（矿业工程专业论文）向阳煤矿矿井开采优化设计.pdf

摘要 随着我国能源工业的发展，煤炭资源被不断开采，易采煤炭资 源日益减少，煤炭开采正转向复杂地质条件区域。同时，采煤技术 也迅速发展，矿井开采的集中化程度日益提高，生产和新建矿井的 井型日益增大，逐渐形成并田尺寸小、开采深度大、辅助提升任务 大和瓦斯涌出量增加等特点。 七台河矿区向阳煤矿的特点是井田分散、面积较小、采采煤层 层数多、煤质较好、地质构造复杂、瓦斯较高、地质构造复杂等。 围绕这些特点，本文结合国内外矿井发展的现状，对向阳煤矿进行 了总体设计，包括矿井的生产力能与服务年限，井田开拓系统优化、 水平划分、设备选型等进行了优化设计，并对向阳煤矿矿井危害因 素和危害程度进行分析，提出矿井生产作业安全保障措施。设计了 向阳煤矿的矿井建设规划，并进行了投资估算与财务分析和设计风 险分析，提出了防范措施。 关键词；矿井开采优化设计矿井灾害安全保障系统 井田开拓 a b s t r a c t w i t hi n d u s t r i a le n e r g ys o u r c e sd e v e l o pi no u rc o u n t r y ，t h er e s o u r c e o fc o a la r ep e r p e t u a le x p l o i t a t i o na n dt h er e s o u r c e so fw h i c he a s yt o e x p l o i t a t i o na r e i n c r e a s i n g l yr e d u c e ，c o a le x p l o i t a t i o nj u s tt u r n i n gt o c o m p l e xg e o l o g i c a lc o n d i t i o n a tt h es a m et i m e ，t h et e c h n o l o g yo fc o a l m i n i n ga l s od e v e l o p e rq u i c k l y ，c o m p a r ew i t hb e f o r em i n ee x p l o i t a t i o n i sm u c hm o r e c e n t r a l i z e ，p r o d u c t i o na n dn e wb u i l d i n g m i n ea r e i n c r e a s i n ga c c r e t i o n b e c a u s e o ft h i st h ec h a r a c t e ro fm i n es i z e ， e x p l o i t a t i o nd e e p ，a s s i s t a n te x a l t a t i o na n dg a se f f u s ea r eg r a d u a l l y i n c r e a s i n g t h ex i a n g y a n gc o a lm i n eo fq i t a i h em i n ea r e ah a v em o e r c h a r a c t e r st h a ti sd i f f e rf r o mo t h e rc o a lf i e l d ，i t sm i n ef i e l di ss e p a r a t e a n dt h ea r e ai sl i t t l e ，m a n yc o a ls e a mb u te a c hs e a mi st h i n ，c o m p l e x g e o l o g i c a lc o n s i t u a t i o n ，h i g hm e t h a n e ，b u tt h ec o a lq u l i t y i sb e t t e r c i r c u m f u s et h e s ec h a r a c t e r i s t i c s ，c o m b i n ew i t ht h ec u r r e n ta c t u a l i t y ， d e s i n gt h et o t a lm i n i n gp r o j e c t ，i tc o n t a i n sp r u d u c t i o nc a n p a c i t ya n d t i m e s ，m i n ef i e l dd e v e l o p m e n ts y s t e md e s i n ga n de q u i m p m e n tm o d e l a n ds oo n a n a l y s i sh a r mf a c t o r sa n dh a r md e g r e eo fx i a n g y a n gc o a l m i n e ，p u tf o r w a r ds a f e t yg u a r a n t e em e t h o d s d e s i g nx i a n g y a n gm i n e c o n s t r u c t