某某矿通风系统设计.doc

某某矿400 万t/a新井通风安全设计 （全1）摘要：区设有三条大巷，一条为轨道运输大巷，一条为胶带机运输大巷，并设一条专门的回风大巷。采区采用带区和盘区混合开采，采用倾斜长壁采煤法，工作面采用一次采全高的综合机械化开采方法，管理顶板采用全部跨落法。井田分东西两翼，西翼分三个采区，东翼分两个采区。摘 要本设计包括三部分：一般设计部分、专题部分和翻译部分。一般部分为淮南张集煤矿400万t/a新井通风安全设计。张集煤矿位于安徽省淮南市凤台县境内，井田东西走向长约7km，倾向宽4.510km，面积约61km2。矿井含煤地层为石炭二迭系，共有可采煤层12层，主采煤层5层，煤层倾角较缓,一般为210。井田工业储量为1269.57Mt，矿井可采储量685.89Mt，矿井属高瓦斯矿井，煤尘有爆炸危险，煤层有自燃发火倾向。矿井设计服务年限（单13-1煤层第一水平）为43.59a。采用立井单水平开拓，主运输采用胶带运输机运煤，辅助运输采用矿车运输。采区设有三条大巷，一条为轨道运输大巷，一条为胶带机运输大巷，并设一条专门的回风大巷。采区采用带区和盘区混合开采，采用倾斜长壁采煤法，工作面采用一次采全高的综合机械化开采方法，管理顶板采用全部跨落法。井田分东西两翼，西翼分三个采区，东翼分两个采区。矿井采用中央并列式通风方法，主要通风机的工作方法为抽出式，选用轴流式风机，掘进通风采用压入式,采用风机反转反风。专题部分在调查张集矿综采工作面最大、最小和平均瓦斯涌出量、平均抽放量、日产量数据的基础上，采用统计回归的方法，建立综采工作面瓦斯涌出量预测模型，并对1116（3）综采工作面瓦斯涌出量进行预测。目 录一般设计部分1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.2井田地质特征1.3煤层特征1.4其他开采技术条件2 井田开拓2.1井田境界及可采储量2.2井田开拓3 采煤方法及采区巷道布置3.1煤层地质特征3.2 采（盘）区或带区巷道布置及生产系统3.3采煤方法3.4工作面支护4 矿井通风4.1矿井通风系统选择4.2回采工作面通风系统4.3掘进通风4.4矿井需风量计算4.5 全矿通风阻力的计算4.6通风机选型5矿井安全技术5.1 张集矿井的瓦斯状况5.2 矿井瓦斯来源5.3 瓦斯抽放方法5.4 抽放设备选型5.5瓦斯抽放及利用系统安全措施5.6监测、监控系统5.7各类事故预防5.8矿井一旦发生事故后，灾区人员自救、安全撤离灾区以及抢救人员的应急预案5.9处理重大事故的指导原则和具体措施1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1地理位置张集矿位于安徽 淮南市凤台县城西约20km处，其西部与即将建成的谢桥矿井接壤，东北与顾桥矿井毗邻，南至淮南市属煤矿新集和花家湖北界。井田地理坐标为东经116。27.05116.35.38 ，北纬32.43.4732.49.26 。井田内有毛（集）张（集）公路和潘（集）谢（桥）公路，外接凤（台）颖（上）公路和凤（台）阜（阳）公路；在矿井东南约4.5km出有国家铁路阜（阳）淮（南）线通过，矿区自营铁路由本井田北边界经过；流经井田东北部的西淝河可以通航民船，经西淝河后可借淮河水运。水路交通都较方便。 1.1.2矿区内煤矿分布及其他工业和农业生产情况淮南煤矿开采历史悠久。远在明万历年间就有民窑开采。到清末共有土窑120多处.1909年开始，在大通建立第一座矿井 ,1928年在九龙岗开矿 。新中国成立以后，淮南煤矿发展很快。五、六十年代，生产能力迅速提高到800多万吨，1960 年产量达1614万吨，成为当时全国五大煤矿之一。现有9 对生产矿井，6对在建矿井。矿区内工业结构以采矿、建材、化工、冶炼、机械制造、纺织、轻工为主。 本区地表平坦，土壤肥沃，为方田化高产农业区，主要农作物有小麦、玉米、豆类和棉花。劳动力来源广，可满足建设需要。1.1.3矿井建设和生产用建筑材料、场地生活用水及电力供应情况（1）建筑材料： 目前当地不生产建筑材料。砖、瓦、石、石灰、水泥、木材、钢材均从外地运入。今后，石料及石灰可由临近凤台县供应，砖瓦可就地供应一部分，水泥、钢材淮南可供应一部分，其它材料可有淮凤台县转运至场地，一般由卡车运输。（2）供水水源：本井田属淮河冲击平原，地形平坦，村庄较密，地面标高一般在+2126m左右。井田内沟塘较少，西淝河流经本井田东北部，河道较窄，为泄洪、农灌用的季节性河流。因此本矿井供水水源取自地下水，地下水又分水源井供水水源和矿井水供水水源。中央区工业场地生活用水（970 ）、局住区生活用水（2860 ）及北风井工业场地生产、生活用水（3530 ）均由水源井共给；中央区工业场地生产及生活洗涤用水（9640 ）由矿井水共给。