中国矿业大学采矿工程安全工程矿井通风毕业设计论文.docx
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中国矿业大学采矿工程安全工程矿井通风毕业设计论文
摘要
随着煤矿工业的发展，安全生产已经成为其中重要的部分。
为确保煤矿的安全生产，对煤矿的安全设计十分重要。
根据平岗煤矿的实际情况，结合目前安全生产技术，对平岗煤矿进行了安全设计。
设计针对煤矿常见的安全问题，如水、火、煤尘、瓦斯、顶板等灾害，分析灾害发生的原因，设计具体的灾害预防措施及安全保障措施，以达到防止事故发生或减少事故发生概率，降低事故造成伤害的目的。
根据平岗煤矿开拓方式和地质构造，选择了合理的通风系统，对采掘工作面及硐室通风，井下通风设施和构筑物等进行设计，选择了安全逃生路线，分析了矿井通风系统的合理性和可靠性。
针对平岗煤矿的粉尘灾害，从防尘措施、防爆措施和隔爆措施三个方面进行了安全设计。
对于瓦斯灾害防治，设计采取了以瓦斯抽放为主及一些防爆、隔爆安全措施。
在火灾防治方面，分别设计了煤自然火灾防治措施及外因火灾防治措施。
通过对平岗煤矿水文地质资料的分析，设计了相应的水灾防治安全措施。
同时建立一套完善的安全监测与监控体系，对各种灾害形式进行严密的监控，在灾害发生前将事故处理，确保生产能够安全高效的进行，同时达到无安全事故、无人员伤亡的理想状态。
同时还设计了顶板灾害、运输系统灾害、电气事故灾害的安全措施。
关键词:
安全条件粉尘防治瓦斯防灭火安全监测
目录
摘要I
AbstractII
目录IV
第1章矿井概况及安全条件1
1.1井田概况1
1.1.1地理位置1
1.1.2主要自然灾害1
1.1.3矿区开采现状1
1.2安全条件2
1.2.1地质特征2
1.2.3煤层及煤质2
1.3矿井生产情况3
1.3.1工程性质3
1.3.2井田开拓与开采3
1.3.3提升、通风、排水和压缩空气设备4
第2章矿井通风11
2.1概况11
2.2矿井通风11
2.2.1现矿井各采区风量计算11
2.2.2风量选择12
2.3现有通风方式及通风系统15
2.3.1现有风井数目、位置、服务范围及服务时间15
2.3.2采掘工作面及硐室通风15
2.3.3井下通风设施及构筑物布置15
2.3.4安全逃生途径15
2.3.5通风设备及反风16
2.3.6矿井风量、风压及等积孔17
致谢48
参考文献49
附录150
第1章矿井概况及安全条件
1.1井田概况
1.1.1地理位置
平岗煤矿位于鸡西煤田南部含煤条带边缘，距鸡西火车站27km。
行政区隶属于鸡西市梨树区。
井田地理坐标为：
东经：
130°43′30″-130°43′45″;北纬：
45°06′00″-45°10′30″。
公路交通：
矿区内有公路与哈绥公路鸡图线国道相通，距鸡西市27km。
铁路交通：
煤矿铁路专用线与国铁梨树镇火车站相连。
井田境界：
上至+350m标高，下至–600m标高，东至F25断层，西至F16断层。
井田走向长10.01km，倾斜长3.2km，井田面积35.2km2。
矿区地表最大标高550m，最低标高310m,地形高差230m左右。
风山河及其它的三条支流，流经矿区东部，自北向南流经穆棱组露头西侧，河流落差大切割深，河床两侧有50-200m宽的山间谷地。
平岗矿区为中温带大陆性气候，11月中旬至次年4月中旬为结冰期，表土冻层厚度一般在1.5-2.0m，最高气温在7-8月份，最高气温38.0℃，最低气温在12月份，最低气温-39.2℃，年平均气温3-3.5℃，年平均降水量600mm，雨季多集中在7-8月份，最大风级7-8级，风向以西北风为主风力一般2-3级，平均风速3.6m/s。
1.1.2主要自然灾害
本区地震裂度为6度。
