山西中阳县高家庄煤矿.docx
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山西中阳县高家庄煤矿
第一部分矿井设计基本概况
第二部分矿井组织施工设计
~49
山西中阳县高家庄煤矿
井下工程施工组织设计
第一章编制依据
根据山西中阳荣欣煤焦化公司同新汶矿业集团公司达成的“合作协议”，新汶矿业集团公司负责组建工程项目部承担荣欣公司所属的高家庄煤矿井下工程施工。
协议要求按照矿井初步设计要求完成投产前所需的全部矿建、安装工程，并负责试运转，达到投产条件。
根据工程项目部要求，集团公司组织机电、技术、通风、地质等有关部门人员，编制了《山西省中阳县高家庄煤矿井下工程施工组织设计》。
1、山西煤田地质勘探148队编制的《山西中阳县高家庄井田地质报告》。
2、山西省矿产储量委员会“晋储决字（2003）04号”批准《山西中阳县高家庄井田地质报告》的决议书。
3、《山西中阳县高家庄井田详查地质报告》山西煤田地质148队2003年5月。
4、“山西省中阳荣欣焦化有限公司高家庄第一煤矿建设工程可行性研究报告”合肥煤炭设计研究院2003年3月。
5、山西省中阳荣欣焦化有限公司提供的有关补充地质资料及相关资料。
6、高家庄第一煤矿初步设计委托书。
7、《煤矿安全规程》（2001年版）。
8、《煤炭工业矿井设计规范》（GB50215－94）。
9、国家工程建设强制性条文及有关的设计规范、安全规程及技术规定等。
设计编制范围主要为高家庄煤矿井下矿建、设备安装工程，对影响井下施工的部分地面工程如瓦斯抽放泵站、压风机房等在设计里也进行了规划。
设计规划施工期为2007年5月至2008年8月。
施工形象为完成井底车场和首采区所有矿建工程，完成2208综采工作面安装，并进行全矿井生产系统试运转，具备120万吨/年矿井验收条件。
第二章工程概况
一、矿井位置及自然地理
1、位置与交通
高家庄井田，位于河东煤田中段，柳林矿区南部,行政区划大部分属吕梁市中阳县下枣林乡、武家庄镇管辖，西北部属柳林县陈家湾乡及金家庄乡管辖。
东西长8.5km，南北宽2.3—6.5km，面积40.14km2。
井田位于中阳县城西约20km处，距柳林县城约20km。
孝柳铁路从南同蒲铁路介西支线的孝西站起，经中阳、柳林至穆村镇，全长116km。
井田与中阳县城有县、乡公路相通，煤炭通过中阳县外运，交通条件尚可。
2、地形地貌
本井田位于吕梁山西侧、黄河中游东岸，为典型的黄土高原地貌，总体地势东南高、西北低，最高点位于本井田东南部深也圪塔，标高1292m，最低点位于井田西北部锄沟川，标高975m，最大相对高差317m。
井田内黄土广布，冲沟、梁峁相间分布，植被稀少，地形切割剧烈，冲沟多呈梳状及树枝状分布，多数冲沟呈“V”字型。
3、河流水系
井田属黄河流域三川河水系，井田内有锄沟川和福禄沟两条季节性河流，平时水量很小，雨季水量猛增，在井田外北部汇入三川河。
其余均为季节性小溪，此外再无其它地表水体。
二、地质概况
1、地层
井田地层自下而上为奥陶系中统上马家沟组（O2s）、峰峰组（O2f）；石炭系中统本溪组（C2b）、上统太原组（C3t）；二叠系下统山西组（P1s）、下石盒子组（P1x）、上统上石盒子组（P2s）及石千峰组（P2sh）；上第三系上新统（N2）及第四系中更新统（Q2）、上更新统（Q3）、全新统（Q4）不整合于各时代地层之上。
石炭系上统太原组（C3t），是井田主要含煤地层之一，本组平均厚102.51m；二叠系山西组（P1s）为井田另一主要含煤地层，本组平均厚60.49m。
2、构造
本井田位于离柳矿区南部，基本构造形态为一走向北西、倾向南西的单斜构造。
倾角小于10°，地面几乎全被新生界地层所覆盖，填图过程中未发现褶曲和断裂构造等，在勘探过程中也未发现断裂、陷落柱等构造。
