【正文】 先鋒礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 第一章：礦井基本概況平煤股份天力公司先鋒礦位于河南省平頂山礦區(qū)西部，四礦井田的西南部，己組煤露頭帶。西環(huán)路從井田中部穿過(guò)，南部有建設(shè)路，東部與北環(huán)路和西環(huán)路相接，礦區(qū)有鐵路、公路與省內(nèi)外溝通。本井田位于平頂山山前沖積平原，地勢(shì)較平坦，總的趨勢(shì)是西北高、東南低、地形標(biāo)高變化為+100～+85m。 ，雨季一般集中在7~9月份。年平均氣溫為15℃, ℃，最低溫度15℃。天力公司先鋒礦于1992年3月開始建井，1994年6月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力8萬(wàn)噸/年，進(jìn)入2000年以后，先鋒礦陸續(xù)對(duì)各生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)節(jié)進(jìn)行了改造，使礦井安全生產(chǎn)條件齊全，完全具備達(dá)到國(guó)家煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的要求。同時(shí)，也使生產(chǎn)能力不斷提高。2006年與天馬一井合并，生產(chǎn)能力達(dá)到將近25萬(wàn)噸/年，2011年達(dá)到30萬(wàn)噸/年。礦井生產(chǎn)能力核定各環(huán)節(jié)能力分別為：提升系統(tǒng)35萬(wàn)噸/年，供電系統(tǒng)80萬(wàn)噸/年，排水系統(tǒng)40萬(wàn)噸/年，通風(fēng)系統(tǒng)52萬(wàn)噸/年，井下運(yùn)輸系統(tǒng)95萬(wàn)噸/年，采場(chǎng)能力39萬(wàn)噸/年。地面生產(chǎn)系統(tǒng)43萬(wàn)噸/年。先鋒礦為一對(duì)立井開拓，一個(gè)水平兩個(gè)采區(qū)，分別為東井己一采區(qū)和西井己二采區(qū)，按照《煤礦安全規(guī)程》及有關(guān)法律、法規(guī)規(guī)定，該礦生產(chǎn)系統(tǒng)完善，主要提升系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、井下運(yùn)輸系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、現(xiàn)在礦井主要開采己組煤層，己一采區(qū)主要開采己15煤層，己二采區(qū)主要開采己1己1己18煤層。本井田含煤地層分屬上石炭統(tǒng)太原組、二疊系山西組和上、下石盒子組，自上而下劃分為丙煤段、丁煤段、戊煤上段、戊煤中斷、戊煤下段、己煤段、庚煤段等七個(gè)煤段。，含煤60余層，常見43層，%左右。從已探明的情況可知：井田地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)大斷層及構(gòu)造變化，煤層為緩傾單斜構(gòu)造，走向北西－南東，傾向北東，傾角為110.該井田有3個(gè)煤系地層，上部石炭統(tǒng)太原組含丁、戊組煤，中部二疊紀(jì)上石盒子組，含己組煤，下部為下二疊系山西組，含庚組煤層。本井田的開采對(duì)象為己組和庚組煤層，己組煤層共存4組可采煤層，分別為：己1己1己17和己18煤層。庚組煤為一層可采煤層，庚20煤層。礦井東西走向長(zhǎng)2600米、傾斜長(zhǎng)3200米，.2009年度礦井瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果為：礦井瓦斯、，根據(jù)2009年度瓦斯鑒定結(jié)果(河南省煤礦瓦斯評(píng)審專家組批復(fù))確定我礦為低瓦斯礦井。因?yàn)橄蠕h礦所采的是四礦和六礦的邊緣煤和殘余煤層，所以先鋒礦瓦斯很小, 屬于低瓦斯礦井。平頂山礦區(qū)水文地質(zhì)比較簡(jiǎn)單，本區(qū)屬礦區(qū)中部，在補(bǔ)給和排泄區(qū)之間，屬礦區(qū)中的水文地質(zhì)簡(jiǎn)單區(qū)。本礦開采的煤層因下部水平已被相鄰礦井開采，對(duì)本礦起到了放水作用，據(jù)有關(guān)資料，本礦正常涌水量為50m3/h，最大涌水量為100m3/h。%，煤塵具有爆炸性。自燃發(fā)火期為6～8個(gè)月。有自燃傾向性。礦井為中央并列抽出式通風(fēng)，一個(gè)立井（主井）進(jìn)風(fēng)，一個(gè)立井（副井）回風(fēng)。