兴隆庄煤矿1.2Mta新井设计含5张CAD图-采矿工程.zip
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兴隆庄煤矿煤矿1.2Mt/a新井设计摘 要本设计包括三个部分:一般部分、专题部分和翻译部分。一般部分为兴隆庄煤矿1.2Mt/a新井设计。兴隆庄煤矿位于山东省兖州市,交通便利。井田走向(东西)平均长约4.3km,倾向(南北)平均长约3.5km,井田总面积为13.55Km2。主采煤层为3号煤,平均倾角为4,煤层平均总厚为8.28m。井田地质条件较为简单。井田工业储量为138.29Mt,矿井可采储量85.10Mt。矿井服务年限为54.5a,矿井正常涌水量为400m3/h,最大涌水量为650m3/h。矿井瓦斯涌出量低,为低瓦斯矿井。井田为立井单水平上下山开拓,划分为四个采区,两个采区;大巷布置在-320m水平,采区采用上、下山开采方式,采区采用集中巷布置;工作面布置为综合机械化放顶煤;大巷采用胶带输送机运煤,辅助运输采用架线式电机车牵引矿车设备,主井采用箕斗提升,副井采用罐笼提升;矿井通风方式为两翼对角式通风;矿井年工作日为330d,日提时间为16h;工作制度为“三八”制。专题部分题目是提高煤炭采出率技术探索与实践为提升采出率并保护环境,文章介绍正常煤层赋存区的干净开采和“三下”煤层赋存区特殊开采时可供选择的几种采煤工艺。超长综放面煤层自燃火灾防治技术研究。在确定超长综放面煤层自燃危险区域的基础上,提出了有针对性、高效的综合防灭火技术体系,建立了超长综放面煤层自燃火灾快速应急防灭火系统,成功地对兴隆庄煤矿4324超长综放面煤层自燃火灾进行治理,为超长综放面的安全生产提供了重要的技术保障。翻译部分主要内容为高应力软岩下矿井巷道支护,英文题目为:Under high stress soft crag mine pit tunnel supports and protections。关键字:矿井设计;立井单水平;上下山开采;综合机械化采煤ABSTRACTThis design includes three parts: the general part,the projects section and translation part.The general part is a new design of Xinglongzhuang coal mine.Xinglongzhuang coal mine is located in YanZhouShi,ShanDong province,the transportation is convenient.The run of the minefield is 4.3 km,the width is about 3.5 km,the total area of mine field is about 13.55km2.The three is the main coal seam, and its dip angle is 4 degree. The thickness of the main coal seam is about 8.28m in all.The proved reserves of the minefield are 138.29 million tons. The recoverable reserves are 85.10 million tons.The designed productive capacity is 4.0 million tons percent year,and the service life of the mine is 55.4 years.The normal flow of the mine is 400m3 per hour and the max flow of the mine is 650 m3 per hour.Mine gas emission is low,for low gas mineral well.The mine field isshaft with single level developments,devided into fout mining districts, two strip districts.The main roadway arranges in - 370m level.The mining district uses rise and dip Type,the strip district uses main inclined drift.The working face adopts fully-mechanizedcoal mining technology with sublevel caving,The main roadway uses accordion conveyor to transport coal.The auxiliary transportion uses