矿井工作面通风设计浅谈(2007采矿张瑞功)

1、山西大同大学继续教育学院毕 业 论 文（设计）题目：矿井工作面通风设计浅谈 级 别 2007 专 业 采矿工程 函授站点 阳泉 班 级 2007级 姓 名 张瑞功 指导教师 2010 年 7 月 13 日 山西大同大学继续教育学院毕业论文（设计）指导意见书论文题目：矿井工作面通风设计浅谈姓名：张瑞功级别及专业：2007级采矿工程指导教师姓名：指导老师电话：指导教师指导意见：指导教师签名： 年 月 日交修改稿时间：备注： 山西大同大学继续教育学院毕业论文（设计）评审意见书论文（设计）题目：矿井工作面通风设计浅谈姓名：张瑞功班级：2007级采矿工程评审教师姓名：职称：评审教师评语： 签名： 年 月

2、 日建议成绩： 目 录一、矿井及工作面基本情况（一）矿井概况（二）工作面概况及地质条件（三）工作面生产工艺及设备（四）工作面瓦斯涌出量分析二、工作面通风系统设计（一）工作面通风系统设计（二）工作面风量设计（三）减少工作面漏风措施（四）工作面通风设施及保证风流稳定可靠的措施（五）工作面回风巷及专用排瓦斯巷的通风管理三、工作面抽采设计四、工作面瓦斯监测系统五、粉尘防治（一）开采煤层的煤尘爆炸危险性（二）工作面防尘供水系统（三）工作面采煤、降柱、移架和放煤时的防尘措施（四）工作面煤层注水防尘设计（五）工作面及顺槽积尘的清洗（六）工作面隔爆水棚的布置（七）工作面扬尘测定制度六、防灭火管理（一）开采煤层

3、自燃倾向性，自然发火期及历年来发火情况（二）自然发火预测预报指标（三）防灭火措施矿井工作面通风设计浅谈作者 张瑞功 指导教师 摘要 本文以阳煤集团一矿15#煤S8103综采放顶煤工作面为例，对矿井工作面通风设计谈了一些做法。在结合邻面开采资料、对瓦斯涌出量进行合理预计的基础上，通风系统采用“U+I”型一进三回通风系统，科学合理地确定了工作面配风量。根据瓦斯主要为邻近层涌出的特点，采用走向高抽巷技术，能够较好解决邻近层抽采。针对大采长工作面实际，采用双瓦斯尾巷技术，增大了风排瓦斯能力，有效解决了上隅角瓦斯问题。对工作面防尘、防灭火设计也做了介绍。关键词 综放工作面；通风；抽采；防尘；防灭火；设计

4、矿井工作面通风设计是煤矿安全生产的重要技术工作。当前，煤矿重特大事故频发，引起了国际国内各界高度关注，造成了不良影响。为了进一步抓好安全生产，在确保矿井生产系统安全可靠、技术先进、经济合理、促进生产的前提下，科学合理地进行工作面通风设计，是煤矿技术人员的一项十分重要的任务。本文以山西国阳股份公司（隶属于阳煤集团）一矿S8103综采工作面为例，介绍了工作面通风设计方面的一些做法，现叙述如下：一、矿井及工作面基本情况（一）矿井概况一矿位于阳泉市西北部和盂县东南部，东邻阳煤集团四矿；南邻阳煤集团三矿；西邻七元矿；北邻荫营煤矿及程庄井田。井田东西走向长约14.5km，南北宽约9.8km，面积约83.6

5、km2。本矿井为主斜井-副立井-副平硐综合开拓，主斜井担负煤炭提升及进风任务。副立井担负材料、人员提升及进风任务，主水平设在+669m。井田划分南北两个条带开采3号、12号、15号煤层。两个条带分别布置轨道大巷及胶带大巷，轨道大巷用于材料、矸石、人员的运输，胶带大巷用于煤的运输，并配备专用回风大巷。主井工业场地内布置有一号主斜井、二号主斜井、丈八副平硐、排矸平硐、排矸斜井、猴车井六个进风井和南冀回风斜井。本矿副立井为暗立井，设备材料由丈八副平硐运至副立井或材料暗斜井再运往工作面。为了解决矿井十一、十二等采区的通风问题，在张花沟附近布置有张花沟进风斜井、进风立井两个进风井和张花沟回风立井共三个井

