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辽宁工程技术大学毕业设计 论文 1 前言前言 在当今科技经济发展的新形势下 煤炭开采技术的研究必须面向国内国外两个市场 面向经济建设主战场 立足于煤炭开采技术的前沿 立足于中国煤炭发展战略所必要的 技术储备 立足于煤炭工业中长期发展战略所必须的关键技术的攻关 立足于煤炭工业 工程实际问题的解决 重点从事中长期研究开发和技术储备 跟踪产业科技前沿 开发 有自主知识产权的以煤矿开采技术及配套装备为主导的核心技术 占领技术制高点 采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题 采煤工艺的发展将带动 煤炭开采 各环节的变革 现代采煤工艺的发展方向是高产 高效 高安全性和高可靠性 基本途径是 使采煤技术与现代高新技术相结合 研究开发强力 高效 安全 可靠 耐 用 智能化的采 煤设备和生产监控系统 改进和完善采煤工艺 在发展现代采煤工艺的 同时 继续发展多层次 多样化的采煤工艺 建立具有中国特色的采煤工艺理论 我国 长壁采煤方法已趋成熟 放顶煤采煤的应用在不断扩展 应用水平和理论研究的深度和 广度都在不断提高 急倾斜 不稳定 地质构造复杂等难采煤层采煤方法和工艺的研究 有很大空间 主要方向是改善作业条件 提高单产和机械化水平 开发煤矿高效集约化生产技术 建设生产高度集中 高可靠性的高产高效矿井开采 技术 以提高工作面单产和生产集中化为核心 以提高效率和经济效益为目标 研究开 发各种条件下的高效能 高可靠性的采煤装备和工艺 简单 高效 可靠的生产系统和 开采布置 生产过程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术 发展各种矿井煤层条 件下的采煤机械化 进一步改进工艺和装备 提高应用水平和扩大应用范围 提高采煤 机械化的程度和水平 缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采 应进一步加强完善支架结构及强度 加 强 支架防倒 防滑 防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形 防止严重损坏千斤顶措施等的研 究 提高支架的可靠性 缩小其与中厚煤层 采高 3m 左右 高产高效指标的差距 各种综采高产高效综采设备保障系统 要实现高产高效 就要提高开机率 对 支 架 围岩 系统 采运设备进行监控 今后研究的重点是 通过电液控制阀组操纵支架 和改 善 支架 围岩 系统控制 进一步完善液压信息 支架位态 顶板状态 支护 质量信息的自 动采集系统 乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断 采煤机在线与 离线相结合的 油 磨屑 监测和温度 电信号的监测 带式输送机 刮板输送机全面 周宇翔 中固镇矿 2 4Mt a 新矿井设计 2 状态监控 优化巷道布置 减少矸石排放 改进 完善现有 采煤方法和开采布置 以实现开采效益最大化为目标 研究开发煤矿地质条件开采巷道 布置及工艺技术评价体系专家系统 实现开采方法 开采布置与煤层地质条件 的最优匹 配 推广实行全煤巷布置单一煤层开采 矸石基本不运出地面 生产系统大大简化 分别 实现无轨胶轮 单轨吊辅助运输一条龙 从井口直达工作面 同时实现了综采与综掘同 步发展 生产效率大幅提高的经验的同时 重点开发高产高效矿井 开拓部署与巷道布置 系统的优化 简化巷道布置 优化盘区及工作面参数 研究单一煤层集中开拓 集中准 备 集中回采的关键技术 大幅度降低岩巷掘进率 多开煤巷 减少出矸率 研究矸石 在井下直接处理 作为充填材料的技术 既是减少污染的一项有力措施 又简化了生产 系统 有利于高产高效集中化开采 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 3 1 1 矿区概述及井田特征矿区概述及井田特征 1 11 1 矿区概述矿区概述 1 1 11 1 1 地理位置地理位置 中固镇井田位于铁法矿区的东南部 地处辽宁省调兵山市的中固镇镇及铁岭县的大青 乡和蔡牛乡 其具体位置 北到薄家窝棚 姜家窝棚 南到矿工住宅区及蒋家洼子 西 到左家岗子 汪荒地 东到宋荒地 前往户屯 后往户屯 本区位于我国东北老工业基地腹地辽北地区 为新兴产业带沈铁工业走廊总体框架之 一翼 以陆路 海港 空港为主体的现代交通格局已经形成 调兵山市中心距沈哈高速 公路 35km 省级公路沈环线 新梨线纵横贯穿市区 到沈阳桃仙机场只有 110km 的距离 距大连港 450km 营口港 300km 铁煤集团矿区铁路直达矿井并在大青站与国铁接轨 可通往全国各地 中固镇矿位于调兵山市东南方 距调兵山市中心 15km 如图 1 1 所示 本区通信条件良好 可提供 IDD 国际长途 DDD 国内长途 ISDN 窄带 ADSL 宽带 DDN 数据传输 专线 邮电业务通达世界每个角落 正在积极开发和 运用 EDI GPS 等系统 周宇翔 中固镇矿 2 4Mt a 新矿井设计 4 中固镇井田 图图 1 1 交通位置图交通位置图 Fig 1 1 Location Map 1 1 21 1 2 井田范围井田范围 中固镇矿所处的地理坐标位于 3 带的第 21 带 东经 123 为起点 海拔 57 75m 平面直角坐标和地理坐标为 X 4689548 