矿井通风与安全课程设计.docx

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矿井通风与安全课程设计

矿井通风与安全课程设计

0．前言

采矿工业是我国的基础工业，它在整个国民经济中占有重要地位，煤炭是我国一次能源的主体。

我国煤炭生产以井下开采为主，其产量占煤炭总产量的95%。

而地下作业首先面临的是通风问题，在矿井生产过程中要有源源不断的新鲜空气送到井下各个作业地点，以供人员呼吸，以稀释和排除井下各种有毒有害气体和矿尘，创造良好的矿内环境，保障井下作业人员的身体健康和劳动安全。

向井下供应新鲜的空气和良好的供风系统是分不开的，所以在矿井建设的过程中一定要设计优良的通风系统，这样不仅可以满足井下供风的要求，还能很好的节约矿井通风的费用。

本文是针对矿井的建设，提出了行之有效的通风系统，采用两翼对角式的通风方式，在采区采用轨道上山进新风，运输上山回污风的通风方法，并起在工作面采用上行通风。

风别计算了通风容易时期和通风困难时期的风量和风压，并以此为基础选用了矿井主要通风机和电机，设计的通风系统满足了矿井通风的要求。

值得一提的是，这是作者初次设计矿井通风系统，全凭自己的知识总结利用设计，没有拷贝别人的既成成果，难免会有一些不太妥当之处，敬请指教。

一、矿井概况

1．地质概况

该矿井地处平原，地面标高+150m，井田走向长度5km，倾斜方向长度3.3km。

井田上界以标高-165m为界，下界以标高-1020m为界，两边以断层为界，井田内煤层赋存稳定，井田可采储量约1.08亿吨。

井田有两个开采煤层，为、，在井田范围内，煤层赋存稳定，煤层倾角，各煤层厚度、间距及顶地板岩性参见综合柱状图1-1：

图1-1综合柱状图

2．开拓方式及开采方法

矿井相对瓦斯涌出量为6.6，煤层有自然发火危险，发火期为16—18个月，煤尘有爆炸性，爆炸指数为36%。

根据开拓开采设计确定，采用立井多水平上下山开拓，第一水平标高-380m，倾斜长为825×2m，服务年限为27年，因为走向较短，两翼各布置一个采区。

每个采区上山和下山部分各分为五个区段回采。

每采区各布置一个综采工作面和一个高档普采工作面，工作面长度150m，区段平巷及区段煤柱15m，综采工作面产量在煤层时为1620t/d，在煤层时为1935t/d，日进6刀，截深0.6m，高档普采工作面产量在煤层时为1080t/d，在煤层时为1290t/d，日进4刀，截深0.6米，东翼还另布置一备用的高档普采工作面。

采区轨道上山均布置在k2煤层的底板稳定细砂石中，区段回风平巷与运输上山，区段运输平巷与轨道上山采用石门连接，为了保证生产正常接替，前期东西两翼各安排两个独立通风的煤层平巷掘进头，后期东西两翼各安排两个独立通风的煤层平巷掘进头和一个岩石下山掘进头。

