开滦范各庄矿初步设计.doc

河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 1 目目 录录 目 录 1 第一章 矿区概述及井田地质特征 3 第一节 矿区概述 3 第二节 井田地质特征 4 第三节 煤层特征 13 第二章 矿井储量年产量及服务年限 18 第一节 井田边界 18 第二节 井田储量 18 第三节 矿井年产量及服务年限 20 第三章 井田开拓 22 第一节 概述 22 第二节 井田开拓 23 第三节 井筒特征 29 第四节 井底车场 32 第五节 确定井底车常主要巷道断面及硐室位置 38 第六节 开采顺序及采区 采煤工作面的配置 41 第七节井巷工程量及建井工期 42 第四章 采煤方法 45 第一节 采煤方法选择 45 第二节 采区巷道布置及生产系统 46 第三节 回采工艺设计 47 第五章 矿井运输 提升 排水 50 第一节 井下运输 50 第二节 矿井提升 53 第三节 矿井排水 64 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 2 第六章 矿井通风及安全技术 72 第一节 矿井通风系统的选择 72 第二节 风量计算及风速验算 73 第三节 采区通风设计 80 第四节 掘进工作面通风设计 82 第五节 全矿通风阻力计算 87 第六节 扇风机选型 93 第七节 选择电动机 94 第八节 矿井通风评价 96 第七章 矿井安全技术措施 100 第一节 顶板事故发生后的应急措施 100 第二节 瓦斯 煤尘爆炸事故发生后的应急措施 100 第三节 外因火灾事故发生后的应急措施 101 第四节 内因火灾事故发生后的应急措施 102 第五节 发生突水 溃浆事故后的处理 102 第八章 矿山环保 104 第一节矿山污染源概述 104 第二节矿山污染源防治 104 第三节 矿山治理 105 结 论 107 致 谢 109 参 考 文 献 110 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 3 第一章第一章 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 第一节第一节 矿区概述矿区概述 一一 矿区总体概述矿区总体概述 开滦范各庄矿是我国自行设计 施工的一座大型现代化矿井 该矿井是河 北省唐山市古冶区的一个矿井 位于唐山市东南约 4 4km 井田范围 井田东 部以煤氧化带为自然边界 西北部以范吕井田边界为边界 南部以经度 388000 西部以纬度 92500 为界 井田南北走向 4 7km 东西倾斜宽 3 14km 井田面积 14 3 平方公里 二二 地理位置地理位置 开滦地处河北省唐山市境内 北倚燕山 南望渤海 毗邻京津大城市群 处于环渤海经济开发区腹地 京沈 通坨 大秦和坨港四条铁路干线 京沈 唐津 唐港三条高速公路纵横其中 秦皇岛港 塘沽港毗邻相接 新崛起的京 唐港建有开滦业主码头 煤炭可直抵华东 华南市场和全国各地 并远销海外 范各庄矿位于开平向斜之东南翼 属唐山市古冶区管辖境内 北距古冶火车站 10 2 公里 矿内铁路与京山线古冶站和林西矿接轨 有公路干线通过井田 矿 井地理坐标 东经 113 度 28 分 北纬 39 度 33 分 详见图 1 1 范各庄矿井总 布置 三三 地形特征地形特征 范各庄矿井田范围内地势平坦 为第四系冲击层所覆盖 并且主要由砂 粘土 卵石组成 四四 气象 地震气象 地震 本井田 属暖温带半湿润型季风气候 四季分明 光照充足 温差较大 春季多风少雨 夏季炎热湿润 秋季秋高气爽 冬季寒冷多雾 年平均气温 14 2 15 5 年降水量 349 2 970 1mm 年日照时数 1787 2 2566 7h 每年 7 9 月份为雨季 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 4 据河北省地震局鉴定 本区地震基本烈度为 7 8 五五 矿区经济及电源矿区经济及电源 矿区内工业结构以采矿 建材 机械制造 轻工为主 矿井建设所需主要 建材除钢材 木材 水泥由国家调拨或外购外 其余砖 砂 石灰等均可由当 地得到解决 劳动力来源广 可满足建设需要 范各庄矿中央变电站的电源线计 4 趟 其中 2 趟是电网吕家坨变电站 35 千伏输电线 接矿中央变电站的两台变压器 SF7 16000 35 SF7 10000 35 以 6000 伏电压馈送至一水平 另外 2 趟是开滦林西电厂 35 千伏输电线 接矿 中央变电站的两台 SFL 15000 35 变压器 以 6000 伏电压馈送二水平 范各庄矿井总布置图 1 1 图 1 1 范各庄矿井总布置 第二节第二节 井田地质特征井田地质特征 一一 煤层系地层特征煤层系地层特征 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 5 范各庄井田煤系地层主要由石炭系 二迭系地层组成 其中包括中石炭统 唐山组 上石炭统开平组 赵各庄组 下二迭统的大苗庄组 唐家庄组 基底 为经过长期剥蚀夷平的中奥陶统 上覆地层为上二迭统古冶组陆相碎屑岩 含 煤建造由一套海相 过度相 陆相地层组成 1 唐山组 属石炭系中统 直接覆于奥陶系灰岩之上 与奥陶系地层呈假整合接触 平均厚度约 56 米 岩性以粉砂岩 泥岩为主 细砂岩次之 底部为鲕状铝土 质泥岩 G 层 含 K1 K2 K3三层灰岩 以 K3灰岩发育较好 层位稳定 厚 度一般为 2 5 3 2 米 称为唐山灰岩 