阳煤集团石港矿矿井通风系统设计.docx
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阳煤集团石港矿矿井通风系统设计
太原理工大学继续教育学院
毕业设计说明书
毕业生姓名
：
穆计科
专业
：
安全工程
学号
：
指导教师
:
王旭宏
所属系（部）
：
采矿工程系
二〇一二年六月
阳煤集团石港矿矿井通风系统设计
穆计科
二〇一二年八月十日
前言3
第一章矿井概况6
矿井大体概况6
井田境遇及储量10
第二章矿井开拓方式10
开拓方式10
水平划分10
采区划分11
井下开拓巷道布置11
井筒特点12
井底车场12
第三章采区巷道布置13
采区巷道布置13
采煤方法16
巷道掘进23
第四章矿井风量计算26
瓦斯资源26
矿井瓦斯涌出量27
矿井瓦斯抽放成效28
矿井需风量计算30
第五章矿井现有通风能力核定35
井巷概况35
矿井总进风能力核定36
矿井回风系统回风能力核定36
主扇能力核定37
通风系统改造的必要性37
第六章通风系统改造方案39
矿井通风系统改造方案39
方案比选43
要紧平安方法45
第七章通风设备选型45
通风设备概况45
设计依据46
通风设备选型计算46
确信扇风机工况点48
电动机功率核算51
通风机其它附属设施51
第八章结论与建议51
结论51
建议52
专题部份52
参考文献61
结束语62
前言
一、概述
石港煤矿位于左权县城北13Km处，该矿井始建于1958年，2003年末阳煤集团决定兼并收购石港煤矿，成立石港公司，2004年8月开始对矿井进行技术改造（150kt/a—900kt/a），矿井2007年9月19日开始试生产。
矿井为高瓦斯矿井，改造后采纳斜井开拓，开采15号煤层，布置有三进一回共四个井筒，别离为混合提升斜井、运人斜井、瓦斯管路斜井、回风立井。
矿井在井下施工进程中，于2007年6月发生一路瓦斯动力现象，致使矿井开采条件发生转变，被鉴定为煤与瓦斯突出矿井。
由于最近几年石港公司井下开采条件的转变，矿井被鉴定为煤与瓦斯突出矿井，2020年11月经河南理工大学预测，矿井绝对瓦斯量min、相对瓦斯量min，与2020年相对瓦斯量min相较，增大了%。
目前，石港煤矿现有主扇已经调到最大角度，总风量仅能达到9600m3/min，不能知足风量丰裕系数不得小于倍的要求。
经通风系统能力核定，必需对矿井通风系统进行改造。
本设计针对石港公司通风系统进行了重点设计。
二、设计依据
一、2020年12月山西地宝能源编制的《山西石港煤业有限责任公司矿井地质报告》；
二、2020年10月河南理工大学编制的《山西石港煤业有限责任公司15号煤层煤与瓦斯突出危险性区域预测报告》；
3、《2007、2020、2020年度矿井瓦斯品级鉴定结果批复》；
4、2020年7月河南理工大学编制的《山西石港煤业有限责任公司15号煤层开采矿井瓦斯涌出量预测》及晋煤瓦发[2020]1662号批复文件；
五、矿方提供的有关现状资料；
六、国家有关煤炭工业的规程、标准和技术政策等。
三、设计指导思想
在贯彻执行国家能源开发的方针、政策及煤炭工业《规程》、《标准》的前提下，并依照阳煤集团公司要求的，按倍的通风丰裕系数计算矿井通风参数（风量、阻力、风速），对不能知足此要求的通风系统（设施、设备及井巷）进行改造。
四、设计要紧特点
一、依照河南理工大学预测的15号煤层瓦斯涌出量最大值进行通风参数计算，计算结果作为通风系统改造的依据。
二、对现有通风系统进行了能力核定。
五、要紧技术经济指标
一、矿井设计生产能力为900kt/a；
二、矿井全井田划分为两个采区，采纳“一井一面”达产。
采区采掘配备为：
一个15号煤综采工作面（备用一个）、三个掘进工作面（备用两个）。