礦井為獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為抽出式，即主井（東井）進(jìn)風(fēng)，副井（西井回風(fēng)。）采用全負(fù)壓通風(fēng)，掘進(jìn)工作面為壓入式通風(fēng)。第二章：礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性論證1）礦井目前生產(chǎn)通風(fēng)情況和生產(chǎn)變動(dòng)情況分析礦井為獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為抽出式，即主井（東井）進(jìn)風(fēng)，副井（西井）回風(fēng)。主要通風(fēng)機(jī)為兩臺(tái)（南臺(tái)、北臺(tái)），運(yùn)行的為北臺(tái)，配套電機(jī)型號(hào)YBF300M額定功率為2132Kw，額定轉(zhuǎn)速980r/min 。，工作風(fēng)壓1666pa，工作風(fēng)量71m3/min，一臺(tái)正常運(yùn)轉(zhuǎn)另外一臺(tái)檢修備用。礦井總進(jìn)風(fēng)量69m3/min，，礦井通風(fēng)能力為25萬(wàn)噸/年。礦井井下分己一、己二分區(qū)通風(fēng)，采區(qū)內(nèi)為采區(qū)皮帶下山進(jìn)風(fēng)、軌道下山回風(fēng)，采煤工作面為U型通風(fēng)，掘進(jìn)工作面為壓入式通風(fēng)，井下正常布置兩個(gè)回采工作面，一備用面，3~4個(gè)掘進(jìn)工作面及三個(gè)獨(dú)立通風(fēng)硐室。隨著礦井向己18深部的開采，風(fēng)量特別緊張，通風(fēng)尤顯困難，加之，東井井口風(fēng)門在提升過(guò)程中的頻繁開啟，給通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定造成很大影響。2）礦井生產(chǎn)能力的發(fā)展前景分析本次方案設(shè)計(jì)是為礦井的長(zhǎng)期發(fā)展，提高礦井生產(chǎn)能力開發(fā)礦井深部的己組和庚組煤而進(jìn)行的礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造。根據(jù)平煤股份天力公司今后的發(fā)展規(guī)劃，先鋒礦2012年將進(jìn)入深部己組煤、庚組煤同時(shí)開發(fā)，使礦井生產(chǎn)能力增大到30萬(wàn)噸/年以上。1）通風(fēng)系統(tǒng)改造的必要性論證經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的分析，存在以下問(wèn)題：由于礦井通風(fēng)線路長(zhǎng)，控制風(fēng)門多（達(dá)26組），巷道通風(fēng)斷面?。?~ m2）之間，礦井有效風(fēng)量低，通風(fēng)阻力大（達(dá)1247Pa），致使礦井通風(fēng)困難。根據(jù)天力公司今后的發(fā)展規(guī)劃，先鋒礦2012年將進(jìn)入深部己組煤、庚組煤同時(shí)開發(fā)，使礦井生產(chǎn)能力增大到30萬(wàn)噸/年以上，根據(jù)以風(fēng)定產(chǎn)的原則，現(xiàn)在的礦井有效供風(fēng)量無(wú)法滿足增產(chǎn)后的供風(fēng)需求，漏風(fēng)率較大。隨著開采深度和巷道長(zhǎng)度的增加，使礦井通風(fēng)阻力加大，現(xiàn)有主要通風(fēng)機(jī)能力不能滿足生產(chǎn)需要，必須更換主要通風(fēng)機(jī)?，F(xiàn)有井下主要進(jìn)、回風(fēng)巷斷面過(guò)小，致使風(fēng)速超限，部分區(qū)域通風(fēng)系統(tǒng)需調(diào)整。不改變東立井通風(fēng)方式、去掉東立井內(nèi)風(fēng)門，將無(wú)法提高礦井提升能力。目前礦井通風(fēng)能力為26萬(wàn)噸/年，不能滿足礦井生產(chǎn)能力300萬(wàn)噸/年的需要。為此，必須對(duì)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，從根本上解決礦井通風(fēng)能力制約后期生產(chǎn)的問(wèn)題，同時(shí)解決東立井井筒風(fēng)門漏風(fēng)多與不能提煤?jiǎn)栴}。