樊河二号井矿井通风设计 定稿 - 图文

分类号 单位代码 11395

密 级 学 号 0905290125

学生毕业设计

题 目 作 者 院 (系) 专 业 指导教师 答辩日期

樊河二号井矿井通风设计

王 强 能源工程学院 安全工程 魏迎春 2013 年 06 月 01 日

榆 林 学 院 毕业设计诚信责任书

本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人毕业设计与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。

论文作者签名: 年 月 日

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摘 要

本设计为陕北侏罗纪煤田榆横矿区樊河二号井矿井通风设计，该矿井可采煤层共有8层。煤层工业牌号为长焰煤，不粘结煤和弱粘结煤，设计井田的可采储量796.38Mt，服务年限为71a。设计采用以立井开拓方式，划分为一个水平，十二个采区。达产时采区为一采区和二采区，各布置一个工作面，联合布置。采煤方法为走向长壁式采煤法，采煤工艺为综合机械化放顶煤工艺，顶板处理方法为全部垮落法。

矿井通风方式为中央并列式通风，通风方法为抽出式，为保证整个矿井的安全与效率，主要计算了矿井总需风量和两个时期的通风阻力，合理的分配风量，并选择了合适的主要通风机和电动机，确定了主要通风机的工况点，计算了吨煤通风电费。该设计充分的结合了实际情况，积极的采用了切实可行的先进技术，为整个井田的安全生产奠定了良好的基础。

关键词：通风设计；矿井通风系统；通风阻力；安全措施

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The Ventilation Design of Fanhe No.2 Mine

ABSTRACT

The design is a mine ventilation design for Fanhe No.2 mine of The North Shaanxi Jurassic Coalfield Yuheng Coal,the mine coal seam consists of 8 layers.The Coal industry grade is long flame coal,non-caking coal and weakly caking coal,the design of mine recoverable reserves is 796.38 Mt,length of service is 71a.design with the vertical shaft development method,divided into 1 level,12 mining areas.Mining area at the middle of a mining area and the second mining area,the layout of a face,a joint arrangement.The mining method is the strike long wall mining method,mining technology is fully mechanized top coal caving technology,processing method is all roof caving method.

Mine ventilation is the central paratactic type ventilation,the method of taking the type of ventilation,to guarantee the mine's safety and efficiency,the main computing mine should always be air volume and air resistance two periods,rational distribution of volume,and choose the right main fan and motor,determine the main fan is machine operation points,calculated the tons of coal ventilation electricity charges.This design fully combine the actual situation,actively adopt feasible advanced technology, production safety for the entire field laid a good foundation.

Key words：Ventilation design；Mine ventilation system；Ventilation resistan -ce ；Security measures

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目 录

摘 要 .................................................................................................................................................... I ABSTRACT........................................................................................................................................ III 1 绪论 .................................................................................................................................................. 1

1.1 矿井通风设计的国内外研究现状 ............................................................................... 1 1.2 通风设计的目的和意义 .............................................................................................. 2 1.3 通风设计的依据和要求 .............................................................................................. 2

1.3.1 设计依据 .......................................................................................................... 2 1.3.2 设计要求 .......................................................................................................... 3

2 井田概况及地质特征....................................................................................................................... 5

2.1 井田概况 ...................................................................................................................... 5

2.1.1 井田位置 .......................................................................................................... 5 2.1.2 交通位置 .......................................................................................................... 5 2.1.3 地形地势 .......................................................................................................... 6 2.1.4 气候、雨量、风向、风速 .............................................................................. 6 2.1.5 河流 .................................................................................................................. 6 2.2 地质特征 ...................................................................................................................... 6

2.2.1 矿区范围内的地层情况 .................................................................................. 6 2.2.2 井田范围内和附近的主要地质构造 ............................................................... 7 2.2.3 煤层赋存状况及可采煤层特征....................................................................... 7 2.2.4 井田内水文地质情况 ...................................................................................... 9 2.2.5 瓦斯 煤尘 煤的自燃性 ................................................................................ 10 2.2.6 煤质、牌号及用途 ........................................................................................ 11

3 井田境界 储量 服务年限............................................................................................................. 13

3.1 井田境界 .................................................................................................................... 13

3.1.1 井田周边状况 ................................................................................................ 13 3.1.2 井田境界确定的依据 .................................................................................... 13 3.1.3 井田未来发展情况 ........................................................................................ 14 3.2 井田储量 .................................................................................................................... 14

3.2.1 井田储量的计算 ............................................................................................ 14 3.2.2 保安煤柱 ........................................................................................................ 15 3.2.3 储量计算方法 ................................................................................................ 17

