资源描述
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。根据平岗煤矿的实际情况，结合目前安全生产技术，对平岗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。根据平岗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，选择了安全逃生路线，分析了矿井通风系统的合理性和可靠性。针对平岗煤矿的粉尘灾害，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。通过对平岗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、运输系统灾害、电气事故灾害的安全措施。关键词: 安全条件 粉尘防治 瓦斯防灭火 安全监测目录摘 要IAbstractII目录IV第1章 矿井概况及安全条件11.1 井田概况11.1.1地理位置11.1.2主要自然灾害11.1.3矿区开采现状11.2 安全条件21.2.1地质特征21.2.3煤层及煤质21.3 矿井生产情况31.3.1 工程性质31.3.2井田开拓与开采31.3.3提升、通风、排水和压缩空气设备4第2章 矿井通风112.1 概 况112.2矿井通风112.2.1现矿井各采区风量计算112.2.2风量选择122.3现有通风方式及通风系统152.3.1现有风井数目、位置、服务范围及服务时间152.3.2采掘工作面及硐室通风152.3.3井下通风设施及构筑物布置152.3.4安全逃生途径152.3.5通风设备及反风162.3.6矿井风量、风压及等积孔17致谢48参考文献49附录150第1章 矿井概况及安全条件1.1 井田概况1.1.1地理位置平岗煤矿位于鸡西煤田南部含煤条带边缘，距鸡西火车站27km。行政区隶属于鸡西市梨树区。井田地理坐标为：东经：1304330-1304345; 北纬：450600-451030。公路交通：矿区内有公路与哈绥公路鸡图线国道相通，距鸡西市27km。铁路交通：煤矿铁路专用线与国铁梨树镇火车站相连。井田境界：上至+350m标高，下至600m标高，东至F25断层，西至F16断层。井田走向长10.01km，倾斜长3.2 km，井田面积35.2km2。矿区地表最大标高550m，最低标高310m, 地形高差230m左右。风山河及其它的三条支流，流经矿区东部，自北向南流经穆棱组露头西侧，河流落差大切割深，河床两侧有50-200m宽的山间谷地。平岗矿区为中温带大陆性气候，11月中旬至次年4月中旬为结冰期，表土冻层厚度一般在1.5-2.0m，最高气温在7-8月份，最高气温38.0，最低气温在12月份，最低气温-39.2，年平均气温3-3.5，年平均降水量600mm，雨季多集中在7-8月份，最大风级7-8级，风向以西北风为主风力一般2-3级，平均风速3.6m/s。1.1.2主要自然灾害 本区地震裂度为6度。1.1.3矿区开采现状二水平中央水泵硐室现有3台PJ-1507型水泵，每台排水量为300m3/h，二水平正常涌水量为165 m3/h。二水平最大涌水量为205 m3/h。一水平中央水泵硐室现有4台200D438型水泵，每台排水量为288 m3/h，其正常涌水量（包括二水平涌水）为265 m3/h，最大涌水量325 m3/h。矿生产供电来自地面变电所，其电源分别来自梨恒线，梨平线两趟60KV高压输入。变电所内设一台S9-16000/66主变压器，一台SLF1-20000/60主变压器。一二水平供电来自地面变电所，电压为60KV，由两趟LJ-24架空线线路输送至山下变电所，再由两趟MYJV3X150高压电缆经皮带道至井下中央变电所，然后由井下中央变电所送出两趟高压电缆输送至采区变电所配电，直至各采掘队组。1.2 安全条件1.2.1地质特征1.2.1.1地质及地层平岗矿区位于鸡西煤盆地西南端，属于穆棱-平岗断裂构造单元的一部分。近于南北向东倾的单斜地层，为不对称的向背斜复杂化，地层被两条近于南北向的断层切割成二大构造块段。在这些块段里，相对下降的块段构造简单，地层倾角小（15-25）；相对上升的块段构造复杂，地层倾角大（20-40）。一组北45-55西贯穿全区的主断裂体系又将全矿区进一步分割成几大构造单元。各构造单元其构造形态各异，地层产状各异，构造复杂程度各异。1.2.1.2成煤时期及煤层赋存情况平岗矿区煤系地层为早白垩系鸡西群城子河含煤组和穆棱含煤组，城子河含煤组位于煤系地层的下部，可采和局部可采煤层共有35#层、33#层、32#层煤层，煤质主要为瘦煤，中部层组的25#层、23#层、22#层煤层的煤质，牌号主要为焦煤，上部层组15#层、14#层煤层的煤牌号主要为主焦煤。