李村矿120万吨每年新井设计

中国矿业大学 2016 届本科毕业生论文 第 1 页13 矿井工作制度及设计生产能力、服务年限3.1 矿井工作制度由煤炭工业矿井设计规范第 223 条规定，矿井的设计生产能力按年工作日 276天计算，每日三班工作，每班工作八时，前两班生产，第三班准备，即三八工作制；掘进三班作业；主副井昼夜净提升时间为 16.32 小时。3.2 矿井设计能力3.2.1 矿井设计生产能力的确定矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、开采条件、设备供应及国家需煤等因素确定。针对李村井的实际情况：地质构造简单，储量丰富，煤层赋存稳定，为近水平煤层（倾角 2.65） ，主采 3 号煤层，平均厚度 6.31m，可采储量为 93.24106t；瓦斯和水涌出量小：瓦斯绝对涌出量为 3.72m3/min，属于低瓦斯矿井。该矿井的可采煤层水文地质条件比较简单，煤层厚度变化不是特别大，采用综采机械化采煤的开采方法。根据本井田煤层赋存情况、井田水文地质情况及我国煤矿矿井井型分类表（详见表3-1） ，特提出矿井设计生产能力为 90 万吨、12 万吨、150 万吨三个方案，并对三个方案作比较论证。表 3-1 我国煤矿矿井井型分类表井型 矿井设计生产能力（万吨/年）大型矿井 120、150、180、300、400、500 及以上中型矿井 45、60、90小型矿井 9、15、21、30最终推荐矿井设计生产能力为 120 万吨/每年，采出率定为 75%，备用系数 1.4。理由如下：1)本井田的主采煤层属于厚煤层，水文地质条件较好；2)本井田走向长度平均为 5.9km，倾斜长度平均为 3.8km。依据煤炭工业设计规范（详见表 3-2） ，本井田可建设成为中型矿井；3)移交首采区的煤层条件适宜综合机械化开采，应充分发挥综采设备的潜力，因此矿井生产能力不宜过小；表 3-2 我国各类矿井井田走向长度表矿井类型 小型矿井 中型矿井 大型矿井井田走向长度（km） 不小于 1.5 不小于 4.0 不小于 7.03.2.2 确定矿井服务年限根据煤炭工业设计规范矿井服务年限中规定（详细规定见表 3-3）：中型矿井的服务年限应不小于 50 年。中国矿业大学 2016 届本科生毕业文 第 2 页2表 3-3 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限第一开采水平设计服务年限（年）矿井设计生产能力（Mt/a）矿井设计服务年限（a） 煤层倾角25 0 煤层倾角 25045 0 煤层倾角45 03.0 及以上 6070 3035 1.22.4 5060 2530 2025 15200.450.9 4050 2025 1520 1015根据公式：T=Zk/（AK） （3-1）式中：T矿井服务年限，年；Zk矿井可采储量,93.24Mt；A矿井生产能力，按 120 万吨/年；K矿井备用系数，矿井设计一般取 1.4。则：T=93.24100/（1201.4）=56 年本矿井服务年限经计算为 56 年大于 50 年。因此，本设计符合煤炭工业设计规范中关于矿井服务年限方面的要求。4）储量条件校核规范规定，矿井的设计生产能力应与矿井的储量相适应，以保证足够的服务年限。井田的可采储量为 93.24Mt，服务年限为 56 年，可以满足矿井的设计生产能力。4 井田开拓4.1 井田开拓的基本问题本井田开拓方式的选择，主要考虑以下几个因素：1）井田煤层埋藏较浅，煤层开采线在+885m，最深处到+740m；2）表土层厚度小，平均厚度为 30m；3）本矿地表地势为丘陵，且多为农田，无大的地表水系和水体，平均标高为+900m。综合考虑以.上几点因素，本井田适宜采用斜井开拓。表 4-2 方案一:立井单水平开拓项 目 数量(10m)基价(元) 费用(万元) 费用(万元)表土段 3.00 114475 134.34 主井开凿基岩段 10 105771 105.77 240.11 表土段 3 157860 47.36 副井开凿基岩段 10 126958 126.96 174.32 井底车场 煤巷 100 29199 291.99 291.99 基建费用( 万元)小计 706.42 生产费用( 万元) 立井提升 系数 煤量(万 t) 提升高度(km) 基价(元/t.km) 2103.39 中国矿业大学 2016 届本科生毕业文 第 3 页31.2 9324 0.119 1.6涌水量(m 3) 时间(h) 服务年限(年) 基价(元/t.km)排水120 