采煤方法教案石窑店井田.docx
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采煤方法教案石窑店井田
第二章井田开拓
第一节井田境界及资源量
一、井田境界
石窑店井田位于陕西省神木县东北部,横跨神木、府谷两县,地处神府矿区新民开采区的西部。
井田东以三道沟井田(预留区)西界及大板兔川中心为界,西以悖牛川河中心线为界,与何家塔、赵家梁井田隔河相望,南以杨伙盘井田及青龙寺井田为界,北以郭家湾井田南界为界。
井田南北长约13.5km,东西宽约5~10km,井田面积约104.4km2。
井田地理座标:
东经110°24′01″~110°30′56″,北纬39°06′24″~39°13′
49″之间。
根据《陕西省神府矿区新民开采区总体规划》及国家计委计基础[2002]2075号文批复意见,井田各拐点座标见表2-1-1。
表2-1-1石窑店井田边界主要拐点座标表
点号
座标(m)
点号
座标(m)
X(纬距)
Y(经距)
X(纬距)
Y(经距)
S12
4341300
37448600
S14
4337400
37457700
S11
4343200
37451800
S15
4336700
37457700
S10
4344400
37452500
S21
4329400
37454500
S9
4345000
37454700
S20
4328000
37452000
S13
4345000
37457700
石窑店井田范围及其在矿区中的位置见图2-1-1。
神木县煤炭开发经营总公司于2002年4月对石窑店井田进行了勘探登记,取得了该井田的探矿权,勘查证书编号:
6100000210099。
勘查区登记区块范围与井田范围不尽一致,勘查区登记区块拐点坐标见表2-1-2。
表2-1-2勘查登记区块拐点坐标表
点号
座标(m)
点号
座标(m)
X(纬距)
Y(经距)
X(纬距)
Y(经距)
二、矿井地质资源量
陕西省地矿局西安地质矿产勘查开发院2002年11月份提交了《陕西省陕北侏罗纪煤田神府矿区石窑店井田勘探地质报告》,北京中矿联咨询中心2002年12月27日对地质报告进行了评审,并于2003年1月2日以中矿联储评字[2003]1号出具了评审意见书,2003年5月12日国土资源部以国土资储备字[2003]6号出具了《陕西省陕北侏罗纪煤田神府矿区石窑店井田勘探地质报告》矿产资源储量备案证明。
原国家计委批准的井田范围与勘查登记范围不尽一致,地质报告分别给出了勘查登记范围内的资源储量和勘查登记范围与井田范围有出入区域的资源储量。
本设计以井田边界为计算范围,在地质报告勘探区储量计算的基础上加上了井田边界大于勘探边界区域的储量,据此计算出井田内煤层资源量。
全井田共有资源/储量838.12Mt(已扣除井田内6个小煤矿占用的资源储量),其中2-2煤层128.14Mt,3-2煤层201.55Mt,5-2上煤层46.66Mt,5-2煤层461.77Mt,分别占部资源量的15.29%、24.05%、5.56%和55.10%;全井田探明资源量100.17Mt,控制的资源量223.45Mt,推断的资源量514.50Mt,分别占总资源量的11.95%、26.66%和61.39%;总资源量中长焰煤458.82Mt,不粘煤379.30Mt,分别占总资源量的54.74%和45.26%。
各煤层资源/储量详见表2-1-2。
表2-1-2石窑店井田资源/储量汇总表
单位:
Mt
煤层编号
煤类
探明的
331
控制的
332
推断的
333
合计
占资源量的%
2-2
CY
118.78
118.78
15.29
BN
9.36
9.36
小计
128.14
128.14
3-2
CY
