七台河矿业集团新立矿矿井通风设计.docx
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七台河矿业集团新立矿矿井通风设计
摘要
本设计进行的是新立煤矿85、87、90煤层的矿井通风设计。
设计包括：
矿区概述及井田地质特征、井田境界及储量、矿井工作制度和设计生产能力及服务年限、井田开拓及基本巷道布置、矿井通风系统、矿井灾害防治和提高瓦斯抽放率的主要措施。
根据设计要求，本井田设计年生产能力为90万吨/年，服务年限为
36年，矿井采用单水平立井开拓，水平标高为-200m，全矿井布置两个
工作面。
矿井采用倾斜长臂综合机械化全部跨落采煤法。
矿井通风方式为中央分列抽出式通风，采区通风方式为后退式，采煤
工作面为U型通风，上行通风。
本设计完成了用风地点风量设计、巷道阻
力计算，并完成了主要通风机选型。
根据设计矿井的基本情况和通风系统，初步提出了瓦斯、火灾、顶板、
热害等灾害的防治措施。
关键词：
开拓设计通风设计瓦斯抽放率
ABSTRACT
Themineventilationdesignisbasedonthe3#coalseamoftheDaShuCuncoalminewhichmanagedbyFengFengCoalGrouparoundHanDancity.Thecontentofthedesigninclude:
themineralareaoutlines;thegeologicalcharacteristic,boundaryandreservesoffield;theworkingsystem,miningcapabilityandservicelifeofcoalmine;thecoalcuttingmethodandliftingsystem;theventilationsystemandthedisasterprevention&controlandthemainmeasureabouthowtoimprovetheefficiencyofgasextraction.
Accordingtotherequestofthedesign,theminingcapabilityis0.9Mt/aandtheservicelifeis36years.Thesingle-levelshaftdevelopmentmodeisappliedandthelevelelevationis-200m.Twoworkingfaceisdesignedinthecoalmine.Thetop-coalcavingmethodofsyntheticalmechanizationandtheslopelongwallisapplied.
Thewayofmechanizationinthismineiscentral-individualventilationsystem.Theback-offventilationmodeisappliedinminingsectionandtheU-typeventilationisappliedinworkingface.Somedesigncontentsareachievedasfollows:
designingtheairflowquantityinworkingplace,calculatingtheresistanceofalllaneway,andchoosingthetypeofthemainventilatingfan.
Basedonthefundamentalstateandventilationsystemofthedesignedcoal
mine,thepreliminarypreventionandcontrolmeasuresofsomedisasters,such
