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1.矿井概况及井田地质特征(略)
1.1矿井概况
本矿井东西长为5500m,南北宽为3500m。
井田内的可采煤层为9号煤,埋深200--800m,煤层赋存稳定,平均厚度7m。
井田深部以煤层的-950m底板等高线为界;浅部以-350底板等高线为界。
地面标高-150m。
表土层后平均40m。
1.2井田地质特征
1)直接底:
岩性为泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩,局部为砾岩、中粒砂岩,薄层状~中厚层状,厚0.7~6.54m,平均厚度3.5m。
中粒砂岩属中等坚硬岩石。
2)伪顶:
岩性为炭质泥岩、泥岩,厚0.20~0.57m,平均0.3m。
3)直接顶:
岩性主要为泥岩、砂质泥岩,局部为炭质泥岩,薄层状~中厚层状、波状层理、均匀层理,厚度变化较大,在0.6~8.4m之间,平均3m。
4)老顶:
由砾岩、粗粒砂岩、中细粒砂岩构成,一般厚度4~10m,平均厚度6m。
砂岩矿物成分主要为石英、长石,岩屑次之,中厚~厚层状,交错层理,块状构造,孔隙式钙质胶结,较为坚硬,属中等坚硬~坚硬岩石。
5)老底:
粉砂岩与中粒砂岩互层,平均厚度25m。
1.3煤层特征
9号煤干密度1.32~1.731t/m³,平均1.465t/m³。
各煤层埋藏平稳,地质构造简单,无断层,煤层属简单结构煤层,硬度系数f=2,属中硬煤层。
松散层移动角ψ=55°,基岩沿走向方向的移动角δ=75o、上山方向的移动角γ=75o和下山方向的移动角β=85o。
各煤层瓦斯涌出量较低,自然发火倾向较弱,涌水量也较小。
2.井田境界及储量
2.1井田境界
井田划分的原则有:
1)要充分利用自然条件划分井田;
2)要有与矿区开发强度相适应的矿井数目和井田范围;
3)照顾全局;
4)为矿井发展留有余地;
5)直(折)线原则;
6)安全经济效果好;
根据以上的划分原则,再结合城郊矿的实际情况,将其边界做如下划分:
北以人为划分的-350m等高线井田边界线作为边界;南以人为划分的-950m等高线井田边界线作为边界;东西以煤层走向长度为边界。
(如图_虚线所框-为本井田境界)
由“煤层地板等线图”求得煤层平均倾角约为9.7度。
本井田的走向长度平均约5500m,井田的倾向长度平均为3500/cos9.7o=3551m经过测量井田的水平面积为约19k㎡。
图1.2煤层地板等线
2.2井田工业储量
井田工业储量是井田可利用的地质储量与设计损失的储量之和,本井田的走向长度为5500m,由下图可知本井田的倾向长度为3551m,煤层厚度为7m,则由下式求得本井田工业储量:
图2-2
井田倾斜长度:
AB=3500÷cos9.7o=3551m
井田面积S=AB×L=3551×5500=19530500m2
井田工业储量为:
Q=S×M×γ=19530500×7×1.465=20028.53万吨;
M——煤厚,m;
γ——容重,t/m3;
2.3矿井可采储量
2.3.1井田内各保护煤柱
1)矿井工业场地煤柱
根据《煤炭工业设计规范》规定:
矿井工业场地的占地面积指标,应不小于下表的规定。
表2.3.1-1矿井工业场地的占地面积指标
井型
占地指标(公顷/10万吨)
大型井
0.8—1.1
中型井
1.3—1.8
小型井
2.0—2.5
本矿的设计生产能力为180万t/a(第三章介绍本矿井设计生产能力),因此,参考表2-1取本矿井工业场地的占地面积为1.1(公顷/10万吨),那么本矿井的工业广场的面积为约200000㎡,一般认为工业广场的形状为矩形,则取工业广场长为500m,宽为400m。
参考《煤矿特殊开采方法》确定工业广场的保护带的宽度为20m,
应用垂直剖面法计算工业广场保护煤柱的留设宽度,其具体作法如图2-2。
表2.3.1-2地质开采条件和岩层移动角
地质开采条件
基岩移动角/(°)
松散移动角Φ/(°)
煤层倾角
煤层厚度
α
β
γ
45
14°---25°
7m
74
66.6
73.5
图2.3.1垂直剖面法计算工广保护煤柱
经过作图可知工业广场留设煤柱的形状为梯形,计算并测得该梯形的上边长度为a=516m,下边长度为b=648m,高为h=600m。
则梯形的面积为:
S=(a+b)×h/2
=(684+896)×698/2
=349200㎡
工业广场的保护煤柱量为:
=S×γ×h(2-1)
式中
——保护煤柱量,万t
S——保护煤柱的面积,㎡
γ——煤的容重,t/m³,取1.465
h——煤层的厚度,m,为7
将数据带入式(2-1)得:
=349200×1.465×7
=358.1万t
2)边界煤柱
由于本井田地址条件简单,参考《煤炭工业设计规范》边界煤柱留35m比较合适。
则边界煤柱压煤损失粗略的计算:
=(3551×2+5500×2)×7×1.465=649.73万t
3)矿井可采储量
矿井可采储量=(工业储量-保护煤柱量-边界煤柱)×采出率
即Z
=(Q-
-
)×C(2-2)
参考《煤炭工业设计规范》可知:
矿井采出率,厚煤层不小于0.75,中厚m煤层不小于0.80,薄煤层不小于0.85,本矿取C=0.75
Z
=(20028.53-358.1-649.73)×0.75=14265.53万t
3.矿井工作制度和设计生产能力
3.1矿井工作制度
本矿井采用综合机械化放顶煤采煤工艺。
3.1.1工作面配套设备
大型矿井综采工作面配套设备如表3.1.1所示。
表3.1.1综采工作面配套设备
项目
单位
技术特征
项目
单位
技术特征
采
煤
机
型号
SL500
转
载
机
功率
kW
375
采高
m
2.7----5.4
供电压
V
1140
滚筒直径
m
2.5
链速
m/s
1.28
截深
m
0.865
溜槽宽
mm
1200
供电压
V
3300
铺设长
m
25.8
装机功率
kw
1875
运输能力
t/h
3500
生产能力
t/h
300
破
碎
机
供电压
V
1140
外形尺寸
m
1.58×2.06×2.254
功率
kW
375
刮
板
输
送
机
溜槽尺寸
m
1.756×1×0.341
破碎能力
t/h
3500
铺设长
m
220
乳
化
液
泵
型号
S300
运输能力
t/h
3500
供电压
V
1140
链速
m/s
1.68
功率
kw
4×224
供电压
V
3300
流量
L/min
4×318
装机功率
kw
3×855
压力
MPa
37.5
液
压
支
架
高度
m
2.55-5.55
液箱容量
L
2728
宽度
m
1.75
带
式
机
宽度
mm
1400
工作阻力
kN
8638
带速
m/s
4.0
移架速度
S/架
8
运输能力
t/h
3000
3.1.2工艺特点
(1)装备特点
采煤机截割能力强,牵引速度快,整机强度高,具有破碎大块煤的能力。
刮板输送机链条能力强,抗大块煤冲击能力强。
液压支架移架步距0.865m,可实现快速移架,稳定性好。
(2)进刀方式
采用端部斜切进到方式,管办输送机弯曲段长17m,采煤机全长15.3m,端部斜切进刀段长度是两倍采煤机长度与刮板输送机弯曲段长度之和,为48m。
(3)割煤方式
前滚筒割顶煤,后滚筒割底煤,双向割煤,往返一次进两刀,正常割煤是的采煤机牵引速度一般为8--15m/min。
(4)移架方式
移架滞后采煤机后滚筒3架,采煤机牵引速度小于8m/min时,采用单架依次顺序移架方式,牵引速度大于8m/min时,采用成组移架方式,移架速度为14.5s/架。
(5)作业方式
根据《煤炭工业设计规范》:
矿井设计生产能力按年工作日300天计算,每天3班作业,。
因此规定本矿井“三八制”作业工作制度,即两班采煤一般准备。
采用静态检修与动态检修相结合的方法检修装备,设备专列前移在准备办完成,每5--7d移一次移动变电站,移一次占用两小时。
工作循环作业图如图3.1.2所示。
(6)劳动组织
工作面人员配备如下表3.1.2所列。
表3.1.2综放工作面人员配备
项目
出煤一班/人
出煤二班/人
检修班/人
合计
班长
1
1
1
3
跟班、队长
1
0
0
1
副班长
1
1
1
3
采煤机司机
1
1
2
移架推溜工
3
3
6
放煤工
2
2
4
清煤工
8
8
16
运料工
2
2
4
运输机司机
1
1
2
转载机
1
1
2
验收员
1
1
2
电工
1
1
3
5
泵修工
1
1
排水工
2
2
2
6
支架维护工
3
3
超前维护
1
1
合计
25
25
12
62
图3.1.2综放工作面循环作业图
3.2矿井设计生产能力及服务年限
3.2.1确定矿井的年生产能力
