安全工程毕业设计(论文)屯留矿500万t新井通风系统设计(含)
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1、 本科生毕业设计 第128页目 录全套设计,联系 153893706一般部分11 矿区概述及井田地质特征21.1矿区概述21.1.1井田位置、范围、地形特点和交通位置21.1.2工农业生产和原料及电力供应31.1.3矿区气候条件31.1.4矿区水文情况31.2井田地质特征41.2.1煤系地层概述、勘探程度41.2.2井田地质构造和地质变动51.2.3井田水文地质特征61.2.4地温81.3煤层特征81.3.1煤层埋藏条件81.3.2煤层群特征及煤层的围岩性质81.3.3煤的特征102 井田开拓112.1井田境界及可采储量112.1.1井田境界112.1.2可采储量112.1.3矿井设计生产能力
2、及服务年限152.2井田开拓162.2.1井田开拓的基本问题162.2.2矿井基本巷道252.2.3大巷运输设备选择332.2.4矿井提升353 采煤方法及采区巷道布置363.1煤层的地质特征363.2采区巷道布置及生产系统363.2.1 巷道布置原则363.2.2采区巷道布置363.2.3采区生产系统403.3采煤方法413.3.1采煤工艺方式413.3.2回采巷道布置504矿井通风524.1矿井通风系统选择524.1.1矿井通风系统的确定524.1.2通风方法确定564.2 采区通风564.2.1工作面通风系统574.2.2通风构筑物594.3 掘进通风604.3.1 掘进通风方法604.
3、3.2 掘进面需风量计算624.3.3 掘进面的设计634.4 矿井所需风量644.4.1矿井需风量计算的原则644.4.2矿井需风量的计算644.4.3 矿井风量分配684.5矿井通风阻力684.6 矿井主要通风机选型774.6.1矿井自然风压774.6.2主要风机选型784.7 矿井反风措施及装置834.8 矿井通风费用概算844.9防止特殊灾害时期的安全措施874.9.1井下防尘874.9.2瓦斯的预防875矿井安全技术措施895.1矿井安全技术概况895.2矿井火灾895.2.1自然发火概况895.2.2矿井地温895.2.3矿井自燃发火分析895.2.4预防煤炭自燃发火的措施935.
4、3矿井瓦斯935.3.1矿井瓦斯地质条件935.3.2矿井及采区瓦斯涌出情况945.3.3矿井瓦斯防治措施945.3.4矿尘965.3.5瓦斯、煤尘爆炸事故的抢救995.3.6机构设置及人员配备995.3.7矿山救护与消防1025.4小结102专题部分103煤炭自燃发火规律的研究104前言:1041、王庄煤矿地质概况1042、矿井自燃发火分析1043、防火灌浆系统及参数1104、灌浆计算1135、灌浆管路布置1156、泥浆泵选择1187、灌浆站的主要设施1208、灌浆后的排水措施1219、结论121参考文献123致 谢124一 般 部分1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1井田位置
5、、范围、地形特点和交通位置屯留井田位于山西省屯留、襄垣县境内,潞矿集团的西部,矿区对外交通有太(原)焦(作)铁路、邯(郸)长(治)铁路和太(原)洛(阳)公路。太焦铁路经矿区东部由北向南通过,太焦铁路的夏店站距潞矿集团约7km,距五阳站16km。以夏店站为起点距太原市约230km,距焦作市约204km,距邯郸市约216km。屯留矿井在潞矿集团西南23km处的后庄村北,距长治市约35km,距常村矿约11km。屯留县城在井田东南部6km处,有公路通往太原、临汾、长治等市。交通比较方便。井田内广为第四系黄土覆盖。北部西部边缘为高原丘陵地带,冲沟发育,地形复杂,仅沟底有零星基岩出露。中部绛河由西向东流入
6、漳泽水库,形成河谷阶地。南部及工业场地附近地形较平缓,总体上地势为西北高,东南低,井田内最高点在北部的老干庄东南的白云山(1113.1m),最低点在屯留县南侧1Km的绛河河滩处(906.3m),工业场地和东风井场地地面标高在十950970m之间。图1-1 屯留矿交通位置图1.1.2工农业生产和原料及电力供应长治农业生产条件优越,全市耕地面积456万亩,其中水地面积100.2万亩;全市宜林面积735万亩,实有林地585万亩;宜牧面积480万亩,已开发草场271万亩。长治地下矿藏资源丰富,现已探明有开采价值的矿藏有煤、铁、锰、铝、硫磺、石灰石、石膏、石英、大理石等40多种,其中预测煤炭埋藏量为90
7、6亿吨,已探明储量346亿吨。长治工业基础较好,是山西能源重化工基础的重要组成部分和轻工业基地。主要工业门类有:煤炭、电力、治金、机械、化工、医药、建材等;主要工业产品有:原煤、电力、钢材、焦炭、水泥、轴承、洗衣机、锻压设备、中药制剂、生化药品、防爆电器、健身器械、锯条、化肥、铁合金、生铁等。2001年,长治市国内生产总值达到185亿元,其中第一产业总产值28亿元;第二产业总产值101亿元;第三产业总产值58亿元。财政总收入17.91亿元,农民人均纯收入2427元,城镇居民可支配收入5244元。1.1.3矿区气候条件本区属典型大陆性气候,干燥多风,四季分明,年平均气温8.9,日最高气温37.4
