沙埠煤矿通风安全设计 毕业设计.doc

第 1 页 设计总说明 本设计为兖州矿务局沙埠矿 120 万吨新井设计，全篇共分为以下几个部分： 矿井概括及井田地质特征、井田境界及储量、矿井工作制度和设计生产能力及服 务年限、井田开拓、采区巷道布置、采煤方法、井下运输、矿井提升、矿井通风 与安全、矿井主要经济技术指标和矿井安全技术措施。 沙埠矿位于山东省兖州市境内。矿井东西长约为 8900m，南北宽约为 3100m，面 积为 27.59km2。含远景开发区 2.34km2 。井田内的主要可采煤层为 5 煤、7 煤， 该煤层赋存稳定，5 煤层煤层厚度为 3.65m，7 煤层煤层厚度为 1.93m，平均厚度 2.79 米。倾角平均为 13，为近水平中厚煤层。煤层间距为 51.3m。井田储量为 2.2120108 吨，井田内工业储量 2.0378108 吨，可采储量 1.5048108 吨。矿井 平均涌水量为 240m3/h，绝对瓦斯涌出量为 11.25m3/min，相对瓦斯涌出量 2.97 m3/t，属于低瓦斯矿井，有自然发火现象。 沙埠矿年设计生产能力 120 万 t/年，服务年限 89.8 年。第一水平服务年限为 30 年。采用立井而上山开拓（暗斜井延伸） ，第一水平标高-325m，第二水平标高- 550m,第三水平标高为-775m。矿井采用单面走向长壁综合机械化采煤法。 本矿井采用四六制，每班工作 6 h，三班出煤，一班检修，矿井工作日为 300d，每天净提升时间为 16h。本矿井计划用二个采区的二个高产、高效工作面保 证全矿井的产量。主采煤层厚度 3.65m，工作面长度 143m，工作面年推进度为 869m,煤容重 1.4t/m3,工作面回采率 95%，综采面的生产能力为：120.68 万吨。煤 的运输采用架线式电机车牵引 3 吨侧卸式矿车运输。 沙埠矿可采煤层为 2 个煤层，采用下行式开采，先采上层煤层，再采下层煤。 主要通风机采用抽出式通风，矿井通风方式为两翼对角式通风。采煤工作面为后 退式开采，采用上行式通风，为 u 型后退式通风。矿井所需总风量为 149.71m3/s。通风容易时期通风阻力为 1145.254pa，通风困难时期通风阻力为 1592.976pa。通风机风量为 86.5m3/s，通风容易时期通风机风压为 1380pa，通风 困难时期通风机风压为 2000pa。选定通风机型号为对旋式主通风机 bd22。电费 为 1.78 元/t。 矿井安全技术措施包括：防治粉尘措施、防治瓦斯措施、防治火措施、防治 水措施。通过各项措施，对粉尘、火灾、水灾和矿井瓦斯进行防治，大大提高了 沙埠煤矿通风安全设计 第 2 页 矿井开采的安全性。 关键词：井田地质特征；井田开拓；采煤方法；矿井通风与安全；矿井安全技术措 施。 第 3 页 abstract this is a new design of shabu mine in yanzhou coal department which will have a production of 1.2millon tons. the whole design is divided into the following parts: the outline of the mine and its geological characters, field boundary and reserves, the mine working system, the designed productive capacity and service life, mine exploitation, panel design, mining method, transportation of underground, mine lifting, mine ventilation and safety, the economic and technologic index of the mine and the safe measures of the mine field. the shabu mine filed is located in yanzhou city of shandong province. the boundary of the mine filed runs 8.9 km from west to east and 3.1km from north to south on average. the total area of the mine is about 27.59km2.the area of vision development zone is 2.34 km2. there are two main available seams: coal seam5 and coal seam7, where the occurrence is steady. the thickness of coal seam 5 is 3.65m, and the thickness of coal seam7 is 1.93m. the average thickness of the two coal seams is 2.79m. it