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摘 要 隨著煤礦工業(yè)的發(fā)展，安全生產已經成為其中重要的部分。為確保煤礦的安全生產，對煤礦的安全設計十分重要。根據平崗煤礦的實際情況，結合目前安全生產技術，對平崗煤礦進行了安全設計。設計針對煤礦常見的安全問題，如水、火、煤塵、瓦斯、頂板等災害，分析災害發(fā)生的原因，設計具體的災害預防措施及安全保障措施，以達到防止事故發(fā)生或減少事故發(fā)生概率，降低事故造成傷害的目的。根據平崗煤礦開拓方式和地質構造，選擇了合理的通風系統(tǒng)，對采掘工作面及硐室通風，井下通風設施和構筑物等進行設計，選擇了安全逃生路線，分析了礦井通風系統(tǒng)的合理性和可靠性。 針對平崗煤礦的粉塵災害，從防塵措施、防爆措施和隔爆措施三個方面進行了安全設計。對于瓦斯災害防治，設計采取了以瓦斯抽放為主及一些防爆、隔爆安全措施。在火災防治方面，分別設計了煤自然火災防治措施及外因火災防治措施。 通過對平崗煤礦水文地質資料的分析，設計了相應的水災防治安全措施。同時建立一套完善的安全監(jiān)測與監(jiān)控體系，對各種災害形式進行嚴密的監(jiān)控，在災害發(fā)生前將事故處理，確保生產能夠安全高效的進行，同時達到無安全事故、無人員傷亡的理想狀態(tài)。同時還設計了頂板災害、運輸系統(tǒng)災害、電氣事故災害的安全措施。 關鍵詞: 安全條件 粉塵防治 瓦斯防滅火 安全監(jiān)測 目錄 摘 要 I Abstract II 目錄 IV 第1章 礦井概況及安全條件 1 1.1 井田概況 1 1.1.1地理位置 1 1.1.2主要自然災害 1 1.1.3礦區(qū)開采現狀 1 1.2 安全條件 2 1.2.1地質特征 2 1.2.3煤層及煤質 2 1.3 礦井生產情況 3 1.3.1 工程性質 3 1.3.2井田開拓與開采 3 1.3.3提升、通風、排水和壓縮空氣設備 4 第2章 礦井通風 11 2.1 概 況 11 2.2礦井通風 11 2.2.1現礦井各采區(qū)風量計算 11 2.2.2風量選擇 12 2.3現有通風方式及通風系統(tǒng) 15 2.3.1現有風井數目、位置、服務范圍及服務時間 15 2.3.2采掘工作面及硐室通風 15 2.3.3井下通風設施及構筑物布置 15 2.3.4安全逃生途徑 15 2.3.5通風設備及反風 16 2.3.6礦井風量、風壓及等積孔 17 致謝 48 參考文獻 49 附錄1 50 第1章 礦井概況及安全條件 1.1 井田概況 1.1.1地理位置 平崗煤礦位于雞西煤田南部含煤條帶邊緣，距雞西火車站27km。行政區(qū)隸屬于雞西市梨樹區(qū)。井田地理坐標為： 東經：13043′30″-13043′45″; 北緯：4506′00″-4510′30″。 公路交通：礦區(qū)內有公路與哈綏公路雞圖線國道相通，距雞西市27km。 鐵路交通：煤礦鐵路專用線與國鐵梨樹鎮(zhèn)火車站相連。 井田境界：上至+350m標高，下至–600m標高，東至F25斷層，西至F16斷層。井田走向長10.01km，傾斜長3.2 km，井田面積35.2km2。 礦區(qū)地表最大標高550m，最低標高310m, 地形高差230m左右。風山河及其它的三條支流，流經礦區(qū)東部，自北向南流經穆棱組露頭西側，河流落差大切割深，河床兩側有50-200m寬的山間谷地。 平崗礦區(qū)為中溫帶大陸性氣候，11月中旬至次年4月中旬為結冰期，表土凍層厚度一般在1.5-2.0m，最高氣溫在7-8月份，最高氣溫38.0℃，最低氣溫在12月份，最低氣溫-39.2℃，年平均氣溫3-3.5℃，年平均降水量600mm，雨季多集中在7-8月份，最大風級7-8級，風向以西北風為主風力一般2-3級，平均風速3.6m/s。 1.1.2主要自然災害 本區(qū)地震裂度為6度。 1.1.3礦區(qū)開采現狀 二水平中央水泵硐室現有3臺PJ-1507型水泵，每臺排水量為300m3/h，二水平正常涌水量為165 m3/h。二水平最大涌水量為205 m3/h。一水平中央水泵硐室現有4臺200D438型水泵，每臺排水量為288 m3/h，其正常涌水量（包括二水平涌水）為265 m3/h，最大涌水量325 m3/h。 礦生產供電來自地面變電所，其電源分別來自梨恒線，梨平線兩趟60KV高壓輸入。變電所內設一臺S9-16000/66主變壓器，一臺SLF1-20000/60主變壓器。一二水平供電來自地面變電所，電壓為60KV，由兩趟LJ-24架空線線路輸送至山下變電所，再由兩趟MYJV3X150高壓電纜經皮帶道至井下中央變電所，然后由井下中央變電所送出兩趟高壓電纜輸送至采區(qū)變電所配電，直至各采掘隊組。 1.2 安全條件 1.2.1地質特征 1.2.1.1地質及地層 平崗礦區(qū)位于雞西煤盆地西南端，屬于穆棱-平崗斷裂構造單元的一部分。近于南北向東傾的單斜地層，為不對稱的向背斜復雜化，地層被兩條近于南北向的斷層切割成二大構造塊段。在這些塊段里，相對下降的塊段構造簡單，地層傾角小（15-25）；相對上升的塊段構造復雜，地層傾角大（20-40）。一組北45-55西貫穿全區(qū)的主斷裂體系又將全礦區(qū)進一步分割成幾大構造單元。各構造單元其構造形態(tài)各異，地層產狀各異，構造復雜程度各異。 1.2.1.2成煤時期及煤層賦存情況 平崗礦區(qū)煤系地層為早白堊系雞西群城子河含煤組和穆棱含煤組，城子河含煤組位于煤系地層的下部，可采和局部可采煤層共有35#層、33#層、32#層煤層，煤質主要為瘦煤，中部層組的25#層、23#層、22#層煤層的煤質，牌號主要為焦煤，上部層組15#層、14#層煤層的煤牌號主要為主焦煤。