十一矿通风设计精品版.docx

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十一矿通风设计精品版

第一章矿井基本概况

一、井田范围及储量：

十一矿位于平顶山市区西部，距市中心13公里香山寺南麓。

井田处在煤田李口向斜的西南端，东起50号勘探线与平煤集团公司五矿相邻，西至59号勘探线以凤凰岭断层为界，南部为各组煤层露头，北部为无限煤田，目前二水平开采下限为-800M水平。

矿井东西走向长为6.6Km,南北倾斜宽为3.5Km,井田范围为23.5KM²。

十一矿井田现有地质储量2.21亿t，工业储量2.11亿t，可采储量1.53亿t。

二、矿井生产能力：

矿井设计能力为120万吨，根据豫煤行[2005]576号文“河南省煤炭工业局关于确定煤矿通风及综合能力核定结果的通知”十一矿核定通风能力242万t/a，核定矿井综合能力180万t/a。

2005年原煤生产将达到175万吨，矿井现有两个水平（-180水平、-593水平），三个生产采区，即己二采区、丁二采区、丁戊六采区联合生产。

2006年度矿井将在上述三个采区内从事采掘作业，计划产量为175万吨。

三、矿井通风方式：

矿井通风方式为中央分列抽出式通风，即广场内两个立副井进风，一个斜风井回风。

矿井主要通风机为BDK-8-NO28高效对旋风机两台（一台备用），其电机功率为500KW×2，转速为739转/min，现风叶角为27.5度，矿井需风量9650m³/min，矿井总排风量为11380m³/min。

四、矿井开拓方式：

矿井开拓方式为立井—底板水平运输大巷—石门贯穿各组煤层。

两个水平开拓全井田，一水平副井标高-180m，二水平副井落底标高-593m，水平以上、下山方式布置。

五、开拓方案：

（1）丁二采区：

本着减少工程量，优化系统，兼顾丁六采区及丁二下部采区的开发，故在采区内布置三条上山分别为：

轨道上山、皮带上山、回风上山。

二水平丁戊石门与-593西大巷连通。

将三条上山布置在丁5-6煤层底板灰岩中。

使轨道上山、皮带上山与丁六轨道下山、皮带下山接轨，回风上山与丁六总回连通。

（2）己二采区：

根据己二采区所处的位置与层位，本着简化系统，减少工程量，缩短工期，早见效益的原则，兼顾下部采区的开发，首先重点对三条下山的位置进行选择。

将皮带下山、回风下山布置在己16-17煤层底板灰岩中，并使三条下山直接与己二上山采区的三条上山接轨，三条下山（两煤一岩）正倾斜布置，轨道下山在皮带下山的西侧，回风下山布置在皮带下山东侧。

三条下山沿煤层侧斜方向布置在采区中部，上部分别与己二上山采区的三条上山及-593西大巷，石门连通。

六、矿井瓦斯、水文地质：

矿井从84年定为高沼矿井以来，一直按高沼矿井进行瓦斯管理，2005年矿井瓦斯鉴定相对涌出量7.09M³/t.d,绝对涌出量22.19M³/min,其中二水平瓦斯相对涌出量为10.64M³/t.d，绝对涌出量为11.58M³/min,二水平担负全矿全年产量80％以上。

且二水平埋深大、矿压大、瓦斯动力大、局部区域有动力现象，矿井现在仍按高突矿井管理。

矿井水主要来自寒武系灰岩熔岩裂隙水、顶底版砂岩承压水和大气降水三部分。

建矿以来矿井最大涌水量为3497M³/h。

最小涌水量为340M³/h，矿井受大气降水影响较为敏感，其原因为矿井煤层露头正处在青石山与香山、红石岩相交的底凹处，又加之地方矿和小煤窑在浅部开采所造成的塌陷区和裂隙带，大气降水很容易在低洼处积存和通过裂隙渗入井下。

