采矿工程毕业设计（论文）-长平四矿3.00Mta新井设计（全套图纸）.pdf

辽宁工程技术大学毕业设计 论文 1 前言前言 中国是世界最大产煤国 煤炭在中国经济社会发展中占有极重要的地位 煤炭是工业 的粮食 我国一次能量消费中 煤炭占 75 以上 煤炭发展的快慢 将直接关系到国计民 生 作为采矿专业的一名学生 我很荣幸能够为祖国煤炭事业尽一份力 毕业设计是毕业 生把大学所学专业理论知识和实践相结合的重要环节 使所学知识一体化 是我们踏入工 作岗位的过度环节 设计过程中的所学知识很可能被直接带到马上的工作岗位上 所以显 得尤为重要 全套图纸 加全套图纸 加 153893706 学生通过设计能够全面系统的运用和巩固所学的知识 掌握矿井设计的方法 步骤及 内容 培养实事求是 理论联系实际的工作作风和严谨的工作态度 培养自己的科学研究 能力 提高了编写技术文件和运算的能力 同时也提高了计算机应用能力及其他方面的能 力 该说明书为长平四矿 3 0Mt a 井田初步设计说明书 在所收集地质材料的前提下 由 指导教师给予指导 并合理运用平时及课堂上积累的知识 查找有关资料 力求设计出一 个高产 高效 安全的现代化矿井 本设计说明书从矿井的开拓 开采 运输 通风 提升及工作面的采煤方法等各个环 节进行了详细的叙述 并进行了技术和经济比较 论述了本设计的合理性 完成了毕业设 计要求的内容 同时说明书图文并茂 使设计的内容更容易被理解和接受 在设计过程中 得到了指导老师的详细指导和同学的悉心帮助 在此表示感谢 由于设计时间和本人能力 有限 难免有错误和疏漏之处 望老师给予批评指正 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 2 1 矿区概况及井田地质特征 1 1 矿区概况 1 1 1 矿区地理位置 长平矿区位于高平市西北 17km 处 行政区划隶属高平市寺庄镇管辖 井田地理坐标 范围为东经 112 44 54 4 112 50 51 9 北纬 35 51 02 4 35 55 1 7 批准井田面积 43 5099km2 生产规模为 1 2Mt a 井田东西长 8 91km 南北宽 7 61 km 面积 43 5099 km2 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 3 图 1 1 交通位置图 Fig 1 1 traffic and location 1 1 2 矿区地形 地貌及交通运输 长平矿区井田位于太行山南段西缘 沁水煤田之东缘 地貌形态属于丹河流域侵蚀 中低山区 井田东部为开阔的丹河河床 中西部为中低山和黄土梁 峁 总的地势为西高 东低 地形最高点位于西南部山顶 标高 1310 66m 最低点为东部丹河河床 标高 878 00m 最大相对高差 432 66m 井田东南距高平市 17km 太 原 焦 作 铁路和 207 国道从 井田东侧通过 长 治 晋 城 二级公路和长 治 晋 城 高速公路从井田东侧约 20 km 处 通过 井田北距太 焦铁路赵庄车站 3 3km 南距西阳车站 4 7km 该矿工业广场与附近 干线公路和铁路间均有柏油公路连接 由井田经铁路 公路向北可达长治 太原 向南可 通晋城 焦作 然后通往全国各地 交通运输便利 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 4 1 1 3 气候条件及地震情况 本区属大陆性气候 据晋城市气象站观测资料 年平均气温为 10 88 最高气温为 38 6 最低气温为 22 8 年降水量为 292 0 1008 8mm 6 9 月份降水量占全年的 70 年平均蒸发量为 1009 6mm 干旱指数为 1 58 属半湿润区 该区夏季多东南风 冬 季多西北风 最大风速十级 一般为 3 4 级 全年无霜期 180d 左右 每年 11 月至次年 3 月为结冰期 冻土深度一般为 0 30 0 43m 据历史记载 高平市先后曾发生过大小地震 42 次 其中 4 5 级具有破坏性地震 8 次 据中华人民共和国 建筑抗震设计规范 GB50011 2010 本区属 6 度区 基本地 震加速度值 0 05g 1 1 4 电源 水源及建筑材料来源 该矿区的电力由位于晋城市区的发电厂供给 生产所用的水主要取自井田釜山水库 矿坑排水 奥陶系中统石灰岩岩溶水 建筑材料主要周边的小镇或者高平市购得 1 2 井田及其附近的地质特征 1 2 1 井田地质构造 长平井田位于晋获褶断带南部西侧 沁水盆地南缘 井田构造形态与区域构造密切 相关 根据井田地表基岩出露情况和钻孔 巷道揭露及三维地震勘探 地面物探资料 井 田地层总体为走向北北东 倾向北西西的单斜构造 地层倾角 5 12 局部受构造应力 影响 发育有次一级的波状起伏 表现为宽缓的中小型背斜和向斜 并伴生有较多的中小 型断层和陷落柱 1 2 2 井田水文地质特征 井田及附近主要地表河流为丹河和釜山河 丹河发源于井田以北丹朱岭西部后沟村 西北 从井田东部边界处由北向南流过 为沁河支流 丹河河水流量受季节性影响较大 旱季时水量较小 雨季时水量增大 据长平村西临时测流断面观测 流量 0 0042m3 s 1998 年 6 月 30 日 1 4088 m3 s 1998 年 7 月 22 日 釜山河由西向北流经井田中部 属季 节性河流 水量很小 向东南汇入釜山水库 井田内其它沟谷平时一般无水 只有雨季时 才有洪水排泄 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 5 另外 在井田中北部还分布一个较大的水库 釜山水库 水库位于釜山村与四沟村 