荆各庄矿1.8Mt新井设计

摘要 本设计包括两个部分 一般部分和专题部分 一般部分为开滦荆各庄矿 1 8Mt 新井设计 全篇共分为十个部分 矿井概括及井 田地质特征 井田境界及储量 矿井工作制度和设计生产能力 井田开拓 采区巷道 布置 采煤方法 井下运输 矿井提升 矿井通风与安全和矿井基本经济技术指标 荆各庄矿位于河北省唐山市北偏东约 13km 处 本矿区走向长度为 3 8km 倾向长 度为 5 0km 煤层平均倾角为 6 矿区内有 1 层煤全部可采 煤层平均厚度分别为 7 43m 井田内工业储量 195 36Mt 可采储量为 146 62Mt 服务年限为 67a 煤的工业 牌号为 2 号气煤 矿井平均涌水量为 914 4m3 h 相对瓦斯涌出量平均 1 25 m3 t 属 于低瓦斯矿井 煤层有自然发火现象 自然发火期为 6 个月 煤尘无爆炸危险性 荆各庄矿年设计生产能力 1 80Mt a 服务年限 67a 采用立井单水平加暗斜井开 拓方案 第一水平标高 360m 第二水平标高 420m 采煤方法为倾向长壁全部垮落采 煤法 采煤工艺为综合机械化采煤 矿井布置一个综采工作面保证全矿井的产量 长度 250m 大巷采用胶带输送机运 输 辅助运输采用矿车运输 矿井的通风方式采用中央并列式通风 专题部分为深部开采巷道围岩控制理论及应用研究 采用理论分析 数值模拟和现场 试验的方法 研究深部巷道围岩稳定问题 认为深部巷道围岩控制的基本方法是提 高围岩强度 转移围岩高应力以及采用合理的支护技术 关键词 立井 带区开采法 综采 中央并列式 矿车 深部开采巷道围岩控制 理论及应用研究 ABSTRACT This design contains two parts the general part and the subject The general part is a new mine is designed for the Jinggezhuang mineral group limited liability company Kailuan mine which capacity is 1 8Mt a It has ten chapters the outline of the mine and the mine filed geology boundary and reserves the designed productive capacity and service life and working area transportation of underground mine lifting mine ventilation and safety and the economic and technologic index of the mine The Jinggezhuang mine filed lies in the Tangshan city of Hebei province It is 3800 meters along the longwall and it is 5000 meters along the inclined longwall the average rake angle is 6 degree in this coal seam There are 1 coal seams can be adopted in this area and the average thickness in coal seam are 7 43 meters The industry reserves of the mine filed are 195 36 million tons and the useable reserves are 146 62 million tons which can be serviced 67 years All of the coal seams are middle thin seam and the indrstry card of the coal is two fatty gas coal The average flow of the mine is from 914 4m3 h It is a low gassy mine The coal dust haven t explosion hazard and the seam has self combustion tendency The productive capacity of Jinggezhuang mine is 1 80million tons per year and it s service life is 67 years There are two level in the mine The fist development level has be located at the level of 360m and the second which be extended by subinclined shaft is 420 The coal mining method is inclined longwall with full mechanized mining There is only one working face in the mine The length of the face is 250m This design lay out of gathering main roadway adopting belt converyor transport The method of mine ventilation is parallel ventilation