陈四楼矿240万吨新井设计、240万吨新井通风安全设计(含CAD源文件图纸和说明书)
XX 大学 20 届 毕 业 设 计 论 文 题目 陈四楼矿 240 万吨新井设计 班 级 学 号 姓 名 指导教师 陈四楼矿 240 万吨新井设计 摘 要 本设计分为一般部分和科技英语翻译部分 一般部分为永城矿区陈四楼煤矿 240 万吨 年新 井通风安全设计 科技英语翻译部分为计算机映射采矿中的断层 陈四楼煤矿设计生产能力为 240 万吨 年 矿井服务年限为 55 年 采用立井单水平 回风 大巷布置在岩层中作为本矿井的开拓方案 水平设在 520 米 带区布置采用带区单一煤层分带 巷道布置 初期在一带区布置一个综合机械化放顶煤工作面 采用倾斜长壁一次开采 矿井采 用抽出式通风方式 轨道斜巷进风 皮带斜巷回风 根据通风容易和困难时期的风量和通风阻 力计算选择主要通风机 并对通风系统进行了评价 设计对矿井的瓦斯 自然发火等自然灾害提出了有效的防治措施 特别对自然发火的防治 进行了详细的叙述和黄泥灌浆设计 可有效防治自然发火 科技英语翻译部分探讨了计算机映射采矿中的断层 并举例说明 关键词 立井 长壁 抽出 突水 断层 ABSTRACT This design is made up of the ordinary part and the scientific English translation part The ordinary part is the ventilation safety design of 2 4 Mt a The scientific English translate part is about the mining s chasm in the post of the computer Chensi colliery designing production capability is 2 4Mt a and the service time limit is 55 years Its mining method is of the vertical shaft with single levels up and down hill The level is on 520m The set up of the belt area applies single seam zone roadway layout In the early period we set up an integrated mechanized caving face with a tilt wall mining The mining applies Out of a ventilation shaft the track Inclined Drift into the wind Inclined Drift back to the wind belt The mine s ventilation machine is chosen according to the mine s air quantity in easy and difficulty ventilation periods and the calculation of the mine s ventilation resistance and the mine s ventilation system is evaluated We put forward some effective measures to prevent the disasters of methane natural fire and so on and we especially dwell on the prevention of natural fire and the design of yellow mud grouting and it has a good result The scientific English translate part proclaims that the mining s chasm in the post of the computer and gives some examples Key words vertical mining longwall draw out sudden inflow of water chasm 目 录 1 矿区概述及井田地质特征 1 1 矿区概述 1 2 井田地质特征 1 2 1 勘探程度 1 2 2 地层 1 2 3 地质构造 1 2 4 水文地质 1 3 煤层特征 1 3 1 煤层 1 3 2 煤的特征 1 3 3 开采技术条件 2 井田开拓 2 1 井田开拓的基本问题 2 2 井筒形式确定 2 3 工业广场及井筒位置 2 4 开采水平的确定 2 5 大巷和井底车场的布置 2 6 矿井开拓方案 2 7 矿井的基本巷道 3 采煤方法与采区巷道布置 3 1 带区巷道布置及生产系统 3 1 1 带区准备方式的确定 3 1 2 生产系统 3 1 3 带区内巷道掘进 3 2 带区主要硐室 3 3 采煤方法 3 1 采煤工艺方式 4 矿井通风 4 1 矿井通风系统选择 4 1 1 矿井地质概况 4 1 2 开拓方式 4 1 3 开采方法 4 1 4 变电所 充电硐室 火药库 4 1 5 工作制 人数 4 2 矿井通风系统的确定 4 2 1 矿井通风系统的基本要求 4 2 2 矿井通风方式的选择 4 2 3 确定矿井通风方法 4 2 4 带区通风系统的要求 4 2 5 工作面通风方式的选择 4 3 矿井风量计算 4 3 1 矿井风量的计算原则 4 3 2 总风量的计算 4 3 3 矿井风量分配 4 4 掘进通风 4 4 1 掘进通风方法的选择 4 4 2 掘进通风量 4 4 3 掘进工作面设备选择 4 5 全矿通风阻力的计算 4 5 1 矿井最大阻力路线 4 5 2 矿井通风阻力计算 