i o np r o g r a m m i n g ，a n a l y s i sf i n a n c ea n dr i s ko fi n v e s t m e n ta n d a d v is es o r e ed e f e n c em e t h o d s k e y w o r d s ：m i n ee x p l o i t eo p t i m i z a t i o nd e s i g n m i n ed i s a s t o r s a f e t yg u a r a n t e es y s t e m m i n ef i e l dd e v e l o p m e n t 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1绪论 坚持以煤炭为基础能源，多种能源共同发展是我国能源发展长期 战略，建设高产高效矿井是我国实现四个现代化的要求，也是市场经 济条俘下，企业追求以效益为中心的必然选择，而矿井设计的可行性 研究与方案选择等对矿并投产后的经济效益，投资等影响巨大。因此， 加速设计理念，采用适用技术，积极推进我国现代化高产高效矿井建 设就成为我国矿井建设的必经之路。因此，做好矿区总体规划设计是 加速推进高产高效矿井建设的首要问题。 1 1 国内外矿井优化设计理论与应用现状 1 1 1 国外矿井设计现状 二十世纪末以来矿井开采的集中化程度日益提高，生产和新建矿 井的井型日益增大，逐渐形成以下特点。 ( 1 ) 开拓系统的特点 随着并田尺寸、开采深度、辅助提升任务和瓦斯涌出量大幅度增 加，导致了井下人员运输时间长、矿井风量大、通风网路长、风阻大 等。为了解决这些问题，欧洲一些主要产煤国家，如德国、英国、前 苏联和波兰，为了提高煤矿的经济效益，逐步提出了分区域开拓的方 式，即；在适当的地点开凿主井，对煤炭进行集中提升。就地进行洗 选加工，并集中进行储、装、运；另在适当地点开凿副井和通风井， 以解决器材设备和人员的升降及矸石的排出。通常，主井仅有一个， 而副并和通风井各有两个或两个以上。国外比较有代表性的矿并有： 南非新德马克、南非博杰、波兰奇超特、英国塞尔比等。 主、副井都设在开采煤层区域，井筒见煤即开主巷，无论是井底 到采区的大巷，还是采区顺槽巷道，其规格基本相同，采准巷道均布 置在开采煤层内。 采区尺寸尽可能大，以增加采区可采储量、适应综采设备性能提 高，减少工作面搬家次数、提高生产效率。工作面长度也逐年增大， 达2 0 0 3 3 0 m 。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2 长壁采煤技术是高产高效矿井最重要的采煤方法之一，而且也是 井工开采时安全生产条件最好、产量最高、效率最好的采煤方法。美 国有5 3 座煤矿装备了5 7 个长壁工作面，基本上一个矿装备一个长壁 工作面，有4 个煤矿装备了2 个长壁工作面。 ( 2 ) 高产高效装备 世界上典型的高产高效矿井有美国西弗吉尼亚州奔鹿矿、坎普拜 尔溪矿、科罗拉多州2 0 英里矿、澳大利亚莫兰巴北矿、克瑞努姆矿、 英国赛尔比联合矿、南非赛孔达联合矿的米德尔布尔特矿、德国恩斯 多夫矿。 综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化的重要标志，高产高效综 采技术的核心是工作面综采设备，其迸一步向大功率、高工作阻力、 重型化方面发展。 采煤机：美国综采面多采用久益公司l s 系列采煤机，其主要特 征是多电机驱动、无链电牵引、遥控、功雒监测与故障诊断等，装机 功率达1 4 9 2 k w ，截深o 9 1 1 2 m 。 液压支架：美国多采用高工作阻力、整体顶梁双柱掩护式支架， 额定工作阻力2 8 0 t 9 8 0 t ，6 0 0 t 以上占8 2 ，电液控制、移架循环 时间6 s 8 s ，配合采煤机煤岩识别系统等先进技术，可实现工作面 自动控制。 刮板输送机：向重型化方向发展，功率最大达1 7 9 0 k w ，运输能 力3 5 0 0 t h 。 配备了这种装备的工作面在合适的地质条件下单产可达 8 m t a 9 m t a 。 1 1 2 我国矿井设计现状及发展趋势 改革开放以来，伴随着国外先进采掘设备、技术引进和国内设备 制造水平的提高，伴随着煤炭工业的发展，煤炭设计水平取褥了长足 进步，已接近或超过世界先进国家。目前我国已有能力自行设计全引 进采掘设备的现代化矿井和复杂开采、建井条件的矿井，最深的矿井 已超过千米，井筒穿过的最厚表土层己达6 0 0 m ，在地质条件适合的 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3 井田建设特大型矿井已成普遍趋势，2 0 0 2 年已有神东大柳塔、榆家 梁两对矿井年生产能力达到了千万吨水平，最大设计规模井工矿井已 达1 5 0 0 万t a 。煤矿设计呈现生产能力大型化，生产效率高效化，矿 井生产集中化，生产系统简单化、地面布置集约化、社会化的特点。 ( 1 ) 开拓开采系统 开拓方式上，大型矿井采用分区开拓、分区通风、集中出煤方式。 在大巷布置上，广泛采用了煤巷布置，主运输采用胶带输送机， 辅助运输采用无轨胶轮车或因地制宜的采用其他运输方式，巷道支护 广泛采用锚杆加锚索等支护方式。 