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杜儿平煤矿2.4Mta新井设计课程设计【含CAD图纸+文档】

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含CAD图纸+文档 杜儿平 煤矿 2.4 Mta 设计 课程设计 CAD 图纸 文档
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采矿学课程设计姓 名: 学 号: 学 院: 矿业工程学院 专 业: 采矿工程 设计题目: 杜儿平矿2.4 Mt/a新井设计 指导教师: 20xx年7月 徐州目录1矿区概述及井田地质特征11.1矿区概述11.1.1交通位置11.1.2地形11.1.3河流水系11.1.4气象及地震情况11.1.5电源和水源21.1.6其他情况21.2井田地质特征31.2.1含煤地层及地质构造31.2.2水文地质条件41.3煤层特征51.3.1煤层特征51.3.2煤质61.3.3瓦斯、煤尘、煤的自燃性用地温72井田境界和储量92.1井田境界92.1.1井田境界92.1.2 开采界限92.1.3 井田尺寸92.2 矿井工业储量92.2.1 地质资源储量92.2.2 工业资源/储量92.3 矿井可采储量112.3.1 安全煤柱留设原则112.3.2 矿井永久保护煤柱损失量122.3.3 矿井可采储量143 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限153.1矿井工作制度153.2矿井设计生产能力及服务年限153.2.1确定依据153.2.2矿井设计生产能力153.2.3 矿井服务年限153.3 井型校核164 井田开拓184.1井田开拓的基本问题184.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标184.1.2工业场地的位置204.1.3 开采水平的确定及盘区划分204.1.4 主要开拓巷道204.1.5 方案比较21参考文献29 1矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1交通位置西山矿区位于西山煤田之东北边缘,地属太原市河西区,东距太原市20公里。杜儿坪井田在西山矿区之北部,西铭矿之南官地矿之北,地理位置为东经11245,北纬3740。杜儿坪矿区(以下简称井田)内多为沟谷山梁,地形切割剧烈,且大部分地区被森林覆盖。井田内交通除太宁公路从矿区北部通过,太古战备公路从矿区南部穿过外,村庄之间皆有羊肠小道相连,与公路仅有简易砂石路相通,交通不甚便利。但矿区对外交通却十分便利,铁路、公路均可经太原市通往全国各地,矿区距太原五一广场19.8km。铁路有太古直达,公路有市郊线直达,终日班车往返。交通位置见附图1-1。1.1.2地形井田位于山西高原吕梁山脉中段东翼,总体呈西南高、东北低的中山地区。井田内山高坡陡,沟谷深切多呈“V”字形,缓坡和低山地区有黄土黄土零星分布,山脊及坡陡处岩层裸露,风化剥蚀作用强烈,沟底多砂砾石。全井田大部分为松林植被,北部尤甚。井田内最高点在石千峰山,海拔标高为1775m,最低点在井田东南部的子房沟内,海拔标高为1057.7m,最大相对高差为717m。一般相对高差为300m左右。1.1.3河流水系本区属黄河流域、汾河水系,主石千峰山与官地矿扩区内庙前山(海拔标高1865.8m)组成了西北一东南走向的分水岭。主要沟谷呈放射状向东、南、西各向分布,如井儿沟、南峪沟、虎峪沟、北石沟、峪道川、新华沟等都源自石千峰山,均为季节性河流沟谷,平时干枯无水或仅有溪流,唯在大雨过后短时内水量较大,并在下游汇合后流入汾河。1.1.4气象及地震情况1)气象该区属于暖温带、大陆性季风气候。冬季严寒少雪,春季干燥多风,夏、秋季雨量集中,四季分明,昼夜温差大,日照充足。据山西省气象局近四十年资料统计:(1)气温:年均9.5,最低气温在1月份,平均-7,极端最低气温-27.5;最高气温在7月份,平均23.7,极端最高气温39.4。(2)降水量:年降水量平均495.9mm,年降水量最大749mm,年降水量最小216.1mm,日降水量最大183.5mm。每年7、8、9三个月降水量占全年降水量60%左右。(3)蒸发量:年平均蒸发量1849.3mm,年最高蒸发量2080.0mm,年低蒸发量1427.5mm。(4)风力与风速:年平均风速2.5m/s,多西北风,极端最大风速18.7m/s。最大4月份,平均风速3.3m/s,7、8、9月份最小平均风速1.82m/s。(5)结冰和解冻:每年初霜日期10月上旬,终霜日期翌年4月中旬,历时半年之久。土壤冻结在11月底或12月初,冻结深度为80cm。2)地震根据山西省地震局78省震字第29号文,地震设防烈度为67。1.1.5电源和水源1.供电电源矿井由杜儿坪110kV变电站供电,现有356kV变电站两座,6kV开闭所两座,两个变电站均采用双回路供电,两回路电源均来自杜儿坪110kV变电站相应电压等级的不同母线段,杜儿坪110kV变电站已与电力系统电网联网,矿井电源供电可靠。2.供水水源本区浅层水和地表水五利用价值,矿井供水水源取自水量丰富、水质优良的奥灰水,利用神井泵抽至地面。另外,矿井涌水排至地面经处理达到复用标准后也可用于矿井生产。两部分水可满足井下生产要求。1.1.6其他情况 太原市为一重工业城市,在矿区东部有热点厂、纺织厂、砖瓦厂等工厂,市区北部有太原钢铁厂。矿区内除煤矿外,还有石膏厂、水泥厂、石渣厂、石灰厂、硫磺厂等工厂。沿山边一带开采石灰岩,黄铁矿,石膏矿等矿。矿区内 居民绝大多数为煤矿工人,食品及劳动力均需外地供应。建筑木材及坑木非常缺乏,必须外地支援。图1-1 杜儿坪矿交通位置图1.2井田地质特征1.2.1含煤地层及地质构造1. 含煤地层本井田主要含煤地层为石二叠系下统山西组:从K5砂岩底至K6砂岩底。