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采矿毕业设计指导书初稿
采矿工程专业
毕业设计指导书
(以矿井水平延深为例)
山东科技大学
2007.3
1矿井概述……………………………………………………………………………2
1.1矿区概况
1.2井田地质及煤层特征
1.3井田开拓方式
1.4矿井延深的必要性
2开采范围与生产能力………………………………………………………………7
2.1开采范围及储量
2.2生产能力与服务年限
3开拓准备…………………………………………………………………………11
3.1水平延深方案的选择
3.2井筒及井底车场
3.3水平接续时的技术措施
4采区设计…………………………………………………………………………25
4.1采区地质特征
4.2采区生产能力及服务年限
4.3采煤方法及采区参数
4.4采区巷道布置
4.5采区车场及硐室
4.6采煤工作面配备和生产能力验算
4.7采掘工作
5矿井生产系统及主要机械设备…………………………………………………33
5.1矿井通风
5.2矿井运输提升
5.3矿井排水
5.4矿井压气
6矿井供电…………………………………………………………………………38
6.1矿井供电系统
6.2供电设备选型
6.3照明与通讯
7安全技术措施……………………………………………………………………39
7.1预防瓦斯和煤尘爆炸
7.2防止水患
7.3预防火灾
7.4其它事故的预防
8劳动定员及主要技术经济指标…………………………………………………42
8.1劳动定员及劳动生产率
8.2矿井主要技术经济指标
1矿井概述
本章是矿山开采设计的基础内容,正确编写本章的内容,将为以后各章的设计打下一个良好的基础。
编写本章内容,学生应收集并熟悉实习矿井的地质资料,主要参考所在矿井的《井田精查地质报告》,掌握以下内容:
(1)矿区地质概况;
(2)矿(煤)层的层数、厚度、倾角及其变化情况;
(3)矿(煤)层地质构造及煤质;
(4)矿井地层矿(煤)层围岩;
(5)水文地质与地面条件;
(6)矿井储量及境界。
1.1矿区概况
1.1.1交通位置
说明矿区、矿井所在的行政区域及隶属关系;地理位置以及铁路、公路或航运的交通情况;附近大城市和主要车站的距离。
插图:
交通位置图。
1.1.2地形地貌
地形、地貌、高山及有否重要建筑物和名胜古迹,开采矿藏时是否需要加以保护。
1.1.3气象及水文情况
矿区气候性质及气温变化,雨季时间,年平均及最大降雨量,年蒸发量,最大冻结深度,平均积雪厚度,风向,风速。
矿区河流、湖泊、沼泽的分布及范围,河流的流量、流速、水深及最高洪水位。
1.1.4矿区概况
矿区开发情况,经济情况,工农业生产情况,建筑及矿用材料来源情况,供水、供电及人力资源,矿藏销售情况。
1.2井田地质及煤层特征
1.2.1井田境界
1.说明确定井田境界的依据、走向长度、倾斜宽度、井田面积。
与相邻矿井及小窑的关系。
2.在毕业设计中,一般以实习矿井的实际井田境界为准,但要论证其合理性。
在特殊情况及地质资料允许的条件下,可以改变原井田境界,但要征得指导教师的同意,严禁私自改变井田境界。
3.改变井田境界时,应根据矿(煤)田划分为井田的原则及有关设计规范并参考矿井地质资料,进行技术经济分析,得出合理的结论。
1.2.2矿(井)田地层及地质构造
编写本节内容时,应尽量用图表说明问题,必要时配以文字说明,文字说明应力求简明扼要。
矿田地层可参考表1-1。
表1-1矿井地层一览表
地质年代
岩层总厚度(m)
岩层组成及特征
含煤层数及厚度
备注
代
纪
统
简述地质年代、地层层序及岩石特征,沉积厚度、含水层及其位置;井田地质构造、断层及褶皱发育情况及其分布规律;陷落柱、剥蚀带等其它地质构造。
断层特征填入表1-2。
表1-2断层特征表
序号
名称
性质
断层面走向
断层面倾向
倾角
落差(m)
水平断距(m)
影响范围
1
2
3
附:
综合地质柱状图。
1.2.3煤层及煤质
