邢台煤矿2.4Mta新井设计

第 页 共 120 页1 目录 设计总说明 5 一般部分 7 1 矿井 概述及井田地质特征 8 1 1 矿井概述 8 1 1 1 矿井位置 范围 8 1 1 2 交通条件 8 1 1 3 地形地貌 9 1 1 4 井田气候 9 1 1 5 地震烈度 10 1 2 井田地质特征 10 1 2 1 井田地质构造 10 1 2 2 井田煤系地层概述 10 1 2 3 煤层及主要可采煤层特征 12 1 2 4 井田的水文地质特征 12 1 2 5 煤的含瓦斯性 13 1 2 6 煤层的自然发火性 13 1 2 7 矿井涌水量 13 2 井田境界及储量 14 2 1 井田境界 14 2 1 1 井田划分的依据 14 2 1 2 井田四周境界 14 2 2 矿井工业储量 14 2 2 1 勘探类型及储量等级的圈定 14 2 2 2 矿井工业储量的计算 15 2 3 矿井可采储量 16 2 3 1 保护煤柱储量及可采储量的计算 16 3 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 19 3 1 矿井工作制度 19 3 1 1 矿井年工作日数的确定 19 3 1 2 矿井工作制度的确定 19 3 1 3 矿井每昼夜净提升小时数的确定 19 3 2 设计生产能力及服务年限 19 3 2 1 矿井设计生产能力确定依据 19 3 2 2 矿井设计生产能力 20 3 2 3 矿井服务年限 20 4 井田开拓 21 4 1 井田开拓的基本问题 21 4 1 1 井筒形式及数目 21 4 1 2 工业广场及井口位置的确定 22 4 1 3 开采水平的确定及采区划分 23 4 1 4 开采水平布置及井底车场选型 24 4 1 5 采区划分及其布置 25 4 2 开拓方案比较 26 4 2 1 提出方案 26 4 2 2 技术比较 28 4 2 3 开拓方案经济比较表 29 4 2 4 综合比较 31 第 页 共 120 页2 4 3 矿井基本巷道 31 4 3 1 井筒 32 4 3 2 井底车场 35 4 3 3 主要开拓巷道 36 5 采区巷道布置与采区生产系统 39 5 1 采区概况 39 5 1 1 采区位置 边界及范围 39 5 1 2 采区地质和煤质情况 39 5 1 3 采区生产能力 储量及服务年限 39 5 2 采区巷道布置 39 5 2 1 区段划分 39 5 2 2 采区上山布置 40 5 2 3 采区车场布置 41 5 2 4 采区硐室简介 44 5 2 5 采区工作面接续 45 5 3 采区准备 45 5 3 1 采区巷道的准备顺序 45 5 3 2 采区巷道的断面图及支护方式 46 6 采煤方法 48 6 1 采煤方法和回采工艺 48 6 1 1 选择采煤方法 48 6 1 2 采煤工作面工艺设计 48 6 1 3 回采工艺 52 6 2 综放工作面巷道布置 56 7 矿井运输 58 7 1 采区运输设备 58 7 1 1 刮板输送机的选择计算 58 7 1 2 带式输送机的设计计算 61 7 2 大巷运输设备 64 7 2 1 矿车选择 65 8 矿井提升 67 8 1 设计依据 67 8 1 1 主井提升 67 8 1 2 副井提升 67 8 2 提升容器的选型计算 67 8 2 1 小时提升量 67 8 2 2 合理的经济提升速度 67 8 2 3 一次提升循环时间 68 8 2 4 一次合理提升量的确定 69 8 2 5 计算一次提升循环提升时间 Tx 和所需的提升速度 vm 69 8 3 提升钢丝绳的选择计算 70 8 4 提升机与天轮的选择计算 71 8 4 1 滚筒 或摩擦轮 直径的确定 71 8 4 2 天轮的选择 72 8 5 提升机与井筒的相对位置 72 8 5 1 井架高度 72 8 5 2 尾绳环高度 73 9 矿井通风及安全 74 9 1 通风系统确定因素 74 第 页 共 120 页3 9 1 1 选择通风系统的原则 74 9 1 2 通风系统的确定 74 9 2 采区通风系统选择 77 9 2 1 采煤工作面通风类型的确定 77 9 2 2 掘进通风局部通风机通风系统 79 9 2 3 通风容易和通风困难两个时期位置的确定 79 9 3 全矿所需风量的计算及其分配 79 9 3 1 井风量计算原则 79 9 3 2 矿井风量计算 80 9 3 3 矿井风量的分配 84 9 3 4 风速的验算 85 9 4 全矿通风阻力的计算 86 9 4 1 通风阻力计算原则 86 9 4 2 矿井通风总阻力计算 87 9 4 3 矿井总风阻 87 9 4 4 全矿井巷通风阻力的计算 88 9 5 矿井通风设备的选择 90 9 5 1 矿井通风设备的要求 90 9 5 2 选择主要通风机 91 9 5 3 电动机的选择 94 9 6 矿井灾害防治技术 95 9 6 1 防治瓦斯 95 9 6 2 防治煤尘 95 9 6 3 防治火灾 96 9 6 4 防治水 96 10 矿井基本技术经济指标 98 参考文献 99 专题部分 101 软岩巷道支护技术研究 103 1 前言 104 1 1 选题背景及意义 104 1 2 国内外研究发展状况 105 2 软岩巷道的分析 106 2 1 软岩的分类 106 2 2 软岩的赋存特点 107 2 3 软岩的特征 107 2 4 围岩的变形 107 2 5 软岩巷道变形的一些主要特点 109 3 理论研究 110 3 1 巷道支护理论 110 3 2 巷道支护原理 111 4 软岩巷道对支护的要求 对策及技术 112 4 1 软岩巷道对支护的要求 112 4 2 软岩巷道的支护对策 112 4 3 软岩巷道支护技术 113 5 实例应用效果 114 5 1 工程概况 114 第 页 共 120 页4 5 2 该工程巷道支护设计 115 5 2 1 新掘巷道支护方案 115 5 2 2 已变形巷道修复加固方案 116 5 3 井下试验与支护效果分析 