课程设计(车集矿240万吨)

华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 1 矿山设计与优化矿山设计与优化 课程设计课程设计 安全工程学院安全工程学院 2012 年年 6 月月 摘摘 要要 本设计为海孜煤矿 1 8Mt a 的新井设计 本矿区走 向长度为 4 7km 倾向长度为 3 7km 煤层平均倾角为 15 矿区内只有 1 个层煤全区可采 煤层平均厚度为 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 2 9 0m 本井田内可采储量为 15 36Mt 服务年限为 100a 煤的工业牌号为肥气煤 本设计采用立井多水平 开拓 单一煤层上山开采 大巷采用矿车运料 胶带输 送机运煤 采煤方法为走向长壁采煤法 采煤工艺为综 合机械化放顶煤开采 采空区处理方法为全部垮落法 摘 要 2 1 矿区概述及井田地质特征 5 1 1 矿区概述 5 1 1 1 交通位置 5 1 1 2 河流 5 1 1 3 矿区气候条件 6 1 1 4 地震 6 1 1 5 水源电源 6 1 2 井田地质特征 6 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 3 1 2 1 井田地形及煤系地层概述 6 1 2 2 井田地质构造 8 1 2 3 井田水文地质 8 1 3 井田煤层特征 10 1 3 1 煤层埋藏条件及围岩性质 10 1 3 2 煤层特征 11 2 井田境界与储量 12 2 1 井田境界 12 2 1 1 井田境界划分的原则 12 2 1 2 井田境界 12 2 2 矿井工业储量 12 2 2 1 井田勘探类型 12 2 2 2 矿井工业储量的计算及储量等级的圈定 13 2 3 矿井可采储量 13 2 3 1 计算可采储量时 必须要考虑以下储量损失 13 2 3 2 各种煤柱损失计算 13 2 3 3 井田的可采储量 16 3 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 18 3 1 矿井工作制度 18 3 2 矿井设计生产能力服务年限 18 3 2 1 矿井设计生产能力 18 3 2 2 井型校核 18 4 井田开拓 21 4 1 井田开拓的基本问题 21 4 1 1 影响井田开拓的主要因素 21 4 1 2 井筒形式 数目的确定 21 4 1 3 工业广场的位置 形状和面积的确定 24 4 1 4 开采水平的确定 24 4 1 5 井底车场和运输大巷的布置 24 4 1 6 矿井开拓延伸及深部开拓方案 25 4 1 7 开采顺序 25 4 1 8 方案比较 25 4 2 矿井基本巷道 31 4 2 1 井筒 31 4 2 2 井底车场 33 4 2 3 主要开拓巷道 35 4 2 4 巷道支护 36 5 采区巷道布置 37 5 1 采区煤层地质特征 37 5 2 采区巷道布置及生产系统 38 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 4 5 2 1 采区准备巷道布置 38 5 2 2 采区回采巷道布置 38 5 2 3 生产系统 39 5 2 3 采区生产能力和采出率 39 5 3 采区车场形式及选择 40 5 3 1 采区车场的选择 40 5 3 2 采区硐室的布置 44 5 3 3 采区绞车房 45 5 4 采区采掘接替计划 46 6 井筒延伸 46 7 矿井及首采采区主要经济技术表 47 总 结 48 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 5 1 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 1 11 1 矿区概述矿区概述 1 1 1 交通位置 车集矿位于河南省永夏矿区东南部 行政区属于永城县茴村 高庄及候岭三个乡 地理坐标为 东经 116 30 北纬 33 57 井田中心西距永城县 15km 北距陇海铁路夏邑车站 77km 东距青 青龙山 阜 阜阳 铁路百善车站 15km 东南距矿区规划铁路接轨点青町车站 35km 直线距离 距矿区规划铁路客运站 8 5km 通往徐州市及宿县的两条主干公路 分别从井田北 部和南部通过 由新庄矿井至永城县的公路从工业广场门前穿过 交通非常方便 见 图 1 1 1 1 2 河流 井田内地表水系不发育 仅有淮河支流沱河从井田南部由西向东流过 属季节性 田 井 集 车 图图 1 1 车集矿交通位置图车集矿交通位置图 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 6 河流 最高洪水位标高 34 79m 年平均水位 30 39m 年平均流量 2 3m3 s 最大流 量 380 m3 s 1 1 3 矿区气候条件 本区属季风湿暖带 为半湿润半干燥的大陆性气候 年最大降雨量 1518 6mm 年平均降雨量 861mm 最大月降雨量 792 8mm 最大日降雨量 207mm 年平均气温 14 4 日最低气温 23 4 日最高气温 41 5 年蒸发量 1809 9mm 夏季多东南风 冬季多西北风 平均风速 3 4m s 最大风速 20 m s 降雪期和冰冻期为 11 月至翌年 3 月 冻土深度一般 10cm 左右 最大 19cm 1 1 4 地震 永城县属郯城 芦江地震带影响范围 地震烈度小于 6 度 经河南省地质局建 议 对于特别重要的工程和建筑物 可提高一度设防 1 1 5 水源电源 井田内第三 第四系含水量比较丰富 