华北科技学院矿井通风课程设计Word文件下载.docx
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本矿井为高瓦斯矿井，并有煤尘爆炸危险。
相对涌出量为：
12m³
/t，绝对涌出量为28m³
/min；
二氧化碳相对涌出量为1.5～2.85m³
/t，绝对涌出量为4.95～9.24m³
/min。
煤尘爆炸指数为38.42％～64.2％。
矿井通风采用中央分列抽出式，由副井进风，回风井回风。
回风水平标高为-140m。
1.2水文和地质条件
井田地理为一向斜，煤系地层为石炭系和二叠系以及其他系组成，所含煤层总共有5层，其中可供开采的煤层有2层，这些煤层上部都覆盖有厚度为100～380m的第四系冲积物。
1.2.1矿井水文地质
矿井最大涌水量为5.20m³
/min，一般涌水量为3.73m³
/min，至1998年底测得其涌水量为5.12m³
疏水中心排放的清水通过管路抽到地面供生活用水，其它质量低于清水质量的一些涌水排到-360m水仓通过有效的排水系统将这些涌水排至地面，以方便其灌溉农田，最后途经东翼塌陷坑进行沉淀，然后经过环游后通过后屯大渠将其流入陡河。
邓家庄煤矿的水文地质条件属简单型，有三个含水层，自下而上分别为：
1）奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层（Ⅰ）
2）煤3以上砂岩裂隙承压含水层（Ⅱ）
3）风化带裂隙、孔隙承压含水层（Ⅲ）
其中和矿井生产较密切的为Ⅰ、Ⅱ。
补给关系是：
大气降水→Ⅰ、Ⅱ等各基岩含水层。
矿井主要充水水源有：
含水层水、断层水、老空水。
（1）含水层水
矿井含水层充水水源主要是煤3以上砂岩裂隙承压含水层水，含水层的水可通过岩石裂隙渗透到主大巷和工作面，对矿井正常生产造成一定影响。
（2）断层水
断层水作为充水水源主要是通过断层导通含水层水而形成的。
断层的性质及围岩的破坏程度是断层充水的主要因素。
张性正断层、落差大、围岩破坏严重便形成了良好的断层充水条件。
（3）老空水
由于煤层的开采方法和煤层本身的赋存状态不同，所以工作面回采后随着煤岩层垮落形成许多松散空隙，使工作面涌出的水积存在低洼的老空区内，形成老空水。
在高处的工作面采后形成老空水对相邻低处的工作面产生影响。
矿井充水通道有自然通道和人为因素造成的充水，自然通道主要是岩石的孔隙、裂痕和断层；
而人为因素主要是采掘活动，因为采掘活动可使隔水层遭到破坏，产生冒落裂隙，沟通含水层水。
矿井首采的2煤层，其顶板灰白色中粗粒砂岩为一隔水层，挡住了2煤层上方的顶板砂岩裂隙含水层水，由于采掘活动，灰白色中粗粒砂岩经常冒落，使隔水层遭破坏而导致上部含水层水下泄。
1.2.2矿井地质构造
1）地质构造
邓家庄煤矿井田位于开平向斜的西北侧，南北长约2.8km，东西宽约5.4km，北端闭合，南端开放，面积约15.12km²
。
地质构造简单，向斜角度不大，平均为8°
只在井田四周有较大断层。
2）煤系地层
（1）地层层组划分
邓家庄煤矿井田位于开平向斜西北侧，煤系地层的形成时代属于石炭纪和二叠纪。
煤系基底地层为中奥陶统马家沟组石灰岩。
本井田和开平煤田其它构造单元的地层特征基本相似。
（2）石炭系上统（C3）
赵各庄组C3，该组是邓家庄煤矿井田当中一个重要的含煤地层，本组含煤地层一般厚度为135m。
本组含煤地层以粉砂岩为主，其次为砂岩，其中各种岩石所占百分比如下所示：
粉砂岩类为38.3％，砂岩类为29.5％，煤层为17.4％，粘土岩为14.8％。
岩相组合主要是泻湖海湾相和泥岩沼泽相相互交替沉积，同时在泻湖海湾相之后出现有湖滨三角洲相。
（3）二叠系下统P1
下界为煤5顶板之泥岩顶面，为整合接触。
上界为矾土质粘土岩之顶板，井田内该层大部分被冲蚀掉。
本统地层一般厚度为235.76m，分上下两组，上组称唐家庄组，下组称大苗庄组，其中大苗庄组是重要的含煤地层。