trolley locomotive hauling mine car equipment.The main shaft uses skip hoisting,the auxiliary uses cage hoisting.The Mine ventilation mode is two-wing diagonal type ventilation.The mine pit year working day is 330d, the work routine is “foursix”.The topic of the projects sectionisresearch on prevention and control of coal seam spontaneous combustion in the overlong fullymechanized longwall coal mining face.Base on the confirmation on the dangerous zone of seam spontaneous combustion in the overlong fullymechanized longwall coal mining face,the paper provided the related and high efficient comprehensive mine fireprevention and extinguishing technology system.A rapid emergency mine fire prevention and extinguishing system forseam spontaneous combustion fire disaster of the overlong fully mechanized longwall coal mining face wasestablished.Aseam spontaneous combustion fire disaster occurred in No. 4324 overlong fully mechanized longwall coal mining face wassuccessfully controlled,which would provide an important technical guarantee for the safety production of the overlongfully mechanized longwall coal mining face.The main content of the translation part is about the mine pit tunnel support and protectionunder high stress soft crag under.Keywords:The mine pit design; vertical shaftsingle level; updown a mountain mining;synthesis mechanization mining coal.目录1 矿区概述及井田地质特征11.1矿区概述11.1.1矿区地理位置11.1.2矿区气候条件11.1.3水文条件21.1.4自然地震21.2井田地质特征21.2.1井田地质特征21.2.2井田地质构造31.2.3水文地质51.3煤层特征51.3.1煤层埋藏条件51.3.2煤层的围岩性质61.3.3煤的特征71.3.4开采技术条件92 井田境界和储量102.1井田境界102.1.1井田界限102.1.2井田尺寸及概况102.2矿井工业储量112.2.1井田勘探类型112.2.2矿井工业储量的计算及储量等级112.3矿井可采储量132.3.1矿井永久保护煤柱损失量132.3.2矿井的可采储量163 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矿井设计能力及服务年限173.2.1确定依据173.2.2确定矿井设计生产能力173.2.3矿井服务年限183.2.4井型校核194 井田开拓204.1井田开拓的基本问题204.1.1确定井筒形式、数目、位置及坐标204.1.2工业场地的位置214.1.3采采区的划分224.1.4开采水平的确定224.1.5矿井开拓方案比较224.2 矿井基本巷道264.2.1井筒264.2.2开拓巷道304.2.3井底车场及硐室325 准备方式采区巷道布置345.1煤层地质特征345.1.1采区位置345.1.2采区煤层特征345.1.3煤层顶底板岩石构造情况345.1.4水文地质345.1.5地质构造345.2采区巷道布置及生产系统345.2.1采区准备方式的确定345.2.2采区巷道布置355.2.3采区生产系统365.2.4采区内巷道掘进方法365.2.5采区生产能力及采出率365.3采区车场选型设计376 