鸡西矿业集团张新煤矿0.9Mta新井设计论文

I 摘 要 本设计矿井为鸡西矿业集团公司张新矿 0 9Mt a 新井设计 服务年限为 53 5a 井田走向 7km 倾向 4km 井田内有三层可采煤层 分两水平开采 设 计采用双立井开拓方式 采煤工艺为普通机械化开采 采用走向长壁后退式采 煤法 运输大巷采用三吨底卸矿车运输 关键词 矿井设计 走向 采煤工艺 II Abstract This mine pit design is designed for the coal mine of Zhangxin of Jixi Coal Mining Group The design production ability is 0 9Mt a Length of service is 53 5year The average strike length is 7km the dip length is 3km It has three recoverable layers The shaft area is divided two mining levels to explore This new design takes vertical shaft development The coal mining technology is full mechanized take longwall coal mining method take longwall coal mining method The bottom of tunnel take three tun drop bottom mine car Key words The mine pit design Strike Mining technology III 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 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 2 交通位置 2 1 1 3 地形 地势 2 1 1 4 气象 地震 3 1 1 5 河流 3 1 1 6 原材料及水电供给情况 3 1 2 地质特征 3 1 2 1 矿区范围内的地层情况 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 6 1 2 4 岩石性质 厚度特征 7 1 2 5 井田内水文地质情况 8 1 2 6 瓦斯 煤尘及煤的自燃性 8 1 2 7 煤质 牌号及用途 8 第 2 章 井田境界 储量及服务年限 10 2 1 井田境界 10 2 1 1 井田境界确定的依据 10 2 1 2 井田周边情况 10 2 1 3 井田未来发展情况 10 2 2 井田储量 10 2 2 1 井田储量的计算 10 2 2 2 保安煤柱 11 2 2 3 储量计算方法 11 IV 2 2 3 储量计算的评价 12 2 3 矿井工作制度 生产能力及服务年限 12 2 3 1 矿井工作制度 12 2 3 2 矿井生产能力及服务年限 12 第 3 章 井田开拓 14 3 1 概述 14 3 2 矿井开拓方案的选择 14 3 2 1 井硐形式和井口位置 14 3 2 2 开采水平数目和标高 17 3 2 3 开拓巷道的布置 19 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 井硐位置及坐标 20 3 3 3 水平数目及标高 20 3 3 4 石门 大巷数目及布置 21 3 3 5 井底车场形式的选择 22 3 3 6 煤层群的联系 23 3 3 7 采区划分 23 3 4 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 28 3 5 3 井底车场通过能力计算 29 3 5 4 井底车场主要硐室 30 3 6 开采顺序 30 3 6 1 沿井田走向的开采顺序 30 3 6 2 沿煤层垂直方向的开采顺序 31 3 6 3 采区接续计划 31 第 4 章 采区巷道布置 32 V 4 1 采区概述 32 4 1 1 设计采区的位置 边界 范围 采区煤柱 32 4 1 2 采区地质及煤层情况 32 4 1 3 采区生产能力 储量及服务年限 32 4 2 采区巷道布置 33 4 2 1 区段划分 33 4 2 2 采区上山布置 33 4 2 3 采区车场布置 34 4 2 4 采区煤仓形式 容量及支护 36 4 2 5 采区硐室简介 37 4 2 6 采区工作面接续 38 4 3 采区准备 39 4 3 1 采区巷道准备顺序 39 4 3 2 主要巷道断面示意图及支护方式 40 第 5 章 采煤方法 43 5 1 采煤方法的选择 43 5 1 1 采煤方法的选择 43 5 2 回采工艺 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 44 5 2 2 选择采煤工作面循环方式和劳动组织形式 44 第 6 章 井下运输和矿井提升 46 6 1 矿井井下运输 46 6 1 1 运输方式和运输系统的确定 46 6 1 2 矿车的选型及数量 46 6 1 3 采区运输设备的选择 49 6 2 矿井提升系统 51 6 2 1 矿井主提升设备的选择 51 第 7 章 矿井通风系统的确定 52 7 1 矿井通风系统的确定 52 7 1 1 概述 52 7 1 2 通风系统确定的因素 52 VI 7 2 风量计算与风量分配 53 7 2 1 风量计算 53 7 2 2 风量分配 59 7 2 3 风量的调节方法与措施 59 7 2 4 风速的验算 60 7 3 矿井通风阻力的计算 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 矿井等积孔的计算 63 7 4 通风设备的选择 64 7 4 1 主扇的选择计算 