资源描述
I 摘 要 本设计矿井为双鸭山矿业集团宝清煤矿3.0Mt/a新井设计，共有3层可采煤 层，总厚度19.24米。煤层工业牌号为气煤煤，设计井田的可采储量29090Mt， 服务年限为69年， 本矿井设计采用双立井方案开拓，单水平开采，根据地质情况将其划分为 3个采区和3个带区.1个工作面达产。采用集中大巷布置，大巷采用10吨架线式 电机车牵引5吨底卸式矿车和1.5吨固定式矿车运输，采煤工艺为综合机械化采 煤工艺。 关键字：开拓 可采储量 采煤方法 全套图纸，加全套图纸，加153893706153893706 II Shuangyashan 3,0 . / , , 19.24 . , 29090. , 69, , , ,1 . , 10 1,5 , . : 目录 目录 .III 绪论.- 1 - 第 1 章 井田概况及地质特征.- 2 - 1.1 井田概况 - 2 - 1.1.1 交通位置 .- 2 - 1.1.2 地形地势 .- 2 - III 1.1.3 气象及地震情况 .- 3 - 1.1.4 水文地质情况 .- 3 - 1.1.5 煤田开发史 .- 3 - 1.1.6 工农业及原料供应状况 .- 3 - 1.1.7 水源及电源 .- 3 - 1.21.2 地质特征地质特征 .- 3 - 1.2.1 矿区范围内的地质情况 .- 3 - 1.2.2 井田范围内和附近的主要地质构造 .- 5 - 1.2.3 煤层赋存状况及可采煤层特征 .- 5 - 1.2.4 岩石性质、厚度特征 .- 6 - 1.2.5 井田内水文地质情况 .- 6 - 1.2.6 煤质、牌号及用途 .- 8 - 1.31.3 勘探程度及可靠性勘探程度及可靠性 - 8 - 第 2 章 井田境界、储量、服务年限.- 10 - 2.1 井田境界 .- 10 - 2.1.1 井田状况 - 10 - 2.1.2 井田境界确定的依据 - 10 - 2.1.3 井田未来发展情况 - 10 - 2.22.2 井田储量井田储量 .- 10 - 2.2.1 井田储量计算 - 10 - 2.2.3 储量计算方法 - 11 - 2.2.4 储量计算评价 - 12 - 2.3 矿井工作制度、生产能力、服务年限 - 12 - 2.3.1 矿井工作制度 - 12 - 2.3.2 设计生产能力和服务年限 - 13 - 2.3.3 矿井服务年限的确定 - 13 - 第 3 章 井田开拓 - 15 - 3.1 概述 - 15 - 3.2 矿井开拓方案的选择 .- 15 - 3.2.1 井筒形式和井筒位置 - 15 - 3.2.2 井筒的位置 - 16 - 3.2.3 开采水平的数目及高 - 18 - 3.3 选定开拓方案的系统描述 .- 20 - 3.3.1 井硐形式和数目 - 20 - 3.3.2 井筒位置及坐标 - 20 - 3.3.3 水平数目及高度 - 21 - IV 3.3.4 石门、大巷数目及布置 - 21 - 3.3.5 井底车场的形式及选择 - 22 - 3.3.6 煤层群的联系 - 23 - 3.3.7 采、带区划分 - 23 - 3.43.4 井硐布置和施工井硐布置和施工 .- 24 - 3.4.1 井硐穿过的岩层性质及井硐支护 - 24 - 3.4.2 井硐布置及装备 - 25 - 3.4.3 井筒延深意见 - 26 - 3.5 井底车场及硐室 .- 27 - 3.5.1 井底车场形式的确定及论证 - 27 - 3.5.2 井底车场的布置，存车线路，行车路线布置长度 - 27 - 3.5.3 通过能力计算 - 30 - 3.5.4 井底车场主要硐室 - 32 - 3.6 开采顺序 .- 32 - 3.6.1 沿煤层走向的开采顺序 - 32 - 3.6.2 沿井田倾向的开采顺序 - 33 - 3.6.3 带区接续计划 - 33 - 第 4 章、带区巷道布置及带区生产系统.- 34 - 4.1 带区概述 .- 34 - 4.1.1 带区布置概述： - 34 - 4.1.2 设计带区的位置、边界，范围及带区煤柱 - 34 - 4.1.3 带区的地质和煤层情况 - 34 - 4.1.4 带区的生产能力、储量和服务年限 - 34 - 4.2 带区巷道布置 .- 35 - 4.2.1 区段划分 - 35 - 4.2.2 带区斜巷布置 - 36 - 4.2.3 带区车场布置 - 36 - 4.2.4 煤仓形式、容量及支护 - 38 - 4.2.5 带区硐室简介 - 40 - 4.2.6 回采工作面的接续 - 40 - 4.3 带区准备 .- 41 - 4.3.1 带区巷道的准备顺序 - 41 - 4.3.2 主要巷道的断面图 - 42 - 第 5 章 采煤方法.- 44 - 5.15.1 采煤方法的选择采煤方法的选择 .- 44 - 5.1.15.1.1 采煤方法选择的依据：采煤方法选择的依据： - 44 - V 5.1.25.1.2 采煤方法选择的要求采煤方法选择的要求： - 44 - 5.1.3 采煤方法选择的制约因素： - 44 - 5.2.1 选择和决定回采工作面的工艺过程及使用的机械设备 - 45 - 5.2.2 设备选型 - 46 - 5.2.3 选择采煤工作面循环方式和劳动组织形式 - 47 - 第 6 章 井下运输与矿井提升.- 51 - 6.1 矿井井下运输 - 51 - 6.1.1 运输方式和运输系统的确定 - 51 - 6.1.2 矿车的选型及数量 - 51 - 6.1.3 带区运输设备的选择 - 53 - 6.2 矿井提升系统 - 53 - 第 7 章 矿井通风安全.- 55 - 7.1 矿井通风系统的确定 .