安全工程通风安全毕业设计设计正文2.docx

1、中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 1 页目 录1 矿区概述及井田地质特征 .11.1 矿区概况 .11.1.1 交通位置 .11.1.2 地形地势 .11.1.3 地表水系 .11.1.4 气象及地震情况 .21.1.5 主要自然灾害 .31.1.6 矿井电源、水源及通讯情况 .31.2 井田地质特征 .31.2.1 井田地质构造 .31.2.2 水文地质 .41.3 煤层特征 .71.3.1 煤层赋存条件 .71.3.2 煤质 .81.3.3 矿井瓦斯、煤尘爆炸及煤层自然倾向性 .92 井田开拓 .102.1 井田境界及可采储量 .102.1.1 井田境界 .102.1.2 井田

2、的工业储量 .102.1.3 井田的可采储量 .112.1.4 矿井工作制度和设计生产能力 .122.2 井田开拓 .132.2.1 井田开拓的基本问题 .132.2.2 开采水平的确定 .142.2.3 主要开拓巷道 .142.2.4 矿井基本巷道 .172.2.5 井底车场 .192.3 开拓巷道 .212.3.1 材料大巷、运输大巷、回风大巷 .212.3.2 大巷运输设备选择 .232.3.3 矿井提升 .253 采煤方法及采区巷道布置 .283.1 煤层的地质特征 .283.2 带区巷道布置及生产系统 .283.2.1 首采位置的确定 .283.2.2 带区划分和工作面接替顺序 .2

3、93.2.3 带区巷道布置 .293.2.4 带区煤柱尺寸的确定 .293.2.5 带区车场 .29中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 2 页3.2.6 带区主要硐室 .293.2.7 带区生产系统 .293.2.8 带区巷道掘进方法 .303.3 采煤方法 .303.3.1 采煤工艺方式 .303.3.2 回采巷道布置 .354 矿井通风 .384.1 矿井通风系统选择 .384.1.1 矿井地质条件 .384.1.2 矿井通风方式选择 .384.1.3 矿井通风方式对比 .384.1.4 矿井主要通风机工作方法确定 .404.2 通风方式的确定 .404.2.1 带区通风方式确定

4、 .404.2.2 回采工作面通风方式确定 .414.3 全矿所需风量的计算及其分配 .414.3.1 回采工作面所需风量计算 .414.3.2 备用面需风量的计算 .424.3.3 掘进工作面需风量与通风方式比较： .424.3.4 峒室需风量 .474.3.5 其他巷道所需风量 .474.3.6 矿井总风量的计算 .474.4 矿井风量分配 .484.4.1 分配原则 .484.4.2 分配方法 .484.4.3 风速验算 .494.5 矿井通风阻力计算 .504.5.1 矿井最大阻力路线 .504.5.2 计算全矿通风阻力 .534.5.3 矿井总风阻和等积孔 .544.6 矿井主要通风

5、机选型 .554.6.1 矿井自然风压的基本原则 .554.6.2 矿井自然风压 .554.6.3 通风机选择 .564.6.4 电动机的选择 .574.6.5 对矿井通风设备要求： .584.7 矿井反风措施与装置 .584.8 矿井通风费用概算 .594.9 通风系统评价 .615 矿井安全 .625.1 矿井火灾 .625.1.1 矿井自然发火分析 .625.1.2 防火灌浆设计 .65中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 3 页5.1.3 防火灌浆系统及参数确定 .665.1.4 灌浆站主要设施 .76参考文献 .78岩巷掘进粉尘防治技术研究现状与对策分析研究 .80英文原文

6、.94中文译文 .98致谢 .101中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 1 页1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概况1.1.1 交通位置本井田位于大同矿务局总体发展规划中的同忻联合井田白洞分区南部。本区位于大同石炭系煤田的东部，口泉河的中游，其地理位置为东经 11304911343，北纬 395837 40042。本区距大同市火车站 30.3km，大同市为一交通枢纽，国家铁路干线京包线、北同蒲线、运煤专用线大秦线交汇于此。公路干线有 109 国道、大运公路、大塘公路均在大同市相交。北京大同高速公路已于 2000 年 11 月开通。本区今后通过大秦铁路、朔黄铁路、大塘公路可直达秦皇

