姚巧矿井通风毕业设计

本科生毕业设 计 姓 名 学 号 学 院 专 业 设计题目 姚姚桥矿桥矿 2 0Mt a 新井通新井通风风安全安全设计设计 指导教师 吴吴 职 称 目目 录录 一般部分 1 1 1 矿区概述及井田地质特征 2 2 1 1 矿区概述 2 1 1 1 矿区地理 交通位置 2 1 1 2 河流 沼泽 湖泊的分布范围 3 1 1 3 气候条件 4 1 1 4 矿区农业生产及劳动力情况 4 1 1 5 矿井建筑材料的来源 电源和水源 4 1 2 井田地质特征 4 1 2 1 地形 4 1 2 2 井田的勘探程度 4 1 2 3 地质构造 5 1 2 4 水文地质情况 6 1 2 5 地温 6 1 3 煤层特征 7 1 3 1 煤层 7 1 3 2 煤质 9 1 3 3 煤层风氧化带的确定 9 1 3 4 瓦斯含量及等级 煤的自燃性和煤层的爆炸性 9 2 井田开拓 1212 2 1 井田境界及可采储量 12 2 1 1 井田境界 12 2 1 2 可采储量 12 2 1 3 矿井设计生产能力及服务年限 17 2 2 井田开拓 17 2 2 1 井田开拓的基本问题 17 2 2 2 矿井基本巷道 23 2 2 3 大巷运输设备选择 29 2 2 4 矿井提升 30 3 采煤方法及采区巷道布置 3333 3 1 煤层的地质特征 33 3 2 采区或带区巷道布置及生产系统 33 3 2 1 首采区位置和区段划分 33 3 2 2 采区准备巷道及硐室 33 3 2 3 采区上中下车场布置 35 3 2 4 煤层的开采顺序和工作面的接替顺序 35 3 3 采煤方法 35 3 3 1 采煤工艺及顶板管理 35 3 3 2 采区生产能力计算 38 3 4 回采巷道布置 39 3 4 1 采区回采巷道布置 39 3 4 2 回采巷道的支护方式 39 3 5 综采面设备选型 40 3 5 1 采煤机和刮板输送机 40 3 5 2 转载机及破碎机选型 40 3 5 3 支架选型 41 3 6 工作面支护 42 3 6 1 断头支护和超前支护 42 3 6 2 超前支护管理 43 4 4 矿井通风矿井通风 4444 4 1 通风概况 44 4 1 1 地质条件 44 4 1 2 煤质条件 44 4 2 矿井通风系统的选择 44 4 2 1 矿井通风系统的基本要求 44 4 2 2 主要通风机工作方式选取 45 4 2 3 通风方式的选取 46 4 2 4 甲乙两种方案对比 47 4 2 5 甲乙方案对比结论 50 4 3 采区通风 50 4 3 1 采区通风系系统得基本要求 50 4 3 2 采区通风系统的组成 51 4 3 3 工作面通风方式 51 4 3 4 回采工作面的风向 52 4 4 掘进工作面通风 53 4 4 1 掘进工作面通风方式 53 4 4 2 掘进工作面的风量计算 56 4 4 3 局部通风机的选取 57 4 5 通风构筑物 58 4 6 采区及全矿井通风量计算 58 4 6 1 工作面通风量计算 59 4 6 2 备用面需风量的计算 60 4 6 3 硐室需风量 60 4 6 4 其它 60 4 7 矿井总风量分配及风速验算 61 4 7 1 风量分配 61 4 7 2 风速验算 61 4 8 通风阻力计算 62 4 8 1 计算原则 62 4 8 2 通风容易时期和困难时期的确定 63 4 8 3 矿井最大阻力路线 63 4 8 4 各段通风阻力 64 4 8 5 全矿通风总阻力 64 4 8 6 矿井风阻 65 4 8 7 矿井等级 65 4 9 矿井主要通风机的选取 74 4 9 1 选择通风机的基本原则 74 4 9 2 矿井自然风压 74 4 9 3 选择通风机 74 4 9 4 电机选型 77 4 9 5 矿井通风费用概算 79 4 10 风机附属装置 80 4 11 通风系统评价 81 5 5 矿井安全矿井安全 8282 5 1 矿井安全概况 82 5 1 1 自燃发火 82 5 1 2 地热灾害 82 5 1 3 防尘 83 5 2 矿井防尘安全设计 83 5 2 1 粉尘的危害 83 5 2 2 防尘措施概况 84 5 3 工作面煤层注水设计 85 5 3 1 矿井煤层概况 85 5 3 2 注水方式的选取 85 5 3 3 煤层注水工艺 85 5 3 4 煤层注水参数计算 88 5 3 5 煤层注水流程工艺 89 5 4 井下防爆及隔爆 90 5 4 1 防爆措施 90 5 4 2 隔爆措施 90 参考文献参考文献 9292 5 5 全文结论全文结论 127127 参考文献参考文献 128128 翻译部分翻译部分 130130 英文原文英文原文 131131 中文译文中文译文 138138 致致 谢谢 143143 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 2 页 1 矿区概述及井田地质特征 1 1 矿区概述 1 1 11 1 1 矿区地理 交通位置矿区地理 交通位置 大屯矿区位于江苏省沛县境内 东与昭阳湖 微山湖紧邻 南距徐州 72km 西望丰县 北与山东省鱼台县接壤 南北长 26km 东西宽约 27km 面积约 640km2 姚桥煤矿隶属上海能源 座落在江苏省沛县和山东省微山县境内 昭阳 湖西畔 南距沛县 17km 东距微山县约 10km 其地理坐标为东经 116 54 43 北纬 34 52 51 交通便利 矿区有徐 州 沛 屯 铁路 专用线在沙塘车站与陇海线接轨 通向全国各方 