（3）电源情况：本矿井地处潘谢矿区西部，按潘谢矿区总体规划，矿区设两座220KV变电所，东部设芦集220KV变电所；西部在矿井东南方距本矿井约7km处设张集220KV变电所，两座220kv变电所内均安装一台120MVA变压器，本地区为华东主要的能源基地，电力充足。1.1.4气候条件本区属过渡带气候，四季分明，气候温和，据凤台县气象站资料：（1）气温：年平均气味15.1，极端最高气温41.2，极端最低气温-22.8。（2）降雨量：夏季最多，春季次之，秋季较少，冬季最少。年最大降雨量1723.5m，年最小降雨量514.4m，年平均降雨量926.3mm，日最大降雨量320.4mm，七月份降雨量最大，平均达到201.9mm，十二月份最小，平均为17.1mm。（3）降雪：初雪一般在11月上旬，终雪在此年三月中旬，雪期7212天，最长138天，最短26天；最长连续降雪6天。（4）蒸发量：年平均蒸发量1653.6mm，年最大蒸发量2112.3mm，年最小蒸发量1242.9mm。（5）地温和冻土：地面平均温度17.6，地面极端最高温度67.9，最低-24；最大冻结深度300mm。开始冻结日期最早在11月23日，最迟在1月2日。解冻日期最早在2月4日。一般夜冻日解。（6）湿度：最大相对湿度100%，最小5%，平均74%。（7）风：春季多东风南风，夏季多东南及东风，秋季多东南及东北风，冬季多东北、西北风。最大频率风向是东北偏东风。最大风速26m/s,平均风速3.18m/s。1.1.5地形、地貌及水系本井田为淮河冲击平原的一部分，地形平坦，地面标高为+20.026.4m，西南部地势较高；东北部沿西淝河一带地势低洼，预计易形成内涝区，面积可达26 。区内水系均属淮河水系。流经井田东北部的西淝河，在井田内流长约16km。两岸筑有大堤，右堤堤顶高+26.74+27.14m，左堤堤顶标高+27.4327.63m。据凤台水利局资料，西淝河站最高洪水位+24.69m，历史上井田内最高洪水位+25.25m。区内人工沟渠综合交错，基本形成适宜农耕作的水利网络。1.2井田地质特征1.2.1地层本区地处黄淮平原。淮南煤田位居广阔的平原之中，全部被第四系覆盖，唯有煤田南北两翼边缘的低山残丘，出露前震旦系变质岩、震旦、寒武、奥陶系等古老地层。井田地层全系钻探揭露。（1）奥陶系中下统（O1+2）十19孔揭露石炭、奥陶系界面，穿过石灰岩50.39m终孔。所见石灰岩由浅灰、浅紫红色灰岩、白云质灰岩组成，隐晶致密细晶结构，夹角砾状灰岩和紫红、灰绿色页岩，水平、缓波状层理，下部裂隙溶洞发育。（2）石炭系上统太原组（C3）综合区内六-七1、十19、水217孔资料，太原组厚104114m。由1112层灰岩、生物碎屑灰岩、泥灰岩与泥岩、砂岩组成，含不稳定薄煤层34层，不可采。太原组假整合于奥陶系之上。根据厚度和岩石组合，太灰可分为四个岩段：底部铝铁质泥岩段：厚10m，含砾。下部灰岩段（十一、十二灰）：厚33m，十一、十二灰共厚20m，集中于底部。中部灰岩段（五十灰）：厚34m，灰岩占54%，单层厚1.55m。上部灰岩段（一四灰）：厚33m，二、三、四灰总23m，集中在下部，3、4灰单层厚810m。（3）二叠系（P）底部以海相泥岩与太原组分界。二叠系总厚980m，分上统下统四个组，其中山西组、上、下石盒子组为含煤地层，厚720m，含煤32层，总厚36.09m，含煤系数为5.0%,可分7个含煤段。上部石千峰组为非含煤地层。二叠系下统山西组（P1sh）第一含煤段：厚65m，含可采煤层一层，含煤系数为10.75%。底部为灰黑色海相泥岩，其上是砂泥岩互层，中部以中、粗砂岩为主，局部含砾及泥质包体，时而冲刷煤层，上部为粉砂岩、砂质泥岩。二叠系下统下石盒子组（P1x）第二含煤段：厚128m，含煤811层（编号49煤），其中可采煤层6层，含煤系数10.22%。底部为中粗砂岩，具冲刷特征，是与下伏山西组的分界，其上鲕花状斑泥岩或铝质泥岩是全区标志层。二叠系上统上石盒子组（P2S）地层厚527m，分五个含煤段：第三含煤段：厚103m，含煤系数3.85%。底部砂岩是上、下石盒子组的分界；下部以砂岩、石英砂岩为主，夹砂质泥岩，少有花斑，局部见炭质泥岩（10煤层位）；中部以泥岩、砂质泥岩为主，常见鲕粒结构；中上部含煤三层，其中11-2煤为主采煤层，上部为砂质泥岩夹细中砂岩， 第四含煤段：厚74m，含煤系数8.22%。底部以灰白色细中砂岩与第三含煤段分界，其上为紫红灰绿色含鲕花斑泥岩，通常称“大花斑”，是全区标志层；中上部以泥岩类为主，夹砂岩，含煤6层（1215煤），其中13-1煤是主要可采煤层。III第五含煤段：平均厚110m，含煤系数2.12%。本段多呈青灰色、灰绿色，以泥岩、砂质泥岩为主，夹细砂、砂泥岩互层。底部以石英砂岩、细中砂岩与第四含煤段分界，其上有14层紫红棕黄色花斑泥岩，称“小花斑”。中部含煤45层（1617煤），1720煤层附近富含个体较大。