含 1 3 层不稳定的薄煤线 2 开平组 属石炭系上统 上部止于赵各庄灰岩 K6顶板 下起唐山灰岩顶板 本组厚 度约 52 米 岩性以细砂岩和粉砂岩为主 泥岩次之 含 K4 K5 K6三层质地 不匀的薄层灰岩和一层局部可采的 14 煤层 本组比唐山组颜色较深 多呈深 灰色 泥岩显著减少 含砂量增加 植物化石增多 黄铁矿结晶体和菱铁矿结 核均较发育 3 赵各庄组 属石炭系上统 上部以 11 煤层顶板为界 下伏开平组 厚度约 86 米 为 主要含煤地层之一 岩性以粗砂岩 中砂岩和粉砂岩为主 泥岩次之 含二至 三层可采煤层 即 11 煤 12 煤 12 半煤 岩性与开平组相比颗粒变粗 接近 陆相沉积 4 大苗庄组 属二迭系下统 上部止于 5 煤层顶板 下伏赵各庄组 厚度约 67 米 本 组以深灰 黑灰色粉砂岩和泥岩为主 青灰色中砂岩次之 为主要含煤地层之 一 含可采煤层四层 即 5 煤 7 煤 8 煤 9 煤 6 煤层分布普遍 但不可 采 5 唐家庄组 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 6 属二迭系下统 上部止于 A 层顶板 下伏大苗庄组 厚度约 270 米 岩性 以粗 中砂岩为主 细砂岩次之 下部粉砂岩和泥岩比较发育 间夹 1 4 层 薄煤线 岩石颜色由下部的深灰 浅灰往上变为灰和紫红色 均属于陆相沉积 范各庄井田煤系地层的形成过程均属于近海型沉积 其中石炭系的唐山组 开平组和赵各庄组属于海陆交互相沉积 二迭系的大苗庄组和唐家庄组属于近 海陆相沉积 整个煤系地层厚度 煤层层数 旋回结构明显清晰 易于对比 从相旋回的特征分析 中石炭统地壳升降运动频繁 引起大面积的海侵和海退 沉积了一套海陆交互相地层 由于地壳运动短暂而频繁 不宜泥炭堆积 故没 有形成可采煤层 在这时期地形比较平坦 海侵和海退范围广泛 沉积了三层 薄层灰岩 即 K1 K2 K3灰岩 中石炭统地层厚度较薄 约为 56 米 相旋回 结构清晰 易于对比 晚石炭统地层以缓慢上升为主 聚煤作用活跃 海相地 层逐渐减少 过渡相地层增多 且出现河流冲积相沉积 在晚石炭统早期地壳 运动还比较频繁 且很不稳定 沉积了三层薄层灰岩 即 K4 K5 K6灰岩 到 后期地壳运动趋于稳定 适宜植物生长与堆积形成了本井田的可采煤层 即 11 12 煤层和局部可采煤层 12 半煤层 14 煤层 晚石炭统厚度约为 138 米 相旋回结构比较清楚 早二迭统地壳运动仍以上升为主 上升幅度由小渐大 海退范围逐渐扩大 沉积了一套近海陆相地层 湖泊 沼泽遍布 沉积了四层 稳定和较稳定可采煤层 5 7 8 9 煤层 到二迭统中晚期 气候由温润转 向干燥 不宜植物的生长 中期只形成薄煤层 到晚期聚煤作用已进入尾声 下二迭统地层厚度约为 337 米 从煤系地层形成过程来看 地壳运动在中石炭统 下二迭统是以上升为 主 上升幅度由小到大 由缓慢上升到直线上升 从岩相来看 为近海相 过渡相 大陆相 从成煤环境看 则为滨海平原到内陆湖泊 正是由于地壳 运动由弱到强 从海相逐渐转为陆相 在这种地壳相对稳定时期 才沉积了本 井田的可采煤层 详见表 1 1 范各庄矿井田地层划分简 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 7 二二 地质构造地质构造 范各庄井田位于开平煤田的东南翼 开平煤田位于燕山南麓 开平主向斜 是煤田的主要构造骨架 呈复式向斜构造 向斜的总体轴向为 NE 向 自古冶 表 1 1 范各庄矿井田地层划分简表 地质时代 系统组 建组起止层位 地层接 触关系厚度含煤性主 要 特 征 第四 系 由地表至基岩 面 219 5主要由砂 粘 土 卵石组成 上 统 古冶组 红色砂岩底面 至 A 层顶面 120 0不含煤主要由中砂岩 粉砂岩组成 唐家庄组 A 层顶面至5 煤层顶面 269 7含煤线 4 5 层 主要由中砂岩 粉砂岩组成 二 迭 系 下 统 大苗庄组 5 煤层顶板至 11 煤层顶板 69 4含煤 6 层 可采 4 层 即 5 7 8 9 煤 由砂岩 粉砂 岩 煤和泥岩 组成 赵各庄组 11 煤层顶板至 K6 灰岩顶面 86 4含 3 层煤 即可采的 11 12 12 半煤 由砂岩 粉砂 岩 煤组成 上 统 开平组 K6 灰岩顶面至 K3 灰岩顶面 51 7含煤 1 3 层 仅 14 煤局部可 采 主要由粉砂岩 泥岩组成 夹 三层分布不稳 定的灰岩 石 炭 系 中 统 唐山组 K3 灰岩顶面至 奥陶灰岩顶面 不整合 整合 整合 整合 整合 整合 假整合 55 8含 1 3 层 不稳定薄 煤线 以粉砂岩为主 细砂岩次之 间夹三层灰岩 底部为 G 层铝 矾土岩 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 8 开平 组 由灰 岩 白云 岩等 组成 以北主向斜轴逐渐转为东西向 向斜两翼不对称 西北翼地层倾角比较大 局 部地层倒转 发育落差及走向长度较大的逆断层或逆掩断层 东南翼地层倾角 比较平缓 由北往南发育两组轴向与主向斜轴斜交或直交的短轴倾伏褶皱构造 一组由杜军庄背斜 黑鸭子向斜 吕家坨背斜 塔坨向斜 毕各庄向斜及南阳 庄背斜等组成 另一组出现在宋家营以南 由李新庄向斜 刘唐堡背斜组成 其规模不如前者 东南翼断层不很发育 规模亦较小 多见于褶皱构造的轴部 正断层较多 逆断层较少 范各庄井田的主体构造为井田北翼的塔坨向斜和南翼毕各庄区域的毕各庄 向斜 是由于开平向斜在发育过程中北部受青龙山东西构造带影响 主向斜轴 