鹤岗矿业集团峻德煤矿2464Mta新井设计毕业论文设计.docx
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鹤岗矿业集团峻德煤矿2464Mta新井设计毕业论文设计
中国矿业大学银川学院
本科毕业设计
(2013届)
题目鹤岗矿业集团峻德煤矿2.4Mta
新井设计
系别矿业工程系
专业班级采矿09-3
摘要VI
第1章矿井概况及井田地质特征1
1.1矿井概况及井田地质特征1
1.1.1矿井地质概况1
1.1.2交通位置2
1.1.3地形地势.气候及河流3
1.2井田地质特征3
1.2.1矿区范围内的地层情况3
1.2.2井田范围内和附近的主要地质构造7
1.2.3煤层赋存状况及可采煤层特征7
1.2.4岩石性质、厚度特征8
1.2.5井田内水文地质情况8
1.2.6沼气、煤尘及煤的自燃性8
1.2.7煤质、牌号及用途9
第2章矿井储量、生产能力及服务年限10
2.1井田境界10
2.1.1井田境界确定的依据10
2.1.2井田未来发展情况10
2.2井田储量10
2.2.1井田储量的计算10
2.2.2保安煤柱10
2.2.3储量计算方法11
2.2.4储量计算的评价13
2.3矿井生产能力及服务年限13
2.3.1矿井工作制度13
2.3.2设计生产能力的确定13
2.3.3服务年限14
第3章井田开拓16
3.1概述16
3.1.1井田内外及附近生产矿井开拓方式概述16
3.1.2影响本设计矿井开拓方式的原因及其具体情况16
3.2井田开拓16
3.2.1井田开拓方式16
3.2.2井硐形式和井口位置16
3.2.3开采水平数目和标高19
3.2.4开拓巷道的布置20
3.2.5矿井开拓方案确定21
3.3井筒特征29
3.3.1井筒形式和数目29
3.3.2井筒位置及坐标29
3.3.3水平数目及高度30
3.3.4石门、大巷(运输大巷、回风大巷)数目及布置30
3.3.5井底车场形式的选择32
3.3.6煤层群的联系32
3.3.7采区划分32
3.4井底车场及硐室34
3.4.1井底车场形式的确定及论证34
3.4.2井底车场主要硐室35
3.5开采顺序36
3.5.1沿煤层走向的开采顺序36
3.5.2沿井田倾斜方向的开采顺序36
3.5.3采区接续计划36
3.6井筒布置及施工37
3.6.1井筒穿过的岩层性质及井筒维护37
3.6.2井筒布置及装备37
3.6.3井筒延伸的初步意见41
第4章采煤方法41
4.1采煤方法的选择41
4.1.1开采方法42
4.1.2变电所、充电硐室、火药库42
4.1.3工作制、人数43
4.2采区巷道布置及生产系统43
4.2.1区段划分43
4.2.2采区上山布置43
4.2.3采区车场形式选择47
4.2.4采区煤仓形式,容量47
4.2.5采区硐室简介49
4.2.6采区工作面的接续51
4.2.7采区巷道的准备顺序51
4.2.8采区巷道的断面示意图及支护方式52
4.3采煤工艺设计57
4.3.1机械设备选择57
4.3.2采煤工艺过程58
4.4.3循环方式和劳动组织形式58
第5章矿井通风与安全62
5.1矿井通风系统的选择62
5.1.1矿井通风系统的基本要求62
5.1.2矿井通风方式的选择63
5.1.3矿井主要通风机工作方式选择66
5.1.4采区通风系统66
5.2风量计算及风量分配69
5.2.1矿井风量计算的原则69
5.2.2采煤工作面需风量计算69
5.2.3掘进工作面需风量计算71
5.2.4硐室需风量计算73
