遼寧工程技術大學畢業設計 論文 1 前言前言 中國是世界最大產煤國 煤炭在中國經濟社會發展中占有極重要的地位 煤炭是工業 的糧食 我國一次能量消費中 煤炭占 75 以上 煤炭發展的快慢 將直接關系到國計民 生 作為采礦專業的一名學生 我很榮幸能夠為祖國煤炭事業盡一份力 畢業設計是畢業 生把大學所學專業理論知識和實踐相結合的重要環節 使所學知識一體化 是我們踏入工 作崗位的過度環節 設計過程中的所學知識很可能被直接帶到馬上的工作崗位上 所以顯 得尤為重要 全套圖紙 加全套圖紙 加 153893706 學生通過設計能夠全面系統的運用和鞏固所學的知識 掌握礦井設計的方法 步驟及 內容 培養實事求是 理論聯系實際的工作作風和嚴謹的工作態度 培養自己的科學研究 能力 提高了編寫技術文件和運算的能力 同時也提高了計算機應用能力及其他方面的能 力 該說明書為長平四礦 3 0Mt a 井田初步設計說明書 在所收集地質材料的前提下 由 指導教師給予指導 并合理運用平時及課堂上積累的知識 查找有關資料 力求設計出一 個高產 高效 安全的現代化礦井 本設計說明書從礦井的開拓 開采 運輸 通風 提升及工作面的采煤方法等各個環 節進行了詳細的敘述 并進行了技術和經濟比較 論述了本設計的合理性 完成了畢業設 計要求的內容 同時說明書圖文并茂 使設計的內容更容易被理解和接受 在設計過程中 得到了指導老師的詳細指導和同學的悉心幫助 在此表示感謝 由于設計時間和本人能力 有限 難免有錯誤和疏漏之處 望老師給予批評指正 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 2 1 礦區概況及井田地質特征 1 1 礦區概況 1 1 1 礦區地理位置 長平礦區位于高平市西北 17km 處 行政區劃隸屬高平市寺莊鎮管轄 井田地理坐標 范圍為東經 112 44 54 4 112 50 51 9 北緯 35 51 02 4 35 55 1 7 批準井田面積 43 5099km2 生產規模為 1 2Mt a 井田東西長 8 91km 南北寬 7 61 km 面積 43 5099 km2 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 3 圖 1 1 交通位置圖 Fig 1 1 traffic and location 1 1 2 礦區地形 地貌及交通運輸 長平礦區井田位于太行山南段西緣 沁水煤田之東緣 地貌形態屬于丹河流域侵蝕 中低山區 井田東部為開闊的丹河河床 中西部為中低山和黃土梁 峁 總的地勢為西高 東低 地形最高點位于西南部山頂 標高 1310 66m 最低點為東部丹河河床 標高 878 00m 最大相對高差 432 66m 井田東南距高平市 17km 太 原 焦 作 鐵路和 207 國道從 井田東側通過 長 治 晉 城 二級公路和長 治 晉 城 高速公路從井田東側約 20 km 處 通過 井田北距太 焦鐵路趙莊車站 3 3km 南距西陽車站 4 7km 該礦工業廣場與附近 干線公路和鐵路間均有柏油公路連接 由井田經鐵路 公路向北可達長治 太原 向南可 通晉城 焦作 然后通往全國各地 交通運輸便利 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 4 1 1 3 氣候條件及地震情況 本區屬大陸性氣候 據晉城市氣象站觀測資料 年平均氣溫為 10 88 最高氣溫為 38 6 最低氣溫為 22 8 年降水量為 292 0 1008 8mm 6 9 月份降水量占全年的 70 年平均蒸發量為 1009 6mm 干旱指數為 1 58 屬半濕潤區 該區夏季多東南風 冬 季多西北風 最大風速十級 一般為 3 4 級 全年無霜期 180d 左右 每年 11 月至次年 3 月為結冰期 凍土深度一般為 0 30 0 43m 據歷史記載 高平市先后曾發生過大小地震 42 次 其中 4 5 級具有破壞性地震 8 次 據中華人民共和國 建筑抗震設計規范 GB50011 2010 本區屬 6 度區 基本地 震加速度值 0 05g 1 1 4 電源 水源及建筑材料來源 該礦區的電力由位于晉城市區的發電廠供給 生產所用的水主要取自井田釜山水庫 礦坑排水 奧陶系中統石灰巖巖溶水 建筑材料主要周邊的小鎮或者高平市購得 1 2 井田及其附近的地質特征 1 2 1 井田地質構造 長平井田位于晉獲褶斷帶南部西側 沁水盆地南緣 井田構造形態與區域構造密切 相關 根據井田地表基巖出露情況和鉆孔 巷道揭露及三維地震勘探 地面物探資料 井 田地層總體為走向北北東 傾向北西西的單斜構造 地層傾角 5 12 局部受構造應力 影響 發育有次一級的波狀起伏 表現為寬緩的中小型背斜和向斜 并伴生有較多的中小 型斷層和陷落柱 1 2 2 井田水文地質特征 井田及附近主要地表河流為丹河和釜山河 丹河發源于井田以北丹朱嶺西部后溝村 西北 從井田東部邊界處由北向南流過 為沁河支流 丹河河水流量受季節性影響較大 旱季時水量較小 雨季時水量增大 據長平村西臨時測流斷面觀測 流量 0 0042m3 s 1998 年 6 月 30 日 1 4088 m3 s 1998 年 7 月 22 日 釜山河由西向北流經井田中部 屬季 節性河流 水量很小 向東南匯入釜山水庫 井田內其它溝谷平時一般無水 只有雨季時 才有洪水排泄 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 5 另外 在井田中北部還分布一個較大的水庫 釜山水庫 水庫位于釜山村與四溝村 之間的大溝內 庫區面積約 0 18km2 