井田内没有发现岩浆岩。
井田构造属简单类。
3、煤层
井田内主要含煤地层为二叠系下统山西组（P1s）和石炭系上统太原组（C3t），共含煤11层，自上而下为山西组的1、2、3、4、5号煤和太原组的6、7、8上、8、9+10、11号煤，煤层总厚10.69m。
可采煤层共4层，自上而下分别为2、4、8、9+10号煤层，煤层总厚8.31m。
太原组的9+10号煤层为本井田主要可采煤层，山西组的2、4号及太原组的8号煤层为大部可采煤层。
其可采煤层情况见表4-1。
可采煤层情况表表4-1
含煤
地层
煤号
见煤厚度（m）
最小—最大
平均
煤层间距（m）
最小—最大
平均
结构
夹矸层数
可采系数
可采性
稳定性
山
西
组
（P1s）
2
0.18—1.75
1.13
4.26—21.55
简单
0
70
大部可采
较稳定
4
0.10—1.70
0.98
15.18
49.80—71.30
简单
0
70
大部可采
较稳定
太
原
组
（C3t）
8
0.55—3.75
1.57
62.48
5.65—23.10
中等
0—2
65
大部可采
不稳定
9+10
3.75—5.80
4.63
10.75
复杂
1—4
100
全部可采
稳定
4、开采技术条件
矿井水文地质条件比较简单，主要含水层为山西组砂岩和太原组薄层灰岩。
由于石灰岩、砂岩裂隙含水层的富水性弱，不会对矿井开采造成大的影响。
预计矿井涌水量为2025m3/d。
可采煤层顶底板岩性主要为中硬岩层。
除8号煤层顶板为石灰岩外，其他煤层顶、底板岩性多为泥岩及粉砂岩。
根据孔岩石力学试验结果，除8号煤层顶板为较稳定顶板以外，其他各煤层顶板均为不稳定顶板。
各煤层地板为普通底板。
矿井为高瓦斯矿井，各煤层的煤尘均有爆炸性，煤的自燃倾向为不易自燃。
5、储量
通过估算全井田共获得各类资源量（331+332+333）共35112万t，其中探明的（331）内蕴经济资源量6480万t、控制的（332）内蕴经济资源量11025万t、推断的（333）内蕴经济资源量17607万t。
探明的（331）内蕴经济资源量占总资源量的18%，探明的（331）和控制的（332）内蕴经济资源量占总资源量的50%。
总资源量中有焦煤20249万t，瘦煤14863万t（表8-2）。
全井田资源量汇总表表8-2
煤号
煤类
资源量（万t）
331%
331+332+333
331+332%
331+332+333
331
332
333
331+332
331+332+333
2
JM
1386
448
2146
1834
3980
35
46
4
JM
1063
331
2493
1394
3887
27
36
8
JM
2671
2671
SM
2098
2098
小计
4769
4769
9+10
JM
1748
6485
1478
8233
9711
18
85
SM
2283
3761
6721
6044
12765
35
47
小计
4031
10246
8199
14277
22476
18
64
合计
6480
11025
17607
17505
35112
18
50
其中
JM
4197
7264
8788
11461
20249
21
57
SM
2283
3761
8819
6044
14863
15
41
三、工程概况
高家庄煤矿2004年开工建设，截至2006年末，两条井筒、混合井及风井井底车场矿建工程已经完成，首采区巷道施工一部分。
混合井已经完成副提系统和主提绞车安装；风井地面通风设施已经完成，因临时提升系统占用，井筒装备尚未进行。
地面排矸系统、单回路供电系统和临时压风系统形成，井下基本具备部分矿建工程施工条件。
