古城矿120万吨新井通风设计-矿井通风与安全课程设计.doc
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中国矿业大学资源与地球科学学院
矿井通风与安全
课程设计
课程设计题目：
古城矿120万t/a新井通风设计
小组成员：
朱宇
孙如心
王浩
焦邵博
班级地质12-8班指导教师杨永良
成绩日期2015年6月
1.1矿区概述及井田地质特征
1.1.1矿区概述
古城矿井位于山东省兖州市新兖镇古城村，距兖州市中心3km，东距曲阜市20km，西南距济宁市30km。
分属兖州、曲阜两市管辖。
古城矿井位于兖州东北侧兖州市境内，由临沂矿务局筹建开发。
西以京沪铁路东侧煤柱线及兖州市煤柱线，即Z1～Z8、Z12～Z17各点连成为界，东至F33断层，北以F18断层及D1～D5各点连成与单家村煤矿为界，南以第31勘探线及-1200米煤层地板等高线为界。
井内的气象参数按表1所列的平均值选取。
表1矿井进回风井的风流温度参数一览表
季节地点
进风井筒（K）
出风井筒（K）
冬
301
298
夏
283
298
1.1.2井田地质特征
井田水平面积约17.95km2，井田周长18.68km，井田的水平宽度是：
3.5km。
倾斜长度Lmin=0平均长度是4.3km。
井田走向长度Lmax=5.92km，Lmin=0.72km平均走向长度是4.8km。
储量计算范围为井田境界内各可采煤层。
1.1.3煤层特征
本矿井主要可采煤层有3煤层，其煤层平均厚度分别为5m，具体参见图1综合地质柱状图。
根据精查地质报告的瓦斯地质资料，本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯鉴定结果为矿井相对瓦斯涌出量CH4=2.52m3／t、CO2=2.22m3／t，为低瓦斯低二氧化碳矿井，无煤和瓦斯突出现象。
据煤芯煤样爆炸性实验：
煤尘爆炸指数36.41%,各煤层均有爆炸性危险。
煤芯煤样测定结果，自燃发火等级为II类，各煤层都有程度不同的自然发火倾向。
根据矿井实际生产资料统计发火期一般在3～6月。
1.2井田开拓
1.2.1井田境界与储量
矿井地质资源量3#煤118.51（Mt），矿井工业储量114.24（Mt），矿井可采储量101（Mt），本矿井设计生产能力为120万t/年。
工业广场的尺寸为300m×400m的长方形，工业广场的煤柱量为630（万t）
1.2.2矿井工作制度、设计生产能力及服务年限
本矿井设计生产能力按年工作日300天计算，四六制作业（三班生产，一班检修），每日三班出煤，净提升时间为14小时。
本矿井的设计生产能力为120万吨/年,矿井服务年限为64年。
（m）
层厚
名称
煤岩
1：
200
柱状
（m）
累厚
岩性描述
中砂岩
8.40
46.65
5.85
38.25
8.45
32.4
1.79
23.95
灰白色，微带绿色，成分以石英为主，
长石次之，含云母星点黑色矿物较多，
硅泥质胶结，隐显斜水平层例。
5
4.40
6.60
2.83
紫红色，成分以石英为主，含云母星
点，无层理。
砂质泥岩
11.0
13.83
22.16
3煤
砂质泥岩
灰黑色，致密,厚层状，中夹菱铁矿结
核和少量黄铁矿散晶，有少量植物化
石，有滑面。
灰色，泥质胶结，有明显的黑色泥质
量条带,具波状层理。
灰黑色，致密、性脆，块状构造，含
菱铁矿结核，偶见黄铁矿散晶，具纵
向裂隙。
黑色烟煤，半亮型为主，夹有镜煤条
带，煤层结构呈条带状，夹有矸石薄
层。
粉砂岩
黑灰色，块状构造，性脆，含植物化
石，呈滑面。
以白色为主，少带灰白色，含暗色矿