7、岛港、黄骅港、塘沽港，交通十分便利。本区距各大城市距离见表 1.1，矿井交通位置详见图 1.1。表 1.1 白洞至各大城市距离起 止 距离/km 起 止 距离/km白洞矿 大同市 30 白洞矿 秦皇岛 673白洞矿 北京市 374 白洞矿 塘沽港 517白洞矿 太原市 365 白洞矿 朔州市 1591.1.2 地形地势本区位于大同煤田东北部，为丘陵地带。口泉河两侧冲沟内为黄土所覆盖，山脊地区岩层出露，地形东南边缘口泉山脉较高，最高标高为 1499m；区内中部口泉河床最低，约 1211m，相对高差为 288m。1.1.3 地表水系本区属海河流域、永定河水系、桑干河支系。本矿区内主要河流为口泉河。

8、口泉河位于大同市西南，发源于左云县水窑乡，该河自西向东横穿过该井田，流域面积 600km2，全长 50km，河宽 20150m，坡度 12.5，树枝状水系，径流量甚小，为渗漏性、间歇性河流。河水靠矿井排水（坑水）和大气降水补给，日常迳流量 00.22 m3/s，洪峰流量为 60m3/s，最大洪峰流量为 691 m3/s。中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 2 页云 冈石 窟煤 峪 口下 窝 寨里 八 庄雁 崖 鹅 毛 口39501怀 仁 线四 老 沟 南 信 庄白 洞北 羊 路40碾 子 大 斗 沟 永 定 庄同 家 梁口 泉沟 新 村忻 州 窑荣 华 皂四 台109国 道 云 冈上

9、 深 涧4103下 深 涧 西 村 马 辛 庄蒲 135北同 毛 家 皂 3950大 秦 线109国 道矿 务 局赵 家 小 村平 旺 西 韩 岭马 军 营晋 华 宫 市同大 线 40古 店135401包 京图 1.1 矿井交通位置图1.1.4 气象及地震情况该区属于中温带、大陆性气候。冬季严寒，夏季炎热，气候干燥少雨，风沙严重，特点如下：1）气温：年气温、日气温变化显著，年温差可达 60，日温差为 11.616。以6、7、8 三个月温度最高，月平均温度 2430，极端最高气温 36.6；以11、12、1、2 月份温度最低，月平均温度-3.2-10.9，历年极端最低气温-21-25.9，冬季占

10、全年时间近一半。2）降水量：年降水量为 247499.2mm，降水时节强度极不均匀，以11、12、1、2、3、4 六个月降水量较少，为 3461.6mm，占全年降水量的5%21%；7 、8、9 三个月降水量较大为 248.9388.6mm，占全年降水量 70%以上。3）蒸发量：年蒸发量 1883.52367.5mm，以 5、6、7 三个月蒸发量最大，占全年蒸发量的 50% 60%，蒸发量大于降水量 49.5 倍。4）风力：有风的日数占全年的 75%以上，风向以北、北西向最多，年平均风速2.63.1m/s，各月最大风速 17.030.5m/s。雁北之风沙驰名山西省，风力一般为 35 级。中国矿业

11、大学 2013 届本科生毕业设计 第 3 页5）结冰和解冻：每年初霜日期 9 月底或 10 月初，终霜日期翌年 4 月底或 5 月初，历时半年之久。土壤冻结在 11 月底或 12 月初，冻结深度为 105186cm。6）地震：本区地震烈度根据 GB18306-2001 图 A，地震设防烈度为 7，设计地震加速度 0.10g。1.1.5 主要自然灾害本区域受到的主要自然灾害威胁是地震，偶然也遇风灾和雹灾。1.1.6 矿井电源、水源及通讯情况1）供电电源该矿供电电源引自四老沟 110KV 变电站，为双电源供电。2）供水水源白洞煤矿井田生活饮用水由同煤集团统一供水，日供水量 1300m3。石炭系矿井

12、井下有一裂隙水源，日涌水量约 2600m3，可供井下洒水以及地面浴池等用水，水质基本达到了饮用水标准，上述水量可满足矿井生活、生产所需。3）通讯矿井通讯自备内部程控交换系统，并通过通讯电缆与同煤集团以及网通公司连接。矿井井下通讯由地面电话室引来一条 50 对通讯电缆，经过副立井至中央变电所，在中央变电所安装一个 50 对的分线盒，由此送至各工作面配电点等处。1.2 井田地质特征1.2.1 井田地质构造1）地层该区域内发育地层由老至新为：太古界集宁群、寒武系、奥陶系马家沟组、石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组、第四系中、上更新统、全新统。本设计涉及的含煤地

