凤凰山矿2.4Mta新井通风安全设计

目目 录录 一般设计部分一般设计部分 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 3 1 1矿区概况 3 1 1 1矿区地理位置 3 1 1 2矿区交通条件 3 1 1 3矿区地形特点 3 1 1 4矿区居民点及工 农业情况 3 1 1 5矿区电力供应 3 1 1 6矿区气候条件及地震条件 3 1 1 7矿区水文情况 3 1 2井田地质特征 3 1 2 1井田的勘探程度 3 1 2 2井田煤系地层概述 3 1 2 3井田地质构造 3 1 2 4井田水文地质特征 3 1 2 5井下岩层地温特性 3 1 3煤层特征 3 1 3 1煤层埋藏条件 3 1 3 2煤层特征及围岩性质 3 1 3 3煤的特征 3 2 井田开拓井田开拓 3 2 1井田境界及可采储量 3 2 1 1井田范围 3 2 1 2井田境界 3 2 2矿井工业储量及可采储量 3 2 3矿井设计生产能力及服务年限 3 2 4井田开拓 3 2 4 1井田开拓的基本问题 3 2 4 2矿井基本巷道 3 2 4 3大巷运输设备选择 3 2 4 4矿井提升 3 3 采煤方法及采区巷道布置采煤方法及采区巷道布置 3 3 1煤层的地质特征 3 3 1 1带区煤层特征 3 3 1 2煤层顶底板岩石构造情况 3 3 1 3水文地质 3 3 1 4地表情况 3 3 2带区巷道布置及生产系统 3 3 2 1带区准备方式的确定 3 3 2 2带区数目及位置 3 3 2 3带区巷道布置 3 3 2 4带区生产运输系统 3 3 2 5带区主要硐室 3 3 2 6带区生产能力 3 3 2 7带区采出率 3 3 3采煤方法 3 3 3 1采煤工艺方式 3 3 3 2回采巷道布置 3 4矿井通风矿井通风 3 4 1矿井通风系统选择 3 4 1 1选择矿井通风系统的原则 3 4 1 2矿井主要通风机工作方法的确定 3 4 1 3确定矿井的通风方式 3 4 2带区通风 3 4 2 1带区通风系统的要求 3 4 2 2工作面通风方式的选择 3 4 2 3工作面风流方向的选择 3 4 2 4通风构筑物 3 4 2 5回采工作面风量 3 4 2 6带区通风系统的评价 3 4 3掘进通风 3 4 3 1掘进通风方式的确定 3 4 3 2 掘进工作面所需风量计算 3 4 3 3 掘进工作面设备选择 3 4 3 4 掘进通风技术管理和安全措施 3 4 4矿井所需风量 3 4 4 1风量计算的原则和方法 3 4 4 2确定矿井所需风量 3 4 4 3确定矿井通风容易时期和困难时期的矿井用风地点 3 4 4 4 矿井通风容易和困难时期的通风网路图及立体图 3 4 4 5 确定带区 全矿的风量分配及矿井所需的总风量 3 4 5矿井通风阻力 3 4 5 1矿井通风阻力计算原则 3 4 5 2容易和困难时期阻力计算 3 4 5 3矿井最大阻力路线 3 4 5 4 矿井总风阻及总等积孔的计算 3 4 6矿井主要通风机选型 3 4 6 1 主要风机选型原则 3 4 6 2矿井的自然风压与静风压 3 4 6 3 主要通风机工况点的确定 3 4 6 4电动机选型 3 4 6 5矿井主要通风设备的配置及要求 3 4 7矿井反风措施及装置 3 4 7 1矿井反风的目的及意义 3 4 7 2主扇的附属装置 3 4 7 3通风机房布置图 3 4 8概算矿井通风费用 3 4 8 1电费 3 4 8 2设备折旧费 3 4 8 3材料消耗费 3 4 8 4通风工作人员工资费用 3 4 8 5专为通风服务的井巷工程折旧费和维护费及其他费用 3 4 8 6矿井的吨煤通风费用 3 4 9 矿井通风系统的综合评价 3 5 矿井安全技术措施矿井安全技术措施 3 5 1矿井灾害概况 3 5 2安全预防措施 3 5 2 1一般安全预防措施 3 5 2 2水灾预防措施 3 5 2 3火灾预防措施 3 5 2 4瓦斯防治措施 3 5 2 5冒顶预防措施 3 5 3矿井粉尘防治 3 5 3 1矿井粉尘的危害 3 5 3 2粉尘分布状况 3 5 3 3 粉尘防治的一般措施 3 5 3 4 煤层注水设计 3 5 4矿井粉尘事故的预防 3 5 5矿井粉尘事故的处理 3 5 6重大事故预防及处理计划的编制 3 参考文献参考文献 126 专题部分专题部分 3 防灭火技术的研究防灭火技术的研究 3 1 前言前言 3 2 煤的自然发展过程煤的自然发展过程 3 2 1煤的自然发展过程 3 2 2影响煤的自燃倾向性的外在因素 3 2 3矿井火灾情况的介绍 3 3 矿井火灾防治矿井火灾防治 3 4 结论结论 3 翻译部分翻译部分 英文原文 3 中文翻译 3 致致 谢谢 3 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第1页 1 矿区概述及井田地质特征 1 1矿区概况 1 1 11 1 1矿区地理位置矿区地理位置 凤凰山矿位于晋城市区北侧5km处 行政区区划属晋城市城区北石店镇和泽州县巴公镇管辖 地理坐标为北纬35 33 21 35 37 28 东经112 49 11 112 53 24 据山西省国土资源厅2002年10月14日为该矿发放的1000000220021号 采矿许可证 井田范围由28个坐标点连线圈定 井田北以杨庄 北堆村连线为界 南和 古书院矿相接 东与王台铺矿为邻 西至白马寺逆断层 井田东西宽约4 3km 南北长约 7 5km 面积29 3485km2 1 1 21 1 2矿区交通条件矿区交通条件 井田东侧2km处有太 原 焦 作 铁路 太 