4 5 3 矿井通风总风阻 4 5 4 矿井通风等积孔 4 5 5 矿井通风系统的分析与评价 4 6 矿井主要通风机选型 4 6 1 矿井自然风压的计算 4 6 2 通风机的选择 4 6 3 电动机的选择 4 6 4 对矿井主要通风设备的要求 4 6 5 对反风 风峒的要求 4 7 矿井反风措施及装置 4 7 1 矿井反风的目的和意义 4 7 2 矿井反风设施的布置 4 7 3 对矿井通风设备的要求 4 8 概算矿井通风费用 5 矿井安全技术措施 5 1 矿井火灾 5 1 1 矿井自然发火概况 5 1 2 矿井自然发火分析 5 1 3 防止煤层自燃发火的预报及监测措施 5 1 4 防灭火措施 5 2 矿井瓦斯 5 2 1 矿井瓦斯地质条件 5 2 2 矿井及采区瓦斯涌出概况 5 2 3 矿井瓦斯防治措施 5 3 井下防治水措施 5 4 避灾路线 参考文献 致 谢 陈四楼矿 240 万吨新井设计 1 矿区概述及井田地质特征 1 1 矿区概述 永城矿区陈四楼井田位于河南省永城市境内 行政区属于永城市城厢 陈集 顺和三个乡 井田中心南距永城市区 8km 地理坐标为东经 116 22 20 北纬 30 00 35 矿区北靠陇海铁路 东临京沪铁路 青 青龙山 阜 阜阳 铁路从矿区东南 约 20km 处穿过 西有京九铁路商阜段 永城县城距商丘车站 95km 距徐州车站 97km 距宿州车站 74km 其间均有柏油公路相连 区内主要村镇之间亦有简易公 路相通 交通运输十分便利 见图 1 1 山 东河 南 江 苏 黄 海商 丘 永 城 徐 州夹 河寨 连 云 港淮 安南 京 镇 江 常 州 无 锡 苏 州 上 海南 通宣 城铜 陵 芜 湖格 溪口合 肥水家湖 蚌 埠阜 阳 样 集夏 邑 青龙山 邳 县骆 马湖 宿 迁 清 江 市宝 应博 州安 徽陈 家 集芦 苓 海青 町唐州漯 阜 线 陇 线京 杭 运 河淮 北 矿务 局 淮 南矿 务局青阜线 宿 县 煤 田 津 线阜 淮 线 淮 南 线 长 江白 唐 淮北 京郑 州 永 城 矿 区 陈 四 楼 矿 图 1 1 永城矿区交通位置图 1 2 井田地质特征 1 2 1 勘探程度 本井田自 1957 年普查找煤开始 至 1986 年 4 月提交精查地质报告 历时 30 年 共施工钻孔 283 个 平均每平方公里近 3 9 个钻孔 钻探工程量 陈四楼矿 240 万吨新井设计 152372 67m 全国储委煤炭专业委员会于 1986 年 5 月 24 日至 2 7 日对该报告进行了审查 地质 11 队根据审查意见 对报告进行了修改补充 于 7 月 22 日送交煤委复查 1986 年 8 月 27 日获正式批准 该井田地质勘探工作基本符合 煤炭资源地质勘探规范 的规定 勘探手段的 确定基本合理 报告对井田地质构造 地层 煤层 煤质 水文地质及开采技术条 件等方面的研究 基本上达到了精查勘探的要求 正式批准后的 井田精查地质报告 可作为矿井设计和建设的依据 1 2 2 地层 永城煤田为华北型沉积 地层分区属华北区 鲁西分区 徐州小区的范畴 本 井田无基岩出露 全部被新生界冲积层所覆盖 缺失上奥陶统至下石炭统 三迭系 至第三系古新统两段 钻探揭露的基岩地层上至石千峰组 平顶山砂岩 下至中 奥阳统马家沟灰岩 厚度 1100m 自下而上叙述如下 1 中奥陶统马家沟组 O2m 由白云质灰岩 灰岩组成 井田内揭露厚度 30 40 20m 2 石炭系 C2 3 假整合于中奥陶统之上 中统本溪组 C 2b 由铝质泥岩及山西式铁矿组成 厚度 2 22m 平均 8 7 8 m 上统太原组 C 3t 由 9 11 层薄至中厚层状灰岩和泥岩 砂质泥岩及粉 细 砂岩组成 间夹不可采煤层 3 5 层 厚度 93 164m 平均 133 m 3 二迭系 P 揭露厚度 961 2m 下统齐全 上统 K6 标志层以上多被剥蚀 山西组 P1s 厚度 89 94 131 78 m 平均 106 43m 由泥岩 砂质泥岩 砂 岩及煤层组成 二 2 煤层斌存于中部 下以 K3 灰岩标志层顶界与石炭系分界 上 以 K4 鮞状铝质泥岩底界与下石盒子组分界 下石盒子组 P1x 厚度 48 63 112 27m 平均 74 92m 由泥岩 砂质泥岩 砂岩及三煤组组成 以 K5 砂岩标志层底界与上石盒子分界 上石盒子组 P2s 钻孔穿见厚度 728 98 m 共分四段 每段底部都以一层稳 定的砂岩标志层相分界 K5 K9 其岩性组成也是以泥岩 砂质泥岩 粉砂岩及 砂岩为主 不含具有工业价值的煤层 4 新生界 Rz 陈四楼矿 240 万吨新井设计 井田内覆盖层中 仅有上第三系和第四系 缺失下第三系 厚度 300 430m 平均 333 73 m 由粘土 亚枯上 亚砂土及中 细 粉砂交互成层 上第三系为 河湖相沉积 直接覆盖于古生界之上 1 2 3 地质构造 1 褶曲 井田内褶曲较少 2 断裂 井田内断裂构造较少 均为正断层 其中 F39 断层沿煤层倾向将井田一分为二 F39 断层落差在 0 40m 1 2 4 水文地质 1 含水层及隔水层特征 自上而下分为四个含水组 1 新生界孔隙含水组 区内松散地层沉积为冲积及湖积 其厚度受古地形 影响而东薄西厚 南薄北厚 含水砂层一般为 1 12 层 平均总厚 86 34m 浅部 以大气降水垂直渗入为主 中部及深部以水平侧向渗透为主 属孔隙承压水 q 0 004 7 0t s m K 0 6 23m d 含水砂层之间及其与基岩之间有厚度比较稳 定的枯土层 形成天然的隔水屏障 局部地段与基岩处有透镜状砂层 即所谓 天 窗 对浅部开采会具有一定影响 2 二迭系砂岩裂隙 孔隙含水组 主要由上 下石盒子组及山西组砂岩裂 隙孔隙承压水组成 其补给方式以水平侧向渗透补给为主 渗透能力差 富水性弱 迳流滞缓 以静储量为主 易于疏干 q 0 1213t s m K 0 568 3 91m d 水质 类型为 SO 4 N 型 3 石炭系灰岩岩溶裂隙含水组 主要含水岩层为石灰岩 