阳煤集团石港矿矿井通风系统设计.doc

太原理工大学继续教育学院太原理工大学继续教育学院 毕毕业业设设计计说说明明书书 毕业毕业生姓名生姓名 ： ：穆计科穆计科 专业专业 ： ： 安全工程安全工程 学号学号 ： ： 1042162403310421624033 指指导导教教师师 : 王旭宏王旭宏 所属系（部）所属系（部） ： ： 采矿工程系采矿工程系 二二一二年六月一二年六月 阳煤集团石港矿矿井通风系统设计阳煤集团石港矿矿井通风系统设计 穆计科穆计科 二二一二年八月十日一二年八月十日 1 目目 录录 前前 言言.3 第一章第一章 矿井概况矿井概况.6 1.11.1 矿井基本概况矿井基本概况.6 1.21.2 井田境界及储量井田境界及储量.10 第二章第二章 矿井开拓方式矿井开拓方式.10 2.12.1 开拓方式开拓方式 .10 2.22.2 水平划分水平划分 .10 2.32.3 采区划分采区划分 .11 2.42.4 井下开拓巷道布置井下开拓巷道布置 .11 2.52.5 井筒特征井筒特征 .12 2.62.6 井底车场井底车场 .12 第三章第三章 采区巷道布置采区巷道布置.13 3.13.1 采区巷道采区巷道布布置置.13 3.23.2 采煤方采煤方法法.16 3.33.3 巷道掘进巷道掘进.23 第四章第四章 矿井风量计算矿井风量计算.26 4.14.1 瓦斯资源瓦斯资源.26 4.24.2 矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量.27 4.34.3 矿井瓦斯抽放效果矿井瓦斯抽放效果.28 4.44.4 矿井需风量计算矿井需风量计算.30 第五章第五章 矿井现有通风能力核定矿井现有通风能力核定.35 5.15.1 井巷概况井巷概况.35 5.25.2 矿井总进风能力核定矿井总进风能力核定.36 5.35.3 矿井回风系统回风能力核定矿井回风系统回风能力核定.36 5.45.4 主扇能力核定主扇能力核定.37 5.55.5 通风系统改造的必要性通风系统改造的必要性.37 第六章第六章 通风系统改造方案通风系统改造方案.39 6.16.1 矿井通风系统改造方案矿井通风系统改造方案.39 6.26.2 方案比选方案比选.43 6.36.3 主要安全措施主要安全措施.45 第七章第七章 通风设备选型通风设备选型.45 7.17.1 通风设备概况通风设备概况.45 7.27.2 设计依据设计依据.46 7.47.4 通风设备选型计算通风设备选型计算.46 7.57.5 确定扇风机工况点确定扇风机工况点.48 7.67.6 电动机功率核算电动机功率核算.51 2 7.77.7 通风机其它附属设施通风机其它附属设施.51 第八章第八章 结论与建议结论与建议.51 11.111.1 结论结论.51 11.211.2 建议建议.52 专题部分专题部分.52 参考文献参考文献.61 结结 束束 语语.62 3 前前 言言 一、概述一、概述 石港煤矿位于左权县城北 13Km 处，该矿井始建于 1958 年， 2003 年底阳 煤集团决定兼并收购石港煤矿，成立石港公司， 2004 年 8 月开始对矿井进行 技术改造（150k t/a900k t/a），矿井 2007 年 9 月 19 日开始试生产。矿井 为高瓦斯矿井，改造后采用斜井开拓，开采 15 号煤层，布置有三进一回共四个 井筒，分别为混合提升斜井、运人斜井、瓦斯管路斜井、回风立井。矿井在井 下施工过程中，于 2007 年 6 月发生一起瓦斯动力现象，致使矿井开采条件发生 变化，被鉴定为煤与瓦斯突出矿井。 由于近年石港公司井下开采条件的变化，矿井被鉴定为煤与瓦斯突出矿井， 2010 年 11 月经河南理工大学预测，矿井绝对瓦斯量 185.27m3/min、相对瓦斯 量 97.8m3/min，与 2009 年相对瓦斯量 77.14m3/min 相比，增大了 26.8%。目前， 石港煤矿现有主扇已经调到最大角度，总风量仅能达到 9600 m3/min，不能满足 风量富余系数不得小于 1.5 倍的要求。经通风系统能力核定，必须对矿井通风 系统进行改造。 本设计针对石港公司通风系统进行了重点设计。 二、设计依据二、设计依据 1、2009 年 12 月山西地宝能源有限公司编制的山西石港煤业有限责任公 司矿井地质报告； 2、2010 年 10 月河南理工大学编制的山西石港煤业有限责任公司 15 号 煤层煤与瓦斯突出危险性区域预测报告； 3、2007、2008、2009 年度矿井瓦斯等级鉴定结果批复； 4 4、2010 年 7 月河南理工大学编制的山西石港煤业有限责任公司 15 号煤 层开采矿井瓦斯涌出量预测及晋煤瓦发20101662 号批复文件； 5、矿方提供的有关现状资料； 6、国家有关煤炭工业的规程、规范和技术政策等。 