13、层为石炭系太原组（C3t） 。太原组含煤地层，厚 32.13m220.92m，一般厚 175.90m，由灰、灰白、灰黑色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层等组成。该组是下煤系主要含煤地层，含煤约七层。该地层在本区普遍赋存，较稳定，呈南厚北薄趋势，最底部有一层灰白色中粗粒砂岩，常含砾石，钙质胶结，坚硬为标志层（K 2） 。与下伏本溪组地层整合接触。2）地质构造该区位于白洞断层东侧，区内地层基本呈向四倾斜的单斜构造，地层倾角 112，平均 3，内部有一些缓波状的褶曲，东南部因受白洞逆断层影响有一向北东倾伏的宽缓向斜，西北部则有一向北东倾伏的宽缓背斜。（1）断层构造区内石炭纪煤层在白洞矿、四老沟矿的

14、开采中共揭露断层 5 条。界外断层：为西界外的白洞逆断层（F1）及派生的七峰山东坡逆断层（F2 ） 。白洞逆断层为近南北走向，落差由南向北急剧变小，在珍珠沟与面表 1.2 主要断层特征表断层名称 性质 落差 m 长度 km1 断层 界外 2580 4.242 断层 界外 38180 2.063 断层 界外 58132 3.884 断层 界外 2192 4.12中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 4 页窑沟分水岭处落差大于 600m。北部为 F3 断层，南部为 F4 断层。界内断层：井田内断层为侏罗系煤层所揭露推至太原组地层中的，位于井田北部 F5断层。（2）岩浆岩石炭二迭纪煤田中，岩

15、浆活动主要是印支期的煌斑岩，以岩床的形式侵入煤系地层，对煤层破坏性大。在侏罗系白洞井田开采过程发现了辉绿岩，以岩墙的形式侵入。1.2.2 水文地质本井田位于大同煤田的东北部，区域内出露的地层主要有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系、及第四系。煤田为一独立的水文地质单元，区域内地下水的补给以降水渗入和地表水渗漏为主，各类型地下水之间存在互补关系，地下水流域与地表水流域基本一致，地下水流域受区域侵蚀基准面及构造的控制，总的径流方向由西向东、由北向南运移。白洞井田为低山丘陵地貌，地表黄土广布，冲沟发育，地形总体为东高西低，最高点东南边缘口泉山+1499m，最低点口泉沟地面标高 +1211

16、.0m，相对高差 288m，口泉沟为井田最底基准面。本区干旱少雨，属大陆性气候，年蒸发量是降雨量的 45 倍，本区的气候特征对地层的含水性具有一定的控制作用。经过多年的开采及勘探实践表明，除第四系冲积层和基岩风化壳含水量相对较大外，其下伏的中生界、古生界地层，岩石坚固致密，裂隙、岩溶不甚发育岩石一般不含水或含水微弱，由于侏罗纪煤层的开采，第四系冲积层潜水和基岩风化壳裂隙水已处于疏干状态。根据该区自然地理、地质、水文等因素分析，区域内地下水的补给以大气降水渗入和地表水渗漏为主，本区地层含水性弱或不含水，属水文地质条件简单区，水文地质类型为二类一型。1）含水层全井田共有 7 个含水层，现分述如下：

17、（1）寒武-奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层井田东部边缘呈窄条状出露，构成了口泉山脉之脊 1001 号揭露灰岩厚度 51.23m，为奥陶系灰岩，简易水文变化不明显，据邻区 1106 号孔抽水试验资料，单位涌水量0.00257L/s.m，渗透系数 0.0047m/d，本区灰岩水位标高 1050m-1150m，太原组煤层均在灰岩水位之下。（2）太原组砂岩裂隙含水层岩性以粗、中、细砂岩及砂砾岩，系砂岩裂隙承压水，含水层厚度一般在 15-30m，最大厚度 56m。以 8 号煤顶板砂岩分布较为稳定，是 8 号煤层直接充水含水层，本组地层埋藏深，岩石裂隙不发育，补给条件差，全区含水性弱。203 号钻孔抽水试验，单