64 7 4 2 电动机的选择 64 7 4 3 反风措施 65 7 5 矿井安全技术措施 65 第 8 章 矿井排水 68 8 1 概述 68 8 1 1 矿井水来源及涌水量 68 8 1 2 对排水设备的要求 68 8 2 矿井主要排水设备 69 8 2 1 排水系统和排水方式简介 69 8 2 2 主排水设备及管路选择计算 69 第 9 章 矿井主要技术经济指标 72 结论 74 致 谢 75 参考文献 76 附录一 77 附录二 83 1 绪 论 检验四年来对采矿工程专业知识的掌握程度 做此毕业设计 本设计是以黑龙江省鸡西市张新煤矿资料为蓝本所做的新井设计 本矿井 设计的范围涵盖了开拓方式 采煤工艺 通风安全 支护方式等各个方面 在 本次设计中运用了包括通风安全方面 采煤工艺方面 岩石力学方面以及 CAD 制图等多方面的知识 本设计采用现在普遍通用的设计方案 并无特别的创新 之处 利用现有的煤矿生产设备与技术合理规划 达到经济 高产 高效 在 设计时 需要对矿井的地质情况 煤层的受力等情况进行分析 这样才能使建 成的矿井更加与实际相符 我希望通过做本次毕业设计 能够更深的对采矿专业进行认知和了解 对 以前所学知识加以回顾并掌握 为以后能顺利参加实践工作储备足够的理论知 识 2 第 1 章 井田概况及地质特征 1 1 井田概况 张新煤矿位于鸡西市东南方约 12km 行政区划属鸡西市恒山区 距恒山 区以东 11 6 km 地里坐标东经 131 01 北纬 45 12 井田东西走向长 7 km2 南北倾斜长 3 km 面积 21 km2 井田东部与鸡东矿相邻 以 F44 F49 断层为界 西部与二道河子矿相接 以 F30 F12 断层为界 鸡煤地字 1989 第 497 号文 北以平麻断层为界 南以 7 号层 600 标高为界 1 1 2 交通位置 矿内有铁路专用线在恒山车站与国铁相接 有直达矿区的公路 交通方便 具体地理交通情况见图 1 1滴 道 矿 城 子 河 矿 正 阳 矿 杏 花 矿 东 海 矿 通 密 山鸡 东 通 密 山鸡 西鸡 西 矿 务 局 张 新 矿二 道 河 子 矿小 恒 山 矿恒 山 矿 水源地 通 桦 木 林 场石 墨 矿柳 毛 矿至 牡 丹 江 滴 道至 林 口 交 通 位 置 图比 例 尺 1 60图 1 1 张新煤矿交通位置示意图1 1 3 地形 地势 井田北部由东山组火山碎屑所组成近东西向的低山 是鸡西煤盆地南北条 带的分界线 构成本区北部屏障 南部为第三纪玄武岩覆盖而形成平顶山 中 3 部为黄泥河呈东西贯穿全区 而形成低凹平缓的丘陵地貌 井田内最高点是东 碗山 标高 483 5m 最低点是黄泥河谷 标高难度 185m 1 1 4 气象 地震 本区最高气温 34 最低气温 30 冻结期为 6 个月 自当年 10 月中 旬至明年 5 月中旬 最大冻土深度 2 28m 一般 2 0m 7 8 9 月为雨季 年 降雨量 559mm 年蒸发量 1236 7mm 6 至 9 月平均绝对温度 12 至 20 平 均风级 2 至 4 级 平均风速 2 8m s 风向一般是 WNW WSW 向 1 1 5 河流 井田主要河流是黄泥河 由西向东 横贯本区 水流终年不断 东至保 安屯附近汇入石头河 其次在井田西部有二道河 呈南北向 在薛家葳子附近 汇入黄泥河 水流较小 为季节性河流 1 1 6 原材料及水电供给情况 水源来自开采地下水 能够满足生产与生活需要 原材料以及生产生活用 电均来自鸡西市 1 2 地质特征 1 2 1 矿区范围内的地层情况 张新井田位于鸡西含煤盆地南部条带之中部 在井田范围内的地层如下表 4 表 1 1 地层层序表 界 系 统 群 组 地质厚度 米 第四系 Q 全新统 Q4 冲积层 Q4 2 10 新生界 kz 第三系 R 上第三系 N 玄武岩 BN4 0 100 猴石沟组 K1h 500自系 K 下 统 K1 松山群 K1hs 东山组 Kid 130 300 穆棱组 J3m 760 860 中生界 MZ 侏罗系 J 上 统 J3 鸡西群 J3j 城子河组 J3ch 537 710 元古界 Pt 中 下元 古界 麻山群 Ptlms 不详 1 元古界麻山群 在井田北部 8 到 10 线 浅部背斜轴有该群地层露头出现 长 1500m 宽 350m 长轴呈北北东向 2 上件罗统鸡西群 不整合于麻山群之上 地层二分 即穆棱组 城子河组 本区缺失滴道组 1 城子河组 J 3ch 一号煤层以下至基底 在南部条带均有分布 但受成煤前古地理影响 各区厚度不一 总的趋势是由西向东逐渐增厚 1 煤 层顶板至 8 煤层底部 厚度 220 至 240m 是鸡西煤田主要含煤层段 该井田 内可采煤层三层 可采层总煤厚 4 4m 本段地层主要由细砂岩 中砂岩 砂 岩 泥岩 凝灰岩 粉砂岩构成 2 穆棱含煤组 J 3m 与城子河组整合接触 分组界线不易划分 本组地层在南部条带发育较好 地层厚度稳定 标志明显 易对比 地层由西向东逐渐增厚 3 下白垩统桦山群 KUS 1 东山组 K 12d 与穆棱组平行不整合接触 地层厚度 130 至 300m 5 分布在井田北部 平麻断层以北 地貌上呈东西向之陡峻的山 以灰绿色厚 层安山质火山为主 角砾状 在局部地区为熔岩 夹灰绿色凝灰质粉砂岩细砂 岩 2 猴石沟组 K 12h 与东山组平行不整合接触 厚度大于 500m 分 布在平麻断层北 鸡西煤盆地向斜轴部 从岩性上大致可分为三段 下段以细 砾岩 砾质砂岩为主 中段由浅黄色至黄褐色厚层中砂岩组成 上段以细砂岩 粉砂岩为主夹中砂岩 胶结不好 4 新生界上第三系玄武岩 BN 4 玄武岩主要分布在井田南部 厚度 0 100m 形成平顶山 5 新生界第四纪冲积层 Q 4 该层为中积物或洪积物 分布在沟谷及河床两侧 厚度 1 10m 在河床 沟谷部位多由砂 砾石组成 在山坡地带多由原地风化物堆积而成 1 2 2 井田范围内和附近的主要地质构造 鸡西煤田在侏罗纪煤系沉积之前 已初步形成了古构造格架 尊在这两个 