6、筒。（二）工作面概况及地质条件S8103放顶煤回采工作面地表位于吴家掌村以东，圪拉梁以南，双窑沟以北，老坪沟以西的山梁沟谷地带。井下位于一采区北部，东邻一采区回风巷，西邻15号煤层扩二区，南邻S8102回采工作面采空区，北邻西翼轨道大巷。对应上方为一矿、三矿3号煤层采空区和本井四尺一采区、四尺二采区12#煤采空区。本工作面煤层赋存稳定，结构复杂，煤层总厚度最大7.20m，最小5.83m，平均煤厚6.37m，煤层倾角2°19°，平均6°。煤层中一般含夹石12层，其中上夹石普遍存在，平均厚度0.12m，俗称“八寸石”，中下部的一层夹石不稳定，呈凸透镜状，俗称“驴石”。

7、可采储量为355.3万t，工作面生产能力300万t/a，服务年限为1.15年。S8103工作面沿煤层倾向布置。工作面长度260m，推进长度1795m，共布置胶带顺槽、回风顺槽、瓦斯一尾巷、瓦斯二尾巷和走向高抽巷五条巷道。其中胶带顺槽作为进风巷，回风顺槽和双瓦斯尾巷回风。胶带顺槽及回风顺槽沿15号煤层底板布置，两瓦斯尾巷沿15号煤层顶板布置。瓦斯一尾巷与回风顺槽净煤柱24m，瓦斯二尾巷与瓦斯尾巷一净煤柱32m。走向高抽巷布置于工作面上方13#煤，用于临近层瓦斯抽放，基本为岩巷。与顺槽平行，距回风顺槽水平距离40m。（三）工作面生产工艺及设备回采工艺采用综采放顶煤工艺。工作面装备：MGTY750/

8、1800-3.3D电牵引采煤机；ZF5600-1.7/3.0H型液压支架；SGZ-1000/1400型工作面前、后刮板输送机。（四）工作面瓦斯涌出量分析根据已开采的地质条件相同似的相邻采区或相邻工作面瓦斯涌出量、产量进行统计，对即将开采的S8103回采工作面瓦斯涌出量参照其进行计算。根据地质条件相似的S8102综放工作面瓦斯统计：相对瓦斯涌出量参考S8102工作面（含抽放为9.47m3/ t）。预计S8103综放工作面日产11084t。S8103工作面绝对瓦斯涌出总量为：（9.47×11084）/（60×24）73m3/min。S8103综放工作面抽放量为51 m3/min

9、（高抽巷抽出率按70计算），风排瓦斯量为22m3/min，总涌出量为73m3/min，其中本煤层约为7 m3/min，邻近层约为66 m3/min。二、工作面通风系统设计（一）工作面通风系统设计S8103综放工作面则全部采用“U+I”型一进三回通风系统，即一条进风巷、一条回风巷加两条内错尾巷。（见工作面通风系统图）工作面在推进过程中，通过调节内错尾巷负压，可有效解决工作面上隅角瓦斯；且杜绝了外尾巷存在的弊端，如使采空区长期处于负压区和通风横管受采空区、采动等压力造成通风不畅，尾巷抽排瓦斯能力降低等，并且克服了15#煤层布置外错尾巷易造成自然发火的不利影响。（二）工作面风量设计1、回采工作面供风

10、量、风速及合理性分析确定（1）按瓦斯涌出量计算工作面需风量：Q采= Q采回+ Q采尾=100×q采×KCH4+ q CH4尾×KCH4÷2.5% =100×7×1.4+15×1.4÷2.5%=980+840= 1820m3/min。式中：Q采工作面所需要的总风量m3/minQ采回工作面回风顺槽的风量m3/minQ采尾尾巷的风量m3/minKCH4瓦斯涌出不均衡通风系数，取1.4q采回风风排瓦斯量， 7m3/minq CH4尾尾巷风排瓦斯量，22m3/min，（2）按工作面温度选择适宜的风速计算Q采60×V

