中流动的阻力，达到给掘进工作面供风的目的，如图 44 所示。根据高压流体的不同，分为压气引射器和水力引射器。1-喷嘴 2-混合管图 74 引射器工作原理这种通风方法具有设备简单、安全、有利于除尘降温的优点，其缺点是负压低、风量小、效率低。3）局部通风机通风局部通风机通风是我国掘进工作面的主要通风方法。其工作方式有三种：压入式、抽出式和混合式，这三种通风方式的布置如图 45 所示。图 75 局部通风机布置（1）压入式通风：如图 45（a）所示，局部通风机安设在进风巷道的新鲜风流中，距掘进巷道的排风口必须大于 10m，供给工作面的风量，由局部通风机压入经风筒送到工作面，而工作面的分污浊空气，经巷道排除进入总回风巷，其优点有：风流有效射程长，一般可达 7-8m，易于排除工作面的有害气体，通风效果好。（2）抽出式通风：如图 45（b）所示，局部通风机安设在进风巷道的新鲜风流中，由于局部通风机造成的负压使新鲜空气达到工作面，而污风经风筒由局部通风机抽出。其优缺点由：安全卫生条件好，但是，抽出式通风，爆炸性气体由可能经过风筒和局河北工程大学毕业设计（论文）10部通风机排除，一旦局部通风机电路漏电或防暴失效，有引起瓦斯和煤尘爆炸的危险。（3）局部通风机混合式通风方：如图 45（c）所示，由 2 台局部通风机组成，一台向工作面压入式通风，另外一台作抽出式通风，兼有压入式和抽出式的特点，适用于巷道断面大，送风距离长、瓦斯涌