-煤矿通风设计及矿井粉尘防治.doc

摘摘 要要 本次设计是开采杨千堡煤矿 8 1 号煤层 煤层厚度为 2 4m 据井田外围资 料调查该井田为低瓦斯矿井 煤层均有爆炸危险性 煤的自然倾向为自燃煤层 杨千堡煤矿位于山西省大同市 无论公路还是铁路 交通运输均较方便 地理坐标为北纬 40 00 40 40 02 34 东经 112 49 45 112 53 30 工业广场的位置位于井田中部 采用斜井立井混合开拓方式 主斜 井 副立井及风井的断面分别为 14m2 14 m2 28m2 开拓方案一为主斜井副立 井的开拓方案 方案二为双斜井的开拓方案 经过掘进量和经济的比较 所以 选择开拓方案一 开拓方案一划分为三个采区 矿井达产时的首采区定为一采 区 工作面长度为 200m 推进长度为 1010m 回采工艺采用后退式 综合机械 化采煤法 采空区采用全部跨落法管理顶板 矿井通风采用抽出式通风 矿井 总风量为 72m3 s 通风困难时期和容易时期的风阻分别为 1808 74Pa 657 99pa 通风机的型号为 2K56 轴流式通风机 风量范围为 50 200 m3 s 风压范围为 400 3000pa 关键词 矿井开拓 采煤方法 综合机械化采煤 ABSTRACT This design is for Yangqianbao coal 8 1 seam The thickness of coal seam coal seam is 2 4m According to the field investigation of the peripheral information compartmentalized the coal mine is low gas And the coal seams are explosion hazard Yangqianbao is located at DongTong city of Shanxi Province so whatever road or rail transportation are more convenient Geographic coordinates for longitude 112 49 45 112 53 30 north latitude 40 00 40 40 02 34 The position of industrial square is in central compartmentalized The mine adopts the main slope and the auxiliary vertical shaft development plan The section of the main slope vice shaft and air shaft section respectively are 14 m2 14 m2 28 m2 Pioneering scheme one is the main shaft and the auxiliary vertical shaft Pioneering scheme two is double the main slope After heading quantity and economic comparison so choose pioneering scheme one Pioneering scheme one is divided into three area the first panel is the area one The length of the first mining face is 200m Promoting in length is1010m extraction process is regressive type comprehensive mechanized mining methods Mined out area using all cross fell method management roof Mine ventilation use drawer type mine ventilation total volume air for 72 m3 s difficult period and easy period of wind resistance is 1808 74Pa 657 99pa respectively The 2K56 spin axial flow fan is used air volume scope is 50 to 200 m3 s air pressure range is 400 to 3000Pa Keywords mine exploit mining method comprehensive mechanized mining method 目目 录录 1 1 井田概况井田概况 1 1 1 1 设计项目 1 1 2 项目设计依据 1 1 3 建设单位基本情况 1 1 4 地理概况 1 1 4 1 地理位置 1 1 4 2 交通情况 1 1 4 3 地形地貌 2 1 4 4 水系河流 2 1 4 5 气象 2 1 4 6 地震 2 1 5 井田开拓与开采 4 1 5 1 井田境界 4 1 5 2 储量计算 4 1 5 3 采煤工艺及主要设备 5 1 6 提升 通风 排水和压缩空气 制氮设备 6 1 6 1 提升系统 6 1 6 2 排水系统 6 1 