第五章通风安全.docx
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第五章通风安全
第五章通风与安全
第一节概况
一、瓦斯
边家壕井田地质勘探选择9个钻孔，共采取了25件煤层瓦斯样进行了测试，从其瓦斯测试成果可看出，矿区主要可采煤层可燃物中气体含量很低，为0.08—0.19ml/克·燃，瓦斯中可燃气体含量0.00—0.11%，CO2含量3.81—12.43%，N2含量87.57—96.19%，瓦斯分带均属氮气带。
因此本矿井属低沼气矿井。
二．煤尘
矿区煤层具有很高的挥发分，各煤层煤尘爆炸性指数在37—46之间，远大于10的界限指标，属于易爆炸煤层。
据详查时所采煤尘样及生产大样试验结果：
其火焰长度均大于400毫米，抑制爆炸的岩粉量65—73.33%。
表明各煤层均有爆炸性危险。
三、煤的自燃
据详查阶段煤层自燃发火趋势样的测试结果：
各煤层还原样与氧化样之差（△TO）一般在18—30℃，除Ⅴ—2煤层为较易自燃煤外，Ⅱ—3、Ⅲ—2、Ⅳ—2、Ⅴ—1煤层均为易自燃煤。
四、地温
对部分钻孔简易测温表明，地温梯度平均2.44℃/100m，恒温带一般为40—80m，因此，地温正常，无异常区。
第二节矿井通风
一、通风方式及通风系统
1.通风系统
大地精煤矿现有三条井筒，分别利用作为主斜井、行人斜井、一号回风斜井。
本次矿井初期新设计一条副斜井。
主斜井、副斜井、作为进风井，一号回风斜井作为回风井。
矿井通风系统为中央并列式，通风方式为抽出式。
矿井后期补充一条进风立井，并且作为矿井安全出口用。
2.掘进通风及硐室通风
矿井掘进工作面均采用独立通风，设计掘进工作面均采用局扇压入式通风。
井下硐室通风，中央变电所及水泵房风流混入进风风流中，个别硐室其长度小于6m时，可采用扩散通风。
二、矿井瓦斯涌出预测及矿井瓦斯等级确定
根据地质资料解析，区内各煤层瓦斯含量0.25～0.31（ml/g·可燃质），综合考虑本矿井各煤层的埋藏深度、赋存条件、开拓方式及开采工艺、生产规模及矿井通风方式等因素，为了保证矿安全生产，设计取各煤层瓦斯含量最大值0.19ml/g·可燃质来计算本矿井的最大瓦斯涌出量，并以此确定矿井瓦斯等级和进行通风系统设计。
1.用分源法预测矿井最大瓦斯涌出量
（1）回采工作面瓦斯涌出量预测
回采工作面瓦斯涌出量q采
q采=K1·K2·K3·
（X-Xc）
式中：
q采——回采工作面瓦斯涌出量，m3/t；
K1——围岩瓦斯涌出系数，取K1=1.2；
K2——工作面丢煤瓦斯涌出系数，K2=1/η，η=为工作面回采率；值为0.85；K2＝1.18
K3——准备巷道预排瓦斯影响系数，K3=
=0.74；
式中：
L——回采工作面长度，取L=150m；
h——巷道预排瓦斯带宽度，查《煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册》表1-6-2取h=19.7；
m——煤层厚度，m；
m0——煤层开采厚度，m；
X——煤层原始瓦斯含量，m3/t；X=
×0.19
=0.16m3/t；
XC——煤层残存瓦斯含量，m3/t，XC=
·XC′
式中XC′——纯煤残存瓦斯含量，查《煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册》表1-6-1计算得XC′=0.0248m3/t·燃
Aad——原煤中灰份含量，％；根据地质报告煤芯煤样化验资料取7.61%；
Wad——原煤中水分含量，％；根据地质报告煤芯煤样化验资料8.68%；
3号煤层XC=
×0.0248=0.020
则3号煤层q采=1.20×
×0.74×（0.26-0.02）=0.15m3/t；
因此，生产工作面开采煤层瓦斯相对涌出量为0.15m3/t。
（2）掘进工作面瓦斯涌出量预测q掘
本矿井共设一个综掘和一个炮掘工作面。
①综掘工作面瓦斯涌出量q综掘
q综掘＝q掘1＋q掘2
q掘1—掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min
q掘2—掘进巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min