是本井田主要含煤地层。由灰、浅灰色砂岩,深杰、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩及黑色泥岩为主体,含4、3、3上、2、1、03、02、01号8层煤,其中2号为主要可采煤层。全组厚34.3588.34m,平均63.59m,由东向西有逐渐增厚的趋势。该组地层沉积时脱离了海侵的影响,转入了过渡相,陆相沉积,地壳活动的不均衡,造成岩相变化很大,旋回结构不甚明显,煤层对比比较困难。2号煤层为本组发育最好的一层煤,层位稳定,全井田可采,上距K6砂岩30m左右,对比较易;1号煤下距2号煤4m左右部分可采,但未算入井田地质储量。02号煤层位于本组上部,上距K6砂岩6m左右,常含1-2层夹石,顶板多为砂质泥岩,富含植物化石,而区别于本组其他煤层基本不可采。01号煤层直接覆于K6砂体之下或间距很小基本不可采。03号煤层位于02号煤层与1号煤层之间,主要依据层间距及层序确定其层位,但02号煤与2号煤之间只有一层煤时,究竟是03号煤还是1号煤,尚需进一步确定,03号煤也基本不可采。主采煤层柱状图见图12。2.地质构造本井田位于西山煤田东北隅,受新华夏系泰山式扭性断裂的影响,其构造形迹西部受马兰向斜,东部受边山大断裂(风声河断层、圪撩沟断层),南部受杜儿坪断裂带,北部受赛庄王封断裂的制约。总体为,地层走向大致北西南东,向南西倾斜,倾角312,一般5左右。井田内的断层、褶曲、陷落柱对煤矿正常生产都有不同程度的影响。现将井田内主要构造分述如下:(1)断层井田内主要断层为北东及东东向高角度正断层,与主要褶曲轴向大体一致。落差大于20m的大型断层有杜儿坪中部断层。其余多为落差2m左右,延伸短,平行排列的小断层,形成阶梯状或地垒、地堑构造。井下所见小断层甚多,是由许多近似平行,落差一般在2m左右的小断层组成,走向北东,其延伸长度,长者千余米,短者百余米,对生产影响小。(2)褶曲杜儿坪井田在石千峰向斜为主体的控制下,伴生次一级短轴褶曲,形成井田内部的基本构造形态,褶曲两翼地层平缓,其形态地表不易察看。从煤层底板等高线图上看,在石千峰向斜北翼的次一级褶曲,其轴向都表现为北北东或大致南北向,两翼不对称,在向斜南翼的次一级褶曲由于受杜儿坪断裂还的影响,其走向表现为北东、北北东向,与杜儿坪断层、石千峰向斜大致平行。(3)陷落柱杜儿坪矿陷落柱较多,但比较小,对生产影响不不大。(4)节理地面裸露岩层,节理比较发育,从调查测量结果来看,梅洞沟、沟东梁一带,以北15东和北75西两组较为发育,在马圪台附近以北55东和北30西两组较为发育,其北东一组与杜儿坪断层近似平行,且北东组有切割北西组的现象,这四组节理面都表现为平直、紧闭、倾角大的特点,有些节理面充填钙质薄膜,表现为较规则的棋盘格式构造,从构造形态和力学性质分析,两对X形节理为两组共轭扭裂面所组成。(5)滑坡井田内沟谷切割剧烈,地形复杂,相对高差大,故易于滑坡的形成。在虎峪沟、四达沟、小虎峪沟、南峪沟皆有所见,其形态各异,大小不等,多呈扇形,滑移岩体大者宽350m,长200m。煤系地层多为较松软的岩石组成,长期风化剥蚀作用,裂隙发育,上覆岩层在层间水及重力作用下失去平衡,产生塌落或整体下滑形成滑坡体,它对工程建筑影响很大。值得注意的是,滑坡、乱石堆积和陷落柱有时共生,很难区分,陷落柱常有潜伏于滑坡和乱石堆积之下者。(6)岩浆岩杜儿坪井田无岩浆活动。1.2.2水文地质条件井田内地层出露自东而西由老到新依次为奥陶系中统、石炭系中、上统、二叠系、三叠系下统。主要含水岩组有奥陶系中统马家沟组、峰峰组,石炭系上统太原组,二叠系下统山西组、下石盒子组。其中上马家沟组富水性强,峰峰组局部富水性强,其余富水性弱。1.奥陶系中统奥陶系中统在井田内揭露最厚174.44m,结合井田外围资料可看出奥陶系中统分为峰峰组(厚约120m),上、下马家沟组(厚300350m),地层全厚500m左右。2.峰峰组峰峰组分下下两段。上段:岩性以深灰、灰色厚层状石灰岩为主,夹黄、灰白色泥灰岩,顶部为古风化壳充填物,厚一般小于70m;下段:为泥质灰岩夹石膏层,厚约60m。上段灰岩岩溶裂隙发育,岩溶多呈峰窝状、串珠状、局部可见溶洞。在白家庄矿区其标高邮于你于奥灰水承压水位而含水,含水层在风化壳下20m至下段第一层泥灰岩石膏带之间。由于岩溶发育不均造成富水性差异,导致不同地段水位、水量相差很大,甚至无统一承压面,单位涌水量在15L/s.m之间,水位标高802.8m,煤田西部高者可达1311.0m,但在杜儿坪井田的局部山于其标高高于奥灰承压水位而不含水。3.马家沟组(1)上马家沟组:岩性以厚层质纯石灰岩为主,夹薄层泥质灰岩、白云质灰岩,底部貂皮灰岩为相对隔水层,全组厚200m左右。浅部岩溶裂隙发育,岩溶呈串珠状、峰窝状,有中小溶洞,由于富水而成为西山煤田及本矿最要主要的含水组。单位涌水量0.0004138.91L/s.m,一般0.49 L/s.m,渗透系数为70.11m/d,水位标高779826m。(2)下马家沟组(O2X):岩性以灰岩、泥灰岩、白云质灰岩为主,厚约110m左右且富水。在煤田东部补给区岩溶裂隙发育,深部不发育,单位涌水量0.2614.56 L/s.m,渗透系数1.4317.48m/d。4.石炭系上统石炭系上统太原组由砂质泥岩、泥岩、砂岩、煤、石灰岩组成,厚88m左右。自上而下东大窑灰岩(L5)、斜道灰岩(L4)、毛儿沟灰岩(K7)、庙沟灰岩(L1)、晋祠砂岩(K1)等含水层。根据勘探混合抽水试验结果,单位涌水量0.00090.03 L/s.m,渗透系数0.001320.32m/d,钻探进入毛儿沟灰岩时冲洗液消耗量明显增大。井下揭露太原组含水层时,局部揭露点有滴水现象,但水量很小,说明该岩组含水性徽弱。5.二叠系下统(1)山西组:由砂质泥岩、泥岩、煤、砂岩组成,地层厚64m左右。底部北岔沟砂岩为含水层,灰白色,以中粗粒石英、长石为主,含砾,泥质胶结,交错层理,节理发育,一般厚522m,钻孔抽水试验结果,单位涌水量0.000077 L/s.m,渗透系数0.0004m/d,井下揭露点大都无水。