采矿工程毕业设计（论文）-任家庄矿150万吨新井设计.doc

中国矿业大学银川学院中国矿业大学银川学院 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 20132013 届届 题 目 任家庄矿 1 5Mt a 新井设计 系 别 矿业工程系 专业班级 09 级采矿 二班 学生姓名 李 锋 指导教师 张 晓 光 教务处制 2013 年 5 月 2 日 摘 要 本设计是针对宁夏任家庄矿 1 50Mt a 新井设计 全篇共计九章 矿井概况及井 田地质特征 矿井储量生产能力及服务年限 井田开拓 采煤方法 矿井通风与安 全技术措施 矿井运输 提升及排水 采区供电设计和技术经济指标 任家庄矿位于宁夏灵武市东 行政区划属灵武市横山乡管辖 井田位于东经 106 26 15 106 33 45 北纬 38 07 30 38 17 30 之间 井田南 北走向长 5 0km 东西倾斜宽 2 5 km 煤层倾角平均为 9 矿区附近公路 铁路 纵横交错 四通八达 交通十分便利 可采煤层两层 厚度平均分别是 4 27m 和 5 28m 平均倾角为 9 矿井正常涌 水量 446m3 h 矿井属于低瓦斯矿井 煤尘无爆炸危险性 并且煤层无自燃发火倾向 任家庄矿井设计年生产能力为 1 50Mt a 服务年限为 66 9a 矿井工作制度为 四 六 制 矿井的采煤方法为单一倾斜长壁采煤法 采煤工艺为综合机械化采煤法 矿井开拓方式为立井单水平开拓 矿井布置一个工作面生产 一个工作面备用 工 作面长度为 190m 分带运输斜巷 运输大巷采用胶带运煤 辅助运输采用矿车运输 矿井通风方式为两翼对角列式 关键词 工业储量 生产能力 立井开拓 倾斜长壁采煤法 矿井通风 前 言 毕业设计是本科教学计划的重要组成部分 是实现本科培养目标的重要教学环 节 是培养学生综合运用所学知识进行科学研究工作的初步训练 是使学生掌握科 学研究基本方法 提高分析和解决问题能力的教育过程 同时也是对学生专业能力 和综合素质的全面检验 本次毕业设计是我们大学四年对所学知识的进一步巩固 加深 对所学的基础 理论 基本技能和专业知识的掌握 使之系统化 综合化 矿井设计内容包括矿井 储量 生产能力 井田开拓 采区准备 采煤方法 巷道掘进 矿井提升 运输 通风 排水 动力供应等 矿井开采设计主要是确定井田开采的技术方案和各项参 数 如井田的开拓方式 采准巷道布置及生产系统 采煤方法的选择等 设计所选 择的方案及参数要在安全上可靠 技术上优越 经济上合理 在设计过程中 本着树立具有符合国情和生产实际的正确设计思想和观点 树 立严谨 负责 实事求是 刻苦钻研 勇于探索 具有创新意识 善于与他人合作 的学习工作作风 理论联系实际 尽量运用所学的科学技术知识 拓宽思路 在不 违反国家方针政策和技术规范的前提下 大胆采用国内外先进技术和设计方法 满 足技术上先进 经济上合理 安全可靠 并为矿井的发展留有余地 目录 1 矿区概述及井田地质特征 1 1 1 矿区概况 1 1 1 1 交通位置 1 1 1 2 地形地貌 1 1 1 3 水系 3 1 1 4 气象及地震 3 1 1 5 现有电源 水源情况 3 1 2 井田地质特征 4 1 2 1 井田地层由新至老简述如下 5 1 2 2 构造 7 1 2 3 可采煤层情况 7 1 2 4 瓦斯 煤尘 自燃及其他开采技术条件 11 1 2 5 水文地质 11 2 矿井储量 年产量及服务年限 12 2 1 井田境界 12 2 1 1 井田范围 12 2 1 2 开采界限 12 2 1 3 井田尺寸 12 2 2 矿井工业储量的计算 12 2 3 矿井设计储量 13 2 3 1 保护煤柱留设原则 13 2 3 2 矿井永久保护煤柱损失量 14 2 3 3 可采储量 17 2 3 4 井田储量汇总表 17 2 4 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 18 2 4 1 矿井工作制度 18 2 4 2 矿井设计生产能力及服务年限 18 2 4 矿井服务年限 18 3 井田开拓 19 3 1 井田开拓的基本问题 20 3 1 1 确定井筒的形式 数目 配置 20 3 1 2 确定工业广场及井口位置 20 3 1 3 确定开采水平和阶段高度 21 3 1 4 开采水平布置 22 3 2 开拓方案比较 23 3 2 1 基本情况 23 3 2 2 开拓方案技术比较 24 3 2 3 开拓方案经济比较 25 3 3 矿井基本巷道 27 3 3 1 井筒 27 3 3 2 主要开拓巷道 32 3 4 井底车场 38 3 5 开采顺序及采区回采工作面的配置 40 3 5 1 开采顺序 40 3 5 2 保证年产量的同采带区数和工作面数 40 3 6 井巷工程量和建井周期 42 3 6 1 概述 42 3 6 2 井巷工程量和建井周期的各计算图表 42 4 采煤方法 44 4 1 总则 44 4 2 采煤工艺方式 45 4 2 1 采煤方法的初选 45 4 2 2 采煤工艺选择及其依据 45 4 2 3 落煤与装煤 46 4 2 4 运煤 50 4 2 5 支护 53 4 2 6 处理采空区 55 4 3 回采巷道布置 57 4 3 1 回采巷道布置方式简述 57 4 3 2 回采巷道护巷方法 57 4 4 