在古冶以北发生偏转呈东西向而派生出的南北应力场形成的次一级构造 塔坨 向斜在井田范围内已由钻探工程 井巷工程严密控制 向斜轴线总体呈东西向 枢纽呈弧形向北凸出 受塔坨向斜影响 往南伴生发育了北二背斜和井口向斜 毕各庄向斜主要为钻探工程控制 向斜轴呈 NW 向 枢纽呈马鞍状起伏较大 沿轴线形成两个小型盆地 井田内较大的断裂构造主要分布于毕各庄向斜区域 一组是以 F5大断层为主的断层带 走向呈 NNE 向 F5断层为正断层 落差达 200 余米 向北发育 一直切过唐家庄井田 F5断层为喜马拉雅运动中产生的 次一级构造 另一组是以 F0断层为主的断裂构造带 该断层带在三水平南二石 门以南通过钻探 物探 巷道工程得到了比较好的控制 南二石门以北的延展 情况 及落差变化尚待探查 F0断层为 F5大断层的伴生构造 第三组为毕 36 孔 84 7 孔揭露的一组较大落差的正断层 断层多为单孔控制 断层的走向尚未确定 也应属于 F5大断层的伴生构造或派生构造 有待进一步查明 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 9 到目前为止 井田内可能出现的大型构造已基本得到了控制 总的来看 塔坨向斜区 毕各庄向斜区构造比较复杂 形成的断裂构造多与区域构造应力 场有关 有明显的规律性 中部单斜区构造相对比较简单 同时随着井田开发 往深部延深 构造发育越来越复杂 断层落差增大 断层面形式多样化 对生 产的影响也越来越大 特别是 F0断层及伴生构造的存在 完全打乱了二水平下 半部及三水平上半部的正常生产布局 范各庄井田根据构造特征 划分为三三个构造区 即井田北部的塔坨向斜区 中部单斜构造区和南部的毕各庄向斜区 1 塔坨向斜区 由南一石门往北到井田边界为塔坨向斜区 该区域内以褶皱和陷落柱构造 发育为主要特征 褶皱由北往南依次为塔坨向斜 北二背斜 井口向斜 已发 现的陷落柱大部分发育在此区域 且集中于井口向斜轴部附近 断裂构造发育 以小型正断层为主 塔坨向斜 塔坨向斜为本区域的主体构造 对该区内其它褶皱 断裂构造 及煤层的后生变化起着决定性的控制作用 塔坨向斜的枢纽呈弧形 向北弯曲 向斜的轴线在 400 米以上为 N65 W 往深部转为 N45 E 向斜轴面略向北倾 斜 两翼地层不对称 北翼陡 地层倾角可达 45 南翼缓 倾角在 20 以 下 向斜在浅部较为开阔 而在 300 米至 600 米之间褶皱比较紧密 并略呈 复式褶皱构造 向斜深部有向董各庄盆地发展的趋势 北二背斜 属塔坨向斜的次一级褶皱构造 背斜的轴线位于北二石门 2270 下山附近 基本与塔坨向斜轴平行 也呈弧形弯曲 发育于 300 米水平以下 井口向斜 位于二水平井底车场 也同属于塔坨向斜的次一级构造 由两 个小型向斜呈 Y 型组合而成 主轴也基本与塔坨向斜轴平行 呈弧形 它仅 发育在 300 700 米之间 在 400 米 500 米之间褶皱比较明显 井田内揭 露的岩溶陷落柱多集中在此区域 塔坨向斜区域内的断裂构造多数与塔坨向斜的形成有关 集中发育在向背 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 10 斜的轴部 揭露的断裂构造基本上分为四组 即 NW 向和 NEE 向 NNE 向和 NWW 向 其中以 NW 向和 NEE 向两组断裂较发育 断层落差大 延伸较远 多数为 正断层 在垂向上 同一断层在下部煤岩层中的落差要比在上部煤岩层中落差 大 特别是逆断层 当发育到上部 7 8 煤层时 就往往呈现为煤层的褶皱变 形而消失 另外 由于煤层的厚度及顶底板岩石力学性质的差异 不同煤层中 断层的发育差异也很大 9 煤和 11 煤层中断层比较发育 7 煤 8 煤和 12 煤层 中次之 另外 在该区域内还揭露了三种特殊类型的断层 一种是在浅部的 7 8 煤层中发育的走向断层 走向上有一定的延展长度 但垂向上只发育到 9 煤层 顶板之上 属于层滑构造 第二种是揭露于 2170 下山及 2176 等工作面中的大 型平推断层 断层的落差虽然不大 但断层的延展长度却很大 第三种是同一 断层在上部煤层中表现为正断层 在下部煤层中却表现为逆断层 断层面在垂 向上呈弧形弯曲 拐点多位于 9 煤层及其顶底板附近 据井下钻孔资料 在塔坨向斜轴部可能发育一条落差 6 0 米 走向平行向 斜轴的正断层 需进一步做工作查明 2 中部单斜构造区 南一石门至南四石门为中部单斜构造区 地层走向变化不大 倾向 NWW 向 地层倾角 8 24 由北往南倾角逐渐减小 一般在 15 以下 该区域以小 型断裂为主 F0大断层贯穿该区域 在南二石门以北及南四石门以南发育局部 小型褶曲 根据一水平及二水平采掘开工程实际揭露的资料 单斜构造区断裂 构造的发育特征主要表现为 1 在成因上 主要分为两类 一类是与区域构造应力场有关的断层 如 NE 至 NEE 向 NWW 向发育的断层 表现为断层发育的规律性很强 在走向上延 展的距离较远 有的断层落差虽然不大 也往往错断整个煤层组 另一类是由 于地层不均衡沉降或是沉积不均衡压实而形成的局部应力场产生的断裂构造 表现为断层落差较小 规律性不强 沿走向延展的距离短 除少数落差较大的 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 11 断层可以影响到邻近煤层外 往往都仅见于本煤层 尤以 9 煤层中比较常见 多为压性 压扭性小型断层 2 在展布方向上基本分为四组 即 NNE 向 NE 至 NEE 向 NNW 向和 NWW 向 其中以走向 NE 至 NEE 断裂构造占多数 其次为 