原 洛 阳 公路和晋 城 长 治 高速公路通过 井田至太焦铁路晋城北站间有矿区专用铁路连接 井田南侧7km 处有晋 城 阳 城 晋 城 焦 作 高速公路通过 西侧30km处有侯 马 月 山 铁路通过 井田处交通可谓四通八达 由井田经由铁路 公路向北可到长治 太原 向南可至焦作 郑州 向西可达侯马 西安 交通运输十分便利 矿井交通位置见图1 1 1 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第2页 1 1 31 1 3矿区地形特点矿区地形特点 井田位于太行山西侧 泽州盆地北端 地表呈现为侵蚀的低山 丘陵地貌 井田内 沟壑纵横 梁岭绵延 地形比较复杂 总观井田 北部和东南部基本为第四系黄土覆盖 属丘陵区 中南部基岩大片出露 地势相对较高 为低山区 井田总的地势为南高北 低 西高东低 地形最高点位于南部边界处山梁 标高1018 6m 最低点位于东北边界处 标高762 4m 最大相对高差356 2m 1 1 41 1 4矿区居民点及工 农业情况矿区居民点及工 农业情况 整个晋城矿区跨越晋城市和阳城 沁水两县 面积为6795km 1985年底统计资料人 口为1184000人 本区处于太行山西坡 土质比较肥沃 主要农作物有玉 谷子 小麦和 高梁 由于农田水利基本建设发展较快 亩产水平逐年提高 工业主要有冶炼 化肥 水泥 发电 农机 副食品加工及手工业等 尤其近几年地方小煤矿发展较快 1985年 资料统计小煤矿民发展到468处 原煤产量达到970 1万t 1 1 51 1 5矿区电力供应矿区电力供应 凤凰山矿矿井双回35kV电源引自晋城煤业集团公司老区110kV中心变电站的312和315 出线间隔 线路采用铁塔与水泥电杆架空敷设 地面工业场地现有一座35 6kV变电所两座 供矿井担负工业场地 选煤厂 生活区 风井场地 井下等用电负荷 变电站于2006年全部更新改造 电气保护为微机自动化 保护系统 设施完善 保护齐全 3号煤层 一水平 中央变电所 采用单母线分段结线方式 供电由工业广场35kV站 和6kV站母线614 628开关出线两趟电缆 电缆型号为MYJV 22 3 150 敷设在主皮带机斜井井筒 1 1 61 1 6矿区气候条件矿区气候条件及地震条件及地震条件 晋城市属暖温带大陆性气候 四季分明 温和宜人 日照充足 无霜期长 据晋城 市气象站资料 年平均气温11 极端日最低气温 22 8 1956年1月21日 极端日最高气温38 6 1967年6月4日 晋城市雨季为6 7 8三个月 年平均降雨量622 7mm 最小295 9mm 1965年 最大1010 4mm 1956年 年平 均蒸发量1783mm 最小1393 3mm 1989年 最大2428 3mm 1965年 降雨量远低于蒸发 量 年蒸发量是降雨量的2 3倍 冬 春季多西北风 夏 秋季多东南风和南风 风力 一般3 4级 最大6级左右 每年10月中旬至来年4月中旬为霜冻期 全年霜期150 180d 最大冻土深度43cm 本区属暖温带大陆性气候 四季分明 温和宜人 日照充足 无 霜期长 据晋城市气象站资料 年平均气温11 极端最低气温 22 8 1956年1月21 日 极端最高气温38 6 1967年6月4日 雨季为6 7 8三个月 平均年降水量62 2 7mm 最小295 9mm 1965年 最大1010 4mm 1956年 平均年蒸发量1783mm 最 小1393 3mm 1989年 最大2428 3mm 1965年 年蒸发量是降水量的2 3倍 本区 冬 春季多西北风 夏 秋季多东南和南风 风力一般3 4级 最大6级左右 每年10月 中旬至来年4月中旬为霜冻期 全年霜期150 180d 最大冻土深度43cm 根据国家 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 晋城市为6度地震烈度区 1 1 71 1 7矿区水文情况矿区水文情况 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第3页 晋城市属黄河流域沁河水系 井田北部有四义河 南部有车渠河 呈树枝状展布 均属季节性河流 井田内沟谷 纵横 松散层广泛分布 蓄水能力强 第四系潜水多生成于此 井田内有水库 水池多 处 由于多年干旱失修 大多数除雨季外 常年无水 常年有水的较大水库有 东四义 人工湖 容量52万m3 山耳东水库 库容量147万m3 车渠水库 库容量45万m3 四义河发源于二仙掌 经柏杨坪 李庄 山耳东 四义 巴公 泊村流入丹河 全 长9 5km 径流面积20km2 流量0 0074 0 675L s 车渠河发源于小车渠 经大车渠 北石店 水东流入丹河 井田内长1 5km 径流面积6km2 流量0 018 0 214L s 两河 的共同特点是 旱季上游基岩泉水补给地表水 雨季河水泛滥 淹没一级阶地 因此 水量变化非常之大 上游有小型水库数座 这些水流 水体均能不同程度地下渗补给地 下水 1 21 2井田地质特征井田地质特征 1 2 11 2 1井田的勘探程度井田的勘探程度 晋城矿务局勘探队于1971 1973年施工钻孔15个 1983 1985年施工钻孔24个 进 尺4951 75m 结合生产过程中收集的地质资料 于1975年12月 由晋城矿务局编制了 凤凰山井田综合地质报告 为满足现代化矿井建设和地质测量标准化的需要和8 10年编制1份矿井地质报告的 要求 凤凰山矿收集整理169个钻孔及矿井生产过程中积累的地质 煤质 水文等资料 于1990年8月编制了 