本组一般厚度为90.36m，最小厚度为65m。
本组地层以粉砂岩和砂岩为主，粘土岩也较多，岩石大致百分比为：
粉砂岩类占36.2％，砂岩类占30.2％，粘土岩类占19.2％，煤占14.4％。
岩相组合主要是泻湖海湾相、三角洲相及泥炭沼泽相沉积。
在本组顶部出现了大陆河流冲积相沉积。
（4）风化壳
岩石特点：
岩层显著变色，粘土岩和砂岩均变成浅黄色、灰白色或其它杂色；
岩石硬度降低，产生风化裂隙，疏松易碎，裂隙中有黄色充填物；
岩石矿物发生淋滤分解作用。
在垂直方向上，区内风化壳具有分带性：
上部强风化带和下部弱风化带。
1.3煤层及煤质
1.3.1概述
井田煤系主要由石炭系上统和二叠系下统地层组成，煤系地层总厚度约150m，共含大小煤层3～5层，煤层总厚度7m，含煤系数为5.7％，其中可采煤层共2层，即煤2、煤5。
煤层的地质结构如图1-1：
图1-1煤层的地质结构
1.3.2可采煤层厚度、结构及变化
1）煤2：
为矿井的主采煤层，厚度为0.00～5.21m，平均厚度为2.5m。
倾角为7°
～9°
，平均倾角为8°
煤层为黑色、条带状构造，玻璃光泽，以亮煤为主，间夹暗色条带，局部含丝炭，偶含黄铁矿膜，半亮～光亮型。
2）煤5：
为矿井的主采煤层，厚度为1.27～5.80m，平均厚度为3m，煤层倾角为0～30°
，平均倾角为10°
煤层为黑色，块状构造，下部为条带状构造，质硬，玻璃光泽～暗淡光泽，半亮～半暗型，含夹石1～2层，最多达3层，为简单结构煤层，其中下部含一层分布极稳定的细砂岩夹矸，灰白色或浅灰色，条带状，致密坚硬，厚度0.02～0.78m，平均0.39m。
煤层的容重为1.35t/m³
区内煤层厚度变化较大。
（详见下表1-1）
表1-1煤层地质特征表
地层
煤号
煤层厚度最小—最大平均m
煤层间距最小—最大平均m
夹矸层数
可采
情况
顶底板岩性
顶板
底板
邓家庄煤矿
2
0.00-5.21
2.5
16.3-50.8
33.55
稳定
粉砂质
灰泥岩
黑色
泥岩
5
1.27-5.80
3
1～2
灰黑色
粉砂岩
1.3.3煤层的稳定性和煤质
井田内共有可采煤层两层，煤2、煤5为稳定煤层。
1）煤的化学分析
（1）硫份：
各煤层全硫平均含量为0.25％～3.66％，其中煤5含量低于1％，属低硫煤；
煤2含硫量最高为3.66％，平均为3.07％，属富硫煤，其所含硫量分为：
黄铁矿硫占59％，有机硫占36％，硫酸盐硫占2.5％。
（2）磷份：
磷份平均含量最大0.0825％，最小0.008％，其中煤5为特低磷煤，煤2为中磷煤。
（3）发热量：
各可采煤层发热量变化范围在18.01～24.18MJ/kg之间，各煤层发热量由大至小为：
煤2＞煤5。
一般情况是煤层灰分高的发热量低，而煤层灰分低的其发热量高。
2）煤的工业用途评价
井田内各煤层均属气煤类，结焦性能较差，块度小，抗碎性及抗磨性能较差，不适于单独炼焦，可以考虑作配焦用煤；
煤的焦油含量较高，属富油煤～高油煤，发热量均在18.01～24.18MJ/Kg，主要为动力用煤
1.3.4煤层顶底板
1）煤2
伪顶：
暗灰色泥岩或粉砂岩，厚0～0.08m，随采随落，区内大部分缺失。
直接顶：
灰色粉砂岩，有明显水平层理或波状层理，块状，含有丰富的植物叶片化石，偶见浅褐色结核，厚度变化较大，极不稳定，厚0～3.86m，平均1.97m。
老顶：
灰白色中砂岩，夹粉砂岩，厚层状；
岩石成分为石英及泥质岩屑，次为暗色燧石，并含有紫红色的矿物细粒；
胶结物为高岭土质基底式胶结，占30％，极易风化，遇水澎涨，厚10.43～39.2m，平均12.00m。
底板：
灰黑色泥岩，致密块状，断口呈贝壳状或参差状，含菱铁质结核及黄铁矿散晶体，结核大小不一，扁球状成层状分布，含大量植物根化石，厚4.51～8.60m，平均6.44m。
2）煤5
