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九里山煤矿矿井通风设计
摘要：
本设计是焦煤集团九里山煤矿矿井通风系统的设计，在本井田范围内，地质条件简单，涌水量和瓦斯涌出量大，有突出危险，设计年产量0.90Mt/a，服务年限60a，开拓方式为竖井开拓，采用走向长壁倾斜分层下行垮落采煤法进行回采。
在矿井一水平的通风设计中，选用两翼对角式通风（也可看作分区式通风），计算了矿井需风量和两个时期的通风阻力，并选择了主要通风机，计算了吨煤通风电费，绘制了通风系统图和通风网络图，同时得出了几个关于通风设计的结论。
本设计充分结合实际情况，积极采用切实可行的先进技术，为整个井田的安全生产奠定了良好的基础。
关键字：
煤矿矿井通风设计对角通风
Thefirststepdesignofjiulishanmineventilation
Abstract：
ThisprojectisaventilationsystemdesignofJiulishanCokeCoalMinewhichisaffiliatedwithJiaoZuoCoalMineGroup.Becauseofthesimplegeologicalconditionandlargemagnitudeofinflowandgasemission,thereisagreatdangerinthemine.Inthisdesign,theminehasanoutputof0.90Mt/yesrandalife-spanof60-years.Thedevelopmentwayistheshaftdevelopment,usesmovestowardsthelongwalltoinclineunderthelaminationthelinetobreakdownfallspickscarriesonpicks.Ventilatesinthedesigninaminepitlevel,selectstwowingsoppositeanglestypetoventilate（alsomayregardasdistricttypetoventilate）,therespectivecalculationoftheventilationresistanceineasyanddifficultsituation,theselectionofthemainfan,theputationofelectricalconsumptionforone-toncoal,andthedrawingofsystemandnetworkmapsimultaneouslyobtainedseveralabouttoventilatethedesigntheconclusion.
Thedesignbinecloselywiththeactualconditionandadoptfeasibleandadvancedtechnologies,tolettheminehaveagoodfoundationofsafeproduction.
Keywords：
CoalMineventilationDesignVentilationofoppositeangle
1绪论
1.1矿井通风设计的国内外研究发展与现状
煤炭是世界工业经济发展的主要能源，很早以前，就有采矿的历史，矿井通风史也随之产生。
约在1640年，人们开始把进风和回风分开，以利用自然通风压力进行矿井通风。
为了加大通风压力，1650年在回风路线上设置火筐，1787年又在回风路线上设置火炉，使回风风流加热。
1745年俄国科学家发表了空气在矿井中流动的理论，1764年法国采矿工程发表了关于矿井自然通风的理论，成为矿井通风史上奠基的两篇。
1807年风量约200m3/min，兽力活塞式空气泵，1849年转速约95转/分，风量约500m3/min的蒸汽铁质离心式扇风机；1898年电力初型轴流式扇风机相继投入使用。
上世纪四十年代，矿井已使用功率为约1500kw和3000kw的电力轴流式和离心式大型扇风机。
用于矿井的主要有离心式和轴流式两类通风机，以前全用离心式。
由于轴
流式通风机具有结构简单紧凑、体积小、重量轻，再者是工作效率高，尤其是大型轴流式通风机，效率可达85％，三是有翼角调整装备，便于机械性能调节或进行反风这些优点，现在大部分矿井都采用轴流式通风机。
