酸刺沟煤矿3.0Mta新井设计
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摘 要本设计包括三个部分:一般部分、专题部分和翻译部分。一般部分为酸刺沟煤矿3.0Mt/a新井设计。酸刺沟煤矿属于内蒙古伊泰集团,位于内蒙古自治区东胜煤田内。井田南北走向长约8.9km,东西倾向长约6.5km,总面积为58.74km2。煤层平均倾角2,为近水平煤层,埋藏浅,埋深平均215m,其中表土层为81m,设计所采煤层为4号煤,平均厚度3.82m。矿井工业储量329.359Mt,可采储量251.367Mt,服务年限64.5a。矿井开拓方式为斜井单水平开拓,主井、副井为斜井,风井为立井,在井底沿东西向布置煤层大巷开拓一、二盘区,在北部布置东西向煤层大巷开拓三盘区,主斜井倾角13,全长991m,装备带式输送机,副斜井倾角6,全长1922m,装备无轨胶轮车;风井净直径5.5m,井筒深度301m,装备玻璃钢梯子间。移交生产时,在4号煤布置一个综采工作面,一个连采掘进工作面和一个普通掘进工作面,采掘比为1:2。连续采煤机还能进行煤柱回收和回撤巷道煤柱回收。工作面长度为240m,年推进度为2805m。日产量为9091t,通风方式为中央分列式。矿井主运输采用带式输送机,煤从采掘工作面到地面实现连续运输;矿井辅助运输采用无轨胶轮车,人员、材料、设备可以实现从地面到工作面附近直达运输。专题部分题目:神东矿区浅埋采场溃沙分析及控制机理研究翻译部分题目:A Method for The Design of Longwall Gateroad Roof Support ,对应中文翻译为:长壁工作面顺槽顶板支护设计关键词:浅埋煤层 ;近水平煤层 ;盘区布置 ;斜井单水平开拓 ;煤层大巷 ;双巷掘进 ;连续采煤机 ;无轨胶轮车 ;中央分列式 ; 溃沙ABSTRACTThis design includes of three parts: the general part,special part and translated part.The general part is a new design of Suancigou coal mine,which produces 3Mt per year.It belongs to Yitai group of Inner Mongolia and it lines in Dongsheng coalfield.The length of the north-south direction of the coalfield is 8.9km and the east-west direction length is 6.5 km,so its area is 58.74km2.The main coal seam which I design is No.4 coal seam ,which dip angle is 2 degree and its depth is 215m,3.82m for its thickness.The proved reserves are 329.359 Mt and the recoverable reserves are 251.367Mt,and it can work 64.5 years. The way to open up the mine is the shaft single horizontal development.The main shaft and the auxiliary shaft are inclined ones,but the air shaft is not.We arrange the roadway-in-seam along the east-west direction to open up the No.1 and No.2 panel,then in the north area,we arrange another east-west direction roadway-in-seam to open up the No.3 panel.The dip degree of the main shaft is 13 and auxiliary one is 6.Thelength of the main shaft is 991m and the auxiliary one is 1922m.The diameter of the air shaft is 5.5m and its length is 301m.When produced,we arranged a working ,a continuous miner heading face and a general heading face.So the ratio