華北科技學院礦井優(yōu)化與設(shè)計課程設(shè)計說明書(最終版)

1、華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 華北科技學院安全工程學院課程設(shè)計 說明 書設(shè)計題目:城郊二礦 4.0Mt/a礦井優(yōu)化設(shè)計姓 名:學 號:專業(yè)班級:(部、院 指導教師:2013年 01月 15日華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 目 錄目 錄 .- 1 -前 言 . .- 3 -1 礦井概述及井田地質(zhì)特征 .- 4 -2 井田境界和儲量 . - 10 -3 礦井工作制度和設(shè)計生產(chǎn)能力 . - 14 -3.1 礦井工作制度 . . - 14 -3.2礦井設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 . .-14-華北科技學院課程設(shè)計(說明書5礦井延伸方案 . - 28 -5.1直接延深(原有主、副立井或斜井 . -28-5

2、.2暗井延深 (原主、副井不再延深 , 用暗立井或暗斜井延深 . -28-5.3延深與暗井延深 . -28-5.4新開一個井筒延深一個井筒 . . -28-6 礦井基本技術(shù)經(jīng)濟指標 . - 29 -參考文獻 . - 30 -致 謝 . - 31 - 2 -華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 前 言課程設(shè)計是我們學生綜合運用所學知識的一個重要實踐過程, 也是體現(xiàn)一個大學生 對所學知識的歸納總結(jié)和運用能力, 是一次對我們的綜合素質(zhì)及能力的培養(yǎng)。 通過課程 設(shè)計可以鍛煉和提高我們分析問題、解決問題的能力,培養(yǎng)和鍛煉我們調(diào)查研究、查閱 和運用科技資料從事科學研究的能力。采礦工程課程設(shè)計是我們采礦專業(yè)學生對

3、所學課程的基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)理論知 識進行一次系統(tǒng)地總結(jié),并結(jié)合實際條件加以綜合運用,以鞏固和擴大所學的知識,鞏 固和發(fā)展我們的運算和繪圖的工程技能, 培養(yǎng)和提高我們分析和解決實際問題的能力和 素質(zhì),豐富我們的生產(chǎn)實際知識。在課程設(shè)計中,通過對某一理論或生產(chǎn)實際問題的深 入分析研究,培養(yǎng)、鍛煉和提高我們的科技論文寫作能力和科研能力。本次設(shè)計是綜合實際礦山條件, 并在知道老師的幫助下適當降低難度的一次工程設(shè) 計。通過此次設(shè)計,使我們對礦山工作有了進一步的了解和掌握。以為我們將來投身中 國礦山事業(yè)注入了生機和活力。由于本人現(xiàn)有的所學知識有限, 所以在本設(shè)計中難免出現(xiàn)錯誤和不足, 希望各位老 師和同

4、學們給予批評指正。- 3 -華北科技學院課程設(shè)計(說明書1 礦井概述及井田地質(zhì)特征1.1礦區(qū)概述城郊井田位于河南省永城市境內(nèi),覆蓋城關(guān)鄉(xiāng)、城廂鄉(xiāng)的全部及侯嶺、雙橋、十八 里、將口鄉(xiāng)的一部分。南北長約 5.4km ,東西寬約 圖 1-1城郊礦交通位置圖3.5km , 勘探面積約 17km 2, 生產(chǎn)能力為 1.5Mt/a。 礦井北臨陳四樓井田, 南接新橋井田, 地理坐標為:東經(jīng) 116º17 30116º25 21,北緯 33º53 5234º00 35。 井田內(nèi)地勢平坦、交通方便。永城市西北至隴海鐵路商丘東站約 95km ,夏邑東站 62km ;東北至京

5、滬鐵路徐州車站約 100km ,東南至宿州車站約 75km ,距京九鐵路的亳州 車站 55km ,且均有柏油公路相通。鄉(xiāng)村之間公路相通(見圖 1-1 。城郊井田位于淮河沖積平原的東部 , 地勢平坦, 海拔標高在 +31+35m之間, 相對 高差 23m ,微向東南傾斜。區(qū)內(nèi)新生界松散沉積物廣泛分布,厚度一般為 220m 左右。 工業(yè)廣場標高 +35m。- 4 -華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 城郊井田內(nèi)地表水系不發(fā)育, 僅有淮河支流的沱河從本區(qū)最北部自西向東流過, 沱 河源于商丘北側(cè)響河,雨季流量劇增,旱季干涸無水,屬季節(jié)性河流。實測最高洪水位 標高 +34.79m, (1963年 8月 9日

6、 ,年平均水位標高 +30.39m,最大流量 384m 3/s(1963年 8月 9日 ,年平均流量一般為 12m 3/s。其上游永城市段常年關(guān)閘蓄水,致使下游 斷流無水。本區(qū)地處中緯 34º附近,屬半干旱、半濕潤季風型氣候,蒸發(fā)量大于降雨量,干濕 差大,四季分明。年平均氣溫 14.3 ,日最高氣溫 41.5,日最低氣溫為 -23.4。 年平均降水量 962.9, 年最大降水量 1518.6, 年最小降水量 556.2mm 。 大氣降水量 多集中在 78月份,可占全年降水量的 50%以上,年蒸發(fā)量 1808.9mm 。永城地區(qū)受地震 影響不大,地震烈度小于 6度。1.2井田地質(zhì)特征本