随着生产的发展，对矿井通风的要求不断提高，也更具有合理性。
如矿井供风量每人不少于4m3/min，在主要进风道、回风道、修理中的井筒和提升人员、物料的井筒最大风速不能超过8米/秒。
回采工作面、掘进煤巷和半煤岩巷最小风速不小于0.25米/秒等规定，这都为矿井的安全生产打下了基础。
随着计算机的发展和广泛应用，矿井通风方面，已经可以利用电算技术确定矿井通风网络，并对其进行解算。
主要是矿井通风状况的模拟与预测，通风系统改造方案的比较计算和风量分配与矿井阻力计算等方面。
1.2通风设计的目的和意义
众所周知，井下风量不足会引起瓦斯积聚，工作环境温度升高，缺氧造成人员伤害等问题，而风量过剩也会导致不良的影响，如漏风量大，动力过度消耗，风流发生过度的冷却作用，巷道内矿尘飞扬，激发煤的自燃等。
因此矿井通风设计合理与否对矿井的安全生产及经济效益具有长期而重要的影响。
矿井通风设计是矿井设计的主要内容之一，是反映矿井设计质量和水平的主要因素。
其目的就是供给矿井新鲜风量，以冲淡并排出井下的毒性、窒息性和爆炸性气体和粉尘，保证井下风流的质量和数量以符合国家安全卫生标准造成良好的工作环境，防止各种伤害和爆炸事故，保障井下人员身体健康和生命安全，保护国家资源和财产。
矿井通风是各生产环节中最基本的一环，他是依靠通风动力将定量的新鲜空气沿着既定的通风路线不断地输入井下，以满足回采工作面、掘进工作面、机电硐室、火药库以及其他用风地点的需要，同时将用过的污浊空气不断的排出地面。
对保证矿井的生产和安全，有十分重要的作用。
随着矿井的开采规模逐渐扩大，井下的温度逐渐升高，瓦斯含量的不断增加以及煤的自燃特性愈益加剧，合理的解决矿井通风问题就显得特别重要了。
同时，矿井通风对于提高矿工的劳动效率，保证矿工的安全和健康，也是极为重要的。
1.3通风设计的依据和要求
矿井通风设计是安全工程专业学过《通风安全学》、《煤矿开采学》等课程后，以及通过生产实习后进行的，其目的是巩固和扩大所学理论知识并使之系统化，培养学生运用所学理论知识解决实际问题的能力，提高学生计算、绘图、查阅资料的基本技能，为以后能胜任工作奠定基础。
设计时依据《煤炭工业技术政策》、《煤矿安全规程》、《煤炭工业矿井设计规范》以及国家制定的其他有关煤炭工业的方针政策等有关要求，力争做到分析论证清楚、论据确凿，并积极采用切实可行的先进技术，力争使自己的设计成果达到较高水平。
2基本概况
2.1矿井概况及井田地质特征
2.1.1井田概况
1）位置
九里山矿井位于河南焦作煤田东部，九里山南侧，西与演马庄矿相邻，东北与冯营矿相邻，西距焦作市18km。
见图2-1。
图2-1井田位置图
Fig.2-1Jiulishanminetrafficlocationmap
2）交通
九里山矿交通方便，矿井铁路专用线，从焦作矿务局安阳城集配站接轨，可以通过新焦铁路，直达全国各大城市，公路交通也方便，邻近矿井冯营矿、演马庄矿。
3）地形与河流
井田范围内，地形平坦。
井田北缘有九里山，高出地面约70米。
地表覆盖有第四纪黄土。
地面有受雨水冲刷的深沟及农田灌溉渠数条，沟深1-2米。
深沟平时干枯，夏季雨后有短暂时间流水。
有一河床，平时干枯，雨季有时有洪水，洪水百年一遇，洪水最高峰350立方米/秒的流量，在主井口洪水位正93.1米，洪水三年一遇，洪水最高峰450立方米/秒的流量，在主井口洪水位正93.25米。
4）气象
根据焦作市气象资料，焦作市属半大陆性气候，最高气温43.2度，最低气温-16.9度，每年7、8、9月为雨季，年最大降雨量为908.7毫米，正常风速为40米/秒。
2.1.2地质特征
1）地质构造
本井田位于太行山余脉之南坡，呈单斜构造，岩层倾斜方向东南，倾角13.5度-16度。
井田范围内基岩均被厚度80-210米的第四纪黄土及砾石层所覆盖，井田无褶皱现象出现，皆为正断层，曾多沿走向方向发展，只有方庄断层、北碑村断层，以倾斜方向北30度出现。
见表2-1。
表2-1主要地质构造
Table2-1maingeologicstructure
序号
名称
断层性质
断层面走向
断层面倾向
倾角（度）
落差（米）
水平断距（米）
位置及范围
1
马坊泉断层
正
北45～55度东
北西
70
32～160
7000
井田下部
2
方庄断层与北碑村断层
正
北30度东
相反
60
100～130
10000
井田东部