The main content of the special part is Control Princip le of Surrounding Rocks In Deep Roadway and It Sapp location The field experiment numerical simulation and theoretical analysis w ere used to study the rock stability of deep road way It is pointed that the methods to control the surrounding rock sin deep w ay are to imp rove the rock strength to transfer the high stress of surrounding rock s and to adopt the rational supporting technology Keywords vrtical shaft longwall mining to the dip or to the rise fully mechanized mining technology wagon control principle of surrounding rocksIn deep roadway and it sapp location 目录 1 矿区概况及井田地质特征 1 1 1 矿区概述 1 1 1 1 地理位置及交通条件 1 1 1 2 地形特点及居民点分布 1 1 1 3 矿区气候条件 2 1 1 4 矿区水文及工农业供水 2 1 1 5 地震 3 1 2 井田地质特征 3 1 2 1 井田地形及勘探程度 3 1 2 2 井田煤系地层 3 1 2 3 井田地质构造 5 1 2 4 矿井水文地质 7 1 3 煤层特征 8 1 3 1 煤层埋藏条件 8 1 3 2 可采煤层特征 8 1 3 3 煤层围岩性质 9 1 3 4 煤的特征 10 2 井田境界和储量 13 2 1 井田境界 13 2 1 1 井田划分的依据 13 2 1 2 井田范围 13 2 2 矿井工业储量 13 2 2 1 勘探类型及储量等级的圈定 13 2 2 2 储量等级的圈定 13 2 2 3 煤层最小可采厚度 14 2 2 4 矿井工业储量的计算 14 2 3 矿井可采储量 15 II 2 3 1 保护煤柱储量及可采储量的计算 15 2 3 2 井田储量汇总表 17 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 矿井设计生产能力及服务年限 19 3 2 1 矿井生产能力的确定 19 3 2 2 矿井及第一水平服务年限的核算 19 4 井田开拓 21 4 1 概述 21 4 1 1 井田内外及附近生产矿井开拓方式概述 21 4 1 2 影响本设计矿井开拓方式的原因及其具体情况 21 4 1 3 确定井田开拓方式的原则 21 4 2 开拓方案比较 22 4 2 1 开拓方案技术比较 22 4 2 2 井筒形式及数目的确定 23 4 2 3 确定工业广场及井口位置 30 4 2 4 确定开采水平 31 4 2 5 开采水平布置 31 4 2 6 带区划分及其布置 32 4 2 7 带区接续计划 33 4 3 矿井基本巷道 34 4 3 1 井筒 34 4 3 2 井底车场 40 4 3 3 主要开拓巷道 43 5 准备方式 采 带区巷道布置 49 III 5 1 煤层的地质特征 49 5 1 1 煤层埋藏条件 49 5 1 2 煤质特征 49 5 1 3 煤层顶 底板条件 49 5 1 4 煤层的含瓦斯特征 49 5 1 5 水文地质特征 49 5 1 6 煤尘的爆炸性和自燃发火危险性 50 5 1 7 地质构造 50 5 1 8 地表特征 50 5 2 带区巷道布置及生产系统 50 5 3 带区斜巷布置 51 5 4 带区车场布置 52 5 4 1 装车站设计 52 5 4 2 辅助提升车场设计 53 5 4 3 起坡点位置 l1及上山变坡段长度 l2 55 5 4 4 绕道线路计算 56 5 5 带区煤仓形式 容量及支护 58 5 5 1 煤仓形式 58 5 5 2 煤仓容量 58 5 6 带区硐室简介 59 5 7 带区工作面的接续 59 5 8 带区准备 59 5 8 1 带区巷道的准备顺序 59 5 8 2 带区主要巷道的断面示意图及支护方式 60 6 采煤方法 61 6 1 采煤方法的选择 61 6 2 回采工艺 62 6 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 62 6 2 2 放顶煤工艺方式设计 62 IV 6 3 综采工作面巷道布置方式 71 7 井下运输 75 7 1 概述 75 7 1 1 基本资料 75 7 1 2 井下运输系统 75 7 2 采 带 区运输设备 76 7 2 1 主运输设备 76 7 2 2 带区辅助运输 78 7 2 3 带区车场一次提升的矿车数 80 7 3 大巷运输设备 80 7 3 1 矿车选择 81 7 3 2 矿用电机车的选型 81 8 矿井提升 83 8 1 立井提升 83 8 1 1 设计依据和主要内容 83 8 1 2 提升容器的选型计算 83 8 1 3 提升钢丝绳的选择计算 85 8 1 4 提升机与天轮的选择计算 87 8 2 副井提升 87 9 矿井通风与安全 89 9 1 矿井通风系统的选择 89 9 1 1 选择矿井通风系统 89 9 1 2 选择矿井主要通风机的工作方法 90 9 1 3 选择矿井通风方式 91 9 2 