4698162 Y 41547860 41554047 北纬 42 28 20 42 31 45 东经 123 35 15 123 40 06 中固镇矿北以 FW3 13 断层为界与小青矿相邻 南以煤层最低可采边界线为界 上煤 组局部以人为技术边界与长铁煤矿相邻 西以 F3 F2 FW2 5 F35 1 断层为界与大兴矿 相邻 东至 14 煤层最低可采边界线 中固镇井田南北走向长约 5 9km 东西宽约 3 8km 总面积约为 17 8km2 1 1 31 1 3 自然地理自然地理 1 地形地貌 中固镇煤矿位于辽河冲积平原腹地 因山麓洪积而成 本区西部稍高 为低山丘陵 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 5 东部为低平原 区内植被覆盖较好 地势平坦开阔 海拔标高为 57 75m 2 水系 区内无大河流发育 仅有两条季节性河流流过 在夏季河流水量较大 在冬季干涸 因井田西南部地势稍高 这两条季节性河流总体由西向东在前往户屯汇集后转向南流入 辽河 3 气象 本区处于北温带 半湿润季风大陆性气候区 四季分明 气候变化明显 风多雨少 春冬两季多为西北风 夏秋两季多为西南风 大者高达 7 8 级 小者为 2 3 级 无风 季节少见 年平均气温 6 85 7 月份为最热月份 平均 24 1 极端最高气温达 37 6 2000 年 7 月 8 日 一月份为最冷月份 平均为 13 1 极端最低气温为 34 6 2001 年 1 月 13 日 降雨一般集中在七 八 九三个月份上 这三个月降雨量较大 年降雨量最大达到 1009 1mm 1954 年 年均降水 800mm 七月份降雨量最多 七月平 均降水量为 176 8mm 全年日照 2700 小时 结冻期为 3 4 个月 结冻层的深度 1 4m 左 右 4 地震 本区地震烈度 根据 辽震烈字 83 4 号文 属抗震设防 度地区 本区地震动峰 值加速度 0 05g 5 水源 生活用水为第四系含水层 工业用水为井下矿井水 中固镇矿生活用水取至表土下第 四系流砂含水层水 工业用水 主要指洗煤 是从井下提上来的矿井水 6 电源 中固镇矿 60KV 电源 取自隆南 1 隆南 2 至中固镇变电所 2 台 16000KVA 变压器 一台工作 一台备用 经变压后 6KV 为中固镇矿供电 7 邻井及小窑 中固镇井田北邻小青矿井 以 FW313 号断层为界 西邻大兴矿井田 以 F2 F3 F35 号断层为界 南邻蔡牛井田 以转点坐标构成的折线为界 该井田开采层 为 4 7 9 14 煤层 8 社会经济状况 中固镇矿位于调兵山市 是辽宁省铁岭市所辖的县级市 东与铁岭县为邻 北与昌图 周宇翔 中固镇矿 2 4Mt a 新矿井设计 6 县相连 西与沈阳法库接壤 历史悠久 资源丰富 矿区的经济以农业为主 工业及城 市建设和服务行业为辅 优越的交通条件及自然条件使得铁法矿区有着广阔的发展前景 铁法热电厂及座落在铁岭市境内的铁岭发电厂和清河发电厂为铁法矿区的煤炭销售提供 了有利的投放市场 已成为闻名全国的粮食主产区 优质农产品生产加工基地和新兴的 煤电能源之城 矿区所在地调兵山市总人口 25 万人 其中城镇人口 20 万 城镇化率 70 以上 铁煤 集团 2009 年全年完成原煤产量 2410 104t 同比增加 226 104t 实现销售收入 127 亿 元 同比增长 6 2 亿元 实现企业利润 6 亿元 上缴税金 14 5 亿元 同比增加 4 2 亿元 1 21 2 井田及其附近的地质特征井田及其附近的地质特征 1 2 11 2 1 地层地层 中固镇井田位于铁法断陷盆地的东南角 其地层层序和煤层生成年代与区域地层一致 以前震旦系构成基底 其上发育了中生界之下白垩统及新生界之第四系 现由下而上分 述如下 1 元古界之前震旦系 Anz 主要由肉红色花岗片麻岩 黑云母片岩 石英片岩 角闪石片岩组成 广泛出露于调 兵山 柏家沟一带 在本井田没有发现出露 因其埋藏过深 钻孔也未曾揭露 2 中生界 MZ 1 白垩系 K1 前震旦系地层形成以后 本区长期处于被剥蚀状态 使整个古生界和部分中生界地层 缺失 直到晚白垩世之前 地壳活动频繁 才有安山岩喷出 伴随着集块岩的生成 新 华夏系与纬向构造体系发生复合 形成了铁法断陷盆地 并伴有广泛的岩浆活动 使本 区下降并接受了晚白垩世的含煤沉积 现分述如下 建昌组 K1jc 本组由于埋藏较深 井田内无钻孔揭露 但据 101 队勘探 在中固镇井田的南部大台 山一带较为发育 并具有一定的代表性 岩性以安山岩和集块岩为主 主要由风化壳及 岩浆岩组成 与下伏前震旦系地层为角度不整合接触 阜新组 K1f 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 7 本组岩层较为发育 由两个层段构成 自下而上分别为底部砾岩段和砂质砾岩段 该组岩层为本井田普通发育的一整套含煤地层 厚度为 280 600m 平均为 390m 左右 由于在沉积的当时 井田的东部和西部沉降的幅度不均衡 西部较为稳定 所以 成煤环境西部好于东部 主要可采煤层都集中分布在西部 而东部在成煤的当时 因为 远离聚煤中心 多数煤层在此部位分叉 变薄或尖灭 反映在岩性上 西部岩性颗粒较 细 东部岩性颗粒较粗 在该组含煤地层的中部 发育有一层砂泥岩段 标志层 全井田普 遍发育 并将含煤组分成上 下两个含煤段 从成煤条件上看 上含煤段好于下含煤段 本组与下伏阜新组为不整合接触关系 