穆棱组位于煤系地层的上部，可采区层有6#层、5#层、3#层、1#层。穆棱组煤层的煤牌号均为1/3焦煤，以上各煤层的厚度均在0.8-2.0m之间，为薄煤层或中厚煤层。1.2.2煤层及煤质1.2.3.1煤层含煤性：平岗矿区开采穆棱组和城子河组的煤层。穆棱组含煤6-8层，1层全区可采，3层局部可采，主要可采煤层发育较稳定，煤层本身的煤岩特征明显，煤层结构稳定，岩煤层物性特征明显，煤层间距较为稳定。横向上变化规律性强，全区内煤层对比清楚。煤层发育属于较稳定型。可采煤层总厚度为14.4m，含煤系数1.11%。穆棱含煤组：1#煤层：为平岗矿区内最上部的可采煤层，单一结构，煤厚0.68-0.92m，顶板为含豆状包裹体的凝灰岩或凝灰砂岩，底板为粉砂岩。 3#煤层：距1煤层48-50m，一般分上、下两层，上、下分层均在0.59-0.89m之间，平均0.78m，上、下分层间距不稳定，大体在2-4m之间，顶板为灰白色细砂岩，底板为0.3m的黄灰色凝灰岩。3煤层在凤山背斜轴以南可采。1.2.3.2煤质物理性质：肉眼观察多呈光亮和半光亮形，煤层油质光泽和玻璃光泽，块状构造，断口参差不齐，内生裂隙发育，煤层多以凝胶化基质为主，镜煤、亮煤占煤岩总比例的75-90%，丝质组和稳定组占5-20%，岩矿杂质占总量的5%左右，硫磷含量特低。化学性质、工艺性能、可选性及煤类：平岗矿区各煤层组均为中等变质程度的烟煤。各煤层组、各含煤段的变质程度不一，煤层的有机质含量较多，有害杂质少，精煤灰分低，可选性强。是可贵的炼焦用煤。1.3 矿井生产情况1.3.1 工程性质矿井技术改造初步设计。1.3.2井田开拓与开采1.3.2.1井田境界上至+350m标高，下至-600m标高，东至F25断层，西至F16断层。井田走向长10.01km，倾斜长3.2 km，井田面积35.2km2。1.3.2.2储量平岗煤矿有地质储量12397.1万t，可采储量7438.2万t。储量构成情况见储量汇总表、煤柱损失量表、矿井工业资源储量、设计资源储量、设计可采储量表。表（1-1）平岗煤矿分水平各类煤柱损失量汇总表 万t煤柱分类+100标高以上+100-600m标高合计断层保煤柱219.669.8289.4工业广场保护煤柱42.987.6130.5主要井巷保护煤柱273.9674.7948.6合计536.4832.11368.5表（1-2）工业资源储量、设计储量、设计可采储量汇总表 单位：万t储量类型+100标高以上+100-600m标高合计工业资源储量3417.88979.312397.1设计资源储量3209.18961.51187.1设计可采储量1848.65589.67438.21.3.2.3矿井设计生产能力及服务年限矿井工作制度设计年工作日330天，每天三班作业。日净提升时间为16h。 生产能力核定生产能力75万t/a。服务年限T = ( 1-1) = 7438.2751.3= 76a 其中： T：服务年限 Z：可采储量 A：生产能力 K：储量备用系数1.3.3提升、通风、排水和压缩空气设备1.3.3.1提升设备平岗煤矿的煤炭主要提升采用带式输送机运输。采用GDS-1000型钢丝绳皮带提升机，提升能力230万t/a。矸石主要由斜副井，一段提升机型号为XKT-2.5/20的矿用提升机，提升能力为125万t/a；二段提升机型号为2JK-3/20的矿用提升机，提升能力为119万t/a。1.3.3.2通风设备回风井现2台GAF31.5-20-1GZ型通风机，排风能力为8700-15000m3/min。1.3.3.3排水设备一水平主水泵型号为200D438，现有四台，两台使用，两台备用。1.3.3.4压缩空气设备该矿生产现主要在二水平，在地面设一个压风机房，内设有2台4L-20/8型压风机，经核定满足要求。1.3.4 井上下主要运输设备1.3.4.1地面运输公路交通：矿区内有公路与哈绥公路鸡图线国道相通，距鸡西市27km。铁路交通：煤矿铁路专用线与国铁梨树镇火车站相连。本矿目前运输主要以铁路为主，现已形成较为完善的铁路运输线，对矿区的开发、建设提供了较为便利外运条件。1.3.4.2井下运输本矿井设计井下煤炭运输采用胶带输送机运输方式，辅助运输采用10t架线式电机车牵引1t或3t固定式矿车运输。1.3.4.3地面生产系统主井生产系统煤炭由平岗矿皮带井一段、二段皮带运输机运至地面手选厂车间至洗煤筛分车间复式振动筛之中，原煤经过洗煤车间分精煤和中煤两种分别进入各自煤仓。手选矸石经汽运到矸石山。皮带井一段、二段皮带运输机并担任运送人员升入井。