近东西向的凹陷盆地 在两凹陷之间有个东西走向的麻山 平阳古背斜 这个 古背斜对盆地早期沉积其一定控制作用 使煤田早期地层有南北差异 从整个 晚侏罗纪到白垩是以接受沉积为主 中间虽有沉积简短 但无不整合 鸡西煤 田构造的形成是早白垩世桦山群地层沉积之后 受到来自乃北方向的主应力作 用而形成褶曲 在古构成的基础上进一步加强 形成两个主向斜及一个主背斜 随着应力的不均衡 来自南北应力的强大 大主背斜轴部产生以压性为主的平 麻逆冲断裂 把煤田进一步分割为南 北两个条带 完成了今日鸡西含煤盆地 构造轮廓 张新井田位于鸡西煤盆地南部条带之中部 主背斜的南翼 断层是本井田内的主要构造 断层情况详见表 1 2 2 该井田的地层走向近东西 倾向南 缓倾斜的单斜构造 北有平阳 麻山 逆冲断裂 东有落差 500m 的北东向大正断层 F49 井田由主要发育有北西 北东向的高角度正断层 逆断层较少 在倾斜方向上已控制到三公里 还未出 现次一级褶曲 断层在走向剖面上的组合形成 常以地堑 地垒相间排到组合 出现 北西向断层多于北东向 北东向断层的落差大于北西向的 均属于张性 和张扭性的 断层面倾角在 60 80 的高角度正断层 6 表 1 2 主要断裂构造表 序 号 断层 号 走向 倾 向 倾角 断距 确定依据 控制 程度 延展长度 米 变化 规律 1 F12 170 E 75 0 16 0 较可 靠 1900 上大 下小 2 F30 164 17 4 E 70 10 5 0 可靠 2550 上大 下小 3 F44 154 E 60 60 可靠 1350 4 F49 192 21 3 E 80 50 可靠 2800 1 2 3 煤层赋存状况及可采煤层特征 张新矿开采的是中生界上侏罗统 鸡西群城子河的煤层 该组地层总厚 530 710m 本区内共含煤三层 经过生产和勘探正式 全区可采煤层有三层 其煤层号自上而下依次为 1 6B 8 可采部的总煤厚 4 4m 含煤系数 1 3 1 7 这三层煤都集中分布在 240m 的间距内 本区煤层都属中煤层 煤 厚在 0 8 2 0m 之间 从煤层机构来看 三层煤均为简单结构且全区发育 1 煤层距 6B煤层 6 B煤层距 8 煤层 117m 见图 1 2 煤层柱状图 7 M2J3上统系 罗罗 侏侏界生中 统系界 地 层 系 统 柱 状 煤层号 煤层 m 地层厚 岩 性 描 述25 7粉 砂 岩8 130 焦 煤 r 140中 砂 岩粉 砂 岩18 5凝 灰 岩260 4细 砂 岩中 砂 岩95 1细 砂 岩焦 煤 3焦 煤 r B中 砂 岩泥 岩 图 1 2 煤层柱状图 1 煤层 是二道河子矿开采的东延煤层 煤厚比较稳定绝大部分均在 0 8 1 5m 之间 本煤层结构简单 顶底板为粉砂岩 6B煤层 是张新深部详查勘探后 新增加的煤层 在井田东南角有 4 8 km2达到可采厚度 结构简单 无夹层 煤层厚度变化是由东向西 由厚变薄 14 线以西只有泥岩层位 向东煤质逐渐变好 厚度逐渐增大 本层重要特征 是直接顶底板均为中粒砂岩 分布面积广 仅在井田面积就达 25 5 km2 厚 度比较大 平均厚度达 1 5m 在测井定性曲线上反应极明显 是煤层对比重 要标志 下 8 煤层 井田内主要可采煤层 全区可采 煤厚在 0 9 2 0m 一般均在 1 0m 以上 在测井定性曲线上 密度 天然珈玛和视电阻率曲线的异常幅度 均大于全区所有煤层 是对比重要标志 顶底板均为细砂岩 1 2 4 岩石性质 厚度特征 部分岩石物理力学性质指标 8 表 1 3 岩石的主要物理力学性质指标表 名称 容重kg cm3 孔隙度 抗压强 度 102 kg cm3 抗拉强度 102 kg cm3 变形模量 102 kg cm3 弹性模量 kg cm3 粉砂岩 2 0 2 6 5 25 2 20 0 5 0 4 0 5 8 1 10 凝灰岩 2 7 2 85 1 6 5 2 12 83 0 6 2 0 2 7 5 10 1 2 5 井田内水文地质情况 本区位于鸡西煤田南部条带 地形起伏 地面水径流条件良好 本区只有 黄泥河与二道河 季节性河流 平水期流量均小于 0 5L s 坡降为千分之七 区内含水层可分为煤系风化裂隙含水层 构造裂隙含水带和第四纪冲积含 水层 1 2 6 瓦斯 煤尘及煤的自燃性 本矿属于高瓦斯突出矿井 瓦斯含量测定为 0 04 m3 t 煤 2 47 m 3 t 煤 瓦斯赋存条件好涌出量大给矿井的安全生产带来一定的困难 对三个可采煤层 分别做了煤尘爆炸性鉴定 结论是三个煤层均存在爆炸性 爆炸试验中其火焰 长为 8 层 300 400mm 6 B号层 320 530mm 1 层 20 500mm 煤层自燃发火期 8 号层为 18 个月 6B 号层为 9 个月 1 号层为 9 个月 煤层自燃倾向性分类均为为 类 1 2 7 煤质 牌号及用途 本矿区内的煤层是由高等植物所形成的腐植煤 其肉眼煤岩成份主要是亮 煤 暗煤 夹镜煤丝带 丝炭较少 黑色光亮内生裂隙发育 质脆 黑色条带 状 层状结构 其煤岩类型多为光亮型 半亮型和半暗型 镜下鉴定为煤岩组 成多是凝胶物质体 色鲜红以镜煤煤化物质为主树脂胶体占次要地位 矿物杂 质多见 原煤灰分变化较大 一般在 20 15 至 31 净煤灰分一般在 10 左右 胶质层厚度在 13 0 至 18 5mm 粘结指数 G 在 75 85 之间 原煤分析基 9 高位发热量为 5800 6400 千卡规律 精煤挥发分一般在 32 左右 硫含量在 0 22 0 37 之间 磷含量一般在 0 003 0 014 之间 是低硫 低磷的 1 3 焦煤 主要工业用途以冶金用煤为主 火电厂作动力用煤次之 10 第 2 章 井田境界 储量及服务年限 2 1 井田境界 2 1 1 井田境界确定的依据 1 井田境界以地理地形 地质条件作为划分的依据 2 要有合理的走向长度 以利于井田机械化程度的不断提高 3 井田境界的确定要适合选择井筒位置和工业广场的布置 4 合理的确定井田范围可为矿井发展留有空间 2 