矿井通风课程设计东滩矿.docx
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矿井通风课程设计东滩矿
第一章矿井概述及井田地质特征
第一节矿井概述
1.1矿井地理位置、地形特点和交通条件概述
(1)地理位置:
东滩矿井位于山东省济宁专区,地跨邹县、兖州、曲阜三县,为兖州煤田的深部。
(2)地形特点:
井田内地势平坦。
地面标高+42.46~+54.58米,由东北向西南逐渐降低,坡度平缓。
矿区地震烈度,根据山东省地震局的(76)鲁发字第110号文件,地震基本烈度按7级考虑。
(3)交通条件:
矿区内交通方便,京浦铁路纵贯本井田中部,以东滩站至邹县车站约6KM,兖(州)济(宁)铁路支线可通济宁、邹济公路。
兖州公路与邹兖公路分别由井田南部、西部与中部通过。
1.2矿区气候条件
矿区气候属海洋大陆型,年平均降水量732.2mm,雨季多在6~8月。
年平均气温为13.6°,日最高气温为40.7°,最低气温在-18.6°,冰冻期为十二月至次年三月。
冻土深度为450mm,风向为南风和东北风。
1.3矿区水文情况
矿区的白马河、小蓼河、泥河纵贯全井田,向南流入南阳湖。
白马河全长75KM,河床宽10~420米,最大流量为353m3/s,小蓼河和泥河为季节性小河,是白马河支流,流量随季节变化,冬春季干枯断流。
1.4矿区水源和电源
矿区已建有110KV罗广区域变电所,向本矿井供电的两回35KV输电线路以建成送电。
本井田未曾做过专门的水源勘探工作,但根据地质报告提供的水文地质资料,本区第四系地层上组砂层水分布广,埋藏浅,水量充沛,水质符合要求,故第四系地层上组砂层水是较可靠的水源,能够满足矿井建设和生产的需要。
1.5生产原料和建设材料
本矿井建设期间,所需要建设材料,除钢材、木材和部分水泥需由国家计划供应外,其它砖、石、砂等土产材料,均由当地供应,满足建设需要。
1.6附矿区交通位置图
第二节井田地质特征
2.1井田地形地势以及井田的勘探程度:
(1)地形与地势:
井田内地势平坦,由东北向西南逐渐降低,坡度平缓。
(2)井田的勘探程度:
全区经过普查、详查、精查勘探及使用综合勘探的精查补充勘探后,使完成钻孔145个,地震物理点3466个,平均每平方公里有2.13个,地震物理点23.9个,共计工程量为10621.27米,其中水文钻孔3个,为1865.61米。
2.2地层、构造与地温
(1)地层:
本井田含煤地层属于石炭二迭系的太原组和山西组,煤系平均8.55米,全为第四系所覆盖。
煤系底盘为奥陶系灰岩。
煤系和煤层沉积稳定,标志层明显。
含煤地层上部覆有相当厚的上侏罗系地层,在上侏罗系沉积前,煤系地层上部的东南半部遭受不同程度侵蚀,保留不完整。
表2——1地层特征表
地层系统
接触
关系
层厚(m)
地层特征
系
统
两极厚度
平均厚度
第
四
系
整合
整合
整合
不整合
不整合
假整合
57.26-226.34
124.61
自西向东,自南向北逐渐变薄,井田内仅在西北边缘见上、中、下组外,
其余只有上、中两组,上组一般厚45m左右,透水性强,含水丰富;
中组一厚45-50m左右,透水性弱。
侏
罗
系
上侏
罗统
残厚
0~794.86
分布普遍,由西而东残厚不断增大,上段最大残厚550余m,只见于井田
东部,为灰、灰白、灰绿、褐灰色的粉砂岩细砂岩、泥岩、泥质岩与
细砂岩互层等,固接良好,下段沉积后300~390m,一般320m,岩性基本为
一套紫红色,暗红色厚状泥质砂岩,斜层理发育。
二
迭
系
下石盒子组
残厚
0~181.88
分布与井田北部和西部,以紫红色、灰绿、灰黄色的杂色粘土岩为主,
夹粉砂岩和砂岩,底部有一层超过5m,的粗砂岩或沙砾岩,与山西组分界。
山西组