副井系统副井及下料斜井承担提升矸石、升降人员、运送设备和材料的功能,地面材料、设备在地面车场装入花栏车或平板车，由提升机运入井下。地面排矸系统井下矸石由副井运到地面车场子，由一台ZK10-6/550电机车牵引300M至矸石山车场子，由JD-11.4绞车拉入翻车机，翻入排矸箕斗后由矸石山前JK1600/1224型绞车牵引到矸石山顶部排掉。1.3.5工业场地布置特征、防洪排涝、地面建筑及煤柱1.3.5.1工业场地为确保场内外来物资运输，消防安全通道要求，主干道路面宽12m，次干道路面宽为6m，路面结构为水泥路面。1.3.5.2场内排水该区地形由丘陵和构成，该矿井工业场地位置处在一山岗的北侧坡上，场地内东南高西北低，地形坡度变化不大，地形也便于场地内排水。场地内自然高差为6m。1.3.6供电及通讯1.3.6.1供电电源矿变电所60kv电源分别引自“梨恒线”和“梨平线”，所内一台主变：S91600066主变压，一台SLF1-20000/60主变压器。1.3.6.2电力负荷一水平用电负荷为3780 KW，其有功功率为2270 KW。二水平用电负荷为6200 KW，其有功功率为3720 KW。1.3.7给水、排水和采暖通风及供热1.3.7.1水源工业场地生活用水水源供水水源井：在平岗矿凤山沟上游现有6口机井，用水泵将水抽至地面蓄水水池中。联合办公楼和27公里水塔的用水均由该蓄水池供应。储水池：300 m3，LBH1056 m半地下钢筋混凝土矩形水池1座，地下部分为3.5 m。供水泵房：LBH1053 m矩形泵房1座150m2。 分别设：生产消防洒水泵：XBD430-125G/Z、Q72-12b3/h。 H0.42-0.37MPa N22kw 380V 2台。生活给水泵：80D-129，Q20 m3/h H102 m 17kw 2台加药设备：JY-0.61.44-B-1 2台次氯化钠发生器：JYM-1 2台工业场地设有生活供水管网、生产及消防供水管网。生活供水为PPV管，干管为80，生产及消防供水管网采用镀锌无缝钢管，干管管网为D100，生产和消防供水管网上靠近建筑物时有室外地下消火栓，其型号为SS100-1.0。生产、消防用水水源地面生产用水由本地区自来水供水网供给；井下消防洒水同时采用地面和井下两种水源。1.3.7.2用水量矿井生产及生活用水量451.4m3/d, 最高时用水量为300.6m3/h，井下除尘洒水日用水量为680m3/d，时用水量为53.5m3/h。1.3.7.3排水系统 排水量工业场地排水主要是生活污水、浴池排水、锅炉排污水、井下排水和其它排水，予计总排水量为6336 m/d；排水系统平房居民区的生活污水及雨水，未经处理由地面沟渠排入凤山河和穆棱河。楼房居民区的生活污水、浴池排水、锅炉排水经排水管路排入沉淀池中，经沉淀过滤后由排水管路排入凤山河。井下排水除部分流入地面静压水池管路排入凤山河。洗煤厂洗煤废水经洗煤厂内部净化处理后继续循环使用。排水构筑物排水管采用Dg250陶瓷管；Dg350钢筋砼管。水泥沙浆接口，埋地铺设。埋深为2.0m。采用重力排水，沿地形坡度铺设。埋深不小于2.0m。1.3.7.4采暖通风及供热采暖根据气象资料、工艺要求及有关规定，本设计在经常有人工作、休息和生产工艺有要求的建筑物内，设置集中采暖系统。整个工业场地的采暖热媒均采用95/70低温水，热媒来自工业场地锅炉房，行政福利建筑物内散热器采用铸铁四柱型散热器，其余生产系统建筑和工业厂房内散热器采用钢制高频焊螺旋翅片管散热器。热水供应浴室、洗衣房的浴用和洗衣用由专用锅炉房的供给。井筒防冻井筒防冻仅做主皮带中，二采区绞车道。矿井主皮带井及斜副井由锅炉房内的两台4t锅炉供暖。经校核均满足需要。1.3.8技术经济1.3.8.1移交生产时井巷工程量表井巷工程量表（1-3）序号工程名称单位数量煤岩别月进度工期（月）1返送绞车道m60半6012返送风道m150全岩5033二段绞车道风眼m20全岩600.54采区风道下延m150半10035采区绞车道下延m80半10016工作面m90煤12011.3.8.2劳动定员及劳动生产率全矿井劳动定员本设计根据矿井原煤年产量120万t，年工作天数330天，确定原煤全员效率为2.95吨/工。经计算，原煤生产出勤人员3596人，其中，管理人员206人，井下工人2182人，地面工人1027人。表（1-4）劳动定员汇总表序号人员类型出勤人数替补人数在籍人数班班班合计1一、原煤人员115199114428945221、生产工人10916210837994473（1）井下工人871338630683389（2）地面工人2229227311842、管理人员637649492二、供电2102141153三、生产服务人员133313594634四、生活服务人员9229403435五、选煤厂213621785836六、消防队555合计1603051596241077317七、准轨铁路58518119总计165313164642108750劳动生产率采区投产后，按年工作日数3 3 0d计算，日产量448.2T，全员效率确定为1.6工。