北岔沟砂岩含水性微弱。(2)下石盒子组:由砂质泥岩、泥岩、砂岩组成。底部骆驼脖砂岩与下石盒子组下下段分界砂岩K7为含水层。骆驼脖砂岩:灰白色,以中粒石英、长石为主,泥质胶结,厚0.8020.70m,钻孔抽水试验结果,单位涌水量0.00047 L/s.m,渗透系数0.0036m/d,含水性微弱。K7砂岩:黄绿色,以中粗粒石英、长石为主,钙质胶结,厚约1m,抽水试验无水。井田与煤层有直接水力联系的各含水层所含地下水全是基岩裂隙水,从抽水试验结果看,各含水量单位涌水理均小于0.1 L/s.m,含水微弱,表明杜儿坪矿水文地质条件简单。通过勘探,可得出井田内水位标高799-826m,可以肯定杜儿坪矿井田可采煤层全部位于奥灰水位之上。2010年前矿井预计吨煤含水系数0.371-0.70m3,年涌水量预计113.1-210.0万m3,日排水量3050-5750m3。1.3煤层特征1.3.1煤层特征山西组含013号煤等7层,煤层总厚7.71m,地层厚度63.59m,含煤系数12.1%。1.1号煤层位于山西组上部,上距03号煤约5m,下距2号煤4m左右。井田东北部尖灭,南部也有3小片尖灭区。见煤点厚度0.201.10m,平均0.55m,井田内厚度多小于0.5m,可采区位于井田东部,可采面积5.3Km2。不含夹石,结构简单。顶板多为砂质泥岩、泥岩,少数为中细粒砂岩及粉砂岩。底板为细粒砂岩、砂质泥岩,局部为中粒砂岩、粉砂岩用泥岩。煤层变异系数40%,可采系数19%,现未算入可采煤层。 2.2号煤层位于山西组中部,上距骆驼脖砂岩(K6)30md左右,煤厚1.024.04m,平均2.88m。总体上看,东部厚,西部薄,厚度变化明显。西部厚度多小于2m,最薄为杜932号孔,厚1.02m。东部厚度大于3m,最厚为36号孔,厚达4.04m,东南角局部厚度小于3m。一般不含夹石,局部含12层,厚度多小于0.3m,岩性为中细粒砂岩、粉砂岩,结构简单。顶板多为砂质泥岩、泥岩,局部为中细粒砂岩、粉砂岩,底板为中细粒砂岩、砂质泥岩,局部为泥岩、砂岩和炭质泥岩。煤层变异系数33%,可采系数100%,本层属全井田稳定可采煤层。1.3.2煤质1.物理性质各煤层均为黑色,玻璃光泽,断口为贝壳、参差状、内生裂隙及外生裂隙均发育,以条带状结构为主,亦有线理状、透镜状结构。构造有层状、块状构造。2.化学性质各煤层原煤灰分平均是16.4636.83%,2号煤低。2号煤层原煤硫分以在0.501.00%之间。2号煤层原煤挥发分平均值15.0022.11%。煤中碳元素含量平均值90.4591.58%。氢元素含量平均值4.164.70%。氮元素含量平均值1.221.51%。煤层原煤高位发热量平均值23.5129.40MJ/Kg。煤层胶质层厚度08.9mm。煤层煤质特征如下:2号煤为低中灰、低硫的瘦煤、贫瘦煤,煤质变化中等;各煤层煤灰成分酸性矿物均在80%以上,因而其灰熔融性(ST)为难熔灰或难熔灰和少量高熔灰。图12 主采煤层附近综合柱状图1.3.3瓦斯、煤尘、煤的自燃性用地温1.瓦斯19781988年矿井绝对瓦斯涌出量由12.40m3/min增加到99.40m3/min,1988年至今,矿井瓦斯绝对涌出量一般均在90105m3/min之间;19781987年,矿井瓦斯相对涌出量先降后升,1987年后基本稳定在1520m3/t之间。2004年矿井瓦斯鉴定结果为:绝对瓦斯通出量124.14m3/min,相对瓦斯涌出量17.65m3/t,属高瓦斯矿井。井下瓦斯测定资料表明,矿井内短轴褶曲和中、小型断裂多为挤压性封闭构造,透气性差,瓦斯含量较其它部位高;而在陷落柱附近,因其结构松散、孔隙发育,透气性好,往往将临近煤岩层沟通,使矿井瓦斯涌出量高于其它部位。矿井生产能力分布不均衡,导致区域瓦斯绝对涌出量与相对涌出量也不尽相同。即产量大的区域,绝对涌出量大,相对涌出量小,反之则相反。随着煤层开采深度的增加,煤层瓦斯含量、矿井瓦斯涌出量均有所增加。生产中实测资料表明,开采深度每下降100m,矿井瓦斯相对涌出量增加2m3/t左右。2.煤尘和煤的自燃本矿历年测定的煤尘爆炸指数在12.519.28%之间,表明本矿煤尘具有爆炸性。1994年所做的煤尘爆炸性试验表明各煤层煤尘均有爆炸性。1994年做的自燃倾向鉴定表明各煤层均为二类自燃,介于易自燃和难自燃之间。19911995年所作的燃点试验表明,2号煤层为正常煤,未氧化,均为不易自燃。3.地温经计算,井温梯度1.44C/100米。据采掘证实,采掘工作面温度与季节有关,冬季为10C,夏季为20C,春秋两季一般为1016C。勘探和采掘过程中均未发现地温异常,从目前情况看,井田应属地温正常区。2井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田境界 在煤田划分为井田时,要保证各井田有合理的尺寸和境界,使煤田各部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则为: (1)井田范围内的储量,要与煤层赋存情况、开采条件和矿井生产能力相适应; (2)保证井田有合理尺寸; (3)充分利用自然条件进行划分,如地质构造(断层)等; (4)合理规划矿井开采范围,处理好相邻矿井间的关系。南起杜儿坪断层,北至人为边界刘楼断层;东起2#煤层露头,西止于2#煤层+1000m等高线的地面投影线。勘探范围内埋深+12801000m。2.1.2 开采界限2#煤层位于山西组中部,上距骆驼脖砂岩(K6)30md左右,煤厚1.024.35m,平均2.88m。总体上看,东部厚,西部薄,厚度变化明显。西部厚度多小于2m,最薄为杜932号孔,厚1.02m。东部厚度大于3m,最厚为44号孔,厚达4.35m,东南角局部厚度小于3m。一般不含夹石,局部含12层,厚度多小于0.3m,岩性为中细粒砂岩、粉砂岩,结构简单。