7、井田位于北北東向的永城隱伏背斜的一部分,總體為一向西偏南的單斜構(gòu)造,傾 角平緩,一般為 4.3° 9.7°。井田內(nèi)大部分區(qū)段發(fā)育有寬緩褶曲,局部地層走向和 傾向有波狀起伏現(xiàn)象。本井田累計完成鉆孔 335個,進尺 191546.11米,其中本隊施工 鉆孔 305個,外單位施工鉆孔 30個,精查鉆孔 119個,綜合驗收評級結(jié)果甲級 87個, 占 73.1%,乙級 28個,占 23.5%,丙級 4個,占 3.4% 。全井田共穿煤層 729層次,見 煤點質(zhì)量評級結(jié)果, 甲級 249個, 占 34.2%, 乙級 479個, 占 65.7%, 丙級 1個, 占 0.1% 。 打薄打丟的

8、煤層均經(jīng)測井補救合格。本井田的勘探類型為二類(偏簡單二型。依據(jù)規(guī) 范規(guī)定的工業(yè)指標及同設(shè)計部門的水平劃分方案,選擇塊段法計算儲量。本井田含煤地層自下而上依次為上石炭統(tǒng)太原組,下二疊統(tǒng)山西組,下石盒子組及 上二疊統(tǒng)上石盒子組,如圖 1-2。井田內(nèi)褶皺構(gòu)造均屬褶幅不大的隆起和凹陷。主要有:蔣閣向斜(短軸向斜 、馬 崗背斜(短軸背斜 、城郊向斜,其位于永城縣城東關(guān)及城廂鄉(xiāng)之東,馬崗背斜之西總 體走向近南北,兩翼傾角 10°左右,呈構(gòu)造盆地狀。此外還有 F14、 F5兩個斷層, F14斷層位于井田邊界, 控制長度約 4.3km , 走向北東 80°左右, 傾向北傾角 70°

9、;, 為一北 盤下降的正斷層,中斷落差較大約 65m 。 F5斷層位于井田東部,控制長度約 5km ,北端 延出井田外趨于消失,走向北北東 15°左右,傾向南東東,傾角 80°,為一東盤下降 的正斷層?？傊?北北東向斷層構(gòu)造居主導地位,其次是近東西向構(gòu)造,局部發(fā)育有北 西向構(gòu)造?？傮w構(gòu)造特征是以寬緩褶皺為主,伴隨一定數(shù)量的斷裂構(gòu)造,且多集中在表 - 5 -華北科技學院課程設(shè)計(說明書- 6 -新生界松散層劃分為四個含水層組及四個隔水層組, 由于新生界底部砂層少, 富水 性又弱,與基巖之間有平均厚 44.29m 的粘土隔水層,對礦床一般無充水影響。煤層頂 板砂巖裂隙水是礦床主

10、要直接充水的水源,但由于井田內(nèi)砂巖富水性很弱,滲透性差, 徑流滯緩,補給源不足,故對將來的礦床開采一般不會造成太大的威脅。太原組上段灰?guī)r是開采二 2煤層的間接充水含水層,二 2煤底板下距 K 3(L 11灰?guī)r, 平均厚 1.64m 平均距離 50m ,距 L 8灰?guī)r(平均厚 10.49m 平均距離 80m , L 8上距 L 11一 般平均在 30m 左右,其間又有泥巖,砂質(zhì)泥巖相隔,基本無水力聯(lián)系,因此,如不受斷 裂構(gòu)造影響,正常情況下不會造成突水。井田斷層富水性微弱,具有一定的隔水性能, 一般情況下不會發(fā)生大導水威脅。綜上所述, 本井田是一個與外部水力聯(lián)系微弱, 補給不足的較完整的獨立水文

11、地質(zhì) 單元,開采煤層遠離地表水體,無流水影響,間接充水巖層“灰?guī)r”雖然單位涌水量較 大, 局部在斷層處有與煤層對接的可能性, 如留好煤柱, 遠離斷層, 一般是不會突水的, 本礦井水文地質(zhì),工程地質(zhì)條件屬中等類型。礦井正常涌水量 1180m 3/h,考慮上段灰?guī)r突水,最大涌水量為 1917m 3/h,目前礦井 涌水量為 1100m 3/h。1.3煤層特征本井田的主要含煤地層有下二疊統(tǒng)山西組(P 1s ,煤層總厚度平均 10.21m ,總的含 煤系數(shù)為 5.93%。下二疊統(tǒng)山西組(P 1s 含二煤組,由 13個分層組成,分層編號從 下至上分別為二 1、二 2、二 3,煤層平均總厚度為 8.84m