5.2.5其它巷道需风量计算73
5.2.6矿井总风量计算73
5.2.7风量分配74
5.3全矿通风阻力计算77
5.3.1矿井通风容易时期摩擦阻力77
5.3.2矿井通风困难时期摩擦阻力78
5.3.3矿井通风容易和困难时期总风阻和总等积孔79
5.4矿井通风设备选型80
5.4.1主要通风机选型80
5.5矿井灾害预防措施82
5.5.1顶板安全技术措施82
5.5.2瓦斯防治措施82
5.5.3粉尘防治措施83
5.5.4防灭火措施83
5.5.5防治水措施83
第6章矿井运输·提升及排水84
6.1矿井运输84
6.1.1运输方式和运输系统的确定84
6.1.2矿车的选型与数量85
6.1.3采区运输设备的选择86
6.2矿井提升系统87
6.2.1矿井主要提升设备的选择及计算87
6.3矿井排水系统89
6.3.1水泵的选型89
6.3.2管路计算90
第7章技术经济指标92
致谢94
参考文献95
摘要
本设计矿井为鹤岗矿业集团峻德煤矿2.4Mta新井设计,共有4层可采煤层,厚度24.1m。
煤层工业牌号为肥气煤,设计井田的可采储量190.22Mt,服务年限为56.6a,本矿井设计采用立井一水平暗斜井延伸开拓方案,16t箕斗提升,划分两个水平,一个工作面达产。
采用集中大巷布置,大巷采用20t架线式电机车牵引5t底卸式矿车运输,设计采区为南一采区,生产能力2.4Mta,服务年限为9.05a,采煤方法为走向长壁后退采煤法,采煤工艺为综合机械化采煤工艺。
关键词立井开拓采煤工艺集中大巷走向长壁采煤法
第1章矿井概况及井田地质特征
1.1矿井概况及井田地质特征
1.1.1矿井地质概况
峻德矿位于黑龙江省鹤岗市,为鹤岗煤田最南部的一个井田。
其地理坐标为:
东经130°14′40″,北纬47°11′50″。
井田的北部边界与兴安煤矿相邻,其界限为104150,两侧分别与F1断层和第十三层勘探线相交。
南止煤系地层与上复第三系地层的-900标高不整合接触线。
西起煤系地层基盘。
东止3号煤层的-500标高铅直截面。
全区走向长5025米,本设计矿井生产能力为2.4Mta,井田走向长度为5.025km,倾向长度为2.05km,可采煤层为4层煤,煤层平均倾角为20°,赋存相对稳定。
根据实际勘探资料,可以推算出本矿井的矿瓦斯相对涌出量为8.4m3t,绝对瓦斯涌出量为35.7m3min,矿井属低瓦斯矿井。
煤尘自然发火期为9-14个月,煤尘存在爆炸性。
1.1.2交通位置
区内东有峻德火车站,北距鹤岗火车站15Km,西部有鹤大公路通过,交通方便。
图1-1交通位置图
1.1.3地形地势.气候及河流
峻德煤矿井田的地势东高西洼,洼地面积占三分之二左右。
本地区属于大陆性寒温带气候,夏季时间短,中午酷热而冬季时间长寒冷,每年十二月至次年二月为最冷季节,冬季最低温度为-37℃,夏季平均气温为25℃,冬季多雪。
春秋时节,多西北风,年降雨量大约为600mm,雨季集中在六,七,八月。
峻德矿井田的地势东高西洼,洼地面积占三分之二左右。
区内只有鹤立河在井田上方流过,后经人工改造从西部边界通过,最高洪水位238m,最大流量为180立方米每秒。
地下水原始流向与地表河流流向一致。
水力坡度2‰左右。
1.2井田地质特征
1.2.1矿区范围内的地层情况
本区地层基本与鹤岗区域性地层一致。
根据1975年东北地区区域地层表的统一对比,区内自下而上有:
前古生界;上侏罗统——石头河子组、石头庙子组;下白垩统东山组;第三系地层。
1.前古生界(Pt):
