靖远煤矿矿井通风系统设计毕业设计.doc
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1、前 言煤炭工业是国民经济中具有战略地位的基础工业,在我国一次能源消费的结构中,煤炭占70。近几十年来,我国煤炭工业得到了巨大的发展。矿井设计是综合利用井田资源,指导合理开采的重要手段,对煤矿的发展有其必要性和特殊性。矿井设计必须依照企业煤炭工业设计规范、煤矿安全规程等国家相关的政策、法律、法规。严格贯彻执行国家有关方针政策和法规,加大矿井建设的力度,在保证矿井设计规模和安全生产前提下,尽量简化矿井生产环节,减少不必要的行政福利设施。设计方案要充分体现地方煤矿的特点,生产系统要简单、方便、实用,设备选型要经济、合理、切合实际,最大限度地减低矿井建设的初期投资。注重矿井的经济效益和社会效益,特别是
2、前期效益,力争通过精心设计和科学管理,把该矿建设成工程量省、投资少、工期短、见效快、效率高、效益好的企业。安全生产是党在生产建设上一贯坚定不移的方针,也是社会主义企业管理的一条基本原则。安全和生产是不可分割的整体,把安全和生产对立起来的看法是不对的。要进行生产就有安全问题,安全状况良好才能保证生产顺利的发展。为贯彻“以人为本,安全生产”的指导思想,通风安全对矿井设计就显的尤为重要,自然也就成了本设计的重点。矿井通风与安全工作的主要任务是,根据党的安全生产方针和有关政策,采取正确的方法,预防各种自然灾害,将地面的新鲜风流不断的送入井下,改善井下的劳动条件,消除各种影响矿工身体健康和生产安全的因素
3、,从而保证煤炭生产的不断发展,为社会主义建设做出贡献。本设计针对靖远矿的具体情况,对矿井的运输系统,供电系统,排水系统,通风系统,自然灾害及其安全措施等做了详细的设计。本设计的安全专题内容为煤体注入阻化剂溶液防止煤炭自然发火,为本矿的安全高效生产提供了重要的依据。由于设计者知识水平的限制,加之时间紧迫,设计中一定存在某些错误和不妥之处,恳请各位专家、教授和同学不吝指教。1 井田地质条件井田范围(走向长度、倾斜长度、矿区井田划分方法);井田煤系地层,可采煤层赋存条件(层数、厚度、倾角、层间距)及煤层储量(地质储量、工业储量和可采储量);地质构造和水文地质条件;煤的工业性分析,煤层瓦斯赋存条件,井
4、巷瓦斯涌出规律,煤和瓦斯突出危险性,煤的自然发火危险性,自然发火期,矿井自然发火规律;煤尘爆炸危险性,地温情况。1.1 矿井概况1.1.1 地理位置(1)位置与交通靖远井田位于开平向斜之东南翼,属河北省唐山市东北滦县境内,为开采煤田的一部分。本井田有京山铁路通过,北距京山线古冶车站10.2公里,西北距京山线洼里车站11.0公里,京山铁路东与东北、西与京津内地各铁路相衔接。还有若干公路干线通过。矿区内电力网,有唐山发电厂,与天津、北京连成三角供电网33000伏、50周波,总容量75000千瓦,供唐山市工业照明及开滦各矿用电,开滦所属林西发电厂33000伏、25周波,总容量39000千瓦,专供各矿
5、之用,启新水泥厂所属电厂33000伏、25周波,总容量3800千瓦,自用。矿区内主要工业部门除煤矿企业外,尚有启新水泥厂、古冶矾土矿、铁路车辆制造厂、机械制造厂,炼钢厂、纺织厂、造纸厂和橡胶厂与开滦林西中央机械制修厂。建筑材料有水泥、料石、耐火砖、建筑砖等。(2)水系井田内莽河横贯西部,流向大致与煤系地层走向平行,河面开阔,水力坡度较小,仅为12。为间歇性河,冬春季干涸,车辆可以涉渡。洪讯时流量聚增,河床最宽可达一公里,东部洪水位最远可侵入范各庄及张家庄窝西。1956年9月尖角测得莽河最大流量为142.28m3/秒,水位标高27.31公尺,水面宽度110.0公尺,最大水深1.38公尺,最大流速
