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摘 要 隨著煤礦工業(yè)的發(fā)展，安全生產(chǎn)已經(jīng)成為其中重要的部分。為確保煤礦的安全生產(chǎn)，對煤礦的安全設(shè)計十分重要。根據(jù)平崗煤礦的實際情況，結(jié)合目前安全生產(chǎn)技術(shù)，對平崗煤礦進(jìn)行了安全設(shè)計。設(shè)計針對煤礦常見的安全問題，如水、火、煤塵、瓦斯、頂板等災(zāi)害，分析災(zāi)害發(fā)生的原因，設(shè)計具體的災(zāi)害預(yù)防措施及安全保障措施，以達(dá)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(jù)平崗煤礦開拓方式和地質(zhì)構(gòu)造，選擇了合理的通風(fēng)系統(tǒng)，對采掘工作面及硐室通風(fēng)，井下通風(fēng)設(shè)施和構(gòu)筑物等進(jìn)行設(shè)計，選擇了安全逃生路線，分析了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的合理性和可靠性。 針對平崗煤礦的粉塵災(zāi)害，從防塵措施、防爆措施和隔爆措施三個方面進(jìn)行了安全設(shè)計。對于瓦斯災(zāi)害防治，設(shè)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(zāi)防治方面，分別設(shè)計了煤自然火災(zāi)防治措施及外因火災(zāi)防治措施。 通過對平崗煤礦水文地質(zhì)資料的分析，設(shè)計了相應(yīng)的水災(zāi)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(zāi)害形式進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控，在災(zāi)害發(fā)生前將事故處理，確保生產(chǎn)能夠安全高效的進(jìn)行，同時達(dá)到無安全事故、無人員傷亡的理想狀態(tài)。同時還設(shè)計了頂板災(zāi)害、運(yùn)輸系統(tǒng)災(zāi)害、電氣事故災(zāi)害的安全措施。 關(guān)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(zāi)害 1 1.1.3礦區(qū)開采現(xiàn)狀 1 1.2 安全條件 2 1.2.1地質(zhì)特征 2 1.2.3煤層及煤質(zhì) 2 1.3 礦井生產(chǎn)情況 3 1.3.1 工程性質(zhì) 3 1.3.2井田開拓與開采 3 1.3.3提升、通風(fēng)、排水和壓縮空氣設(shè)備 4 第2章 礦井通風(fēng) 11 2.1 概 況 11 2.2礦井通風(fēng) 11 2.2.1現(xiàn)礦井各采區(qū)風(fēng)量計算 11 2.2.2風(fēng)量選擇 12 2.3現(xiàn)有通風(fēng)方式及通風(fēng)系統(tǒng) 15 2.3.1現(xiàn)有風(fēng)井?dāng)?shù)目、位置、服務(wù)范圍及服務(wù)時間 15 2.3.2采掘工作面及硐室通風(fēng) 15 2.3.3井下通風(fēng)設(shè)施及構(gòu)筑物布置 15 2.3.4安全逃生途徑 15 2.3.5通風(fēng)設(shè)備及反風(fēng) 16 2.3.6礦井風(fēng)量、風(fēng)壓及等積孔 17 致謝 48 參考文獻(xiàn) 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(biāo)為： 東經(jīng)：13043′30″-13043′45″; 北緯：4506′00″-4510′30″。 公路交通：礦區(qū)內(nèi)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(biāo)高，下至–600m標(biāo)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(biāo)高550m，最低標(biāo)高310m, 地形高差230m左右。風(fēng)山河及其它的三條支流，流經(jīng)礦區(qū)東部，自北向南流經(jīng)穆棱組露頭西側(cè)，河流落差大切割深，河床兩側(cè)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(jié)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(fēng)級7-8級，風(fēng)向以西北風(fēng)為主風(fēng)力一般2-3級，平均風(fēng)速3.6m/s。 1.1.2主要自然災(zāi)害 本區(qū)地震裂度為6度。 1.1.3礦區(qū)開采現(xiàn)狀 二水平中央水泵硐室現(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)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(nèi)設(shè)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(jīng)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(zhì)特征 1.2.1.1地質(zhì)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(gòu)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(fù)雜化，地層被兩條近于南北向的斷層切割成二大構(gòu)造塊段。在這些塊段里，相對下降的塊段構(gòu)造簡單，地層傾角?。?5-25）；相對上升的塊段構(gòu)造復(fù)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(jìn)一步分割成幾大構(gòu)造單元。各構(gòu)造單元其構(gòu)造形態(tài)各異，地層產(chǎn)狀各異，構(gòu)造復(fù)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(zhì)主要為瘦煤，中部層組的25#層、23#層、22#層煤層的煤質(zhì)，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(zhì) 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(jié)構(gòu)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(qiáng)，全區(qū)內(nèi)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(shù)1.11%。 ②穆棱含煤組： 1#煤層：為平崗礦區(qū)內(nèi)最上部的可采煤層，單一結(jié)構(gòu)，煤厚0.68-0.92m，頂板為含豆?fàn)畎w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(xì)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(zhì) ①物理性質(zhì)： 肉眼觀察多呈光亮和半光亮形，煤層油質(zhì)光澤和玻璃光澤，塊狀構(gòu)造，斷口參差不齊，內(nèi)生裂隙發(fā)育，煤層多以凝膠化基質(zhì)為主，鏡煤、亮煤占煤巖總比例的75-90%，絲質(zhì)組和穩(wěn)定組占5-20%，巖礦雜質(zhì)占總量的5%左右，硫磷含量特低。 ②化學(xué)性質(zhì)、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(zhì)程度的煙煤。各煤層組、各含煤段的變質(zhì)程度不一，煤層的有機(jī)質(zhì)含量較多，有害雜質(zhì)少，精煤灰分低，可選性強(qiáng)。是可貴的煉焦用煤。 1.3 礦井生產(chǎn)情況 1.3.1 工程性質(zhì) 礦井技術(shù)改造初步設(shè)計。 1.3.2井田開拓與開采 1.3.2.1井田境界 上至+350m標(biāo)高，下至-600m標(biāo)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(zhì)儲量12397.1萬t，可采儲量7438.2萬t。儲量構(gòu)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(shè)計資源儲量、設(shè)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(biāo)高以上 +100-600m標(biāo)高 合計 斷層保煤柱 219.6 69.8 289.4 工業(yè)廣場保護(hù)煤柱 42.9 87.6 130.5 主要井巷保護(hù)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(shè)計儲量、設(shè)計可采儲量匯總表 單位：萬t 儲量類型 +100標(biāo)高以上 +100-600m標(biāo)高 合計 工業(yè)資源儲量 3417.8 8979.3 12397.1 設(shè)計資源儲量 3209.1 8961.5 1187.1 設(shè)計可采儲量 1848.6 5589.6 7438.2 1.3.2.3礦井設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 ①礦井工作制度 設(shè)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(chǎn)能力 核定生產(chǎn)能力75萬t/a。 ③服務(wù)年限T = ( 1-1) = 7438.2751.3 = 76a 其中： T：服務(wù)年限 Z：可采儲量 A：生產(chǎn)能力 K：儲量備用系數(shù) 1.3.3提升、通風(fēng)、排水和壓縮空氣設(shè)備 1.3.3.1提升設(shè)備 平崗煤礦的煤炭主要提升采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸。采用GDS-1000型鋼絲繩皮帶提升機(jī)，提升能力230萬t/a。 矸石主要由斜副井，一段提升機(jī)型號為XKT-2.5/20的礦用提升機(jī)，提升能力為125萬t/a；二段提升機(jī)型號為2JK-3/20的礦用提升機(jī)，提升能力為119萬t/a。 1.3.3.2通風(fēng)設(shè)備 回風(fēng)井現(xiàn)2臺GAF31.5-20-1GZ型通風(fēng)機(jī)，排風(fēng)能力為8700-15000m3/min。 1.3.3.3排水設(shè)備 一水平主水泵型號為200D438，現(xiàn)有四臺，兩臺使用，兩臺備用。 1.3.3.4壓縮空氣設(shè)備 該礦生產(chǎn)現(xiàn)主要在二水平，在地面設(shè)一個壓風(fēng)機(jī)房，內(nèi)設(shè)有2臺4L-20/8型壓風(fēng)機(jī)，經(jīng)核定滿足要求。 1.3.4 井上下主要運(yùn)輸設(shè)備 1.3.4.1地面運(yùn)輸 公路交通：礦區(qū)內(nèi)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(yùn)輸主要以鐵路為主，現(xiàn)已形成較為完善的鐵路運(yùn)輸線，對礦區(qū)的開發(fā)、建設(shè)提供了較為便利外運(yùn)條件。 1.3.4.2 井下運(yùn)輸 本礦井設(shè)計井下煤炭運(yùn)輸采用膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸方式，輔助運(yùn)輸采用10t架線式電機(jī)車牽引1t或3t固定式礦車運(yùn)輸。 1.3.4.3地面生產(chǎn)系統(tǒng) ①主井生產(chǎn)系統(tǒng) 煤炭由平崗礦皮帶井一段、二段皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)至地面手選廠車間至洗煤篩分車間復(fù)式振動篩之中，原煤經(jīng)過洗煤車間分精煤和中煤兩種分別進(jìn)入各自煤倉。手選矸石經(jīng)汽運(yùn)到矸石山。皮帶井一段、二段皮帶運(yùn)輸機(jī)并擔(dān)任運(yùn)送人員升入井。 ②副井系統(tǒng) 副井及下料斜井承擔(dān)提升矸石、升降人員、運(yùn)送設(shè)備和材料的功能,地面材料、設(shè)備在地面車場裝入花欄車或平板車，由提升機(jī)運(yùn)入井下。 ③地面排矸系統(tǒng) 井下矸石由副井運(yùn)到地面車場子，由一臺ZK10-6/550電機(jī)車牽引300M至矸石山車場子，由JD-11.4絞車?yán)敕嚈C(jī)，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(nèi)外來物資運(yùn)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(jié)構(gòu)為水泥路面。 1.3.5.2場內(nèi)排水 該區(qū)地形由丘陵和構(gòu)成，該礦井工業(yè)場地位置處在一山崗的北側(cè)坡上，場地內(nèi)東南高西北低，地形坡度變化不大，地形也便于場地內(nèi)排水。