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3.2.4 储量计算的评价 ............................................................................................ 18 3.3 矿井工作制度、生产能力、服务年限 ..................................................................... 18

3.3.1 矿井工作制度 ................................................................................................ 18 3.3.2 矿井生产能力的确定 .................................................................................... 18 3.3.3 矿井服务年限的确定 .................................................................................... 19

4 井田开拓 ........................................................................................................................................ 21

4.1 选定开拓方案的系统描述......................................................................................... 21

4.1.1 井硐形式和数目 ............................................................................................ 21 4.1.2 井硐位置及坐标 ............................................................................................ 21 4.1.3 水平数目及高度 ............................................................................................ 22 4.1.4 石门、大巷数目及布置 ................................................................................ 23 4.1.5 采区划分 ........................................................................................................ 23 4.2 井硐布置和施工 ........................................................................................................ 23

4.2.1 井硐位置、支护及装备 ................................................................................ 23 4.2.2 井筒施工方法 ................................................................................................ 24 4.2.3 开采顺序 ........................................................................................................ 24 4.3 采煤方法及采煤工艺 ................................................................................................ 25

4.3.1 采煤方法和工艺选择原则 ............................................................................ 25 4.3.2 采煤方法和工艺的选择 ................................................................................ 25 4.3.3 掘进巷道工艺 ................................................................................................ 27

5 矿井通风系统 ................................................................................................................................ 29

5.1 矿井通风系统的选择 ................................................................................................ 29

5.1.1 选择矿井通风系统的原则 ............................................................................ 29 5.1.2 通风方式与通风系统的选择 ........................................................................ 30 5.2 矿井需风量的计算 .................................................................................................... 30

5.2.1 风量计算的标准和原则 ................................................................................ 30 5.2.2 矿井风量计算 ................................................................................................ 31 5.2.3 矿井风量分配 ................................................................................................ 36 5.3 矿井通风阻力的计算 ................................................................................................ 36

5.3.1 摩擦阻力的计算 ............................................................................................ 36 5.3.2 局部阻力的计算 ............................................................................................ 37 5.3.3 自然风压 ........................................................................................................ 37 5.3.4 矿井通风总阻力 ............................................................................................ 43 5.3.5 矿井负压及等积孔 ........................................................................................ 43

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5.4 矿井通风设备的选择 ................................................................................................ 44

5.4.1 矿井通风设备的要求 .................................................................................... 44 5.4.2 主要通风机的选择 ........................................................................................ 44 5.4.3 主扇工况点 .................................................................................................... 45 5.4.4 选择电动机 .................................................................................................... 46 5.5 概算矿井通风费用 .................................................................................................... 47

5.5.1 计算主扇运转耗电量 .................................................................................... 47 5.5.2 吨煤通风电费计算 ........................................................................................ 48 5.6 通风设施、防止漏风和降低风阻的措施 ................................................................. 49

6 矿井灾害防治 ................................................................................................................................ 51

6.1 矿井瓦斯灾害防治 .................................................................................................... 51

6.1.1 防治瓦斯措施 ................................................................................................ 51 6.1.2 防治煤与瓦斯突出措施 ................................................................................ 51 6.2 矿井火灾灾害防治 .................................................................................................... 52

6.2.1 煤层的自燃倾向性等级 ................................................................................ 52 6.2.2 外因火灾防治措施 ........................................................................................ 52 6.2.3 煤层自燃发火的综合防治 ............................................................................ 53 6.3 矿井粉尘灾害防治 .................................................................................................... 53

6.3.1 煤层爆炸指数及煤尘的爆炸性..................................................................... 53 6.3.2 防尘措施 ........................................................................................................ 53 6.3.3 防爆措施 ........................................................................................................ 54 6.3.4 隔爆措施 ........................................................................................................ 55 6.4 矿井水害防治 ............................................................................................................ 55

6.4.1 水害类型及威胁程度 .................................................................................... 55 6.4.2 矿井水害防治措施 ........................................................................................ 56 6.5 矿井冲击地压及顶板事故防治 ................................................................................. 56

6.5.1 矿井冲击地压危险因素分析 ........................................................................ 56 6.5.2 冲击地压防治主要措施 ................................................................................ 56 6.5.3 顶板冒落灾害防治 ........................................................................................ 56

结 论 .................................................................................................................................................. 59 参考文献 ............................................................................................................................................ 61 致 谢 .................................................................................................................................................. 63 附 录 .................................................................................................................................................. 65