20.11
34.80
77.82
132.73
24.05
BN
1.11
2.14
65.57
68.82
小计
21.22
36.94
143.39
201.55
5-2上
BN
46.66
46.66
5.56
5-2
CY
47.45
115.91
43.95
207.31
55.10
BN
31.50
70.60
152.36
254.46
小计
78.95
186.51
196.31
461.77
合计
CY
67.56
150.71
240.55
458.82
54.74
BN
32.61
72.74
273.95
379.30
45.26
合计
100.17
223.45
514.50
838.12
100
三、矿井工业资源/储量
地质资源量中探明的资源量331和控制的资源量332,经分类得出的经济的基础储量111b和122b、边际经济的基础储量2M11和2M22、未升级的331、332,以及连同地质资源量中推断的资源量333,归类为矿井工业资源/储量。
矿井工业资源/储量=111b+122b+2M11+2M22+333k(式中k为可信度系数,取0.9)
本矿井工业资源/储量=111b+122b+333k
=786.67Mt
四.矿井设计资源/储量
矿井设计资源/储量为矿井工业资源/储量减去设计计算的铁路煤柱、公路煤柱、井田境界煤柱、河流和地面建筑物、构筑物等永久保护煤柱损失后的资源/储量。
经计算矿井永久煤柱损失为49.39Mt,则矿井设计资源/储量为737.28Mt。
五.矿井设计可采储量
1、安全煤柱
(1)设计对井田内的铁路和公路、工业场地等均留设了保护煤柱,安全煤柱按移动角采用垂线法和垂直剖面法计算。
根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(2000年版)的规定,工业场地、铁路专用线、公路保护等级为Ⅰ级,围护带宽度取20m。
由于没有实测的岩层移动角参数数据,留设安全煤柱时,暂根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(2000年版)附表5-3及附表5-4选取,表土松散层移动角取45°,岩层移动角取70°。
(2)设计井田边界两侧各留20m隔离煤柱,盘区边界线两侧各留10m保护煤柱,以下各煤层按岩层移动角计算确定,主要大巷两侧各留设100m保护煤柱。
(3)井田西部较大村庄,设计与河流、公路、铁路等一并留设保护煤柱,部分零散村庄,设计暂按搬迁考虑,不留设安全煤柱,与公路、铁路沿线村庄集中规划布置。
2、矿井设计可采储量
矿井设计可采储量为矿井设计资源/储量减去工业场地和主要井巷煤柱的煤量后乘以采区回采率的资源/储量。
采区回采率根据《煤炭工业矿井设计规范》(GB50215-2005)第2.1.3之规定,薄煤层为85%,中厚煤层为80%,厚煤层为75%。
经计算,矿井设计可采储量为526.95Mt,其中2-2号煤层为56.14Mt,占10.7%;3-2号煤层为130.60Mt,占24.8%;5-2上号煤层为29.49Mt,占5.5%;5-2号煤层为310.72Mt,占59.0%。
矿井设计可采储量汇总见表2-1-5。
表2-1-5井田可采储量汇总表
煤
层
矿井工业资源/储量
永久煤柱损失
矿井设计资源/储量
工业场地和主要井巷煤柱
开采损失
设计可采储量
井田、火烧
边界
公路、铁路
河流
合计
井筒、大巷、工业场地
合计
合计
2-2
115.33
4.62
4.62
110.71
17.14
17.14
37.43
56.14
3-2
187.21
6.06
6.06
181.15
17.90
17.90
32.65
130.6
5-2上
41.99
0.84
