完整版李关东毕业设计.docx
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完整版李关东毕业设计
毕业设计
设计（论文）题目：
新安煤矿通风系统设计
专业班级：
学生姓名：
李关东
指导教师：
侯传虎
设计时间：
摘要
通风对煤矿安全的重要性不言而喻。
我针对新安煤矿的实际情况，结合目前安全生产技术，对其进行了通风设计。
根据新安煤矿的基本情况和开拓方式，在充分考虑采掘工作面及硐室通风的基础上，选择了合理的通风方案，确定通风系统，计算出所需实际风量，选择合适的通风设备，分析了矿井通风系统的合理性和可靠性。
以确保通风安全，预防和减少事故发生，实现矿井安全生产。
关键字：
矿井开拓、通风安全、通风方案、风量计算、设备选型
1井田概况
1.1.交通概况
新安煤矿位于山东省滕州市西部昭阳湖区，行政区划归滕州市和微山县管辖。
本区东有京沪铁路，区内辛安港和滕州新港距离滕州火车站分别为25km和28km；井田东侧有京福高速公路，104国道和104省道三条公路；井田内还有京杭大运河，枯水期水深1.7m，雨季达3.5m左右，北达济宁，南通苏、沪、杭，区内筑有留庄港、辛安港和滕州港三个主要航运码头，经昭阳湖与大运河相连，交通十分便利。
1.2地形地貌
本区北面是丘陵和凫山中低山区。
区内大部分为湖区（湖区面积约占井田面积的77%），地形平坦，地面标高+30.14～+36.35m，湖底标高+32m左右，地势为东高西低的湖泊和滨湖冲积平原，地形坡度为万分之四左右。
井田内41勘探线以东基本为陆地，以西地处独山湖和昭阳湖区。
1.3气象
本区为温带半湿润季风区，属海洋与大陆间过渡性气候，四季分明。
，年平均气温为13.5℃,月平均气温27℃。
历年最低气温为-21.8℃（1957年1月），历年月平均最低气温-1.8℃（1月），7月份气温最高，日最高气温40.5℃（1966年7月18日）。
降雨多集中在7、8月份，春季雨少，时有春干。
年平均降水量768.3mm，最小388.9mm（1981年），最大1245.8mm（1964年），日最大降雨量230.3mm（1958年6月30日）。
年平均蒸发量1903.5mm。
1.4自然地震
范》，该井田抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g（第一组）。
2地质特征
2.1.地层
井田内地层由上而下有第四系，上侏罗统蒙阴组、下二迭统下石盒子组和山西组、上石炭统太原组、中石炭统本溪组、中、下奥陶统
2.2地质构造
本井田位于滕县背斜北翼的中西部，总体构造形态为一向北西向倾斜的单斜构造，伴有宽缓次级褶曲，全区地层平缓，地层倾角一般5～8°，局部达到10°。
在东南部煤层露头附近地层较陡达15°左右，纵观全区属构造中等煤田。
2.3煤层
本区含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，地层平均厚
度199.97m。
可采及局部可采煤层有3（3上）、3下、12中、12下、14和16共6层，平均总厚19.5m，含煤系数10%。
主要可采煤层为3（3上）、3下、12下和16共4层，平均总厚度17.96m。
占可采煤层总厚度的92%；其中以3（3上）煤层最厚，最大厚度10.54m，可采区域内平均总厚8.42m，占可采总厚的57%。
2.4煤质
主要可采煤层精煤为中等至强粘结性、中高至高挥发分、特低至低灰，特低磷。
山西组煤层为特低至低中硫，太原组12下煤为中硫，16煤为中高硫。
各煤层成焦率高，结焦性能好。
太原组硫分较高，通过和3煤层配采或采用脱硫新工艺使之达到炼焦配煤要求，故各煤层可作为动力用煤和炼焦配煤。
2.5水文地质