2）通風(fēng)系統(tǒng)改造的主要手段總結(jié)國(guó)內(nèi)外通風(fēng)系統(tǒng)改造的方法、手段，歸納可分為三種：改變礦井通風(fēng)方法：既改變進(jìn)、回風(fēng)井筒的相對(duì)位置，從而，達(dá)到縮短通風(fēng)線路、降低通風(fēng)阻力、提高礦井風(fēng)量的目的。如平煤十礦根據(jù)礦井生產(chǎn)布局，相續(xù)在井田北部增加己四風(fēng)井和北山回風(fēng)井，達(dá)到了提高礦井通風(fēng)能力的目的。改變礦井的通風(fēng)方法，即抽改壓或壓改抽，此方法多用于受周邊老空影響嚴(yán)重且自燃發(fā)火嚴(yán)重的礦井。如平煤高莊礦的抽改壓，有效地防止了周邊小煤礦對(duì)大礦的威脅。改變礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)：即通過(guò)調(diào)整礦井主要通風(fēng)機(jī)的有關(guān)參數(shù)或通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中分支的參數(shù)，如增阻調(diào)節(jié)、降阻調(diào)節(jié)、調(diào)整主要通風(fēng)機(jī)扇葉角度、更換電機(jī)提高轉(zhuǎn)速等，從而實(shí)現(xiàn)提高通風(fēng)能力的目的。此方法為生產(chǎn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整的常用方法。3）礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案選擇根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)改造的基本手段，結(jié)合先鋒礦的地表?xiàng)l件及井下現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際情況，經(jīng)技術(shù)比較采用改變礦井通風(fēng)方式和改變礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法，對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。并提出以下方案：總體方案：為充分利用現(xiàn)在有的巷道，考慮庚20開發(fā)問(wèn)題及礦井通風(fēng)、運(yùn)輸?shù)纫蛩?，?jīng)技術(shù)論證，最后確定改造方案：在地面廣場(chǎng)內(nèi)做專用回風(fēng)立井，直接至己17煤層風(fēng)化帶，分別沿己17煤層做己二采區(qū)總回風(fēng)巷和己一采區(qū)回風(fēng)巷與現(xiàn)有的己一、己二采區(qū)回風(fēng)相連，并在己17煤層沿現(xiàn)有的己17皮帶下山平行方位補(bǔ)做一條進(jìn)風(fēng)行人下山，形成己二采區(qū)“兩進(jìn)一回的通風(fēng)系統(tǒng)。經(jīng)礦井通風(fēng)設(shè)施改造，最終形成礦井東、兩立井進(jìn)風(fēng)、專用回風(fēng)立井回風(fēng)的“兩進(jìn)一回”抽出式通風(fēng)方式。同時(shí)對(duì)庚20開發(fā)利用礦井現(xiàn)有的己一采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)，在己17皮帶下山和己17軌道下山800米處，沿26勘探線垂直方位，施工庚組總進(jìn)、回風(fēng)巷進(jìn)入庚組煤層。（見改造后的通風(fēng)系統(tǒng)示意圖，虛線部分為設(shè)計(jì)巷道）。一、專用回風(fēng)立井位置的確定：對(duì)先鋒礦井田范圍內(nèi)地面狀況的實(shí)際考察，工業(yè)廣場(chǎng)以外能夠做回風(fēng)井及布置井口設(shè)施的場(chǎng)地均為附近從村村莊或可耕地。由于在這些位置做回風(fēng)井比在工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)做回風(fēng)井麻煩，井筒將增加至少150米以上，同時(shí)受到征地、協(xié)調(diào)公民關(guān)系、管理困難等多種因素制約，因此經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)等分方面比較后，確定放棄在工業(yè)廣場(chǎng)外做回風(fēng)井。