灰黑色泥岩，块状，致密细腻，贝壳状断口，含菱铁质透镜状结核及黄铁矿聚集体，含海相动物化石（在西翼曾采到完整的动物介壳化石）层厚3.96～9.47m，平均6.65m。
浅灰色～灰白色细砂岩，块状，钙质基底式胶结，成分以石英为主，易风化，厚度不稳定，一般在0.65～8.23m之间，平均2.69m。
直接底：
灰～灰白色带褐色泥岩或粘土质粉砂岩，泥质胶结，块状构造，含大量植物根化石，厚0.53～3.87m，平均1.85m。
1.3.5瓦斯、煤尘及煤的自燃倾向性
根据钻孔煤样和周围矿井生产实际调查分析，本矿煤层平均瓦斯相对涌出量12m³
/t，绝对涌出量为25m³
属高瓦斯矿井。
根据钻孔煤样和周围矿井生产实际调查分析，本矿井煤5煤尘有爆炸危险性外，煤2有自燃倾向性。
本区属地温正常区，地温梯度0.6-2.9℃/hm，恒温带深45m左右。
第二章井田开拓
煤田划分为井田，是井田开拓所要解决的一个主要问题。
本章主要内容为：
进行井田再划分、矿井产能力的核定、设计开拓方式和煤层群开拓方式、阶段大巷井设计、井底车场设计等。
2.1井田再划分
2.1.1井田边界
矿井井田范围：
井田东西走向长5.4km，南北倾斜宽2.8km，井田面积15.12km²
，除去井田内未搬走的村庄，扣除0.05km²
实际井田可开采面积15.07km²
2.1.2矿井储量
1）矿井工业储量计算
矿井工业储量计算可用下式计算：
Zg=
（2-1）
式中Zg—矿井工业储量，t；
Si—计算块段的平均走向长度，m；
Li—计算块段的平均倾斜长度，m；
Mi—计算块段的平均煤厚，m；
R—煤的容重，t/m³
，经实测取1.2857/m³
故矿井工业储量为：
=5400×
2800×
（2.5+3）×
1.2857
=10692万t
2）可采储量计算
矿井可采储量可用下式计算：
Zk=（Zg-P）×
C（2-2）
式中Zk—可采储量，t；
P—固定煤柱损失，t；
固定煤柱损失系指为保护工业广场、井筒、建筑物、
铁路、超高压输电线路等而留的保护煤柱，以及为了安全生产而留设的
井田边界、断层、河流、湖泊等隔离煤柱；
C—采区回采率，C值的大小取决于不同的开采方法。
为了提高资源的回收率，
减少煤炭损失，国家规定采区回采率一般不应小于以下数值：
厚煤层：
75%；
中厚煤：
80%；
薄煤层：
85%
所以，矿井可采储量可进行如下计算：
固定煤柱损失按工业储量的5%计算，本矿井可采的2、5号煤层均属中厚煤层，采区回采率取80%，故有：
P=Zg×
5%=534.6万t；
C=（10692-534.6）×
80%=8125.92万t
各煤层储量见下表2-1
表2-1储量分配表
煤层编号
工业储量（A+B+C）
固定煤柱损失
可采储量万
单位
万t
4860
243
3693.6
5832
291.6
4432.32
3）矿井设计生产能力和服务年限
矿井服务年限要和矿井生产能力相适应。
大型矿井建设工期长，需要装备大型固定设备，基建工程量大。
所以，建设投资较高。
为了充分发挥投资效果，矿井股务年限应该长些。
反之，小型矿井的矿井服务年限应短些。
矿井服务年限和矿井生产能力存在一个技术上经济上都比较合理的关系。
当矿井储量一定时，井型增加，投资增加，吨煤投资成本增加。
另一方面，井型增加，生产集中，机械化水平和劳动效率高，吨煤的生产成本减少。
矿井服务年限可用下式计算：
T=Zk/（A×
K）（2-3）
式中T—服务年限，a；
Zk—可采储量，t；
A—矿井设计年产量，t/a；
K—储量备用系数。
（《煤炭工业设计规范》规定储量备用系数一般取1.3-1.5，按本矿井地质条件取中间值1.4）
由于煤层赋存条件较好，根据储量情况，可预设矿井为大型矿井。
按大型矿井服务年限下限要求[2]，T取60年，储量备用系数K取1.4，现求矿井设计生产能力A：
A=Zk/（T×
K）[1]=8125.92/（60×
1.4）=96.74万t/a；
可见，不能保证大型矿井的产量，设计为大型矿井不合理。
