济宁二号矿井6.0Mta新井设计

一般部分一般部分 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 1 1 1 矿区概述 1 1 2 井田地质特征 2 1 3 煤层特征 7 2 井田境界与储量井田境界与储量 15 2 1 井田境界 15 2 2 矿井储量计算 15 3 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 20 3 1 矿井工作制度 20 3 2 矿井设计生产能力及服务年限 20 4 井田开拓井田开拓 22 4 1 井田开拓的基本问题 22 4 2 矿井基本巷道 30 5 准备方式准备方式 带区巷道布置带区巷道布置 38 5 1 煤层地质特征 38 5 2 带区巷道布置及生产系统 39 5 3 带区车场选型设计 44 6 采煤方法采煤方法 45 6 1 采煤工艺方式 45 6 2 回采巷道布置 57 7 井下运输井下运输 61 7 1 概述 61 7 2 带区运输设备选择 63 7 3 辅助运输方式和设备选择 65 8 矿井提升矿井提升 68 8 1 矿井提升概述 68 8 2 主副井提升 68 9 矿井通风与安全矿井通风与安全 73 9 1 矿井概况 开拓方式及开采方法 73 9 2 矿井通风系统的确定 74 9 3 矿井风量计算 77 9 4 矿井通风阻力计算 81 9 5 选择矿井通风设备 87 9 6 安全灾害的预防措施 90 10 设计矿井基本技术经济指标设计矿井基本技术经济指标 92 参考文献 93 专题部分专题部分 特厚煤层仰采综放面提高厚煤放出率技术研究特厚煤层仰采综放面提高厚煤放出率技术研究 94 0 绪论绪论 94 1 研究背景及意义研究背景及意义 94 2 国内外研究动态国内外研究动态 95 2 1 放顶煤开采技术的发展与现状 95 2 2 提高综放工作面顶煤采出率技术的研究现状与发展 96 3 顶煤冒放特性分析顶煤冒放特性分析 98 3 1 顶煤冒落放出规律与破坏特征 98 4 顶煤采出率影响因素分析顶煤采出率影响因素分析 100 4 1 采放比对顶煤冒放的影响 100 4 2 放煤工艺对顶煤冒放的影响 101 4 3 工作面初末采及上下端头放煤状况等的影响分析 102 4 4 工作面设计几何尺寸影响 103 4 4 设备配套选型影响 103 4 5 生产管理影响 103 5 特厚煤层顶煤采出率影响因素的数值模拟研究特厚煤层顶煤采出率影响因素的数值模拟研究 103 5 1 建立数值模型 103 5 2 模拟结果分析 104 5 3 解决方案及采取的主要技术 108 6 结论结论 110 参考文献参考文献 111 翻译部分翻译部分 英文原文英文原文 112 中文译文中文译文 126 致谢致谢 140 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1 1 矿区概述 1 1 1 矿区地理位置矿区地理位置 济宁二号矿井位于山东省南部 在济宁市境内 淑济宁煤田 东区 自北而南第二勘 探区 区内交通方便 津浦铁路自本矿区东部的兖州矿区通过 兖 州 新 乡 铁路横穿 本煤田北部 与兖州矿区铁路专用线相接 担负煤炭出口运输任务的兖 州 石 日港 铁路已建成通车 公路运输 有邹县至济宁的公路由矿井北侧通过 矿井场外公路与该公路相连接 水路运输 京杭运河自北而南流经矿井西部边界注入南阳湖 目前除每年一 二月份 外 一般具有舟楫之便 南水北调竣工之后 可常年通航 交通极为便利 如图 1 1 所示 1 1 2 矿区气候条件矿区气候条件 本区属温带季风区海洋 大陆性气候 年最大降雨量 1186mm 最小 441 9mm 年平 均降雨量 712mm 降雨多集中在 7 8 月份 年平均气温 13 5 最高气温 41 6 一月份 最冷 平均最低气温 6 8 极端最低气温 19 4 一般在十月份下旬出现霜冻 11 月份 开始降雪 最大积雪厚度 0 15m 最大冻土深度 0 31m 春 夏季多东及东南风 冬季多西 北风 1 1 3 矿区的水文情况矿区的水文情况 区内主要河流有光府河和京杭运河 均系人工河 光府河由北向南流经井田中部入南 阳湖 在区内全长 10Km 河床宽 230 240m 水深 2m 左右 最高水位标高 39 30m 水流 平缓 汛期最大流量 400m3 s 1964 年 9 月 1 日 旱季流量减小乃至干涸 起排涝泄洪作 用 京杭运河河床宽约 250m 最高水位标高 36 67m 汛期最大流量 626m3 s 1964 年 9 月 6 日 旱季流量变小甚至断流 现有辽沟河 小新河 古运河及一些小型沟壑 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 2 页 图图 1 1 济宁二号煤矿交通位置示意图济宁二号煤矿交通位置示意图 1 2 井田地质特征 1 地层 本井田含煤底层为华北型石炭二迭系含煤建造 奥陶系石灰岩为煤系底盘 上覆地层 自下而上为二迭系石盒子组 上侏罗统红色砂岩及第四系冲积层 湖积层 2 构造 本井田地质构造以宽缓褶曲为主 伴有为数不多的断层 构造属中等偏简单 由于地 层倾角平缓 加之次一级褶曲普遍发育 致使地层无论在走向或倾向均有较大变化 地层 主要走向北东 局部为西及北北东 倾角一般为 2 10 局部大于 20 最小近水平 葛亭煤矿 何岗煤矿 许厂煤矿 济宁三号煤矿 泗河口煤矿 济宁二号煤矿 岱庄煤矿 济宁市 兖新铁路 邹济公路 