含煤层数,煤层厚度,层间距,顶底板岩性及其变化规律,煤层硬度和节理发育情况,煤层结构,夹矸的岩性、厚度及分布规律,煤层露头及风氧化带,煤质情况。
附可采煤层特征表(表1-3)。
表1-3可采煤层特征表
煤组
煤层
煤层厚度(m)
煤层间距(m)
煤层结构
顶底板岩性
稳定性
倾角(度)
容重(t/m3)
备注
最小
最大
平均
最小
最大
平均
夹矸层数
夹矸总厚(m)
顶板
底板
1.2.4水文地质
含水层、隔水层分布发育情况及其变化规律,渗透系数、涌水量,地表水的影响范围,临近矿井、部分小窑涌水及积水情况,断层的导水性,矿井正常、最大涌水量,水文地质对矿井开采的影响。
1.2.5瓦斯赋存状况及其涌出量,煤尘爆炸危险性,煤的自燃性,地温情况
1.3井田开拓方式
1.3.1井田开拓方式
1.3.2阶段划分与上(下)山开采,开采水平的数目和位置
1.3.3井筒形式、数目、位置,井筒断面和装备(附井筒断面图)
1.3.4井底车场形式(附井底车场图)
1.3.5井田开采程序,回采方法,主要生产系统
1.3.6说明书中附井田开拓平面、剖面图
1.4矿井延深的必要性
1.4.1矿井延深的必要性
1.4.2延深水平地质资料的可靠程度及补充勘探的要求
1.依据构造形态、断层和褶曲的发育情况以及受岩浆沿影响程度,井田(勘探区)的构造复杂程度划分为四类。
第一类 简单构造:
含煤地层沿走向、倾向的产状变化不大,断层稀少,没有或很少受岩浆沿的影响,主要包括:
(1)产状接近水平,很少有缓波状起伏。
(2)缓倾斜至倾斜的简单单斜、向斜或背斜。
(3)为数不多和方向单一的宽缓褶皱。
第二类 中等构造:
含煤地层沿走向、倾向的产状有一定变化,断层较发育,有时局部受岩浆沿的一定影响,主要包括:
(1)产状平缓,沿走向和倾向发育宽缓褶皱,或伴有一定数量的断层。
(2)简单的单斜、向斜或背斜,伴有较多断层,或局部有小规模的褶曲或倒转。
(3)急倾斜或倒转的单斜、向斜或背斜;或为形态简单的褶皱,伴有稀少断层。
第三类 复杂构造:
含煤地层沿走向、或为形态简单的褶皱,断层发育,有时受岩浆沿的严重影响,主要包括:
(1)受几组断层严重破坏的断块构造。
(2)在单斜、向斜或背斜的基础上,有一组褶曲和断层均很发育。
(3)紧密褶皱,伴有一定数量的断层。
第四类 极复杂构造:
含煤地层的产状变化极大,断层极发育,有时受岩浆沿的严重破坏,主要包括:
(1)紧密褶皱,断层密集。
(2)形态复杂特殊的褶皱,断层发育。
(3)断层发育,受岩浆沿的严重破坏。
2.依煤层厚度、结构及其变化和可采情况,煤层稳定程度划分为四型。
第一型 稳定煤层:
煤层厚度变化很小,变化规律明显,结构简单或较简单,全区可采或基本全区可采。
第二型 较稳定煤层:
煤层厚度有一定变化,但规律性较明显,结构简单至复杂,全区可采或大部分可采,可采范围内厚度变化不大。
第三型 不稳定煤层:
煤层厚度变化较大,无明显规律,结构复杂至复杂,主要包括:
(1)煤层厚度变化很大,有突然增厚、变薄现象,全区可采或大部分可采。
(2)煤层呈串珠状、耦节状,一般连续,局部可采,可采边界线不规则。
(3)难以进行分层对比,但可进行层组对比的复杂煤层。
第四型 极不稳定煤层:
煤层厚度变化极大,呈透镜状、鸡窝状,一般不连续,很难找出规律,可采块段分布零星,或无法进行分层对比,且层组对比也有困难的复杂煤层。
3.各种勘探工程的基本线距要求
(1)不同的构造和煤层类型相应的钻探工程基本线距,参见表1-4和表1-5。
表1-4构造类别钻探工程基本线距
构造复杂程度
可满足各级储量对构造控制要求的基本线距(m)
A
B
C
第一类 简单
750~1000
1500~2000
3000~4000
第二类 中等
375~500
750~1000
1600~2000
第三类 复杂
250~370
250~500
表1-5煤层型别钻探工程基本线距表
煤层稳定程度
可能满足各级储量对煤层控制要求的基本线距(m)
A
B
C
第一型 稳定
750~1000
1500~2000
3000~4000
第二型 较稳定
375~500
750~1000
1500~2000
第三型 不稳定
※250
※500