全矿所需风量的计算及其分配 92 9 2 1 矿井风量计算原则 92 9 2 2 矿井风量计算方法 92 9 2 3 风速验算 97 V 9 3 全矿通风阻力计算 98 9 3 1 矿井通风阻力的计算原则 98 9 3 2 矿井通风阻力计算 98 9 4 矿井通风设备的选择 99 9 4 1 矿井通风设备的要求 100 9 4 2 选择主要通风机 100 9 4 3 选择电动机 102 9 4 4 电费计算 103 9 5 矿井灾害防治 104 9 5 1 防治瓦斯 104 9 5 2 防治煤尘 104 9 5 3 防灭火 104 9 5 4 防治水 105 10 设计矿井基本技术指标 107 参考文献 109 深部开采巷道围岩控制理论及应用研究 113 CONTROL PRINCIP LE OF SURROUNDING ROCKSIN DEEP ROADWAY AND IT SAPP LOCATION 113 1 概述 113 1 1 意义 113 1 2 深井含义 113 1 3 深井难题 114 1 4 深部开采巷道矿压显现特征 114 2 深部开采巷道围岩控制理论 114 2 1 提高围岩强度 114 2 2 减小巷道围岩应力 115 2 3 采用合理的锚杆支护技术 115 VI 3 深部开采巷道围岩控制的主要途径 116 3 1 采准巷道 116 3 2 开拓巷道 116 3 3 巷道围岩控制关键技术 117 4 工程应用 118 4 1 生产地质条件 118 4 2 巷道支护技术 118 4 3 巷道维护效果 121 5 结论 121 参考文献 122 致 谢 124 一 般 部 分 一般部分 荆各庄矿 180 万吨新井设计 第 1 页 共 147 页 1 矿区概况及井田地质特征 1 1 矿区概述 1 1 1 地理位置及交通条件 荆各庄矿位于河北省唐山市北偏东约 13 公里处 南距马家沟矿 6 公里 东距陡河 发电厂 4 5 公里 行政区域属唐山市开平区管辖 交通十分方便 铁路 一条通往陡 河电厂的专用线 并与吕陡线在井田交汇 另一条经马家沟矿业公司与京山线的开平 站相联 公路 北 10Km 与京沈高速公路 102 国道相联 南 7Km 经开平与 205 国道 津秦高速公路相联 形成了比较完整的交通网 唐山地区气候属半大陆性 夏季炎热多雨 冬季严寒凛烈 气温变化较大 井田开采范围 北部 西部及南部均以煤 12 2 冲积层下潜伏露头为界 东部及东 南部以 3 断层为界 深部以煤 12 2 盆状向斜底 530 标高为最终深度 1 1 2 地形特点及居民点分布 本区为一平坦的冲积平原 东南面沿陡河东岸是由奥陶纪石灰岩构成的东北 西南方向起伏伸展的低山丘陵 从东往西有巍山 290m 凤山 180m 小梁山 第 2 页 共 147 页 100m 和菀豆山 38m 由菀豆山向西南倾没于平原之下 由巍山向东北低山 丘陵接连绵延 地势逐渐增高 直到青龙山标高达 493 01m 在井田北约 7 公里为由 震旦纪灰岩构成的低山丘陵 东西方向横伏 这两条低山丘陵在井田东面的青龙山一 带相汇合 低山丘陵的伸展方向与地层走向方向一致 井田内地势平坦 但北部稍高 向南低下 北部地面标高为 38 8m 湾 35 孔 南端标高为 23 85m 湾补 6 孔 倾 向陡河 流经本区东南边的陡河 发源于北部山区 上游由二支汇成 东支称管河 发源 于丰润县福山寺管泉 西支称泉水河 发源于丰润县赵庄上水路 二支水流在双桥村 北侧汇合 向南流经唐山市区 下游汇集石榴河 向南流入渤海 河北省水利厅于 1965 年在双桥村一带修建了陡河水库 水库大坝距井田东端的最近距离为 2200m 陡 河及陡河水库虽然距井田区较近 但是因其底下均赋存有百余米的第四纪松散沉积物 而且存在有隔水作用的粘土层 对本矿充水没有直接的影响 矿区内工业以煤炭为主 农业主要种植小麦 玉米 水稻 间杂有果园 菜园等 本矿井建设期间 所需要建设材料 除钢材 木材和部分水泥需由国家计划供应 外 其它砖 石 砂等土产材料 均由当地供应 满足建设需要 矿区已建有 110Kv 中央变电所 向本矿井供电的四回 35Kv 输电线路已建成送电 1 1 3 矿区气候条件 唐山地区气候属半大陆性 夏季炎热多雨 冬季严寒凛烈 气温变化较大 属于 典型的温带大陆性气候 1 1 4 矿区水文及工农业供水 矿井建矿初期涌水量为 24 45 65 66m min 平均为 32 76 m min 目前矿井涌 水量 15 65 m min 1983 1986 年分别在南翼 1331 及东翼 1148 建立两个疏水中心 1331 初期涌水量最大到 9 5 m min 1148 初期最大涌水量达到 4 80 m min 至 1998 年底 1331 及 1148 总涌水量分别为 0 93 m min 1 48 m min 从 1995 年 4 月始又在 井田向斜轴部建立 2080 疏水中心 1997 年底主体工程完工 最大涌水量为 5 20 m min 一般涌水量为 3 73 m min 至 1998 年底测得其涌水量为 5 12 m min 疏 水中心排放的清水通过管路抽到地面供生活用水 其它涌水排到 375m 或 475m 水仓通 过排水系统排至地面灌溉农田或经东翼塌陷坑沉淀 环游后经后屯大渠流入陡河 第 3 页 共 147 页 本矿区工农业用水都来自井下涌水 并且经过一定的处理成为工农业以及生活用 水 1 1 5 地震 自十五世纪有记载以来 唐山 滦县一带共发生有感地震 100 余次 震级大 于 4 7 级的 10 次 其中 6 级以上 2 次 1976 年发生 7 8 级大地震后 国家地震局测定 本矿区地震烈度为八度 1 2 井田地质特征 1 2 1 井田地形及勘探程度 荆各庄矿井田位于开平向斜的西北侧 