在采区设计中，采区尺寸逐步加大，形成了以设备大修周期为回 采周期的设计推进长度，以工作面输送机能力为限的工作面长度，以 国产设备为主的工作面推进长度一般为2 0 0 0 4 0 0 0 m 。以引进设备为 主的工作面推进长度一般为3 0 0 0 5 0 0 0 m ，i 作面长度2 5 0 3 0 0 m 。 ( 2 ) 生产及辅助生产系统 由于高产高效矿井生产的高度集中，对系统可靠性和高效性的要 求越来越高，目前矿井设计中普遍采用了大型提升机、长距离、大运 量胶带输送机，先进可靠的控制技术。辅助运输采用了无轨胶轮车、 单轨吊、齿轨车等灵活的运输设备。 强力带式输送机的发展，适应了大型矿井开拓的需要，使主井采 用连续运输的斜井开拓应用范围逐步扩大，斜井胶带机铺设长度已达 1 5 0 0 m 左右，小时运量3 0 0 0 t 左右。采用立井开拓的大型矿井，一对 箕斗逐步取代了多对箕斗的布置方式，箕斗容量己达4 0 t ，适应了高 产高效矿井大运量、连续化运输的要求，整体升降大型设备已成为副 井系统设计追求的目标，出现了以济宁三号井为代表的大型超宽副井 罐笼。 ( 3 ) 采煤方法和装备 我国煤层赋存条件比较复杂，煤炭资源分布地域辽阔，地质条件 复杂多样，井型大小不同，技术经济条件不一，所以使采煤方法和装 备呈多层次发展、多种工艺并存的局面。我国同世界主要产采煤国家 一样，井工矿井实现工作面高产高效主要为长壁综合机械化开采工 艺。 辽宁工程技术大学硕士学位论文4 我国机械化开采方法发展现状如下： 缓倾斜单一长壁及分层长壁综采技术己经成熟； 缓倾斜厚煤层一次采全高综采，最大采高己达到5 2 m ，神东 大柳塔故综采工作面2 0 0 2 年月单产平均达到7 2 8 5 6 l t ，2 0 0 3 年晟高 月产已达1 o m t ，达到国际先进水平； 缓倾斜厚煤层综放开采技术经过2 0 多年的研究与实践，已达 到世界领先水平； 薄煤层通过引进国外先进设备，已开始实现全自动化开采： 急倾斜厚煤层水平分段放顶煤综采正在大力推广； 3 0 。5 0 。大顷角煤层普通综采及综放开采在国内试验成 功： 经连续采煤机为落煤工具的房柱式开采方法在神东矿区得到 成劝应用，上湾煤矿2 0 0 2 年旺格维利工作面月平均单产1 5 0 k t 。 1 2 向阳煤矿建设计划概况 向阳矿井位于七台河矿区东部区的东方红精查勘探区和龙湖西 精查勘探区境内，并田由东方红与龙湖西两相邻勘探区组成，东方红 勘探区位于七台河市茄子河区中心河乡境内，龙湖西勘探区位于北兴 农场境内。 2 0 0 3 年随着国家对东北老工业基地进行改造政策的出台以及七 煤集团公司矿井接续紧张实际情况( 七煤集团公司西部区的新立煤矿 五年左右报废，新建煤矿、桃山煤矿十五年左右报废，东风煤矿二十 年左右报废，以上四矿报废原因均为资源枯竭，且现均无接续矿井) 。 七煤集团公司为保规模、保矿井接续、保队伍、保稳定，充分利用东 方红精查区、龙西精查区现可利用的有效资源，将东方红区、龙西区 两个勘探区划为一个井田进行开发，拟建设计能力为9 0 万吨年的矿 井( 向阳煤矿) 及洗煤厂，初步确定向阳矿井采用立斜井开拓，分三 个采区进行开采。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 2 1 向阳煤矿概况 ( 1 ) 地理位置与交通情况 向阳矿井位于黑龙江省七台河市茄子河区中心河乡及北兴农场 境内，距七台河市区2 0 k i n ，地理座标东经1 3 1 。9 1 3 l 。1 4 7 3 4 ”，北纬4 5 。4 77 4 5 。5 2 0 9 ”，向阳矿井田由东方红勘探区及 龙西勘探区组成，其范围为：北以f l 断层为界；南以4 4 号煤层一4 0 0 m 等高线垂直投影及f 1 9 断层为界；西以东方红区f 1 2 断层为界与富 强矿相邻；东以龙西区第9 勘探线为界与龙湖矿相邻。黑龙江省道 s 3 0 8 线从井田的北部通过，矿区自营铁路富龙铁路从整个井田的南 部通过。七台河市距勃利县3 0 k i n ，距佳木斯市1 7 0 k i n ，距牡丹江市 2 3 0 k m ，距哈尔滨市5 8 5 k m ，本井区通有铁路、公路，交通非常方便。 ( 2 ) 地形地貌 东方红区总的地貌特征是南北方向为两端高而中间低的马鞍状 地形，东西方向大体以f 1 0 号断层为界，形成小区分水岭，河谷向东 西两端延展，构成中间高两侧低的地形，地形标高1 9 0 3 0 0 m 。 东方红区地貌按成因可分如下两种形态： 侵蚀堆积地形：主要经侵蚀堆积而形成微刻切缓坡状丘陵地 形。 堆积地形：沿中心河河谷和自力村冲沟分布的冲积洪积地层， 宽5 0 3 0 0 米，地形平坦湿地遍布。 龙西区总的地貌特征为丘陵地形，地面为第四系残积、坡积及冲 积层所覆盖，地势东低西高，大部分为北兴农场农田地，地面标高 + 1 8 4 + 2 7 2 m ，一般为2 1 0 米左右。 龙西区地貌按成因可分为如下两种形态： 堆积地形：东部龙湖河床和西部中心河床两岸及河谷冲积洪 积地层，地势平缓、沼泽湿地遍布。 堆积侵蚀地形：本区中部煤系地层受长期侵蚀，水流冲刷及 堆积作用，形成缓坡状丘陵地形。 ( 3 ) 气候条件 本区属寒温带大陆性气候，最高气温3 2 3 4 ，最低气温一 辽宁工程技术大学硕士学位论文 6 3 2 一3 8 5 ，年平均气温3 3 5 ，年蒸发量为8 0 0 1 0 0 0 m m ， 年降雨量为3 0 0 7 0 0 m m ，6 8 月份为主要降雨期。每年1 1 月至翌 年4 月份为冻结期，最大冻结深度1 5 2 0 米，一年中以西北风为 最多，风力一般2 3 级，最大可达7 8 级。 ( 4 ) 水系及其主要河流 本井区河流两条，一条为龙湖河，位于井田东部，发源于南部龙 湖东沟，全长约1 9 k m ，流向北西注入倭肯河。河流无固定河道，河 谷沼泽相连，1 1 月至翌年3 月冻结，属季节性河流，常年流量为o 0 2 1 o o m 3 s 。另一条河流为中心河，位于井田中部，发源于老黑山( 那 丹哈达岭) 南，全长2 7 k m ，从东方红区西北角注入倭肯河。河流无固 定河道，与水泡沼泽相连，每年1 1 月至翌年3 月冻结，为季节性河 流，常年流量为0 0 2 0 0 8m 3 s 。 ( 5 ) 人文状况 向阳矿井整个井田所处位置属于农业区，矿井附近人员多为农 民、农场工人，只有少数的手工业者。 ( 6 ) 环境状况 向阳矿井整个井田所处环境均为北兴农场及中心河乡的农田，地 势比较缓，对矿井建设无任何影响。 ( 7 ) 地震烈度 根据全国地震划分资料，本区地震烈度为度。 1 2 2 向阳煤矿外部建设条件 ( 1 交通运输条件 本矿井距七台河市2 0 k m ，有矿区自营铁路富龙铁路、七宝公路 ( $ 3 0 8 省道) 、七密公路( 砂石路) 和乡村砂石公路从本区通过，即可 铁路运输，又可公路运输，所以交通运输十分便利。 ( 2 ) 电源条件 电源：引自七台河一次变电所，该变电所为七台河地区枢纽变电 所，电压为2 2 0 1 1 0 3 5 k v ，主变容量为2 x 1 2 0 m v a ，供电距离5 k m ， 有充足的电力供应，同时东方红勘探区南部富龙铁路附近尚有七煤公 辽宁工程技术大学硕士学位论文 司向阳变电所( 容量：3 5 6 k v ，2 6 3 0 0 k v a ) ，可作建井电源，所以供 电十分方便。 ( 3 ) 水源条件 水源：引自七煤公司东部区主供水管路，该管路从本矿工业广场 南部经过，管路的管径为d n 5 0 0 ，总供水能力为2 4 5 8 4 m3 d ，向阳矿 井及选煤厂的供水量在东部区供水规划之内，规划供水量为 2 2 0 0 m 3 d 。 ( 4 ) 其他建设条件 主要建筑材料供应 七台河市地产建筑材料有砂、石、砖，水泥可由牡丹江水泥厂提 供，木材、钢材全部需外进，目前建筑市场水泥、木材、钢材等货源 充足，所以主要建筑材料的供应不会出现问题，不会影响到向阳矿井 的建设。 资金筹措 根据七煤集团公司目前的经济条件，向阳煤矿矿井及选煤厂的建 设资金采用自筹与贷款相结合方式，建设资金可以保证。 土地征用 向阳矿井建井需要征用的土地均为七台河市茄子河区中心河乡 普通农田，所以只要该矿井及选煤厂由国家批准立项，土地征用应无 问题。 1 2 3 向阳煤矿的资源条件 ( 1 ) 地层及地质构造 七台河矿区开采煤田为勃利煤田，勃利煤田位于新华夏系第二隆 起带三江穆棱河中生代聚煤坳陷带的中部，勃利煤田总体为一向南突 出的弧形构造，勃利煤田基本上为一北西北东东北东向的弧形构 造。该弧形构造以桃山大断层为转折点，桃山断层以西( 西部区) 为 一个地层向南倾斜的单斜构造为主，只有在南部边缘见到短轴褶皱， 断层以正断层为主，逆断层较少。桃山断层以东( 东部区) 构造很复 杂，背向斜和短轴褶皱及逆断层较多，断层落差很大。向阳矿井田位 辽宁工程技术大学硕士学位论文 8 于桃山大断层以东的勃利煤田北东向弧形构造之东翼。 井田主要地质构造东方红区除西北有一背斜外，其余均为断层， 东方红区全区共有断层7 3 条，其中正断层4 0 条，逆断层3 3 条，落 差大于2 0 0 m 的2 0 条，落差2 0 0 1 0 0 m 的1 5 条，落差9 5 5 0 m 的1 9 条，落差5 0 2 0 m 的1 9 条，构造十分复杂。龙西区主要地质构造为 复背斜及断层，共有背斜5 条、向斜4 条，向背斜相间，分布范围位 于f 3 与f 1 8 断层之间，f 3 断层以北、f 1 8 断层以南为单斜构造。龙 西区共有断层7 6 条，其中正断层3 9 条，逆断层3 7 条，落差1 0 0 0 m 的3 条，落差大于1 0 0 m 的2 1 条，落差3 0 1 0 0 m 的4 7 条，落差小于 3 0 m 的5 条，走向断层8 条，斜交断层6 8 条。控制可靠断层2 7 条， 较可靠断层4 9 条，构造比较复杂。 东方红区、龙西区煤层项底板岩性为粉砂岩、细砂岩、中砂岩、 租砂岩，以粉砂岩为主。 ( 2 ) 煤层及煤质 本井田含煤系地层地质时代为中生界侏罗系上统城子河含煤组、 滴道组( 龙西区) ；东方红区为城子河组，煤系总厚度1 6 9 0 米，含煤 层9 4 个，含煤总厚度为4 2 6 6 米，其中可采和局部可采为4 1 个煤层， 平均可采总厚度3 3 3 5 米，含煤系数0 2 5 。龙西区含煤地层为上 侏罗统鸡西群滴道组和城子河组，煤系地层总厚度1 6 9 7 米，含煤8 1 层，煤层总厚度4 8 9 8 米，含煤系数为2 8 9 ，滴道组地层厚3 9 2 米，含煤1 6 层，煤层厚9 4 0 米，含煤系数2 4 0 。