a 底部砾岩段 K1f 1 1 由紫红色砾岩 砂质砾岩组成 在王千总堡子有露头 井田内西厚东薄 b 砂质砾岩段 K1f 1 2 该段岩层仅在中固镇井田南部 419 钻孔及小青井田 456 钻孔见到的比较完整 其厚度 为 350 多米 该层以灰色砂岩为主 向井田的东部及南部岩性逐渐变粗 被灰色及杂色 的砾岩所代替 胶结物也有所变化 北部的 456 钻孔所见的该层 其胶结物以钙质为主 南部的 419 钻孔所见的该层 其胶结物以泥质为主 钙质少见 这两个孔所见的砂质砾 岩 皆具缓波及斜波状层理 所见之砾岩成分也较为复杂 砾石以肉红色花岗岩 石英 岩为主 安山岩及玄武岩次之 砾径 5 50mm 砂泥岩段 K1f1 3 本井田内普遍发育 厚度为 12 89m 平均为 60m 左右 由灰色 灰黑色的砂岩 泥岩及砂质泥岩 炭质泥岩组成 向东向南岩性有变粗的趋势 本层段由于厚度比较稳 定 所以可作为上 下含煤段的分界层 是本区较稳定的标志层 含煤段 K1f1 4 该段以灰 灰白色的砂岩为主 砾岩及泥岩次之 厚度为 105 280m 平均厚度为 190m 左右 含煤系数为 2 57 共含煤 2 层 分别为 4 煤层 7 煤层 9 煤层和 14 煤层 全井田发育 厚度也较大 为中固镇井田主要可采煤层 7 煤顶板也有一层砂质砾岩 砾 石成分以花岗岩为主 石英岩次之 泥质胶结 磨圆度较好 分选性较差 但砾径较小 胶结物为高岭土 遇水泥化 为 7 煤层顶板标志层 3 白垩系下统泉头组 K1q 该地层普遍发育 厚度最大为 450m 平均厚 320m 在井田南部边缘 434 钻孔没见到 该地层 419 孔附近很薄 在井田北部及中部 该系地层普遍发育 在白垩系中 有玄武 周宇翔 中固镇矿 2 4Mt a 新矿井设计 8 岩喷出 玄武岩喷发前形成了一套还原条件下的绿色砂质砾岩 喷发之后 该地区气候 干燥 因而 又形成了一套氧化环境下的红色砂质砾岩层 所以 本井田白垩系地层从 颜色上可以分为两个岩段 即灰绿色砂岩砾岩段及紫色砾岩砂岩段 本组与下伏阜新组 地层为假整合接触关系 灰绿色砂岩砾岩段 K1q1 该段岩层在井田内普遍发育 厚度为 40 250m 平均为 70m 左右 以灰绿色的砂岩 砾 岩为主 粉砂岩及泥岩次之 砂岩成分以石英为主 长石次之 含少量暗色矿物 砾岩 以花岗岩砾为主 石英及火成岩砾次之 砂岩及砾岩皆为泥质胶结 本层段的底部 一般 常见一层灰黑色泥岩 厚度 2 5m 含植物化石及薄煤层 与侏罗系接触处有一层 3 8m 的 砾岩 与下伏岩层呈假整合接触 紫色砾岩砂岩段 K1q2 该段岩层在井田内普遍发育 最大厚度为 200m 平均为 150m 左右 岩性以砾岩为 主 砂岩次之 泥质胶结物中含有锰铁质 故风化后呈紫红色 松散易碎 除砾岩外 夹有灰绿色粉砂岩及泥岩 砂岩成份以石英为主 长石及暗色矿物次之 泥质胶结 松 散易碎 其下与玄武岩呈假整合接触 玄武岩厚 20 70m 平均为 40m 左右 3 新生界之第四系 Q 中固镇井田完全被第四系冲积层所掩盖 厚度为 4 73 35 46m 平均为 21 61m 左右 成分以粘土和亚粘土为主 局部地段内有坡积层 该层与其下部岩层呈明显的不整合接 触 1 2 21 2 2 主要地质构造主要地质构造 1 区域构造概况 铁法盆地在大地构造中的位置 一级构造单位为天山阴山巨型纬向构造带与新华夏系 第二沉降带交接复合部位 二级构造单位为彰武铁岭隆褶带与闾山隆起带北部交接复合 部位 三级构造单位为老河土 珠尔山和通江口 开原断隆带与调兵山复背斜交接复合 部位 总体为一近似菱形的盆地 从成因上看 属于北东向的新华夏系构造切割东西向 构造带而形成的断陷构造盆地 且盆地的展布方向为北北东向 盆地的形成和发展 始 终受到新华夏系构造的控制 盆地内的构造形式以断裂构造为主 褶曲构造次之 并伴 有广泛的岩浆活动 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 9 2 井田大中型构造特征 中固镇井田位于铁法断陷盆地的东南角 井田内的构造线与区域构造线的方向基本一 致 褶曲及断裂等宏观构造都不同程度的发育 井田内的主体构造为宽缓的北北东向褶 曲 即中固镇背斜 两翼地层倾角为 4 13 井田南部发育有北西西向的次级褶曲 井 田内的断裂以北北东 北东向为主 中固镇井田为中等构造和煤层较稳定型 即二类二 型 1 褶曲的构造特征 中固镇井田的皱曲主要有两组 其一为北西西向 其二为北北东向 二者近于垂直 以北北东向的背斜规模较大 北北东向褶曲 北北东向褶曲 在井田内只发现一个 即中固镇背斜 它的轴部在东一盘区的 F19 断层以东 F18 断层以西 轴向为 15 20 左右 西翼地层倾角为 10 13 东翼地层倾 角为 4 5 左右 该背斜不论是在聚煤期 还是在现今均以马鞍状构造出现 北部高点 在东一盘区的北部 南部高点在蔡牛井田附近 当然 从聚煤时期至今 中固镇背斜的 顶点曾发生过多次迁移 现今的构造形态为西翼陡 东翼缓 且两翼被多条北北东向断 层切割 形成了地堑式构造 就中固镇背斜本身来说 对生产上的影响并不大 但在背 斜顶部 由于岩石的弯曲变形 派生了一系列断续分布的小断层 就是这些小断层 给 采掘工作带来了一定的难度 从构造意义上讲 中固镇背斜限制了中固镇井田的构造格 局 从发育时间上看 它先于北北东向断裂 也先于北西西向褶曲 北北东向断裂改造 了它 使它成为地堑式背斜 而北西西向褶曲横跨在它的上面 与它发生了复合 北西西向褶曲 