采煤方法396.1采煤工艺方式396.1.1采区煤层特征及地质条件396.1.2确定采煤工艺方式396.1.4回采工作面破煤、装煤方式406.1.5回采工作面支护方式406.1.6端头支护及超前支护方式466.1.7各工艺过程注意事项466.1.8回采工作面正规循环作业486.2回采巷道布置516.2.1回采巷道布置方式516.2.2回采巷道参数527 井下运输557.1概述557.1.1矿井设计生产能力及工作制度557.1.2煤层及煤质557.1.3矿井运输系统557.2采区运输设备选择567.2.1设备选型原则:567.2.2采区运输设备选型及能力验算567.3大巷运输设备选择607.3.1胶带运输大巷设备选择607.3.2辅助运输大巷设备选择607.3.3运输设备能力验算618 矿井提升638.1矿井提升概述638.2主副井提升638.2.1已知数据638.2.2主井提升设备选型638.2.3副井提升设备选型638.2.4井上下人员运送649 矿井通风及安全669.1矿井概况、开拓方式及开采方法669.1.1矿井地质概况669.1.2开拓方式669.1.3开采方法669.1.4变电所、充电硐室、火药库679.1.5工作制、人数679.2矿井通风系统的确定679.2.1矿井通风系统的基本要求679.2.2矿井通风方式的选择679.2.3矿井主要通风机工作方式选择689.2.4采区通风系统的要求689.2.5采区工作面通风方式的选择699.3矿井风量计算719.3.1通风容易时期和通风困难时期采煤方案的确定719.3.2各用风地点的用风量和矿井总用风量719.3.3风量分配769.4矿井通风阻力计算769.4.1计算原则759.4.2矿井最大阻力路线789.4.3计算矿井摩擦阻力和总阻力789.4.4两个时期的矿井总风阻和总等积孔809.5选择矿井通风设备809.5.1选择主要通风机809.5.2电动机选型849.6安全灾害的预防措施859.6.1预防瓦斯和煤尘爆炸的措施859.6.2预防井下火灾的措施859.6.3防水措施8610 设计矿井基本技术经济指标87参考文献88致谢89VII1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1矿区地理位置兴隆庄矿井位于山东省兖州市境内,井田横跨兖州、曲阜两市。津浦铁路干线纵贯井田东北部,兖济铁路从井田北侧向西延伸,兖石铁路自井田南侧向东延伸,西接京九线,东至石臼所新港,矿区铁路经大东章集配站与津浦铁路相接。公路四通八达,104国道沿井田东部通过,兖济公路沿井田西部通过,兖邹公路贯穿井田范围,区内地势平坦,交通十分方便。矿井北距兖州市8k m,东距程家庄2.1k m,东南距邹城市14k m。矿井交通位置图见图1-1。图1-1 矿井交通位置图1.1.2矿区气候条件本区为温带半湿润季风区,属大陆与海洋间过渡性气候,四季分明。据济宁、兖州、邹城气象站19592001年的观测资料,年平均气温14.1,气温最低月为元月,平均气温-2。最高气温为7月份,平均气温29,最高可达40以上。年平均降雨量712.7 mm,年最小降雨量347.90 mm,最大降雨量1179.3 mm。雨季多集中在78月,有时延至9月,其降雨量约占全年降雨量的65 %。年平均蒸发量1884.8 mm,最大蒸发量多在47月,约占全年蒸发量的45 %。风向频率多为南及东南风,年平均风速2.73 m/s,极端最大风速24 m/s,最大风速的风向多为偏北风。结冰期由11月至翌年3月,最大冻土深度0.45 m,最大积雪厚度0.19 m。1.1.3水文条件区内为第四系冲积平原,地形平坦,由东北向西南逐渐降低,坡度极为平缓。地面标高变化于+52 m+44 m之间,井口附近地势较高,工业广场标高为+49.20 m。除特大洪水外,一般不受威胁。区内有泗河纵贯全区。泗河全长142Km,河宽1001000 m,流域面积2590Km2,最大流量3380 m3/s;流经本区3层煤隐伏露头的部分地段,向西南注入南阳湖,属一季节性河流,与第四系潜水有一定的水力联系。1.1.4自然地震兖州市的地震烈度为7度。1.2井田地质特征兴隆庄井田位于兖州煤田东北隅,属全隐蔽井田。北部以滋阳断层为界,南邻鲍店井田,东接东滩井田,西靠杨村井田,西北以兖州城安全煤柱接上组煤层露头为界。1.2.1井田地质特征兖州煤田为一轴向北东、向东倾伏的不对称向斜。兴隆庄煤矿位于兖州向斜的北翼,为一走向北东北西,倾向南东北东,倾角214的单斜构造。主要含煤地层为下二叠统山西组和上石炭统太原组,煤系和煤层沉积稳定,为华北型含煤岩系,无岩浆侵入,平均厚度310 m,全部为第四系冲积层所覆盖,井田地层综合柱状图见图1-2。第四系厚度在132.4235.29 m之间,平均厚度184.08 m,分上中下三组,以粘土、砂质粘土,含粘土的砂(砾),或砂(砾)等相间组成,不整合于侏罗系之上。侏罗系的上侏罗统,最大残厚330.46 m,仅保留于本区东南部的边缘地段,由紫红色细砂岩或中细粒砂岩,间夹细砂岩与泥岩互层所组成,底部偶见砾岩,与二叠系成不整合接触。