場地內(nèi)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(nèi)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(fù)荷 一水平用電負(fù)荷為3780 KW，其有功功率為2270 KW。 二水平用電負(fù)荷為6200 KW，其有功功率為3720 KW。 1.3.7給水、排水和采暖通風(fēng)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(xiàn)有6口機(jī)井，用水泵將水抽至地面蓄水水池中。聯(lián)合辦公樓和27公里水塔的用水均由該蓄水池供應(yīng)。 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(shè)： 生產(chǎn)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(shè)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(shè)有生活供水管網(wǎng)、生產(chǎn)及消防供水管網(wǎng)。生活供水為PPV管，干管為Φ80，生產(chǎn)及消防供水管網(wǎng)采用鍍鋅無縫鋼管，干管管網(wǎng)為D100，生產(chǎn)和消防供水管網(wǎng)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(chǎn)、消防用水水源 地面生產(chǎn)用水由本地區(qū)自來水供水網(wǎng)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(chǎn)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(jīng)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(jīng)排水管路排入沉淀池中，經(jīng)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(jīng)洗煤廠內(nèi)部凈化處理后繼續(xù)循環(huán)使用。 ③排水構(gòu)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(shè)。埋深為2.0m。采用重力排水，沿地形坡度鋪設(shè)。埋深不小于2.0m。 1.3.7.4采暖通風(fēng)及供熱 ①采暖 根據(jù)氣象資料、工藝要求及有關(guān)規(guī)定，本設(shè)計在經(jīng)常有人工作、休息和生產(chǎn)工藝有要求的建筑物內(nèi)，設(shè)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(nèi)散熱器采用鑄鐵四柱型散熱器，其余生產(chǎn)系統(tǒng)建筑和工業(yè)廠房內(nèi)散熱器采用鋼制高頻焊螺旋翅片管散熱器。 ②熱水供應(yīng) 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(nèi)的兩臺4t鍋爐供暖。經(jīng)校核均滿足需要。 1.3.8技術(shù)經(jīng)濟(jì) 1.3.8.1移交生產(chǎn)時井巷工程量表 井巷工程量表（1-3） 序號 工程名稱 單位 數(shù)量 煤巖別 月進(jìn)度 工期（月） 1 返送絞車道 m 60 半 60 1 2 返送風(fēng)道 m 150 全巖 50 3 3 二段絞車道風(fēng)眼 m 20 全巖 60 0.5 4 采區(qū)風(fēng)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(chǎn)率 ①全礦井勞動定員 本設(shè)計根據(jù)礦井原煤年產(chǎn)量120萬t，年工作天數(shù)330天，確定原煤全員效率為2.95噸/工。經(jīng)計算，原煤生產(chǎn)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(shù) 替補(bǔ)人數(shù) 在籍人數(shù) Ⅰ班 Ⅱ班 Ⅲ班 合計 1 一、原煤人員 115 199 114 428 94 522 1、生產(chǎn)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(chǎn)服務(wù)人員 13 33 13 59 4 63 4 四、生活服務(wù)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(zhǔn)軌鐵路 5 8 5 18 1 19 總計 165 313 164 642 108 750 ②勞動生產(chǎn)率 采區(qū)投產(chǎn)后，按年工作日數(shù)3 3 0d計算，日產(chǎn)量448.2T，全員效率確定為1.6／工。參考本礦現(xiàn)在實際達(dá)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(jù)回采工作面日產(chǎn)量和按需要配備的-人員求出的。掘進(jìn)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(shè)備購置1668.4萬元）。 1.3.8.4礦井主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指 表（1-5）主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 名稱 單位 指標(biāo) 備注 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力 Mt 年生產(chǎn)能力 萬t 100 日生產(chǎn)能力 t 3640 礦井服務(wù)年限 a 76 礦井設(shè)計工作制度 年工作天數(shù) 天 330 日工作班數(shù) 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(zhì)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(shù) 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(fēng)斜井 M 400 30 1.3.8.5原煤生產(chǎn)成本概算 本設(shè)計礦井根據(jù)《煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范》和現(xiàn)行煤炭工業(yè)財務(wù)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(dá)產(chǎn)后正常年份的原煤生產(chǎn)成本為150.835元／t。 