采矿课程设计课程设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上河南理工大学课 程 设 计 报 告课程名称：姓 名：学 号：班 级：摘 要1、煤层地质概况：单一煤层，倾角20°，煤层厚4m，相对瓦斯涌出量为11 m³/t，二氧化碳涌出量很小，煤尘有爆炸危险，涌水量不大。 2、井田范围：设计第一水平深度540m，走向长度5110m，双翼对开，每翼长1555m，倾向长度2000m。 3、矿井生产能力：设计年产量为120万/t，矿井第一水平服务年限为29年。 4、矿井开拓与开采：用立井主要石门开拓，全矿井共划分4个采区，共40个工作面，上山部分24个，下山部分16个。上山部分服务年限29年，下山部分服务年限20年，在

2、底板开围岩平巷。拟采用采区式通风，在两采区中央上部开回风井。在采区巷道布置中，全矿井有一个采区生产，工作面机采，分上、下山开采，共有一个采煤工作面和一个备用工作面，为准备采煤有2条煤巷掘进，采用2台11Kw局部通风机通风，不与采煤工作面串联。有大型火药库一个，独立回风。 5、井下同时最多人数为200人，回采工作面的最多人数为30人，温度t=18；掘进工作面最多人数为15人，掘进工作面绝对瓦斯涌出量为：0.9 m³/min，一次爆破最大炸药量为8kg 。选择任何通风系统，都要符合投产较快、出煤较多、安全可靠、技术经济指标合理等总原则。具体地说，要适应以下基本要求：1）矿井至少要有两个通

3、地面的安全出口；2）进风井口要有利于防洪，不受粉尘等有害气体污染；3）北方矿井，冬季井口需装供暖设备；4）总回风巷不得作为主要行人道；5）工业广场不得受扇风机的噪音干扰；6）装有皮带机的井筒不得兼作回风井；7）装有箕斗的井筒不得作为主要进风井；8）可以独立通风的矿井，盘区尽可能独立通风；9）通风系统要为防瓦斯、火、尘、水及高温创造条件；10）通风系统要有利于深水平式或后期通风系统的发展变化。1.矿井基本概况 1、煤层地质概况 单一煤层，倾角20，煤层厚4m，相对瓦斯涌出量为11m3/t,为高瓦斯矿井。煤尘有爆炸危险。2、井田范围 设计第一水平深度-540m，走向长度约5.11Km，倾向约2km

4、，面积约12.44Km2，可采储量为：5971.2万t。第二水平设计参数略。3、矿井生产任务：设计年产量为1.2Mt，矿井第一水平服务年限为30a。4、矿井开拓与开采：用立井单水平上下山开拓，地质结构简单，易采用综合机械化一次采全高采煤工艺，单一走向长壁采煤法，用全部跨落法处理采空区。第一水平主、副井长度分别为545m、560m。井田分为上下山两个阶段，上山阶段的斜长为1200m，下山阶段倾长为800m；上山阶段划分为2个采区，每个采区的走向长度为3110m，每个采区划分为12个区段，根据矿井的地质条件和煤层条件，矿井采用采区式通风。该矿井属于高瓦斯矿井，所以上山采用三条上山，分别为运输上山、

5、轨道上山、回风上山，均布置与煤层底板岩层中，井下同时工作的最多人数为200人，工作面的人数为30人，相对瓦斯涌出量为11m3/t，掘进工作面绝对瓦斯涌出量为：0.9 m³/min。2 矿井通风系统拟定2.1 矿井通风系统基本要求选择任何通风系统，都要符合投产快、出煤较多、安全可靠、技术经济指标合理等原则。具体地说，要适应以下基本要求：（1）矿井至少要有两个通地面的安全出口；（2）进风井口要有利于防洪、不受粉尘有害集体的污染；（3）北方矿井，井口需装供暖设备；（4）总回风巷不得作为主要行人道；（5）工业广场不得受扇风机的噪音干扰；（6）装有皮带机的井筒不得兼作回风井；（7）装有箕斗的井

6、筒不得兼作为主要进风井；（8）可以独立通风的矿井，采区尽可能独立通风；（9）通风系统要为防瓦斯、火、尘、水及高温创造条件；（10）通风系统要有利于深水平式或后期通风系统的发展变化。2.2 矿井通风方式的选择采区式通风优点：通风线路短；各采区通风方便、灵活；风阻小。可不设回风大巷。建井可平行施工，建井期短。采区式通风缺点：风井及设备多，管理分散。1)选择通风方案的考虑因素选择任何通风方式都需要符合投产快、出煤较多、安全可靠和技术经济合理等原则。选择矿井通风方式时，应该考虑以下两种因素：（1）自然因素：煤层赋存条件、埋藏深度、冲击层深度、矿井瓦斯等级。（2）经济因素：井巷工程量、通风运行费、设备装