8760 56 0.281736.58 系数 煤量(万 t) 平均运距(km) 基价(元/t.km)大巷运输1.2 9324 1.6 0.356186.43 小计 10026.40 合计 费用(万元) 10732.82 表 4-3 方案二:斜井井单水平开拓项 目 数量(10m)基价(元) 费用(万元) 费用(万元)表土段 10.80 35194.00 42.58 主井开凿 基岩段 36.4 516.3271 153.98 196.56 表土段 7.7 42332 37.68 副井开凿 基岩段 25.6 37407 83.42 121.09 井底车场 煤巷 85 29199 248.19 248.19 基建费用(万元)小计 565.85 系数 煤量(万 t) 提升高度(km) 基价(元/t.km)立井提升1.2 9324 0.119 0.42552.14 涌水量(m 3) 时间(h) 服务年限(年) 基价(元/t.km)排水120 8760 56 0.321984.67 系数 煤量(万 t) 平均运距(km) 基价(元/t.km)大巷运输1.2 9324 1.6 0.356186.43 生产费用(万元)小计 8723.24 合计 费用(万元) 9289.09 表 4-4 方案三:主斜副立单水平开拓项 目 数量(10m)基价(元) 费用(万元) 费用(万元)基建费用( 万元) 主井开凿 表土段 10.80 35194.00 42.58 196.56 中国矿业大学 2016 届本科生毕业文 第 4 页4基岩段 36.4 516.3271 153.98 表土段 3 157860 47.36 副井开凿基岩段 10 126958 126.96 174.32 井底车场 煤巷 100 29199 291.99 291.99 小计 662.87 系数 煤量(万 t) 提升高度(km) 基价(元/t.km)立井提升1.2 9324 0.119 1.62103.39 涌水量(m 3) 时间(h) 服务年限(年) 基价(元/t.km)排水120 8760 56 0.281984.67系数 煤量(万 t) 平均运距(km) 基价(元/t.km)大巷运输1.2 9324 1.6 0.356186.43 生产费用( 万元)小计 10026.40 合计 费用(万元) 10689.27 表 4-5 开拓方案粗比较汇总表开拓方案汇总表方案 方案一 方案二 方案三名称 立井单水平开拓 斜井单水平开拓 主斜副立单水平开拓基建费用(万元) 706.42 565.85 662.87 生产费用(万元) 10026.40 9289.09 10026.40 合计(万元) 10732.82 9854.93 10689.27 百分比 107.71% 100% 108.47%表 4-6 方案二详细汇总表方案二: 双斜井单水平开拓项目 数量 (10m) 基价(元) 费用(万元) 费用(万元)中国矿业大学 2016 届本科生毕业文 第 5 页5表土段 10.8 35194 42.58主井开凿基岩段 36.4 516.3271 153.98 196.56表土段 7.7 42332 37.68副井开凿基岩段 25.6 37407 83.42 121.09井底车场 煤巷 85 29199 248.19 248.19初期基建费用(万元)小计 565.85运输大巷 3 270 20090 16.3227.29 16.3227.29 后期基建费用(万元) 小计 16.3227.29 系数 煤量(万 t) 提升高度(Km) 单价(元/t.km)斜井提升1.2 9324 0.119 0.42552.14 涌水量 时间(h) 服务年限(年) 单价(元/t.km)排水120 8760 56 0.321984.67 系数 煤量(万 t) 平均运距(Km) 单价(元/t.km)顺槽运输1.2 529.4 1.8 0.33377.36 系数 煤量(万 t) 平均运距(Km) 单价(元/t.km)大巷运输1.2 9324 1.6 0.356186.43 系数 大巷长度 大巷数量 单价(元/a.m)大巷维护1.2 2700 3 26.826.05 生产费用 (万元)小计 9126.64 合计 11319.78 表 4-7 方案三详细汇总表方案三: 主斜副立单水平开拓项目 数量 (10m) 基价( 元) 费用(万元) 费用(万元)表土段 10.80 35194.00 42.58 主井开凿基岩段 36.4 516.3271 153.98 196.56 表土段 3 157860 47.36 