刘梁窑矿通风系统及安全专项设计.docx

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刘梁窑矿通风系统及安全专项设计

摘要

近年来由于煤矿事故频繁的发生，煤矿的通风系统已经成为煤矿初步设计重要的内容。

本设计根据刘梁窑煤矿的实际情况，结合目前生产安全和通风安全技术，对刘梁窑煤矿的通风系统进行了初步设计。

并且设计针对煤矿安全问题-火灾，分析了灾害发生的原因，设计出了具体的灾害预防措施及安全保障措施，以此来确保煤矿的生产可以安全的进行，并降低事故发生的概率。

本设计根据井田的资源储量，采用了120万t/a的生产能力.并从刘梁窑煤矿开拓方式和地质构造的实际出发，本设计划分了采区，选择了合理的通风系统，对采掘工作面及硐室通风，井下通风设施和构筑物等进行了初步设计。

此外，还选择了安全逃生路线，分析了矿井通风系统的合理性和可靠性。

严格根据《煤矿安全规程》、《煤矿设计手册》等的要求和规范，本设计提出了适合刘梁窑煤矿实际条件的采煤工作面和掘进工作面的通风方式，并计算出了采煤工作面和掘进工作面的需风量，以及整个矿井的需风量。

设计对整个矿井的风量进行了合理的分配。

关键词：

通风系统；设计；风量分配；安全。

ABSTRACT

Inrecentyearsduetothecoalmineaccidentsoccursfrequently,theventilationsystemofcoalminehasbecomeanimportantcontentofthepreliminarydesignofcoalmine.Accordingtotheactualsituation,LiuLiangkilncoalmineisdesigned.CombiningtheproductionsafetyandventilationsafetytechnologyandtheLiuLiangkilnoftheventilationsystemofcoalminethepreliminarydesignhasbeencarriedon.Besidesthedesignforcoalminesafetyproblems-fire,analysesthecausesofthedisasters,designedthespecificmeasuresfordisasterpreventionandsecuritymeasures,inordertoensurethesafetyofcoalproductionandreducetheprobabilityofaccidents.

Accordingtomineresources,thedesignadoptetheproductioncapacityof1.2milliont/a.Inaddict,fromLiuLiangkilncoalmineexploitingwayandtherealityofgeologicalstructure,thedesigndividestheminingarea,choosethereasonableventilationsystem.theminingcoalfaceandheadingventilation,ventilationfacilitiesandundergroundstructureshavebeendesignedpreliminary.whatismore,itchoosethesafeescaperoutes,alsoanalyzestherationalityandreliabilityofmineventilationsystem.

Strictlyaccordingto"coalminesafetyregulations","coalminingdesignmanual"andotherrequirementsandspecifications,thedesignputsforwardtheadaptingtothepracticalconditionsofLiuLiangkilncoalminingfaceandtunnelingworkingfaceventilationway,andcalculatethecoalminingworkingfaceandtunnelingworkingfacetoairvolume,andthewholemineairflow.Onthewholemineairflowhasbeencarriedonthereasonableallocation.

Keywords:

Ventilationsystem；Design；Airdistribution；Security.

1井田概况

1.1矿区开发情况

刘梁窑煤矿位于大同市左云县，煤炭的储量非常之多，煤炭的质量也非常好，是我国重要的煤炭生产基地，有悠久的开采历史。

矿区内规模大的地方煤矿有很多个,小型煤窑更是非常之多，煤炭产业是大同市的重要工业产业。

左云县位于黄土高原的北边，地势很高，高低落差也非常之大，看起来非常空旷。

全左云县所有的土地加起来有2000000亩，每人平均14亩，这当中农村占的比重很大，比全国的平均水平都大。

左云县河流的平均年径流量为4900万立方米，地下水的储量是4300万立方米，人均为350万立方米，左云的野生植物以旱生草本植物作为主要，其中有很多都具有丰富的药用价值。

左云县煤炭资源很丰富，开采条件好，交通便利，是一个富饶的县，由于这样的自然成本优势，将它的资源优势转化为经济优势，有利于县域经济的发展，让人们的生活越来越好。

1.2项目设计依据

1.2003年版张立荣主编的《采矿工程设计手册》；

2.2009年版杜计平、孟立宪主编的《采矿学》；

3.2012年版王德明主编的《矿井通风与安全》；

4.我国建设工程强制性的文件和相关的安全规程、技术规范、技术规定。

1.3设计概况

1.3.1地理概况

井田北东距大同市约60km,西距左云县县城约15km,邻近西北边界有109国道通过；连接京包线、大秦线和北同蒲线；矿区里各村庄、各矿井之间有公路连接，直达全国各地，交通非常便利。