矿井所需总风量13200m3/min，矿井通风系统改造后容易时期通风阻力H小=256mmH2o、困难时期通风阻力H大=298mmH2o。
3、通风系统改造新增回风立井井筒直径为、深度330m，井下回风联络巷100m，井巷工期4个月，安装1个月，总工期5个月。
4、新选用FBCDZ-10-No33型防爆对旋轴流式通风机2台，1台工作，1台备用。
五、新建地面通风道50m。
六、问题及建议
一、建议进一步提高矿井瓦斯的抽采率，减少风排瓦斯量，从而降低矿井的总风量。
二、进一步增强瓦斯预测工作，并按国家有关规定完善井下通风设施。
3、通风系统改造工程实施与设备改换期间，矿方必需制定出平安靠得住的方法。
第1章矿井概况
矿井大体概况
地理位置及交通
1．地理位置
石港煤矿位于左权县城北13km处，行政区划属左权县寒王乡管辖。
其地理坐标为北纬37°10′10″—37°12′11″，东经113°24′35″—113°26′37″。
2．交通情形
阳（泉）——黎（城）干线公路207国道和阳（泉）——涉（县）铁路均由井田东界外周围通过，交通条件便利。
井田距周围要紧城镇的里程如下：
北距阳泉90km，南距涉县87km，西距榆社50km，东距邢台82km。
3．地形、地形及河流
井田位于太行山中段西麓，属中低山侵蚀地貌，地表常常年风化剥蚀，沟谷纵横、梁岭绵延，地形比较复杂。
总的地形为北高南低，地形最高点位于井田中东部，标高为；最低点位于井田西南边缘丰垢河床，标高为，地形最大相对高差。
井田内河流要紧为丰垢河，位于井田西南边界处，由西北向东南流经井田西南部，属季节性河流，雨季水量略大，平常水量微小，属漳河水系。
4．气象及地震
井田地处黄土高原，气候干燥，日夜温差大，属温带大陆性气候，冬春干旱多风，夏秋温和多雨，全年夏短冬长。
年平均气温℃，其中一月气温最低，平均为℃。
极端最低气温℃（1971年1月22日），7月气温最高，平均为℃，极端最高气温35℃（1981年5月18日）。
年平均降水量，最大年降水量1069mm（1963年），最大日降水量（1963年8月5日）。
雨季一样为7、8月份，占全年降水量的％。
年平均蒸发量，其中4~7月最大，最大年蒸发量（1972年），最低年蒸发量（1964年）。
年主导风向为西南风，冬季多西风，夏日多西南风，年平均风速为s。
依照中华人民共和国国家标准《中国地震动参数区划图》GB18306及《建筑抗震设计标准》GB50011-2020，本区建筑抗震设防烈度为6度，设计大体地震加速度值为，设计地震分组为第三组。
采煤生产建设中，矿井的提升、通风、供电、供水、通信和瓦斯排放系统，抗震设防类别应划为乙类设防类别。
地质概况
一、地质构造
井田位于我国东部新华夏系构造体系第三隆起带中段的太行山隆褶带与沁水拗陷交界部位。
区域构造为北北东向的单斜。
井田构造形态为走向北北东且向北西西缓倾的单倾构造，局部有次一级波状起伏。
井田内地层倾角一样为4°－15°，井田东北部发育一个短轴向斜和一个短轴背斜，斜局部地段由于挠曲构造发育致使倾角增大达30°。
区内挠曲构造发育，说明挠曲22个，挠曲密集发育带3条，发觉21条正断层，19个陷落柱，断层和陷落柱情形详见表2-二、2-3，其中F09断层为三维地震勘探操纵，靠得住程度为较靠得住，但现亦由井下巷道揭露，揭露其位置、落差、走向、倾角与三维地震操纵情形吻合，故本次将其靠得住程度表达为靠得住。
综上所述，井田内为单斜构造，地层倾角一样较小，井田东北部发育一个短轴向斜和一个短轴背斜，井田及其周围发育21条断层（其中仅3条断层落差大于10m）和19个小陷落柱，井田构造简单属一类。
井田内断层共21条，落差大多较小，陷落柱规模也不大，从区域和井田来看，估量构造对煤层、煤质、水文地质及其它开采技术条件可不能产生大的阻碍。