6、2.27公尺/秒。矿井涌水量无季节性变化,不受大气降水的直接影响,因为煤系地层上覆盖着巨厚 的冲击层。大气降雨后,大部从地表流走,少部分渗入,首先幸臣个潜水,然后再慢慢向下渗透到底部卵硕石层,形成孔隙承压水,通过基岩隐伏露头补给煤系地层,然后经构造和裂隙渗入到巷道和采空区,形成矿井涌水。(3)气候矿区气候属半大陆性气候,夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥,年平均温度为10.8,最高温度为37.6,最低温度为-22.6,冻结期为11月中旬到3月下旬,土壤冻结深度为0.5-0.7公尺,雨季为7、8、9三月,雨量占全年雨量76%,最大降雨量为248.3公厘/日,535.84公厘/月,930.24公厘/季,1
7、135.15公厘/年,年平均降水量为645公厘,将雪期有11月到翌年3月,月将雪厚度平均3-4公分,最大16.3公分,最多风向为东风,但冬季偏北风最大风速为25公尺/秒,地震烈度为六级。1.1.2 井田范围和赋存情况井田煤系地层主要由石灰系、二迭系地层组成,共含两个可采煤层,其上部覆盖有110m135m的第四纪冲击物。井田形状大约成一近似矩形。该矩形走向长为4.5km,宽为2km,井田面积9km2。井田的可采煤层为煤2层,其结构、厚度及特征见表112表112 可采煤层特征表序号煤层名称煤层厚度/m层间距/m倾角/()硬度容量稳定性最小最大平均17煤1.756.073.577080.4-0.91
8、.75稳定29煤0.134.33.2380.4-0.71.75较稳定共计7、9煤-6.8-8-1.75-层顶板:伪顶:暗灰色泥岩,厚0.01-0.05m,随采随落。直接顶:灰色粉砂岩,有明显水层理和水波层理,块状,含有丰富的植物叶片化石,偶见浅褐色结核,厚度变化较大,不稳定。厚度为0-3.5m,平均厚1.82m。老顶:灰白色砂岩,夹粉砂岩,砂岩成分为石英及泥质岩屑,并含有紫红色的矿物细粒。胶结物为高岭土质基底胶结,占30%,极易风化,遇水膨胀,厚10.43m-31m,平均厚12m。见煤层柱状图。(图1-2)图1-2 井田综合柱状图1.2 井田地质靖远矿呈单斜构造。倾斜长2km,走向长4.5km
9、,其轮廓恰似一矩形,其面积约9km2。井内构造极其简单,只有少数较小断层,煤层倾角8。井田地层层次由下往上为太古代带状麻岩,震旦系岩层,寒武系岩层,中部奥灰岩。1.3 井田水文地质特征根据水文地质调查,在井田境界范围内有8个含水层. 含水层均为孔隙、裂缝层状构造:沙、砾、卵石层、石灰岩层,除第四纪冲积层沙砾,卵石含水层以16%向南倾斜成层处,期于沙岩,石灰岩层向西、西南倾斜。本地区年平均降雨量为617.45mm,多集中在7、8、9三个月,多年平均、8、9三个月的降雨量为463.79mm,占多年平均降雨量的75.1%,1959年莽河最高洪水位为29.572mm。 水源一粤陶纪石灰岩涌水及冲击层含
10、水为工业及饮水源水量充足,岩层地下水主要由充水量极为丰富的冲击层含水层补给,冲击层含水层地下水由雨水补给。靖远矿的水文地质条件属简单型,有两个含水层,由下往上为:奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层;第四系上部卵石孔隙和隙潜水含水层。1.4 井田境界及矿井的储量井田的划分方法通常有自然划分和人工划分。该矿井田划分的方法为自然划分和人工划分的综合利用,在井田倾斜方向上,上部为其煤层风化带露头,下部为一背斜轴部,倾斜长度2km,水平投影为1.98km,属自然划分;在井田的东西走向无自然条件作为井田境界,所以人工划分,走向4km。1.4.1 井田储量 井田储量可分为地质储量(即井田技术边界内符合煤炭储量计
11、算标准的全部储量);工业储量(即能利用储量中,可作为设计和投资依据的那部分储量)可采储量(即工业储量中,预计可采出的那部分储量)。煤层地质储量Zd=SiLiMir (1) =450020007.101.75 =11183万t式中 Zd 矿井地质储量;万t Si计算块段的平均走向长度;m LI计算块段的平均倾斜长度;m MI计算块段的平均煤厚(所有煤层厚度之和);m r煤的容重;t/m3矿井工业储量是指在井田范围内经过地质勘探煤层厚度和质量均合乎开采要求(7、9煤层),地质构造比较清楚。由于本矿井属沉积稳定的缓倾斜区,构造简单,煤层标志层明显稳定。煤层的主要质量指标和经济技术指标都符合工业要求,