117 7 总结 118 参考文献 119 致 谢 120 第 页 共 120 页5 设计总说明 摘要 本设计包括两个部分 一般部分和专题部分 一般部分为邢台矿新井设计 全篇共分为十个部分 矿区概述及地质特征 井田境界及 储量 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 井田开拓 准备方式 采区巷道布置 采 煤方法 井下运输 矿井提升 矿井通风与安全和设计矿井主要经济技术指标 邢台矿井平均走向长度约为 4892 m 平均倾斜长度约为 2698 m 面积 13 2 平方公里 本井田内的可采煤层有 2 煤 8 煤 厚度分别为 6m 6 5m 总厚度为 12 5m 倾角平均为 12 度 井田内工业储量 2 5 108 吨 可采储量 1 982 108 吨 邢 台 矿 年 设 计 生 产 能 力 240 万 t a 服 务 年 限 60 年 采 用 立 井 斜 井 延 伸 三 水 平 上 山 开 拓 矿 井 采 用 走 向 长 壁 综 合 机 械 化 采 煤 法 矿井布置一个综采工作面保证全矿井的产量 长度 200m 煤在运输大巷的运输采用皮 带运输 矿井的通风方式采用采区式通风 关键词 走 向 长 壁 综 合 机 械 化 立 井 三 水 平 上 山 开 拓 采区式 第 页 共 120 页6 Design General Information Abstract The design includes two parts a general part and special part General part of the new well design for the XingtaiMine all articles is divided into ten parts an overview of mining and geological features Ida realm and reserves mine work system design capacity and service life Ida development preparation methods Roadway layout mining methods underground transport Mine mine ventilation and mine safety and design of the main economic and technical indicators The average strike length of about Xingtai Mine 4892 m average slope length of about 2698 m an area of 13 2 square kilometers The coal layer within Ida 2 coal 8 coal thickness were 6m 6 5m the total thickness of 12 5m the average angle of 12 degrees Ida of industrial reserves 2 5 108 tons of recoverable reserves of 1 982 108 t Xingtai Mining annual production capacity of 2 4 million t a the service life of 60 years With shaft shaft extension and three levels up the mountain to open up mine used mechanized longwall mining method Mine layout of a fully mechanized coal face in the whole mine production the length of 200m coal transportation in the use of Transport Tunnel belt transport Mine ventilation with mining area ventilation Keywords long wall comprehensive mechanization shaft and three levels up the mountain to open up mining area type lley locomotive The ventilation mode of this mine is central unattached mode Keywords The strike longwall comprehensive mechanization shaft single level upward and downward development central unattached mode 第 页 共 120 页7 一 般 部 分 邢台矿 240 万吨新井设计 第 页 共 120 页8 1 矿井概述及井田地质特征 1 1 矿井概述 1 1 1 矿井位置 范围 邢台矿位于河北省邢台市西南部 地理坐标为 东经 114 24 15 114 30 34 北纬 36 58 31 37 03 53 矿区范围由以下 29 个坐标拐点圈定 矿区 面积 31 9218km2 拐点坐标详见表 1 1 表 1 1 邢台矿矿区范围坐标拐点表 序号 X Y 序号 X Y 1 4094010 38537150 16 4103740 38544545 2 4094480 38538833 17 4103540 38544080 3 4094540 38540335 18 4103155 38543555 4 4094890 38540670 19 4101980 38542190 5 4095400 