12、,含煤系數(shù)為 3.8%。下石盒子 組(P 1x 含三煤組,由 47個分層組成,分層編號從下至上分別為三 1、三 21、三 22、 三 3、三 4、 、三 5、 、 、 、 三 6及三 7。煤層總厚度為 6.27m ,含煤系數(shù)為 9.0%。井田內(nèi)二 2、三1、三 22、 、三 4煤層為可采煤層,詳見煤層情況一覽表 。煤層埋深大于 235m 時,煤層基本正常, 但局部較深的部位有風化現(xiàn)象, 參考鄰區(qū)陳四樓井田所確定的風化帶深度為 21m ,故認為本井田風化帶的深度為 20m 合適。華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 - 7 - 城 郊 煤 礦 綜 合 柱 狀 圖華北科技學院課程設(shè)計(說明書1:1000

13、 二 2煤層屬低灰分,特低硫,特低磷,高發(fā)熱量,易選的優(yōu)質(zhì)無煙煤。首先可作為 化工用煤, 包括氣化用煤及發(fā)生爐煤氣用煤和化肥用煤, 其次作為動力用煤及民用燃料 等。- 8 -華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 注:最小值 最大值 /算術(shù)平均值(樣品個數(shù)(1煤層頂?shù)装迦航M煤層直接頂板,底板主要為薄層狀泥巖,砂質(zhì)泥巖,局部為粉砂巖,抗壓強 度一般小于 600kg/cm2(局部大于 600kg/cm2 ,穩(wěn)定性差,管理有一定困難。二 2煤層直接頂,底板多為細中粒砂巖,厚層狀泥巖(厚度一般大于 5m ,局部為 砂質(zhì)泥巖或落層狀泥巖,抗壓強度一般大于 600kg/cm2 ,巖石的完整性,穩(wěn)定性較好, 頂板

14、易于管理,底板一般不易發(fā)生底鼓。(2瓦斯、煤塵等井田中各煤層沼氣含量一般小于 0.5cm3/g, 屬低沼氣礦井。 各煤層均無煤塵爆炸危 險。各煤層均屬不自燃發(fā)火煤層。煤的硬度系數(shù)為 f = 0.92 。(3地溫井田內(nèi)地溫僅隨深度的增加而增加。井田的平均地濁梯度為 2.670C/100m,從地溫 梯度看,淺部地溫梯度較高,深部地溫梯度較低。從二 2煤層地溫等值線圖上看出,等溫線與煤層底板等高線基本平行,二 2煤層 -500m 以淺的地溫一般低于 26。- 9 -華北科技學院課程設(shè)計(說明書2 井田境界和儲量2.1井田境界井田劃分的原則有:(1要充分利用自然條件劃分井田;(2要有與礦區(qū)開發(fā)強度相適

15、應(yīng)的礦井數(shù)目和井田范圍;(3照顧全局;(4為礦井發(fā)展留有余地;(5直(折線原則;(6安全經(jīng)濟效果好;根據(jù)以上的劃分原則,再結(jié)合城郊礦的實際情況,將其邊界做如下劃分:北西以正 斷層 F14為邊界; 南東以正斷層 F5為邊界; 北東以煤層露頭和永城集團人為劃分的 井田邊界線 -280m 等高線為界;南以永城集團人為劃分的 -580m 等高線井田邊界線作為 邊界;由于本井田邊界一部分以自然條件為劃分依據(jù),另一部分以永城集團根據(jù)礦井的發(fā) 展戰(zhàn)略而劃分的。在以兩個正斷層劃分的邊界處, F14斷層落差達 17-107m , F5斷層落 差達 42-135 m ,并且這兩處的煤層不很穩(wěn)定,由此可見,這兩處的

16、邊界均無擴大的可能 性。在人為劃分的邊界處,由于受相鄰礦區(qū)的制約和社會上各方面的因素的影響,再加 上本礦區(qū)集團總部的總體規(guī)劃,這些邊界處暫無擴大的可能性。根據(jù)埋深、井田構(gòu)造情況以及上述各項要求,本礦井井田境界確定如下:井田的走向最大長度為 5.5km ,最小長度為 3.8km ,平均長度為 4.65km 。井田的傾斜長度最大為 3.3km ,最小長度為 2.8km ,平均長度為 3.1km 。煤層的傾角最大為 8°,最小為 4°,平均為 6°。井田的水平面積為 17.6 km²2.2礦井工業(yè)儲量本井田的勘探類型當屬中等偏簡單構(gòu)造,穩(wěn)定到較穩(wěn)定的煤層?？紤]

17、習慣用法并參 考相鄰井田(勘探區(qū)的經(jīng)驗,采用較為穩(wěn)妥的作法以二類二型的基本線距進行勘探。- 10 -華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 - 11 -經(jīng)過計算穿過本煤層的鉆孔密度為 2.70個 /k,使用合理。根據(jù)本井田的地質(zhì)報告,井田的勘探類型為二類二型(偏簡單穩(wěn)定劃分各級儲量的 基本網(wǎng)度為:A級 一般 500×500(米 B級 一般 1000×1000(米 C級一般 2000×2000(米A 、 B 級儲量,允許跨越已經(jīng)查明的單個斷層,跨越時,斷層兩側(cè)各留 50米劃分為 C 級儲量。A 、 B 級儲量不與風氧化帶下界,插入的可采邊界相接觸,經(jīng)查明煤層的平均厚度為 7