考虑改设为中型矿井。
同理，按中型矿井服务年限下限要求[2]，T取50年，储量备用系数K取1.4，现求矿井设计生产能力A：
K）=8125.92/（50×
1.4）=116.1万t/a；
根据煤层赋存情况和矿井设计可采储量，按煤炭工业矿井设计规范规定，将矿井设计生产能力A确定为90万t/a，计算服务年限：
K）=8125.92/（90×
1.4）=64.5a
通过上述计算，将矿井设计生产能力A确定为90万t/a时，服务年限T=64.5a>
50a符合《煤炭工业设计规范》要求，因此设计本矿井产量为90万t/a。
4）井田再划分
（1）井田阶段划分和开采水平设置
一般情况下井田的范围都比较大，为了有计划、按顺序、安全合理地开采井田内的煤层，以获得好的技术经济效果，必须将井田划分为若干个小的部分，然后有序地进行开采。
基本概念：
②阶段
在井田的范围内沿倾斜方向，按一定标高将井田划分成若干长条部分以便开采，这样的长条部分称为阶段。
阶段的走向长度等于井田走向全长。
阶段的倾斜长度由阶段的垂直高度决定，一般可以走一百米到一千米以上。
②水平
通过运输或通风平巷的某一标高的水平面称为水平。
水平通常以标高、用途、开采顺序来表示。
开采水平是指具有井底车场及主要运输大巷的水平，称为开采水平，简称水平。
一般研究和讨论的水平主要是指开采水平。
一个井田可以用一个水平开采或者用几个水平开采，前者称为单水平开拓，后者称为多水平开拓。
③单水平开拓
用一个开采水平把井田沿倾斜划分为两个阶段，水平以上称为上山阶段，水平以下称为下山阶段。
单水平开拓一般用在煤层倾角较小（16°
以下），井田倾斜长度也比较小的地方。
如果本井田用单水平开拓，就需要有下山阶段，而由于下山开拓的防治水害工程量大，且不易开展；
另外有下山阶段的话，容易造成跑车事故。
故本井田不采用单水平开拓。
④多水平开拓
用两个以上开采水平来开采整个井田的，称为多水平开拓。
按开采水平服务的阶段布置方式的不同，可分为多水平上山开拓、多水平上、下山开拓和多水平混和开拓。
多水平开拓一般用在井田的倾斜长度比较大或者煤层倾角大的地方。
由于本矿井的倾角是8°
，所以可以采用多水平开拓的方式。
所以一个矿井的水平数和阶段数是不一定相等的，因为一个水平既可以为一个阶段服务，也可以为两个阶段服务。
因为采用两个水平的开拓方式，避免了下山开拓，井田的管理和生产更为安全，所以本矿采用了两个水平的多水平开拓方式。
现对本井田进行再划分：
由于井田走向长5.4km，倾斜长2.8km，又煤层倾角约为在8°
，计算得煤层最高端和最低端高差△H，计算公式如下：
△H=2800×
sin8°
=389.6m
根据井田条件，考虑将本井田划分为三个阶段，设置两个水平，阶段垂高△H’=△H/3=129.9m。
由此得斜长L=129/tan8°
=924m，所以阶段斜长为924m。
因井田内瓦斯和涌水量问题，若采用上下山开采，开采下山部分在技术上困难较多，故决定阶段内均采用上山开采。
由于井田斜长较大，倾角在8°
左右，因此排除了单水平上下山开采的开拓方案。
这样，井田阶段划分和开采水平设置采用三个阶段，两个水平方案，即每阶段倾斜长924m。
（2）阶段内布置
井田划分成阶段后，阶段内范围仍然较大，一般情况下井田范围内整阶段开采在技术有一定难度，通常阶段内要再划分，以适应开采技术的要求。
由于井田走向较长，故每个阶段又可划分为若干采区，根据井田范围，初步设计每个阶段为四个采区，除去工业广场和井田边界固定煤柱，则单向开采的采区走向长度为800m，双向开采为1600m，倾斜长924m。
本矿井的东一、二，西一、二均为单翼开采，东三、四、五、六，西三、四、五、六均为双翼开采。
因为在这些采区上面的地质情况不好，而且上面还有村庄等建筑，不适宜开采。
（3）阶段和开采水平参数
①阶段垂高
△H’=△H/2=129m；
②阶段服务年限
第一、第二、第三阶段64.5/3=21.5a