38540985 20 4102280 38542370 6 4096275 38541310 21 4100730 38540245 7 4096820 38541670 22 4099080 38538980 8 4097730 38541920 23 4099205 38538600 9 4098415 38541950 24 4098730 38538190 10 4098905 38542270 25 4097990 38537815 11 4099485 38542845 26 4097000 38537210 12 4101060 38543340 27 4096330 38536750 13 4101880 38543885 28 4095685 38536535 14 4102690 38544520 32 4093920 38536005 5 4103905 38545305 矿区东以 F2 1 断层为界 南以 F12 断层为界 西及北以九号煤层露头线为界 全矿区划 分为三个勘探区 第 I 勘探区 东以 F2 断层为界 南以地面建筑物保护煤柱为界 西 北以 九号煤层露头线为界 面积 4 613km2 第 II 勘探区 东以 F6 F 26 断层为界 南以 F12 断层 为界 北 西以九号煤层露头为界 面积 0 875km2 第 III 勘探区 东以 F2 F 2 1 断层为界 第 页 共 120 页9 南以 F12 断层为界 西以 F6 F 26 断层为界 与第 II 勘探区相邻 北以建筑物保护煤柱线为 界 与第 I 勘探区相邻 面积 26 434km2 邢台矿现生产区位于第 III 勘探区 其南北长约 9km 东西长约 3km 面积约 27 km2 1 1 2 交通条件 邢台矿行政区除南部及东西两侧分别隶属沙河县管辖外 其余均归邢台市管辖 矿区东 侧有京广铁路通过 东北距邢台火车站 7km 东距小康庄站 4km 并有煤矿专用铁路线与矿 区沟通 此外 矿区内公路四通八达 交通非常方便 见矿区交通位置图 图 1 1 图 1 1 交通位置图 1 1 3 地形地貌 邢台矿区位于华北平原西缘 区内地形平坦 地面标高 70 100m 高差仅 30m 该 区属海河流域 区内地表水系不甚发育 主要有七里河 沙河 七里河位于矿区北部 全长约 68km 上游黄店以上流量为 8000 0 15m 3 s 在北会以 下变为潜流 计算平均渗漏量为 0 346m3 s 矿区内常年干涸 河床宽 300 500m 雨季偶 有流水 沙河位于矿区南部 上游分南 北两支 南支又名渡口川 发源于沙河县蝉房 全 长 35km 渡口以上常年有水 流量 9786 0 24m 3 s 上游在八里庙附近变为潜流 1975 年 8 月 22 日在佐村实测漏失量 2 00m3 s 北支又称朱庄川 起源于邢台县白鹿角 全长 50km 上游朱庄以上常年有水 流量 8360 0 068m 3 s 平均 3 96m3 s 至东坚固附近变为 第 页 共 120 页10 潜流 1975 年 8 月 22 日实测漏失量 4 18m3 s 在矿区内属季节性河流 1 1 4 井田气候 本区属温带大陆性气候 四季分明 据邢台气象站 1954 1987 年观测资料 最高气温 41 8 1961 年 6 月 12 日 最低温度 22 4 1958 年 1 月 16 日 年平均气温 13 2 最大年降水量为 1269mm 1963 年 最小年降水量 222 9mm 1986 年 年平均降水量 532 7mm 蒸发量年平均为 1887 0mm 大于降水量 春末夏初多风 南风为主 北风次之 年平均风速为 2 0m s 矿区内雨季集中在 7 9 月份 占全年降水量的 65 75 丰水年与 枯水年降水量相差 3 5 倍 并存在 10 年左右的气象周期 从而形成了地下水 集中补给 的条件 自 1972 年以来 受全球性气候变化的影响 区内年平均气温与蒸发度逐年增高 降水量和相对湿度逐年减少 11 月至翌年 2 月为 冻结期 冻土最深 400 毫米 最大积雪 深度 150 毫米 1 1 5 地震烈度 矿区属地震活动区 历史上多次发生过地震 其东边的隆尧县曾于 1966 年 3 月 8 日发 生过 7 2 级地震 1 2 井田地质特征 1 2 1 井田地质构造 邢台矿处于太行山拱断束 块状断层化的复背斜 东翼边缘的断阶上 井田西侧属于上 升的太行背斜的主体 东侧紧靠下降的华北断拗带的边缘 由于处在构造上升与下降间的过 渡地带 区内构造以剪切断裂为主 褶皱表现轻微 1 褶皱 井田内基本构造为一短轴向斜盆地和断层所复杂化了的平缓单斜地层 地层产状总的趋 势是 走向为 N20 50 E 倾向东南 地层倾伏平缓 倾角一般在 5 25 局部达 40 在单斜地层上表现的次一级褶皱为短轴向斜和鼻状背斜 分布在勘探区的西南部和东部 卧庄 洛阳向斜盆地 是井田内的主要褶曲 其盆地部位在卧庄 洛阳之间 该向斜盆 地的南翼 东翼 由于断层的影响 下盘地层上升 煤系地层均被剥蚀 西翼 北翼地层倾 角均比较开阔 西翼断层密集 形成地堑 地垒 2 断层 本次报告共查明矿区内有断层 3 条 均为正断层 1 2 2 井田煤系地层概述 本矿区全部为新生界所覆盖 主要含煤地层为石炭系 二叠系近海型海陆交互相含煤岩 第 页 共 120 页11 系 现分述如下 1 石炭系中统本溪组 C2b 底部为风化残积的紫红色褐铁矿层和滨海静水湖泊沉积的铁质泥岩 铁质鲕状铝土泥岩 往上为 1 2 层薄层石灰岩 本溪灰岩 含海百合 纺纺锤蜓 腕足类 珊瑚等海生动物化 石 为本组明显的标志层 数层灰 深灰色泥岩 砂质泥岩和细粒砂岩 主要层理类型为水 平层理 含海豆芽化石及植物碎屑及根部化石 并含有黄铁矿结核 中上部含一层厚 0 3m 左右的煤层 俗称尽头煤 此煤层有时夹在灰岩中 此煤层极不稳定 无开采价值 本组厚 20m 25m 平行不整合于奥陶系中统峰峰组灰岩之上 沉积在凹凸不平的古剥 蚀面上 2 