矿井通风设计.docx
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矿井通风设计
前言
一、设计目的
本案为教学课程设计，旨在提高作者的写作能力及知识运用能力，并不能用于具体的矿井生产。
二、矿井概述
1、井田境界井田位于**煤田德**向斜西南段，井田境界由16个拐点坐标构成。
井田范围设计第一水平深度240m，走向长度7200m，双翼开采，每翼长3600m。
2、可采储量井田为单一煤层，倾角25
，煤层厚4m，相对瓦斯涌出量为8.5m
/t,煤层有爆炸危险。
根据《贵州省威水煤田新开矿井煤田勘探地质报告》（送审稿），新开矿井资源总量为8722t万，其中：
探明的内蕴经济资源量（331）1226t万，控制的内蕴资源量（332）3312万t，推断的内蕴经济资源量（333）3030万t，预测的潜在资源量（334）1154万t。
矿井工业资源储量按“（331）＋（332）＋（333）并扣除次边际经济的资源量”计算，经计算为7487万t。
矿井开采损失按“煤炭工业设计规范”的要求，薄煤层按15％，厚煤层按20％，计算为843万t。
主要井巷设计留足安全煤柱，轨道大巷煤柱按100m留设，上下山煤柱两侧按50m留设，计算为431万t。
矿井设计可采储量有矿井设计资源储量减去开采损失和主要井巷煤柱损失，经计算为3583万t。
3、地形地貌地面起伏不大，回风水平可开掘总回风大巷。
三、设计依据
本案的设计依据为《煤矿安全规程》、《采矿设计手册》及有关规定、规范。
本方案设计采用立井开拓，用三个长壁工作面和一个备用工作面保证设计生产能力。
矿井工业广场地分别布置在主、副井口周围，使井上、井下生产系统布局更加合理，技术经济指标更好。
第一章概况矿井
一，交通位置及地形地貌
矿井工业场地距S413省道4—7km，有简易公路相通，交通条件较好。
井田位于威水煤田比德向斜翼北段。
矿井范围内的地面起伏不大，回风水平可开掘总回风大巷。
二，瓦斯、煤尘、煤的自燃及地温
该矿井相对瓦斯涌出量为12m3/t。
煤尘具有爆炸危险性。
根据煤科总院重庆分院煤尘煤样进行煤炭自燃倾向等级鉴定，该井田煤层为不易自燃到自燃煤层。
井田采区划分和工作面走向长度的确定可不受煤层自燃因素的限制。
三，井田开拓
1，井田境界由16个拐点坐标构成，井田范围设计第一水平深度为240m，走向长度7200m，双翼开采，每翼长3600m。
2，矿井生产能力及服务年限
矿井工作制度
矿井设计年工作日300天，井下采用“四·六”工作制，每天4班作业，其中：
三班生产，一班准备。
矿井每天净提升时间为14h。
矿井生产能力的确定
矿井生产能力的确定主要结合井田内资源条件、其他开采技术条件、市场及外部建设条件、目前国内煤矿机械化装备及管理水平、矿井规划能力等因素综合确定。
资源条件
资源量
根据《贵州省**煤田新开井田煤矿勘探地质报告》（送审稿），井田资源总量8722万t，村庄压煤2447万t，设计可采储量3583万t。
井田按60万t/a规模建设，从资源量的角度分析是合适的。
地质构造
井田范围内对煤层开采有影响的断层有f2断层，断层相对垂直断距10-20米。
井田次一级褶皱不发育，地质构造简单。
综上所述，井田资源量丰富，主采煤层赋存较稳定，井田次一级褶皱不发育，地质构造简单，具有建设60万t/a矿井的资源条件。
其他技术条件
矿井可以采用大采区方案和增大工作面长度来提高工作面的生产能力。
井田水文地质条件。
井田属于裂隙含水层为主的裂隙充水矿床，水文地质条件简单。
根据上述瓦斯限产分析结果、煤层自燃情况和井田水文地质条件，矿井建设规模可以达到60万t/a。
市场及外部条件
市场条件
新开矿井是“西电东送”项目纳雍电厂的配套工程，市场稳定、可靠。
外部建设条件
