本科毕业论文-XX煤矿通风系统设计.doc

论文题目：XXX煤矿通风系统设计专 业：安全工程本 科 生：XXX （签名） 指导老师：XXX （签名） 摘要矿井通风是将空气输入矿井下，以增加矿井中氧气的浓度并排除有害气体，它是保障矿井安全的主要技术之一。矿井通风设计是整个矿井设计内容的重要组成部分，是保证安全生产的重要环节。论文严格根据煤矿安全规程等要求，通过对比分析现有工作面通风方式的优缺点，提出适合XX煤矿实际条件的采煤工作面和掘进工作面的通风方式，并计算采煤工作面和掘进工作面的需风量，以及整个矿井的需风量。计算分析矿井容易和困难时期的通风阻力，结合目前主要通风机的优缺点，选择了XX煤矿的主要通风机，并绘制矿井通风系统图和通风网络图。最后根据XX煤矿实际条件，提出一通三防相关安全管理措施。论文进行的通风系统设计可为矿井安全生产奠定一定基础。 目录1 绪论11.1 研究背景及意义11.1.1 研究背景11.1.2 研究意义21.2 国内外研究现状21.2.1 矿井通风机类型21.2.2 矿井通风系统研究现状21.2.3 通风机的工作方式31.2.4 采煤工作面及掘进面通风方法31.3 主要设计内容及工作流程91.3.1 设计内容91.3.2 设计工作流程92 XX煤矿基本概况112.1 井田概况112.1.1 周边环境112.1.2 地质构造122.1.3 煤层与煤质132.1.4瓦斯142.1.5井田水文地质条件152.2 矿井设计生产能力162.2.1矿井工作制度162.2.2矿井生产条件162.3 井田开拓方式162.4 采区布置及装备172.4.1 井田地质特征172.4.2 采煤方法与工艺182.4.3 工作面生产方式及设备182.5 采掘工作面概况182.5.1 采煤工作面概况182.5.2 掘进工作面概况192.6 本章小结193 采掘工作面通风方式选择203.1 采煤工作面通风方式确定203.1.1 现有通风方式203.1.2 XX煤矿通风方式确定213.2 掘进通风方式确定213.2.1 目前的掘进通风方式213.2.2 XX煤矿掘进通风方式确定223.3 采区通风系统设计243.3.1 采区通风系统的基本要求243.3.2 采区风流路径253.4 本章小结254 矿井通风方法及风量确定264.1矿井通风方法的选择264.1.1 选择通风系统原则264.1.2 矿井通风系统的选择264.1.3 矿井通风方式的选择284.2 采掘工作面需风量确定294.2.1 回采工作面配风量294.2.2 掘进工作面风量确定324.3 矿井需风量确定344.4 矿井通风阻力计算354.5 主要通风设备414.5.1 设计依据414.5.2 通风机风量、风压及工况点计算414.5.3 通风设备选择424.6 通风等积孔及摩擦风阻444.7 本章小结455 矿井一通三防安全管理措施465.1 通风安全管理措施465.2 防瓦斯安全管理措施475.2.1 预防瓦斯积聚475.2.2 防止瓦斯引爆火源475.3 防火安全管理措施485.4 防尘安全管理措施495.5 本章小结506 结论及建议516.1 结论516.2 建议517 致谢52参考文献531 绪论1.1 研究背景及意义1.1.1 研究背景我国是煤炭大国，也是产煤大国，同时还是煤炭消耗量最大的国家。目前我国煤可供利用的储量约占世界煤炭储量的11.62%，位居世界第三1。据不完全统计，我国煤炭探明总储量在1万亿t以上，居世界前列；已知含煤面积55万多km，而且煤种齐全。煤炭是工业的粮食，煤炭工业发展的快慢，将直接关系到国计民生。近十几年来，纵观我国的经济增长率，一直保持在年均 10左右的增长速度。这也从一个侧面反映了在未来一段时间内，我国仍将对能源保持着较高的需求；也间接促使我国成为世界能源消费大国。其中煤炭在一次能源消费中所占有近 70%比重的格局，客观而又充分的说明了煤炭工业在我国所有工业行业中所处的重要位置。而对于煤炭的需求，将在未来一个相当长的时间内保持现状，不会有大幅度的规模变动及减产现象出现。虽然煤炭企业对我国经济有积极的推动，但煤炭行业是我国安全生产事故发生最多的行业，并且我国现有矿井95%以上都是地下开采的煤炭工业。表1.12是近十年我国煤炭事故统计。表1.1 2001-2010我国煤炭事故情况年份 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010事故起数 3082 3112 4143 3639 3341 2945 2421 1901 1616 1403死亡人数 5670 6995 6434 6027 5986 4746 3786 3215 2631 2433百万吨死亡率 5.07 4.94 4.17 3.081 2.811 2.041 1.485 1.282 0.892 0.749由上表可看出，我国煤炭行业安全状况不容乐观。煤矿安全生产事故，不但给国家财产和人民的生命安全造成了巨大的损失，并且严重的影响了我国的国际形象。