晋城矿务局凤凰山矿井地质报告 山西煤炭工业管理局以统晋煤 生字 1991 第676号文批准了该报告 并被评为省局的优质矿井地质报告 批准储量A B 级28860 3万t A B C级38252万t A B级占A B C级的75 4 随着凤凰山矿由150万t a 扩大为400万t a 要尽快进行3 9 15号煤层的合理配采 首先要在第一水平奥灰静水 位上取得经验成为生产发展的急需 为此 晋城矿务局于1990年5月 1991年底对凤凰山 矿下组煤 9 15号 进行了补充勘探工作 共补孔31个 进尺9622 46m 同时 收集了钻 孔资料99个以及相应的煤质 水文地质资料 晋城矿务局地质处于1992年12月编制了 晋城矿务局凤凰山矿井水平延深 开采下组煤 补充勘探地质报告 该报告于1993年5月 13日经山西煤炭工业管理局审查 以统晋煤生字 1993 第436号文予以批准 批准储量如 下 9号煤层 A B C D级7254 0万t A B C级工业储量6733 5万t 15号煤层 A B C D 级9576 5万t A B C级工业储量8714 4万t 9 15号煤层储量均较1990年批准的储量减 少 其主要原因是山西省煤资委 1990 第280号文对晋城矿务局东区9 15号煤层重新划 界 凤凰山矿井田北部面积减少1 5km2 井田内私开的无证小煤矿甚多 多为季节性开采 时采时停 极难统计和防范 给 凤矿的正常生产带来极大的危害 其主要危害有三 1 导致凤矿通风系统紊乱 瓦斯治理难度加大 2 放炮回采 极大地威胁凤矿井下矿工的生命安全 3 回采率极低 严重浪费煤炭资源 井田地质综合柱状见图1 2 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第4页 1 2 21 2 2井田煤系地层概述井田煤系地层概述 井田内主要含煤地层为山西组和太原组 总厚141 48m 含煤13层 煤层总厚14 25m 含 煤系数为10 07 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第5页 山西组厚58 25m 含煤4层 编号为1 2 3 4号 煤层总厚7 08m 含煤系数为12 15 其中1 2 4号煤层均不可采 唯3号煤层为主要可采煤层 平均厚6 10m 可采含煤系 数为10 47 太原组厚83 23m 含煤9层 编号为5 7 8 1 8 2 9 11 12 13 15号 煤层总厚7 17m 含煤系数为8 61 其中9 15号为主要可采 煤层 其余各煤层均不可采 可采总厚3 97m 可采含煤系数为4 77 1 2 31 2 3井田地质构造井田地质构造 1 褶曲 井田内褶曲比较发育 共发育中小型褶曲9条 其中3条背斜 6条向斜 由于受近东西向 挤压运动影响 褶曲轴向大都呈北北东向 仅个别为北北西向 褶曲幅度一般不大 两 翼地层较为平缓 倾角多在2 5 之间 局部可达12 25 受白马寺逆冲断层的影响 井田内形成了挤压牵引而成背 向斜构造 二仙掌向斜 Z1 位于井田西部二仙掌村东至山耳东村一线 井田内长约3 1km 轴向近SN N20 E 西翼 陡立 倾角10 80 东翼宽缓 倾角3 5 为不对称向斜 山耳东北向斜 Z2 位于井田西部山耳东村北东 延展长2 3km 轴向N15 E 西翼陡立 倾角12 80 东 翼宽缓 倾角5 6 为不对称向斜 古洞墕背斜 Z3 位于井田北西部古洞墕村 西四义村北一线 井田内延展长1 7km 轴向N10 W 转N 45 W 再转N30 E 两翼倾角3 5 四义背斜 Z5 位于井田中北部东四义村 东四义煤矿一线 井田内长约3 7km 轴向N20 45 E 向南转为N10 W 东翼倾角4 14 西翼倾角5 8 王庄向斜 Z6 位于兴王庄村北东 坟上村 双峰山煤矿一线 长4 2km 轴向N6 40 E 西翼倾 角7 东翼倾角 7 车渠背斜 Z12 位于大车渠村西 小车渠村北一线 长1 6km 轴向N35 60 W 两翼倾角2 3 Z14背斜 长1 7km 轴向N45 W转N30 E再转N5 E 西翼倾角6 8 东翼倾角7 9 Z15向斜 长1 6km 轴向N5 15 W 西翼倾角10 12 东翼倾角4 6 Z16背斜 长1 7km 轴向N20 45 E 两翼倾角3 5 Z17向斜 长2 5km 轴向N20 30 E 两翼倾角1 4 2 断层 白马寺逆冲断层 F1 为井田的西部边界 被第四系黄土所覆盖 出露不清 且无勘 探工程控制 走向N25 E 倾向NW 倾角70 落差约40m 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第6页 1 2 41 2 4井田水文地质特征井田水文地质特征 1 井田水文地质条件 1 含水层 主要含水层有第四系冲积层孔隙含水层 风化壳裂隙含水层 二叠系砂岩裂隙含水 层 石炭系灰岩岩溶裂隙含水层组 奥陶统中统岩溶裂隙含水层组简述如下 1 第四系冲积层孔隙含水层 第四系孔隙潜水分布于四义河 车渠河等地段 一般含水层埋藏浅 直接接受大气 降水补给 受季节影响大 村民人畜用水多采自该潜水层 水质硬度小 基本符合GB574 9 85饮用水标准 2 风化壳裂隙含水层 风化壳主要发育于二叠系地层裸露区或浅埋地带 据215 253 510 1检 2检等水 文孔抽水资料 其单位涌水量为0 0034 0 90L s m 渗透系数为0 0075 1 94m d 水 位标高775 85 820 41m 3 二叠系砂岩裂隙含水层 二叠系含水层主要为3号煤层老顶砂岩及石盒子组砂岩 含水性较弱 