可作为矿井供水水源 矿区内现有永城县电厂 装机容量 1 5 万 kW 供本县工农业用电 在建的永城县 140kV 变电站 是由地方集资兴建的 经夏邑 虞城到商丘 主要 供地方用电 矿区永久电源由商丘 220kV 变电站供给 1 21 2 井田地质特征井田地质特征 1 2 1 井田地形及煤系地层概述 本井田位于淮河冲积平原北部 地面自然标高在 31 34m 之间 地形微向东南 倾斜 地势平坦 精查地质报告基本查明了井田的煤层赋存情况 构造情况 煤质以及水文地质条 件 本井田属华北上古生界聚煤区 为新生界沉积物所掩盖 据钻孔揭露下伏地层由 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 7 老至新有 中下奥陶统 O1 2 中上石炭统 C2 3 及二叠系 P 柱状图见附图 1 中下奥陶统 中下奥陶统 O1 2 本地层主要由灰色厚层状石灰岩 砾状石灰岩 豹皮状石灰岩以及白云质灰岩所 组成 灰岩主要特征是质纯而致密 具多组极为发育的裂隙 被方解石岩脉充填 在 井田内只有少数钻孔揭露本地层 揭露最大厚度为 117 6m 2 石炭系 石炭系 C 中石炭统本溪组 C2 本组地层下部主要为灰色铝土质泥岩 厚度一般为 6m 上部主要为深灰色 灰色铝土质泥岩 灰色砂质泥岩以及一层不稳定的石灰 岩 厚度 6 20m 一般厚 14m 上石炭统太原组 C3 本组为一套典型的海陆交互沉积岩系 主要由 12 15 层薄 中厚石灰岩 泥岩 砂质泥岩 铝土质泥岩 砂岩以及 4 5 层薄煤线交互 沉积而成 厚度 130 147m 一般 137m 3 二叠系 二叠系 P 下二叠统山西组 P1 本组主要由砂岩 砂质泥岩 泥岩以及 1 3 层煤 二 煤组 所组成 厚度 82 120m 平均厚度 96m 下二叠统下石盒子组 P2 本组主要由深灰色 灰色泥岩 铝土质泥岩 砂 质泥岩 砂岩及 4 6 层煤 三煤组 组成 厚度 45 95m 平均厚度 84m 上二叠统上石盒子组 P21 本组地层厚约 729m 主要由灰色砂质泥岩 铝 土质泥岩 砂岩以及 6 9 层薄煤线交互而成 上二叠统石千峰组 P22 本组地层主要由平顶山砂岩段 泥灰岩性和石膏钙 核段组成 欢度为 706m 井田内仅有少数几个钻孔揭露 此地层为不连续地层 4 上第三系 上第三系 N 本地层属河湖相沉积 本地层属河湖相沉积 中新统 本组厚度 30 145m 平均厚度 101m 主要由米黄 褐黄色中细砂岩 粉砂 粘土质砂及砂质粘土组成 上新统 N2 本统厚 37 88m 平均厚 70m 主要由砂质粘土夹褐黄细砂 粉砂及粘土质砂组成 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 8 5 第四系 第四系 更新统 本组厚度 22 48m 平均厚度 33m 主要有粉 细砂 粘土 局部为 粘土 全新统 本组厚度 14 32m 平均厚度 21m 上部为黄色粘土质砂为主 下部 为土黄 褐黄粉细砂 1 2 2 井田地质构造 车集井田位于永夏复式背斜中段东翼 新生界覆盖层厚约 180m 为全隐伏的单 斜构造 走向为北北东 于永夏复式背斜轴向基本一致 总的构造明显受永夏复式背 斜控制 井田内以近南北向 北北向和北东向的正断层为主 井田构造属于中等类型 1 2 3 井田水文地质 1 含水层 隔水层及其特征 含水层 隔水层及其特征 井田内主要有 9 个含水层组 4 个隔水层组 其中 新生界 4 个含水层组 1 个隔 水层组 二叠系石盒子组 1 个含水层组 1 个隔水层组 二叠系山西组 1 个含水层组 1 个隔水层段 石炭系太原群 2 个含水层组 1 个隔水层段 奥陶系中下统 1 个含水层 组 第四系全新统松散孔隙潜水含水层 此层厚 21m 左右 砂岩较发育 单位涌水 量 0 152 4 167 10 3 s m2 渗透系数 0 654 23 06m d 水位受大气降水影响 属强含水层 第四系全新统松散孔隙承压水含水层 此层厚 33m 左右 中砂层厚 21m 单位 涌水量 0 594 10 3 s m2 属中等含水层 上第三系上部松散孔隙承压水含水层 此层厚 70m 左右 单位涌水量 0 198 0 468 10 3 s m2 渗透系数为 0 476 0 87m d 属中等含水层 新生界底部隔水层 此层厚 31m 左右 其中粘土层厚 25m 可塑性好 分布广 泛且稳定 为一良好隔水层 在 16 线以北变薄 起不到隔水作用 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 9 下石盒子组三煤组顶板砂岩裂隙承压水含水组 此组厚 45m 左右 含水层为中 细砂岩 单位涌水量 0 000431 0 0399 10 3 s m2 渗透系数为 0 00616 0 361m d 属弱等含水层 山西组二2煤层顶板砂岩裂隙承压水含水组 此组厚 52m 左右 含水层为中 细砂岩 单位涌水量 0 000367 0 0804 10 3 s m2 渗透系数为 0 00172 0 0338m d 属弱等含水层 石盒子与山西组间隔水层 下石盒子组三煤组顶板砂岩含水层 山西组二2煤层 顶板砂岩含水层之间有厚 38m 的泥岩 砂质泥岩 铝土岩 且分布稳定 起到了 良好的隔水作用 山西组与太原群间隔水段 二2煤层底板太原组之间有 50m 左右的细 粉砂岩 和泥岩 岩石致密 为良好的隔水层 太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水含水组 此组厚 32m 左右 全井田发育稳定 岩溶裂隙最为发育 单位涌水量 0 125 