采矿工程毕业论文设计正文.pdf

1 1 1 矿区概述矿区概述 1 11 1 交通位置及交通条件交通位置及交通条件 山西翼城牢寨煤业有限责任公司位于山西省翼城县东北部 隆化镇牢寨村南 距 翼 城 县 城 12km 行 政 区 划 属 翼 城 县 隆 化 镇 管 辖 其 地 理 坐 标 为 北 纬 35 45 41 35 48 19 东经111 49 39 111 52 07 晋 城 侯 马 公路和侯 马 月 山 铁路由井田南部边界外通过 矿区与公路 铁路间有简易公路连通 由矿区向西南经翼城 曲沃至侯马可与大运高速公路和南同 蒲铁路干线交接 交通便利 1 21 2 地形地貌地形地貌 井田属黄土高原低山区 浇底河谷于井田中部沿东西向通过 其南北两侧支沟呈 树枝状展布 总体呈现为沟谷纵横 梁峁绵延的复杂地形地貌 其总的地势为东高西 低 地形最高点位于井田东南边界处山梁 标高925 40m 地形最低点为井田西部边界 处浇底河河床 标高675 0m 地形最大相对高差250 40m 1 31 3 气候特征气候特征 翼城县地处中纬度地区 属暖温带大陆性气候 四季分明 冬春季寒冷多风 夏 秋季湿润多雨 据气象统计资料 年平均气温为12 4 7月气温最高 平均23 3 1月气温最低 平均 5 3 极端最高气温为41 3 1966 年6月21日 极端最低 气温为 19 1 1958年1月16日 雨季多集中在7 8月份 年平均降水量为542 3mm 年平均蒸发量1700mm 为年平均降水量的3倍多 霜冻期为10月下旬至次年4月上旬 全年无霜期180 200天 最大冻土深度0 60m 全年主要风向为东北风和西北风 平均 风速2 3 5m s 1 41 4 地震地震 据历史记载 翼城地区千余年以来记录地震次数达16次之多 其中具有破坏 性的共5次 据分析 上述地震现象均由汾渭地震带引起 依据中华人民共和国 GB50011 2001 建筑抗震设计规范 本区属7度区 动峰值加速度为0 05g 1 51 5 邻近矿井邻近矿井 在井田东部 南部有阳泉煤业翼城河寨煤业有限公司 西部和北部无生产矿井 1 61 6 矿区的水文简况矿区的水文简况 井田内主要河流为浇底河 由东向西流经井田中部 属季节性河流 年平均流量 2 0 30 0 898m 3 s 雨季最大洪水流量达 482m3 s 1970 年 7 月 1 日 河床最窄处 水深 4 5m 流速 2 19 3 02m 3 s 该河向西流出井田后于小河口水库与史泊河汇合流 向西南汇人汾河 属汾河水系 1 71 7 矿井发展矿井发展 山西翼城牢寨煤业有限责任公司前身为山西牢寨煤业有限责任公司 2009 年资源 兼并重组整合后为单独保留矿井 名称核准为山西翼城牢寨煤业有限责任公司 2011 年 12 月 25 日山西省国土资源厅换发采矿许可证 证号 C1400002009121220050288 批 准开采 1 2 9 10 号煤层 井田面积 12 5262km 2 生产规模 1 20Mt a 3 2 2 采区地质采区地质 2 12 1 采区概况采区概况 2 1 12 1 1 开拓概况开拓概况 批准该矿开采 1 2 9 10 号煤层 井田范围由 9 个拐点连线圈定 井田面积 12 5262km 2 设计生产能力为 1 20Mt a 目前开采 2 号煤层 矿井采用斜井开拓 主斜井净宽 3 6m 半圆拱断面 料石砌碹 倾角 16 净断 面 11 21m 2 斜长 399m 装备变更为 1200mm 的带式输送机 担负矿井的提煤任务 井 筒另一侧铺设轨道 作为检修通道 并作为矿井的进风井 副斜井净宽 3 6m 净断面 11 57m 2 倾角 15 44 33 斜长 442m 料石砌碹 装备单钩串车 担负全矿井的辅 助提升任务 设行人台阶及扶手 为矿井的进风井兼做安全出口 行人斜井净宽 2 4m 净断面 5 74m 2 倾角 16 57 48 井筒斜长 378m 井筒落底于 2 号煤层 装备斜井架 空乘人装置 设行人台阶及扶手 担负全矿井的提升人员任务 为矿井的进风井兼做安 全出口 回风立井净直径 3 5m 净断面 9 62m 2 垂深 306m 混凝土浇筑 担负矿井 2 号煤层南翼采区的回风任务 装备折返式金属梯子间 为矿井的安全出口 根据煤层赋存特征 设计确定设一个水平开采全井田 2 号煤层 水平标高为 570m 井田北部 2 号煤层布置南翼采区 即将开采完毕 井田南部 2 号煤层未开采区域划 分为 1 个采区 即南翼采区 为单翼采区 从井底车场向南沿 2 号煤层掘进西南运输大 巷和轨道大巷至井田南部 然后转折向正东方向沿 2 号煤层向井田东部掘进南翼运输大 巷 南翼轨道 回风 大巷至井田东部边界 南翼轨道 回风 大巷通过井底回风巷与回风 立井相接 2 1 22 1 2 采区概况采区概况 南翼采区位于井田南翼 采区走向长 2780 1480m 倾斜宽 1550m 根据开拓布置及煤层赋存特征 沿东西向布置南翼运输大巷 南翼轨道 回风 大 巷 大巷沿 2 号煤层底板布置 南翼运输大巷 南翼轨道 回风 大巷间距 30m 巷道保 护煤柱每侧 30m 沿断层保护煤柱边界布置工作面运输顺槽 回风顺槽 经计算选型 南翼运输大巷装备 DTL120 65 2 160 型带式输送机 完成煤炭运输 任务 南翼轨道 回风 大巷采用 SQ 80 110B 