顶板多为砂质泥岩、泥岩,局部为中细粒砂岩、粉砂岩,底板为中细粒砂岩、砂质泥岩,局部为泥岩、砂岩和炭质泥岩。煤层变异系数33%,可采系数100%,本层属全井田稳定可采煤层。2.1.3 井田尺寸杜儿坪井田位于西山煤田东部边缘,北与西铭矿相邻,南部以杜儿坪断层为界,与官地矿接壤,南东部以鸦崖底断层为界与白家庄相邻,西部与东曲矿相邻。井田的走向最大长度为6.22 km,最小长度为2.14 km,平均长度为5.48 km。井田的倾斜方向的最大长度为10.32 km,最小长度为0.22 km,平均长度为10.2 km。根据煤层底板等高线图,利用AUTOCAD计算得井田水平面积为52.62 km2。2.2 矿井工业储量2.2.1 地质资源储量杜儿坪矿井自1953年至1999年共施工钻孔136个,每km2约2.58个,钻孔成果可靠,控制程度基本满足矿井设计及生产的要求。其中,探明资源占(331)60%,可控制资源(332)占30%,推断资源(333)占10%。煤层最小可采厚度为1.5m。2.2.2 工业资源/储量根据地质勘探情况,将矿体划分为A、B、C和D四个块段,在各段范围内,用算术平均法求得每个块段的储量,煤层总储量即为各块段储量之和。块段的划分如图2-1所示, 图2-1 井田赋存状况示意图由图计算各块段面积为:SA=11.47 km2SB=11.28 km2SC=10.55 km2SD=19.12 km21)矿井地质储量井田地质储量的计算: Zd=SM/cos (2-1) 式中:Zd矿井地质储量,Mt; S井田倾斜面积,km2; M煤层厚度,m; 煤层的容重,t/m3,取值为1.4; 煤层的平均倾角。A段取2.12,B段取4.39,C段取1.91,D段取5.19。2#煤层各块段地质储量如下:A块段地质储量:ZA=11.471.611.4/cos2.12=25.87MtB块段地质储量:ZB=11.282.791.4/cos4.39=44.19MtC块段地质储量:ZC =10.553.801.4/cos1.91=56.16MtD块段地质储量:ZD =19.123.221.4/cos5.19=86.92Mt2#煤层地质储量为:Zz2= ZA + ZB + ZC + ZD =25.87+44.19+56.16+86.92=213.14Mt为勘探地质报告提供的储量,包括能利用和暂不能利用储量两部分。经勘探计算井田2#煤层地质储量为213.14Mt。2)矿井工业储量:矿井工业储量是指在井田范围内,经过地质勘探,煤层厚度与质量均符合开采要求,地质构造比较清楚,目前可供利用的可列入平衡表内的储量。矿井工业储量是进行矿井设计的资源依据,一般也就是列入平衡表内的储量。 矿井工业资源/储量:地质资源中探明的331和控制的资源量332,经分类得出的经济的基础储量111b和122b、边际经济的基础储量2M11和2M22,连同地质资源量中推断的资源量333的大部分,归类为矿井工业资源/储量。储量的分配探明储量、控制储量、推断储量按6:3:1分配,经济基础储量、边际经济基础储量按80%、20%分配,见表2-1。表2-1 矿井地质资源分类表矿井地质资源储量/Mt探明的控制的推断的60%30%10%80%20%80%20%100%111b2M11122b2M22333102.3125.5851.1512.7921.31矿井工业储量是指地质资源量经可行性评价后,其经济意义在边际经济及以上的基础储量的内蕴经济的资源储量乘以可信度系数之和,计算公式如下: Zg=Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333.k (2-2)式中:Zg 矿井工业资源储量,Mt;Z111b 探明的资源量重经济的基础储量,Mt;Z122b 控制的资源量中经济的基础储量,Mt;Z2M11 探明的资源量中边际经济的基础储量,Mt;Z2M22 控制的资源量中边际经济的基础储量,Mt;Z333 推断的资源量,Mt;K 可信度系数,取0.70.9,地质构造简单,煤层赋存稳定取0.9;地质构造复杂、煤层赋存不稳定取0.7。本井田地质构造中等简单 、煤层赋存稳定,因此k值取0.85。根据公式2-2及表2-2中的数据可以计算得:Zg =102.31+25.58+51.15+12.79+21.310.8=208.88Mt此储量即为2#煤的工业资源/储量。由于另外四层煤厚度小且为局部可采不稳定煤层,因此本设计中把此储量作为矿井的工业资源/储量。2.3 矿井可采储量2.3.1 安全煤柱留设原则1、工业场地、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场地、村庄煤柱。岩层移动角为60、75、75,表土层移动角为45;3、维护带宽度:工业广场维护带20m;4、断层作为井田边界时,断层一侧留20m。据实际经验,断层按性质、落差大小及其对煤层破坏程度,断层煤柱留设如下:落差50m的断层,两侧各留50m的煤柱;落差20m50m的断层,两侧各留30 m煤柱;落差10 m20 m的断层,两侧各留20 m煤柱;落差10 m的断层不留设断层煤柱;5、井田境界煤柱宽度为30m;6、工业场地占地面积,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,工业场地占地面积指标见表2-2。表2-2 工业场地占地面积指标井 型(万t/a)占地面积指标(公顷/10万t)240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.82.3.2 矿井永久保护煤柱损失量 1、井田边界保护煤柱根据杜儿坪矿的实际情况,鉴于本井田大部分边界为断层边界,按照煤矿安全规程的有关要求,井田边界内侧暂留30m宽度作为井界煤柱,则井田边界保护煤柱的损失按下式计算。Pb=HLM (2-3)式中:Pb井田边界保护煤柱损失,Mt。