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 3 页 褶曲分北东及北西向两组 以北东向为主 北西向仅局部发育 褶曲为背向斜相间分布 且多倾伏 褶曲轴顺向也有波状起伏 井田内断层分布具有一定规律性 主要以北北西至南北向的西倾正断层为主 使井田 内地层自动向西构成台阶式下降 控制着井田的主要构造形态 其次尚有北东向 北西至 北西西向断层组等 经勘探发现和证实的断层共有 31 条 其中落差大于 30m 的 7 条 20 30m 共有 10 条 小于 20m 的 14 条 除 F11为逆断层外 其余均为正断层 1 2 1 煤系地层煤系地层 含煤地层为山西组和太原组 平均总厚 270m 含煤 27 层 煤层平均总厚 14 07m 含 煤系数 5 2 地质报告提供的可采煤层有 3上 3下 6 10下 15上 16上 17 等 7 层 平均总厚 10 92m 占煤层总厚的 77 6 其中 3上 3下 16上 17 四层主要可采煤层总 厚 8 85m 占可采煤层总厚度的 81 3 上 3 下平均厚度达 6 78m 占主要可采煤层总厚 度的 76 6 地质储量 5 2 亿 t 占可采煤层总储量的 61 是先期开采也是全井田开采的 主要对象 10下 10上为局部可采煤层 刘桥二矿属于淮北煤田濉肖矿区 位于淮北煤田中西部 在地层区划分上属于华北地 层区鲁西地层分区徐宿小区 本区地层出露甚少 多为第四系冲 洪积 平原覆盖 矿井范围内无基岩出露 均为新生界松散层所覆盖 经钻孔揭露地层有奥 陶系 O1 2 石炭系 C2 3 二叠系 P 第三 N 和第四系 Q 地层厚度大于 1500m 见图 1 2 由老至新概述如下 1 奥陶系 O 奥陶系中 下统老虎山组 马家沟组 O2l O1m 层厚度 118 89m 岩性为浅灰色厚层状的 石灰岩 质纯 性脆 微晶结构 局部含白云质 高角度裂隙发育 2 石炭系 C 地层厚度 129 73m 为本溪组和太原组 1 中统本溪组 C2b 地层厚度 14 18 23 10m 岩性以浅灰色到暗红色的杂色含铝泥岩为主 夹有少量的泥 质灰岩 含铝泥岩为中厚层状 含有铁质结核及菱铁鲕粒 与下伏奥陶系地层呈假整合接 触 2 上统太原组 C3t 地层厚度 115 55m 岩性以深灰色的泥岩 粉砂岩及灰色的砂岩为主 灰到深灰色的石灰 岩次之 夹少量的薄煤层 泥岩 粉砂岩中多见有炭屑或植物化石碎片 下伏本溪组地 层呈整合接触 3 二叠系 P 1 下统山西组 P1s 下部以太原组顶部一灰之顶为界 上界为铝质泥岩之底 地层厚度 84 00 124 00m 平均 108 50m 岩性由砂岩 粉砂岩 泥岩和煤层组成 含 2 个煤层 组 其中 6 煤层 为本矿井主要可采煤层之一 2 下统下石盒子组 P1xs 下界为 4 煤层下铝质泥岩底界面 上界为 K3 砂岩底界面 地层厚度 201 80 248 20m 平均 227 10m 岩性由砂岩 粉砂岩 泥岩 铝质泥岩和煤层组成 为 本矿井主要含煤段 含 4 个煤层 组 除 3 煤层为局部可采煤层 4 煤层为矿井主要可采 煤层外 其余均为不可采煤层 与下伏地层呈整合接触 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 4 页 3 上统上石盒子组 P2SS 下界为 K3 砂岩之底 未见上界 最大厚度约为 298 58m 岩性由砂岩 粉砂岩和泥 岩组成 自下而上 泥岩 粉砂岩颜色变杂 紫色绿色增多 含 3 个煤层 组 均不可采 与下伏地层呈整合接触 4 上第三系 N 总厚 5 90 67 20m 平均厚度 28 94m 不整合于二迭系地层之上 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 5 页 O OO 老 虎 山 下 统 奥 陶 系 本溪中统 石灰岩 铝质泥岩 19 00 115 55 下 石 盒 子 组 P1xs 系 叠 二 生 界 古 岩性简述岩石名称 标志 层及 煤层 编号 柱状 1 500 层厚 组统系界 地层单位 118 89 浅灰色 层状 性脆 微晶结构 纯 质 高角度裂隙发育 浅灰色到暗红色 中厚层状 含有铁质结核 上统太原 组 泥岩 粉砂岩 砂岩灰到 深灰色 炭屑或植物化石碎片 石 炭 系 下 统 P1 山 西 组 P1s 55 5 3 3 3 04 53 4 砂岩 粉砂岩 泥岩 砂岩 粉砂岩 泥岩 泥岩和粉砂岩 6号煤 灰黑 黑色 条带状 层状结构 碎块 下 统 P1 37 50 2 35 3 2 5 78 160 铝质泥岩 泥岩 粉砂岩 砂岩 浅灰色到暗红色 中厚层状 含有铁质结核 泥岩 砂岩 灰到 深灰色 炭屑或植物化石碎片 4号煤 砂岩 上 统 P2 上 石 盒 子 组 P2SS 煤 煤 煤 80 16 0 60 94 27 0 41 70 87 0 54 54 30 泥岩 粉砂岩 泥岩 粉砂岩 泥岩 粉砂岩 砂岩 泥岩 粉砂岩 砂岩 颜色变杂 紫色绿色增多 颜色变杂 紫色绿色增多 颜色变杂 紫色绿色增多 颜色变杂 紫色绿色增多 上 第 三 系 N 7 64 13 58 7 64 粘土 薄层砂 中砂 细砂及少量粗砂 粘土 砂质粘土 灰绿色 灰白色 粘土可塑性强 灰白色 浅黄色 砂层结构松散 棕黄色 灰绿色 顶部富含钙质铁锰结核 第 四 系 Q 更 新 统 Q1 3 全 新 统 Q4 7 64 7 64 7 64 细砂 粘土 砂质粘土 粘土 砂质粘土 细砂 粉砂 粘土质砂 浅黄色及浅灰绿色 灰白色 棕黄色夹浅灰绿色 顶部含有钙质 铁锰质结核 褐黄色 含螺蛳 蚌壳化石 