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浅析煤矿瓦斯灾害防治技术.rar

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    编号:20180910134557297    类型:共享资源    大小:2.84MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-10
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    浅析 煤矿 瓦斯 灾害 防治 技术
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    中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第17页4 井田开拓4.1 井田开拓的基本问题井田开拓是指在井田范围内,为了采煤,从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体,建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式,需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较,才能确定。井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题,具体有下列几个问题需认真研究。确定井筒的形式、数目和配置,合理选择井筒及工业场地的位置;合理确定开采水平的数目和位置;布置大巷及井底车场;确定矿井开采程序,做好开采水平的接替;进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造;合理确定矿井通风、运输及供电系统。确定开拓问题,需根据国家政策,综合考虑地质、开采技术等诸多条件,经全面比较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时,应遵循下列原则:贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策,为早出煤、出好煤高产高效创造条件。在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量;尤其是初期建设工程量,节约基建投资,加快矿井建设。合理集中开拓部署,简化生产系统,避免生产分散,做到合理集中生产。合理开发国家资源,减少煤炭损失。必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电系统,创造良好的生产条件,减少巷道维护量,使主要巷道经常保持良好状态。要适应当前国家的技术水平和设备供应情况,并为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综掘机械化、自动化创造条件。根据用户需要,应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采,以及其它有益矿物的综合开采。本井田开拓方式的选择,主要考虑到以下几个因素:(1)1、6 块段储量大,勘察程度较高,单位面积内断层相对较少,具有良好的布置综合机械化开采的条件,井位选择应尽可能少压上述块段的煤。(2)井位选择要结合开拓部署,开拓巷道应避开太灰与煤系地层对盘,确保施工和生产安全。(3)井田东南有濉(溪)~阜(阳)铁路通过,涡阳车站距井田中心约 6km,龙山车站距井田中心约 11km。井田东部边界有涡阳~永城公路通过。(4)井田西南有涡河及其支流武家河,要考虑水运的可能性。(5)尽量处于井田的储量中心(68~74 孔附近) ,以降低井下运营费用。(6)首采块段应当选择勘探程度比较高、储量丰富的 1 块段或 6 块段浅部。(7)井田内断层比较多,井位选择应避免井筒穿断层。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第18页4.1.1 井筒形式的确定(1)井筒形式的确定井筒形式有三种:平硐、斜井、立井。一般情况下,平硐最简单,斜井次之,立井最复杂。具体见表 4-1。本井田为全隐蔽型井田煤层倾角平均 20.5°,为缓(倾)斜煤层;新生界地层较厚,一般在-400~-420m ,煤层埋藏深,一般在-450 ~-1000m ,故采用立井开拓方式。表 4-1 井筒形式比较井筒形式优点 缺点 适用条件平硐1 运输环节和设备少、系统简单、费用低。2 工业设施简单。3 井巷工程量少,省去排水设备,大大减少了排水费用。4 施工条件好,掘进速度快,加快建井工期。5 煤炭损失少。受地形影响特别大有足够储量的山岭地带斜井与立井相比:1 井筒施工工艺、设备与工序比较简单,掘进速度快,井筒施工单价低,初期投资少。2 地面工业建筑、井筒装备、井底车场简单、延深方便。