1 2 井田周边情况 井田东部与鸡东矿相邻 以 F44 F49 断层为界 西部与二道河子矿相接以 F30 F12 断层为界 煤层平均倾角为 20 平均容重 1 40t m3 全区走向长 7000m 宽 3000m 面积为 21km2 2 1 3 井田未来发展情况 本井田煤层条件较好 投产时就能达到矿井设生产能力 随着开采深度的 增加 遇到的煤层赋存条件更好 采用新技术进行生产 煤炭产量会得到进一 步的提高 2 2 井田储量 2 2 1 井田储量的计算 在划定的井田范围内 计算矿井开采煤层的储量 是进行矿井设计和生产 建设的依据 本设计井田范围内可采煤层有 1 6 B 8 三层 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 矿井地质 储量是指井田范围内所有的煤炭储量 包括不合乎开采要求的煤层 矿井工业 储量是指在井田范围内煤层厚度和质量符合开采要求 可列入平衡表内的储量 平衡表内储量是指各项指标都符合工业要求 可供开采的储量 平衡表外储量 是指煤层的各项指标不能满足当前工业要求 上前暂不能开采 但今后可以利 11 用和开采的储量 矿井可采储量是是指矿井设的可以采出的储量 矿井工业储 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 断层及露头 保护煤柱后乘以采区回采率的储量 2 2 2 保安煤柱 保安煤柱的留设符合对安全生产和环境保护的要求 保护煤柱的设计原则 如下 1 根据受护面积和移动角值圈定保护煤柱 2 对于立井的保护煤柱 以 400m 为界 低于 400m 的以移动角圈定 大 于 400 以边界角圈定 3 地面受护面积包括受护对象及周围的维护带 4 当受护边界与煤层走向斜交时 根据基岩移动角求得垂直于维护边界 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 依据 煤矿安全规程 为了安全生产 本设计矿井留设保安煤柱如下 1 井田内部断层留设 30m 保安煤柱 2 各煤层在露头处留设 50m 保安煤柱 3 边界断层留设 40m 保安煤柱 按以上规则计算得 工业广场煤柱损失 3 476Mt 断层 边界保安煤柱损失 2 855Mt 露头煤柱损失 1 834Mt 总损失量 8 165Mt 2 2 3 储量计算方法 1 工业储量计算 以 储量管理规程 为依据 计算公式如下 工业储量 井田面积 平均倾角正割 煤层平均厚度 容重 本设计矿井以原张新煤矿井田初步设计储量诸图为根据 通过等高线块段 面积的垒加求出工业储量 经公式计算本井田工业储量为 91 4855Mt 2 可采储量计算 计算公式如下 ZK ZC P C 式中 ZK 可采储量 ZC 工业储量 P 永久煤柱损失 12 C 采区回采率 取 0 8 ZK 91 4855 8 165 0 8 63 755Mt 三个煤层分别按公式计算 经过汇总计算出本设计井田可采储量为 63 755Mt 2 2 3 储量计算的评价 本设计井田以井田地质报告中的平衡表内储量为依据 严格执行相关规定 计算井田内各级储量 表 2 1 井田可采煤层储量计算总表 单位 Mt 损失 Mt 水 平 煤 层 工业储量 A B C Mt 工业 场地 井田 境界 断层 开采 其它 合计 可采储量 Mt 1 13 221 0 73 0 624 0 163 2 259 0 408 4 184 9 037 6B 19 993 1 055 0 909 0 393 3 388 0 698 6 443 13 55 8 20 904 1 622 0 967 0 433 3 575 0 728 6 594 14 31 合计 54 117 3 407 2 50 0 989 9 224 1 834 17 221 39 06 1 8 017 0 0 153 0 119 1 549 1 821 6 196 6B 12 568 0 0 173 0 29 2 421 2 884 9 684 8 16 783 0 069 0 167 0 297 3 104 4 368 12 415 合计 37 368 0 069 0 493 0 706 7 615 9 073 28 295 总计 91 486 3 476 2 993 1 693 16 839 1 834 26 294 63 755 2 3 矿井工作制度 生产能力及服务年限 2 3 1 矿井工作制度 根据 煤矿工业矿井设计规范 规定 本设计井田矿井每年生产 330d 每天净提升时间 16h 采用四六制作业 三班生产 一班准备 2 3 2 矿井生产能力及服务年限 按 煤矿工业矿井设计规范 的划分 矿井井型共分为三大类型 大型矿 井 1 20 1 50 1 80 2 40 3 00 4 00 及以上 Mt a 中型矿井 0 45 0 60 0 90 Mt a 小型矿井 0 09 0 15 0 21 0 30 Mt a 13 本设计井田地质构造比较简单 煤层的平均倾角在 20 左右 可采储量为 63 755Mt 根据地质报告的资料描述 本设计矿井井型应在大型与中型的界限 上 因此 有两个方案可供选择 方案一 建 1 2Mt a 的矿井 方案二 建 0 9Mt a 的矿井 根据 煤矿工业矿井设计规范 矿井投产后服务年限不应过长 中型矿井 服务年限应在 50a 左右 大型矿井服务年限在 60a 左右 矿井设计服务年限公式 P Z AK 式中 P 矿井设计服务年限 a Z 矿井设计可采储量 Mt A 生产能力 Mt a K 矿井储量备用系数 本设计中 K 取 1 4 计算得 方案一 P Z AK 67 355 1 2 1 4 P 40 1a 方案二 P Z AK 67 355 0 9 1 4 P 53 5a 从方案比较中可以看出 方案二最符全 煤矿工业矿井设计规范 规定 因此 本设计矿井生产能力为 0 9Mt a 矿井服务年限为 53 5a 14 第 3 章 井田开拓 3 1 概述 