庫容量 60 萬 m3 庫區內最大蓄水深度 10 余米 庫 區最高水位標高 915m 該水庫常年存水 1 3 煤層質量及煤層特征 1 3 1 煤質及物理性質 該礦區煤質工業牌號為無煙煤 黑色 條痕為黑色 參差狀 及貝殼狀斷口 玻璃 金剛光澤 內生裂隙較發育 以亮煤為主 暗煤次之 夾鏡煤條帶 細 中條帶狀結構 層狀構造 屬半亮 光亮型煤 煤的物理性質 水分 Mad 原煤 0 36 3 55 平均為 1 24 浮煤 0 29 2 75 平均 1 05 灰分 Ad 原煤 9 86 28 91 平均為 15 00 浮煤 4 14 10 85 平均 7 70 揮發分 Vdaf 原煤 9 38 12 43 平均 10 71 浮煤 7 20 10 01 平均 8 68 硫分 St d 原煤 0 23 0 57 平均 0 38 浮煤 0 29 0 75 平均 0 41 發熱量 Qgr v d 原煤 21 86 32 48MJ kg 平均 30 00MJ kg 浮煤 28 41 34 33MJ kg 平均 32 73MJ kg 1 3 2 井田內煤層及埋藏條件 煤層走向主體為東北至西南走向 由南北走向分別逐漸偏為南西和北西方向 整體四 邊形 井田中央傾向為西北方向 傾角在 3 8 之間 平均為 6 左右 可采煤層間距見表 1 1 表 1 1 煤層間距見表 煤層 厚度 煤層間距 發育情況 2 煤層 3 5 15 全區發育 3 煤層 5 全區發育 20 5 煤層 5 5 全區發育 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 6 1 3 3 煤層綜合柱狀圖 圖 2 1 綜合柱狀圖 Fig 2 1 synthesis histogram 1 3 4 頂底板巖性 2 3 號煤層直接項板大多為泥巖 砂質泥巖 局部為粉砂巖或中 細粒砂巖 厚度 1 03 10 80m 厚度變化較大 老頂為中細粒砂巖 厚度 2 60 13 00m 厚度變化大 不 規則裂隙發育 見有方解石脈充填現象 煤層的上覆巖層 從直接頂到老頂為軟弱 堅硬型 再往上為軟弱 堅硬型相間復 合結構 這種軟硬相間的結構雖然能阻止煤層開采時頂板裂隙的發展 但由于軟弱巖石在 水的作用下易發生變化 從而降低頂板的穩定性 2 3 號煤層的直接底板以泥巖 砂質泥巖為主 局部為粉砂巖或細砂巖 5 號煤層直接頂板為厚層石灰巖 屬堅硬巖層 煤層直接底板為泥巖 砂質泥巖 有 時為鋁質泥巖 粉砂巖 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 7 1 3 5 瓦斯賦存狀況及煤的自燃性 據山西省煤炭工業局晉煤瓦發 2011 464 號文件批復 長平礦開采煤層 2010 年度礦 井瓦斯等級和二氧化碳涌出量鑒定結果為瓦斯絕對涌出量為 13 73m3 min 相對涌出量為 6 15 m3 t 二氧化碳絕對涌出量為 6 25 m3 min 相對涌出量為 2 80 m3 t 長平礦井屬于低 瓦斯礦井 根據本礦 2008 年在井下回風大巷及 1308 探巷采取煤層煤樣進行煤的自燃趨勢 試驗 其吸氧量為 1 2679 1 3008cm3 g 自燃等級為 類 按 煤礦安全規程 屬不易自 燃煤層 井田內 2 3 5 號煤層均屬不易自燃煤層 1 3 6 地質勘探程度 在勘探初期針對該區特點 首先 原則上對全井田采用先線后面 全面控制 點線配 合 重點解剖 然后循序漸進 逐步提高勘探程度 儲量級別等 通過四次勘探 補充并 借鑒鄰區地質資料 比擬本井田上述地質因素特征 視其地質構造復雜程度為中等 煤層 較穩定且偏簡單 勘探類型屬于二類二型偏簡單 2 井田境界及儲量 2 1 井田境界 2 1 1 井田的邊界 其走向長 2 4 5 0 公里 傾斜長 1 8 3 8 公里 面積 18 94 公里 2 2 1 2 邊界煤柱的留設 按 煤礦安全規程 規定 邊界礦柱的留法及尺寸 1 井田邊界煤柱留 30 米 2 階段煤柱斜長 60 米 若在兩階段留設 則上下階段各留 30 米 3 斷層煤柱每側各為 30 米 4 采區邊界煤柱留 15 米 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 8 根據參考 礦井設計規范 和 礦井安全規程 的相關數據要求和規定 本井田所留 的各種保護煤柱均合理 符合規定 在井田范圍內 儲量 煤層賦存及開采條件均與礦井生產能力相適應 田內有足夠的 儲量和合理的服務年限 井田走向長度大于傾斜長度 有三層煤 可保證礦井各個開采水 平有足夠的服務年限 階段高度及階段斜長適當 礦井通風 井下運輸較容易 2 2 井田的儲量 2 2 1 井田儲量的計算原則 1 按照地下實際埋藏的煤炭儲量計算 不考慮開采 選礦及加工時的損失 2 儲量計算的最大垂深與勘探深度一致 對于大 中型礦井 一般不超過 1000 米 3 精查階段的煤炭儲量計算范圍 應與所劃定的井田邊界范圍相一致 4 凡是分水平開采的井田 在計算儲量時 也應該分水平計算儲量 5 由于某種技術條件的限制不能采出的煤炭 如在鐵路 大河流 重要建筑物等兩側 的保安煤柱 要分別計算儲量 6 煤層傾角不大于 15 度時 可用煤層的偽厚度和水平投影面積計算儲量 7 煤層中所夾的大于 0 05 米厚的高灰煤 夾矸 不參與儲量的計算 8 參與儲量計算的各煤層原煤干燥時的灰分不大于 40 2 2 2 礦井工業儲量 井田的精查勘探面積為 S 18940000 2 m 根據儲量計算公式 2 1 cos SMrzg 2 1 式中 Zg 礦井的地質儲量 t M 可采煤層總厚度 m S 井田面積 m