井下开拓系统.doc

东北大学继续教育学院毕业设计（论文） 摘要矿井开拓，其主要特点是地下作业，工作环境艰苦，自然条件复杂，通风和安全措施显得尤为重要。各煤田所处的地理位置不同，煤层地质条件多种多样，开采方法也就多种多样。 本设计是在兴陶煤矿原始地质条件下作的矿井初步设计，设计内容包含：井田概况及地质特征、矿井开拓。 井田概况主要包括矿区的地理、地形和交通；矿井的地理位置、井田范围；矿区的气象条件、地震烈度；井田地质特征、煤层及煤质概况以及水文地质条件概况等。矿井开拓分别论述了主井、副井位置选择、矿井开拓方式选择、井口位置与工业场地选择、水平划分与高程确定、大巷布置、煤层开采顺序采区（盘区）划分与接替等。关键词： 矿井 、开拓开采 ABSTRACTMine development, its main feature is underground, the working environment difficult, complicated natural conditions, ventilation and safety measures is particularly important.Different geographical location of coal, coal seam a variety of geological conditions and mining methods also varied.The design is original in the Hing Tao coal mine geological condition to make a preliminary design, design elements include: Ida profiles and geological features, mine to open up.Ida profiles include mining geography, topography and transportation;Mine location, Ida range;Mining weather conditions, seismic intensity;Ida geology, coal and hydro-geological conditions of coal profiles and profiles and so on.Mine development were discussed in the main shaft, auxiliary shaft location selection, mode choice to develop the mine, wellhead location and industrial site selection, to determine the level of division and elevation, roadway layout, the order of mining coal mining area (panel) division and take over, etc.Keywords: mine, to develop mining目 录摘 要1Abstract21. 井田概况51.1井田概况51.1.1交通位置、地形地貌51.1.2地区经济概况61.1.3矿区开发简史61.2地质特征及条件71.2.1地层地质构造71.2.2开采技术条件91.2.3顶板条件122. 方案比较132.1开拓方式及井口位置132.1.1矿井开拓方式选择132.1.2井口位置与工业场地选择142.2开拓部署182.2.1井筒数目182.2.2水平划分与高程确定192.2.3大巷布置222.2.4煤层开采顺序272.2.5采区（盘区）划分与接替282.3井 筒302.3.1井筒用途、布置及装备302.3.2井筒施工方法342.4井底车场及硐室362.4.1井底车场形式的选定362.4.2井底硐室名称及位置373. 