8、,最低气温-29.1。年平均降水量为583.3mm,最大917.0mm,最小414.0mm,雨季集中在7、8、9三个月,日最大降水量109.7mm。年平均蒸发量为1755.3mm(高于降水量2.01倍);最高为1996.3mm,最低为1502.1mm。年主导风向为西北风,夏季风向为东南风,最大风速为17m/s,最大风压为350Pa。冰冻期为每年10月末到翌年4月,最大冻土深度为0.75m。根据1990年国家地震局对屯留、襄垣县地区地震基本烈度的划分意见,本区地震基本烈度为6度。1.1.4矿区水文情况矿区主要河流为浊漳河(由南向北)、西漳河(由西向东)汇合于五阳村;井田范围内主要河流为绛河,为海
9、河水系浊漳河的支流。由西向东穿越井田,注入漳泽水库,其流量为0.37m3/s5.06m3/s。井田西北余吾镇北侧有一条交川河,流量为0.02m3/s0.17m3/s,属季节性小河。另外,在工业场地东北部有“七一”水库,库容量为l.07Mm3,工业场地西北有一贾庄水库。矿井工业用水采用井下排水处理后复用。生活用水原准备取自常村矿井水源地奥灰水,用约10.5km的长距离输水管送到矿井工业场地。由于生活饮用水水源过远,目前,潞矿集团正在矿井工业场地与矿井东风井场地之间进行水源勘探,积极查明第四系底砾层及中奥陶系O2f、O2s等地层的水文情况,如其水量、水质能满足饮用水要求和标准,则优先利用其作为矿井
10、饮用水源。1.2井田地质特征1.2.1煤系地层概述、勘探程度潞安矿区位于沁水煤田东部中段,处于华北断块区吕梁太行断块沁水块坳东部次级构造单元的沾尚武乡阳城北北东向褶曲带中段,晋获断裂带西侧。矿区主体部分为新生代叠加的长治新裂陷,屯留井田位于新裂陷西北部。19711986年,潞矿集团钻探队、山西省114、144、148煤田地质勘探队在本井田范围内,先后进行了勘探工作,由114队提交了官庄井田精查地质报告和西庄井田地质精查勘探总结并施工钻孔125个。钻探进尺87111.01m,模拟地震测线25条,物理点1303个获剖面长7.29km。19911994年,山西省114煤田地质勘探队和综合普查队,采用
11、钻探、测井、电法和地震综合勘探的方法,提交了屯留矿井达产采区地震补充勘探报告和屯留井田勘探(精查)地质报告。本次勘探41个钻孔,进尺27463.79m,实测26220.55m,地震物理点20798个,获剖面长369.70km。奥灰延深孔14个,水文抽水,放水试验13个孔23层次。本次勘探工程质量优良,钻探特、甲级孔率88;煤层钻探质量优质和合格层达93;测井的甲级孔率占98;解释煤层优质层占99;地震一、二类时间剖面占89。图1-2 综合柱状简图1.2.2井田地质构造和地质变动矿区主构造线近南北,以褶曲为主,向斜紧密,背斜开阔,断裂较少,地层走向近南北,倾向西且略有起伏;倾角315o。井田内揭
12、露的断层共33条,其中正断层10条,逆断层23条。落差大于30m的断层有9条(包括井田南、北边界断层),3010m的断层有20条,落差小于10mm的有4条。褶曲以北北东南北向为主,贯穿全井田的褶曲自西向东依次有坪村向斜、余吾背斜、余吾向斜、苏村背斜及屯留向斜。其中以西部的坪村向斜和东部的苏村背斜构成井田内煤层起伏的基本形态。另外,还有东邓向斜和墙则背斜。总之,井田地质构造简单。1.2.3井田水文地质特征1)含水层及其水文地质特征井田内钻孔揭露的含水层为10层,其中中奥陶统峰峰组石灰岩岩溶裂隙含水层()、二叠系下统山西组3号煤顶板砂岩裂隙含水层组()、基岩风化带裂隙含水层()对建井和开采3号煤层
13、有一定影响,第四系孔隙含水层()对立井施工有较大影响。其它5个含水层属弱含水层,对矿井开采影响甚微。对矿井施工和开采有影响的5个含水层自下而上分叙如下:1中奥陶统峰峰组O2f石灰岩岩溶裂隙含水层()本含水层埋藏深度为512.21m799.29m,含水层厚度平均198.8m,由灰岩、泥岩等组成。上部60m岩溶裂隙不发育,下部有串珠状小溶孔;但连通性差。结合区域和井田资料分析,井田内奥灰岩溶裂隙含水层富水性弱,水循环交替滞缓,地下水滞流或迳流不畅,但因受构造影响,局部有富水的可能。井田内奥灰延深孔除701号孔因发生孔内事故外,其余见明显含水层的钻孔水位标高均与区域水位标高一致(600m)而未见明显
14、含水层的钻孔则水位标高差异较大。2二叠系下统山西组含水层组()本含水层组为碎屑岩裂隙含水层组,包括K7()、3号煤层顶板()及K8砂岩裂隙含水层,厚4.4734.31m,平均22.23m,岩性以中、细粒砂岩为主,该含水层是3号煤层直接充水含水层。根据抽水试验及邻矿排水资料,该含水层富水性弱。3基岩风化带裂隙含水层()由于基岩风化程度受构造、岩性、埋藏深度及气侯等条件的影响,其富水性差异较大,裂隙发育程度也不同,厚度一般为5070m,沿绛河两岸可达150m,由于被第四系覆盖,此含水层局部具承压性,局部地段直接与第四系含水层发生水力联系或出露地表,受大气降水影响明显。邻近的常村矿井,井筒施工至本含
