1、前言矿井通风系统是矿井的心脏与动脉。目前，煤矿井下煤炭自燃，瓦斯、粉尘、有害气体的中毒和窒息等灾害事故所占比例较大，其主要原因是因为矿井通风系统不完善。矿井通风是利用通风动力，以最经济的方式向井下各用风地点提供优质、足量的新鲜空气，以保证井下工作人员的生命安全和改善劳动环境；同时在发生灾变时，能及时、有效地控制风向及新及风量，并配合其他措施，防止灾害扩大。根据设计要求，本设计是为谢桥新矿设计通风系统。矿井通风是保障矿井安全的重要技术手段之一，因此，合理安全的通风系统对于一个矿井非常重要。谢桥矿新井年产 500 万吨，分两个水平开采，全矿井-710m 水平以上最大相对瓦斯涌出量为 12.1m3/
2、t，-710900m 水平最大相对瓦斯涌出量为 16.54m3/t，属于高瓦斯矿井，所以为该矿井选择安全合理的通风系统非常重要。根据矿井实际情况，本设计为该矿井选定了合理的矿井通风方式和方法、采区通风方式和工作面通风方式，并计算分配了各个用风地点的所需风量，选定局部通风机，得出矿井所需总风量。同时，划分矿井通风容易时期和困难时期，计算出各个时期的矿井通风阻力。根据上述依据，为矿井通风选定主要通风机和电动机，达到安全通风的目的。本设计分为九章，由张维和吴超玉完成。本设计在完成过程中，得到了刘贞堂老师、魏连江老师、王雁鸣老师和时国庆老师的大力帮助。感谢刘贞堂老师对本设计局部的修改以及对各种问题的解
3、答和指导，感谢魏连江老师对本设计提出建议，感谢王雁鸣老师和时国庆提供的技术指导。由于设计者的知识水平和技术水平有限，加之资料文献的局限性，设计中难免有不妥之处，敬请各位指导老师给予批评和指正。前言 .11 矿井概况 .31. 1 矿区概述及井田地质特征 .31.1.1 矿区概述 .31.1.2 井田地质特征 .31.1.3 煤层特征 .31.2 井田开拓 .31.2.1 井田境界与储量 .31.2.2 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 .4本矿井设计生产能力按年工作日 330 天计算，每日三班作业，其中两班半生产，半班检修，净提升时间为 16 小时。本矿井的设计生产能力为 500 万吨/年
4、,矿井服务年限为 68.12 年。 .41. 2.3 井田开拓 .41.3 巷道布置与采煤方法 .41.3.1 带区巷道布置及生产系统 .41.3.2 采煤方法 .51.3.3 回采巷道布置 .51.3.4 部分井巷特征参数 .52 矿井通风系统设计 .62.1 选择矿井通风系统的基本要求 .62.2 矿井通风方式选择 .72.2.1 矿井通风方案 .72.2.2 技术比较 .82.2.3 经济比较 .103 采区通风 .143.1 采区通风系统 .143.2 工作面通风 .153.2.1 回采工作面通风方式的选择 .153.2.2 回采工作面风向选择 .163.3 通风构筑物 .164 掘进
5、通风 .184.1 掘进通风方法的选择 .184.1.1 压入式通风 .184.1.2 抽出式通风 .194.1.3 混合式通风 .194.1.4 压入式通风与抽出式通风优缺点比较 .194.2 掘进工作面风量的计算 .204.3 掘进通风设备的选择 .214.3.1 风筒的选择 .214.3.2 局部通风机工作参数的确定 .244.3.3 局部通风机的选择 .244.3.4 掘进通风的技术管理和安全措施 .255 矿井风量计算与分配 .265.1 矿井总风量计算 .275.1.1 按井下同时工作的最多人数计算 .275.1.2 按采煤、掘进、硐室及其他地点实际所需风量的总和计算 .275.2
6、 矿井风量分配 .286 矿井通风阻力计算 .316.1 通风阻力的计算原则 .326.2 通风容易时期和通风困难时期 .326.3 通风阻力计算 .326.4 矿井通风总阻力 .367 矿井通风设备选型 .387.1 矿井主要通风机的选择原则 .387.2 矿井自然风压 .387.3 矿井主要通风机选择 .397.4 矿井主要通风设备要求 .417.5.矿井主要通风机附属装置 .418. 矿井通风费用概算 .449. 结论 .461 矿井概况1. 1 矿区概述及井田地质特征1.1.1 矿区概述谢桥煤矿位于淮北平原西南部，行政区划属安徽省颖上县管辖。其中心南距颖上县城 20km，东南至风台县城