6 3 压缩空气 制氮设备 7 2 2 矿井开采与开拓矿井开采与开拓 8 8 2 1 煤层埋藏及开采条件 8 2 1 1 煤系地层及特征 8 2 1 2 煤层及煤质 8 2 1 3 矿井地质构造 10 2 2 矿井主要灾害因素及安全条件 11 2 2 1 煤层瓦斯 11 2 2 2 煤层自燃倾向性及煤尘爆炸性 11 2 2 3 煤层顶 底板情况 11 2 2 4 煤层岩性 12 2 2 5 地温 12 2 3 井田开拓方式 12 2 3 1 井筒布置方案 12 2 3 2 方案选择 14 2 3 3 井壁结构 15 2 3 4 采区布置 16 2 4 井底车场及硐室 17 2 4 1 车场形式 17 2 4 2 硐室名称及位置 17 2 4 3 支护方式 17 3 3 采区巷道布置及开采方法设计采区巷道布置及开采方法设计 1818 3 1 采区布置 18 3 1 1 首采区特征 18 3 1 2 采区巷道布置 18 3 1 3 工作面支护 19 3 2 采煤方法及采煤工艺 19 3 2 1 采区煤层开采条件 19 3 2 2 采煤方法的选择 19 3 2 3 采煤工艺 19 3 3 回采工作面主要设备 20 3 3 1 采煤机 20 3 3 2 输送机 20 3 3 3 转载机和破碎机 21 3 4 采煤工作面生产能力 21 3 4 1 采煤工作面生产能力论证 21 3 4 2 采煤工作面年推进度 21 3 4 3 采煤工作面生产能力计算 21 3 5 采区煤炭运输 辅助运输 通风及排水系统 22 3 5 1 运煤系统 22 3 5 2 材料设备等辅助运输系统 22 3 5 3 通风系统 22 3 5 4 排水系统 23 4 4 矿井通风矿井通风 2424 4 1 矿井通风方式及矿井通风系统 24 4 1 1 矿井通风方式 24 4 1 2 矿井通风系统 24 4 1 3 风井数目 位置 服务范围及服务时间 24 4 1 4 掘进和硐室通风 24 4 2 矿井风量 风压及等积孔的计算 24 4 2 1 矿井风量计算 24 4 2 2 风量分配 29 4 2 3 通风网路解算及负压计算 30 4 2 4 矿井等积孔计算 30 4 3 通风设施 防止漏风和降低风阻的措施 32 4 3 1 矿井通风主要设施 32 4 3 2 防止漏风和降低风阻的措施 32 4 4 矿井通风设备 32 4 4 1 主通风机 32 4 4 2 电动机 34 4 4 3 通风机反风 34 4 4 4 通风机房配电及控制 36 4 5 降温措施及设备选型 36 4 5 1 矿井热源 36 4 5 2 热环境危害 36 4 5 3 通风降温方法 37 4 5 4 井筒防冻 38 5 5 矿井粉尘防治矿井粉尘防治 3939 5 1 煤尘爆炸性 39 5 2 矿井综合防尘措施 39 5 2 1 矿井综合防尘措施 39 5 2 2 采掘工作面防尘措施 40 5 2 3 煤层注水防尘 41 5 2 4 井下消防洒水系统 44 5 3 防爆措施 45 5 3 1 预防煤尘爆炸一般性措施 45 5 3 2 消除引爆火源措施 47 5 4 隔爆水棚 48 5 4 1 隔爆水棚设置地点 48 5 4 2 隔爆水棚 48 5 4 3 水棚的布置与计算 49 5 4 4 供水水源 50 参考文献参考文献 5151 致致 谢谢 5252 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 1 1 井田概况井田概况 1 1 设计项目 大同煤矿集团有限责任公司杨千堡矿井 杨千堡煤矿 以下亦称井田 位于山西省大同市左云县店湾镇东周窑村附近 东北距大同市约 60km 西距左云县县城约 15km 行政区划属大同市左云县店湾镇 地理坐标为 北纬 40 00 40 40 02 34 东经 112 49 45 112 53 30 1 2 项目设计依据 1 煤矿安全规程 2004 年版 2 采矿工程设计手册 3 煤矿矿井风量计算方法 4 煤矿生产现状及开采技术条件 1 3 建设单位基本情况 项目建设单位为大同煤矿集团有限责任公司 广州珠江电力燃料有限公司和大 同鹊山精煤有限责任公司 所占股份分别为 60 30 10 1 4 地理概况 1 4 1 地理位置地理位置 杨千堡井田位于山西省左云县东 东起北杏庄 西至胡家屯 北起东窑头 南 至南杏庄 隶属于大同煤矿集团有限责任公司 1 4 2 交通情况交通情况 井田北东距大同市约 60km 西距左云县县城约 15km 邻近西北边界有 109 国道 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 2 通过 井田内有东周窑煤炭集运站 与京包线 大秦线 北同蒲线相连 井田内各 乡村 各煤矿之间有简易公路相通 通往全国各地 交通十分方便 详见图 1 1 交 通位置图 1 4 3 地形地貌地形地貌 杨千堡井田地处山西黄土高原向内蒙古高原的过渡地带 属晋西北低山丘陵区 为黄土丘陵地貌 地形起伏不大 冲沟发育 地势南高北低 一般海拔标高 1350 1500m 最高海拔标高 1607 9m 最低海拔标高 1219 2m 最大相对高差 388 7m 井田内多被第四系黄土覆盖 冲沟中可见零星的白垩系和侏罗系地层出露 1 4 4 水系河流水系河流 井田内水系不发育 较大的水系为十里河上游段 在近井田西北边界外由西南 向东北方向流过 只有一段流经井田北部 十里河常年有水 往东北流入御河 再 汇入桑干河 