新疆工程学院矿井通风学课程设计版本三.docx
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新疆工程学院矿井通风学课程设计版本三
摘要
矿井是一个复杂的动态系统,具有与其他工业不同的特点。
其主要特点是地下作业,工作环境恶劣,因此通风和安全措施显得尤为重要。
全局而言,各煤田所处的地理位置不同,煤层地质条件多种多样,开采方法也就多种多样。
本次设计根据以上因素进行开拓开采设计,并选择多种开采技术进行比较。
本设计针对xx煤矿,内容包含:
矿井概况及地质特征、矿井开拓开采设计、矿井通风设计以及矿井安全技术措施。
矿井概况及地质特征主要包括矿区的地理、地形和交通;矿井的地理位置、井田范围;矿区的气象条件、地震烈度、电源和水源的概况;矿井地质特征、煤层及煤质概况以及水文地质条件概况等。
矿井开拓开采设计分别论述了主井、副井和矸石井的位置选择、水平的划分、采区的划分、开采顺序以及采区的布置和装备、各巷道的布置等。
矿井通风设计主要包括矿井通风设计依据及主要内容、矿井通风系统的选择、矿井所需风量的计算及分配、全矿井容易时期、困难时期的通风阻力计算以及对通风设备的选择等。
安全技术措施包括瓦斯预防、热害防治、粉尘防治、防火措施、防水措施、顶板管理等。
关键词:
开拓开采设计,矿井通风设计,安全技术措施
第一章矿区概况及井田地质特征..................................................1
第一节矿区概况...............................................................................1
第二节井田地质特征.........................................................................3
第三节井田勘探程度.........................................................................4
第二章矿井通风设计........................................................................6
第一节通风系统...............................................................................6
第二节风量计算及风量设计................................................................13
第三节采区通风设计.........................................................................22
第四节掘进工作面通风设计................................................................28
第五节全矿通风阻力计算...................................................................32
第六节主要通风机选型.....................................................................36
第七节矿井反风措施..........................................................................38
第八节矿井通风评价..........................................................................38
