国投新登郑州煤业矿井通风毕业设计.docx
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国投新登郑州煤业矿井通风毕业设计
国投新登郑州煤业矿井通风毕业设计
引言
矿井通风与安全专业毕业设计是三年函授专科终结考核。
在学校教学大纲和教学方案安排下，我作为一名地测工人通过多年在生产系统多年的工作、在做好自己本质工作的同时也全面的了解了矿井的各个生产系统环节，再次使所学的知识和实际工作联系到了一起得到了认可、融汇、领会和加深，以此为基础进行的毕业设计。
本设计是以国投新登郑州煤业有限公司国投新登郑州煤业地质资料为基础，根据指导老师权威的具体要求进行设计的。
矿井自然地质条件简单，主采二1煤层，平均厚度5.32m，属厚煤层。
煤层自燃性发火倾向Ⅳ级，为不易自燃煤层，煤尘具有爆炸危险性，矿井瓦斯含量不高，相对瓦斯涌出量为5.53m3/t·d，为瓦斯矿井，矿井涌水量较大，正常涌水量400m3/h，最大涌水量500m3/h。
井田内除存在小范围薄煤带外，煤层基本稳定。
1井田概况及地质特征
1.1井田概况
1.1.1井田位置及范围
矿区地理坐标东经113°07′38″～113°09′39″，北纬34°20′41″～34°23′09″矿区面积8.0487km2,开采深度：
由＋230m～±0m；开采煤层：
二1煤层；采矿许可证编号：
4100000220456。
1.1.2交通位置
矿区交通主要为公路，其中省级公路许（昌）——洛（阳）、许（昌）——巩（义）公路从矿区东北斜穿通过，许（昌）——巩（义）高速公路即将通车。
通过该公路可达登封、洛阳、郑州、许昌等地市，据此还可通达北部的陇海铁路和连霍高速公路、西部的焦枝铁路、东部的京广铁路和京珠高速公路等。
向东经大冶还可与地方铁路相连，未来连通京广焦枝两线的煤田铁路也将经过本区。
矿区交通位置示意图。
1.1.3地形地势
井田位于嵩山南麓箕山东北部，颖阳～卢店隐伏向斜南翼，本区地貌单元属构造剥蚀地貌中的低山丘陵区，区内地形起伏不平，地势总体西北高、东南低。
地面高程在564.30～274.80m之间，相对高差289.50m，一般海拔在410m左右。
区内地面坡度大，冲沟较发育，有利于大气降水的径流和排泄。
本区属淮河流域颖河水系。
淮河一级支流—颖河即在本区东北部穿过，据告城水文站资料，颖河在本地最大流量为5130m3/s，最小流量为0m3/s。
区内地面坡度大，冲沟较发育，径流条件好，不存在常年性地表水体，大气降水多沿冲沟向东北流入颖河，然后向南汇入下游的白沙水库。
1.1.4气候
本区属暖温带半干旱大陆性季风气候区。
四季分明，雨量充沛，降雨量主要受季风影响，秋、冬、春干旱少雨，夏季雨量增多，年降雨量381.1～1059.6mm，平均606.2mm。
年蒸发量908～1976.2mm。
年平均相对湿度60～70%。
年平均气温为9.1～14.6℃。
气温高达42～44.6℃；最冷为元月，气温在-18.2～-3.3℃。
最大积雪深度23cm，最大冻土深度20cm。
风向主要为东南风和西北风。
风力在冬春两季最大，最大风速40m/s。
1.2地质特征
1.2.1矿区范围内的地层情况
本区为半裸露区，基岩大面积出露，出露地层为二叠系下石盒子组和上石盒子组地层。
根据地表出露和钻孔揭露情况，地层由老至新依次为寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、第四系。
1.2.2井田范围内和附近的主要地质构造
该矿井位于登封煤田东南部，颖阳～卢店隐伏向斜南翼，矿区总体构造形态为走向北东、南西的单斜构造，倾向北西，倾角一般为6～15°。
矿区内构造以正断层为主，另有2条褶皱，走向皆为北东南西，与地层走向一致。
规模较大的断层有：
卢F1、郜F2、箕F14、箕F10、箕F11。
另有7条小型断层，2条为井下揭露，其中2条逆断层，5条正断层。
褶皱为新峰背斜和南烟庄向斜。
根据《煤、泥炭地质勘探规范》（D2/T0215-2002）附录D中第D.1.2a）、b）条规定，确定本区构造复杂程度为中等。
1.2.3煤层赋存状况及可采煤层特征
本区含煤地层为石炭系太原组、二叠系山西组、下石盒子组和上石盒子组，共四个煤组段，含煤地层厚约425m，共含煤12层，平均总厚约11.01m，含煤系数2.59%。