据215号孔和 井田附近450号钻孔抽水资料 单位涌水量为0 00035 0 059L s m 渗透系数0 0017 0 342m d 水质类型为HCO3 K Na型水 水位标高708 10 778 97m 4 石炭系灰岩岩溶裂隙含水层组 石炭系含石灰岩5 7层 其中含水层主要为K2 K5石灰岩 K5灰岩含水层厚0 40 1 0 89m 单位涌水量为0 006 0 07L s m 渗透系数0 129 1 56m d K2灰岩含水层厚1 28 17 85m 单位涌水量0 00058L s m左右 渗透系数0 0038m d 水质类型为HCO3 Ca Mg型水 PH值7 3 水位标高762 40 768 50m 由于埋藏较深 太原组灰岩含水性较 弱 5 奥陶统中统岩溶裂隙含水层组 本井田奥陶系中统以中厚层状石灰岩为主 夹薄层泥质灰岩 富水段主要是下马家 沟组灰岩 井田处奥灰水位埋深约300 400m 根据凤矿水源井奥灰水位最新观测资料和 区域奥灰水水力坡度 1 推测 井田处奥灰水位标高约572 45 582 55m 平均580m 流向由北向南 单井出水量1053 2174m3 d 总硬度162 6 441 07mg L 水质类型为 低矿化度HCO3 SO4 Ca Mg型水 是本区的主要供水水源 2 水文地质条件评价 井田内断裂不发育 一般无漏水现象 西部白马寺逆冲断层是分隔晋城矿区二个储水构造的控制条件 不导水 断层面与1 5号煤接触标高为750m 奥灰水位标高580m 大大低于15号煤层 因此 在开采3 9 15 号煤层时 白马寺断裂带均无地下水害威胁 2 矿井涌水量预计 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第7页 根据山西省煤炭地质公司提交的 凤凰山矿煤层地质报告 预计全井田煤层开采 最大涌水量为18632m3 d 776m3 h 最小涌水量为5672m3 d 236m3 h 正常涌水 量为9513m3 d 396m3 h 其中 南翼 北翼分别独立开采时 最大涌水量为9316m3 d 388m3 h 最小涌水 量为2836m3 d 118m3 h 正常涌水量为4756m3 d 198m3 h 每翼各布置一个盘区开采时 最大涌水量为4658m3 d 194m3 h 最小涌水量为14 18m3 d 59m3 h 正常涌水量为2378m3 d 99m3 h 1 2 51 2 5井下岩层地温特性井下岩层地温特性 松散覆盖层情况 井田内广为第四系黄土覆盖 基岩出露面积约占井田面积的25 主要分布于中部的 山梁及沟谷地段 大部分为下石盒子组及上石盒子组中 下部地层 地温 晋城矿区地温梯度为1 64 100m 据此推算 凤凰山矿开采时井下温度不会超过2 0 对井下生产影响不大 1 3煤层特征 1 3 11 3 1煤层埋藏条件煤层埋藏条件 根据 山西省区域地质志 按断块构造学说的划分方案 晋城矿区位于华北断块区 吕梁 太行断块沁水块坳东部次级构造单元沾尚 武乡 阳城北北东向褶带南段 总体呈北北东向展布 沁水煤田的范围与块坳相当 沁水块坳 是一个被断裂围限的矩形断块 主体部分出露二叠系和三叠系 周缘翘起 下古生界出 露 沁水块坳形成于中生代 是受水平挤压形成的坳陷 相对周缘构造单元而言 沁水 块坳较稳定 变形强度由边缘向内部减弱 块坳主体部分发育开阔的北北东向短轴褶曲 两翼岩层倾角一般小于20 边缘断层多为逆冲性质 尤其是东西两侧边缘均向外侧逆 冲 显示了水平挤压特征 沁水块坳东侧以晋 城 获 鹿 断裂带与太行山块隆相接 该断裂带是一条区域性的大断层 省内延展超过320km 总体走向北北东 表现为由西向东位移的逆冲断裂带 由于变形强度的差异 尤其是 后期隆升剥蚀和改造的差异 晋获断裂带表现为分段特征 黎城以北基岩露头区 逆冲 断裂保存完好 变质基底逆冲于下古生界之上 黎城以南线形构造仍然十分清楚 南段 庄头断层至晋城之间地表出露为由古生界组成的线形褶皱 而白马寺逆冲断层即是其组 成部分 本井田处于沁水块坳东南侧 紧靠晋获断裂带东缘 而白马寺逆冲断层即井田 的西部边界 构造形态与其密切相关 井田内除西部白马寺逆冲断层外 断裂不发育 主要为北北东向的宽缓的背 向斜 和短轴的背向斜 未发现岩浆活动 总的说来 构造仍属较简单类 1 3 21 3 2煤层特征及围岩性质煤层特征及围岩性质 井田内主要含煤地层为山西组和太原组 总厚141 48m 含煤13层 煤层总厚14 25m 含煤系数为10 07 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第8页 山西组厚58 25m 含煤4层 编号为1 2 3 4号 煤层总厚7 08m 含煤系数为12 15 其中1 2 4号煤层均不可采 唯3号煤层为主要可采煤层 平均厚6 10m 可采含 煤系数为10 47 太原组厚83 23m 含煤9层 编号为5 7 8 1 8 2 9 11 12 13 15号 煤层总厚7 17m 含煤系数为8 61 其中9 15号为主要可采 煤层 其余各煤层均不可采 可采总厚3 97m 可采含煤系数为4 77 3号煤层 位于山西组中下部 上距K10砂岩约100m左右 上距K8砂岩约31m左右 下 距K7砂岩16m左右 下距9号煤层约64m左右 煤厚4 54 9 63m 平均6 10m 煤层结构简 单 含0 3层泥岩或炭质泥岩夹矸 其厚度变异系数 为10 可采性指数 Km 为1 属稳定可采的厚煤层 该煤层的控制及研究程度均较高 顶板为炭质泥岩 泥岩 砂质泥岩 局部为粉砂岩 砂岩 炭质泥岩的抗压强度为1 