该组褶曲的轴向约为 290 左右 根据它们在上煤组所在的盘区进行了统一命名 包括 西一背斜 西二向斜 东二向斜及东三向斜 前三个褶曲分布在井田的西部 向东翘起 向西倾伏 东一向斜处于中固镇背斜的鞍部低点 东三向斜发育在中固镇井田的东南部 向西翘起 向东倾伏 均为宽缓形褶曲表见表 1 1 表表 1 1 中固镇井田北西西向褶曲要素一览表中固镇井田北西西向褶曲要素一览表 Tab 1 1 Zhong Guzhen Ida NWW list of elements to the fold 褶曲名称倾伏 仰起方向倾伏 仰起角北翼角南翼角备注 西一背斜297 4 2 3 周宇翔 中固镇矿 2 4Mt a 新矿井设计 10 西二向斜286 7 7 1 7 6 东二向斜290 两侧倾斜2 3 14 鞍部构造低点 东三向斜120 2 5 1 1 2 断裂构造 1 断裂构造的分类 中固镇井田断裂较为发育 特别是大中型断层的规律性较为明显 井田内落差大于 10m 的断层共 10 条 分别展布方向和落差进行了分类 见表 1 2 2 断裂构造的特征 中固镇井田断裂构造的总体规律是 现今构造形态均为张扭性正断层 北北东至北东 向展布的断裂具有雁行排列的特点 大型断裂具有同沉积特点 断层面上发育的三组擦 痕表明断裂面曾发生过自身复合 断裂与断裂之间表现为北北东向断裂切割北西西向断 裂 3 北北东 北东向断裂 这是井田内最为发育 并占有主导地位的一组断裂 它们有的构成了井田边界 有的 控制了井田的构造形态 自西向东 在剖面上呈扇形展布 倾角为 55 左右 生产中所揭 露的断层均为此组 根据对它们结构面力学性质的研究发现它们具有如下一些特点 北 西向断裂 F33 断裂 294 孔实见于 151m 处 加上 426 与 406 孔推断 倾角 60 左右 落差为 85m 左右 且较为稳定 表表 1 2 断层分类一览表断层分类一览表 Tab 1 2 List of fault classification 标准类 别断层条数 北北东 北东向 2 18 2 19 1 19 2 19 3 23 3 23 4 26 35 1 9 条 按 展 布 方 向 分 北西向 331 条 按 30 H 10m 19 11 条 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 11 100 H 50m 19 2 19 3 23 3 23 4 26 33 35 1 7 条 落 差 分 H 100m 2 18 22 条 1 31 3 矿井瓦斯 煤尘矿井瓦斯 煤尘 本井为高瓦斯矿井 相对瓦斯涌出量为 10m3 t 煤尘爆炸指数平均为 65 有强烈 爆炸危险 1 41 4 水文地质概况水文地质概况 根据对本井田的水文地质条件中的地表水系含水层的叙述 综合矿井水文地质条件 与矿井涌水量预计结果以及钻孔涌水量 渗透系数综合说明 中固镇井田的水文地质条 件为 以孔隙水充水为主的直接顶板充水水文地质条件简单的矿床 矿井最大涌水量 480m3 h 在中固镇井田内水系较不发育 仅在井田北部和中部有两条小河沟 洪水位 通过调查 上述两条小河沟最大洪水位基本是以现在的河床为界 未曾溢 出 1 51 5 矿层质量及矿层特征矿层质量及矿层特征 1 5 11 5 1 含煤性含煤性 井田内从上到下可采煤层为 4 层煤 7 层煤 9 层煤 14 层煤 平均可采厚度分别为 3 5m 2 0m 3 0m 2 5m 4 煤与 7 煤两层煤间距为 10m 7 煤与 9 煤两层煤间距为 60m 9 煤与 14 煤两层煤间距为 11m 顶底板主要以粉砂岩为主 1 5 21 5 2 煤质煤质 1 物理性质 1 煤的物理性质 颜色为黑色 条痕为深棕色 沥清光泽 下含煤段局部有似玻璃光泽 具有不平坦状 周宇翔 中固镇矿 2 4Mt a 新矿井设计 12 贝壳状 眼球状断口 结构为线理状 条带状及透镜状 原生裂隙不发育 次生裂隙内 有方解石及粘土矿物充填 煤的构造为层状构造 2 煤岩特征 中固镇井田各煤层均为腐植煤 煤岩组分以亮煤 暗煤为主 镜煤及丝炭次之 丝炭 主要分布在水平层理的表面上 形成薄膜 反映出沼泽盆地小幅度频繁升降 宏观煤岩 类型主要是半亮型煤 光亮型煤和暗淡型煤少见 2 化学性质 工艺性能 可选性及煤类 1 化学性质 水分 Mad 本区原煤分析基水分 Mad 为 2 39 11 45 平均 6 23 上 含煤段略高于下含煤段 浮煤水分综合平均值为 2 45 12 68 表明该区煤经 45 空气 干燥后 水分可降低 1 2 个百分点 本区煤的全水分 Mt 为 9 2 10 9 属中高全水 分煤 灰分 Ad 各煤层灰分平均值 1 35 38 5 平均为 22 57 各煤层灰分相差 不大 但在井田南部由于煤层结构复杂 煤层灰分也相应增高 一般 20 以上 根据资 料统计 煤层灰分每增加 1 发热量减少 0 314 MJ kg 左右 挥发份 Vdaf 各煤层原煤可燃基挥发份平均值为 32 67 43 34 之间 平均 为 38 32 浮煤可燃基挥发份平均值为 31 82 43 20 之间 平均为 37 61 属于中高 挥发份煤 固定碳 FCd 本区各煤层固定碳 FCd 含量为 34 46 37 57 属于低固定 碳煤 元素分析 碳 Cdaf 各煤层碳含量为 49 49 53 29 氢 Hdaf 各煤层氢含量为 4 48 5 39 之间 全硫 St d 各煤层原煤硫分为 0 15 0 82 综合平均值为 0 34 0 66 