H井田边界煤柱宽度,30m;L井田边界长度,30378.2m;M煤层厚度,2.88m;煤层容重,1.4t/m3;代入数据得:Pb =3030378.22.881.4 10-6/cos5=3.56Mt2、断层保护煤柱井田内落差大于20m的大型断层有杜儿坪中部断层,因此需留设30m的断层保护煤柱。 Pf=LbM (2-4)式中 :Pf 断层所留煤柱量,Mt; L断层边界煤柱长度,测得5473.1m; b断层所需留设煤柱宽度,取30m; M煤层总厚度,取2.88m; 煤层容重,1.4t/m3Pf =5473.1302.881.4/cos5=0.64Mt经计算断层煤柱为0.64Mt。3、工业广场保护煤柱工业广场按级保护留围护带宽度20m,工业广场面积由表2-2确定,取24公顷,即0.24 km2。建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程第14条和第17条规定工业广场属于级保护,需要留设20m宽的围护带。本设计选定工业广场长为600m,宽为400m,结合本矿井的地质条件及冲积层和基岩移动角,采用垂直剖面法计算工业广场的压煤损失。各参数如表2-3所示。表2-3 矿井地质条件及冲积层和基层移动角煤层倾角/煤层厚度/m广场中心深度/m/52.88110245757560由此根据上述以知条件,画出如图2-2所示的工业广场保护煤柱的尺寸:图2-2 工业广场保护煤柱示意图用CAD求得保护煤柱投影面积为536394m2。工业场地保护煤柱煤量经计算为:Pg=2.885363941.4/cos5/10-6=2.09Mt4、主要井巷煤柱主要井巷煤柱是指大巷保护煤柱,大巷中心距离为60m,大巷两侧的保护煤柱宽度各位60m。布置大巷长度为9318.18m,大巷保护煤柱压煤量为:9318.182402.881.4/10-6=7.25Mt5、井筒保护煤柱主、副井井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内,风井井筒保护煤柱在大巷保护煤柱内,故井筒保护煤柱损失量为0。综上,矿井的永久保护煤柱损失量汇总见表2-4。表2-4 保护煤柱损失量煤柱类型煤柱损失量井田边界保护煤柱3.56断层保护煤柱0.64工业广场保护煤柱2.09大巷保护煤柱7.25井筒保护煤柱0合计13.542.3.3 矿井可采储量矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量,可按下式计算:Zk =( Zg - P)C式中:Zk 矿井可采储量,Mt;Zg 矿井的工业储量,200.53Mt;P 保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断层等留设的永久保护煤柱损失量,13.54Mt;C带区采出率;根据煤炭工业矿井设计规范2.1.4条规定:矿井的采出率,厚煤层不小于0.75;中厚煤层不小于0.8;薄煤层不小于0.85。本设计矿井2#煤层厚度为2.88m,属于中厚煤层,且为主采煤层,因此带区采出率选择0.8。则代入数据得矿井设计可采储量:Zk=(208.88-13.54) 0.85=166.04Mt3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范相关规定,确定矿井设计年工作日为330d,矿井每昼夜净提升时间为16 h。工作制度采用“三八制”,每天三班作业,两班生产,一班准备,每班工作8h。3.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1确定依据煤炭工业矿井设计规范第2.2.1条规定:矿井设计生产能力应根据资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素,经多方案比较或系统优化后确定。矿区规模可依据以下条件确定:(1)资源情况:煤田地质条件简单,储量丰富,应加大矿区规模,建设大型矿井。煤田地质条件复杂,储量有限,则不能将矿区规模定得太大;(2)开发条件:包括矿区所处地理位置(是否靠近老矿区及大城市),交通(铁路、公路、水运),用户,供电,供水,建筑材料及劳动力来源等。条件好者,应加大开发强度和矿区规模,否则应缩小规模;(3)国家需求:对国家煤炭需求量(包括煤中煤质、产量等)的预测是确定矿区规模的一个重要依据;(4)投资效果:投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大矿区规模,反之则缩小规模。3.2.2矿井设计生产能力杜儿坪井田储量丰富,煤层赋存稳定,顶底板条件好,断层褶曲少,倾角小,厚度变化不大,开采条件较简单,技术装备先进,经济效益好,煤质为优质炼焦煤,交通运输便利,市场需求量大,宜建大型矿井。确定杜儿坪矿井设计生产能力为2.4Mt。3.2.3 矿井服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。矿井设计生产能力通常指矿井设计的年生产能力,是煤矿生产建设的重要指标,是选择井田开拓方式的重要依据之一。矿井可采储量Zk、设计生产能力A、矿井服务年限力T三者之间的关系为:T=Zk/AK (3-1) 式中:T矿井服务年限,a;Zk矿井可采储量,Mt;A设计生产能力,Mt;K矿井储量备用系数,取1.3。确定井型时需要考虑备用系数的原因是,矿井各生产环节有一定的储备能力,矿井投产后,产量迅速提高;局部地质条件变化,使储量减少;有的矿井由于技术原因,使采出率降低,从而减少了储量。则,矿井服务年限为:T=166.04/(2.41.3)= 53.26(a)服务年限大于50 a,符合要求。由本设计第四章井田开拓可知,矿井是单水平开采,水平服务年限即为全矿井服务年限,为53.26年。一水平服务年限大于25 a,符合煤炭工业矿井设计规范要求。即本设计第一水平的服务年限符合矿井设计规范的的要求。参看表3-1。