薛湖矿通风系统设计Word下载.doc
《薛湖矿通风系统设计Word下载.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《薛湖矿通风系统设计Word下载.doc（58页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
4.2掘进工作面通风设计 16
4.2.1掘进通风方法 16
4.2.2掘进工作面所需风量 17
4.2.3掘进通风设备选择 19
4.2.4掘进通风技术管理和安全措施 21
5矿井通风系统设计 21
5.1矿井通风系统的选择 21
5.1.1选择矿井主要通风机的工作方法 21
5.1.2选择矿井通风方式 21
5.2风量计算及风量分配 22
5.2.1采煤工作面所需风量 22
5.2.2掘进工作面所需风量 29
5.2.3硐室实际需要风量 29
5.2.4矿井总风量计算 31
5.2.5风速验算 32
5.3全矿通风阻力计算 33
5.3.1计算原则 33
5.3.2计算方法 35
5.4主要通风机选型 41
5.4.1采区通风系统的基本要求 44
5.4.2选择电动机 44
5.5矿井反风措施 46
5.5.1矿井反风的意义 46
5.5.2反风方法及安全可靠性分析 46
5.6矿井通风评价 46
5.6.1矿井通风费用 47
5.6.2矿井等级孔、总风阻 47
5.6.3矿井通风系统综合分析 48
结论 50
致谢 51
参考文献 52
55
1前言
本次毕业设计是根据在神火集团薛湖煤矿进行的毕业实习中所收集的矿井相关资料和图纸，并作了一些改动以后，对矿井所做的初步设计。
通风系统优化毕业设计是通风安全专业（瓦斯防治方向）全部教学进程中的最后一个环节。
作为对大学生在学校的最后一次综合性的知识技能考查，它主要是考查学生这三年来对基础知识及其专业知识的掌握情况，使学生学会自我思考、自行设计。
在设计过程中，把所学的理论知识与实践经验综合起来应用。
这样达到了对理论知识“温故而知新“的作用，同时也学到了一些实际生产过程中的经验。
设计的过程就是一个不断认识和学习的过程。
在本次设计过程中，认真贯彻《矿产资源法》、《煤炭法》、《煤炭工业技术政策》、《煤炭安全规程》、《煤炭工业矿井设计规范》以及国家其它发展煤炭工业的方针政策，积极采用切实可行高产高效的先进技术与工艺，力争自己的设计成果达到较高水平。
本设计以《实践教学大纲及指导书》为依据，严格按照《安全规程》的要求，采用工程技术语言，对矿井的通风系统进行了初步设计。
由于时间关系和设计者的知识水平有限，设计中难免有不当和错误之处，敬请审阅老师给予批评指正，以便在以后的工作学习中改进。
2矿井概况与井田地质特征
2.1矿井概况
2.1.1地理位置及交通
薛湖矿井位于河南省永城市北部，属永城市管辖。
地理坐标为东径116°
17′30″～116°
28′30″，北纬34°
05′30″～34°
10′00″。
井田中心南距永城市23㎞，西至商丘市75km，东至江苏徐州市80km，至安徽淮北市40km，分别与京九、陇海、津浦三条铁路干线有公路相连，北至陇海铁路砀山站38km，永城矿区自用铁路与京九、陇海铁路相连。
连、霍高速公路从本区北缘通过，砀山～永城公路从井田东部通过，井田内乡间公路纵横成网，交通便利。
图2-1薛湖矿交通位置示意图
2.1.2地形地貌及水系
（1）地形地势
本区位于淮河冲积平原北部，地势平坦开阔，总体为西北高，南东低。
最高海拔标高+40.2m，最低+32.3m，一般+36～+38m。
（2）地表水系
