采矿工程专业毕业论文南屯煤矿下组煤的开拓延深设计

采矿工程专业毕业论文-南屯煤矿下组煤的开拓延深设计 目 录第一部分 南屯煤矿小槽煤开拓延深设计1 矿井概述111矿区概况112井田地质及煤层特征213井田开拓方式1414矿井延伸的必要性152 开采范围与生产能力1921开采范围及储量1922生产能力与服务年限203开拓准备2331水平延伸方案的选择2332采区划分与接续3533大巷布置3734井筒井底车场及硐室3835水平接替时的技术措施424采区设计4341采区概况及地质特征4342采区生产能力及服务年限4943 采区巷道布置4944采煤方法及采区参数5945采掘工作6146工作面设备及掘进速度6847采区巷道掘进顺序及回采工作面接续安排7148采区车场及硐室735通风与安全7551矿井通风7552井下灾害预防796提升通风排水压风设备8361提升设备8362通风设备8463排水设备8664压缩空气设备897劳动定员与主要技术经济指标9271劳动定员9272主要技术经济指标93第二部分 南屯煤矿转入-550水平开采时冲击地压预防8南屯煤矿研究冲击地压的必要性949冲击地压的影响因素9691开采深度9692顶底板结构9793地质构造9794煤柱的影响9810煤的冲击倾向性研究10011南屯矿深部开采时冲击地压的预测101111钻屑法101112 微震法102113经验类比法10312 南屯矿深部开采时冲击地压的防治104121超前松动爆破104122钻孔卸压104123煤层注水105124采用合理的开拓布置和开采方式10613存在问题及今后努力方向107参考文献108致谢109coalmine methane in China110第一部分南屯煤矿小槽煤开拓延深设计摘 要本文根据对南屯煤矿资料的学习和研究遵照煤矿安全规程和煤炭工业设计规范的要求充分运用所学的知识以南屯煤矿开采的实际情况为依据对南屯煤矿下组煤的开拓延伸进行设计在设计中尽量做到危险最少效益好把南屯煤矿建成高产高效的矿井为我国的煤炭生产作出贡献本设计主要研究内容包括1合理的选择井底车场形式的选择和主要运输大巷的布置情况合理确定开拓方式ABSTRACTIn this paper based on information Nantun Coal learning and research in accordance with the Coal Mine Safety Regulations and design specifications of the coal industry to make full use of knowledge to Nantun the actual situation of coal mining based on the Nantun coal mine under the group to develop an extension of the design In the design of the risk at least as far as possible effective and the Nam Theun into highly efficient and high-yielding coal mines Chinas coal production The design of the main research contents include 1 A reasonable choice to open up the program extension 2 The choice of shaft and the main form of transport situation roadway layout 3 A reasonable level of development to identify ways to extend 4 To determine the first mining area of the roadway layout 5 Downhole equipment selectionKey words reserve calculation multi-level development roadway layout economic indicators1 矿井概述11矿区概况com地理位置交通南屯煤矿位于兖州煤田东南部东临京沪铁路和104国道南临邹济公路西北有兖新铁路327国道京杭大运河矿井距邹城车站约8千米矿区专用铁路直通矿井煤仓并与京沪铁路接轨矿区公路四通八达区内交通十分方便井田位置交通示意图见图11图11井田位置交通示意图com地形地势及地震区内地形平坦地面标高6340m自东向西逐渐降低白马河和南沙河分别自北向南自东向西流经井田的西部和南部在东纪沟附近汇合后注入微山湖白马河全长76km流域面积1052平方米河床宽10420m属于季节性河流最大流量568m3 