姚桥矿井工广距沛屯集配站 8km 沛屯集配站距各大城市距离见表 1 1 表 1 1 沛屯集配站距各大城市距离 铁路沛屯集配站至 单位 km 沙塘徐州连云港上海浦口北京兖州石臼所 63 382 4305833422893243 4543 4 公路 水路交通十分方便 徐州 济宁南北方向的公路从矿井西侧穿过 东与京沪高速公路相连 京杭大运河位于矿区东部的昭阳湖西侧 交通位 置图见图 1 1 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 3 页 图 1 1 交通位置图 1 1 21 1 2 河流 沼泽 湖泊的分布范围河流 沼泽 湖泊的分布范围 井田内较大的地表水体有 1 东部昭阳湖二级坝以北 井田所及部位长年积水 水位标高一般 为 33 34m 最高水位 36 9m 湖水面积 602km2 湖容量为 3817Mm3 最低 水位 32 02m 湖水面积 87km2 湖容量 18 Mm3 每年 1 月份湖面冰封 5 7 月份湖水减少难以通航 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 4 页 2 京杭大运河位于湖陆交界处 本井田范围内与湖水贯通 3 杨屯河贯穿井田中部 水面宽 40 50m 全年可通航 4 沿河位于井田西端 大部分时间干枯 1 1 31 1 3 气候条件气候条件 姚桥矿区位于黄淮冲击平原边缘 具有长江流域与黄河流域过渡性气候 特征 据沛县气象站资料 年平均气温 13 9 一月份最冷 约平均温度 1 5 日最低气温 21 3 1967 年 1 月 4 日 7 月份最热 约平均温度 27 2 日最高气温 40 7 1971 年 7 月 18 日 平均年降水量 811 7mm 最大降雨量 1178 9mm 1971 年 最小年降雨量 550mm 1968 年 最大日降雨量 340 7 mm 1971 年 8 月 9 日 大气降雨多集中在 7 8 月 份 余额占全年的 60 平均年蒸发量 1623 7mm 大于降雨量的一倍 最 高年蒸发量 1873 2mm 最低年蒸发量 1497mm 气候特点是冬季干燥 夏热 多雨 春夏多东南风 秋冬多偏北风 全年以东南偏东风最多 年平均风 速 3 2m s 最大风速 20m s 湖边风力一般 5 级左右 最大可达 7 级 历年 最大冻土深度 0 19m 1969 年 平均冻土深度为 0 12m 根据国家地震局 1976 年 9 月地震烈度区划资料本区属七度地震区 1 1 41 1 4 矿区农业生产及劳动力情况矿区农业生产及劳动力情况 姚桥矿区地处沛县 共有 25 个乡 1 个镇 5 个农场 面积 1248 km2 人口约 80 万 该县以农业生产为主 主要农作物有小麦 水稻 山芋 玉 m 棉花等 随着大屯矿区采煤 选煤 发电 机修 砖瓦 混凝土预制 件 电解铝等矿区企业的发展 沛县可耕地面积相应减少 农村劳动力相 对富余 1 1 51 1 5 矿井建筑材料的来源 电源和水源矿井建筑材料的来源 电源和水源 矿区内原材料供应除木材 钢材需要外出采购外 水泥 土石材料均 可就近解决 大屯矿区现有 400MW 自备电厂 1 座 矸石电厂 1 座 主要供 给现有生产矿井和电解铝厂 其余部分并入华东电网 井田内可供作水源 的有第四系地下水 地表的湖水和河水 水质一般较好 水源可就地解决 1 2 井田地质特征 1 2 11 2 1 地形地形 本井田陆地部分地势平坦 约向东北区倾斜 地面标高 33 54 37 47m 地表广泛分布第四系松散冲击物 平均厚度 177m 井田湖 区部分湖底标高 32m 左右 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 5 页 1 2 21 2 2 井田的勘探程度井田的勘探程度 本井田自 1958 1985 年以来经 169 147 江苏 大屯地质队 上海水 文地质队等单位进行地质勘探历时 28a 之久 井田范围由原来的 27km2扩至 56 7km2 提供了不少版本的地质报告 从而汇集了一份完整的资料 在全 井范围内共有钻孔 277 个 平均 4 885 个 km2 提供了全矿井主要断层的产 状和延伸长度 查清了各煤层的赋存状态 煤层厚度 结构和变化规律 提供了低温和煤层顶底板岩石力学试验及预计矿井涌水量 使主要可采煤 层 7 号层在 650m 水平以上的高级储量比例达 68 陆地部分的地质资料可 以满足设计需要 湖区部分基本控制了浅部深部的边界断层 查明湖区为 一走向 N25 40 E 倾向 NW 的单斜构造 以及煤层层位 厚度与结构 其煤质特征与陆地部分相同 基本查明了火成岩侵入范围对煤层的破坏程 度 第四系厚度及发育规律 水文地质特征等 1 2 31 2 3 地质构造地质构造 姚桥井田位于丰沛复向斜北缘 构造形态与含煤建造受区域地质构造 的控制 石灰 二迭含煤岩系沉积后 在印支运动时受南北向压扭应力 生成北东向之背向斜 后经燕山运动强烈构造的作用 生产不同方向的断 裂构造 切割了原来的褶皱而呈现至今的构造形态 本井田基本为一倾斜向 NE 的单斜构造 地层走向 NEE 倾向 NNW 地 层倾角变化较大 井田东 西端深部倾角平缓为 3 8 西中深部倾角较 大为 15 25 1 褶曲 本井田内在 11 线附近及 14 线浅部均有宽缓向斜 18 线西在西陶屯南 有一背斜 16 18 线间西陶屯与南中山之间有一向斜 2 断层 本井田内断裂构造比较发育 F18 F19 袁堂断层 