of the mining and driving is 1:2.The length of the working face is 240m and its continuous promoting length is 2805m.It produces 9091t every day.The way of the major transport is belt conveyor and the auxiliary transport is rubber tire vehicle.They can realize continuous transport.My topics of special subject parts is The Analysis of The Shallow Seam Blown Sand and the Study on its Control Mechanism in Sendong Coalfield.My translation part is A Method for The Design of Longwall Gateroad Roof Support.Keywords:Shallow seam ; Nearly horizontal seam ; Panel lavout ; Single-level development with inclined shaft ; Roadway-in-seam ; Dual roadway ; Continuous miner ; Rubbr tire vehicle ; Central-past ; Blown sand 目 录一般设计部分1 矿井概况与地质特征11.1井田概况11.2井田地质特征31.3煤层特征72 井田境界和储量102.1井田境界102.2井田地质勘探112.3矿井地质储量112.4矿井可采储量133 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限173.1矿井工作制度173.2矿井设计生产能力及服务年限174 井田开拓194.1井田开拓的基本问题194.2矿井基本巷道285 准备方式盘区巷道布置375.1煤层地质特征375.2盘区巷道布置及生产系统385.3盘区车场选型设计446 采煤方法456.1采煤工艺方式456.2回采巷道布置567 井下运输587.1概述587.2盘区运输设备选择597.3大巷运输设备选择608 矿井提升648.1矿井提升概述648.2主副井提升649 矿井通风及安全679.1矿井概况、开拓方式及开采方法679.2矿井通风系统的确定689.3矿井风量计算729.4矿井通风阻力计算809.5选择矿井通风设备869.6安全灾害的预防措施9010 设计矿井基本技术经济指标92专题设计部分1 绪论941.1问题的提出与研究意义941.2国内外研究现状及存在问题951.3论文主要研究内容982 浅埋煤层开采特征与涌水溃沙982. 1浅埋煤层开采一般特征982.2 涌水溃沙机理及其分析简化1013 涌水溃沙发生的判定条件及影响因素1053. 1涌水溃沙过程泥沙起动条件分析1053.3 涌水溃沙发生的影响因素1094 涌水溃沙控制措施1124.1 通过降低含水层高度控制涌水溃沙1124.2 通过改变裂缝因素控制溃沙量1165 结论117翻译部分英文原文120中文译文131致 谢141一 般 部分 第182页1 矿井概况与地质特征1.1井田概况1.1.1位置与交通酸刺沟矿井位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗沙圪堵镇东27km处,井田位于准格尔煤田中部,南部详查区西北角,行政区划隶属鄂尔多斯市准格尔旗哈岱高勒乡。地理坐标范围为:东经11110151111445,北纬394045394445。本区交通以公路为主,铁路为辅。呼(和浩特)鄂(尔多斯)高速公路自呼和浩特市开始,经黄河大桥通过薛家湾镇至鄂尔多斯市。目前呼和浩特与薛家湾镇段已建成通车,薛家湾镇与鄂尔多斯市段公路正在建设之中。薛魏公路从井田中西部南北向通过,路面为二级柏油路面,由薛魏公路向北至薛家湾约17km,由薛家湾经呼大公路向北至呼和浩特市约118km,向西经109国道至鄂尔多斯市约150km。向东经和林县到清水河县约180km。大准、准东铁路及已开工建设的呼准铁路在矿区的北侧通过,矿井距大准铁路唐公塔集装站约22km,距准东铁路敖包湾站约16km,准东铁路沙圪堵站至乌素沟站现已建成通车。井田交通位置详见图1-1-1所示。1.1.2地形地貌及水系本区为鄂尔多斯黄土高原的一部分,黄土覆盖广泛,厚度大,部分为风积砂覆盖,植被稀少,居民点分散,由于受水流风蚀等影响,区内沟谷纵横交错,沟谷呈树枝状,十分发育。