15、水层时,涌水量达278m3/h。4第四系孔隙含水层()除井田北部基岩裸露区外广泛分布,由北到南逐渐加厚,最大厚度达139.48m,平均44.53m,由粘土、砂质粘土及粗粉砂及砂砾组成。富水性由砂、砾层发育程度而定,井田内水位动态变化受大气降水影响明显。2)井田内主要隔水层1石炭系上统太原组底部及中统本溪组隔水层由泥岩、铝质泥岩、铁质泥岩及局部夹砂岩透镜体组成、透水性差,厚度为8.3244.45m,平均20.76m。不整合于峰峰组灰岩岩溶裂隙含水层之上,阻隔其与上覆含水层的水力联系。2二叠系砂岩含水层层间隔水层主要由泥岩、砂质泥岩组成,单层厚度为0.5017.22m,透水性差,呈层状分布于各含水
16、层之间,形成平行复合结构。3)含水层的补给、迳流、排泄条件井田内除二叠、三叠系有零星出露外,其余均被第四系覆盖。第四系含水层主要接受大气降水的补给,其次是与下伏基岩风化带的相互补给,在河谷中以泉的形式排泄。基岩风化带含水层,主要接受第四系及大气降水的补给,在井田中南部第四系覆盖区具有一定承压性,沿绛河两岸可自流。煤层直接充水含水层为山西组、太原组含水层。井田内均无出露,补给条件差,且与上覆风化带、第四系含水层,下伏奥陶系中统岩溶裂隙含水层均有一定厚度的隔水层相隔,含水层组中夹数层隔水层形成平行复合结构,若无构造沟通或未遭受破坏,则各含水层相对独立,水力联系微弱。地下水运动主要以层间迳流为主,在
17、断层或陷落柱附近,可能会与其它含水层发生水力联系。4) 矿井涌水量(1)计算范围为初期采区,开采煤层为3号煤层北至7勘探线,南至12勘探线,东为井田边界,西以经线38395000为界,面积约2.6107m2。经计算3号煤层直接充水含水层涌水量为7944.99m3/d。(2)上、下石盒子组直接充水含水层涌水量其中含水层厚度(M)采用4.00m;静止水位采用+892.34m;疏干标高采用+550m(含水层底板);渗透系数(K)采用0.19m/d;水位高度(H)及降深(S)均为静止水位至疏干标高的距离(342.34m)。采用地下水动力学法,经计算,3号煤层上、下石盒子组直接充水含水层预计涌水量为42
18、01.94m3/d。矿井涌水量为上述二者之和即12145.93m3/d或506.08m3/h。采用井田东部王庄矿资料进行比拟,即用该矿1987年最大排水量和开采面积资料。计算结果Q=12802.86m3/d即533.45m3/h。(3)计算结果采用正常涌水量采用水文地质比拟法结果,取533m3/h,最大涌水量按800m3/h考虑。1.2.4地温井田内恒温带深度约为40m,温度为9.5,略高于该地区常年平均气温 (8.9),本井田平均地温梯度为1.8/100m,属地温正常区。1.3煤层特征1.3.1煤层埋藏条件井田走向长13km,倾斜宽7km,面积91km2。地层走向近南北,倾向西且略有起伏;倾
19、角315o。1.3.2煤层群特征及煤层的围岩性质自上而下的煤层特征为:3号煤层位于二叠系山西组下部,为上煤组,厚5.007.25m。一般5.99m,煤层稳定,顶板一般为泥岩,粉砂质泥岩,底板为黑色泥岩、粉砂岩,老底为中细粒砂岩。夹矸03层,一般1层,厚0.27m,属结构简单至较简单煤层。9号煤层位于石炭二叠系太原组中部K3石灰岩之上,下距12号煤层7.6235.68m,平均13.38m。煤层厚度02.07mm,平均0.52m,底板皆为泥岩。为不稳定型局部可采煤层。12号煤层位于石炭系太原组二段中部K3石灰岩之上,下距15-2号煤层24.8045.12m,平均29.9m。煤层厚度为01.95m,
20、平均0.71m,仅在井田中部可采。顶板为泥灰岩。属不稳定型局部可采煤层。15-2号煤层位于太原组一段下部,下距15-3号煤层0.805.50m,平均2.62m,煤层仅在井田东北、东南局部可采。顶底板皆为泥岩层,属不稳定型局部可采煤层。15-3号煤层位于太原组一段下部,煤层厚度02.95m,平均1.18m,井田内分南、北两片可采,顶板为泥岩、粉砂质泥岩,底板为泥岩、炭质泥岩。该煤层属不稳定型局部可采煤层。9、12、15-2、15-3号煤层为下组煤,因其硫分较高,俗称臭煤。煤层特征见表1-1。表1-1 可采煤层煤层地质特征 地层煤层编号煤层厚度m最小最大一般煤层结构层间距m最小最大平均煤层稳定程度
21、顶底板岩性可采情况煤的容重(t/m3)顶板底板二叠系山西组P1s35.007.255.99简单,含夹矸13层50.4873.1261.83稳定泥岩、粉砂岩泥岩、粉砂岩全井田可采1.39石炭系太原组C3t902.070.85简单,含夹矸02层不稳定泥岩泥岩局部可采1.497.6235.6813.381201.950.71简单不稳定石灰岩泥岩局部可采1.4524.8045.1229.915-202.000.71复杂不稳定泥岩泥岩或粉砂质泥岩局部可采1.510.805.502.6215-302.951.18复杂,含夹矸13层较稳定泥岩、粉砂质泥岩泥岩或粉砂质泥岩局部可采1.501.3.3煤的特征(1
22、)煤质概况3号煤层主要为中灰、特低硫、低磷、高发热量、高熔点灰份贫煤,仅在矿井西部边界部分为无烟煤。9号煤层为富高灰、高硫、特低磷、高熔点灰份贫煤。12号煤层为富灰、高硫、特低磷、高熔点灰份无烟煤及部分贫煤。15-2号煤层为富灰、高硫、特低磷、高熔点灰份无烟煤。15-3号煤层为富高灰、高硫、低磷、高熔点灰份无烟煤。以上9、12、15-2、15-3煤层均属中等发热量。是优良的动力用煤及化工用煤。主采煤层3号煤距9、12、15-3号煤较远,其上覆煤层1、2号煤厚度仅为0.29m和0.26m,分布极不稳定。(2)相对瓦斯涌出量根据屯留井田勘探(精查)地质报告有关瓦斯含量资料和3号煤层甲烷含量等值线图
