兴华煤矿技术改造(新建主风井)设计

1前言湖南省新化县桑梓镇兴华煤矿位于新化县桑梓镇集中村境内，属村办企业，于1999年开始建井，开采接龙桥区段浅部煤层，至2004年底煤炭资源枯竭，无法生存，经新化县人民政府申请，娄底市人民政府批准，将兴华煤矿矿区范围调整至大跃井田浅部，为不影响大跃井田的整体开发，主、风井位置及开采布置都必须重新设计，兴华煤矿特委托我院对该矿井进行技术改造（新建主、风井）设计。一、设计依据1、《湖南省冷水江矿井大跃井田地质报告（详查）》；2、娄市煤安治〔2005〕17号3、《煤矿安全规程》（2004）；4、《中国采煤学》；5、《煤炭法》及《煤矿安全生产基本条件规定》；6、《煤矿安全监察条例》；7、有关煤炭资源开发利用政策；8、兴华煤矿提供的图纸和资料。二、设计指导思想根据该矿的煤层赋存条件、地形地质及开采技术条件和目前湖南省小型煤矿开采的技术水平，按照《煤矿安全规程》和《煤矿安全生产基本条件规定》要求，以煤矿实现“正规生产、规范管理、确保安全、提高效益”为指导思想。对每2一项工程的设计不仅要考虑技术的先进性和经济的合理性，而更要优先考虑安全性，达到完善矿井安全管理和安全装备，提高矿井抗灾和防灾能力的目的。3第一章矿井概况及地质概况第一节矿井概况一、交通位置和自然地理兴华煤矿位于新化县桑梓镇境内，规划开采冷水江矿区接龙桥区段43～46勘探线之间的煤炭资源。矿井对外以公路运输为主，矿区有3km简易公路与新化至冷水江公路相连，距新化县城及冷水江市区均为10Km，交通较方便。兴华煤矿地段属低山丘陵地形，地势为南低北高，最高为耸山，标高为+632.88m，最低为矿井井田2号拐点坐标处，标高为+236.9m。区内气候温暖潮湿，气候变化较大，每年12月至次年1月为年温度最低期，历史最低温度为零下7.5℃，每年7月至8月为年气温最高期，历史最高气温为43℃，历年平均气温21～22度。每年4月至6月为雨季，历史最小降雨量为1335.4㎜，最大降雨量为1761.9㎜，平均年降雨量1550.6mm，年平均蒸发量968.62mm，4～7月为雨季，12月至次年2月为枯水季节，主要风向为北风及西南风，最大风速为7.5m/s。二、矿井开采现状及现有生产系统1、开采现状4矿井采用斜井开拓，主斜井沿顶板穿层布置，位于矿井北翼中部，井口坐标：X=3070091.0、Y=37538772.91、Z=+206.23m，坡度26°，落底于煤层顶板+162.33m标高处，斜长100.14m，向西布置主运输石揭煤后向南沿煤层布置+162运输大巷，以穿层平巷及上山与风井联通，形成矿井负压通风系统。风井位于矿井南翼中部，井口坐标：X=3069881、Y=37538666、Z=+220.81m，底顶板穿层布置，落底标高+190.0m。主斜井为矿井通风、运输和敷设管线及行人用，风井为矿井回风用并兼做安全出口。主斜井坡度26°，斜长100.14m，采用JT0.8×0.6型矿用提升绞车单钩一次串两车提升，井下运输大巷及采区使用U-0.75m3型矿车人力推车运输。轨型18㎏/m，轨距600㎜。矿井通风方式为中央分列式，通风方法为抽出式。主斜井为进风井，井口标高为+206.23m，风井为回风井，井口标高+220.81m。新鲜风流经主斜井、+162m运输大巷、通过局扇送风至掘进工作面，泛风经总回风上山至风井，由抽风机排至地面。地面风井口安装有两台YBK56-Ⅱ-6-№11型轴流式抽风机，一台工作，一台备用，额定功率为11kw，井下安装有5.5kw局扇二台。掘工作面采用局扇配风筒压入式通风。矿井实测总进风量为528m3/min，总回风量为540m3/min。实测矿井正常涌水量10m3/h，最大涌水量为15m3/h，5PH值呈中性。主斜井井底水泵房排水设备采用D25-30×6型水泵2台，配套电机额定功率30KW。水泵额定流量25m3/h额定扬程180m。排水管路为Ф＝76×4无缝钢管二趟,沿主斜井敷设至地面。