工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)適合于做回風(fēng)井及布置井口設(shè)施的場(chǎng)地只有兩處：即現(xiàn)在的辦公樓后菜園內(nèi)和球場(chǎng)西側(cè)煤場(chǎng)（見工業(yè)廣場(chǎng)布置圖）。經(jīng)過(guò)對(duì)這兩處位置的多方面比較，最后確定在球場(chǎng)西側(cè)煤場(chǎng)內(nèi)做回風(fēng)立井，井口位置為：3763149，38349755，地面標(biāo)高為+7638m。二、井下通風(fēng)系統(tǒng)改造方案的選擇：由于受回風(fēng)立井位置的限制，井筒落地在己17煤層風(fēng)化帶附近，考慮到井下己一、己二回風(fēng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，結(jié)合己17煤層的構(gòu)造特征，最后確定井底通風(fēng)系統(tǒng)改造方案為：當(dāng)回風(fēng)立井向下施工到己17煤層風(fēng)化帶后，分別沿己17煤層做己一總回風(fēng)巷和己二總回風(fēng)巷與原礦井己一、己二采區(qū)總回風(fēng)巷相連，然后分別在己一、己二井底車場(chǎng)建立兩組風(fēng)門，隔斷風(fēng)流，行成己一、己二立井進(jìn)風(fēng)、新建立井回風(fēng)的“兩進(jìn)一回”的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)（具體見改造后通風(fēng)系統(tǒng)圖及風(fēng)路流程說(shuō)明）。三、通風(fēng)系統(tǒng)改造需新做巷道、改造巷道及通風(fēng)設(shè)施新掘巷道工程量：回風(fēng)立井、己一采區(qū)總回風(fēng)巷、己二總回風(fēng)巷、礦井總回風(fēng)巷、己一軌道巷、己二出煤巷、己17通風(fēng)行人下山、庚20進(jìn)風(fēng)巷、庚20回風(fēng)巷、庚20軌道下山、庚20皮帶下山。改造巷道己一、己二井底車場(chǎng)、己一總進(jìn)風(fēng)巷、己17軌道下山、己17皮帶下山。通風(fēng)設(shè)施改造：改造通風(fēng)設(shè)施14處（其中建擋風(fēng)墻6道、改建風(fēng)門8組）。四、改造前、后通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)路流程說(shuō)明：改造前：己一采區(qū)：（新鮮風(fēng)流）東立井→總進(jìn)風(fēng)巷→己一采區(qū)皮帶下山→己一運(yùn)輸平巷→用風(fēng)點(diǎn)（乏風(fēng)流）→己一回風(fēng)平巷→己一軌道下山→東井井底車場(chǎng)→東立井→地面己二采區(qū)：（新鮮風(fēng)流）西立井→總進(jìn)風(fēng)巷→己17皮帶巷→己17運(yùn)輸巷→用風(fēng)點(diǎn)（乏風(fēng)流）→己17軌道下山→己17總回風(fēng)巷→己15軌道下山→總回風(fēng)巷→東井井底車場(chǎng)→東立井→地面改造后：己一采區(qū)：（新鮮風(fēng)流）東、西立井→總進(jìn)風(fēng)巷→己一運(yùn)輸下山→己一運(yùn)輸平巷→用風(fēng)點(diǎn)（乏風(fēng)流）→己一回風(fēng)平巷→己一軌道下山→己一總回風(fēng)→回風(fēng)立井→地面己二采區(qū)：（新鮮風(fēng)流）東、西立井→總進(jìn)風(fēng)巷→己17運(yùn)輸巷、己15回風(fēng)巷→己15軌道下山→己17運(yùn)輸機(jī)下山、己17通風(fēng)行人下山→己17用風(fēng)點(diǎn)（乏風(fēng)流）→己17軌道下山→己17總回風(fēng)巷→己一總回風(fēng)巷→回風(fēng)立井→地面第三章：礦井通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算1）礦井風(fēng)量計(jì)算原則礦井需風(fēng)量，按下列要求分別計(jì)算，并采取其中最大值。(1)按井下同時(shí)工作最多人數(shù)計(jì)算，每人每分鐘供給風(fēng)量不得少于4m3。(2)按采煤、掘進(jìn)、硐室及其他實(shí)際需要風(fēng)量的總和進(jìn)行計(jì)算。2）礦井需風(fēng)量的計(jì)算按照通風(fēng)能力核定要求，礦井總需風(fēng)量和采掘工作面和硐室需風(fēng)量計(jì)算方法要按照下列要求進(jìn)行計(jì)算：（1） 采煤工作面需風(fēng)量要按照下列4種因素計(jì)算,取其最大值A(chǔ)．