r 煤的容重 r 1 3 t m 煤層傾角 度 所以 Zg 18940000 3 5 5 5 5 1 4 cos6 37327 7 萬噸 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 9 由于設計時不考慮平衡表外儲量和遠景儲量 因此礦井工業儲量就等于地質儲量 即 Zc Zg 37327 7 萬噸 各煤層的工業儲量見表 2 1 表 2 1 煤層工業儲量表 Tab 2 1 Industrial coal reserves 2 2 3 礦井煤柱損失 1 斷層煤柱損失 斷層的兩側各留 30m 的保護煤柱 此斷層的面積為 33255m 故此斷層保護煤柱損失為 33255 14 1 4 65 18 萬噸 2 井田境界煤柱損失 井田境界留設 30m 的邊界煤柱 總長為 16476 23m 井田境界保護煤柱所占面積為 494287m 經計算 故境界保護煤柱損失為 494287 14 1 4 968 8 萬噸 3 工業廣場煤柱損失 由 礦井設計規范 規定 礦井工業場地占地為 0 8 1 1 公頃 10 萬噸 大型礦井取 小值 小型礦井取大值 本礦井為 3 0Mt a 所以取 1 0 則本礦井的工業場地面積為 S 30 1 0 30 公頃 依據井田形狀選擇 500 600m 的長方形 用移動角圈定煤柱范圍 工 業場地地面受保護面積應包括保護對象及寬度 20m 的圍護帶 再用幾何作圖的方法確定工 業廣場保護煤柱的范圍 由工業廣場保護煤柱圖可知 2 號煤層煤柱損失為 140 35 3 5 1 4 687 74 萬噸 3 號煤層煤柱損失為 143 47 5 1 4 1004 29 萬噸 5 號煤層煤柱損失為 147 53 5 5 1 4 1135 99 萬噸 故工業廣場保護煤柱損失共為 687 74 1004 29 1135 99 2828 02 萬噸 4 全礦采區回采率 序號 煤層號 煤厚 m 傾角 度 面積 平方千米 工業儲量 萬噸 1 2 3 5 2 8 18 94 9331 9 2 3 5 2 8 18 94 13331 3 3 5 5 5 2 8 18 94 14664 5 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 10 由 礦井設計規范 第 2 1 3 條 礦井采區回采率 應該符合下列規定 厚煤層不應 小于 75 中厚煤層不應小于 80 薄煤層不應小于 85 由于本礦井的 2 號煤層為中 厚煤層取 80 3 號 5 號煤層為厚煤層 取 75 2 2 4 礦井的設計儲量 礦井設計儲量 工業儲量 永久煤柱損失量 即 Zs Zc P1 2 2 式中 Zs 礦井的設計儲量 萬噸 Zc 礦井的工業儲量 萬噸 P1 永久煤柱損失量 萬噸 包括斷層 防水 井田境界 地面建筑物及因法 律 社會 環境保護等影響因素影響不得開采的煤柱煤量 此礦井永久煤柱只有斷層和井田境界保護煤柱 故 Zs 37327 7 65 18 968 8 36293 02 萬噸 2 2 5 礦井的設計可采儲量 礦井設計可采儲量 礦井設計儲量 可回收利用保護煤柱損失量 采區回采率 即 CPZZ Sk 2 2 3 式中 Zk 礦井設計可采儲量 萬噸 P2 可回收利用保護煤柱損失量 萬噸 包括工業廣場 井筒 井下主要巷 道等保護煤柱煤量 C 采區回采率 C 0 75 此礦井可回收利用保護煤柱煤量有工業廣場和階段間保護煤柱煤量 故 Zk Zc P1 P2 C 9331 9 16 3 242 2 707 80 27995 8 59 5 726 6 2121 75 25509 65 萬噸 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 11 3 礦井的年產量 服務年限及一般工作制度 3 1 礦井的年產量及服務年限 3 1 1 礦井的年產量合理性 礦井年產量是煤礦生產建設的重要指標 在一定程度上綜合反映了礦井生產技術面 貌 是礦井開拓的一個主要參數 也是選擇井田開拓方式的重要依據之一 礦井的年產量確定的合理與否 對保證礦井能否迅速投產 達產和產生效益至關重要 而礦井生產能力與井田地質構造 水文地質條件 煤炭儲量及質量 煤層賦存條件 建井 條件 采掘機械化裝備水平及市場銷售量等許多因素有關 經分析比較 設計認為礦井的 生產能力確定為 3 0Mt a 是合理和可行的 理由如下 1 儲量豐富 煤炭儲量是決定礦井生產能力的主要因素之一 本井田內可采的煤層達到 3 層 保有 可采儲量為 255 10 Mt 按照 3 0Mt a 的生產能力 能夠滿足礦井服務年限的要求 而且投 入少 效率高 成本低 效益好 2 開采技術條件好 本井田煤層賦存較穩定 煤層埋藏較淺 傾角變化不大 由于井田面積大 水文地質 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 12 條件及地質構造簡單 煤層結構單一 適宜綜合機械化開采 可采煤層均為中厚煤層及厚 煤層 適合高產高效工作面開采 3 建井及外運條件 本井田內有良好的煤層賦存條件 為提高建井速度 縮短建井工期提供了良好的地質 條件 本井田離晉城市較近 有礦區專用鐵路與國鐵相通 井田內各村鎮均也有公路相通 交通較便利 4 具有先進的開采經驗 近年來 綜合機械化開采工藝在煤礦成產中有了很大發展 而且該工藝投入少 效率 高 成本低 效益好 生產集中簡單 開采技術基本成熟 綜上所述 由于礦井優越的條件及外部運輸條件 有利于把本礦井建設成為一個高產 高效礦井 礦井的生產能力為 3 0Mt a 是可行的 合理的 