大雁矿业集团一矿1.5Mta新井设计

I 摘摘 要要 本设计矿井为大雁矿业集团大雁一矿 1 50Mt a 新矿井设计 共有可采煤 层 4 层 分别为 17 18 19 25 煤层总厚度为 11 2 米 设计井田的可 采储量 114 99Mt 服务年限为 54 7 年 由于煤层倾角为 9 属缓倾斜煤层 所以本矿井设计采用小倾角煤层群反倾斜开拓方式 划分为 1 个水平 13 个 带区 一个工作面达产 达产时带区个数为两个 一个开采 一个准备 大巷 运输采用 10 吨架线式电机车牵引 3 吨底卸式矿车运输 采用的采煤方法为倾 斜长壁采煤法 采煤工艺为综合机械化采煤工艺 顶板处理方法为全部跨落法 关键词关键词 矿井设计 倾斜长壁采煤法 全部跨落法 II Abstract The mine design Dayan Mining Group for a spot ore 1 50 Mt a new mine design A total coal seam to four layers namely 17 18 19 25 Total coal thickness of 11 2 meters Mine design recoverable reserves of 114 99 Mt design service life of 54 7 years As seam inclination of 11 is a gently inclined seam Adviser of the mine design using small angle seam group develop comprehensive anti tilt classified as a level of 13 bands Face up to a production production of the district brought the number to two a mining prepared Roadway transport 10 tons of used F Line traction motor vehicles three tons dump cars transport The mining method for inclined longwall mining coal mining technology for integrated mechanized mining technique Roof approach for the entire cross loading method Keyword Mine Design Inclined longwall mining method All inter drop method III 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 绪论 VII 第 1 章 井田概况及地质特征 1 1 1 井田概况 1 1 1 1 交通位置 1 1 1 2 地形地势 1 1 1 3 气象及地震 2 1 2 地质特征 2 1 2 1 矿区内的地层情况 2 1 2 2 地质构造 2 1 2 3 煤层赋存状况及可采煤层特征表 3 1 2 4 岩石性质 厚度特征 4 1 2 5 井田水文地质情况 5 1 2 6 沼气 煤尘及煤的自燃性 5 1 2 7 煤质 牌号及用途 5 第 2 章 井田境界及储量 6 2 1 井田境界 6 2 1 1 确定井田的依据 6 2 1 2 井田境界及井田周边情况 6 2 1 3 井田未来发展情况 6 2 2 井田储量 6 2 2 1 井田储量的计算 6 2 2 2 保安煤柱 7 2 3 矿井工作制度 生产能力 服务年限 8 2 3 1 矿井工作制度 8 2 3 2 矿井生产能力及服务年限 8 第 3 章 井田开拓 10 IV 3 1 概 述 10 3 1 1 井田内外及附近生产矿井开拓方式概述 10 3 1 2 影响本设计矿井开拓方式的因素及具体情况 10 3 2 矿井开拓方案的选择 10 3 2 1 井硐形式和井口位置 10 3 2 2 开采水平数目和标高 11 3 2 3 开拓巷道的布置 12 3 3 选定开拓方案的系统描述 16 3 3 1 井硐形式和数目 16 3 3 2 井硐位置及坐标 17 3 3 3 水平数目及高度 17 3 3 4 石门 大巷 运输大巷 回风大巷 数目及布置 17 3 3 5 井底车场形式的选择 18 3 3 6 煤层群的联系 19 3 3 7 带区划分 20 3 4 井硐布置及施工 21 3 4 1 井硐穿过的岩层性质及井筒维护 21 3 4 2 井硐布置及装备 21 3 4 3 井筒延伸的初步意见 23 3 5 井底车场及硐室 23 3 5 1 井底车场形式的确定及论证 23 3 5 2 井底车场的布置 存储线路 行车线路布置长度 24 3 5 3 通过能力计算 25 3 5 4 井底车场主要硐室 28 3 6 开采顺序 29 3 6 1 沿煤层倾斜方向的开采顺序 29 3 6 2 带采区接续计划 29 第 4 章 带区巷道布置及带区生采产系统 31 4 1 采区概述 31 4 1 1 设计带区的位置 边界 范围 带区煤柱 31 4 1 2 带区地质及煤层情况 31 4 1 3 带区生产能力 储量及服务年限 