平沟煤矿1.2Mt新井通风与安全设计1

1、目 录一般部分设计1 矿区概述及井田地质特征 . . 11.1矿区概述 . 11.1.1 矿区地理位置 . 11.1.2 矿区气候条件 . 21.1.3 矿区的水文情况 . 21.2 井田地质特征 . 21.2.1 煤系地层 . 21.2.2 水文地质特征 . 41.3 煤层特征 . 61.3.1 可采煤层 . 61.3.2 煤的特征 . 71.3.3 瓦斯，煤尘及自燃 . 82 井田开拓 . 92.1井田境界及开采储量 . 92.1.1 井田境界 . 92.1.2 矿井储量计算 . 92.1.3设计生产能力及服务年限 . 142.2 井田开拓 . 152.2.1井田开拓的基本问题 . 152

2、.2.2 矿井基本巷道 . 242.2.3 井下运输设备选择 . 312.2.4 矿井提升 . 373 采煤方法及带区巷道布置 . . 403.1煤层地质特征 . 403.1.1带区位置 . 403.1.2带区煤层特征 . 403.1.3煤层顶底板岩石构造情况 . 413.1.4水文地质 . 413.1.5地质构造 . 413.1.6地表情况 . 413.2 带区巷道布置及生产系统 . 423.2.1带区准备方式的确定 . 423.2.2带区巷道布置 . 423.2.3带区生产系统 . 433.2.4带区内巷道掘进方法 . 443.2.5带区生产能力及采出率 . 453.2.6带区车场选型设计

3、 . 463.3 采煤方法 . 463.3.1 采煤工艺方式 . 463.2.2回采巷道布置 . 594 矿井通风 . 604.1矿井通风系统选择 . 604.1.1矿井地质概况 . 604.1.2开拓方式 . 604.1.3开采方法 . 604.1.4矿井通风方式的选择 . 614.1.5主要通风机工作方式的选择 . 624.2带区通风 . 624.2.1井下通风构筑物 . 624.2.2带区通风要求： . 644.2.3工作面通风方式的确定 . 644.3掘进通风 . 664.3.1掘进工作面通风方式 . 664.4.2掘进工作面的风量计算 . 684.4.3局部通风机的选取 . 694.

4、4.4矿井所需风量 . 694.4.5风量分配 . 724.5矿井通风阻力 . 734.5.1计算原则 . 734.5.2通风容易时期和困难时期的确定 . 734.5.3矿井最大阻力路线 . 774.5.4计算矿井摩擦阻力和总阻力： . 794.5.5个时期的矿井总风阻和总等积孔 . 814.6矿井主要通风机的选型 . 814.6.1选择通风机的基本原则 . 814.6.2电动机选型 . 864.6.3矿井主要通风设备的配置及要求 . 864.6.4矿井通风费用概算 . 874.7矿井反风措施及装置 . 884.7.1矿井反风的目的意义 . 884.7.2反风方法及安全可靠性分析 . 885

5、矿井安全技术措施 . . 895.1矿井安全概况 . 895.2矿井火灾 . 905.2.1矿井自燃发火概况 . 905.2.2地热灾害 . 905.2.3井下火灾的措施 . 905.3矿井瓦斯 . 915.3.1矿井瓦斯地质条件 . 915.3.2预防瓦斯事故措施 . 925.4矿尘 . 925.4.1矿尘的危害及治理 . 925.4.2事故预防及处理计划的编制 . 97 参考文献 . 100 专题部分设计我国矿井瓦斯抽放技术现状的分析 . . 101 摘 要 . 1021 瓦斯抽放技术的发展与现状 . 1021.1瓦斯抽放技术的发展情况 . 1021.2瓦斯抽放率 . 1031.3瓦斯抽放

6、技术的发展 . 103 2瓦斯抽放的目的、条件及意义 . 104 3瓦斯抽放系统的构成 . 104 4瓦斯抽放基本参数 . 108 5瓦斯抽放技术分析 . 110 6国内矿井瓦斯抽放率低的原因分析 . 115 7提高矿井瓦期抽放率的途径 . 117 8对瓦斯抽放的几点看法 . 118 9结论 . 118 参考文献 . 120 翻译部分Mitigation of Methane Emissions from Coal Mine Ventilation Air . 122 中文翻译 . 127 煤矿通风系统中瓦斯散发的控制 . . 127 致 谢 . 131中国矿业大学2011届本科毕业生设计（论

