同煤集团云冈矿8煤层矿井设计毕业论文.doc

同煤集团云冈矿同煤集团云冈矿 8 煤层矿井设计毕业论文煤层矿井设计毕业论文 目 录 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 1 1 1 矿区概述 1 1 1 1 矿区地理位置与交通 1 1 1 2 地形地貌 1 1 1 3 主要河流 2 1 1 4 矿区气候条件 2 1 1 5 地震 2 1 2 井田地质特征 2 1 2 1 井田地质构造 2 1 2 2 煤层特征 3 1 2 3 煤质及煤的工艺性能 3 1 2 4 水文地质特征 4 1 2 5 其他开采地质条件 4 2 井田境界和储量井田境界和储量 5 2 1 井田境界 5 2 1 1 井田境界划分的原则 6 2 1 2 井田境界 6 2 2 矿井工业储量 6 2 2 1 井田勘探类型 6 2 2 2 储量等级 6 2 2 3 储量计算依据 6 2 2 4 工业储量计算 7 2 3 矿井可采储量 7 2 3 1 安全煤柱留设原则 7 2 3 2 矿井永久保护煤柱损失量 8 2 3 3 矿井可采储量 10 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 10 3 1 矿井工作制度 10 3 2 矿井设计生产能力及服务年限 11 3 2 1 确定依据 11 3 2 2 矿井设计生产能力 11 3 2 3 矿井服务年限 11 3 2 4 井型校核 12 4 井田开拓井田开拓 13 4 1 井田开拓的基本问题 13 4 1 1 确定井筒形式 数目 位置及坐标 15 4 1 2 工业广场的位置 形状和面积 17 4 1 3 开采水平的确定 17 4 1 4 主要开拓巷道 18 4 1 5 矿井开拓延深方案及阶段划分 19 4 1 6 方案比较 20 4 2 矿井基本巷道 22 4 2 1 井筒 22 4 2 2 井底车场及硐室 25 4 2 3 主要开拓巷道 26 5 准备方式准备方式 带区巷道布置带区巷道布置 29 5 1 煤层的地质特征 29 5 1 1 带区位置 29 5 1 2 带区煤层特征 29 5 1 3 煤层顶底板岩石构造情况 29 5 1 5 地质构造 29 5 1 6 地表情况 30 5 2 带区巷道布置及生产系统 30 5 2 1 带区准备方式的确定 30 5 2 2 生产系统 30 5 2 3 带区内巷道掘进 31 5 2 4 带区生产能力及采出率 32 5 3 带区车场及主要硐室 33 5 3 1 带区下部车场设计 33 5 3 2 带区主要硐室 34 6 采煤方法采煤方法 35 6 1 采煤工艺方式 35 6 1 1 带区煤层特征及地质条件 35 6 1 2 确定采煤工艺方式 35 6 1 3 回采工作面长度的确定 36 6 1 4 回采工作面的推进方向和推进度 36 6 1 5 采煤机进刀方式 36 6 1 6 装运煤 36 6 1 7 移架方式 36 6 1 8 推拉运输机方式 37 6 1 9 工艺流程 37 6 1 10 支架与采煤机联动的自动化控制方式 38 6 2 设备 38 6 2 1 液压支架 38 6 2 2 采煤机 38 6 2 3 工作面主运输设备 39 6 3 顶板管理 41 6 3 1 支护设计 41 6 3 2 工作面顶板管理 44 6 3 3 工作面上 下顺槽顶板管理 46 6 4 劳动组织和工作面成本 48 6 4 1 劳动组织 48 6 4 2 工作面成本 50 6 5 回采巷道布置 52 6 5 1 回采巷道布置方式 52 6 5 2 回采巷道参数 52 7 井下运输井下运输 54 7 1 概述 54 7 1 1 井下运输的原始条件和数据 54 7 1 2 井下运输系统 54 7 2 煤炭运输方式和设备选择 54 7 3 辅助运输方式和设备选择 58 7 3 1 选择无轨胶轮车 58 7 3 2 设备选择 60 8 矿井提升矿井提升 62 8 1 矿井提升的原始数据和条件 62 8 2 主副井提升 62 8 2 1 主井提升 62 8 2 2 副井提升 63 9 矿井通风及安全矿井通风及安全 65 9 1 矿井概况及开采方法 65 9 1 1 矿井地质概况 65 9 1 2 开拓方式 65 9 1 3 煤矿安全规程 65 9 2 矿井通风系统选择 65 9 2 1 矿井通风系统的原则与基本要求 65 9 2 2 矿井通风方式的确定 66 9 2 3 主要通风机工作方式选择 67 9 2 4 带区通风系统的要求 68 9 2 5 回采工作面进回风巷道的布置 69 9 2 6 通风构筑物 70 9 3 带区及全矿所需风量 70 9 3 1 采煤工作面实际需要风量 70 9 3 2 备用面需风量的计算 73 9 3 3 掘进工作面需风量 74 9 3 4 硐室需风量 76 9 3 5 其它巷道所需风量 76 9 3 6 矿井总风量计算 77 9 3 7 风量分配 77 9 4 矿井通风总阻力计算 79 9 4 1 矿井通风总阻力计算原则 79 9 4 2 确定矿井通风容易和困难时期 80 9 4 3 矿井通风阻力计算 81 9 4 4 矿井通风总阻力 82 9 4 5 两个时期的矿井总风阻和总等积孔 82 9 5 选择矿井通风设备 83 9 5 1 选择主要通风机 83 9 5 2 电动机选型 86 9 5 3 对矿井主要通风设备的要求 87 9 6 防止特殊灾害的安全措施 88 9 6 1 对反风 风峒的要求 88 9 6 2 瓦斯管理措施 88 9 6 3 煤尘的防治 89 9 6 4 预防井下火灾的措施 89 