11 层 次为砂岩 灰岩以 L2 L3 L4 L7 L8 L9 L10七层比较稳定 岩溶裂隙比较发育 但多被泥质或 钙质充填 4 奥陶系岩溶裂隙含水组 区域范围内 在安徽省闸河煤田东西两侧出露 本煤田仅在芒山有局部出露 岩溶发育 富水性强 2 井田水文地质条件 本井田水文地质类型为中等 简单 其主要依据是 1 直接充水含水层 三煤层和二煤层顶板砂岩含水性弱 单位涌水量一般 陈四楼矿 240 万吨新井设计 小于 0 01t s m 本应为简单类型 但 F18 以北存在太原组灰岩补给 2 上覆新生界含水层与基岩界面之间有厚度大于 30m 的粘土层阻隔 正常 地段对煤系地层无充水作用 3 下覆太原组灰岩含水层与二 2煤层之间有砂岩和泥岩组成的隔水层 厚 度在 50m 以上 正常地段二 2煤层的开采不存在底板突水的威胁 4 井田内断层富水性及导水性弱 q 0 001t s m 5 主采煤层顶底板岩层稳定 6 矿床远离地表水体 3 矿井预计涌水量 井田南部和西部均以断层构成阻水边界 东部煤层露头与粘土隔水层相接 只 有北界 F11 断层使二 2煤与对带太原组灰岩相接 可视大弱补给边界 采用 集水廊道 法计算 矿井预计正常涌水量 894 m3 h 其中 K 5砂岩 328 m3 h 三煤组 291 m3 h 二煤组 275m3 h 最大涌水带 1627m3 h 1 3 煤层特征 1 3 1 煤层 井田内含煤地层自下而上为石炭系上统太原组 二迭系下统山西组 下石盒子 组及二迭系上统上石盒子组 共含煤 17 20 层 煤层总厚 13 85m 其中有经济价 值的为下二迭统的山西组及下石盒子组 该两含煤地层总厚度平均 181m 煤层总 厚 10 42m 含煤系数 58 其中山西组的二 2煤层为主要可采煤层 下石盒子组中 可采和大部可采的煤层有三 1 三 22 三 4三层 见表 1 1 二 2煤层为一稳定 较稳定 结构简单 偶含泥岩夹歼一层 的厚煤层 全区稳 定可采 为本设计主要考虑可采煤层 三 1煤层 层位稳定 平均厚度卫 1 30m 其可采范围集中在 08 线以南 04 线以南以单层结构为主 以北渐变为双层结构 未受岩浆岩破坏 三 22煤层 较稳定 平均厚度 1 5m 受岩桨岩破坏范周约占十分之一 从南 向北由单层结构渐变为双层至三层结构 三 4煤层为一较稳定 不摇定煤层 在可采范围内平均厚度约为 1 6m 单层与 双层结构的穿见层次基本相等 受岩浆岩影响的范围约占三分之一 煤层变质为天 然焦 而且结构变得复杂 陈四楼矿 240 万吨新井设计 1 3 2 煤的特征 各煤层均为高变质阶段的年青无烟煤 二 2煤层低灰分 特低硫 磷 高发热 量 理论分选比重 1 7 时 可选性为易选至极易选 化学活性好 抗碎强度及热稳 定性中等 可作动力及民用煤 亦可用于气化 三煤组各煤层煤质的共同点是 中至富灰分 三 1煤为富灰 特低硫 磷 高熔点 中至高发热量 理论分选比重 1 7 时 可选性中等 化学活性一般不佳 热稳定性差 中等 强结渣 不易磨 可作动力 发电及民用煤 1 3 3 开采技术条件 1 煤层顶底板 二 2煤层顶板以砂岩为主 完整性和稳定性较好 顶板较易管理 底板一般不 会发生 底鼓 三煤组各可采煤层由于层间距小 砂岩厚度薄且稳定性较差 2 瓦斯 井田内瓦斯含量普遍较低 一般小于 1cm3 g 由于构造和岩桨岩的热力作用 仅个别点有富集现象 二 2煤层 6707 孔 6 56 cm3 g 6919 孔 3 49 cm3 g 瓦斯 风化带分布很广很深 除个别富集点之外 都属瓦斯风化带 直至 800m 以深 一 般认为 瓦斯风化带界面处的相对瓦斯涌出量为 2 m3 t d 左右 二 2煤层相对瓦 斯涌出量为 2 0 m3 t d 3 煤尘无爆炸性到具弱爆炸性 4 各煤层均无自然发火倾向 5 地温 二 2煤层在 650 m 以深 除 63 至 65 线范围地温低于 31 其余均高于 31 属一级热害区 三 2煤层仅在 0312 孔至 650m 以深出现小范围的一级热害区 井田 内其余地段地温均属正常 陈四楼矿 240 万吨新井设计 2 井田开拓 2 1 井田开拓的基本问题 井田开拓是指在井田范围内 为了采煤 从地面向地下开拓一系列巷道进入媒 体 建立矿井提升 运输 通风 排水和动力供应等生产系统 这些用于开拓的井 下巷道的形式 数量 位置及其相互联系和配合称为开拓方式 合理的开拓方式 需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较 才能确定 确定开拓问题 需根据国家政策 综合考虑地质 开采技术等诸多条件 经全 面比较后才能确定合理的方案 在解决开拓问题时 应遵循下列原则 1 贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策 为早出煤 出好煤高产高效创造条 件 在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量 尤其是初期建设工程量 节 约基建投资 加快矿井建设 2 合理集中开拓部署 简化生产系统 避免生产分散 做到合理集中生产 3 合理开发国家资源 减少煤炭损失 4 必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定 要建立完善的通风 运输 供电系 统 创造良好的生产条件 减少巷道维护量 使主要巷道经常保持良好状态 5 要适应当前国家的技术水平和设备供应情况 并为采用新技术 新工艺 发 展采煤机械化 综掘机械化 自动化创造条件 6 根据用户需要 应照顾到不同煤质 煤种的煤层分别开采 以及其它有益矿 物的综合开采 本井田开拓主要考虑以下几个因素 1 煤层赋存稳定 倾角为 5 到 17 平均为 9 新生界地层厚度为 300 430m 平均为 348 73m 煤层厚度平均为 6m 2 矿区地势平坦 地面标高变化于 32m 35m 之间 其多为农田 没有大 