矿井工业场地距S413省道4—7km，且有简易公路想通，交通条件好；矿井生产、生活及消防用水可取自附近溪流，水源有保障；矿井西北约8km有阳长110kV变电所和纳雍电厂，电源可靠。
矿井建设所需要的钢材、水泥可由邻近生产厂家供给，其他建筑材料如砂、石材、砖瓦等均可就地取材。
矿井外部建设条件优越，可以满足建设60万t/a矿井的要求。
煤矿机械化装备及管理水平
井田主要可采煤层属薄及中厚近距离煤层，采用普通机械化采煤，三个工作面就可以达到60万t/a的产量。
顺槽运输设备装备水平，通过咨询煤科总院上海分院，顺槽运量550t/h，坡度3°时，选择1000mm宽带的ST1400带，配备3台200kW的电机（加中间驱动器），运输距离可达到2800m。
井田走向长5.2km，采区上（下）山布置在井田中央，顺槽运输设备的选择是可以特殊订货实现的。
综上所述，井田资源丰富、煤层赋存稳定、构造简单、市场落实、外部建设条件较好，由3个普采工作面就可以达到60万t/a的生产能力。
矿井服务年限
服务年限=可采储量/（井型×储量备用系数）
=3583/（60×1.4）
=42.6a
矿井第一水平服务年限为23a。
3，井田开拓
井田内地质构造、老窑范围、煤层及水文等对开采的影响
地质构造
井田位于向斜西南翼北段，为一单斜构造。
岩层主要走向近似南北，倾向近似正东，倾角12—23°，倾角由南至北逐渐变陡，有钱到深逐渐变缓，井田次一级褶皱不发育，地质构造简单。
井田断层共5条，其中F10断层位于井田南部边界，F12、F12-1断层位于井田北部边界，井田范围内有f2断层，对煤层开采有一定的影响。
小窑
煤层浅部小窑密布，各煤层均有不同程度的破坏，因此，井筒及工业场地位置的选择应首先考虑避开小窑的影响。
煤层
井田为单一煤层
水文
井田水文地质条件简单，煤系地层为直接充水地层，含水性弱，间接充水含水层为煤系地层上部的永宁镇组（T1yn）、关岭组（T2g）和煤系地层下部的茅口组。
煤系地层上部与间接充水含水层之间的相隔水层为夜郎组（T1y），厚566m，下部与间接充水含水层之间的相隔水层为峨眉山组，厚200m，井田开采间接充水含水层对矿井充水的可能性较小。
矿井开拓与开采
用竖井主要石门开拓，在底板开围岩平巷，其开拓系统如图1所示。
四，采区巷道布置及采煤方法，各巷道断面尺寸
1，巷道布置采用双轨道上山，一条运输上山，一条轨道上山。
如下图所示
，采煤方法
矿井采用普通机械化采煤法。
全矿井有两个采区同时生产，分上、下分层开采，共有4个采煤工作面，1个备用工作面。
为准备采煤有4条煤巷掘进，采用4台11KW局扇通风，不与采煤工作面串联。
井下同时工作的人数最多为380人。
采煤工作面最多人数为45人，掘进工作面最多人数20人，有1个大型火药库，独立回风。
4，巷道断面
巷道断面及支护情况如下表所示
区段
井巷名称
井巷特征及支护情况
长度L/m
断面积S/m2
1—2
副井
两个罐笼，有间梯子，风井直径D＝5m
240
19.6
2—3
主要运石门
三心拱，混凝土碹，壁面抹浆
120
9.5
3—4
主要运石门
三心拱，混凝土碹，壁面抹浆
80
9.5
4—5
主要运输巷
三心拱，混凝土碹，壁面抹浆
450
7.0
5—6
运输机上山
梯形水泥棚
135
7.0
6—7
运输机上山
梯形水泥棚
135
7.0
7—8
运输机顺槽
梯形木支架d=22cm,⊿=2
420
4.8
8—9
联络眼
梯形木支架d=18cm,⊿=4
30
4.0
9—10
上分层顺槽
梯形木支架d=22cm,⊿=2
80
4.8
10—11
采煤工作面
采高2m控顶距2—4m，金属支架，机组采煤
110
6.0
11—12
上分层顺槽
梯形木支架d=22cm,⊿=2
80
4.8
12—13
联络眼
梯形木支架d=18cm,⊿=4
30
