采矿学课程设---计--郑振平

11.矿井概况及井田地质特征（略）1.1矿井概况本矿井东西长为5500m，南北宽为3500m。井田内的可采煤层为9号煤，埋深200--800m，煤层赋存稳定，平均厚度7m。井田深部以煤层的-950m底板等高线为界；浅部以-350底板等高线为界。地面标高-150m。表土层后平均40m。1.2井田地质特征1）直接底：岩性为泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩，局部为砾岩、中粒砂岩，薄层状～中厚层状，厚0.7~6.54m，平均厚度3.5m。中粒砂岩属中等坚硬岩石。2）伪顶：岩性为炭质泥岩、泥岩，厚0.20~0.57m，平均0.3m。3）直接顶：岩性主要为泥岩、砂质泥岩，局部为炭质泥岩，薄层状～中厚层状、波状层理、均匀层理，厚度变化较大，在0.6~8.4m之间，平均3m。4）老顶：由砾岩、粗粒砂岩、中细粒砂岩构成，一般厚度4~10m，平均厚度6m。砂岩矿物成分主要为石英、长石，岩屑次之，中厚～厚层状，交错层理，块状构造，孔隙式钙质胶结，较为坚硬，属中等坚硬～坚硬岩石。5）老底：粉砂岩与中粒砂岩互层，平均厚度25m。1.3煤层特征9号煤干密度1.32~1.731t/m³，平均1.465t/m³。各煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，煤层属简单结构煤层，硬度系数f=2，属中硬煤层。松散层移动角ψ=55°，基岩沿走向方向的移动角δ=75o、上山方向的移动角γ=75o和下山方向的移动角β=85o。各煤层瓦斯涌出量较低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小。矿井开拓设计22.井田境界及储量2.1井田境界井田划分的原则有：1）要充分利用自然条件划分井田；2）要有与矿区开发强度相适应的矿井数目和井田范围；3）照顾全局；4）为矿井发展留有余地；5）直（折）线原则；6）安全经济效果好；根据以上的划分原则，再结合城郊矿的实际情况，将其边界做如下划分：北以人为划分的-350m等高线井田边界线作为边界；南以人为划分的-950m等高线井田边界线作为边界；东西以煤层走向长度为边界。（如图虚线所框-为本井田境界）由“煤层地板等线图”求得煤层平均倾角约为9.7度。本井田的走向长度平均约5500m，井田的倾向长度平均为3500/cos9.7o=3551m经过测量井田的水平面积为约19k㎡。图1.2煤层地板等线32.2井田工业储量井田工业储量是井田可利用的地质储量与设计损失的储量之和，本井田的走向长度为5500m，由下图可知本井田的倾向长度为3551m，煤层厚度为7m，则由下式求得本井田工业储量：图2-2井田倾斜长度：AB=3500÷cos9.7o=3551m井田面积S=AB×L=3551×5500=19530500m2井田工业储量为：Q=S×M×γ=19530500×7×1.465=20028.53万吨；M——煤厚，m；γ——容重，t／m3；2.3矿井可采储量2.3.1井田内各保护煤柱1）矿井工业场地煤柱根据《煤炭工业设计规范》规定：矿井工业场地的占地面积指标，应不小于下表的规定。表2.3.1-1矿井工业场地的占地面积指标井型占地指标（公顷/10万吨）大型井0.8—1.1中型井1.3—1.8小型井2.0—2.5本矿的设计生产能力为180万t/a（第三章介绍本矿井设计生产能力），因此，参考表2-1取本矿井工业场地的占地面积为1.1（公顷/10万吨），那么本矿井的矿井开拓设计4工业广场的面积为约200000㎡，一般认为工业广场的形状为矩形，则取工业广场长为500m，宽为400m。参考《煤矿特殊开采方法》确定工业广场的保护带的宽度为20m，应用垂直剖面法计算工业广场保护煤柱的留设宽度，其具体作法如图2-2。表2.3.1-2地质开采条件和岩层移动角地质开采条件基岩移动角/（°）松散移动角Φ/（°）煤层倾角煤层厚度αβγ4514°---25°7m7466.673.5图2.3.1垂直剖面法计算工广保护煤柱经过作图可知工业广场留设煤柱的形状为梯形，计算并测得该梯形的上边长度为a=516m，下边长度为b=648m，高为h=600m。