之间的大沟内 库区面积约 0 18km2 库容量 60 万 m3 库区内最大蓄水深度 10 余米 库 区最高水位标高 915m 该水库常年存水 1 3 煤层质量及煤层特征 1 3 1 煤质及物理性质 该矿区煤质工业牌号为无烟煤 黑色 条痕为黑色 参差状 及贝壳状断口 玻璃 金刚光泽 内生裂隙较发育 以亮煤为主 暗煤次之 夹镜煤条带 细 中条带状结构 层状构造 属半亮 光亮型煤 煤的物理性质 水分 Mad 原煤 0 36 3 55 平均为 1 24 浮煤 0 29 2 75 平均 1 05 灰分 Ad 原煤 9 86 28 91 平均为 15 00 浮煤 4 14 10 85 平均 7 70 挥发分 Vdaf 原煤 9 38 12 43 平均 10 71 浮煤 7 20 10 01 平均 8 68 硫分 St d 原煤 0 23 0 57 平均 0 38 浮煤 0 29 0 75 平均 0 41 发热量 Qgr v d 原煤 21 86 32 48MJ kg 平均 30 00MJ kg 浮煤 28 41 34 33MJ kg 平均 32 73MJ kg 1 3 2 井田内煤层及埋藏条件 煤层走向主体为东北至西南走向 由南北走向分别逐渐偏为南西和北西方向 整体四 边形 井田中央倾向为西北方向 倾角在 3 8 之间 平均为 6 左右 可采煤层间距见表 1 1 表 1 1 煤层间距见表 煤层 厚度 煤层间距 发育情况 2 煤层 3 5 15 全区发育 3 煤层 5 全区发育 20 5 煤层 5 5 全区发育 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 6 1 3 3 煤层综合柱状图 图 2 1 综合柱状图 Fig 2 1 synthesis histogram 1 3 4 顶底板岩性 2 3 号煤层直接项板大多为泥岩 砂质泥岩 局部为粉砂岩或中 细粒砂岩 厚度 1 03 10 80m 厚度变化较大 老顶为中细粒砂岩 厚度 2 60 13 00m 厚度变化大 不 规则裂隙发育 见有方解石脉充填现象 煤层的上覆岩层 从直接顶到老顶为软弱 坚硬型 再往上为软弱 坚硬型相间复 合结构 这种软硬相间的结构虽然能阻止煤层开采时顶板裂隙的发展 但由于软弱岩石在 水的作用下易发生变化 从而降低顶板的稳定性 2 3 号煤层的直接底板以泥岩 砂质泥岩为主 局部为粉砂岩或细砂岩 5 号煤层直接顶板为厚层石灰岩 属坚硬岩层 煤层直接底板为泥岩 砂质泥岩 有 时为铝质泥岩 粉砂岩 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 7 1 3 5 瓦斯赋存状况及煤的自燃性 据山西省煤炭工业局晋煤瓦发 2011 464 号文件批复 长平矿开采煤层 2010 年度矿 井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果为瓦斯绝对涌出量为 13 73m3 min 相对涌出量为 6 15 m3 t 二氧化碳绝对涌出量为 6 25 m3 min 相对涌出量为 2 80 m3 t 长平矿井属于低 瓦斯矿井 根据本矿 2008 年在井下回风大巷及 1308 探巷采取煤层煤样进行煤的自燃趋势 试验 其吸氧量为 1 2679 1 3008cm3 g 自燃等级为 类 按 煤矿安全规程 属不易自 燃煤层 井田内 2 3 5 号煤层均属不易自燃煤层 1 3 6 地质勘探程度 在勘探初期针对该区特点 首先 原则上对全井田采用先线后面 全面控制 点线配 合 重点解剖 然后循序渐进 逐步提高勘探程度 储量级别等 通过四次勘探 补充并 借鉴邻区地质资料 比拟本井田上述地质因素特征 视其地质构造复杂程度为中等 煤层 较稳定且偏简单 勘探类型属于二类二型偏简单 2 井田境界及储量 2 1 井田境界 2 1 1 井田的边界 其走向长 2 4 5 0 公里 倾斜长 1 8 3 8 公里 面积 18 94 公里 2 2 1 2 边界煤柱的留设 按 煤矿安全规程 规定 边界矿柱的留法及尺寸 1 井田边界煤柱留 30 米 2 阶段煤柱斜长 60 米 若在两阶段留设 则上下阶段各留 30 米 3 断层煤柱每侧各为 30 米 4 采区边界煤柱留 15 米 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 8 根据参考 矿井设计规范 和 矿井安全规程 的相关数据要求和规定 本井田所留 的各种保护煤柱均合理 符合规定 在井田范围内 储量 煤层赋存及开采条件均与矿井生产能力相适应 田内有足够的 储量和合理的服务年限 井田走向长度大于倾斜长度 有三层煤 可保证矿井各个开采水 平有足够的服务年限 阶段高度及阶段斜长适当 矿井通风 井下运输较容易 2 2 井田的储量 2 2 1 井田储量的计算原则 1 按照地下实际埋藏的煤炭储量计算 不考虑开采 选矿及加工时的损失 2 储量计算的最大垂深与勘探深度一致 对于大 中型矿井 一般不超过 1000 米 3 精查阶段的煤炭储量计算范围 应与所划定的井田边界范围相一致 4 凡是分水平开采的井田 在计算储量时 也应该分水平计算储量 5 由于某种技术条件的限制不能采出的煤炭 如在铁路 大河流 重要建筑物等两侧 的保安煤柱 要分别计算储量 6 煤层倾角不大于 15 度时 可用煤层的伪厚度和水平投影面积计算储量 7 煤层中所夹的大于 0 05 米厚的高灰煤 夹矸 不参与储量的计算 8 参与储量计算的各煤层原煤干燥时的灰分不大于 40 2 2 2 矿井工业储量 井田的精查勘探面积为 S 18940000 2 m 根据储量计算公式 2 1 cos SMrzg 2 