鹤壁煤电集团第六煤矿第课程设计.docx
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鹤壁煤电集团第六煤矿第课程设计
内蒙古科技大学
本科生课程设计说明书
题目:
鹤壁煤电集团第六煤矿第
22采区开采设计
姓名:
学号:
09
专业:
采矿工程
班级:
采矿班
指导教师:
王超
第一章矿井概况
一、矿井地形、地貌、地物及其对开采的影响........................2
二、矿井开拓方式及主要井巷的布置形式............................2
三、矿井通风方法、主扇工作方式及通风系统情况....................3
四、矿井提升运输系统及主要设备配备情况..........................3
五、矿井工作制度................................................4
第二章开采技术条件
一、采区的位置及与相邻采区的关系................................4
二、构造........................................................4
三、煤层........................................................5
四、顶底板岩性..................................................6
五、其它开采条件................................................6
第三章采煤方法的选择
一、采煤方法的选择原则..........................................8
二、采煤方法的技术分析..........................................9
二、采煤方法的经济分析.........................................10
第四章采区巷道布置
一、采区主要参数的确定........................................12
二、采准巷道布置..............................................13
三、采区主要设备配备情况......................................14
四、主要采准巷道断面设计......................................14
五、采区生产系统..............................................18
六、绘制采区巷道布置图........................................18
第五章回采工艺设计
一、回采工作面参数选择.........................................19
二、回采巷道布置...............................................19
三、回采工作面设备选择.........................................20
四、回采工作面回采工艺过程.....................................27
第六章安全
一、安全技术措施...............................................30
二、安全操作规程...............................................32
参考资料...........................................................34
第一章矿井概况
1.1矿井地形、地貌、地物及其对开采的影响。
1.1.1地形与地貌
本区为丘陵地貌,地势北西高、南东低,地面标高126.50~227.70m。
本区属海河流域卫河水系,汤河为区内唯一季节性河流,其发源于鹤壁市西中窑头附近,经本区南部、汤阴县城、在内黄县境内注入卫河,流量0.3~0.4m3/s,最大洪水流量1280m3(1980年8月),最高洪水水位140m左右。
煤矿西部大湖村汪流涧一线有三处面积不大的地表水体,其中两处为小坑塘,另一处为汪流涧水库,面积仅为0.04Km2。
