河北开滦集团荆各庄矿300万吨新井设计说明书.docx
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河北开滦集团荆各庄矿300万吨新井设计说明书.docx
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河北开滦集团荆各庄矿300万吨新井设计说明书
本设计包括两部分:
一般部分和专题部分。
一般部分是河北开滦集团荆各庄矿300万吨新井设计。
全篇共有十篇,依次是:
矿区概述及井田地质特征,井田境界及储量,矿井工作制度和设计生产能力,井田开拓,采区巷道的布置,采煤方式,井下运输,矿井提升,矿井通风与安全,矿井基本技术经济指标。
开滦矿务局荆各庄矿位于河北省唐山市开平区境内,矿井井田走向7.5公里,倾向长度为4.5公里。
井田面积33.75平方公里。
井田内可采煤层共3层,分别为9号煤层,11号煤层和12-1号煤层,9号煤层为主采煤层,煤层赋存稳定平均厚度4.5米,平均倾角85度,为近水平煤层。
井田内工业储量为52267万吨,可采储量为36936万吨。
相对涌出量为:
0.39~3.38m3/t,绝对涌出量为1.27~5.56m3/min属于低瓦斯矿井。
煤层有自然发火现象。
该矿井设计年生产能力为300万吨,服务年限为87.9年。
采用双立单水平开拓盘区条带开采。
开采水平标高为-360水平。
矿井采用单面倾斜长壁后退式一次采全高全部垮落法综合机械化采煤法。
矿井布置一个综采面,工作面长度为200米。
煤的运输采用胶带输送机。
矿井通风机工作方式为抽出式,矿井通风方式为中央边界式。
专题部分为浅谈煤巷锚杆支护机理。
关键词:
井田开拓;采煤方式;运输提升;通风安全;综合机械化
TheGeneralIntroductionoftheDesignThesubjectisontheboltsupportmechanism.
.................................................................1
专题部分.................................................................97
一
般
部
分
1矿区概况及井田地质特征
1.1矿区概况
荆各庄矿位于河北省唐山市北偏东约13公里处,南距马家沟矿6公里,东距陡河发电厂4.5公里。
行政区域属唐山市开平区管辖。
交通十分方便,铁路:
一条通往陡河电厂的专用线,并与吕陡线在井田交汇;另一条经马家沟矿业公司与京山线的开平站相联。
公路:
北10Km与京沈高速公路、102国道相联,南7Km经开平与205国道、津秦高速公路相联,形成了比较完整的交通网,如图1-1-1。
图1-1-1荆各庄矿区交通位置图
本区为一平坦的冲积平原,东南面沿陡河东岸是由奥陶纪石灰岩构成的东北--西南方向起伏伸展的低山丘陵。
从东往西有巍山(+290m)、凤山(+180m)、小梁山(+100m)和菀豆山(+38m),由菀豆山向西南倾没于平原之下。
由巍山向东北低山丘陵接连绵延,地势逐渐增高,直到青龙山标高达+493.01m。
在井田北约7公里为由震旦纪灰岩构成的低山丘陵,东西方向横伏,这两条低山丘陵在井田东面的青龙山一带相汇合。
低山丘陵的伸展方向与地层走向方向一致。
井田内地势平坦,但北部稍高,向南低下,北部地面标高为+38.8m(湾35孔),南端标高为+23.85m(湾补6孔),倾向陡河。
流经本区东南边的陡河,发源于北部山区,上游由二支汇成,东支称管河,发源于丰润县福山寺管泉,西支称泉水河,发源于丰润县赵庄上水路。
