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采矿工程论文终稿
榆树湾煤矿8Mt/a新井初步设计
专业:
采矿工程
学习中心:
姓名:
摘要………………………………………………………………………………………Ⅲ
ABSTRACT……………………………………………………………………………………Ⅳ
1井田概况及建设条件…………………………………………………………1
1.1井田概况………………………………………………………………………1
1.2矿井建设的资源条件…………………………………………………………3
2井田开拓………………………………………………………………………6
2.1井田境界及资源量……………………………………………………………6
2.2矿井设计生产能力及服务年限………………………………………………7
2.3井田开拓……………………………………………………………………7
2.4井筒…………………………………………………………………………10
3大巷运输及设备……………………………………………………………10
3.1煤炭运输方式的选择…………………………………………………………10
3.2辅助运输方式的选择…………………………………………………………11
3.3主要运输大巷断面及支护型式………………………………………………11
4盘区布置及装备…………………………………………………………………………12
4.1采煤方法………………………………………………………………………12
4.2盘区布置………………………………………………………………………15
5通风与安全……………………………………………………………………………17
5.1矿井通风………………………………………………………………………17
5.2灾害预防及安全装备………………………………………………………………19
总结………………………………………………………………………………………26
致谢………………………………………………………………………………………27
参考文献…………………………………………………………………………………28
摘要
榆树湾井田储量丰富,开采条件好,十分有利于超大型安全高效矿井建设。
在总结神华神东矿区设计与建设的成功经验基础上,矿井设计的指导思想是:
坚持以经济效益为中心,走建设安全高效矿井之路,简化地面布置,优化井下开拓部署,力争用较短的工期、较少的投资,把榆树湾煤矿建成一个技术先进、经济效益好的安全高效一流矿井。
关键词:
榆树湾煤矿井田设计
Abstract
Elmbayandrichdepositsofdoublelandownershipreservesconditionsgood,verybeneficialtobuildingsecurityandefficientMassivemines.insummaryshenhuashendongMiningdesignandconstructionofsuccessfulexperiencesintheguidetodesignis:
insistedontheeconomicconstructionsafetyisthecenter,efficientlyintothepit,simplifythegroundandoptimizethedevelopmenttodeployment,withashortduration,lessinvestment,theminingyushuwanatechnological,economicefficiencyofacoalminesafety
1井田概况及建设条件
1.1井田概况
1.1.1井田位置及交通