单轨索车连续牵引车 完成井下辅助运输 2 22 2 地质特征地质特征 2 2 12 2 1 地层地层 4 井田大部分为黄土覆盖区 仅在井田部分沟谷中出露二叠系石盒子组地层 第四系 地层分布于沟谷 山梁 黄土垣及两侧阶地 结合隆化普查区勘探成果 现将井田地层 由老到新分述如下 1 奥陶系中统峰峰组 02f 为含煤地层基底 揭露厚度 78 32m 为深灰色厚层状石灰岩夹薄层状泥岩 泥灰 岩组成 节理发育 有方解石脉充填 底部含有脉状石膏层 2 中石炭统本溪组 C2b 与下伏峰峰组呈平行不整合接触 厚度 10 25m 主要由深灰色粉砂岩 深灰至黑 色石灰岩及灰色铝质泥岩组成 底部铝质泥岩下常有透镜状的黄铁矿层 山西式铁矿 3 上石炭统太原组 C3t 为本井田主要含煤地层之一 自 K1 砂岩底至 K7 砂岩底 厚度 95 22 121 31m 平均 113 11m 主要由 K2 K3 K4 三层厚层状石灰岩与中细粒砂岩 粉砂岩 泥岩及 5 号 6 号 6 下号 7 号 8 号 9 10 号煤层组成 其中 9 10 号煤层为全区稳定可采煤 层 其它煤层均为不可采煤层 4 二叠系下统山西组 P1s 自 K7 砂岩底至 K8 砂岩底 厚度 19 05 34 23m 平均 26 78m 井田主要含煤地层 之一 主要由灰 深灰 灰黑色粉砂岩 泥岩及 1 上号 1 号 2 号 3 号煤层组成 其中 2 号煤层为主要可采煤层 1 号为不稳定局部可采煤层 其余 1 上号和 3 号煤层为 不可采煤层 5 二叠系下统下石盒子组 P1x 连续沉积于下伏山西组之上 地层厚度 98 44 131 13m 平均 127 44m 岩性主要 为灰 深灰色泥岩与灰 灰绿色各粒级砂岩互层 夹有 1 2 层浅灰色铝质泥岩 顶部 为一层浅灰 粉紫 褐黄等杂色泥岩 含少量铝质 为 K10 砂岩之辅助标志层 俗称 桃花泥岩 本组底部有时含 1 2 层薄煤线 6 二叠系上统上石盒子组 P2s 间或出露于井田部分沟坡之处 上部以厚层状黄绿色中粗粒砂岩为主 中夹薄层泥 岩 砂质泥岩 下部为灰 灰绿色 黄绿色及紫色泥岩 粉砂岩和中粗粒砂岩互层 砂 岩中交错层理发育 底部分界砂岩 K10 为一层灰绿色中粗粒长石石英砂岩 井田范 围本组上部多被剥蚀 最大保留厚度 200m 左右 5 7 上第三系上新统 N2 井田部分沟谷中有出露 岩性为上新统棕红色粘土 亚粘土层 夹有数层钙质结核 层 底部有砾石层 本统厚度 0 80 O0m 8 第四系 Q 1 中更新统 Q2 分布于沟谷两侧及黄土垣 由浅红色亚粘土为主 含钙质结核数层 厚度 0 80m 2 上更新统 Q3 浅黄色亚砂土 垂直节理发育 分布于沟谷及两侧 厚 0 90m 2 2 22 2 2 水文地质水文地质 1 地表河流 井田地表展布一条季节性河流即浇底河 数条黄土冲沟 井田地表水汇集于井田地 表各沟谷 各沟谷大气降水汇入浇底河 浇底河往南西至翼城注入浍河 浍河向南西 至新降县南 3km 处注入汾河 汾河向南西至河津县禹门口流入黄河 井田属黄河流域 汾河水系 井田内各沟谷基本常年无水 遇雨亦一泻而去 雨停后沟干或为细流 属季节性溪 流 2 井田主要含水层 本井田及四邻的含水层自下而上有 1 第四系松散孔隙含水层 为近代河床冲积形成的砂砾层 主要分布在大沟谷的一级阶地上 厚度变化较大 约为 10m 民井单位涌水量仅 0 04 0 94L s m 该层水位标高变化较大 水质类型 HCO3 SO4 Ca Mg 型水 富水性弱 中等含水层 2 基岩风化带含水层 由于风化水蚀作用的强弱 裂隙的深度因地而异 风化深度 30 50m 富水性变化 大 据邻近村民饮用水井的调查资料 水量不大 能满足居民和牲畜饮用 水位标高变 化较大 水质类型 HCO3 SO4 Ca Mg 型水 富水性弱的含水层 3 上石盒子组 K10 砂岩 含水层 地表泉水多为 K10 砂岩水 泉流量一般为 0 20 0 87L s 为富水性弱的含水层 4 下石盒子组 K8 K9 砂岩 含水层 由碎屑岩类的泥岩 砂岩组成 主要含水层为 K8 K9 砂岩含水层 为 2 号煤层直 6 接充水含水层 钻孔所见岩芯裂隙不发育 钻进消耗量一般不大 距本井田西部 0 6km 一带据牢寨煤炭精查 L 24 钻孔抽水试验单位涌水量 0 03L s m 渗透系数为 0 251m d 水位标高约 790m 泉流量为 0 10 0 76L s 富水性与裂隙发育程度有关 水质属 HCO3 SO4 Ca 型水 为富水性弱的含水层 5 山西组 K7 砂岩 含水层 K7 砂岩不稳定 常相变为粉砂岩 裂隙不发育 钻进消耗量小于 0 05m3 h 为弱 富水性含水层 6 上石炭统太原组 K2 K3 K4 石灰岩 含水层 太灰岩溶裂隙含水层主要含水层为 K2 K3 K4 石灰岩 为 9 10 号煤层直接充水含 水层 是 2 号煤层间接带压充水含水层 岩溶 裂隙较发育 H201 钻孔抽水试验 单位 涌水量为 0 118 0 541L s m 渗透系数为 4 51m d 水位标高 695 99m 为富水性中 等的含水层 水质属于 HCO3 SO4 Ca Mg 型水 水位标高 603 607 为极强富水性 含水层 7 奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层 