第2章 礦井通風(fēng) 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(nèi)尚無煤層自燃發(fā)火現(xiàn)象。各煤層均有煤炸煤塵炸指數(shù)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(jìn)行管理。 2.2礦井通風(fēng) 2.2.1現(xiàn)礦井各采區(qū)風(fēng)量計算 井下共布置2個采煤工作面，6個掘進(jìn)工作面，全礦獨(dú)立回風(fēng)硐室7個，變電所水泵房2個，壓風(fēng)機(jī)硐室2個，絞車硐室2個，火藥庫1個。根據(jù)上述參數(shù)進(jìn)行礦井風(fēng)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(fēng)量總和m3/min ∑Q掘--掘進(jìn)工作面實際需要風(fēng)量總和 m3/min ∑Q硐--硐室實際需要風(fēng)量總和 m3/min ∑Q備--備用采面實際需要風(fēng)量總和 m3/min ∑Q其--其他地點實際需要風(fēng)量總和 m3/min K-礦井通風(fēng)需要風(fēng)量系數(shù) 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(xiàn)有通風(fēng)方式及通風(fēng)系統(tǒng) 2.2.1現(xiàn)有風(fēng)井?dāng)?shù)目、位置、服務(wù)范圍及服務(wù)時間 礦井現(xiàn)有兩條井筒入風(fēng)，兩條回風(fēng)井。 2.2.2采掘工作面及硐室通風(fēng) 回采工作面采用后退式開采，全負(fù)壓U型通風(fēng)，工作面下巷進(jìn)風(fēng)，上巷回風(fēng)。 井下主要硐室采用全負(fù)壓獨(dú)立通風(fēng)。 2.2.3井下通風(fēng)設(shè)施及構(gòu)筑物布置 礦井設(shè)有專用回風(fēng)井，采區(qū)設(shè)置了專有的回風(fēng)道。井下所有進(jìn)回風(fēng)相交處設(shè)有雙向雙道風(fēng)門，在需要調(diào)節(jié)風(fēng)量處設(shè)調(diào)節(jié)風(fēng)門，以保證各用風(fēng)地點的合理風(fēng)量，在需要反風(fēng)處設(shè)有反風(fēng)風(fēng)門。 在主要進(jìn)風(fēng)、回風(fēng)巷，工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷設(shè)置測風(fēng)站，觀測礦井總風(fēng)量和回采工作面的進(jìn)風(fēng)量和回風(fēng)量。 傾斜巷道中不應(yīng)設(shè)置風(fēng)門，如非設(shè)不可時，應(yīng)按設(shè)自動風(fēng)門或設(shè)專人管理，并有防止礦車或風(fēng)門碰撞人員以及礦車碰壞風(fēng)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(shè)置及保證措施 礦井的主井、副井和風(fēng)井均可作為安全出口，井筒及采區(qū)各上山內(nèi)設(shè)人行道和扶手。斜井井筒每隔40m設(shè)一躲避硐室。副井擔(dān)負(fù)礦井輔助提升任務(wù)，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(dāng)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(dá)地面。 2.2.4.2避災(zāi)路線 為了方便井下工作人員在災(zāi)害發(fā)生后能安全撤離，井下各巷道及巷道相交處應(yīng)掛牌寫明巷道名稱、長度，指明各類災(zāi)害的撤離方向，并做到每年預(yù)演一至二次。 ①避火災(zāi)線路 發(fā)生火災(zāi)時工作人員應(yīng)及時撤離采區(qū)，向新鮮風(fēng)流方向撤離，通過進(jìn)風(fēng)井到達(dá)地面。 一采區(qū)： 采煤工作面→運(yùn)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(yùn)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(jìn)工作面→采區(qū)車場→暗井絞車道→暗井下部車場→二水平主運(yùn)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(yùn)輸平巷→片盤車場→采區(qū)絞車道→地面 掘進(jìn)工作面→片盤車場→采區(qū)絞車道→地面。 ②避水災(zāi)線路 在工作面工作的人員及在井底車場工作的人員應(yīng)及時撤至回風(fēng)平巷或回風(fēng)井，通過安全出口出井。 掘進(jìn)工作面→采區(qū)車場→暗井絞車道→暗井上部車場→后石門機(jī)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(yùn)輸平巷→片盤車場→采區(qū)絞車道→地面 掘進(jìn)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(yīng)及時戴好自救器，選擇最近的躲避硐室進(jìn)行躲避，等待救援或躲避開瓦斯、煤塵爆炸危害嚴(yán)重的巷道，進(jìn)入有新鮮風(fēng)流、較安全的巷道內(nèi)，或選擇巷道支護(hù)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(yīng)及時向有新鮮風(fēng)流的巷道撤離。 ⑤發(fā)生冒頂事故時，現(xiàn)場工作人員應(yīng)及時撤離至有頂區(qū)域，進(jìn)入圍巖較好，支護(hù)較好的巷道內(nèi)。 2.2.5通風(fēng)設(shè)備及反風(fēng) 2.2.5.1采區(qū)前期風(fēng)量選擇 本設(shè)計采區(qū)風(fēng)量按生產(chǎn)采區(qū)風(fēng)量計算方法進(jìn)行前期風(fēng)量計算。 ①比較采煤、掘進(jìn)、硐室所需風(fēng)量之和與井下同時工作的最多人數(shù)所需風(fēng)量。 ②采區(qū)后期風(fēng)量選擇 采區(qū)開采后期由于掘進(jìn)工作面、回采工作面、硐室個數(shù)均不變，因此后期總風(fēng)量選擇與前期相同。 