1、山东省天安矿业有限公司星村矿井初步设计-70-第五章 通风与安全第一节 概况一、瓦斯根据试验结果，3 煤层自然瓦斯成分：N 2 平均为 68.9099.66%，CO 2 平均为0.301.40% ， CH4 平均为 0.0330.49%，自然瓦斯成分以氮气为主，二氧化碳、甲烷含量较少，根据抚顺煤研所的分带标准，属瓦斯风化带。3 煤层瓦斯含量 CH4 为0.0010.649ml/gr，CO 2 为 0.0170.057ml/gr ，根据兖州矿区资料，瓦斯含量较低。根据兖州矿区资料，各矿井自建井开采以来，均为低沼气矿井，未发生瓦斯爆炸事故。16 上 、17 煤层为东滩井田资料，CH 4、CO 2
2、其成分和含量比 3 煤层高，但仍属瓦斯风化带。根据钻孔取样测得瓦斯含量资料，本区瓦斯含量低，但由于井田内煤层埋藏深，构造发育不一致，有可能造成瓦斯局部富集，采样点之间瓦斯含量差别较大也说明了这一情况，因此矿井生产过程中应作好通风工作，以防瓦斯聚集，发生瓦斯爆炸。二、煤尘各煤层为气煤，挥发分较高，经取样化验，各煤层煤尘有爆炸危险性。三、煤的自燃发火倾向根据各煤层自燃发火倾向有关试验结果，还原样与氧化样着火点之差（T）值和自燃等级看，2 上、3 煤层属不自燃不易自燃煤层，6、15 上、16 上、17 为不易自燃易自燃煤层，根据兖矿集团各煤矿的开采实际，各煤层均存在自燃发火倾向。四、地温本区在 7
3、个孔中进行简易测温，根据测温资料，3 煤层之上、之下具有不同的地温梯度。3 煤层之上地温梯度为 1.9 /100m，3 煤层之下地温梯度为 2.9 /100m，属正常地温区。首采区 3 煤层最大深度为 1350m，按地温梯度计算地温为 42，因此本区属以地温正常为背景的高温区。第五章 通风与安全-71-第二节 矿井通风一、通风方式本矿井属中型矿井，初期采区距离矿井工业场地比较近，根据国内中型矿井利用箕斗井兼作回风井成功经验，确定本矿井采用箕斗井回风。矿井设主井、副井两个井筒。通风方式为中央并列式，副井进风，主井（箕斗井）回风。后期采区距离矿井工业场地远，若利用主井回风，通风负压过大，因此需起用
4、西风井，形成混合通风方式。二、风量及负压计算1、矿井风量根据煤矿安全规程及设计规范有关规定，参考邻近生产矿井实际配风经验，矿井总风量采用两种方法计算，进行比选。（1）按井下同时工作的最大班下井人数计算；Q=4NK式中：Q矿井总供风量，m 3/min；N井下同时工作的最多人数，83 人；K风量备用系数，1.25。Q=4831.25=415m3/min=6.92m3/s。（2）分别计算法、计算方法：采煤工作面实际需要的风量，应按瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、工作面温度、炸药用量、人数等分别计算，取其中最大值，并用风速验算。掘进工作面实际需要的风量，应按瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、局部通风机实际吸入风
5、量、工作面温度、炸药用量、人数等分别计算，取其中最大值，并用风速验算。独立通风的硐室实际需要的风量，应根据不同类型硐室分别计算，机电设备散热量大的硐室，应按机电设备运转的发热量计算，充电硐室应按回风流中氢气浓度小于 0.5计算，其它硐室按经验配风。山东省天安矿业有限公司星村矿井初步设计-72-其它井巷实际需要风量，应按瓦斯涌出量和最低风速分别计算，取其中最大值。抽放瓦斯的矿井，应按抽放瓦斯后煤层的瓦斯涌出量计算风量。、计算基础资料：各工作地点最大工作人数：综采工作面 25 人；高档普采工作面 25 人；综掘工作面21 人；普掘工作面 18 人。普掘工作面一次最大炸药消耗量：20.0kg。普掘工
