矿井工作制度煤矿开采毕业设计.docx
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矿井工作制度煤矿开采毕业设计
矿井工作制度煤矿开采毕业设计
1矿区概述及井田地质特征
1.1矿井概述
1.1.1交通
后峡十四号井田位于新疆乌鲁木齐县南山后峡东南沟的中偏东部,井田东南方向距后峡跃进钢铁厂10千米,东北北方向距乌鲁木齐市70千米,东距216国道岔口8.5千米。
目前乌鲁木齐县后峡地区与外界的交通运输条件为单一的公路运输,216国道从该区的中部南北向通过,为该区与南北疆的交通运输提供了便利条件。
从后峡十四号矿井到216国道有简易公路相通。
所以该矿与外界的交通条件较为方便。
但在井田内除与外界相通的简易路通到矿井井口和露天坑外,再无其它车辆可以通行之路,将对未来的矿井建设带来不便。
工作区到附近城镇的公路里程见表1-1
名称
方向
路线及路况
里程(千米)
起点
终点
昌隆煤矿
216国道
向东
昌隆煤矿-216国道(简易)
8.5
216国道岔口
_跃进钢铁厂
向南
沥青路面
4
216国道岔口
_巴台
向南
沥青、砂石路面
124
216国道岔口
_库尔勒市
向南
沥青路面、简易公路
262
216国道岔口
_永丰乡
向北
沥青路面
41.5
216国道岔口
_乌鲁木齐市
向北
沥青路面
72
煤矿到附近城镇的公路里程表 表1-1
1.1.2地形特征
后峡十四号井田地处北天山中段北麓的乌鲁木齐河与头屯河之间的东南沟中东部,区域地貌类型属于中高山区的流水冲蚀地貌。
井田附近的山势呈近东西向延伸,沟谷多为沿地层走向呈近东西向延伸的冲沟,山体地形南高北低,海拔高程在2500米以上。
东南沟是因夹在古生界之间的侏罗系含煤地层岩性较软易受冲蚀而形成,该沟东西穿于乌鲁木齐河与头屯河之间,沟谷中部宽阔,东西两头峡窄,沟底与两则山峰的相对高差在300米以上,沟底地形表现为东西两头低,中间高,谷坡具有南缓、北陡的特点。
后峡十四号井田位于东南沟沟谷北侧靠近坡脚处,地形变化的总趋势为西北高、东南低,属受流水冲蚀破坏的微型斜坡地貌。
井田内海拔高度在970-2470米之间,绝对高差1500米,因基岩出露和烧变岩分布,地形起伏较大,厚层砂岩多形成陡崖。
1号沟从西湾村煤矿职工宿舍西则,该沟沟邦陡立,沟谷呈“V”字型,沟底有泉水形成的小溪,通往煤矿的简易路沿此沟而过。
2号沟位于西湾村煤矿与自强露天矿的分界处,为一干沟。
3号沟位于露天坑东帮的东侧,为一干沟。
在井田中部露天矿煤层露头开采,现已形成了一个长565米、宽40-80米、深约30米的露天采坑,露天坑之外沿B5煤层露头有多个采空区塌陷坑。
井田内虽大面积为第四系覆盖,但植被稀少。
由于受地形,露天采坑的影响,增大了末来矿井地面设施位置的选择难度。
1.1.3气侯
本区属于大陆型半干旱气候,年均降水量530毫米,年蒸发量为1757毫米,蒸发量是降水量的3倍,冬暖夏凉,冬季寒冷,最高气温+30℃,最低气温-26℃,年平均气温为5.5℃,昼夜温差大,每年11月至次年3月为冰冻期,最大冻土深度1-1.20米,4月下旬为融雪期。
春秋两季多风,风向西北或东南,最大风速17m/s。
1.1.4水文
后峡东南沟西部属头屯河流域,东部属乌鲁木齐河流域,沟底只有在春季融雪期、秋季遇降中到大雨时才有大量流水或山洪暴发,平时在两侧次级冲沟中只有由泉水形成的小溪,流量仅可满足当地人畜饮用。
后峡十四号井田靠近东南沟的中东部位,属于乌鲁木齐河流域,附近及井田内无常年性地表河流和其它水体。
1号沟中有一小溪,由井田北界以北250米处一基岩(W2)水补给,流经井田,流量2.1L/S,水质优良,平时水量仅可满足西湾村煤矿生活和绿化用水,融雪季节和遇降阵雨时与汇集的地表水汇合,顺沟流向井田东南方。
另外在井田东南边界附近有一泉(W1),流量为0.3L/s,水质良好,
是自强露天矿生活用水水源。
1.1.5地震
乌鲁木齐县后峡地区属天山地震活动带,为地震多发区,根据自治区震局编制出版的新疆维吾尔自治区地震动峰加速度值线图,该区的地震动峰加速度值为0.2g。
1.1.6经济状况
该区属于山区,除了零星居住的哈萨克牧民和煤矿职工外,在无其它常住人口,哈萨克牧民以放牧为生。
煤炭开采业是当地主要工业,煤矿和牧民生活用电靠后峡发电场供给,生活日用品和矿山设备主要靠乌鲁木齐市供给。
1.2井田地质特征
1.2.1勘探程度