1 式中 Zg 矿井的地质储量 t M 可采煤层总厚度 m S 井田面积 m r 煤的容重 r 1 3 t m 煤层倾角 度 所以 Zg 18940000 3 5 5 5 5 1 4 cos6 37327 7 万吨 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 9 由于设计时不考虑平衡表外储量和远景储量 因此矿井工业储量就等于地质储量 即 Zc Zg 37327 7 万吨 各煤层的工业储量见表 2 1 表 2 1 煤层工业储量表 Tab 2 1 Industrial coal reserves 2 2 3 矿井煤柱损失 1 断层煤柱损失 断层的两侧各留 30m 的保护煤柱 此断层的面积为 33255m 故此断层保护煤柱损失为 33255 14 1 4 65 18 万吨 2 井田境界煤柱损失 井田境界留设 30m 的边界煤柱 总长为 16476 23m 井田境界保护煤柱所占面积为 494287m 经计算 故境界保护煤柱损失为 494287 14 1 4 968 8 万吨 3 工业广场煤柱损失 由 矿井设计规范 规定 矿井工业场地占地为 0 8 1 1 公顷 10 万吨 大型矿井取 小值 小型矿井取大值 本矿井为 3 0Mt a 所以取 1 0 则本矿井的工业场地面积为 S 30 1 0 30 公顷 依据井田形状选择 500 600m 的长方形 用移动角圈定煤柱范围 工 业场地地面受保护面积应包括保护对象及宽度 20m 的围护带 再用几何作图的方法确定工 业广场保护煤柱的范围 由工业广场保护煤柱图可知 2 号煤层煤柱损失为 140 35 3 5 1 4 687 74 万吨 3 号煤层煤柱损失为 143 47 5 1 4 1004 29 万吨 5 号煤层煤柱损失为 147 53 5 5 1 4 1135 99 万吨 故工业广场保护煤柱损失共为 687 74 1004 29 1135 99 2828 02 万吨 4 全矿采区回采率 序号 煤层号 煤厚 m 倾角 度 面积 平方千米 工业储量 万吨 1 2 3 5 2 8 18 94 9331 9 2 3 5 2 8 18 94 13331 3 3 5 5 5 2 8 18 94 14664 5 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 10 由 矿井设计规范 第 2 1 3 条 矿井采区回采率 应该符合下列规定 厚煤层不应 小于 75 中厚煤层不应小于 80 薄煤层不应小于 85 由于本矿井的 2 号煤层为中 厚煤层取 80 3 号 5 号煤层为厚煤层 取 75 2 2 4 矿井的设计储量 矿井设计储量 工业储量 永久煤柱损失量 即 Zs Zc P1 2 2 式中 Zs 矿井的设计储量 万吨 Zc 矿井的工业储量 万吨 P1 永久煤柱损失量 万吨 包括断层 防水 井田境界 地面建筑物及因法 律 社会 环境保护等影响因素影响不得开采的煤柱煤量 此矿井永久煤柱只有断层和井田境界保护煤柱 故 Zs 37327 7 65 18 968 8 36293 02 万吨 2 2 5 矿井的设计可采储量 矿井设计可采储量 矿井设计储量 可回收利用保护煤柱损失量 采区回采率 即 CPZZ Sk 2 2 3 式中 Zk 矿井设计可采储量 万吨 P2 可回收利用保护煤柱损失量 万吨 包括工业广场 井筒 井下主要巷 道等保护煤柱煤量 C 采区回采率 C 0 75 此矿井可回收利用保护煤柱煤量有工业广场和阶段间保护煤柱煤量 故 Zk Zc P1 P2 C 9331 9 16 3 242 2 707 80 27995 8 59 5 726 6 2121 75 25509 65 万吨 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 11 3 矿井的年产量 服务年限及一般工作制度 3 1 矿井的年产量及服务年限 3 1 1 矿井的年产量合理性 矿井年产量是煤矿生产建设的重要指标 在一定程度上综合反映了矿井生产技术面 貌 是矿井开拓的一个主要参数 也是选择井田开拓方式的重要依据之一 矿井的年产量确定的合理与否 对保证矿井能否迅速投产 达产和产生效益至关重要 而矿井生产能力与井田地质构造 水文地质条件 煤炭储量及质量 煤层赋存条件 建井 条件 采掘机械化装备水平及市场销售量等许多因素有关 经分析比较 设计认为矿井的 生产能力确定为 3 0Mt a 是合理和可行的 理由如下 1 储量丰富 煤炭储量是决定矿井生产能力的主要因素之一 本井田内可采的煤层达到 3 层 保有 可采储量为 255 10 Mt 按照 3 0Mt a 的生产能力 能够满足矿井服务年限的要求 而且投 入少 效率高 成本低 效益好 2 开采技术条件好 本井田煤层赋存较稳定 煤层埋藏较浅 倾角变化不大 由于井田面积大 水文地质 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 12 条件及地质构造简单 煤层结构单一 适宜综合机械化开采 可采煤层均为中厚煤层及厚 煤层 适合高产高效工作面开采 3 建井及外运条件 本井田内有良好的煤层赋存条件 为提高建井速度 缩短建井工期提供了良好的地质 条件 本井田离晋城市较近 有矿区专用铁路与国铁相通 井田内各村镇均也有公路相通 交通较便利 4 具有先进的开采经验 近年来 综合机械化开采工艺在煤矿成产中有了很大发展 而且该工艺投入少 效率 高 成本低 效益好 生产集中简单 开采技术基本成熟 综上所述 由于矿井优越的条件及外部运输条件 有利于把本矿井建设成为一个高产 高效矿井 矿井的生产能力为 