7、文）一般部分设计中国矿业大学2011届本科毕业生设计（论文） 第 1 页1 矿区概述及井田地质特征1.1.1 矿区地理位置平沟煤矿位于安徽省淮北市濉溪县内。本设计主要设计的是平沟新矿井平沟矿。平沟矿西以省界与河南省永城市毗邻，东距濉溪县约10km ，东北距淮北市约13km 。其地理坐标为：东经：116º3730"116º4115"北纬：33º5430"33º5800" 图1-1 平沟矿交通位置示意图矿井东东南浅部以土楼断层和平沟一矿为界，西西北以省界与河南省永城市的新庄煤矿相接。矿井交通十分方便，濉溪县至永城市公路

8、从矿区通过，可直接接通河南省和安徽省内公路网。矿井铁路专用线经濉溪站转接京沪、陇海和京九三大干线通往全国各地，交通极为便利，如图1-1所示。1.1.2 矿区气候条件本区气候温和，属北温带季风区海洋大陆性气候。气候变化明显，四季分明。冬季寒冷多风，夏季炎热多雨，春秋两季温和。据淮北市气象局19802000年观测资料，年平均气温14.3，最高气温40.3（1988年7月8日），最低气温-10.9（1988年12月16日）。年平均降雨量785mm ，雨量多集中在7、8月份。最大冻土深度0.17m ，年平均风速2.2m/s，最大风速达20 m/s,主导风向东东北风。无霜期210240天，冻结期一般在1

9、2月上旬至次年2月中旬。 1.1.3 矿区的水文情况本矿地处淮北平原中部。矿区内地势平坦，地表自然标高+30m+32m左右，有自西北向东南倾斜趋势。基岩无出露，均为巨厚新生界松散层覆盖。本区属淮河流域。区内有王引河、丁沟、任李沟、曹沟等小型沟渠自西北向东南经矿区后，再经沱河注入淮河。矿区内农用灌沟纵横，零星坐落这几个村庄。 地表下潜水丰富，一般居民生活用水及部分工业用水皆取于此。1.2 井田地质特征矿井东东南浅部以土楼断层和平沟一矿为界，西西北以省界与河南省永城市的新庄煤矿相接。井田走向长度为5.085.71km，平均走向长度为5.62km ，倾斜宽为2.383.63km，平均为3.26 km

10、，平均倾角为7.13度，井田水平宽度为2.713.04 km，水平面积为18.05平方公里。1.2.1 煤系地层图1-2 综合地质柱状图 平沟二矿属于淮北煤田濉肖矿区，位于淮北煤田中西部，在地层区划分上属于华北地层区鲁西地层分区徐宿小区。本区地层出露甚少，多为第四系冲、洪积平原覆盖。矿井范围内无基岩出露，均为新生界松散层所覆盖，经钻孔揭露地层有奥陶系（O1+2）、石炭系（C2+3）、二叠系（P ）、第三（N ）和第四系（Q ），地层厚度大于1500m ，见图1-2，由老至新概述如下：（1）奥陶系（O ）奥陶系中、下统老虎山组马家沟组（O2l-O1m ），层厚度118.89m 。岩性为浅灰色厚层

11、状的石灰岩，质纯、性脆、微晶结构，局部含白云质，高角度裂隙发育。 （2）石炭系（C ）地层厚度129.73m ，为本溪组和太原组。1）中统本溪组（C2b ）地层厚度14.1823.10m。岩性以浅灰色到暗红色的杂色含铝泥岩为主，夹有少量的泥质灰岩。含铝泥岩为中厚层状，含有铁质结核及菱铁鲕粒。与下伏奥陶系地层呈假整合接触。2）上统太原组（C3t ）地层厚度115.55m 。岩性以深灰色的泥岩、粉砂岩及灰色的砂岩为主，灰到深灰色的石灰岩次之，夹少量的薄煤层。泥岩、粉砂岩中多见有炭屑或植物化石碎片 。下伏本溪组地层呈整合接触。 （3）二叠系（P ） 1）下统山西组（P1s ）下部以太原组顶部一灰之顶