结束语39参考文献401. 井田概况1.1 井田概况1.1.1交通位置、地形地貌山西朔州平鲁区华美奥兴陶煤业位于朔州市平鲁区下面高乡下韩佐沟村-白家梁一带，西距平鲁城方向距离约20km，南距朔州市约22km。距元元公路1km，距园芦铁路芦家窑煤站3km，距神头发电厂20km，交通十分便利。本区属于山西高原朔平台地之低山丘陵，全区多为黄土覆盖，区内黄土台地曾经受强烈的侵蚀切割作用，加上区内无植被覆盖，形成梁垣峁等黄土高原地貌景观。沟谷发育，呈“V”字形，切割深度40-70m。井田内地势中间高、东西低，最低点位于井田中西部，海拔高度1212.00m最高点位于井田中南部，海拔高度1377.1m。1.1.2地区经济概况平鲁区地下资源丰富，有煤、石灰岩、高岭土、铁、锰、云母等，工业以采煤为主，其它有机械、电力、化肥、印刷、陶瓷、建材、农副产品加工等。主要农作物有谷子、玉米、燕麦、高梁、土豆、油料作物等。地区经济较发达。1.1.3矿区开发简史兴陶煤矿于2004年8月28日正式开工建设，2005年7月完成设计的全部工程量，布置了两个连续采煤机旺格维利回采工作面。2005年8月矿井开始试生产，矿井生产能力0.60Mt/a，批准开采4、9、11号煤。1.2 地质特征及条件1.2.1地层地质构造(一)地层本井田位于宁武煤田北部平朔矿区东北部。井田内主要含煤地层为石灰系上统太原组，自上而下含有4-1、4-2、8、9-1、9-2、10、11、12号煤层，其中4-1、4-2、8、9-1、11号煤层井田内稳定可采， 9-2号煤层不稳定零星可采，10、12号为不可采煤层。（二）地质构造井田位于宁武向斜北段东翼，马关河向斜的东翼，平朔矿区东部。整体上东高,西低的一背斜构造形态,轴向大致北东向,背斜西北翼较缓,倾角1-2，走向北东向，东南翼较西北翼陡，倾角3-5，走向北北东向或近南北。井田发育有中型断层四条（F1），断距17-30m。X1号孔下石盒子组地层变薄，推测为该断层所致。井田内无岩浆岩侵入。综上所述，本井田构造复杂程度为简单类型,井田内断层一览表见表1-1。表1-1 井田内断层一览表断层编号位置走向（）倾向倾角（）落差（m）井田内延伸长度（m）控制F1正断层西部NE15NW8020-301220井下采掘F2正断层东中部NE12SW7520-301400井下采掘F3正断层中部NW62NE7517668井下采掘F4正断层西部NE43NE7520725井下采掘1.2.2开采技术条件1、矿井瓦斯根据兼并重组整合勘探报告，在3个钻孔中针对4、9、11号煤层采取了瓦斯样，该矿区处于瓦斯风化带 (煤层瓦斯含量表，见表1-2)。瓦斯含量低，但随煤层埋深的加大，瓦斯含量明显增高，若遇构造、水文等地质条件变化，会发生瓦斯局部富集，给安全生产带来威胁。瓦斯变化梯度为35m，即煤中沼气含量平均每增加1m3/t可燃质，煤层下延深度为35m。表1-2 瓦斯含量表层名自燃成分%瓦斯含量ml/g煤瓦斯含量ml/g可燃层CH4CO2N2C2-C8CH4CO2N2C2-C8CH4CO2N2C2-C840.9313.8081.980.000.020.301.540.000.030.401.510.0091.1817.8476.110.000.020.592.170.000.030.732.090.00114.4113.54 82.050.000.060.301.420.000.160.421.980.00原兴陶煤矿实际开采过程中所得数据，4-1煤层瓦斯相对涌出量为1.05m3/t。