毕业设计(论文)机械化采煤方法在煤矿生产中的应用.doc
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1、前 言:煤炭是工业的粮食,我国一次能量消费结构中,煤炭占75%以上,煤炭工业发展的快慢,将直接关系到国计民生。我国煤炭生产建设正迅速发展,煤矿开采技术在不断进步,特别是改革开放20多年来,煤炭工业发展取得了更为显著的成效,采煤、掘进、运输等生产环节的机械化和生产集中化程度迅速提高,平均单产工效增长很快,创造了很多新的记录。1996年,长壁综合机械化采煤的产量已占全国国有重点煤矿的47.18%,综采采煤技术及生产指标大幅提高。与1975年相比,全国煤矿工作面的单产提高了154.87%,平均单产达64233t/月,回采工效提高了135.5%,达26.14 t/工。3.55m厚煤层大采高一次采全厚采
2、煤法,5m以上煤层综采放顶煤采煤法等进一步得到改进,为综采发展开辟了广阔的前景。本次设计以大同矿区忻州窑矿11#煤层和14#煤层开采为实例来说明综合机械化采煤方法在煤矿生产中的应用。摘要本井田设计煤层为11#煤层和14#煤层,11#煤层平均厚度6.2米,14#煤层平均厚度2.3米,属厚煤层和中厚煤层,煤层倾角不大,属近水平煤层,宜采用走向长壁放顶煤、走向长壁一次采全高后退式综合机械化采煤方法。顶板管理采用垮落法,由于煤层顶板较坚硬,所以需采用强制放顶措施,以减少采空区悬露面积,这种方法既经济又合理,方便可行。根据煤层赋存条件、巷道布置方式、以及以往开采经验,本工作面采用单一走向长臂后退式综合机
3、械化低位放顶煤开采的采煤方法。配套选用的主要设备有MXG700DA型采煤机、ZFS7500型液压支架、SGZ764/400型前部刮板输送机、SGZ764/630型后部刮板输送机、SZZ830/200型转载机、YSB160型破碎机、DSP10001000/3200型皮带机。正常生产时的工艺流程为:工艺巷顶煤预爆破松动顶部煤体采煤机斜切进刀割煤移架推前部输送机拉后部输送机。工作面机采高度3米,循环进度0.55米,采用两端头斜切进刀,自行开缺口。MXG700DA型采煤机牵引方式为电动机牵引,牵引速度为08.3m/min。截割方式按行走方向,前滚筒割顶煤,后滚筒割底煤。放顶煤高度平均4米,采放比3:4
4、。顶煤采用深孔预爆破、低位放顶煤回收方式,按“一刀一放”的正规循环作业,即放煤步距为0.55米。顶煤回收从两中间巷施工煤体预松动爆破孔开始;距停采线10米工作面实施收尾工作,故从此位置开始顶煤不回收。关键字:走向长壁;放顶煤;一次采全高;后退式;综采。目 录第1章井田概况及地质特征51.1井田概况51.2井田地质特征61.3水文地质8第2章井田开拓102.1井田境界及储量102.2矿井设计生产能力及服务年限122.4井筒142.5井底车场及硐室17第3章大巷运输及设备选择173.1运输方式的选择173.2矿车183.3运输设备的选型18第4章采(盘)区或带区巷道布置及装备204.1采煤方法20
5、4.2采区布置224.3巷道掘进25第5章通风和安全265.1概况265.2矿井通风265.3安全34第6章矿井提升356.1主、副井提升设备356.2通风设备456.3排水设备48第7章建井工期517.1建井工期517.2产量递增计划52第8章设计矿井基本技术经济指标53参考文献54致 谢55第1章 井田概况及地质特征1.1 井田概况1.1.1交通位置大同矿区位于晋北,地跨大同、左云、右玉、山阴等五个县市。忻州窑矿位于大同煤田东北端,距大同市17.5Km,距口泉站5.3Km。井田内有五九公路贯穿,交通方便。忻州窑矿北邻云岗矿和晋华宫矿,东邻大同市地方煤矿,西和南为煤峪口矿。忻州窑矿南27西为
