采矿工程专业毕业设计

1、摘要:本次设计是新河煤矿的初步设计,设计图纸共张,说明书共十章。根据采矿工程的需要和特点,重点设计为第四、六、八章,其他如井底车场、井下运输及提升设备仅做一般的选型计算。新河煤矿位于山东济宁市,北距新327国道4km,旧327公路国道从井田南部边缘通过,该公路向南500m处有兖新铁路,东可通兖州、石臼港与京沪铁路线相接,西可至菏泽、新乡与京九、京广铁路线相通。本矿交通比较方便。本井田的煤层埋藏较浅,煤层倾角大于15°。本井田内有多层煤,设计主要开采3煤层,3煤层平均厚度7.31m,煤层有爆炸性和自燃倾向性。矿井瓦斯低属于低瓦斯矿井。本井田划分为2个采区,采用立井开拓方式,回采工艺采用

2、后退式、综采一次性放顶煤机械化采煤法,采用“三八制”作业制度。工作面的设备有双滚筒采煤机、滑移支架、可弯曲刮板运输机、破碎机、转载机等。顶板管理采用,采空区采用全部垮落法管理顶板。本矿井设计年产量为45万吨,采用一套综采来满足产量的要求。矿井运输大巷采用胶带运输作为主运输,采用矿车作为辅助运输,矿井通风采用扇风机中央并列式。关键词:井田通风机械化采煤立井Abstract:This design is the exploitation of coal mines in Shandong xinhe ,a total of drawings, a description of ten. Accor

3、ding to the needs and characteristics of the mining project, focusing for the fourth, sixth, chapters, others such as mine shaft bottom, underground transport and lifting equipment just to do a general selection calculation.A coal mine in Shandong Province City Jining,The minefield of coal buried sh

4、allow, seam big 15°.The rise of within the mine field ,the design main 3 coal seam, 3, the average thickness of 7.31 m, spontaneous combustion of coal is explosive and sexual orientation. Low-low mine gas are mine.The mine field was divided into seven mining areas, using methods developed by sl

5、opes, mining technology with back-style, fully mechanized coal caving mechanized one-time mining method, using “38” system operating system. Face equipment double drum shearer, sliding, flexible scraper conveyor, crusher, loader, etc. Management of the sliding roof frame, gob method using all the cr

6、oss-Management roof.The mine design annual capacity of 0.45 million tons, with a fully mechanized coal mining to meet production requirements.Transport Tunnel Mine used as the main transport belt transport, supplemented by mine car transport, mine ventilation using axial flow fan central points out,

7、 exhaust ventiati .Keywords: mine field ventilation fully mechanized coal mining slopes目录前言1井田概述及井田特征1.1概述1.2井田及其附近的地质特征1.3煤质及煤层特征2井田境界及储量2.1井田境界2.2井田的储量3矿井的年产量、服务年限及一般工作制度3.1矿井年产量及服务年限3.2矿井的工作制度4井田开拓4.1井筒形式、位置和数目的确定4.2开采水平的划分4.3采区划分及开采顺序4.4开采水平井底车场形式的选择4.5开拓系统综述5采准巷道布置5.1设计采区的地质概况及煤层特征5.2采区形式、采区主要参

8、数的确定5.3采区车场及硐室5.4采准系统、通风系统、运输系统5.5采区开采顺序5.6采区巷道断面6采煤方法6.1采煤方法的选择6.2开采技术条件6.3工作面长度的确定6.4采煤机械选择和回采工艺确定6.5循环方式选择及循环图表的编制7建井工期及开采计划7.1建井工期及施工组织7.2开采计划8矿井通风8.1概述8.2矿井通风系统的选择8.3矿井风量的计算及风量分配8.4矿井总风压及等积孔的计算8.5通风设备的选择8.6灾害防治综述9矿井运输与提升9.1概述9.2采区运输设备的选择9.3主要巷道运输设备的选择9.4提升9.5矿井排水10技术经济指标10.1全矿人员编制10.2劳动生产率10.3成

9、本、10.4全矿主要技术经济指标结论致谢辞参考文献前言中国是世界最大产煤国。煤炭在中国经济社会发展中占有极重要的地位。煤炭是工业的粮食,我国一次能量消费中,煤炭占75%以上。煤炭发展的快慢,将直接关系到国计民生。作为采矿专业的一名学生,我很荣幸能够为祖国煤炭事业尽一份力。毕业设计是毕业生把大学所学专业理论知识和实践相结合的重要环节,使所学知识一体化,是我们踏入工作岗位的过渡环节,设计过程中的所学知识很可能被直接带到马上的工作岗位上,所以显得尤为重要。学生通过设计能够全面系统的运用和巩固所学的知识,掌握矿井设计的方法、步骤及内容,培养实事求是、理论联系实际的工作作风和严谨的工作态度,培养自己的科

10、学研究能力,提高了编写技术文件和运算的能力,同时也提高了计算机应用能力及其他方面的能力。该说明书为新河煤矿0.45Mt/a井田初步设计说明书,在所收集地质材料的前提下,由指导老师给予指导,并运用平时及课堂上积累的知识,查找有关资料,力求设计出一个高产、高效、安全的现代化矿井。本设计说明书从矿井的开拓、开采、运输、通风、提升及工作面的采煤方法等各个环节进行了详细的叙述,并进行了技术和经济比较。论述了本设计的合理性,完成了毕业设计要求的内容。同时说明书图文并茂,使设计的内容更容易被理解和接受。在设计过程中,得到了指导老师的详细指导和同学的细心帮助,在此表示感谢。由于设计时间和本人能力有限,难免有错