表3-1 我国各类井型的新建矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力(Mt/a)矿井设计服务年限(a)第一水平设计服务年限煤层倾角456及以上70353-560301.2-2.4502520150.45-0.9402015103.3 井型校核按矿井的实际煤层开采能力,辅助生产能力,储量条件及安全条件因素对井型进行校核:1)煤层开采能力井田内有2#煤层可采,平均煤厚2.88 m,为厚煤层,赋存稳定,厚度稍有变化。煤层倾角平均5,但矿井瓦斯含量相对较大,工作面长度不宜过大,根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式,可以布置一个综采工作面来满足井型要求。2)运输能力的校核本矿井设计为大型矿井,由第四章的开拓方案比较后可知,开拓方式为斜井单水平开拓,主斜井采用胶带输送机运煤,副斜井采用轨道辅助运输,运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤经平巷胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓,再经主斜井胶带运输机提升至地面,运输能力大,自动化程度高。副井运输采用绞车双钩串车提升、下放物料,能满足大型设备的下放与提升。大巷辅助运输采用轨道运输,运输能力大,调度方便灵活。3)通风安全条件的校核矿井煤尘无爆炸危险性,瓦斯涌出量大,属高瓦斯矿井,须采取预抽瓦斯措施。矿井采用两翼对角式通风,设一条专用回风大巷,东区、西区各布置一个风井,可以满足通风需要。4)矿井的设计生产能力与服务年限相适应,才能获得好的技术经济效益。煤炭工业矿井设计规范给出了井型和服务年限的对应要求,见上表3-1。4 井田开拓4.1井田开拓的基本问题井田开拓是指在一个某井田范围内,为矿井和开采水平服务所进行的巷道布置及开掘工程。这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式,要技术上可行,经济上合理,生产上安全高效。井田开拓的内容包括:井筒形式、数目、位置,开采水平划分,大巷布置,准备方式等。开拓问题解决的好坏,关系到整个矿井生产的长远利益,关系到矿井的基建工程量、初期投资和建设速度,从而影响矿井经济效益。因此,在确定开拓方式时要遵循以下原则:1、贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策,为早出煤、出好煤、高产高效创造条件。在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量;尤其是初期建设工程量,节约基建投资,加快矿井建设。2、合理集中开拓部署,简化生产系统,避免生产分散,做到合理集中生产。3、合理开发国家资源,减少煤炭损失。4、要建立完善的通风、运输、供电系统、创造良好的生产条件,减少巷道维护量,使主要巷道经常保持良好的状态。5、要适应当前国家的技术水平和设备供应情况,应为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综合机械化、自动化创造条件。6、根据用户需要,应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采,以及其它有益矿物的综合开采。4.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标1.井筒形式的确定井筒形式有三种:平硐、斜井、立井。一般情况下,平硐最简单,斜井次之,立井最复杂。具体见表4-1。表4-1 井筒形式比较井筒形式优点缺点适用条件平硐1运输环节和设备少、系统简单、费用低。2工业设施简单。3井巷工程量少,省去排水设备,大大减少了排水费用。4施工条件好,掘进速度快,加快建井工期。5煤炭损失少。受地形影响特别大有足够储量的山岭地带斜井与立井相比:1井筒施工工艺、设备与工序比较简单,掘进速度快,井筒施工单价低,初期投资少。2地面工业建筑、井筒装备、井底车场简单、延伸方便。3主提升胶带化有相当大提升能力。能满足特大型矿井的提升需要。4斜井井筒可作为安全出口。与立井相比:1井筒长,辅助提升能力小,提升深度有限。2通风线路长、阻力大、管线长度大。3斜井井筒通过富含水层,流沙层施工复杂。井田内煤层埋藏不深,表土层不厚,水文地质条件简单,井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。立井1不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地质等自然条件限制。2井筒短,提升速度快,对辅助提升特别有利。3当表土层为富含水层的冲积层或流沙层时,井筒容易施工。4井筒通风断面大,能满足高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井需风量的要求。1井筒施工技术复杂,设备多,要求有较高的技术水平。2井筒装备复杂,掘进速度慢,基建投资大。对不利于平硐和斜井的地形地质条件都可考虑立井。本矿井表土层厚度不大,平均15m,无流沙层,煤层埋藏较浅(300m),煤层倾角较小,赋存稳定;煤层瓦斯含量比较大,地温正常,涌水量小,井筒不需要特殊施工,因此可采用斜井单水平或立井单水平开拓,经后面方案比较确定采用斜井单水平(煤层大巷)开拓方式。2.井筒位置的确定井筒位置选择要有利于减少初期井巷工程量,缩短建井工期,减少占地面积,降低运输费用,节省投资;要有利于矿井的迅速达产和正常接替。因此,井筒位置的确定原则:1) 沿井田走向的有利位置当井田形状比较规则而且储量分布均匀时,井筒的有利位置应在井田走向中央;当井田储量呈不均匀分布时,应布置在储量的中央,以形成两翼储量比较均匀的双翼井田,可使沿井田走向的井下运输工作量最小,通风网路较短,通风阻力小。