新兴矿 采区设计说明书.docx

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新兴矿采区设计说明书

摘要

本设计采区为新兴煤矿四采区通风设计，本设计采区走向长度为2100m。

采区范围内的主要地质构造为单斜，采区内共有可采煤层2层，60#煤层平均倾角17°,煤层平均厚度为1m；67#煤层平均倾角16°，煤层平均厚度为1m。

工作面长190m，分4个区段8个工作面。

结合新兴煤矿的地质条件，煤层赋存情况，矿井生产系统以及整个矿井的瓦斯涌出情况，确定了该矿的工作面通风系统为U型通风方式，采用上行风通风，掘进采用压入式通风，局部风机FBD-NO.45/11型号局部风机。

选择柔性风筒，直径为1000mm。

计算出采煤工作面风量459.6m3/min，掘进工作面风量为169.5m3/min，整个采区需风量2059.71m3/min。

关键词：

回风上山；通风系统；煤层；风量

1采区概况

1.1地质说明书

1.1.1采区境界、范围

本区工作面位于一水平中部四区，西自断层开始，东至设计停采线结束，南从-450标高开始，北至-150标高结束，工作面走向长2100m，倾斜长194m,平面积3280m2本工作面由普采二队正在进行工作，冒落充分，块度不大。

1.1.2采区储量

表1.1采区储量

工作面要素

分层设计回采率

走向

倾斜

采高

可采量

2100m

1340m

1.0m

267万吨

90%

1.2采区地质说明书

1.2.1地质构造情况

新兴矿区煤系地层属上侏罗统鸡西群含煤地层，主要由城子河组上部和穆棱组下部组成。

根据岩性特征和含煤性，本矿区的地层主要在城子河组第五段和第九段之间。

1.2.2煤层赋存情况及顶底板岩性

本区60煤层赋存相对稳定，煤层整体走向近南北，倾向东西，厚度最大2m，最小1.5m，平均厚度1.7m，煤层厚度一般在1.7m左右，煤层倾角15°～20°，一般为17°。

表1.2煤层特征

煤层

煤层厚度（m）

煤层倾角（°）

煤层结构

稳定性

平均

最小

最大

60#

1.7

1.5

2.0

15～20

较简单

较稳定

67#

1.7

1.5

2.0

15～20

较简单

较稳定

1.2.3水文地质情况

1）井田内含水层

第四系含水层：

主要分布在本区北部和西部七台河两侧，呈条带状分布。

七台河冲积层宽约1500m，厚度约10m，其中含水层厚约6m，岩性主要为灰-灰绿色砂岩和碎石，分选不良，微含粘土胶结，粒径一般为10-40mm，大者可达100mm，成份主要是安山岩、石英岩和砂岩，多呈棱角状或半圆状。

66-72#煤层间含水砂岩层，主要由粗砂岩、含砾粗砂岩组成，厚度70m左右，据钻探抽水资料，渗透系数为2.89m/d，单位涌水量为1.02L/sm。

由于分布在七台河河床下，补给条件很好，故对矿井充水影响较大，如五采区涌水量大，是全矿井涌水量的一半，可以说明本含水层对全矿井充水的影响。

48-50#间含水。

岩性为粗-中粗砂岩层，厚60m左右。

据钻探抽水资料，渗透系数为2.495m/d，单位涌水量为0.8L/sm。

由于该含水层分布在丘陵区，补给条件较差，所以对矿床充水影响不大。

2）煤系裂隙含水带

（1）本煤田是属于裂隙冲水为主的矿床。

岩层富水性主要取决于岩层裂隙发育程度和补给条件。

岩层富水性是有层的规律，同时也存在垂直分带规律。

生产实际中表现为：

随着开采面积的增大，涌水量增加；随着开采深度的增加，涌水量减小。

浅部风化裂隙带是矿床主要充水地段。

（2）预计矿井涌水量

根据新兴矿区详查地质报告可知本井田的涌水量资料，根据近几年来的实测资料，年平均涌水量为247m3/h，最大涌水量为370m3/h，设计以新兴矿区详查地质报告提供的正常涌水量（370m3/h）作为本矿井的设计依据。