本井田水文地质条件属中等类型。
3煤层开采的直接充水含水层为上侏罗统一段砂砾岩和3煤层顶底板砂岩；12下煤层开采的直接充水含水层为五～九灰间的薄层灰岩及砂岩；16煤层直接充水含水层为十下灰岩及深部构造和奥灰水。
所以，3煤层为裂隙溶岩类中等型；12下煤层为裂隙岩溶类简单型；16煤层裂隙岩溶类中等型。
3矿井开拓
3.1新安矿井简介
3.1.1开拓方式及水平划分
本矿井采用立井及下山开拓方式。
矿井共分一个水平，即现生产的-300m水平。
3.1.2采区及工作面布置
现主要生产煤层为3（3上）煤层，生产采区为一采区，在一采区内布置3112和3115两个工作面。
在一采区内布置4个掘进工作面，其中2个综掘工作面，2个炮掘工作面。
采煤方法：
采用走向长壁后退式采煤法，全部冒落法管理顶板。
采煤工艺：
3112及3115工作面采用放顶煤开采工艺。
3.1.3通风方式
矿井通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式机械通风，副井与新主井进风，老主井回风。
3.2新安二号矿井简介
3.2.1开拓方式及水平划分
本矿井采用立井、水平大巷及上、下山开拓，矿井设计为-360m水平，目前生产水平-360m水平，开采12下煤层。
井田内共划分为2个采区，分一采区、二采区。
其中，-360m水平以上为一采区，-360m水平以下为二采区。
3.2.2采区及工作面布置
生产采区1个，即一采区，现二采区正在准备。
在一采区内布置1个综采工作面，5个掘进工作面。
采煤方法：
采用走向长壁后退式采煤法，全部冒落法管理顶板。
采煤工艺：
采用一次采全高综合机械化开采工艺。
3.2.3通风方式
矿井通风方式为中央并列式，通风方法为抽出式。
副井进风，主进回风。
3.2井田境界及储量
3.2.1井田境界
如前所述，资源整合后的新安煤矿由原新安矿井和新安二号井组成。
新安煤矿井田东起第37和41勘探线，西至57勘探线与湖西矿井为界，北以山西组厚煤层的风化带（井田边界以37-7、39-4、40-4、41-9、43-15、45-20、49-8、51-10、53-7钻孔）与滨湖煤矿相邻，南至奥灰露头。
井田东西长8～9km，南北宽6～6.5km，面积52.8km2。
整合后的新安煤矿井田范围由14个坐标点圈定，井田范围见图3.1，边界坐标见表3.1。
3.2.2储量
本矿井地质储量295.233Mt，设计储量266.10Mt，可采储量205.701Mt，
点号
X
Y
备注
S1
对应滨湖B17坐标
S2
对应滨湖B16坐标
S3
对应滨湖B15坐标
S4
对应滨湖B14坐标
S5
对应滨湖B13坐标
S6
对应滨湖B12坐标
S7
对应滨湖B11坐标
S8
S9
S10
S11
S12
S13
S14
图3.1新安煤矿井田范围图
3.3矿井生产能力及服务年限
3.3.1矿井工作制度
按我国现行规定，设计矿井年工作日为330d，每天三班作业，其中两班生产一班检修，每班工作8h，每天净提升时间16h。
3.3.2矿井服务年限
根据矿井可采储量（205.701Mt），按照煤炭工业现行的技术政策及设计规范规定，采用1.4的储量备用系数，则矿井服务年限为：
矿井可采储量
矿井设计年产量×储量备用系数
205.701
3.45×1.4
＝42.6（a）
因此，矿井资源整合后的服务年限为42.6a
3.4采煤方法及设备选型
3.4.1采煤方法
参照国内外厚煤层的开采和类似矿井的高产高效生产经验，新安煤矿二采区由于煤层厚度有限，为了保证产量故采用综采一次采全高的采煤方法。
3.4.2采区布置
一采区为原生产采区，二采区为新增采区，采区南部为3煤层合并区，北部为3上、3下煤层，因此采区下山布置在煤层分岔线附近，轨道及回风下山布置在3上煤层，胶带输送机下山则布置在3下煤层，南北两翼分别布置工作面。