物，钙质胶结。
细砂岩
中砂岩
砂质泥岩
4.40
图1综合地质柱状图
1.2.3井田开拓
工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中部。
采用立井开拓，井筒置于工业场地之中。
主、副井筒均为立井，布置在井田中央，只设一个水平。
由于辅助运输采用电机车运输，大巷布置在岩层中，沿底板掘进，局部半岩及岩巷。
矿井共有两个井筒，分别为主井、副井。
主井位于井田中央工业场地之中，担负矿井120万t/a的煤炭提升任务。
副井位于井田中央工业场地之中，担负全矿的材料、人员、设矸石的提升；兼做进风井。
矿前期开采井田的-690m标高以上煤为上山开采。
后期开采-690标高以下煤层为下山开采。
前期煤层倾角变化较小为13°，缓倾斜煤层，为实现高产高效，要求巷道布置系统力求简单，掘进工程量要少，结合实际生产中带区布置与带区布置各自的优缺点及适用条件分析比较可知本矿井采用带区式开采优势明显，故设计为带区式开采。
井底车场布置在3#底板岩石中。
矿井为立井开拓，煤炭由运输大巷运至井底煤仓，后经箕斗提升运至地面；物料经副井运至井底车场，经井底车场由电机车牵引运到采（带）区；少量矸石由矿车直接排运到非通行的巷道横贯中。
1.3巷道布置与采煤方法
1.3.1带区巷道布置及生产系统
首采带区为一带区，位于井田西南方向，大巷北部，靠近工业广场。
带区内划分为10个倾斜分带，组成一个统一的采准系统。
根据古城矿实际情况，各分带之间留设3m窄小煤柱，采用沿空掘巷的方法掘进回采巷道。
首采带区工作面长度取200m；两斜巷设计均为矩形断面，其中运煤斜巷断面面积10.64；回风斜巷断面面积10.08。
1.3.2采煤方法
主采煤层选用综采开采工艺，倾斜长壁全部垮落一次采全高的采煤方法。
工作面的推进方向确定为后退式。
根据工作面的关键参数，选用编号为ZC186—ZZ38的配套设备：
液压支架ZY3500/25/47、采煤机MXA-300/4.5、刮板输送机SGZ-730/220、SZB-764/132型转载机、PCM110型破碎机、SSJ1000/2×160型带式输送机。
采煤机截深0.6m，其工作方式为双向割煤，追机作业，工作面端头进刀方式。
工作面用先移架后推溜的及时支护方式。
1.3.3回采巷道布置
工作面回采巷道采用单巷布置；两斜巷设计均为矩形断面，采用沿空掘巷施工。
采用1000mm宽的胶带输送机运煤；无极绳绞车斜巷运料、运设备；辅助运输巷铺设轨道，通过设备车辆。
1.3.4部分井巷特征参数
表2部分井巷特征参数（其他井巷参数自行设计、计算或在相关图纸上提取）
井巷名称
长度（m）
断面（m2）
周长（m）
副井
33.18
20.42
井底车场
14.3
14.8
轨道大巷
14.3
14.8
进风行人斜巷
14.3
14.8
分带运输斜巷
10.64
13.34
采煤工作面
12
13
分带运料斜巷
10.08
12.94
运输大巷
14.2
14.4
风井
19.62
15.7
2矿井通风系统拟定
2.1矿井通风系统基本要求
⑴应有利于加快矿井建设速度，鼓术经济合理，生产安全。
⑵必须符合《煤矿安全规程》和《煤炭工业设计规范》有关规定。
①每一矿井必须有完整的独立通风系统。
②新建或改建的矿井，如果采用中央式通风系统时，在设计中必须规定井田境界附近的安全出口。
⑶箕斗提升井或装有胶带输送机的井筒不兼作风井。
如兼作风井时，必须遵守下列
规定：
①箕斗提升井兼作回风时，井上、下装卸载装置和井塔都必须有完善的封阂措施，其漏风率不得超过15％，并应有可靠的降尘设施。
但装有肢带输送机的井筒，不得兼作回风井。