7、备费。2）矿井通风方案矿井通风方式根据回风井的位置的不同，可分为中央并列式、中央分列式、两翼对角式、采区式和混合式通风中选择，以下为前四种方案的示意图。方案一：中央并列式风井主副井都位于中央工业广场上，副井进风，风井回风，如图2.1。图2.1 中央并列式通风方式1-主井，2-副井，3-运输大巷，4-回风大巷，5-回风石门方案二：中央分列式两回风井位于井田边界的两翼，副井进风、风井回风，如图2.2。图2.2 中央分列式通风方式1-主井，2-副井，3-运输大巷，4-回风大巷，5-回风石门方案3：两翼对角式进风井位于井田中央，回风井设在井田两翼的上部边界，如图2.3。图2.3 两翼对角式通风方式1-

8、主井，2-副井，3-运输大巷，4-回风大巷，5-回风石门方案4：采区式通风方式每一个分区内均设置进风井和回风井，构成独立的通风系统，如图2.4。图2.4 采区式通风方式1-主井，2-副井，3-运输大巷，4-回风石门3)矿井通风方式的选择下面对几种通风方式的特点及优缺点及适用条件列表进行比较，见表2.1。表2.1 通风方式的比较通风方式优点缺点适用条件中央并列式初期投资少，工业场地布置集中，管理方便，工业场地保护煤柱小，保护井筒的煤柱较少，构成矿井通风系统的时间短。风路较长，风阻较大，采空区漏风较大。煤层倾角大、埋藏深，但走向长度并不大，而且瓦斯、自燃发火都不严重。中央分列式通风阻力较小，内部漏

9、风小，增加了一个安全出口，工业场的保护煤柱小，保护井筒的煤柱较少，构成矿井通风系统的时间短。建井期限略长，有时初期投资稍大。煤层倾角较小，埋藏较浅，走向长度不大，而且瓦斯、自然发火比较严重。两翼对角式风路较短，阻力较小，采空区的漏风较小，比中央并列式安全性更好。建井期限略长，有时初期投资稍大。煤层走向较大（超过4Km），井型较大，煤层上部都距地表较浅，瓦斯和自燃发火严重的矿井。采区式通风方式通风线路短、几个分区域可以同时施工的优点外，更有利于处理矿井事故运送人员设备也方便。工业场地分散、占地面积大、井筒保护煤柱较多。井田面积较大，局部瓦斯含量大，采区离工业场地较远。2.3 矿井通风方案技术由于

10、该矿为高瓦斯矿井，煤尘具有爆炸性，煤有自燃发火的倾向，通过初步的技术比较，煤层倾角为20º，煤层倾角较大，埋藏较浅，通过技术比较，方案4采区式通风方式很明显最适合本矿井。2.4 通风机的工作方法矿井通风机的工作方法有抽出式、压入式和压抽混合式三种，但是煤矿主要通风机的工作方法基本上分为抽出式与压入式两种，现将两种工作方法的优缺点对比如下：其适用条件和优缺点见表2.6。表2.6 通风方式的分类通风方式使用条件及优缺点抽出式优点：井下风流处于负压状态，当主要通风机因故停止运转时，井下的风流压力提高可能使采空区沼气涌出量减少，比较安全；漏风量少，通风管理较简单；与压入式相比，不存在过渡到下

11、水平时期通风系统和风量变化的困难。缺点：当地面有小窑塌陷区和采区沟通时，抽出式会使小窑存积的有害气体抽到井下使矿井有效风量减少。压入式低瓦斯矿的第一水平，矿井地面地形复杂、高差起伏，无法在高山上设置扇风机。总回风巷无法连通或维护苦难时期的条件下优缺点：（1）压入式的优缺点与抽出式相反，能用一部分回风把小窑塌陷区的有害气体压入到地面；（2）进风线路漏风大，管理苦难；（3）风阻大，风量调节困难；（4）由第一水平的压入式过渡到深部水平的抽出式有一定的困难；（5）通风机使井下风流处于负压状态，当通风机停止运转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加。现将两种工作方法的优缺点对比如下：（1）抽出式

12、主要通风机使井下风流处于负压状态，当一旦主要通风机因故停止运转时，井下风流的压力提高，有可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全。（2）压入式主要通风机使井下风流处于正压状态，当主要通风机停止运转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加，比较危险。（3）采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干构筑物，使通风管理工作比较困难，漏风较大。（4）在地面小窑塌陷区分布较广，并和采区相沟通的条件，用抽出式通风，会把小窑积存的有害气体抽到井下，同时使通过主要通风机的一部分风流短路，总进风量和工作面有效风量都会减少。用压入式通风，则能用一部分回风风流把小窑塌陷区的有害气体带到地面。（5）如果能够严防