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樊河二号井矿井通风设计

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1 绪论

1.1 矿井通风设计的国内外研究现状

我国煤矿开采的煤层大多瓦斯含量大、透气性低且地质构造复杂，在采掘时，瓦斯放散量大，而且在一定条件下，容易诱发煤与瓦斯突出和瓦斯的突然涌出现象，造成瓦斯事故。在目前的能源供应条件下，对高瓦斯矿井和瓦斯突出矿井，不可能采取停产关闭的措施。为此，只能是自主开发与之相应的安全技术相结合，以确保高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井的安全生产。

我国煤矿生产存在的问题主要有：

（1）思想认识有差距，“安全第一”的观念没有牢固树立起来； （2）煤矿安全管理薄弱，安全生产防范措施不落实；

（3）“一通三防”工作滑坡，安全欠账多，矿井总体防灾能力下降； （4）小煤矿的问题仍然制约着煤矿的安全生产。 我国近来的取得的进展主要有：

（1）对井巷通风阻力进行了广泛的研究与测定；

（2）建立了各类作业面紊流传质方程及污染物浓度分析计算方法，为风计算方法提供了理论依据；

（3）应用电子计算机计算和分析复杂通风网络，为矿井通风系统分析提供了有效的方法；

（4）射流通风技术得到发展，利用风流动压的方向性调节与控制风流的技术获得应用；

（5）矿井火灾时风流非稳定流动规律的研究不断深化，建立起若干典型风流控制方案；

（6）受控循环通风理论推动，空气净化装置的研制和污染源控制技术的发展； （7）深井热源、空气与围岩热交换和矿井热环境控制理论与技术有较大进展，初步形成矿内热力学理论体系；

（8）开展了露天矿通风理论与技术的研究[1]。

通过对近20年世界煤炭产量进行统计，分析世界煤炭产量变化趋势，表明世界煤炭产量近年来呈明显增长态势，其中十大产煤国家的产量占到了世界总产量的88.7%。选择美国、印度、俄罗斯、南非、波兰和乌克兰等6个世界主要产煤国家进行煤矿安全生产状况的统计、分析和研究，总结世界主要产煤国家煤矿安全

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发展趋势。研究表明：20世纪70年代以来，世界各主要产煤国家的煤矿安全状况都有不同程度的改善，事故死亡人数不断降低。总体来看，世界主要产煤国家的煤矿安全生产状况发展并不均衡，发达国家好于发展中国家。发达国家通过建立和完善煤矿安全法律法规、监管监察、科技支撑和教育培训四大体系实现了煤矿安全状况的显著改善[2][3]。

1.2 通风设计的目的和意义

矿井通风系统是矿井安全生产的主要保障条件之一，矿井通风系统是否良好，对矿井节能降耗和抗灾能力也具有十分重要的作用。通风系统的基本任务是：供给矿井新鲜风量，以冲淡并排出井下具有毒性、窒息性和爆炸性的气体和粉尘，保证井下空气的质量（成份、温度和速度）和数量符合国家安全卫生标准，维持良好的工作环境，防止各种伤害和爆炸事故，保障井下人员生命安全和身体健康，保护国家资源和财产。

通过大学四年来对安全工程专业的了解与学习，我系统地掌握了安全工程中的最重要的几个学科，包括矿山地质学、通风安全学、采煤概论及安全管理学等。在对毕业设计资料与矿山实际材料的进一步理解揣摩之后，我希望能在毕业设计中实际应用我所学习的理论学科。毕业设计老师的精心讲解与教导之下，我对矿井通风设计有了更进一步的认识。通风设计就是通过对井下通风系统的研究，使矿井在合理的通风动力下更好的满足回采工作面、掘进工作面以及其它用风地点的需要，将污浊空气不断地排出地面。由此可见，矿井通风系统的设计对一个矿井的安全生产具有非常重要的作用。学好这种能力并且较好地把它应用于实际是安全人员必备的能力之一，也为我们以后更好的发展打下良好的基础。

毕业设计能巩固、加深和扩大所学的理论知识，使理论更好的结合实际，对培养我们独立分析问题和解决问题有重要的意义。毕业设计是整个大学学习过程的自我继续深化和提高阶段，它的实践性和综合性是其他课程所不能代替的，搞好毕业设计对全面提高我们的素质具有十分重要的意义。

1.3 通风设计的依据和要求

1.3.1 设计依据

（1）井田设计说明书； （2）水文地质勘探资料；

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（3）樊河二号井井田煤炭勘探报告； （4）矿井生产技术规程。