9 6 5 防水措施 89 10 设计矿井基本技术经济指标设计矿井基本技术经济指标 91 10 1 设计矿井基本技术经济指标 91 参考文献参考文献 93 致致 谢谢 94 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 0 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 1 1 矿区概述 1 1 1 矿区地理位置与交通矿区地理位置与交通 云冈井田位于山西省大同市西郊云冈沟内 距城区 18 公里 隶属于大同煤矿集 团责任公司的国有大型矿山企业 主管部门是山西省人民政府 井田南北长 13 11 公里 东西宽 5 75 公里 井田面积 58 3068 平方公里 井田东与晋华宫井田 吴官 屯井田及云冈石窟保护煤柱相邻 南与煤峪口井田 忻州窑井田相邻 西与姜家湾 井田及大同市社队小窑区相邻 北与大同市北郊区小煤窑区相邻 图 1 1 云冈矿交通位置图 本井田交通方便 旧高山至大同的铁路支线及左云至大同的公路沿十里河通过 本井田 北可接京包线 南可连北同蒲线 东去大秦线可通往全国各地 且井田内 各村庄之间均有简易公路相通 见图 1 云冈矿交通位置图 1 1 2 地形地貌地形地貌 云冈井田位于大同煤田北部 为低山丘陵区 井田内大部为黄土覆盖 植被稀 少 十里河从井田中部通过 支沟呈羽状分布 十里河以北分水岭位于甘庄一带 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 1 其南部支沟流向十里河 以北支沟汇入淤泥河 十里河南部分水岭位于荣华皂一带 以北支沟汇入十里河 以南沟谷汇入忻州窑沟 井田内最高点位于北部 为甘庄三 角点 标高 1339 10 米 最低点位于十里河下游 1140 10 米 相对高差 199 米 1 1 3 主要河流主要河流 本区属海河流域 永定河水系 桑干河支系 井田内最大的河流为十里河 由 西向东横穿井田中部 十里河发源于井田西部左云县常凹村一带 经左云出小站进 入大同平原 汇入御河 注入桑干河 河流全长 75 9 公里 流域面积 1185 平方公 里 上游河床宽约 50 米 中游宽约 200 米 下游宽达 500 600 米 坡度 1 2 一 般流量 0 5 2 0 立方米 秒 近五十年最大洪峰 745 立方米 米 1959 年 7 日 30 日 近 几年 河流时有干涸 井系多出露于十里河附近 为第四系孔隙水及砂岩裂隙水 日出水量小于 300 立方米 1 1 4 矿区气候条件矿区气候条件 本区属高原地带 干旱大陆性气候 冬季严寒 夏季炎热 气候干燥 风沙严 重 气温一般较低 以年温差与日温差大为特点 年平均气温为 5 1 极端最高温 度 39 9 极端最底温度 35 年最高最低温差可达 60 以上 一般日温差 20 年降雨量分配极不均匀 暴雨强度大 多集中在 7 8 9 三个月 约占年降水量的 60 75 年最大降水量为 628 3 毫米 年最小降水量为 259 3 毫米 最大日降水 量为 79 90 毫米 全年日照时间为 2880 3140 小时 平均为 3011 4 小时 一般蒸发 量为降水量的 4 5 倍 年蒸发量在 1644 2105 毫米之间 平均蒸发量为 1847 8 毫米 西北风几乎贯穿全年 多集中于冬春季节 年平均风速为 3 2 米 秒 最大风速可达 17 米 秒 历年平均相对湿度为 53 最大相对湿度 100 最小相对湿度为 0 1 1 5 地震地震 永城地区受地震影响不大 地震烈度小于 6 度 1989 年 10 月 18 日 大同阳高 地区发生 6 1 级地震 但未对大同矿务局及云冈矿造成危害 1 2 井田地质特征 1 2 1 井田地质构造井田地质构造 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 2 云冈井田位于大同煤田的东北部 大同煤田主向斜轴的西翼 距煤田东部边缘 NW 向的青磁窑逆掩断层较近 地层总体走向为 NW 向 倾向 SE 除较大断层及褶 曲附近地层较陡 倾角达 11 30 外 其余井田内广大地区为 2 6 井田内断裂及 褶曲构造较为发育 陷落柱亦较多 井田内未发现岩浆岩活动 井田地质构造较为 简单 本井田断裂构造较为发育 全井田共有钻孔及生产揭露控制断层 25 条 断距大 于 5 米的断层有 26 条 断距 1 5 米断层有 133 条 包括个别断距 1 米但延伸较 大的断层 其中以 NE 向断裂最为发育 共计 94 条 占总数的 59 此组中多发育 压扭性断裂 断面擦痕明显 破坏带不发育 断层呈条带状分布 NW 向断裂有 46 条 占 29 断层性质多属扭性断裂 走向多为 N35 40 W 主断层近于一直线 SN 向断裂共有 17 条 占 11 该种断裂一般以孤立状态出现 破坏性不大 对生 产影响较小 井田内明显近 EW 向断层有二条 延展较长 断距较小 本井田褶曲 较发育 较大的褶曲及穹隆构造有 9 个 轴向多为 NE 及 NW 向 1 2 2 煤层特征煤层特征 井田地处大同煤田东北角 侏罗系赋煤区北端 古生界含煤岩系基底为寒武系 其上依次赋存石炭系中统本溪组 上统太原组 二叠系下统山西组 侏罗系下统永 定庄组 中统大同组 云冈组 白垩系下统左云组 上统助马堡组 第四系中更新 统 上更新统和全新统 大同组为主要含煤地层 8 号煤层总体比较稳定 厚度平均 2 8m 煤层距地表 169 238m 简单无夹石 11 号煤层 以十里河为界 主要赋存在矿井北部 平均 2 08m 煤层距地表 190 340m 