1 4 5 气象气象 本区属半干旱大陆性季风气候 冬季严寒 夏季炎热 气候干燥 风沙较多 全年气温较低 年平均气温为 5 1 一月均温零下 14 7 月均温 17 25 以年温差与日温差大为特点 极端最高温度为 39 9 极端最低温度为 35 一 般日温差在 20 左右 年降雨量分配不均匀 年降水量多集中在 7 8 9 三个月 约占全年降水量的 60 70 年最大降水量为 628 3mm 年最小降水量为 259 3mm 年平均蒸发量为 1847 8mm 风沙天气占全年的 30 左右 多集中在冬 春季 历年冻土月份为 11 月至第二年 4 月份 最大冻土深度为 1 61m 1 4 6 地震地震 区内地震基本烈度属 度区 地震动峰值加速度为 0 15g 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 3 图 1 1 交通位置图 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 4 1 5 井田开拓与开采 1 5 1 井田境界井田境界 杨千堡井田由 3 个拐点坐标圈定 东西长 7 97km 南北宽 6 51km 面积 19 37km2 开采深度由 1544 9m 700m 1 5 2 储量计算储量计算 1 矿井地质资源量 井田内各主要可采煤层层位稳定 厚度变化不大 计算公式 1 1 10000 DHS Q 式中 Q 区域资源储量 万 t S 区域水平面积 m2 H 区域平均厚度 m D 煤层平均视密度 t m3 其中 8 1 号煤层为薄 中厚煤层 区内比较稳定 区域平均厚度为 2 30m 煤 层平均视密度为 1 45t m3 所以 Q 19370000 2 30m 1 45t m3 10000 6459 90 万 t 2 矿井工业资源量 根据 煤炭工业矿井设计规范 GB50215 2005 中关于矿井工业储量的计算方法 矿井工业资源 储量 111b 122b 333k 式中 k 可信度系数 取 0 9 根据钻孔布置 在矿井地质资源量中 45 是探明的 20 是控制的 其中探 明的 控制的资源量和占总资源量的 65 则矿井工业资源量计算为 Z111b 6459 90 万 t 45 85 2470 57 万 t Z122b 6459 90 万 t 20 85 1098 18 万 t Z333k 6459 90 万 t 35 0 9 2043 59 万 t 由于东周窑井田总资源 储量为 6459 90 万 t 其中 探明的内蕴经济资源量 2470 57 万 t 控制的内蕴经济资源量 1098 18 万 t 所以 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 5 矿井工业资源 储量 2470 57 万 t 1098 18 万 t 2043 59 万 t 5612 34 万 t 3 矿井设计资源量 矿井设计资源量按矿井工业资源量的 3 估算 则 矿井设计资源量 5612 34 5612 34 3 5443 97 万 t 4 矿井设计可采储量 矿井设计可采储量按矿井工业资源量的 2 估算 则 矿井设计可采储量 5443 97 5443 97 2 5335 09 万 t 5 矿井设计生产能力 根据煤层赋存情况和矿井设计可采储量 按煤炭工作矿井设计规范规定 将矿 井设计生产能力规定为 0 6Mt a 6 矿井服务年限 矿井水平服务年限均按下式计算 1 2 KA Z T 式中 T 服务年限 a Z 设计可采资源 储量 万 t A 设计生产能力 60 万 t a K 储量备用系数 取 1 3 则 矿井服务年限 5335 09 60 1 3 68 4a 1 5 3 采煤工艺及主要设备采煤工艺及主要设备 采区采用 8 1 号煤层厚度 0 00 4 93m 平均厚度 2 30m 设计采用综合机械化 采煤 1 配套设备 工作面设备 DY 150 型单滚筒采煤机 SGZ 80 型刮板输送机各一部 DZ 25 型单体液压支柱 1200 棵 HDJA 1000 型金属铰接顶梁 1030 根 YQ 100c 1100 型推 移输送机千斤顶 32 台 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 6 运输平巷设备 SGW 40T 型刮板输送机 6 部 SGW 44 型刮板输送机 1 部 XRB 2B 型乳化液泵站 2 站 MZ2 12 型煤电钻 3 台 13kw 水泵 3 台 2 工艺过程 单滚筒采煤机双向隔煤 往返进一刀 截深 1m 上行隔顶煤 随即挂梁 下行 割底煤 清浮煤 推移输送机 打立柱 回柱放顶 上下端头人工开切口 采用直 接插入法进刀 工作面采用齐梁齐柱正悬臂走向棚子支护 三 四排 控顶 排距 1 0m 柱距 0 7m 每架棚子用 2 到 3 片竹笆封顶 顶板破碎严重时 挂梁后在原棚间套打 一 梁二柱 木板棚 3 劳动组织 工作面三班作业 边采边推 设备检修在交接班时间和强制检修时间内进行 1 6 提升 通风 排水和压缩空气 制氮设备 1 6 1 提升系统提升系统 1 主斜井提升设备 主斜井井筒净宽 4000mm 井筒倾角 20 主斜井担负全矿井原煤的提升及进风 任务 主斜井装备一台带宽 B 1800mm 的钢绳芯带式输送机提升原煤 井底无井底煤 仓 2 副立井提升设备 副立井采用单罐提升 担负全矿矸石提升 人员升降 材料及小型设备运送等 辅助提升任务 