胶东煤矿矿井通风系统设计(李春亭)

胶东煤矿矿井通风系统设计1矿井概况及井田地质条件1.1自然地理概况1.1.1交通位置胶东矿井位于胶莱谷地或胶潍平原以东，倾斜的山前冲洪积平原之中。胶东矿位于山东省平度市西部约50km。新潍高速公路和潍莱高速公路、309国道由矿区西北及西南侧通过，工业广场至宋庄车站10km，距田庄车站10km，运煤专用铁路在潍坊车站与铁路接轨，储煤场与309国道有公路相连，矿区与平度市有公共汽车往返，交通方便（1-1）。图1-1胶东煤矿地理位置1.1.2自然地理地形胶东矿井位于胶东半岛，半岛上丘陵起伏，海拔多在500米以下，主要由花岗岩组成，最高峰崂山海拔1130米。矿井所在地地势相对平坦，无明显起伏。1.1.3矿井气象，水文及地震条件据多年气象资料，矿区内多年平均气温14℃左右，最高气温40.7℃，一般出现在七月份，最低气温一般出现在12月或翌年1月份。多年平均降水量为500mm左右，降水主要集中在每年的7、8、9三个月，一般占全年降水总量的60%左右。冻结期从11月至翌年2月，最大冻结深度为0.44m，年风向多为西北风，历年最大风速为16.7m/s。井田内共发育有一条季节性河流，河流流向自南向北。上游修建水库蓄水影响，河床平时干枯无水或存有少量污水，仅在持续降雨期间或上游水库放水时出现短暂水流。根据2001年颁布的《国家建筑抗震设计》划分，本地区地震基本烈度为四级，历史上最大震级为四级，100年内未发生过四级以上地震。1.2井田开发概况1.2.1井田范围、走向长、倾斜长、上下标高胶东井田，东西长约5km，南北宽约2.6km，呈不规则菱形，井田面积13km2。胶东井田位于倾斜的山前冲洪积平原之中。地形西高东低，标高+70~+130m，西部山区山脉走向北北东，最高点标高+400m左右。东部为广袤平原，最低标高约+70m，地势平坦。1.2.2矿井的开发历史胶东矿井自1977年2月开始建设至1983年12月建成投产，设计与核实生产能力为240万t，服务年限60年。目前主采3#煤层。1.2.3相邻井田（矿区）的情况根据山东省政府统一安排部署，从2008年11月起，所有小煤矿一律停产整顿，整合资源，兼并重组。截止2009年底这些小煤矿仍然没有生产。据调查了解，小煤矿的开采深度一般在110—230m不等，井田外围的小煤矿虽有较大的断层与矿井隔开，但对矿井的安全生产仍有一定影响。井田内的小矿，其开采煤层、深度、范围等均无法掌握和控制，虽有上级政府批准的开采煤层及范围，但是否存在越界开采的行为仍不明确。为保证矿井的安全生产，胶东矿应与地方小煤矿签订安全生产及开采边界保护协议书，双方都应按保安规程规定留有足够的防水保安保柱。每季小煤矿向大矿报送采掘工程平面图及相关资料，由煤炭局、胶东矿和地方政府主管部门成立联合检查组，对各小矿井下采掘工程进行检查和测量，加强技术监督，使开采范围严格控制在边界保护煤柱之内，达到矿井安全生产之目的。1.3地质构造胶东井田位于新华夏系第二沉降带与新华夏系第三隆起带的过渡地带，受我国东部中新生代多次构造运动的影响，井田内断层、褶皱和陷落柱均不发育。受井田中部发育的一组北东向延伸断裂带控制，形成了南部相对抬起、北部相对下降、平面形态为一长轴走向近南北的菱形构造格局。1.3.1断层及褶皱胶东井田内断层主要发育在西南部，有一处比较发育的断层，断层走向倾斜，延伸600~700m左右胶东井田内褶皱主要发育在东北部，南部地区构造相对简单，褶皱不发育。井田北部褶皱呈向背斜相间排列，褶皱轴向NNE~E。1.3.2陷落柱目前井田内已揭露陷落柱2个，位于井田南部，呈北东方向分布。陷落柱皆呈椭圆形，长轴在35m~57.5m之间。短轴在11m~42m之间，单个面积不大。陷落柱内岩性呈紫红色、灰绿色砂岩，岩石破碎、呈锯齿状、棱角明显，2个陷落柱均含水微弱，采煤揭露时，煤层顶底板均无下沉现象。1.4地层1.4.1地层年代及地层特征井田内全为第四系掩盖，地层发育为奥陶系中统，石炭系，二叠系，第四系。