11、误和疏漏之处,望老师给予批评指正。1 井田概述及井田特征1.1井田概况1.1.1矿区的地理位置及行政隶属关系矿区位于济宁煤田唐口勘探区的西南部边缘,井田中心西距嘉祥县城约7.5 km,东距济宁市约10 km。井田南北长约5.5km,东西平均宽约1.5km,面积约6.6km2。行政区划属济宁市任城区和嘉祥县管辖。1.1.2地形、地貌、交通等情况(1地形地貌区内地势平坦,地面标高+35.38+36.29m,东北部略高,西南部略低,地形坡度万分之二左右。(2交通该矿区的交通十分方便,北距新327国道4km,旧327公路国道从井田南部边缘通过,该公路向南500m处有兖新铁路,东可通兖州、石臼港与京沪铁

12、路线相接,西可至菏泽、新乡与京九、京广铁路线相通,形成了比较完整的交通网,四通八达。井田内有6个村庄,农、副、渔业生产较发达。详见交通位置图1-1。 图1-1矿井交通位置图(3水文区内无大的河流,小的沟渠较多,纵横交错,沟渠水量受大气降水控制,雨季水位较高,秋冬旱季水位较低,甚至干涸,一般起排涝和灌溉作用。地表水对煤矿开采无影响。1.1.3气候地震等情况本区属海洋与大陆间过渡性气候,为温带半湿润季风区,一年四季分明。全年主导风向是东南偏东风。春、夏两季以东及东南风为主,冬季以北及西北风较多。雨季集中在七、八两个月。年平均降水量为677.17mm。最高气温41.6,最低气温-19.4,年平均气温

13、为13.6。最大积雪厚度为0.15m,最大冻土深度0.31m。地震烈度为6度。1.2 井田及其附近的地质特征1.2.1井田的地层层位关系及地质构造新河煤矿位于黄河下游冲积平原,在大地构造上位于华北地台山东台背斜的西南缘,在昆仑秦岭东西构造带的东延北分支之上,并处于新华夏第二沉降带的复合端。新河煤矿受华夏构造体系的影响,以北北东近南北走向正断层为主,又因受东西纬向构造带的控制,也发育有北东东近东西向正断层。煤系地层由二叠系山西组和太原组上段(三灰段、中段(八灰段、下段(十灰段等组成。山西组岩性以中、细砂岩为主,太原组岩性以粉砂岩、泥岩为主,见井田地质特征表1-1。东以嘉祥支三断层及F13断层与唐

14、口井田为界,西至17层煤露头;南起兖新铁路北侧保安煤柱,北至T19-1与T19-2钻孔连线延长线。井田内赋存有3、16、17两个可采煤层。表1-1 井田地质特征表地层系统主要岩性特征厚度/m第四系(Q黄色、棕、灰等杂色粘土、粘土质砂、砂、砂砾石层,广布于全区,东北簿、西北厚。0350 m新近系(N棕黄、黄、棕红等杂色粘土,粉砂夹细砂,下部有时夹泥炭薄层,底部常见砂砾。主要分布于西部,地表未出露。01000 m古近系(E上部杂色粘土岩、粉砂岩夹泥灰岩和石>1000官庄群膏层,下部红色粘土质粉砂岩、细砂岩夹砂砾岩,普遍含石膏层,分布于北部和西部。m侏罗系上统三台组(J3上部为灰绿色粉、细砂岩

15、互层夹泥岩,下部红色砂岩,并有燕山晚期岩浆岩侵入,底部有不稳定的砾岩。>500m二叠系(P 上统(P2石盒子组(P2h+P1h杂色泥岩、粉砂岩和灰色粉砂岩,含植物化石,下部含不稳定的B层铝土岩。>500m下统(P1山西组(P1s浅灰、灰白色中、细砂岩及深灰色粉砂岩、泥岩夹煤层,为本区主要含煤地层。80m±太原组(P1t以深灰色、灰黑色粉砂岩、泥岩为主,夹灰色砂岩、石灰岩813层、煤1723层,为本区主要含煤地层,属海陆交互相沉积,厚度稳定。170 m±石炭系(C 上统(C2本溪组(C2b以杂色泥岩为主,夹石灰岩24层,上部夹不稳定薄煤12层,底部具G层铝土岩及山

16、西式铁矿层。35 m±奥陶系(O 中统(O2 为浅海相中厚层灰岩、豹皮灰岩夹泥灰岩、白云质灰岩。660 m±下统(O1寒武系( 上统(3 九龙群:中上部为青灰色竹叶状白云质灰岩、夹鲕状灰岩、泥岩及粉砂岩;下部为厚层泥灰岩及鲕状灰岩。400 m±中统(2长清群:为黄绿、暗紫色云母泥岩、白云质灰岩夹豹皮灰岩、泥灰岩及竹叶状灰岩。320 m±下统(1太古界泰山群(Art 主要为深变质的变质岩系及太古代晚期侵入岩。>6000 m井田内断裂构造发育,断层分为近南北向和北东向两组。其中推测存在缓倾角的重力滑动断层组,井田范围内共发现断层14条,其中落差100m