is a sub-horizontal medium-thickness coal seam with the average angle of inclination 13 degree. the distance of two mine seams is 51.3m. the reserves of the mine are 221.20 million tons, and the industry reserves of the mine filed are 203.78million tons with the exploitable reserves 150.48 million tons. the average water yield of the mine is 240m3/h. the absolute gas emission rate is 11.25m3/min and the relative gas emission rate is 2.97 m3/t, which means the coal mine is a low gas mine. the coal seams have the danger of explosion and phenomenon of spontaneous combustion. the productive capacity of shabu mine is 1.2 million tons per year, and its service life is 89.8 years. the service life of the first level is 20 years. there are three levels in the mine. the fist development level is located at the level of -325m, the second is 550m, the third is -775m.the coal mining method is fully mechanized mining to the strike with sublevel caving in inclined coal seam. this coal mine adopt the 4 and 6 system, which means every shift is 6 hours, three shifts responsible for the coal production, one shift responsible for the maintenance. colliery working day is 300 days and the net production time is 18 hours. this coal mine plan to use two high-yield and efficient working faces in two mining area to ensure the production of the whole mine. the main extracting seam thickness is 3.65 meters, the 沙埠煤矿通风安全设计 第 4 页 length of working face 143 and the length of working face per year is 869 meters. the capability of the mine is 1.4t / , which has a 95 percent of coefficient of recovery and 3m the production capability of coal mining face is 1.2068 million tons. coal is transported by the granby car which is pulled by trolley locomotive with a capacity of 3 tons. shabu mine has two commercial beds. it adopts the method of descending coal- mining which means mining from the upper bed first and then the lower bed. the main ventilator adopts the exhaust ventilation and the ventilation method of the mine is diagonal ventilation. the coal face is retreat mining which adopts ascending ventilation and is the u-shape retrusive ventilation. the total air quantity of the coal mine is 149.71m3/s. when ventilation