3 1 2 礦井的服務年限 礦井服務年限應與礦井的生產能力相適應 它兩個之間的關系實質上就是礦井生產能 力和礦井儲量的關系 在圈定的井田范圍內 礦井儲量一定 井型越大 服務年限越短 井型越小 服務年限越長 當礦井生產能力和服務年限為某數值時 可使噸煤的總費用最 低 相近于這個數值范圍 則是合理的礦井的生產能力和服務年限 根據 礦井設計規范 的規定 在計算礦井服務年限時 儲量備用系數宜采用 1 3 1 5 本礦井取用 1 3 由礦井的服務年限計算公式 P Z AK 3 1 式中 Z 礦井的設計可采儲量 A 礦井的年產量 K 礦井儲量備用系數 P Z AK 255 1 3 0 1 3 65 4 年 由 設計規范 第 2 2 5 條知 礦井設計生產能力為 300 萬噸 年的大型礦井 設計服 務年限不應低于 60 年 本礦井的服務年限為 65 4 年 符合設計規范規定 3 2 礦井的一般工作制度 結合本礦井煤層條件 儲量情況 以及達成產量所需要的時間 同時考慮設備檢修以 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 13 及工人工作時間等實際的因素 在滿足 煤礦安全規程 的條件之下 本礦井工作制度安 排如下 礦井工作日為 330 天 本礦井工作制度采用 三八 制 兩班采煤 一班檢修 日提升工作時間為 16 小時 4 井田開拓 井田開拓方式應該通過對礦井設計生產能力 地形地貌條件 井田地質條件 煤層賦 存條件 開采技術及裝備設施等綜合因素進行方案比較以及系統優化之后確定 因此 在 解決井田開拓問題時 應遵循以下原則 1 貫徹執行有關煤炭工業的技術政策 為多出煤 早出煤 出好煤 投資少 成本 低效率高創造條件 要使生產系統完善 有效 可靠 在保證生產可高和安全的條件下減 少開拓工程量 尤其是初期建設工程量 節約基建投資 加快礦井建設 2 合理集中開拓部署 簡化生產系統 避免生產分散 為集中生產創造條件 3 合理開發國家資源 減少煤炭損失 4 必須貫徹執行有關煤礦安全生產的有關規定 要建立完善的通風系統 創造良好 的生產條件 減少巷道維護量 使主要巷道經常保持良好狀態 5 要適應當前國家的技術水平和設備供應情況 并為采用新技術 新工藝 發展采 煤機械化 綜合機械化 自動化創造條件 6 根據用戶需要 應照顧到不同煤質 煤種的煤層分別開采 以及其他有益礦物的 綜合開采 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 14 4 1 井筒形式的確定 礦井開拓 就其井筒形式來說 一般有以下幾種形式 平硐 斜井 立井和綜合開拓 下面就幾種形式進行技術分析 然后進行確定采用哪種開拓方式方式 平硐 一般就是適合于煤層埋藏較淺 而且要有適合于開掘平硐的條件是平硐水平標 高以上有足夠的儲量 故本井田不能滿足要求 本井田地勢比較平緩 高低地的最大高差 也不過十幾米 很顯然 利用平硐開拓對于本井田來說是沒有可行性的 斜井 利用斜井開拓要求煤層埋藏較淺 表土層不厚 無流沙層水文地質條件簡單的 緩斜中斜煤層的井田 斜井開拓的優點為井筒施工簡單 掘進速度快 費用低 斜井用膠 帶輸送機提升煤炭時 提升能力大 有利于礦井延伸施工和新舊水平的接替等 但本井田 表土層特別厚 斜井施工比較困難 如果用斜井開拓工程量大 維護和運輸等費用也會大 幅度的增加 以上因素決定了本井田使用斜井開拓也是不可行的 本井田的煤層賦存深度 580m 到 320m 表土層較厚 井筒需用特殊方法施工 根據 設計規范 第 3 1 4 條 煤層埋藏較深 表土層較厚 水文地質條件復雜 井筒需要特 殊施工 宜采用立井開拓方式 依上 本設計采用立井開拓方式 綜合式開拓 對于本礦井來說 由于平硐和斜井都是不可行的 所以混合式也就不予 考慮 4 2 確定井筒的位置及數目 4 2 1 井筒數目 本礦年產量 3 0Mt 屬大型礦井 在開拓時 決定采用三個井井筒 主井 副井和風 井 形成中央并列式通風 主井采用箕斗提升 副井采用罐籠伸降人員 提矸 運料 入 風 這樣確定的井筒數目可以滿足礦井提煤 運料 通風的要求 保證礦井生產高產 高 效 安全 有助于本礦的正常有序發展 4 2 2 井筒位置 地面在選擇井筒位置時 應貫徹農業為基礎的方針 充分利用荒山 坡地 劣地 盡 可能不占良田 不妨礙農田水利建設 避免拆遷村莊及河流改造 主要是根據以下一些原 則 1 在煤層走向方向盡量位于井田的中央 即要求其兩翼的長度和儲量大致相等 這主 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 15 要是考慮到礦井的煤炭運輸問題 當井筒位于井田內的煤炭儲量中心時 全礦的運輸費用 達到最低 2 在傾斜方向上也要盡量位于中心 同時兼顧各水平井底車場的布置形式及位置 3 井筒位置的確定 要顧及井口標高及地面工業廣場的布置 由于考慮到最高洪水位 所以要求井筒的位置確定的井口標高在 20 米以上 另外 地面工業場地的布置也基本上 決定井筒的位置 一般要求工業廣場盡量布置集中 達到不占良田 少占農田的原則 還 要求整個工業場地要布置在地勢比較平緩的地帶 使得場地內的建筑不受大的影響 4 井筒盡量不穿斷層 破碎帶 井底車場圍巖較好 要有較好的工程地質條件和水文 地質條件 5 要便于礦井供電 給水和運輸 并使附近有便于建設居住區 排矸設施的地點 6 盡量使工程量少 投資小 便于井下采區劃分 同時有利于通風 行人安全 7 選擇井筒位置應該力求減少石門長度 井筒盡可能靠近運輸大巷 使運輸功最小 井筒沿井田走向有利的位置應在井田的中央 當井田儲量呈不均勻分布時 