石炭系上统太原组 C3t 本组由深灰色 黑色泥岩 粉砂岩 灰 灰白色砂岩及四层灰至深灰色石炭岩 8 14 层煤相间交互组成 泥岩 粉砂岩中常含炭质 部分含有钙质 岩石致密 富含腕足类 海豆芽 海百合茎 等动物化石及猫眼鳞木 卵脉羊齿及镰刀羊楔叶及科达等植物化石 并含有黄铁矿薄膜 菱 铁矿质及硅质结核 砂质包裹体等 砂岩以细 中粒砂岩居多 成分以石英为主 风化长石次之 含有白云母片等 多为泥 质胶结 也有钙质胶结 层理类型丰富 以水平层理 波状层理 斜层理和交错层理为主 含镜煤透镜体 树干化石及泥质包裹体 灰岩中含有丰富的海生动物化石 大青灰岩中产有 长似纺吹棰蜓 柔似纺棰蜓 平常 希瓦格蜓 太原网格长身贝和海百合茎等 野青灰岩中产有 长似纺棰蜓 柔似纺锤蜓 大 豆柔似纺棰蜓 高尚希瓦格蜓及太原网格长身贝等 化石保存完整性差 本组为典型的海陆交互相沉积 由浅海相和陆海过渡相组成 标志层多且稳定 其顶界 为北叉沟砂岩底 底界为晋祠砂岩底 全组厚度约 150m 为本井田重要的含煤地层 含有 六层参与储量计算的煤层 占参与储量计算煤层总数的 80 本组与下伏地层本溪组呈整合接触 3 二叠系下统山西组 P2s 由深灰色 灰 黑色粉砂岩 砂质泥岩 灰至灰白色砂岩及 3 5 层煤交互组成 岩层 中常有硅质结核及包裹体 砂质泥岩 粉砂岩 特别是煤层顶板 中富含植物化石 主要有猫眼鳞木 耳脉羊齿 中国瓣轮叶 星轮叶 芦木及带科达等 煤层底板含有根化石 第 页 共 120 页12 砂岩中以中粒砂岩为主 石英 云母为其主要成份 多为泥质 钙质胶结 多为平行层 理 波状层理 斜层理 含炭化或镜煤化的植物树干化石和碎屑化石 并有泥质包裹体 煤层集中发育在本组下部 本矿目前主采煤层 2 煤就在此组 本组顶界为骆驼钵砂岩 底为北叉沟砂岩底 厚约 60m 左右 本组由过渡相与陆相组 成 与下伏太原组呈整合接触 1 2 3 煤层及主要可采煤层特征 井田内的两层可采煤层的结构 厚度及一般特征描述如下 一 2 煤层 2 煤层为厚煤层 煤厚平均 6 米 煤岩类型以半亮型和半暗淡型煤为主 中间夹 1 2 层暗淡型煤 底部为光亮型煤 煤层中节理裂隙发育 棱角状断口 煤的硬度 f 0 4 0 9 容重 1 52 二 8 煤层 8 煤层为厚煤层 煤层厚度平均 6 5 米 中煤岩类型以光亮型和半光亮型为主 内生节 理发育 玻璃光泽 贝壳状断口 煤的硬度 f 0 3 1 1 容重 1 52 表 1 2 煤层赋存情况表 煤层厚度特征 煤层 极小值 极大值 平均值 标准 差 变异 系数 结构特征 层间距 极小值 极大值 平均值 可采 类型 稳定 类型 2 5 3 6 5 6 0 17 0 24 零星见 1 层夹矸厚度 0 30m 全区可采 稳定 8 6 16 6 62 6 5 0 13 0 15 零星见 1 层夹矸 厚度 0 15m 65 2 72 6 70 3 全区 可采 稳定 1 2 4 井田的水文地质特征 1 上组煤层 上组煤包括 1 2 4 下 5 号煤层 该组 1 2 煤层顶 底板基本为砂岩含水层 4 下 5 煤层顶 底板为野青 伏青灰岩 富水程度较弱 钻孔抽水单位涌水量为 0 00135 0 0599l s m 开采揭露的水点水量不大 考虑到断层发育 含水层相互沟通 在有 大青 奥陶系灰岩水情况下 防治水工作较为困难 因此 矿井水文地质条件为中等型 2 下组煤层 下组煤包括 6 7 8 9 号煤层 该组 6 7 号煤层顶板为伏青灰岩含水层 底板为大青 灰岩含水层 在煤层与大青灰岩之间 有 10m 左右的富含菱铁质砂泥岩隔水层 层位稳定 分布连续 对于带压开采有利 顶板伏青灰岩含水层富水程度较弱 大青灰岩含水层富水程 第 页 共 120 页13 度中等 钻孔抽水单位涌水量为 0 00168 1 626L s m 加上断层密度较大 防治水工作较为 困难 因此 6 7 号煤层水文地质条件为复杂型 在 区可按极复杂型对待 该组 8 下 9 号煤层顶板为大青灰岩含水层 底板为本溪组和奥陶系灰岩含水层 其顶 底板灰岩含水层均含岩溶裂隙水 顶板大青灰岩含水层富水程度中等 复杂 见大青水文地 质图的分区情况 底板本溪组和奥陶系灰岩含水层富水程度复杂 极复杂 就开采暴露和勘 探期间揭露该层情况看 大青水水量中等 部分点偏弱 本溪组 奥陶系水水量中等到极强 且三者水压较高 矿井防治水工作很困难 综合分析评定 8 下 9 号煤层的水文地质类型 区为极复杂型 区为复杂型 1 2 5 煤的含瓦斯性 根据勘探阶段取样器采区主要煤层的瓦斯煤样化验结果 瓦斯都不大 瓦斯等级鉴定为 矿井瓦斯等级 低瓦斯矿井 矿井瓦斯绝对涌出量 0 73m min 矿井相对涌出量 0 12m t d 1 2 6 煤层的自然发火性 残留在采空区的碎煤和煤柱 存放在地面的煤堆 以及接近露头的煤层 由于与空气接 触而氧化生热 在散热条件下不畅的情况下 氧化生成的热量大于向四周逸散的热量 致使 煤的温度逐渐升高 一旦达到煤的燃点时 就会发生煤的自燃 根据检验结果可知该矿煤层为不易自然煤层 1 2 7 矿井涌水量 矿井正常涌水量 150 m3 h 最大涌水量 240 m3 h 第 页 共 120 页14 2 井田境界及储量 2 1 井田境界 2 1 1 井田划分的依据 在煤田划分为井田时 要保证各井田有合理的尺寸和境界 使煤田各部分都能得到合理 的开发 煤田范围划分为井田的原则有 1 井田范围内的储量 煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相适应 2 保证井田有合理尺寸 3 充分利用自然条件进行划分 如地质构造 断层 等 4 合理规划矿井开采范围 处理号相邻矿井间的关系 2 1 2 井田四周境界 邢台井田勘探范围东以 F2 断层为界 南以 F12 为界 北 西以煤层与掩盖层接触线为界 东西长约 3 公里 南北长约 15 公里 勘探面积约 45 平方公里 井田北部为邢台市建筑区京 广铁路由此通过 京广铁路以北煤层主要为 