祁东煤矿1.2 Mta新井设计含5张CAD图.zip
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祁东煤矿1.2 Mt/a新井设计摘 要本设计包括三部分:一般部分、专题部分和翻译部分。一般部分为祁东煤矿1.2 Mt/a新井设计,共分十章:矿井概述及井田地质特征,井田境界和储量,矿井工作制度、设计生产能力及服务年限,井田开拓,采区巷道布置,采煤方法,井下运输,矿井提升,矿井通风及矿井基本技术经济指标。位于安徽省宿州市东南,距离市中心20km。矿区对外交通便利。区内地势较为平坦,井田走向长度约9 km,倾斜方向长约4 km。面积为23.16 km2。井田主采煤层为 煤层,厚度平均为4.70 m。煤层倾角平均为14,属于缓斜煤层。井田工业储量为157.6 Mt,矿井可采储量92.4 Mt。矿井服务年限为55 a,矿井正常涌水量为437.06,最大涌水量为586.10。矿井为高瓦斯矿井,矿井是突出矿井。祁东煤矿矿井工作制度为“三八”制,一个综采工作面保产。开拓方式为立井暗斜井延伸两水平,水平标高分别为-650 m,-900 m,准备方式为采区巷道布置。矿井主井采用箕斗提煤,副井采用罐笼作为辅助提升。工作面采用长壁采煤法,面长180 m,采煤工艺为综采。矿井主运输为胶带运输,辅助运输采用架线电机车牵引1.5 t固定式矿车运输。矿井通风采用采区式通风。针对南二采区采用了采区准备方式,共划分11个区段工作面,并进行了运煤、通风、运料、排矸、供电系统设计。专题部分题目是煤矿深井巷道矿压显现及其控制研究。论文以相关工程测试结合目前理论研究,进行了详实的矿压显现观测数据收集与整理,给出了深井软岩巷道的变形收敛规律,结合规律提出了控制的建议,对矿井生产实践具有显著的指导意义。翻译部分对压力拱理论结合回采率进行房柱式开采中计算支柱荷载进行了介绍,其英文题目为Coal pillar load calculation by pressure arch theory and near field extraction ratio。关键词:祁东矿井;双立井;采区布置;综采大采高;采区式;软岩巷道;矿压显现AbstractThis design contains three parts:the general part,the special part and the translated part. The general part is a new design of Qi Dong coal mine located in southeast of Suzhou whose production capacity is 1.2 Mt per year.It has ten chapters as follows:the outline of mine and mine field geology, boundary and reserves, working system and productive capacity and service life, development method of the mine, the main roadways, coal mining method and layout or roadways in working area,transportation of underground, mine lifting, mine ventilation and safety, main techniqueeconomic induces.The QI Dong mine filed lies in the north of J southeast of Suzhou about 20 kilometers.The transportation is convenient and.It covers 23.16 square kilometers. The boundary of the minefield run 9 kilometers on the strike and the pitch length is 4 kilometers. Three is the main coal seam,its dip angle is 14 degree and thickness is about 4.70m on average.The proved reserves of the minefield are 157.6 million tons,and the recoverable reserves are 92.4 million tons. The designed productive capacity is 1.2 million tons percent year, and the service life of the mine is 55 years. The normal flow of the mine is 437.06m3 percent hour and the max flow of the mine is 586.10m3 percent hour. The mineral well gas gushes is high, It is a high gas