华北科技学院煤矿井通风课程设计

华北科技学院通风设计说明书 1 前前 言言 本设计是针对于邓家庄煤矿的通风系统进行的设计 内容涉及较多 设计时间较短 对于我来说 设计的过程是一个学习的过程 更是一个把 所有知识和实践相结合的一个过程 再此设计过程中 通过查阅资料和在 老师的帮助下对全矿有了较为全面的认识和了解 其中以前的矿井开拓设 计也为本次设计打下了一个良好的基础 同时涉及的参考文献较多 由于 参考资料层次不齐 难免存在一些错误 还望大家见谅 根据设计大纲所 要求内容 将设计分为五章 内容主要有三部分 第一部分主要是对于邓 家庄煤矿的地质条件和水文 煤层情况进行分析 从而合理的对煤田进行 划分 内容涉及第一章 二到四章为设计的第二部分 也是本次设计的核 心内容 主要是对矿井的开拓和通风系统进行合理设计 选择合理的通风 方式和方法 并计算出容易时期和困难时期的风阻 最后选择出适合的风 机和对通风费用进行概算 第五章介绍了矿用设备的选择 由于时间紧迫 加之所学知识有限 本设计中难免有错误和不妥之处 欢迎大家批评指正 2013 年 12 月 23 号 目 录 前前 言言 1 目目 录录 2 第一章第一章 井田地质条件井田地质条件 3 1 1 井田概况 3 1 2 水文和地质条件 4 1 3 煤层及煤质 7 第二章第二章 井田开拓井田开拓 12 华北科技学院通风设计说明书 2 2 1 井田再划分 12 2 2 井田开拓方式 17 2 3 主要巷道设计 21 2 4 井底车场设计 26 第三章第三章 采煤方法采煤方法 29 3 1 采煤方法选择 29 3 2 采区巷道布置及回采工艺 31 3 3 采区车场选择 32 3 4 采区生产能力确定 34 第四章第四章 通风系统设计通风系统设计 36 4 1 矿井通风系统设计 36 4 2 采区通风系统设计 37 4 3 风量计算和分配 43 4 4 计算矿井通风系统总阻力 49 第五章第五章 矿井通风设备选择矿井通风设备选择 54 5 1 主要通风机的选择 54 5 2 电动机的选择 60 5 3 矿井通风费用计算 61 致致 谢谢 63 参考文献参考文献 64 第一章第一章 井田地质条件井田地质条件 本章主要介绍井田的地理概况以及井田煤系地层 开采赋存条件 地 质构造及水文地质条件 煤层瓦斯涌出规律等地质概况 1 1 井田概况井田概况 1 地理条件 邓家庄煤矿位于北京市市北偏东约 12km 处 南距马乐沟矿 6km 距原 京山铁路开山车站 19km 东距杀河发电厂 5 5km 行政区域属北京市 华北科技学院通风设计说明书 3 市开山区管辖 本区为一平坦的冲积平原 东南面沿陡河东岸是由奥陶纪石灰岩构成 的东北 西南方向起伏伸展的低山丘陵 从东往西有巍山 290m 凤山 180m 小梁山 100m 和菀豆山 38m 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 01m 在井田北约 7km 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 伸展方向和地层走向方向一致 井田内地势平坦 但北部稍高 向南低下 北部地面标高为 38 8m 南端标高为 23 85m 倾向陡河 2 地形地貌 流经本区东南边的陡河 发源于北部山区 上游由二支汇成 东支称 管河 发源于丰润县福山寺管泉 西支称泉水河 发源于丰润县赵庄上水 路 二支水流在双桥村北侧汇合 向南流经唐山市区 下游汇集石榴河 向南流入渤海 河北省水利厅于 1965 年在双桥村一带修建了陡河水库 水 库大坝距井田东端的最近距离为 2200m 陡河及陡河水库虽然距井田区较 近 但是因其底下均赋存有百余米的第四纪松散沉积物 而且存在有隔水 作用的粘土层 对本矿充水没有直接的影响 3 气象及条件 邓家庄煤矿气候属半大陆性 夏季炎热多雨 冬季严寒凛烈 气温变 化较大 降水一般集中在七 八 九月份 气象资料统计 年降水量最大 值为 899 6mm 1987 年 最小值为 317 45mm 1997 年 平均值为 596 85mm 最大冻土深度 0 5m 年降雨量一般 520 680mm 年蒸发量 1670mm 春冬季节多西北风 夏秋季节多东南风 一般风力 3 4 级 最大 风力 6 级 4 矿井其他概况 1995 年开始建矿 采用冻结凿井法进行冲积层的凿掘和砌筑 当 华北科技学院通风设计说明书 4 凿至 188 55m 时 煤 5 顶板中粗粒砂岩 涌水量达到每小时 258m 由于 涌水水源 途径及充水的其它因素不清 1998 年对原精查地质报告进行了 复审 重新评价了地质资料的成就和不足 1999 年停建 2000 年进行补充 勘探工作 对水文地质情况基本查清 矿井设计能力为年产 180 万吨 矿井开拓方式为中央立井多水平上山方式 第一水平标高为 271 5m 以中央石门为主巷 分东翼和西翼 在煤层底板砂岩中各开拓两条大巷 分别为轨道运输巷和皮带运输巷 采掘方式为大巷盘区和集中上山开采 目前井田共分两个采区 即 东翼采区 西翼采区 本矿井为高瓦斯矿井 并有煤尘爆炸危险 相对涌出量为 12m t 绝 对涌出量为 28m min 二氧化碳相对涌出量为 1 5 2 85m t 绝对涌出量 为 4 95 9 24m min 煤尘爆炸指数为 38 42 64 2 