0 793 10 3 s m2 渗透系数为 0 801 4 904m d 水量相对丰富 但不急条件不良 属中等含水层 太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水含水组 此组厚 24m 左右 单位涌水量 0 121 1 216 10 3 s m2 渗透系数为 0 703 7 473m d 水量大 属中等含水层 太原组上段与下段间隔水层段 太原组上段灰岩含水组与下段灰岩含水组之间 11 主要由泥岩 砂质泥岩及粉砂岩组成 为良好的隔水层 奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水含水组 此组厚度不详 单位涌水量 12 0 00843 0 704 10 3 s m2 渗透系数为 0 0561 1 878m d 岩溶裂隙发育不均 富水性明显差异 属中等 强含水层 2 矿井涌水量 矿井涌水量 地质报告中预计矿井涌水量 正常 727m3 h 最大 923m3 h 3 井田水文地质类型 井田水文地质类型 本井田主要开采下石盒子组三煤组和山西组二2煤层 三煤组以岩层裂隙水为主 水文地质条件简单 二2 煤以底板岩溶裂隙水为主 水文地质条件中等 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 10 1 31 3 井田煤层特征井田煤层特征 1 3 1 煤层埋藏条件及围岩性质 本井田主要含煤地层为下二叠统山西组 含三煤 及下石盒子组 含煤 4 6 层 两组地层平均总厚 177m 含煤 7 9 层 煤层总平均厚度 10 82m 主要可采煤层为二 2 三22 三3 和三4煤层 煤层风氧化带深度 通过煤芯煤样化验 分析定为由基岩顶界向下垂深 20m 全井田煤系地层走向大致呈反 S 形展布 地层倾向南东 倾角一般为 5 20 本井田内石炭系 二叠系均为含煤地层 各可采煤层具体埋藏特性如下 1 二2煤层 位于山西组中下部 可采厚度为 0 8 8 86m 平均厚度 3 5m 煤层结构简单 仅有一层厚度小于 0 41m 的夹矸 煤层赋存稳定 煤层顶板多为 砂质泥岩及中细砂岩 底板多为砂质泥岩及细砂岩 砂岩抗压强度 316 1063kg cm2 泥岩抗压强度 433 612kg cm2 2 三22煤层 位于下石盒子组中部的三煤组中 可采厚度为 0 8 3 13m 平 均厚度 1 6m 结构较简单 含夹矸 1 2 层 煤层比较赋存稳定 煤层顶板多为 砂质泥岩及粉砂岩 底板多为炭质泥岩及砂质泥岩 砂质泥岩抗压强度 222 314kg cm2 砂岩抗压强度 312 859kg cm2 3 三3煤层 位于下石盒子组中部的三煤组上部 可采厚度为 0 8 3 16m 平 均厚度 1 62m 结构比较简单 为较稳定煤层 煤层顶板多为泥岩及砂质泥岩 底板多为砂质泥岩 泥岩抗压强度 386kg cm2 砂岩抗压强度 498kg cm2 4 三4煤层 位于下石盒子组中部的三煤组顶部 可采厚度为 0 8 2 49m 平 均厚度 0 94m 结构比较简单 为局部可采煤层 煤层顶板多为泥岩及砂质泥岩 底板多为砂质泥岩 具体车集矿可采煤层特征见表 1 2 表表 1 21 2 车集煤矿可采煤层特征表车集煤矿可采煤层特征表 煤层 名称 煤层厚度 m 最小 最大 平均 与下煤 层间距 m 稳定 程度 煤层结构顶板底板 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 11 三4 0 8 2 49 0 948 不稳 定 泥岩夹矸 0 1 层 泥岩及炭质 泥岩 砂质泥岩 三3 0 8 3 16 1 628 10 比较 稳定 局部有 1 层 泥岩夹矸 泥岩及砂质 泥岩 砂质泥岩 三22 0 8 3 13 1 680 比较 稳定 1 2 层泥岩 夹矸 粉砂岩或砂 质泥岩 炭质泥岩 或泥岩 二2 0 8 8 86 3 5 比较 稳定 局部有 1 层 泥岩夹矸 粉沙岩局部 石灰岩 粉沙岩及 沙岩 1 3 2 煤层特征 1 煤的容重 煤的容重 煤的实体容重二2煤 1 6t m3 三22 三3 和三4煤 1 5 t m3 2 煤的工业分析及用途 煤的工业分析及用途 本井田各可采煤层均以高变质程度的年轻无烟煤为主 其次为天然焦 个别煤层 有少量贫煤点 二2煤层发热量 QDfr 7400cal g QDfT 8400 cal g 灰分在 10 15 之间 三 22 三3煤层发热量 QDfr 6600 cal g QDfT 83 cal g 灰分在 15 25 之间 各煤层 含硫量均小于 1 一般在 0 4 0 7 之间 磷含量一般在 0 0003 左右 属低 中灰 分 特低硫 特低磷 高发热量无烟煤 3 瓦斯 煤尘及自燃 瓦斯 煤尘及自燃 瓦斯 井田内瓦斯含量不高 经向省煤炭厅汇报 认为 可能有瓦斯突出 的 根据不足 确定设计按低瓦斯矿井考虑 煤尘 经鉴定 本井田设计开采二 2 煤为无烟煤 一般无煤尘爆炸危险 设计 按无煤尘爆炸危险考虑 自燃 井田各煤层还原样燃点之差 T 一般均小于 20 为不自燃煤层 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 12 2 2 井田境界与储量井田境界与储量 2 12 1 井田境界井田境界 2 1 1 井田境界划分的原则 在煤田划分为井田时 要保证各井田有合理的尺寸和境界 使煤田各部分都能得 到合理的开发 煤田范围划分为井田的原则有 1 井田的储量 煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相适应 2 