矿井通风设计说明书参考.docx
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矿井通风设计说明书参考
矿井通风设计说明书
1、设计依据概述
1.1、矿段地质、开拓生产情况
矿区本次深部开采设计对象主要为-530m标高以下的Ⅰ号矿体和V号矿体群。
本次深部开拓设计开采的-530m标高以下的矿体赋存地质条件与上部矿体单一、品位高、厚度大、且相对稳定、完整的赋存条件，有明显的差异。
这将会增加深部开采的难度，需要采取必要的应对措施。
1.11、-530m以下深部开采范围内的地质储量及岩石性质：
①Ⅰ号矿体，表内矿体重2.85t/m3,表外矿体重2.79t/m³。
矿石量12万吨，平均品位4.13g/t，金金属量495.53Kg。
矿体硬度系数f=7～8，顶底板f=11～12.；
②V号矿体群体重2.74t/m³，矿石量261万吨，平均品位6.38g/t,金金属量16708.82Kg。
V号矿体及顶底板硬度系数与Ⅰ号矿体大体相似。
顶板平均抗压强度110.99Mpa，矿体107.42Mpa，底板101.05Mpa。
-530m标高以下至-730m深部开采范围内全部设计地质储量，矿石量273万吨，平均品位6.29g/t,金金属量17204.35Kg。
③围岩体重：
2.70t/m3。
④矿岩松散系数：
1.6。
⑤自燃性：
无
本次设计生产规模为80万t/a。
根据计算并结合矿山实际情况，确定Ⅴ号矿体开采范围内的服务年限为6年。
1.12、矿区地形及矿区气候概况
矿区地处望儿山北麓，西临莱州湾，处于低山丘陵向海湾平原过度地带，地势平坦开阔。
地面标高23.42-26.65m。
地表水体主要为万深河，其发源于金华山-望儿山之间，流经矿区东侧，向北注入渤海，全长8km。
该河上游汇水面积3.90km2，源近流短，属季节性河流。
矿区属北温带东亚季风区大陆性气候，四季分明，光照充足，依山傍海，气候宜人，冬无严寒，夏无酷暑，属于暖温带季风气候，全年平均气温12摄氏度左右，是我国北方著名的旅游避暑和休闲度假胜地。
年降水量约610mm，属于半湿润地区。
年平均降水量为651.9毫米，年平均气温11.8℃，年平均相对湿度68%，年平均日照时数2698.4小时，太阳辐射总量年平均值5224.4兆焦耳/平方米，年平均风速内陆地区3-4米/秒，沿海地区4-6米/秒，全市平均无霜期210天。
1.13、现在的开拓方式
自建矿以来，为适应生产发展的需要，新城金矿进行了三次开拓工程建设，形成主斜井、主竖井—辅助斜坡道、主斜坡道等多种开拓方式共存的局面。
①开拓系统
结合各方案技术经济的比较及深部通风的要求，采用深部盲竖井＋辅助斜坡道开拓。
该方案是在-380m中段169勘探线附近，Ⅰ号与Ⅴ号矿体之间，井筒中心坐标X=4144888.000，Y=512638.000，开凿一条净直径为5.0m的盲竖井，下掘至-928m水平，服务到-830m中段，井筒深606m（包括58m井塔），盲竖井在-320m、-350m、-380m与主竖井联接。
深部开采基建期的辅助斜坡道从-550m水平延深至-630m水平，其主干线坡度为14%，弯道段、缓坡段及分段平巷联接处的坡度为5%，斜坡道平均坡度约为9%。
②开拓巷道的位置、断面形状和规格
1.盲竖井
盲竖井布置在-380m中段（-380m中段上部有58m高的井塔）169勘探线附近，Ⅰ号与Ⅴ号矿体之间，井筒中心坐标X=4144888.000，Y=512638.000，井筒净直径φ5.0m，断面规格为φ5.0m，如图4-1。
由于本次设计开采范围内的矿体在深部仍然没有封闭，故设计暂时考虑将盲竖井一次下掘至-928m水平，服务到-830m中段，井筒深606m（包括58m井塔）。