35kg cm2 普氏硬度系数为1 4 单向抗拉强度为8 1kg cm2 底板为泥岩 砂质泥岩 有炭质泥岩伪底 砂质泥岩的抗压强度688kg cm2 普氏硬 度系数为6 3 软化系数0 705 老底砂岩的抗压强度614kg cm2 9号煤层 位于太原组二段K4上石灰岩之下 下距K4石灰岩约2 50m 煤厚0 80 6 0 0m 平均1 70m 煤层结构简单 一般不含夹矸 局部含1 2层泥岩或炭质泥岩夹矸 其 厚度变异系数 为38 可采性指数 Km 为1 属较稳定可采煤层 其控制及研究程度 较高 该煤层为三角洲平原上泥炭沼泽沉积 在支流间湾处形成的煤层较厚 在废弃河道 上形成的煤层较薄 顶板为K4上石灰岩 时有炭质泥岩伪顶 有时为泥岩 砂质泥岩或砂岩 K4上石灰岩 的抗压强度为1527kg cm2 相变后抗压强度大大减低 开采中不易管理 底板为泥岩 砂质泥岩 局部为石灰岩或砂岩 泥岩抗压强度为154 kg cm2 15号煤层 位于太原组一段顶部 K2石灰岩之下 上距9号煤层29m左右 距3号煤层 94m左右 下距K1砂岩4m左右 煤厚0 98 5 50m 平均2 27m 煤层结构简单 较复杂 含0 4层泥岩或炭质泥岩夹矸 其厚度变异系数 为31 可采性指数 Km 为1 属较 稳定可采煤层 其控制及研究程度与3 9号煤层比较 相对较差一些 顶板为K2石灰岩 时有炭质泥岩或泥岩伪顶 K2石灰岩抗压强度为1572 kg cm2 是不易冒落的坚硬顶板 底板为泥岩 铝土泥岩 有时为炭质泥岩或粉 细粒砂岩 底板含铝土质较高 具 可塑性 遇水易膨胀变软 抗压强度为391 kg cm2 可采煤层特征详见表1 1 表1 1 可采煤层特征表 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第9页 1 3 31 3 3煤的特征煤的特征 1 煤的物理性质 表1 2 主 要 标 志 层 情 况 一 览 表 地层 单位 标志 层号 岩石名称厚度 m 层间距 m 岩性特征 P1xK8 细粒砂岩3 00 6 00 灰 深灰色细 中粒长石石英杂砂岩 31 20 3 煤 4 54 9 63 6 10 厚度大且稳定 P1s K7 细粒砂岩 1 01 11 0 15 88 深灰色薄层状细粒砂岩 具波状层理 地 层单位 煤号 煤厚 m 间距 m 结构 夹矸数 厚度 变异 系数 可采 性指数 定 性 采性 顶 板 岩 性 底板 岩性 3 4 54 9 63 6 10 简单 0 1 101 稳 定 全区 可采 泥 岩 砂 质 泥 岩 泥岩 砂质 泥岩 64 52 9 0 80 6 00 1 70 简单 0 2 381 较 稳 定 全区 可采 石 灰 岩 泥岩 砂质 泥岩 29 42 15 1 35 5 50 2 33 中等 0 4 311 较 稳 定 全区 可采 石 灰 岩 泥岩 铝质 泥岩 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第10页 8 5 07 4 37 K6 石灰岩 0 50 3 02 0 86 深灰色 夹似层状燧石 9 57 K5 石灰岩 0 40 10 8 9 3 58 深灰色 致密坚硬 含方解石脉及小 斑晶 产丰富的动物化石 层位稳定 24 23 K4上石灰岩 0 15 3 65 0 96 深灰色 为9号煤直接顶 含动物化 石 4 21 K4 石灰 岩 0 98 4 99 1 48 深灰色 坚硬致密 质不纯 具星点 状黄铁矿 含丰富的动物化石 8 46 K3 石灰岩 0 97 5 50 2 68 深灰色 致密坚硬 偶夹燧石条 带 含黄铁矿 产动物化石 5 18 K2 石灰岩 1 28 17 85 9 11 深灰色 致密性脆 夹燧石条带 中 部含泥质 含丰富的动物化石 厚度 大且稳定 C3t K 1 细粒 砂岩 0 2 0 0 6 54 灰 深灰色细粒石英砂岩 硅质胶结 坚硬 总的讲 3号煤以光亮型煤为主 半亮型煤为辅 煤为黑色 条痕亦为黑色 断面呈 贝壳状 不染手 金刚 似金刚光泽 坚硬致密 坚固性系数为1 08 煤的真 相对 密 度和视 相对 密度分别为1 60 1 62和1 50左右 孔隙率11 9 由于煤本身致密坚硬 加之煤层结构简单 宏观煤岩类型结构简单再加井田内构造简单 煤层受挤压 剪切力 小 所以 3号煤成块率高 产块率高达70 左右 据山东矿院白俊仁教授的资料 3号煤 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第11页 大块煤 50 100mm 的抗碎强度在84 5 93 4 之间 属高强度煤 3号煤的哈氏可磨性 指数在32 45之间 应该指出的是 3号煤接近底部常有1层厚约0 50 0 60m的软煤 外 观破碎 不见层理 构造 光泽和颜色有别于正常煤 用手或器械轻轻抠或刨即落下 而不成块 9 15号煤的煤岩特征和机械性能与3号煤相近 但在外观上常见黄铁矿结核和晶体 特别是15号煤 由于变质和灰分的增加 煤变的更加致密 真 相对 密度和视 相对 密 度略有增加 而煤的孔隙率略有下降 煤的产块率亦很高 2 煤的化学性质 煤的化学组成见表4 2 3 表4 2 3 煤 质 成 果 汇 总 表 3915 煤 层 号 原 煤 精 煤 原 煤精 煤原 煤 精 煤 灰 分 Ad 10 21 37 99 14 28 60 2 63 11 0 8 5 31 20 9 15 35 25 16 18 33 3 97 8 41 7 59 21 9 98 24 12 17 7 8 18 3 15 8 91 5 