赵庄煤矿采矿毕业设计.doc

河北理工大学 毕业设计目录 1 赵庄煤矿采矿毕业设计赵庄煤矿采矿毕业设计 目录目录 摘 要I ABSTRACTI 1 矿区概述及井田地质特征2 1 1 矿区概述 2 1 2 地质特征 4 1 3 煤层特征 5 2 井田境界和储量7 2 1 井田境界 7 2 2 储量 7 3 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限9 3 1 矿井工作制度 9 3 2 矿井设计生产能力及服务年限 9 4 井田开拓10 4 1 井田开拓的基本问题 10 4 2 矿井基本巷道 12 5 准备方式18 5 1 盘区布置 18 5 2 盘区尺寸及巷道布置 19 5 3 盘区主要设备选型及生产系统 20 6 采煤方法22 6 1 采煤工艺方式 22 6 2 连续采煤机巷道掘进工艺以及回采率 26 7 井下运输29 7 1 概述 29 7 2 井下运输 29 河北理工大学 毕业设计目录 2 8 矿井提升31 8 1 概述 31 8 2 主副井提升 31 9 矿井通风32 9 1 通风方式和通风系统 32 9 2 矿井总风量 负压和等积孔的计算 33 9 3 通风设备选择 36 9 4 灾害预防及安全装备 38 10 矿井基本技术经济指标41 参考文献44 谢辞45 河北理工大学 毕业设计摘要 I 摘摘 要要 煤炭工业几乎是所有经济的基础 煤炭工业发展的状况直接影响着其它工 业乃至整个世界的发展速度 如何更好地开采和利用煤炭是人们急待解决和思 考的问题 目前 各国都在积极研究新的采煤理论 开发新的采煤技术 制造 更先进的采煤机械 争取更高效 更安全地把煤炭开采出来 并加以综合利用 本设计源于现场 在矿上搜集 整理设计资料 听取了矿上有关领导做的 介绍 在认真分析矿山原始资料地基础上 查阅了相关手册和国家的政策法规 对矿井开拓系统进行了地下开采设计 这是本次设计的重点和难点 经过方案 比较 最终确立了本矿的开拓方式为立井开拓 并对矿井运输 排水 提升等 系统进行了设计 关键字 关键字 赵庄煤矿 开拓方式 采煤方法选择 河北理工大学 毕业设计摘要 I Abstract As the basics of the whole industry The development of coal mining has a direct affection on other industries even on the development of the whole world It is nessesary to resolve and study how to mine and utilize coal better Now most countries in the world have taken an active part in research and development of new theory new technology of coal mining and advanced mining machines manufacture which can get the results of more safe and mor efficient coal mining and utilize it comprehensivly The design bases on the condition of the mine called Jinggezhuang Coal Mining All the desing resources are collected from the pit and the leaders introduction After analyse the the original data the author refers to many design manuals related and rules of law on mine Furtheremore the mining development system is designed which is the keystone and the difficulty Comparing with some accessible projections a shaft drinking system is found more suitable for the mine Moreover the transport system the drainage system and the haulage system etc are all concerned in the design Keywords Zhaozhuang Coal Mine Development system Selection of coal mining methods 河北理工大学 毕业设计说明书 1 1 矿区概述及井田地质特征 1 1 矿区概述 1 1 1 交通位置 赵庄井田位于山西省长子县以南 16km 处 行政区划为长治县 长子县 高平 市所辖 其地理座标为 东经 112 48 10 112 58 00 北纬 35 54 10 36 03 00 区内交通方便 太 原 一焦 作 铁路和长 治 晋 城 省级公路纵贯 全区 