如图4-4：
图4-4新城金矿盲竖井断面图
2.斜坡道
深部开采过程中，斜坡道担负着运输矿石、废石、人员和材料的任务，并是新鲜风流进入井下的通道。
深部开采基建期的斜坡道从-550m延深至-630m中段，全长约889m，斜坡道断面按通过的铲运机考虑，净断面尺寸为：
直线段4.8m×3.5m（宽×高），50mm砼支护；弯道段5.8m×3.75m（宽×高），100mm砼支护；掘进断面尺寸为：
如图4-5。
根据铲运机的性能和运输矿石的特点，斜坡道主干线坡度为17%，弯道段、缓坡段及分段平巷联结处的坡度为5%，斜坡道平均坡度约为9%。
斜坡道转弯半径为20m。
斜坡道直线段路面用厚度为100mm的碎石铺设，其弯道段路面弯道外侧的碎石高出70mm。
在与每分段平巷联结的入口处作为错车的地方，其他车辆等待让电动卡车先行。
图4-5斜坡道直线段断面图
3.中段运输平巷
布置在矿块下盘脉外，距矿体下盘边界30m，三心拱，根据其通过的铲运机计算得断面规格为4.8m×3.5m（宽×高），50mm砼支护。
断面形状如图4-7：
图4-7中段运输平巷断面图
4.分段平巷
布置在矿块下盘脉外，距矿体下盘边界18m，断面规格和形状与中段运输平巷相同。
5.采场联络道
联接分段平巷和采场，断面规格和形状与中段运输平巷相同。
6.回风平巷
布置在矿块上盘脉外，距矿体上盘边界15m，矩形断面，断面规格为3m×3m（宽×高），50mm砼支护。
7.回风充填天井
布置在两个采场的边界，靠近矿体上盘边界，与矿体倾向平行，矩形断面，断面规格为2m×2m（宽×高），无支护。
8.溜井
布置在矿体下盘脉外，每个盘区布置一条溜井，倾角60度，圆形断面，断面规格为φ3m，无支护。
1.2、采矿方法及采场通风要求
1.21、采矿方法
结合现在矿山的开采技术条件、上部开拓情况、开采装备及目前采用机械化盘区上向充填法的二步采场情况不好的状况，Ⅴ号矿体采用盘区下向分段充填法。
该法沿矿体走向布置盘区，盘区长为80m，宽为矿体水平厚度50m，高为中段高50m。
盘区内划分8个采场，采场规格为50m×10m×50m（长×宽×高），分为一步采场和二步采场，一步、二步采场间隔布置。
采场内划分顶柱和4个分段，顶柱高4m，分段高11.5m。
分段矿块中央垂直矿体走向布置凿岩出矿巷道，在其中打上向扇形炮孔，自矿体上盘向下盘爆破，并出矿。
先采一步采场顶部的分段矿块，采完后，做好金属网砼假底，再充填接顶，接着回采下一分段矿块。
一步采场回采时，二步采场作为矿柱，对一步采场起保护作用。
待二步采场两边的一步采场回采完毕并充填接顶，再下向分段回采二步采场。
二步采场回采时，一步采场的充填体作为人工柱，对一步采场起保护作用。
采场上盘边界布置通风回风井，分段平巷作为进风平巷布置在矿体下盘脉外，回风平巷布置在矿体上盘脉外，采场风流为：
分段平巷→进路→凿岩出矿巷道→充填回风井→回风联络道→回风平巷，如下图。
3.采切工程量
表5-3单个采场采切工程量表
工作项目
断面规格
（m×m）
断面面积
mm2
数量
m
m3
1、中段运输平巷
4.8×3.5
16.8
10
168
2、分段巷道
4.8×3.5
16.8
40
672
3、溜井
ф3
7.1
7.2
51.1
4、回风平巷
3×3
9
10
90
5、回风联络巷
2×2
4
15
60
6、充填回风天井
2×2
4
70
280
7、进路
4.8×3.5
16.8
72
1209.6
8、分段凿岩平巷
4.8×3.5
16.8
200
3360
合计
5890.7
矿块矿量（kt）
50×10×50×2.74/1000=68.5