标准差 为 0 03 0 11 属于硫分变化小的特低硫分煤 磷 Pd 各煤层磷含量平均值为 0 01 0 022 属于特低磷分煤 砷 As 各煤层砷含量极其微小 所以没有开展砷的测试 3 煤的工艺性能 原煤发热量 Qgr d 各煤层原煤发热量平均为 23 59 32 72MJ kg 平均为 25 70MJ kg 下含煤段略高于 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 13 上含煤段 井田南部由于灰分增高 发热量一般为 23 012MJ kg 左右 结焦性 煤的坩埚焦渣粘结性一般在 3 5 级之间 上含煤段一般为 3 4 级 而下含煤段一般 为 3 5 级 胶质层厚度上含煤段大部分为零 下含煤段约 0 10mm 灰熔融性 ST 各煤层灰熔融性 ST 平均为 1395 1485 属较高软化温度 灰 粘结指数 GR I 各煤层粘结性指数都小于 5 表明本区煤无粘结性 煤的可磨性 HGI 本区各煤哈氏可磨性指数在 65 70 之间 表明可磨性指 数小 属于较难磨煤 透光率 PM 各煤层透光率在 70 80 之间 透光率高 属于长焰煤类 3 煤的可选性评价 原煤中煤含量为 10 52 1 5 1 8 比重范围 原煤中 50mm 的含量为 12 76 原 煤中 50mm 级含矸率为 7 所以推算本井田原煤属中等可选 精煤回收率良好 4 煤类 中固镇井田内煤质牌号以长焰煤 包括弱粘结煤 为主 气煤次之 各煤层灰分在 15 20 之间 低硫 低磷 煤的变质因素以区域变质为主 煤的变质程度随煤层赋存深度增加而逐渐增高 仅个 别钻孔 如 296 528 孔附近 因受火成岩影响 局部煤层发生变质 煤阶升高或变为天 然焦 5 煤的工业用途 根据煤的物理及化学性质 中固镇井田内的煤的工业用途为电厂发电 锅炉取暖及其 它民用 3 煤的风化和氧化 铁法煤田为隐伏煤田 中固镇井田所发育的各煤层无风化带和氧化带 但在火成岩侵 入部位有局部的煤质变化现象 4 煤尘 瓦斯 发火期情况 1 煤尘 瓦斯 中固镇井田瓦斯含量较高 属高瓦斯矿井 瓦斯含量预计 10m t 煤尘属强烈爆炸性 煤尘 煤尘爆炸指数 41 97 瓦斯储量 50692 万 m 2 发火期 周宇翔 中固镇矿 2 4Mt a 新矿井设计 14 煤的自燃为一类自燃发火煤层 自燃发火期一般为 3 个月 2 2 井田境界及储量井田境界及储量 2 12 1 井田境界井田境界 2 1 12 1 1 井田范围井田范围 中固镇矿井田浅部以 260m 煤层底板等高线为界 深部以 535m 煤层底板等高线为界 东部至第四勘探线 西部至第九勘探线 井田走向平均长 5 9km 倾斜平均长 3 8km 面 积约为 17 8km 井田内共有 4 层煤 均是全区发育 煤层分别是 4 煤 7 煤 9 煤 14 煤 2 1 22 1 2 边界煤柱留设边界煤柱留设 中固镇矿井田内地形比较完整 依据相关规定和安全考虑 边界煤柱的留法及尺寸 1 1 井田边界煤柱 30m 2 阶段煤柱 斜长为 60m 若在两阶段留设 则上下阶段各留 30m 3 断层煤柱 每侧各为 20m 4 煤层大巷护巷煤柱 对近水平煤层 运输大巷与回风大巷布置在开采水平时 两 巷水平间距为 30m 5 盘区边界煤柱 20m 6 盘区煤层上山 两巷中间为 20m 两侧各为 20m 7 工业广场保护煤柱留设 应在确定地面保护面积后 用移动角圈定煤柱范围 工 业场地地面受保护面积应包括保护对象及宽度 15m 的围护带 在工业场地内的井筒 圈 定保护煤柱时 地面受保护对象应包括绞车房 井口房或通风机房 风道等 围护带宽 度为 15m 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 15 根据参考 煤炭工业矿井设计规范 以下简称 矿井设计规范 和 煤矿安全规 程 的相关数据要求和规定 本井田所留的各种保护煤柱均合理 符合规定 2 1 32 1 3 边界的合理性边界的合理性 本井田以勘探线为边界 充分利用自然条件 在井田范围内 储量 煤层赋存及开 采条件均与矿井生产能力相适应 井田内有足够的储量和合理的服务年限 井田走向长 度大于倾斜长度 有四层煤 可保证矿井各个开采水平有足够的服务年限 阶段高度及 阶段斜长适当 矿井通风 井下运输较容易 根据 矿井设计规范 的规定 盘区开采顺序必须遵守先近后远 逐步向边界扩展 的原则 并应符合下列规定 19 1 首采盘区应布置在构造简单 储量可靠 开采条件好的块段 并宜靠近工业广 场保护煤柱边界线 2 开采煤层群时 盘区宜集中或分组布置 有煤和瓦斯突出的危险煤层 突然涌 水威胁的煤层或煤层间距大的煤层 单独布置采区 3 开采多种煤类的煤层 应合理搭配开采 综上所述 矿井首采盘区定在靠近工业广场的西部 盘区储量丰富 有利于运输的 集中和减少巷道的开拓费用 所以井田采区划分是合理的 2 22 2 井田储量井田储量 2 2 1 储量计算原则储量计算原则 储量计算原则 14 1 按照地下实际埋藏的煤炭储量计算 不考虑开采 选矿及加工时的损失 2 储量计算的最大垂深与勘探深度一致 对于大 中型矿井 一般不超过 1000 米 3 精查阶段的煤炭储量计算范围 应与所划定的井田边界范围相一致 4 凡是分水平开采的井田 在计算储量时 也应该分水平计算储量 5 由于某种技术条件的限制不能采出的煤炭 如在铁路 大河流 重要建筑物等 两侧的保安煤柱 要分别计算储量 周宇翔 中固镇矿 2 4Mt