F14形成本井田西 北南三个方向的井田自然境界 都是张性断层 落差均在 500m 以上 井田 东端 F50正断层落差大于 100m 将来可能成为井田东部自然境界 本井田断层走向以 NE 为主 绝大部分为张扭性断裂 除 4 条境界断层 外 井田内经钻孔 地震勘探和巷道控制的断层有 31 条 其中落差大于等 于 50m 的有 8 条 小于 50m 大于 30m 的 10 条 小于 30m 的 13 条 3 火成岩对煤层的影响 本井田中部有中基性长斑岩 煌斑岩 安山岩呈脉状侵入 致使 11 13 线之间 7 号 17 号 21 号煤层局部受到破坏而变薄 结构复杂 21 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 6 页 号煤层底板被岩浆岩侵蚀 煤层变质为天然焦 但范围较小 破坏性不大 本井田东段南部有酸性花岗斑岩呈盘状 岩床状侵入 基岩在 H21号孔 附近 致使 F14与 F14 1之间 02 线以西约 3km2的范围内各煤层都遭到严重 破坏 但由于范围较小且较集中 对整个矿井影响不大 1 2 41 2 4 水文地质情况水文地质情况 井田南 北 西三面被大断层切割 为补给不畅的相对隔水边界 但 在袁堂断层局部及井田东南 西南煤层露头区存在水源补给 为一相对独 立的封闭 半封闭的水文地质单元 井田内主要含水层自上而下有 第四 系松散砂层含水层 下白垩上侏罗统砾岩含水层 下石盒子组底部分界砂 岩含水层 7 煤顶底板砂岩裂隙含水层 太原组灰岩含水层 奥陶系灰岩 岩溶裂隙含水层 矿井历年年平均涌水量为325m3 h 年平均最大涌水量为 465m3 h 1993年以来年平均涌水量为355 m3 h 矿井月平均最大涌水量 577m3 h 400m 水平平均涌水量200m3 h 最大涌水量577m3 h 650m 水 平平均涌水量100m3 h 最大涌水量193m3 h 井田水文地质条件复杂程度 综合评定为中等类型 1 2 51 2 5 地温地温 本井田共进行 23 个孔的井温测量 取得地温资料如下 1 恒温带深度 温度 根据本井田内恒温带观测孔资料结合徐州地区恒温带深度资料 确定 本井田的恒温带深度为 26m 温度为 16 2 地温梯度 最大为 2 81 100m 最小为 1 97 100m 平均为 2 35 100m 属 地温正常区 地温梯度由井田的浅部至深部逐渐减少 3 7 号煤层底板地温分布规律 本井田F13和F3断层对7号煤层地温分布有一定影响 F13断层东北部 650m水平的温度为31 850水平的温度为37 为一级高温区内 850m 水平以下温度在37 以上为二级高温区 F13断层至F3断层一带温度有起伏 变化 650m至 950m水平温度基本在32 37 处在一级高温区内 950m 水平以下温度在37 以上为二级高温区 1000m水平温度在39 左右 F3 断层以南 650m温度32 33 处在二级高温区内 在 750m水平温度达到 37 为二级高温 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 7 页 图 1 2 综合柱状图 1 3 煤层特征 1 3 1 煤层煤层 本井田含煤地层为下二迭统山西组 上石炭统太原群组 共有含煤 17 21 层 煤层总厚 14 11m 可采者 5 层 即山西组的 7 8 号煤层 太原群 的 17 18 21 号层 可采煤层总厚 10m 可采系数 3 9 其中稳定的主要 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 8 页 可采煤层为 7 号层 较稳定煤层有 8 17 21 号层 局部可采的不稳定煤 层为 18 号层 可采煤层特征见表 1 2 煤层发育情况及煤层顶底板岩石工 程特征简述如下 1 山西组煤层 7 号煤层 为本井田稳定的主要可采煤层 陆地部分除 F14与 F14 1之间 有花岗岩斑岩侵入 附近煤层遭受吞食或者严重破坏者外均为可采 厚度 0 81 9 52m 平均厚度 4 05m 煤层厚度沿走向变化不大 神不明显加厚 煤层局部有 1 4 层夹石 夹矸厚 0 10 1 24m 以泥岩为主部分为砂质泥岩 煤层结构上属简单 湖区部分煤层厚度 3 04 6 50m 一般厚 4 5m 左右 由浅至深煤层有加厚的趋势 煤层结构间单 发育稳定 I 勘探线浅部和 04 线以东因火层岩影响使煤层遭受破坏 直接顶板以砂质泥岩为主 两极厚度 1 2 19 0m 自然状态抗压强度 741kg cm2 西部多为老顶中细砂岩 钙泥质胶结 致密 一般裂隙不发育 含水性若 稳定性较好抗压强度 654 1632kg cm2 底板以泥岩 砂质泥岩 为主 厚度一般 1 3m 抗压强度 261 553kg cm2 其底板抗压强度为 1137kg cm2 8 号煤层 分布在湖区部分与陆地部分沿岸部分 煤厚 0 2 5 69m 一般厚度 2 4m 目前 I 勘探线以东尚未发现沉缺点 煤层结构单一 部分 钻孔含夹矸层 夹矸厚度 0 32 1 16m 在湖区部分分属较稳定煤层 是湖 区部分主要可采煤层之一 直接顶板为粉砂岩 中 细砂岩 厚度不足 1 31m 其自然状态抗压强 度分别为 700 1426kg cm2和 655 964kg cm2 底板为砂质泥岩 抗压强度 631kg cm2 7 8 号煤层间距变化大 最大可达 31 7m 最小 0 34m 7 8 号煤层 之间以砂岩为主 夹薄层条带状砂质泥岩 湖区东部以砂质泥岩为主 