2004年瓦斯鉴定结果，原洪泉沟新井瓦斯相对涌出量为1.16 m3/t，原洪泉沟一号井瓦斯相对涌出量为1.29m3/t。依据上述分析，可知兼并重组整合矿井应为低瓦斯矿井。2、煤层自燃根据兼并重组整合勘探报告,各煤层着火温度366382，T1-3在626，属自燃和不易自燃煤。但根据2004年洪泉沟煤层自燃鉴定结果，原洪泉沟区煤层属易自燃煤层。3、煤尘爆炸本井各煤层均有煤尘爆炸性，火焰长度10400mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉量45-80%。4、矿井地温： 依据X2号孔和X4号孔两个孔测温结果，X2号孔最高温度19.5，X4号孔最高温度22.5，均无高温，因此，不存在热害。5、煤层顶底板：煤层直接顶和老顶岩性及稳定性，煤层直接底板岩性及稳定性。1.2.3顶板条件4-1号煤层老顶为层理发育的粗砂岩时一般回采一年半左右垮落；8号煤层项板为深灰色粉、细砂岩、砂质泥岩；9-1号煤层老顶为灰白色厚层中细砂岩，回采后3个月自动垮落；9-2号煤层顶板为砂岩、砂质泥岩；11号煤层：顶板多为泥灰岩，局部为泥岩和粉砂岩。据该矿开采情况，4-1、9-1号煤层顶底板较好管理。4-1、4-2、8、9-1、9-2、11号煤层号煤层煤尘均有爆炸危险性；4-1、4-2、8、9-1、9-2、11号煤层均为不易自燃煤层。2. 方案比较2.1 开拓方式及井口位置2.1.1矿井开拓方式选择兴陶煤矿现采用斜井开拓方式，工业场地布置有主斜井、副斜井和回风斜井三条井筒，担负矿井的主提升、辅助运输和回风任务，其中主斜井倾角1530，铺设一条带宽1200mm带式输送机作为主提升井兼入风；副斜井倾角9，利用无轨胶轮车担负矿井的辅助运输并兼入风；回风斜井倾角25，为专用回风斜井。在一水平4-1和4-2煤层中各布置一组大巷，矿井目前开采4-1煤层。2.1.2井口位置与工业场地选择主斜井井底布置在4-2煤层、副斜井和回风斜井井底布置在4-1煤层，距下部9-1煤层垂距34.18m，对于深部9-1、9-2及11号煤层的开拓，需要延伸副井及风井至二水平（布置在9-1煤层）。根据目前现有的开拓方式和大巷布置，在4-2煤层中布置一组大巷分别与4-2煤层的运输大巷和辅助运输大巷及4-1号煤层的回风大巷连接，在4-1煤层的二、三盘区中布置一组大巷分别与4-1煤层的回风大巷和辅助运输大巷及4-2号煤层的运输大巷连接。在开采9-1、9-2及11号煤层时，在9-1号煤层设置井底车场，延深回风斜井至二水平，主斜井不需延深，分别在9-1、11号煤层布置三条开拓大巷，构成完整的开拓系统。见图3-1-1。对于开采9-1、9-2及11号煤层时的主运输系统提出两个方案。一方案：主斜井不延深方案主斜井不延深，在9-1煤及11号煤层的运输大巷在与4-2号煤层交界处直接抬起，将煤流直接进入4-2号煤层的原带式输送机上，原来的输煤系统不变。即开采9-1煤、9-2煤及11号煤层时，煤炭通过9-1煤运输大巷带式输送机（11号煤层的带式输送机）转载到原4-2号煤层带式输送机，再转载到主斜井带式输送机运至地面。主斜井不延深方案见图2-1。二方案：主斜井延深方案主斜井延深至9-1煤层底板， 在9-1煤层新掘运输大巷至井田南部边界，然后在井田南部边界新掘运输大巷分别至井田的东西部边界。开采9-1煤、9-2煤及11号煤层时，煤炭通过9-1煤运输大巷带式输送机转载到9-1煤井底运输大巷带式输送机，再转载到主斜井带式输送机运至地面。二个方案工程量及新增设备见表2-1表2-1工程量及新增设备表方 案掘进工程量运输方式备 注方案一增加120m岩巷带式输送机9-1煤层的带式输送机直接和4-2煤层的带式输送机搭接，角度15方案二主斜井延伸（岩巷）150m9-1煤层运输大巷240m带式输送机主斜井皮带延长150m增加一部带式输送机，长度240m二个方案优缺点如下：一方案优点：不延深主斜井，不存在施工期间水仓和主水泵房被破坏的可能性。