二支水流在双桥村北侧汇合,向南流经唐山市区,下游汇集石榴河,向南流入渤海。
河北省水利厅于1965年在双桥村一带修建了陡河水库,水库大坝距井田东端的最近距离为2200m。
陡河及陡河水库虽然距井田区较近,但是因其底下均赋存有百余米的第四纪松散沉积物,而且存在有隔水作用的粘土层,对本矿充水没有直接的影响。
唐山地区气候属半大陆性,夏季炎热多雨,冬季严寒凛烈,气温变化较大。
1.2井田地质特征
1.2.1地质特征
荆各庄井田隶属开平煤田,位于开平向斜的西北侧。
开平煤田地层属华北型沉积。
煤田古生代地层广泛分布,石炭-二叠系为含煤岩系,各系、统间多以整合或假整合接触。
含煤地层大多为第四系黄土覆盖,但也有零星出露。
根据地表和钻孔揭露,荆各庄井田区域具体地层见表1-2-1。
表1-2-1荆各庄井田区域地层表
界
系
统
年代
组
厚度(m)
新生界
第四系
Q
~~~~~~不整合~~~~~~
洼里组
0~890
上
古
生
界
二
叠
系
上统
P22
2800
P21
古冶组
346
下统
P12
唐家庄组
180
P11
大苗庄组
79
石
炭
系
上统
C32
赵各庄组
74
C31
开平组
70
中统
C2
唐山组
-------平行不整合------
马家沟组
65
下
古
生
界
奥
陶
系
中统
O2
345
下统
O12
亮甲山组
115
O11
冶里组
203
寒
武
系
上统
Є33
凤山组
68
Є32
长山组
48
Є31
崮山组
82
中统
Є2
张夏组
120
下统
Є12
馒头组
150
Є11
景儿峪组
263
元
古
界
震
旦
系
上统
Z2W
迷雾山组
1200
Z2Y
杨庄组
400
下统
Z1K
高于庄组
600
Z1T+H
大红峪黄崖关组
~~~~~~不整合~~~~~~
五台群
450
太古界
前震旦
Ar
说明:
据2001全国地层委员会和2004国际地层委员会发布的时代划分方案,石炭纪二分,二叠纪三分,但为了与矿上其他资料吻合方便起见,本次仍沿用旧的时代划分方案。
图1-2-2煤层柱状图
1.2.2构造地质
荆各庄井田隶属于开平煤田,位于开平向斜的西北侧。
开平煤田位于燕山南麓,是一个北东向的大型复式含煤向斜构造,开平煤田在大地构造分区上属Ⅳ级构造单元,它位于I级构造单元——中朝准地台之上,Ⅱ级构造单元——燕山沉降带内,由燕山旋回造成的盖层构造——唐山、蓟县陷褶束(Ⅲ级构造单元)中的一个复式含煤向斜。
其东侧与山海关台拱(Ⅲ级构造单元)为邻;南部则伸入华北断坳(Ⅱ级构造单元)之中。
地质力学体系上处于天山-阴山纬向构造带、新华夏系构造带和祁吕~贺兰山山字形的三个巨型构造体系的交汇部位。
开平煤田受新华夏构造体系的影响,以一系列NNE向的褶曲及逆断层组成,北部受纬向构造的影响逐渐向南弯转成走向近东西向。
含煤地层由石炭系中统唐山组,上统开平组、赵各庄组及下二叠系大苗庄组、唐家庄组等组成。
岩性以砂岩、泥岩为主,基底地层为中奥陶系马家沟组石灰岩,分布于煤田周边地带,与含煤地层呈不整合接触。
煤田向南倾伏,其南部界限可能跨过宝坻~奔城大断层伸入另一个二级构造单元——华北断陷
开平煤田包括了开平向斜、车轴山向斜、荆各庄向斜、西缸窑向斜四个含煤构造,其中开平向斜与车轴山向斜皆属于长轴向斜,中间隔卑子院隐伏背斜,三者构成了煤田的骨架构造。
荆各庄向斜、西缸窑向斜为开平向斜西北翼的凤山-城子庄背斜隆起后,从主向斜分异出去的次一级褶曲构造(图1-2-3)。
煤田内褶曲线性排列明显,开平向斜长宽比为5:
1,延展长度达60km以上,车轴山向斜也在25km以上。
褶曲多呈不对称状:
向斜西北翼急陡、乃至倒转;东南翼平缓,背斜则恰好相反。
褶曲轴面向西北方向倾斜,且偏居一侧。