3 主提升胶带化有相当大提升能力。能满足特大型矿井的提升需要。4 斜井井筒可作为安全出口。与立井相比:1 井筒长,辅助提升能力小,提升深度有限。2 通风线路长、阻力大、管线长度大。3 斜井井筒通过富含水层,流沙层施工复杂。井田内煤层埋藏不深,表土层不厚,水文地质条件简单,井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。立井1 不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地质等自然条件限制。2 井筒短,提升速度快,对辅助提升特别有利。3 当表土层为富含水层的冲积层或流沙层时,井筒容易施工。4 井筒通风断面大,能满足高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井需风量的要求。1 井筒施工技术复杂,设备多,要求有较高的技术水平。2 井筒装备复杂,掘进速度慢,基建投资大。对不利于平硐和斜井的地形地质条件都可考虑立井。(2)井筒位置的确定中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第19页井筒位置选择要有利于减少初期井巷工程量,缩短建井工期,减少占地面积,降低运输费用,节省投资;要有利于矿井的迅速达产和正常接替。因此,井筒位置的确定原则:1)沿井田走向的有利位置当井田形状比较规则而且储量分布均匀时,井筒的有利位置应在井田走向中央;当井田储量呈不均匀分布时,应布置在储量的中央,以形成两翼储量比较均匀的双翼井田,可使沿井田走向的井下运输工作量最小,通风网路较短,通风阻力小。2)井筒沿井田倾斜方向的有利位置井筒位于井田浅部时,总石门工程量大,但第一水平及投资较少,建井工期短;井筒位于井田中部时,石门较短,沿石门的运输工程量较小;井筒位于井田的下部时,石门长度和沿石门的运输工作量大,如果煤系基底有含水量大的岩层不允许井筒穿过时,它可以延深井筒到深部,对开采井田深部及向下扩展有利。从井筒和工业场地保护煤柱损失看,井筒愈靠近浅部,煤柱尺寸愈小,愈近深部,煤柱尺寸愈大。因此,一般井筒位于井田倾向方向中偏上的位置。3)有利于矿井初期开采的井筒位置尽可能的使井筒位置靠近浅部初期开采块段,以减少初期井下开拓巷道的工程量,节省投资和缩短建井工期。4)地质及水文条件对井筒布置影响要保证井筒,井底车场和硐室位于稳定的围岩中,应尽量使井筒不穿过或少穿过流沙层,较大的含水层,较厚冲积层,断层破碎带,煤与瓦斯突出的煤层,较软的煤层及高应力区。5)井口位置应便于布置工业广场井口附近要布置主,副井生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统间互相连接,以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨,要求地面平坦,高差不能太大,尽量避免穿过村镇居民区,文物古迹保护区,陷落区或采空区,洪水浸入区,尽量避免桥涵工程,尤其是大型桥涵隧道工程。6)井口应满足防洪设计标准附近有河流或水库时要考虑避免一旦决堤的威胁及防洪措施。由于本井田倾角平缓,厚度变化小,且距离东部国道近。故把井筒置于井田中央,即工业场地之中。(3)井筒数目为了满足井下煤炭的提升,需设置一主井,辅助提升及进风设置一副井;根 据 矿井 开 拓 部 署 和 通 风 安 全 、 地 温 等 要 求 , 确 定 矿 井 开 拓 设 主 、 副 、 风 井 三 个 立 井 井 筒 。矿 井 采 用 中 央 并 列 式 通 风 方 式 。 主 井 担 负 全 矿 井 提 煤 ; 副 井 担 负 矿 井 人 员 、 材 料 、设 备 的 升 降 及 矸 石 提 升 和 进 风 井 ; 风 井 作 为 专 用 回 风 井 。(1)井筒位置的确定原则1)有利于第一水平的开采,并兼顾其他水平,有利于井底车场和主要运输大巷的布置,石门的工程量要尽量少;中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第20页2)有利于首采采区布置在井筒附近的富煤阶段,首采区要尽量少迁村或不迁村;3)井田两翼的储量基本平衡;4)井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破坏带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层;图 4-1 采区划分示意图5)工业广场应充分利用地形,有良好的工程地质条件,且避开高山、低洼和采空区,不受崖崩滑坡和洪水的威胁;6)工业场地宜少占耕地,少压煤;7)水源、电源较进,矿井铁路专用线短,道路布置合理。(2)井筒位置的确定本矿井走向长度较大地势平坦,主副井筒布置在储量中央 ,且两井筒的地面标高大于历年最高洪水位标高。具体采区划分见图 4-1。4.1.2 工业场地的位置工业场地的位置选择在主、副井井口附近,即井田中部。