千吨采切比：
m3/kt
m/kt
91.2
91.2/4＝22.8
回采工艺包括凿岩爆破、采场通风、回采出矿、顶板管理等。
本采矿方法是中段内自下而上分段开采，沿矿房长度从矿房顶端向外端退采。
利用YGZ-90型凿岩机配圆盘支架在分段凿岩巷道中钻上向扇形中深孔，孔径为65mm，最小抵抗线为1.2m，孔底距为1.8m，孔深小于15m。
以切割天井为自由面向天井一侧分次爆破，一次爆破4排炮孔，用微差爆破方式。
根据各分段的岩石破碎情况，每采完一分段，做好砼假底，保证下一分段顶板的安全，再充填接顶。
崩落的矿石落在分段的底板上，由铲运机从凿岩巷道铲装矿石，经分段联络巷道运到分段的放矿溜井。
主要使用无轨采矿设备。
凿岩用气腿子凿岩机或国产YGZ-90钻机进行打眼；出矿设备为芬兰TamRock公司的Toro-250BD柴油铲运机或新引进的电动铲运机；凿岩巷道支护用Pluton-17液压锚杆台车锚杆和金属网联合护顶；盘区内作业人员和材料由Multimoven-600型多用途服务车运送至采场。
铲运机、坑内卡车和凿岩台车等大型无轨设备由斜坡道和分段巷道进入采场和无轨掘进工作面。
充填料经南风井和新南风井下放到各中段，经上盘回风充填巷道、采场回风充填井进入采场。
1.21采场通风要求
新城金矿现有通风系统为两翼对角抽出式多级机站通风系统，新鲜风由主竖井、副斜井、旧南风井、斜坡道、北风井进入，通过斜坡道到达各作业中段，通过采场联络巷到达采场，清洗作业面后，污风经采场充填回风井进入上中段回风巷，最后汇集至北风井（北风井在-205m设永久密闭墙将其分为上下两部分，上部分在-175m转-175m中段联络巷用于进风，下部分在-205m转-205m中段联络巷至主斜井排至地表）、南风井，排至地表。
该通风系统为满足1500吨/天的生产能力而建立，目前矿山生产规模已达2700吨/天，未来生产能力将达3000吨/天以上，现有通风系统风量远低于生产需求，迫切需要采取相应技术和工程措施，以满足生产能力大幅增加带来的通风量需求。
此外，深部中段主要从斜坡道进风，上部中段作业产生的部分污风沿斜坡道下行，加之在斜坡道运行的大量无轨设备产生的废气污染，造成深部各中段进风风流质量较差，从而严重影响深部通风。
现矿山生产集中在深部中段，大量无轨设备运行产生的废气和热量造成深部中段温度增高，有毒有害气体不能及时排除，使深部中段作业条件恶化，严重影响作业人员身体健康。
因此矿山亟需进行深部通风系统研究，加大深部供、排风量，优化深部通风网络，增加作业中段机站设置，建立适应当前生产状况的深部通风系统。
2、矿井通风方案拟定
2.1通风方案选择
结合矿山开拓系统、采矿方法、提升运输系统、现有通风系统及其存在的问题，设计了三个技术上可行的通风方案：
方案一：
北风井进风、新南风井回风的对角单翼式多级机站通风方案。
深部开拓设计的盲竖井布置于Ⅴ号矿床中央下盘，与主竖井相连，连接各中段运输平巷，用于提升人员和矿石，不用于进风或回风。
斜坡道也布置于Ⅴ号矿床中央下盘，柴油铲运机等大型机械设备从斜坡道进入各中段运输平巷，风质不好，也不用于进风或回风。
北风井位于矿床北翼，用于进风；新南风井位于矿床南翼，用于回风。
方案二：
中央风井用于进风、新南风井和北风井回风的对角双翼式多级机站通风方案。
深部开拓设计的盲竖井布置于Ⅴ号矿体矿床中央下盘，与主竖井相连，连接各中段运输平巷，用于提升人员和矿石，不用于进风或回风。
斜坡道也布置于Ⅴ号矿床中央下盘，柴油铲运机等大型机械设备从斜坡道进入各中段运输平巷，风质不好，也不用于进风或回风。
在盲竖井位置附近自地表往-830m中段打一条中央风井，用于进风；北风井位于矿床北翼，用于回风；新南风井位于矿床南翼，用于回风；南风井自-280m中段向矿床中央下盘延深，用于进风。