结构简单 部分含 1 层夹矸 偶见 2 层者 为大部可采的较稳定煤层 12 号煤层 以十里河为界 主要赋存在矿井南部 上距 11 号煤层平均近 12m 南部大部与 12 2 号合并 厚 0 13 83m 平均 7 08m 煤层距地表 205 350m 结构一般简单 部分多含 1 2 层夹矸 有多至 3 5 层者 为大部可采的较 稳定煤层 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 3 本设计矿井主采 8 号煤层 1 2 3 煤质及煤的工艺性能煤质及煤的工艺性能 据相邻钻孔资料 M 7 0 8 5 A 6 0 8 5 V 27 9 34 7 Q 5000 5100 S 1 4 2 1 云冈矿煤质为 2 弱粘煤 煤质变化程度依据煤类及灰分与硫分的标准差确定 煤质具有特低灰 低硫 低磷 低粘结性和高发热量 高熔灰分 富含焦油产率等 特性 物理性质 各煤层均以弱玻璃光泽为主 少数为沥青光泽 结构均为条带状 块状构造 断口平坦状或阶梯状 容重在 1 13 1 54 之间 煤层含硫铁矿结核 宏 观煤岩主要以半光亮和半暗型煤组成 光亮型和暗淡型煤一般以条带状和透镜状分 布 显微煤岩组分以镜质组为主 丝质组较镜质组略低 其它组分含量较少 煤的用途 因其具有特低灰 低硫 低磷 低粘结性和高发热量 高熔灰分 富含焦油产率等特性 云冈煤是优良的动力和气化用煤 随着科学技术的发展 将 会有更多更广的用途 1 2 4 水文地质特征水文地质特征 本区属海河流域 永定河水系 桑干河支系 井田内最大的河流为十里河 由 西向东横穿井田中部 十里河发源于井田西部左云县常凹村一带 经左云出小站进 入大同平原 汇入御河 注入桑干河 河流全长 75 9 公里 流域面积 1185 平方公 里 上游河床宽约 50 米 中游宽约 200 米 下游宽达 500 600 米 坡度 1 2 一 般流量 0 5 2 0 立方米 秒 井系多出露于十里河附近 为第四系孔隙水及砂岩裂隙水 日出水量为 300 m3 h 工程地质条件属中等类型 1 2 5 其他开采地质条件其他开采地质条件 1 煤层顶底板 表 1 1 煤层顶底板情况表 顶底板名称顶底板名称岩石名称岩石名称厚厚 度 度 m 岩岩 石石 特特 性性 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 4 老 顶粉细砂岩互层 4 74 5 47 5 11 粉细砂岩互层 水平层理发育 含植 物化石 直接顶中细砂岩 6 08 9 36 7 7 中细砂岩 东南部粒度变大 南部变 为粗砂岩 伪 顶 直接底粉砂岩 0 64 16 86 6 06 深灰色粉细砂岩 水平层理发育 含 少量的植物化石及黄铁矿结核 老底 2 瓦斯 煤尘及自燃 1 瓦斯 井田内瓦斯含量较高 各煤层瓦斯含量一般小于 10m3 t 但 8 号煤层 绝对瓦斯涌出量大于 5 m3 min 设计按高瓦斯矿井考虑 2 煤尘 经鉴定 本井田设计开采的煤煤尘爆炸指数平均为 25 3 设计按有 煤尘爆炸危险考虑 3 自燃 井田各煤层自燃发火期一般为 11 个月以上 3 地温 井田内地温仅随深度的增加而增加 井田平均地温为 20 67 C 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 5 2 井田境界和储量井田境界和储量 2 1 井田境界 2 1 1 井田境界划分的原则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 井田境界井田境界 东部边界 以云冈石窟保护煤柱及晋华宫井田 吴官屯井田为界 南部边界 以煤峪口井田 忻州窑井田为界 西部边界 以姜家湾井田及大同市社队小窑区为界 北部边界 以大同市北郊区小煤窑区为界 井田呈不规则的多边形 井田南北长 4 公里 东西宽 5 566 公里 井田 8 号煤 层面积 22122647 27 平方米 煤层最小倾角 0 最大倾角 16 平均倾角 3 cos3 0 99 2 2 矿井工业储量 2 2 1 井田勘探类型井田勘探类型 本设计中所有地质资料作为初步设计的依据 勘探钻孔很密集 根据地质勘探 资料可以很准确的判断煤层的分布情况 井田勘探类型属于精查 2 2 2 储量等级储量等级 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 6 井田范围内绝大部分勘探钻孔密集 煤层层位 厚度 结构及其变化情况和煤 质及其变化情况已经查明 煤层对比可靠 属于 A B C 级储量 2 2 3 储量计算依据储量计算依据 1 根据云冈矿井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算 2 依据 煤炭资源地质勘探规范 关于化工 动力用煤的标准 计算能利用储 量的煤层最低可采厚度为 0 8m 原煤灰分不大于 40 计算暂不能利用储量的煤层 厚度为 0 7 0 8m 3 依据国务院过函 1998 5 号文 关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有 关问题的批复 内容要求 禁止新建煤层含硫份大于 3 的矿井 硫份大于 3 的煤 层储量列入平衡表外的储量 4 储量计算厚度 夹石厚度不大于 0 05m 时 与煤分层合并计算 复杂结构煤 层的夹石总厚度不超过每分层厚度的 50 时 以各煤分层总厚度作为储量计算厚度 5 井田内主要煤层稳定 厚度变化不大 煤层产状平缓 勘探工程分布比较均 匀 采用地质块段的算术平均法 6 煤层容重 