提升容器采用一对特制多绳宽罐笼 1 6 2 排水系统排水系统 选用 MD450 60 9 型矿用耐磨泵 该泵的过流部件采用耐磨材料 各配合表面 采取特殊工艺处理 泵性能范围广 具有效率高 汽蚀性能好 耐磨损及使用寿命 长等特点 主排水泵 10kV 电源由井下主变电所直供 选择 QBRG 150 10K 型高压隔爆软 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 7 起动器控制水泵的起停 配备一套隔爆兼本质安全排水自动化装置 实现矿井主排 水自动化 并纳入全矿综合自动化系统 1 6 3 压缩空气 制氮设备压缩空气 制氮设备 1 压缩空气 矿井需要使用压缩空气的场所有 1 井下大巷掘进工作面及顺槽掘进工作面的风动工具 2 用于井下灾害防治设置的压风自救系统 3 井下防灭火系统制取氮气 综合考虑采用 地面集中设置方案 地面集中设置 方式 在地面集中设一座压风与制氮联合建筑 将提供动力 用空压机与制氮用空压机统筹考虑进行设备选择 布置 共用附属系统 该方案将 设备集中设于一处 易于实现现代化集中管理 合理选择空压机运行台数 调节工 况 可最大限度地节约能源 降低运行费用 地面分散设置 方式 单独建空压机站与制氮站 该方案不仅设备分散 占 地面积增加 而且需各自考虑备用及设附属系统 造成资源的浪费 增加了初期的 投资 按全矿井用风量配备空压机 为井下风动工具及制氮设备提供压缩空气 设计 选择 M350 2S 型螺杆空气压缩机 9 台 8 台工作 1 台备用 空压机单台排气量 64 1m3 min 额定排气压力 0 85MPa 配套电动机 10kV 350kW 2 制氮设备 制氮设备选用 PSA 3000 98 型变压吸附制氮装置三套 三套制氮装置共同工作 可满足井下两个工作面同时注氮量的需求 制氮装置主要技术参数如下 氮气流量 3000Nm3 h 氮气纯度 98 输出压力 0 7MPa 制氮装置附属设施 包括过滤器 高效除油器 干燥机 精滤器 氮气缓冲罐等由制氮装置供货商成套 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 8 2 矿井开采与开拓矿井开采与开拓 2 1 煤层埋藏及开采条件 2 1 1 煤系地层及特征煤系地层及特征 井田位于大同煤田西部 地表出露的地层由老到新有侏罗系下统永定庄组 中 统大同组 云冈组 白垩系下统左云组地层 第三系上新统 第四系更新统 全新 统 钻孔揭露的地层有二叠系 石炭系及奥陶系 现按地层层序由老至新分述如下 1 奥陶系下统冶里组 O1y 主要岩性为厚层状结晶白云质灰岩薄层泥岩和黄绿色泥岩 底部为竹叶状灰岩 泥灰岩和钙质泥岩三者互层 本组厚 50 135 m 在 ZK718 ZK821 ZK1528 ZK2312 ZK1510 ZK2300 六个抽水孔中揭露 100m 未 见底 据资料记载含化石有 链房螺 Hormotoma sp 正形贝 Orthis sp 蛇卷螺 Ophileta sp 树笔石 Dendrograptus sp 与下伏寒武系地层呈整合接触 2 石炭系中统本溪组 C2b 底部为一层极不稳定的山西式铁矿 其沿走向 倾向常相变为含铁泥岩 泥岩 下部为灰紫色 灰绿色致密块状铝土质泥岩 中上部为灰白色 灰褐色细砂岩 粉 砂岩 砂质泥岩 钙质泥岩夹一薄层含生物碎屑灰岩 K1 灰岩 俗称口泉灰岩 本 组厚 31 40 m 一般厚 33 m 本组地层含化石有 纺锤蜓 Fusulina sp 珊瑚 Chaetetec sp 海百合茎 Crinoidea 石燕 Spirifer sp 等化石 本组与下覆下奥陶系冶理组呈低角度不整合接触 3 石炭系上统太原组 C3t 是区内主要含煤地层之一 4 二叠系下统山西组 P1s 是区内主要含煤地层之一 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 9 2 1 2 煤层及煤质煤层及煤质 1 煤层 8 1 号煤层区内稳定可采 煤层厚度由 0 00 4 93m 平均厚度 2 30m 其厚度变 化特征为 由西向东依次为薄煤层 中厚煤层 厚煤层 由北向南厚度增大 结构简单 夹矸 0 2 层 层厚 0 17 0 43m 含 1 到 2 层夹矸的孔 位于井田东 部 即 ZK1423 ZK1524 ZK1627 ZK1728 ZK1831 等孔 西 北部零星出现 该煤层沉积缺失两处 其一为北部未见煤孔有 ZK718 ZK918 ZK920 ZK821 等孔 其二为南西部未见煤孔有 ZK2108 ZK2312 ZK2706 等孔 2 煤质 1 煤的物理性质和煤岩特征 8 1 号煤层在区内主要表现为半亮煤和半暗煤 煤岩组分以亮煤 半亮煤为主 暗煤少量 呈玻璃 油脂光泽 线理 条带状结构 条痕呈黑褐色 硬度在 2 级以 下 性脆易碎 断口呈参差状 阶梯状 内生裂隙较发育 镜质组 以基质镜质体为主 其次为无结构镜质体 少量结构镜质体组成 惰质组 丝质体为主 其次微粒体和粗粒体 有少量火焚丝质体 壳质组 角质体 小孢子体 为主 少量大孢子体 树脂体 树皮体 粘土类 以层状粘土占比例较多 其次是分散状粘土 少量似层状粘土 硫化铁类 主要为结核状 分散状黄铁矿 2 煤的化学性质 水分 8 1 号煤层原煤含量由 0 56 7 37 平均 3 12 灰分 8 1 号煤层原煤含量由 8 70 38 36 平均 27 69 元素组成 8 1 号煤层 Cdaf 