榆树湾井田位于榆神矿区,一期规划区中部,是榆神矿区一期建设的重点煤矿,行政区划隶属榆林市榆阳区金鸡滩乡和大河塔乡及神木县大保当乡管辖,地理坐标位于东经109°52'36"~110°01'2",北纬38°28'42"~38°35'56"之间。
按照国家计委2000年《关于陕西榆神矿区一期规划区总体规划的批复》,井田北与曹家滩井田相邻,西与杭来湾井田相邻,东与西湾矿田为邻,南与柳巷井田和神树畔井田相邻。
本井田位于西包铁路神延段及榆神二级公路东南侧。
西包铁路北与神朔线、大秦线、京包线,南与西康线、陇海线相连,可达我国东部各省(区)及沿海港口;沿榆神公路可进入陕西省内“米”字型公路网,并向省内外辐射,因此本区交通状况良好,运输条件方便。
井田交通位置图见图1-1-1。
1.1.2自然地理
1.1.2.1地形地貌
榆树湾井田位于陕北黄土高原北端,毛乌素沙漠东南缘,区内大部分为典型的风成
沙丘及风沙滩地地貌,以半固定及固定沙为主,植被较好,地势平坦开阔,仅在其东南
部古庙梁~清水河一带地形高差较大,表现为典型的黄土冲蚀地貌,植被稀疏。
井田内
图1-1-1井田交通位置图
最高处位于其西端古庙梁~柳卜界一线,最高点标高+1391.80m,最低位于西清水河内,标高约+1177.90m,最大高差214m,一般标高+1250m。
1.1.2气候
本区地处我国西部内陆,为典型的中温带半干旱大陆性季风气候,冬季寒冷,春季多风,夏季炎热,秋季凉爽,四季冷热多变,昼夜温差悬殊,干旱少雨,蒸发量大,降雨多集中在七、八、九三个月,全年无霜期短,十月初上冻,次年四月解冻。
最大冻土深度为146cm,元月初至五月初为季风期,多为西北风,多年平均风速1.76m/s,最大风速为15.7m/s,年平均气温8.8℃;极端最高气温38.6℃,极端最低气温-29.7℃;年平均降雨量394.6mm;年平均蒸发量1973.8mm,是降雨量的5倍。
1.2矿井建设的资源条件
1.2.1、地层及煤层
1.2.1地质特征
1.地层
榆神矿区位于陕北侏罗纪煤田中部,属华北区鄂尔多斯盆地分区。
井田内大部分地区被风积沙所覆盖。
井田内地层由老至新有:
三叠系上统永坪组(T3y),侏罗系下统富县组(J1f),中统延安组(J2y)、直罗组(J2z),第三系上新统三趾马红土(N2)、第四系中更新统离石组(Q21)、上更新统萨拉乌素组(Q3s)、全新统风沙(Q4eol)及冲积层(Q4al)。
2.地质构造
本井田位于华北地台鄂尔多斯台向斜陕北斜坡之上,基底为坚固的前震旦系结晶岩系。
印支期及其以后的历次构造运动对本区的影响甚微,主要表现为垂直运动,仅形成一系列的假整合面或小角度的不整合面。
根据地震解释成果,井田内存在8个小断层,断层均为高角度正断层,走向NE,倾角70~75°,落差5~10m。
1.2.1煤层
1.含煤性
本煤矿延安组含有对比意义的煤层共10层。
其中主要可采煤层4层,次要可采煤层1层,不可采煤层5层,可采煤层中2-2、4-3全区可采,3-1、5-3上大部可采,为主要可采煤层,5-3煤层为局部可采煤层。
4-1、4-2、4-4、5-2、5-4煤层因可采面积小或无可采点,为不可采煤层。
1.2.1煤质
据煤层煤质分析综合成果,各煤层的化学性质及工艺性能基本相近,井田内各煤层以不粘煤31号(BN31)及长焰煤41号(CY41)为主。
煤样工业分析成果表明本区煤质优良,具低灰,低~特低硫,低磷,富油,发热量高,热稳定性好的特点,是良好的气化用煤和动力用煤。
除此外,井田内2-2煤层镜质组最大反射率,挥发份含量,灰分含量,氢含量,碳含量,碳氢比和活性组分含量符合煤的液化用原料煤的要求。
1.2.1水文地质
1.含(隔)水层水文地质特征
按地下水的赋存条件及水力特征将井田内含水层划分为新生界松散层孔隙潜水含水层和中生界碎屑岩裂隙承压水含水层。
隔水层有厚层泥岩和土层等。