容重在 1 13 1 54 t m3 平均容重 1 31 t m3 2 2 4 工业储量计算工业储量计算 本矿井的主采煤层为八号煤 其厚度分别为 2 8m 因此在计算工业储量时只针 对这层煤 对于其它不可采煤层不予以计算 本设计的储量计算是在精查地质报告提供的 1 5000 煤层底板等高线图基础上 计算出来的 因此计算数据真实可靠 井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据 煤炭工业储量是由煤层面积 容重及厚度相乘所得 其公式一般为 2 1 RMSZg 式中 Zg 煤层工业储量 万 t S 煤层倾斜面积 S 22123688 01 Cos3 22347159 61m2 M 煤层厚度 2 8 m 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 7 R 煤的容重 1 31t m3 Zg 22347159 61 2 8 1 31 10 4 8196 94 万 t 2 3 矿井可采储量 2 3 1 安全煤柱留设原则安全煤柱留设原则 1 工业场地 井筒留设保护煤柱 对较大的村庄留设保护煤柱 对零星分布的 村庄不留设保护煤柱 2 各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定 用岩层移动角确定工业场地 村 庄煤柱 3 维护带宽度 风井场地 20m 村庄 10m 其他 15m 4 根据经验井田边界保护煤柱留 50m 断层保护煤柱的留设按落差大于 50m 时 断层两侧各留 40m 落差小于 50m 时 两侧各留 30m 5 工业场地占地面积 根据 煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明 中 第十五条 工业场地占地面积指标见表 2 1 表 2 1 工业场地占地面积指标 井井 型 万型 万 t a 占地面积指标 公顷占地面积指标 公顷 10 万万 t 240 及以上1 0 120 1801 2 45 901 5 9 301 8 2 3 2 矿井永久保护煤柱损失量矿井永久保护煤柱损失量 1 井田边界保护煤柱 边界煤柱可按下列公式计算 2 2 rMbLZ 式中 Z 边界煤柱损失量 万 t L 井田边界长度 m b 保护煤柱宽度 m M 煤层厚度 m r 煤的容重 1 31 井田边界保护煤柱 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 8 19062 57 cos3 50 2 8 1 31 10 4 353 14 万 t 2 断层保护煤柱 断层保护煤柱与边界煤柱算法一样 如式 2 2 则 断层保护煤柱 本矿井只需留设一个大断层保护煤柱 其落差小于 50m 3122 05 cos3 2 30 2 8 1 31 10 4 69 40 万 t 由于有一部分断层煤柱与工业广场保护煤柱相重合省去了一部分保护煤柱的留 设 这部分保护煤柱量为 1357 79 25 cos3 2 8 1 31 10 4 12 58 万 t 断层保护煤柱 69 40 12 58 56 82 万 t 3 三下 及工业广场保护煤柱 根据 煤炭工业设计规范 第 5 22 条规定 工业广场的面积为 1 5 公顷 10 万 t 本矿井设计生产能力为 120 万 t a 所以取工业广场的尺寸为 360 m 400 m 的长 方形 南北方向覆盖在大断层之上 面积为 0 135 平方公里 工业广场包括在其中 工业广场所在位置煤层倾角为 3 其中心处埋藏深度为 1083 m 该处表土层厚度为 5m 主井 副井 地表建筑物均布置在工业广场内 工业广场按 级保护留维护带 宽度为 20m 本矿井的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表 2 1 表 2 2 岩层移动角 广场中心深度广场中心深度 m 煤层倾角煤层倾角 煤层厚度煤层厚度 m 冲积层厚度冲积层厚度 m 108332 8541707065 8 由此根据上述已知条件 计算得出保护煤柱的尺寸为 S 梯形面积 284847 08 cos3 287724 32 m2 则工业广场的煤柱量为 2 3 RMSZi 式中 Zi 工业广场煤柱量 S 工业广场压煤面 则 Z12 287724 32 2 8 1 31 10 4 105 54 万 t 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 9 4 风井保护煤柱 由于风井设置在井田边界保护煤柱和工业广场中 所以省去了一部分保护煤柱 的留设 表 2 3 保护煤柱损失量 煤煤 柱柱 类类 型型储储 量 万量 万 t 井田边界保护煤柱353 14 总断层保护煤柱56 82 三下 及工业广场保护煤柱105 54 风井保护煤柱 合 计515 5 由表 2 2 得 矿井永久保护煤柱损失总量 353 14 56 82 105 54 515 5 万 t 2 3 3 矿井可采储量矿井可采储量 矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量 可按下式计算 2 CPZZ gk 4 式中 Zk 矿井可采储量 万 t Zg 矿井的工业储量 8196 94 万 t P 保护工业场地 井筒 井田境界 河流 湖泊 建筑物 大断层等留设 的永久保护煤柱损失量 515 5 万 t C 采区采出率 厚煤层不小于 0 75 中厚煤层不小于 0 8 薄煤层不小于 0 85 地方小煤矿不小于 0 7 