方案三：
盲竖井（采取净化措施）进风、新南风井和北风井回风的对角双翼式多级机站通风方案。
深部开拓设计的盲竖井布置于Ⅴ号矿床中央下盘，与主竖井相连，连接各中段运输平巷，用于提升人员和矿石，采取净化措施，用于进风。
斜坡道也布置于Ⅴ号矿床中央下盘，柴油铲运机等大型机械设备从斜坡道进入各中段运输平巷，风质不好，不用于进风或回风。
北风井位于矿床北翼用于回风；新南风井位于矿床南翼，也用于回风。
各方案优缺点及适用条件见下表：
三种通风方案优缺点及适用条件比较
项
目
通风方案
方案一：
北风井进风、新南风井回风
方案二：
中央风井进风、北风井和新南风井回风
方案三：
盲竖井进风、北风井和新南风井回风
优
点
1.有专门的进风井，风质好漏风少；
2.通风网络简单，便于管理及分配风量分配；
3.不易形成污风串联；
4.不需另打风井，通风改造成本低。
1.有专门的进风井，风质好，漏风少；
2.风井多，通风阻力小，扇风机效率高；
3.有两条回风井，回风井风速不高，易于维护；
4.回风井风压梯度小，漏风少；
5.通风费用低。
1.风井多，通风阻力小，扇风机效率高；
2.有两条回风井，回风井风速不高，易于维护；
3．不需另打风井，通风改造成本低。
缺
点
1.风井少，通风阻力大，扇风机效率不高；
2.只有一条回风井，回风井风速高，不易维护；
3.不利于多中段同时开采时。
4.通风费用高。
1.需打专门的风井，通风改造成本高。
1.无专门的进风井，盲竖井作为提升井，用于进风，会生产矛盾；
2.盲竖井联络巷多，风流不易控制，易形成漏风和污风串联；
3．盲竖井作为提升进风井，网络复杂，不利用风量分配。
结合以上比较表，方案二虽然通风井巷工程费用高，但风压小、风质好、通风成本低，抗灾能力强，且通风系统较稳定。
故选择方案二为本次新城金矿通风改造的通风方案。
以下是
2.2、矿井需风量计算
2.21、回采工作面需风量计算
回采工作面采用贯穿式通风，其量计算如下：
①.按出矿时排尘要求计算
（式6-1）
式中S—凿岩出矿巷道过风断面积，m2；S=4.8
3.5＝16.8m2
V—过风断面排尘速度，m/s，取V＝0.25m/s。
代入数据计算得：
②.按爆破后排烟要求计算
本设计的采场进风巷道横断面与回采工作面横断面相差较大，即采场宽度等于或大于8m，采场长度（64m）大于宽度（20m）的两倍，并利用贯穿风流通风，又采场采用的是中深孔爆破,故属于硐室型回采工作面的大爆破采场，风量计算公式为
m3/s（式6-2）
式中：
t—通风时间，取t=60min=3600s；
A—大爆破炸药量，A=0.6×10×11.5×4.8＝331.2kg；
i—炮烟涌出系数，取i=0.25；
V—充满炮烟的巷道容积，V=50×10×11.5=5750m3
将数据代入得：
Qs=7.72m3/s
③.按柴油机设备需风量计算风量
按单位功率计算风量：
（式6-3）
式中
—单位功率的风量指标，m3/minkw；
m3/minkw
N—所用设备柴油机功率，Kw；
井下主要采掘设备是柴油铲运机，设备最大功率为102kw，考虑到柴油设备是间歇式出入工作面，取时间利用系数为0.6，故柴油设备所需风量为：
综合上面三个结果取最大值，故每个采场所需风量为Qs=7.72m3/s，一个盘区内同时有四个采场回采，故回采盘区需风量为Qs=30.9m3/s，备采盘区取回采盘区需风量的一半，即15.4m3/s。
2.22、巷道工作面需风量计算
对于开拓、采准、切割所需的风量，均按巷道型独头工作面作业时计算风量。
1.按排尘要求计算风量
（式6-4）