2005年矿井最大涌水量为1892M³/h，其中-180水平最大涌水量为1002M³/min。

七、煤层自燃倾向性：

十一矿属I级自然发火矿井，其目前开采的丁组煤层、己组煤层均有自燃倾向性，发火期2～3个月，在生产过程中，曾发生从揭煤到着火期只有18天的案例。

从1980年3月25日，己16-17-11060架子后发生煤层自燃火灾以后，累计百万吨发火1.89次。

八、各煤层爆炸指数

我矿所开采的丁、戊、己三组煤层，经过多次煤样鉴定，煤尘爆炸指数为丁组煤层37.40%；己组煤层为33.40%；戊组煤层为38.89%。

鉴定数据证明，我矿所开采的丁、戊、己三组煤的爆炸指数均大于10%，有爆炸的危险性。

第二章矿井通风系统优化设计的可行性论证

第一节矿井通风系统优化设计背景

2006年是我矿二次改扩建工程全面铺开的第二年，中央回风立井、西翼回风立井、西翼进风立井全面开工。

矿井通风系统面临的压力大，开拓头数多，掘采比例偏大，采面交替时间过长，生产基建争风。

整个矿井只有一组主要通风机，若发生矿井灾变，其抗灾性差。

整个矿井只有一个回风井，内部虽然分区通风，但丁六、丁二采区实际上为串联式通风，造成通风网络不合理，一旦出事故，波及面广，受灾面积扩大，不便于救灾。

矿井进回风路线长，风阻大。

随着己二采区向-1000米水平延伸，丁、戊、己组煤层生产量逐步增大，通风线路越来越长，阻力越来越大，通风越来越困难。

另外改扩建工程全面投入，生产与基建争风矛盾突出。

己二采区西翼目前主体工程贯通，形成了独立的进回风系统。

但2006年工程计划己二轨道下山、皮带下山、回风下山要向-900水平延伸，这对于高瓦斯矿井、容易自然发火矿井来说，增大了通风管理难度。

丁二采区专回没有与中央回风井形成完整的通风系统之前，仍与丁六采区共用回风系统，两个采区的通风完整性差，而进回风分别在-180、-440、-593水平交叉，靠风门控制环节多，稳定性差，也消弱了本采区和丁六采区的抗灾能力，在这个系统内，任何一个采区自然灾变将影响到另一个采区。

所以必须对矿井通风系统优化，使通风系统更合理，更有效的为全矿井服务。

第二节方案确定的基本原则

根据《平煤集团十一矿关于2004年度矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定的报告》，矿井相对涌出量为7.18m3/t，绝对涌出量为24.9m3/min；其中己二采区相对涌出量10.23m3/t，绝对涌出量17.1m3/min，占全矿井的68.7%，属于高瓦斯采区。

1、煤层自燃倾向性

丁5-6煤层自燃发火期为2～3个月，煤层自燃等级为二级；己16-17煤层自燃发火期为1个月，煤层自燃等级为二级；戊9-10煤层自燃发火期为2～3个月，煤层自燃等级为二级；矿井自燃危险等级为容易自燃。

2、发火及煤尘爆炸性

十一矿丁5-6煤层煤尘爆炸指数为39.0～42.46%。

己16-17煤层煤尘爆炸指数为26.45～35.48%；戊9-10煤层煤尘爆炸指数为39.21～44.0%。

3、地温

本井田大部分区域地温正常。

已组煤730m～970m为局部高温区域，原始岩温在32.4～41.6℃之间，属一级高温区。

970m～1100m原始岩温属二级高温区。

4、通风系统方案制定原则：

1）保证矿井实现按需分风；

2）保证主要通风机安全稳定运转；

3）从实际出发，尽量利用已有的设备设施和井巷；

4）方案可行，有实施的可能。

在2006年的生产布局条件下，考虑了如下增风对策：

●利用现有风机

●改造风机动轮

●利用已有风机联合运行改造通风系统，主要是回风系统

第三节通风系统

一、十一矿通风方式

根据十一矿的地形条件，由于煤层倾角大、埋藏深，走向长度不大，故采用中央并列式。

因为它的开采顺序一般为前进、区内后退式回采，所以采用这种通风方式和其他方式相比，它的总回风石门长度小，开掘费用低；两井筒集中，便于开掘，开掘费用少；便于贯通、工期短，初期投资较少，出煤较快的优点。