- 55 - 7.1.1 概述： - 55 - 7.1.2 矿井通风系统的确定 - 55 - 7.1.3 主扇工作方式的确定 - 56 - 7.2 风量计算与风量分配 - 57 - 7.2.1 矿井风量计算的规定 - 57 - 7.2.2 风量计算 - 58 - 7.2.3 风量分配 - 60 - 7.2.4 风速的验算 - 60 - 7.2.5 风量的调节方法与措施 - 61 - 7.3 矿井通风阻力计算 - 62 - 7.3.1 确定全矿最大通风阻力和最小通风阻力 - 62 - 7.3.2 矿井等积孔计算 - 66 - 7.4 通风设备的选择 .- 66 - 7.4.1 主扇的选择计算 .- 66 - 7.4.2 电动机的选择 - 67 - 7.4.2 反风措施 - 67 - 7.5 矿井安全生产措施 - 67 - 7.5.1 预防瓦斯及煤尘爆炸 - 67 - 7.5.2 火灾与水患的预防 - 68 - 7.5.3 其他事故的预防 - 68 - 7.5.4 避灾路线及自救规定， - 69 - 第 8 章 矿井排水.- 70 - 8.1 概述 - 70 - VI 8.1.1 矿井水来源及涌水量 - 70 - 8.1.2 对排水设备的要求 - 70 - 8.2 矿井主要排水设备 .- 71 - 8.2.1 排水方式与排水系统简介 - 71 - 8.2.2 主排水设备及管路的选择计算 - 72 - 第 9 章 技术经济指标.- 76 - 总结.- 78 - 参考文献.- 79 - 致谢辞.- 80 - 附录 1- 81 - 附录 2- 89 - - 44 - 绪论 我国是煤炭资源丰富，储量和产量均居世界前列。近年来随着国民经济的 发展和综合国力的提高，石油、天然气、水力、核电等其他能源有了较大的发 展，但是煤炭仍然是我国的主要能源，预计在今后相当长的时间内这种状况不 会有根本性改变。进入新世纪以后，要求我国煤炭工业深化改革，尽快摆脱粗 放经营的旧模式，步入低投入、高产出、高效益的良性循环轨道。煤炭工业的 发展依赖的是先进的煤炭先进技术。其中包括采矿工程技术。 作为一名采矿专业的学生，即将成为煤炭行业的工程技术人员。在大学的 四年学习时间里，使我掌握了很多专业理论知识，为了能更好的理解和运用这 些理论知识，借毕业设计这个机会我做了黑龙江省双鸭山市宝清矿的新井设计， 而且我在毕业实习中也收集到了很多宝清矿的资料。本设计主要是关于新矿井 的建设，其中包括开拓方式、采煤工艺、支护方式、设备选型以及矿井的各个 系统。本设计包括通风安全方面、采煤工艺方面、岩石力学方面以及 CAD 制图 方面的知识。通过本次毕业设计，使我的专业知识得以进一步完善，并且在将 来能够很好的运用他们打下了很好的基础，使我今后更好的应用这些知识服务 与这个行业。为我国的建设进一份微薄之力。 - 45 - 第 1 章 井田概况及地质特征 1.1 井田概况 1.1.1 交通位置 宝清矿位于双鸭山煤田东南部，距市中心 320 千米，宝清矿交通四通八达 有矿区铁路由双市经新安矿、东荣矿到达宝清矿。并有四通八达的公路从井田 边穿过，距友谊镇 160 千米,交通极为方便。 图 11 宝清矿交通位置示意图 1.1.2 地形地势 宝清矿地势平坦，标高一般都在+-50 米左右，最高标高+50 米。 - 46 - 1.1.3 气象及地震情况 该区属大陆性寒温带气候，温差变化较大，冬季最低气温达到零下39， 一般为零下2030。冻土带深达2米以上。夏季最高气温达到38，历史 最大降雨量为737毫米，平均降雨500毫米，每年7、8、9三个月份为降雨期， 年平均降雨量在452737毫米，冻结期每年10月至翌年4月。根据中国地震裂 度区划图2001双鸭山地区地震裂度小于6。 1.1.4 水文地质情况 七星河从该区西北侧流入挠力河，最后注入乌苏里江。 1.1.5 煤田开发史 宝清矿煤田为新近开发，无开发历史。 1.1.6 工农业及原料供应状况 宝清矿井田周边有农田和国有林地分布，可为矿区提供一部分农产品及生 产原料。矿井建设及生产所需设备可由附近厂家提供。 1.1.7 水源及电源 宝清矿供水水源位于宝清矿东部，共有水源井 5 眼，井深均为 31.5 米 （1、2、3、4、5） ，其中只有三眼水井（3、4、5）正常运行，二 眼（1、2）备用。水源井取第四系砂层水，每眼水井供水量为 160 立方米/ 小时，三眼水源井 24 小时供水量为 11720 立方米。三眼水井都是取第四系砂 层水，铁锰含量超标，人体必需的微量元素铜、锌少。由于对水源井进行了全 面净化，铁、锰指标基本达到了国家饮用水要求标准。可以满足宝清矿居民的 生活用水的需要。 1.21.2 地质特征地质特征 1.2.1 矿区范围内的地质情况 详见图 12，煤层综合柱状图。宝清矿为全隐蔽区，地层发育较简单， 即由煤系、煤系基底以及上覆新生界第四系组成。其地层层序由老至新分述如 - 47 - 下： 1、元古界兴东群大盘道组（Pt1dq）：广泛分布于煤田外围，构成煤系 基底，由石榴石片岩、石英黑云母片岩、含磁铁石英岩、石墨大理岩、 花岗片麻岩组成的深变质岩类。厚度大于 7400 米。 2、中生代早白垩系上统鸡西群：为一套陆相碎屑建造，不整合于下元古 界地层之上，根据岩性与测井曲线反应又可分为城子河组（k1ch）和 穆棱组（k1m）. 1）城子河组（k1ch）：由一套陆相碎屑岩类组成。最大厚度达到 550 米， 旋迴性较明显。含煤地层受基底起伏控制，厚度变化大，煤层发育 范围被基底起伏所限。本组岩性多由灰白色中细砂岩、灰色粉砂岩 组成，含有少量薄层凝灰岩及泥岩。 