近地表 为耕植土壤 图图 1 2 综合地质柱状图综合地质柱状图 5 第四系 Q 1 更新统 Q1 3 总厚 38 80 93 70m 平均厚度 63 97m 与第三系呈假整合接触 下部主要由浅黄色及浅灰绿色 灰白色细 中砂组成 其中夹 1 2 层粘土或砂质粘土 部主要由棕黄色夹浅灰绿色粘土 砂质粘土组成 夹 1 3 层砂或粘土质砂 顶部含有较多 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 6 页 钙质或铁锰质结核 2 全新统 Q4 厚度为 20 18 39 80m 平均厚度 32 79m 以褐黄色细砂 粉砂 粘土质砂为主 夹粘土及砂质粘土 含螺蛳 蚌壳化石 近地 表为耕植土壤 属现代河流泛滥相沉积 1 2 2 水文地质特征水文地质特征 1 水文地质工作 全井田抽水 22 次 其中 3 煤层顶板砂岩 9 次 第三次灰岩 5 次 奥陶系灰岩 4 次 断层抽水 2 次 第四系下组砂层和上侏罗统岩层各一次 2 水文勘探结论 1 探明了含水层及含水性 第四系砂砾含水量 第四系上组主要含水层有两组 第四系中组为隔水层 下组主要 含水层有三层 其含水性较上组弱 上侏罗统红色砂岩含水层 漏水现象较普遍 全区共发现 53 个孔全漏水 漏水率为 24 4 但漏水层主要分布在砂岩中 而且 90 在 350m 以上 向深部漏水现象明显减少 属裂隙承压水 含水性较强 距可采煤层 70 275m 平均 185 6m 对矿井生产无直接冲水 影响 3 煤顶板砂岩为直接充水含水层 包括 3 上煤层顶板砂岩 平均后 21 18m 3 下煤层 顶板砂岩平均厚 21 75m 3 下煤层底板砂岩平均厚 12 85m 在勘探过程中 揭露其含水 层属于富水性弱至富水性中等的含水量 太原组第三层石灰岩 本层距 3 下煤层 35 15 72 4m 在全区揭露三层灰岩钻孔中 仅有三个漏水孔 漏水率 1 8 富水性弱 2 查明了含水层的补给关系 煤系上覆盖第四系地层厚 149 4 至 246 34m 上侏罗统平均厚度 244 53m 3 上煤层顶 板砂岩有二叠系隔水层组 平均厚 166 42 煤层埋藏深度在 490m 以下 因此大气降水 地表水体 第四系砂岩水和上侏罗统砂岩水 很难下渗补给煤系各含水层 与矿井涌水量 无直接关系 3 查明了断层富水性 全区有 56 个孔在煤系及上侏罗统红色砂岩中见断层 77 处 没有发现冲洗液漏失现象 说明断层富水性导水性及弱 八里营 八里铺 孙氏店大断层 由于此生断层及分支断层多 富水性导水性及弱 起阻水作用 以至地下水活动缓慢 为了弄清八里铺断层 孙氏店断层的导水性 在精查勘探过程中 专门布置群孔抽水 进行调查 如 8 9 富水性导水性及弱号孔抽三灰水 每小时抽水 1 5 立方米 各观测孔水 位皆不稳定 持续同步下降 其西 1944m 位于八里铺断层附近的 11 18 孔水位下降 10 49m 其东 985m 位于孙氏店断层边缘的 7 12 号孔水位下降 13 63m 以这样的抽水量抽 水 而造成约 20 平方千米范围内水位大面积持续下降 从而证明孙氏店断层 八里营断 层 八里铺断层的导水性都及其微弱 为了判定孙氏店断层的导水性 布置了 7 12 7 15 7 11 三个钻孔作为群孔抽水 7 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 7 页 12 号位于断层东侧 穿奥陶系灰岩 当 7 12 号孔抽水 7 11 号孔水位下降 7 15 孔抽水 7 12 孔水位不降低 由此证明孙底店断层导水性差 4 计算矿井涌水量 根据井田水文地质特点及含水层性质的差异 井田分为三个区分别计算含水量 I1A 区 为八里铺断层以南 孙氏店断层以西 八里铺断层以东 涌水为 292m3 h I1B 区 为八里铺断层以西的开采区域 涌水量 148 m3 h II1 区 其范围属于八里营断层以北 八里铺断层以东的区域 涌水量为 573m3 h 五 地质勘探工作概况 1979 年 12 月 山东省煤田地质勘探公司完成了本井田的精查地质勘探工作 提交了 精查地质报告 本矿区面积 90 平方千米 施工钻孔 229 个 其中八里铺断层以东面积 33 平方千米 施工钻孔 114 个 平均每平方千米 3 45 个布置 17 个水文钻孔 抽水 22 层次 精查勘探 地震共完成物理测点 4449 个 地震测线 47 条 取 4 次叠加剖面 102km 折射剖面 17km 在无火点完成岩掩盖地段 使用地震和钻孔结合的手段 取得了良好的效果 地震 标准波的显示和追踪情况良好 地震测网能发现和控制 20 30m 以上的断层 对于背斜形 态的控制也比较严密 次一级波状褶曲反映清晰 断层与褶曲大部分都经过钻孔验证 为了引进和采用引进高效能综采设备 充分发挥设备效能 达到预期效果 1992 年又 对本矿井移交生产采区范围进行了精密数字地震勘探 控制了落差大于 10 米的断层 对 于落差小于 10m 的断层也有所了解 基本结论是 在小范围内 断层数量及产状与原经 查报告基本一致 局部甚至更简单一些 1 3 煤层特征 1 3 1 可采煤层可采煤层 本矿井可采煤层有 3 一个煤层 其煤层特征见表 1 1 1 3 煤层 位于下石盒子组下部 上距 3 煤层 0 12 30m 平均 5 50m 下距分界铝质泥岩 24 60 50m 平均 37 50m 煤层结构简单 无夹矸 煤层厚 0 5 54m 平均 3 2m 属中厚 煤层 可采性指数 91 0 变异系数 39 可采区内平均厚度为 3 2m 可采面积占 