mineral well. The working system is “three-eight”.One productive place meets the requirement. The mode of development this design uses a duel-vertical shaft and inclined shaft two-level development method. The mine has two levels, the first level locates in the level of 650 meters, the second in the level of 900 meters.The main shaft uses skip hoisting and the auxiliary shaft adopts cage hoisting. The working face adopts long wall retreating to the strike.Its length is 180 meters.The technology of the working face is the full-mechanized mining.Belt Conveyor to transit coal is used chiefly to transport coal, the auxiliary transportation uses 1.5t solid car. Districts ventilation is used for Xu Chang coal mine.The design applies strip preparation against the first district of South Two which divided into 11 districts totally, and conducted coal conveyance, ventilation, gangue conveyance and electricity designing.The monographic study entitled Pressure behavior and control of deep mine , with the theoretical research related engineering test, conducted a detailed pressure observation data collection and processing, gave the deformation and convergence law of soft rock roadway,with law we can recommend some control measures which really have a important influence. The english topic of translation part is Coal pillar load calculation by pressure arch theory and near field extraction ratio.Keywords:Qidong coal mine; double vertical shaft; district mode; full-height coal caving; districts ventilation; soft rock roadway; pressure observatin目 录1 矿区概述及井田地质特征11.1 矿区概述1 1.1.1 交通位置11.1.2 河流11.1.3 矿区气候条件11.1.4 工农业生产情况11.2 井田地质特征21.2.1 井田地形及煤系地层概述21.2.2 井田地质构造3 1.2.3 井田水文地质41.3 井田煤层特征71.3.1 煤层埋藏条件及围岩性质71.3.2 煤层特征72 井田境界与储量92.1 井田境界9 2.1.1 井田境界划分的原则92.1.2 井田境界92.2 矿井工业储量102.2.1 井田勘探类型102.2.2 矿井工业储量的计算及储量等级的圈定102.3 矿井可采储量102.3.1 计算可采储量时,必须要考虑以下储量损失102.3.2 各种煤柱损失计算113 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限143.1 矿井工作制度143.2 矿井设计生产能力及服务年限14 3.2.1 确定依据143.2.2 矿井设计生产能力143.2.3 矿井服务年限143.3 井型校核154 井田开拓164.1 井田开拓的基本问题164.1.1 影响井田开拓的主要因素164.1.2 井筒形式、数目的确定164.1.3 工业广场的位置、形状和面积的确定174.1.4 开采水平的确定184.1.5 井底车场和运输大巷的布置184.1.6 矿井开拓延伸及深部开拓方案184.1.7 开采顺序184.1.8 方案比较194.2 矿井基本巷道254.2.1 井筒254.2.2 井底车场284.2.3 主要开拓巷道305 采区巷道布置335.1 煤层的地质特征335.1.1 