※1000
250
500
1000
*只适宜于第三型中的第一种情况。
(2)地面物探基本测线的线距,在同类构造中一般为钻探工程基本线距的1/2。
(3)地质填图的实测地质剖面以及槽探等山地工程的间距,按《地质填图规程》的规定。
(4)对极复杂构造、极不稳定煤层者,只适宜边采边探,线距不作具体规定。
1.4.3设计的主要依据、设计特点
1.4.4其它需要说明的问题
2开采范围与生产能力
在做本章之前,要先阅读《煤矿开采学》和《煤炭工业设计规范》中的有关内容和相关条款的规定,并结合前面的矿井可采储量和后面的矿井开拓和采矿方法内容综合考虑。
2.1开采范围及储量
2.1.1延深水平的境界、尺寸和面积
2.1.2延深水平的地质储量,可采储量及开采损失
1.矿井储量是指矿井可采矿(煤)层的全部储量。
2.根据矿井内不同块段煤层地质情况被查明的程度,把储量原标准A、B、C、D四级(A、B级称高级储量,C、D级称低级储量)换算成新标准,列表表示(参见《采矿工程设计手册》P903)。
3.设计该部分内容时,学生应熟悉矿井储量的分类。
4.《井田精查地质报告》所提供的储量是矿井地质储量,一般多系平衡表内储量,但也有可能包括平衡表外储量,在设计时应予注意。
5.矿井工业储量是是矿井设计的依据,在设计前要进行概略核对,然后按煤层、按储量级别编制“井田工业储量汇总表”
矿井工业储量的计算方法较多,应尽可能的采用等高线法。
等高线法是在煤层底板等高线图上,按煤层厚度或倾角大致稳定的范围内,沿煤层底板等高线划分为若干块段,分别计算各块段的储量。
煤层总储量即为单个块段储量之和。
Q=∑SiMiγi/cosαi
式中Q—煤炭工业储量Mt;
Si—块段水平投影面积m2;
Mi—块段内煤层的平均真厚度m;
γi—块段内煤层的容重t/m3。
αi—煤层倾角,采用块段内的平均倾角°
其中Mi=(M1+M2+M3+…+Mn)/n,式中M1、M2、M3、…、Mn为该块段中各见煤点的煤层真厚度,m,
n—参加计算的见煤点数(块段中的钻孔数)
计算煤层厚度时,应扣除夹矸厚度。
储量计算结果以万吨为单位,不留小数。
6.矿井可采储量是指矿井总储量中可采出的那部分储量,即
Z=(Q-P)·C
式中:
Z—矿井可采储量,Mt;
Q—矿井工业储量,Mt;
P—保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留置的永久煤柱损失量,Mt;
C—采区回采率,厚煤层不低于0.75;中厚煤层不低于0.8;薄煤层不低于0.85。
地面永久煤柱,可参考《煤炭工业设计文件汇编》所介绍的内容绘制或采用实习矿井实际效果。
如缺少保护范围,工业场地可参考相同井型、相同开拓方式和地形大致相似的矿井工业场地范围,按适当比例,绘制工业场地煤柱图,附说明书内,其它地面永久煤柱损失可采用实习矿井的已有成果。
断层带及井田境界煤柱可按实习矿井所留的煤柱尺寸或取30~50米煤柱宽度来计算。
开采及其它损失可按煤层厚度分别选取,薄煤层矿井取20﹪左右,中厚煤层矿井取25﹪,厚煤层矿井取30~35﹪。
“其它损失”一般指的是地面铁路、河流等的保护煤柱。
应当指出,并非所有的地面建筑物、河流等均需留置保护煤柱,设计时应结合实习矿井的具体情况和“三下”采煤理论进行分析。
7.根据求出的各种储量损失,按煤层和设计的水平标高计算可采储量,并编制矿井可采储量汇总表(表1-2)。
8.矿井可采储量汇总表(表2-1),只有当井田开拓、采(盘)区巷道布置及采煤方法确定之后才能精确的计算出来。
各水平的可采储量要待第四章开拓方案比较后,根据确定的水平标高,才能计算出水平可采储量。
在进行开拓方案比较时,对各方案的水平可采储量,可大致按等高线法进行估算,其估算数值不列入本章可采储量汇总表内。
表2-1矿井可采储量汇总表
水平别
煤层别
工业储量
A+B+C
(Mt)
损失(Mt)
可采储量(Mt)
备注
工业场地
井田境界
断层
开采损失
其它损失
合计
Ⅰ
合计
Ⅱ
合计
合计
9.矿井高级储量比例
储量的A、B、C级是根据勘探程度的高低划分的,根据《煤炭资源地质勘探规范》,