式中S—采场作业过风断面积，m2；S=4
3.5＝14m2
V—采场作业面排尘速度，m/s，取V＝0.25m/s。
代入数据计算得：
2.按爆破后排烟要求计算风量
中南大学公式：
（式6-5）
式中L—爆破后爆烟充满巷道长度，m；L＝50m；
S—巷道过风断面积，m2；S＝4
3.5＝14m2；
t—通风时间，s；t=20min=1200s；
N—采场中炮烟达到允许浓度时，风流交换倍数，试验得N＝10～12，建议取大值；取N＝12；
代入数据计算得：
Qx=7m3/s
3.按柴油机设备需风量计算风量
按单位功率计算风量：
（式6-6）
式中
—单位功率的风量指标，m3/minkw；
m3/minkw
N—所用设备柴油机功率，Kw；
井下用于掘进的采掘设备的最大功率是铲运机，其输出功率为102kw，考虑到柴油设备是间歇式出入工作面，取时间利用系数为0.5，故柴油设备所需风量为：
综合上面三个结果取最大值，故巷道掘进时工作面所需风量为Qx=7m3/s。
2.23、硐室需风量计算
井下炸药库、变电硐室、破碎硐室和主溜井卸矿硐室需单独给风，计入矿井总风量。
其他硐室虽分风，但回风可重新使用不计入矿井总风量中。
新城金矿在深部开拓工程完成后，需要独立通风的井下硐室需风量如下：
1.坑内炸药库，取q=2m3/s；
2.变电硐室，取q=2m3/s；
3.破碎硐室，取q=2m3/s；
4.主溜井卸矿硐室，取q=2m3/s；
5.维修硐室，取q=2m3/s。
2.24、其他设备与用风点风量计算
新城金矿使用TORO301D柴油铲运机，其单台额定输出功率为102kW，同时工作的铲运机最多台数为5台，其需风量为：
（式6-7）
式中
—设备运输所需的风量，m3/s
—坑内铲运机运输时间利用系数，
=0.8；
—坑内汽车功率，KW；
102kW；
—同时作业的铲运机台数，取
=5；
—单位功率风量指标,m3/min.kW；
=3.6m3/min.kW。
代入数据计算得：
=24.4m3/s，每台铲运机工作需风量为：
4.88m3/s。
2.25、矿井总需风量计算
新城金矿设计的井下生产能力为80万t/a，矿山工作制度为年工作330天，故天生产矿石量2424t/d，附产矿石量占总矿量的15%，则盘区出矿量为2060t/d，依据设计的采矿方法盘区生产能力800t/d进行计算，则新城金矿需要同时开采的盘区数为3个，设计备采盘区数为2个。
另外，依据矿新城金矿开拓方法与采矿方法设计，其开拓设计工程量约为5.3m/kt，年开拓工程量约为1040m，矿山开拓台效为40m/月台，则新城金矿共需3个开拓机台，备用1个，共计开拓机台4个。
采场千吨采切比约为22.8m/kt，年采切工程量约4556m，矿山采切台效为50m/月台，则新城金矿共需8个采切机台，备用2个机台，共计10个采切机台。
本通风设计针对新城金矿-580以下、-830m以上矿体，当开采-580m、-630m、-680m中段时，属于本次设计通风容易时期，当开采-730m、-780m、-830m中段时，通风路线延长,通风阻力也变大，地温升高，为本次设计通风困难时期。
表6-11通风容易时期矿井总需风量计算表
序号
需风工作面名称
需风量（m3/s）
需风点个数
风量小计（m3/s）
1
开拓
7
4
28
2
采准、切割
7
8
56
3
盘区采矿
30.9
3
92.7
4
备采盘区
15.4
1
15.4
5
中段运输
4.88
5
24.4
6
服务性硐室
2
8
16
合计
232.5
计入漏风系数（K=1.2）
279
表6-12通风困难时期矿井总需风量计算表
序号
需风工作面名称
需风量（m3/s）
需风点个数
风量小计（m3/s）
1
开拓
7