a 新矿井设计 16 6 煤层倾角不大于 15 度时 可用煤层的伪厚度和水平投影面积计算储量 7 煤层中所夹的大于 0 05 米厚的高灰煤 夹矸 不参与储量的计算 8 参与储量计算的各煤层原煤干燥时的灰分不大于 40 2 2 22 2 2 矿井工业储量矿井工业储量 井田内煤层的精查勘探面积为 S 17814000 因为 cosHSZg 所以 Zg 17814000 3 5 2 3 2 5 1 345 264537900 吨 由于设计时不考虑平衡表外储量和远景储量 因此矿井工业储量就等于地质储量 即 Zc Zg 26453 79 万吨 各煤层的工业储量见表 2 1 表 2 1 煤层工业储量表 Tab 2 1 Industrial coal reserves 2 2 32 2 3 矿井煤柱损失矿井煤柱损失 1 断层煤柱损失 断层的两侧各留 20m 的保护煤柱 经计算 断层保护煤柱损失共约为 4666824 吨 2 井田境界煤柱损失 井田境界留设 30m 的边界煤柱 总长为 17270m 井田境界保护煤柱所占面积为 518100m 经计算 境界保护煤柱损失为 518100 11 1 35 7693785 吨 3 工业广场煤柱损失 序号煤层号煤厚 m倾角 度面积 平方千米工业储量 万吨 143 56 1417 81484 17 272 06 1417 81448 1 393 06 1417 8147215 4142 56 1417 81460 12 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 17 由 矿井设计规范 规定 矿井工业场地占地为 0 8 1 1 公顷 10 万吨 大型矿井取 小值 小型矿井取大值 本矿井为 2 4Mt a 所以取 0 8 则本矿井的工业场地面积为 S 24 1 0 24 公顷 依据井田形状选择 400 600m 的长方形 用移动角圈定煤柱范围 工业场地地面受保护面积应包括保护对象及宽度 15m 的围护带 再用几何作图的方法确 定工业广场保护煤柱的范围 由工业广场保护煤柱图可知 4 煤层煤柱损失为 75 7 3 5 1 35 357 7 万吨 7 煤层煤柱损失为 77 2 0 1 35 207 9 万吨 9 煤层煤柱损失为 80 8 3 0 1 35 327 4 万吨 14 煤层煤柱损失为 82 3 2 5 1 35 277 6 万吨 故工业广场保护煤柱损失共为 255 5 311 9 327 4 277 6 1170 6 万吨 4 全矿盘区回采率 由 矿井设计规范 第 2 1 3 条 矿井盘区回采率 应该符合下列规定 厚煤层不应 小于 75 中厚煤层不应小于 80 薄煤层不应小于 85 由于本矿井的四层煤全是中厚 煤层 因此全矿盘区回采率任不应小于 80 即 C 80 2 2 42 2 4 矿井的设计储量矿井的设计储量 矿井设计储量 工业储量 永久煤柱损失量 即 2 1PZZcs 2 式中 Zs 矿井的设计储量 万吨 Zc 矿井的工业储量 万吨 P1 永久煤柱损失量 万吨 包括断层 防水 井田境界 地面建筑物及因 法律 社会 环境保护等影响因素影响不得开采的煤柱煤量 此矿井永久煤柱只有断层和井田境界保护煤柱 故 Zs 264537900 4666824 7693785 25217 7291 万吨 2 2 52 2 5 矿井的设计可采储量矿井的设计可采储量 矿井设计可采储量 矿井设计储量 可回收利用保护煤柱损失量 盘区回采率 即 周宇翔 中固镇矿 2 4Mt a 新矿井设计 18 2 CPZZsk 2 3 式中 Zk 矿井设计可采储量 万吨 P2 可回收利用保护煤柱损失量 万吨 包括工业广场 井筒 井下主要巷 道等保护煤柱煤量 C 盘区回采率 C 0 8 此矿井可回收利用保护煤柱煤量有工业广场和阶段间保护煤柱煤量 故 Zk 25217 7291 1170 6 0 8 19237 万吨 3 3 矿井的年产量 服务年限及一般工作制度矿井的年产量 服务年限及一般工作制度 3 13 1 矿井年产量及服务年限矿井年产量及服务年限 3 1 13 1 1 矿井的年产量矿井的年产量 矿井的年产量 生产能力 确定的合理与否 对保证矿井能否迅速投产 达产和产 生效益至关重要 而矿井生产能力与井田地质构造 水文地质条件 煤炭储量及质量 煤层赋存条件 建井条件 采掘机械化装备水平及市场销售量等许多因素有关 经分析 比较 设计矿井的生产能力确定为 2 4 Mt a 合理可行 理由如下 2 1 储量丰富 煤炭储量是决定矿井生产能力的主要因素之一 本井田内可采的煤层达到 4 层 保 有工业储量为 2 65 亿吨 按照 2 4Mt a 的生产能力 能够满足矿井服务年限的要求 而且 投入少 效率高 成本低 效益好 2 开采技术条件好 本井田煤层赋存较为稳定 井田面积大 煤层埋藏适中 倾角较小 结构较为简单 水文地质条件简单 煤层结构单一 适宜综合机械化开采 可采煤层均为中厚煤层 3 建井及外运条件 本井田内良好的煤层赋存条件为提高建井速度 缩短建井工期提供了良好的地质条 件 本井田内交通十分便利 本区位于我国东北老工业基地腹地辽北地区 为新兴产业 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 19 带沈铁工业走廊总体框架之一翼 以陆路 海港 空港为主体的现代交通格局已经形成 调兵山市中心距沈哈高速公路 35km 省级公路沈环线 新梨线纵横贯穿市区 到沈阳桃 仙机场只有 