is good, the ventilation resistance is 1145.254pa, while when ventilation is bad, the ventilation resistance is 1592.976pa. the air quantity of the ventilator is 86.5m3/s. when ventilation is good, the wind pressure of ventilator is 1380pa, while when ventilation is bad, the wind pressure is 2000pa. the designed ventilator type is counter rotating fan bd22 and the energy charge is1.79 yuan/t. the technical safety measures of the mine include: dust control measures, gas control measures, fire prevention and control measures, water control measures. by taking all kinds of measures to keep out the dust, fire disaster, flood and the mine gas, the safety of mining has been greatly improved. keywords: geological characters of the mine；mine extraction；mining method； ventilation and safety；technical safety measures of the mine 第 5 页 前 言 毕业设计是学生毕业前最后一个教学环节，是培养学生系统的总结和运用所学 的理论知识、实践经验、分析和解决实际问题的有效手段。 （1）本毕业设计是在完成了各类课程设计及实习报告的基础上，结合安全工 程专业的特点，综合运用所学的安全技术知识来解决生产实际问题，具有实际意义 和教学意义。 （2）本毕业设计将系统地阐述实习矿井的开拓开采、矿井通风与安全等工程 技术及相关的措施，并对实习矿井的原始地质条件适当变更和简化，做出新井设计， 在条件允许时，对矿井进行深度延伸设计，其中重点在于矿井通风设计及相关安全 技术措施的制订。 （3）本毕业设计将合理的确定矿井开拓开采系统，再经过技术经济比较，合 理选择通风系统。进行矿井风量和通风阻力计算，在通风网络解算的基础上，确定 矿井不同生产时期的主要通风参数，选择主要通风机及其配套设备。对矿井通风系 统进行简明扼要的评价。并针对矿井存在的隐患，提出相应的安全技术措施。 总之，要求设计数据真实可靠、符合国家政策和我国的国情。 沙埠煤矿通风安全设计 第 6 页 目录 1.井田概况及地质条件 1 1.1 井田概况 1 1.1.1 地理条件 1 1.1.2 气候条件 1 1.1.3 矿区电源 .2 1.1.4 生产原料和建设材料 .2 1.2 井田地质 2 1.2.1 地质构造 2 1.2.2 水文地质 2 1.3 煤层特征 3 1.3.1 煤层的结构、厚度和一般特征 .3 1.3.2 煤类、煤质及用途 .5 1.3.3 瓦斯和煤尘 .5 2.井田开拓 6 2.1 井田再划分 6 2.1.1 井田范围 6 2.1.2 矿井储量 .6 2.1.3 工业储量的确定 7 2.1.4 永久煤柱煤量 7 2.1.5 矿井可采储量计算 .10 2.1.6 矿井设计生产能力及服务年限 .10 2.2 井筒数目位置的确定及装备 .12 2.2.1 井筒数目位置的确定 .12 2.2.2 井筒断面设计 .12 2.2.3 确定工业广场及井口位置 .15 2.3 主要开拓巷道及井底车场 .17 2.3.1 主要开拓巷道 .17 第 7 页 2.3.2 井底车场 .19 2.4 开拓方案比较 .21 2.4.1 方案技术比较 .21 2.4.2 综合比较 23 3 采煤方法及采区巷道布置 24 3.1 采煤方法选择 .24 3.1.1 采煤方法选择 24 3.1.2 回采工作面长度和采高 24 3.1.3 采场支护方式 24 3.1.4 运输方式 25 3.1.5 采空区处理 25 3.2 采区巷道布置 25 3.2.1 确定采区走向长度 .25 3.2.2 煤柱尺寸的确定 .25 3.2.3 确定区段斜长和区段数目 .26 3.2.4 采区上下山的布置 .26 3.2.5 区段平巷的布置 .27 3.2.6 联络巷道的布置 .27 3.3 采区车场选择 27 3.3.1 采区上部车场 27 3.3.2 采区中部车场 27 3.3.3 采区下部车场 28 3.4.采区主要硐室布置 .29 3.5 采区采掘计划 .30 3.5.1 采区采掘 30 3.5.2 确定采区生产能力 .33 3.5.3 计算采区回采率 .34 3.6 矿井生产系统 .34 4.