矿井通风采用中央分列抽出式 由副井进风 回风井回风 回风水平 标高为 140m 1 2 水文和地质条件水文和地质条件 井田地理为一向斜 煤系地层为石炭系和二叠系以及其他系组成 所 含煤层总共有 5 层 其中可供开采的煤层有 2 层 这些煤层上部都覆盖有 厚度为 100 380m 的第四系冲积物 1 2 1 矿井水文地质 矿井最大涌水量为 5 20m min 一般涌水量为 3 73m min 至 1998 年 底测得其涌水量为 5 12m min 疏水中心排放的清水通过管路抽到地面供 生活用水 其它质量低于清水质量的一些涌水排到 360m 水仓通过有效的 排水系统将这些涌水排至地面 以方便其灌溉农田 最后途经东翼塌陷坑 进行沉淀 然后经过环游后通过后屯大渠将其流入陡河 华北科技学院通风设计说明书 5 邓家庄煤矿的水文地质条件属简单型 有三个含水层 自下而上分别 为 1 奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层 2 煤 3 以上砂岩裂隙承压含水层 3 风化带裂隙 孔隙承压含水层 其中和矿井生产较密切的为 补给关系是 大气降水 等各基岩含水层 矿井主要充水水源 有 含水层水 断层水 老空水 1 含水层水 矿井含水层充水水源主要是煤 3 以上砂岩裂隙承压含水层水 含水层 的水可通过岩石裂隙渗透到主大巷和工作面 对矿井正常生产造成一定影 响 2 断层水 断层水作为充水水源主要是通过断层导通含水层水而形成的 断层的 性质及围岩的破坏程度是断层充水的主要因素 张性正断层 落差大 围 岩破坏严重便形成了良好的断层充水条件 3 老空水 由于煤层的开采方法和煤层本身的赋存状态不同 所以工作面回采后 随着煤岩层垮落形成许多松散空隙 使工作面涌出的水积存在低洼的老空 区内 形成老空水 在高处的工作面采后形成老空水对相邻低处的工作面 产生影响 矿井充水通道有自然通道和人为因素造成的充水 自然通道主要是岩 石的孔隙 裂痕和断层 而人为因素主要是采掘活动 因为采掘活动可使 隔水层遭到破坏 产生冒落裂隙 沟通含水层水 矿井首采的 2 煤层 其 顶板灰白色中粗粒砂岩为一隔水层 挡住了 2 煤层上方的顶板砂岩裂隙含 华北科技学院通风设计说明书 6 水层水 由于采掘活动 灰白色中粗粒砂岩经常冒落 使隔水层遭破坏而 导致上部含水层水下泄 1 2 2 矿井地质构造 1 地质构造 邓家庄煤矿井田位于开平向斜的西北侧 南北长约 2 8km 东西宽约 5 4km 北端闭合 南端开放 面积约 15 12km 地质构造简单 向斜角度 不大 平均为 8 只在井田四周有较大断层 2 煤系地层 1 地层层组划分 邓家庄煤矿井田位于开平向斜西北侧 煤系地层的形成时代属于石炭 纪和二叠纪 煤系基底地层为中奥陶统马家沟组石灰岩 本井田和开平煤田其它构造单元的地层特征基本相似 2 石炭系上统 C3 赵各庄组 C3 该组是邓家庄煤矿井田当中一个重要的含煤地层 本组 含煤地层一般厚度为 135m 本组含煤地层以粉砂岩为主 其次为砂岩 其 中各种岩石所占百分比如下所示 粉砂岩类为 38 3 砂岩类为 29 5 煤层为 17 4 粘土岩为 14 8 岩相组合主要是泻湖海湾相和泥岩沼泽 相相互交替沉积 同时在泻湖海湾相之后出现有湖滨三角洲相 3 二叠系下统 P1 下界为煤 5 顶板之泥岩顶面 为整合接触 上界为矾土质粘土岩之顶 板 井田内该层大部分被冲蚀掉 本统地层一般厚度为 235 76m 分上下两 组 上组称唐家庄组 下组称大苗庄组 其中大苗庄组是重要的含煤地层 本组一般厚度为 90 36m 最小厚度为 65m 本组地层以粉砂岩和砂岩 为主 粘土岩也较多 岩石大致百分比为 粉砂岩类占 36 2 砂岩类占 华北科技学院通风设计说明书 7 30 2 粘土岩类占 19 2 煤占 14 4 岩相组合主要是泻湖海湾相 三 角洲相及泥炭沼泽相沉积 在本组顶部出现了大陆河流冲积相沉积 4 风化壳 岩石特点 岩层显著变色 粘土岩和砂岩均变成浅黄色 灰白色或其 它杂色 岩石硬度降低 产生风化裂隙 疏松易碎 裂隙中有黄色充填物 岩石矿物发生淋滤分解作用 在垂直方向上 区内风化壳具有分带性 上 部强风化带和下部弱风化带 1 3 煤层及煤质煤层及煤质 1 3 1 概述 井田煤系主要由石炭系上统和二叠系下统地层组成 煤系地层总厚度 约 150m 共含大小煤层 3 5 层 煤层总厚度 7m 含煤系数为 5 7 其 中可采煤层共 2 层 即煤 2 煤 5 煤层的地质结构如图 1 1 华北科技学院通风设计说明书 8 图 1 1煤层的地质结构 1 3 2 可采煤层厚度 结构及变化 1 煤 2 为矿井的主采煤层 厚度为 0 00 5 21m 平均厚度为 2 5m 倾角为 7 9 平均倾角为 8 煤层为黑色 条带状构造 玻璃光 泽 以亮煤为主 间夹暗色条带 局部含丝炭 偶含黄铁矿膜 半亮 光 亮型 2 煤 5 为矿井的主采煤层 厚度为 1 27 5 80m 平均厚度为 3m 煤层倾角为 0 30 平均倾角为 10 煤层为黑色 块状构造 下部为条带 状构造 质硬 玻璃光泽 暗淡光泽 半亮 半暗型 含夹石 1 2 层 最 多达 3 层 为简单结构煤层 其中下部含一层分布极稳定的细砂岩夹矸 灰白色或浅灰色 条带状 致密坚硬 厚度 0 02 0 78m 平均 0 39m 煤 层的容重为 1 35t m 