城子河组地层 厚1 3 0 5 米，含煤6 5 层，煤层厚3 9 5 8 米，含煤系数3 0 3 。其中 可采和局部可采煤层2 8 层，可采煤层总厚2 4 6 7 米，可采含煤系数 1 4 5 。 东方红区参加储量计算的可采或局部可采煤层共计4 1 层，其中 全区可采的稳定煤层有9 个煤层，局部可采的不稳定煤层有5 个煤层， 其余为局部较稳定煤层计2 7 层。龙西区参与储量计算的煤层共计2 8 层，其中城子河组2 2 层，滴道组6 层，其余层为城子河组。龙西区 主要可采煤层有8 层。东方红区可采煤层厚度为0 3 3 2 4 9 m ，以 0 6 1 0 m 者居多。龙西区可采煤层厚度为0 4 2 3 4 2 m ，以1 o m 左右居多。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 9 井田煤层走向一般为n 4 5 5 5 。e ，龙西区f 3 与f 1 断层中间2 4 线间煤层走向近南北向。媒层倾角东方红区一般为4 5 5 5 。左右， 个别地段在6 0 6 5 。之间属急倾斜煤层。龙西区煤层倾角一般为 2 0 3 5 。，f 1 8 断层以南煤层倾角为5 0 7 0 。 东方红区主要煤种为主焦煤和肥焦煤，其它少量煤种还有肥煤、 气煤和瘦煤。龙西区主要煤种有焦煤、肥煤、1 3 焦煤，其它煤种尚 有弱粘煤、瘦煤、贫煤和无烟煤。其中主焦煤占8 0 左右，肥煤占1 0 左右。 ( 3 ) 其他有益矿物 东方红区：本区有益矿物有菱铁矿、铀和锗，菱铁矿多呈结核和 透镜体，生成于砂岩和粉砂岩中，厚度薄，层位不定，没有开采价值。 煤层中的铀和锗在化验煤样的同时一起进行了测定。铀的最高含量为 0 0 0 3 ，最低含量为0 0 0 0 1 ，一般含量为0 0 0 0 6 ，锗的最高含量 为6 6 p p m ，最低含量为0 2 p f m ，一般为l 。o 1 8 p p m 。 龙西区：本区对主要煤层中的镓、锗进行了初步了解，镓的最小 含量为2 p p m ，最大含量为3 3 p p m ，平均值为8 3 2 p p m ，共测7 2 个测 点，均在国家最低品位3 0 p p m 以下。锗的最小含量为0 3 p p m ，最大 含量为l o p p m ，平均值为i 5 2 p p m ，共测了1 l7 个测点均在国家最低 工业品位2 0 p p m 以下。 i 2 4 向阳煤矿的其他开采条件 ( 1 )煤层顶底板情况 东方红区和龙西区的岩石胶结致密、坚硬，强度较高，为坚硬岩 石，煤层顶底板岩性多以砂岩为主，便于顶底板的管理。但也有少数 煤层顶底板岩性不好，开采这些层时应引起注意，如：东方红区5 7 、 5 8 b 、5 8 、5 9 、9 7 、1 0 9 等煤层顶板或内接顶板为炭页岩。龙西区 的5 7 、6 3 、6 8 号煤层顶板和5 8 号煤层的底板的粉砂岩遇水崩解，岩 石软化系数普遍较小。 ( 2 ) 瓦斯、煤尘和煤的自燃性及地温、地压 根据东方红区及龙西区浅部各采区瓦斯签定结果( 向阳各采区) ， 辽宁工程技术大学硕士学位论文1 0 绝对大多数采区( 9 6 3 的采区) 相对瓦斯涌出量和绝对瓦斯涌出量 均为0 ，相对二氧化碳涌出量和绝对二氧化碳涌出量均为0 ，只有一 处采区( 十八采区) 区域相对瓦斯涌出量为3 7 0 7 m 3 t ，绝对瓦斯涌出 量为5 5 l m 3 m i n 。又根据相邻矿井龙湖煤矿为低瓦斯矿井，相对瓦斯 涌出量为1 5 6 m 3 t ，绝对瓦斯涌出量为3 2 4 m 3 m i n ，确定向阳矿为 低瓦斯、低二氧化碳矿井，十八采区区域为高瓦斯区，见瓦斯煤尘鉴 定表。 根据西部区( 新建、新兴、桃山、新立、东风矿等) 及相邻矿井 ( 龙湖矿) 多年生产实践证明，煤层无自然发火现象，矿井属正常地 温矿井，所以向阳矿井煤层定为无自然发火煤层，矿井定为正常地温 矿井。与本井相邻的生产矿井及西部区的一些生产矿井无冲击地压现 象发生，本井定为无冲击地压矿井。 ( 3 ) 矿井涌水量 矿井正常涌水量为6 0 0 m 3 h ，最大涌水量为9 0 0 m 3 h 。 1 3 本论文研究的主要内容 本论文的主要研究内容如下： ( 1 ) 对向阳煤矿矿井生产能力进行优化设计，确定该矿区的生 产能力与服务限； ( 2 ) 在对向阳煤矿的产品的供求情况进行市场调查的基础上， 对其产品进行市预测； ( 3 ) 对向阳煤矿的井田开拓系统进行优化设计，并对其主要的 生产设备进行优化选择； ( 4 ) 进行矿井危害因素和危害程度进行分析，提出安全保障措 施： ( 5 ) 对向阳煤矿的矿井建设进行合理规划与分析。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 2向阳煤矿矿井生产能力优化设计 2 1 井田境界与资源储量 2 1 1 井田境界 根据黑龙江煤炭工业管理局黑煤函字 1 9 9 6 第5 4 号“关于龙湖 西精查区不单独建井的函”的指示精神，确定向阳矿井田由东方红和 龙西两个勘探区组成，其境界为：北以f 1 断层为界，南以4 4 号煤层 一4 0 0 m 等高线垂直投影及f 1 9 断层为界，西以东方红区f 1 2 断层为界 与富强矿相邻，东以龙西区第9 勘探线为晁与龙湖矿相邻，走向长 8 7 k m ，倾斜宽2 0 3 2 k m ，井田面积约2 2 o k m 2 。