中隔凤山 缸窑背斜自成一盆状向斜 南 北长约 3 5km 东西宽约 3 4km 北端闭合 南端开放 其轮廓似一直径 3 5km 的亚圆 形 面积约 9 平方公里 断裂构造和褶曲是井田内的主要构造形式 并由此造成煤系 地层的产状起伏变化 节理裂隙纵横发育 井田的勘探程度 施工的 13 个孔穿过灰岩总长度 451 51m 因溶洞或巨大裂隙造 成钻具骤然下陷的有 10 个孔 25 个段落 溶洞最大直径为 1 13m 冲洗液失去循环 在 井田东南部 因构造 F1 F3 断层组 作用与巨厚的第四系冲积层相互接触 增加了 灰岩裂隙发育程度 1 2 2 井田煤系地层 荆各庄矿井田位于开平向斜西北侧 煤系地层的形成时代属于石炭纪和二叠纪 煤系基底地层为中奥陶统马家沟组石灰岩 井田地层情况见表 第 4 页 共 147 页 表 1 2 1 开平煤田区域地层表 石炭系上统 C 3 分上下两组 下组称开平组 C31 上组称赵各庄组 C32 上组是荆各庄矿井田重 要的含煤地层 本统地层一般厚度为 135m 赵各庄组 C32 下限为赵各庄灰岩 K6顶板 上限为煤 11 顶板泥岩之顶界面 一般厚度为 60m 本 组为重要的含煤地层 本组地层以粉砂岩为主 其次为砂岩 各种岩石所占百分比如下 粉砂岩类 界 系 统 组 代 号 厚 度 m 新 生 界 第 四 系 Q 0 890 二 上 统 洼 里 组 P22 2800 上 迭 古 冶 组 P21 346 古 系 下 统 唐 家 庄 组 P12 180 生 大 苗 庄 组 P11 79 界 石 上 统 赵 各 庄 组 C32 74 炭 开 平 组 C31 70 系 中 统 C2 65 奥 中 统 马 家 沟 组 O2 345 下 陶 下 统 亮 甲 山 组 O12 115 系 冶 里 组 O11 203 古 凤 山 组 33 68 寒 上 统 长 山 组 32 48 生 武 崮 山 组 31 82 系 中 统 2 120 界 下 统 馒 头 组 12 150 景 儿 峪 组 11 263 元 震 上 统 迷 雾 山 组 Z2w 1200 古 旦 杨 庄 组 Z2y 400 界 系 下 统 高 于 庄 组 Z1k 600 大 红 峪 黄 崖 关 组 Z1T H 450 太 古 界 前 震 旦 Ar 不 整 合 唐 山 组 平 行 不 整 合 五 台 群 第 5 页 共 147 页 38 3 砂岩类 29 5 煤层 17 4 粘土岩 14 8 岩相组合主要是泻湖海湾相和 泥岩沼泽相交替沉积 同时在泻湖海湾相之后出现有湖滨三角洲相 自沉积赵各庄灰岩 K6之后 海水大规模后退 而每次海进的幅度都比较小 该阶 段沉积环境相对稳定 是成煤的最好时期 本组含煤层 5 层 即 煤 12 1 2 煤 12 2 煤 12 1 煤 12 1 上煤线 煤 11 其中煤 12 2 煤 12 1 煤 11 三层可采 二叠系下统 1 下界为煤 11 顶板之泥岩顶面 为整合接触 上界为 层矾土质粘土岩之顶板 井 田内该层大部分被冲蚀掉 本统地层一般厚度为 235 76m 分上下两组 上组称唐家庄 组 下组称大苗庄组 其中大苗庄组是重要的含煤地层 风化壳 大苗庄组 11 上限为煤 5 顶板的中粗粒砂岩底界面 此层位受古河流冲刷 冲蚀的下切深度并 相同 在井田西部不仅煤 5 受剥蚀 煤 6 煤 7 煤 8 均受不同程度的影响 下限为 煤 11 顶板粘土岩之顶界面 本组一般厚度为 90 36m 最小厚度为 65m 湾水 2 本组地层以粉砂岩和砂岩为主 粘土岩也较多 岩石大致百分比为 粉砂岩类占 36 2 砂岩类占 30 2 粘土岩类占 19 2 煤占 14 4 岩相组合主要是泻湖海 湾相 三角洲相及泥炭沼泽相沉积 在本组顶部出现了大陆河流冲积相沉积 本组含煤 6 层即 煤 5 煤 6 煤 7 煤 8 煤 9 煤 10 其中可采煤层一层即煤 9 是荆各庄矿的主采煤层 其它煤 8 煤 10 局部可采 岩石特点 a 岩层显著变色 粘土岩和砂岩均变成浅黄色 灰白色或其它杂色 b 岩 石硬度降低 产生风化裂隙 疏松易碎 裂隙中有黄色充填物 c 岩石矿物发生淋滤 分解作用 在垂直方向上 区内风化壳具有分带性 上部强风化带 下部弱风化带 第四系松散沉积物 第四系地层不整合于各时期基岩之上 在井田范围内 厚度由北部 100m 向南逐渐 增厚 至井田南端厚度达到 379 67m 等厚线方向大致东西延伸 1 2 3 井田地质构造 褶曲构造 荆各庄矿井田自身即为一个盆状向斜 向斜轴线偏居西侧 近南北延伸 中部 第 6 页 共 147 页 略向西呈弧形弯曲 并向南偏东倾伏 倾伏角约 4 6 向斜轴线西侧地层产状 急陡 而东侧则较为舒缓 同时向斜边缘较之中部地层产状陡 这种构造特征直接影 响了井田不同区域断裂构造的性质和发育程度 在井田东部有一舒缓横向褶皱 轴线方 向 N43E 长 700m 宽 300m 两翼倾角 4 10 在井田中南部有一小型背斜 轴线方向 40 长 600m 以上 背斜西部一翼产 状较陡 倾角 25 60 东部则地层较舒缓 倾角 15 25 背斜脊部张性断裂 非常发育 同时煤岩层均有拉伸变薄现象 2095 2097 2099 2020s 泄水巷等工程对 其均有控制 断裂构造 断裂构造是井田最为重要的构造形式 它不但构成了井田边界 而且直接影响采 区的划分 同时在井田范围内广泛存在 是采掘生产和井巷工程所要解决的最主要的 地质问题 井田内主要断层有 F 1 F 3断层组 这是三条密集平行排列的逆断层 位于井田南部 构成了井田的 天然边界 三者均为逆掩断层 走向 35 60 倾角南东 断层面倾角 35 46 累计落差 70 145m 延伸长度 3500m 这组断层在地质及水文地质方面对井田起着十 分重要的作用 F 16正断层 