二叠系之石盒子组最大残厚181.88 m,一般厚度60 m左右,以粘土岩为主,间夹细砂岩,其底部全区普遍发育着一层粗砂岩或含砾砂岩,孔隙度大,硅质接触式胶结,岩性稳定,整合于主要含煤地层山西组之上。二叠系山西组厚84.82152.91 m,一般厚为129.62 m,为本煤田的主要含煤地层,含有局部可采的2层煤和稳定可采的3层煤,其中3层煤是井田的主采煤层,煤层底部多为细砂岩、粉砂岩互层,有时相变为中砂岩,整合于石炭系之上。上石炭系的太原群厚148.53185.13 m,一般厚度173.42 m,以粉砂岩和泥质岩为主,间加中砂岩、粘土岩、薄层灰岩及煤层组成,共含煤23层。其中16层、17层煤是全井田可采的薄煤层,主要标志层为第三层灰岩和第十层灰岩,地层多为粉砂岩和深灰色泥岩为主,间夹以中砂岩、粘土岩和薄层灰岩,整合于本系的本溪群之上。中石炭系本溪群厚21.4936.00 m,一般厚度28.75 m,以灰岩为主,假整合于奥陶系之上。奥陶系马家沟统总厚725.20 m,以石灰岩为主,有裂隙和洞穴,与下伏寒武系呈整合接触。1.2.2井田地质构造井田位于兖州向斜的北翼。为一倾向南东至北东,倾角214,一般为48,走向北东至北北西的单斜构造,并发育着次一级小型的宽缓波状起伏。区内北东向逆断层不发育,而北西向的高角度正断层较发育,并具有断层走向的弯曲、分叉、合并、落差时大时小、呈”入”字型构造形态等特点。图1-2井田地层综合柱状图煤层有古河床冲刷切割。地质构造整体比较简单,但有的采区比较复杂,局部不能开采。主要断层特征见表1-1。表1-1主要断层特征断层名称性质走向倾向倾角落差( m)滋阳断层正N40 60WNE推定802097500滋阳断层支一正N15 65WNE80115滋阳断层支二正N55WNE801017滋阳断层支三正N80 70WNE802200大苑庄断层正N50 55WNE801525官庄断层正N35 40WNE8010小施村断层正N30 40WNE808巨王林断层正N25 85WSW8022110巨王林断层支一正N15 25WSW8032大岗头断层正N20 80WNE8040牛王村断层正N5 20ESE803538孙家庄断层正N10E N25WSENE8080铺子断层正N3 25WSW80860铺子断层支一正N10EN20WNWSW80200铺子断层支二正N40E N40WNWSW80828刘家楼断层逆N65ENW5012三元村断层逆N60ENW50101.2.3水文地质矿井水文地质比较简单。主要含水层为上覆的第四系覆盖层,总厚度平均184.08 m,分上、中、下三组,除中组粘类的厚度占73 %左右,透水性弱,含水不丰富外,其上、下两组均为含水丰富的砂及砂砾岩层。上组含水层局部地段与地表径流和降雨进行垂直渗透补给,补给和排泄条件良好。下组含水层间夹有不稳定的粘土层,其上有中组为隔水层,故含水性虽强,但补给和排泄条件较差,其底部含水层为煤系含水层的主要补给水源。基岩主要含水层对矿井充水直接有关的为第3层煤顶部砂岩,第三层灰岩和第十层灰岩。当有断层构造时,其它含水层也可成为奥陶系灰岩水的通道,直接影响矿井安全开采。煤系底部的奥陶系灰岩,厚度在450750 m之间,虽然含水丰富,但因距主采煤层甚远,故近期内对矿井生产不产生影响。根据地质报告预测,开采前期矿井正常涌水量为400 m3/h,最大涌水量为500 m3/h;开采后期正常涌水量为550 m3/h,最大涌水量为650 m3/h。而投产20年来的实际资料,矿井正常涌水量为215.64 m3/h,最大涌水量为312.13 m3/h。1.3煤层特征1.3.1煤层埋藏条件井田含煤地层共含有26层煤,总厚度17.88 m。其中稳定可采的有3、16上、17三层煤,局部可采的2煤、6煤以及暂不可采的10下、 15上层煤,可采煤层总厚度13.14 m,约占煤层总厚的73.5 %。而第三层煤全区稳定,平均厚度为8.29 m,占可采煤层总厚的63 %,是矿井的主采煤层。表1-3可采煤层情况一览表厚度( m)最小-最大平均(点数)煤层间距( m)最小-最大平均夹石情况结构稳定性可采性层数岩性厚度( m)2煤0-2.200.84(85)1细砂岩泥岩粘土岩0.200.200.15简单不稳定局部可采14.95-42.8529.75(76)3煤2.30-10.658.28(144)1-2炭质砂岩泥岩粘土岩0.100.150.15较简单稳定全区可采24.15-46.3436.19(103)6煤0-0.970.68(136)1偶见炭质泥岩0.10简单极不稳定局部可采43.30-60.2050.18(72)10下煤0-1.170.62(94)1炭质砂岩泥岩0.100.10简单极不稳定局部可采23.30-42.7033.94(81)15上煤0-1.100.61(100)1炭质砂岩炭质泥岩粘土岩0.150.100.10简单极不稳定局部可采30.10-50.7943.89(102)16煤0.6-2.351.09(120)1炭质砂岩泥岩粘土岩0.150.100.10简单稳定全区可采5.50-13.127.92(119)17煤0.50-1.291.00(117)1-2炭质砂岩泥岩粘土岩0.230.100.10较简单稳定全区可采1.3.2煤层的围岩性质3煤层厚度大且稳定,厚度为2.3010.6 m,平均8.28m,绝大部分区厚度在8 m以上,仅极个别点厚度在3 m左右。