3 0Mt a 是可行的 合理的 3 1 2 矿井的服务年限 矿井服务年限应与矿井的生产能力相适应 它两个之间的关系实质上就是矿井生产能 力和矿井储量的关系 在圈定的井田范围内 矿井储量一定 井型越大 服务年限越短 井型越小 服务年限越长 当矿井生产能力和服务年限为某数值时 可使吨煤的总费用最 低 相近于这个数值范围 则是合理的矿井的生产能力和服务年限 根据 矿井设计规范 的规定 在计算矿井服务年限时 储量备用系数宜采用 1 3 1 5 本矿井取用 1 3 由矿井的服务年限计算公式 P Z AK 3 1 式中 Z 矿井的设计可采储量 A 矿井的年产量 K 矿井储量备用系数 P Z AK 255 1 3 0 1 3 65 4 年 由 设计规范 第 2 2 5 条知 矿井设计生产能力为 300 万吨 年的大型矿井 设计服 务年限不应低于 60 年 本矿井的服务年限为 65 4 年 符合设计规范规定 3 2 矿井的一般工作制度 结合本矿井煤层条件 储量情况 以及达成产量所需要的时间 同时考虑设备检修以 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 13 及工人工作时间等实际的因素 在满足 煤矿安全规程 的条件之下 本矿井工作制度安 排如下 矿井工作日为 330 天 本矿井工作制度采用 三八 制 两班采煤 一班检修 日提升工作时间为 16 小时 4 井田开拓 井田开拓方式应该通过对矿井设计生产能力 地形地貌条件 井田地质条件 煤层赋 存条件 开采技术及装备设施等综合因素进行方案比较以及系统优化之后确定 因此 在 解决井田开拓问题时 应遵循以下原则 1 贯彻执行有关煤炭工业的技术政策 为多出煤 早出煤 出好煤 投资少 成本 低效率高创造条件 要使生产系统完善 有效 可靠 在保证生产可高和安全的条件下减 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 为集中生产创造条件 3 合理开发国家资源 减少煤炭损失 4 必须贯彻执行有关煤矿安全生产的有关规定 要建立完善的通风系统 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状态 5 要适应当前国家的技术水平和设备供应情况 并为采用新技术 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 应照顾到不同煤质 煤种的煤层分别开采 以及其他有益矿物的 综合开采 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 14 4 1 井筒形式的确定 矿井开拓 就其井筒形式来说 一般有以下几种形式 平硐 斜井 立井和综合开拓 下面就几种形式进行技术分析 然后进行确定采用哪种开拓方式方式 平硐 一般就是适合于煤层埋藏较浅 而且要有适合于开掘平硐的条件是平硐水平标 高以上有足够的储量 故本井田不能满足要求 本井田地势比较平缓 高低地的最大高差 也不过十几米 很显然 利用平硐开拓对于本井田来说是没有可行性的 斜井 利用斜井开拓要求煤层埋藏较浅 表土层不厚 无流沙层水文地质条件简单的 缓斜中斜煤层的井田 斜井开拓的优点为井筒施工简单 掘进速度快 费用低 斜井用胶 带输送机提升煤炭时 提升能力大 有利于矿井延伸施工和新旧水平的接替等 但本井田 表土层特别厚 斜井施工比较困难 如果用斜井开拓工程量大 维护和运输等费用也会大 幅度的增加 以上因素决定了本井田使用斜井开拓也是不可行的 本井田的煤层赋存深度 580m 到 320m 表土层较厚 井筒需用特殊方法施工 根据 设计规范 第 3 1 4 条 煤层埋藏较深 表土层较厚 水文地质条件复杂 井筒需要特 殊施工 宜采用立井开拓方式 依上 本设计采用立井开拓方式 综合式开拓 对于本矿井来说 由于平硐和斜井都是不可行的 所以混合式也就不予 考虑 4 2 确定井筒的位置及数目 4 2 1 井筒数目 本矿年产量 3 0Mt 属大型矿井 在开拓时 决定采用三个井井筒 主井 副井和风 井 形成中央并列式通风 主井采用箕斗提升 副井采用罐笼伸降人员 提矸 运料 入 风 这样确定的井筒数目可以满足矿井提煤 运料 通风的要求 保证矿井生产高产 高 效 安全 有助于本矿的正常有序发展 4 2 2 井筒位置 地面在选择井筒位置时 应贯彻农业为基础的方针 充分利用荒山 坡地 劣地 尽 可能不占良田 不妨碍农田水利建设 避免拆迁村庄及河流改造 主要是根据以下一些原 则 1 在煤层走向方向尽量位于井田的中央 即要求其两翼的长度和储量大致相等 这主 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 15 要是考虑到矿井的煤炭运输问题 当井筒位于井田内的煤炭储量中心时 全矿的运输费用 达到最低 2 在倾斜方向上也要尽量位于中心 同时兼顾各水平井底车场的布置形式及位置 3 井筒位置的确定 要顾及井口标高及地面工业广场的布置 由于考虑到最高洪水位 所以要求井筒的位置确定的井口标高在 20 米以上 另外 地面工业场地的布置也基本上 决定井筒的位置 一般要求工业广场尽量布置集中 达到不占良田 少占农田的原则 还 要求整个工业场地要布置在地势比较平缓的地带 使得场地内的建筑不受大的影响 4 井筒尽量不穿断层 破碎带 井底车场围岩较好 要有较好的工程地质条件和水文 地质条件 5 要便于矿井供电 给水和运输 并使附近有便于建设居住区 排矸设施的地点 6 尽量使工程量少 投资小 便于井下采区划分 同时有利于通风 行人安全 7 选择井筒位置应该力求减少石门长度 井筒尽可能靠近运输大巷 