位于井田中部 是井田内极为重要的断层 断层走向近东西 倾角 55 78 最大落差 35m 延伸长度达 1100 余米 该断层不仅落差大 而且断层破 碎带宽 局部达 0 1 1 1m 因此曾一度具有很强的充水性 给延深工程的施工带来许 多困难 通过延深工程 2020S 泄水巷 2090 探巷 2095 1320 1119 等井巷工程控制 该断层的展布延伸与落差变化已基本搞清 F 16断层是轴东采区与南翼采区 东翼采区 与南翼采区的天然界线 F 26正断层 位于井田中部 F 16断层南侧 走向近东西向 断层面倾角 65 落 差 8 30m 由于其走向与 F16基本一致而倾向相反 因此在两断层间形成了较大的地 堑构造 F 26断层延伸长度 500m 主要控制工程有 2020E 2049 2020W 2020S 泄水巷 2090 及钻孔荆放 3 F E9正断层 位于井田东翼的西南端并向轴东采区延伸 走向近东西 倾角 45 75 最大落差 10m 延伸长度 950m 断层面平直 断层上盘或下盘有煤层拉 第 7 页 共 147 页 薄现象 由于该断层落差大 使回采工作面无法跨越 给东翼采区及轴东采区采面正 常布置带来很大的困难 控制工程主要有 2097 2095 1391 1392 1393 荆 14 孔 F 19逆断层 位于井田西一采区 走向呈 NNE 向 倾角 38 70 最大落差 28m 延伸长度 500m 以上 断层带宽 0 3 0 5m 为泥质充填 断层面擦痕明显 两盘 牵引现象明显 使煤岩层倾角变化较大 最大可达 50 以上 断层落差向深部有增大 趋势 控制工程有 1294 1292 1210 1214 节理或裂隙 节理或裂隙是井田内发育最广泛的地质构造 按其走向大致可以分为三组 即 NNE 向 NEE 向 NNW 向 由此形成了纵横交错的节理发育系统 节理构造的发育与否 是井田构造应力作用的结果 在构造复杂地段和断层附近 煤岩层的节理裂隙构造也会异常发育 这往往会导致工作面冒顶和片帮 因此在矿井 地质工作中加强节理裂隙构造的观测对地质构造预报 控制掌面冒顶片帮显得愈来愈 重要 1 2 4 矿井水文地质 矿井的补给水源和含水层 1 大气降水及其对矿井涌水量变化的影响 荆各庄矿的水文地质条件属复杂型 有八个含水层 自下而上分别为 1 奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层 2 K2 K6 砂岩裂隙承压含水层 3 K6 煤 12 砂岩裂隙承压含水层 4 煤 9 煤 7 砂岩裂隙承压含水层 5 煤 5 以上砂岩裂隙承压含水层 6 风化带裂隙 孔隙承压含水层 7 第四系底部卵石孔隙承压含水层 8 第四系中上部砂卵砾孔隙承压和孔隙潜水含水层 其中与矿井生产较密切的为 本区大气降水一般集中在七 八 九月份 据 1979 1998 年气象资料统计 年降 水量最大值为 899 6mm 1987 年 最小值为 317 45mm 1997 年 平均值为 596 85mm 补给关系是 第 8 页 共 147 页 大气降水 等各基岩含水层 2 矿井直接充水含水层 荆各庄矿直接充水含水层有 K2 K6 砂岩裂隙承压含水层 K6 煤 12 砂岩裂 隙承压含水层 煤 5 以上砂岩裂隙承压含水层 3 矿井间接充水含水层 1 冲积层含水层 该含水层厚 100 379 67m 它本身为一矿井间接充水含水层 它补给上述三个直 接充水含水层 其中底部卵砾石孔隙承压含水层对基岩含水层补给关系最密切 2 奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层 该含水层厚度大于 600m 岩性由质纯的豹皮状灰岩和白云质灰岩组成 据勘探资 料表明 施工的 13 个孔穿过灰岩总长度 451 51m 因溶洞或巨大裂隙造成钻具骤然下 陷的有 10 个孔 25 个段落 溶洞最大直径为 1 13m 冲洗液失去循环 在井田东南部 因构造 F1 F3 断层组 作用与巨厚的第四系冲积层相互接触 增加了灰岩裂隙发育 程度 1 3 煤层特征 1 3 1 煤层埋藏条件 煤层埋藏较浅 并且地质条件比较理想 没有特别大的断层 只有少数小断层并 且瓦斯含量不高 但有发火倾向 带区内主采煤层为 9 煤层 采区内煤层发育较好 平均厚度为 7 43m 容重为 1 44t m 1 3 2 可采煤层特征 井田内的两层可采煤层及两层局部可采煤层的结构 厚度及一般特征描述如下 1 煤 9 为矿井的主采煤层 厚度为 0 00 17 67m 平均厚度为 7 43m 煤层为黑 色 条带状构造 玻璃光泽 以亮煤为主 间夹暗色条带 局部含丝炭 偶含黄铁矿 膜 半亮 光亮型 煤层的容重为 1 44 t m 2 煤 11 井田内厚度自 0 37 4 22m 平均 1 62m 倾角为 3 68 平均为 14 黑色块状 条带状构造 玻璃光泽 以亮煤为主 夹镜煤及亮煤条带 含黄铁 矿结核 光亮型煤 含夹矸一层 但夹石分布不稳定 在东翼采区 1114 见到厚度达 0 5m 的泥岩夹矸 褐红色 易碎 具油脂光泽 煤层的容重为 1 44 t m 3 煤 12 1 煤层厚度为 0 53 4 05m 平均 2 17m 倾角为 0 65 平均为 15 第 9 页 共 147 页 区内煤层厚度变化较稳定 煤层为黑色块状 条带状构造 玻璃光泽 以亮煤为主 下部也有暗煤夹丝炭膜 光亮 半暗型煤 煤层中间夹一层稳定的炭质泥岩 上分层 煤厚为 0 19 1 95m 平均 0 85m 下分层煤厚为 0 20 2 06m 平均 0 75 m 夹矸厚 度为 0 1 64m 平均 0 698m 煤层的容重为 1 35 t m 4 煤 12 2 为矿井主采煤层 厚度为 1 27 11 58m 平均 5 00m 煤层倾角为 