92 7 属较稳定煤层 煤层顶板以泥岩为主 粉砂岩次之 中部为少量砂岩 底板以泥 岩为主 次为粉砂岩 2 6 煤层 位于山西组中部 上距铝质泥岩 39 70m 平均 55 5m 下距太原组第一层灰岩 40 5 65m 平均 53 4m 煤层结构简单 以单一煤层为主 局部含一层泥岩夹矸 以中厚 厚煤层为主 煤层厚度 0 55 5 93m 平均 3 3m 可采性指数 97 5 变异系数 26 可采 区内平均厚度为 3 3m 可采面积 94 6 属较稳定煤层 在矿井的东北部具岩浆岩侵区和 冲刷区 煤层顶板以泥岩为主 粉砂岩次之 少量砂岩 底板多为泥岩和粉砂岩 综上所述 3 煤层为全区可采 6 煤层不可采 结构较简单的较稳定中厚煤层 下面的 设计只针对这两层煤 表表 1 1 可采煤层特征表可采煤层特征表 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 8 页 层间距 m厚度 m 煤层最大 最小 平均 最大 最小 平均 变异系数 1 稳定 类型 顶 底板 主要岩性 3 0 11 43 9 39较稳定 顶板多为泥岩 底板 多为泥岩及粉砂岩 1 3 2 煤的特征煤的特征 煤的物理性质见表 1 2 表表 1 2 各各煤煤层层物物理理性性质质统统计计表表 特 煤层 征 性 质 3 颜 色灰黑 黑色 条 痕黑 棕黑 光 泽弱玻璃 玻璃 结 构条带状 线理状 构 造层状 块 度粉末 碎块 内生裂隙发育 视 密 度1 38 断 口参差状 阶梯状 煤岩特征特征见表 1 3 表表 1 3各各煤煤层层宏宏观观煤煤岩岩特特征征表表 煤层 特征 特征 类别 36 组 分亮暗煤为主亮煤为主 暗煤次之 类 型半暗 半亮煤半亮煤 煤的化学性质 1 挥发分 Vdat 本矿井各煤层均属低挥发分煤 3 6 煤层的挥发分产率见表 1 4 表表 1 4 各煤层挥发分产率统计各煤层挥发分产率统计 36 含 煤 量 层 煤样 两 极 值 平均值 点 两 极 值 平均值 点 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 9 页 贫煤挥发分一般在 10 15 之间 无烟煤挥发分一般在 8 10 之间 本矿井各煤层 挥发分产率与煤层相对深度有一定的相关性 在纵向上由浅到深 挥发分产率逐渐减小 在平面上 沿走向自东向西有逐渐减小的趋势 本矿井挥发分产率总体较低 与淮北煤田大部分矿井相比较 显示出较高异常 说明 本区在接受深成变质的同时 还受到岩浆热力变质作用 2 有害组分 各煤层的有害组分见表 1 5 1 水分 Mad 各可采煤层原煤水分平均在 0 88 1 04 之间 2 灰分 A d 灰分产率 1 根据矿井各煤层的回采煤样灰分测试 表 1 6 4 煤层的回采煤样原煤平均灰分高于 可采煤样灰分 6 12 左右 6 煤层的回采煤样原煤平均灰分约高出可采煤样灰分 2 27 左右 说明 4 煤层及顶底板结构遭受构造破坏 增加顶板管理难度 在采掘过程中有滑脱夹矸或 顶底板岩石在采煤时混入煤内 增加了开采灰分 表表 1 5 有害组分统计表有害组分统计表 46 煤层 含量 项目 两 极 值 平均值 点数 两 极 值 平均值 点数 原煤 0 41 4 58 1 04 87 0 37 3 86 0 92 84 Mad 精煤 0 46 2 10 0 98 80 0 44 2 4 0 93 82 原煤 8 29 32 65 21 22 83 6 85 32 74 17 01 84 A d 精煤 1 26 15 42 7 58 78 2 13 11 83 6 16 80 St d 原煤 0 26 0 71 0 49 76 0 28 0 83 0 45 73 原 煤 9 02 25 79 13 84 48 7 79 17 66 12 05 52 精 煤 8 29 14 58 11 27 80 7 37 19 80 10 16 82 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 10 页 原煤 0 0010 0 0073 0 0039 11 0 0016 0 0050 0 0027 8 P d 精煤 0 0011 0 0041 0 0021 14 0 0007 0 0051 0 0017 21 Fd PPM 原煤无测定 21 38 118 45 69 92 2 灰成分及灰熔点 2 各煤层灰成分分析见表 1 7 表表 1 6 回采煤样原煤灰分统计表回采煤样原煤灰分统计表 空气干燥水灰 分 Aad灰 分 Ad 最大值 2 2628 9629 23 最小值 0 5413 2813 44 平均值 1 3819 2819 45 3 样品数 点 454545 最大值 1 8934 6735 29 最小值 0 5624 6124 85 平均值 1 3027 3427 10 6 样品数 点 404040 表表 1 7 灰成份统计表灰成份统计表 46 煤层 项目 两极值 平均值 点数 两极值 平均值 点数 Si02 33 88 52 96 46 96 15 31 47 54 43 43 47 18 Al2O3 26 80 35 47 31 35 15 23 46 31 35 27 80 18 Fe2O3 4 27 7 83 5 62 15 4 36 7 90 5 33 18 CaO 2 01 19 20 5 55 15 3 59 31 03 12 31 18 灰 成 份 分 析 MgO 0 78 1 48 1 20 15 0 59 1 67 1 16 18 分 