41 煤层 这部分煤层除去邢台市建筑物压煤及 京广铁路压煤外所余煤量不多 且这部分煤层距离井筒较远 回采时又要穿过京广铁路煤柱 通风运输都不方便 成本高 又邢台市的建筑有继续向南发展的可能 占用这片土地 据此 京广铁路以北的煤层暂不考虑回采 2 2 矿井工业储量 2 2 1 勘探类型及储量等级的圈定 根据对煤矿床的勘探 研究程度和煤炭工业建设的需要 将煤炭储量划分为 A B C D 四级 其中 A B 级成为高级储量 是在精查和详查阶段 通过较密或系统的 勘探工程控制 含煤性 煤层产状等均已查明或基本查明 勘探程度高或较高的储量 C 级 储量是在普查 详查 精查阶段 通过稀疏的勘探工程控制 含煤性 煤层产状等已初步查 明 有一定勘探储量的煤炭储量 D 级储量是探明储量最低的一级储量 是在找煤 普查 详查阶段 通过地质填图和少量勘探工程控制 对含煤性 煤层产状等有初步了解的煤炭储 第 页 共 120 页15 量 由于地质情况查明的程度不够 有待进一步探明 也称为远景储量 储量级别越高 表 明煤层地质条件查明的越清楚 煤炭数量和质量的可靠性越高 由于本矿井煤质稳定 煤类单一 水文地质条件中等 煤系中无岩浆岩破坏活动 因此储量级别的划分主要依据对地质构造和煤层的控制 研究程度 总的来看 本矿地质构 造复杂程度总体上偏简单 邻近不可采边界的块段均不圈定高级储量 断层煤柱不圈定高级 储量 一律降为 C 级储量 对难以开采的小而孤立的块段 不圈定储量 不进行单独计算 2 2 2 矿井工业储量的计算 矿井工业储量是指在井田范围内 经过地质勘探 煤层厚度与质量均合乎开采要求 地 质构造比较清楚 目前可供利用的可列入平衡表内的储量 矿井工业储量一般即 A B C 级 储量 井田范围内全区可采煤层为 2 煤 8 煤共 2 层煤 1 计算数据的依据及方法 1 投影面积 以 1 5000 煤层底板等高线图为基础 划分储量计算块段 块段形状 规则的以几何图形求面积的方法计算 不规则的 则用求积仪在图上求得 2 煤层厚度及倾角 计算块段储量使用的煤厚及倾角是按 储量规程 要求计算的 控制该块段的工程揭露的各见煤点的煤厚及倾角平均值 3 容重 计算块段储量使用的容重如下 表 2 1 单位 吨 米 3 煤层 2 煤 8 煤 容重 1 52 1 52 4 设计回采率 我矿采用 储量规程 规定的各类煤层的回采率数据如 表 2 2 煤层 2 煤 8 煤 回采率 85 85 2 储量计算公式 按 生产矿井储量管理规程 规定储量计算采用公式为 第 页 共 120 页16 本井田面积约为 13 2km2 可采煤层 2 8 煤层平均厚度为 12 5 米 煤的容重为 1 52 t m3 则井田工业储量为 Zc Zc M S 13 2 12 5 106 1 52 2 5 108t 式中 Zc 矿井工业储量 t M 煤层煤层平均厚度 m S 井田面积 km 2 煤的容重 取平均值为 1 52 t m 3 2 3 矿井可采储量 2 3 1 保护煤柱储量及可采储量的计算 1 计算井田内的工业储量时应考虑的储量损失为 1 工业广场保护煤柱 2 井田内村庄保护煤柱 村庄已搬迁 3 井田境界及地质构造保护煤柱 4 采煤方法所产生的巷道煤柱 5 采煤运输时的损失煤柱 2 工业广场保护煤柱 工业场地的选择主要考虑以下因素 尽量位于井田储量中心 使井下有合理的布局 占地要少 尽量做到不搬迁村庄 尽量布置在地质条件较好的区域 同时工业场地的标高要高于最高洪水位 尽量减少工业广场的压煤损失 根据以上原则并结合本矿井的实际情况 并依据 关于煤矿设计规范中若干条文修改的 决定 试行 之规定 设计矿井生产能力 240 万吨 每 10 万吨煤所占的工业广场面积为 1 公顷 故设计矿井的工业广场面积为 S 240 10 1 104 图 2 1 基岩移动角和表土层移动角 第 页 共 120 页17 断 面 断 面 建 筑 物 的 长 轴 方 向 煤 层 围 护 带 图 2 2 用垂直断面法确定建筑物下安全煤柱 设计工业广场形状为长方形 长为 600 m 宽为 400m 矿井的表土层厚度为 30 米 煤 层平均倾角 12 75 75 12 冲击层移动角 50 围护带宽度为 15 m 第 页 共 120 页18 表 2 3 地表层移动角及岩层移动角 地表层厚度 m 30 50 75 75 75 经计算得 梯形高度 h 675 78m 梯形上底 AB 831 2m 梯形下底 CD 912 3m 得 S 底 0 5 831 2 912 3 675 8 589128m2 工业广场保护煤柱煤量 梯形面积 煤层平均厚度 煤层平均密度 所以 2 煤层工业场地煤柱量 589128 6 1 52 581 8 万 t 8 煤层工业场地煤柱量 589128 6 5 1 52 630 3 万 t 故 总工业场地煤柱量 1212 1 万 t 3 断层保护煤柱 根据有关规定 为保证矿井的安全生产 断层两侧各留 20m 保护煤柱 该矿区的断层 总长为 3500m 则断层保护煤柱损失约为 P2 2 20 3500 10 1 5 2 1 106t 4 边界保护煤柱 根据有关规定 边界煤柱留 20m 本井田平均走向长度为 4892m 平均倾向长度为 2698m 则边界保护煤柱损失为 P3 4892 2698 2 20 10 1 5 2 2 10 6t 5 村庄保护煤柱 根据 煤炭工业设计规范 补充规定 为保证安全 村庄下必须留设保护煤柱 但是村 庄已迁出 无需留村庄保护煤柱 6 保护煤柱总的储量损失为 P P1 P2 P 3 1212 1 210 220 1642 1 万 t 7 可采储量由下式计算 CZgk 式中 Z g 矿井工业储量 万 t P 保护煤柱损失储量 万 t C 采区回采率 取 85 则 Zk 25000 1642 1 85 19854 2 万 t 第 页 共 120 页19 3 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 