工业场地的形状和面积:根据表 2-3 工业场地占地面积指标,确定地面工业场地的占地面积为 12 公顷,形状为矩形,长边垂直于井田走向。根据制图规范 1:5000 的图按 300m* 400m 绘制。-850-10-95--70-10-95-90-10-850-80-750-70-950-750-70-65-50-450-60-50-605-045---80-850-90 -80-850-75-70-65-60 -5-50 -60-50-4500-450-5-5-5-650-5-650-50-750-850-450371650 371053710371503712037125037103715037140371450371503715037160 3710371650 371053710371503712037125037103715037140371450371503715037160 3710394250394203942503942503942503942603942650中 国 矿 业 大 学 矿 业 工 程 学 院采 矿 工 程 系-10-408 70-75031706N一.Mt/a一:杨 文 明李 桂 臣涡 北 矿 .2Mt/a新 井 开 拓 平 面 图一一一一 一中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第21页4.1.3 开采水平的确定本矿井主采煤层为 号煤层,其它煤层近期暂不开采可作为后备储量。 号煤层8 8属缓斜煤层,平均倾角为 20.5,煤层无露头,煤层埋藏最深处达 -1000m,垂直高度达600m。根据《煤炭工业设计规范》规定,缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高为200~350m,针对于本矿井的实际条件,决定煤层的阶段垂高为 300m 左右。本矿井也可采用两水平的开采方式。采用两个水平划分时,立井开拓第一水平。4.1.4 矿井开拓方案比较(1)提出方案根据以上分析,现提出以下四种在技术上可行的开拓方案,如图 4-2,分述如下:方案一:立井两水平暗立井延伸(岩石大巷) 主、副井均为立井,布置于井田中央,大巷布置在岩层当中。方案二:立井两水平暗立井延伸(煤层大巷)主、副井均为立井,布置于井田中央,大巷布置在煤层当中。方案三:立井两水平暗斜井延深(岩石大巷)主、副井均为立井,布置于井田中央,暗斜井延深,大巷布置在岩层当中。方案四:立井两水平暗斜井延深(煤层大巷)主、副井均为立井,布置于井田中央,暗斜井延深,大巷布置在煤层当中。(2)技术比较以上所提四个方案中,井筒位置、数量和轨道大巷、回风大巷长度以及一、二水平采区布置总体一致。区别在于二水平的开拓方式不同而引起部分基建、生产经营费用不同。方案一、二、三、四中,区别在于一、三方案中岩石大巷,这样就增加了岩石巷道的掘进,使后期基建费用加大;增加了设备的配备;维护费用;但其优点也是显而易见的:减少了大巷保护煤柱,运输系统干扰降低,各种运输畅通,由于是厚煤层开采,通风安全性提高,通风条件优化,可以适当减少煤巷的维护,提高了煤炭采出率。方案二、四中,岩石掘进量明显较少,而且设备少,环节简单;开拓准备时间短。但通风条件差;巷道维护费用增加。故两方案中暂取方案一、三。详见表 4-2。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第22页 -4056-7058-90-4056-7058-90方 案 一 : 立 井 两 水 平 暗 立 井 延 伸 ( 岩 石 大 巷 )方 案 二 : 立 井 两 水 平 暗 立 井 延 伸 ( 煤 层 大 巷 )11中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第23页图 4-2 开拓方案表 4-2 各方案粗略估算费用表方案一 方案二岩石 2×4895×1574.8×10-4= 煤层 2×4895×1299.9×10-4=基建费 大巷 1541.73 大巷 1272.6岩石 煤层 1.2×4895×67.02×35×10-4=维护费 大巷1.2×4895×67.02×20×10-4=787.35 大巷 1377.86费用/万元 2329.08费用/万元 2605.04总计 百分数(%) 100.00百分数(%) 111.5方案三 方案四岩石 2×4895×1574.8×10-4= 煤层 2×4895×1299.9×10-4=基建费 大巷 1541.73 大巷 127236维 岩石 1.2×4895×67.02× 煤层 1.2×4895×67.02×-4056-7085-90-4056-7085-90 方 案 三 : 立 井 两 水 平 暗 斜 井 延 伸 ( 岩 石 大 巷 )方 案 四 : 立 井 两 水 平 暗 斜 井 延 伸 ( 煤 层 大 巷 )11中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第24页(3)经济比较方案一、三有差别的建井工程量、生产经营工程量、基建费、生产经营费和经济比较结果,分别汇总于表 4-3~表 4-7 中。