是本区最老的岩系,称之为黑龙江群,分布于本区的西、北部,它和侏罗纪前侵入的花岗岩共同构成煤系地层基底,其岩性和东北地区北部各地的古老岩系相似,按其变质程度,分为片麻岩和片岩两类:
片麻岩多为普通片麻岩、黑云母片麻岩和角闪片麻岩,普通片麻岩含黑色矿物较少,肉红色的长石和白色的石英风化后呈粗大的颗粒状。
2.上侏罗统石头河子组(J3S):
发育在现在的生产矿区,为鹤岗煤田的主要含煤组,下部由底砾岩开始到上部的厚层南岭砾岩止,由灰白色的粗、中、细、粉砂岩及凝灰岩、泥质岩组成,含有36个可采和局部可采煤层,厚度南北不一由818m~1288m不等。
以其间的砾岩为界,由下而上分为北大岭含煤段、中部含煤段和上段。
发育在峻德矿区,为矿区主要含煤层23层。
3.上侏罗统石头庙子组(J3St):
分布区内东部,平行不整合于石头河子组之上,层厚120m~550m。
由北往南变薄。
上部主要以灰白色砂岩及灰黑色粉砂岩,泥岩组成,夹薄层凝灰质岩。
下部以砾岩为主,与砂岩、粉砂岩、泥岩组成互层,夹薄煤层。
4.白垩系(K):
出露在峻德至河北一带,呈南北条带状分布在煤田东部,平行不整合于晚侏罗世煤系地层之上,为一套火山碎屑岩和陆相碎屑岩组成,尤以峻德区为发育。
地层总厚2650m,自下而上按其岩性不同,分为白垩系下统(K1)和上统(K2)。
在峻德矿区目前主要为下白垩统东山组。
下白垩统东山组(K1dn):
为一套火山碎屑岩和火山集块岩组成,其间夹有薄层的砂岩、砾岩,分布于全矿区的东部,近几年又从新一矿东部施工钻孔中见到这套地层,尤其是在鹤岗市东山区东山采石场中,有集块岩的天然露头,所见到的这套地层更为标准,所以东北地区区域地层会议上,将白至系下部的这套地层正式命名为东山组。
其在峻德区的分布主要在区内东部,平行不整合石头庙子组之上,厚度大于230m。
为灰绿~紫色安山质集块岩或角砾岩组成。
5.第三系(R):
大面积分布在煤田的东部、南部,不整合于中生界侏罗系、白垩系及前古生界变质岩系之上。
为一套半胶结和胶结松散的碎屑岩组成,由灰色或灰绿色半胶结的中、粗、细砂岩、粉砂岩和泥岩组成,胶结不好为其特征。
颗粒较粗者多呈松散状而颗粒较细者则呈块状。
界
系
统
组
厚度(M)
岩性
化石
第三系
下统
东山组
大于450
山灰绿色、半胶结的粗砂岩、中砂岩、细砂岩组成
白垩系
大于230
为绿、紫色安山质集块岩或角砾岩组成
侏罗系
上侏罗系
石头庙子组
120~500
分上、下两部分,上部:
主要以灰白色砂岩及黑色粉砂岩,泥岩组成。
夹薄层凝灰抟岩。
下部:
以砾岩为主与砂岩、粉砂岩、泥岩互层组成。
Qnychioprirsp;
Cedophtetiorsp;
石头河子组
1000
分上、中、下三部分。
上部:
岩性较粗,以灰白色中砂岩为主,夹含砾粗砂岩、细砂岩及黑色粉砂岩、页岩、煤。
中部:
岩性较细,以灰白色中、细砂岩和灰黑色粉砂岩、泥岩为主。
下部:
岩性较粗。
以灰白色砾岩,中粗砂岩为主,夹灰黑色粉砂岩、泥岩、炭页岩,凝灰质岩石等组成。
含采煤层四层。
Coniopferietwrejcneic
Phcenicopseiesrpecioin
Ginkgoirerschgifcifa;
Podogamifetareotafur;
Pifyopyreumtindhrfnoenu;
前古生界
不详
由花岗岩、花岗片麻岩、石英石、角闪片岩等组成
表1-1区域地层一览表
图1-2煤层综合柱状图
1.2.2井田范围内和附近的主要地质构造
F字头的断层为原报告存在的。
断裂构造控制程度从总体上看是基本可靠的,它们大多数是通过矿井实际钻孔控制的,但就局部或剖面线的联系上可能要有一定的出入。