总之，新兴矿的水文地质条件为较强坚硬裂隙岩层充水的矿床。

单位涌水量为3.25L/s，含水层以静储量为主，根据近几年来的实测资料，年平均涌水量为247m3/h，最大涌水量为370m3/h,遇个别断层会发生出水现象，但其水量有限，且在短期内就会被疏干，区内小井较多，但掌握比较清楚，对矿井安全生产影响不大，随着开采水平的延伸，涌水量越来越小。

因此，将该区水文地质类型定为简单。

1.2.4瓦斯涌出情况

本采区绝对瓦斯涌出量为8.5m³/min，属于低瓦斯采区，无瓦斯突出威胁。

1.3工作面设计

该采区年生产能力为0.45MT/a、服务年限6年，工作面日产量1232.87吨。

布置2个采煤工作面，60#煤左翼右翼各一个，采用综合机械化采煤工艺，工作面设计见表1.3

表1.3设计主要内容

采煤方法

走向长壁倾斜分层后退式

落煤方式

机采

工作面长

154m

倾角

17°

采高

1.0m

作业方式

两班半采煤、

半班准备

一次进度

0.8m

顶板管理

全部垮落法

采煤机

MG150/375-W

工作面运输机

SGD-630/180C

支护形式

综采支架

一次放顶步距

一排0.8m

最大控顶距

五排5.0m

最小控顶距

四排4.2m

2采区通风系统

采区通风系统是矿井通风系统的基本组成部分。

它主要取决于采区巷道和采煤方法，同时要满足通风的特殊要求。

如高瓦斯或地温很高，有时是决定采区通风系统的主要条件。

2.1采区通风系统选择

2.1.1确定采区通风系统原则

1）在采区通风系统中，保证风流流动的稳定性，尽可能避免对角风路，尽量减少采区漏风量，并有利于采区瓦斯的合理排放及采空区浮煤自燃，使新鲜风流在其流动路线上被加热与污染的程度最小。