4.0
13—14
回风顺槽
梯形木支架d=22cm,⊿=2
420
4.8
14—15
回风石门
梯形水泥棚
30
7.5
15—16
主要回风道
三心拱，混凝土碹，壁面抹浆
2700
7.5
16—17
回风井
混凝土碹，（不平滑），风井直径D＝4m
70
12.6
第二章矿井通风系统
一、确定矿井通风方式
1、中央并列式的适用条件：
煤层倾角大，埋藏深，但走向长度不大（井田走向长度小于4㎞），而且瓦斯、自燃发火都不严重。
2、中央分列式的适用条件：
煤层倾角较小，埋藏较浅，走向长度不大，而且瓦斯、自燃发火比较严重。
3、两翼对角式的适用条件：
煤层走向较大（超过4㎞）、井型较大、煤层上部距地表较浅、瓦斯、自燃发火严重。
4、分区对角式的适用条件：
煤层距地表较浅，或因地表高低起伏较大，无法开掘浅部的总回风巷（因会穿出地表），一般用于特大型矿井。
根据本矿相对瓦斯涌出量（m3/t），属高瓦斯矿井，走向长度为7200m，经过比较上述通风方式，两翼对角式最适合本矿。
二、确定通风方法
煤矿主扇的工作方法基本上分为压入式和抽出式。
比较他们的优缺点如下：
1、抽出式主扇使井下风流处于负压状态，当一旦主扇因故停运转时，井下风流的压力提高，有可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全。
压入式主扇使使井下风流处于正压状态，当主扇停止运转时，风流压力降低，有可能使瓦斯涌出量增加。
2、采用压入式通风时，需在矿井总进风路线上设置若干构筑，使通风管理工作比较困难，漏风较大。
而抽出式通风，没有此缺点。
3、在地面小窑塌陷区分布较广，并和采区相沟通的条件下，用抽出式通风，会把小窑积存的有害气体抽到井下，同时使通过主扇的一部分风流短路，用压入式则无此缺点。
4、在由压入式过度到深水平抽出式通风时，而用抽出式无此缺点。
所以本矿比较适合抽出式。
方案一
1，矿井通风方式
矿井采用中央边界式通风，进风井大致位于井田走向的中央，出风井大致位于井田浅部边界沿走向的中央；在沿倾斜方向上，出风井和进风井相隔一段距离（依图），出风井的井底高于进风井的井底；主扇设在出风井附近，主井提升，副井进风。
（图）
2，主要通风机的工作方法
全矿井采用抽出式通风，主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处于负压状态。
当主要通风机因故障停止运转时，井下的压力迅速升高，比较安全。
3，采区通风系统
轨道上山→采区车场→运输顺槽→上、下工作面→回风顺槽→回风石门→回风大巷→回风井→风机→地面。
工作面采用“U”形上行通风。
方案二
1，矿井通风方式
矿井采用两翼对角式通风，进风井筒大致位于井田走向的中央，两个出风井筒分别位于沿倾斜的浅部和沿井田走向的中央，主扇设在出风井的附近。
（图）
2，主要通风机的工作方法
全矿井采用抽出式通风，主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处于负压状态。
当主要通风机因故障停止运转时，井下的压力迅速升高，比较安全。
3，采区通风系统
采区风路线是：
副井→井底车场→运输石门→（火药库）运输大巷→轨道上山→运输顺槽（区段运输平巷）→上、下工作面→回风顺槽（区段回风平巷）→回风石门→回风大巷→回风井→风机→地面。
（图）
采煤工作面采用上行通风。
从运输石门单独引一股新鲜风流通过火药库。
在两采区之间的总回风大巷中设置两道风门，使两采区独立通风。
（附采面通风系统图）
运输顺槽设风桥跨过运输上山，新风从风桥进入运输顺槽，再到工作面。
方案三
1，矿井通风方式
矿井采用分区对角式通风，进风井大致位于井田走向的中央，在每个采区各掘一个小回风井。
回风井位于每个采区沿倾向的浅部边缘。