3.4.3工作面布置
根据选择的采煤方法、采区巷道布置方案，本着速度快、工期短、投资省、效益好的原则，矿井投产时靠近集中回风巷保护煤柱布置一个长壁工作面。
1、工作面基本情况
工作面走向长1700m，倾斜长226m，预计停采位置距离集中回风下山50米，可采厚度3.65-4.37m，平均厚度3.8m，可采储量184.6万吨，工作面3煤底板标高-352.9～-397.8m。
2、储量及服务年限
1）储量
工业储量=1700×226×3.8×1.36=198.5（万吨）
可采储量=198.5×93%=184.6（万吨）
2）采煤工作面服务年限
工作面的服务年限=可采推进长度月设计推进长度
=9.2个月
3、回采工作面接续
各工作面尽可能采用顺采方式，以减少孤岛工作面个数。
4、回采率
根据目前国内综放开采的实际回采情况，煤炭损失约为12％，则工作面回采率为88％，同时考虑到其它不可预见因素，工作面回采率一般不小于80％。
5、工作面顶板管理方式
3（3上、3下）煤层顶板比较稳定，工作面采用综采放顶煤开采，顶板管理采用全部陷落法。
3.4.4采区巷道布置
根据矿井的开拓方式，二采区下山布置在煤层分岔线附近，轨道及回风下山布置在3上煤层，胶带输送机下山则布置在3下煤层，顺槽胶带输送机与下山胶带输送机直接搭接，不设溜煤眼，辅助运输顺槽与轨道下山采用甩车场联系。
3.4.5工作面顺槽布置
根据采区巷道布置，经综合分析并兼顾矿井生产期间的实际情况，设计采用单巷布置，沿空掘巷服务下条带；这种布置属无煤柱开采方式，间隔开采沿空掘巷可以提高煤炭回收率，有利于防止煤层自然发火，且采区内的采掘工作可以互不影响，有利于沿空巷道的掘进和维护，况且所有顺槽都是随采随废，巷道维护工作量小，该方式在兖州矿区已普遍采用，积累了成熟的经验。
工作面布置及支护见图5.3；顺槽断面见图5.4、5.5。
图5.3工作面支护平面布置图及剖面图
4矿井通风与安全
4.1概况
4.1.1矿井现有通风系统概况
1）新安矿井通风系统概况
矿井通风方式为中央并列抽出式，副井进风，主井兼进风，风井回风。
新鲜风流经副、主井、井底车场巷道、轨道下山、轨道顺槽到达工作面，乏风则经胶带顺槽、回风下山、总回风巷至风井排出地面。
现有矿井主通风机为山西运城安瑞节能风机有限公司生产的通风机，型号为BDK-8-№23，对旋防爆轴流式主扇两台，其中一台运转，一台备用，均安装在地面工广风井井口附近，风机供风量为40～113m3s，电机转速740rpm，功率为2×160kW，风压为600～3000Pa。
2006年矿井进行了生产能力核定，2006年6月份，矿井需要风量5060m3min，矿井实测总进风量为5130m3min，经验算各巷道的风速、风量均符合规程规定。
矿井各用风地点风量及风速见表6.1。
2）新安二号矿井通风系统概况
矿井初期通风方式采用中央并列抽出式，副井进风，主井回风。
新鲜风流由副井进入井底车场，经轨道大巷、轨道上山、中部车场、轨道运输顺槽、清洗工作面。
乏风从回采工作面经胶带输送机顺槽、胶带输送机上山、胶带输送机大巷、总回风巷至主井排至地面。
序号
地点
需要风量（m3min）
实测风量（m3min）
断面
（m2）
风速
（ms）
1
3113面
835
860
13
1.1
2
3115面
819
860
13.26
1.08
3
3110备面
460
550
14.5
0.63
4
-300轨道下山
286.4
320
9.6
0.56
5
辅助采区胶带巷
291
300
9
0.56
6
轨助采区轨道巷
281
350
9
0.65
7
3121轨顺
295.6
350
8.4
0.69
8
3121切眼、轨顺
273.8
340