参考文献........................................................................................41
致谢............................................................................................42
第一章矿区概况及井田地质特征
第一节矿区概况
一、地理概况
1、矿井位置及交通情况
1)矿井位置
河南永锦能源有限公司吕沟煤矿位于禹州市方岗乡杨南村三峰山北麓,地理坐标东径113°21′52″,北纬34°07′17″。
2)交通情况
向北6Km与许洛公路相接,向北1Km与新禹神公路相连,向南5Km有柏油路与国家二级公路禹神公路相通,矿区内有762mm地方铁路与省内地方铁路联网,交通十分方便。
交通位置图附图1-1-1
二、地形、地貌
该井田为构造剥蚀类型为主的低山丘陵区、地势西高东低,山坡冲沟发育,常与山脉走向垂直,且呈“V”型及“U”型。
标高+390~+169m,相对落差221m。
三、气象及地震烈度
本区属大陆性半干旱气候,年蒸发量大于降水量,夏季炎热,冬季寒冷,四季分明,降水多集中在6~9月份,历年霜降期为11月至翌年3月,最大冻结深度约18cm。
历年最大降水量1132mm(1964年)、最小降水量414mm(1961年),平均为781.9mm。
最高气温为42.9℃(1972年6月),最低气温-13.9℃(1971年12月)。
年最大蒸发量2113.3mm,最小蒸发量1299.4mm。
历年最大风速24m/s,风向为北东。
属于6度地震烈度区,对地面建筑无影响。
四、地表水
该矿井田地表水系不发育,区内冲沟较多,无长年有水河流,属贫水区。
区内只有一条颖河支流兰河从矿区以西流过,沿河谷冲沟发育,并有厚约5~40m的松散堆积物,为季节性河流。
五、主要自然灾害
1、煤层与顶底板
该矿开采煤层为赋存于二叠系下统下石盒子组的五2煤和二叠系上统上石盒子组的六4煤层,直据地质报告显示两层煤顶板均为砂质泥岩或粉砂岩,五2煤局部有砂质泥岩伪顶,列为Ⅱ类顶板,六4煤为Ⅰ类顶板,底板为砂质泥岩,未见底鼓,工程地质条件简单。
2、瓦斯
2009年矿井瓦斯等级鉴定报告提供该矿瓦斯相对涌出量为4.07m3/t,绝对瓦斯涌出量为4.18m3/min,属于低瓦斯矿井,但根据地质资料预计,随着开采深度的增加,瓦斯涌出量由浅到深呈增加趋势,该矿在瓦斯管理中一直是按照高瓦斯矿井进行管理。
3、煤尘
根据《禹县煤田三峰山至米托寺矿区地质勘探报告(详查)》、《河南省禹州煤田吕沟煤矿生产矿井地质报告》及2009年5月国家安全生产洛阳矿山机械检测检验中心提供鉴定结果,五2煤层煤尘爆炸指数为20.1%,六4煤层煤尘爆炸指数为18.38%,属有煤尘爆炸危险性煤层。
4、煤的自燃
根据《河南省禹州煤田吕沟煤矿生产矿井地质报告》所示及2009年5月国家安全生产洛阳矿山机械检测检验中心提供鉴定结果,吕沟煤矿开采的五2、六4煤层均属自燃煤层,在实际开采48年历史过程中,未发生过煤层自燃现象。
5、水灾
根据地质报告,矿区下石盒子组三9煤以上煤系地层,沿分水岭斜坡上露,除降水补给外,一般无其它补给水源,地层为单斜构造,储水条件差,因此二叠系裂隙含水层中地下水储量不大,水文地质条件,属简单类型,矿井充水以煤层顶板砂岩裂隙水或老采空区积水。
六、矿井及小窑开采情况
1、矿井开发情况
矿井初期为接管的小煤窑,后经三次技术改造,达到30万吨/年的生产能力,2009年核定生产能力45万吨/年,采用片盘斜井开拓方式,沿五2煤层底板掘进,两层煤之间用石门贯通,向东、西开运输大巷与两个风井贯通,形成生产系统。
通风方式为两翼对角式。
2、小窑分布及开采情况
区内采煤历史悠久。
由于区内煤层的煤质好,厚度稳定,地质构造简单,长期以来,一些地方小煤窑分布于可采煤层露头线及其附近,但开采规模一般较小。
