1、 前 言 矿井通风指借助于机械或自然风压，向井下各用风点连续输送适量的新鲜空气，供给人员呼吸，降低井下工作面的温度，稀释并排出各种粉尘及有毒有害气体，创造良好的气候条件，为井下作业人员提供安全舒适的工作环境。随着浅部矿产资源的日渐枯竭，矿产资源开采向纵深发展是必然的趋势。随着开采深度的增加，矿井必将出现岩温增高、风路延长、阻力增大、风流压缩放热、风量调节困难、漏风突出、有毒有害物质和热湿排除受阻等问题。因此，矿井通风与安全的意义将更加重大。 80 年代以来，随着煤矿机械化水平的提高，采煤方法和巷道布置及支护的 改革，电子和计算机技术的发展，我国矿井通风技术有了长足的进步。通风管理日益规范化、系
2、列化、制度化，通风新技术和新装备越来越多地投入应用，以低耗、高效、安全为准则的通风系统优化改造在许多煤矿得以实施，使矿井通风更好地为高产、高效、安全的集约化生产提高安全保障。 近年来，为适应综合机械化采煤的要求，原煤炭工业部在总结建设经验、借鉴国外先进技术的基础上于 1984 颁发了关于改革矿井开拓部署的若干技术规定，作为新井建设、生产矿井技术改造和开拓延深的依据。为适应生产集中化，开采深度增加、瓦斯涌出量大的情况，以“针对 现实、着眼长远、因地制宜、对症下药、综合治理、节能增风”为指导思想，对数百座国有煤矿进行通风系统优化改造，配合一批有条件的生产矿井通过合并井田、扩大开采范围、增加储量进行
3、改扩建的任务。 目 录 第一章 矿井基本概况 . 1 第一节 井田境界及资源 /储量 . 1 第 二 节 矿井设计生产能力及服务年限 . 3 第二章 矿井通风与安全 . 5 第一节 矿井通风条件概况 . 5 第二节 矿井通风概况 . 5 第三章 通风管理及安全措施 . 13 第一节 矿井通风管理 . 13 第二节 风机设备选型及管理 . 14 第三节 矿井通风安全措施 . 16 第四章 顶板管理 . 18 第一节 工作面顶板分析 . 18 第二节 支护方式的选择 . 18 第三节 顶板管理安全措施 . 19 第五章 煤尘防治 . 20 第一节 开采煤层的煤尘爆炸危险性 . 20 第二节 各种防
4、尘措施 . 21 第六章 防灭火管理 . 22 第一节 基本措施 . 22 第二节 黄泥灌浆系统 . 22 第七章 水害防治 . 23 第一节 水文地质条件分析 . 23 第二节 工作面探放水及防水害措施 . 24 参考文献 摘 要 随着煤矿工业的发展，安全生产已经成为其中重要的部分。为确保煤矿的安全生产，对煤矿的安全设计十分重要。根据 北岭 煤矿的实际情况，结合目前安全生产技术，对北岭煤矿进行了安全设计。设计针对煤矿常见的安全问题，如水、火、煤尘、瓦斯、顶板等灾害，分析灾害发生的原因，设计具体的灾害预防措施及安全保障措施，以达到防止事故发生或减少事故发生概率，降低事故造成伤害的目的。根据北岭
5、煤矿开拓方式和地质构造，选择了合理的通风系统，对采掘工作面及硐室通风，井下通风设施和构筑物等进行设计。 针对北岭煤矿的粉尘灾害，从防尘措施、防爆措施和隔爆措施三个方面进行了安全设计。对于瓦斯灾害防治，设计采取了以瓦斯抽放为主及一些防爆、隔爆安全措施。在火灾防治方面，分别设计了煤自然火灾防治措施及外因火灾防治措施。 通过对北岭煤矿水文地质资料的分析，设计了相应的水灾防治安全措施。同时建立一套完善的安全监测与监控体系，对各种灾害形式进行严密的监控，在灾害发生前将事故处理，确保生产能够安全高效的进行，同时达到无安全事故、无人员伤亡的理想状态。同时还设计了顶板灾害、电气事故灾害等的安全措施。 关键词
6、: 安全条件 通风 粉尘防治 瓦斯 防灭火 顶板 1 矿井通风与安全 第一章 矿井基本概况 第一节 井田境界及资源 /储量 一、井田境界 山西中煤平朔北岭煤业有限公司井田位于平鲁区（井坪镇） N85 E，直距约 13km，即榆林乡北岭村西 km 处。地理坐标为东经 112 23 45 112 25 09；北纬 39 3145 39 32 27 。全井田面积为 2.0168km2 ，采矿许可证证号为C1400002010051220066630，批准开采号煤层， 井田范围由以 8 个拐点坐标连线 圈定见表1-1-1。 表 1-1-1 井田拐点坐标表 拐点 1954 年北京坐标系 1980 年西安