层煤 量 含 成 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 11 页 SO3 1 43 7 65 3 27 15 2 52 7 05 5 13 18 TiO2 0 94 2 24 1 67 15 0 95 2 10 1 44 18 DT 1280 1500 17 1300 1490 15 ST 1300 1500 14 1330 1500 15 煤 灰 熔 融 性 FT 1340 1500 9 1340 1500 15 各煤层的灰分组成基本相同 主要为酸性化合物 其中以 SiO2和 Al2O3为主 少量 SO3 碱性化合物中以 Fe2O3和 CaO 为主 少量 MgO TiO2和 K2O 等 3 煤层 SiO2 Al2O3平均含量为 78 13 6 煤层 SiO2 Al2O3平均含量为 71 27 可见 6 煤层的酸性化合物低于 4 煤层 煤灰成分组成的差异 表明煤层 组 成煤古地理环境不 同 反映了在煤系地层形成和演变过程中 含煤沉积由海陆交互相逐渐演变为陆相的特点 从测试结果 各煤层煤灰熔点均属高熔 难熔 硫分 St d 3 各可采煤层原煤全硫含量平均为 0 45 0 65 之间 属低硫煤 显示出淡水泥炭沼泽成 煤特征 标准差一般小于 0 10 属变化小 各煤层中的硫含量较低时 硫分以有机硫为主 所以 在精煤中测定的全硫含量接近 原煤 表明在洗选过程中 脱硫效果较差 磷 P d 4 各煤层原煤的磷含量在 0 0015 0 0035 之间 精煤磷含量 0 0040 属特低磷煤 氯 三氧化二砷和氟 Cl As2O3 F 5 各煤层含量均很低 对煤的工业利用没有影响或影响甚微 3 元素分析 各煤层煤的元素分析成果统计见表 1 8 通过对各煤层的氢碳原子比和氧碳原子比进行计算统计 在克瑞威伦煤带图上 本矿 的煤位于无烟煤区 表表 1 8 元素分析统计表元素分析统计表 Cdaf Hdaf Odaf H C O C Ndaf O S daf 煤 层 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 3 82 99 93 06 91 34 28 3 48 4 46 4 38 18 1 82 5 61 2 70 13 0 0470 030 0 86 1 58 1 41 28 1 32 12 19 3 38 21 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 12 页 6 87 48 93 14 92 04 27 3 45 4 41 3 94 28 0 80 5 61 1 89 14 0 0430 021 1 21 1 56 1 35 27 1 27 7 71 2 61 22 4 煤的工艺性能 1 粘结性和结焦性 本矿井各煤层 G 值及 Y 值较低 表 1 9 多为高变质的贫煤 无烟煤 其粘结性和结 焦性很低 甚至不具粘结性及结焦性 表表 1 9 煤煤 层层 粘粘 结结 性性 指指 标标 统统 计计 表表 煤层指标346 GRI 0 19 32 0 25 28 y mm 2 300 27 0 37 2 燃烧性 发热量 1 各煤层发热量情况见表 1 10 经过换算 4 6 煤层的干燥基高位发热量分别为 27 22 MJ kg 28 93 MJ kg 由此可见 3 煤层 4 煤层和 6 煤层均为高热值煤 表表 1 10 各各 煤煤 层层 发发 热热 量量 情情 况况 统统 计计 Qb adQb dQb daf 煤 层 两 极 值 平均值 点数 两 极 值 平均值 点数 两 极 值 平均值 点数 4 21 11 34 05 27 44 69 21 44 34 45 27 96 52 22 188 37 74 34 29 66 6 24 48 33 50 29 13 70 23 29 33 91 29 30 68 25 88 36 44 35 00 70 商品煤 26 93 30 21 28 41 熔渣性和结污性 2 本矿各煤层的灰渣属酸性 碱酸比平均在 0 16 0 26 之间 6 煤层较 4 煤层偏高 但 熔渣 结污指数均 0 15 各煤层均为低熔渣 低结污 高熔灰煤 对锅炉炉壁和对流管 道危害很小 宜采用固态排渣 见表 1 11 表表 1 11 灰灰 渣渣 特特 征征 一一 览览 表表 煤层 酸性物质量 碱性物质量 碱酸比铁钙比硅铝比 结渣 指数 结污 指数 4 61 62 85 21 79 98 15 7 61 25 44 12 69 15 0 165 62 5 55 1 0146 96 31 35 1 50 0 07 8 0 09 3 6 56 06 81 46 72 72 18 9 68 36 78 18 95 18 0 265 33 12 31 0 4343 47 27 80 1 56 0 11 7 0 12 7 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 13 页 燃料比 3 各可采煤层煤的固定碳含量在 68 75 之间 6 煤相比较 4 煤含量偏高 燃料比一般大 于 6 如以日本动力用煤对其评价 均属优质燃料煤 3 可磨性 HGI 煤对 CO2反应测定见表 1 12 从表中可见 反应温度和还原率成正比 温度愈高 CO2愈大 当温度达 950 以上时 6 煤对 CO2的反应性比 4 煤好 贫煤比无烟煤反应性 好 6 煤活性之所以比 4 煤好 在于 6 煤层的煤的灰成分中 Ca 含量较 4 煤层高 CaO 