18、米。根據(jù)煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范第 2-6條,礦井的設(shè)計生產(chǎn)能力一般以一個生產(chǎn)水平來 保證。 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力在 120-180萬 t/a的礦井, 礦井第一水平設(shè)計服務(wù)年限一般不 少于 30a 。1 根據(jù)井田地質(zhì)報告提供的煤層儲量計算圖計算。2 依據(jù)煤、泥炭地質(zhì)勘查煤炭資源量估算指標中無煙煤為:煤層最低可采厚度 為 0.8m ,最高灰分為 40%。最高硫分為 3%,最低發(fā)熱量為 22.1MJ/kg。3 儲量計算厚度:加石厚度不大于 0.05m 時,與煤分層合并計算,復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層的 加石總厚度不超過每分層厚度的 50%時,以各煤分層總厚度作為儲量計算厚度。4 井田內(nèi)主要煤層穩(wěn)定,厚度變化不大,煤層產(chǎn)狀平

19、緩,勘探工程分布比較均勻, 采用分段塊段的算術(shù)平均法。井田儲量的計算公式:Z =S M i r i /c o (2-1式中 煤層傾角 , (º i 煤容重 , t/m3Mi 煤層的總厚度 , m S 井田面積 , 所以 Z=1.76×107×9×1.49/cos6°+1.76×107×8×1.55/cos6° =4.57×108噸華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 - 12 -2.3 井田可采儲量要計算井田可采儲量, 首先要確定各種永久煤柱損失。 永久煤柱一般是指保護工業(yè) 廣場和井筒的工業(yè)廣場煤柱,

20、 井田境界和大斷層兩側(cè)的井田境界煤柱和斷層煤柱, 以及 保護地面建筑物、河流、鐵路等而留設(shè)的保護煤柱等。1 工業(yè)廣場保護煤柱受保護面積邊界是由受保護建筑物和主要井筒的邊界向外加上一部分備用量即維 護帶確定的。 受保護建筑物邊界一般不是直接以被保護建筑物的外邊界為準, 而是取平 行于煤層走向或傾斜方向的與受保護建筑物外緣相連的直線所圍成的面積, 作為受保護 建筑物的邊界。地面建筑物和主要井筒的保護煤柱是從受保護的邊界起,按基巖移動角 、 和 及表土層移動角 Ø所做的保護平面與煤層的交線來確定。 煤層群開采時, 應(yīng)采用重復(fù)采 動條件下的移動角值。基巖移動角和表土層移動角如圖 2-3-1所

21、示。圖 2-3-1 巖層移動角示意圖安全煤柱的留設(shè)與計算一般用垂直斷面法求得。 煤柱的留設(shè)的計算方法與步驟如下: 確定受保護面積如圖所示, 在開拓平面圖上通過建筑物四個角分別做平行與煤層走向和傾斜的四條 直線,得矩形 abcd 。在矩形的外緣加上 20m 寬的維護帶,得受保護面積 a b c d 。 - 斷 面 - 斷 面 建 筑物 的長軸 方煤 層圍 護 帶圖 2-3-2 用垂直斷面法確定建筑物下安全煤柱華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 確定受保護煤柱通過受保護面積中心作一沿煤層傾斜剖面 1在這個剖面上,由維護帶的邊緣點 m 1, n 1起在表土層以 =45º劃兩條保護線,即 m 1

22、m 2, n 121n 2。然后在基巖中在下山和上山方 向按上山移動角 =75º和下山移動角 =70º作保護線,與煤層相交得 n 和 k ,則通過 n 和 k 的走向線分別為保護煤柱的上部和下部邊界。以同樣的方法在平行煤層走向的 剖面 2, 按走向移動角 =75º作保護線, 得沿走向的煤柱邊界 A B 和 C D , 將 n k 和 A B , C D 均繪制在平面圖上,即得保護煤柱邊界 ABCD 。煤柱是一個梯形。 煤柱煤量計算工業(yè)場地煤柱煤量 =梯形面積 *煤層平均厚度 *煤層平均密度工業(yè)廣場面積的取值,依據(jù)設(shè)計井型大小按煤礦設(shè)計規(guī)范中煤礦工業(yè)廣場占 地指標所

23、列數(shù)值的規(guī)定選取。表 2-1工業(yè)廣場占地指標表 注:指標中小井取大值,大井取小值本礦井井型為 400萬噸 /年,工業(yè)廣場占地面積為:400÷10×0.5×10000×=2.0×105 m 2設(shè)計工業(yè)廣場形狀為長方形, 長為 500 m, 寬為 400m 。 礦井的表土層厚度為 80米, 煤層平均傾角 6º, =75º, 則 =70º, =6º, 沖擊層移動角 =45º, 圍護帶寬度為 20m 。 經(jīng)計算得:梯形高度 h=989.6m梯形上底 AB=801.2m梯形下底 CD=865.5m得 S