②箕斗提升井，或装有胶带输送机的井筒，兼作进风井时，箕斗提升并筒中的风速不得超过每秒6m，装有胶带输送机的井筒的风速不得超过每秒4m，并都应有可靠的降尘措施，保证粉尘浓度，符合工业卫生标准。
胶带输送祝的并筒中还应装有专用的消防管路。
⑷其他还应考虑以下各因素：
①风井位置要在洪水位标高以上，进风并口须避免污染空气进入，距有害气体源的地点不得小于500m。
②井口工程地质及井筒施工地质条件简单。
③占地少，压煤少，交通方便，便于施工。
④通风系统简单，风流稳定，易于管理。
⑤发生事故时，风流易于控制，每个带区至少有两个通向地面的安全出口，以便于人员撤出。
⑥使专用通风巷道的数目最少，风路最短，贯通距离短，井巷工程量省。
⑦尽可能使每个带区的产量均衡，阻力接近，避免过多的风量调节，尽量少设置通风构筑物．以免引起大量漏风。
⑧多风机抽出式通风附，为了保持风机联合运转的稳定性，应尽量降低总进风道公共风路段的风阻（一般要求公共区段的负压不超过任何一个扇风机负压的25％）。
⑨通风费用少。
⑩后期通风合理。
2.2矿井通风方式的选择
1）选择通风方案的考虑因素
选择矿井通风方式时，应考虑以下两种因素：
自然因素：
煤层赋存条件、埋藏深度、冲击层深度、矿井瓦斯等级。
经济因素：
井巷工程量、通风运行费、设备装备费。
2）矿井通风方案
一般说来，新建矿井多数是在中央并列式、中央分列式、两翼对角式和分区对角式中选择。
3）矿井通风方式的选择
2.3矿井通风方案技术与经济比较
根据前述矿井的地质概况，开拓方式及开采方法，提出本矿井矿井通风系统方案为：
方案一：
中央并列式。
方案二：
两翼对角式。
1）矿井通风方案的技术比较
根据以上提出的二种通风方案，对其进行技术上的优缺点比较，方案的技术比较列表进行比较。
通风方案技术比较见表4.2。
表4.2通风方案技术比较表
优点
缺点
方案1
这种通风方式只设有一个出风井，初期投资少节省工业场地，建井工期短。
进出风井漏风大，风路长，阻力大。
方案2
这种通风方式的优点在于通风路线长度和风压变动较小，通风机工作稳定，漏风少，矿井个带区能保持独立的通风，有利于矿井通风系统管理，发生灾变时，两个风井均可作为安全出口，抗灾能力强
初期投资大，建井期长，工程量大
方案1和方案2个有其优缺点，在技术上难于明显的分出其优劣，因而还需进一步作经济比较。
2）通风方案的经济比较
通风方案在经济比较中，对相同巷道的开拓和维护费用均不作比较。
大巷和风井的维护费用按20年的服务年限进行计算
（1）井巷工程掘进费用比较。
表4.3井巷掘进费用比较
方案
项目
方案1
方案2
工程项目
工程量（m）
单价
（元/m）
费用
（万元）
工程量
（m）
单价
（元/m）
费用
（万元）
回风大巷
5525
1346.7
744．52
7748
1346.7
1043.42
回风井
780
5617.7
438.13
255×2
5617.7
286．50
合计
1182.65
1329.92
相对百分数
100%
112.45%
（2）巷道维护费用能够比较
表4.4井巷维护费用比较表
方案
项目
方案1
方案2
工程项目
工程量
（m）
单价
（元/ma）
费用
（万元）
工程量
（m）
单价
/ma）
费用
（万元）
回风大巷
5525
80
44.2
7748
80
61.98
回风井
780
90
7.02
255×2
4.6
4.42
合计
55.25
66.40
相对百分数
100%
120.18%
（3）通风设备购置费用
矿井主风机、配套电机设备购置费按90万元计算，主风机房必须安装两套主风机及配套电机。
一套工作，一套备用。
则共需设备费90*2=180万元。