asgas,fireandroofdisaster,arepresentedinthisdesign.
Keywords:
developmentdesignventilationsystemdesigntheefficiencyofgasextraction
第1章矿区概述及井田地质特征
1.1矿区概述
1.1.1地理位置
新立矿位于七台河矿区西北部，行政区属七台河市新兴区。
地理座标：
东经130°45'。
北纬45°48'。
矿址西北距七台河火车站约一公里。
区内有矿区专用线与勃七线、牡佳线接轨；公路可通往勃利、依兰、鸡西，佳木斯、哈尔滨等市县，铁路、公路交通都很方便。
详见交通位置图。
1.1.2地形、地势及水文
矿区地属漫岗及丘陵区，地势特点是东高西低，标高在160米－－200米之间。
区内有新老两条七台河流，均为季节河。
新七台河位于矿区西侧，河宽20米左右，平水期流量0.5～1.5立方米/秒，洪水期流量100～250立方米/秒。
老七台河从矿井右翼上面通过，平水期流量小于0.1立方米/秒，洪水期流量10～30立方米/秒。
井田北部有倭肯河、属常年河。
河宽30米，水深1～2米，平水期流量10～30立方米/秒，洪水期流量达1000立方米/秒以上，河道电蜿延曲折，属老年期河流。
1.1.3矿井气候条件
矿区属大陆性气候，春冬季多风，严寒季节长。
本区最高气温36度，最低气温-35度，年平均气温3.5度。
十月份开始上冻，翌年四月解冻，冻结期为半年，最大积雪厚度为0.6米冻结深度1.5-2.2米。
雨量中等，集中7-8月年最大降雨量665.6mm，最小降雨量343.17mm，平均降雨量530.6mm。
主要风向偏西北风，风力一般为2-4级，最大风速28.7m/秒。
1.2井田地质特征
1.2.1煤系地层概述
地层为中生界晚侏罗纪鸡西群城子河组二至五段煤系地层，总厚472米，含煤22层，含煤总厚10.43米，砂煤系数2.2％。
煤系地层之上覆盖第四纪冲积层，厚0.5～20米。
矿内地层走向由N60°W，渐变为N60°E，基本为向南倾的单斜构造，地层倾角在8°～15°之间，一般为12°。
在断层附近局部倾角达30°。
区内F：
11断层为边界断层，对开采无影响。
F：
3和F：
D两断层走向大致平行，性质相反，F：
D切割F：
3。
两断层走向均与煤岩层走向呈斜交，切割矿田所有的煤层。
两断层之间和附近伴生有许多小断层，井下多处揭露，煤层被破坏，无法开采，整个矿区构造较简单，组合规律清楚，控制可靠和基本可靠。
1.2.2井田范围及勘探程度
井田范围：
西以七台河床中心线为界，与新建矿相邻；南、浅部以74层煤底板为界，与新兴矿相邻、深部以各煤层－80米标高为界，与新建矿相邻；东和北以F：
11断层为界。
东西走向长约3.4公里，南北倾斜宽约2.5公里，面积约8.5平方公里。
井田经过了普查、精查和详查，查明了影响井田划分的构造和矿井所采煤层的发育情况，经勘探煤层对比清楚，对媒质、煤层特征及开采条件均基本查明，资源可靠，开采条件好，具备矿井设计和建设的条件。
1.2.3地质构造
矿区位于勃利煤田山字型构造前弧西翼内侧，矿区构造以断层为主，无褶皱和岩浆岩侵入。
矿区较大断层有三条，即F：
11，F：
3，F：
D。
1、F：
11断层：
是矿区北和东的边界断层。
走向N20～50°W，倾向SW。
倾角75°左右，落差350米左右，为强扭性正断层。
此断层西北向延入新建矿，东南向伸入新兴矿，有钻孔工程控制，基本可靠。
2、F：
3断层，走向N20～30°W，倾向NE，倾角50°左右，落差10～30米，为强扭性正断层，西北向伸入新建矿，落差渐小，东南伸入新兴矿。