7 8 号煤为黑色 块状 粉末状 煤岩成分为镜煤 亮煤 暗煤 属 半亮型煤 呈油脂光泽 阶段状断口 条带形结构 内生裂隙发育 具黄 铁矿薄膜及方解石细脉 2 太原群煤层 17 号煤层 煤厚 0 39 1 91m 一般厚度 1m 左右 煤层结构简单 局 部含夹矸 1 层 夹矸厚度 0 05 0 59m 之泥岩 井田西端有一煤层变薄带 并有沉缺点 湖区部分在 02 线有一沉缺带 从全井田范围看 本层属于较 稳定层 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 9 页 顶板以泥岩为主 局部为砂质泥岩及细砂岩 厚度一般为 3 6m 抗压 强度 164 181kg cm2 力学强度较低 稳定性差 底板为石灰石或砂质泥 岩 厚度一般在 1 6 3m 抗压强度 497kg cm2 18 号煤层 本煤层层位稳定 大部分见煤点厚度在 0 7m 以下 仅在陆 地部分口湖边的浅部 形成零星的可采区 属于局部可采的不稳定层 顶板大多数是灰岩 次为泥岩 沙泥岩 底板为砂泥岩 泥岩 1 3 21 3 2 煤质煤质 山西组 7 8 号煤层 原煤灰分一般为 14 15 属低 中灰煤 原煤全 硫含量一般小于 1 属于特低 低硫煤 原煤含磷量一般小于 0 01 属于 特低 低磷煤 精煤回收率大多超过 50 属于良等 原煤干基弹筒发热量 28052 28470kJ kg 6700 6800kcal kg 煤质牌号以气煤为主 是较好 的配焦和动力煤 太原群 17 21 号煤层 原煤灰分一般为 12 18 属低 中灰煤 原煤 全硫含量 17 号一般大于 1 5 属于中 富硫煤 原煤含磷量一般小于 0 01 属于特低 低磷煤 精煤回收率大多超过 50 属于良等 原煤干基弹筒发 热量 28052 28470kJ kg 6700 6800kcal kg 煤质牌号 17 号维气煤 21 号为肥煤 可作为动力煤和发电煤 1 3 31 3 3 煤层风氧化带的确定煤层风氧化带的确定 该区地层全部隐伏于第四系地层以下 为全掩盖式煤田 未在煤层露 头处排钻取样确定风氧化带深度 根据大屯煤电公司设计室意见 将防水 煤柱的界限定为煤层露头 顶板 垂高 25m 为防水煤柱 1 3 41 3 4 瓦斯含量及等级 煤的自燃性和煤层的爆炸性瓦斯含量及等级 煤的自燃性和煤层的爆炸性 姚桥井田深部补充勘探地质资料 采样实测结果表明 各煤层瓦斯 成分变化较大 但主要以氮气为主 沼气含量仅一个点大于 2cm3 g 见表 1 3 表 1 3 煤层瓦斯成分及沼气含量表 煤层瓦斯成分 煤层 CH4O2N2 煤层可燃物 CH4含量 cm3 g 7 0 5 681 41 37 8234 35 97 420 0 08 80 3812 8686 940 003 17 微量 75 134 53 17 5119 14 82 49微量 3 97 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 10 页 21 0 98 60 594 68 8 8334 73 89 380 02 1 60 全矿 7 号煤层瓦斯成分以二氧化碳为主 相对涌出量 4 11 4 94m3 t d 矿井沼气相对涌出量为 0 33m3 t d 属低沼气矿井 本井田各煤层精煤可燃及挥发分普遍较高 均在 35 以上 火焰长度 100 800mm 生产井实测煤尘爆炸指数 41 73 44 69 火焰长度 200 700mm 各煤层均有煤尘爆炸危险 本井田各煤层之变质程度较低 其燃点也较低 各煤层还原样燃点和 氧化样燃点之差 T 一般小于 20 7 号煤为易自燃发火煤层 自燃发火期 1 3 个月 17 21 号煤层 T 虽小于 20 但含硫量较高也有可能自燃 分院 煤层自燃发火危险等级为 级 属较易自燃煤层 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 11 页 表 1 2 煤层特征表 煤层厚度煤层间距煤层结构等底板岩性 煤 组 煤 层最小最大平均最小最大 平 均 夹石 层数 夹石总厚度 m 顶板底板 稳定性 倾角 容重 t m3 70 819 52 4 51 40 10 1 24泥岩 砂质泥岩 泥岩 砂 质泥岩 稳定5 25 1 35 0 3431 7 山 西 组 80 205 69 2 4 1 0 32 1 16粉砂岩中细砂岩砂质泥岩 湖区较 稳定 6 10 1 27 10 3126116 170 391 9111 0 05 0 59 泥岩 砂质泥岩 细砂岩 灰岩 砂 质泥岩 较稳定4 20 1 34 1 24 52 0 1800 73 灰岩 泥岩 沙泥岩 泥岩 不稳定5 18 1 31 太 原 群 210 991 991 435046 0 1 0 51灰岩 泥岩 砂 质泥岩 较稳定6 19 1 28 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 12 页 2 井田开拓 2 1 井田境界及可采储量 2 1 12 1 1 井田境界井田境界 根据煤炭工业部 83 煤计字 1472 号文 关于大屯矿井井田的边界的 批复 姚桥井田东部湖区部分以经线 39498000 与枣庄矿区蒋庄矿井分界 南以 F14号断层及 21 号煤层露头线 西以 F18号断层 北以 F19号和袁堂断 层为界 本井田走向长 13km 倾斜宽 4 35km 面积 56 7km2 井田北部与三河 尖 龙东井田毗邻 