2.2.5.2通風(fēng)機(jī)設(shè)置及要求 要及時對通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，以保證設(shè)備安全運(yùn)行。備用風(fēng)機(jī)必須要在10min內(nèi)開動。通風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)必須由專職司機(jī)負(fù)責(zé)。選擇GAF31.5-20-1GZ型防爆抽出式軸流風(fēng)機(jī)兩臺，一臺工作一臺備用，配套電動機(jī)功率1400KW，電壓660V,其額定風(fēng)量為8700-15000m3/min，現(xiàn)排風(fēng)量為9700 m3/min。 2.2.5.3反風(fēng)方式及設(shè)施 通風(fēng)系統(tǒng)的反風(fēng)裝置采用機(jī)械反轉(zhuǎn)反風(fēng) 。反風(fēng)設(shè)施必須能在10min內(nèi)改變巷道中的風(fēng)流方向，當(dāng)風(fēng)流方向改變后，通風(fēng)機(jī)的供給風(fēng)量不應(yīng)小于正常供風(fēng)量的40%；每季度至少檢查1次反風(fēng)設(shè)施，每年應(yīng)進(jìn)行1次反風(fēng)演習(xí)。 2.2.6礦井風(fēng)量、風(fēng)壓及等積孔 阻力計算根據(jù)公式 (2-1) 式中 x-阻力系數(shù) L-巷道長度 U-巷道周長 Q2-風(fēng)量平方 S3-斷面立方 經(jīng)計算得2.72m2 根據(jù)計算采區(qū)初、后期通風(fēng)情況屬于容易通風(fēng)。 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(shè)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(zāi)、瓦斯、粉塵爆炸，水災(zāi)等礦井災(zāi)害對礦井安全產(chǎn)生了非常嚴(yán)重的威脅，給安全生產(chǎn)及人民的生命財產(chǎn)帶來巨大的損失。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)的實際需要，礦井生產(chǎn)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(chǎn)過程中的安全問題，全面掌握井下各種安全參數(shù)。杜絕各種危害事故的發(fā)生，又要掌握礦井生產(chǎn)狀況，依靠科學(xué)信息指揮生產(chǎn)，決策管理，實現(xiàn)安全生產(chǎn)管理科學(xué)化。礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，就是達(dá)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(zhǔn)確全面地掌握和了解安全，生產(chǎn)的綜合情況，做到對災(zāi)情的早期預(yù)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(chǎn)。 1.1.1.2安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)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(shè)計。 1.2 安全監(jiān)測、監(jiān)控和傳輸設(shè)備選擇 1.2.1 監(jiān)測監(jiān)控內(nèi)容確定 ①瓦斯?jié)舛茸詣訖z測，超限報警斷電并能實現(xiàn)瓦斯電閉鎖。 ②對斷電區(qū)域?qū)嵭叙侂姳O(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(fēng)大巷、主平硐的測風(fēng)站進(jìn)行風(fēng)速監(jiān)測，在主扇風(fēng)硐內(nèi)進(jìn)行風(fēng)速和負(fù)壓監(jiān)測。 ⑤對主要風(fēng)門進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測。 ⑥對瓦斯抽放監(jiān)測系統(tǒng)實行聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測運(yùn)行。 1.2.2礦井監(jiān)測系統(tǒng)選型確定 1.2.2.1監(jiān)控設(shè)備選型原則 在監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)選型上，設(shè)計重點注意考慮設(shè)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(shè)備本身的使用安全和可靠工作。 經(jīng)過多年來的技術(shù)發(fā)展，煤礦的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)較為成熟。一些基礎(chǔ)設(shè)施已達(dá)到國際先進(jìn)水平，在系統(tǒng)和設(shè)備選擇上充分尊重建設(shè)單位意見，選擇技術(shù)先進(jìn)并經(jīng)實踐證明使用效果較好的監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備，結(jié)合礦井的建設(shè)規(guī)模，設(shè)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(shè)備功能、型號及數(shù)量 主機(jī)：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(shè)定各類開關(guān)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(shù)、生產(chǎn)狀態(tài)，機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并將采集的各種數(shù)據(jù)和被監(jiān)控的運(yùn)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(jī)電設(shè)備進(jìn)行控制。 1.2.3傳輸設(shè)備及器材選型 1.2.3.1傳輸設(shè)備及器材選型原則 監(jiān)控總站在井上的數(shù)據(jù)通訊接口裝置內(nèi)設(shè)有內(nèi)置內(nèi)阻保護(hù)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(gòu)成全礦井的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)。 