23、,采用抚顺煤科分院的科研成果“分源计算法预测矿井瓦斯涌出量”的计算方法,经计算屯留矿井的相对瓦斯涌出量为12m3/t(但在矿井的初期开采区域,矿井的相对瓦斯涌出量为9.28m3/t)。所以,屯留矿井属高瓦斯矿井。(3)煤尘各煤层火焰长度在315mm之间,扑灭火焰的岩粉量为550%。各煤层煤尘均有爆炸危险性。(4)煤的自燃3、9号煤层属不自燃煤层,15-2号煤层属易自燃煤层,15-3号煤层属不易自燃至易自燃煤层。2 井田开拓2.1井田境界及可采储量2.1.1井田境界屯留矿井井田境界为:北以文王山南断层为界,南以西魏正断层西端点与坐标点(X=4015350,Y=38392000)连线为界;西以经线
24、38392000为界,东以经线38402000为界。井田走向长13km,倾斜宽7km,面积91km2。图2-1 井田境界示意图2.1.2可采储量1)矿井工业储量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: ZgS M R cos式中:Zg矿井的工业储量; S 井田的倾斜面积,91km2; M 煤层的厚度,6m; R 煤的容重,1.40t/m; 煤层倾角,7。则:Zg9161.40cos7 758.7Mt2)矿井可采储量矿井可采储量(矿井工业储量-永久煤柱损失)矿井回收率。计算矿井可采储量时,必须要考虑以下损失:(1)工业广场保护煤柱;(
25、2)井田境界煤柱损失;(3)采煤方法所产生的煤柱损失;(4)其他损失。本井田中永久煤柱损失主要有:工业广场保护煤柱、井田境界煤柱损失等。表2-1 煤柱留设方法名 称留 设 方 法工业广场根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程第72条:工业广场维护带宽度为15m井田边界边界煤柱20m大 巷大巷煤柱每侧45m(1)边界煤柱可按下列公式计算 ZgL b M R (公式2.2)其中:Zg边界煤柱损失量; L边界长度 b边界宽度M煤层厚度;6m R煤的容重;1.40t/m ZgL b M R=(13+7)22061.4 =6.72Mt(2)工业广场煤柱留设根据煤炭工业设计规范,工业场地占地指
26、标如下表。表2-2 工业场地占地指标井 型大 型 井公顷/10万t中 型 井公顷/10万t小 型 井公顷/10万t占地指标0.801.101.301.802.002.50注:占地指标中包括围墙内铁路站线的占地面积;井型小的取大值,井型大的取小值;在山区,占地指标可适当增加;附近矿井有选煤厂时,增加的数值为同类矿井占地面积的3040%;占地指标单位中的10万t指矿井的年产量。本设计取1公顷/10万t,本矿井设计井型为500万t/a。故本矿井工业场地的面积为50公顷,由于长方形便于布置地面建筑,所以初步设定工业广场为长方形,即长方形长边为840m,短边为600m。工业广场要垂直于煤层走向的要求,设
27、计采用工业广场保护区域的冲击层移动角为=45。基岩的走向移动角为=73,基岩的上山移动角为=73,基岩的下山移动角为=73,地表维护带宽度取15m,采用垂直剖面法计算工业广场保护煤柱的面积。如图2-2。图2-2 工业广场保护煤柱计算示意图由图可得,工业广场保护煤柱为:Q场 =S 6.01.40=4932306.01.40 =4.14Mt (3)风井保护煤柱:本设计中达产时风井为3个,西风井设在工业广场中;而北一采区风井保护煤柱位于井田范围村镇之中,压煤计入村庄保护煤柱,故不予计算保护煤柱损失储量。(4)村庄保护煤柱计算方法与工业广场保护煤柱计算方法相同。表 2-3 可采储量计算表煤层工业储量(
28、Mt)回采率煤 柱 损 失(Mt)村庄井田境界大巷及采区上下山工业广场合计可采储量(Mt)3758.70.7519.206.7250.434.1480.49508.66可采储量由下式计算: (758.7-80.49)0.75508.66Mt式中:矿井可采储量,;矿井工业储量,由表2-3可查得;保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留置的永久煤柱损失量,;采区采出率,厚煤层不小于0.75;中厚煤层不小于0.8;薄煤层小于0.85;地方小煤矿不小于0.7。2.1.3矿井设计生产能力及服务年限1).矿井工作制度(1)矿井年工作日数的确定按照煤炭工业矿井设计规范规定:矿井设计生产能力按年工
29、作日300天计算。所以,本矿井设计年工作日数为300天。(2)矿井工作制度的确定矿井工作制度采用“三八”工作制,即二班采煤,一班准备,每班净工作时间为8个小时。(3)矿井每昼夜净提升小时数的确定按照煤炭工业矿井设计规范规定:矿井每昼夜净提升时间14小时。这样充分考虑了矿井的富裕系数,防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或改扩建。因此本矿设计每昼夜净提升时间为14小时。2)矿井设计生产能力针对屯留井田地质情况对矿井生产能力的影响,确定矿井设计生产能力为5.00Mt/a,主要理由有以下几方面:(1)井田储量丰富,其储量具备建设特大型矿井的物质条件。(2)井田内地质构造简单;煤层赋存条件及开采技术