总的来说我国煤炭安全现状相对世界水平较落后。矿井通风是保障矿井安全生产的重要技术手段之一，对维护矿井安全生产发挥着极为重要的作用。矿井通风是依靠通风动力将定量的新鲜空气沿着井巷网络输送到采煤工作面、掘进工作面、硐室和其他用风地点，满足这些地区的安全要求和作业环境；同时将用过的污浊空气排出地面的过程。在生产矿井中，有不少矿井因通风设计不合理造成了不必要的损失。如因所选风机能力不足使生产受限，阻碍生产发展；或因所选风机能力过大造成电耗增多吨煤投资增加等。因此搞好矿井通风设计对矿井安全生产、增产增效至关重要。1.1.2 研究意义XXX煤矿，是低瓦斯矿井，为防止井下瓦斯积聚，确保井下良好的工作环境。众所周知，井下风量不足会引起瓦斯积聚，工作环境温度升高，缺氧造成人员伤害等问题，而风量过剩也会导致不良的影响，如漏风量大，动力过度消耗，风流发生过度的冷却作用，巷道内矿尘飞扬，激发煤的自燃等。因此矿井通风设计合理与否对矿井的安全生产及经济效益具有长期而重要的影响。1.2 国内外研究现状煤炭是世界工业经济发展的主要能源，很早以前，就有采矿的历史，水到渠成矿井通风也随之产生。1.2.1 矿井通风机类型约在1640年，人们开始把进风和回风分开，以利用自然通风压力进行矿井通风。为了加大通风压力，1650年在回风路线上设置火筐，1787年又在回风路线上设置火炉，使回风风流加热。1745年俄国科学家发表了空气在矿井中流动的理论，1764年法国采矿工程发表了关于矿井自然通风的理论，成为矿井通风史上奠基的两篇论文。1807年风量约200m3/min，兽力活塞式空气泵，1849年转速约95转/分，风量约500m3/min的蒸汽铁质离心式扇风机；1898年电力初型轴流式扇风机相继投入使用。20世纪40年代，矿井已使用功率为约1500kw和3000kw的电力轴流式和离心式大型扇风机。矿井通风的主要动力是通风机。通风机是矿井的肺脏。目前，用于矿井的主要有离心式和轴流式两类通风机，以前全用离心式。由于轴流式通风机具有结构简单紧凑、体积小、重量轻，而且其工作效率高，尤其是大型轴流式通风机，效率可达85，三是有翼角调整装备，便于机械性能调节或进行反风这些优点，现在大部分矿井都采用轴流式通风机。矿井的通风系统可以看做是矿井通风的呼吸系统，其包括，向矿井各作业地点供给新鲜空气、排除污浊空气的进、回风井的布置方法，以及主要通风机的工作方法，通风网络和风流的控制设施。1.2.2 矿井通风系统研究现状目前，矿井通风系统按进、回风井在井田的位置不同，通风系统可分为中央式、对角式、区域式及混合式。各通风系统都有其优缺点，利用各系统的优点应用于不同的井田，不仅能保证井下通风安全，也有利井下正常生产。中央式通风系统又包括中央并列式和中央边界式。前者适用于煤层倾角大、埋藏深、井田走向长度小于4km，瓦斯与自然发火都不严重的矿井。冶金矿山当矿脉走向不太长，或受地形地质条件限制，在两翼不宜开掘风井是使用。后者适用于煤层倾角较小，埋藏较浅，井田走向长度不大，瓦斯与自然发火比较严重的矿井。对角式通风系统又包括两翼和分区对角式。前者适用于煤层走向大于4km，井型较大，瓦斯与自然发火严重的矿井；或低瓦斯矿井，煤层走向较长，产量较大的矿井。后者适用于煤层埋藏浅，或因地表高低起伏较大，无法开掘总回风巷的矿井。区域式通风系统，适用于井田面积大、储量丰富或瓦斯含量大的矿井。其既可改善通风条件，又能利用风井准备采区，缩短建井工期。风流路线短，阻力小。漏风少，网路简单，风流易于控制，便于主要通风机的选择。不足点是其通风设备多，不便管理。混合式通风系统，适用于井田范围大，地质和地面地形复杂；或产量大，瓦斯涌出量大的矿井。其优点是回风井数量较多，通风能力大，布置较灵活，适应性强。1.2.3 通风机的工作方式矿井通风设计中，主要通风机的工作方式有三种：压入式、抽出式、压抽混合式。压入式：主要通风机安设在入风井口，在压入式主要通风机作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气压状态。在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井采区的有害气体通过塌陷区向外漏出。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力降低。采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干通风构筑物，使通风管理困难，且漏风较大。抽出式：主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压的负压状态。当主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，较为安全。压抽混合式：在入风井口设一风机做压入式工作，在回风井口设一风机做抽出式工作。