交通位置图详见图1-1。

图1-1交通位置图

刘梁窑煤矿位于山西黄土高原和内蒙古高原的过渡带，在山西的西北部丘陵地带，是黄土丘陵地貌，地形高低落差不大，沟谷发育。

地面在南面高在北面低，海拔的高度为1350～1500m，海拔最高为1607.9m，海拔最低为1219.2m，它们相对的高差为388.7m。

井田内让第四系黄土所遮盖，白垩系和侏罗系地层在沟谷中表现的非常明显。

井田内水流不发达，十里河上游段是大型的水流，在井田西北境外从西南到东北方向贯穿，仅一段穿过矿区的北部。

十里河常年流水，向东北进入护城河，然后是桑干河。

井田是半干旱的大陆性季风气候，冬天很冷、夏天很热，气候不好，风沙很大。

全年气温较低，全年气温平均是5.1℃，1月的平均气温为零下14℃，7月是17-25℃，极端高温度是39.9℃，极端低温是－35℃，普通日温差位于20℃上下。

全年降水量分布很不匀称，年降雨最多的时候是7、8、9这几个月，约占全年降水量的60～70％，年最大降水量为628.3mm，年最小降水量为259.3mm，年平均蒸发量为1847.8mm。

风沙天气占全年的30％左右，多集中在冬、春季。

历年冻土月份为11月至第二年4月份，最大冻土深度为1.61m。

区内地震基本烈度属Ⅶ度区，地震动峰值加速度为0.15g。

1.3.2主要自然灾害

井田内三条河流均远离本矿井井口，因此，均不会对矿井井口及构造物构成威胁，对矿井直接产生影响的只有井儿沟及其部分支沟。

井儿沟平时仅有溪水流淌，只有在雨季时才有洪水，位于东侧井儿沟的最高洪水位为1333.20m（洪水期），井田岩浆岩活动较弱，泥石流、滑坡、岩崩、灾害性天气等方面发生的概率都很低。

不良工程地质对矿井影响最大的区域分为占地区（包括永久和临时占地）和直接影响区，用地格局的变化影响了原有自然体系的功能。

1.3.3工程建设性质

本矿井属于新建矿井。

1.3.4井田开拓与开采

1.井田境界、储量、设计能力及服务年限

井田东起刘梁窑村、西至左云县城东、北起云西堡村、南至井儿沟村，东西长6.9173km，南北宽5.4505km，面积23.2558km2。

井田范围由6个拐点坐标圈定，

拐点坐标如下：

1）X＝4426804.27，Y＝19650032.32；

2）X＝4429544.19,Y＝19652628.6；

3）X＝4429353.9,Y＝19655745.82；

4）X＝4428206.21，Y＝19656978.76；

5）X＝4428345，Y＝19653240.83；

6）X＝4425084.91，Y＝19653240.83。

煤层视密度平均值为1.41t/m3，煤层厚度由0.3～6.07m，平均2.58m,开采深度由1544.9m～700m。

井田内各主要可采煤层层位稳定、厚度变化不大、煤层产状平缓（＜15°）且勘探工程分布比较均匀，资源储量估算方法采用地质块段法。

计算公式：

Q=S×H×D/10000

式中：

Q——块段资源储量（万t）

S——块段水平面积（m2）

H——块段平均厚度（m）

D——煤层平均视密度（t/m3）

Q=23.2558×2.58×1.41/10000≈8500

经计算结果得知：

刘梁窑井田储量大约为8500万t。

根据本井田煤层赋存条件、资源/储量、开采技术条件、装备水平、煤炭外运条件和市场前景等因素综合分析，矿井设计生产能力为120万吨/年。

矿井及水平服务年限均按下式计算：

T=Z/（A·K）

式中：

T——服务年限，年；

Z——设计可采资源/储量，万吨；

A——设计生产能力，万吨/年；

K——储量备用系数，取1.4。

则，矿井服务年限8500/（120×1.4）≈51年。

2.井田开拓方式

经现场踏勘，结合现有矿井的地面设施、地质构造、煤层赋存条件、水文地质条件等因素，设计选择了两个方案进行比较:

方案一：

在选定的矿井布置有三个井筒，即主斜井、副立井、中央回风立井，还有三条大巷即运输大巷、轨道大巷、回风大巷。

方案二：

在选定的矿井布置有三个井筒，即主立井、副立井、中央回风立井，

还有三条大巷即运输大巷、轨道大巷、回风大巷。

井田开拓方案比较方案一与方案二在矿井工业场地布置不具备可比性，本次设计着重就主井井筒的布置及地面建设、井下开拓、开采、运输等方面进行比较。

方案一（主斜井）主要优点：

1）主斜井施工在施工技术、地面设施、井筒装备等方面都比较简单。

2）主斜井装备大倾角强力带式输送机，实现煤炭从回采工作面到地面的“胶带一条龙”连续运输，效率高，提升能力大，故障率低，可靠程度高，便于实现集中控制和自动化，利于矿井稳产高产。

3）主斜井铺设台阶后作为安全出口，可靠性及安全程度高。

4）井下胶带可与主井胶带直接搭接，可取消井底煤仓，井上、下生产系统环节少、系统简单。

5）提升设备投资略低。

方案一（主斜井）主要缺点：

1）主斜井井筒工程量相对较大。

2）井筒施工工期相对较长。

方案二（主立井）主要优点：

1）井筒工程量相对较小。

2）立井施工适应性强，可适用于各种地质条件，同时在技术上也成熟可靠。

3）主立井井筒工程量相对较小，可较早落底，与其他井筒便于尽早在井底贯通。

方案二（主立井）主要缺点：

1）立井井筒施工工艺相对较复杂，施工准备工期较长。

2）井底需设大容量井底煤仓，井底装载及清理、井口卸载系统复杂。

3）主要提升设备需要进口，土建工程量大，总体投资比斜井要高。

经过上述技术经济分析，方案一较方案二优势明显且技术先进成熟。

因此设计推荐方案一。

3.采区布置

全井田按开采水平均划分了2个采区，采区开采顺序遵循由近至远原则，逐渐向井田边界推进首采区为一水平一采区，然后是二采区。

采区接替顺序总体为：

一采区→二采区。

4.采煤工艺及设备

当开采深度（H）＜100m时，顶煤冒放性差；当开采深度（H）＞400m时，开采深度对顶煤的冒放性影响程度减弱。

总的趋势是顶煤冒放性随开采深度的增加而加强，当开采深度（H）＞400m时，顶煤是易冒落的。

刘梁窑井田煤层埋藏深度大于400m，采用综合机械化放顶煤开采时，顶煤属易冒落。

所以采用综合机械化采煤工艺。

工作面采用MG300W1采煤机、SGD630/180刮板输送机、ZY3200/13/32液压支架。

具体工艺流程为：

割煤→移架→推移输送机。

5.建设工期

1）施工准备

（1）施工准备的内容

施工准备工作是保证矿井建设顺利进行的一个重要环节，直接影响矿井建设总工期。

只有充分作好施工准备，才能使矿井建设的各项工作有序进行，加快施工进度，早日实现建设目标。

因此，必须根据矿井特点，科学地组织矿井建设的实施前的准备工作，在施工中达到最快的施工速度、最佳的经济效益。

本矿井为新建矿井，根据其建设条件，并结合有关规定，确定矿井从办妥工业场地土地征购、施工人员进场等开始至井筒正式开工之日止为施工准备期。

在此期间内要完成如下内容：

1.完成交通、供电、通讯、供水和工业场地平整等“四通一平”工作,编制施工组织设计和施工预算，编制施工计划、劳动和器材供应计划；设置永久性的经纬坐标桩，水准基桩、标定井筒中心基桩及十字中心线基桩。