6、同蒲铁路运煤专线站口泉站。北同蒲线往南至太原,往东和往西有京包线,井田中部有大同至左云公路由南往北贯穿全区,东南角与同泉路相接,交通条件四通八达,甚为方便。1.1.2地形、地貌及河流该井田地形为低山丘陵,地势东部较高,中部和西部较低。区内大部分黄土覆盖,冲沟发育。大沟谷有忻州窑沟、大北沟、黑龙王堂沟,白土寺沟等,呈树枝状分布其间。1.1.3气象本区属于黄土高原干旱大陆性气候,冬季严寒,夏季炎热,气候干燥,风沙严重。年平均气温5.1。一月份气温最低为-16.5,七月份气温最高为+30。冰冻期为十月上旬至翌年四月下旬,一般冻土深度为1.38m。平均积雪厚度50mm。每年降水量多集中在7、8、9三个
7、月。年平均降水量为450mm。历年平均相对湿度为53%。年平均蒸发量为1674.94mm,蒸发量为降雨量的34倍。风向多为西北风,其次北风。风速最大29m/s,平均风速3.2m/s。1.1.4地震属地震裂度度区,根据中国地震动参数区划图,本地区地震烈度为7度,所属地震动峰值加速度分区为0.10.15g。1.1.5矿井周边小窑情况井田内小窑有五座:分别是大同市南郊区云岗镇刘官庄村股份煤矿,批准开采3#层;大同市南郊区云岗镇张榆联营煤矿,批准开采2#、7#层;大同市南郊区水泊寺乡泉子沟煤矿,批准开采2#层;大同市南郊区平旺乡煤忻煤矿,批准开采、12#、13#层。井田周边小窑有六座,分别是大同市南郊
8、区兴旺煤矿,批准开采9#、10#、12-1#合并层。大同市南郊区口泉乡三脚沟煤矿,批准开采石炭系3#、5#、8#煤层;大同市城区新河煤矿,批准开采10#、15#煤层;大同市南郊区平旺乡大北沟村煤矿,批准开采10#层;大同市矿区大北沟联营煤矿,批准开采7#、9#、10#、12#、层;大同市精通实业公司兴旺煤矿,批准开采9#、10#、12#、煤层。1.1.6矿区工业概况及建材供应情况矿区地处山区,土地贫瘠,又受干旱影响,基本没有农作物。工业生产主要是采煤,在矿区内有砖瓦场、水泥场,沙石就地就能解决,其它钢材等靠外购。1.1.7水源电源情况1)本区地表无固定水体,地表沟谷除雨季外,多无水流,忻州窑沟
9、为本区主要河沟,由西北自东南斜穿本井田,经过主、副井口附近,全长8700m,汇水面积28Km2,平时仅有矿井排水,洪水季节水位突然猛涨。一般使用明灯寺水厂供水。2)矿井供电主要来自忻州窑变电站,该变电站由双回路电源供电,分别为煤州线和四州线,供电电压35KV,经两台6300KVA主变降压后输出6KV电压。1.2 井田地质特征1.2.1地质特征(一)地层 A、 寒武系中统 厚85.3米,为紫红、猪干色页岩,灰色白云质灰岩,与下部地层整合接触关系。 B、 寒武系上统 厚35.1 米,为深灰色及浅灰色灰岩,灰色竹叶状灰岩、页岩及泥灰岩等。与下部地层整合接触关系。 C、 石炭系中统本系组 厚15.33
10、5.36米,平均厚度25.33米。下部为紫红色、暗红色粉砂岩及风化壳成岩物质,上部为紫红色、灰绿色泥岩,粘土岩夹粉砂岩及细砂岩,中下部有1-2层铝土质岩层。与下部寒武系灰色竹叶状灰岩地层为平行不整合接触关系。 D、 石炭系上统 厚15.6667.81米,平均厚度41.735米,为大同煤田下部含煤系地层。岩性中上部以深灰色、黑灰色泥岩,碳质泥岩为主,下部以灰色、灰白色粗砂岩为主,夹粉砂岩及碳质泥岩或二者互层。主要含三个煤组,15号煤组,89号煤组,10号煤组。煤层总厚度2.526.4米,平均厚14.45 米,煤层结构复杂。本组与下部地层整合接触关系。 E、二叠系下统山西组 厚6.5158.54米