本区深部边界外约2Km2的温家沟水库面积约0.1Km2,最大库容104万m3,主要用于拦洪灌溉。
1.1.2地物
本矿区位于鹤壁市东,与市区紧邻,南与八矿相接,西北与五矿、三矿相邻,隶属鹤壁市鹿楼和石林乡。
东经为114°10′37″~114°13′28″,北纬35°52′49″~35°58′23″。
煤矿东距京广铁路17Km,北距安阳~李珍铁路20Km,鹤壁~汤阴铁路与京广铁路相接,鹤壁至安阳、汤阴均有公路相通,交通便利。
1.2矿井开拓方式及主要井巷的布置形式。
1.2.1矿井开拓方式
由于本井田煤层为近水平煤层,煤层赋存稳定,采用立井开拓,不受自然条件的限制,井筒短,提升速度快,提升能力大,有利于辅助提升。
副井井深为425m,用于运人,材料,设备,矸石,兼作进风和排水。
主井井深为440m,用于提升煤炭。
准备方式为采区式。
沿煤层的走向布置回风大巷;石门布置在煤层底板岩石中,与大巷相连。
运输大巷,条带运输巷皆采用皮带运输机运煤。
方案.立井开拓系统剖面图
1.2.2主要井巷的布置形式。
①本井田走向6.5km,倾向长约2.4km,倾斜方向划分两个阶段,采用多水平上下山开采,一水平标高为-420m,二水平标高为-700,沿走向划分若干采区。
F4断层北面的区域与主煤田隔开,专门考虑其采区划分。
a.井筒形式
本井田开采煤层为二1煤层,煤层赋存稳定,为缓倾斜煤层,地质构造简单。
在技术上,适合于立井或综合开拓,由于埋藏较深采用立井开拓。
b.井筒的数目
采用立井开拓时,开凿一队提升井筒(即主井和副井)和一个风井。
主井主要用来提升煤炭,副井用作升降材料,人员,矸石和进风,排水。
c.井筒位置的选择
本井田的走向效长,倾向较短,煤层赋存稳定,所有井筒开凿在井田中央有利于运输通风。
②运输大巷和总回风巷的布置与煤层间的联系
a.运输大巷的布置与煤层间的联系
由于本矿井只采二1煤,主要运输大巷在煤层底板岩石中,运输大巷距煤层20m,采用进风行人巷与运输斜巷相连,而采用运料回风斜巷与回风斜巷相连。
b.总回风巷的布置及其与煤层的联系
本井田采用走向长臂采煤法开采,井田划分为各个采区,各采区回风巷直接与总回风巷相连,总回风巷布置在井田西部边界。
1.3矿井通风方法、主扇工作方式及通风系统情况。
本矿井采用分区式U型通风,通风系统为:
大巷→轨道上山→区段运输巷→工作面→区段回风巷→回风上山→地面风机→地面
1.4矿井提升运输系统及主要设备配备情况。
1.4.1矿井提升系统及设备配备情况
矿井为年产量1.50Mt大型矿井。
煤层埋藏较浅。
储量丰富、煤层厚度大,为缓倾斜煤层。
根据井田开拓方式与煤炭的日运量及运距等条件,矿井的煤炭运输采用胶带运输方式。
此运输方式能够满足高产高效的运输要求,同时能够适应产量的变化,也具有运输系统简单、畅通等特点,完全可以实现由工作面到井底通达地面的连续运输,管理较为方便。
下井人员通过乘坐罐笼下井,在井底车场及中部车场换乘井下人车直达各工作地点。
本矿井采用立井开拓,井筒穿过表土冲积层,含水层等,矿井的年产量为150万t。
选用副井井筒直径6.5m的圆形井筒,井深586m。
井筒装备采用一队1.5t双层双车罐笼。
其型号为GDG1.5/6/2/2。
井筒采用钢筋混凝土支护。
混凝土壁厚400mm,充填100mm。
主井采用直径为6.5m的圆形井筒,井深468m,提升容器采用一对12t箕斗。
其型号为JDG12/110*4。
井筒采用钢筋混凝土支护,混凝土壁厚400mm,充填100mm。
风井采用直径为5.5m的圆形井筒,其内布置梯子间,作为紧急出口。
井壁厚350mm,充填50mm。
提升设备为
主井:
一对12t箕斗。
其型号为JDG12/110*4
副井:
1.5t双层双车罐笼。
其型号为GDG1.5/6/2/2
1.4.2矿井运输系统及设备配备情况
本矿井采用立井开拓,煤层属于缓倾斜煤层,本矿的设计生产能力为150万t,所以选用1.5t固定式矿车,轨型为24kg/m,主要用于辅助运输,运煤采用皮带输送机。
电机车型号为XKg-6/140KBT,长4490mm,固定式矿车长2400mm。
运煤方向:
工作面煤→前后刮板输送机→转载机→破碎机→运输顺槽皮带→皮带延伸巷皮带→主井煤仓→主井皮带→地面煤仓→运销皮带→运销煤仓。
1.5矿井工作制度。
《矿井设计规范》第2.2.3条规定:
“矿井设计生产能力按年工作日330d,每日净提升16h”计算。
每日三班作业,综采工作面可采用每日四班作业,每班工作六小时,三班出煤,一班检修。