其中太原组一3煤层偶尔可采，山西组二1煤层全区普遍可采，二12煤层局部可采，下石盒子组五3煤偶尔可采，其它煤层均不可采。
其中，二1煤层为本区主要可采煤层和主要研究对象。
二1煤层位于山西组下部二1煤层段内，或位于山西组大占砂岩标志层之下0～10m，太原组顶部L9灰岩或菱铁质岩之上5～10m。
煤层埋深400～500m，煤层底板标高+100～-50m。
煤厚0～13.93m，一般煤厚2～6m，煤厚变化较大，局部突然增厚或变薄现象，全区大部可采，煤层结构简单无夹矸，属较稳定（偏不稳定）型煤层。
二1煤层是本区唯一发育较好、全区可采的中厚煤层，其下部的L8石灰岩和上部的大占砂岩、香炭砂岩、小紫斑泥岩、砂锅窑砂岩及大紫斑泥岩，是对比二1煤层的良好标志层，加之山西组下部的煤岩组合特征，综合评定二1煤层对比可靠。
1.2.4井田内水文地质情况
本区属登封煤田箕山勘探区的白坪井田，横向上位于颖阳--芦店向斜汇水盆地南翼的中段，属嵩箕山间向斜构造水文地质单元，西白栗坪—告城水文地质段，为区域地下水的径流区。
区域范围内的含水岩组主要有碳酸盐类岩溶裂隙含水岩组，碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组和松散层类孔隙含水层。
区内矿井生产实践表明，上述各含水层中，对开采二1煤层有直接充水作用的主要为石炭系太原组上段岩溶裂隙承压含水层，而太原组下段和下部奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层，由于与开采煤层间有较厚的太原组中段碎屑岩及本溪组铝土质泥岩相对隔水层的阻隔，一般对开采无大的影响，但在断层影响下，一旦与之沟通，则会造成严重后果。
1.2.5瓦斯煤尘煤的自燃性
（1）.瓦斯
根据生产矿井调查资料显示，矿井二1煤瓦相对涌出量1.02-5.20m3/t，为低瓦斯矿井。
二1煤瓦斯分析结果表明：
二1煤瓦斯成份中CH4为0.84～66.4%，平均25.62%；N2为25.17～79.31%,平均54.02%，CO2为1.52～39.82%,平均20.36%。
CH4类可燃气体含量为0.02～2.94ml/g.daf，平均0.63ml/g.daf。
根据甲烷成份80%时所对应的甲烷含量为4.50ml/g.daf作为划分瓦斯风化带界线，则核查区位于瓦斯风化带即CO2～N2带。
本区11306孔CH4成分为93.32%，含量为2.01ml/g.daf，而国投新登郑州煤业的11706孔CH4成份为90.37%，含量为3.324ml/g.daf。
这是因为位于背斜轴部且煤层较厚，则CH4气体易于富集所致。
由此可以看出，背斜轴部煤层较厚瓦斯易于富集。
故在今后的开采过程中，应加强瓦斯监测和通风工作，以保证矿井安全生产。
（2）.煤尘
本区二1煤主要呈粉状产出，生产中煤尘较大。
根据《白坪井田勘探（精查）地质报告》资料显示，该煤燃焰长10--15mm，加岩粉30～55%，另根据国投新登郑州煤业有限公司2004年12月30日送达平煤（集团）公司通风实验室，所做煤尘爆炸性鉴定报告及煤层自燃倾向等级鉴定报告的结论,该区二1煤层有煤尘爆炸危险性。
因此建议采煤时应注意洒水、通风等除尘安全措施，以保证安全生产。
（3）.煤的自燃
根据邻区3-2钻孔取样测试结果，二1煤原煤样燃点温度为388℃,氧化样燃点温度为385℃,还原样燃点温度为393℃，氧化样与还原样燃点温度差较小，△T1-3为8℃，属不易自燃发火煤。
另根据国投新登郑州煤业有限公司国投新登郑州煤业2004年12月30日送达平煤（集团）公司通风实验室，所做煤尘爆炸性鉴定报告及煤层自燃倾向等级鉴定报告的结论，煤层自燃等级为Ⅲ级，属不易自燃煤层。
（4）.地温
据《白坪井田勘探（精查）地质报告》资料显示，二1煤层煤底温度多在14—37.56℃之间，平均约19.5℃；地温梯度0.22—2.62℃/100m，平均约1.23℃/100m。
总体属正常（偏低）地温区，不存在热害问题。
1.2.6煤质及用途
二1煤为黑色，金刚光泽，多呈粉状、粒状产出，强度低，宏观煤岩成分以亮煤为主，暗煤次之，焦炭少量。
矿区二1煤总体应为低水、低中灰、特低硫、低磷、高热值、低挥发分、高熔灰分、低强度、中等结渣、热稳定性极差、易磨、极难选、中高变质程度之粉状贫煤，可作为电厂煤粉锅炉燃烧等动力用煤或作为民用型煤等。
2井田境界储量服务年限
2.1井田境界