2.完成施工队伍、监理单位招标，施工材料的采购等准备工作。

3.完成部分施工所必需的行政、生活设施和库房等地面大临工程建筑和设施。

4.施工设备、机具及材料进场，并进行安装检验、试运转，半成品加工、成品订货及施工机具的检修；进行材料、构件的技术检验、试验和新产品的试制工作。

5.安装凿井井架及提升绞车设备、做好施工队伍培训工作，并完成井筒的开挖准备工作。

6.办理质量监督手续，并请煤炭工程造价管理站对项目工程合同进行开工前的复核；矿井开工前两个月，项目法人向基建管理部门报送开工申请报告，经批准后方可组织正式开工。

（2）施工准备期

设计对施工准备期内的全部内容进行了统筹安排，对各项工作先后顺序进行了优化，参考国内同类型矿井施工经验，确定矿井施工准备期为3个月。

1）矿井移交方式与移交标准

矿井移交生产和达到设计生产能力时，布置两个生产采区，每个采区布置一个综采工作面，三个掘进工作面。

采用一次建设，一次建成投产的移交方式。

矿井移交标准如下：

1.矿建、土建、设备安装等所有单位工程按设计标准全部建成；

2.经试运转和试生产，主要生产系统和设备性能良好，可以形成设计生产能力；

3.完成安全专篇、环保、职业安全卫生、消防等专篇审批及工程预验收，以及项目工程质量认证；

4.配套工程如场外公路、110KV输电线路等与矿井同步移交生产。

2）井巷平均成巷进度指标

井巷平均成巷进度指标是计算和确定矿井建设工期的依据和基础，其大小直接影响建设工期的长短。

设计在对全国专业施工队伍施工水平调研的基础上，综合分析本矿井井巷布置、断面大小、提升运输及施工安全等具体的施工条件和特点，对井巷平均成巷进度指标进行确定，力求正确反映建设工期。

井巷平均成巷进度指标如下：

斜井表土段：

60～70m/月

斜井基岩段：

120m/月

立井表土段：

50m/月

立井基岩段：

80m/月

岩巷：

150～200m/月

煤巷：

350～500m/月

硐室：

1000～1200m3/月

3）井巷主要连锁工程

根据施工场地状况和井巷工程量、施工进度指标，施工安排如下：

主斜井、副斜井、中央回风立井均位于矿井工业场地内，3个井筒同时开工。

由于主斜井较长，所以掘进速度要滞后于副立井及中央回风立井。

在副斜井及中央回风立井井筒落底后短路贯通，形成通风系统，此时可分别掘进副斜井井底车场巷道、回风石门。

届时主斜井、副斜井井底车场、回风石门已掘进完毕，则矿井运输排矸系统与各井筒间通风系统基本形成，则开始大规模的掘进工作，布置西、南大巷掘进工作面及井底硐室掘进工作面，随后布置一、二采区顺槽掘进工作面及采区硐室掘进工作面，直至工作面安装调试完毕。

依据上述安排，主要连锁工程为：

主斜井、副斜井、中央回风立井井筒施工→副斜井和回风立井贯通→井底车场、石门巷道施工→大巷施工→工作面顺槽→工作面安装、联合试运转。

4）三类工程的施工顺序

（1）以井巷工程为主（井巷工程最大，是矿井建设的主要影响因素），机电安装服从井巷工程的工期安排；井巷工程衔接为机电安装创造条件；

（2）土建工程除与井下工程有关的以外，均应服从于机电安装工程的工期；

（3）机电安装工程和土建工程除服从于井巷工程施工的工期外，还应尽量考虑到劳动力的均衡使用；

（4）尽早形成通风系统，尽早利用永久设施，尽早利用综掘设备。

5）建井工期预计

矿井建设的关键是井巷工程，当井下同时施工的队伍为9个时，井巷工程施工工期为22.4个月，井下设备安装9个月（其中有6个月与井巷施工平行作业）；土建工程4个月，地面设备安装3个月（均与井巷施工平行作业），联合试生产3.0个月，则矿井建井工期为34.4个月，加上施工准备期3个月，则矿井建设总工期为37.4个月。

表1-1矿井各井筒特征表

井筒名称

项目

主斜井

副立井

中央回风立井

井口独立坐标

（m）

纬距（X）

4427067.68

4426963.13

4427083.69

经距（Y）

196533839.88

19653522.17

19653411.85

井口标高（m）

+1132

+1063.18

+1251.7

井底标高（m）

+915

+909

+913

方位角（度）

65

90

90

倾角（度）

16

90

90

井筒

支护

支护

形式

表土

钢筋混凝土

钢筋混凝土

钢筋混凝土

基岩

锚网喷

混凝土砌碹

混凝土砌碹

支护

厚度

表土

300mm

300mm

300mm

基岩

500mm

500mm

800mm

断面积

（m2）

净

14.7

15.9

15.9

掘进

表土

17.9

16.2

20.4

基岩

20.1

18.4

29.2

断面形状

半圆拱形

半圆拱形

半圆拱形

断面尺寸（m）

净宽

4500

4200

4500

净高

3750

3600

1.3.5井上下主要运输设备

1.地面运输

矿区交通以公路为主，位于本矿区西北部有109国道由东向西通过；东侧约1.4km处有云西～店湾干线公路由北向南经过（往北与109国道相接），由此，可经过部分国道和省道及高速公路通往内蒙和北京及河北等各地。