参考本矿现在实际达到的效率确定的。全员效率1.6t工，回采工作效率定为4.52T工，这是根据回采工作面日产量和按需要配备的-人员求出的。掘进工作效率为0.2m工，按矿实际效率确定。1.3.8.3概算投资工程投资总额为2018.5万元（井巷工程350.1万元 、设备购置1668.4万元）。1.3.8.4矿井主要技术经济指表（1-5）主要技术经济指标名称单位指标备注矿井设计生产能力Mt年生产能力万t100日生产能力t3640矿井服务年限a76矿井设计工作制度年工作天数天330日工作班数班3灰份Ag%23.24挥发份V%27.32发热量千卡/Kg7500储量（1）地质储量万t12397.1（2）可采储量万t7438.2煤层情况（1）可采煤层数层2（2）可采煤层平均厚度m1.4（3）煤层倾角度15（4）煤的容重t/m31.35井田范围走向长度Km7.5倾斜宽度Km6.75井田面积Km249开拓方式立斜井筒类型及斜长倾角提升斜井M110021回风斜井M400301.3.8.5原煤生产成本概算本设计矿井根据煤炭工业设计规范和现行煤炭工业财务制度及成本计算办法并考虑该地区同类矿井的成本实际情况，计算出该矿井达产后正常年份的原煤生产成本为150.835元t。第2章 矿井通风2.1 概 况平岗煤矿鉴定为高瓦斯矿井。矿井相对瓦斯涌出量为28.5m3/t，绝对涌出量为33m3/min。在平岗矿区范围内尚无煤层自燃发火现象。各煤层均有煤炸煤尘炸指数在20%-45%之间。由于平岗矿井为高瓦斯矿井，因此，按高瓦斯矿井进行管理。2.2矿井通风2.2.1现矿井各采区风量计算井下共布置2个采煤工作面，6个掘进工作面，全矿独立回风硐室7个，变电所水泵房2个，压风机硐室2个，绞车硐室2个，火药库1个。根据上述参数进行矿井风量计算。Q矿（Q采+Q掘+Q硐+Q备+Q其）K m3/min式中：Q采-采煤工作面实际需要风量总和m3/minQ掘-掘进工作面实际需要风量总和 m3/minQ硐-硐室实际需要风量总和 m3/minQ备-备用采面实际需要风量总和 m3/minQ其-其他地点实际需要风量总和 m3/minK-矿井通风需要风量系数 取1.2Q矿=（Q采+Q掘+Q硐+Q备+Q其）K=（2200+2664+488+491+540）1.2=49051.2=7660 m3/min2.2现有通风方式及通风系统2.2.1现有风井数目、位置、服务范围及服务时间 矿井现有两条井筒入风，两条回风井。2.2.2采掘工作面及硐室通风回采工作面采用后退式开采，全负压U型通风，工作面下巷进风，上巷回风。井下主要硐室采用全负压独立通风。2.2.3井下通风设施及构筑物布置矿井设有专用回风井，采区设置了专有的回风道。井下所有进回风相交处设有双向双道风门，在需要调节风量处设调节风门，以保证各用风地点的合理风量，在需要反风处设有反风风门。在主要进风、回风巷，工作面进风巷和回风巷设置测风站，观测矿井总风量和回采工作面的进风量和回风量。倾斜巷道中不应设置风门，如非设不可时，应按设自动风门或设专人管理，并有防止矿车或风门碰撞人员以及矿车碰坏风门的安全措施。2.2.4安全逃生途径2.2.4.1矿井安全出口设置及保证措施矿井的主井、副井和风井均可作为安全出口，井筒及采区各上山内设人行道和扶手。斜井井筒每隔40m设一躲避硐室。副井担负矿井辅助提升任务，必须执行煤矿安全规程的规定，提车不行人，行人不提车。当井下发生事故时，人员可借助上述人行台阶、扶手、人行道方便、顺利到达地面。2.2.4.2避灾路线为了方便井下工作人员在灾害发生后能安全撤离，井下各巷道及巷道相交处应挂牌写明巷道名称、长度，指明各类灾害的撤离方向，并做到每年预演一至二次。避火灾线路发生火灾时工作人员应及时撤离采区，向新鲜风流方向撤离，通过进风井到达地面。一采区：采煤工作面运输平巷采区皮带道采区车场暗井绞车道暗井下部车场二水平主运巷二水平副提升井和二水平皮带一水平石门一水平皮带和副井地面。掘进工作面采区车场暗井绞车道暗井下部车场二水平主运巷二水平副提升井和二水平皮带一水平石门一水平皮带和副井地面。二采区：采煤工作面运输平巷片盘车场采区绞车道地面掘进工作面片盘车场采区绞车道地面。避水灾线路 在工作面工作的人员及在井底车场工作的人员应及时撤至回风平巷或回风井，通过安全出口出井。掘进工作面采区车场暗井绞车道暗井上部车场后石门机轨合一巷后石门绞车道下料斜井车场下料斜井地面。