tPZZ gk 万152 61458 0 2 矿井储量汇总表见表 2 3 表 2 4 矿井储量汇总 煤层煤层工业储量 工业储量 Mt A B A B C 永久煤柱永久煤柱 损失损失 Mt 设计可采设计可采 储量储量 Mt 881 97100 5 1561 45 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 10 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 1 矿井工作制度 按照 煤炭工业矿井设计规范 GB50215 2005 中 2 23 条规定 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 每天净提升时间宜为 16 小时 矿井工作制度为 四六制 作业 三班生 产 一班检修 3 2 矿井设计生产能力及服务年限 3 2 1 确定依据确定依据 煤炭工业矿井设计规范 第 2 2 1 条规定 矿井设计生产能力应根据资源条件 开采条件 技术装备 经济效益及国家对煤炭的需求等因素 经多方案比较或系统 优化后确定 矿区规模可依据以下条件确定 1 资源情况 煤田地质条件简单 储量丰富 应加大矿区规模 建设大型矿井 煤田地质条件复杂 储量有限 则不能将矿区规模定得太大 2 开发条件 包括矿区所处地理位置 是否靠近老矿区及大城市 交通 铁 路 公路 水运 用户 供电 供水 建筑材料及劳动力来源等 条件好者 应加 大开发强度和矿区规模 否则应缩小规模 3 国家需求 对国家煤炭需求量 包括煤中煤质 产量等 的预测是确定矿区 规模的一个重要依据 4 投资效果 投资少 工期短 生产成本低 效率高 投资回收期短的应加大 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 11 矿区规模 反之则缩小规模 3 2 2 矿井设计生产能力矿井设计生产能力 本矿井井田储量丰富 煤层赋存稳定 顶底板条件好 煤层属中厚煤层 厚度 变化不大 煤层倾角小 平均倾角 3 为近水平煤层 开采条件较简单 技术装备 先进 经济效益好 煤质为优质动力煤 交通运输便利 市场需求量大 宜建大型 矿井 按照矿井设计规范规定 结合本井田的工业储量和开采储量选定矿井设计生 产能力 120 万 t a 3 2 3 矿井服务年限矿井服务年限 矿井服务年限必须与井型相适应 矿井可采储量 Zk 设计生产能力 A 矿井服务年限 T 三者之间的关系为 3 1 KAZT k 式中 T 矿井服务年限 a Zk 矿井可采储量 万 t A 设计生产能力 万 t K 矿井储量备用系数 矿井设计一般取 1 4 确定井型时需要考虑备用系数的原因是 矿井各生产环节有一定的储备能力 矿井投产后 产量迅速提高 局部地质条件变化 使储量减少 有的矿井由于技术 原因 使采出率降低 从而减少了储量 则 矿井服务年限为 T 6145 152 120 1 4 36 58a 服务年限符合 煤炭工业矿井设计规范 要求 3 2 4 井型校核井型校核 按矿井的实际煤层开采能力 辅助生产能力 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 井田内有 8 号煤层可采 煤厚为 2 8m 属中厚煤层 赋存稳定 厚度变化小 煤层倾角平均 3 为近水平煤层 地质条件简单 根据现代化矿井 一矿一井一面 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 12 的发展模式 可以布置一个综采工作面 2 辅助生产环节的能力校核 矿井设计为大型矿井 开拓方式为主斜副立单水平直接开拓 主斜井采用胶带 输送机运输煤炭 工作面生产的原煤经顺槽胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底 煤仓 再经主斜井运输至地面 运输能力大 自动化程度高 副立井采用两套宽型 罐笼运输人员和材料 矸石 运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求 大巷辅助运输采用无轨胶轮车运输 运输能力大 调度方便灵活 3 通风安全条件的校核 本矿井为高瓦斯矿井 瓦斯涌出量极高 但煤尘有爆炸危险 煤炭有自然发火 倾向 矿井投产前期采用采区式通风 后期采用中央边界和采区式通风 辅助运输 大巷和煤炭运输大巷进风 专用回风巷回风 工作面采用后退式 U 型通风 通过第 九章的通风设计知可以满足通风需要 4 矿井的设计生产能力与服务年限相适应 才能获得好的技术经济效益 煤 炭工业矿井设计规范 给出了我国各类井型和服务年限的对应要求 及第一水平的 设计服务年限 见表 3 1 表 3 1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限 第一开采水平服务年限 第一开采水平服务年限 a 矿井设计生产矿井设计生产 能力 万能力 万 t a 矿井设计服务矿井设计服务 年限 年限 a 煤层倾角 45 600 及以上7035 300 5006030 120 24050252015 45 9040201515 9 30各省自定 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 13 4 井田开拓井田开拓 4 1 井田开拓的基本问题 井田开拓是指在井田范围内 为了采煤 从地面向地下开拓一系列巷道进入煤 体 建立矿井提升 运输 通风 排水和动力供应等生产系统 这些用于开拓的井 下巷道的形式 数量 