铁路北有东田良车站 中有赵庄车站 南邻西阳车站 北经长治 南经高平 可通往全国各地 另外乡镇与国道之间有简易公路 村间大道都可通行汽车 铁路 公路交通情况见表 l 1 表 l 1 铁路 公路交通情况表 起止站铁路里程 km 公路里程 km 赵庄 高平2319 高平 长治5564 高平 晋城3934 高平 太原335318 高平 焦作99125 1 1 2 地形地貌 本区地貌区划 北部属长治断陷堆积盆地 中部和南部属沁河 丹河流域侵蚀 中山区 区内地形东 西两边高 中部低 最高点位于西部边界举棒村西北 海拔 1276 40m 最低点位于南部管寨村东丹河河谷中 海拔 880 70m 最大相对高差为 395 70m 南 北部基岩多被覆盖 中部和西部出露较好 1 1 3 河流及水体 本区位于分水岭带 北东部属海河水系 主要河流有浊漳河南源及其支流北丹 河和苏里河 自丹珠岭 仙公山经本区向北流出注入漳泽水库 南部属黄河水系 丹河及其支流自丹珠岭向南流出井田 于河南省沁阳附近注入沁河后汇入黄河 1 1 4 气象及地震 本区属于大陆性气候 四季分明却南北稍有差异 丹珠岭以北据长子县气象局 近二十多年气象资料统计 年平均气温 9 82 最高气温 37 0 1981 5 8 最低 河北理工大学 毕业设计说明书 2 气温 29 9 1984 12 18 无霜期 160d 夏季温暖多雨 春秋季风多而少雨 冬季 寒冷干燥 年降水量最大为 697 2mm 1996 年 最小为 392 8mm 1997 年 平均 为 524 6mm 且多集中在六 七 八 九月 占全年总降雨量的 75 以上 年平均 蒸发量 1499 0mm 最大蒸发量 1702 6mm 1981 年 最小蒸发量为 1313 8mm 1996 年 冻土深度 50 75cm 丹珠岭以南地区据高平市气象局近二十多年资料统计 年平均气温 10 27 最 高气温 37 7 最低气温 22 5 1984 12 18 无霜期 180d 左右 夏季多雨 多南 风 冬季寒冷干燥多西北风 最大风力达 10 级 年降雨量最大为 771 6mm 1996 年 最小为 305 9mm 1997 年 6 9 月降雨量占全年的 70 左右 年平均蒸发 量为 1820 4mm 最大蒸发量为 2091 lmm 最小为 1618 9mm 1993 年 干旱指数 为 1 58 属半湿润区 1 1 5 区内工农业生产概况 井田地跨长治市和晋城市 该区自然资源十分丰富 除煤炭外 铁 锰 铅 硫 大理石 石灰石矿储量也很丰富 丘陵山地林木密布 果树甚多 黄梨 苹果 柿子品质优良 山楂更是久享盛名 主要农作物有玉米 谷子 小麦和高粱 工业 主要有冶炼 化肥 水泥 发电 农机 副食加工及手工业等 1 1 6 水源及电源 一 供水水源 根据井田内基岩风化带含水层 松散岩层含水层和 3 号煤层以上碎屑岩含水层 含水量丰富的情况 设计利用中层水源井作为矿井 选煤厂生活消防用水水源 根据精查地质报告以及矿区生产实际涌水情况 预计矿井井下涌水量 27120m3 d 设计将处理后的井下排水作为矿井井下消防洒水 选煤厂生产补充水水 源 其余用于综合工农业园区灌溉及将来坑口电厂水源 申村水库位于工业场地以北 12km 输水线路长度 16km 水库于 1958 年建成 1989 1993 年进行除险加固工程 防洪标准已达到百年设计 千年校核 水库总库 容 2053 万 m3 考虑淤积影响 预计至 2003 年兴利库容 797 万 m3 调节库容 652 万 m3 计算多年平均天然年径流量为 3270 万 m3 可提供工业用水 821 万 m3 该水 库作为矿井后备水源及后期电厂水源 二 电源 矿井 110kV 主电源引自长子 110kV 变电所 线路长度 16 5km 备用电源引自 河北理工大学 毕业设计说明书 3 宋村 110kV 变电所 线路长度 20km 1 2 地质特征 1 2 1 地质构造 矿区位于华北板块中部 介于秦岭构造带和阴山构造带两个巨型纬向构造带之 间 处于太行山复式背斜隆起 霍山南北向背斜隆起之间的沁水复式向斜坳陷南端 本区大地构造处于阳城西哄哄 晋城石盘东西向断裂带以北 沁水复式向斜盆地南 缘南西 北东向断裂带及晋 城 获 鹿 褶断带之间 总体构造形态为一走向 北北东 倾向北西 倾角 5 10 的单斜构造 伴有宽缓褶曲和小型断裂 致使局 部地层倾角达 10 以上 受区域构造控制 井田总的为一走向北北东 倾向北西 倾角 5 10 伴有少 量的正断层和陷落柱的单斜构造 在此基础上发育了一系列北北东向的宽缓褶曲 形成了井田内岩层的波状起伏 区内主要断层和褶曲的走向多为北北东向 伴生的 次一级断层为北东和北东东向 当两者交叉时 后者切割前者 如兴旺庄南 北正 断层切割东坡向斜和郭村背斜 南部褶曲和断裂因受后期构造运动的影响偏转成北 东 如掘山北背斜 黑山断层等 1 2 2 地层 本区地层由老至新有 奥陶系中统上马家沟组 O2s 奥陶系中统峰峰组 O2f 石炭系中统本溪组 C2b 石炭系上统太原组 C3t 二叠系下统山西组 P1s 二 叠系下统下石盒子组 P1x 二叠系上统上石盒子组 P2s 二叠系上统石千峰组 P2sh 三叠系下统刘家沟组 T1l 第三系上新统 N2 和第四系 Q 1 2 3 断层 本区共有断层 16 条 均为正断层 其中有 6 条断层落差及规模稍大 