目前,非法开采小煤窑已经全部关闭。
由于矿区内因存在过去采煤时形成的采空区或老硐,由此,矿井必须进一步对矿区内的小窑及采空区以及积水情况等进行详细调查,编制调查报告,并进行填图。
切实掌握小窑开采情况,小窑采空区积水情况,要注意探放水工作,特别是在采空区或老硐附近采煤时,防止采空区积水及老硐积水的突然涌出。
另外,还要注意在巷道中尚未查清的断层可能切穿上下含水层对开采的影响。
七、矿区水源、通信及电源情况
1、水源
河南永锦吕沟煤矿井田范围内水源丰富,矿山生活水源取自井口附近水井(距离拟建主斜井口100m左右),其水量充足,水质无污染,可作为生活用水。
2、电源
矿井未采用双回路供电:
而采用当地35kv农用电网通过河南省永锦能源吕沟煤矿,矿井电源直接由35kv农网接入,并配备柴油发电机组作为备用电源,矿井建设的电源供给有保证。
矿井投产前必须建成双回路电源入矿,并与之落实签订供电协议,保证对矿井进行可靠供电。
3、通信
1)外部通讯
矿山与外界的通讯联系,采用程控电话进入共用电讯网或移动电话。
2)内部通讯
矿井内部井上、井下通讯选用矿用本安型选号报警电话,只需要一趟电话线便可组成独立的通讯系统。
电话线选择矿用阻燃HYVR—1型电缆,下井电缆经主斜井口的室外分线盒引入。
主斜井、运输上山提升信号设置简单的组合式光电信号。
第二节井田地质特征
一、地质特征
1、地层
井田范围内煤系地层有石炭系(C)上统~太原组(C3t)和二叠系(P)的下统山西组、下石盒子组及上统的上石盒子组,石炭系(C)上统~太原组(C3t)由深灰色的灰岩、泥岩、砂质泥岩和煤层组成,平均厚77m。
灰岩共8~11层,共含煤7-19层,其中一4煤局部可采,底部以巩县式铝土泥岩与下奥陶统冶里组成平行不整合接触。
二叠系(P):
区内二叠系地层平均厚850m,分为上、下二统,下二叠统又分为山西组及下石盒子组,上二叠统又分为上石盒子组和平顶山组。
现从老到新分述如下:
⑴下二叠统(P1)
①山西组(P11):
平均厚46m,一般30~60m,主要有灰~灰白色中~细粒、厚~中厚层状砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩和2~4层煤层组成,其中二1煤为主要可采煤层,上界至“香炭砂岩”底面。
②下石盒子组(P12):
平均厚70.4m,顶部至大紫泥岩上部的“老君庙砂岩”底面。
根据岩性可分为上下两部,下部由2~3层灰~灰白色厚层中~粗粒砂岩、灰~灰绿色粉砂岩、泥质粉砂岩及二1煤上组薄煤组成。
上部为灰绿色~暗紫色大鲕状泥岩、粉砂岩。
含三、四、五煤组,其中三9、四4、五2煤层局部可采。
⑵上二叠统(P2)
石盒子组(P21)平均厚535.6m,上界至“平顶山砂岩”底面。
主要由深灰色~灰绿色粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩及煤层组成。
含煤地层可分为六、七、八三个煤组,其中六4、七5煤局部可采。
以老君庙砂岩与下伏地层呈整合接触。
2、构造
矿区井田由景家洼向斜的两翼构成,轴向呈N60°W,向SW倾斜,倾角为12°,向斜WN一般地层走向呈N85°E~N85°W,向南倾斜,倾角13°~15°。
井田构造简单,区内只有F1正断层在井田中部自+50以下出现-198m水平发展为西北盘下降,东南盘上升,落差15m自上而下呈张裂构造。
第三节井田勘探程度
一、对矿井地质勘探安全条件资料的评价及存在问题:
1、对方案设计采用资料的分析
1)勘察地质报告
基本查明了地质构造、主要煤层埋藏形态、水文地质、工程地质条件;主要含煤地层、主采煤层的层位、稳定性、厚度、结构、煤质及其变化规律;对矿井开采技术条件进行了简单的分析。
存在如下问题:
(1)采用的地形图因成图时间较早,未能完全反映地面新建建筑物,建议修测地形图特别是地面建筑,以便对地面建筑的保护提供可靠依据;