3.06
3.90
38.09
3.39
3.39
5.21
29.49
5-2
442.14
2.46
21.14
11.21
34.81
407.33
18.93
18.93
77.68
310.72
合计
786.67
13.98
35.41
49.39
737.28
57.36
57.36
152.97
526.95
第二节矿井设计生产能力及服务年限
一、矿井工作制度
矿井年工作日为330天。
矿井工作制度采用“四六”制,三班生产,一班准备,日净提升时间16小时。
二、矿井生产能力及服务年限
(一)矿井生产能力
矿井生产能力确定的合理与否,对矿井能否及时投产、达产和尽早发挥投资效益至关重要。
而矿井设计生产能力又取决于煤层赋存条件、开采技术条件、资源量、采掘机械化装备水平、外部运输条件和市场需求等诸多因素。
根据我院2001年1月编制的《陕西省神府矿区新民开采区总体规划》及国家计基础[2002]2075号文“国家计委关于陕西神府矿区新民开采区总体规划的批复”,石窑店矿井设计生产能力3.00mt/a。
按照陕西神木县矿管局的设计委托,矿井设计生产能力3.00Mt/a,但主要生产环节要留有5.00mt/a的余地。
综合分析矿井建设的内外部条件,设计认为原矿井生产能力确定为3.00Mt/a能力偏小,理由如下:
1、资源量丰富
煤炭资源量是决定矿井生产能力的主要因素之一。
本井田内可采煤层4层,分别为2-2、3-2、5-2上、5-2等煤层,共有资源量838.12Mt。
扣除各种煤柱损失和开采损失后,可采储量561.82Mt。
《煤炭工业矿井设计规范》(GB50215-2005)中规定,3.00~5.00Mt/a矿井服务年限不小于50a。
矿井生产能力按3.00Mt/a、储量备用系数按1.5考虑,矿井服务年限可达125年,矿井生产能力按5.00Mt/a,储量备用系数按1.5考虑,则矿井服务年限75a。
从储量和服务年限看,本矿井生产能力3.00Mt/a偏小,具备后期扩大到5.00Mt/a的资源条件。
2、开采技术条件优越
本井田地质构造及水文地质条件简单,无大的断裂及褶曲,各含水层含水量弱到极弱。
煤层赋存稳定,倾角平缓(各可采煤层平均倾角不超过1°),结构简单(一般含夹矸1层,局部2层)。
首采的5-2煤层厚1.26~5.19m(仅1个孔见煤厚度小于1.30m),平均3.10m,全区稳定可采,可采储量占全井田可采储量的56%。
各可采煤层顶底板岩性稳定,均为中等稳定的顶底板,适宜机械化开采。
3、煤层埋藏浅,开拓系统简单
本井田有可采煤层4层,从下往上依次为5-2、5-2上、3-2、2-2煤层,最上部的2-2煤层、3-2煤层埋深37.50~131.29m,最下部的5-2煤层埋深33.78~244.10m,根据地形条件和外部运输条件,井口可以选择在埋深40m左右的悖牛川河道阶地上,采用斜井开拓,系统简单,建井工期短,投资省、见煤早,效益好,是建设大型矿井的理想井田。
4、煤质及市场条件好
石窑店井田各可采煤层为低——中水分、低——低中灰分、特低硫、特低——低磷、中高发热量、富油的不粘煤31号和长焰煤41号。
原煤全硫分在0.5%以下,有“天然精选煤”“环保煤”之称,是良好的动力用煤及气化、液化等化工工业原料。
目前世界各国对环境保护越来越重视,环保对煤质的要求越越高,高硫煤已严重滞销,甚至关井停产。
本矿区的特低硫煤受到国内外市场的青睐,具有广阔的市场前景。
5、煤炭外运销售条件优越
府(谷)——东(胜)公路从井田西南部穿过,神(木)——朔(州)、西(安)——包(头)铁路分别从井田南部和西部通过,矿井煤炭外运非常便利。
拟建的地方铁路准格尔至神木北铁路从本矿井工业场地边缘穿过,该段工程的红进塔至红柳林段预可行研究报告已通过审批,该铁路的建成将更加方便本矿井的煤炭外运,并为矿井增产提供了保证。
