华北科技学院 - - 矿井通风课程设计

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前 言

本设计是针对于邓家庄煤矿的通风系统进行的设计，内容涉及较多，设计时间较短，对于我来说，设计的过程是一个学习的过程，更是一个把所有知识与实践相结合的一个过程。再此设计过程中，通过查阅资料和在老师的帮助下对全矿有了较为全面的认识和了解，其中以前的矿井开拓设计也为本次设计打下了一个良好的基础。同时涉及的参考文献较多，由于参考资料层次不齐，难免存在一些错误，还望大家见谅。根据设计大纲所要求内容，将设计分为五章，内容主要有三部分，第一部分主要是对于邓家庄煤矿的地质条件和水文、煤层情况进行分析，从而合理的对煤田进行划分，内容涉及第一章。二到四章为设计的第二部分，也是本次设计的核心内容，主要是对矿井的开拓和通风系统进行合理设计，选择合理的通风方式和方法，并计算出容易时期和困难时期的风阻，最后选择出适合的风机和对通风费用进行概算。第五章介绍了矿用设备的选择。

由于时间紧迫，加之所学知识有限，本设计中难免有错误和不妥之处，欢迎大家批评指正。

2013年12月23号

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目 录

前 言 .....................................................................................................................................1 目 录 ..................................................................................................................................2 第一章 井田地质条件 .........................................................................................................3 1.1 井田概况 ............................................................................................................................... 3 1.2 水文和地质条件 ................................................................................................................... 5 1.3 煤层及煤质 ........................................................................................................................... 7 第二章 井田开拓 ................................................................................................................ 12 2.1 井田再划分 ......................................................................................................................... 12 2.2 井田开拓方式 ..................................................................................................................... 17 2.3 主要巷道设计 ..................................................................................................................... 21 2.4 井底车场设计 ..................................................................................................................... 26 第三章 采煤方法 .............................................................................................................. 29 3.1 采煤方法选择 ..................................................................................................................... 29 3.2 采区巷道布置及回采工艺 ................................................................................................. 31 3.3 采区车场选择 ..................................................................................................................... 32 3.4采区生产能力确定............................................................................................................. 34 第四章 通风系统设计 ......................................................................................................... 36 4.1 矿井通风系统设计 ............................................................................................................. 36 4.2 采区通风系统设计 ............................................................................................................. 37 4.3 风量计算与分配 ................................................................................................................. 43 4.4 计算矿井通风系统总阻力 ................................................................................................. 49 第五章 矿井通风设备选择 ................................................................................................... 54 5.1主要通风机的选择 ............................................................................................................. 54 5.2电动机的选择 ..................................................................................................................... 60 5.3矿井通风费用计算 ............................................................................................................. 61 致 谢 ................................................................................................................................... 63 参考文献 ................................................................................................................................. 63

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第一章 井田地质条件

本章主要介绍井田的地理概况以及井田煤系地层、开采赋存条件、地质构造及水文地质条件、煤层瓦斯涌出规律等地质概况。

1.1 井田概况

1）地理条件

邓家庄煤矿位于北京市市北偏东约12km处，南距马乐沟矿6km，距原京山铁路开山车站19km，东距杀河发电厂5.5km。行政区域属北京市市开山区管辖。

本区为一平坦的冲积平原，东南面沿陡河东岸是由奥陶纪石灰岩构成的东北—西南方向起伏伸展的低山丘陵。从东往西有巍山（+290m）、凤山（+180m）、小梁山（+100m）和菀豆山（+38m），由菀豆山向西南倾没于平原之下。由巍山向东北低山丘陵接连绵延，地势逐渐增高，直到青龙山标高达+493.01m。在井田北约7km为由震旦纪灰岩构成的低山丘陵，东西方向横伏，这两条低山丘陵在井田东面的青龙山一带相汇合。低山丘陵的伸展方向与地层走向方向一致。井田内地势平坦，但北部稍高，向南低下，北部地面标高为+38.8m，南端标高为+23.85m，倾向陡河。

2）地形地貌

流经本区东南边的陡河，发源于北部山区，上游由二支汇成，东支称管河，发源于丰润县福山寺管泉，西支称泉水河，发源于丰润县赵庄上水路。二支水流在双桥村北侧汇合，向南流经唐山市区，下游汇集石榴河，向南流

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入渤海。河北省水利厅于1965年在双桥村一带修建了陡河水库，水库大坝距井田东端的最近距离为2200m。陡河及陡河水库虽然距井田区较近，但是因其底下均赋存有百余米的第四纪松散沉积物，而且存在有隔水作用的粘土层，对本矿充水没有直接的影响。