(2)采用地质资料较早,地质勘探程度不够;
(3)水文资料非常简单,对地表水、含隔水层、承压水、历年最高洪水位、矿井涌水量等调查简单,未对老窑、采空区的分布及积水情况等作详细调查。
(4)断层调查工作简单,开采过程中必须加强;
(5)未提供煤层瓦斯含量、瓦斯梯度值、涌出量、煤与瓦斯突出等相关资料,工作不深入;
2)自燃性及煤尘爆炸性鉴定报告
无五2、六4煤层鉴定资料。
3)加强煤层顶底板岩性,稳定性、坚固性等的调查工作。
4)加强废弃小窑及采空区的调查,加强小窑及采空区积水情况的调查。
5)补充地温、冲击地压等资料。
第二章矿井通风设计
第一节通风系统
一、通风方式和通风系统
1、煤层开采技术条件及矿井开拓方式
1)开采技术条件
五2、六4煤为区内主要可采煤层,五2煤层厚度稳定,一般为1.06~1.55m,普遍见一层夹矸,六4煤层层位稳定,厚度一般为0.8~1.3m,很少见不可采段,两层煤结构尚属简单,煤层走向270°~275°,倾向180°~185°,倾角13°~15°。
2)矿井开拓方式
矿井开拓方式为斜井开拓。
根据井田范围、主采煤层数,矿井为片盘斜井开拓,不划分采区。
矿井开采顺序为:
煤层、区段下行式开采。
即先开采五2煤层,然后开采六4煤层。
2、通风方式及通风系统
1)通风方式
(1)通风方式:
两翼对角式通风。
(2)通风方法:
矿井采用两翼对角抽出式机械通风,主、副斜井进风,东、西风井回风,采煤工作面采用“U”型通风方式,掘进工作面采用局部通风机压入式通风方式。
2)通风系统
通风线路为:
主斜井、副斜井→八号石门→运输大巷→区段运输顺槽→回采工作面→区段回风顺槽→采区回风上山→回风平巷→回风斜井→引风道→地面。
二、风井数目、位置、服务范围及年限
风井数目为2个,风井位于标高为+1682.5M,方位角为177度,倾角为18度,为全矿井服务。
服务年限为19.7年。
改变全矿井通风系统时,必须编制通风设计及安全措施,并审批。
三、采掘工作面及硐室通风
1、风流从风筒出口到转向点的距离即有效射程LR,有效射程可
由:
LR=(4~5)S0.5(3-2-1)
式中S-为掘进巷道净断面积
煤巷掘进不允许超过5m。
2、硐室通风
硐室需独立通风
3、采煤工作面通风
初期采煤工作面利用矿井主要通风机全负压通风,回采工作面设有独立的进回风系统。
掘进工作面利用压入式局部通风机辅助通风,并设有独立的进回风联络巷道,掘进工作面与采煤工作面不构成串联通风。
河南省永锦吕沟煤矿初期的1个掘进工作面为运输顺槽掘进头掘进,采用5.5kw型号为YBT52-2型的矿用防爆局部通风机和风筒组成一体进行通风,工作方式为压入式。
局部通风机和启动装置安装在离掘进巷道口10m以外的进风侧的新鲜风流中。
风机将新鲜风经风筒压送到掘进工作面,为了能有效的排出炮烟,风筒出口到掘进工作面的距离LP不能超过风室2处,分别为采区绞车房和水泵房,采区绞车房设有进回风联络巷分别与主要进风和回风巷相连,水泵房位于进风流当中,为通过式通风。
4、局部通风机的使用必须注意以下几点
1)掘进巷道贯通在相距20m前,必须停止一个工作面作业,做好调整通风系统的准备工作。
贯通时,必须由专人在现场统一指挥,停掘的工作面必须保持正常通风,设置栅栏及警标,经常检查风筒的完好状况和工作面及其回风流中的瓦斯浓度,瓦斯浓度超限时,必须立即处理。
掘进的工作面每次爆破前,必须派专人和瓦斯检查工共同到停掘的工作面检查工作面及其回风流中的瓦斯浓度,瓦斯浓度超限时,必须先停止在掘工作面的工作,然后处理瓦斯,只有在工作面及其回风流中的瓦斯浓度都在1.0%以下时,掘进的工作面方可爆破。
每次爆破前,工作面入口必须有专人警戒。
贯通后,必须停止采区内的一切工作,立即调整通风系统,风流稳定后,方可恢复工作。
2)掘进巷道必须采用局部通风机通风。
煤巷、半煤岩巷和有瓦斯涌出的岩巷的掘进通风方式应采用压入式,不得采用抽出式,如果采用混合式,必须制定安全措施。