分述如下 1 庄头正断层 F1 2 兴旺庄正断层 F2 3 后沟正断层 F6 4 李家河正断层 F10 5 五龙沟西正断层 F15 6 五龙沟东正断层 F16 河北理工大学 毕业设计说明书 4 1 2 4 褶曲 区内共有褶曲 33 条 规模较大的有 6 条 团城背斜 西沟向斜 土门岭背斜 东坡向斜 地河背斜 堡头向斜 1 2 5 地温 在精查勘探中 共测井温 16 个钻孔 详查阶段 15 个钻孔 累计 31 个钻孔 其 中 1802 号孔进行了近稳态测温 通过统计分析 孔深 50 100m 时地温一般为 11 14 孔深 650 700m 时最高温度为 22 25 其中 1206 孔最深达 850m 奥 灰顶界 时地温最高为 26 4101 号孔深 160m 温度最低为 11 6 本区恒温带在 50 100m 左右 实际变化范围在 11 14 地温变化梯度一般 为 0 21 1 64 100m 平均为 0 89 100m 属地温正常区 1 2 6 矿井涌水量 井筒涌水量主要来自基岩风化壳含水层 松散岩层含水层和 3 号煤层以上碎屑 岩含水层 采空区涌水量以 3 号煤层的首采区面积计算 水头高度使用最大冒落导 水裂隙带高度 90m 预测结果为 矿井正常涌水量 1130m3 h 最大涌水量为 1808m3 h 本次设计以此作为设计依据 1 3 煤层特征 1 3 1 煤层 井田内含煤地层主要为石炭系上统太原组 C3t 和二叠系下统山西组 P1s 下石盒子组和本溪组中偶尔有煤线发育 山西组和太原组共含煤 14 层 自上而下山 西组含 1 2 3 号共 3 层煤层 太原组含 5 6 7 8 1 8 2 9 11 12 13 14 15 16 号共 12 层煤 山西组和太原组二者累计总厚度为 118 19 206 86m 一般 153 57m 含煤 15 层 煤层总厚 3 38 18 21m 平均 12 80m 含煤系数 8 33 本井田共含 6 层全区可采或局部可采煤层 自上而下为山西组的 2 3 号煤层和 太原组的 8 1 14 15 16 号煤层 1 3 2 煤质 本区各煤层属贫煤 PM 与无烟煤 WY 3 号煤以贫煤为主 15 号煤则以无 烟煤为主 从全区看 主要煤层精煤挥发分值具有东高西低的特点 同一煤层呈现 随煤层埋藏深度增大 挥发分降低 煤变质程度相应加深的规律 垂向上 3 号煤层 精煤挥发份高于太原组 15 号煤层 表明煤的变质程度增高 本区各煤层的变质以深 河北理工大学 毕业设计说明书 5 成变质作用为主 1 3 3 瓦斯 井田精查勘探中共采集 3 号煤层钻孔瓦斯样 37 个 15 号煤层瓦斯样 1 个 详 查阶段采取 3 15 号煤层瓦斯样各 23 个 其瓦斯成分与甲烷含量测定结果统计见表 1 2 由表可知 太原组 15 号煤层甲烷含量高于上部山西组 3 号煤层 说明 15 号煤 层的围岩条件要优于 3 号煤层 从瓦斯成分测定结果看 3 15 号煤层均以甲烷为 主 其次为氮气和二氧化碳 根据所测煤层瓦斯成分 本区瓦斯分带可划为沼气带 和氮气 沼气带 沿 0704 0804 1004 1504 一线以东主要为氮气沼气带 以西主 要为沼气带 只在井田南部 2203 2204 孔附近为二氧化碳 氮气带 表 1 2 主要煤层瓦斯含量成分表 瓦斯成分煤层 编号 甲烷含量 ml g r CH4 CO2 N2 C2 C8 3 0 37 20 12 6 78 60 4 56 98 64 70 76 60 0 00 94 16 3 49 60 0 00 80 86 25 55 60 0 00 1 60 15 0 01 26 10 6 88 24 0 24 98 55 66 92 24 0 75 28 04 5 97 23 0 00 81 36 27 38 14 0 00 0 47 0 09 17 备注 内数据为参加统计的样品个数 综上所述 本区 3 15 号煤层均为高瓦斯 煤层埋藏深度是控制本区煤层瓦斯 含量的一个主要因素 这是由于随煤层埋深增大 煤层本身及围岩的透气性降低 使得煤中瓦斯难以往外运移 排放 从而有利于瓦斯的富集和保存 1 3 4 煤尘爆炸与煤的自燃 1 煤尘爆炸 根据测试成果 3 号煤层火焰长度为 5 40mm 平均 13 5mm 加岩粉量 15 35 平均 20 3 具有爆炸性 所以本区 3 号煤层为有爆炸危险性的煤层 2 煤的自燃性 根据 3 号煤层燃点测试成果 还原温度 T1 为 372 393 平均 384 原 样 T2 为 370 390 平均 380 氧化 T3 为 362 386 平均 374 T 为 5 22 平均 10 为不自燃煤 据邻近矿山调查资料 邻区各矿山开采 的 3 号煤层均未发生过自燃现象 河北理工大学 毕业设计说明书 6 2 井田境界和储量 2 1 井田境界 井田境界北以长治矿区相连 南邻王报井田 东起庄头正断层 西以 12 13 号 点连线为界 井田境界由 26 个拐点坐标连线而成 根据以上坐标点圈定的井田范围来看 井田的东部边界以经纬线为界 很不规 则 庄头正断层以东为地方煤矿开采区 以西为赵庄井田 该断层区井田内长 21km2 7km 往东北向长治矿区延伸 与长治正断层斜交 全长 26km 该断层在东 田良以北走向为北 80 东 倾向北北西 倾角 70 落差 280m 东田良以南 断层 走向为北 20 