首采区煤层特征335.1.2 顶底板特征335.1.3 水文地质335.1.4 地表情况335.2 采区巷道布置及生产系统335.2.1 采区位置及范围335.2.2 采煤方法及工作面长度的确定345.2.3 确定采区各种巷道的尺寸、支护方式及通风方式345.2.4 煤柱尺寸的确定345.2.5 采区巷道的联络方式345.2.6 采区接替顺序345.2.7 采区生产系统355.2.8 采区内巷道掘进方法355.2.9 采区生产能力及采出率365.3 采区车场选型设计375.3.1 确定采区车场形式375.3.2 采区主要硐室布置386 采煤方法406.1 采煤工艺方式406.1.1 采煤方法的选择406.1.2 确定采煤工艺方式406.1.3 回采工作面参数426.1.4 回采工作面破煤、装煤方式466.1.5 回采工作面支护方式476.1.6 端头支护及超前支护方式486.1.7 各工艺过程注意事项486.1. 9回采工作面正规循环作业506.2回采巷道布置536.2.1 回采巷道布置方式536.2.2 回采巷道参数537 井下运输567.1 概述567.1.1 井下运输设计的原始条件和数据567.1.2 运输距离和货载量567.1.3 矿井运输系统567.2 采区运输设备选择577.2.1 设备选型原则577.2.2 采区设备的选型577.3 大巷运输设备选择597.3.1 辅助运输大巷设备选择598 矿井提升618.1 概述618.2 主副井提升618.2.1 主井提升618.2.2 提升能力验算638.2.3 副井提升649 矿井通风及安全669.1 矿井通风系统的选择669.1.1 矿井通风系统的基本要求669.1.2 矿井通风系统的确定669.1.3 采区通风系统的确定689.2 矿井风量计算689.2.1 通风容易时期和通风困难时期采煤方案的确定699.2.2 各用风地点的用风量和矿井总用风量719.2.3 掘进工作面风量计算729.2.4 硐室需风量计算739.2.5 矿井风量计算749.2.6 风量分配759.2.7 通风构筑物769.3 矿井通风阻力计算769.3.1 计算原则769.3.2 矿井最大阻力路线779.3.3 矿井通风阻力计算779.4 选择矿井通风设备799.4.1 选择主要通风机的基本原则809.4.2 通风机风压的确定809.4.3 主要通风机工况点829.4.4 主要通风机的选择及风机性能曲线829.4.5 电动机选型839.5 安全灾害的预防措施849.5.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施849.5.2 预防井下火灾的措施849.5.3 防水措施8510 矿井基本技术经济指标86参考文献87致 谢881 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1交通位置祁东矿井位于安徽省宿州市东南,京沪铁路西侧,井田中心距宿州市约20km。地理坐标: 东经1170249-1171018北纬332245-332653。图1-1 祁东矿交通位置图京沪铁路、宿固公路从本区东北通过,宿蚌公路206国道经由井田西侧,矿井专用公路6.5公里与206国道相连,青(疃)芦(岭)矿区铁路从井田北通过,矿井专用铁路线807公里连接青芦线,浍河从井田西南部穿过,流经本井田约10km,常年通航,交通十分便利(见图1-1)。1.1.2河流矿井内地势平坦,地表标高约+21m,浍河从井田南部穿过,河水自西北流向东南,属淮河支流,为季节性河流。1.1.3矿区气候条件年平均温度:1415,最高40.2;最低20.6。年平均降雨量:1260mm,最大降雨量1420mm。最大风速18m/s,春季多东北风,夏季多东东南风,冬季多北西北风。冻结期一般自每年11月中旬至次年3月下旬。1.1.4工农业生产情况村庄和人口稠密,浍河是区内最大地表水体,也是农业灌溉的主要水源,由于浍河沿岸的煤矿长期把未经净化的差并含有大量煤粉及其他杂质的地下水)排到河内后,造成了河废水(矿化度高、硬度大、水质水严重污染,使河水变质,无法饮用。1.2井田地质特征1.2.1井田地形及煤系地层概述井田的地形:祁东煤矿位于淮北煤田宿县矿区宿南向斜内。宿南向斜的大地构造位置属徐淮隆起的徐宿坳陷区的南部,其主体构造表现为向斜断块形态,故宿南向斜为一由掀斜块段控制而东翼又为后期逆冲构造切割的不完整向斜,向斜轴向近南北,东翼受西寺坡逆冲断层由东向西推覆挤压影响,浅部地层倾角较大,并发育有一系列逆断层;西翼构造较为简单,地层倾角较平缓,断层稀少(图1-1)。宿南向斜东南部中生代岩浆岩活动较为强烈,侵入层位主要为6、7、8、9、10煤层,其中对10号煤层影响较大。从向斜东南部到西北部,从下部煤层到中部煤层,岩浆侵入有逐渐减弱的趋势。井田的勘探程度:祁东煤矿位于宿南向斜的东南端,属宿南向斜的东南翼,其构造形态基本为一走向近东西、倾向北、倾角为1015左右的单斜构造,并在其上发育有次一级褶曲和断层。 地质精查阶段在区内查出褶曲2个、断层15条(不含龙王庙勘探区内的F16和F20)。地震补勘阶段在补勘范围内查出褶曲一个,组合断层45条,其中落差5m以下的为22条。