宣威市老营煤矿201采区设计11.docx
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宣威市老营煤矿201采区设计11
前言
一、设计原因
老营煤矿201采区为宣威市老营矿井《改扩建初步设计修改》(3万吨/年改扩9万吨/年)首采区,位于宣威市老营煤矿矿井中部,回风井距地面工业广场360m。
根据《改扩建初步设计修改》及《设计安全专篇》报告,采区内按低瓦斯矿井设计沿煤层布置两条上山:
轨道上山与回风及溜煤上山。
由于201采区生产过程中揭露K9煤层时瓦斯涌出量增大,2007年度和2008年度瓦斯等级鉴定均为高瓦斯矿井,原设计的采区内只布置两条上山不符合《煤炭工业小型矿井设计规范》(GB50399-2006)第3.3.6条及行管政策的相关规定,因此,老营煤矿委托云南地方煤矿安全技术服务中心修改201采区K9煤层开采设计。
二、编制采区设计的指导思想和主要原则
1、坚持“安全第一,预防为主”的指导思想。
2、多作煤巷,少作岩巷,安全高效的原则。
3、充分利用现有井巷工程和其它生产生活设施,确保生产正常。
4、认真分析本采区条件,在《改扩建初步设计》的基础上,选择安全可靠的技术方案和技术装备。
三、设计的主要特点及安全评价
1、充分利用201采区K3煤层+1800m水平回风大巷,在K3煤层+1800m水平南回风大巷掘K9煤层回风石门与+1800m水平201采区K9煤层上部车场连通,不再单独布置K9煤层南北回风大巷,既可减少工程量,又能减少煤柱损失;按在+1675m水平采区运输石门见K9煤层处布置K9煤南北运输大巷后,布置+1675m水平201采区K9煤层采区下部车场、K9煤采区上山。
2、采用走向长壁后退式采煤法,采煤工作面采用单体液压支柱配合金属铰接梁支护,搪瓷溜槽溜煤,运输巷采用0.7m3U矿车人力推车运输,K9煤层+1675m水平南北运输巷采用2.5t蓄电池机车牵引0.7m3U形翻斗矿车运输,溜煤运输上山采用搪瓷溜槽运输。
3、采区内配备一个采煤工作面达到矿井年生产能力,2个掘进工作面保证采面接续。
4、采区内通风方式为中央分列式,主斜井、副平硐进风,南一风井回风。
5、矿井为高瓦斯矿井,采区内设计布置有专用回风上山和防治瓦斯灾害的安全技术措施。
6、K9煤层有自燃倾向性和煤尘爆炸性,设计设置了防止煤尘爆炸和预防煤层自燃的设施及措施。
四、编制依据
1、201采区K9煤开采设计委托书。
2.《老营煤矿改扩建初步设计》。
3.《煤矿安全规程》(2006版)。
4、现生产采区井上下实测资料。
5、老营煤矿采矿许可证、安全生产许可证、煤炭生产许可证。
6、现有煤矿相关资料。
7、《煤炭工业小型矿井设计规范》(GB50399-2006)。
8、云南省煤田地质局《云南省宣威市老营煤矿地质勘察报告评审意见书》[云煤地审字(2001)05号]。
9、西南有色昆明勘测设计院股份有限公司《云南省宣威市老营煤矿资源/储量核实报告》。
五、存在的主要问题和建议
矿井为高瓦斯矿井,矿井储量核实报告没有取样对煤层瓦斯含量进行测试。
建议矿井请有资质的单位对主要开采煤层的瓦斯含量、瓦斯压力、瓦斯放散初速度、瓦斯涌出量等参数进行测定和收集,定期进行瓦斯等级鉴定,获得可靠的瓦斯数据,以便采取针对性的瓦斯防治措施,按《煤矿安全规程》规定建立瓦斯抽放系统。
K9煤层为容易自燃煤层,煤尘具有爆炸危险性。
除应采取有效地预防煤层自燃发火的安全技术措施外,尤其要加强“一通三防”管理,为矿井的安全生产提供保证。
第一章采区开采技术条件
第一节采区位置、范围及储量
一、矿井概况
1、地理位置及交通:
老营煤矿位于宣威市东南60公里处,属宣威市东山镇老营村委会管辖。
地理坐标:
东经104°15′36″~104°16′12″,北纬26°04′15″~26°05′09″。
矿区往南有简易公路,与326国道公路相接;另一条简易公路北行,途经东山寺到贵昆铁路宣威火车站30公里,交通便利。
2、矿井范围及储量:
老营煤矿位于滇东煤田宣威羊场矿区Ⅸ和Ⅻ井田之间,西有沙地煤矿,东有赤那河煤矿,各煤矿之间矿界清楚。
开采范围由5个拐点控制,面积0.8235平方千米,开采深度+1860~+1600米,其矿界拐点坐标详见表1-1-1。
矿井开采范围内全区可采煤层为:
K3、K92层煤层。
煤层倾角为23°~40°,一般30°左右,K3、K9煤层层间距平均55.97米,K3煤层平均厚1.0米,K9煤层平均厚1.7米,采用分层布置开采,矿井现有可采储量2370kt。
详见表1-1-2和表1-1-3。
3、矿井开发简史及开拓开采现状
老营煤矿于2003年4月取得采矿许可证,2003年以前生产能力为3万吨/年,2003年10月委托昆明煤炭设计研究院进行9万吨/年改扩建项目设计,服务年限18.8年,2005年3月开工建设,2008年3月扩建项目安全设施通过竣工验收。
矿井采用斜井、平硐及暗斜井开拓,分两个水平开采,一水平(+1800m以上)已基本采完,二水平(+1675m以上)布置三个上山采区,分别为201、
老营煤矿矿界拐点坐标表表1-1-1
顺序
拐点编号
纵坐标(X)
横坐标(Y)
1
矿1
2886405.0
35426325.0
2
矿2
2886600.0
35426605.0
3
矿3
2885235.0
35427395.0
4
矿4
2884800.0
35427130.0
5
矿5
2885540.0
35426550.0
矿区面积
0.8235km2
开采深度
+1860~+1600m
矿井分水平、分煤层储量统计表表1-1-2
煤层
水平
储量(kt)
储量比例(%)
备注
333
(334)?
333/333+(334)?
K3
+1800m~+1675m
366
426
46
+1675m以下
244
1664
12
小计
610
2090
22
K9
+1800m~+1675m
522
468
57
+1675m以下
348
2382
13
小计
870
2850
23
合计
1480
4940
23
6420
矿井各种储量统计表表1-1-3
煤层
水平
储量(kt)
备注
地质
工业
设计利用
可采
服务
年限
K3
+1800以上
1230
1175
881
705
采空注销
+1800m~+1675m
792
579
434
347
2.7
+1675m以下
1908
1076
807
646
5.1
小计
2700
1655
1241
993
7.8
K9
+1800以上
1620
1620
1215
972
采空注销
+1800m~+1675m
990
756
567
454
3.6
+1675m以下
2730
1539
1154
923
7.3
小计
3720
2295
1721
1377
10.9
合计
6420
3950
2962
2370
18.7
实际剩余可采储量
2370
202、203采区,采用一个采区一个采煤工作面达产,走向长壁采煤法,采煤工艺为炮采。
二水平(+1675m以下)布置三个下山采区,分别为301、302、303采区。
矿井采用分区抽出式通风系统,南翼Ⅰ风井服务201、301采区,南翼Ⅱ风井服务202、302采区,北翼风井服务203、303采区。
目前在矿界范围内只建有南翼Ⅰ风井、北翼风井,南翼Ⅰ风井担负201生产采区的回风任务,北翼风井担负202采区K3煤运输大巷掘进工作面的回风任务。
201采区采用中央并列抽出式通风系统。