1.3.2 设计要求

本设计借助樊河二号井矿井为模版，根据毕业设计指导老师的意见和本人设想，对该矿井的实际条件进行简化并作适当的变换，进行设计。

通过对樊河二号井的实际情况和相关材料的学习，了解有关矿区及安全概况和井田特征，利用所学知识参照参考资料计算矿井储量确定矿井生产能力，并计算其服务年限，确定其工作制。根据资料确定樊河二号井的开拓方式并完成采区通风设计图，通过计算确定矿井各个巷道的用风量，从而确定矿井的总风量，并计算矿井的通风阻力。从合理性、经济性方面确定最终的矿井通风通风设计方案，确定通风方式，选择通风机型号。最后设计灾害的预防措施及安全装备，使设计矿井的开拓设计、通风系统达到现代矿井安全生产的要求。

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2 井田概况及地质特征

2.1 井田概况

2.1.1 井田位置

樊河二号井矿井位于榆林市横山县波罗镇樊河村，该矿距离横山县城27km。地理坐标为东经109度45秒，北纬38度55秒。

2.1.2 交通位置

S204省道从矿区南通过，西邻包茂高速G65榆靖段西左界出口，东邻G210国道，东西两侧均有铁路穿过。并且与横山县区，榆林市区有主支道路相连，交通十分便利。详见交通位置图2-1：

图2-1 交通位置图

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2.1.3 地形地势

本区属于风沙草滩地形，樊河二号井矿井的地势西高东洼，洼地面积占三分之二左右，中部原受无定河的侵蚀地势较低洼，区内最高标高220m，一般在190-210m之间。

2.1.4 气候、雨量、风向、风速

矿区属于温带大陆性季风半干旱草原气候，年平均气温8.6℃，年极端最高气温38.4℃，极端最低气温零下29℃。无霜期为146天左右，平均日照时数为2815小时。年总辐射量为每平方厘米139.23千卡，是我省多日照强辐射区。其气候特点是：春季干旱秋季涝，风沙霜冻加冰雹，无霜期短温差大，日照充足降雨少。由于受极地大陆冷空气团控制时间较长，海洋热带暖气团影响时间较短，寒季略长于热季。风向多西北风，最大风速为20m/s。

2.1.5 河流

区内只有无定河在井田北方流过。地下水原始流向与地表河流流向一致。水力坡度3‰左右。年平均降雨量390毫米左右，且多集中在七、八、九三个月。

2.2 地质特征

2.2.1 矿区范围内的地层情况

本区地层基本与榆林区域性地层一致。根据榆林地区区域地层表的统一对比，区内自下而上有：三叠系上统永坪组、瓦窑堡组，侏罗系下统富县组，侏罗系中统延安组、直罗组、安定组，白垩系下统洛河组、环河组，第三系以及第四系。侏罗系中统延安组（J2y）为本矿井的主要含煤地层，该组地层在井田内揭露总厚度为334.32～365.30m，平均349.81m。井田内共含煤6～26层，厚9.34～16.62m，平均12.16m，含煤系数2.9～5.11%，平均含煤系数3.74%。其中含可采煤层5层，可采煤层总厚5.71～11.50m，平均8.00m，含可采煤层系数1.8～3.54%，平均含（可采）煤系数2.46%。

详见附图1:工作区地层综合柱状示意图。

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2.2.2 井田范围内和附近的主要地质构造

本井田位于陕北侏罗纪煤田榆横矿区侏罗系中统延安组中，井田构造形态总体为一向西倾斜的单斜构造，倾向260～280°，地层倾角1～3°，地层产状沿走向及倾向均有一定变化，但变化不大。沿走向发育有宽缓的波状起伏，区内未发现大的断裂和褶皱构造，亦无岩浆岩侵入。

综上所述，综合评价井田构造属简单类型。

2.2.3 煤层赋存状况及可采煤层特征

（1）含煤性

井田含煤地层为侏罗系中统延安组（J2y），该组地层在井田内揭露总厚度为334.32～365.30m，平均349.81m。井田内共含煤6～26层，厚9.34～16.62m，平均12.16m，含煤系数2.9～5.11%，平均含煤系数3.74%。其中含可采煤层5层，可采煤层总厚5.71～11.50m，平均8.00m，含可采煤层系数1.8～3.54%，平均含（可采）煤系数2.46%。

按各煤层在地层中所占空间位置和其组合特征，分为5个煤组，即2～6煤组。其中2煤组位于延安组(J2y)上部；3～4煤组位于延安组(J2y)中部；5～6煤组位于延安组(J2y)下部。