二、可采煤层
井田内可采煤层共2层，别离为14、15号煤层，其中15号煤层，全井田均达可采，是井田内要紧可采煤层；14号煤层由于硫份超标，暂不开采。
（可采煤层特点见表）：
可采煤层特点表
时代
煤层编号
厚度（m）最小-最大平均
层间距（m）最小-最大平均
结构
稳定性
可采性
顶底板岩性
赋存部位
顶板
底板
太原组
14
简单
较稳定
暂不
开采
泥岩石炭岩
泥岩细砂岩
太原组下部
15
复杂
稳定
全可采
泥岩砂质泥岩
粉砂岩
泥岩铝质泥岩
太原组下部
15号煤层：
井田内施工钻孔11个，共有10个（除SG-01H外）钻孔穿过该煤层，煤矿井下亦揭露该煤层；煤层厚度大，全井田均达可采，可采性指数为1。
厚度，平均，稳固煤层，属井田内要紧可采煤层，结构复杂，含夹矸1-3层，夹矸岩性为炭质泥岩。
顶板岩性为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，底板岩性为泥岩、铝质泥岩。
井田东南部，已大部份采空，采空范围约。
3、瓦斯、煤层自燃发火偏向性及煤尘爆炸危险性
（1）瓦斯
依照山西省煤炭工业局文件晋煤安发[2007]2030号文件批复，石港煤矿2007年矿井瓦斯品级鉴测结果为：
CH4绝对涌出量为min，CH4相对涌出量为t，CO2相对涌出量为t，CO2绝对涌出量为min,批复品级为瓦斯突出矿井；依照阳煤通字[2020]1034号文件批复，石港煤矿2020年矿井瓦斯品级鉴测结果为：
CH4绝对涌出量为min，CH4相对涌出量为t，CO2相对涌出量为t，CO2绝对涌出量为min,批复品级为瓦斯突出矿井；2020年矿井瓦斯品级鉴测结果为：
CH4绝对涌出量为min，CH4相对涌出量为t，CO2相对涌出量为t，CO2绝对涌出量为min,批复品级为瓦斯突出矿井。
（2）煤尘
精查勘探中于20二、402号孔采取了15号煤层煤芯煤样及石港煤矿煤层简选样做了煤尘爆炸性实验，实验结果说明15号煤层煤尘均具有爆炸性。
（3）煤的自燃
精查勘探施工中在20一、20二、402号孔煤芯煤样及石港煤矿简选样对14、15号煤的自燃偏向性进行了实验，其实验结果为：
14号煤层吸氧量为g，自燃品级为I类，自燃偏向性为容易自燃。
15号煤层吸氧量为g，自燃品级为III类，属不易自燃煤层。
另外该矿2020年5月6日采取14号煤层样委托河南省煤矿瓦斯与火灾防治重点实验室，进行了最短发火期实验，实验结果为：
14号自燃品级为I类，为容易自燃煤层，最短发火期33天。
该矿15号煤层曾于2000年5月14日和2007年12月26日前后在工作面发生过自燃。
综上，14号煤层自燃品级为I类（容易自燃）—II类（自燃），15号煤层自燃品级为I类（容易自燃）—II类（自燃）—III类（不易自燃）。
井田境遇及储量
井田境遇
井田走向长，倾斜宽，面积为。
资源储量、设计生产能力和效劳年限
矿井15号煤层设计可采储量为33600kt。
矿井设计生产能力为900kt/a。
矿井效劳年限为年。
第2章矿井开拓方式
矿井2006年1月动工建设，依照确信的矿井工业场地位置和施工现场实际揭露的可采煤层情形，15号煤层的赋存情形与本矿井勘探地质报告大体相同，由于2007年末鉴定为煤与瓦斯突出矿井前，矿井近两年的建设时刻内，矿井开拓格局已形成，井下要紧巷道已施工完毕，井田开拓表达如下：
矿井现工业场地共三个，即：
新区工业场地、旧区工业场地、风井工业场地。
开拓方式
矿井开拓方式为斜井开拓，即在新区工业场地内布置有混合提升斜井，担负矿井主提升、除人员输送之外的全数辅助提升任务；旧区工业场地内布置有运人斜井，担负矿井人员输送任务、兼进风井；瓦斯管路斜井铺设瓦斯抽放管路、兼进风井；风井工业场地内布置回风立井，担负矿井回风任务、兼平安出口。