计算井田储量的煤层最小可采厚度 0 7m 各煤层容重采用值见表 2 1 表 2 1 各煤层容重表 单位 t m3 煤层781721 容重采用值1 281 271 341 28 根据大屯煤电公司地质队 1986 年 3 月提供的 姚桥煤矿地质资料 本井田地质储量 535 32Mt 其中 D 级储量约 110Mt 由于东部湖区部分勘 探工作比较困难 勘探程度还不够 但从现有钻孔资料来看 7 8 号煤层 赋存稳定 厚度大 地质构造比较简单 且目前正继续进行勘探工作 储 量级别将会提高 对太原群煤层的水文钻探工作也正在进行 待搞清水文 情况后 储量级别科普级 因此 本设计将全井田 D 级储量的 50 计入工业 储量 据此本井田工业储量为 482 42Mt 其中高级储量占 27 71 工业储 量计算见表 2 2 符合煤炭工业设计规范要求 井田赋存状况示意图见图 2 1 图 2 1 井田赋存状况示意图 2 1 22 1 2 可采储量可采储量 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 13 页 1 安全煤柱 1 工业场地和风井场地的安全煤柱根据本次工业广场占地面积 矿井 工业场地的地质资料和相关设计标准等参数进行计算留设 其示意见图 2 2 图 2 2 工业广场保护煤柱 井筒及工业广场煤柱按岩层移动角留取 根据 建筑物 水体 铁路 及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 以下简称 三下采煤规程 有关 规定和大屯地区其他矿井的经验数据 各参数选取如下 表土层移动角 40 上山移动角 70 下山移动角 65 走向移动角 70 2 布置在煤层中的大巷 每边留设 50m 安全煤柱 对于布置在底板岩 石中的大巷一般不留煤柱 3 根据勘探资料 该井田的大小断层的导水性均较差 因此本井田边 界断层留设煤柱宽 30m 井内的断层两侧留 15m 的安全煤柱 4 冲积层防水煤层防水煤柱 参照淮南矿区的经验 湖区部分煤层露 头处按垂高 80m 左右留防水煤柱 即 180m 以上均计算为冲积层防水煤柱 对 7 8 号煤层陆地部分未进行冲击层防水煤柱计算 储量汇总表中防 水煤柱数值采用 1979 年 6 月大屯煤矿工程指挥部地质勘探大队提供的数据 5 采区之间留 30m 保护煤柱 区段之间留 20m 保护煤柱 2 可采储量 在本设计中 我们只设计开采7号煤层 经计算得到7号煤层的地质储 量为321 8Mt 工业储量为302 8Mt 可采储量可用下式来计算 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 14 页 Zk ZG P C 2 2 式中 Zk 井田可采储量 Mt P 永久性煤住损失 Mt C 采区回采率 煤矿矿井设计手册 规定采区回采率一般不应 小于 厚煤层75 中厚煤层80 薄煤层85 本设计中7号煤层属于厚煤层 所以采区回采率取75 具体计算见表2 3 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 15 页 表 2 2 工业储量计算表 单位 Mt 工业储量 煤 层 水平 ABC A B CA B C D 2 CBA BA 2 DCBA BA D 地质储 量 一 68 05210 7573 446152 248155 40349 9444 0726 310171 558 二 21 68034 8788 04144 59147 4338 8138 845 68150 27 7 合 计 89 73245 62161 486296 838302 83344 2541 3631 99321 828 一 7 5034 1041 6052 01518 0314 4320 8362 430 二 0 060 061 9453 773 83 8 合 计 7 5034 1641 6653 96018 0013 9024 6066 26 一 23 7723 7725 1852 832 66 二 17 7317 7326 6217 7835 51 17 合 计 41 5041 5051 80520 616 21 一 32 9232 9235 475 1038 02 二 20 7120 7135 40529 3950 10 21 合 计 53 6353 6370 87534 4988 12 全矿井总计 89 73253 120290 77433 628479 47331 3627 71111 69482 41 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 16 页 表 2 3 可采储量计算表 单位 Mt 永久煤柱损失 煤层水平 工业储量 A B C D 2 冲积层断层工业场地风井场地大巷其他 开采损失可采储量 一 155 40311 3956 3696 9581 1242 5961 52029 96294 078 二 147 4304 5574 557107 155 7 合计 302 83311 39510 9266 9581 1242 5961 52034 519201 233 一 52 0156 3591 1500 6781 7319 91833 678 二 1 9450 0960 0961 479 8 合计 53 966 3591 2460 6781 73110 01435 157 一 25 1850 962 9260 8474 