潞安矿开采设计红色为参考.docx
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潞安矿开采设计红色为参考
Ⅰ、矿井设计任务书
1)设计目的
通过开拓方案设计要求达到下列目的:
1系统的运用所学的理论知识;
2掌握矿井开拓方案设计的步骤和方法;
3熟练掌握方案比较法在开拓设计中的应用;
4提高和培养学生分析问题和解决问题的能力;
5提高和培养学生文字编写、绘图和计算等能力。
2)设计任务
1编写开拓系统设计说明书一份(20~40页);
2设计图纸部分:
井田开拓系统平、剖面图一张(达产采区详画)。
3)设计原则
1必须满足设计任务书要求;
2严格遵守“设计规范”、“安全规程”等有关规定;
3主要技术决定正确、合理,主要参数(包括定性和定量参数)的选取要有科学依据及严格论证。
要求进行技术方案比较的出不训练,对方案的可行性进行分析论述,定性分析巷道的掘进费、生产经营费(维护费、运费、通风费、排水费等);
4主要系统(特别是生产系统)畅通;
5精良采用先进的技术、方法、工艺、措施、经验等;
6说明书条理清晰、思路清楚、逻辑性强。
论据充分、合理。
大图设计内容正确、布局合理、线条清楚、均匀。
书写工整、图为并茂。
Ⅱ、前言
课程设计是安全专业学生一项实践性的教学环节,通过开拓方案设计将将所学的理论知识,尤其是将矿井设计原理、设计程序和设计方法等知识点融会贯通于实践的综合性的学习过程,为学生进行本科毕业设计及毕业后从事矿井设计、矿井建设和生产工作打下一定基础。
设计目的
通过开拓方案设计要求达到下列目的:
1系统的运用所学的理论知识;
2掌握矿井开拓方案设计的步骤和方法;
3熟练掌握方案比较法在开拓设计中的应用;
4提高和培养学生分析问题和解决问题的能力;
5提高和培养学生文字编写、绘图和计算等能力。
设计任务
1编写开拓系统设计说明书一份(20~40页);
2设计图纸部分:
井田开拓系统平、剖面图一张(达产采区详画)。
Ⅲ、目录
1矿井概况及井田地质特征
1.1矿井概况
1.2井田地质特征
1.3煤层特征
2井田境界及储量
2.1井田境界
2.2井田工业储量
2.3井田可采储量
3矿井工作制度和设计生产能力
3.1矿井工作制度
3.2矿井设计生产能力及服务年限
4井田开拓
4.1井田开拓的基本问题
4.2矿井基本巷道
5采区巷道布置
5.1采区煤层地质特征
5.2采区巷道布置及生产系统
5.3采区车厂形式选择
5.4采区采掘接替计划安排
6矿井延深方案
7矿井及首采区主要技术经济指标
一、矿井概况及井田地质特征
1.1矿井概况
1.1.1矿井地理位置
潞安矿区地处山西省东南部,沁水煤田东部边缘中段,地跨长治市、潞城市、襄垣县、屯留县、长子县。
山西省潞安环保能源开发股份有限公司隶属的五阳煤矿位于潞安矿区北东部边缘,属长治市襄垣县管辖。
其地理坐标:
东经112°58′25″~113°05′09″,北纬36°26′46″~36°33′47″。
图1—1五阳煤矿交通位置图
1.1.2交通条件
五阳煤矿交通条件较为便利。
太焦铁路线自北而南横穿井田,襄垣火车站、五阳火车站位于井田之内,本矿铁路专用线与五阳站相接。
邯长、太焦铁路在长治北站交会。
太焦线北接石太、同浦线,南接陇海线。
榆黄公路自本井田穿过,西距208国道1km。
五阳煤矿距襄垣城约3km,距长治市约45km。
距太原市约215km。
潞安矿区的公路网连接着整个矿区,矿区至长治、太原等地均有汽车相通,交通真可谓“四通八达”,见图1—1。
1.1.3地形地貌
潞安矿区位于太行山中段西侧,长治盆地之西部。
隶属的五阳井田位于矿区东北部。
纵观其地貌特征,属黄士高原的低山丘陵地带,地势较为平坦,呈南高北低,西高东低。
大多为黄士所覆盖,局部零星出露中奥陶系地层及二叠系地层,冲沟发育。