本井田西部与二道河子矿相接 两矿之间共留设 80m 保安工业煤柱互不 影响 东部与鸡东矿相邻 两矿互不影响 井田内浅部开采城子河组煤层有部 分小井 但对大井深部开采无影响 本设计井田开拓方式要充分考虑到的机械化装备水平 这是为不影响井型 和经济效果所必须的 确定井田开拓方式的原则 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 2 尽量做到集中布置简化生产系统 避免生产分散 3 合理开发 保护资源 减少损失 4 严格按照 煤矿安全规程 规定 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 5 要充分利用当前的技术和设备以达到经济 高产 高效 还要能适应 设备更新 为采煤机械化和自动化创造条件 6 要符合总体设计和矿井生产能力要求等 3 2 矿井开拓方案的选择 3 2 1 井硐形式和井口位置 1 井筒形式 井田开拓的井硐形式按照井筒的倾角不同主要有平硐开拓 斜井开拓 立 井开拓以及混合开拓四类 本设计井田的地质条件不符合平硐开拓 而混合开 拓因形式复杂不便管理也不适合选择 因此 适合本设计井田的开拓方式只有 立井 斜井及综合开拓 由此确定三种方案 方案一 双立井开拓 方案二 双斜井开拓 方案三 主斜副立 15 图 3 1 方案一 图 3 2 方案二 图 3 3 方案三 斜井与立井相比 斜井 优点 施工技术和设备简单 掘进速度快 工作广场 井筒装备和井底车 场及硐室投资少 不用大型提升设备 钢材消耗量小 胶带输送机提升增产潜 力大 改扩建比较方便 容易实现多水平生产 井下石门短 缺点 件相同时 斜井要比立井长得多 井筒维护费用高 不适合胶带输 送时 提升速度低 能力小钢丝绳磨损严重 动力消耗大 提升费用高 当井 田斜长较大时 采用多段绞车提升 转载环节多 系统复杂 更要多占用设备 和人力 斜井通风风路较长 对瓦斯涌出量大的大型矿井 斜井井筒断面小 通风阻力过大 可能满足不了通风的要求 不得不另开专用进风或回风的立井 并兼做辅助提升 当地质条件复杂时 井筒掘进技术复杂 有时难以通过 立井 优点 立井的井筒短 提升速度快 提升能力大 对辅助提升特别有利 机械化程度高 易于自动控制 井筒为圆形断面机结构合理 维护费用低 有 效断面大通风条件好 管线短 人员升降速度快 16 缺点 与斜井优点相对 适用条件 斜井 煤层赋存较浅 垂深在 200m 以内 煤层赋存深度为 0 500m 含 水砂层厚度小于 20 40m 表土层不厚 水文地质情况简单的煤层 井筒不需 要特殊方法施工的缓倾斜及倾斜煤层 立井 煤层赋存深度 200 1000m 含水砂层厚度 20 400m 立井开拓的适 应性很强 一般不受煤层倾角 厚度 瓦斯 水文等自然条件限制 技术上也 比较可靠 当地质条件不利于平硐或斜井开拓时均采用立井开拓方式 技术评价 本井田煤层倾角为 20 生产能力 0 9Mt a 瓦斯涌出量小 采用斜井开拓井筒过长 井筒断面较小通风较差 且煤层赋存较深 权衡立井 和斜井的优缺点及适用条件可知本井田采用立井开拓优于斜井开拓 根据上述井筒开拓方案的技术比较后 对技术可行方案进行经济比较 详见井筒开拓方案比较表 3 1 表 3 1 井筒开拓方案比较表 方案一 方案二 工程量 m 单价 元 m 费用 万元 工程量 m 单价 元 m 费用 万元 主井井筒 450 3000 108 1315 1050 138 副井井筒 450 3000 108 1315 1050 138 井底车场 1200 900 108 1200 900 108 主石门 0 0 0 0 0 0 初 期 运输大巷 3525 800 282 3525 800 282 小计 万元 724 5 784 5 主井井筒 300 3000 90 878 1050 92 2 副井井筒 300 3000 90 878 1050 92 2 井底车场 1200 900 108 1200 900 108 主石门 1485 800 118 8 2970 800 237 6 后 期 运输大巷 5726 800 458 08 5726 800 458 08 小计 万元 864 88 988 08 共计 1589 38 1772 58 本设计井田最大标高 200m 最小标高 600m 垂深 800m 经综合对比 适应本设计井田的井筒形式为立井 方 案项 目 17 2 井口位置 井筒的位置是与井筒的形式 用途密切联系的 主副井筒位置一经确定和 施工后 在其上部布置工业场地 进行工业和民用建筑建设 在其下部设置水 平 进行开采部署 在整个矿井服务期间极难更改 因此 合理的井筒位置应 使井下开采有利 井筒沿走向的有利位置应设在井田中央 以避免井筒偏于一侧 造成单翼开采 的不利局面 井筒沿煤层倾向的位置有几个方案可见图 3 4 在初期水平相同 的情况下 井筒设在 B 处的总石门较 A C 两处短 因此井筒位置沿煤层倾向 处于中部偏上的 BCABCABC1233123 12 1 井筒 2 石门 3 工业广场 图 3 4 立井井筒沿倾向位置的几个方案 3 2 2 开采水平数目和标高 根据矿井井田斜长的大小 开采煤层的多少和煤层倾角的陡缓 井田内可 设一个或几个开采水平 每个开采水平设井底车场和运输大巷 供该水平各采 区煤的外运 辅助运输和通风用 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 18 煤炭行业以高度集中化为主要的发展方向 高产高效矿井要求集中在一或两个 水平 1 2 个工作面生产 这就要求各水平有丰富的储量和合理的服务年限 本设计井田合理的水平垂高的要求 1 具有合理的阶段斜长 2 合理的水平服务年限 3 具有合理的区段数目 4 要有利于采区的正常接替 5 经济上有利的垂高 6 要有利于水平接替 7 井底车场及其主要硐室的位置应尽量处于较好的岩层内 根据上述因素 本设计井田设计提出水平划分方案如下 方案一 井田划分两个开采水平 