十一矿通风设计精品版Word格式文档下载.docx
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/t.d,绝对涌出量22.19M³
/min,其中二水平瓦斯相对涌出量为10.64M³
/t.d,绝对涌出量为11.58M³
/min,二水平担负全矿全年产量80%以上。
且二水平埋深大、矿压大、瓦斯动力大、局部区域有动力现象,矿井现在仍按高突矿井管理。
矿井水主要来自寒武系灰岩熔岩裂隙水、顶底版砂岩承压水和大气降水三部分。
建矿以来矿井最大涌水量为3497M³
/h。
最小涌水量为340M³
/h,矿井受大气降水影响较为敏感,其原因为矿井煤层露头正处在青石山与香山、红石岩相交的底凹处,又加之地方矿和小煤窑在浅部开采所造成的塌陷区和裂隙带,大气降水很容易在低洼处积存和通过裂隙渗入井下。
2005年矿井最大涌水量为1892M³
/h,其中-180水平最大涌水量为1002M³
七、煤层自燃倾向性:
十一矿属I级自然发火矿井,其目前开采的丁组煤层、己组煤层均有自燃倾向性,发火期2~3个月,在生产过程中,曾发生从揭煤到着火期只有18天的案例。
从1980年3月25日,己16-17-11060架子后发生煤层自燃火灾以后,累计百万吨发火1.89次。
八、各煤层爆炸指数
我矿所开采的丁、戊、己三组煤层,经过多次煤样鉴定,煤尘爆炸指数为丁组煤层37.40%;
己组煤层为33.40%;
戊组煤层为38.89%。
鉴定数据证明,我矿所开采的丁、戊、己三组煤的爆炸指数均大于10%,有爆炸的危险性。
第二章矿井通风系统优化设计的可行性论证
第一节矿井通风系统优化设计背景
2006年是我矿二次改扩建工程全面铺开的第二年,中央回风立井、西翼回风立井、西翼进风立井全面开工。
矿井通风系统面临的压力大,开拓头数多,掘采比例偏大,采面交替时间过长,生产基建争风。
整个矿井只有一组主要通风机,若发生矿井灾变,其抗灾性差。
整个矿井只有一个回风井,内部虽然分区通风,但丁六、丁二采区实际上为串联式通风,造成通风网络不合理,一旦出事故,波及面广,受灾面积扩大,不便于救灾。
矿井进回风路线长,风阻大。
随着己二采区向-1000米水平延伸,丁、戊、己组煤层生产量逐步增大,通风线路越来越长,阻力越来越大,通风越来越困难。
另外改扩建工程全面投入,生产与基建争风矛盾突出。
己二采区西翼目前主体工程贯通,形成了独立的进回风系统。
但2006年工程计划己二轨道下山、皮带下山、回风下山要向-900水平延伸,这对于高瓦斯矿井、容易自然发火矿井来说,增大了通风管理难度。
丁二采区专回没有与中央回风井形成完整的通风系统之前,仍与丁六采区共用回风系统,两个采区的通风完整性差,而进回风分别在-180、-440、-593水平交叉,靠风门控制环节多,稳定性差,也消弱了本采区和丁六采区的抗灾能力,在这个系统内,任何一个采区自然灾变将影响到另一个采区。
所以必须对矿井通风系统优化,使通风系统更合理,更有效的为全矿井服务。
第二节方案确定的基本原则
根据《平煤集团十一矿关于2004年度矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定的报告》,矿井相对涌出量为7.18m3/t,绝对涌出量为24.9m3/min;
其中己二采区相对涌出量10.23m3/t,绝对涌出量17.1m3/min,占全矿井的68.7%,属于高瓦斯采区。
1、煤层自燃倾向性
丁5-6煤层自燃发火期为2~3个月,煤层自燃等级为二级;
己16-17煤层自燃发火期为1个月,煤层自燃等级为二级;
戊9-10煤层自燃发火期为2~3个月,煤层自燃等级为二级;
矿井自燃危险等级为容易自燃。
2、发火及煤尘爆炸性
十一矿丁5-6煤层煤尘爆炸指数为39.0~42.46%。
己16-17煤层煤尘爆炸指数为26.45~35.48%;
戊9-10煤层煤尘爆炸指数为39.21~44.0%。
3、地温
本井田大部分区域地温正常。
已组煤730m~970m为局部高温区域,原始岩温在32.4~41.6℃之间,属一级高温区。
970m~1100m原始岩温属二级高温区。
4、通风系统方案制定原则:
1)保证矿井实现按需分风;
2)保证主要通风机安全稳定运转;
3)从实际出发,尽量利用已有的设备设施和井巷;
4)方案可行,有实施的可能。
在2006年的生产布局条件下,考虑了如下增风对策:
●利用现有风机
●改造风机动轮
●利用已有风机联合运行改造通风系统,主要是回风系统
第三节通风系统