矿区地理坐标东经113°07′38″～113°09′39″，北纬34°20′41″～34°23′09″矿区面积8.0487km2,开采深度：
由＋230m～±0m；开采煤层：
二1煤层；采矿许可证编号：
4100000220456，具体范围坐标如下：
aX3806870Y384216652、X3806045Y38422750
bX3805000Y384228104、X3804773Y38422788
cX3804773Y384223056、X3804300Y38422120
dX3804300Y384223708、X3804118Y38422312
eX3804020Y3842210010、X3803855Y38422000
fX3803735Y3842193012、X3803560Y38421874
gX3803191Y3842180014、X3803620Y38421650
hX3803200Y3842126016、X3803000Y38421510
iX3803000Y3842160018、X3802308Y38420900
jX3803930Y3841971020、X3804310Y38420150
kX3804950Y3842034022、X3805690Y38419745
lX3806070Y38420500
矿区北部为告成井田,西部深部为白坪井田，南部有阳城煤矿和新峰煤矿，东部浅部为二1煤层露头及若干开采二1煤的小煤矿。
2.2井田储量
2.2.1矿井工业储量
本区煤厚变化较大（0——16.10m），煤层产状变化也较大，各地控制和查明研究程度不一，不能简单用统一面积和煤厚等参数来估算储量，采用不同地质点，线划分若干地质块段后再分块总和的地质块段法来估算资源储量更为准确合理，估算公式：
nn
Q=∑Qi=∑（Si/cosαi）·Mi·Di，
i=1i=1
式中：
Q——总的资源储量（×104t），
Qi——第i块段资源储量（×104t），
Si——第i块段平面积（×104m2），
αi——第i块段煤层倾角（º），
Mi——第i块段平均纯煤真厚（m），
D——二1煤层视密度（t/m3）。
矿井工业储量Q=2766+1123=3889万t
2.2.2矿井设计储量
矿井工业储量减去设计计算的断层保护煤柱、井田边界保护煤柱和已有的地面建筑物、构筑物需要留设的保护煤柱等永久煤柱损失量后的储量。
计算公式如下：
矿井设计储量=工业储量－永久煤柱损失
永久煤柱包括：
井田境界、断层、铁路桥、村庄保护煤柱；
永久煤柱的留设：
（1）断层保护煤柱
本井田内断层少，且落差很小，对开采设计不造成影响。
故不留设断层保护煤柱。
（2）井田边界保护煤柱的留设
井田边界保护煤柱均留设30～100m不等。
2.2.3矿井设计可采储量
矿井设计储量减去工业场地保护煤柱、井下主要巷道及上、下山保护煤柱后乘以采区回采率即为矿井设计可采储量。
矿井设计可采储量计算公式如下：
矿井设计可采储量=（矿井设计储量－保护煤柱损失）×采区回采率
保护煤柱为：
工业场地、风井场地、主要巷道及上、下山保护煤柱。
矿井井下主要巷道及上下山保护煤柱留设
根据本设计开拓方案知，主要运输大巷为岩巷留30m保护煤柱，上下山各巷道间距留设30m、两侧各留设30m保护煤柱。
该矿现保有资源储量3889万吨，其中（111b）864万吨、（122b）2432万吨，（333）593万吨。
其设计利用资源储量按基础储量+推断的资源量×可信度系数计算（（333）资源的可信度系数取0.6），即（111b）+（122b）+（333）×0.6计算，结果为653.8万吨。
可采资源量按设计利用资源储量×可采系数（0.5）计算，结果为1825.9万吨。
2.3矿井年产量及服务年限
2.3.1矿井工作制度
矿井设计年工作日为300d，每天3班作业，其中2班生产，1班准备。
每天皮带净运输时间为16h。
2.3.2矿井设计生产能力
矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、处理、开采条件、设备供应以及国家需煤等因素确定。
参考《煤矿设计手册》各类井型井田的特征，初步确定矿井设计生产能力为0.9Mt/a。
2.3.3矿井服务年限
矿井服务年限按下式计算：
T＝Q/（A×P）
式中：
T——矿井服务年限，a
Q——矿井可采储量，Mt
A——矿井生产能力，0.9Mt／a
P——储量备用系数，取1.4.