同时它的护井煤柱较少，便于井筒延深，为深部通风的准备工作提供有利条件。

二、矿井的通风方法

由于十一矿煤田地表没有塌陷区，小煤窑分布较少。

因为要采用立井提升，为了减少漏风决定采用抽出式通风。

因为采用抽出式通风使井下风流处于负压状态，一旦主扇因故停止运行时，井下风流的压力提高，有可能使采区瓦斯涌出量减少，比较安全。

而压入式通风使井下风流处于正压状态，当主扇停转时，风流压力降低，有可能使采区瓦斯涌出量增加。

1）主要通风机参数

矿井安装两台型号为BDK-8-№28主要通风机，转速n=750r/min，电机型号：

YBFe630S1－8，功率500kW×2。

目前运行的叶片安装角：

前级30°后级25°，平均27.5°（实际为32.5°）。

2）主要通风机工况点

目前主要通风机风量10920m3/min（182m3/s），负压1813Pa（185mmH2O），矿井风阻为R＝0.05473kg/m7。

第四节方案比较、分析

1、方案一

1）、生产布局

根据规划，2006年矿井有三个采区，即丁戊六采区、丁二采区和己二采区；有丁5-6-22061采面、丁5-6-22101采面和己16-17-22071采面三个采煤工作面，18个掘进工作面，其中丁组10个掘进工作面，己组8个掘进工作面。

2）、方案主要内容

将丁六轨道下山（872m）和丁六总回巷道（305m）断面由7.8m2扩至14m2；将暗斜井（287m）断面由8m2扩至14m2。

3）、配风

井负压由4110Pa降至3721Pa，降低389Pa；若风机效率按80%，电机效率按96%计算，则其功率将达1076kw，已超出现有电机的额定功率（1000kW），故该方案不可取。

2、方案二

1）、生产布局

该方案生产布局同方案一。

2）、方案主要内容

扩大丁六轨道下山（872m）的断面7.8m2至10.8m2；-180主石门和-180西大巷改为回风巷；

3）、模拟结果

从模拟结果知：

风量218.3m3/s（13098m3/min）时，矿井负压3375Pa（降阻前4110Pa）。

根据发动机研究所风机厂校验，考虑电机功率10%的富余量的条件下，所需轴功率为1109.4kw，大于现有电机额定功率1000kw的承受能力。

因此，该方案也不可取。

（二）、调整生产布局

根据方案一和方案二的模拟结果和风机的特性估计算，电机功率可能超过1000kw（分别为1076kw、1109.4kw）。

即单靠扩巷降阻不能实现改造目标。

因此，考虑在降阻的同时，适当调整生产布局。

由于将丁六轨道下山巷道断面由7.8m3扩至14m3有一定的难度，而将其扩至10.8m3较容易实现；且将-180主石门和-180西大巷改造为回风巷，只需增加6道风门就可实现。

因此，在方案二为基础上考虑了四种调整布局方案。

1、方案三

1）、生产布局

根据规划，2006年矿井有三个采区，即丁戊六采区、丁二采区和己二采区；有丁5-6-22061、丁5-6-22101和己16-17-22071三个采煤工作面；18个掘进工作面，其中丁组8个掘进工作面，己组10个掘进工作面。