最高点位于勘查区中北部后樊家湾,海拔标高为+1283.90m,最低点位于勘查区东南部南坪沟与井田边界交汇处(Y05孔东),海拔标高+1089.90m,最大海拔标高差194m;一般海拔标高为+1230+1180m,一般相对标高差50m左右。区内无常年地表迳流,仅在沟谷中由于大气降水而形成间歇性水流,地表径流量很小,部分深沟中有泉水涌出,但流量很小。沟内无常年地表迳流,雨季山洪暴发,形成短暂的地表迳流,西侧支沟水流汇入井田外围十里长川,东侧支沟水流汇入井田外黑岱沟,以迳流方式注入黄河。区内黑岱沟的最低侵蚀基准面标高为+1083m,最高洪水位标高为+1150+1085m。1.1.3气候与气象本区属于大陆性干旱气候。春季干旱多风;夏季昼炎热夜温凉,日温差较大;秋季凉爽;冬季严寒。寒暑变化剧烈,昼夜温差较大,准格尔旗最高气温38.3,最低气温-30.9,一般年平均气温5.37.6。霜冻和冰冻期长,为195天左右,一般结冰期为每年11月至翌年34月份,最大冻土深度1.50m,降雨最多集中于79月,占总降水量的60%70%,年降水量为277.7544.1mm,平均为401.6mm。年平均蒸发量为2108.2mm,是降雨量的58倍。常发生春旱,春季多风,平均风速2.3m/s,最大风速20m/s,主要集中在45月和1011月。 1.1.4地震烈度按照内蒙古自治区地震局、内蒙古自治区建设厅内震发2001149号文,本区地震烈度为7度,地震动峰值加速度(g)为0.10。1.1.5矿区经济概况本区的经济以采矿业为主,服务业为辅。矿区内植被稀少,居民点分散,农业受当地地理环境与经济状况的限制,基本以传统的耕作方式生产,且由于水土流失严重、土地贫瘠,农业生产十分落后。随着准格尔煤田的大规模开发建设,当地的经济也将呈上升趋势。本区内交通方便,矿井建设所需的砖、瓦、砂、石等大宗建筑材料可就地解决,钢材、木材及高标号水泥等主要从外地购入,建材供应渠道畅通。1.1.6水源及电源本矿井供水水源有两个,一是从外部引水(内蒙古准格尔黄河水务有限公司与伊泰煤炭股份有限公司签订的供水合同和供水承诺函);二是将井下排水处理后做为部分水源。矿井位于鄂尔多斯电网的最东端,附近的主要电源点有:万家寨、榆树湾、沙圪堵、海子塔等110kV变电站以及薛家湾220kV区域变电站。电源情况能够满足矿井建设、生产的要求。其中距矿井约20km的薛家湾220kV变电站和距矿井工业场地8km的海子塔110kV变电站均隶属于内蒙古电力(集团)有限责任公司薛家湾供电局,薛家湾供电局已于2004年10月以“薛供计200440号”函的形式,同意本矿井以110kV双回线路接入系统,两回电源分别取自薛家湾220kV变电站和海子塔110kV变电站。矿井供电电源可靠。1.2井田地质特征1.2.1地层区内大部被第四系覆盖,但在沟谷中,亦有基岩出露,井田地层由老至新有:奥陶系(O)中统马家沟组(O2m)、石炭系(C)上统本溪组(C2b)、上统太原组(C2t)、二迭系(P)下统山西组(P1s)、下石盒子组(P1x)、上统上石盒子组(P2s)、石千峰组(P2sh)、第三系红土层(N2)、第四系(Q)。 奥陶系(O)中统马家沟组(O2m)井田内钻孔均未全揭露该组地层,最大揭露厚度29.32m(217号孔),岩性为浅灰色石灰岩、白云质灰岩,微晶质结构,见小溶洞和裂隙,常为方解石充填。 石炭系(C)上统本溪组(C2b)为一套浅海过渡相细碎屑岩沉积,平行不整合于奥陶系之上。下部岩性为浅灰、暗紫色粘土岩、铝土质粘土岩、块状构造,相当于华北G层铝土矿,但厚度不大且不稳定,常相变为砂泥岩、泥岩。中段为灰黑色砂质泥岩、泥岩、灰白色细粗粒石英砂岩,硅质胶结,坚硬致密。上段以深灰色、灰黑色泥岩为主,夹透镜状灰岩、泥灰岩,黑色泥岩中常含黄铁矿结核。灰岩中含海相动物化石及生物碎屑。井田内钻孔揭露厚度0.80m(Y05孔)43.64m(Y09孔),井田内28个孔不同深度揭露该地层,平均厚度15.97m。 石炭系(C)上统太原组(C2t)为过渡相陆相沉积,是本区主要含煤地层,含煤5层,为6上、6、8、9、10号煤。下段以灰黑色、深灰色泥岩、砂质泥岩、粘土岩夹多层砂岩为主。含煤3层为8、9、10号煤。该段岩性及厚度在走向、倾向上变化均很大。8、9号煤之间在南部有一层泥灰岩较稳定,厚约1.00m,含海相动物化石及生物碎屑,可作为煤层对比标志,向北逐渐相变为钙质泥岩、泥岩,以至透镜状砂岩。底部深灰、灰白色细粗粒石英砂岩较稳定,硅质胶结,坚硬致密,属滨海相沉积。上段以6号煤及其顶底板粘土岩、砂质泥岩为主,夹灰色透镜状砂岩。含煤2层为6上、6号煤。可称为中煤组。该段岩性及厚度亦有相当变化,6号煤由北东向西南产生分叉,分出6上煤层,6号煤层变薄,6上煤急剧增厚,6上与6号煤之间发育一套呈条带状北东向展布的砂岩体。本组地层厚度39.0390.45m,平均厚度64.06m,由东北部向西南有增厚的趋势。 下二迭统山西组(P1S)为陆相碎屑岩沉积,亦为本区主要含煤地层,含煤4层为2、3、4、5号煤。