二、采区位置
201采区位于老营矿井中部+1675m和+1800m水平之间,以采区上山划分为南北两翼,北翼至F1断层,南翼至F2断层。
三、采区范围及储量
采区走向平均长670米,倾斜长227米,煤层倾角为23°~40°,平均30°,开采面积为0.15km2。
采区内有可采煤层K3、K9两层,现只保有K9煤层其可采储量274.7kt。
储量详见表1-1-4。
201采区可采煤层储量表表1-1-4
煤
层
可采范围
平均煤
厚(m)
煤种
硫分
含量
资源/储量(万t)
井巷压煤(万t)
采区边界煤柱(万t)
可采储量(万t)
备注
K3
全区稳定可采
1.0
FM
0.19%
27
3.3
2.5
21.2
采空
K9
全区稳定可采
1.7
JM
0.17%
36.9
5.4
4.1
27.47
合计
36.97
5.4
5.1
27.47
第二节采区地质
一、地层
201采区为生产采区,采区内出露的地层由地表至下界有:
第四系沉积物(Q)、飞仙关组(T1f)、中生界三叠系下统卡以头组(T1k)、古生界二叠系上统宣威组(P2x)。
其周边设计采区有202、203、301采区。
201采区+1800m水平以上为采空区,北与设计采区202采区相邻,南与设计采区203采区相邻,深部与301采区相邻。
从生产实见情况来看:
201采区开采的K3、K9号二层煤,煤层在走向和倾向上基本稳定,地层倾角在+1800m水平以上为23°左右,在+1675m标高及以下变化为43°左右。
二、构造:
1、断层
201采区南北以矿区内主要断层F1、F2为界,断层特征为:
1、F1断层,位于采区北部,为正断层,倾向300°~330°,倾角35°~45°,断距约为25m。
2、F2断层,位于采区南东部,为正断层,倾向230°~250°,倾角30°~45°,断距约为20m。
2、褶皱
矿区为一近南北走向的背斜构造,背斜轴向南倾状,西翼地层倾角为25°~40°,东翼地层倾角30°~40°,201采区位于背斜轴附近。
三、煤层
采区内含煤地层为上二叠统宣威组(P2x)。
煤系平均厚约204m,含煤10~34层,一般24层,煤层总厚13.13m,含煤系数6.4%,其中K3、K9煤层全区可采,其余均不可采。
1.K3煤层:
煤厚一般为1.00m,最大为1.10m,最小为0.98m。
顶板为粉砂岩或泥质粉砂岩,底板为泥岩,局部为粉砂质泥岩。
较稳定煤层。
2.K9煤层:
煤厚一般为1.70m,最大为1.75m,最小为1.68m。
顶板为粉砂岩,底板为泥岩。
较稳定煤层,详见表1-2-1。
可采煤层特征表表1-2-1
煤层编号
稳定性
煤层厚度
(m)
煤层
倾角
(度)
层间距
(m)
顶板
岩性
底板
岩性
备注
两极值
平均
K3
全区稳定可采
0.98~1.10
1.00
23~40
下距K9煤层55.97m
粉砂岩或泥质砂岩
泥岩
K9
全区稳定可采
1.68~1.75
1.70
23~40
上距K3煤层55.97m
粉砂岩
泥岩
3、煤质
(1)K3煤层:
原煤灰份(Ad)为17.92~39.66%,平均为25.89%;原煤挥发份(Vdaf)为21.26~29.63%,平均为26.62%;原煤硫份(St,d)为0.19%;原煤发热量(Qgr,ad)为20.77~28.64MJ/kg,平均为25.72MJ/kg;最大
胶质层厚度(Y)为20mm。
煤质牌号为肥焦煤(FM26)。
(2)K9煤层:
原煤灰份(Ad)为13.27~33.28%,平均为21.38%;原煤挥发份(Vdaf)为23.13~29.00%,平均为25.44%;原煤硫份(St,d)为0.17%;原煤发热量(Qgr,ad)为22.59~30.85MJ/kg,平均为27.22MJ/kg;最大胶质层厚度(Y)为20mm。