则T=1825.9/（1.4×60）=22a，故矿井尚可服务20年。
3井田开拓
3.1概述
3.1.1矿区内生产矿井的开拓方式概述及评价
国投新登郑州煤业年设计生产能力60万吨，是一个有50多年开采历史的老矿井。
矿井于1952年破土动工，1989年改扩建后矿井设计生产能力为60万t/a，经历年技术改造后2005年核定生产能力为90万t/a，实际生产能力可超百万吨。
矿井采用斜立混合开拓，恒底长臂式一次采全高采煤法。
轨道巷运输采用1t矿车，电瓶车牵引，运输机巷采用强力胶带输送机。
3.1.2影响设计矿井开拓的主要因素分析
由于考虑井田煤层赋存较稳定，埋藏较浅，煤层倾角不大，地质条件简单，开采技术条件相对较好等因素，建设一对中型矿井。
但是由于井田范围内煤层产状较为复杂，煤层局部起伏较大，局部有大面积薄煤带出现，则可能影响矿井的开拓布置。
对于矿井储量级别不高的块段，尚需补充勘探。
3.2井田开拓
3.2.1开采地质条件
根据地质报告及设计题目要求知，该井田主采煤层为二1煤层，煤层倾角平均为6～15°，平均厚度5.32m，煤层赋存基本稳定。
井田范围断层少，且落差小，对矿井开拓影响不大；矿井涌水量较大，正常涌水量400m3/h，最大涌水量500m3/h；相对瓦斯涌出量5.53m3/h,绝对瓦斯涌出量9.86m3/min，为低瓦斯矿井。
3.2.1井筒形式、数目、位置及开采水平的确定
井田内划分及开采水平数目及标高：
根据煤层赋存状况，煤层倾角平均6～15°，属近水平和缓倾斜煤层。
可将井田直接划分为盘区，分三个水平开采，盘区内划分为若干个区段，每个区段布置一个采煤工作面。
采煤工作面沿煤层倾向推进，采用单一倾向长壁后退式综合机械化采煤法采煤，全部跨落法管理顶板。
回采工作面倾向长度不受规定限制。
水平标高的确定：
为了有利于整个矿井的开拓布置和首采工作面的投产，减少岩石工程量，减少初期投资，缩短建井工期，设计第一水平标高为+155m，第二水平标高为+90，第三水平标高为+0，。
3.2.2井筒形式、数目及位置的确定
（1）形式的选择
该井田内可采煤层埋藏浅，后期开采深度在+0～-30m，煤层倾角12～15°左右。
第一水平决定采用斜井上山开拓方式。
这样井筒短，提升速度快，提升能力大，投资回收期短。
（2）井筒数目
采用斜井开拓时，一般只开凿一对提升井筒（主、副井），风井的个数应根据安全生产、通风需要和一井多用的原则合理确定。
本矿井为低瓦斯矿井，煤层赋存较浅，设计采用一对主、副井，盘区边界风井回风的开拓方式。
（3）井筒位置的选择
井筒位置的选择应首先满足第一水平的开采、缩短贯通距离，减少井巷工程量。
在一般情况下，井筒位置应选择在井田中央或最小货载运点上。
选择井筒位置既要力求做到对井下开采有利，又要注意使地面合理布置，还要有利于井筒的开掘和维护。
3.2.3主要运输大巷和总回风大巷的布置及与煤层间的联系方法
（1）开采水平大巷的布置
由于该矿煤层倾角小，井底车场距离煤层近，可直接沿煤层走向方向布置运输大巷。
（2）开采水平大巷位置的选择
本设计拟将开采水平大巷布置在煤层底板坚硬岩层中，岩石大巷的优点如下：
在距煤层一定距离的岩层中掘进，基本上可保证取直且保持一定方向，巷道弯曲小，有利干运输。
巷道维护条件好，煤柱损失量小，安全条件好
3.3井筒特征
3.3.1井筒断面尺寸
井筒断面的确定依据