带区巷道布置 57 4 4 1 带区巷道布置 57 4 5 生产系统 60 4 5 1 带区车场 60 4 5 2 各个系统的说明 60 4 6 带区采掘计划 61 4 6 1 带区主要巷道参数确定 61 4 6 2 确定带区生产能力 65 4 6 3 计算带区回采率 66 5 矿井通风与安全 67 5 1 矿井通风系统的选择 67 5 1 1 选择矿井通风系统的原则 67 5 1 2 选择矿井主要通风机的工作方法 68 5 1 3 选择矿井通风方式 69 5 2 全矿所需风量的计算及其分配 70 5 2 1 矿井风量计算原则 70 5 2 2 矿井风量计算方法 70 5 2 3 风速验算 75 5 3 通风阻力的计算 76 5 3 1 矿井通风阻力的计算原则 76 5 3 2 矿井通风阻力计算 76 5 3 3 井总风阻及总等积孔计算 78 5 4 矿井通风设备的选择 79 5 4 1 矿井通风设备的要求 79 5 4 2 选择主要通风机 79 5 4 3 选择电动机 82 5 4 4 电费计算 83 6 矿井运输 提升及排水 84 6 1 矿井运输 84 6 1 1 井下运输 84 6 1 2 带区运输设备 84 1 最小张力点的位置及最小张力值的计算 88 6 1 2 大巷运输设备 96 6 2 矿井提升 104 6 2 1 设计依据 105 6 2 2 提升容器的选型计算 106 6 2 3 提升钢丝绳的选择计算 109 6 2 4 提升机与天轮的选择计算 111 6 2 5 提升电动机的预选 112 6 2 6 提升机与井筒的相对位置 114 6 3 矿井排水 115 6 3 1 概述 115 6 3 2 排水设备选型计算 115 7 采区供电设备选型 124 7 1 1 井下负荷及下井电缆选择 124 7 1 2 井下变电所接线系统 设备选型 124 7 1 3 井下高低压供配电系统 井下接地 固定照明及供电方式 124 8 矿井灾害防治 126 8 1 防治瓦斯 126 8 2 防治煤尘 126 8 3 防灭火 126 8 4 防治水 127 9 矿井基本技术经济指标 128 参 考 文 献 131 中国矿业大学银川学院毕业设计 1 矿区概述及井田地质特征 1 1 矿区概况 1 1 1 交通位置 本井田位于宁夏灵武市东北 20 km 的毛乌素沙漠的边缘 西隔黄河 30 km 与银 川市相望 行政区划属灵武市横山乡管辖 井田位于东经 106 26 15 106 33 45 北纬 38 07 30 38 17 30 之间 本井田东距黎家新庄中心区约 8km GZ35 银 川 青 岛 高速公路及与其 平行的三级公路从井田东部 6km 处通过 307 国道从井田南部 8km 处通过 位于矿 井南部 10km 左右的太 中 银铁路也正在建设之中 包 头 兰 州 国铁干线于矿区西部约 40 km 处南北向通过 矿区铁路支 线 大坝 古窑子 在包兰铁路的大坝站接轨 延至矿区古窑子 矿区辅助企业区 车站 已于 1995 年 10 月建成投入运营 因此本区交通运输十分方便 交通位置见图 1 1 1 1 2 地形地貌 本区位于鄂尔多斯台地西缘 区内大部分属低缓的半沙漠丘陵地带 西侧马鞍 山地势较高 最高海拔 1400 m 井田地势为西部高 东部低 其海拔高度 950 1350 m 井田内一般地形平坦 但被南东 北东向的冲沟所切割 南部近 南东向的冲沟汇入西天河 北部有北东向冲沟汇入边沟 地形西部复杂 东部平坦开阔 总体比较简单 中国矿业大学银川学院毕业设计 图 1 1 交通位置图 中国矿业大学银川学院毕业设计 1 1 3 水系 区内无常年地表水流 仅西天河及边沟流经本区南北两端 北部边沟发源于东 部 20 km 的清水营 上游平时无水 仅中下游由泉水补给汇集为细小水流 沿古长 城南缘 西流潜入山前 据 1969 年 5 月 1970 年 11 月断续观测资料 流量为 2 85 40 5 L s 1970 年 8 月 1 日测得洪水流量为 67 L s 洪水延续 8 h 南端西天河 自磁窑堡矿区由东向西汇入黄河 流量较小 近年来每当 5 6 月枯水季节干涸无水 为间歇性地表水流 流量随季节变化大 1 1 4 气象及地震 根据灵武市气象站资料 本井田属半干旱沙漠大陆性季风气候 多风沙 少降 雨 昼夜温差大 季风从当年 10 月至来年 5 月 长达 7 个月 多集中于春秋两季 风向多正北或西北 风力最大可达 8 级 一般为 4 5 级 风速最大为 20 m s 平均 风速为 3 1 m s 春季有时有沙暴 年平均气温为 8 8 年最高气温为 41 4 1953 年 年最低气温为 28 0 1954 年 降水多集中在 7 8 9 三个月 年最 大降水量为 352 4 mm 1964 年 年最小降水量仅为 80 1 mm 1980 年 而年最大 蒸发量高达 2304 1 mm 1953 年 为年最大降水量的 6 倍及最小降水量的 29 倍 年最小蒸发量 1508 8 mm 1988 年 最大冻土深度为 1 09 m 1968 年 最小冻土 深度为 0 50m 一般为 0 70 0 90 m 相对湿度为 5 2 6 4 本区位于鄂尔多斯盆地西缘吴忠地震活动带的东侧 地震震中集中在黄河沿岸 按照 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 