矿井通风系统毕业论文设计资料
论文题目：赵家梁煤矿矿井通风系统设计
专业：安全工程
毕业生：（签名）
指导教师：（签名）
摘要
本设计为赵家梁煤矿矿井通风优化设计，全区可采煤层1层，为5-2煤层；局部可采煤层2层，为3-1、4-2上煤层；其余均不可采。各煤层具有特低灰、特低硫、特低～中磷煤等特点，为优质动力燃料、工业气化及低温干馏用煤。赵家梁矿井首先开采5-2煤层，后期开采3-1、4-2煤层，即采用上行开采；矿井采用斜井开拓方式，设计生产能力0.45Mt/a （后期扩建到0.90 Mt/a）.。设计5-2煤采用长壁综合机械化采煤法，全部垮落法管理顶板。
本矿井为瓦斯矿井，采用中央并列式通风系统，抽出式通风方式进行通风，由主斜井、副斜井、管子井进风，回风立井出风。
关键字：通风系统设计通风阻力风量计算安全
Subject: Zhao Jialiang coal mine ventilation system design Professional: Safety Engineering
Graduates: (Signed)
Instructor: (Signed)
Abstract
The design for the Zhao Jialiang coal mine ventilation optimization design, the regionmineable a layer of 5-2 coal seam; locally coal layer 2 layer for 3-1,4-2 on coal; others were inadmissible. Each seam with a special low ash, low sulfur, ultra-low to medium phosphorus coal, etc., for high-quality power fuel, industrial coal gasification and low temperature carbonization. Zhao Jialiang 5-2 mined coal mine first, post-mining 3-1,4-2 seams, which uses upward mining; mine uses inclined to explore ways to design production capacity of 0.45Mt / a (post-expansion to 0.90 Mt / a).. Design 5-2 mechanized longwall coal mining method, all of the roof caving method manager.
The mine is gassy mine, parallel with the central ventilation system, ventilation exhaust ventilation manner by the main shaft, auxiliary shaft, tube wells into the air, return air shaft out of the wind.
Keywords: ventilation system design air volume ventilation resistance Computing Security
1 绪论
1.1 选题的目的和意义
矿井通风是一个随时变化的系统，是矿井系统的一个重要组成部分，担任着重要的通风任务。它依靠通风动力，将定量的新鲜空气，沿着既定通风线路不断地输入井下，以满足用风地点的需要；同时冲淡并排出井下的毒性、窒息性和爆炸性的气体和粉尘，降低热源，营造良好的工作环境，防止各种伤害和爆炸事故。为确保矿井安全生产、稳定和高产，提高矿井的抗灾能力，最终提高矿井的经济效益，通风系统必须保持最佳运行状态。因此应对矿井通风系统的变化及时的进行优化。因此应对矿井通风系统的变化及时进行优化，确保通风系统的高效、可靠、经济，保障井下人员身体健康和生命安全，保护国家资源和财产。