开平煤田的断裂亦较发育,一般在急陡翼压性走向逆断层发育,但也有压性俯冲的正断层,还有较多剪切性质的斜交断层发育。
在煤田的南侧与西侧发育有晚近活动的新生界断裂,落差可达数千米,控制了巨厚的新生界沉积。
图1-2-3开平煤田构造略图
由于本井田只是荆各庄一部分,即截取的整个井田的北部中部南部和东部,即整个井田的近水平部分,所以把截取的井田只需划分成盘区,如图1-2-4所示。
本井田只有两个大断层,都是正断层,长度一千多米,但是落差不是很大。
图1-2-4设计井田平面图
1.2.3水文地质
矿井的补给水源和含水层
1)大气降水及其对矿井涌水量变化的影响
荆各庄矿的水文地质条件属复杂型,有八个含水层,自下而上分别为:
(1)奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层(Ⅰ)
(2)K2~K6砂岩裂隙承压含水层(Ⅱ)
(3)K6~煤12砂岩裂隙承压含水层(Ⅲ)
(4)煤9~煤7砂岩裂隙承压含水层(Ⅳ)
(5)煤5以上砂岩裂隙承压含水层(Ⅴ)
(6)风化带裂隙、孔隙承压含水层(Ⅵ)
(7)第四系底部卵石孔隙承压含水层(Ⅶ)
(8)第四系中上部砂卵砾孔隙承压和孔隙潜水含水层(Ⅷ)
其中与矿井生产较密切的为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ。
本区大气降水一般集中在七、八、九月份。
据1979~1998年气象资料统计:
年降水量最大值为899.6mm(1987年),最小值为317.45mm(1997年),平均值为596.85mm。
补给关系是:
大气降水→Ⅰ、Ⅷ→Ⅶ→Ⅲ、Ⅴ等各基岩含水层。
2)矿井直接充水含水层
荆各庄矿直接充水含水层有K2~K6砂岩裂隙承压含水层(Ⅱ)、K6~煤12砂岩裂隙承压含水层(Ⅲ)、煤5以上砂岩裂隙承压含水层(Ⅴ)。
3)矿井间接充水含水层
(1)冲积层含水层
该含水层厚100~379.67m。
它本身为一矿井间接充水含水层,它补给上述三个直接充水含水层。
其中底部卵砾石孔隙承压含水层对基岩含水层补给关系最密切。
(2)奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层(Ⅰ)
该含水层厚度大于600m。
岩性由质纯的豹皮状灰岩和白云质灰岩组成,据勘探资料表明,施工的13个孔穿过灰岩总长度451.51m,因溶洞或巨大裂隙造成钻具骤然下陷的有10个孔25个段落,溶洞最大直径为1.13m,冲洗液失去循环。
在井田东南部,因构造(F1~F3断层组)作用与巨厚的第四系冲积层相互接触,增加了灰岩裂隙发育程度。
1.2.4开采技术条件
本井田煤炭储量比较丰富,尤其是主要可采的9、11、12-1煤层赋存稳定,其地质储量占总地质储量的65%。
平均厚度4.3m,比较适合于大采高开采,给矿井增产创造了有利条件。
:
井田内断裂构造发育,主要煤层局部节理和裂隙发育,矿山压力显现比较明显,对支护带来不利影响,矿山压力大和断裂构造发育是本矿井地质条件的显著特点,对采、掘、开影响较大。
1.3煤层特征
1.3.1煤层埋藏条件
矿井井田位于开平向斜东南翼中段,井田主体构造为吕家坨背斜。
吕家坨背斜轴近东西,向西倾伏,深部逐渐开阔,形成一扇面形状,北翼与黑鸭子向斜南翼相邻,南部与南阳庄-岭上背斜相接,地层倾角浅部稍大约10~25°,深部变缓,约5°左右。
本井田只是扇形一侧,煤层平均走向长7.5km,倾斜长4.5km,面积33.75km2。
在平面上呈现为左小右大的扇形形态,延展长度约7500米。
1.3.2煤层特征
荆各庄井田设计开采煤层有3层,即二迭系下统大苗庄组的9、11、12-1煤层,9、11、12-1煤层基本全区可采。
