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《矿井通风》

课程设计说明书

姓名：

王跃林学号201010014618班级：

采矿B106

题目：

矿井通风设计

评语：

指导教师：

倪文耀

2013年7月12日

目录

第一章：

矿井及采区概况...........................................1

1.1矿井位置范围.......................................................1

1.2煤层情况及地质构造和水文地质条件...................................1

1.3瓦斯煤层自然情况...................................................3

1.4可采煤层服务年限及设计生产能力.....................................3

第二章:

采区通风系统...............................................4

2.1矿井通风系统的选择.................................................4

2.1.1矿井通风系统的要求.............................................4

2.2选择矿井风机的工作方法.............................................5

2.3选择矿井通风方式...................................................5

2.3.1选择矿井通风方式主要考虑因素...................................5

2.3.2通风方式的技术比较.............................................6

2.4采煤工作面通风方式................................................6

2.5回风上山...........................................................6

2.6采区工作面上行风与下行风...........................................7

第三章:

矿井及采区所需风量的确定...............................9

3.1采煤工作面所需风量的计算...........................................9

3.1.1按瓦斯涌出量计算...............................................9

3.1.2按工作面同时工作最多人数计算...................................10

3.1.3按工作面气温与风速的关系计算...................................10

3.1.4按规定最高风速与最低风速计算...................................11

3.1.5工作面所需风量的确定...........................................12

3.2掘进工作面风量计算.................................................12

3.3采区硐室所需风量计算...............................................12

3.4其它用风巷道风量计算...............................................14

3.5矿井总风量计算.....................................................14

3.6矿井风量分配.......................................................14

第四章:

计算矿井通风总阻力.......................................16

4.1矿井通风总阻力的计算原则...........................................16

4.2确定矿井最大阻力线路...............................................16

4.3矿井通风阻力和两个时期的摩擦阻力...................................16

第五章:

选择矿井通风设备..........................................20

5.1选择主要通风机.....................................................20

5.1.1主要通风机工作风压.............................................20

5.2计算通风机风压.....................................................20

5.3主要通风机工况点...................................................21

参考文献.................................................................24

致谢.....................................................................25

第一章矿井及采区概况

1.1矿井位置范围

义马煤业（集团）有限责任公司常村煤矿，为省属国有企业，于1958年建矿，位于河南省义马市常村镇境内，涧河穿过矿区，是义煤集团公司的现代化骨干矿井之一。

矿区东距洛阳60km，西距三门峡80km。

北距陇海铁路线义马车站1km，有3.65km铁路专用线与该站相连。

北距310国道约5km，矿区经310国道和义马高速连接线可直达连霍高速公路，地理位置优越，交通便利。

交通位置见图1-1。

图1-1常村煤矿交通位置图

常村井田位于义马向斜西段50线以西北翼，井田东部以F5101断层与耿村矿为界，南部以F16和向斜轴为界，井田西部及北部以煤层露头线为界，井田东西走向长约5.5km，南北倾向宽约2.3km，井田面积约12.65km2，井田总体呈单斜构造，煤层倾角大部分小于15°，属缓倾斜煤层。

1.2煤层赋存条件及地质构造和水文地质条件

常村井田由于广为第四系黄土层覆盖，基岩仅在一些沟谷中有零星出露，据钻孔揭露三迭系、侏罗系地层广泛分布，下部为含煤岩系，上部为粗碎屑岩系，各系、统之间

的假整合或不整合，代表了中生代以来所发生的多常村井田由于广为第四系黄土层覆盖，基岩仅在一些沟谷中有零次地壳运动，以燕山运动最为激烈，它控制沉积建造的形成和变形，奠定了井田构造的格局，新近的构造运动大面积上升隆起，形成了本地区低山—丘陵地貌景观。

井田共含三层煤1-2、2-1、2-2层。

井田地质钻孔综合柱状图见图1-2。

1-2煤层位于义马组底部砾岩段之上，距三叠系地层平均65.6m，煤厚3.0～16.7m，平均8.6m，以丝炭、暗煤为主，煤层结构复杂，底部多数有煤矸互叠层，顶板为灰白色、灰色含菱铁质细砂岩，底板为炭质泥岩，该煤层在井田内普遍发育，分布面积广，厚度大，约占矿井总储量的60%以上。