1.1.3矿区开采现状
二水平中央水泵硐室现有3台PJ-150×7型水泵，每台排水量为300m3/h，二水平正常涌水量为165m3/h。
二水平最大涌水量为205m3/h。
一水平中央水泵硐室现有4台200D43×8型水泵，每台排水量为288m3/h，其正常涌水量（包括二水平涌水）为265m3/h，最大涌水量325m3/h。
矿生产供电来自地面变电所，其电源分别来自梨恒线，梨平线两趟60KV高压输入。
变电所内设一台S9-16000/66主变压器，一台SLF1-20000/60主变压器。
一二水平供电来自地面变电所，电压为60KV，由两趟LJ-24架空线线路输送至山下变电所，再由两趟MYJV3X150高压电缆经皮带道至井下中央变电所，然后由井下中央变电所送出两趟高压电缆输送至采区变电所配电，直至各采掘队组。
1.2安全条件
1.2.1地质特征
1.2.1.1地质及地层
平岗矿区位于鸡西煤盆地西南端，属于穆棱-平岗断裂构造单元的一部分。
近于南北向东倾的单斜地层，为不对称的向背斜复杂化，地层被两条近于南北向的断层切割成二大构造块段。
在这些块段里，相对下降的块段构造简单，地层倾角小（15°-25°）；相对上升的块段构造复杂，地层倾角大（20°-40°）。
一组北45°-55°西贯穿全区的主断裂体系又将全矿区进一步分割成几大构造单元。
各构造单元其构造形态各异，地层产状各异，构造复杂程度各异。
1.2.1.2成煤时期及煤层赋存情况
平岗矿区煤系地层为早白垩系鸡西群城子河含煤组和穆棱含煤组，城子河含煤组位于煤系地层的下部，可采和局部可采煤层共有35#层、33#层、32#层煤层，煤质主要为瘦煤，中部层组的25#层、23#层、22#层煤层的煤质，牌号主要为焦煤，上部层组15#层、14#层煤层的煤牌号主要为主焦煤。
穆棱组位于煤系地层的上部，可采区层有6#层、5#层、3#层、1#层。
穆棱组煤层的煤牌号均为1/3焦煤，以上各煤层的厚度均在0.8-2.0m之间，为薄煤层或中厚煤层。
1.2.2煤层及煤质
1.2.3.1煤层
①含煤性：
平岗矿区开采穆棱组和城子河组的煤层。
穆棱组含煤6-8层，1层全区可采，3层局部可采，
主要可采煤层发育较稳定，煤层本身的煤岩特征明显，煤层结构稳定，岩煤层物性特征明显，煤层间距较为稳定。
横向上变化规律性强，全区内煤层对比清楚。
煤层发育属于较稳定型。
可采煤层总厚度为14.4m，含煤系数1.11%。
②穆棱含煤组：
1#煤层：
为平岗矿区内最上部的可采煤层，单一结构，煤厚0.68-0.92m，顶板为含豆状包裹体的凝灰岩或凝灰砂岩，底板为粉砂岩。
3#煤层：
距1＃煤层48-50m，一般分上、下两层，上、下分层均在0.59-0.89m之间，平均0.78m，上、下分层间距不稳定，大体在2-4m之间，顶板为灰白色细砂岩，底板为0.3m的黄灰色凝灰岩。
3＃煤层在凤山背斜轴以南可采。
1.2.3.2煤质
①物理性质：
肉眼观察多呈光亮和半光亮形，煤层油质光泽和玻璃光泽，块状构造，断口参差不齐，内生裂隙发育，煤层多以凝胶化基质为主，镜煤、亮煤占煤岩总比例的75-90%，丝质组和稳定组占5-20%，岩矿杂质占总量的5%左右，硫磷含量特低。
②化学性质、工艺性能、可选性及煤类：
平岗矿区各煤层组均为中等变质程度的烟煤。
各煤层组、各含煤段的变质程度不一，煤层的有机质含量较多，有害杂质少，精煤灰分低，可选性强。
是可贵的炼焦用煤。
1.3矿井生产情况
1.3.1工程性质
矿井技术改造初步设计。
1.3.2井田开拓与开采
1.3.2.1井田境界
上至+350m标高，下至-600m标高，东至F25断层，西至F16断层。
井田走向长10.01km，倾斜长3.2km，井田面积35.2km2。
1.3.2.2储量