通风系统的进风部分处于正压，回风部分处于负压，工作面大致处于中间，其正压或负压均不大，采空区通连地表的漏风因而较小。矿井通风系统的重要组成部分采区通风系统。它的合理与否不仅影响采区内的风量分配，事故发生时的风流控制，生产的正常进行，而且严重影响矿井的通风质量和安全状况。1.2.4 采煤工作面及掘进面通风方法（1）采煤工作面通风方法通风设计中采煤工作面的通风系统，由采煤工作面的瓦斯、温度和煤层自燃发火等所确定的，目前通风设计，根据采煤工作面进回风巷道的布置方式和数量，可将工作面通风系统分为U形与Z形通风系统，Y形、W形及双Z形通风系统等类型。U形与Z形通风系统。这种工作面通风系统只有一条进风巷道和一条回风巷道。目前我国普遍使用U形后退式通风系统（如图1.1所示）。其优点结构简单，工作面进、回风巷要提前掘进，维护工作量大。前进式通风系统的维护工作量小，不存在采掘工作面串联通风问题，在巷旁支护好、漏风不大时，有一定优越性。采用前进式U形通风系统（如图1.2所示）的工作面的采空区瓦斯不涌向工作面，而是涌向回风平巷。采用Z形后退式通风系统（如图1.3所示）的工作面的采空区瓦斯不会涌入工作面，也是涌向回风巷，工作面采空区回风侧能用钻孔抽放瓦斯，但进风侧不能抽放瓦斯。Z形前进式通风系统（如图1.4所示）的工作面的进风侧沿采空区可以抽放瓦斯，采空区的瓦斯易涌向工作面，特别是上隅角，回风侧不能抽放瓦斯。Z形通风系统的采空区漏风，介于采用U形后退式和U形前进式通风系统之间；该通风系统需沿空支户巷道和控制经过采空区的漏风，其难度较大3。 Y形、W形及双Z形通风系统，这三种采煤工作面通风系统均为两进一回或一进两回的采煤工作面通风系统。据进风巷与回风巷的数量和位置的不同，Y形通风系统（如图1.5所示）可以有多种不同的方式。生产实际中应用较多的是回风侧加入附加的新鲜风流，与工作面回风汇合后从采空区侧流出。工作面采用Y形通风系统会使回风道风量加大，但上隅角及回风道德瓦斯不易超限，并可在上部进风道内抽放瓦斯。后退式W形通风系统（如图1.6所示），用于高瓦斯的长工作面或双工作面。该系统的进回风平巷都布置在煤体中。W形前进式通风系统的巷道维护在采空区内，巷道维护困难，漏风大，采空区涌出的瓦斯量也大。双Z形通风系统，其中间巷与上、下平巷分别在工作面的两侧。双Z形通风系统，其中间巷与上、下平巷分别在工作面的两侧。双Z形前进通风系统（如图1.7所示）的上、下进风平巷维护在采空区时。漏风携带出的瓦斯可能会使工作面超限；双Z形后退式通风系统（如图1.8所示）的上、下入风平巷布置在煤体中，漏风携带出的瓦斯不进入工作面，工作面比较安全3。 在H形通风系统中，两进两回的通风系统（如图1.9所示），三进一回系统（如图1.10所示），其特点是：工作面风量大，采空区瓦斯不涌向工作面，气象条件好，增加了工作面的安全出口，工作面机电设备都在新鲜风流巷道中，通风阻力小，在采空区的回风巷道中可抽放瓦斯，易于控制上隅角的瓦斯，但沿空护巷困难，由于有附加巷道，可能影响通风的稳定性，管理复杂。在工作面和采空区的瓦斯涌出量较大，在入风侧和回风侧都需增加风量以稀释整个工作面的瓦斯，可考虑采用H形通风系统3。（2）掘进工作面通风方法掘进通风方法有总风压通风、引射器通风和局部通风机通风3种。局部通风机通风是我国矿井广泛采用的一种掘进通风方法。局部通风机通风利用局部通风机做动力，通过风筒导风的通风方法称局部通风机通风，它是目前局部通风最主要的方法。局部通风机的常用通风方式有压入式、抽出式和混合式3。压入式局部通风机及其附属装置安装在离掘进巷道口10m以外的进风侧，将新鲜风流流经风筒输送到掘进工作面，污风沿掘进巷道排出。如图1.11所示。 图 1.11 压入式通风布置抽出式局部通风机安装在离掘进巷道10m以外的回风侧。新鲜风沿巷道流入，污风通过风筒由局部通风机抽出，如图1.12所示。图 1.12 抽出式通风布置混合式通风是压入式和抽出式两种通风方式的联合运用，兼有压入式和抽出式两者有点，其中压入式向工作面供新风，抽出式从工作面排出污风。按局部通风机和风筒的布设位置，分为长压短抽、长抽短压和长抽长压。按抽压风筒口位置关系有前压后抽和前抽后压两种方式。长抽短压（前压后抽）。工作面的污风由压入式风筒压入的新风予以冲淡和稀释，由抽出式主风筒排出。其布置如图1.13所示。图1.13 长抽短压通风方式长压短抽（前抽后压）。新鲜风流经压入式长风筒送入工作面，工作面污风经抽出式通风除尘系统净化，被净化后的风流沿巷道排出。其布置图如图1.14所示。 图 1.14 长压短抽通风方式混合式通风的主要缺点是降低了压入式与抽出式两列风筒重叠段巷道内的风量，当掘进巷道断面大时风速就更小，则此段巷道顶板附近易形成瓦斯层状积聚。因此，两台风机之间的风量要合理匹配，以免发生循环风，并使风筒重叠段内风速大于最低风速。一般，混合式通风是大断面长距离岩巷掘进通风的较好方式。矿井全风压通风全风压通风是利用矿井主要通风机的风压，借助导风设施把主导风流的新鲜空气引入掘进工作面。