【正文】 先鋒礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化設計 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，南部有建設路，東部與北環(huán)路和西環(huán)路相接，礦區(qū)有鐵路、公路與省內外溝通。本井田位于平頂山山前沖積平原，地勢較平坦，總的趨勢是西北高、東南低、地形標高變化為+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)，設計生產(chǎn)能力8萬噸/年，進入2000年以后，先鋒礦陸續(xù)對各生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)節(jié)進行了改造，使礦井安全生產(chǎn)條件齊全，完全具備達到國家煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)的要求。同時，也使生產(chǎn)能力不斷提高。2006年與天馬一井合并，生產(chǎn)能力達到將近25萬噸/年，2011年達到30萬噸/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)35萬噸/年，供電系統(tǒng)80萬噸/年，排水系統(tǒng)40萬噸/年，通風系統(tǒng)52萬噸/年，井下運輸系統(tǒng)95萬噸/年，采場能力39萬噸/年。地面生產(chǎn)系統(tǒng)43萬噸/年。先鋒礦為一對立井開拓，一個水平兩個采區(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)、井下運輸系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、監(jiān)測系統(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：井田地質構造簡單，無大斷層及構造變化，煤層為緩傾單斜構造，走向北西－南東，傾向北東，傾角為110.該井田有3個煤系地層，上部石炭統(tǒng)太原組含丁、戊組煤，中部二疊紀上石盒子組，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2600米、傾斜長3200米，.2009年度礦井瓦斯等級鑒定結果為：礦井瓦斯、，根據(jù)2009年度瓦斯鑒定結果(河南省煤礦瓦斯評審專家組批復)確定我礦為低瓦斯礦井。因為先鋒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)水文地質比較簡單，本區(qū)屬礦區(qū)中部，在補給和排泄區(qū)之間，屬礦區(qū)中的水文地質簡單區(qū)。本礦開采的煤層因下部水平已被相鄰礦井開采，對本礦起到了放水作用，據(jù)有關資料，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個月。有自燃傾向性。礦井為中央并列抽出式通風，一個立井（主井）進風，一個立井（副井）回風。礦井為獨立的通風系統(tǒng)，通風方式為中央并列式，通風方法為抽出式，即主井（東井）進風，副井（西井回風。）采用全負壓通風，掘進工作面為壓入式通風。第二章：礦井通風系統(tǒng)設計的可行性論證1）礦井目前生產(chǎn)通風情況和生產(chǎn)變動情況分析礦井為獨立的通風系統(tǒng)，通風方式為中央并列式，通風方法為抽出式，即主井（東井）進風，副井（西井）回風。主要通風機為兩臺（南臺、北臺），運行的為北臺，配套電機型號YBF300M額定功率為2132Kw，額定轉速980r/min 。，工作風壓1666pa，工作風量71m3/min，一臺正常運轉另外一臺檢修備用。礦井總進風量69m3/min，，礦井通風能力為25萬噸/年。礦井井下分己一、己二分區(qū)通風，采區(qū)內為采區(qū)皮帶下山進風、軌道下山回風，采煤工作面為U型通風，掘進工作面為壓入式通風，井下正常布置兩個回采工作面，一備用面，3~4個掘進工作面及三個獨立通風硐室。隨著礦井向己18深部的開采，風量特別緊張，通風尤顯困難，加之，東井井口風門在提升過程中的頻繁開啟，給通風系統(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計是為礦井的長期發(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行的礦井通風系統(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年將進入深部己組煤、庚組煤同時開發(fā)，使礦井生產(chǎn)能力增大到30萬噸/年以上。