在铁路方面，位于矿区北部和东部均有大同～高山、大同～黑流水运煤铁路支线和大同市万通煤炭集运站；东北侧约1.3km处设有刘梁窑煤炭集运站，正在运营的刘梁窑煤炭集运站铁路专用线由集运站起沿北方向跨井儿沟、隧道穿过玉奎堡山，并跨约109国道后向东在旧高山与旧高山煤炭集运站接轨，线路全长约14.60km。

刘梁窑煤炭集运站设有环线，筒仓定量装车，运输设计能力为6000kt/a。

目前，该矿区的煤炭外运主要是通过刘梁窑煤炭集运站及其铁路专用线，再经过旧高山铁路专用线、北同蒲线、大秦线等铁路运往太原、秦皇岛、北京、集宁、呼和浩特、东北等各地。

此外，除矿区内各乡、村和各煤矿之间均有公路（或简易公路）连接外，矿区和周边各县、乡村之间均有不同等级的公路相通。

总之，交通运输十分便利。

该矿井生产出的煤炭产品，先由皮带走廊运输到刘梁窑煤炭集运站，然后再装车由铁路进行外运。

运输方式的确定是以满足矿井设计能力，建、构筑物功能用途，消防通道之要求，以及井下辅助运输采用无轨胶轮车及矿车窄轨运输相混合方式之特点，矿区地面运输力求与井下一致，相应采用了窄轨铁路与道路相结合的运输方式，立足有利生产，方便管理之原则，力求简化窄轨运输线路，尽可能采用无轨胶轮车运输。

2.井下运输

本矿井只有一个主斜井和一个副立井，斜井运煤并铺设胶带输送机，煤炭由大巷带式输送机，经转载机转载至主斜井胶带输送机上，将原煤提升至地面。

副立井运输人员和设备，采用双罐提升，担负全矿矸石提升、人员升降、材料及小型设备运送等辅助提升任务。

提升容器采用一对特制多绳宽罐笼，无轨胶轮车可以直接进出罐笼，与井下辅助运输方式相适应。

1.3.6技术经济

该矿井设计生产能力为120万吨每年，年工作日330天，全员效率28t/工。

根据建设部颁发的《煤炭工业矿井设计规范》进行计算，该矿井在籍总人数为223人。

本项目建设总造价为1300万元，吨煤投资为320.84元。

项目建设总资金为1300万元。

矿井劳动定员配备汇总表详见表1-2,以及矿井设计主要技术经济指标详见表1-3。

表1-2矿井劳动定员配备汇总表

序号

工种

出勤人数

在籍人数

第一班

第二班

第三班

第四班

小计

一

生产工人

34

33

30

33

130

130

1

井下生产工人

28

27

26

17

98

98

2

地面生产工人

6

6

4

16

32

32

二

管理及技术人员

6

6

2

3

17

17

三

服务人员

7

7

7

21

21

四

其他人员

3

4

3

13

13

五

救护中队

9

9

9

27

31

六

消防站

5

5

5

15

15

总计

64

64

56

36

223

223

表1-3矿井设计主要经济技术指标表

序号

指标名称

单位

指标

1

井田范围

—

—

1.1

南北长度

km

5.4505

1.2

东西长度

km

6.9173

1.3

井田面积

km2

23.2558

2

煤层

—

—

2.1

煤层平均厚度

m

2.58

2.2

煤层倾角

（°）

1～5°

3

资源/储量

—

—

3.1

井田资源/储量

万t

8500

序号

指标名称

单位

指标

4

煤类

—

—

4.1

刘梁窑煤田

—

长焰煤为主

5

矿井设计生产能力

—

—

5.1

年生产能力

万t/a

120

5.2

日生产能力

t/d

3636

6

矿井服务年限

—

—

6.1

设计生产年限

a

51

7

矿井设计工作制度

—

—

7.1

年工作天数

a

330

7.2

日工作班数

班

4

8

井田开拓

—

—

8.1

开拓方式

—

斜立井混合开拓

8.2

大巷主运输方式

—

胶带输送机

8.3

大巷辅助运输方式

—

罐笼

9

采区

—

—

9.1

回采工作面个数

个

1个综采工作面

9.2

掘进工作面个数

个

2个综掘工作面

9.3

采煤方法

—

综合机械化采煤

9.4

主要采煤设备

—

—

9.4.1

采煤机

型号

MG300W1

9.4.2

液压