区内煤层厚度变化较大 详见下表 1 1 华北科技学院通风设计说明书 9 表 1 1 煤层地质特征表 顶底板岩性 地层煤号 煤层厚度最小 最大平均 m 煤层间距最小 最大平均 m 夹 矸 层 数 可 采 情 况顶板底板 2 0 00 5 21 2 5 0稳定 粉砂质 灰泥岩 黑色 泥岩 邓家庄煤矿 5 1 27 5 80 3 16 3 50 8 33 55 1 2稳定 灰黑色 泥岩 粉砂岩 泥岩 1 3 3 煤层的稳定性和煤质 井田内共有可采煤层两层 煤 2 煤 5 为稳定煤层 1 煤的化学分析 1 硫份 各煤层全硫平均含量为 0 25 3 66 其中煤 5 含量低 于 1 属低硫煤 煤 2 含硫量最高为 3 66 平均为 3 07 属富硫煤 其所含硫量分为 黄铁矿硫占 59 有机硫占 36 硫酸盐硫占 2 5 2 磷份 磷份平均含量最大 0 0825 最小 0 008 其中煤 5 为 特低磷煤 煤 2 为中磷煤 3 发热量 各可采煤层发热量变化范围在 18 01 24 18MJ kg 之间 各煤层发热量由大至小为 煤 2 煤 5 一般情况是煤层灰分高的发热量低 而煤层灰分低的其发热量高 2 煤的工业用途评价 井田内各煤层均属气煤类 结焦性能较差 块度小 抗碎性及抗磨性 能较差 不适于单独炼焦 可以考虑作配焦用煤 煤的焦油含量较高 属 富油煤 高油煤 发热量均在 18 01 24 18MJ Kg 主要为动力用煤 1 3 4 煤层顶底板 1 煤 2 伪顶 暗灰色泥岩或粉砂岩 厚 0 0 08m 随采随落 区内大部分缺 华北科技学院通风设计说明书 10 失 直接顶 灰色粉砂岩 有明显水平层理或波状层理 块状 含有丰富 的植物叶片化石 偶见浅褐色结核 厚度变化较大 极不稳定 厚 0 3 86m 平均 1 97m 老顶 灰白色中砂岩 夹粉砂岩 厚层状 岩石成分为石英及泥质岩 屑 次为暗色燧石 并含有紫红色的矿物细粒 胶结物为高岭土质基底式 胶结 占 30 极易风化 遇水澎涨 厚 10 43 39 2m 平均 12 00m 底板 灰黑色泥岩 致密块状 断口呈贝壳状或参差状 含菱铁质结 核及黄铁矿散晶体 结核大小不一 扁球状成层状分布 含大量植物根化 石 厚 4 51 8 60m 平均 6 44m 2 煤 5 直接顶 灰黑色泥岩 块状 致密细腻 贝壳状断口 含菱铁质透镜 状结核及黄铁矿聚集体 含海相动物化石 在西翼曾采到完整的动物介壳化 石 层厚 3 96 9 47m 平均 6 65m 老顶 浅灰色 灰白色细砂岩 块状 钙质基底式胶结 成分以石英 为主 易风化 厚度不稳定 一般在 0 65 8 23m 之间 平均 2 69m 直接底 灰 灰白色带褐色泥岩或粘土质粉砂岩 泥质胶结 块状构 造 含大量植物根化石 厚 0 53 3 87m 平均 1 85m 1 3 5 瓦斯 煤尘及煤的自燃倾向性 根据钻孔煤样和周围矿井生产实际调查分析 本矿煤层平均瓦斯相对 涌出量 12m t 绝对涌出量为 25m min 二氧化碳相对涌出量为 1 5 2 85m t 绝对涌出量为 4 95 9 24m min 煤尘爆炸指数为 38 42 64 2 属高瓦斯矿井 根据钻孔煤样和周围矿井生产实际调查分析 本矿井煤 5 煤尘有爆炸 危险性外 煤 2 有自燃倾向性 本区属地温正常区 地温梯度 0 6 2 9 hm 恒温带深 45m 左右 华北科技学院通风设计说明书 11 华北科技学院通风设计说明书 12 第二章第二章 井田开拓井田开拓 煤田划分为井田 是井田开拓所要解决的一个主要问题 本章主要内 容为 进行井田再划分 矿井产能力的核定 设计开拓方式和煤层群开拓 方式 阶段大巷井设计 井底车场设计等 2 1 井田再划分井田再划分 2 1 1 井田边界 矿井井田范围 井田东西走向长 5 4km 南北倾斜宽 2 8km 井田面积 15 12km 除去 井田内未搬走的村庄 扣除 0 05km 实际井田可开采面积 15 07km 2 1 2 矿井储量 1 矿井工业储量计算 矿井工业储量计算可用下式计算 Zg 4 1i SiLiMir 2 1 式中 Zg 矿井工业储量 t Si 计算块段的平均走向长度 m Li 计算块段的平均倾斜长度 m Mi 计算块段的平均煤厚 m R 煤的容重 t m 经实测取 1 2857 m 故矿井工业储量为 Zg 5400 2800 2 5 3 1 2857 4 1i SiLiMir 华北科技学院通风设计说明书 13 10692 万 t 2 可采储量计算 矿井可采储量可用下式计算 Zk Zg P C 2 2 式中 Zk 可采储量 t P 固定煤柱损失 t 固定煤柱损失系指为保护工业广场 井筒 建 筑物 铁路 超高压输电线路等而留的保护煤柱 以及为了安全生产而 留设的 井田边界 断层 河流 湖泊等隔离煤柱 C 采区回采率 C 值的大小取决于不同的开采方法 为了提高资源 的回收率 减少煤炭损失 国家规定采区回采率一般不应小于以下数值 厚煤层 75 中厚煤 80 薄煤层 85 所以 矿井可采储量可进行如下计算 固定煤柱损失按工业储量的 5 计算 本矿井可采的 2 5 号煤层均属 中厚煤层 采区回采率取 80 故有 P Zg 5 534 6 万 t Zk Zg P C 10692 534 6 80 8125 92 万 t 各煤层储量见下表 2 1 表 2 1 储量分配表 煤层编号工业储量 A