东西两翼各有一个绞车房、变电所、火药库，亦需独立通风。

井为箕斗井提煤用，井为罐笼井升降人员、材料、矸石，也作为进风井用，并设有梯子间。

在开采的时候先开采煤层，之后开采煤层，并且按照先上山开采后下山开采的顺序。

并且另普采和综采面相互交替的顺序，保证同一采区能够同时向下推进。

部分巷道名称、长度、支护形式，断面几何特征参数列入表1。

井内的气象参数按表3所列的平均值选取，除综采工作面采用4－6工作制外，其它均采用三八工作制。

井下同时作业的最多人数为700人，综采工作面同时作业最多人数40人，高档普采工作面同时作业最多人数60人。

二、矿井通风系统设计

矿井通风系统是矿井生产系统的主要组成部风，它包含矿井通风方式、通风方法和通风网络。

1．通风方式

1）通风方式简介

矿井通风方式是指进风井和回风井的布置，按照进、回风井的相对位置可以分为中央并列式（包括中央并列式和中央分列式）、对角式、混合式，以及分区式。

各种通分系统的形式如图2-1，优缺点对比如表2-1：

表2-1矿井通风系统分类

分类

通分系统

适用条件及优缺点

中央式

中央并列式

进、回风井大致并列位于井田中央

适用于煤层倾角较大，走向不长（一般小于4km），投产初期暂未设置边界安全出口，且自然发火不严重的矿井：

1．初期投资少，采区生产集中，并便于管理；

2．节省风井工业场地，占地少，比在井田内打边界风井压煤少；

3．进、出风井之间的漏风较大，风路较长，阻力较大；

4．工业场地有噪音影响

中央分列式

进、回风井大致位于井田走向中央，沿倾向有一定的距离，回风井位于浅部煤层处

适用于煤层倾角小，走向长度不大的矿井

1．比中央并列式安全性好；

2．矿井通风阻力较小，内部漏风少，有利于对瓦斯、自然发火的管理；

3．工业场地没有噪音影响；

4．多一个风井场地，压煤较多

对角式

进风井大致位于井田走向中央，回风井位于浅部走向两翼

一般适用于煤层走向长度（超过4km），井田面积大，产量较大的矿井。

其优缺点与中央并列式相反，比中央分列式安全性要好，但初期投资大，建井期较长

对于有瓦斯突出或瓦斯喷出的矿井，应采用对角式的通风方式

混合式

进风井与出风井由三个以上井筒中央式与对角式混合组成。

其中有中央分列式与对角式混合，中央并列与对角混合，以及中央并列式与中央分列混合

混合式是前几种的发展，适用于：

1．矿井走向距离很长以及老矿井的扩建和深部开采；

2．多煤层多井筒的矿井。

有利于矿井分区分期投产；

3．大型矿井井田面积大，产量大或采用分区开拓的矿井

分区式

分区通风

各分区有独立的进风系统，但与中央进风系统大巷没有通风设施隔绝。

1．各分区有独立的通风路线，互不影响是此方式的主要优点，便于管理；

2．建井工期短；

3．安全生产好；

4．分区进风井多，需增加风井场地，通风机管理分散

分区回风

进风井大致位于井田走向中央，在采区开掘回风井，并分别按设通风机分区抽出

适用于每层距地表较浅，或因地表高低起伏较大，无法开凿浅部的总回风道。

在开采第一水平时，只能采用这种分区方式。

另外矿井走向长，多煤层开采，高温矿井，亦有采用此方式

对有瓦斯喷出或有煤与瓦斯突出的矿井应采用分区通风系统

除适用于上述条件外，还适用于高瓦斯矿井和具备一定条件的大型矿井

2）通风方式选择

在该矿中，由于井田长度为5km，明显超出了4km，所以如果使用中央式，就一定会造成回风巷道太长，阻力增大，掘进专用通风巷道长等缺点，和采用两翼对角式相比要多开掘2500m的阶段回风大巷，而如果采用两翼对角的方式，将回风井布置在两翼的运输上山的上边界处，并用回风石门连通运输上山和回风井。

综合考虑这些因素，提出了两套通风系统方式：

方案一、两翼对角式

方案二、在初期采用中央分列式，后期采用中央并列式和中央分列混合式

下面对这两种方式做技术和经济对比如下：

（1）安全因素比较：

该矿井为低瓦斯矿井，但是煤尘爆炸指数为36%，煤尘的爆炸强度和爆炸指数的关系如表2—2：

表2—2煤尘爆炸指数与爆炸性的关系

煤尘爆炸指数

<10

10~15

15~28

>28

爆炸性

除个别外，基

本无爆炸性

爆炸性弱

爆炸性较强

爆炸性很强

可见该煤尘具有很强的爆炸性。

在通风设计时必须要予以充分考虑。

如果采用方案二，则当发生煤尘爆炸是就可以危及整个矿井，但是如果采用方案一就可以很好的解决这一问题，将煤尘爆炸的危险限制在一翼。

从这方面考虑才用第二中通风方案会比第一种通风方案要好。

（2）通风难易程度：

采用方案二时，在通风容易时期风流最短路线近似3325m，通风困难时期风流经过的最长距离大概为7475m；在采用方案一时，在通风容易时期风流的路程为2075m通风困难时期风流的最长路线大概为6225m，可见采用第一种通风方案的时候矿井的风流的路程比第二中多了1250米，导致通风阻力增大，不利于通风，并且这样就在长久的同风过程中浪费电源。

从这方面考虑采用第二种通风方案会比第一种要好。

（3）井巷工程量：

在方案二中共需要掘进两条回风大巷，长度共5000m，需要掘进两条回风井，长度总共845m；而在方案一当中就没有必要掘进专门的回风大巷，需要掘进的两条回风井总长度为630m。