保证井田有合理尺寸 3 充分利用自然条件进行划分 如地质构造 断层 等 4 合理规划矿井开采范围 处理好相邻矿井间的关系 2 1 2 井田境界 根据以上划分原则以及永夏煤田的整体规划以及车集煤矿的实际情况 四周边界 为 南 沱河为界 东 各煤层 1000m 等高线为界 北 26 勘探线 西 各煤层露头 矿井设计生产能力为 2 4Mt a 根据以上标准和开采技术水平确定井田南北走向长 度约为 10km 2 22 2 矿井工业储量矿井工业储量 2 2 1 井田勘探类型 精查地质报告查明了本井田的煤层赋存情况 构造形态 煤质及水文地质条件 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 13 井田勘探类型为中等 2 2 2 矿井工业储量的计算及储量等级的圈定 Zg S M R 其中 Zg 矿井的工业储量 S 井田的倾斜面积 44 3 平方公里 M 煤层的厚度 3 5m R 煤的容重 1 6 吨 立方米 则 Zg 4431 8 3 5 1 6 24818 万 t 2 32 3 矿井可采储量矿井可采储量 2 3 1 计算可采储量时 必须要考虑以下储量损失 1 工业广场保护煤柱 2 井田边界煤柱损失 3 采煤方法所产生煤柱损失和断层煤柱损失 4 建筑物 河流 铁路等压煤损失 5 其它各种损失 2 3 2 各种煤柱损失计算 1 工业广场保护煤柱 工业广场保护煤柱 本矿井设计年生产能力为 2 4Mt a 按 煤矿设计工业规范 占地面积指标应在 0 7 0 8 公顷 10 万吨之间小井取大值 故取 0 8 占地面积为 24 0 8 19 2 104m2 故设计工业广场的尺寸为 400 500m2的长方形 面积为 20 104m2 尺寸为 400 500m2的长方形 工业广场位置处的煤层的平均倾角为 7 工业广场的中心处在井田走向中央 倾向中央偏于煤层中上部 其坐标为 该处表土层厚度为 200m 主井 副井 地面 建筑物均在工业广场内 工业广场按大型矿井 级保护 留围护带宽度为 15m 本矿的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表 2 1 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 14 表表 2 1 矿井地质条件及冲积层和基岩层移动角矿井地质条件及冲积层和基岩层移动角 广场中心 煤层深度 煤 层 倾 角 煤层 厚度 冲积层 厚度 冲积层 移动角 走向移 动角 下山移 动角 上山移 动角 m mm 71071020040707065 8 由此根据上述已知条件 画出如图 2 1 所示的工业广场保安煤柱的尺寸 并由图 得出保护煤柱的尺寸为 S 梯形面积 1 2 上宽 下宽 高 1 2 1376 69 1524 57 1402 75 203 49 104m2 则工业广场压煤为 Q1 S M r cos 2 1 2034871 2325 3 5 1 6 cos7 1150 68 万 t 图图 2 1 工业广场保护煤柱示意图工业广场保护煤柱示意图 m m1 hn n1 m2 n2 c d cd C k3 q q1 k1 q2k2 q3 k3 250 600 600 q k m nm2n2 D k2 B q2 A q3 b a ab k 650 650 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 15 2 井田边界煤柱损失 井田边界煤柱损失 Z L b M R 其中 Z 边界煤柱损失量 L 边界长度 L 2 894 104 b 边界宽度 取 b 40 M 煤层厚度 M 3 5 L R 煤的容重 R 1 6 Z 2 894 104 40 3 5 1 6 6 48 107t 3 断层煤柱 断层煤柱 断层煤柱留设 40m 本井田保留 4 条断层 其断层占煤量 Q 断 则井田的边界断层煤柱为 Q 断 L1 L2 L3 L4 b M R co 1260 1089 1130 598 40 3 5 1 6 cos7 365 29 万 t 4 村庄 公路保护煤柱 村庄 公路保护煤柱 井田范围内 有从新庄到永城的公路 考虑到采深较大 表土层较厚 公路等级 不高 不留保护煤柱 村庄只有车集村不搬迁 要留设保护煤柱 留设方法与工业广 场保护煤柱留设方法一样 因为车集村位置与所选的工业广场位置靠近 故将工业广 场布置在紧挨车集村庄处 工业广场保护煤柱与车集村庄保护煤柱合并 车集村庄面积为 S 梯形面积 1 2 上宽 下宽 高 2 3 1 2 1361 88 1546 83 1753 05 254 95 104m2 则车集村压煤为 Q4 S M r cos 2549557 03275 3 5 1 6 cos7 1441 80 万 t 车集村庄和工业广场重叠部分 面积 786 624 934 56 1402 75 2 120 72 104m2 重叠部分煤量为 Q0 682 68 万 t 5 防水煤柱的留设 防水煤柱的留设 由于基岩上面普遍发育着一层隔水性能良好的灰色及深灰色粘土 砂质粘土 厚 约 30m 左右 隔水性能良好 而煤层露头的顶板岩性一般为砂质泥岩 泥岩或被风化 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 16 了的砂质泥岩 泥岩 是矿井浅部开采的主要突水水源 因此 必须留设合适的防水 煤柱防止矿井突水 导水断裂带的高度一般为 H 100 m 1 6 m 3 6 5 6 2 4 m 各开采煤层的厚度 m 对于本矿则 H 100 3 5 1 6 3 5 3 6 