6、有良好的周边环境和现成的建设模式可供借鉴
本矿井所在的神府矿区是我国机械化装备水平最高、产量与效益最好的矿区之一。
该区大柳塔矿井、榆家梁矿井用一套引进的高产高效长壁综采设备和两套连续采煤机组成一个生产单元,年生产原煤均已突破10.00Mt。
本井田与上述两个井田同属陕北侏罗纪煤田,开采技术条件十分相似,其建设模式可供借鉴。
神府矿区大柳塔中心区已建成矿区机修厂、设备租赁站、物资总库等一系列完善的生产生活辅助设施,可为本矿井的设备租赁、大、中修等提供服务。
综上所述,石窑店矿井有充足的资源储量,优越的开采技术条件和良好的内外部建设环境,具备建设大型高产高效矿井的条件,因此矿井初期设计生产能力3.00Mt/a是有保障的。
但就本矿井资源量来看,生产能力定为3.00Mt/a,矿井服务年限偏长,适宜的生产能力应为5.00~6.00Mt/a,考虑到原国家计委批准的矿区总体中石窑店矿井生产能力为3.00Mt/a,因此本次设计矿井生产能力仍按3.00Mt/a进行,但主要生产环节留有5.00Mt/a。
(二)矿井服务年限
按照3.00Mt/a的矿井生产规模,考虑1.5的储量备用系数,矿井服务年限125a,其中5-2煤层服务年限70a。
若初期生产能力为3.00Mt/a,5年后达到5.00Mt/a,则矿井总的服务年限77a。
第三节井田开拓
一、影响井田开拓方式的因素
1、地形地貌对井田开拓的影响
石窑店井田地处陕北黄土高原北部,全区地形支离破碎,沟谷纵横,为典型的黄土高原地貌。
区内地势总体是中部、东北部高,东、西、南低。
区内较大的一级水系为悖牛川,由北向南流经井田西部,较大的二级水系为大板兔川、小板兔川,从北东流向西南纵贯井田东南部,除此之外还有木房沟、许家沟、倪家沟等较大支沟。
只有悖牛川和大板兔川两岸相对平坦,具备建设大型矿井的场地条件。
2、煤层赋存条件对井田开拓的影响
本井田地质构造及水文地质条件简单,无大的断裂及褶曲,各含水层含水量弱到极弱。
本井田有可采煤层4层,从下往上依次为5-2、5-2上、3-2、2-2煤层,最上部的2-2煤层、3-2煤层埋深37.50~131.29m,最下部的5-2煤层埋深33.78~244.10m。
煤层赋存稳定,倾角平缓(各可采煤层倾角一般不超过1°)。
5-2煤全区稳定可采,受侵蚀和火烧影响,2-2煤和3-2煤层可采范围占全井田的比例较小,且可采边界很不规则。
单从煤层赋存条件看,2-2煤和3-2煤具备平硐开拓的可能,5-2煤则宜采用斜井开拓。
3、外部运输条件对煤层开拓的影响
拟建的准格尔至神木北地方铁路从悖牛川穿过,在倪家沟附近设有装车站,店塔至郭家湾三级公路亦从悖牛川穿过,故工业场地宜沿悖牛川河岸阶地选择布置。
二、工业场地选择
工业场地及井口位置选择的原则:
1.工业场地应交通运输便利,有利于矿井外部运输及部分煤炭产品的外运销售。
2.井下开拓布置系统简单合理,井巷工程量省,投资少,建井工期短。
3.工业场地尽量少占良田,少压煤。
4.首采区煤层赋存稳定,勘探程度高,储量可靠。
5.尽量避开村庄,减少搬迁费用。
按照上述原则,结合本井田的煤层赋存特点、地形地貌、交通运输条件,设计认为合理的工业场地及井口位置应在金鸡滩镇西侧,产业链项目场址的最东端,榆神公路与神延铁路之间宽缓地带上。
根据悖牛川河岸的地形条件,结合煤层赋存情况及外部运输条件,在预可行性研究阶段提出过三个工业场地方案,分别为倪家沟工业场地、许家沟工业场地和窑子湾工业场地,经综合比较,把倪家沟工业场地和许家沟工业场地带入井田开拓方案进行综合比选,最后推荐倪家沟工业场地。