主要富水含水层为中奥陶统峰峰组上段及上马家沟组二 三段 以厚层状石灰岩及 泥岩为主 岩溶裂隙发育 奥灰顶部具古风化壳 钻孔冲洗液消耗量达 15m 3 h 埋藏浅 接受补给条件较好 区域属富水性强含水层组 为井田内煤系地层下伏的主要充水含水 层 为井田内煤系地层下伏的主要充水含水层 水位标高为 602 611m 为富水性中等 含水层 3 主要隔水层 1 中石炭统本溪组 由铝质泥岩等组成 细腻 不透水 厚度 17 30 28 85m 平均 23 52m 系一较好的隔水层 2 上石炭统及二叠统 主要由具有可塑性的泥岩 砂质泥岩组成 各层砂岩间 及灰岩间均有泥岩分布 一般厚度 2 米至数米不等 可起到良好的层间隔水作用 上述隔水层在区内分布较稳定 厚度变化较大 具有一定的隔水性 但应该指出 隔水层的隔水性是相对的 是受一定条件影响的 如它在受到较大断层 陷落柱及矿坑 顶板冒裂带等特殊情况影响下 就会不同程度的失去其隔水作用 4 地下水补给 径流 排泄条件 该区地下水以大气降水及地表迳流水补给为主 由于冲沟发育切割较深 地表水排 7 泄条件较好 各含水层之间又有泥岩组成的隔水层相隔 相互间组成为平行复合关系 水力联系较差 第四系松散含水层和基岩风化裂隙含水层水位 径流与地形基本一致 石炭系 二 叠系含水层沿地层倾向径流 在地表切割处以泉的形式排泄 生产矿井排水是其主要排 泄方式 另外 当地群众生活用水 多取自于表土层孔隙水和二叠系砂岩裂隙水 第四系含水层与基岩风化带含水层可互为补给含水层 井田内碎屑岩含水层及石炭系上统层间岩溶裂隙含水层 其间有厚度不等的泥岩隔 水层相隔 相互水力联系差 主要以相互平行的层间径流为主 仅在构造部位或浅埋区 才可与其它含水层发生直接的水力联系 奥陶系中统岩溶裂隙含水层是区内主要含水层之一 井田内埋藏较深 井田位于古 堆泉域的东部 地下水补给后由北东向南西迳流 本区断裂构造比较发育 井田西 北 东界均为大型断层切割 井田内还有其他规模较大断层 若断层导水将沟通上下含水层 之间联系 奥陶系灰岩在区域东南部有大片出露 为主要补给区 根据钻孔奥灰水位资料 本 区奥灰地下水迳流方向为北东向南西 并于区域西部海头泉 南梁泉呈泉水排泄 5 矿井充水因素分析 煤矿生产实践表明 对矿井充水有影响的水源主要有大气降水 地表水 含水层水 及老空水 其影响程度 主要取决于上述各水体的发育程度或富水性 以及水体同开采 煤层的关系 2 32 3 地质构造地质构造 井田位于沁水盆地西南边缘 区域构造位置处于沁水块坳 临汾 运城新裂陷 中 条山块隆三个构造单元的复合部位 受三个构造单元的复合影响 井田主要为一宽缓的 背斜和一较宽缓的向斜组成的褶曲构造 其间又伴生有一小型的背斜和向斜构造 地层 倾角 3 11 东部 南部局部地段较陡 倾角甚达 15 井田断裂构造较发育 分 布较广 共发现 20 条正断层 发现 1 个陷落柱 井田内断层较发育 因其分布的位置 和规模会对采区和工作面的布置及回采工作带来不同程度的困难 井田地质构造属简单 偏中等类 1 褶曲 连马河背斜 S1 8 为井田主体构造 由井田东北边界延入本井田 于 L 20 号孔附近消失 该背斜纵 穿井田中部 为勘探区延伸最长的褶曲 井田内延伸长度约 5353m 轴向北东 该背斜 在本井田段两翼基本对称 地层倾角一般为 3 10 左右 S2向斜 位于井田西南部 1向斜东南部 轴向北东 延伸长度约 1754m 两翼对称 地 层倾角 5 10 S3背斜 位于井田南部 1向斜东南部 与之并行排列 轴向北东 延伸长度约 949m 两 翼基本对称 地层倾角 5 10 油庄向斜 S4 发育于井田东部 轴向近 SN 轴部沿 L 1 L 25 L 29 号孔延伸至 L 31 L 32 号 孔之间渐趋消失 延伸长度 3630m 该向斜两翼基本对称 南段较缓 地层倾角 6 10 而北段因受 F26断层影响 地层较陡 倾角可至 10 15 2 断层 NFX1正断层 位于井田东北部边界附近 该断层在南端交于 F26断层 由井下巷道揭 露 属正断层 断层走向 NW SW 倾向 NE SE 落差 10m 走向延伸长度 1581m FX3正断层 位于井田北部 由井下采空区揭露 断层走向 NE 倾向 SE 落差 4 5m 倾角 43 走向延伸长度 1064m FX4正断层 位于井田东北部边界附近 由井下采空区揭露 断层走向 N50 E 倾 向 NW 落差 2m 倾角 70 走向延伸长度 357m FX5正断层 位于井田西南部 由井下巷道揭露 断层走向近 EW 倾向 N 落差 8m 倾角 70 走向延伸长度 271m FX6正断层 位于井田西南部 由井下巷道揭露 断层走向 N60 E 倾向 SE 落差 1 5m 倾角 70 走向延伸长度 128m F5正断层 位于井田西部边界外 由以往地质填图发现 断层走向 N10 W 倾向 SW 落差 倾角不详 走向延伸长度 2749m F20正断层 位于井田西北边界外 由井下巷道和采空区揭露 断层走向 N50 E 倾向 NW 落差 50 143m 倾角不详 走向延伸长度 3429m F25正断层 位于井田西部 由以往地质填图发现 由井田南部边界延入井田 断 9 层走向 SN 倾向 W 最大落差 101m 倾角 70 走向延伸长度 2603m F26正断层 位于井田中部 由以往地质填图发现 断层在井田东北部走向 