本区属淮河水系，地表水体不发育，主要河流为王引河，流经勘探区东北部边界附近，最大流量为46.6m3/s，最高水位标高为+39.70m。
其余均为季节性河流，雨季水位上涨，流量增大，旱季水量减少，甚至干涸无水。
2.1.3自然气象
本区属半干旱半湿润季风型气候，年平均降水量877.4mm，年最大降水量1518.6mm，年最小降水量为556.2mm，降水多集中于7、8、9三个月。
多年平均蒸发量为1811.12mm，蒸发量大于降水量。
每年七、八月最热，一、二月最冷，最高气温为+41.5℃，最低气温为-23.4℃，年平均气温+14.4℃。
夏季多东南风，冬季多北、西北风，多年平均风速3.4m/s，最大风速20m/s。
冰冻期为每年11月初至翌年3月底，最大冻土深度为0.21m。
2.1.4地震
永城市属郯城～庐江地震带影响范围，地震烈度小于6。
据有关记载，公元925年以来，永城市东部安徽省境内肖县、宿县一带曾发生38次强烈地震。
1668年山东郯城曾发生8.3级地震，永城市受到地震影响。
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本区位于地震烈度Ⅵ度区。
2.1.5矿区开发概况
永夏矿区面积1150km2，其中含煤面积716km2，全区探明储量2556Mt，其中精查储量1476Mt。
全矿区规划7对矿井，规划总能力10.05Mt/a，其中统配矿井4对（陈四楼、车集、城郊、新桥），地方矿井3对（葛店、新庄、刘河），薛湖矿井规划为接替矿井。
本矿井供电电源双回路均来自距离矿井约41km已建成属神火集团管理的神火中心220kV变电站。
2.2井田地质特征
2.2.1地层
永夏煤田属华北地层区鲁西分区徐州小区，新生界松散沉积物覆盖全区，为一掩盖型煤田。
依据钻孔揭露，本井田发育地层自下而上分别为：
中奥陶统马家沟组（O2m）、中、上石炭统本溪组（Cb）、太原组（C3t）、下二迭统山西组（P1sh）与下石盒子组（P1x）、上二迭统上石盒子组（P2S）、石千峰组（P2sh）及新近系（N）、第四系（Q）。
地质构造
本区位于区域构造永城复背斜北部仰起端、次一级构造聂奶庙背斜的北翼，总体构造形态呈一走向北西西的单斜构造，由于受东西向构造和北北东向构造的控制和影响，而使其构造形态局部复杂化。
本区地层产状在西部为近南北向～北西西向，向西倾斜；
中部走向北西至87勘探线转为近东西向，向北倾斜，倾角在浅部为25°
左右，深部一般为5～10°
，沿走向及倾向均有小型起伏；
62勘探线以东，受北北东向滦湖断层带影响，地层走向基本上为北50°
东，并发育北北东向的背、向斜构造，其北端走向转为东西，向北倾斜。
本区断裂构造较发育，主要发育北北东向、北东向和近东西向三组断层，均为高角度正断层，东部以北北东向断层为主；
中部发育北东向和近东西向断层；
西部以近东西向为主。
大断层主要分布于井田东、西边缘的两侧，呈相互平行状展布，形成阶梯状或地垒、地堑状组合的特点，构成本区边界。
本区发育的主要褶曲有5个，即北西向的聂奶庙背斜、薛湖向斜，近南北向的侯寺向斜和北北东向的张营背斜、徐营背斜。
本区局部发育岩浆岩，主要分布在井田东部66勘探线以东及西部87勘探线以西，岩浆岩侵入主采二2煤岩浆岩范围较大，可采煤层被吞蚀或部分吞蚀，残留部分也往往大部变质成不可采的天然焦。
2.2.3煤质
一、煤质
（1）煤的物理性质
本区主采二2煤层为黑～灰黑色，少量钢灰色，似金属光泽，均一状～条带状结构，性脆，具贝壳状及参差状断口，层状构造，裂隙较发育，大都有松散易碎的碎裂煤及粉粒煤。
主采二2煤层不同煤类无烟煤、贫煤、天然胶的视密度分别为1.45t/m3、1.44t/m3、1.66t/m3。