31 V 4 2 带区巷道布置 32 4 2 1 区段划分 32 4 2 2 带区斜巷及车场布置 33 4 2 3 带区煤仓形式 容量及支护 37 4 2 4 带区硐室简介 38 4 2 5 带区工作面的接续 39 4 3 带区准备 39 4 3 1 带区巷道的准备顺序 39 4 3 2 带区主要巷道的断面及支护方式 40 第 5 章 采煤方法 42 5 1 采煤方法的选择 42 5 2 回采工艺 42 5 2 1 选择和决定回采工作面的工艺过程 42 5 2 2 工作面循环方式和劳动组织形式 43 第 6 章 井下运输和矿井提升 46 6 1 矿井井下运输 46 6 1 1 运输方式和运输系统的确定 46 6 1 2 矿车的选型及数量 47 6 1 3 带区运输设备的选择 48 6 2 矿井提升系统 48 6 2 1 矿井主提升设备的选择及计算 48 第 7 章 矿井通风系统的确定 50 7 1 矿井通风系统的确定 50 7 1 1 概述 50 7 1 2 通风系统确定的因素 50 7 2 风量计算与风量分配 51 7 2 1 风量计算 51 7 2 2 风量分配 56 7 2 3 风速计算 56 7 2 4 风量的调节方法和措施 57 7 3 矿井通风阻力的计算 58 VI 7 3 1 确定全矿井最大通风阻力和最小通阻力 58 7 3 2 矿井等积孔的计算 59 7 4 通风设备的选择 59 7 4 1 主扇的选择计算 59 7 4 2 电动机的选择 60 7 4 3 反风措施 60 7 5 矿井安全技术措施 60 7 5 1 瓦斯与煤尘的防护措施 61 7 5 2 火灾与水患的预防 61 7 5 3 其他事故的预防 61 第 8 章 矿井排水 62 8 1 概述 62 8 1 1 矿井水来源及涌水量 62 8 1 2 对排水设备的要求 62 8 2 矿井主要排水设备 63 8 2 1 排水方式与排水系统简介 63 8 2 2 主排水设备及管路的选择计算 63 第 9 章 技术经济指标 66 总 结 68 致 谢 69 参考文献 70 附录一 71 附录二 76 VII 绪论绪论 大学四年使我掌握了采矿学科的基本知识和理论 而毕业设计是对我所学 知识的综合性考核 为了能更好的巩固和运用这些知识 我选了内蒙古大雁一 矿的新井设计 而且我在毕业实习中也收集了一些关于大雁一矿的资料 本设 计主要是关于新矿井的建设 其中包括开拓方式 采煤工艺 支护方式 设备 选型以及矿井的各个系统 随着国家能源政策的调整和市场供求的平衡 井田 开拓模式也迎来了改革和创新的春天 本设计就是从煤炭行业的可持续发展这 一基点出发 提出了一种全新的 简单的 低成本的 环保型的 主要是针对 煤层倾角小于 120的小煤层群的井田开拓模式 这种开拓方式采用反倾斜的巷 道布置 不需要布置上下山 因此 可以节省很多开采费用 也更利于矿井的 生产和管理 在设计时 需要对矿井的地质情况 煤层的受力等情况进行分析 这样才能使建成的矿井更加符合实际 符合国家的政策规定和技术规程 我希望通过做本次毕业设计 能够增强我运用理论知识指导生产技术工作 的能力 熟悉有关煤炭工业生产建设的方针政策 并且能够很好的运用他们 为 我以后的工作打下良好的基础 1 第第 1 1 章章 井田概况及地质特征井田概况及地质特征 1 1 井田概况 1 1 1 交通位置 大雁矿区位于大兴安岭西麓海拉尔河中游 隶属于内蒙古自治区呼伦贝尔 鄂温克族自治旗管辖 矿区南接巴彦嵯岗苏木北连海拉尔河与陈巴尔虎旗相望 东 邻牙克石市 西至海拉尔区 矿区交通便利 301 国防公路通过矿区北部 滨 洲线铁路穿过矿区中部 见图 1 1 图 1 1 交通位置图 1 1 2 地形地势 大雁矿区位于大兴安岭西北麓 地势为四周高中部低 呈盆地状 海拨标 高在 640 900 米之间 地表植被以草本植物为主 有部分森林 矿区北部及 南部有水系和沼泽 大雁一矿井田地形比较简单 其地势为东南高而西北低 海拨标高在 653 89 716 89 米之间 一般在 665 00 米左右 2 1 1 3 气象及地震 大雁矿区属亚寒带大陆性气候 冬季漫长而寒冷 春季干燥风大 夏季湿 润短促 秋季气温骤降 年降雨量小 蒸发量大 年平均降水量为 345 2 毫米 年平均蒸发量为 1314 7 毫米 年平均风速为 2 9m s 最大风速为 23 m s 风 向多为西南 年平均气温为 3 1 C 最低气温为 46 7 C 最高气温为 36 5 C 结冻期为每年 10 月至第二年 4 月末 冻结厚度一般在 3 米左右 并有岛状永久冻土层 降雪期为每年 9 月到第二年的 5 月中旬 本地区地震动 峰值加速度 g 为 0 05 对照地震裂度为 6 度 1 2 地质特征 1 2 1 矿区内的地层情况 大雁矿区的地层有中生界白垩系下统梅勒图组的酸性熔岩和碎屑岩 大 磨拐河组的凝灰碎屑岩 泥岩 砂岩 煤层及伊敏组的泥岩 粉砂岩及煤层和 新生界第四系的松散沉积物 现将主要地层概况分述如下 1 白垩系下统梅勒图组 K1m 本组地层在煤田内大面积出露 是煤系基底 系指广泛发育于大兴安岭 各地的以中基性火山岩为主 并含有碎屑岩和酸性熔岩的一套地层 其岩性主 要由气孔杏仁状玄武岩 安山玄武岩和紫 灰紫色 黑色的拉斑玄武岩所组成 顶部夹薄层凝灰岩或角砾岩 该地层平行不整合于九峰山组之上 与大磨拐河 