1）通風系統(tǒng)改造的必要性論證經(jīng)過對現(xiàn)有通風系統(tǒng)的分析，存在以下問題：由于礦井通風線路長，控制風門多（達26組），巷道通風斷面?。?~ m2）之間，礦井有效風量低，通風阻力大（達1247Pa），致使礦井通風困難。根據(jù)天力公司今后的發(fā)展規(guī)劃，先鋒礦2012年將進入深部己組煤、庚組煤同時開發(fā)，使礦井生產(chǎn)能力增大到30萬噸/年以上，根據(jù)以風定產(chǎn)的原則，現(xiàn)在的礦井有效供風量無法滿足增產(chǎn)后的供風需求，漏風率較大。隨著開采深度和巷道長度的增加，使礦井通風阻力加大，現(xiàn)有主要通風機能力不能滿足生產(chǎn)需要，必須更換主要通風機?，F(xiàn)有井下主要進、回風巷斷面過小，致使風速超限，部分區(qū)域通風系統(tǒng)需調整。不改變東立井通風方式、去掉東立井內風門，將無法提高礦井提升能力。目前礦井通風能力為26萬噸/年，不能滿足礦井生產(chǎn)能力300萬噸/年的需要。為此，必須對礦井的通風系統(tǒng)進行改造，從根本上解決礦井通風能力制約后期生產(chǎn)的問題，同時解決東立井井筒風門漏風多與不能提煤問題。2）通風系統(tǒng)改造的主要手段總結國內外通風系統(tǒng)改造的方法、手段，歸納可分為三種：改變礦井通風方法：既改變進、回風井筒的相對位置，從而，達到縮短通風線路、降低通風阻力、提高礦井風量的目的。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井和北山回風井，達到了提高礦井通風能力的目的。改變礦井的通風方法，即抽改壓或壓改抽，此方法多用于受周邊老空影響嚴重且自燃發(fā)火嚴重的礦井。如平煤高莊礦的抽改壓，有效地防止了周邊小煤礦對大礦的威脅。改變礦井通風網(wǎng)絡：即通過調整礦井主要通風機的有關參數(shù)或通風網(wǎng)絡中分支的參數(shù)，如增阻調節(jié)、降阻調節(jié)、調整主要通風機扇葉角度、更換電機提高轉速等，從而實現(xiàn)提高通風能力的目的。此方法為生產(chǎn)礦井通風系統(tǒng)調整的常用方法。3）礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化方案選擇根據(jù)通風系統(tǒng)改造的基本手段，結合先鋒礦的地表條件及井下現(xiàn)有通風系統(tǒng)的實際情況，經(jīng)技術比較采用改變礦井通風方式和改變礦井通風網(wǎng)絡相結合的方法，對礦井通風系統(tǒng)進行改造。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)問題及礦井通風、運輸?shù)纫蛩?，?jīng)技術論證，最后確定改造方案：在地面廣場內做專用回風立井，直接至己17煤層風化帶，分別沿己17煤層做己二采區(qū)總回風巷和己一采區(qū)回風巷與現(xiàn)有的己一、己二采區(qū)回風相連，并在己17煤層沿現(xiàn)有的己17皮帶下山平行方位補做一條進風行人下山，形成己二采區(qū)“兩進一回的通風系統(tǒng)。經(jīng)礦井通風設施改造，最終形成礦井東、兩立井進風、專用回風立井回風的“兩進一回”抽出式通風方式。同時對庚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、回風巷進入庚組煤層。（見改造后的通風系統(tǒng)示意圖，虛線部分為設計巷道）。一、專用回風立井位置的確定：對先鋒礦井田范圍內地面狀況的實際考察，工業(yè)廣場以外能夠做回風井及布置井口設施的場地均為附近從村村莊或可耕地。由于在這些位置做回風井比在工業(yè)廣場內做回風井麻煩，井筒將增加至少150米以上，同時受到征地、協(xié)調公民關系、管理困難等多種因素制約，因此經(jīng)技術經(jīng)濟等分方面比較后，確定放棄在工業(yè)廣場外做回風井。工業(yè)廣場內適合于做回風井及布置井口設施的場地只有兩處：即現(xiàn)在的辦公樓后菜園內和球場西側煤場（見工業(yè)廣場布置圖）。經(jīng)過對這兩處位置的多方面比較，最后確定在球場西側煤場內做回風立井，井口位置為：3763149，38349755，地面標高為+7638m。二、井下通風系統(tǒng)改造方案的選擇：由于受回風立井位置的限制，井筒落地在己17煤層風化帶附近，考慮到井下己一、己二回風系統(tǒng)的現(xiàn)狀，結合己17煤層的構造特征，最后確定井底通風系統(tǒng)改造方案為：當回風立井向下施工到己17煤層風化帶后，分別沿己17煤層做己一總回風巷和己二總回風巷與原礦井己一、己二采區(qū)總回風巷相連，然后分別在己一、己二井底車場建立兩組風門，隔斷風流，行成己一、己二立井進風、新建立井回風的“兩進一回”的通風網(wǎng)絡（具體見改造后通風系統(tǒng)圖及風路流程說明）。