3 1 矿井工作制度 3 1 1 矿井年工作日数的确定 按照 煤炭工业矿井设计规范 规定 矿井设计生产能力按年工作日 330 天计算 所以 本矿井设计年工作日数为 330 天 3 1 2 矿井工作制度的确定 矿井工作制度设计采用 四 六 工作制 每天四班作业 三班生产 一班检修 每班 净工作时间为 6 个小时 3 1 3 矿井每昼夜净提升小时数的确定 按照 煤炭工业矿井设计规范 规定 矿井每昼夜净提升时间 16 小时 这样充分考虑 了矿井的富裕系数 防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或改扩建 因此本矿设计每 昼夜净提升时间为 16 时 3 2 设计生产能力及服务年限 3 2 1 矿井设计生产能力确定依据 煤炭工业矿井设计规范 第 2 2 1 条规定 矿井设计生产能力应根据资源条件 外部 建设条件 回采对煤炭资源配置及市场需求 开采条件 技术装备 煤层及采煤工作面生产 能力 经济效益等因素 经多方案比较后确定 矿区规模可依据以下条件确定 1 资源情况 煤田地质条件简单 储量丰富 应加大矿区规模 建设大型矿井 煤 田地质条件复杂 储量有限 则不能将矿区规模定得太大 第 页 共 120 页20 2 开发条件 包括矿区所处地理位置 是否靠近老矿区及大城市 交通 铁路 公 路 水运 用户 供电 供水 建筑材料及劳动力来源等 条件好者 应加大开发强度和 矿区规模 否则应缩小规模 3 国家需求 对国家煤炭需求量 包括煤种 煤质 产量等 的预测是确定矿区规 模的一个依据 4 投资效果 投资少 工期短 生产成本低 效率高 投资回收期短的应加大矿区 规模 反之则缩小规模 适当的井型可以把原煤成本降到最低 5 各生产环节的能力矿井的提升 运输和通风能力 以及大巷和井底车场通过能力 等都制约着井型的大小 6 安全生产条件 矿井瓦斯和水等也影响生产能力 3 2 2 矿井设计生产能力 本矿井田水文地质条件较复杂 顶底板条件 开采技术条件好 适合综合机械化开采 应建设大型高产高效型矿井 初步确定矿井生产能力为 240 万 t 年 3 2 3 矿井服务年限 矿井服务年限必须与井型向适应 矿井可采储量 Z 设计生产能力 A 和矿井服务年限 T 三者之间的关系为 3 1 KZTk 式中 T 矿井的服务年限 a Zk 矿井的可采储量 万 t K 矿井储量备用系数 取 K 1 4 A 矿井设计生产能力 万 t a 由第二章计算结果可知 矿井可采储量为 19854 2 万 t 则矿井服务年限为 T 19854 2 240 1 4 59 08 a 60a 以上结果符合 煤炭工业矿井设计规范 的规定 本矿井设计为三个开采水平 因此最 终确定矿井的生产能力为 240 万 t a 表 3 1 我国各类井型的新建矿井和第一水平设计服务年限 第一开采水平服务年限 a 矿井设计生产能力 Mt a 1 矿井设计服务年限 a 煤层倾角45 第 页 共 120 页21 6 0 及以上 70 35 3 0 5 0 60 30 1 2 2 4 50 25 20 15 0 45 0 90 40 20 15 15 4 井田开拓 4 1 井田开拓的基本问题 井田开拓是指在井田范围内 为了采煤 从地面向地下开拓一些列巷道进入煤体 建立 矿井提升 运输 通风 排水和动力供应等生产系统 这些用于开拓的井下巷道的形式 数 量 位置及其相互关系和配合称为开拓方式 合理的开拓方式需要对技术可行的几种开拓方 式进行技术经济比较才能确定 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题 具体有下列几个问题需认真研究 1 确定井筒的形式 数目和配置 合理选择井筒及工业广场的位置 2 合理确定开采水平的数目和位置 3 布置大巷及井底车场 4 确定矿井开采程序 做好开采水平的接替 5 进行矿井开拓延深 深部开拓及技术改造 6 合理确定矿井通风 运输及供电系统 确定开拓问题 需根据国家政策 综合考虑地质 开采技术等诸多条件 经全面比较后 才能确定合理方案 在解决开拓问题时 应遵循下列原则 1 贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策 为早出煤 出好煤 高产高效创造条件 在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量 尤其是初期建设工程量 节约基建投资 加快矿井建设 2 合理集中开拓部署 简化生产系统 避免生产分散 做到合理集中生产 3 合理开发国家资源 减少煤炭损失 第 页 共 120 页22 4 必须贯彻执行煤炭安全生产的有关规定 要建立完善的通风 运输 供电系统 创造良好的生产条件 减少巷道维护量 是主要巷道经常保持良好状态 5 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 6 根据用户需要 应照顾到不同煤质 煤种的煤层分别开采 以及其他有益矿物的 综合开采 4 1 1 井筒形式及数目 1 井筒形式的确定 井筒形式有三种 平硐 斜井 立井 一般情况下 平硐最简单 斜井次之 立井最复 杂 平硐开拓受地形及埋藏条件限制 要求地形条件合适 即在煤层赋存较高的山岭 丘陵 或沟谷地区 且便于布置工业广场和引进铁路 上山部分储量大致能满足同类井型水平服务 年限要求 斜井开拓与立井开拓相比 井筒施工工艺 施工设备与工序比较简单 井筒施工单价低 初期投资少 地面工业建筑 井筒装备 井底车场及硐室都比立井简单 井筒延伸施工方便 对生产干扰少 不易受底板含水层的威胁 主提升胶带有相当大的提升能力 可满足特大型 矿井主提升的需要 斜井井筒可作为安全出口 井下一旦发生透水事故等 人员可以迅速从 井筒撤离 缺点是 斜井井筒长 辅助提升能力小 提升深度有限 通风线路长 阻力大 管线长度大 斜井井筒通过富含水层 流沙层 施工技术复杂 立井开拓不受煤层倾角 厚度 深度 