3）气象及条件

邓家庄煤矿气候属半大陆性，夏季炎热多雨，冬季严寒凛烈，气温变化较大。降水一般集中在七、八、九月份。气象资料统计：年降水量最大值为899.6mm（1987年），最小值为317.45mm（1997年），平均值为596.85mm。最大冻土深度0.5m，年降雨量一般520-680mm，年蒸发量1670mm，春冬季节多西北风，夏秋季节多东南风，一般风力3-4级，最大风力6级。

4）矿井其他概况

1995年开始建矿，采用冻结凿井法进行冲积层的凿掘与砌筑，当凿至188.55m时（煤5顶板中粗粒砂岩），涌水量达到每小时258m3，由于涌水水源、途径及充水的其它因素不清，1998年对原精查地质报告进行了复审，重新评价了地质资料的成就与不足，1999年停建，2000年进行补充勘探工作，对水文地质情况基本查清。矿井设计能力为年产180万吨。

矿井开拓方式为中央立井多水平上山方式，第一水平标高为-271.5m，以中央石门为主巷，分东翼和西翼，在煤层底板砂岩中各开拓两条大巷，分别为轨道运输巷和皮带运输巷。

采掘方式为大巷盘区和集中上山开采，目前井田共分两个采区，即：东翼采区、西翼采区。

本矿井为高瓦斯矿井，并有煤尘爆炸危险。相对涌出量为：12m3/t，绝对涌出量为28m3/min；二氧化碳相对涌出量为1.5～2.85m3/t，绝对涌出量为4.95～9.24m3/min。煤尘爆炸指数为38.42％～64.2％。

矿井通风采用中央分列抽出式，由副井进风，回风井回风。回风水平标

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高为-140m。

1.2 水文和地质条件

井田地理为一向斜，煤系地层为石炭系和二叠系以及其他系组成，所含煤层总共有5层，其中可供开采的煤层有2层，这些煤层上部都覆盖有厚度为100～380m的第四系冲积物。 1.2.1 矿井水文地质

矿井最大涌水量为5.20m3/min，一般涌水量为3.73m3/min，至1998年底测得其涌水量为5.12m3/min。疏水中心排放的清水通过管路抽到地面供生活用水，其它质量低于清水质量的一些涌水排到-360m水仓通过有效的排水系统将这些涌水排至地面，以方便其灌溉农田，最后途经东翼塌陷坑进行沉淀，然后经过环游后通过后屯大渠将其流入陡河。

邓家庄煤矿的水文地质条件属简单型，有三个含水层，自下而上分别为： 1）奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层（Ⅰ） 2）煤3以上砂岩裂隙承压含水层（Ⅱ） 3）风化带裂隙、孔隙承压含水层（Ⅲ） 其中与矿井生产较密切的为Ⅰ、Ⅱ。

补给关系是：大气降水→Ⅰ、Ⅱ等各基岩含水层。矿井主要充水水源有：含水层水、断层水、老空水。

（1）含水层水

矿井含水层充水水源主要是煤3以上砂岩裂隙承压含水层水，含水层的水可通过岩石裂隙渗透到主大巷和工作面，对矿井正常生产造成一定影响。

（2）断层水

断层水作为充水水源主要是通过断层导通含水层水而形成的。断层的性质及围岩的破坏程度是断层充水的主要因素。张性正断层、落差大、围岩破

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水害工程量大，且不易开展；另外有下山阶段的话，容易造成跑车事故。故本井田不采用单水平开拓。

④多水平开拓

用两个以上开采水平来开采整个井田的，称为多水平开拓。按开采水平服务的阶段布置方式的不同，可分为多水平上山开拓、多水平上、下山开拓和多水平混和开拓。多水平开拓一般用在井田的倾斜长度比较大或者煤层倾角大的地方。由于本矿井的倾角是8°，所以可以采用多水平开拓的方式。

所以一个矿井的水平数和阶段数是不一定相等的，因为一个水平既可以为一个阶段服务，也可以为两个阶段服务。因为采用两个水平的开拓方式，避免了下山开拓，井田的管理和生产更为安全，所以本矿采用了两个水平的多水平开拓方式。

现对本井田进行再划分：

由于井田走向长5.4km，倾斜长2.8km，又煤层倾角约为在8°，计算得煤层最高端与最低端高差△H，计算公式如下：

△H=2800×sin8°=389.6m

根据井田条件，考虑将本井田划分为三个阶段，设置两个水平，阶段垂高△H’=△H/3=129.9m。由此得斜长L=129/tan8°=924m，所以阶段斜长为924m。

因井田内瓦斯和涌水量问题，若采用上下山开采，开采下山部分在技术上困难较多，故决定阶段内均采用上山开采。由于井田斜长较大，倾角在8°左右，因此排除了单水平上下山开采的开拓方案。这样，井田阶段划分和开采水平设置采用三个阶段，两个水平方案，即每阶段倾斜长924m。