平岗煤矿有地质储量12397.1万t，可采储量7438.2万t。
储量构成情况见储量汇总表、煤柱损失量表、矿井工业资源储量、设计资源储量、设计可采储量表。
表（1-1）平岗煤矿分水平各类煤柱损失量汇总表万t
煤柱分类
+100标高以上
+100-600m标高
合计
断层保煤柱
219.6
69.8
289.4
工业广场保护煤柱
42.9
87.6
130.5
主要井巷保护煤柱
273.9
674.7
948.6
合计
536.4
832.1
1368.5
表（1-2）工业资源储量、设计储量、设计可采储量汇总表单位：
万t
储量类型
+100标高以上
+100-600m标高
合计
工业资源储量
3417.8
8979.3
12397.1
设计资源储量
3209.1
8961.5
1187.1
设计可采储量
1848.6
5589.6
7438.2
1.3.2.3矿井设计生产能力及服务年限
①矿井工作制度
设计年工作日330天，每天三班作业。
日净提升时间为16h。
②生产能力
核定生产能力75万t/a。
③服务年限T=
（1-1）
=7438.2÷75÷1.3
=76a
其中：
T：
服务年限
Z：
可采储量
A：
生产能力
K：
储量备用系数
1.3.3提升、通风、排水和压缩空气设备
1.3.3.1提升设备
平岗煤矿的煤炭主要提升采用带式输送机运输。
采用GDS-1000型钢丝绳皮带提升机，提升能力230万t/a。
矸石主要由斜副井，一段提升机型号为XKT-2.5/20的矿用提升机，提升能力为125万t/a；二段提升机型号为2JK-3/20的矿用提升机，提升能力为119万t/a。
1.3.3.2通风设备
回风井现2台GAF31.5-20-1GZ型通风机，排风能力为8700-15000m3/min。
1.3.3.3排水设备
一水平主水泵型号为200D43×8，现有四台，两台使用，两台备用。
1.3.3.4压缩空气设备
该矿生产现主要在二水平，在地面设一个压风机房，内设有2台4L-20/8型压风机，经核定满足要求。
1.3.4井上下主要运输设备
1.3.4.1地面运输
公路交通：
矿区内有公路与哈绥公路鸡图线国道相通，距鸡西市27km。
铁路交通：
煤矿铁路专用线与国铁梨树镇火车站相连。
本矿目前运输主要以铁路为主，现已形成较为完善的铁路运输线，对矿区的开发、建设提供了较为便利外运条件。
1.3.4.2井下运输
本矿井设计井下煤炭运输采用胶带输送机运输方式，辅助运输采用10t架线式电机车牵引1t或3t固定式矿车运输。
1.3.4.3地面生产系统
①主井生产系统
煤炭由平岗矿皮带井一段、二段皮带运输机运至地面手选厂车间至洗煤筛分车间复式振动筛之中，原煤经过洗煤车间分精煤和中煤两种分别进入各自煤仓。
手选矸石经汽运到矸石山。
皮带井一段、二段皮带运输机并担任运送人员升入井。
②副井系统
副井及下料斜井承担提升矸石、升降人员、运送设备和材料的功能,地面材料、设备在地面车场装入花栏车或平板车，由提升机运入井下。
③地面排矸系统
井下矸石由副井运到地面车场子，由一台ZK10-6/550电机车牵引300M至矸石山车场子，由JD-11.4绞车拉入翻车机，翻入排矸箕斗后由矸石山前JK1600/1224型绞车牵引到矸石山顶部排掉。
1.3.5工业场地布置特征、防洪排涝、地面建筑及煤柱
1.3.5.1工业场地
为确保场内外来物资运输，消防安全通道要求，主干道路面宽12m，次干道路面宽为6m，路面结构为水泥路面。
1.3.5.2场内排水
该区地形由丘陵和构成，该矿井工业场地位置处在一山岗的北侧坡上，场地内东南高西北低，地形坡度变化不大，地形也便于场地内排水。
场地内自然高差为6m。
1.3.6供电及通讯
1.3.6.1供电电源