风机房、风硐、扩散器、防爆门、反门设施等通风设施的土建费按60万元计算。
则建一个风机房共需240万元。
表4.5通风设备费用比较表
方案
项目
方案1
方案2
通风设备费
240
2×240
相对百分数
100%
200%
（4）通风电费比较
根据《矿井生产经营费指标》矿井通风分册，中央并列式通风时风井风量为72.2立方米/秒，风井年耗电费50.2万元。
两翼对角式通风时风井风量为42立方米/秒，风机年耗电费18.5万元。
风机服务年限按25年计算。
表4.6通风电费比较表
方案
费用
项目
方案1
方案2
通风电费（万元）
50.2×25=1255
18.5×25×2=925
相对百分数
135.67%
100%
（5）通风总费用比较
表4.7通风总费用比较表
费用
（万元）
项目
方案1
方案2
井巷掘进费
1182.65
1329.92
井巷维护费
55.25
66.40
通风设备费
240
480
通风电费
1255
925
总费用
2732.9
2801.32
相对百分数
100%
102.05%
综上的技术比较和经济比较，可以看出，方案1优越于方案2。
因此本矿井采用方案1中央并列式通风。
2.4通风机工作方法
抽出式和压入式的优缺点
工作方式
优点
缺点
抽
出
式
整个通风系统处于负压状态，当主扇应故停止运转时，井下风流的压力提高，有可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全。
在地面小窑塌陷区分布较广，并和带区相沟通的条件下，用抽出式通风，会把小窑积存的有害气体抽到井下，同时使通过主扇的一部分风流短路。
总进风量和工作面通风量都会减少。
压
入
式
用压入式通风，能用一部分回风流把小窑塌陷区的有害气体带到地面，在地面小窑塌陷区分布较广，并和带区相沟通的条件下使用比较安全。
如果能够严防总风路上的漏风，则压入式主扇的规格尺寸和通风电力费用都较抽出式小。
采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干构筑物，使通风管理工作比较难，漏风较大。
在由压入式通风过渡到深水平抽出式通风时，有一定困难，因为过渡时期是新旧水平同时产生，战线较长。
压入式主扇使井下风流处于正压状态，当主扇停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加。
1）两种主扇工作方法的风流运动过程
（1）抽出式的风流运动过程
在服务范围内的西风井安设抽出式主扇。
主扇开始工作后，矿井内的风流处于负压状态，新鲜风流顺着副井进入井下。
然后，风流沿运输大巷经带区上部车场进入煤层。
风流流经采煤工作面后，乏风经带区回风斜巷回到回风大巷，再经西风井排到地面。
（2）压入式的风流运动过程
在副井井口安设压入式主扇，进风副井井口要密闭，主井井底和总进风分开。
主扇开始工作后，矿井内的风流处于正压状态，新鲜风流顺着副井进入井下。
然后，风流沿轨道大巷经过带区上部车场进入煤层。
风流流经采煤工作面后，乏风经带区回风斜巷回到回风大巷，再经西风井排到地面。
本矿井虽然为低瓦斯矿井，但是煤层有自燃发火倾向，煤尘有爆炸危险性。
采用抽出式通风，沿通风线路漏风少，通风管理工作比较容易，并且新旧水平过渡容易。
另外，主扇布置在两翼风井而不是副井井口，对工业广场不造成噪音污染。
因此，综合以上因素，确定主扇的工作方法为抽出式。
3采区通风
采区通风系统是矿井通风系统的基本组成部分，它包括采区进回风和工作面进回风巷道的布置方式，采区通风路线的连接形式，以及采区通风设备和通风构筑物的设置等基本
