A级帮平煤一矿矿井通风系统优化设计.docx

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A级帮平煤一矿矿井通风系统优化设计

三、三水平通风容易时期需风量计算……………………………………….14

前言

矿井通风是一个运用多种技术手段输送、调度空气在井下流动，维护矿井正常生产和劳动安全的动态过程。

在生产期间其任务是利用通风动力，以最经济的方式，向井下各用风地点供给质优量足的新鲜空气，保证工作人员的呼吸，稀释并排除瓦斯、粉尘等各种有害物质，降低热害，给井下创造良好的劳动环境；在发生灾变时，能有效、及时地控制风向及风量，并与其它措施结合，防止灾害的扩大，最大限度地减少事故损失。

剖析历次煤矿重大灾害事故发生及扩大的原因，无不与矿井通风系统有着密切的关系。

因此，建立一个既能满足日常生产需风，保证风向稳定、风质合格，在灾害时期又能保持通风设备运行可靠、稳定、能快速实现风流控制的通风系统是至关重要的。

本设计基于平煤股份一矿的现状，本着为矿井的长期发展，提高矿井生产能力开发矿井深部的丁组和戊煤而进行的矿井通风系统改造。

总设计方案：

做一条回风巷、一条进风巷道及一个回风井，并经过矿井通风设施改造，最终形成矿井丁戊二采区、三进两回的式通风方式。

通过风量、风阻等计算，选择出主要通风机以及配套的电机型号。

通过各种论证，本设计可靠可行，提高矿井的抗灾能力，提高了矿井的经济效益。

在这次毕业设计当中，得到了许多老师同学的帮助，在此表示由衷的感谢。

由于本人不平有限，不足之处在所难免，请大家多批评指正。

平煤一矿矿井通风系统优化设计

第一章矿井基本概况

第一节矿井概况

一、井田概况

一矿位于河南省平顶山矿区中部，十矿井田的西南部，己组煤露头带。

程平公路从井田中部穿过，东部有大乌路，西部与开源路和矿工路相接，矿区有铁路、公路与省内外沟通。

本井田位于平顶山山前冲积平原，地势较平坦，总的趋势是西北高、东南低、地形标高变化为+100～+85m。

本区年平均降雨量为794.6mm，年最大降雨量为1326.6mm，雨季一般集中在7~9月份。

年平均气温为15℃,最高温度42.3℃，最低温度-15℃。

二、煤层地质概况

本井田含煤地层分属上石炭统太原组、二叠系山西组和上、下石盒子组，自上而下划分为丙煤段、丁煤段、戊煤上段、戊煤中断、戊煤下段、己煤段、庚煤段等七个煤段。

煤系平均总厚779.41m，含煤60余层，常见43层，煤层总厚26.84m，含煤系数3.4%左右。

从已探明的情况可知：

井田地质构造简单，无大断层及构造变化，煤层为缓倾单斜构造，走向北西－南东，倾向北东，倾角为110.

该井田有3个煤系地层，上部石炭统太原组含丁、戊组煤，中部二叠纪上石盒子组，含己组煤，下部为下二叠系山西组，含庚组煤

层。

本井田的开采对象为戊组和丁组煤层，丁组煤层共存3组可采煤层，分别为：

戊8、戊9和戊10煤层。

丁组煤为一层可采煤层，庚6煤层。

矿井东西走向长5公里、倾斜长5.86公里，面积29.3平方公

三、瓦斯概况

2009年度矿井瓦斯等级鉴定结果为：

矿井瓦斯、二氧化碳的相对涌出量分别为6.05m3/t、4.99m3/t，全矿井瓦斯绝对涌出量为43.71立方米/分钟，确定我矿为高瓦斯矿井。

但是根据煤科总院抚顺分院关于平顶山天安煤业股份有限公司一矿煤与瓦斯突出鉴定报告结果：

一矿丁6煤层为煤与瓦斯突出煤层，矿井为煤与瓦斯突出矿井，故一矿2009年矿井瓦斯鉴定为煤与瓦斯突出矿井。

四、水文概况

矿井涌水情况：

2007年矿井涌水量统计结果表明，一水平开发后期涌水量不大，正常涌水量为11.7立方米／小时，最大涌水量为15.14立方米／小时；二水平正常涌水量为79.13立方米／小时，最大涌水量为90.97立方米／小时；三水平正常涌水量为40.61立方米／小时，最大涌水量为48.69立方米／小时；矿井正常涌水量为489.57立方米／小时（其中包括二矿排水358.13立方米／小时），最大涌水量为629.73立方米／小时（其中包括二矿排水502立方米／小时）。