瓦斯及水文等自然条件的限制 在采深相同的条 件下 立井井筒短 提升速度快 提升能力大 对辅助提升特别有利 井筒断面大 可满足 高瓦斯矿井 煤与瓦斯突出矿井需风量的要求 且阻力小 对深井开拓极为有利 当表土层 为富含水层或流沙层时 立井井筒比斜井井筒容易施工 对地质构造和煤层产状都比较复杂 的井田 能兼顾深部和浅部不同产状的煤层 主要缺点是 立井井筒施工技术复杂 需用设 备多 要求有较高的技术水平 井筒装备复杂 掘进速度慢 基本建设投资大 综合邢台矿的实际情况 确定井筒形式为双立井 2 井筒数目确定 采用斜井或立井开拓时 新建矿井一般要开凿一对井筒 满足提升和辅助运输的需要并 满足矿井通风和施工的需要 风井的个数是根据通风系统要求以及安全生产的需要合理确定 的 若采用主井通风 用箕斗或胶带输送机井筒做风井时 应符合 煤矿安全规程 的规定 第 页 共 120 页23 邢台矿为新建矿井 且瓦斯涌出量低 综合考虑后确定布置 1 个主井 1 个副井 3 个风井 因为见煤深度低 用回风大巷不划算 所以采用采取式通风 4 1 2 工业广场及井口位置的确定 1 工业广场及井口位置的确定 1 对初期开采有利 即储量必须可靠 井巷工程量省 建井工期较短 2 应使井田两翼储量大致平衡 即井筒应位于储量中心 利于井下运输 通风和开 采系统布置 减少生产经营费用 3 尽量不占良田 少占农田 充分利用地形地貌布置工业广场 以便使地面生产系 统合理 便于与外界沟通 使运输方便 4 井筒应尽量避免穿过流沙层 较大含水层 较厚的冲积层 有煤和瓦斯突出的煤 层以及较大面积的采空区和大断层 以减少施工困难 并尽量少压煤 5 工业广场和井筒应有良好的工程地质条件 不受洪水 岩崩 泥石流 滑坡及森 林火灾的威胁 通过以上分析 考虑到邢台矿实际情况 南北方向短 东西方向长及井田断层褶曲的影 响 为了减少煤柱损失 缩短煤炭外运距离 减少运输费用 平衡井田两翼的运输和通风系 统 邢台矿工业广场和主 副井井口布置在井田中央 对于本矿井井田中央也大致是井田储 量中央 2 风井位置的确定 风井位置应根据通风系统合理选择 1 采用中央边界式通风系统时 主 副井筒设在井田中央 风井设在井 田上部边界中央 2 采用中央并列式通风系统时 进 回风井并列在工业广场内 一般可利用其一井 筒进风 另一井筒回风 主副井筒相距 30 50m 大型矿井相距可达 60 100m 并在井田 上部边界附近设安全出口 如果矿井水文地质条件简单 无突水危险时 且主副井筒均能上 下人员 也可以单独设置安全出口 3 采用对角式通风系统时 风井设在井田两翼上部边界 4 采用分区式通风系统时 回风井设在各采区的上部边界 根据邢台矿的生产实际 为保证井下生产时有足够的风量 本矿井开采前期采用采区 式通风 第 页 共 120 页24 4 1 3 开采水平的确定及采区划分 开采水平的确定是矿井设计的关键 它直接关系到矿井的基本建设投资及生产经营费用 是矿井开拓的重要参数 开采水平高度根据煤层赋存条件 生产技术水平及水平接替等因素 综合考虑确定 设计时从以下几个方面进行分析论证 1 是否有合理的阶段斜长 2 阶段内是否有合理的区段数目 3 要保证开采水平有合理的服务年限和足够的储量 4 要使水平高度在经济上合理 其中开采水平有合理的服务年限很重要 必须符合规范规定 水平高度可按表 4 1 选 取 4 1 矿井阶段垂高表 井型 缓倾斜 倾斜煤层 急倾斜煤层 大 中型矿井 200 350 100 250 小型矿井 80 120 60 100 采用上下山开拓时 水平垂高可大于 350 m 为扩大水平的开采范围 对倾角在 16 以下的缓倾斜煤层 可采用上下山开拓 在井 田深部受自然条件限制时 且储量不多 深部境界不一致 设置开采水平有困难或不经济时 可在最终水平以下设下山开采 在开采水平以上的上山煤层斜长过长 用一个阶段开采技术上有困难 安全上又不可靠 时 可考虑设置辅助水平 用多水平上下山开采的矿井 为解决下山采区排水 通风和辅助 运输等困难 也可考虑设置辅助水平 开采近水平煤层分煤层开拓 距开采水平较远的煤层 其储量不大 设置开采水平不经济时 也可以设置辅助水平 结合本矿实际 本井田内各煤层的斜长都较长 且为盆地状 煤层间距较大 本矿适宜 两水平上山开采 开采水平设在 390 m 570m 4 1 4 开采水平布置及井底车场选型 开采水平布置的核心问题是运输大巷的布置 开采水平的布置应满足以下原则 1 开采煤层群时 应根据煤层数目 煤层间距条件 选择采用分煤层运输大巷主要石 门的布置方式 或集中运输大巷采区石门的布置方式 或者采用分组集中大巷主要石门的布 第 页 共 120 页25 置方式 某些矿区的经验表明 煤层间距小于 50 m 时 一般可采用集中运输大巷的的布置 方式 而采用分组集中大巷的布置方式时 分层间距一般应大于 70 m 2 有些煤层的层间距虽然较大 但煤层受断层切割 或者赋存状态不稳定 只有局部 可采 储量较少 不宜单独布置运输大巷 可根据具体情况 与其他相邻煤层化为一组 对 于瓦斯涌出量很大的有些煤层 为了满足技术上和安全上的要求 也可以分别划成煤组 对 有突然涌水危险的煤层也可考虑单独划组 3 运输大巷一般布置在底板岩层中 但在下列条件下 也可考虑布置在煤层中 距其他煤层很远 储量有限的单个薄及中厚煤层 煤组 或煤系 底部有距离很近的富含溶洞水或含水层 不宜布置底岩石运输大巷 而在煤层中有坚硬顶板 有布置大巷条件的薄及中厚煤层 井田走向较短 运输大巷服务年限不长 而煤层厚度又不大 大巷维护不困难时 煤组 或煤系 底部有煤质坚硬 围岩稳固 无自然发火危险的薄及中厚煤层 经 技术经济比较有利时 煤层赋存不稳定 地质构造复杂的中 小矿井 尤其是地方小矿井或生产勘探性矿 井 4 大巷若布置在煤层中 需在上下帮两侧各留 30 40 m 保护煤柱 5 岩石运输大巷应布置在坚硬 稳定 厚度较大的岩层中 应考虑大巷距上部煤层的 法线距离 根据我国经验 这一法线距离一般为 20 30 