8.2
0.69
9
3123轨顺
283.8
350
8.2
0.71
10
中央变电所
60
80
6.3
0.21
11
采区变电所
60
70
6.2
0.19
12
-100绞车房
60
60
6.4
0.16
13
爆破材料库
66
185
6.3
0.49
14
充电硐室
60
170
6.3
0.45
15
清撒斜巷
85
116
6.2
0.31
16
矿井总回
——
5280
12.6
6.98
17
矿井总进1
——
2041
13.4
2.54
18
矿井总进2
——
3089
9.85
5.22
4.1.2矿井瓦斯、煤尘、煤层自燃及地温概况
1）瓦斯
根据矿井精查地质报告，该井田瓦斯成分、含量见表6.2。
项目
煤层
瓦斯含量（cm3g.燃）
最大平均（点数）
瓦斯含量（%）
最大平均（点数）
CH4
CO2
CH4
CO2
N2及其它
3（3上）
0.004
0.001（7）
0.196
0.100（7）
0.13
0.03（7）
11.66
5.62（7）
98.07
94.21（7）
3下
0.004
0.001（3）
0.134
0.105（3）
0.02
0.007（3）
12.67
6.40（3）
98.41
93.56（3）
12下
0.693
0.130（22）
0.389
0.128（22）
29.60
7.12（22）
14.41
6.92（22）
96.27
86.60（22）
16
0.324
0.031（18）
0.313
0.139（18）
10.74
1.21（18）
11.66
7.52（18）
95.64
91.21（18）
本井田CH4最高含量为0.693cm3g.燃，CO2最高含量为0.389cm3g.燃。
参照毗邻的武所屯矿井1987年鉴定为低瓦斯、低二氧化碳矿井的资料，确定本井田为低瓦斯井田。
2）各煤层均有煤尘爆炸危险性。
3）各煤层原样着火温度变化于315～349℃之间，还原样与氧化样着火温度变化于4～36℃之间，因此，各煤层属于不自燃～易自燃，均有不同程度的自然发火倾向。
3）地温
本区属地温正常区，非煤系地层地温梯度为2.15℃100m，煤系地层地温梯度为2.82℃100m，全孔平均地温梯度为2.42℃100m，地温随深度延伸而增加。
山西组3（3上）煤层局部存在一级高温区，太原组12下和16煤层局部存在一、二级高温区。
4.2矿井通风
4.2.1矿井通风方案比选
新安井和新安二号井利用二号井井下-360m水平大巷与新安井-300m水平大巷通过上山巷道实现贯通，矿井通风方案比选如下。
1）矿井采取分区式通风
新安井开采全区3煤层由新安矿井通风系统独立完成风量配给，新安二号井开采下组煤由二号矿井独立完成风量配给。
（1）新安矿井采用两条大巷（-300m轨道大巷、-300m胶带大巷）开采二、三采区3煤层时，矿井通风容易时期，在二采区布置两个回采工作面，四个掘进工作面，矿井需风量87m3s，通风容易时期负压2191.0Pa；矿井通风困难时期矿井在三采区布置两个回采工作面，四个掘进工作面，后期风量87m3s，通风困难时期负压3432.4Pa。
（2）新安矿井采用三条大巷（-300m轨道大巷、-300m胶带大巷、-300m回风大巷）开采二、三采区3煤层时，矿井通风容易时期，在二采区布置两个回采工作面，四个掘进工作面，矿井需风量87m3s，通风容易时期负压1785.2Pa；矿井通风困难时期矿井在三采区布置两个回采工作面，四个掘进工作面，后期风量87m3s，通风困难时期负压2698.8Pa。
2）矿井采取混合式通风
混合式通风井下风流容易紊乱，管理复杂。
新安煤矿《矿产资源开发利用方案》专家评审意见表示：
要严格按照分区式通风的要求，优化通风系统和合理安排生产布局。