的地表水系和水体 2 2 井筒形式确定 井筒形式有三种 平硐 斜井 立井 一般情况下 平硐最简单 斜井次之 立井最复杂 陈四楼矿 240 万吨新井设计 由于本地区的地势条件所限制 故不能用平硐开拓 根据陈四楼矿井的自然地理条件 技术经济条件等因素 综合考虑其实际情况 地势低洼平坦 地面标高 32 35m 平均 33 73 m 煤层埋藏较稳定 距 地面垂深在 300 800m 之间 矿井年设计生产能力为 240 万 t a 为大型矿井 综上所述 本矿可以采用立井开拓 2 3 工业广场及井筒位置 1 工业广场及井筒位置确定的原则 工业广场应尽量位于井田中央或走向煤炭运量的中心 以形成双翼井田 降 低运输 通风 巷道维护费用 做到均衡生产 综合经济效益好 工业广场应不压煤或少压煤 工业广场有较好的地形和工程地质条件 井筒应有利于第一水平的开采 并兼顾其他水平 有利于井底车场和主要运 输大巷的布置 石门的工程量要尽量少 有利于首采区或带区布置在井筒附近的富煤地段 以保证有良好的前期效益 井筒不宜穿过厚表土层 厚含水 断层破坏带 煤与瓦斯突出煤层或软弱煤 层 离水源 电源较进 矿井专用铁路线短 道路布置合理 2 井筒数目和位置的确定 根据以上的一些基本原则 本矿井采用立井开拓在技术 经济 安全等方面综 合起来最合理 工业广场位于井田储量的中央 以形成两翼储量比较均匀的双翼井 田 可以使沿井田走向的井下运输工作量最小 通风网络最短 通风阻力最小 根 据情况在工业广场内布置一个主井 一个副井 两个风井形成两翼对角式通风 2 4 开采水平的确定 本矿井煤层倾角较小 可以考虑划分一个或两个水平 根据 煤炭工业设计规 范 规定 缓倾斜 倾斜煤层的阶段垂高为 200 350m 用两水平时 需考虑第一 水平的服务年限和第二水平的延伸 根据本矿的实际情况决定单水平开拓时 水平 布置在 520 两水平时一水平布置在 520 二水平布置在 720 二水平延深方法考 陈四楼矿 240 万吨新井设计 虑用立井延深或者暗斜井延深 2 5 大巷和井底车场的布置 考虑到系统的可靠性和生产的方便 单水平开拓时决定开拓一条运输大巷 一 条回风大巷 由于服务于整个井田 根据条件可以选择将大巷布置在底板岩层中或 者煤层中 两水平开拓时两个水平分别布置一条运输大巷 一条回风大巷 大巷均 布置在煤层底板岩层中 2 6 矿井开拓方案 综合经济 技术和安全三方面的考虑 选取最优方案为 立井单水平 回风大 巷布置在岩层中作为本矿井的开拓方案 如图 2 3 所示 304567 80 304567 80 方案 立井单水平开拓 回风大巷布置在岩层中 2 7 矿井的基本巷道 1 井筒 井筒的位置与井筒的形式 用途有密切的联系 合理确定井筒的位置和形式对 井下的开拓布置 地面设施布局 运输线路布置和方式有着决定性的作用 根据以 上所述的井筒位置选择的一些基本原则和矿井开拓方案 已经选定了井筒的位置 形式等 现分别对主井 副井 风井介绍如下 1 主井 主井井筒采用立井形式 圆形断面 净直径为 6 5m 净断面面积 33 18 井筒内装备两对 12 吨长形箕斗 井壁采用混凝土砌碹厚 450mm 充填2m 混凝土厚 50mm 此外 还布置有检修道 动力电缆 照明电缆 通讯信号电缆 人行台阶等设施 主井井筒断面和井筒特征表见附图 2 副井 副井井筒采用立井形式 圆形断面 净直径为 7 5m 净断面面积为 44 15 井筒内装备一对 1 5 吨矿车双层四车加宽罐笼一对 井壁采用混凝土砌2m 碹支护方式 井筒主要用于提料 运人 提升设备 矸石等 采用金属罐道梁 行 钢组合罐道 端面布置 罐道梁采用通梁式布置方式 副井内除装备罐笼外 还 陈四楼矿 240 万吨新井设计 设有梯子间作为安全出口 并设有管子道 电缆道 副井井筒断面和井筒特征表见 附图 3 风井 风井井筒采用立井形式 圆形断面 净直径为 5m 净断面面积为 19 63 采用混凝土支护方式 井壁厚度为 400mm 备有安全出口 风井井筒断2m 面和井筒特征表见附图 4 风速验算 所选定的副井作为进风井 风井作为回风井 其断面的大小必须 符合风速要求 由第九章 矿井通风与安全 的风速验算可知 所选择的井筒符合 风速要求 2 主要开拓巷道 运输大巷 回风大巷基本布置在煤层底板岩石中 巷道基本保持水平 坡度 1 3 为便于维护 并根据现场使用情况 决定其断面均采用半圆拱型 锚喷 支护 运输大巷断面特征见附图 回风大巷断面特征见附图 各主要开拓巷道的断面尺寸 均按运输设备的外形尺寸以及 规程 第 19 条 第 20 条有关安全间隙的要求而确定其断面尺寸 并按通风要求验算其风速 陈四楼矿 240 万吨新井设计 3 采煤方法与采区巷道布置 3 1 带区巷道布置及生产系统 首采带区为一带区 走向长度 1 8 km 倾向长度 800 1800m 区内没有较大 断层 3 1 1 带区准备方式的确定 倾斜长壁采煤法比走向长壁采煤法具有以下优点 1 巷道布置简单 巷道掘进和维护费用低 投产快 2 运输系统简单 占用设备少 运输费用低 3 由于倾斜长壁工作面的回采巷道既可以沿煤层掘进 有可以保持固定的 方向 故可以使采煤工作面保持等长 从而减少了因工作面长度的变化给生产带来 的不利影响 对综合机械化采煤非常有利 4 通风线路短 风流方向转折变化少 同时使巷道交叉点和风桥通风构筑 物也相应减少 5 对某些地质条件的适应性强 如倾斜和斜交断层比较发育时 布置倾斜 工作面可以减少断层对开采的影响 可保证工作面的有效推进长度 当煤层顶板淋 水较大或采空区采用注浆放火时 仰斜开采有利于疏干工作面 创造良好的工作环 境 当瓦斯涌出量大时 俯斜开采有利于减少工作面的瓦斯含量 6 技术经济效果比较显著 可以显著改善工作面单产 巷道掘进率 采出 率 劳动生产率和吨煤成本等几项指标 由于倾斜长壁采煤法比走向长壁采煤法具有很多的优点 同时二 2煤层的条件 又很好 所以采用倾斜长壁采煤法会取的更好的效果 带区内采用沿空掘进 跳采接替 