各煤层的厚度、层间距及其变化规律见表,煤层的肉眼鉴别特征、结构、夹石层数、厚度、岩性及其对回采的影响见下表。
煤层
煤层厚度(m)
煤层间距(m)
最小~最大
变化规律
最小~最大
变化规律
平均
平均
9
0.99~7.01
仅西北部煤厚在3m以下,个别点煤厚偏大
10.15~25.14
井田中部间距最大,往西间距变小,往东北两煤层合区
4.5
11
0.23~7.79
煤厚变化不大,井田深部个别钻孔不可采
18.52
4.1
2.64~28.36
间距变化不大,仅局部间距较小,规律性不强
12-1
0.64~7.76
煤厚变化不大,井田深部有2个不可采点
19.56
4.3
间距变化大,井田中部间距小,往四周逐渐增大缓慢
表1-3-2主要煤层物理特征表
特征
煤层
颜色
光泽
煤岩成分
煤岩类型
煤的结构
和构造
矿物结核
和包体
容重(t/m3)
9
黑色
玻璃光泽
以亮煤为主,间夹暗煤条带局部含丝炭膜
半亮-光亮型
带条状构造
偶含黄铁矿
1.44
11
黑色
玻璃光泽
以亮煤为主,夹有镜煤及暗煤条带
光亮型
块状构造,局部呈条带状构造
含黄铁矿膜及薄膜
1.42
12-1
黑色
强玻璃光泽弱玻璃光泽
上部以亮煤为主,下部由亮煤和暗煤组成,常夹丝炭膜
光亮型-半亮型
块状及条带状构造
1.35
2井田境界及储量
2.1井田境界
矿井浅部以9煤层露头为界,深部至12-1煤层580米底板等高线。
平均走向长7.5km,倾斜长4.5km,面积33.75km2。
2.2矿井工业储量
2.2.1井田勘探类型
本设计中所有地质资料作为初步设计的依据,勘探钻孔很密集。
根据地质勘探资料可以很准确的判断煤层的分布情况,井田勘探类型属于精查。
2.2.2储量等级
荆各庄矿井田范围内绝大部分勘探钻孔密集,煤层层位、厚度、结构及其变化情况和煤质及其变化情况已经查明。
煤层对比可靠,属于A级储量。
2.2.3工业储量计算
全矿3层可采,9煤,11煤和12-1煤。
煤层工业储量按下式计算:
Zg=S×M×R(2-2-1)
式中:
Zg——煤层工业储量,万t;
S——煤层倾斜面积,28865461m2;
M——煤层厚度,m;
R——煤的容重,t/m3。
则煤层工业储量为:
Zg=28865461×(4.5×1.44+4.1×1.42+4.3×1.35)=52266.6902327万t
2.3矿井可采储量
2.3.1永久煤柱煤量
永久煤柱一般是指保护地面工业广场和井筒的工业场地煤柱,井田境界煤柱和断层煤柱,以及保护地面建筑物、河流,铁路等留设的保护煤柱等。
1)边界煤柱可按下列公式计算
Z=L×b×M×r(2-3-1)
式中:
Z——边界煤柱损失量,t;
L——边界长度,m;
b——边界宽度,断层边界30m,人为边界25m。
井田的人为边界煤柱为:
17500×25×(4.5×1.44+4.1×1.42+4.3×1.35)=792.18125万t。
2)工业广场保护煤柱
根据《煤炭工业设计规范》第5-22条规定:
工业广场的面积为0.8-1.1平方公顷/10万t。
依据本矿具体情况确定:
每10万吨煤所占工业广场面积为0.8公顷。
本矿井生产能力为300万吨,故工业广场面积为:
30×1.0×104=30×104m2=500×600(m2)
工业广场地面布置,长度方向为走向方向,宽度方向为倾向方向。
工业广场所在位置煤层倾角为5°,其中心处埋藏深度为-320m,该处表土层厚度为87m,主井、副井,地表建筑物均布置在工业广场内。
工业广场按Ⅱ级保护留维护带,宽度为15m。
本矿井的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-3-1。
表2-3-1岩层移动角