位置及其相互联系和配合称为开拓方式 合理的开拓方式需 要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较 才能确定 本矿井开拓方式的确定 主要考虑到以下因素 1 可采煤层为近水平煤层 2 煤层埋深较浅 且表土层厚度小 平均 5m 3 矿井涌水量不大 不威胁生产 4 本矿井为高瓦斯矿井 5 本矿内大部为黄土覆盖 植被稀少 十里河从井田中部通过 支沟呈羽状分 布 十里河以北分水岭位于甘庄一带 其南部支沟流向十里河 以北支沟汇入淤泥 河 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题 具体有下列几个问题需认真研究 1 确定井筒的形式 数目和配置 合理选择井筒及工业场地的位置 2 合理确定开采水平的数目和位置 3 布置大巷及井底车场 4 确定矿井开采程序 做好开采水平的接替 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 14 5 进行矿井开拓延深 深部开拓及技术改造 6 合理确定矿井通风 运输及供电系统 确定开拓问题 需根据国家政策 综合考虑地质 开采技术等诸多条件 经全 面比较后才能确定合理的方案 在解决开拓问题时 应遵循下列原则 1 贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策 为早出煤 出好煤高产高效创造条 件 在保证生产可靠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 做到合理集中生产 3 合理开发国家资源 减少煤炭损失 4 必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定 要建立完善的通风 运输 供电系 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 综掘机械化 自动化创造条件 6 根据用户需要 应照顾到不同媒质 煤种的煤层分别开采 以及其它有益矿 物的综合开采 4 1 1 确定井筒形式 数目 位置及坐标确定井筒形式 数目 位置及坐标 1 井筒形式的确定 井筒形式有三种 平硐 斜井 立井 一般情况下 平硐最简单 斜井次之 立井最复杂 1 平硐开拓受地形迹埋藏条件限制 只有在地形条件合适 煤层赋存较高的山 岭 丘陵或沟谷地区 且便于布置工业场地和引进铁路 上山部分储量大致能满足 同类井型水平服务年限要求 2 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 井底车场及硐 室都比立井简单 井筒延伸施工方便 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 缺点是 斜井 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 15 井筒长 提升深度有限 辅助提升能力小 通风路线长 阻力大 管线长度大 斜 井井筒通过富含水层 流沙层施工技术复杂 3 立井开拓不受煤层倾角 厚度 深度 瓦斯及水文等自然条件的限制 在采 深相同的条件下 立井井筒短 提升速度快 提升能力大 对辅助提升特别有利 井筒断面大 可满足高瓦斯矿井 煤与瓦斯突出矿井需风量的要求 且阻力小 对 深井开拓极为有利 当表土层为富含水层或流沙层时 立井井筒比斜井容易施工 对地质构造和煤层产状均特别复杂的井田 能兼顾深部和浅部不同产状的煤层 主 要缺点是立井井筒施工技术复杂 需用设备多 要求有较高的技术水平 井筒装备 复杂 掘进速度慢 基本建设投资大 2 井筒位置的选择 1 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 石门工程量少 b 有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段 首采区少迁村或不迁村 c 井田两翼储量基本平衡 d 井筒不宜穿过厚表土层 厚含水层 断层破碎带 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威胁 f 工业广场宜少占耕地 少压煤 g 距水源 电源较近 矿井铁路专用线短 道路布置合理 2 井筒沿井田走向方向的有利位置 本井田形状均匀 储量分布均匀 井筒的有利位置应在井田走向的储量中央 以形成两翼储量比较均匀的双翼井田 可以使井田走向的井下运输工作量最小 通 风网路较短 通风阻力小 3 井筒沿井田倾斜方向的有利位置 立井开拓时 本井田中部有一条大的断层构造 井筒布置在井田的中央靠断层 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 16 西侧上部位 4 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 5 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 因为本井田内中部 有一条大的断层不易通过 需留设保护煤柱 考虑本断层的煤柱 为了减少工业广 场所压煤柱 将该断层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 6 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 7 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 