组呈不整合接触 其厚度在 150 370 米之间 2 白垩系下统大磨拐河组 K1d 本组地层全区发育 为本区最有经济价值的含煤地层 根据岩石组合及 含煤情况 岩性特征 可划分为上 中 下三个岩段 1 2 2 地质构造 区域内构造以断裂为主 地层基本是单斜状产出 断裂方向以近东西向的 走向断裂及南北向断裂为主 区内无岩浆岩侵入 地层倾角在 8 15 之间 见表 1 1 1 2 3 表 1 1 本区域地层 界系统组 符 号 厚度 m 岩 性 变 化 情 况化石种类 新 生 界 第 四 系 海 拉 尔 组 Qh6 57 上部为黑色腐植土和黄 色风成砂 下部为粘土 亚粘和砂砾 伊 敏 组 K1ym233 850 主要为泥岩和粉砂岩 夹细 中 粗砂岩 煤 层及碳质泥岩 与下部 地层整合接触 含蕨类 银杏 铁杉等植物化 石 大 磨 拐 河 组 K1d200 620 为主要含煤组 含煤 20 余层 17 个可采煤 层 主要含费尔干蚌 叶肢介费尔干蚌 视近种 蕨类 银杏及铁杉 中 生 界 白 垩 系 下 统 梅 勒 图 组 K1m150 370 上为泥岩 砂岩和薄煤 层 中为中基性熔岩 下为泥岩夹玄武岩和薄 煤层 表 1 2 主要断层发育及落差表 断层面断层面落差水平断 顺序名称性质 走向倾向 倾角 m 距 m 1F2 正 NSEW50o60 130 70 100 2F3 3 正 NSWE40o15 50 2 10 3F4 正 NSEW55o16 120 40 100 4F5 正 WESN40o40 120 50 80 1 2 3 煤层赋存状况及可采煤层特征表 本区含煤地层可划分为上下两个组 即上部伊敏组和下部大磨拐河组 大 4 磨拐河组的 25 号煤层为全区发育稳定的可采煤层 17 18 19 号煤层为全区基 本发育稳定的大部分可采煤层 见表 1 3 表 1 3 煤层特征表 煤层厚 m 围岩 最大 最小序号 煤 层 名 称 平均 层 间 距 m 倾 角 顶板底板 煤的牌 号 容重 t m3 煤层构 造及稳 定性 3 0 2 4 117 2 7 8 中砂 岩 粉砂 岩 褐煤1 24较稳定 3 02 6 47 9 218 2 8 9 中粗 砂岩 细砂 岩 褐煤1 24较稳定 2 92 7 48 1 319 2 8 9 细砂 岩粉 砂岩 细砂 岩 褐煤1 24较稳定 3 02 8 43 8 425 2 9 10 细砂 岩粉 砂岩 细砂 岩 褐煤 1 24 较稳定 1 2 4 岩石性质 厚度特征 本区内岩性较细 主要由中砂岩 细砂岩 粉砂岩及煤层组成 仅有较少 的粗砂岩 含烁砂岩 见表 1 4 表 1 4 岩石特征表 床号岩性厚度 m 面积 km2 相应层位 1 粉砂岩 1 3 18 75 9 1217 号煤层 2 细砂岩 1 1 9 85 11 419 25 号煤层 3 中砂层 0 8 14 15 5 1118 号煤层 5 1 2 5 井田水文地质情况 大雁煤田位于大兴安山脉西北麓 属于海拉尔盆地的一部分 一矿井田位 于大雁煤田的东南部 煤田内没有主要河流通过 本区含水层以煤系风化裂隙带含水层为主 风化带以下煤系孔隙含水层为 辅 本区第四系基本不含水 仅在井田西部砂砾层含水 但却是大气降水渗 入煤系地层含水层的良好通道 地下水有较完整的循环系统 即 补给 径流 排泄过程天然状态下 地下 水总的径流方向是由东南向西北 也就是由东南方向补给 排泄于西北方向 井田内地下水的水质类型为 CaHCO3水 矿化度为 366 428 毫克 立升 矿井最大涌水量为 439 5m3 h 最小涌水量为 183 9m3 h 平均涌水量为 270 6m3 h 1 2 6 沼气 煤尘及煤的自燃性 本矿井属于低瓦斯矿井 地质条件简单 开采深度浅 150 米水平以上 瓦斯涌出量非常小 随着深度增加 瓦斯涌出量逐渐增加 不同煤层瓦斯含量 也有不同 根据勘探资料 25 号煤层瓦斯含量较高 其它各煤层含量较小 主 要可采煤层 CH4平均含量为 0 15m3 t 可燃质 CO2各煤层平均含量为 0 5m3 t 可燃质各主要可采煤层瓦斯自然成分以 N2为主 CO2次之 CH4最少 本矿瓦斯相对涌出量为 0 547m3 t 属于低瓦斯矿井 煤层无自然发火期 1 2 7 煤质 牌号及用途 本区煤种牌号单一 区内各煤层其坩埚粘结性几乎都是 1 其有害成份含 量很少 硫 St d 含量总平均为 0 56 而小于 1 磷含量总平均为 0 063 略高于 0 05 而 25 号煤层的磷含量则低于 0 05 属于低硫低磷煤 低硫中磷煤 本区煤岩组分以凝胶化物质为主 其次是丝质炭化物质 以及 含量不高的稳定组分和矿物杂质 矿物以泥质和浸染状粘土为主 石英颗粒次 之 本区煤种为褐煤 煤岩鉴定其变质阶段为 0 阶段 煤的灰分产率较高 干 燥基发热量较低 全硫含量为低硫煤 为此 本区煤可供如下两个方面使用 1 发电及锅炉用煤 6 2 民用生活燃料用煤 第第 2 2 章章 井田境界及储量井田境界及储量 2 1 井田境界 2 1 1 确定井田的依据 1 应尽量以自然界线作为井田境界线 2 井田范围 储量 煤层赋存及开采条件要与矿井生产能力相适应 3 井田划分时要考虑矿井本身的发展和相邻矿井的关系 4 可根据矿体赋存情况采用水平划分 垂直划分或按照矿体划分 2 1 2 井田境界及井田周边情况 矿区东接牙克石市 西连海拉尔区 