82 1 3 挥 发 分 Vda f 3 82 9 84 5 46 20 4 82 6 24 5 35 20 3 44 7 08 5 01 1 2 工 业 分 析 全 硫 St d 0 24 0 97 0 40 20 0 30 0 53 0 42 13 0 28 2 93 2 00 23 0 32 1 55 0 74 21 1 30 2 98 2 07 13 0 60 2 36 1 22 1 1 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第12页 煤 层 号 3915 原 煤 精 煤 原 煤精 煤原 煤 精 煤 固 定 碳 FC 80 23 71 25 82 02 78 86 18 65 8 3 84 55 75 6 6 9 磷 Pd 0 00 46 0 04 61 0 02 92 6 0 0030 0 07 0 0229 13 0 002 0 0 003 1 0 002 1 2 发热 量 Qgr v d MJ kg 28 64 31 18 30 31 7 28 59 30 55 29 42 18 25 64 31 65 28 25 9 S p 0 47 2 62 1 71 18 0 66 2 20 1 15 9 各 种 硫 S s 10 0 05 18 0 02 0 14 0 06 9 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第13页 煤 层 号 3915 原 煤 精 煤 原 煤精 煤原 煤 精 煤 S o 0 18 0 68 0 39 18 0 35 1 78 0 86 9 精煤 回收 率 55 86 77 89 64 36 18 51 97 76 96 6 0 58 9 S iO 2 40 06 51 81 45 47 6 37 97 39 64 38 81 2 30 26 40 26 36 80 3 A l2 O3 35 30 42 85 38 72 6 28 87 36 67 32 77 2 14 22 32 26 24 70 3 F e2 O3 4 32 5 87 5 03 6 14 08 26 88 20 48 2 13 59 25 83 20 55 3 灰 成 分 分 析 C aO 3 45 10 01 6 02 6 2 96 5 42 4 19 2 2 60 15 58 9 31 3 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第14页 煤 层 号 3915 原 煤 精 煤 原 煤精 煤原 煤 精 煤 M gO 0 72 1 78 1 06 6 0 47 1 03 0 75 2 0 27 0 69 0 43 3 S O3 2 05 4 15 2 89 6 1 60 3 36 2 48 2 1 14 13 80 7 69 3 灰 熔融 性 ST 1405 1500 1466 7 1500 1500 1500 2 1180 1500 1500 3 2 2 井田开拓井田开拓 2 12 1井田境界及可采储量井田境界及可采储量 2 1 12 1 1井田范围井田范围 凤凰山矿位于山西省的东南部 晋城市城区 泽州县境内 行政区划属晋城市城区 北石店镇 泽州县巴公镇管辖 地理坐标为 东经112 49 11 112 53 24 北纬3 5 33 21 35 37 28 东部与王台铺矿相连 西部为白马寺断层 南部与古书院矿相连 北部以三号煤露 头线为界 面积 东西宽约4 3km 南北长约7 5km 井田面积29 3485km2 2 1 22 1 2井田境界井田境界 表表2 12 1 3 3号煤层北部核减边界拐点坐标号煤层北部核减边界拐点坐标 编 号 XY 编号 XY 编 号 XY 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第15页 1394077253433018394121553255753939496530217 2394112753340019394125553240763939550530084 3394118053341503940555532173373939980530265 43941453533170213940621531973383940039530116 53941470533115223940470531920393939354529820 63941888533500233940585531620403939431529630 73942091533243243940356531512413939390529614 83942085533052253940340531565423939473529428 93942300532972263940115531489433939438529420 103942307532610273939956531512443939466529357 113942257532481283940094531206453939370529317 123942295532026293940348531312463939247529595 133942081532223303940415531150473938300529190 143941667532168313940325531115483938200529440 153941595532386323940450530780493937905529311 163941554532637333940171530675 