东左右 倾斜倾向南南西西 倾角 70 70 75 落差 50 290 30180m 自北往南逐渐减少 井田南北长约 16 65km 东西宽约 14 8km 面积 144 01km2 因此 赵庄井田东部以庄头正断层为界 井田的南部为精查区 归属晋城市地方煤矿开采 为详查区的边界井田西部尚未规 划 亦无断层等构造影响 没有断层影响 从赵庄井田面积和地质储量偏小考虑 2 2 储量 2 2 1 地质储量 圈矿井煤层地质储量 A B C D 级为 1838 81Mt 其中 3 号煤层地质储量 A B C D 级为 903 01Mt 工业储量 A B C 0 7D 级为 859 32Mt 其中 A B 级为 428 48Mt 占工业储量的 49 86 2 2 2 设计可采储量 矿井设计储量 矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱 防水煤柱 井田境界 煤柱和已有的地面建筑物 构筑物需要留设的永久保护煤柱损失量后的储量 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 下山保护煤柱煤量后乘以盘区回采率的储量 盘区回采率 根据设计布置 经计算 3 号煤层回采率为 80 经计算 矿井 3 号煤层设计可采储量为 438 77Mt 2 2 3 安全煤柱 1 工业场地 村庄等安全煤柱采用垂线法和垂直剖面法计算 2 地面建筑物 构筑物保护煤柱 根据矿区经验 表土层移动角取 45 岩层移动角 70 河北理工大学 毕业设计说明书 7 3 煤层大巷煤柱宽度 50m 井田境界煤柱宽度 20m 2 2 4 对村庄压煤的分析及建议 井田内为中低山区 地面村庄分布较多 共有村庄约 95 处 村庄分布不规律 在若干区域内密集分布 计算地面村庄压 3 号煤 221 02Mt 占矿井工业储量的 25 7 因此 大量的村庄煤柱不仅浪费大量的煤炭资源 减少矿井的服务年限 而且给井 下开拓开采带来很大困难 影响了高产高效工作面设备性能的发挥 根据矿井地质条件 开采技术条件 类比相邻矿区实际经验 对 3 号煤层开采 后的地表移动变形最大值 理论值 进行了计算 以详细了解 3 号煤层开采后对地 面村庄的破坏影响程度 矿井装备两套连续采煤机进行巷道掘进和边角煤回采 因此建议对村庄煤柱利 用连续采煤机进行房柱式开采 以提高矿井资源回收率 河北理工大学 毕业设计说明书 8 3 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 3 1 矿井工作制度 矿井设计年工作日为 300d 每天净提升时间 14h 四班作业 其中三班半生产 半班准备 3 2 矿井设计生产能力及服务年限 3 2 1 矿井设计生产能力 矿井设计生产能力为 6 00Mt a 井田面积 144 01km2 3 号煤层可采储量 438 77Mt 其中贫煤 274 36Mt 无烟 煤 164 41Mt 服务年限可达 52 2a 矿井投产时布置 1 个大采高长壁采煤工作面及 2 个连续采煤机工作面 设计生 产能力为 6 00Mt a 总之 矿井煤炭资源丰富 煤质优良 煤层赋存稳定 地质构造简单 外部建 设条件优越 具备建设特大型矿井的条件 设计确定矿井生产能力 6 00Mt a 3 2 2 矿井服务年限 仅考虑 3 号煤层的开采 按储量计算矿井服务年限 T Z KA 式中 T 矿井服务年限 a Z 矿井设计可采储量 Mt A 矿井设计生产能力 Mt a K 储量备用系数 取 1 4 T 438 77 1 4 6 0 52 2a 即按矿井设计可采储量计算的 3 号煤层服务年限为 52 2a 虽然可采年限偏小 根据现在规范要求 年限也符合现代大型矿井的要求 而 且当我国洗煤技术发达时 可以继续开采 15 煤层 河北理工大学 毕业设计说明书 9 4 井田开拓 4 1 井田开拓的基本问题 4 1 1 井筒形式个数及用途的确定 根据井田开拓设计的主要技术原则 结合矿井的工业场地位置 煤层的赋存条 件 矿井生产能力及目前的装备水平等因素 确定各井筒的形式及功能如下 矿井投产初期共有 4 个井筒 即主斜井 副斜井 副立井及回风立井 主斜井担负全矿井的煤炭提升及零散人员的临时升降和矿井部分进风任务 副斜井担负升降大型设备 连续采煤机 液压支架 和矿井的部分进风任务 副立井主要用于升降人员 井下一般材料及设备 担负矿井主要进风 回风立井为专用回风井 担负全矿井的回风 1 主井 根据井筒垂深 431m 设计生产能力为 6 00Mt a 确定采用运输连续 生产能力 大的胶带输送机运输煤炭 据此确定主提升为斜井方式 考虑到矿井人员升降的灵 活性 井筒内除装备胶带输送机外尚装有架空乘人器 分别担负矿井的煤炭提升及 临时升降人员任务 2 副井及进风井 副井及进风井设计应考虑的主要因素 1 井下生产所需物料 人员 设备的运输要求 对于井下生产所需物料 人员 设备的升降应尽可能的做到 井筒提升应与井 下的运输设备相适应 换装方便 操作灵活 对于井下常用设备可以直接升降 如 常用的锚杆 砂子 水泥 小型设备等 对于井下使用的大型设备如连续采煤机 无轨内燃机胶轮车及液压支架等大型设备尽量作到不解体或少解体升降 保证设备 的整体性能及减少井上下的拆装工作量 2 井下进风量要求 由于主斜井装备胶带输送机 风速不能过大 