所以分带之间不留煤柱 首采一带区共分为 10 个分带 推进长度基本为 1680 2070m 左右 本矿井设计为 240 万 t 的大型矿井 需要用一个工作面满足设计产量的要求 结合矿井设计的需要和工作面产量及设备 陈四楼矿 240 万吨新井设计 能力 工作面长度设为 200 m 左右 由影响工作面长度的因素得知 200 m 既能满足 设备的要求也适合本矿煤层的赋存条件 采空区上覆岩层尚未垮落稳定之前不能进行沿空掘进 因此工作面接替采用跳 采方式 在保证本带区一个工作面达产的同时 注意另一分带的掘进准备 以保证 工作面的正常接替 表 3 2 首带区工作面接替顺序 工 作 面 1101 1102 1103 1104 1105 1106 1107 1108 1109 1110 接 替 顺 序 1 5 2 7 9 10 8 6 4 3 3 1 2 生产系统 全矿井煤的大巷运输全部采用 3t 底卸式矿车 带区运输采用胶带运输机运输 采用大巷两侧直接布置工作面的开采方式 相邻的两个分带设立一个带区煤仓 大 巷两侧的带区也可以共用相近的煤仓 行人进风斜巷以及回风斜巷 带区内的开采采用后退式开采方式 通风系统简单 漏风小 1 通风系统 副井 井底车场 运输石门 运输大巷 进风行人斜巷 轨道斜巷 工作面 皮带斜巷 回风斜巷 回风大巷 回风井 2 运煤系统 工作面 运输斜巷 带区煤仓 运输大巷 运输石门 主井 3 运料系统 副井 井底车场 运输石门 运输大巷 进风行人斜巷 轨道斜巷 工作面 4 排矸系统 出矸地为大巷 上下山 斜巷的掘进头和煤仓施工地等处 出矸地 运输大巷 井底车场 副井 陈四楼矿 240 万吨新井设计 5 供电系统 地面变电站 副井 中央变电所 运输大巷 带区变电所 轨道斜 巷 工作面 6 排水系统 运输斜巷 运输大巷 井底车场 井底水仓 副井 地面 3 1 3 带区内巷道掘进 1 施工方法 a 岩石斜巷施工 钻爆法 b 煤仓施工 先自下向上掘凿小反井 而后再自上向下刷大成设计断面 在掘 凿小反井时采用深孔掏槽爆破法 c 带区巷道施工 采用 MRH S100 型综掘机割煤 用胶带输送机运输 迎头配 备锚杆钻机打孔和安装锚杆 用煤电钻打帮部锚杆 用煤电钻式风动扳手安装帮部 锚杆 锚索采用锚杆钻机打孔和安装 2 通风方法 掘进通风的基本要求 掘进巷道应采用矿井全压通风或局部通风机通风 不得 采用扩散通风 局部通风采用压入式 通风机和启动装置必须安装在进风巷中 距 离回风口不得小于 10 m 本矿工作面推进 1680 2070m 回采巷道采用单巷布置 独头通风超过 1000 m 会有困难 所以每隔 800 900m 开设一个中切眼 3 2 带区主要硐室 1 带区煤仓 带区运煤巷为胶带输送机运煤 带区运煤巷把煤直接运至带区煤仓 每个带区 均设带区煤仓 通过带区煤仓与运输大巷连接 垂直式煤仓受力性能好 较少发生堵塞现象 圆形断面受力性能好 断面利用 率高 施工方便 便于维护 不易堵仓 因此本矿带区煤仓采用垂直式煤仓 圆形 断面 直径 5 m 煤仓高度从 20 m 到 30 m 不等 2 带区变电所 井底中央变电所至带区的供电系统电路压降较大 为保证带区正常生产 需布 置带区变电所 带区变电所应设在通风良好 围岩稳定 地压小 易维护 无淋水 易于搬迁变压器等电器设备的地方 并使变电所位于带区用电负荷中心 根据本矿 陈四楼矿 240 万吨新井设计 情况 布置在两大巷之间 变电所采用锚喷带支护 底板用 100 号混凝土铺底并高 出邻近巷道底板 200 300mm 具有 0 3 的坡度 3 3 采煤方法 带区所采煤层为二 2煤层 平均厚度 6 0 米 煤层倾角 5 17 平均 9 为缓倾斜煤层 结构单一 赋存稳定 带区区内无大断层影响 二 2煤层顶板以砂岩为主 完整性和稳定性较好 顶板较易管理 底板一般不 会发生 底鼓 三煤组各可采煤层由于层间距小 砂岩厚度薄且稳定性较差 本矿井为低瓦斯矿井 煤无自燃倾向性 煤尘无爆炸性到具弱爆炸性 矿井正常用水量为 275m3 h 3 4 采煤工艺方式 根据可采煤层特征 可采煤层为缓倾斜或近水平厚煤层 结合矿井实际条件 煤质硬度较大 f 3 5 4 本煤层平均厚 6 0m 煤厚稳定 在采区范围内 煤层结 构单一 赋存稳定 综合考虑分层综采采煤法和综采放顶煤采煤法的优缺点 决定 选用走向长壁全部跨落一次采全高综采放顶煤采煤法 陈四楼矿 240 万吨新井设计 4 矿井通风 矿井通风是矿井生产环节的重要部分 矿井通风设计依据 1 矿井的天然安全条件 2 矿井的设计生产能力 3 矿井的开拓方式和采煤方法 4 采煤的年度计划及矿井各水平的服务年限 5 各种经济参数 性能及有关的法规 政策 4 1 矿井通风系统选择 矿井通风系统包括 1 通风方式 即为进 出风井的相对位置 中央式 对角式 混 合式 2 通风方法 即矿井主扇的工作方法 抽出式 压入式 抽压混合式 3 通 风网络 即井下进 回风巷道的联系方式 通风系统的选择要根据矿井的开拓开采 条件 4 1 1 矿井地质概况 陈四楼井田位于河南省永永城市境内 井田中心南距永城市区 8km 井田位于 黄淮冲积平原东部 地势低洼平坦 自西北向东南微微倾斜 地面标高 32 49 36 50m 一般为 32 35m 之间 相对高差 3m 左右 地表广为巨厚的新生界松 散冲积物所覆盖 井田走向长度 7 0km 倾斜方向长度 4 0km 水平面积 28km2 井 田内煤层赋存稳定 主要可采煤层为二 2煤层 井田可采储量约 17196 41 万 t 矿 年产 240 万 t 为大型矿井 服务年限为 55 年 在井田范围内 二 2煤层赋存稳定 平均倾角 9 矿井相对瓦斯涌出量较小 为低瓦斯矿井 煤层无自然发火危险 煤尘为无爆炸性到具弱爆炸性 4 1 2 开拓方式 井田开拓采用立井单水平带区式开拓 水平标高 520m 为进行高产高效矿井 陈四楼矿 240 万吨新井设计 设计开采并结合本矿井实际情况 在井田内划分八个带区 东区南翼为一带区 