一水平在 250m 标高处 二水平在 600m 标高处 实行上山开采 方案二 井田划分三个开采水平 一水平在 150m 标高处 二水平在 400m 标高处 三水平在 600m 标高处 实行上山开采 表 3 2 水平储量及服 务年限如下 表 3 2 水平储量及服务年限表 目录 水平 可采储量 Wt 服务年限 a 一水平 39 06 31 方案一 二水平 28 295 22 5 一水平 23 736 24 二水平 19 978 15 9方案二 三水平 20 001 15 9 参照上述二种方案的各项数据 各方案评价如下 方案一 该方案的一水平服务年限及垂高均符合 煤矿工业矿井设计规范 规定 根据本井田的实际情况 本方案技术上可行 方案二 该方案的一水平服务年限不符合 煤矿工业矿井设计规范 规定 该方案不可取 因此采用方案一的水平划分方法 即划分两个开采水平 一水平在 250m 标高处 二水平在 600m 标高处 19 3 2 3 开拓巷道的布置 设置大巷的主要目的是便于物料和人员的运输 为通风 排水 敷设管线 提供场地 便于运输 满足矿井通风安全的需要 开拓巷道布置的核心问题是运输大巷的布置 运输大巷分为分煤层运输大 巷 分组集中运输大巷 集中运输大巷 主要根据煤层数目和间距来定 本设 计井田共有 1 6 B 8 三层煤 1 层与 6B层相距 86m 6B层与 8 层相距 117m 平均间距 101 5m 1 分煤层大巷适用条件 煤层数不多 层间距大 石门长 井田走向长 度短 服务年限不长 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 由于本设计 井田走向长度较长和服务年限较长 因此分煤层大巷布置不符合本设计 2 分组集中大巷适用条件 煤层数多 层间距大小悬殊 按煤层的特点 根据运输 通风要求组合 经济上有利 多水平生产 容易解决运输 通风的 干扰 本设计煤层间间距比较平均不适合分组集中大巷布置 图 3 5 集中运输大巷 3 集中运输大巷适用条件 适于煤层层数多 层间距不大的矿井 井田 走向长度大 服务年限长 下部煤层底板有坚硬岩层 容易维护 煤质牌号相 同 要求分采分运 自然发火严重 便于分区 分段处理事故 采区尺寸大 石门长度短 经综合考量 本设计井田虽然石门稍长 但集中运输大巷最适合 本设计 20 3 3 选定开拓方案的系统描述 3 3 1 井硐形式和数目 本设计井田矿井一水平采用双立井开拓方式 一个主井 一个副井 两个 风井 3 3 2 井硐位置及坐标 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 地面条件包括工业场地占地面积 地形与工程地质条件 煤的运输方 向 生产建设与住宅位置等 2 井下条件包括按大巷运输量确定井筒位置 根据地质条件确定井筒位 置 煤柱量 勘探程度和初期工程量等 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一 水平开拓示意图 3 6 图 3 6 一水平开拓示意图 两立井位于井田中央 坐标分别为 主 井 425315 5008492 副 井 425275 5008605 主井井深 470m 副井井深 476m 两井筒中心线间距为 125m 主井井筒直 径 6 5m 副井井筒直径 6 5m 均采用整体式混凝土井壁 井壁厚度 450mm 3 3 3 水平数目及标高 本设计矿井采用两水平开拓 一水平标高为 250m 二水平标高为 600m 21 3 3 4 石门 大巷数目及布置 1 大巷数目 一条运输大巷 一条回风大巷 2 大巷布置 大巷布置形式主要有煤层大巷 岩石大巷两种 对于各种大 巷布置方式分述如下 1 煤层大巷 优点是掘进容易 在建设期间可以早出煤 早投产节省投资以及容易探明 地质情况 缺点服务年限短 受影响较多 包括顶底板稳定 煤层坚硬程度 煤层起伏 断层 褶皱 瓦斯与煤的突出 煤层自燃发火情况等 2 岩石大巷 优点很多 维护费用低 大巷运输受地质构造的影响较小 可不留或少留 护巷保安煤柱 安全条件好 受瓦斯突出及煤的自燃发火影响较小 缺点主要 为岩石工程量大 掘进速度慢 投资费用高 建设工期长 煤层大巷与岩石大巷相比较有下列缺点 煤层大巷维护困难 维护费用高 巷道必须留设保安煤柱 资源损失大 煤层面时刻临自燃发火的危险 发火时就要封闭大巷 停止生产 而煤 柱因受影响破坏 封闭效果不好 处理火灾困难 当煤层起伏褶曲较多时 巷道弯曲转折多 机车运行速度受到限制 运 输能力降低 本设计矿井煤层有一定起伏 走向长度较长 服务年限长 综合岩石大巷 与煤层大巷的优缺点 岩层大巷布置更适合本设计矿井 合理的设计巷道断面可以保证煤矿生产的经济效益和生产安全 在满足安 全与技术要求的原则下 力求提高断面利用率 缩小断面 降低造价并加快施 工速度 本设计矿井中 大巷和石门服务年限较长 运输能力要求大 故本设 中的大巷和石门的断面的支护设计 内部设施采用相同的布置 本设计矿井大 巷 石门断面的各项内容见图 3 7 22 图 3 7 大巷 石门断面图 3 3 5 井底车场形式的选择 井底车场是位于开采水平 连接井筒和井下主要运输巷道的一组巷道和硐 室的总称 主井与副井的井底车场可以分别布置 通常意义上所说的井底车场 是指主井与副井联合布置成的车场 1 布置井底车场的主要目的 实现井筒提升与大巷运输的转载 实现井 下集中供电 实现矿井集中排水 为井下生产和安全提供便利 立井井底车场的基本类型 1 环形式 立式 斜式 卧式 2 折返式 梭式 尽头式 23 表 3 3 立井井底车场的基本类型 类型 适用条件 立式 1 90 150Mt a 的矿井 2 刀形车场适用于 60Mt a 增加回车线可提高到 90 120 Mt a 斜式 1 适用于 60 90Mt a 的矿井 2 地面出车受限制时使用 环 形 式 卧式 适用于 60 90Mt a 的矿井 梭式 利用于大型底纵卸式 底侧卸式矿车 可用于大型矿井折 