0 69 平均 16 煤层黑色 块状构造 下部为条带状构造 质硬 玻璃光泽 暗 淡光泽 半亮 半暗型 含夹石 4 5 层 最多达 11 层 为复杂结构煤层 其中下部 含一层分布极稳定的细砂岩夹矸 灰白色或浅灰色 条带状 致密坚硬 厚度 0 02 0 78m 平均 0 39m 煤层的容重为 1 53 t m 各采区可采煤层厚度及间距统计表 表 4 6 井 田 西 翼 采 区 东 翼 采 区 南 翼 采 区 轴 东 采 区 轴 西 采 区 0 00 17 67 1 20 17 673 83 11 65 4 50 6 25 0 00 9 09 0 95 9 96 7 43 8 54 7 62 7 61 5 09 4 57 0 37 4 32 0 89 3 24 0 37 4 22 0 8 2 06 0 8 4 22 0 78 2 06 1 62 1 79 1 84 1 43 1 70 1 46 0 53 4 05 0 60 4 05 1 42 2 40 1 38 2 84 0 53 2 64 0 53 3 44 2 17 2 33 2 048 2 15 2 05 2 24 1 27 11 58 1 59 8 00 3 18 6 70 3 95 8 08 2 27 7 24 1 27 11 58 5 00 5 03 4 96 5 34 4 79 5 01 煤 12 2 煤 层 厚 度 m 可 采 煤 层 间 9 00 45 00 17 80 1 80 38 27 17 90 2 09 9 00 4 45 煤 层 煤 9 煤 11 煤 12 1 1 3 3 煤层围岩性质 1 煤 9 伪顶 暗灰色泥岩或粉砂岩 厚 0 0 08m 随采随落 区内大部分缺失 直接顶 灰色粉砂岩 有明显水平层理或波状层理 块状 含有丰富的植物叶片 化石 偶见浅褐色结核 厚度变化较大 极不稳定 厚 0 3 86m 平均 1 97m 老顶 灰白色中砂岩 夹粉砂岩 厚层状 岩石成分为石英及泥质岩屑 次为暗 色燧石 并含有紫红色的矿物细粒 胶结物为高岭土质基底式胶结 占 30 极易风 化 遇水澎涨 厚 10 43 39 2m 平均 12 00m 底板 灰黑色泥岩 致密块状 断口呈贝壳状或参差状 含菱铁质结核及黄铁矿 散晶体 结核大小不一 扁球状成层状分布 含少量植物根化石 厚 4 51 8 60 m 第 10 页 共 147 页 平均 6 44m 2 煤 11 直接顶 灰黑色泥岩 块状 致密细腻 贝壳状断口 含菱铁质透镜状结核及黄 铁矿聚集体 含海相动物化石 在西翼 1210 1214 采到完整的动物介壳化石 层厚 3 96 9 47m 平均 6 65m 老顶 浅灰色 灰白色细砂岩 块状 钙质基底式胶结 成分以石英为主 易风 化 厚度不稳定 一般在 0 65 8 23m 之间 平均 2 69m 直接底 灰 灰白色带褐色泥岩或粘土质粉砂岩 泥质胶结 块状构造 含大量植 物根化石 厚 0 53 3 87m 平均 1 85m 3 煤 12 1 直接顶 灰 浅灰色条带状粉砂岩 水平波状层理 交错层理 透镜状层理 岩 石致密坚硬 局部夹细砂岩条带 使层理更加明显 厚度不稳定 在 0 9 1m 之间 平均厚 4 0m 老顶 灰白色中 细砂岩 厚层状 高岭土质基底式胶结 易风化澎涨 呈泥状 矿物成分为石英及少量的暗色矿物 厚 1 6 10 67m 平均厚 6 52m 直接底 深灰色 灰黑色矽质胶结的粉砂岩或细砂岩 岩性致密坚硬 含大量沿 层面分布的植物根化石 厚 0 5 2 77m 平均 1 5m 4 煤 12 2 伪顶 深灰色或黑色腐泥质泥岩 块状 细腻质轻 具贝壳状断口 厚度不稳定 时有尖灭 厚度 0 0 62m 平均 0 36m 直接顶 深灰色 灰黑色粉砂岩 水平层理发育 成分以石英为主 钙泥质胶结 质地较为致密 沿层面夹炭质薄膜 平整光滑 易脱落 厚 1 22 4 81m 平均 1 62m 直接底 灰 深灰色粉砂岩或细砂岩 块状 较坚硬 钙泥质胶结 泥质含量较 高 含菱铁质结核及黄铁矿膜 含大量不规则分布的植物根化石 厚 0 66 4 07 m 平均厚 1 76m 1 3 4 煤的特征 煤的化学分析 1 硫份 各煤层全硫平均含量为 0 25 3 66 其中煤 9 煤 12 1 煤 12 2 含量 均低于 1 属低硫煤 煤 11 含硫量最高为 3 66 平均为 3 07 属富硫煤 其所 第 11 页 共 147 页 含硫量分为 黄铁矿硫占 59 有机硫占 36 硫酸盐硫占 2 5 2 磷份 磷份平均含量最大 0 0825 最小 0 008 其中煤 11 为特低磷煤 煤 9 煤 12 1 为低磷煤 煤 12 2 为中磷煤 3 发热量 各可采煤层发热量变化范围在 18 01 24 18MJ kg 之间 各煤层发热 量由大至小排列为 煤 11 煤 9 煤 12 1 煤 12 2 煤 9 一般情况 是煤层灰分高的发热量低 而煤层灰分低的其发热量高 矿井中煤 11 煤 9 一分层发 热量最高 而煤 9 二三分层 煤 12 1 煤 12 2 发热量较低 且相差不大 各煤层煤质情况统计表 表 4 22 项 目 煤 层 水 分 Mad 灰 分 Ad 挥 发 分 Vdaf 全 硫 St d 发 热 量 Qgr d MJ Kg 煤 9 2 85 32 85 42 00 0 49 21 35 煤 9 1 75 36 18 43 44 0 51 18 01 煤 11 2 08 33 68 41 86 2 63 3 66 24 18 煤 12 1 1 50 37 73 42 04 0 48 20 69 煤 12 2 1 87 38 58 44 67 0 40 19 57 第 13 页 共 147 页 2 井田境界和储量 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 