长距离掘进由于阻力加大,会出现通风困难。
可采用两台同型号、同功率局部通风机串联,以增加风压克服阻力,保证风量供给。
3)局部通风机必须由指定人员负责管理,保证正常运转。
压入式局部能风机和启动装置,必须安装在进风巷道中,距掘进巷道回风口不得小于10m;全风压供给该处的风量必须大于局部通风机的吸入风量,局部通风机安装地点到回风间的巷道中的最低风速必须符合《煤矿安全规程》之第一百零一条的有关规定。
4)必须采用抗静电、阻燃风筒。
风筒口到掘进工作面的距离以及混合式通风的局部通风机和风筒的安设,应在作业规程中明确规定。
5)掘进工作面的局部通风机采用“三专”(专用变压器、专用开关、专用线路)供电和“两闭锁”(风、电及瓦斯、电闭锁)。
6)严禁3台以上(含3台)的局部通风机同时向1个掘进工作面供风。
不得使用1台局部通风机同时向2个作业的掘进工作面供风。
5、防止瓦斯积聚及井下通风管理必须注意以下几点:
1)矿井主要通风机采用双回路供电,一回路电源停止供电后,另一回路必须马上投入运行。
由变压器供主要通风机的双回路电源上不得分接其他负荷。
2)建立测风制度,每10天进行一次全面测风。
对采掘工作面和其它用风地点,根据实际需要随时测风,将每次测风结果记录并写在测风地点的记录牌上,并根据测风结果调节风量。
3)使用局部通风机通风的掘进工作面不得停风;因检修、停电等原因停风时,必须撤出人员,切断电源。
恢复通风前,必须检查瓦斯。
只有在局部通风机及其开关附近10m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5%时,方可人工开启局部通风机。
4)掘进工作面当瓦斯积存量大时,可采用风筒增阻排放法:
可用绳子把柔性风筒捆结,缩小其断面或在风机的吸风口用木板阻挡部分通风断面进行增阻,随着混入矿井主通风风流的瓦斯浓度的下降逐渐增大风筒断面,直到全断面通风。
5)通风系统或通风设施的破坏或异常(如风门该关的未关,风道堵塞、临时改变通风系统,掘进通风风筒脱节或破坏等),都会造成局部或区域风量不足甚至无风,产生瓦斯积存。
因此出现这些异常,必须及时修复,采取措施恢复正常通风。
6)独头巷道长或封闭的独头巷道启封后排放瓦斯应制定专门的排放瓦斯的措施。
一般可采用逐段通风排放法:
排放由外向内逐段区段进行,先准备一节5m长的短风筒,接在密闭外的风筒上,用其冲淡启封密闭墙的开口孔洞瓦斯,控制风筒的排风量,使冲淡后的瓦斯浓度低于1.5%,正常后再区段接长风筒逐段排放巷道积存瓦斯,直到全独头积存瓦斯排放完转入正常通风时止。
四、井下通风设施及构筑物布置
1、井下通风设施及构筑物设置
1)密闭
除设计保留的井口、巷道外矿区范围内的其他井口、巷道全部实行密闭。
采掘过程中,井下凡不使用的巷道(包括联络巷)全部实行密闭;采空区必须及时封闭,必须随采煤工作面的推进逐个封闭通至采空区的连通巷道;采区开采结束后45天内,必须在所有与已采区相连通的巷道中设置防火墙,全部封闭采区。
2)风门
设置地点河南省永锦吕沟煤矿矿井通风系统及网络图。
3)防爆门
为了防止爆炸性气体爆炸时冲击主要通风机,在风井口处设置防爆门。
4)测风站
用以测量全矿井总进风量和回风量,以及各区段各掘进面、各回采工作面的进风量和回风量。
井下测风站的设置见表2-1-1
参数
测风站
位置
断面S(m2)
风量Q(m3/min)
风速V(m/s)
主斜井
5.4
1248
3.85
副斜井
5.1
791
2.58
八号石门
9.73
1965
3.37
六4八西运输大巷
6.57
1042
2.64
六4801下机巷
4.5
478
1.77
六4801回风巷
5.4
522
1.61
六4八西轨道上山
4.5
366
1.36
六4803下机巷
4.9
212
0.72
六4803回风巷
5.4
224
0.40
六4八东运输大巷
