济宁二号矿井设计特点分析.doc

专题讲演专题讲演 济宁二号矿井设计特点分析学生姓名：陈德芳指导老师：王有俊专业班级：地采02-1学 号：0201020201时 间：2006-1-10综合成绩：济宁二号矿井设计特点分析摘 要本文是以山东兖矿集团济宁二号矿井的设计特点进行分析，该矿井在设计过程中体现了大型现代化高产高效矿井的设计原则，采用系统优化的方法，是一个采用先进技术，先进装备、先进管理方法、高度机械化、现代化的样板矿井。其表现为开拓方式，采煤方法及运输设备的选择方面。根据煤田的地质构造和煤层的赋存状态，初期只开凿一对立井筒，其中副井进风，主井回风，一井多用；主要运输大巷布置在煤层中，它具有掘进速度快、掘进费用低、能进一步探明煤层赋存情况等优点。在后一个阶段中，还提出“简化方案”、“开发方案建议”并编制“山东济宁二号矿井预可行性研究报告”。采用先进的工艺流程和开采方法，先进的国内、外装备，高效率的少而精的劳动组织，矿井的各项技术经济指标达到先进水平。其中很多的设计思想与技术原则，对我国当前矿井改革有借鉴意义。关键词：高产高效；系统优化；预可行性研究Characteristic of design of well of ore No. 2 of Jining is analyzedABSTRACTThis text analyzes with the design characteristic of the mine of No. two Jining of Shandong Yanzhou Mining Group, this mine has reflected the design principle of the high-efficient mine of the large-scale modernized high yield in the course of designing, the method to adopt system optimization, it is one that adopts advanced technology, the advanced person equips, advanced office procedure, highly mechanized , modernized model mine . It show as way of opening up , mine method and choice of transporting equipment. According to geological structure of the coal field and the composing the state of storing of coal seam , only cut a antithesis pit shaft in initial stage , auxiliary shaft enter wind among them, main shaft answer wind, a well is multi-purpose; Main transportation large lane assign in coal seam, it have , tunnel fast tunnelling expenses to be low can verify coal seam compose , check advantages such as the situation ,etc. furthering. During the later stage, still propose reduction procedure , develop the scheme and propose and work out the feasibility research report in advance of mine No. two of Jining of Shandong . Adopt the