出水因素为顶板砂岩水、老空积水和二矿排水。

矿井排水情况：

一水平中央泵房安装有3台200D-43×7型水泵，台排水能为288立方米／小时，扬程285.6米，通过二趟Φ299mm的排水管由付井排至地面，中央水仓容量为2500立方米。

二水平中央水泵房安装有4台MD280-65×8型，扬程520ｍ，2台200D65×10型水泵，扬程615m，台排水能力280立方米／小时，通过两趟Φ325mm排水管，由戊七斜井排至地面，一趟Φ219mm排水管排到北一工业广场，中央水仓容量为4100立方米；三水平中央泵房安装有3台PJ150×12型泵，单台排水能力300立方米/小时，扬程779.7米，通过两趟Φ273mm排水管由-517水仓排至地面，中央水仓容量为3760立方米/h。

五、煤尘、煤炭自燃概况

煤尘爆炸指数为36.21%，煤尘具有爆炸性。

自燃发火期为6～8个月。

地温为23℃左右。

六、通风概况

2009年全矿井有3组主要通风机联合运转（戊七、北一、北二），矿井通风方式为多进风井、多回风井混合抽出式通风，全矿各进回风井风量以及矿井各主要通风机运转情况见附表1、2、3

附表1-1

主要进风井风量单位:

立方米／分钟

进风井

一水平

二水平

三水平

合计

风量

副井

主井

主斜井

北一进风井

北二进风井

28733

2898

1011

2016

9450

10652

附表1-2

主要回风井风量单位:

立方米／分钟

回风井

戊七斜井

北一回风井

北二回风井

合计

风量

5158

11921

11696

28775

附表1-3矿井各组主要通风机运转情况

风井

名称

风机型号

电机功率Kw

工作

方法

负压

Kpa

工作风量

m3/min

风叶

角度

担负供

风地点

戊七

GAF21.1-11.2

500

抽出

2.0

5538

北10º

戊三、戊七

北一

K4-73-01No32

1250

抽出

3.1

12175

东5米

二水平戊一、戊二、戊三

北二

GAF28-14-1

1250

抽出

2.8

12177

东-2º

三水平丁一、丁二、戊一

第二节井田开拓基本概况

一、生产能力介绍

一矿矿井由武汉设计院设计，由原来的燃化部批准，设计能力150万吨/a，1957年12月动工兴建，1959年12月25日简易投产，建设期为两年。

1971年达到矿井设计生产能力，2005年经河南省煤炭工业局批准的核定生产能力为400万吨/a。

二、矿井生产系统

1、主要生产系统：

矿井主要生产系统有主立井提升和主斜井提升（运输）两套系统组成。

主立井提升主要担负井下戊七高强皮带系统的主运输任务。

主斜井为两台GDS-100型钢丝绳牵引带式输送机，主要担负井下戊一高强皮带系统及二水平大巷轨道的主运输任务，兼做运人。

一矿共有三对副井即：

院内副井、北一副井、北二副井，分别服务于一、二、三水平，均为立井提升，负责提升人员、下料和矸石。

2、采掘工艺：

矿井主要采用综合机械化回采工艺进行开采，采用走向长壁布置，后退式采煤，自然冒落法管理顶板。

在残采以及复采时采用炮采工艺进行开采。

掘进分为掘进机掘进和放炮掘进。

3、开拓方式：

矿井分三个水平开采，采用联合开拓方式：

一水平标高-25m，采用中央立井、主石门、分组大巷开拓；

二水平标高-240m，采用皮带主斜井、轨道暗斜井、副立井、主石门、集中大巷开拓；

三水平标高-517m，采用主斜井、副立井、主石门、集中大巷开拓；

4、开采方法：

分水平利用分组大巷进行上、下山开采。

采煤方法：

综采工作面采用走向长壁全部陷落采煤方法，工作面回采方向为后退式。

炮采工作面采用走向长壁放顶煤一次采全高采煤法，顶板管理为全部跨落法。

水平、采区划分

矿井分三个水平。

一水平标高-25m，正规开采已经于96年结束，现分为戊三采区和戊七采区。

二水平标高-240m，现分为戊一采区、戊二采区和戊三采区（正在开拓准备）。

三水平标高-517m，现分为戊一采区、丁一采区和丁二采区（正在开拓准备）。

第二章通风系统设计可行性论证

第一节矿井通风系统优化背景

一、矿井目前通风及生产能力情况

矿井为独立的通风系统、主要通风机联合运转（戊七、北一、北二），矿井通风方式为多进风井、多回风井混合抽出式通风。

矿井三组主要通风机联合抽出式运转，矿井为分区通风。

其中戊七主要通风机担负一水平戊七、戊三采区通风任务，北一主要通风机担负二水平戊一、戊三、戊二采区通风任务，北二主要通风机担负三水平戊一、、丁二采区通风任务。

矿井总进风28733立方米／分钟、矿井总排放量28733立方米／分钟，2008年通风能力核定为480万吨。

二、矿井生产能力发展前景

本次方案设计是为矿井的长期发展，提高矿井生产能力开发矿井深部的丁组和戊煤而进行的矿井通风系统改造。

根据平煤股份一矿今后的发展规划，一矿2012年将进入三水平丁、戊组煤同时开发，使矿井生产能力增大到500万吨/年以上。

第二节通风系统改造的必要性分析、论证

经过对现有通风系统的分析，存在以下问题：

1、由于矿井通风线路长，控制风门多（达26组），巷道通风断面小（一般在4.2m2~5.8m2）之间，矿井有效风量低，通风阻力大（达1740Pa），致使矿井通风困难。

2、根据公司今后的发展规划，一矿2009年将进入三水平丁、戊组煤同时开发，使矿井生产能力增大到500万吨/年以上，根据以风定产的原则，现在的矿井有效供风量无法满足增产后的供风需求，漏风率较大。