12、能满足当前生产故可将地质储量作为工业储量。井田工业储量的计算公式:总的工业储量:Zg=SiLiMir (2) =450020006.81.75 =10710万t1.4.2 永久煤柱煤量要计算井田可采储量,首先要确定各种永久煤柱损失。永久煤柱一般指保护地面工业广场和井筒的工业场地煤柱,井田境界和大断层两侧的井田境界煤柱和断层煤柱,以及保护地面建筑物、河流、铁路等而留设的煤柱等。井筒和工业广场上的建筑物只留设一个总的保安煤柱。其中工业广场的面积确定如下:设计矿井生产能力120万吨,根据煤矿设计规范规定,每10万吨煤所占的工业广场面积为1公顷,故设计矿井的工广面积为: 121 =12公顷地面建筑物和
13、主要井筒的保护煤柱是从受保护的边界起,按基岩移动角、和及表土层移动角所做的保护平面与煤层的交线来确定。基岩移动角和表土层移动角如下图所示:图1-3 岩层移动角示意图安全煤柱的留设与计算一般用垂直断面法求得。煤柱的留设的计算方法与步骤如下:A 确定受保护面积。如图所示,在开拓平面图上通过建筑物四个角分别做平行与煤层走向和倾斜的四条直线,得矩形abcd。在矩形的外缘加上15m宽的维护带,得受保护面积abcd。图2-4 用垂直断面法确定建筑物下安全煤柱B 确定受保护煤柱。通过受保护面积中心作一沿煤层倾斜剖面1在这个剖面上,由维护带的边缘点m1,n1起在表土层以=45划两条保护线,即m1m2,n1n2
14、。然后在基岩中于下山和上山方向按上山移动角=75和下山移动角=64.6作保护线,与煤层相交得n和k,则通过n和k的走向线分别为保护煤柱的上部和下部边界。以同样的方法在平行煤层走向的剖面2,按其走向移动角=75作保护线,求得沿走向的煤柱边界AB和CD,将nk和AB,CD均绘制在平面图上,即得保护煤柱边界ABCD。煤柱是一个梯形。C 煤柱煤量计算 工业场地煤柱煤量=梯形面积*煤层平均厚度*煤层平均密度经计算:7煤工业场地煤柱量2.1106t9煤工业场地煤柱量1.83106t故工业广场总煤柱量为3.93106t1.4.3 矿井边界煤柱煤量设计矿井边界每侧留有20m宽度,由底板等高线看出,本井田边界周
15、长为:13000m所以可算出各煤层的煤柱量为:7#煤层:130001.753.7520=1.71106t9#煤层:130001.753.2320=1.47106t故总共边界煤柱煤量为:3.18106t 1.5 煤质、煤层瓦斯及自燃性分析1.5.1 煤质分析根据对钻孔的煤柱进行化学和物理分析,两个可采煤层煤均为优质无烟煤,容重1.75t/m3 ,脆性小,硬度3.59,灰黑色,似金属光泽,有良好的导电性。该煤中几种主要元素含量如下:碳:煤的含碳量为97%;氢:煤的含氢量为0.5%;磷:煤的含磷量为0.003%;锗:煤中稀有金属锗的含量为30g/t。此煤种的煤质指标为:水分:煤中含水量较小,为3.5
16、%;灰分:煤的灰分低于2%;磷分:煤中含磷量为0.003%,属抵磷煤;硫分:煤含硫量为0.35%,属低硫煤;发热量:煤的发热量为2000KJ/kg;含矸率:含矸率为3%。煤的工业用途:该井田中全为品质极优的无烟煤,发热量高达2000KJ/kg,且磷、硫含量极低,是极好的动力和民用煤,特别适用于低磷、低硫的动力用户煤。1.5.2 煤层瓦斯赋存和自然性分析煤矿最重要的是安全生产,而影响安全生产的一个关键因素就是瓦斯问题。根据附近煤矿相同煤层的瓦斯涌出量预测,该矿井的相对瓦斯涌出量为qg =12m3 /t,为高瓦斯矿井。鉴于这种现实,在矿井生产时期,对瓦斯的预防和管理应予以重视。该矿为高瓦斯矿井,但
17、据测无煤与瓦斯突出,矿井有自然发火性,自然发火期为68个月,温度2025,平均23。2 井田开拓矿井生产能力的核定,服务年限及合理性分析,井田开拓方式,井田内再划分,煤层开采顺序,阶段确定原则,阶段延深方式,井筒位置及相应规格,阶段大巷位置的选定,井底车场形式,上、下山开采选择,各主要井巷参数及支护形式。井田开拓设计应根据煤层赋存条件,地形,水文地质,冲击层组成和厚度,井型设备供应,施工条件等因素,通过技术经济比较进行全面分析确定。2.1 生产能力与服务年限由第一章第四节知,该矿矿井工业储量为11423万t,同时由于煤层赋存条件和井田地质条件极好,再尽可能扩大生产能力的时候还要考虑可采储量因素