73317 384 二 26 6222 627 17 合计 51 8050 962 9260 8474 73340 011 一 35 470 982 5090 4543 94326 798 二 35 40530 094 21 合计 70 870 982 5090 4543 94356 892 全矿井总计 479 46319 69412 17212 3933 1034 3271 52053 209333 293 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 17 页 2 1 32 1 3 矿井设计生产能力及服务年限矿井设计生产能力及服务年限 1 矿井生产制度 矿井年工作 300d 按三班制运行 每天两班生产 一班检修 每班工 作 8 h 每天净提升时间 14h 2 矿井设计生产能力 根据矿井可采储量 结合矿区总体设计 以及 煤炭工业矿井设计规 范 的要求该矿设计生产能力为 2 0Mt a 3 矿井设计服务年限 根据计算的可采储量和推荐的矿井生产能力 考虑 1 5 的储量备用系 数 服务年限 矿井可采储量 矿井生产能力 储量备用系数 2 3 T 20123 3 200 1 5 67 1a 符合 规范 中设计生产能力为 1 20 2 40Mt 的大型矿井在非缺煤地 区的服务年限不少于 50 年的要求 所以设计生产能力为 2 0Mt a 是合理的 其中第一水平服务年限 T1 9407 8 200 1 5 31 4a 符合煤炭工业设计 规范的规定 见表 2 4 表 2 4 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限 第一水平设计服务年限 煤层倾角 矿井设计生产能力 Mt a 矿井设计服务年限 a 45 6 0 及以上 7035 3 0 5 0 6030 1 2 2 4 50252015 0 45 0 9 40201515 2 2 井田开拓 2 2 12 2 1 井田开拓的基本问题井田开拓的基本问题 1 地质条件的影响 本井田浅部储量主要集中在湖区部分 而深部储量主要集中在井田的 西北部 整个井田现有储量自然分布为三个区 东部湖区部分 中部水平 西北部 煤系地层为巨厚的新生界地层所覆盖 埋藏深 井田面积大 主要可 采煤层赋存稳定 厚度较大 倾角平缓 开采条件很好 大部分适合综合 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 18 页 开采 煤层埋藏较深 第四系冲积层较厚 且有若干层汗水砂层 建井条件 比较困难 必须采用特殊施工法凿井 上组煤瓦斯涌出量小 可以采用下 山开采 但距 7 号煤层 65 85m 的太原群第四层灰岩含水丰富 井田深部 尤其在西北深部地温高 对后期开采有影响 2 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 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 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 主提升胶带输送机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 管线长度大 斜井井筒通过富含水 层 流沙层施工技术复杂 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 本矿井煤层倾角小 平均 15 为缓倾斜煤层 水文地质情况比较简 单 涌水量小 地势平坦 只能采用立井开拓 2 主副井筒位置的确定 井筒位置的确定原则 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 有利于首采区布置 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 19 页 在井筒附近的富煤阶段 首采区少迁村或不迁村 井田两翼储量基本平衡 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 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 工业广场宜少占耕地 少压煤 距水 源 电源较近 矿井铁路专用线短 道路布置合理 综合以上因素 结合矿井实际情况 提出本矿井主副井筒布置位置如 下 中央主井 经距 3861729 0m 纬距 39492770 5m 中央副井 经距 3861824 8m 纬距 39492737 7m 3 风井井口位置的选择 应在满足通风要求的前提下 与提升井筒的贯通距离最短 并利用各 种煤柱以减少保护煤柱的损失 东风井井筒中心位置 经距 3859608 0m 纬距 39489924 5m 西风井井筒中心位置 经距 3861175 0m 纬距 39495529 0m 表 2 5 井筒坐标 名称XYZ 中央主井3861729 039492770 535 中央副井3861824 839492737 735 东风井3859608 039489924 535 西风井3861175 03949552935 3 工业场地的位置 工业场地的位置选择在主 副井井口附近 即井田中部 工业场地的形状和面积 表 2 6 矿井工业场地占地面积指标 井型 Mt a 占地面积指标 公倾 Mt 2 40 3 007 8 1 20 