乌鲁木齐县后峡地区位于准南煤田中段,先后有苏联地质专家、地矿、及煤炭等行业的地质工作者在此进行过不同程度的地质工作,主要地质工作集中在二十世纪。
现就各阶段地质工作程度分述如下:
1、十九世纪末至二十世纪初,前苏联地质学家奥布鲁切夫数次在准南煤田进行1:
50万路线地质调查,对中新生代地层作了初步划分。
2、1941年-1942年苏联地质学家杜阿耶夫在准噶尔盆地南缘进行地质调查,将该区煤系地层划分成十一个含煤和不含煤的层次。
并根据中、新生代地层中动物化石将侏罗系划分为中一下侏罗统,此外划分了渐新统—中新统地层。
3、1952年-1954年苏联地质学家M.V沙依道夫在西部进行了1:
20万地质调查。
4、1957年新疆地矿局所属昌吉地质大队,在后峡跃钢二井田做过详查工作。
5、二十世纪七十年代,新疆煤田地质局156队在该区做过大量的煤田地质勘查工作,重点勘探对象为八道湾组所含煤层。
后峡十四号井田位于156队当时所划勘探区西界以西,区内仅在煤矿建设过程中开展过很粗略的1:
2000地表地质简测工作,图纸的坐标系统误差较大,无法利用。
1.2.2地层
后峡十四号井田内分布的地层,通过实测地质剖面所获岩性特征,经与地层表所述标准剖面的岩性特征对比,以及与矿区以东己确定了时代的同类地层相比,确定了本区分布地层的时代,具体划分如下:
第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl),上更新统风积层(Q3eol)、侏罗系中统西山窑组下段(J2x1),各时代地层的具体分布见报告所附地形地质图。
现将所划分地层的岩性、厚度、接触关系按由新到老的顺序叙述如下:
三、第四系(Q)
1、第四系全新统冲洪积层(Q4al+pl):
主要分布于矿区内现代冲沟内,由砂、砂砾石、漂石等堆积而成,砾石成分为火成岩、变质岩和沉积岩,砾径一般在3-12cm,最大可达40cm以上,分选差,为次棱角状—次园状,松散未胶结。
厚度一般0-10米,与下伏侏罗系地层呈不整合接触。
2、第四系上更新统风积层(Q3eol):
大面积分布于山梁和山坡上,由亚砂土、黄土构成,松散无胶结,厚度一般1-8米,与下伏侏罗系地层呈不整合接触。
四、中生界侏罗系(J)
侏罗系中统西山窑组下段(J2x1)是本井田分布的唯一地层段,也是井田内含煤地层。
B5煤层和其以下层段在井田的中、北部大范围出露,B5煤层以上层段局部出露,所出露地层的岩性由灰绿色、灰色砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩含粉砂、炭质泥岩和煤层组成。
岩性组合自下而上具有明显的下粗上细的韵律结构,共含煤2层,自上而下编为B2-B3煤层,该组地层顶部出露不全,在本井田内地表出露的最大厚度为268.8米和井下揭露的厚度为145米,与下伏地层呈整合接触。
1.2.3煤层特征
矿区内地层呈向南西方向倾斜的单斜构造。
地层倾向185°-215°,煤层倾角8°-15°之间,具体可见报告所附剖面图。
煤层走向长度最长4.5km,最短0.8km,倾向最长2.1km,最短1.9km面积约8平方公里。
煤层倾向、倾角沿走向变化较小,产状稳定,在井田西部走向近东西向,平均倾角10°左右,往东到自强露天煤矿,煤层走向逐渐变为近南东向,煤层缓倾斜。
矿区地表及井下未见断层及岩浆岩侵入,其构造的复杂程度属二类,即中等类型。
1.区域含煤地层及含煤性
后峡煤田的含煤地层与准南煤田的含煤地层一致,分别为下侏罗统八道湾组和中侏罗统西山窑组,八道湾组所含煤层称为A组煤,西山窑组所含煤层称为B组煤。
区内西山窑组由于勘查程度较低,其厚度和所含煤层层数、厚度不清。
现有开采B煤组煤层的矿井,均开采西山窑组下段所含煤层,该段一般含煤2-3层,煤层多呈层状产出,层位和厚度较为稳定。
煤的成因类型属于腐植煤类,变质程度属于低变质阶段的烟煤,工业牌号多为长焰煤和不粘煤。
2.井田含煤地层及含煤性
如前所述本井田内含煤地层为西山窑组下段,其岩性特征和含煤情况与区域含煤地层特征一致,岩性由河流相、湖泊相、泥炭沼泽相形成的砂砾岩、粉砂岩、炭质泥岩和煤层组成,受第四系覆盖影响,地层出露不全,井下揭露含煤段厚度12米,共含煤2层,其中可采煤层2层。
煤层最大总厚14.5米。
通过本次煤矿生产地质勘查工作,基本查明了本井田范围内西山窑组下段地层中共含煤2层,其中可采煤层2层,各煤层的特征及可采性见表1-2煤层的特征