采区通风系统应满足：
分区通风、采掘工作面应采用独立通风，采区内所有的巷道，回采工作面，备用工作面，掘进工作面和硐室等有足够的风量；采区内风流稳定；有利于采空区瓦斯排放和防止浮煤自燃；通风系统具有一定的抗灾能力和满足一些特殊要求的能力（如抽放瓦斯、防火灌浆、煤层注水、区域反风和降温等）。
使新鲜风流在其流动路线上被加热与污染的程度最小。
3.1采区通风系统的要求
采区通风的基本要求：
1）回采面和掘进面都应采用独立通风，不能串联；
2）工作面尽量避免位于角联分支上，要保证工作面风向稳定；
3）煤层倾角大于12°时，不能采用下行风；
4）回采工作面的风速不得低于1m/s；
5）工作面回风流中沼气浓度不得超过1％；
6）必须保证通风设施（风门、风桥、风筒）规格质量要求；
7）要保证风量按需分配，尽量使通风阻力小风流畅通；
8）机电硐室必须在进度风流中；
9）采空区必须要及时封闭；
3.2回采工作面的通风方式
1）采煤工作面通风类型的确定
本设计是带区布置通风方式是中央并列式适合本采煤工作面通风类型有U、Z、Y和双Z等形式，见图4.2，通风类型的粗略比较图4.2回采工作面通风类型
表4.9回采工作面通风类型比较表
类型
优点
缺点
U形
采空区漏风少
在工作面上隅角附近容易积存沼气，影响工作面的安全生产。
Z形
在采空区上部维护一条回风巷，工作面回风流经回风巷时，采空区的漏风可将其中的沼气排至回风道，工作面比较安全。
采空区漏风大，需要维护一条巷道，巷道维护费用高。
Y形
增加一条进风巷，能有效地解决回风流的瓦斯浓度过高和积存问题。
对回采工作面的瓦斯和气候条件没有改善；要求工作面的上顺槽沿带区一翼全长预先掘好，且在回采期间始终维护；同时，巷道的掘进和维护费用较大。
双Z形
对于瓦斯涌出量大和采用综采机组的回采工作面，能有效解决产量严重受通风限制的问题。
中间巷道开掘在煤体中，并且在回采期间始终维护，故掘进和维护费用较大。
由于本设计矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量很小，且U形通风漏风量少，易于通风管理。
结合设计带区回采工作面推进方向，确定回采工作面的通风类型为U型通风。
4掘进通风
4.1掘进通风方法选择
掘进通风方法分为利用矿井总风压和利用局部动力设备两种方法。
利用矿井总风压进行局部通风，将增大矿井通风阻力，增加矿井通风成本，且设计矿井掘进工作面掘进长度较长，利用矿井总风压通风难以满足掘进通风要求，因此，设计选用局部动力通风方法，动力设备为局部通风机。
4.2掘进通风方式选择
局部通风机通风由局部通风机和风筒组成，按其工作发式分为：
压入式、抽出式和混合式。
其特点分别是：
1）压入式通风时，局部通风机及其附属电器设备均布置在新鲜风流中，污风不通过局部通风机，安全性好；而抽出式通风时，含瓦斯的污风通过局部通风机，安全性差。
2）压入式通风，风筒出口风速和有效射程较大，可以防止瓦斯层状积聚，散热效果好，然而，抽出式通风有效吸程小，排污风时间长、速度慢。
3）压入通风时，可用柔性风筒，其成本低，重量轻、运输方便，而抽出式的风筒承受负压，必须使用刚性或带钢性骨架的可伸缩风筒，成本高、重量重、运输部方便
本设计，煤巷掘进工作面瓦斯涌出较少，由于现在掘进机械化的提高，工作面需风量大，再综合压入式和抽出式通风优缺点比较，故本设计选用压入式掘进通风，其示意图如图4.3
4.3掘进工作面所需风量
1）按瓦斯涌出量计算
（4.1）
式中：
—第i个掘进工作面的需风量
—第i个掘进工作面的绝对瓦斯涌出量，相对瓦斯涌出量为：
2.52/t.d