因此1-2煤层易于对比，属较稳定性煤层。

2-1煤层位于义马组底部砾岩段之上，煤厚0～5.95m，平均5.50m，以镜煤、亮煤为主，黑色块状，煤层结构简单，含夹矸0～3层，煤层稳定，井田内普遍可采。

2-2煤层位于义马组底部砾岩段之上，黑色块状，煤厚0～6.30m，平均4.60m，以暗煤、亮煤为主，煤层结构复杂，含夹矸0～5层，一般3～4层，该煤层中普遍含方解石，井田内仅在52-53勘探线发育，为局部可采煤层。

常村井田位于义马向斜西段50线以西北翼，由于井田南部以F16断层和向斜轴为其边界，总体呈单斜构造，地层总体走向NE65°，倾向155°，倾角8°～12°。

褶皱不发育，仅在走向上呈波状起伏。

断层除南部边界的F16外，落差大于20m的仅有一条，落差10～20m的三条，构造较为简单。

由于井田西部处于该向斜的扬起端部位，故地层走向由东部的NE向转为NNE向，地层倾角也相应由SE115°转为SE110°，井田东部由于F5101、F5102、F5103等断层的影响，地层产状也发生一定的变化，倾角一般在8°～12°范围内摆动，井田内地质构造呈现西部简单，东部复杂的特点。

本区的主要含煤岩系属于早侏罗纪义马组。

煤层具体赋存情况如下：

1-2煤（上层煤）：

顶板为黑色泥岩，偶见薄层细砂岩，底板为黑色致密泥岩，具隐埋水平层理，煤厚3.0～16.7m，平均8.6m，煤层夹矸1～3层，夹矸岩性多为炭质泥岩，厚0.02～0.79m，一般0.1m，厚度变化小，为普遍可采，分布稳定，倾角8°～15°。

2-1煤（中层煤）：

顶板为黑色致密泥岩，偶见薄层细砂岩，底板为细粒石英岩，具隐埋水平层理，煤厚0～5.95m，平均5.5m，煤层夹矸1～3层，夹矸岩性多为炭质泥岩，厚0.02～0.79m，一般0.1m，厚度变化小，为普遍可采，分布稳定，倾角8°～15°。

2-2煤（上层煤）：

顶板为细粒石英岩，偶见薄层细砂岩，底板为石英砂岩，具隐埋水平层理，煤厚0～6.3m，平均4.6m，煤层夹矸1～3层，夹矸岩性多为炭质泥岩，厚0.02～0.79m，一般0.1m，厚度变化小，为普遍可采，分布稳定，倾角8°～15°。

井田内煤层可采性指数为0.95～1.0，系较稳定～稳定煤层。

矿井主要的充水含水层为侏罗系中统砾岩层，它直接承受大气降水的补给；第四系砾石层，第三系泥灰岩、砾岩及侏罗系上统砾岩通过不整合面或通过断层越流补给侏罗系中统砾岩层。

但由于侏罗系中统砾岩充水空间不发育，补给范围狭小，补给条件不良等因素所致，其富水性较弱，单位涌水量q＜0.11/s·m。

据矿井历年涌水量观测成果，1990年以来，矿井正常涌水量为145m3/h，最大涌水量375m3/h。

本矿井属水文地质条件中等的裂隙水间接进水型矿井。

主要含水层

井田内共有五个含水层组，分别是：

第四系亚粘土砂砾石层含水层组，单位涌水量q=0.022L/s·m，渗透系数K=1.504m/d；第三系砾质泥灰岩含水组，q=0.0695L/s·m，渗透系数K=1.227m/d；中侏罗统砂砾岩含水组，q=0.00819L/s·m，渗透系数K=0.000445m/d；下侏罗统砂岩含水组，q=0.000516L/s·m，渗透系数K=0.00551m/d；下侏罗统底部砾岩段含水组，q=0.00022L/s·m，渗透系数K=0.00055m/d；这几个含水层组单位涌水量小，渗透能力差，生产实践证明，对矿井没有威胁，经评价西沟井田属水文地质条件简单地区。

