400万吨年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计毕业设计说明书.doc

400 万吨年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 中文题目：荆各庄 400 万吨/年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 外文题目：ventilation system and gas drainage design of jinggezhuang mine for four million tons each year 毕业设计（论文）共 134 页（其中：外文文献及译文 12 页） 图纸共 6 张 完成日期 2012 年 05 月 答辩日期 2012 年 06 月 400 万吨年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 辽辽宁工程技宁工程技术术大学大学 本科本科毕业设计毕业设计（ （论论文）学生文）学生诚诚信承信承诺诺保保证书证书 本人郑重承诺： 毕业 设计（论文）的内容真实、可靠，系本人在 指导教师的指导下， 独立完成。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担全部责任。 学生签名： 年 月 日 辽辽宁工程技宁工程技术术大学大学 本科本科毕业设计毕业设计（ （论论文）指文）指导导教教师诚师诚信承信承诺诺保保证书证书 本人郑重承诺：我已按学校相关规定对 同学的毕业设计 （论文）的选题与内容进行了指导和审核，确认由该生独立完成。如果 存在弄虚作假、抄袭的情况，本人承担指导教师相关责任。 指导教师签名： 年 月 日 400 万吨年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 i 摘要 煤炭工业在国民经济中占用非常重要的地位，它是社会主义建设的先行行业，是工 业和交通运输业发展的基础。矿井通风与安全工作则是对煤矿安全生产起保证作用的重 要一 环，它直接关系矿工的生命安全、身体健康和煤炭工业的发展。因此必须对矿井的相关 设计必须更为合理。 本次毕业设计的题目是荆各庄 400 万吨/年矿井通风系统设计和瓦斯抽放设计。设计 的内容包括井田境界及储量的确定、开拓方式、采区布置，以及矿井通风系统设计和专 题部分的瓦斯抽放设计。 通过对荆各庄煤矿水文地质资料的分析，结合目前安全生产技术，确定井田的境界， 求出确切的储量，划分合理的采区，选择合适的开拓方式，制定相应的采煤工艺，选择 制定合理的通风系统和瓦斯抽放系统，制定详细的安全措施，分析各个系统的合理性和 可靠性。 关键词:矿井通风；瓦斯抽放；安全措施；合理性；可靠性 ii abstract the coal industry occupy a very important position in the national economy, it is the advance of socialist construction industry and the basis for the development of industry and transportation. mine ventilation and safety play an important role to ensure that the coal mine production safety, it is directly related to miners safety of life, health and development of the coal industry.so,mine design must be more reasonable. the graduation project is entitled to 400 tons / year, jinggezhuang mine ventilation system design and gas drainage design. design elements include realm and reserves, open up the way, layout of the mining area, and the mine ventilation system design and special part of the gas drainage design. by the data analysis of coal mine hydrogeological, combined with the current safety production technology to determine the realm of the well field, find the exact reserves, divided the mining area, select the appropriate pioneering the development of the mining process, choose develop ventilation system and gas drainage system,develop a detailed security measures, analysis the rationality and reliability of each system. key words: mine ventilation; gas drainage; safety