2）采煤工作面和掘进工作面都应采取独立通风。

3）煤层倾角大于12º的采煤工作面都应采取上行通风，如采用下行通风时，必须报矿总工程师批准，并遵守下列规定：

（1）采煤工作面的风速不得低于1m/s；

（2）机电设备设在风道时，采煤工作面回风道风流中瓦斯浓度不得超过1%，并应装瓦斯自动检测报警断电器；

（3）应有能够控制逆转风流、防止火灾气体涌入风流的安全措施。

在有煤和瓦斯突出的危险的、倾角大于12º的煤层中，严禁采用下行通风；

（4）开采有煤尘爆炸危险的矿井，在井下的两翼、相邻的采区和相邻的煤层，都必须用水棚隔开，在所有运输巷道和回风巷道中，必须散布岩粉或冲洗巷道。

（5）必须保证通风设施规格质量要求。

（6）要保证风量按需分配，尽量使用通风阻力小而且风流畅通。

（7）机电硐室必须在进风流中。

（8）采空区必须及时封闭。

（9）要设置管线、避灾路线、避灾硐室和局部反风系统。

2.1.2采区上山通风系统选择

结合本矿的地质条件、煤层赋存情况及矿井生产能力等具体因素，本采区根据技术条件做如下布置，一条回风上山，一条轨道上山，一条皮带上山。

采区通风方式主要有三种：

输送机上山进风，轨道上山回风；轨道上山进风，输送机上山回风；轨道上山、运输机上山进风，回风上山回风。

通过对采区通风方式的比较（见表2.1）。

表2.1采区上山通风系统比较

通风系统

上山数目

适用条件及优缺点

输送机上山进风，轨道上山回风

2条

1.输送机上山进风，其风流与运煤路线相同而方向相反，所以风门较少.比较容易控制风流；

2.由于风流与运煤方向相反，风流与煤的相对速度增2条加，造成大量的煤尘飞扬;同时，煤在运输过程中不断涌出瓦斯.使进风中是煤尘和瓦斯浓度增加；

3.输送机上山电器设备散热，使进风温度增高；

4.轨道上山下部车场需安设进风门，不易管理。

轨道上山进风，输送机上山回风

2条

1.轨道上山下部车场可不设进风门、车辆通过方便；

2.上山绞车房便于得到新鲜风流；

3.进风风流不受上山运煤和瓦斯污染，含煤尘较少；

4.当采用煤层双巷布置时，作为回风、运料用的各区段中部车场、上山下部车场内均须设置风门，不易管理，漏风大。

轨道上山、输送机上山进风，回风上山回风

3条

采区生产能力大，所需风量多，瓦斯涌出量大，上、下阶段同时生产。

是目前大中型矿井普遍采用的通风系统；避免了上述两种系统的缺点，同时具备两者的优点，但需增加一条上山，工程量较大。

通过表2.1可知三种通风方式的优缺点，鉴于本采区实际情况，避免两条上山通风的缺点，同时从管理的角度考虑，所以本采区选用轨道上山、运输机上山进风，回风上山回风的采区通风系统。

2.2采煤工作面通风系统

2.2.1采煤工作面通风系统的基本要求

1）采煤工作面与掘进工作面都应独立通风；

2）风流稳定。

采煤工作面分支应尽量避免处在角联分支或复杂网络的内联分支上；

3）当无法避免时，应有保证风流稳定的措施。

4）漏风小。

应尽量减小采煤工作面的内部及外部漏风，特别应避免从外部向回采工作面的漏风。

5）采煤工作面的调风设施可靠。

6）保证风流畅通。

2.2.2采煤工作面的通风系统选择

按采煤工作面的回风方向选择，通过对上行通风和下行通风优缺点的比较（表2.2）。

表2.2回采工作面上、下行通风适用条件及优缺点

通风系统

适用条件及优缺点

上行通风

在煤层倾角大于12º回采工作面，都应采用上行通风。

优缺点如下：

1.瓦斯自然流动方向和风流方向一致，有利于较快的降低工作面的瓦斯浓度；

2.风流方向与运煤方向相反，引起煤尘飞扬，增加了回采工作面进风流中煤尘的浓度；同时，煤炭在运输中放出的瓦斯又随风流带到回采工作面，增加了工作面的瓦斯浓度；

3.运输设备运转时所产生的热量随风流散发到回采工作面，使工作面气温升高。

下行通风

在没有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出危险的、倾角小于12º的煤层中，可考虑采用下行通风；工作面下行通风，除了可以降低瓦斯浓度和工作面温度外，还可以减少煤尘含量，降低水砂充填工作面的空气温度，有利于提高工作面的产量，但运输设备处于回风流中，不太安全。