（2）阶段内布置

井田划分成阶段后，阶段内范围仍然较大，一般情况下井田范围内整阶段开采在技术有一定难度，通常阶段内要再划分，以适应开采技术的要求。

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由于井田走向较长，故每个阶段又可划分为若干采区，根据井田范围，初步设计每个阶段为四个采区，除去工业广场和井田边界固定煤柱，则单向开采的采区走向长度为800m，双向开采为1600m，倾斜长924m。本矿井的东一、二，西一、二均为单翼开采，东三、四、五、六，西三、四、五、六均为双翼开采。因为在这些采区上面的地质情况不好，而且上面还有村庄等建筑，不适宜开采。

（3）阶段和开采水平参数 ①阶段垂高 △H’=△H/2=129m； ②阶段服务年限

第一、第二、第三阶段64.5/3=21.5a ③区段数目及区段斜长

每个采区划分为6个区段，区段斜长为：924/6=154m

2.2 井田开拓方式

1）井田开拓方案

开拓方式是指进入矿体的方式、井田及阶段内的划分方式。如用立井—单水平—分区式、斜井—多水平—分段式等表示井田开拓方式。通常以井峒形式把井田开拓方式分成平峒开拓、斜井开拓、立井开拓和综合开拓四种形式。

根据本矿的地质等条件，正对选定的工业场地，和既有的井下工程设施，结合矿井的建设规模、煤层赋存条件、井筒提升方式和建设投资等因素，采用立井两水平分区是开拓方式，即：

全井田采用主立井、副立井、回风立井多水平分区式开拓。且井田划为三个个阶段，每个阶段又划分为四个采区。该种方式不受表土、煤层、地质

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构造等条件限制，适应性较强，同时，井筒断面大，可以满足通风的要求，尤其对深井更有煤柱丢失少，凿井施工难度小，投资少，系统简单，主提升时间短。其缺点是施工技术、井筒装备复杂，不能躲开煤层顶板的含水层及流沙层，施工困难，掘进速度慢。

2）煤层开采顺序

（1）沿煤层倾斜方向的开采顺序

沿煤层倾斜方向，一般是自上而下按阶段依次进行回采，称为下行开采顺序。反之，则为上行开采。下行开采顺序，由于它的开采顺序是由浅及深，初期工程量小，投资低，建井快，开采技术上也比较简单。

在阶段内部不论分区式或分段式一般也采用下行开采顺序，因为其不管是技术上和在安全维护上，都较为可行。而当在近水平煤层开采时，上、下行开采均可以。

（2）沿煤层走向的开采顺序

在井田内，由于主井在煤层沿其走向方向的位置不同，可将井田分为双翼井田与单翼井田。

一般将井筒所处的位置看作后，而将井田边界的位置看作前。在井田的一翼内无论是分区式开采或者是分段式开采，由于沿煤层走向开采方向不同可分为前进式和后退式的开采顺序。

前进式具有初期工程量小，建井期短，出煤快，初期投资小等优点。对于上山阶段来说，一般都采用前进式。而对于采区内部来说，一般都采用后退式，即所谓采区前进式、区内后退式。对于下山阶段可以采用前进式也可以采用后退式。

据此，可将本矿井设计为沿煤层走向的开采顺序为：采区前进式，采面后退式。

3）煤层群开拓

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当若干煤层或煤组由一个矿井开采时，称为煤层群开拓。

为了尽量减少开拓工程量，改善开采的技术经济指标，通常根据煤种、煤质、厚度及层间距等因素，按照开采技术的要求，将煤层群划分为若干煤层组。

煤层群的分组要尽量为了便于煤质管理，同组煤组的煤种和煤质应尽可能相同；同组煤层的层间距应当较小，以便于生产管理和减少石门的掘进量；力求各煤组煤层的有利于配采和均衡生产；将含沼气等级相同或相近的煤层尽量划分为一组，以便于通风管理；应考虑同组煤采用相同采煤方法的可能性；煤层间的联系方式。

开拓煤层群时，无论是煤组或是煤层之间都需要用巷道联系，以构成全矿完整的生产系统。煤层之间的联系方式可以利用直立的溜井或暗井、倾斜的岩石巷道或水平的石门等。这些方式的选择主要取决于煤层倾角和煤层层间距离。层间距不变时，溜井的长度随煤层倾角的增大而增长，而石门长度则随倾角增大而缩短，倾斜巷道的长度介于溜井与石门之间。

根据本矿的地质条件和煤层赋存条件，本矿煤层群开拓选用石门联系的煤层群分组联合开拓。两煤层为一组采用共用运输上山的联合开拓。

4）主、副井及风井设计 （1）井筒数目位置的确定 ①井筒数目

邓家庄煤矿设计生产能力为90万吨/年，生产能力大，服务年限长，因而，在投产初期确定一个主井，担负矿井的主提升；一个副井，担负矿井的辅助运输及升降人员。为了满足通风及辅助运输的需要，又凿一新风井，同时兼作副提。