附录 A 我国主要城镇抗震设防烈度 设计基本地震加速度和设计地震分组 划分 本矿井所在地区灵武市抗震设防烈度 为 VIII 度 设计基本地震加速度值为 0 20g 根据宁煤集团 2004 年 8 月委托宁夏地 震工程研究院所做的 任家庄煤矿工业场地地震安全性评价工作报告 结论 任家 庄矿井工业场地 50 年超概率 10 的地面地震动峰值加速度为 181 4gal 反应谱特征 周期为 0 34s 任家庄工业场地的抗震设防烈度为 VII 度 1 1 5 现有电源 水源情况 1 电源 该矿井东侧约 3 3km 处供电部门已经建有 1 座任家庄 110 35 10kV 变电站 主 中国矿业大学银川学院毕业设计 变压器容量为 2 31 5MVA 第 1 回 110kV 电源取自徐庄 330kV 变电站 导线 LGJ 300 20 约 6 7km 第 2 回 110kV 电源取自东山 220kV 变电站 导线 LGJ 300 20 约 18 7km 本矿井 2 回 35kV 电源均取自任家庄 110 35 10kV 变电站 导线 LGJ 185 30 每回各约 3 3km 该电源线路已经建成投入运行 因此 矿井建设和生产的电源条 件是可靠的 2 水源 根据本区地质勘探资料分析 区内水源缺乏 不能解决长期供水问题 北部边 沟地表水 水量不大 可采用筑坝拦截水方法 解决临时短期施工用水 第三系砾岩为本区富水较强的岩层 但由于受古地形 地质构造影响砾岩厚度 发育不均 富水性变化较大 下石盒子组 山西 太原煤系地层涌水量也较大 矿 井排水经处理后可作为矿井的生产用水 矿区附近具有供水意义的地表水有位于矿区西部 30km 左右处的黄河水 据石 嘴山水站多年观测资料 黄河石嘴山段多年平均流量 994 4m3 s 国家分配宁夏取用 的黄河水量为 40 亿 m3 a 现在只使用约 32 亿 m3 a 尚有 8 35 亿 m3 a 可以取用 根据河东能源重化基地供水工程的规划 基地各项工程水源主要取自黄河水 取水 点选在银青高速公路黄河大桥以北 1km 处 一期工程供水能力 40 万 m3 d 二期工 程供水能力 60 万 m3 d 在位于本矿井东 6km 左右处的鸭子荡附近设调节水库己建 成 坝顶高程 1252 5 m 一期总库容为 2053 万 m3 通过供水管网向能源基地各 用水地点供水 位于中心区附近的处在吴忠金银滩水源地的矿区一期供水系统中的第二加压泵 站可为矿井建设和生产提供生活用水 因此 矿井建设和生产的水源条件是有保障的 1 2 井田地质特征 横城勘探区属桌子山 刘家庄 青龙山经向构造带与祁吕贺山字型脊柱相 复合部位 所见地层 构造形迹特征表明 在地质历史上 这里是较为稳定地带 古生代为拗陷区 期间沉积了巨厚的奥陶系海相石灰岩矿层夹薄泥质岩石 石炭二 叠系的海陆交互相含煤岩系和陆相碎屑岩系 中生代亦属拗陷地区 沉积了巨厚陆 相碎岩系厚达 3000 m 以上 新生代第三 第四系遍布全区 本勘探区除西部马鞍山 黑山 和儿墩一带有零星露头外 第四系黄土层 第 中国矿业大学银川学院毕业设计 三系红土层广布全区 厚度达 150 230 m 本区可称广厚松散复盖层掩盖的隐蔽式 煤田 1 2 1 井田地层由新至老简述如下 1 第四系 Q 全区分布 上部为沙 冲积沙土 风成沙 下部为亚砂土 底部为砂砾层 厚度 1 26m 2 第三系 R 见于西部丘陵山地及沟谷内 上部为桔黄 棕红色亚砂土 亚粘土 夹砂及少量砾石 下部为棕红色亚砂土 亚粘土含石膏 底部为棕红色半 胶结砂砾层 厚度 4 46m 本系厚度 90 217 0m 与上覆地层不整合接触 3 白垩系下统志丹群 Klzd 见于马鞍山及勘探区南缘 灰色砾岩夹薄层粉 砂岩 于 202 204 号钻孔见砾岩与砂岩互层 砾石以变质岩块为主 次为石英岩 石灰岩 多呈半棱角状 硅质 钙质胶结 坚硬 本系厚度 416 38m 与上履地层不整合接触 4 二叠系 P 1 二叠系上统石千峰组 P22S 紫红色中粗砂岩 粉砂岩 泥岩 于 308 号钻孔以西见有棕红色 紫红色泥岩夹粉砂岩 底部为砂岩含砾石 可称砾状砂岩 本组厚度 225 39m 与上履地层不整合接触 2 二叠系上统上石盒子组 P12S 见于和儿墩及勘探区南缘 上部 以灰紫 紫色粉砂岩为主 夹薄层粗砂岩含细砾及泥岩薄层 中部 以紫 灰绿色泥岩为主 夹薄层砂岩 具灰绿色花斑或斑状泥质包体 含植物化石丰富 下部 为淡黄色 紫色厚层砂岩 成分以石英为主 长石次之 泥质粘土质胶 结 本组厚度 210 225m 与上履地层假整合接触 本组厚度 169 172m 与上履地层整合接触 4 二叠系下统山西组 P11S 沉积建造上属于华北型陆相碎屑岩系 总共含煤 2 层 其中编号者为一 二煤 中国矿业大学银川学院毕业设计 层 是本井田的主要煤系之一 岩性组合上 由灰白 深灰色砂岩 深灰 灰黑色粉砂岩 泥岩 煤以及少量 粘土岩 沥青质泥岩所组成 而以粗碎屑岩所占百分比大 细碎屑岩及粘土岩中保存有丰富的植物化石及少量动物化石 砂岩的颗粒成份以石英为主 次为长石 黑白云母 少量岩屑 暗色绿色矿物 多呈次棱角次园状 胶结物以泥质为主 或有硅质 粘土质 高岭质相混 偶有铁 质和钙质 胶结方式是填充和基底式 一般不甚坚硬 砂岩层 或层组 在纵向上 从中部向上下部由粗渐细 在横向上有较大变化 如分叉 尖灭 尤以红石湾井田 明显 