NWW 向延展的断层 其它 两组仅见少量 3 在规模上 走向为 NE 至 NEE 向的断层落差较大 尤其是 NE 向的断层 大部分为正断层 该组断层水平延展距离较远 并错断整个煤层组 对生产影 响较大 NWW 向断层多为平推断层 虽然落差不大 但水平延展距离较远 4 在断层形式上 南三石门以北主要为正断层 自南三石门以南则逆断 层逐渐增多 并有正断层和逆断层交错相伴出现的现象 所出现的逆断层绝大 部分走向呈 NEE 向 水平延展的距离较远 初步认为是 F5断层错动产生的附加 应力场作用的结果 3 下面将已经揭露且对二 三水平生产影响较大的断层分别叙述如下 F0断层 该断层实际揭露于南四石门下部车场 根据巷道工程及钻探控制 往北一直延展到井口区附近 该断层为高角度正断层 倾向 SWW 倾角 70 84 揭露的最大断层落差为 37 米 往北延展落差逐渐减小 南三石 门处落差为 32 米 三水平运输大巷在一道半处穿过该断层 落差为 15 米 在 三水平南一石门钻探确定落差为 15 米 该断层贯穿整个单斜构造区 给采掘 生产造成了很大影响 同时 在 F0断层的两侧伴生有一定规模的较大落差断层 F17断层 实际揭露于 1477 泄水眼和 2473 风 运道 为一落差 7 0 米的 逆断层 倾向 NW 倾角 20 该断层向下发育到 9 煤层中 2491S 运道实见落 差为 4 0 米 向下未影响到 12 煤层 对该区域的 7 9 煤层的采掘生产有较大 的影响 F23断层 实见于二水平南一石门及 2177 斜面边眼 为两条正断层组成的 断层组 合计落差为 7 0 米 断层倾向 NEE 倾角 51 3090 上山也揭露该断 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 12 层 落差为 3 0 米 预计对下部各煤层也都有影响 F24断层 实见于 2290 上山及 2291N 运道 上山位置断层落差 5 0 米 运 道位置落差 3 5 米 倾向 SW 倾角 53 该断层向上只发育到 8 煤层底板 实见落差为 2 0 米 但由于该断层及伴生断层的影响 7 煤层在相应位置煤层 非常松软 顶板破碎 8 9 煤层在南二上山以北约 200 米的范围小断层十分发 育 顶板破碎 煤层厚度变化很大 对 12 煤层也有一定影响 F25断层 位于南二至南三石门之间 由一水平一直延伸到二水平 该区 域各回采工作面的巷道掘进中均实际揭露该断层 断层最大落差 3 5 米 倾角 65 70 在一水平为倾向断层 延伸到二水平逐渐转变为斜交甚至走向 断层 二水平南三中部车场及皮带石门 8 煤见点处揭露该断层的实际落差为 2 0 米 该断层的存在对南二 南三区域回采工作面的布置影响很大 预计可 以影响到以下各个煤层 F26断层 实见于二水平南四石门 12 煤层底板 为两条平行正断层组成的 断层组 合计落差为 9 0 米 近南北走向 倾向 SW 倾角 83 86 为 F0 断层的伴生构造 F27断层 实见于二水平南四石门 8 煤层顶板 走向近南北向 倾向 SW 落差 5 0 米 另据钻探及三维地震资料 在 F0断层上盘 100 米范围还伴生有数条落差较 大的断层 需进一步验证 三三 水文地质条件水文地质条件 1 井田内仍存在高水位异常区 影响着矿井延深和生产的正常摆布 1 是 2298 高水位异常区 初步查明是 12 煤层底板砂岩含水层直接接 受 K3 含水层补给 间接接受奥灰水补给造成的 造成该区域 9 煤 11 煤 12 煤层大面积不能开采 需完成导水裂隙注浆堵水工程后 方可回采 2 是以 204 区域为中心的井口区高水位异常区 沿井口向斜轴一直延 深到四水平井底车场 该区域 12 煤层底板含水层水位高 泾流条件好 与 K3 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 13 含水层有较好的水力联系 同时 300 车场 11 陷落柱的发现 97 J1水文观 测孔呈现出高水位异常 奥灰界面发现较大落差断层等 进一步说明该区域水 文地质条件十分复杂 是否存在隐伏导水岩溶陷落柱有待进一步 探查 3 是毕各庄向斜区南五石门以南区域 大型断裂构造较为发育 已有 水文观测孔反映 12 煤层底板含水层 K3含水层水位偏高 并且两者的水位比 较接近 成为新的异常区 但控制程度较差 2 生产过程中揭露的 F0断层已查明其向下发育到奥陶灰岩 已基本查明 了南一 南五石门之间二水平范围断层的导水 赋水情况 该断层在三水平赋 水 导水情况尚不清楚 3 井田南翼单斜构造区属正常疏降区 12 煤层底板水位已降至开采水平以 下 表 1 2 范各庄矿井田内主要标志层情况 层 位 系 统组 标志层名称 厚度 m 稳定性主要特征 唐家庄组 A 层铝铁质泥岩7 8稳定紫红色 含铝质成分较 多 5 煤层底板砂岩2 2稳定水平层理明显 层间清 晰 二 叠 系 下 统 大苗庄组 6 煤层底板砂质泥岩4 7稳定铝质成分 鲕状结构 11 煤层顶板粉砂岩8 3稳定含泥质结核 贝壳状断 口 赵各庄组 12 煤层顶板腐泥质页岩2 2稳定炭质成分很高 K6 石灰岩0 6不稳定局部相变为粉砂岩 K5 石灰岩0 7较稳定黑褐色 厚度变化大 上 统 开平组 14 煤层底板泥岩6 6稳定有鲕状结构 石 炭 系 中 统 唐山组K3 石灰岩3 2稳定含海相动物化石 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 14 G 层铝矾土岩11 5不稳定鲕状结构明显 铝质成 分较高 第三节第三节 