2.地下水的补给、迳流、排泄条件
区内地下水主要接受大气降水入渗补给。
松散层潜水面起伏与地形起伏基本一致,径流方向主要受地形控制,流向由高至低与现代地形吻合。
其排泄方式主要以泉渗流转换成沟流地表水,此外有蒸发,垂向渗漏和人工开采。
承压水主要接受潜水越流补给及通过“天窗”的补给,径流方向基本顺岩层倾向由东向西或西南方向运移。
整体剖析本区承压水无统一的隔水顶板,无统一的补给区。
承压水含水岩层在横向上具不连续性,垂向上具分段特征。
储水空间相对封闭,水量小,水质差,排泄条件差。
3.水文地质勘探类型及矿井涌水量
本井田精查地质报告对2-2煤首采区21.5Km2的面积进行矿井涌水量预算。
认为在首采区内,导水裂隙不会沟通第四系潜水,只针对2-2煤上覆基岩水作以预算。
计算参数采用Y10号孔抽水资料。
经计算首采区矿井涌水量为8875~9040m3/d(370~377m3/h)。
设计认为上述计算结果只采用一个孔的抽水资料,对全井田而言代表性不强。
设计参照相邻大保当矿井涌水量资料(141~142m3/h)及神东矿区大柳塔矿井涌水量情况,确定矿井正常涌水量为200m3/h,最大涌水量为400m3/h。
1.2.1开采技术条件分析
1.煤层顶底板稳定性评价
(1)直接顶分类
2-2煤层直接顶岩性多为细粒砂岩、粉砂岩,厚度0~8.33m,初次垮落步距为17.8m,属2类中等稳定顶板。
(2)基本顶(老顶)分级
2-2煤层基本顶厚度3.66~53.22m,初次来压当量970~1000kN/m2,属Ⅲ级,即全区压力显现强烈。
(3)工作面煤层底板分类
本井田2-2煤层底板主要有泥质粉砂岩和粉砂质泥岩组成,允许底板单向抗压强度25.95Mpa,应属Ⅳ类,即中硬底板。
2.瓦斯
井田瓦斯成分以氮气为主,含少量二氧化碳,甲烷含量0~0.943mL/gr,daf,局部地段表现为氮气~沼气带。
矿井为低瓦斯矿井。
3.煤尘
各煤层测试的火焰长度均大于400mm,岩粉用量在60~80之间,煤的干燥无灰基挥发分(Vdaf)与固定碳(Fcdaf)之比(爆炸指数)一般远远大于10%的界限,表明本区煤层有爆炸性危险。
2008年12月31日,由国家安全生产重庆矿用设备检测检验中心提供的2-2煤层煤尘爆炸性检验报告,测试火焰长度大于400mm,最低岩粉添加量90%,2-2煤层为具有煤尘爆炸危险煤层。
4.煤的自燃
地质报告根据还原样燃点与氧化样燃点之差值ΔT1-3℃及还原样燃点确定,2-2煤层属不自燃~不易自燃煤层,3-1、4-3煤层属不易自燃煤层。
5.地温
本井田地温梯度为2.12℃/100m,为地温正常区,无地热危害。
2井田开拓
2.1井田境界及资源量
2.1.1井田境界
榆树湾井东西宽约12km,南北长约13.5km,面积90.9045km2。
2.1.2矿井资源/储量评价和分类
矿井资源/储量
榆树湾煤矿保有资源/储量1783.38Mt,其中111b级储量327.88Mt,122b级储量540.83Mt,332资源量157.32Mt,333资源量706.58Mt,次边际经济资源量(2S22+2S11)5077Mt。
2.1.3矿井工业资源/储量
矿井工业资源/储量=111b+122b+333k
=1712.72Mt
k-333资源量的折减系数,本矿井地质构造相对简单,勘探程度较高,因此根据设计规范333的折减系数按照0.9考虑。
根据计算,矿井工业资源/储量为1712.72Mt。
2.1.4矿井设计资源/储量
矿井设计资源/储量为矿井工业资源/储量减去设计计算的铁路煤柱、水库煤柱、井田境界煤柱等永久保护煤柱损失后的资源/储量。
经计算矿井永久煤柱损失为218.96Mt,则矿井设计资源/储量为1493.76Mt。
2.1.5矿井设计可采储量
矿井设计可采储量为矿井设计资源/储量减去工业场地和主要井巷煤柱的煤量后乘以采区回采率的资源/储量。