11、采×S采×K采60×1.0×17.28×1.31347.8m3/min式中：V采采煤工作面风速，m/s，取1.0m/s； S采采煤工作面的平均断面积，m2，取17.28。K采工作面长度系数，取K采=1.3。（3）按工作面同时作业人数计算根据S8103综放回采面作业规程可知，S8103工作面同时作业最多人数为44人， Q采4N4×44176m3/min上式中：N工作面同时作业最多人数。(4)按煤矿安全规程中规定的采煤工作面风速要求，0.25 m/s×60×S=15×17.28=259.2(m3/min)4

12、m/s×60×S=240×17.28=4147.2(m3/min)259.2m3/minQ采4147.2m3/min根据以上计算，S8103工作面实际需风量取最大值为1820m3/min。（三）减少工作面漏风措施1、人车穿过风门时,严禁同时打开两道风门，防止风流短路，造成工作面瓦斯集聚。2、各进、回风联络巷中的风门、风帘、调节风门及风桥等通风设施要经常维护，保持完好，经常检查风门的关闭情况。3、尽量减小局部阻力，开掘巷道时积极采用光爆锚喷技术，主要进、回风巷道中不要长期堆放物料和存放矿车。（四）工作面通风设施及保证风流稳定可靠的措施1、工作面通风设施要有专人管理，

13、保证经常处于良好的状态，并能够正常使用。2、工作面必须配备专职瓦斯检查员，按照要求对瓦斯进行检查，并分地点挂牌，说明检测的结果和时间。3、各种防尘、防瓦斯设施必须按照要求配备齐全。4、运输顺槽及回风顺槽的隔爆水棚必须挂牌管理。5、个人防护必须严格执行有关规定，工作面及回风流中所有工作人员必须佩戴防尘口罩，否则不得作业。6、及时排除巷道内的污水和杂物，保证通风系统的正常运行。7、通风区每旬进行一次测风工作，并将结果通知综采队。8、任何人都不得以任何理由拆除或破坏通风设施。（五）工作面回风巷及专用排瓦斯巷的通风管理1、回风顺槽通风瓦斯管理措施（1）工作面回风顺槽实行封闭管理，回风口、机尾两处栏杆处

14、于常闭状态，并且切断回风巷内一切非本质型电气设备电源，除通风瓦检员外其他人严禁进入，在下料时间段（工作面不割煤）与通风区联系开放。（2）工作面回风施工时，必须与通风区联系并编制施工专项措施，通风部要设专人现场监护并在施工地点上风侧50m处设置瓦斯传感器。（3）在回风顺槽排水等作业时，保证巷道风量充足，瓦斯涌出比较均衡，施工处瓦斯稳定在0.5%以下，在施工处上风流瓦斯混合均匀处50m内或下风侧20m处设置瓦斯传感器，当瓦斯大于0.5%时，报警自动切断施工处的一切非本质安全型电气设备电源。2、尾巷管理措施（1）专用排瓦斯巷风流瓦斯浓度严格控制在2.5以下，一旦超过规定，监测装置能够自动切断工作面及

15、回风巷内一切电源；（2）专用排瓦斯巷风速不低于0.5m/s；专用排瓦斯巷内进行排水、整巷等工程时，必须制定安全措施，经矿总工程师审批同意并做出具体安排后，由各部门共同协调进行，同时应具备以下条件：工作面必须停止生产；专用排瓦斯巷内作业地点附近20m范围内风流瓦斯浓度不大于1；必须有通风人员现场监护检查瓦斯，一旦瓦斯浓度达到1，立即停止工作，撤出人员到新鲜风流中；只有采取措施、瓦斯浓度降至1以下后，方可恢复作业；严格按操作规程规定操作。三、工作面抽采设计（一）走向高抽巷水平方向与工作面进、回风顺槽平行，距回风巷水平距离40米。纵向方向：由于工作面上方12煤层已采，所以将走向高抽巷布置在13#煤层

16、中，沿煤层顶板掘进（该位置处于8103工作面上方裂隙带内）。 （二）走向高抽巷必须达到工作面切巷位置，并由工作面切眼靠近机尾处施工后高抽巷与其贯通，以利用后高抽巷通过抽放负压解决工作面初采期间本煤层涌出的瓦斯。（三）走向高抽巷封闭及抽放管路联接：走向高抽巷必须进行永久封闭喷浆，并压510mm的瓦斯管与采区管路联通并联入抽放系统（需安设孔板计量装置、气门、旁通管和放水装置），在工作面开采前进行漏气试验；工作面开采后，及时纳入观测范围。（四）管路安装：本工作面采区抽放泵站的抽放管路全部采用510mm的瓦斯管联接，管路的安装要达到平、直、稳、密的要求。管路安装完毕后，要进行漏气试验，负压不小于30K