3、随着开采深度和巷道长度的增加，使矿井通风阻力加大，现有主要通风机能力不能满足生产需要，必须更换主要通风机。

4、现有井下主要进、回风巷断面过小，致使风速超限，部分区域通风系统需调整。

5、不改变东斜井通风方式、去掉东斜井内风门，将无法提高矿井提升能力。

6、目前矿井通风能力为480万吨/年，不能满足矿井生产能力500万吨/年的需要。

为此，必须对矿井的通风系统进行改造，从根本上解决矿井通风能力制约后期生产的问题，同时解决东斜井井筒风门漏风多与不能提煤问题。

第三节通风系统改造的主要手段

总结国内外通风系统改造的方法、手段，归纳可分为三种：

1、改变矿井通风方法：

既改变进、回风井筒的相对位置，从而，达到缩短通风线路、降低通风阻力、提高矿井风量的目的。

如平煤十矿根据矿井生产布局，相续在井田北部增加己四风井和北山回风井，达到了提高矿井通风能力的目的。

2、改变矿井的通风方法，即抽改压或压改抽，此方法多用于受周边老空影响严重且自燃发火严重的矿井。

如平煤高庄矿的抽改压，有效地防止了周边小煤矿对大矿的威胁。

3、改变矿井通风网络：

即通过调整矿井主要通风机的有关参数或通风网络中分支的参数，如增阻调节、降阻调节、调整主要通风机扇叶角度、更换电机提高转速等，从而实现提高通风能力的目的。

此方法为生产矿井通风系统调整的常用方法。

第三章矿井通风参数计算

第一节通风系统改造后矿井需要风量的计算

一、矿井风量计算原则

矿井需风量，按下列要求分别计算，并采取其中最大值。

（1）按井下同时工作最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m3。

（2）按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。

二、矿井需风量的计算

按照通风能力核定要求，矿井总需风量和采掘工作面和硐室需风量计算方法要按照下列要求进行计算：

（1）矿井总需风量

按采煤、掘进、硐室及其他地点实际需风量的总和计算

Q矿=（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q备+∑Q它）×K矿通m3/min

式中∑Q采—采煤工作面实际需风量的总和m3/min

∑Q掘—掘进工作面实际需风量的总和m3/min

∑Q硐—硐室工作面实际需风量的总和m3/min

∑Q备—备用工作面实际需风量的总和m3/min

∑Q它—其它巷道实际需风量的和m3/min

K矿通—矿井通风系数，包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素，1.2～1.25取1.25

（2）　采煤工作面需风量

要按照下列4种因素计算,取其最大值

A按照瓦斯涌出量计算

Q采＝100×q瓦×K1

　Q采－－采煤工作面需要风量，m3/min

q瓦－－采煤工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min

K1－－采煤工作面瓦斯涌出不均衡的备用风量系数，机采面取K＝1.2～1.6。

B按照工作面进风温度计算

采煤工作面应有良好的气候条件。

其进风流温度可根据风流温度预测方法进行计算。

其气温与风速应符合下表：

采煤工作面的需要风量按照下式计算

Q采=60×V×S×K2

V－－采煤工作面风速，从上表中选取

S－－采煤工作面有效断面，取最大和最小控顶距的平均值

K2－－采煤工作面长度系数，机采面取K＝1.2。

C按照工作人数计算

Q＝4×n

公式中4－－每人每分钟应共给的最低风量。

n－－采煤工作面同时工作人数。

D按照风速进行验算

按照最低和最高风速验算

Q采应在上述之间：

60×0.25×S

（3）　掘进工作面需要风量

要按照如下几种情况计算取其最大值:

A按照瓦斯涌出量计算

Q掘＝100×q瓦×K1

　Q掘－－掘进工作面需要风量，m3/min

q瓦－－掘进工作面瓦斯绝对涌出量，m3/min

K1－－掘进工作面瓦斯涌出不均衡的备用风量系数，机采面取K＝1.5～2.0。

B按照局扇吸风量计算

Q掘＝Q扇×Ii+15S

Q扇－－使用风机的额定吸风量

岩巷掘进：

Q掘=Q扇×Ii+9S；煤巷掘进：

Q掘=Q扇×Ii+15S

式中：

Q扇——局部通风机实际吸风量，m3/min。

Ii——掘进工作面同时通风的局部通风机台数。

C按照工作人员计算

Q掘＝4×n

公式中4－－每人每分钟应共给的最低风量。

n－－掘进工作面同时工作人数。

D按照风速验算

岩石巷道按照最低风速验算

Q掘>60×0.15×S

煤巷与半煤岩巷按照最低风速验算

Q掘>60×0.25×S

按照最高风速验算

Q掘>60×4×S

（4）硐室需要风量计算

采区变电所和采区绞车房需风量按照经验取值，一般80～100m3/min，进风温度高于26度，可选取150m3/min。

按掘进工作面同时作业人数和炸药量计算需要风量，四矿全部使用乳化炸药，不进行根据炸药量计算风量。

三、　三水平通风容易时期的需风量计算

（1）通风现状为矿井通风容易时期。

目前的采掘情况如下：

①丁二采区布置：

2面5个机电硐室，5个掘进头即：

丁6-32010采面、丁6-32060采面备采面;

三水平丁二火药库、三水平丁二充电硐室、三水平丁二一变

三水平丁二二变、三水平丁二水泵房

丁二皮带下山、丁二回风下山、丁二轨道下山、

丁6-32080机巷、丁6-32080风巷

②三水平戊二前期开拓布置：

3个掘进头，即：

三水平戊二轨道下山、三水平戊二回风下山、

三水平戊二轨道下山

③三水平戊一采区布置：

1面2头，5个机电硐室

戊-31080采面、戊-31040机风巷

④三水平丁一采区结束采区考虑保留巷道风量700m3/min

根据上述风量计算原则

通风容易时期需风量的计算：

Q＝9200m3/min

四、三水平通风困难时期的需风量计算

四个采区共布置4面2备10头10硐室

①丁二采区布置：

2面5个机电硐室，5个掘进头即：

丁6-32060采面、丁6-32030备采面;