矿井平安出口符合《煤矿平安规程》第18条规定。
水平划分
15号煤层开采时设置一个开采水平，水平标高为+913m。
+913m水平井底车场巷道及硐室均位于15号煤层底板下方的岩层中，符合《煤矿平安规程》有关规定。
采区划分
原设计全井田15号煤层共划分为一个采区，双翼布置回采工作面，回采工作面推动长度平均1500m左右。
在大巷掘进及地质补堪进程中，发觉陷落柱、断层及挠曲构造频繁，适当缩短回采工作推动长度有利于回采工作面布置，故2020年5月将全井田15号煤层划分为两个采区。
由于以后探明的F09断层位于井底车场北侧，直接阻碍到以后二采区首采工作面布置，为幸免在地质构造周围布置采掘工作面，又从头划定了采区边界限，即将采区边界限向东北平行移动400m左右。
采区划分后，一采区倾斜长1517m，走向长1850m，面积；二采区倾斜长1390m，走向长1578m,面积。
一采区北翼，倾斜长度400m，此开采区域地质构造大体探明，适合先布置一个推动度较短的壁式回采工作面，有利于矿方在变更采煤工艺后积存开采体会。
采区开采顺序为：
一采区、二采区。
井下开拓巷道布置
在混合提升斜井井底布置井底车场，然后别离向西、向北布置三条一、二采区巷道，别离为轨道、胶带、回风巷。
胶带巷通过井底煤仓与混合提升斜井相连，组成采区主运输系统；轨道巷与井底车场相连组成采区辅助运输系统；回风巷为专用回风巷，通过东、西回风大巷与回风立井相连。
一采区三条预备巷道均沿15号煤层顶板布置，目前，三条预备巷已开掘至矿井西部边界，并组成通风系统。
鉴于一采区三条煤层预备巷在开掘进程时采取了边掘边抽方法，巷道周围的瓦斯取得了必然的释放，巷道处于卸压区；巷道采纳锚喷支护，对巷道进行了封锁；采区内设置了避难所、反向风门、水仓、水泵房等平安防护设施，符合《煤矿平安规程》有关规定，故设计确信已形成的一采区预备巷可利用，并要求所有入井人员必需随身携带隔离式自救器。
后期开采时，二采区三条预备巷道均布置在15号煤层上方或下方岩层内。
井筒特点
井筒名称
特征
混合提升
斜井
瓦斯管路
斜井
回风
立井
运人
斜井
井田坐标（m）
纬距（X）
4119558
4117604
4119650
4117639
经距（Y）
标高（m）
井口（Z口）
+1335
+1298
+1340
+1298
井口（Z底）
+913
+1180
+989
+1180
井筒方位角（度）
36°
134°
134°
井筒倾角（度）
25°
28°
90°
20°
斜长（m）
999
280
351
300
井筒净径、净宽（m）
断面积（m2）
净面积
掘进面积
井筒装备
大倾角胶带机轨道
瓦斯管
梯子间
猴车
井底车场
井底车场采纳平车场，车场内设有中央变电所、中央水泵房、水仓、管子道、消防材料库、信号室等硐室。
混合提升斜井井底设有煤仓，煤仓形式为直立式一般圆形煤仓，煤仓净直径为Φ，垂深为25m，煤仓的有效容量750t；井底要紧水仓设主仓、副仓，水仓有效容量为1200m3；井下爆炸材料库形式为壁槽式，可容纳火药2500kg，雷管5000发，为独立通风硐室。
第3章采区巷道布置
采区巷道布置
移交生产和达到设计生产能力时的采区数量、位置
依照确信矿井开拓部署，结合设计生产能力和工作面装备水平，矿井采纳“一井一面”达产。
即矿井移交生产及达到设计产量时，在一采区15号煤上分层布置一个综采工作面。
采区巷道布置
一采区预备巷道共3条已形成：
包括轨道巷、胶带巷及回风巷各一条，均沿15号煤顶板布置，巷道间距30m。
采区巷道沿煤层顶板布置，采纳锚网喷支护，喷射混凝土厚度为100mm。
巷道双侧布置回采工作面运输顺槽和回风顺槽，回采工作面采纳后退式开采，顺槽采纳锚网支护。
轨道巷（沿15#煤顶板）