s近几年因疏通河道现已成为常年通航的河流南沙河现为邹城市西苇水库的溢洪河道建库以来溢洪一次近几年由于雨量偏小沙河成为了邹城市部分企业常年排泄污水的河道本区属于温带季风区的海洋大陆性气候四季分明历年来平均气温179日最高气温403日最低气温183最大冻土深度027m最大积com雨量70814mm年最大降雨量12638mm年最小降雨量2685mm降雨多集中在7至8月份风向频率多为南风及东南风最大风速16ms地震烈度7度12井田地质及煤层特征com界尺寸和面积南屯煤矿小槽煤井田边境东以大峄山断层为界西以马家楼断层与里彦矿井为界北以皇甫断层与鲍店东滩两井为界南以2002年4月新调整的南屯北宿两矿边界6个坐标点连线与北宿矿井为界井田东西平均长105km南北平均宽34km面积约3547km2com层及其主要特点1第四系Q厚1847com东南薄西北厚分上中下三组上组厚17155900m平均3346m由棕黄色砂质粘土及松散的粘土质长石石英砂层和沙砾组成局部见有灰绿色粘土质砂底部往往见钙质结核和豆状锰铁质结核含水丰富中组厚2609295m平均4616m由灰绿色粘土密实的粘土质石英长石砂砾组成上部以砂砾为主透水性差含水微弱下组厚04231m平均2224m以厚层的粘土质砂砾为主夹粘土层富水性较弱井田东部边界处缺失下组和中组仅发育上组井田中部仅发育中组和上组西部上中下三组均发育不整合于侏罗系之上2上侏罗系蒙阴组J3 残厚448879457m由南向北增厚为一套红色砂岩自上而下划分为一段两段三段一段最大残厚55834m由灰灰绿灰白色及紫红色砂岩和细粉砂岩组成二段厚1245626439m由紫红色泥质中细砂岩组成夹数层砾岩具缓波状层理和泥裂现象三段厚10904742m10904742m平均2602m底部为01275m厚的砾岩砾岩成分为灰岩块石英泥质岩屑该层砾岩有的地段相变为紫红色中粗砂岩其上为平均厚约20m的灰-灰绿色砂岩与粉砂岩互层其间夹有紫红色中细砂岩不整合与二迭系之上3二迭系P为本区上部煤系底层矿井南部已遭剥蚀仅东北部保留较全包括山西组下石盒子和上石盒子组1上石盒子组P2x仅219孔残存1832m由细砂岩和含砾粗砂岩组成2下石盒子组P1x厚5187m219号孔仅在井田东北部保留较全主要岩性为灰色含砾中粗砂岩和灰绿色粘土岩粘土质细砂岩由于古风化作用而呈灰黄色至杂质3山西组P1s厚66449037m平均7794m是本区内主要的含煤层段主要由厚层砂岩砂岩与粉砂岩互层薄层粉砂岩浅灰色吕质泥岩及煤层组成井田南部本组已全部剥蚀掉主要可采煤层3上3下层煤位于本组下部整合于石炭系之上4石炭系C1太原组C2t厚1557518602m平均厚17002m由深灰灰黑色泥质岩粉砂岩砂岩灰岩和煤层组成其中下部的第十下 层灰岩和上部的第三层灰岩质纯且层位稳定是本区的主要标志层共含煤18层主要可采煤层为16上 和17层煤局部可采的有第615上18上16下 层煤也有偶达可采的2本溪组C2b 厚45286723m平均5723m由灰绿色紫色铝质泥岩铁质泥岩铝土岩灰色粉砂岩和石灰岩组成中夹数层煤线上部为具有粒状结构的第十二层灰岩和灰绿色灰质泥岩组成第十二层灰岩多分为两层中部主要为灰白色质纯的第十四层灰岩其间常出现一层相变的粗砂岩由西向东显著变薄底部为紫色铁质泥岩和灰灰绿色铝土岩间夹不稳定薄层第十五层灰岩由于奥陶系侵蚀面得凹凸不平使该层厚度变化很大铝土岩有时为砂砾所代替假整合奥陶系之上5奥陶系为煤系底层基地厚约450750m分冶里统O1和马家沟统O2分冶里统厚210330m冶里统厚210330m马家沟统厚240420m灰白色灰岩为主夹少量白云质灰岩com层特征及煤质本井田共含有23层煤平均厚度1607m可采和局部可采煤层7层分别为3上3下615上16上1718上平均厚度1227m自上而下分为两组3上3下6煤为上组15上16上1718上煤为下组其中主采煤层3上3下16上1718上煤为下组其中主采煤层3上3下16上17煤全区稳定可采平均厚度为1056m其余三层为局部可采可采和局部可采煤层特征如下1 3上煤位于山西组中下部煤厚为329785m平均538m下距3下煤0181566m平均538m下距3下煤0181566m3上与3下煤层间距变化与层间岩性有关层间为泥岩粉砂岩时层间距较少当层间岩性相变为细砂岩时层间距也随之增大该层煤全区稳定可采23下煤位于山西组下部下距山西组底界平均为1759m厚200415m平均322m该层煤全区稳定可采36煤位于太原组上部层位稳定结构简单以三灰为主要标志层下距三灰平均763m该层煤厚度小为0094m平均065m近东部局部可采属于极不稳定煤层415上煤位于太原组中下部第九层灰岩为其顶板上距第八层灰岩10m左右煤厚0100m平均厚度056m层位稳定厚度较小结构简单仅7勘探线以西局部可采该层煤在井田西部相变为腐泥煤碳质泥岩和油页岩厚度045298m平均厚176m其下部变化很大灰分40左右含油率5以上最高达4553为重要的有益矿产516上煤位于太原组下部第十下层灰岩为其顶板层位十分稳定下距17层煤12m左右煤厚028139m平均厚度093m其间夹一层厚007034m碳质泥岩或碳质砂岩煤层中含大量黄铁矿结核和黄铁矿细晶对煤层开采和煤质影响较大其下距16下煤7m左右其间岩性为粉砂岩中砂岩和细砂岩6 17煤位于太原组下部第是一层灰岩为其顶板层位稳定煤厚0143m平均厚111m厚度较小结构简单含一至二层夹矸和大量黄铁矿结核和黄铁矿结晶对煤层开采和煤质影响较大在231号孔和丁120号孔变为厚达223m的腐泥岩 7 