B C 固定煤柱损失可采储量万 单位万 t万 t万 t 248602433693 6 华北科技学院通风设计说明书 14 55832291 64432 32 3 矿井设计生产能力和服务年限 矿井服务年限要和矿井生产能力相适应 大型矿井建设工期长 需要 装备大型固定设备 基建工程量大 所以 建设投资较高 为了充分发挥 投资效果 矿井股务年限应该长些 反之 小型矿井的矿井服务年限应短 些 矿井服务年限和矿井生产能力存在一个技术上经济上都比较合理的关 系 当矿井储量一定时 井型增加 投资增加 吨煤投资成本增加 另一 方面 井型增加 生产集中 机械化水平和劳动效率高 吨煤的生产成本 减少 矿井服务年限可用下式计算 T Zk A K 2 3 式中 T 服务年限 a Zk 可采储量 t A 矿井设计年产量 t a K 储量备用系数 煤炭工业设计规范 规定储量备用系数一般 取 1 3 1 5 按本矿井地质条件取中间值 1 4 由于煤层赋存条件较好 根据储量情况 可预设矿井为大型矿井 按 大型矿井服务年限下限要求 2 T 取 60 年 储量备用系数 K 取 1 4 现求 矿井设计生产能力 A A Zk T K 1 8125 92 60 1 4 96 74 万 t a 可见 不能保证大型矿井的产量 设计为大型矿井不合理 考虑改设 为中型矿井 同理 按中型矿井服务年限下限要求 2 T 取 50 年 储量备 华北科技学院通风设计说明书 15 用系数 K 取 1 4 现求矿井设计生产能力 A A Zk T K 8125 92 50 1 4 116 1 万 t a 根据煤层赋存情况和矿井设计可采储量 按煤炭工业矿井设计规范规 定 将矿井设计生产能力 A 确定为 90 万 t a 计算服务年限 T Zk A K 8125 92 90 1 4 64 5a 通过上述计算 将矿井设计生产能力 A 确定为 90 万 t a 时 服务年限 T 64 5a 50a 符合 煤炭工业设计规范 要求 因此设计本矿井产量为 90 万 t a 4 井田再划分 1 井田阶段划分和开采水平设置 一般情况下井田的范围都比较大 为了有计划 按顺序 安全合理地 开采井田内的煤层 以获得好的技术经济效果 必须将井田划分为若干个 小的部分 然后有序地进行开采 基本概念 阶段 在井田的范围内沿倾斜方向 按一定标高将井田划分成若干长条部分 以便开采 这样的长条部分称为阶段 阶段的走向长度等于井田走向全长 阶段的倾斜长度由阶段的垂直高度决定 一般可以走一百米到一千米以上 水平 通过运输或通风平巷的某一标高的水平面称为水平 水平通常以标高 用途 开采顺序来表示 开采水平是指具有井底车场及主要运输大巷的水 平 称为开采水平 简称水平 一般研究和讨论的水平主要是指开采水平 一个井田可以用一个水平开采或者用几个水平开采 前者称为单水平 华北科技学院通风设计说明书 16 开拓 后者称为多水平开拓 单水平开拓 用一个开采水平把井田沿倾斜划分为两个阶段 水平以上称为上山阶 段 水平以下称为下山阶段 单水平开拓一般用在煤层倾角较小 16 以下 井田倾斜长度也比较小的地方 如果本井田用单水平开拓 就需要有下山阶段 而由于下山开拓的防 治水害工程量大 且不易开展 另外有下山阶段的话 容易造成跑车事故 故本井田不采用单水平开拓 多水平开拓 用两个以上开采水平来开采整个井田的 称为多水平开拓 按开采水 平服务的阶段布置方式的不同 可分为多水平上山开拓 多水平上 下山 开拓和多水平混和开拓 多水平开拓一般用在井田的倾斜长度比较大或者 煤层倾角大的地方 由于本矿井的倾角是 8 所以可以采用多水平开拓的 方式 所以一个矿井的水平数和阶段数是不一定相等的 因为一个水平既可 以为一个阶段服务 也可以为两个阶段服务 因为采用两个水平的开拓方 式 避免了下山开拓 井田的管理和生产更为安全 所以本矿采用了两个 水平的多水平开拓方式 现对本井田进行再划分 由于井田走向长 5 4km 倾斜长 2 8km 又煤层倾角约为在 8 计算得 煤层最高端和最低端高差 H 计算公式如下 H 2800 sin8 389 6m 根据井田条件 考虑将本井田划分为三个阶段 设置两个水平 阶段 垂高 H H 3 129 9m 由此得斜长 L 129 tan8 924m 所以阶段斜长为 924m 华北科技学院通风设计说明书 17 因井田内瓦斯和涌水量问题 若采用上下山开采 开采下山部分在技 术上困难较多 故决定阶段内均采用上山开采 由于井田斜长较大 倾角 在 8 左右 因此排除了单水平上下山开采的开拓方案 这样 井田阶段划 分和开采水平设置采用三个阶段 两个水平方案 即每阶段倾斜长 924m 2 阶段内布置 井田划分成阶段后 阶段内范围仍然较大 一般情况下井田范围内整 阶段开采在技术有一定难度 通常阶段内要再划分 以适应开采技术的要 求 由于井田走向较长 故每个阶段又可划分为若干采区 根据井田范围 初步设计每个阶段为四个采区 除去工业广场和井田边界固定煤柱 则单 向开采的采区走向长度为 800m 双向开采为 1600m 倾斜长 924m 本矿 井的东一 二 西一 二均为单翼开采 东三 四 五 六 西三 四 五 六均为双翼开采 因为在这些采区上面的地质情况不好 而且上面还 有村庄等建筑 不适宜开采 3 阶段和开采水平参数 阶段垂高 H H 2 129m 阶段服务年限 第一 第二 第三阶段 