30、条件好。主要可采的3号煤层为厚煤层且位于其它局部可采的薄煤层之上,全区稳定,结构简单,倾角平缓,适宜综合机械化开采,工作面单产能力较大。(3)集团公司在长期的生产实践中积累了丰富的生产、管理经验,为全国第一个现代化矿务局,效率高,管理水平好,有建设和管理特大型矿井的能力。(4)井田内煤层赋存较深,井筒深度500m以上,表土及基岩风化带较深(6098m),适当增大矿井生产能力,集中生产,减少井筒数目和井上、下工程量,有利于降低投资,提高经济效益。(5)地质勘探确定该井田地质构造复杂程度为构造简单类。初期采区内虽然零星断层,但断裂方向单一,且呈窄条带状集中分布,因此,对于工作面布置及回采并无太大影
31、响。(6)屯留矿井煤炭具有良好的市场前景。目前,我国煤炭出口大幅增长;国内煤炭市场出现好转,供需两旺,价格上涨明显。3)矿井服务年限根据矿井开拓部署,设计仅考虑3号煤层的开采矿井服务年限按下式计算: 508.66(51.4) 73 式中:T矿井服务年限,a Zk矿井可采储量,Mt A矿井生产能力,Mta K储量备用系数,取1.4. 表2-4 矿井及第一开采水平设计服务年限矿井设计生产能力()矿井设计服务年限()第一开采水平设计服务年限()252545453.0及以上607030351.22.450602530202515200.450.94050202515201015经过矿井服务年限的核算,
32、符合煤炭工业矿井设计规范之规定,因此最终确定矿井的生产能力为500万t/a。2.2井田开拓2.2.1井田开拓的基本问题1)对井下开采有影响的地质因素(1)本井田内地质属构造简单类型,背斜、向斜间隔重复出现,构成煤层起伏形态等会对井下开采略有影响。(2)矿井为高瓦斯矿井,瓦斯不易抽放,对综采工作面生产能力将有一定影响。(3)煤层赋存较深,开采深度一般为560m左右,地压的增大也会对开采有些影响。(4)在井田范围内3号煤层发育良好,煤层厚度为5.007.25m,平均可采厚度为6m,煤层赋存稳定给综采工作面高产创造较好的物质条件。2)井筒形式及数目的确定(1)一般情况下,井筒的形式有立井、斜井和平峒
33、三种。平峒适用于地形条件合适,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,上山部分的储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。斜井适用于井田内煤层埋藏不深,表土层不厚,水文地质情况简单,井筒不需要特殊法施工的近水平和缓斜煤层。立井开拓的适应性较强,一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制;在采深相同的条件下,立井的井筒短,提升速度快,提升能力大,对辅助提升特别有利;井筒的断面大,可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的的要求,且阻力小,对深井更为有利;当表土层为富含水的冲积层或流沙层时,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,能兼顾井田浅部
34、和深部不同产状的煤层。 综合井田的实际情况:表土层较薄,无风化现象;地形属黄土高原丘陵地貌,地面标高都在+1000m以上,煤层埋藏较深。因此,综合以上因素并结合该矿的实际情况,确定井筒的形式为立井开拓。(2)根据确定的矿井开拓方式,考虑到地面生产系统和总平面布置的需要,矿井达产时共布置主、副立井、阎庄进风立井及2个回风立井,一期建设矿井工业场地和主、副立井及西回风立井,二期建设矿井阎庄(北一采区)进、回风立井。共计5个井筒。3)井筒位置的确定井筒是井下与地面出入的咽喉,是全矿井的枢纽。井筒位置的选择对于建井期限、基本建设投资、矿井劳动生产率以及吨煤生产成本都有重要影响,因此,井筒位置一定要合理
35、选择。选择井筒位置时要考虑以下主要原则:(1)有利于井下合理开采井筒沿井田走向的有利位置当井田形状比较规则而储量分布均匀时,井筒沿井田走向的有利位置应在井田的中央;当井田储量分布不均匀时,井筒应布置在井田储量的中央,以形成两翼储量比较均衡的双翼井田,可使沿井田走向的井下运输工作量最小,通风网络较短,通风阻力小。应尽量避免井筒偏于一侧,造成单翼开采的不利局面。井筒沿煤层倾向的有利位置在倾向上井筒宜布置在中偏上的位置,同时考虑到减少煤损,尽量让工业广场保护煤柱圈住一些影响生产的地质构造和断层。(2)有利于矿井初期开采选择井筒位置要与选择初期开采区密切结合起来,尽可能使井筒靠近浅部初期开采块段,以减
36、少初期井下开拓巷道工程量,节省投资和缩短建井期。(3)尽量不压煤或少压煤确定井筒位置,要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱,做到不压煤或少压煤。为了保证矿井投产后的可靠性,在确定井筒位置时,要使地面工业场地尽量不压首采区煤层。(4)有利于掘进与维护为使井筒的开掘和使用安全可靠,减少其掘进的困难及便于维护,应使井筒通过的岩层及表土层具有较好的水文、围岩和地质条件。为加快掘进的速度,减少掘进费用,井筒应尽可能不通过或少通过流沙层、较厚的冲积层及较大的含水层。为便于井筒的掘进和维护,井筒不应设在受地质破坏比较剧烈的地带及受采动影响的地区。井筒位置还应使井底车场有较好的围岩条件,便于大容积硐室的掘进和