三、通風系統(tǒng)改造需新做巷道、改造巷道及通風設施新掘巷道工程量：回風立井、己一采區(qū)總回風巷、己二總回風巷、礦井總回風巷、己一軌道巷、己二出煤巷、己17通風行人下山、庚20進風巷、庚20回風巷、庚20軌道下山、庚20皮帶下山。改造巷道己一、己二井底車場、己一總進風巷、己17軌道下山、己17皮帶下山。通風設施改造：改造通風設施14處（其中建擋風墻6道、改建風門8組）。四、改造前、后通風系統(tǒng)風路流程說明：改造前：己一采區(qū)：（新鮮風流）東立井→總進風巷→己一采區(qū)皮帶下山→己一運輸平巷→用風點（乏風流）→己一回風平巷→己一軌道下山→東井井底車場→東立井→地面己二采區(qū)：（新鮮風流）西立井→總進風巷→己17皮帶巷→己17運輸巷→用風點（乏風流）→己17軌道下山→己17總回風巷→己15軌道下山→總回風巷→東井井底車場→東立井→地面改造后：己一采區(qū)：（新鮮風流）東、西立井→總進風巷→己一運輸下山→己一運輸平巷→用風點（乏風流）→己一回風平巷→己一軌道下山→己一總回風→回風立井→地面己二采區(qū)：（新鮮風流）東、西立井→總進風巷→己17運輸巷、己15回風巷→己15軌道下山→己17運輸機下山、己17通風行人下山→己17用風點（乏風流）→己17軌道下山→己17總回風巷→己一總回風巷→回風立井→地面第三章：礦井通風系統(tǒng)設計參數(shù)計算1）礦井風量計算原則礦井需風量，按下列要求分別計算，并采取其中最大值。(1)按井下同時工作最多人數(shù)計算，每人每分鐘供給風量不得少于4m3。(2)按采煤、掘進、硐室及其他實際需要風量的總和進行計算。2）礦井需風量的計算按照通風能力核定要求，礦井總需風量和采掘工作面和硐室需風量計算方法要按照下列要求進行計算：（1） 采煤工作面需風量要按照下列4種因素計算,取其最大值A．按照瓦斯涌出量計算Q采＝100q瓦K1 （31）式中：Q采－－采煤工作面需要風量， m3/minq瓦－－采煤工作面瓦斯絕對涌出量 ， m3/minK1 －－采煤工作面瓦斯涌出不均衡的備用風量系數(shù)，機采面取K＝。則Q采＝100＝498 m3/min。B．按工作面溫度計算Q采=V采S采K2 （32）式中：V采－－采煤工作面適宜風速， 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－－采煤工作面長度系數(shù)，機采面取K＝。Q采＝16＝ m3/s。C．按照工作人數(shù)計算計算實際需風量Q＝4N/60 （33）式中：4－－每人每分鐘應共給的最低風量。n－－采煤工作面同時工作人數(shù)。Q＝440/60＝D．按照風速進行驗算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)過驗算，上述計算風量均在允許的最低風速和最高風速范圍之內。根據(jù)以上計算，考慮生產(chǎn)能力的不均衡性及初、后期上下組度變化導致的工作面面積不同，采煤工作面的配風量為：Q采＝；?？紤]1個接替工作面：∑Q采＝2＋51＝按照煤層的瓦斯涌出量、工作面溫度、人、風速等配風標準，并參照《礦井通風能力核定辦法》中采煤工作面基本配風標準，通過計算確定：己組煤層工作面配風量取500m3/min，備用工作面風量取300m3/min，礦井正常生產(chǎn)時己組煤布置一個采煤工作面和一個備用工作面。則全礦采煤工作面的需風量為： ∑Q采＝500＋300＝1300m3/min（2） 掘進工作面需要風量A． 按照瓦斯涌出量計算Q掘＝100q瓦K1 （35）式中：Q掘－－掘進工作面需要風量， m3/min；q瓦－－掘進工作面瓦斯絕對涌出量 ， m3/min；K1 －－掘進工作面瓦斯涌出不均衡的備用風量系數(shù)。經(jīng)過計算煤巷掘進工作面需風量108m3/min。B．按照工作人員計算掘進工作面實際需要風量Q掘＝4N/60, m3/s （36）式中：4－－每人每分鐘應共給的最低風量。N－－掘進工作面同時工作人數(shù)。Q掘＝420/60＝。C．按炸藥量計算Q掘＝25A/60 （37）＝2510/60＝式中：A＝掘進工作面一次爆破最大炸藥量，kg，取10kg；D．按照局扇吸風量計算Q掘＝Q扇IiK （38）式中： Q扇－－掘進工作面局部通風機額定風量，5m3/s；Ii－－掘進工作面同時通風的局部通風機臺數(shù)，臺；K－－為防止局部通風機吸循環(huán)風的風量備用系數(shù)，.Q掘＝51＝6m3/s；E．按照風速驗算15S掘 ≤ Q掘≤240S掘 （39）式中：S掘－－煤巷掘進工作面斷面積，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、人風速等配風標準及局部通風的最大供風距離，、2，全負壓需風量取300m3/min，在保證礦井正常接替的情況下，