5 6 39 3 5 6 由于煤层露头处煤层倾角较小 完全按照垂高留设煤柱 则煤柱损失太大 近 250m 结合矿井实际条件 留设防水煤柱的宽度为 50m 即倾斜长度为 50m 则上边界留设防隔水煤柱量 39 3 cos10 50 3 5 1 6 11 17 万吨 2 3 3 井田的可采储量 井田的可采储量 Z 按下式计算 Z Q P C 2 5 式中 Q 矿井工业储量 P 各种永久煤柱的储量之和 C 采区回采率 厚煤层不低于 0 75 中厚煤层不低于 0 80 薄煤层不 低于 0 85 设计开采的二2煤层属中厚煤层 采区回采率取为 0 80 则计算可采储量为 Z Q P C 2 5026 108 2 263 107 0 8 1 821 108t 由此可得本矿井的可采储量为 1 821 108t 在备用储量中 估计约为 50 为回采率过底和受未知地质破坏影响所损失的储量 井田实际采出储量用下式计算 Z实际 Z Z K 1 50 K 2 6 式中 Z实际 井田实际采出煤量 万 t Z 矿井的可采储量 18210 904 万 t K 矿井储量备用系数 取 1 3 由 2 3 式 得 Z实际 1 821 108 1 821 108 1 3 1 50 1 3 0 936 108 即本设计矿井实际采出煤量为 9360 万吨 矿井工业储量及各水平储量见表 2 2 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 17 表表 2 22 2 矿井储量统计表矿井储量统计表 永久煤柱损失 煤 层 名 称 水 平 序 号 工业储量 万 t 工业广 场和村 庄 万 t 防水 万 t 断层 万 t 边界煤柱 万 t 合计 万 t 可采储量 万 t 第 一 水 平 166841272 756 3243 3215 91788 212140 6 二二 2 2 第 二 水 平 8342636 328 4121 7432 11218 56070 4 小 计 25026 781909 884 7 365 29 万 t 648 24446 万 t 3006 7 1 18210 904 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 18 3 3 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 3 13 1 矿井工作制度矿井工作制度 按照 煤炭工业矿井设计规范 的规定 参考 关于煤矿设计规范中若干条文修 改决定的说明 确定本矿井设计生产能力按年工作日 330d 计算 四六制 作业 三 班生产一班准备检修 每天三班出煤 净提升时间为 16h 3 23 2 矿井设计生产能力服务年限矿井设计生产能力服务年限 3 2 1 矿井设计生产能力 本井田储量丰富 设计开采煤层赋存稳定 煤层厚度大部分比较稳定 属中厚煤 层 3 5m 为缓倾斜煤层 倾角 10 矿井总的工业储量为 25026 78 万 t 可采储量 为 18210 904 万 t 因地质构造简单 同时煤田范围较大 开采技术好的矿井应建设大 型矿井 故本设计初步确定矿井的设计生产能力为 2 4Mt 3 2 2 井型校核 下面按矿井的实际煤层开采能力 各辅助生产环节的能力 储量条件及安全条件 因素对井型进行校核 1 煤层开采能力 煤层开采能力 矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力 根据本设计第四章 矿井 开拓 与第六章 采煤方法 的设计可知 该矿由于煤层地质条件较好 二2煤厚度 较厚 布置一个一次采全高综采工作面完全可以达到本设计的产量 2 辅助生产环节的能力校核 辅助生产环节的能力校核 本矿井为大型矿井 开拓方式为立井开拓 主井提升容器为两对 12t 底卸式提升 箕斗 运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求 工作面生产的原煤一律 用强力胶带输送机运到带区 采区 煤仓 运输能力也很大 自动化程度较高 辅助 运输采用双层罐笼 大巷辅助运输采用 600mm 轨距的 1 5t 固定车厢式矿车 同时本 矿井井底车场调车方便 通过能力大 满足矸石 材料和人员的调动要求 所以各辅 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 19 助生产环节完全可以达到设计生产能力的要求 3 通风安全条件的校核 通风安全条件的校核 本矿井无煤尘爆炸性 瓦斯含量低 属于低瓦斯矿井 水文地质条件中等 在副 井中铺设两趟水管路可以满足排水要求 矿井采用对角式通风 有专门的风井 可以 满足要求 井田内大断层有 F3 F5 F6和 F7 对于开拓有一定的影响 留设有保护煤 柱 F4为小断层 对于生产影响较小 不会影响采煤工作 所以各项安全条件均可以 得到保证 不会影响矿井的设计生产能力 4 储量条件校核 储量条件校核 矿井的设计生产能力应与矿井的工业储量相适应 以保证有足够的服务年限 矿井服务年限的计算 T 3 1 KA Z 式中 T 矿井设计服务年限 年 Z 矿井可采储量 A 矿井设计生产能力 240 万 t a K 储量备用系数 取 1 3 由 3 1 式得 T 18210 9 240 1 3 58 3a 因此 本矿井的开采年限符合规范的要求 本设计中第一水平倾斜范围为 第一水平服务年限的计算公式为 T 29 63a KA Z 式中 T 第一水平服务年限 a 本矿井的服务年限以及第一水平的服务年限的设计服务年限符合规定 第一水平设计服务年限 煤层倾角 矿井设计生产能力 万 