现将本区的各煤组在地层中的位置自上而下简述如下：

2煤组：位于延安组三岩段（J2y），含煤1～2层，通常含煤2层，即2-1上、2-1煤层。2-1上、2-1煤层均为不可采煤层。

3煤组：位于延安组二岩段（J2y）上部，含煤1～2层，即3-1上、3-1煤层，其中3-1上煤层为3-1煤层在井田西部及南部的上分层，3-1上、3-1煤层为全区可采煤层。

4煤组：位于延安组二岩段（J2y）下部，含煤2～5层，通常含煤2层，即4-1、4-2中煤层，其中4-1煤层为大部可采煤层，4-2中为不可采煤层。

5煤组：位于延安组一岩段（J2y）上部，含煤3～6层，通常含煤2层，即5-1、5-2煤层。5-1、5-2煤层均为局部可采煤层。

6煤组：位于延安组一岩段（J2y）下部，含煤2～5层，通常含煤1层，即6-1

上

煤层，6-1上煤层为局部可采煤层。 （2）可采煤层

井田内含煤最多可达28层（单孔），层位相对稳定、可对比的有9层。其中

可采煤层5层，即3-1上、3-1、4-1、5-2、6-1上煤层；其它4层煤即2-1、2-1上、4-2中、5-1煤层，其可采区分布零星、可采面积过小，或无可采点，均为不可采煤层。根

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据井田内的89个钻孔资料统计，各可采煤层发育特征见表2-1。

1) 3-1上煤层

3-1上煤层位于3煤组上部，为3-1煤层在井田西部及南部的上分层。与3-1煤层在井田中部的第1走向勘探线附近及第14勘探线附近一带形成分叉，在分叉区内均可采。分叉区内煤层自然厚度1.25～3.19m，平均2.15m；可采厚度1.12～2.95m，平均1.97m。煤层层位稳定，厚度在井田内变化不大，在井田中部较厚而向西部及南部有渐薄的趋势，煤层厚度变异系数21%。该煤层结构简单，一般不含夹矸，仅在个别孔含1层夹矸。煤类以长焰煤为主，次为不粘煤，煤质变化中等，原煤灰分（Ad）标准差为3.19，原煤全硫(St，d) 标准差为0.76。3-1上煤层为对比可靠、全区发育且可采的稳定型煤层。与下部的3煤层间距在分叉区内变化小，总体由东向西逐渐加大，间距为0～44.33m，平均22.81m。顶板岩性主要为砂质泥岩及粉砂岩，底板岩性主要为砂质泥岩。

2) 3-1煤层

位于3煤组上部，全区发育，全区可采。煤层自然厚度1.75～7.56m，平均4.92m； 可采厚度1.75～6.89m，平均4.65m。煤层层位稳定，厚度在井田内东北部较厚，而向西部及南部较薄因与3-1上煤层分叉而变薄，规律显著，煤层厚度变异系数30%。该煤层结构简单，多数不含夹矸，少数孔含1～3层夹矸，仅在NL52号孔一个孔含5层夹矸。煤类以长焰煤为主，次为不粘煤，煤质变化中等，原煤灰分（Ad）标准差为4.09，原煤全硫(St，d) 标准差为0.44。3煤层为对比可靠、全区发育、全区可采的稳定偏较稳定型煤层。与下部的4-1煤层间距由北向南逐渐变小，间距为17.58～42.47m，平均35.94m。顶板岩性主要为砂质泥岩,少数为粉砂岩，底板岩性主要为砂质泥岩。

3) 4-1煤层

位于4煤组上部，区内基本全区发育，煤层沉缺点位于中部MD26、MD36号孔二点，不可采区位于东北部一带。厚度0～2.35m，平均1.14m；可采厚度0.80～1.75m，平均1.17m。厚度在井田内有一定变化，基本为北部薄而南部厚，煤层厚度变异系数34%。该煤层结构简单，一般不含夹矸，少数孔含1层夹矸。煤类为长焰煤，煤质变化中等，原煤灰分（Ad）标准差为4.23，原煤全硫(St，d) 标准差为0.74。4-1煤层为对比可靠、全区发育、大部可采的较稳定煤层。与下部的5-2煤层间距由东北向西南逐渐变小，间距为49.88～71.28m，平均62.81m。顶板岩性主要为砂质泥岩,底板岩性主要为砂质泥岩。

4) 5-2煤层

位于5煤组中部，区内大部发育，煤层沉缺区主要位于井田的南部及西部，可采区位于井田的东北部一带。厚度0～1.99m，平均1.03m；可采厚度0.80～1.99m，

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