对各类井型的高级储量占的比例,如下表(表2-2)。
表2-2矿井高级储量比例表
高级储量比例
简单
中等
复杂
大型
中型
大型
中型
小型
中型
小型
井田内A+B级占总储量的比例(﹪)
40
35
35
30
20
25
15
第一水平内A+B级占本水平储量的比例(﹪)
70
60
60
50
30
40
不作具体规定
第一水平内A级占本水平储量的比例(﹪)
40
30
30
20
不作具
体规定
不要求
2.2生产能力与服务年限
2.2.1矿井工作制度
1.矿井工作日按年330天计算。
2.矿井每昼夜三班工作,采用“三八”制,综采工作面可采用“四六”制,也可借鉴所实习矿井的工作制度。
3.每日净提升时间为16h。
2.2.2矿井生产能力
矿井生产能力是指矿井设计的年产量,一般按年产矿石量计算。
对于煤矿是指年产原煤量。
矿井生产能力是一个定值,而不是变量,矿井生产能力和矿井实际产量不同,矿井实际产量是指矿井每年实际生产的矿石量,可能高于生产能力,也可能低于生产能力,一般每年产量不同。
矿井生产能力是矿井各系统和环节的综合能力,是全面反映矿井面貌的一个重要的综合指标。
因此为了方便矿井设计、建设和生产管理,矿井生产能力采用系列化的、通用的标准值。
煤矿与金属矿井生产能力见表2-3。
表2-3矿井生产能力
矿山规模
煤矿
黑色金属矿
有色金属矿
矿井生产能力(104t/a)
矿井服务年限(a)
矿井生产能力(104t/a)
矿井服务年限(a)
矿井生产能力(104t/a)
矿井服务年限(a)
缺煤地区
非缺煤地区
大型
300、400、
>400
≮50
≮60
>100
>30
>100
>30
120、150、180、240、
≮40
≮50
中型
45、60、90
≮30
≮40
30~100
>20
20~100
>20
小型
9、15、21、30
≮20
≮30
<30
>10-15
<20
>10-15
2.2.3矿井服务年限
矿井服务年限是指矿井正常生产的时间,以年计。
为了使矿井建设工程和设备投资以及因该矿井而建立的工业和服务设施的建设投资等发挥最大的效能,矿井服务年限和矿井生产能力应相匹配,设计规范规定的匹配关系见表2-3。
在煤矿,过去由于受我国“小企业、大社会”的办煤矿的指导思想的影响,一个煤矿的建设工程量大,涉及的问题多,因此对矿井服务年限的规定和执行非常严格;但在目前,在普遍接受了发达国家先进的管理方法和服务理念后,煤矿建设不再需要考虑煤炭生产以外的诸如教育、商业服务、居民生活等其它事情,使矿井建设更加简单、灵活,影响矿井服务年限的因素大大减少,因此对矿井服务年限的规定和执行也宽松了许多,矿井服务年限有大幅度缩短的趋势。
其它矿山也存在类似情况。
2.2.4矿井储量、生产能力和服务年限的关系
式中:
A——矿井生产能力,t/a;
ZK——矿床可采储量,t;
T——矿井服务年限,a;
K——储量备用系数,一般取1.4。
2.2.5矿井生产能力的确定
确定矿井生产能力是矿井设计的一项主要任务,是进行矿井各系统和环节设计的前提和基础。
矿井生产能力受多种因素影响,在确定时应综合考虑这些因素的影响。
(1)影响矿井生产能力的主要因素
① 矿井储量:
指矿井可采储量。
② 矿床赋存条件:
指影响矿床开采的工业特征。
③ 开采技术条件:
指可以采用的采矿技术和生产装备。
④ 经济条件:
指可用作矿井建设和生产经营的资金。
⑤技术与管理人才条件:
主要指从事技术和管理工作人员及工人的素质和能力。
(2)矿井生产能力的确定
①根据矿井储量,按照矿井生产能力与服务年限的匹配关系进行确定。
确定时可给出一组矿井生产能力,分别按照(2-1)式或(2-2)式计算对应的矿井服务年限,取服务年限与矿井生产能力刚好符合表2-1规定的矿井生产能力暂定为矿井生产能力,这一能力是按储量计算的最大生产能力。
②综合考虑矿床赋存条件、矿井可利用的技术、经济及人才条件等,确定每个回采工作面的回采工艺、采矿参数、工作面的生产能力及矿井同时生产的各种工作面的数目,计算矿井可以实现的产量,将该计算结果与表2.1.9中的标准值比较,小于它的最大的标准值即为矿井可实现的最大生产能力。