三、设计指导思想三、设计指导思想 在贯彻执行国家能源开发的方针、政策及煤炭工业规程、规范的 前提下，并根据阳煤集团公司要求的，按 1.5 倍的通风富余系数计算矿井通风 参数（风量、阻力、风速），对不能满足此要求的通风系统（设施、设备及井 巷）进行改造。 四、设计主要特点四、设计主要特点 1、根据河南理工大学预测的 15 号煤层瓦斯涌出量最大值进行通风参数计 算，计算结果作为通风系统改造的依据。 2、对现有通风系统进行了能力核定。 五、主要技术经济指标五、主要技术经济指标 1、矿井设计生产能力为 900k t/a； 2、矿井全井田划分为两个采区，采用“一井一面”达产。采区采掘配备为： 一个 15 号煤综采工作面（备用一个）、三个掘进工作面（备用两个）。矿井所 需总风量 13200m3/min，矿井通风系统改造后容易时期通风阻力 H小=256mmH2o、 困难时期通风阻力 H大=298mmH2o。 3、通风系统改造新增回风立井井筒直径为 3.0m、深度 330m，井下回风联 络巷 100m，井巷工期 4 个月，安装 1 个月，总工期 5 个月。 4、新选用 FBCDZ-10-No33 型防爆对旋轴流式通风机 2 台，1 台工作，1 台备 用。 5 5、新建地面通风道 50m。 六、问题及建议六、问题及建议 1、建议进一步提高矿井瓦斯的抽采率，减少风排瓦斯量，从而降低矿井的 总风量。 2、进一步加强瓦斯预测工作，并按国家有关规定完善井下通风设施。 3、通风系统改造工程实施与设备更换期间，矿方必须制定出安全可靠的措 施。 6 第第 1 1 章章 矿井概况矿井概况 1.11.1 矿井基本概况矿井基本概况 1.1.1 地理位置及交通 1地理位置 石港煤矿位于左权县城北 13km 处，行政区划属左权县寒王乡管辖。其地理 坐标为北纬371010371211，东经1132435113 2637。 2交通情况 阳（泉）黎（城）干线公路 207 国道和阳（泉）涉（县）铁路均 由井田东界外附近通过，交通条件便利。井田距周围主要城镇的里程如下：北 距阳泉 90km，南距涉县 87km，西距榆社 50km，东距邢台 82km。 3地形、地势及河流 井田位于太行山中段西麓，属中低山侵蚀地貌，地表经常年风化剥蚀，沟 谷纵横、梁岭绵延，地形比较复杂。总的地势为北高南低，地形最高点位于井 田中东部，标高为 1526.80m；最低点位于井田西南边缘丰垢河床，标高为 1234.90m，地形最大相对高差 291.90m。井田内河流主要为丰垢河，位于井田 西南边界处，由西北向东南流经井田西南部，属季节性河流，雨季水量略大， 平时水量微小，属漳河水系。 4气象及地震 井田地处黄土高原，气候干燥，昼夜温差大，属温带大陆性气候，冬春干 旱多风，夏秋温和多雨，全年夏短冬长。年平均气温 6.3，其中一月气温最低， 平均为-9.2。极端最低气温-32.1（1971 年 1 月 22 日），7 月气温最高，平 7 均为 19.3，极端最高气温 35（1981 年 5 月 18 日）。年平均降水量 592.8mm，最大年降水量 1069mm（1963 年），最大日降水量 136.3mm（1963 年 8 月 5 日）。雨季一般为 7、8 月份，占全年降水量的 50.5。年平均蒸发量 1622.8mm，其中 47 月最大，最大年蒸发量 1874.1mm（1972 年），最低年蒸 发量 1180.6mm（1964 年）。年主导风向为西南风，冬季多西风，夏季多西南 风，年平均风速为 2.2m/s。 根据中华人民共和国国家标准中国地震动参数区划图GB18306 及建 筑抗震设计规范GB50011-2010，本区建筑抗震设防烈度为 6 度，设计基本地 震加速度值为 0.05g，设计地震分组为第三组。 采煤生产建设中，矿井的提升、通风、供电、供水、通信和瓦斯排放系统， 抗震设防类别应划为乙类设防类别。 1.1.2 地质概况 1、地质构造 井田位于我国东部新华夏系构造体系第三隆起带中段的太行山隆褶带与沁 水拗陷接壤部位。区域构造为北北东向的单斜。井田构造形态为走向北北东且 向北西西缓倾的单倾构造，局部有次一级波状起伏。井田内地层倾角一般为 4 15，井田东北部发育一个短轴向斜和一个短轴背斜，斜局部地段由于挠曲 构造发育导致倾角增大达 30。