按照瓦斯涌出量計(jì)算Q采＝100q瓦K1 （31）式中：Q采－－采煤工作面需要風(fēng)量， m3/minq瓦－－采煤工作面瓦斯絕對(duì)涌出量 ， m3/minK1 －－采煤工作面瓦斯涌出不均衡的備用風(fēng)量系數(shù)，機(jī)采面取K＝。則Q采＝100＝498 m3/min。B．按工作面溫度計(jì)算Q采=V采S采K2 （32）式中：V采－－采煤工作面適宜風(fēng)速， m/s,取1； S采－－采煤工作面有效斷面，取最大和最小控頂距的平均值 K2－－采煤工作面長(zhǎng)度系數(shù)，機(jī)采面取K＝。Q采＝16＝ m3/s。C．按照工作人數(shù)計(jì)算計(jì)算實(shí)際需風(fēng)量Q＝4N/60 （33）式中：4－－每人每分鐘應(yīng)共給的最低風(fēng)量。n－－采煤工作面同時(shí)工作人數(shù)。Q＝440/60＝D．按照風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算15S采Q采240S采 （34）式中：S采－－采煤工作面的平均有效斷面面積 Q采小≥ 155＝75m3/min＝；Q采大≤ 2405＝1200m3/min＝；經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，上述計(jì)算風(fēng)量均在允許的最低風(fēng)速和最高風(fēng)速范圍之內(nèi)。根據(jù)以上計(jì)算，考慮生產(chǎn)能力的不均衡性及初、后期上下組度變化導(dǎo)致的工作面面積不同，采煤工作面的配風(fēng)量為：Q采＝；?？紤]1個(gè)接替工作面：∑Q采＝2＋51＝按照煤層的瓦斯涌出量、工作面溫度、人、風(fēng)速等配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，并參照《礦井通風(fēng)能力核定辦法》中采煤工作面基本配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)計(jì)算確定：己組煤層工作面配風(fēng)量取500m3/min，備用工作面風(fēng)量取300m3/min，礦井正常生產(chǎn)時(shí)己組煤布置一個(gè)采煤工作面和一個(gè)備用工作面。則全礦采煤工作面的需風(fēng)量為： ∑Q采＝500＋300＝1300m3/min（2） 掘進(jìn)工作面需要風(fēng)量A． 按照瓦斯涌出量計(jì)算Q掘＝100q瓦K1 （35）式中：Q掘－－掘進(jìn)工作面需要風(fēng)量， m3/min；q瓦－－掘進(jìn)工作面瓦斯絕對(duì)涌出量 ， m3/min；K1 －－掘進(jìn)工作面瓦斯涌出不均衡的備用風(fēng)量系數(shù)。經(jīng)過(guò)計(jì)算煤巷掘進(jìn)工作面需風(fēng)量108m3/min。B．按照工作人員計(jì)算掘進(jìn)工作面實(shí)際需要風(fēng)量Q掘＝4N/60, m3/s （36）式中：4－－每人每分鐘應(yīng)共給的最低風(fēng)量。N－－掘進(jìn)工作面同時(shí)工作人數(shù)。Q掘＝420/60＝。C．按炸藥量計(jì)算Q掘＝25A/60 （37）＝2510/60＝式中：A＝掘進(jìn)工作面一次爆破最大炸藥量，kg，取10kg；D．按照局扇吸風(fēng)量計(jì)算Q掘＝Q扇IiK （38）式中： Q扇－－掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量，5m3/s；Ii－－掘進(jìn)工作面同時(shí)通風(fēng)的局部通風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)，臺(tái)；K－－為防止局部通風(fēng)機(jī)吸循環(huán)風(fēng)的風(fēng)量備用系數(shù)，.Q掘＝51＝6m3/s；E．按照風(fēng)速驗(yàn)算15S掘 ≤ Q掘≤240S掘 （39）式中：S掘－－煤巷掘進(jìn)工作面斷面積，最大均為9㎡；Q掘小≥159＝135m3/min＝；Q掘大≤2409＝2160m3/min＝36m3/s；按照煤層的瓦斯涌出量、工作面溫度、人風(fēng)速等配風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)及局部通風(fēng)的最大供風(fēng)距離，、2，全負(fù)壓需風(fēng)量取300m3/min，在保證礦井正常接替的情況下，