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矿井设计说明书
摘要
本设计新井为鸡西矿业集团东山煤矿2.4Mt/a的新井设计。
共有5层设计可采煤层。
分别是6#A、6#B、23#、34#和45#。
平均总厚度为12.8m,煤的工业品牌号为1/3焦煤。
设计井田的可采储量为187.6Mt,服务年限为56a,划分两个水平开采。
本设计矿井采用双立井的开拓方式,集中大巷及采区石门的大巷布置方式。
共划分10个采区,其中首采区为2个,投产工作面2个。
大巷运输采用10t架线式电机车牵引5t底卸式矿车运输,采用的采煤方法为走向长壁采煤法,采煤工艺为综合机械化采煤工艺。
顶板处理方法为全部跨落法。
年工作日为330d,采用“三、八”式工作制,工作面长为175m,每刀进度为0.8m,每日割8刀。
主井采用多绳摩擦箕斗提升,副井采用罐笼提升。
由于本人知识有限,缺乏一定的现场经验。
因此,本设计中难免会出现一些问题,请各位专家老师不吝指正。
关键词:
水平分组集中走向长壁
Abstract
Thetaskofthisdesignistoconstructa2.4milliontonsnewshaftforShuangyashanMingAdministration.ThisminehasfiveminableCoalSeam.Theyare6#A、6#B、23#、34#and45#.It’saveragethicknessis12.8meters,typesofcoalseamis1/3cokingcoal.Designedfieldofminablecapacityis187milliontons.Itcanadaptfor56years,andisdividedintotwolevel.
Themineshaftisappliedtodoubleindinedshaftdevelopmentmethod;Layoutofgathinggallergandminingdistricterossheading;Thislevelisdividedinto10miningdistrictsand2workedfaces.Thebiglaneconveyanceadopts14tonalinetypeelectricalengineeringcarslead5tonbottomunloadtypemineralcarstransport,adoptingofadoptcoalmethodasthealignmentthelongwalladoptthecoalmethod,adoptingcoalcraftastosynthesizethemechanizationadoptthecoalcraft.Aplankhandlesmethodastoacrosstofallthemethodall.Ords330dayseveryyear.Adapt“three-eight”worksituation,workfaceis175meterslengthofcircleis0.8meters,andtimesis8oneday.Themainwelladoptionmanyroperubtheboxpromotes,thevice-welladoptstherigidcombinationacagepromotes.
Becausemylimitworkingabilityandtime.Theremustbelotsoffaultsinthisdesign.Ipleadwithdirextorspointthemoutandredifyit,andIwillacceptitsincerelyandhumblely.
Keywords:
Levelthecentthesetconcentratesthecentthesetconcentrates
绪论
通过大学四年对采矿专业基础课的学习,让我对矿井的生产系统:
落煤、装煤、运煤、工作面支护、采空区处理有了深刻系统的学习。
同时,对矿井通风、排水有了整体的掌握。
通过在做毕业设计对矿井的开拓、准备及回采有了科学的认识。
现对鸡西矿业集团东山煤矿年产2.4Mt,做新井设计。
本设计中详细阐述了东山煤矿的开拓、准备及回采,同时也对矿井的通风、排水做了详细的介绍。
通过设计我对专业知道有更加系统、深入的理解。
特别是理论联系实际的能力及处理现场问题的能力得到了提高。
在不断总结、归纳、复习和学习的过程中使我的专业知识更加丰富。
由于本人的专业知识有限,特别是缺少现场经验,因此本设计中所出现的问题再所难免,衷心希望老师不吝赐教。
第1章井田概况及地质特征
1.1井田概况
1.1.1交通位置
东山矿位于黑龙江省恒山区境内,距鸡西市东北方向11km。
其地理坐标为:
东经:
130˚51′00″~130˚51′28″;
北纬:
45˚22′00″~45˚22′18″。
东山矿的交通以铁路、公路为骨干。
有矿山铁路专线与鸡西站相连;公路通达鸡西市、密山市等地。
交通较为便利,(见图1-1)。
1.1.2地形地势
东山矿区井田地表为丘陵起伏,整个地势为东南高,西北低。
海拔最低标高为-50m,最高标高为258m。
1.1.3气象及地震情况
东山矿区属于中温带大陆性气候。
区内由11月至翌年4月为冻结期,冻结深度为1.5至2.0m,最高气温在零上27℃至31℃,最低气温在-29℃至-34℃。
汛期常发生在每年的七、八月份。
年平均降水量533.3mm,季内最大降水量312.5mm。
春季秋季多风,春夏以西南风为主,冬秋以西北风为主,最大风速25m/s。
东山矿在史料中无地震发生过。
1.1.4水源及电源
东山矿区境内无湖泊、水库和沟塘。
东山矿区水源来自地下水,能保证生产与生活需要。
生产与生活用电均来自鸡西市供电局。
1.1.5煤田开发史
东山煤田为新近开发,无开发历史。
1.1.6工农业及原料供应状况
东山井田周边有农田和国有林地分布,可为矿区提供一部分农产品及生产原料。
矿井建设及生产所需设备可由附近厂家提供。
1.2地质特征
1.2.1矿区范围内的地层情况
东山矿区地层走向EW,倾向为NS,倾角11º。
地层厚度为850-900m。
表土及风化带厚度约20-63m,表土中无流沙岩。
岩层多由细砂岩及中砂岩构成。
(见图1-2),煤层综合柱状图。
1.2.2井田范围内和附近的主要地质构造
东山井田范围内的主要地质构造为断层,其中断层共有3个,都为正断层,铅直地层断距在20-30m之间。
(见表1-1),断层特征表。
表1-1 断层特征表
序号
断层号
与煤层走向关系
基本特征
延展情况
摆动情况
可靠程度
走向
倾向
倾角
性质
落差
1
F1
斜交
N60ºw
30ºNE
50
正
25
全区
±30
可靠
2
F2
斜交
N56ºw
34ºNE
58
正
26
全区
±20
可靠
3
F3
斜交
N58ºW
32ºNE
60
正
24
全区
±8
可靠
1.2.3煤层赋存状况及可采煤层特征
煤层赋存比较深,倾角在11º,主要可采煤层发育在城子河组地层中,主要可采层有:
6#A、6#B、23#、34#和45#五层。
可采煤层特征如下:
6#A号煤层:
全区发育稳定,为本区主要可采层,煤层结构单一,煤层较厚,煤质稳定,肉眼鉴定为半亮-半暗型,块状,煤层厚度3.1m,平均厚度2.8m.顶板为粉砂岩,平均厚度2.7m,底板粉砂岩3.2m,平均厚度。
6#B号煤层:
全区发育且稳定,本区主要可采层,煤层结构单一,岩性为煤页岩,厚度为3m。
深部煤层较简单,肉眼鉴定为半亮块状.顶板为粉砂岩或细砂岩,平均厚度为2.22m。
底板为粉砂岩或中细砂岩,平均厚度为2.8m.