井筒内铺设一条带宽1.2m带式输送机，经计算，不延深主斜井可满足兼并整合重组后矿井主提升能力的要求。新增掘进工程量小，原铺设在4-2煤层的带式输送机不用变化，总体投资较少。井底保护范围小，可增加资源回收量。缺点：在布置距离4-2号煤层北翼运输大巷附近的一、二盘区工作面时，运输顺槽皮带和运输大巷的皮带搭接时需要掘部分岩巷，增加了工程量。二方案二方案优缺点与一方案相反，不再复述。经综合分析比较，一方案有利于9-1、9-2及11号煤层的开拓开采，矿井延深工期短，投资少等优点突出，因此，开采9-1、9-2及11号煤层时的主运输系统推荐一方案，即主斜井不延深方案。2.2 开拓部署2.2.1井筒数目山西朔州平鲁区华美奥兴陶煤业有限公司是由山西朔州华美奥能源有限公司兴陶煤矿（原朔州市平鲁区兴陶煤矿）和山西朔州市平鲁区洪泉沟煤矿资源整合而成。兴陶煤矿原有三条井筒，分别为主斜井、副斜井和回风斜井；洪泉沟煤矿原有三条井筒，分别为主井、副井和风井；两矿合并后，原兴陶煤矿的工业场地附属设施及三条井筒能够满足技术改造后的要求，无需利用洪泉沟煤矿的原有设施，另外洪泉沟煤矿的工业场地及井筒压煤量较大，矿井留设煤柱后，也不再适宜布置长壁工作面。因此从减少矿井煤量损失及减少矿井的维护费用考虑，不再保留原洪泉沟煤矿的三条井筒。仅利用兴陶煤矿的三条井筒即该矿初期及后期都能满足矿井提升、通风、排水及安全出口需要。2.2.2水平划分与高程确定（一）水平划分井田位于宁武向斜北段东翼，马关河向斜的东翼，平朔矿区东部。整体上东高,西低的一背斜构造形态,轴向大致北东向,背斜西北翼较缓,倾角12，走向北东向，东南翼较西北翼陡，倾角35，走向北北东向或近南北。本井田批采煤层为5层，由上而下分别为4-1、4-2、9-1、9-2和11号煤层，4-1、4-2两煤层间距为8.6511.85m，平均9.47m，4-2、9-1两煤层间距为19.741.35m，平均间距34.18m。9-1、11两煤层间距为9.4638.44m，平均间距17.33m。目前一水平开拓系统已经形成，主要硐室布置在4-2煤层中，在4-1、4-2煤层各布置三条大巷，分别为运输大巷、辅助运输大巷和回风大巷，满足了4-1、4-2煤层开拓的需要。如果将全井划分为一个水平联合布置，为满足无轨胶轮车运输的要求，9-1及11号煤层每个工作面两侧顺槽与4-2煤层中的辅助运输大巷之间需布置一条联络斜巷，9-1号煤层斜巷斜长达220m，11号煤层斜巷330m（倾角按9计算），不仅增加了岩石巷道的掘进量，而且增加了矸石运输、排弃等工作量，不利于无轨胶轮车运输。鉴于上述原因，设计将全井划分为两个水平，即4-1、4-2煤层划为一个水平即一水平，9-1、9-2及11号煤层划为一个水平即二水平。每个水平布置一组大巷，其中一水平大巷已形成，二水平大巷布置在9-1煤层中，由于该水平开采9-1、9-2和11煤。因为11号煤层距离9-1煤层较远，在11煤层内也布置三条大巷。主斜井井筒不再延深，副斜井及回风斜井井筒延深至二水平。11号煤的开拓分别由运输斜巷、辅助运输斜巷和回风斜巷连接二水平大巷形成的。（二）水平高程一水平主要开拓大巷布置在4-2号煤层中，主斜井井底高程为+1083.3m，副斜井井底高程为+1110.0m，回风斜井进入4-1号煤层后，沿4-1号煤层布置，井底高程为+1098.4m。二水平主要开拓大巷布置在9-1号煤层中，主斜井不再延深，副斜井二水平井底高程为+1079.0m，回风斜井延深至+1090.0m。2.2.3大巷布置（一）大巷布置方式井田内含煤地层为山西组、太原组和本溪组。山西组、本溪组仅零星有薄煤层，均未达可采厚度。太原组为主要含煤地层，共含煤9层，从上至下编为4-1、4-2、8、9-1、9-2、10、11、12号。