110km 的距离 距大连港 450km 营口港 300km 铁煤集团矿区铁路直达矿 井并在大青站与国铁接轨 可通往全国各地 中固镇矿位于调兵山市东南方 距调兵山 市中心 15km 境内铁路公路交织成网 交通发达 为煤炭资源的运输提供了便利条件 综上所述 由于矿井优越的条件及外部运输条件 矿井的年生产能力为 240 万吨是 可行的 合理的 并且符合 煤矿安全规程 和 矿井设计规范 的相关要求 3 1 23 1 2 服务年限服务年限 矿井保有工业储量 2 65 亿吨 设计可采储量 19237 万吨 按 2 4Mt a 的生产能力 考 虑 1 4 的储量备用系数 则 3 KAZPk 1 式中 K 矿井备用系数 取 1 4 A 矿井生产能力 2 4Mt a Zk 矿井可采储量 万吨 P 矿井服务年限 年 代入数据得 P 19237 240 1 4 57 25 年 因为服务年限大于 50 年 所以符合 设计规范 要求 3 1 33 1 3 矿井的增产期和减产期 产量增加的可能性矿井的增产期和减产期 产量增加的可能性 建井后产量出现变化 其可能性为 17 1 地质条件勘探存在一定的误差 有可能出现新的断层 2 由于国民经济发展对煤炭的需求变化 导致矿井产量增减 3 矿井的各个生产环节有一定的储备能力 矿井投产后 迅速突破设计能力 提高 了工作面生产能力 4 工作面的回采率提高 导致在相同的条件下 矿井服务年限增加 周宇翔 中固镇矿 2 4Mt a 新矿井设计 20 5 盘区地质构造简单 储量可靠 因此投产后有可靠的储量及较好的开采条件 3 23 2 矿井的工作制度矿井的工作制度 结合本矿井煤层条件 储量情况 以及达成产量所需要的时间 同时考虑设备检修 以及工人工作时间等实际的因素 在满足 煤矿安全规程 的条件之下 本矿井工作制 度安排如下 矿井工作日为 330 天 本矿井工作制度采用 四六 制 三班采煤 一班检修 日 提升工作时间为 16 小时 4 4 井田开拓井田开拓 井田开拓方式应该通过对矿井设计生产能力 地形地貌条件 井田地质条件 煤层 赋存条件 开采技术及装备设施等综合因素进行方案比较以及系统优化之后确定 因此 在解决井田开拓问题时 应遵循以下原则 3 1 贯彻执行有关煤炭工业的技术政策 为多出煤 早出煤 出好煤 投资少 成 本低效率高创造条件 要使生产系统完善 有效 可靠 在保证生产可高和安全的条件 下减少开拓工程量 尤其是初期建设工程量 节约基建投资 加快矿井建设 2 合理集中开拓部署 简化生产系统 避免生产分散 为集中生产创造条件 3 合理开发国家资源 减少煤炭损失 4 必须贯彻执行有关煤矿安全生产的有关规定 要建立完善的通风系统 创造良 好的生产条件 减少巷道维护量 使主要巷道经常保持良好状态 5 要适应当前国家的技术水平和设备供应情况 并为采用新技术 新工艺 发展 采煤机械化 综合机械化 自动化创造条件 6 根据用户需要 应照顾到不同煤质 煤种的煤层分别开采 以及其他有益矿物 的综合开采 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 21 4 14 1 井筒形式 位置和数目的确定井筒形式 位置和数目的确定 4 1 14 1 1 井筒形式的确定井筒形式的确定 井筒是联系地面与井下的咽喉 是全矿的枢纽 井筒选择应综合考虑建井期限 基 建投资 矿井劳动生产率及煤的生产成本 并结合开拓的具体条件选择井筒 矿井开拓 就其井筒形式来说 一般有以下几种形式 平硐 斜井 立井和混合式 下面就几种形 式进行技术分析 然后进行确定采用哪种开拓方式 平硐 一般就是适合于煤层埋藏较浅 而且要有适合于开掘平硐的高地势 例如山 地或丘陵 也就是要有高于工业广场以上具有一定煤炭储量 本井田煤层埋藏较深 很 显然 利用平硐开拓对于本井田来说是没有可行性的 根据本设计矿井的地质条件和本井田特点 对井筒形式提出三种方案 I 方案 双立井 主井箕斗 副井罐笼 II 方案 双立井 主井箕斗 副井罐笼 主副井位置区别于 I 方案 图图4 1 方案示意图方案示意图 Fig 4 1 programme diagram 周宇翔 中固镇矿 2 4Mt a 新矿井设计 22 图图4 2 II方案示意图方案示意图 Fig 4 2 II programme diagram 表表4 1 两种方案技术分析表两种方案技术分析表 Tab 4 1 Two options technical analysis table I 方案II 方案 方案 特征 1 主井箕斗运煤 副井罐笼提矸运料运人 兼入风 2 通风方式为中央并列式 1 主井箕斗运煤 副井罐笼提矸运料运人 兼入风 2 通风方式为中央并列式 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 23 主要优缺 点 1 施工复杂 建设慢 投资高 需专业施 工队伍 2 井筒装备及地面建筑多 需大型立井提 升设备 3 井筒延伸复杂 4 提升 维护 排水费用小 管路 电缆 铺设短 5 人员升降快 6 工业广场压煤 7 地面运输环节少 管理集中 8 井筒有效断面大 通风条件好 9 施工不受地质条件限制 1 施工复杂 建设慢 投资高 需专业施 工队伍 2 井筒装备及地面建筑多 需大型立井提 升设备 3 井筒延伸复杂 4 提升 维护 排水费用小 管路 电缆 铺设短 5 人员升降快 6 工业广场压煤 7 地面运输环节少 管理集中 8 井筒有效断面大 通风条件好 9 施工不受地质条件限制 