1.3 監(jiān)測設(shè)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(diào)度室用透明玻璃隔斷的面積為15-20m2的房間內(nèi)。 1.3.2避雷器設(shè)置 避雷器設(shè)在副斜井井口內(nèi)。 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(jìn)工作面相連的甩道石門內(nèi)各設(shè)一個分站。分站安設(shè)處的巷道應(yīng)無積水、淋水、圍巖穩(wěn)定、支護(hù)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(fēng)巷內(nèi)設(shè)一個傳感器。 ②采煤工作面回風(fēng)傳感器布置：在距回風(fēng)石門的距離為10-15m的區(qū)段回風(fēng)平巷內(nèi)布置一個傳感器。 ③掘進(jìn)工作傳感器布置：在距掘進(jìn)工作面煤壁小于5m的掘進(jìn)巷內(nèi)布置一個傳感器。 ④掘進(jìn)工作面回風(fēng)瓦斯傳感器布置，在距回風(fēng)繞道（回風(fēng)巷）的距離為10-15m的掘進(jìn)巷道內(nèi)設(shè)置一個傳感器。 ⑤總回風(fēng)巷傳感器布置：在每個水平的每一翼的總回風(fēng)巷的測風(fēng)站和主扇風(fēng)硐內(nèi)各設(shè)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(guān)的二次側(cè)電纜上設(shè)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(zāi)、瓦斯?jié)舛?、一氧化碳、礦井環(huán)境溫度、風(fēng)速、負(fù)壓等影響礦井安全的環(huán)境參數(shù)，及礦井主要機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況、電力參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測設(shè)備材料的配置量為運(yùn)行設(shè)置量與20％的備用量之和，根據(jù)這個要求和監(jiān)測設(shè)備布置。 1.5 礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)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(jìn)性 本設(shè)計根據(jù)礦井自身的生產(chǎn)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(shè)計有很多新穎實用功能 該礦選用的KJF2000型礦井安全與生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是一種將計算機(jī)用于煤礦安全生產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。分站采用工業(yè)計算機(jī)技術(shù)，具有數(shù)據(jù)采集和控制功能，符合本安防爆標(biāo)準(zhǔn)，適用于井下有瓦斯和粉塵的環(huán)境。分站能配接多種開關(guān)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(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，處理并聯(lián)動相應(yīng)設(shè)備，實現(xiàn)自動控制的功能，分站的相對獨(dú)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(jī)，互為備用，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的電源按二級負(fù)荷進(jìn)行設(shè)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(dá)到了一個較高的水準(zhǔn)。 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(jīng)過使用反映較成熟的產(chǎn)品。從而確保系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)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(hù)，所有管理和維護(hù)人員都要經(jīng)過技術(shù)培訓(xùn)，合格后才能上崗。 結(jié)論 畢業(yè)設(shè)計是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次比較完整煤礦安全設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計手冊、設(shè)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(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)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(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。 雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種設(shè)備選型，各種災(zāi)害的防治方式，我都是隨著設(shè)計的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會應(yīng)用的。和老師的溝通交流更使我從經(jīng)濟(jì)的角度對設(shè)計有了新的認(rèn)識也對自己提出了新的要求。通過這次畢業(yè)設(shè)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(shè)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(shù)和設(shè)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?？