②井筒位置

为了使井下各翼储量分布均衡，减少运输费用和通风阻力， 将主副井

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筒布置在井田中央。这种布局有以下优点：工业广场煤柱损失比布置在井田中央少；投产初期开拓工程量少；投产后短期内能达到设计生产能力，使运输、通风、井巷维护等费用最低。

（2）井筒断面与提升能力

①主井井筒净断面面积 19.64m2

主井提升能力 447.3吨/时 ②副井井筒净断面面积 28.27m2

副井提升能力 3.4吨/次 ③风井断面面积、提升能力与副井相同 （3）井筒装备

主井净直径5m，安装金属罐道、罐道梁、一对10m3箕斗和通讯电缆一条，通风水平以上，设行人梯子间。安装480mm（外径）排水管三条。动力电缆两条，并予留1条管路和两条动力电缆的位置。

副井净直径6m，安装金属罐道、罐道梁、行人梯子间。一对滚动罐耳3T。单层普通罐笼，钢丝绳防坠器，准备改铝合金双层罐笼，以便双层提升人员，单层绞材料及矸石。外径419mm，排水管路3条，动力电缆4条和通讯电缆一条，并予留后期排水管路1条和动力电缆的位置两条。

井筒特征、用途及装备见表2-1井筒特征表。

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表2-1 井筒特征表

井筒名称 井口 坐标 纬距X 经距Y 主立井 3974225 19672430 +31.0 -269 -398 -527 90 300 429 558 5.5 23.75 喷浆支护 500 装备两对12t箕斗 普通罐笼 担负矿井矸石、材料、担负矿井煤炭提升井筒用途 兼做进风井 务兼做进风井和安全出口 设备和人员的升降任担负矿井回风任务 作，一台备用 副立井 3974225 19672480 +31.0 -269 -398 -527 90 300 429 558 5.0 19.63 喷浆支护 450 一对3t双层单车 井筒装备 回风立井1 3972365 19673750 +60.0 -140 -269 -398 90 200 329 458 5.0 19.63 喷浆支护 400 装备两台风机，一台工井口标高（m） 第一阶段（m） 井底 第二阶段（m） 标高 第三阶段（m） 井筒倾角（°） 第一阶段（m） 井筒 第二阶段（m） 垂深 第三阶段（m） 井筒净径（m） 净断面（m2） 井筒 支护 支护材料 支护厚度（mm） 2.3 主要巷道设计

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2.3.1 运输大巷设计

1）巷道位置

主要运输大巷一般布置在最下一个可采煤层底板下不受开采影响的较坚硬的岩石中以保证开采水平和采区有一定的储量。

邓家庄煤矿煤层有自然发火倾向，因此采用了集中运输大巷采区石门的布置方式，将运输大巷均布置在最下一个可采煤层底岩石中，这种布置方式有以下特点：

（1）大巷布置在底板岩石中，可以避免支承压力对大巷在影响，大大改善了巷道维护条件，降低了生产期间的维护费用。

（2）集中开拓可采煤层，生产能力大。

（3）大巷布置在岩石中，不受煤层起伏及走向变化的影响，可按开采技术要求直线掘进，易于掌握工程质量，便于采用大型运输设备，特别是皮带运输。

（4）各煤层可同时进行回采准备，开采顺序灵活，开采强度大。 （5）煤层内可不留煤柱，煤柱损失少，提高了回收率。 （6）便于布置采区煤仓，有利于均衡生产。 2）巷道选型

根据矿井产量和地质条件仍选巷道断面形状为半圆拱形，支护方式为喷浆支护，其断面图如图2-1。

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图2-1 巷道断面形状

3）巷道的高度和宽度

H0=h0+h2 （2-4）

式中 H0—巷道的净高度（指除去支护厚度后，可能利用的最大空间高度），

设计规定，运输巷道的净高度不小于1900mm；

h0—为拱的高度； h2—巷道的墙高。

取h0为2.2m，h2为1.9m，则H0为4.1m；由于巷道为半圆拱形，拱高h0=2.2m，则宽度B=4.4m。

4）巷道的净断面积

巷道的净断面积可用公式：S（2-5）

可得：S净=B×（h2+0.39×B）=15.91m2 2.3.2 井底车场巷道

1）巷道选型

由于井底车场为环行卧式井底车场，故可设计其巷道断面形状为半圆拱形形状，支护方式为喷浆支护。其断面图如图2-1巷道断面形状所示。

2）巷道的高度和宽度：

利用公式（2-4）计算，取h0为2.0m，h2为2.0m，则H0为4.0m；由于巷道为半圆拱形，拱高h0=2.0m，则宽度B=4.0m。

3）巷道的净断面积

巷道的净断面积可用公式（2-5）计算

净

=B×（h2+0.39×B）

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可得：S净=B×（h2+0.39B）=4×（2+0.39×4）=14.24m2 2.3.3 采区上山（轨道上山、运输上山、回风上山）

