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碰巧说明书
摘要
本设计为开滦矿业集团范各庄矿的3Mt/a的新井设计。
此矿区内有4层煤全区可采,煤层平均厚度为3.0米,走向长度为7.5km,倾向长度为1.7km,煤层平均倾角为15度。
可采储量为2.142亿吨,可采年限为60.7年。
本设计采用立井二水平开拓,划分八个采区,一水平可回采南一、北一、南二、北二采区,采用集中大巷布置,单一走向长壁采煤法采煤,综合机械化回采工艺。
通风方式为中央边界式通风。
关键词可采储量中央边界式单一走向长壁
Summary
Thisdesignisthenewwelldesignofthe3Mts/atoKailuanmineralindustrygroupeachChuangofFangezhuangmineral.
Thismineralzoneinsidehas4lamellacoalwholezonescanadopt,averagethicknessincoalseamis3.0rice,alignmentlengthis7.5kms,inclinetolengthas1.7kms,averagerakeangleincoalseamis15degree.Canadopttokeepquantistyas214,200,000ton,canadopttimelimitas60.7years.Thisdesignadoptsthewelltwolevelsexpand,dividingthelineeightadoptthezone,athelevelcanreturntoadoptthesoutha,northa,southtwo,northtwoadoptthezone,theadoptionconcentratesthebiglanearranges,onealignmentlengthwaysthewalladoptsthemethodofcoaladoptsthecoal,synthesizingthemechanizationreturntoadoptthecraft.Ventilatingthewayisacentralmargintypetoventilate.
Keywords:
CanadopttokeepthequantistyCentralmargintypeTheonealignmentislengthwaysthewall
目录
摘要I
SummaryII
目录III
第1章井田概况及地质特征1
1.1井田概况1
1.1.1交通位置1
1.1.2地形地势气象地震2
1.1.3主要河流、湖泊2
1.1.4煤田开发史及近况2
1.1.5附近工矿农业概况及原材料供应情况2
1.1.6水电的供给情况2
1.2地质特征3
1.2.1矿区内的地层情况3
1.2.2地质构造5
1.2.3煤层赋存状况及可采煤层特征5
1.2.4岩石性质、厚度及特征6
1.2.5井田水文地质情况6
1.2.6煤质牌号及用途6
1.3勘探程度及可靠性7
第2章井田境界储量服务年限8
2.1井田境界8
2.1.1井田周边状况8
2.1.2井田境界确定的依据8
2.1.3井田未来发展状况8
2.2井田储量8
2.2.1井田储量计算8
2.2.2保安煤柱9
2.2.3储量计算方法9
2.2.4储量计算评价10
2.3矿井工作制度生产能力及服务年限11
2.3.1工作制度11
2.3.2生产能力11
2.3.3矿井设计服务年限11
第3章井田开拓12
3.1概述12
3.1.1井田内外及附近生产矿井开拓方式概述12
3.1.2影响本设计矿井开拓方式的因素及具体情况12
3.2矿井开拓方案选择13
3.2.1井筒形式和井口位置13
3.2.2开采水平数目和标高15
3.2.3开拓巷道布置16
3.3选定开拓方案的系统描述16
3.3.1井筒形式和数目16
方案三17
3.3.2井筒位置及坐标17
3.3.3水平数目及高度18
3.3.4石门大巷数目和布置18
3.3.5井底车场形式选择20
3.3.6煤层群的联系20
3.3.7采区划分20
3.4井筒布置和施工21
3.4.1井筒穿过的岩层性质及井筒支护21
3.4.2井筒布置及装备21
3.4.3井筒延伸的初步意见23
3.5井底车场及硐室24
3.5.1井底车场形式确定及论证24
3.5.2井底井场的布置、存车线路、行车线路布置长度24
3.5.3井底车场通过能力验算27