measures; reasonable; reliabilit 400 万吨年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 目录 前言.1 1 矿区概况.2 1.1 矿区概述2 1.1.1 地理位置.2 1.1.2 矿井历史沿革.3 1.1.3 气象与地震情况.3 1.2 井田地质3 1.2.1 区域地质背景.3 1.2.2 地层特征.4 1.2.3 地质构造.5 1.2.4 水文地质特征.6 1.3 煤层特征 .6 1.3.1 可采煤层.6 1.3.2 可采煤层的煤质.7 1.3.3 煤的结焦性.7 1.3.4 矿井瓦斯.7 1.3.5 煤尘爆炸性.7 1.3.6 煤的自燃情况.7 2 井田境界及储量的确定.7 2.1 井田境界7 2.2 矿井储量8 2.2.1 井田边界及赋存情况.8 2.2.2 各个采区煤层角度.9 2.2.3 井田面积体积.12 2.2.4 矿井工业储量.12 2.2.5 矿井可采储量.13 2.3 矿井服务年限和工作制度16 2.3.1 矿井可采储量.16 2.3.2 矿井工作制度.16 3 开拓方式.16 3.1 开拓方式综述16 3.2 井筒地理位置、数目及相关形式的确定17 3.2.1 井筒具体位置的确定.17 3.2.2 井筒形式的确定.18 3.3 井底车场的确定 .19 3.3.1 井底车场形式的选择.19 3.3.2 井底车场主要硐室.21 3.4 工业广场21 3.5 巷道布置22 3.5.1 主要开拓巷道.22 3.5.2 巷道相关参数确定.22 400 万吨年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 3.5.3 巷道支护方式.27 4 采区布置.27 4.1 采区划分及其煤层地质特征27 4.1.1 采区划分原则.27 4.1.2 采区煤层特征.28 4.2 绞车房及变电所位置确定28 4.3 采区准备形式 .28 4.4 采区具体布置28 4.5 采区工作系统 .28 4.5.1 通风系统.28 4.5.2 运输系统.29 4.5.3 排水系统.29 4.5.4 供水系统.29 4.5.5 供电系统.29 4.6 采区开采顺序 .30 4.7 采煤工艺30 4.7.1 采煤方法论证选择.30 4.7.2 回采面概述.31 4.7.3 采区破煤、装煤方式及设备选择 32 4.7.4 割煤及进刀方式.34 4.7.5 装煤和运煤.36 4.7.6 移架方式.38 4.7.7 支护方式.38 4.7.8 工作面推进度计算.39 4.7.9 回采巷道参数.41 4.8 提升系统选择 .42 4.8.1 主井提升设备选型.42 4.8.2 副井提升设备选型.43 4.9 矿井基本技术经济指标 .43 5 矿井通风系统设计.44 5.1 矿井通风系统的基本要求45 5.2 矿井通风方式45 5.2.1 矿井通风系统方案比较.46 5.2.2 采区通风.48 5.3 矿井通风原则48 5.4 回采面需风量 .48 5.4.1 按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算.48 5.4.2 按工作面温度计算.49 5.4.3 按工作面人数计算.49 5.4.4 按炸药量计算.50 5.4.5 按风速验算.50 5.5 掘进面需风量51 5.5.1 按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算.51 5.5.2 按局部通风机需风量计算.51 400 万吨年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 5.5.3 按掘进面人数计算.52 5.5.4 按炸药量计算.52 5.5.5 按风速验算.52 5.6 各个硐室需风量53 5.6.1 井下火药库需风量.53 5.6.2 采区变电所需风量.53 5.6.3 采区绞车房需风量.53 5.6.4 充电硐室需风量.53 5.7 备采面需风量53 5.8 其他巷道需风量53 5.9 矿井所需总风量计算 .54 5.10 风量分配54 5.10.1 通风容易时期和困难时期的确定.54 5.10.2 井巷中的风流速度验算.55 5.10.3 风量分配原则.55 5.10.4 风量分配的方法.56 5.11 矿井通风阻力计算59 5.11.1 矿井通风总阻力计算原则.59 5.11.2 矿井最大阻力路线和通风网络图.60 5.11.3 矿井通风阻力计算.66 5.11.4 矿井通风总阻力.66 5.11.5 两个时期的矿井总风阻和总等积孔.67 5.11.6 局部风量调节.80 5.11.7 通风困难时期局部风量调节.80 5.11.8 通风容易时期局部风量调节.82 5.12 选择矿井通风设备84 5.12.1 选择主扇.84 5.12.2 自然风压.84 5.12.3 主扇工作风压.85 5.12.4 主扇的实际通过风量.86 5.12.5 主扇工况点.86 5.12.6 电动机的选择.88 5.13 矿井通风费用概预算89 5.13.1 主要通风机运转耗电量.89 5.13.2 局部通风机总耗电量.89 5.13.3 吨煤通风电费.90 5.14 根据实际工况点重新分配风量90 5.14.1 通风困难时期风量重新分配.90 5.14.2 通风容易时期风量重新分配.90 6 矿井安全设施施工设计.91 6.1 风机附属装置91 6.2 通风构筑物92 6.3 矿井灾害预防与处理计划93 6.3.