穆棱組位于煤系地層的上部，可采區(qū)層有6#層、5#層、3#層、1#層。穆棱組煤層的煤牌號均為1/3焦煤，以上各煤層的厚度均在0.8-2.0m之間，為薄煤層或中厚煤層。 1.2.2煤層及煤質 1.2.3.1煤層 ①含煤性： 平崗礦區(qū)開采穆棱組和城子河組的煤層。穆棱組含煤6-8層，1層全區(qū)可采，3層局部可采， 主要可采煤層發(fā)育較穩(wěn)定，煤層本身的煤巖特征明顯，煤層結構穩(wěn)定，巖煤層物性特征明顯，煤層間距較為穩(wěn)定。橫向上變化規(guī)律性強，全區(qū)內煤層對比清楚。煤層發(fā)育屬于較穩(wěn)定型。 可采煤層總厚度為14.4m，含煤系數1.11%。 ②穆棱含煤組： 1#煤層：為平崗礦區(qū)內最上部的可采煤層，單一結構，煤厚0.68-0.92m，頂板為含豆狀包裹體的凝灰?guī)r或凝灰砂巖，底板為粉砂巖。 3#煤層：距1＃煤層48-50m，一般分上、下兩層，上、下分層均在0.59-0.89m之間，平均0.78m，上、下分層間距不穩(wěn)定，大體在2-4m之間，頂板為灰白色細砂巖，底板為0.3m的黃灰色凝灰?guī)r。3＃煤層在鳳山背斜軸以南可采。 1.2.3.2煤質 ①物理性質： 肉眼觀察多呈光亮和半光亮形，煤層油質光澤和玻璃光澤，塊狀構造，斷口參差不齊，內生裂隙發(fā)育，煤層多以凝膠化基質為主，鏡煤、亮煤占煤巖總比例的75-90%，絲質組和穩(wěn)定組占5-20%，巖礦雜質占總量的5%左右，硫磷含量特低。 ②化學性質、工藝性能、可選性及煤類： 平崗礦區(qū)各煤層組均為中等變質程度的煙煤。各煤層組、各含煤段的變質程度不一，煤層的有機質含量較多，有害雜質少，精煤灰分低，可選性強。是可貴的煉焦用煤。 1.3 礦井生產情況 1.3.1 工程性質 礦井技術改造初步設計。 1.3.2井田開拓與開采 1.3.2.1井田境界 上至+350m標高，下至-600m標高，東至F25斷層，西至F16斷層。井田走向長10.01km，傾斜長3.2 km，井田面積35.2km2。 1.3.2.2儲量 平崗煤礦有地質儲量12397.1萬t，可采儲量7438.2萬t。儲量構成情況見儲量匯總表、煤柱損失量表、礦井工業(yè)資源儲量、設計資源儲量、設計可采儲量表。 表（1-1）平崗煤礦分水平各類煤柱損失量匯總表 萬t 煤柱分類 +100標高以上 +100-600m標高 合計 斷層保煤柱 219.6 69.8 289.4 工業(yè)廣場保護煤柱 42.9 87.6 130.5 主要井巷保護煤柱 273.9 674.7 948.6 合計 536.4 832.1 1368.5 表（1-2）工業(yè)資源儲量、設計儲量、設計可采儲量匯總表 單位：萬t 儲量類型 +100標高以上 +100-600m標高 合計 工業(yè)資源儲量 3417.8 8979.3 12397.1 設計資源儲量 3209.1 8961.5 1187.1 設計可采儲量 1848.6 5589.6 7438.2 1.3.2.3礦井設計生產能力及服務年限 ①礦井工作制度 設計年工作日330天，每天三班作業(yè)。日凈提升時間為16h。 ②生產能力 核定生產能力75萬t/a。 ③服務年限T = ( 1-1) = 7438.2751.3 = 76a 其中： T：服務年限 Z：可采儲量 A：生產能力 K：儲量備用系數 1.3.3提升、通風、排水和壓縮空氣設備 1.3.3.1提升設備 平崗煤礦的煤炭主要提升采用帶式輸送機運輸。采用GDS-1000型鋼絲繩皮帶提升機，提升能力230萬t/a。 矸石主要由斜副井，一段提升機型號為XKT-2.5/20的礦用提升機，提升能力為125萬t/a；二段提升機型號為2JK-3/20的礦用提升機，提升能力為119萬t/a。 1.3.3.2通風設備 回風井現2臺GAF31.5-20-1GZ型通風機，排風能力為8700-15000m3/min。 1.3.3.3排水設備 一水平主水泵型號為200D438，現有四臺，兩臺使用，兩臺備用。 1.3.3.4壓縮空氣設備 該礦生產現主要在二水平，在地面設一個壓風機房，內設有2臺4L-20/8型壓風機，經核定滿足要求。 1.3.4 井上下主要運輸設備 1.3.4.1地面運輸 公路交通：礦區(qū)內有公路與哈綏公路雞圖線國道相通，距雞西市27km。 鐵路交通：煤礦鐵路專用線與國鐵梨樹鎮(zhèn)火車站相連。 本礦目前運輸主要以鐵路為主，現已形成較為完善的鐵路運輸線，對礦區(qū)的開發(fā)、建設提供了較為便利外運條件。 1.3.4.2 井下運輸 本礦井設計井下煤炭運輸采用膠帶輸送機運輸方式，輔助運輸采用10t架線式電機車牽引1t或3t固定式礦車運輸。 1.3.4.3地面生產系統(tǒng) ①主井生產系統(tǒng) 煤炭由平崗礦皮帶井一段、二段皮帶運輸機運至地面手選廠車間至洗煤篩分車間復式振動篩之中，原煤經過洗煤車間分精煤和中煤兩種分別進入各自煤倉。手選矸石經汽運到矸石山。皮帶井一段、二段皮帶運輸機并擔任運送人員升入井。 ②副井系統(tǒng) 副井及下料斜井承擔提升矸石、升降人員、運送設備和材料的功能,地面材料、設備在地面車場裝入花欄車或平板車，由提升機運入井下。 ③地面排矸系統(tǒng) 井下矸石由副井運到地面車場子，由一臺ZK10-6/550電機車牽引300M至矸石山車場子，由JD-11.4絞車拉入翻車機，翻入排矸箕斗后由矸石山前JK1600/1224型絞車牽引到矸石山頂部排掉。 1.3.5工業(yè)場地布置特征、防洪排澇、地面建筑及煤柱 1.3.5.1工業(yè)場地 為確保場內外來物資運輸，消防安全通道要求，主干道路面寬12m，次干道路面寬為6m，路面結構為水泥路面。 