應在儲量 分布的中央 以此形成兩翼儲量比較均衡的雙翼井田 兩翼產量分配 風量分配比較均衡 各水平兩翼開采結束的時間比較接近 應盡量避免井筒偏于一側 一翼過早采完 然后產 量集中于另一翼 將使運輸 通風過分集中 采煤掘進互相干擾 甚至影響全礦生產 造 成單翼開采的不利局面 由于本礦所采煤層為近水平煤層且儲量分配較均勻 為使兩翼產量分配 風量分配 比較均衡 各水平兩翼開采結束的時間比較接近井筒應布置在井田中央 4 3 井筒參數及斷面圖 表 4 1 井筒特征表 Fig4 1 Shaft features table 井筒名 稱 井筒用 途 斷面尺 寸 長度 m 直徑 m 提升容器 主井 運煤 44 18 750 7 5 兩對 16 噸箕斗 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 16 副井 進風 行 人 運料 50 26 710 8 一套 5t 礦車雙層罐籠 一套一大罐 5t 雙層單車 一個小罐籠 風井 回風 兼 做安全 出口 33 18 587 6 5 各井筒斷面見圖 4 2 4 3 4 4 圖 4 2 主井井筒斷布置圖面 Fig 4 2 main shaft sections 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 17 圖 4 3 副井井筒斷面布置圖 Fig 4 3 Auxiliary shaft cross section fig 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 18 圖 4 4 風井井筒斷面布置圖 Fig 4 4 Air shaft cross section fig 4 4 開采水平的設計 4 4 1 水平高度的確定 通常將設有井底車場 階段運輸大巷并且擔負全階段運輸任務的水平 稱為水平 根 據煤層賦存條件 一個井田可以用一個水平開采 或者用幾個水平開采 本礦井采用單一 水平開采 開采水平的劃分是與井田內階段的劃分密切聯系的 而井田內劃分階段的多少主要取 決于井田的斜長和階段尺寸的大小 階段尺寸大小以階段垂高或斜長表示 階段是按標高 劃分的 階段上下邊界的標高確定后 階段垂高 即其上下邊界的標高差就可得出 階段 斜長則因煤層傾角的大小不同而變化 由于本井田煤層屬緩傾斜煤層 故采用帶區式劃分階段 4 4 2 第一水平儲量及水平服務年限 由于本礦屬于單水平開采 所以第一水平的服務年限即為全礦的服務年限 65 4 年 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 19 4 4 3 設計水平大巷布置 運輸大巷的布置方式有三種 運輸大巷可以單煤層布置 又稱分煤層運輸大巷 分 煤組布置 又稱分組集中大巷 全煤組集合布置 稱集中運輸大巷 方案一 分煤層大巷布置 優點 若采用分煤層大巷布置 開設一組主要石門 各煤層中都布置大巷 各煤層單 獨布置采區 均為煤層巷道 有利于掘進 礦井達產快 符合不出矸石或少出矸石的煤炭 工業發展趨勢 環保效益好 開采巷道相對簡單 缺點 每層煤都開掘大巷 開拓工程量大 巷道的維護費用較高 不利于礦井的安全 運輸通風系統復雜 軌道 管線 設備多 輔助人員多 巷道維護工程量大 維護困難 采區接替頻繁 對正常生產有一定影響 每層煤都需要留保護煤柱 煤炭損失量大 在有 自然發火危險的煤層中 護巷煤柱壓裂透風 容易引起自然發火 方案二 集中大巷布置 在煤層群最下部的底板巖石中 開掘階段集中運輸大巷為所有采區服務 在集中運輸 大巷內 每隔一定距離開掘采區石門 將各個煤層聯系起來 這種布置方式的優點是 大巷布置在底板巖石中可以免去支撐壓力對大巷的影響 大 大改善了巷道的維護條件 集中開拓各個煤層 采區生產能力大 大巷布置在巖層中 可 按開采技術要求直線掘進 便于采用大型運輸設備 運輸大巷工程量少 占用軌道 管線 少 各個煤層可以同時進行回采準備 開采強度大 煤層內可以不留設煤柱 煤炭損失少 其缺點是 初期工程量大 建井工期長 采區石門多 總的石門長度大 巖石工程量 大 這種布置方式一般適用于井田范圍大 煤層層數多 煤層間距不大的礦井中 建井施 工速度慢 投產慢 達產時間長 開拓費用高 方案三 分組運輸大巷布置 由于各煤層間距相差不多 而距離較遠 分組布置遠不如集中布置在技術和經濟上可 行 所以不考慮用分組布置 方案一和方案二技術上均可行 現對方案一和方案二進行詳細的經濟比較 確定其優 劣 現將二種大巷布置方式的示意圖 分列如下 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 20 表 4 3 方案技術比較表 Table 4 3 Technical comparison table 項目 方案 分層布置 方案 集中大巷 優點 各煤層中都布置大巷 各煤層單獨 布置采區 煤層間只開一對主石門 石門工程量不大 初期工程量少 建井期短 開采水平只布置一對集中巷故總的大巷 開拓工程量小 大巷一般布置在煤組底 板巖層中容易維護 由于用采區石門貫 穿各煤層 可同時進行多個煤層的準備 和回采 開采強度大 煤層可不留煤柱 損失小 缺點 每層煤都布置大巷 總的開拓工程 量大 煤層巷道維護工作量大 費用 高 每條大巷都要留設保護煤柱 煤炭損失量大 礦井投產前要掘進主石門 集中巷 采 區石門 然后才能進行上部煤層的準備 和回采 煤層間距大時 初期工程量大 建井期長 現對其進行經濟比較 具體見下表 表 4 4 建井工程量 Table 4 4 The volume of