其通风量取决于可利用的风压和风路风阻。按其导风设施不同可分为3：风筒导风，在巷道内设置挡风墙截断主导风流，用风筒把新鲜风引入掘进面，污浊风从掘进巷道中排出。这种方法辅助工程小，风筒安装、拆卸比较方便，通常用于需风量不大的短巷掘进通风中，如图1.15所示。图 1.15 风筒导风平行巷道导风，在掘进主巷道时，在附近与其平行掘一条配风巷，每隔一定距离在主、配巷间开掘联络巷，形成贯穿风，当新的联络巷沟通后，旧联络巷封闭。两条平行巷道的独头部分可用风障或风筒导风，巷道的其余部分用主巷进风，配巷回风。这种方法常用于煤巷掘进，尤其是在厚煤层的采空巷掘进，和运输、通风等需要开掘双巷时。这种方法也常用于解决长巷掘进通风的困难，如图1.16所示。图 1.16 平行巷道导风钻孔导风，离地面或领近水平较近处掘进长巷反眼或上山时，可用钻孔提前沟通掘进巷道，以便形成贯穿风流。此种方法用于煤层上山掘进通风，有良好的排瓦斯效果，如图1.17所示。图 1.17 钻孔导风风障导风，在巷道内设置纵向风障，把风障上游一侧的新风引入掘进工作面，清洗后的污风从风障下游一侧排出。在短巷掘进时，可用木板、帆布；长巷掘进，可用砖、石、混凝土材料构筑风墙。此种方法工程量大。适用于短距离或无其他好方法可用时采用，如图1.18所示。 图 1.18 风障导风在主要通风机正常运转，并有足够的全风压克服导风设施的阻力时，全风压通风能连续供给掘进工作面所需风量，而无需附加通风动力，管理方便，但其工程量大，使用风障有碍运输。因此在瓦斯涌出量大，使用通风设备不安全或技术不可行的局部地点，可以使用全风压通风。如果全风压通风在技术上不可行或经济上不合理，则必须借助专门的通风动力设备，对掘进工作面进行局部通风。引射器通风，引射器产生的通风负压，通过风筒导风的通风方法。引射器通风一般采用压入式，如图1.19所示。图 1.19 引射器通风引射器通风的优点是无电气设备，无噪声；具有降温、降尘作用。在煤与瓦斯突出严重的煤层掘进时，用它代替局部通风机通风，设备简单，安全性较高。缺点是风压低、风量小、效率低，并存在巷道积水问题。一般这种方法适用需风量不大短距离巷道掘进通风；在含尘大、气温高的采掘机械附近，采取水力引射器与其他通风方法联合使用形成混合式通风。使用的前提条件是有高压水源或气源3。随着生产的发展，对矿井通风的要求不断提高，也更具有合理性。如矿井供风量每人不少于4m3/min，在主要进风道、回风道、修理中的井筒和提升人员、物料的井筒最大风速不能超过8m/s。回采工作面、掘进煤巷和半煤岩巷最小风速不小于0.25m/s等规定，这都为矿井的安全生产打下了基础。1.3 主要设计内容及工作流程1.3.1 设计内容（1）确定XX煤矿通风方式。根据矿井瓦斯涌出量，矿井设计生产能力，煤层赋存条件等因素选择合适的通风方式。（2）采区、工作面、备用面及掘进面的通风设计，根据各面生产需求以及其环境选择合适的通风方式，并计算出采掘工作面的需风量。（3）矿井风量计算和风量分配。依据XX煤矿实际条件，根据煤矿安全规程要求计算出矿井需风量。（4）矿井通风阻力计算。计算出通风容易时期和通风困难时期的通风阻力，确定矿井的通风难易程度。做出通风系统图和通风网络图。（5）选择通风设备。根据矿井需风量及自然风压，结合主要通风机的特性曲线，选择出XX煤矿合理的矿井通风机。（6）从一通三防方面提出相关安全措施。 、 2麦地掌煤矿基本概况2.1 井田概况2.1.1麦地掌煤矿位于山西省清徐县马峪乡陈家坪、麦地掌村及古交市邢家社乡陈家社村一带，南距清徐县城约10km，其间有清徐-古交公路相通。清徐县城距太原市约40km，其间有307国道相通。交通尚为方便。本矿井设计年产量为一百五十万吨，采用一套综采来满足产量的要求。矿井运输大巷采用皮带运输作为主运输，采用柴油机车最为辅助运输，矿井通风采用轴流式扇风机分区、抽出式通风方式。（4）气象本区地处我国西部内陆，属典型的中温带半干旱大陆性季风气候。气候特点为冬季寒冷，春季多风，夏季炎热，秋季凉爽，四季冷热多变，昼夜温差悬殊，干旱少雨，蒸发量大。降雨多集中在七、八、九三个月。全年无霜期短，十月初上冻，次年四月解冻。年平均气温9.1，极端最低气温为24，极端最高气温为38.9；最热为7月份，平均23.9，最冷为1月份，平均8.4。区内年平均降水量433.1mm，年最大降水量849.6mm（1967年）,年最小降水量227.7mm（1972年）。年蒸发量1192.2mm，相当降水量的2.5倍。降水主要集中在79月份，占总量的69%，尤以8月份最多，平均为132.5mm，约占总量的25%，并多以暴雨形式出现，易形成洪水、同时诱发各类地质灾害。平均风速1.76m/s（19912001年），极端最大风速15.7m/s（1993年1月）。最大冻土深度146cm（1968年）。