12、为界，上界为铝质泥岩之底。地层厚度84.00124.00m，平均108.50m 。岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。含2个煤层（组），其中6煤层为本矿井主要可采煤层之一。 2）下统下石盒子组（P1xs ）下界为4煤层下铝质泥岩底界面，上界为K3砂岩底界面，地层厚度201.80248.20m，平均227.10m 。岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩、铝质泥岩和煤层组成，为本矿井主要含煤段。含4个煤层（组），除3煤层为局部可采煤层、4煤层为矿井主要可采煤层外，其余均为不可采煤层。与下伏地层呈整合接触。 3）上统上石盒子组（P2SS ）下界为K3砂岩之底，未见上界，最大厚度约为298.58m ，岩性由砂岩、

13、粉砂岩和泥岩组成，自下而上, 泥岩、粉砂岩颜色变杂，紫色绿色增多。含3个煤层（组），均不可采。与下伏地层呈整合接触。（4）上第三系（N ）总厚5.9067.20m，平均厚度28.94m 。不整合于二迭系地层之上。 （5）第四系（Q ）1）更新统（Q1-3）总厚38.8093.70m，平均厚度63.97m 。与第三系呈假整合接触。下部主要由浅黄色及浅灰绿色、灰白色细、中砂组成，其中夹12层粘土或砂质粘土；部主要由棕黄色夹浅灰绿色粘土、砂质粘土组成，夹13层砂或粘土质砂，顶部含有较多钙质或铁锰质结核。 2）全新统（Q4）厚度为20.1839.80m，平均厚度32.79m 。以褐黄色细砂、粉砂、粘土

14、质砂为主，夹粘土及砂质粘土，含螺蛳、蚌壳化石，近地表为耕植土壤，属现代河流泛滥相沉积。 1.2.2 水文地质特征本矿为第三、四系松散层覆盖下的裂隙充水矿床。根据含水层赋存介质特征自上而下划分为第三、四系松散层孔隙含水层（组），二叠系煤系砂岩裂隙含水层（段），太原组石灰岩岩溶裂隙含水层（段），奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层（段）。各含水层（组、段）之间又分布有相应的隔水层（组、段），因此各含水层（组、段）自然状态下补给、迳流、排泄条件显著不同，从而在水化学特征上也存在明显的差别。根据钻探及测井、抽（注）水试验、简易水文观测、水文长观孔及巷道、工作面实际揭露的水文地质资料，对本矿主要含水层水文地质特征

15、叙述如下： （1）新生界松散层含、隔水层（组） 1）第一含水层（组）一般自地表垂深35m起，底板埋深28.0041.60m，平均33m 。含水层主要由浅黄色粉砂、粘土质砂及细砂组成，夹薄层砂质粘土，局部含有砂礓块。含水砂层厚度为15.0028.60m，平均22m 。2）第一隔水层（组）底板埋深53.5086.60m，平均深度72m ，由棕黄色夹浅灰绿色斑块的粘土及砂质粘土组成，其中夹25层砂或粘土质砂。粘土类两极厚度14.0045.60m，平均厚度29.50m 。粘土塑性指数为14.2026.80。粘土类质纯致密，可塑性较强。该层（组）分布稳定，隔水性能较好，能阻隔其上、下的含水层的水力联系。

16、 3）第二含水层（组）底板埋深72.30105.60m，平均埋深88m ，由浅黄色及浅灰色绿色、灰白色细、中砂夹14层粘土或砂质粘土组成。含水砂层厚3.7031.70m，平均11.00m 。砂层分布不稳定，厚度变化大，局部地段仅有相应的层位，无明显的含水砂层存在，由于含水砂层发育分布不均，富水性也相对强弱不一。 4）第二隔水层（组）底板埋深99.30120.00m平均埋深105m ，隔水层厚度4.9022.60m。岩性以棕黄色、浅灰绿色的粘土或砂质粘土为主，部分夹13层砂或粘土质砂，呈透镜状分布。 5）第三含水层（组）底板埋深112.60170.60m，平均138m 。岩性以灰白色、浅黄色细砂

17、、中砂及少量粗砂为主，夹13层粘土或砂质粘土。含水砂层分布不稳定，两极厚度5.843.70m，平均厚度21.60m 。6）第三隔水层（组）本层（组）底部深度112.00191.80m。其不整合于二迭系之上，主要由灰绿色、浅黄色粘土及砂质粘土夹13层砂层组成，偶夹钙质及铁锰质结核。隔水层两极厚度037m，平均厚度11.80m 。粘土层可塑性好，膨胀性强，塑性指数18.221.0，隔水性良好。本矿内三隔在大部分地带均能起到较好的隔水作用，使三含之水不能成为矿井的直接充水水源。（2）二叠系煤系含、隔水层（段） 1）五含上隔水层（段）除部分地段该层位缺失外，厚度为68215.59m，一般大于100m