6、作面最大净断面：14.1m 2。、风量计算a、按炸药用量计算：本矿井仅普掘工作面使用炸药，按掘进最大断面配风。Q= m3/min32)(8.7SLAt式中：S巷道净断面， m2；t吹散炮烟时间，取 30min；A一次起爆最大炸药消耗量，33.3kg；L巷道长度， m。计算结果：Q 普 =68 m3/min=1.13 m3/sb、按工作地点最大工作人数计算综采工作面：Q 综采 =254=100 m3/min=1.7 m3/s高档普采工作面：Q 综采 =254=100 m3/min=1.7 m3/s普掘工作面：Q 普 =184=72 m3/min=1.2 m3/s综掘工作面：Q 综 =214=84
7、 m3/min=1.4 m3/sc、按工作地点风温计算工作地点的气温预测采用改进型“平松良雄实用近似计算法”，以井巷通风网络为基础，以井口年平均气象参数为依据，自井口至采掘工作面终端，逐段进行数次迭代，求出井巷通风网络各节点和终端年平均气第五章 通风与安全-73-温，加上对应的气温年变化波辐值，并用地面最高月平均气象参数直接计算进行校核。根据煤矿安全规程第一百零二条规定，由于本矿井主采煤层-850m 以深水平原始岩温将达到二级高温区，必须采用机械降温，在这种情况下，人为过大地加大工作地点的风量，降温效果以不明显，且不经济，设计考虑到首采工作面气温满足煤矿安全规程第一百零二条规定。故工作地点风温
8、对风量计算没有要求。d、按瓦斯和二氧化碳涌出量分别计算由于本矿井瓦斯和二氧化碳涌出量很低，工作面配风完全可以满足风排瓦斯和二氧化碳的要求。e、各用风地点风量取值综采工作面本矿井煤层瓦斯含量低，为此，根据煤矿安全规程规定，按低瓦斯矿井计算回采工作面风量。结合邻近济宁、兖州矿区经验，考虑采深、地温、产量等因素，取综采工作面风量 30m3s。备用工作面风量根据实际生产经验，一般有备用工作面或采面接替时有提前准备的工作面，取备用工作面风量 15m3/s掘进工作面：本矿井瓦斯含量低，煤层开采期间基本无瓦斯涌出，因此掘进工作面配风按照巷道掘进断面及通风距离配风，煤巷综掘工作面风量 7m3/s，煤巷或岩巷普
9、通钻爆法掘进头5m3/s，则矿井达到设计产量时，矿井配备 1 个煤巷综掘工作面，3 个煤巷及煤岩混合普掘工作面。掘进头总配风：Q 掘 =7153=22m 3/s硐室风量：独立通风的硐室风量按有关规程规定和生产矿井的经验数据配风：井下爆破材料库：3m 3/s；胶带输送机机头硐室：5m 3/s；山东省天安矿业有限公司星村矿井初步设计-74-井下降温硐室：5m 3/s；采区变电所（1 个）：2m 3/s；则硐室风量合计：Q 硐 =3+5+5+2=15m3/s。其他用风量Q 其他 =（Q 采 Q 掘 Q 硐 ）5=（30152215）5=4.1m3/s；矿井总风量：Q=（Q 采 Q 掘 Q 硐 +Q
10、其他 ）1.25=（30+15+22+15+4.1）1.25=107.6m3/s根据上述计算结果，确定矿井总风量为 110m3/s。2、矿井通风负压矿井通风负压采用下式计算： )(8.932PaSQLh式中：通风阻力系数(kgS 2m 3)；LPS分别为巷道长度(m)，周边长(m)，净断面积(m 2)；Q通过巷道的风量(m 3s)。计算结果，矿井达到设计产量时的通风负压为 1445.52Pa，初期最大通风负压为2278.15 Pa，后期最大通风负压为 2915.98Pa，通风负压计算见表 223、表 224、表 225。3、矿井等积孔矿井等积孔按下式计算：第五章 通风与安全-75-hQA19.