北 翼为三带区 中部为二带区 以及工业场地下的八带区 西区南翼为六带区 北翼 为四带区 中部为五带区以及工业场地下的七带区 东区服务年限为 31 5a 西采 区布置与东区基本相同 服务年限为 23 5a 4 1 3 开采方法 带区内布置一个综放 采 工作面保产 工作面长度 200m 同时布置一备用 面 根据通风需要 一个工作面布置两条回采巷道 一条进风 行人运料 另一条 回风 铺设胶带运煤 大采高工作面生产能力为 6612 3t d 每日推进度为 3 936m 采煤机选用 MXA 300 3 5D 采煤机 截深 0 8m 日进 6 刀 综放 采 工作面装备的部分机电设备见表 4 1 表 4 1 综放 采 工作面部分机电设备一览表 地点 机电设备名称 容量 1 工作面 MXA 300 3 5D 采煤机 300 2 kw 2 工作面 SGZ 764 500 刮板输送机 2 200 kw 3 运输斜巷 SZZ 764 132A 转载机 132kw 4 运输斜巷 SSJ1200 M A 胶带输送机 1200 mm 5 工作面 ZZPF4800 17 33 液压支架 6400 kN 4 1 4 变电所 充电硐室 火药库 井下大巷采用 3t 底卸式矿车运输 1 5t 矿车辅助运输 井底车场设变电所等 硐室 带区内设变电所 遇岩巷掘进所需火药由井底车场火药库提供 各硐室均需 独立通风 4 1 5 工作制 人数 各工作面均采用四六工作制 井下同时作业的最多人数为 400 人 综采面同时工作最多人数 50 人 4 2 矿井通风系统的确定 4 2 1 矿井通风系统的基本要求 选择任何通风系统 都要符合投产较快 出煤较多 安全可靠 技术经济指标 合理等总原则 具体地说 要适应以下基本要求 1 矿井至少要有两个通地面的安全出口 陈四楼矿 240 万吨新井设计 2 进风井口要有利于防洪 不受粉尘等有害气体污染 3 北方矿井 冬季井口需装供暖设备 4 总回风巷不得作为主要行人道 5 工业广场不得受扇风机的噪音干扰 6 装有皮带机的井筒不得兼作回风井 7 装有箕斗的井筒不得作为主要进风井 8 可以独立通风的矿井 采区尽可能独立通风 9 通风系统要为防瓦斯 火 尘 水及高温创造条件 10 通风系统要有利于深水平式或后期通风系统的发展变化 4 2 2 矿井通风方式的选择 矿井通风系统类型有中央并列式 中央分列式 对角式 混合式和分区式 根 据它们各自的优缺点结合本设计井田的具体情况 从技术上的可行性和经济上的合 理性来选择最适宜的通风方式 选择矿井通风方式时 应考虑以下两种因素 1 自然因素 煤层赋存条件 埋藏深度 冲击层深度 矿井沼气等级 2 经济因素 井巷工程量 通风运行费 设备装备费 一般说来 新建矿井多数是在中央并列式 中央分列式 两翼对角式和分区对 角式中选择 下面对这几种通风方式的特点及优缺点适用条件列表比较 见表 4 2 表 4 2 通风方式比较 通风 方式 中央并列式 中央分列式 两翼对角式 分区对角式 优点 初期投资较少 出煤较多 通风阻力较小 内部漏风 小 增加了一个安全出口 工业广场没有主扇的噪音 影响 从回风系统铺设防 尘洒水管路系统比较方便 风路较短 阻力 较小 采空区的 漏风较小 比中 央并列式安全性 更好 通风路线短 阻力小 缺点 风路较长 风阻 较大 采空区漏 建井期限略长 有时初期 投资稍大 建井期限略长 有时初期投资稍 井筒数目多基 建费用多 陈四楼矿 240 万吨新井设计 风较大 大 适用条 件 煤层倾角大 埋 藏深 但走向长 度并不大 而且 瓦斯 自然发火 都不严重 煤层倾角较小 埋藏较浅 走向长度不大 而且瓦斯 自然发火比较严重 煤层走向较大 超过 4km 井 型较大 煤层上 部距地表较浅 瓦斯和自然发火 严重的新矿井 煤层距地表浅 或因地表高低 起伏较大 无 法开掘浅部的 总回风道 通过对以上几种通风方式的比较和技术分析 结合矿井的地质条件 水平标高 为 520m 煤层为缓倾斜煤层 全矿共八个带区 矿井年产量 240 万 t 为大型矿 井 井田走向长度大于 4km 煤层倾角小 为缓倾斜煤层 煤层无自然发火危险 煤尘无爆炸性到弱爆炸性 瓦斯涌出量小 矿井风量很大 根据以上分析 确定技 术可行的两个方案为 两翼对角式通风或中央分并式通风 下面进行经济比较 通过经济比较 两翼对角式通风方式和中央分列式通风方式相比 初期投资一 样多 只是两翼对角式总费用稍多 但相差不大 而两翼对角式比中央并列式通风 线路短 阻力小 漏风少 通风总费用少 另外本矿井的走向太长 故确定该矿井 采用两翼对角式通风方式 比较结果见表 4 3 表 4 3 各方案经济比较 项 目 中央并列式 两翼对角式 工程量 m 单价元 m 费用 万元 工程量 m 单价元 m 费用 万元 风井井筒 前期 520 8438 8 438 8 520 8438 8 438 8 风井井筒 后期 0 8438 8 0 520 8438 8 438 8 回风大巷 前期 2300 2702 5 621 6 2300 2702 5 621 6 回风大巷 后期 5100 2702 5 1378 3 5100 2702 5 1378 3 前期投资 万元 1060 4 1060 4 合计 万元 2438 7 2877 5 陈四楼矿 240 万吨新井设计 4 2 3 确定矿井通风方法 煤矿主扇的工作方法基本上分为抽出式与压入式两种 现将两种工作方法的优 缺点对比如下 1 抽出式主扇使井下风流处于负压状态 当一旦主扇因故停上运转时 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 2 压入式主扇使井下风流处于正压状态 当主扇停转时 风流压力降低 有可能使采空区瓦斯涌出量增加 比较危险 3 采用压入式通风时 须在矿井总进风路线上设置若干构筑物 使通风管 理工作比较困难 漏风较大 4 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 