82 11 Hdaf 5 05 Ndaf 1 34 Odaf 10 61 煤的硫分 8 1 号煤层原煤由北向南从高硫煤 中硫煤 低中硫煤 局部出 现零星小范围的高硫区 微量元素 8 1 号锗含量由 1 00 17 00 10 6 平均 2 38 10 6 镓含量由 8 00 34 00 10 6 平均 18 79 10 6 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 10 3 工艺性能 煤层粘结指数 GR I 值在 0 72 之间 胶质层 Y 值在 0 10mm 之间变化 焦 块最终收缩度 X 值 5 63 熔合状态为凝结 熔合 偶有粉状和全熔现象发生 焦渣特征 2 6 其结焦性差 属不粘 中等粘结性煤 热量 原煤 Qnet ad 一般在 16 30 30 63MJ kg 影响发热量的主要因素是煤中矿 物质含量 发热量随灰分产率成反比变化 4 气化性能 煤对 CO2的反应性 按沸腾床发生炉用煤要求 CO2还原率在 900 950 应大 于 60 本区各煤层测试结果 6 9 23 8 均达不到此值 反应性不高 煤灰熔融性 ST 1350 为较高软化温度灰 5 煤类 本区煤层变质类型属低变质煤 镜质组最大反射率在 0 65 0 67 之间 属 变质阶段 透光率 Pm 在 87 0 95 0 之间 各煤层 Vdaf在 20 37 00 胶质层 最大厚度 Y 值低于 20mm 根据 中国煤炭分类国家标准 GB5751 86 以 Vdaf G 值作主要分类指标 Y 值作参考指标划分煤类 全区以长焰煤为主 气煤次 之 零星有贫煤 无烟煤出现 8 1 号煤 以长焰煤为主 仅在井田北东部靠近 F4 断层近侧零星出现不粘煤 弱粘煤 2 1 3 矿井地质构造矿井地质构造 井田内只有两个正断层 即 F14正断层 位于东窑头 F1 断层西侧 北杏庄以北 由 J49 孔控制 地表无 出露 断层走向北东 70 倾向南东 倾角 70 落差 20m 全长约 1600m 是 F1 断裂的分支断裂 为一北西盘上升 南东盘下降的正断层 F16正断层 位于东窑头 F1 断层西侧 北杏庄以北 由 J49 孔控制 地表无 出露 断层走向北东 70 倾向南东 倾角 70 落差 20m 全长约 1000m 为一 北西盘上升 南东盘下降的正断层 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 11 2 2 矿井主要灾害因素及安全条件 2 2 1 煤层瓦斯煤层瓦斯 可采煤层瓦斯含量 CH4为 0 03 0 77ml g daf 平均 0 37ml g daf CO2为 0 1 25 ml g daf 平均 0 152 ml g daf N2为 0 07 3 82 ml g daf 平均 1 38 ml g daf C2 C8 为 0 0 012 ml g daf 平均 0 002 ml g daf 矿井 8 1 号煤层开采时 单个回采工作面最大绝对瓦斯涌出 4 69m3 min 单个 掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量 0 26 m3 min 采空区最大绝对瓦斯涌出量 13 22m3 min 矿井最大绝对瓦斯涌出量 24 94m3 min 最大相对瓦斯涌出量 1 19m3 t 其中回采工作面瓦斯涌出占 38 掘进瓦斯涌出占 9 采空区瓦斯涌出 占 53 按照 煤矿安全规程 第 133 条的规定 东周窑煤矿 8 1 号煤层埋深 520m 以上 区域开采时均属于低瓦斯矿井 2 2 2 煤层自燃倾向性及煤尘爆炸性煤层自燃倾向性及煤尘爆炸性 补勘工作对山 8 1 号煤层分别进行了煤的自燃 煤尘爆炸 6 个采样点 ZK718 ZK821 ZK1116 ZK1320 ZK1520 ZK1720 29 个样品分析测试 其 结果是区内各煤层均具有煤尘爆炸的危险性 8 1 号煤层 火焰长度 5 20mm 抑制 煤尘爆炸最低岩粉用量为 20 35 煤尘具有爆炸危险性 区内各煤层的煤化程度低 煤中丝质组分含量高 存在着自燃的内在因素 从 山西省煤炭地质研究所检验报告结果看 吸氧量 0 8784cm3 g 自燃等级为 级 煤 的自燃倾向性为容易自燃 自燃发火期为 6 个月 地质报告无分煤层自燃倾向鉴定 结果 建议矿方尽快对各可采煤层自燃倾向性进行鉴定 2 2 3 煤层顶 底板情况煤层顶 底板情况 煤层顶底板岩性特征 8 1 号煤层直接顶板以泥岩 砂质泥岩为主 砂岩次之 直接底板以泥岩 粘土岩为主 砂岩次之 顶板岩体结构以层状 薄层状结构为主 底板岩体结构则以层状 薄层状 结构为主 块状结构次之 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 12 可采煤层顶底板岩体物理力学和水理性能 8 1 号煤层顶底板均为较坚硬岩 岩 体稳定 2 2 4 煤层岩性煤层岩性 岩体质量评述 8 号煤层顶板 RQD 值由 50 0 100 属岩体中等完整 岩体 完整 质量等级为 级 底板 RQD 值由 38 3 100 属岩体完整性差 岩 体完整 质量等级为 级 2 2 5 地温地温 据本区全部钻孔简易测温统计分析 所有钻孔中孔内温度较稳定 平均从 80m 处开始进入增温区 随着测量深度加深井温值逐步升高 井温梯度变化在浅部较小 在深部井温梯度变化较大 以 80m 处为分界点 各钻孔井温梯度变化范围为 