q掘1=D·V·q0·（2√
-1）
式中：
D——巷道断面内暴露煤面的周边长度，m；
V——巷道平均掘进速度，0.019m/min；
L——掘进巷道长度，2000m；
q0——暴露煤壁初始瓦斯涌出强度，m3/m2·min；
q0＝aX[0.0004（Vdaf）2+0.16]
=0.026×0.26×[0.0004×36.342＋0.16]=0.005m3/m2·min
Vdaf——煤的挥发分，%；取36.34%；
X——煤层瓦斯含量，m3/t；取0.26m3/t；
a取值为0.026；
则q掘1＝（2×3.5＋5.0）×0.019×0.005×（2×
－1）
＝0.52m3／min；
q掘2＝S·V·ρ·（X-Xc）
式中：
S——掘进巷道断面积，m2；
V——巷道平均掘进速度，m/min；
ρ——煤的密度，t/m3；ρ=1.37
则：
q掘2＝17.5×0.019×1.32×（0.26－0.02）＝0.10m3/min；
所以：
q综掘＝q掘1＋q掘2=0.52+0.10=0.62m3/min。
②炮掘工作面瓦斯涌出量q炮掘
q炮掘＝q掘1＋q掘2
q掘1——掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3／min
q掘2——掘进巷道落煤瓦斯涌出量，m3／min
q掘1=D·V·q0·（2√
-1）
=（2×3.0＋5.0）×0.01×0.005×（2
－1）
=0.25m3/min；
q掘2＝S·V·ρ·（X-Xc）
=15.0×0.01×1.32×（0.26-0.02）=0.05m3/min
所以：
ｑ炮掘＝ｑ掘１＋ｑ掘２=0.25+0.05=0.30m3/min｡
因此，掘进巷道的瓦斯涌出总量为：
q掘=q综掘＋q炮掘=0.62＋0.30=0.92m3/min
（3）生产盘区瓦斯涌出量预测
nn
q盘＝K·（∑q采i·Ai+1440·∑q掘1）/A0
i=1i=1
式中：
q盘——采区相对瓦斯涌出量，m3/t；
K′——生产采区采空区瓦斯涌出系数，取1.35；
q采I——第i个回采工作面的相对瓦斯涌出量，m3/t；
Ai——第i个回采工作面的平均日产量，t/d；
q掘I——第i个掘进工作面的瓦斯涌出量，m3/min；
A0——生产盘区回采煤量和掘进煤量之和，t/d；
设计以一个生产盘区、一个综采工作面、一个综掘和一个炮掘面保证矿井120Mt/a时的设计生产能力和生产接替。
则q盘＝1.35×[0.15×3800+1440×（0.62+0.30）]/4000＝0.64m3/t。
（4）矿井瓦斯涌出量预测
nn
q矿＝K″·（∑q采i·A0i/·∑/A0i
i=1i=1
式中：
q矿——矿井相对瓦斯涌出量，m3/t·d；
K″——已采采空区瓦斯涌出系数，取1.35。
则q矿＝1.35×0.77×4000/4000=1.04m3/t·d。
2．矿井最大瓦斯涌出量预测
根据矿井瓦斯涌出量预测结果及矿井建设规模预测矿井开采上层煤时最大绝对瓦斯涌出量。
q矿max=1.04m3/t·d×4000÷（24×60）=2.89m3/min。
根据上述计算，本矿井相对瓦斯涌出量为1.04m3/t·d，绝对瓦斯涌出量为2.89m3/min。
随着矿井开采深度的延伸，瓦斯浓度有可能升高，生产过程中应边采边测，及时检测矿井瓦斯浓度，确保矿井风量满足安全生产需要。
三、矿井风量、负压及等积孔计算
1.矿井风量
本矿井为低瓦斯矿井，矿井需要的风量分别按井下同时工作的最多人数计算和按采煤、掘进、硐室及其他用风地点实际需要风量的总和计算，并取其中的最大值。
（1）按井下同时工作的最多人数计算
Q矿=4×N×K矿通/60
式中Q矿—矿井需要的风量，m3/s；
N—井下同时工作的最多人数，取90人；
K矿通—矿井通风系数，取1.25。
则Q矿=4×90×1.25/60=7.5（m3/s）
（2）按采煤、掘进、硐室及其它用风地点实际需要风量的总和计算
Q矿=（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q机车+∑Q其它）×K矿通
式中∑Q采—采煤工作面实际需要风量的总和，m3/s；
∑Q掘—掘进工作面实际需要风量的总和，m3/s；
∑Q硐—独立通风硐室实际需要风量的总和，m3/s；