南邻巴彦嵯岗苏木 北至海拉尔河与 陈巴尔虎旗相望 井田南部为煤层露头 北部 F5断层为界 西以 F2断层为界 东以 F4断层 为界 煤层平均倾角为 9 平均容重 1 24t m3 井田走向长度 5000m 倾向长度 2300m 2 1 3 井田未来发展情况 一矿位于大雁矿区的东南部 随着生产技术的进步和勘探水平全面的提 高 井田范围内探明储量会越来越精确 可能在更深部发现可采煤层 2 2 井田储量 2 2 1 井田储量的计算 设计井田范围内的煤层有 17 18 19 25 四层 各煤层储量计算边界 与井田境界基本一致 矿井初步设计应计算以下储量 1 矿井地质储量 按照地质勘探计算标准计算的矿井储量 7 2 矿井工业储量 在煤炭勘探中 将能利用储量划分为 A B C 三级储 量 A B C 三级储量的计算方法 应符合国家现行标准 煤炭资源地质勘探 规范 的规定 矿井工业储量是指井田精查地质报告提供的平衡表内 A B C 级 储量 它是矿井设计的依据 3 矿井设计储量 矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱 防水煤柱 井田境界煤柱和已有的地面建筑物需要留设的保护煤柱等永久性煤柱损失量后 的储量 4 矿井设计可采储量 矿井设计储量减去工业场地的保护煤柱 矿井井 下主要巷道及上 下山保护煤柱煤量后乘以采区回采率后的储量 详见表 2 1 可采煤层储量总表 表 2 1 矿井可采储量汇总表 煤炭损失量 水 平 煤 层 工业储量 A B C 万 t 工业 场地 井田境 界 断层巷道合计 开采损 失 可采储 量 万 t 17 36831074927962797372667301013027782811 19408213652331123338162933 25431514854351273648633088 合计 159715122051254361278319411499 2 2 2 保安煤柱 1 保护煤柱的留设方法 1 工业场地及主要井巷保护煤柱留设 工业场地保护煤柱留设 应在确定地面受保护面积后 用移动角圈定煤柱 范围 移动角数值应采用本矿区实测数据或与本矿区条件类似的矿区的实测数 据选取 工业场地地面受保护面积应包括受保护对象及围护带 围护带宽度为 15m 不包括在工业场地范围内的立井 圈定其保护煤柱时 地面受保护对象 应包括井口房 绞车房或通风机房风道等 围护宽度为 20m 圈定立井保护煤 柱时 应根据井筒深度 岩性 用途 煤层赋存条件及地形特点等因素 按国 8 家现行标准 建筑物 水体 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 的有 关规定执行 斜井或巷道上方的煤层是否留设保护煤柱 巷道所在的围岩性质 应根据巷道距地表的垂深 巷道与煤层的法线距离等因素确定 斜井或巷道下 方煤层 应从巷道保护煤柱边界起 用岩层移动角圈定保护煤柱 2 断层带几井田径界煤柱的留设 断层带及井田境界煤柱可按照 30 50m 的煤柱宽度来计算 并不是所有 的地面建筑物 河流等均须留置保护煤柱 设计时应结合实习井的具体情况和 三下 采煤理论进行分析 2 本井田边界煤柱留设及断层 井筒周边煤柱的留设 井田边界煤柱留设为 30m 断层带煤柱留设为 30m 井筒周边煤柱留设为 15m 2 3 矿井工作制度 生产能力 服务年限 2 3 1 矿井工作制度 根据 设计规范 规定 1 矿井年工作日为 330 天 2 矿井每昼夜四班工作 其中三班进行采 掘工作 一班进行检修 3 每日净提升时间 16h 小时 2 3 2 矿井生产能力及服务年限 1 根据 设计规范 矿井的设计生产能力应为 大型矿井 1 20 1 50 1 80 2 40 3 00 4 00 及以上 Mt a 中型矿井 0 45 0 60 0 90 Mt a 小型矿井 0 09 0 15 0 21 0 30 Mt a 除上述井型以外 不应出现介于两种设计生产能力的中间井型 2 矿井设计生产能力方案比较 本矿井已查明的工业储量为 159 71Mt 估算本井田内工业广场煤柱 境界 煤柱等京永久煤柱损失量占工业储量的 10 各可采层均为中厚煤层 按矿井 9 设计规范要求确定本矿的采区采出率为 80 由此计算确定本井田的可采储量 为 114 99Mt 根据地质报告的资料描述 煤层储量丰富 地质构造比较简单 煤层生 产能力大以及煤层赋存深等因素 初步决定采用大型矿井设计 并初步确定三 个方案 即矿井生产能力为 1 20Mt a 1 50Mt a 和 1 80Mt a 三个方案 分析 论证如下 按照公式 P Z AK 式中 P 为矿井设计服务年限 a Z 井田的可采储量 Mt A 为矿井生产能力 Mt a K 为矿井储量备用系数 一般取 1 4 计算得 P1 68 4a P2 55 7a P3 45 6a 经与 规程 和 采矿设计手册 相核对 确定 54 7a 为比较合理的服务 年限 即本矿井的生产能力为 1 50Mt a 服务年限为 54 7a 10 第第 3 3 章章 井田开拓井田开拓 3 1 概 述 3 1 1 井田内外及附近生产矿井开拓方式概述 一矿位于大雁矿区的东南部 其地理坐标为东经 120 30 56 120 37 18 北纬 49 13 11 49 15 00 矿区东接牙克石市 西连海 拉尔区 