1 53 3 16 100m 地温梯度平均为 2 13 100m 不大于临界的 3 100m 不属于 地温异常区 2 3 井田开拓方式 2 3 1 井筒布置方案井筒布置方案 根据选定的矿井工业场地及主 副井筒形式 结合井田形状及煤层赋存条件 对井下开拓巷道布置提出了两个具有代表性的井田开拓方案 分述如下 方案一 初期在选定的矿井工业场地布置有三个井筒 即主斜井 副立井 中 央回风立井 主斜井 布置于矿井工业场地中部地区 井筒倾角 20 净宽 5 0m 净断面 14m2 井口标高 1378 15m 井底标高 862 12m 落底于主采 8 号煤层 斜长 1428 4m 装备 1800mm 宽的钢绳芯带式输送机 担负矿井的煤炭提升任务 铺设台 阶 兼矿井进风井和安全出口 副立井 净直径 4 0m 净断面 14m2 井口标高 1341 55m 落底于主采 8 号 煤层 井底标高 831 0m 垂深 510 55m 装备一对可以直接进出 3t 小型无轨胶轮 车非标宽罐笼 担负普通材料 设备和人员及矸石辅助提升任务 兼矿井进风井 中央回风立井 净直径 4 0m 净断面 14m2 井口标高 1340 65m 井底标高 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 13 825 0m 垂深 515 65m 担负矿井的回风任务 装备梯子间 兼矿井安全出口 为满足矿井通风 运输要求 各水平每组大巷均采用 三巷制 各巷道中心线 间距 35m 为减小大巷煤柱损失 各水平大巷重迭布置 矿井通风方式采用机械抽出式通风 通风系统初期采用中央并列式 后期采用 分区式 矿井煤炭运输采用胶带输送机运输方式 方案二 初期井筒个数及装备同方案一 在选定的矿井工业场地布置有三个井 筒 即主斜井 副斜井 中央回风立井 为满足矿井通风 运输要求 各水平每组大巷均采用 三巷制 各巷道中心线 间距 35m 为减小大巷煤柱损失 各水平大巷重迭布置 主斜井 副立井开拓可以 充分发挥主辅提升能力大 系统简单 通过风量大 技术经济效果好的优点 是中 型矿井比较合理的开拓方式 在选定的矿井工业场地布置有三个井筒 即主斜井 副斜井 中央回风立井 主斜井 布置于矿井工业场地中部地区 井筒倾角 20 净宽 5 0m 净断面 14m2 井口标高 1378 15m 井底标高 862 12m 落底于主采 8 号煤层 斜长 1428 4m 装备 1800mm 宽的钢绳芯带式输送机 担负矿井的煤炭提升任务 铺设台 阶 兼矿井进风井和安全出口 副斜井 井筒倾角为 19 净宽为 4 0m 净断面 14m2 井口标高 1385 68m 落底于主采 8 1 号煤层 井底标高 851 75m 垂深 533 93m 斜长为 1395 89m 担 负普通材料 设备和人员及矸石辅助提升任务 兼矿井进风井 中央回风立井 净直径 4 0m 净断面 14 27m2 井口标高 1340 65m 井底标 高 825 0m 垂深 515 65m 担负矿井的回风任务 装备梯子间 兼矿井安全出口 矿井通风方式采用机械抽出式通风 通风系统初期采用中央并列式 后期采用 分区式 矿井煤炭运输采用胶带输送机运输方式 2 3 2 方案选择方案选择 方案一与方案二在矿井工业场地 移交生产时井筒布置方面均相同 因此其井 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 14 筒 工业场地布置及地面工程均不具备可比性 本次设计着重就井下开拓 开采 运输等方面进行比较 其经济比较见表 2 1 技术比较见表 2 2 表 2 1 开拓方案经济比较表 序号井下可比项目方案一方案二方案一比方案二 工程量工程量 m m 12950 514258 5 1308 0 1 1 开拓巷道开拓巷道 投资投资 万元万元 35483 139068 3 3585 2 数量数量 部部 23 2 2 煤炭运输设煤炭运输设 备备 投资投资 万元万元 5064 86804 0 1739 2 3 3 合计合计 5324 4 4 4 巷道压煤量巷道压煤量 万万 t t 3333 94100 7 766 8 表 2 2 开拓方案技术比较表 方案一方案二 优优 点点 1 1 移交生产时井巷工程量较方案一少 其建井工移交生产时井巷工程量较方案一少 其建井工 期短 期短 2 2 工作面连续推进长度一般在工作面连续推进长度一般在 3600m m 左右 不论左右 不论 从工作面搬家倒面方面还是煤层自燃防治方面均从工作面搬家倒面方面还是煤层自燃防治方面均 比方案二有利 比方案二有利 3 3 方案一较方案二所产生的三角煤少 最大程度方案一较方案二所产生的三角煤少 最大程度 上减少了资源损失 上减少了资源损失 1 1 井下巷道布置平直 利用井下辅助井下巷道布置平直 利用井下辅助 运输 运输 缺缺 点点 1 1 井下巷道布置较方案二复杂 不利用井下辅助井下巷道布置较方案二复杂 不利用井下辅助 运输系统运行 运输系统运行 1 1 井田中部工作面推进方向由南向北 井田中部工作面推进方向由南向北 其煤流系统存在反向运输情况 增加其煤流系统存在反向运输情况 增加 运营费用 运营费用 2 2 矿井移交生产时井巷工程量大 建矿井移交生产时井巷工程量大 建 井工期较方案二长 且井田总的开拓井工期较方案二长 且井田总的开拓 工程量亦比方案一长 工程量亦比方案一长 3 3 井下所产生的三角煤多 不利用工井下所产生的三角煤多 不利用工 作面布置 