在上述经济比较中需要说明以下几点:两方案大巷布置数目及位置相同;○1.主、副井布置在岩层中,维护费用较低,故未对比其维护费用的差别;○2.两方案主要在于第二水平延伸方式不同导致石门长度不同以及暗立井与暗斜井○ 3在提升上的费用不同;方案中相同部分未做比较分析,仅对不同之处进行了计算对比。○ 4表 4-3 建井工程量 项 目 方案一 方案三主井井筒/m 732.8+20 732.8+20副井井筒/m 732.8+10 732.8+10井底车场/m 1000 1000初 期开拓大巷/m 4895×2 4895×2主暗斜井井筒/m 0 967副暗斜井井筒/m 0 967主暗立井井筒/m 300 0副暗立井井筒/m 300 0井底车场/m 800 800主石门/m 2206 1695后 期开拓大巷/m 3330×2 3330×2表 4-4 生产经营工程量20×10-4= 35×10-4=护费大巷 787.35 大巷 1377.86费用/万元 2329.08费用/万元 2605.04总计 百分数(%) 100.00百分数(%) 111.5中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第25页项 目 方案一 方案三运输提升/ 万 t·km 工程量 工程量大巷及石门运输 1.2×1890×1.919= 1.2×1890×2.466=西二大巷及石门运输4352.29 5592.891.2×2626×3.619= 1.2×2626×2.828=西六大巷及石门运输11404.20 8911.59暗斜井暗立井运输 1.2×1890×0.3= 1.2×1890×0.967=西二采区680.4 2193.161.2×2626×0.3= 1.2×2626×0.967=西六采区945.36 3047.21表 4-5 基建费用表方案一 方案三工程量 单 价 费 用 工程量 单 价 费 用项目 方案 (m) (元/m) (万元) (m) (元/m) (万元)主暗斜井井筒 0 0 0 967 6124.6 592.25副暗斜井井筒 0 0 0 967 6124.6 592.25主暗立井井筒 300 6679.6 200.38 0 0 0副暗斜井井筒 300 9755.2 292.66 0 0 0主石门 2206 6024.1 1332.64 1695 6024.1 1021.08后期小 计 1825.68 1605.58表 4-6 生产经营费项 目方案一 方案三中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第26页注:由于两种开拓方式一水平基建和运输都一样,故在此仅比较两种开拓方式在延伸方面带来的费用差异。表 4-7 费用汇总表综上所述:可见方案三比方案一少 12%左右的总费用,故选择方案三比较合适。4.2 矿井基本巷道4.2.1 井筒由上一节确定的开拓方案可知第一水平主、副井均为立井。一般来说,立井井筒横断面形状有圆形、矩形两种,但圆形断面的立井具有服务年限长,承压性能好,通风阻力小,维护费用少及便于施工的特点,因此主井、副井及风井均采用圆形断面。主井主井井筒采用立井形式,圆形断面,净直径 6.5 m,净断面积 33.18 m²,井筒内装备一对 12 t 的双箕斗,井壁采用混凝土砌壁支护方式,表土段采用冻结法施工。此外,还布置有检修道,动力电缆,照明电缆,通讯信号电缆,人行台阶等设施。主井断面如图 4.2.1,主要参数见表 4.2.1。副井副井井筒采用立井形式,圆形断面,净直径 7.2 m,净断面积 40.71 m²,井筒内装备一对 1 t 矿车双层四车窄罐笼和一个带平衡锤的 1 t 矿车双层四车宽罐笼,井壁采用工程量 单 价 费 用 工程量 单 价 费 用万t·km(万元/万t·km) (万元)万t·km(万元/万t·km) (万元)暗斜井暗立井运输西四采区 680.4 1.60 1088.64 2193.16 0.42 921.13东六采区 945.36 1.60 1512.58 3047.21 0.42 1279.83排水大巷及石门运输西四采区 4552.29 0.4 1820.92 5592.89 0.4 2237.16东六采区 11404.2 0.4 4561.6 8911.60 0.4 3564.64排水 5634.43 0.125×1.04 734.94 5634.43 0.125小 计合计 8983.74 8002.76方案一 方案三项目方案 费用/万元 百分率/% 费用/万元 百分率/%初期建井费 100.00 100.00基建工程费 1825.68 113.70 1605.58 120.8生产经营费 8983.74 112.20 8002.76 100%总费用 10809.42 112.05 9608.34 100%
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