advanced technological process and mining method, the advanced one is equipped domestically and outside, high-efficiency fewer but better work organization, every technical and economic index of the mine reaches the advanced level. Much design philosophy and technological principle among them, there is meaning of using for reference in the reform of present mine of our country.Keywords: High production and high-efficiency System optimizationFeasibility research in advance目 录引言1第一章 矿区概述及井田特征2第一节 矿井概况2第二节 井田及其附近的地质特征2第二章 井田境界及储量4第一节 井田境界4第二节 井田储量4第三节 矿井的主要技术经济指标4第三章 井筒设计6第一节 井筒位置的确定6第二节 井筒形式的确定6第四章 采准巷道系统的设计7第一节 矿区的地质概况及矿层特征7第二节 方案的确定7第三节 采用新技术、新工艺、改进开采工艺17第四节 巷道断面的确定18第五章 辅助运输系统19第一节 取消掘进煤系统19第二节 引进新的辅助运输设备，使运输设备单一化19第六章 经济效益及矿井移交标准20第一节 生产期间经济效益的分析20第二节 改变矿井移交标准20参考文献22致谢23引 言1980年以来，济宁二号矿井的设计工作已进行了四年多时间，其间，经历了立足于国内建设（国产设备）和合资经营两个阶段。在前一个阶段中，我们先后完成了方案设计（300万吨），可行性研究（300万吨）、初步设计（240万吨）和新的初步设计（400万吨），在后一个阶段中，我们提出了“简化方案”、“开发方案建议”并编制了“山东济宁二号矿井预可行性研究报告”。1982年下半年，中煤公司探讨合资建设济宁二号矿井的可能。同年十月，部领导提出：要把济宁二号矿井建成一个采用先进技术，先进装备、先进管理方法、高度机械化、现代化的样板矿井。同时，规划设计总院也对济宁二号矿井的技术面貌作了进一步阐述：即采用先进的工艺流程和开采方法，先进的国内、外装备，高效率的少而精的劳动组织，矿井的各项技术经济指标达到先进水平。中国煤炭开发总公司从1983年3月至1983年1月编制了济宁二号矿井预可行性研究报告。确定可行性研究分预可行性研究和全面可行性研究两个阶段进行。预可行性研究仅对一些主要技术原则以及地质报告可靠性进行初步分析论证，为进行全面可行性研究提供必要的技术与经济基础。预可行性研究中确定的井型为年产毛煤330万吨，效率8吨/工，总人数为1138人，初期基建投资2.49亿美元，经营成本为6.69美元/吨。第一章 矿区概述及井田特征第一节 矿井概况济宁二号矿井位于山东省南部，在济宁市境内。该矿井属济宁煤田（东部）的一部分，是本煤田自北而南的第二勘探区。区内交通方便，兖荷铁路横贯本井田的北部边界,至津浦铁路之兖州站30公里，至兖州矿区铁路专用线的大东章集配站25公里；邹济公路从本井田北部通过，距井口约4公里。区内仅有光俯河、京杭运河等人工河流，河水均泄入南阳湖。本区为一由东北向南逐渐降低的滨湖冲击平原，地势北高难低，地面标高+37+33米，地形坡度0.4 。属于温带季风区海洋大陆气候，年平均降雨量712毫米，降雨多集中在7、8月份。年平均气温13.5，元月份最冷，平均最低气温-19.4。7月份最热，平均最高气温31.6，极端最高气温41.6。一般在十月下旬出现霜冻，十一月下旬开始降雪，最大积雪厚度0.15米，最大冻土深度0.31米。春夏季多东及东南风，冬季多西北风。