井田范围 东部 以煤层露头风化带为边界 北部 北部以褶曲 280 米等高线为边界 并且有一部分是地表风化带 西部 以两个小断层以及煤层露头为边界 南部 以一部分煤层露头为边界 2 2 矿井工业储量 2 2 1 勘探类型及储量等级的圈定 1 井田勘探类型 根据矿井勘探情况 其勘探类型为 类 型 2 钻孔及勘探线分布 全区经过普查 详查 精查勘探及使用综合勘探的精查补充勘探后 使完成钻孔 19 个 平均每平方公里有 1 16 个 其中水文钻孔 8 个 2 2 2 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 由于本矿井煤质稳定 煤类较多 水文地质条件复杂 煤系中有岩浆岩破坏活动 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 第 14 页 共 147 页 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 3 煤层最小可采厚度 该井田煤层倾角小于 12 各煤层经洗选后均能达到炼焦用煤要求 根据 生产 矿井储量管理规程 的规定 确定煤层的最小可采厚度为 0 80 m 2 2 4 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 9 煤 共 1 层煤 计算数据的依据及方法 计算数据的求取 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是 1975 年测定的数据 见表 2 2 1 表 2 2 1 单位 吨 米 3 煤层 9 煤 容重 1 44 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 2 单位 吨 米 3 煤层 9 煤 回采率 80 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 本井田面积约为 18 26km 可采煤层 9 煤层平均厚度为 7 43 米 煤的容重为 1 44 t m 则井田工业储量为 Zg Zg M S 18 26 7 43 1 44 第 15 页 共 147 页 19536 万 t 式中 Zg 矿井工业储量 t M 煤层煤层平均厚度 m S 井田面积 km 煤的容重 取为 1 44 t m 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 180 万吨 每 10 万吨煤所占的工业 广场面积为 0 7 公顷 故设计矿井的工广面积为 18 0 7 12 6 公顷 工业广场定为长方形 设长为 420 米 宽为 400 米 在工业广场矩形外缘加上 15m 宽的围护带 其工业广场压煤损失量由图 2 3 1 得出 地表层厚度为 10 20m 地表层 移动角及岩层移动角见表 2 3 1 第 16 页 共 147 页 表 2 3 1 地表层移动角及岩层移动角 地表层厚度 m 40 45 75 75 69 根据图 2 3 1 及各数据 三角函数的关系 解得梯形长为 667 37m 宽为 615 05m 高为 694 76m 最终求的工业广场压煤量为 P 667 37 615 05 694 76 0 5 7 43 1 44 476 63 万 t 断 面 断 面 建 筑 物 的 长 轴 方 向 煤 层 围 护 带 图 2 3 1 工业广场压煤煤炭损失量计算图 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 30 m 保护煤柱 该矿区的 断层总长为 6999 4m 则断层保护煤柱储量约为 各煤层 6999 4 2 30 7 43 1 44 200 7 万 t 4 边界保护煤柱 根据有关规定 边界煤柱留 30 m 本井田边界长度为 16553 2 米 则边界保护煤柱储量为 16553 2 30 7 43 1 44 531 32 万 t 第 17 页 共 147 页 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 200 7 476 63 531 32 1208 65 万 t 7 可采储量由公式 2 2 计算 CPZgk 式中 Zg 19536 万 t P 保护煤柱损失储量 1208 65 万 t C 采区回采率 厚煤层不低于 0 75 中厚煤层不低于 0 80 薄煤层不低于 0 85 设计开采的二 2煤层属厚煤层 采区回采率取为 0 8 则 Zk 19536 1208 65 80 14661 9 万 t 2 3 2 井田储量汇总表 在井田内水平煤层工业储量和可采储量汇编成表 见表 2 5 表 2 5 井田储量计算表 工业储量 万 t 永久煤层损失量 万 t煤层名 称 水平序 号 A B C 工业场 地 煤柱 边界 煤柱 断层 煤柱 合计 采区回采 率 可采储量 万 t 一水平 8224 80 78449 号 煤层 二水平 11242 476 63 531 32 200 7 1208 65 80 9023 由表中数据可以看出 井田范围内 A B 级储量占工业储量的 86 6 大于 40 第一水平内 A B 级储量占水平工业储量的 95 3 大于 70 第二水平内 A B 级储量占水平工业储量的 80 2 大于 70 根据 矿井设计指南 中关于矿井井型与矿井设计的高级储量比例之规定 本矿 井的储量符合煤炭设计规范的要求 第 19 页 共 147 页 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 设计规范 规定 矿井设计生产能力按年工作日 