使运输功最小 井筒沿井田走向有利的位置应在井田的中央 当井田储量呈不均匀分布时 应在储量 分布的中央 以此形成两翼储量比较均衡的双翼井田 两翼产量分配 风量分配比较均衡 各水平两翼开采结束的时间比较接近 应尽量避免井筒偏于一侧 一翼过早采完 然后产 量集中于另一翼 将使运输 通风过分集中 采煤掘进互相干扰 甚至影响全矿生产 造 成单翼开采的不利局面 由于本矿所采煤层为近水平煤层且储量分配较均匀 为使两翼产量分配 风量分配 比较均衡 各水平两翼开采结束的时间比较接近井筒应布置在井田中央 4 3 井筒参数及断面图 表 4 1 井筒特征表 Fig4 1 Shaft features table 井筒名 称 井筒用 途 断面尺 寸 长度 m 直径 m 提升容器 主井 运煤 44 18 750 7 5 两对 16 吨箕斗 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 16 副井 进风 行 人 运料 50 26 710 8 一套 5t 矿车双层罐笼 一套一大罐 5t 双层单车 一个小罐笼 风井 回风 兼 做安全 出口 33 18 587 6 5 各井筒断面见图 4 2 4 3 4 4 图 4 2 主井井筒断布置图面 Fig 4 2 main shaft sections 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 17 图 4 3 副井井筒断面布置图 Fig 4 3 Auxiliary shaft cross section fig 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 18 图 4 4 风井井筒断面布置图 Fig 4 4 Air shaft cross section fig 4 4 开采水平的设计 4 4 1 水平高度的确定 通常将设有井底车场 阶段运输大巷并且担负全阶段运输任务的水平 称为水平 根 据煤层赋存条件 一个井田可以用一个水平开采 或者用几个水平开采 本矿井采用单一 水平开采 开采水平的划分是与井田内阶段的划分密切联系的 而井田内划分阶段的多少主要取 决于井田的斜长和阶段尺寸的大小 阶段尺寸大小以阶段垂高或斜长表示 阶段是按标高 划分的 阶段上下边界的标高确定后 阶段垂高 即其上下边界的标高差就可得出 阶段 斜长则因煤层倾角的大小不同而变化 由于本井田煤层属缓倾斜煤层 故采用带区式划分阶段 4 4 2 第一水平储量及水平服务年限 由于本矿属于单水平开采 所以第一水平的服务年限即为全矿的服务年限 65 4 年 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 19 4 4 3 设计水平大巷布置 运输大巷的布置方式有三种 运输大巷可以单煤层布置 又称分煤层运输大巷 分 煤组布置 又称分组集中大巷 全煤组集合布置 称集中运输大巷 方案一 分煤层大巷布置 优点 若采用分煤层大巷布置 开设一组主要石门 各煤层中都布置大巷 各煤层单 独布置采区 均为煤层巷道 有利于掘进 矿井达产快 符合不出矸石或少出矸石的煤炭 工业发展趋势 环保效益好 开采巷道相对简单 缺点 每层煤都开掘大巷 开拓工程量大 巷道的维护费用较高 不利于矿井的安全 运输通风系统复杂 轨道 管线 设备多 辅助人员多 巷道维护工程量大 维护困难 采区接替频繁 对正常生产有一定影响 每层煤都需要留保护煤柱 煤炭损失量大 在有 自然发火危险的煤层中 护巷煤柱压裂透风 容易引起自然发火 方案二 集中大巷布置 在煤层群最下部的底板岩石中 开掘阶段集中运输大巷为所有采区服务 在集中运输 大巷内 每隔一定距离开掘采区石门 将各个煤层联系起来 这种布置方式的优点是 大巷布置在底板岩石中可以免去支撑压力对大巷的影响 大 大改善了巷道的维护条件 集中开拓各个煤层 采区生产能力大 大巷布置在岩层中 可 按开采技术要求直线掘进 便于采用大型运输设备 运输大巷工程量少 占用轨道 管线 少 各个煤层可以同时进行回采准备 开采强度大 煤层内可以不留设煤柱 煤炭损失少 其缺点是 初期工程量大 建井工期长 采区石门多 总的石门长度大 岩石工程量 大 这种布置方式一般适用于井田范围大 煤层层数多 煤层间距不大的矿井中 建井施 工速度慢 投产慢 达产时间长 开拓费用高 方案三 分组运输大巷布置 由于各煤层间距相差不多 而距离较远 分组布置远不如集中布置在技术和经济上可 行 所以不考虑用分组布置 方案一和方案二技术上均可行 现对方案一和方案二进行详细的经济比较 确定其优 劣 现将二种大巷布置方式的示意图 分列如下 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 20 表 4 3 方案技术比较表 Table 4 3 Technical comparison table 项目 方案 分层布置 方案 集中大巷 优点 各煤层中都布置大巷 各煤层单独 布置采区 煤层间只开一对主石门 石门工程量不大 初期工程量少 建井期短 开采水平只布置一对集中巷故总的大巷 开拓工程量小 大巷一般布置在煤组底 板岩层中容易维护 由于用采区石门贯 穿各煤层 可同时进行多个煤层的准备 和回采 开采强度大 煤层可不留煤柱 损失小 缺点 每层煤都布置大巷 总的开拓工程 量大 煤层巷道维护工作量大 费用 高 每条大巷都要留设保护煤柱 煤炭损失量大 矿井投产前要掘进主石门 集中巷 采 区石门 然后才能进行上部煤层的准备 和回采 煤层间距大时 初期工程量大 建井期长 现对其进行经济比较 具体见下表 表 4 4 建井工程量 Table 4 