（图）
2，主要通风机的工作方法
采用抽出式通风，在每个采区的回风井分别安设抽出式分区风扇。
3，采区通风系统
轨道上山→采区车场→运输顺槽→联络眼→上、下工作面→回风顺槽→回风石门→回风井→风机→地面。
通过比较，矿井通风方式选方案二。
二、确定主要通风机的工作方法
通过比较，主要通风机的工作方式选择抽出式通风。
具体做法是：
将主要通风机安装在回风井口，在抽出式通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。
当作用通风机因故停止运转时，井下压力提高，比较安全。
第三章矿井风量计算
（一）、矿井风量计算原则
《煤矿安全规程》规定，矿井需风量按下列要求分别计算，并必须采取其中最大值。
（1）按井下同时工作最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4m3
Q=4NK
N一井下同时工作的最多人数，
K一风量备用系数，取K=1.20-1.25
4一按井下每人每分钟4m3的风量的矿井总风量。
按同时工作最多人数计算:
由题知N=380人，取K矿通=1.2，则：
Q=4NK矿通=4×380×1.2=1824m3/min=30.4m3/s
（2）按采煤、掘进、硐室及其他实际需要风量的总和进行计算。
Q=（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q其他）K矿通
1.采煤实际需要风量
按瓦斯涌出量计算
m3/min=30m3/s
矿井正常日产量为；
工作面日产量为；
T采=T÷3=2300÷3=766.7t/d
每个生产工作面所需的风量为；
K采通=
×1.5=958.4m3/min=15.97m3/s
（二）矿井需风量的计算
1、采煤工作面需风量的计算
采煤工作面的风量应该按下列因素分别计算，取其最大值。
按人数计算:
由题知N=45人，则：
Q采=4N=4×45=180m3/min=3m3/s
按风速进行验算
回采工作面的断面积S采=4.6m2,取最大风量Q采=958.4m3/min,则风速V采为
V采=
=
=2.66m/s
0.25＜V采＜4，符合《煤矿安全规程》规定，则回采工作面的风量确定为958.4m3/min。
备用工作面所需风量按生产工作面风量的一计算，故回采工作面实际需要风量∑Q采为：
∑Q采=3.5Q采=3.5×958.4=3354.4m3/min=55.91m3/s
2、掘进工作面需风量的计算
煤巷、半煤岩和岩巷掘进工作量的风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。
（1）按局部通风机吸风量计算
每个采区有两个平行掘进工作面，东西运输大巷各有两个平行掘进工作面。
每个平行掘进工作面用1台11KW局通供风，共有4台局通。
根据经验确定，每台局通的吸入风Q吸=200m3/min.为保证局通不产生循环风，局通吸入口至掘进巷道口之间的最低风速U小=0.15m/s,则每个采区内的两个平行顺槽掘进工作面的风量为；
Q掘顺=Q吸+U小S顺=200+60×0.15×4.8=243.2m3/min
每翼的两个平行运输大巷掘进工作面的风量为：
Q掘运=Q吸+u小S运=200+60×0.15×7.0=263m3/min=6.03m3/s
（2）按工作人员数量计算
Q掘=4N=4×20=80m3/min=1.33m3/s
（3）按风速进行验算
顺槽的断面积S顺=4.8m
风量Q运=243.2m3/min，则顺槽巷的风速为；
V顺=
=0.84m/s
运输大巷的断面积S运=7.0㎡,风量Q运=263m3/min，则运输掘进巷的风速为；
V运=
=
=0.63m/s
4＞V顺＞0.25m/s,符号《煤矿安全规程》规定，故掘进实际需要风量∑Q掘为；