一层煤之上的砂岩在个别地区有冲刷作用而使一层煤及其下的岩层缺失 一层 煤之下的矿岩在任家庄井田南部尖灭 从而使一 二层煤之间的距离减少为 6 10m 5 石炭系 C 1 石炭系上统太原群 C3ty 属于近海型含煤建造 为碎屑岩 碳酸盐岩的海陆交互相岩系 地层厚度 任家庄井田平均 79m 红石湾井田平均 77m 与上覆山西组连续沉 积 其分界线是一层石灰岩的顶面 或是石灰岩之上的海相泥岩的顶面 岩性组合上 由灰白色砂岩 灰黑色泥岩 粉砂岩 石灰岩 煤 粘土岩及沥 青质泥岩等组成 而以细碎屑岩所占的百分比较大 细碎屑岩和石灰岩 或为泥灰 岩 中 保存有大量完整的动植物化石 砂岩一般质地较纯 颗粒成份几乎全是石英 少量长石 岩屑 暗色 绿色矿 物 多呈次园状 分选较好 硅质胶结为主 由于下部显著 较坚硬 具楔形 岩 芯上仅表现为韵律结构的微斜直线层理 缓波状 透镜状 舟状交错层理 层理面 上多含有机质黄铁矿薄膜 二层煤之下的砂岩 或层组 厚度较大 一般是 12m 左右 是砂洲砂坝相的 细中粒石英砂岩 该砂岩 或层组 纵向上粒度由细 中 细的变化规律 在 横向上从任家庄井田 5 勘探线 8 勘探线到红石湾井田 16 勘探线变为海湾泻湖相的 泥岩 粉砂岩 亦夹有透镜状细砂岩 太原群底部的是浅海波浪带相的中 细粒石英砂岩 颗粒成分最纯 有时含石 中国矿业大学银川学院毕业设计 英细砾石 因而分选较差 多为接触式硅质胶结 此砂岩在横向上变化较大 从小 于 1m 到 8m 个别厚达 18m 值得注意的是在红石湾井田 15 17 勘探线一带距该 层砂岩之上 2 4m 另有一层不稳定的浅海拍岸波浪带相的同生角砾岩 其角砾成 分甚杂 有石灰岩 砂岩 粉砂岩及泥岩等 具波状浑杂层理为特征 太原群中的粉砂岩多位于上 中部层位 较普遍含有粘土质 砂粒或夹薄层状 透镜状细砂岩 甚至呈互层状 具缓波 带状层理 层理面上常保存完整的植物化 石 显然是湖泊流水沼泽相 粉砂岩向下部较纯 断在平整 以带状层理为主 是 由泥质和色调显示出 常夹有透镜状煤线和泥铁质结核 1 2 2 构造 本井田呈一单斜构造 但多以背 向斜交替出现的褶皱为主 褶曲两翼倾角一 般为 15 18 井田内部无断层 井田综合柱状见图 1 2 1 2 3 可采煤层情况 1 本设计只采一 二两个煤层 第一层煤 位于山西组底部 一般厚 4 27m 左右 无夹矸 全井田可采 稳定 程度 稳定 第二层煤 位于太原群顶部 一般厚 5 28m 无夹矸 全井田可采 稳定程度 稳定 2 煤质 1 煤的结构 构造 物理性质及煤岩特征 煤的结构可区分为简单结构和复杂结构两种 本勘探区内多为简单结构 常见 的类型有条带状 线理状和凸镜状 少数情况下有片状和致密块状 各煤层一般具 层状结构 在暗淡型的煤层中有块状构造 各煤层多为黑色 具有油脂 玻璃及沥 青光泽 断口多为贝壳状 个别点见有眼球状 第一煤层是半亮型 任家庄井田以 半亮型为主 次有半暗和半亮型 中国矿业大学银川学院毕业设计 地层 围岩 名称 柱状图 1 200 层 序 厚度 m 最 大 最 小 平 均 岩性描述 备 注 二叠 系下 统山 西组 粉砂岩 一煤层 粉砂岩 泥岩 1 2 3 4 1068 深灰色 含粘 土质植物叶片 根化石较多 5 13 74 27 黑色半亮型中 硬 石 炭 系 上 统 太 原 系 二煤层 细砂岩 泥岩 石英砂 岩 623 灰黑色 块状 泥质胶结 6 14 75 28黑色半亮型中 硬 518 114 0 16 灰黑色可见植 物化石碎屑 含有铁质泥质 小结核 6 14 5 10 1 12中细粒石英岩 井田综合柱状图 1 2 煤岩镜下鉴定工作 在详查阶段作了大量工作 此次精查勘探任家庄井田 红 石湾井田用煤芯煤样鉴定几个样品 从鉴定结果来看红石湾井田有机质含量占 79 2 88 8 从第一煤层 第九煤层逐渐增加 无机质以泥质为主 含量占 20 8 11 2 自上而下逐渐递减 中国矿业大学银川学院毕业设计 表 1 1 煤层特征表 煤层厚度 m 围岩性质 最大 序 号 煤 层 名 称 最小 平均 可采 厚度 煤层间 距 m 倾 角 顶板底板 煤 牌 号 硬 度 容重 t m 煤层 结构 及稳 定性 123456789101112 3 71 1 一 煤 层 5 06 4 279 粉砂 岩 粉砂 岩 泥岩 1 3 焦 煤 气 煤三号 中 硬 1 30 简单 稳定 4 71 2 二 煤 层 6 08 5 2839 粉砂 岩 泥岩 粉砂 岩 泥岩 气煤三 号 中 硬 1 30 简单 稳定 2 煤的工艺性质和化学组成 1 煤种牌号 根据中国煤分类 以炼焦用煤为主 方案 结合煤芯 煤质测试及煤样化验结 果 区内煤的牌号有气煤 1 3 焦煤 第一层煤挥发分较低 一般在 30 40 根 据现有各种煤质试验资料综合分析 第一煤层为 1 3 焦煤 气煤三号 QM44 第 二煤层为气煤三号 QM44 2 煤的有害成份 灰分 本区煤的灰分含量较高 大部分为中灰 高灰 第一煤层 任家庄井 田属中灰煤 红石湾井田则灰分增加 变为高灰分煤 高灰偏低 各煤层经洗选后 精煤灰分 平均值 均在 10 以下 山西组较高 一般 7 10 太原群较低 一 般 5 7 对于原煤灰分超过 40 的一般不采用 鉴于采取质量低 代表性差 灰分超限 的一律不用 灰分大于 50 的均定为炭质泥岩 采样有问题的例外 灰成分 各煤层的灰成分均以 