1 809 10 0 45 0 9012 13 0 09 0 30 15 根据工业场地占地面积规定 0 6 1 1 公顷 10 万吨 本井田将工业 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 20 页 广场布置在井田的中央位置 中央广场为长方形 长 500m 宽 400m 呈东北 走向 面积 20 公顷 4 开采水平的确定及采区划分 本矿井煤层露头标高为 211m 煤层埋藏最深处达 850m 垂直高度达 589m 根据 煤炭工业矿井设计规范 规定 缓倾斜 倾斜煤层的阶段垂 高为 200 350m 因此必须采用多水平开采 由于本矿被井田中央走向大断 层划分为南北两部分 其中任何一部分均不能划分为两个阶段 结合阶段 斜长考虑 决定本井田划分为两个水平 阶段垂高在 150 300m 之间变化 井田主采煤层为 7 煤层 7 号煤层平缓 倾角为 5 25 平均为 15 为缓倾斜煤层 一水平由于断层影响 并且煤层褶皱比较大 大巷布置困 难 若采用带区开采需设置辅助水平 生产系统复杂 因此选择采用采区 准备方式 二水平经过经济比较后再确定开采方式 5 主要开拓巷道 1 运输大巷的布置 由于运输大巷要为上下两个水平的开采服务 且煤层的顶底板均为泥 岩 为便于维护和使用 且不受煤层开采的影响 将第一水平大巷布置在 距煤层底板大约 20m 处的细砂岩中 第二水平大巷也布置在距煤层底板大 约 20m 处的细砂岩中 岩层大巷其优点是巷道维护条件好 维护费用低 巷道施工能够按要求保持一定方向和坡度 便于设置煤仓 2 井底车场的布置 由于井底车场一般要为整个矿井服务 服务时间较长 故要布置在较 坚硬的岩层中 本矿井布置位置选择在煤层底板中 煤层底板为坚硬的细 砂岩 维护费用较低 6 矿井开拓延伸及深部开拓方案 本矿井开拓延伸可考虑以下二种方案 双立井延伸 双暗斜井延伸 双立井延伸 采用双立井延伸时可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 经营费低 管理较方便 但采用这种方法延 伸时 原有井筒同时担任生产和延伸任务 施工与生产相互干扰 立井接 井时技术难度大 矿井将短期停产 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 延伸后提升长度增加 能力下降 可能需要 更换提升设备 暗斜井延伸 采用两个暗斜井延伸时 暗斜井立井内铺设胶带输送机 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 21 页 系统较简单且运输能力大 可充分利用原有井筒能力 同时生产和延伸相 互干扰少 其缺点是增加了提升 运输环节和设备 通风系统较复杂 本 设计选择立井延伸 7 开采顺序 本井田开采顺序为先开采第一水平 再开采第二水平 采区内回采顺序 采用后退式 即由采区边界向采区上山推进 带区内回采顺序 采用后退式 即由带区边界向大巷推进 8 方案比较 1 提出方案 根据以上地质条件 储量分布以及 煤矿安全规程 本设计对井田的 开拓方式做了三个方案 第一方案 全井田划分为两个水平 即 450 650 先期在井田的中部设置工业 广场 一对主副井至 650 水平 掘 450 的水平大巷一条 在井田的浅部边 缘分别建东 西两个风井和掘东 西总回风大巷 后期掘 650 水平大巷 所有的井筒均采用立井开拓 且均不穿过太原群第四灰岩 矿井在 450 水 平达 2 0Mt 大巷大部分布置在煤层底板的岩层中 局部穿越煤层 本井田 在中部和西北部采用采区式开采 东部湖区采用带区式俯斜开采 示意布 置见图 2 3 图 2 3 开拓示意图一 第二方案 全井田划分为两个水平 即 450 650 两水平垂高 200m 先期在井 田的中部设置工业广场 一对主副井至 450 水平 在井田的浅部边缘分别 建东 西两个风井和掘东 西总回风大巷 沿 450 水平掘一条运输大巷 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 22 页 后期沿 650 掘一条水平大巷 所有的井筒均采用立井开拓 且均不穿过太 原群第四灰岩 矿井在 450 水平达 2 0Mt 大巷大部分布置在煤层底板的 岩层中 局部穿越煤层 本井田在中部和西北部采用采区式开采 东部湖 区采用带区式俯斜开采 示意布置见图 2 4 图 2 4 开拓示意图二 第三方案 全井田划分为两个水平 即 450 650 两水平垂高 200m 先期在井 田的中部设置工业广场 一对主副井至 450 水平 在井田的浅部边缘分别 建东 西两个风井和掘东 西总回风大巷 沿 450 水平掘一条运输大巷 后期采用暗斜井延伸到 650 水平 沿 650 掘一条水平大巷 所有的井筒均 采用立井开拓 且均不穿过太原群第四灰岩 矿井在 450 水平达 2 0Mt 大巷大部分布置在煤层底板的岩层中 局部穿越煤层 本井田在中部和西 北部采用采区式开采 东部湖区采用带区式俯斜开采 示意布置见图 2 5 图 2 5 开拓示意图三 三种方案在技术上都是可行的 现将三种方案进行优缺点 工程量及经 济比较 所以在此我们只对三种方案的不同地方进行比较 具体见表 2 7 和表 2 8 表 2 7 三方案的优缺点比较 方案优点缺点 一不用延伸工程量大 建设工期长 压煤多 二 工程量少 建设工期短 可以加大对已 有巷道的利用率 通风 