105.92-152.6133.98
分上、下两段,上段为纯陆相地层不含煤,由杂色粘土岩、灰-灰绿色细
-中粒砂岩,灰-深灰色粉砂岩,粘土岩等组成,厚23-50m,一般35m左右。
下段为主要含煤段,厚约100m左右,主要由灰-灰白色中粒细砂岩深灰色
粉砂岩,细砂岩与粗粉砂岩互层组成,中下部含第2、3煤层。
石
炭
系
太原群
174-218
184.74
为海陆交互相沉积,岩性主要为粉砂岩、泥岩、粘土岩、细粒砂岩、夹薄层石
灰岩10层,煤24层,其中主要可采煤层为第16上、17煤层,局部可采煤层
有第6、15上、18上、灰岩中以三、十、十下两层较厚,且最稳定。
本溪群
厚度变化大、从南到北,从东向西逐渐变薄,北部厚29.6m,南西部厚
38.36m,岩性由灰岩、粘土层、粉砂岩、铝铁质泥岩组成。
第十二、十三层
灰岩呈砾状,第十四层灰岩层位稳定,但厚度变化大,第十五层灰岩为
透镜体沉积。
奥陶系
灰-青灰色厚层状致密灰岩,夹薄层黄色泥质灰岩,顶部风化裂隙发育。
(2)构造:
本井田以宽缓褶皱为主,伴有少数的段裂构造。
由于次一级褶皱普遍发育,致使地层产状不论其走向、倾向、倾角都有较大变化。
次级褶皱均为宽缓、短轴、波状褶皱。
背向斜相间分布,定向排列等特征。
轴向总以北东、北东东为主,但轴在平面上有弯曲,在垂直面上也有起伏。
这种现象可能是两组基底断裂相互干扰、复合的结果。
断层主要为小角度的正断层,断距较大的断层分布于东部和南东部边缘。
按其走向可分为四组。
井田内共有背向斜10条,断层15条。
所有的正断层都切割上侏罗系的红色砂层,且断层不论间距大小,都切割次级褶皱。
(3)地温:
本井田内地温未见异常,地温和地温梯度都较低。
变化大致有如下几点规律:
地温梯度与地层有密切的关系。
上侏罗系红层以上的非煤系地层,地温梯度最低平均每深100米,均温1.5°C;第三煤层以上的煤系地层为中梯度,平均每深100米,升温1.8°C~2.0°C左右。
第三煤层以下为高梯度,平均每升100米,增温2.5°C左右。
第三煤层是良好的隔热层,对地温起着一定的控制作用。
一号井东断层东部地温较断层的西部地温高1°C~3°C,平均2.0°C左右。
2.3水文地质特征
(1)含水层特征及断层导水性
区内为主要含水层为第四系含水砂层,上侏罗系地层,第三煤层顶板灰岩,第三层石灰岩。
第十二至十四层石灰岩、奥陶系灰岩等。
断层导水性不强,煤系含水层补给水源较差。
(2)矿井涌水量
经精查补充勘探,参照南屯矿井实际涌水量资料,根据补充地质报告审查意见;本矿井正常涌水量为200m3/h,最大涌水量为500m3/h。
2.4附综合柱状图
第三节煤层特征
3.1煤层特征
本井田共含煤35层,平均总厚8.77m,含煤系数为5.8%。
可采煤层为3号煤层,平均厚度为8.55米,倾角以3°~8°为主,平均6°,倾向南或南西。
其中3号煤层又分为3上和3下两层煤,其间含有平均为0.1米的夹矸,构造简单。
3.2煤层的围岩性质
表1——2煤层特征表一章_____________________________________________________________________________________________________________________________
煤层
名称
煤层厚度(m)
层间距(m)
稳定程度
煤层特征
顶板
底板
最小-最大
平均
最小-最大
平均
2
0-1.84
0.55
71.25-110.58
84.96
3.88-9.37
5.4
7.25-16.61
10.78
34.26-62.95
43.75
28.49-66.03
41.60
7.53-41.07
23.80
不稳定
通常不含夹石,
构造简单