二采区：采煤工作面运输平巷片盘车场采区绞车道地面掘进工作面片盘车场采区绞车道地面。发生瓦斯、煤尘爆炸时，应及时戴好自救器，选择最近的躲避硐室进行躲避，等待救援或躲避开瓦斯、煤尘爆炸危害严重的巷道，进入有新鲜风流、较安全的巷道内，或选择巷道支护较好的地方就地卧倒，最好卧在有水的水沟里。发生有害气体中毒时，应及时向有新鲜风流的巷道撤离。发生冒顶事故时，现场工作人员应及时撤离至有顶区域，进入围岩较好，支护较好的巷道内。2.2.5通风设备及反风2.2.5.1采区前期风量选择本设计采区风量按生产采区风量计算方法进行前期风量计算。比较采煤、掘进、硐室所需风量之和与井下同时工作的最多人数所需风量。采区后期风量选择采区开采后期由于掘进工作面、回采工作面、硐室个数均不变，因此后期总风量选择与前期相同。2.2.5.2通风机设置及要求要及时对通风机的运行状况进行监控，以保证设备安全运行。备用风机必须要在10min内开动。通风机的运转必须由专职司机负责。选择GAF31.5-20-1GZ型防爆抽出式轴流风机两台，一台工作一台备用，配套电动机功率1400KW，电压660V,其额定风量为8700-15000m3/min，现排风量为9700 m3/min。2.2.5.3反风方式及设施通风系统的反风装置采用机械反转反风 。反风设施必须能在10min内改变巷道中的风流方向，当风流方向改变后，通风机的供给风量不应小于正常供风量的40%；每季度至少检查1次反风设施，每年应进行1次反风演习。2.2.6矿井风量、风压及等积孔阻力计算根据公式 (2-1)式中 x-阻力系数 L-巷道长度 U-巷道周长 Q2-风量平方 S3-断面立方经计算得2.72m2根据计算采区初、后期通风情况属于容易通风。专题 矿井安全监测监控1.1 概 述1.1.1安全监测，监控系统设置要求1.1.1.1安全监测监控系统的重要性目前火灾、瓦斯、粉尘爆炸，水灾等矿井灾害对矿井安全产生了非常严重的威胁，给安全生产及人民的生命财产带来巨大的损失。随着科学技术的发展和生产的实际需要，矿井生产对安全提出了更新更高的要求。对煤炭企业来说，既要解决煤矿生产过程中的安全问题，全面掌握井下各种安全参数。杜绝各种危害事故的发生，又要掌握矿井生产状况，依靠科学信息指挥生产，决策管理，实现安全生产管理科学化。矿井安全监测监控系统，就是达到上述目的的重要手段之一，它可以使矿井管理人员能够及时、准确全面地掌握和了解安全，生产的综合情况，做到对灾情的早期预报，自动处理，避免事故发生。保证人身安全及矿井安全生产。1.1.1.2安全监测监控系统设置的条件和要求井田尺寸：东西长3 km,南北宽0.8 km。开拓方式：斜井开拓。煤层倾角：煤层倾角为5-18。瓦斯情况：高瓦斯矿井。煤尘爆炸性：煤尘有爆炸性。煤层自燃发火性：按不易自燃煤层设计。1.2 安全监测、监控和传输设备选择1.2.1 监测监控内容确定瓦斯浓度自动检测，超限报警断电并能实现瓦斯电闭锁。对断电区域实行馈电监测。对主扇和局扇实行停开状态监测。在矿井回风大巷、主平硐的测风站进行风速监测，在主扇风硐内进行风速和负压监测。对主要风门进行状态监测。对瓦斯抽放监测系统实行联网监测运行。1.2.2矿井监测系统选型确定1.2.2.1监控设备选型原则在监测监控系统选型上，设计重点注意考虑设备必须符合煤矿井下环境的使用条件，具有防爆，防潮能力。以保证设备本身的使用安全和可靠工作。经过多年来的技术发展，煤矿的安全监测监控系统技术已经较为成熟。一些基础设施已达到国际先进水平，在系统和设备选择上充分尊重建设单位意见，选择技术先进并经实践证明使用效果较好的监测监控设备，结合矿井的建设规模，设计选用KJF2000型煤矿安全监测监控系统。1.2.2.2监控总站和各分站主要设备功能、型号及数量主机：KJF-2000型，2台；分站：KJFT-1型通用分站，KJFT-2型基本分站，KJFS-3型单/双点断电仪；系统采用了多CPU、高智能化的KJFT-1型通用分站，该分站本身具有显示功能，可配接并遥控设定各类开关量和模拟量传感器。用于采集和显示井上下各种环境参数、生产状态，机电设备运行状态，并将采集的各种数据和被监控的运行状态发送到地面中心站。同时接收地面中心站发出的各种控制命令，对井上下各机电设备进行控制。1.2.3传输设备及器材选型1.2.3.1传输设备及器材选型原则监控总站在井上的数据通讯接口装置内设有内置内阻保护式安全栅，具有非本安与本安电路安全隔离的作用。传输线路选用符合煤矿井下环境的信号电缆，构成全矿井的监测监控系统传输网络。1.3 监测设备各类传感器布置1.3.1中心站的布置中心站布置在井口地面调度室用透明玻璃隔断的面积为15-20m2的房间内。