construction works well 項目 m 方案 1 方案 2 初期 大巷 斜巷 石門 3940 220 30 2682 400 30 項目 方案 1 方案 2 后期 大巷 斜巷 石門 4764 440 46 0 800 46 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 21 表 4 5 基建費用比較表 Table 4 5 early infrastructure cost comparison table 項目 方案一 方案二 工程量 m 單價 元 m 費用 萬元 工程量 m 單價 元 m 費用 萬元 初 期 大巷 上山 石門 3942 220 30 1000 3000 2000 394 2 66 6 2826 400 30 3000 3000 2000 847 2 120 6 小計 466 2 973 2 后 期 大巷 上山 石門 4764 440 46 1000 3000 2000 476 4 132 9 2 0 800 46 0 3000 2000 0 240 9 2 小計 617 6 249 2 共計 1083 8 1222 4 表 4 6 生產經營費 Table 4 6 Production and operation costs 項目 方案一 方案二 工程量 m 單價 元 m a 費用 萬元 工程量 m 單價 元 m a 費用 萬元 服 務 65 年 大巷 上山 石門 3942 220 30 100 100 100 2562 143 19 5 2826 400 30 20 20 20 367 52 4 小計 2724 5 423 注 由于運輸費用等其他費用差別不大 故沒納入詳細的經濟比較中 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 22 表 4 7 費用匯總 Table 4 7 Cost summary 項目 方案一 方案二 費用 萬元 百分率 費用 萬元 百分率 初期建井費 466 2 100 973 2 209 基建工程費用 1083 8 100 1222 4 113 生產經營費 2724 5 644 423 100 總費用 4274 5 163 2618 6 100 經過以上技術和經濟上的比較的結果來看 這倆個方案各有優勢 方案一初期投資少 但生產經營費用高 方案二雖然初期投資大 維護費用和總費用都比方案一少的多 因此 本設計采用方案 較為合理 本礦井可采煤層有三層 即 2 3 5 膠帶運輸大巷布置在 410 水平上 軌道大巷也 布置在 410 水平上 兩個大巷水平相距 30 米 回風大巷布置在 533m 運輸大巷承擔運煤任務 在運輸大巷內布置帶式輸送機 輔運大巷承擔運料 通風 行人的任務 用絞車將材料運到工作面 從而實現了從大巷到采區 工作面輔助運輸的連 續性 因為大巷的服務年限都比較長 所以都采用錨噴支護 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 23 圖 4 5 運輸大巷斷面圖 Figure 4 5 Transportation Roadway sections 圖 4 6 輔運大巷斷面圖 Figure 4 6 orbit roadway sections 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 24 圖 4 7 回風大巷斷面圖 Figure 4 7 air return roadway sections 4 5 采區劃分及開采順序 4 5 1 采區形式及尺寸的確定 采區是在階段內劃分的一個開采區域 它是礦井生產的基本單元 采區尺寸主要受到 地質 技術 經濟因素影響 我國礦井實際的采區傾斜長度多為 600 1000m 雙翼采區 的走向長度可達 1000 2000m 根據設計礦井特點 煤層賦存穩定 傾角小 充分利用大 的地質構造作為采區邊界 減少煤炭損失 共劃分為五個采區 詳細情況見表 4 8 井田 各采區技術特征表 以及礦井開拓平面圖 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 25 表4 8 井田各采區技術特征表 Table 4 8 Mine technical characteristics of the mining area Table 采區 走向長 度米 傾斜 長度 儲量 Mt 采煤方式 落煤 方式 準備方式 一帶區 1856 1919 67 5 走向長壁 綜采 單翼采區 二帶區 1843 1873 65 6 走向長壁 綜采 單翼采區 三帶區 2185 1284 53 6 走向長壁 綜采 單翼采區 四帶區 1723 1161 37 7 走向長壁 綜采 單翼采區 五盤區 3079 1330 79 2 走向長壁 綜采 雙翼采區 合計 10686 7567 303 6 4 5 2 開采順序 礦井的開采工作 應當有計劃 有步驟地按一定順序進行 以便保證安全 均衡生產 并且有利于提高技術經濟指標 合理的開采順序應滿足以下要求 1 保證開采水平 采區 采煤工作面的生產正常接替 以保持礦井持續穩產 高產 2 符合煤炭采動影響關系 最大限度的開采出煤炭資源 3 合理集中生產 充分發揮機械設備的能力 提高礦井的勞動生產率 簡化巷道布置 4 盡量降低掘進率 減少井巷工程量及基建投資 綜合上述因素 將本礦的開采順序劃分如下 采區 由井田中部采區向井田兩翼開采 即采區前進式 區段 沿著煤層傾斜方向自下而上開采 即區段上行式 分層 自上而下逐層開采 工作面 