胶带巷（沿15#煤顶板）
回风巷（沿15#煤顶板
）
回采工作面布置
布置一个回采工作面生产，首采面为15号煤上分层的15102回采工作面，位于一采区北翼中部。
回采工作面布置四条巷道，别离为运输顺槽、回风顺槽、内错瓦斯尾巷、走向高抽巷。
运输顺槽、回风顺槽沿15号煤层顶板布置，内错瓦斯尾巷布置在15号煤层顶板上方2m处。
走向高抽巷布置在15号煤层顶板上方35m左右。
内错瓦斯尾巷与回风顺槽平距为15m，走向高抽巷与回风顺槽平距为30m。
运输顺槽与轨道、胶带巷相连；回风顺槽与回风巷相连接，并与轨道巷相连接，回风顺槽与轨道巷之间设有两道正反双向风门，形成采区完善的通风、运输、供电、排水系统。
15号煤下分层回采工作面与上分层回采工作面上下重叠布置，共布置两条巷道，别离为运输顺槽、回风顺槽，通风方式为一进一回。
采区生产系统
一、采区运煤系统
回采工作面可弯曲刮板输送机→顺槽转载机→破碎机→顺槽胶带输送机→采区胶带输送机→井底煤仓→混合提升斜井胶带→地面。
二、辅助运输系统
混合提升斜井→井底车场→一采区轨道巷→进、回风顺槽。
3、通风系统
混合提升斜井、运人斜井→一采区胶带巷、轨道巷→运输顺槽→综采工作面→回风顺槽（内错尾巷）→采区回风巷→回风大巷→回风立井→地面。
4、排水系统
进、回风顺槽→采区轨道巷（采区水仓）→井底水仓→混合提升斜井→地面。
一采区水仓位于采区西部最低处，水仓容量100m3，采纳接力方式时期排水。
采区排水设备：
（1）排水泵所需排水能力
按最大涌水：
Q=42m3/h
（2）所需扬程
H采区=K（Hs+=169m（K取）
依照计算的流量和扬程，选用DF46-30×7型水泵两台，一台工作，一台备用。
其要紧技术参数：
Q=46m3/h，H=210m，配套电机功率为45kw。
采煤方式
要紧可采煤层赋存状况
15号煤层倾角为7°左右，地质构造相对简单，煤层赋存稳固，15号煤层平均厚度为，属厚煤层，结构复杂，含夹矸1-3层，夹矸岩性为炭质泥岩。
采煤方式
本矿井为煤与瓦斯突出矿井，依照《煤矿平安规程》，严禁采纳放顶煤开采，针对15号煤层赋存条件，适合于机械化开采，由于回采工作面采纳液压支架对顶板进行支护，靠得住性好，平安程度高。
石港公司采纳分层一般综采工艺。
工作面采煤、装煤、运煤方式及设备选型
本设计采纳一个综采工作面来保证矿井900kt/a的设计生产能力，回采工作面采纳综合机械化采煤工艺，回采工作面采、装、运全数实现机械化。
回采工作面设备详见下表。
15号煤层上分层综采工作面要紧设备配备表
设备名称
设备型号
功率 （kw）
数量
采煤机
MG-571WD
571
1台
可弯曲刮板输送机
SGZ-764/264
264
1台
转载机
SZZ-764/132
132
1台
破碎机
PCM-110
110
1台
可伸缩胶带输送机
SSJ1000/160×2
320
1台
液压支架
ZZ4200/15/32
68架
单体液压支柱
DZ30-25/100
140根
乳化液泵站
WRB-200/
132
1台
喷雾泵站
XPB250/
30
1台
煤层注水泵
5D-2/150
13
1台
回采工作面采煤和运煤设备进行设备选型如下。
一、回采工作面采煤设备
（1）回采工作面采高的选择
设计按15号煤上分层煤厚左右进行采煤设备选型。
（2）采煤机截深的选择
目前国内普遍采纳的截深为600—800mm，考虑到本矿井设计生产能力及治理水平，设计选用采煤机截深为600mm。
（3）回采工作面长度的选择
回采工作面长度可用下式计算：
L＝
式中：
L——回采工作面长度，（m）；
Qr——回采工作面日产量，15号煤层回采工作面年产量为900kt/a，按330d计算，Qr＝2727t；
Kl——正常循环率取；K2——截割有效系数，K2＝；