13、总进风路线上的漏风，则压入式主要通风机的规格尺寸和通风机电力费用都较抽出式为小。（6）在由压入式通风过渡到深水平抽出式通风时，有一定困难，过渡时期是新旧水平同时产生，路线较长，有时还必须额外增掘一些井巷工程，使过渡期限拉得过长。用抽出式通风，就没有这些缺点。综上所述，一般地说，在地面小窑塌陷区漏风严重、开采第一水平和低沼气矿井等条件下，采用压入式通风是比较合适的，否则不宜采用压入式通风。因此，根据矿井实际的条件，确定该矿井采用抽出式通风。矿井开拓采用立井开拓方式，矿井通风采用两翼对角式通风。主要进风井为副井，位于井田中央，矿井回风井位于井田走向中央浅部边界。矿井主要通风机采用抽出式通风。全矿井

14、只有一个回采工作面进行生产，两个掘进工作面掘进，采掘比为1：2，掘进工作面采用局部通风机通风，回采工作面采用下行式开采，有井田边界向井田中央开才，为后退式开采。3 通风系统图和网络图（通风困难时期和通风容时期）采用立井单水平上下山开拓，经济技术上综合考虑，拟采用采区式的通风方式。风井设在煤层两翼中部，采用副井主要进风，主井辅助进风，风井回风，主扇采用抽出式的工作方式，抽出式主扇使井下风流处于负压状态，但一旦主扇因故停止运转时，井下的风流压力提高，有可能使采区瓦斯涌出量减少，比较安全。其通风系统路线如下：新鲜风流：副井井底车场轨道石门轨道大巷采区下部车场轨道上山 采区中部车场运输平巷工作面。污风

15、风流：工作面区段回风平巷区段回风石门回风石门风井地面。主井运输石门运输大巷采区下部车场运输上山回风石门风井地面绘制矿井最容易时期（图3-1）与最困难时期（图3-2）通风系统示意。图 3-1 最容易时期通风系统示意图图3-2 最困难时期通风系统示意图4矿井总风量计算与分配4.1矿井需风量计算原则（1）矿井需风量应按照“由里往外”的计算原则，由采、掘工作面、硐室和其他用风地点的实际最大需风量总和，再考虑一定的备用风量系数后，计算出矿井总风量。（2）按该用风地点同时工作的最多人数计算，每人每分钟供给风量不得少于4 m3。（3）按该用风地点风流中的瓦斯、二氧化碳和其他有害气体浓度、风速以及温度等都符合

16、规程的有关规定分别计算，取其最大值。1.采煤工作面需风量计算采煤工作面的需风量应按下列因素分别计算，并取其中最大值。按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算：Q采=100Q瓦K瓦=100×20.78×1.2=2494m3/min式中 Q采采煤工作需要风量，m3/min； Q瓦采煤工作面瓦斯绝对涌出量，20.78m3/min；K瓦第i个采煤工作面瓦斯涌出不均匀的风量备用系数，它是该工作面 瓦斯绝对涌出量的最大值和平均值的比值。生产矿井可以根据各工作面正常的生产条件，至少进行5昼夜的观测，得出5个值，取其最大值。通常机采工作面取 1.21.6=；炮采工作面去2.01.4=；水采工作面取3.

17、02.0=。按工作面进风流温度计算；采煤工作面应有良好的气候条件，其进风流温度可根据风流温度预测方法进行计算。其气温与风速应符合表4-1的要求表4-1采煤工作面空气温度与风速对应表采煤工作面进风流气温/采煤工作面风速/（m/s）1515181820202323260.30.50.50.80.81.01.01.51.51.8采煤工作面的需风量按下式计算：Q采=60v采S采K采，m3/min=60×1.0×18×1.3=1404 m3/min 式中v采采煤工作面适宜风速，m/s S采采煤工作面平均有效断面积，按最大和最小控顶有效断面积的平均值计算； K采采煤工作面长度

18、风最系数，按表4-2取=200m3/minA采采煤工作面一次爆破使用的最大炸药量，kg 按工作人员数量计算：Q采=4n采，m3/min=4×30 =120 m3/min式中4每人每分钟供给的最低风量，m3/minn采采煤工作面同时工作的最多人数，人。2. 掘进工作面需风量计算煤巷、半煤岩巷和岩巷掘进工作面的需风量，应按下列因素分别计算，取其最大值。(1)、按瓦斯（二氧化碳）涌出量计算：Q掘=100Q瓦K瓦 =100×0.9×1.5 =135 m3/min(2)、按炸药量使用最计算：Q掘=25A掘=25×8=200 m3/min(3)、按局部通风机吸风量计