10 因为 CaO Fe2O3对 CO2有较强的催化作用 总之 在标准温度下 950 贫煤活性比无烟煤好 但各煤层均属反应性较好煤层 如要使 CO2 60 必须升高炉温至 1000 以上 表表 1 12 煤及焦碳对二氧化碳化学反映性成果煤及焦碳对二氧化碳化学反映性成果 PM3 9516 0051 3977 2893 2298 00 4 WY13 5023 5045 2062 5075 5081 30 1 6WY7 2321 1347 5868 8380 5085 84 1 3 3 其它有益矿产其它有益矿产 1 微量元素 煤中微量元素种类繁多 但大多含量甚微 没有明显富集 通过光谱半定量分析 对 煤层和铝质泥岩中易于富集的镓 锗二种元素进行了测定 见表 1 13 从表中可以看出 各煤层的镓 锗的含量差异不大 其含量均未达到国家规定的最低工业品位要求 在目前 经济技术条件下尚无回收利用价值 表表 1 13 镓镓 锗锗含含量量 统统 计计表表 样别Ga PPM Ge PPM 煤 层 最 大 最 小 平 均 点 数 最 大 最 小 平 均 点 数 414 09 011 9131 8100 9514 煤 芯 煤 样614 04 08 01710 9201 7017 铝质泥岩106 018 041 7114 830 402 0911 2 铝质泥岩 在本矿井下石盒子组底部 4 煤层下 发育 1 2 层 厚 2 4m 铝质泥岩 层位稳定 分布较广 从取样化验分析结果看 采样化验结果 Al2O3含量大部分在 22 76 32 56 之间 达到三级粘土矿品位 但 AL2O3 SIO245 0 50 60 60 40 40 5 最低灰分 4050 本矿井设计对 3 煤层进行开采设计 它们的厚度为 9m 基岩无出露 均为巨厚新生 界松散层覆盖 本次储量计算是在精查地质报告提供的 1 5000 煤层底板等高线图上计算的 储量计 算可靠 3 煤层采用块段法计算工业储量 地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征 将矿体划分为若干块段 在圈定的 块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量 煤层总储量即为 各块段储量之和 每个块段内至少应有一个以上的钻孔 块段划分如图 2 1 所示 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 16 页 图图 2 1 块段划分示意图块段划分示意图 根据 煤炭工业设计规范 求得以下各储量类型的值 1 矿井地质资源量 矿井地质资源量可由以下等式计算 2 1 0 000001 z ZmF 式中 矿井地质资源量 Mt z Z 煤层平均厚度 m m 煤层底面面积 m3 F 煤容重 t m3 将各参数代入 2 1 式中可得表 2 2 所以地质储量为 873 62 Mt z Z 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 17 页 表表 2 2 煤层地质储量计算煤层地质储量计算 煤 层 块 段 倾角 块段面积 km2 煤厚 m 容重 t m3 储量 Mt 煤层总储量 Mt 16 110 191 4128 03 27 48 1391 4103 26 34 85 1691 465 28 44 613 5391 4170 99 55 56 8491 486 62 64 36 1091 477 09 714 05 5091 471 44 810 27 9891 4102 18 3 98 15 4091 468 73 876 58 2 矿井工业储量 根据钻孔布置 在矿井地质资源量中 60 探明的 30 控制的 10 推断的 根据煤 层厚度和煤质 在探明的和控制的资源量中 70 的是经济的基础储量 30 的是边际经 济的基础储量 则矿井工业资源 储量由式计算 矿井工业储量可用下式计算 2 2 1111222 11222333gbbmm ZZZZZZk 式中 矿井工业资源 储量 g Z 探明的资源量中经济的基础储量 111b Z 控制的资源量中经济的基础储量 122b Z 探明的资源量中边际经济的基础储量 2 11m Z 控制的资源量中经济的基础储量 222m Z 推断的资源量 333 Z 可信度系数 取 0 7 0 9 地质构造简单 煤层赋存稳定的矿井 值取kk 0 9 地质构造复杂 煤层赋存较稳定的矿井 取 0 7 该式取 0 8 k 366 92 Mt 111 60 70 bz ZZ 183 46 Mt 122 30 70 bz ZZ 157 25 Mt 2 11 60 30 mz ZZ 78 63Mt 222 30 30 mz ZZ 78 63 Mt 333 10 z ZkZk 因此将各数代入式 2 2 得 864 89 Mt g Z 2 2 3 矿井可采储量矿井可采储量 矿井设计资源储量按式 2 3 计算 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 18 页 1 sg ZZP 式中 矿井设计资源 储量 s Z 断层煤柱 防水煤柱 井田境界煤柱 地面建筑煤柱等永久煤柱损失量 1 P 之和 按矿井工业储量的 3 算 则 838 94 Mt 1 864 89864 8 9 3 sg ZZP 矿井设计可采储量 2 ks ZZP C 式中 矿井设计可采储量 k Z 工业场地和主要井巷煤柱损失量之和 按矿井设计资源 储量的 2 算 2 P C 