18上煤位于太原组的下部上距17层煤5m左右下距奥灰平均6278m左右为极不稳定煤层该层煤结构复杂全区普遍分为两个分层其夹层为浅灰色铝质泥岩厚005290m普遍超过上分层厚度上分层厚004060m下分层平均厚050m最厚达104m属局部可采煤层煤层综合柱状图见图12可采和局部可采煤层特征见表11表11可采和局部可采煤层特征图12煤层综合柱状图本区煤质稳定各层煤均为中变质程度的气煤山西组煤质为低硫中灰煤中等可选至易选是良好的炼焦配煤和动力用煤太远群各煤层除15上层煤为中灰18上层煤富灰外16上与17层煤为高硫低灰除18上层煤难以选择外其余各层煤均属易选至中等可选一煤中有害组分分析1灰分各层煤分在平面上变化不大相邻采样点变化小于2但在剖面上则具有一定规律性即结构复杂煤层大于结构简单煤层不稳定煤层大于稳定煤层薄煤层灰分的变化幅度大于厚煤层的变化幅度2硫分山西组煤层为低硫煤太原组煤层为中高至高硫煤各层煤全硫在平面上变化不大剖面上从上往下有逐渐增高的趋势山西组煤层的硫化铁硫和有机硫均低于04且有机硫高于硫化铁硫太原组煤层硫化铁硫有机硫均大于1且有机硫小于硫化铁硫3磷分各煤层均属低磷至特磷磷煤精煤磷分低于001煤质特征见表1-3二煤质评价1原煤灰分除第18上层煤的灰分较高外其余煤层的平均灰分一般为1016各煤层的发热量灰熔点高为良好的动力用煤下组煤硫分高除作为动力用煤外还可作为化工用煤2除第3层煤符合炼焦用煤要求外其它各层煤经洗选后硫分仍较高故不宜单独炼焦3除第18上层煤难洗选外其它各层煤属易至中等可选若混合洗选可选145作分离比重这样既可提高洗煤效率又可扩大下组煤的应用范围com造南屯煤矿位于兖州向斜的南翼为一倾向北东倾角3度到15度的单斜构造东西北三面而分别北峰山断层马家楼断层及皇甫断层所截井田内次一级褶曲及小断层发育属于兖州煤田中构造较为简单类型井田之一断层井田内断层较少且多分布在井田边界和东北部除峰善断层落差较大以外其余断层落差均在2070m左右断层特征见表1-1褶曲矿井生产与勘探中揭露和控制的褶曲大部分为中小宽缓褶曲但井田东部经地震勘探后发现有较大幅度褶曲褶曲主要有1丁36号孔附近背斜呈 北40东的方向位于4至5勘探线之间长500余米地层倾角变陡幅度达15m由于后期的剥蚀作用致使该孔附近出现3煤剥蚀无煤带 2 178补47丁14丁21号附近的向背斜构造轴向北40东轴向长约4100m位于井田南部6线井田东部边界之间总跨度约1200m幅度约40m由钻孔控制他是造成井田南部出现剥蚀无煤带的主要原因 3 西部913勘探线之间的多个小背向斜相间排列倾角23局部倾向相反产状变化大褶曲其短轴宽缓的特点幅度一般在5到15m14勘探线附近的鼻状结构为兖州倾伏向斜的次级构造是受同挤压力作用后遭受剥蚀的结果使第33下 层煤西部露头附近呈鼻状构造 但3 5 补19孔的背斜构造由 补19孔控制上组煤为一背斜构造幅度约20m 6 219号孔附近向斜轴向近东西向轴线长1100m并被F103断层切割跨度100m是本井田内幅度最大的褶曲由二维和三维地震线控制 7 丁16丁19号孔附近向斜和背斜两者轴向一致呈 北60东方向轴向长约1200m被103断层所截位于13勘探线之间总跨度约600m幅度约65m由二维和三维地震线控制 8 补39丁45补38号孔附近向斜位于井田东北部46线之间轴线呈近东西向且落有弯曲长约1500m左右褶曲幅度小约为30m 9 丁26丁145号孔之间向斜位于68线间的南部轴线东西向长1000m左右褶曲幅度小约为30m一采区东部向斜构造轴向北20西宽约340m幅度30m为一短轴倾伏褶曲1皇甫逆断层北东东北西606150水平丁155号孔2皇甫之一断层北东东北西606150水平丁134与127号孔穿过3皇甫之二断层北东东北西601013水平丁133与丁132丁127与丁128号孔控制421号孔逆断层北东东北西60028水平21号孔穿过8309切眼3个井下钻孔控制5峄山断层近南北西推定80 1500垂直力为主245电剖面控制201号孔穿过另有电5电8电45号孔控制6峄山之一断层北20西西8030垂直力为主丁1号孔7峄山之二断层北30西西805074垂直力为主178和丁18号孔81号井东断层北30西北东802544垂直力为主174补3号孔穿过丁20与丁23和丁19与丁29号孔控制91号井东之一断层北西北东8016垂直力为主229号孔101号井东之二断层北西北东8060垂直力为主丁15丁23丁16丁29号孔控制11马家楼断层北45西南西806075平移丁29号孔12八采区东断层北45西北东648250近水平8311三条探巷井下86-686-786-986-10号孔及地面补16补22补26号孔控制com地质条件1含水层特征含水层自上而下为第四系上下组砂岩砂砾岩侏罗系红层二迭系山西组3层煤顶板砂岩石炭系太原组三灰十下层灰岩本溪群十四层灰岩和奥陶系石灰岩简述如下第四系上下组砂岩砂砾岩上组煤厚11196910m平均厚5397m主要由棕色砂质粘土与松散的粘土质长石石英沙砾层组成下部偶见灰绿色含水丰富单位涌水量为141120221sm属孔隙水对矿井开采基本无影响下组厚04231m平均厚2224m仅发育井田中西部东部缺失由灰绿色局部黄绿色的粘土质岩砂砾沙层及砂质粘土组成富水性弱单位涌水量00030971sm对矿井开采基本无影响侏罗系红层为一套红色砂岩层属孔隙-裂隙含水层单位涌水量001861com存极不均匀裂隙发育层段一般含裂隙水甚至会形成富水段而在裂隙不发育段内含水较少甚至起隔水作用该层水对小槽煤开采不会有影响3煤顶板砂岩 