式中:
——矿井可实现的产量;
——第i个工作面的计划产量,t。
③比较以上两个能力,一般取较小的一个值作为矿井生产能力。
3开拓延深
3.1水平延深方案的选择
3.1.1井田内划分及开采顺序
1.设计任务
①确定井田划分方式:
常用的井田划分方式见表3-1和表3-2。
②确定划分单元参数,包括:
阶段斜长(垂高)、采区走向长度,盘区的长和宽等。
③确定划分单元之间的开采顺序。
表3-1缓倾斜及以上矿体的划分
矿种
第一级划分
第二级划分
第三级划分
单元名称
范围
划分方法
单元名称
范围
单元名称
范围
煤矿
阶段
走向长与井田一致,倾向人为划分。
分区式
采区
倾向长与阶段一致,走向人为划分。
区段
走向长与采区一致,倾向人为划分。
条带式
条带
倾向长与阶段一致,走向人为划分。
分段式
分段
走向长与井田一致,倾向人为划分。
金属矿
阶段
走向长与井田(或矿体)一致,倾向人为划分。
矿块
倾向与阶段一致,走向人为划分。
表3-2水平(近水平)矿体的划分
矿种
第一级划分
第二级划分
单元名称
范围
单元名称
范围
煤矿
盘区
走向与倾向长均为人为划分。
区段
走向长与盘区一致,倾向人为划分。
条带
倾向长与盘区一致,走向人为划分。
阶段
走向长与井田一致,倾向人为划分。
条带
倾向长与阶段一致,走向人为划分。
金属矿
盘区
长度与井田(矿体)走向长一致,宽度人为划分。
采区
倾向长与盘区一致,走向人为划分。
2.确定井田划分方式时应考虑以下因素:
①井田范围。
②矿体倾角。
③采矿方法。
3.确定阶段斜长(垂高)时应考虑如下因素:
在煤矿,采用分区式划分时,阶段垂高(斜长)等于采区垂高(斜长)。
影响采区垂高(斜长)的自然因素主要是煤层倾角。
在急倾斜煤层条件下,溜煤上山眼过大会造成块煤率降低,溜煤眼高度一般不宜超过70~100m,另外阶段垂高过大还会使辅助运输更加困难;在缓倾斜煤层条件下,若采用串车进行采区辅助运输,辅助运输长度会受绞车的限制:
小绞车提升长度小,但安装使用方便,大绞车提升长度大,但设备购置费用高,安装技术要求高,装拆十分不便。
表3-3给出了单筒绞车的容绳量,可供确定阶段斜长时参考。
采用分带式划分时,阶段斜长主要取决于工作面推进方向的长度,而工作面推进方向长度由采煤方法决定。
表3-3单筒绞车滚筒容绳量
滚筒直径(m)
钢丝绳直径(mm)
15
16
17
18.5
20.5
21.5
22.5
24.5
26
1.6
821
771
729
670
605
575
530
503
473
1.2
515
560
420
560
0.8
480
500
400
大滚筒绞车1.8m,2.0m
双滚筒
中间接力
在金属矿,阶段垂高(斜长)等于矿块的垂高(斜长),矿块垂高(斜长)由采矿方法决定。
上山阶段垂高(斜长)应该略大于下山阶段垂高(斜长)。
确定阶段斜长时,还应考虑满足水平服务年限的要求。
阶段垂高的经验值见表3-4。
表3-4阶段垂高的经验值
矿井
矿田倾角
阶段高度(m)
煤矿
缓倾斜、倾斜煤层
150~250
急倾斜煤层
100~150
金属矿
缓倾斜矿体
一般<20~25
倾斜、急倾斜矿体
40~60,有的已增大到100~120
(4)确定采区走向长度时应考虑以下因素:
①采煤方法,主要是采煤工艺。
②工作面生产能力和年推进度。
③矿井瓦斯和煤层自然发火条件,以及自然发火防治措施。
④井田走向长度。
一般采用综合机械化采矿工艺时,工作面生产能力和年推进度大,采区走向长度可取大些,目前已经有达到3000m,甚至4000m长的采区。
高瓦斯或煤层自然发火严重的矿井,从通风和防、灭火等考虑,采区走向长不宜过大。
一个井田内划分的各采区走向长度应该基本一致。
合理的采区走向长度应该是在经济、技术、安全和资源回收率等方面都能取得好的效果的一个长度,确定时应该进行全面分析、计算、比较。
但实际上这种分析、计算、比较十分复杂,一般不采用
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