17、Pa，千米漏气率不大于3m3min方为合格。四、工作面瓦斯监测系统矿井现装备有一套KJ2000N型安全生产监控系统，对井下生产环境进行24小时连续监测， KJ2000N符合现行AQ6201-2006煤矿安全监控系统通用技术要求，并运行良好。本次放顶煤开采S8103工作面时，安全生产监控系统将利用现有的KJ2000N系统，依据AQ1029-2007煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范，对工作面进行各类传感器布置。（一）工作面各类传感器布置及要求瓦斯传感器应垂直悬挂，距顶板不得大于300mm，距巷道侧壁不得小于200mm，并应安装维护方便，不影响行人和行车。（二）在回采工作面机尾上隅角、后部溜及

18、回风顺槽距工作面不超过10m处设甲烷传感器，当瓦斯浓度达以下数值时，分别进行报警、断电、复电。1.0%CH4 报警 1.5%CH4 断电 1.0%CH4 复电断电范围：工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备。（三）在回风顺槽中部安装甲烷传感器，当瓦斯浓度达以下数值时，分别进行报警、断电、复电。1.0%CH4报警 1.0%CH4断电 1.0%CH复电断电范围：工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备。（四）在工作面回风顺槽靠近回风口以里10-15m处安装瓦斯、温度和一氧化碳传感器，温度传感器的报警值为30，一氧化碳传感器的报警浓度为0.0024%CO。当瓦斯浓度达以下数值时，分别进行报警、

19、断电、复电。1.0%CH4报警 1.0%CH4断电 1.0%CH复电断电范围：工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备。（五）在工作面瓦斯尾巷一、瓦斯尾巷二的回风口以里10-15m处设甲烷、温度和一氧化碳传感器，一氧化碳传感器的报警浓度为0.0024%CO，温度传感器的报警值为30，当瓦斯浓度达以下数值时，分别进行报警、断电、复电。2.5%CH4报警 2.5%CH4断电 2.5%CH4复电断电范围：工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备（六）在瓦斯尾巷与回风巷的混合回风流处设瓦斯传感器，当瓦斯浓度达以下数值时，分别进行报警、断电、复电。1.0%CH4报警 1.0%CH4断电 1.0%CH

20、4复电断电范围：工作面及其回风巷内全部非本质安全型电气设备（七）在工作面胶带顺槽的两部胶带机滚筒下风侧10-15m处，分别设一氧化碳和烟雾传感器，一氧化碳传感器的报警浓度为0.0024%CO,并对胶带机开停进行监测。（八）在综采工作面移动配电点和回风顺槽配电点安装馈电传感器，监测瓦斯超限后工作面及回风顺槽是否断电。（九）在回风顺槽与一采区胶带巷间的风门上安设风门开/关传感器，当两道风门同时打开时, 发出声光报警信号，并切断工作面的电源。（十）机组割煤时必须在机组上安设一台机载式或便携式瓦斯报警仪，当瓦斯浓度达以下数值时，分别进行报警、断电、复电。1.0%CH4报警 1.5%CH4断电 1.0%

21、CH4复电断电范围：采煤机及工作面刮板输送机电源（十一）在采区回风巷测风站内设有风速传感器，风速传感器应设置在巷道前后10m内无分支风流、无拐弯、无障碍、断面无变化、能准确计算风量的地点。当风速超过或低于«煤矿安全规程»的规定值时，应发出声光报警。五、粉尘防治（一）开采煤层的煤尘爆炸危险性2008年11月18日由山西省煤炭地质研究所鉴定煤尘有爆炸性结果如下：15号煤层一采区（煤样取至S8103）：煤尘无爆炸性。（二）工作面防尘供水系统工作面进、回风巷防尘供水由地面静压水仓供给。地面静压水仓由主管路经大巷至采区，再引ø100mm和ø50mm供水管路进入工作

