永城矿区陈四楼井矿机毕业设计说明书.docx
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永城矿区陈四楼井矿机毕业设计说明书
内蒙古工业大学矿业学院
煤矿开采技术课程设计
说明书
姓名:
王普
专业班级:
煤采专10-1
指导教师:
齐学元
2012年12月26日
1矿区概述及井田地质特征
1矿区概述
1.1.1.交通位置
永城矿区陈四楼井田位于河南省永城市境内,为陈集、城厢、顺和县所辖。
井田中心南据永城县城8KM。
地理坐标:
东径116°15′00″~116°26′15″,北纬33°56′30″~34°07′30″。
矿区北靠陇海铁路,东临京沪铁路,青(龙山)阜(阳)铁路从矿区东南约20Km处穿过,西有拟建中的京九铁路商阜段。
永城县城距商丘车站95KM,徐州车站97KM;宿州车站74KM,期间均有柏油公路相连,区内主要村镇之间亦有简易公路相通,交通运输堪称方便。
见交通运输图1.1
1.1.2.自然地理概况
井田位于黄淮海冲积平原东部,地势低洼平坦,自西北向东南微微倾斜,地面标高32.49——36.50m,一般为32m至35m之间,相对高差3m左右。
地表广为巨厚的新生冲积物所覆盖。
区内地表水系不甚发育,最大的河流沱河在井田南部2KM处跳过,井田内用于灌溉的沟渠纵横交错。
沱河系淮河水系,发源于商丘市东北之响河,向东南流入安徽省的新汴河,全长120KM,其流量受大气降水控制,年平均流量1——2m3/s,有记载的最大流量384m3/s(1963年)
本区属半湿润、半干旱的大陆性气候,冬春干旱,夏秋多雨,四季分明。
据永城气象站资料:
气温:
1974—1984年观测,月平均最高气温26.89℃(7月份),最低气温零下0.32℃,年平均14.3℃。
日最高气温41℃(1965年7月30日),最低零下19℃(1957年2月21日)。
降雨量:
最大降雨量1022.5mm(1977年),最小为630.4mm,年平均813.4mm;日最大降雨量207mm(1965年7月15日—18日)。
蒸发量:
历年最大蒸发量1985。
7mm(1978年),最小1603.2mm(1975年),年平均1745.4mm。
相对湿度平均68—73.16%。
冬春季多西北风,夏季多东北风,偶有东南风,最大风速183m/s(1982年4月12日)。
每年12月至翌年3月份为降雪和冰冻期,最大冻土深度19cm.
据《中国地震烈度表》载,本区为六度地震区。
河南省地震局受永城煤炭工业联合公司委托,提出“永城县地震基本烈度鉴定书”,该文在分析了地质构造及本区地震史以后,认为“本区不可能发生六级左右地震,主要是受邻区强震影响,其地震基本烈度六度是适宜的”。
又提出“鉴于永城煤炭储量丰富,现已投入建井,将来发展远景可观,据此建议,对特别重要的工程建筑物,可提高一度设防”。
煤炭部基建司对陈四楼矿井方案设计审查意见明确:
“建筑物均按6度设防,但对六大要害系统按7度的构造措施设计。
”
1.1.3.矿井建设的外部条件
矿井工业场地至矿区集配站的铁路专用线正线里程15.86KM,将与矿井同步建设。
新、老两条永砀公路,分别自工业广场两侧经过,将矿井工业场地与铁路干线和土产材料产地连通,交通条件较好。
矿井永久电源,由拟建中的永城220KV变电站供给。
由地方集资兴建的永城县11KV变电站,可作为本矿井建井时期的施工电源。
为确保施工安全,另一电源可取自新庄矿井。
矿区热电站应尽快建设。
经初步勘探证实,上第三系孔隙承压水,无论水质和水量均可满足本矿井永久水源的需求。
矿区北部的芒山,生产白灰、石子、料石等土产材料。