2）、方案描述

调整丁组和己组的生产布局，在方案二的基础上，丁组减少两个掘进工作面（由10个减为8个），己组增加两个掘进工作面（由8个增为10个）。

3）、模拟结果

根据模拟结果，风量为228.7m3/s（13722m3/min）时，矿井负压为3359Pa。

由此可见，该方案模拟结果负压已超出3000Pa的要求。

2、方案四

从方案三的解算结果看出，丁戊只能适量增风，为了扩大生产，可将采掘重心转向己组。

为此，了解丁戊组少量增风，己组扩大生产后，矿井通风系统的状况。

1）、生产布局

矿井有丁5-6-22061、丁5-6-22101和己16-17-22071三个采煤工作面，18个掘进工作面。

2）、方案描述

将丁戊组掘进工作面数量由10个减少到6个；同时增加己组掘进工作面数量，由8个增加到12个。

目的是通过进一步调整生产布局，寻求解决方案。

3）、模拟结果

模拟结果为：

风量235.4m3/s（14124m3/min）时，负压3088Pa。

所需电机功率1039kw（电机效率96%、风机效率80%、富余系数10%）。

电机功率超过额定功率，此方案不可行。

（实际风机效率很难达到80%）

3、方案五

由于三、四两个方案矿井的负压分别为3359Pa和3088Pa，超过3000Pa；所需电机功率分别为1160kw、1039kw，超过1000kw目标。

因此，电机功率是限制矿井通风能力的主要因素。

为此提出减少掘进工作面的方案。

1）、生产布局

采区和采煤工作面同方案二，16个掘进工作面，其中丁组8个掘进工作面，己组8个掘进工作面。

2）、方案描述

调整丁组和己组的生产布局，在方案二的基础上，丁组减少两个掘进工作面（由10个减为8个），己组掘进工作面数量不变。

3）、模拟结果

从模拟结果知，风量为208.6m3/s（12516m3/min）时，矿井负压为3002Pa。

此时丁组回风92.1m3/s（5526m3/min），己组回风110.6m3/s（6636m3/min）。

经风机厂对功率校验：

电机功率为947.68kw，满足要求。

4、方案六

从方案五的解算结果看出，适当控制丁组用风是2006年改扩建要考虑的重要问题。

为了加速二水平的开拓，决定优化丁戊组采掘布局，为此提出了方案六。

1）、生产布局

丁六采区两个煤巷掘进工作面；丁二采区两个综采工作面，两个煤巷掘进工作面，四个岩巷掘进工作面己二采区一个综采工作面，四个煤巷掘进工作面，四个岩巷掘进工作面

2）、方案描述

考虑丁组供风相对困难，而又不影响二水平的开拓，提出在方案二的基础上将二水平运输石门掘进采用串联通风，并适当减小丁二下山掘进供风；

3）、模拟结果

该方案的模拟结果为：

风量212m3/s（12528m3/min）时，负压2893Pa，根据估算所需电机功率约945kw。

从中看出，布局调整优化后，既可实现加快二水平的开拓，又可保证矿井通风满足要求。

5、方案七

1）、生产布局

采区和采煤工作面数同方案一。

2）、方案描述

暂缓戊9-0-22040机巷、丁5-6-22022机巷和丁5-6-22022风巷掘进。

丁组7个掘进工作面，己组8个掘进工作面。

3）、模拟结果

该方案的模拟结果为：

风量203.8m3/s（12228m3/min）时，负压2801Pa，根据估算所需电机功率约743kw。

6、方案八

1）、生产布局

采区和采煤工作面数同方案一。

2）、方案描述

暂缓丁5-6-22022机巷掘进、丁5-6-22022风巷掘进。

这样丁组共8个掘进工作面，己组共8个掘进工作面。

方案七通风系统的基础网络图如图1所示。

3）、模拟结果

模拟结果见表1。

该方案的模拟结果为：

风量213m3/s（12798m3/min）时，负压3373Pa，根据估算所需电机功率约937kw。

（二）结果分析

有模拟结果可知：

1、调整生产布局，即适当减少丁组用风（己组可适当增加用风），有利于矿井通风系统总阻力的降低。

2、丁六轨道下山、丁六总回及暗斜井断面7.8m2扩至14m2后，矿井负压由4110Pa降至3721Pa，降低389Pa。

3、按照要求，将最有可能实施的方案二和方案六的解算结果，进行电机功率核算，按照富余系数取10%，所需功率分别为：

1109.4kw和947.68kw。

4、方案五和方案六的风量、风压和电机功率基本满足要求。

但由于将-180主石门和-180西大巷改造为回风巷，需增设约6道风门，且这6道风门均处于总进与总回之间。

这6道风门将会给通风管理带来了很大的困难。

按照方案六的计算结果，系统的最大阻力路线是：

新副井→-593西大巷→丁组二水平石门→二水平丁戊石门→丁二皮带上山→丁5－6－22061机巷→丁5-6-22061工作面→丁5－6－22061风巷→丁二四区段车场→丁二轨道上山→丁六采区下车场→丁六轨道下山→丁六总回→暗斜井→南风井（斜井）。