2）穆棱组（k1m）：由一套陆源深水相为主的碎屑岩类组成。厚度由北 往南逐渐增厚，最大厚度达 500 米，与下部城子河组（k1ch）整合 接触。含煤及旋迴性差，不含有可采煤层，含有小于 0.5 米的煤层 35 层，岩性多以灰色粉砂岩、灰白色细砂岩及少量灰白色的粗砂 岩及薄层凝灰岩、泥岩组成。 3）第三系：富锦组（Nf） ，以细、中粗粒泥质胶结的砂岩为主，夹黄绿 色粉砂岩，呈半胶结状。下部砾岩层与城子河组地层为不整合接触， 其上被第四系地层所覆盖。 4）第四系：广泛分布于矿区范围内，主要由冲积、洪积碎屑物组成，多 由粘土、亚粘土及砂层组成。粘土为弱含水或不含水，具有良好的 隔水性能。 - 48 - 序号 断层 序号 断层 性质 断层的产状 走向(度） 倾向 倾角（度） 落差 （米） 可靠 程度 F1 F2 F8 1 2 正 逆 逆 NESE75 40米 可靠 NENW 40 12米 可靠 NENW 40 10米 可靠3 1.2.2 井田范围内和附近的主要地质构造 本区地质构造主要有褶皱、断裂。断裂为主、褶皱次之。井田南部、东部 局部有向斜构造，井田范围内主要有三条断层，叙述如下： 表 1-1 宝清矿井田断层统计一览表 1）F1正断层：位于井田南部边缘。断层走向为北东 80，倾向南南东，倾角 75。本区内延长约 2.1km，断层落差 15240m，为井田南部临 近边界的主要断裂构造。 2）F2逆断层：位于井田东南部，根据矿井地质资料，在该矿 4-1 号煤 14304 巷东部北侧及其东侧 403 巷道中均见 4-1 号煤断失，上盘砂 岩由北向南推覆于 4-1 号煤层之上，断面清楚，实测走向北 东 80，向北北西倾斜，倾角 40，落差 1215m。 3）F8逆断层：位于井田南部边缘，F2 逆断层南侧，断层走向北东，倾向北西。 推定断层倾角 40，落差约 10m。为层间逆断层，向上至下 石盒子地层逐渐消失。 1.2.3 煤层赋存状况及可采煤层特征 煤层倾角在 4 6 ，平均 5，详见煤层赋存特征表。 - 49 - 地层 系统 代 纪 中 生 代 MZ 白 垩 纪 K 柱状图 煤 层 号 煤 厚 (m) 地 层 (m) 岩性描述 10 3.24 细粒砂岩 砂岩 中砂岩 粗砂岩 粉砂岩 气煤 中砂岩 粉砂岩 细砂岩 粉砂岩 炭质泥岩 粗砂岩 8.1 3.2 1.7 3.5 4.3 2.4 1.8 4.0 8.1 9 2.1 12.92气煤 2.6 3.08气煤11 9.2 图 1-2 煤层综合柱状图 1.2.4 岩石性质、厚度特征 煤层顶底板的厚度一般都大于 2m,多为砂岩。 1.2.5 井田内水文地质情况 本井田水文地质类型为中等，其划分的主要依据为： 1、受采掘破坏或影响的含水层：矿井充水主要含水层是煤系裂隙含水层， 含水较丰富，单位涌水量为 1.317 升/秒米，且以静储量为主。孔 隙裂隙、含水层补给一般，只是含水层之间的相互补给。据此水文地 - 50 - 质类型符合中等。 2、地质报告对矿井涌水量未做详细预测，根据矿井含水系数，考虑到改 扩建后长壁开采对顶板的大规模破坏，参照矿井实际情况，暂推测矿 井正常涌水量为 70m3/h，最大涌水量为 100m3/h，必要时有关部门需 进一步做这方面的工作。 3、开采受水害影响程度：采掘工程在一定程度上受水害影响，但因资料 较清楚，不威胁矿井安全，从这一条看符合水文地质条件中等。 4、防治水工作难易程度：矿井防治水工作较简单，主要是进行水文补勘， 查清第三、四系厚度及水位动态，以合理确定回采上限和采掘针对性 的防治水措施，及时查清巷道和空区积水，及时探放。 综上所述，根据矿井水文地质规程第 4 条分类原则，确定该矿井水文 地质类型为中等偏复杂。 表 1-2 煤层特征表 煤层间距 夹矸 数目 变异 系数 顶板 岩性 底板 岩性 9# 12.92 3.24 3.08 3.954.65 00.54 0.78 0.52 稳定 可靠 4.3 10# 11# 2.873.29 1.992.49 3.5 2.184.82 粉砂岩 中砂岩 中砂岩 粉砂岩 细砂岩 炭质 泥岩 13.514.44 最小最大 平均(m) 0 0 稳定 可靠 稳定 可靠 稳定 可靠 细砂岩 中砂岩 粗砂岩 粉砂岩 煤层 号 最小最大 平均(m) 煤层厚度 表 1-3 岩石的物理性质指标表 - 51 - 岩石 类型 颗粒密度 (g/cm3) 块体密度 (g/cm3) 空隙率 n(%) 吸水率 （%） 软化系数 KR 砂岩 2.60-2.752.20-2.711.6-28.00.2-9.00.65-0.97 炭质 泥岩 2.70-2.802.10-2.701.0-10.00.5-3.00.44-0.54 1.2.6 煤质、牌号及用途 9 号煤层为中灰，中硫，低磷煤，经过洗选后成为特低磷煤，牌号为 QM， 可作为炼焦、动力、民用及化工用煤。 10 号煤层为富灰，中硫，低磷煤。洗选后为特低磷煤，牌号为 QM，可作 为炼焦、动力、民用及化工用煤。 11 号煤层为富灰，中硫，特低磷煤，牌号为 QM，可作为炼焦、动力、民 用及化工用煤。 1.31.3 勘探程度及可靠性勘探程度及可靠性 本矿井的勘探分普查、精查、补堪和深部补堪四类。 A 级储量： 1、煤层对比可靠，煤层的厚度、结构、已经查明，可采煤层的连续性已经 确定。煤类、煤质特征及煤的工艺性能已查明。 2、岩浆岩对煤层及煤质影响已查明。 3、各项勘查工程已达到勘查阶段的控制要求。 B 级资源储量： 1、煤层对比可靠，煤层厚度，结构已经查明，煤类、煤质特征及煤的工艺 性已基本查明。可采煤层的连续性已经确定。 2、岩浆岩对煤层及煤质的影响查明。 