副井开凿基岩段 10 126958 126.96 174.32 斜巷 岩巷 100 29199 291.99 291.99 初期基建费用 (万元)小计 662.87 运输大巷 3 270 20090 16.3227.29 16.3227.29 后期基建费用 (万元) 小计 16.3227.29 系数 煤量(万 t) 提升高度(Km) 单价 (元/t.km)生产费用(万元) 斜井提升1.2 9324 0.119 0.42552.14 中国矿业大学 2016 届本科生毕业文 第 6 页6涌水量 时间(h) 服务年限( 年) 单价 (元/t.km)排水120 8760 56 0.321984.67 系数 煤量(万 t) 平均运距(Km) 单价 (元/t.km)顺槽运输1.2 529.4 1.8 0.33377.36 系数 煤量(万 t) 平均运距(Km) 单价 (元/t.km)大巷运输1.2 9324 1.6 0.356186.43 系数 大巷长度 大巷数量 单价( 元/a.m)大巷维护1.2 2700 3 26.826.05 小计 9126.64 合计 11416.32.80 表 4-8 开拓方案详比较汇总表方案 方案二 方案三名称 双斜井单水平开拓 主斜副立单水平开拓项目 费用（万元） 百分比(%) 费用（万元） 百分比 (%)初期基建费用 565.85 100 662.87 117.1 后期基建费用 16.3227.29 100 16.3227.29 100.0 生产费用 9126.64 100 9126.64 100.0 总费用 11319.78 100 11416.32.80 100.9 从上述比较来看，方案二比方案三总费用低很多。所以最终决定选用方案二，即双斜井单水平上下山开拓，矿井生产水平布置在+845m 的水平，布置一个平车场井底车场和一条水平胶带运输大巷、一条水平轨道大巷再加一条回风大巷。矿井先开采北翼带区，然后开采南翼带区；最后北翼带区为首采区，南翼带区作为后备采区。4.2 矿井基本巷道4.2.1 井筒1)井筒断面布置根据本章前面可知：矿井共有五个井筒，分别为主斜井、副斜井、前期中央回风立井、后期在井田南部边界开凿一个回风立井。（1）主斜井位于矿井工业场地，担负着全矿井 120 万 t/a 的煤炭运输兼进风。井筒内装备B=1000mm 胶带输送机。井筒断面为半圆拱形，净断面的面积为 12.7m2, 倾角为 16.32，井筒断面的布置如图 4-5、图 4-6。井筒断面的技术特征如下表 4-9。中国矿业大学 2016 届本科生毕业文 第 7 页7表 4-9 主井断面技术特征表井型 120 万 t井筒直径 4.3 m井长 398 m净断面积 12.7 m2基岩段毛断面积 15.3 m2 表土段毛断面积 18.8 m2 提升容器 强力带式输送机，单绳缠绕式单滚筒提升机井筒支护 混凝土砌碹厚 400mm表土段井壁厚 500mm（3）中央回风立井位于矿井工业的场地，担负这矿井北区初期的全部回风，井筒的净直径为 5m，净断面的面积为 19.63m2，表土层掘进断的面积为 26.42m2，基岩段掘进断的面积 25.22m2，井深为 119m，内设玻璃钢梯子间做为安全出口，井筒断面的布置如图 4-9。表 4-10 副井断面技术特征表井型 120 万 t井筒直径 4.8 m井深 281 m净断面积 16.32.9 m2基岩段毛断面积 21.0 m2 表土段毛断面积 22.3 m2 提升容器 单钩串车井筒支护 混凝土砌碹厚 400mm4.2.2 井底车场1)井底车场的设计选型原则（1）要留一定的富余通过能力，一般大于矿井设计生产能力的 30；（2）设计时要考虑矿井增产的可能；（3）尽可能提高机械化水平，简化调车作业，提高通过2)井底车场的型式和布置形式根据设计矿井最后确定的开拓方案、主副井与大巷的布置位置，参考相同井型的其它矿井的井底车场设计与生产实践经验，设计矿井副斜井井底车场型式为平车场，井底车场巷道及线路长度均按 25m 设计。车场内高、低道线路段为矿车自溜，进、出车线段和车场调车均为机车顶推矿车运行。井底车场内布置中央变电所、水泵房、水仓、井底煤仓、消防材料库等硐室。井底车场布置如图 4-11。3)风速检验根据安全规程规定：主要巷道允许的最高风速为 8m/s,可采用下式校验：中国矿业大学 2016 届本科生毕业文 第 8 页8（4-1）m=/VQS式中：V通过该巷道的风速，m3/sQ通过该巷道的风量，m3S巷道断面的面积，m2Vm巷道的允许最高风速，m3/s5 采煤方法及带区巷道布置5.1 煤层的地质特征经纺镇里煤矿批准开采 1、2 号煤层，本次设计只针对 2 号煤层，2 号煤层位于太原组一段中上部，上距 K2石灰岩 2.00-7.35m，平均 5.54m。