1）巷道选型

根据邓家庄煤矿地质条件和矿井生产能力，可仍选采区上山断面形状为半圆拱形形状，支护方式为喷浆支护，其断面图如图2-1。

2）巷道的高度和宽度

根据公式（2-4）：H0=h0+h2计算

式中：H0—巷道的净高度（指除去支护厚度后，可能利用的最大空间高

度），按设计规定，运输巷道的净高度不小于1900mm； h0—为拱的高度； h2—巷道的墙高。

取h0为2.0m，h2为1.5m，则H0为3.5m；由于巷道为半圆拱形，拱高h0=2.0m，则宽度B=4.0m。

3）巷道的净断面积

巷道的净断面积可用公式（2-5）：S净=B×（h2+0.39×B）计算 可得：S净=B×（h2+0.39×B）=12.24m2 2.3.4 区段进回风巷

1）巷道选型

由于巷道不属于永久性支护，故选择巷道形状为梯形断面，支护形式为工字钢支护。其断面形状如图2-2区段进回风巷断面形状所示。

图2-2 区段进、回风巷断面形状

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2）巷道的高度和宽度

巷道的高度h=2.8m，上底宽a=2.6m，下底宽b=3.4m。 3）巷道的净断面积

根据公式：S净=h×（a+b）/2 （2-6）

计算出梯形的净断面积S净=h×（a+b）/2 =2.8×（2.6+3.4）/2 =8.4m2 2.3.5 回风大巷及回风石门

1）巷道选型

由矿井地质条件选回风大巷和回风石门断面形状为半圆拱形状，断面形状图如

图2-3回风大巷及回风石门形状所示。

图2-3 回风大巷及回风石门形状

图2-3 回风大巷及回风石门形状

2）巷道的高度和宽度 根据公式（2-3-1）：H0=h0+h2

式中 H0—巷道的净高度（指除去支护厚度后，可能利用的最大空间高

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度），按设计规定，运输巷道的净高度不小于1900mm；

h0—为拱的高度； h2—为巷道的墙高。

取h0为2.0m，h2为1.5m，则H0为3.5m；由于巷道为半圆拱形，拱高h0=2.0m，则宽度B=4.0m。

3）巷道的净断面积

巷道的净断面积可用公式：S净=B（h2+0.39B）计算

由上式可得：S净=B（h2+0.39B）=4.0（1.5+0.39×4.0）=12.24m2

2.4 井底车场设计

1）井底车场的形式和选型

井底车场是井硐与井下主要巷道连接处的一组巷道和硐室的总称。它担负着矿井煤、矸石、物料、设备、人员的转运，并为矿井的通风、排水、供电服务，是连接井下运输和井筒提升的枢纽。

根据矿车在井底车场内运行的特点，井底车场又可分为环行井底车场和折返式井底车场两大类。

（1）环行井底车场

环行井底车场的特点是重列车在车场内总是单向运行，因而调车工作简单，可以达到较大的通过能力，但车场的开拓工程量较大。

按照井底车场空重车线与运输大巷或主要石门的相对位置关系，环行井底车场又可分为卧式（a）斜式（b）和立式（c）三种（详见图2-4）。现分别叙述如下：

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主要运输巷道 主要运输巷道 主井 主井 主井 副井 主要运输巷道 副井 （a） （b） （c）

图2-4 环行井底车场

当井筒位置与主要运输大巷和石门较近时，主副井储车线与运输大巷或石门可平行布置，称为卧式井底车场。

主副井储车线与运输大巷或石门斜交称为斜式井底车场。 环行立式井底车场的主副井储车线垂直于运输大巷或石门。 （2）折返式井底车场

折返式井底车场的特点是空重车在车场内有折返运行，根据车场两端是否可以出车，折返式井底车场又可以分为梭式和尽头式两种。

梭式井底车场：其主要特点是主井储车线完全布置在主要运输巷道上，列车往返运行需经翻笼一侧的轨道。这种车场的优点是：开拓工程量小，车场弯道少。

尽头式井底车场：与梭式井底车场的线路布置基本相似。但空重列车只从车场的一端出入，另一端为车场的尽头。（附图2-5梭式井底车场）

由上面的对比，本矿采用环形井底车场。因为他的运输简单，而且其运输能力也很大，有较大的通过能力。

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副井主井材料车运行方向矸石车运行方向图2-5 梭式井底车场