1.3.2避雷器设置避雷器设在副斜井井口内。1.3.3分站布置在采区下车场配点电、采区绞车房、与采区工作面、掘进工作面相连的甩道石门内各设一个分站。分站安设处的巷道应无积水、淋水、围岩稳定、支护完好。1.3.4传感器布置1.3.4.1瓦斯传感器布置采煤工作面传感器布置：在距工作面煤壁的距离不超过10m的回风巷内设一个传感器。采煤工作面回风传感器布置：在距回风石门的距离为10-15m的区段回风平巷内布置一个传感器。掘进工作传感器布置：在距掘进工作面煤壁小于5m的掘进巷内布置一个传感器。掘进工作面回风瓦斯传感器布置，在距回风绕道（回风巷）的距离为10-15m的掘进巷道内设置一个传感器。总回风巷传感器布置：在每个水平的每一翼的总回风巷的测风站和主扇风硐内各设一传感器。1.3.4.2馈电传感器布置在每个瓦斯浓度超限而断电的开关的二次侧电缆上设置一个馈电传感器。1.4 矿井各类传感器装备矿井安全监测系统，将对矿井井下水位、煤位、火灾、瓦斯浓度、一氧化碳、矿井环境温度、风速、负压等影响矿井安全的环境参数，及矿井主要机电设备的运行状况、电力参数等进行监测。监测设备材料的配置量为运行设置量与20的备用量之和，根据这个要求和监测设备布置。1.5 矿井安全监测监控系统运行可靠性分析1.5.1安全监测监控系统选择的合理性、先进性本设计根据矿井自身的生产条件和安全状况选择KJF2000型综合监测系统。1.5.2 KJF2000型矿井监控系统设计有很多新颖实用功能该矿选用的KJF2000型矿井安全与生产监测监控系统是一种将计算机用于煤矿安全生产信息集中监控和管理的综合系统，该系统类属于分布式总线型树状网络结构。分站采用工业计算机技术，具有数据采集和控制功能，符合本安防爆标准，适用于井下有瓦斯和粉尘的环境。分站能配接多种开关量和模拟量传感器。电路特别注重抗干扰能力，能在恶劣环境下可靠工作。具有独立进行数据采集，处理并联动相应设备，实现自动控制的功能，分站的相对独立性，大大提高了监测监控系统的可靠性。监测监控系统在地面中心站配备了2台主机，互为备用，监测监控系统的电源按二级负荷进行设计，并配置UPS电源保证了系统的不间断工作。监测监控系统，主干电缆采用PUYR147/1.38型矿用阻燃铜丝编织屏蔽信号电缆，传感器电缆采用PUYR147/0.38矿用阻燃电缆，使信道可靠性达到了一个较高的水准。井下分站在布置上均安放在环境相对较好的地方，传感器布置在即能满足工况要求又无滴水和相对安全的地方，以保证工作的可靠性，所有的分站和传感器都具有防爆合格证，满足井下使用条件，并且是经过使用反映较成熟的产品。从而确保系统安全可靠地运行。在管理上监测监控系统配备专班人员管理和维护，所有管理和维护人员都要经过技术培训，合格后才能上岗。结论毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整煤矿安全设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种设备选型，各种灾害的防治方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。通过这次毕业设计让我提前了解了这些知识，这是很珍贵的。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，无论在给排水系统还是消防系统和监测系统中，我都采用了一些新的技术和设备他们有着很多的优越性但也存在一定的不足，这新不足在一定程度上限制了我们的创造力。可这些不足正是我们去更好的研究更好的创造的最大动力，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好的为祖国的四化服务。致谢感谢我的导师秦宪礼教授，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。从论文的构思，选题，直到论文的撰写和后期修改，自始至终都得到了导师的悉心指导，论文的字里行间渗透了导师的心血和汗水，可以说没有导师的指导和帮助，就没有本文的完成。在将近四年的时间内学生不仅感受到导师敏捷的思维，深厚的学术造诣，更感受到了导师严谨的治学态度，注重实际的工作作风，兢兢业业的工作精神，以及宽阔的胸怀，这些都给学生留下了深刻的印象，使学生终身受益。他这种对事情认真负责的，追求实事求是的精神，不仅鼓舞学生完成了自己的学业，而且为学生树立了一个对事业执着追求的楷模形象。在此，学生谨向导师致以最衷心的感谢和最诚挚的敬意。感谢鸡西新发煤矿矿长，以及新发煤矿的各位领导在现场试验期间的热情招待和所提供的帮助。