③区段数目及区段斜长
每个采区划分为6个区段，区段斜长为：
924/6=154m
2.2井田开拓方式
1）井田开拓方案
开拓方式是指进入矿体的方式、井田及阶段内的划分方式。
如用立井—单水平—分区式、斜井—多水平—分段式等表示井田开拓方式。
通常以井峒形式把井田开拓方式分成平峒开拓、斜井开拓、立井开拓和综合开拓四种形式。
根据本矿的地质等条件，正对选定的工业场地，和既有的井下工程设施，结合矿井的建设规模、煤层赋存条件、井筒提升方式和建设投资等因素，采用立井两水平分区是开拓方式，即：
全井田采用主立井、副立井、回风立井多水平分区式开拓。
且井田划为三个个阶段，每个阶段又划分为四个采区。
该种方式不受表土、煤层、地质构造等条件限制，适应性较强，同时，井筒断面大，可以满足通风的要求，尤其对深井更有煤柱丢失少，凿井施工难度小，投资少，系统简单，主提升时间短。
其缺点是施工技术、井筒装备复杂，不能躲开煤层顶板的含水层及流沙层，施工困难，掘进速度慢。
2）煤层开采顺序
（1）沿煤层倾斜方向的开采顺序
沿煤层倾斜方向，一般是自上而下按阶段依次进行回采，称为下行开采顺序。
反之，则为上行开采。
下行开采顺序，由于它的开采顺序是由浅及深，初期工程量小，投资低，建井快，开采技术上也比较简单。
在阶段内部不论分区式或分段式一般也采用下行开采顺序，因为其不管是技术上和在安全维护上，都较为可行。
而当在近水平煤层开采时，上、下行开采均可以。
（2）沿煤层走向的开采顺序
在井田内，由于主井在煤层沿其走向方向的位置不同，可将井田分为双翼井田和单翼井田。
一般将井筒所处的位置看作后，而将井田边界的位置看作前。
在井田的一翼内无论是分区式开采或者是分段式开采，由于沿煤层走向开采方向不同可分为前进式和后退式的开采顺序。
前进式具有初期工程量小，建井期短，出煤快，初期投资小等优点。
对于上山阶段来说，一般都采用前进式。
而对于采区内部来说，一般都采用后退式，即所谓采区前进式、区内后退式。
对于下山阶段可以采用前进式也可以采用后退式。
据此，可将本矿井设计为沿煤层走向的开采顺序为：
采区前进式，采面后退式。
3）煤层群开拓
当若干煤层或煤组由一个矿井开采时，称为煤层群开拓。
为了尽量减少开拓工程量，改善开采的技术经济指标，通常根据煤种、煤质、厚度及层间距等因素，按照开采技术的要求，将煤层群划分为若干煤层组。
煤层群的分组要尽量为了便于煤质管理，同组煤组的煤种和煤质应尽可能相同；
同组煤层的层间距应当较小，以便于生产管理和减少石门的掘进量；
力求各煤组煤层的有利于配采和均衡生产；
将含沼气等级相同或相近的煤层尽量划分为一组，以便于通风管理；
应考虑同组煤采用相同采煤方法的可能性；
煤层间的联系方式。
开拓煤层群时，无论是煤组或是煤层之间都需要用巷道联系，以构成全矿完整的生产系统。
煤层之间的联系方式可以利用直立的溜井或暗井、倾斜的岩石巷道或水平的石门等。
这些方式的选择主要取决于煤层倾角和煤层层间距离。
层间距不变时，溜井的长度随煤层倾角的增大而增长，而石门长度则随倾角增大而缩短，倾斜巷道的长度介于溜井和石门之间。
根据本矿的地质条件和煤层赋存条件，本矿煤层群开拓选用石门联系的煤层群分组联合开拓。
两煤层为一组采用共用运输上山的联合开拓。
4）主、副井及风井设计
（1）井筒数目位置的确定
①井筒数目
邓家庄煤矿设计生产能力为90万吨/年，生产能力大，服务年限长，因而，在投产初期确定一个主井，担负矿井的主提升；
一个副井，担负矿井的辅助运输及升降人员。
为了满足通风及辅助运输的需要，又凿一新风井，同时兼作副提。
②井筒位置
为了使井下各翼储量分布均衡，减少运输费用和通风阻力，将主副井筒布置在井田中央。
这种布局有以下优点：
工业广场煤柱损失比布置在井田中央少；
投产初期开拓工程量少；
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