下部岩性以灰白色黄褐色粗粒长石、石英砂岩为主,含砾局部为砂砾岩,具大型斜层理,磨圆度较好,分选性较差,砾径一般0.51cm,最大达3cm左右,含炭屑或煤线、泥质、粘土质胶结,坚硬致密。该层砂岩全区较稳定,局部地段与6号煤呈冲刷接触。砂岩中上部夹深灰、灰黑色砂质泥岩、泥岩及5号煤层。中部由灰白色、灰黑色中细粒砂岩、砂质泥岩、粘土岩、泥岩组成,含2、3、4号煤层,可称为上煤组。砂岩坚硬致密含菱铁矿结核,泥岩粘土岩含大量植物化石,2、3号煤均不稳定,4号煤层尚属较稳定,各层煤间距较近。上部为深灰、灰白色中粗粒砂岩夹粘土岩、泥岩、粉砂岩,砂岩致密坚硬,含小砾石及云母片、菱铁矿结核,风化后见铁质晕圈。顶部发育一层粘土岩或砂质粘土岩,深灰杂色,具鲕状结构。本组地层厚度52.26124.14m,平均厚78.68m。地层由北东向西南增厚之势。 下二迭统下石盒子组(P1x)为陆相碎屑岩沉积,下部为黄褐色砂岩与紫色、杂色粘土岩和泥岩互层,粘土岩具鲕状结构,含磷质结核,品位不高。底部含砾粗砂岩,厚层状,斜层理发育,胶结中等。上部以紫色、黄绿色泥岩、砂质泥岩为主,夹中厚层状砂岩。本组地层厚度49.16322.04m,平均119.90m。出露于本区东南部沟谷两侧。 上二迭统上石盒子组(P2s)为陆相碎屑岩沉积,区内大部分地层被剥蚀,地层分布连续性差,黄绿色中粗粒砂岩,夹暗紫色泥岩、砂质泥岩,含铁质结核。上部绛紫色泥岩、粘土岩、粉砂岩,与黄绿色砂岩、砂砾岩互层。出露于西部各沟谷两侧,区内20个钻孔见本组地层,钻孔揭露残存厚度9.69347.01m,平均93.07m。 上二迭统石千峰组(P2sh)上部以砖红色粉砂质泥岩和泥岩为主,夹灰色、灰绿色砂岩,分选磨园较好,胶结疏松。下部以黄绿、灰绿色中粗砂岩和含粒砂岩为主,夹棕红色粉砂岩、砂质泥岩。具大型斜层理,泥岩中常见灰绿色斑点,砂岩中夹紫红色、灰绿色泥质团块。本井田仅旧181号孔见此地层,揭露厚度为207.68m。 第三系红土层(N2)红色、棕红色钙质红土层,含砂质及钙质结核,层理明显,在本区有4个钻孔揭露,厚度19.7265.50m,平均厚46.50m。出露于井田东南部沟掌一带。不整合于其它老地层之上。 第四系(Q)上更新统马兰组(Q3m):淡黄色、黄褐色粉砂质黄土,夹粘土岩,粒度均匀,垂直节理发育,含钙质结核。全区分布,厚087.93m,平均28.45m。全新统(Q4):为洪积、残坡积之松散砂粒,泥砂及风积砂。厚度不一,一般03m左右。不整合于其它老地层之上。井田含煤地层为石炭系太原组和二迭系下统山西组,据钻孔揭露两组地层总厚度118.26192.88m,平均142.74m,井田内含煤地层基本上保存完整,厚度变化不大,厚度变异系数13%。总体看,由北向南有增厚之趋势。1.2.2构造位于鄂尔多斯大型构造盆地东北缘的准格尔煤田,总的构造是一个走向近于南北,倾角8以下,具有波状起伏的向西倾斜的单斜构造。盆地边缘,倾角稍大,有轴向与边缘方向一致的短背向斜,如窑沟背斜、西黄家梁背斜、老赵山梁背斜、双枣子向斜、田家石畔背斜等;盆地内部倾角平缓,一般在8以下,有与地层走向垂直的次一级褶皱,它们一般幅度较小,延伸不大,造成了煤层底板等高线的相对起伏。区内断裂不发育,仅稀疏可见几条小的张性断层。井田与南部详查区构造特征基本一致,仍属构造简单地区。为地层走向北北东,倾向北西西、倾角小于8的单斜构造。东南边界外有石圪咀正断层,走向北40东,倾向南东,倾角70,落差1550m,延展约10km。井田内未发现岩浆岩侵入。综上所述,井田内断层、褶曲不发育,其构造形态为一倾向北西西的单斜构造,无岩浆岩侵入,井田构造属简单类型。1.2.3水文地质特征(一)含(隔)水层特征1、第四系松散层潜水含水层岩性为上更新统马兰组(Q3m)黄土、全新统冲洪积(Q4al+pl)砂砾石,残坡积(Q4)砂土及风积(Q4eol)砂等,全区分布广泛,多为透水不含水层,只有沟谷中的冲洪积(Q4al+pl)砂砾石层构成松散层潜水的主要含水层。根据水文地质填图水井调查资料:含水层厚度为1.806.00m。地下水位埋深h=2.005.20m,涌水量Q=0.2310.810L/s,水温13,据邻区准格尔煤田南部详查报告资料:含水层厚度为35m,地下水位埋深h=12m,水位标高H=11371160m,涌水量Q=0.010.7L/s,单位涌水量q=0.1L/sm,水质较好。含水层富水性弱,由于大气降水的补给量小,所以补给条件差,潜水含水层与下部承压水含水层的水力联系较小,而与地表短暂的洪水水力联系密切。2、第三系(N2)半胶结岩层隔水层岩性为红色、棕红色粘土,即红土层,含丰富呈层状分布的钙质结核,呈半胶结状态,出露于井田东南部沟掌一带,仅4个钻孔揭露厚度19.7265.50m,平均46.50m,该隔水层的透水性微弱,但在井田内分布不太连续,只能起局部隔水的作用,隔水性能相对较差。