大煤属于中灰分低硫分优质无烟煤，主要用作民用燃料和制造合成氨的造气原料，也能作为高炉喷吹和燃烧铁矿石的燃料，还能用于制造各种碳素材料，如炭电极，活性碳等。
表2-2煤的工业分析表
Table2-1coalfeaturelist
煤层名称
原煤工业分析（%）最小-最大/平均
水分
灰分
硫分
挥发分
发热量
大煤
0.16-2.92
7.16-52.19
0.29-1.43
6.36-20.96
8212-8489
平均
1.11
18.20
0.45
8.92
8352
2）水文地质
以煤层位置和层次将含水层划分为两部分：
顶板水和底板水。
大煤以上统称为顶板水，包括冲积层、基研风化带和砂岩等含水层：
大煤以下统称为底板水，包括第八层灰岩，第二灰岩和奥陶系灰岩等含水层。
地下水总流向从西北向东南，水力坡度为0.3%，水位标高一般为+90米左右。
顶板水根据地质报告为40m3/min，顶板水为10m3/min，矿井正常涌水量为50m3/min。
矿井最大涌水量为120m3/min。
煤层特征见表2-2。
表2-3煤层特征表
Table2-3coalbedcharacteristictable
煤层名称
煤层厚度
倾向
倾角/°
围岩性质
煤牌号
硬度
容重t/m
煤层结构及稳定性
最小-最大
平均
顶板
底板
大煤
0.98－8.13
5.15
东南
13.5-16
砂质页岩
页岩和砂质页岩
03
3-4
1.48
稳定简单
3）瓦斯煤尘
九里山矿瓦斯，根据大煤采样规定，和演马庄矿实测计算结果，应属超级瓦斯区，并有煤和瓦斯突出危险。
煤尘无自燃和爆炸性危险。
相对瓦斯涌出量为11.43立方米/吨。
2.2矿井储量、年产量及服务年限
2.2.1井田界限
九里山井田范围，西以十一勘探线为界，东至被碑村断层为界，被到大煤隐伏露头，南达西仓上断层为界。
井田走向4.2-5.3km，倾斜宽度为3-4.2km，井田面积为17.50km。
九里山井田内，有可采煤层两层，即大煤和小煤，但由于小煤分布不均匀，只是局部可采，因而九里山井田内，基本上属于单一煤层开采。
2.2.2井田储量
表2-4矿井工业储量汇总表
Table2-4reservessummary
煤层名称
工业储量（万吨）
备注
A
B
A+B
C
A+B+C
大煤
3211.487
991.657
4203.144
7545.645
11748.789
表2-5矿井可采储量汇总表
Table2-5minepitrecoverableresourcescollectthemasterlist
开采水平
煤层名称
工业储量
矿井设计储量（万吨）
矿井可采储量（万吨）
永久煤柱损失
设计储量
设计煤柱损失
可采
储量
断层煤柱
境界煤柱
构筑物煤柱
其它煤柱
工业场地煤柱
井下巷道煤柱
其他煤柱
Ⅰ
大煤
3570
57
175
152
3186
318
246
2622
Ⅱ
大煤
8179
498
229
229
481
6742
635
592
500
5015
合计
11749
555
404
381
481
9928
953
838
500
7637
2.2.3矿井年产量及服务年限
1）矿井工作制度
矿井设计年工作日为330天，每天三班工作制，净提升时间为16小时。
2）矿井设计生产能力[1]
根据井田的煤层赋存条件、可采储量和矿井的境界范围，矿井设计为中型煤矿，年产90万吨，日产能力达到2795吨。
3）矿井服务年限
矿井服务年限根据下式计算：
式中：
T--矿井设计服务年限，a；
ZK--矿井可采储量，Mt；
A--矿井设计年产量，Mt/a；
K--储量备用系数，K=1.3～1.5
第一水平的工业储量为2622万吨，按年产量为90万吨，储备系数为1.4计算，第一水平服务年限为21年。
2.3井田开拓
2.3.1概述开拓方案
井田范围内，地表平坦，煤层埋藏深度较大，加之冲积层厚度达80~216米，有流沙层，含水性大，无平峒及斜井开拓的可能，故本井田选用竖井开拓。
矿井主付井井口及工业广场，布置在九里山南，大陆村东北侧。
通风系统类型为两翼对角式，两风井位于井田浅部边界的两翼[2]。
矿井底车场及第一水平，设于-225米标高，井底车场设于大煤顶板岩层内，东西运输大巷设于岩层内，上部净岩柱不少于18米。
第一水平布置两个采区，东翼、西翼各一个采区，矿井投产时两个采区同时投产，一个综采工作面，一个炮采工作面，互相交替开采[3]。
第二水平在井田下部，设于-450米水平，第一水平与第二水平之间，用水平石门及集中下山联系。