(详见煤系地层综合柱状图1-1)现将钻探及井巷揭露地层由老到新叙述如下：一、奥陶系中统（O2）（一）下马家沟组（O2x）：地层厚度160m，以厚层花斑灰岩为主，夹角砾状灰岩和白云质灰岩。（二）上马家沟组（O2s）：地层厚度250m，岩性以灰色、深灰色厚层状质纯灰岩和花斑状灰岩为主，夹白云质灰岩，含燧石条带和结核。（三）峰峰组（O2f）：地层厚度140m，岩性以深灰色质纯厚层状结晶灰岩和花斑状灰岩为主，夹白云质灰岩，和薄层泥质灰岩，偶见燧石结核，岩溶裂隙较发育。二、石炭系（C）（一）本溪组（C2b）：该地层主要分布于井田西部，厚度为42.1～60.9m,井田平均厚度50m，以浅灰色、灰色细碎屑沉积岩为主，夹1～3层薄层灰岩。（二）太原组（C3t）：地层厚度61.22～86.75m，井田平均厚度70m，以浅灰色、灰色碎屑沉积岩为主，颗粒较本溪组稍粗，含3～6层灰岩，其中3层稳定，含煤1层，为井田内主要含煤地层。与本溪组呈整合接触关系。三、二叠系（P）分为下统山西组和下石盒子组和石千峰组，与下伏地层呈整合接触。（一）山西组（P1s）：地层厚41.90～88.30m，井田内平均厚度60m，岩性以灰色、深灰色碎屑岩为主，颗粒较粗，含煤1层，为矿区及井田内的主要含煤地层。与下伏地层呈整合接触关系。（二）下石盒子组（P1x）：厚度57.93～97.74m，平均70m，岩性以灰绿色带紫斑的泥岩与粉砂岩为主。四、第四系（Q）第四系直接覆盖在基岩面上，地层厚度68m至147m，平均80m。多覆盖在地标最上层，岩性为浅灰色亚砂土，卵砾石等。井田地层层序表表1-11.4.2含煤地层井田煤系地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组。地层总厚度98.83～186.04m，平均142.44m，含煤2层，煤层总厚度为8.5m，主要可采煤层为3号和5号煤层。1.5可采煤层及煤质条件3号煤层：煤层厚度2.6～3.4m，平均厚度3.6m，煤层平均倾角为12°，结构简单，不含夹矸，直接顶一般为砂质泥岩和粉砂岩，底板为黑色泥岩，属全井田稳定可采的厚煤层，煤岩类型以半亮型和半暗淡型为主，底部为半亮型煤。5号煤层：煤层厚度4.2~6.7m，平均厚度4.9m，煤层平均倾角为12°，上距3号煤层底板约40m，结构简单，一般不含夹层，顶板为灰岩，底板为粉砂岩，属全井田稳定可采的中厚煤层，煤岩以光亮型和半光亮型为主。（表1-2）表1-2可采煤层及煤质条件煤层名称煤层厚度/m层间距/m倾角/（°）夹石情况顶底板岩石稳定性硬度容量最小最大平均顶板底板砂质黑色稳界系统组厚度（m）新生界第四系80古生界二叠系下统下石盒子组(P1x)70山西组(P1s)60石炭系上统太原组(C3t)70中统本溪组(C2b)50奥陶系中统峰峰组(O2f)140上马家沟组（O2s）250下马家沟组(O2x)1603煤3.23.93.610010~14无泥岩泥岩定0.4~0.81.35煤4.25.74.910~13无灰岩粉砂岩稳定0.4~0.71.31.6煤质对井田内所含煤层煤质的技术指标情况（灰分、挥发分、全硫、发热量）统计如下（表1-3）：表1-3井田内所含煤层煤质的技术指标情况项目煤层灰分Ad(%)挥发分Vr(%)硫分S（%）发热量Q（MJ/kg）3煤15.0236.750.4225.365煤13.2938.271.7326.03主采煤层3煤原煤平均灰分15.02%，为低中灰煤，5煤平均13.29%，是可采煤层里灰分最低的煤层，亦为低中灰煤。本井田所有煤层挥发分普遍较高，3煤平均为36.75%，5煤平均为38.27%。原煤中3煤硫分最低，平均0.42%，为特低硫煤；5#煤平均为1.73%，为中硫煤。3煤平均发热量均为25.36MJ/kg，5煤平均发热量为26.03MJ/kg，均为高热值煤。1.7水文地质井田内主要含水层为顶板砂岩裂隙承压含水层、野青灰岩岩溶裂隙承压含水层、第四系底部砂砾层含水层，以静储量为主，矿井年最大涌水量466m3/h，平均324m3/h。