1.2 国内外通风现状
1.2.1 国内矿井通风现状
矿井通风技术的发展由一些基本的通风技术和概念，逐渐发展成现阶段人工智能化。矿井通风的理念由可行性和有效性发展到对系统可靠性的研究再到现阶段以通风节能为热点，不但注重新技术的开发应用，而且能源危机和提高通风效率的意识逐渐受到重视，成为矿井通风技术发展的新趋势，再运用网站制作技术将此项成果呈现并展示给读者。
随着职业健康安全管理体系的贯彻实施，我国对企业工作场所的劳动条件要求将会越来越严格。但是, 由于我国煤炭资源赋存条件复杂, 煤层渗透率较低, 抽采出的瓦斯中低浓度瓦斯占较大比例, 同时缺乏有效的利用方法。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。按照进、回风井在井田的位置不同，通风系统可分为中央式、对角式、区域式及混合式。中央式又可分为中央并列式和中央边界式，对角式可分为两翼对角式和分区对角式。应根据矿井生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、矿井瓦斯涌出量、煤层自燃倾向性的条件，在确保矿井安全、兼顾中、后期生产需要的前提下，通过对多个可行的矿井通风系统方案进行技术经济比较后确定。中央式通风系统具有井巷工程量少、初期投资省的优点。但是矿井通风方法一般采用抽出式。当地形复杂、露头发育老窑多、采用多风井通风有利时，可采用压入式通风。
1.2.2国外矿井通风现状
一些发达国家开采煤矿的历史比较长远，开采技术及安全措施相对成熟，煤矿事故率较低。国外一些产煤国家，对矿井通风集中监测与自动化控制方面，都在进行大量研究，其目的是通过一定的监测手段，取得通风参量的可靠数据，再由计算机来实现通风网路的自动控制，以做到随时根据有害气体含量的变化和高温烟流等，调节风流，抑制事故的发生，同时还能合理的节约矿井内的能源消耗。连续监测技术的应用，在国外取得了显著的经济效益，更重要的收益是极大的降低了煤矿的死亡率。
波兰的某些煤矿，全矿井应用连续监测瓦斯及风速的技术装备后，把工作面入风中的瓦斯限量放宽到1%，在设置屏蔽电缆的工作面放宽到2%。由于这个限量的放宽而使煤炭量增加2—3倍。
由于在矿井通风参量的监测中，已经普遍应用电子计算机。所以各国都在安排力量研制由计算机监控所需要的参量侧头。如英国将环境监测、瓦斯抽放、各类扇风机的机械参量等都列为监测内容。目前已有16种参量送给由计算机配套的监测系统，从一些资料看还有增加的趋势。在风速监测中，由于成本的问题，目前应用较多的仍然是热线式和叶轮式测头，在使用中都存在着煤尘影响的问题，都在努力寻求一种可以不受井下条件影响而成本较低的测头。
由于井下的通风网路相当复杂，风流要经过各种情况的巷道，又受井下采煤过程的外在条件和煤层条件的影响。迄今为止，世界上没有一个国家能拿出一个行之有效的计算程序，供计算机使用。这需要研究出用于矿井通风的数学模型，这项任务工作量较大且费时较长，所以这将是未来国内外共同需要努力的方向。
1.3 研究内容及设计思路
1.3.1 设计主要内容
（1）设计赵家梁矿井通风系统图。提出矿井通风系统的可行方案，进行技术经济比较，选择最佳通风系统，并论证其合理性。
（2）矿井风量计算和风量分配。按照采煤、掘进、硐室及其它地点的实际需风量进行计算，同时按照井下同时工作的最多人数每人每分钟供给风量进行验算。
（3）矿井通风阻力计算。根据赵家梁煤矿的具体情况选出矿井通风容易和通风困难两个时期通风网络最小和最大通风负压；计算达到设计产量和通风机最
大使用年限通风容易和通风困难两个时期的最小和最大负压，并将计算结果负压计算总表。
（4）选择矿井通风设备。根据矿井初、后期及达产时的矿井总风量和总负压（如多风井抽风，每个回风井应单独计算）提交机电专业，选择矿井通风机。