采区采出率 厚煤层不小于 75 中厚煤层不小于 80 薄煤层不小于 85 此处取 0 75 则 616 62 Mt 2 838 94838 94 2 0 75 ks ZZP C 2 2 4 工业广场煤柱工业广场煤柱 根据 煤炭工业设计规范 不同井型与其对应的工业广场面积见表 2 3 第 5 22 条规 定 工业广场的面积为 0 8 1 1 平方公顷 10 万吨 本矿井设计生产能力为 600 万吨 年 所以取工业广场的尺寸为 750m 800m 的长方形 工业广场位置的煤层的平均倾角为 4 3 度 工业广场的中心处在井田走向的中央 倾向中央偏于煤层中上部 其中心处埋藏深度 为 525m 该处表土层厚度为 120 160m 主井 副井 地表建筑物均布置在工业广场内 工业广场按 级保护留维护带 宽度为 15m 本矿井的地质掉件及冲积层和基岩层移动角 见表 2 4 表表 2 3 工业场地占地面积指标工业场地占地面积指标 井 型 万 t a 占地面积指标 公顷 10 万 t 240 及以上1 0 120 1801 2 45 901 5 9 301 8 表表 2 4 岩层移动角岩层移动角 广场中心深度 m煤层倾角煤层厚度 m冲击层厚度 m 5254 3 912045707565 由此根据上述以知条件 画出如图 2 1 所示的工业广场保护煤柱的尺寸 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 19 页 图图 2 1 工业广场保护煤柱工业广场保护煤柱 由图可得出保护煤柱的尺寸为 由于一层煤 算一个保护煤柱 由 CAD 量的该梯形的面积是 1712389 92 m2 S煤 1712389 92 cos4 3 1717223 68m2 则 工业广场的煤柱量为 Z工 S M R 式中 Z工 工业广场煤柱量 万吨 S 工业广场压煤面积 M 煤层厚度 煤厚 9m R 煤的容重 1 4t m3 则 Z工 1717223 68 9 1 4 10 4 2163 70 万吨 20 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 20 页 3 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 3 1 矿井工作制度 按照 煤炭工业矿井设计规范 中规定 参考 关于煤矿设计规范中若干条文修改的 说明 确定本矿井设计生产能力按年工作日 330 天计算 四六制作业 三班生产 一班 检修 每日三班出煤 净提升时间为 18 小时 3 2 矿井设计生产能力及服务年限 1 确定依据 煤炭工业矿井设计规范 第 2 2 1 条规定 矿井设计生产能力应根据资源条件 外 部建设条件 回采对煤炭资源配置及市场需求 开采条件 技术装备 煤层及采煤工作面 生产能力 经济效益等因素 经多方案比较后确定 矿区规模可依据以下条件确定 1 资源情况 煤田地质条件简单 储量丰富 应加大矿区规模 建设大型矿井 煤田地质条件复杂 储量有限 则不能将矿区规模定的太大 2 开发条件 包括矿区所处地理位置 是否靠近老矿区及大城市 交通 铁路 公路 水运 用户 供电 供水 建筑材料及劳动力来源等 条件好者 应加大开发强 度和矿区规模 否则应缩小规模 3 国家需求 对国家煤炭需求量 包括每种 煤质 产量等 的预测是确定矿区 规模的一个重要依据 4 投资效果 投资少 工期短 生产成本低 效率高 投资回收期短的应加大矿 区规模 反之缩小规模 2 矿井设计生产能力 因为本井田设计丰富 主采煤层赋存条件简单 井田内部无较大断层 比较合适布置 大型矿井 经校核后确定本矿井的设计生产能力为 600 万吨 年 3 井型校核 下面通过对设计煤层开采能力 辅助生产能力 储量条件及安全条件等因素对井型加 以校核 1 矿井开采能力校核 济宁二号矿井煤层均为中厚煤层 煤层平均倾角为 7 1 度 地质构造简单 赋存较 稳定 且矿井瓦斯含量及涌水相对较小 根据现代化矿井 一 矿一井一面 的发展模式 可以布置一个大采高一次采全高工作面生产 2 辅助生产环节的能力校核 本矿井为大型矿井 开拓方式为立井开拓 主井提升容器为两对 9 吨底卸式提升箕斗 提升能力可以达到设计井型的要求 工作面生产原煤一律用带式输送机运到采区煤仓 运 输能力很大 自动化程度很高 原煤外运不成问题 辅助运输采用罐笼 同时本设计的井 底车场调车方便 通过能力大 满足矸石 材料及人员的调动要求 所以辅助生产环节完 全能够满足设计生产能力的要求 3 通风安全条件的校核 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 21 页 本矿井煤尘具有爆炸性瓦斯含量相对较低 属于高瓦斯矿井 水文地质条件较简单 矿井通风采用对角式通风 矿井达产初期对首采只需先建一个风井即可满足矿井的通风需 求 后期再建一个风井 可以满足整个矿井通风的要求 本井田内存在若干小断层 已经 查到且不导水 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 井田的设计生产能力应于矿井的可采储量相适应 以保证矿井有足够的服务年限 矿井服务年限的公式为 T Zk A K 3 1 其中 T 矿井的服务年限 年 Zk 矿井的可采储量 616 62 Mt A 矿井的设计生产努力 600 万吨 年 K 矿井储量备用系数 取 1 3 则 T 616 62 100 600 1 3 79 05 年 既本矿井的开采服务年限符合规范的要求 注 