南邻巴彦嵯岗苏木 北至海拉尔河与陈巴尔虎旗相望 附近无大型矿 井 本矿井采用立井开拓方式 3 1 2 影响本设计矿井开拓方式的因素及具体情况 1 大雁矿区位于大兴安岭西北坡 地势为四周高中部低 呈盆地状 海 拨标高在 640 900 米之间 地表植被以草本植物为主 有部分森林 矿区北 部及南部有水系和沼泽 一矿井田内地形比较简单 其地势为东南高而西北低 海拨标高在 653 89 716 89 米之间 一般在 665 00 米左右 2 整个井田的煤层上部标高在 600m 下部标高在 200m 东部以 F4断层为 界 西部以 F2断层为界 本井田煤层系缓倾斜中厚煤层 整个矿区共有四层可 采煤层 即 17 18 19 25 全区发育 煤层走向长度为 5 公里 倾向 2 3 公里 这四层煤的间距均小于 50m 可联合开采 3 煤层平均倾角约 9 且含水层较少 4 井田内有 F2 F3 F4 F5四条断层 5 顶 底板为粉砂岩 细砂岩 中砂岩等硬质岩层 稳定性较好 3 2 矿井开拓方案的选择 3 2 1 井硐形式和井口位置 1 井筒形式 井筒形式选择立井井筒开拓 由于立井井筒的适应性很强 具有通过复杂 地质地段的能力强 生产系统简单 提升能力大 机械化程度高 维护费用低 11 有效断面大 通风条件好 管线短 物料和人员升降速度快等优点 2 井口位置 选择井筒位置时应从技术 经济 保安矿量 安全等四个方面出发 考 虑以下因素 1 井下条件 在井田走向的储量中央或靠近中央位置 使井田两翼可采储量基本平 衡 地下运输方便 井筒应尽量避免开掘在含水层 受断层破坏和不稳固的岩层 勘探程度及初期的工程量 井筒位置应尽量避免压矿 尽量位于岩层移动带以外一定距离 2 地面条件 井筒位置应选在比较平坦的地方 并且满足防洪设计标准 高出历年 洪水位 3m 以上 井口要避开地面滑坡 岩崩 雪崩 泥石流等危险地区 井口应有足够的工业场地同时考虑不占或少占用良田 井口位置要与矿区总体规划的交通运输 供电 水源 居住区 辅助 企业等的布局相协调 使之有利生产 方便生活 在本设计井田中 井筒沿走向的有利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 应尽量避免井筒偏于一侧 造成单翼开 采的不利局面 本井田煤层均为缓倾斜中厚煤层 井田走向长度不大 但倾斜长度较大 从有利井下运输和保证井田合理的服务年限出发 应该将井筒布置在井田中部 或稍靠上方的位置 由此可初步确定本设计井田的井筒位置在井田的中部稍靠 上方 3 2 2 开采水平数目和标高 倾斜煤层 一般由浅部向深部开采 以达到建设速度快 投资省 工程量 少 成本低的效果 根据煤层的赋存条件和倾斜长度 一个井田可以单水平开 采 亦可以多水平开采 煤矿科技迅猛发展 在高度机械化的基础上实现高度集中化是主要的发展 方向 高产高效矿井要求集中在一个水平 1 2 个工作面生产 这就要求有 丰富的储量 加大工作面 带区和水平的走向及倾斜尺寸 12 井田水平标高的确定主要考虑了以下几个因素 1 合理的水平服务年限 2 煤层赋存条件及地质构造 3 生产成本 4 水平接替 根据上述因素 本设计井田设计提出水平划分方案如下 方案一 井田划分一个开采水平 仰俯斜开采 方案二 井田划分两个开采水平 一水平标高 400m 水平垂高 200m 二 水平标高为 200m 一水平实行仰俯斜开采 二水平仰斜开采 各水平均实行仰俯斜开采 水平储量及服务年限如表 3 1 表 3 1 水平划分比较表 可采储量 万吨 服务年限 年 方案一一水平 1149954 7 一水平 556926 5 方案二 二水平 593028 2 从该表中可知 方案二的一水平服务年限达不到规范要求的服务年限 不 能够满足一水平服务年限不小于 30a 的基本要求 方案一满足要求 储量充足 并且单水平开采生产系统比较简单 运输环节少 故而采用方案一的单水平仰 俯斜开采 3 2 3 开拓巷道的布置 开拓巷道是指用于开辟或扩展采准区的矿井巷道 如井筒 井底车场 水 平大巷等 大巷的主要任务是担负煤矸 物料和人员的运输 以及通风 排水 敷设管线 对大巷的基本要求是便于运输 能满足矿井通风安全的需要 利于 掘进和维护 本井田共有可采煤层四层 即 17 18 19 25 其中 17 与 18 煤层平 均间距 47 9m 18 与 19 煤层平均间距 48 1m 19 与 25 煤层平均间距 43 8m 根据本设计的矿井的条件 特列出如下开拓和巷道布置方案进行比较 方案一 总石门 分煤层大巷 带区材料车场及带区入风石门 分 带运输巷及运料巷 倾斜长壁回采工作面 开拓及巷道布置如图 3 1 所示 方案一的优点如下 由于方案一用总石门贯穿所有煤层 初期工程量较少 施工简单 总石门 分煤层大巷和带区车场中可以选用同一种运输设备 分煤层大巷与分带巷道之 13 间再没有斜巷联系 所以 模式一的运输段数最少 方案一的缺点如下 1 各水平总石门长度大 工程量大 2 每层煤都要掘进多条分煤层大巷 分煤层大巷总条数过多 井田开 拓掘进总工程量大 成本过高 3 由于巷道数目多 所以巷道维护量大 维护费用高 4 由于带区材料车场和带区入风石门是从煤层底板穿向煤层 煤层倾 角缓 要留大量的护巷煤柱 总石门和两翼回风石门较长 压煤量较大 所以 煤炭采出率低 图 3 1 方案一开拓及巷道布置图 