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施.93 400 万吨年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 6.3.2 预防井下火灾的措施.93 6.3.3 防水措施.94 6.3.4 井下防尘.94 7 瓦斯抽放专题设计.95 7.1 矿井瓦斯抽放概述95 7.1.1 概括.95 7.1.2 瓦斯抽放现状.95 7.1.3 瓦斯抽放技术.96 7.1.4 瓦斯抽放设计原则.97 7.1.5 瓦斯抽放必要条件.97 7.2 煤层瓦斯压力测定97 7.2.1 固体材料封孔测定瓦斯压力.97 7.2.2 胶卷粘液封孔测定瓦斯压力.99 7.3 煤层瓦斯含量及抽放难易程度101 7.3.1 采取煤样及瓦斯解吸速度测定.101 7.3.2 煤层瓦斯含量.103 7.3.3 瓦斯抽放难易程度.103 7.4 采空区瓦斯抽放104 7.4.1 概况.104 7.4.2 采空区瓦斯浓度.104 7.4.3 综放采空区瓦斯抽放方法.104 7.5 回采面瓦斯预抽108 7.5.1 工作面瓦斯预抽的目的.108 7.5.2 预抽煤层瓦斯的作用原理.108 7.5.3 预抽煤层瓦斯有效性指标.109 7.5.4 工作面瓦斯储量及抽放量计算.109 7.5.5 工作面瓦斯抽放相关参数及布置.110 7.6 备采面瓦斯预抽112 7.7 掘进面瓦斯抽放113 7.8 瓦斯抽放设备选择113 7.8.1 瓦斯管路布置.113 7.8.2 瓦斯管路选择.114 7.8.3 瓦斯泵的选择.116 7.9 瓦斯抽放系统经济概预算117 7.10 瓦斯抽放系统安全管理119 7.10.1 井下移动泵站的安全管理.119 7.10.2 抽放泵站安全措施.119 8 结论.120 致谢.122 参考文献.123 附录 a.124 附录 b .132 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 前言前言 煤炭工业在国民经济中占用非常重要的地位，它是社会主义建设的先行行业，是工 业和交通运输业发展的基础。矿井通风与安全工作则是对煤矿安全生产起保证作用的重 要一环，它直接关系矿工的生命安全、身体健康和煤炭工业的发展。因为我国煤炭工业 有 90%是地下开采，井下作业经常需要与水、火、瓦斯、煤尘和顶板事故作斗争，而采 掘地点也在不断地移动和更替，这给安全工作带来困难。随着矿井的不断延深，将出现 地压增大、瓦斯增多温度升高、涌水增大等一系列问题，特别是有许多矿井存在煤与瓦 斯突出和矿山冲击地压等重大隐患，稍有疏忽，就可能造成重大伤亡事故，所以，必须 认真做好安全工作，不断改善井下劳动条件，消除各种影响矿工身体健康、生命安全的 有害因素，才能实现安全生产，保证煤炭工业的高速发展1。 矿井通风与安全工作是为矿井安全生产服务的，其基本任务是：供给井下各工作地 点新鲜空气，以冲淡并排除井下对人体有害气体和粉尘，创造良好的工作环境；应用科 学技术手段防止各种伤害和爆炸事故，保证井下人员的身体健康和生命安全，保护国家 资源和财产不受损失。所以，矿井通风与安全工作在煤矿生产和建设中起着重要的作用。 井下开采的过程中，新鲜风流的质量以及合理有效的供给是保障矿井安全生产的最 关键环节，所以设计合理的通风系统、采用科学的方法进行风量计算以及选用合理的通 风设备及动力装置是必不可少的。 魏立宽：荆各庄 400 万吨/年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 2 1 1 矿区概况矿区概况 1.11.1 矿区概述矿区概述 1.1.11.1.1 地理位置地理位置 该矿井位于唐山市境内的荆各庄村附近，距市中心 18km。北距大秦铁路和京沈高速 公路、102 国道 10km，南距七滦铁路和 205 国道、津秦高速公路 7km，矿井自备铁路北 到陡河电厂，南与七滦线相接，距秦皇岛、塘沽、京唐港均 100km，形成了比较完整的 交通网，四通八达，陆运、汽运、海运十分便利。 井田的地理坐标为东经 11815411181304，北纬 39450839 4318。具体地理位置如图 1-1 所示: 丰丰丰 丰丰丰 丰丰丰 丰丰丰 丰丰丰 丰丰 丰丰 丰丰丰 丰 丰 丰 丰丰丰 丰丰 丰丰丰丰 丰丰丰丰 丰丰丰 丰丰 丰 丰 丰 丰 丰 丰 丰 丰丰丰 丰丰丰丰 丰丰丰 丰丰丰 丰丰丰 丰丰丰 丰丰丰 丰丰 丰丰丰 丰丰 丰丰丰 丰丰丰 丰 丰 丰 丰 丰 丰 丰 丰 丰丰丰丰 开滦矿务局 唐 山 矿 钱 家 营 矿 范 各 庄 矿 吕家坨矿 林西矿 唐家庄矿 赵各庄矿 马 家 沟 矿 荆各庄矿 东 欢 坨 矿 林南仓矿 图 例 0 2 4km 丰 丰 图 1-1 交通地理位置图 fig. 1-1 location map 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 1.1.21.1.2 矿井历史沿革矿井历史沿革 该矿井于 1956 年由原河北省煤炭工业管理局地质勘探公司 116 队勘探，1958 年提出 精查地质报告。河北煤矿设计院初步设计。井型 120 万 t/a。1959 年主井凿至 188.56m 深 处透水，经多次注浆堵水无效后于 1962 年而被迫停建。1970 年 78 月对主、副井筒采 用双液注浆止水。1971 年 8 月和 1972 年 1 月副井、主井分别凿第一生产水平（-375） 。 1976 年在中石门采区试投产时，唐山发生了“728”强烈地震，全矿井遭到了严重破坏， 在陕西省援建单位的支援下，于 1979 年矿井正式投产，到 1981 年原煤产量超过设计能 力达 152.46 万 t。 