矿井主供电源来自新化县城35KV变电站，供电架空线规格LGJ-50，供电距离10KM，10KV“T”接至矿。矿井应自备有一台75KW的柴油发电机作为矿井备用电源。经过多年开采，现老矿井范围+140m以上资源已基本采完，老矿井即将报废。第二节矿井地质概况一、地层和地质构造矿区出露地层由新至老有：第四系（Q）、中上石炭统壶天群（C2+3ht）、下石炭统梓门桥组（C1Z）、下石炭系测水组（C1C）、下石炭系石磴子组（C1S）。1、第四系（Q）：主要为坡积层，为灰至黄灰色淤泥、粘土、砂土，厚一般5m。不整合于各地层之上。2、石炭系中上统壶天群（C2+3ht）：由灰白色至浅灰色厚层状灰岩为主，最大厚度800m左右，与下伏梓门桥组呈整合接触。3、下石炭统梓门桥组（C1Z）：上部为深灰色泥质灰岩，6中厚层状，中部为硅质灰岩；下部为深黑色中厚层状泥灰岩，常含微晶石膏0～5层，一般2～3层；层位较稳定。全组平均厚170m左右。与下伏测水组地层整合接触。4、下石炭统测水组（C1C）为矿区含煤地层，平均厚约99m，按其含煤性、岩性组合和生物化石生平特征均可分为上段（不含煤段）和下段（含煤段）两段。1、上段（C1C2）不含煤段。由色泽较浅的碎屑岩及紫红、灰绿色粉砂岩、砂质泥岩和深灰色泥质岩等组成。厚约76m左右。2、下段（C1C1）含煤段。由颜色较深的碎屑岩夹煤层及泥质灰岩组成，以灰黑色的砂质泥岩、粉砂岩、暗灰色细砂岩、石英砂岩为主。其次为黑色泥岩夹炭质泥岩，一般厚23m左右。与下伏石磴子组地层整合接触。5、下石炭统石磴子组（C1s）上部为薄至中厚层状钙质泥岩。下部为黑灰色中厚层状泥灰岩，含方解石脉及黄铁矿结核。钻孔揭露最大厚度250m。本区可见厚42m。本井田位于冷水江向斜北翼的西北端，满竹背斜倾伏端的白马山倒转向斜部位，地层走向NW—SW，倾向NE，倾角变化较大，一般为70°。井田构造以断层为主，其中株木山7逆断层为区内主干断层，位于42线～51线一带，走向长2500m，倾角35°左右，断距约200m左右。褶曲次之，地质构造属复杂。二、煤层及煤质兴华煤矿含煤地层为测水组煤系，矿井内含煤6层，自上而下命名为：上段煤、3煤层、5煤层、6煤层、7煤层、8煤层，上段煤有时为两层，未加细分，统称上段煤，一般不可采。井田内可采煤层为下石炭统测水组（C1C）3、5煤，煤层平均厚度2.76m。其中3煤局部可采，厚0～3.89m，平均厚度1.54m。5煤层全区可采，厚0～8.52m，平均厚度2.0m。其它煤层不可采。3、5煤层均以粉状结构为主，局部细～中条带状块煤，主要由亮煤和镜煤组成。煤质属中灰、特低硫、中高发热量无烟煤，适用于动力和民用用煤。具体指标见下表:指标原煤精煤分析基水分（％）干燥基灰分（％）可燃基挥发分（％）干燥基全硫（％）干燥基弹筒发热量（mJ/㎏）3煤原煤3.5918.557.670.9728.46精煤2.814.914.665煤原煤3.918.667.910.6027.6精煤3.296.725.048三、瓦斯及煤尘爆炸性、煤的自燃性该矿2005年未进行瓦斯等级鉴定，本设计参照相邻煤矿巨底冲煤矿2005年瓦斯等级鉴定结果（湘煤行[2005]233号），相对瓦斯涌出量为16.61m3/t，属高瓦斯矿井，煤层无自燃发火倾向性，煤尘无爆炸危险性。四、水文地质1、矿井水文地质条件区内主要含水层有梓门桥组、测水组、石磴子组。梓门桥组地表岩溶发育，属富水性较强的裂隙岩溶含水层；测水组为一水头高，富水性较弱的裂隙承压含水层；石磴子组裂隙发育，属一富水性中等的裂隙含水层。区内主要隔水层有二层：一层为测水组3煤顶板以上岩层，厚90m以上，主要以浅灰岩层为主，由紫红、灰色砂质泥岩，灰白色石英砂岩，灰色泥质灰岩，为煤层顶板之良好的隔水层。一层为3煤底板深灰色细（粉）砂岩，至石磴子组顶部的钙质泥岩、泥灰岩，厚约25～30m，为煤层底板之良好隔水层。矿井主要充水来源为测水组砂岩裂隙水、老窿水及大气季节性降水补充水。矿井水文地质条件属简单类型。