17、 的断层有4条,落差50m的断层1条,落差30m的断层3条,落差10m 的断层5条,10m的断层1条,其主要断层特征见表1-2。表1-2 断层特征表断层名称性质走向倾向倾角/°落差/m 查明情况F1 正NW30°NE 70 >100 查明XF1 正NE10° E 70 010 基本查明XF2 正SN W 70 08 基本查明XF3 正NE40°NW 70 020 查明XF4 正NE5° E 70 010 查明XF5 正NE50°NW 65 030 查明XF6 正EW N 65 030 查明XF7 正NE30°NW 65

18、 070 查明XF8 正NE20°NW 65 010 查明XF9 正近SN NW 70 >200 查明F12 正NE35°NW 70 1040 基本查明F13 正近SN W 70 0100 基本查明滑脱断层正近EW N 推断1.2.2含煤系及地层特征新河煤矿构造形式断层较发育,确定有正断层59条,并推断有重力滑动断层组存在。井田内高角度正断层大致可划分为3组,即近北东向、南北向、北西向。本设计的煤系地层平均总厚度235.00m,共含煤18层,煤层平均总厚度12.65m,含煤系数5.4%;其中含可采煤层三层(3、16、17,平均总厚度8.87m,占煤层总平均厚度的70%

19、。可采煤层特征见表1-3。表1-3 可采煤层一览表煤层名称井田厚度/m最小最大煤层间距/m最小最大结构稳定性可采性夹石平均(点数平均层数主要34.6310.049.13113.98 简单较稳定全区可采01 泥岩7.0616 0.351.10 85.96 简单较稳定局部可采0 0.77 6.9610.0117 0.340.98 8.91 较简单稳定局部可采01泥岩0.831.2.3水文地质新河煤矿的水文地质条件属一般型,有六个含水层,分别为:第四系松散含水层(上侏罗统砂岩含水层(3煤层顶底板砂岩含水层(三灰岩溶裂隙含水层(十下灰岩溶裂隙含水层(奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层(全矿预测涌水量:最大涌水

20、量 184.16m3/h正常涌水量 151.40m3/h1.3煤质及煤层特征1.3.1井田内煤层及埋藏条件煤层走向主体为南北走向,整体近似长方形,煤层赋存比较稳定,全区发育,倾角大于15°,可采煤层间距见表1-3表1-3 煤层间距煤层平均厚度/m 煤层间距/m3 7.31 85.9616 0.8217 0.74 9.50其中,3煤层为本井田主开采煤层。全区发育。见煤层柱状图,如图1-2。 图1-2 综合柱状图(13煤层本区煤层中夹石在井田中部最薄,往南北两翼逐渐变厚,沿倾向方向变化小,沿走向方向向南北变化稍大,本组地层一般厚度72.60m,以粉砂岩为主,粘土岩含量减少,各种岩石所占的

21、百分比为:粘土岩10.1%,粉砂岩类占52.6%,砂岩类占31.4%,石灰岩占2.9%。岩相组合上为浅海相薄层泥质碳酸盐岩和泻胡海湾相粉砂岩及砂岩沉积物的交替沉积。本组内赋存三层石灰岩,由下而上命名为K4、K5、K6,其中K5石灰岩为深灰色泥质生物碎屑岩,时而接近钙质粘土岩。特点是含灰白色的动物介壳,富集成层,与深灰色泥质灰岩交替成细带状,形成明显的水平层理和水平波状层理,极易区别于其它石灰岩,厚度薄但比较稳定。本组比较突出的特点是出现了含煤沉积,是典型的海陆交互相沉积序列。井田内各煤层的伪顶多为薄层泥岩,直接顶一般为泥岩或粉砂岩,底板多为粉砂岩。区内虽然岩性变化大,但有一定规律,即由东往西,

22、由下向上逐渐由细变粗,北部和中部较稳定,各类砂岩层理不甚发育,破碎易风化,具有较强的膨胀性,遇水后即软化,断裂带附近层间滑动发育,其内的巷道围岩不稳定,易冒落变形,位于煤层间的巷道有不同程度的移动和破坏。1.3.2瓦斯、煤尘和煤的自燃本井田瓦斯含量均较低,属低沼矿井,据化验资料,瓦斯绝对涌出量为:1.275.56m3/min,平均4.75m3/min,相对涌出量为:0.393.38m3/t 平均1.17m3/t.煤尘爆炸指数为:38.42%64.20%;本区由于煤燃点低,易自燃发火,煤尘试验结果为火焰长度300mm,岩粉量为50.0%,具有爆炸性。自燃发火期为为39天。1.3.3井田的勘探程度

23、及进一步勘探要求目前,勘探程度已达到精查,确定了高级储量为50%以上,但为了满足以后生产要求应提高一水平的勘探程度,使高级储量达到70%以上。2 井田境界及埋藏量2.1井田境界2.1.1 井田范围本井田东以嘉祥之三断层及F13断层与唐口井田为界,西至17层煤露头;南起新铁路北侧保安煤柱,北至T19-1与T19-2钻孔连线延长线。井田内赋存有3、16、17三个可采煤层。2.1.2 边界煤柱留设井田南北长约4km,东西平均宽约0.9km,面积3.6km2。井田内断层较丰富,井田四周依据相关规定和安全考虑分别留设20m的边界煤柱。由于井田东面和南面为断层所包围,故西部和南部的井田边界即为断层保护煤柱