（2）煤岩特征
宏观煤岩特征：
主采二2煤是以亮煤为主，夹镜煤及暗煤条带，属光亮～半亮型煤，该煤的顶部普遍发育一层0.5～0.7m左右的光亮型、质地坚硬的块状煤，中部和下部多为粉粒煤。
显微煤岩特征：
镜下鉴定，本区各煤层的有机组分均以镜质组为主，半镜质组、惰质组次之。
（3）煤的化学性质
1）水分（Mad）各可采煤层原煤平均分析基水分为：
二2煤贫煤0.51～1.77%,平均1.01%；
无烟煤0.56～4.02%，平均1.54%。
天然焦0.43～3.23%，平均1.39%。
2）灰分（Ad）各可采煤层原煤平均干燥基灰分为：
二2煤贫煤9.79～29.21%，平均16.91%；
无烟煤9.28～17.42%，平均14.39%，属低中灰煤。
天然焦15.72～36.67%，平均24.61%。
3）全硫（St.d）各可采煤层全硫平均含量一般均小于1.0%，多在0.4～0.6%之间。
二2煤贫煤0.28～1.14%，平均0.36%；
无烟煤0.28～0.67%，平均0.49%，属特低硫煤。
天然焦0.32～2.28%，平均1.02%。
4）挥发分（Vdaf）原煤挥发分其变化与煤中矿物质含量变化密切相关。
二2煤无烟煤浮煤挥发分平均8.51%，贫煤11.63%。
天然焦浮煤挥发分平均8.5%。
（4）煤的工艺性能
1）元素分析各煤层原煤干燥无灰基碳的含量89.43～93.52%，含量较稳定，氮的含量为1.0～1.4%，氧、硫之和含量2～3%。
2）发热量（Qnet.v.d）二2贫煤原煤发热量27.54～29.68MJ/Kg，平均28.47MJ/Kg；
无烟煤原煤发热量28.76～29.43MJ/Kg，平均29.10MJ/Kg。
天然焦原煤发热量一般为18.14～26.34MJ/Kg，平均22.70MJ/Kg。
3）简易可选性二2煤层进行不同级别的简易筛分及浮沉试验，筛分结果二2煤具有一定的块煤率。
原浮沉试验，采用中煤含量法，用1.5比重级，进行简易筛分及浮沉试验，二2煤可选性评价结果，属中等可选～极难选煤
2.2.4水文地质
（1）水文地质边界条件
薛湖井田位于永城复背斜西翼北段，处在区域径流区带。
F112正断层落差90m，切割聂奶庙背斜轴部，使区外东部背斜轴部相对富水区的奥陶系地层与区内煤系地层对接，应为勘探区的供水边界；
西部为太原组灰岩深埋区，灰岩顶面埋深在1000m以下，岩溶发育程度随深度减弱，地下水径流迟缓，但考虑到灰岩顶面1000m深度距离首采区较远，可视为无限边界；
北部亦为太原组灰岩深埋区，灰岩顶面埋深在1000m以下，相对较封闭，可作为相对隔水边界。
南部为聂奶庙背斜轴部的灰岩隐伏露头区，但新生界隔水层的覆盖，客观上削弱了上部灰岩含水层的富水程度，因此为无限边界。
（2）地表水文特征
井田内无常年流水河流，王引河在勘探区东北边界穿过，1956年实测最大流量46.6m3/s，最高水位标高39.70m，平时水量较小。
位于勘探区中、西部的白河、韩沟两条暂时性水流，自北向南注入沱河，旱季经常干枯无水。
地表水体距离煤层垂直距离一般大于400～500m，并且有巨厚新生界阻隔，因此地表水对煤层开采无影响。
（3）主要含水层
区内含水层自上而下划分为：
新生界含水层（组）；
基岩风化带含水层；
二叠系下石盒子组、山西组砂岩含水层；
石炭系太原组上段灰岩含水层；
石炭系太原组下段灰岩含水层；
奥陶系灰岩含水层，共计六个含水层。
（4）主要隔水层特征
1）新生界隔水层
新生界新近系上部与下部隔水层：
新近系上部厚度30～50m，下部50～100m，岩性以粘土为主，分别为第四系与新近系上部含水层（组）、新近系下部第二段含水层与第一段含水层之间的良好隔水层。