因此不能作为主进风井 进风主 要依靠副井 如果副井的断面不能满足矿井剩余进风量要求时 必需另行设置专用 进风井 以满足矿井总进风量的要求 根据计算 矿井初期风井服务范围所需总进 风量为 365m3 s 根据主斜井井筒断面 22 4m2 煤矿安全规程 所容许的最大风 速 4m s 及胶带输送机的带速 5 6m s 按 1m s 设计主斜井井筒风速 主斜井进风 河北理工大学 毕业设计说明书 10 量最大为 22 4m3 s 取 22m3 s 所以 副井及进风井的进风量应不小于 343m3 s 3 其它因素 为了减少矿井辅助运输转载的环节 使矿井普通设备及材料能够从地面直接运 输到井下使用地点 不用转载 以实现从地面工业场地至井下工作面采用无轨胶轮 车运输的一条龙运输系统 本次设计对副斜井 副立井的功能 用途进行了更进一 步的研究 设计采用 3t 无轨胶轮车直接进出副立井罐笼 副斜井仅担负人员 大型 设备 长材料和矸石提升 副斜井净断面 16 5m2 倾角 19o 斜长 1311m 设置一台 JK 3 5 28E 型单绳缠绕 式提升机 用于升降连续采煤机 液压支架及井下大型设备 副立井净直径 6 0m 深度 464 0m 装备一台 JKMD 3 4 E 型落地式多绳摩擦轮 提升机 采用单罐笼带平衡锤提升 主要担负井下人员 一般普通物料及设备的升 降任务 采用 3t 无轨胶轮车直接进出罐笼 到达井底后直接通过无轨胶轮车运到各 使用地点 实现了立井条件下无轨化运输 3 回风井 根据井筒的深度和风量要求 考虑到立井的通风能力大 施工速度快 确定回 风井形式为立井 4 1 2 井口及工业场地位置 龙泉场地具有场地平坦开阔 发展余地大 水源条件落实 铁路运输线路短 施工条件好 利于井下初期开采等优点 投资环境良好 据此确定龙泉场地为矿井 工业场地 4 1 3 矿井开拓方案 根据 3 号煤层的赋存条件 铁路煤柱及河流煤柱的位置 初期盘区布置 工作 面年推进度及井下辅助运输与主运输方式 结合矿井工业场地及井筒位置 确定全 井田用一个水平开拓 对矿井开拓设计提出两个方案 方案一 在工业场地布置主斜井 副斜井和副立井 风井场地布置回风立井 用三组煤 层大巷开拓 3 号煤层 北翼大巷开采井田东部区域 西翼大巷开采井田北部区域 南翼大巷开采井田南部区域 每组大巷根据通风及运输需要布置为 3 5 条 间距 30m 中间的一条为胶带输送机大巷 安装胶带输送机运输煤炭兼进风 直接将煤 炭送入主斜井井底煤仓 两侧的两条为辅助运输大巷 用于无轨胶轮车运输兼进风 河北理工大学 毕业设计说明书 11 最外侧的两条为回风大巷用于回风 全井田划分为七个盘区 井底车场以北划分为 四个盘区 以南划分为三个盘区 方案二 在工业场地布置主斜井 副斜井和副立井 风井场地布置回风立井 用三组煤 层大巷开拓 3 号煤层 北翼大巷开采井田北部区域 西翼大巷开采井田中部区域 南翼大巷开采井田南部区域 每组大巷根据通风及运输需要布置为 3 5 条 间距 30m 中间的一条为胶带运输大巷 安装胶带输送机运输煤炭兼进风 直接将煤炭 送入主斜井井底煤仓 两侧的两条巷道为辅助运输大巷 用于无轨胶轮车运输兼进 风 最外侧的两条巷道为回风大巷用于回风 全井田划分为八个盘区 井底车场以 北划分为三个盘区 以西划分为二个盘区 以南划分为三个盘区 两方案的初期大巷布置基本相同 不同之处在于北翼大巷后期走向不同 方案 一沿南北向布置 方案二沿东西向布置 方案一的主要优点是 矿井后期沿大巷双 向回采 总工程量较少 主要缺点是北一盘区煤流运输有折返 方案二的主要优点 是 矿井后期大巷东西向布置有利于向西扩界 煤流运输无折返 主要缺点是后期 大巷单向回采 总工程量稍大 所以选择方案二 4 1 4 盘区划分及开采顺序 根据大巷位置及煤层赋存情况 井下共划分为 8 个盘区 盘区的开采顺序为 西一盘区 西二盘区 北一盘区 北二盘区 北三盘区 南一盘区 南二盘区 南三盘区 矿井井筒位置 大巷布置及盘区划分情况详见井田开拓方式平面图 4 1 和剖面 图 4 2 4 2 矿井基本巷道 4 2 1 井筒装备及布置 1 矿井达产时共有主斜井 副斜井 副立井 回风立井四个井筒 其中主 副 斜井及副立井位于工业场地 回风立井位于西范村风井场地 1 主斜井 主斜井净断面 22 4m2 倾角 16o 斜长 1565 0857m 井筒担负全矿井煤炭运输兼 进风 井筒内装备 B 1600mm 胶带输送机和斜井架空乘人装置 敷设三趟主排水管 一趟消防洒水管 动力电缆及弱电电缆 井筒断面布置见图 4 3 河北理工大学 毕业设计说明书 12 图 4 3 主斜井巷道断面图 2 副斜井 副斜井净断面 16 5m2 倾角 19o 斜长 13116 06m 井筒担负井下大型设备 长材 料 矸石运输及进风 斜井内铺设 900mm 轨距 43Kg m 的单轨 装备一台 3 5m 单 滚筒绞车 井筒内敷设动力电缆及弱电电缆 井筒断面布置见图 4 4 河北理工大学 毕业设计说明书 13 图 4 4 副斜井巷道断面图 3 副立井 副立井净直径 6 0m 深度 446 40m 井筒担负全矿井一般物料 设备的运输 兼 人员升降和进风 井筒内装备一个单层 4 绳非标罐笼和一个平衡锤 铺设两一趟压 风管 动力电缆及通讯电缆 预留一趟瓦斯抽放管位置 罐道采用 200 180 整体轧 制冷弯方罐道 