24、底 =1/2×(801.2+865.5 ×989.6=82.47×104 m 2工業(yè)廣場保護煤柱煤量 = 梯形面積 ×煤層平均厚度 ×煤層平均密度所以 7煤層工業(yè)場地煤柱量=82.47×104×9×1.49=11.0×106t8煤層工業(yè)場地煤柱量=82.47×104×8×1.55=10.0×106t故總工業(yè)場地煤柱損失量=21.0×106t 。 斷層保護煤柱根據(jù)采礦工程設(shè)計手冊 ,為保護礦井的安全生產(chǎn),本井田無特大的斷層,只有 一些較小斷層,所有斷層長度總

25、為 1562.5m ,斷層兩側(cè)各留設(shè) 50m 的保護煤柱。- 13 -華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 - 14 -斷層保護煤柱煤量=斷層長度 ×煤柱寬度 ×煤層厚度 ×煤的平均密度:故斷層保護煤柱煤量=1562.5×50×2×9×1.49+1562.5×50×2×8×1.55=4.0×106t 邊界保護煤柱根據(jù)井田邊界的地質(zhì)情況, 井田邊界防水安全煤柱為 20m , 防水煤柱約長為則留設(shè) 井田邊界防水安全煤柱的儲量為 9.24×106t 。礦井可采儲量的計算公式為:

26、C Z =(Z -P C (2-2 式中 Z 礦井可采儲量Zc 礦井工業(yè)儲量P 各種永久煤柱煤量損失之和C 采區(qū)回采率, 厚煤層不低于 0.75, 中厚煤層不低于 0.80, 薄煤層不低于 0.85Z =(4.57×108-0.21×108-0.04×108-0.0924×108 ×75%=3.2×108 t所以設(shè)計礦井可采儲量為 3.2×108 t。3 礦井工作制度和設(shè)計生產(chǎn)能力3.1 礦井工作制度礦井設(shè)計生產(chǎn)能力按工作日 330 d 計算。每天 4班作業(yè),每天凈提升時間為 16 h。 因此,設(shè)計時按礦井年工作日 330

27、d,每天 4班作業(yè),每天提升能力為 16小時設(shè)計。隨著社會進步和勞動制度改革,目前綜采多采用四六制,每班工作六小時,三班出 煤一班檢修,以縮短煤礦工人的輔助勞動時間,以減輕工人的勞動強度。所以本礦井計 劃采用 “ 四六 ” 工作制度。3.2 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限對于儲量豐富,地質(zhì)構(gòu)造簡單,煤層生產(chǎn)能力大,開采技術(shù)條件好的礦區(qū)宜建設(shè) 大型礦井。當煤層賦存深,表土層厚,沖積層含水豐富,井筒需要特殊施工時,為擴大開采范 圍降低噸煤成本,建設(shè)大型礦井較為合理。對煤層生產(chǎn)能力大,地形地貌復(fù)雜的礦區(qū),工業(yè)廣場不易選擇和布置,為避免過 多的地面工程,井型應(yīng)當定大一些,儲量不豐富,煤層生產(chǎn)能力不大,或為

28、薄煤層,或地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,或有煤與瓦斯華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 - 15 -突出危險,宜建中小礦井。由于本礦井煤層賦存較深,表土層較厚,且儲量豐富,沒有煤與瓦斯突出危險。 因此,可以設(shè)計為大型礦井。綜合考慮各方面因素,初步確定本礦井的設(shè)計生產(chǎn)能力為 400萬噸 /年。1 校核礦井煤層的開采能力是否滿足設(shè)計生產(chǎn)能力的要求礦井的開采能力取決于回采工作面和采區(qū)的生產(chǎn)能力,本礦井計劃用一個采區(qū)的 一個高產(chǎn)、高效工作面保證全礦井的產(chǎn)量。主采煤層厚度 9.0m ,工作面長度 200 m , 采煤機截深 0.6m ,每天進 9刀,一年 330 d ,工作面回采率 90% ,則 綜采面的生產(chǎn)能 力為:20

29、0×9.0×0.6×9×330×1.49×90%=430.2萬噸由于掘進出煤約占礦井產(chǎn)量的 10%, 等于 40萬噸。 430.3+40=470.3>400萬噸每年。 故能夠滿足礦井設(shè)計生產(chǎn)能力的要求。2 校核各種輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能力根據(jù)后面礦井運輸提升部分的設(shè)計可知, 礦井的各種輔助運輸能力都能滿足礦井生 產(chǎn)能力的要求。3 校核儲量條件礦井的設(shè)計生產(chǎn)能力應(yīng)與礦井儲量相適應(yīng), 以保證礦井有合理的服務(wù)年限。 新建礦 井及水平服務(wù)年限見表 3-1。礦井服務(wù)年限可用下式計算:/ T Z A K (3-1式中 T 礦井設(shè)計服務(wù)年限, aZ

30、 礦井可采儲量,萬 tA 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力,萬 t/aK 儲量備用系數(shù),這里取 1.3對于本礦井T =3.2×108 /(4.0×106×1.3 = 61.54a華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 同理可計算出第一水平的服務(wù)年限為 32a 。設(shè)計規(guī)范規(guī)定:400萬 t/a大型礦井的服務(wù)年限不小于 60a ,開采傾角 025º煤層 的礦井,第一水平服務(wù)年限不小于 30a 。經(jīng)校核儲量條件滿足設(shè)計生產(chǎn)能力的要求。4 校核安全條件全礦井瓦斯絕對涌出量為 10.214 m 3/min,相對涌出量為 1.790m 3/t,二氧化碳絕對 涌出量為 22.349 m3/m