18、，岩性为泥岩、粉砂岩、砂岩相互交替，以泥岩、粉砂岩为主，砂岩裂隙不发育，穿过该层段的钻孔冲洗液只有02-1、03-4等少数孔发生漏失现象，说明该层段的隔水性能较好。2）第五含水层（段）（K3砂岩裂隙含水层）岩性主要由灰白色中、粗砂岩组成，厚约30m ，岩体刚性强，是岩层受力区构造破裂极为发育的介质条件。该层段厚度大，分布稳定，垂直裂隙发育。在钻探过程中曾多次发生涌漏水现象，有些孔漏失严重，据主检孔抽水试验资料，平均q=0.1613l/s.m，K=12.07m/d，水位标高+0.04m，水化学类型为SO4.Cl- Na. Ca类型，矿化度为1.97g/L。 3）K3砂岩下隔水层（段）主要由泥岩、

19、粉砂岩夹少量砂岩组成，除少数孔缺失该层段外，厚度为5085m，穿过该层位的钻孔只有个别钻孔冲洗液发生漏失现象，说明该层（段）的隔水性是好的。 4）第六含水层（段）（区域5煤上下砂岩裂隙含水层）六含主要由13层灰白色中、细粒砂岩夹泥岩或粉砂岩组成。砂岩厚度330m，一般厚度15m 左右，其岩性致密，坚硬，裂隙发育，据风检和副检孔抽水试验资料，平均q=0.00240.7563l/s.m，K=0.007512.89m/d，水化学类型为SO4-K+ Na. Ca类型，矿化度为2.1782.242g/L。以上资料说明，六含砂岩裂隙发育不均一，局部裂隙发育好，富水性中等。 5）4#煤上隔水层（段）此层（段

20、）间距3381m，主要由泥岩、粉砂岩夹12层砂岩组成，岩性致密完整，裂隙不发育，只有个别孔出现冲洗液漏失现象，此层（段）隔水性能较好。6）4#煤上、下砂岩裂隙含水层岩性以灰白色中、细粒砂岩为主，夹泥岩、粉砂岩。七含砂岩厚度4.5041.20m，平均20.20m ，见表5107。七含在本矿中部和9线以北砂岩厚度较大，含水性相对较强。据钻孔抽水试验资料q=0.04360.0921l/s.m，K=0.10090.1897m/d，富水性弱。水化学类型为SO4-K+ Na 类型，矿化度为2.3173.412g/L。以上资料表明该含水层富水性较好，但含水性、导水性很不均一，局部较强。其地下水处于封闭半封闭

21、环境，以储存量为主。是开采4煤层的直接充水水源。7）4煤下铝质泥岩隔水层(段此层段厚度为2065m。一般厚度为25m 左右，岩性以铝质泥岩为主，局部夹薄层砂岩，该铝质泥岩为浅灰灰白色，含紫色花斑，性脆含较多菱铁鲕粒，岩性特征明显，层位、厚度稳定，是中、下部煤组的分界。其岩性致密，隔水性能较好。8）6煤上下砂岩裂隙含水层该含水层砂岩厚度5.2049.87m，平均21.50m 左右。岩性以灰白色中、细砂岩为主，夹灰色粉砂岩及泥岩。砂岩裂隙发育不均，局部多发育垂直裂隙。6煤上砂岩在14勘探线以北厚度较大，含水较丰富。在勘探施工时，曾发生多次冲洗液消耗量大或漏失现象。据12-13-1孔抽水试验，q=0

22、.0104l/s.m，K=0.0383m/d，水化学类型为SO4-K+ Na类型，矿化度为3.693g/L。据2005年04-4（水17）钻孔流量测井资料，八含水位标高为-147.204m ， K=1.13m/d。6煤上下砂岩裂隙含水层流量测井资料。6煤上下砂岩裂隙含水层是开采6煤层时矿井直接充水含水层。 本矿井最大涌水量为683.40m3/时，正常涌水量为525.44 m3/时。1.3 煤层特征1.3.1 可采煤层本矿井可采煤层有4、6两个个煤层，其煤层特征见表1-1。 （1）4煤层位于下石盒子组下部, 上距3煤层012.30m,平均5.0m 。下距分界铝质泥岩2460.50m，平均37.5