是目前矿井开采3层煤时主要充水含水层厚度3283954m平均厚1380m主要为中细砂岩为裂隙承压含水层单位涌水量问哦sm第三层石灰岩厚342773m平均545m灰白至深灰色为裂隙承压含水层单位涌水量1sm井田西北部和东部富水性较好据1998年J3-24号水文孔三灰稳定水位观测资料及矿井北石门西大巷中央泄水巷等揭露点的涌水资料三灰水位已由精查期的37724023下降到-295679-350m以下白马河风井检查孔水位已下降到三灰顶板以下已不具有承压性故三灰水补给不良易于疏干第十下层石灰岩厚331903m平均521m静储量大动储量小浅部为洞穴水深部为裂隙水井田西部富水性好该层是第16上层煤的直接顶板故是小槽煤开采的直接冲水含水层根据临近北宿落陵唐村煤矿开采经验该含水层对矿井充水具有初期大后期小深部疏水浅部干等特点另外由于浅部矿井的开采水压标高已降低据北宿煤矿资料-290m水平以上已基本疏干第十四层石灰岩厚0301479m平均厚0301779m本身富水性不大属溶洞裂隙承压水但距奥灰很近因构造等原因与奥灰往往有水力联系1986年11月混合井检查孔对该层灰岩抽水试验单位涌水量为001022sm水压标高为29234m奥陶系石灰岩厚450750m上部裂隙发育局部有溶洞属溶洞裂隙承压水水压标高为2734m2断层导水性边界断层导水性据精查期资料井田边界的峰山断层皇甫断层均为若透水性断层西部马家楼断层为导水断层但据现在的资料东部峰山断层也为导水断层井田内断层的导水性井田内断层较少东部断层发育较密三维地震对断层的导水性进行了初步研究认为落差大于30m的断层都具有横向导水性从断层力学性质上考虑走向近南北向的断层应为张性断层其导水性可能性要大有的断层使三灰十下灰奥灰等与煤层对接甚至含水层间直接对接它们之间均有补给关系3封闭不良钻孔对不良水文地质条件的影响井田内共有封闭不良或封闭情况不明的钻孔11个已启封4个这些钻孔穿过三个以上甚至井田内所有含水层对矿井生产构成潜在威胁封闭不良钻孔的存在在井田内水文地质条件进一步复杂化4小槽煤开采水平涌水量预计由于南屯矿小槽煤水文地质资料少其水文地质特征没有查明尤其是对小槽煤开采具有较大威胁的十四灰鹤奥灰水未作详细分析故小槽煤开采水平涌水量准确难度较大本设计根据集团公司有关文件和邻近矿井开采小槽煤时的涌水量对南屯煤矿小槽煤开采水平涌水量预计如下根据兖州矿务局兖矿局基字第44号文关于南屯矿井建设计补充修改资料的函第二条规定南屯矿井-440m水平小槽煤涌水量预计460m3h南屯煤矿于2000年12月编制的矿井地质报告预计小槽煤正常涌水量为75 m3h最大涌水量为225 m3h另外目前北宿煤矿-290m水平正常涌水量为45 m3h最大涌水量89 m3h而北宿与南屯两井田为同一个水文地质单元所不同的是南屯煤矿小槽煤位于北宿煤矿深部正常情况下南屯煤矿小槽涌水量较北宿矿大综上所述设计充分考虑到南屯煤矿小槽煤赋存条件及地质特征等多方面因素预计小槽煤开采水平正常涌水量为250 m3h最大涌水量为500 m3h需要说明的是奥灰富水性较强是将来小槽煤开采的主要防治水对象故深部开采时为防止底板奥灰突水保证回采安全在对奥灰水采用疏水降压注浆加固的同时还要建立一套完善的防水患工程com煤尘及煤的自然性该矿属地低沼气矿井根据各煤层取样化验结果煤尘爆炸指数高达44486137故煤尘具有爆炸性强火焰长的特点生产过程中必须高度重视各煤层均有自然发火倾向特别是3上和3层煤极易自然太原群煤层虽有自然发火倾向但在兖州矿区至今尚无先例13井田开拓方式com拓方式井田采用为立井多水平上山开拓分为-350和-440两个开采水平com况南屯煤矿采用立井开拓大槽煤分-350m和-440m两个开采水平开采大槽煤时整个矿井共有4井筒即主井副井中央风井和白马河风井2 开采范围与生产能力21开采范围及储量com平的境界南屯煤矿小槽煤井田边境东以大峄山断层为界西以马家楼断层与里彦矿井为界北以皇甫断层与鲍店东滩两井为界南以2002年4月新调整的南屯北宿两矿边界6个坐标点连线与北宿矿井为界com平的尺寸和面积井田东西平均长105km南北平均宽34km面积约3547km2com平的地质储量可采储量及开采损害截至2001年底南屯煤矿保有地质储量284526万t工业储量191002万t可采储量139402万t其中3上和3下层煤地质储量145795万t工业储量109878万t可采储量76579万t下面就矿井小槽煤储量作一具体分析小槽煤地质储量108641万t其中15上层煤5072万t16上层煤39827万t17层煤49242万t18上层煤14500万t小槽煤工业储量81124万t其中15上层煤458万t16上层煤31078万t17层煤39680万t18上层煤9908万t永久煤住包括断层煤柱井田边界煤柱工广煤柱中央风井工广煤柱白马河风井工广煤柱村庄和铁路专用线一律不留保安煤柱八采区东断层一号井东断层和21号孔断层各留50m煤柱南部预备宿井田边界煤柱按兖州矿务局92兖煤局地字第77号文由北宿一侧留设北部皇甫断层留设50m煤柱西部马家楼断层留设50m煤柱永久煤柱总计为7214万t小槽煤设计储量为73910万t其中15上层煤433万t16上层煤27927万t17层煤36060万t18上层煤9490万t小槽煤开采损失按15计算可采储量Zk Zc-P C 81124-7214 x085 