返 式 尽头式 利用于大型底纵卸式 底侧卸式矿车 可用于大型矿井 3 设计要求 1 井底车场通过能力应大于矿井的生产能力 并有 30 富裕量 2 调车简单 安全 方便 弯道及交叉点少 3 操作安全 符合规程 规范要求 4 井巷工程量小 建设投资少 速度快 时间短 便于维护 生产成本 低 5 施工方便 有利于井筒之间 井底车场巷道与主要巷道之间迅速贯通 从而缩短建井时间 结合本设计井田的有关设计参数 对各种形式井底车场的优缺点进行比较 后 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 本设计矿井井田范围内共有三层可采煤层 即 1 6 B 8 煤层 煤层平均 间距 101 5m 各煤层进行单独开采 三个煤层共用一个运输大巷和回风大巷 区段 集中大巷与各煤层回风平巷以石门联系 3 3 7 采区划分 本设计井田共有三个煤层 分两个水平 根据采区划分的原则共分为十六 个采区 初期一水平分为八个采区 祥见采区划分示意图 3 8 采区划分原则 1 根据 采区宜双翼布置 当受地质条件限制 时或安全上有特殊要求时 可单翼布置 2 如果井田走向长度不大 两翼均不超过 1500m 可以不划分采区 24 直接从井田边界进行后退式回采 3 初步设计一般负责划分第一水平全部采区 故需要沿井田走向全长 统一考虑 作到初后期统筹兼顾 不但要全井合理 更要有利于初期设计 4 要适应充填注砂井 回风井的既定位置 使分区充填 分区通风的 联系巷道尽量缩短 5 采区划分要有意识地缩短大巷和充分注意人为境界处延深可能性 6 为了充分发挥综合机械化效能 减少搬家次数 提高效率和回采率 减少采区煤柱损失 凡是厚度稳定 适合于综机开采的部分要单独划分出采区 7 开采多煤层的井田 应尽量联合布置采区 搞集中生产 8 初期采区尺寸要适应目前输送机的实际长度及电压降的控制范围 后期采区尺寸可逐步加大根据该设计井田的地质构造及煤层赋存等因素 西 一 一西 二 一西 一 二西 一 三 东 一 一东 一 二东 一 三 东 一 四东 一 五西 二 二西 二 三 东 二 一东 二 二东 二 三 东 二 四东 二 五 图 3 8 一水平采区划分示意 3 4 井硐布置和施工 3 4 1 井硐穿过的岩层性质及井硐支护 参见图 1 2 煤层综合柱状图和图 3 6 开拓方案剖面示意图 本设计矿井井 筒穿过的岩层性质如下 基岩段 粉砂岩 中砂岩 凝灰岩 泥岩 细砂岩 根据主副井围岩性质 并按 煤矿安全生产规程 规定 本设计井田矿井 主 副井井筒的支护方式都一致 表土段采用混凝土砌碹 煤层段采用料石砌 碹 基岩段采用锚喷支护 井硐穿过岩层主要为粉砂岩 中砂岩 所以本设计井筒支护形式为 混凝 25 土整体灌注式 主副井井壁厚度均为 450mm 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 施工需要满足运输 通 风 管线等布置的要求 2 有利于井筒检修 维护 清扫和人员通行安全 3 合理的布置断面空间 减少井筒工程量 图 3 9 主井井筒断面图 26 图 3 10 副井井筒断面 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 详见主副井井筒断面图 图 3 9 和图 3 10 3 4 3 井筒延深意见 为了保证采区正常接续和均衡生产 经过经济比较 本设计井田将采用胶 带输送机运输的暗斜井延深 见表 3 4井 筒 延 深 方 案 比 较 表 和 图 3 11 延深方案示 意图 27 表 3 4 井 筒 开 拓 方 案 比 较 表 方 案 一 暗斜井延深 方 案 二 立 井 延 深 方 案 项 目 工 程 量 米 单 价 元 米 费 用 万 元 工 程 量 米 单 价 元 米 费 用 万 元 主 井 井 筒 1050 666 4 70 350 2072 5 72 5 副 井 井 筒 1050 666 4 70 350 2072 5 72 5 井 底 车 场 1050 900 94 5 1050 900 94 5 主 石 门 810 800 64 8 1210 800 96 8 后 期 运 输 大 巷 4510 800 360 8 4720 800 377 6 共 计 万 元 662 1 713 9 图 3 11 延深方案示意图 3 5 井底车场及硐室 3 5 1 井底车场形式的确定及论证 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确定井底车场形式 本设计井田的矿井井底车场形式根据 暗 斜 井 延 深立 井 延 深 28 以下已知条件选择 1 该矿井设计生产能力为 0 9Mt a 年工作日 330d 每日净提升 16h 实行四六工作制 2 矿井采用两水平立井加暗斜井开拓方式 集中大巷布置 3 主要运输大巷采用 3t 底卸式矿车运输 每列车由 13 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 吨固定式矿车 矸石列车由 29 辆 1 吨矿车组成 一台 10t 架 线式电机车牵引 4 本设计矿井属于高瓦斯 低等涌水量矿井 综合各种信息分析比较后 本设计矿井选用 3t 底卸式矿车环形卧式井底 车场 3 5 2 井底车场的布置 存车线路 行车路线布置长度 1 井底车场线路布置的要求 1 井底车场的线路主要由主井空 重车线 副井进 出车线和回车线组 成 2 底卸式矿车的井底车场设计要注意调头问题 3 井底车场线路布置时 应充分考虑各硐室布置的合理性 4 井底车场的线路工程量小 5 为保证运行安全 应尽量避免在曲线巷道顶车 机械推车需布置在直 线段上 2 存车线长度的确定 存车线长度的根据井下运输和井筒提升能力 矿井生产能力确定 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 副井空 重车线长度 中型矿井按 1 5 列车长 