23、0m 。煤层结构简单，无夹矸。煤层厚05.04m，平均3.0m ，属中厚煤层。可采性指数91.0%，变异系数39%，可采区内平均厚度为3.0m ，可采面积占92.7%，属较稳定煤层。煤层顶板以泥岩为主，粉砂岩次之，中部为少量砂岩；底板以泥岩为主，次为粉砂岩。 （2）6煤层位于山西组中部，上距铝质泥岩3970m，平均55.5m ；下距太原组第一层灰岩40.565m，平均53.4m 。煤层结构简单，以单一煤层为主，局部含一层泥岩夹矸。以中厚厚煤层为主，煤层厚度0.555.13m,平均2.9m 。可采性指数97.5%，变异系数26%，可采区内平均厚度为2.9m ，可采面积94.6%，属较稳定煤层。在

24、矿井的东北部具岩浆岩侵区和冲刷区，煤层顶板以泥岩为主，粉砂岩次之，少量砂岩，底板多为泥岩和粉砂岩。 综上所述，4、6煤层为全区可采，结构较简单的较稳定中厚煤层, 下面的设计只针对这两层煤。表1-1 可采煤层特征表 1.3.2 煤的特征煤的物理性质见表1-2。 煤岩特征特征见表1-3。 煤的化学性质（1）挥发分（Vdat ）本矿井各煤层均属低挥发分煤。4、6煤层的挥发分产率见表1-4表1-4 各煤层挥发分产率统计 贫煤挥发分一般在10%15%之间，无烟煤挥发分一般在8%10%之间。本矿井各煤层挥发分产率与煤层相对深度有一定的相关性。在纵向上由浅到深，挥发分产率逐渐减小；在平面上，沿走向自东向西有

25、逐渐减小的趋势。本矿井挥发分产率总体较低，与淮北煤田大部分矿井相比较，显示出较高异常，说明本区在接受深成变质的同时，还受到岩浆热力变质作用。 1.3.3 瓦斯，煤尘及自燃 （1）瓦斯根据精查地质报告的瓦斯地质资料，全矿井最大绝对瓦斯涌出量为5.622 m3/min,最大相对瓦斯涌出量为1.732m 3/t，矿井瓦斯等级应定为低瓦斯矿井。 （2）煤尘和煤的自燃据煤尘爆炸，测试结果，各煤层火焰长度为2540mm，均有爆炸危险性，须通入2045%的岩粉方能抑制爆炸。建议采用湿式打眼、煤层注水、放炮喷雾、净化水幕、转载点喷雾、冲洗巷帮等综合防尘措施。据煤的自燃发火倾向测试结果，各煤层均属不自燃发火煤层

26、（级）。2 井田开拓2.1.1 井田境界平沟二矿位于安徽省淮北市濉溪县刘桥镇境内。西以省界与河南省永城市毗邻，东距濉溪县约10km ，东北距淮北市约13km 。矿井范围东东南浅部以土楼断层和平沟一矿为界，西西北以省界与河南省永城市的新庄煤矿相接。井田走向长度为5.08-5.71km ，平均走向长度为5.62km ，倾斜宽为2.38-3.63km ，平均为3.26 km，平均倾角为约为7度，井田水平宽度为2.71-3.04 km，水平面积为18.32平方公里。 2.1.2 矿井储量计算1构造类型煤层内倾角为4°15°，褶曲与断层均较发育，无岩浆活动，为中等构造地区，属于第二类

27、。2 矿井工业储量矿井工业储量是指在井田范围内，经地质勘探，煤层厚度和质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚。根据已看勘探的煤种以贫煤为主，其次是无烟煤，由表2-1知最低可采厚度为0.7m 。 本矿井设计对4，6煤层进行开采设计，它们的厚度分别为3.0、2.9，基岩无出露，均为巨厚新生界松散层覆盖。本次储量计算是在精查地质报告提供的1：5000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。4煤层和6煤层，采用块段法计算工业储量。地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征，将矿体划分为若干块段，在圈定的块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量。煤层总储量即为各块段储量之和，每个块段内至少应有一个以上的钻孔。块段划分如图2-1所示。 图2-1 块段划分示意图根据煤炭工业设计规范，求得以下各储量类型的值： （1）矿井地质资源量矿井地质资源量可由以下等式计算：0. 000001z Z m F = （2-1） 式中：z Z 矿井地质资源量，Mt ； m 煤层平