3 、各项勘查工程达到勘查阶段的控制要求。 C 级储量： - 52 - 1、煤层对比基本可靠，煤层厚度、结构、煤质等基本初步查明。 2、构造已初步查明。 3、各项勘查工程达到勘查阶段的控制要求。 第 2 章 井田境界、储量、服务年限 2.1 井田境界 2.1.1 井田状况 井田东西走向长平均 4.5Km，南北倾向宽 3.5km，面积约 15.0Km2。 - 53 - 2.1.2 井田境界确定的依据 1）以保证井田的合理尺寸，及与邻近矿区处理好关系； 2）以大的断层和勘探边界为矿界； 2.1.3 井田未来发展情况 由于本井田几条断层的影响，投产时的产量可能不能及时达到设计生产能 力，但随着开采深度的增加，煤层赋存条件好，采用新技术防治矿井瓦斯，产 量会有较大的提高幅度. 2.22.2 井田储量井田储量 2.2.1 井田储量计算 参加储量计算的煤层有 09#、10#、11#共三层煤。各煤层储量计算边界与 井田境界基本一致。矿井储量是指矿井内所埋藏的数量，具有工业价值的煤炭 数量。它不仅包含着煤矿在地下埋藏的数量，而且还表示煤炭的质量，反映井 田的勘探程度及开采技术条件。矿井储量可分为矿井地质储量、矿井工业储量 和矿井可采储量。 平衡表内 A+B+C 级储量的总和称为矿井工业储量。矿井设计储量是矿井工 业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱和已有的地面建筑 物、构筑物需要留设的保护煤柱等永久煤柱损失量后的储量。矿井可采储量是 指矿井设计储量减去工业场地保护煤柱、矿井井下主要巷道及上下山保护煤柱 后乘以采区回采率的储量。 根据煤炭资源地质勘探规范规定，工业指标确定为倾角小于 25煤 层，能利用储量选用厚度0.70m,灰分40%；暂不能利用储量厚度为 0.60 0.70m,灰分在 40%-50%之间。倾角为 20，能利用储量厚度选用0.60m,暂 不能利用储量选用 0.500.60m。 2.2.2 保安煤柱的设计方法 参照保护煤柱的设计原则如下： 1)在一般情况下，保护煤柱应根据受护面积边界和移动角值进行圈定。 2)地面受护面积包括受护对象及周围的受护带 3)立井保护煤柱应按其深度，用途，煤层赋存条件和地形特点留设，立井 - 54 - 深度大于或等于 400m 的以边界角圈定，小于 400m 的以移动角圈定。 4)当受护边界与煤层走向斜交时，洋感根据基岩移动角求得垂直与受护边 界方向的上山方向移动角和下山方向移动角，然后再确定保护煤柱。 注：1 可采储量=（工业储量-永久损失）*采区回采率 2 工业储量=块段面积*平均倾角正割*块段平均厚度*容重 对于必须留设保护煤柱的建筑物和构筑物，当其形状规整，且长轴与煤层 走向或倾向平行时，宜采用垂直剖面法圈定保护边界。 1）立井井筒保护煤柱设计 采用垂直剖面法；（见开拓剖面图） 2）工业场地保护煤柱 按照数字标高投影法，工业场地压煤近似为梯形。 3）煤层内煤柱 一般来说，井田边界煤柱 40 米，河流保护煤柱为河床两侧各 40 米， A：工业广场地面受护面积包括工业产地内为煤炭生产直接服务的工业厂房、 服务设施和围护带，围护带的宽度为 20 米。 B：井筒煤柱地面受护面积，包括井架、提升机房和围护带，围护带的宽度 为 20m，主副井筒保护煤柱以岩层边界角圈定。 2.2.3 储量计算方法 计算标注以 储量管理规程 为依据，公式如下： 矿井设计储量工业储量永久煤柱 块段储量 =块段面积 cos(平均倾角 )平均厚度 容重 块段可采储量 =（工业储量永久煤柱） 设计回采率 回采率要求： 薄煤层不小于85%，中厚煤层不小于80%，厚煤层不小于75%， 表 21 容重采用： 序号煤层号容重/（g/cm3） 1091.4 2101.4 3111.4 - 55 - 块段面积在 1：5000 的煤层储量计算图上用电子求积仪求得，块段倾角采 用余切尺量得。 2.2.4 储量计算评价 本矿井的煤层发育良好，厚度较稳定，倾角绶倾，井田范围内大的构造控 制可靠，水文地质条件中等，储量计算较为可靠。煤层储量见表 23。 表 23 煤矿储量计算表 煤层号面积/m2工业储量/Mt 永久煤柱 /Mt 可采储量 /Mt 占总储量 百分比 0915.0106292.3281.86210.4672.4% 1014.3110647.0713.2033.8711.6% 1114.9310664.6818.1146.5716% 总计 404.40106.88290.90 2.3 矿井工作制度、生产能力、服务年限 2.3.1 矿井工作制度 依据煤矿安全规程 ， 煤矿生产许可法和劳动法有关规定，结合 宝清矿的实际情况，拟制定工作制度如下： 设计年工作日 330 天，每日净提升时间为 16 小时，采用“四六”作业 制，三班生产，一班准备。 2.3.2 设计生产能力和服务年限 1.矿井设计生产能力的确定原则 应按照矿井实际地质条件、经济发展需要、市场需求、管理水平、考虑科 学技术进步等因素。以投资少、出煤快的原则合理确定。 2.设计生产能力 地质和开采条件技术装备和管理水平矿井与水平服务年限，矿井与水平服 务年限计算公式 T=Zm/(A*K) - 56 - 式中：T 设计计算服务年限 Z可采储量，万吨 A年产量，万吨/年 K储量备用系数，宜采用 1.31.5 矿井设计一般取K=1.4，地质条件复杂的矿井及矿区总体设计可取 K=1.5，地方 小煤矿可取K=1.3 。根据本设计矿井实际情况， K值取1.4。 矿井生产能力的大小主要根据井田储量、煤层赋存状况、地质条件等情况 来确定，还应考虑当前及今后市场的需煤量。