SiO2 及 Al2O3 为主 SiO2 的含量大于 Al2O3 约 中国矿业大学银川学院毕业设计 5 左右 其他各种成分除个别煤层差异较显著外 其它一般含量较少 变化不大 山西组煤层 一煤层 一般 SiO2 为 50 40 以上 Al2O3 一般 35 40 以上 因此其软化温度 T2 一般均大于 1400 太原群煤层 SiO2 一般在 40 左右 Al2O335 以上 T2 大于 1250 均属高熔点灰分 Fe2O3 则太原群煤层较山西组煤层为高 山西组 Fe2O3 含量 任家庄一般 2 3 CaO 和 MgO 一般变化不大 硫分 山西组煤层属低硫煤层 太原群各煤层平均硫分 0 81 1 21 属 低 中硫煤 硫成分中硫酸盐硫含量甚微 一般 0 01 0 05 而黄铁矿硫和有机硫 山西组 大致各占一半 有机硫难以洗选 黄铁矿硫多以浸染状存在 因此 经洗选后精煤 硫分下降不多 个别的还稍有增加 磷分 第一煤层磷含量较低 平均 0 007 左右 其它各煤层均在 0 01 0 02 之 间 偏高 表 1 2 煤的工业分析表 序 号 煤层名 称 煤牌 号 水分 M 灰分 A 挥发 分 V 含磷 P 含硫 S 胶质 层厚 Y m 发热量 Q j g 备 注 1234567891011 1 一 煤 层 1 3 焦煤 气煤 三号 27 1030 0070 60 0 810 01023670 27980 2 二 煤 层 气煤 三号 25 7100 01 0 020 81 1 210 01223670 27980 中国矿业大学银川学院毕业设计 1 2 4 瓦斯 煤尘 自燃及其他开采技术条件 1 瓦斯 本区瓦斯含量在 N2 带和 CO2 带沼气含量不超过 0 1 mL g 可然物质 在 CH4 带和 N2 带中瓦斯含量较高 各煤层平均含量 1 07 3 61 mL g 可然物质 CH4 带瓦 斯含量最大达 6 23 mL g 可然物质 相对瓦斯涌出量小 0 12m3 t 小于 10 m3 t 绝对瓦斯涌出量 0 5m3 min 小于 40 m3 min 属低瓦斯矿井 综上所述 本设计矿井按低瓦斯矿井设计 2 煤尘及煤的自燃 一 二煤是本区主要可采煤层 采集煤尘爆炸试验煤样 12 个 经淮南矿务局煤 质运销处化验室试验 试验结果表明 主要开采煤层的煤尘具有爆炸危险性 根据煤质资料分析 一煤层属不易自燃煤层 二煤层属不易自燃至自燃煤层 3 地温 地质报告中无论述 根据邻近矿井及本地区情况 该矿地温正常 生产期间不会出现高温情况 1 2 5 水文地质 精查水文地质勘探 主要是为了查明区内第三 四系覆盖层 煤系地层及上覆 岩层的含水性 通过已完成的水文地质工作 查明了该区水文地质条件及第三 四 系地层 二迭系下统下石盒子组 二迭系下统山西组和石炭系上统太原群含煤地层 岩层含水性 第三系薄层砂层变化大 不稳定 采取率低 个别抽水孔单位涌水量小于 0 01 L s m 水位深 96 53 145 045 m 致使抽水试验无法达到 次水位降深 一 般可作为评价该区水文地质条件的依据 其余各孔抽水均达到三次水位降深 并合 乎质量要求 系为涌水量计算的依据 本次设计中 任家庄区域 初期开采区域 暂按上述方法计算的涌水量作为矿 井最大涌水量 矿井正常涌水量按最大涌水量的 0 67 倍考虑 即矿井正常涌水量按 446 m3 h 最大涌水量按 668 m3 h 进行设计 中国矿业大学银川学院毕业设计 2 矿井储量 年产量及服务年限 2 1 井田境界 2 1 1 井田范围 井田位于东经 106 26 15 106 33 45 北纬 38 07 30 38 17 30 之间 井田北以黄草沟向斜轴部 F22 断层附近的 450 钻孔和 455 钻孔连线与红石湾 井田相邻 南以煤层 600 m 底板标高为界 井田西部 在 10 线以北以煤层露头为 界 10 线以南以煤层 600 m 底板标高为界 井田东部 在 10 线以北以煤层 500 m 底板标高为界 10 线以南以煤层 600 m 底板标高为界 2 1 2 开采界限 本设计只采一 二两个煤层 开采上限 位于山西组底部 一般厚 4 27m 左右 无夹矸 全井田可采 稳定 程度 稳定 下部边界 位于太原群顶部 一般厚 5 28m 无夹矸 全井田可采 稳定程度 稳定 2 1 3 井田尺寸 井田南北走向长 5 0km 东西倾斜宽 2 5 km 煤层倾角平均为 9 井田面积 12 5km2 2 2 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 目前即可供利用的可列入平衡表内的储量 1 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 按 生产矿井储量管理规程 要求 计算块段储量使用 中国矿业大学银川学院毕业设计 的煤厚及倾角是工程揭露的控制该块段见煤点的煤厚及倾角平均值 3 容重 计算块段储量所用的容重根据取样测定数据 见表 2 2 表 2 2 各煤层容重表 煤层一煤层二煤层 容重1 31 3 4 设计回采率 根据 生产矿井储量管理规程 规定 本设计矿井各煤层的 回采率数据如表 2 3 表 2 3 各煤层回采率数据表 煤层一煤层二煤层 回采率80 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 