∑Q倔=2Q掘顺+2Q掘运=2×243.2+2×263
=1012.4m3/min=16.87m3/s
3、硐室需风量计算
井下独立通风的硐室只有火药库，按经验确定供风量Q火=120m3/min
矿井风量为：
Q绞=70m3/min
∑Q硐=Q火+2Q绞
=120+140
=260m3/min
Q=（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐）K矿通
=（3354.4+1012.4+260）×1.2
=5552.2m3/min
=92.5m3/s
根据上述计算结果，按采煤、掘进、硐室等用风地点实际需要风量之总和计算的矿井总风量最大，故确定该矿井总风量为5552.2m3/min。
因为矿井总风景是按各风地点实际需要风量计算的，故风量分配只是将乘通风系数后增大的风量按有效风量一起分配到各用风地点。
（1）回采工作面分配的风量
Q采=958.4×1.2=1150.1m3/min=19.2m3/s
Q备=1150.1÷2=575.1m3/min=9.58m3/s
（2）掘进工作面分配的风量
采区内顺槽巷道的风量为；
Q掘顺=479.2×1.2=575.0m3/min=9.58m3/s
每翼的运输掘进巷的风量为；
Q掘运=263×1.2=315.6m3/min=5.26m3/s
（3）火药库分配的风量；
Q火=120×1.2=72m3/min=2.4m3/s
（4）绞车房分配的风量：
Q绞=70×1.2=84m3/min=1.4m3/s
根据各用风地点分配的风量推算各巷道的风量，如图9-1所示。
风速验算各巷道的风速见表3，从表中看出各巷道的风速均符合《煤矿安全规程》规定，风量分配合理。
第四章矿井通风总阻力计算
（一）矿井通风总阻力计算原则
1、为保证通风机的合理，计算矿井通风阻力时，应分别计算出通风机服务年限内通风最容易时期的通风阻力（称最小阻力）和通风最困难时期的通风阻力（称最大阻力）。
如果矿井的服务年限不长（10－20年），选择达到设计产量以后的通风最容易和最困难两个时期通风阻力最大的风流线路，分别计算出各段井巷的通风阻力，然后分别累加起来，使得出这两个时期的矿井通风最小总阻力h摩小和最大总阻力h摩大。
依此所选用的主通风机，既能满足通风困难时期的要求，又能在通风容易时期做到合理使用，如果矿井服务年限较长（30－50年），则只计算头15－20年左右的矿井通风最容易和最困难两个时期的h摩小和h摩大；对于小矿井可不必分两个时期，只计算出服务年限内的最大通风阻力h摩大即可。
在计算时，需绘制出各个时期的通风网络图。
2、各时期的矿井通风网络中有较多的并联系统，且难以确定那个并联系统的通风阻力的时，应选取几条较大的路线分别进行计算比较，以确定出通风阻力大的路线作为计算依据。
在计算时，要先区分各个计算系统中自然分配风量的区段，然后再分别按各自分配的风量计算各区段的通风阻力。
3、为了减少矿井的外部漏风和主通风机运转费用，防止因主通风机风压过大引起煤炭自燃发火，以及避免主通风机选型太大使通风费用，矿井通风最困难时期阻力不易过大（一般不超过3000Pa,特大型矿井除外），必要时须对某些局部巷道采取降阻措施。
4、计算矿井总阻力时，可不考虑风路沿途的漏风和局部阻力。
因不考虑漏风所计算出的矿井摩擦总阻力比考虑漏风时所计算的矿井摩擦总阻力约大20％-25％。
而矿井的局部阻力一般为矿井摩擦阻力的15％-25％，二者的数值相当。
如果矿井中局部阻力物较多，且位于大风速区域内，则应计算出的矿井摩擦总阻力加大10％-20％。
（二）矿井通风总阻力计算
矿井通风总阻力：
风流由进风井口起，到回风井口止，沿一条通路（风流路线）各个分支的摩擦阻力和局部阻力的总和，简称矿井总阻力。