表1-2主要断裂构造表
顺序
名称
性质
断层面
走向
断层面
倾向
倾角°
落差
m
水平断
距m
1
F4
正
WN
SW
20-24
40-50
30-50
2
F5
逆
NE
WN
15-20
50-55
20-40
3
F6
正
WE
ES
18-20
40-60
18-25
1.2.3煤层赋存状况及可采煤层特征
各煤层的岩石性质、厚度特征详见岩石主要物理力学性质指标表1-3。
表1-3岩石主要物理力学性质指标表
煤层号
厚度米
层间距
倾角
围岩
煤
的
牌
号
硬度f
视密度
tm3
煤层结构
及稳定性
平均
平均
平均
顶板
底板
21#
4.5—6.1
6.0
34
35
34
20
细砂岩
粗砂岩
褐煤
2.3
1.3
稳定
24-1#
4.0—6.0
5.8
19
细砂岩
细砂岩
褐煤
2.3
1.3
较稳定
25#
6.0—6.3
6.2
20
粉砂岩
细砂岩
褐煤
2.3
1.4
较稳定
26#
3.8—6.3
6.0
20
粉砂岩
细砂岩
褐煤
2.3
1.3
稳定
1.2.4岩石性质、厚度特征
煤层顶底板的厚度一般都大于20m,多为砂岩,岩石性质、厚度特征详见岩石主要物理力学性质指标表1-4。
表1-4岩石主要物理力学性质指标表
名称
容重
102kgcm3
孔隙度
%
压强度
102kgcm3
抗拉强度
102kgcm3
变形模量
102kgcm3
弹性模量
kgcm3
砂岩
2.0-2.6
5-25
2-20
0.5-0.4
0.5-8
1-10
砾岩
2.3-2.6
5-15
1-15
0.2-1.5
0.8-8
2-8
泥炭岩
2.7-2.85
1.6-5.2
12.83
0.6-2.0
2-7
5-10
灰岩
页岩
2.2-2.7
5-20
5-20
0.5-2.0
1-8
5-10
2.0-2.4
16-30
1-10
0.2-1.0
1-3.5
2-8
石英长石
2.65-2.7
0.12-0.5
15-35
4.0-3.0
6-20
6-20
1.2.5井田内水文地质情况
鹤岗煤田处于小兴安岭山地与松花江下游合江平原之间的丘陵区,峻德井田位于丘陵区最南端。
井田大部分处于鹤立河河谷区。
本区地层无完整的隔水层。
主要含水层为第四系孔隙含水层和白垩系,侏罗系,前古生界地层风化带含水层。
峻德矿属于水文地质条件复杂矿井。
主要表现是:
q值为0.77~3.94,矿井正常涌水量300m3×L1×c
式中:
Q―工作面日产量,t
n―昼夜循环数,
L1―进到深度,
c―采区回采率(本采区取0.95)。
L―工作面斜长,m
r―煤的视密度,tm3
m―采高,m
=7273(1.3×6×5×0.8×0.95)=250m
由此可知,工作面长度为250m,截深为0.8m,每天割5刀,年生产时间为330天,即可达产。
4.2.2采区上山布置
本设计三条上山,分别为轨道上山、运输上山和回风上山。
考虑到采区的上山位置,将煤层上山和岩层上山布置方式进行比较。
详见表4-1。
】
表4-1上山位置比较表
优点
缺点
煤层上山
掘进速度快费用低;
联络巷工程量少;
掘进时可探明煤的起伏情况。
煤层上山受工作面采动影响较大;
生产期间的上山维护困难;
需要支护设备较多留煤柱较多。
岩层上山
便于维护,维护费用低。
煤柱留设少,服务时间长。
掘进困难联络巷道石门工程量大。
根据本采区煤层及顶底板岩性等实际情况,本采区就上山布置方式3种方案:
方案一,三条岩石上山详见图4-1;
方案二,三条煤层上山详见图4-3;