根据本采区的实际情况，包括矿井地质条件和瓦斯含量以及矿井生产能力，并且考虑到本采区煤层倾角普遍大于12o。

，所以决定采用上行通风。

2.3采区内各巷道布置及断面选择

2.3.1巷道布置

1）采区布置

该采区为二采区，布置3条主要上山，分别为轨道上山、回风上山和运输上山。

主要上山布置在采区中部，双翼开采，主要巷道为走向布置。

2）工作面巷道布置

该面布置在回风上山右部，上下巷沿走向布置。

3）峒室

该采区共布置2个硐室，分别为采区变电所、绞车房。

2.3.2主要巷道布置断面选择

1）运输上山断面图

2）采区回风上山巷道断面

3）采区轨道上山巷道断面

4）运输平巷断面

5）轨道平巷断面

6）回风大巷断面

3掘进通风

3.1局部通风系统的设计原则

局部通风机是矿井通风系统的一个重要组成部分，其新风取自矿井主风流，其污风又排入矿井主风流。

其设计原则可归纳如下：

1）矿井和采区通风系统设计应为局部通风创造条件；

2）局部通风系统要安全可靠、经济合理和技术先进；

3）尽量采用先进技术先进的低噪、高效型局部通风机；

4）压入式通风易采用柔性风筒，抽出式通风易采用带刚性骨架的可伸缩风筒或完全刚性风筒。

风筒材质应选择阻燃、抗静电型；

5）当一台风机不能满足通风要求时可选用两台或多台风机联合运行。

3.2局部通风方法

掘进通风方法分为利用矿井总风压通风和利用局部动力设备通风的方法。

当总风压不能满足掘进通风的要求时，必须借助专门的动力设备对掘进巷道进行局部通风，其中按动力源分为引射器和局部通风机通风。

局部通风机通风是矿井广泛采用的掘进通风方法，是由局部通风机和风筒组成一体进行通风。

按工作方式分为，压入式通风与抽出式通风。

压入式通风的局部通风机和启动装置都位于新鲜风流中，运转较为安全。

风筒出口风速和有效射程大，排烟能力强，工作面通风时间短，有利于巷道排烟。

抽出式有效吸程短，通风效果差，且局部通风及布置在回风流中。

3.3局部通风机设计

1）本采区掘进巷道局部通风系统布置见图3.1：

图3.1掘进巷道局部通风系统布置图

2）风筒的选择

（1）选择原则

①风筒直径能保证最大通风长度时，局部通风机供风量能满足工作面通风的要求；

②在巷道断面容许的条件下，尽可能选择直径较大的风筒，以降低风阻，减少漏风，节约通风电耗；一般来说，选用600~1000mm的风筒；风筒长度在200m以内，宜选用直径为400mm的风筒；通风长度200~500m，宜选用直径500mm的风筒；通风长度500~1000m，宜选用直径800~1000mm的风筒。

③根据本采区得实际情况和风筒的特点，本采区采用的是帆布风筒。

因为帆布风筒应用广泛，最大的优点时轻、拆装方便，不通风时可占空间小。

根据实际情况和规程规定，选择直径为1000mm，长度为50m的帆布风筒21个。

通风距离柔性风筒的Pq值可以用下式计算：

表3.1风筒分类

风筒直径/mm

风筒节长/m

风筒壁厚/mm

垫圈厚/mm

风筒质量/kg▪m-1

300

10

1.2

1.3

0.071

400

10

1.2

1.6

0.126

500

10

1.2

1.9

0.196

600

10

1.2

2.3

0.283

800

10/50

1.2

3.2

0.503

1000

10/50

1.2

4.0

0.785

（3-1）

式中：

n——接头数；

——每个接头的漏风率，插接

=0.01~0.02；螺旋反接

=0.005。

Pq=1/（1-33×0.005）=1.117

3.4局部通风机的选型

1）井巷掘进所需风量计算

掘进工作面风量计算办法的确定是以现场实际通风能力和自然条件为依据，以科学合理供风为准绳而进行的。

本采区左翼掘进工作面需风量为167.55m3/min（详细计算过程见4采区风量计算与分配）

2）确定局部通风机全压Ht

（3-2）

式中:

Ht—局部通风机全压；

Qa—局部通风机风量，m3/s；

Qh—风筒出口风量，m3/s；

（3-3）

=（1050/100）×2.0=21N.S2/m-8

（3-4）

=（L/100）×R100+n（ξbρ/2S2）+R0

=21.8N.S2/m-8

式中：

L—供风距离，m；

ξb—弯头局部阻力系数，无弯头ξb=0，拐90°时，ξb=1.3；

ρ—空气密度，一般取1.2kg/m3。

风筒断面取值为1m2

R0—局部通风阻力，无风筒分岔，变径，取0；

（3-5）

=0.811

1.2

4.59

=20.5pa

式中：

hv—风筒出口动压，

D—风筒出口直径，m；

=21.8×4.29×2.79+20.5=281.43Pa

式中：

hv—风筒出口动压，

D—风筒出口直径，m；

R—风筒风阻；

局部通风机的风量为167.55m3/min，全压为304.47Pa。

3）局部通风机的选择

根据需要的Qa、Ht值在各类局部通风机特性曲线上，选择FBD-NO.4.5/11型局部通风机4台。

表3.2FBD系列局部通风机主要技术参数

机号

电机功率

风量

全压

最高气压效率

NO.4.5/11

2×5.5

240～157

311～3070

≥80

NO.5.0/15

2×7.5

300～180

340～3500

≥80

NO.5.6/22

2×11

400～200

350～4000

≥80

NO.6.0/30

2×15

447～160

440～5030

≥80

4采区风量计算与分配

采区通风风量计算根据国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局、国家发展和改革委员会联合下发的安监总煤矿字[2006]819号文《煤矿通风能力核定办法》，所提供的方法二（由里向外核算法）对采区需要风量按各采煤、掘进工作面，硐室及其它巷道等用风地点分别进行计算。

4.1采煤工作面风量计算

采煤工作面通风系统的基本要求：

1）采煤工作面和掘进工作面都应独立通风；

2）风流稳定，在矿井通风系统中，采煤工作面分支应尽量避免处在角联结或复杂网络的内联结上；当无法避免时，应有保证风流稳定的措施；

3）漏风小，应尽量减小采煤工作面的内部及外部漏风，特别应避免从外部向采煤工作面的漏风；

4）采煤工作面的调风设施可靠；

5）证风流畅通。

4.1.1按气象条件计算

（4-1）

式中：

——采煤工作面的风速，按采煤工作面进风流的温度从表4.1中选取，m/s；

——采煤工作面的平均有效段面积，按最大和最小控顶有效段面积的平均值计算，m/s；

——采煤工作面采高调整系数，具体取值见表4.2；

——采煤工作面长度调整系数，具体取值见表4.3；

70%——有效段面积系数；

60——为单位换算产生的系数。

表4.1Vcf回采工作面风速调整系数

回采工作面空气温度℃

采煤工作面风速m/s

配风调整系数K温

＜20

1.0

1.00

20～23

1.0～1.5

1.00～1.10

23～26

1.5～1.8

1.10～1.25

表4.2Kch回采工作面采高调整系数

采高（m）

＜2.0

2.0～2.5

>2.5及放顶煤

系数（K采高）

1.0

1.1

1.5

表4.3K采面长-回采工作面调整系数

采煤工作面长度/m

长度风量调整系数（

）

<15

0.8

15~80

0.8~0.9

80~120

1.0

120~150

1.1

150~180

1.2

>180

1.3~1.4

Q=60×70%×1.6×4.6×1×1.2=370.94m3/min

4.1.2按照瓦斯涌出量计算

（4-2）

式中：

—采煤工作面回风巷风流中平均绝对瓦斯涌出量，m3/min。

抽放矿

井的瓦斯涌出量，应扣除瓦斯抽放量进行计算；

—采煤工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数,正常生产时连续观测1个月，日最大绝对瓦斯涌出量和月平均日绝对瓦斯涌出量的比值；