11、式中：A全矿井等积孔(m 2)Q全矿井总风量(m 3s)h全矿井总负压(Pa)经计算，矿井达到设计产量时通风等积孔为 3.44m2，属通风容易矿井。后期通风等积孔为 1.76m2，属通风较容易的矿井。山东省天安矿业有限公司星村矿井初步设计-76-初期最小通风负压表表 261巷道周长 巷道长度 负压计算 风速P L 断面（m2) 风量(m3/s) 负压（H) (V)巷道名称 支护方式 阻力系数 a(m) (m) S S3 Q Q2 (Pa) (m/s)副井井筒 砼碹 0.0035 18.84 929 27.26 20257.11 110 12100 358.59 4.04 井底车场巷道 锚喷 0
12、.0006 15.5 96 16.7 4657.46 50 2500 4.70 2.99 井底车场巷道 锚喷 0.0006 15.5 64.4 16.7 4657.46 96 9216 11.61 5.75 -870m 水平东翼轨道大巷 锚喷 0.0006 14.3 310 14.1 2803.22 84 7056 65.61 5.96 -870m 水平东翼轨道大巷 锚喷 0.0006 14.3 216 14.1 2803.22 66 4356 28.22 4.68 -870m 水平轨道石门 锚喷 0.0006 13.1 50 11.3 1442.90 32 1024 2.73 2.83 中部
13、车场 锚喷 0.001 9.7 80 6.5 274.63 31 961 26.61 4.77 工作面轨道顺槽 锚杆 0.0012 13.2 830 10.8 1259.71 30 900 92.05 2.78 综采工作面 液压支架 0.0035 12 100 8.75 669.92 30 900 55.30 3.43 工作面胶带输送机顺槽 锚杆 0.0014 10 830 12 1728.00 30 900 59.31 2.50 回风联络巷 锚喷 0.001 9.7 80 6.5 274.63 31 961 26.61 4.77 -870m 水平东翼回风大巷 锚喷 0.0007 13.1 6
14、11 11.3 1442.90 46 2116 80.52 4.07 总回风巷 锚喷 0.0007 16.9 60 19.8 7762.39 95 9025 8.09 4.80 主井井筒 砼碹 0.002 15.7 854 18.6 6434.86 110 12100 494.15 5.91 小计 1314.11 局部阻力 10% 131.41 合计 1445.52 通风等积孔 3.44 第五章 通风与安全-77-初期最大通风负压表表 262巷道周长 巷道长度 负压计算 风速P L 断面（m2) 风量(m3/s) 负压（H) (V)巷道名称 支护方式 阻力系数 a(m) (m) S S3 Q
15、Q2 (Pa) (m/s)副井井筒 砼碹 0.0035 18.84 929 27.26 20257.11 110 12100 358.59 4.04 井底车场巷道 锚喷 0.0006 15.5 96 16.7 4657.46 50 2500 4.70 2.99 井底车场巷道 锚喷 0.0006 15.5 64.4 16.7 4657.46 96 9216 11.61 5.75 -870m 水平东翼轨道大巷 锚喷 0.0006 14.3 310 14.1 2803.22 84 7056 65.61 5.96 -870m 水平东翼轨道大巷 锚喷 0.0006 14.3 216 14.1 2803.