3.5.4主要硐室28
3.6开采顺序28
3.6.1沿井田走向的开采顺序28
3.6.2沿井田倾向的开采顺序28
3.6.3采区接续计划28
第4章采区巷道布置及采区生产系统30
4.1采区概述30
4.1.1设计采区的位置、边界、范围、采区煤柱30
4.1.2采区的地质和煤层情况30
4.1.3采区的生产能力、储量及服务年限30
4.2采区巷道布置31
4.2.1区段划分31
4.2.2采区上山布置32
4.2.3采区车场布置32
4.2.4采区煤仓形式、容量及支护34
4.2.5采区硐室简介36
4.2.6采区工作面接续36
4.3采区准备37
4.3.1采区巷道的准备顺序37
4.3.2采区主要巷道的断面示意图及支护方式38
第5章采煤方法39
5.1采煤方法的选择39
5.2回采工艺39
5.2.1选择和决定回采工作面的工艺过程及使用的机械设备39
5.2.2选择采面循环方式和劳动组织形式40
第6章井下运输和矿井提升42
6.1矿井井下运输42
6.1.1运输方式和运输系统的确定42
6.1.2矿车的选型及数量42
6.1.3采区运输设备的选择43
6.2矿井提升系统44
6.2.1矿井主要提升设备的选择及计算44
第7章矿井通风与安全47
7.1矿井通风系统的确定47
7.1.1概述47
7.2风量计算与风量分配47
7.2.1风量计算47
7.2.3风量分配50
7.2.3风量调节方法与措施50
7.2.4风速的验算51
7.3矿井通风阻力的计算53
7.3.1确定全矿最大通风阻力和最小通风阻力53
7.3.2矿井等积孔的计算55
7.4通风设备的选择56
7.4.1主扇的选择56
7.4.2电动机的选择57
7.4.3反风措施57
7.5.1预防瓦斯及煤尘爆炸58
7.5.2火灾与水患的预防58
7.5.3其他事故的预防59
7.5.4人员自救59
第8章矿井排水60
8.1概述60
8.1.1矿井水来源及涌水量60
8.1.2对排水设备的要求60
8.2矿井主要排水设备61
8.2.1排水方式与排水系统简介61
8.2.2主排水设备及管路的选择计算62
第9章采区供电65
9.1矿井供电系统概述65
9.2采区电器设备的型号及数目65
9.3变压器容量选择66
9.4电缆选择计算67
第10章技术经济指标69
谢辞71
参考文献72
附录一73
附录二79
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
本矿位于开平向斜东南翼,属唐山市古冶区管辖境内。
地理坐标为北纬39度33分、东经113度28分。
矿区内有铁路与京山线古冶车站和林西矿接轨,铁路交通方便(见附图1-1)。
有公路干线通过井田,公路交通十分方便。
属京、津、唐三角区,距北京、天津均为100公里。
图1-1交通位置图
1.1.2地形地势气象地震
范各庄矿位于华北平原,属于平原地区,地势平坦,没有高山及丘陵。
在矿区北方有一河流,接近煤田边界,对开采基本没有影响。
本区为大陆性季风气候,春季东风和西风交替出现,气候干燥少雨;夏秋两季东南和南风常由海面带来潮湿空气,使矿区多雨;冬季因受西伯利亚蒙古一带冷气压影响多西北风,气候寒冷干燥。
区内由11月至翌年3月为冻结期,冻结深度为1.0至1.5米,最高气温在零上27度至31度,最低气温在-29度至-34度,全年气温平均为零上2.0摄氏度,年降水量为370毫米至631毫米,全年主导风向多为西北、东南,风力3至4级。
1976年唐山市发生特大型地震,整个唐山市都毁于一旦,范各庄矿也没有逃脱此厄运,整个矿井陷于瘫痪状态,再之后没有大型地震发生,但有小地震及微震经常发生,对矿井的安全生产没有造成影响。
1.1.3主要河流、湖泊
井天范围内有沙河自井天北部流向西南,流向与地层走向大致一致,河面开阔,水力坡度较小,仅为1%—2%。
在井田北部,沙河与地面塌陷坑连为一体。
冬春河水近于干涸,只排泄矿井水。
夏秋流量显著增大,汛期有时泛滥,流量随上游北部山区降雨量而变化。
最高水位为29.572米。
1.1.4煤田开发史及近况
本井田于1997年4月进行普查勘探,2000年6月21日开始建井,2005年10月21日正式投产,设计能力年产300万吨。
现经改扩建设计能力在逐步上升。
1.1.5附近工矿农业概况及原材料供应情况
范各庄矿附近还有吕家坨矿,唐山市毕各庄矿等矿,北部有一氟酸硅厂,主要村庄分布在东部,地表大部分都被农田覆盖,在工业广场内设有一大型洗煤厂,生产的原煤直接运输到洗煤厂进行洗选。