煤层结构简单,含12层夹石,夹石岩性为炭质细砂岩、泥岩和粘土岩,其厚度一般0.15 m,无分层现象。全井田范围内钻孔(含井筒)穿过煤层点共148个,其中:可采点143个,工程质量差不能用的1个;断缺断薄点3个;仅供参考点1个;有效点143个。可采性指数为1,煤厚变异系数为16.15 %。属全区可采的稳定煤层。3煤层厚度变化较小,大致呈现出西厚东薄的趋势。煤层直接顶板主要为粉砂岩、其次是泥岩等,一般厚度15 m;老顶以中、粗、细、粉砂岩互层组成,厚22 m左右,裂隙较发育,局部见伪项,一般为泥岩、粘土岩或炭质泥岩,厚0.20 m左右。直接底板为粘土岩,厚0.101.44 m,向下为中、细砂岩和粉砂岩互层,厚18 m左右。1.3.3煤的特征本区煤质稳定,各层煤的主要指标变化很小,均为中变质程度的气煤。山西组煤层(第2、3层煤)属低硫中灰中等可选至易选煤,是良好的炼焦配煤或动力用煤;太原群煤层(第616、17层煤)属中灰富硫至高硫的易选煤,不宜单独作炼焦配煤,为动力用煤。1.3.4开采技术条件1)、地温据钻孔测定:非煤系地层地温梯度较小,一般为每百米1.6;煤系地层地温梯度相应增高,一般为每百米2.7;综合平均梯度每百米2.44。通常-650 m以上层段的地温不超过31;-650-750 m层段的地温为3137。2)、瓦斯、煤尘及自然发火根据地质资料,本矿井第3、16、17层煤都属于氮气带,沼气和二氧化碳含量很底,均小于10 m3/t,属低瓦斯矿井。可采煤层均有煤尘爆炸危险,煤尘爆炸指数一般为37 %-42 %。各煤层都有自燃发火倾向,自燃发火期为36个月。2井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田界限在煤田划分为井田时,要保证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,煤田划分为井田的原则:1)、井田范围内的储量、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、褶曲)等。4)、合理规划矿井开采范围,处理好相邻矿井的关系。2.1.2井田尺寸及概况该井田位于第四系冲积平原,井田范围内地面标高为变化于+52m+44m之间,目前井田范围为:北以滋阳断层为界;东以东滩矿为界;南以鲍店煤矿为界;西以铺子断层及杨村煤矿为界,西北以兖州城安全煤柱接上组煤层露头为界。井田范围是不规则状,井田走向长约4.3Km,倾斜宽约3.5Km,面积13.55Km2。矿井的主采煤层第三层煤全区稳定,平均厚度为8.28m,占可采煤层总厚的63%,产状平缓,一般在2-7.煤层成层平稳,地质构造简单,井田内有,三个断层,其中:断层落差为0-28m;断层落差为0-40m;断层落差为0-110m。井田赋存状况示意图如图2-1所示。图2-1井田赋存状况示意图2.2矿井工业储量2.2.1井田勘探类型兖州煤田于1957年发现,1958年8月提出综合普查报告,1964年11月提出矿区总体设计详查报告。1958年1964年华东煤田地质局123队在本井田内施工钻孔85个,工程量26940.59m;其中水文孔10个,工程量1934.62m,抽水10次。1965年1966年华东煤炭基本建设公司第二勘探队施工钻孔63个,工程量33548.71m;其中水文孔6个,工程量2146.92m,抽水6次。兴隆庄勘探区精查地质报告(最终)于1966年3月提交。以上整个勘探阶段在本井田范围内共施工钻孔148个,工程量60489.30m,其中水文孔16个,工程量4081.54m,抽水16次。资源勘探为矿井建设和生产提供了宝贵的地质资料,保证了矿井建设和生产的顺利进行。2.2.2矿井工业储量的计算及储量等级1)、矿井工业储量的计算井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据。用分组的方法来计算3#煤的工业储量。分组计算的原则为倾角相差不大。根据井田地质等高线图结合分组计算原则,把井田共划分为3个组。其划分如图2-2所示。图2-2 矿井储量块划分示意图煤炭工业储量计算公式一般为:Zg=SM/COS式(2-1)其中:Zg矿井的工业储量Mt;S井田水平面积,km2;M煤层的厚度,m;煤的容重, t/m3;煤层倾角, ()。根据公示2-1计算各区工业储量见表2-1所示。