24、和井田境界保护煤柱,按煤矿安全规程规定,边界煤柱的留法及尺寸:1井田边界煤柱留30m;2阶段煤柱斜长60m,若在两阶段留设,则上下阶段各留30m;3断层煤柱每侧各为20m;4采区边界煤柱留10m。根据参考煤炭工业设计规范和矿井安全规程相关数据要求和规定,本井田所留的各种保护煤柱均合理,符合规定。2.1.3工广保护煤柱留设由设计规范规定:4590万t/年,1.21.3公顷/10万t;120180万t/年,0.91.0公顷/10万t;240300万t/年,0.70.8公顷/10t;400600万t/年,0.450.6公顷/10t。本矿井设计年产45万t,则工业广场占地面积为S=(45/10*1.2

25、=5.4公顷=54000。则工业广场设计成长260m,宽210m的矩形。在确定地面保护面积后,用移动角圈定煤柱范围,工业场地地面受保护面积应包括保护对象及宽度15m的围护带。在工业场地内的井筒,圈定保护煤柱时,地面受保护对象应包括绞车房、井口房或通风机房、风道等,围护带宽度为15m。2.1.4边界的合理性在本井田的划分中,充分的利用到现有条件,既降低了煤柱的损失,也减少了开采技术上的难度,使工作面的部署较为简易。同时,本井田的划分使储量与生产相适应。井田有合理的尺寸,条带尺寸满足煤炭工业设计规范的要求,走向长度划分合理,使矿井的开采有足够的储量和足够的服务年限,避免矿井生产接替紧张。根据煤炭工

26、业设计规范的规定,采区开采顺序必须遵守先近后远、先易后难的原则,并应符合下列规定:1首采采区应布置在构造简单,储量可靠,开采条件好的快段,并宜靠近工业广场保护煤柱边界线;2开采煤层群时,采区宜集中或分组布置,有煤和瓦斯突出的危险煤层,突然涌水威胁的煤层或煤层间距大的煤层,单独布置采区。3开采多种煤类的煤层,应合理搭配开采。综上所述,矿井首采区定在靠经工业广场的西北部,采区储量丰富,有利于运输的集中和减少巷道的开拓费用,所以井田划分使合理的。因此,综上来看,本井田的划分是合理的,也就是说本井田设计的边界是合理的。2.2井田储量2.2.1井田储量的计算原则1按照地下实际埋藏的煤炭储量计算,不考虑开

27、采、选矿及加工时的损失;2储量计算的最大垂深与勘探深度一致。对于大、中型矿井,一般不超过1000m;3精查阶段的煤炭储量计算范围,应与所划定的井田边界范围相一致;4凡是分水平开采的井田,在计算储量时,也应该分水平计算储量;5由于某种技术条件的限制不能采出的煤炭,如在铁路、大河流、重要建筑物等两侧的保安煤柱,要分别计算储量;6煤层倾角不大于15度时,可用煤层的伪厚度和水平投影面积计算储量;7煤层中所夹的大于0.05m厚的高灰煤(夹肝不参与储量的计算;8参与储量计算的各煤层原煤干燥时的灰分不大于40%。2.2.2矿井工业储量矿井的工业储量:勘探地质报告中提供的能利用储量中的A、B、C三级储量。本井

28、田的工业储量的计算:工业储量井田煤层埋藏深度为-220m-680m标高之间。工业储量为:Eg=B+C=4.69+44.66=49.35Mt井田永久煤柱井田永久煤柱损失包括铁路、井田境界、断层保护煤柱,和前部矿井水下开采防水煤柱。a断层煤柱损失断层的两侧各留20m的保护煤柱。b井田境界煤柱损失井田境界留设30m的边界煤柱。c铁路保护煤柱损失自铁路路基向外20m作为保护带。d防水煤柱损失按矿井设计中规定,3煤层露头向下50m作为防水煤柱。经上述计算P1=6.62+2.99=9.61Mt矿井设计储量Es=Eg-P1=49.35-9.61=39.74Mt采区回采率矿井采区回采率应符合下列规定:厚煤层不

29、应小于75%;中厚煤层不应小于80%;薄煤层不应小于85%。本矿井回采率按C=75%计算。矿井设计可采储量Ek=Es×C平均式中Ek设计可采储量Es井田设计储量C平均采区平均回采率Ek=Es×C平均=39.74×75%=29.80Mt故本矿井的设计可采储量为29.80Mt。3 矿井年产量、服务年限及一般工作制度3.1矿井年产量及服务年限3.1.1矿井的年产量矿井的年产量(生产能力确定的合理与否,对保证矿井能否迅速投产、达产和产生效益至关重要。而矿井生产能力与井田地质构造、水文地质条件、煤炭储量及质量、煤层赋存条件、建井条件、采掘机械化装备水平及市场销售等许多因素有