11、,平均厚度24.41米。上部以灰色细砂岩为主,局部为灰色中粒砂岩、中下部为灰色粗砂岩,含煤三层,但均不可采,与下部地层整合接触关系。F、 侏罗纪下统永定庄组厚19.6983.80米,平均厚度56.68米。上部主要为紫红、杂红、灰色粉砂岩,中部为灰白色中粒砂岩、底部为灰色粗砂岩。与下部地层为微角度不整合接触关系。G、 侏罗系中统大同组为大同煤田上部主要含煤地层,厚度116.09248.0米,平均厚度216.0米。为灰白色中粗砂岩,灰白色细粉砂岩,碳质泥岩组成。中粗砂岩成分为石英、长石及少量云母等,胶结物主要为泥质与钙质,大同组底部普遍发育一层粗砂岩。与下部地层平行不整合接触关系。H、 侏罗系中统
12、大同组揭露厚118.66米,主要为灰白色粗砂岩,底部为灰白色含砾岩粗砂岩或砾岩层,其上夹13号层极不稳定的薄煤。I、 新生界第四系厚058米,一般为24米。岩性以黄土为主,次为亚沙土,在沟谷中有冲击层堆积。与下部地层呈角度不整合接触关系。(二)地质构造忻州窑井田位于大同煤田向斜的东北端,井田呈一不对称的向斜构造(忻州窑向斜)。向斜轴位于井田中央,南部与煤峪口向斜相接,呈一弧形向斜轴走向,井田南部为NW10,向北逐渐转为NE40延至晋华宫矿,向斜轴略有起伏,下部分向北倾伏。向斜西翼平缓,倾角15,东翼较陡,倾角220,向斜西翼煤岩层稍呈波状起伏,形成宽缓的次一级褶曲。本井田断裂构造主要集中在忻州
13、窑向斜轴部两翼500m范围内,据统计井田内发现大小断层300条,主断层形成多字型构造,由南向北大致以NW20左右呈雁行排列,即:底斜坑断层(H=5.0m)、洋灰台断层(H=17.5m)、东二断层(H=16.21m)、404断层(H=16.1m),主断裂西侧有三个次一级断裂构造带,东侧有一个次一级断裂构造带,与主断裂构成“入”字型,呈NE-SW走向。除上述几个大断层外,其余断层落差较小,绝大部分落差在2m以下,多数为NE向高角度正断层。1.2.2煤层及煤质(一)煤层1、煤层侏罗系大同组含煤20余层,其中可采煤层9层,由上而下为3#、4#、7#、9#、10#、11#、12#、14#、15#层,11
14、#与14#层为本井田批准开采煤层。煤层特征表 表1-2-2地 层时 代煤层号煤层厚度(m)最小最大平均间 距(m)最小最大平均煤层结构稳定性顶板岩性底板岩性侏罗系1 1 5.477.56.24.013.6复 杂夹石24层稳定全区可采砂砾岩砂质泥岩泥岩砂质泥岩侏罗系1 4 1.732.34.013.6复 杂夹石24层稳定全区可采砂砾岩砂质泥岩泥岩砂质泥岩(二)煤质本矿开采11#、14#、层煤,11#、14层煤成黑色,由亮煤及暗煤组成。沥青玻璃光泽,质地较硬,断口平坦,参差状,偶见阶梯状,发育少许内生裂隙,水平层理,碎块状构造,条带状,透镜及均一状结构,14#煤节理发育,充填分解后脉和黄铁矿膜。1
15、1#、14#煤的宏观煤岩类型以半亮型煤为主,半暗型煤为辅。煤岩成份亮煤为主,暗煤次之。11#煤层全井田为富灰煤,低硫中硫煤,气肥煤,长烟煤。14#煤层大部分为中灰煤,中硫煤。根据表1-2-2及有关地质资料,对煤的化学性质及工艺特性分析如下:1、水分:煤的分析基水分(Mad)各层煤在2.78%4.16之间变化,水分从上到下有下降的趋势,以14#层煤最低,为2.78。实际生产原煤全水分(Mt)在7左右。因此本矿井煤属于低水分煤。2、灰分(Ad):11#煤灰分为24.91,属中灰分煤;14#煤灰分为29.6,属于富灰分煤。3、挥发分(Vdaf):各层煤的挥发分均大于38,属高挥发分煤。4、硫分(St