新近系下部粘土、亚粘土及底部俗称“钙质层”的隔水层虽然全区发育，但是在92线，80～82线，72～70线浅部及77～74线中深部附近隔水层减薄或尖灭，基岩风化带与砂层直接接触，砂层厚度10～30m，单位涌水量0.135L/s·
m，渗透系数1.73m/d，富水性中等，盖层底部松散孔隙水将可能与基岩含水层之间产生水力联系，成为矿井开采浅部煤层的水源。
2）下石盒子组和山西组隔水层
下石盒子组和山西组的含水层之间普遍发育三层隔水层，上石盒子组底部K5砂岩至三2 2煤顶板层段，二2煤顶板砂岩以上至三煤组底板层段，由砂质泥岩、粉砂岩及薄层砂岩互层组成，厚度分别为30m，50～70m，隔水性能良好，已经为邻近生产矿井证实为区域性赋存稳定的隔水层。
3）二2煤底板隔水层
太原组顶部第一层灰岩至二2煤底板，主要由泥岩和粉砂岩、细砂岩组成，总厚度23.16～61.89m，平均厚度42.56m，该层分布连续、稳定，正常情况下，为良好的隔水层。
底板砂岩含水层与岩溶裂隙含水层之间没有水力联系
4）太原组中段隔水层
L8与L2灰岩之间，隔水层厚度间距67～77m，岩性主要由砂质泥岩、中粒砂岩、薄层灰岩组成，赋存稳定,分布连续，能有效阻隔太原组上下段灰岩含水层的水力联系。
5）本溪组隔水层
隔水层厚度15.70～24.02m，平均厚度19.73m，该层分布稳定、连续，隔水性较好，正常情况可阻止奥陶系含水层水与上部的水力联系。
（5）断层水文地质特征
区内断层多为高角度正断层，断层破碎带厚度不大，一般在10m以下，其组成物主要为砂质泥岩、粉砂岩、砂岩及煤屑。
钻孔简易水文地质观测无发现断层带的漏、涌水现象。
7708孔太原组上段灰岩与F121断层带混合抽水，单位涌水量q＝0.00000466L/s·
m，邻区断层带抽水，单位涌水量0.002～0.00437L/s·
m，富水性较弱，断层带渗透性能差。
本区落差大于30m的断层是底板直接充水含水层向主要可采煤层二2煤层充水的主要通道，从钻孔揭露的情况看太原组上段灰岩含水层岩溶裂隙不发育，但从区域生产矿井突水情况看，断层带及影响带的富水性较强，因此，本区断层突水对矿井生产的威胁（尤其在浅部）应引起注意。
井田的富水区分布特征：
瞬变电磁勘查，奥陶系、太原组上、下段灰岩和二2煤顶板砂岩富水区受北东向构造控制明显；
断层的转折部位，尤其是受北东向改造影响的转折部位和断层的交汇、尖灭处为相对富水区。
（6）矿井充水因素分析
临近生产矿井资料：
矿井水主要由顶、底板砂岩水和底板灰岩水构成；
断层影响的太原组灰岩水对矿井影响较大；
直接影响最大与正常矿井涌水量变化范围取值的是底板太原组灰岩水量的变化。
开采二煤组其顶板直接充水含水层为砂岩裂隙承压水，水量微弱，补给条件差，一般不会对矿井形成较大危害。
二2煤底板直接充水含水层太原组上段灰岩岩溶不发育，富水性弱，单位涌水量q<
0.1L/s·
m，二2煤层底板隔水层,厚度23.16～61.89m,平均42.56m，隔水性良好，一般可阻止底板水的进入。
井田南部灰岩隐伏露头地带为混合型岩溶裂隙承压水汇集带，虽然有新生界隔水层覆盖，但未来矿井大降深疏排水时，仍会回补矿井，成为二2煤层浅部的主要补给来源。
区内构造西部简单、东部受北东向构造控制相对复杂，未来矿床充水的因素主要是断层，是今后矿井开采重点关注的地方。
（7）矿床水文地质勘探类型
本区水文地质勘探类型：
二2煤层为第三类第二亚类第二型，即以底板岩溶裂隙充水为主的中等矿床。
（8）矿井涌水量
勘探报告根据生产的陈四楼矿井资料，采用比拟法和稳定流解析法分别计算矿井涌水量，推荐矿井涌水量为1378.79m3/h，最大矿井涌水量为1654.55m3/h。