N25 E 在井田中部走向 N15 E 倾向 SE 落差 4 73m 倾角 70 走向延伸长度 1976m F27正断层 位于井田西部 由井下采空区揭露和以往地质填图发现 该断层由井 田南部边界延入井田 仅有少部分进入井田 断层走向 N20 W 倾向 SW 落差 30 200m 倾角 75 走向延伸长度 5675m 除上述较大断层外 通过山西地宝能源有限公司在该矿南 北翼采区进行三维地震 勘探时控制以及该矿在 2 号煤层开采过程中巷道揭露 均属正断层 3 陷落柱 本区通过三维地震控制陷落柱 1 个 位于井田中部 L 24 孔西南方向 陷落柱为 一上小下大的反漏斗型 其陷落角较陡 柱体中心轴为直立型 在 2 号煤层中其长轴为 100m 在 10 号 9 10 号 煤层中其长轴为 118m 2 4 可采煤层及顶底板情况 2 4 12 4 1 可采煤层可采煤层 可采煤层为山西组的 2 号煤层和太原组的 9 10 号 9 10 号 煤层 分述如下 2 号煤层 位于山西组下部 上距 K8 砂岩 8 67 18 29m 平均 13 83m 煤层厚度 1 39 4 60m 平均 2 98m 属中厚 厚煤层 其可采性指数为 1 厚度变异系数为 25 为全井田可采的稳定煤层 含 0 4 层夹石 结构简单 复杂 顶底板一般为泥岩 粉砂 岩或中细粒砂岩 该煤层目前已在井田的北部和西部形成较大面积的采空区 9 号煤层 位于太原组下段顶部 煤层厚 1 40 1 93m 平均 1 73m 属中厚煤层 其可采性指数为 1 厚度变异系数为 13 为全井田可采的稳定煤层 不含夹石 结构 简单 该煤层在除本区中部外的其它地方均因其沉积环境的变化导致其与下部 10 号煤 层间距变小 间距小于 0 80 而与之合并 统称 10 号 9 10 号 煤层 合并区面积 2 3 井田面积 顶板为石灰岩 底板一般为泥岩 局部为粉砂岩 该煤层目前尚未开采 10 号煤层 即 9 10 号煤层 位于太原组下段顶部 上距 2 号煤层 69 89 84 80m 平均 75 59m 煤层厚 3 06 6 80m 平均 4 85m 属中厚 厚煤层 其可采性指数为 1 厚度变异系数为 28 为全区可采的稳定煤层 一般含 0 1 层夹石 局部 2 层 结构简 单 该煤层在除本区中部外 其它地方均因其沉积环境的变化导致其与上部 9 号煤层间 距变小 间距小于 0 80 而与之合并 统称 10 号 9 10 号 煤层 顶板为石灰岩 泥岩 10 局部为粉砂岩 底板一般为泥岩 局部为粉砂岩 该煤层目前尚未开采 2 4 22 4 2 煤质煤质 井田内 2 9 10 号 9 10 号 煤层物理性质和煤岩特征基本相近 皆呈黑色 玻璃 光泽 节理 层理发育 断面平整 线粒状结构或层状构造 本区煤的硬度 f 2 左右 2 号煤层为低灰 中灰 特低硫 低硫 高发热量的贫煤 PM 9 号煤层为特低灰 低灰 高硫 的贫煤 PM 10 号 9 10 号 煤层为低灰 中灰 高硫的贫煤 PM 井田内 2 9 10 号 9 10 号 煤层均为贫煤 据煤层煤质特征 2 号煤层可作为动 力和气化用煤 9 10 号 9 10 号 煤层由于硫分高 主要做动力用煤 2 52 5 涌水量涌水量 矿井水文地质类型为中等类型 正常涌水量 760m d 最大涌水量 1140m d 生产 过程中坚持 预测预报 有掘必探 先探后掘 先治后采 的方针 避免水害事故发生 2 62 6 其它开采技术条件其它开采技术条件 1 瓦斯 绝对瓦斯涌出量为 2 3m 3 min 相对瓦斯涌出量 0 9 m3 min 为低瓦斯矿井 2 煤尘爆炸危险性 2 号煤层煤尘有爆炸性 因此在今后开拓 生产中应按规定设置隔爆装置和设施 注意洒水防尘 以杜绝煤尘爆炸事故的发生 3 煤的自燃倾向性 2 号煤层为不易自燃煤层 4 地温 地压 本区地温梯度为 1 2 100m 属地温正常区 恒温带深度一般在 70 80m 左右 属地温 地压正常区 11 3 3 可采储量 可采期及生产能力可采储量 可采期及生产能力 3 13 1 储量计算储量计算 南翼采区设计资源 储量 13774kt 设计可采储量 10819kt 3 23 2 储量计算参数及方法储量计算参数及方法 1 储量计算方法 采用地质块段算术平均法 计算公式如下 Q SMd 式中 Q 块段煤炭储量 t S 块段水平投影面积 m 2 M 块段内煤层平均厚度 m d 煤层视密度 t m 3 2 号煤层为 1 4 t m3 2 采区煤柱 南翼采区南翼运输大巷 南翼轨道 回风 大巷间距 30m 巷道保护煤柱每侧 30m 顺槽之间留设 20m 保护煤柱 3 33 3 服务年限及可采期服务年限及可采期 2 号煤层南翼采区服务年限为 9a 可采期为 108 月 12 4 4 采区方案设计采区方案设计 4 14 1采区方案设计应考虑的因素采区方案设计应考虑的因素 矿井现有 570 开采水平的集中胶带大巷 集中轨道大巷 集中回风大巷已经形成 考虑南翼采区的回风系统与集中回风大巷相连 运料系统与集中轨道大巷相连 运煤系 统与集中胶带大巷相连形成南翼采区生产系统 4 24 2采区布置方案采区布置方案 根据牢寨煤业有限责任公司 570 水平南翼采区的地质条件 并结合现有的生产系 统等实际情况 提出采区巷道布置的两套方案 方案一 延伸集中胶带大巷 集中轨道 大巷 