参考《煤炭工业设计规范》可知,矿井设计生产能力主要类型有:
大型矿井:
1.2、1.5、1.8、2.4、3.0(Mt/a)及以上
中型矿井:
0.45、0.6、0.9(Mt/a)
小型矿井:
9、15、21、30(万吨/年)
在大型矿井中不能出现介于两种设计生产能力的中间井型,经勘测表明本井田的矿井工业储量为20028.53万吨,可采用180万吨/年,矿井的服务年限为T取60年。
A=
=14265.53/(60×1.3)=182.89万t
3.2.2矿井的服务年限
根据煤层赋存情况和矿井可采储量,按煤炭工业矿井设计规范规定,将矿井设计生产能力设定为A=180万t/a,再计算矿井服务年限:
矿井的设计服务年限,可以用下式计算:
T=Zk/(A×K)(3-1)
式中:
T—矿井平服务年限,a
A---矿井设计生产能力,万t/a
K---储量备用系数,一般采用1.3~1.5,本井田地质条件及其它条件简单因此取下限1.3
Zk—矿井可采储量,万t
T=14265.53/(180×1.3)=60.96a
4.井田开拓
井田开拓是在总体设计已经划定的井田范围内,根据精查地质报告和其它补充资料,具体体现在总体设计合理原则,将主要巷道由地表进入煤层,为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程。
其中包括确定,主、副井和风井的井筒形式、深度、数量、位置、阶段高度、大巷位置、采(带)区划分以及开采顺序与通风运输系统。
4.1井筒形式、数目及位置的确定
4.1.1井筒形式的确定
目前我国井筒一般为立井、斜井和平硐三种形式。
由于本井田地质条件简单、地形平坦、并非山岭地带,不存在平顶开拓条件,所以排除平硐开拓方案形式。
1、斜井开拓:
优点:
1)井筒施工简单;2)地面装备简单3)井底车场装备简单;4)延深容易,对生产
的干扰小;5)胶带机的主斜井能力大,且不受长度限制6)初期投资少.
缺点:
1)井身长,绞车提升能力受限制;2)通过井筒的通风、动力供应、排水等生产经营
费高;3)井筒维护工程量大;4)对地质条件适应性差。
斜井适用条件:
(1)适应大中小矿井;
(2)煤层埋藏浅;(3)表土层不厚,水文地质条件简单,不需特殊施工法施工的缓斜和倾斜煤层。
2、立井开拓:
优点:
1)井身短;2)提升速度快,机械化程度高,对辅助提升有利,对深井开采有利;3)井筒断面大,提升,排水、动力供应等生产经营费低;
4)井筒易维护;5)对地质条件适应性强。
缺点:
1)井筒施工复杂,需较高技术、较多设备、速度慢;2)井筒装备复杂,基建投资大;
3)井筒延深困难。
适用条件:
1)煤层埋藏深、表土厚或水文条件复杂,井筒需特殊施工
2)多水平开采的急斜煤层
3)凡不适合斜井、平硐及综合开拓方式时,均可采用立井开拓。
由于本井田地质条件简单,地形平坦,煤层分布规则、较连续、倾角变化较小,且无断层构造,瓦斯和水的含量很少。
井田深部以煤层的-950m底板等高线为界;浅部以-350底板等高线为界,总体来说埋藏较深,本井田表土层厚度平均40m,表土层厚度较厚,然而本井田煤层倾角平均在9.7º左右,地面标高为-150m,很明显,采用斜井开拓时斜井井筒的长度比立井要长的多,这样就增加了提升、通风、维护费用。
井筒压煤量较立井而言大的多,此外采用斜井施工时危险性相对立井而言较大。
综上所述,立井开拓在经济和技术、安全三方面都占有很大的优势。
故本矿井在井筒形式上采用立井开拓。
4.1.2井筒位置的确定
井筒位置的确定,主要是根据以下一些原则进行的。
在煤层走向方向尽量位于井田的中央,即要求其两翼的长度大致相等。
这主要是考虑到矿井的煤炭运输问题。
井筒设在井田中央(储量分配的中央),可使沿井田走向的井下运输的工作量最小,而井筒偏在一翼边界时的相应井下运输工作量要较前者为大。
井筒设在井田中央时,两翼产量分配、风量分配比较均衡,通风网路较短,通风阻力较小。
井筒偏于一翼时,一翼通风距离长、风压增大。
如果要降低风压,就要增大巷道端面,增加掘进工程量。
如井筒偏于一侧,一翼过早采完,然后产量集中于另一翼,将使运输、通风过分集中,采煤掘进互相干扰,甚至影响全矿生产。
所以当井筒位于井田内的煤炭储量中心时,全矿的运输费用达到最低,当井筒位于井田一翼而形成单翼开采时,矿井的运输费用将增加一倍。