表2-1 煤层储量计算煤层面积(m2)倾角煤厚/m容重(t/m3)储量(106t)总储量(106t )一区3#8.581.3548.75138.29二区3#9.211.3565.43三区3#8.701.3524.11因此井田总的工业储量为:式(2-2)井田储量等级的圈定根据煤矿工业矿井设计规范规定矿井工业储量111b+122b+2M11+2M22+333k且有下表:表2-2 全矿井矿产资源储量统计结果汇总表分类经济意义探明的控制的推断的按经济意义按资源储量分类类型数量类型数量类型数量数量百分比数量百分比储量经济的11123199.830208.145.123600.235.2111b29737.0121122400.4基础储量121b122b471.130208.145.1边际经济的2M112M212M22资源量次边际经济的2S117558.936764.254.936764.254.92S212S2229205.3内蕴经济的331332333合计37295.929676.466972.310066972.32.3矿井可采储量2.3.1矿井永久保护煤柱损失量1)、井田边界保护煤柱井田西北界以-170m为停采线,风氧化带留设20m的保护煤柱,东西两界以断层为界,留设40m的保护煤柱,南北两界系人为边界,各留20m的保护煤柱。按下列公示计算:式(2-3)式中:边界保护煤柱损失量,Mt;:边界长度,m;:边界宽度,m;:煤层容重,m3/t;:煤层厚度,m;:煤层平均倾角,;则边界保护煤柱损失为:式(2-4)2)、断层保护煤柱按下列公示计算:式(2-5)示中:断层保护煤柱损失量,万吨;:断层长度,m;:煤柱宽度,m(留40m);:煤层容重,1.35t/m3;:煤层厚度,m;:煤层平均倾角,;所以断层保护煤柱损失量为:式(2-6)3)、工业广场保护煤柱根据煤炭工业设计规范不同井型与其对应的工业广场面积见表2-3。第5-22条规定:工业广场的面积为0.81.1平方公顷/10万吨。本矿井设计生产能力为,所以取工业广场的尺寸为400m360m的长方形。煤层的平均倾角为4度,工业广场的中心处在井田走向的中央,倾向中央偏于煤层中下部,其中心处埋藏深度为-320m,该处表土层厚度为186m,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。本矿井的地质掉件及冲积层和基岩层移动角见表2-4。表2-3 工业场地占地面积指标井型(万t/a)占地面积指标(公顷/10万t)240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.8表2-4 岩层移动角广场中心深度/m煤层倾角煤层厚度/m冲击层厚度/m-32048.2818645757275由此根据上述以知条件,画出如图2-1所示的工业广场保护煤柱的尺寸:图2-3 工业广场保护煤柱由图可得出保护煤柱的尺寸为:由CAD量的梯形的面积是:S3煤=/=则:工业广场的煤柱量为:Z工=SMR式(2-7)式中: Z工-工业广场煤柱量,Mt; S -工业广场压煤面积,m2;M -煤层厚度,煤8.28m;R -煤的容重, 1.35t/m3。则:Z3煤=Z工=4)、大巷、上山等永久保护煤柱大巷、上山均间隔30m,向两边外扩30m留为保护煤柱,按下列公示计算:式(2-8)示中:大巷上下山保护煤柱损失量,Mt;:大巷上下山长度,m;:边界宽度,90m;:煤层容重,1.35t/;:煤层厚度,8.28m; : 煤层平均倾角,。则大巷上下山保护煤柱损失为:则煤柱损失汇总如表2-5所示。表2-5保护煤柱损失保护煤柱名称数量/Mt合计/Mt边界煤柱1.68524.815断层煤柱4.65工厂煤柱5.97上下山、大巷煤柱12.512.3.2矿井的可采储量矿井的可采储量按下式计算:Zk=(Zg-P)式(2-7)式中:Zk-矿井的可采储量,Mt;Zg-矿井的工业储量,Mt;P-保护工业场地、井筒、井田境界、断层、河流、湖泊、建筑物等留设的永久煤柱损失量;C -采区采出率,厚煤层不低于0.75,中厚煤层不低于0.80,薄煤层不低于0.85,本矿取0.75。则:Zk=(138.29-24.815)0.75 =85.10 Mt矿井储量汇总见表2-6所示。表2-6矿井储量汇总表项目工业储量/Mt可采储量/Mt矿井138.2985.103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设计规范规定:矿井设计生产能力按年工作日330d计算,每天净提升时间为16 h。矿井采用”三八”制工作制度,三班生产一班检修,每班工作六个小时。3.2矿井设计能力及服务年限3.2.1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矿区规模,反之则缩小规模。3.2.2确定矿井设计生产能力对矿井设计生产能力提出了0.8Mt/a、1.2Mt/a和1.5Mt/a三个方案。经分析比较论证,确定设计生产能力为1.2Mt/a。其理由如下:1)、井田内煤层生产能力大,储量大,其可采储量为85.10Mt。主要集中在3#煤层,全井田可采。故井田有建设1.2Mt/a的条件;2)、井田内地质构造及水文地质条件简单。属于低瓦斯矿井,但煤层具有自然倾向性。