方案三,二煤一岩上山详见图4-2。
方案二中,三条煤层上山受工作面采动影响较大,开掘煤层上山受煤层起伏限制,服务年限长,生产期间的上山维护费用多,需要支护设备较多,故方案二不合理。
下面对其他两种方案进行经济比较详见表4-2。
图4-1三条岩石上山
图4-1三条煤层上山
图4-3二煤一岩上山
表4-2上山经济比较表
项目
轨道上山
运输上山
回风上山
费用总计(万元)
方案一
长度
1000
688
1000
15521.48
100%
支护方式
锚喷
锚喷
锚喷
组合基价
单价元
8810
8810
8810
合计万元
881
606.13
881
2368.13
维护费
单价元
5150.9
5150.9
5150.9
合计万元
4893.36
3366.63
4893.36
13153.35
方案三
长度
1000
688
1000
17895.04
117.6%
支护方式
锚喷
锚喷
锚喷
组合基价
单价元
8810
3880
3880
合计万元
881
266.94
388
1535.94
维护费
单价元
5150.9
7150
7150.9
合计万元
4893.36
4673.24
6792.5
16359.1
有以上综合比较本采取选择方案一,三条岩石上山。
4.2.3采区车场形式选择
采区上部车场采用平车场,采区中部车场采用甩车场。
采区下部车场多由采区装车站和辅助提升车场组合而成。
由于本矿井井底车场采用的是折返式车场,故采区车场也采用折返式车场。
考虑到矿井实际地质条件和技术条件,采区的运输能力的限制不可采用石门装车式,而采区的煤层倾角为20°,因此采用顶板绕道大巷装车式车场。
采区下部车场采用大巷装车式车场。
4.2.4采区煤仓形式,容量
1.采区煤仓的形式
采区煤仓的形式按倾角分为:
垂直式、倾斜式和混合式三种。
垂直式煤仓一般为圆形断面,;倾斜式煤仓可分为拱形断面或圆形断面,其倾角应在60º以上,如果煤仓下口设计合理,也较少发生堵塞现象;混合式煤仓由于曲折多,施工不方便较少采用。
本设计采区煤仓采用垂直式圆形断面,具有如下优点:
圆形断面利用率高,不易形成死角,便于维护,施工方便,速度快。
2.煤仓容量
(1)按采煤机连续作业割一刀的容量计算
式中:
——采区煤仓容量,t;
——防空仓漏风留煤量,一般取5-10t,t;
——工作面长度,m;
——采高,m;
——进刀深度,m;
——煤的视密度,Tm3;
——工作面的回采率,%;
——同时生产工作面系数综采时取1,普采时取1+0.25n;
——采区内同时生产的工作面数目;
=10+250×5×0.8×1.30×0.95×1=1245t
(2)按采区高峰生产延续时间计算(Qh>Qt时)
式中:
——采区装车站通过能力,t;
——掘进工作面实际需风量和,m3min;
——硐室实际需要风量和,m3min;
——矿井除了采煤,掘进和硐室需要风量之外其它井巷的需要风量和,m3min;
——矿井通风(包括矿井内部漏风和配风不均匀等因素)系数,可取1.15~1.25。
5.2.2采煤工作面需风量计算
每个采煤工作面需要的风量,应该按照瓦斯﹑二氧化碳涌出量和爆破后的有害气体产生量以及工作面气温,风速和人数等规定要求分别进行计算,并必须取其中最大值。
(1)按瓦斯涌出量计算:
式中:
——采煤工作面需要风量,m3min;
——采煤工作面的瓦斯绝对涌出量,m3min;
——采煤工作面因瓦斯涌出量不均匀的备用系数,它是该工作面瓦
斯绝对涌出量的最大值与平均值之比。
通常机采工作面取1.2~1.6;炮采工作面取1.4~2.0。