本次在原地质精查报告的基础上,结合建井地质资料,对地震补勘所组合的断层进行了充分研究,考虑到二维数字地震的分辨能力和测线网度的限制,对地震所发现的落差小于5m的小断层一般未予组合利用,对落差较大的断层在确认存在断点的基础上进行了合理组合,全区共查出褶曲2个,断层20条。查出的褶曲为魏庙断层以南的马湾向斜及魏庙断层以北浅部的圩东背斜。在查出的20条断层中,按断层性质分:正断层13条,逆断层7条。按断层落差分:落差大于或等于50m以上的断层7条,落差在5030m之间的断层3条,落差3020m之间的断层3条,落差在2010m之间的断层6条,落差在105m之间的断层1条。按断层走向分:走向北东或北北东的断层9条,走向北西的断层5条,走向近南北的断层4条,走向近东西的断层2条,设计中进行中仅保留一个。井田煤系地层概述:本区含煤地层为石炭二叠系,石炭系暂未作勘探对象。二叠系含煤地层为山西组、下石盒子组、上石盒子组,其总厚大于788米,共含煤1030余层,其中可采者有14层,可采煤层平均总厚15.15米(本设计仅对进行设计厚4.70m)。由老到新分述如下:(1)二叠系下统山西组(P1S)本组下界为石炭系太原组一灰之顶,其间为整合接触,上界为铝质泥岩下砂岩之底。地层厚度为100135m,平均124m。含11、(不可采)10(可采)两个煤层。其岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成,下部(11煤下)以深灰-灰黑色粉砂岩为主,局部地段夹灰色细砂岩;中部(1110煤间)以粉砂岩和砂泥岩互层为主,上部(10煤以上)由砂岩、粉砂岩和泥岩组成。(2)二叠系下统下石盒子组(P1X)本组下界为铝质泥岩下分界砂岩之底,与山西组呈整合接触,上界为K3砂岩之底。地层厚度为205245m,平均234m。含4、6、7、8、9五个煤组十余层煤,可采者为60、61、62、63、71、72、81、82、9计九层。岩性由泥岩、粉砂岩、砂岩、煤层和铝质泥岩组成。砂岩多集中于639煤间和4煤上;该组底界“分界砂岩”位于铝质泥岩下1028米,平均13m左右,但该层砂岩在本区不稳定、不甚发育,常被泥岩和粉砂岩代替。铝质泥岩位于9煤层下321m,平均8m左右,岩性为浅乳灰白色,杂有紫色、绿色、黄色花斑,具鲕状结构,富含铝土,为本区煤岩层对比的良好标志层。(3)二叠系上统上石盒子组(P2S)本组下界为K3砂岩之底,与下伏下石盒子组为整合接触,上界不清,地层厚度大于400米。含1、2、3三个煤层组,其中可采者为1、22、23、32四层。本组由粉砂岩、泥岩、砂岩和煤层组成,下部(3煤下)由砂岩、杂色泥岩、煤层组成,砂岩为白色-灰白色,细中颗粒,底部砂岩成份单一,石英含量可高达90%以上;泥岩为灰色杂有大量紫色花斑,含分布不均的菱铁鲕粒和铝土质。中下部(32煤间)以紫色和灰色泥岩为主,砂岩层较少,常在3煤层顶板附近发育有厚层中细砂岩。中上部(21煤间)以粉砂岩和泥岩为主,间夹砂岩。上部(1煤上)以粉砂岩和砂岩为主,夹泥岩。1.2.2井田地质构造祁东矿井田总体构造形态为走向近东一西、倾向北、倾角为1015的单斜构造,其上发育有一系列次级褶曲(见图1-2)。次级褶曲,延伸方向为南东向,延伸长度不超过2km.这些小褶曲一般北东翼 陡,南西翼缓,使并田以东地层呈现波状起伏的特征。以西的褶皱规模较大,主要为位于魏庙带南侧的马湾向斜及北侧的圩东背斜(图1-2)。这里主要介绍马湾向斜及圩东背斜。马湾向斜位于魏庙断层以南,为宽缓向斜,轴向近东一西向,轴长4.5km,两翼产状正常,其中北翼较陡,为魏庙断层切割,南翼较缓,倾角为1020核部地层为上二叠统上石盒子组,翼部为下二叠统下石盒子组、山西组及上石炭统太原组。图1-2 宿县矿区构造纲要示意图1.2.3井田水文地质含水层、隔水层及其特征:(1)祁东煤矿新生界松散层含隔水层组矿井内地势平坦,地表标高约+21m,浍河从井田南部穿过,河水自西北流向东南,属淮河支流,为季节性河流。新生界松散层厚度为234.70453m,首采区一般厚度350375m,魏庙断层以南一般厚度大于400m,松散层厚度变化规律受古地形制约,在小张家潜山和阎夏潜山及其之间谷口向南形成的开阔盆地地貌和新构造断裂影响下,松散层自东北向西南逐渐增厚。其岩性主要由粘土、砂质粘土、粘土质砂、粉砂、细砂、中砂、砂砾、粘土质砾石、砾石等组成,为多层含、隔水层交互沉积结构。新生界松散层可按其岩性组合特征以及含、隔水性分为4个含水层组和3个隔水层组(表1-1)。第一含水层组(简称一含),底板埋深约31m,含水层总厚约1520m,29-30线北东厚度可达30m左右。岩性主要为土黄色粉砂、粘土质砂、细砂夹薄层粘土及砂质粘土。接受大气降水和地表径流补给,水位标高为+17.32m,单位涌水量0.57l/s.m,导水系数70.1156m2/d,渗透系数2.9094m/d,矿化度为0.356g/l,全硬度为12德国度,水质为重碳酸钾钠镁钙水。富水性中等。表1-1 祁东煤矿新生界松散层含隔水层划分情况一览表含、隔水层划分含、隔水层厚(m)岩 性一含1520以土黄色粉砂、粘土质砂、细砂夹薄层粘土及砂质粘土为主一隔814以灰黄色及浅黄色粘土、砂质粘土为主,夹23层薄层砂和粘土质砂二含1025以浅黄色细砂、粉砂及粘土质砂为主,含水层中夹粘土层一般35层二隔1016以棕黄色、浅棕红色粘土及砂质粘土为主,夹23层透镜状砂及粘土质砂三含5570上部以浅红色、灰白色中、细砂和粘土质砂为主,砂层中含泥质少,夹34层粘土;下部以灰黄色、灰绿色细砂、粉砂及粘土质砂为主,砂层中含泥质较多,夹23层粘土三隔80100以灰绿色、棕黄色粘土为主,夹多层薄层粘土质砂和粉细砂四含3550谷口冲洪积扇内以砾石、砂砾、粘土砾石、砂、粘土质砂为主,夹多层薄层粘土或砂质粘土;残坡积漫滩沉积以砂、粘土质砂、粘土砾石、砂砾为主,夹薄层粘土,含砾粘土、砂质粘土的层数增多第一隔水层组(简称一隔),底板埋深约48m,隔水层总厚约814m,岩性主要由灰黄色及浅黄色粘土、砂质粘土组成,夹23层薄层砂和粘土质砂。