由国家统一分配的水泥、钢材、木材等亦可通过公路运至本矿。
矿井建设的外部条件比较落实、可靠。
图1.1陈四楼矿交通运输图
1.2.井田地质
1.2.1.地形
永城煤田为华北型沉积,地层分区属华北区、鲁西分区、徐州小区的范畴。
本井田无基岩出露,全部被新生界冲积层所覆盖,缺失上奥陶统至下石炭统、三迭系至第三系古新统两段。
钻探揭露的基岩地层上至石千峰组(平顶山砂岩),下至中奥陶统马家沟灰岩,厚度约为1100m。
1.2.2.井田勘探程度
新华夏体系及东西向构造构成永城煤田的骨架,本煤田有永城背斜及北部的孔庄—芒山背料组成。
陈四楼井田位于永城隐伏背料之西冀,总体走向NNW,倾向8WW。
而井田内部走向变化较大,几经折转,大体呈一“弓”字形。
由于受多期构造运动的影响,褶曲,断裂及岩浆岩均较发育。
地层倾角在露头处局部较大,02—03线及65线以北多在20°—30°,中部8°—10°;向深部逐渐变小,一般为4°—8°,局部8°—10°。
1、褶曲
井田内褶曲比较发育,65线以北尤甚。
分为近南北向及近东西向两组。
近南北向褶曲有陈四楼向斜,小赵营背、高六湾向斜、李古同背斜及周庄向斜等。
其中陈四楼向斜位于井田的南端,后四个褶曲位于井田北端,为一连续而有规律的褶曲构造。
近东西向的自南向北有八里庙向斜、胡庄背斜、小陈庄向斜及汉陈向斜等。
其中汉陈向斜南北两翼分别受F13及F18断层所切割,视其全貌为一地堑式向斜构造。
2、断裂
据侧定,井田内岩浆岩活动大致有两个井田内断裂构造均为正断层,影响开采的共有两条,其他均为小断层.
表1.1主要断层表
断层编号
F1
F2
长度
6.6KM
2.6KM
走向
N39°W
N35°W
倾向
S
S
落差
160m
89m
类型
正
正
可靠性
可靠
可靠
倾角
60°~70°
56°
3、岩浆活动
井田内未发现岩浆活动。
期次:
基性岩偏老为华力西运动晚期产物,酸性岩为燕山运动早~晚期产物。
基性岩主要为辉绿岩,一般在三煤组中顺煤层侵入三4、三22、三5煤层中,呈岩脉或岩席产出;酸性岩主要为闪长岩类及花岗岩类,呈岩墙及岩席产出,侵入二2煤层中。
受岩浆岩侵入影响地段,使煤层结构复杂,或变为天然焦,降低了煤层的经济价值。
1.2.3.井田的水文地质特征
1、含水层及隔水层特征
自上而下分为四个含水组:
(1)新生界孔隙含水组:
区内松散地层沉积为冲积及湖积,其厚度受古地形影响而东薄西厚、南薄北厚。
含水砂层一般为1~12层,平均总厚86.34m,浅部以大气降水垂直渗入为主,中部及深部以水平侧向渗透为主。
属孔隙承压水,q=0.004~7.0t/s·m,K=0.6~23m/d。
含水砂层之间及其与基岩之间有厚度比较稳定的枯土层,形成天然的隔水屏障,局部地段与基岩处有透镜状砂层,即所谓“天窗”,对浅部开采会具有一定影响。
(2)二迭系砂岩裂隙,孔隙含水组:
主要由上、下石盒子组及山西
组砂岩裂隙孔隙承压水组成。
其补给方式以水平侧向渗透补给为主,渗透能力差,富水性弱,迳流滞缓,以静储量为主,易于疏干。
q=0.1213t/s·m,K=0.568—3.91m/d,水质类型为SO4-Nα型。
(3)石炭系灰岩岩溶裂隙含水组:
主要含水岩层为石灰岩(11层),次为砂岩。
灰岩以L2L3L4L7L8L9L10七层比较稳定,岩溶裂隙比较发育,但多被泥质或钙质充填。
补给方式为远方侧向渗透净除。
q=0.000685—2.068t/s·m,K=0.00492—7.473m/d。
水质类型SO4—Nα,矿化度>2q/L。
(4)奥陶系岩溶裂隙含水组:
区域范围内,在安徽省闸河煤田东西两侧出露,本煤田仅在芒山有局部出露。
岩溶发育,富水性强。
补给方式以远方水平渗透为主。