3 主副井相对位置的选择 斜井或立井在同一工业场地内相对位置一般如下 1 斜井 根据 煤矿安全规程 矿井各出口之间的距离不得小于 30m 该规定系指岩柱 最小尺寸 考虑到斜井井口经常设有人车站人车存车线等 使井筒断面增大 故在 方案或初步设计阶段确定主副井位置时 一般使两互相平行的主副井中线或提升中 线相距 35 40m 2 立井 主副井之间距离按规定同样不得小于 30m 设计时考虑井上井下生产流程能够 合理衔接以及井塔施工安装和设备布置需要 主副井中心距约变动于 50 100m 本 井田可采用立井开拓 主井设箕斗 副井为罐笼 或斜井 主井为皮带 开拓 井筒位于 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 17 井田中央 依据本矿实际条件 主副井筒选址需考虑布置在储量中心和尽量减少工广压煤 以及尽早出煤便于布置首采面 经后面方案比较确定主 副井筒位置在井田中央 副井进风 中央风井在距离副井井口 200 米处 4 1 2 工业广场的位置 形状和面积工业广场的位置 形状和面积 根据以上原则和本矿的实际情况 工业广场与主副井井筒布置位置相同 工业场地的形状和面积 根据工业场地占地面积指标 确定地面工业场地的占 地面积为 15 公顷 形状为矩形 长边平行于井田倾向 长 500m 宽 300 m 4 1 3 开采水平的确定开采水平的确定 1 开采水平及阶段的划分原则 1 要有合理的阶段斜长 指在采用合理的回采工艺及合理的工作面参数 采区 巷道布置及生产系统 一定的采区设备条件下所能达到的阶段斜长 2 要有合理的区段数 为保证采区正常的生产和接替 就需要有合理的区段数目 它从另一个侧面反 映了阶段斜长的要求 要保证采区内的工作面的正常接替 区段数目多一些比较有 利 但是这样斜长过大 对辅助运输和煤炭的运输以及行人等都有不利的影响 所 以选用一个合理的斜长是很重要的 3 要有利于采区的正常接替 为保证矿井均衡生产 一个采区开始减产 另一个采区开始应投入生产 阶段 斜长大时 采区储量就大 服务年限就长 吨煤的开拓准备工程量也少 4 要保证开采水平要有足够的储量和合理的服务年限 5 水平高度在经济上有利 从技术与经济统一的观点来说 技术上合理的水平垂高能获得较好的经济效果 可以通过经济的比较方法选择有利的水平垂高 经济比较的项目包括 水平范围内 的开拓工程量及掘进费用 井巷维护费 煤炭提升费 排水费等 如果采区巷道布 置类型和参数不同 还应该比较采区的巷道掘进 维护及煤的运输费用 根据比较 的结果综合考虑技术 管理 安全等因素 从而获得合理的水平高度 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 18 同时水平的划分一般要符合表 4 1 表 4 1 矿井水平高度表 单位 m 井型井型缓倾斜 倾斜煤层缓倾斜 倾斜煤层急倾斜煤层急倾斜煤层 大中型矿井150 250100 150 小型80 12060 100 本矿井煤层埋藏最浅部为 1140m 煤层埋藏最深部为 995m 垂直高度达 145m 煤层平均倾角 3 属近水平煤层 同时本矿地质条件简单 井型大 应尽量 采用先进的技术提高效益 所以决定采用带区布置方式 并增加工作面的推进长度 因此本矿井需要采用一水平开采 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 250m 因此本矿井需要一个开采水平 保证水平的服务年限 4 1 4 主要开拓巷道主要开拓巷道 开拓巷道主要可分为煤巷和岩巷 其技术比较见表 4 2 表 4 2 煤岩巷的技术比较 项目项目煤层巷道煤层巷道岩层巷道岩层巷道 特征 沿煤层掘进 随煤层等高线变化 在距煤层一定距离的岩层中 掘进中 基本保证取直 优 缺 点 掘进容易 施工速度快 便于机械化 掘进 掘进中可以探明煤层变化和地质构 造 生产期间 大巷维护困难 影响生产 两侧至少留设 30 40m 的保护煤柱 煤层 有起伏变化时 大巷随之弯曲 不利于运 输 采区发火时 不易封闭 可保持一定方向 弯曲少 有利运输 巷道维护条件好 不留设护巷煤柱 安全 条件好 便于布置采区煤仓 工程量大 机掘有困难 机械化程度 低 速度慢 费用较高 适 用 条 件 服务年限的小型片盘斜井 煤层群中 相距较远的单个煤层或中厚煤层 煤层底 板岩层有含水溶洞时 不易开掘岩石巷道 时 在距离煤层不太远的地方 又适合于 开掘和维护巷道的煤层 煤层有瓦斯煤层 突出和自然发火的巷道 大巷要呈直线布 置 1 运输大巷的布置 由于本井田煤层埋藏比较浅 冲击地压比较小 8 号煤层厚度达 2 8m 阶段服 务年限长 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 5m 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 不留设保护煤柱 减少煤柱损失 同时便于设置煤仓 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 19 2 井底车场将为整个矿井服务 服务年限长 故需要布置在煤层底板较坚硬的 岩层中 4 1 5 矿井开拓延深方案及阶段划分矿井开拓延深方案及阶段划分 1 矿井开拓延深方案 本矿井开拓延深可以考虑以下两种方案 立井延深 暗斜井延深 采用立井延深 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 经营费用低 管理方便 但利用这种方法延深时 