2.1.2 地质构造井田位于华北地台鄂尔多斯盆地东缘河东断褶带西侧，伊陕单斜区东北角与乌拉山呼和浩特断陷的接合带部位，其特殊的大地构造位置既具备了鄂尔多斯盆地次级构造单元陕北斜坡的主体构造形态，又具有河东断褶带与乌拉山呼和浩特断陷的断裂构造发育的特点。根据具体构造形态及断裂构造的分布特征将井田划分为南北两个不同的构造单元，南区主体为向西南倾斜的单斜构造，倾向SW，倾角13，局部发育宽缓的波状起伏；北区近东西向，宽度45km的狭长阶梯式断陷带，该断陷带内次级小断裂构造较发育。井田以F2断裂南北分界，形成南区宽缓的单斜构造形态，总体抬升幅度较大，52煤层底板标高一般在+1160+1175m之间，最低+1155m，最高靠近F2断层附近煤层底板标高在+1185m左右，近于水平地层，起伏较小，井田东南部边缘地段煤层逐渐变薄，甚至局部尖灭，幅高降低20m左右，西南部地势较低，沿沟谷煤层出露较多，剥蚀范围较大。井田中部及北部边缘发育二条较大的正断层（F1、F2），近东西向分布，形成东西走向、南北宽约45km的狭长断陷带，东西延伸至井田外围。F1断层为正断层，倾向南西，一般倾角6570，局部7580，近直立。地表控制点3个，如石塔则小南川沟断点，断层痕迹明显，断层出露点上下盘地层岩性截然不同，上盘为灰色、灰白色粉砂岩、细粒砂岩夹煤层、薄层炭质泥岩，属延安组含煤地层，薄煤层判断为52上及51下部煤层；下盘岩性为杂色泥岩及粉砂岩，为富县组标志性地层，根据层位及层间距判断该断层落差6070m。F2断层位于先期开采地段北部边界，勘探报告对该断层进行了重点控制，根据地表、钻孔验证及二维地震等手段进行控制，查明了该断层的性质、规模及平面摆动位置。F2断层为正断层，倾向北东，倾角6570，自西向东断层规模变小，西端最大落差120m，东端逐渐减小至3050m。井田内该断层地表控制点5个，且断层上下盘通过钻孔验证，其平面摆动范围控制在100m以内。ZK16-13钻孔底部发现断层破碎带痕迹。先期开采地段与F2断层之间推断存在规模较小的次级断层（F5），勘探报告依据钻孔煤层底板等高线进行推断，属隐伏断层，地表覆盖未出露。F4断层分布于秦晋煤矿的西南部，为一走向北北西南南东、倾向北东、倾角8387的张性正断层，断层两侧各有110m宽的拖曳和牵引带，受其影响局部地层倾角可达8，距断层破碎带稍远处，地层复趋平缓。秦晋煤矿22号煤层被该断层分为东西两部，东部为其上盘，地表出露为风化后的直罗组地层；西部为其下盘，出露地层为延安组第四段，含22号煤层。根据勘探报告提供的资料，井田地层平缓，南部（F2断层以南）倾角13，地质构造属简单类型；井田北部（F1和F2断层之间的断陷带）倾角最大8，次级小断裂构造较发育，构造较南部相对复杂。总体上分析，井田地质构造较为简单。2.1.3 煤层与煤质（1）煤层麦地掌井田含煤地层为侏罗系中统延安组第一段至第四段。含煤地层总厚度30.30254.72m，平均厚度89.78m。含煤9层，自上而下编为22、31、42、43、44、51、52上、52和53煤，煤层平均总厚12.57m，煤层平均可采厚度12.22m，含煤系数14%。可采煤层分布面积及可采面积如表2.1所示。表2.1 各可采煤层分布面积及可采面积一览表煤层编号2231425152上52分布面积（km2）3.588.6412.3313.361543.26可采面积（km2）3.588.648.6212.819.8839.32（2）煤质井田内可采煤层均为黑色，条痕为黑褐色；沥青油脂光泽，性较脆，部分暗淡光泽；贝壳状、参差状断口。丝炭呈丝绢光泽，纤维状结构；各煤层内生裂隙不甚发育，裂隙填充少量方解石脉或细小黄铁矿脉及薄膜；煤层以中条带细条带状结构为主，均一状结构；煤层水平层理发育。各可采煤层平均视密度变化不大，在1.331.39g/cm3之间。各煤层显微组分中镜质组含量约占12.957.6%。其中51煤最低，42煤最高。惰质组含量约占31.781.4%，显示煤的高丝炭化特征，其中42煤最低，51煤最高。有机组分中，煤层的镜质组以基质镜质体为主，次为均质镜质体，含少量结构镜质体及团块状镜质体，含极少量胶质镜质体。惰质组一般以碎屑丝质体为主，次为丝质体，含少量半丝质体，含极少量微粒体及粗粒体、菌类体。壳质组以小孢子为主，次为角质体，含少量树脂体。无机组分总含量0.68.9。其中52上煤最高，52煤、31煤最低，其主要无机组分包括粘土类、硫化物类、碳酸盐类、二氧化硅类。各煤层的最大镜质组反射率（Rmax%）在0.438-0.601%之间变化。以上煤的宏、微观特征表明，井田内各煤层属于低变质烟煤。2.1.4瓦斯根据勘探报告，在井田内取16个瓦斯采样测试分析：各层煤所含瓦斯成份多是以氮气为主，二氧化碳微量，多属氮气带。瓦斯的赋集与运移条件与围岩特征等因素有密切关系，在空间上不是均匀分布于煤层之中。区内各煤层埋藏浅,地层产状进水平，无贮气构造，煤的变质程度低，虽有少量瓦斯溢出，但大多沿岩石裂隙逸散于大气中，因此测试结果气体总量很小。经对勘探区内各小煤窑调查，均未发生过瓦斯爆炸事故，该区各煤层瓦斯含量很低。