三水平丁二火药库、三水平丁二充电硐室、三水平丁二一变

三水平丁二二变、三水平丁二水泵房

丁二皮带下山、丁二回风下山、丁二轨道下山、

丁6-31080机巷、丁6-31080风巷

②三水平戊二前期开拓布置：

2面3个掘进头，即：

戊-32010采面、戊-31050备用面

三水平戊二轨道下山、三水平戊二回风下山、

三水平戊二轨道下山

③三水平戊一采区布置：

1面5头，5个机电硐室

戊-31040采面、戊-31060机、风巷

三水平戊一轨道、回风、皮带下延

④三水平丁一采区结束采区考虑保留巷道风量700m3/min

根据上述风量计算原则

通风困难时期需风量的计算：

Q＝14000m3/min

五、矿井存在问题及解决方案

2010年，为建设500万t矿井并保持矿井可持续发展，三水平戊一下延、戊二采区将新增6个掘进面（即戊一轨道下延、戊一皮带下延、戊一回风下延、戊二轨道下延、戊二皮带下延、戊二回风下延），每个掘进面需风500m3/min，共需风3000m3/min，北二风机工作风量14318m3/m。

经解算，要满足此排风要求北二主要通风机角度需上调至+5°，风机负压为3864.5Pa，负压偏高。

另外，根据矿井接替安排的投产时间，由于北三井筒施工难度大，满足不了要求。

在2012年丁戊二采区具备生产条件时，最低需风量为7000m3/min，北二风机工作风量将达到16000~17600m3/min，经解算，风机负压将达到5000Pa以上，超过北二风机工况，若不采取措施北二风机已不能满足排风要求。

为解决北三风机运转之前通风问题，要对北二通风系统进行改造。

方案一：

新做一条进风巷和一条回风巷（见图）。

总工程量3670m，其中丁戊二采区进风巷工程量1570m，断面13m2；回风巷2100m断面13m2。

经解算，进风巷和回风巷贯通以后，北二风机角度上调至+15°，工作风量17436m3/min，风机负压4449Pa，可以满足丁戊二采区生产时用风要求，可服务戊一下延采区-800m以上，戊二下延采区-600m以上。

方案二：

在方案一得基础上新做一个回风井（见图）。

新回风井位与三水平丁戊二采区上部（具体见图），风井断面38.5m2，井深900m，将新回风井与丁戊二总回贯通，并将丁戊二总回与北二风井之间打上密闭，并在三水平戊一、丁二、戊二下延采区调风。

经解算，新建新风井投入使用后，北二风机上调角度至0°，工作风量10039m3/min，风机负压4079.81Pa；新建风井风机（型号同北二风机）角度-2°，工作风量6883m3/min，风机负压3711.0Pa，此时可满足各用风地点要求。

第四章矿井通风阻力测定

4.1测定路线的选择与测点布置

4.1.1测定路线的选择原则

1）.有并联风路中应选择风量较大且通过回采工作面的主风流风路作为测定路线。

2）.选择路线较长且包含有较多井巷类型和支护形式的线路作为测定路线。

3）.选择沿主风流方向且便于测定工作顺利进行的线路作为测定路线。

41.2测定路线的确定

平煤股份一矿采用分区式通风，现有六个进风井（主井、副井、主斜井、明斜井、北一进风井和北二进风井），三个回风井（戊七回风井、北一回风井和北二回风井）。

为满足通风系统解算、主要通风机联合运转分析需要，以及根据阻力测定的要求，结合平煤股份一矿通风系统的具体情况，针对平煤股份一矿主要的七个采区（一水平戊三采区、一水平戊七采区、二水平戊一采区、二水平戊二采区、二水平戊三采区、三水平戊一采区和三水平丁二采区）选择七条测定路线进行了测定，选择测定路线见附件Ⅱ附图1。