宝清矿参加的三层煤可采储量为 2909 万吨。初步拟定了三种矿井年生产能力方案，具体如下： 方案：3.0 Mt/a 方案：2.4Mt/a 方案：1.8 Mt/a 上述三种方案，具体选择哪一种，还应根据矿井服务年限来确定。 2.3.3 矿井服务年限的确定 矿井服务年限的计算公式如下： （） 式中： 矿井设计可采储量，Mt 生产能力， Mta K矿井储量备用系数，K.31.5 根据本设计矿井实际情况，K 值取 1.4。 依据以上拟定的矿井生产能力，服务年限的确定现提出三种方案，具体如 下： 方案：3.0 Mt/a （）69a 方案： 2.4Mt/a （）= 86a 方案：1.8Mt/a （）=115a 参照煤矿工业矿井设计规范规定，方案较合理，即：矿井生产能力： - 57 - B3.0Mta，矿井服务年限69a。 - 58 - 第 3 章 井田开拓 3.1 概述 宝清矿建设必须严格按照基本建设程序办事，确定矿井开拓方式必须充分 考虑多个主井工艺系统的机械化装备水平。矿井机械化程度的高低的不仅直接 影响井型和经济效果，而且往往由于提升，运输设备的革新发展，而引起开拓 本身发生变化 3.1.1 确定井田开拓方式的原则： .贯彻执行有关煤炭工业的技术政策,为多出煤、早出煤、出好煤、投资 少、成本低、效率高创造条件 .合理集中开拓布置，简化生产系统，避免生产分散，为集中生产创造条 件。 .合理开发国家资源，减少煤炭损失。 .必须贯彻执行有关煤矿安全生产的有关规定。 .要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术，新工艺， 发展采煤机械化，自动化创造条件。 根据用户需要，应将不同煤质，煤种的煤层分别开采。 3.2 矿井开拓方案的选择 3.2.1 井筒形式和井筒位置 在井田地质条件、开采技术一定的条件下，矿井开拓巷道有多种布置方式， 开拓巷道的布置方式通称为开拓方式。合理的开拓方式，一般应在技术可行的 多种开拓方式中进行技术经济分析比较后，才能确定。 开拓方式按照井筒的倾角不同（水平、倾斜、垂直）分为平硐开拓、斜井 开拓、立井开拓和综合开拓方式（平、斜、立井中的任何二或三种形式相结合 进行开拓）等四种方式。开拓方式依据井筒 （或平硐）与煤层位置的不同又 有若干分类。 立井开拓：适应性很强，可用于各种地质条件，同时在技术上也成熟 可靠。一般在表土层厚、煤层赋存深时，应采用立井开拓。 斜井开拓：对于表土层较薄、煤层赋存较浅、水文地质条件简单的煤 - 59 - 田，一般都可以采用斜井开拓。斜井开拓在各种倾角煤层开拓中都得 到了广泛的应用。 平硐开拓：在侵蚀基准面以上的山岭或丘陵地区的煤层，由地面开凿 通向煤层的平硐，可利用平硐开拓煤田的全部或一部分。 1.井筒形式的确定： 由于宝清矿 9煤层距离地表最近点为-590 米，且为近水平煤层。因此只 能采用立井开拓方式。 1）双立井开拓优点： 适应性强，技术成熟可靠； 便于井筒延伸 井筒短，提升速度快，提升能力大； 通风断面大，风阻小，满足大风量要求； 缺点： 初期投资大，建井期限稍长； 多水平开拓，立井石门长度大，掘进工程量大，掘进费用高。 需要大型的提升设备； 3.2.2 井筒的位置 井口位置的选择是井田开拓的重要组成部分。经综合比选后择优确定井口 位置。特别是提、运煤炭的主井位置还要与地面生产系统、工业广场布置相匹 配，其主要因素和原则如下： (1)地面条件： 井筒位置应选在比较平坦的地方，并且满足防洪设计标准； 工业场地不占或少占用良田； 井口及工业场地位置必须符合环境保护的要求； 井口要避开地面滑坡、岩崩、雪崩、泥石流、流砂等危险地区； 井口位置要与矿区总体规划的交通运输、供电、水源、居住区、辅助 企业等的布局相协调，使之有利生产、方便生活。 (2)井下条件： 井田走向储量中央或靠近中央位置，使井田两翼可采储量基本平衡； 井筒应尽量避开或少穿地质及水文复杂的地层或地段； 勘探程度及初期工程量。 在本设计井田中，提出三种井筒位置方案： - 60 - 方案一：井筒位于井田浅部 方案二：井筒位于井田中部 方案三：井筒位于井田深部 经过简单的技术比较后认为： 井筒位于井田浅部，煤柱尺寸最小，压煤最少，但石门最长； 井筒位于井田深部，煤柱尺寸最大，压煤量最大，且初期工程量大， 石门也较长，但对于开采井田深部煤层及井通延伸有利； 井筒位于井田中部时，煤柱尺寸稍大，但石门长度较短，且沿石门的 运输工程量也小； 本井田煤层均为近水平中厚煤层，井田走向长度与倾斜长度较大，从 有利井下运输和保证初水平合理的服务年限出发，应将井筒布置在井 田中部或稍靠下方的位置， 由此可初步确定本设计井田的井筒位置在井田的中部稍靠下方。其主、副井筒 地理坐标如下。 主井：-4365100、19617470 副井：-4365030、19617475 - 61 - 表 3-1 开拓方案技术经济分析比较表 方案优点缺点 方 案 一 井口位置接近井田边界，井下 为双翼生产，易于保证矿井产 量。 1.工业场地压煤量较小。 2.井筒延伸需要建上下部两个车场， 工程量较大，不利于生产。 3.运输费用高，井下需要人员多。 方 案 二 1.井口位置接近井田中央，井 下为双翼生产，易于保证矿 井产量 2.立井安装速度快，检修容易， 能耗低。 3.井筒延伸方便。 4.初期投资省。 5.井上运输距离短，营运费用 低。 1.工业场地压煤量较大。 2.井下存在反向运输。 3、第二水平的石门较长。 方 案 三 1.主井井口位于井田边界，压 煤量小。 2.主井作为安全出口，安全性 能高。 3.连续提升能保证运输力。 1.井巷工程量大不利于施工。 