区内挠曲构造发育，解释挠曲 22 个，挠曲密 集发育带 3 条，发现 21 条正断层，19 个陷落柱，断层和陷落柱情况详见表 2- 2、2-3，其中 F09断层为三维地震勘探控制，可靠程度为较可靠，但现亦由井下 巷道揭露，揭露其位置、落差、走向、倾角与三维地震控制情况吻合，故本次 将其可靠程度叙述为可靠。 8 综上所述，井田内为单斜构造，地层倾角一般较小，井田东北部发育一个 短轴向斜和一个短轴背斜，井田及其附近发育 21 条断层（其中仅 3 条断层落差 大于 10m）和 19 个小陷落柱，井田构造简单属一类。 井田内断层共 21 条，落差大多较小，陷落柱规模也不大，从区域和井田来 看，预计构造对煤层、煤质、水文地质及其它开采技术条件不会产生大的影响。 2、可采煤层 井田内可采煤层共 2 层，分别为 14、15 号煤层，其中 15 号煤层，全井田 均达可采，是井田内主要可采煤层；14 号煤层由于硫份超标，暂不开采。（可 采煤层特征见表）： 可采煤层特征表 顶底板岩性 时 代 煤 层 编 号 厚度（m） 最小-最大 平均 层间距 （m） 最 小-最大 平均 结 构 稳定性可采性 顶板底板 赋存部 位 14 0.63-1.16 0.84 简 单 较稳定 暂不 开采 泥 岩 石炭岩 泥 岩 细砂岩 太原组 下部太 原 组 15 5.93-8.22 7.18 4.53-12.15 6.55 复 杂 稳定全可采 泥 岩 砂质泥岩 粉砂岩 泥 岩 铝质泥岩 太原组 下部 15 号煤层： 井田内施工钻孔 11 个，共有 10 个（除 SG-01H 外）钻孔穿过该煤层，煤矿 井下亦揭露该煤层；煤层厚度大，全井田均达可采，可采性指数为 1。厚度 5.93-8.22m，平均 7.18m，稳定煤层，属井田内主要可采煤层，结构复杂，含夹 矸 1-3 层，夹矸岩性为炭质泥岩。顶板岩性为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，底板岩 性为泥岩、铝质泥岩。井田东南部，已大部分采空，采空范围约 1.22km2。 9 3、瓦斯、煤层自燃发火倾向性及煤尘爆炸危险性 （1）瓦斯 根据山西省煤炭工业局文件晋煤安发20072030 号文件批复，石港煤矿 2007 年矿井瓦斯等级鉴测结果为：CH4绝对涌出量为 35.22m3/min，CH4相对涌 出量为 366.19m3/t，CO2相对涌出量为 53.86m3/t，CO2绝对涌出量为 5.18m3/min,批复等级为瓦斯突出矿井；根据阳煤通字20091034 号文件批复， 石港煤矿 2008 年矿井瓦斯等级鉴测结果为：CH4绝对涌出量为 145.55m3/min，CH4相对涌出量为 102.58m3/t，CO2相对涌出量为 3.2734m3/t，CO2绝对涌出量为 6.24m3/min,批复等级为瓦斯突出矿井；2009 年 矿井瓦斯等级鉴测结果为：CH4绝对涌出量为 160.70m3/min，CH4相对涌出量为 77.14m3/t，CO2相对涌出量为 2.16m3/t，CO2绝对涌出量为 4.5m3/min,批复等级 为瓦斯突出矿井。 （2）煤尘 精查勘探中于 202、402 号孔采取了 15 号煤层煤芯煤样及石港煤矿煤 层简选样做了煤尘爆炸性试验，试验结果表明 15 号煤层煤尘均具有爆炸性。 （3）煤的自燃 精查勘探施工中在 201、202、402 号孔煤芯煤样及石港煤矿简选样对 14、15 号煤的自燃倾向性进行了试验，其试验结果为：14 号煤层吸氧量为 1.38cm3/g，自燃等级为 I 类，自燃倾向性为容易自燃。15 号煤层吸氧量为 1.20cm3/g，自燃等级为 III 类，属不易自燃煤层。 10 此外该矿 2008 年 5 月 6 日采取 14 号煤层样委托河南省煤矿瓦斯与火灾防 治重点实验室，进行了最短发火期试验，试验结果为：14 号自燃等级为 I 类， 为容易自燃煤层，最短发火期 33 天。 该矿 15 号煤层曾于 2000 年 5 月 14 日和 2007 年 12 月 26 日先后在工作面 发生过自燃。 综上，14 号煤层自燃等级为 I 类（容易自燃）II 类（自燃），15 号煤 层自燃等级为 I 类（容易自燃）II 类（自燃）III 类（不易自燃）。 1.21.2 井田境界及储量井田境界及储量 1.2.1 井田境界 井田走向长 3.6km，倾斜宽 3.0km，面积为 7.4712km2。 1.2.2 资源储量、设计生产能力和服务年限 矿井 15 号煤层设计可采储量为 33600kt。矿井设计生产能力为 900kt/a。 矿井服务年限为 26.7 年。 