一、十一矿通风方式
根据十一矿的地形条件,由于煤层倾角大、埋藏深,走向长度不大,故采用中央并列式。
因为它的开采顺序一般为前进、区内后退式回采,所以采用这种通风方式和其他方式相比,它的总回风石门长度小,开掘费用低;
两井筒集中,便于开掘,开掘费用少;
便于贯通、工期短,初期投资较少,出煤较快的优点。
同时它的护井煤柱较少,便于井筒延深,为深部通风的准备工作提供有利条件。
二、矿井的通风方法
由于十一矿煤田地表没有塌陷区,小煤窑分布较少。
因为要采用立井提升,为了减少漏风决定采用抽出式通风。
因为采用抽出式通风使井下风流处于负压状态,一旦主扇因故停止运行时,井下风流的压力提高,有可能使采区瓦斯涌出量减少,比较安全。
而压入式通风使井下风流处于正压状态,当主扇停转时,风流压力降低,有可能使采区瓦斯涌出量增加。
1)主要通风机参数
矿井安装两台型号为BDK-8-№28主要通风机,转速n=750r/min,电机型号:
YBFe630S1-8,功率500kW×
2。
目前运行的叶片安装角:
前级30°
后级25°
,平均27.5°
(实际为32.5°
)。
2)主要通风机工况点
目前主要通风机风量10920m3/min(182m3/s),负压1813Pa(185mmH2O),矿井风阻为R=0.05473kg/m7。
第四节方案比较、分析
1、方案一
1)、生产布局
根据规划,2006年矿井有三个采区,即丁戊六采区、丁二采区和己二采区;
有丁5-6-22061采面、丁5-6-22101采面和己16-17-22071采面三个采煤工作面,18个掘进工作面,其中丁组10个掘进工作面,己组8个掘进工作面。
2)、方案主要内容
将丁六轨道下山(872m)和丁六总回巷道(305m)断面由7.8m2扩至14m2;
将暗斜井(287m)断面由8m2扩至14m2。
3)、配风
井负压由4110Pa降至3721Pa,降低389Pa;
若风机效率按80%,电机效率按96%计算,则其功率将达1076kw,已超出现有电机的额定功率(1000kW),故该方案不可取。
2、方案二
该方案生产布局同方案一。
扩大丁六轨道下山(872m)的断面7.8m2至10.8m2;
-180主石门和-180西大巷改为回风巷;
3)、模拟结果
从模拟结果知:
风量218.3m3/s(13098m3/min)时,矿井负压3375Pa(降阻前4110Pa)。
根据发动机研究所风机厂校验,考虑电机功率10%的富余量的条件下,所需轴功率为1109.4kw,大于现有电机额定功率1000kw的承受能力。
因此,该方案也不可取。
(二)、调整生产布局
根据方案一和方案二的模拟结果和风机的特性估计算,电机功率可能超过1000kw(分别为1076kw、1109.4kw)。
即单靠扩巷降阻不能实现改造目标。
因此,考虑在降阻的同时,适当调整生产布局。
由于将丁六轨道下山巷道断面由7.8m3扩至14m3有一定的难度,而将其扩至10.8m3较容易实现;
且将-180主石门和-180西大巷改造为回风巷,只需增加6道风门就可实现。
因此,在方案二为基础上考虑了四种调整布局方案。
1、方案三
有丁5-6-22061、丁5-6-22101和己16-17-22071三个采煤工作面;
18个掘进工作面,其中丁组8个掘进工作面,己组10个掘进工作面。
2)、方案描述
调整丁组和己组的生产布局,在方案二的基础上,丁组减少两个掘进工作面(由10个减为8个),己组增加两个掘进工作面(由8个增为10个)。
根据模拟结果,风量为228.7m3/s(13722m3/min)时,矿井负压为3359Pa。
由此可见,该方案模拟结果负压已超出3000Pa的要求。
2、方案四
从方案三的解算结果看出,丁戊只能适量增风,为了扩大生产,可将采掘重心转向己组。
为此,了解丁戊组少量增风,己组扩大生产后,矿井通风系统的状况。
矿井有丁5-6-22061、丁5-6-22101和己16-17-22071三个采煤工作面,18个掘进工作面。
2)、方案描述
将丁戊组掘进工作面数量由10个减少到6个;
同时增加己组掘进工作面数量,由8个增加到12个。
目的是通过进一步调整生产布局,寻求解决方案。
模拟结果为:
风量235.4m3/s(14124m3/min)时,负压3088Pa。
所需电机功率1039kw(电机效率96%、风机效率80%、富余系数10%)。
电机功率超过额定功率,此方案不可行。
(实际风机效率很难达到80%)
3、方案五
由于三、四两个方案矿井的负压分别为3359Pa和3088Pa,超过3000Pa;