q=0.000685—15.7t/s·m,K=0.002—7.473m/d。
水质类型SO4—CαNα,矿化度2.206—4.43q/L。
2、井田水文地质条件
本井田水文地质类型为中等~简单,其主要依据是:
(1)直接充水含水层,三煤层和二煤层顶板砂岩含水性弱,单位涌水量一般小于0.01t/s·m,本应为简单类型,但F18以北存在太原组灰岩补给;
(2)上覆新生界含水层与基岩界面之间有厚度大于30m的粘土层阻隔,正常地段对煤系地层无充水作用;
(3)下覆太原组灰岩含水层与二2煤层之间有砂岩和泥岩组成的隔水层,厚度在50m以上,正常地段二2煤层的开采不存在底板突水的威胁;
(4)井田内断层富水性及导水性弱q<0.001t/s·m;
(5)主采煤层顶底板岩层稳定;
(6)矿床远离地表水体。
表1.2各煤层情况表
煤层名称
煤层厚度
最小~~最大
平均
煤质
煤种牌号
原煤灰分
Ad(%)
挥发分
vdaf(%)
原煤全硫
St,d(%)
发热量
QGr,daf(mj/kg)
三4
0-2.19
1.6
20.96
10.97
0.59
33.93
贫、无烟、天然焦
21.09
8.44
0.54
33.60
31.39
6.33
0.43
30.65
三2
0-2.90
1.5
23.97
15.80
0.56
35.41
瘦、贫、无烟、天然焦
20.88
1.10
0.72
33.75
21.21
8.52
0.59
33.59
31.39
7.85
0.78
28.85
三1
0-5.78
1.3
25.04
14.80
0.48
35.73
瘦、贫、无烟、天然焦
21.39
11.22
0.66
33.94
21.21
8.48
0.58
34.43
25.96
6.55
0.84
29.40
二2
3.90-4.50
4.0
15.90
10.27
0.48
34.37
贫、无烟、天然焦
13.79
8.13
0.51
34.67
23.98
7.12
0.67
32.46
3、矿井预计涌水量
井田南部和西部均以断层构成阻水边界,东部煤层露头与粘土隔水层相接,只有北界F11断层使二2煤与对盘太原组灰岩相接,可视大弱补给边界。
采用“集水廊道”法计算,矿井预计正常涌水量894m3/h
(其中:
K5砂岩328m3/h.,三煤组291m3/h,二煤组275m3/h;最大涌水盘1627m3/h。
)
1.2.4.地温
地温:
二2煤层在-650m以深,除63至65线范围地温低于31℃,其余均高于31℃,属一级热害区;三22煤层仅在0312孔至-650m以深出现小范围的一级热害区。
井田内其余地段地温均属正常。
1.3.煤层
1.3.1.煤层埋藏条件
井田内含煤地层自下而上为石炭系上统太原组、二迭系下统山西组,下石盒子组及二迭系上统上石盒子组。
共含煤17~20层,煤层总厚13.85m。
其中有经济价值的为下二迭统的山西组及下石盒子组。
该两含煤地层总厚度平均181m,煤层总厚10.42m,含煤系数58%。
其中山西组的二2煤层为主要可采煤层,下石盒子组中可采和大部可采的煤层有三1、三22、三4三层。
其特征见表1.2。
二2煤层为一稳定~较稳定、结构简单(偶含泥岩夹歼一层)的中厚煤层。
除井田西部受岩浆岩侵入的影响变质为天然焦或不可采外,全区稳定可采。
三1煤层,层位稳定,平均厚度卫1.30m,其可采范围集中在08线以南。
04线以南以单层结构为主,以北渐变为双层结构,未受岩浆岩破坏。
三22煤层,较稳定,平均厚度1.5m,受岩桨岩破坏范周约占十分之一,从南向北由单层结构渐变为双层至三层结构。
三4煤层为一较稳定~不摇定煤层。