IV第六含煤段：平均厚110m，含煤系数1.99%。以灰色、青灰色、灰绿色泥岩类为主，夹细中砂岩。中下部含煤4层（1821煤），18煤底部常见铝质泥岩或鲕状花斑泥岩，1920煤间有13层薄层硅质岩，富含海绵骨针。 V第七含煤层：平均厚130m，含煤系数1.12%。以灰色岩性为主，少见青灰色。由泥岩、粉砂岩、砂岩组成，含劣质煤5层（2225煤），而且常相变为炭质泥岩。二叠系上统石千峰组（P2sh）地层厚度260m。为一套杂色非含煤地层，由灰色、灰绿色，紫红色泥岩、粉砂岩、中细砂岩、含砾石砂岩组成，多紫红色花斑泥岩。底部为灰白浅红色含砾中粗砂岩与上石盒子组分界。二叠系的沉积环境是从陆表海海湾发展而来的下三角洲平原沉积，经历了海湾充填、树枝状、网状河体系，转入河口湾海湾环境，进而发展到上三角洲平原、陆相冲积平原沉积。（4）三叠系（T）是一套红色碎屑岩，由棕红、紫红色砂岩、粉砂岩、泥岩组成。厚度不详。与下伏石千峰组呈整合接触。（5）第三系（R）中新统：分上下两段。下段为强隔水组，厚069.55m，平均37m。由灰绿色棕红色粘土组成，局部夹泥灰岩薄层和薄层砂层透镜体，底部有029.21m碎石层；上段为弱含水组，厚0119.18m，平均63.00m。总体以灰绿、褐黄、赭红等杂色粘土为主，夹多层砂体，与粘土交互成层，砂体因相变而发育不等，分布不均。本统遇基岩古潜山缺失。上新统：厚95180m，平均厚130m。以浅灰绿色、灰黄色粗中砂为主，次为细砂、粉砂，夹多层灰绿色粘土，偶尔有细砂岩盘，含水丰富，但迳流不畅。（6）第四系（Q）更新统（Q1Q3）：平均厚97m，以灰黄色、浅灰色细、中砂为主，夹多层粘土、砂质粘土，粘土层厚度变化大，含铁猛结核；上部夹青灰色淤泥；底部砂层为棕色锈黄色，富含铁猛结核，与下伏上新统分界明显。更新统是区内主要供水水源。全新统（Q4）：厚1528m，平均20m。以土黄色砂质粘土为主，夹不稳定细粉砂薄层。在1520m褐灰色砂质粘土中，富含有机质和大量螺蚌贝壳碎片。1.2.2构造（1）井田基本构造形态张集煤矿位于谢桥向斜北翼，地处陈桥背斜的东南倾伏端，总体形态呈扇形展布的单斜构造，地层走向呈不完整的弧形转折。西段地层走向在北西75左右，中段急转东西，北东方向，至北段大致向正北延伸。地层倾角平缓稳定，中央石门以西为10左右，以东25，工业场地以南至向斜轴一般为15，局部30，并有明显的波状起伏。（2）断层矿井北部边缘及煤矿主体是一组以北西向为主的正断层，北部边缘断层走向大致平行于陈桥背斜轴，呈树枝状发育。往南，断层走向逐渐向南偏转。总体上，断层围绕着背斜的转折端，组成了放射状的断裂系统，显示出背斜在褶皱隆起过程中的张裂性质；在变位特征上，该组正断层大多向南倾斜，呈现出由北向南逐渐下降的阶梯式组合。矿井南缘向斜的深处，是与推覆构造有关的一组逆冲或反冲断层，平面上，它们大体平行于向斜轴和阜风断层伸展，是推覆断裂的分枝，垂直向上，呈波状及铲式形态，深延并汇入主推覆面。 区内北东向断层减少。1.3煤层特征各层煤均为黑色，主要煤层以粉状为主，局部为块状，弱玻璃光泽油脂光泽，粉状煤疏松，易染手，块状煤较硬，内生裂隙发育，局部有黄铁矿薄膜充填。煤岩成分亮煤为主，次为暗煤，夹镜煤条带，少量丝炭，属于半亮型半暗型。 20、17-1、9-1、7-1、4-2煤层，块状为主没，暗淡油脂光泽、暗煤为主，含亮煤和镜煤细条带，结构均一，属于半暗型暗淡型。13-1煤层平均厚度近5m，煤层结构简单。煤层倾角35，平均4。131煤层上部为粉末或鳞片状，下部为快状结构，弱玻璃光泽。煤岩成分以亮煤为主，有暗煤夹亮煤条带，属半暗半亮型。煤层顶、底板岩层分布情况见表2.2所示。地质勘探钻孔测定的131煤层瓦斯含量平均为6.88 ，原预计131煤层瓦斯相对涌出量最大值为13 。煤层有煤尘爆炸危险性，并具有自然发火危险，一般发火期36个月。1.4其他开采技术条件1.4.1瓦斯以沼气成分小于70%和 含量小于2ml/g。 “经查地质报告”选用有关煤层实测最大瓦斯含量计算煤层吨煤瓦斯涌出量的基础，采用黎金公式计算，开采 煤层时，最大瓦斯涌出量为23.10 （采样标高-744.15m），其中第一水平据三6孔 煤层-601.49m取样、计算，最大瓦斯涌出量10.474 ，据此确定本矿井瓦斯等级为高瓦斯矿井。1.4.2煤层自燃与煤尘爆炸按煤层自燃倾向等级分类表标准，本区煤的自燃倾向为： 下和 煤层为很易自燃不易自燃； 和 煤层为很易自燃不易自燃； 煤层为很易自燃；其他煤层均以不自燃为主。根据生产矿井资料，目前开采煤层均有自然发火危险，一般发火期36个月，其中-8、 、 煤层自燃性较强。1.4.3地温据有关资料推测，本区恒温带深度为30m,温度为16.8。地温梯度一般以3.0/百m为主，属地温异常区。各煤层第一水平大部分快段地温高于31，处于一级热害状态，局部块段大于37，进入二级热害范围。