对于矿井有两台或多台主要通风机工作，矿井通风阻力按每台主要通风机所服务的系统分别计算。
在主要通风机的服务年限内，随着采煤工作面及采区接替的变化，通风系统的总阻力也将因之变化。
当根据风量和巷道参数直接判断最大总阻力路线时，可按该路线的阻力计算矿井总阻力；当不能直接判断时，应选几条可能是最大的路线进行计算比较，然后定出该时大时亦称为通风困难时期。
对于通风困难和容易时期。
要分别画出通风系统图。
按照采掘工作面及硐室的需要分配风量，再由各段风路的阻力计算矿井总阻力。
1、计算矿井达到设计产量之后，通风最容易和最困难时期的摩擦阻力h摩小和h摩大
从附录一中查各类巷道的摩擦阻力系数a值，代入下式计算，其结果如表3所示。
h=
Q2,Pa
矿井通风容易时期的通风阻力
序号
井巷名称
支架总类
a×104
N.S2/M4
井巷长度L/m
断面积S/m2
周长U/m
断面积S3/m5
风阻R
N.s2/m8
风量
Q
最小阻力
Pa
最大阻力
Pa
风速V
m/s
风量
Q2
1-2
副井
480
240
19.6
15.7
7529.5
0.0240
92.5
205.53
205.53
3.7
8556.25
2-3
主运石门
混泥土
39.2
120
9.5
11.87
857.4
0.0065
92.5
55.72
55.72
7.7
8556.25
3-4
主运石门
混泥土
39.2
80
9.5
11.87
857.4
0.0043
90.1
35.24
35.24
7.5
8118.01
4-5
主运输巷
混泥土
39.2
450
7.0
10.19
343
0.0524
74.13
287.96
5.5
5494.84
5-6
运输上山
水泥棚
179.3
135
7.0
10.19
343
0.0719
5.26
1.99
1.99
0.76
27.66
6-7
运输上山
水泥棚
179.3
135
7.0
10.19
343
0.0719
18.37
24.27
24.27
1.5
337.46
7-8
运输顺槽
木支架
118.6
420
4.8
9.11
110.6
0.4103
19.2
151.25
151.25
2.8
368.64
8-9
联络眼
木支架
157.6
30
4.0
8.32
64
0.0615
19.2
22.66
22.66
3.4
368.64
9-10
上分层顺槽
木支架
118.6
80
4.8
9.11
110.6
0.0782
19.2
28.81
28.81
2.8
368.64
10-11
采煤工作面
金属支架
500
110
6.0
9.80
216
0.2495
19.2
91.99
91.99
2.3
368.64
11-12
上分层顺槽
木支架
118.6
80
4.8
9.11
110.6
0.0782
19.2
28.81
28.81
2.8
368.64
12-13
联络眼
木支架
157.6
30
4.0
8.32
64
0.0615
19.2
22.65
22.65
3.4
368.64
13-14
回风顺槽
木支架
118.6
420
4.8
9.11
110.6
0.4103
19.2
151.25
151.25
2.8
368.64
14-15
回风石门
水泥棚
168.1
30
7.5
11.39
421.9
0.0136
74.13
78.81
78.81
5.2
5494.84
15-16
主要回风道
混泥土
39.2
450
7.5
11.39
421.9
0.2857
74.13
261.68
5.2
5494.84
16-17
回风井
混泥土
39.2
70
12.6
12.6
2000.4
0.0212
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