23#号煤层:
全区发育,较稳定,局部可采,结构单一,宏观煤岩为半亮型粉状,平均厚度2.7m,煤层顶板为粉砂岩,顶板平均厚度2.2m,底板平均厚度2.4m。
34#号煤层:
全区发育,厚度较大,煤质较稳定,肉眼鉴定为半亮-半暗型,块状,本煤层多有硖矸,煤层平均厚度2.3m,煤层顶板为细砂岩,平均厚度3.6m,底板为粗砂岩,平均厚度2.8m。
45#号煤层:
全区发育较稳定,深部结构复杂,含有多层硖矸,岩性为煤质页岩,煤层厚度较大,平均厚度为2.0m,煤层顶板粉砂岩,顶板平均厚度2.2m,底板为粗砂岩平均厚度2.6m。
1.2.4岩石性质、厚度特征
煤层顶底板的厚度一般都大于8m,多为砂岩。
图1-2煤层综合柱状图
1.2.5井田内水文地质情况
东山矿区地下水补给来源主要是大气降水和冲积孔含水层水,水力性质呈潜水状态,对浅部矿井充水造成良好条件。
构造裂隙含水带:
埋藏于风化裂隙含水量水带之下,两者为渐变过渡关系,呈承压水。
矿井涌水量一般为78.46m3/h,最大涌水量为282.36m3/h。
1.2.6沼气、煤尘及煤的自燃性
瓦斯相对涌出理为8.9m3/t,绝对涌出理为5.2m3/min,所以
矿区属低瓦斯矿区。
随着开采深度的延伸,瓦斯赋存条件好涌出量大给矿井的安全生产带来一定的困难,因此未来矿开发,瓦斯防治技术措施将需进一步加强。
本矿区属低硫特低磷不易自燃煤层。
1.2.7煤质、牌号及用途
本矿井煤多为是亮煤、暗煤、夹镜煤丝带、丝炭较少。
矿区内煤岩类型多为光亮型、半亮型和半暗型。
镜下鉴定煤岩组成以凝胶物质为主,树脂胶体占次要地位,矿物杂质多见。
原煤灰分变化较大,一般在21%至32%。
净煤灰分一般在9%左右,胶质层厚度在13.1至17.9mm,粘结指数G在74-83%之间,原煤分析其高位发热量为5800-6400卡/斤,精煤挥发分一般在34%左右,硫含量在0.21-0.36%之间。
磷含量一般在0.004-0.015%之间。
是低硫、低磷的1/3焦煤。
主要工业用途以冶金用煤为主,火电厂作动力用煤次之。
1.3勘探程度及可靠性
1.钻探工程量统计:
本次钻探从2002年8月12日开工,到2005年9月结束,历时三年整。
施工钻孔是8个,竣工15个,总工程量18,447.47m,超千米孔14个。
2.工程质量:
本次勘探所使用的钻机有TXB-1000型(1台),TK-1型(2台),TK-3型绳索取芯(1台),这三种钻机设备良好,符合技术要求。
本次勘探竣工钻孔15个,全部按煤炭部98年12月颁发的确《煤田勘探钻孔工程质量标准》进行验收。
验收成果:
特级孔2个,甲级孔5个,乙级孔5个,丙级孔3个,特、甲、乙级孔层13层,不合格层18层,优质合格层率为72.6%。
测井验收65层,均为优质层,优质层率100%。
第2章井田境界 储量 服务年限
2.1井田境界
2.1.1井田周边状况
东山矿北部以+250标高线为界,南部以-600标高线为界,东部以横坐标414250人为为界,西部以断层F3为界。
2.1.2井田境界确定的依据
1.要适于选择井筒位置,安排地面生产系统和各建筑物;
2.以地理地形,地质条件作为划分井田境界的依据;
3.划分的井田范围要为矿井发展留有空间;
4.井田要有合理的走向长度,以利于机械化程度的不断提高。
2.1.3井田未来发展情况
由于本井田几条断层的影响,投产时的产量可能不能及时达到设计生产能力,但随着开采深度的增加,煤层赋存条件好,采用新技术防治矿井瓦斯,产量会有较大的提高幅度.