东南半部为长石石英粉砂,西部半部为粉砂岩,粘土岩夹层
粘土层或泥岩
3
5.65-10.28
8.5
稳定
含夹石1-层,厚0.3-0.5m
粉砂岩
粉砂岩、细砂岩
6
0-1.07
0.64
较稳定
无夹石或偶见一层夹石,向南有分叉现象,构造简单
粉砂岩或泥质岩
一般为细砂岩、部分为粉砂岩
15上
0-1.58
0.71
较稳定
一般无夹石,偶见1-2层,厚在0.10m以下,结构简单
九层灰岩,泥岩或粉砂岩
一般为中细砂岩,有时为粘土岩伪底
16上
0.6-1.53
0.93
稳定
一般无夹石,偶见一层0.10m以下,结构简单
十下层灰岩
一般为中细砂岩,有时为粘土层或泥质岩伪底
17
0.62-2.33
1.03
稳定
无夹石或有一层夹石,厚多在0.2m以内,结构简单
十一层灰岩,泥质岩或粉砂岩
粘土岩
18上
0-0.98
0.51
不稳定
结构简单,一般无夹石,偶见一层夹石
粘土岩
粘土岩
3.3煤的特征
(1)媒质
本区媒质稳定,硬度中硬,普氏硬度为2~3,属中变质气煤,为高硫低灰分。
平均容重为1.4t/m3。
(2)瓦斯、煤尘及自燃发火倾向
矿井属低沼气矿井,据各煤层取样实验结果,煤尘均有爆炸危险,煤层均有自燃发火倾向,自然发火其3~6月。
第二章井田境界和储量
第一节井田境界
1.1井田境界
在煤田划分为井田时,要保证各井田有合理的尺寸和境界,使煤田各部分都能得到合理的开发。
煤田范围划分为井田的原则为:
(1)井田范围内的储量,煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相适应;
(2)保证井田有合理尺寸;
(3)充分利用自然条件进行划分,如地质构造(断层)等;
(4)合理规划矿井开采范围,处理好相邻矿井间的关系。
根据以上划分原则以及兖州煤田的整体规划以及东滩煤矿实际情况,井田四周境界为:
东以峰山断层为界,南至皇莆断层与南屯矿井相邻;西以鲍店煤矿61号孔的连线垂直下切和小广断层相交为界,与兴隆庄矿井相邻;北以矿区的北部边界滋阳断层为界。
1.2井田特征:
井田南北长12.4km,东西平均宽4.8km,面积约为60km2,地层走向以30°~60°东为主,倾向北西或南东。
第二节矿井工业储量
2.1井田勘探类型、钻孔及勘探分布情况
2.2矿井工业储量的计算及储量等级的圈定
东滩矿井属于国家投产的特大型矿井。
井田的总体范围较大。
煤层较厚整个煤田的煤层均厚度为8.55米,煤田大致分为两个部分:
第一部分较为平坦,平均倾角α1=6º,大部分标高大于-600米:
第二部分倾角较大,平均α2=14º,大部分标高位于-1000——-600米之间。
由此
第一水平工业储量
第二水平工业储量
全矿井工业储量
第三节矿井可采储量
3.1计算可采储量时,必须要考虑以下储量损失:
(1)工业广场保安煤柱;
(2)井田境界煤柱损失;
(3)采煤方法所产生煤柱损失和断层煤柱损失;
(4)建筑物、河流、铁路等压煤损失;
(5)其它各种损失。
3.2各种煤柱损失计算
第一水平保护煤柱
1.工业广场煤柱损失
本矿井设计年生产能力为400万t/a,按《煤矿设计工业规范》,占地面积应在400/10*0.8——400/10*1.1之间,即32——44公顷之间,本设计工业广场取40公顷,长,宽各为500米,800米,工业广场位置煤层深度约-600米,煤层倾角近于0,则b=150ctgф+(600+50-150)*ctgδ=312.5(m)
工业广场围护带宽度为15米,则工业广场压煤为:
(500+15+312.5)*(800+15+312.5)=1.64*106(m2)=1.64(km2)
其中第一水平压煤面积为0.9km2,第二水平压煤面积为0.74km2
第一水平压煤量为p11=0.9*8.55*1.35=10.39(mt)