2.3.2井筒
井筒特征见表2-6。
2.3.3井底车场及硐室
1）车场形式的选择
井底车场根据运轨，提升，排水改变后的实际情况，确定为环行立式车场。
车场及峒室全部开凿于顶板岩石中，车场中副井底轨面标高为-225米。
经计算，
表2-6井筒特征
Table2-6wellchambercharacteristics
井筒名称
主井
副井
西风井
东风井
井口坐标
X（m）
3909101.214
3909938
3908700
3910785
Y（m）
446285.807
446296
444850
446125
Z（m）
+93.5
+93.3
+94.7
+100.9
用途
提煤
混合
回风
回风
提升设备
箕斗
罐笼
（有梯子间）
（有梯子间）
井筒倾角/°
90
90
90
90
断面形状
圆形
圆形
圆形
圆形
支护方式
混凝土
混凝土
混凝土
混凝土
井筒壁厚/mm
500
500
500
500
提升方位角/°
119°30′
井塔
----
----
井筒深度/m
318
318.3
125.6
127.7
断面积
净/m2
28.27
28.27
12.56
12.56
掘/m2
38.48
38.48
19.63
19.63
井底车场的通过能力是富裕的。
2）井底车场的硐室
车场内设有：
井下泵房变电所硐室及通道，井底车场水仓，主排水泵硐室，管子道、等候室、信号室、推车机硐室、井下炸药库及通道、消防器材库、电机车库及修理间硐室、以及井底水窝潜水泵硐室和清理水仓绞车房等硐室。
由于矿井的井架、井筒、巷道、井底、井底车场及运输大巷，均由混凝土及钢材等不易燃材料构成，而且井底车场的火药库、泵房、变电所均设有防火栅栏两用门，因此，在井筒、井底车场设防火门意义就不大了。
井底车场两翼设有32kg/㎝水闸门，一旦发生突水，排水能力不足时，可迅速关闭水闸门，保护泵房、变电所及井底车场所有硐室。
由于本矿设计的管子道与罐笼垂直相交，在发生事故时，无法增援和外运排水设施，所以，管子道内不铺设轨道。
为解决这一问题，在井底车场两翼，分别设有水闸门，在排水能力不足时，关闭水闸门，由副井增援或外运排水设施的。
所以，井底车场不设防火硐室及密闭门，管子道内不铺设轨道。
水仓分内水仓、外水仓，容量为9000m3。
均布置于井底车场附近的顶板岩石中。
水仓用人工方式清理。
井底煤仓的型式、容量及清理运煤方式：
井地煤仓为直径6m的圆筒煤仓，容量464吨，煤由漏斗进入箕斗经主井提至地面。
井底车场的支护方式及支撑材料：
由于巷道密度大，地质条件复杂，小断层多，岩石松软破碎，除在岩石好的情况下采用锚喷支护外，一般均为混凝土。
井下炸药库为壁槽式，容量1960kg，位于井底车场副井绕道左侧，有条进风道，新鲜风流经炸药库后，回风经回风巷，进入专用回风巷。
见图2-2。
图2-2井底车场平面图
Fig.2-2mineshaftstationhorizontalplan
2.3.4开采顺序及采煤工作面的配置
1）开采顺序
在井田范围内，采区范围的区段开采顺序为下行式，即先采上区段，后采下区段。
区段内煤层采用分层下行开采，先采上分层，后采下分层。
2）采煤工作面的配置
为实现高产高效，低成本、低坑耗，符合一矿一井一面或两面的发展趋势，降低开拓及生产巷道掘进率，简化生产系统，使矿井朝高度集中、简单可靠的方向发展，设计矿井一个综采工作面和一个炮采工作面。
采区走向长2500米，一个综采工作面（或者一个炮采工作面）和两个煤巷掘进工作面。
综机工作面采用MLSS3-170型调高双滚筒采煤机。
该机生产能力为0-780吨/小时，采高使用于1.6-3.0米，截深为0.6米，牵引速度为0-9.3米/分，该机构造简单，操作方便，性能良好，生产能力大、外型小，除尘系统可靠等优点，为此综采工作面采用MLSS3-170型机组为理想的采煤机。
由于MLSS3-170型采煤机本身带有弧型挡煤板所以工作面可以实现机械化装煤，不需要专门的装煤设备。
炮采工作面采用单体液压支柱，正悬臂齐梁直线柱布置，控顶距为2.4-3.2米，即最小控顶距三排支柱，最大控顶距为四排支柱，每推进一排放一次顶，采用刮板输送机将煤运出。
2.4采煤准备
2.4.1采煤方法
九里山井田，依据地质报告提供的依据，大煤为该井主要可采煤层，分布稳定，结构简单，为中灰，低硫，高强度无烟煤。
煤厚0.92-8.13米，平均厚度为5.15米。