回采工作面推進方向是從采區兩翼向平巷推進 即工作面后退式開采 4 6 開采水平井底車場形式的選擇 4 6 1 井底車場形式 井底車場是連接井筒和大巷或者主要石門的一組巷道及井底附近各種硐室的總稱 井 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 26 底車場擔負井上下煤炭 矸石 材料 人員的轉運 是聯結井下運輸和礦井提升的樞紐 并為礦井的通風 排水 動力供應 調度服務 對保證礦井的正常生產起著重要作用 選擇井底車場應該滿足下列要求 a 調車簡單 管理方便 彎道急交叉點少 b 操作安全 符合有關規定 規范要求 c 井巷工程量小 建設投資省 便于維護 生產成本低 d 施工方便 各個井筒間 井底車場巷道與主要巷道間能迅速貫通 縮短建井時間 根據具體設計條件 本礦井選擇臥式井底車場如圖4 9 1主井 副井 井底煤倉 水倉 5 水泵房 6 中央變電所 圖 4 9 井底示意圖 Fig 4 10 Shaft station abridged general view cross section distinction 4 6 2 車場硐室 井底車場的主要硐室為主井煤倉 火藥庫 其位置詳見井底車場平面圖 1 煤倉 根據 設計規范 規定 礦井的煤倉容量為 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 27 mcmc AQ25 0 15 0 4 1 式中 mc Q 井底煤倉容量 mc A 礦井日產量 mc A 0 15 0 25 備用系數 大型礦井取小值 則井底煤倉容量 mc Q 0 15 8859 1328 85t 煤倉選擇為立式煤倉 結構見圖 圖 4 10 煤倉斷面圖 Figure 4 10coal bunker sections 中央變電所和中央水泵房聯合布置 以便使前者向后者供電距離最短 中央變電所和 水泵房建成聯合硐室 具體布置見開拓圖 根據 設計規范 規定 火藥庫距離井筒 井底車場 主要運輸巷道以及影響全礦井 或大部分采區通風的風門的直線距離不得小于 60 米 距離硐室不小于 100 米 結合井底 車場的實際位置 采用容量 2400 公斤的壁槽式標準火藥庫 火藥庫在工業廣場打回風眼 獨立通風 2 中央變電所 中央水泵房和水倉 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 28 中央變電所和中央水泵房聯合布置 以便使中央變電所向中央水泵房供電距離最短 一般布置在副井井筒與井底車場連接處附近 當礦井突然發生火災時 仍能繼續供電 照 明和排水 為便于設備的檢修及運輸 水泵房應靠近副井空車線一側 水泵房與變電所之 間用耐火材料砌筑隔墻 并設置鐵板門為防止井下突然涌水淹沒礦井 變電所與水泵房的 底板標高應高出井筒與井底車場連接處巷道軌面標高 0 5 米 水泵房及變電所通往井底車 場的通道應設置密閉門 水倉入口 一般設在空車線 井底車場標高最低處 確定水倉入 口時 應注意水倉裝滿水 3 火藥庫 由于本礦井采用全部機械化采煤 所以相對用火藥較少 選用儲量較小的壁槽式火藥 庫就可以滿足井下正常工作的需要 庫房與巷道的關系 a 庫房距井筒 井底車場 主要運輸巷道 主要硐室和影響全礦井大部分采區通風的 風門的直線距離應不小于 60 米 b 庫房距經常行人的巷道的直線距離應不小于 20 米 c 庫房距地面或上下巷道的直線距離不小于 15 米 根據本設計井底車場的實際位置 采用容重 2400 公斤壁槽式標準爆破材料庫 該材 料庫具有獨立的通風系統 打一條通風鉆孔直接與地面直接相連 火藥庫的具體結構見圖 4 11 6 2 1 5 9 8 7 3 4 10 圖 4 11 壁槽式爆破材料庫 Fig 4 11 Blast material storage 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 29 4 7 開拓系統綜述 4 7 1 開拓方式 本設計礦井采用立井開拓 共 3 個井筒 主箕斗立井 副罐籠立井 中央風井 采用 中央并列式通風方式 礦井開采水平在 400m 標高位置 礦井正常生產時 一個采區一個 綜采工作面保證年產量 兩個掘進隊同時掘進準備面保證工作面正常接替 4 7 2 運輸系統 運煤系統 工作面出煤 運輸順槽 帶區運輸平巷 溜煤眼 運輸大巷 井底煤倉 從主井提到地面 排矸系統 掘進巷道時所出的矸石通過輔運大巷的礦車運到井底車場 然后從副井提 至地面 運料系統 副井 井底車場 輔運大巷 運料行人斜巷 帶區輔運平巷 回風順槽 使用地點 4 7 3 通風系統 新鮮風流 主井 運輸大巷 進風行人斜巷 帶區運輸平巷 運輸順槽 工作面 新鮮風流 副井 井底車場 輔運大巷 運料行人斜巷 帶區輔運平巷 運輸順槽 工作面 污風 回風順槽 帶區回風平巷 帶區回風石門 回風大巷 風井排出地面 4 7 4 排水系統 本礦井運輸大巷的坡度為 4 井下的涌水經大巷流入井底水倉 由水泵房中的水泵 經副井的排水管路排到地面 由地面的排水溝流出井田邊界外 4 7 5 移交生產時井巷的開鑿位置 初期工程量 1 礦井移交生產時的標準 a 井上 下各生產系統基本完成 并能進行正常的安全的生產 b 三個煤量 達到規定標準 c 回采工作面長度一般不少于設計回采工作面長度的 50 d 工業廣場內的行政 公共設施基本完成 e 居住區及其設施基本完成 根據以上標準確定井巷的開鑿位置 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 30 2 移交生產時井巷開鑿的位置 