第三章矿井开拓与开采
一、开拓方式
1、开拓方式
本矿井采用立井开拓方式。
井筒个数及布置方式为开凿2个立井井筒。
混合提升立井Φ7.0m，装备一对9t箕斗，用于提升煤炭，另外装备一个带平衡锤的宽罐笼，用于辅助提升。
另外开一个专用回风立井Φ4.5m。
2、井筒位置及开拓方案
矿井初期在西洼沟工业场地布置一对立井，其中混合提升立井井筒直径7.0m，垂直深度485m，装备一个带平衡锤的宽罐笼，用于辅助提升；装备梯子间作为矿井一个安全出口，并兼作进风井。
回风立井直径4.5m，垂深480m，装备梯子间作为矿井另一个安全出口。
全井田共划分两个水平开拓，第一水平标高＋515m，开采上组煤。
第二水平标高＋445m，开采下组煤。
考虑到上组煤2#、3#、4#、5#层间距比较小，平均层间距6m左右，确定采用联合布置。
混合提升立井和回风立井初期均落底于3#和2#煤层，井底水平标高分别为＋515m和＋510m。
由于矿井为高瓦斯矿井，《煤矿安全规程》规定必须设一条专用回风巷，开拓巷道采用三巷布置。
为了节约投资，各开拓巷道均沿煤层布置。
为避免出现平面交叉，上组煤轨道运输巷沿3#煤层布置、胶带输送机巷沿4#煤层布置、回风巷沿2#煤层布置；
由于井筒位置坐落在井田西北部，为开发井田东南部煤层，一水平在立井东500～600m处布置一组下山，三条下山的层位，轨道运输巷沿3#煤层布置、胶带输送机巷沿4#煤层布置、回风巷沿2#煤层布置与上述开拓巷道相同。
井底车场采用蓄电池电机车调车方式；
大巷主运输方式采用胶带输送机运输煤炭；大巷辅助运输方式初期采用调度绞车或无级绳绞车牵引1t矿车，后期随着产量增加可改为齿轨卡轨车运输。
由于井田范围比较大，为避免风路过长，在井田南部堡则沟适当位置设有后期回风立井。
矿井通风系统初期为中央并列式，后期回风立井建成以后采用分区式通风。
通风方式均采用机械抽出式。
矿井一水平共划分四个采区，初期开采西二采区的上组煤。
3、大巷布置及运输方式
矿井主要大巷自井底车场向东西两翼开拓，开拓巷道采用三巷布置。
各开拓巷道均沿煤层布置。
为避免出现平面交叉，轨道运输巷沿3#煤层布置、胶带输送机巷沿4#煤层布置、回风巷沿2#煤层布置。
大巷主要运输采用胶带输送机运输方式。
矿井设计生产能力1200Kt/a，首采区运输距离约500m，巷道倾角3～5○，选用一台SJD型固定式胶带输送机，带宽1000mm，带速2.0m/s，功率2×75kw，输送量630t/h。
可以满足矿井煤炭产量运输需要。
矿井辅助运输担负井下矸石、设备、材料等辅助运输任务。
根据矿井开拓部署、井型及运输量，辅助运输采用轨道运输方式，初期采用调度小绞车牵引1t矿车，后期可根据矿井产量、运输距离的变化选用无级绳绞车，或齿轨车等其它运输方式。
二、采区布置与采煤方法
1、水平划分及水平标高：
本井田煤层倾角为4～8○，为近水平～缓倾斜煤层，且本井田开采上组煤的2#、3#、4#及5#煤层的层间距均为6m左右，属于近距离煤层群。
根据国内外煤矿经验，采用分盘区联合布置采区，可以减少开拓工程量，节省投资。
根据选择的井筒位置、煤层标高等确定一水平标高为＋510m。
2、采区划分及开采顺序
本井田上组煤划分为四个盘区，其中东翼为一、三采区，西翼为二、四采区。
详见开拓布置及采区划分图。
一采区南北长4km，东西宽1.0km、面积约4km2；
二采区南北长4km，东西宽1.8km、面积约5.5km2；
三采区南北长3.5km，东西宽2.2km、面积约6km2；
四采区南北长2.3km，东西宽1.8km、面积约4km2。
矿井首先就近开采井底车场附近的二采区，同时向东西两翼开拓，相继开采一、三、四采区。
见矿井开拓系统示意图。
3、采煤方法与工艺