2、设计开采范围内涌水量预计根据新化县煤炭局提供的地质资料，预计该矿井+130m水平正常涌水量将达到10m3/h，最大涌水量为15m3/h。9第二章开采方案第一节矿井境界及储量一、矿井境界根据兴华煤矿采矿许可证（2004年12月29日），矿井范围由以下拐点坐标圈定：1、X=3069650Y=37538750；2、X=3069975Y=37538910；3、X=3070120Y=37538825；4、X=3070220Y=37538860；5、X=3070270Y=37538785；6、X=3069800Y=37538505。开采标高为+280m～+140m。调整后矿区范围由以下拐点坐标圈定：1、3070145375396102、3070125375394003、3070530375395204、3070530375390705、3070190375390706、3069975375389107、306950537538750108、3069800375385059、30710003753920010、30705663753971411、307032437539666开采标高为+300m～+130m。二、矿井储量根据划定的开采范围计算，矿井保有储量110.3万吨，按80％回采率计算，可采储量为88.24万吨。第二节矿井生产能力及服务年限一、矿井工作制度矿井年工作日330d，每天三班作业，每天净提升时间14h。二、矿井生产能力及服务年限根据矿井设计委托书，设计矿井生产能力为3万吨/年。日生产能力：91t/日。矿井范围内保有地质储量110.3万t，可采储量88.24万t，储量备用系数取1.4，计算得矿井服务年限约21a。T=110.3×0.8/3×1.4=21(a)11第三节开拓布置一、开拓方案选择根据煤层赋存情况、矿区地形和矿井开采现状结合矿方意见，初步提出二个开拓方案：方案Ⅰ：新掘主平硐和风井。在矿井2号拐点处新掘主平硐，井口坐标X=3070170、Y=37539470、Z=+238.5m，以191°的方位角施工平硐15m，再以ß=28°的坡度施工11轨道上山至+130m标高落底，长231.11m，落底后沿岩层走向布置+130m底板运输大巷至井田中部，并以坡度30°的伪倾斜方向施工11通风上山与+240m底板回风大巷、回风上山和风井（风井位于矿井1号拐点附近，井口坐标X=3070180、Y=37539530、Z=+260m，ɑ=215°）贯通。构成矿井负压通风系统。（见开拓系统、采区布置及机械设备配备图）方案Ⅱ：利用现有的主斜井及工业广场，延深主斜井至+130m标高，沿岩层走向布置+130m底板运输大巷至矿井井田北翼附近，再布置采区上山。在矿井1号拐点附近布置风井，通过+260m总回风与采区通风上山贯通，形成矿井负压通风系统。从以上二个方案分析，方案Ⅰ要重新选择主、风井和工业广场并征地，初期投资大，建井工期长，但运输系统简单，前期通风线路短，通风容易。方案Ⅱ首采区生产时运输线路12较长（达2000m），煤矸通过轨道上山下放到+130m底板运输大巷，再从主斜井提升至地面，运输系统比较复杂，运输费用较高；由于巷道较长，通风阻力大，通风较困难；原主井因服务年限，受采动压力的影响，巷道严重变形，断面较小需扩大断面，且施工难度大；+130m底板运输大巷需要从小溪流下方通过，且岩柱较小和杨家湾断层的影响，可能导致地表水通过断层裂隙带进入矿井，从而增加排水费用，其优点是可以利用现有工业广场、设施和设备。方案技术比较表方案Ⅰ方案Ⅱ优点：1、通风线路短，通风阻力小；2、煤柱损失小；3、设计投产工期较短；4、运输系统简单，运输费用低。缺点：1、需另建一套地面生产系统，征地面积大，地面投资费用高；2、建井工期较长；优点：1、可以利用现有工业广场和现有设施、设备；2、不需要征地；3、初期投资小。缺点：1、运输系统复杂，运输路线长，运输费用高；2、原主井因服务年限，受采动压力的影响，巷道严重变形，断面较小需扩大断面，且施工难