1.3瓦斯煤层与自然

2002年10月，经煤科总院抚顺分院鉴定：

煤层自燃倾向等级属一级容易自燃煤层，煤层自燃发火期为一个月；另外，煤科总院重庆分院对常村矿煤尘进行了鉴定，认定煤尘具有爆炸性，爆炸指数为40.3%。

2004年8月常村矿进行了瓦斯等级鉴定，瓦斯涌出量为10.5m3/t，经省煤炭工业局审批，矿井属高瓦斯矿井。

1.4可采储量服务年限及设计生产能力

本矿井的矿井可采储量：

20400万t。

矿井设计生产能力为：

2833352t/a。

服务年限为61年。

第二章采区通风系统

2.1矿井通风系统的选择

2.1.1矿井通风系统要符合以下要求

（1）每一个生产矿井，必须至少有两个能行人的通达地面的安全出口。

各个出口之间的距离不得小于30m。

如果采用中央式通风系统时，还要在井田境界附近设置安全出口。

井下每一个水平到上水平和每个采区至少都要有两个便于行人的安全出口，并同通到地面的安全出口相连通。

保证有一个井筒进新鲜空气，另一个井筒排出污浊的空气。

（2）进风井口，必须布置在不受粉尘、灰土、有害和高温气体侵入的地方，距离产生烟尘、有害气体的地点不得小于500m。

进风井筒冬季结冰，对工人身体健康、提升和其它设施有危害时，必须装设暖风设备，保持进风井口以下的空气温度在2℃以上。

进风井与出风井的设备地点必须地层稳定且有利于防洪。

总回风道不得作为主要行人道，矿井的回风流和主要通风机的噪音不得造成公害。

（3）箕斗提升或装有皮带运输机的井筒不应兼作风井。

如果兼作风井使用时，必须遵守下列规定：

①箕斗提升兼作回风井时，井上下装、卸井塔都必须有完善的封闭措施，其漏风率不超过15%，并应有可靠的降尘设施，但装有皮带运输机的井筒不得兼作回风井；

②箕斗提升井或装有皮带运输机的井筒兼作进风井时，箕斗提升井筒中的风速不得超过6m/s；装有皮带运输机的井筒中的风速不得超过4m/s，并都应有可靠的防尘措施，保证粉尘浓度符合工业卫生标准。

皮带运输机的井筒中还应装有专用的消防管路。

（4）所有矿井都必须采用机械通风，主要通风机（供全矿、一翼或一个分区使用）必须安装在地面。

同一井口不宜选用几台主要通风机并联运转，主要通风机要有符合要求的防爆门，反风设备和专用的供电线路。

（5）每一个矿井必须有完整的独立的通风系统，不宜把两个可以独立通风的矿井合并一个通风系统，若有两个出风井，则自采区流到各个出风井的风流需保持独立；各工作面的回风在进入采区回风道之前，各采区的回风在进入回风水平之前都不能任意贯通，下水平的回风流和上水平的进风流必须严格隔开，在条件允许时，要尽量使总进风早分开，总回风晚汇合。

（6）采用多台分区主要通风机通风时，为了保持联合运转的稳定性，总进风道的断面不宜过小，尽可能减少公共风路的风阻；各分区主要通风机的回风流，中央主要通风机和每一翼主要通风机的回风流都必须严格隔开。

（7）采煤工作面和掘进工作面都应采用独立通风。

采煤工作面和其相连接的掘进工作面，在布置独立通风有困难时，可采用串联通风，但必须符合《煤炭安全规程》第114条的有关规定。

（8）井下火药库必须有单独的进风风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风道或主要回风道，井下充电硐室必须有单独的风流通风，回风风流可以引入采区回风道中。

2.2选择矿井主要通风机的工作方法

结合矿井实际情况，本矿井选择抽出式通风。

2.3选择矿井通风方式

2.3.1选择通风方式主要考虑因素

（1）自然因素：

煤层赋存状态、埋藏深度、冲积层厚度、矿井瓦斯等级、煤层爆炸性、煤层自然发火性、矿井地质条件、井田尺寸及年生产能力等。

（2）经济因素：

井巷工程量、通风运营费、设备运转、维修和管理条件等。

另外根据开采技术条件，要考虑灌浆，注水以及瓦斯抽放等要求。

2.3.2通风方式的技术比较：

矿井通风系统应根据矿井设计的生产能力、煤层的赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性等条件，在确保矿井安全，兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后才确定的。