在可采范围内平均厚度约为1.6m,单层与双层结构的穿见层次基本相等,受岩浆岩影响的范围约占三分之一,煤层变质为天然焦,而且结构变得复杂。
1.3.2.煤层围岩性质
二2煤层顶板以中细砂岩及砂质泥岩为主,其中中砂岩约占55%,砂质泥岩约占45%,井田中部17~31线多为砂质泥岩,两端以砂岩为主,局部顶板为岩浆岩。
其抗压强度为:
砂质泥岩389~544kg/cm3,砂岩306~1264kg/cm3。
底板多为泥岩和粉砂岩。
其抗压强度为:
砂质泥岩236~864kg/cm3,砂岩733~1393kg/cm3。
三22煤层顶板以泥岩及细砂岩为主,其中泥岩约占60%,砂岩、岩浆岩约占40%。
井田中部17~30线多为砂岩及少量岩浆岩,井田两侧以泥岩为为主,其抗压强度为:
泥岩246kg/cm3,砂岩943kg/cm3。
底板以泥岩、砂质泥岩及粉、细砂岩为主,其抗压强度为:
泥岩246kg/cm3,砂岩300~545kg/cm3。
1.3.3.煤质
各煤层均为高编制阶段的年青无烟煤。
二2煤层低灰份,特低硫、磷,高发热量;理论分选比重1.7时,可选性为易选至极易选;化学特性好;抗碎强度及热稳定性中等,可作动力及民用煤,亦可用于气化。
三煤组各煤层煤质的共同点是,中至高灰分(三1煤为富灰),特低硫、磷,高熔点,中至高发热量;理论分选比重1.7时,可选性中等;化学特性一般不佳;热稳定性差—中等;强结渣,不易磨,可作动力、民用及发电用煤。
1.3.4.瓦斯、煤尘、煤的自燃性
1.煤层顶底板
二2煤层顶板以砂岩为主,完整性和稳定性较好,顶板较易管理,底板一般不会发生“底鼓”;三煤组各可采煤层由于层间距小,砂岩厚度薄且稳定性较差。
2.瓦斯
井田内瓦斯含量普遍较低,一般小于1cm3/g;由于构造和岩桨岩的热力作用,仅个别点有富集现象(二2煤层6707孔6.56cm3/g,6919孔3.49cm3/g);瓦斯风化带分布很广很深,除个别富集点之外,都属瓦斯风化带,直至-800m以深。
一般认为,瓦斯风化带界面处的相对瓦斯涌出量为2m3/t·d左右。
二2煤层相对瓦斯涌出量为2.0m3/t·d
3.煤尘无爆炸性到具弱爆炸性。
4.各煤层均无自然发火倾向。
5.地温
二2煤层在-650m以深,除63至65线范围地温低于31℃,其余均高于31℃,属一级热害区;三2煤层仅在0312孔至-650m以深出现小范围的一级热害区。
井田内其余地段地温均属正常。
1.3.5.煤层的埋藏条件
煤层埋藏在-300m~-800m之间,地质构造简单,煤层倾角变化小,倾角在3°~17°之间,煤层埋藏稳定,涌水量为275m3/h,地表为农田。
总体可见,该煤层的开采条件相当好。
1.3.6.带区煤层特征
本带区所采煤层为二2煤层,煤层特征如表3-1所示。
表3.1煤层特征如表
煤名层称
煤厚(m)
倾角(度)
结构
稳定性
容重(t/
)
硬度
牌号
二2
2.5
6—8
简单
稳定
1.40
3.5~4.0
无烟煤
二2煤层为高变质阶段的年青无烟煤。
煤层低灰分,特低硫、磷,高发热量;理论分选比重1.7时,可选性为易选至极易选;化学活性好;抗碎强度及热稳定性中等,可作动力及民用煤,亦可用于气化。
1.3.7.地质构造
三带区内地质构造简单,煤层起伏不明显,没有断层,煤层倾角约为6°煤层赋存条件相当好。
1.3.8.顶底板特性
二2煤层顶板以砂岩为主,完整性和稳定性较好,顶板较易管理,底板一般不会发生“底鼓”。
1.3.9.水文地质
本井田水文地质类型为中等~简单,其主要依据是:
(1)直接充水含水层,二2煤层顶板砂岩含水性弱,单位涌水量一般小于0.01t/s·m,为简单类型。
(2)上覆新生界含水层与基岩界面之间有厚度大于30m的粘土层阻隔,正常地段对煤系地层无充水作用;