19、算：Q掘=Q通IK通=200×2×1.3=520 m3/minQ掘=4n掘=4×30=120 m3/min(4)、按风速进行验算；煤、岩巷掘进工作面的风量应满足：60×0.15×S掘Q掘60×4×S掘 由上式得18 m3/minQ掘480m3/min根据上面的计算掘进工作面的风量应取其最大值。Q掘=520 m3/min3. 硐室需风量各个独立通风的硐室供风量，应根据不同的硐室分别计算。(1)、井下爆破材料库按经验值计算，小型矿井一般80100m3/min，大型矿井一般100150m3/min。(2)、充电硐室通常充电硐室的供

20、风量不得小于100m3/min。(3)、机电硐室采区小型机电硐室，可按经验值确定风量，一般为6080m3/min。表4-4 机电硐室发热系数表机电硐室名称发热系数（）空气压缩机房水泵房变电所、绞车房0.150.230.010.040.020.044.2矿进总风量的分配（1）分配原则 矿井总风量确定后，分配到各用风地点的风量，应不得低于其计算的需风量；所有巷道都应分配一定的风量；分配后的风量，应保证井下各处瓦斯及有害气体浓度、风速等满足规程的各项要求。（2）分配的方法 首先按照采区布置图，对各采煤、掘进工作面、独立回风硐室按其需风量配给风量，余下的风量按采区产量、采掘工作面数目、硐室数目等分配到

21、各采区，再按一定比例分配到其它用风地点，用以维护巷道和保证行人安全。风量分配后，应对井下各通风巷道的风速进行验算，使其符合规程对风速的要求。规程规定的风速限定值见表4-5所示。表4-5 风速限定值矿井下各类巷道的适宜风速一般为：阶段运输大巷：4.55.0m/s；轨道上(下)山、运输上(下)山：3.54.5m/s；回风上(下)山：4.55.5m/s；区段运输平巷(顺槽)：3.03.5m/s；区段回风平巷(回风顺槽)：4.55.5m/s；阶段回风大巷、总回风巷：5.56.5m/s。 表4-6矿井各地点风量分配情况表地点风量m3/s绞车房0.12采煤工作面42备用工作面21掘进工作面19掘进工作面2

22、9火药库1.7其他14.18合计975 通风阻力的计算和风量调节矿井通风总阻力计算(一) 矿井通风总阻力计算原则 1、矿井通风设的总阻力，不应超过3000Pa。2、矿井井巷的局部阻力，新建矿井按井巷摩擦阻力的10%计算，扩建矿井宜按井巷摩擦阻力的15%计算。3、在进行矿井通风总阻力计算时，不要计算每一条巷道的通风阻力，只选择其中一条阻力最大的风路进行计算。但必须是矿井达到设计年产量以后，通风容易时期和通风困难时期的阻力最大风路。一般，可能两个时期的通风系统图上根据采掘作业布置情况分别风流路线最长、风量较大的一条线路作为阻力最大的风路。在选定的风路上（分最容易和最困难时期），从进风井口到回风井口

23、逐段编号，对各段井巷进行阻力计算，然后累加起来，得出这两个时期的各个井巷通风总阻力（h阻易，h阻难）。如果通风系统复杂，直观上难以判断哪条风路阻力最大时，则需选择几条风路，通过计算比较选出最大值。（二）矿井通风总阻力计算 矿井通风总阻力：风流由进风井口起，到回风井口止，沿一条通路（风流路线）各个分支的摩擦阻力和局部阻力的总和，简称矿井总阻力，用hm表示。对于矿井有两台或多台风主要通风机工作，矿井通风阻力按每台主要通风机所服务的系统分别计算。矿井通风系统总阻力最小时称通风容易时期。通风系统总阻力最大时亦称为通风困难时期。对于通风困难和容易时期，要分别画出通风系统图。按照采掘工作面及硐室的需要分配

24、风量，再由各段风路的阻力计算矿井总阻力。沿着上述两个时期通风阻力最大的风路，分别用下式计算出各段风路井巷的磨擦阻力：hfr=LUQ2/S3式中：hfr巷道摩檫阻力，Pa；L、U、S分别为巷道的长度、周长、净断面积，m2；Q分配给井巷的风量，m3/s；各巷道的摩擦阻力系数，kg/m3。表5-1 井巷尺寸及其支护情况表 井巷名称井巷特征及支护情况断面积()副 井两个灌笼，有梯子间，风井直径23.75主要运输石门拱形，混凝土砌，壁面摸浆16主要运输石门拱形，混凝土砌，壁面摸浆16主要运输巷拱形，混凝土砌，壁面摸浆16运输机上山拱形，料石碹15运输机上山拱形，料石碹15运输机频槽梯形，锚杆，宽度3.5