6
42
2
采准、切割
7
10
70
3
盘区采矿
30.9
3
92.7
4
备采盘区
15.4
1
15.4
5
中段运输
4.88
5
24.4
6
服务性硐室
2
10
20
合计
264.5
计入漏风系数（K=1.2）
317.4
依据用风点数量及其所需风量，新城金矿全矿总需风量为：
（式6-8）
式中QT—矿井总需风量，m3/s；
K1—矿井漏风系数；
ns、nb—同时工作、备采的盘区数；
nk、nx—同时开拓、采准切割的工作面数；
根据相关资料，结合新城金矿的实际情况选取漏风系数K=1.2。
代入数据计算得到新城金矿全矿需风量为：
通风容易时期：
279.0m3/s；通风困难时期：
317.4m3/s。
6.3.6通风容易时期风量分配
1.风量按需分配
本通风设计针对新城金矿-580以下、-830m以上矿体，当开采-580m、-630m、-680m中段时，属于本次设计通风容易时期。
通风容易时期三个中段风量按需分配如表6-13。
表6-13通风容易时期风量分配表
名称
需风工作面名称
需风量（m3/s）
需风点个数
风量小计（m3/s）
中段需风量（m3/s）
-580中段
开拓
7
1
7
72.66
采准、切割
7
3
21
盘区采矿
30.9
1
30.9
备采盘区
15.4
0
0
中段运输
4.88
2
9.76
服务性硐室
2
2
4
-630中段
开拓
7
1
7
92.06
采准、切割
7
3
21
盘区采矿
30.9
1
30.9
备采盘区
15.4
1
15.4
中段运输
4.88
2
9.76
服务性硐室
2
4
8
-680中段
开拓
7
2
14
67.78
采准、切割
7
2
14
盘区采矿
30.9
1
30.9
备采盘区
15.4
0
0
中段运输
4.88
1
4.88
服务性硐室
2
2
4
合计
232.5
2.风量分配网络图
图6-6通风容易时期风量分配网络网
3.通风网络图说明
表6-14通风容易时期通风网络图说明表
巷道编号
巷道名称
结点号
风量（m3/s）
上结点号
下结点号
1
地表到-580m中央风井
1
2
232.5
2
-580m中央风井到-630m中央风井
2
3
159.84
3
-630m中央风井到-680m中央风井
3
4
67.78
4
-680m中央风井到-680m北风井
4
5
33.89
5
-680m中央风井到-680m新南风井
4
6
33.89
6
-680m北风井到-630m北风井
5
7
33.89
7
-680m新南风井到-630m新南风井
6
8
33.89
8
-630m中央风井到-630m北风井
3
7
36.03
9
-630m中央风井到-630m新南风井
3
8
36.03
10
-630m北风井到-580m北风井
7
9
82.36
11
-630m新南风井到-580m新南风井
8
10
82.36
12
-580m中央风井到-580m北风井
2
9
36.33
13
-580m中央风井到-580m新南风井
2
10
36.33
14
-580m北风井到地表
9
11
116.25
15
-580m新南风井到地表
10
12
116.25
4.通风容易时期各回风井风量
由表6-14可知，通风最容易时期的北回风和新南风井风量都为：
116.25m3/s，计入漏风系数K=1.2得：
139.5m3/s。
6.3.7通风困难时期风量分配
1.风量按需分配
本通风设计针对新城金矿-580以下、-830m以上矿体，当开采-730m、-780m、-860m中段
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