可塑性较好,塑性指数为15.621.0,分布稳定,隔水性较好。本组在局部粘土变薄地段,具有弱透水性,形成一含与二含之间的越流补给。第二含水层组(简称二含),底板埋深约88m,含水层总厚约1025m,岩性为浅黄色细砂、粉砂及粘土质砂。含水层中夹粘土层一般35层,组成一复合含水层组,以河间阶地沉积物为主,砂层不发育,多呈薄层状,富水性弱,而河漫滩沉积地带砂层较发育,富水性中等。第二隔水层组(简称二隔),底板埋深约111m,隔水层总厚1016m,岩性主要由棕黄色、浅棕红色粘土及砂质粘土组成,夹23层透镜状砂及粘土质砂,可塑性好,塑性指数16.927.6,分布稳定,隔水性好。本组局部厚度小于1m,含钙质结核的砂质粘土具有透水性,形成二含与三含之间的越流补给。第三含水层组(简称三含),底板埋深约199m,含水层总厚约5570m,在26-27线之间含水层总厚可达90m左右。全层厚度大,分布稳定,在埋深145170 m左右有12层厚约1020m的粘土层把含水层(组)分为上、下两部分。其上部岩性由浅红色、灰白色中、细砂和粘土质砂组成,砂层中含泥质少,夹34层粘土,含水层厚约3040m,分布稳定,水位标高+19.40+19.79m,单位涌水量0.780.87l/s.m,导水系数233.497257.1955m2/d,渗透系数6.41396.768m/d,矿化度0.6620.776g/l,全硬度16.4221.04德国度,水质为重碳酸钾钠镁水和重碳酸硫酸钾钠镁水,富水性中等;下部岩性由灰黄色、灰绿色细砂、粉砂及粘土质砂组成,砂层中含泥质较多,夹23层粘土,含水层厚约2530m,分布稳定,水位标高+19.22m,单位涌水量0.14l/s.m,导水系数 143.566m2/d,渗透系数4.587m/d,矿化度1.113g/l,全硬度31.44德国度,水质为硫酸重碳酸钾钠镁钙水,富水性中等,较上部弱。 第三隔水层组(简称三隔),底板埋深约332m,隔水层总厚约80100m,最薄处位于小张家潜山顶,厚度约31.90m。岩性主要由灰绿色、棕黄色粘土组成,夹多层薄层粘土质砂和粉细砂,质纯细腻,塑性指数16.935.9,可塑性强。本组分布稳定,水平稳定性强,在古潜山地带直接与基岩接触,隔水性良好,是井田内重要隔水层(组),阻隔了其上方的地表水及一含、二含、三含与其下方的四含和煤系地层之间的水力联系。第四含水层组(简称四含),直接与煤系地层接触,两极厚度059.10m,平均厚度3540m,井田内四含厚度变化大,由于沉积条件和环境各不相同,显示了岩性组合及富水性强弱都有明显差异。由于受古地貌形态的制约,井田中部偏西为一近南北向谷口冲洪积扇,其东西两侧为残坡积漫滩沉积,四含主要分布在此范围内,在古潜山附近和29-30线以东无四含分布,属四含缺失区。其中,谷口冲洪积扇岩性主要由砾石、砂砾、粘土砾石、砂、粘土质砂组成,夹多层薄层粘土或砂质粘土。含水层总厚3550m,水位标高+19.00+21.75m,单位涌水量0.0340.219l/s.m,导水系数107.68161.8m2/d,渗透系数0.1143.282m/d,矿化度1.4581.582g/l,全硬度31.5244.15德国度,水质为硫酸氯化钾钠钙镁水,富水性中等;残坡积漫滩沉积主要由砂、粘土质砂、粘土砾石、砂砾组成,夹薄层粘土,含砾粘土、砂质粘土的层数增多,含水层总厚约1020m,富水性较谷口冲洪积扇弱,水位标高+20.71m,单位涌水量0.100l/s.m,渗透系数0.855m/d,矿化度1.418g/l,全硬度27.96德国度,水质为硫酸重碳酸氯化钾钠水。残坡积漫滩沉积与风化剥蚀区的分界线为四含的隔水边界。据建井期间(2000年10月12月)所施工的SQ1、SQ2、SQ3共3个四含长观孔的抽水试验资料,水位标高+8.281+9.809m,单位涌水量0.03850.3093l/s.m,渗透系数0.075510.6843m/d,矿化度1.4821.56g/l,水质为重碳酸硫酸氯化钾钠水。建井时期(2000年10月12月)的水位较精查时期(19831984年)约降低了10.71911.941m。(2)祁东煤矿二叠系主要可采煤层间含隔水层煤系地层砂岩裂隙不发育,即使局部地段裂隙稍发育,但亦具有不均一性,其富水性弱,不能明显划分含、隔水层(段)的界线,仅根据煤系地层岩性组合特征和主要可采煤层(组)的赋存条件划分含、隔水层(段),其中与目前矿井已开采煤层有关的含、隔水层(段)主要如下所述。 12煤(组)隔水层(段),顶界与第三系呈角度不整合接触,风化带深度约1530m。岩性由泥岩、粉砂岩和砂岩组成,以泥岩、粉砂岩为主。隔水层总厚92.50134.00m,平均厚度115m,裂隙不发育,隔水性良好。3煤(组)上、下砂岩裂隙含水层(段),主采煤层32煤的直接顶、底板一般为泥岩。