蛇@些不足正是我們?nèi)ジ玫难芯扛玫膭?chuàng)造的最大動力，只有發(fā)現(xiàn)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(guān)注新技術(shù)新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進(jìn)的知識，更好的為祖國的四化服務(wù)。 致謝 感謝我的導(dǎo)師秦憲禮教授，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。從論文的構(gòu)思，選題，直到論文的撰寫和后期修改，自始至終都得到了導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)，論文的字里行間滲透了導(dǎo)師的心血和汗水，可以說沒有導(dǎo)師的指導(dǎo)和幫助，就沒有本文的完成。 在將近四年的時間內(nèi)學(xué)生不僅感受到導(dǎo)師敏捷的思維，深厚的學(xué)術(shù)造詣，更感受到了導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，注重實際的工作作風(fēng)，兢兢業(yè)業(yè)的工作精神，以及寬闊的胸懷，這些都給學(xué)生留下了深刻的印象，使學(xué)生終身受益。他這種對事情認(rèn)真負(fù)責(zé)的，追求實事求是的精神，不僅鼓舞學(xué)生完成了自己的學(xué)業(yè)，而且為學(xué)生樹立了一個對事業(yè)執(zhí)著追求的楷模形象。在此，學(xué)生謹(jǐn)向?qū)熤乱宰钪孕牡母兄x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(lǐng)導(dǎo)在現(xiàn)場試驗期間的熱情招待和所提供的幫助。 感謝四年時間內(nèi)和我朝夕相處的同學(xué)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(xiàn)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(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。 由于作者才疏學(xué)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(xué)習(xí)和工作中逐步改進(jìn)和完善。謝謝！ 參考文獻(xiàn) 1.黃元平. 礦井通風(fēng). 中國礦業(yè)大學(xué)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(xué)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(shù). 煤炭工業(yè)出版社, 2001: (46-49) 6.張國樞. 通風(fēng)安全學(xué). 中國礦業(yè)大學(xué)出版社, 2000: 7.采礦設(shè)計手冊（上、下冊） 中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1996: 8.中國礦業(yè)學(xué)院等. 采煤學(xué). 煤炭工業(yè)出版社， 1979: 9.朱銀昌， 侯賢文. 煤礦安全工程設(shè)計. 煤炭工業(yè)出版社， 1994: 10. 王省身．礦井災(zāi)害防治理論與技術(shù)．中國礦業(yè)學(xué)院出版社,1986: (65-70) 11.吳中立.礦井通風(fēng)與安全[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1989: 12.張國框.通風(fēng)安全學(xué).中國礦業(yè)大學(xué)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(jìn)．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(shù)值模擬分析 1、引 言 露天礦邊坡體是復(fù)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(chǎn)安全、經(jīng)濟(jì)效益、可持續(xù)發(fā)展等方面的重要囚素。據(jù)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(hù)，安全清掃平臺的設(shè)置，截水排水的處理等。國內(nèi)外在這方面的研究較少，而工程界對人工設(shè)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(qiáng)這方面的探索性研究，提出了基于陡幫開采條件下設(shè)置凹溝、臺階外部設(shè)置擋土墻的新型邊坡安全清掃平臺模型。并從土力學(xué)靜荷載計算、ANSYS程序模擬和現(xiàn)場試驗等方面，驗證了利用邊坡 自然特征形成的模型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、可靠性。 2、工程概況及現(xiàn)有陡幫開采存在的問題 礦山生產(chǎn)能力為90104 t/a，設(shè)計服務(wù)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(jīng)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(fēng)化堆積層 。部分地段表現(xiàn)出典型的散體結(jié)構(gòu)邊坡性征。據(jù)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(jīng)直接關(guān)系到礦山的生存和發(fā)展。 根據(jù)設(shè)計要求，下盤最終邊坡角為41，其中，+36 m標(biāo)高以上為39，+36 m標(biāo)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(yùn)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(guān)理論和試驗的基礎(chǔ)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(shè)置的安全平臺，改為每 1個中段集中設(shè)置1個清掃安全平臺的陡幫開采技術(shù)措施?，F(xiàn)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(dǎo)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(jié)構(gòu)面的軟弱夾層，從而誘發(fā)邊坡體的災(zāi)變。