N——日循环次数，N=15；
H——回采工作面煤层厚度，H＝；
B——循环进尺，B＝；
γ——煤的容重，γ＝t/m3；
C——回采工作面回采率，C＝95%。
L＝2727/×15×××××＝（m）,取整数L=100m。
（4）采煤机计算割煤速度
式中：
Vc＝n（L＋30－Lc）/（KcTd－nTc）
Vc——计算割煤速度，m/min；
n——回采工作面日循环数，n＝15；
L——回采工作面长度，L＝100m；
Lc——采煤机总长，Lc＝m；
30——进刀割煤长度，m；
Kc——采煤机平均日开机率，Kc＝；
Td——回采工作面日生产时刻，Td＝1080min；
Tc——采煤机进刀停马上刻，Tc＝。
Vc＝15×（100＋30－）/（×1080－15×）＝min
（5）采煤机计算循环时刻
T＝（L＋30－Lc）/Vc＋Tc
式中：
T——采煤机计算循环时刻，min；
L——回采工作面长度，L＝100m；
30——进刀割煤长度，m；
Lc——采煤机总长，Lc＝.m；
Vc——采煤机计算割煤速度,Vc=min；
Tc——采煤机进刀停马上刻，Tc＝；
T＝（100＋30－/＋＝min
（6）采煤机最大割煤速度
Vmax＝KVc
式中：
Vmax——采煤机最大割煤速度，m/min；
K——采煤机割煤不均均衡系数，取；
Vc——采煤机计算割煤速度，Vc=min。
Vmax＝×＝min
（7）采煤机最大生产能力
Qmax＝60BKHγVmax
Qmax——采煤机最大生产能力，t/h；
B——循环进尺，B＝；
K——截割有效系数，K＝
H——回采工作面煤层厚度，H＝；
γ——煤的容重，γ＝t/m3；
Vmax——采煤机最大割煤速度，min。
Qmax＝60×××××＝h
（8）采煤机计算装机功率
按采煤机单位能耗计算采煤机功率
N＝QmaxHw
式中：
N——采煤机计算装机功率，kW；
Qmax——采煤机最大生产能力，Qmax＝h；
Hw——采煤性能耗系数，Hw＝kWh/t。
N＝×＝425kW
依照以上计算，充分考虑本井田15号煤层的硬度、夹矸及过构造等因素，设计选用MG-571WD型双滚筒采煤机，采高为，电机功率为571kW。
二、回采工作面运煤设备：
矿井投产后回采工作面综采设备可租赁阳煤集团现有的设备，依照阳煤集团综采设备配套现状，结合工作面生产能力要求，工作面运煤设备选用SGB-764/264型可弯曲刮板输送机，其要紧技术特点如下：
铺设长度：
100m；小时运量：
600t/h；链速：
s；电机型号：
YSB—132，功率为2×132Kw，电压：
1140V；链破断力：
610KN；外形尺寸：
1500×764×234（长×宽×高mm）；质量：
160t。
3、依照回采工作面运煤设备的运输能力，回采工作面运输顺槽运煤设备选用一部SSJ1000/160×2型可伸缩胶带输送机，带宽为1000mm，输送能力为1000t/h，电机功率为160×2kW，一部最大输送长度为1000m。
4、转载机选用SZZ-764/132型转载机，电机功率为132kW。
回采工作面支架选型及顶板治理方式
综采可否实现高产高效关键于架型选择是不是合理。
据地质报告，15号煤上分层顶板要紧为泥岩、砂质泥岩、石灰岩等，底为15号煤基层。
依照生产体会和有关技术文件，选用支撑掩护式液压支架。
一、回采工作面支护
支架选型计算：
支架经受的顶板压力，用以下公式计算。
W=（6～8）×h×B×L×r×cosΦ
式中：
h——采高，取3.0m；
r——岩石容重，取m3；
B——支护宽度，B=（液压支架中心距）；
L——从工作面煤壁到冒落顶板切断处的长度，取；
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