采区回采率根据《煤炭工业矿井设计规范》第2.1.3之规定,厚煤层采区回采率75%,薄煤层采区回采率85%,中厚煤层采区回采率80%。
经计算,矿井设计可采储量为1035.87Mt,其中2-2煤层为759.14Mt,详见表2-1-5。
2.2矿井设计生产能力及服务年限
2.2.1矿井工作制度
矿井年工作日为330天。
设计矿井井下工作制度采用“四.六”制,三班生产,一班准备;地面“三.八”制,二班生产,一班准备,日净提升时间16小时。
2.2.2矿井生产能力及服务年限
2.2.2矿井生产能力
按照设计委托及国家发改委的批复,矿井建设规模8.0Mt/a。
根据榆树湾井田的内、外部建设条件,经分析比较后,设计认为矿井生产能力确定为8.0Mt/a是合理的,其理由如下:
1.资源量丰富
2.煤层开采技术条件优越
3.煤层埋藏浅,开采系统简单
4.煤质及市场条件好
榆树湾矿井优越的资源条件、建井条件、外部运输条件和市场环境条件,有利于把榆树湾矿井建成一个高产高效的特大型矿井。
借鉴大柳塔、榆家梁矿井生产和建设中取得的先进经验,矿井设计生产能力8.00Mt/a是合理和可行的。
2.2.2矿井服务年限
矿井生产能力8.0Mt/a,资源储量1783.38Mt,计算矿井可采储量1035.87Mt,考虑1.4的储量备用系数,计算矿井服务年限为92.5a。
其中,首采的2-2煤层可采储量759.14Mt,服务年限67.8a。
2.3井田开拓
2.3.1工业场地位置
根据榆树湾井田地形地貌、铁路装车站及液化厂位置,矿井工业场地位于井田西北边界,神延铁路与榆神公路之间,场地距西南部的曹家伙场集装站约2km。
2.3.2井田开拓
2.3.2开拓方式
由于本矿井已按原设计开工建设,因此本次修改仍维持原初步设计推荐开拓方式不变,开拓方案阐述如下:
工业场地位于井田西北边界,神延铁路与榆神公路之间,场地标高+1285m,2-2煤在此处埋深约280m。
采用斜井开拓方式,初期开凿主斜井、副斜井和一号回风立井,后期在井田中部开凿二、三号回风立井,并作为后期安全出口。
矿井主、副斜井口位于矿井工业场地内,一号回风立井位于矿井工业场地东北侧约1km处,与110kV榆树湾变电所相邻。
1.主斜井:
为胶带输送机斜井,井筒倾角14°,斜长1276m,铺设阻燃型钢绳芯胶带输送机,带宽1600mm,采用轨道检修,井筒净宽5000mm,净断面积17.3m2,井筒表土段混凝土支护、基岩段锚喷支护,掘进断面积分别为22.2m2、19.2m2,主要用于运煤兼作进风及安全出口。
2.副斜井:
为无轨胶轮车提升,井筒倾角5°,斜长3375.5m,中间设水平缓冲段,以适应无轨胶轮车长距离爬坡的需要。
井筒净宽5000mm,净断面积17.8m2,井筒表土段混凝土支护、基岩段锚喷支护,掘进断面积分别为24.2m2、20.5m2,主要用于辅助运输和进风,并兼作安全出口。
3.一号回风立井:
井筒直径6000mm,净断面积28.3m2,井筒垂深293m,采用混凝土支护,掘进断面积37.4m2,主要用于回风。
4.二号回风立井:
井筒直径5000mm,净断面积19.6m2,井筒垂深418m,采用混凝土支护,掘进断面积28.3m2,主要用于回风及安全出口。
5.三号回风立井:
井筒直径5000mm,净断面积19.6m2,井筒垂深360m,采用混凝土支护,掘进断面积28.3m
2,主要用于回风及安全出口。
分煤层设大巷,每个煤层作为一个开采水平,即矿井划分为四个开采水平,一水平开拓2-2煤层,二水平开拓3-1煤层,三水平开拓4-3,四水平开拓5-3上煤层。
主运输、辅助运输通过暗斜井与下部各煤层联系,井下辅助运输采用无轨胶轮车。
回风通过回风立井延深与各水平沟通。
各煤层均设一组开拓大巷,大巷自井田西北边界的井底向井田东南边界布置,井田开拓方式。