由于f 1 9 及f 1 2 断层控制可靠，所以不存在井田境界摆动的可能性。 东方红勘探区范围为：北以f 1 断层为界，南部f 1 0 断层以西以 向斜轴为界，f 1 0 断层以东以4 4 号煤层一4 0 0 垂直投影为界，西以f 1 2 断层为界，东以f 9 断层为界，走向长5 o k m ，倾斜宽2 o k m ，勘探区 面积约1 0 o k m 2 。 龙西勘探区范围为：北以f l 断层为界，南以f 1 9 断层为界，西 以f 9 断层为界，东以第9 勘探线为界与龙湖煤矿相邻，走向长3 7 k m ， 倾斜宽3 2 k m ，勘探区面积约1 2 o k m 2 本井田- 7 0 m 以上已开采，且已基本结束，七煤集团公司对开采 的下限标高严格控制在一7 0 m ，保证不越界。而本井设计的开采范围是 一1 0 0 m 以下，所以浅部的小井的开采活动对本设计范围无破坏和影 响。 2 1 2 矿井资源储量计算 ( 1 ) 矿井地质资源储量 根据东方红勘探区和龙西勘探区精查地质报告，向阳煤矿总地质 储量为1 0 6 5 0 1 0 万吨，其中：上山区8 7 4 5 9 8 万吨，下山区1 9 0 4 1 2 万吨。 东方红勘探区总地质储量为4 7 9 2 15 万吨，全部为上山区储量， 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 2 下山区无地质资料，本次设计不计储量。 龙西勘探区总地质储量为5 8 5 7 9 5 万吨，其中上山区3 5 9 3 8 3 万吨，下山区1 9 0 4 1 2 万吨。 ( 2 ) 矿井工业储量 工业储量系指能利用储量中的a + b + c 级储量。向阳矿井总工业储 量为8 9 1 2 8 1 万吨，其中：上山区7 2 8 6 6 3 万吨，下山区1 6 2 6 1 8 万吨。 东方红勘探区上山区工业储量为3 7 2 7 2 8 万吨；龙西勘探区工业 储量为5 1 8 5 5 3 万吨，其中上山区3 5 5 9 3 5 万吨，下山区1 6 2 6 1 8 万吨。 ( 3 ) 高级储量占工业储量的百分数 高级储量系指工业储量中的a + b 级储量。向阳矿高级储量共有 1 4 7 4 1 8 万吨，占工业储量的1 6 5 4 。其中上山区高级储量1 3 4 3 1 8 万吨，占工业储量的1 8 4 3 ：下山区高级储量1 3 1 0 万吨，占工业 储量的8 0 6 。 东方红勘探区上山区高级储量3 i3 2 i 万吨，占工业储量的 8 4 0 。龙西勘探区高级储量为1 1 6 0 9 7 万吨，占工业储量的2 2 3 9 。 ( 4 ) 可采储量 可采储量为设计工业储量扣除各种煤柱损失及非经济储量后，乘 以8 5 的采区回采率所得，矿井煤柱损失总计为1 5 4 7 5 5 万吨，非经 7 济储量1 4 3 3 9 万吨，可采储量为6 1 3 8 5 9 万吨。东方红勘探区上山 区煤柱损失6 5 i 1 9 万吨，非经济储量3 7 1 9 万吨，可采储量为 2 5 8 3 0 6 万吨。龙西勘探区煤柱损失8 9 6 3 6 万吨，非经济储量1 0 6 2 万吨，可采储量3 5 5 5 5 3 万吨。 2 2 矿井设计生产能力与服务年限 2 2 1 设计生产能力 考虑本区地质条件复杂，煤层倾角大，煤层薄等客观地质条件， 本设计考虑6 0 万吨年和9 0 万吨，年两种井型方案。 本区的可采储量为6 1 3 8 5 9 万吨，建6 0 万吨年井型的矿井，可 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 3 服务7 3 1 年。建9 0 万吨年井型的矿井，可服务4 3 7 年，服务年限 均符合煤矿设计规范中矿井服务年限不低于4 0 年，水平服务年 限不低于1 5 年的要求。虽然9 0 万吨年井型总投资高，总井巷工程 量大，但吨煤投资费用低。9 0 万吨年井型相对服务年限短，比6 0 万吨年井型少2 4 ，4 年，从节省大量的矿井管理费、生产运营费及巷 道维护等费用方面来看是有利的。同时9 0 万吨年井型具有万吨煤掘 进率低，全员效率高等优点。本区井田地质构造比较复杂，断层多， 高级储量偏低，煤层薄，平均厚度0 8 m ，倾角大，一般都在5 0 。左 右，属急倾斜薄煤层，回采工艺只能用炮采，井型越大，矿井生产能 力保证率越低，这是个不利因素，但七煤公司在复杂地质条件下开采 有比较成熟的经验。综合考虑，向阳矿建9 0 万吨，年井型的矿井是可 行的。 经以上分析比较，并考虑七煤集团公司西部区部分矿井生产能力 开始下降的实际情况，1 0 1 5 年左右新立矿、桃山矿、新建矿、东 风矿将相继报废。为保七煤公司生产规模接续要求及市场对焦煤需求 量增加的实际需要，将井型定为9 0 万吨年。 矿井工作制度：矿井设计年工作日为3 3 0 天，每天三班作业，每 班工作时间8 小时，矿井每天净提升时间为1 6 小时。 2 2 2 设计服务年限 向阳矿设计生产能力为9 0 万t a ，矿井可采储量为6 1 3 8 5 9 万 吨，其中：上山区5 0 0 0 2 6 万吨，下山区1 13 8 3 3 万吨。 