确定井型是要考虑备用系数的原因是因为矿井每个生产环节有一定的储备能力 矿井达产后 产量迅速提高 局部地质条件变化 使储量减少 有的矿井由于技术原因使 采出率降低 从而减少储量 为保证有合适的服务年限 确定井型时 必须考虑备用系数 表表 3 1 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限表不同矿井设计生产能力时矿井服务年限表 第一水平设计服务年限 煤层倾角 矿井设计生产能力 万 t a 矿井设计年限 a 45 600 及以上7035 300 5006030 120 24050252015 45 9040201515 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 22 页 4 井田开拓 4 1 井田开拓的基本问题 井田开拓是指在井田范围内 为了采煤 从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体 建 立矿井提升 运输 通风 排水和动力供应等生产系统 这些用于开拓的井下巷道的形式 数量 位置及其相互联系和配合称为开拓方式 合理的开拓方式 需要对技术可行的几种 开拓方式进行技术经济比较 才能确定 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题 具体有下列几个问题需认真研究 确定井筒的形式 数目和配置 合理选择井筒及工业场地的位置 合理确定开采水平的数目和位置 布置大巷及井底车场 确定矿井开采程序 做好开采水平的接替 进行矿井开拓延深 深部开拓及技术改造 合理确定矿井通风 运输及供电系统 确定开拓问题 需根据国家政策 综合考虑地质 开采技术等诸多条件 经全面比较 后才能确定合理的方案 在解决开拓问题时 应遵循下列原则 贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策 为早出煤 出好煤高产高效创造条件 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 节约基建投资 加 快矿井建设 合理集中开拓部署 简化生产系统 避免生产分散 做到合理集中生产 合理开发国家资源 减少煤炭损失 必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定 要建立完善的通风 运输 供电系统 创造 良好的生产条件 减少巷道维护量 使主要巷道经常保持良好状态 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 综掘机械化 自动化创造条件 根据用户需要 应照顾到不同媒质 煤种的煤层分别开采 以及其它有益矿物的综合 开采 本井田开拓方式的选择 主要考虑到以下几个因素 1 本井田煤层埋藏较深 煤层可采线在 300m 最深处到 900m 表土层厚度大 120 160m 2 本井田瓦斯及涌水比较小 对开拓方式的选择影响不大 3 本矿地表地势平坦 且多为农田 无大的地表水系和水体 地面平均标高为 20m 4 1 1 井筒形式的确定井筒形式的确定 1 井筒形式的确定 井筒形式有三种 平硐 斜井 立井 一般情况下 平硐最简单 斜井次之 立井最 复杂 具体见表 4 1 本矿井煤层倾角小 平均 7 1 为近水平煤层 表土层厚约 120 160 m 无流沙层 中国矿业大学 2016 届本科生毕业设计 第 23 页 水文地质情况中等 简单 涌水量不大 井筒需要特殊施工 冻结法建井 因此需采用立 井开拓 表表 4 1 井筒形式比较井筒形式比较 井筒形式优点缺点适用条件 平硐 1 运输环节和设备少 系统简单 费用低 2 工业设施简单 3 井巷工程量少 省去排水设备 大大减少了排 水费用 4 施工条件好 掘进速度快 加快建井工期 5 煤炭损失少 受地形影响特 别大 有足够储 量的山岭地带 斜井 与立井相比 1 井筒施工工艺 设备与工序比较简单 掘进速 度快 井筒施工单价低 初期投资少 2 地面工业建筑 井筒装备 井底车场简单 延 深方便 3 主提升胶带化有相当大提升能力 能满足特大 型矿井的提升需要 4 斜井井筒可作为安全出口 与立井相比 1 井筒长 辅助提 升能力小 提升深 度有限 2 通风线路长 阻 力大 管线长度大 3 斜井井筒通过富 含水层 流沙层施 工复杂 井田内煤层埋 藏不深 表土 层不厚 水文 地质条件简单 井筒不需要特 殊法施工的缓 斜和倾斜煤层 立井 1 不受煤层倾角 厚度 深度 瓦斯和水文地质 等自然条件限制 2 井筒短 提升速度快 对辅 助提升特别有利 3 当表土层为富含水层的冲积 层或流沙层时 井筒容易施工 4 井筒通风断面 大 能满足高瓦斯 煤与瓦斯突出的矿井需风量 的要求 1 井筒施工技术复 杂 设备多 要求 有较高的技术水平 2 井筒装备复杂 掘进速度慢 基建 投资大 对不利于平硐 和斜井的地形 地质条件都可 考虑立井 2 井筒位置的确定 井筒位置选择要有利于减少初期井巷工程量 缩短建井工期 减少占地面积 降低运 输费用 节省投资 要有利于矿井的迅速达产和正常接替 因此 井筒位置的确定原则 1 沿井田走向的有利位置 当井田形状比较规则而且储量分布均匀时 井筒的有利位置应在井田走向中央 当井 田储量呈不均匀分布时 应布置在储量的中央 以形成两翼储量比较均匀的双翼井田 可 使沿井田走向的井下运输工作量最小 通风网路较短 通风阻力小 2 井筒沿井田倾斜方向的有利位置 井筒位于井田浅部时 总石门工程量大 但第一水平及投资较少 建井工期短 井