7、坐标系 X Y X Y 1. 4379560 19620000 4379513.07 19619929.19 2. 4379560 19622000 4379513.07 19621929.21 3. 4378300 19622000 4378253.05 19621929.21 4. 4378300 19621000 4378253.06 19620929.20 5. 4378624 19620592 4378577.06 19620521.20 6. 4378477 19620474 4378430.06 19620403.19 7. 4378573 19620360 4378526.06
8、 19620289.19 8. 4378756 19620508 4378709.06 19620437.20 井田为一“梯形”形状，位于 宁武煤田西北部东露天煤矿井田范围内 ， 东西长 2km，南北宽 1.26km，井田面积为 2.0168km2。 二、资源 /储量 1资 源 /储量估算范围 本次资源 /储量估算范围，以山西省国土资源厅批准的矿区范围拐点坐标连线圈定，总面积为 2.0168km2。 4 号煤层为批采煤层，估算范围为剔除采空区范围的面积。另外井田范围内西北角断层下降盘为弧立块段，对于设计和生产实际意义不大，而且勘查程度较低，本次也作2 了估算。 2资源 /储量估算结果 经估算，
9、井田内批准的 4 号煤层，保有资源 /储量总计为 24.59Mt，其中探明的经济基础储量 (111b)为 23.83Mt，推断的内蕴经济资源量 (333)为 0.76Mt， 111b 和 111b+122b 分别占总资源/储量的 96.91%和 96.91%， 3设计可采储量 （ 1）矿井工业资源 /储量 =111b+122b+333k 式中： K 可信度系数，根据本矿井地质构造简单、煤层赋有稳定的特征， K值取 0.9。 （ 2）矿井设计资源 /储量计算 矿井设计资源 /储量 =矿井工业资源 /储量 -永久煤柱损失 永久煤柱损失包括井田境界，已有的地面建 (构 )筑物、村庄、断层煤柱、采空区
10、煤柱、河流煤柱、铁路煤柱等永久性煤柱损失。 （ 3）矿井设计可采储量 矿井设计可采储量按下式计算： Zk=(Zs-P) C 式中： Zk 矿井设计可采储量， kt； Zs 矿井设计资源 /储量， kt； P 开采时需留设煤柱损失量的总和。开采时需留设的煤柱有：工业场地、采区边界、开拓大巷等主要巷道需留设的保护煤柱。 C 采区回采率，根据煤炭工业矿井设计规范， 4号煤层取 75%。 工业场地、地面村庄、已有的建 (构 )筑物地面范围按其实际占用范围并考虑其保护等级的围护带宽度而圈定，井下各可采煤层的保护煤柱范围计算方法为：松散层及基岩厚度参照邻近钻孔资料及实际揭露的资料而确定，松散层地层移动角取
11、 45，基岩地层移动角走向取 75，上山取 75，下山取 75-0.6。 其 它保护煤柱留设参数如下：井田境界 20.0m，开拓大巷两侧各留设 40m，采区边界两侧各留设 5.0m，断距超过 15m的断层留设 30m的保护煤柱。 巷道煤柱按以下公式计算： f MHS )6.05.2( 式中： S 巷道保护煤柱的水平宽度， m； 3 H 巷道的最大垂深， 4号煤层为 150m； M 煤层厚度， m，取 4 号煤层为 10.01m； f 煤的强度系数，取 2.5。 4 号煤层巷道保护煤柱为 22.6m，大巷之间设计留设煤柱为 24m，巷道两侧为 40m，满足要求。 经计算， 矿井 工业资源 /储量
12、为 24.514Mt， 设计资源 /储量为 20.537Mt，设计可采资源 /储量为 11.705Mt。 详见表 1-1-2。 表 1-1-2 矿井设计资源 /储量计算表 单位： Mt 煤层 编号 矿井工业资源 /储量 永久煤柱损失 矿井设计资源 /储量 工业场地和主要井 巷煤柱损失 开采损失 设计可 采储量 井田 边界 村庄、断层 采空区 合计 工业 场地 主要 井巷 合计 4 24.514 1.917 0.330 1.730 3.977 20.537 0.350 4.581 4.931 3.901 11.705 合计 24.514 1.917 0.330 1.730 3.977 20.53