100—按采煤工作面回风流中瓦斯的浓度不应超过1％的换算系数。

Q＝100×3.83×1.2＝459.6m3/min

4.1.3按工作面人员数量计算

（4-3）

式中：

4——每人每分钟应供给的最低风量，m3/min；

Ncf——采煤工作面同时工作的最多人数，20个；

Qcf＝4×20＝80m3/min

4.1.4按风速进行验算

验算最小风量

（4-4）

验算最大风量

（4-5）

式中：

——采煤工作面最大控顶有效断面积，m2；

——采煤工作面最大控顶距，m；

——采煤工作面实际采高，m；

——采煤工作面最小控顶有效断面积，m2；

——采煤工作面最小控顶距，m；

0.25——采煤工作面允许最小风速，m/s；

70%——有效通风断面系数；

4.0——采煤工作面允许最大风速，m/s；

5.0——采煤工作面允许最大风速，m/s。

取上述计算中的最大值，由风速校验即：

4×60×S小≥Q采≥0.25×60×S大（4-6）

672≥Q采≥52.5

经计算采煤工作面的风量为459.6m³/min，即

52.5m³/min≤459.6m³/min≤672m³/min，验证后满足条件。

4.2掘进工作面风量计算

1）井巷掘进所需风量计算

掘进工作面风量计算办法的确定是以现场实际通风能力和自然条件为依据，以科学合理供风为准绳而进行的。

每个独立通风的掘进工作面实际需风量应按：

（1）按瓦斯涌出量计算

（4-7）

=100×0.385×1.5=57.75m³/min

式中：

——掘进工作面回风流中平均绝对瓦斯涌出量，m³/min，抽放矿井的瓦斯涌出量，应扣除瓦斯抽放量进行计算；

——掘进工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，正常生产条件下，连续观测1个月，日最大绝对瓦斯出量与月平均日绝对瓦斯涌出量的比值;应按照实际检测而定，一般可取1.5～2.0。

在本采区k＝1.5

100——按掘进工作面回风流中瓦斯的浓度不应超过1%的换算系数。

（2）按炸药量计算

因为本掘进工作面属于低瓦斯岩巷或半煤岩巷，所以所用炸药为二级煤矿许用炸药.

（4-8）

≥25×6=150m3/min

式中：

Qaf——采煤作面一次爆破所用的最大炸药量，kg；

25——每千克一级煤矿许用炸药需风量，m3/min；

2）按风速进行验算

（1）验算最小风量

无瓦斯涌出的岩巷：

（4-9）

有瓦斯涌出的岩巷，半煤岩巷的煤巷：

（4-10）

（2）验算最大风量：

（4-11）

≤60×4.0×6.0=1440m3/min

式中：

——掘进工作面巷道的净断面积，6.0m²。

根据上述公式最小风速

≥54m3/min，

最大风速V≤1440m3/min。

所以本采区掘进工作面需风量为150m3/min。

即为

＝150m3/s

2）掘进巷道全风压供风量

按局部通风机实际风量计算掘进巷道全风压供风量。

岩巷掘进：

（4-12）

煤巷、半煤巷掘进：

（4-13）

因本采区掘进工作面掘进情况为煤巷、半煤巷掘进，故局部通风机实际吸风量计算掘进巷道全风压供风量应采用公式为，

，其中S＝6.0m2

部通风机风量

＝150×1.117＝167.55m3/min（4-14）

故

=167.55×1+15×6.0=257.55m3/min=4.29m3/s

式中：

—局部通风机风量，m3/min；

—风筒出口风量，m3/min；

P—风筒风量比；

4.3硐室及其它地点需风量

矿井井下不同硐室配风原则：

表4.4井下硐室配风标准表

类型名称

大型

小型

充电房

≥100m3/min

≥60m3/min

采区变电所、绞车房、一般硐室

≥60m3/min

根据井下充电室，应按其回风流中氢气浓度小0.5%计算风量，但不得小100m3/min。

机电硐室需要风量应根据不同硐室内设备的降温要求进行配风。

选取硐室风量，须保证机电硐室温度不超过30℃，其它硐室温度不超过26℃的原则及矿井井下不同硐室配风原则，绞车房风量为70m3/min，变电所的风量为65m3/min。

井下硐室需要风量，应按矿井各个独立通风硐室实际需要风量的总和来计算：

（4-15）

式中：

——所有独立通风硐室风量总和，

——绞车房通风量，

——变电所通风量，

根据上述可知；

＝70m3/min，

＝65m3/min则：

＝70+65＝135m3/min

根据上述可知，井下硐室所需总风量为135m3/min

4.4井下其它巷道需风量计算

按采煤、掘进、硐室风量总和的5％计算：

（459.6

2+257.55

2+135）

5%＝78.465m3/min=