16、22 84 7056 45.72 5.96 -870m 水平轨道石门 锚喷 0.0006 13.1 492 11.3 1442.90 79 6241 163.92 6.99 工作面轨道顺槽 锚杆 0.0012 13.2 2852 10.8 1259.71 30 900 316.30 2.78 综采工作面 液压支架 0.0035 12 100 8.75 669.92 30 900 55.30 3.43 工作面胶带输送机顺槽 锚杆 0.0014 10 2800 12 1728.00 30 900 200.08 2.50 回风联络巷 锚喷 0.001 9.7 82 6.5 274.63 31 961
17、 27.28 4.77 一采区胶带输送机下山 锚喷 0.001 13.3 562 12.2 1815.85 77 5929 239.18 6.31 -870m 水平东翼回风大巷 锚喷 0.0007 13.1 611 11.3 1442.90 46 2116 80.52 4.07 总回风巷 锚喷 0.0007 16.9 60 19.8 7762.39 95 9025 8.09 4.80 主井井筒 砼碹 0.002 15.7 854 18.6 6434.86 110 12100 494.15 5.91 小计 2071.04 局部阻力 10% 207.10 合计 2278.15 通风等积孔 2.74
18、 山东省天安矿业有限公司星村矿井初步设计-78-后期最大通风负压表表 263巷道周长 巷道长度 负压计算 风速P L 断面（m2) 风量(m3/s) 负压（H) (V)巷道名称支护方式阻力系数a (m) (m) S S3 Q Q2 (Pa) (m/s)副井井筒 砼碹 0.0035 18.84 929 27.26 20257.11 110 12100 358.59 4.04 井底车场巷道 锚喷 0.0006 15.5 52 16.7 4657.46 54 2916 2.97 3.23 井底车场巷道 锚喷 0.0006 12.2 41 10.4 1124.86 54 2916 7.62 5.19
19、井底车场巷道 锚喷 0.0006 12.2 80 10.4 1124.86 94 8836 45.08 9.04 -870m 水平西翼轨道大巷 锚喷 0.0006 14.3 100 14.1 2803.22 90 8100 24.30 6.38 轨道暗斜井 锚喷 0.0008 14.3 1275 14.1 2803.22 50 2500 127.48 3.55 -1200m 水平西翼轨道大巷 锚喷 0.0006 14.3 1972 14.1 2803.22 50 2500 147.88 3.55 -1200m 水平西翼轨道大巷 锚喷 0.0006 14.3 3317 14.1 2803.22
20、70 4900 487.53 4.96 四采区轨道上山 锚喷 0.0006 13.1 750 11.3 1442.90 66 4356 174.41 5.84 中部车场 锚喷 0.001 9.7 80 6.5 274.63 31 961 26.61 4.77 工作面轨道顺槽 锚杆 0.0012 13.2 1000 10.8 1259.71 30 900 110.91 2.78 综采工作面液压支架 0.0035 12 100 8.75 669.92 30 900 55.30 3.43 工作面胶带输送机顺槽 锚杆 0.0014 10 1000 12 1728.00 30 900 71.46 2.5