13、7 0.350 4.581 4.931 3.901 11.705 其中：一采区设计资源 /储量： 13.598Mt，设计可采储量 9.171 Mt，服务年限 7.28a； 二采区设计资源 /储量： 6.939Mt，设计可采储量 2.534Mt，服务年限 2.01a。 第 二 节 矿井设计生产能力及服务年限 一、矿井工作制度 矿井设计年工作日 330d，每天 四班作业 (其中三班生产，一班准备 )每天净提升时间 16h。 二、矿井设计生产能力及服务年限 根据设计委托要求，结合煤层赋存条件，可采储量、装备水平、资金来源等因素，确定矿井设计生产能力为 0.9Mt/a，其理由如下： （ 1）根据山西省
14、煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室文件，晋煤重组办发 2009132号“ 关于山西朔州平鲁区兰花永胜煤业有限公司等三处煤矿企业兼并重组整合方案的批复 ” ，中煤平朔北岭煤业有限公司 为单独保留矿井，批准开采煤层 4号煤层， 生产能力为 0.9Mt/a，因此确定本矿整合后能力为 900kt/a， 是有政策依据的 。 （ 2） 井田内煤层储量 较 丰富，全井田设计可采储量 11.705Mt，矿井服务年限 9.29a，单从4 资源量来讲， 生产能力不 宜 过大 。 （ 3） 从工作面装备水平来看，井型为 0.9Mt/a 时，只需装备一个综合机械化 放顶 煤工作面，管理方便。 （ 4） 井田地质构造
15、 简单， 水文地质条件 中等 ，煤层倾角平缓，开采技术条件较好，适合机械化开采。 （ 5）从市场需求因素看， 本矿井 4 号煤为 低灰 -高灰、特低硫、低热值 -高热值的长焰煤（ 42）、弱粘煤（ 32），为动力用煤和气化用煤。完全可以满足各大电厂的需求 ， 向平铁二站、木瓜界煤站 及神头一、二电厂供煤，具有得天独厚的区域优势和资源优势，市场条件是非常有利的 ，因此，适当加大开发力度不仅能产生显著的经济效益，而且能产生较好的社会效益。 （ 6） 从运输条件来看，矿井原煤外运依托汽车运输， 可以满足矿井 0.9Mt/a生产能力，井型不宜过大 ，因此，目前井型确定为 0.9Mt/a较为合理。 综上
16、所述，矿井设计生产能力确定为 0.9Mt/a。 三、同时生产的水平数目的确定 尽管 本井田 主要 可采为 4、 6、 8、 9、 11 号共 5 层煤层， 但兼并重组批复文件和新换发的采矿许可证均只批准开采 4 号煤层，因此 设计考虑 采用单水平开拓开采，即设 +1165m 一个水平开采全井田 4号煤层。水平服务年限为 9.29a。 四、矿井及水平服务年限的计算 矿井及水平服务年限均按下式计算： T=Z/(AK) 式中： T服务年限， a； Z设计可采储量， Mt； A设计生产能力， Mt/a； K储量备用系数，取 1.4。 则：矿井服务年限 T=11.705/（ 0.91.4） 9.29a
17、5 第 二 章 矿井 通风 与安全 第一节 矿井通风条件概况 一、瓦斯 根据山西省朔州市煤炭工业局朔煤发 2010176 号文 “关于朔州市 2009年度 30 万吨 /年 以下煤矿矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批复 ”，对山西朔州新都煤业有限公司（即北岭煤矿）矿井 4 号煤层鉴定结果为： 2009 年度矿井绝对瓦斯涌出量为 0.45m3/min，相对瓦斯涌出量为 1.50m3/t，二氧化碳绝对涌出量 0.54m3/min，相对涌出量 1.80m3/t； 2008 年度矿井绝对瓦斯涌出量为 0.55m3/min，相对瓦斯涌出量为 1.84m3/t，二氧化碳绝对涌出量 0.75m3/mi
18、n，相对涌出量 2.51m3/t；该矿瓦斯等级鉴定为低瓦斯矿井，不存在瓦斯突出现象。由于矿方提供的瓦斯资料有限， 建议矿方尽快做进一步的瓦斯鉴定工作。 第二节 矿井通风概况 一、通风方式及通风系统 依据井田开拓部署及煤层赋存条件，确定矿井采用中央并列式通风系统，机械抽出式通风方式。在已有的工业场地新布置副斜井，将原副斜井刷扩改造为回风斜井担负全矿井回风任务并兼做安全出口。其中主斜井、副斜井进风，回风斜井（原副斜井刷扩）回风。刷扩改造后的回风斜井服务范围为全井田。 二、掘进通风和硐室通风 矿井达到设计生产能力时，共配备 2个综掘工作面，均采用独立通风，掘进工作面所需风量由局部通风机对其压入式供给