矿井通风设计 .36 沙埠煤矿通风安全设计 第 8 页 4.1 矿井通风系统的选择 .36 4.1.1 选择矿井通风系统 .36 4.1.2 选择矿井主要通风机的工作方法 .37 4.1.3 选择矿井通风方式 .38 4.2 全矿所需风量的计算及其分配 .43 4.2.1 矿井风量计算原则 .43 4.2.2 矿井风量计算方法 .43 4.3 全矿通风阻力计算 .49 4.3.1 矿井通风总阻力计算原则 .49 4.3.2 矿井通风阻力计算 .49 4.3.3 矿井总风阻及总等积孔计算 .51 4.4 矿井通风设备的选择 .52 4.4.1 矿井通风设备的要求 .52 4.4.2 选择主要通风机 .52 4.4.3 选择电动机 54 4.4.4 电费计算 55 5.矿井安全技术措施 .56 5.1 防治粉尘专篇 56 5.1.1 煤矿生产中粉尘的产生 56 5.1.2 粉尘的危害 56 5.1.3 综合防尘的措施 57 5.2 瓦斯防治 .59 5.2.1 瓦斯抽放 .59 5.2.2 瓦斯防治措施 .59 5.3 防火设计 60 5.3.1 阻化剂防火 .60 5.3.2 阻化剂的选择 61 5.3.3 防火措施 .62 5.4 防治水 62 第 9 页 参考文献 .64 致谢 .65 第 1 页 1.井田概况及地质条件 1.1 井田概况 1.1.1 地理条件 兖州矿务局沙埠矿位于山东省兖州市境内, 兖州市交通便利，有“ 九省通衢，齐鲁 咽喉”之称，战略位置重要，自古就是“ 兵家必争之地，商贾云集之埠 ”,北距宁阳 3km。 地理坐标为东经 11812，北纬 3928。京沪铁路纵贯南北，新石铁路横跨东西，是 鲁西南最大的物资集散地和客运中转站。公路四通八达，有 327 国道、日菏高速等数 十条公路干线穿境而过，市内公路总长 630 余公里，公路密度是全国平均水平的 3 倍。 沙埠矿北接宁阳，东与兖州市相邻，矿区交通便利。南接兖颜公路，北通 327 国道， 高速公路正在修建；矿区铁路专线铁路和铁路与京九线，京沪线接轨；水路运输有南 北大运河；水、陆交通发达，煤炭外销十分方便(见下图 1-1-1)。 图 1-1-1 沙埠煤矿交通图 矿区地表为第四纪冲积平原，矿区北枕燕山余脉，南为华北大平原，全区被新生 界地层覆盖，地表为第四纪冲积平原，区内地形平坦。地面标高介于+22+31m 之间。 地形总趋势北高南低，沙河由井田东部自东北流向西南。沙河属季节性河流，旱季有 时断流，雨季流量较大，最高洪水位+30m。境内有村庄 18 个。主要农作物有小麦、 玉米和花生。 采矿活动引起地表沉陷，使矿井周围形成塌陷坑。 1.1.2 气候条件 本区属大陆性气候。 沙埠煤矿通风安全设计 第 2 页 1） 降水量：年最大降水量 1154.5 毫米，年最小降水量 345 毫米；月最大降水量 668.2 毫米，月最小降水量为零；日最大降水量 339.6 毫米。本区降水量的特点是集中 在 6、7、8 三个月，约占全年的 87，而且多暴雨。 2）蒸发量：年最大蒸发量是 2186 毫米，年最小蒸发量 1670.4 毫米，月最大蒸发 量是 430.1 毫米，月最小蒸发量 30.5 毫米。蒸发量一般大于降水量的 2 倍，除 7、8 月 份降水量大于蒸发量外，其它各月一般蒸发量均大于降水量。尤其是 5、6 月份气温转 暖，而降水量很小，常显旱象，亦为本区气候之特点。 3）气温：月最高平均气温 27.2，月最低平均气温-7.9，日最高气温 40.3， 日最低气温-22.9。气温最高在 6、7、8 三个月，最低在 12 月和 1 月年平均气温在 9.8-12.2 之间。最大冻土深度 780 毫米。初冻日期一般在 11 月份，解冻一般在三 月份。 1.1.3 矿区电源 矿区已建有 110kv 罗广区域变电所，向本矿井供电的两回 35kv 输电线路以建成 送电。 1.1.4 生产原料和建设材料 本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥需由国家计划供应 外，其它砖、石、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。 1.2 井田地质 1.2.1 地质构造 沙埠矿井田位于开平向斜东南翼中段，井田主体构造为沙埠背斜。沙埠背斜轴近 东西，向西倾伏，深部逐渐开阔，形成一扇面形状，北翼与黑鸭子向斜南翼相邻，南 部与古县庄岭上背斜相接，地层倾角浅部稍大约 1025，深部变缓，约 5左右。 沙埠井田以褶皱构造为主。井田内自北而南依次发育有黑鸭子向斜、沙埠背斜、 向斜、向斜、背斜、向斜等五个主要褶曲构造。黑鸭子向斜轴作为吕、林井田技术边 界。沙埠背斜为矿井的主体构造，约占井田面积的 70%，其中深部还发育有次一级的 褶曲构造。在井田南部，沙埠背斜、向斜、背斜、向斜等褶曲构造复合，形成了盆地 构造区和马鞍形构造区。 1 1.2.2 水文地质 根据沙埠矿务局统一的含水层划分标准，将区内的地层划分为七个含水层见下表 第 3 页 1-2-2。其中， 、含水层对矿井涌水量影响较大，为直接充水含水层，其它为 间接充水含水层。