2 中型矿井的主井空 重车线长度各为 1 0 列车长 3 材料车线长度 中小型矿井应能容纳 5 10 个材料车 3 存车线长度的计算 1 主井空 重车线 副井进 出车线 L m n Lk N Lj 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 29 Lk 每辆矿车带缓冲器的长度 m N 机车数 Lj 每台机车的长数 Lf 附加长度 取 10 m 经过计算 主井 L 1 13 3 45 0 2 1 4 5 10 62 1 m 副井 L 1 5 29 2 0 0 2 1 4 5 10 110 2 m 2 材料车线有效长度 L nc Lc 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 L nc Lc 15 2 2 33 m 3 5 3 井底车场通过能力计算 1 井底车场线路布置见图 3 10 1 主井 2 副井 3 主井重车线 4 主井空车线 5 主要运输巷道 图 3 10 井底车场线路布置图 2 矿井日产原煤 2727 吨 日产掘进煤为 2727 0 06 163 4t 3t 底卸 式矿车日运煤量为 2727 0 94 2563 4t 3t 底卸式矿车列车数为 2727 3 13 70 列 每日运矸石量为 2727 0 25 681 8t 1t 箱式矿车 列车数为 681 8 1 7 29 14 列 每日进入井底车场的 3t 底卸式矿车数与 1t 煤矸列车数之比为 70 14 5 1 每一调度循环时间为 57 3 分 列车进入井底车场平均间隔时间为 57 3 6 9 55 分 列车在井底车场平均运行时间为 7 4 分 3t 底卸式矿车在井 30 底车场平均运行时间为 7 1 分 1t 箱式列车在井底车场平均运行进间为 7 5 分 3 通过能力计算 按公式计算 N TaQ 1 15T 300 13 60 Q 1 15T 25 2 104 3 13 10 1 15 57 3 149146 7t 通过能力富余系数为 149146 7 900000 1 66 1 3 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 主井设有翻车机硐室 清理井底散煤硐室及水窝泵房等 井底煤仓及井底 煤仓装载硐室 3 0 t 底卸式矿车卸载站硐室 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 水仓及清理水仓硐室 中央 水泵房 中央变电所及等候室等 为了使主变电所向主排水泵房的供电距离最短 主排水泵房和主变电所联 合布置为 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 5m 以防止进下突然涌水淹没矿井 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 防火门硐室 防水门硐室 井下火药库 消防材料库 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 人车站等 3 6 开采顺序 合理的布置开采顺可以保证运输的正常 也有利于矿井的正常生产和高产 高效 合理的开采顺序应保证开采水平 采区 采煤工作面的生产正常接替 以保证矿井持续稳产 高产 31 3 6 1 沿井田走向的开采顺序 井田沿走向的开采顺序是从中央向两翼开采 依据本设计矿井的采区划 分的具体情况 采用走向长壁开采 这样以减少初期工程量和基建投资 并且 投产快 3 6 2 沿煤层垂直方向的开采顺序 本矿井设计首先开采 1 煤层 由于 1 6 B 8 三层煤采用分层布置 故开 采顺序依次为 1 6 B 8 煤层 3 6 3 采区接续计划 根据井田的地质条件 以自然断层为界 将该井田第一水平划分为 8 个采 区 见前面采区划分示意图 3 5 表 3 5 采区接续表 采 区 号东 一 一 采 区 储量 Mt 采 区 生 产力 M a 0 45一 水 平 采 区 接 续10230采 区 服 务年 限 a 12365 01735 9768 0815 692西 一 一东 一 二西 一 二东 一 三东 一 四西 一 三东 一 五 东 六西 四404 32 第 4 章 采区巷道布置 4 1 采区概述 4 1 1 设计采区的位置 边界 范围 采区煤柱 初期采区位置选择要求 1 布置在井筒附近 运输路程短 工程量少 早出煤 早见效益 2 尽量躲开铁路 桥梁 重要的建筑物 水体等 3 煤层埋藏浅 赋存稳定 地质构造简单 上面的薄煤层尽量少压煤或 不压煤的中厚煤层 4 初期采区的高级储量比例高于第一水平的高级储量比例 并有足够的 储量满足生产能力和服务年限的需要 本设计采区为东一采区 它位于井田的中部 东以 F2 断层为界 北部煤 层露头为界 西部与西一采区相邻 南部与东六采区相邻 走向长 2200m 倾 向长 1250m 面积 2 75Km2 采区内留设的煤柱有采区断层留设 30m 煤柱和工业 广场煤柱 4 1 2 采区地质及煤层情况 东一采区煤层发育稳定 地质构造简单 倾角在 20 左右 煤层顶底板以 粉砂岩为主 顶底板条件稳定 采区内水文地质条件简单 矿井涌水量为 91 5m3 h 最大涌水量为 263 2m3 h 瓦斯绝对涌出量为 0 04m3 t 2 47m 3 t 4 1 3 采区生产能力 储量及服务年限 采区煤层全部可采 可采储量为 4 016Mt 设计生产能力为 0 45Mt a 采 用走向长壁采煤法采煤 采区生产能力包括工作面产量和掘进煤产量 采区生产能力主要是采煤工作面生产能力 而采煤工作面的产量取决于煤 层厚度 工作面长度和推进度 一个采煤工作面产量 A0 Mt a 可由下式计算 A0 L V0 M r C0 式中 L 采煤工作面的长度 m V0 工作面推进度 m a 33 M 煤层厚度或采高 m r 煤的密度 t m 3 C0 采煤工作面回采率 中厚煤层取 9