重车运行方向空车运行方向

2）井底车场内的各种硐室

井底车场内的主要硐室有：中央变电所、水泵房、水仓、装煤设备硐室、电机车库及修理间等。

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第三章 采煤方法

本章主要内容为：采煤方法选择，采煤机械、支护设备选择及其主要特性参数，主要巷断面形状、道断面积、支护方式设计，采区巷道布置及回采工艺，采区上部、中部、下部车场选择。

3.1 采煤方法选择

1）采煤方法选择

由于矿井各个煤层赋存条件较好，煤层厚度适中，倾角较小，一般8°至10°之间，顶底板均属中等坚硬岩石，较易管理，加之井田地质构造简单，适合于机械化集中开采。

根据各煤层的赋存条件和目前开采技术条件及管理水平，可供选用的采煤方法有高档普采、综合机械化采煤和放顶煤综采三种方法。

由于2号、5号煤层较厚，赋存条件较好，煤层倾角较小，故2号煤层开采使用走向长壁高档普采采煤方法；由于5号煤层厚度较大，煤层倾角较小，赋存条件也较好，故5号煤层开采使用走向长壁综合机械化采煤方法。

2）回采工作面长度和采高

结合本矿煤层赋存条件，及大型煤矿开采技术水平，确定工作面长度为125m，采高为一次采全高。

3）采场支护方式

由于是综合机械化采煤，故采场支护方式选用掩护式液压支架，支架型号见下表3-1 采煤机与液压支架型号表。

表3-1 采煤机与液压支架型号表

煤层 采煤机型号 单位 数量 液压支架型号 ·29·

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2号煤层 5号煤层 MG375-GW MG375-AW 台 台 2 2 ZY3000-12/28 ZYX3400/23/45 液压支架的主要特征： （1）ZYX3400/23/45 支撑高度：2.3～4.5m；

适用条件：煤层厚度〈4.3m，煤层倾角〈25°； 工作阻力：3600kN； 初撑力：2608kN；

外形尺寸：5470×1430×2500（长×宽×高，单位：mm） 操作方式：邻架； （2）ZY3000-12/28 支撑高度：1.2～2.8m；

适用条件：煤层厚度1.4～2.6m，煤层倾角〈25°； 工作阻力：2060～2854kN； 初撑力：1355～1877kN；

外形尺寸：4030×1420×1200（长×宽×高，单位：mm）； 操作方式：本架。 4）运输方式

采面采用刮板式输送机，区段运输巷用胶带输送机，运输上山用胶带输送机，轨道上山采用蓄电电机车，矿车类型选用3t底卸式矿车。

5）采空区处理

由于是综合机械化采煤，又根据煤层顶板岩层的性质（直接顶的厚度较大，且强度为2～3），故采空区处理采用全部垮落法处理。

6）采煤机选择

采煤机选用双滚筒采煤机，割煤方式为双向割煤，往返两刀。各煤层采

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煤机型号及数量如表3-1。采煤机的主要特征如下：

（1）MG375-GW 采高：2.3～4.5m； 煤层倾角：〈35°； 截深：630mm； 滚筒直径：2.3m； 牵引力：500kN； 牵引速度：0～6.1m/min； 控顶距：2250～2450mm； （2）MG375-AW 采高：1.5～2.6m； 煤层倾角：〈35°； 截深：630mm； 滚筒直径：1.3m； 牵引力：500kN； 牵引速度：0～6.1m/min； 控顶距：2200～2450mm。

3.2 采区巷道布置及回采工艺

1）采区巷道布置

回采工作面采用一面两巷布置，进风顺槽与轨道上山相连，回风顺槽与回风上山相连，进回风顺槽在区段边界构成回采工作面，进回风顺槽均沿煤层底板布置，采用共用采区上山的巷道联合布置方式，详见图3-1采区上山的巷道布置。

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图3-1 采区上山的巷道布置图

1—运输大巷；2—轨道大巷；3—运输上山 4—轨道上山；5—回风上山；6—回风大巷

2）回采方式

在井田范围内，采用采区前进式开采，工作面采用后退式开采。 3）回采工作面循环工作组织

回采工作面的工作“循环”，即完成落煤、装煤、运煤、工作面支护及采空区处理等全部工序的整个过程。本矿井每年工作日为330天，回采工作面循环工作组织为“三八”工作制度，即把每昼夜为三班，两班生产一班检修，每班工作时间为八小时，日进十刀每刀0.6m的作业方式。

3.3 采区车场选择

1）采区上部车场

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由地质条件选采区上部车场为顺式平车场，其俯视图如图3-3采区上部车场所示。