勘探区内共取瓦斯样11组，见表2.2。表2.2 各煤层瓦斯含量测定成果汇总表煤层点数自然瓦斯成分（%）瓦斯含量（ml/gr,daf）N2CO2CH4重烃N2CO2CH4重烃31296.12-97.782.18-3.870.01-0.040.002.20-2.670.09-0.130.000.0052上191.031.867.110.000.040.170.0052892.44-99.520.48-4.020.01-5.030.00-0.112.20-5.870.01-0.180.00-0.0.90.002.1.5井田水文地质条件区域地处鄂尔多斯台向斜东缘，陕北黄土高原与毛乌素沙漠的接壤地带，为北温带干旱、半干旱大陆季风性气候。属水系发育的黄土梁峁区，地形破碎，切割强烈。区内较大的水系有皇甫川、孤山川、清水川、悖牛川等河。区域内可分为三个自然地貌区，即沙漠滩地区（包括低缓黄土梁岗区），河谷阶地区及黄土梁峁区。地下水的形成、分布和水化学特征主要受区域地貌制约，此外还受地层岩性、地质构造、古地理环境及水文气象诸因素的综合控制。区内可分为新生界松散岩类孔隙及裂隙潜水，中生界碎屑岩类裂隙孔隙潜水与层间裂隙承压水。隔水层主要是第三系上新统静乐组红土，分布广，厚度一般2060m，钻孔揭露最大厚度95m，为新生界与基岩之间的隔水层，此外还有厚度、面积较大且连续分布的泥岩及粉砂质泥岩等，为基岩层间隔水层。区内潜水主要接受大气降水的入渗补给，补给量受大气降水量，降水强度，降水形式，地形地貌，含水层岩性等诸多因素的制约。另外沙漠滩地区地下水还接受凝结水的补给，但补给量甚微。径流方向受区域地形控制总体由北往南运动。局部受地貌地形控制，一般由地势高的河间区向河谷区径流。本区潜水主要以泉或泄流形式排泄，人工开采及垂向蒸发亦是排泄方式之一。井田属黄河水系，支流有孤山川、木瓜川、清水川等河。依据地质勘探及详查资料，结合地形地貌，确定井田中部，沿银巧圪塔、红崖湾、大墩梁、塌楼梁、太平墩一带，有一NW-SE向的分水岭，沿塌楼梁、墩梁一带，有一近W-E向的分水岭，将勘探区内潜水划分为东北、东南、西部三个流域区。西部属孤山川河流域，勘探区内面积约21km2。东北部属清水川流域，面积约5.54km2。东南部属木瓜川流域，面积约6km2。梁的延伸方向受水系的控制，以分水岭为中心，向两侧展布，梁面多以黄土及极少量风积沙覆盖。以1020向两侧沟谷倾斜，沟边缘以下谷坡较为陡峻，局部地段两岸谷坡形成陡崖，不利于降水及地表水的渗入，对地下水的形成十分不利。勘探区西部乱菜沟、菜沟、XX沟等支水系，汇入沙梁川，向下游流入孤山川。东北部的宁条沟、红崖湾、大墩沟、老虎沟一带由西南向东北流入小南川沟汇入清水川河。木瓜川、吓死鬼沟由西北向东南流入木瓜川河，均向下游在府谷境内汇入黄河。井田水文地质类型为二类一型，即以裂隙含水层充水为主的水文地质条件简单的矿床。矿井涌水对开采影响很小。2.2 矿井设计生产能力2.2.1矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范，结合矿区工作习惯，确定矿井设计年工作日为330天，日净提升时间16h。井下实行“四六”工作制，每天四班作业，其中三班生产，一班检修，每班工作6小时。地面实行“三八”工作制，第每天三班作业，每班工作8小时，其中二班生产，一班检修。2.2.2矿井生产条件（1）资源条件井田面积54km2，勘探地质报告共获得各类资源资/源量222.21Mt，煤类属低低中灰分、特低硫的不粘煤，煤质优良。工业资源/储量192.08Mt，设计可采储量120.85Mt。（2）开采技术条件井田地质构造较为简单，水文地质条件简单，瓦斯含量低，无地热危害。可采煤层赋存稳定，为近水平煤层（煤层倾角小于3）。各煤层有自燃倾向性，煤尘有爆炸性。设计采取了全面的综合防治措施，可最大可能地减少或避免安全事故发生，实现安全、稳产和高产高效。（3）市场条件井田煤质优良。根据市场分析，销售前景看好。（4）煤炭外运条件矿井生产的煤炭既可通过汽车运至附近用户，也可以通过神（木）朔（州）铁路外运，交通运输条件便利。矿井设计生产能力为1.20Mt/a。矿井设计可采储量为120.85Mt，经计算矿井服务年限为71.9a。一水平设计可采储量为100.2Mt，计算出服务年限为59.6a。2.3 井田开拓方式矿井工业场地布置在菜沟内约2km、上庙梁村西北约0.5km处的沟谷内。工业场地处地形地势，经计算场地标高约+1129+1136m。工业场地位于沟两侧52煤层底板以下30m左右。根据井田范围形状特征，开拓巷道沿菜沟煤层露头风氧化带布置最合理。工业场地南边界距离开拓巷道约430m经计算井筒坡度小于5，即矿井有条件选择平硐开拓，设计确定采用平硐开拓。根据矿井生产系统对的井筒的功能要求，设计布置主平硐担任煤炭运输及辅助进风任务、副平硐担任辅助运输及主要进风任务、回风斜井担任回风任务。