1.4.4水文地质（1）区域水文地质：淮南煤田位于华北冲击平原南缘，地形呈西北高、东南低的趋势。新生界上部松散层孔隙水与地表水体联系密切，而与深部水一般无水力联系。基岩水文地质条件受主要断裂所控制，其中走向逆冲断层将复向斜盆地切割成北、中、南三个水文地质分区，中区由于受到南北两条逆冲断层阻水构造的影响，灰岩裸漏区的补给水源受到限制，又遭到部分斜切断层的分割阻隔，成了封闭型的水文地质条件，因此，基岩地下水以存贮量为主。（2）井田水文地质张集井田位于区域水文地质分区的中区偏西部之南缘，全区被第四系松散层所覆盖。矿井主要充水因素为新生界松散层孔隙含水组、二迭系砂岩裂隙含水组合石炭系太灰及奥灰岩融裂隙含水组三部分。1.4.5用途张集矿煤质属13焦煤为主的多种优质炼焦煤和动力煤，深部出现肥煤、焦煤和瘦煤等，并有丰富的煤层气、高岭土等煤炭伴生资源；煤质优良，具有特低硫、特低磷、高发热量、高灰熔点、粘结性强、结焦性好等优点。2 井田开拓2.1井田境界及可采储量2.1.1井田境界本井田西部与谢桥矿井毗邻，以F209断层为界；三线以北以1煤层露头线为界；北及东北部与顾桥矿井毗邻，以F143，F109，F211断层为界；东南部以 煤层1000m等高线的地面投影线为界；南部以谢桥古沟向斜轴为界。本井田境界的确定，充分利用了断层，1煤层露头线，向斜轴等自然条件，界定明确。本井田走向长约7km，倾斜宽约8.5km，井田面积约60 。井田赋存状况见示意图如图2.12.1.2地质储量及可采储量全矿井共有地质储量A+B+C+D级1683.81Mt，工业储量A+B+C级1269.57Mt。 全矿井有经济储量879.73Mt，按采区回采率计算，可采储量为685.89Mt，占全矿井工业储量的54.03%。第一水平（-600m以上部分下山煤）经济储量为357.13Mt，按采区回采率计算，可采储量为278.78Mt，占一水平工业储量的55.27%。本次储量计算是在地质报告提供的1：5000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量是由煤层面积、容重及厚度相乘所得，其公式一般为：Zg=SMR （2.1）其中： Zg矿井的工业储量， t； S 井田的倾斜面积， ； M煤层的厚度， m； R 煤的容重， ，取R=1.4 。煤柱损失量可按下列公式计算：Z=LBMR （2.2）其中： Z边界煤柱损失量， m； L边界保护煤柱宽度， m； B边界长度， m； M煤层厚度， m； R煤的容重， ，取R=1.4 。2.1.3矿井设计生产能力及服务年限（1）矿井生产制度本矿设计生产能力按年工作日330天计算，采用“三八”制，即每天三班作业，二班班采煤，一班检修，同时实行随机检修的工作制度，每天提升时间为14小时。（2）矿井设计生产能力及服务年限本矿井可采储量为879.73Mt，其中第一水平244.11Mt。本设计为第一水平 ，设计水平生产能力为400万吨/年。煤矿矿井采矿设计手册规定，大型矿井的水平服务年限应大于30年。服务年限计算如下： （2.3）式中：T计算服务年限，年； 可采储量，吨； A年产量，吨； K储量备用系数。本设计取K=1.4。代入数据，计算得符合煤矿矿井采矿设计手册规定，大型矿井的水平服务年限应大于30年。 2.2井田开拓2.2.1矿井开拓基本问题井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需认真研究。1. 确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置；2. 合理确定开采水平的数目和位置；3. 布置大巷及井底车场；4. 确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；5. 进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；6. 合理确定矿井通风、运输及供电系统。确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则：1. 贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造条件。在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。2. 合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。3. 合理开发国家资源，减少煤炭损失。4. 必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态。5. 