2.2.5开采技术条件
（1）煤层顶底板岩性
二2煤直接顶板以砂质泥岩粉砂岩为主，细粒、中粒砂岩顶板次之，厚度一般5～10m。
老顶为细粒、中粒砂岩，厚度2.35～19.7m。
直接底板主要为砂质泥岩、粉砂岩，厚度0.76～32.73m，一般1.18～12.71m，岩石致密分布连续稳定。
三3煤顶底板均多粉砂岩和砂质泥岩；
三2 2煤直接顶底板大多为砂质泥岩、泥岩。
井田内大部分区段二2煤顶板岩石力学强度较高，完整性较好，属易于管理的顶、底板。
在断层发育处，岩石原生结构遭到破坏，裂隙较发育，强度降低容易造成冒顶及片帮，需在采掘生产中加以注意。
（2）瓦斯
区内生产矿井多为低瓦斯矿井。
据本区二2煤层瓦斯成分分析，煤层底板-600m以浅地带，沼气成分最高占70%，一般小于20%，个别点氮气达60%，二氧化碳20%，甲烷含量在5ml/g以下，属瓦斯风化带；
-600m以深地带沼气成分占80～95%之间，甲烷含量在5ml/g以上。
瓦斯风化带内瓦斯含量一般在1.76～4.46ml/g之间；
进入沼气带，沼气含量则有所增加，煤层底板-600～-800m瓦斯含量6.15～17.59ml/g；
800m以深最高达19ml/g（71―4孔，孔深813.2m）。
矿井初期开采井田东翼-600～-800m标高，预测为高瓦斯矿井，按煤与瓦斯突出矿井进行设计。
（3）煤尘
区内各煤层多数为粉粒状煤，开采时易产生大量的煤尘，钻孔煤样煤尘爆炸性试验，三3、三2 2、二2煤煤尘爆炸指数均大于10%，各可采煤层煤尘均有爆炸性。
（4）煤的自燃
本区煤样测试结果，还原样着火点与氧化样着火点（△T0）均小于25℃，各煤层均应属不易自燃煤。
（5）地温
参考我国东部地区一些资料，估算恒温带的深度为25m，恒温带温度16.5℃。
地温梯度为2.2～2.79℃/hm，低于3℃/hm，故本区属地温正常区。
井田内二2煤底板埋深340～1037m，底板温度25℃～43℃，存在Ⅰ、Ⅱ级高温区。
正常地温区基本上在94勘探线以东二2煤层底板-550m水平以浅，占井田面积的15.57%；
Ⅰ级高温区主要分布在94线以东二2煤层底板-550～-850m水平之间，占井田面积41.22%。
基本上先期开采地段和首采区均在Ⅰ级高温区内。
73―4、7288两孔之间存在地温偏低现象；
Ⅱ级高温区主要分布在二2煤层底板-850m水平以深的范围，占井田面积43.20%。
2.2.6井田开拓及矿井储量
该井田为全隐蔽式煤田，煤系地层被巨厚的新生界松散沉积层所覆盖，煤层埋藏深，新生界松散沉积层含水丰富，故采用立井开拓方式。
立井开拓的适应性很强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件限制。
技术上也比较可靠。
当地质条件不利于平硐或斜井开拓时均采用立井开拓方式。
其优点如下：
（1）能通过复杂的地质条件，提升能力大．机械化程度高，易于自动控制。
（2）井筒为圆形断面结构合理，维护费用低，有效断面大，通风条件好，管线短，人员升降速度快。
影响设计矿井开拓的主要因素：
（1）该矿井井田形状不规则，煤层赋存情况从平面上看，基本是一扇形月牙状；
井田东西长16km，南北宽2.8～6.5km。
（2）井田地质条件中等，主采二2煤层层位稳定，结构简单，煤质较好；
但煤层瓦斯含量较高，预测为高瓦斯矿井。
（3）薛湖煤矿主采二2煤层厚度平均2.23m，煤层倾角为5～20°
。
（4）矿井涌水量为1378.79m3/h。
本矿采用立井单水平开拓方式，主副井筒均位于井田中央。