31、in, 相對涌出量為 3.918m 3/t, 礦井瓦斯等級為低瓦斯礦井。 7煤層、 8煤層自燃傾向性為自燃。煤與瓦斯突出及沖擊地壓危險性小。涌水量很大。根據(jù)以上 條件, 本礦采用中央并列式通風, 工作面采用 U 型通風。 在副井中鋪設(shè)四趟排水管道可 滿足排水的要求。煤自燃的預(yù)防,可在開拓、回采工藝、巷道布置、監(jiān)測等方面來采取 措施。綜上所述,本礦井的設(shè)計生產(chǎn)能力為 400萬噸 /年。4 井田開拓4.1 井田開拓的基本問題1 井筒形式選擇的一般標準煤層賦存和地形等條件具有平硐開拓條件時, 應(yīng)首先考慮采用平硐開拓。 當平硐以 上煤層垂高或斜長過大時,多開地面出口有利時,可采用階梯平硐開拓。對于煤層

32、賦存較淺,表土層不厚,水文地質(zhì)條件簡單的緩傾斜、傾斜煤層,應(yīng)盡 量采用斜井開拓。各種提升方式的斜井井筒傾角一般規(guī)定如下:串車提升 25°箕斗提升 25-35°輸送機 16°對于有條件的礦井,在急需煤炭地區(qū),其淺部可采用片盤斜井開拓,提前出煤,由 小到大,然后集中斜井開拓。片盤斜井可一個片盤生產(chǎn),一個片盤準備。采用立井開拓的一般條件為: 煤層賦存較深或沖積層較厚時; 水文地質(zhì)條件復(fù)雜,井筒需要特殊施工時; 多水平開拓的急傾斜煤層; 其他井筒形式無法開拓的條件。根據(jù)井田特點,結(jié)合地面布置,采用單一的開拓方式不能滿足通風、安全生產(chǎn)、提 升、運輸時或單一開拓不合理時,可采

33、用平硐 立井、平硐 斜井、斜井 立井等綜合- 16 -華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 開拓方式。第一水平采用立井開拓的大中型礦井, 其延深方式可采用延深井筒方法開拓深部水 平,或采用膠帶輸送機暗斜井和至延深副井的開拓方式。當條件受限制時,主副井不能 直接延深時,也可采用暗立井延深開拓方式。大型礦井采用立井多水平開拓,而第二水平采用暗斜井延深時,暗斜井井筒個數(shù)、 主副暗斜井的提升能力, 以及通風安全等條件均應(yīng)作詳細計算, 避免出現(xiàn)暗斜井能力不 足,要特別注意副井提升能力的校核。采用立井多水平開拓時,為避免出現(xiàn)多段提升,增加生產(chǎn)環(huán)節(jié),不宜多次采用暗斜 井延深,避免增加設(shè)備占用量,增加投資費用。2

34、本礦井的井筒形式由于礦井煤層埋藏較深,沖積層厚度中等,斜長較大,所以,本礦井采用立井單水 平開拓方式。3 井筒數(shù)目采用斜井或立井開拓時, 新建礦井一般要開鑿一對井筒, 滿足提升和輔助運輸?shù)男?要并滿足礦井通風和施工的需要。 風井的個數(shù)是根據(jù)通風系統(tǒng)要求以及安全生產(chǎn)的需要 合理確定的。若采用主井通風,用箕斗或膠帶輸送機井筒做風井時,應(yīng)符合煤礦安全 規(guī)程的規(guī)定。綜合考慮后確定布置 1 個主井、 1 個副井、 1 個風井。1 工業(yè)廣場及井口位置確定的原則 對初期開采有利,即儲量必須可靠,井巷工程量省,建井工期較短。 應(yīng)使井田兩翼儲量大致平衡,即井筒應(yīng)位于儲量中心,利于井下運輸、通風和開采系統(tǒng)布置,減

35、少生產(chǎn)經(jīng)營費用。 盡量不占良田、少占農(nóng)田。充分利用地形地貌布置工業(yè)廣場,以便使地面生產(chǎn) 系統(tǒng)合理,便于與外界溝通,使運輸方便。 井筒應(yīng)盡量避免穿過流沙層、較大含水層、較厚的沖積層、有煤和瓦斯突出的 煤層以及較大面積的采空區(qū)和大斷層,以減少施工困難,并盡量少壓煤。 工業(yè)廣場和井筒應(yīng)有良好的工程地質(zhì)條件,不受洪水、巖崩、泥石流、滑坡及 森林火災(zāi)的威脅。 用斜井開拓時,應(yīng)考慮井筒層位的合理選擇,考慮其經(jīng)濟技術(shù)的合理性。 城郊礦工業(yè)廣場和主副井井口布置在井田走向的中央, 對于本礦井井田走向中央也 大致是井田儲量中央。2 風井位置的確定風井位置應(yīng)根據(jù)通風系統(tǒng)合理選擇。- 17 -華北科技學院課程設(shè)計 (