矿变电所60kv电源分别引自“梨恒线”和“梨平线”，所内一台主变：
S9－16000／66主变压，一台SLF1-20000/60主变压器。
1.3.6.2电力负荷
一水平用电负荷为3780KW，其有功功率为2270KW。
二水平用电负荷为6200KW，其有功功率为3720KW。
1.3.7给水、排水和采暖通风及供热
1.3.7.1水源
①工业场地生活用水水源
供水水源井：
在平岗矿凤山沟上游现有6口机井，用水泵将水抽至地面蓄水水池中。
联合办公楼和27公里水塔的用水均由该蓄水池供应。
储水池：
300m3，L×B×H＝10×5×6m半地下钢筋混凝土矩形水池1座，地下部分为3.5m。
供水泵房：
L×B×H＝10×5×3m矩形泵房1座150m2。
分别设：
生产消防洒水泵：
XBD4／30-125G/Z、Q＝72-12b3/h。
H＝0.42-0.37MPaN＝22kw380V2台。
生活给水泵：
80D-12×9，Q＝20m3/hH＝102m17kw2台
加药设备：
JY-0.6／1.44-B-12台
次氯化钠发生器：
JYM-12台
工业场地设有生活供水管网、生产及消防供水管网。
生活供水为PPV管，干管为Φ80，生产及消防供水管网采用镀锌无缝钢管，干管管网为D100，生产和消防供水管网上靠近建筑物时有室外地下消火栓，其型号为SS100-1.0。
②生产、消防用水水源
地面生产用水由本地区自来水供水网供给；井下消防洒水同时采用地面和井下两种水源。
1.3.7.2用水量
矿井生产及生活用水量451.4m3/d,最高时用水量为300.6m3/h，井下除尘洒水日用水量为680m3/d，时用水量为53.5m3/h。
1.3.7.3排水系统
①排水量
工业场地排水主要是生活污水、浴池排水、锅炉排污水、井下排水和其它排水，予计总排水量为6336m³/d；
②排水系统
平房居民区的生活污水及雨水，未经处理由地面沟渠排入凤山河和穆棱河。
楼房居民区的生活污水、浴池排水、锅炉排水经排水管路排入沉淀池中，经沉淀过滤后由排水管路排入凤山河。
井下排水除部分流入地面静压水池管路排入凤山河。
洗煤厂洗煤废水经洗煤厂内部净化处理后继续循环使用。
③排水构筑物
排水管采用Dg≦250陶瓷管；Dg〉350钢筋砼管。
水泥沙浆接口，埋地铺设。
埋深为2.0m。
采用重力排水，沿地形坡度铺设。
埋深不小于2.0m。
1.3.7.4采暖通风及供热
①采暖
根据气象资料、工艺要求及有关规定，本设计在经常有人工作、休息和生产工艺有要求的建筑物内，设置集中采暖系统。
整个工业场地的采暖热媒均采用95/70℃低温水，热媒来自工业场地锅炉房，行政福利建筑物内散热器采用铸铁四柱型散热器，其余生产系统建筑和工业厂房内散热器采用钢制高频焊螺旋翅片管散热器。
②热水供应
浴室、洗衣房的浴用和洗衣用由专用锅炉房的供给。
③井筒防冻
井筒防冻仅做主皮带中，二采区绞车道。
矿井主皮带井及斜副井由锅炉房内的两台4t锅炉供暖。
经校核均满足需要。
1.3.8技术经济
1.3.8.1移交生产时井巷工程量表
井巷工程量表（1-3）
序号
工程名称
单位
数量
煤岩别
月进度
工期（月）
1
返送绞车道
m
60
半
60
1
2
返送风道
m
150
全岩
50
3
3
二段绞车道风眼
m
20
全岩
60
0.5
4
采区风道下延
m
150
半
100
3
5
采区绞车道下延
m
80
半
100
1
6
工作面
m
90
煤
120
1
1.3.8.2劳动定员及劳动生产率
①全矿井劳动定员
本设计根据矿井原煤年产量120万t，年工作天数330天，确定原煤全员效率为2.95吨/工。
经计算，原煤生产出勤人员3596人，其中，管理人员206人，井下工人2182人，地面工人1027人。
表（1-4）劳动定员汇总表