1.3.5.2場內排水 該區(qū)地形由丘陵和構成，該礦井工業(yè)場地位置處在一山崗的北側坡上，場地內東南高西北低，地形坡度變化不大，地形也便于場地內排水。場地內自然高差為6m。 1.3.6供電及通訊 1.3.6.1供電電源 礦變電所60kv電源分別引自“梨恒線”和“梨平線”，所內一臺主變：S9－16000／66主變壓，一臺SLF1-20000/60主變壓器。 1.3.6.2電力負荷 一水平用電負荷為3780 KW，其有功功率為2270 KW。 二水平用電負荷為6200 KW，其有功功率為3720 KW。 1.3.7給水、排水和采暖通風及供熱 1.3.7.1水源 ①工業(yè)場地生活用水水源 供水水源井：在平崗礦鳳山溝上游現有6口機井，用水泵將水抽至地面蓄水水池中。聯合辦公樓和27公里水塔的用水均由該蓄水池供應。 儲水池：300 m3，LBH＝1056 m半地下鋼筋混凝土矩形水池1座，地下部分為3.5 m。 供水泵房：LBH＝1053 m矩形泵房1座150m2。 分別設： 生產消防灑水泵：XBD4／30-125G/Z、Q＝72-12b3/h。 H＝0.42-0.37MPa N＝22kw 380V 2臺。 生活給水泵：80D-129，Q＝20 m3/h H＝102 m 17kw 2臺 加藥設備：JY-0.6／1.44-B-1 2臺 次氯化鈉發(fā)生器：JYM-1 2臺 工業(yè)場地設有生活供水管網、生產及消防供水管網。生活供水為PPV管，干管為Φ80，生產及消防供水管網采用鍍鋅無縫鋼管，干管管網為D100，生產和消防供水管網上靠近建筑物時有室外地下消火栓，其型號為SS100-1.0。 ②生產、消防用水水源 地面生產用水由本地區(qū)自來水供水網供給；井下消防灑水同時采用地面和井下兩種水源。 1.3.7.2用水量 礦井生產及生活用水量451.4m3/d, 最高時用水量為300.6m3/h，井下除塵灑水日用水量為680m3/d，時用水量為53.5m3/h。 1.3.7.3排水系統(tǒng) ①排水量 工業(yè)場地排水主要是生活污水、浴池排水、鍋爐排污水、井下排水和其它排水，予計總排水量為6336 m/d； ②排水系統(tǒng) 平房居民區(qū)的生活污水及雨水，未經處理由地面溝渠排入鳳山河和穆棱河。 樓房居民區(qū)的生活污水、浴池排水、鍋爐排水經排水管路排入沉淀池中，經沉淀過濾后由排水管路排入鳳山河。 井下排水除部分流入地面靜壓水池管路排入鳳山河。 洗煤廠洗煤廢水經洗煤廠內部凈化處理后繼續(xù)循環(huán)使用。 ③排水構筑物 排水管采用Dg≦250陶瓷管；Dg〉350鋼筋砼管。水泥沙漿接口，埋地鋪設。埋深為2.0m。采用重力排水，沿地形坡度鋪設。埋深不小于2.0m。 1.3.7.4采暖通風及供熱 ①采暖 根據氣象資料、工藝要求及有關規(guī)定，本設計在經常有人工作、休息和生產工藝有要求的建筑物內，設置集中采暖系統(tǒng)。整個工業(yè)場地的采暖熱媒均采用95/70℃低溫水，熱媒來自工業(yè)場地鍋爐房，行政福利建筑物內散熱器采用鑄鐵四柱型散熱器，其余生產系統(tǒng)建筑和工業(yè)廠房內散熱器采用鋼制高頻焊螺旋翅片管散熱器。 ②熱水供應 浴室、洗衣房的浴用和洗衣用由專用鍋爐房的供給。 ③井筒防凍 井筒防凍僅做主皮帶中，二采區(qū)絞車道。 礦井主皮帶井及斜副井由鍋爐房內的兩臺4t鍋爐供暖。經校核均滿足需要。 1.3.8技術經濟 1.3.8.1移交生產時井巷工程量表 井巷工程量表（1-3） 序號 工程名稱 單位 數量 煤巖別 月進度 工期（月） 1 返送絞車道 m 60 半 60 1 2 返送風道 m 150 全巖 50 3 3 二段絞車道風眼 m 20 全巖 60 0.5 4 采區(qū)風道下延 m 150 半 100 3 5 采區(qū)絞車道下延 m 80 半 100 1 6 工作面 m 90 煤 120 1 1.3.8.2勞動定員及勞動生產率 ①全礦井勞動定員 本設計根據礦井原煤年產量120萬t，年工作天數330天，確定原煤全員效率為2.95噸/工。經計算，原煤生產出勤人員3596人，其中，管理人員206人，井下工人2182人，地面工人1027人。 表（1-4）勞動定員匯總表 序號 人員類型 出勤人數 替補人數 在籍人數 Ⅰ班 Ⅱ班 Ⅲ班 合計 1 一、原煤人員 115 199 114 428 94 522 1、生產工人 109 162 108 379 94 473 （1）井下工人 87 133 86 306 83 389 （2）地面工人 22 29 22 73 11 84 2、管理人員 6 37 6 49 49 2 二、供電 2 10 2 14 1 15 3 三、生產服務人員 13 33 13 59 4 63 4 四、生活服務人員 9 22 9 40 3 43 5 五、選煤廠 21 36 21 78 5 83 6 六、消防隊 5 5 5 合計 160 305 159 624 107 731 7 七、準軌鐵路 5 8 5 18 1 19 總計 165 313 164 642 108 750 ②勞動生產率 采區(qū)投產后，按年工作日數3 3 0d計算，日產量448.2T，全員效率確定為1.6／工。參考本礦現在實際達到的效率確定的。全員效率1.6t／工，回采工作效率定為4.52T／工，這是根據回采工作面日產量和按需要配備的-人員求出的。掘進工作效率為0.2m／工，按礦實際效率確定。 1.3.8.3概算投資 工程投資總額為2018.5萬元（井巷工程350.1萬元 、設備購置1668.4萬元）。 