7、约 34km。东以 F7 断层与张集矿井相接，西至 F2 断层与刘庄勘探区为邻，南以谢桥向斜轴为界，北至 1 煤层露头线。井内的气象参数按表 1 所列的平均值选取。表 1 .1 空气平均密度一览表季节 地点 进风井筒（kg/m3） 出风井筒（kg/m 3）冬 1.22 1.20夏 1.16 1.181.1.2 井田地质特征全井田东西走向长 8.9km，南北倾斜宽 3.5km，面积 31.5km2。1.1.3 煤层特征本矿井可采煤层 13-1 煤层，其煤层平均厚度为 9.56m，具体参见图 1 综合地质柱状图。根据精查地质报告的瓦斯地质资料，全矿井-710m 水平以上最大相对瓦斯涌出量为12.1
8、m3/t，-710900m 水平最大相对瓦斯涌出量为 16.54m3/t。矿井瓦斯等级应定为高瓦斯矿井。据煤的自燃发火倾向测试结果，本区各煤层挥发分均大于 35%，所有煤层均有煤尘爆炸危险。本区除个别煤层属自燃外，其余各煤层均属于不自燃的煤层。1.2 井田开拓1.2.1 井田境界与储量矿井地质资源量 707.61（Mt） ，矿井工业储量 697.61（Mt） ， 矿井可采储量476.81（Mt） ，本矿井设计生产能力为 500 万 t/年。工业广场的尺寸为 1000m540m 的长方形，工业广场的煤柱量为 6534(万 t)。1.2.2 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限本矿井设计生产能力按
9、年工作日 330 天计算，每日三班作业，其中两班半生产，半班检修，净提升时间为 16 小时。本矿井的设计生产能力为 500 万吨/年,矿井服务年限为68.12 年。1. 2.3 井田开拓采用立井开拓方式即主井、副井、东风井、西风井。工业场地的面积为 54 公顷即1000m（倾向）540m（走向） ，加上工业场地四周各留 15m 的保护带那么工业场地的面积为 1030m（倾向）570m（走向） ，西风井地面场地为：60（倾向）m50（走向）m，东风井地面场地为：60（倾向）m50（走向）m。 。本矿井采用两个水平划分，立井两水平，直接延伸，一水平高度为-710m，二水平高度为-900m，两水平均
10、为上山开采。在本井田的中下部设立主、副井筒。主井用来提升煤炭，副井用来运送人员、材料、矸石及通风等。本矿井属于高瓦斯矿井，井田的走向长度比较长，平均为 8.9km，故采用两翼对角式通风，在本井田的东翼打一眼立井风井, 担负矿井东部的回风任务。在矿井的西翼打一眼立井风井，担负矿井西部的回风任务。设计将大巷布置在煤层底板下方 30m 处的砂岩中。其优点是巷道维护条件好，维护费用底，巷道施工条件够按要求保持一定方向和坡度；不留设保护煤柱，减少煤柱损失，同时便于设置煤仓。1.3 巷道布置与采煤方法1.3.1 带区巷道布置及生产系统根据煤层赋存、构造及采煤方法等，各采区均为双翼布置，采区中央设置轨道上山
11、、运输机上山及回风上山。采区上山布置于 13-1 煤层中或 13-1 煤层底板岩石中，采区内布置岩石石门。首采区位于西一采区。东至八九勘探线、西至补勘探线；北至 60m防水煤柱线以内。根据矿井开拓布置，全井田划分为四大采区。首采采区位于西一和东一，走向长 1000-1500m，倾向长 220m，采用单巷掘进。首采采区工作面走向长 2020m，倾斜长 220m，面积为 444400m2。地面标高为25.327.4m，工作面标高为-536.8-410.7m。采区内煤层开采顺序：考虑到井田中央布置采区投产快，运输环节少，所以先采靠近井筒附近的采区，这样准备时间短，出煤快，在 1 个大采区内采用顺序接