于邊坡緩傾斜，臺階的上下外沿水平投影達(dá)13 m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出目前的采礦工藝、鉆孔設(shè)備負(fù)擔(dān)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(xiàn)場采取的辦法是：(1)增加孔網(wǎng)密度。(2)增加單位炮孔線 裝藥密度。(3)穿孔設(shè)備外移。(4 進(jìn)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(jié)構(gòu)面；增加了穿孔設(shè)備的工程量；穿孔設(shè)備作業(yè)時重心的外移，增加了不安全的因數(shù)；二次作業(yè)處理底根，增加了費(fèi)用和影響了生產(chǎn)進(jìn)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(jié)構(gòu)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蛩兀匀恍纬傻膿跬翂?，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(jié)構(gòu)的損傷。這種新型結(jié)構(gòu)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(yùn)費(fèi)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(jīng)過計算，開挖新型清掃安全平臺，雖然增加了部分費(fèi)用 ，但從宏觀方面綜合考慮，新型結(jié)構(gòu)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(wù)期內(nèi)生產(chǎn)正常進(jìn)行 ，經(jīng)濟(jì)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(xiàn)場驗證 3個方面進(jìn)行。由于新型結(jié)構(gòu)安全清掃平臺的擋土墻是自然邊坡開挖后預(yù)留形成的，雖受到爆破應(yīng)力波的擠壓和挖掘設(shè)備的擾動侵蝕，內(nèi)部介質(zhì)發(fā)生了較小的變化，但和人工構(gòu)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(jié)構(gòu)性剛體，在剪切應(yīng)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(jìn)行鏟裝運(yùn)搬處理 。擋士墻的安全驗算主要根據(jù)庫侖定律和相關(guān)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(xué)性質(zhì)有關(guān)。還與堆積物的邊界條件密切相關(guān)。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(jù) 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定 滿足抗 滑穩(wěn)定安全系數(shù)Ks≥3.0。經(jīng)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(shù) ，取值為 0．65。 (4) 式中：C為粘聚力，為擋土墻石英砂巖內(nèi)摩擦角， S為擋土墻的單寬面積。 (2)抗傾覆穩(wěn)定驗證 根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，抗傾覆穩(wěn)定的安全系數(shù)Kt≥1.5。 經(jīng)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(xué)庫侖理論分析結(jié)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(zāi)變。 4．2 有限元抗沖擊動荷載安全驗證 沖擊載荷作用下結(jié)構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)是工程中常遇到的問題，接觸、沖擊以及動態(tài)響應(yīng)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(fù)雜，很難通過實驗獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。滑坡體沖擊下的邊坡動態(tài)響應(yīng)是一個復(fù)雜的瞬態(tài)過程。有限元法(ANSYS)是工程上比較常用的數(shù)值方法，它能夠有效地模擬沖擊以及動態(tài)響應(yīng)之間的變形關(guān)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(yùn)動過程中，主要受到坡面摩擦力的作用?；w在到達(dá)新型結(jié)構(gòu)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(yùn)動方向發(fā)生變化，能量出現(xiàn)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(yùn)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(yùn)動，并直接撞擊擋土墻截面 。 (2)按近似平面應(yīng)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(yuǎn)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(yīng)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(yīng)，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(zhì)的相關(guān)參數(shù)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(yùn)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(jù)動量守恒原理 ，經(jīng)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(wǎng)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(yīng)力分布如圖4～6所示，部分結(jié)果如表2和圖3～7所示。