故井田有建设1.2Mt/a的条件;3)、具有良好的外运条件。津浦铁路干线纵贯井田东北部,兖济铁路从井田北侧向西延伸,兖石铁路自井田南侧向东延伸,西接京九线,东至石臼所新港,矿区铁路经大东章集配站与津浦铁路相接。公路四通八达,104国道沿井田东部通过,兖济公路沿井田西部通过,兖邹公路贯穿井田范围,区内地势平坦,交通十分方便。因此,铁、公路均具有良好的运输保障。故具有建设大型矿井的外运条件;4)、井田内煤质好,煤炭用户落实。由于兴隆庄矿区地处华东严重缺煤地区,因此市场有保障;5)、矿井有较合理的服务年限。井型确定为0.8Mt/a是,服务年限为81.8a,与规定的50a比较,服务年限偏长,不能充分利用已勘探的资源,积压了储量;井型确定为1.5Mt/a时,服务年限为43.6a ,不满足规范设计下限50a的要求,服务年限过短,开发强度过大;而井型确定为1.2Mt/a时,服务年限为54.5,因此比较合适;6)、近十年以来,我国煤矿已有很多大型矿井投产。因此生产管理经验方面比较成熟。经上述分析论证,矿井总体设计确定井型为1.2Mt/a是较合理的。3.2.3矿井服务年限矿井服务年限必须与井型相适应,我国各类井型的矿井和第一水平的设计服务年限如表3-1所示。表3-1我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力/万ta-1矿井设计服务年限/a第一开采水平服务年限/a煤层倾角煤层倾角煤层倾角45600及以上7035300500603012024050252015459040201515930各省自定矿井可采储量Zk、设计生产能力A矿井服务年限T三者之间的关系为:T=Zk/(AK)式(3-1)式中:Zk矿井可采储量,Mt;A设计生产能力,Mt/a;K矿井储量备用系数,取1.3;T矿井服务年限,a。则矿井服务年限为:T 85.10/(1.21.3)54.5a ;矿井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1)、校核煤层开采能力是否满足设计生产能力井田内3号煤平均厚度8.28m,赋存稳定,厚度变化不大。每个区段内布置一个采煤工作面。由公式: 式(3-2)式中:330年工作日,取330 d;n日进刀数,2;L工作面的长度,150m;工作面的割煤高度,3m;工作面的放煤高度,5.83m;B采煤机的截深,0.8m;煤的容重,1.35t/m3;工作面的割煤回出率,97;工作面的放煤回出率,78;Q工作面的年生产能力,Mt/a;k掘进出煤系数,取1.1。第一采区采煤工作面年生产能力:故可以满足年产1.2Mt的设计要求。2)、校核各种辅助生产环节的能力本矿井是根据矿井生产能力考虑一定的富裕系数来确定各种辅助环节能力的,矿设计能力为1.2Mt/a,由于各方面条件都较好日后有望在此基础上扩产,因此在设备选型上都有很大富裕,所以辅助生产能力是满足设计能力的。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媒体,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;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,应照顾到不同煤质、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。但在解决集体问题时,必须从自然地质条件、技术条件和经济条件等各个方面的因素综合考虑。平硐开拓的优点:井下煤炭运输不需转载即可由平硐直接外运,因而运输环节和设备少、系统简单、费用低;平硐地面工业设施较简单,不需结构复杂的井架、绞车房和硐口车场;无需在平硐内设水泵房、水仓等硐室,减少许多井巷工程,省去排水设备,排水费用大大减少,对预防井下水灾较为有利;平硐施工条件较好,掘进速度快,可加快矿井建设;不留或少留工业场地煤柱,煤柱损失少。平硐开拓的不足之处是受地形及埋藏条件限制,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,上山部分的储量大致能满足同类井型水平服务年限要求时,都应采用平硐开拓。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。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:斜井井筒长辅助提升能力少,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。本矿井煤层倾角小,平均4,为近水平煤层;表土层厚,煤层埋藏深;水文地质情况比较简单;井筒不需要特殊施工,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立井。