最高点位于本区南文王山北断层附近,海拔为+945.50m,最低点位于漳河河谷,海拔+854.00m,最大高差为91.50m。
1.1.4矿区的水文情况
本井田主要河流为浊漳河西源和南源,属海河流域漳河水系,浊漳河南源由南而北流经井田南部,其支流有绛河、岚水、淘清河等。
浊漳河由西向东流入井田北缘,其支流有淤泥河,南、西二源在井田中央与西源汇合后,由南而北穿越井田,至襄垣城东与浊漳河北源汇合流出五阳井田。
1.1.5矿区气候条件
本区属暖温带大陆气候。
年平均气温8.9℃,月平均最低气温-6.9℃(一月),最高气温22.8℃(七月)。
年降水量为414~917mm,年平均为583.9mm。
年蒸发量为1493.8~1996.3mm,年平均为1731.84mm。
降水量多集中在7、8、9三个月。
日最大降水量为109.7mm(1972年7月7日)。
风向多为西北风,最大风速14~20m/s。
冻土期为每年十一月至次年四月,最大冻土层深度为55cm。
1.2井田地质特征
1.2.1地层
本区主要含煤地层为石炭系上统太原组(C3t)及二叠系下统山西组(P1s),现分述于下:
一、石炭系上统太原组(C3t):
该组为一套典型的海陆交互相沉积,并形成四个明显的旋回韵律结构,其厚度为89.2~139m,平均厚度103m,岩性为灰色、深灰色石灰岩,灰色、灰白色细、中、粗粒石英砂岩,灰黑色粉砂岩、砂质泥岩,泥岩及煤层。
其中夹8~15层煤,发育四层稳定的石灰岩(K2、K3、K4、K5、)及一层不稳定的石灰岩(K6)。
测井物性反映:
煤层一般为高电阻、低密度、低伽玛。
石灰岩为高电阻、高密度、低伽玛。
因此标志明显。
该组产植物化石碎屑及动物化石。
二、二叠系下统山西组(P1s):
该组为陆相沉积,其厚度为39.20m至85.85m,平均厚度约60m,岩性为灰色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、灰白色中、细粒石英砂岩及煤层。
其中夹煤1~4层。
中下部发育的3#煤为全区稳定的可采煤层,厚度为1.50m~7.90m,平均厚度为5.73m。
测井物性反映:
煤层表现为高电阻、低密度、低伽玛。
由于3#煤层发育、厚度大且稳定,其本身即为明显的标志层。
该组产植物化石碎屑。
1.2.2地质构造
潞安矿区处于我国东部新华夏构造体系第三隆起带中段,即太行山段。
在这个一级隆起带上发育有二级隆起与凹陷,由东向西有晋(城)——获(鹿)断褶带,武(乡)——阳(城)凹褶带等,它们彼此平行呈雁行排列。
总体延伸方向为北20°~30°东,局部地段因受其它构造体系的影响略偏北。
1.2.3水文地质
(1)涌水量
矿井涌水量一般为230~250m3/h,最大288.33m3/h。
根据预算,今后几年,矿井正常涌水量约为313m3/h,最大可达392m3/h。
2000年以前,矿井水害以地表河流洪水通过小煤窑采空区或塌陷区溃入矿井为主。
(2)含水层
根据含水层岩性、储水空间和水力性质,本矿区含水层自下而上可分为13个。
Ⅰ、奥陶系中统灰岩含水层
该层灰岩为本区含煤地层的基底灰岩,主要由厚层状石灰岩、白云质灰岩和泥质灰岩,平均厚度120m。
该含水层上距3#煤层108.70~198.92m,平均138.70m。
在隔水层的阻隔下,一般不会发生直接突水。
但极有可能通过断层破碎带、陷落柱或封闭不良钻孔进入矿井。
故该层水患应以防为主。
Ⅱ、石炭系上统太原组K2石灰岩含水层
该层为太原组底部灰岩,局部含燧石,层厚3.11~17.66m,平均7.72m。
溶洞裂隙发育,但多被方解石充填。
平均下距15-1#煤层约3m、15-3#煤层约9.5m,且是以上煤层的直接顶板充水含水层。
井下多处揭露,最大涌水量50.11m3/h;测、放水钻孔最大涌水量33.0m3/h。