∑Q机车—冲淡无轨胶轮车尾气实际需要风量的总和，m3/s；
∑Q其他—矿井除了采煤、掘进、硐室地点外的其它井巷需要进行通风的风量的总和，m3/s；
a．综采工作面实际需要风量计算
1.按采煤工作面有良好的气候条件计算：
Q综采=Vc×SC×KC
式中Q综采---综采工作面需要风量，m3/s；
Vc---回采工作面适宜风速，取2.0m3/s；
SC---回采工作面平均有效过风断面，8.0m2；
KC---漏风系数，取1.15；
则Q综采=2.0×8.0×1.15=18.4（m3/s）取20m3/s
∑Q综采=1×20.0=20.0（m3/s）
（3）.按综采工作面瓦斯涌出量计算风量
Q采＝100×q回×Kc/60
式中：
Q采——采煤工作面需要风量，m3/s；
Q回――回采工作面瓦斯绝对涌出量
＝0.66m3/s
T′——采煤工作面平均每分钟产量，T′＝4.95t/min。
Kc——工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，即该工作面瓦斯绝对涌出量的最大值与平均值之比。
取1.4
Q采＝100×0.66×1.4/60
＝1.54m3/s。
综上取最大值：
综采工作面风量取20.0m3/s。
b.备用工作面按生产工作面50％配风：
10.0m3/s．
c.掘进工作面实际需要风量计算
设计按1.2Mt/a时一个综掘进工作面，一个炮掘工作面，按瓦斯涌出量计算，掘进工作面配风为：
Q掘=100×q掘×Kd/60
式中：
Q掘—掘进工作面实际需风量，m3/s；
Q掘－掘进面绝对瓦斯涌出量；
kd—掘进工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数，取1.8。
Q综掘＝100×0.62×1.8/60=1.86m3/s；
Q炮掘＝100×0.30×1.8/60=0.90m3/s；
根据选用的局部通风机的额定风量，并考虑漏风系数，炮掘工作面实际需要风量Q炮掘=6m3/s；综掘工作面实际需要风量Q综掘=8m3/s。
则∑Q掘=6+8=14m3/s
d．独立通风硐室实际需要风量计算
初期井下独立通风硐室为：
井下爆破材料发放硐室,配风2.0m3/s。
e．考虑后期煤柱回收所需风量14.0m3/s；
f.冲淡无轨胶轮车尾气实际需要风量计算
依据《现代矿井辅助运输设备选型及计算》中的统计：
①美国、澳大利亚要求一般井下使用柴油机巷道风量不少于3m3／（kW·min）。
美国矿业安全局规定：
当多台柴油机车辆在同一巷道中运行时，第1台按上述规定值配风，第2台按75％，3台及更多时，按每台加50％配风。
②英国要求不少于5.44m3／（kW·min）。
③德国、日本要求使用柴油机的配风量不少于4~6m3／（kW·min）。
所以单位功率配风量标准为：
4m3/分/马力。
按照《采矿工程设计手册》计算方法，若采用柴油机设备作辅助运输时，应计算巷道配风量，即如果有多台设备运行时通风量为：
第一台柴油机设备风量按5.4m3／min·kW；第二台加单台的75％；第三台及以上各台分别按第一台柴油机设备所需风量的50％计算。
按井下3台74kW的无轨胶轮车同时工作。
∑Q柴=
·［74/0.735×（1+0.75+0.75）］=16.7m3/s，取17.0m3/s
g．其它巷道实际需要风量计算
其它巷道实际需要风量按最低风速要求考虑。
∑Q其他=（20+10+8+6+2+14+17）×5%=3.9m3/s取4.0m3/s
h．矿井风量
Q矿=（20+10+8+6+2+14+17+4）×1.25=101.3（m3/s）取102.0m3/s．
矿井总风量确定：
根据上面计算结果，取大者，确定矿井总风量为102.0m3/s。
2.矿井负压及等积孔
根据通风系统及矿井总风量，利用计算机程序解算通风网络，其计算原始数据及网络解算结果分别见表5-2-1、5-2-2、5-2-3、5-2-4。
经过计算，矿井容易时期通风负压为1354.2Pa，等积孔为3.3m2，矿井通风难易程度属容易；矿井困难时期通风负压为2231.5Pa，等积孔为2.6m2。
矿井通风难易程度属中等。
矿井通风各时期进风井、回风井的风量和负压、等积孔的计算结果见表5—2—5。
矿井通风难易程度均属容易。