序号
人员类型
出勤人数
替补人数
在籍人数
Ⅰ班
Ⅱ班
Ⅲ班
合计
1
一、原煤人员
115
199
114
428
94
522
1、生产工人
109
162
108
379
94
473
（1）井下工人
87
133
86
306
83
389
（2）地面工人
22
29
22
73
11
84
2、管理人员
6
37
6
49
49
2
二、供电
2
10
2
14
1
15
3
三、生产服务人员
13
33
13
59
4
63
4
四、生活服务人员
9
22
9
40
3
43
5
五、选煤厂
21
36
21
78
5
83
6
六、消防队
5
5
5
合计
160
305
159
624
107
731
7
七、准轨铁路
5
8
5
18
1
19
总计
165
313
164
642
108
750
②劳动生产率
采区投产后，按年工作日数330d计算，日产量448.2T，全员效率确定为1.6／工。
参考本矿现在实际达到的效率确定的。
全员效率1.6t／工，回采工作效率定为4.52T／工，这是根据回采工作面日产量和按需要配备的-人员求出的。
掘进工作效率为0.2m／工，按矿实际效率确定。
1.3.8.3概算投资
工程投资总额为2018.5万元（井巷工程350.1万元、设备购置1668.4万元）。
1.3.8.4矿井主要技术经济指
表（1-5）主要技术经济指标
名称
单位
指标
备注
矿井设计生产能力
Mt
年生产能力
万t
100
日生产能力
t
3640
矿井服务年限
a
76
矿井设计工作制度
年工作天数
天
330
日工作班数
班
3
灰份Ag
%
23.24
挥发份Vγ
%
27.32
发热量
千卡/Kg
7500
储量
（1）地质储量
万t
12397.1
（2）可采储量
万t
7438.2
煤层情况
（1）可采煤层数
层
2
（2）可采煤层平均厚度
m
1.4
（3）煤层倾角
度
15°
（4）煤的容重
t/m3
1.35
井田范围
走向长度
Km
7.5
倾斜宽度
Km
6.75
井田面积
Km2
49
开拓方式
立斜
井筒类型及斜长
倾角
提升斜井
M
1100
21°
回风斜井
M
400
30°
1.3.8.5原煤生产成本概算
本设计矿井根据《煤炭工业设计规范》和现行煤炭工业财务制度及成本计算办法并考虑该地区同类矿井的成本实际情况，计算出该矿井达产后正常年份的原煤生产成本为150.835元／t。
第2章矿井通风
2.1概况
平岗煤矿鉴定为高瓦斯矿井。
矿井相对瓦斯涌出量为28.5m3/t，绝对涌出量为33m3/min。
在平岗矿区范围内尚无煤层自燃发火现象。
各煤层均有煤炸煤尘炸指数在20%-45%之间。
由于平岗矿井为高瓦斯矿井，因此，按高瓦斯矿井进行管理。
2.2矿井通风
2.2.1现矿井各采区风量计算
井下共布置2个采煤工作面，6个掘进工作面，全矿独立回风硐室7个，变电所水泵房2个，压风机硐室2个，绞车硐室2个，火药库1个。
根据上述参数进行矿井风量计算。
Q矿≥（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q备+∑Q其）×Km3/min
式中：
∑Q采--采煤工作面实际需要风量总和m3/min
∑Q掘--掘进工作面实际需要风量总和m3/min
∑Q硐--硐室实际需要风量总和m3/min
∑Q备--备用采面实际需要风量总和m3/min
∑Q其--其他地点实际需要风量总和m3/min
K-矿井通风需要风量系数取1.2
Q矿=（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q备+∑Q其）×K=（2200+2664+488+491+540）×1.2=4905×1.2=7660m3/min