Ⅲ、石炭系上统太原组K3石灰岩含水层
本层为太原组中下部一层薄~中厚层状灰岩。
层厚1.66~5.49m,平均3.29m。
裂隙溶洞发育,含方解石小晶体及细脉。
平均上距3#煤层85.65m。
井下测压钻孔涌水量21.0~30.60m3/h。
Ⅳ、石炭系上统太原组K4石灰岩含水层
本层含水层为太原组中部灰岩。
层厚2.10~5.57m,平均4.26m。
中厚层状,含燧石,底部泥质含量高,节理发育,溶、裂隙多被方解石脉充填。
平均上距3#煤层71.09m。
1967年6月28日,东四石门溜煤眼,因放炮引起了该层突水,水量达482m3/h,说明该含水层局部具有一定的富水性。
Ⅴ、石炭系太原组K5灰岩含水层
为太原组上部灰岩。
厚0.00~6.65m,平均2.56m。
薄至中厚层状,为隐晶质石灰岩,裂隙发育,但多被方解石充填。
平均上距3#煤层33.98m。
水IC3-1-5孔注水试验,单位涌水量0.000041L/s•m,水位标高+876.17m。
井下放水钻孔涌水量6.0~9.0m3/h。
水质类型为Cl•HCO3—K+Na型和Cl•HCO3—K+Na•Ca。
据实际生产验证,该含水层对矿井充水无影响。
Ⅵ、二叠系下统山西组K7砂岩含水层
该含水层位于山西组底部。
厚16~30m,平均27.20m。
以中细粒砂岩为主,局部为砂质泥岩及粉砂岩,裂隙较发育,但多被方解石填充。
单位涌水量0.0714L/s•m,渗透系数0.132m/d。
属富水性极弱的裂隙含水层。
Ⅶ、二叠系下统山西组3#煤层顶板S4砂岩含水层
该含水层位于山西组中下部,是3#煤层老顶。
厚2.21~28.43m,平均15.01m。
裂隙发育,部分被方解石脉充填,局部相变为砂岩与砂质泥岩或砂质泥岩与泥岩互层。
下距3#煤层0~13m,浅部可接受大气降水和河流渗透补给。
单位涌水量0.0714L/s•m,渗透系数0.132m/d,水位标高+865.53m,局部富水性好。
整体属富水性弱的裂隙含水层。
Ⅷ、二叠系下统下石盒子组底部K8砂岩含水层
该含水层位于下石盒子组底部,是下石盒子组与山西组分界砂岩。
厚3.70~26.75m,平均11.95m。
以中粒砂岩为主,中部夹薄层砂质泥岩。
平均下距3#煤层36.76m。
属富水性弱的裂隙含水层。
Ⅸ、二叠系下统下石盒子组下部砂岩含水层
该含水层位于下石盒子组下部。
厚1.85~27.16m,平均11.68m。
以中粒砂岩为主,底部及中上部含砾,中上部夹薄层泥岩。
平均下距3#煤层62.86m。
属富水性弱的裂隙含水层。
对3#煤层开采有一定影响。
Ⅹ、二叠系上统上石盒子组底部分界砂岩含水层
该含水层位于上石盒子组底部,是区内上、下石盒子组分界标志。
厚5.35~24.70m,平均12.47m。
以中粒砂岩为主,颗粒具有上粗下细之特征,中部夹薄层砂质泥岩。
平均下距3#煤层146.76m。
属富水性相对较强的裂隙含水层。
对3#煤层没有影响。
Ⅺ、二叠系上统上石盒子组下部砂岩含水层
该含水层位于上石盒子组下部。
厚1.0~18.3m,平均12.4m。
为灰白色砂岩,钙质胶结,底部含砾。
属富水性弱的裂隙含水层。
Ⅻ、基岩风化带裂隙含水层
该含水层位于各种基岩的顶部,风化带裂隙厚度35~40m。
裂隙带多以开口状出现,且多被泥质充填。
根据常村矿井资料,裂隙带多由破碎的泥岩、砂岩组成,单位涌水量仅为0.046~0.086L/s•m。
属富水性弱的裂隙含水层。
ⅩⅢ、第四系孔隙潜水含水层
该含水层主要由第四系中的砂及砾石组成,厚零至数十米,其厚度和富水性因地而异。
单位涌水量0.31L/s•m,渗透系数1.11~10.85m/d。
一般在古河床或河流阶地附近,厚度大、富水性强,水位标高受季节变化影响。
为富水性中等的孔隙潜水含水层。
它是当地农村生活和灌溉用水的主要水源。