t a 矿井设计服务年限 a 45 600 及以上8040 300 5007035 120 24060302520 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 20 45 9050252015 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 21 4 4 井田开拓井田开拓 井田开拓是在总体设计已经划定的井田范围内 根据精查地质报告和其它补充资 料 具体体现在总体设计合理原则 将主要巷道由地表进入煤层 为开采水平服务所 进行的井巷布置和开掘工程 其中包括确定主 副井和风井的井筒形式 深度 数量 位置 阶段高度 大巷位置 采 带 区划分以及开采顺序与通风运输系统 4 14 1 井田开拓的基本问题井田开拓的基本问题 4 1 1 影响井田开拓的主要因素 1 地形平坦 地势高差小 有内涝威胁 2 第四系覆盖层较厚 井筒需要特殊凿井方法施工 为防止第四系水溃入井下 需留设合理的防水煤柱 3 太原组灰岩水压较大 水量相对丰富 岩溶裂隙比较发育 选择井筒位置时 需留有足够的隔水岩柱 4 瓦斯 井田内瓦斯含量不高 经向省煤炭厅汇报 认为 可能有瓦斯突出 的根据不足 确定设计按低瓦斯矿井考虑 5 煤层的均高 4 1 2 井筒形式 数目的确定 1 井硐形式的确定 井硐形式的确定 斜井与立井开拓的优缺点比较 斜井开拓与立井开拓相比 井筒施工工艺 施工设备与工序比较简单 掘进速度 快 井筒施工单价低 初期投资少 地面工业建筑 井筒装备 井筒装备 井底车场 及垌室都比立井简单 井筒延深施工方便 对生产干扰少 不易受底板含水层的威胁 主提升胶带化有相当大的提升能力 可满足特大型矿井主提升的需要 斜井井筒可作 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 22 为安全出口 井下一旦发生透水事故等 人员可迅速从井筒撤离 与立井开拓相比 斜井开拓的缺点是 斜井井筒长 辅助提升能力小 提升深度 有限 通风路线长 阻力大 管线长度长 斜井井筒通过富含水层 流砂层施工技术 复杂 对井田内煤层埋藏不深 表土层不厚 水文地质情况简单 井筒不需特殊法施 工的缓斜和倾斜煤层 一般可采用立井开拓 根据自然地理条件 技术经济条件等因素 综合考虑车集煤矿的实际情况 第三 第四系覆盖层较厚 井筒需要特殊凿井方法施工 地势平坦 地面标高平均 32m 左右 煤层埋藏较深 矿井年设计生产能力为 2 4Mt a 为大型矿井 综上所述 我们采用立井多水平开拓 2 主 副井井筒位置的选择 主 副井井筒位置的选择 井筒位置的确定原则 a 有利于第一水平的开采 并兼顾其他水平 有利于井底车场和主要运输大巷的 布置 石门的工程量要尽量少 b 有利于首采采区布置在井筒附近的富煤阶段 首采区要尽量少迁村或不迁村 c 井田两翼的储量基本平衡 d 井筒不宜穿过厚表土层 厚含水层 断层破坏带 煤与瓦斯突出煤层或软弱岩 层 e 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 低洼和采空 区 不受崖崩滑坡和洪水的威胁 f 工业场地宜少占耕地 少压煤 g 水源 电源较进 矿井铁路专用线短 道路布置合理 对于本矿来说 断层较少 煤田地质条件较好 煤田分布不规则 最后决定把井 筒放在靠近永淮公路附近区域 井筒沿井田走向方向的有利位置 井田应尽量布置在井田走向方向的中央位置 应使井田两翼储量大致平衡 即井 筒应位于走向方向的中心 利于井下运输 通风和开采系统布置 减少生产经营 费用 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 23 井筒沿井田倾斜方向的有利位置 同样井田应位于井田倾向方向的中间位置 为防止洪水 且应位于地势较高的位 置 应使井田两翼储量大致平衡 即井筒应位于倾向方向的中心靠上的部位 利 于井下运输 通风和开采系统布置 减少生产经营费用 有利于矿井初期开采的井筒位置 矿井应尽快达产 使井筒布置在第一水平的位置最优 尽量不压煤或少压煤合理布置井筒 确定井筒位置 要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱 因为本井田内只有一 条新桥矿通往永城县的公路 并不需留设保护煤柱 但要考虑车集村庄的煤柱 为了 减少工业广场所压煤柱 将车集村庄煤柱和工业广场煤柱合并考虑 并且保证在井田 走向的中央 倾向的中央靠上部位 地质及水文地质条件对井筒布置的影响 要保证井筒 井底车场及硐室位于稳定的围岩中 应使井筒尽量不穿过或少穿过 流沙层 较大的含水层 较厚冲积层 断层破碎带 煤与瓦斯突出煤层 较软煤层及 高应力区 本矿井在二2煤层底板下部 230m 处有一太原组灰岩承压含水层 压力大 水量 也较大 设计时须使井筒 井底车场与该承压水之间有一定厚度的保护层 在确定延 伸方式时应综合考虑 尽量使井底车场避开该含水层 因此 为避开太原组承压含水 层的影响 一水平以下延伸方式的不同 将会选择不同的井筒坐标 井口位置应便于布置工业场地 井口附近要布置主 副生产系统的建筑物及引进铁路专用线 为了便于地面系统 间互相联接 以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨 要求地面平坦 高差不能太大 专用线短 工程量小及有良好的技术条件 综合以上七方面的因素 结合矿井实际情况 提出本矿井井筒布置位置如下 3 风井位置的选择 风井位置的选择 位于井田范围的北侧 一水平两个采区的上部中央 担负矿井一水平带区的通风任务 