此断层不但有钻孔控制，在井下已多处实见，控制可靠。
3、F：
D断层，走向N20～40°W，倾向SW，倾角一般50°，落差0～50米，属压扭性逆断层。
此断层在矿区内西北尖灭在18线以东，东南向伸入新兴矿，在G线附近落差最大，不但有钻孔控制，井下亦多处实见，控制可靠。
1.2.4水文地质特征
1区域水文地质特征
该矿属于以坚硬裂隙充水为主类型。
矿井右翼为河谷水文地质区、左翼为近河丘陵水文地质区。
岩层的富水性主要决定于岩层裂隙发育程度和补给条件。
由于裂隙发育程度是随埋藏深度增加而减弱，所以岩层富水性不但有带的规律，也存在层的规律，带的规律是寓在层的规律之中。
2含水层分述
第四纪疏松含水层，在河谷区呈条带状分布。
岩性多为微具粘土胶结的粗砂，含较多的砾和碎石、分选不良。
疏松含水层不整合复在煤系地层上，中间无隔水层，故与煤系岩层水力联系较密切。
据63～4孔抽水试验资料，单位涌水量为0.211公斤/秒米，渗透系数为5～40米/日。
地下水化学类型为重碳酸钠钙型水
3充水因素
主要是地表水充入井下。
矿井北有倭肯河，西有七台河，矿井开采面积的二分之一都在河谷下。
煤系岩层与冲积层间无隔水层，补给条件良好。
其次是岩性不同，裂隙发育程度，以及含水性也不同。
浅部裂隙比较发育，向深部逐渐减弱，所以浅部充水强，深部充水弱。
在河谷区裂隙深度一般为60米，丘陵区裂隙深度80米左右。
从涌水量相关曲线图上看，涌水量与大气降水有明显的周期性变化规律，说明大气降水与矿井充水有密切关系。
小煤窖开采，给地面径流和地面水流入井下创造了条件。
1981年淹井，水就是沿小煤窑灌入大井的，小煤窑封闭质量不好，也是充水因素之一。
1.3煤层特征
可采和局部可采煤层共有九层，即77、79、85、87、90、93、94、95、96等。
其中85、、87、90和93层是主要采层，属稳定和较稳定煤层，全区可采，85、90层为中厚煤层，87和93层局部为中厚层。
其余层均为薄煤层，层位较稳定，属局部可采层。
采煤层间距，顶底板岩性等业已实践揭露，控制可靠。
稳定和较稳定煤层储量占总量比例为61.02％。
本设计只设计85、87、90煤层，故只研究考虑这三层煤。
表1-1煤层特征表
编号
煤层
名称
煤层
厚度
顶底板岩性
煤层
稳定性
煤层
结构
顶板
底板
85
85号煤
1.8m
粉砂岩、中细砂岩
粉砂岩
稳定
单一
87
87号煤
2.0m
石灰岩
中细砂岩
稳定
单一
90
90号煤
1.6m
细砂
细砂
稳定
单一
1.3.1煤层情况
85、87、90、为煤层群联合开采。
85#煤：
是可采煤层。
厚度变化不大，1.7～1.9m，平均厚度1.8m，结构简单，本井田首先开采85#煤层，煤层倾角一般在6°～8°,属缓斜煤层。
87#煤：
是可采煤层。
厚度变化不大，1.8～2.4m，平均厚度2.0m，结构简单，本井田次采开采87#煤层，煤层倾角一般在5°～7°,属缓斜煤层。
90#煤：
是可采煤层。
厚度变化不大，1.4～1.8m，平均厚度1.6m，结构简单，本井田再次采开采90#煤层，煤层倾角一般在12°～20°,属缓斜煤层。
1.3.2煤层特征
主要煤岩对比方法有三点：
1标志层
（1）93层煤下部含砾粗砂岩。
一般厚20米，发育稳定。
（2）90层煤老顶粗砂岩，一般厚28米。
（3）82层煤上部含砾粗砂厚，厚40～60米，全区发育，主要含水层之一。
2层组对比
85与87、90与91、92与93等是伴生煤层，间距10米左右，层位稳定，87、90、93等层全区发育可采，其伴生层局部发育不可采，就层组观察易于识别。
3煤质结构特征
87、90、93等主采煤层质佳，为单层结构，而94层煤为复层结构，灰分高，较坚硬。
（1）煤质
煤层多呈水平层状，结构致密、质脆，内生垂向裂隙发育。