矿井工业储量 Q1 S H t49 1 3 128 5 27 4 9cos 11875323 亿 式中 Q1 工业储量 t S 斜面积 m2 H 煤厚 m 容重 kg m3 2 3 矿井设计储量 2 3 1 保护煤柱留设原则 1 工业广场 井筒留设保护煤柱 对较大的村庄留设保护煤柱 对零星分布的 村庄不留设保护煤柱 2 各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定 用岩层移动角确定工业广场 村 庄煤柱 岩层移动角为 73 表土层移动角为 45 中国矿业大学银川学院毕业设计 3 断层煤柱宽度 30m 井田境界煤柱宽度为 20m 4 工业广场占地面积 根据 煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明 中 第十五条 工业广场占地面积指标见表 2 5 表 2 5 工业场地占地面积指标 井型与设计能力 万t a 占地面积指标 公顷 10 万 t 240 3000 7 0 8 120 1800 9 1 0 45 901 2 1 3 9 30 1 5 备注 占地面积指标中小井取大值大井取小值 2 3 2 矿井永久保护煤柱损失量 1 井田边界保护煤柱 井田边界保护煤柱线长约 13524m 边界煤柱取 30m P1 30 L H r 式中 P1 井田边界煤柱损失量 t L 井田边界保护煤柱线长度 m H 煤层厚度 m r 煤容重 kg m3 P1 30 13524 4 27 5 28 1 3 504 万 t 断层保护煤柱 井田内无断层 无需断层保护煤柱 3 工业广场保护煤柱 工业广场受保护面积边界是由工业广场的边界向外加上一部分备用量即围护带 确定的 受保护边界一般不是直接以工业广场的外边界为准 而是取平行于煤层走 向或倾斜方向的与工业广场外边界相连的直线所围成的面积 作为受保护的边界 中国矿业大学银川学院毕业设计 工业广场的保护煤柱是从受保护的边界起 按基岩移动角 和 及表土层移 动角 所做的保护平面与煤层的交线来确定 保护煤柱的留设与计算一般用垂直断 面法求得 计算方法与步骤如下 确定受保护面积 如图 2 2 所示 在开拓平面图上通过建筑物四个角分别做平行与煤层走向和倾 斜的四条直线 得矩形 abcd 在矩形的外缘加上 15m 宽的维护带 得受保护面积 a b c d r 73 最小结构高度应比最小的采高小 250 350mm 即 Hmin Mmin 0 2 5 0 35 m 已知选用的 ZZ4000 17 35 型支撑掩护式液压支架的最大结构高度为 4 7m 4 16 0 2 m 满足要求 支架的最小结构高度为 2 2m 2 98 0 2 5 0 35 m 满足要求 校核强度 q K M g 10 6 4 2 2 式中 q 支护强度 Mpa K 作用于支架上的顶板岩石厚度系数 取 6 M 采高 m 岩石密度 取 2 5 103Kg m3 g 取 10N Kg q 6 2 94 2 5 103 10 10 6 0 531Mpa Q q F 103KN 式中 F 为支架支护面积 F 5 68 1 59 9 03m2 中国矿业大学银川学院毕业设计 Q 0 531 9 03 103 4795 KN P Q 式中 P 支架的工作阻力 KN Q 支架的有效工作阻力 KN 支架的支撑效率 取 80 P 4795 0 8 5993 66KN 150 万 t 中国矿业大学银川学院毕业设计 4 6 3 计算带区回采率 带区回采率是反映带区巷道布置优劣的主要指标之一 带区回采率的计算公式 为 带区回采率 带区工业储量 开采损失 带区工业储量 100 带区区开采过程中的煤炭损失主要有 工作面落煤损失 约占 5 带区边界煤 柱约占 1 带区上下山煤柱约占 1 5 条带斜巷留窄煤柱 则带区回采率约为 92 5 带区回收率一般不得低于国家规定 厚煤层为 75 中厚煤层为 80 薄煤 层为 85 任家庄矿带区回采率约为 92 5 符合要求 中国矿业大学银川学院毕业设计 5 矿井通风与安全 5 1 矿井通风系统的选择 5 1 1 选择矿井通风系统的原则 矿井通风系统的要求 1 每个生产矿井 必须至少有 2 个能行人的通达地面的安全出口 各个出口之 间的距离不得小于 30m 2 进风井口必须布置在不受粉尘 灰土 有害和高温气体侵入的地方 进风井 筒冬季结冰对工人身体健康 提升和其他设施有危害时 必须设置暖风设备 保持 进风井以下的空气温度经常在 2 以上 进风井与出风井的设置地点必须地层稳定 施工地质条件比较简单 占地少 压煤少而且要在当地历年来洪水位的最高标高以 下 3 箕斗提升井或装有带式输送机的井筒 如果兼作风井使用 必须遵守下列规 定 箕斗提升井兼作回风井时 井上下装 卸载装置和井塔架都必须有完善的封 闭措施 其漏风率不得超过 15 并应有可靠的防尘措施 保证粉尘浓度符合工业 卫生标准 箕斗提升井或装有带式输送机的井筒兼作进风井时 箕斗提升井筒中的风速 不得超过 6m s 装有带式输送机的井筒中的风速不得超过 4m s 并都应有可靠的防 尘措施 保证粉尘浓度符合工业卫生标准 4 所以矿井都必须采用机械通风 主要通风机 供全矿 一翼或一个分区使用 必须安装在地面 装有通风机的井口必须封闭严密 其外部漏风率在无提升设备时 不得超过 5 有提升设备时不得超过 15 必须保证主要通风机连续运转 