本次设计向阳矿划分为一个水平( 一4 0 0 m 水平) ，故矿井服务年 限与水平服务年限一致，均为： t = z ( 置一) = 6 3 1 8 5 9 ( 1 4 x 9 0 ) = 48 7 a ( 2 1 ) 式中：f 一服务年限，a ； z 一可采储量，万t ： k 一储量备用系数，取1 4 ； 4 一矿井设计生产能力，万t a ； 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 4 2 3 向阳煤矿产品市场预测分析 向阳矿井的设计能力为年产主焦及肥煤9 0 万吨，从总体形势上 预测，发展前景非常乐观。主要是主焦、肥煤在我国是稀有煤种，据 权威部门预测，已探明的主焦、肥煤可采储量为1 3 5 亿吨，占焦煤可 采储量4 0 0 亿吨的3 4 ，储量有限。而且主焦和肥煤是冶金、化工 等行业必须的配煤品种，素有“工业味精”的美誉，不论在市场占有 能力、价格及效益等方面都具有绝对的优势。 2 3 1 产品市场供应与需求预测 ( 1 ) 国内外市场供应现状与预测 总体看，主焦、肥煤在国内外的供应现状都满足不了需求，异常 紧张。从国外看，外国相关企业从环保和保护资源等方面考虑，不惜 高价从我国、澳大利亚等产煤大国进口。从国内看，因煤种优势，在 前段煤炭市场疲软的时期，主焦和肥煤仍稍显供不应求，到目前进入 卖方市场，受资源和产量所限，供应形势更为紧张，每年缺口都在 2 0 0 0 万吨以上。在目前推崇的配煤炼焦工艺中，主焦煤、肥煤仍占 重要地位。 在今后几年内，主焦和肥煤供应形势将会日益紧张。首先该煤种 资源量和产能都有限。其次是随着经济的迅速发展，冶金、化工等行 业纷纷扩大生产规模，对焦炭和精洗煤的需求有增无减，而且增长势 头强劲。第三，国外同行业在今后几年在我国进口主焦和肥煤的数量 将不断增加。据了解。主焦、肥煤供应紧张的局面在3 5 年之内不 会改变，即使将来煤炭市场有所下滑，作为特殊煤种，主焦、肥煤仍 有很强的市场竞争力。 ( 2 ) 国内外市场需求现状与预测 从国外看，由于国际经济保持了强劲的走势，增加了对钢铁的需 求，促进了冶炼精煤的消耗，尤其是主焦煤和肥煤，明显供不应求。 从国内看，目前各冶金、化工企业主焦、肥煤库存普遍己处于警 戒线以下，东北地区鞍钢、本钢、通钢等大型企业库存仅能维持1 3 天的水平，纷纷去人、去函到煤矿催煤，而且明确表示，只要满足 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 5 煤炭供应，煤炭价格、交易方式、商务处理等各方面问题均以矿方为 主。即使这样，受资源、产能、运输等制约，煤矿仍无法保证冶金、 化工行业的煤炭需求。南方一些冶金、化工企业，为缓解煤炭供应紧 张的局面，不惜高成本地实行北煤南调及进口战略，企业利润从原料 这块损失越来越大。从全国看，对主焦和肥煤的需求旺盛，煤矿无法 持续保证煤炭供应。 随着国家扩大内需和投资力度的加大以及房地产和汽车等行业 的高位运行，国内钢材需求将日趋旺盛，导致炼焦用主焦煤和肥煤的 供应将越发紧俏。尤其是从2 0 0 5 年起，东北地区的鞍钢、本钢北台 钢厂、沈阳炼焦煤气等厂家纷纷扩大再生产，新建焦炉，提高生产能 力，而且一批在建焦炉也将陆续投产，七台河百万吨焦化厂就将在 2 0 0 5 年下半年运营投产，对已经供不应求的焦煤、肥煤供应造成了 很大的缺口。据权威部门预测，2 0 0 5 年全国焦炭消费总量约为1 8 1 9 亿吨，相应2 0 0 5 年全国炼焦煤需求量为4 5 亿吨，预计2 0 0 5 年 我国主焦煤和肥煤将缺口4 0 0 0 万吨左右。可以断言，在供需矛盾日 益加剧的形势下，兴建主焦煤、肥煤矿井正应天时地利，势在必行。 2 3 2 产品目标市场预测 ( 1 ) 目标市场确定 七煤集团的冶炼精煤用户主要是分布在东北地区的钢厂及焦化 厂，如鞍钢、本钢、通钢、沈阳炼焦煤气厂、西钢、黑化等。自2 0 0 2 年起，开发了一部分南方市场，如上海宝钢、上海焦化，通过辽宁鲅 鱼圈、丹东等港口集港装船南下。精煤出口在2 0 0 1 2 0 0 2 年，傲为 一种拉动、调剂东北市场的战略运作了一部分，但随着出口煤综合成 本的加大，现在及今后暂不作为精煤销售市场考虑。包括将开发的向 阳矿的主焦和肥煤，仍以东北和南下煤市场为主。 ( 2 ) 市场占有份额分析 七煤集团的冶炼精煤产品，尤其是主焦精煤和肥煤深受广大用户 的青睐，市场占有率较高。2 0 0 4 年生产洗精煤( 含水) 4 9 3 万吨，占 国有重点煤矿洗精煤产量的4 3 ，占黑龙江省内重点煤矿洗精煤产 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 6 量的4 5 5 。从东北地域看，2 0 0 4 年生产的冶炼精煤全部售出，占 东北市场总份额的2 5 。销售方向：辽宁地区占总销量7 7 ( 含集港 南下部分) ，吉林地区占总销量的1 3 ，黑龙江地区占总销量的1 0 。 2 3 3 价格现状与预测 ( 1 ) 产品国内市场销售价格 由于冶炼精煤供不应求的局面将长期存在，主焦煤和肥煤也将持 续走俏，据申银万国证券研究所的一份研究报告预测，2 0 0 5 年炼焦 煤价格将全年坚挺，主焦煤、肥煤等价格还将有1 0 1 5 左右的上 涨。国内主焦、肥煤价格通过2 0 0 4 年和2 0 0 5 年全国煤炭订货会，吨 煤涨幅在2 0 0 元吨以上，目前主焦煤、肥煤车板价国内平均在8 0 0 元吨左右。