(3)下覆太原组灰岩含水层与二2煤层之间有砂岩和泥岩组成的隔水层,厚度在50m以上,正常地段二2煤层的开采不存在底板突水的威胁;
(4)井田内断层富水性及导水性弱q<0.001t/s·m;
(5)主采煤层顶底板岩层稳定;
(6)矿床远离地表水体。
井田南部和西部均以断层构成阻水边界,东部煤层露头与粘土隔水层相接,采用“集水廊道”法计算,矿井预计正常涌水量275m3/h
1.3.10.地表情况
一带区对应的地表无村庄、无河流、无湖泊、无铁路,开采不受地表的限制。
2.带区巷道布置
2.1.带区位置
设计的带区(三带区)位于井田南翼,大巷的西侧。
2.2.带区的生产能力
(一)带区生产能力
煤炭工业矿井设计规范对工作面采出率的规定是:
厚煤层不低与0.93,中厚煤层不低与0.95,薄煤层不低与0.97。
因此,本设计工作面的采出率为0.95。
(1)一个炮采工作面一昼夜生产能力
(5-1)
式中:
N——昼夜落煤次数,次;
L——面长,m;
M——采高,m;
B——落煤一次的进度,m;
γ——煤的质量密度,t/m3;
C——工作面采出率。
则,炮采工作面年生产能力:
A=2×250×2.5×0.8×1.4×0.95=2660t
(2)带区生产能力
(5-2)
式中:
n——同时生产的采煤工作面数;
k1——带区掘进出煤系数,取为1.1左右;
k2——工作面之间出煤影响系数,n=2时取0.95,n=3时取0.9;
本矿井设计为两个带区工作面同时生产,所以带区生产能力为:
A=1.1×0.95×2660×365=101.45Mt>90Mt
通过计算,带区的生产能力达到矿井的设计生产能力。
带区生产能力定90万t/a。
2.2.1.带区工业储量
本次储量计算是在精查地质报告提供的1:
10000煤层底板等高线图上计算的,储量计算可靠。
煤炭工业储量是由煤层面积、容重及厚度相乘的结果,其公式一般为:
Zg=[H×L×(m1+m2)]/cos6°×γ
式中:
Zg----工业储量,t;
H----带区倾斜长度,1200m;
L----带区走向长度5500m;
γ----煤的容重1.40t/m3;
m2----2#煤层煤的厚度,为2.5米;
Zg=[1200×5500×2.5)]/cos6°×1.4=462万t/a
(2)设计带区可采储量
ZK=(Zg-p)×C
式中:
ZK----设计带区可采储量,t;
Zg----带区工业储量,t;
p----永久煤柱损失量,t;
C----采区采出率,本设计条件下取80%。
P=30×2×1200×2.5×1.4+15×2×(5500-30×2)×2.5×1.4=82.32万
(P包括上下两端永久煤柱损失量和左右两边永久煤柱损失量,万t)
ZK=(Zg-P)×C=(462-82.32)×80%=303.744万t
2.2.2.计算带区的服务年限;
T=ZK/(A×K)×100%(公式1-3)
式中:
T----带区服务a限,a;
A----带区生产能力,90万t;
ZK----设计可采储量;
K----储量备用系数,取1.5。
T=ZK/(A×K)=303.744万t/(90万t×1.5)=2.3a
2.2.3.验算采区采出率。
1、对于M2煤层:
C1=(Zg-P1)/Zg1……(公式1-4)
式中:
C----带区采出率,%;
Zg----M2煤层的工业储量,万t;
P----M2煤层的永久煤柱损失,万t;
C1=(Zg-P)/Zg=(462-82.32)/462=82.8%>75%
满足要求
2.3.带区内的再划分
带区划分为12个分带,每个分带里布置两个采煤工作面,分带中巷道沿倾斜布置,采煤工作面呈近水平状态,沿倾斜推进.