感谢四年时间内和我朝夕相处的同学们的帮助，我们一起度过了四年难忘的时光。感谢本文所引用文献的作者。感谢各位专家，教授对论文的评阅和指教。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。由于作者才疏学浅，加之时光短暂，文中难免会有一些不足、疏漏甚至错误之处，恳请各位老师批评指正，以便作者在今后的学习和工作中逐步改进和完善。谢谢！参考文献1.黄元平. 矿井通风. 中国矿业大学出版社,1986: (24-35)2.煤矿安全规程. 中国法制出版社, 2005:3.陈炎光， 徐永圻. 中国采煤方法. 中国矿业大学出版社，1991:4. 陈锐煤与瓦斯突出的防治与管理煤炭工程师1987: 5.张铁岗. 矿井瓦斯综合治理技术. 煤炭工业出版社, 2001: (46-49)6.张国枢. 通风安全学. 中国矿业大学出版社, 2000:7.采矿设计手册（上、下册） 中国矿业大学出版社,1996:8.中国矿业学院等. 采煤学. 煤炭工业出版社， 1979:9.朱银昌， 侯贤文. 煤矿安全工程设计. 煤炭工业出版社， 1994:10. 王省身矿井灾害防治理论与技术中国矿业学院出版社,1986: (65-70)11.吴中立.矿井通风与安全M.徐州:中国矿业大学出版社,1989:12.张国框.通风安全学.中国矿业大学出版社,2000:13.戴广龙煤矿安全监测监控系统选型及管理中国煤炭,1996: (77-79)14.梁秀荣矿井安全监测系统使用中的问题及改进中国煤炭,1999: (78-79)附录1基于陡帮开采的新型安全清扫平台稳定性数值模拟分析1、引 言 露天矿边坡体是复杂、动态、开放的系统工程。边坡体的动态稳定一直是维系矿山生产安全、经济效益、可持续发展等方面的重要囚素。据测算，一座中等规模的露天矿山,若最终边坡角提高1，即可减少岩石剥离量约100010 4m3，节省成本近亿元。目前，我国一些露天矿山仍有加陡边坡角的潜力。陡帮开采是解决问题的一种行之有效的方法 。但由此带来新的工程问题，诸如边坡系统的稳定性维护，安全清扫平台的设置，截水排水的处理等。国内外在这方面的研究较少，而工程界对人工设置的挡土墙稳定性的研究较多。 本文拟从工程实例出发，加强这方面的探索性研究，提出了基于陡帮开采条件下设置凹沟、台阶外部设置挡土墙的新型边坡安全清扫平台模型。并从土力学静荷载计算、ANSYS程序模拟和现场试验等方面，验证了利用边坡 自然特征形成的模型结构的稳定性、可靠性。2、工程概况及现有陡帮开采存在的问题 矿山生产能力为90104 t/a，设计服务年限为22 a。露天采场下盘边坡(431线，+325 m-180 m走向倾角为 4060；目前，已经开挖至-48 m水平，为我国少见的火型高陡边坡。边坡体成分主要为寨山组和高骊山组砂岩、闪长玢岩，五通组砂页岩等，部分为第四系(Q4 )的残坡堆积(QPI)、风化堆积层 。部分地段表现出典型的散体结构边坡性征。据记载，该矿已发生12次大面积的滑塌，最大一次滑塌量约为 50104 m3 。边坡的安全已经直接关系到矿山的生存和发展。 根据设计要求，下盘最终边坡角为41，其中，+36 m标高以上为39，+36 m标高以下为 42。下盘的台阶坡面角：+36 m 以上为 50，+36m以下为55。安全平台下盘宽度为 1215 m，清扫平台宽度为 1215 m，运输线的最大坡度为 8%。为了有效地减少底板边坡的剥离量，研究部门在有关理论和试验的基础上，提出了将下部3个台阶并为1个中段 ，保持台阶坡面角不变，取消每1个台阶设置的安全平台，改为每 1个中段集中设置1个清扫安全平台的陡帮开采技术措施。现场实践表明，陡帮开采带来新的问题：平坦的安全平台不能有效地阻挡上部的垮塌的滑石(体)，采坑底部作业面很容易受到滑体的冲击；废石堆积导致矿石的贫化率提高：滑体冲击加大了边坡体的损伤；水沟截面积过小容易堵塞：上部台阶汇水容易冲蚀结构面的软弱夹层，从而诱发边坡体的灾变。于边坡缓倾斜，台阶的上下外沿水平投影达13 m，远远超出目前的采矿工艺、钻孔设备负担的最大抵抗线，在爆破过程中，使外缘底根无法清除，只能采用特殊爆破。为了处理这个问题，现场采取的办法是：(1)增加孔网密度。(2)增加单位炮孔线 装药密度。(3)穿孔设备外移。(4 进行二次作业。带来的后果是：炸药量的增加，增大了边坡的动荷载，直接损伤了边坡的结构面；增加了穿孔设备的工程量；穿孔设备作业时重心的外移，增加了不安全的因数；二次作业处理底根，增加了费用和影响了生产进度。 3、新型安全清扫平台模型 如图 1所示的安全清扫平台结构容易克服上面提到的缺陷，同时，使缓倾斜边坡抵抗线过大难爆的缺点变为有利因素，自然形成的挡土墙，有效地减轻了最终台阶形成过程中，爆破动荷载对边坡体结构的损伤。