地震基本烈度为67级。本井田含煤地层为华北型石炭二迭系含煤建造，奥陶系石灰岩为煤系底盘。除东北角孙氏店断层以东煤系直接为第四系覆盖外，其余地段为二迭系石盒子组，上侏罗统红色砂岩及第四系冲击、湖积层所覆盖。第二节 井田及其附近的地质特征井田内地质构造以宽缓褶曲为主，伴有为数不多的断层，为一构造中常偏简单的井田。由于地层倾角平缓，加之次一级褶曲普遍发育，致使地层无论在走向或倾向上均有较大变化；地层主要走向北东，局部为北西及北北东，倾角一般210度，局部可达20余度，最小近似水平。断层主要以北北西至南北向的西倾正断层为主。经勘探发现的饿断层共有31条，其中落差大于30米的断层7条，2030米的10条；小于20米的14条，除F11为逆断层外，其余均为正断层。含煤地层为山西组和太原组，平均总厚度 270米，含煤27层，煤层平均总厚14.07米，含煤系数5.2%，可采煤层有3上、3下、6、10下、15上、16上、17等7层。平均总厚10.92米，其中3上、3下、16上、17四层为主要可采煤层，平均总厚8.85米、占可采煤层总厚的81%，.储量为5.5亿吨，占可采煤层总储量的86%。3上、3下煤层为先期开采的主要对象。山西组的3上、3下煤层，其挥发分3840%，胶质层厚度1112毫米，为二号气煤。由于含硫含磷都低，故可作配焦煤；同时也是良好的工业动力用煤。太原组主要可采煤层16上、17，其挥发分高达4445%，胶质层厚度2628毫米，为三号气煤气肥煤。这两层含硫高，不宜单独配焦。本井田的煤层埋藏在距地表深500米以下，大气降水，地表水，第四系砂层和上侏罗统砂岩水，很难下渗补给煤系各含水层，与矿井涌水量无直接补给关系。17煤层与奥灰之间有厚67.3885.53米隔水层组，正常情况下，游客能抵抗奥灰底鼓水。矿井在开采八里铺断层以东、八里营断层以南的3上、3下煤层时，矿井涌水量292米3/时；开采八里营断层以北的3上、3下时，矿井涌水量573米3/时；开采八里铺断层以西的3上、3下煤层时矿井涌水量148米3/时。 本矿井属于低沼气矿井，各煤层有煤尘爆炸危险及自燃发火倾向。全孔平均地温梯度约为2.2，在非煤系地层，一般为1.6啊，在煤系地层中，一般为2.7。八里铺断层以东地温正常有害区，开采八里铺断层以西3煤层，以东的16上17煤层属一级热害区。第二章 井田境界及储量第一节 井田境界井田东以孙氏店断层为界，西暂以京杭运河为界，北以兖荷铁路与一勘探区代庄，许厂井矿相邻，南以391000纬线与辛店（三号井）矿井相接，东西宽10公里，南北长611公里，面积约90平方公里。第二节 井田储量全井田：地质储量：85500.2万吨；工业储量：52205.8万吨；可采储量：35080.8万吨。矿井的年产量、服务年限及一般工作制度矿井年工作日306天，每天三班生产，每班工作八小时，每天提升时间15小时。矿井设计生产能力，年产毛煤330万吨，全矿井服务年限76年，第一水平为34年。（注：全矿井服务年限考虑了1.4的储量备用系数；第一水平为毛煤服务年限考虑了1.1的储量备用系数。）根据这一精神和批准的井口位置及已经完工的井口检查钻孔资料，于1982年11月完成了“简化方案”的设计工作，其开拓、开采系统见图4。第三节 矿井的主要技术经济指标1. 采用立井开拓，生产能力300万吨/年，第一水平标高-550米。2. 初期采用中央式通风系统，后期过度为对角式。3. 厚煤层主要采用倾斜长壁一次采全高（2.55.4米）全部冒落采煤法。4. 达到设计生产能力时，布置两个3上薄煤层对拉工作面，3个3下煤层一次采全高工作面，工作面总线长980米，总产量331.7万吨。5. 达到设计产量总的井巷工程量预计为39200米。6. 井巷工程施工工期54个月。7. 煤的洗选加工工艺拟采用原煤破碎至60毫米以下不分级淘汰洗选。8. 全员效率8吨/工，矿井在籍总人数约1500人。第三章 井筒设计第一节 井筒位置的确定预可行性研究中对井筒位置选择着眼于发挥初期经济效益，以减少井巷工程量，缩短建井工期，减少基建投资，提前发挥投资效果为目标，提出将井筒布置在第一水平的中部并位于大巷一侧，以充分利用大巷工程作为井底车场巷道，将车场工程量减少到最大程度。