22、面进、回风巷，进风巷管路每50m留设一“三通”、回风巷管路每100m留设一“三通”，并安设过滤器，供日常洒水用。（三）工作面采煤、降柱、移架和放煤时的防尘措施1、工作面支架、采煤机、破碎机进出口、前（后）刮板输送机机头、转载机机头、带式输送机机头、回进风断面喷雾等各处喷雾设施要齐全，保证雾化效果。2、及时清扫、冲洗巷道顶帮、皮带架、电缆、列车、设备及支架等上的煤尘。3、通风区负责在检修班由回风巷按规定对煤体进行超前钻孔动压注水。4、工作面进风巷的水管每隔50m设一个三通阀门，回风巷每隔100m设一个三通阀门以便清洗巷道，进入工作面的水必须安装过滤器进行过滤。5、工作面要每班清洗一次，进风巷和工

23、作面每周要清洗一次，回风巷每三天清洗一次。清洗巷道时管路要完好，出水要雾化，且不准在巷道留下积水。6、进风巷距安全出口5060m处，回、进风口以里30m处和采区回风必须设置各安设一道全断面喷雾，并且灵敏可靠，正常使用。7、在工作面支架前梁安设喷雾喷嘴，每架一个，后喷雾喷嘴每架不少于三个。8、采煤机必须安装内外喷雾装置，内喷雾压力不得小于2MPa， 外喷雾压力不得小于1.5MPa，如果内喷雾装置不能正常喷雾，外喷雾压力不得小于4MPa。无水或喷雾装置损坏时严禁割煤。（四）工作面煤层注水防尘设计S8103回采工作面采用长壁深孔动压注水方式。注水孔一律沿平行工作面方向垂直布置于回风巷煤壁中部，从距机

24、尾10m处开始布置第一个孔，依次由里往外随工作面推进超前钻孔，要保证超前工作面50m以上。注水一般每三天至少一次，每次4小时以上，一次注水35个孔，注水孔距工作面10m时停止注水。封孔方式：利用橡胶封孔器受压膨胀自行封孔。封孔深度视煤壁受压情况和注水压力而定，一般为35m。 （五）工作面及顺槽积尘的清洗工作面进风巷的水管每隔50m设一个三通阀门，回风巷每隔100m设一个三通阀门以便清洗巷道，进入工作面的水必须安装过滤器进行过滤；进风巷和工作面每周要清洗一次，回风巷每三天清洗一次。清洗巷道时管路要完好，出水要雾化，且不准在巷道留下积水。（六）工作面隔爆水棚的布置1、水棚的结构与选型隔爆水棚采用水

25、袋，有效容积为40L，型号为GBSD-40，要求水袋无脱钩、无破损、水量充足不少于水袋容积的95；水袋采用8号铅丝悬挂在回采巷道的顶部锚杆上，安装方式呈横向吊挂式布置。2、水棚的布置与计算（1）布置方式及架设要求水棚的布置方式：架设高度不低于1.8m，棚距1.23.0m。首列(排)水棚与工作面的距离为60200m。工作面辅助隔爆棚的棚区长度不小于20m。水槽采用横向嵌入式安装。水槽距离巷帮不小于100mm，距巷道轨面不小于1.8m。各排水棚的安装高度一致。棚区处的巷道需要挑顶时，其断面积和形状应与前后各20m长度的巷道保持一致。水棚设置在巷道的直线段内。水棚与巷道的交岔口、转弯处、变坡处之间的

26、距离不小于50m。（2）水棚设置地点根据采区巷道布置，回采工作面共布置辅助隔爆水棚8组。回风顺槽、胶带顺槽、瓦斯尾巷一、瓦斯尾巷二分别布置2组。（3）隔爆水棚给水系统隔爆水棚给水水源为井下消防洒水给水系统。在设有隔爆水棚的地点，均设有井下消防洒水管路通过，管路每隔50m设有一个三通管并装设阀门，水棚可由其给水或补水。（七）工作面扬尘测定制度扬尘测定制度：1、各级领导要将防尘工作列入主要议事日程，在计划、布置、检查、总结生产工作时，统一安排、落实测尘工作。2、测尘管理人员要对全矿粉尘检测工作负责。3、井下作业场所的总粉尘，每月测定2次，呼吸性粉尘采掘工作面每月测定2次，其它工作面或作业场所每月测