这样,由于技术上的不合理而带来经济上的不合理,所以布置单翼开采的井田显然是不可行的。
按照本井田的地质赋存条件,现拟定以下四种立井井筒布置方案(如图4.1.2立井开拓方案剖面图)
图4.1.2立井开拓方案剖面图
表4.1.2立井开拓方案对比表
方案
对比
方案A
方案B
方案C
方案D
优点
a煤系基底有含水特大的岩层不允许井筒穿过时可采用
b有利于深部及向下扩展
a石门长度较短
b沿石门工程量较少
a石门长度较短
b沿石门工程量最少
c煤层斜长适中,有利采区布置以及通风和运输
a初期(第一水平)工程量及建井工期最短。
b工业广场压煤最少
缺点
a初期工程量较大
b工业广场压煤最大
c石门长度及沿石门运输长度较大
a布置下水平巷道石门有部分工程量
b工业广场压煤增大
a工业广场压煤最大
a总石门工程量较大
b布置下水平巷道石门很长而增大了运输量.工程量
综上考虑:
从经济、安全、节省运输路线和通风路线及费用,井筒的位置应选方案c最为合理。
根据“图①煤层地板等线”先确定主井坐标为(20506650,3803495);根据[煤矿安全规程]规定,矿井各个出口之间的距离不得小于30m,同时考虑井上下生产流程能合理衔接以及井塔施工安装和设备布置的需要,将副井坐标定为(20506680,3803525),风井设在煤层的浅部且坐标先定位定(20507400,3802100)。
4.1.3井筒数目的确定
本矿年产量180万吨,属大型矿井,在开拓时,决定采用三个立井:
主井、副井和风井。
这样确定的井筒数目可以满足矿井提煤、运料、通风的要求,保证矿井生产高产、高效、安全,有助于本矿的正常有序发展。
附:
井筒详细情况表
表4.1.3井筒详细情况表
井筒名称
井筒用途
井筒长度
断面尺寸
直径(m)
净断面积,m
主井
提升
850
6.5
33.2
副井
辅助提升、通风
850
4.5
15.9
风井
回风兼安全出口
850
4.5
15.9
4.2开采水平的划分及布置
4.2.1井田阶段和水平的划分
本井田走向长度为5500m,倾向长度为3551m总的垂直标高600m。
根据本井田条件和工业矿井设计规范的有关规定,本井田划分为4个阶段(第一阶段斜长851m,其余三个阶段斜长均为900m),2-4个水平。
阶段内采用采区式准备方式,每个阶段沿走向方向划分为4个长度为1375m的采区,每个采区划分为4个长度为225m的区段。
详细如图4.2.1所示。
图4.2.1井田阶段采取划分图
4.2.2阶段和开采水平参数
1)水平垂高
第一阶段、水平垂高:
851×sin9.7o=143.38m,可取整数143m。
第2、第三、第四阶段、水平垂高:
900×sin9.7o=151.64m,可取整数152m。
2)阶段出煤量
第一阶段:
(14265.53/3551)×851=3418.76万t
第二、第三、第四阶段:
(14265.53/3551)×900=3616.61万t
3)阶段服务年限
第一阶段:
(60.96/3551)×851=14.6a
第2、第三、第四阶段:
(60.96/3551)×900=15.45a
4)采区服务年限
第一阶段采区服务年限:
(14.6/2)+1=(7.3+1)a
第二、第三、第四阶段采取服务年限:
(15.45/2)+1=(7.73+1)a
5)区段出煤量
第一阶段4个采区,每个采取4个区段,每个区段出煤量:
3418.76/4/4=213.67万t
第2、第三、第四阶段均为4个采区,每个采区4个区段,每个区段出煤量:
3616.61/4/4=226.04万t
表4.2阶段划分表
阶段划分/m
阶段斜长/m
阶段垂高/m
阶段出煤量/万t
服务年限/a
区段数目/个
区段斜长/m
区段出煤量/万t
阶段
采取
1
851
143
3418.76
14.6
7.3+1
4
212.75
213.67
2
900
152
3616.61
15.45
7.73+1
4
225
226.04
3
900
152
3616.61
15.45
7.73+1
4
225
226.04
4
900
152
3616.61
15.45
7.73+1
4
225
226.04
说明
采区服务年限按设计服务平局年限加上1年的产量递增、递减期计算。
4.3井底车场