2.2井田储量
2.2.1井田储量计算
参加储量计算的煤层有6#A、6#B、23#、34#和45#共五层煤。
各煤层储量计算与井田境界基本一致。
矿井储量是指矿井内所埋藏的数量,具有工业价值的煤炭数量,它不仅包含着煤炭在地下埋藏的数量,而且还表示煤炭的质量,反映井田的勘探程度及开采技术条件。
矿井储量可分为矿井地质储量,矿井工业储量和矿井可采储量。
矿井工业储量是指平衡表内A+B+C级储量的总和。
矿井设计储量是矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱,防水煤柱,井田境界煤柱和已有的地面建筑物,构筑物需要留设的保护煤柱等永久煤柱的损失量后的储量。
矿井可采储量是指矿井设计储量减去工业场地保护煤柱,矿井井下主要巷道及上,下山保护煤柱最后乘以采区回采率的储量。
2.2.2保安煤柱
为了安全生产,本设计矿井依据《煤矿安全规程》,留保安煤柱如下:
1.各煤层在露头处留设20m煤柱;
2.边界断层留设25m煤柱;
3.井田内部断层留设20m煤柱;
4.地面留设50m煤柱。
按以下计算方法得:
工业广场煤柱损失560万吨;
断层,露头,边界保安煤柱损失1280万吨;
总损失量:
1840万吨;
损失率:
5.8%。
2.2.2储量计算方法
1.工业储量计算:
计算公式:
式中:
Q——块段储量;
S——块段平面积;
α——煤层平均倾角;
M——块段平均厚度;
γ——煤的容重。
经计算得
=
=276.71Mt2,可采储量计算:
计算工式如下:
式中:
Z——可采储量,Mt;
——工业储量,Mt;
p——永久煤柱,Mt;
c——采区回采率。
得:
Z=188.16Mt
表2-1可采煤层储量总表单位:
Mt
序号
煤层号
工业储量
损失量
设计采出率
可采储量
1
6#A
64.66
9.69
85%
43.97
2
6#B
60.35
9.05
85%
41.03
3
23#
51.73
7.76
85%
35.17
4
34#
47.42
7.11
85%
32.25
5
45#
51.73
7.76
85%
35.17
合计
275.89
41.37
187.59
回采要求:
中最煤层不应小于80%,薄煤层不应小于85%。
2.2.4储量计算评价
本设计矿井的各类储量都计算严格按照有关规定执行。
由于技术水平所限,计算所得到的各种储量与实际可能有一定误差。
2.3矿井工作制度、生产能力、服务年限
2.3.1矿井工作制度
依据《煤矿安全规程》,《煤矿生产许可法》和《劳动法》有关规定,结合东山矿的实际情况,拟制定工作制度:
设计年工作日330d,日净提升16h,采用“三·八”作业制,二班生产,一班准备。
2.3.2设计生产能力的确定
矿井生产能力的大小主要根据井田储量、煤层赋存状况、地质条件等情况来确定,还应考虑当前及今后市场的需煤量。
根据该井田的实际情况,初步拟定了三种矿井年生产能力方案,
具体如下:
方案A:
1.8Mt/a;
方案B:
2.4Mt/a;
方案C:
3.0Mt/a。
上述三种方案,具体选择哪一种,还应根据矿井服务年限来确定。
2.3.3矿井服务年限的确定
矿井服务年限的计算公式如下:
T=Z/(A×K)
式中:
Z——矿井设计可采储量,Mt
A——生产能力,Mt/a
K——矿井储量备用系数,K=1.3~1.5
根据本设计矿井实际情况,K值取1.4。
矿井服务年限
依据以上拟定的矿井生产能力,服务年限的确定现提出三种方案,
具体如下:
方案A:
1.8Mt/a
T=Z/(A×K)=188.16/1.8×1.4=74.6a
方案B:
2.4Mt/a