所需电机功率分别为1160kw、1039kw,超过1000kw目标。
因此,电机功率是限制矿井通风能力的主要因素。
为此提出减少掘进工作面的方案。
采区和采煤工作面同方案二,16个掘进工作面,其中丁组8个掘进工作面,己组8个掘进工作面。
调整丁组和己组的生产布局,在方案二的基础上,丁组减少两个掘进工作面(由10个减为8个),己组掘进工作面数量不变。
从模拟结果知,风量为208.6m3/s(12516m3/min)时,矿井负压为3002Pa。
此时丁组回风92.1m3/s(5526m3/min),己组回风110.6m3/s(6636m3/min)。
经风机厂对功率校验:
电机功率为947.68kw,满足要求。
4、方案六
从方案五的解算结果看出,适当控制丁组用风是2006年改扩建要考虑的重要问题。
为了加速二水平的开拓,决定优化丁戊组采掘布局,为此提出了方案六。
丁六采区两个煤巷掘进工作面;
丁二采区两个综采工作面,两个煤巷掘进工作面,四个岩巷掘进工作面己二采区一个综采工作面,四个煤巷掘进工作面,四个岩巷掘进工作面
考虑丁组供风相对困难,而又不影响二水平的开拓,提出在方案二的基础上将二水平运输石门掘进采用串联通风,并适当减小丁二下山掘进供风;
该方案的模拟结果为:
风量212m3/s(12528m3/min)时,负压2893Pa,根据估算所需电机功率约945kw。
从中看出,布局调整优化后,既可实现加快二水平的开拓,又可保证矿井通风满足要求。
5、方案七
采区和采煤工作面数同方案一。
暂缓戊9-0-22040机巷、丁5-6-22022机巷和丁5-6-22022风巷掘进。
丁组7个掘进工作面,己组8个掘进工作面。
风量203.8m3/s(12228m3/min)时,负压2801Pa,根据估算所需电机功率约743kw。
6、方案八
暂缓丁5-6-22022机巷掘进、丁5-6-22022风巷掘进。
这样丁组共8个掘进工作面,己组共8个掘进工作面。
方案七通风系统的基础网络图如图1所示。
模拟结果见表1。
风量213m3/s(12798m3/min)时,负压3373Pa,根据估算所需电机功率约937kw。
(二)结果分析
有模拟结果可知:
1、调整生产布局,即适当减少丁组用风(己组可适当增加用风),有利于矿井通风系统总阻力的降低。
2、丁六轨道下山、丁六总回及暗斜井断面7.8m2扩至14m2后,矿井负压由4110Pa降至3721Pa,降低389Pa。
3、按照要求,将最有可能实施的方案二和方案六的解算结果,进行电机功率核算,按照富余系数取10%,所需功率分别为:
1109.4kw和947.68kw。
4、方案五和方案六的风量、风压和电机功率基本满足要求。
但由于将-180主石门和-180西大巷改造为回风巷,需增设约6道风门,且这6道风门均处于总进与总回之间。
这6道风门将会给通风管理带来了很大的困难。
按照方案六的计算结果,系统的最大阻力路线是:
新副井→-593西大巷→丁组二水平石门→二水平丁戊石门→丁二皮带上山→丁5-6-22061机巷→丁5-6-22061工作面→丁5-6-22061风巷→丁二四区段车场→丁二轨道上山→丁六采区下车场→丁六轨道下山→丁六总回→暗斜井→南风井(斜井)。
5、方案七和方案八的风量、风压和电机功率基本满足要求。
该方案克服了主要进回风巷之间存在风门、给通风造成困难的问题。
结合方案比较,最后确定实施方案6的结算结果。
第三章矿井需风量计算
我矿生产能力在30万吨/年以上,且为高瓦斯矿井,因此我矿采用方法二(由里向外核算法)进行通风能力核定。
生产矿井需要风量按各采煤、掘进工作面,硐室及其它巷道等用风地点分别进行计算。
现有通风系统必须保证各用风地点稳定可靠供风。
第一节采煤工作面需要风量计算
高瓦斯矿井按照瓦斯(或二氧化碳)涌出量计算
1)、丁5-6-22101采面(综采)
根据《煤矿安全规程》规定,按回采工作面回风流中瓦斯(或二氧化碳)的浓度不超过1%的要求计算:
Q采=100×
q采×
KCH4
式中:
Q采----回采工作面实际需要风量,m3/min;
q采----回采工作面回风巷风流中瓦斯(或二氧化碳)的平均绝对涌出量,m3/min;
丁5-6-22101采面实际配风量为1020m3/min,回风巷风流中瓦斯的平均浓度为0.59%。
则
q采=1020×
0.59%=6.01(m3/min)
KCH4----采面瓦斯涌出不均衡通风系数。
(正常生产条件下,连续观测1个月,日最大绝对瓦斯涌出量与月平均日瓦斯绝对涌出量的比值)。