致使井筒同时担任生产和 延深任务 施工与生产相互干扰 立井接井时技术难度较大 矿井将短期停产 延 深两个井筒施工组织复杂 为延深井筒需要掘进一些临时工程 延深后提升高度增 加 能力下降 可能需要更换提升设备 采用暗斜井延深时 系统比较简单且生产能力大 可充分利用原有井筒能力 同时延深与生产相互干扰少 其缺点是增加了提升运输环节和设备 通风系统复杂 另外就本矿实际情况来讲由于煤层倾角小 暗斜井延伸时会使辅助运输出现一些问 题 如若采用绞车运输则空车不能自动下放 2 阶段划分 本矿井设计采用单水平开采 水平标高 980m 4 1 6 方案比较方案比较 1 提出方案 根据以上分析 现提出以下三种在技术上可行的开拓方案 分述如图 4 1 方案一 主斜副立单水平带区开拓 方案二 主斜副斜单水平带区开拓 方案三 主立副立单水平带区开拓 图 4 1 开拓方案剖面图 1090 1085 1080 1075 1070 1065 1060 8 层 1050水平 主斜井 1090 1085 1080 1075 1070 1065 1060 副立井 8 层 1050水平 主斜井 方案一 方案二 1090 1085 1080 1075 1070 1065 1060 副立井 8 层 1050水平 方案三 主立井 副斜井 2 粗略经济比较 以上三种方案在技术上都各有优势 采用双斜井开拓缺点是 斜井井筒长 提 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 20 升深度有限 辅助提升能力小 通风路线长 阻力大 管线长度大 斜井井筒通过 富含水层 流沙层施工技术复杂 因此只对双立井 主斜副立井进行粗略经济比较 方案粗略费用估算比较 见表 4 3 方案一方案一方案二方案二 双立井开 凿 200 26747 200 23763 10 4 1010 2主斜副立开凿 200 26747 4 00 9467 10 4 913 62 井底车场1305 6635 10 4 865 87井底车场1305 6635 10 4865 87 基 建 费 用 万 元 小计1876 07小计1779 49 提升1 2 20914 0 2 9 0 92 6695 83提升1 2 20216 34 0 4 0 48 4657 84 运输1 2 20216 34 1 01 0 381 9335 34运输1 2 20216 34 1 01 0 381 9335 34 排水300 24 365 24 07 0 076 1 0 4 480 75排水300 24 365 2 4 07 0 076 10 4 480 75 生 产 费 用 万 元 小计16511 92小计14473 93 费用 万元18388 02费用 万元16253 42合 计百分率100 百分率103 28 通过粗略的经济比较 使用主斜副立井开拓比较经济 本矿井煤层倾角小 平均 3 为近水平煤层 表土层较厚平均 5 米 水文地质 情况比较简单 涌水量较小 煤层平均埋深 245 米 高差较小 根据矿井提升的需 要与本矿的地质条件 及 煤矿安全规程 的规定 因此宜采用主斜井 副立井混 合开拓 4 2 矿井基本巷道 4 2 1 井筒井筒 矿井初期共布置 3 个井筒 即主斜井 副斜井 中央回风立井 各井筒用途 装备及布置分述如下 1 主斜井 担负全矿井煤炭提升任务 兼作进风井和安全出口 装备 1400mm 宽钢绳芯胶带输送机和检修轨 另有一趟消防洒水管路 2 副斜井 担负矿井人员 设备 材料等辅助运输任务 兼作进风井和安全出 口 装备串车从地面至井下的通道 另设有排水管路 压风管路 动力 通信监测 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 21 及控制电缆等 3 中央回风立井 担负矿井主要回风任务 并兼作反风时安全出口 井筒内布 置有玻璃钢梯子间 另设有一趟玻璃钢瓦斯管 根据井口位置及地质报告钻孔资料分析确定 主斜井及副斜井表土段采用混凝 土支护 支护厚度为 100mm 基岩段采用锚索与锚网喷联合支护 支护厚度为 100mm 风井井筒均采用普通法凿井 单层混凝土井壁结构 其中表土段配钢筋以 加强支护 井壁厚度 550mm 矿井井筒特征见表 4 5 矿井井筒布置见图 4 2 图 4 3 图 4 4 和图 4 5 表 4 4 井筒特征表 井筒名称井筒名称主斜井主斜井副立井副立井 回风回风 立井立井 井口标高 m 128012801280 井底标高 m 108710871100 井筒倾角22 25 90 井筒长度 m 541476180 断面形状半圆拱半圆拱圆 净17 925 550 3 断面 m2 掘进20 428 557 4 净宽度或净径 m 5 26 08 支 护方 式锚索与锚喷锚索与锚喷混凝土砌碹 基岩段支护厚度 mm 150150550 井筒用途 煤炭提升 安全出口 进风辅运 安全出口 回风安全出口 井筒装备 铺设 1 4m 宽钢绳芯 胶带输送机和检修轨 钢罐道 梯子间 5300 5500 1500 200 4350100 800 1400 1000 图 4 2 主斜井断面 基岩段 洒水管路 通讯信号电缆挂钩 电缆挂钩 5600 5100 500 1750 2250 4500 250 600600 轨 道 中 心 线 轨 道 中 心 线 250 4400 120 1545 图 4 3 副斜井断面 基岩段 6000 600 800 15001500 300500 图 4 4 回风井断面 4 2 2 井底车场及硐室井底车场及硐室 矿井为主斜副立井开拓 煤炭由主斜井皮带运至地面 物料