多为亮煤、半亮煤组成，玻璃光泽，锯状或贝壳断口。
在镜下多见凝胶化基质、木质镜煤和丝炭，角质化物少，以角质层为主。
形态分子结构不完整无机物主要为石英碎屑及菱铁矿等。
（2）原煤灰分
现开采的各煤层多属中低灰分煤。
灰分多为内在灰分，系一氧化硅，氧化铝，氧化铁等，氧化钙，氧化镁较少，故灰熔点高达1250℃以上。
煤的可选性为易选和易选中等。
煤的可选性，灰分与粒度成正比，灰分高粒度则大。
（3）硫分
2#煤含硫最低为0.47%，属特低硫煤。
（4）煤层瓦斯赋存及分布情况
新立矿为高瓦斯矿井，绝对瓦斯涌出量11.69m3/min，相对瓦斯涌出量14.4m3/t，煤尘爆炸指数为48.7%，由于理疏漏发生两瓦斯爆炸，其中一起煤尘参与爆炸。
本矿各层经实践和化验无自燃发生火倾向性，无煤尘瓦斯突出危险性。
第2章井田境界及储量
2.1井田境界
井田范围：
西以七台河床中心线为界，与新建矿相邻；南、浅部以74层煤底板为界，与新兴矿相邻、深部以各煤层－80米标高为界，与新建矿相邻；东和北以F：
11断层为界。
2.2井田的工业储量
本井田经过了普查、精查和详查，纵横方向勘探线共计3条，钻孔累计13个，对井田内煤层赋存情况、断层发育、分布情况控制精度较高。
本井田的储量是按块段结合等高线法计算的，其中的块段主要是以等高线、境界线、级别线、地质剖面线划分的。
本设计主要将井田划分为六个块段，工业储量为67967200吨。
2.3井田可采储量
2.3.1井田储量的确定原则和主要依据
以（83）煤生字第1275号文件颁发的《生产矿井储量管理规定》中第二章第一节第八条“确定各级储量条件中的有关规定要求”及《采矿工程设计手册》第七章有关的原则作为确定各级储量的主要依据。
2.3.2可采储量的计算
井田总走向3.7km，倾向2.2km，有效面积7.8km2。
矿井设计依据的《矿井精查地质报告》提供矿井探明的全井田地质储量为15609.3万吨，工业储量6796.7万吨，可采储量4531万吨。
井田的可采储量为：
（2.1）
式中：
Z——工业储量，万t；
P——煤柱损失量，万t。
C1——地损系数15％；
C2——设计（开采）损失10％；
计算可采储量4531万吨，煤层储量见表2-1。
表2-1煤层储量不表（单位：
万t）
煤层
85、87、90
地质储量A+B+C+D
15609.3021
工业储量A+B+C
6796.7
远景储量D
8813
可采储量
4531
第3章矿井工作制度及设计生产能力、服务年限
3.1矿井工作制度
按照《设计规范规定》，参考《关于煤矿设计规范中若干条文的说明》确定：
矿井年工作日数330天，每昼夜工作采用“三、八”工作制，即三班作业，两采一修，每班八小时，同时实行随机检修的工作制度，日提升16小时。
3.2矿井设计生产能力及服务年限
方法计算：
（3.1）
式中：
T：
矿井设计服务年限，年；
Zk：
矿井可采储量，万t；
A：
矿井设计生产能力，万t/a；
K：
储量备用系数。
Zk：
矿井可采储量,10000万t；
A：
矿井设计生产能力，90万t/a；
K：
储量备用系数,取1.4。
服务年限为
T=ZK/1.4×A=4531/（1.4×90）=35.9603年≈36年
第4章井田的开拓及基本巷道布置
4.1矿井开拓
4.1.1影响开拓方式的因素
井田开拓方式应根据矿井设计生产能力、地形地貌条件、井田地质条件、煤层赋存条件、开采技术条件、装备条件、地面外部条件等因素，通过多方案比较或系统优化后确定。
[2]
根据采矿设计规范和井田的实际情况，经过全面考虑，确定影响该井田的开拓方式选择的主要因素包括以下几个方面：
1新立井田内地势比较平坦，井田煤层埋藏深度不大，水文地质情况比较简单，井筒不需特殊法施工，因此不适宜选用平峒和立井开拓的开拓方式。