37、维护。(5)便于布置地面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。为了便于地面系统之间互相联接,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,应尽量避免穿过村镇居民区、文物古迹保护区、陷落区或采空冒落区、洪水侵入区;要尽量少占农田、果园经济作物区,尽量避免桥涵工程,尤其是大型桥涵隧道工程。为考虑长期运输的行车安全和管理,要尽量避免与公路或其他农用道路相交,力求使接轨点位于编组站配线一侧。另外,井口标高应高于历年的最高洪水位;还要考虑风向的影响,防止污染。总之,选择井筒位置要统筹井田全局,兼顾前期和后期、地下与地面等各方面
38、因素。不仅要考虑有利于第一水平,还应兼顾其他水平,适当考虑井筒延伸的影响。通过以上分析,考虑到井田的实际情况:井田内为黄土覆盖,北部地形为高原丘陵,中部、南部地形平缓,基本上是低丘平原,井口位置较易选择,且可选择在井田的储量中心。4)工业场地位置、形式(1)布置要求井田两翼储量基本平衡;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;水源、电源较近,矿井铁路专用线短,道路布置合理。(2)工业场地位置结合以上要求,根据井筒位置,工业场地的布置:矿井工业场地选择在西场地,在西场地布置3个立井井筒,即主立井、副立井和西回风立井
39、,二期建设时东场地布置一对阎庄(北一采区)进回风立井。5) 开采水平的确定井田内3号煤层赋存总趋势是东高西低,煤层较为平缓,井田内以宽缓的褶曲构造为主,在走向和倾斜方向起伏不大,井田近3/4的范围3号煤层底板标高高差在200m左右。根据煤层的赋存特点,煤层大部分范围均在+400m水平上下,虽然在井筒附近由于受褶曲构造的影响煤层隆起,但南北两翼均落在+400m左右,为保证大巷处在合理的位置,经比较确定全井田划分为一个水平,水平标高为+400m。6) 运输大巷和井底车场的布置(1)运输大巷的布置根据3号煤层的赋存特点、煤层顶底板的岩性及煤层硬度,结合井下主、辅运输方式,确定井下大巷除轨道大巷布置在
40、3号煤层底板岩石中外,其余巷道沿3号煤层布置。在井底车场以内,井底车场主要巷道均布置在3号煤层底板岩石中。一期开采区域根据通风需要布置5条巷道,其中1条为胶带输送机大巷,1条为轨道运输大巷,1条为进风大巷,2条为回风大巷,胶带输送机大巷及轨道运输大巷兼进风。二期矿建由于采用分区通风,通往各采区的大巷只需要2条,1条为胶带输送机大巷,1条为轨道运输大巷。(2)井底车场的布置由于井底车场要为整个3号煤层服务,服务年限长,故要布置在较坚硬的岩层中。且与大巷要相符,即布置在3号煤层底板下方。7)采区划分及开采顺序(1)采区划分根据矿井开拓方式、水平划分及大巷的布置方式,3号煤层赋存条件和开采技术条件、
41、采煤方法、井下主、辅运输方式、村庄煤柱及断层的分布情况等因素,本着合理开发、简化开拓系统,减少井巷工程量,有利于矿井通风和回采,保证矿井生产采区正常接替等原则,将全井田共划分为6个采区,北翼2个采区,南翼4个采区;双翼开采。矿井后期除南二采区外,各采区均布置一对进、回风立井,以满足井下分区通风的需要。采区划分见井田开拓方式平面图。(2)开采顺序采区接替原则:尽量保持矿井南、北两翼采区开采的平衡;根据与井筒的位置关系由近及远接替。采区内开采顺序:从大巷附近由近而远向井田东、西境界接替。8) 矿井开拓延伸方案及深部开拓布置方案二期矿建由于采用分区通风,通往各采区的大巷只需要2条,1条为胶带输送机大
42、巷,1条为轨道运输大巷,故后期开拓时,需要制定详细的措施。9) 开拓方式方案比较对本矿井开拓方式而言,由于煤层埋藏较深,副井为满足提升能力的需要应采用立井外,主井却有布置立井和斜井两种可能性,设计根据已确定的地面东、西场地位置,结合井下巷道开拓部署和采区布置等条件,对本矿井的开拓方式提出三个方案:(1)方案一:西场地主、副立井方案矿井工业场地选择在西场地,东场地仅作为风井场地;在西场地布置3个立井井筒,即主立井、副立井和西回风立井,东场地布置一对阎庄进回风立井;井底车场和水平大巷布置在+400m水平;矿井铁路专用线修至西场地。(2)方案二:东场地主斜井、西场地副立井方案主工业场地选择在东场地,
43、辅助工业场地选择在西场地;在主工业场地布置1个主斜井、一个东进风立井、一个东回风立井,并布置选煤厂等地面煤炭生产系统;主斜井以倾角16、长度1643m(铺设一条2.0m宽的胶带输送机)见煤后,沿煤层布置大巷、铺设1条1.4m宽、长度1200m的胶带输送机至副立井井底担负煤炭提升运输,在辅助场地布置副立井和西回风立井;井底车场和水平大巷布置在+400m水平;铁路专用线修至东场地。(3)方案三:西场地主斜井、副立井方案矿井工业场地选择在西场地,东场地仅作为风井场地;在主工业场地布置1个主斜井、1个副立井、1个西回风立井,并布置选煤厂等地面煤炭生产系统,主斜井以倾角16、斜长1846m(铺设一条2.