2.2现有通风方式及通风系统
2.2.1现有风井数目、位置、服务范围及服务时间
矿井现有两条井筒入风，两条回风井。
2.2.2采掘工作面及硐室通风
回采工作面采用后退式开采，全负压U型通风，工作面下巷进风，上巷回风。
井下主要硐室采用全负压独立通风。
2.2.3井下通风设施及构筑物布置
矿井设有专用回风井，采区设置了专有的回风道。
井下所有进回风相交处设有双向双道风门，在需要调节风量处设调节风门，以保证各用风地点的合理风量，在需要反风处设有反风风门。
在主要进风、回风巷，工作面进风巷和回风巷设置测风站，观测矿井总风量和回采工作面的进风量和回风量。
倾斜巷道中不应设置风门，如非设不可时，应按设自动风门或设专人管理，并有防止矿车或风门碰撞人员以及矿车碰坏风门的安全措施。
2.2.4安全逃生途径
2.2.4.1矿井安全出口设置及保证措施
矿井的主井、副井和风井均可作为安全出口，井筒及采区各上山内设人行道和扶手。
斜井井筒每隔40m设一躲避硐室。
副井担负矿井辅助提升任务，必须执行《煤矿安全规程》的规定，提车不行人，行人不提车。
当井下发生事故时，人员可借助上述人行台阶、扶手、人行道方便、顺利到达地面。
2.2.4.2避灾路线
为了方便井下工作人员在灾害发生后能安全撤离，井下各巷道及巷道相交处应挂牌写明巷道名称、长度，指明各类灾害的撤离方向，并做到每年预演一至二次。
①避火灾线路
发生火灾时工作人员应及时撤离采区，向新鲜风流方向撤离，通过进风井到达地面。
一采区：
采煤工作面→运输平巷→采区皮带道→采区车场→暗井绞车道→暗井下部车场→二水平主运巷→二水平副提升井和二水平皮带→一水平石门→一水平皮带和副井→地面。
掘进工作面→采区车场→暗井绞车道→暗井下部车场→二水平主运巷→二水平副提升井和二水平皮带→一水平石门→一水平皮带和副井→地面。
二采区：
采煤工作面→运输平巷→片盘车场→采区绞车道→地面
掘进工作面→片盘车场→采区绞车道→地面。
②避水灾线路
在工作面工作的人员及在井底车场工作的人员应及时撤至回风平巷或回风井，通过安全出口出井。
掘进工作面→采区车场→暗井绞车道→暗井上部车场→后石门机轨合一巷→后石门绞车道→下料斜井车场→下料斜井→地面。
二采区：
采煤工作面→运输平巷→片盘车场→采区绞车道→地面
掘进工作面→片盘车场→采区绞车道→地面。
③发生瓦斯、煤尘爆炸时，应及时戴好自救器，选择最近的躲避硐室进行躲避，等待救援或躲避开瓦斯、煤尘爆炸危害严重的巷道，进入有新鲜风流、较安全的巷道内，或选择巷道支护较好的地方就地卧倒，最好卧在有水的水沟里。
④发生有害气体中毒时，应及时向有新鲜风流的巷道撤离。
⑤发生冒顶事故时，现场工作人员应及时撤离至有顶区域，进入围岩较好，支护较好的巷道内。
2.2.5通风设备及反风
2.2.5.1采区前期风量选择
本设计采区风量按生产采区风量计算方法进行前期风量计算。
①比较采煤、掘进、硐室所需风量之和与井下同时工作的最多人数所需风量。
②采区后期风量选择
采区开采后期由于掘进工作面、回采工作面、硐室个数均不变，因此后期总风量选择与前期相同。
2.2.5.2通风机设置及要求
要及时对通风机的运行状况进行监控，以保证设备安全运行。
备用风机必须要在10min内开动。
通风机的运转必须由专职司机负责。
选择GAF31.5-20-1GZ型防爆抽出式轴流风机两台，一台工作一台备用，配套电动机功率1400KW，电压660V,其额定风量为8700-15000m3/min，现排风量为9700m3/min。
2.2.5.3反风方式及设施
通风系统的反风装置采用机械反转反风。
反风设施
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