第第 2 2 章章 矿井开拓方式矿井开拓方式 矿井 2006 年 1 月开工建设，根据确定的矿井工业场地位置和施工现场实际 揭露的可采煤层情况，15 号煤层的赋存情况与本矿井勘探地质报告基本相同， 由于 2007 年底鉴定为煤与瓦斯突出矿井前，矿井近两年的建设时间内，矿井 开拓格局已形成，井下主要巷道已施工完毕，井田开拓叙述如下： 矿井现工业场地共三个，即：新区工业场地、旧区工业场地、风井工业场 地。 2.12.1 开拓方式开拓方式 11 矿井开拓方式为斜井开拓，即在新区工业场地内布置有混合提升斜井，担 负矿井主提升、除人员运送之外的全部辅助提升任务；旧区工业场地内布置有 运人斜井，担负矿井人员运送任务、兼进风井；瓦斯管路斜井铺设瓦斯抽放管 路、兼进风井；风井工业场地内布置回风立井，担负矿井回风任务、兼安全出 口。矿井安全出口符合煤矿安全规程第 18 条规定。 2.22.2 水平划分水平划分 15 号煤层开采时设置一个开采水平，水平标高为+913m。+913m 水平井底车 场巷道及硐室均位于 15 号煤层底板下方的岩层中，符合煤矿安全规程有关 规定。 2.32.3 采区划分采区划分 原设计全井田 15 号煤层共划分为一个采区，双翼布置回采工作面，回采工 作面推进长度平均 1500m 左右。在大巷掘进及地质补堪过程中，发现陷落柱、 断层及挠曲构造频繁，适当缩短回采工作推进长度有利于回采工作面布置，故 2008 年 5 月将全井田 15 号煤层划分为两个采区。 由于之后探明的 F09 断层位于井底车场北侧，直接影响到将来二采区首采 工作面布置，为避免在地质构造附近布置采掘工作面，又重新划定了采区边界 线，即将采区边界线向东北平行移动 400m 左右。采区划分后，一采区倾斜长 1517m，走向长 1850m，面积 2.8km2；二采区倾斜长 1390m，走向长 1578m, 面 积 2.19km2。 一采区北翼，倾斜长度 400m，此开采区域地质构造基本探明，适合先布置 一个推进度较短的壁式回采工作面，有利于矿方在变更采煤工艺后积累开采经 验。 采区开采顺序为：一采区、二采区。 12 2.42.4 井下开拓巷道布置井下开拓巷道布置 在混合提升斜井井底布置井底车场，然后分别向西、向北布置三条一、二 采区巷道，分别为轨道、胶带、回风巷。 胶带巷通过井底煤仓与混合提升斜井相连，构成采区主运输系统；轨道巷 与井底车场相连构成采区辅助运输系统；回风巷为专用回风巷，通过东、西回 风大巷与回风立井相连。 一采区三条准备巷道均沿 15 号煤层顶板布置，目前，三条准备巷已开掘至 矿井西部边界，并构成通风系统。鉴于一采区三条煤层准备巷在开掘过程时采 取了边掘边抽措施，巷道周围的瓦斯得到了一定的释放，巷道处于卸压区；巷 道采用锚喷支护，对巷道进行了封闭；采区内设置了避难所、反向风门、水仓、 水泵房等安全防护设施，符合煤矿安全规程有关规定，故设计确定已形成 的一采区准备巷可利用，并要求所有入井人员必须随身携带隔离式自救器。 后期开采时，二采区三条准备巷道均布置在 15 号煤层上方或下方岩层内。 2.52.5 井筒特征井筒特征 井筒名称 特 征 混合提升 斜井 瓦斯管路 斜井 回风 立井 运人 斜井 纬距（X）4119558411760441196504117639 井田坐标 （m） 经距（Y）19714389197150681971435619715093 井口 （Z口） +1335+1298+1340+1298 标 高（m） 井口 （Z底） +913+1180+989+1180 井筒方位角（度）36134134 井筒倾角（度）25289020 斜长（m）999280351300 井筒净径、净宽 （m） 5.03.04.03.2 13 净面积17.577.1312.577.24 断面 积( m2) 掘进面积20.059.4116.629.86 井筒装备 大倾角胶带 机轨道 瓦斯管梯子间猴车 2.62.6 井底车场井底车场 井底车场采用平车场，车场内设有中央变电所、中央水泵房、水仓、管子 道、消防材料库、信号室等硐室。 混合提升斜井井底设有煤仓，煤仓形式为直立式普通圆形煤仓，煤仓净直 径为 8.0m，垂深为 25m，煤仓的有效容量 750t；井底主要水仓设主仓、副仓， 水仓有效容量为 1200m3；井下爆炸材料库形式为壁槽式，可容纳火药 2500kg， 雷管 5000 发，为独立通风硐室。 第第 3 3 章章 采区巷道布置采区巷道布置 3.13.1 采区巷道布置采区巷道布置 3.1.1 移交生产和达到设计生产能力时的采区数目、位置 根据确定矿井开拓部署，结合设计生产能力和工作面装备水平，矿井采用 “一井一面”达产。即矿井移交生产及达到设计产量时，在一采区 15 号煤上分 层布置一个综采工作面。 