1981 年 12 月由开滦矿务局设计院提交了“开滦矿务局荆各庄环节改造设计”使矿井 生产能力提高到 220 万 t/a，新建风井(兼辅助提升） ，总投资 1600 万元。工程于 1984 年 开工，1988 年完，但新风井没有建回风设施。 由于经过历次矿井的改进完善，本次毕业所设计的矿井生产能力是 400 万吨/ 年，并 且严格按照一矿一井一面的原则来进行开采。 1.1.31.1.3 气象与地震情况气象与地震情况 井田地处于我国的暖温带，南临渤海，受温带季风影响，气候属于暖温带半湿润季 风型大陆性气候，冬季寒冷干燥，多偏北风，夏季炎热，多偏南风，全年温度变化较大， 最高气温 39.6 ，最低气温-21 ，平均气温 11.1 ；平均降雨量为 614.7 mm，最大降 雨量为 1007.7 mm，年平均蒸发量 1321.1 mm；冰冻期由每年 12 月至翌年 3 月初，冻土 深度 0.60.8 m；年最多风向为东风，其次为偏北风，最大风速为 25 m/s；根据河北省最 新颁布的地震区划图，地震烈度为度。根据中国地震动参数区划图 （gb18306- 2001） ，本区所属地震动峰值加速度分区为 0.10.15g。 1.21.2 井田地质井田地质 1.2.11.2.1 区域地质背景区域地质背景 荆各庄井田为一平坦的冲积平原，东南面沿陡河东岸是由奥陶纪灰岩构成的东北 西南方向起伏伸展的低山丘陵。从东往西有巍山（290 m） 、凤山（180 m） 、小梁山 魏立宽：荆各庄 400 万吨/年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 4 （100 m）和菀豆山（38 m） ，由菀豆山向西南倾没于平原之下。由巍山向东北低山 丘陵接连绵延，地势逐渐增高，直到青龙山标高达493.01 m。在井田北面约 7 km 为由 震旦纪灰岩构成的低山丘陵，东西方向横伏，这两条低山丘陵在井田东面的青龙山一带 相汇合。低山丘陵的伸展方向与地层走向方向一致。井田内地势平坦，但北部稍高，向 南低下，北部地面标高为+38.8 m（湾 35 孔） ，南端标高为23.85 m（湾补 6 孔） ，倾向 陡河。由于多年的开采造成矿井东部地表塌陷，形成大面积的积聚水坑，积水面积约 87.6 万 m2。 1.2.21.2.2 地层特征地层特征 荆各庄井田隶属开平煤田，位于开平向斜的西北侧。开平煤田地层属华北型沉积。 煤田古生代地层广泛分布，石炭-二叠系为含煤岩系，各系、统间多以整合或假整合接触。 含煤地层为第四系沉积物覆盖，区域内没有出露。荆各庄井田含煤地层为石炭系上统和 二叠系下统，基底为中奥陶统马家沟组灰岩，含煤地层特征与开平煤田其它井田基本相 同。 具体地质综合柱状图如下: 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 图 1-2 荆各庄煤矿地层综合柱状图 fig. 1-2 composite histogram coal strata of jinggezhuang 1.2.31.2.3 地质构造地质构造 荆各庄井田地质条件分类为-abcdeg，井田构造复杂程度属较复杂。 地质构造以断层为主，褶曲次之。井田内共揭露断层 4 条。落差较大断层多位于井 田边界或边缘地带。荆各庄矿井下小断层较为发育，井下小正断层的相对比逆断层发育 程度高。由于煤层比较厚，大多数断层可以直接忽略。 魏立宽：荆各庄 400 万吨/年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 6 褶曲构造：井田本身为一盆状向斜，边缘急陡，中部平缓，略有起伏。 断裂构造：总体上讲，向斜轴以西以逆断层为主,而向斜轴以东则以正断层为主。 1.2.41.2.4 水文地质特征水文地质特征 荆各庄井田为一平坦的冲积平原，东南面沿陡河东岸是由奥陶纪灰岩构成的 nesw 方向起伏伸展的低山丘陵。井田的岩溶较发育，含水层水通过岩溶裂隙进入矿井。地下 径流以扩散流为主，动态变化相对稳定，年变幅小，常具多年周期性变化，局部发育溶 孔溶隙及小管道共同组成的强含水段或强径流带。岩溶地下水的排泄通过地下径流的的 方式流入河流，另外矿上的疏排水使矿井的排泄能力得到很大的提高。 荆各庄矿区地下水系统十分复杂，采、掘、开工程受水害威胁大，水文地质复杂， 区内共含有八个含水层，k2k6 砂岩裂隙承压含水层（） 、k612 煤砂岩裂隙承压含 水层（） 、5 煤以上砂岩裂隙承压含水层（）为矿井直接充水含水层，含水丰富；其 中 5 煤以上砂岩裂隙承压含水层是矿井顶板突水的直接水源，是威胁矿井生产的主要含 水层，特别是对 9 煤的开采影响最大；矿井的涌水量经过建矿初期的大涌水量后逐渐趋 于平稳，总体呈逐年递减趋势，矿井正常涌水量 18.71 m3/min，最大涌水量 54.97m3/min。 ；但矿井防治水难度较高，工作量大，水文地质条件为复杂型。 荆各庄井田内共有 8 个含水层，自下而上分别为：奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层 （） 、k2k6 砂岩裂隙承压含水层（） 、k612 煤砂岩裂隙承压含水层（） 、9 煤7 煤砂岩裂隙承压含水层（） 、5 煤以上砂岩裂隙承压含水层（） 、风化带裂隙孔 隙承压含水层（） 、第四系底部卵石孔隙承压含水层（）和第四系中上部砂卵砾孔隙 承压和孔隙潜水含水层（） ，第、第、第含水层为直接充水含水层，其它含水层 为间接充水含水层，其中与矿井生产较密切的为、。 