(二)隔水层
根据岩性特征,井田内主要隔水层自上而下有:
石炭系中统本溪组铝土质泥岩和上统太原组底部砂泥岩段隔水层、石炭系中统太原组中段砂泥岩隔水层和3#煤层底板隔水层等。
1、石炭系中统本溪组铝土质泥岩和上统太原组底部砂泥岩段隔水层
层段厚11.25~73.37m,平均28.78m,厚度变化较大。
主要由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、薄层砂岩和铝土泥岩组成,底部为鲕状铝土泥岩及山西式铁矿。
可有效阻隔中奥陶统马家沟组灰岩水向上的垂直补给。
2、石炭系中统太原组中段砂泥岩隔水层
位于K4与K5灰岩之间。
层间距35~45m,由泥岩、砂质泥岩、砂岩组成。
可有效地阻隔上、下灰岩水的联系。
1.3煤层特征
1.3.1煤层埋藏条件
井田内的煤层主要分布在二叠系下统的山西组和石炭系上统太原组。
共含煤13层,包括可采煤层2层,大部可采煤层1层,局部及偶尔可采10层,总厚度13.31m,含煤系数8.17%;其中,3#、15-1#、15-3#煤层为采矿证批准开采的煤层,本次均对其储量进行了估算,平均总厚度8.62m,可采含煤系数5.07%。
各煤层层位及特征见表4—1。
地层
单位
煤层
编号
厚度
层间距
发育
程度
可采性
稳定性
开采
状况
层位
厚度
山
西
组
局部
局部
不稳定
不稳定
偶尔
不可采
不稳定
不稳定
全区
可采
稳定
稳定
主采
太
原
组
局部
局部
稳定
不稳定
局部
偶尔
不稳定
不稳定
局部
局部
不稳定
不稳定
局部
局部
不稳定
不稳定
局部
偶尔
较稳定
不稳定
局部
局部
稳定
不稳定
大部
局部
稳定
不稳定
全区
大部
稳定
不稳定
拟采
大部
局部
稳定
不稳定
全区
可采
稳定
较稳定
拟采
各地层层位及特征表表4—1
1.3.2煤层的围岩性质
井田内含煤地层沉积稳定,岩性组合及地球物理性质具有一定的规律,标志层、煤层本身特征明显。
各煤层对比主要是采用标志层法,其次利用煤层与围岩的物理差异及层间距作为辅助依据。
主要标志层有:
K2、K3、K4、K5石灰岩,K6石灰岩(燧石层),K7砂岩,3#煤层,K8砂岩,其中,K6、K7、K8砂岩作为辅助查标志层参与煤层对比。
主要标志层特征见表4—2:
主要标志层特征表表4—2
地层
单位
标志层代号
岩性
厚度
(M)
层间距(M)
发育
程度
稳定性
备注
中粒砂岩
全区
较稳定
煤层
全区
稳定
细中粒砂岩
全区
较稳定
太
原
组
石灰岩
偶尔
不稳定
石灰岩
局部
较稳定
石灰岩
全区
稳定
石灰岩
全区
稳定
石灰岩
全区
稳定
煤层
全区
稳定
153#
煤层
全区
稳定
1).3.3煤的特征
3#煤:
煤岩组分以亮煤为主,暗煤次之,夹少量镜煤及丝炭条带。
煤岩类型以半亮型为主,半暗型次之。
15-1#和15-3#煤:
煤岩组分以亮煤为主,暗煤次之,夹镜煤条带和丝炭透镜体,含黄铁矿结核。
煤岩类型以半亮型为主,半暗型次之。
煤层倾角平均为6度。
1.3.4瓦斯和自然
本矿井为高瓦斯矿井,瓦斯涌出量较大,约为18m3/t,所以本矿井通风任务较重。
本矿井煤层无自然发火现象。
二、井田境界和储量
2.1井田境界
本井田煤层为缓倾斜煤层,井田境界采用垂直划分法,本井田划分的原则有:
1)井田范围储量、煤层赋存及开采条件要与矿井生产能力相适应;
2)保证井田有合理的尺寸;
3)充分利用现有的自然条件划分井田;
4)合理规划矿井的开采范围,处理好相邻矿井之间的关系。
根据以上规则和矿区总设计任务书的要求,结合煤层的赋层情况,地质构造,开采技术条件,并保证各井田都有合理的尺寸和边界,五阳煤矿的边界划分如下:
井田范围南以文王山北正断层为界,北至西川正断层,东起15-3#煤层露头线(经线38418000),西至经线38408000。