2延伸斜井井筒的施工比较方便，对生产的干扰较少。
3本矿属于国有大中型矿井,技术和经济都达到了国家的要求。
4斜井筒掘进技术和施工设备比较简单，掘进速度快，地面工业建筑、井筒设备、井底车场及硐室比较简单，无须大型提升设备。
4.1.2井筒开拓方式的选择
受各种因素的影响,设计确定采用斜井单水平开拓方式。
经优化设计确定选取方案：
主副斜井位于三层煤底层岩层中，主斜井总深度为2100m,井口标高+110m，副斜井深度为2050米,井口标高+115.5米，，主副斜井中心间距72米；回风斜井布置在顶层煤煤层中，回风斜井深度为2005米。
4.1.3井筒位置、数目的确定
遵照煤基字[1996]第214号关于《煤炭工程设计暂行规定》中第八条，“井口位置选择应尽可能靠近构造简单、储量可靠、开采条件好的地段，并应以第一水平开采的合理性为主，以减少前期开拓工程量”。
本设计结合上述规定对井口位置进行优化比较。
针对首采区所处位置，井口位置以第一水平开采的合理性为主，以减少前期开拓量、缩短建井工期为原则。
主、副斜井筒位于底层煤下岩层中，回风井位于上层煤层中。
4.1.4开采水平和阶段的划分原则
1要有合理的阶段斜长
合理的阶段斜长是指采用合理的回采工艺及合理的工作面参数、采区巷道布置及生产系统、一定的采区设备条件下所能达到的阶段斜长。
需要参考以下因素：
（1）煤的运输：
开采倾斜的矿井，采用采区上下山设备时，采用传统的辅助运输系统时，上山不宜超过1500m，下山不宜超过1000m。
用倾斜长壁开采时，阶段斜长可达1000～1500m。
（2）辅助运输：
辅助运输采用绞车时，由于井下的运输、安装不方便所以绞车的直径不大于2m。
开采近水平煤层或者采用倾斜长壁开采时的阶段可达1000～1500m，可采用2～3段提升。
（3）行人：
对于没有人、车或者其它运人设备到工作面的矿井，阶段斜长过大使行人不方便。
2要有合理的区段数目
为保证采区正常的生产和接替，就需要有合理的区段数目，从另一方面反映了对阶段斜长的要求。
要保证采区内工作面的正常接替，区段数目多一些比较有利，但是，区段斜长过大，对辅助运输和煤炭的运输以及行人等等都有不利的影响。
所以，选择一个合理的阶段斜长是很重要的，目前，近水平煤层区段数目可取4～10个。
3有利于采区的正常接替
为保证矿井正常生产，一个采区开始减产，另一个新采区投入生产。
因此，一个采区的服务年限应大于另一采区的准备时间。
阶段斜长大时，采区储量就大，服务年限越长，并且吨煤的开拓工程量也少。
4要保证开采水平有合理的服务年限和足够的储量
第一水平应该满足服务年限不少于30年。
5水平高度在经济上有利
从技术和经济的观点来看，技术上合理的水平垂高应能获得较好的经济效益，可以通过经济的比较方法选择有利的水平垂高。
4.1.5采区划分和布置
本井田主要以断层为界，采区划分的主要依据和原则
1回采工作面不逾越大断层构造带；
2跨越各类永久煤柱（如新立矿居民区煤柱）；
3尽量保证回采工作面合理走向长度，保证采煤工作面机械化连续生产；
4有条件的要优先考虑布置双翼采区，有利于减少采区准备巷道工程量。
5采区内优先考虑近距离煤层联合布置，尽量避免分煤层单独布置。
本设计井田的煤层倾角为12°\u65292X属于缓倾斜煤层，煤炭运输采用胶带运输机运输，人员用人车运输。
材料用1.5t矿车，结合当前的煤炭开采技术，高产和高效的要求，本矿井集中开采在上下山开采。
4.1.6开拓系统综述
本井田为斜井单水平分区上下山式开拓，矿井井型为90万吨。
水平标高-550m，-550m以上采用上山式开采，各采区运煤采用皮带机运输。
各采区分别布置独立煤仓，井底建主煤仓，有利于煤炭缓冲，不至于因一处故障造成全线停产，有利于实现均衡各地区生产。