T=Z/(A×K)=188.16/2.4×1.4=56a
方案C:
3.0Mt/a
T=Z/(A×K)=188.16/3.0×1.4=44.8a
参照《煤炭工业矿井设计规范》规定,方案B较合理,即:
矿井生产能力:
B=2.4Mt/a,矿井服务年限T=56a。
第3章井田开拓
3.1概述
3.1.1井田内外及附近生产矿井工拓方式概述
东山煤矿与小恒山矿相邻,小恒山煤矿以立井开拓为主。
3.1.1影响本设计矿井开拓方式的困素及具体情况
井田开拓所要解决的问题是,在一定的矿山地质和开采技术条件下,根据矿区总体设计的原则规定,正解解决下列问题:
1.确定井筒的形式和数目及其配置,合理选择井筒及工业场地的位置;
2.合理地确定开采水平数目和位置;
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。
上述问题对整个矿井的开采有长远影响。
此处影响本设计井田开拓方式的主要因素有:
煤层倾角及层间距及走向和倾长度。
3.2矿井开拓方案的选择
3.2.1井硐形式和井口位置
一.井筒形式的确定
根据东山井田的地表及煤层等实际情况,平硐开拓方式技术上不合理,应直接否定。
现依据东山井田的地形,地质构造,煤层赋存等因素,提出三种井筒开拓方案,具体情况如下:
方案A—双斜井开拓;
方案B—双立井开拓;
方案C—主斜井副立井开拓。
以上三种井筒开拓方案示意图(见图3-1)、技术比较如下:
1.双斜井开拓
斜井与立井相比有如下优点:
井筒掘进技术和施工设备比较简单,掘进速度快,地面工业建筑,井筒装备,井底车场及硐室都比立井简单,一般无须大型提升设备,初期投资少,建井期较短;在多少平开采时,斜井的石门总长度较立井开拓时要短,因而掘进石门的工程量较少;采用带式输送机斜井开拓时,可以布置中央采区,利用主副斜井兼作中央采区的上山,从而可以节约初期建井工程量。
与立井相比斜井的缺点:
在自然条件相同时,斜井要比立井长得多;围岩不稳固时,斜井井筒维护费用高;采用绞车提升时,提升速度较低、能力小、钢丝绳磨损严重、动力消耗大、提升费用较高。
由于斜井较长,沿井筒敷设管路、电缆所需的管线长度较大;对生产能力特大的斜井,输助提升的工作量很大,甚至需要增开副斜井。
另外,斜井的通风风路较长,对瓦斯涌出量大的大型矿井,斜井井筒断面小,通风阻力过大,可能满足不了通风的要求,不得不另开专用进风或回风的立井并兼做辅助提升;
2.双立井开拓
立井开拓的优点:
立井开拓的适应性很强,一般不受煤层的倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制。
立井的井筒短、提升速度快、提升能力大,对辅助提升特别有利;对井型特大的矿井,可采用大断面的立井井筒,装备两套提升设备;井筒的断面很大,可满足大风量的要求;由于井筒短,通风阻力小,对深井更为有利。
其缺点与斜井的优点相对应。
3.主斜井副立井开拓
优点:
兼有斜井和立井的优点,主井采用斜井开拓,井筒施工简单,掘进速度快,费用低.副井采用立井开拓,井筒容易维护,有效断面大,有利于通风,提升速度快。
缺点:
如果井口相近,则井底相距较远,井底车场布置,井下的联系就不太方便,如井底相近,由井口相距较远,地面工业建筑物就比较分散,生产调度及联系不方便,占地面积大,相应地增加了煤柱损失。
适用条件:
介于双立井与双斜井之间
技术评价:
根据设计井田的地表状况,煤层赋存及工业广场的布置等实际情况,如用综合开拓不利于地面工业广场的布置,也不利于井底车场的布置,井下的联系和生产调度较为繁琐,故该方案在技术不合理,不适合本设计矿井.所以本井田不利于用综合开拓.