则梯形的面积为：S=(a+b)×h/25=（684+896）×698/2=349200㎡工业广场的保护煤柱量为：1q=S×γ×h(2-1)式中1q——保护煤柱量,万tS——保护煤柱的面积，㎡γ——煤的容重，t/m³，取1.465h——煤层的厚度，m，为7将数据带入式（2-1）得:1q=349200×1.465×7=358.1万t2）边界煤柱由于本井田地址条件简单，参考《煤炭工业设计规范》边界煤柱留35m比较合适。则边界煤柱压煤损失粗略的计算：2q=（3551×2+5500×2）×7×1.465=649.73万t3）矿井可采储量矿井可采储量=（工业储量-保护煤柱量-边界煤柱）×采出率即Zk=（Q-1q-2q）×C(2-2)参考《煤炭工业设计规范》可知:矿井采出率，厚煤层不小于0.75，中厚m煤层不小于0.80，薄煤层不小于0.85，本矿取C=0.75Zk=(20028.53-358.1-649.73)×0.75=14265.53万t矿井开拓设计63.矿井工作制度和设计生产能力3.1矿井工作制度本矿井采用综合机械化放顶煤采煤工艺。3.1.1工作面配套设备大型矿井综采工作面配套设备如表3.1.1所示。表3.1.1综采工作面配套设备项目单位技术特征项目单位技术特征采煤机型号SL500转载机功率kW375采高m2.7----5.4供电压V1140滚筒直径m2.5链速m/s1.28截深m0.865溜槽宽mm1200供电压V3300铺设长m25.8装机功率kw1875运输能力t/h3500生产能力t/h300破碎机供电压V1140外形尺寸m1.58×2.06×2.254功率kW375刮板输送机溜槽尺寸m1.756×1×0.341破碎能力t/h3500铺设长m220乳化液泵型号S300运输能力t/h3500供电压V1140链速m/s1.68功率kw4×224供电压V3300流量L/min4×318装机功率kw3×855压力MPa37.5液压支架高度m2.55-5.55液箱容量L2728宽度m1.75带式机宽度mm1400工作阻力kN8638带速m/s4.0移架速度S/架8运输能力t/h300073.1.2工艺特点（1）装备特点采煤机截割能力强，牵引速度快，整机强度高，具有破碎大块煤的能力。刮板输送机链条能力强，抗大块煤冲击能力强。液压支架移架步距0.865m，可实现快速移架，稳定性好。（2）进刀方式采用端部斜切进到方式，管办输送机弯曲段长17m，采煤机全长15.3m，端部斜切进刀段长度是两倍采煤机长度与刮板输送机弯曲段长度之和，为48m。（3）割煤方式前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤，双向割煤，往返一次进两刀，正常割煤是的采煤机牵引速度一般为8--15m/min。(4）移架方式移架滞后采煤机后滚筒3架，采煤机牵引速度小于8m/min时，采用单架依次顺序移架方式，牵引速度大于8m/min时，采用成组移架方式，移架速度为14.5s/架。（5）作业方式根据《煤炭工业设计规范》：矿井设计生产能力按年工作日300天计算，每天3班作业，。因此规定本矿井“三八制”作业工作制度，即两班采煤一般准备。采用静态检修与动态检修相结合的方法检修装备，设备专列前移在准备办完成，每5--7d移一次移动变电站，移一次占用两小时。工作循环作业图如图3.1.2所示。（6）劳动组织工作面人员配备如下表3.1.2所列。表3.1.2综放工作面人员配备项目出煤一班/人出煤二班/人检修班/人合计班长1113跟班、队长1001副班长1113采煤机司机112移架推溜工336放煤工224清煤工8816矿井开拓设计8运料工224运输机司机112转载机112验收员112电工1135泵修工11排水工2226支架维护工33超前维护11合计25251262图3.1.2综放工作面循环作业图93.