通过托架固定在井壁上 井筒断面布置见图 4 5 河北理工大学 毕业设计说明书 14 图 4 5 副立井井筒端面图 4 回风立井回风立井净断面 5 0m 深度 456 50454m 用于全矿井的回风 井 筒断面见图 4 6 图 4 6 回风立井断面图 河北理工大学 毕业设计说明书 15 2 井壁结构和厚度 副立井 回风立井为混凝土井壁 采用普通法施工 副斜井 主斜井所穿的第 四系表土层厚度 13 93m 为黄土 采用普通法施工 表土段明槽开挖部分采用现浇 混凝土施工 基岩段均采用锚喷支护 主斜井表土段支护厚度为 500mm 基岩段喷射混凝土厚度为 150mm 副斜井表 土段支护厚度为 354mm 基岩段喷射混凝土厚度为 150mm 副立井 回风立井表土 段及基岩风化带支护厚度为 550mm 基岩段支护厚度为 450mm 4 2 2 井底车场和硐室 矿井为斜井 立井混合开拓 煤炭由主斜井胶带输送机运至地面 大型设备和 管道等长材经副斜井运至井底 在副斜井井底车场换装 由无轨胶轮车运至盘区 3t 以下设备 材料和人员由副立井下井直接由胶轮车运至盘区 少量矸石由铲斗车 卸入矸石仓由副斜井提升至地面 1 井底车场 根据矿井开拓方式 主斜井 副斜井 副立井 回风立井和大巷的相对位置关 系 结合井底见煤标高 确定副斜井井底车场标高为 560m 为实现换装和胶轮车 调运灵活的需要 在车场的端部设换装站 并在换装站两端设通道通往辅助运输大 巷 井底车场进 出车线长度确定为 40m 矸石车存车线长度确定为 40m 调车线 长度确定为 50m 副斜井井底车场内设 1 台蓄电池机车 轨道 进行调车 车场内的材料 设备 集装箱平板车由蓄电池机车牵引驶入调车线 摘挂钩顶推重车进入换装站 大巷来 的胶轮车直接进入换装站换装 由于副斜井井底车场仅承担矿井辅助运输的部分功能 车场通过能力富裕较大 副立井通过马头门直接与辅助运输大巷联系 其井底标高按井筒见煤标高 545m 考虑 副立井井底车场设胶轮车行车通道 回风立井通过马头门直接与总回风大巷联系 井底标高按井筒见煤标高 538 5m 考虑 不设车场 2 井底车场硐室 副斜井井底车场附近硐室主要有 井底换装站 胶带机头硐室及联络巷 机头 变电所 爆破材料库 主变电所 主排水泵房 中央水仓 胶轮车检修 加油硐室 河北理工大学 毕业设计说明书 16 消防材料库等 主斜井井底有井底煤仓及装载硐室 副立井井底车场附近设有调度 室 等候室等 1 井底煤仓 主斜井井底设一个煤仓 为圆形斜仓 净直径 8 0m 煤仓上口标高为 623 822m 装载硐室底板标高为 573 822m 经计算煤仓有效容量为 1900t 大巷 胶带输送机运输能力为 3200t h 主斜井输送机运输能力为 2500t h 两者之差为 700t h 故主斜井井底煤仓的设置有利于主斜井运力的缓解 必要时可增设一个井底 煤仓 主斜井井底煤仓的布置均采用上装式 通过主斜井井底绕道清理撒煤 2 水仓布置及清理 井底水仓布置在主斜井井底绕道东侧 入口与绕道相连 矿井的正常涌水量为 1130m3 h 最大涌水量为 1808m3 h 按照煤矿安全规程规定 所需水仓有效容量应 为 Qo 2 1130 3000 8260m3 设计水仓长度 936m 净断面积 12 6m2 故设计水仓容量有足够一定的富裕 满足规程要求 水仓采用水仓清理机进行清理 煤泥装入矿车 由副斜井提至地面处理 3 井下爆破材料库 井下爆破材料库设在副斜井井底大巷西侧 距离大巷间距符合 煤矿安全规程 的规定 库房形式设计为壁槽式 由于井下绝大部分巷道沿煤层布置 并由连续采 煤机掘进 火药用量较少 设计容量为 900kg 爆破材料库采用混凝土砌碹支护 设专用回风道与总回风大巷相通 河北理工大学 毕业设计说明书 17 5 准备方式 5 1 盘区布置 5 1 1 达到设计生产能力时的盘区数目 位置及工作面生产能力 1 盘区和工作面数目 本矿井初期开采的 3 号煤层 平均厚度 4 69m 赋存稳定 地质构造简单 煤 层倾角一般 5 左右 顶底板岩性好 开采技术条件优越 为充分发挥矿区厚煤层 的资源优势 设计推荐矿井移交生产和达到设计生产能力时共布置 1 个盘区 1 个综 采长壁工作面另配备 2 个连续采煤机来保证矿井产量 本着早出煤早见效的原则 确定初期盘区布置在西一盘区 装备两个大采高综采长壁工作面 见平面图 5 1 以 及剖面图 5 2 2 工作面生产能力及全矿井回采产量 按推进度 或日循环数 计算产量 矿井达到设计生产能力时 共布置 1 个盘区 1 个大采高综采工作面 回采工 作面长度为 244 5m 工作面生产能力按下式计算 Q 300 L B N M r C 式中 Q 工作面的生产能力 t a 300 年工作日 d L 工作面长度 取 244 5m B 采煤机截深 取 0 865m N 日循环数 14 个 M 采高 取 4 5m r 煤的实体容重 1 42t m3 C 回采率 取 93 达到设计能力时工作面特征见表 5 1 表 5 1 达产时工作面特征表 盘区煤层工作面平均采高 m 长度 m 年推进度 m 生产能力 Mt a 西一3 号煤层4 5244 536335 28 连续采煤 机 2 套 0 6 2 合计36336 48 河北理工大学 毕业设计说明书 18 5 1 2 开采顺序 矿井初期只开采 3 号煤层 实行 大剥皮 