四、安全措施、防止漏风及降低风阻措施
用于通风的安全设施主要有双向风门、调节风门、防火栅栏两用门、密闭门、防爆门、隔爆水棚等。
由于矿井以煤巷为主，各类巷道基本位于开采煤层中，实际生产中，应加强通风设施的管理，减少漏风。
已采工作面巷道在停采线外及时密闭，减少漏风。
在进回风巷之间设置双向风门，以减少漏风，防止风流短路。
表2-2-1网络原始数据
容易时期
风道
编号
巷道名称
支护
方式
节点
α值
Kgs2/m4
巷道周长
（m）
巷道长度
（m）
巷道断面
（m2）
有效断
面系数
巷道
类型
固定风量
（m3/s）
始
终
1
主斜井
锚喷
1
8
0.0012
13
262
11.5
0.85
固定风量巷
25.0
2
Ⅲ号煤带式输送机大巷
锚喷
8
9
0.0014
12.7
130
9.9
0.85
一般巷道
3
Ⅲ号煤带式输送机大巷
锚喷
9
10
0.0014
12.7
480
9.9
0.85
一般巷道
4
Ⅲ号煤带式输送机大巷
锚喷
10
11
0.0014
12.7
230
9.9
0.85
一般巷道
5
Ⅲ号煤带式输送机煤门
锚喷
11
7
0.0014
12.7
40
9.9
0.85
一般巷道
6
Ⅲ号煤带式输送机煤门
锚喷
7
13
0.0014
12.7
40
9.9
0.85
一般巷道
7
Ⅲ号煤带式输送机煤门
锚喷
13
14
0.0014
12.7
170
9.9
0.85
一般巷道
8
Ⅲ号煤带式输送机煤门
锚喷
14
15
0.0014
12.7
170
9.9
0.85
一般巷道
9
Ⅲ号煤带式输送机煤门
锚喷
15
16
0.0014
12.7
60
9.9
0.85
一般巷道
10
副斜井
锚喷
1
2
0.001
16
321
17.1
0.95
一般巷道
11
Ⅲ号煤辅助运输大巷
锚喷
2
3
0.0011
16.4
40
15.6
0.95
一般巷道
12
Ⅲ号煤辅助运输大巷
锚喷
3
4
0.0011
16.4
480
15.6
0.95
一般巷道
13
Ⅲ号煤辅助运输大巷
锚喷
4
5
0.0011
16.4
220
15.6
0.95
一般巷道
14
Ⅲ号煤辅助运输大巷
锚喷
5
6
0.0011
16.4
40
15.6
0.95
一般巷道
15
Ⅲ号煤辅助运输煤门
锚喷
6
17
0.0011
16.4
190
15.6
0.95
一般巷道
表2-2-1网络原始数据
容易时期
风道
编号
巷道名称
支护
方式
节点
α值
Kgs2/m4
巷道周长
（m）
巷道长度
（m）
巷道断面
（m2）
有效断
面系数
巷道
类型
固定风量
（m3/s）
始
终
16
Ⅲ号煤辅助运输煤门
锚喷
17
18
0.0011
16.4
170
15.6
0.95
一般巷道
17
Ⅲ号煤辅助运输煤门
锚喷
18
21
0.0011
16.4
120
15.6
0.95
一般巷道
18
Ⅲ号煤辅助运输煤门
锚喷
21
30
0.0011
16.4
110
15.6
0.95
固定风量巷
5.0
19
管子道
锚喷
3
8
0.001
14
200
12
1
一般巷道
20
联络巷
锚喷
2
27
0.001
14
120
12
1
一般巷道
21
联络巷
锚喷
27
9
0.001
14
30
12
1
固定风量巷
3.0
22
Ⅲ号煤井下爆破材料发放硐室
锚喷
27
26
0.0014
12.5
400
10
1
固定风量巷
2.0
23
联络巷
锚喷
4
10
0.001
12
40
9.5
1
一般巷道
24
3013工作面回风巷
锚喷
5
13
0.001
16.4
120
15.6
1
一般巷道
25
3012工作面回风巷
锚喷
17
23
0.001
16.4
60
15.6
1
一般巷道
26
3012工作面运输巷
锚喷
14
23
0.0012
15.4
100
13.9
0.85
一般巷道
27
3012工作面回风巷
锚喷
23
24
0.001
16.4
120
15.6
1
固定风量巷
15.0
28
3011工作面辅助运输巷
锚喷
18
19
0.001
16.4
1695
15.6
0.95
一般巷道
29
3011工作面带式输送机巷
锚喷
15
19
0.0012