5 各煤层的分煤层运输大巷和回风大巷处在下层煤下山阶段的上方 回风立井处在井田边界附近 煤层之间几乎不能实现同采 一般为扒皮式回采 给各煤层间的搭配开采造成非常大的困难 矿井生产期内的产量 煤质 煤种 等综合指标不稳定 6 当井田内存在倾向断层时 分煤层回风大巷要频繁找煤 大巷的弯 道数量增加 影响运输设备的运行速度且增加投资 所以 对构造适应能力差 7 通风网路长 通风费用高 8 每层煤的护巷煤柱较大 煤柱损失大 且在有自然发火危险的煤层 中 容易引起自然发火 另外 由于是分层开拓 最易助长短期行为 浪费资源的现象 一般在井田走向短 煤层数目少 煤层间距大 集中布置在技术上有困难 经济上不合理时 才考虑此种布置模式 方案二 首层 分煤层大巷 带区车场及带区石门 分带运输巷及运 14 料巷 倾斜长壁回采工作面 其它层 集中大巷 反斜集中斜巷 分煤 层大巷 带区材料车场及带区入风石门 分带运输巷及运料巷 倾斜长 壁回采工作面 开拓及巷道布置如图 3 2 所示 方案二的优点如下 1 井筒较短 建井工期较短 初期投资较低 2 每层煤仰 俯斜回采工作面的推进长度相差不大 分带接续较均衡 分带巷道运输费较低 3 分带运输巷和分带运料巷掘进通风比较容易 方案二的缺点如下 1 每层煤的护巷煤柱较大 容易引起自然发火 2 由于巷道多 所以巷道维护量大 维护费用高 3 由于工程量大 又是单层开拓 扒皮式回采 所以采掘干扰比较严 重 4 由于带区材料车场和带区入风石门是从煤层底板穿向煤层 要留大 量的护巷煤柱 集中斜巷和回风斜巷较长 压煤量较多 所以煤炭采出率低 5 各煤层的分煤层运输大巷和回风大巷处在下层煤下山阶段的上方 回风立井处在井田边界附近 煤层之间几乎不能实现同采 给各煤层间的搭配 开采造成极大的困难 矿井生产期内的产量 煤质 煤种等综合指标不稳定 图 3 2 方案二开拓及巷道布置图 7 当井田内存在倾向断层时 分煤层回风大巷要频繁找煤 分煤层运 输大巷的弯道数量增加 影响运输设备的运行速度且增加投资 对构造适应能 力差 与方案一类似 一般在井田走向短 煤层数目少 煤层间距大 采用集中 布置技术上有困难且经济上不合理时 才采用此种布置模式 方案三 集中大巷 带区下部车场 反斜带区斜巷及煤仓 分带运 15 输巷及运料巷 倾斜长壁回采工作面 开拓及巷道布置如图 3 3 所示 方案三优点如下 1 大巷工程量及与大巷有关的联络巷道相对于其它两种模式大大减少 无总石门 也无回风石门 总工程量最少 降低了费用和成本 2 带区斜巷与煤层的夹角较大 而且随着煤层的阶梯开采逐段报废 越来越短 所以压煤量很小 集中大巷处在煤层群的最下部煤层 无石门 护 巷煤柱大为减少 所以煤炭采出率较高 3 由于总工程量减少 所以巷道维护量减少 巷道维护费大大降低 4 煤层间的开采顺序是阶梯式 总工程量又少 所以采掘干扰轻微 回采接续容易 图 3 3 方案三开拓及巷道布置图 5 排水费和通风费比其它模式低 6 当遇到走向断层时 集中大巷不必频繁转弯 带区斜巷向下延伸或 向上调整带区斜巷的长度即可保证带区斜巷与所有煤层的联络 所以对地质构 造的适应能力较强 7 护巷煤柱少 在有自然发火危险的煤层中 安全状况较好 8 由于总工程量少 出矸量少 煤炭采出率高 延长了矿井的经济寿 命 效益高 成本低 安全状况好 有利于煤炭行业的可持续发展 9 以斜巷代替石门做为煤层间的联络巷道 使得每层煤仰 俯斜工作 面可推进长度失衡的状况大为改善 降低了分带巷道的运输费用 10 由于带区斜巷是逆倾向穿层布置 所以巷道受力状态好 容易维护 16 方案三缺点如下 1 由于井筒较深 加之移交前要施工带区斜巷 所以初期工程量略大 工期略长 2 井筒提升费略高 3 建井期较长 详见技术比较表 3 2 表 3 2 技术比较表 序号对比项目 评优 准则 方案 一 方案 二 方案 三 1 一水平总工程量及总投资少差差优 2 工期短中优差 3 移交工程量及投资少中优差 4 矿井出矸量少差差优 5 巷道维护费少差差优 6 煤炭采出率高差差优 7 分带巷道长距离掘进通风易差优中 8 仰 俯斜工作面推进长度差值少差较优优 9 煤层间的搭配开采易差差优 10 运输段数少优差中 11 对构造的适应能力强差差优 12 分带巷道运输费少差较优优 13 带区斜巷运输费和井筒提升费少中优差 14 通风费少差优优 15 排水费少优差优 方案一 方案二 方案三在技术均较合理 方案三的优点显而意见 所以 该设计矿井选择方案三 17 3 3 选定开拓方案的系统描述 3 3 1 井硐形式和数目 本设计井田采用一对立井开拓 即主井 副井 主井用以提升煤炭 副井 用以提矸 升降人员 下放材料和设备及兼作进风井 3 3 2 井硐位置及坐标 井筒确定在 60 91 钻孔附近 理由是 1 地处井田储量中央 井筒距北部边界 1 35 公里 南部边界 1 公里 西部边界 2 4 公里 东部边界 2 6 公里 2 有较好的地形条件 井口处标高 650m 地面平整 确定井筒坐标为 主井井口坐标为 XA 5454357 YA 541883 副井井口坐标为 XB 54544449 YB 541937 主井井口标高为 643 3m 副井井口标高为 642 7m 主井井深 400 副井 井深 385m 两井筒中心线间距为 60m 主井井筒直径 6 5m 副井井筒直径 6 5m 