62823万tZk-矿井的可采储量Zc-矿井的工业储量P-矿井开采的煤柱损失C-采出率可采储量为62823万t其中15上层煤368万t16上层煤23738万t17层煤30651万t18上层煤8066万t可采储量中三下压煤达40854万t故经济可采储量为21969万t矿井小槽煤储量分析见表2-1储量煤层地质储量能利用储量永久煤柱设计储量开采损失可采储量暂不能利用储量ABCD其中计其中三下压煤ABCDAB下组煤15上507245845804582543365368251461416上3982731078310780213973151279274189237381559187491749242396803968002628436203606054093065120691956218上14500990899080249041894901424806643214592合计10864181124811240506297214739101108762823408527517表2-1南屯煤矿小槽煤储量分析表 单位万t22生产能力与服务年限com作制度年工作日300天每天3班作业日净提升时间14hcom计生产能力与服务年限由于小槽煤煤层较薄且中间含有炭质页岩夹矸和大量硫化铁结核机械化开采难度较大目前仍采用炮落机装的采煤工艺工作面单产相对较低近两年随着开采技术和管理水平的提高北宿杨村煤矿小槽煤工作面单产已由过去15万ta提高到3040万ta设计通过对矿井采掘关系对拉工作面生产能力技术管理水平等诸多因素综合分析认为小槽煤设计生产能力为100万ta比较合适目前矿区正在着手研究含硬夹矸薄煤层机械化开采这一难题若获得成功小槽煤工作面单产将达到5060万ta届时小槽煤生产能力可大幅度提高由于目前南屯矿大槽煤储量较少工作面接续较为紧张开采难度愈来愈大为此设计认为在大小槽煤同时生产期间矿井设计生产能力为240万ta适合似的在大槽煤结束后全部转入小槽煤生产时矿井设计生产能力为100万ta适合似的南屯煤矿大槽煤目前装备一个放顶煤综采工作面和一个大功率高产高效综采工作面工作面单产已达250300万ta能力近几年矿井实际生产原煤已超过400万ta考虑到今后大槽煤开采难度愈来愈大等特点设计按小槽煤投产前及大小槽煤同时生产期间矿井生产能力为400万ta全部转入小槽煤生产后矿井生产能力为100万ta计算取小槽煤储量备用系数14大槽煤储量备用系数13经计算矿井服务年限约为595万t其中大槽煤服务年限为185a小槽煤服务年限为439a小槽煤服务年限的计算T a 439年T-小槽煤的服务年限Zk-小槽煤的可采储量P-转入小槽煤生产后矿井的生产能力K-取小槽煤储量备用系数143开拓准备31水平延深方案的选择com 开拓延深设计原则为了选择出技术上和经济上都比较合理的下组煤开拓延深方案本设计遵循下列设计原则严格遵循煤炭工业设计规范煤炭工业技术政策煤矿安全规程等文件的有关规定尽量减少岩石巷道减少工程投资充分利用现有井巷设施及设备减少临时辅助工程量降低投资积极采用新技术新工艺和新设备在新水平选择更为合适的采煤方法先进的采掘技术和设备改革矿井井田开拓和采区准备方式加强生产管理延深的组织管理和技术管理施工和生产紧密结合协调一致尽量减少延深对生产的影响尽可能减少新旧水平的同时生产时间在经济合理的情况下尽量提高煤炭采出率延长矿井的服务年限充分考虑矿井的生产现状实际技术水平的特点com 影响开拓延深的主要因素南屯煤矿上组煤划分为-350m和-460m两个水平采用立井开拓方式下组煤的开拓延深方案的选择需要考虑以下几个因素充分利用南屯煤矿现有的工业场地井筒大巷等工程以减少投资缩短建设工期条件适宜时考虑采用倾斜长壁采煤法推进长度减少工作面搬家次数com 水平标高的确定1标高确定的原则有利于井田开拓布置及首采区巷道布置初期井巷工程量少基建投资少建井工期短矿井有较好的初期效益井底车场巷道及主要硐室位于较好的岩层中有利于施工和维护2标高的确定综合考虑煤层围岩条件为节省井巷工程量并有利于下组煤首采区巷道布置设计井底车场确定在-432m水平com 水平划分根据下组煤煤层地质条件结合目前的开采技术水平设计将小槽煤划分为-432m和-550m两个开采水平两水平之间设计用一组暗斜井即主副回风暗斜井联络-432m水平主要服务于矿井西翼-550m水平主要服务于矿井东翼本设计只对于-432m水平进行研究com开拓延深方案1提出开拓延深方案煤矿位于兖州向斜的南翼为一倾向北东倾角315的单斜构造东西北三面分别被峄山断层马家楼断层及皇甫断层所截井田内次一级褶曲及小断层发育属兖州煤田中构造较为简单类型-350m水平和-440m水平担负大槽煤开采任务对于下组小槽煤开采现提出三个开采方案 方案一混合井方案 副井附近新打一混合井小槽煤主副提升均有混合井担负担负运煤提矸任务混合井主提升装载水平和副提升装载水平均设在-432m此外小槽煤开采计划两个水平-432m水平为主水平另设一个-550m水平以供深层煤的开采回风由混合井进风经-432m水平轨道大巷轨道上山工作面回风上山-432m水平回风大巷西翼总回风上山至白马河风井排出地面方案一平剖面示意图如图3132所示方案二倾向暗斜井方案本方案设计采用轨道暗斜井回风暗斜井皮带暗斜井三条暗斜井分别担负辅助提升升降人员和主提升等任务井底标高-432m井底车场布置在16上煤底板中三条暗斜井均采用按煤层倾向布置倾角约为12左右其中轨道暗斜井长395m回风暗斜井长400m皮带暗斜井长390m另外通过新打的回风斜巷与白马河风井联络来解决回风问题方案二平剖面示意图如图3334所示方案三延深原有主副井方案本方案采用延深主井副井主井和副井分别担负延深水平的运煤与升降人员运输材料等任务方案三平剖面示意图如图3536所示2比较并确定延深开拓方案1技术比较延深开拓方案技术比较见表31表31 