21、0 回风联络巷 锚喷 0.001 9.7 80 6.5 274.63 31 961 26.61 4.77 四采区胶带输送机上山 锚喷 0.001 13.3 650 12.2 1815.85 66 4356 203.24 5.41 采区回风巷 锚喷 0.0007 13.1 611 11.3 1442.90 70 4900 186.47 6.19 总回风巷 锚喷 0.0007 16.9 465 19.8 7762.39 80 6400 44.45 4.04 西风井井筒 砼碹 0.002 14.1 1250 15.9 4019.68 80 6400 550.01 5.03 小计 2650.89 局部
22、阻力 10% 265.09 合计 2915.98 通风等积孔 1.76 第五章 通风与安全-79-第三节 井下灾害预防预防井下灾害，在施工和生产过程中，必须严格执行煤矿安全规程等的有关规定，坚持预防为主，综合治理的原则，制定完善的灾害预防措施，作到防患于未然。一、矿井降温1、井田地温状况本井田属于以地温正常为背景的高温区，地温随深度增加而升高，是影响井田地温的主要因素。初期开采块段 3 煤层原始温度 3142，平均 36.5。-870m 水平原始岩温 34左右。属一级热害区。2、 矿井气温预测为了正确预测矿井投产后井下采掘工作面气温，合理选择降温措施，设计对平顶山八矿、五矿，新汶矿业集团孙村煤
23、矿进行了调研，各矿井热环境特征见表 531。表 531 矿井热环境特征表 矿井名称 平八矿 平五矿 孙村矿 星村矿生产能力（万 ta） 300 120 120 120水平标高(m) -430 -450 -600 -800 -870地温梯度(hm) 3.24.4 2.7 2.7 1.52.9原始岩温() 33.236.6 34.345.6 34.9 4243.5 3142矿井进风量(m 3/s) 311.7 113 142 142 90采煤工作面风量(m3/s) 910 6.58.7 25机械制冷降温前采煤工作面温度() 25.729 3035 2729 39 左右 2633( 预测)机械制冷降
24、温后采煤工作面温度()未实施机械降温 2628 26 28 以下平顶山五矿 1956 年 12 月开工建井，1958 年 12 月 31 日投产，设计生产能力为 120万 t/a，主井井口标高为 119m，副井井口标高为 112m，一水平标高-225m 。目前矿井主力生产采区为己三采区，该采区于 1994 年 5 月投产，两个炮采工作面，通常配备 57 个掘进工作面，开采标高-300-800m，设计年产量 60 万 t/a，目前生产区域在-450m 水平以上。山东省天安矿业有限公司星村矿井初步设计-80-矿井总进风量 113m3/s，己三采区进风量 66.785m 3/s，工作面风量 6.58
25、.7m 3/s，掘进工作面风量 2.54.2m 3/s，采区正常涌水量 150m3/h，最大涌水量 300m3/h，水温一般在 3637，最高为 44。煤层原始岩温 34.345.6，最高为 56.3。该采区机械降温前，采煤工作面气温一般在 3034，掘进工作面气温一般在 3235（-450m 水平附近） 。星村矿井热环境特征与平顶山五矿相近似，但煤层埋深较平五矿深，井筒深度深。矿井机械化程度较平五矿高，这将增加矿井的压缩热和机械设备散热。设计根据矿井通风系统及风量，采用“平松良雄实用近似计算法”对首采区开采时采掘工作面气温进行了预测。工作面全年气温一般在 2633，浅部工作面气温较低，深部较
26、高。3、矿井降温措施我国煤矿安全规程规定：“生产矿井采掘工作面的空气温度不得超过 26，机电设备硐室的空气温度不得超过 30。 ”本矿井由于深度大，原始地温高，采掘工作面气温一般均超出煤矿安全规程的规定，需要进行降温，以便改善井下作业环境。目前国内外矿井降温措施主要有以下几种：通风降温法；控制矿井热源、湿源，减少放热量；可控循环风降温以及机械制冷降温。前几种降温方法是目前公认的比较经济的降温方法，只有在通风降温等达不到目的时，才可考虑采用机械制冷降温，就星村矿井而言，由于地温较高，采取综合降温措施是经济合理的。设计主要考虑以下降温措施： 适当合理地加大风量，国内外的研究和实践表明，加大风量对降