南北长约3.6km,东西宽约2.2km,面积约为6.25km2。
2.2井田工业储量
本矿井设计中只对3煤层进行开采设计,边界煤层露头线为500m,井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据,煤炭工业储量由煤层面积、厚度及容重相乘所得,其计算公式一般为:
Q=S×M×γ2-1
式中:
Q——为井田工业储量,万t;
S-----煤层的倾斜面积,6.25km2;
M——煤层平均厚度,5.75m;
γ——煤的容重,t/m3。
γ=1.35t/m3
则:
Zc=6.25×1.35×5.75=4852万t
2.3井田可采储量
(1)工业广场煤拄
工业广场的尺寸为400×500m2的长方形,煤层的平均倾角为11°,工业广场的中心处在井田走向中央,倾向偏于煤层中上部。
该中心处表土层厚度为199m。
主井、副井、地面建筑物均在工业广场内。
工业广场按Ⅱ级保护留围护带宽度为15m。
本矿的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-1:
表2-1矿井地质条件及冲积层和基岩层移动角
广场中心宽度
煤层
倾角
煤层
厚度
冲积层厚度
Φ
δ
γ
β
。
。
m
m
。
。
。
。
-425
11
5
199
43
74.5
75
65.2
由此根据上述已知条件,画出如图2-1所示的工业广场保安煤柱的尺寸,并由图得出保护煤柱的尺寸为:
S=梯形面积=(上宽×下宽)×高/22-3
=(1000+1100)×1000/2
=105(万m2)
则工业广场的煤柱量为:
工业煤柱量=梯形面积×煤厚×容重2-4
=105×5.5×1.35=780(万t)
(2)防水煤柱
由于松散层第四含水层直接覆盖在煤层露头之上,是矿井浅部开采的主要突水水源,因此,必须留设合适的防水煤柱防止矿井突水。
导水断裂带的高度一般为:
H=100Σm/(1.6Σm+3.6)±5.62-5
对于本矿则:
H=100×5/(1.6×5+3.6)±5.6=26±5.6
结合矿井实际条件,留设防水煤柱的高度为50m,宽度75m,其倾斜长度为175m。
则上边界留设防隔水煤柱量=3750×175×5.5×1.35
=487.2(万t)
(3)井田的可采储量
井田的可采储量Z按下式计算:
Z=(Q-P)×C2-6
式中:
Q——矿井工业储量,
P——各种永久煤柱的储量之和,P=780+162.9=942.9万t
C——采区回采率,厚煤层不低于0.75;中厚煤层不低于0.80;薄煤层不低于0.85;本矿取0.8。
则Z=(Q-P)×C=(4852-942.9)×0.8=3127(万t)
由此可得本矿井的可采储量为3127万t。
在备用储量中,估计约为50%为回采率过底和受未知地质破坏影
损失的储量。
井田实际采出储量用下式计算:
Z实际=Z-Z×(K-1)×50%/K2—7式中:
Z实际-----井田实际采出煤量,万t;
Zk-----矿井的可采储量,10769万t;
K-----矿井储量备用系数,取1.4;
由2—3式,得:
Z实际=3127-3127×(1.4-1)×50%/1.4
=2680万t
三、矿井工作制度和设计生产能力
3.1矿井工作制度
按照《煤炭工业矿井设计规范》的规定,参考《关于煤矿设计规范中若干条文修改决定的说明》,确定本矿井设计生产能力按年工作日330a计算。
四六制作业(三班生产一班准备检修)每天三班出煤,净提升时间为16h
3.2设计生产能力及服务年限
1)矿井设计生产能力
本井田储量有限,主采煤层赋存稳定,矿井总的工业储量为4852万t,可采储量为3127万t。
因地质构造简单,同时煤田范围较小,故本设计初步确定矿井的设计年生产能力为60万t。
2)井型校核