具体测定路线如下：

主测路线Ⅰ（一水平戊三采区）：

明斜井（1-2）→戊七沿煤轨道（2-3-4）→戊七四川（4-5）→戊七沿煤皮带（5-6-9）→进风斜巷（7-8-9）→戊三集中机巷（9-104）→戊三辅助皮带（104-105）→戊-23180炮采面（105-106）→戊-23180顺煤、风片、戊三辅助轨道（106-107）→戊三集中风巷（107-110）→戊七斜井（110-111-112）→戊七风机（112-1）；

主测线路Ⅱ（二水平戊二采区）：

北一进风井（1-40）→北一配风石门（40-41）→丁戊组西大巷（41-300-301）→丁二车场（301-302）→戊二皮带联络巷（302-303）→戊二皮带巷（303-304-305）→戊二1#煤柱（305-307）→戊二轨道下山（307-308-309-314）→戊二总回（314-315）→丁戊二总回（315-316）→西己轨道（316-317）→总回通道（317-215）→北一风井（215-216）→北一风机（216-1）；

主测路线Ⅲ（二水平戊三采区）：

北一进风井（1-40）→北一配风石门（40-41）→丁戊组东大巷（41-42）→通丁戊三运输大巷（42-43）→丁戊三大巷（43-400-401-402）→戊-23070回采面（404-405）→戊三回风下山（405-406）→丁戊三回风巷（406-407-408）→丁戊三补总回（408-410）→丁一轨道上山（410-411）→丁一东翼总回（411-412）→丁一东翼总回至北一风井底（412-215）→北一风井（215-216）→北一风机（216-1）；

主测线路Ⅳ（三水平丁二采区）：

北二进风井（1-60）→-517石门（60-68-61-62）→丁戊二轨道西大巷（62-600-601-602）→丁二辅助运输石门（602-603-604）→丁二轨道上山（604-620）→丁-32010机片（620-621）→丁-32010回采面（621-613）→丁二东翼总回（613-614）→丁-31060回风顺煤（614-616）→丁戊二总回风巷（616-627）→丁戊二总回风巷（627-617）→北二回风井底（617-630）→北二风井（630-631）→北二风机（631-1）；

辅测路线Ⅰ（一水平戊七采区）：

戊七皮带巷（2-101）→戊-17010备采面（101-102）→17010风川（102-111）；

辅测路线Ⅱ（二水平戊一采区）：

主斜井（1-22-23）→戊组石门（23-24-25）→戊东大巷（25-26-27）→戊一东皮带、暗斜井（27-200）→戊-21152采面（200-201）→戊-21152风片（201-202）→戊一轨道下山（202-203）→戊一总回（203-204-215）；

辅测路线Ⅲ（三水平戊一采区）：

丁一东车场、暗斜井皮带（42-45）→暗斜井皮带（45-46）→戊-31010采面（46-500）→戊-31010回风巷（500-501）→三水平戊一配总回（501-502-503）→三水平戊一总回（503-504）→水平戊一总回至北二风井底（504-630）。

表2-1矿井通风阻力测定汇总表

测定段

A-B

井巷名称

断面

形状

支护

形式

巷道尺寸

ΔhS

（Pa）

Δhz

（Pa）

ΔhV

（Pa）

Δh阻AB

（Pa）

Q

（m3/s）

R

（NS2/m8）

R100

α

（NS2/m4）

α标

（NS2/m4）

备注

S（m2）

U（m）

L（m）

1-2

明斜井

半圆拱

砌碹

10.57

12.49

450.0

-1226.0

1432.6

1.2

207.8

39.27

0.13474

0.0299

0.02833

0.0295

主测Ⅰ

2-3

戊七沿煤轨道

梯形

锚喷

11.59

13.07

438.0

-381.0

645.2

-4.5

259.8

5.99

7.23971

1.6529

1.96713

2.0149

3-4

戊七沿煤轨道

梯形

锚喷

6.38

10.51

512.3

-462.0

498.6

6.9

43.5

7.44

0.78554

0.1533

0.03789

0.0385

4-5

戊七四川

梯形

锚喷

4.86

9.17

52.7

-49.0