6.1
923
0.77
1260轨道上山
4.0
729
3.04
六4804下机巷
4.5
217
0.80
六4804回风巷
4.3
226
0.88
(因为本矿井为五2、六4两层煤。
其中,五2煤层上面目前为一村庄,不宜开采,因此在设计中,只针对六4煤层进行设计。
以上测风站数据为困难时期所测的数据。
)
2、井下通风设施及构筑物要求
1)风门设置要求
(1)避免在弯道和倾斜巷道中设置风门;
(2)风门的前后5m内支架完好,门墙厚不小于0.45m,四周掏槽深0.2~0.3m;
(3)结构严密,漏风少,向关门方向缓倾斜80°~85°;
(4)风门应迎风流开启,通过矿车的巷道,两组两风门间距应大于一串车长度,并能使风门正常开启和关闭;
(5)风门要求设置两组,含正反向风门各两道,两道正向风门必须连锁,一道打开,另一道必须关闭。
(6)安全出口风门须设置双向联锁风门。
(7)风门等通风构筑物的设置应坚固稳定,并加强通风管理,及时检查和维修。
2)调节风门要求
需要调节风量的巷道设置调节风门(即是在风门上安设可以调节的风窗),其技术要求与风门相同。
3)挡风墙(密闭)要求
(1)须设在直线巷道中;
(2)测风站本身长度不得小于4m,断面规则,附近至少有10~15m断面没有变化;
(3)测风站不得设在风流汇合处附近;
(4)测风满足下列要求:
(1)永久性挡风墙采用不燃性材料(如砖、料石、水泥等)建筑,墙上部厚≥0.45m,墙下部厚≥1.0m,墙前后5m内的巷道支护要完好且为防腐支架;无积煤、片帮、冒顶;四周在煤中掏槽深度≥1.0m、在岩石中≥0.5m;墙面要严、抹平、刷白、不漏风。
密闭内有涌水时,应在墙上装设U形放水管,利用水封防止放水管漏风。
(2)对于服务期限短的临时性挡风墙:
可用木柱、木板、可塑性材料等建造,木板需鱼鳞式搭接,用黄泥、石灰抹面,无裂隙,不漏风;要设在帮顶良好处,四周在煤中掏槽深度≥0.5m、在岩石中≥0.3m;墙前后5m内的巷道支护要完好且为防腐支架;无积煤;同时墙外要设置栅栏和警标。
4)防爆门要求
(1)为了防止爆炸性气体爆炸时冲击主要通风机,在风井口处设置防爆门,防爆门至井筒内引风道的开口位置长10~15m,同时其距离应比引风道的距离短;
(2)防爆门每6个月检查维修一次;
(3)主要和备用通风机的2条引风道与回风井之间的夹角满足30°~45°,引风道内要设置两道风闸式风门,主要通风机运行时,主要通风机引风道风门全打开并固定好,备用通风机引风道风门则关闭并固定好。
(4)矿井主要通风机设有反风装置,当井下发生火灾时经矿技术负责人的同意后可进行全矿井反向通风,为防止反风时由于风压作用将另一条引风道风门压开并短路流出,故安全出口中的风门要采用两道连锁的双向风门。
(5)根据矿井反风要求,必要地点设置常开风门。
5)测风站
站内不得有障碍。
6)其他
矿井内的风门、调节风门、局部通风机的压送风筒、测风站、风墙及密闭等所有通风设施,应建立每天三班的巡回检查制度。
并有可靠的检测、监控设备,保证设施经常处于完好状态,确保风路畅通和通风系统的安全可靠。
五、安全逃生途径
1、矿井安全出口设置及保证措施
1)有关规定
《煤矿安全规程》第十八条规定:
“每个生产矿井必须至少有2个能行人的通达地面的安全出口,各个出口间的距离不得小于30m;井下每一个水平到上一个水平和各个采区都必须至少有2个便于行人的安全出口,并与通达地面的安全出口相连接。
未建成2个安全出口的水平或采区严禁生产。
”
《煤矿安全规程》第五十条规定:
“采煤工作面必须保持至少2个畅通的安全出口,一个通到回风巷道,另一个通到进风巷道。
”
2)河南永锦吕沟煤矿安全出口设置
(1)矿井设置了4个井筒,井口之间的距离大于30m,满足规程要求;
(2)采区内采煤方法采用走向长壁式采煤
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