比较可见采用方案一可以减少井巷工程。

（4）初期投资：

在方案一中由于要先开采两条回风井，需要四个主要通风机（其中有两个是备用的），而在方案二当中只需要建设一条回风井，需要两个主要通风机，但是在方案一中需要开拓一条回风大行巷。

需要详细计算才能知道两种方案的初期投资情况，根据以往经验可以知道方案一可以节省初期投资，早产煤。

综合上面各方面因素的比较，可以很容易选定方案一要优于方案二，所以选用方案一。

2．矿井通风方法

通风方法一般根据煤层瓦斯含量高低，煤层埋藏深度和赋存状态，冲击层厚度，煤层自然发火性，小窑塌陷漏风情况、地形条件，以及开拓方式等综合考虑确定。

通风方式分为压入式、抽出式、抽压混合式3类，其使用条件和优缺点分析见表2—3。

表2—3通风方式分类

通风方式

适用条件及优缺点

抽出式

是当前通风方式的主要形式，适应性较广泛，尤其对高瓦斯矿井，更有利于对瓦斯的管理，也适用于矿井走向长，开采面积大的矿井

优点：

1．井下风流处于负压状态，当主要通风机因故障停止运转时，井下的风流压力提高可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全；

2．漏风量小，通风管理较简单；

3．与压入式比较，不存在过度到下水平时期通风系统和风量变化的困难；

缺点：

当地面有小窑塌陷区并和采空区沟通时，抽出式会把小窑积存的有害气体抽到井下使有效风量减少。

压入式

低瓦斯矿的第一水平，矿井地面比较复杂，高差起伏，无法在高山上设置通风机。

总回风巷无法连通或维护困难的条件下

优缺点：

1．压入式的优缺点与抽出式相反，能用一部分回风把小窑塌陷区的有害气体压到地面；

2．进风线路漏风大，管理困难；

3．风阻大、风量调节困难；

4．由第一水平的压入式过渡到深部水平的抽出式有一定困难；

5．通风机使井下风流处于正压状态，当通风机停止转动时，风流压力降低，又可能使采空区瓦斯涌出量增加。

抽压联合式

可产生较大的通风压力，能适应大阻力矿井需要，但通风管理困难，一般新建矿井和高瓦斯矿井不宜采用，只是个别用于老井延伸或改建的低瓦斯矿井。

由于该矿井地处平原，井田内煤层赋存稳定，不存在小窑漏风情况，走向长度5000米，又由于煤的瓦斯相对涌出量为6.6，为了便于管理，通风安全，减少漏风，所以选用抽出式矿井通风方法。

3．通风网络

一般把矿井或采区通风系统中风流分流、汇合的线路结构形式统称为通风网络。

由于矿井开采方式和采区巷道布置不同，通风网络连接方式也就不一样。

大致可风味串联、并联、角立案和复杂连接四纵类型。

通风网络图和立体图见附件1—4。

三、采区通风系统

1．采取进风上山与回风上山的选择

一般来说，采区上（下）山至少要有两条，即运输上山和轨道上山，对生产能力大的采区可有三条或四条上山。

只设两条上山时，一条进风，另一条回风。

新风流由大巷经进风上（下）山、进风平巷进入采煤工作面，回风经回风巷、回风上（下）山到采区回风石门。

当采区生产能力大、产量集中、瓦斯涌出量大，上下多区段同时生产或采区有煤与瓦斯突出危险时，可增设专用的通风上山。

1）轨道上山进风，运输机上山回风

如图3—1所示，新鲜风流由进风大巷→采区进风石门→下部车场→轨道上山……。

故下部车场绕道中不设风门。

轨道上山的上部及中部车场凡与回风巷连接处，均设置风门与回风隔离，为此车场航道要有一定的长度，以及决通风与运输的矛盾。

2）运输上山进风、轨道上山回风

如图3—2，运输上山进风时，风流与煤流方向相反。

运输机上山的下部与进风大巷间必须设联络巷入风，禁止从溜煤眼进风。

运输上山的中部、上部与回风巷或回风上山连接的巷道中均设置风门或风墙。

轨道上山回风，它与各区段回风巷与回风石门连通。

为了将轨道上山与采区进风巷隔离，其下部车场中应设两道风门，风门间隔不应小于一列车长度；否则运料与通风发生矛盾，风门