煤下35m左右有浅灰色细中粒砂岩(K3砂岩)分布,厚度约020m,变化较大,本段含水层总厚9.535.5m,平均25m,裂隙较发育,水位标高+15.22+18.27m,单位涌水量0.000850.0047l/s.m,导水系数1.2087m2/d,渗透系数0.0020.0508m/d,矿化度0.8010.817g/l,水质为重碳酸氯化钾钠水和重碳酸硫酸氯化钾钠水。以静储量为主,补给条件极差。46煤(组)隔水层(段),岩性主要由泥岩及粉砂岩组成,夹24层砂岩。隔水层总厚50134m,平均91m,岩芯致密完整,裂隙不发育,隔水性良好。79煤(组)间砂岩裂隙含水层(段),以中细粒砂岩为主,主采煤层71、82和9煤的直接顶底板多为砂岩,其中82煤在26线与27线之间有岩浆岩为其直接顶底板,9煤在26线以东其直接顶底板多数为岩浆岩,含水层总厚1158m,平均36m。裂隙较发育,但具不均一性,差异较大,水位标高+18.78+19.00m,单位涌水量0.00440.023l/s.m,导水系数1.637.51m2/d,渗透系数0.0480.3362m/d,矿化度1.0851.525g/l,水质为硫酸重碳酸钾钠水,富水性弱。二叠系煤系地层岩性一般较致密,砂岩裂隙不发育,富水性弱,主要受区域层间径流补给,同时浅部露头带接受松散层底部四含水的缓慢渗入补给。由于区域范围内煤系水补给水源缺乏,水平径流微弱,以静储量为主,所以,区域煤系水的补给对采矿影响不大。矿坑直接充水水源为二叠系主采煤层顶底板砂岩裂隙水,本矿水文地质条件属简单中等。祁东煤矿煤系地层基岩面标高约为-210-430m。(3)祁东煤矿石炭系太原组灰岩含水层(段)矿井内有26-276孔完整揭露了太原组,25-262孔于太原组五灰终孔。全组厚194m,含石灰岩10层,总厚约80m左右,占全组厚度的40%左右,区域和本井田石灰岩的主要富水地段都在浅部隐伏露头带,浅部岩溶裂隙发育,向深部减弱。由于岩溶裂隙发育不均一性,其富水性差异明显。14层石灰岩厚度31.4533.60m,岩溶裂隙发育,富水性强,钻探揭露有25-262、26-276和2711等3个钻孔漏水。据25-262孔抽水试验资料,水位标高+19.60m,单位涌水量0.183l/s.m,导水系数114.99m2/d,渗透系数3.4223m/d,矿化度1.578g/l,全硬度44.88德国度,水质为硫酸氯化钾钠钙水。据2000年10月12月所施工的ST1号太原组14层灰岩长观孔抽水试验资料,水位标高为+10.005m,单位涌水量0.02742l/s.m,渗透系数0.10614m/d,矿化度1.486g/l,水质为重碳酸氯化物硫酸钾钠水。第一层石灰岩顶板距71煤165m左右,距61煤大于200m,在正常情况下石灰岩岩溶裂隙水对61煤开采无影响。(4)矿井涌水量地质报告中预计矿井涌水量: 正常437.06m3/h 最大586.10m3/h。(5)井田水文地质类型二叠系煤系地层岩性一般较致密,砂岩裂隙不发育,富水性弱,主要受区域层间径流补给,同时浅部露头带接受松散层底部四含水的缓慢渗入补给。由于区域范围内煤系水补给水源缺乏,水平径流微弱,以静储量为主,所以,区域煤系水的补给对采矿影响不大。矿坑直接充水水源为二叠系主采煤层顶底板砂岩裂隙水,本矿水文地质条件属简单中等。1.3井田煤层特征1.3.1煤层埋藏条件及围岩性质三采区含煤地层共含有61、63、71、72、82、9煤等6层,其中主要可采煤层有61煤。根据三采区范围内所有钻孔资料统计得出的各可采煤层的层间距情况如表1-2所示。本项目所涉及的煤层为主要开采煤层61煤,主要分述如下: 表1-2 各可采煤层层间距情况一览表煤 层61637172829层间距(m)极小极大值平均值14.9820.6719.0719.5531.2922.007.623.3722.7333.4226.827.6516.2611.28煤层埋藏条件:(1)61煤本采区主要可采煤层,上距60煤约5.319.84m,平均7.02m,煤层厚度4.504.90m,平均4.70m。煤层厚度变化较大,煤厚变异系数52.8%,可采性指数1,煤层结构简单,区内17个钻孔揭露61煤,仅有一孔有泥岩夹矸0.7m。综合评价为较稳定煤层。围岩性质: 61煤顶板为灰色浅灰色泥岩、粉砂岩及细粉砂岩,厚度1.726.38m,平均4.70m,致密、块状,自然状态下单向抗压强度为17.217.5MPa,平均17.4 MPa;底板为灰色泥岩、粉砂岩,厚度1.697.83m,平均4.26m,自然状态下单向抗压强度为21.628.9 MPa,平均25.3MPa。1.3.2煤层特征 (1)煤的容重 61煤的实体容重为1.4 t/m3(2)煤的工业分析及用途61煤为中灰煤,基本在(2025)%之间;61煤为中高发热量、中高挥发分、特低磷、特低硫。主要煤种为肥煤、1/3焦煤。(3)瓦斯、煤尘及自燃瓦斯:61煤区内有3个钻孔瓦斯样,总体上区内大部为低瓦斯含量区,但在28线以东-500m以深存在瓦斯含量富集区,局部可能存在瓦斯积聚区。煤尘:煤层具有煤尘爆炸危险。自燃:煤层为自燃煤层。 附煤层柱状图:图1-3 地质钻孔2 井田境界与储量2.1井田境界2.1.1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井田境界根据以上划分原则以及祁东煤矿的实际情况,确定四周边界。