（5）概算矿井通风费用。
1.3.2 设计流程图
设计流程图见图1.1。
图1.1
2 赵家梁矿井概况
2.1 概况
2.1.1 井田位置
赵家梁煤矿位于陕西省神木县乌兰木伦河东岸，车岔沟南侧，行政区划隶属陕西省神木县孙家岔镇管辖。包（头）－神（木）二级公路从乌兰木伦河西岸通过，与赵家梁煤矿一河之隔，煤矿北距神木县孙家岔镇7.5km，距神府矿区中心区大柳塔镇27km，距内蒙东胜市112km、包头市246km；地理坐标为：北纬39°04′06.80″～39°08′32.51″；东经110°21′58.87″～10°26′30.20″。见图2.1。
图2.1 井田交通位置图
2.1.2 自然地理
（1）地形地貌
赵家梁井田位于陕北黄土高原之北端和毛乌素沙漠东南缘的接壤地带，地貌单元属风积沙所覆盖的黄土丘陵区，呈黄土梁和风成沙丘相间的地貌景观，地形复杂，沟壑纵横，梁峁相问，地表侵蚀强烈。本区总的地形特征是北东部高而南西部低，海拔高程一般为1200m左右，近南北走向的的高脊梁成东西向分水岭，最高点位于井田中部的曲家梁，标高为1223.87m；最低点位于井田南西角的乌兰木伦河，标高为993.8m，相对高差230m。区内河谷地带基岩裸露，其余大部分地段为第三系红土及第四系黄土覆盖，局部地段为风积沙片沙，植被稀少，水土流失严重。
（2）气候条件
本区属中温带大陆性半干燥气候，冬季干旱严寒，夏季干燥枯热，春季多风，风沙频繁，秋季凉爽，冷热多变，昼夜温差悬殊，干旱少雨，全年降雨多集中在七、八、九三个月，无霜期短。十月初上冻，次年三月解冻。秋季多西北风，春季多为东南风。根据神木县气象站长年观测资料：
多年平均气温8.4℃
极端最高气温38.9℃
极端最低气温-28.1℃
多年平均降雨量474.6mm
日最大降雨量l36.3 mm
年最少降雨量108.6mm
年最大降雨量819.1mm
多年平均蒸发量1990mm
多年平均湿度55％
平均风速 2.33m/s
极端最大风速25m/s
最大冻土深度 1.46m
（3）水系及其主要河流
赵家梁井田东西两侧分别有悖牛川及乌兰木伦河经过，均为常年性河流。乌兰木流。流经区内的河流有南河和羊马河。南河从本区北部流经子长县后汇入秀延河，最大流量4670m3/s(2002年7月4日)；羊马河从本区中部流经磁窑村后汇入南河，流量10.48～55.10l/s,一般18.96l/s。每年3月份冰雪融化期和7～9月份降雨季节为区内各河流的丰水期；5～6月份及冬季为枯水期。据以往资料统计，大部分地表水属中～微强矿化水，矿化度多在0.4～0.6g/L，总硬度10.0～15.0H°，PH值为7.1～8.0。
（4）地震烈度
根据国家建设部发布的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）,本区抗震设防烈度为6°，设计基本地震加速度值为0.05g。
2.1.3 相邻关系
井田内地层平缓，沟谷纵横，煤层出露地点多。井田内除中部已建的开采3-1煤层的斜井外，仅西南角有一小规模开采5-2煤层的赵家梁一号井，该井在5-2煤层主系统形成后将关闭。除此之外，井田南部边界以外向西尚依次分布有赵家梁二矿、平寺沟煤矿、当中沟煤矿、南沙湾煤矿、燕家塔煤矿等5处生产小煤矿，均以平硐人工开采5-2煤层，开采设备简陋。
2.2 矿井建设的资源条件
2.2.1 煤层及煤质
本区含煤地层为侏罗纪中统延安组，由上而下编号为：2-2、3-1、3-2、4-2上、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、5-3煤层，共10层。其中：全区可采煤层1层，为5-2煤层；局部可采煤层2层，为3-1、4-2上煤层；其余均不可采。
3-1煤层：