煤层特征统计表表1-2
编
号
最小厚度
平均厚度
(米)
稳定性
可采性
顶板
底板
间距(米)
最大厚度
(米)
B2
2.6
3.7
较稳定
局部可采
粉砂岩
粉砂岩
4.8
15
B3
3.1
8.2
较稳定
局部可采
粉砂岩
泥岩
13.4
4.煤层编号
根据区域煤层编号,区内所有煤层均编为B组煤,并从上向下依次编号。
编号用“B”代表煤组,B右下角号的阿拉伯数字代表煤层号,区内煤层从上向下依次编号为:
B2、B3、号煤层。
5.可采煤层
1、B2煤层:
该煤层目前没有采掘,地表出露于井田中西部,其走向可采长度为4198m,在东部尖灭,经TC1探槽揭露其厚度为15(9)15米,TC2探槽揭露其厚度为14(9)16米,井下石门揭露其厚度为18(8.5)22米,简单结构,顶板岩性为粉砂岩。
2、B3煤层:
该煤层目前没有采掘,地表出露于井田中西部,其走向可采长度为4475,在东部尖灭,经TC1探槽揭露其厚度为15米,TC2探槽揭露其厚度为16米,井下石门揭露其厚度为21米,简单结构,顶板岩性为粉砂岩,底板岩性为泥岩。
2井田境界及位置
2.1井田境界
该煤矿区为缓倾斜的单斜构造,煤层厚度变化较小,B2、B3煤全区可采,属于构造较中等、煤层较稳定,地质勘查类型为二类一型。
按照现行的《煤、泥炭地质勘查规范》中对煤层各级资源量的划分原则,结合煤矿区巷道工程的实际控制情况,以现有巷道控制的及以下二个高段(50米)范围内,划分为(332)资源量,(332)资源量的外围推算二个水平(即100米)划分为(333)资源量,其余的为(334)资源量,其中风化带底界不能直接估算(332)资源量,凡(332)资源量界直接为风化带的,在风化带下划出50米的(333)资源量。
煤层走向长度最长4.5km,最短0.8km,倾向最长2.1km,最短1.9km面积约8平方公里。
井田坐标如下:
1
X=4224.9728
Y=4536.9425
5
X=8727.4661
Y=2727.1332
2
X=6445.6586
Y=4605.1533
6
X=6590.6684
Y=2802.8415
3
X=8724.9685
Y=4543.1315
7
X=4227.4703
Y=4325.9989
4
X=8657.7265
Y=3708.4936
8
X=4285.8145
Y=4325.9989
井田内地形比较完整,井田四周依据相关规定和安全考虑分别留设30m的边界煤柱。
按《煤矿安全规程》[2]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》[1]和《矿井安全规程》[2]的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:
煤层的倾角最大为15°,最小为8°,平均为10°。
2.2储量计算
本井田的工业储量的计算:
工业储量为:
B2煤层真面积:
4198×2107=884.5186万平方米
水平投影面积:
4198×2107×cos10=765.9931万平方米
Q1=884.5186×3.7×1.3=4254.5344万吨
B3煤层
真面积:
4475×1975=883.8125万平方米
水平投影面积:
4475×1975×cos10=765.3816万平方米
Q2=4475×1975×8.2×1.3=9421.4412万吨,
井田工业储量:
Q1+Q2=13675.9756万吨
2、煤柱损失计算:
井田永久煤柱井田永久煤柱损失包括铁路、井田境界、断层防护煤柱,和浅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,井田境界煤柱损失井田境界留设30m的边界煤柱,
井田境界煤柱:
井田境界面积297967万平方米
煤柱损失:
297967×12×1.3×cos10=402.5414万吨
工业广场保护煤柱:
工业广场面积:
300×400=120000平方米
损失煤柱:
120000×12×1.3×cos10=124.7040万吨
采煤方法所产生的煤柱损失:
井筒保护煤柱:
278万吨
运输大巷保护煤柱:
270.4万吨
煤柱损失:
402.5414+124.7040+278+270.4=1075.6454万吨
矿井采区回采率,应该符合下列规定:
厚煤层不应小于75﹪;中厚煤层不应小于80﹪;薄煤层不应小于85﹪。
Es——井田设计储量Pz——煤柱损失
C——采区平均回采率
矿井设计可采储量:
(工业储量-损失储量)x采区平均回采率
(13675.9756-1075.6454)×0.77=9702.2542万吨
3矿井工作制度、设计生产能力及服务年限
3.1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330天。
本矿井工作制度采用“三八”制,两班采煤,一班检修,日提升工作时间为16小时。
3.2矿井年产量及服务年限
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量等许多因素有关。
经分析比较,设计矿井的生产能力确定为0.9Mt/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。
本井田内可采的煤层达到2层,保有工业储量为1.3亿吨,按照0.9
Mt/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,井田面积大,煤层埋藏适中,,结构简单,水文地质条件及地质构造简单,煤层结构单一,适宜综合机械化开采,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。
矿井的生产能力为90万t是可行的、合理的,并且符合《煤矿安全规程》和《设计规的相关要求。
矿井保有工业储量1.3亿吨,设计可采储量9702.2542万吨,按0.9Mt/a的生产能力,考虑1.3的储量备用系数,则
P=Z/(A×K)(3-1)
Xx矿0.90Mt/a新矿井设计
式中:
K——矿井备用系数,取1.3A——矿井生产能力,0.9Mt/aZk——矿井可采储量,万tP——矿井服务年限,代入数据得P=9702.2542/(90×1.3)=82.9年因为服务年限大于45年,所以符合《设计规范》要求。
4井田开拓
4.1井筒形式、数目及位置的确定,井田开拓方案的比较
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,一般有以下几种形式:
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。
本井田地势比较平缓,高低地的最大高差也不过几十米,而且煤层埋藏较深,很显然,利用平硐开拓对于本井田来说是没有可行性的。
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,且当地地表冲积层较厚,利用竖井开拓困难时,即便是煤层埋藏较深,不惜打较长的斜井井峒的条件。
xx矿90Mt/a新矿井设计下才可能使用,而本井田的条件却不尽如此,全部的可采煤层均赋存于地面以下550m以下,最深达地面以下914m。
这样一来,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近冲积层不厚的情况,而且越是这种情况就越显示出立井的优越性。
混合式:
对于本矿井来说。
由于利用平硐和斜井都是不可行的,所以混合式也就不予考虑。
本井田的煤层埋藏较深,地表附近的冲积层又比较薄,它对井筒的开凿将不会造成影响。
而且立井开拓的一大好处就是,如果基岩赋存较稳定时,开凿以后,其维护费用几乎为零,本井田采用立井开拓时,对于煤炭的提升也较合适。
根据《煤炭工业设计规范》[1]规定:
煤层埋藏较深、表土层较厚、水文地质条件复杂及主要可采煤层赋存比较稳定.储量比较丰富等特点.本设计采用立井开拓。
4.1.2井田开拓系统的方案比较及确定
本井田开拓方式的选择,主要考虑某某矿的具体情况。
因此,提出以下三个方案:
方案一:
立井两水平,一水平+732m,二水平+914m,直接延深
方案二:
立井两水平,一水平+732m,二水平+914m,暗斜井延深
两种开拓方案的开拓示意图见图3—1所表示。
图3—1方案比较图
从以上方案的简图可以对方案一和方案三二进行直接比较,一方案的生产系统简单可靠,方案二比方案一多开设立井井筒,阶段石门和立井井底车场,并相应的增加了井筒和石门的运输,提升,排水费用所以在方案一和方案二中决定选择方案一。
余下的一,二方案均属技术上可行的方案,水平服务年限也均符合要求,两者要通过经济比较才能够确定其优劣。
基建工程量