本井田西以F22断层为界与祁南矿井相邻;东以33勘探线为界,与龙王庙勘探区接壤;南到太原组灰岩顶界面,北以32煤层-800m 底板等高线垂直投影为界;井田走向长平均约7.08km,倾斜宽平均约5. 0km,面积约35.4km2。矿井设计生产能力为1.2Mt/a,本井田范围内地势平坦,地面标高+17.02+22.89m;新生界松散层厚度234.7453.0m,有三个隔水层和四个含水层,四含直接覆盖于煤系地层之上,为矿井充水的主要补给水源;井田为一向北的单斜构造地层倾角平缓,一般为1015。本井田地质构造复杂程度属于中等类型。矿井工业储量是指在井田范围内,经地质勘探,煤层厚度和质量均合乎开采要求,地质构造比较清楚。图2-1 地质分块表2-1 各地质分块的参数块段号角度/()块段面积/块段煤层面积/煤厚/m114.642.3522.4244.9213.842.5952.6664.5311.573.3213.3844.5412.281.1071.1314.5515.482.362.4414.5611.9611.9762.0164.5714.203.0523.1404.9814.172.2772.3424.9912.721.5751.6114.91015.891.9332.0054.9合计23.1584.72.2矿井工业储量2.2.1井田勘探类型精查地质报告查明了本井田的煤层赋存情况、构造形态、煤质及水文地质条件。井田勘探类型为中等。2.2.2矿井工业储量的计算及储量等级的圈定本矿井设计中只对61煤层进行开采设计,煤层倾角平均=14,61煤层平均容重1.4t/m3。边界煤层露头线为-350m,-900m以下的煤炭储量目前尚未探明,作为矿井的远景储量。矿井工业储量:由AutoCAD软件测得井田面积为23158065。煤容重为1.4,煤层倾角平均14,煤厚平均为4.70m。井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据,煤炭工业储量由煤层面积、厚度及容重相乘所得,其计算公式一般为:Zg=100SM/cos (2-1)式中:Zg为井田工业储量,万t;S井田面积,km2;M煤层平均厚度,4.71m;煤的容重,t/m3,1.4t/m3煤层平均倾角,14;则:Zg =23.1584.711.4/cos14=157.557Mt。2.3矿井可采储量2.3.1计算可采储量时,必须要考虑以下储量损失 (1)工业广场保护煤柱;(2)井田边界煤柱损失;(3)采煤方法所产生煤柱损失和断层煤柱损失;(4)建筑物、河流、铁路等压煤损失;(5)其它各种损失。2.3.2各种煤柱损失计算(1)工业广场保护煤柱本矿井设计年生产能力为1.2Mt/a,按煤矿设计工业规范,占地面积指标应在1.2公顷/10万吨。占地面积为121.414.4104m2。故设计工业广场的尺寸为350450m2的长方形,面积为:15.8104m2,尺寸为350450m2的长方形。工业广场位置处的煤层的平均倾角为12,工业广场的中心处在井田走向中央,倾向中央偏于煤层中上部,该处表土层厚度根据26-2710钻孔知为330m。主井、副井、地面建筑物均在工业广场内。工业广场按大型矿井级保护,留围护带宽度为15m。表2-2 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本矿的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-3:表2-3 矿井地质条件及冲积层和基岩层移动角广场中心煤层深度煤 层 倾 角煤层厚度冲积层厚度冲积层移动角走向移动角下山移动角上山移动角mmm-550124.5433045757568由此根据上述已知条件,画出如图2-2所示的工业广场保安煤柱的尺寸,并由图得出保护煤柱的尺寸为:工业广场保护煤柱面积:S=梯形面积=1/2(上宽下宽) 高=1/2(13281489) 1398=1969083m2则工业广场压煤为:SMr/cos 19690834.711.4/ cos121327.391万t图2-2 工业广场保护煤柱示意图(2)井田边界煤柱损失井田南部以煤层露头为边界,由于煤层上部为第四含水层,留设100m防水煤岩柱;井田北部边界为人为划分的边界,留20m的边界煤柱;井田西部边界为人为划分的边界,留20m的边界煤柱;井田东部边界为人为划分的边界,留20m的边界煤柱。则井田边界压煤量为:=(911400.3206272702.9736)4.711.4/cos14=804.676万t(3)断层煤柱断层煤柱可按下式计算: Z =LbMR (2-3)其中:L断层的长度; B断层煤柱的宽度; M煤柱的平均厚度,4.71m;R煤柱的平均容重,1.4t/m3;则井田边界断层煤柱:由于断层落差较大,长度为3645.4m,断层两边各留煤柱30米,则断层保护煤柱损失是:3645.42304.711.4/cos14148.637万t (4)大巷保护煤柱矿井设计布置两条大巷,大巷保护煤柱宽度为180m,长度总计为5570m,则其总压煤量为:180 55701.44.71/cos14681.333万t。其中,各类煤柱损失量如下:=1670.646万t2998.037万t2.3.4矿井设计可采储量矿井设计可采储量是矿井设计的可以采出的煤量,是从矿井设计储量中减去工业场地、井筒、井下主要巷道等保护煤柱煤量后得出的储量。