1.31.3 煤层特征煤层特征 1.3.11.3.1 可采煤层可采煤层 井田煤系地层主要由石炭系上统和二叠系下统组成，含煤地层总厚约 450 m，其中可 采煤层一层，平均总厚度 20m，可采含煤系数 3.6%，可采煤层集中在赵各庄组和大苗庄 组，其它煤层为不可采或局部可采煤层，现分述主要可采煤层。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 1.3.21.3.2 可采煤层的煤质可采煤层的煤质 灰分：煤层中灰分变化较大。 硫分：井田煤层全硫平均含量为 0.25%3.66% 磷分：磷分平均含量 0.0080.0825% 1.3.31.3.3 煤的结焦性煤的结焦性 从煤层铁箱试验的结果，得知 9 煤焦炭的块度很小，通过 25 转/min 的转鼓试验， 100 转后筛分结果：大于 80 mm 的等于 0，8060 mm 的为 6.4%，6040 mm 的为 20.8%，5 mm 以下的则多达 49.6%，说明焦炭抗碎性很差。经 250 转后，焦炭块度大于 80 mm 的等于 0，8060 mm 的为 0.8%，6040 mm 的占 10%，而 5 mm 以下者达 63.6%，说明焦炭抗磨度性很差。 1.3.41.3.4 矿井瓦斯矿井瓦斯 荆各庄矿业公司为高瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量为 10.5m3/t ；绝对瓦斯涌出量为 88.4m3/min 。 1.3.51.3.5 煤尘爆炸性煤尘爆炸性 煤层爆炸指数为 4358，主要来源于采煤工作面、煤巷掘进和煤流作业产生 1.3.61.3.6 煤的自燃情况煤的自燃情况 该矿井的煤层自燃倾向性：煤层自然发火期为 812 个月。 2 2 井田境界及储量的确定井田境界及储量的确定 2.12.1 井田境界井田境界 矿区总体规划是煤炭设计重要项目之一，井田划分是其中重要内容。一般井田划分 魏立宽：荆各庄 400 万吨/年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 8 应从自然、人为 2 方面因素的分析、论证确定。 （一）自然因素 1.充分利用自然条件 尽可能利用大断层等自然条件作为井田边界，或者利用河流、铁路等下面留设的安 全煤柱作为井田边界。这样做既减少了煤柱损失，提高了煤炭采出率，又降低了给开采 工作造成的困难，有利于保护地面设施。 2.合理的走向长度 主要是为了确保矿井有足够的储量和合理的井田参数。 3.处理好相邻井田关系 4.为矿井的发展留有余地和良好的安全经济效果1。 （二）人为因素 人为境界的划分，主要包括垂直、水平和按煤组划分。 该矿井南北长约 3.5 公里，东西宽约 3.4 公里，北端闭合，南端开放，其轮廓恰似一 直径 3.5 公里的亚圆形，面积 10.6445 平方公里。井田北部、西部及南部均以煤冲积层下 潜伏露头为界，东部及东南部以断层为界，深部以煤盆状向斜底-550m 标高为最终深度。 在荆各庄井田范围内无小煤矿开采，但井田边界 f1 f3 断层的外侧为刘官屯煤矿。该矿 与本矿有 700m 岩柱相隔。 综上可知，该矿井的井田境界的确定是合理的。 2.22.2 矿井储量矿井储量 2.2.12.2.1 井田边界及赋存情况井田边界及赋存情况 井田本身为一盆状向斜，边缘急陡，中部平缓，略有起伏。 井田边界及赋存情况如图 2-1 所示 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 火药库 候车室 图 2-1 井田边界和赋存情况 fig. 2-1 the boundary and occurrence of mine 2.2.22.2.2 各个采区煤层角度各个采区煤层角度 该矿井划分为 5 个采区，具体划分如图 2-2 所示 魏立宽：荆各庄 400 万吨/年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 10 火药库 候车室 一采区二采区 三采区四采区 五采区 图 2-2 采区划分 fig. 2-2 adopted zoning 一采区煤层倾角： 47.18)69.149/50arctan(1 60. 965.295/50arctan2）（ 97 . 6 09.409/50arctan3）（ 74 . 6 00.423/50arctan4）（ 一采区煤层倾角取以上平均值： 即： 45.104/ )4321( 二采区煤层倾角： 27 . 8 09.344/50arctan1）（ 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 76 . 5 47.495/50arctan2）（ 69.1089.264/50arctan3）（ 98 . 4 11.573/50arctan4）（ 26 . 9 66.306/50arctan5）（ 二采区煤层倾角取以上角度的平均值： 即： 79 . 7 5/54321）（ 三采区煤层倾角： 50.21)91.126/50arctan(1 68.1336.205/50arctan2）（ 06.2089.136/50arctan3）（ 65 . 8 66.328/50arctan4）（ 三采区煤层倾角取以上角度的平均值： 即： 97.154/4321）（ 四采区煤层倾角： 34.1658.170/50arctan1）（ 78.1178.239/50arctan2）（ 31 . 5 19.538/50arctan3）（ 72 . 8 12.326/50arctan4）（ 92.1027.259/50arctan5）（ 38.15)69.181/50arctan(6 四采区煤层倾角取以上角度的平均值： 即： 41.116/654321）（ 五采区煤层倾角： 05. 