集中回风大巷三条大巷 过 Fx3 断层后沿煤层倾向方向布置南翼采区三条平行的 轨道 胶带 回风上山 方案二 延伸集中胶带大巷 集中轨道大巷 集中回风大巷三 条大巷 过 Fx3 断层后沿 Fx3 断层方向布置南翼采区胶带大巷 南翼采区轨道大巷 南 翼采区回风大巷三条平行的大巷 两个方案的具体内容如下 方案一 延伸集中胶带大巷 集中轨道大巷 集中回风大巷三条大巷 过 Fx3 断层 后沿煤层倾向方向布置南翼采区三条平行的轨道 胶带 回风上山 1 回采巷道布置 回采巷道 回采顺槽沿三条平行的轨道 胶带 回风上山两翼进行布置 2 长壁采煤方法 采用走向长壁采煤方法 方案二 延伸集中胶带大巷 集中轨道大巷 集中回风大巷三条大巷 过 Fx3 断层 后沿 Fx3 断层方向布置南翼采区胶带大巷 南翼采区轨道大巷 南翼采区回风大巷三条 平行的大巷 1 回采巷道布置 回采巷道 回采顺槽沿三条平行的轨道 胶带 回风大巷进行单翼布置 2 长壁采煤方法 采用倾斜长壁采煤方法 4 34 3采区方案比较及选择采区方案比较及选择 4 3 14 3 1 工程量统计及比较工程量统计及比较 表 4 1井巷工程量比较表 方案一方案二 13 序号巷道名称长度 m 序号巷道名称长度 m 1南翼采区胶带巷14641南翼采区胶带巷1350 2南翼采区轨道巷14832南翼采区轨道巷1350 3南翼采区回风巷14453南翼采区回风巷1350 4回采面运输顺槽9634回采面运输顺槽1300 5回采面回风顺槽9635回采面回风顺槽1300 6回采面1406回采面150 工程量合计6458工程量合计6800 表 4 2井巷工程经济比较表 项目方案一方案二比较 采区采出煤量 万吨 795 9780 5 15 4 准备巷总进尺 米 43924050 342 采区巷道总进尺 米 64586800 342 万吨掘进率 米 万吨 8 118 71 0 60 投入总资金 万元 10939 911036 8 96 9 4 3 24 3 2 综合比较综合比较 表 4 3综合比较表 方案优点缺点 方 案 一 1 井巷工程量小 2 经济投入小 3 采区运输距离较方案二短 利于 集中生产 4 回采顺槽巷道推进长度适中 利 于防灭火管理 1 两翼开采煤柱多 2 煤炭资源损失大 3 工作面拆除 安装搬家次数多 14 方 案 二 1 单翼开采煤柱小 2 煤炭资源损失小 3 单翼采区 工作面连续推进 工 作面拆除 安装搬家次数少 1 井巷工程量大 2 经济投入大 3 采区运输距离较长 4 回采顺槽巷道推进长度较大 不 利于防灭火管理 经过比较 虽然方案一两翼开采具有煤柱多 煤炭资源损失大 搬家次数多的缺点 但方案一具有井巷工程量小 经济投入小 利于集中生产的优点 更为主要的是 2 号煤 层的自燃倾向性为 级容易自燃煤层 方案一回采顺槽巷道稍小一些 利于防灭火的管 理 从两个方案系统的全面性 技术等综合考虑 方案一巷道布置更符合南翼采区总体 布局 故采用方案一进行巷道布置 15 5 5 采煤工艺采煤工艺 5 15 1采煤方法及工艺采煤方法及工艺 5 1 15 1 1 煤层概况煤层概况 可采 2 号煤层 位于山西组下部 上距 K8 砂岩 8 67 18 29m 平均 13 83m 煤层厚 度平均 5 98m 属中厚 厚煤层 为全井田可采的稳定煤层 含 0 4 层夹石 结构简单 复杂 顶底板一般为泥岩 粉砂岩或中细粒砂岩 该煤层目前已在井田的北部和西部 形成较大面积的采空区 5 1 25 1 2 采煤方法的选择采煤方法的选择 1 采煤方法的选择其依据 根据本地区周边矿井的开采经验 优先选择的采煤方法为放顶煤综采工艺 放顶煤 综采工艺的适应条件如下 A 适用于煤层厚度大 厚度变化也较大 一般平均厚度应在 5 0 m 以上的煤层 B 适用于煤层裂隙发育 结构简单或夹矸强度较低 中硬及以下顶板 易于冒落 埋深较大 有一定的地应力 总之 顶煤应具备一定的冒放性 C 适用于煤层距离上部强含水层有足够的间距 不会引起矿井的水害或带来工作 面涌水量大量增加 恶化工作面生产环境 影响工作面正常生产 D 适用于无煤与瓦斯突出危险 2 采煤方法的确定 根据本地区周边矿井的开采经验 结合采区 2 号煤层的赋存情况 确定采煤方法采 用走向长壁综采放顶煤一次采全高采煤法 顶板采用全部垮落法管理 工作面回采方式采用后退式 劳动组织方式采用 四 六 制作业制度 三班生产 一班准备 5 1 35 1 3 采煤工艺采煤工艺 工作面长度 140m 平均采高 5 98m 循环进度 0 6m 每天 8 个循环 日进度 4 8m 工艺顺序 割煤 移架 推前溜 放顶煤 拉后溜 落煤 采用 MG160 375 W 采煤机双滚筒截割落煤 滚筒截深 600mm 装煤 采煤机滚筒配合 SGZ 630 220 刮板运输机装煤 运煤 工作面前部刮板输送机采用 SGZ 630 220 刮板输送机运煤 后部采用 SGZ 730 400 刮板输送机运煤 胶带顺槽采用 1 部 SZZ 764 110 转载机配合 DSJ100 63 2 16 75 皮带机运煤 使用 PCM 110 破碎机对工作面产生的大炭进行破碎作业 5 1 4 5 1 4 采煤工作面主要设备采煤工作面主要设备 根据采煤工作面所选择的采煤方法及工艺 配备相应的工作面设备 表 5 1采煤工作面主要设备表 序号设备名称规格型号数量主要技术特征 