36、說明書 采用中央邊界式通風系統(tǒng)時,主、副井筒設(shè)在井田儲量中央,風井設(shè)在井田上 部邊界中央。 采用中央并列式通風系統(tǒng)時,進、回風井并列在工業(yè)廣場內(nèi)。一般可利用其一 井筒進風,另一井筒回風,主副井筒相距 3050m 。大型礦井相距可達 60100m ,并 在井田上部邊界附近設(shè)安全出口,如果礦井水文地質(zhì)條件簡單,無突水危險時,且主副 井筒均能上下人員,也可以單獨設(shè)置安全出口。 采用對角式通風系統(tǒng)時,風井設(shè)在井田兩翼上部邊界。 采用分區(qū)式通風系統(tǒng)時,回風井設(shè)在各采區(qū)的上部邊界。根據(jù)城郊礦的生產(chǎn)實際:產(chǎn)量為 400萬噸 /年,該礦井瓦斯涌出量低,本礦井開采 前期采用中央并列式通風。4.2 井田開拓設(shè)計方

37、案比較以上所提的四個方案初期的井筒布置形式和數(shù)目均相同。 區(qū)別在于第二水平的延深 方式不同及部分基建、生產(chǎn)費用不同。方案一為單水平開拓,上下山開采。水平標高為 -530m ,采用仰俯斜開采,開采可 保證生稀罕合理及中華,穩(wěn)定生產(chǎn),節(jié)省總井巷工程量,但俯斜開采時通風、排水方面 比較困難,在深部開采時延深測井筒長度較大。方案二為暗斜井延深主副井, 暗斜井延深的特點是延深與生產(chǎn)互不干擾, 暗斜井的 表 4-2 城郊礦開拓方案比較 - 18 -華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 c 方案三(雙立井兩水平,直接延深圖 4-1 技術(shù)可行的三種方案位置不受原井筒限制, 可選擇在對開采下部煤層有利的位置上。 缺點

38、是增加了上不 車場的工程量及運輸提升環(huán)節(jié)和設(shè)備。方案三為直接延深主副井。 直接延深可充分利用原設(shè)備、 設(shè)施, 投資少, 提升單一, 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)少, 車場工程量相對減少。 缺點是延深與生產(chǎn)互相影響。 同時提升高度的增加, 需要換原有的提升設(shè)備。礦井開拓延深的原則:充分利用原有設(shè)備、設(shè)施和開拓巷道; 盡量減少對現(xiàn)有生產(chǎn)水平的影響,并有利于下水平的延深;力求生產(chǎn)系統(tǒng)簡單;臨時性 輔助工程量要少,投資少,生產(chǎn)費用低。方案一得工程量較小,水平標高 -530,俯斜開采時運輸、排水困難,相應(yīng)地增加了 - 19 -華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 運輸和排水費用。 方案二需多開暗斜井和暗斜井的車場; 并相應(yīng)地增加

39、了斜井的運輸和 排水費用。第三方案需多開立井、階段石門和立井井底車場,并相應(yīng)地增加了井筒和石 門的運輸、提升和排水費用。由技術(shù)比較可看出,在技術(shù)上三個方案都可行。二、三兩個方案均屬技術(shù)上可行的方案,水平服務(wù)年限也均符合要求(大型礦井第 一水平服務(wù)年限應(yīng)大于 30年 。兩者相比,雖然方案二的總投資要比方案三高些,但是 其初期投資較少,因此兩方案要通過經(jīng)濟比較才能夠確定其優(yōu)劣。根據(jù)上述的比較, 確定了適合本礦的開拓方案有兩個, 為了確定最終經(jīng)濟上合理開 拓方案,對兩方案進行經(jīng)濟比較,見表 4-3 4-7。表 4-3 基建工程量 從前面表格中的計算可以看出, 方案三的總費用要比方案二的高出 10.1

40、%, 很明顯 方案二要比方案三優(yōu)越的多。方案一與方案二相比較,根據(jù)本井田地質(zhì)條件限制,不利于多水平開采;而方案一 有利于帶區(qū)的接續(xù),且巷道利用率高,噸煤成本相對較低。故而采用方案一的水平劃分 方法,即劃分一個開采水平。表 4-4基建費 - 20 -華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 表 4-5 生產(chǎn)經(jīng)營工程量 表 4-6 生產(chǎn)經(jīng)營費 綜合上述各方案的技術(shù)比較和經(jīng)濟比較, 確定采用方案一為本礦井的開拓方案, 即 表 4-7 綜合比較 采用立井單水平開拓,水平標高 -530m ,采用仰俯斜開采。- 21 -華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 4.3 礦井基本巷道礦井共有三個井筒,分別為主立井、副立井、回風