图3-3 采区上部车场

1—回风大巷；2—回风上山；3—轨道上山；

4—区段回风平巷；5—绞车房

优点：车辆运输顺当，调车方便，回风巷短，通过能力大； 缺点：车场巷道断面积大。 2）采区中部车场

由于采区为单面上山，故选择采区中部车场为单侧甩车场，其俯视图如图3-4 采区中部车场所示。

图3-4 采区中部车场

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1—轨道上山；2—运输上山；3—回风上山

优点：调车方便，搬道岔工程量小；

缺点：推车劳动量大，易磨损钢丝绳，人员来往困难，工程量大。 3）采区下部车场

由于运输上山采用胶带输送机运煤，故采区下部车场选用大巷装车式的卧式绕道车场，其俯视图如图3-5采区下部车场所示。

图3-5 采区下部车场

1—轨道大巷；2—运输大巷；3—回风上山；4—运输上山；

5—轨道上山；6—下部车场绕道

优点：调车方便；缺点：工程量大。

3.4采区生产能力确定

采区生产能力应根据地质条件，煤层生产能力，采掘机械化程度和采区同时生产的工作面个数及其接替关系等因素来确定。其中掘进出煤率为年产量的10%

本矿井两翼布置，单面开采，同采工作面只有一个，因而本矿井的生产能力由该采区生产能力决定。

1）采煤工作面计算：

A＝LL1MγC

（3-1）

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式中：A——工作面日产量，t/d； L——工作面长度，m；

L1——工作面日进度，m/d； M——采高，m； γ——煤的容度,1.4t/m3； C——工作面回采率，取93％。 日产量A＝125×6×2.5×1.4×93％

＝2441.25t

2）采区日生产能力计算公式：

AB＝K1K2ZA (3-2)

式中：AB——采区生产能力；

K1——工作面产量不均衡系数，只有一个工作面，取1；K2——采区内掘进出煤系数，取1.1； ZA——采区内同采工作面日产量之和； 故AB＝1.1×2441.25＝2685.4t

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第四章 通风系统设计

矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分，其设计合理与否对全矿井安全生产及经济效益具有长远而重要的影响。矿井通风系统设计是矿井设计的主要内容之一，是反映矿井设计质量和水平的主要因素。本章讨论通风系统的类型及适用条件，选择矿井通风系统，采区通风系统，风量计算与分配，计算矿井通风系统总阻力，选择矿井通风设备，矿井通风费用计算等主要内容。

4.1 矿井通风系统设计

矿井通风系统是向矿井各作业地点供给新鲜空气、排出污浊空气的进、回风井的布置方式，主要通风机的工作方法，通风网路和风流控制设施的总称。

1）矿井通风系统的类型

按矿井进、回风井在井田的位置不同，通风系统可分为中央式、对角式、区域式和混合式。

进、回风井均位于井田走向中央。根据进、回风井的相对位置，又分为中央并列式和中央边界式（中央分列式）。本矿井适合在中央式中选择，下面就对中央式中的两种类型进行比较并选型。

（1）方案一：中央并列式

中央并列式进风井和回风井大致并列在井田走向的中央，两井底可以开掘到第一水平，也可只将回风井掘至回风水平。它的优点是：进、回风井均布置在中央工业广场内，地面建筑和供电集中，建井期限较短，便于贯通，初期投资少，出煤快，护井煤柱较小。矿井反风容易，便于管理。该通风方

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式适用于煤层倾角大埋藏深井田走向长度小于4km的矿井，而本矿的走向长度为5400m，所以不适宜选这种通风方式。

（2）方案二：中央边界式（中央分列式）

中央边界式（中央分列式）是进风井大致位于井田走向的中央，回风井大致位于井田浅部边界沿走向中央、在倾斜方向上两井相隔一段距离，回风井的井底高于进风井的井底。这种通风方式适用于煤层倾角较小埋藏较浅，井田走向长度不大，瓦斯与自燃发火比较严重的矿井。本矿的煤层倾角小，且埋藏较浅，而且也有自然发火的现象，所以本矿采用中央边界式的通风方式。

2）主要通风机的工作方式与工作地点

主要通风机的工作方式有三种：抽出式、压入式、压抽混合式。 （1）方案一：抽出式

抽出式是主要通风机安装在回风井口，在抽出式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在低于当地大气压力的负压状态。当主要通风机因故障停止运转时，井下风流的压力提高，比较安全。由于比较安全，所以本煤矿采用抽出式。

（2）方案二：压入式

压入式是主要通风机安装在入风井口，在压入式主要通风机的作用下，整个矿井通风系统处在高于当地大气压力的正压状态。在冒落裂隙通达地面时，压入式通风矿井的有害气体通过塌陷区向外漏出。当主要通风机停止运转时，井下风流的压力降低。采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干通风构筑物，使通风管理困难，且漏风较大。

4.2 采区通风系统设计

采区通风系统是矿井通风系统的主要组成单元，是采区生产系统的重要

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组成部分。它包括采区进风、回风和工作面进、回风巷道组成的风路连接形式与采区内的风流控制设施。