主要根据提升容器的种类、数量及外形尺寸，井筒装备的类型、规格、最小允许间隙，井筒的用途、管路、电缆、梯子间的平面尺寸等确定。
本设计矿井年量为0.9Mt/a，选斜井井筒装备如下表3-3-1所示
表3-3-1斜井井筒装备表
矿井生产能力
主井
副井
风井
0.9Mt/a
一部强力胶带输送机
两辆人车、阶梯
梯子间
3.3.2井筒装备
主井：
主井负责提煤，并兼作通风，井筒内装备一部强力胶带输送机，布置排水、压风、洒水、电缆等管线。
副井：
主要用于矿井升降人员、设备、材料及提升矸石等，并兼作通风。
井筒内装备两辆人车，电缆等管线。
3.3.3井筒断面确定
根据井筒断面确定原则，确定井筒净直径如下:
主井井筒：
4.5m；
副井井筒：
4.5m；
风井井筒：
5.0m。
3.3.4风速校核
V=Q/MS≤Vmax
式中：
V——通过井筒的风速，m/s；
Q——通过井筒的风量，m3/s；
S——井筒的净断面积，m2；
M——井筒的有效断面系数，圆形井为0.8；
Vmax——《安全规程》规定的允许最大风速。
矿井风量可初步按瓦斯相对涌出量计算：
Q=0.0926qTK
式中：
T——矿井设计日产量，3000t；
q——瓦斯相对涌出量，5.53m3/t；
K——备用系数，可取1.15；
Q=0.0926×5.53×3000×1.15=1766.67m3/min=29.45m3/s
V=Q/MS=29.45/（0.8×5.53）=6.65m/s＜8m/s
经验算，所选井筒直径能够满足规程规定，符合要求。
详见井筒断面图图3-3-1、图3-3-2、图3-3-3。
3.3.5井壁的支护材料及井壁厚度
根据井壁厚度经验数据选择井壁的支护材料为料石砌碹支护，井壁厚度主井为400mm，副井为400mm，风井为混凝土支护厚度300mm，充填混凝土为50mm。
3.3.6井筒深度
主井深592m，副井深611m。
风井深285m。
井筒深度除自井口至开采水平的井筒长度外，还需要加井窝的深度。
井窝深度：
主井为皮带溜煤眼装载，井底设置5m的水窝。
详见表3-3-2井筒特征表。
表3-3-2井筒特征表
井筒名称
主井
副井
风井
井口
标高
X（m）
3805058
3805158
3803048
Y（m）
38422143
38422132
38420470
Z（m）
+272.434
+264.762
+388.25
用途
提煤、进风
行人、运输设备、物料及进风
回风
提升设备
DX-800
2JK-2/20
——
井筒倾角（°）
16
11.3
90
断面形状
半圆拱形
半圆拱形
圆形
支护方式
砌碹
砌碹
混凝土
井壁厚度（mm）
400
400
300
提升方位角（°）
53°
53°
——
井筒深度
592
611
285
3.4.1井底车场硐室
（1）煤仓
井下煤仓上接上仓皮带巷，下连主井强力皮带。
（2）.中央水泵房及中央变电所：
这两个硐室通常联合布置在副井附近，由中央水泵房引出的排水管经管子道直接通往副井井筒，从井简引入的电线也由此进入中央变电所。
水泵房及变电所各有一条通道与井底车场巷道相连，水泵房及变电所之间设有防火铁门。
（3）水仓
它由两条独立的巷道织成，其入口应尽量选择在井底车场巷道标高的最低点。
为便于水仓的清理，在水仓内铺设轨道并在其入口处设置清仓小绞车。
水仓的末端经吸水小井与水泵房相连。