4-1、4-2、8、9-1、11号为主要可采煤层，9-2号为局部可采煤层，10、12号为不可采煤层。煤层总厚平均34.54m，可采煤层总厚平均34.17m，本组地层一般厚90m。含煤系数33%。本矿批采煤层5层，分别为4-1、4-2、9-1、9-2、11号煤层，4-1、4-2两煤层间距为8.6511.85m，平均9.47m，4-2、9-1两煤层间距为19.741.35m，平均间距34.18m。9-1、11两煤层间距为9.4638.44m，平均间距17.33m。根据本矿煤层赋存情况，大巷布置提出如下两个方案。一方案：沿井田北部边界分水平、分煤层东西向布置三条大巷本矿沿井田北部边界分水平、分煤层东西向布置三条大巷，巷道基本沿煤层倾斜布置。这种布置不仅能保证一二三盘区的生产和接续，而且又能够确保一、二、三盘区工作面连续推进长度880m左右。工作面生产服务年限比较均衡，基本上工作面服务年限一年左右。因此，大巷布置在该位置是比较理想的。二方案：沿井田南部边界分水平、分煤层东西向布置三条大巷本矿沿井田南部边界分水平、分煤层东西向布置三条大巷，巷道基本沿煤层倾斜布置。这种布置虽然也能保证一二三盘区的生产和接续，而且在三盘区的工作面还可以布置的更长一些，推进长度约1700m左右。但存在着反向运输问题，不合理。通过上述分析，一方案有利于矿井的开采，技术上更为合理，因此，推荐一方案，即将一水平和二水平大巷沿井田北部边界东西向布置。（二）大巷数目本矿一水平部分开拓巷道已经形成， 4-1号煤层的一盘区已经开采完毕，二盘区已经布置两条大巷，分别为辅助运输大巷和回风大巷，因此在一盘区4-1号煤层不再布置大巷，延长4-1号煤层的两条大巷至三盘区的井田边界，在4-2煤层布置运输大巷、辅助运输大巷和回风大巷。开采4-1号煤层时，利用4-2号煤层的运输大巷进行运煤。4-2煤层西翼盘区巷道已局部形成。根据一水平开拓、准备巷道已部分形成的实际情况，本设计充分利用现有的巷道，然后增加一条巷道，在4-1、布置两条巷道，在4-2煤层布置三条巷道作为一水平的开拓巷道。由于二水平的9-1号煤层三盘区已经被原洪泉沟煤矿开采完毕，9-2号煤层在一盘区及二盘区的西部不可采，因此在二水平的9-1号煤层布置三条大巷至二盘区东部后通过部分岩巷进入9-2煤层，东半部分在9-2煤层中布置。11号煤层全区可采，通过二水平的联络巷，进入11号煤层，在11号煤层中也东西向布置三条大巷。（三）大巷层位三条大巷的中间巷道为运输大巷，靠近井田边界处为回风大巷，另一条为辅助运输大巷。各煤层的大巷均错开10m布置。为了解决巷道立体交叉时因局部抬高或降低，人为造成巷道起伏，影响主、辅运输设备的正常运行，因此巷道在空间上也错开布置，其中回风大巷沿煤层顶板布置，运输大巷在煤层中间布置，辅助运输大巷沿煤层底板布置。大巷间每隔200m设联络巷，巷道水平中心距为28m。大巷采用矩形断面，锚喷加锚索联合支护。2.2.4煤层开采顺序盘区开采顺序原则上是由近至远，采用盘区前进式开采，水平间是由上至下，先采一水平各盘区，后采二水平各盘区。本矿井分为三个盘区，其中二盘区4-2煤层的一部分及三盘区的9-1煤层已经被原洪泉沟煤矿开采，因此在二盘区和三盘区的4-1煤层部分被破坏，岩层还不稳定，现在开采存在安全隐患，根据该矿井的实际情况，首采工作面布置在本矿的一盘区4-1煤层，一盘区4-1煤层开采完毕后，接续一盘区的4-2煤层，一盘区一水平大约6a时间开采完毕后，岩层赋存状态稳定，接续二、三盘区的4-1、4-2煤层，一水平开采完毕后，从上至下依次开采二水平的9-1、9-2和11号煤层。2.2.5采区（盘区）划分与接替本井现为生产矿井，从煤层赋存条件和已开采的范围看，原兴陶煤矿4-1煤层受采空区的影响，整个煤层分东西两块，4-2煤层与原洪泉沟煤矿交界处被洪泉沟煤矿开采了一部分，其它煤层尚未开采；原洪泉沟煤矿的9-1煤层及与原兴陶煤矿的交界部分的4-2煤层已经开采。