采煤工作面日产量为7273t
则瓦斯绝对涌出量=7273×4.2(60×24)=21.2m3min
则:
(2)工作面温度计算
采煤工作面应该有良好的劳动气候条件其温度和风速符合下表7-4要求:
表5-4工作面空气温度与风速对应表
工作面空气温度(℃)
工作面风速(ms)
<15
0.3~0.5
15~18
0.5~0.8
18~20
0.8~1.0
20~23
1.0~1.5
23~26
1.2~1.8
采煤工作面的需要风量可按下式计算:
式中:
——第个采煤工作面的风速,ms;取1.3
——回采工作面平均有效断面,按最大和最小控顶有效断面的平均值计算,经计算得32.4㎡;
——工作面长度系数,按表7-5取。
则:
表5-5采煤工作面长度风量系数表
采煤工作面长度(m)
工作面长度风量系数
<50
0.8
50~100
0.9
100~150
1.0
150~200
1.1
200~250
1.2
(3)按工作人员数量计算
式中:
——第个采煤工作面同时工作的最多人数19人。
每个人需要的风量取4m3min,则:
(4)按风速进行验算
按最低风速验算各个采煤面的最小风量:
按最高风速验算各个采煤面的最大风量:
经验算:
所以满足风速验算条件。
根据以上计算,取最大值工作面为3392m3min,则需风量为:
5.2.3掘进工作面需风量计算
每个独立通风的掘进工作面实际需要风量,应按瓦斯允许浓度和瓦斯涌出量,炸药用量,局部通风机实际吸风量,风速,人数等规定要求分别进行计算,并必须取最大值。
(1)按瓦斯涌出量计算
式中:
——掘进工作面的需要风量,m3min;
——掘进工作面的瓦斯绝对涌出量,m3min;
——掘进工作面的通风系数,主要包括瓦斯涌出量不均衡和备用风量等因素,一般ki取1.5~2.0。
掘进工作面日产量:
727.3t
瓦斯绝对涌出量:
727.3×4.2(60×24)=2.1m3min
则:
(2)按局部通风机的实际吸风量计算
式中:
——掘进工作面局部通风机的实际吸风量,m3min;
——各种局部通风机的额定风量,按下表7-6选取;
——第i个掘进工作面同时通风的局部通风机台数,台;
——为防止局部通风机吸循环风的风量备用系数,一般取1.2~1.3。
表7-6各种局部通风机的额定风量表
风机型号
额定风量(m3min)
YBT-2.2
90
YBT-5.5
150
YBT-11
200
YBT-28
300
则:
(3)按人数计算
式中:
——第个掘进工作面同时工作的最多人数,16人;
每个人需要的风量取4m3min。
则:
根据以上计算取最大值390m3min,为保证生产接续,安排2个掘进面,全部为煤巷。
则:
5.2.4硐室需风量计算
(1)机电硐室
(7-10)
变电所(硐室)和绞车房取经验值
=90m3min
(2)爆破材料室和充电硐室取邻矿值
=100+100=200m3min
5.2.5其它巷道需风量计算
其他巷道所需风量由下式计算:
≥60×0.25×S×4
式中:
S——其他巷道平均断面面积,取10m²。
≥60×0.25×S×4=600m³min
取600m³min。
5.2.6矿井总风量计算
根据各用风地点需风量,采用由里向外配风,矿井总风量按下式计算:
(1)
式中:
——风量备用系数,取1.2
则=(3392+390×2+290+600)×1.2=5062m³min
=(3392+390×3+290+600)×1.2=5452m³m
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