64 5 3 21 5a 区段数目及区段斜长 每个采区划分为 6 个区段 区段斜长为 924 6 154m 2 2 井田开拓方式井田开拓方式 1 井田开拓方案 开拓方式是指进入矿体的方式 井田及阶段内的划分方式 如用 华北科技学院通风设计说明书 18 立井 单水平 分区式 斜井 多水平 分段式等表示井田开拓方式 通 常以井峒形式把井田开拓方式分成平峒开拓 斜井开拓 立井开拓和综合 开拓四种形式 根据本矿的地质等条件 正对选定的工业场地 和既有的井下工程设 施 结合矿井的建设规模 煤层赋存条件 井筒提升方式和建设投资等因 素 采用立井两水平分区是开拓方式 即 全井田采用主立井 副立井 回风立井多水平分区式开拓 且井田划 为三个个阶段 每个阶段又划分为四个采区 该种方式不受表土 煤层 地质构造等条件限制 适应性较强 同时 井筒断面大 可以满足通风的 要求 尤其对深井更有煤柱丢失少 凿井施工难度小 投资少 系统简单 主提升时间短 其缺点是施工技术 井筒装备复杂 不能躲开煤层顶板的 含水层及流沙层 施工困难 掘进速度慢 2 煤层开采顺序 1 沿煤层倾斜方向的开采顺序 沿煤层倾斜方向 一般是自上而下按阶段依次进行回采 称为下行开 采顺序 反之 则为上行开采 下行开采顺序 由于它的开采顺序是由浅 及深 初期工程量小 投资低 建井快 开采技术上也比较简单 在阶段内部不论分区式或分段式一般也采用下行开采顺序 因为其不 管是技术上和在安全维护上 都较为可行 而当在近水平煤层开采时 上 下行开采均可以 2 沿煤层走向的开采顺序 在井田内 由于主井在煤层沿其走向方向的位置不同 可将井田分为 双翼井田和单翼井田 一般将井筒所处的位置看作后 而将井田边界的位置看作前 在井田 的一翼内无论是分区式开采或者是分段式开采 由于沿煤层走向开采方向 华北科技学院通风设计说明书 19 不同可分为前进式和后退式的开采顺序 前进式具有初期工程量小 建井期短 出煤快 初期投资小等优点 对于上山阶段来说 一般都采用前进式 而对于采区内部来说 一般都采 用后退式 即所谓采区前进式 区内后退式 对于下山阶段可以采用前进 式也可以采用后退式 据此 可将本矿井设计为沿煤层走向的开采顺序为 采区前进式 采 面后退式 3 煤层群开拓 当若干煤层或煤组由一个矿井开采时 称为煤层群开拓 为了尽量减少开拓工程量 改善开采的技术经济指标 通常根据煤种 煤质 厚度及层间距等因素 按照开采技术的要求 将煤层群划分为若干 煤层组 煤层群的分组要尽量为了便于煤质管理 同组煤组的煤种和煤质应尽 可能相同 同组煤层的层间距应当较小 以便于生产管理和减少石门的掘 进量 力求各煤组煤层的有利于配采和均衡生产 将含沼气等级相同或相 近的煤层尽量划分为一组 以便于通风管理 应考虑同组煤采用相同采煤 方法的可能性 煤层间的联系方式 开拓煤层群时 无论是煤组或是煤层之间都需要用巷道联系 以构成 全矿完整的生产系统 煤层之间的联系方式可以利用直立的溜井或暗井 倾斜的岩石巷道或水平的石门等 这些方式的选择主要取决于煤层倾角和 煤层层间距离 层间距不变时 溜井的长度随煤层倾角的增大而增长 而 石门长度则随倾角增大而缩短 倾斜巷道的长度介于溜井和石门之间 根据本矿的地质条件和煤层赋存条件 本矿煤层群开拓选用石门联系 的煤层群分组联合开拓 两煤层为一组采用共用运输上山的联合开拓 4 主 副井及风井设计 华北科技学院通风设计说明书 20 1 井筒数目位置的确定 井筒数目 邓家庄煤矿设计生产能力为 90 万吨 年 生产能力大 服务年限长 因 而 在投产初期确定一个主井 担负矿井的主提升 一个副井 担负矿井 的辅助运输及升降人员 为了满足通风及辅助运输的需要 又凿一新风井 同时兼作副提 井筒位置 为了使井下各翼储量分布均衡 减少运输费用和通风阻力 将主副井 筒布置在井田中央 这种布局有以下优点 工业广场煤柱损失比布置在井 田中央少 投产初期开拓工程量少 投产后短期内能达到设计生产能力 使运输 通风 井巷维护等费用最低 2 井筒断面和提升能力 主井井筒净断面面积 19 64m 主井提升能力 447 3 吨 时 副井井筒净断面面积 28 27m 副井提升能力 3 4 吨 次 风井断面面积 提升能力和副井相同 3 井筒装备 主井净直径 5m 安装金属罐道 罐道梁 一对 10m 箕斗和通讯电缆 一条 通风水平以上 设行人梯子间 安装 480mm 外径 排水管三条 动力电缆两条 并予留 1 条管路和两条动力电缆的位置 副井净直径 6m 安装金属罐道 罐道梁 行人梯子间 一对滚动罐耳 3T 单层普通罐笼 钢丝绳防坠器 准备改铝合金双层罐笼 以便双层提 升人员 单层绞材料及矸石 外径 419mm 排水管路 3 条 动力电缆 4 条 和通讯电缆一条 并予留后期排水管路 1 条和动力电缆的位置两条 华北科技学院通风设计说明书 21 井筒特征 用途及装备见表 2 1 井筒特征表 华北科技学院通风设计说明书 22 表 2 1 井筒特征表 井筒名称主立井副立井回风立井 1 纬距 X397422539742253972365井口 坐标经距 Y196724301967248019673750 井口标高 m 31 0 31 0 60 0 第一阶段 m 269 269 140 第二阶段 m 398 398 269 井底 标高 第三阶段 m 527 527 398 井筒倾角 909090 