净直径为 5m 净断面积为 19 63 掘进断面 26 42 m2 井深 280 m 风井井筒井壁 均为混凝土砌碹井壁 厚 350mm 充填混凝土厚 50mm 两风井均设梯子间 风井布 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 24 置在绿化带附近 4 1 3 工业广场的位置 形状和面积的确定 工业场地的选择主要考虑以下因素 1 尽量位于储量中心 使井下有合理的布局 2 占地要少 尽量做到不搬迁村庄 3 尽量布置在地质条件较好的区域 同时工业场地的标高要高于最高洪水位 4 尽量减少工业广场的压煤损失 根据以上原则和本矿井的实际情况 工业广场与主副井筒布置位置相同 其面积 及保护煤柱的大小详见第二章第三节内容 工业广场面积 20 104m2 定为 400m 500m 的矩形 4 1 4 开采水平的确定 本矿井煤层露头标高 300m 煤层埋藏最深处达 1000m 垂直高度达 700m 因此必须 采用对水平开采 根据 煤炭工业设计规范 规定 缓倾斜 倾斜煤层的阶段垂高为 150 200m 针对于本矿井的实际条件 决定煤层的阶段垂高为 250m 左右 对于本矿井开采水平的确定 可考虑划分为两个水平或三个水平 或者井筒位置 打在井田的下部 选用三个水平时 可以考虑立井延伸二 三水平 但井筒必须打在 煤层较深处 或者立井延伸第一水平 暗斜井延伸第三水平 4 1 5 井底车场和运输大巷的布置 1 运输大巷的布置 运输大巷的布置 由于本井田煤层埋藏比较深 冲击地压比较大 设计可采煤层的厚度为 3 5m 且 运输大巷为上下两个阶段服务为便于维护和使用 使大巷不受煤层开采的影响 所以 将大巷布置在煤层底版下方 30m 处的砂岩中 其优点是巷道维护条件好 维护费用底 巷道施工条件够按要求保持一定方向和坡度 在开采上下阶段时可跨上山开采 不留 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 25 设保护煤柱 减少煤柱损失 同时便于设置煤仓 2 井底车场的布置 井底车场的布置 矿车在井底车场内的运行特点看 井底车场有两大类 即环形式和折反式 本矿 井设计年产量为 240 万吨 在大巷运输采用胶带运煤轨道运料 根据运输特点及要求 选用环形井底车场 为里保证矿井生产及安全的需要 一般井底车场设有各种硐室 4 1 6 矿井开拓延伸及深部开拓方案 本矿井开拓延伸可以考虑以下两种方案 立井延伸和暗斜井延伸 采用立井延伸时 可以充分利用原有的各种设备和设施 提升系统单一 转运环 节少 经营费用底 管理较方便 但采用这种方法延伸时 延伸两个井筒施工组织复 杂 为延伸井筒需要掘进一些临时工程 延伸后提升高度增加 能力下降 可能需要 更换提升设备 采用暗斜井延伸时 原有井筒的位置 水平的划分 上山或上下山开采的确定都 不受的影响 系统比较简单且生产能力大 可充分利用原有井筒能力 同时生产和延 伸相互干扰较小 其缺点是增加了提升运输环节和设备 通风系统较复杂 4 1 7 开采顺序 先开采煤层比较高的地方 采用俯采 然后依次接替 4 1 8 方案比较 根据以上分析 提出以下四种方案 如图 4 1 所示 图图 4 1 开拓方案示意图开拓方案示意图 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 26 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 27 1 技术比较 技术比较 方案 项目 方案 1 主暗斜井开凿 副暗斜井开凿 上下斜井车场 1446 1050 10000 151 83 1446 1150 10000 166 29 300 500 900 10000 72 基建费用 万元 小计 390 12 立井提升 暗斜井提升 排水 立 斜 1 2 5142 4 0 527 0 85 2764 25 1 2 5142 4 1 446 0 48 4283 08 200 24 34 3 365 0 127 0 063 10000 1141 78 生产经营费用 万元 小计 8189 11 费用 万元 8579 23 总计 百分率 100 方案 项目 方案 2 基建费用 万元 立井开凿 石门开凿 2 350 3000 10000 210 1400 800 10000 112 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 28 井底车场 1000 900 10000 90 小计 412 立井提升 暗斜井提升 立井排水 1 2 5142 4 0 877 0 85 4600 1 1 2 5142 4 1 400 0 381 3291 54 200 24 34 3 365 0 152 10000 913 42 生产经营费用 万元 小计 8805 06 费用 万元 9217 06 总计 百分率 107 43 方案 项目 方案 3 基建费用 万元 立井开凿 石门开凿 井底车场 2 150 3000 10000 90 600 800 10000 48 1000 900 10000 90 小计 228 立井提升 石门运输 立井排水 1 2 2203 88 0 150 0 85 337 2 1 2 2203 88 0 6 0 381 604 57 200 24 365 14 13 0 152 10000 376 29 生产经营费用 万元 小计 1318 06 费用 万元 1546 06 总计 百分率 100 00 方案 项目 方案 4 基建费用 万元 主暗斜井开凿 副暗斜井开凿 上下斜井车场 