12、替，各采区顺次接替。根据本矿井各可采煤层的赋存条件及开采技术因素，各采区内开采顺序均采用下行式开采，即先采上层，后采下层。为有效降低巷道维护工作量，充分提高区段石门巷道的利用率，在采区内各开采煤层无相互压茬关系情况下，也可考虑同一采区进行 23 个煤层同时开采。在接替关系上，由于本矿井为高沼气突出矿井，为了避免在回采区段下准备回采工作面时，出现采掘串联风和开采动压对巷道的影响，回采工作面接替均按由采区一翼向另一翼接替方式。采区一翼回采，另一翼准备。采区接替，按前进布置考虑。1.3.2 采煤方法主采煤层选用综采开采工艺，走向长壁全部垮落一次采全高的采煤方法。工作面的推进方向确定为后退式。根据工作
13、面的关键参数选用配套设备：DBT-shied255/550-2ST2-4319 支架、SL500 型双滚筒采煤机、PF4/1132 型刮板输送机、PF4/1332 型转载机、WB1418 型破碎机、SSJ1000/2160 型带式输送机。采煤机截深 0.6m，其工作方式为双向割煤，追机作业，工作面端头进刀方式。工作面用先移架后推溜的及时支护方式。1.3.3 回采巷道布置回采巷道采用一般的 U 型布置方式，即一条区段运输平巷和一条区段回风平巷。本采区巷道采用沿空掘巷，相邻区段间仅留 5m 的小煤墙。煤炭采出率较传统的双巷布置大大提高。该采区开采单一煤层，煤层厚度为 9.56m，且煤层硬度为 f=
14、2.3，属于中硬煤层，2 个顺槽均采用矩形断面，锚网支护。1.3.4 部分井巷特征参数表 1.2 部分井巷特征参数 井巷名称 长度(m) 断面（m 2） 周长（m）副井 50.3 25.12井底车场 18 16轨道大巷 18.31 16.25运输大巷 12.6 14.4综放工作面 17.1 17.4轨道顺槽 12.6 14.4运输顺槽 12.6 14.4回风斜巷 12.6 14.4回风大巷 14.7 14.5风井 33.2 20.412 矿井通风系统设计2.1 选择矿井通风系统的基本要求选择通风系统，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。具体要求有：1) 每个矿井特别是
15、地震区、多雷区的矿井，至少要有两个通到地面的安全出口，各个出口之间的距离不得小于 30m，新建和改建的矿井，如果采用中央并列式通风时，还要在井田边界附近设置安全出口。井下每一个水平到上一水平和每个采区至少都有两个出口，并与通到地面的安全出口相连通，通到地面的安全出口和两个水平之间的出口都必须有便于人行的设施(台阶和梯子间等)。2) 进风井口要避免污风、尘土、炼焦气体，矸石燃烧气体等的侵入。进风井口距离产生烟尘、有害气体的地点不得小于 500m；为防止进风井筒冬季结冰，需装设暖风设备；矿井的总回风道不得作为主要人行道；地面主要通风机和回风流的噪音都不得造成公害；进风井与出风井的设置地点必须地层稳
16、定，施工地质条件比较简单，占地少，压煤少，而且要在当地历年来洪水位的最高标高以上(大中型和小型矿井分别超过当地百年和 50年内最高水位)。3) 箕斗井一般不应兼作进风井或出风井。如果井上、下装卸装置和井塔有完善的封闭措施，其漏风率不超过 15，并有可靠的降尘设施，箕斗井可以兼作出风井；若井筒中风速不超过 6m/s，有可靠的降尘措施，保证粉尘浓度符合工业卫生标准，箕斗井可以兼作进风井。胶带斜井不得兼作出风井。如果胶带斜井中风速不超过 4m/s，有可靠的降尘措施，粉尘浓度符合卫生标准，才可兼作进风井。4) 所有矿井都要采用机械通风，主要通风机和分区主要通风机必须安装在地面。但有战备的特殊要求时，可
17、以考虑装在井下。新设计矿井不宜在同一井口选用几台主要通风机联合运转。5) 不宜把两个可以独立通风的矿井合并为一个通风系统。若有几个出风井，则自采区流到各个出风井的风流需保持独立；各工作面的回风在进入采区回风道之前、各采区的回风在进入回风水平之前都不能任意贯通，下水平的回风流和上水平的进风流必须严格隔开，在条件允许时，要尽量使总进风早分开，总回风晚汇合。6) 采用多台分区主要通风机通风时，为了保持联合运转的稳定性，总进风道的断面不宜过小，尽可能减少公共风路的风阻。各分区主要通风机的回风流、中央主要通风机和每一翼主要通风机的回风流都必须严格隔开。 7) 要充分注意降低通风费用，为此，主要风道的断面