252.1396/50arctan1）（ 07.1571.185/50arctan2）（ 51. 636.438/50arctan3）（ 魏立宽：荆各庄 400 万吨/年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 12 五采区煤层倾角取以上角度的平均值： 即： 88 . 7 3/321）（ 2.2.32.2.3 井田面积体积井田面积体积 在平面图中利用 cad 可以快速计算出各采区平面的面积: s1=3073679.6m2 s2=2278232.02 m2 s3=1698530.88 m2 s4=2141523.57 m2 s5=2506891.58 m2 则实际各采区面积为： 3 1 m 9 . 312552045.10cos12.2501363s 3 2 m49.229945279 . 7 cos02.2278232s 3 3 m71.176671597.15cos88.1698530s 3 4 m55.218470041.11cos57.2141523s 3 5 m86.253078888 . 7 cos58.2506891s 该矿井煤层厚度约为 20m 左右，由此可以计算煤的总体积： 3 54321 m 2 . 23814357020)(sssssv 2.2.42.2.4 矿井工业储量矿井工业储量 vzg (2-1) 式子中：zg矿井工业储量，t； v矿井煤的总体积，m3； 煤的容重，=1.33t/ m3； 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 由此可以计算出： 矿井工业储量 tmzg 4 . 316730948m/ t33 . 1 2 . 238143570 33 2.2.52.2.5 矿井可采储量矿井可采储量 矿井可采储量是指矿井工业储量减去工业场地、地面建筑物和构筑物、井下主要巷 道等保护煤柱后乘以采区采出率所得到的储量。 因此，要计算出矿井的可采储量，必须先计算出保护煤柱等损失。 井田边界保护煤柱 井田边界留保护煤柱 20m，则井田边界保护煤柱损失计算如下： 各个采区的保护煤柱损失依次为： t 7 . 153799033. 1202096.2890 1 q t 1 .143051633. 1202094.2688 2 q t 2 . 134586433 . 1 202082.2529 3 q t 1 .65924933 . 1 202019.1239 4 q t 4 . 167883233 . 1 202070.3155 5 q 则边界总的煤柱损失为： t 5 .6652452 54321 qqqqqq （2）断层保护煤柱 该井田煤层平均厚度为 20m，年产量为 400 万 t，采用综采，由于本井田内断层普 遍较小，可以忽略不计。因而断层保护煤柱损失量为：0t。 （3）井筒保护煤柱 主、副井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围之内，风井井筒保护煤柱在大巷保护 煤柱范围内，故井筒保护煤柱损失量为：0 万 t （4）大巷以保护煤柱 三条大巷和停采线宽度为 150m，长度约为 1620m，由此可以求出大巷保护煤柱总 损失为： 魏立宽：荆各庄 400 万吨/年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 14 t646380033 . 1 201620150 ds z （5）工业广场和村庄煤柱损失 根据煤矿设计规范中若干文件修改的说明 ，工业场地占地面积指标见表 2- 1。 表 2-1 工业场地占地面积指标 tab.2-1 the indicators of an area covered by industrial site 井型（万 t/a）占地面积指标（公顷/10 万 t） 4006000.450.6 2403000.70.8 1201800.91.0 45901.21.3 根据以上要求，400 万吨/年工业广场占地面积为 0.45 公顷/10 万吨，大型矿井取小值， 中小型矿井取大值，工业广场围护带宽度为 15 米，本矿井年产量为 400 万吨/年的大型矿 井，取 0.45 公顷/10 万吨2，则s=0.4540=18 公顷。 图 2-3 工业广场保护煤柱 fig.2-3 protection of industrial square pillar 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 图 2-4 矿区覆盖层参数 fig.2-4 the parameters of mine overburden 由上图可以得到，该井田表土层移动角度可取 40，下山基岩移动角 72，上山基 岩移动角 72。 由此可以得出工业广场保护煤柱损失为： 4t19602499.61.33202855.47831.88)891( gs z 此外，工业场地周围有一部分村庄建筑，也应该考虑到保护煤柱里面, 结合实际情况 和部分数据图像，可以大致计算出村庄保护煤柱损失为： t55.468300133 . 1 2059.197891 cs z 根据以上煤柱损失相关计算，可以得出可采储量： czzzqzz csdsgsgk )( (2-2) 式中：zk矿井可采储量，万 t； zg矿井设计储量，万 t； c采出率，厚煤层不小于 0.75，中厚煤层不小于 0.8，薄煤层不小于 0.85，地方 小煤矿不小于 0.7。本矿为厚煤层，取 0.8; 由此可计算出 t zk 7 . 2234633558 . 