3、石炭系二叠系碎屑岩类承压水含水层 二叠系上统石千峰组(P2sh):岩性主要为砖红色砂质泥岩、灰绿色砂岩,含砾粗粒砂岩等。椐邻区资料,泉流量Q=0.11L/s,含裂隙孔隙承压水,在井田仅零星分布。 二叠系上统上石盒子组(P2s):岩性为紫色泥岩、粉砂岩,黄绿色、灰白色中粗粒砂岩、砂砾岩,据邻区资料,泉流量Q=0.013.5L/s,单位涌水量q0.01L/sm,井田内大部分被剥蚀。 二叠系下统下石盒子组(P1x):岩性为紫色、黄绿色泥岩、砂质泥岩,黄褐色砂岩,杂色泥岩,含砾粗粒砂岩,出露在井田东南部沟谷两侧,据调查资料:泉流量Q=0.500L/s,据邻区资料:泉流量Q=0.011.18L/s,钻孔涌水量Q=0.794L/s,单位涌水量q=0.303L/sm,水位标高993.50m,含水层的富水性弱中等,含裂隙孔隙承压水。P1x下部的泥岩全区发育,连续性好,隔水层好,是良好的隔水层。 二叠系下统山西组(P1s):岩性上部为深灰、灰白色中粗粒砂岩夹粘土岩、泥岩、粉砂岩;中部为灰白色、灰黑色中细粒砂岩、砂质泥岩、粘土岩、泥岩,含2、3、4号煤层;下部为灰白色、黄褐色粗粒砂岩、含砾粗粒砂岩及砂砾岩,含5号煤层。分布广泛,全区赋存。根据Y11、Y12号钻孔抽水试验成果:含水层厚度30.4031.31m,平均30.86m,地下水位标高埋深53.5058.35m,水位标高1068.001078.35m,涌水量Q=0.04170.0715L/s,单位涌水量q=0.001050.00256L/sm,渗透系数K=0.003280.00631m/d,含水层的富水性微弱,透水性与导水性能较差,地下水的补给条件与径流条件差。由于受P1x下部隔水层的阻隔,该含水层与上部含水层的水力联系较小。该含水层为井田的直接与主要充水含水层。 石炭系上统太原组(C2t):上部岩性为砂质泥岩、粘土岩,含6号煤层,下部岩性为深灰色泥岩、砂质泥岩,灰白色中粗粒砂岩,含8、9、10号煤层,底部为灰白色细粗粒石英砂岩,分布广泛,全区赋存。根据Y11、Y12号钻孔抽水试验成果:含水层厚度53.2362.51m,平均57.87m,地下水位埋深115.18127.80m,水位标高998.551016.67m,涌水量Q=0.07840.125L/s,单位涌水量q=0.004770.00602L/sm,渗透系数k=0.007380.00845m/d,含水层的富水性微弱,透水性较差,水质良好,地下水的补给与径流条件均较差,下部隔水层的隔水性能较好,该含水层为井田的直接与主要充水含水层。 石炭系上统本溪组(C2b):岩性为深灰色泥岩、砂质泥岩,灰白色细粗粒石英砂岩,浅灰色铝土岩,铝土质粘土岩,分布广泛,平均厚度15.97m。据邻区资料,泉水流量Q=0.010.05L/s。因此岩层的富水性非常微弱,可视为相对隔水层,该地质厚度稳定,分布连续,因此隔水性能良好。4、奥陶系中统马家沟组(O2m)石灰岩岩溶承压水含水层岩性为浅灰色石灰岩、白云质灰岩,发育有小溶洞和裂隙,井田内217号钻孔最大揭露厚度29.32m,据邻区资料:地下水位标高872.7868.8m,单位涌水量q=2.82634.321L/sm。该含水层富水性不均,岩溶发育地段的富水性强。由于上部C2b的隔水性能良好,所以含水层与上部C2t煤系含水层的水力联系较小。但井田内煤层底板最低标高为642.64m,低于水位标高,因此,灰岩水会通过隔水层的薄弱地段向煤层充水。综上所述,本井田的直接充水含水层为煤系地层承压水含水层,以孔隙含水层为主,裂隙含水层次之。煤层虽位于地下水位以下,但以贫乏的大气降水为主要充水水源,补给条件差,直接充水含水层的单位涌水量q400mm时,抑止煤尘爆炸最低岩粉量为10%65%,煤尘有爆炸危险性。(4)地温恒温带深度5080m,温度617,一般为12,388m深度时温度14.2,本区属于地温正常区域,无地热危害。首采面综合柱状图如下:2 井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田范围酸刺沟矿井位于内蒙古自治区准格尔煤田中部,南部详查区的西北角。井田南北走向长8.9km,东西倾斜宽6.5km,面积58.74km2。井田的东部及北部与哈尔乌素露天矿为界,南部与规划的黄玉川井田为界,西部以6号煤层+600m底板等高线为界。2.1.2开采界限本井田可采煤层共4层,其中主要可采煤层是4煤、6上煤、6煤。本设计只针对4煤进行新井设计。2.1.3井田尺寸井田的走向最大长度为9.1km,最小长度为5.7km,平均长度为8.9km。井田的倾向最大长度为6.9km,最小长度为5.5km,平均长度为6.6km。煤层的倾角最大为8,最小为1,平均为2。井田的水平面积按下式计算:S=HL (2-1)式中S 井田的水平面积,m2H井田的平均水平宽度,mL井田的平均走向长度,m则井田的水平面积为:S=8.96.6=58.74km2,井田赋存状况示意图如图2-1-1所示。