2.3.2水平划分
榆树湾井田主要可采煤层4层,其中最上部的2-2煤层厚10.93~12.51m,平均11.79m;3-1、4-3、5-3上煤层主要为中厚煤层和薄煤层,矿井初期开采2-2煤层。
由于各煤层无联合开采的条件,根据井下主、辅运输方式,设计确定分煤层设大巷,每个煤层作为一个开采水平,即矿井划分为四个开采水平,一水平开拓2-2煤层,水平标高+1005.0m,二水平开拓3-1煤层,水平标高+976.0m,三水平开拓4-3,水平标高+923.0m,四水平开拓5-3、5-3上煤层,水平标高+867.0m。
各水平间主辅运输采用暗斜井联系,回风通过延深回风立井实现。
2.3.2大巷布置及层位
根据井田煤层赋存特征,各煤层均设一组开拓大巷,大巷自井田西北边界的井底向井田东南边界布置,矿井采用大巷条带开采,不设盘区巷。
根据矿井开拓方案,大巷将井田分成东西两翼。
根据确定的矿井开拓方案及水平划分原则,设计一水平大巷布置在2-2煤层中,二水平大巷布置在3-1煤层中,三水平大巷布置在4-3煤层中,四水平大巷布置在5-3上煤层中,即矿井大巷沿煤层布置。
由于各煤层煤质坚硬,顶底板稳定,为了降低巷道掘进费用,加快建设步伐,设计将各水平的开拓大巷均布置在煤层中。
各水平的开拓大巷均布置成三条,其中一条为带式输送机大巷,一条为辅助运输大巷,一条为回风大巷。
2.3.2盘区划分及开采顺序
本井田开采面积大,盘区划分要统筹兼顾,不但要做到初期合理,更要有利于后期生产。
根据井田内地质构造及煤层赋存特点,结合工作面装备水平,为适应高产高效综
合机械化工作面的布置要求,本着适当加大盘区尺寸、增加工作面推进长度、尽量减少工作面搬家次数,提高矿井单产及效率的原则,设计确定盘区内合理的工作面推进长度按4~6km考虑。
根据上述原则,设计分水平按煤层划分盘区。
根据推荐的矿井开拓方案,每个煤层划分两个盘区,上、下煤层盘区位置重叠。
全井田共划分8个盘区。
根据各煤层储量、厚度、层间距等特征,设计采用煤层间下行开采顺序,盘区间由近及远开采。
矿井初期开采2-2煤层,该煤层为平均煤厚11.79m的特厚煤层,设计拟采用盘区扒皮分层综合机械化开采。
2.4井筒
矿井投产时共布置三条井筒,即主斜井、副斜井和一号回风立井。
3大巷运输及设备
本矿井采用斜井多水平开拓方式、煤层大巷条带式开采系统。
本矿井按“一井一面”的模式设计,矿井生产能力8.00Mt/a,为现代化安全高效矿井,因此大巷运输方式选择的原则是技术可行、经济合理、安全可靠。
3.1煤炭运输方式的选择
3.1.1大巷煤炭运输方式
根据矿井开拓方式、生产能力和井下装备特点等,结合本矿井的实际,确定矿井采用胶带输送机运煤。
其理由如下:
3.1.1胶带运输机运输可实现由工作面至盘区、大巷以及井筒的一条龙运输,维护管理简单、易于实现集中控制和自动化,便于生产管理;
3.1.1胶带输送机运输具有运量大、生产潜力大、运输可靠安全性好、能很好地适应矿井生产的需要;
3.1.1胶带运输机能适应煤层巷道的起伏变化。
从目前国内外高产高效矿井的生产实践来看,如此大的生产运输规模,选择胶带输送机运输方式也是合理的。
相邻的神东矿区大柳塔、榆家梁、哈拉沟矿井,其生产规模均超过8.0Mt/a,其主运输方式均为胶带输送机运输。
3.1.2运输系统及运输设备
矿井井下工作面来煤由工作面运输巷带式输送机运输转载到2-2大巷带式输送机上,再由主斜井带式输送机提升至地面。
根据神东矿区开采运输经验,由于采煤工作面破碎机出料粒度常常超限,运输过程中大块煤容易撒落,转载时容易砸输送带造成撒裂,因此在大巷运输中设置一台大容量通过式齿辊破碎机,以保证矿井主运输系统的安全。
根据本矿井运输系统的布置,设计将破碎机安装在大巷带式输送机和主斜井带式输送机的搭接位置。
3.2辅助运输方式的选择
3.2.1辅助运输方式的选择