要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综掘机械化、自动化创造条件。6. 根据用户需要，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。（1） 确定井筒形式、数目、位置平硐，斜井，立井是目前煤矿普遍采用的三种形式，它们各自有各自的特点。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井则较复杂。但遇到具体情况时，应从自然地理条件，技术条件，经济条件等各方面综合考虑。井筒位置与井筒的形式、用途有密切的联系，井筒形式确定后需要正确选择其位置，但不少情况是井筒形式和位置一起确定。（2）确定井筒的形式井筒形式有三种：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。平硐开拓受地形和煤层赋存条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、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平服务年限要求。本矿井煤层倾角小，平均8，为近水平煤层，煤层露头-350m，不能用这种开拓方式。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，辅助提升能力小，提升深度有限；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技术复杂，井筒的维护也比较困难，而且维护量大，保护煤柱的损失也比立井的大；最重要的是本矿井开采13-1煤层为高瓦斯煤层，瓦斯涌出量大，需要良好的通风效果，采用斜井开拓，通风路线长，阻力大，不利于瓦斯的排出，因此，本设计排除斜井开拓方式。如果采用斜井和立井联合开拓，与立井开拓相比，除去上述斜井的一些缺点外，还要多开一个井底车场，并且运输环节多，生产系统复杂化，地面井口分散，难于管理。这种开拓方式也不合理。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。主要缺点是立井井筒施工技术复杂，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。虽然立井开拓需要较长的石门联系，但总体来说，立井开拓具有以下优点：a)承压能力强，维护工程量少，维护费用低；b)煤柱损失较斜井少，易穿冲积层和含水层；c)提升能力大，机械化程度高，易于自动控制；d)圆形断面有效面积大，通风条件好，较为经济；e)人员升降速度快。本矿井煤层倾角小，平均8，为近水平煤层；表土层厚；水文地质情况比较简单，涌水量小；井筒不需要特殊施工，经后面方案比较确定井筒形式立井开拓。主副井井口标高为+20m，井底标高为-603m。2.2.2井田开拓方案（1） 确定井筒形式、数目、位置平硐，斜井，立井是目前煤矿普遍采用的三种形式，它们各自有各自的特点。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井则较复杂。但遇到具体情况时，应从自然地理条件，技术条件，经济条件等各方面综合考虑。井筒位置与井筒的形式、用途有密切的联系，井筒形式确定后需要正确选择其位置，但不少情况是井筒形式和位置一起确定。（2）确定井筒的形式井筒形式有三种：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。平硐开拓受地形和煤层赋存条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、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平服务年限要求。本矿井煤层倾角小，平均8，为近水平煤层，煤层露头-350m，不能用这种开拓方式。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，辅助提升能力小，提升深度有限；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技术复杂，井筒的维护也比较困难，而且维护量大，保护煤柱的损失也比立井的大；最重要的是本矿井开采13-1煤层为高瓦斯煤层，瓦斯涌出量大，需要良好的通风效果，采用斜井开拓，通风路线长，阻力大，不利于瓦斯的排出，因此，本设计排除斜井开拓方式。如果采用斜井和立井联合开拓，与立井开拓相比，除去上述斜井的一些缺点外，还要多开一个井底车场，并且运输环节多，生产系统复杂化，地面井口分散，难于管理。这种开拓方式也不合理。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。