图2-1-1 井田赋存状况示意图2.2井田地质勘探受伊泰煤炭股份有限责任公司的委托,2006年6月内蒙古自治区煤田地质局151勘探队提交了内蒙古自治区准格尔煤田酸刺沟煤矿煤炭资源储量核实报告 。该报告的井田范围为58.7 km2,与总体规划的井田面积和境界相一致。2.3矿井地质储量2.3.1储量计算原则(1)煤层中单层厚度0.05m的夹矸一律剔除,厚度0.05m的夹矸与煤合并利用,但全层的灰分、硫分和发热量应符合要求。(2)当煤层中夹矸单层厚度0.80m时,被夹矸分开的煤层原则上作为独立分层。(3)煤层顶底部,当煤分层厚度夹矸厚度时,上下煤分层合并计算厚度;当煤层分层厚度夹矸厚度时,该煤分层不予以利用。(4)同一煤层若仅个别钻孔单层夹矸厚度超过最低可采厚度,而上下煤分层均达到可采厚度时,上下煤分层仍合并利用。(5)由多个煤分层组成的复杂结构煤层当各煤分层总厚0.80m,夹矸总厚不超过煤分层总厚的1/2时,以各煤分层总厚作为利用厚度,但煤层顶底部的煤分层仍按第三条的原则取舍。(6)对高灰煤原则上全部剔除。2.3.2矿井地质储量计算由于矿井井田形状规整,本区矿井储量采用网格法,将井田分为A、B、C、D四个块段(根据等高线疏密程度划分面积小块)具体分块情况见图2-3-1井田地质储量计算面积划分示意图,根据每个面积小块的等高线水平间距和高差计算出面积小块的煤层倾角,用CAD命令计算面积小块的水平面积,由此可计算得出每个块段的不同储量,矿井地质总储量即为各块段储量相加之和。再根据:Z=mS/cos (2-2) 式中Z矿井地质储量,tS 井田块段面积,m2m煤层平均厚度煤层的容重,1.50t/m3各块段煤层的倾角图2-3-1 矿井块段划分示意图由式2-2及矿井块段划分图,得各块段地质储量计算见下表2-3-1:表2-3-1 矿井地质储量计算表块段名称倾角/面积/km2煤层厚度/m储量核算/MtA122.1063.53117.069B415.2813.9490.531C311.7253.9369.161D29.6383.8755.925资源总储量332.686则矿井地质储量:Z=332.686 Mt2.3.3矿井工业储量计算矿井工业储量是指在井田范围内,经过地质勘探,煤层厚度与质量均合乎开采要求,地质构造比较清楚,目前可供利用的可列入平衡表内的储量。矿井工业储量是进行矿井设计的资源依据,一般也就是列入平衡表内的储量。矿井工业储量:地质资源量中探明的资源量331和控制的资源量332,经分类得出的经济的基础储量111b和122b、边际经济的基础储量2M11和2M22,连同地质资源量中推断的资源量333的大部,归类为矿井工业储量。储量的分配探明储量、控制储量、推断储量按6:3:1分配,经济基础储量、边际经济基础储量按90%、10%分配,次边际经济基础储量不计。各种储量分配见表2-3-2:表2-3-2 矿井工业储量计算表类别探明储量/Mt控制储量/Mt推断储量/Mt经济储量边际储量经济储量边际储量数量139.72859.88369.86429.94233.269合计199.61199.806Zg=111b+122b+2M11+2M22+333k (2-3)式中:k取0.9,则:Zg=139.728+69.864+59.883+29.942+33.2690.9=329.359 Mt2.4矿井可采储量2.4.1井田边界保护煤柱按照煤矿安全规程的有关要求,井田边界内侧暂留20m宽度作为井田边界保护煤柱,损失按下式计算。 P=HLmr (2-4)式中:P井田边界保护煤柱损失,Mt;H井田边界煤柱宽度,20m;L井田边界长度,31680m;m煤层厚度,3.82m;r煤层容重,1.5t/m3代入数据得:P=20316803.821.5=3.6Mt2.4.2工业广场保护煤柱考虑到近些年来建筑技术提高很快,建筑物不断向空间发展,所以,工业广场的面积都有缩小的趋势,本井田工业广场的面积为500m500m=0.25km2。建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程第14条和第17条规定工业广场属于级保护,需要留设15m宽的围护带。本设计选定工业广场长为500m,宽为500m,结合本矿井的地质条件及表土段和基岩段移动角(表2-4-2)采用垂直剖面法计算工业广场的压煤损失。表2-4-2 地质条件及岩层移动角煤层倾角/煤层厚度/m广场中心深度/m/23.82+91045707070采用垂直剖面法计算所得工业广场压煤示意图如图2-4-1所示图2-4-1 4煤工业广场保护煤柱计算示意图表2-4-3 工业广场保护煤柱压煤量计算表煤层厚度/m工广煤柱面积/m压煤量/Mt4煤3.826806683.92.4.3风井保护煤柱按照 建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程(2000版)中参数计算,取风井工业场地为mm,同样采用垂直剖面法计算风井压煤量为:1.2Mt。