3.1.2 采区巷道布置 一采区准备巷道共 3 条已形成：包括轨道巷、胶带巷及回风巷各一条，均 沿 15 号煤顶板布置，巷道间距 30m。 14 采区巷道沿煤层顶板布置，采用锚网喷支护，喷射混凝土厚度为 100mm。 巷道两侧布置回采工作面运输顺槽和回风顺槽，回采工作面采用后退式开采， 顺槽采用锚网支护。 15 轨道巷（沿 15# 煤顶板） 胶带巷（沿 15# 煤顶板） 17.86200mm 182000mm 10004800mm 经纬网 等级C20 喷砼 水 沟 200200 15 15 182000mm 麻花头锚杆 波纹钢带 锚杆垫片 15015024mm 平铁托板 4寸风管 2寸水管 风筒 电缆 1501508mm 麻花头锚杆 锚 索 锚索垫片 24016029mm 44002204mm 麻花头锚杆 182000mm W钢带 BHW-950-220-3-4200 麻花头锚杆 182000mm 锚 索 17.85200mm 50015080mm 水泥托板 4寸风管 2寸水管 电缆 1001008mm 球型托盘 16 回风巷（沿 15# 煤顶板） 3.1.3 回采工作面布置 布置一个回采工作面生产，首采面为 15 号煤上分层的 15102 回采工作面， 位于一采区北翼中部。回采工作面布置四条巷道，分别为运输顺槽、回风顺槽、 内错瓦斯尾巷、走向高抽巷。运输顺槽、回风顺槽沿 15 号煤层顶板布置，内错 瓦斯尾巷布置在 15 号煤层顶板上方 2m 处。走向高抽巷布置在 15 号煤层顶板上 方 35m 左右。内错瓦斯尾巷与回风顺槽平距为 15m，走向高抽巷与回风顺槽平 距为 30m。运输顺槽与轨道、胶带巷相连；回风顺槽与回风巷相连接，并与轨 道巷相连接，回风顺槽与轨道巷之间设有两道正反双向风门，形成采区完善的 通风、运输、供电、排水系统。 麻花头锚杆 182000mm W钢带 BHW-950-220-3-4200 麻花头锚杆 182000mm 锚 索 17.85200mm 50015080mm 水泥托板 4寸风管 2寸水管 电缆 1001008mm 球型托盘 17 15 号煤下分层回采工作面与上分层回采工作面上下重叠布置，共布置两条 巷道，分别为运输顺槽、回风顺槽，通风方式为一进一回。 3.1.4 采区生产系统 1、采区运煤系统 回采工作面可弯曲刮板输送机顺槽转载机破碎机顺槽胶带输送机 采区胶带输送机井底煤仓混合提升斜井胶带地面。 2、辅助运输系统 混合提升斜井井底车场一采区轨道巷进、回风顺槽。 3、通风系统 混合提升斜井、运人斜井一采区胶带巷、轨道巷运输顺槽综采工作 面回风顺槽（内错尾巷）采区回风巷回风大巷回风立井地面。 4、排水系统 进、回风顺槽采区轨道巷（采区水仓）井底水仓混合提升斜井地 面。 一采区水仓位于采区西部最低处，水仓容量 100m3，采用接力方式阶段排水。 采区排水设备： （1）排水泵所需排水能力 按最大涌水： Q=42m3/h （2）所需扬程 H采区=K（Hs+5.5)=169m（K 取 1.35） 根据计算的流量和扬程，选用 DF46-307 型水泵两台，一台工作，一台备 用。其主要技术参数：Q=46m3/h，H=210m，配套电机功率为 45kw。 18 3.23.2 采煤方法采煤方法 3.2.1 主要可采煤层赋存状况 15 号煤层倾角为 7左右，地质构造相对简单，煤层赋存稳定， 15 号煤 层平均厚度为 7.18m，属厚煤层，结构复杂，含夹矸 1-3 层，夹矸岩性为炭质 泥岩。 3.2.2 采煤方法 本矿井为煤与瓦斯突出矿井，根据煤矿安全规程，严禁采用放顶煤开 采，针对 15 号煤层赋存条件，适合于机械化开采，由于回采工作面采用液压支 架对顶板进行支护，可靠性好，安全程度高。石港公司采用分层普通综采工艺。 3.2.3 工作面采煤、装煤、运煤方式及设备选型 本设计采用一个综采工作面来保证矿井 900kt/a 的设计生产能力，回采工 作面采用综合机械化采煤工艺，回采工作面采、装、运全部实现机械化。 回采工作面设备详见下表。 15 号煤层上分层综采工作面主要设备配备表 设备名称设备型号功率 （kw）数量 采煤机MG-571WD5711 台 可弯曲刮板输 送机 SGZ-764/2642641 台 转载机SZZ-764/1321321 台 破碎机PCM-110 1101 台 可伸缩胶带输SSJ1000/16023201 台 19 送机 液压支架ZZ4200/15/3268 架 单体液压支柱DZ30-25/100140 根 乳化液泵站WRB-200/31.51321 台 喷雾泵站XPB250/5.5301 台 煤层注水泵5D-2/150131 台 回采工作面采煤和运煤设备进行设备选型如下。 