矿井辅助运输主要担负井下人员、矸石、材料和设备的运输任务。
本矿井生产规模为8.00Mt/a,矿井机械化程度高,井下辅助运输量较小。
根据井田煤层赋存特征、开拓方式、生产能力、井下装备水平等因素,同时根据相邻神东矿区使用辅助运输设备的经验,设计认为合理的井下辅助运输方式应为无轨胶轮车运输。
3.2.2运输系统及运输设备
3.2.2井下矸石
由于大巷均沿煤层布置,井下基本上没有矸石,仅在工作面运输巷、回风巷与大巷立交处开凿风桥而产生少量矸石,可由铲车将其排至井下废弃巷道内。
3.2.2材料运输
井下所需材料设备,在地面装车后,由无轨胶轮车通过副斜井、2-2煤辅助运输大巷直接运送到各使用地点,无需转载。
3.2.2人员运输
井上下人员可乘坐中型客货无轨胶轮车或厢式运人无轨胶轮车入井或升井。
3.2.2运输设备
本矿井副斜井倾角(5°)适合无轨胶轮车运行,矿井辅助运输的特点是无轨胶轮车井上下直达运输,无需转载,井筒、大巷、工作面运输巷内运输方式及运输设备相同,矿井辅助运输设备选型详见本设计第六章的第二节。
3.3主要运输大巷断面及支护型式
根据井田开拓方式,结合煤层赋存条件,井下主要大巷均沿煤层布置,考虑排水的需要,辅助运输大巷底板标高低于胶带输送机运输大巷。
本区煤层较硬,出于连续采煤机掘进工艺的要求,主要大巷均采用矩形断面,辅运大巷净宽6000mm,带式输送机大巷、回风大巷净宽5000mm,树脂锚杆喷射混凝土支护,围岩破碎时,可打锚索支护并增挂钢筋网,胶带输送机大巷铺设150mm厚混凝土底板,辅助运输大巷铺设300mm厚混凝土底板。
本矿井采用分层综合机械化开采,根据《煤矿安全规程》第113条相关规定,“分层开采采用联合布置的采区,必须设置1条专用回风巷”,因此本矿井回风大巷应按照专用回风巷管理。
4盘区布置及装备
4.1采煤方法
4.1.1采煤方法的选择
本井田含煤地层产状近似水平,沿走向、倾向的产状变化不大,无较大的波状起伏、褶皱。
经地震勘探,推断有8条断距为5~10m的高角度正断层,断层走向多与煤层走向一致。
无岩浆侵入,地质构造简单。
井下首采盘区开采2-2煤层,煤层10.93~12.51m,平均11.79m。
2-2煤层顶板为细粒砂岩、粉砂岩,属2类中等稳定顶板。
煤层埋藏深度小于300m。
本井田煤层顶板富水性微弱,加之第三系红土隔水层连续分布,首采区2-2煤层顶板基岩厚度较大,在无导水构造的条件下,开采2-2煤层时松散层潜水不会进入井下。
根据2-2煤层赋存条件,矿井可行性研究阶段提出了一次采全高综合机械化放顶煤采煤法、倾斜分层金属网(或塑料网)假顶综合机械化采煤法、倾斜分层大采高复合假顶综合机械化采煤法等几种采煤方法进行比较,并推荐倾斜分层大采高复合假顶综合机械化采煤法。
首先设计认为榆树湾井田2-2煤层开采后有形成再生顶板的基本条件:
4.1.1榆树湾井田首采2-2煤层直接顶岩性为泥质胶结的细粒砂岩和粉砂岩及泥岩互层,顶板岩石含泥质多。
4.1.1矿井采用分区剥皮开采,每个盘区分层服务年限均超过10年,垮落后的顶板沉压时间长。
4.1.12-2煤层顶板位于碎屑岩承压含水层段的下部,该含水层段虽然裂隙发育微弱,透水性差,但仍含有一定水分,富水性弱~中等,可以满足形成再生顶板的水分要求。
4.1.1根据宁夏灵武矿区的生产经验,泥质胶结煤层顶板,煤层开采顶板冒落后,均能形成再生顶板。
榆神矿区与宁夏灵武矿区同属侏罗纪煤田,地层、地质及煤层赋存条件均具有相似之处。
根据本井田2-2煤层的具体特征,分两层开采,分层采高约5.0m,上下分层间留部分煤皮,与再生假顶构成复合顶板,可以更有效地实现安全开采。
该采煤法取消了铺设人工假顶工序,工作面推进速度快、人员少,因而技
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