2.长距离的胶带输送机提升，可靠 性差。 3.主井口地面标高低，防洪工程量 大。 3.2.3 开采水平的数目及高 开采水平的尺寸以水平垂高表示水平垂高是指该水平开采范围的垂 高合理的水平垂高的要求： ）有合理的阶段斜长 ）有合理的区段数目 ）有利于采区的正常接替 ）保证开采水平有合理的服务年限及足够的储量 ）保证经济上有利的垂高 - 62 - 由于本井田三层煤的总垂高为 120 米，所以只能采用单水平开采 水平标高 -720 m 阶段垂高 120 m 工业储量 404000000 万吨 服务年限 69a 3.2.4 开拓巷道的布置 水平巷道的主要任务是担负煤矸，运料和人员的运输，以及排水，铺设管 线，通风对大巷的基本要求是便于运输，利于掘进和维护，能满足矿井通风 安全的需要 根据煤层埋藏特征和设计规范的有关规定，并考虑到各煤层的间距较 小，宜采用集中大巷，采、带区联合布置方式，为减少煤柱损失和 保证大巷 维护条件，运输大巷布置在 11#煤层的底板下的厚砂岩中，采用沿空掘巷方式。 .开拓巷道布置方式的选择 根据煤层的数目和间距，大巷的布置方式分为单煤层布置（称分煤层运 输大巷） ，分煤组布置（称分组集中运输大巷）和全煤组集中布置（称集中运 输大巷） 采用集中运输大巷时，各煤层（组）间用采区石门联系当煤层倾 角太大时，层间联系也可用溜井或斜巷各种方式的适用条件如下： ）分煤层大巷适用条件 ）井田走向长度短，服务年限不长； ）煤层数不多，层间距大，石门长； ）井底车场或平硐在煤层顶板； ）煤质牌号不同，要求分采，分运； ）产量，风量均大，需要疏解； ）各煤层底板均有坚硬岩层 2）集中运输大巷适用条件 G）适于煤层层数多，层间距不大的矿井； H）井田走向长度大，服务年限长； I）下部煤层底板有坚硬岩层，容易维护； J）煤质牌号相同，要求分采分运； K）自然发火严重，便于分区，分段处理事故； L）采区尺寸大，石门长度短 - 63 - 3）分组集中大巷适用条件 M）煤层数多，层间距大小悬殊； N）按煤层的特点根据运输，通风要求组合，经济上有利； O）多水平生产，容易解决运输，通风的干扰； 本设计井田的可采煤层为 09#、10#、11#、煤层，09#、10#、11#三层煤间距 7.8 米，可以联合开采，各煤层的煤质相同，不需要分采分运所以根据本井 田的实际情况，本井田采用集中运输大巷和采、带区式石门布置方式 3.3 选定开拓方案的系统描述 3.3.1 井硐形式和数目 根据井田的地形地势，煤层赋存，地质构造等因素，经过第二节中井筒形 式确定为，矿井采用双立井开拓，即一主一副两个井筒详见井筒开拓方案示 意图： 图 3-1 井筒开拓方案示意图 3.3.2 井筒位置及坐标 井筒位置就是确定井筒沿煤层走向和倾斜方向上的具体尺寸，并用直角坐 标和方位角予以表示，选择井筒位置的条件： 1.地面条件 1）工业场地占地面积的 - 64 - 2）地形与工程地质条件 3）煤的运输方向 4）生产建设与住宅位置 2. 井下条件 1）按运输量确定井筒位置 2）根据地质条件确定井筒位置 3）煤柱量 4）勘探程度和初期工程量 根据本井田的实际情况，并考虑到上述的条件，该设矿井井筒位置详见开 拓示意图，其井筒井口坐标为： 主井：-4365100、19617470 副井：-4365030、19617475 3.3.3 水平数目及高度 水平设置总的原则是尽量加大一个水平的开采范围，资源储量和服务年限， 使之适应高产高效；集中化生产的要求，同时尽量减少水平的设置，基于以上 原则，同时根据本井田的煤层赋存条件，地质构造等因素，合理的水平划分方 案的技术分析和经济评价，该设计矿井在720m 水平标高处划分水平，阶段 垂高 120 m，阶段斜长为 3500m，井底车场及各类硐室井田范围内各煤层以 720m 开采水平为界，采用采区及带区联合开采 3.3.4 石门、大巷数目及布置 根据本设计矿井开拓巷道布置方案的技术分析和经济评价，确定本设计矿 井采用的开拓巷道布置方式为集中运输大巷 本设计矿井中，大巷和石门服务年限长，运输能力大，所以大巷和石门的 断面和支护设计在本设计中基本相同其内部设施也基本相同巷道断面设计 合理与否，直接影响煤矿生产的经济效果和生产的安全条件，其基本原则是在 满足安全与技术要求的条件下，力求提高断面利用率，缩小断面，降低造价并 有利于加快施工速度该设计矿井大巷，石门断面的各项内容见图 - 65 - 4200 900900 1300 8001200 320 1200 950 500 2000 1550 1200 1219 1122 1448 图 3-2 大巷石门断面图 3.3.5 井底车场的形式及选择 井底车场是连接井筒和井下主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称，是连 接井下运输和提升两个环节的枢纽，是矿井生产的咽喉，因此井底车场设计是 否合理直接影响矿井的安全和生产。 1.设计要求： 1）井底车场富裕通过能力，应大于矿井设计生产能力的 30%； 2）井底车场线路不止应该结构简单，运行及操作系统安全可靠，管理使用 方便，布局合理，注意节省工程量，便于施工和维护； 3）井底车场设计时，应该考虑到增产的可能性； 4）尽可能提高井底车场的机械化水平，简化调车作业，提高井底车场通 过能力； 5）应该考虑主、副井之间施工时便于贯通； 6）为了保护井底车场的巷道和硐室，在其所在范围内应该留设相应的保安 煤柱。 3.立井井底车场的基本类型： 1）折返式：梭式、尽头式； 2）环形式：立式、斜式、卧式； - 66 - 4.