均采用整体式混凝土井壁 井壁厚度 450mm 3 3 3 水平数目及高度 本井田采用立井单水平上 下山开拓方式 3 3 4 石门 大巷 运输大巷 回风大巷 数目及布置 1 大巷数目 一条运输大巷 一条回风大巷 2 大巷布置 大巷可布置在煤层中或煤层底板岩石中 前者叫煤层大巷 后者叫岩石大巷 1 煤层大巷 一般沿煤层底板或顶板布置 优点是实现机械化掘进 掘进速度快 费用低 便于探明煤层变化 缺点是巷道会因为煤层走向变化而 无法达到平直 维护工程量大 费用高对自然发火严重的煤层需采用砌碹 锚 喷等支护方式 需要留煤柱保护 当煤层顶底板较稳定 煤层较坚硬 易维护 煤层起伏和断层 褶皱小时 可保证巷道较为平直 保证运输设备运行 没有 18 瓦斯与煤的突出 无严重自燃发火等情况下 应优先考虑采用煤层大巷 2 岩石大巷 一般布置在煤层底板下方垂直在 20m 左右的比较稳定的 岩层中 优点 维护条件好 费用低 大巷方向 坡度可根据运输等功能要求 选定 而较少受地质构造的影响 可不留或少留护巷煤柱 煤的损失少 安全 条件好 受煤和瓦斯突出以及自燃发火影响较小 缺点主要为岩石工程量大 掘进速度慢 投资费用高 建设工期长 在具体条件下是采用岩石大巷还是煤 层大巷需要做全面细致的方案比较才能合理的确定 综上所述 由于本设计采用单水平集中大巷布置要求大巷服务年限较长 要长时间维护 所以将集中运输大巷布置在岩石中 大巷断面尺寸详见断面图 3 4 4300 1500 100 200 R2050 90010006001000600 600600 4100 2000 2000 500 500 320 图 3 4 大巷断面图 3 3 5 井底车场形式的选择 井底车场是位于开采水平 连接井筒和井下主要运输巷道的一组巷道和硐 室的总称 井底车场是开拓巷道的重要组成部分 在开拓工程量中占很大比例 是连接井下运输和提升两个环节的枢纽 井底车场设计是否合理直接影响矿井 的安全和生产 1 设计依据 1 井筒用途 形式和提升方式 主要运输巷道的运输方式 2 井筒及数目 主副井间距 井筒与大巷的位置关系 3 地面布置及生产系统 4 各种硐室有关的资料 5 矿井开拓方式 生产能力 车场用途和通过能力 2 选择井底车场原则 1 井底车场通过能力应大于矿井生产能力 并有 30 的富裕量 2 调车简单 安全 方便 弯道及交叉点少 3 操作安全 符合规程 规范要求 4 应该考虑主 副井之间施工时便于贯通 从而缩短建井时间 5 井底车场线路结构简单 工程量小 管理使用方便 布局合理 便 于施工和维护 6 井底车场形式也取决于矿车的类型 当采用定向卸载的底纵卸式 底侧卸式矿车时 其卸载站 即主井车线 可布置折返式 亦可布置环形式 19 但其装车站的线路布置必须与其相对应 3 立井井底车场的基本类型 1 环形式 斜式 立式 卧式 2 折返式 梭式 尽头式 综上所述 结合本设计矿井的有关设计参数 通过对立井各种形式井底车 场的适用条件及优缺点做简单比较后 初步拟定本设计井田采用环形与尽头式 结合形式的井底车场 3 3 6 煤层群的联系 本设计井田煤层群开采时的联系方式是联合准备 即 17 18 19 25 煤层组成一个统一的采准系统 准备巷道为四个煤层共用 大巷采用集中布置 方式 煤层倾角一般在 9 左右 本设计带区斜巷按反倾斜布置 由于带区斜巷要与带区下部车场相连 所 以带区下部车场要向集中运输大巷的下帮开掘 带区下部车场与集中运输大巷 垂直 然后施工一个回头 与带区斜巷相连 带区运输入风斜巷和带区运料回 风斜巷倾角相同 层位相同 从而保证了每层煤仰 俯斜工作面采止线能顺畅 地贴近 避免了在采止线附近维护采空区巷道和 Z 形通风现象的发生 带区斜巷倾角均取最佳角度 24 带区运输入风斜巷中的设备选用铸石 刮板运输机 投资少 运营费低 带区运料回风斜巷中的运输设备可选用齿轨 车运输方式 带区运输入风斜巷和带区运料回风斜巷一般是平行交替布置 它 们之间的间距是一个工作面的长度 带区运料回风斜巷与煤层群最下部煤层有一交点 自交点沿最下部煤层施 工一回风联络巷与最下部煤层中的集中回风大巷相连 构成回风回路 这条回 风联络巷始终担负回风的任务 同理带区运输入风斜巷在类似位置也有一回风 联络巷 其功能是在带区运输入风斜巷仅担负掘进任务时为掘进工作面回风 当带区运输入风斜巷担负运输 入风和掘进任务时 回风联络巷中的风门关闭 3 3 7 带区划分 本设计井田走向长度较大 地质构造简单 各煤层的倾角都小于 12 且煤层赋存稳定 构造简单 厚度为 2 8 米左右 顶底板良好 所以采用倾斜 长壁采煤法 采用倾斜长壁采煤法比走向采煤法多很多优点 可以节省大量开 采费用 采用倾斜长壁采煤法的矿井内的划分一般是条带式 带区式和盘区式 20 由于条带式和盘区式巷道布置方式工程量大 所以采用带区巷道布置 带区是 指能共用一个带区煤仓的所有煤层的所有工作面所组成的区域 因为采用带区式巷道布置 所以采用带区划分 据此将整个井田划分为 十三个带区 详见带区划分示意图 3 5 西 一 西 二 西 三 西 四 东 一 东 二 东 三 东 四 东 五 北 一 北 二 南 一 南 二 图 3 5 带区划分示意图 3 4 井硐布置及施工 3 4 1 井硐穿过的岩层性质及井筒维护 本设计井田采用立井开拓方式 布置两个井筒 井筒穿过的岩石大部分 为粉砂岩 有少部分的细砂岩和中砂岩 