18、,根据矿井生产能力和服务年限的计算公式:矿井可采储量的计算公式为: Z(ZgP)C 式中 Z矿井可采储量 Zg矿井工业储量 P各种永久煤柱煤量损失之和 C采区回采率,厚煤层不低于0.75,中厚煤层不低于0.80,薄煤层不低于0.85。Z(107.101067.11106)80%9999万t 所以设计矿井可采储量为9999万t本矿设计井型为A=120万t/a该矿服务年限T= Zk /(AK) (3=9999/(1201.3)=64.1式中 T服务年限;a Zk 矿井可采储量;万tA 矿井服务年限;万t/aK储备系数;取1.3根据反复测算及煤矿安全设计规程规定,矿井的设计能力可选120t/a,则由
19、上式可得服务年限64年,基本符合要求及实际情况。2.2 井田再划分2.2.1 井田划分为阶段和水平该矿沿倾斜方向划分为2个阶段,阶段长等于走向长。该矿分为一个水平开采,生产时先采一翼。2.2.2 阶段内再划分因为该矿稳定,平均厚度3.5m,煤层倾角8,以及其他地质条件,该矿选择多水平分区式开拓开采。如图所示:J阶段 D倾斜分区图2-1 多水平分区式开拓阶段斜长:第一阶段(J1)为1000m,;第二阶段(J2)为1000m。 在第一阶段是上山开采,在第二阶段是下山开采,这样主要巷道能够为全矿井服务,充分利用资源节省了一个水平。对于第二煤层由于两煤层距离太远不能联合开采,当第一煤层采完后可以延伸主
20、井和副井到第二煤层的那个水平。矿井内开拓水平内同时生产的采区个数应符合“规范”规定,见表2-2。表2-2 各类矿井采区个数生产能力(Mt/a)同时生产的采区个数2.4,3.00以上351.5,1.8230.9,1.220.6及以下122.3 井田开拓方式2.3.1 开采水平数目和顺序由于本矿井地形平坦,表土层厚,且有较厚的冲击层,所以确定采用立井开拓。该矿的开采水平数目可根据煤层垂直高度,阶段斜长和及矿井机械化程度划分。分为两个个水平最为适宜。第一水平标高-350m,第二水平标高-450m。 在井田中部开掘主副立井,井筒掘到水平标高以下后,开掘井底车场;然后在岩层中开掘轨道大巷,并延伸;当一翼
21、的运输大巷和回风大巷掘进位置超过一千米后,便可开掘轨道上山、运输大巷和回风大巷;在煤层中沿煤层走向开掘回巷至采区工作面,或沿煤层倾向掘出工作面开切眼。在开掘各井巷内安装相应的设备,形成生产系统,经试运转符合要求后,矿井即可投产。2.3.2 主要生产系统工作面采出的煤经采区进风平巷通过溜煤眼进运输大巷并运输至运输大巷底部煤仓,在大巷内装车后,由电机车牵引整列矿车至井底车场卸载到井底煤仓,最后由主井安装的箕斗将原煤提至地面。井下所需物料及设备经副井下放至井底车场,由经大巷和轨道上山运输至各个工作地点。新鲜风流由地面经副井、井底车场、轨道运输大巷进入采区进风平巷。经采煤工作面的污浊风流,由采区回风平
22、巷至回风大巷,再经风井排至地面。这种开拓方式生产系统比较简单,运输环节少,通风距离短,建井速度快,投产早。2.3.3 采掘接替采区开采结束前,必须掘出为下一采区服务的运输大巷和回风大巷,直至井田走向边界。矿井开采的第一个水平生产保证产量(不得少于25年),第一水平结束之前,延深主、副井筒至第二水平,进行第二水平的开拓和准备。2.4 井筒数目及位置、断面2.4.1 井筒数目采用立井开拓时,新建矿井一般要凿一对井筒,满足主提升和辅助提升的需要,并满足矿井通风和施工的需要。风井时根据通风系统要求以及安全生产的需要合理确定的。确定井筒数目时,还必须符合煤矿安全规程有关安全出口的规定。本矿井设计3井筒,
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