44、0m宽的胶带输送机)在1103号钻孔东侧见煤后设置井底煤仓,担负煤炭提升运输,在东场地布置一个东进风立井和一个东回风立井;井底车场和水平大巷布置在+400m水平;铁路专用线修至西场地。根据上述三个方案的开拓布置,其优缺点分析如下:(1)方案一:西场地主、副立井方案优点:西场地不需要再购地;立井井筒通过表土段、基岩风氧化带段及表土段中0.9m砂层和含水层时施工方法相对简单;工业场地集中,便于管理;井筒靠近储量中心。缺点:地面多修建2.8km铁路专用线;地面多修建一座后河铁路大桥。(2)方案二:东场地主斜井、西场地副立井方案。优点:铁路专用线短2.8km;不需要建设后河铁路大桥;主运输可实现连续运
45、输,运输能力大,自动化程度高;采用斜井开拓,矿井发生事故时,人员撤离方便,各种管线铺设方便。缺点:辅助材料和大型设备需汽车从东场地运至西场地;东场地需增加购地,其西边为西洼河,增加购地比较困难,且西场地已经完成购地,造成西场地部分已购地面积浪费;两个场地分散布置,不便于管理;主斜井通过表土段0.9m砂层(斜长3.3m)和含水层时施工相对复杂,凿井措施费用高;初期采区村庄压煤较多,正规工作面少,工作面倒替频繁,采区接替相对紧张。(3)方案三:西场地主斜井、副立井方案优点:胶带输送机转载环节少,可实现煤炭连续运输;自动化程度高,运输能力大;西场地不需要再购地;主井井底靠近储量中心;达产时工作面位置
46、村庄压煤相对较少,有利于工作面接替和矿井产量的稳定;采用斜井开拓,矿井发生事故时,人员撤离方便,各种管线易于铺设。缺点:地面多建2.8km铁路专用线;地面多建一座后河铁路大桥;主斜井通过表土层施工相对复杂,凿井措施费用高。通过上述三个方案的优缺点分析可以看出,方案二和方案三主井采用斜井比方案一主井采用立井具有以下优点:采用胶带输送机提煤,可实现连续运输,增产潜力大;斜井可实现井下多点来煤;井下发生事故时,撤离人员快;斜井胶带输送机维护较立井箕斗容易。但是,也存在严重的不足:(1)斜井要穿过8090m表土层和基岩风氧化带,斜长290330m,根据潞矿集团其它矿井井筒通过表土层风氧化带和含水层的经
47、验,立井施工较斜井施工相对容易,且立井施工技术成熟;(2)方案二主斜井长度1643m,带宽2.0m,带速5m/s,带强5500N/mm,功率6720kw,需三个滚筒六驱动;方案三主斜井长度1846m,带宽2.0m,带速5m/s,带强6000N/mm,功率7200kw,需三个滚筒六驱动;所需用的胶带输送机带速高,功率大,带强等级高,国内尚无此设备,设备需要从国外进口。根据上述三个方案的开拓布置,通过其技术分析和经济比较可知,方案一采用主立井的开拓方式,井筒施工容易,均采用成熟设备。因此本设计推荐西场地主、副立井开拓的第一方案。各开拓方案投资比较见表25 。表2-5 序号项目方案一方案二方案三工程
48、量投资(万元)工程量投资(万元)工程量投资(万元)一井巷工程量一期3493.493264.125111.02二期327.41612.82098.3合计3820.894876.927209.321井筒一期主立井558.61587.82主斜井1643m(其中表土327)16煤层1200m 052620.871846m(其中表土327)16s=171613.473小计1587.82620.871613.474二期阎庄进回风立井;513m 7.21285.4513m 7.21285.45小计01285.41285.46井底车场一期装载硐室4000m3385.287井底清理巷道200m99.64100m
49、49.8120 m59.88胶带机头机尾硐室2500m3240.752500m3240.759检修联络巷道170m84.6910小计569.61290.55300.5511开拓巷道一期南翼轨道大巷710m716.51780m1796.412南翼胶带大巷680m185.513南翼进风大巷700m205.71200352.71780523.114南翼回风大巷3802228.3821460m877.515小计1336.08352.7319716二期北翼胶带大巷1200m327.41200m327.41200+1780m812.917小计327.4327.4812.9续表2-5序号项目方案一方案二方案
50、三工程量投资(万元)工程量投资(万元)工程量投资(万元)二设备及土建工程11066.048108.688850.541一期主提升设备1对25t箕斗、1套提升机3998.13B=2.0m、ST=5500N/mm、L=1450m 61950CST W=6720kW 三筒六驱5224.6B=2.0m、ST=5500N/mm、L=1850m 61950SCT W=7200kW 三筒六驱5959.22井筒装备640.13井底机械设备124.798.998.94井架371.45大巷胶带机B=1.4m,L=680m565.01B=1.4m, L=1200m1392.596小计5699.346716.0960