主要缺点是立井井筒施工技术复杂，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。虽然立井开拓需要较长的石门联系，但总体来说，立井开拓具有以下优点：a)承压能力强，维护工程量少，维护费用低；b)煤柱损失较斜井少，易穿冲积层和含水层；c)提升能力大，机械化程度高，易于自动控制；d)圆形断面有效面积大，通风条件好，较为经济；e)人员升降速度快。本矿井煤层倾角小，平均8，为近水平煤层；表土层厚；水文地质情况比较简单，涌水量小；井筒不需要特殊施工，经后面方案比较确定井筒形式立井开拓。主副井井口标高为+20m，井底标高为-603m。综合以上因素，结合矿井实际情况，提出本矿井井筒布置位置如表2.1：表2.1 井筒位置坐标井筒名称XYZ主井5450024912.526.50副井5460024787.526.50风井5472525037.526.50立井开拓时，井筒布置可以有以下两个方案：方案一：立井-550m单水平开拓，由于矿井煤层倾角较小，运煤、运料、排矸等都很容易解决。采煤工艺主要为倾斜长臂综合机械化一次性全高方法回采，有少量采用走向长壁综合机械化一次性全高方法回采，掘进采用综合掘进技术。方案二：立井两水平开拓，第一水平为-500m水平，第二水平为-750m水平。立井打到-550m水平，采用暗斜井延伸至-600m水平。采煤工艺主要为倾斜长臂综合机械化一次性全高方法回采，掘进采用综合掘进技术。两方案的经济比较见表2.2经过上述经济比较，方案一相对于方案二所用费用要少，故本设计选用方案一2.2.3矿井基本巷道（1）井筒主井井筒：主井井筒净直径6.0m，全身702.9m。井筒内布置一对40t双箕(异侧装卸载)，专供提煤之用，装备冷弯方管管道和槽钢组合罐道梁，采用树脂锚杆牛腿托架固定方式；另敷设信号控制电缆架二趟。主井井筒断面和井筒特征表分别见图2.4，表2.3。 副井井筒：副井井筒净直径8.0m，全深661.5m。井筒内布置一套双钩1.5t矿车双层四车罐笼（宽）带平衡锤，用作提升生中央区矸石、上下全矿井人员材料和设备，北作为中央区进风井和矿井安全出口。井筒内装备冷弯方管罐道梁，设有梯子间和管子间，敷设排水管四趟、压风管一趟、信号通讯电缆架两坛，各种梁均采用树脂锚杆牛腿托架固定方式。副井井筒断面和井筒特征表分别见图2.5，表2.4。回风井井筒：回风井井筒净直径7.0m，全深638.5m。该井筒为矿井中央区的回风井和矿井安全出口。井筒内设有梯子间，并敷设洒水管路、沼气抽放管路和防火灌浆管路各一趟。井筒装备的防腐蚀方法：由于井筒长期处于风流之中，风速大，湿度高，尚有较大淋水，尤其是回风井筒的风流中含硫、酸等腐蚀性成分高，对井筒装备的使用寿命有很大影响。进几年来，井筒装备的防腐问题已成为科研、设计和使用单位众所关心的课题之一，针对井筒装备使用周期长，中间维护困难并要影响矿井生产具体情况，提出了多种防腐新涂料、新工艺、新方法。本设计通过分析比较，根据构建的不通功能特性，采区了一系列相应的防护方法，如梯子间中间栏、平台踏板、梯子等构建直接采用玻璃钢复合材料；罐道梁、托架等称号总构建，采用刚度较大的金属材料，以涂镀重防腐涂层进行防护；罐道是一种易磨损构建，而一般金属膜的耐磨性能较差，本设计则采用涂刷环氧聚氨酯类的耐磨防腐涂料的防护方法；对于各种管材及电缆架等金属制品均采用防渗透性能好，耐腐蚀的长效防腐处理。随着工程实践增多，从中不断摸索、改进、提高，精通装备的防腐问题定能得以解决，获得更好的防腐效果和更长的使用寿命。（2）井底车场本矿井采用分区开拓、分区通风、分区出矸和集中出煤的布置方式。煤炭运输采用胶带机，辅助运输采用单一的胶套轮齿轨卡轨车，矸石及掘进煤列车分别由10辆和14辆1.5t固定式矿井组成，材料列车由6辆5t材料车组成，运人列车由7辆PRC18型人车组成，四种列车均由CK66/900型66KW胶套轮齿轨卡轨车单机牵引。井底车场担负矿井矸石、材料、部分掘进煤（普掘面出煤）和人员的运输任务。井下矸石系数为12%，普掘面掘进煤系数为3%。车场型式选择中央区第一运输水平井底车场位于131煤层底板，-600m水平。按井下开拓布置，分东、西翼大巷和中央主石门三翼进出车。矿井达产后，主要担负中央区辅助运输任务和北区的部分辅助运输任务。车场与东、西翼轨道大巷直接相联，副井空重车线路可直接利用两翼大巷，同时又考虑到地面大铁路方位和车辆进出车方向，确定本车场型式采用卧式车场。车场调车方式人车线长度为4列车长，翻罐笼空、重车线、调车线长度取值分别与副井空、重车线、调车线相同。重车调车采用顶车方式。西翼及中央区北翼矸石列车行至副井调车线后，机车摘钩换向绕行至列车尾部将其顶入重车线，然后经联络线路行至空车线，将空列车拉向西翼轨道大巷或中央轨道石门。