井底车场形式选择： 1）保证矿井生产能力，有足够的富裕系数，有增产的可能性； 2）调车简单，管理方便，弯道及交岔点少； 3）施工方便，各井筒间、井底车场与主要运输巷道间能迅速贯通，缩短建 井工期； 4）井巷工程量少，建设投资省，便于维护，生产成本低； 5）当大巷或石门与井筒的距离较大时，能够布置下存车线和调车线，可选 择立式井底车场； 6）井底车场形式也取决于矿车的类型，当采用定向卸载的底纵卸式、底侧 卸式矿车时，其卸载站（即主井车线）可布置折返式，亦可布置环形式。但其 装车站的线路布置必须与其相对应。 综上所述，结合本设计矿井的有关设计参数，通过对各种形式井底车场的 适用条件及优缺点做简单比较后，初步拟定本设计井田井底车场形式为卧式环 形车场，采用两翼来车的形式。 3.3.6 煤层群的联系 宝清矿井共有三层设计煤层，即：09#、10#、11#煤层，本设计井田煤层群 开采时的联系方式是联合准备，即 09#、10#、11#煤层组成一个统一的采准系 统，准备巷道为三个煤层共用，大巷采用分组集中布置方式。煤层倾角一般在 5左右，煤层群间采用石门联系。 参见可采煤层特征表及巷道开拓方案示意图。大巷布置在 11#煤层的底板 岩石中。开采时采用下行式开采。 3.3.7 采、带区划分 根据煤炭工业设计规范 ，以井田内的煤层变化情况断层断层为边界， 划分为三个采区和三个带区。划分的具体情况如图 3-2 - 67 - 图 3-3 采区划分示意图 3.43.4 井硐布置和施工井硐布置和施工 3.4.1 井硐穿过的岩层性质及井硐支护 井筒穿过的岩石大部分为粉砂岩，有少部分的细砂岩和中砂岩。根据主副 井围岩性质，并按规程规定，确定主副井筒支护方式如下： 副井支护：混凝土井壁厚 450 毫米，充填混凝土 50 毫米； 主井支护：混凝土井壁厚 400 毫米，充填混凝土 50 毫米。 井筒布置及装备 井筒断面布置应综合考虑井筒围岩性质，运输方式，通风安全等因素具 体遵循原则如下： 1. 当提升容器发生掉道或跑车事故，对井筒中各种管线或其它设备的破 坏应减少到最低程度； 2. 符合，对运输、通风、管线 等布置的要求，满足施工需要； 3. 有利于井筒检修、维护、清扫和人员通行安全； - 68 - 4. 合理使用断面空间，减少井筒工程量； 根据该设计矿井年产量、提升方式等实际情况，本设计矿井井筒按有关规 定布置运输设施及辅助设施。 3.4.2 井硐布置及装备 井硐布置应综合考虑井硐围岩性质，运输方式，通风安全等因素，具体遵 循原则如下： 1. 符合煤矿安全规程 ， 煤炭工业设计规范对运输、通风、管线等 布置的要求，满足施工需要； 2. 有利于井筒检修、维护、清扫和人员通行安全； 3. 当提升容器发生掉道或跑车事故，对井筒中各种管线或其它设备的破 坏减少到最低程度； 4. 合理使用断面空间，减少井筒工程量； 根据设计矿井生产能力、服务年限、提升方式等实际情况，本设计矿井井 筒按有关规定布置运输设施及辅助设施，采用断面尺寸如下： 图 3-4 主井井筒断面图 - 69 - 图 3-5 副井井筒断面图 3.4.3 井筒延深意见 1.开拓延伸的方案的原则： 1）保持或扩大矿井生产能力。 2）加强生产管理，延深的组织管理与技术管理施工与和紧密配合，协调 一致，尽量减少延深对生产的影响。 3）充分利用现有井巷，设施及设备，减少临时辅助工程时不时降低投资。 4）积极采用新技术，新工艺和设备。 5）尽可能缩短新、旧水平的同时生产时期。 根据宝清矿井煤层赋存条件，该设计矿井主副井筒从地面布置到一水平后 - 70 - 不需要再延伸，但是在进一步进行地质勘探后，可提出两种延伸方案： 方案一：直接延伸原有主副井； 优点：可以充分利用原有设备和设施，提升系统简单，转运环节少，经营 费用低，管理方便； 缺点：原有井筒同时担负生产和延伸任务，施工和生产相互干扰，接井 技术难度大，矿井将短期停产；延伸两个井筒的施工组织复杂， 延伸后提升长度增加，提升能力下降； 方案二：暗斜井延伸（即利用暗斜井或暗立井开拓下一水平，原有主副井不 延伸） 优点：生产与延伸相互干扰小，暗斜井做主井，系统简单，提升能力大， 可充分利用原有井筒提力； 缺点：增加了提升、运输环节和设备；通风系统复杂。 通过上述两种方案比较，并参照井筒延伸原则及本井田煤层赋存特征，初 步决定采用暗斜井延伸方案。 3.5 井底车场及硐室 3.5.1 井底车场形式的确定及论证 井底车场形式的确定应该根据井田地质条件、井型大小、井田开拓方式、 大巷运输方式、地面布置及生产系统等因素来选择。该矿井井底车场形式的选 择依据如下： 1）该矿井设计生产能力为 3.0Mt/a，年工作日 330d，实行四六工作制， 每日净提升 16 小时； 2）矿井采用双立井开拓方式，单水平开采，分组集中大巷布置； 3）主要运输大巷采用 5t 底卸式矿车运输，每列车由 22 辆矿车组成，由 两台 10t 架架线式电机车一前一后牵引。卸载时，机车通过卸载站。辅助运输 和掘进煤采用 1.5 吨固定式矿车，煤矸混合列车由 22 辆 1.5 吨矿车组成。一 台 10t 架线式电机车牵引。 4）本设计矿井属于低瓦斯、低等涌水量矿井； 综合以上所述，结合设计要求，经分析比较后，本设计矿井拟选用 5.0t 底卸式矿车环形折返式井底车场。 - 71 - 3.5.2 井底车场的布置，存车线路，行车路线布置长度 1存车线长度的确定 确定存车线长度是井底车场设计中的重要问题，如果存车线长度不足，将 会使井下运输和井筒提升彼此牵制，影响矿井生产能力；反之，如果存车线过 长，会使列车在车场内的调车时间增加，反而降低了车场通过能力，并增加车 场工程量。