0)55.4683001 646380064.19602499 5 . 6652452 1 . 301250562( 魏立宽：荆各庄 400 万吨/年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 16 2.32.3 矿井服务年限和工作制度矿井服务年限和工作制度 2.3.12.3.1 矿井可采储量矿井可采储量 根据矿井设计可采储量 zk，可以计算出矿井服务年限 t。 a 9 . 423 . 1400/33557.22346)/( k ）（akzt (2-3) 式中, zk-水平设计可采储量，万 t； t水平设计服务年限，a； a水平生产能力，万 t/a； k储量备用系数，一般为 1.31.5。 此服务年限符合大型矿井服务年限的要求。 2.3.22.3.2 矿井工作制度矿井工作制度 根据煤炭工业矿井设计规范相关规定，确定矿井设计年工作日为 330 天，工作 制度采用“四六制”，三班生产，一班检修，每班工作 6 小时3。 矿井每昼夜净提升时间为 16 小时。这样充分考虑了矿井的富裕系数，防止矿井因提 升能力不足而影响矿井的增产或改扩建。因此本矿设计每昼夜净提升时间为 16 小时4。 3 3 开拓方式开拓方式 3.13.1 开拓方式综述开拓方式综述 由于煤矿开采的对象是赋存于地下的每层，受地质条件和生产技术条件的限制和影 响，开采整个煤田是很困难的。为此，一般将一个煤田划分为若干个煤矿进行开采。其 中单独一个煤矿开采的范围就是井田，在其中开采的煤矿被称作矿井。在一个井田范围 内，主要巷道的整体布置及其相关参数的确定就是井田开拓。 井田开拓方式的确定应该根据一下条件确定： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 矿井地形地貌条件。 井田地质条件。 煤层赋存条件。 开采技术条件。 装备和地面外部条件。 设计生产能力等因素。 具体开拓方式需要经过多方案比较后确定。 3.23.2 井筒地理位置、数目及相关形式的确定井筒地理位置、数目及相关形式的确定 3.2.13.2.1 井筒具体位置的确定井筒具体位置的确定 井筒是井下与地面出入的咽喉，是全矿井的枢纽。井筒位置的选择对于建井期限、 基本建设投资、矿井劳动生产率以及吨煤生产成本都有重要影响，因此，井筒位置一定 要合理选择。 选择井筒位置时要考虑以下主要原则5： （1）有利于井下合理开采 首先井筒沿井田走向的有利位置： 当井田形状比较规则而储量分布均匀时，井筒沿井田走向的有利位置应在井田的中 央；当井田储量分布不均匀时，井筒应布置在井田储量的中央，以形成两翼储量比较均 衡的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网络较短，通风阻力小。 应尽量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采的不利局面。 其次井筒沿煤层倾向的有利位置： 在倾向上井筒宜布置在中偏上的位置，同时考虑到减少煤损，尽量让工业广场保护 煤柱圈住一些影响生产的地质构造和断层。 （2）有利于矿井初期开采 选择井筒位置要与选择初期开采区密切结合起来，尽可能使井筒靠近浅部初期开采 块段，以减少初期井下开拓巷道工程量，节省投资和缩短建井期。 （3）尽量不压煤或少压煤 确定井筒位置，要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱，做到不压煤或少压煤。 魏立宽：荆各庄 400 万吨/年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 18 为了保证矿井投产后的可靠性，在确定井筒位置时，要使地面工业场地尽量不压首采区 煤层。 （4）有利于掘进与维护 为使井筒的开掘和使用安全可靠，减少其掘进的困难及便于维护，应使井筒通过的 岩层及表土层具有较好的水文、围岩和地质条件。 为加快掘进的速度，减少掘进费用，井筒应尽可能不通过或少通过流沙层、较厚的 冲积层及较大的含水层。 为便于井筒的掘进和维护，井筒不应设在受地质破坏比较剧烈的地带及受采动影响 的地区。 井筒位置还应使井底车场有较好的围岩条件，便于大容积硐室的掘进和维护。 （5）便于布置地面工业场地 井口附近要布置主、副生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统之 间互相联接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地面平坦，高差不能太大，专 用线短，工程量小及有良好的技术条件，应尽量避免穿过村镇居民区、文物古迹保护区、 陷落区或采空冒落区、洪水侵入区；要尽量少占农田、果园经济作物区，尽量避免桥涵 工程，尤其是大型桥涵隧道工程。为考虑长期运输的行车安全和管理，要尽量避免与公 路或其他农用道路相交，力求使接轨点位于编组站配线一侧。 另外，井口标高应高于历年的最高洪水位；还要考虑风向的影响，防止污染。总之， 选择井筒位置要统筹井田全局，兼顾前期和后期、地下与地面等各方面因素。不仅要考 虑有利于第一水平，还应兼顾其他水平，适当考虑井筒延伸的影响。 综上所述，并且考虑到井田的相应地实际情况：为了减少煤柱损失，缩短煤炭外运 距离，减少运输费用，平衡井田各个采区的运输和通风系统，主副井布置在井田储量的 右侧边界，井筒应选在井田走向上部的位置，位于倾向上部。 3.2.23.2.2 井筒形式的确定井筒形式的确定 井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井 最复杂6。 