由于本矿井煤层倾角较小，走向长度不大，属于高瓦斯矿井，煤层属变质程度较低的煤种，属于风化碎裂成，燃点极低，堆放时易于自燃、一般自燃发火期为三个月，最短为一个月，煤尘爆炸指数为36.8%-40.3%，有爆炸危险性，所以经过比较后本矿井决定选用中央边界式通风方式。

2.4采煤工作面通风方式

采煤工作面的通风系统由采煤工作面的瓦斯、温度和煤层自然发火等所确定的，根据采煤工作面进、回风巷道的布置方式和数量，本设计的工作面通风系统采用U型后退式通风系统。

如图2-1。

U型后退式通风系统特点：

工作面只有一条进风巷道和一条回风巷道。

其优点是结构简单，巷道施工维修量小，工作面漏风小，风流稳定，易于管理；

其缺点是上隅角瓦斯易超限，工作面进、回风巷要提前掘进。

图2-1U型后退式通风系统

2.5回风上山

回风上山布置在最下一层煤中，沿着该煤层的顶板掘进。

回风上山是一条专用回风巷，里边一般不允许人进入。

具体特征如下图2-2所示。

图2-2回风上山断面

2.6采区工作面上行风与下行风

上行通风与下行通风是指风流方向与采煤工作面的关系而言的。

当采煤工作面进风巷道低于回风巷时，采煤工作面的风流沿倾斜向上流动，称为上行风。

否则是下行风。

同向与逆向通风是指风流方向与煤流方向之间的关系而言。

风流方向与煤炭运输方向一致时称为同向通风，否则为逆向通风。

如图2-3。

图2-3上下行风示意图

这两种方法各有优缺点：

1）采煤工作面涌出的瓦斯比空气轻，其自然流动的方向和上行风的方向一致，在正常风速（大于0.5到0.8m/s）下，瓦斯分层流动和局部积存的可能性较小，下行风的方向与瓦斯自然流向想反，二者易于混合且不易出项瓦斯分层流动和局部积存的现象。

2）采用上行风时，须先把采区的进风流导至下部进风巷，然后进入工作面，流经的路线较长，风流回由于压缩和地温加热而升温，又因为巷道里的机电设备散发的热量也进入风流中，故上行风比下行风气温高。

3）采用上行风，采区进风流和回风流之间产生的自然风压和机械风压的作用方向相同；而下行风，其作用方向相反，故下行风部上行风所需的机械风压大；而且，主要通风机一旦停转，工作面就有停风或反向的危险。

4）工作面一旦起火，所产生的火风压和下行风作用相反，会使工作面风量减少，瓦斯浓度增加，故下行风在起火地点爆炸的可能性比上行风要大。

综上所述，本矿瓦斯含量高，且煤层有自然倾向，发生火灾和瓦斯爆炸的肯能性较大，工作面适宜选用上行风，因此本设计采用的是上行风，同时采取防止风流逆转和防止火灾气体侵入进风流的安全措施。

第三章矿井及采区所需风量的确定

矿井总风量是井下各工作地点的有效风量和各条风路上漏风量总和。

矿井总风量的分配要根据实际需要由里往外细致分配。

分配给各用风点的风量，必须符合《煤矿安全规程》中有关规定，并且选出合适的主要通风机和电机。

《煤矿安全规程》规定：

采区回风道、采掘工作面回风道中甲烷和二氧化碳浓度不得超过1%，采掘工作面的空气温度不得超过26°采掘工作面的进风流中，按体积计算，氧气不得低于20%，二氧化碳不得低于0.5%。