1.3.8.4礦井主要技術經濟指 表（1-5）主要技術經濟指標 名稱 單位 指標 備注 礦井設計生產能力 Mt 年生產能力 萬t 100 日生產能力 t 3640 礦井服務年限 a 76 礦井設計工作制度 年工作天數 天 330 日工作班數 班 3 灰份Ag % 23.24 揮發(fā)份Vγ % 27.32 發(fā)熱量 千卡/Kg 7500 儲量 （1）地質儲量 萬t 12397.1 （2）可采儲量 萬t 7438.2 煤層情況 （1）可采煤層數 層 2 （2）可采煤層平均厚度 m 1.4 （3）煤層傾角 度 15 （4）煤的容重 t/m3 1.35 井田范圍 走向長度 Km 7.5 傾斜寬度 Km 6.75 井田面積 Km2 49 開拓方式 立斜 井筒類型及斜長 傾角 提升斜井 M 1100 21 回風斜井 M 400 30 1.3.8.5原煤生產成本概算 本設計礦井根據《煤炭工業(yè)設計規(guī)范》和現行煤炭工業(yè)財務制度及成本計算辦法并考慮該地區(qū)同類礦井的成本實際情況，計算出該礦井達產后正常年份的原煤生產成本為150.835元／t。 第2章 礦井通風 2.1 概 況 平崗煤礦鑒定為高瓦斯礦井。礦井相對瓦斯涌出量為28.5m3/t，絕對涌出量為33m3/min。在平崗礦區(qū)范圍內尚無煤層自燃發(fā)火現象。各煤層均有煤炸煤塵炸指數在20%-45%之間。 由于平崗礦井為高瓦斯礦井，因此，按高瓦斯礦井進行管理。 2.2礦井通風 2.2.1現礦井各采區(qū)風量計算 井下共布置2個采煤工作面，6個掘進工作面，全礦獨立回風硐室7個，變電所水泵房2個，壓風機硐室2個，絞車硐室2個，火藥庫1個。根據上述參數進行礦井風量計算。 Q礦≥（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q備+∑Q其）K m3/min 式中：∑Q采--采煤工作面實際需要風量總和m3/min ∑Q掘--掘進工作面實際需要風量總和 m3/min ∑Q硐--硐室實際需要風量總和 m3/min ∑Q備--備用采面實際需要風量總和 m3/min ∑Q其--其他地點實際需要風量總和 m3/min K-礦井通風需要風量系數 取1.2 Q礦=（∑Q采+∑Q掘+∑Q硐+∑Q備+∑Q其）K=（2200+2664+488+491+540）1.2=49051.2=7660 m3/min 2.2現有通風方式及通風系統(tǒng) 2.2.1現有風井數目、位置、服務范圍及服務時間 礦井現有兩條井筒入風，兩條回風井。 2.2.2采掘工作面及硐室通風 回采工作面采用后退式開采，全負壓U型通風，工作面下巷進風，上巷回風。 井下主要硐室采用全負壓獨立通風。 2.2.3井下通風設施及構筑物布置 礦井設有專用回風井，采區(qū)設置了專有的回風道。井下所有進回風相交處設有雙向雙道風門，在需要調節(jié)風量處設調節(jié)風門，以保證各用風地點的合理風量，在需要反風處設有反風風門。 在主要進風、回風巷，工作面進風巷和回風巷設置測風站，觀測礦井總風量和回采工作面的進風量和回風量。 傾斜巷道中不應設置風門，如非設不可時，應按設自動風門或設專人管理，并有防止礦車或風門碰撞人員以及礦車碰壞風門的安全措施。 2.2.4安全逃生途徑 2.2.4.1礦井安全出口設置及保證措施 礦井的主井、副井和風井均可作為安全出口，井筒及采區(qū)各上山內設人行道和扶手。斜井井筒每隔40m設一躲避硐室。副井擔負礦井輔助提升任務，必須執(zhí)行《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定，提車不行人，行人不提車。當井下發(fā)生事故時，人員可借助上述人行臺階、扶手、人行道方便、順利到達地面。 2.2.4.2避災路線 為了方便井下工作人員在災害發(fā)生后能安全撤離，井下各巷道及巷道相交處應掛牌寫明巷道名稱、長度，指明各類災害的撤離方向，并做到每年預演一至二次。 ①避火災線路 發(fā)生火災時工作人員應及時撤離采區(qū)，向新鮮風流方向撤離，通過進風井到達地面。 一采區(qū)： 采煤工作面→運輸平巷→采區(qū)皮帶道→采區(qū)車場→暗井絞車道→暗井下部車場→二水平主運巷→二水平副提升井和二水平皮帶→一水平石門→一水平皮帶和副井→地面。 掘進工作面→采區(qū)車場→暗井絞車道→暗井下部車場→二水平主運巷→二水平副提升井和二水平皮帶→一水平石門→一水平皮帶和副井→地面。 二采區(qū)： 采煤工作面→運輸平巷→片盤車場→采區(qū)絞車道→地面 掘進工作面→片盤車場→采區(qū)絞車道→地面。 ②避水災線路 在工作面工作的人員及在井底車場工作的人員應及時撤至回風平巷或回風井，通過安全出口出井。 掘進工作面→采區(qū)車場→暗井絞車道→暗井上部車場→后石門機軌合一巷→后石門絞車道→下料斜井車場→下料斜井→地面。 二采區(qū)： 采煤工作面→運輸平巷→片盤車場→采區(qū)絞車道→地面 掘進工作面→片盤車場→采區(qū)絞車道→地面。 ③發(fā)生瓦斯、煤塵爆炸時，應及時戴好自救器，選擇最近的躲避硐室進行躲避，等待救援或躲避開瓦斯、煤塵爆炸危害嚴重的巷道，進入有新鮮風流、較安全的巷道內，或選擇巷道支護較好的地方就地臥倒，最好臥在有水的水溝里。 ④發(fā)生有害氣體中毒時，應及時向有新鮮風流的巷道撤離。 ⑤發(fā)生冒頂事故時，現場工作人員應及時撤離至有頂區(qū)域，進入圍巖較好，支護較好的巷道內。 2.2.5通風設備及反風 2.2.5.1采區(qū)前期風量選擇 本設計采區(qū)風量按生產采區(qū)風量計算方法進行前期風量計算。 ①比較采煤、掘進、硐室所需風量之和與井下同時工作的最多人數所需風量。 ②采區(qū)后期風量選擇 采區(qū)開采后期由于掘進工作面、回采工作面、硐室個數均不變，因此后期總風量選擇與前期相同。 2.2.5.2通風機設置及要求 要及時對通風機的運行狀況進行監(jiān)控，以保證設備安全運行。備用風機必須要在10min內開動。通風機的運轉必須由專職司機負責。選擇GAF31.5-20-1GZ型防爆抽出式軸流風機兩臺，一臺工作一臺備用，配套電動機功率1400KW，電壓660V,其額定風量為8700-15000m3/min，現排風量為9700 m3/min。 2.2.5.3反風方式及設施 通風系統(tǒng)的反風裝置采用機械反轉反風 。反風設施必須能在10min內改變巷道中的風流方向，當風流方向改變后，通風機的供給風量不應小于正常供風量的40%；每季度至少檢查1次反風設施，每年應進行1次反風演習。 2.2.6礦井風量、風壓及等積孔 阻力計算根據公式 (2-1) 式中 x-阻力系數 L-巷道長度 U-巷道周長 Q2-風量平方 S3-斷面立方 經計算得2.72m2 根據計算采區(qū)初、后期通風情況屬于容易通風。 專題 礦井安全監(jiān)測監(jiān)控 1.1 概 述 1.1.1安全監(jiān)測，監(jiān)控系統(tǒng)設置要求 1.1.1.1安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的重要性 目前火災、瓦斯、粉塵爆炸，水災等礦井災害對礦井安全產生了非常嚴重的威脅，給安全生產及人民的生命財產帶來巨大的損失。隨著科學技術的發(fā)展和生產的實際需要，礦井生產對安全提出了更新更高的要求。對煤炭企業(yè)來說，既要解決煤礦生產過程中的安全問題，全面掌握井下各種安全參數。杜絕各種危害事故的發(fā)生，又要掌握礦井生產狀況，依靠科學信息指揮生產，決策管理，實現安全生產管理科學化。礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，就是達到上述目的的重要手段之一，它可以使礦井管理人員能夠及時、準確全面地掌握和了解安全，生產的綜合情況，做到對災情的早期預報，自動處理，避免事故發(fā)生。保證人身安全及礦井安全生產。 1.1.1.2安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設置的條件和要求 ①井田尺寸：東西長3 km,南北寬0.8 km。 ②開拓方式：斜井開拓。 ③煤層傾角：煤層傾角為5-18。 ④瓦斯情況：高瓦斯礦井。 ⑤煤塵爆炸性：煤塵有爆炸性。 ⑥煤層自燃發(fā)火性：按不易自燃煤層設計。 1.2 安全監(jiān)測、監(jiān)控和傳輸設備選擇 1.2.1 監(jiān)測監(jiān)控內容確定 ①瓦斯?jié)舛茸詣訖z測，超限報警斷電并能實現瓦斯電閉鎖。 ②對斷電區(qū)域實行饋電監(jiān)測。 ③對主扇和局扇實行停開狀態(tài)監(jiān)測。 ④在礦井回風大巷、主平硐的測風站進行風速監(jiān)測，在主扇風硐內進行風速和負壓監(jiān)測。 ⑤對主要風門進行狀態(tài)監(jiān)測。 ⑥對瓦斯抽放監(jiān)測系統(tǒng)實行聯網監(jiān)測運行。 1.2.2礦井監(jiān)測系統(tǒng)選型確定 1.2.2.1監(jiān)控設備選型原則 在監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)選型上，設計重點注意考慮設備必須符合煤礦井下環(huán)境的使用條件，具有防爆，防潮能力。以保證設備本身的使用安全和可靠工作。 經過多年來的技術發(fā)展，煤礦的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)技術已經較為成熟。一些基礎設施已達到國際先進水平，在系統(tǒng)和設備選擇上充分尊重建設單位意見，選擇技術先進并經實踐證明使用效果較好的監(jiān)測監(jiān)控設備，結合礦井的建設規(guī)模，設計選用KJF2000型煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。 1.2.2.2監(jiān)控總站和各分站主要設備功能、型號及數量 主機：KJF-2000型，2臺； 分站：KJFT-1型通用分站，KJFT-2型基本分站，KJFS-3型單/雙點斷電儀； 系統(tǒng)采用了多CPU、高智能化的KJFT-1型通用分站，該分站本身具有顯示功能，可配接并遙控設定各類開關量和模擬量傳感器。用于采集和顯示井上下各種環(huán)境參數、生產狀態(tài)，機電設備運行狀態(tài)，并將采集的各種數據和被監(jiān)控的運行狀態(tài)發(fā)送到地面中心站。同時接收地面中心站發(fā)出的各種控制命令，對井上下各機電設備進行控制。 1.2.3傳輸設備及器材選型 1.2.3.1傳輸設備及器材選型原則 監(jiān)控總站在井上的數據通訊接口裝置內設有內置內阻保護式安全柵，具有非本安與本安電路安全隔離的作用。傳輸線路選用符合煤礦井下環(huán)境的信號電纜，構成全礦井的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)傳輸網絡。 1.3 監(jiān)測設備各類傳感器布置 1.3.1中心站的布置 中心站布置在井口地面調度室用透明玻璃隔斷的面積為15-20m2的房間內。 1.3.2避雷器設置 避雷器設在副斜井井口內。 1.3.3分站布置 在采區(qū)下車場配點電、采區(qū)絞車房、與采區(qū)工作面、掘進工作面相連的甩道石門內各設一個分站。