这种新型结构的功效为：(1)在确保安全可靠的情况下，有效地支持了台阶合并段，每个中段减少了2个安全平台的宽度，增火了边坡最终边坡角，减少无效的剥离土石量3%5%。(2)减少了矿石的贫化率。(3)有效地阻挡了上部中段滑体对底部作面的冲击，减轻了对边坡的冲击损伤，减少了清扫、搬运费垌。(4)上部台阶的汇水截排，减轻了雨水对边坡体的冲刷和软弱夹层的浸蚀。经过计算，开挖新型清扫安全平台，虽然增加了部分费用 ，但从宏观方面综合考虑，新型结构可增大边坡角，减少无效边坡的剥离量，保证了矿山22 a服务期内生产正常进行 ，经济效益是明显的。 4、挡土墙模型安全验证 挡土墙安全稳定性分析可分为静力荷载、冲击荷载和现场验证 3个方面进行。由于新型结构安全清扫平台的挡土墙是自然边坡开挖后预留形成的，虽受到爆破应力波的挤压和挖掘设备的扰动侵蚀，内部介质发生了较小的变化，但和人工构建各种挡土墙相比有很大的不同。这里可以假定其为均匀结构性刚体，在剪切应力计算取值时取上限。 41 静荷载计算 在静荷载计算时，从最大荷载的角度考虑，假定松散岩土体依照 自然安息角一次堆满凹沟，人工不进行铲装运搬处理 。挡士墙的安全验算主要根据库仑定律和相关公式，挡土墙后的主动土压力不仅与墙后堆积物的物理力学性质有关。还与堆积物的边界条件密切相关。墙高为H的墙后主动土压力合力 F为 (1)式 中：,H分别为滑体的容重、挡士墙高；为堆积物的等效摩擦角；为墙后堆积物倾斜的坡角。 堆积物主动压力在墙底的弯矩为 (2) (1)抗剪断稳定验证 挡土墙受力分布及尺寸如图2所示，图中，为基座的水平抗剪切力。根据 建筑地基基础设计规范规定满足抗滑稳定安全系数Ks3.0。经计算， (3)式中：W为挡土墙自重；为堆积物的竖向压力分力；为堆积物的水平压力分力；为假定的基底摩擦系数 ，取值为 065。 (4)式中：C为粘聚力，为挡土墙石英砂岩内摩擦角，S为挡土墙的单宽面积。(2)抗倾覆稳定验证 根据建筑地基基础设计规范规定，抗倾覆稳定的安全系数Kt1.5。 经计算， (5)式中：a，b，h分别为，对O点的力臂，在图2中分别为7.3，9.0和3.5m。 从土静力学库仑理论分析结果看，自然形成的挡土墙性能稳定，能够承受下滑散体堆积挤压，不会发生滑动和倾覆灾变。 42 有限元抗冲击动荷载安全验证 冲击载荷作用下结构的动态响应是工程中常遇到的问题，接触、冲击以及动态响应起着重要作用，但因碰撞物理过程短暂，作用力不确定，变化剧烈复杂，很难通过实验获得相关数据。滑坡体冲击下的边坡动态响应是一个复杂的瞬态过程。有限元法(ANSYS)是工程上比较常用的数值方法，它能够有效地模拟冲击以及动态响应之间的变形关系。421计算基本条件 高陡边坡的崩(垮)塌滑体顺着台阶坡面向下运动过程中，主要受到坡面摩擦力的作用。滑体在到达新型结构安全清扫平台时，与水平面发生碰撞，然后作用挡土墙上。由于运动方向发生变化，能量出现部分损耗。为了避免模拟的系统误差，最大限度地保证其可靠性，在计算冲击力时，忽略坡面摩擦力在滑体运动过程中的作用以及与安全清扫平台水平面发生碰撞的能量损失。(1)假定崩(垮)体做无阻尼运动，并直接撞击挡土墙截面 。 (2)按近似平面应变问题处理。由挡士墙的受力特征知 ，挡土墙长度方向的尺寸远大于其他两个方向的尺寸，冲击力作用于墙背面，平行于横截面， 体力也平行于横截面且不沿长度而变化。 (3)约束条件的处理。由于挡土墙是开挖后自然形成的，墙趾、墙体与边坡体为一个整体，约束力为零。 (4)由于雨水及时截流外排，不考虑水力渗透耦合浮力的作用，同时不考虑温度应力场的作 。 422动荷载安全验证 依照前面分析，用 ANSYS5.7程序模拟上部中段滑体对挡土墙断面的最大冲击荷载反应，挡土墙的主要成分为石英砂岩组，挡土墙的弹模取平均值38.3GPa，介质的相关参数取值见表1所示。为了最大限度地保证模拟的实用性，假定滑体截面为5 m5 m，从上部中段顶点开始运动，滑体分别从36 m(1个中段)、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，沿着边坡坡度方向直接冲击挡土墙，冲击截面的平均时间为 0.5 s，冲击力平均作用于挡土墙上。根据动量守恒原理 ，经过计算，单何截面平均冲击压力为2.11，6.33，10.55，14.77和21.1 MPa。模型有限元网格剖分图如3所示，部分挡土墙截面的平均最大变形及剪切应力分布如图46所示，部分结果如表2和图37所示。
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