30、关。经分析比较,设计矿井的生产能力确定为0.45Mt/a,合理可行,理由如下;1储量丰富煤炭储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1层,保有工业储量为49.35Mt,按照0.45Mt/a的生产能力,能够满足矿井服务年限的要求,而且投入少、效率高、成本低、效益好。2开采技术条件好本井田煤层赋存稳定,井田面积、煤层埋藏,倾角适中,结构简单,水文地质条件及地质构造简单,煤层结构单一,适宜机械化开采,可采煤层均为厚煤层。3建井及外运条件本井田内良好的煤层赋存条件为提高建井速度、缩短建井工期提供了良好的地质条件。本井田内交通十分便利,兖(州新(乡铁路位于井田南部边缘,济宁至菏泽、济宁至郓

31、城的公路分别从井田南、北两边通过。井田内尚有较多机耕大路,交通十分方便。综上所述,由于矿井优越的条件及外部运输条件,矿井的生产能力为45万t是可行的、合理的,并且符合煤矿安全规程和设计规范的相关要求。3.1.2服务年限矿井保有工业储量49.35Mt ,设计可采储量29.80Mt ,按 0.45Mt/a 的生产能力,考虑1.3的储量备用系数,按以下公式计算:/(K A Z P K =式中: K 矿井备用系数,取1.3A 矿井生产能力,0.45Mt/aZ k 矿井可采储量,万tP 矿井服务年限,年代入数据得P= 29.80 /(45×1.4=51.2年则矿井服务年限为51.2年。3.1.

32、3矿井的增产期和减产期,产量增加的可能性建井后产量出现变化,其可能性为:1地质条件勘探存在一定的误差,有可能出现新的断层。2由于国民经济发展对煤炭的需求变化,导致矿井产量增减。3矿井的各个生产环节有一定的储备能力,矿井投产后,迅速突破设计能力,提高了工作面生产能力。4工作面的回采率提高,导致在相同的条件,矿井服务年限增加。5采区地质构造简单,储量可靠,因此投产后有可靠的储量及较好的开采条件。3.2矿井工作制度结合本矿井煤层条件、储量情况、以及达成产量所需要的时间;同时考虑设备检修以及工人工作时间等实际的因素,在满足煤矿安全规程的条件之下,本矿井工作制度安排如下:矿井工作日为300天。本矿井工作

33、制度采用“三八”制,两班采煤,一班检修,日提升工作时间为14小时。4 井田开拓井田开拓方式应该通过对矿井设计生产能力,地形地貌条件,井田地质条件,煤层赋存条件,开采技术及装备设施等综合因素进行方案比较以及系统优化之后确定。因此,在解决井田开拓问题时,应遵循以下原则:1贯彻执行有关煤炭工业的技术政策,为多出煤、早出煤、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,在保证生产可高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。2合理集中开拓部署,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必须贯彻执行有关煤矿安

34、全生产的有关规定。要建立完善的通风系统,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。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、综合机械化、自动化创造条件。6根据用户需要,应照顾到不同煤质、每种分别开采,以及其他有益矿物的综合开采。4.1井口位置、式及和数目的确定4.1.1井筒形式的确定井筒是联系地面与井下的咽喉,是全矿的枢纽。井筒选择应综合考虑建井期限,基建投资,矿井劳动生产率及煤的生产成本,并结合开拓的具体条件选择井筒。矿井开拓,就其井筒形式来说,一般有以下种形式:平硐、斜井、立井和混合式。下面就几种形式进行技术分析,然后进行确定采用

35、哪种开拓方式。平硐:一般就是适合于煤层埋藏较浅,而且要有适合于开掘平硐的高地势,例如山地或丘陵,也就是要有高于工业广场以上具有一定煤炭储量。斜井:利用斜井开拓首先要求煤层埋藏较浅倾角较大的倾斜煤层,且当地地表冲击层较厚,利用竖井开拓困难时,即便煤层埋藏较深,不惜打较长的斜井井峒的条件下才可能使用,而本井田的条件却不仅如此,煤层埋藏较深。如果按照皮带斜井设计时,倾角不超过17度的话,此时斜井的井筒长度将是很大的。太长的斜井提升几乎是不可能的,而且工程量也是非常巨大的,跟着相关的维护和运输等费用也会大幅度的增加,以上种种因素决定了本井田使用斜井开拓也是不可行的。立井:适用于开采煤层埋藏较深且地表附

36、近冲击层不厚的情况。本井田为全隐蔽式煤田,由于第四系地层较厚(220m左右,含多个含水层,井筒需要采取特殊凿井法施工。因此,本矿井采用立井开拓方式。4.1.2井筒的位置及数目的确定1井筒数目a 根据本矿区煤层的埋藏的具体条件,各井筒均采用立井+暗斜井。b 主井、副井各一个。c 井筒参数表4-1 井筒参数井筒名称用途井筒长度/m 提升方法断面尺寸直径/m 净断面积/主井提升煤炭、回520 箕斗提升 4.5 15.9 风480 罐笼提升 5.0 19.6 副井进人、运料排矸、设备升降及进风该设计采用立井的开拓方式,通风方式为中央并列式通风。2井筒的位置选择井筒位置的原则a 有利于第一开采水平的开采

37、,并兼顾其它水平,有利于井底车场的布置和主要运输大巷位置的选择,石门工程量小。b 有利于首采区不只在井筒附近的富煤快段,首采区少迁村或不迁村。井田两翼储量基本平衡。c 井筒不易穿过厚表土层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或较弱岩层。d 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,低洼地和采空区,不受滑坡和洪水威胁。e 工业广场宜少占农田少压煤。f 水源、电源较近,矿井设在铁路专用线路短,道路布置合理点。便于布置工业场地的位置,主要是根据以下一些原则:a 有足够的场地,便于布置矿井地面生产系统及其工业建筑物。b 有较好的工程、水文地质条件,尽可能避开滑坡、崩岩、溶洞、流沙层等不良地段