分站安設處的巷道應無積水、淋水、圍巖穩(wěn)定、支護完好。 1.3.4傳感器布置 1.3.4.1瓦斯傳感器布置 ①采煤工作面?zhèn)鞲衅鞑贾茫涸诰喙ぷ髅婷罕诘木嚯x不超過10m的回風巷內設一個傳感器。 ②采煤工作面回風傳感器布置：在距回風石門的距離為10-15m的區(qū)段回風平巷內布置一個傳感器。 ③掘進工作傳感器布置：在距掘進工作面煤壁小于5m的掘進巷內布置一個傳感器。 ④掘進工作面回風瓦斯傳感器布置，在距回風繞道（回風巷）的距離為10-15m的掘進巷道內設置一個傳感器。 ⑤總回風巷傳感器布置：在每個水平的每一翼的總回風巷的測風站和主扇風硐內各設一傳感器。 1.3.4.2饋電傳感器布置 在每個瓦斯?jié)舛瘸薅鴶嚯姷拈_關的二次側電纜上設置一個饋電傳感器。 1.4 礦井各類傳感器裝備 礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)，將對礦井井下水位、煤位、火災、瓦斯?jié)舛?、一氧化碳、礦井環(huán)境溫度、風速、負壓等影響礦井安全的環(huán)境參數，及礦井主要機電設備的運行狀況、電力參數等進行監(jiān)測。監(jiān)測設備材料的配置量為運行設置量與20％的備用量之和，根據這個要求和監(jiān)測設備布置。 1.5 礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)運行可靠性分析 1.5.1安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)選擇的合理性、先進性 本設計根據礦井自身的生產條件和安全狀況選擇KJF2000型綜合監(jiān)測系統(tǒng)。 1.5.2 KJF2000型礦井監(jiān)控系統(tǒng)設計有很多新穎實用功能 該礦選用的KJF2000型礦井安全與生產監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是一種將計算機用于煤礦安全生產信息集中監(jiān)控和管理的綜合系統(tǒng)，該系統(tǒng)類屬于分布式總線型樹狀網絡結構。分站采用工業(yè)計算機技術，具有數據采集和控制功能，符合本安防爆標準，適用于井下有瓦斯和粉塵的環(huán)境。分站能配接多種開關量和模擬量傳感器。電路特別注重抗干擾能力，能在惡劣環(huán)境下可靠工作。具有獨立進行數據采集，處理并聯動相應設備，實現自動控制的功能，分站的相對獨立性，大大提高了監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。 監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在地面中心站配備了2臺主機，互為備用，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的電源按二級負荷進行設計，并配置UPS電源保證了系統(tǒng)的不間斷工作。監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，主干電纜采用PUYR147/1.38型礦用阻燃銅絲編織屏蔽信號電纜，傳感器電纜采用PUYR147/0.38礦用阻燃電纜，使信道可靠性達到了一個較高的水準。 井下分站在布置上均安放在環(huán)境相對較好的地方，傳感器布置在即能滿足工況要求又無滴水和相對安全的地方，以保證工作的可靠性，所有的分站和傳感器都具有防爆合格證，滿足井下使用條件，并且是經過使用反映較成熟的產品。從而確保系統(tǒng)安全可靠地運行。 在管理上監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)配備專班人員管理和維護，所有管理和維護人員都要經過技術培訓，合格后才能上崗。 結論 畢業(yè)設計是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過這次比較完整煤礦安全設計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設計的結合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經驗得到了豐富，并且意志品質力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在。 雖然畢業(yè)設計內容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種設備選型，各種災害的防治方式，我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。和老師的溝通交流更使我從經濟的角度對設計有了新的認識也對自己提出了新的要求。通過這次畢業(yè)設計讓我提前了解了這些知識，這是很珍貴的。 順利如期的完成本次畢業(yè)設計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，無論在給排水系統(tǒng)還是消防系統(tǒng)和監(jiān)測系統(tǒng)中，我都采用了一些新的技術和設備他們有著很多的優(yōu)越性但也存在一定的不足，這新不足在一定程度上限制了我們的創(chuàng)造力。可這些不足正是我們去更好的研究更好的創(chuàng)造的最大動力，只有發(fā)現問題面對問題才有可能解決問題，不足和遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更會關注新技術新設備新工藝的出現，并爭取盡快的掌握這些先進的知識，更好的為祖國的四化服務。 