其主要特征如下表 1-2-1： 表 1-2-1 含水层划分表 含水层 编号 名称 所处 层位 含水 层厚 含水层 岩性 含水性 水质特征 5 煤层顶板 含水层组 二叠系下统 190 砂岩 中等 hco3-so42-na+ca2+ 7 煤层顶板 含水层组 二叠系下统 30 砂岩 弱 hco3-ca2+mg2+ 1）第含水层组（7 煤层顶板含水层组） 本含水层组位于 7 煤层以上 3m，厚约 30m，岩性以中砂岩为主，单位涌水量 0.010.286l/s.m，渗透系数 0.11518.063m/d，矿化度 0.5050.297g/l，水质为重碳 酸钙镁型。 2）第含水层组（5 煤层顶板含水层组） 本含水层组位于 5 煤层以上 6m，厚约 190m，岩性以细砂岩为主，其主要成分有 石英、长石，次为岩屑、燧石等，裂隙发育，单位涌水量 0.276-1.728l/s.m，渗透系数 0.91-1.37m/d，矿化度 0.2210.456g/l，水质为重碳酸硫酸钠钙型。5 煤层回采 后一般不易疏干。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层的结构、厚度和一般特征 沙埠井田设计开采煤层有 2 层，即二叠系下统沙埠组的 5，7 煤层，基本全区可采。 各煤层的厚度、层间距及其变化规律见表 1-3-1，煤层的肉眼鉴别特征、结构、夹石层 数、厚度、岩性及其对回采的影响见下表 1-3-2。 表 1-3-1 各可采煤层煤厚、层间距变化特征一览表 煤 层 厚 度（m） 层 间 距（m） 最小 最大 最小最 大 煤 层 平均 变 化 规 律 平均 变 化 规 律 2.584 .725 3.65 仅西北部煤厚在3m以下，个别 点煤厚偏大 51.3 井田中部间距最大，往西间距变小，往 东北两煤层合区 沙埠煤矿通风安全设计 第 4 页 1.031 .837 1.93 煤厚变化不大，井田深部个别 钻孔不可采 间距变化不大，仅局部间距较小，规律 性不强 表 1-3-2 煤层肉眼鉴别特征和结构特征一览表 层 结 构 煤层 肉眼鉴别特征 类型 夹石 层数 夹石 厚度 夹石岩 性 对回采 的影响 变化情况 5 煤 层 黑色，玻璃光泽；以暗煤 为主，底部有1m左右的亮 煤，条带状或层状构造， 硬度较大。 复杂 0-2 0.1 0.8 含炭泥 岩或粉 砂岩 随煤一 起采出 ，增加 原煤灰 份。 一般含两层夹 石，相对来说 东部不稳定， 西部稳定且厚 度大。 7 煤 层 黑色，具光亮的玻璃光泽 ；以亮煤为主，次为镜煤 和暗煤，条带状构造，硬 度中等。 简单 一般无 0.1 0.3 炭质泥 岩或粉 砂岩 随煤一 起采出 ，增加 原煤灰 份。 一般不含夹石 ，但在二采四 中区域常含一 层0.05m的炭 质泥岩 煤层综合柱状图见图 1-3-1。 第 5 页 图 1-3-1 煤层综合柱状图 1.3.2 煤类、煤质及用途 井田内各煤层煤质稳定， 5、7 煤层均属肥煤和焦煤类。在井田浅部，煤层多属肥 煤类，在井田深部多属焦煤类。在背斜轴部岩浆岩床和东翼岩浆岩墙附近，煤的挥发 份降低，粘结性变差，煤质多属焦煤类，局部变为瘦煤或无烟煤。用于炼焦用煤。5 煤 层：高灰、特低硫、中磷。7 煤层：中灰、低硫、中磷。 1.3.3 瓦斯和煤尘 1） 瓦斯 沙埠矿瓦斯鉴定情况为：ch4 绝对涌出量 11.25m3/min、相对涌出量 2.97 m3/t、 鉴定为低瓦斯矿井。 表 1-3-3 瓦斯涌出量 矿井瓦斯等级 瓦斯(ch 4)绝对涌出量(m 3/min) 瓦斯(ch 4)相对涌出量(m 3/t) 低 11.25 2.97 2）煤尘 沙埠煤研所测定沙埠矿现开采煤层的煤尘爆炸指数：5 煤层 9.13%，7 煤层 10.21%。鉴定结论：均属没有爆炸危险的煤层。 3）自然发火及地温 沙埠煤矿通风安全设计 第 6 页 煤科总院 2004 年鉴定沙埠矿开采的 5、7 煤层的自燃倾向性均为二类。但是从没 有发生过自燃现象。也没有发生过外因火灾。 沙埠矿井下各工作地点温度正常稳定,均在 1721之间，没有异常区，没有超过 26的工作地点。 华北科技学院毕业设计 第 7 页 2.井田开拓 2.1 井田再划分 2.1.1 井田范围 1）矿区地质条件：对地层构造形态，煤层赋存条件，储量与煤质分布规律，开采 技术条件，矿区水文地质及地形地物（城镇、水体、洪涝灾害等）特征等因素进行分 析。 2）矿区开采强度：一般情况下，开发强度大，需多划分井田，意味着井田尺寸小， 矿井数目多，服务年限短；反之，开发强度小，则意味着井田尺寸大，矿井数目少， 服务年限长。 3）统一规则，正确处理深浅部各矿井的相邻关系：各矿井的相邻关系包括矿井与 露天矿、生产井与新建井、浅部井与深部井，因有重点煤矿与地方井之间关系，应统 一规划合理布局，不要因为一个井田的划分使另一个井田境界的划分不合理。 4）井口与工业场地位置的选择：划分井田应考虑井筒与工业广场的位的选择，使 有利于井田开拓与初期采区布置，有利于矿井建设施工和工业场地布置。 矿井井田境界之决定除浅部为煤层天然境界外，北部于宁阳矿井之境界仅考虑了 将来沙埠区建井之技术条件及可能性而定，同时也考虑了沙埠井田走向长度及深部开 采情况而定，深部境界之决定仅考虑了到目前深部开采技术上之可能性及现有各矿深 度，境界皆为800 m 而定。 本矿井井田走向长度确定为 8.9 千米，倾向宽度为 2.83.4 千米，平均为 3.10 千 米，总面积约为 27.59 平方千米。