煤层厚 0.50-6.95m，平均厚4.24m，含煤系数 6.57%。可采指数为 86%，是一个更稳定的煤层，煤层稳定，且结构简单，含有 0-2 层夹层及厚度变化系数 0.26。2 号煤层均为黑色，条痕褐黑色，金刚光泽，容重为 1.48t/m3。半亮型半暗型，低灰高灰、中低硫份高硫份，不粘结，中等结渣，属贫煤。2 号煤层为富灰、富硫、多发热量、高熔灰分之贫煤（PM） 。精煤回收率一般。由于硫分、灰分高，主要作为动力用煤。经纺镇里煤矿属瓦斯矿井，矿井最大瓦斯绝对涌出量为 17.94，相对涌出量为3.23；二氧化碳的绝对排放量为 12.52 立方米/分钟，相对排放量为 2.48 立方米/吨。5.2 带区巷道布置及生产系统5.2.1 带区数目和位置依照所选取的井田开拓方案，结合本设计矿井井型，矿井达到设计生产能力0.9Mt/a时共布置一个带区，布置一个综采工作面，一个备用工作面，两个综掘工作面来满足接替生产。首采区域选址：为了提高矿山的经济效益，矿山开采区要选在稳定的矿产资源储量，煤炭具有结构简单的优点，有利于矿山生产和稳定的生产资源储备。因此将工作面放在2 号煤层一带区以保证矿井快速达产，首采区选定在井田中北部 2 号煤层一带区。5.2.2 带区巷道布置依照本井田的地质构造及水文地质条件，共设置三条带区巷道，分别是带区轨道大巷、带区胶带大巷、带区回风大巷，巷道之间留设 30m 保护煤柱。2 号煤层顶板较稳定，所以三条大巷沿 2 号煤层顶板布置。大巷都采纳矩形截面，锚网喷+锚索支护。在三条大巷东侧沿煤层走向布置回采工作面，沿煤层倾向布置运输顺槽和轨道顺槽，回采工作面采用后退式开采，顺槽均采用矩形断面，锚网+锚索支护。详见带区巷道布置图。5.2.3 带区工作面接替顺序按照煤层的赋存状况，为达到矿井高产高效，本设计选取一矿一面布置。首采工作面布置于 2 号煤层一带区的北部，工作面从北往南依次接替。5.2.4 带区生产系统中国矿业大学 2016 届本科生毕业文 第 9 页9带区内的开发形式选用后退式，采取 U 型通风方式。这类通风形式有风流体系简单，漏风小的益处。1）带区煤流系统回采工作面（SGZ764/264 可弯曲刮板输送机）运输顺槽（PLM1000 型破碎机）运输顺槽（SZB764/132 型转载机）运输顺槽（SSJ1000/275 胶带输送机）带区胶带大巷（DTL100/60/2400 胶带输送机）上仓胶带巷（DTL100/60/110 胶带输送机）井底煤仓主斜井（DTL100/20/220 胶带输送机）地面。2）材料设备运输系统地面材料设备副斜井（提升绞车）井底平车场轨道大巷（无极绳连续牵引车牵引矿车）带区轨道大巷（无极绳连续牵引车牵引矿车）工作面轨道顺槽（无极绳连续牵引车牵引矿车）回采工作面。3）运矸系统矸石工作面工作面轨道顺槽（无极绳连续牵引车牵引矿车）带区轨道大巷（无极绳连续牵引车牵引矿车）轨道大巷（无极绳连续牵引车牵引矿车）井底平车场副斜井（提升绞车）地面排矸场地。4）通风系统副斜井（主斜井）轨道大巷、上仓胶带巷带区轨道、胶带大巷工作面运输顺槽回采工作面工作面轨道顺槽带区回风大巷回风大巷回风立井地面。5）排水系统顺槽带区胶带、轨道大巷胶带、轨道大巷井底水仓副斜井地面。6）供电系统高压电缆由井底车场中央变电所经轨道大巷至带区变电所，降压后由低压电缆分别送到回采和掘进工作面邻近的配电站，以及胶带运输机和绞车房等用电方位。5.2.5 巷道掘进带区内有 2 种主要类型的巷道：岩石和煤巷。其中岩巷 791m，占 10.0%，煤巷7109m，占 90.0%，掘进采用钻爆法施工，按腰线掘进。为了实现矿井设计生产能力、巷道掘进进度在岩巷是 200 米/月，300 米/月煤巷。掘进通风方式全部采纳压入式通风。1）巷道断面和支护形式巷道断面尺寸按照回采工作面的设备、运输、通风、行人及综合管线布置的要求而确定的。根据巷道的用处、使用寿命、围岩条件、断面尺寸等因素，确定支护形式。井下大巷均为长方形断面，选取锚网喷、锚索支护。胶带巷净宽 4.0 米，净高 3.2米，净断面 12.8 平方米；轨道巷为 4.0m，高度 3.2m，净截面 12.8m2；回风巷道 4.5m，高 3.2m，净截面 14.4m2。工作面是一个长方形的横截面，它由锚网和锚索支撑。运输顺槽、轨道顺槽净宽 4.5m，净高 3.0m，净断面 13.5m2；开切眼为矩形断面，采用锚杆、锚索支护，开切眼净宽 5