采煤机 MG 160 375 W 1 台 生产能力 1800T H 截割速 度 0 6m min 前部刮板输送 机 SGZ 630 220 1 部 运输能力 600t h 电机功率 2 110kw 链速 1 3m s 后部刮板输送 机 SGZ 730 400 1 部 运输能力 700t h 电机功率 2 200kw 链速 1 3m s 中部支架 ZF4400 17 28 78 架 工 作 阻 力 4400KN 支 撑 高 度 1 7 2 8m 过渡支架 ZFG4800 20 30 4 架 工 作 阻 力 4800KN 支 撑 高 度 2 0 3 0m 转载机 SZZ 764 110 1 部 运输能力 1000t h 电机功率 110KW 链速 1 33m s 破碎机PCM 1101 部 破碎能力 2000t h 电机功率 110KW 8皮带运输机 DSJ100 63 2 75 1 部 运输能力 2000t h 电机功率 2 75KW 带宽 1 0m 带速 3 55m s 9移动变电站 KBSGZY 160 0 6 1 台 输入电压 6KV 输出电压 1140V 容量 1600kvA 10乳化液泵 BRW315 31 5 1 套 流 量 315L min 额 定 压 力 31 5Mpa 电机功率 200kw 17 序号设备名称规格型号数量主要技术特征 11喷雾泵WPE320 10 套 公秤压力 10Mpa 公秤流量 320L min 12组合开关QJZ 6 4002 台 额定电压 1140 660V 额定 电流 4 400A 13 15HP绞车 25HP绞车 40HP绞车 JD 11 4 JD 25 JD 40 5 部 2 部 2 部 14水泵2DA 8 44 台 15煤电钻MDZ 1 22 台 5 1 5 5 1 5 采区及工作面回采率采区及工作面回采率 按 煤矿安全规程 及相关规范规定 结合矿井煤层赋存条件和工作面布置方式 确定采区回采率为 80 回采工作面采煤机割煤回采率为 95 放顶煤回采率为 75 5 25 2回采工作面顶板管理与支护设计回采工作面顶板管理与支护设计 5 2 15 2 1 回采工作面顶板管理回采工作面顶板管理 工作面采用 ZF4400 17 28H 型低位放顶煤液压支架 ZFG4800 20 30 型过渡支架 全部垮落法管理顶板 最大控顶距 4555mm 最小控顶距 3955mm 端面距不大于 360mm 1 支架布置 工作面布置 78 个基本支架和 4 个过渡支架 2 支架控顶距 根据支架 采煤机 刮板输送机配套关系的支护长度 求的支架最小和最大控顶距 最小控顶距 L L1 L2 3595 360 3955mm 最大控顶距 L L1 L2 D 3595 360 600 4555mm 式中 L1 综放支架 中间架 的顶梁长度 3595mm L2 端面距 360mm D 采煤机截深 600mm 5 2 25 2 2 回采工作面支护设计回采工作面支护设计 参考本矿同煤层矿压观测资料 选择本工作面矿压参数 18 工作面合理的支护强度 Pt 9 81h r k 式中 Pt 工作面合理的支护强度 kN m 2 h 采高 2 6m r 顶板岩石重力密度 2 5 t m 3 k 工作面支柱应支护的上覆的岩层厚度与采高之比 一般为 该处 取 经计算得P 318 82 kN m 2 1 液压支架实际支撑力 Rt kb kh ka R Rt 液压支架实际支撑力 kN K 支架工作系数 0 99 Kz 支架增阻系数 0 95 Kb 支架不均匀数 0 9 Kh 采高系数 0 95 Ka 倾角系数 0 95 R 支架额定工作阻力 4400kN 经计算得R 3361 25kN 2 工作面合理的支护密度 n Pt R 318 82 3361 25 0 09 架 米 2 工作面支架密度 1 4 255 1 5 0 156 架 米 2 支架的平均控顶距为 4 255m 架与架支架的距离为 1 5m 支护密度的验算 0 156 架 米 2 0 09 架 米2 5 35 3采区巷道掘进及支护采区巷道掘进及支护 南翼采区轨道上山沿 2 号煤层底板布置 巷道坡度 0 17 巷道断面按通过液压 支架设计 同时考虑了综合管线布置和矿井通风要求 巷道内铺设双轨 轨距 600mm 轨型 30kg m 工字钢轨枕 沙石道床 巷道采用矩型断面 锚网喷加锚索支护 净宽 3 40m 净高 3 20m 净断面 9 64m 2 南翼采区胶带上山均沿 2 号煤层底板布置 巷道坡度 0 22 巷道断面按铺设一 台带宽 1 0m 的带式输送机和一条轨距 600mm 轨型 15kg m 的胶带检修轨设计 巷道采 用矩形断面 采用锚网喷加锚索支护 净宽 4 00m 净高 3 5m 净断面 12 28m 2 19 南翼采区回风上山均沿 2 号煤层顶板布置 巷道坡度 0 22 巷道断面按矿井通 风要求设计 巷道采用矩形断面 锚网喷加锚索支护 净宽 3 60m 净高 3 30m 净断 面 10 49m 2 工作面轨道顺槽巷道断面规格为宽 3 4 m 净高 2 6m 净断面 8 84m 2 为锚 网 钢带联合支护的支护形式 矩形断面 胶带顺槽巷道断面规格为宽 3 8m 净高 2 2m 净断面 8 36m 2 为锚 网 钢带联合支护形式 矩形断面 开切眼断面规格为宽 5 5m 净高 2 