从以上分析 I 方案和 II 方案的优缺点是一样的 因此 必须着重比较其工业广场位 置及压煤量 巷道长度 上下山条数等方面进行更细致的比较 才能最终确定哪个方案 更适宜 I 方案中 工业广场的布置将断层保护煤柱纳入工业广场的保护煤柱 充分利用了自 然条件 尽量减少了工业广场的压煤量 而 II 方案中 工业广场虽然比 I 方案中的工业 广场更接近井田中央 但工业广场布置没有充分利用自然条件 压煤量比 I 方案多 且离 首盘区相对 I 方案较远 因此 出煤慢 初期投资见效没有 I 方案快 另外 从上下山的条数及选址位置上来进行比较 II 方案中的上下条数明显多于 I 方 案 因此工程量大 增加了通风难度 增加了巷道维护费用 II 方案中上下山需经过的断 层比 II 方案中上下山要多 因此 更增加了施工难度 巷道维护费用也同样增加 见表 4 2 4 3 4 4 4 5 4 6 由于垂深 涌水量 通风方式均相同 故对通风排水 费用没做比较 对相同费用不做比较 15 表表4 2 建井工程量表建井工程量表 Tab 4 2 scale construction works shaft 时期工程项目单位方案 方案 主井米556556 初期副井米516516 周宇翔 中固镇矿 2 4Mt a 新矿井设计 24 主石门 大巷 米29256450 井底车场米10001000 表表4 3 建井费用表建井费用表 Tab 4 3 shafts built for table 方 案 方 案 时期工程项目工程量 米 单价 元 米 费用 万元 工程量 米 单价 元 米 费用 万元 主井5565440302 55565440302 5 副井5165400278 65165440208 7 石门29251150336 464501150741 8 井底车场1000115011510001150115 初期 小计1032 51368 表表4 4 生产经营费用表生产经营费用表 Tab 4 5 Production and operation costs table 方案 方案 工程项目 工程量单价万元费用万元工程量单价万元费用万元 主井5560 76422 65560 76422 6 副井5161 20619 25161 20619 2 石门及车场39250 261020 574500 261937 运 输 提 升小计2062 32062 3 主井5560 4222 45560 4222 4 副井5160 52585160 5258 石门及车场39250 4157074500 42980 巷 道 维 护小计2050 43460 4 合计4112 75522 7 表表4 5 生产经营工作量生产经营工作量 辽宁工程技术大学毕业设计 论文 25 Tab 4 4 Production and management workload 工 程 项 目单位方 案 I方 案 II 主井万吨 km 0 6 240 1440 6 240 144 副井万吨 km 0 52 240 124 80 52 240 124 8 运输 提升 石门井底车场万吨 km 1 02 240 244 81 02 240 244 8 主井年米556556 副井年米516516 巷道 维护 石门井底车场年米39257450 表表4 6 两方案比较总表两方案比较总表 Tab 4 6 Comparison of the two tables 方案 方案 工程项目 费用 万元 费用 万元 初期建井费用1032 51001368132 生产经营费用4112 71005522 7134 其他费用123 5100123 5100 合计5268 71007014 2133 从经济分析看出 两种费用相差 10 以上 I 方案优于 II 方案 综上分析 I 方案为最优方案 因此 选用 I 方案 4 1 24 1 2 井筒位置及数目的确定井筒位置及数目的确定 1 井筒的数目 a 根据本矿区煤层的埋藏的具体条件 各井筒均采用立井 b 主 副井各一个 风井一个 见图 4 4 4 5 4 6 c 井筒参数 表表 4 7 井筒参数井筒参数 Tab 4 7 Shaft chamber parameter 断面尺寸 井筒名称用途井筒长度 m提升方法 直径 m净断面积 周宇翔 中固镇矿 2 4Mt a 新矿井设计 26 主井提升煤炭556箕斗提升5 523 75 副井 进风 进人 运料排矸 516罐笼提升7 034 46 风井 回风兼作 安全出口 4216 028 30 该设计采用三个井筒的井田开拓方式 主井 副井 风井 通风方式为中央并列式 通风 2 井筒的位置 1 选择井筒位置的原则 5 a 有利于第一开采水平的开采 并兼顾其它水平 有利于井底车场的布置和主要运 输大巷位置的选择 石门工程量小 b 有利于首采盘区不只在井筒附近的富煤块段 首采盘区少迁村或不迁村 井田两翼储量基本平衡 c 井筒不易穿过厚表土层 厚含水层 断层破碎带 煤与瓦斯突出煤层或较弱岩层 d 工业广场应充分利用地形 有良好的工程地质条件 且避开高山 低洼地和采空 区 不受滑坡和洪水威胁 e 工业广场宜少占农田少压煤 f 水源 电源较近 矿井设在铁路专用线路短 道路布置合理点 2 便于布置工业场地的位置 主要是根据以下一些原则 a 有足够的场地 便于布置矿井地面生产系统及其工业建筑物和构筑物 b 有较好的工程 水文地质条件 尽可能避开滑坡 崩岩 溶洞 流沙层等不良地 段 这样既便于施工 又可以防止自然灾害的侵袭 c