结合工业场地总平面布置、坚向布置，为充分利用地形地势，主、副平硐与一采区回风斜井3个井筒井口布置在3个水平标高平台处，其中主平硐进口标高+1165.0m、副平硐进口标高+1129.0m。根据井田南北区可采煤层层位，设计将矿井划分2个水平（一水平设3个辅助水平）、8个采区，其中一水平标高1165.0m、二水平标高+1015.0m。井田南区+1165m水平开拓巷道沿菜沟煤层露头保护煤柱布置。+1165m水平开拓巷道穿过断层后与沿F2断层保护煤柱布置的暗斜井连接。暗斜井与各辅助水平及二水平连接。由于井田范围较大，需采用分区通风系统。布置在主工业场地的一采区回风斜井与主、副平硐服务于一采区。布置在菜沟村附近的菜沟回风平硐与主、副平硐服务于一采区东北局部、二采区和三采区。布置在大墩沟风井场地的1对进回风井立井服务于井田北区。主平硐井口位于工业场地东南侧生产区，井口标高+1156.0m，倾角11350，长度433m，安装1部阻燃胶带输送机，担负煤炭运输任务，并兼进风。副平硐井口位于工业场地西南部辅助生产区内，井口标高+1129.0，倾角5，长度475m，利用无轨胶轮车担负材料、设备和人员以及矸石的运输任务，并兼进风和安全出口。一采区回风斜井井口位于工业场地西南侧山坡上，井口标高+1175.0m，倾角025，长度51m。其主要为一采区服务，称之为一采区回风斜井。一采区回风斜井担负一采区回风任务并兼安全出口。2.4 采区布置及装备2.4.1 井田地质特征根据构造形态及断裂构造的分布特征，井田划分为南北两个不同的构造单元，南区主体为向西南倾斜的单斜构造，倾向SW，倾角13，局部发育宽缓的波状起伏；北区近东西向，宽度45km的狭长阶梯式断陷带，该断陷带内次级小断裂构造较发育。南北区以F2断层为界。F2断层倾向北东，倾角6570，落差110m左右，自西向东规模逐渐变小。一采区尺寸、可采储量及生产能力如表2.3所示。表2.3 一采区尺寸、可采储量及生产能力表采区名称走向长度（km）倾斜长度（km）开采面积（km2）可采储量（Mt）生产能力（Mt/a）一采区1.911.063.398.441.202.4.2 采煤方法与工艺井田可采煤层特征，煤层可采范围内厚度0.83.32m，为中厚及薄煤层，南、北两区均为单斜构造，煤层结构简单，近水平煤层。采煤工艺采用综合机械化采煤工艺。根据煤层为近水平煤层、有自燃发火倾向性，同时考虑工作面采空区容易管理，工作面由采区边界向准备巷道后退式推进，采用长壁后退式采煤方法。2.4.3 工作面生产方式及设备（1） 工作面生产方式工作面以液压支架形成的空间作为采、装、运设备及人员安全活动空间。采煤机作为割煤设备，跨在刮板输送机上运行。刮板输送机为煤炭运输设备。采煤采用双滚筒采煤机。采煤机前端滚筒沿顶板割煤，后端滚筒沿底板割煤。面向煤壁，右滚筒为右螺旋（即顺时针螺旋），左滚筒为左螺旋（即逆时针螺旋）。采煤机采用工作面端部斜切进刀，往返一次割两刀为一循环。采煤机割下的煤一部分落入刮板输送机，由刮板输送机运出工作面；另一部分落入刮板输送机与煤壁之间底板上，由采煤机清底装煤，另外刮板输送机前移也起到清理底煤作用。（2） 工作面设备根据所需采高（最大采高3m）、截割功率及液压支架高度，选用MG400/930-AWD型双滚筒采煤机，装机功率2400+255+20kW（截割功率2400kW），电压3300V。适合于采高1.603.40m，倾角小于40的薄及中厚煤层。 可弯曲刮板输送机考虑工作面长度及采煤与刮板输送机连接尺寸要求，选用SGZ730/400型刮板输送机。运输能力700900t/h，工作长度200m，装机功率2200kW。 2.5 采掘工作面概况2.5.1 采煤工作面概况首采区内52号煤层厚度2.122.54m，平均2.38m，煤层结构较简单，大部分具一层夹矸，厚度0.050.40m，平均0.21m，岩性为粉砂质泥岩或炭质泥岩。煤层变异系数Cr=0.1822，属稳定性煤层。因此确定首采区回采工作面采高2.38m。结合本矿井地质条件简单、煤层赋存稳定、煤层倾角近水平的特点，参考陕北地区生产矿井生产经验和所选设备能力较大等因素，综合确定首采区工作面长度200m。生产中可根据实际生产情况，调整到最适合矿井开采条件和设备的工作面长度。表2.4 工作面特征表采区工作面编号采煤工艺工作面参数年生产能力（Mt）面长（m）采高（m）年进度（m）一采区1001综采2002.3817281.202.5.2 掘进工作面概况矿井初期时共配备3个掘进工作面。表2.5掘进工作面主要设备配备表序号煤巷综合机械化掘进设备名称设备型号1掘进机EBZ-1602转载机QZP-1603可伸缩胶带机SSJ800/2404锚杆机MYT-1205局部通风机FBD6.3/2306混凝土喷射机ZP-I7混凝土搅拌机安8混凝土喷射机械手FS-22.6 本章小结本章主要从以下几点介绍了XX煤矿。（1）XX煤矿周边环境、地质构造、煤层与煤质、瓦斯、井田水文地质条件等概况。（2）XX煤矿的生产条件、井田开拓方式、采区布置及装备、采掘工作面概况。