5、方案七和方案八的风量、风压和电机功率基本满足要求。

该方案克服了主要进回风巷之间存在风门、给通风造成困难的问题。

结合方案比较，最后确定实施方案6的结算结果。

考虑丁组供风相对困难，而又不影响二水平的开拓，提出在方案二的基础上将二水平运输石门掘进采用串联通风，并适当减小丁二下山掘进供风；

第三章矿井需风量计算

我矿生产能力在30万吨/年以上，且为高瓦斯矿井，因此我矿采用方法二（由里向外核算法）进行通风能力核定。

生产矿井需要风量按各采煤、掘进工作面，硐室及其它巷道等用风地点分别进行计算。

现有通风系统必须保证各用风地点稳定可靠供风。

第一节采煤工作面需要风量计算

高瓦斯矿井按照瓦斯（或二氧化碳）涌出量计算

1）、丁5-6-22101采面（综采）

根据《煤矿安全规程》规定，按回采工作面回风流中瓦斯（或二氧化碳）的浓度不超过1%的要求计算：

Q采=100×q采×KCH4

式中：

Q采----回采工作面实际需要风量，m3/min；

q采----回采工作面回风巷风流中瓦斯（或二氧化碳）的平均绝对涌出量，m3/min；丁5-6-22101采面实际配风量为1020m3/min，回风巷风流中瓦斯的平均浓度为0.59%。

则

q采=1020×0.59%=6.01（m3/min）

KCH4----采面瓦斯涌出不均衡通风系数。

（正常生产条件下，连续观测1个月，日最大绝对瓦斯涌出量与月平均日瓦斯绝对涌出量的比值）。

回风巷风流中瓦斯的最大浓度为0.68%，平均浓度为0.59%。

则

丁5-6-22101采面日最大绝对瓦斯涌出量为1020×0.68%=6.93（m3/min）

月平均日瓦斯绝对涌出量为1020×0.59%=6.01（m3/min）则

KCH4=6.93/6.01=1.15

Q采=100×6.01×1.15

=691.15（m3/min）

按工作面温度选择适宜的风速进行计算

Q采=60×V采×S采（m3/min）

式中：

V采----采煤工作面风速，取2.1m/s；

S采----采煤工作面的平均断面积，7.72m2。

则Q采=60×2.2×7.72

=1020（m3/min）

按回采工作面同时作业人数计算需要风量

每人供风不小于4m3/min

Q采>4N（m3/min）

式中：

N-----工作面最多人数，丁5-6-22101采面取100人

则Q采>4×100

=400（m3/min）

根据以上计算丁5-6-22101采面实际需要风量1020m3/min。

按风速进行验算：

15S

式中：

S----工作面平均断面积，7.5m2。

则112.5<1020<1800（m3/min）说明满足要求

2）、己16-17-22071采面

根据《煤矿安全规程》规定，按回采工作面回风流中瓦斯（或二氧化碳）的浓度不超过1%的要求计算：

Q采=100×q采×KCH4

式中：

Q采----回采工作面实际需要风量，m3/min；

q采----回采工作面回风巷风流中瓦斯（或二氧化碳）的平均绝对涌出量，m3/min；己16-17-22071采面实际配风量为1350m3/min，回风巷风流中瓦斯的平均浓度为0.7%。