煤质牌号为主焦煤(JM25)。
详见表1-2-2。
煤质特征表表1-2-2
煤层
编号
类型
原煤工业分析ω(%)
Pd
%
As
10-6
发热量
(QDTr)
MJ/kg
胶质
层Y
(mm)
煤质
牌号
水分
Mad
灰分
Ad
挥发分Vdaf
全硫
St,d
K3
原煤
1.02
25.80
26..62
0.14
0.017
0.89
25.72
20
FM26
浮煤
0.79
13.45
26.94
0.19
K9
原煤
0.89
21.38
25.44
0.14
0.018
0.67
27.22
20
JM25
浮煤
0.90
11.48
24.63
0.17
第三节开采技术条件
一、水文地质
201采区地表无大的水体,南部203采区地表有大箐小河,由南向北西注入革乡河,属季节性河流,采区内最低侵蚀基准面位于区内东部的河谷处,海拔标高1797.8米,含煤地层均位于侵蚀基准面以上。
根据邻近上部已采采区(101采区)及开采期间的生产实测:
采区正常涌水量50m3/h,最大涌水量80m3/h。
地质勘察期间水文地质属简单型,由于后期开采形成很多采空区和老窑,且老窑201采区水文地质综合评述为中等偏复杂型,生产过程中要特别注意防范采空区和老窑突水。
二、工程地质
201采区煤系地层的节理与裂隙发育,煤层顶板主要是不稳定的薄层泥岩及粉砂质泥岩,间接顶板主要是细砂岩。
根据测试结果K3煤层顶板干抗压强度159-1818千克/平方厘米;K9煤层顶板干抗压强度118-379千克/平方厘米。
根据邻近上部已采采区(101采区)生产实见:
由于岩性不同,岩石的强度差异较大,但一般情况下开采时井巷易维护,部分地段时有冒顶、底鼓现象,工程地质条件中等。
三、瓦斯
1、201采区生产过程中揭露K9煤层时瓦斯涌出量增大,2007年度和2008年度瓦斯等级鉴定均为高瓦斯矿井。
2008年度老营煤矿瓦斯等级鉴定情况:
最大相对瓦斯涌出量15.65m3/t,最大绝对瓦斯涌出量0.81m3/min,最大相对二氧化碳涌出量为6.79m3/t、最大绝对二氧化碳涌出量为0.79m3/min,一个采区达产,矿井瓦斯涌出量即为采区瓦斯涌出量。
四、煤尘爆炸危险性、煤的自燃倾向性
煤尘爆炸危险性及煤的自燃倾向性:
2005年8月经煤炭科学研究总院重庆分院鉴定,K9煤层自燃倾向性为容易自燃,煤尘具有爆炸危险性。
五、地温
根据储量核实报告及邻近上部已采采区推断:
采区内无高温热源,地温正常。
第二章采区布置
第一节采区生产能力
一、采区年工作制度
根据《煤炭工业小型矿井设计规范》(GB50399-2006)规定,采区设计年工作日为330天,采煤工作面实行“三.八”作业制,两采一准,每班工作八小时。
掘进工作面实行“三.八”作业制:
三班作业,每班工作八小时,每天净提升时间为16小时。
二、采区生产能力、服务年限
1、采掘工作面个数
根据改扩建修改初步设计、设计委托书,结合煤矿开采现状(201采区内K3煤层已进入残采),201采区内K9煤层布置一个炮采工作面达产,两个掘进工作面保证采煤工作面接续。
2、工作面面长
工作面长度主要取决于采区条件和工作面装备水平,根据矿井开拓部署及开采现状,201采区范围较小,井筒及上山保护煤柱煤量较多,整个采区储量不大,根据采区开拓部署和保证采区内工作面正常接替要求,结合煤矿现行炮采经验,参照改扩建初步设计,确定工作面斜长为70米。
三、采区设计生产能力及服务年限
1、采煤工作面年推进度
采煤工作面为打眼放炮落煤,人工装煤,正规循环率取0.80。
采用“两采一准”作业方式,即两班生产,一班检修;工作面铰接顶梁长度为1.0米,生产班每班推进1.0米,故工作面日推进度为2.0m,日进一个循环,年工作日按330天考虑,则年推进度为:
年推进度=日推进度×设计年工作日×正规循环率
=2.0×330×0.80
=528(m)
2、采区及工作面回采率
本区K3煤层属薄煤层,K9煤层属中厚煤层,采区回采率取0.8,K3煤层工作面回采率取0.97,K9煤层工作面回采率取0.95。
3、采区生产能力
(1)采煤工作面年生产能力A1
A1=工作面长×年推进度×采高×煤容重×工作面回采率
=70×528×1.7×1.43×0.95
=85.35(kt)
(2)掘进煤量A2
根据煤层厚度及生产期间回采面接替巷道掘进量,设计掘进煤量估算为采煤工作面产量的10%。
A2=A1×10%
=85.35×10%=8.53(kt)
(3)K9煤层采面移交生产时的采区生产能力
采区的年产量为回采工作面、掘进工作面出煤量之和。
则采区生产能力A为:
A=A1+A2
=85.35+8.53=93.88(kt)
4、采区服务年限
根据采区或水平可采储量、矿井的改扩建初步设计生产能力和地质报告的堪探程度决定而采用储量备用系数,经如下公式计算:
C=Z/(A×K)
=274.47/(90×1.4)=2.1(a)
式中:
C—采区或水平服务年限;
Z—采区或水平可采储量;
A—采区设计生产能力;
K—储量备用系数,取1.4。
四、采区“三量”计算
根据储量核实报告及矿井采掘工程平面图计算的201采区“三量”为:
采区开拓煤量:
369.7kt,可采期2.9a。
准备煤量:
274.7kt,可采期2.1a。
回采煤量:
222.6kt,可采期1.8a。
第二节区段划分
一、区段划分及开采顺序
201采区位于+1675m~+1800m水平之间,阶段垂高125米,以采区上山划分为南北两翼,先开采南翼后开采北翼;阶段内沿倾向划分成三个区段,斜长70米,先采上区段后采下区段,即区段下行。
二、采区尺寸
201采区位于矿区中部,沿倾向上至+1800m标高,下至+1675m标高,采区平均走向长670m,倾斜长227m,面积152090m2,可采储量274.7kt。
201采区K9煤层共划分为6个正规工作面,每个工作面斜长约为70m。
第三节采区巷道布置
一、巷道布置
⑴巷道布置方案
影响201采区K9煤层开采巷道布置方案的主要因素有:
①采区为生产的下山采区,采区内已有井巷和生产系统。
②采区内共有可采煤层K3、K92层,其中,K3煤层已基本采完;煤层间距离较远,改扩建初步设计采用分层布置、两条采区上山开采。
③矿井目前在+1675m水平K3煤北运输大巷内掘有连通K9煤层石门。
④设计委托书仅对k9煤的开采作采区巷道布置设计。
根据上述影响因素,筛选出两个方案进行综合比较,各方案的具体情况分述如下:
方案一:
采用片盘斜井区段石门布置方式。
在+1675m水平采区运输石门见K9煤层处布置K9煤南北运输大巷,在K9煤南运输大巷适宜位置处布置K9煤下部车场后,沿煤层倾向分别布置K9煤专用回风上山和运输上山;专用回风上山作采区专用回风用,净断面4.3m2,运输上山敷设搪瓷溜槽,净断面4.3m2,作运输煤炭用;在主斜井内按区段标高布置甩车场后,用石门连通各区段中部车场,区段石门敷设钢轨,净断面4.8m2,作为各区段进风、行人、运输材料、设备、矸石用。
在K3煤层+1800m水平南回风大巷适宜位置作K9煤层采区回风石门揭露K9煤层后,作K9煤层上部车场,专用回风上山沿煤层倾向向上掘与+1800m水平上部车场贯通,利用与南一风井连通的+1800m水平K3煤南回风大巷作为K9煤回风大巷构成K9煤采区通风系统。
方案二:
主斜井+1675m标高落平,沿煤层布置三条上山,集中回风大巷布置。