25、8.75上顺槽梯形，锚杆，宽度3.58.75采煤工作面采高4m，控顶距4.2-5.2m，金属支架，机组采煤20.8上顺槽梯形，锚杆，宽度3.58.75回风顺槽梯形，锚杆，宽度3.58.75回风石门梯形，锚喷8主要回风巷拱形，混凝土砌，壁面摸浆8回风井混凝土砌（不光滑），风井直径D=4m12.56专心-专注-专业计算方法： 1、两个时期通风系统的总风阻：通风容易时期总阻力 ：h阻易=1.2h摩易=1.2×1384.2=1660.8Pa通风困难时期总阻力：h阻难=1.15=1.15摩难=1.15×2290.6=2633.5Pa当等积孔大于2时一般为通风比较容易，当等积孔在1-2

26、之间时为通风中等，当等积孔小于1时通风困难；由此知本矿井通风容易。表5-4 矿井通风难易程度分级矿 井 通 风难 易 程 度矿井总风阻Ns2m-8等积孔容 易0.3552中 等0.3351.42012困 难1.4201由等积孔可以看出，矿井通风为中等,所以矿井在生产时期应加大各巷道的掘进断面，以满足用风地点所需风量，并避免有关巷道风速超限。6 矿井通风设备的选择 矿井通风设备是指主要通风机和电动机。（一）矿井通风设备的要求： 1、矿井必须装设两套同等能力(同型号)的主要通风设备，其中一套作备用。 2、选择通风设备应满足第一开采水平各个时期工况变化，并使通风设备长期高效率运行。 3、风机能力应留

27、有一定的余量，轴流式其叶片安装角度要比允许角度小5°，离心式的转速不大于最高允许转速的90%。 4、进、出风井井口的高差在150m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m以上时，宜计算矿井的自然风压。（二）主要通风机的选择 主要通风机的工作风量  Qf=KQm =97×1.1=107m3/s；对于抽出式通风，分别求出困难和容易时期的扇风机静压:容易时期：H扇静易h阻易-h自助 (Pa)式中 h自助通风容易时期帮助主扇风压工作的矿井自然风压，Pa。h自助0Pa带入数据： h扇静易1660.8Pa困难时期:h扇静难h阻难+h自反 (Pa)式中 h自反通

28、风困难时期反对主扇风压工作的矿井自然风压，Pa。h自反50Pa带入数据：h扇静难2633.5+50=2683.5Pa矿井总风阻计算Rh/Q2所以矿井通风容易时期：R矿易h阻易/Q2扇=1660.8/1072=0.145（kµ）矿井通风困难时期：R困难h阻难/Q2扇=2683.5/1072=0.234（kµ）式中 R矿易、R矿难容易时期和困难时期的全矿总风阻，kµ。根据Q扇=97m3/s；、h扇静易1660.8Pa、h扇静难2683.5Pa，在扇风机个体特性曲线图表上选择合适的主扇：可选用FBCDZ-8-No24B轴流式扇风机，共选用两台，其中一台工作，一台备用。2

29、绘制所选扇风机的特性曲线及工况点1）容易时期阻力系数：R0.145故通风网络特性曲线方程：HRQ20.145Q2表6-1 容易时期通风网络特性曲线方程计算表Q（m3/s）5060708090100110120H（Pa）362.5522710.59281174.514501754.520882）困难时期阻力系数：R0.1989故通风网络特性曲线方程：HRQ20.234Q2表6-2 困难时期通风网络特性曲线方程计算表Q（m3/s）5060708090100110120H（Pa）585842.413721555.21895.423402831.43369.6绘制出所选扇风机的特性曲线及工作工况点如下图（图6-1）。则FBCDZ-8-No24B轴流式通风机在矿井容易和困难时期的实际工作工况点如下表5-8所示。表6-3 容易时期和困难时期的工作点时期主通风机型号叶片安装角转数（r/min）风压Pa风量Q（m3/s）效率输入功率（KW）容易FBCDZ-8-No24B46°/38°7401786.5111.550.75340困难FBCDZ-8-No24B52°/44°7402831.41100.774103通风机运行工况初期风机叶片角为46°/38°，实际工况点M1，其工况值为：流量Q1111.55m