1、回采工作面采煤设备 （1）回采工作面采高的选择 设计按 15 号煤上分层煤厚 3.0m 左右进行采煤设备选型。 （2）采煤机截深的选择 目前国内普遍采用的截深为 600800mm，考虑到本矿井设计生产能力及管 理水平，设计选用采煤机截深为 600mm。 （3）回采工作面长度的选择 回采工作面长度可用下式计算： L 12 r Q K NHB CK 式中： L 回采工作面长度，（m）； Qr回采工作面日产量，15 号煤层回采工作面年产量为 900kt/a，按 330d 计算，Qr2727t； Kl正常循环率取 0.85；K2截割有效系数，K20.9； N日循环次数，N=15； H回采工作面煤层厚度，H3.0m； 20 B循环进尺，B0.6m； 煤的容重，1.45 t/ m3； C回采工作面回采率，C95%。 L2727/0.85153.00.61.450.950.995.84（m）,取整数 L=100m。 (4) 采煤机计算割煤速度 式中： Vcn (L30Lc)/(KcTdn Tc) Vc计算割煤速度，m/ min； n回采工作面日循环数，n15； L回采工作面长度，L100 m； Lc采煤机总长，Lc12.6 m； 30进刀割煤长度，m； Kc采煤机平均日开机率，Kc0.6； Td回采工作面日生产时间，Td1080min； Tc采煤机进刀停顿时间，Tc3.5min。 Vc15（1003012.6）/（0.61080153.5）2.96m/ min (5) 采煤机计算循环时间 T(L30Lc)/ VcTc 式中： T采煤机计算循环时间，min； L回采工作面长度，L100 m； 30进刀割煤长度，m； Lc采煤机总长，Lc12.6. m； 21 Vc采煤机计算割煤速度,Vc=2.96m/ min； Tc采煤机进刀停顿时间，Tc3.5min； T (1003012.6)/ 2.963.543.16 min (6) 采煤机最大割煤速度 VmaxK Vc 式中：Vmax采煤机最大割煤速度，m/ min； K采煤机割煤不均均衡系数，取 1.2； Vc采煤机计算割煤速度，Vc =2.96m/ min。 Vmax1.22.963.55m/ min (7) 采煤机最大生产能力 Qmax60BKHVmax Qmax采煤机最大生产能力，t/h； B循环进尺，B0.6m； K截割有效系数，K0.9 H回采工作面煤层厚度，H3.0m； 煤的容重，1.45 t/ m3； Vmax采煤机最大割煤速度，3.55m/ min。 Qmax600.60.93.01.453.55500.34t/h (8) 采煤机计算装机功率 按采煤机单位能耗计算采煤机功率 NQmaxHw 式中： N采煤机计算装机功率，kW； Qmax采煤机最大生产能力，Qmax 500.34t/h； Hw采煤机能耗系数，Hw0.85 kW h/ t。 22 N500.340.85425kW 根据以上计算，充分考虑本井田 15 号煤层的硬度、夹矸及过构造等因素， 设计选用 MG-571WD 型双滚筒采煤机，采高为 1.8-3.5m，电机功率为 571kW。 2、回采工作面运煤设备：矿井投产后回采工作面综采设备可租赁阳煤集团 现有的设备，根据阳煤集团综采设备配套现状，结合工作面生产能力要求，工 作面运煤设备选用 SGB-764/264 型可弯曲刮板输送机，其主要技术特征如下： 铺设长度：100m；小时运量：600t/h；链速：1.12m/s；电机型号：YSB132， 功率为 2132Kw，电压：1140V；链破断力：610KN；外形尺寸： 1500764234（长宽高 mm）；质量：160t。 3、根据回采工作面运煤设备的运输能力，回采工作面运输顺槽运煤设备选 用一部 SSJ1000/1602 型可伸缩胶带输送机，带宽为 1000mm，输送能力为 1000t/h，电机功率为 1602kW，一部最大输送长度为 1000m。 4、转载机选用 SZZ-764/132 型转载机，电机功率为 132kW。 3.2.4 回采工作面支架选型及顶板管理方式 综采能否实现高产高效关键于架型选择是否合理。据地质报告，15 号煤上 分层顶板主要为泥岩、砂质泥岩、石灰岩等，底为 15 号煤下层。根据生产经验 和有关技术文件，选用支撑掩护式液压支架。 1、回采工作面支护 支架选型计算：支架承受的顶板压力，用下列公式计算。 W=（68）hBLrcos 式中： h采高，取 3. 0m； r岩石容重，取 2.5t/m3； B支护宽度，B=1.5m（液压支架中心距）； L从工作面煤壁到冒落顶板切断处的长度，取 4.7m； 23 煤层倾角，取 7； 68顶板岩柱的重量，是采高的 68 倍。 