15.4
1650
13.9
0.85
一般巷道
30
3011综采工作面
锚喷
19
20
0.004
16
150
12
0.8
一般巷道
表2-2-1网络原始数据
容易时期
风道
编号
巷道名称
支护
方式
节点
α值
Kgs2/m4
巷道周长
（m）
巷道长度
（m）
巷道断面
（m2）
有效断
面系数
巷道
类型
固定风量
（m3/s）
始
终
31
3011工作面回风巷
锚喷
20
30
0.0009
16.4
1620
15.6
1
一般巷道
32
Ⅲ号煤回风煤门
锚喷
30
22
0.0009
15.8
180
14.5
1
一般巷道
33
Ⅲ号煤回风煤门
锚喷
22
24
0.0009
15.8
250
14.5
1
一般巷道
34
Ⅲ号煤回风煤门
锚喷
24
12
0.0009
15.8
245
14.5
1
一般巷道
35
Ⅲ号煤回风煤门
锚喷
12
25
0.0009
15.8
40
14.5
1
一般巷道
36
联络巷
锚喷
11
12
0.0012
16.4
40
15.6
1
固定风量巷
20.0
37
Ⅲ号煤回风大巷
锚喷
25
26
0.0009
15.8
1038
14.5
1
一般巷道
38
回风斜井
锚喷
26
29
0.0009
13
349
11.2
1
一般巷道
39
横川
锚喷
21
16
0.001
14
40
12
1
一般巷道
40
横川
锚喷
16
22
0.001
14
40
12
1
固定风量巷
40.0
41
联络巷
锚喷
7
6
0.0009
16.4
40
15.6
1
一般巷道
42
风硐
锚喷
29
1
0.0009
14
30
12
1
固定风量巷
102.0
43
44
45
表2-2-2网络计算结果
容易时期
风道
编号
巷道名称
支护
方式
节点
巷道风阻
（Kμ）
巷道风量
（m3/s）
巷道负压
（mmh2o）
巷道风速
（m/s）
调整后风阻
值（Kμ）
备注
始
终
1
主斜井
锚喷
1
8
0.0027
25
7.1
2.6
0.0114
2
Ⅲ号煤带式输送机大巷
锚喷
8
9
0.0024
28.5
1.9
3.4
3
Ⅲ号煤带式输送机大巷
锚喷
9
10
0.0088
31.5
8.7
3.7
4
Ⅲ号煤带式输送机大巷
锚喷
10
11
0.0042
33.7
4.8
4
5
Ⅲ号煤带式输送机煤门
锚喷
11
7
0.0007
13.7
0.1
1.6
6
Ⅲ号煤带式输送机煤门
锚喷
7
13
0.0007
3.3
0
0.4
7
Ⅲ号煤带式输送机煤门
锚喷
13
14
0.0031
28.1
2.5
3.3
8
Ⅲ号煤带式输送机煤门
锚喷
14
15
0.0031
23.7
1.8
2.8
9
Ⅲ号煤带式输送机煤门
锚喷
15
16
0.0011
15.9
0.3
1.9
10
副斜井
锚喷
1
2
0.001
77
6.1
4.7
11
Ⅲ号煤辅助运输大巷
锚喷
2
3
0.0002
72
1
4.9
12
Ⅲ号煤辅助运输大巷
锚喷
3
4
0.0023
68.5
10.7
4.6
13
Ⅲ号煤辅助运输大巷
锚喷
4
5
0.001
66.3
4.6
4.5
14
Ⅲ号煤辅助运输大巷
锚喷
5
6
0.0002
41.5
0.3
2.8
15
Ⅲ号煤辅助运输煤门
锚喷
6
17
0.0009
51.9
2.4
3.5
表2-2-2网络计算结果
容易时期
风道
编号
巷道名称
支护
方式
节点
巷道风阻
（Kμ）
巷道风量
（m3/s）
巷道负压
（mmh2o）
巷道风速
（m/s）
调整后风阻
值（Kμ）
备注
始
终
16
Ⅲ号煤辅助运输煤门
锚喷
17
18
0.0008
41.3
1.4
2.8
17
Ⅲ号煤辅助运输煤门
锚喷
18
21
0.0006
29.1
0.5
2
18
Ⅲ号煤辅助运输煤门
锚喷
21
30
0.0005
5
5.3
0.3
0.2138
19
管子道
锚喷
3
8
0.0016
3.5
0
0.3
20
联络巷
锚喷
2
27
0.001
5
0
0.4
21
联络巷
锚喷
27
9
0.0002
3
2.9
0.3
0
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