2)井筒沿井田倾斜方向的有利位置井筒位于井田浅部时,总石门工程量大,但第一水平及投资较少,建井工期短;井筒位于井田中部时,石门较短,沿石门的运输工程量较小;井筒位于井田的下部时,石门长度和沿石门的运输工作量大,如果煤系基底有含水量大的岩层不允许井筒穿过时,它可以延伸井筒到深部,对开采井田深部及向下扩展有利。从井筒和工业场地保护煤柱损失看,井筒愈靠近浅部,煤柱尺寸愈小,愈近深部,煤柱尺寸愈大。因此,一般井筒位于井田倾向方向中偏上的位置。3)有利于矿井初期开采的井筒位置尽可能的使井筒位置靠近浅部初期开采块段,以减少初期井下开拓巷道的工程量,节省投资和缩短建井工期。4)地质及水文条件对井筒布置影响要保证井筒,井底车场和硐室位于稳定的围岩中,应尽量使井筒不穿过或少穿过流沙层,较大的含水层,较厚冲积层,断层破碎带,煤与瓦斯突出的煤层,较软的煤层及高应力区。5)井口位置应便于布置工业广场井口附近要布置主,副井生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统间互相连接,以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨,要求地面平坦,高差不能太大,尽量避免穿过村镇居民区,文物古迹保护区,陷落区或采空区,洪水浸入区,尽量避免桥涵工程,尤其是大型桥涵隧道工程。6)井口应满足防洪设计标准附近有河流或水库时要考虑避免一旦决堤的威胁及防洪措施。根据以上原则,从井下运输及开采有利出发,井筒应位于井田中部,风井井口位置的选择应在满足通风条件的前提下,与提升井筒的贯通位置最短,并利用各种煤柱以减少保护煤柱的损失。本矿井采用两翼对角式抽出通风,故将风井井筒大致位于井田边界,均落于大巷煤柱损失处,从而减少了煤柱的损失。根据上述原则,将主、副井筒布置在井田中央,均位于工业场地内,可以减少保护煤柱的损失,该处表土厚15 m。3.井筒数目为了满足井下煤炭的提升,需设置一主井,辅助提升及进风设置一副井。矿井采用两翼对角式通风,设一条专用回风大巷,东区、西区各布置一个风井,可以满足通风需要。共计三个井筒。4.1.2工业场地的位置工业场地的具体位置及坐标见图2-2。工业广场中心位置坐标:经距37617447.29 m,纬距4189632.45 m。工业场地的形状和面积:根据表2-2工业场地占地面积指标,确定地面工业场地的占地面积为24公顷,其形状为一矩形,长度方向和煤层的倾向方向平行,宽度方向和煤层走向方向平行;长轴600 m,短轴400 m;地面标高+1373.41 m。其大小确定的依据前面第二章已经详细的讲述,在此不作赘述。4.1.3 开采水平的确定及盘区划分井田主采煤层为2#煤层,煤层平均倾角为5,走向大致北西南东,向南西倾斜,东北高,西南低。按照要求巷道布置系统力求简单,掘进工程量要少,结合实际生产可将井田直接划分为单水平盘区,设计方案简单。4.1.4 主要开拓巷道本矿2#煤层平均厚度为2.88m,顶底板均为砂质泥岩,煤质坚硬,裂隙不发育,且井型较小,大巷的服务年限不是太长。考虑到矿井瓦斯涌出量较大,初步打算布置三条大巷:一条主运输大巷,一条辅助运输大巷,一条回风大巷。煤全部由胶带运输,材料和人员的运输由矿车运输。大巷位于井田中央,沿倾向布置,为了有利于大巷维护,各大巷间留设60m的保护煤柱,大巷两侧也留设60m的保护煤柱,根据矿井实际情况可以在开采后期考虑回收大巷煤柱。开拓巷道主要可分为煤巷和岩巷,其技术比较见表4-2。表4-2 煤岩巷的技术比较名称煤层巷道岩层巷道特征沿煤层掘进,随煤层等高线变化。距煤层一定距离的岩层中,掘进中基本保证取直。优缺点掘进容易,施工速度快,便于机械化掘进,掘进中可以探明煤层变化和地质构造。生产期间,大巷维护困难,影响生产,两侧至少留设3040m的保护煤柱,煤层有起伏变化时,大巷随之弯曲,不利于运输,采区发火时,不易封闭。可保一定方向,弯曲少,有利运输,巷道维护条件好,不留设护巷煤柱,安全条件好,便于布置采区煤仓。工程量大,机掘有困难,机械化程度低速度慢、费用较高。适用条件服务年限小的小型片盘斜井,煤层群中相距较远的单个煤层或中厚煤层,煤层底板岩层有含水溶洞时,不易开掘岩石巷道时。适合于开掘和维护巷道的岩层,煤层有瓦斯煤层突出和自然发火的巷道,大巷要呈直线布置。4.1.5 方案比较1、提出方案根据以上分析,现提出以下四种在技术上可行的开拓方案,分述如下:方案一:斜井单水平开拓(岩石大巷)主、副井井筒均为斜井,布置于井田中央,第一水平辅助运输大巷与胶带输送机大巷均布置在距2#煤层下20m处的稳定岩层中,按固定坡度掘进,沿井田主要延展方向延伸。胶带输送机大巷与辅助运输大巷平行布置,间距50m,如图4-1所示。方案二:立井单水平开拓(岩石大巷)主、副井井筒均为立井,布置于井田中央,第一水平辅助运输大巷与胶带输送机大巷均布置在距2#煤层下20m处的稳定岩层中,按固定坡度掘进,沿井田主要延展方向延伸。胶带输送机大巷与辅助运输大巷平行布置,间距50m,如图4-2示。方案三:斜井单水平开拓(煤层大巷)主、副井井筒均为斜井,布置于井田中央,三条大巷均布置在煤层中,沿井田主要延展方向延伸。胶带输送机大巷与辅助运输大巷平行布置,间距60m,随煤层起伏掘进,该方案如图4-3所示。方案四:立井单水平开拓(煤层大巷)主、副井井筒均为立井,布置于井田中央,第一水平辅助运输大巷与胶带输送机大巷均布置在煤层中,按固定坡度掘进,沿井田主要延展方向延伸。胶带输送机大巷与辅助运输大巷平行布置,间距60m,如图4-4示。2、开拓方案技术比较方案1与方案2的区别在于方案一采用斜井开拓,方案二采用立井方式开拓。斜井开拓施工技术简单,但是井筒较长,对地质条件要求较高;立井开拓井筒短,对地质条件要求不高,但是对施工技术要求高。方案3与方案4的区别也仅在于立井开拓与斜井开拓。 2)技术比较以上所提四个方案中,区别在于井筒形式和井筒位置不同以及大巷的形式及位置的不同,和部分基建、生产经营费用的不同。