总进风量 和工作面有效风量都会减少 用压入式通风 则能用一部分回风流把小窑塌陷区的 有害气体带到地面 5 如果能够严防总进风路线上的漏风 则压入式主扇的规格尺寸和通风电 力费用都较抽出式为小 6 在由压入式通风过渡到深水平抽出式通风时 有一定困难 过渡时期是 新旧水平同时产生 路线较长 有时还须额外增掘一些井巷工程 使过渡期限拉得 过长 用抽出式通风 就没有这些缺点 综上所述 一般地说 在地面小窑塌陷区漏风严重 开采第一水平和低沼气矿 井等条件下 采用压入式通风是比较合适的 否则不宜采用压入式通风 因此 根据给定的条件 由于本井田内没有小窑塌陷区 不与其他小窑区沟通 为了便于管理 确定本设计矿井采用抽出式通风 抽出式通风与压入式通风比较具有以下优点 1 井下风流处于负压状态 当主通风机因故障停止运转时 井下的风流压 力提高 可以使采区瓦斯涌出量减少 比较安全 2 漏风量小 通风管理容易 3 对高瓦斯矿井瓦斯管理很有利 4 2 4 带区通风系统的要求 1 带区通风总要求 陈四楼矿 240 万吨新井设计 1 能够有效地控制带区内风流方向 风量大小和风质 2 漏风少 3 风流的稳定性高 4 有利于排放沼气 防止煤尘自燃和防尘 5 有较好的气候条件 6 安全经济合理技术 2 带区通风的基本要求 1 每个带区必须有单独的回风道 实行分区通风 回采面和掘进面都应采用 独立通风 不能串联 2 工作面尽量避免位于角联分支上 要保证工作面风向稳定 3 煤层倾角大于 12 时 不能采用下行风 4 回采工作面的风速不得低于 1m s 5 工作面回风流中沼气浓度不得超过 1 6 必须保证通风设施 风门 风桥 风筒 规格质量要求 7 要保证风量按需分配 尽量使通风阻力小风流畅通 8 机电硐室必须在进风风流中 9 采空区必须要及时封闭 10 要防止管路 避灾路线 避灾硐室和局部反风系统 由于本设计矿井为带区布置 产量较大 有专门的回风大巷 因此采用运输大 巷进风 回风大巷回风 在工作面回风上 轨道斜巷进风 运输斜巷回风 4 2 5 工作面通风方式的选择 工作面通风方式的选择与回风的顺序 通风能力和巷道布置有关 目前工作面 通风系统形式主要有 U Y W E Z 形 各种形式的优缺点及使用条 件如下 由于工作面为后退式开采 故各种通风形式只考虑后退式 U 型通风 U 型通风方式系指采煤工作面有二条巷道 一条为进风道 一 条为回风道 上行通风时 其下顺槽为进风道 上顺槽为回风道 下行通风时 则 相反 在区内后退式回采方式中 这种通风方式具有风流系统简单 漏风小等优点 但风流线路长 变化大 工作面上偶角易积聚瓦斯 工作面进风巷一次掘进 维护 量大 这种通风方式 如果瓦斯不太大 工作面通风能满足要求 即可采用 陈四楼矿 240 万吨新井设计 Y 型通风 Y 型通风方式指在回采工作面的上 下端各设一条进风道 另 在采空区一侧设回风道 其优点为 由于采空区的沼气 通过巷旁支护流入回风平巷 则较好地解决了回采工作 面上隅角的沼气超限之患 由于工作面上 下端均处于进风流中 故改善了作业环境 实行沿空留巷 可提高采区回收率 由于存在上述优点 故多适用在沼气涌出量特大的煤层开采中 当采煤工作面 产量大和瓦斯涌出量大时 采用这种方式可以稀释回风流中的瓦斯 对于综采工作 面 上下平巷均进新鲜风流有利于上下平巷安装机电设备 可以防止工作面上偶角 瓦斯积聚及保证足够的风量 这种通风方式使用于瓦斯涌出量大的工作面 但需要 边界准备专用回风上山 增加了巷道掘进 维护费用 W 型通风 W 型通风方式指采煤工作面 有三条平巷 即上 下平巷进风 或回风相中间平巷回风或进风的布置形式 它的优点在于 相邻的两个工作面共用一条进风或回风巷道 从而减少了采准巷道的开掘和 维护费用 通风网路属并联结构 因而风阻小 风量大 漏风量小 利于防火 当上下端平巷进风 且设运输机时 则在该巷中有回收安装维修采煤设备的 良好环境 当中间平巷进风且设运输机时 既保证了运输设备处于新鲜风流中 又保证 了进 回风巷的总断面比较接近 故在近水平煤层的综采工作面中应用较广 E 型通风方式 E 型通风方式具有三条通风巷道 其上平巷为回风巷 而 下平巷及中间平巷为入风巷 下平巷和下部工作面回风速度降低 故可抑制煤尘的 产生 与 U 型通风方式相比 可使上部工作面气温降低 但采空区的空气流动相应 发生了变化 迫使采空区的沼气较集中地从上部回采工作面的上隅角涌出 使该处 时常处于沼气超限状态 故仅适用于低沼气矿井 Z 型通风 Z 型通风方式是 U 型通风方式的改进 其优点为 与前进式 U 型相比 巷道的采掘工程量较少 进 回风巷只需在一侧采空的条件下维护 采区内进 回风巷的总长度近似不变 有利于稳定风阻 改善通风 除上述 5 种基本通风方式外 随煤层开采条件 开采技术 沼气贮存 自然发 火倾向性的不同 尚可采用 X H 双 Z 偏 W 偏 Y 型等通风方式 陈四楼矿 240 万吨新井设计 由于本设计中采用两翼对角式通风 且单工作面生产 对照以上工作面通风系 统形式 决定采用风流系统简单 漏风小的 U 型通风方式 4 3 矿井风量计算 4 3 1 矿井风量的计算原则 矿井需风量 按下列要求分别计算其中最大值 1 井下同时工作最多人数计算 每人每分种供给风量不得少于 4 m3 2 采煤 掘进 硐室及其他实际需风量总和进行计算 4 3 2 总风量的计算 矿井总风量是井下各个工作地点的有效风量和各条风路上的漏风的总合 采用分别计算法计算矿井总风量 矿井总风量 Q 是矿井内各用风地点所需风量 之和 并乘以适当系数 即 式 4 1 medcba KQ 式中 Q 全矿井需风量 m 3 min Q a 各回采工作面所需风量之和 m 3 min Q b 各备用工作面所需风量之和 m 3 min Q c 各掘进面所需风量之和 m 3 min Q d 各独立通风硐室所需风量之和 m 3 min Q e 其他巷道风量之和 m 3 min Km 矿井风量备用系数 包括漏风和配风不均匀等因素 