330 天计算 采用 四六 制作业 每天 3 班作业 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 即三班采煤 一班准备 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 小时 3 2 矿井设计生产能力及服务年限 3 2 1 矿井生产能力的确定 由于荆各庄矿井田范围大 煤炭储量丰富 地质构造较简单 煤层生产能力大 开采技术条件好 应建设大型矿井 初步确定矿井生产能力为 180 万吨 年 3 2 2 矿井及第一水平服务年限的核算 矿井服务年限的计算公式为 T KA Zk 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 180 万 t a 可求出 T 16867 180 1 4 67a 60a 以上结果符合 煤炭工业矿井设计规范 的规定 第 20 页 共 147 页 第一水平服务年限的计算公式为 T1 KA Zk 式中 T1 第一水平的服务年限 a Zk1 第一水平的可采储量 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 第一水平可采储量为 7844 万 t 则第一水平服务年限为 T1 7844 180 1 4 31 年 30 年 以上结果符合 煤炭工业矿井设计规范 的规定 经过矿井及第一水平服务年限的核算 二者均符合 煤炭工业矿井设计规范 之 规定 因此符合最终确定矿井的生产能力为 180 万 t a 第 21 页 共 147 页 4 井田开拓 4 1 概述 4 1 1 井田内外及附近生产矿井开拓方式概述 本设计矿井位于河北唐山市附近 周围有主要矿井均采用立井开拓方式 4 1 2 影响本设计矿井开拓方式的原因及其具体情况 井田开拓方式的选择应全面考虑各种因素 主要因素包括 1 井田地质和水文地质条件 特别是水文条件复杂且涌水量大情况 2 煤层赋存和开采技术条件 3 地形地貌和地面外部条件 4 技术装备和工艺系统条件 5 施工技术和设备条件 6 总体设计和矿井生产能力要求等 4 1 3 确定井田开拓方式的原则 根据精查报告确定的煤层自然产状 构造因素 顶底板条件 冲积结构 地形及 水文地质条件等 荆各庄矿必须按照基本建设程序办事 确定矿井开拓方式必须充分 考虑多个主要工艺系统的机械化装备水平 矿井机械化程度的高低不仅直接影响井型 和经济效益 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 1 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 要使生产系统完善 有效 可靠 在保证生产可靠和安全的 条件下减少开拓工程量 尢其是初期建设工程量 节约基建工程量 加快矿井建设 2 合理开发国家资源 减少煤炭损失 3 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 4 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 5 必须惯彻执行有关煤矿安全生产的有关规定 要建立完善的通风系统 创造 良好的条件 减少巷道维护量 使主要巷道经常性保持良好状态 6 根据用户需要 应将不同煤质 煤种的煤层分别开采 第 22 页 共 147 页 4 2 开拓方案比较 4 2 1 开拓方案技术比较 1 井筒形式的确定 煤层赋存和地形等具有平硐开拓条件时 应先考虑采用平硐开拓 当平硐以上煤 层垂高或斜长过大时 多开地面出口有利时 可采用阶梯平硐开拓 煤层赋存较浅 表土层不厚 水文地质情况简单的缓倾斜 倾斜煤层 应采用斜 井开拓 各种提升方式的斜井及井筒倾角规定如下 串车提升 25 箕斗提升 25 35 输送机 16 对于有条件的矿井 在急需煤地区 其浅部可采用片盘斜井开拓 提前出煤 由 小到大 然后集中斜井开拓 片盘斜井可一个片盘 一个片盘准备 采用立井开拓条件一般为 1 水文地质条件复杂 井筒需要特殊施工时 2 煤层赋存较深或冲积层厚时 3 多水平开拓的急倾斜煤层 4 其他井筒形式无法开拓的条件 根据井田特点 结合地面布置 采用单一的开拓方式不能满足通风 安全生产 提升 运输时 或单一开拓不合理时 可采用平硐 立井 平硐 斜井等综合开拓方 式 第一水平采用立井开拓的大 中型矿井 其延深方式可采用延深井筒方法开拓深 部水平 或采用胶带输送机暗斜井和只延深副井的开拓方式 当条件受限制时 主副 井不能直接延深时 也可以采用暗立井延深开拓方式 大型矿井采用立井多水平开拓 而第二水平采用暗斜井延深时暗斜井井筒个数 主副暗斜井的提升能力 以及通风安全等条件均作详细计算 避免出现暗斜井能力不 足 要特别主意副提升能力的校核 采用立井多水平开拓时 为避免出现多段提升 增加提升环节 不宜多次采用暗 斜井延深 避免增加设备占用量 增加投资费用 依据本井田的地质状况 煤层赋存情况及井型 服务年限等要求 对本井田开拓 第 23 页 共 147 页 方式选择提出三种方案 方案一 立井两水平开拓方式 如图 4 1 方案二 立井单水平加暗斜井开拓 如图 4 2 方案三 主斜井副立井开拓 如图 4 3 方案四 斜井两水平开拓 如图 4 4 4 2 2 井筒形式及数目的确定 1 技术比较 方案一 立井两水平开拓方式 图 4 1 立井两水平开拓 优点 适应性强 技术成熟可靠 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 便于井筒延伸 对于开采深部赋存煤层有长处 缺点 初期投资大 建井期限稍长 需要大型的提升设备 多水平开拓 立井石门长度