煤层特征煤层特征 一一 煤质煤质 井田内各主要可采煤层的煤种均为结焦性良好的 1 号 2 号肥煤和气肥煤 煤质受沉积环境的影响 各煤层变化较大 赋存于赵各庄组的 11 煤 12 煤煤 质较好 灰分低 发热量高 但煤的含硫量高 赋存于陆相大苗庄组的 5 煤 7 煤 8 煤 9 煤则灰分较高 发热量较低 但煤的含硫量低 均属于难选或非 常难选煤 煤层的原生灰分在井田范围内并无大的差异 但原煤的生产灰分却 呈现逐渐上升的趋势 个别工作面的生产灰分则达到了 40 50 以上 1 造成原煤生产灰分增加的主要原因 1 是生产管理过程中的产品质量意识差 产煤中人为混入大量矸石 2 是由于个别煤层特殊的赋存条件 如存在伪顶 夹矸 或出现局部薄 煤等 生产工艺不合理 出现采伪顶 夹石 破底板等 形成的大量矸石混入 煤中 3 是煤层不能合理配采 7 煤 8 煤 9 煤等高灰分煤层集中生产 造成 全矿井原煤生产灰分增高 发热量降低 2 开采煤层的煤质 12 煤层煤岩类型以光亮型和半光亮型为主 内生节理发育 玻璃光泽 贝 壳状断口 煤的硬度 f 0 3 1 1 容重 1 42 表1 3煤的工业分析表 煤层名称水分 M 灰分 A 挥发份 V 含硫量 含磷量 发热量 Q MJ kg 121 5417 2035 611 60 004427 56 二二 煤层顶底板及围岩性质煤层顶底板及围岩性质 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 15 12 煤层为复杂结构的厚煤层 煤层厚度 1 05 8 32 米 平均 3 米 中上 部含有 2 3 层黄铁矿结核层 呈细条带或串珠状分布 比较稳定 煤层中部 一层结核厚度可达 0 1 米 距底板约 0 3 米普遍含有一层 0 1 0 2 米厚的松 软泥岩夹石 煤层厚度由北往南逐渐增厚 由毕 6 孔 毕 3 孔 83 5 孔 87 1 孔一线往南与 12 半煤层合并 厚度可达 8 米以上 与下伏 12 半煤的层间距 为 0 13 8 9 米 详见表 1 4 可采煤层特征 三三 煤的用途煤的用途 主要产品为 8 12 级精肥煤 低磷 高灰熔点 粘结性能好 是我国稀有 的炼焦用煤 被育为 工业味精 表 1 4 可采煤层特征表 可采煤层厚度 m 围岩性质煤 层 名 称 最小最大平 均 煤层 平均间距 m 顶板底板 煤层结 构 煤层稳定 性 121 058 32328 深灰色页 岩 泥岩 砂质泥 岩 粉砂岩 简单较稳定 四四 其它技术开采条件其它技术开采条件 1 瓦斯 赋存于煤层中的瓦斯是煤矿生产中的重大自然灾害之一 是随着煤化作 用产生的有害气体 煤层中的瓦斯含量一般受下述因素控制 煤的变质程度 围岩条件 地质构造 埋藏深度以及地下水活动等 范各庄矿 CH4 4的相对涌出量在 0 56 6 5 米 3 吨 CO2的相对涌出量 3 18 12 18 米 3 吨 天 仍属于低级瓦斯矿井 CH4 4 CO2 2的涌出量随着矿井的逐步延深 二水平部分工作面的 CH4 4 CO2 2 涌出量有逐渐增加的趋势 从瓦斯成分上看 CH4 4百分比含量值升高 现开采 水平的各煤层即将接近瓦斯风化带下限 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 16 预计延深到三水平 四水平 范各庄矿将成为高瓦斯矿井 2 煤尘 煤尘是在煤矿生产过程中 煤破碎后形成的粉末状尘埃 煤尘除引起煤肺 病 影响人的健康外 其主要危害在于悬浮于空气中的煤尘 在一定条件下可 引起燃烧或爆炸 造成巨大的井下事故 决定煤尘是否具有爆炸性 以及爆炸 性强弱的因素有以下几方面 1 煤尘的成份 煤尘的爆炸性与它的可燃体挥发分含量有很大关系 当 Vr 10 时 煤尘不具有爆炸性 当 Vr 10 15 时 煤尘具有微弱的爆 炸性 当 Vr 15 35 时 煤尘爆炸性迅速增加 具有强烈的爆炸性 当 Vr 35 42 时 爆炸性逐渐减弱 以多年的煤质统计数据来看 我矿各煤层 的挥发分数值均在 15 36 之间 尤以 23 35 范围内的数值为多 这说明 我矿具有发生煤尘爆炸的潜在危险 2 煤尘的爆炸性与它的水分和灰分含量也有一定关系 水分可以阻碍煤 尘的燃烧过程 增大尘粒的粘结性和减少煤尘飞扬 当水分含量达到 40 50 时 煤尘几乎丧失了爆炸性能 3 巷道空气中煤尘浓度和瓦斯浓度只有当煤尘呈悬浮状态 且煤尘浓 度达到一定界限 而瓦斯浓度达到下表中的数值时 煤尘才有发生爆炸的可能 由于我矿在采掘工作面实行喷水雾降尘 严格控制回风流中的瓦斯浓度 并将 CH4 4值控制在 0 5 以下 从而基本上消除了因瓦斯 煤尘浓度而可能引 发的煤尘爆炸事故 3 开采深度 随着开采深度的增加 煤尘的爆炸性逐渐增强 目前 我矿 一水平各煤层已基本回采完毕 全部进入二水平作业 通过对 1993 1997 年 部分工作面进行煤尘爆炸指数采样抽查发现 煤尘爆炸指数的平均值为 37 74 较 1970 1975 年的采样煤尘爆炸指数平均值 32 9 提高 4 84 个百 分点 最高值已达 52 72 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 17 4 煤层自然发火 残留在采空区的碎煤和煤柱 存放在地面的煤堆 以及接近露头的煤层 由于与空气接触而氧化生热 在散热条件下不畅的情况下 氧化生成的热量大 于向四周逸散的热量 致使煤的温度逐渐升高 一旦达到煤的燃点时 就会发 生煤的自燃 我矿各煤层均有自燃倾向性 从统计数据来看 12 煤层的发火期最短为 11 