根据本矿井的实际情况,本矿采用“四六制”作业方式,这种制度适合本矿采掘作业的特点,有利于保护工人的健康,提高工时利用率,提高设备和工作面的利用率。
搞好安全生产,稳定和提高采掘队,因此,本矿设计生产实行“四六制”作业方式。
第二章开采技术条件
2.1采区的位置及与相邻采区的关系。
本采区位于鹤壁六矿二水平,开采二1煤层,采区北连陈家湾,西连12采区,东为井田边界,南部为断层。
采区倾向长度960m,走向长度800m.煤层上标高-550m,下标高-780m,地表无任何建筑物,对相邻位置无任何影响。
2.2构造
构造形态,倾向,褶皱及断层,岩浆岩体侵入,地质构造类型
①区域构造
鹤壁煤田位于华北古板块南缘,太行构造区西部太行断隆带,构造形迹以断裂为主,伴有发育烈度不同的褶皱,并有岩浆岩侵入煤层及喷出岩。
总的构造形态为走向NNE、倾向SE、倾角5~40°的单斜构造。
区域构造线展布方向以NE、NNE向为主发,近SE向断层次之,煤田南部发育EW向构造,构造线多呈雁行式、地垒、地堑构造相间出现。
②井田构造
鹤壁六矿位于鹤壁煤田东部太行断隆的东缘,总体构造形态为地层走向近SN,倾向E,倾角0~38°,一般为20°左右的单斜构造。
主要构造形迹为轴向近EW、向E倾伏的一系列宽缓背、向斜与煤矿中部近SN、NE向德小型背、向斜相复合和NE、NNE向正断层。
a.褶曲
经采掘揭漏和钻孔控制的褶曲有5条,向斜3条背斜2条。
有张庄向斜、82-11背斜、71-14~82-4向斜、71-15向斜、74-7背斜。
b.断裂
本区主要影响断层有F4断层,另外就是西部边界断层F1、F2、F3、F5。
主要参数见下表1-2。
表1-2主要地质构造特征
序号
名称
断层面走向
倾角(θ°)
落差(m)
1
F1
S-N
75
35
2
F2
S-N
65
40
3
F3
S-N
70
40
4
F4
SW-NE
60
50
5
F5
S-N
60
30
2.3煤层
煤层厚度、倾角、稳定性、结构
本区含煤地层包括石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组和上统上石盒子组,其中山西组二煤组和太原组一煤组为本区主要含煤地层。
含煤地层总厚805.29m,含煤22层,总厚10.71m,含煤系数1.33%。
可采煤层厚8.83m,可采含煤系数1.1%。
详见表:
含煤地层含煤特征表
含煤地层
煤层厚度
(m)
含煤地层厚度
(m)
含煤系数
(%)
备注
上石盒子组
0
268.71
0
下石盒子组
0
269.49
0
山西组
7.62
112.1
6.8
含煤4层,其中二1煤全区可采
太原组
3.07
121.83
2.52
含煤17层,均不可采
本溪组
0.02
33.16
0.06
含一0煤层不可采
合计
10.71
805.29
1.33
共含煤22层
本区可采煤层主要为山西组二1煤层。
其特征详见表如下:
可采煤层及顶底板岩层特征表
序号
名称
煤厚(m)
倾角
围岩性质
煤牌号
硬度
容重
煤层结构及稳定性
最小
最大
平均
顶板
底板
1
二1
4.72
13.51
7.5
11°
黑色泥岩或砂质泥岩
泥岩或砂质泥岩
贫瘦煤
3
1.38
条带状稳定
综上所述,该可采煤层主要为二1,煤层平均厚度7.5m,倾角11°,稳定性良好。
2.4顶底板岩性
顶底板岩石的物理力学性质、稳定性及坚固性
二1煤层位于二叠系下统山西组的下部,层位稳定,其顶板为黑色泥岩或砂质泥岩,老顶为细~中粒砂岩(俗称大占砂岩),为本区良好标志层;煤层底板为泥岩或砂质泥岩,老底为灰色细~中粒长石石英砂岩。
2.5其它开采条件
2.5.1气象
本区属北温带大陆性干旱型季风气候,年平均气温最高15.3℃(1963年),最低13.1℃(1964年),一般14.5℃。
气温极值最高42.3℃(1967年6月4日),最低-15.5℃(1967年1月15日)。
据鹤壁市气象局1988年至1999年气象资料,年降水量371.88~825.71mm,平均635.26mm,年蒸发量1637.4~2016.6mm,平均1711.25mm,年平均相对湿度为60.43%。
据历年统计资料,8月至来年2月多为北风,最大风速23m/s,3月至7月多为南风,最大风速14m/s。
2.5.2地震
据华北地区地震目录记载,近600年来,波及本区烈度达Ⅸ级以上的地震有20余次。
详见表:
2.5.3地层
本矿位于华北地层区豫北分区太行山小区。