m 对急倾斜煤层 一般应布置在 底板移动线之外 并留出 10 20 m 的安全岩柱 6 大巷的方向与煤层走向大体一致 为便于机车行使 大巷应尽量取直 不宜弯曲折 转过多 但要注意 不要因取直巷道造成大巷维护不利和开采困难 对于大巷的运输和设备 采用矿车或胶带输送机各有不同的特点 采用矿车运煤可同时 统一解决煤 矸 物料和人员的运输问题 能适应矿井两翼生产的不均衡性 且能满足井下 不同煤种的煤层分采分运问题 对巷道弯曲没多大限制 运煤过程中产生的煤尘少 对通风 安全较为有利 另外 长距离运输没有什么困难 采用胶带输送机运煤时为连续运输 运量 大 效率高 易于实现自动化 对巷道坡度没有严格要求 但要求巷道直 本矿井煤种单一 走向长度平均为 4 89km 倾斜长平均约为 2 698km 巷道设计为直 线 通过比较 采用一专用皮带运输巷跟 1 5t 矿车辅助巷且轨距为 600 mm 辅助巷的断面能满足运输 通风 行人和管路敷设的需要 符合 煤矿安全规程 的规 定 采用矿车运输 风速不大于 6m s 皮带运输巷 大巷的风速不得超过 4m s 第 页 共 120 页26 大巷的服务年限很长 故采用锚喷和砌碹 本矿采用采区式通风 无回风大巷 4 1 5 采区划分及其布置 采区划分应遵循以下原则 1 采区宜双翼布置 当受地质条件限制时 或在安全上有特殊要求时 可以单翼布置 采区走向长度的确定应以技术上可行 经济上合理为原则 2 开采煤层群时 宜集中或分组布置采区 煤层群分组时 应根据具体的矿山地质和 开采技术条件 综合考虑技术经济上的合理性 在矿山地质条件方面 应将层间距较近的煤 层化为一组 但要适当注意各煤层的倾角 厚度 顶底板岩性的一致性以及地质构造方面的 情况 以利于开采 根据我国经验 当煤层间距小于 20 30m 时 适合采用联合布置采区 煤层数多 可 采总厚度大时 采用联合布置更为有利 关于在开采水平范围内的采区布置问题 应考虑 矿井初期开采的采区 应尽量布置在 井筒附近 贯彻先进后远 采区前进式开采的原则 逐步向井田边界扩展 应优先考虑布置 中央采区的可能性 主 副井和风井的贯通距离应尽量缩短 对倾角小于 16 的煤层 采 用上下山同时布置采区 初期开采的采区 应尽量布置在高级储量内 在井田范围内 采区的开采顺序 一般采用前进式 即从井田中央开始 向井田两翼边 界推进的方式 如采用上下山开采时 上山阶段可采用前进式 下山阶段采用后退式 煤层组与组间的开采顺序是 原则上采用下行式 即先采上组煤层 依次开采下组煤层 但在煤层间距远 上下山煤层不受采动影响时 经论证可行时 也可先布置下组煤的开采矿 井开拓水平内同时生产的采区个数应符合 规范 规定 见下表 4 2 表 4 2 各类矿井采区个数 矿井设计生产能力 Mt a 采区个数 2 4 3 00 以上 3 5 1 5 1 8 2 3 0 9 1 2 2 0 6 及以下 1 2 该矿两个阶段 2 个采区 采区采用分组布置 井田范围内采用后退式开采顺序 煤层群 开采顺序为下行式 同时生产的采区一个 一个采区保证全矿井的产量 第 页 共 120 页27 4 2 开拓方案比较 4 2 1 提出方案 根据以上分析 考虑到煤层间距较大 现提出以下四种在技术上可行的开拓方案 分析 如下 方案一 双立井两水平 分层布置 无石门 主 副井均为立井 设 560 和 650 两个水平 如图 4 1 所示 图 4 1 方案一示意图 方案二 双立井三水平加立井延深 分层布置 主 副井均为立井 在 390 布置一个水平 通过立井延深到 570 跟 650 水平 如图 4 2 所示 第 页 共 120 页28 图 4 2 方案二示意图 方案三 双立井三水平开拓 立斜井延伸 分层布置 主 副井均为立井 布置于井田储量中央 在 390 570 和 650 布置三个水平 如图 4 3 所示 图 4 3 方案三示意图 方案四 双立井二水平开拓加立斜井延深 主 副井均为立井 布置于井田储量中央 在 390 570 布置两个水平 后期利用斜立 井延深到达 570 水平 如图 4 4 所示 第 页 共 120 页29 图 4 4 方案四示意图 4 2 2 技术比较 方案 1 和其他方案的区别在于水平数量 虽然方案 2 采用两水平 比其他方案少一个水 平 但第一水平服务阶段垂高过大 使的上山辅助运输设备选型困难 安全上不可靠 因此 直接从技术上淘汰 方案 2 3 和 4 在技术都是可行的 方案 2 与方案 3 的区别在于方案 2 从第一水平到第 二水平是直接立井延伸 需挖掘阶段石门和立井井底车场 并相应的增加了井筒和石门的运 输 提升 排水费用 方案 3 则是斜井延伸 相应的增加了斜井的提升和排水费用 粗略估 算方案 2 总费用要比方案 3 要高 方案 3 与方案 4 的区别在于方案 3 直接从第一水平立井延 伸到第三水平 而方案 4 则是在第二水平通过石门连接 方案 3 增加了一水平 而方案 4 则 少一个水平但因为是暗立井延伸 在第三水平的提升方面有一定的困难 需提高其辅助提升 能力 因此这 3 个方案需进行经济比较才能确定其优劣 4 2 3 开拓方案经济比较表 4 3 方案二经济费用 方案二 立井延深三水平开拓 项目 数量 m 基价 元 费用 万元 费用 万元 主井 700 4228 295 96 双立井 副井 700 4132 289 24 585 2 运输巷 1535 8998 1381 19 双大巷 辅助巷 1535 12725 1953 28 334 47 表土段 50 40287 201 43 基建费用 万元 回风井 岩巷段 125 38645 483 06 684 49 第 页 共 120 页30 井底车场 岩巷 900 24424 2198 16 2198 16 小计 3802 32 运输巷 辅助巷 11400 岩 12741 煤 8998 3260 85 10782 55后期基建费用 石门 1558 12725 1982 55 1982 55 万元 小计 1276