下面按矿井的实际煤层开采能力,各辅助生产环节的能力,储量条件及安全条件因素对井型进行校核:
(1)煤层产出能力校核
矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力,根据本设计第四章矿井开拓与第六章采煤方法可知,该矿由于煤层地质条件较好,3层煤厚度较厚,布置一个同采双工作面完全可以达到本设计的产量。
(2)辅助生产环节的能力校核
本矿井为中型矿井,开拓方式为立井开拓,主井提升容器为两对12t底卸式提升箕斗,运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。
工作面生产的原煤一律用矿车运到采区煤仓,原煤外运不成问题。
辅助运输采用罐笼,同时本矿井井底车场只为副井服务,该车场调车方便,通过能力大,满足矸石,材料和人员的调动要求。
所以各辅助生产环节完全可以达到设计生产能力的要求。
(3)通风安全条件的校核
本矿井瓦斯含量较高,为高瓦斯矿井。
矿井采用中央并列式通风,加大风速,可以满足通风要求。
本井田存在若干小断层已经查到,不会影响采煤工作,所以各项安全条件均可以得到保证,不会影响矿井的设计生产能力。
(4)储量条件校核
矿井的设计生产能力应与矿井的工业储量相适应,以保证有足够的服务年限。
矿井服务年限的计算:
T=Z/(A×K)3—1
式中:
T-----矿井设计服务年限,a;
Z-----矿井可采储量,3127万t;
A-----矿井设计生产能力,60万t/a;
K-----储量备用系数,取1.4;
由3—1式得:
T=3127/(60×1.4)=38a;
本矿井的开采年限较符合规范的要求。
四、井田开拓
4.1井田开拓的基本问题
本井田开拓方式的选择,主要考虑以下几个因素:
1)、煤层埋藏较较深,煤层可采线为+500m,最深处达--500m,表土层厚度不大,平均为120m;
表地层内有13个含水层,全矿有6个钻孔发现漏水,均位于断层附近。
;
2)、距3层煤底板71.09m处为一石炭系上统太原组含水层,含水量极大,直接影响着井筒位置;
3)、本矿地表地势平坦,且多为农田,无大的地表水系和水体。
4.1.1井筒形式的确定
由于本矿井表土层较厚,水文地质情况较复杂,井筒需要特殊施工,故只能采用立井开拓。
根据矿井提升的需要与本矿的地质条件以及《煤矿安全规程》的规定,在本井田中上部设主副井筒各一个;主井用来提升煤炭,副井用来提升人员、材料、矸石以及通风。
本矿井瓦斯较大,但井田走向平均为3.6m,故采用中央并列式通风,能满足要求。
4.1.2井筒位置的确定
1)井筒位置的确定原则
(1)有利于第一水平的开采,并兼顾其他水平,有利于井底车场和主要运输大巷的布置,石门工程量少;
(2)有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段,首采区少迁村或不迁村;
(3)井田两翼储量基本平衡;
(4)井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出、
煤层或软弱岩层;
(5)工业广场应充分利用地形,有良好的工程地质条件,且避开高山、低洼和采空区,不受崖崩滑坡和洪水威胁;
(6)工业广场宜少占耕地,少压煤;
(7)水源、电源较近,矿井铁路专用线短,道路布置合理。
经以上条件几个种方案比较确定井筒位置见下表:
井筒名称
X
Y
Z
主井
2558
7022
27
副井
2596
6955
27
4.1.3开采水平的确定
本矿井倾角6度,为近水平煤层,故采用立井单水平带区式开采,开采水平设在井田中央。
4.1.4井底车场和运输大巷的布置
1)运输大巷的布置
由于运输
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