回风巷风流中瓦斯的最大浓度为0.68%,平均浓度为0.59%。
丁5-6-22101采面日最大绝对瓦斯涌出量为1020×
0.68%=6.93(m3/min)
月平均日瓦斯绝对涌出量为1020×
0.59%=6.01(m3/min)则
KCH4=6.93/6.01=1.15
6.01×
1.15
=691.15(m3/min)
按工作面温度选择适宜的风速进行计算
Q采=60×
V采×
S采(m3/min)
V采----采煤工作面风速,取2.1m/s;
S采----采煤工作面的平均断面积,7.72m2。
则Q采=60×
2.2×
7.72
=1020(m3/min)
按回采工作面同时作业人数计算需要风量
每人供风不小于4m3/min
Q采>
4N(m3/min)
N-----工作面最多人数,丁5-6-22101采面取100人
则Q采>
4×
100
=400(m3/min)
根据以上计算丁5-6-22101采面实际需要风量1020m3/min。
按风速进行验算:
15S<
Q采<
240S(m3/min)
S----工作面平均断面积,7.5m2。
则112.5<
1020<
1800(m3/min)说明满足要求
2)、己16-17-22071采面
己16-17-22071采面实际配风量为1350m3/min,回风巷风流中瓦斯的平均浓度为0.7%。
q采=1350×
0.7%=9.45(m3/min)
回风巷风流中瓦斯的最大浓度为0.78%,平均浓度为0.7%。
则己16-17-22071采面日最大绝对瓦斯涌出量为
1350×
0.78%=10.53(m3/min)
月平均日瓦斯绝对涌出量为1080×
则KCH4=10.53/9.45=1.1
9.45×
1.1
=1039.5(m3/min)
S采----采煤工作面的平均断面积,10.71m2。
2.1×
10.71
=1350m3/min
N-----工作面最多人数,己16-17-22071采面取100人
根据以上计算己16-17-22071采面实际需要风量1350m3/min。
S----工作面平均断面积,9.7m2。
则145.5<
1350<
2328(m3/min)说明满足要求
3)、丁-5-6-22061采面
丁5-6-22061采面实际配风量为910m3/min,回风巷风流中瓦斯的平均浓度为0.21%。
q采=910×
0.21%=1.91(m3/min)
回风巷风流中瓦斯的最大浓度为0.48%,平均浓度为0.21%。
则丁-5-6-22061采面日最大绝对瓦斯涌出量为910×
0.48%=4.36(m3/min)月平均日瓦斯绝对涌出量为830×
0.21%=1.91(m3/min)则
KCH4=4.36/1.91=2.28
1.91×
2.28
=435.48(m3/min)
V采----采煤工作面风速,取1.8m/s;
S采----采煤工作面的平均断面积,8.4m2。
1.8×
8.4
=910(m3/min)
N-----工作面最多人数,丁5-6-22061采面取100人
根据以上计算丁5-6-22061采面实际需要风量910m3/min。
S----工作面平均断面积,8.4m2。
则126<
910<
2016(m3/min)说明符合要求。
=1020+1350+910=3280m3/min)
第二节掘进工作面的需要风量计算
1)、己16-17-22101风巷(掘进机施工)
按照瓦斯涌出量计算
Q掘=100×
q掘×
K掘通
Q掘----单个掘进工作面实际需要风量,m3/min;
q掘----掘进工作面回风巷风流中瓦斯(或二氧化碳)的绝对涌出量,m3/min;
己16-17-22101风巷实际配风量为270m3/min,回风巷风流中瓦斯的平均浓度为0.1%。
q掘=270×
0.1%=0.27(m3/min)
K掘通----瓦斯涌出不均衡通风系数。
回风流中瓦斯的最大浓度为0.15%,平均浓度为0.1%。
则己16-17-22101风巷日最大绝对瓦斯涌出量为270×
0.15%=0.4m3/min
月平均日瓦斯绝对涌出量为270×
0.1%=0.27m3/min则
K掘通=0.4/0.27=1.48
0.27×
1.48=39.96m3/min;
按局部通风机实际吸风量计算需要风量:
煤巷掘进:
Q掘=Q扇×
Ii+15S
式中:
Q扇-----局部通风机实际吸风量,270m3/min;
Ii----掘进工作面同时通风的局部通风机台数。
1台