第一阶段 m 300300200 第二阶段 m 429429329 井筒 垂深 第三阶段 m 558558458 井筒净径 m 5 55 05 0 净断面 m 23 7519 6319 63 支护材料喷浆支护喷浆支护喷浆支护井筒 支护支护厚度 mm 500450400 井筒装备装备两对 12t 箕斗 一对 3t 双层单车 普通罐笼 装备两台风机 一台 工作 一台备用 井筒用途 担负矿井煤炭提升 兼做进风井 担负矿井矸石 材料 设备和人员的升降任 务兼做进风井和安全 出口 担负矿井回风任务 华北科技学院通风设计说明书 23 2 3 主要巷道设计主要巷道设计 2 3 1 运输大巷设计 1 巷道位置 主要运输大巷一般布置在最下一个可采煤层底板下不受开采影响的较 坚硬的岩石中以保证开采水平和采区有一定的储量 邓家庄煤矿煤层有自然发火倾向 因此采用了集中运输大巷采区石门 的布置方式 将运输大巷均布置在最下一个可采煤层底岩石中 这种布置 方式有以下特点 1 大巷布置在底板岩石中 可以避免支承压力对大巷在影响 大大 改善了巷道维护条件 降低了生产期间的维护费用 2 集中开拓可采煤层 生产能力大 3 大巷布置在岩石中 不受煤层起伏及走向变化的影响 可按开采 技术要求直线掘进 易于掌握工程质量 便于采用大型运输设备 特别是 皮带运输 4 各煤层可同时进行回采准备 开采顺序灵活 开采强度大 5 煤层内可不留煤柱 煤柱损失少 提高了回收率 6 便于布置采区煤仓 有利于均衡生产 2 巷道选型 根据矿井产量和地质条件仍选巷道断面形状为半圆拱形 支护方式为 喷浆支护 其断面图如图 2 1 图 2 1 巷道断面形状 3 巷道的高度和宽度 H0 h0 h2 2 4 华北科技学院通风设计说明书 24 式中 H0 巷道的净高度 指除去支护厚度后 可能利用的最大空间高度 设计规定 运输巷道的净高度不小于 1900mm h0 为拱的高度 h2 巷道的墙高 取 h0为 2 2m h2为 1 9m 则 H0 为 4 1m 由于巷道为半圆拱形 拱高 h0 2 2m 则宽度 B 4 4m 4 巷道的净断面积 巷道的净断面积可用公式 S净 B h2 0 39 B 2 5 可得 S净 B h2 0 39 B 15 91m 2 3 2 井底车场巷道 1 巷道选型 由于井底车场为环行卧式井底车场 故可设计其巷道断面形状为半圆 拱形形状 支护方式为喷浆支护 其断面图如图 2 1 巷道断面形状所示 2 巷道的高度和宽度 利用公式 2 4 计算 取 h0为 2 0m h2为 2 0m 则 H0为 4 0m 由 于巷道为半圆拱形 拱高 h0 2 0m 则宽度 B 4 0m 3 巷道的净断面积 巷道的净断面积可用公式 2 5 计算 可得 S净 B h2 0 39B 4 2 0 39 4 14 24m2 2 3 3 采区上山 轨道上山 运输上山 回风上山 1 巷道选型 根据邓家庄煤矿地质条件和矿井生产能力 可仍选采区上山断面形状 为半圆拱形形状 支护方式为喷浆支护 其断面图如图 2 1 华北科技学院通风设计说明书 25 2 巷道的高度和宽度 根据公式 2 4 H0 h0 h2计算 式中 H0 巷道的净高度 指除去支护厚度后 可能利用的最大空间 高度 按设计规定 运输巷道的净高度不小于 1900mm h0 为拱的高度 h2 巷道的墙高 取 h0为 2 0m h2为 1 5m 则 H0为 3 5m 由于巷道为半圆拱形 拱高 h0 2 0m 则宽度 B 4 0m 3 巷道的净断面积 巷道的净断面积可用公式 2 5 S净 B h2 0 39 B 计算 可得 S净 B h2 0 39 B 12 24m 2 3 4 区段进回风巷 1 巷道选型 由于巷道不属于永久性支护 故选择巷道形状为梯形断面 支护形式 为工字钢支护 其断面形状如图 2 2 区段进回风巷断面形状所示 图 2 2 区段进 回风巷断面形状 2 巷道的高度和宽度 巷道的高度 h 2 8m 上底宽 a 2 6m 下底宽 b 3 4m 3 巷道的净断面积 根据公式 S净 h a b 2 2 6 计算出梯形的净断面积 S净 h a b 2 2 8 2 6 3 4 2 8 4m 2 3 5 回风大巷及回风石门 华北科技学院通风设计说明书 26 1 巷道选型 由矿井地质条件选回风大巷和回风石门断面形状为半圆拱形状 断面 形状图如 图 2 3 回风大巷及回风石门形状所示 图 2 3 回风大巷及回风石门形状 图 2 3 回风大巷及回风石门形状 2 巷道的高度和宽度 根据公式 2 3 1 H0 h0 h2 式中 H0 巷道的净高度 指除去支护厚度后 可能利用的最大空间 高度 按设计规定 运输巷道的净高度不小于 1900mm h0 为拱的高度 h2 为巷道的墙高 取 h0为 2 0m h2 为 1 5m 则 H0为 3 5m 由于巷道为半圆拱形 拱高 h0 2 0m 则宽度 B 4 0m 3 巷道的净断面积 巷道的净断面积可用公式 S净 B h2 0 39B 计算 由上式可得 S净 B h2 0 39B 4 0 1 5 0 39 4 0 12 24m 2 4 井底车场设计井底车场设计 1 井底车场的形式和选型 井底车场是井硐和井下主要巷道连接处的一组巷道和硐室的总称 它 担负着矿井煤 矸石 物料 设备 人员的转运 并为矿井的通风 排水 供电服务 是连接井下运输和井筒提升的枢纽 