2.3.1.确定采煤工作面长度;
该煤层组左右两边界各留15m的边界煤柱,上部留30m防水煤柱,下部留30m护巷煤柱,从而其煤层倾向长度共有:
2000-60=1940m,走向长度为6500-30=6470m。
又各煤层埋藏平稳,地质构造简单,无断层,煤层附存条件较好,瓦斯涌出量较低,涌水量也小,自然发火倾向较弱,且现代采矿工作面长度有加长趋势,故采煤工艺选取较先进的综合机械化采煤方法。
一般而言,考虑到设备选型及技术方面的因素,综采工作面长度为180~250m,巷道宽度为4m~5m,本带区开掘巷道宽度为5m,且带区生产能力为240万t/a,一个厚煤层或中厚煤层的一个工作面便可以满足生产要求,将带区划分为两个大的分带,两大分带间留取30m较大煤柱,再分别划分为6个小分带,最后将整个带区划分为12个分带,采用沿空掘巷方式,巷道间留取5m较小煤墙。
故工作面长度为:
L=(5500-15×2-30-12×6-6×28)/12=433m
2.3.2.确定采区内的区殴数目或带区内的工作面数目;
回采工作面沿走向布置,沿倾向推进,采用下行后退式倾斜长壁采煤法开采。
工作面数目:
N=(L-S0)/(l+l0)------------(公式1-4)
式中:
L-----煤层走向长度(m);
S0----带区边界煤柱宽度(m);
l-----工作面长度(m);
l0----回采巷道宽度,因采用综采采煤法,故l0取5m。
则:
N=(5500-2×15-30-12×5)/(250+5+5)=20
2.3.3.确定工作面生产能力;
Qr=A/(T×1.1)……(公式1-5)
式中:
A----带区生产能力,90万t/a;
Qr----工作面生产能力,万t;
T----每a正常工作日,330天。
故:
Qr=A/T×1.1=90/(330×1.1)=2479.33t
2.3.4.确定带区内同采工作面数目及工作面接替顺序。
生产能力为90万t/a,且工作面生产能力为2479.33t。
目前开采准备系统的发展方向是高产高效生产集中化,采用提高工作面单产,以一个工作面产量保证带区产量,所以定为带区内一个工作面生产。
各煤层采用跳采方式开采,12个分带工作面接替顺序如下:
K2工作面接替顺序图
序号
2101
2102
2103
2104
2105
2106
2107
2108
2109
2110
次序
1
3
5
7
9
2
4
6
8
10
K2煤层工作面接替顺序:
2101→2106→2102→2107→2103→2108→2104→2109→2105→2110
(说明:
以上箭头方向表示工作面推进先后。
)
2.4.确定带区内准备巷道布置及生产系统
2.4.1.根据所选题目条件,完善采(带)区所需的开拓巷道;
为了缩短带区准备时间并提高经济效益,根据所给地质条件,在第一开采水平中,把为该带区服务的运输大巷和回风大巷均布置在煤层底板下方25m的稳定岩层中。
2.4.2.确定采(带)区巷道布置系统时至少就上山数目、位置、或带区布置方式提出两个布置方案,并进行技术分析与经济比较。
首先确定回采巷道布置方式,由于地质构造简单,无断层,煤层赋存条件好,涌水量较小,瓦斯涌出量较小,无自然发火倾向,直接顶较厚且易跨落。
同时为减少煤柱损失,提高采出率,降低巷道维护费用,采用沿空掘巷的方式。
因此采用工作面布置图所示工作面接替顺序,就能弥补沿空掘巷时工作面接替复杂的缺点。
2.4.3.带区布置方案分析比较
确定带区巷道布置系统,带区M2层煤,一层布置12个工作面,根据相关情况初步制定以下两个方案进行比较:
方案一:
分带单独布置
每一个分带分别开斜巷进入上部煤层,每一个分带都布置一个煤仓直通运输大巷。
通风系统为:
新风从运输大巷→进风行人斜巷→煤层运输平巷→分带运输斜巷→采煤工作面→分带运料斜巷→回风运料斜巷→回风大巷。
该方案的特点是,每个分带都布置了煤仓,所以管理较复杂,煤仓和联络斜巷工程量大,但
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