东翼矸石列车经联络线路行至副井调车线后，机车摘钩换向将其顶入重车线，然后再经联络线路行至空车线，将空列车拉向东翼大巷。东翼、中央区北翼及北区掘进煤列车行至翻车机调车线后，机车换向将其顶进重车线，然后绕行至空车线，将空列车拉向东翼大巷或中央轨道石门。西翼掘进煤列车行至翻车机调车线后，机车摘钩换向绕行至列车尾部将其顶入重车线，然后经通过线行至空车线将空列车拉至空车调车线，机车再次摘钩换向绕行至列车尾部将空列车拉向西翼大巷。车场通过能力根据开拓布置要求，本车场担负全矿井普掘面掘进煤、材料、设备、人员及60%的矸石运输任务。车场通过能力按下式计算： （2.4）式中： 井底车场年通过能力，kt/a；1.15运输不均衡系数； 每一调度循环时间；252一年运输工作时间和千吨的换算系数成绩；n每一调度循环进入井底车场的所有煤或矸石列车稀疏，列；m每列车的矿车数，辆；G每辆车的净载煤或矸石重量，t；井底车场掘进煤通过能力富裕系数： 井底车场矸石通过能力富裕系数： （3）主要开拓巷道主要开拓巷道包括运输石门、胶带运输大巷，轨道运输大巷。胶带运输大巷、回风大巷和轨道输大巷基本沿13号煤层底板布置，巷道坡度随煤层而有起伏,一般2-5，便于排水的需要。这三种巷道都采用一样的断面设计，半圆拱形，掘进断面20 ，净断面面积18 ，掘进高度3.9 m，宽度4.8 m。支护方式采用锚喷和砌碹两种，锚杆间排距为0.8 m，锚喷厚度0.1 m。巷道断面特征如图见图2.7、图2.8、图2.9。各主要开拓巷道的风速检验由第九章矿井通风及安全技术的风速验算可知，所选择的巷道断面符合风速要求。2.2.4矿井提升本矿井设计生产能力为4.0Mt/a。中央区工业场地内设有主井、副井和中央回风井3个井筒，并预留有第二个主井井筒位置。井口标高+25.6m，一水平标高-780m，主井提升装载水平-400m，水平服务年限43.59a。矿井年工作日300d，每天工作14h，两班提煤，一班检修。（1）主井提升装备1套50t双箕斗，井筒直径6m，选用JKMD-64()落地多绳摩擦轮提升机，由同步电动机50002双机拖动，悬挂直联，提升速度15.5m/s。（2）副井提升副井采用多绳摩擦式提升机提升一对3t矿车双层单车罐笼带平衡锤。提升机和罐笼参数见表2.10和表2.11。3 采煤方法及采区巷道布置3.1煤层地质特征3.1.1煤层地质特征本井田为全隐蔽区，钻探揭露的地层有第四系、第三系、二迭系、石炭系、奥陶系等。地层走向呈不完整的弧形转折，西段地层走向在北西75左右；中段急转东西，以东25，局部30，并有明显的波状起伏，井田内除北部边缘以及谢桥向斜轴部附近断层较发育外，主体部分构造相对较为简单。13-1煤层为主要可采稳定煤厚层，井田厚6.402.20米，平均4.44米，有95%厚度变化在3.306.00米之间，变异系数17.40%，煤层结构比较简单，局部有12层夹矸。顶底板已粘土岩为主，部分灰质页岩。在十四、十五线浅部、七线附近，顶板中有砂岩或石英砂岩 。各主要煤层层间距变化不大。煤层露头均隐伏于新生界松散层之下，风氧化带深度为基岩面宪法向下垂深30m。依照其煤层稳定且厚及电测曲线形态和煤组上下有花斑状粘土岩标志层，煤层对比可靠。本井田可采煤层煤质属中灰富灰、高挥发分、中等中高发热量、富油高油、特低硫、中硫特低磷的气煤和三分之一焦煤。主要适用于炼焦配煤和动力用煤。粉末状为主，含块状，局部呈块状。色泽为暗淡光泽油脂光泽，暗煤为主，含亮煤镜煤细条带，属于半暗型暗淡型局部半亮型。3.1.2煤层顶、底板岩石工程地质条件（1）顶、底板岩性主要可采煤层顶底板以泥岩、砂质泥岩为主，其次为粉砂岩和细砂岩。底板以泥岩、砂质泥岩为主，局部有粉细砂岩、细砂岩。（2）工程地质特征煤系地层岩石大多胶结良好。砂岩抗压强度较高，抗风化能力强，工程地质条件良好。泥岩、砂质泥岩的力学强度相对较低，断层面附近构造带及风化带均属较弱带，工程地质条件均不良。主要可采煤层顶板泥岩、砂质泥岩抗压强度为13.3-47.75MPa,易坍塌冒落。粉细砂泥岩抗压强度为52.68-73.3MPa,细砂岩抗压强度99.62-175.9MPa，岩性致密坚硬，物理力学性质高，顶板不易坍塌。底板岩性主要为泥岩、砂质泥岩，抗压强度14.3-85.6MPa,岩性多松散且易破碎，在巷道或工作面局部可能产生底鼓，粉细砂岩底板抗压强度52.68-193.4MPa,一般不易发生底鼓现象。3.1.3瓦斯以沼气成分小于70%和 含量小于2ml/g。燃做为瓦斯风化带的分界指标，本区瓦斯风化带底界确定为距基岩顶界面垂深200m。“经查地质报告”选用有关煤层实测最大瓦斯含量计算煤层吨煤瓦斯涌出量的基础，采用黎金公式计算，开采 煤层时，最大瓦斯涌出量为23.10 （采样标高-744.15m），其中第一水平据三6孔 煤层-601.49m取样、计算，最大瓦斯涌出量10.474 ，据此确定本矿井瓦斯等级为高瓦斯矿井。