173941577532671343940239530537 3号煤层资源 储量估算面积为4 50km2 9号煤层资源 储量估算面积为21 08km2 15号 煤层资源 储量估算面积为18 28km2 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第16页 井田赋存状况示意图 2 22 2矿井工业储量及可采储量矿井工业储量及可采储量 本设计矿井主采煤层为3 煤层 采用算术平均法 及煤炭工业储量是由煤层面积 容 重及厚度相乘所得 其公式一般为 Zg SMR COS 式中 Zg 井田工业储量 万t S 井田水平面积 km2 M 煤层的厚度 m R 煤层煤的容重 分别为1 45t m3和1 49m 煤层平均倾角 8 Z Zg 29 3485 6 1 1 45 1 7 1 49 2 33 1 49 cos8 43157 5万t 3 3 煤层工业储量按下式计算煤层工业储量按下式计算 Z Zg SM2 r2 cos8 2 3 式中 Zg 井田工业储量 万t S 井田水平面积 29 3485km2 M2 3 煤层的厚度 6 1m R2 3 煤层煤的容重 1 45t m3 煤层平均倾角 8 Zg 29 3485 6 1 1 45 cos8 25706 11万t 可采储量 矿井可采储量 矿井工业储量 永久煤柱损失 矿井回收率 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第17页 计算矿井可采储量时 必须要考虑以下损失 工业广场保护煤柱 井田境界煤 柱损失 采煤方法所产生的煤柱损失和断层煤柱损失 建筑物 河流 铁路等压煤 损失 其它损失 1 安全煤柱的留设原则 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 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 64 75 75 表土层移动角为45 维护带宽度 工业广场维护带15m 断层煤柱宽度35m 井田境界煤柱宽度为20m 露头为50m 表土平均厚度为77m 2 工业广场煤柱留设 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 工业场地占地指标见下表 表表2 2 12 2 1工业场地占地指标 井井 型型 大大 型型 井井 公顷公顷 10 10万万t t 中中 型型 井井 公顷公顷 10 10 万万t t 小小 型型 井井 公顷公顷 10 10万万t t 占地指标占地指标0 800 80 1 101 10 1 301 30 1 1 80 80 2 002 00 2 502 50 注 占地指标中包括围墙内铁路站线的占地面积 井型小的取大值 井型大的取小值 在山区 占地指标可适当增加 附近矿井有选煤厂时 增加的数值为同类矿井占地面积的30 40 占地指标单位中的10万t指矿井的年产量 工业场地的布置应结合地形 地物 工程地质条件及工艺要求 做到有利生产 方 便生活 节约用电 根据上述规定 本井田工业场地占地面积S取值如下 占地面积指标取 1公顷 10万t S 240万t 1公顷 10万t 24公顷 240000 故本矿井工业场地的面积为24公顷 由于长方形便于布置地面建筑 所以初步设定 工业广场为长方形 即长方形长边为1000m 短边为240m 用作图法求出工业广场保护煤 柱量 工业广场保护煤柱留设见图2 2 1 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第18页 图2 2 1工业广场保护煤柱边界示意图 3 矿井永久保护煤柱面积损失 井田边界保护煤柱 井田边界保护煤柱留设20m宽 则井田边界长22521m 保护煤柱面积 损失量为450420 断层保护煤柱 断层煤柱留设35m宽 则断层保护煤柱面积损失量为 35420 m 工业广场保护煤柱 工业广场按 级保护留围护带宽度15m 工业广场面积由表2 2 1确 定 取24公顷 工业广场保护煤柱如图2 2 2 则工业广场保护煤柱面积损失为 711149 m 大巷保护煤柱 大巷中心距离为30m 大巷两侧的保护煤柱宽度各为30m 则大巷保护煤 柱面积损失量为500000 m 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 在大巷保护煤柱范围内 故井筒保护煤柱损失量为0 各种保护煤柱损失量见下表 表2 2 2保护煤柱损失量 煤煤 柱柱 类类 型型面积 面积 m m 井田边界保护煤柱井田边界保护煤柱450420450420 断层保护煤柱断层保护煤柱3542035420 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第19页 工业广场保护煤柱工业广场保护煤柱711149711149 大巷保护煤柱大巷保护煤柱500000500000 井筒保护煤柱井筒保护煤柱0 0 合合 计计16969891696989 4 可采储量计算 矿井的回收率没有具体规定 一般为不低于60 结合本矿实际情况 为了充分利用 煤炭资源 矿井回收率取75 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 2 4 式中 Zk 矿井可采储量 万t Zg 矿井工业储量 万t 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 万t c 