区内地层自老到新发育有奥陶系中统峰峰组、石炭系中统本溪组和上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组及上统上石盒子组、新第三系鹤壁组、第四系。
其中太原组、山西组和上、下石盒子组为含煤地层,太原组和山西组为主要含煤地层。
附有井田综合柱状图。
地层综合柱状图
2.5.4瓦斯与涌水
矿井埋藏深度360~930m,煤层倾角平均为11°局部为9°~21°,为缓倾斜煤层。
表土层厚度为130~180m,瓦斯相对涌出量一般在20m3/t左右,绝对瓦斯涌出量一般在40m3/min左右,并有瓦斯突出危险,属于高瓦斯突出矿井。
矿井正常的涌水量一般,为138m3/h。
第三章采煤方法的选择
3.1采煤方法的选择原则
根据本井田的开采技术条件和国内外目前厚煤层采煤技术的现状,选择采煤方法主要考虑了以下原则。
1、与煤层赋存条件相适应,有利于提高工作面单产和矿井的稳产、增产,实现矿井生产的高度集中化,以达到矿井高产高效的目的。
2、依靠科技进步,采用国内外新技术、新工艺、新设备、新材料,大力提高采煤机械化水平。
3、简化采煤工艺,减少运输环节,降低巷道掘进率。
4、保证矿井安全生产,有效地防止煤层自然发火和其它灾害,为工人创造舒适的井下工作环境。
5、提高资源回收率,减少资源损失。
3.2采煤方法的技术分析
首先根据开采技术条件,提出技术上可行的几个方案。
然后分析各方案的优缺点,淘汰具有明显缺点的方案。
采区的煤层平均厚度为7.5m,属于中厚煤层,可实现分层开采和一次采全厚放顶煤开采两种方案,相比较一次采全厚放顶煤法更简单易行。
比较项目
采煤方法
分层开采
一次采全厚开采
工作面单产
低
高
生产效率
低
高
开采投入成本
高
低
劳动强度
大
小
搬家倒面次数
多
少
顶板管理
容易管理
较难管理
巷道掘进量
较大
小
煤损率
较少
煤损多,工作面采出率低,比分层开采低10%左右
工作面煤尘
少
多
设备运行数量
多
少
适应性
弱
强
综上分析在厚煤层中,采用放顶煤开采较分层开采具有明显的优越性:
①煤层掘进量小,掘进费用低,缓和了采掘关系;②减少了搬家倒面次数,节省了综采面设备搬迁、安装的工作量及费用;③较分层开采减少了铺网工序、材料、工资及巷道维护等费用;④对急倾斜厚煤层,较普通开采的工作面产量提高1~3倍;⑤提高了煤炭的块煤率,增加了煤炭的售价;⑥减少了设备的运行费,特别是采煤机,相对减少了吨煤设备折旧费或租赁费;⑦有利于矿井的集中控制,实现减面、减人,提高工效的目标;⑧提高劳动生产率,降低成本,比一般回采工效提高2~5倍。
但放顶煤开采也存在一些急待解决的问题,主要有煤尘大、回采率低,自然发火问题尚未得到很好解决,对高瓦斯矿井,有瓦斯局部积聚的危险。
综放开采实现了缓倾斜特厚煤层的一次采全厚开采,采2.1m,放5.4m,采放比为1:
2.57在煤炭规程采放比<3范围之内,可采用单巷一大一小布置运输顺槽,回风顺槽,垮落法处理采空区。
3.3采煤方法的经济分析
对初选后的方案,初步确定采区参数、采准巷道布置和回采工艺,并计算各方案的劳动生产率、采准工程量、材料消耗量、煤炭回采率及吨煤直接成本等指标。
经综合比较后从中选优。
初步确定采区参数:
倾斜长度:
960m走向长度:
800m
生产能力:
150Mt采出率:
〉80%
煤层厚度M为7.5m,分层开采时以分层采高标准2.5m左右确定分层数目,可以通过对给定的任一个煤层厚度M,计算有关费用,按吨煤生产费用最小作为准则进行对比,整层开采与分层开采时各项费用计算的内容和方法如下:
3.3.1工作面产量
设工作面推进速度整层开采时为V1(m/a),分层开采时为V2(m/a),则工作面年产量相应为:
A1=V1M1L1RC1;A2=V2M2L2RC2;
式中:
A1,A2一整层开采、分层开采时的工作面产量,t/a;
C1,C2一整层开采、分层开采时的工作面采出率,%;
L1,L2一整层开采、分层开采时的工作面长度,m;
R一煤的容重,t/m3;
M1一煤层总厚度,即整层开采时的煤层厚度,m;
M2一分层采高、平均采高、为分层数目,按M1/2.5取整进行计算。
3.3.2工作面机械设备的折旧和大修费用
工作面采煤、运输、支架等设备的吨煤折旧和大修费用h1、h2,以相应的设备总值分别为K1、K2,折旧年限为T1、T2计算吨煤费用分别为:
h1=K1/T1A1;h2=K2/T2A2
3.3.3吨煤电费
以分层开采时的吨煤电费元D2(元/t)为基准,整层放顶煤开采时设备功率大一些,但采煤机在放顶煤时不开动,所消耗的电能计算时可以近似地按相当于分层开采的一个分层所消耗的电能,即吨煤电费D1为:
D1=D2A2/A1
3.3.4吨煤工资费用
回采工作面人员的安排,整层放顶煤开采虽然多了放顶煤工序,但可由移架工负责而不增加人员。
以分层开采时吨煤工资G2(元/t)为基准,整层开采时的吨煤工资G1为:
G1=G2A2/A1
3.3.5吨煤材料消耗费用
综合机械化开采时材料消耗费用分两部分考虑。
一是一般性的截齿、乳化液、油脂等消耗,以分层开采时吨煤消耗B2(元/t)为基准,则整层开采时的B1为:
B1=B2A2/A1
二是分层假顶材料消耗△B(元/t),由于上分层不消耗假顶,并按假顶为金属网可使用三个分层计算。
若金属网材料单价为B0元,则△B的计算为当N≤4时,△B=B0/NM2RC2;当N≥4时,△B=2B0/NM2RC2
3.3.6区段巷道掘进与维护费用
根据巷道掘进与维护费单价计算吨煤费用:
P1=2J1/M1L1RC1+2W1S/V1M1L1RC1=2/M1L1RC1
×(J1+W1S/V1)
P2=2NJ2/M1L2RC2+2NW2S/V2M1L2RC2=2N/M1L2RC2
×(J2+W2S/V2)
式中:
J1,J2一整层开采、分层开采的区段巷道掘进费单价,元/m;
W1,W2一整层开采、分层开采的区段巷道维护费单价,元/a.m;
S一工作面连续推进长度,相当于采区一翼走向长度,m。
3.3.7回采工作面搬移费用
若工作面搬移一次的费用为B3元,放顶煤整层开采时搬一次,分层开采时每个分层都要搬一次,其吨煤费用的计算为:
整层开采时P3=B3/M1L1RC1S
分层开采时P4=B3/M2L2RC2S
3.3.8采出率不同所造成的费用损失
放顶煤开采的采出率低于分层开采,由于煤炭损失增加所造成的经济损失,以最保守的算法是按准备出吨煤储量的费用DP(元/t)计算。
放顶煤整层开采时增加的吨煤费用为:
DP=(C2-C1)*DK/C1。
3.3.9工作面吨煤费用
工作面吨煤费用为上述分项费用之和,即:
整层开采时:
Z1=K1/T1A1+A2/A1(D2+G2+B2)+2/M1L1RC1(J1+W1S/V1)+P3+DP
分层开采时:
Z2=K2/T2A2+D2+G2+B2+△B+2N/M1L2RC2(J2+W2S/V2)+P4
整层放顶煤开采与分层开采经济效果的对比分析,利用上述费用计算的表达式可以判别。
只有当Z1≤Z2时选用整层放顶煤开采有利。
结论
放顶煤开采与分层开采相比,实现了合理的集中生产,达到了增产、减人、提效、降低成本的目的,取得了显著的技术经济效果,已成为厚煤层开采的发展方向之一。
煤层厚度在4~10m,甚至达20m,煤的硬度系数f=0.5~4.0,倾角在30。
以内的缓倾斜、倾斜厚煤层以及急倾斜特厚煤层都可应用放顶煤开采。
但在放顶煤开采的发展过程中,也还存在人们普遍关注的如何降低煤炭损失和确保安全生产的有关技术问题。
第四章采区巷道布置
4.1采区主要参数的确定
4.1.1倾斜长度:
960m走向长度:
800m
4.1.2生产能力
首先确定达到设计产量时工作面总线长:
式中:
——采煤工作面总线长,m;
——矿井设计年产量,t/a;
——回采出煤率,可取0.9;
∑m——同采煤层总厚度,m;
γ——煤层容重,t/m3;
——工作面采出率,97%、95%、93%;
——年推进度,L=330·n·I·ф;
其中:
330——矿井年工作日,d;
——日循环数,3个;
——循环进度,1.0m;
ф——正规循环系数,ф=0.8~1。
L=330·3·1.0·0.9=891m
m
b.确定同采工作面个数
式中:
——同采工作面数,个;
——工作面总线长,m;
——同采煤层数(或分层数);
l——回采工作面长度,m
N=157.4*1/180=1
确定为一个同采工作面,工作面长度为180m。
生产能力:
A=LvMγC
L—工作面长度;
V—工作面推进度,
M—工作面平均采高;
γ—煤层容重,1.38t/m3;
C—工作面回采率,取93%
A=180*891*2.1*1.38*0.8=432246.5532t
4.1.3煤柱尺寸
井田边境保护煤柱在井田边境留设20m的保护煤柱,西边的断层边界煤柱以30m留设,采区边界煤柱取10m左右。
护巷煤柱尺寸
薄及中厚煤层
厚煤层
备注
巷道一侧
两巷之间
巷道一侧
两巷之间
水平大巷
30~40
40~50
煤层倾角较大时煤柱宽度可小些
采区上(下)山
20左右
20左右
30~4
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