广场中心深度/m
煤层倾角/°
煤层厚度/m
冲积层厚度/m
ф/°
δ/°
γ/°
β/°
-320
5
5
87
45
75
75
71
由此根据上述已知条件,画出如图2-3-1所示的工业广场保护煤柱的尺寸:
由图可得出保护煤柱的尺寸为:
S=梯形面积=(上宽+下宽)×高/(2×cos5°)
=(850+1150)×1050/(2×cos5°)
=1.05km2
图2-3-1用垂直断面法确定建筑物下安全煤柱图
则工业广场的煤柱量为:
Zi=S×M×R(2-3-2)
式中:
Zi——工业广场煤柱量,万t;
S——工业广场压煤面积,1.05km2。
则:
Zi=1.05×(4.5×1.44+4.1×1.42+4.3×1.35)=1901.235万t
3)断层煤柱
境界内断层煤柱每侧留30m宽,断层与煤柱相交处的总长为6000m,保护煤柱为325.926万吨。
表2-3-2保护煤柱损失量
煤柱类型
储量(万t)
井田边界保护煤柱
792.18125
断层保护煤柱
325.926
工业广场保护煤柱
1901.235
合计
3019.34225
2.3.2矿井可采储量
矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量,可按下式计算:
Zk=(Zg-P)×C(2-3-3)
式中:
Zk——矿井可采储量,万t;
Zg——矿井的工业储量,52266.6902327万t;
P——保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断层等留设的永久保护煤柱损失量,万t;
C——采区采出率,厚煤层不小于0.75;中厚煤层不小于0.8;薄煤层不小于0.85;地方小煤矿不小于0.7。
则,矿井设计可采储量:
Zk=(52266.6902327-3019.34225)×0.75=36935.51万t
表2-3-3矿井储量汇总
煤层
工业储量(Mt)
(A+B)/(A+B+C)
永久煤柱损失(Mt)
矿井设计储量(Mt)
设计开采损失(Mt)
设计可采储量(Mt)
3
522.67
100%
30.19
492.48
0.75
369.36
3矿井工作制度和设计生产能力
3.1矿井工作制度
根据《煤炭工业矿井设计规范》GB50215-2005中2-23条规定,矿井设计生产能力宜按年工作日330d计算,每天净提升时间宜为16h。
矿井工作制度,综采综掘采用“四六制”。
3.2矿井设计生产能力及服务年限
3.2.1确定依据
《煤炭工业矿井设计规范》第2.2.1条规定:
矿井设计生产能力应根据资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素,经多方案比较或系统优化后确定。
矿区规模可依据以下条件确定:
1)资源情况:
煤田地质条件简单,储量丰富,应加大矿区规模,建设大型矿井。
煤田地质条件复杂,储量有限,则不能将矿区规模定得太大;
2)开发条件:
包括矿区所处地理位置(是否靠近老矿区及大城市),交通(铁路、公路、水运),用户,供电,供水,建筑材料及劳动力来源等。
条件好者,应加大开发强度和矿区规模,否则应缩小规模;
3)国家需求:
对国家煤炭需求量(包括煤中煤质、产量等)的预测是确定矿区规模的一个重要依据;
4)投资效果:
投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大矿区规模,反之则缩小规模。
3.2.2矿井生产能力
矿井生产能力是煤矿生产建设的重要指标,在一定程度上综合反映了矿井生产技术面貌,是井田开拓的一个重要参数,也是选择井田开拓方式的重要依据之一。