故而，不推荐混合式通风方案。
新安井如采用现有通风机，用两条-300m水平大巷开采二、三采区3煤层时，整合后开采初期，通风工况参数已经达到新安井主通风机极限，需更换风机。
采用三条-300m水平大巷开采二、三采区3煤层时，开采初期现有主要通风机能满足生产要求。
4.2.2矿井通风系统
新安煤矿的新安井开采范围内的矿井通风仍保持原设计通风系统不变。
资源整合后，新安井开采初期，新鲜风流由新安井副井（主井少量进风）→经井底车场→轨道下山→-300m轨道大巷→工作面轨道巷→冲刷工作面后的乏风→工作面胶带巷→-300m回风大巷→回风下山→总回风道→经新安井风井排出地面。
新安井通风困难时期，新鲜风流由新安井副井（主井少量进风）→经井底车场→轨道下山→-300m轨道大巷→二、三采区轨道下山→工作面轨道巷→冲刷工作面后的乏风→工作面胶带巷→二、三采区回风下山→-300m回风大巷→回风下山→总回风道→经新安井风井排出地面。
新安二号井通风仍维持原设计通风系统不变。
二号井太原组煤层通风系统：
新鲜风由现新安二号矿井副井→经-360m水平井底车场→-360m轨道大巷→二采区（薄煤层）轨道下山→工作面轨道巷→冲刷工作面后的乏风→工作面胶带巷→二采区（薄煤层）胶带下山→-360m胶带大巷→总回风道→经过新安二号井主井排出地面。
矿井通风系统图见图6.1与图6.2。
4.2.3矿井风量计算
根据《煤矿安全规程》（2006）及安监总煤矿字（2005）42号“关于印发《煤矿通风能力核定办法（试行）》的通知”的有关规定，矿井需要的风量，按下列要求分别计算，并取其最大值。
这里指出，二号井通风维持原设计通风系统，矿井风量计算仅对整合后新安井通风容易及通风困难时期风量负压进行。
1）按井下同时工作的最多人数计算
Q矿井＝4NK矿通
式中：
N－井下同时工作的最多人数，人，本矿井井下同时工作最多人数为200人；
K矿通－矿井通风系数，包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素，取K矿通＝1.20
Q矿井＝4×200×1.20＝960（m3min），即16m3s。
2）按采煤、掘进、硐室及其它地点实际需要风量的总和计算
Q矿井＝（∑Q采＋∑Q掘＋∑Q硐＋∑Q其它）×K矿通
式中：
∑Q采－采煤工作面实际需要风量总和，m3s；
∑Q掘－掘进工作面实际需要风量总和，m3s；
∑Q硐－硐室实际需要风量的总和，m3s；
∑Q其它－矿井除了采煤、掘进和硐室地点外的其它井巷需要进行通风的风量总和，m3s。
K矿通－矿井通风系数，包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素，（抽出式K矿通取1.15～1.2,压入式K矿通取1.25～1.3）。
（1）采煤实际需要风量，应按瓦斯、二氧化碳涌出量和爆破后的有害气体产生量以及工作面气温、风速和人数等规定分别进行计算，然后取其中最大值。
①低瓦斯矿井的采煤工作面按气象条件或瓦斯涌出量确定需要风量，其计算公式为：
Q采=Q基本×K采高×K采面长×K温
式中:
Q采——采煤工作面需要风量，m3s；
Q基本——不同采煤方式工作面所需的基本风量，m3s。
Q基本——工作面控顶距×工作面实际采高×工作面有效断面70%×适宜风速（不小于1ms）；
采高
<2.0
2.0～2.5
2.5～5.0及放顶煤面
系数（K采高）
1.0
1.1
1.5
回采工作面长度（m）
80～150
150～200
>200
长度调整系数（K长）
0.9
1.0～1.3
1.3～1.5
回采工作面空气温度（℃）
采煤工作面风速（ms）
配风调整系数K温
<18
0.3～0.8
0.90
18～20
0.8～1.0
1.00
20～23
1.0～1.5