2.4.4大巷保护煤柱大巷两侧各留设50m保护煤柱,计算可得大巷保护煤柱总量为7.3Mt。2.4.5斜井保护煤柱图2-4-2 斜井保护煤柱压煤量示意图综上所述,矿井的永久保护煤柱损失量汇总见表2-4-4表2-4-4 永久保护煤柱损失量煤柱类型储量/Mt井田边界保护煤柱3.6斜井保护煤柱0.4大巷保护煤柱7.3风井保护煤柱1.2工业广场保护煤柱3.9合计16.42.4.6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:Zk=(Zg-P)C (2-6)式中:Zk矿井可采储量,t;Zg矿井的工业储量,Mt;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,Mt;C采区回采率根据煤炭工业矿井设计规范2.1.4条规定:矿井的采出率,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。本设计矿井4号煤层厚度为3.82m,属于厚煤层,采区回采率取80%。则代入数据得矿井设计可采储量:Zk=329.359-16.40.8=251.367Mt3 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要求,设计矿井年工作日为330d,每日净提升时间为20h。每天三班作业,其中两班半生产,半班检修。3.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1确定依据根据本井田煤层赋存状况、地质构造、开采技术条件、采掘工作面配备,设计确定矿井生产能力为3.0Mt/a。分析如下:(1)优越的地质条件为工作面高产奠定了基础本矿井为低瓦斯、近水平煤层,主要可采煤层厚度大,赋存稳定,水文地质及构造简单,没有断裂构造及岩浆岩侵入,以上条件为综采工作面高产高效奠定了基础。(2)煤炭科技进步为矿井高产高效创造了条件中厚煤层长壁综采在我国煤矿生产中普遍使用,占综采比例70%以上,技术、装备和生产管理已经成熟,其中大采高综采近年来更是取得了飞速发展, 矿井达产时开采的4号煤为中厚厚煤层,平均厚度3.82m,采用国产设备开采。(3)先进的采掘设备为工作面高产提供了保证目前国内外大采高综采设备均向大型化、重型化以及自动化方向发展,综采工作面实现了自动化控制。在综采设备方面,采煤机装机功率超过2000kW,牵引速度平均为1521m/min,生产能力达到75t/min;刮板机长度已超过450m,装机功率已达3000kW,大幅度地提高了设备的可靠性。3.2.2矿井设计生产能力设计根据矿井煤层赋存条件,综采工作面采用全引进设备,选用大功率、大运量、高强度的采掘设备,完全可以满足工作面高产高效生产的需要,确定的3.0Mt/a生产能力是可行的。3.2.3矿井服务年限矿井可采储量Zk、设计生产能力A和矿井服务年限T三者之间的关系为:T=Zk(AK) (3-1)式中:T 矿井服务年限,a;Zk 矿井可采储量,251.367Mt;A 设计生产能力,3.0Mt/a;K 矿井储量备用系数,取1.3矿井投产后,产量迅速提高,矿井各生产环节需要有一定的储备能力。例如局部地质条件变化,使储量减少;或者矿井由于技术原因,使采出率降低,从而减少了储量。因此,需要考虑储量备用系数。煤炭工业矿井设计规范第2.2.6条规定:计算矿井及第一开采水平设计服务年限时,储量备用系数宜采用1.31.5。由于本矿井地质条件简单,矿井储量备用系数选定为1.3。把数据代入式3-1得矿井服务年限:T=251.36731.3=64.5a经计算,矿井服务年限为64.5a,符合煤炭工业矿井设计规范的有关规定。随着全井田精查勘探工作的进行,设计可采储量有望提高,另外,井田西部为未规划和未勘探的区域,向西有着较大的发展空间,可做为矿井的后备开采区。届时矿井的服务年限将得到进一步延长。4 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。井田开拓具体有下列几个问题需要确定:(1)确定井筒的形式、数目和配合,合理选择井筒及工业广场的位置;(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;(5)进行矿井开拓延深、深部开拓和技术改造;(6)合理确定矿井通风、运输及供电系统。开拓问题解决的好坏,关系到整个矿井生产的长远利益,关系到矿井的基建工程量、初期投资和建设速度,从而影响矿井经济效益。因此,在确定开拓方式是要遵循以下原则:(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)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的状态。