38、,这样即便于施工,又可以防止自然灾害的侵袭。c 便于矿井供电、给水、运输,并使附近有便于建设居住区、排矸设施的地点。d 避免井筒和工业场地遭受水患、井筒位置要高于当地最高洪水位。e 充分利用地形、使地面生产系统,工业场地总平面布置及其地面运输合理,并尽可能是平整场地的工程量少。对井田开采有利的井筒位置,确定依据:倾斜方向的位置:从保护井筒和工业场地繁荣煤柱损失看,愈靠近浅部,煤柱的尺寸愈小:愈靠近深部,煤柱的损失愈大。因此,井筒沿倾斜方向位于井田中上。走向的位置a 井筒沿井田走向的位置应在井田中央,当井田储量不均匀分布时,应在储量分布的中央,以次形成两翼储量比较均衡的双翼井田。应该避免井筒偏于

39、一侧造成单翼开采的不利局面。b 井筒设在井田中央时,可以沿井田走向运输工作量小,而井田偏于一侧的相应井下运输工作量比前者要大。c 井筒设在井田中央时,两翼分配产量比较均衡,两翼开采结束的时间比较接近。d 井筒设在井田中央时,两翼分配产量比较均衡,通风线路短,通风阻力小。综合考虑,主副井筒位置选在井田走向中央位置,位于倾向下部。图4-1主井断面图主井净直径4.5m,提升容器为4他t箕斗一对,采用2JK-3.0/20E单绳缠绕式提升机,配YR500-8交流电动机两台,每台400kW 。最大提升速度为4.62m/s,该提升设备担负本矿全部煤炭提升。 图4-2副井断面图副井净直径5.0m,提升容器为1

40、t单层单车罐笼(一宽一窄、双侧罐道滚动罐耳,采用2JK-3.0/20E型单绳缠绕式提升机,配YR450-10型交流电动机两台,每台315kW,最大提升速度4.584m/s。可升降最大件重量5.3t。4.2开采水平的设计4.2.1水平划分的原则确定原则:1根据煤炭工业设计规范规定:(190万t的矿井第一水平服务年限不得小于20年,缓倾斜煤层的阶段垂高为200-350m;(2条件适宜的缓倾斜煤层,宜采用上下山开采相结合的方式;(3近水平多煤层开采,当层间距不大时,宜采用单一水平开拓。2根据本井田煤层赋存特征,设计开采煤层井田煤层埋深主要为-250-650m,根据确定的井口位置及初期采区位置、兼顾矿

41、井前、后期采区接续,设计确定以一个水平开拓全井田。3根据生产成本阶段高度增大,全矿井水平数目减少,水平储量增加,分配到每t煤的折旧费减少,但阶段长度会使一部分经营费相应增加,其中随着阶段增大而减少的费用有:井底车场及硐室、运输大巷、石门及采区车场掘进费、设备购置及安装费用等;相应增加的费用有:沿上山的运输费、通风费、提升费、倾斜巷道的维修费,此外还延长生产时间增加初期投资,因此要针对矿井的具体条件提出几个方案进行经济技术比较,选择经济上合理的方案。4根据水平接替关系在上一水平减产前,新水平即做好一个水平从投产到减产为止的时间,必须大于新水平的准备时间。正常情况下,大型矿井的准备时间要1.52年

42、,井底车场、石门及主要运输大巷亦需要1.52年,延伸井筒需要1年,合计需要45年的时间。开拓延伸加上水平过渡需要79年,所以每个矿井在确定水平高度时,必须使开采时间大于开拓延伸加上水平过渡所需要的时间。根据煤炭工业矿井设计规范:当煤层倾角大于12度时,宜采用走向长壁采煤法。本矿井煤层倾角大于15度,故采用走向长壁采煤法。4.2.2开采水平的划分根据本井田的实际情况,以及煤层赋存的条件,提出两个在技术上可行的方案:方案一:采用单水平上下山开采方案二:采用立井+暗斜井双水平开采总的来说,两个方案在技术上均可行,各有优缺点,需要通过经济比较,才能确定其优劣。首先对下阶段的巷道布置在技术上比较两方案的

43、优缺点,详见表4-2。表4-2 两种开拓方案的技术分析表方案方案一:采用立井单水平上下山开采方案二:采用立井双水平加暗斜井上山开采优点(1开拓巷道工程量小,两阶段共用一组大巷和平巷,掘进率较低(2提升运输距离较短(3保护煤柱损失少,可以提高回采率(4下山阶段辅助运输容易(1采准巷道施工容易,工艺简单(2对工作面通风有利,可以避免下行风带来的缺点,通风费用较少(3对于煤炭的回采有利(4延伸井筒的施工比较方便缺点(1施工技术复杂,设备要求多(2掘进速度慢,掘进费用高(3下山开采,工作面生产难度增加,排水困难(4顺槽内运输费用较高,生产费用较高(5两顺槽间风压差别较大,通(1开拓巷道工程量大,增加准