1.00～1.10
23～26
1.5～1.8
1.10～1.25
26～28
1.8～2.5
1.25～1.4
28～30
2.5～3.0
1.4～1.6
K采高——回采工作面采高调整系数（见表6.3），设计采高2.5m，取1.1；
K采面长——回采工作面长度调整系数，取1.3（见表6.4）；
K温——回采工作面温度调整系数，1.1（见表6.5）。
Q采＝（5.1×2.5×0.7×1.0）×1.1×1.3×1.1＝11.2m3S；
②按工作面温度计算
Q采i=60×V采i×S采i（m3min）
式中：
Q采i-第i个采煤工作面实际需要的风量，m3min；
V采i-第i个采煤工作面风速，ms，本矿井为综合机械化采煤，系数适当取大，取值1；
S采i-第i个采煤工作面的平均断面积，m2，估算为13.5m2；
Q采i=60×1×13.5=810m3min＝13.5m3s。
③按人数计算实际需要风量
Q采i=4Nim3min
式中:
Ni-第i个采煤工作面同时工作的最多人数，人；
Q采i=4×20=80m3min，即1.33m3s。
按煤矿安全规程的规定采煤工作面需要风量，应按瓦斯、二氧化碳涌出量、工作面的气温和风速及人数等因素分别进行计算后，采取其中最大值，参照邻近兖州、济宁等矿区同类综采工作面的实际风量，结合矿井近年开采实际配风经验，回采工作面风量推荐为14m3s，实际生产过程中可根据瓦斯涌出和井下气温条件进行合理调整。
按风速验算：
15SS——工作面平均断面积，m2；
经计算3.25工作面风量符合要求。
矿井整合初期，仍布置两个个综采工作面，考虑一个备用工作面，采煤需要风量为：
∑Q采＝14+14+7＝35m3s。
（2）掘进实际需要风量
按矿井各个需要独立通风掘进工作面实际需要风量的总和（Q掘）计算：
式中：
Q掘i—第i个掘进工作面实际需要风量，m3min。
①按工作面同时作业人数
每人供风≮4m3min：
Q掘>4Nm3min
式中：
N——掘进工作面最多人数；
Q掘>4×20＝80m3min＝1.33m3s
②按炸药量计算需要风量
每千克炸药供风≮25m3min：
Q掘>25A（m3min）
式中：
A——一次爆破炸药最大用量，kg。
因矿井一直使用矿用乳化炸药，所以该项不予计算。
③按局部通风机吸风量计算
局部通风机的实际吸风量经实测平均吸风量为200m3min。
岩巷：
Q掘＝Q扇×Ii+0.15×60S
煤巷：
Q掘＝Q扇×Ii+0.25×60S
经计算，取300m3min，即5m3min
按矿井部署安排，新安井共设置6个掘进工作面，
按局部通风机计算风量为
Q掘＝5×6=30m3s
按风速验算;
岩巷掘进最低风量
Q岩掘>9S掘（m3min）
岩煤巷道风量15S掘经验算风速满足要求。
经计算，掘进面配风量按局部通风机吸风量计算最大，经风量验算符合要求，即掘进面总需风量为30m3s。
（3）硐室实际需要风量
①井下爆破材料库:
2m3s；
②胶带输送机机头硐室:
1m3s；
③采区变电所:
1m3s；
∑Q硐=2+1+1=4m3s
（4）其它地点供风量
根据我国大多数机械化矿井的统计资料,其他用风巷道所需风量可按以下公式计算:
_
∑Q其它=（∑Q采＋∑Q掘＋∑Q硐）×5%=（35+30+4）×5%=3.45m3s
综合上述计算全矿井初期风量为：
Q矿=（35+30+4+3.45）×1.20=86.94m3s，取值为87m3s。
新安井通风困难时期开采三采区煤层条件较好，不另增加回采工作面及掘进工作面，矿井配风量仍维持87m3s。
4.2.4矿井通风负压计算
矿井通风负压采用下列公式进行计算：
；
L－巷道长度，m；
S－巷道净
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