1.1.6水电的供给情况
进入矿中央的变电站的电源线共计四趟,其中2趟是电网吕家坨变电站35千伏输电线,接矿中央变电站馈送至一水平,另外2趟是开滦林西电厂35千伏输电线,经过中央变电站馈送至一水平。
1.2地质特征
1.2.1矿区内的地层情况
本矿区煤系地层主要由石炭系,二迭系地层组成,其中包括中石炭统唐山组、上石炭统开平组、赵各庄组,下二迭统的大苗庄组、唐家庄组。
基底为经过长期剥蚀夷平的中奥陶统,上覆地层为上二迭统古冶组陆相碎屑岩。
含煤建造由一套海相、过度相、陆相地层组成。
(详见图1-2 煤系地层综合柱状图)。
图1-2 煤系地层综合柱状图
1.2.2地质构造
范各庄井田位于开平煤田的东南翼。
开平煤田位于燕山南麓,煤系地层为石炭二迭系。
开平主向斜是煤田的主要构造骨架,呈复式向斜构造。
向斜的总体轴向为NE向,自古冶以北主向斜轴逐渐转为东西向。
向斜俩翼不对称,西北翼地层倾角比较大,局部地层倒转,发育落差及走向长度较大的逆断层或逆掩断层;东南翼地层倾角比较平缓,由北往南发育俩组轴向与主向斜轴斜交或直交的短轴倾伏褶皱构造;一组由杜军庄背斜、黑鸭子向斜、吕家坨背斜、塔坨向斜、毕各庄向斜及南阳庄背斜等组成;另一组出现在宋家营以南,由李新庄向斜、刘唐堡背斜组成,其规模不如前者。
东南翼断层不发育,规模亦很小,多见于褶皱构造的轴部,正断层较多,逆断层较少。
井田内探明断层只有一组以F0断层为主的大断层,该断层为高角度正断层,倾向SWW,倾角70—84度。
揭露的最大断层落差为37米,往北延展落差逐渐减小。
该断层贯穿了整个单斜构造区,给采掘生产造成了很大影响。
(详见表1-3断层发育及落差表)。
表1-3断层发育及落差表
顺序
名称
断层面走向
断层面倾向
倾角
落差(m)
水平断距
性质
1
F0
南北
西
64度
30
22.5
正
1.2.3煤层赋存状况及可采煤层特征
井田内共有可采煤层四层,其富存情况及特征如下:
一、7煤层
5煤层为简单结构煤层,煤层厚度2.51—4.32米,平均3.0米,厚度变化尚有规律,西北薄,东南厚。
属全部可采煤层。
顶底版均为粉砂岩。
煤岩类型以半亮型和半暗淡型煤为主,中间1—2层暗淡型煤,底部为光亮型煤。
煤层中节理裂隙发育,棱角状断口。
煤的硬度f=0.4—0.9,容重1.57。
二、8煤层
8煤层为简单结构中厚煤层,厚度1.9—3.0米,平均2.2米,为全部可采煤层。
顶板为粉沙岩,底板为粉细砂岩。
煤岩类型以光亮型和半光亮型为主,中间夹有透镜状的半暗淡型煤,煤层内生节理发育。
煤的硬度f=0.3—0.8,容重1.56。
三、9煤层
9煤层为简单结构煤层。
煤层厚度1.8—3.6米,平均2.4米,为全部可采煤层。
顶底板均为粉细砂岩。
煤岩类型以光亮型为主,内生节理发育,玻璃光泽。
煤的硬度f=0.4—0.7,容重1.51。
四、11煤层
11煤层为单一结构中厚煤层。
煤厚1.7—3.5米,平均厚度2.1米,为全部可采煤层,顶板为粉细砂岩,底板为粉砂岩。
煤岩类型以光亮型为主,夹有薄层半光亮型煤。
内生节理发育,贝壳状断口,油脂光泽。
煤的硬度f=0.3,容重1.51。
1.2.4岩石性质、厚度及特征
本区内岩性较细,主要由粉砂岩、细砂岩、粉细互层、中砂层及煤层组成,仅有较少的粗砂岩,含烁砂岩。
煤层和岩层的物性差异均比较明显,各岩层的密度差别较小,γ─γ曲线在各种岩层反应平直煤层异常反应明显,岩石硬度多数为中等硬度的砂岩类。
1.2.5井田水文地质情况
煤系地层基底的奥陶系灰岩含水层和上覆的第四系冲击层含水层为主要的含水层。
对矿井直接充水的含水层是7号煤层顶板砂岩裂隙承压含水层和11号底板砂岩组裂隙承压含水层。
以上含水层裂隙发育,含水较丰富。
当煤层采出后或回采过程中大都表现为淋滴水,局部裂隙出水。
沼气煤尘及煤的自燃性
该矿井的瓦斯等级为:
低瓦斯矿井
矿井瓦斯绝对涌出量:
0.73米3/分钟
矿井二氧化碳绝对涌出辆:
33.73米3/分钟
矿井瓦斯相对涌出量:
0.12米3/吨·天
矿井二氧化碳相对涌出量:
5.45米3/吨·天
煤层自然发火期:
矿井自然发火等级为四级,11煤层为自然发火煤层,发火期为11个月。
1.2.6煤质牌号及用途
井田内主要可采煤层的煤种均为结焦性良好的1号、2号肥煤和气肥煤。
媒质受沉积环境的影响,各煤层变化较大,富存于赵各庄组的11煤层煤质较好,灰分低,发热量高,但煤的含硫量高;富存于陆相大苗庄组的7煤、8煤、9煤则灰分较高,发热量较低,但煤的含硫量较低。