44、备时间(2提升能力小,动力消耗大,提升费用高(3风路长,风阻大,通风费用高(4暗斜井的维护较为困难,维风困难护费用高对于两个方案进行经济比较:因两个方案划分的采区基本相同,所以采区上山的经济比较可以忽略不计,具体比较如下:表4-3 方案一,单水平上下山开采项目工程量单价费用运输能力/万t 1520万t 0.669元/t 1016.8万元排水/万t 404.3万0.1525元/61.65万元合计1078.4万元表4-4 方案二,暗斜井延伸,两水平开采名称掘进费用长度(m费用(元/m总费用(万元运输暗斜井922 3000 276.6回风暗斜井922 3000 276.6井底车场1100 3000

45、330运输大巷1269 3000 380.7合计1263.9万元通过两个方案进行经济比较,很显而易见,方案二比方案一增加两条912m暗斜井,以及相应的采准巷道,掘进费用明显高于方案一,而且相应的运煤、提升费用尚未计入表中,使得方案一的优势更加突出,所以方案一为最优方案。综上所述,本设计采用单水平上下山联合的方式。4.2.3设计水平储量及服务年限本井田设计水平为-580m水平,第一阶段:工业储量21.30Mt,可采储量13.84Mt,服务年限23.7年;第二阶段:工业储量28.05Mt,可采储量16.14Mt,服务年限27.6年。表4-2 水平储量及服务年限水平序号可采储量/万t 服务年限/年第

46、一阶段13.84 23.7第二阶段16.14 27.64.2.4设计水平的巷道布置由于本井田煤层间距较近,层间距约为80m,故采用集中大巷,为便于维护,将大巷布置到煤层底板岩层中,又由于设计中通风方式为并列式,所以采用一条大巷布置,大巷距煤层底板间距一般为30m。大巷支护方式掘进时期及时支护采用锚杆支护,后期采用混凝土砌碹,巷道断面特征见图 图4-4双轨大巷断面图4.2.5大巷的位置、数目、用途和规格1大巷的位置选择大巷位置的原则:掘进量少,费用少。维护条件好,煤柱损失少,有利于通风和防火,运输方便。本矿井的可采煤层有两层,双轨大巷布置在煤层底板岩层的-500m水平处,距煤层底板30m。2大巷

47、的数目和用途根据运输和通风条件,本矿井共布置一条双轨大巷。承担整个水平运煤、进风、运料、排水、排矸、行人等任务。3大巷的规格因为大巷的服务年限都长,所以都采用锚喷支护。各大巷具体断面如下:大巷运输方式采用矿车运输,轨型为18公斤/m,轨道大巷轨距600m,对大巷运输方式选择的依据是:1由于设计生产能力小,采用此种运输方式能满足要求。2吨公里运输费较低。3运输能力大,机动性强,随着运距和运量的变化可以增加列车数。4矿车运煤可同时解决煤炭、矸石、物料和人员的运输问题。5对巷道直线度要求不高,能适应长距离运输。4.3采区划分及开采顺序4.3.1采区形式及尺寸的确定根据井田地质情况,煤层赋存较稳定,煤

48、层厚度约为7m多,井田走向4km,以上条件很适合综合机械化采煤,而设计规范规定综采工作面单翼采区走向长度应超过15002000m。因此将井田划分为四个采区。4.3.2开采顺序合理的开采顺序是在考虑煤层采动影响的前提下,有步骤、有计划的按照一定的顺序进行,保证采区、工作面的正常接替以保证安全、均衡、高效的生产,并且有利于提高技术经济指标。合理的开采顺序可以保证开采水平、采区、回采工作面的正常接替,保证矿井持续稳定生产,最大限度地采出煤炭资源,减少巷道掘进率及维护工程量;合理的集中生产,充分发挥设备能力,提高技术经济效益,便于防止灾害,保证生产安全可靠。根据矿井设计规范规定,新建矿井采区开采顺序必

49、须遵循先近后远,逐步向井田边界扩展的前进式开采。多煤层开采时,一般先采上层,后采下层的下行式开采,还应厚、薄煤层合理搭配开采;开采有煤与瓦斯突出煤层时,应按开采保护层、抽放瓦斯及单独开采技术措施要求,顺序开采。为保证均衡生产,一个采区开始减产,另一个采区即应投入生产。为此,必须准备好一个新的采区。所以,一个采区的服务年限应大于一个采区的开拓准备时间。按照矿井生产初期不搬迁村庄、先近后远、先易后难的原则,进行采区接续安排。移交生产为一采区,设计生产能力0.45Mt/a,服务年限6年,之后接替顺序为二、三采区。采区储量及接续见表4-2。表4-2采区储量及接续表采区名称可采储量(Mt生产能力(Mt/

50、a服务年限(a开采起止时间(aa接续采区一 3.43 0.45 6 06 二二 4.61 0.45 8 714 三三 4.23 0.45 7 14214.4开采水平及井底车场型式的选择4.4.1开采水平井底车场选择的依据井底车场是连接井筒和井下主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称,是连接井下运输和提升的枢纽,是矿井的咽喉,因此,井底车场设计是否合理,是直接影响着矿井的安全和生产。根据矿井设计规范规定,井底车场布置形式应根据大巷运输方式、通过井底车场的货载运量、井筒提升方式、井筒与主要运输大巷的相互位置、地面生产系统布置和井底车场巷道及主要硐室处围岩条件等因素,经济技术比较确定。由于本设计矿井采用