其中井田南部和东部-1000-1300m 为远景开发区， 总面积约为 2.34 平方千米。 2.1.2 矿井储量 井田储量的计算公式： cosrsm 式中：煤层倾角,（） ； 煤容重, ；3mt m煤层的总厚度,m； s井田面积 , 。 2 所以 z=2.7591075.581.4/cos13 沙埠煤矿通风安全设计 第 8 页 =2.2120108 吨 2.1.3 工业储量的确定 本井田内考虑到除煤 5、煤 7 外绝大部分不可采，且-1000-1300m 为远景开发区， 总面积约为 2.43km2，这部分煤量暂不列为工业储量之内。根据目前情况，确定煤 5、 煤 7 为可采煤层，而这两层煤的厚度分别为 3.65m 和 1.93m。 所以工业储量为 zc 2.52510 7（3.651.43+1.931.37）/cos13 2.037810 8 吨 2.1.4 永久煤柱煤量 要计算井田可采储量，首先要确定各种永久煤柱损失。永久煤柱一般是指保护工 业广场和井筒的工业广场煤柱，井田境界和大断层两侧的井田境界煤柱和断层煤柱， 以及保护地面建筑物、河流、铁路等而留设的保护煤柱等。 1）工业广场保护煤柱 受保护面积边界是由受保护建筑物和主要井筒的边界向外加上一部分备用量即维 护带确定的。受保护建筑物边界一般不是直接以被保护建筑物的外边界为准，而是取 平行于煤层走向或倾斜方向的与受保护建筑物外缘相连的直线所围成的面积，作为受 保护建筑物的边界。 地面建筑物和主要井筒的保护煤柱是从受保护的边界起，按基岩移动角 、 和 及表土层移动角 所做的保护平面与煤层的交线来确定。煤层群开采时，应采用重 复采动条件下的移动角值。 基岩移动角和表土层移动角如下图 2-1-1 所示： 图 2-1-1 岩层移动角示意图 安全煤柱的留设与计算一般用垂直断面法求得。 煤柱的留设的计算方法与步骤如下： （1）确定受保护面积。 华北科技学院毕业设计 第 9 页 如图 2-2-2 所示，在开拓平面图上通过建筑物四个角分别做平行与煤层走向和倾斜 的四条直线，得矩形 abcd。在矩形的外缘加上 15m 宽的维护带，得出受保护面积 a， b， c， d， 。 - 断 面 - 断 面 建 筑 物 的 长 轴 方 向煤 层 围 护 带 图 2-1-2 用垂直断面法确定建筑物下安全煤柱 （2）确定受保护煤柱。通过受保护面积中心作一沿煤层倾斜剖面 1 在这个剖面上， 由维护带的边缘点 m1， n1 起在表土层以 =45 度划两条保护线，即 m1m2，n 121n2。然 后在基岩中在下山和上山方向按上山移动角 =75 和下山移动角 =64.6 作保护线， 与煤层相交得 n， 和 k， ，则通过 n， 和 k， 的走向线分别为保护煤柱的上部和下部边界。 以同样的方法在平行煤层走向的剖面 2，按其走向移动角 =75 作保护线，求得沿走 向的煤柱边界 a， b， 和 c， d， ，将 n， k， 和 a， b， ， c， d， 均绘制在平面图上，即得保护 煤柱边界 abcd。煤柱是一个梯形。 （3）煤柱煤量计算 沙埠煤矿通风安全设计 第 10 页 工业场地煤柱煤量=梯形面积*煤层平均厚度*煤层平均密度 工业广场面积的取值，依据设计井型大小按煤矿设计规范中煤矿工业广场 占地指标所列数值的规定选取。 3 表 2-1-1 工业广场占地指标表 井型（万吨/年） 指标（公顷/10 万吨） 400600 0.450.6 240300 0.70.8 120180 0.91.0 4590 1.21.3 注：（指标中小井取大值，大井取小值） 本矿井井型为 120 万吨/年，工业广场占地面积为： 120101.0100000.91.0810 5 m2 设计工业广场形状为长方形长为 390 m, 宽为 280m。 本矿井的表土层厚度为 200 米，煤层平均倾角 13，=75，则 =50 =13，冲击层移动角 45，围护带宽度为 15 m。 经计算得： 梯形高度 h=715m 梯形上底 ab=610m 梯形下底 cd=760m 得 s 底=0.5（610+760）715=48.9775 万 m2。 工业广场保护煤柱煤量= 梯形面积煤层平均厚度煤层平均密度 所以 5煤工业场地煤柱量4.897751053.651.432.56106t 7煤工业场地煤柱量4.897751051.931.371.30106t 故 总工业场地煤柱量3.86106t 2）边界保护煤柱 沙埠矿井田边界总长度为 24000 米，根据设计规定，井田境界保护煤柱每侧留 50 米宽度。则边界保护煤柱煤量为： 边界保护煤柱煤量=2400025（1.93+3.05 ）1.40=9.37106t 3）其他保护煤柱： 其他保护煤柱预留 2.0106t 华北科技学院毕业设计 第 11 页 2.1.5 矿井可采储量计算 矿井可采储量的计算公式为： cc)( 式中： z矿井可采储量 zc矿井工业储量 p各种永久煤柱煤量损失之和 c采区回采率，厚煤层不低于 0.75，中厚煤层不低于 0.80，薄煤层不低于 0.85。 z（2.037810 80.152310 8）80%1.504810 8 t 所以设计矿井可采储量为 1.5048108 t 2.1.6 矿井设计生产能力及服务年限 根据采煤、通风、运输、提升设计以及它们之间的相互联系和数据的一致性，确 定矿井工作制度和设计生产能力。 