18、不宜过小，并做到壁面光滑，以降低摩擦阻力，主要风道的拐弯要缓慢，断面的变化要均匀，以降低局部阻力；要尽可能使每个采区的产量均衡，阻力接近，使自然分配的风量基本上和按需要分配的风量一致；尽可能少用通风构筑物，同时也要重视降低基建费用。为此，要充分利用一切可用的直通地面的旧井巷，或利用上水平可用的旧巷道帮助下水平回风。8) 要符合采区通风和掘进通风的若干要求，要满足防治瓦斯、火、尘、水和高温对矿井通风系统的要求，还要有利于深水平或后期通风系统的发展变化。2.2 矿井通风方式选择2.2.1 矿井通风方案矿井通风方式根据回风井的位置的不同，可分为中央并列式、中央分列式、两翼对角式、采区式和混合式通风中
19、选择，以下为前四种方案的示意图。方案一：中央并列式风井主副井都位于中央工业广场上，副井进风，风井回风，如图 2.1。图 2.1 中央并列式通风方式1主井 2副井 3运输大巷 4回风大巷 5回风石门方案二：中央分列式两回风井位于井田边界的两翼，副井进风，风井回风，如图 2.2。123412345图 2.2 中央分列式通风方式1主井 2副井 3运输大巷 4回风大巷 5回风石门方案三：两翼对角式进风井位于井田的中央，回风井设在井田两翼的上部边界，如图 2.3。图 2.3 两翼对角式通风方式1主井 2副井 3运输大巷 4回风大巷 5回风石门方案四：采区式通风方式每一个分区域内均设置进风井及回风井，构成
20、独立的通风系统，见图 2.4。图 2-4 采区式通风方式1主井 2副井 3运输大巷 4回风石门2.2.2 技术比较表 2-1 各种方案的技术比较表使用条件 优点 缺点123451234中央并列式煤层倾角大、埋藏深，但走向长度不大(4km)，瓦斯、自然发火都不严重，在此条件下，采用中央并列式是比较合理的由于煤层倾角大，总回风石门长度小，开掘费小，两个井筒集中，便于开掘，开掘费也较少，便于贯通，建井期限较短，具有初期投资较少、出煤较快的优点。同时它的护井煤柱较小，且便于延深井简，为深部通风的准备工作提供有利条件。风路较长，阻力较大，采空区的漏风较大，同时，由于产生的阻力较大，通风电力费较大，进风与
21、出风两井筒之间的漏风较大，箕斗井回风时外部漏风较大等。中央分列式适用于煤层倾角较小，埋藏较浅，走向长度不大(4km) ，而且瓦斯，自然发火比较严重的新建矿井。如果中央有两个井筒，以后在延深井筒、做深部通风的准备工作时，也就不会困难，这种方式由于多打一个直通地面的回风井，所以矿井的通风阻力较小，内部漏风小，这对于瓦斯，自然发火的管理工作是比较有利的，增加了一个安全出口，工业广场没有主要通风机的噪音影响，从回风系统铺设防尘洒水管路系统都比较方便。与中央并列式相比，这种通风方式的安全性要好，建井期限略长，有时初期投资稍大(多打一个出风井，少掘一条总回风石门)。使用条件 优点 缺点两翼对角式适用于煤层
22、走向较大(超过 4km)、井型较大、煤层上部距地面较浅、瓦斯和自然发火风路较短，阻力较小，采空区的漏风较小，比中央并列式安全性更好。总回风石门长度长，开掘费高，两个井筒分散，不便于开掘，开掘费也较高，建严重的新建矿井。有些瓦斯等级不高，但煤层走向较长、产量较大的新矿井，也可采用这种通风方式。井期限较长，具有初期投资较高、出煤慢。分区对角式煤层距地表浅，或因地表高低起伏较大，无法开掘浅部的总回风道(因会穿出地面)，在此条件下，开采第一水平时，只能采用这种小风井(立井、斜井或平峒)分区通风的布置方式。每个采区各有独立通风路线，互不影响，更有利于处理矿井事故，运送设备也方便。工业场地分散，占地面积大，精通保护煤柱较多。综上所述，根据该矿井的实际情况，全井田东西走向长 8.9km，大于 4km,井型较大，为高瓦斯特大型矿井，故通过技术比较，预选用两翼对角式和分区对角式。2.2.3 经济比较由于两者耗费不同，故对二者进行经济比较：表 2-2 两种方案的经济比较表井巷掘进费用方案项目两翼对角式 分区对角式工程项目工程量（m）单价（元/m）费用（万元）工程量（m）单价（元/m）费用（万元）回风大巷 4400 6000 1320 0 0 0回风井 2440 55000 4840 4440 55000 9680