矿井生产能力是与井田划分紧密联系并相互适应的,是矿区总体设计应解决的重要原则问题。
矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、储量、开采条件、设备供应及国家需煤等因素确定。
该井田可采煤层3层,厚度中等,煤层倾角较小,赋存稳定,影响生产的断层很少,瓦斯含量较低,但具备设计大型矿井的条件,故根据矿区现有生产矿井的实际生产水平以及国家对该矿区焦煤的迫切需要,确定矿井年生产能力为300万吨。
3.2.3矿井服务年限
矿井服务年限必须与井型相适应。
矿井可采储量Zk、设计生产能力A矿井服务年限T三者之间的关系为:
T=Zk/(A×K)(3-2-1)
式中:
T——矿井服务年限,a;
Zk——矿井可采储量,万t;
A——设计生产能力,万t;
K——矿井储量备用系数,取1.4。
确定井型时需要考虑备用系数的原因是,矿井各生产环节有一定的储备能力,矿井投产后,产量迅速提高;局部地质条件变化,使储量减少;有的矿井由于技术原因,使采出率降低,从而减少了储量。
则,矿井服务年限为:
T=Z/AK=36936/(300×1.4)=87.9a(3-2-2)
式中
K—矿井储量备用系数,取1.4;
T—矿井设计服务年限,a;
Z—矿井可采储量,万t;
A—矿井设计生产能力,万t/a。
3.2.4井型校核
按矿井的实际煤层开采能力,辅助生产能力,储量条件及安全条件因素对井型进行校核:
1)煤层开采能力
井田内有3号煤层可采,煤厚12.9m,赋存稳定,厚度基本无变化。
煤层倾角平均5°,地质条件简单,根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式,可以布置一个综采工作面。
2)辅助生产环节的能力校核
矿井设计为特大型矿井,开拓方式为双立井单水平开拓。
主立井采用多绳摩擦式提升机带两对22t箕斗提升煤炭,工作面生产的原煤经斜巷胶带输送机到大巷矿车运到井底煤仓,再经主立井箕斗提升至地面,运输能力大,自动化程度高;副立井采用两套宽型罐笼运输人员和材料矸石。
运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。
大巷辅助运输采用矿车运输,运输能力大,调度方便灵活。
3)通风安全条件的校核
本矿井为低瓦斯矿井,瓦斯涌出量极低,但煤尘具有强爆炸危险,煤炭有自然发火倾向,发火期3-6个月。
矿井投产前期采用中央边界式通风,后期采用两翼对角式通风。
辅助运输大巷进风,煤炭运输大巷回风,工作面采用后退式U型通风,通过第九章的通风设计知可以满足通风需要。
4)矿井的设计生产能力与服务年限相适应,才能获得好的技术经济效益。
《煤炭工业矿井设计规范》给出了井型和服务年限的对应要求,见表3-2-1。
表3-2-1我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限
矿井设计生产能力(万t/a)
矿井设计服务年限(a)
第一开采水平服务年限(a)
煤层倾角
<25°
煤层倾角
25°~45°
煤层倾角
>45°
600及以上
80
40
—
—
300~500
70
35
—
—
120~240
60
30
25
20
45~90
50
25
20
15
9~30
各省自定
4井田开拓
图4-2-1方案一
图4-2-2方案二
图4-2-3方案三
井底车场形式见图4-3-3。
5准备方式
为矿井的主采煤层,厚度为0.00~7.67m,平均厚度为4.5m。
煤层为黑色、条带状构造,玻璃光泽,以亮煤为主,间夹暗色条带,局部含丝炭
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