1）采区进风上山与采区回风上山的选择

对于薄及中厚的缓倾斜煤层，我国广泛采用走向长壁采煤法，开掘采区上（下）山联系回风大巷及运输大巷，上（下）山至少有两条，即运输机上山及轨道上山；对于生产能力大的采区可有三条或四条上山。只设两条上山时，一条进风另一条回风。新鲜风流由大巷经进风上（下）山、进风平巷进入采煤工作面，回风经回风巷、回风上（下）山到采区回风石门。又本矿虽有厚煤层，但其厚度接近最大厚度的中厚煤层，采煤方法仍用走向长壁采煤法，故本矿各个采区内的布置均相同。

采区进回风巷道的形式有：轨道上山进风，运输机上山回风；轨道上山回风，运输机上山进风两种。以下对其作简略说明。

（1）方案一：轨道上山进风，运输机上山回风

新鲜风流由进风大巷流经采区石门然后到下部车场再到轨道上山，故下部车场绕道中不设风门。轨道上山的上部及中部车场凡与回风巷连接处，均设置风门和回风隔离。为此车场巷道要有适当的长度，以保证两道风门间距有一定的长度，以解决通风与运输的矛盾。因为运输上山既运煤，又用做回风，危险度较高，故不采用这种方式。

（2）方案二：运输机上山进风，轨道上山回风

如图4-1所示，运输机上山进风时，风流方向与煤流方向相反。运输机上山的下部与进风大巷间必须设联络巷入风，禁止从溜煤眼上风。运输机上山的中部、上部与回风上山连接的巷道中均设置风门或风墙。轨道上山回风，它与各区段回风巷及回风石门连通，凡与进风巷连接地点，设置通风构筑物。为了将轨道上山与与采区进风巷隔离，其下部车场必须设两道以上风门，风门间隔不小于一列长度，这对于下部提料的采区特别重要，否则提料与通风

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易发生矛盾，风门破坏或敞开，风流短路，工作面风量不足，可能造成事故。对于从上水平下料的采区来说，料车通过下部车场很少，上述问题一般不存在，所以这种通风系统对于从上水平下料的采区比较适合。这种通风方式由于在运输上山进风，进来的风吹动煤尘，新鲜风流被污染，也不适合选用。

10978645321进风方向回风方向

图4-1 运输机上山进风的采区通风系统

1—进风大巷；2—进风联络巷；3—运输机上山；4—运输机平巷；5—轨道上山；

6—采区变电所；7—绞车房；8—回风巷；9—回风石门；10—总回风巷

（3）方案三：轨道上山进风，回风上山回风

本方法与轨道上山进风，运输机上山回风基本相同，只是有三条上山，另外多打一条回风上山，这种方法避免了前两种进风方式的弊端。轨道上山主进风，由于其进风量较大，所以主要供工作面通风。而运输上山辅助进风，因为其进风量少，所以第一可以为掘进头供风；第二，虽然运输上山会往下运煤，新鲜风流进入可能会污染，但是新鲜风流的进入也使得运输上山的空气能够符合行人的要求。而专用的回风上山只为回乏风而服务，有效的避免火灾和爆炸事故的发生，同时减轻了安全投入，便于管理。虽然需要三条上山，开拓量初期比前两种方式麻烦，但是总体来说，既不污染新鲜风流，又

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不会使乏风和运煤巷道冲突，所以采用轨道上山和运输上山进风，回风上山回风。

（4）采煤工作面上行通风与下行通风

上行通风与下行通风是指进风流方向与采煤工作面的关系而言。当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷时，采煤工作面的风流沿倾斜向上流动，称上行通风，如图4-2中的（a），否则是下行通风如图4-2中的（b）。上行通风可以避免上余角的瓦斯积聚，减少事故的发生。下行通风如果工作面一个地方着火，火风压会使风流反向，导致下面的地方没有新鲜风流进入，危及人员安全。故工作面采用上行通风的方式。

新鲜风流 乏风工作面推进方向

图4-2 采煤工作面上行风与下行风

（5）工作面通风系统

采煤工作面的通风系统由采煤工作面的瓦斯、温度和煤层的自燃发火等所确定的，根据采煤工作面进回风巷道的布置方式和数量，工作面通风系统采用U型。

2）采取掘进初期和掘进完成后局部的通风方式

如图4-3所示，为东一采区的掘进示意图。在掘进初期的时候由于刚掘进一点，只掘除了三条联络巷，而又因为在掘进初期是用区段运输平巷作为回风巷的，所以如果要想冲洗掘进头1，就需要将通风机放在绕道里面为掘进头供风，这样才能保证回风的顺畅。而不能向下面辅助巷那样，直接将局部通风机放在巷道内。这样放置，冲洗玩掘进头的乏风就会沿着如图所示的

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