个月 最长为 25 个月 所以我矿 12 煤层的自然发火期定为 11 个月 矿井 发火等级定为三级 另外 通过对我矿各煤层的煤层组分及引发煤体自燃的黄铁矿含量进行分 析发现 煤层的自燃仅限于 12 煤层 主要有以下两方面的原因 1 煤岩组分 煤岩组分的类别 含量和相互关系 是影响煤自燃倾向 性的基本因素 不同煤岩组分的吸氧量 氧化速度和燃点明显不同 如果按丝 煤 镜煤 亮煤 暗煤的排列顺序 则吸氧量和氧化速度依次降低 燃点顺序 升高 自燃倾向性逐步减弱 2 煤中黄铁矿含量 煤中黄铁矿含量是影响煤自燃的重要因素 这是 因为有水和氧同时参加的条件下 黄铁矿发生化学反应生成硫酸 该反应为放 热反应 可使煤层温度升高 同时 由于黄铁矿转变为硫酸而从煤层中消失 以及硫酸对煤物质的溶蚀作用 致使煤结构变得疏松 促进了煤的氧化进程 从而最终导致煤体自燃 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 18 第二章第二章 矿井储量年产量及服务年限矿井储量年产量及服务年限 第一节第一节 井田边界井田边界 本设计井田东部以煤氧化带为自然边界 西北部以范吕井田边界为边界 南部以经度 388000 西部以纬度 92500 为界 井田面积 14 3km2 第二节第二节 井田储量井田储量 一一 矿井工业储量矿井工业储量 1 计算储量的工业指标 根据煤炭工业部颁发的 生产矿井储量管理规定 规定 计算储量的煤层 工业指标如下 1 最低开采厚度在煤层倾角小于 25 时取 0 80m 25 45 时取 0 70m 2 最高灰分指标为 40 3 夹矸剔除厚度 0 05m 2 储量级别 由于本矿井含煤地层沿走向 倾向的产状变化不大 断层稀少 没有或很 少受岩浆岩的影响 属 一类一型 井田 根据全国矿产储量委员会 1986 年 12 月颁发的 煤炭资源地质勘探规范 规定的勘探网度圈定各级储量 A 级 750 1000 米 B 级 1500 2000 米 C 级 3000 4000 米 3 块段划分 划分各级储量块段原则上以相应控制程度的勘探线 煤层底板等高线 构 造线等分界 对于小而孤立的块段 虽达 A 级或 B 级 未单独划分 倾角相差 较大 划分为不同块段 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 19 4 储量计算方法 在计算储量时 选用地质块段法 由于矿区内煤层倾角的变化范围一般介 于 12 15 之间 采用斜面积和真厚度 采用的计算公式为 2 1 dMSQ sec 式中 储量 万吨 Q 平面积 平方米 S 块段煤层平均倾角 度 M 块段煤层平均真厚 米 d 容重 均采用 1 42t m3 经计算 核实获得工业储量为 62 38Mt 表 2 1 工业储量汇总表 工 业 储 量 Mt煤 层 A 级B 级C 级A B C 备 注 12 煤48 78121 662 38Mt 二二 矿井设计储量矿井设计储量 矿井工业储量减去设计计算的陷落柱 断层煤柱 防水煤柱 井田境界煤 柱和已有的地面建筑物 构筑物需要留设的保护煤柱等永久性煤柱损失量后的 储量 井田边境煤柱 井田边境保护煤柱在井田边境留设 20m 的保护煤柱 则 煤柱损失量为 Q边 边 7 647Mt 断层的保护煤柱为 Q断 断 0 002445Mt 陷落柱 Q陷 陷 2 041 Mt 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 20 故矿井的设计开采储量 Q可 可 Q设 设 Q工工 Q边边 Q断断 Q陷陷 62 38 7 647 0 002445 2 041 52 69Mt 三 矿井设计可采储量 矿井设计储量减去工业场地保护煤柱 矿井井下主要巷道及上山保护煤柱 煤量后乘以采区回采率的储量 地面建筑物保护煤柱 此处的 煤层倾角为 14 度 则其作图如图 2 1 所示 由图 2 1 并计算可知工业广场的保护煤柱为 Q工保 工保 258 5Mt 保护巷道煤柱与其它损失煤柱为 4 33 Mt Q可 可 Q设设 Q护护 Q工保工保 52 69 4 33 2 585 45 77Mt 第三节第三节 矿井年产量及服务年限矿井年产量及服务年限 矿井设计每年工作日为 300 天 每天提升 14h 井下实行三 八制 每天二 班半生产 半班检修 每班工作八小时 表 2 2 矿井可采储量汇总表 矿井设计储量 Mt 矿井可采储量 Mt 永久煤柱设计煤柱损失 开采 水平 煤层 名称工业储量 Mt 断层境界 设计 储量工业场地井下巷道 可采储量 12 62 38 0 002445 7 647 52 69 2 585432 82 45 77 矿井设计服务年限 2 2 KA Z T K 式中 T 矿井设计服务年限 a 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 21 矿井可采储量 Mt K Z 矿井设计年产量 Mt a 储量备用系数 这里取 1 4 则服务年限 T 45 77 0 6 1 4 54 49a 40a 符合建中型矿井的要求 即此矿井设计年生产能力为 0 6Mt 服务年限为 54 49a 图 2 1 工业广场保护 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 22 第三章第三章井田开拓井田开拓 井田开拓方式主要是指在整个井田开采过程中所用井巷的基本特征及布置 合理的确定开拓方式是矿井开采中至关重要的一个问题 因为开拓方式不仅直 接和矿井的基本建设工程量 