51、58.17二期提升设备1对25t箕斗、1套提升机3974.118大巷胶带机B=1.4m,L=1200m1392.59B=1.4m, L=1200m1392.59B=1.4m,L=(1200+1780)m2792.449小计5366.71392.592792.44三地面铁路3013.603013.61一期购地费1828000.0015=75.6亩453.61828000.0015=75.6亩453.62土建费2.8km700+6002560600万元为后河大桥费用25603小计3013.603013.6四工业场地增购土地(一期)0(11.25+4.73)ha 240亩14400总计一期12206
52、.4311420.2114182.72二期5694.13005.394890.74合计17900.5314425.619073.46比较 0-3474.931172.93比较 (%)10080.58756106.55252.2.2矿井基本巷道1)井筒主立井主井井筒净直径8.2m,承担全矿井的原煤提升任务,并兼作辅助进风井。井筒内并列布置两套提升设备,为2对25t立井多绳提煤箕斗,一期装备一套箕斗,二期再装备一套,采用冷弯方管罐道和罐道梁,罐道梁托架与井壁采用树脂锚杆固定。井筒内敷设有信号电缆。其断面布置详见图2.21。图2.21副立井副立井井筒净直径8.2m,担负全矿井的人员、设备和材料的升降
53、以及矸石提升任务,并兼作进风井。井筒内并列布置两套提升设备,一套为一个1.5t矿车二层四车非标加宽罐笼和一个1.5t矿车二层四车标准罐笼,另一套为带平衡锤的可下长材料的交通罐笼,采用冷弯方管罐道和罐道梁,罐道梁托架与井壁采用树脂锚杆固定。井筒内还设有玻璃钢梯子间,并敷设有排水管、消防洒水管、压风管、动力电缆和信号电缆。其断面布置详见图2.22。图2.22西回风立井西回风立井井筒净直径7.5m,担负南一、南二采区的回风任务,井筒内设有玻璃钢梯子间。其断面布置详见图2.23。图2.23东回风立井东回风井井筒净直径7.5m,回风立井井筒内设有玻璃钢梯子间。其断面布置详见图2.2-4。图2.2-4井筒
54、施工方法及井壁结构(1)井筒施工方法根据矿井精查地质报告提供的资料,以及获得的有关地质、水文情况,设计初步确定阎庄进、回风井筒表土及基岩强风化带采用普通法施工。(2)井壁结构及厚度主立井和副立井的表土段及基岩风化带采用钢筋混凝土双层井壁支护,支护厚度为外层井壁350mm,内层井壁500mm,基岩段采用混凝土支护,支护厚度为600mm;西回风立井和阎庄进、回风立井表土段采用钢筋混凝土支护,支护厚度为800mm,基岩段采用混凝土支护,支护厚度为500mm。表2-6井筒特征表井筒名称工业场地(一期工程)阎庄场地(二期工程)主立井副立井西回风立井阎庄进风立井阎庄回风立井井 筒纬距(X)4026650.
55、000 4026710.000 4026364.000 4029505.2544029420.273座 标经距(Y)38397425.000 38397605.000 38397302.000 38399076.072 38399055.493井口标高+958.6(锁口)+958.9(轨面)+957.0(锁口)+1019.2(锁口)+1017.5(锁口)井筒垂深(m)558.6588.9(包括水窝30m)487577574井筒净直径(m)8.28.27.57.57.5净断面(m2)52.8152.8144.1844.244.2井筒断面表土段掘进断面(m2)777762.216565基岩段掘进断
56、面(m2)69.469.456.7556.756.7井筒提升方位角90o 270o360o180o(梯子主梁)90 o(风硐)井筒装备2对25t箕斗(一期装备一对),玻璃钢梯子间。1个1.5t矿车二层四车非标加宽罐笼和1个1.5t矿车二层四车标准罐笼;一个带平衡锤的可下长材料的交通罐笼;玻璃钢梯子间玻璃钢梯子间玻璃钢梯子间井筒支护表土段钢筋砼双层井壁,外层井壁350mm,内层井壁500mm,基岩段砼600mm表土段钢筋砼双层井壁,外层井壁350mm,内层井壁500mm,基岩段砼600mm表土段钢筋砼700mm,基岩段砼500mm表土段钢筋砼800mm,基岩段砼500mm表土段钢筋砼800mm,基岩段砼500mm2) 井底车场及硐室(1)井底车场井底车场形式选择根据井筒与主要大巷的相对位置、地面生产系统及井下开拓方式的要求,以调车方便、节省工程量为原则,井底车场设计为环行卧式。井底车场形式见图2.2-5。 图2.2-5井底车场(2)井底车场硐室硐室的名称及位置在副立井井底附近设有中央变电所、主排水泵房、等候室、人车场、人车库,在井底车场的南侧设有水仓、爆破材料库,在井底车场出车侧的出口附近设一调度室,考虑到充分利用井底车场的巷道,节省工程量,在主立井井底清理巷道的两侧分别布置了电机
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