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1确定矿井的年生产能力参考《煤炭工业设计规范》可知，矿井设计生产能力主要类型有：大型矿井：1.2、1.5、1.8、2.4、3.0（Mt/a）及以上中型矿井：0.45、0.6、0.9（Mt/a）小型矿井：9、15、21、30（万吨/年）在大型矿井中不能出现介于两种设计生产能力的中间井型，经勘测表明本井田的矿井工业储量为20028.53万吨，可采用180万吨/年，矿井的服务年限为T取60年。A=)/(kTZk=14265.53/(60×1.3)=182.89万t3.2.2矿井的服务年限根据煤层赋存情况和矿井可采储量，按煤炭工业矿井设计规范规定，将矿井设计生产能力设定为A=180万t/a，再计算矿井服务年限：矿井的设计服务年限，可以用下式计算：T=Zk/(A×K)（3-1）式中:T—矿井平服务年限，aA---矿井设计生产能力，万t/aK---储量备用系数，一般采用1.3～1.5，本井田地质条件及其它条件简单因此取下限1.3Zk—矿井可采储量，万tT=14265.53/(180×1.3）=60.96a矿井开拓设计104.井田开拓井田开拓是在总体设计已经划定的井田范围内，根据精查地质报告和其它补充资料，具体体现在总体设计合理原则，将主要巷道由地表进入煤层，为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程。其中包括确定，主、副井和风井的井筒形式、深度、数量、位置、阶段高度、大巷位置、采（带）区划分以及开采顺序与通风运输系统。4.1井筒形式、数目及位置的确定4.1.1井筒形式的确定目前我国井筒一般为立井、斜井和平硐三种形式。由于本井田地质条件简单、地形平坦、并非山岭地带，不存在平顶开拓条件，所以排除平硐开拓方案形式。1、斜井开拓：优点：1）井筒施工简单；2）地面装备简单3）井底车场装备简单;4）延深容易，对生产的干扰小；5）胶带机的主斜井能力大,且不受长度限制6）初期投资少.缺点：1）井身长，绞车提升能力受限制；2）通过井筒的通风、动力供应、排水等生产经营费高；3）井筒维护工程量大；4）对地质条件适应性差。斜井适用条件：(1)适应大中小矿井；(2)煤层埋藏浅；(3)表土层不厚，水文地质条件简单，不需特殊施工法施工的缓斜和倾斜煤层。2、立井开拓：优点：1）井身短；2）提升速度快，机械化程度高，对辅助提升有利，对深井开采有利；3）井筒断面大，提升，排水、动力供应等生产经营费低；4）井筒易维护；5）对地质条件适应性强。缺点：1）井筒施工复杂，需较高技术、较多设备、速度慢；2）井筒装备复杂，基建投资大；3）井筒延深困难。适用条件：1）煤层埋藏深、表土厚或水文条件复杂，井筒需特殊施工2）多水平开采的急斜煤层3）凡不适合斜井、平硐及综合开拓方式时，均可采用立井开拓。由于本井田地质条件简单，地形平坦，煤层分布规则、较连续、倾角变化较小，且无断层构造，瓦斯和水的含量很少。井田深部以煤层的-950m底板等高线为界；浅部以-350底板等高线为界,总体来说埋藏较深，本井田表土层厚度平均40m，表土层厚度较厚，然而本井田煤层倾角平均在9.7º左右，地面标高为-150m，很明显，采用斜井开拓时斜井井筒的长度比立井要长的多，这样就增加11了提升、通风、维护费用。井筒压煤量较立井而言大的多，此外采用斜井施工时危险性相对立井而言较大。综上所述，立井开拓在经济和技术、安全三方面都占有很大的优势。故本矿井在井筒形式上采用立井开拓。4.1.2井筒位置的确定井筒位置的确定，主要是根据以下一些原则进行的。在煤层走向方向尽量位于井田的中央，即要求其两翼的长度大致相等。这主要是考虑到矿井的煤炭运输问题。井筒设在井田中央（储量分配的中央），可使沿井田走向的井下运输的工作量最小，而井筒偏在一翼边界时的相应井下运输工作量要较前者为大。井筒设在井田中央时，两翼产量分配、风量分配比较均衡，通风网路较短，通风阻力较小。井筒偏于一翼时，一翼通风距离长、风压增大。如果要降低风压，就要增大巷道端面，增加掘进工程量。如井筒偏于一侧，一翼过早采完，然后产量集中于另一翼，将使运输、通风过分集中，采煤掘进互相干扰，甚至影响全矿生产。所以当井筒位于井田内的煤炭储量中心时，全矿的运输费用达到最低，当井筒位于