2.风井压煤
风井位置处煤层深度约为-550米,煤层倾角近于0,则b=150*ctgф+(550+50-150)*ctgδ=296.2(m)风井井筒围护带为20米,则风井压煤面积:
S=((296.2+20)*2)2=0.4(km2)
本矿井采用两翼对角式通风,总压煤量:
p12=2*0.4*8.55*1.35=9.23(mt)
3.铁路压煤
4.井田边界及断层压煤
第二水平保护煤柱
1.工业广场压煤
2.铁路压煤:
3.井田边界及断层压煤
永久保护煤柱总量
3.3矿井可采储量
可采储量的计算公式为:
Z=(Zc-P)*C
式中:
Z——矿井可采储量,mt;
Zc——矿井工业储量,mt;
P——永久煤柱损失,m;
C——煤炭采出率,取0.8;
所以本矿井的可采储量为:
Z=(Zc-P)*C
其中第一水平可采储量为:
第二水平可采储量为:
本矿井为两水平开拓,第一水平标高为-620米,平均倾角为6°,第二水平标高为-800米,平均倾角为14°。
开采煤层只有第三层,其矿井的储量表为:
(单位:
mt)
表2——1储量分配表
项目
工业储量
可采储量
第一水平
第二水平
第三章矿井工作制度、设计生产能力及服务年限
第一节矿井工作制度
本矿井年工作日为300天,采用“四六”工作制,即三班采煤,一班准备,每班工作6小时,根据煤炭设计规范规定,矿井日净提升确定为14小时。
第二节矿井设计生产能力及服务年限
2.1矿井设计生产能力的确定
矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、开采条件、设备供应及国家需煤等因素确定。
针对东滩煤矿的实际情况:
地质构造简单,储量丰富,煤层赋存稳定,为近水平煤层(倾角6°),两水平开拓,主采3号煤层,均厚8.55米;瓦斯和水涌出量小,采用综采放顶煤的开采方法。
所以根据以上原则和兖州煤田的整体规划以及东滩煤矿的最初设计,确定本矿井的年设计生产能力为400万t/年。
2.2水平的服务年限
根据矿井实际的地层和煤层特征,本矿井主采3层煤,均厚8.55米,平均倾角6度,赋存稳定。
两水平开拓,第一水平标高为-620m,第二水平标高为-800m。
第一水平服务年限的计算公式:
T1=Z1/A*K
式中:
T1——为第一水平服务年限,a;
Z1——第一水平可采储量,万t;
A——矿井设计年生产能力,万t,A=400;
K——矿井备用系数,取1.4。
所以第一水平的服务年限为:
T1=Z1/A*K
矿井总的服务年限为:
T=Z/A*K
式中:
T——为水平服务年限,a;
Z——可采储量,万t;
A——矿井设计年生产能力,万t,A=400;
K——矿井备用系数,取1.4。
所以第一水平的服务年限为:
T=Z/A*K
2.3井型校核
通过对实际煤层开采能力、辅助生产能力、储量条件及安全条件等因素对井型加以校核:
(1)煤层开采能力
东滩矿井3号煤层为赋存稳定的厚煤层,倾角为3º~8º,地质结构简单,易于采用放顶煤开采。
据实习矿井生产实际,可布置一个综采放顶煤工作面保产,布置一个备用工作面以备使用,煤层开采能力能满足矿井设计生产能力。
(2)辅助生产系统能力校核
本设计的矿井为特大型矿井,开拓方式为双立井加双暗斜井开拓。
主井采用2个16吨箕斗,提升能力大,能满足提升方面的要求。
大巷和石门采用强力胶带输送机运煤,运输能力也能达到要求,且机械化程度高。
辅助运输采用电机车牵引矿车运输,所以,本设计中井底车场采用刀把式车场。
调车和通过能力均能满足要求,各辅助生产环节都能满足要求,不会影响生产能力。
(3)安全条件校核
本矿井瓦斯涌出量为1.5m3/t,属于低瓦斯矿井。
煤尘有爆炸性危险。
水文地质条件简单,涌水量较小(平均200m3/h)。