根据矿车在井底车场内运行的特点 井底车场又可分为环行井底车场 华北科技学院通风设计说明书 27 和折返式井底车场两大类 1 环行井底车场 环行井底车场的特点是重列车在车场内总是单向运行 因而调车工作 简单 可以达到较大的通过能力 但车场的开拓工程量较大 按照井底车场空重车线和运输大巷或主要石门的相对位置关系 环行 井底车场又可分为卧式 a 斜式 b 和立式 c 三种 详见图 2 4 现 分别叙述如下 a b c 图 2 4 环行井底车场 当井筒位置和主要运输大巷和石门较近时 主副井储车线和运输大巷 或石门可平行布置 称为卧式井底车场 主副井储车线和运输大巷或石门斜交称为斜式井底车场 环行立式井底车场的主副井储车线垂直于运输大巷或石门 2 折返式井底车场 折返式井底车场的特点是空重车在车场内有折返运行 根据车场两端 是否可以出车 折返式井底车场又可以分为梭式和尽头式两种 梭式井底车场 其主要特点是主井储车线完全布置在主要运输巷道上 列车往返运行需经翻笼一侧的轨道 这种车场的优点是 开拓工程量小 车场弯道少 尽头式井底车场 和梭式井底车场的线路布置基本相似 但空重列车 只从车场的一端出入 另一端为车场的尽头 附图 2 5 梭式井底车场 由上面的对比 本矿采用环形井底车场 因为他的运输简单 而且其 运输能力也很大 有较大的通过能力 主井 主要运输巷道 副井 主井 主井 副井 主要运输巷道 主要运输巷道 华北科技学院通风设计说明书 28 主井 重车运行方向 空车运行方向 矸石车运行方向 材料车运行方向 副井 图 2 5 梭式井底车场 2 井底车场内的各种硐室 井底车场内的主要硐室有 中央变电所 水泵房 水仓 装煤设备硐 室 电机车库及修理间等 华北科技学院通风设计说明书 29 第三章第三章 采煤方法采煤方法 本章主要内容为 采煤方法选择 采煤机械 支护设备选择及其主要 特性参数 主要巷断面形状 道断面积 支护方式设计 采区巷道布置及 回采工艺 采区上部 中部 下部车场选择 3 1 采煤方法选择采煤方法选择 1 采煤方法选择 由于矿井各个煤层赋存条件较好 煤层厚度适中 倾角较小 一般 8 至 10 之间 顶底板均属中等坚硬岩石 较易管理 加之井田地质构造简单 适合于机械化集中开采 根据各煤层的赋存条件和目前开采技术条件及管理水平 可供选用的 采煤方法有高档普采 综合机械化采煤和放顶煤综采三种方法 由于 2 号 5 号煤层较厚 赋存条件较好 煤层倾角较小 故 2 号煤层 开采使用走向长壁高档普采采煤方法 由于 5 号煤层厚度较大 煤层倾角 较小 赋存条件也较好 故 5 号煤层开采使用走向长壁综合机械化采煤方 法 2 回采工作面长度和采高 结合本矿煤层赋存条件 及大型煤矿开采技术水平 确定工作面长度 为 125m 采高为一次采全高 3 采场支护方式 由于是综合机械化采煤 故采场支护方式选用掩护式液压支架 支架 型号见下表 3 1 采煤机和液压支架型号表 表 3 1 采煤机和液压支架型号表 华北科技学院通风设计说明书 30 煤层采煤机型号单位数量液压支架型号 2 号煤层MG375 GW台2ZY3000 12 28 5 号煤层MG375 AW台2ZYX3400 23 45 液压支架的主要特征 1 ZYX3400 23 45 支撑高度 2 3 4 5m 适用条件 煤层厚度 4 3m 煤层倾角 25 工作阻力 3600kN 初撑力 2608kN 外形尺寸 5470 1430 2500 长 宽 高 单位 mm 操作方式 邻架 2 ZY3000 12 28 支撑高度 1 2 2 8m 适用条件 煤层厚度 1 4 2 6m 煤层倾角 25 工作阻力 2060 2854kN 初撑力 1355 1877kN 外形尺寸 4030 1420 1200 长 宽 高 单位 mm 操作方式 本架 4 运输方式 采面采用刮板式输送机 区段运输巷用胶带输送机 运输上山用胶带 输送机 轨道上山采用蓄电电机车 矿车类型选用 3t 底卸式矿车 5 采空区处理 由于是综合机械化采煤 又根据煤层顶板岩层的性质 直接顶的厚度 较大 且强度为 2 3 故采空区处理采用全部垮落法处理 6 采煤机选择 华北科技学院通风设计说明书 31 采煤机选用双滚筒采煤机 割煤方式为双向割煤 往返两刀 各煤层 采煤机型号及数量如表 3 1 采煤机的主要特征如下 1 MG375 GW 采高 2 3 4 5m 煤层倾角 35 截深 630mm 滚筒直径 2 3m 牵引力 500kN 牵引速度 0 6 1m min 控顶距 2250 2450mm 2 MG375 AW 采高 1 5 2 6m 煤层倾角 35 截深 630mm 滚筒直径 1 3m 牵引力 500kN 牵引速度 0 6 1m min 控顶距 2200 2450mm 3 2 采区巷道布置及回采工艺采区巷道布置及回采工艺 1 采区巷道布置 回采工作面采用一面两巷布置 进风顺槽和轨道上山相连 回风顺槽 和回风上山相连 进回风顺槽在区段边界构成回采工作面 进回风顺槽均 沿煤层底板布置 采用共用采区上山的巷道联合布置方式 详见图 3 1 采区 上山的巷道布置 华北科技学院通风设计说明书 32 图 3 1 采区上山的巷道布置图 1 运输大巷 2 轨道大巷 3 运输上山 4 轨道上山 5 回风上山 6 回风大巷 2 回采方式 在井田范围内 采用采区前进式开采 工作面采用后退式开采 3 