3.1.4煤层自燃与煤尘爆炸按煤层自燃倾向等级分类表标准，本区煤的自燃倾向为： 下和 煤层为很易自燃不易自燃； 和 煤层为很易自燃不易自燃； 煤层为很易自燃；其他煤层均以不自燃为主。根据生产矿井资料，目前开采煤层均有自燃发火危险，一般发火期36个月，其中-8、 、 煤层自燃性较强。3.1.5地温据有关资料推测，本区恒温带深度为30m,温度为16.8。地温梯度一般以3.0/百m为主，属地温异常区。各煤层第一水平大部分快段地温高于31，处于一级热害状态，局部块段大于37，进入二级热害范围。3.1.6水文地质（1）区域水文地质淮南煤田位于华北冲击平原南缘，地形呈西北高、东南低的趋势。新生界上部松散层孔隙水与地表水体联系密切，而与深水部分一般无水力联系。基岩水文地质条件受主要断裂所控制，其中走向逆冲断层将复向斜盆地切割成北、中、南三个水文地质分区，中区由于受到南北两条逆冲断层阻水构造的影响，灰岩裸漏区的补给水源受到限制，又遭到部分斜切断层的分割阻隔，成了封闭型的水文地质条件，因此，基岩地下水以存贮量为主。（2）井田水文地质张集井田位于区域水文地质分区的中区偏西部之南缘，全区被第四系松散层所覆盖。矿井主要充水因素为新生界松散层孔隙含水组、二迭系砂岩裂隙含水组合石炭系太灰及奥灰岩融裂隙含水组三部分。3.2 采（盘）区或带区巷道布置及生产系统3.2.1 带区和盘区的位置和划分该煤田分为五大区，具体见表3.1。在带区下部有两条煤层集中平行，连通各个分带之间的斜巷，以便行人通风，运输煤炭。胶带煤层平巷布置胶带，与带区煤仓相连，兼做回风用。轨道煤层平行通过进风斜巷与轨道大巷连接，主要用于材料运输，通风行人。 3.2.2 生产系统带区内的开采采用俯斜开采，即工作面沿倾向由上到下采。通风方式采用U型通风方式，这种通风方式有风流系统简单，漏风小的优点。风流线路为：副井井底车场轨道石门轨道大巷带区进风斜巷工作面进风顺槽工作面工作面回风轨道顺槽带区回风斜巷回风大巷回风石门中央风井。运煤系统为：工作面工作面进风顺槽采区煤仓胶带机大巷胶带石门井底煤仓（南北）主井。运料系统为：副井井底车场轨道石门轨道大巷带区进风斜巷工作面进风顺槽工作面。运矸系统为：工作面工作面进风顺槽带区进风斜巷轨道大巷井底车场井底煤仓副井。3.2.3 带区内同采工作面数的确定综合考虑煤层开采条件、开采顺序、运输能力、机械化程度、管理水平、采掘接替等因素，在东、西带区内各布置一个工作面。即两面生产，一面备用。3.2.4 煤层和工作面的开采顺序和接替顺序本井田主采煤层为13-1煤层，由于斜巷采用沿空掘巷，因此带区内采用跳采，开采顺序如下图3.2所示：3.2.5 确定带区各种巷道的尺寸、支护方式及通风方式（1）尺寸带区巷道的尺寸应能满足工作面运煤、辅助运输和通风的需要，由此确定巷道的尺寸为5000mm4300mm。图见第二章。（2）支护方式采用锚网支护，锚索补强，这种支护方式经济效益好，且掘进速度快。（3）掘进通风采用压入式局扇进行通风，局扇应在新鲜风流处。为了防止回风短路，在巷道设置风门，具体位置见带区巷道布置图。3.2.6 确定带区生产能力为实现高产高效，达到良好的经济效益，本矿井采用两个工作面开采。因此，两带区工作面的生产能力必须达到400万t/a（ 设计生产能力）。本带区工作面布置为一次采全高综采工作面，工作制度为“三八制”，两班采煤，一班检修。进刀方式为工作面端部斜切进刀，双向割煤，往返一次割两刀,每刀进尺0.6m。（1）采煤机工作方式和进刀方式由于采区内煤层赋存稳定，倾角较小，所以采用采煤机双向割煤，追机作业；前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤；在工作面端部斜切进刀，上行下行均割煤，往返一次进两刀；采煤机过后先移架后推移刮板运输机。两工序分别滞后采煤机后滚筒510m和1218m。采用割三角煤工作面端部斜切进刀方式。进刀过程如下：当采煤机割至工作面端头时，其后的运输机槽移近煤壁。 (见图（a）)；调换滚位置，前滚筒降下、后滚筒升起、并沿运输机弯曲段返向割入煤壁，直至运输机直线段为止。然后将运输机移直(见图（b）)；再调换两个滚筒上、下位置，重新返回割煤至运输机机头处(见图（c）)；将三角煤割掉，煤壁割直后，再次调换上、下滚筒位置，返程正常割煤(见图（d）)。（2）进刀时间计算 每割一刀煤所需的时间纯割煤的时间 （3.1）式中：L工作面长度m，工作面长度为220m；斜切段长度，m，为20m；v采煤机正常割煤牵引速度，m/min，取4m/min；采煤机单向割煤牵引速度，m/min，取6m/min。则 =（220-220）/4+220/6=51.7min割煤空行时间 (3.2)式中： 采煤机空刀运行时的牵引速度，m/min，取10 m/min。则 =20/10=2 min必须的间歇时间 必须的间歇时间