在副井中铺设三趟排水管道可满足排水要求。
矿井采用两翼对角式通风方式,经通风设计表明:
通风满足要求。
井田内断层较少,只有一些较大的断层,对于开拓有一定的影响,但是,对于影响生产的小断层较少。
所以,各项安全条件均可得到保证,不会影响矿井的年生产能力。
第四章井田开拓
第一节井田开拓的基本问题
1.1井筒形式、数目、位置、及坐标
(1)井筒形式的选择和数目
立井开拓的优点:
立井开拓的适应性较强,一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制;立井的井筒短,提升速度快,提升能力大,对辅助提升特别有利;对井型特大的矿井,可采用大断面的立井井筒,装备两套提升设备;井筒的断面很大,可满足大风量的要求;由于井筒短,通风阻力小,对深井特别有利。
根据以上考虑因素,综合东滩煤矿的实际情况:
a)表层土较厚,平均为150米,自西向东,自北向南逐渐变薄,风化严重。
b)矿井年设计生产能力为400万t/年,为特大型矿井,对提升要求较高。
c)地势平坦,地面标高平均50米左右,煤层埋藏深,距地面垂深在500——1000米之间,平均为600米。
d)井田面积大,通风路线长,风阻大。
立井开拓均能解决上述问题,因此主副井均采用立井开拓,在井田西边与北边各设一个风井,即津浦铁路两侧各设一个风井,进行两翼对角式通风。
(2)井筒位置的选择
(3)井筒的坐标
1.2工业广场的位置、形状和面积的确定
工业场地的选择主要考虑以下因素:
(1)尽量位于储量中心,使井下有合理的布局;
(2)占地要少,尽量做到不搬迁村庄;
(3)尽量布置在地质条件较好的区域,同时工业场地的标高要高于最高洪水位;
(4)尽量减少工业广场的压煤损失。
根据以上原则和本矿井的实际情况,工业广场与主副井筒布置位置相同,其面积大小详见第二章第三节内容,工业广场面积48公顷,定为600×800m的矩形。
1.3确定开采水平
1.4煤层生产能力及主要开拓巷道
(1)煤层生产能力
(2)
(3)主要开拓巷道
1.5确定开拓方案
(1)开拓形式的分类
根据井筒不同形式,可将矿井开拓分为平峒、斜井、立井、综合开拓四种形式。
(2)开拓形式的特点和使用条件。
平峒开拓是最经济和最简单的一种开拓方式,系统简单、施工容易、建井期短,基建投资和生产成本低,井下不需井底车场,地面不需安装提升设备,减少了矿建、土建的工程量,但是平峒开拓要受地层及煤层埋藏条件的限制,在地形为山岭、丘陵的矿区采用广泛。
斜井开拓和立井开拓相比,施工速度比较简单、建井速度比较快,工期短,投资小,井筒装备和地面工业设施比立井开拓简单,井底车场简单,工程量少。
多水平开拓时,石门的掘进量和运输量均比立井开拓要少,就水平延伸方便,特别是采用胶带输送机提升时,提升能力与深度无关,增产潜力大,可连续运输,易于实现自动化。
当采用钢丝绳胶带输送机时,还可以兼作提升人员用。
但斜井同立井相比,也有其缺点:
同样的开采深度,斜井井筒较长,因而井筒铺设的管路、电缆以及其它线路的长度比较大,采用绞车辅助提升速度小,因井筒长而使提升能力小,同时井筒受自然条件影响较大,如采用箕斗或串车提升,就需分段提升,这技术上,经济上是不合理的。
当表土层厚,含流砂层时,斜井穿过长度大,施工复杂,当围岩不稳定时,斜井井筒维护困难、维护量大。
另外,煤层倾角对斜井开拓有一定的影响。
当倾角较大时,采用与煤层角度一致的斜井,提升方式和提升能力均受到限制;当斜井从顶板进入的穿层斜井,井筒保安煤柱将需增大。
斜井开拓适用于煤层赋存较浅,表土层不厚,水文地质条件简单的缓倾斜或倾斜煤层。
立井开拓适应性强,一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制。