按今后市场走势，据专家预测还将上涨7 0 l o o 元吨。 ( 2 ) 产品国际市场销售价格 从国际焦煤市场分析，2 0 0 5 年将继续呈高位运行态势。2 0 0 4 年 四季度，国际主焦煤现货交易价格突破1 2 0 美元大关。随着美国、日 本、欧盟等发达国家和地区经济的稳健增长，对钢材的需求将日趋旺 盛，主焦、肥煤的价格仍有上涨空间。 2 3 4 市场竞争力分析 ( 1 ) 主要竞争对手情况 七台河矿区是我国主焦煤生产基地之一，七煤集团的冶炼精煤年 产量在4 0 0 万吨以上，在东北地区产量最多，具有绝对的优势。目前， 只有沈阳、通化和鹤岗等地区有主焦煤资源，但产量相对较少，不具 有竞争力。另外，山西、神华等地的主焦和肥煤受销售半径和铁路运 输瓶颈的制约，无法与我们抗衡。国外进口的价格又远远高于我们的 价格，对七煤集团主焦、肥煤的销售构不成重大威胁。 ( 2 ) 产品市场竞争力优势、劣势 七煤集团主焦、肥煤在市场上有强劲的竞争力，其优势有： 七台河是全国保护性开采的三大主焦煤基地之一，产品具有 天然的特低磷、特低硫等特点，煤质优良，尤其是主焦和肥煤是冶金、 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 7 化工行业极优的配比原料，有“工业味精”的美誉。 市场竞争力强，七台河是东北地区冶金、化工企业所需主焦、 肥煤的主要供应基地，其它矿务局产量小，只是作为补充，七台河掌 握主动权，这是得天独厚的优势。 七台河煤炭外运主要由铁路运输，七煤集团的精煤市场9 0 分布 在辽宁和吉林两省，属沈局流向。而七台河处在铁路的末端，受沈局 流向排空的影响，沈局方向车皮相对紧张，在一定程度上受铁路运输 的制约。 ( 3 ) 营销策略 本着“质量第一、信誉至上”和原则，对内必须强化煤炭质、 数量管理，打造七台河优势品牌，进一步提高市场信誉和竞争力。 开发市场。市场对主焦、肥煤的需求非常旺盛，可以在市场 中寻找重信誉、讲诚信、实力强、价格高的用户合作，提高经营效益。 实施价格战略。要随时根据市场的走势，不断调整提高煤炭售 价，尽力追求效益最大化。 强化售后服务。市场越好，越要注重质量、信誉，及时主动与 用户沟通，征求意见，营造长期的战略伙伴关系，抵御将来可能发生 的市场风险。 2 3 5 市场风险 炼焦煤市场与钢铁市场密切相关，如果钢材市场疲软，煤炭市场 必将受到冲击。同时按市场经济规律，焦炭价格居高不下的局面不会 持续太久，必然回落。但已放大的焦炭产能，短期内不会萎缩。而且 我国的优质主焦煤和肥煤储量有限，极为稀少，冶炼精煤产量的增幅 小于炼焦能力的增幅，因此，投资生产和加工主焦煤和肥煤市场风险 较小。 总之，根据以上分析预测，开发向阳矿是适应当前及今后市场形 势需要的，能够在一定程度上缓解市场主焦、肥煤紧缺的局面，对推 进七煤公司的发展，保障主焦、肥煤供应和冶金、化工企业的生产， 加快国民经济发展都具有举足轻重的意义，该项目的开发，势在必行。 辽宁工程技术大学硕士学位论文 3 向阳煤矿井田开拓系统优化设计 3 i 井田开拓设计 3 1 i 井田开拓方式及井口位置 ( 1 ) 井田开拓方式 由于本井田煤层赋存较深、倾角较大、地质构造复杂，井田走向 长，故选用立斜井开拓方式，开采水平标高定为一4 0 0 m ，进行上、下 山开采。 结合本井田井上、，下实际特点，地面以便于形成地面生产系统、 满足布置工业场地需要，满足排矸需要( 有足够的排矸场地) ，方便 与外部联接为前提；井下以方便巷道联络，便于大巷布置为前提，提 出了如下三个开拓方案。 方案一：在东方红区南侧7 线与7 8 线之间5 0 7 4 0 0 0 轴与一6 2 5 0 0 轴交点西北2 3 0 m 左右布置一对立井，东、西两翼各布置一个回风立 井，在龙西区利用原向阳一区一采三井筒作龙西入风井，利用原向阳 一区二采两井筒作龙西回风井，龙西区布置一个十八采区回风斜井 ( 边远采区) 。 向阳一区为由七煤集团公司投资，并按大井要求正规建设，正规 管理的斜井( 一7 0 m 以上，9 8 年移交) 。向阳一区共有二个采区，一、 二采，其中一采设计能力为2 1 万吨年，共有三条井简( 主井、付井、 回风井) ，主井净断面6 6 m 2 ，付井净断面9 1 m 2 ，回风井净断面1 0 4 m 2 ， 三条井筒净断面共计2 6 1 m 2 。向阳一区二采设计能力9 万吨年，共 有两条井筒( 主、付井筒) 主、付井筒净断面均为6 8m2 ，两条井筒 净断面共计13 6m 2 ，向阳一区一采、二采四年左右全部采完，届时 向阳煤矿将向阳一区一采三井筒改造成龙西区入风井，原付井作龙西 区排矸井，并施工龙西区二段入风排矸斜井( 并辅助提升) ，接力排 矸。将向阳一区二采两井筒改造成龙西区回风井( 负责十五采、十六 采、十七采上、下山采区回风) 。直接利用向阳一区一采地面供电、 供热、压风、排矸系统作龙西区的相关系统。向阳一区矿办位于向阳 辽宁工程技术大学硕士学位论文 1 9 一区二采附近，建筑物齐全，行政福利设施完备，直接利用作为向阳 煤矿龙西区的行政福利区，将向阳一区一采办公室继续作向阳煤矿龙 西区采区办公室。二期龙西区将增补一个采区，煤通过主运大巷，并 入矿井系统。采取以上措施后充分利用了向阳一区原有巷道及设施，