必须 安装 2 套同等能力的主要通风设备 其中一套备用 严禁采用局部通风机或通风群 作为主要通风机使用 装有主要通风机的出风井口应安装防爆门 5 每一个矿井必须有完整的独立通风系统 不宜把两个可以独立通风的矿井合 并成一个通风系统 若有几个出风井 则自采区流到各个出风井的风流需保持独立 各工作面的回风在进入采区回风道之前 各采区的回风在进入回风水平之前 都不 中国矿业大学银川学院毕业设计 能任意贯通 下水平的回风流和上水平的进风流必须严格隔开 在条件允许的条件 下 要尽量使总进风早分开 总回风晚汇合 6 采用多台主要通风机分区开采时 为了保持联合运转的稳定性 总进风道的 面不宜过小 并尽可能的减少公共风路的风阻 各分区主要通风机的回风流 中央主要通风机和每一翼主要通风机的回风流 都必须严格隔开 7 矿井通风系统中 如果某一分区风路的风阻过大 主要通风机不能供给足够 量时 可在井下安设辅助通风机 但必须供给辅助通风机房新鲜风流 在辅助 通风机停止运转期间 必须打开绕道风门 严禁在煤 岩 与瓦斯 二氧化碳 突 出矿井中安设辅助通风机 8 回采工作面和掘进工作面都应采用独立通风 回采工作面与其相连接的掘进 工作面 在布置独立通风有困难时 可采用串联通风 但必须符合 规程 第 114 条 116 条的有关规定 掘进工作面必须采用矿井全风压通风或局部通风机通风 并符合 规程 第 127 条 128 条 129 条的规定 9 煤层倾角大于 12 的回采工作面 都应采用上行通风 有煤 岩 与瓦斯 二氧化碳 突出危险的回采工作面 不得采用下行通风 10 井下火药库必须有单独的进风风流 回风风流必须直接引入矿井的总风道 或主要回风道 并符合 规程 第 130 条的规定 5 1 2 选择矿井主要通风机的工作方法 本矿井周围没有小煤窑 综合考虑各种通风机工作方式的优缺点 确定本矿井 为抽出式通风 采用抽出式通风 是把主要通风机安装在回风井口附近 工作时使 井下整个通风系统处于负压状态 采用这种通风方式 当矿井与地面间存在漏风通 道时 漏风从地面漏向矿内 当塌陷裂隙通向废旧小煤窑时 会把小煤窑内积存的 有害气体抽到井下 并使工作面的有效风量减少 一旦主要通风机因故停止运转 井下的风流压力提高 有可能是采区内瓦斯涌出量减少 比较安全 而压入式通风 正好相反 矿井通风系统见下图 中国矿业大学银川学院毕业设计 图 5 1 矿井通风系统示意图 5 1 3 选择矿井通风方式 1 中央并列式的适用条件 煤层倾角大 埋藏深 但走向长度不大 井田走向长度小于 4km 而且瓦斯 自然发火都不严重的矿井 采用中央并列式是较合理的 2 中央分列式 边界式 的适用条件 煤层倾角较小 埋藏较浅 走向长度不大 而且瓦斯突出 煤层自燃比较严重 的矿井 采用中央分列式较合理 它与中央并列式相比 安全性好 通风阻力较小 内部漏风小 这对于瓦斯 自然发火的管理工作较有利 且工业广场不受主要通风 机噪音的影响 3 两翼对角式的适用条件 煤层走向长度超过 4km 井型较大 煤层上部距地面较浅 瓦斯和煤层自然发 火严整的矿井 采用两翼对角式比较适宜 4 分区对角式的适用条件 煤层距地表浅 或因地表高低起伏比较大无法开掘浅部的总回风道 在此条件 下开采第一水平时 只能用这种小风井分区通风的布置方式 5 混合式的适用条件 井型大 走向长 为了缩短基建的时间 在初期采用中央式通风系统 随着生 中国矿业大学银川学院毕业设计 产的发展 当开采到两翼边界时 在建立对角式的通风系统 由于本矿井倾角较小 走向长度超过 4km 瓦斯 自然发火都不严重 故可采 用两翼对角式通风方式 5 2 全矿所需风量的计算及其分配 5 2 1 矿井风量计算原则 矿井需风量按下列要求分别计算 并取其中的最大值 1 按井下同时工作最多人数计算 供风量不得小于 4m3 人 min 2 按采煤 掘进 硐室及其他实际需风量之和进行计算 5 2 2 矿井风量计算方法 1 回采工作面所需风量的计算 每个回采工作面实际所需风量 应按瓦斯 二氧化碳涌出量和爆破后的有害气 体产生量 以及工作面气温 适宜风速和人数规定分别计算 然后取其中最大值 回采工作面串联通风时 应按其中一个回采工作面实际需要的最大风量计算 1 按瓦斯涌出量计算 按回采工作面回风巷中瓦斯的浓度不得超过 1 的要求进行计算 即 Qai 100 Qgai Kgai 5 2 1 式中 Qai 第 i 个回采工作面实际需要风量 m min Qgai 第 i 个回采工作面瓦斯的平均绝对涌出量 为 0 5m min Kgai 第 i 个回采工作面因瓦斯涌出不均匀的备用风量系数 它是该工作面 瓦斯绝对涌出量的最大值与平均值之比 生产矿井可在各个工作面正常生产条件时 进行至少 5 昼夜的观测 取其最大值 通常机采工作面取 1 2 1 6 炮采工作面取 1 4 2 0 水采工作面取 2 0 3 0 本工作面为机采工作面 取 1 3 Qai 100 0 5 1 3 65 m min 2 按工作面气温与适宜风速的关系计算 回采工作面应有良好的气候条件 其气温与风速的关系应符合下表要求 中国矿业大学银川学院毕业设计 表 5 1 回采工作面温度与风速关系表 回采工作面空气温度 回采工作面的风速Vai m s 15 15 18 18 20 20 23 23 26 0 3 0 5 0 5 0 8 0 8 1 0 1 0 1 5 1 5 