根据地质报告，本矿煤层构造简单，属近水平煤层～缓倾斜。
煤层顶底板多为中等硬度、中厚层状的砂质泥岩、4号煤顶板为泥质胶结中粒砂岩（见高家庄矿煤系地层柱状图）。
参照邻矿汾西矿业集团贺西煤矿3#煤层采煤工作面顶板压力观测资料：
直接顶初次垮落步距10~15m、老顶初压步距25~30m、周期来压步距15m。
结合本矿井煤层顶底板岩性进行煤层顶底板分类：
按照煤炭顶板分类标准《缓倾斜煤层采煤工作面顶板分类》（MT554-1996）和《缓倾斜煤层采煤工作面底板分类》（MT553-1996），高家庄矿2#、3#、4#煤层顶板均属二级二类顶板。
由以上条件，设计选择长壁式采煤方法，工作面采用采用全部垮落法管理顶板。
高家庄矿上组煤煤系地层柱状图
地层
煤层编号
柱状
厚度m
岩性描述
山
西
组
－.－.－
8.55
砂质泥岩、灰色半坚硬
－··－
－－－
1.0
中粒砂岩、半坚硬、灰色
1号煤
0.1
黑色、半暗型、沥青光泽
2.0
泥岩、浅灰色
－··－
2.35
中粒砂岩、灰色、较坚硬
－.－.－
－.－.－
－.－.－－.－.－
－…－
－－－
－··－
－··－
3.93
砂质泥岩、中厚层状、半坚硬
2号煤
0~2
1.1
黑色、结构均一、煤质较硬
7.26
砂质泥岩、中厚层状半坚硬
3号煤
4号煤
0~1.68
0.75
黑色、玻璃光泽
1.4
粉砂岩
0.5
泥岩
2.23
中粒砂岩、灰色、泥质胶结
－…－
－…－
0.7～1.5
1.13
黑色、以亮煤为主、玻璃光泽
6.0
粉砂岩、灰色、半坚硬
根据目前国内的成功开采经验，并考虑本矿井煤层的实际情况，煤厚1.4m以上,煤厚比较稳定的工作面选用综合机械化设备采煤，煤厚度小于１.4m的块段应以高档普采为主进行机械化采煤。
首采的2层工作面采煤方法选用走向长壁综采采煤方法。
全矿井“一综一高”二组采煤工作面生产，保矿井年产120万吨。
其中：
综采75万吨/年、高档35万吨/年,掘进煤量10万吨。
开采顺序：
2#煤、3#煤、4#煤之间层间距均小于10m，因此煤层间的开采顺序为下行开采：
由于本矿井工作面瓦斯大、煤层比较薄，工作面阶段过长不利于通风安全管理，本设计工作面阶段长度180m，其中:
中间进风巷至回风巷30m煤柱不能回采，计算产量的有效回采长度为150m。
工作面推进长度1000~2000m左右。
工作面顺槽布置采用二条进风，一条回风的三巷布置方式。
其中：
工作面轨道运料顺槽为主要进风巷，铺设轨道运送设备材料。
中间顺槽为运输顺槽，铺设胶带输送机输送煤炭，并担负辅助进风。
专用回风巷用于回风，不能安装设备，不能行人，为冲淡尾巷瓦斯，需铺设风筒，用一台局部扇风机向尾巷送风，以冲淡尾巷瓦斯。
（详见工作面巷道布置及通风系统示意图）。
顺槽掘进采用双巷布置，留宽煤柱，单巷服务下区段。
工作面采用二柱掩护式液压支架支护顶板，上下端头支护采用端头液压支架，工作面巷道超前支护采用DZ-30型外注式单体液压支柱与金属顶梁，超前加强支护距离不小于25m。
全部陷落法管理顶板。
根据支护强度的计算，结合本矿井煤层顶底板情况和煤层赋存条件，在井田西北部2#煤工作面选用煤炭科学研究总院开采研究所设计的ZY3000/10/20型掩护式液压支架，支撑高度1.0m～2.0m，工作阻力3000kN，推移行程0.7m，支架中心距1.5m，初撑力2545~2187kN，对底板比压1.86MPa，支护强度0.56~0.49＞0.365MPa,满足2#煤层顶板支护的需要。
根据煤层的开采技术条件、断裂构造发育情况、煤的硬度（按中硬考虑）及采高，并考虑部分煤
回采工作面通风系统示意图
层结构较复杂的特点，设计2#煤选用MG150/375－W型双滚筒采煤机。
确定选用SGD630/220刮板输送机。
综采工作面主要设备表表3-1-5