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 23 页 三 便于各水平的运输 个水平的过渡比较 简单 安全 斜井的运输路线长 表 2 8 三方案的经济比较 比较对象掘进量 m 单价 万元 m 工程费 万元 方案一688 20 91238 4 方案二438 20 9788 4井筒 方案三488 20 9878 4 方案一11760 35411 6 方案二24100 35843 5 石门 方案三30580 351070 3 方案一1650 方案二1631 9 工程费合计 万元 方案三1951 7 从经济对比中 我们可以看出方案二比方案一 方案三省钱 工程量 少 并且能够达到整个矿井生产的需要 因此本设计的开拓方案采用第二 方案 即两翼对角 立井 立井延伸的开拓的方式 2 2 22 2 2 矿井基本巷道矿井基本巷道 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 在井田中央 设置中央风井 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 副立井及东 西风井均采用圆形断面 1 主井 井筒采用立井形式 圆形断面 净直径为 5 6m 断面面积 24 63m2 井 筒内装备一对 16t 箕斗 井壁采用钢筋混凝土及砌碹支护方式 此外 还 布置有检修道 动力电缆 照明电缆 通讯信号电缆和人行台阶等设施 主井主要用于提升煤炭 主井井筒断面和井筒特征表分别见图 2 5 和表 2 9 2 副井 两个副井采用相同的设计 井筒采用立井形式 圆形断面 净直径为 6m 断面面积为 28 26m2 井筒内装备一对 3t 双层单车罐笼 井壁采用钢 筋混凝土及砌碹支护方式 井筒主要用于提料 运人 提升设备 矸石等 采用金属罐道梁 行钢组合罐道 端面布置 罐道梁采用通梁式布置方式 副井内除装备罐笼外 还设有梯子间作为安全出口 并设有管子道 电缆 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 24 页 道等设备 副井井筒断面和井筒特征表分别见图 2 6 和表 2 10 3 风井 两个风井采用相同的设计 井筒采用立井形式 圆形断面 净直径为 4 5m 断面面积为 15 9m2 采用混凝土支护方式 备有安全出口 风井井 筒断面和井筒特征表分别见图 2 7 和表 2 11 4 风速验算 副井作为进风井 风井作为回风井 其断面的大小必须符合风速要求 由第四章矿井通风的风速验算可知 所选择的井筒符合风速要求 图 2 5 主井井筒断面图 表 2 9 主井井筒特征表 井型 2 0Mt 井筒直径 5 6m 提升容器一对 16t 底卸式箕斗 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 25 页 井深630 880m 净断面积 24 63m2 基岩段毛断面积 33 69m2 表土段毛段面积43 59 44 78m2 井筒支护钢筋混凝土及砌碹 图 2 6 副井断面图 1 80 表 2 10 副 井 井 筒 特 征 表 井型 2 0Mt 井筒直径 6m 井深485 685m 提升容器一对 3t 双层单车罐笼带平衡锤 净断面积 28 26m2 井筒支护钢筋混凝土及砌碹厚 500mm 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 26 页 基岩段毛断面积 36 82m2 表土段毛段面积 40 68m2 图 2 7 风井断面 1 80 表 2 11 风井井筒特征表 井型 2 0Mt 井筒直径 4 5m 井深230 330m 净断面积 15 9m2 基岩段毛断面积 17 34m2 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 27 页 表土段毛段面积 25 52m2 2 井底车场及硐室 本井主运输采用皮带运输 因此井底车场轨道系统仅为辅助运输服务 根据井下开拓布置及地面生产系统布置的要求 并充分考虑调车方便 操 作安全 通过能力富裕 节省工程量 硐室布置合理以及施工方便等因素 井底车场采用刀式布置 井底车场经过石门与大巷直接相连 为了保证矿 井生产及安全的需要 井底车场设有各种硐室 包括变电所 水泵房 工 具室 调度室 等候室 医疗室 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 28 页 图 2 8 立井刀式环形井底车场 1 主井 2 副井 3 翻笼硐室 4 煤仓 5 萁斗 6 清理井底斜巷 7 中央变电所 8 水泵房 9 候车室 10 调度室 11 人车停车线 12 工具室 13 水仓 14 主要重车线 15 主要空车线 16 副井重车线 17 副井空车线 18 材料车线 19 绕道 20 调车线 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 29 页 调车方式采用甩车调车 电机车牵引重列车行至分车道岔前 10 20m 减 速 并在行进中摘掉挂钩 机车加速驶过分车道岔 然后将道岔扳回原位 重列车借助惯性驶向重车线 井底车场运行系统见图 2 8 3 主要开拓巷道 1 主要开拓巷道包括石门 运输大巷 石门将井底车场与运输大巷相 连 石门布置在 7 号煤层的底板 巷道坡度都采用 5 运输大巷基本沿 7 号煤层底板布置 巷道坡度随煤层而有起伏 一般 2 5 便于排水的需要 运