采区采出率 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 地方小煤矿不小于0 7 本设计取0 75 则 矿井设计可采储量 Zk 43157 5 169 69 1 45 6 1 1 7 2 33 0 75 304 99 Mt 2 32 3矿井设计生产能力及服务年限矿井设计生产能力及服务年限 1 矿井工作制度 1 矿井年工作日数的确定 按照 煤炭工业矿井设计规范 规定 矿井设计生产能力按年工作日330天计算 所 以 本矿井设计年工作日数为330天 2 矿井工作制度的确定 矿井工作制度设计采用 三八 工作制 即二班采煤 一班准备 每班净工作时间 为8个小时 3 矿井每昼夜净提升小时数的确定 按照 煤炭工业矿井设计规范 规定 矿井每昼夜净提升时间16小时 这样充分考 虑了矿井的富裕系数 防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或改扩建 因此本矿 设计每昼夜净提升时间为16小时 2 矿井设计生产能力及服务年限 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 1 矿区规模可依据以下条件确定 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第20页 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 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 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 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 2 矿井生产能力的确定 凤凰山井田储量丰富 煤层赋存稳定 顶底板条件好 断层少 褶曲多 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 媒质为优质无烟煤 交 通运输便利 市场需求量大 宜建大型矿井 确定本矿矿井设计生产能力为2 4Mt a 3 矿井服务年限的核算 矿井服务年限的计算公式为 T Zk KA 式中 T 矿井的服务年限 a Zk 矿井的可采储量 万t K 矿井储量备用系数 取K 1 4 A 矿井设计生产能力 万t a 由本章计算结果可知 矿井可采储量为304 99万t 则矿井服务年限为 T 30499 240 1 4 90 77 91a 根据矿井开拓布置 现在3号煤层为矿井第一水平 其工业储量为25706 11万吨 可 采储量为 T 25706 11 240 1 4 76 5a 77a 经过矿井及第一水平服务年限的核算 二者均符合 煤炭工业矿井设计规范 之规 定 因此最终确定矿井的生产能力为240万t a 表2 3 1新建矿井设计服务年限 第一开采水平设计服务年限 第一开采水平设计服务年限 a a 矿井设计矿井设计 生产能力 生产能力 MtMt a a 矿井设计服矿井设计服 务年限 务年限 a a 煤层倾煤层倾 角 角 25 25 煤层倾角煤层倾角2525 45 45 煤层倾角 煤层倾角 4 4 5 5 6 06 0及以上及以上 70703535 中国矿业大学2012届本科毕业生设计 第21页 3 03 0 5 05 0 60603 3 1 21 2 2 42 4 5050252520201515 0 450 45 0 90 9 40402 2 15151515 2 42 4井田开拓井田开拓 井田开拓是在总体设计已经划定的井田范围内 根据精查地质报告和其它补充资料 具体体现在总体设计合理原则 将主要巷道由地表进入煤层 为开采水平服务所进行 的井巷布置和开掘工程 其中包括确定 主 副井和风井的井筒形式 深度 数量 位 置 阶段高度 大巷位置 采 带 区划分以及开采顺序与通风运输系统 井田开拓是指在井田范围内 为了采煤 从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体 建立矿井提升 运输 通风 排水和动力供应等生产系统 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 需要对技术可 行的几种开拓方式进行技术经济比较 才能确定 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道 等问题 具体有下列几个问题需认真研究 1 确定井筒的形式 数目和配置 合理选择井筒及工业场地的位置 2 合理确定开采水平的数目和位置 3 布置大巷及井底车场 4 确定矿井开采程序 做好开采水平的接替 5 进行矿井开拓延深 深部开拓及技术改造 6 合理确定矿井通风 运输及供电系统 2 4 12 4 1井田开拓的基本问题井田开拓的基本问题 1 井筒形式及数目的确定 一般情况下 井筒的形式有立井 斜井和平峒三种 一般情况下 平硐最简单 斜 井次之 立井最复杂 平硐开拓受地形埋藏条件的限制 只能在地形条件合适 煤层赋存较高的山岭 丘 陵或沟谷地区 且便于布置工业场地和引进铁路 上山部分储量大致能满足同类井型水 平服务年限要求 斜井开拓与立井开拓相比 井筒施工工艺 施工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 地面工业建筑 井筒装备 井底车场及垌室都比立井 简单 井筒延深施工方便 对生产干