序号
名称
型号
数量
功率
（kw）
生产能力（t/h）
备注
1
液压支架
ZY3000/10/20
100
2
排头支架
WS1.7-12/28
4
3
采煤机
MG150/375－W
1
375
4
刮板输送机
SGB-630/220
1
2×110
450
150m
5
转载机
SZB-730/75
1
75
400
40m
6
胶带输送机
SSJ800/2×40
2
2×40
400
600m
7
泵站
WRB-200/31.5
2
125
8
移动变电站
KBSGZY-630/6/1.2
2
9
功率合计
884
4、采区巷道布置及运输
本矿井为高瓦斯矿井，根据《煤矿安全规程》的有关规定，采区采用三巷布置方式，分别设有轨道巷、胶带机巷、采区回风巷。
采区内煤炭采用输送机连续运输。
回采工作面煤炭、掘进工作面出煤均通过带式输送机运到区段煤仓，转载至主井底煤仓上仓皮带运至井底煤仓。
采区辅助运输采用轨道系统，利用1吨标准矿车运输。
矿井投产时由二采区一个采区投入生产，区内布置两个2#煤层回采工作面，即二采区北翼2208综采工作面和南翼2209工作面。
5、巷道掘进与支护
采区内巷道多为半煤岩巷道，采用综掘或炮掘方式掘进。
综掘工作面设备使用EBH-120型综掘机，配用运输设备为QZP-160桥式转栽机、SSJ-800型胶带机和SGW-40刮板机。
炮掘工作面采用人工钻孔，蟹爪式装岩机装煤，轨道运输。
工作面顺槽支护形式为锚网喷支护，顶部为螺纹钢树脂锚杆，并采用钢筋梯和锚索加强，巷帮为树脂竹锚杆，利用喷浆减少煤层风化程度、减少通风阻力。
三、主要生产系统
1、提升系统
矿井提升系统采用主提升和副提升均在一个井筒内运行的混合井筒提升制式，混合井井筒直径选为7米，井筒深度约为500米。
主副提升机均选用落地式多绳摩擦轮提升机，主提升机配两台箕斗，副提升机配一台双车双层罐笼和一台平衡锤（受井筒断面限制）承担矿井全部提煤、运送货料、人员上下的任务。
主提升系统选用JKMD-2.8×4多绳摩擦轮绞车，配套电机为YR-118/45-10型绕线性异步电机，电机为2台，功率630kw×2=1260kw。
电压等级6kv，绳距200mm。
提升容器为9吨箕斗两台，每台自重13吨（包括紧绳装置）。
辅助提升系统选用JKMD-3.5×4多绳摩擦轮绞车，配套电机为YR-118/51-12型绕线性异步电机，电机为一台，功率为500kw。
电压等级6kv，绳距200mm。
提升容器选择1台双层双车罐笼，自重13.5吨，最大载重10.6吨（重车），最小载重2.6吨（空车）；平衡锤1组重20.1吨。
2、通风系统
根据矿井可研报告矿井通风的风量为175m3/s，负压初期为160mm2H2O柱（约五年以内）中后期为294mm2H2O水柱，主通风风机选用对旋式防爆轴流式通风机，型号BDK-28#-280×2。
配套电机：
电压等级6KV，功率560KW，（2台280KW电机）10级，两台，一台运行，一台备用。
3、排水系统
根据地质报告，矿井最大涌水量QWAX=250M3/时，矿井正常涌水量Q=150M3/时，矿井深度H=500M。
选用MD155-67×6型水泵，同步转速3000转/分，三台，配套电机选防爆高压6KV电压，2级电机功率450KW数量三台，一台运行，一台备用，一台检修。
水泵扬程603M，流量155M3/时，电机450KW运行效率n=0.8,能满足排水要求。
选用φ219无缝钢管为主排水管路两趟，一用一备，各500M。
4、压风系统
采用地面建空压机站的集中供风方案。
所需风量50m3/分，选用5L40/8型空压机，三台。
两台运行，一台备用。
压风主管路φ159×5一趟，从地面铺设直到大巷。
开拓选φ100×4，掘进选φ75×3管路。