延深开拓技术方案技术比较表方案一方案二方案三优点1延深与生产相互干扰少可大大提高生产能力2充分利用了已经开拓好的巷道减少工程量3为矿井小槽煤进一步开采提供工程支持1利用暗斜井延深生产与延深互相干扰少2暗斜井的位置方向倾角以及提升方式均可不受原有井做主井系统简单且能筒的限制3暗斜井力打可充分利用原有井筒能力4相对费用较低初期工程量小投产快1可充分利用原有设备和设施2提升系统单一运转环节少经营费低管理较方便缺点增加了井底工程量还需要改造地面生产系统总的基建工程投资大采用暗斜井增加了提升运输环节和设备通风系统较复杂不利于维护1原有井筒同时担负生产和延深任务施工与生产相互干扰矿井将短期停产2接井时技术难度大矿井将短期停产3两个井筒的施工组织复杂4深井筒需要掘凿一笔临时工程延深后提升长度增加能力下降可能需要更换提升设备通过技术比较可以看出由于延深主井与副井时施工与生产相互干扰矿井可能短期停产不利于矿井发展并且延深井筒许要一些临时工程延深后的提升距离加大可能需要更换提升设备所以方案三的缺点严重且比较明显首先排除经济比较 基本建设费用 基本建设费用是按照设计规定的全部工程项目包括井巷费用土建工程设备购置安装工程及其它工程所需的费用巷道掘进费按式Lj Lj计算式中Lj巷道的掘进费 L巷道的长度 J单位长度掘进费用根据岩层性质断面大小支护形式施工管理等因素确定附表32 井巷工程掘进费用表 生产经营费生产经营费即为矿井生产过程中产生的费用包括回采工作面原煤成本井下运输费矿井提升费巷道维护费矿井通风费和矿井排水费表32 巷道掘进费用表方案一方案二项目名称单价 元m工程量m费用 万元项目名称单价元m工程量 m费用 万元混合井180004608280000轨道暗斜井33003951303500皮带暗斜井28003901092000回风斜巷28004001120000井底车场260025006500000联络巷280040112000上部车场260022005720000井底车场260022005720000合计14780000合计15067500巷道维护费根据式Lw LTwYw计算 式中Lw巷道的维护费用 元 L巷道长度 m Tw巷道维护时间 a Yw维护单价 元am附表33 巷道维护费用表 综合费用综合基本建设费用和生产经营费用得表34巷道综合费用表表33巷道维护费用表方案一方案二项目名称单价 元m工程量m服务年限费用 万元项目名称单价 元m工程量 m服务年限费 用万元混合井1746044344080轨道暗斜井65395441129700井底车场652500447150000皮带暗斜井5539044943800回风斜巷5540044968000联络巷604044105600上部车场652200446292000井底车场652200446292000合计7494080合计14601400表34巷道综合费用表方案一方案二费用名称费 用万元费用名称费 用万元巷道掘进费用14780000巷道掘进费用15067500巷道维护费用7494080巷道维护费用14601400合计22274080合计29668900 通过对方案一与方案二的经济比较方案一的经济费用小于方案二的经济费用综合技术和经济的比较方案一要优于方案二因此本设计选取方案一作为井田开拓方案32采区划分与接续com分采区划分与煤层赋存条件地质构造条件开采技术条件装备条件采煤方法及管理水平等因素有关南屯煤矿小槽煤地质构造较为简单本方案在充分考虑大小槽煤压茬关系的同时本着合理开采简化工艺有利于巷道布置及采区接续同时为将来小槽煤机械化开采及村庄下开采留有余地设计将小槽煤划分为十一十二十三十四十五十七十九等七个采区各采区具体参数及特征见表35com续小槽煤采区开采顺序按照由近到远由易到难先浅部后深部的顺序进行故首采区为西翼的十一和十三采区采区接续顺序为1十一采区十五采区十七采区十九采区2十三采区十二采区十四采区十九采区采区具体接续见表36表35小槽煤采区参数特征表序号采区名称面积km2可采储量万t生产能力万ta服务年限a备注1十一采区22745625065储量备用系数取142十二采区29558745084储量备用系数取143十三采区30364485092储量备用系数取144十四采区490979650140储量备用系数取145十五采区34666985095储量备用系数取146十七采区520992050141储量备用系数取147十九采区5441109150158储量备用系数取14为保证矿井持续稳定发展在小槽煤投产后必须降低对大槽煤的开采强度届时大槽煤为一个采区一个工作面生产为宜小槽煤初期投产两个采区每个采区设两个对拉工作面小槽煤工作面单产能力为25万ta待小槽煤机械化开采研究成功后每个采区布置一个对拉工作面届时为两个采区两个对拉工作面生产工作面单产能力为50万ta表36采区具体接续表com序 采区内工作面的推进方式为后退式采区同一区段内先采上层煤16上后采下层煤17在上层煤走向和倾向采过一定距离后上下煤层可同时开采以使两层煤搭配开采33大巷布置com输大巷-432m水平轨道运输大巷为平巷并设有3的流水坡度考虑到小槽煤矸石运输量较大设计轨道大巷为双轨巷道轨型30kgm轨距900mm为满足运输和通风要求净断面为1629m2com运输大巷 