根据上述井硐开拓方案的技术比较,确定双立井开拓与双斜井开拓方案在技术上可行.根据规定,对技术可行的方案还应进行经济比较,(见表3-1)。
表3-1开拓方案经济比较表
项目名称
方案一(万元)
方案二(万元)
井筒
主井
750×1050×10-4=157.5
160×3000×10-4=99
副井
750×1050×10-4=157.5
160×3000×10-4=99
井底车场
800×900×10-4=72
1000×900×10-4=90
石门开凿
850×800×10-4=68
850×800×10-4=68
总计
455
356
依据表上述各种方案比较,得知立井开拓最经济。
方案A、双斜井开拓
方案B、双立井开拓
方案C、主斜井副立井开拓
图3-1开拓方案示意图
二.井口的位置
井口位置的选择是井田开拓的重要组成部分。
井口位置与开拓方式要相互协调,经综合比较后择优确定,特别是提、运煤炭的主井位置还要与地面生产系统、工业广场布置相匹配,需要综合考虑的主要因素和原则如下:
(1)井下条件:
在井田走向的储量中央或靠近中央位置,使井田两翼可采储量基本平衡;井筒应尽量避开或少穿地质及水文复杂的地层或地段;勘探程度及初期工程量。
(2)地面条件:
井筒位置应选在比较平坦的地方,并且满足防洪设计标准;
井口要避开地面滑坡、岩崩、雪崩、泥石流、流砂等危险地区;井口及工业场地位置必须符合环境保护的要求;工业场地不占或少占用良田;井口位置要与矿区总体规划的交通运输、供电、水源、居住区、辅助企业等的布局相协调,使之有利生产、方便生活。
在本设计井田中,井筒沿走向的有利位置应在井田的中央。
当井田储量呈不均匀分布时,应在储量分布的中央,在此开成两翼储量比较均衡的双翼井田,应尽量避免井筒偏于一侧,造成单翼开采的不利局面。
已确定井口位于井田走向方向的中部,但倾斜方向还不能确定,于是提出三种沿井田倾斜方向的井筒位置方案:
方案一:
井筒位于井田浅部
方案二:
井筒位于井田中部
方案三:
井筒位于井田深部
(3)经过简单的技术比较后认为:
井筒位于井田浅部,煤柱尺寸最小,压煤最少,但石门短;井筒位于井田中部时,煤柱尺寸稍大,上山过长。
井筒位于井田深部,煤柱尺寸最大,压煤量最大,且初期工程量大,石门也较长,但对于开采井田深部煤层及井通延伸有利;
所以综合考虑后本矿井的井口应设在浅部。
3.2.2开采水平的数目及标高
1.开采水平—简称“水平”。
运输大巷及井底车场所在的位置及所服务的开采范围。
开采水平的尺寸以水平垂高表示.水平垂高是指该水平开采范围的垂高。
合理的水平垂高的要求:
(1)具有合理的阶段斜长;
(2)具有合理的区段数目;
(3)要有利于采区的正常接替;
(4)证开采水平有合理的服务年限及足够的储量;
(5)经济上有利的垂高。
根据以上各方面原因及本井田的实际情况,现确定水平划分方案如下:
方案一:
单水平上下山开采
水平标高——-100m
阶段垂高——950m
储量——18759万吨
服务年限——56年
方案二:
两水平上山开采
水平标高——85m,-240m
阶段垂高——165m
一水平储量——8599万吨
二水平储量——10160万吨
一水平服务年限——25.6a
二水平服务年限——30.4a
参照上述二种方案的各项数据,各方案评价如下:
方案一:
该方案的阶段垂高,设计不符合《煤矿安全规程》规定,初期投资大,见效慢,本方案不可取。
方案二:
该方案的一水平服务年限及垂高均符合《煤矿安全规程》规定,根据本井田的实际情况,本方案技术上可行。
3.2.3开拓巷道的布置
水平巷道的主要任务是担负煤矸、物料和人员的运输,以及通风、排水、敷设管线。
对大巷的基本要求是便于运输,利于掘进和维护,能满足矿井通风安全的需要。
1.开拓巷道布置方式的选择
根据煤层的数目和间距,大巷的布置方式分为单煤层布置(称分煤层运输大巷),分煤组布置(称
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