井田内地质构造简单，煤层赋存稳定，影响盘区划分的因素较少。鉴于上述情况，本井盘区划分和接续原则主要考虑以下几个方面：（1）尽可能把盘区尺寸规划的大一些，保证回采工作面有合理的推进长度和接续区段数量；（2）盘区划分的数量尽量少些，减少盘区准备工程量，降低生产成本；（3）充分利用原有界限，降低煤柱损失。根据以上原则，将井田划分为12个盘区，其中一水平有6个盘区，即一上盘区、二上盘区、一下盘区、二下盘区、三上盘区、三下盘区；二水平有6个盘区，一上盘区、二上盘区、一下盘区、二下盘区、三上盘区、三下盘区。其中一盘区和二盘区为单翼盘区，三盘区为双翼盘区。盘区开采顺序原则上是由近至远，采用盘区前进式开采，水平间是由上至下，先采一水平各盘区，后采二水平各盘区。2.3 井 筒2.3.1 井筒用途、布置及装备 根据开拓布置，矿井达到设计生产能力时，共有3个井筒，即主斜井、副斜井和回风斜井。1、主斜井主斜井主要担负全矿井的煤炭提升任务，并兼作安全出口及部分入风。井筒倾角1540，斜长483.3.0m，净宽4.0m。井筒内装备带宽1200mm、带速2.0m/钢绳芯带式输送机，提升能力1500t/h。井筒内设置台阶及扶手，另外井筒内还设有动力、通讯电缆、排水管和消防洒水管路。2、副斜井副斜井担负全矿材料、设备及人员运输以及安全出口和入风任务。井筒倾角9，斜长567.3m，净宽5.0m。运输工具为无轨胶轮车。设计考虑到无轨胶轮车在井筒长时间运行，易造成发动机或制动部件发热，影响运输安全。每隔300m处设一缓冲段，段长为30m。另外，设计还考虑到无轨胶轮车在井筒单向运行，车辆周转时间较长，通过能力受到影响，利用缓冲段作为车辆会让站，以减少井筒单向运行时间，增加运输通过能力。缓冲段巷道设计宽度满足大型车辆会让要求。另外井筒内还敷设照明和通讯电缆等。3、回风斜井回风斜井主要担负全矿井的回风任务，井筒净宽4.0m，倾角25，斜长288.3m。井筒内设置台阶及扶手，兼作矿井安全出口。井筒特征表，见表2-2。表2-2 井筒特征表序号井筒特征井 筒 名 称备注主斜井副斜井回风斜井1井筒坐标径距（Y）19627803.45719627782.95419627741.670纬距（X）4372069.1044372097.4754371935.8162井口高程（m）1220.0001220.0001220.0003井筒倾角15409254提升方位角233005823300585334505水平高程（m）第一水平1083.31110.01098.4最终水平1079.01090.06井筒深度或斜长（m）第一水平483.3567.3288.3水平以下深度258.259.9井筒全深483.3825.5348.27井筒宽度（mm）净400050004000掘4700590047008井筒净断面（m2）10.215.612.39井筒掘进断面（m2）表土段13.621.015.7基岩段11.617.913.210井壁厚度（mm）表土段350450350基岩段10010010011进、回风进风进风回风12井筒装备带式输送机、台阶扶手台阶、扶手13新建/已建已建已建已建2.3.2井筒施工方法该矿位于宁武煤田的北部东缘，由下而上发育有奥陶系，石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组，上统上石盒子组以及新生界第三系静乐组和第四系中、上更新统，全新统地层。1、第三系（R）上新统静乐组（N2j）岩性为棕红色粘土和亚粘土，内含铁锰质斑点，中下部常含3-5层钙质结核。发育广泛。本组厚0-77.02m，平均厚15.36m，与下伏地层为角度不整合接触。2、第四系（Q）1