19、。 井下主变电所、主排水泵 房、等候硐室及医务室、采区变电所等硐室采用独立通风。 消防材料库等硐室利用主通风机负压通风。 6 三、矿井风排瓦斯量预测 根据瓦斯鉴定资料， 2009 年、 2008 年矿井瓦斯涌出量如下： 2009 年度矿井绝对瓦斯涌出量为 0.45m3/min，相对瓦斯涌出量为 1.50m3/t，二氧化碳绝对涌出量 0.54m3/min，相对涌出量1.80m3/t； 2008 年度矿井绝对瓦斯涌出量为 0.55m3/min，相对瓦斯涌出量为 1.84m3/t，二氧化碳绝对涌出量 0.75m3/min，相对涌出量 2.51m3/t；该矿瓦斯等级鉴定为低 瓦斯矿井，不存在瓦斯突出现
20、象。设计采用 2008 年瓦斯用量作为设计依据，即矿井相对瓦斯涌出量为 1.84m3/t，则矿 井 达 到 设 计 0.9Mt/a 规 模 时 ， 矿 井 绝 对 瓦 斯 涌 出 量 为 q 绝=1.849000003302460=3.49m3/min；矿井二氧化碳绝对涌出量为 4.75m3/min。 根据本矿以往生产经验，回采工作面（含本煤层、邻近层、采空区等）瓦斯涌出量约占矿井瓦斯涌出量的 70%，掘进工作面瓦斯涌出量约占 20%，采空区（已采工作面）及其它地点瓦斯涌出量约占 10%。综上可知， 回采工作面瓦斯涌出 量为： q 采 =3.4970%=2.45m3/min 掘进工作面瓦斯涌出
21、量为： q 掘 =3.4920%=0.70m3/min 采空区及其它地点瓦斯涌出量为： q 其它 =3.4910%=0.34m3/min。 综上可知，矿井为低瓦斯矿井，本次通风设计根据矿井瓦斯鉴定资料中相对瓦斯涌出量进行预测计算。 四、矿井通风 (一 ) 矿井总风量计算 根据煤矿安全规程第一百零三条规定，矿井总进风量按如下要求分别计算，并选取其中的最大值： 1.按井下同时工作的最多人数计算 Q 矿进 =4 N K 矿通 式中： N 井下同时工作的最 多人数， 160 人； K 矿通 矿井通风系数，取 1.20； 则： Q 矿进 =4 160 1.20=768m3/min=12.8m3/s 2
22、按采煤、掘进、硐室及其它回风地点实际需要风量的总和计算 根据国家安全生产监督管理总局颁布的煤矿通风能力核定标准（ AQ1056-2008）“矿井需要风量计算方法按各采掘工作面、硐室及其他用风巷道等用风地点分别进行计算，包括按7 规定配备的备用工作面需要风量，现有通风系统应保证各用风地点稳定可靠供风。”其计算公式如下： aqrlscurhfcfra KQ )QQQQQ( +式中： raQ 矿井需要风量 , m3/min； cfQ 采煤工作面实际需要风量， m3/min； hfQ 掘进工作面实际需要风量， m3/min； urQ 硐室实际需要风量， m3/min； scQ 备用工作面实际需要风量，
23、 m3/min； rlQ 其他用风巷道实际需要风量， m3/min； aqK 矿井通风需风系数 (抽出式 aqK 取 1.15-1.20，压入式 aqK 取 1.25-1.30)，北岭矿为低瓦斯矿井，采用抽出式通风方式因此取 aqK =1.15。 （ 1）采煤工作面实际需风量的计算 每个采煤工作面实际需要风量，应按工作面气象条件、瓦斯涌出量、二氧化碳涌出量、人员和爆破后的有害气体产生量等规定分别进行计算，然后取其中最大值。 a按气象条件计算 clchcfcfcf KKSVQ %7060 = 式中 : cfV 采煤工作面的风速，按采煤工作面进风流的温度小于 20取为 cfV =1.0m/s； cfS 采煤工作面的平均有效断面积，按最大和最小控顶有效断面的平均值计算，cfS =14.70m2； chK 采煤工作面采高调整系数，工作面采高为 3.0m，取 chK =1.2； clK 采煤工作面长度调整系数，工作面长度为 180m，取 clK =1.2； 70% 有效通风断面系数； 60 为单位换算产生的系数。 带入各参数计算得 cfQ =60 70% 14.7 1.2 1.2=889m3/min=14.82m3/s。 b按照瓦斯涌出量计算 cgcgcf KqQ 100 式中： cgq 采煤工作面回风巷风流中 平均绝对瓦斯涌出量， cgq =2.45m3/min；