初期投资费用和建井速度有关 而且长期决定着 矿井的采矿工作的生产条件和技术面貌 影响整个矿井的正常开采和生产技术 经济指标 第一节第一节 概述概述 一一 矿井概述矿井概述 范各庄井田煤系地层主要由石炭系 二叠系的地层组成 基底为奥陶系中 统石灰岩 上覆第四系冲击层 厚度由北部的 50m 向南逐渐加厚 最厚可达 500m 井田可采煤层共七层 属低瓦斯矿井 有的煤层有自燃发火倾向 矿井 正常涌水量为 300t h 矿井开拓方式 矿区内井田开拓方式多采用立井多水平上下山开拓 设置 和不设置辅助水平以及大巷布置方式的不同来划分 可分为水平之间立井联接 暗斜井联接 集中大巷和分组集中大巷 水平之间设置辅助水平等四种类型 皮带运输可以确保煤的连续性 运输方式为皮带输送机 由于本井田煤层埋深 深 以及采用斜井井筒一般都比较长 煤的提升费用较高 故不采用斜井 为 立井三水平集中大巷上山开拓 二二 影响矿井开拓的主要因素影响矿井开拓的主要因素 矿井开拓方式主要受煤层埋藏深度和煤层倾角的影响 表土层厚度 瓦 斯涌出量水文地质情况等地质因素 也影响井田开拓方式的选取 本矿井埋藏深度 100 800m 煤层倾角平均为 10 15 表土层厚度为 200m 左右 瓦斯相对涌出量一般在 6 5 m3 h 以下 绝对瓦斯涌出量一般在 9 03 m3 min 以下 属于低瓦沼矿井 矿井正常的涌出量一般为 300m3 h 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 23 第二节第二节 井田开拓井田开拓 确定井田开拓方式时应遵循的一般原则是 1 必须贯彻执行党的方针政策和有关煤炭工业的各项技术政策 应当适 应当前煤炭工业现代化的要求 并能为建井快 投资少 出媒多 成本低 效率高的目的提供良好的基础条件 2 必须遵守和执行 煤炭安全规程 的有关规定 保证安全生产 3 应充分利用煤炭资源 力求减少开采中的煤炭损失 在有条件时 应注 意满足用户对煤质的要求和综合利用具有经济价值的共生矿物 4 开拓方式应布置合理 系统简单 既有利于生产集中 又能保整个生产 环节的畅通 井田的开拓方式一般以井筒形式作为分类的主要标志 常分为斜井 立井 平峒和综合开拓四大类 一一 对井田开拓中若干问题分析对井田开拓中若干问题分析 1 井田内划分及开采水平数目 本井田走向 4 7km 倾向长约 3 14km 倾斜方向划分三个阶段 采用三水 平上山开采 水平标高为 240m 530m 830m 沿走向划分若干采区 2 井筒形式 数目及位置 1 井筒形式 范各庄矿井田范围内地势平坦 为第四系冲击层所覆盖 并且主要由砂 粘土 卵石组成 当采用斜井时 井筒不稳定 维护难 当表土深 斜井通过 较复杂 较昂贵 同样开采水平 斜井比立井长 维护费用高 当围岩条件差 时维护困难 采用绞车提升时 速度低 能力小 钢绳磨损严重 动力消耗大 提升费用高 当井田倾斜很长需要多段提升时则转换环节多 系统复杂 效率 低 成本高 由于倾斜较长 因此各种管线敷设长度大 通风阻力大 增加了 费用 人员进出井和材料设备等辅助运输时间长 上述这些缺点都随着开采深 度和斜井斜长的加大而逐步突出 综上所述 本井田采用立井三水平开拓方式 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 24 矿井一水平标高 240m 水平 深部水平标高初定在 830 水平 2 井筒数目 采用立井开拓时 开凿一对提升井筒 即主井和副井 和一个风井 主井 主要用来提升煤炭 副井用作升降材料 人员 矸石和进风 排水 3 井筒位置的选择 本井田的走向较长 倾向较短 煤层赋存稳定 所有井筒开凿在井田中 央有利于运输通风 3 主要运输大巷和总回风巷的布置及煤层间的联系方式 1 运输大巷的布置与煤层间的联系 本设计单一煤层多水平开拓 运输大巷服务于整个开采水平的煤炭和辅助 运输 人员 矸石 材料 设备等 以及通风 排水和管路铺设 服务时间长 掘进主要运输大巷要为全矿井生产服务 因此 考虑到岩巷掘进费用大的同时 应主要考虑服务年限长 维护简单 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然发火等影响小这些优点 采用岩石大巷 掘进 由于本设计只采 12 煤 12 煤层顶板为深灰色页岩 主要运输大巷在煤层 顶板岩石中 运输大巷距煤层 30m 2 总回风巷的布置及其与煤层的联系 总回风巷的布置原则同运输大巷基本相同 本设计单一煤层多水平开拓 总回风巷服务时间长 因此 考虑到岩巷掘进费用大的同时 应主要考虑服务 年限长 维护简单 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然发火等影响小这些优点 采用岩石大巷掘进 12 煤层顶板为深灰色页岩 总回风巷布置在煤层顶板岩石中 总回风巷距 煤层 15m 二二 技术可行方案技术可行方案 1 综合考虑本矿井影响开拓的主要因素 提出了以下三个方案 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 25 第一方案 立井四个水平上山开采 在 230 水平开凿大巷 采用上山布置 当第一水平生产结束之前 采用立井延伸第二水平 然后布置一段大巷 采 用上山开采 三四水平同上 第二方案 立井两个水平上下山开采 一 二水平上山开采 在 230m 和 430m 设一 二水平 而在 630m 水平开采一个上山阶段 通过立井延伸到 830m 开采一个下山阶段 第三方案 立井三个水平上山开采 