在礦井設計中 全礦年產量由一個綜采工作面保證達產 移交生產時 運輸上山 軌 道上山已經掘進到開采位置 煤層運輸平巷 回風平巷已掘完并通過區段石門與上山相連 然后掘開切眼 貫通上下順槽 3 初期工程量 初期移交工程量是指移交時掘進的各類巷道硐室 井筒等為生產服務的設施的總的掘 進體積 初期移交開拓工程量見表 4 9 表 4 9 拓工程量 Table 4 9 opening works 名稱 長度 m 掘進斷面 掘進體積 3 m 主井 750 44 18 33600 副井 710 50 26 35685 井底車場 350 12 8 4480 運輸大巷 780 12 8 9984 輔運大巷 500 12 8 6400 回風大巷 850 17 3 14705 運料斜巷 200 12 8 2560 進風斜巷 200 12 8 25601794 運輸平巷 914 13 4 11248 輔運平巷 955 10 4 9932 回風平巷 835 10 4 8684 開切眼 209 26 5434 合計 159557 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 31 5 采準巷道布置 5 1 設計采區的地質概況及煤層特征 5 1 1 采區概況 設計采區為一采區 該采區位于井田西翼 西至井田邊界中部 東部邊界到工業廣場 保護煤柱線及其延長線 大巷布置在 400 水平 采區平均走向長 1856 米 傾斜長 1919 米 煤層傾角平均 6 屬于緩傾斜煤層 采區內地質構造簡單 無斷層 煤變質程度高 煤質好 絕對涌出量為 13 73m3 min 發火期短 煤層直接頂較厚并且穩定 5 1 2 煤層地質特征 一采區做為首采區 采區開采三層煤 煤層平均傾角為 6 屬于緩傾斜煤層 采區內 地質構造簡單 無斷層 煤質較好 水分含量 0 36 3 55 瓦斯相對涌出量為 13 73m3 t 煤塵無爆炸性危險自然發火期為 12 個月 煤層頂底板較為穩定 5 1 3 采區生產能力及服務年限 采區儲量 Zc 356 14 1 4 cos6 7016 萬 t 采區邊界煤柱損失量 Zp 1855 9 30 14 1 4 1918 5 30 14 1 4 201 萬 t 采區可采儲量 Z Zc Zp 6759 萬 t 采區生產能力的基礎是采煤工作面生產能力 而采煤工作面的產量取決于煤層厚度 工作面長度及推進度 一個采煤工作面日產量 crMLLA 10 5 1 式中 A0 工作面單產 噸 日 L 工作面長度 米 L1 日推進度 米 M 采高 米 r 容重 1 4 C 工作面的回采率 95 所以 0 A 209 8 65 1 4 0 95 3 5 8416t 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 32 同時考慮 10 的掘進出煤 則采區生產能力為 A A0 330 1 1 305 萬 t a 采區服務年限 T E A 5 2 式中 E 可采儲量 萬噸 A 平均生產能力 萬噸 年 則采區服務年限 T 6759 300 1 3 17 3a 5 2 采區形式 采區主要參數的確定 5 2 1 采區形式 按照煤層群開采的聯系為聯合準備 即各煤層共用運輸大巷和軌道大巷 煤層傾角平 均為 6 瓦斯量低 頂底板均無較大涌水 根據煤層賦存條件 本設計采用走向長壁采煤 法 5 2 2 采區上山數目 位置及用途 設計采區采用一套大巷 開掘在最下部的底板巖石層中 至于運輸大巷的用途 運輸 大巷作為采區的主運輸 其內鋪設皮帶 運輸采區工作面的出煤 軌道大巷鋪設軌道作為 采區的輔助運輸 運送矸石 設備 材料 兼作行人 5 2 3 區段劃分 根據礦井的地質條件和工作面的合理長度 209m 采區采用走向長壁采煤法 采區傾 向長 1888 米 其中留 3 8m 的區段平巷 區段間保護煤柱留 8 米寬 則本采區可以劃分為 8 個區段 邊界煤柱 30 米 5 2 4 區段平巷的布置方式 區段平巷是直接與回采工作緊密聯系的回采巷道 在綜采工作面采煤時 采用雙巷布 置時通常區段回風平巷超前區段運輸平巷沿腰線掘進 既可探明煤層變化情況又便于輔助 運輸及排水 同時在瓦斯含量大 采區走向長度長 采區涌水量大的采區 采用雙巷掘進 有利于掘進通風和安全 取其優點 本采區的區段平巷的布置方式采用雙巷布置 區段煤 柱取 25 米 運輸平巷和輔運平巷 回風平巷斷面見圖 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 33 圖 5 1 運輸平巷斷面圖 Fig 5 1 Transport tunnel cross section fig 圖 5 2 輔運平巷斷面圖 Fig 5 2 Transport tunnel cross section fig 馮帥 長平四礦 3 0Mt a 新礦井設計 34 圖 5 3 回風平巷斷面圖 Fig 5 3 Transport tunnel cross section fig 5 2 5 層間或分層間的聯系方式 各層煤之間的聯系方式 采用開掘進風行人斜巷 運料行人斜巷與帶區平巷連接形成 完整的生產系統 5 3 采區車場及硐室 5 3 1 車場形式 由于采區的運輸通過運輸平巷中的膠帶直接運輸到位于工業廣場保護煤柱下方的采 區煤倉 輔助運輸通過行人進風斜巷直接到達輔運平巷 故此處不設車場 5 3 2 采區煤倉 在采區煤倉的尺寸確定之前 首先對煤倉的容量進行確定 按循環產量計算煤倉容量 Q Q L l h r 5 3 式中 L 工作面長度 米 遼寧工程技術大學畢業設計 論文 35