回采 待将来随着煤炭洗加工技术的 提高 15 号煤层符合国家煤炭开采政策时另行布置开拓系统进行回采 矿井盘区内各工作面开采顺序 根据巷道布置形式及开采方法 工作面均采用 长壁后退式开采法 工作面由盘区边界向大巷方向推进 不分层一次性回采 采用 区段顺采方式 5 2 盘区尺寸及巷道布置 5 2 1 盘区尺寸 盘区尺寸的确定取决于地质构造条件 煤层开采技术条件及盘区内采煤和运输 等装备 一般来说 盘区尺寸大 则盘区巷道掘进率低 工作面搬家次数少 工作 面单产和综采设备利用率高 开采经济 盘区服务年限也较长 有利于盘区接替 煤炭损失少 回采率高 但盘区尺寸加大又使盘区煤炭及辅助运输 通风等费用增 加 巷道维护时间延长 维修费用增加 同时供电距离增加 电压降增大 影响工 作面机电设备的正常运转 确定盘区尺寸为 4000 5000m 5 2 2 巷道布置 盘区巷道布置的主要原则是简化巷道系统和运输环节并为无轨胶轮车运输创造 条件 充分利用本井田煤层硬度较大 顶底板条件好的优势 尽可能多做煤巷少掘 岩巷 根据井田的开拓部署均采用大巷直接布置工作面即分带式开采 由于大采高长壁综采面单产高需要风量大 而胶带输送机巷风速有限制 连续 采煤机快速掘进的要求 自行式锚杆机和多台内燃无轨胶轮车应满足快速运输以及 安装工作面设备应减少搬家停工时间等要求 大采高综采长壁工作面采用双巷布置 方式 首采工作面布置 4 条顺槽 一侧各 2 条 采用 U 型通风方式 形成 2 条进 风 2 条回风 初期在低瓦斯区上区段的进风顺槽留一条作为下区段的回风顺槽 为 了避免向已采完的长壁工作面通风 在每个工作面开采完毕后应迅速将其密封隔离 构筑密封 并且安装有从密封区域进行空气抽样的仪器 在胶带输送机顺槽内铺设临时轨道 用来放置移动变电站 喷雾泵站 乳化液 泵站 开关柜 电缆等设备列车 各盘区顺槽均直接 或通过风桥 与大巷 或上下山 相搭接 河北理工大学 毕业设计说明书 19 5 2 3 巷道条数及煤柱尺寸 考虑到装备的机动性 特别是梭车运行的灵活性 采用连续采煤机开拓区域巷 道的设计掘进宽度选择如下 主要巷道为 6 0m 盘区巷道为 5 5 5m 由于首采盘区瓦斯较低 所需风量较小 大巷布置 3 条 大巷和横贯间距为 30m 大巷护巷煤柱宽 巷中至停采线 50m 初期在低瓦斯区工作面顺槽布置 2 条 顺槽间距巷道中心距 25m 5 2 4 盘区车场及硐室 1 盘区车场 本井田煤层赋存平缓 辅助运输采用内燃无轨胶轮车连续运输 人员 材料 设备等从 560m 水平井底车场 或副立井井底 直接运往工作面等各使用地点 2 硐室 盘区内设有盘区变电所 盘区水泵房及水仓 在副斜井井底附近设换装站 胶 轮车检修硐室 加油硐室 5 3 盘区主要设备选型及生产系统 5 3 1 主要设备选型 1 盘区运煤 工作面煤炭由顺槽胶带直接转运至大巷胶带输送机上 无中间环节 大巷用固 定式胶带输送机 2 盘区辅助运输设备 内燃无轨胶轮车机动灵活 转载环节少 效率高 适应性强 可一机多用 设 备利用率高 用人少 使得矿井辅助系统十分简单和有效 也是矿井实现高效率的 重要保证 本矿井开拓 盘区巷道布置及巷道掘进采用连续采煤机 采用进口内燃无轨胶 轮车作为辅助运输设备 其优点是能适应底板起伏不平的巷道 由大巷到盘区无需 转载 简化了井下运输系统 井下运输的最大件为连续采煤机 5 3 2 盘区生产系统 1 煤炭运输 煤炭由工作面可弯曲刮板输送机运至顺槽转载机上 经破碎机破碎大块后由顺 槽可伸缩胶带输送机运至大巷胶带输送机 经井底煤仓至主斜井胶带输送机运至地 河北理工大学 毕业设计说明书 20 面 2 辅助运输 人员 材料及设备运输 重型设备 材料及长管材由平板车经副斜井轨道运至 井下 560m 水平井底车场 在井底换装站换装后由内燃无轨胶轮车运至各使用地点 3t 以下设备 材料装入 880 型胶轮车由副立井下井 出罐笼直接运至各使用地点 人员由副立井下到井底后换乘人员运输车至工作地点 井下矸石由铲斗车运至矸石仓 装入矿车由副斜井提至地面处理 3 盘区通风 新鲜风流由副立井 北翼辅助运输大巷 进风大巷 西翼辅助运输大巷 胶带 输送机大巷 胶带输送机顺槽 辅助运输顺槽 工作面 乏风由回风顺槽 西翼回 风大巷 总回风大巷 回风立井排至地面 掘进工作面的通风采用局扇 每个连续 采煤机掘进工作面配备 2 台局扇和 2 台抽出式湿式除尘风机 岩普掘工作面采用 1 台局扇和 1 台抽出式湿式除尘风机 河北理工大学 毕业设计说明书 21 6 采煤方法 6 1 采煤工艺方式 6 1 1 采煤方法选择 矿井初期开采 3 号煤层 煤层赋存及开采技术条件如下 1 从全区看 煤层赋存稳定 结构简单 厚度 0 6 35m 平均厚度 4 69m 2 倾角一般为 5 左右 属近水平煤层 仅局部挠曲带倾角达 10 以上 3 顶底板多为砂质泥岩或泥岩 稳定性好 4 煤层瓦斯含量分布不均 为高瓦斯矿井 不自燃 但有煤尘爆炸危险 5 地质构造简单 水文地质条件简单 中等 首采盘区的煤层厚度为 4 11 5 26m 平均 4 58m 结构简单 夹矸一般为一层 位于煤层下部 平均厚度 0 18m 倾角一般为 4 5 顶底板多为砂质泥岩或泥岩 瓦斯含量 1 5 14 0ml g r 平均 8 00 ml g r 呈现东部低 西 西北部随煤层埋深大 而增高 对于全矿井而言 