大煤直接顶板为粉砂岩，厚0-30米，一般厚度5米左右。
属于2-3级顶板。
大煤底版为粉砂岩，局部具有砂岩矽质结核，大煤距九层灰岩10米左右，煤层倾角13.5°-16°。
根据煤炭工业设计规范和该井田煤层赋存条件，决定采用走向长壁，倾斜分层，下行垮落采煤法进行回采。
2.4.2采区巷道布置及生产系统[4]
矿井采区上山设计为三条：
轨道上山、胶带运输机上山和回风上山。
由于水文地质条件复杂，均布置在顶板岩层内，距煤层六米。
基本呈水平布置。
中间为运输巷，两边或者是轨道巷或者是回风巷。
见图2-3。
采煤工作面日产量=Q综日+Q炮日=1850+945=2795t
采煤工作面年产量=Q综年+Q炮年=61.05+31.18=92.23万吨
3）巷道支护形式，掘进工作面个数，采掘比例关系
巷道断面尺寸的确定是以所通过的机器最大外型尺寸，通风量大小来决定的，综采工作面上顺槽除通过运料车外设有大型设备，因而选用2.4×2.4矿用工字钢支架进行巷道支护。
下顺槽由于除要装有SZQ-75型转载机外，还需要可供移动的变电站用轻便轨道，因而选用3.6米长梁×2.6米长柱的矿用工字钢支架，进行支护。
炮采工作面上顺槽用2.2×2.2矿用工字钢支架，下顺槽用2.4×2.4矿用工字钢支架。
掘进工作面：
全井配有四个煤巷掘进工作面，11采区、12采区各两个，采掘比例为大致为1:
2。
第一水平中期，为了接替顺利，在二水平增加两个岩巷掘进工作面。
4）采煤工作面煤炭运输工艺流程
（1）回采工作面：
工作面（刮板运输机）-顺槽（胶带或刮板运输机）-集中巷（胶带运输机）-上山（胶带运输机）-大巷（胶带运输）-主井胶带运输巷-箕斗-地面受煤仓。
（2）掘进工作面：
工作面（仓式列车）-集中运输巷-胶带运输机上山-胶带运输大巷-主井底斜胶带运输巷-箕斗-地面受煤仓。
2.5矿井运输、提升及排水
2.5.1矿井运输
东西两翼分别开皮带运输巷和单轨运输巷，因两翼运输任务基本相同，经技术经济比较，分别采用SPJ-型800型皮带机运输。
矸石、材料设备、掘进煤及杂煤等，仍采用蓄电池电机车运输。
但机车台数为3台，2台运转，1台检修。
机车运输为单轨巷道，巷道坡度4‰，矸石运往副井，提升至地面排至矸石山。
2.5.2提升设备
主副井为一对立井，井筒直径为6m，主井井口锁口标高+93.5m，井底轨面标高-224.5m，井架箕斗卸装标高+106.44m，井底箕斗座标高-209.5m。
井筒深度318m。
提升高度315.49m，采用一对8m3（6吨）箕斗提煤，并采用静水压拉紧装置密封钢丝绳罐道。
副井井口锁口标高+93.3m，井底轨面标高-225m，井筒深度和提升高度318.3m，采用一对一吨双车单层多绳提升罐笼，绳尾为74×18-130型扁钢丝绳。
并采用球扁钢固定灌道。
1）主井提升
主井装备一对8m3（6吨）箕斗，专供提煤用。
提升设备选用一台ZJK-3.5×1.7/15.5提升机，其规格如下：
卷筒数量：
2个
卷筒直径：
3500㎜
卷筒宽度：
1700㎜
钢丝绳最大静张力：
17000㎏
钢丝绳最大静张力差：
11500㎏
减速比：
1：
15.5
配用YR143-39-12型电动机，电压为6KV，容量为630KW，转速为491转/分。
选用TKD-1286型交流传动控制设备，带动力制动。
提升绳采用6×19+1-37-170-I-ST型钢绳，直径37㎜，重量4.6㎏/m。
最大绳速5.8m/s，年提升能力144MT为设计年产量的160%。
提升信号采用声光双重信号，转发直发两种方式。
2）副井提升设备
副井装备一对一吨双车单层多绳提升罐笼，专供提升人员、物料和矸石。
提升设备采用JKD-1.85×4型多绳轮绞车，其减速比为8.8,最大绳速5.8m/s，配备ZD2-152-18型直流电机，其容量为400瓦，电压440伏，转速为500转/分。
附全套电动发电机组的电控设备。
所采用的一吨矿车单层双车多绳罐笼，其平面规格为4500×1400毫米，并采用等重尾绳平衡系统，主绳采用三角股钢丝绳，其规格为：
620+1-21-170-特-Z（S）-T-b-乙左右捻向各两条，重量1.87公斤/米，尾绳采用扁钢丝绳两条，规格为：
74×18-130型。
钢丝绳对衬垫的摩擦系数采用0.2，围抱角180度，罐笼自重约5吨。
提升高度318.3米
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