16、.d):各层煤硫分在1.143.14之间变化,11#煤为2.42,属中流煤,14#煤为3.41,属富硫煤。5、磷含量(Pdaf):11#、14#煤含量0.005,属于低磷煤。6、发热量(Qnet.ad)可采煤层,11#煤为21.51MJ(5147大卡/kg),8#煤为20.475MJ(4896大卡/kg)。均属于低发热量煤。煤质指标详见表1-2-3。勘探区煤芯煤样化验结果表 表1-2-3煤层水分(%)灰分(%)挥发分(%)硫分(%)发热量(MJ/kg)煤灰成分(%)无机组分(%)原煤2.25-4.203.3220.42-32.1526.438.37-43.4740.720.78-3.412.4
17、2精煤1.63-5.103.236.35-8.957.4338.73-42.5439.930.85-1.531.241.3 水文地质(一)区域水文地质概况本井田水文地质条件简单。含水层主要有三个:覆盖层及风化层段含水层,为孔隙、裂隙含水层,水位不稳定,出水量4795m3/d;石炭二叠系煤系地层含水层,主要为砂岩裂隙含水层,水量微弱,仅为0.01m/d;奥陶系灰岩含水层,主要为岩溶、裂隙含水层,位于井田深部,水位深度为215.01250.24m,水位标高为1161.581200.58m。抽水试验结果,降深3.18m,单位涌水量0.934L/min。(二)矿井充水条件 井田所属区域属于高寒地带,本
18、区云岗组及大同组的岩层微含水,其它均无含水层。(三)矿井涌水量计算本区云岗组及大同组的岩层微含水,地表雨水通过断层裂缝渗入井下,开采过程中,煤层的滴水和淋水是矿井水的主要来源。据记载目前矿井正常涌水量为2300m3/d,含水数0.40.5,不随产量增加而增加。(四)矿井主要水害及其防治措施矿井充水因素主要为顶板以上砂岩裂隙水,由于山西组砂岩含水层在井田范围含水性不强,水量有限,只要正常进行抽排,一般不会发生水害事故。另一个因素为邻近生产矿井废弃巷道和采空区积水。今后若靠近边界附近开采时,应详细调查相邻煤矿开采情况和废弃巷道和采空区积水情况,以防巷道相互贯通引发水害事故。(五)供水水源由于井田所
19、属区域属于高寒地带,本区云岗组及大同组的岩层微含水,不能满足用水要求,主要靠明灯寺水厂供水。1.3.1其它开采技术条件(一)顶板条件 11#层顶板为细砂岩、泥岩,厚度为2m4m,裂隙不发育,较好管理,底板为黑色泥岩。 14#层顶板为黑色泥岩,裂隙不发育,较好管理。(二)瓦斯、煤尘和煤的自燃1、瓦斯等级矿井瓦斯相对涌出量14.24m3/t,绝对涌出量0.85m3/min,属高瓦斯矿井。2、煤尘爆炸性据有关地质资料提供,本区煤层火焰长度大,有爆炸危险性,煤层爆炸指数35%。3、煤的自燃倾向性煤的自燃倾向性属容易自燃煤层,自燃发火期为6个月左右。4、根据调查本区域地温小于3/100M,属正常区。第2
20、章 矿井开拓2.1井田境界及储量2.1.1井田境界 根据山西省国土资源厅批准的同煤忻州窑矿采矿许可证证号,井田境界由11个坐标点连接圈定: 1、X=3437.89468 Y=849.20798 2、X=3437.90519 Y=851.8568 3、X=3438.244 Y=851.58189 4、X=3438.244 Y=853.80301 5、X=3434.56437 Y=853.79695 6、X=3434.51591 Y=853.21393 7、X=3434.58495 Y=853.08042 8、X=3434.58364 Y=852.28379 9、X=3435.2555 Y=852
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