620 1050 10000 65 1 620 1150 10000 71 3 300 500 900 10000 72 小计 208 4 暗斜井提升 排水 立 斜井 1 2 2203 88 0 62 0 48 787 05 200 24 365 14 13 0 053 0 14 10000 677 79 生产经营费用 万元 小计 1464 84 总计费用 万元 1673 24 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 29 百分率 108 2 开拓方案经济比较 开拓方案经济比较 表表 4 3 建井工程量建井工程量 项目方案 1方案 3 初期 主井井筒 m 副井井筒 m 井底车场 m 运输大巷 m 主石门 m 527 20 527 5 1000 2200 0 527 20 527 5 1000 2200 1400 后期 主井井筒 m 副井井筒 m 井底车场 m 运输大巷 m 主石门 m 1446 斜井 1446 斜井 300 500 斜井 3200 0 350 150 350 150 1000 1000 3200 4300 800 表表 4 4 基建费用表基建费用表 方案 1方案 3 方案 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 副井井筒 井底车场 主石门 运输大巷 547 532 1000 0 2200 3000 3000 900 800 164 1 159 6 90 176 547 532 1000 1400 2200 3000 3000 900 800 800 164 1 159 6 90 112 176 初 期 小计 589 7701 7 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 30 主井井筒 副井井筒 井底车场 主石门 运输大巷 1446 1446 800 3200 1050 1150 900 800 151 83 166 29 72 477 6 500 500 2000 800 5700 3000 3000 900 800 800 192 15 200 45 162 62 821 6 后 期 小计 867 721440 2 共计 1457 422141 9 表表 4 5 生产经营工程量生产经营工程量 项目方案 1项目方案 3 运输提升 万 tkm工程量运输提升 万 tkm工程量 带区运输 一带区 二带区 三带区 2 1 2 734 6 1 0 196 345 56 2 1 2 734 6 2 0 196 691 11 2 1 2 734 6 3 0 196 1036 67 采区三水平上山运输 一区段 二区段 三区段 2 1 2 734 6 3 0 196 1036 67 2 1 2 734 6 2 0 196 691 11 2 1 2 734 6 1 0 196 345 56 大巷及石门运输 二水平 立井提升 二水平 1 2 2203 88 3 2 8462 9 1 2 5142 4 0 527 3252 05 大巷及石门运输 一水平 三水平 立井提升 二水平 三水平 1 2 5142 4 2 20 13575 94 1 2 2203 88 0 60 4 3 12958 8 1 2 2938 5 0 877 3092 48 1 2 2203 88 1 027 2716 06 维护下山 万 am1 2 4 620 7 1 10000 21 1维护上山 万 am1 2 4 620 7 1 10000 21 1 排水 万 m3 二水平200 24 365 34 3 10000 6009 36 排水 万 m3 二水平 三水平 200 24 365 20 17 10000 3533 78 200 24 365 14 13 10000 2475 58 表表 4 6 生产经营费用生产经营费用 方案 1 项目 工程量 m单价 元 m 1费用 万元 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 31 运输提升采区下山 二水平四区段 五区段 六区段 345 56 691 11 1036 7 1 22 1 15 1 04 421 58 794 77 1078 13 小计2294 49 二水平大巷及石门8462 90 4123486 7148 升二水平立井提3252 051 324292 706 暗斜井提升8923 090 857584 6265 小计11877 3325 维护下山 万 am21 140844 升二水平排水费6009 360 46822813 582352 合计21316 1 表表 4 7 费用汇总表费用汇总表 方案 1方案 3方案 项目费用 万元百分比 费用 万元百分比 初期建井费 589 7100 701 7119 00 基建工程费 1457 42100 2141 9147 00 生产经营费 21316 1100 24301 4114 00 总费用 22773 52100 26443 3116 华北科技学院矿井开采课程设计华北科技学院矿井开采课程设计 32 4 24 2 矿井基本巷道矿井基本巷道 4 2 1 井筒 由前章确定的开拓方案可知第一水平主 副井都为立井 在井田南翼上边界中央 断层煤柱外设置一个风井 在井田北翼 600 煤层处设北风井 一般来说 立井井筒横 断面形状有圆形 矩形两种 但圆形断面的立井服务年限长 承压性能好 通风阻力 小 维护费用少及便于施工的特点 因此 主 副立井及南 北风井均采用圆形断面 1 主井 主井 主井井筒采用立井形式