一水平以浅正常涌水量为154m3/h，最大涌水量为192m3/h，受水害影响较小，对生产不构成威胁，水文地质条件综合评判为简单类型，二水平以深正常涌水量为150m3/h，最大涌水量为204m3/h，受水害影响较小，对生产不构成威胁，水文地质条件综合评判为简单类型。1.8其它开采技术条件根据钻孔煤样和周围矿井实际调查分析，本矿相对瓦斯涌出量平均为13m3/t，其中3号煤层相对瓦斯涌出量平均为14m3/t，5号煤层相对瓦斯涌出量平均为12m3/t，属于高瓦斯矿井。本矿井3号煤层有煤尘爆炸危险，5号煤层有自燃倾向性，发火期为6~12个月。根据钻孔测温资料显示，地温梯度平均1.56~1.81℃/100m，地温随着深度的增加而增高。（表1-4）表1-4其它开采技术条件煤层相对瓦斯涌出量（m3/t）瓦斯等级煤尘爆炸危险性煤层自燃倾向性自然发火期3煤14高有无5煤12高无有6~12个月2井田开拓开采2.1矿井的储量2.1.1矿井地质资源量勘探地质报告提供的查明煤炭资源的全部。包括探明的内蕴经济的资源量331，控制的内蕴经济的资源量332，推断的内蕴经济的资源量333。井田走向长约5000m，倾斜长约2600m。井田内共2层可采煤层，倾角均为12°左右。故矿井地质资源储量为：Zz=5000×2600×(4.9+3.6)×1.3=14365.00万t2.1.2矿井工业储量根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%的是经济的基础储量，30%的是边际经济的基础储量，则矿井工业储量由（2-1）式计算。Zg=Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333k（2-1）式中Zg——矿井工业储量；Z111b——探明的资源量中经济的基础储量；Z122b——控制的资源量中经济的基础储量；Z2M11——探明的资源量中边际经济的基础储量；Z2M22——控制的资源量中边际经济的基础储量；Z333k——推断的资源量。计算如下：Z111b=14365.00×60%×70%=6033.30万tZ122b=14365.00×30%×70%=3016.65万tZ2M11=14365.00×60%×30%=2585.70万tZ2M22=14365.00×30%×30%=1292.85万t由于地质条件简单，k取值0.85.Z333k=14365.00×10%×0.85=1221.01万tZg=Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333k=6033.30+3016.65+2585.70+1292.85+1221.01=14149.51万t2.1.3矿井设计储量要计算矿井设计储量，首先要确定各种永久煤住损失。这些永久煤柱包括断层煤柱，防水煤柱，井田境界煤柱，地面建（构）筑物煤柱等。（1）断层保护煤柱本井田并没有大的断层，只在井田西南部，有一处比较发育的断层，断层走向倾斜，延伸700m左右，断层每侧留着保护煤柱30m。断层保护煤柱=断层长度×煤柱宽度×煤层厚度×煤的平均密度对本矿井：3#煤层：700×60×3.6×1.3=19.66万t5#煤层：700×60×4.9×1.3=26.75万t故断层总保护煤柱损失煤量为46.41万t（2）井田境界保护煤柱设计矿井边界每侧留有20m宽度的保护煤柱，由地板等高线看出，本井田边界周长约为16800m，由此可算出井田境界保护煤柱损失的煤量。井田境界保护煤柱=边界长度×煤柱宽度×煤层厚度×煤的平均密度3#煤层：16800×20×3.6×1.3=157.25万t5#煤层：16800×20×4.9×1.3=214.03万t故井田境界保护煤柱损失煤量为371.28万t本矿井受水害影响很小，故不设防水煤柱；由于地面建（构）筑物基本分布在工业广场上，故只需计算工业广场损失煤柱即可，不在单独计算。由矿井设计储量计算式（3—2）计算：Zs=(Zg-P1)（3-2）式中Zs——矿井设计储量；Zg——矿井