W15 号煤=83.02.51.54.7cos7=419 t； 15 号煤层上分层厚度为 3.0m，属中厚煤层，本设计回采工作面选用 ZZ4200/15/32 型支撑掩护式液压支架支护顶板，液压支架主要参数如下： 初撑力：3770kN；工作阻力：4200kN(428t)；支撑强度： 0.72 MPa；泵站 压力：30MPa；支撑高度：1.53.2 m；重量：12.724t；支架参数：长宽 =51501430mm 回采工作面顶板管理方式为全部垮落法。 矿井后期开采 15 号煤层下分层时，设计初步选定 ZY5000/16/35 型支撑掩 护式液压支架，支架参数：长宽=56001420mm；重量：15.432t；设计按此 支架验算矿井提升绞车。 2、回采工作面端头及超前支护 选用 DZ28-25/100 型单体液压支柱配 HDC-4200型钢梁对回采工作面端头 及超前进行维护。型钢梁采用“一梁三柱”支设，即每根型钢梁下至少支 三根单体液压支柱。运输顺槽、回风顺槽超前工作面 20m 范围内支设两排帽柱。 3.2.5 回采工作面日进度、年进度及工作面长度 根据井田内煤层赋存情况、开采条件、选定的设备性能以及设计生产能力 等因素，确定回采工作面长度为 100m。 回采工作面日循环次数 15 次，每个循环进度为 0.6 m，日循环进度 150.6=9m，正常循环率按 85%考虑，则回采工作面年推进度按下式计算： 年推进度日循环进度年工作日循环率 采煤工作面年推进度=93300.85=2524.5(m) 24 3.2.6 采区及工作面回采率 15 号煤层分层后为中厚煤层，依据煤炭工业矿井设计规范，采区回采 率取 80%，回采工作面回采率为 95%。 3.2.7 矿井生产能力 1、回采工作面生产能力计算： A采=lMLC 式中：A采回采工作面生产能力，t/a； l回采工作面长度，取 100m； L工作面年推进度，2524.5m； M回采工作面采高，15 号煤为 3.0m； 煤的容重，15 号煤为 1.45t/m3； C工作面回采率，15 号煤层取 0.95。 则回采工作面生产能力为 A采=1003.02524.51.450.95=933kt/a 2、掘进工作面掘进煤量计算 掘进工作面掘进煤量按回采工作面产量的 3%计算，为 A掘=93.30.03=28 kt/a 3、矿井生产能力计算 矿井总产量 A=933+28=961 kt/a 本矿井采用“一井一面”模式，即以一个综采工作面达产。经计算，综采 工作面产量加上掘进煤量完全满足矿井设计生产能力 900 kt/a 的要求。 达到设计生产能力时工作面特征表达到设计生产能力时工作面特征表 回采工作面掘进工作面 生产 采区 个数 装备 采高 （m） 长度 （m） 年进度 （m） 年产量 （kt） 个数装备 年掘进 煤量 矿井 生产能力 （kt/a） 25 （kt） 15 号煤 一采区 1 综采 3. 010025259333 2 个炮掘 1 个综掘 28 961 3.33.3 巷道掘进巷道掘进 3.3.1 巷道断面及支护形式 现井下一采区准备巷已经形成，区内不再增设主要巷道。在二采区新掘的 主要巷道布置须按防治煤与瓦斯突出规定第十六条规定执行，详见如下参 数。 新掘胶带巷、轨道巷、回风巷：巷道均采用拱形断面，布置在 15 号煤层顶 板上方或底板下方岩层内，采用锚杆、锚索、钢带、金属网喷混凝土支护。 采区新掘主要巷道断面特征表 断面积 （m2） 序 号 巷道名称 煤岩别 支护 方式 巷道 净宽 （mm）净掘进 铺设 设备 1 胶带巷岩锚喷 420012.0412.88 胶带 2 轨道巷岩锚喷 440013.7614.75 轨道 3 回风巷岩锚喷 440013.7614.75 瓦斯管 1、15 号煤上分层 回采工作面进风顺槽：采用矩形断面，锚杆、锚索、钢带、金属网联合支 护。巷道净宽为 4.2m，净高为 2.9m，净断面为 12.18m2，掘进断面为 13.64m2。巷道沿 15 号煤层顶板掘进。 回采工作面回风顺槽：采用矩形断面，锚杆、锚索、钢带、金属网联合支 护。巷道净宽为 4.2m，净高为 2.9m，净断面为 12.18m2，掘进断面为 13.64m2。巷道沿 15 号煤层顶板掘进。 26 瓦斯尾巷：采用矩形断面，锚杆、钢带、金属网联合支护。巷道净宽为 3.2m，净高为 2.5m，净断面为 8.0m2，掘进断面为 8.48m2。巷道布置在 15 号煤 层上方，巷道底板距 15 号煤层顶板 2m。 走向高抽巷：采用矩形断面，锚杆支护。