27、定1次。4、经常监督、检查测尘工作，发现问题及时解决。5、定期分析粉尘浓度升高或降低的原因。如果超过国家规定标准应及时采取有效降尘措施。6、要加强粉尘浓度数据技术档案管理。7、测尘员严格执行测尘规程、操作熟练、记录详细，粉尘浓度要准确无误。对弄虚作假者，根据情节轻重给予处理。8、测尘报表格式应统一，填写正规，及时上报。9、测尘员在测尘的同时应监督井下防尘情况，发现违章作业，测尘员有权先行停止作业，后报主管矿长处理。六、防灭火管理（一）开采煤层自燃倾向性，自然发火期及历年来发火情况一矿15号煤层2008年11月18日由山西省煤炭地质研究所鉴定自燃倾向性如下： 15号煤层一采区（煤样取至S8103

28、）：自燃倾向性等级为类，为不易自燃。历年来未发生过自然发火。 （二）自然发火预测预报指标1、从煤的炭化程度看，因煤层的自燃性随煤炭的变质程度的增高而降低；煤的炭化程度越低，挥发份含量越高，煤层自然发火倾向越强。一般说来，褐煤易于自燃，烟煤中长焰煤危险性最大，贫煤及挥发份含量在12%以下的无烟煤难以自燃。本矿井15号煤层为挥发份为9.64%的无烟煤难以自燃。2、从煤岩成份上看，因煤岩成分包括有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤，煤层中有集中的镜煤和亮煤，特别是含有丝煤时，煤的自燃倾向就大；而暗煤多的煤，一般不易自燃。15号煤层的宏观煤岩特征，以亮煤为主、暗煤次之。参差状及贝壳状断口，玻璃金刚光泽，内生裂隙较

29、发育。故从煤岩成份上分析，15号煤层自燃倾向性较小。根据上述分析，15号煤发生自然发火的可能性较低。3、工作面通风方式、合理推进度与自然发火的关系分析工作面三带：散热带、氧化带、窒息带。根据一矿与重庆煤科分院在科技项目的研究结果，采用这种巷道布置的采空区自燃三带的范围为：散热带2427m，氧化带27110m，110m以后为窒息带。综放工作面采用U+I走向高抽巷的通风方式合理调节工作面回风巷与内错尾巷压力，以提高内错尾巷风量和抽排瓦斯能力，高抽巷主要抽放邻近层卸压瓦斯。工作面推进速度达到每天3m时，40天后内错尾巷进入窒息带，对自然发火不会产生任何影响，内错尾巷对防治自然发火有利。采用走向高抽巷

30、抽放瓦斯，开始抽放时，由于顶板冒落范围不大，裂隙发育程度低，瓦斯抽放量较小，随着工作面的不断推进，顶板冒落范围逐渐增大，裂隙范围逐渐增大，瓦斯解析速度极大提高，抽出瓦斯量也不断增大，布置在12号煤层的走向高抽巷，其瓦斯抽放浓度一般在3060%，布置在13号煤层的走向高抽巷，其瓦斯抽放浓度一般在2035%，其中临近层瓦斯抽放量占90%以上，抽放瓦斯主要是邻近层及围岩内的解析瓦斯。造不成因抽放而导致的向采空区漏风，对自然发火的影响很小。4、工作面周边及上部采空区自燃情况一矿开采的15号煤层上部12号煤层局部已采，由资料统计，现开采的15号煤层周边采区及上部12号煤层采区均未发生过煤层自燃事故。(三)防灭火措施1、回采工作面的自燃火灾监测措施及其装备（1）工作面必须设置两个CO探头和一个温度探头。在工作面上隅角设CO和温度探头，在回风口设置CO探头，按规定进行维护，保证灵敏、可靠、正常运行。（2）地区瓦检员每班对工作面各地点瓦斯检查的同时，至少检查一次CO浓度在图表中体现，如有异常瓦检员应及时汇报调度和通风部值班人员，值班人员根据灾防计划措施和现场实际情况采取相应措施处理。（3）工作面进回风必须安设供水防灭火管路，每50m安设阀门一个。2、工作面防灭火措施及其装备（1）开采方面的措施设计根