本矿区内的煤层是由高等植物所形成的腐植煤,其肉眼煤岩成份主要是亮煤、暗煤、夹镜煤丝带、丝炭较少,黑色光亮内生裂隙发育,质脆,黑色条带状,层状结构,其煤岩类型多为光亮型、半亮型和半暗型;镜下鉴定为煤岩组成多是凝胶物质体,色鲜红以镜煤煤化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20%至30%,超过30%的情况也常见,净煤灰分一般在10%左右,胶质层厚度在9至15毫米,挥发分一般在30%至39%,硫含量在1.2%左右。
磷含量一般在0.001至0.02%。
属高硫,低磷煤,发热量一般在7000大卡每公斤。
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
1992年中煤航测遥感局航测对完成了井田范围内的航测地形测量,提供了1:
2000、1:
5000、1:
10000三套井田地形图。
1997、1998年委托煤科总院唐山分院测量所在井田范围内建立了8个GPS测量点,形成了地面的测量控制系统。
十年间,计算机和物探技术在范各庄地测工作中的应用进一步得到了加强。
建立了水文地质数据库,年终储量计算机化,计算机绘图得到了开发应用并取得了初步成果。
物探技术在防治水工作及构造探查中发挥了重要作用,无线电坑透、瑞利波、电法(音频电导、电法测探、透视等)和Po-210、Po-218等探测技术在生产中得到了广泛应用,并在此基础上形成了适合我矿特点的水文地质综合立体勘探法。
引进了菜区三维地震勘探,解决了采区内部小构造探查的难题。
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
本井田东部以7号煤层氧化带为界,西部与吕家坨相邻,南部为毕各庄矿,北部与钱家营相邻,以11号煤层-800标高垂直往上为界。
2.1.2井田境界确定的依据
1.以地理地形.地质条件作为划分井田境界的依据.
2.要适于选择井筒位置.安排地面生产系统和各建筑物.
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井田未来发展状况
本矿井产量与服务年限均较高,经济效益比较好,因此本井田的发展是至关重要的,从储量上看,随着矿井开采区域的延深,煤层富存条件趋于复杂,高强度的机械化开采越来越困难,影响本矿发展的不利因素主要有以下几个方面:
一、井的水文地质条件极其复杂,仍存在着较大的水害隐患,采、掘工程水文地质条件的超前探查任务仍十分艰巨,仍需要投入大量资金和人力。
二、受地震的影响,水平衔接严重滞后。
三、受煤赋存条件的限制,煤层压茬关系紧张,造成回采工作面衔接困难。
2.2井田储量
2.2.1井田储量计算
井田内可采煤层为7、8、9、11煤。
矿井储量是指矿井内所埋藏的,具有工业价值的煤炭数量。
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煤量后乘以采区回采率的储量。
2.2.2保安煤柱
为居住保地面建筑物及工程设施的安全,本设计对井筒及工业场地后期的风井、规划中的大断层留设安全煤柱。
由于本矿区无地表移动参数实测资料,设计参照类似围岩情况按下数据留设安全煤柱:
松散层移动角:
含水松散层45度、不含水的松散层55度
岩层移动角:
65度
岩层边界角:
55度
主、副井筒均位于工业场地内,主、副井筒深度已起过400米,工业场地东西长540米,南北最大宽度为430米,按照现行《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》规定,井筒煤柱地面受护面积包括井架、提升机房和围护带面积包括工业场内为煤炭生产直接服务的工业厂房、服务设施和围护带,围护带宽度为15米,煤柱按岩层移动角圈定,井田境界煤柱按50米留设,境界线两侧各20米,盘区煤柱按20米留设,两侧各10米。
按以上计算方法得:
工业广场煤柱损失:
360万吨
周边、断层保安煤柱损失:
1742.5万吨
损失总量:
2102.5万吨;
损失率为:
7.6%
2.2.3储量计算方法
计算标注以《储量管理规程》为依据,公式如下:
块段储量=块段面积÷cos(平均倾角)×平均厚度×容重
矿井设计储量=工业储量-永久煤柱
块段可采储量=(工业储量-永久煤柱)×设计回采率
回采率要求:
厚煤层不小于75%,中厚煤层不小于80%,薄煤层不小于85%
根据储量诸图、通过等高线块段法计算本井田工业储量为276.182Mt,可采储量为255.154Mt。