胶带机运输大巷为平巷并设有3的流水坡度胶带机运输大巷高于轨道运输大巷5m胶带输送机大巷内安装10m宽的胶带输送机并预留检修道根据设备要求净断面为921m2com巷 回风大巷原则上沿16上层煤顶板布置回风大巷为矩形巷道为满足通风需要设计净断面为108m2 三条大巷净岩柱不小于30m为便于巷道施工和设计检修三条大巷每隔500m布置一个联络巷34井筒井底车场及硐室com本设计采用新打一混合井对南屯煤矿下组煤进行开拓延深设计本混合井井筒直径8m井深550m井筒内装备主副提升两个系统主提升装备一对16t的箕斗型号为JDG1611504担负小槽煤的提升任务装载水平设在4-32m副提升装备一个3t矿车双层四车罐笼以及一个加宽罐笼型号分别为GDG3922GDG3922k担负大型设备材料以及-432m水平矸石的提升任务混合井断面见图37图37混合井断面com -432m水平井底车场1井底车场形式井底车场为立式环形车场见图38其理由如下混合井井筒与-432m水平轨道运输大巷距离较远原设计-432m水平井底车场为立式环形车场且空重车线及回车线与大巷三角交岔点已施工图38井底车场示意图2空重车线长度按每列车有8辆3t矿车组成空重线按照容纳15列车长度计算空重车线长度为Lmnl1l2l3 158365456543m式中 L空重车线长度mm列车数列n每列车的矿车数辆l1一个矿车带缓冲器长度ml210t架线电机车的长度ml3制动距离m目前已施工的井底车场空重线长度满足要求3井底车场通过能力煤的运输由皮带担负轨道只担负运送材料人员设备掘进矸石脏杂煤运输按须小槽煤年产100万ta矸石率40考虑年出矸石40万ta由于矸石在井底车场进行转换大巷电机车牵引的矸石列车不进入井底车场设计井底车场内只有一台进行调车作业根据矸石仓下装车设备能力通过计算一台机车完成一次调车循环时间为510s井底车场通过能力为1126万ta故满足要求com场硐室1排水系统硐室主排水泵房设在混合井出车线侧水仓由内外两仓组成总容量为3200m3大于小槽煤生产时8h正常涌水量主排水泵房设有两个出口一个出口为管子道直接与混合井联络另一个出口与井底车场出车侧巷道连接水仓入口设在-432m水平轨道运输大巷东尽头最低点2中央变电所-432m水平中央变电所与主排水泵房联合布置通道设在混合井进车线侧3火药库硐室火药库为壁槽式可容炸药3000kg雷管24万发设在一采区上山口附近并有专用回风巷直接与-432m水平西翼回风大巷连接4推车机翻车机硐室为满足矸石转换在井底车场与轨道大巷连接处设有推车机翻车机硐室硐室为通过式在翻车机与通过线之间设有防尘隔墙5矸石仓及矸石上仓皮带巷翻车机硐室下部设有矸石仓净直径5m容量250t在仓上部安装脏杂煤动筛装置在井底车场重车线位置设有矸石装车仓该仓净直径6m容量400t两矸石仓之间设有矸石上仓皮带巷6其它硐室包括等候室调度室医务室工具室消防材料库电机车修理间混合井清理撒煤硐室等其中等候室混合井清理撒煤硐室已施工35水平接替时的技术措施水平过渡时期432水平和-350水平同时生产增加了提升通风和排水的复杂性所以应采取恰当的技术措施小槽煤主副提升均有混合井担负混合井主提升装载水平设在-370m与主井装载水平一致-432m水平生产的小槽煤通过小槽煤上仓皮带巷运至-350m水平井底车场7号煤仓经装载皮带由混合井主提升提升至地面生产系统混合井副提升已装备-432m水平改扩建移交生产时小槽煤上仓皮带巷及-432m水平井底车场空重车线基本施工完成-432m水平西翼轨道大巷已施工120m故小槽煤主副提升系统及第一开采水平标高已确定当小槽煤投产后大槽煤主要集中在七采区和九采区布置一个综采工作面利用副井进风中央风井回风小槽煤十二采区十四采区十七采区和十九采区的通风由混合井进风通风方式仍采用抽出式通风十一十三十五采区由混合井进风经-432m水平轨道大巷轨道上山工作面回风上山-432m水平回风大巷西翼总回风上山至白马河风井排出地面这些采区为小槽煤生产的前期采区均利用白马河风井回风开采-350大槽煤时的水下放到-432水平采用中央集中式排水在井底车场设有中央水泵房及水仓混合井现已敷设排水管路4采区设计41采区概况及地质特征com置范围及地面情况十一采区位于南屯井田的西翼南部为432m水平上山采区距432m水平井底车场平均距离约15km为本井田下组煤-432m水平首采区该采区南至井田边界与北宿矿井十四采区相邻东部以工业广场保护煤柱为界西部以一采西部断层为界北至-432m回风大巷和-432m皮带运输大巷与十二十五采区相邻采区东西长265km南北宽131km面积264km2采区内煤层底板标高为-370m-405m采区地面地貌类型为山前冲积平原地势自东向西逐渐降低地面标高为40m45m采区上方东部为故夏村西部为上组煤采空塌陷区白马河从采区西部南北向穿过采区上方有6条呈近南北东西向排列高压线采区东部为南屯矿工业广场东南部为科澳电铝公司和电厂十一采区北部为尚未开拓的十二采区十五采区西部为尚未开拓的十三采区南部为北宿煤矿的十四采区十四采区的16上层煤仅剩下最后一个正在回采的1468工作面其余16上层煤已回采完毕该采区17层煤已回采了1472一个工作面十一采区上部为上组煤一三采区该范围内除三采区33上15工作面为待采工作面外其余工作面均已回采com层及其顶底板特征本采区所开采的下组煤主要赋存于石炭系太原组其中16上煤17煤全区稳定可采属稳定煤层15上煤为不可采煤层18上煤为局部可采煤层根据煤质化验结果区内煤类单一各煤层的工业牌号稳定均属气煤各主要煤层的间距厚度结构稳定性产状可采性指标和变异系数com表41 