该值从实测和 统计中求得 一般取 1 15 1 25 取 1 15 1 回采工作面的需风量 规程 规定 采区回风道 采掘工作面回风道风流中瓦斯和二氧化碳浓度不 得超过 1 采掘工作面的温度不得超过 26 采掘工作面的进风流中 按体积计 算 氧气不得低于 20 二氧化碳不得超过 0 5 回采工作面用风量应按瓦斯 二氧化碳涌出量和爆破后有害气体产生量以及工 作面气温 风速和人数等规定分别计算 然后取其中的最大值 1 按瓦斯涌出量计算 Qa Kaiqai 1 0 2 qeiwKai 60 24 1 0 2 陈四楼矿 240 万吨新井设计 式中 qai 瓦斯绝对涌出量 m 3 min qei 瓦斯相对涌出量 m 3 t d 为 0 33 w 日产量 t d 为 8000 Kai 瓦斯涌出不均衡系数 总采工作面取 1 3 1 45 此处取 1 4 1 工作面回风流中瓦斯允许浓度 0 2 工作面进风流瓦斯浓度 规程 规定不得大于 0 2 则 Qa 0 33 8000 1 4 60 24 1 0 2 320 83 m3 min 2 按工作面人数计算 综放工作面正常情况下为 40 人 风量按下式计算 Qa 4Nai 式中 4 以人数为计算单位的供风标准 即每分钟供 4m3的风量 Nai 第 i 回采工作面的最多人数 45 此处取 1 4 则 Qa 4 40 160 m3 min 3 按工作面气温与风速的关系计算 用下式计算 Qa 60VaiSai 式中 Vai 回采工作面风速 按工作面温度 24 查得 Vai 1 6m s Sai 第 i 回采工作面的平均断面积 m 2 对于综放面按下式计算 Sai 3 M 0 3 式中 M 采高 m 为 3 所以 S ai 3 3 0 3 8 1m2 则 Qa 60 1 6 8 1 777 6m3 min 4 按风速验算 规程 规定 回采工作面的最小风速为 0 25m s 最高风速为 4 m s 按此 陈四楼矿 240 万吨新井设计 要求进行验算 即 0 25 60 Sai 124 5 m3 min Q a 4 60 S ai 1944 m3 min 由以上三种计算得出 最大值为 486 m3 min 满足要求 因此每个工作面风量 定为 486 m3 min 本设计矿井有一个工作面 则 Q a 777 6m3 min 2 备用工作面的需风量 备用工作面的需风量通常取为产量相同的生产采面风量之半 当采区风量不富 裕时 也可按工作面不积聚瓦斯为原则配风 但工作面风速不应小于 15m3 min 本设计矿井采用第一种 即为产量相同的生产采面风量之半 Qb 388 8 m3 min 本设计矿井设一个备用工作面 则 Q b 388 8m3 min 3 掘进工作面的需风量 本设计矿井既有岩巷掘进头 又有煤巷掘进头 在开采过程中掘进通风很重要 下面进行计算 1 按掘进工作面人数计算 Qci 4Nci 式中 Nci 第 i 个掘进工作面同时工作的最多人数 为 20 则 Q ci 4 20 80 m3 min 2 按温度计算 Qci 60 V S Kt 式中 Q ci 掘进工作面实际需风量 m 3 min V 掘进工作面的风速 煤巷半煤岩取 0 5m s S 巷道净断面积 S 10 28m 2 Kt 掘进工作面的温度调整系数 取 1 1 20 26 则 Q ci 60 0 5 10 28 1 1 339 24 m3 min 4 按风速进行验算 陈四楼矿 240 万吨新井设计 规程 要求 每个岩巷掘进工作面的风量 Qci应满足 0 15 60 Sci 132 3 Q ci 4 60 S ci 3528 m3 min 比较以上各风量数值 按取大值原则 得掘进工作面需风量 岩巷 339 24 m 3 min 本设计矿井同时存在两个岩巷掘进头 则 Q c 339 24 2 678 48m3 min 4 各硐室的需风量 1 火药库 Q d1 100 m3 min 2 绞车房 Q d2 80 m3 min 3 变电所 中央 Qd3 150 m3 min 采区 100 m3 min 4 充电硐室 Q d4 150 m3 min 5 机电泵房 Q d5 150 m3 min 则 Q d 100 80 200 150 150 730m3 min 5 其他巷道实际需风量 Q e 0 05 Q a Q c Q d 0 05 777 6 678 48 730 109 30m3 min 综上所述 矿井总风量 Q 777 6 388 8 678 48 730 109 30 1 15 3086 81m3 min 4 3 3 矿井风量分配 1 分配原则 1 各用风地点风量按前述分配 2 对于掘进工作面风量 一般根据巷道断面的大小 送风距离 煤岩巷三 个因素并按所选局部通风机性能供风 3 井下火药库 变电所 绞车房应单独供风 4 分配的风量 各巷道的瓦斯和有害气体的浓度 应根据 规程 要求不 得超过规定限度 2 分配方法 陈四楼矿 240 万吨新井设计 1 用矿井总风量按采区布置分别配 Qa Q b Q c Q d的用风量 2 从总风量中减去 Q a Q b Q c Q d 余下的风量与漏风量按采区的 产量比例进行分配 此部分风量可作为采区内增加新的用风地点或采区接替所需保 留的人行道和维护巷道用风 3 分配情况 1 综放工作面 777 6 1 15 894 24 m 3 min 2 备采工作面 388 8 1 15 447 12 m 3 min 3 掘进头 678 48 1 15 780 25m 3 min 4 火药库 100 1 15 115m 3 min 5 充电硐室 150 1 15 172 5 m 3 min 6 机电泵房 150 1 15 172 5 m 3 min 7 变电所 中央 150 1 15 172 5 m3 min 采区 100 1 15 115 m3 min 8 绞车
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