(5)要适应当前国家的技术水平和设备供应情况,应为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综合机械化、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(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。平硐开拓受地形及赋存条件限制,要求地形条件合适,即在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;通风线路长,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,需要设备多,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2,为近水平煤层;表土层薄,无流沙层;水文地质条件简单,涌水量小;井筒不需要特殊施工,因此可采用斜井开拓或立井开拓。经后面方案比较确定井筒形式为双斜井。(2)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; 工业场地应充分利用地形,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; 工业场地宜少占耕地,少压煤; 距水源、电源较近,矿井铁路专用线短,道路布置合理。本设计方案工业场地位于井田中部西坪沟东侧,场地标高在+1162+1208m左右,地形较为开阔平坦,西面靠近薛魏公路,便于地面运输和布置。4.1.2工业场地的位置工业场地的位置选择在井田中部西坪沟东侧。工业场地的形状和面积:形状为矩形,长为500m,宽为500m。4.1.3开采水平的确定及采盘区划分本设计开采4号煤层,4号煤层倾角平缓,为18,平均2,为近水平煤层,故设计为单水平开采。水平标高为+939m,盘区式开采。4号煤层的生产能力为:可采储量251.4Mt,服务年限为64.5a。4.1.4主要开拓巷道4号煤层平均厚度为3.82m,赋存稳定,为近水平煤层,煤层厚度变化不大,且煤质硬度较大,而且本着多做煤巷少做岩巷的原则,故矿井开拓大巷布置在煤层中,留大煤柱护巷,大巷间距50m。矿井主运输为带式输送机运输,辅助运输为无轨胶轮车运输,因此,为满足运输及通风的需要,设计布置三条大巷,分别为带式输送机大巷、辅运大巷和回风大巷。井田中部东西向布置一组三条大巷,井田北部南北向布置一组三条大巷开拓全井田。4号煤层平均厚度为3.82m,顶板岩性为灰黑色粗粒砂岩,大巷原则上沿煤层布置。4.1.5方案比较 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,分述如下:方案一:倾向大巷无轨胶轮车斜井开拓在工业场地的东侧中间位置开凿主、副斜井,主井向东北方向布置,倾角13,斜长991m,井底到4煤底板;副井向北然后折而向东布置,按胶轮车斜井考虑,倾角6,向北进入大巷位置后,向东平行于大巷进入4号煤,斜长1922m。风井为立井,井筒深度为301m。大巷沿煤层倾向布置。井田开拓方式剖面图见图4-1-1。方案二:倾向大巷绞车斜井开拓本方案主斜井、风井布置与方案相同,副斜井在主斜井的北侧平行于主斜井布置,倾角20,井筒长度738m,井底落在4煤底板。由于井下采用无轨胶轮车运输,为了实现材料、设备在有轨系统与无轨系统之间的转换,在副斜井井底设置换装站、无轨胶轮车检修、加油及存放硐室。大巷也沿煤层倾向布置。井田开拓方式剖面图见图4-1-2。方案三:倾向大巷斜风井开拓本方案回风井为斜井,井口位于主斜井的西北侧,平行于主斜井布置,井口标高+1165m,井底标高+941m,井筒长度701m,倾角20,井筒净宽5.6m,净断面为23.4m2,掘进断面为25.4m2。主副斜井及大巷布置同方案一,井田开拓方式剖面图见图4-1-3。方案四:走向大巷开拓本方案开拓一盘区和二盘区时和方案一相同,用一组沿煤层倾向的三条大巷开拓,开采三盘区时布置一组沿煤层走向的三条煤层大巷,三盘区为双翼盘区。两方案的区别就在于大巷是沿煤层倾向还是沿煤层走向布置。方案一和方案四的井田开拓方式平面图分别见图4-1-4和图4-1-5。图4-1-4 方案一 倾向大巷无轨胶轮车斜井开拓平面图图4-1-5 方案四 走向大巷无轨胶轮车斜井开拓平面图(2)技术比较与粗略经济比较方案一、方案二副斜井辅助运输方式不同导致副斜井井筒断面面积、角度、长度及运输费用不同。方案一为无轨胶轮车斜井,井上下连续运输,材料设备不需转载,环节少,效率高,地面生产系统简单,生产管理方便,增产潜力大,摆脱了长期以来传统
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