埋深0～112.8m，井田南部及坡谷地带大部被冲刷剥蚀，中北部裸露于沟谷及山坡之上，沿露头皆遭受严重自燃。北部可采连片面积为5.181km2，煤层厚度2.97～3.26m，平均厚度3.10m，结构简单，不含夹矸，厚度稳定，属局部可采煤层。底板标高为+1105～+1115m。距下覆4-2上煤层间距25.45～39.56m，平均间距35m。
4-2上煤层：
埋深0～153.8m，因后期冲刷剥蚀，裸露于沟谷及山坡上，煤层自燃严重。井田内东西两侧坡谷地带大部已自燃，中部可采连片面积约15.267km2，煤层厚度1.19～2.32m，平均 1.59m，厚度稳定，由南向北逐渐变厚，属局部可采的稳定性煤层。结构简单，局部含1～2层夹矸，夹矸厚度0.11～0.43m，平均0.20m左右，岩性多为泥岩。底板标高为+1065～+1105m。距下覆5-2号煤层间距为95.93～103.81m，平均间距99.8m。
5-2煤层：
埋深0～238.8m，井田南东部有小范围出露，沿露头遭受自燃。在井田中东部329号钻孔煤层厚度为0.75m，其附近小范围内为临界可采，除此之外，为全区可采煤层。煤层厚度0.75～3.30m，平均2.09m，由南向北逐渐变薄。结构简单，局部含1～3层夹矸，夹矸厚度0.05～0.25m，一般0.10m左右，其岩性以粉砂岩为主，泥岩次之。底板标高为+1015～+965m。
（2）煤质
本区各煤层具有特低灰、特低硫、特低～中磷煤等特点，为优质动力燃料、工业气化及低温干馏用煤。
2.2.2 水文地质
由于本区为干旱、半干旱大陆性气候，降雨集中、蒸发强烈，加之地表植被稀疏，使得地表水的侵蚀作用极为明显。井田内冲沟广泛发育，细沟、悬沟密集分布。乌兰木伦河、悖牛川呈南北向流经井田西、东边界，两条河流在南部交汇，形成窟野河。据王道恒塔水文站1989年观测资料，乌兰木伦河流量0.55～4.60m3/s，平均3.97 m3/s。据煤田水文地质勘探队1988年5月至7月的间断观测，悖牛川河流量0.02～3.495m3/s，一般
1.339 m3/s。
2.2.3 矿井开采技术条件
（1）煤层顶、底板岩性
3-1煤层顶板以粉砂岩、粉砂质泥岩为主，属粉砂岩稳定顶板（Ⅲ类）；底板以泥岩、砂质泥岩为主，无底鼓现象。
4-2上煤层在局范围内有伪顶存在，厚度0.1～0.39m，为泥岩及粉砂质泥岩。直接顶以
灰黑色粉砂岩为主，厚度1.06～8.71m，平均4.14m，灰黑色、黑色泥岩次之。煤矿北东部主要为砂质泥岩中等稳定顶板（Ⅱ类），西部主要为粉砂岩稳定顶板（Ⅲ类）。老顶以中～细粒砂岩为主，平均厚度约10.0m，底板以黑灰色粉砂岩为主，平均3.80m。
5-2煤层直接顶以灰色灰白色粗粒长石石英砂岩和细粒砂岩为主，厚度分别为9.50m、1.86m。井田中～北部为粗粒砂岩不稳定顶板（Ⅰ类），南西及南东两侧分别为粉砂岩稳定（Ⅲ类）顶板分布区和细砂岩中等稳定（Ⅱ类）顶板分布区。老顶多以中～粗粒砂岩及细砂岩，底板以黑色粉砂岩为主，厚度为0.42～11.50m
（2）瓦斯
本井田瓦斯成分以N2为主，占80%以上，CH4含量在0.02～0.04ml/kg。煤层瓦斯含量均很低，瓦斯分带处于二氧化碳～氮气带或氮气～甲烷带，样品测试结果自然瓦斯成分0～0.91%。
（3）煤尘
本井田各可采煤层煤尘测试的火焰长度均大于400mm，岩粉用量在50～80%之间，煤尘爆炸指数远大于10%，煤尘具有爆炸的危险性。
（4）煤的自燃
“勘探报告”等地质资料依据各煤层还原样燃点与氧化燃点之差值△T1－3及还原样燃判断4-2上煤层属自燃煤层，3-1、5-2煤层属不易自燃煤层。
点Ｔ
１
2.2.4 矿井现状
本井田设计可采储量为62.46Mt，其中：3-1煤层设计可采储量5.86Mt；4-2上煤层设计可采储量21.26Mt；5-2煤层设计可采储量35.34Mt。
目前，赵家梁煤矿现已形成3-1煤和5-2煤两套生产系统。其中：3-1煤系统开采3-1煤和4-2上两层煤，设计生产能力0.30Mt/a，已作为独立建井建成投产；5-2煤系统开采一层煤（即5-2煤层），已有小井采用房柱式炮采工艺，生产能力0.15Mt/a。