27、低工作面温度是一种行之有效的措施，一般情况下，可以降低气温 13，最多可达 5以上。因此本矿井设计中，工作面风量加大到 30m3s，掘进头风量达到 57m 3s 。 集中生产，提高单产、单进水平，减头减面，实现高产高效。集中生产可有效减少井下放热源，简化通风系统。因此有利于矿井降温。 工作面煤壁注水，工作面煤壁注水及有利于降尘，又有利于降低煤层原始温度。 工作面采用同流通风，轨道顺槽进风，运输机顺槽回风，煤炭运输过程中的放热不再带入工作面。第五章 通风与安全-81-采取上述措施，可有效降低矿井气温，但由于本区地温偏高，仅采取以上非机械制冷措施难以达到规程规定的要求，需采取机械制冷降温措施。本矿
28、井地温高、热害面积大，局部分散制冷难以解决问题，宜采用集中制冷方式。根据制冷机设置位置不同，集中制冷可分为地面集中式和井下集中式。地面集中式具有设备运行可靠，维修方便，排热容易等优点，但高低压换冷器需要较高的承压能力，制造技术和工艺要求高，难度大，目前国内技术尚不成熟。井下集中式具有输冷管路短，冷量损耗小等优点。井综合比较，设计暂推荐采用井下集中式。二、瓦斯防治本矿井瓦斯含量较低，瓦斯涌出量不大，但煤层埋藏较深，有瓦斯富集区，因此在生产过程中应加强瓦斯管理，防止瓦斯爆炸事故发生。加强通风管理，保证工作面和掘进头有足够的新鲜风流，同时要配专职瓦斯检查员，进行巡回检查，发现问题及时处理。在掘进工作
29、面、回采工作面上下顺槽中，安装瓦斯指示警报仪，监控风流中瓦斯动态，并将其信息及时传送到地面安全监控室。加强对井下各种通风设备的维护和电器设备的保养，保持通风设施完好和电器设备的隔爆性能。按井下在册人数配备过滤式自救器，井下所有工作人员必须按规定携带和使用自救器。三、煤尘防治本矿井各煤层均有煤尘爆炸危险性，为保护工人健康和防止煤尘爆炸事故发生，保证安全生产，在矿井建设和生产期间，都必须制定防尘、降尘、预防煤尘爆炸和控制煤尘爆炸范围的措施，加强管理，严格执行。加强通风管理，严格按煤矿安全规程规定控制风速，防止煤尘飞扬。采取综合防尘措施，建立完善的防尘、洒水、降尘系统，各采掘工作面、煤流中各转载系统
30、、转载点都应进行喷雾洒水，采煤机、掘进机应安装有效的内外喷雾装置。相邻采区、相邻工作面均应设置隔爆山东省天安矿业有限公司星村矿井初步设计-82-水棚，对易于积存煤尘的巷道，要定期清扫，冲洗和刷浆，浮煤应清扫运走。在开采之前应对煤体实行预先注水湿润，以减少开采过程中煤尘的产生。加强对接触煤尘、岩尘工人的个体防护，如配戴防尘帽、防尘口罩等。四、防灭火本矿井各煤层均属自燃发火煤层，在矿井生产中应加强通风管理，降低一氧化碳的含量，制定完善系统的防火系统采用黄泥灌浆和阻化剂等材料，进行井下防灭火。黄泥灌浆应随采随灌，采后及时封闭。改革巷道布置，顺槽之间采用沿空掘巷，无煤柱开采，工作面尽可能减少丢煤和浮煤
31、。加强通风管理，根据工作面推进情况，及时设置各种通风构筑物，控制风流系统。五、防治水本矿井涌水量不大，但本井田断裂构造发育，在自然状态下，断层富水性和导水性较弱。但在实际生产中，由于受采动影响，断层的导水性可能发生改变，特别是对落差较大的断层，可能使得 3 煤层及其直接充水含水层与奥灰接触或距离较近，从而产生突水事故。因此，在矿井开采过程中，对断层导水性问题应引起足够重视，做好水文观测和探水工作，避免造成不良后果。本井田侏罗系全区发育，揭露厚度 480.60m1011.40m，平均厚度 716.24m。据钻孔资料，岩芯裂隙不发育，但由于本区施工钻孔较少，对水文地质论述的可靠性不高。特别是，井田东北边界为 F40 断层，落差大于 1000m，奥灰与井田内侏罗系对接，奥灰对井田内侏罗系已形成侧向补给。据临近东滩、南屯矿井的实际生产情况，该层段透水性好，富水性中等，因此，建议在生产过程中加强对侏罗系砂岩的水文观测，以策安全。具体安全措施详见星村矿井初步设计安全专篇。