首采盘区属于瓦斯含量较低的区域 该煤层既可采用放顶煤综采 也可采用厚煤层大采高一次采全厚综采 6 1 2 通过大采高综采与放顶煤综采的分析比较 1 生产能力方面 均在低瓦斯矿井 当顶板条件 煤层条件及瓦斯条件合适时 虽然轻型支架放 顶煤技术在开采较薄厚煤层 3 5 6 0m 时取得了成功 但普遍工作面单产不高 在采用大采高综采的工作面中 大采高综采的生产能力主要由设备的能力及其 可靠性所决定 赵庄矿井地质及开采条件下放顶煤综采工作面生产能力大采高综采 设备年产量达到 6 00Mt a 以上是可能的 2 生产工艺及生产管理方面 采煤方法的生产工艺特点决定了工作面生产管理的难易程度 放顶煤综采回采 工艺相对复杂 既有前方采煤机割煤 又有支架后方放煤 割煤与放煤两道工序如 不能有效协调将影响工作面效率 生产管理复杂 而大采高综采由于回采工艺单一 管理简单 3 通风安全方面 在瓦斯管理 通风安全方面 由于大采高工作面过风断面大 可采用 H 型通风 方式 从而优越于放顶煤综采 河北理工大学 毕业设计说明书 22 4 回采率方面 放顶煤综采工艺 据统计资料 工作面回采率平均为 70 80 盘区回采率为 71 大采高综采工艺 矿井平均煤厚 4 69m 采高 4 5m 计算 工作面回采率为 93 按回采后连采机最终回收顺槽煤柱考虑 计算盘区回采率为 85 见表 6 1 表 6 1 回采率对比表 比较内容大采高综采放顶煤综采煤炭工业技术政策规定 采高 m 4 54 5 工作面回采率93 80 93 盘区回采率85 71 75 综上所述 采用长壁大采高综采 以实现工作面单产 6 00Mt a 以上 6 1 3 工作面采煤 装煤 运煤方式及设备选型 综采工作面的采 装 运 支工序全部机械化 加大工作面长度 加大截深 选用能切割硬煤的特大功率采煤机 提高采煤的 切割速度 提高移架速度 与大运量的重型可弯曲刮板输送机相匹配 搞好端头支 护 采用长距离顺槽胶带输送机 1 工作面主要采煤设备选择分述如下 1 采煤机 矿井以一个长壁综采工作面及两个连续采煤机掘进工作面保证年产 6 00Mt 的生 产能力 长壁综采工作面日产量应在 16000t 左右 按采高 4 5m 日产 2 万 t 以上选 择设备 综采机组每班开机率为 70 采高达到 4 5m 时 采煤机的截割速度降低 功率基本不变 采煤机小时割煤能 力应达到 2200t 以上 故采煤机总功率最低应不小于 1500kW 而本矿煤层坚硬 采 煤机总功率应更大 装机功率 1700KW 以上 截深 0 865m 牵引速度 0 31m min 采高 2 7 5 0m 额定生产能力为 2500t h 以上 牵引方式为链轨式或 销排式无链电牵引 额定电压 3300V 频率 50Hz 所以选择 SL500 型采煤机 2 工作面可弯曲刮板输送机 转载机 破碎机 工作面刮板输送机选型需满足三个方面要求 1 是运输能力与采煤机生产能力相适应 采煤机生产能力为 河北理工大学 毕业设计说明书 23 Q 60VMBr 60 x9 36x4 5x0 865x1 42x0 9 2780 t h 式中 Q 采煤机小时割煤量 t h V 采煤机牵引速度 取 9 36m min M 煤层开采厚度 取 4 5m B 截深 取 0 865m r 煤的容重 1 42t m3 有效截割系数 取 0 9 配套工作面可弯曲刮板输送机的额定运量应达到 2500t h 2 是外型尺寸和牵引方式与采煤机相匹配 3 是运输机长度与工作面长度相一致 故工作面可弯曲刮板输送机的技术参数要求如下 刮板输送机 运输长度 250m 运输能力 2500t h 交叉侧卸机头 双速电机牵 引 额定电压 3300V 功率 1400KW 以上 转载机 能力 2500t h 额定电压 1140V 功率 315KW 以上 破碎机 能力 2500t h 额定电压 1140V 功率 315KW 以上 3 液压支架 架型选择 3 号煤直接顶板多为砂质泥岩或泥岩 局部地段为粉砂岩或细砂岩 厚 0 13 08m 老顶为中粒砂岩 细粒砂岩及粉砂岩 厚 0 60 12 26m 3 号煤层直接 底板多为砂质泥岩或炭质泥岩 局部地段为粉砂岩或细砂岩 厚度 0 11 20m 其 下为细砂岩和中粒砂岩 初期工作面液压支架均采用掩护式 支架的顶梁要求采用 整体刚性结构 不使用铰接顶梁 以使掩护式支架具有结构简单 操纵方便 造价 较低 便于维修的特点 带一个护帮板 支架底座采用带有提底座千斤顶的刚性底 座 支架支撑高度的确定 最大高度 H大 m大 S1 式中 m大 煤层最大采高 取 5 0m S1 伪顶或浮煤冒落厚度 一般取 0 2m H大 m大 S1 5 0 0 2 5 2m 支架支护强度的计算 河北理工大学 毕业设计说明书 24 按经验公式 P 6 8 m 计算 式中 m 为采高 为顶板岩石容重取 2 6t m3 P 6 8 m 6 8 5 2 2 6 81 1 108 2t m2 取 110 t m2 根据支架支护强度的计算 架型为掩护式 支撑高度 2 5 5 2m 支护强度不小于 110 t m2 工作阻力大于 900t 推移行程 950mm 支架中心距 1750mm 移架方式采用电液阀控制并要求能与采煤机联动 具有随机操作和成组操作功 能 移架速度低于 8S 四 顺槽可伸缩胶带输送机 西一盘区工作面为仰斜开采 首采面顺槽胶带