致謝 感謝我的導師秦憲禮教授，他嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣；他循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。從論文的構思，選題，直到論文的撰寫和后期修改，自始至終都得到了導師的悉心指導，論文的字里行間滲透了導師的心血和汗水，可以說沒有導師的指導和幫助，就沒有本文的完成。 在將近四年的時間內學生不僅感受到導師敏捷的思維，深厚的學術造詣，更感受到了導師嚴謹的治學態(tài)度，注重實際的工作作風，兢兢業(yè)業(yè)的工作精神，以及寬闊的胸懷，這些都給學生留下了深刻的印象，使學生終身受益。他這種對事情認真負責的，追求實事求是的精神，不僅鼓舞學生完成了自己的學業(yè)，而且為學生樹立了一個對事業(yè)執(zhí)著追求的楷模形象。在此，學生謹向導師致以最衷心的感謝和最誠摯的敬意。 感謝雞西新發(fā)煤礦礦長，以及新發(fā)煤礦的各位領導在現場試驗期間的熱情招待和所提供的幫助。 感謝四年時間內和我朝夕相處的同學們的幫助，我們一起度過了四年難忘的時光。 感謝本文所引用文獻的作者。 感謝各位專家，教授對論文的評閱和指教。 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。 由于作者才疏學淺，加之時光短暫，文中難免會有一些不足、疏漏甚至錯誤之處，懇請各位老師批評指正，以便作者在今后的學習和工作中逐步改進和完善。謝謝！ 參考文獻 1.黃元平. 礦井通風. 中國礦業(yè)大學出版社,1986: (24-35) 2.煤礦安全規(guī)程. 中國法制出版社, 2005: 3.陳炎光， 徐永圻. 中國采煤方法. 中國礦業(yè)大學出版社，1991: 4. 陳銳．煤與瓦斯突出的防治與管理．煤炭工程師．1987: 5.張鐵崗. 礦井瓦斯綜合治理技術. 煤炭工業(yè)出版社, 2001: (46-49) 6.張國樞. 通風安全學. 中國礦業(yè)大學出版社, 2000: 7.采礦設計手冊（上、下冊） 中國礦業(yè)大學出版社,1996: 8.中國礦業(yè)學院等. 采煤學. 煤炭工業(yè)出版社， 1979: 9.朱銀昌， 侯賢文. 煤礦安全工程設計. 煤炭工業(yè)出版社， 1994: 10. 王省身．礦井災害防治理論與技術．中國礦業(yè)學院出版社,1986: (65-70) 11.吳中立.礦井通風與安全[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,1989: 12.張國框.通風安全學.中國礦業(yè)大學出版社,2000: 13.戴廣龍．煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)選型及管理．中國煤炭,1996: (77-79) 14.梁秀榮．礦井安全監(jiān)測系統(tǒng)使用中的問題及改進．中國煤炭,1999: (78-79) 附錄1 基于陡幫開采的新型安全清掃平臺穩(wěn)定性數值模擬分析 1、引 言 露天礦邊坡體是復雜、動態(tài)、開放的系統(tǒng)工程。邊坡體的動態(tài)穩(wěn)定一直是維系礦山生產安全、經濟效益、可持續(xù)發(fā)展等方面的重要囚素。據測算，一座中等規(guī)模的露天礦山,若最終邊坡角提高1，即可減少巖石剝離量約100010 4m3，節(jié)省成本近億元。目前，我國一些露天礦山仍有加陡邊坡角的潛力。陡幫開采是解決問題的一種行之有效的方法 。但由此帶來新的工程問題，諸如邊坡系統(tǒng)的穩(wěn)定性維護，安全清掃平臺的設置，截水排水的處理等。國內外在這方面的研究較少，而工程界對人工設置的擋土墻穩(wěn)定性的研究較多。 本文擬從工程實例出發(fā)，加強這方面的探索性研究，提出了基于陡幫開采條件下設置凹溝、臺階外部設置擋土墻的新型邊坡安全清掃平臺模型。并從土力學靜荷載計算、ANSYS程序模擬和現場試驗等方面，驗證了利用邊坡 自然特征形成的模型結構的穩(wěn)定性、可靠性。 2、工程概況及現有陡幫開采存在的問題 礦山生產能力為90104 t/a，設計服務年限為22 a。露天采場下盤邊坡(4～31線，+325 m～-180 m走向傾角為 40～60；目前，已經開挖至-48 m水平，為我國少見的火型高陡邊坡。邊坡體成分主要為寨山組和高驪山組砂巖、閃長玢巖，五通組砂頁巖等，部分為第四系(Q4 )的殘坡堆積(QPI)、風化堆積層 。部分地段表現出典型的散體結構邊坡性征。據記載，該礦已發(fā)生12次大面積的滑塌，最大一次滑塌量約為 50104 m3 。邊坡的安全已經直接關系到礦山的生存和發(fā)展。 根據設計要求，下盤最終邊坡角為41，其中，+36 m標高以上為39，+36 m標高以下為 42。下盤的臺階坡面角：+36 m 以上為 50，+36m以下為55。安全平臺下盤寬度為 12～15 m，清掃平臺寬度為 12～15 m，運輸線的最大坡度為 8%。為了有效地減少底板邊坡的剝離量，研究部門在有關理論和試驗的基礎上，提出了將下部3個臺階并為1個中段 ，保持臺階坡面角不變，取消每1個臺階設置的安全平臺，改為每 1個中段集中設置1個清掃安全平臺的陡幫開采技術措施?，F場實踐表明，陡幫開采帶來新的問題：平坦的安全平臺不能有效地阻擋上部的垮塌的滑石(體)，采坑底部作業(yè)面很容易受到滑體的沖擊；廢石堆積導致礦石的貧化率提高：滑體沖擊加大了邊坡體的損傷；水溝截面積過小容易堵塞：上部臺階匯水容易沖蝕結構面的軟弱夾層，從而誘發(fā)邊坡體的災變。