水仓容量应根据矿井正常涌水量计算确定。
主要水仓的有效容积应能容纳8小时的正常涌水量。
（4）等候室
等候室在副井井筒附近应设置等候室，作为工人候跟休息的场所。
等候室多和工具房相邻，以便于工人领取工具。
（5）其他硐室
其他硐室主要有：
等候室、工具室、信号硐室，机修硐室，消防材料库等。
3.5采区、采煤工作面的配置
《安全规程》规定：
突出矿井、高瓦斯矿井、低瓦斯矿井高瓦斯区域的采煤工作面，不得采用前进式采煤方法。
本设计矿井开采单一二1煤层，受煤层走向及起伏的影响，设计中将矿井第一水平布置在+155m标高，在第一水平布置一个上山盘区（Ⅰ盘区）作为矿井的首采盘区。
在+90m标高二水平布置两条集中运输和轨道大巷，+0水平分两翼布置两个采区上山掘进，条带式布置回采工作面。
4矿井通风设计
4.1矿井通风系统的选择
4.1.1选择矿井通风系统的原则
A必须符合《煤矿安全规程》和《煤炭工业矿井设计规范》的有关规定：
（1）每个矿井必须有完整的独立通风系统。
（2）应根据矿井的灾害类型及等级选择适宜的通风系统。
（3）箕斗提升井或胶带运输井不应兼作进风井，如果兼作进风井使用时，必须遵守《煤矿安全规程》的有关规定：
当箕斗或胶带运输井兼作进风井时，箕斗井风速不得大于6m/s、胶带井风速不得大于4m/s，应有可靠的降尘措施，保证粉尘浓度符合卫生标准，胶带井还应设有消防设施。
当采用箕斗井回风时，井上、下卸载装置和井塔必须有完善的封闭设施，其漏风率不得大于15%，应有可靠的降尘设施，胶带井不得兼作回风井。
B通风系统的选择应有利于加快矿井建设速度，有利于矿井高产高效、安全生产，整个系统技术经济合理。
还应综合考虑以下因素：
（1）风井位置要在洪水位标高以上（大中型矿井考虑百年一遇、小型矿井考虑50年一遇），进风井口须避免污染空气进入，距有害气体源的地点不得小于500m。
（2）井口工程地质及井筒施工地质条件简单。
（3）占地少，压煤少，交通方便，便于施工。
（4）通风系统简单，风流稳定，易于管理。
（5）发生事故时，风流易于控制，井下每一水平到上一水平和每个采区至少要有两个通往地面的安全出口，以便于人员撤出。
（6）使专用通风巷道的数目最少，风路最短，贯通距离短，井巷工程量省。
（7）尽可能使每个采区的产量均衡，阻力接近，避免过多的风量调节，尽量少设置通风构筑物，以免引起大量漏风。
（8）多风机抽出式通风时，为了保证风机联合运转的稳定性，应尽量降低总进风道公共风路段的风阻（一般要求公共区段的负压不超过任何一个通风机负压的30%）。
（9）新设计矿井不宜在同一井口采用多台主要通风机串、并联运转。
（10）井下爆破材料库必须有单独的进风流，回风必须直接引入矿井主要回风道。
井下充电硐室必须独立通风，回风可引入采区回风道；
（11）应满足防治瓦斯、煤层自燃、煤尘爆炸及火灾对矿井通风系统的特殊要求。
通风设计的依据是：
绝对瓦斯涌出量为6.2m3/min，相对瓦斯涌出量为3.2m3/t，煤尘具有爆炸危险性，主采煤层二1煤层为不易自燃煤层。
矿井采用斜井井多水平上下山开拓，走向长臂采煤法，炮采放顶煤采煤工艺，综采斜切环入式进刀工艺，巷道掘进施工采用炮掘工艺。
全矿井通风系统包括：
通风方式，即
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