4 The volume of construction works well 项目 m 方案 1 方案 2 初期 大巷 斜巷 石门 3940 220 30 2682 400 30 项目 方案 1 方案 2 后期 大巷 斜巷 石门 4764 440 46 0 800 46 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 21 表 4 5 基建费用比较表 Table 4 5 early infrastructure cost comparison table 项目 方案一 方案二 工程量 m 单价 元 m 费用 万元 工程量 m 单价 元 m 费用 万元 初 期 大巷 上山 石门 3942 220 30 1000 3000 2000 394 2 66 6 2826 400 30 3000 3000 2000 847 2 120 6 小计 466 2 973 2 后 期 大巷 上山 石门 4764 440 46 1000 3000 2000 476 4 132 9 2 0 800 46 0 3000 2000 0 240 9 2 小计 617 6 249 2 共计 1083 8 1222 4 表 4 6 生产经营费 Table 4 6 Production and operation costs 项目 方案一 方案二 工程量 m 单价 元 m a 费用 万元 工程量 m 单价 元 m a 费用 万元 服 务 65 年 大巷 上山 石门 3942 220 30 100 100 100 2562 143 19 5 2826 400 30 20 20 20 367 52 4 小计 2724 5 423 注 由于运输费用等其他费用差别不大 故没纳入详细的经济比较中 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 22 表 4 7 费用汇总 Table 4 7 Cost summary 项目 方案一 方案二 费用 万元 百分率 费用 万元 百分率 初期建井费 466 2 100 973 2 209 基建工程费用 1083 8 100 1222 4 113 生产经营费 2724 5 644 423 100 总费用 4274 5 163 2618 6 100 经过以上技术和经济上的比较的结果来看 这俩个方案各有优势 方案一初期投资少 但生产经营费用高 方案二虽然初期投资大 维护费用和总费用都比方案一少的多 因此 本设计采用方案 较为合理 本矿井可采煤层有三层 即 2 3 5 胶带运输大巷布置在 410 水平上 轨道大巷也 布置在 410 水平上 两个大巷水平相距 30 米 回风大巷布置在 533m 运输大巷承担运煤任务 在运输大巷内布置带式输送机 辅运大巷承担运料 通风 行人的任务 用绞车将材料运到工作面 从而实现了从大巷到采区 工作面辅助运输的连 续性 因为大巷的服务年限都比较长 所以都采用锚喷支护 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 23 图 4 5 运输大巷断面图 Figure 4 5 Transportation Roadway sections 图 4 6 辅运大巷断面图 Figure 4 6 orbit roadway sections 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 24 图 4 7 回风大巷断面图 Figure 4 7 air return roadway sections 4 5 采区划分及开采顺序 4 5 1 采区形式及尺寸的确定 采区是在阶段内划分的一个开采区域 它是矿井生产的基本单元 采区尺寸主要受到 地质 技术 经济因素影响 我国矿井实际的采区倾斜长度多为 600 1000m 双翼采区 的走向长度可达 1000 2000m 根据设计矿井特点 煤层赋存稳定 倾角小 充分利用大 的地质构造作为采区边界 减少煤炭损失 共划分为五个采区 详细情况见表 4 8 井田 各采区技术特征表 以及矿井开拓平面图 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 25 表4 8 井田各采区技术特征表 Table 4 8 Mine technical characteristics of the mining area Table 采区 走向长 度米 倾斜 长度 储量 Mt 采煤方式 落煤 方式 准备方式 一带区 1856 1919 67 5 走向长壁 综采 单翼采区 二带区 1843 1873 65 6 走向长壁 综采 单翼采区 三带区 2185 1284 53 6 走向长壁 综采 单翼采区 四带区 1723 1161 37 7 走向长壁 综采 单翼采区 五盘区 3079 1330 79 2 走向长壁 综采 双翼采区 合计 10686 7567 303 6 4 5 2 开采顺序 矿井的开采工作 应当有计划 有步骤地按一定顺序进行 以便保证安全 均衡生产 并且有利于提高技术经济指标 合理的开采顺序应满足以下要求 1 保证开采水平 采区 采煤工作面的生产正常接替 以保持矿井持续稳产 高产 2 符合煤炭采动影响关系 最大限度的开采出煤炭资源 3 合理集中生产 充分发挥机械设备的能力 提高矿井的劳动生产率 简化巷道布置 4 尽量降低掘进率 减少井巷工程量及基建投资 综合上述因素 将本矿的开采顺序划分如下 采区 由井田中部采区向井田两翼开采 即采区前进式 区段 沿着煤层倾斜方向自下而上开采 即区段上行式 分层 自上而下逐层开采 