设计认为倪家沟工业场地平坦开阔,具备建设大型矿井的场地条件,拟建的准神铁路从场地通过,交通便利,初期开采5-2煤赋存稳定,易于高产稳产,且不存在煤层压荐关系,因此本次设计不再进行场地比选,仍推荐倪家沟工业场地。
倪家沟工业场地目前已完成行了1:
1000地形实测。
二、井田开拓方式
(一)井田开拓设计的主要原则
1、根据选定的工业场地位置,结合煤层赋存情况,力求系统简单,井巷工程量少,建井期短,投资省,见效快。
2、主副井口尽可能靠近已有公路和拟建铁路。
3、井下煤炭运输采用胶带输送机,辅助运输采用无轨胶轮车。
4、为减少综采工作面搬家次数,盘区划分时一般按工作面推进长度不小于4000m考虑。
(二)井田开拓方案
根据选定的工业场地位置,结合煤层赋存条件,设计提出如下两个开拓方案:
1、井田开拓方案一
在倪家沟工业场地内布置三条井筒,即主斜井、副斜井和一号回风斜井。
拟建的准神铁路沿悖牛川东岸从山脚下通过,考虑到井口、工业场地与铁路及装车站的位置关系,为便于交通运输,三条井筒井口均布置在铁路西侧,井筒从铁路下穿过。
三条井筒平行布置,井筒方位270°。
工业场地标高+1029m左右,三条井筒井底均落于5-2煤。
主斜井井口标高+1029m,倾角14°,井筒斜长182m,井筒内装备一条宽1400mm的带式输送机;副斜井井口标高+1029m,倾角5°,井筒斜长520m,本井田煤层埋深小,矿井辅助运输采用无轨胶轮车;一号回风斜井口标高+1029.2m,倾角20°,井筒斜长129m。
井筒进入5-2煤层后,沿同一方位角布置一组煤层大巷,在井田中部Y3745300线附近再设一组南北向大巷,两组大巷成“丁”字型布置。
三条大巷分别为胶带输送机大巷、辅助运输大巷和回风大巷。
投产时在井筒北侧基本与准神铁路平行在5-2煤布置一个综采工作面。
下组煤中的5-2上煤层不设大巷,回采时其辅助运输通过辅助运输斜巷和5-2煤层辅助运输大巷联系,回风通过回风斜巷与5-2煤层回风大巷联系,煤炭经过煤仓或溜煤眼,交于5-2煤层胶带输送机大巷。
下组煤共划分为4个盘区。
上组煤赋存于工业场地标高以上约72m,若单独建井,在选定的倪家沟工业场地需采用反坡度斜井开拓,由于反坡度斜井无法跨越铁路,斜井井口只能布置在拟建铁路与山之间,这样布置带来的问题是上下组煤分别建井,井口与铁路关系复杂,工业场地布置困难。
因此,为简化系统,上组煤不单独建井,但上下组煤各做为一个水平开发,上组煤的开发利用下组煤的主斜井和副斜井,在主斜井井底设一溜煤眼,新建回风斜井,在3-2煤层布置一组大巷,2-2煤层与3-2煤层间采用辅助运输斜巷和回风斜联系,2-2煤层煤炭通过溜煤眼下放到3-2煤层胶带运输大巷,3-2煤层胶带运输大巷通过集中上山将煤炭交于5-2煤主斜井井底,然后提至地面;辅助运输也通过集中上山与5-2煤副斜井及地面联系。
上组煤共划分为5个盘区。
为满足矿井通风需要,后期在井田中部804号孔附近新开二号回风斜井,在井田北部38号孔附近新开一个进风斜井和一个回风斜井。
本方案初期移交井巷工程量18046m,其中岩巷1211m,半煤岩巷2775m,煤巷14060m,万吨掘进率60.2m。
井田开拓方式方案一见图2-3-2、图2-3-3。
2、井田开拓方案二
在倪家沟工业场地内布置三条井筒,即主斜井、副斜井和一号回风斜井。
三条井筒井口均布置在铁路西侧,井筒从铁路下穿过。
三条井筒平行布置,基本与拟建铁路垂直,井筒方位250°。
工业场地标高+1029m左右,三条井筒井底均落于5-2煤。
主斜井井口标高+1029m,倾角14°,井筒斜长182m,井筒内装备一条宽1400mm的带式输送机;副斜井井口标高+1029m,倾角5°,井筒斜长482m,本井田煤层埋深小,矿井辅助运输采用无轨胶轮车;一号回风斜井口标高+1029m,倾角20°,井筒斜长129m。