根据我国煤矿多年的实践经验，各类存车线可以选用下列长度： 1）材料车线长度，中小型矿井应能容纳 510 个材料车； 2）中小型矿井的主井空、重车线长度各为 1.01.5 列车长； 3）副井空、重车线长度， 中小型矿井按 0.51.0 列车长； 4）调车线长度通常为 1.0 列车和电机车长度之和； 2.存车线长度的计算 主井空、重车线，副井进、出车线： L=mnLk+NLj+Lf 式中： L主井空、重车线，副井进、出车线有效长度，m； m列车数目，列； n每列车的矿车数，按列车组成计算确定； Lk每辆矿车带缓冲器的长度， m; N机车数,台 Lj每台机车的长数 Lf附加长度，取 10 m。 经过计算，得 主井 L=2*22*5.0+2*4.9+10=239.8 m， 副井 L=1.5*22*3.0+4.9+10=103.9 m。 材料车线有效长度 L=ncLc+nsLs 式中： L材料车线有效长度，m； nc材料车数，辆； Lc 每辆材料车带缓冲器的长度，m； ns 设备车数，辆； Ls 每辆设备车带缓冲器的长度，m； L=ncLc+nsLs=152.4=36 m； 根据实际需要，开设水泵硐室和变电所，取材料车线长 60m。 3线路道岔的计算 - 72 - 表 3-2 道岔选型表 主要尺寸（mm）序 号 道岔型号名称辙叉角 abLTL0 质量 /Kg 1 ZDK930/6/3 0 单开 9274 4“ 51606940 1210 0 2416 2 ZDX930/4/1 519 渡线 1402 10“ 39424858 1548 4 19007600 3290 3 ZDC930/3/1 5 对称 1826 06“ 256037766287 1397 单开道岔非平行线路联接 ZDK930-6-30 =92744 =45 a=5160mm b=6940mm R=25000mm 可得，m、n、H、T、K. =-=35.5 T=8002mm m=5160+14942*sin/sin=17417mm M=25799 H=M-R*cos=8121mm n=H/sin=49398mm Kp=R/180=3.14*35.5*25000/180=15482mm 单开道岔平行线路联接 Z-6-30， =92744 a=5160mm b=6940mm R=25000mm T=2069mm m=10949mm n=8880mm 渡线道岔线路联接 ZDK930-4-1519 =140210 a=3942mm b=4858 mm L=15484mm L=72000mm N=7421mm 对称道岔线路连接： ZDC930/3/15 =182606 a=2560 mm b=3776 mm B=5546 mm T=2015 mm - 73 - M=5619 mm n=3604 mm C=n-b=3604-3776=-1720 当用单开道岔组合渡合道线时，C 的绝对值不宜小于 50 mm。当 N-2B0 时， 该道岔不是渡线道岔，成为两个单开道岔的线路连接。 3.5.3 通过能力计算 1.井底车场线路布置图和调度表见下图： 图 3-6 井底车场图 - 74 - 表 3-3 井底车场调度表 吨底卸式矿车 图示 区段 吨固定矿车 2. 矿井日产原煤 0.91 万吨，每日运矸石量为 9100*0.15=1365t，日产掘进 煤为 9100*0.06=546t，5t 底卸式矿车日运煤量为 9100*0.94=8554t。5t 底卸 式矿车列车数为 8554/（5*22）=77.7 列。 根据矿井矸石量与掘进煤的比例（15%/6%=5/2） ，确定 1.5t 煤矸石混合列 车由 13 辆矸石与 9 辆煤车组成。每列矸石车与煤车的载重之比为 2.7*13/1.5*9=5/2 故符合要求，日混合列车数为 （1500+600）/（2.7*13+1.5*9）=39.2（列） 每日进入井底车场的 5t 底卸式矿车数与 1.5t 混合列车数之比为 77.7/39.2=2/1。每一调度循环时间为 22.5 分，列车进入井底车场平均间隔时 间为 22.5/6=3.75 分，列车在井底车场平均运行时间为 11.2 分，5t 底卸式矿 车在井底车场平均运行时间为 7.6 分，1.5 混合列车在井底车场平均运行进间 为 18 分。 3. 通过能力计算 按公式计算： N=TaQ/1.15T =25.2Q/1.15T =25.2*(4*22*5+2*9*1.5)/(1.15*22.5) - 75 - =454Mt/a 通过能力富余系数为 454/300=1.51.2。满足设计规范要求。 3.5.4 井底车场主要硐室 1.主井系统硐室 主井设有 5.0 t 底卸式矿车卸载站硐室、翻车机硐室、井底煤仓及井底煤 仓装载硐室、清理井底散煤硐室及水窝泵房等。主井井底散煤采用矿车处理， 用绞车提升至车场水平。 2.副井系统硐室 副井系统硐室有副井井筒与井底车场连接处（马头门） 、主排水泵房（中 央水泵房） 、水仓及清理水仓硐室、主变电所（中央变电所）及等候室等。 主排水泵房和主变电所应联合布置，以便使主变电所向主排水泵房的供电 距离最短。为防止进下突然涌水淹没矿井，变电所与水泵房的底板标高应高出 井筒与井底车场联结处巷道轨面标高 0.5 米，水泵房及变电所通往井底车场的 通道应设置闭门。 3.其它硐室 其它硐室有调度室、医疗室、架线电机车库及修理间、蓄电池电机车库及 充电硐室、防火门硐室、防水门硐室、井下火药库、消防材料库、人车站等。 其位置应根据线路布置和各自要求确定。 3.6 开采顺序 开采顺序是指矿井采掘工作应有计划、有步骤地按一定顺序进行，
展开阅读全文