—第i个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀和备用系数，一般为1.5—2.0。
取1.5
按日产160t计算
=160×2.52/（60×24）=0.28m3/min
Qhi=100×0.28×1.5=42/min
2）按人数计算
Qbi=4NbiKm3/min（4.2）
式中：
4——以人数为计算单位的供风标准，即每人每分钟供给4m3的规定风量；
Nbi——第i个掘进工作面同时工作的最多人数，根据古城矿现场生产实际，取Nai=40人。
K----风量备用系数：
中央并列式取1.45。
则Qbi=4Nbi=4×40×1.45=232m3/min
3）按炸药量计算
Qbi=25AbK，m3/min（4.3）
式中：
25——以炸药量为计算单位的供风标准[m3/（min·kg）]，即为每公斤炸药爆破后，需要供给的风量；
Abi——第i个掘进工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg。
根据参照《煤炭井巷综合预算》关于炸药用量的规定，取一次爆破使用的最大炸药量为6.5kg。
则:
Qbi=25Abi=25×6.5×1.45=235.7m3/min
通过以上的计算，选取最大值236m3/min。
而本设计根据矿井的实际经验，对于煤巷掘进头的供风量确定为236m3/min。
满足计算要求。
4）按风速进行验算
按最小风速验算，各个煤巷掘进工作面最小风量
（4.4）
=60×0.25×4×2.5
=150/min
按最高风速验算，各个煤巷掘进工作面的最大风量
（4.5）
=60×4×4×2.5
=2400/min
式中：
—第i个掘进工作面最大风量
因此，掘进工作面供风=378/min，能够满足要求。
4.4掘进通风设备选型
选用风筒要与局部通风机选型一起考虑，其原则是：
1）风筒直径能保证最大通风长度时，局部通风机供风量能满足工作面通风的要求；
2）在巷道断面容许的条件下，尽可能选择直径较大的风筒，以降低风阻，减少漏风，节约通风电耗；一般来说，立井凿井时，选用600～1000mm的铁风筒或玻璃风筒；通风长度在200m以内，宜选用直径为400mm的风筒；通风长度200～500m，宜选用直径500mm的风筒；通风长度500～1000m，宜选用800～1000mm的风筒。
（1）风筒的种类
掘进通风使用的风筒有金属风筒和帆布、胶布、人造革等柔性风筒。
柔性风筒重量轻易于贮存和搬运，连接和悬吊也简便。
胶布和人造革风筒防水性能好，但柔性风筒只适用于压入式通风。
为了满足抽出式通风的要求，目前有用金属整体螺旋弹簧钢丝为骨架的塑料布风筒。
矿山常用的风筒直径有300、400、500、600和800mm等。
本设计采用压入通风，选用用柔性风筒，其成本低，重量轻、运输方便。
设计煤巷掘进长度一般都大于500m，所以选用800mm直径的风筒。
规格选用胶布风筒。
起规格参数见表4.10。
表4.10胶布风筒规格参数表
直径/mm
截长/m
壁厚/mm
风筒质量/kg.m-1
风筒断面/m2
300
10
1.2
1.3
0.071
400
10
1.2
1.6
0.126
500
10
1.2
1.9
0.196
600
10
1.2
2.3
0.283
800
10
1.2
3.2
0.503
1000
10
1.2
4.0
0.785
（2）风筒的接头
柔性风筒的接头方式有插接，单反边接头、双反边接头、活三环多反边接头、螺圈接头等多种形式。
插接式最简单，但漏风量大；反边接头漏风较小，
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