立井的井筒短、提升速度快、提升能力大,对辅助提升特别有利;对井型特大的矿井,可采用大断面的立井井筒,装备两套提升设备;井筒的断面很大,可满足大风量的要求;由于井筒短,通风阻力小,对深井更为有利。
其缺点与斜井对应。
因此在地质条件不利于采用平硐或斜井时,都可考虑采用立井开拓。
对于煤层赋存较深、表土层厚,或水文情况比较复杂、井筒需要特殊施工,或多水平开采急斜煤层的矿井,一般都应采用立井开拓。
对于倾斜长度大的井田,采用立井多水平开拓能较合理的兼顾浅部和深部的开采,也是比较有利的。
(4)开拓方案比较
技术比较
表4——2粗略估算费用表
经济比较
方案2、3经济比较如表4——3。
表4——3经济比较费用表
方案2比方案3的总费用多出13.2%,由此可见方案3明显优于方案2。
综合比较
第二节矿井基本巷道
2.1井筒
(1)主井
由于本井田地处平原,加之煤层埋藏较深、表土层较厚,不具备斜井与平峒的开拓条件,故而采用立井开拓。
主井井筒直径7米,净断面38.5m2,掘进断面,在表土层处为62.2m2,基岩处为50.3m2,基岩段壁厚450mm,表土段厚900mm。
主井采用两对16t箕斗提煤。
其断面图见图4——2。
(2)副井
副井井筒采用圆形断面,井壁采用锚喷支护,副井主要用来运输人员、设备、材料以及提升矸石,兼做通风、排水、供电用。
净断面50.3m2,掘进断面在表土段为80.1m2,基岩段为65m2。
副井采用一套5t双层单车罐笼。
副井内设梯子间,作为一个安全出口;风井内设梯子间作为另一个安全出口。
其断面图见图4——3
(3)风井
风井井筒采用圆形断面,直径为6m,净断面28.3m2,掘进断面在表土段为46.6m2,基岩段为37.4m2,采用锚喷支护。
内设梯子间,有注浆、水等管路。
风井除了矿井回风之用,还兼作井下发生灾难时的一个安全出口。
其断面图见图4——4。
(4)矿井通风验算
具体见第九章。
主井、副井、风井井筒特征见表4——5。
表4——5主井、副井、风井井筒特征
顺序
名称
单位
主井
副井
西风井
北风井
1
井口锁口标高
m
+50
+50
+48
+47
2
第一水平标高
m
-620
-620
-620
-550
3
井深(不包括水窝)
m
670
670
668
597
4
井底装载段深度或井底水窝
m
70
15
4
4
5
净直径
m
7.0
8.0
6.0
6.0
6
净断面
m2
38.5
50.3
28.3
28.3
7
井壁厚度
冻结部分
mm
900
1000
800
800
基岩部分
450
500
400
400
壁后充填
50
50
50
50
8
掘进断面
冻结部分
m2
62.2
80.1
46.6
46.6
基岩部分
50.3
65.0
37.4
37.4
9
砌碹材料
冻结部分
钢筋混凝土300#
钢筋混凝土300#
钢筋混凝土300#
钢筋混凝土300#
基岩部分
混凝土200#
混凝土200#
混凝土200#
混凝土200#
10
罐道形式
球扁钢组合钢性罐道
球扁钢组合钢性罐道
球扁钢组合钢性罐道
球扁钢组合钢性罐道
2.2井底车场
1.井底车场设计原则;
要留有一定的富裕通过能力,一般要求大于矿井设计能力的30%;
设计车场时要考虑矿井增产的可能;
尽可能的提高机械化水平,简化调车作业,提高通过能力;
考虑主、副井之间施工的短路贯通;
注意车场处的围岩及岩层含水性,破碎情况,避开破碎和强含水层;
井底车场要布置紧凑,注意减少工程量等。
2.井底车场的型式和布置形式
3.井底车场的调车方式
4.井底车场硐室布置
主井系统有:
推翻车硐室、井底煤仓、撒煤清理硐室和水窝泵房等。
副井系统有:
排水泵房、水仓、清理水仓硐室、主变电所及等候硐室等。
主排水泵房与中央变电所联合布置在副井井筒与井底车场连接处附