41、井。1 主立井位于礦井工業(yè)場地內(nèi),擔負礦井 4.0Mt/a的煤炭運輸兼進風任務(wù)。井筒內(nèi) 裝備兩對 12噸底卸式箕斗,井筒直徑為 6m ,凈斷面積 28.27,基巖段及表土段毛面 積 38.48,井筒情況及特征見圖 4-2。2 副立井位于礦井工業(yè)場地內(nèi),擔負礦井輔助運輸兼進風任務(wù)。井筒內(nèi)裝備雙層單 車 3t 普通罐籠, 井筒直徑為 6.5m , 凈斷面積 33.18, 基巖段及表土段毛面積 44.18, 井筒情況及特征見圖 4-3。3 風井位于礦井工業(yè)場地內(nèi), 布置在 8號煤底板巖層中, 井筒直徑 6.5m , 凈斷面積 33.18 - 22 - - 23 - 華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 -

42、 24 -礦井為立井開拓, 煤炭由主立井箕斗提升到地面; 物料及人員由副立井罐籠送至井 底車場,在井底車場換裝,由軌道礦車運到采區(qū)或其他所需位置;矸石由礦車運至井底 車場,由副立井罐籠提至地面。1 井底車場形式及布置方式本設(shè)計井底車場設(shè)在 -580m 水平,車場位置無斷層,圍巖穩(wěn)定,設(shè)計井型為 400萬 t/a,采用兩水平立井直接延伸開拓。井底車場如圖 4-3-4所示。16791113141517圖 4-5 井底車場示意圖1-主井; 2-副井; 3-翻籠硐室; 4-井底煤倉; 5-箕斗裝載室; 6井底清理斜巷; 7-中央變電所; 8-水泵房; 9-等候室; 10-調(diào)度室; 11-工具室; 12

43、-水倉; 13-主井空車線; 14-主井重車線; 15-副井重 車線 ;16-副井空車線; 17-回車線運輸大巷采用機車運行時, 根據(jù)所選用的電機車類型、 礦車規(guī)格、 驗算主、 副井空, 垂車線長度是否符合設(shè)計規(guī)范要求。 設(shè)計規(guī)范規(guī)定:“ 主井空,垂車線長度應(yīng)各 能容納 1.5-2列車 ” ; “ 副井進出車線的長度,大型礦井應(yīng)各能容納 1-1.5列車 ” ?？捎孟铝泄竭M行驗算:+123L =m n L L +L (4-1式中 L 空重車線長度, m華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 m 列車數(shù),應(yīng)分別為 1.5-2.0,或 1.0-1.5n 每列車礦車數(shù)L 1-一輛礦車長度, mL 2-電機車

44、長度, mL 2-電機車制動距離,一般為 12-15m由于采用皮帶機運送煤炭到井底煤倉, 所以不需要計算主井空重車線, 只需計算副 井車線即可。由上述計算公式可得:副井空重車線長度:L 副 =1.5×16×3.15 +5.0+12=92.6m2 硐室井底車場硐室主要有:井底換裝站、井底煤倉、主變電所、主排水泵房、消防材料 庫、井底清理斜巷、水倉、調(diào)度室、等候室、機頭硐室及各種聯(lián)絡(luò)巷道等。井底煤倉主井井底煤倉為一垂直圓斷面煤倉,坐落于主立井底端煤倉直徑為 8.0m 有效裝載 高度為 24.8m ,經(jīng)計算煤倉容量為 1800t 。膠帶輸送機的寬度為 1000mm ,運輸能力為

45、630t/h, 主井提升能力為 520t/h, 兩者之差 110t/h, 故主井井底煤倉的設(shè)置有利于主井的 運輸能力的緩解,有利于生產(chǎn),煤倉采用上裝式布置,通過檢修清理斜巷清理。水倉布置及清理水倉布置在井底車場的空車線的北側(cè),礦井正常涌水量為 100m³/h,最大涌水量 130m³/h,所需水倉的容量為:Q0=100×8=800(m³根據(jù)水倉的布置要求,水倉的容量為:Q=S×L (4-2式中 Q-水倉容量, m³S-水倉有效面積, 6.25;L-水倉長度, m 。則:Q=6.25×320=2000m³由上面計算得知

46、 Q>Q0,故設(shè)計的水倉容量滿足要求。水倉由水倉清理機通過清理斜巷進入清理。井底車場巷道及硐室除煤倉、 裝卸載硐室等采用現(xiàn)澆混凝土支護外, 采用錨桿支護, 遇圍巖破碎的地方加金屬網(wǎng)支護。主要皮帶機石門和軌道石門均布置在 7號煤層頂板中并穿過兩煤層到達所需位置, 輔助石門穿過煤層后有變坡上行到達輔運大巷, 為 6°。 輔助運輸大巷和皮帶大巷均布置 - 25 -華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 - 26 -在 7號煤底板中,距離煤層 20m ,巷道隨煤層走向變化有一定角度,一般 2° 5°。回風 大巷布置在井田上部邊界煤層底板中,通過石門與采區(qū)巷道相連,達到通風需要。主石 門、回風大巷和兩主要大巷斷面及巷道特征見下圖。圖 4-6 運輸大巷斷面圖圖 4-7 軌道大巷及石門斷面圖華北科技學院課程設(shè)計 (說明書 圖 4-8