设计规范规定：“矿井设计生产能力按年工作日 300d 计算。每天 3 班作业，每天净提升时间为 14h。 ”3随着社会进步和劳动制度改革， 也为了缩短煤矿工人的辅助劳务时间，减轻煤矿工人的劳动强度，本矿井采用四六制， 每班工作 6h，三班出煤，一班检修，矿井工作日为 300d，每天净提升时间为 16h。 对于储量丰富，地质构造简单，煤层生产能力大，开采技术条件好的矿区宜建设 大型矿井。 当煤层赋存深，表土层厚，冲积层含水丰富，井筒需要特殊施工时，为扩大开采 范围降低吨煤成本，建设大型矿井较为合理。 对煤层生产能力大，地形地貌复杂的矿区，工业广场不易选择和布置，为避免过 多的地面工程，井型应当定大一些，储量不丰富，煤层生产能力不大，或为薄煤层， 或地质构造复杂，或有煤与瓦斯突出危险，宜建中小矿井。 由于本矿井煤层赋存较深，表土层较厚，且储量丰富，没有煤与瓦斯突出危险， 因此，可以设计为大型矿井。 初步确定本矿井的设计生产能力为 120 万吨/年。 1）校核矿井煤层的开采能力是否满足设计生产能力的要求 矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力，本矿井计划用二个采区的 二个高产、高效工作面保证全矿井的产量。主采煤层厚度 3.65 m，工作面长度 143 m，工作面年推进度为 870m,煤容重 1.4t/m3 ,工作面回采率 95% ，则综采面的生产能 沙埠煤矿通风安全设计 第 12 页 力为： 1433.658701.495%2120.68 万吨 120 万吨 能够满足矿井设计生产能力的要求。 2）校核各种辅助生产环节的能力 根据后面矿井运输提升部分的设计，矿井的各种辅助运输能力都能满足矿井生产 能力的要求。 3）校核储量条件 矿井的设计生产能力应与矿井储量相适应，以保证矿井有合理的服务年限。新建 矿井及水平服务年限见下表 2-1-2： 表 2-1-2 矿井及水平服务年限表 第一水平设计服务年 限/a 矿井设计生产能 力（mt/a） 井设计服务年限 （a） 煤层倾角 025 煤层倾角 2545 煤层倾角 4590 3.05.0 70 3040 1.22.4 60 30 2030 1520 0.450.9 50 1520 1520 15 矿井服务年限可用下式计算： a 式中： t矿井设计服务年限，a； z矿井可采储量，万 t；- a矿井设计生产能力，万 t/a； k储量备用系数，这里取 1.4。 对于本矿井 t = 1.5048108 /（1201.4）= 89.8a 同理可计算出第一水平服务年限为 30 a。 经校核储量条件满足设计生产能力的要求。 本矿为低瓦斯矿井，通过后面的通风设计可算出通风能力能够满足矿井设计生产 能力的要求。 矿井涌水量较大，可通过设置辅助水平和选择较大功率的水泵来解决。 华北科技学院毕业设计 第 13 页 经校核矿井的安全条件也满足矿井省级生产能力的要求。 综上所述，本矿井的设计生产能力为 120 万吨/年。 2.2 井筒数目位置的确定及装备 2.2.1 井筒数目位置的确定 1）确定井筒形式、数目及配置 井田开拓设计应根据煤层赋存条件、地形、水文地质、冲积层组成和厚度、井型、 设备供应、施工条件等因素，通过技术经济比较并进行全面分析确定。 （1）井硐形式的选择 对于煤层赋存较浅、表土层不厚、水文地质情况简单的缓倾斜、倾斜煤层，应尽 量采用立井开拓。多种提升方式的立井其井硐倾角一般规定如下： 串车提升 25 箕斗提升 2535 输送机提升 16 （2）采用立井开拓的条件一般为： 煤层赋存较深或冲积层厚时； 水文地质条件复杂，井筒需要特殊施工时； 多水平开拓的急倾斜煤层； 其它井筒形式无法开拓的条件。 2）本矿井的井筒形式 由于沙埠矿井煤层埋藏较深，冲积层厚度中等，且倾角较小，所以，本矿井采用 立井多水平开拓方式。 采用斜井或立井开拓时，新建矿井一般要开凿一对井筒，满足提升和辅助运输的 需要并满足矿井通风和施工的需要。风井的个数是根据通风系统要求以及安全生产的 需要合理确定的。若采用主井通风，用箕斗或胶带输送机井筒做风井时，应符合煤 矿安全规程的规定。 2 2.2.2 井筒断面设计 对于立井井筒的一些重要参数确定如下： 1）断面 圆形断面的井筒承受地压性好，维护费用低，通风阻力小，施工简便，服务年限 沙埠煤矿通风安全设计 第 14 页 长。则能确定井筒的特征如下： 图 2-2-1 井筒特征图 表 2-2-1 井筒特征表 井型 150万t 井筒直径 6.5m 深 提升容量 一对16t绳箕斗 道规格 方型钢管 2002008.0 混凝土井壁厚400mm 格 矩形钢管 2601408.8 表土段井壁厚850mm 罐道梁层间距 4000 井筒支护 充填混凝土厚 50mm 华北科技学院毕业设计 第 15 页 图 2-2-2 井筒断面示意图 表 2-2-2 井筒段面特征表 井型 150万t 井筒直径 6.5m 井深 800m 提升容量 一对3t双层单车罐笼 罐道规格 38kg/m钢轨 基岩段砌碹厚400mm 罐道梁规格 i30 表土冻结段砼1200mm 罐道梁层间距 4168 筒支护 充填混凝土厚50mm 表 2-2-3 巷道特征表 名称 直 径 构筑物 副井 6.5 m 金属罐道梁 沙埠煤矿通风安全设计 第 16 页 主井 6.5 m 双侧布置梯子间、管道间 2）井筒装备 根据煤矿安全规程规定，结合该矿的实际情况，确定主井装配一对 9t 箕斗， 副井装配一对双层单车（1.5t）罐笼。 