工作面 回采工作面推进方向是从采区两翼向平巷推进 即工作面后退式开采 4 6 开采水平井底车场形式的选择 4 6 1 井底车场形式 井底车场是连接井筒和大巷或者主要石门的一组巷道及井底附近各种硐室的总称 井 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 26 底车场担负井上下煤炭 矸石 材料 人员的转运 是联结井下运输和矿井提升的枢纽 并为矿井的通风 排水 动力供应 调度服务 对保证矿井的正常生产起着重要作用 选择井底车场应该满足下列要求 a 调车简单 管理方便 弯道急交叉点少 b 操作安全 符合有关规定 规范要求 c 井巷工程量小 建设投资省 便于维护 生产成本低 d 施工方便 各个井筒间 井底车场巷道与主要巷道间能迅速贯通 缩短建井时间 根据具体设计条件 本矿井选择卧式井底车场如图4 9 1主井 副井 井底煤仓 水仓 5 水泵房 6 中央变电所 图 4 9 井底示意图 Fig 4 10 Shaft station abridged general view cross section distinction 4 6 2 车场硐室 井底车场的主要硐室为主井煤仓 火药库 其位置详见井底车场平面图 1 煤仓 根据 设计规范 规定 矿井的煤仓容量为 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 27 mcmc AQ25 0 15 0 4 1 式中 mc Q 井底煤仓容量 mc A 矿井日产量 mc A 0 15 0 25 备用系数 大型矿井取小值 则井底煤仓容量 mc Q 0 15 8859 1328 85t 煤仓选择为立式煤仓 结构见图 图 4 10 煤仓断面图 Figure 4 10coal bunker sections 中央变电所和中央水泵房联合布置 以便使前者向后者供电距离最短 中央变电所和 水泵房建成联合硐室 具体布置见开拓图 根据 设计规范 规定 火药库距离井筒 井底车场 主要运输巷道以及影响全矿井 或大部分采区通风的风门的直线距离不得小于 60 米 距离硐室不小于 100 米 结合井底 车场的实际位置 采用容量 2400 公斤的壁槽式标准火药库 火药库在工业广场打回风眼 独立通风 2 中央变电所 中央水泵房和水仓 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 28 中央变电所和中央水泵房联合布置 以便使中央变电所向中央水泵房供电距离最短 一般布置在副井井筒与井底车场连接处附近 当矿井突然发生火灾时 仍能继续供电 照 明和排水 为便于设备的检修及运输 水泵房应靠近副井空车线一侧 水泵房与变电所之 间用耐火材料砌筑隔墙 并设置铁板门为防止井下突然涌水淹没矿井 变电所与水泵房的 底板标高应高出井筒与井底车场连接处巷道轨面标高 0 5 米 水泵房及变电所通往井底车 场的通道应设置密闭门 水仓入口 一般设在空车线 井底车场标高最低处 确定水仓入 口时 应注意水仓装满水 3 火药库 由于本矿井采用全部机械化采煤 所以相对用火药较少 选用储量较小的壁槽式火药 库就可以满足井下正常工作的需要 库房与巷道的关系 a 库房距井筒 井底车场 主要运输巷道 主要硐室和影响全矿井大部分采区通风的 风门的直线距离应不小于 60 米 b 库房距经常行人的巷道的直线距离应不小于 20 米 c 库房距地面或上下巷道的直线距离不小于 15 米 根据本设计井底车场的实际位置 采用容重 2400 公斤壁槽式标准爆破材料库 该材 料库具有独立的通风系统 打一条通风钻孔直接与地面直接相连 火药库的具体结构见图 4 11 6 2 1 5 9 8 7 3 4 10 图 4 11 壁槽式爆破材料库 Fig 4 11 Blast material storage 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 29 4 7 开拓系统综述 4 7 1 开拓方式 本设计矿井采用立井开拓 共 3 个井筒 主箕斗立井 副罐笼立井 中央风井 采用 中央并列式通风方式 矿井开采水平在 400m 标高位置 矿井正常生产时 一个采区一个 综采工作面保证年产量 两个掘进队同时掘进准备面保证工作面正常接替 4 7 2 运输系统 运煤系统 工作面出煤 运输顺槽 带区运输平巷 溜煤眼 运输大巷 井底煤仓 从主井提到地面 排矸系统 掘进巷道时所出的矸石通过辅运大巷的矿车运到井底车场 然后从副井提 至地面 运料系统 副井 井底车场 辅运大巷 运料行人斜巷 带区辅运平巷 回风顺槽 使用地点 4 7 3 通风系统 新鲜风流 主井 运输大巷 进风行人斜巷 带区运输平巷 运输顺槽 工作面 新鲜风流 副井 井底车场 辅运大巷 运料行人斜巷 带区辅运平巷 运输顺槽 工作面 污风 回风顺槽 带区回风平巷 带区回风石门 回风大巷 风井排出地面 4 7 4 排水系统 本矿井运输大巷的坡度为 4 井下的涌水经大巷流入井底水仓 由水泵房中的水泵 经副井的排水管路排到地面 由地面的排水沟流出井田边界外 4 7 5 移交生产时井巷的开凿位置 初期工程量 1 矿井移交生产时的标准 a 井上 下各生产系统基本完成 并能进行正常的安全的生产 b 三个煤量 达到规定标准 c 回采工作面长度一般不少于设计回采工作面长度的 50 d 工业广场内的行政 公共设施基本完成 e 居住区及其设施基本完成 根据以上标准确定井巷的开凿位置 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 30 2 移交生产时井巷开凿的位置 在矿井设计中 