作面布置 方案一不论从经济上还是从技术上均由于方案二 因此本次设计井田开拓方案 推荐方案一 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 15 2 3 3 井壁结构井壁结构 1 井筒所穿岩层岩性 内蒙古自治区煤田地质局 104 勘探队对东周窑矿井工业场地四个井筒共施工 3 个井筒检查钻孔 其中斜井各 1 个 立井各 2 个 根据已施工井筒检查钻孔资料 本区岩层比较稳定 无含水层及流砂层 但在主斜井井筒所穿过岩层中发育有砂砾 层 根据该勘探队在 2008 年 6 月编制的东周窑矿井井筒检查钻孔勘察报告 井筒将 要穿过的地层有 1 第四系 第四系深度 9 40 24 80m 平均 13 75m 岩性组合底部局部发育河床 相砂砾石 下部为浅棕红色亚粘土 Q2 上部为马兰黄土 Q3 第四系不稳定 横向 变化大 2 白垩系左云组地层 白垩系左云组厚度 16 00 153 80m 平均 90 39m 岩性组 合以砂砾岩为主 上部发育两层 3 5m 棕红色砂质泥岩 底部发育一层杂色含砾砂 质泥岩 间夹少量中 粗砂岩 3 侏罗系大同组地层 侏罗系大同组是区内主要含煤地层之一 该组含煤 16 层 其中稳定可采 6 层 局部可采 4 层 不可采 6 层 煤层总厚度 15 37 26 61m 平均厚度 20m 厚度 132 39 176 08m 平均 153 41m 岩性以灰白色砂砾岩 中砂 岩 粗砂岩 细砂岩 粉砂岩为主 砂质泥岩 泥岩及煤层次之 4 侏罗系永定庄组地层 永定庄组厚度 123 53 158 09m 平均 140 07m 岩性 组合以灰白色砂砾岩 粗砂岩为主 间夹中 细 粉砂岩 泥岩 砂质泥岩 5 二叠系山西组 是区内主要含煤地层之一 但井检勘察区不含煤 厚度 51 92 80 71m 平均 70 23m 岩性组合以灰白色砂砾岩 粗砂岩为主 间夹中 细 粉砂岩 泥岩 砂质泥岩 6 石炭系太原组 是区内主要含煤地层之一 厚度 54 80 57 36m 平均 56 08m 岩性组合以灰白色砂砾岩 粗砂岩 煌斑岩 砂质泥岩为主 间夹中 细 岩 泥岩 煤 2 井壁结构及施工方法 从上述岩层岩性分析 除主斜井穿越砂砾层段外 其余井筒所穿过的岩层初步 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 16 可以确定无流砂层 膨胀性软岩等不良地质情况 井筒所穿越的表土层厚度较薄 按现有的资料考虑 副斜井 副立井及回风立井井筒的表土段和基岩段可采用普通 凿井法施工 表土段均采用现浇钢筋混凝土砌碹支护 基岩段副斜井采用锚网喷支 护 立井井筒采用素混凝土砌碹支护 主斜井 副立井及回风立井井筒井壁厚度 对于主斜井 其所穿越岩层中砂砾层平均厚度 21 6m 其涌水量为 25 18m3 h 44 m3 h 主斜井穿越砂砾层长度约为 110m 跟据上述情况 设计在主斜 井井筒两侧布置降水井 降水井深 60m 降水井直径 450mm 下入内径 300mm 预 应力水泥焊接井管 井管中实管长 40m 花管长 20m 花管外包 60 目尼仑网一层 在井筒与井管间填入适当滤料 井壁预支护采用 18 槽钢钢支架 分段连接 间距 500mm 前 5m 处采用密集 支护并与 U29 钢棚使用槽钢焊接加固 40mm 超前钢导管棚 间距 200mm 每根 长 2 0m 搭接长度 100mm 全断面铺设 6 5mm 钢筋网片 规格 700 1000mm 网格 100 100mm 搭接长度 100mm 喷 C25 砼 厚度 200mm 巷道底板采用 18 槽钢反拱支架与边墙钢支架对接 钢支架间距 500mm 安装钢支架时 钢支架 之间使用 16mm 螺纹钢拉杆连接 拱部 3 根 腿部 4 根 为使钢支架整体稳定 安装后再用 20 螺纹钢整体焊接连接 间距 1000mm 此段支护目的是快速通过 含水砂砾层 防止巷道垮冒 确保施工安全 为后期施工创造条件 在过含水砂砾层巷道预支护完成后 永久支护前全断面铺设隔水板 隔水板材 料为硬质化学材料 永久支护采用 C30砼砌碹支护 混凝土添加 BR 防水剂 抗渗等级 S8 厚度 400mm 巷道底板 反拱 铺底采用 C30砼 厚度 300mm 600mm 浇筑至巷道设 计开挖底板 2 3 4 采区布置采区布置 井田总体可分为南部采区 北部采区两大块 其中北部采区按开采水平包括一 采区 三采区 南部采区按开采水平包括二采区 其采区接替顺序总体为 一采区 二采区 三采区 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 17 2 4 井底车场及硐室 2 4 1 车场形式车场形式 矿井井下煤炭运输采用胶带输送机运输方式 掘进煤进入主煤流系统 因此 井底车场仅担负辅助运输任务 副立井井底车场内采用无轨胶轮车运输 进出车线长度满足无轨胶轮车调车即 可 达到系统流畅 布置紧凑 工程量省的目的 矿井仅在副斜井井筒下部平车场铺设轨道 担负重型及大件设备和长材料的提 升和下放任务 辅助提升量不大 空重车线长度均取 30m 副斜井井底采用 CCG12 900 100A 型防爆柴油牵引车调车方式 2 4 2 硐室名称及位置硐室名称及位置 1 主斜井井底硐室 在主斜井井底设一材料设备换装站 主要担负大型设备和材料的换装和特大型 设备 掘锚机 掘进机 采煤机 端头支架 的组装 将设备 材料换装到车上运往 使用地点 2 副立井井底硐室 