51、立井提升方式为箕斗提升,大巷采用矿车运输,井底车场与大巷距离较远且需用石门联系,从主副井井底车场到大巷均与石门联系,所以井底车场型式选为立式车场。 1-主井 2-副井 3井底煤仓 4-水仓5-水泵房 6-中央变电所 7-清煤斜巷图4-3井底车场4.4.2井底车场主要硐室根据矿井设计规范规定,井下硐室应根据设备安装尺寸进行布置,并应便于操作、检修和设备更换,符合防水、防火等安全要求。井下主要硐室位置的选择,应符合下列规定:a 应选择在稳定坚硬岩层中,应避开断层、破碎带、含水岩层;b 井下硐室不布置在煤与瓦斯突出危险煤层中和冲击地压煤层中。1、井底车场主要硐室1井底煤仓井底煤仓位置应根据大巷运输方

52、式、装载硐室位置、围岩条件及装载胶带机巷与装载硐室相互联系等因素比较确定。井底煤仓宜选用圆形直仓,井底煤仓的有效容量按下式计算:Q mc=(0.15-0.25A mc式中:Q mc井底煤仓有效容量(tA mc矿井日产量(t0.150.25系数,大型矿井取大值,小型矿井取小值,本设计取0.15.则井底煤仓容量为Q mc=0.15×450000/330=204.5t煤仓为圆形垂直煤仓, 图4-5井底煤仓2中央变电所、中央水泵房和水仓中央变电所和中央水泵房联合布置,以便使中央变电所向中央水泵房供电距离最短。一般布置在副井井筒与井底车场连接处附近,当矿井突然发生火灾时,仍能继续供电、照明和排

53、水,为便于设备的检修及运输,水泵房应靠近副井空车线一侧。水泵房与变电所之间用耐火材料砌筑隔墙,并设置铁门为防止井下突然淹没矿井,变电所与水泵房的底板标高应高出井筒与井底车场连接处巷道轨面标高0.5m,水泵房及变电所通往井底车场的通道应设置密闭门。水仓入口,一般设在空车线,井底车场标高最低处,确定水仓入口时,应注意水仓装满水。中央变电所和中央水泵房建成联合硐室,3火药库由于本矿井采用全部机械化采煤,所以相对用火药较少,选用储量较少的壁槽式火药库就可以满足井下正常的需要。库房与巷道的关系:a库房距井筒、井底车场、主要运输巷道、主要硐室和影响全矿井大部分采区通风的风门的直线距离应不小于80m;b库房

54、距地面或上下巷道的直线距离不小于15m。根据本设计井底车场的实际位置,采用容重2400kg壁槽式标准爆破材料库,该材料库具有独立的通风系统,打一条通风钻孔与地面直接相连。4.5开拓系统综述4.5.1系统概况1开拓方式本设计矿井采用“立井双水平、集中运输大巷、走向长壁相结合”的开拓方式。采用立井开拓,共2个井筒,主箕斗立井、副罐笼立井、副井进风主井回风,采用中央并列式通风方式。矿井开采水平在-400m标高位置,矿井正常生产时,一个采区一个综采工作面保证年产量。2生产系统a 通风系统:由副井进风,主井回风。一采区通风路线是:副井,轨道石门,鬼到大巷,采区轨道上山,区段轨道石门,区段运输平巷,工作面

55、,区段回风平巷,区段回风石门,采区运输上山,回风大巷,最后由主井排至地面。火药库通风:副井进风,采用钻孔立眼回风。b 运煤系统:工作面落煤,区段运输平巷,区段运输石门,溜煤眼下溜,采区运输上山,采区煤仓,运输大巷,运输石门井底煤仓,最后由主井箕斗提升至地面。c 运矸系统:掘进工作面,区段轨道平巷,采区回风石门,采区轨道上山,轨道大巷,副井,地面。d 运料运人系统:地面,副井,轨道大巷,采区轨道上山,区段回风石门,区段轨道平巷,直至工作面。e排水系统:采掘工作面,区段平巷,区段轨道石门,采区轨道上山,鬼到大巷,井底车场,水仓,副井,地面。4.5.2移交生产时井巷开掘的位置,初期开拓工程量1矿井移

56、交生产时的标准a 井上、下各生产系统基本完成,并能进行正常的安全的生产;b “三个煤量”达到规定标准;c 回采工作面长度一般不小于设计回采工作面长度的50%;d 工业广场内的行政、公共设施基本完成;e 居住区及其实施基本完成。根据以上标准确定井巷开凿位置2移交生产时井巷开凿的位置在矿井设计中,全矿井年产由一个综采工作面达产,移交生产时,运输顺槽、轨道顺槽已经掘到开采位置。煤层运输平巷、回风平巷已经掘进到开采位置。煤层运输平巷、回风平巷已掘完并通过区段石门与上山相连,然后掘开切眼,贯通上下顺槽。3初期工程量初期移交工程量是指移交时掘进的各类巷道硐室、井筒等为生产服务的设施的总的掘进体积,初期移交开拓工程量见表4-3表4-3 移交初期工程量表名称长度/m 掘进体积/井筒578.96 17926.88井底车场巷道及硐室1654.50 21237.