则

q采=1350×0.7%=9.45（m3/min）

KCH4----采面瓦斯涌出不均衡通风系数。

（正常生产条件下，连续观测1个月，日最大绝对瓦斯涌出量与月平均日瓦斯绝对涌出量的比值）。

回风巷风流中瓦斯的最大浓度为0.78%，平均浓度为0.7%。

则己16-17-22071采面日最大绝对瓦斯涌出量为

1350×0.78%=10.53（m3/min）

月平均日瓦斯绝对涌出量为1080×0.7%=9.45（m3/min）

则KCH4=10.53/9.45=1.1

Q采=100×9.45×1.1

=1039.5（m3/min）

按工作面温度选择适宜的风速进行计算

Q采=60×V采×S采（m3/min）

式中：

V采----采煤工作面风速，取2.1m/s；

S采----采煤工作面的平均断面积，10.71m2。

则Q采=60×2.1×10.71

=1350m3/min

按回采工作面同时作业人数计算需要风量

每人供风不小于4m3/min

Q采>4N（m3/min）

式中：

N-----工作面最多人数，己16-17-22071采面取100人

则Q采>4×100

=400（m3/min）

根据以上计算己16-17-22071采面实际需要风量1350m3/min。

按风速进行验算：

15S

式中：

S----工作面平均断面积，9.7m2。

则145.5<1350<2328（m3/min）说明满足要求

3）、丁-5-6-22061采面

根据《煤矿安全规程》规定，按回采工作面回风流中瓦斯（或二氧化碳）的浓度不超过1%的要求计算：

Q采=100×q采×KCH4

式中：

Q采----回采工作面实际需要风量，m3/min；

q采----回采工作面回风巷风流中瓦斯（或二氧化碳）的平均绝对涌出量，m3/min；丁5-6-22061采面实际配风量为910m3/min，回风巷风流中瓦斯的平均浓度为0.21%。

则

q采=910×0.21%=1.91（m3/min）

KCH4----采面瓦斯涌出不均衡通风系数。

（正常生产条件下，连续观测1个月，日最大绝对瓦斯涌出量与月平均日瓦斯绝对涌出量的比值）。

回风巷风流中瓦斯的最大浓度为0.48%，平均浓度为0.21%。

则丁-5-6-22061采面日最大绝对瓦斯涌出量为910×0.48%=4.36（m3/min）月平均日瓦斯绝对涌出量为830×0.21%=1.91（m3/min）则

KCH4=4.36/1.91=2.28

Q采=100×1.91×2.28

=435.48（m3/min）

按工作面温度选择适宜的风速进行计算

Q采=60×V采×S采（m3/min）

式中：

V采----采煤工作面风速，取1.8m/s；

S采----采煤工作面的平均断面积，8.4m2。

则Q采=60×1.8×8.4

=910（m3/min）

按回采工作面同时作业人数计算需要风量

每人供风不小于4m3/min

Q采>4N（m3/min）

式中：

N-----工作面最多人数，丁5-6-22061采面取100人

则Q采>4×100

=400（m3/min）

根据以上计算丁5-6-22061采面实际需要风量910m3/min。

按风速进行验算：

15S

式中：

S----工作面平均断面积，8.4m2。

则126<910<2016（m3/min）说明符合要求。

=1020+1350+910=3280m3/min）

第二节掘进工作面的需要风量计算

1）、己16-17-22101风巷（掘进机施工）

按照瓦斯涌出量计算

Q掘=100×q掘×K掘通

式中：

Q掘----单个掘进工作面实际需要风量，m3/min；

q掘----掘进工作面回风巷风流中瓦斯（或二氧化碳）的绝对涌出量，m3/min；己16-17-22101风巷实际配风量为270m3/min，回风巷风流中瓦斯的平均浓度为0.1%。

则

q掘=270×0.1%=0.27（m3/min）

K掘通----瓦斯涌出不均衡通风系数。

（正常生产条件下，连续观测1个月，日最大绝对瓦斯涌出量与月平均日瓦斯绝对涌出量的比值）。

回风流中瓦斯的最大浓度为0.15%，平均浓度为0.1%。

则己16-17-22101风巷日最大绝对瓦斯涌出量为270×0.15%=0.4m3/min

月平均日瓦斯绝对涌出量为270×0.1%=0.27m3/min则

K掘通=0.4/0.27=1.48

Q掘=100×0.27×1.48=39.96m3/min；

按局部通风机实际吸风量计算需要风量：

煤巷掘进：

Q掘=Q扇×Ii+15S

式中：

Q扇-----局部通风机实际吸风量，270m3/min；

Ii----掘进工作面同时通风的局部通风机台数。

1台