依据井筒特征及装备情况 参考地质 及水文地质资料 对本设计矿井井筒支护形式采用混凝土整体灌注式 主副井 井壁厚度均为 450 毫米 混凝土整体灌注式有防水性能好 整体性好 强度较高 便于机械化 施工方便 劳动强度低的优点 3 4 2 井硐布置及装备 井筒断面形状主要根据井筒用途 服务年限 井筒穿过的岩层性质及涌水 情况 选择的支护方式及施工方法等因素确定 主井为提升煤兼入风所用 其直径为 6 5 米 副井为提升矸石 运料和人 21 员所用 其直径为 6 5 米 主副井都采用混凝土整体灌注式 其中主井壁厚为 450mm 副井壁厚为 450mm 主井井筒 井筒直径 6 5m 净断面面积 33 17m2 掘进断面面积 43 m2井 筒深度 400m 井筒内装备一对 12t 刚性罐道立井多绳箕斗 JDG12 90 6Y 采用 180 180 10mm 方形方型空心型钢罐道 端面布置采用树脂锚杆固定拖 架 详见主井井筒断面图 3 6 22 16001600 2300 800 1200 400 600 6500 2400 830 450 图 3 6 主井断面图 副井井筒 井筒直径 6 5m 净断面面积 33 17m2 掘进断面积 43 m2 井 筒深度 400m 井筒装备一对 1t 固定式矿车 双层四车刚性立井多绳罐笼 担 负矿井辅助提升任务 详见副井井筒断面图 3 7 采用 180 180 10mm 方型空心型钢罐道 端面采用树脂锚杆固定拖架 罐道和井粱 罐道导向层间距均按 4 0m 设计 井筒内设有钢 玻璃钢复合材料 梯子间 作为矿井安全出口和井筒检修之用 并敷有排水管路三趟 一趟预备 井下消防洒水管路 另外 井筒还敷设有动力电缆 通讯讯号电缆 图 3 7 副井断面图 3 4 3 井筒延伸的初步意见 由于本矿井采用单水平开采 固不用考虑井筒的延伸 23 3 5 井底车场及硐室 3 5 1 井底车场形式的确定及论证 井底车场形式的确定应该根据井田地质条件 井田开拓方式 大巷运输方 式及矿井生产能力 地面布置及生产系统等因素来选择 该矿井井底车场形式 的选择依据如下 1 该矿井设计生产能力为 1 5Mt a 年工作日 330d 实行四六工作制 每日净提升 16 小时 2 矿井采用立井开拓方式 一个开采水平 集中大巷布置 两翼来煤 量基本相等 3 主要运输大巷采用 3t 底卸式矿车运输 每列车由 20 辆矿车组成 由两台 10t 架架线式电机车一前一后牵引 卸载时 机车通过卸载站 辅助运 输和掘进煤采用 1 吨固定式矿车 矸石列车由 34 辆 1 吨矿车组成 一台 10t 架线式电机车牵引 4 本设计矿井属于低瓦斯 低涌水量矿井 综合以上所述 结合设计要求 经分析比较后 本设计矿井拟选用 3 0t 底卸式矿车 环形与尽头式相结合的井底车场 3 5 2 井底车场的布置 存储线路 行车线路布置长度 1 存车线长度的确定 根据我国煤矿多年的实践经验 各类存车线可以选用下列长度 1 大型矿井的主井空 重车线长度各为 1 5 列车长 2 副井空 重车线长度 中型矿井按 1 5 列车长 3 材料车线长度 中小型矿井应能容纳 5 10 个材料车 2 存车线长度的计算 主井空 重车线 副井进 出车线 L m n Lk N Lj Lf 式中 L 主井空 重车线 副井进 出车线有效长度 m m 列车数目 列 n 每列车的矿车数 按列车组成计算确定 Lk 每辆矿车带缓冲器的长度 m N 机车数 24 Lj 每台机车的长数 Lf 附加长度 取 10 m 经过计算 得主井L 1 5 20 3 45 0 2 2 4 5 10 128 5 m 副井L 1 5 34 2 0 0 2 1 4 5 10 126 7 m 材料车线有效长度 L NC LC 式中 L 材料车线有效长度 m NC 材料车数 辆 LC 每辆材料车带缓冲器的长度 m L NC LC 15 2 2 33 m 根据实际需要 开设水泵硐室和变电所 取材料车线长 60m 3 线路道岔的计算 所选道岔数据见表 3 3 表 3 3 道岔特性表 主要尺寸 mm 序 号 道岔型号名称辙叉角 abL 质量 Kg 1ZDK630 6 25 单开 9 27 44 49725128101002109 2ZDC630 3 15 对称 18 26 06 2560537553751253 3ZDC630 5 25 垂直 11 25 16 3258414225325 单开道岔非平行线路联接 ZDK630 6 25 9 27 44 450 a 4972mm b 5128mm R 25000mm 35 32 16 T 8012mm M 25503mm m 15775mm n 11068mm f 5921mm 单开道岔平行线路联接 ZDK630 6 25 9 27 44 45 a 4972mm b 5128mm R 25000mm B 9604mm m 9732mm T 2069mm n m T 7663mm D 13206mm 垂直三角道岔线路联接 ZDC630 5 25 18 25 16 a 3258mm b 4142mm R 25000mm 1 18 55 30 69 06 59 a1 2064mm b1 2736mm 25 b1 2774mm T 1729mm m 27483mm M 25325mm 3 5 3 通过能力计算 1 井底车场线路布置图