6m 净断面 14 3m 2 采用锚 网 钢带联合支护 轨道顺槽 胶带顺槽铺设轨道 运料 胶带顺槽铺设转载机和皮带运煤 全采区共配备两个掘进工作面 均为煤巷综掘工作面掘进回采工作面顺槽 煤巷综掘工作面主要设备配备为 EBZ 135 综掘机 JZP 100A 转载机 SSJ 800 90 可伸缩胶带输送机 FDB No5 6 2 15 局部扇风机 MQT 130 型锚杆打眼安装机 JD 11 4 型调度绞车以及煤电钻 喷雾泵站 WPB 50 10 注水探水钻 ZQSJ 90 2 4 岩石 电钻 小水泵等设备 5 45 4采区生产时采掘比例关系 巷道掘进进度指标采区生产时采掘比例关系 巷道掘进进度指标 采区生产时共布置一个综采放顶煤工作面 两个煤巷综掘工作面 矿井生产时的 采掘比为 1 2 根据目前国内掘进设备的性能参照目前大部分矿井的实际进度指标 结合本矿井的 采掘比例关系 回采工作面的年推进度及本矿井的生产技术管理水平 确定煤巷综掘工 作面回采顺槽月掘进指标为 400 0m 月 普掘工作面开拓大巷月掘进进度指标为 130 0m 月 岩巷 200 0m 月 煤巷 5 55 5采区生产能力采区生产能力 回采工作面生产能力按下式计算 A采 M1 l L r C1 M2 l L r C2 式中 A采 采煤工作面年产量 t a M1 采煤工作面机采高度 M1 2 8m M2 采煤工作面放煤高度 M2 3 03m l 采煤工作面长度 l 140m L 采煤工作面年推进度 日推进 4 8 米 则年推进 L 950 4m 20 r 煤的容重 r 1 35t m 3 C1 采煤工作面机采回采率 取 0 9 C2 采煤工作面放顶煤回采率 取 0 80 则 A采 2 8 140 950 40 1 35 0 93 3 03 140 950 40 1 35 0 80 891661 t a 89 万 t a 2 掘进煤量计算 井下回采巷道均采沿煤层掘进 故掘进煤量按回采煤量的 10 计算 则掘进煤量为 A掘 89 10 8 9 万 t a 3 采区产量计算 采区产量为 A 矿 A 采 A 掘 89 8 9 98 万 t a 21 6 6 采区生产系统采区生产系统 6 16 1通风系统通风系统 新鲜风流 主斜井 副斜井 井底车场 集中胶带大巷 集中轨道大巷 南翼采 区胶带上山 工作面胶带顺槽 回采工作面 乏风流 回采工作面 工作面轨道顺槽 南翼采区回风上山 集中回风大巷 回 风斜井 地面 6 1 16 1 1 风量计算与分配风量计算与分配 工作面实际需要风量根据瓦斯 工作面温度 同时工作的最多人数分别进行计算 取其中最大值进行风速验算 满足要求时 该最大值即是工作面实际需要的风量 1 采煤工作面所需风量的计算 1 按瓦斯涌出量计算 Q 100 式中Q 工作面实际需要风量 m 3 min 工作面瓦斯绝对涌出量 4 2m 3 m n 工作面瓦斯涌出不均匀备用风量系数 1 2 由此计算得 Q 504m 3 m n 2 按二氧化碳涌出量计算 Q 67 式中Q 工作面实际需要风量 m 3 min 工作面二氧化碳绝对涌出量 1 02m 3 m n 工作面二氧化碳涌出不均匀备用风量系数 1 2 由此计算得 Q 82 0m 3 m n 3 按工作面温度计算 Q 60 式中 V 工作面平均风速 1 2m s S 工作面的平均断面 14m 2 K 配风调整系数 1 1 由此求得Q 1109m 3 min 4 按工作面每班最多工作人数计算 Q 4 n 22 式中n 工作面的最多工作人数 68 人 由此求得Q 272m 3 min 5 按风速计算 工作面的最小风量Q 15 15 14 210m 3 min 工作面的最大风量Q 240 240 14 3360m 3 min 根据以上计算 工作面实际需要风量取 1200m 3 min 2 掘进工作面所需风量的计算 按瓦斯涌出量计算 Q 100q K 式中 Q 掘进工作面实际需要风量 m 3 min q 该掘进工作面回风流中沼气绝对涌出量 m 3 min 取为 1 4 m3 min K 该掘进工作面瓦斯涌出不均衡系数 是指在正常生产条件下 该掘进工作面 回风巷风流中瓦斯最大涌出量与平均绝对涌出量之比 取为 1 3 则 Q 100 1 4 1 3 182m 3 min 按人数计算 Q 4N 式中 Q 掘进工作面实际需要风量 m 3 min N 掘进工作面同时工作最多人数 煤巷为 28 人 4 以人数为计算单位的供风标准 则 Q煤 4 28 112m 3 min Q岩 4 22 88m 3 min 按局部通风机吸风量计算 Q Qf K 式中 Q 掘进工作面实际需要风量 m 3 min Qf 掘进工作面局部通风机的供风量 煤巷掘进选用型号为 FDB No5 6 2 11 型 局扇 吸风量为 350m 3 min 23 K 为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数 取为 1 2 则 Q煤 350 1 2 420m 3 min 按风速进行验算 每个煤巷或者半煤岩巷掘进工作面的风量为 4 60 S掘 Q掘 0 25 60 S掘 S掘 掘进巷道的断面积 m 2 取 10 44m2 则 4 60 10 44 Q掘 0 25 60 10 44 2505m 3 min Q 掘 156 6m 3 min 