设计在副立井井底及附近设置有变电所 等候室 调度室 医务室 消防材料 库 爆炸材料库 井底避难硐室 2 4 3 支护方式支护方式 井底车场巷道均采用锚网喷 锚索支护方式 回风立井井底连接处采用现浇钢筋混凝土支护方式 材料设备换装站 避难硐 室采用锚网喷 锚索 现浇钢筋混凝土的复合支护方式 并考虑在钢筋砼壁后注入充 填材料 以起到密闭和缓冲作用 变电所 井底煤仓 井下爆炸材料库等均采用现 浇混凝土砌碹支护方式 医务室 等候室 井下消防材料库均采用锚网喷 锚索支护 方式 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 18 3 采区巷道布置及开采方法设计采区巷道布置及开采方法设计 3 1 采区布置 3 1 1 首采区特征首采区特征 根据矿井开拓部署 同时考虑山 8 1 号煤层赋存范围及压茬关系 为减少初期 井巷工程量 缩短建井工期 首采区就近布置在一采区和二采区 一采区走向长约 2 3km 倾斜宽约 1 4km 面积约 2 56km2 采区内发育陷落柱 无 煤层赋存比较稳定 水文地质条件简单 一采区 8 1 号煤层可采储量 4434 57 万 吨 可服务 6 34 年 3 1 2 采区巷道布置采区巷道布置 该采区划分为三个区段 准备改采区时 在采区运输石门接近煤层出 开掘采 区车场 从该车场方向 沿东西方向同时开掘运输大巷 轨道大巷以及回风大巷 至采区边界附近 通过采区车场与采区回风石门连接 形成通风系统 采区巷道掘进的原则是 尽量平行作业 尽快形成全负压通风系统 为准备第一区段内的采煤工作面 在该区段上部开掘工作面回风平巷 在第一 区段下部开掘中部车场 用双巷布置与掘进的方法 向采区两翼边界同时开掘第一 区段工作面的运输平巷和第二区段工作面的回风平巷 回风平巷超前运输平巷约 100 150m 掘进 两巷道间每隔 100m 左右用联络巷联通 沿倾斜方向两巷道间煤柱 宽度一般为 8 20m 采深较小 煤层较硬和较薄的地方取较小值 反之取大值 本区段的运输平巷 回风平巷及下一区段的回风平巷掘进至采区边界线后 在 长壁工作面始采位置沿倾斜方向有下向上开掘开切眼 工作面投产后 开切眼就成 为初始的工作面 在掘进上述巷道的同时 还要开掘采煤煤仓 变电所 在以上巷道和硐室中安 装并调试所需的提升 运输 供电和采煤设备后 为第一区段内的两翼工作面便可 投产 随着第一区段工作面采煤的进行 应及时开掘第二区段的车场 运输平巷 开 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 19 切眼和第三区段的回风平巷 准备第二区段的工作面 以保证采区内工作面的正常 生产和接替 3 1 3 工作面支护工作面支护 虑到 8 1 号煤层顶板岩性 并结合高产高效综采工作面的要求 设计综采工作 面液压支架工作阻力宜适当提高 设计选用 ZFS13000 25 38 型四柱支撑掩护式低位放顶煤液压支架 其额定工作 阻力 13000kN 初撑力 10096kN 支护强度 1 23MPa 支撑高度 2500 3800mm 支 架重量 40t 工作面过渡支架选用 ZFG13000 27 5 42H 型过渡支架 工作面端头支护配备 6 架与工作面支架相配套的 ZTZ20000 28 5 42 端头支架 工作面超前 20m 采用 DZ 45 型单体液压支柱配 型钢梁支护 本工作面共选用液压支架 116 架 组 其中 普通放顶煤支架 112 架 过渡支 架 4 架 3 2 采煤方法及采煤工艺 3 2 1 采区煤层开采条件采区煤层开采条件 一采区位于井田西部 主斜井落底点西侧 根据采区内钻孔资料 采区内 8 号 煤层煤层平均厚度为 2 30m 该采区无陷落柱 其回采工作面瓦斯绝对涌出量为 3 52m3 min 3 2 2 采煤方法的选择采煤方法的选择 根据煤层赋存条件及井田开拓布置及井型 结合国内外目前技术装备水平 8 1 号煤层首采区比较适合的采煤方法是综合机械化采煤方法 3 2 3 采煤工艺采煤工艺 采煤机端头斜切进刀 割三角煤采煤 割煤与移架 推前部刮板输送机及拉后 部刮板输送机顺序进行 利用机组滚筒叶片和输送机铲煤板将煤自行装入输送机 工作面采用采煤机双向穿梭割煤 前滚筒割顶煤 后滚筒割底煤 滚筒自旋使其截 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 20 齿将煤破碎 采煤机端头斜切进刀 割三角煤采煤 割煤与移架 推前部刮板输送 机及拉后部刮板输送机顺序进行 利用机组滚筒叶片和输送机铲煤板将煤自行装入 输送机 具体工艺流程为 单滚筒采煤机斜切进刀 割煤 伸缩梁 移架 推前部刮板 输送机 拉后部刮板输送机 确定综采工作面长度应充分考虑地质条件与工作面技术装备水平 工作面长度 的增加 有利于减少辅助作业时间 降低巷道掘进率 有利于提高开机率 盘区回 采率 工作面单产 从而提高工作面效率 工作面地质条件优越 煤层倾角小 厚度大 顶底板稳定 可将工作面长度适 当加大 机械化装备水平越高 要求工作面生产能力越大 工作面长度要与生产能 力相适应 工作面长度越大 对工作面机械设备的可靠性的要求越高 确定工作面 长度 还应考虑顶板管理 煤层瓦斯含量以及工作面通风等因素 条件受限时 工 作面长度不宜过大 根据东周窑矿井可采煤层赋存条件综合确定 8 1 号煤层开采工 作面长度为 200m 3 3 回采工作面主要设备 3 3 1 采煤机采煤机 最近几年