全矿年产量由一个综采工作面保证达产 移交生产时 运输上山 轨 道上山已经掘进到开采位置 煤层运输平巷 回风平巷已掘完并通过区段石门与上山相连 然后掘开切眼 贯通上下顺槽 3 初期工程量 初期移交工程量是指移交时掘进的各类巷道硐室 井筒等为生产服务的设施的总的掘 进体积 初期移交开拓工程量见表 4 9 表 4 9 拓工程量 Table 4 9 opening works 名称 长度 m 掘进断面 掘进体积 3 m 主井 750 44 18 33600 副井 710 50 26 35685 井底车场 350 12 8 4480 运输大巷 780 12 8 9984 辅运大巷 500 12 8 6400 回风大巷 850 17 3 14705 运料斜巷 200 12 8 2560 进风斜巷 200 12 8 25601794 运输平巷 914 13 4 11248 辅运平巷 955 10 4 9932 回风平巷 835 10 4 8684 开切眼 209 26 5434 合计 159557 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 31 5 采准巷道布置 5 1 设计采区的地质概况及煤层特征 5 1 1 采区概况 设计采区为一采区 该采区位于井田西翼 西至井田边界中部 东部边界到工业广场 保护煤柱线及其延长线 大巷布置在 400 水平 采区平均走向长 1856 米 倾斜长 1919 米 煤层倾角平均 6 属于缓倾斜煤层 采区内地质构造简单 无断层 煤变质程度高 煤质好 绝对涌出量为 13 73m3 min 发火期短 煤层直接顶较厚并且稳定 5 1 2 煤层地质特征 一采区做为首采区 采区开采三层煤 煤层平均倾角为 6 属于缓倾斜煤层 采区内 地质构造简单 无断层 煤质较好 水分含量 0 36 3 55 瓦斯相对涌出量为 13 73m3 t 煤尘无爆炸性危险自然发火期为 12 个月 煤层顶底板较为稳定 5 1 3 采区生产能力及服务年限 采区储量 Zc 356 14 1 4 cos6 7016 万 t 采区边界煤柱损失量 Zp 1855 9 30 14 1 4 1918 5 30 14 1 4 201 万 t 采区可采储量 Z Zc Zp 6759 万 t 采区生产能力的基础是采煤工作面生产能力 而采煤工作面的产量取决于煤层厚度 工作面长度及推进度 一个采煤工作面日产量 crMLLA 10 5 1 式中 A0 工作面单产 吨 日 L 工作面长度 米 L1 日推进度 米 M 采高 米 r 容重 1 4 C 工作面的回采率 95 所以 0 A 209 8 65 1 4 0 95 3 5 8416t 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 32 同时考虑 10 的掘进出煤 则采区生产能力为 A A0 330 1 1 305 万 t a 采区服务年限 T E A 5 2 式中 E 可采储量 万吨 A 平均生产能力 万吨 年 则采区服务年限 T 6759 300 1 3 17 3a 5 2 采区形式 采区主要参数的确定 5 2 1 采区形式 按照煤层群开采的联系为联合准备 即各煤层共用运输大巷和轨道大巷 煤层倾角平 均为 6 瓦斯量低 顶底板均无较大涌水 根据煤层赋存条件 本设计采用走向长壁采煤 法 5 2 2 采区上山数目 位置及用途 设计采区采用一套大巷 开掘在最下部的底板岩石层中 至于运输大巷的用途 运输 大巷作为采区的主运输 其内铺设皮带 运输采区工作面的出煤 轨道大巷铺设轨道作为 采区的辅助运输 运送矸石 设备 材料 兼作行人 5 2 3 区段划分 根据矿井的地质条件和工作面的合理长度 209m 采区采用走向长壁采煤法 采区倾 向长 1888 米 其中留 3 8m 的区段平巷 区段间保护煤柱留 8 米宽 则本采区可以划分为 8 个区段 边界煤柱 30 米 5 2 4 区段平巷的布置方式 区段平巷是直接与回采工作紧密联系的回采巷道 在综采工作面采煤时 采用双巷布 置时通常区段回风平巷超前区段运输平巷沿腰线掘进 既可探明煤层变化情况又便于辅助 运输及排水 同时在瓦斯含量大 采区走向长度长 采区涌水量大的采区 采用双巷掘进 有利于掘进通风和安全 取其优点 本采区的区段平巷的布置方式采用双巷布置 区段煤 柱取 25 米 运输平巷和辅运平巷 回风平巷断面见图 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 33 图 5 1 运输平巷断面图 Fig 5 1 Transport tunnel cross section fig 图 5 2 辅运平巷断面图 Fig 5 2 Transport tunnel cross section fig 冯帅 长平四矿 3 0Mt a 新矿井设计 34 图 5 3 回风平巷断面图 Fig 5 3 Transport tunnel cross section fig 5 2 5 层间或分层间的联系方式 各层煤之间的联系方式 采用开掘进风行人斜巷 运料行人斜巷与带区平巷连接形成 完整的生产系统 5 3 采区车场及硐室 5 3 1 车场形式 由于采区的运输通过运输平巷中的胶带直接运输到位于工业广场保护煤柱下方的采 区煤仓 辅助运输通过行人进风斜巷直接到达辅运平巷 故此处不设车场 5 3 2 采区煤仓 在采区煤仓的尺寸确定之前 首先对煤仓的容量进行确定 按循环产量计算煤仓容量 Q Q L l h r 5 3 式中 L 工作面长度 米 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 35