矿井储量为187Mt，设计储量171Mt，可采储量123Mt。
3矿井通风系统设计的可行性论证
3.1矿井通风系统优化背景
3.1.1矿井目前生产通风情况和生产变动情况分析
4矿井通风系统设计
4.1采区通风设计
4.1.1采区通风系统的确定
（1）采区通风系统的基本要求
在一般情况下，一个矿井总是同时有几个采区进行回采和准备。
从通风的角度来看，每一个釆区就是矿井通风系统中的一个独立的通风区域，它们各自与矿井的主要进风巷和回风巷相连通，是矿井通风系统的主要组成单元，是采区生产系统的重要组成部分，它包括采区进风、回风和工作面进、回风巷道组成的风路的连接形式及采区内的风流控制设施。
采区通风系统主要取决于采煤系统（采煤方法），但又能在—定程度上影响着采区的巷道布置系统。
其合理与否不仅影响采区内的风量分配，发生事故时的风流控制，生产的顺利完成，而且影响到全矿井的通风质量和安全状况。
完备的采区通风系统应能有效地控制采区内的风流方向，风量和风质，采区应该有足够的供风量，并按需分配到各个采、掘工作面。
为此，采区通风系统应满足下列基本要求：
1）每一个采区，都必须布置回风巷，实行分区通风。
煤层群或分层开采的每个上、下山采区，采用联合布置时，都必须至少设置一条专门的回风巷。
采区进、回风巷必须贯穿整个采区的长度或高度。
严禁将一条上、下山或盘区的风巷分为两段，其中一段为进风巷，另一段为回风巷。
2）保证风流流动的稳定性，采区逆风系统中应尽量避免或减少角联通风。
3）通风系统力求简单，以便在发生事故时易于控制风流和撤走人员。
4）采煤工作面和掘进工作面都应采用独立通风。
有特殊困难必须串联通风时应符合《规程》有关规定。
5）煤层倾角大于12°
的采煤工作面采用下行通风时，报矿总工程师批准，并须遵守下列规定：
①采煤工作面的风速，不得低于lm/s；
②机电设备设在回风巷时，其风流中瓦斯浓度不得超过1%，并应装有瓦斯自动检测报警断电装置；
③进、回风巷中，都必须设置消防供水管路。
有煤与瓦斯（二氧化碳）突出的采煤工作面严禁采用下行通风。
6）采煤工作面和掘进工作面的进风和回风，都不得经过采空区或冒落区。
水采工作面由采空区和冒落区回风时，必须使水采工作面有足够的新鲜风流，保证水采工作面及其回风巷的风流中的瓦斯和CO2浓度都必须符合《规程》规定。
7）采空区须及时封闭。
随着回采工作面的推进，通至采空区的风眼须逐一封闭，采区结束后，至多不超过一个月，必须设密闭全部封闭采区。
8）机电硐室须设在进风流中。
硐室深度不超过6m，入门宽度不小于1.5m者，可用扩散通风。
个别机电硐室经矿总工程帅批准，可设在回风流中，但其中瓦斯浓度不得超过0.5%，并应安装瓦斯自动检测报警断电装置。
9）改变采区通风系统时，应报矿总工程师批准。
掘进巷道与其它巷道贯通前，通风部门必须做好调整通风系统的准备工作，贯通后须立即调整系统，防止瓦斯积聚，待风流稳定后，才可恢复工作。
10）采掘工作面空气温度不得超过26°
C；
机电硐室不得超过30°
C。
（2）采区进、回风上山的选择
对于薄及中厚的缓倾斜煤层，我国广泛采用走向长壁采煤法。
厚煤层则多采用倾斜分层走向长壁采煤法或放顶煤开采，开掘采区下、下山联络回风大巷及运输大巷。
从生产角度出发，采区至少有两条上山，一条为运输上山，另一条为轨道上山，两条上山即为采区内的进、回风巷道。
可以采用运输上山作进风道，轨道上山作回风道；
也可以采用轨道上山作进风道，回风上山作回风道。
有些大型矿井采区走向比较长，当采区生产能力大、产量集中、瓦斯涌出量大时可以采用三条上山。
除上面两条上山外，有一条专门的回风上山，供通风、行人之用。
这样按标高布置这三条
升级会员 