于邊坡緩傾斜，臺階的上下外沿水平投影達13 m，遠遠超出目前的采礦工藝、鉆孔設備負擔的最大抵抗線，在爆破過程中，使外緣底根無法清除，只能采用特殊爆破。為了處理這個問題，現場采取的辦法是：(1)增加孔網密度。(2)增加單位炮孔線 裝藥密度。(3)穿孔設備外移。(4 進行二次作業(yè)。帶來的后果是：炸藥量的增加，增大了邊坡的動荷載，直接損傷了邊坡的結構面；增加了穿孔設備的工程量；穿孔設備作業(yè)時重心的外移，增加了不安全的因數；二次作業(yè)處理底根，增加了費用和影響了生產進度。 3、新型安全清掃平臺模型 如圖 1所示的安全清掃平臺結構容易克服上面提到的缺陷，同時，使緩傾斜邊坡抵抗線過大難爆的缺點變?yōu)橛欣蛩?，自然形成的擋土墻，有效地減輕了最終臺階形成過程中，爆破動荷載對邊坡體結構的損傷。這種新型結構的功效為：(1)在確保安全可靠的情況下，有效地支持了臺階合并段，每個中段減少了2個安全平臺的寬度，增火了邊坡最終邊坡角，減少無效的剝離土石量3%～5%。(2)減少了礦石的貧化率。(3)有效地阻擋了上部中段滑體對底部作面的沖擊，減輕了對邊坡的沖擊損傷，減少了清掃、搬運費垌。(4)上部臺階的匯水截排，減輕了雨水對邊坡體的沖刷和軟弱夾層的浸蝕。 經過計算，開挖新型清掃安全平臺，雖然增加了部分費用 ，但從宏觀方面綜合考慮，新型結構可增大邊坡角，減少無效邊坡的剝離量，保證了礦山22 a服務期內生產正常進行 ，經濟效益是明顯的。 4、擋土墻模型安全驗證 擋土墻安全穩(wěn)定性分析可分為靜力荷載、沖擊荷載和現場驗證 3個方面進行。由于新型結構安全清掃平臺的擋土墻是自然邊坡開挖后預留形成的，雖受到爆破應力波的擠壓和挖掘設備的擾動侵蝕，內部介質發(fā)生了較小的變化，但和人工構建各種擋土墻相比有很大的不同。這里可以假定其為均勻結構性剛體，在剪切應力計算取值時取上限。 4．1 靜荷載計算 在靜荷載計算時，從最大荷載的角度考慮，假定松散巖土體依照 自然安息角一次堆滿凹溝，人工不進行鏟裝運搬處理 。擋士墻的安全驗算主要根據庫侖定律和相關公式，擋土墻后的主動土壓力不僅與墻后堆積物的物理力學性質有關。還與堆積物的邊界條件密切相關。墻高為H的墻后主動土壓力合力 F為 (1) 式 中：,H分別為滑體的容重、擋士墻高；為堆積物的等 效摩擦角； 為墻后堆積物傾斜的坡角。 堆積物主動壓力在墻底的彎矩為 (2) (1)抗剪斷穩(wěn)定驗證 擋土墻受力分布及尺寸如圖2所示，圖中，為基座 的水平抗剪切力。根據 《建筑地基基礎設計規(guī)范》規(guī)定 滿足抗 滑穩(wěn)定安全系數Ks≥3.0。經計算， (3) 式中：W為擋土墻自重；為堆積物的豎向壓力分力； 為堆積物的水平壓力分力； 為假定的基底摩擦系數 ，取值為 0．65。 (4) 式中：C為粘聚力，為擋土墻石英砂巖內摩擦角， S為擋土墻的單寬面積。 (2)抗傾覆穩(wěn)定驗證 根據《建筑地基基礎設計規(guī)范》規(guī)定，抗傾覆穩(wěn)定的安全系數Kt≥1.5。 經計算， (5) 式中：a，b，h分別為，，對O點的力臂， 在圖2中 分別為7.3，9.0和3.5m。 從土靜力學庫侖理論分析結果看，自然形成的擋土墻性能穩(wěn)定，能夠承受下滑散體堆積擠壓，不會發(fā)生滑動和傾覆災變。 4．2 有限元抗沖擊動荷載安全驗證 沖擊載荷作用下結構的動態(tài)響應是工程中常遇到的問題，接觸、沖擊以及動態(tài)響應起著重要作用，但因碰撞物理過程短暫，作用力不確定，變化劇烈復雜，很難通過實驗獲得相關數據?；麦w沖擊下的邊坡動態(tài)響應是一個復雜的瞬態(tài)過程。有限元法(ANSYS)是工程上比較常用的數值方法，它能夠有效地模擬沖擊以及動態(tài)響應之間的變形關系。 4．2．1計算基本條件 高陡邊坡的崩(垮)塌滑體順著臺階坡面向下運動過程中，主要受到坡面摩擦力的作用?；w在到達新型結構安全清掃平臺時，與水平面發(fā)生碰撞，然后作用擋土墻上。由于運動方向發(fā)生變化，能量出現部分損耗。為了避免模擬的系統(tǒng)誤差，最大限度地保證其可靠性，在計算沖擊力時，忽略坡面摩擦力在滑體運動過程中的作用以及與安全清掃平臺水平面發(fā)生碰撞的能量損失。 (1)假定崩(垮)體做無阻尼運動，并直接撞擊擋土墻截面 。 (2)按近似平面應變問題處理。由擋士墻的受力特征知 ，擋土墻長度方向的尺寸遠大于其他兩個方向的尺寸，沖擊力作用于墻背面，平行于橫截面， 體力也平行于橫截面且不沿長度而變化。 (3)約束條件的處理。由于擋土墻是開挖后自然形成的，墻趾、墻體與邊坡體為一個整體，約束力為零。 (4)由于雨水及時截流外排，不考慮水力滲透耦合浮力的作用，同時不考慮溫度應力場的作 。 4．2．2動荷載安全驗證 依照前面分析，用 ANSYS5.7程序模擬上部中段滑體對擋土墻斷面的最大沖擊荷載反應，擋土墻的主要成分為石英砂巖組，擋土墻的彈模取平均值38.3GPa，介質的相關參數取值見表1所示。為了最大限度地保證模擬的實用性，假定滑體截面為5 m5 m，從上部中段頂點開始運動，滑體分別從36 m(1個中段)、108 m(3倍中段)、180 m(5倍中段)、252 m(7倍中段)、360 m(10倍中段)高度下滑，沿著邊坡坡度方向直接沖擊擋土墻，沖擊截面的平均時間為 0.5 s，沖擊力平均作用于擋土墻上。根據動量守恒原理 ，經過計算，單何截面平均沖擊壓力為2.11，6.33，10.55，14.77和21.1 MPa。模型有限元網格剖分圖如3所示，部分擋土墻截面的平均最大變形及剪切應力分布如圖4～6所示，部分結果如表2和圖3～7所示。