时期
项目
方案一
方案二
早期
主井井筒/m
350+20
350+20
副井井筒/m
350+5
350+5
井底车场/m
1000
1000
主石门/m
0
0
运输大巷/m
1000
1000
后期
主井井筒/m
300
915
副井井筒/m
300
915
井底车场/m
1000
300+500
主石门/m
850
0
运输大巷/m
2630
2630
基建费用表
项目
方案一
方案二
工程量/
m
单价/
元*m-1
费用/
万元
工程量/
m
单价/
元*m-1
费用/
万元
早期
主井井筒
370
3000
111
370
3000
111
副井井筒
355
3000
106.5
355
3000
106.5
井底车场
1000
900
90
1000
900
90
主石门
0
800
0
0
800
0
运输大巷
1000
800
80
1000
800
80
小计
387.5
387.5
后期
主井井筒
300
3000
90
915
3000
274.5
副井井筒
300
3000
90
915
3000
274.5
井底车场
1000
900
90
300+500
900
72
主石门
850
800
68
0
800
0
运输大巷
2630
800
210.4
2630
800
210.4
小计
548.4
831.4
共计
935.9
1218.9
生产经营费用
项目
方案一
方案二
石门运输
1.2×1323×0.85×0.381=514.1
0
提升
1.2×1323×0.65×0.85=877.1
1.2×1323×0.915×0.48=697.3
1.2×1323×0.35×1.02=566.8
排水
380×24×365×16×0.1525×10-4
=812.2
380×24×365×16(0.063+0.127)×10-4=1012
合计
2203.2
2276.1
费用总表
项目
方案一
方案二
费用/万元
百分率/%
费用/万元
百分率/%
基建工程费用
935.9
100
1218.9
130
生产经营费用
2203.2
100
2276.1
103
总费用
3139.1
100
3495
111
从上面的表格中的计算可以看出,方案二的总费用要比方案一的高出11%,很明显方案一要比方案二优越的多,所以决定采用方案一
4.1.3井筒位置的确定
井筒位置的确定
考虑以上井筒位置确定原则,并结合矿井实际情况,最终确定主、副井筒位于井田的中部,有利于减少矿井保护煤柱损失;同时,便于第二水平井筒延深。
风井井口位置的布置在井田上部东,西各一个。
综合以上因素,结合矿井实际情况,提出本矿井井筒布置位置如下:
表3—2井筒位置坐标
井筒名称
Y
X
Z
副井
3724.2227
6543.8196
220
主井
3656.4188
6543.8196
220
风井
4583.7387
6521.1954
220
4.1.4井筒数目的确定
根据本矿区煤层的埋藏的具体条件,各井筒均采用立井。
主井、副井、风井各一个断面尺寸,井筒名称主井用途提升煤炭,副井用途进风、进人、运料排矸,回风兼作安全出口井筒长度。
提升方法:
箕斗提升罐笼提升。
净断面积/㎡23.7534.46
该设计采用三个井筒的井田开拓方式:
主井、副井、风井,通风方式为中央分列式通风。
4.2开采水平的划分与布置
4.2.1合理确定水平高度阶段斜长
根据规定,阶段的走向长度等于井田走向长度,倾斜煤层阶段上下部的边界的垂直距离一般为100—200米,井田煤层垂高364米,故符合采用阶段来划分;而盘区适用于近水平煤层倾角较小的煤层,此矿煤层平均倾角为10°故采用阶段来划分。
阶段垂高150m。
根据我组设计的矿区煤层赋存条件,生产技术和水平接替等因素综合考虑确定我矿区开采水平高度为732米。
4.2.2开采水平的布置
本井田倾斜长度为2100米,矿井为倾斜煤层年产90万吨的中型矿井。
主要运输大巷布置:
主要运输大巷布置在B3煤层底板岩层,大巷坡度为千分之三
根据我组设计矿区的煤层数为2层,煤间距为15米,采用集中运输大巷的布置方式。
4.2.3采区划分及其布置
根据我组设计矿区是缓倾斜煤层,矿井采用综合机械化,机械化程度高,井田走向长度为4.5km,倾斜长度为2.
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