井筒进入5-2煤层后,沿同一方位角布置一组煤层大巷,在井田中部基本平行于21号孔和703号孔连线再设一组大巷,两组大巷垂直布置,该组大巷过703号孔约500m后转而平行于Y3745300线。
投产时在井筒北侧基本与准神铁路平行在5-2煤布置一个综采工作面。
下组煤中的5-2上煤层不设大巷,回采时其辅助运输通过辅助运输斜巷和5-2煤层辅助运输大巷联系,回风通过回风斜巷与5-2煤层回风大巷联系,煤炭经过煤仓或溜煤眼,交于5-2煤层胶带输送机大巷。
下组煤共划分为4个盘区。
上下组煤联合开拓,开采上组煤时在1005号孔附近2-2煤层可采边界处新开上组煤副斜井和回风斜井,副斜井井口标高+1170m,倾角5°,斜长840m,上组煤回风斜井(二号回风斜井)井口标高+1170m,倾角20°,斜长215m。
上组煤只设辅助运输大巷和回风大巷,两条均沿3-2煤层布置,2-2煤层与3-2煤层间采用辅助运输斜巷和回风斜联系,2-2煤层和3-2煤层生产的煤炭通过溜煤眼下放至5-2煤层胶带输送机大巷。
下组煤共划分为3个盘区。
本方案初期移交井巷工程量m,其中岩巷m,半煤岩巷m,煤巷m,万吨掘进率m。
(三)井田开拓方案比选
1、方案一主要优点
(1)上下组煤利用一个工业场地开拓,占地面积小,布置集中,便于管理;
(2)上下组煤共用主斜井和副斜井的一段,主运输集中,地面生产系统简单;
(3)上下组煤分两个水平开拓,具备独立生产条件,互不干扰,便于管理;
(4)初期开采5-2煤,井巷工程量少,投资省,见效快。
2、方案一主要缺点
(1)自主副斜井与3-2煤间需设5°左右距离约1000m的胶带输送机上山和辅助运输上山,两条上山均位于表土中,施工困难,巷道不易维护;
(2)首采的21盘区两翼不均衡,三角煤多;
(3)上组煤通过溜煤眼先下放至主斜井井底,再提升到地面,存在返向运输;
3、方案二主要优点
(1)开采上组煤时在2-2煤可采边界附近新开副斜井和回风斜井,不存在方案一中两条上山斜穿表土的问题,井巷工程量少,有利于上组煤及早解放。
(2)11盘区和21盘区共用一条胶带输送机大巷,井巷工程量省,投资少;
(3)初期开采5-2煤,井巷工程量少,投资省,见效快。
(4)首采的21盘区煤层赋存稳定,盘区划分比较规整,储量丰富,两翼均衡,利于稳产。
(5)上组煤新增一个副斜井,有利于矿井通风。
4、方案二主要缺点
(1)开采上组煤时,需新设一个副井场地(该场地只有井口及空气加热室),增加长约2500m的场地公路,两处场地,管理不便。
压煤量大,但后期可以回收。
(2)上组煤通过溜煤眼先下放至主斜井井底,再提升到地面,存在返向运输;
从技术上分析,两个开拓方案初期开拓工程量基本相同,不同之处在于:
上组煤是新增副斜井,还是利用下组煤副斜井穿过铁路后设辅助运输上山;上下组煤主运输是在主斜井井底设溜煤眼,还是在两条大巷垂交处设溜煤眼。
两方案可比部分经济比较见表。
表2-3-1两开拓方案可比经济比较表
序号
项目
方案一
方案二
数量
投资(万元)
数量
投资(万元)
一、
投资
1
井巷工程量
⑴井筒
表土段355m,基岩段545m
990
⑵大巷及上山
表土段1860m,煤巷3700m
4530
4000m
2200
⑶小计
5560m
4530
4900m
3190
2
副井场地
占地600m2
2
3
副井场地公路
2500m
875+65
4
副井场地供水管路
2500m
50
副井场地供电线路
2500m
30
5
副井空气加热室
土建及机电
20
6
合计
4530
4232
与方案一比(+、-)
0
-298
二、
工期(月)
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