2)、井筒位置的确定井筒位置的确定原则:(1)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;(2)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;(3)井田两翼储量基本平衡;(4)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;(5)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;(6)工业广场宜少占耕地,少压煤;(7)距水源、电源较近,矿井铁路专用线短,道路布置合理。方案一井筒位置,方案二井筒位置,方案三井筒位置。4.1.2工业场地的位置由开拓方式知工业场地在井田范围内。4.1.3采区的划分4-1 采区划分示意图4.1.4 开采水平的确定本矿井主采煤层为3号煤层,其它煤层属薄且不稳定煤层,近期暂不开采可作为后备储量。3号煤层属近水平煤层,平均倾角为,煤层露头线为-150m,煤层埋藏最深处达-600m,垂直高度达450m。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200350m,针对于本矿井的实际条件,决定煤层的阶段垂高为300m左右。由于本矿井瓦斯,涌水及煤层倾角比较小,所以可以考虑上下山的开采方案,考虑到井田范围不大,所以本矿井也可采用两水平的开采方式。采用两个水平划分时,由于煤层是近水平煤层,所以立井开拓第一水平,二水平采用暗斜井延深。4.1.5矿井开拓方案比较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,如图4-2,分述如下:方案一:立井单水平上下山(岩石大巷) 主、副井均为立井,布置于井田中央,大巷布置在岩层当中。方案二:立井两水平立井延深(岩层大巷)主、副井均为立井,布置于井田中央,大巷布置在岩层当中,通过立井延深到第二水平。方案三:立井两水平暗斜井延深(岩石大巷)主、副井均为立井,布置于井田中央,暗斜井延深,大巷布置在岩层当中。2)、技术比较以上所提三个方案中,井筒位置、数量和轨道大巷、回风大巷长度以及一、二水平采区和采区布置总体一致。区别在于二水平的开拓方式不同而引起部分基建、生产经营费用不同。图4-2 开拓方案示意图方案二、三中,区别在于方案二中主副井的直接延深,这样会使得施工与生产之间干扰大,施工组织比较复杂;要在一段时间内停止井筒的提升,影响矿井生产;延深后矿井提升能力相对降低;优点是可以充分利用原设备、设施,投资少,提升系统单一,转运环节少,车场工程量相对减少。方案三中利用暗斜井延深,生产与施工的相互干扰少;暗斜井的位置、方向、倾角、提升方式的选择均可不受原有井筒的限制,可按有利于下部水平开采进行布置;原有井筒的提升能力不降低,设备可以继续使用;主要问题是增加了暗斜井的上部车场和硐室的工程量;增加了暗斜井的提运设备和转运环节。因煤层为近水平煤层,立井延深石门较长,故两方案中暂取方案三。详见表4-2。表4-2 各方案粗略估算费用表表4-2 各方案粗略估算费用表方案二方案三基建费岩巷44669.51574.80.0001=2941.45岩巷44669.561299.90.0001=2427.98维护费岩巷1.24669.567.02200.0001=3004.36岩巷1.24669.567.02350.0001=5257.63总费用/万元5945.817685.61百分数(%)100.00129.263)、经济比较方案一、三有差别的建井工程量、生产经营工程量、基建费、生产经营费和经济比较结果,分别汇总于表4-3表4-7中。在上述经济比较中需要说明以下几点:两方案大巷布置数目及位置相同;主、副井布置在岩层中,维护费用较低,故未对比其维护费用的差别;主、辅运输大巷断面大小不同,大巷维护费用按平均维护费用估算;方案中相同部分未做比较分析,仅对不同之处进行了计算对比。表4-3 建井工程量项目方案一方案三初期主井井筒/m320320副井井筒/m320+20320+20井底车场/m1000.001000.00开拓大巷/m4669.560244669.56024后期主暗斜井/m0.001278副暗斜井/m0.001278井底车场/m0.00300+500石门/m0.00440.00开拓大巷/m2767.489942767.48994表4-4 生产经营工程量项目方案一方案三运输提升/ 万tkm工程量工程量大巷及石门运输西四大巷及石门运输1.21150.970.188=1.21150.970.988=259.66 1364.59 西二大巷及石门运输1.21237.551.077=1.21237.551.527=1599.41 2267.69 下山及暗斜井运输东一采区1.21150.970.52941.21150.97(0.5294+0.975)731.19 2077.82 东三采区1.21237.550.76171.21
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