在+1675m水平采区运输石门见K9煤层处布置K9煤南北运输大巷,在K9煤南运输大巷适宜位置处布置K9煤下部车场后,沿煤层倾向分别布置K9煤专用回风上山、轨道上山、溜煤上山;在轨道上山适宜位置处布置区段甩车场连通回风上山、轨道上山。
专用回风上山作采区专用回风用,净断面4.3m2;轨道上山敷设钢轨,净断面4.3m2,作进风、提升设备材料、运输矸石用;溜煤上山敷设搪瓷溜槽,净断面4.3m2,作运输煤炭用。
其余布置与方案一相同。
方案三:
主斜井+1675m标高落平,沿煤层布置三条上山,分层回风大巷布置。
在副平硐见K9煤层处沿K9煤布置K9煤+1800m水平南北回风大巷后,在适宜位置K9煤采区上部车场、及与回风井连通的回风石门。
其余布置与方案二相同。
以上三个方案的具体比较详见表2-3-1。
经比较可见,方案二切合矿井开采实际,井巷工程量也不很大,因此,设计推荐方案二。
推荐方案的巷道布置详见(图J1001-163-1A和J1001-163-1B)。
⑵采区上山条数、层位
为满足运输、通风和安全的需要,本采区K9煤布置轨道上山、溜煤运输上山和回风上山三条采区上山,其中一条专用回风上山。
溜煤运输上山和回风上山沿煤层倾向布置在煤层中,轨道上山按30°倾角布置在半煤岩中。
二、工作面储量及接替
根据采区布置,201采区K9煤层沿走向共布置有六个走向长壁后退式采煤工作面,其中北翼为20192、20194、20196三个采煤工作面,南翼为20191、20193、20195三个采煤工作面;六个采面斜长都为70m,北翼工作面走向长为220米,其中20192、20194工作面可采走向长为200米;南翼工作面走向长为320米,其中南翼20191、20193工作面可采走向长为219米;20191为首采面,可采期为3.6个月,北翼20192工作面为接替工作面,可采期为3.3个月。
根据公式(工作面可采储量=工作面斜长×可采走向长×采高×煤容重×工作面回采率)计算的201采区K9煤各采煤工作面储量见表2-3-2。
具体接替顺序为:
20191-→20192-→20193-→20194-→20195-→20196,即南翼回采时,北翼只掘进,交替进行。
具体布置见图J1001-163-1A、J1001-163-1B。
采区布置方案比较表表2-3-1
项目
方案一
方案二(推荐)
方案三
工作面布置
走向长壁
走向长壁
走向长壁
采
区
上山
轨道
上山
主斜井作区段石门
30°沿9煤
30°沿9煤
溜煤
上山
沿9煤层倾向
沿9煤层倾向
沿9煤层倾向
回风上山
沿9煤层倾向
沿9煤层倾向
沿9煤层倾向
其他巷
道布置
布置回风石门后利用K3煤+1800m水平回风大巷为K9煤+1800m水平回风大巷,区段运输石门、甩车道、中、下部顶板绕道车场、水平运输大巷
布置回风石门后利用K3煤+1800m水平回风大巷为K9煤+1800m水平回风大巷,甩车道、上、中、下部顶板绕道车场,水平运输大巷
在副平硐见K9煤处布置+1800m水平回风大巷,回风石门、甩车道、上、中、下部顶板绕道车场。
水平运输大巷。
主要井巷工程量
(可比部分)
1229m
1277m
1941
主要优缺点
①巷道利用率较高。
②岩巷工程量504米较多、煤及煤巷工程量725米。
③通风系统较为复杂,分风线路多,控风困难。
④区段内不需掘溜煤眼,煤炭运输顺畅,线路短。
①岩巷工程量401m较少、煤及半煤巷工程量876m。
②通风系统比较简单,控风容易。
③投产工期较短。
①多掘一条回风大巷,工程量比一、二方案多721米。
②巷道维护量大,煤柱损失量大。
投产工期长。
③通
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