回采工作面循环工作组织 回采工作面的工作 循环 即完成落煤 装煤 运煤 工作面支护及 采空区处理等全部工序的整个过程 本矿井每年工作日为 330 天 回采工 作面循环工作组织为 三八 工作制度 即把每昼夜为三班 两班生产一 班检修 每班工作时间为八小时 日进十刀每刀 0 6m 的作业方式 3 3 采区车场选择采区车场选择 1 采区上部车场 由地质条件选采区上部车场为顺式平车场 其俯视图如图 3 3 采区上部 华北科技学院通风设计说明书 33 车场所示 图 3 3 采区上部车场 1 回风大巷 2 回风上山 3 轨道上山 4 区段回风平巷 5 绞车房 优点 车辆运输顺当 调车方便 回风巷短 通过能力大 缺点 车场巷道断面积大 2 采区中部车场 由于采区为单面上山 故选择采区中部车场为单侧甩车场 其俯视图 如图 3 4 采区中部车场所示 图 3 4 采区中部车场 1 轨道上山 2 运输上山 3 回风上山 优点 调车方便 搬道岔工程量小 华北科技学院通风设计说明书 34 缺点 推车劳动量大 易磨损钢丝绳 人员来往困难 工程量大 3 采区下部车场 由于运输上山采用胶带输送机运煤 故采区下部车场选用大巷装车式 的卧式绕道车场 其俯视图如图 3 5 采区下部车场所示 图 3 5 采区下部车场 1 轨道大巷 2 运输大巷 3 回风上山 4 运输上山 5 轨道上山 6 下部车场绕道 优点 调车方便 缺点 工程量大 3 4 采区生产能力确定 采区生产能力应根据地质条件 煤层生产能力 采掘机械化程度和采 区同时生产的工作面个数及其接替关系等因素来确定 其中掘进出煤率为 年产量的 10 本矿井两翼布置 单面开采 同采工作面只有一个 因而本矿井的生 产能力由该采区生产能力决定 1 采煤工作面计算 A LL1M C 3 1 式中 A 工作面日产量 t d L 工作面长度 m 华北科技学院通风设计说明书 35 L1 工作面日进度 m d M 采高 m 煤的容度 1 4t m3 C 工作面回采率 取 93 日产量 A 125 6 2 5 1 4 93 2441 25t 2 采区日生产能力计算公式 AB K1K2ZA 3 2 式中 AB 采区生产能力 K1 工作面产量不均衡系数 只有一个工作面 取 1 K2 采区内掘进出煤系数 取 1 1 ZA 采区内同采工作面日产量之和 故 AB 1 1 2441 25 2685 4t 华北科技学院通风设计说明书 36 第四章第四章 通风系统设计通风系统设计 矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分 其设计合理和否对全 矿井安全生产及经济效益具有长远而重要的影响 矿井通风系统设计是矿 井设计的主要内容之一 是反映矿井设计质量和水平的主要因素 本章讨 论通风系统的类型及适用条件 选择矿井通风系统 采区通风系统 风量 计算和分配 计算矿井通风系统总阻力 选择矿井通风设备 矿井通风费 用计算等主要内容 4 1 矿井通风系统设计矿井通风系统设计 矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气 排出污浊空气的进 回风井的布置方式 主要通风机的工作方法 通风网路和风流控制设施的 总称 1 矿井通风系统的类型 按矿井进 回风井在井田的位置不同 通风系统可分为中央式 对角 式 区域式和混合式 进 回风井均位于井田走向中央 根据进 回风井的相对位置 又分 为中央并列式和中央边界式 中央分列式 本矿井适合在中央式中选择 下面就对中央式中的两种类型进行比较并选型 1 方案一 中央并列式 中央并列式进风井和回风井大致并列在井田走向的中央 两井底可以 开掘到第一水平 也可只将回风井掘至回风水平 它的优点是 进 回风 井均布置在中央工业广场内 地面建筑和供电集中 建井期限较短 便于 贯通 初期投资少 出煤快 护井煤柱较小 矿井反风容易 便于管理 华北科技学院通风设计说明书 37 该通风方式适用于煤层倾角大埋藏深井田走向长度小于 4km 的矿井 而本 矿的走向长度为 5400m 所以不适宜选这种通风方式 2 方案二 中央边界式 中央分列式 中央边界式 中央分列式 是进风井大致位于井田走向的中央 回风 井大致位于井田浅部边界沿走向中央 在倾斜方向上两井相隔一段距离 回风井的井底高于进风井的井底 这种通风方式适用于煤层倾角较小埋藏 较浅 井田走向长度不大 瓦斯和自燃发火比较严重的矿井 本矿的煤层 倾角小 且埋藏较浅 而且也有自然发火的现象 所以本矿采用中央边界 式的通风方式 2 主要通风机的工作方式和工作地点 主要通风机的工作方式有三种 抽出式 压入式 压抽混合式 1 方案一 抽出式 抽出式是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力的负压状态 当主要通风机因故 障停止运转时 井下风流的压力提高 比较安全 由于比较安全 所以本 煤矿采用抽出式 2 方案二 压入式 压入式是主要通风机安装在入风井口 在压入式主要通风机的作用下 整个矿井通风系统处在高于当地大气压力的正压状态 在冒落裂隙通达地 面时 压入式通风矿井的有害气体通过塌陷区向外漏出 当主要通风机停 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 4 2 采区通风系统设计采区