18、位涌水量 0.0037-0.0046L/s.m，渗露系数 0.005m/d，水质类型为 HCO3-K+Na.Mg 型，矿化度0.473g/L，PH 值 7.99。（3）山西组砂岩裂隙含水层含水层岩性以粗粒砂岩、中粒砂岩及砂砾岩为主，系砂岩裂隙承压水。图 1.2 井田地层综合柱状中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 5 页、 、-、,、.、,、,、K4、,、,、5、,、,-,- 、K3、1.5m、K2、,、,、:1.40 t/m3,、,3m、,#、,、2.5、,、 、,、,、:1.40t/m3,、,0.3m、,、8#、,、.85底部 K3 砂岩分布稳定，是 3 号煤层直接充水含水层。山西

19、组砂岩多基底式和空隙式胶结，结构致密，节理裂隙少，岩石的含水性极弱，单位涌水量 0.0025L/s.m，渗露系数0.001m/d，水质类型为 HCO3-Cl-K+Na.Mg 型，矿化度 0.624g/L，PH 值 7.8。（4）永定庄组砂岩裂隙含水层本组含水层主要赋存在中下部，岩性以粗、中、细砂岩及砂砾岩为主，井田北部直接覆于太原组地层之上，为厚层状、巨厚层状，砂岩厚度 40-70m，多致密完整，少数钻孔可见斜裂隙。本组地层埋藏较深，补给条件较差，属富水性弱的含水层。203 号钻孔抽水试验抽干，水质类型为 HCO3-K+Na.Mg 型，矿化度 0.382g/L，PH 值 7.76。（5）大同组

20、砂岩裂隙含水层大同组为石炭系含煤地层，煤层多，含水层为煤层之间的砂岩体，为层间裂隙含水层。中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 6 页（6）云岗组砂岩裂隙含水层云岗组地层在沟谷两侧多有出露，构成本区基岩裂隙含水层风化壳裂隙发育，在低凹的沟谷地段富水性中等。受相邻矿井开采的影响，风化裂隙潜水水位大幅度下降，区内的井泉都已干枯，地下水基本处于疏干状态。（7）第四系冲积层主要分布在口泉沟河床，岩性主要为砂砾岩、砂质粘土及粘土，厚度一般在 10m 左右，据以往勘探资料，含水较丰富，煤层开采使含水层下的隔水层被破坏，现以成为漏斗性河谷。2）隔水层井田内主要隔水层为石炭系中统本溪组，厚度为 18.

21、48-34.42m，平均 24.45m，上部多为粉砂岩、砂质泥岩，下部为铁铝质泥岩，夹 1-2 层石灰岩。本溪组地层在全区分布稳定，是寒武系- 奥陶系灰岩与上部煤系地层之间良好的隔水层。其次为煤系地层砂岩之间的泥岩、砂质泥岩，层数多，厚度不等。在横向上呈交替分布，具隔水、半隔水作用，对含水层之间的水力联系具有一定的控制作用。3）地下水的补给、迳流、排泄条件本区大气降水是地下水的主要补给来源，区内黄土覆盖，大气降水渗入条件差，除基岩风化壳及第四系冲积层直接接受降水补给，补给条件较好外，其余含水层补给条件均较差。大同组煤层经多年的开采，在地表形成了大范围的地表塌陷和裂缝，大气降水经导水裂隙渗入矿井

22、而成为矿井充水的直接补给来源石炭二叠系地层埋藏较深，裂隙发育甚微弱，而且地表出露面积小，因而其补给条件和迳流条件均较差。奥陶系灰岩仅在井田东部边缘呈窄条状出露，地形高差大坡度陡，极不利于降水垂直入渗，岩溶水的补给条件差，本区岩溶裂隙不发育，埋藏深，岩溶水处于相对滞流状态，流动相当缓慢，水动力条件弱，2003-4（46304）号钻孔揭露灰岩 83.62m，钻孔作为观测孔未封孔，奥灰水通过钻孔补给煤系地层。区内地下水以矿井排水为主要排泄途径，石炭、二叠系裂隙水及奥陶系岩溶水因井田东部分布有太古界片麻岩，不透水，为隔水边界，使地下水的排泄受阻，仅有极少量流量从口泉沟排泄，地下水主要是往南排出区外。4