1 8 回采工作面平均空气温度为 21 回采工作面的风速取为 1 2 m s 因此 工作面所需风量可按下式计算 Qai 60 Vai Sai Kai 式中 Vai 第 i 个回采工作面的风速 1 2m s Sai 第 i 个回采工作面的有效通风面积 对于综采工作面可根据不同情况 按下式近似计算 Sai 3 M 0 3 式中 M 煤层开采厚度 2 94m 则 Sai 3 2 94 0 3 9 6 m2 Kai 第 i 个回采工作面的长度风量系数 可按下表取值 表 5 2 工作面长度风量系数取值表 回采工作面长度 m回采工作面长度风量系数Kai 50 50 80 80 120 120 150 150 180 180 0 8 0 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 这里 Kai 取 1 3 中国矿业大学银川学院毕业设计 则 Qai 60 1 2 9 6 1 3 898 56 m3 min 3 按工作人数计算 Qai 4Nai 5 2 3 式中 4 以人数为单位的供风标准 即每人每分钟应供给的最低风量 m min Nai 第 i 个回采工作面同时工作的最多人数 人 Qai 4 50 200 m min 4 按风速进行验算 按最低风速验算各个回采工作面的最小风量为 Qai 60 0 25 Sai 60 0 25 9 6 144 m3 min 按最高风速验算各个回采工作面的最大风量为 Qai 60 4 Sai 60 4 9 6 2304 m3 min 通过以上的各种计算及验算 可确定本工作面的通风量为 898 56m min 2 掘进工作面所需风量计算 1 按瓦斯涌出量计算掘进工作面实际需风量的计算公式为 Qhf 100 Qghi Kghi 5 2 4 式中 Qhi 第 i 个掘进工作面实际需要风量 m min Qghi 第 i 个掘进工作面的瓦斯平均绝对涌出量 为 0 018m min Kghi 第 i 个掘进工作面的瓦斯涌出不均匀风量备用系数 一般取 1 5 2 0 这里取 1 8 Qhi 100 0 018 1 8 3 24m min 2 按局部通风机的吸风量进行计算 按局部通风机吸风量计算掘进工作面实际需风量计算公式为 Qhi Qhfi Khfi 5 2 5 中国矿业大学银川学院毕业设计 式中 Qhfi 第 i 个掘进工作面同时运转的局部通风机额定风量的和 掘进工作 面选用 JBT 61 型局部通风机 额定风量为 250 m min Khfi 为防止局部通风机吸循环风的风量储备系数 取 1 25 则 Qhi 250 1 25 312 5 m min 3 按人数计算 按人数计算掘进工作面实际需要风量的计算公式为 Qhi 4Nhi 5 2 6 式中 4 以人数为单位的供风标准 即每人每分钟应供给的最低风量 m min Nhi 第 i 个掘进工作面同时工作的最多人数 为 30 人 Qhi 4 30 120 m min 4 按风速进行验算 按最低风速验算 各个岩巷掘进工作面最小风量为 Qhi 60 0 15 Shi 各个煤巷或半煤岩巷掘进工作面的最小风量为 Qhi 60 0 25 Shi 按最高风速验算 各个掘进工作面的最大风量为 Qhi 60 4 Shi 式中 Shi 第 i 个掘进工作面巷道的净断面积 m 掘进中的巷道有运输大巷 运轨道大巷 均为岩巷 运输大巷掘进工作面最小风量为 Qhi 60 0 25 10 7 160 5 m min 轨道大巷掘进工作面最大风量为 Qhi 60 4 14 3 3660 8 m min 中国矿业大学银川学院毕业设计 根据以上计算结果可确定掘进风量为 312 5 2 625 m min 3 硐室所需风量的计算 井下独立通风的每个硐室 应根据各类硐室分别计算 1 机电硐室 发热量大的机电硐室 风量根据硐室中运行的机电设备发热量进行计算 Qri 3600 N Cp 60 t 5 2 7 式中 Qri 第 i 个机电硐室的通风量 m3 min N 机电硐室中运转的电动机总功率 kW 机电硐室的发热系数 空气密度 一般取 1 2kg m3 Cp 空气的定压比热 t 机电硐室进 回风流温度差 采区变电所等机电硐室 根据经验值确定风量 Qri 60 80 m3 min 这里取 Qri 70 m3 min 2 爆破材料库所需风量的计算 爆破材料库所需风量的计算公式为 Qri 4 V 60 5 2 8 式中 V 库房容积 m3 大型爆破材料库风量不得小于 100 m3 min 中小型爆破材料库不得小于 60 m3 min 这里取 120 m3 min 3 充电硐室 按其回风流中氢气浓度不得小于 0 5 计算 Q 硐 200 qd 中国矿业大学银川学院毕业设计 式中 qd 充电硐室在充电时产生的氢气量 m3 min 通常充电硐室的供风量不得小于 100 m3 min 这里取 120 m3 min 则硐室所需风量之和为 70 120 120 310 m3 min 4 其他用风地点所需风量 120 m3 min 5 矿井总风量的计算 矿井总进风量应按采煤 掘进 硐室及其他用风地点实际需风量的总和进行计 算 Qm Qat Qht Qrt Qot Km 5 2 10 式中 Qat 采煤工作面所需风量之和 m3 min Qht 掘进工作面所需风量之和 m3 min Qrt 硐室所需风量之和 m3 min