井筒到底，主、副井贯通后即可开拓西翼大巷，也有利于缩短建井工期（图5 ，图6）。第二节 井筒形式的确定当前对于大型矿井，一般主张分区开拓，而在有第四系地层覆盖的煤田，则多用立井开拓对角式通风。济宁二号矿井煤层埋藏在距地表深约600米，又覆盖有较厚的第四系地层和其他含水层，且由于达到设计产量时的回采工作面都紧邻工业场地保安煤柱。因而确定初期只开凿一对立井筒，其中副井进风，主井回风，一井多用。为了不致因井筒装备、井塔施工、绞车安装调试影响矿井建设速度，副井选用落地多绳绞车，副井开工即作永久锁口，并采用永久井架打井。第四章 采准巷道系统的设计第一节 矿区的地质概况及矿层特征 本井田含煤地层为华北型石炭二迭系含煤建造，奥陶系石灰岩为煤系底盘。除东北角孙氏店断层以东煤系直接为第四系覆盖外，其余地段为二迭系石盒子组，上侏罗统红色砂岩及第四系冲击、湖积层所覆盖。井田内地质构造以宽缓褶曲为主，伴有为数不多的断层，为一构造中常偏简单的井田。由于地层倾角平缓，加之次一级褶曲普遍发育，致使地层无论在走向或倾向上均有较大变化；地层主要走向北东，局部为北西及北北东，倾角一般210度，局部可达20余度，最小近似水平。断层主要以北北西至南北向的西倾正断层为主。经勘探发现的饿断层共有31条，其中落差大于30米的断层7条，2030米的10条；小于20米的14条，除F11为逆断层外，其余均为正断层。含煤地层为山西组和太原组，平均总厚度 270米，含煤27层，煤层平均总厚14.07米，含煤系数5.2%，可采煤层有3上、3下、6、10下、15上、16上、17等7层。平均总厚10.92米，其中3上、3下、16上、17四层为主要可采煤层，平均总厚8.85米、占可采煤层总厚的81%，.储量为5.5亿吨，占可采煤层总储量的86%。3上、3下煤层为先期开采的主要对象。第二节 方案的确定主要运输大巷布置在煤层中，它具有掘进速度快、掘进费用低、能进一步探明煤层赋存情况等优点，广泛地为西欧一些主要产煤国家采用。我国五十年代，多采用煤巷布置，而六十年代转入到岩层中，其中最主要的原因是：巷道维护困难。因此，采用煤层大巷，必须有可靠的技术措施，确保巷道处于良好的维护状态，以保证矿井安全生产。煤层大巷采用“U”型钢拱型支架，波纹钢板背帮，壁后碎石充填，并按开采深度1/10留设大巷一侧的煤柱经讨论，初步提出以煤巷为主的三种布置方式（图7、图8、图9）方案一分组煤层大巷、集中胶带输送机岩巷：本方案在南北两翼布置五条大巷，其中3上、3下煤层各布置两条轨道运输大巷，一条进风、一条回风，另在3下 底版布置一条岩石集中输送机大巷，承担各层煤的运输与部分进风任务。方案二分组煤层大巷：本方案各翼均布置五条煤层大巷，其中3上煤层两条，3下煤层三条，各巷道的作用同方案一。方案三联合布置：本方案各翼均布置四条煤层大巷，其中3上、3下煤层各两条、3上大巷回风、3下大巷进风，煤层之间采用联络斜巷联系。各方案的技术经济比较见表： 顺序方案项目方案一方案二方案三1大巷个数5542巷道层位全岩一条3上、3下各三条；3上两条；3下三条3上、3下各两条3煤仓高度（米）20米004联络斜巷（米）003505风门（座）84126风桥（座）0507大巷煤柱尺（米）3上、3下各1903上、3下各2403上、3下各190 注：1. 煤仓高度系对3下煤仓而言；2. 商标大巷东、西翼各一个条带工作面的比较数字。从上表分析，:方案一具有：（1） 井巷工程量较方案三省；（2） 护巷煤柱尺寸小；（3） 3上、3下煤层每一条带均能设缓冲煤仓，可调节工作面生产；（4） 在煤层底版开凿一条运输大巷、利于各翼自流泄水；（5） 通风设施少，利于通风管理；（6） 运输系统简单，胶带运输机交叉少。故可行性研究推荐第一方案。第三节 采用新技术、新工艺、改进开采工艺本矿井第一水平开采3上、3下煤层、两层煤层间距约30米。沿大巷两侧用倾斜长壁工作面开采。