方案一、方案三中,主要区别在于水平大巷形式的不同,方案一中的水平大巷为岩层大巷,岩层大巷需要保护煤柱量较少,而且很容易维护,维护费用较低,对煤层厚度变化要求很小,巷道方向容易取直;但是这样巷道施工技术复杂,设备多,要求有较高的技术水平,巷道施工装备复杂,掘进速度慢,基建投资大。方案三中水平大巷采用煤层大巷,大巷施工工艺、设备与工序比较简单,掘进速度快,大巷前期施工单价低,初期投资少;但是煤层大巷有时需要跟着煤层拐弯,随煤层变化,需要较多的保护煤柱,后期维护难度较大,维护费用较高,而且对于高瓦斯矿井通风要求很高,对煤层厚度变化要求很高。方案一、方案二中,主要区别在于主、副井筒的形式及位置的不同,方案一中主、副井均采用斜井,布置在井田中央偏上部,主副斜井井筒施工工艺、设备与工序比较简单,掘进速度快,井筒施工单价低,初期投资少。井筒装备设备少、环节简单,而且斜井井筒可作为安全出口,井下一旦发生事故,人员可以从斜井撤离。方案二中主、副井均采用立井,并布置在井田中央,主副井采用立井形式,这样井筒施工技术复杂,设备多,要求有较高的技术水平,井筒装备复杂,掘进速度慢,基建投资大。但其优点也是显而易见的:不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地质等自然条件限制;井筒短,提升速度快,对辅助提升特别有利;井筒通风断面大,能满足高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井需风量的要求;减少了井筒的保护煤柱。但是井田内2号煤层埋深小、倾角小、赋存稳定,涌水量比较小,立井的优点并不突出。3)粗略经济比较四种方案进行详细的经济比较步骤较多,因此,把相近的方案一和方案二,方案三和方案四分别进行粗略的经济比较,选出经济上有明显优势的方案进行下一步的详细经济比较。各方案的粗略估算费用表4-3 方案一:斜井单水平开拓(岩层大巷)项目数目(10m)基价(元/10m)费用/万元小计/万元初期基建费用主斜井开凿表土段3.54 4397415.57 270.40基岩段72.87 34970254.83副斜井开凿表土段3.855058119.47318.13基岩段72.93 40952298.66大巷开凿岩层931.8233698510339.0110339.01 斜巷开凿岩层86.80 41793362.76 362.76 井底车场岩层100.00 38834 388.34 388.34基建费用小计11678.64生产费用斜井提升系数煤量/万t提升长度/km基价/元6393.47 1.2166040.7640.42 排水涌水量/m3h-1时间/h服务年限/a基价/元2014.851507920530.32 大巷运输系数煤量/万t平均运距/km基价/元16248.671.2166042.330.35 生产费用小计24656.99合计36335.63表4-4 方案二:立井单水平开拓(岩层大巷)项目数目(10m)基价(元/10m)费用/万元小计/万元初期基建费用主井开凿表土段1.5 14588921.88 343.52基岩段32.2799672321.64 副井开凿表土段1.517690226.55395.32 基岩段29.61124542368.77 大巷开凿岩层931.8233698510339.0110339.01 斜巷开凿岩层86.80 41793362.76 362.76 井底车场岩层120.0038834 466.01 466.01 基建费用小计11906.62 生产费用立井提升系数煤量/万t提升长度/km基价/元10775.33 1.2166040.3381.60 排水涌水量/m3h-1时间/h服务年限/a基价/元1762.991507920530.28 大巷运输系数煤量/万t平均运距/km基价/元16248.671.2166042.330.35 生产费用小计28786.99 合计40693.61表4-6 方案三:斜井单水平开拓(煤层大巷)项目数目(10m)基价(元/10m)费用/万元小计/万元初期基建费用主斜井开凿表土段3.54 4397415.57243.78基岩段65.26 34970228.21 副斜井开凿表土段3.855058119.47 276.57基岩段62.7840952257.10 大巷开凿煤层931.823 314798799.83 8799.83斜巷开凿煤层83.20 36796306.14 306.14 井底车场岩层100.00 38834 388.34 388.34基建费用小计10014.66 生产费用斜井提升系数煤量/万t提升长度/km基价/元5757.471.2166040.6880.42 排水涌水量/m3h-1时间/h服务年限/a基价/元2014.85 1507920530.32 大巷运输系数煤量/万t平均运距/km基价/元16248.67 1.2166042.330.35 生产费用小计24020.99合计34035.65表4-7 方案四:立井单水平开拓(煤层大巷)项目数目(10m)基价(元/10m)费用/万元小计/万元初期基建费用主井开凿表土段1.514588921.88 310.13 基岩段28.92 99672288.25 副井开凿表土段1.5 17690226.54 349.48 基岩段25.93124542322.94 大巷开凿煤层931.823 314798799.83 8799.83斜巷开凿煤层83.20 36796306.14 306.14 井底车场岩层120.00 38834 466.01 466.01 基建费用小计10231.59生产费用立井提升系数煤量/万t提升长度/km基价/元9691.421.2166040.3041.60 排水涌水量/m3
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