根据《煤矿安全规程》，矿井需要的风量按下列要求分别计算，并选取其中的最大值：

（1）按井下同时同时工作工作的最多人数计算，每人每分钟供风量不得少于4m³。

则按井下的最多人数计算，矿井的总风量为：

（2）按采煤工作面、掘进工作面、硐室及其它地点实际需要风量的总和进行计算。

3.1采煤工作面所需风量的计算

3.1.1按瓦斯涌出量计算

1）回采工作面所需风量的计算

每个回采工作面实际所需风量，应按瓦斯、二氧化碳涌出量和爆破后的有害气体产生量，以及工作面气温、适宜风速和人数规定分别计算，然后取其中最大值。

回采工作面串联通风时，应按其中一个回采工作面实际需要的最大风量计算。

（1）按瓦斯涌出量计算

①工作面绝对瓦斯涌出量计算

Qg=（qg×A）/（15×60）（3-1）

式中Qg—绝对瓦斯涌出量，m³/min；

qg—第i个煤层采煤工作面瓦斯相对涌出量，m³/t；

A—工作面日产量t/d。

根据本矿实际情况本矿现阶段只采1-2号煤层，一个回采工作面日产量为：

2774t/d；工作面生产时间按15h考虑。

根据现场测量容易时期瓦斯相对涌出量为4m³/t，困难时期瓦斯相对涌出量为5m³/t。

则容易时期工作面绝对瓦斯涌出量Qg=12m³/min，困难时期工作面绝对瓦斯涌出量Qg=15m³/min。

3.12按工作面同时工作最多人数计算

Qwi=4Nai（3-2）

式中4—以人数为单位的供风标准，即每人每分钟应供给的最低风量，m3/min；

Nwi—第i个回采工作面同时工作的最多人数，取40人。

按工作人数计算需风量，容易时期和困难时期相同。

Qwi=4×40=160m3/min

3.1.3按工作面气温与风速的关系计算

回采工作面应有良好的气候条件，其气温与风速的关系应符合表3—1要求：

表3—1回采工作面温度与风速关系

回采工作面空气温度/℃

回采工作面的风速Vai/m/s

＜15

15～18

18～20

20～23

23～26

0.3～0.5

0.5～0.8

0.8～1.0

1.0～1.5

1.5～1.8

容易时期：

工作面由于深度浅地温低通风线路短可取进风温度为19ºC，回采工作面的风速取为0.9m/s。

困难时期：

工作面由于深度大地温高通风线路长可取进风温度为24ºC，回采工作面的风速取为1.6m/s。

因此，工作面所需风量可按下式计算：

Qwi=60×Vwi×Swi×Kwi（3-3）

式中Vwi—第i个回采工作面的风速，m/s；

Swi—第i个回采工作面的有效通风面积，（容易时期为9.45m2，困难时期为11.75m2）；

Kwi—第i个回采工作面的长度风量系数，可按表4—3取值：

这里Kai取1.2。

则容易时期所需风量Qwi=60×0.9×9.45×1.2=612m3/min；困难时期所需风量Qwi=60×1.6×11.75×1.2=1354m3/min

回采工作面长度/m

回采工作面长度风量系数Kai

＜50

50～80

80～120

120～150

150～180

＞180

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3～1.4

表3—2工作面长度风量系数取值

3.1.4按规定最低与最高风速计算

（1）按最低风速验算，各个掘进工作面最小风量为

Qhi≥60×0.25×Shi（3-4）

式中Shi—第i个掘进工作面巷道的净断面积，m2

各掘进工作面净断面积相同，故容易与困难时期风量相同

Qhi≥60×0.25×9.45=142m3/min

（2）按最高风速验算，各个掘进工作面的最大风量为

Qhi≤60×4×Shi（3-5）

式中Shi—第i个掘进工作面巷道的净断面积，m2

各掘进工作面净断面积相同，故容易与困难时期风量相同

Qhi≤60×4×9.45=2268m3/min

根据以上计算结果可确定掘进风量：

∑Qht=313m3/min

两条掘进需风量容易和困难时期相同：

Qhi=626m3/min。

3.1.5工作面所需风量确定

按回采工作面回风巷中瓦斯的浓度不得超过1%的要求进行计算。

即

Qwi=100×Qgwi×Kgwi（3-6）

式中Qwi—第i个回采工作面实际需要风量，m³/min；

Qgwi—第i个回采工作面瓦斯的平均绝对涌出量，m³/min；

Kgwi—第i个回采工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数。

它是该工作面瓦斯绝对涌出量的最大值与平均值之比。

生产矿井可在各个工作面正常生产条件时，进行至少5昼夜的观测，取其最大值。

通常机采工作面取1.2～1.6，炮采工作面取1.4～2.0，水采工作面取2.0～3.0。

本工作面为机采工作面，取1.3。

则：

容易时期回采工作面实际需要风量Qwi=100×12×1.3=1560m3/min

困难时期回采工作面实际需要风量Qwi=100×15×1.3=1950m3/min