3上属局部开采，在可采范围内厚度为0.73.0米，在矿井南翼及北翼东侧其厚度1米左右、北翼西侧煤层一般为1.53.0米。3下为厚煤层，但其厚度变化幅度大，由2.59.8米。在第一水平98个见煤钻孔中，煤厚2.53.0米的有10各孔，3.03.5的13个孔，3.54.0米的6个孔，45米的有19个孔、厚度大于5米的45个孔。厚度大于5米的孔基本分布在本水平的南端和北端两侧中段邻近八里铺断层部分。初期开采范围煤厚一般小于5米，但往往在一个工作面范围内厚度由2.55米，不易掌握分层厚度。煤层倾角210，煤的硬度较大，顶、底版条件较好。一、 3上 薄中厚煤层，采用国外行之有效的前进式开采，沿空留巷方式。为了使矿井尽早出煤，减少矿井初期投资，并使3下煤层处于3上煤层的免压区内。因此，当3上煤层两条大巷掘至工业场地煤柱边界时，即将两条大巷贯通作为开切眼，进行前进式采煤。当大巷前进面开采到一定距离后，再沿大巷两侧布置倾斜长壁工作面开采，对于煤层巷道的护巷方式，结合我国经验，一般可采用以下方法：1 在冒落的矸石带内注入水泥浆、使冒落岩块胶结，形成矸石带。2 用井下粉煤拌入水后，装入塑料袋作填充物，填充带宽两米，然后注入水泥浆。3 用石膏水泥混合浆填充，填充带宽23米。在填充外侧铺一层尼龙网或钢筋网，然后外喷一层化学剂，防止漏风，二、 3下厚煤层、国内多采用分层开采，巷道布置在三层面上，即下层岩石集中上山，中层岩石集中平巷，上层超前煤层巷道，各层巷道之间通过斜巷联系。但由于本煤层在厚度上沿走向、倾斜都有一定的变化，分层开采实难掌握分层厚度及分层界线。考虑国外一些厂家已研制出适应大采高的综采设备，并已在井下进行试采，而本矿井建成投产距今尚有6年，故确定厚度小于5米的煤层采用一次采全高，沿空掘巷、跳采、后退式的回采工艺，从而取消岩石巷道，这样不但井巷工程量省，而且煤巷掘进速度快、有利于采掘协调，同时也促进了辅助运输系统、防灭火工艺系统的改革。第四节 巷道断面的确定目前国内矿井设计中，巷道断面存在着断面支护形式、材料种类多，断面规格变化大，造成掘进工作复杂，支架加工及维修困难。在预可行性研究中，除两翼胶带输送机布置在煤层底版岩石中，采用瞄喷支护外，其余均为煤巷，选用“U”型钢拱形缩性支架。其断面初步确定如下：3上大巷（进、回风巷） 12米23上顺槽（轨道和运输） 10米2 3下大巷和顺槽 15米2为了便于支架加工、维护、运送，选用同一型号钢材，并将来能够统一梁或腿的尺寸。第五章 辅助运输系统第一节 取消掘进煤系统开拓、开采系统的改革，相应地也带来了整个辅助运输系统向着简单化环节小的方向改进。为了使掘进煤并入矿井原煤运输系统，一般在井底车场设有翻笼峒室、皮带斜巷，而形成一套掘进煤系统。由于矿井采用了煤层巷道为主的布置方式 ，各工作面进回风顺槽又直接与大巷相连，因而各顺槽掘进的煤或半煤岩可通过大巷胶带运送机运至井底车场煤仓，后由箕斗提至地面入选煤厂处理。第二节 引进新的辅助运输设备，使运输设备单一化国内缓倾斜煤层开采的运输大多数是采用大巷电机车，上，下山用绞车，顺槽用调度绞车对拉的运输系统。这种运输系统设备多，维修量大，环节复杂，辅助人员多，很不适应用当前综采、综掘机械化生产的要求。为了使运输系统简单化，并适应煤层巷道布置与开采工艺的特点，选用了英国吉罗矿山设备运输公司生产的160RA型齿轨式机车。此种机车由一台160马力柴油机牵引、在正常粘着功率下，能在1：15的坡度巷道内行驶；若转换用齿轨驱动，能在1：6的巷道内行驶。第六章 经济效益及矿井移交标准第一节 生产期间经济效益的分析为了较准确地测算矿井的经济效益，根据以上所确定的技术原则，着重进行以下几项工作。（1） 逐年安排生产计划根据所确定的矿井年产量，工作面年推进度、掘进速度等指标，采用图表方式安排了25年的开采计划。前五年以年度为单位，625年以5年为单位安排采掘计划。图表反映出年回采量，掘进总进尺，掘进产量，回采及掘进工作面的个数，采掘相互关系等。（2） 根据开采计划，估计各种材料需要量，确定各种材料使用年限及重复使用材料的类型和百分率，最后确