5、运输系统
确定煤炭运输采用胶带输送机运输方式。
辅助运输采用电机车、绞车牵引矿车运输方式。
井底煤仓上仓胶带输送机，坡度α=16O长度L=175m，。
选用带宽：
B=1000mm，大倾角强力胶带输送机，功率：
P=380KW，能力：
Q=1200吨。
井下大巷辅助运输电机车选用XK2.5-9/48-KBT防爆特殊型蓄电池电机车。
7、调度通讯与安全监测系统
生产调度通讯选用DDK-6M数字程控调度指挥系统。
下井电话电缆选用MHYA32-50X2X0.8型煤矿用阻燃电话电缆敷在混合提升井井筒中。
矿井选用KJ90型煤矿安全监测监控系统和KJ90网络型数字图像工业电视监视系统，用于矿井安全设施管理以及生产安全信息管理。
四、地面生产系统
矿井初期建设原煤手工选矸系统，选矸后进入露天储煤场，由汽车运输至公司所属选煤厂，入洗后再进行炼焦化工等深加工后外销。
1、原煤系统
地面设原煤转载站、皮带栈桥和地面储煤场。
箕斗接受仓中的原煤，经仓下给煤机和带式输送机运输至卸载站，由其机头卸料器将原煤卸至储煤场。
储煤场为栈桥式露天储煤场，推土机辅助，露天储煤场容量20Kt。
防尘采用洒水喷雾抑尘措施。
运输方式采用公路汽车运输。
装车方式为装载机装车。
计量方式为静态电子汽车衡计量。
2、排矸系统
在工业广场外荒沟内设有排矸场。
矸石车由绞车提至矸石山，用前倾式翻车机换装至V型矿车内，沿沟排弃。
矸石分层排放，每排一层矸石，压实后覆盖一层黄土，排放完毕后覆盖１ｍ厚的黄土，植树种草，以利于环保。
井下矸石出井后，利用小绞车牵引自矸石山，通过翻车机卸载。
3、矿井消防、防尘水系统
矿井总用水量为2000m3/d，其中井下消防洒水用量为450m3/d,工业场地生产、生活用水量为1118m3/d,地面消防用水为432m3/d。
供水水源利用区域奥灰水，施工700m深水井1口,日供水能力在1500m3,利用井下水500m3。
地面设500m3清水池一座,井下建水处理站一座，矿井水经处理后,送至地面清水池，静压供给井下消防洒水。
井下水处理站主要设施如下：
⑴调节池一座,V=300m3,D=11.1m,H=3.5m
⑵提升泵房一座,规格:
9.0×6.0×6.5m,内设：
提升泵3台,2用1备,型号为IS80-65-125,Q=50m3/h,H=20m,配电机型号为YD132S1-2,N=5.5Kw;
加药装置1台,型号为JY-0.3/0.72A-1,N=1.35kW;
二氧化氯发生器1台,型号为HL-100,Q=100g/h。
⑶净化间1座，规格：
12.0×6.0×5.0m。
内设净化器2台，型号为YQ-1-50,Q=50m3/h
⑷清水池1座，V＝200m3,D=9.0m,H=3.5m。
五、供电系统
1、地面供电
在地面工业广场建一座35KV变电站作为矿井安全生产的电源。
供电一回路35KV3×120mm2断面架空线引自柳林县供电局金家庄35KV变电所，线路长7KM，共21基，8基铁塔，13基水泥∏形杆，已在矿井施工期间完成。
投资100万元。
供电二回路35KV3×120mm2断面引自中阳县城关35KV变电站，投资100万元。
选用：
SZ9—6300/35型主变两台一台运行，一台备用，容量6300KVA有载调压。
2、井下供电
井下供电电源由地面35kv变电所6kv供电系统出线二回，采用YJV42-3*150型粗钢丝铠装聚氯乙烯护套高压电缆向井下中央配电室供电。
选用KSG—500/6/0.66，电压6KV/660V，容量：
500KVA，2台。
六、劳动组织与管理
1、劳动定员及劳动生产率
按1个综采工作面
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