可按下式计算: (24)式中矿井可采储量,万t;工业场地和主要井巷煤柱损失量之和,万t;采区采出率。关于采出率C有如下规定: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。则矿井设计可采储量为: =(157.557-29.980)0.75=92.4Mt3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范相关规定,确定设计矿井年工作日为330 d,工作制度采用“三八制”。每天三班作业,每班工作8小时,其中两班生产,一班准备。矿井每昼夜净提升时间为16 h。3.2矿井设计生产能力及服务年限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;(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矿井设计生产能力祁东矿井田储量丰富,煤层赋存稳定,顶底板条件中等,断层、褶曲少,倾角小,厚度变化不大,开采条件较简单,技术装备先进,经济效益好,煤质为肥煤,交通运输便利,市场需求量大,宜建设大型矿井。故确定祁东矿矿井设计生产能力为1.2Mt/a。3.2.3矿井服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。矿井设计可采储量Zk、设计生产能力A矿井服务年限T三者之间的关系为: (31)式中:T矿井服务年限,a; Zk矿井设计可采储量,百万t; A设计生产能力,万t; K矿井储量备用系数,取1.4。则矿井服务年限为:T=92.4100/(1201.4)=55(年)因此,本矿井的开采年限符合规范的要求。本设计中第一水平倾斜范围为-400m-650m,第一水平服务年限的计算公式为:T =27.63a式中: T第一水平服务年限,a本矿井的服务年限以及第一水平的服务年限的设计服务年限符合规定。3.3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等因素对井型进行校核:(1)煤层开采能力井田内 煤平均4.71 m,为厚煤层,赋存稳定,厚度变化不大。根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式,可以布置一个综放工作面保产。(2)辅助生产环节的能力校核矿井设计为大型矿井,开拓方式为主副立井单水平。主副立井采用罐笼运输。运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。(3)通风安全条件的校核矿井煤尘有爆炸危险性,属高瓦斯矿井。矿井通风方式为:对角式通风,可以满足通风需要。(4)矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应,有足够的服务年限,满足煤炭工业矿井设计规范关于表 31的有关要求。表31 新建矿井设计服务年限矿井设计生产能力(Mt/a)矿井设计服务年限(a)第一开采水平设计服务年限(a)煤层倾角456.0及以上70353.05.060301.22.4502520150.450.9402015154 井田开拓井田开拓是在总体设计已经划定的井田范围内,根据精查地质报告和其它补充资料,具体体现在总体设计合理原则,将主要巷道由地表进入煤层,为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程。其中包括确定主、副井和风井的井筒形式、深度、数量、位置、阶段高度、大巷位置、采(带)区划分以及开采顺序与通风运输系统。4.1井田开拓的基本问题4.1.1影响井田开拓的主要因素地形平坦,地势高差小,有内涝威胁;第四系覆盖层较厚,井筒需要特殊凿井方法施工;为防止第四系水溃入井下,需留设合理的防水煤柱;太原组灰岩水压较大,水量相对丰富,岩溶裂隙比较发育,选择井筒位置需留有足够的隔水岩柱。4.1.2井筒形式、数目的确定 井硐形式的确定斜井与立井开拓的优缺点比较: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、井筒装备、井底车场及垌室都比立井简单,井筒延深施工方便,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。与立井开拓相比,斜井开拓的缺点是: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,管线长度长;斜井井筒通过富含水层、流砂层施工技术复杂。对井田内煤层埋藏不深,表土层不厚,水文地质情况简单,井筒不需特殊法施工的缓斜和倾斜煤层,一般可采用斜井开拓。根据自然地理条件、技术经济条件等因素,综合考虑祁东煤矿的实际情况:第三、第四系覆盖层较厚,井筒需要特殊凿井方法施工;地势平坦,地面标高平均+24m左右,煤层埋藏较深;矿井年设计生产能力为1.2Mt/a,为大型矿井。综上所述,本矿采用立井开拓。(2)主、副井井筒位置的选择a) 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
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