故 一个掘进工作面供风量按 420 m 3 min 计 两个掘进工作面供风量为 2 420 840m 3 min 3 硐室所需风量的计算 采区绞车房所需风量 根据实际需要 取为 80m 3 min 采区变电所所需风量 根据实际需要 取为 120 m 3 min 则 Q 硐 80 120 300m 3 min 其他巷道所需风量的计算 按回采工作面 掘进工作面 硐室所需总风量的 5 来考虑 则有 Q 其他 1000 420 2 300 5 107m 3 min 采区所需总风量的计算 Q Q采 Q掘 Q硐 Q其他 K 全区按一个回采工作面 两个掘进工作面考虑 K 风量备用系数 取为 1 1 则 Q 1000 420 2 300 107 1 1 2471 7m 3 min 6 26 2运输系统运输系统 24 6 2 1 煤炭运输 2 号煤综采放顶煤工作面 可弯曲刮板输送机 胶带顺槽 可伸缩胶带输送机 南翼采区胶带上山 带式输送机 集中胶带大巷 带式输送机 井底煤仓 给煤机 主斜井 带式输送机 地面生产系统 6 2 2 材料 设备运输 地面材料设备车 副斜井 副斜井提升机 副斜井井底车场 集中轨道大巷 南 翼采区轨道上山 工作面轨道顺槽 索车连续牵引车 胶带顺槽 调度绞车 回采工作 面 排矸 大巷掘进头矸石 调度绞车牵引矿车 南翼采区轨道上山 索车连续牵引车 牵引矿车 集中轨道大巷 索车连续牵引车牵引矿车 副斜井井底车场 调度绞车牵 引车牵引矿车 副斜井 副斜井提升机 地面排矸系统 6 2 3 运输设备的选择 南翼采区胶带上山采用带式输送机进行煤炭运输 1 设计依据 输送物料 原煤 粒度 0 300mm 散密度 0 9t m3 输送量 Q 650t h 从尾部至头部水平输送距离 Lh L1 L2 L3 L4 L5 272 04 273 79 201 96 257 74 124 33 1129 86m 从尾部至头部倾角 1 2 3 4 5 0 4 1 0 8 33 4 6 提升高度 H 28 115m 其中上运高度 Hs 19 626m 下运高度 Hx 47 741m 2 设备选型计算 南翼采区胶带上山坡度变化较大 运行分为满载 空载 上运和水平部分满载且 下运部分空载和下运部分满载且上运和水平部分空载四种运行工况 其中上运和水平部 分满载且下运部分空载最为不利 按此工况计算 能力核算 查表带宽 B 1000mm 托辊槽角 35 运行堆积角 20 时各参数 S 0 1127 k 0 99 V 3 15m s Q 3 6Skv 3 6 0 1127 0 99 3 15 900 1138 t h 650t h 25 满足 Q 650t h 生产能力的要求 带宽选 B 1000mm 带速选 V 3 15m s 每米物料重量 q 57 32kg m 每米机长上托辊转动部分质量 q1 18 4kg m 每米机长下托辊转动部分质量 q2 5 7kg m 初选带强 ST 1000N mm 胶带每米质量 q0 27kg m 托辊阻力系数 0 036 已考虑附加阻力 重力加速度 g 9 81m s2 阻力计算 上分支运行阻力 F1 q q0 q1 Lhg 33253N 下分支运行阻力 F2 q0 q2 Lhg 13048N 物料提升阻力 Fx3 qHsg 11035N 总圆周力 P F1 F2 Fx3 57336N 轴功率 N0 PV 1000 180 6kW 电动机功率 N KN0 216 7kW K 1 2 考虑传动效率 采用头部单滚筒单电机 液体粘性软起动装置驱动方式 自动拉紧 起动系数 A 1 张力计算 头部 S1 98743 8N S2 41407 6N 尾部 S7 61902 5N S8 61902 5N S3 45492 9N S4 58464 9N S5 60797 2N S6 58760 9N S7 61902 5N S8 61902 5N S9 71771 1N S10 97936 6N S11 105263N S12 99399 9N Smax S11 105263N 打滑验算 传动滚筒围包角 200 滚筒摩擦系数 0 25 S1 A S2 2 38 e 2 39 通过 下垂度验算 26 上胶带 1 垂度要求最小张力 Smin 15 q0 q g 12407 6N 下胶带 1 垂度要求最小张力 Smin 37 5 q0 g 9932 6N 胶带最小张力 Smin S2 41407 6N 12407 6N 通过 安全系数 m ST B S11 9 5 7 满足要求 经防滑验算 下垂度及安全系数验算 三者均满足要求 制动力矩 Mt K q Hx g 2q0 q1 q2 q Lh g D 2 10409Nm D 1m K 1 5 0 012 3 选型结果 B 1000mm V 3 15m s Lh 1129 86m H 28 115m 0 4 1 0 8 33 4 6 电动机 YB400M1 4 N 250kW 10kV 一台 减速器 M3PSF70 i 25 飞溅润滑 风冷 一台 液粘软起动装置 YNRQD250 带油泵电机及冷却电机 防爆 一台 盘式制动器 KPZ 1200 59 M 59kNm 一台N 3kW 胶带 钢绳芯胶带 ST 1000N mm 阻燃 抗静电 MT668 2008 自控液压拉紧装置 ZYJ 500 ZLY 01 160 F 1