生产系统如下：
1运煤系统
工作面溜子――转载机——溜子道皮带运输巷——采区皮带上下山——井底煤仓——主斜井——地面
2运料系统
副斜井——各区段工作面运料巷——工作面
3排矸系统
与运料系统线路反向，即：
工作面——各区段工作面运料巷——副斜井
4通风系统
新鲜风流——副斜井——井底车场——采区皮带、轨道上下山——区段工作面溜子道——工作面——区段工作面运料回风巷（尾巷）——回风井
5供电系统
高压电缆由地面35kV变电站——副斜井——井底中央变电所——采区变电所（及移动变电站）——回采工作面、掘进工作面、上下山运输机、绞车等处
6压气和供水系统
掘进岩巷的凿岩机和锚杆打眼机所用的压缩空气，采掘工作面、平巷以及运输上山皮带机转载点所需的防尘喷雾用水，分别由地面压风泵房和地面贮水池（或井下小水泵）以专用管路送至各个需要的地点。
4.2矿井基本巷道
4.2.1主斜井、副斜井及风井
1主斜井：
主要特征见表4-1，剖面图如图4-1。
表4-1主斜井特征
井型
90万吨/年
井深
2050m
提升
胶带运输机
井筒支护
混凝土壁厚400mm喷混凝土50mm
2副斜井：
主要特征见表4-2，剖面图如图4-2。
表4-2副斜井特征表
井型
90万吨/年
井筒直径
6m
井深
570m
提升容器
矿车。
井筒支护
混凝土井壁厚400mm充填混凝土50mm
3风井的主要特征见表4-4，剖面图见图4-3。
表4-3井筒容许最大风速
井筒名称
容许最大风速/m/s
无提升设备的风井
15
专为升降物料的井筒
12
升降人员和物料的风井
8
设有非封闭梯子间的井筒
8
修理井筒时
8
图4-1主斜井剖面图
图4-2副斜井剖面图
图4-3风井剖面图
4.2.2井底车场
1井底车场的形式及布置方式
（1）井底车场的选择原则：
①车场的通过能力，应比矿井生产能力有1.51以上的富裕系数，有增产的可能性；
②调车简单，管理方便，弯道及交叉点少；
③操作安全，符合有关规程、规范要求；
④井巷工程量小，建设投资省；便于维护；生产成本低；
⑤施工方便，各井筒间、井底车场巷道与主要巷道间能迅速贯通。
（2）井底车场的设计依据
《煤矿设计规范》第5.1.1规定：
井底车场的布置形式应根据地质条件、大巷运输的形式、运量、井筒的提升方式、井筒与主要大巷的位置，以及地面生产系统等条件确定。
井底车场巷道和主要硐室的位置，应选择在稳定坚硬的岩石中，并避开较大的断层、含水层、松软层、煤与瓦斯突出危险层。
主要依据的资料：
①矿井设计生产能力及工作制度：
本矿的设计年生产能力万为90吨，年工作日为330天，两班生产，一班准备，每日净提升时间为16小时；
②开拓方式：
本矿采用斜井、单水平、分区上下山开拓方式；
③井筒：
本矿主斜井净直径6.5m,用胶带运输机提升；副斜井净直径8m，用矿车提升；
④各种硐室的有关资料；
⑤矿井沼气涌出量及通风系统
⑥井上、下生产系统；
⑦井底车场所处位置的地质、水文地质及矿井涌水量。
⑧主斜井井底清理撤煤的矿车经副斜井提升，存放到专业的停车线上。
（2）井底煤仓
断面为圆形，净直径为6m，正式生产期再增加一个直径为8m的煤仓。
以满足生产接替的需要。
煤仓总容量可达2000m3。
（3）主斜井井底撒煤清理硐室
断面为圆拱型，净断面2.0m2，净宽1.5m，净高1.5m。
采用3t矿车，由耙斗装入矿车提升到井底车场，装入煤仓。
（4）主排水系统硐室
主排水系统硐室主要由排水泵硐室、管子道和水仓组成。
按卧式水泵的吸入方式不同，主排水硐室有吸入式和压入式。
目前，一般采用卧式水泵吸入式的排水方式。
布置在副斜井附近，见表4-7、表4-8。
（5
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