(详见表2-1)
2.2.4储量计算评价
本矿区的煤层厚度稳定,层倾角不大,且稳定,煤层底板起伏不大构造控制基本可靠。
2.3矿井工作制度生产能力及服务年限
2.3.1工作制度
矿井设计年工作日为300天,每天三班作业,两班半生产,半班准备,每天净提升时间为14小时。
2.3.2生产能力
井田煤炭储量丰富(地质储量为276.182Mt/a,可采储量为255.154Mt/a),地质构造及水文地质简单,煤层赋存平缓(最大倾角18度),煤质优良,具有建设大型矿井的条件。
方案一:
建120Mt/a的矿井。
方案二:
建300Mt/a的矿井。
方案三:
建150Mt/a的矿井。
根据《煤矿工业矿井设计规范》矿井投产后服务年限不应过长,可由服务年限确定。
2.3.3矿井设计服务年限
矿井设计服务年限公式:
T=Z/(A×K)
式中:
T——矿井设计可采储量,Mt
Z——生产能力,Mt/a
K——矿井储量备用系数,K=1.3~1.5
矿井设计一般取K=1.4,地质条件复杂的矿井及矿区总体设计可取K=1.5,地方小煤矿可取K=1.3。
根据本设计矿井实际情况,K值取1.4。
方案一:
P=Z/AK=255.154/(1.2×1.4)=152年
方案二:
P=Z/AK=255.154/(1.5×1.4)=122年
方案三:
P=Z/AK=255.154/(3.0×1.4)=60.8年
从保证矿区均衡生产来看,井型较大的矿井对保证矿区产量起骨干作用,其服务年限也应略长些,因本井田地质储量大,可采储量多,则选择方案三合理。
该矿井生产能力为300Mt/a,矿井服务年限为60.8年。
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开拓方式概述
本矿区地面标高在±0左右,属于平原地区,没有丘陵,地区起伏不大,矿区煤层赋存稳定,断层较少,大的断层都作为矿区的边界,矿区附近各个矿井井型不同,开拓方式多样,立井开拓占多数。
井田涌水量不大,瓦斯等级为低瓦斯矿井,故可以用下山开采。
根据井田条件和设计规范有关规定,本井田划分为两个水平,阶段内采用采区式进行准备。
3.1.2影响本设计矿井开拓方式的因素及具体情况
地质构造(主要为断层)、顶板条件、地形及水文地质条件,矿井生产能力,煤层赋存情况及储量等对矿井开拓方式有较大影响。
煤层倾角13度至18度之间,地质构造较少,涌水量不大,选用立井开拓,此开拓方式适应能力较强。
确定井田开拓方式的原则:
1.贯彻执行有关煤炭工业的技术政策,为多出煤、早出煤、出好煤、投资少、成本低、效率高创造条件.要使生产系统完善、有效、可靠,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,节约基建工程量,加快矿井建设.
2.合理集中开拓布置,简化生产系统,避免生产分散,为集中生产创造条件。
3.合理开发国家资源,减少煤炭损失。
4.必须惯彻执行有关煤矿安全生产的有关规定。
要建立完善的通风系统,创造良好的条件,减少巷道维护量,使主要巷道经常性保持良好状态。
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,自动化创造条件。
根据用户需要,应将不同煤质,煤种的煤层分别开采。
3.2矿井开拓方案选择
3.2.1井筒形式和井口位置
根据地形地貌、煤层赋存条件及确定的工业场地位置,本着合理开发全井田,集中生产运输环节简单、初期井巷工程量少、投资省、出煤早、达产快、安全、高效的原则,设计提出了四个开拓方案:
方案一:
立井开拓
方案二:
斜井开拓
方案三:
立井两水平加暗斜井开拓
方案四:
立井单水平加暗斜井开拓
以上四种井筒开拓方案比较如下:
斜井与立井相比
斜井
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,井底车场及硐室都投资少;井筒装备和地面建筑物少,不用大型提升设备,钢材消耗量小;胶带输送机提升增产潜力大,改扩建比较方便,容易实现多水平生产,并能减少井下石门长度。
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,提升速度低,能力小钢丝绳磨损严重,动力消耗大,提升费用高,当井田斜长较大时,采用多段绞车提升,转载环节多,系统复杂,更要多占用设备和人力;由于斜井较长,沿井筒敷设管路,
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