十一采区各煤层情况一览表煤层厚度 m 煤 层 间 距 m 结构夹 石可采性层数厚度 m 岩 性15上000073045325143923605108300646492简单1不定炭质泥岩油页岩不可采16上05510309简单0-10炭质泥岩炭质砂岩补27号孔周围不可采17088126105简单0100010炭质泥岩细砂岩全区可采18上061126089复杂0200068铝质泥岩局部可采表42 十一采区煤层稳定性评价一览表煤层穿过煤层层位点数个穿过煤层层位点类型有效点数 个 可采性指数Km煤厚变异系数 煤层稳定性可采点 个 不可采点 个 15上71670145647极不稳定16上12111120921553稳定171212012100954 稳定18上12111120921931稳定十一采区内各主要煤层顶底板情况分述如下15上煤 该煤层位于太原组中下部其顶板为九灰厚度薄沉积较稳定岩性粗糙间夹泥质条带含大量动植物化石采区内北部中西部九灰下相变为炭质泥岩或油页岩压煤顶板岩层厚度为012m148m平均厚度为087m15上煤底板在采区北部为灰黑色泥岩致密性脆厚层状结构采区内向南逐渐相变为粉砂岩粉砂岩灰黑色细粒状结构性脆致密底板岩层厚度为092m1185m平均厚度为640m16上煤 该煤层位于太原组下部十下层灰岩为其直接顶板层位稳定岩性致密岩石坚硬裂隙发育灰岩厚度为403m782m平均厚度为520m16上煤底板为灰浅灰色铝质泥岩致密性脆局部含砂质遇水膨胀松软其泥岩厚度为021m938m平均厚度为180m17煤 该煤层位于太原组下部大部以第十一层灰岩为其直接顶板南部多以粉砂岩为其直接顶板第十一层灰岩灰白-灰色质不纯含动植物化石粉砂岩黑色岩性致密偶见植物化石岩层厚度为02m382m平均厚度为152m17煤底板多数为灰-浅灰色铝质泥岩致密性脆局部含砂质遇水膨胀松软局部为泥岩或灰黑色砂质泥岩岩性均一性脆水平层理其岩层厚度为089m646m平均厚度为186m18上煤 该煤层位于太原组底部顶板大部为深灰色-灰色泥岩岩性致密均一具贝壳状断口厚度不均在采区中南部局部地段顶板相变为灰黑色粉砂岩性脆致密自上而下变细下部渐为泥质岩层总厚度075m646m平均厚度为295m18上煤底板为浅灰色-灰色铝质泥岩性脆致密遇水膨胀松软岩层厚度为020m653m平均厚度为18mcom文地质特征十一采区位于井田的西南部地表以上组煤开采塌陷积水及村庄为主无河流通过塌陷区积水深度在36m由于第四系中组粘土层的隔水作用地表水与矿井开采无明显关系十一采区内共有精查期及上组煤生产期间施工的钻孔共12个其中精查期9个3上煤层回采时均已启封生产期间施工的3个钻孔封孔质量良好区内无封闭不良或情况不明钻孔据精查地质报告16上和17煤回采时主要充水含水层为第十下层灰岩和第十四层灰岩正常地段开采由于上述两层含水层赋水性较弱厚度小补给条件不良且以静储量为主回采期间不会出现威胁安全生产的突水事故十四灰距奥灰较近间距在断层发育地段变小奥灰水压大且水量丰富在断层导水条件下奥灰水可能通过断裂通道与十四灰发生水力联系进入矿井对矿井开采带来威胁从十一采区已有地质及水文地质资料分析认为16上层煤开采时十下灰岩为直接充水含水层构造发育富水部位可能有淋水出现或形成采后涌水17煤回采时直接顶板十一灰由于厚度小赋水性差回采时涌水量小对生产无影响十四灰本区赋水性差排除与下部奥灰联通的条件下涌水量也较小只有在构造发育部位可能有底板水渗出现象对正常生产一般无较大影响com质情况根据地质说明书提供的资料11采区其他地质情况1瓦斯根据下组煤-432m补充勘探地质报告16上17煤层瓦斯成分和含量测定情况见表43从表中可以看出16上17煤层均属瓦斯风化带之CH4-N2带瓦斯含量小为1mlg故本区瓦斯含量较低属于瓦斯风化带为低瓦斯采区但在生产中仍需注意瓦斯含量的测定预报和通风安全工作特别是瓦斯容易聚集的区域如顶板封闭性好开采的相对深部向斜轴部等以防局部瓦斯富集而对生产造成影响2煤尘-432m水平下组煤各可采煤层的煤质牌号均为气煤挥发分较高一般为40而影响煤尘爆炸的主要因素是煤中的挥发分含量挥发分含量愈高煤尘爆炸的危险性就愈大补充勘探期间在南下2号孔取1个样品对16上17煤煤尘爆炸性进行了测定16上煤的煤尘爆炸性指数为4705471017煤的煤尘爆炸指数为47704789均远远大于28煤尘的火焰长度均大于400mm岩粉量8095说明煤尘具有爆炸性强火焰长的特点生产过程中必须给予充分重视3煤的自然发火补充勘探期间没有进行下组煤自然发火倾向的测试但矿井在精查期间对丁97号孔对16上煤和17煤的自然发火倾向进行了测试自然发火等级为24级均有自然发火趋势4矿压根据邻近北宿煤矿矿压观测结果16上煤层直接顶稳定老顶来压强烈17煤层直接顶中等稳定至稳定老顶来压强烈顶板观测综合成果见表44表43瓦斯成分和含量测定情况表 煤层项目16上17瓦斯成分 CH410001751125332760498335323CO2597150011503336273316183N2及其它75