23、）井田水文地质条件综合分析根据上述分析表明井田的水文地质条件与地形地貌、气候、地层岩性、地质构造有密切的关系。从地形地貌上看，井田为低山丘陵地貌，受近代地壳不断上升的影响，地表切割成纵横交错的沟谷，这决定着地表径流的畅通排泄,对地表径流渗入地下这一因素给与强烈的影响。本区属山西高原半干燥的大陆性气候，年降雨量很小，蒸发量是降雨量的 45 倍，造成大气降水不能大量补给地下水之先决条件。从构造上看，井田内断裂构造不发育缺少地下水赋存、远移的空间。从地层岩性上看，煤系基底寒武奥陶系碳酸盐岩海相沉积物，埋藏深，溶岩裂隙不发育，岩溶水水循环交替弱，基本呈滞流状态，虽然岩溶水位标高高于煤层底板，8 号煤层

24、承受的静水压力大，局部地区有突水的可能，但岩溶水富水性弱，即使透水也以净储量为主，对煤层的影响不会有太大影响。煤系地层为碎屑岩建造，在经历了成岩固结作用后，岩石致密，随着埋藏深度的增加，岩石的含水性变弱，永定庄组、山西组、太原组的砂岩含水性极为微弱；大同组以上含水层由于煤层开采而遭破坏，地下水经地表塌陷裂隙潜入井下形成采空区积水，然而 3 号和 9 号煤层顶板导水裂隙带高度小于上、下层煤之间的距离，采空区积水正常情况下对下部煤层的开采影响不大。中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 7 页综合上述分析，井田为水文地质条件简单区，水文地质类型为二类一型。5）矿井充水因素分析矿井充水是不同来

25、源的充水水源以不同方式和途径进入矿井的过程。大气降水是不同类型地下水的补给来源，太原组煤系地层埋藏深，大气降水只能通过井田东部以外的露头区顺层补給煤系地层，是矿井充水的间接因素；山西组、太原组含水层是 3 和 9 煤层直接充水含水层，煤层开采后砂岩裂隙水通过冒落带以淋水、滴水或渗水的方式进入矿井，是矿井充水的主要因素；奥陶系灰岩岩溶水位底部煤层间接充水含水层，只有当隔水层厚度小于临界隔水层厚度时，或由导水断层存在的前提下，才可能以突水的方式进入矿井，本区缺少奥灰水位资料，分析以往资料，在井田的东南部 8煤层底板隔水层厚度较薄，有突水的可能性，煤层开采到该地段时，应提前做好超前探水工作。本设计前

26、期开采 9 煤层，因此，不会受奥灰水的影响。石炭系地层水文地质条件较为简单，太原组地层含水性不大，无富水含水层。矿井充水水源为大气降水，冲洪积层潜水，侏罗纪煤层采空区积水，尤其上部采空区积水危害较大，奥陶系灰岩岩溶水也可对煤系地层进行补给。（1）上层采空区积水（2）.奥陶系灰岩岩溶水（3）小窑积水6）矿井涌水量预测根据矿井地质勘探报告提供，并参照相邻矿井石炭系开采时的情况计算，预测矿井正常涌水量为 190m3/h，最大涌水按正常的 1.5 倍计算为 280 m3/h。7）矿井岩层地温情况根据山西煤田地质勘探 115 队 2005 年 5 月提交的山西省大同煤田白洞井田（石炭二叠系）煤炭资源勘探

27、地质报告资料表明，该矿井无高温热害区。1.3 煤层特征1.3.1 煤层赋存条件该井田内赋存中生代侏罗系大同组、二叠系山西组和石炭系上统太原组煤层，本设计开采为石炭系上统太原组煤层。太原组含煤地层，厚 32.13m220.92m，一般厚 175.90m，由灰、灰白、灰黑色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层等组成。砂岩以灰黑色为主，成份主要为石英，次为长石和岩屑，胶结较好，磨圆度中等，多为次圆和次棱角状，含有较为丰富的植物化石。太原组在该井田内共含煤 7 层（2、3、5、6、7、8、9） ，煤层总厚 2.6015.12m ，平均厚 8.94m，含煤系数 16.3% 。其中可采和局部可采煤层为 3、9 号煤，其它为薄而不稳定煤层，工业价值不大。1）煤层情况区内太原组可采煤层分述如下。（1）3 号煤层：位于太原组上部，煤厚 06.40m ，平均厚 2.15m，含有 15 层夹石，为简单结构，分布于本区大部，北部西部有无煤区，属于较稳定煤层。（2）9 号煤层：煤厚 05.82m，平均厚 2.5m，结构较简单，局部含夹石，大部可采，仅在本区南部及北部有两个面积很小的不可采区分布。属较稳定煤层。开采煤层特征见表 1.3。表 1.3 煤层特征表