本井田5-2煤层可采储量为35.34Mt，储量备用系数取1.40，因此，经计算5-2煤系统服务年限为21.0a。
5-2煤生产系统已有井筒分别为新建主斜井、副斜井、原主斜井和回风立井，利用及
改造方案如下：
①新建主斜井
该井筒为新建井筒，现已竣工，井筒倾角13.5°，斜长124m，井筒净宽4000mm，净断面积14.2m2，井筒采用混凝土砌碹支护，掘进断面积为17.9m2。
设计该井筒仍作为主井，井筒内铺设钢绳芯带式输送机，承担5-2煤层生产系统原煤提升任务，并兼作进风及安全出口。
②副斜井（改建）
该井筒原为赵家梁煤矿已有的副斜井，井筒倾角2～5.5°，斜长264m。原副斜井井筒断面较小，为便于无轨胶轮机车辅助运输，矿方已将其断面刷大。改造后的副斜井井筒，净宽5400mm，净断面积20.0m2，井筒采用混凝土砌碹支护，掘进断面积为26.8m2。
设计该井筒仍作为副斜井，井筒底板铺设300mm厚混凝土，以便于无轨胶轮车
运行。主要用于辅助运输和进风，兼作安全出口。
③原主斜井（管道斜井）
该井筒原为赵家梁煤矿已有的主斜井，井筒倾角4°，斜长209m，井筒净宽3000mm，净断面积8.0m2，井筒采用混凝土砌碹支护，掘进断面积为10.0m2。
经现场勘查，该井筒支护状态良好，砌碹混凝土井壁未出现明显的裂缝、脱落等现象。经与矿方协商利用该井筒作为管道斜井。主要用于井下排水，兼作进风及安全出口。
④回风立井
该井筒原为赵家梁煤矿已有的回风井，井筒直径3.0m，净断面积7.06m2，井筒垂深34m，采用混凝土支护，掘进断面积10.2m2。
因另选风井涉及到购地问题，根据矿方的意见，设计将该井筒作为5-2煤生产系统的初期回风井，后期在井田北部另开凿回风立井。
根据通风的要求，设计拟将该井筒直径刷大到4.0m，净断面积达到12.6m2，掘进断面积16.6m2，采用混凝土砌碹支护。主要用于矿井回风，兼作安全出口。
2.2.6 井下运输
根据推荐的5-2煤层生产系统井田开拓方案及矿井设计生产能力，井下主运输系统选
用带式输送机连续运输。
井下主运输系统的组成如下：
（1）工作面运输巷可伸缩带式输送机——西翼带式输送机大巷带式输送机——主斜井及带式输送机煤门带式输送机——地面生产系统。
5-2煤层带式输送机煤门和主斜井选用一条带式输送机，西翼带式输送机大巷设备选型如下：
主要技术参数：
输送量Q＝750t/h，机长L＝1325m（初期铺设644m），倾角δ＝0°～0.5°带宽B＝1000mm，带速υ＝3.15m/s，带强800N/mm（PVG整芯阻燃带），防爆电动机型号：YB2-315L1-4，N＝160kW，2台（初期1台），限矩形液力偶合器：YOXⅡZ560，2台（初期1台）；减速器型号：B3SH08+FAN+逆止器，i＝20，2台（初期1台）；防爆制动器：YBWZ5-400/121，2台（初期1台）；拉紧方式：液压自动拉紧装置，1台。
（2）井下辅助运输方式及设备
矿井辅助运输采用无轨胶轮车从地面至井下直达连续运输系统。
确定矿井投产后选用各型无轨胶轮车辆共计11辆，其中：
WC24RE型无轨胶轮人车4辆（其中备用1辆）；WqC2J(A)型生产指挥车2辆；WC3E型无轨胶轮车自卸式5辆（其中备用1辆）；矿井生产期间，随着开拓距离的变化，适时调整车辆。
2.3本章小结
本章通过对赵家梁煤矿的井田位置、自然地理、煤层、煤质、水文地质、矿井开采技术条件和井下等情况的了解，得到以下结论：
（1）赵家梁煤矿地理位置良好，周围井田较多，开采时应注意。
（2）赵家梁煤矿可采煤层为5-2号、3-1号煤层，煤层在区内属赋存范围内全部可采、结构较简单、属于稳定的中厚煤层和薄煤层。
（3）赵家梁煤矿为瓦斯矿井，煤尘有爆炸危险，，所以每次开采时应引起足够的重视，做好防护措施。
（4）根据煤层的埋藏深度以及井田布置确定赵家梁煤矿的设计特征。如主斜井、