2 2.2.3 确定工业广场及井口位置 1）工业广场及井口位置确定的原则若下： （1）对初期开采有利，即储量必须可靠，井巷工程量省，建井工期较短。 （2）应使井田两翼储量大致平衡，即井筒应位于储量中心，利于井下运输、通风 和开采系统布置，减少生产经营费用。 （3）尽量不占良田、少占农田。充分利用地形地貌布置工业广场，以便使地面生 产系统合理，便于与外界沟通，使运输方便。 （4）井筒应尽量避免穿过流沙层、较大含水层、较厚的冲积层、有煤和瓦斯突出 的煤层以及较大面积的采空区和大断层，以减少施工困难，并尽量少压煤。 （5）工业广场和井筒应有良好的工程地质条件，不受洪水、岩崩、泥石流、滑坡 及森林火灾的威胁。 （6）用斜井开拓时，应考虑井筒层位的合理选择，考虑其经济技术的合理性。 沙埠矿工业广场和主副井井口布置在井田走向的中央，对于本矿井井田走向中央 也大致是井田储量中央。 2）风井位置的确定 风井位置应根据通风系统合理选择 （1）采用中央边界式通风系统时，主、副井筒设在井田中央，风井设在井田上部 边界中央。 （2）采用中央并列式通风系统时，进、回风井并列在工业广场内。一般可利用其 一井筒进风，另一井筒回风，主副井筒相距 3050m 。大型矿井相距可达 60100m ， 并在井田上部边界附近设安全出口，如果矿井水文地质条件简单，无突水危险时，且 主副井筒均能上下人员，也可以单独设置安全出口。 （3）采用对角式通风系统时，风井设在井田两翼上部边界。 （4）采用分区式通风系统时，回风井设在各采区的上部边界。 根据沙埠矿的生产实际：产量为 120 万吨/年，走向比较长。为保证井下生产时有 华北科技学院毕业设计 第 17 页 足够的风量，本矿井开采前期采用两翼对角式通风。 3）确定开采水平和阶段垂高 开采水平垂高根据煤层赋存条件，生产技术水平及水平接替等因素综合考虑确定。 水平高度可按表 2-2-4 选取。 表 2-2-4 矿井水平垂高表 井 型 缓倾斜、倾斜煤层 急倾斜煤层 大、中型矿井 350 100250 小型矿井 80120 120 采用上下山开拓时，水平垂高可大于 250 m。 对于开采近水平煤层的矿井，用盘区上（下）山准备时，盘区上山长度一般不 宜超过 1500 m，盘区下山不宜超过 1000 m。用盘区石门和溜煤眼开采时，盘区斜长可 根据具体确定。 沙埠矿计划设三个主水平，采用上山开拓。第一水平标高为325 m，第二水平标 高为550m，第三水平标高为775m。第一水平垂高为：225m，第二水平垂高为 225m，第三水平垂高为 225 m。3 个阶段斜长均为：750 m。 4）开采水平布置及井底车场选型 本矿井共有 2 层主要煤层，煤层间距为 51.3 m，可采用集中运输大巷主要石门的 布置方式，运输大巷布置在煤层底版稳定的岩层中，方向与煤层走向方向一致，不弯 曲，总回风道基本与大巷相同。 5）采区划分及其布置 采区划分应遵循以下原则： （1）采区宜双翼布置，当受地质条件限制时，或在安全上有特殊要求时，可以单 翼布置。采区走向长度的确定应以技术上可行、经济上合理为原则。 （2）开采煤层群时，宜集中或分组布置采区。煤层群分组时，应根据具体的矿山 地质和开采技术条件，综合考虑技术经济上的合理性。在矿山地质条件方面，应将层 间距较近的煤层化为一组，但要适当注意个煤层的倾角、厚度、顶底板岩性的一致性 以及地质构造方面的情况，以利于开采。 根据我国经验，当煤层间距小于 2030m 时，适合采用联合布置采区；煤层数多、 可采总厚度大时，采用联合布置更为有利。 沙埠煤矿通风安全设计 第 18 页 关于在开采水平范围内的采区布置问题，应考虑：矿井初期开采的采区，应尽量 布置在井筒附近，贯彻先进后远、采区前进式开采的原则，逐步向井田边界扩展；应 优先考虑布置中央采区的可能性；主、副井和风井贯通距离应尽量缩短；对倾角小于 16的煤层，采用上下山同时布置采区；初期开采的采区，应尽量布置在高级储量区 域内。 在井田范围内，采区的开采顺序，一般采用前进式（即从井田中央开始，向井田 两翼边界推进的方式） 。煤层组与组间的开采顺序是：原则上采用下行式，即先采上组 煤层，依次开采下组煤层。但在煤层间距远，上下山煤层不受采动影响时，经论证可 行时，也可先布置下组煤的开采。 矿井开拓水平内同时生产的采区个数应符合“规范”规定，见下表 225。 表 225 各类矿井采区个数 矿井设计生产能力（mt/a） 采区个数 2.4，3.00 以上 35 1.5，1.8 23 0.9，1.2 2 0.6 及以下 12 沙埠矿每个阶段划分为四个采区，每个采区走向长度为 2200m；采区采用集中布 置；井田范围内采用后退式开采顺序；煤层群开采顺序为下行式。同时生产的采区为 两翼的二个采区，二个采区保证全矿井的产量，两翼分别有两个准备工作面。 2.3 主要开拓巷道及井底车场 2.3.1 主要开拓巷道 1）运输大巷断面设计 （1）选择