一 二水平上山开采 在 240m 和 530m 设一 二水平 而在 830m 水平同过暗斜井延伸到 830m 开采一个下山阶 段 图 3 1 方案 1 立井四水平上山开拓 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 26 图 3 2 方案 2 立井两水平上下山开拓 图 3 3 方案 3 立井三水平上山开拓 2 技术比较 1 方案 1 生产管理复杂 尤其当从第一水平延伸第四水平时 通风要求 满足多个水平需要 还要避免它们之间互相干扰 同时维护工程量大 留设护 巷煤柱 煤的损失多 2 方案 1 要开凿第一水平到第四水平的主 副井筒 多开第四水平的一 段水平大巷 一次性投资也较大 经过技术比较淘汰方案一 3 方案经济比较 开拓方案 2 和开拓方案 3 的方式不同 通过技术比较 不能确定 故要进 行经济比较 才能确定方案 两种方案比较费用表及工程量见表 3 1 表 3 2 表 3 3 表 3 4 表 3 5 表 3 1 建井工程量表 项 目方案 2方案 3 主井井筒600 30800 30 副井井筒590 10790 10 井底车场1616014900 主石门00 初 期 运输大巷 2 2 55002 2 4375 750 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 27 表 3 2 基建费用表 方案 2方案 3项 目工程量 m单价 元 m 费用 万 元 工程量 m单价 元 m 费用 万 元 主井 井筒 63018938 791193 1483018938 791571 92 副井 井筒 60018938 791136 3380018938 791515 1 井底 车场 16160 10 0m3 54249876 6614900 10 0m3 60149 7896 23 主石 门 000000 运输 大巷 2 2 550 0 4827 5510620 61 2 2 437 5 750 4827 558810 28 小计13826 7412793 53 表 3 3 生产经营工程量表 1 主 排 水 7252 46474 76 前期689 2310 4 2 大巷 运输 后期985 52496 0 3提升主井3662 623434 3 4总计12589 7212715 46 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 28 表 3 4 生产经营费 万元 表 3 5 费用汇总表 经过经济比较可知 方案 2 费用为 26416 46 万元 方案 3 费用为 25508 99 序 号 项目方案 2方案 3 1 主 排 水 20953 9220953 92 前期3915 901763 64 2 大 巷 运 输 后期4519 914686 88 3 提 升 主井7098 9564021 48 方案 2方案 3方案 项 目 费用 万元百分率 费用 万元百分率 建井费13826 74108 112793 53100 生产总经 营费 12589 7210012715 46101 总费用26416 46103 625508 99100 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 29 万元 后者比前者的费用低 综合技术与经济两方面的因素 确定为方案 3 即 立井三水平上山开拓 第三节第三节 井筒特征井筒特征 一一 井筒断面尺寸井筒断面尺寸 井筒断面尺寸 主要是根据提升容器的种类 数量及外形尺寸 井筒装备 的类型 规格 最小允许间隙 井筒的用途 管路 电缆 梯子间的平面尺寸 来确定 本矿井采用立井开拓 井筒穿过表土冲积层 含水层等 矿井的年产量为 60 万 t 选用副井井筒直径 6m 的圆形井筒 井深 240m 井筒装备采用一对 1 5t 单层双车罐笼 其型号为 GDS1 6 1 2K 井筒采用钢筋混凝土支护 混凝 土壁厚 400mm 充填 100mm 主井采用直径为 6m 的圆形井筒 井深 240m 提升容器采用一对 9t 箕斗 其型号为 JLG9 110 4 B74 316 4 井筒采用钢筋混凝土支护 混凝土壁厚 400mm 充填 100mm 风井采用直径为 5 5m 的圆形井筒 其内布置梯子间 作为紧急出口 井 壁厚 350mm 充填 50mm 主井 副井 风井断面及装备示意图见图 3 4 图 3 5 图 3 6 图 3 4 主井断面 60 图 3 5 副井断面 6000 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 30 图 3 6 风井井筒断面 风速校核公式如下 3 1 max V MS Q V 式中 通过井筒的风速 m s V 通过井筒的风量 m3 s Q 井筒的净断面积 m2 S 井筒的有效断面系数 圆形井为 0 8 M 安全规程 规定的允许最大风速 max V 副井 3 788m s 8 0625 19 9 066 风井 2 9215 m s 8 026 28 66 V 二二 井壁的支护材料及支护厚度井壁的支护材料及支护厚度 表 3 6 井筒特征表 河南理工大学本科毕业设计河南理工大学本科毕业设计 31 井筒名称主井 副井风井 井口 标 高 Z m 30 30 30 用途提煤提人 运料 排矸 回风 提升设备 一对 9t 箕斗 其型号为 JLG9 110 4 B74 316 4 1 5T 单层双车罐笼 其 型号为 GDS1 6 1 2K 井筒倾角 1