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两个环节的枢纽,是矿井生产的咽喉。
本矿井采用立井开拓,并且设计生产能力为180万t/a,属于大型矿井;本矿井采用固定式矿车运煤,拟定采用立井斜式环形井底车场。
立井斜式环形井底车场的特点、优缺点及适用条件如下:
特点:
主副井存车线与主要运输行道斜交,并利用主要运输巷道作为调车线及部分回车绕道。
优缺点及适用条件:
a开拓工程量小,b调车方便,运输能力大;c安全性好。
弯道角度小,顶推车有利,机车不过翻车机硐室;d巷道交叉点较少,施工较易;e井筒距大巷较近,且地面出车方向要求与大巷按图示的方向斜交。
综上考虑:
采用立井斜式环形井底车场较为合适。
如图4.3所示。
图4.3立井斜式环形井底车场
1--主井;2--副井;3--主要是运输巷道;4--调车线;5--回车线
4.4井筒延深方案
考虑三种井筒延深方案,一是主副立井直接延深,二是按斜井延深,三是暗斜井加暗立井延深。
考虑经济,安全以及本井田的地质条等因素,现拟定在技术上可行的开拓方案有以下三种,如下图4.4所示。
a方案1(立井四水平直接延深开拓)
B方案2(立井四水平加暗斜井延深开拓)
C方案3(立井三水平直接延深开拓)
d方案4(立井三水平加暗斜井延深)
1)方案1和方案2的区别在于第二水平是用暗斜井延深还是用直接立井延深。
两方案的生产系统都比较简单,技术都可行。
两方案比较,第一方案须多开立井井筒(2×300)、阶段石门(1755m)和立井井底车场,并相应地增加了井筒和石门的运输、提升、排水费用。
第二方案则多开暗斜井井筒(倾角9.7度,2×1781m)和暗斜井的上下部车场,并相应的增加了暗斜井的提升和排水费用。
第2和第2方案基建费用和生产费用粗略估算如下表4.41所示。
表4.41方案1和方案2粗略估算费用
方案
方案1
基建费
/
万元
立井开凿
2×300×3000×
=180
石门开凿
1755×800×
=140.04
井底车场
1000×900×
=90
小计
410.04
生产费
/
万元
立井提升
0.8×3566.38×0.85×
=4010.68
石门运输
1.755×1.2×3566.38×0.381=2861.61
立井排水
30.48×380×24×365×0.1525×
=1547.29
小计
8419.58
总计
费用/万元
8829.98
方案
方案2
基
建
费
主暗斜井开凿
890×1050×
=93.45
副暗斜井开凿
890×1150×
=102.35
上、下斜井车场
(300+500)×900×
=72
小计
267.8
立井提升
0.8×1.2×7132.77×0.381=2608.88
暗斜井提升
1.781×1.2×7132.77×0.48=7317.19
排水(斜、立井)
30.48×380×24×365×(0.063×0.127)
=1927.78
小计
11853.85
总计
费用/万元
12121.65
百分率
100%
通过基建费用和生产费用的粗略估算可知,方案1的投入费用要比方案2较少,又因为方案1提升、排水、运输环节较少,人员上下比较方便,以及方案1的通风系统也比方案2较优越,综上考虑,现决定选用方案1。
2)方案3和方案4比较,方案3采用立井直接延深,需要开出两条立井井筒(2×150m)和一条石门(1755m),以及立井井底车场。
方案4需要开出两条暗斜井井筒(倾角9.7度,2×890m),以及和斜井上、下部车场。
方案3和方案4基建费和生产费粗略估算如下表4.42所示。
表4.42方案3和方案4粗略估算费用
方案
方案3
基建费
/
万元
立井开凿
2×150×3000×
=90
石门开凿
1755×800×
=140.4
井底车场
1000×900×
=90
小计
320.4
生产费
/
万元
立井提升
0.8×1.2×3566.38×0.85=1985.36
石门运输
1.755×1.2×3566.38×0.381=1354.62
立井排水
15.24×380×24×365×0.1525×
=773.6
小计
4113.58
总计
费用/万元
4433.98
百分率
100%
方案
方案4
基建费
/
万元
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