平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存价高的山岭、丘 陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分储量大致能满足同类井型水 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 平服务年限要求。 斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度快， 井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简 单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相 当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一 旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长辅助提升能力少，提 升深度有限；通风路线长、阻力大、管线长度达；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工 技术复杂。 立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深相同 的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断面大， 可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为有利； 当表土层为富含水层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产状均 特别复杂的井田，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井施工技术复杂， 需用设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，基本建设投资大。 本矿井大部分煤层倾角小，在 815之间，平均为 10左右，为近水平煤层；表 土层相对较薄，无流沙层；水文地质情况比较简单，涌水量比较小；井筒不需要特殊施 工，因此确定井筒形式为立井开拓。 3.33.3 井底车场的确定井底车场的确定 井底车场是井筒与井下主要巷道连接处的一组巷道和硐室的名称。担负着矿井煤矸 石、物料、设备、人员的转运任务，有为矿井的通风、排水、供电服务，是连接井下运 输和井筒提升的枢纽。 3.3.13.3.1 井底车场形式的选择井底车场形式的选择 选择井底车场形式，应该考虑以下进本原则： 保证巷道开拓工程量足够小。 巷道交叉点比较少，使其具有较大的通过能力。 便于管理，调车相对简单。 车场内运输通过能力要比矿井实际生产能力高出 30%以上。 魏立宽：荆各庄 400 万吨/年矿井通风系统设计及瓦斯抽放设计 20 井底车场的形式一般可以分为环行式和折返式两大类。 环行式井底车场： 环行式井底车场的特点是重列车在车场内总是单向运行，调车工作相对简单，具有 较大的通过能力，但是缺点也相对比较明显，就是开拓工程量比较大。该类车场形式主 要包括：卧式车场、斜式车场和立式车场。 折返式井底车场： 该类车场特点是空车和重车在车场内有折返运行。根据车场两端是否可以进车，该 类车场又可以分为梭式和尽头式车场。 折返式井底车场的巷道开拓量比较小，巷道交叉点和弯道也相对较少，行车安全性 比较高。但是巷道断面大，导致该类井底车场比较适合布置在岩层中，否则维护上比较 困难。 井底车场形式的选择随井筒形式改变，同时还取绝于主、副井筒和重要运输巷道的 相互位置，即井底距主要运输巷道距离及提升方向。距离近时，可选用卧式环行车场或 梭形折反车场，距离远时，可选用刀式环行车场，距离适当时，可选用立式或斜式环行 车场；当地面出车方向与主要运输巷道斜交时，应选用响应能够的斜式车场。当煤层 （组）间距大，开采水平设置分煤层（组）大巷时，井底车场可布置在其中间，视主石 门的长度，分别选用不同形式的车场。 根据该矿井具体设计条件，设计井筒距离大巷较近，并且可以布置存车线，所以选 择环形车场中的卧式井底车场。由于井底车场要为全矿水平服务，服务年限相对较长， 故要布置在较坚硬的岩层中。且与大巷要相符，即布置在煤层底板下方。具体布置情况 如下图 3-1 所示： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 图 3-1 井底车场形式 fig.3-1 layout of shaft bottom 3.3.23.3.2 井底车场主要硐室井底车场主要硐室 主井系统硐室有推车机及翻车机硐室，井底煤仓及箕斗装载动硐室，清理井底洒煤 硐室及水仓泵房等。 上述硐室的布置，主要取决于地质及水文地质条件。确定井筒位置时，要注意箕斗 装载硐室布置在坚硬稳定的岩层中，翻车机硐室布置在主井重车线末端，其他硐室的位 置则由线路布置所决定。清理井底洒煤斜巷的出口要布置在主井的重车线侧。 副井系统硐室，副井系统硐室有副井井筒与井底车场的连接处（马头门） 、重排水泵 房（中央水泵房） 、水仓及其清理水仓硐室、主变电所（中央变电所）及等候室等。 3.43.4 工业广场工业广场 工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田浅部靠上的位置。工业场地的形 状和面积：根据工业场地占地面积规定，400 万 t/a 的井型为 0.45 公顷/10 万 t。故确定地