3 采掘工作面通风方式选择3.1 采煤工作面通风方式确定3.1.1 现有通风方式采煤工作面通风系统是由进、回风巷（顺槽）、工作面、采空区和通风设施等构成，包括采煤工作面的通风方法、风流流动形式、通风方式和采空区漏风方式等。采煤工作面的通风方式，目前有U形、Z形、Y形、W形、Z形、H形几种通风系统。各种通风系统特点如表3.1所示。表3.1 各通风系统特点形通风系统形后退式其优点是结构简单，巷道施工维修量小，工作面漏风小，风流稳定，易于管理等；缺点是上隅角瓦斯易超限，工作面进、回风巷要提前掘进，维护工作量大。U形前进式前进式通风系统维护工作量小，不存在采掘工作面串联通风问题，漏风不大时，有一定优越性，工作面的采空区瓦斯不涌向工作面，而是涌向回风平巷。Z形通风系统Z形后退式工作面的采空区瓦斯不会涌入工作面，而是涌向回风巷，工作面采空区回风侧能用钻孔抽放瓦斯，但进风侧不能抽放瓦斯。Z形前进式工作面的进风侧沿采空区可以抽放瓦斯，采空区的瓦斯涌向工作面，特别是上隅角，回风侧不能抽风瓦斯。Z形通风系统采空区漏风，介于U形后退和U形前进式之间。W形通风系统W形后退式用于高瓦斯的长工作面或双工作面，该系统的进、回风平巷都布置在煤体中。在中间巷内布置瓦斯钻孔时，抽放孔处于抽放区域的中心，因而抽放率比采用U形通风系统的工作面提高50%。W形前进式巷道维护在采空区内，巷道维护困难，漏风大，采空区涌出的瓦斯量也大。双Z形通风系统双Z后退式上、下入风平巷布置在煤体中，漏风携带出的瓦斯不进入工作面，工作面比较安全。双Z前进式上、下进风平巷维护在采空区时，漏风携带出的瓦斯可能会使工作面超限。双Z形通风系统的工作面有一段时下行通风，并且需设边界上山，维护在采空区的巷道在支护上还要防止漏风。H形通风系统包括两进两回式和三进一回式两种通风方式。工作面风量大，采空区瓦斯不涌向工作面，气象条件好，增加了工作面的安全出口，工作面机电设备在新鲜风流巷道中，通风阻力小，在采空区的回风巷道中可抽放瓦斯，易于控制上隅角瓦斯。但沿空护巷困难；由于有附加巷道，可能影响通风的稳定性，管理复杂。在工作面和采空区的瓦斯涌出量都较大，在入风侧和回风侧都需增加风量以稀释整个工作面瓦斯时，可考虑采用H形通风系统。Y形通风系统生产实际中应用较多的是在回风侧加入附加的新鲜风流，与工作面回风汇合后从采空区侧流出的通风系统。工作面采用Y形通风系统会使回风道风量加大，但上隅角及回风道的瓦斯不易超限，并可在上部进风道内抽放瓦斯。采煤工作面通风系统是矿井通风系统的子系统。是井下采煤的工作地点，又是井下人员最集中的地点，因此其通风系统的好与坏对矿井安全生产有直接影响。3.1.2 XX煤矿通风方式确定根据矿井瓦斯、水文地质条件，采区布置等因素，工作面通风系统有U型与Z型两种方案可供选择。根据表3.1可知，U型通风系统简单、施工量小、工作面漏风小、风流稳定、易于管理。所以，一采区采煤工作面通风系统确定为U型后退式。工作面通风方式布置见图 如图3.1所示。 图 3.1 U型后退式3.2 掘进通风方式确定3.2.1 目前的掘进通风方式掘进通风方法有总风压通风、引射器通风和局部通风机通风3种。各种掘进通风方法特点如表3.2所示。 表3.2 各掘进通风方法特点3.2.2 XX煤矿掘进通风方式确定经上述几种掘进通风方式优缺点比较，确定掘进巷道采用局部通风方式，局部通风机有压入和抽出式两种可选择。压入式和抽出式通风比较（1）压入式通风时，局部通风机布置在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，安全性好；而抽出式通风时，含瓦斯的污风通过局部通风机，若局部通风机不具备防爆性能，则是非常危险的。（2）压入式通风风筒出口风速和有效射程均较大，可防止瓦斯层状积聚，且因风速较大而提高散热效果。然而，抽出式通风有效吸程小，掘进施工中难以保证风筒吸入口到工作面的距离在有效吸程之内。与压入式通风相比，抽出式风量小，工作面排污风所需时间长、速度慢。（3）压入式通风时，掘进巷道涌出的瓦斯向远离工作面方向排走，而用抽出式通风时，巷道壁面涌出的瓦斯随风流流向工作面，安全性较差。（4）抽出式通风时，新鲜风流沿巷道进入工作面，整个井巷空气清新，劳动环境好；而压入式通风时，污风沿巷道缓慢排出，掘进巷道越长，排污风速度越慢，受污染时间越久。这种情况在大断面距离巷道掘进中尤为突出。（5）压入式通风可用柔性风筒，其成本低、重量轻，便于运输。而抽出式通风的风筒承受负压作用，必须使用刚性或带刚性骨架的可伸缩风筒，成本高，重量大，运输不便。基于上述分析，当以排除瓦斯为主的煤巷、半煤岩巷掘进时应采用压入式通风，而当以排除粉尘为主的井筒掘进时，宜采用抽出式通风。麦地掌煤矿井田煤层为薄及中厚煤层，开拓及准备巷道高度大于等于煤层厚度，沿煤层底板布置，为半煤岩巷、煤层巷为主。所以掘进工作面通风局部通风机通风方法设计为压入式通风。如图3.2所示。图3.2 掘进工作面压入式通风方法3.3 采区通风系统设计3.3.1