巷道净宽为 2.4m，净高为 2.0m， 净断面为 4.8m2，掘进断面为 5.46m2。巷道布置在 15 号煤层上方，巷道底板距 15 号煤层顶板 35m 左右。 开切眼：采用矩形断面，锚索、钢带、金属网联合支护。巷道净宽为 5.2m，净高为 3.0m，沿 15 号煤层顶板掘进。 2、15 号煤下分层 上分层开采时需铺设金属网假顶，下分层回采工作面进、回风顺槽采用拱 型金属棚支护。 3.3.2 掘进工作面个数及装备 矿井达到设计生产能力时，共布置三个掘进工作面，即一个煤巷综掘工作 面、一个煤巷普掘工作面、一个岩巷普掘工作面。 综掘工作面主要装备有：S-100 型综合掘进机、SJ-80 型可伸缩带式输送机、 SGB-620/40T 型刮板输送机、FBD 系列对旋式局部扇风机等掘进设备。 煤巷普掘工作面主要装备有：ZMS30 型手持式帮锚杆气动钻机、ZMZ3-17 型 装煤机、SJ-80 型可伸缩带式输送机、SGB-620/40T 型刮板输送机、转子-V 型 混凝土喷射机、FBD 系列对旋式局部扇风机等掘进设备。 岩巷普掘工作面主要装备有：ZMS30 型手持式帮锚杆气动钻机、7655 型风 钻、FBD 系列对旋式局部扇风机等掘进设备。 3.3.3 矿井生产时采掘比例关系 27 矿井正常生产时布置一个回采工作面，三个掘进工作面，采掘比为 1：3。 3.3.4 井巷总工程量 本次设计一采区准备巷、采区避难所等硐室已形成，矿井初设变更中移交 生产时仅剩余回采巷道未掘，其井巷总工程量为 2235m，其中岩巷为 875m，煤 巷为 1360m。 井巷工程量表 序号巷道名称工程量(m)净断面（m2） 掘进断面 （m2） 围岩 1 回采工作面进风顺槽 39512.1813.64 煤巷 2 回采工作面回风顺槽 42512.1813.64 煤巷 3 回采工作面开切眼 10015.0815.08 煤巷 4 内错尾巷 42588.48 岩巷 5 走向高抽巷 4504.85.46 岩巷 6 联络巷 20010.411.34 煤巷 7 掘进耳状钻场 4.85099 煤巷 合计 2235 第第 4 4 章章 矿井风量计算矿井风量计算 4.14.1 瓦斯资源瓦斯资源 1、本矿井瓦斯赋存状况 根据 20072009 年矿井瓦斯等级鉴定结果结果见下表。石港煤矿为煤与瓦 斯突出矿井。 瓦斯等级鉴定结果 矿井名称年 份绝对涌出量(m3/min)相对涌出量(m3/t)批复等级 28 200735.22366.19突出矿井 2008145.55102.58突出矿井 石港煤矿 2009160.7077.14突出矿井 2、煤层瓦斯基本参数 2010 年 11 月河南理工大学编制了山西石港煤业有限责任公司 15 号煤层 开采矿井瓦斯涌出量预测报告资料。 根据报告结论：15 号煤层瓦斯含量（W）具有随埋藏深度（H）增大而加大 的整体趋势（R=78.22%），两者具有如下良好的线性统计规律, 15 号煤层瓦斯 含量增长梯度为 3.34m3/t/100m。 W=0.0334H-1.9505 式中：W为煤层瓦斯含量，m3/t； H为煤层埋藏深度，m。 山西石港煤业有限责任公司矿井 15 号煤层埋藏最大深度为 567m，则矿井 15 号煤层最大瓦斯含量为： W=0.0334H-1.9505=17.0m3/t 同时，根据煤炭科学研究总院抚顺分院 2006 年编制的石港煤矿煤层瓦斯 基础参数测定及矿井瓦斯危险程度评价山西石港煤业有限责任公司矿井 15 号 煤层瓦斯基本参数实测值如下： 煤层瓦斯压力 0.281.78Mpa 煤层瓦斯含量 10.2817.0m/t（平均 13.64m/t） 煤对瓦斯吸附常数 a41.378，b0.590 煤层透气性系数 0.15m/Mpa2d（平均） 百米钻孔瓦斯流量衰减系数 0.072d-1（平均） 29 百米钻孔初始瓦斯流量 0.09m3/min100m 采落煤残存瓦斯含量 2.79m/t（实测） 4.24.2 矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量 1、矿井瓦斯来源及涌出构成 根据 2010 年 11 月河南理工大学编制的矿井瓦斯预测中结果：矿井瓦斯涌 出量为 185.27m3/min，其中，回采工作面瓦斯涌出为 114.36m3/min，占全矿井 瓦斯涌出的 61.73%；掘进工作面瓦斯涌出量为 14.30m3/min，占矿井总瓦斯涌 出量的 7.72%；采空区瓦斯涌出量约为 56.61m3/min；占矿井总瓦斯涌出量的 30.55%。 2、回采工作面瓦斯来源及涌出构成 回采工作面瓦斯主要由开采层、邻近层和围岩瓦斯涌出两部分组成。