牛马司煤矿412采区设计说明书策划稿.docx
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牛马司煤矿412采区设计说明书策划稿
前言…………………………………………………………5
第一章采区概况及地质特征………………………………8
第一节采区概况…………………………………………8
第二节采区地质特征……………………………………9
第二章采区布置……………………………………………16
第一节采区境界及储量…………………………………16
第二节采区生产能力及服务年限………………………17
第三节采区开拓布置及采煤方法………………………18
第四节采区通风…………………………………………27
第三章矿井提升、排水、压风设备………………………35
第一节提升设备…………………………………………35
第二节排水设备…………………………………………42
第三节压风设备…………………………………………47
第四节消尘洒水管………………………………………50
第四章供电、控制、信号及通信…………………………51
第一节供电电源…………………………………………51
第二节电力负荷及主要指标……………………………51
第三节供电系统…………………………………………52
第四节主要设备控制……………………………………54
第五节安全监控系统……………………………………55
第六节信号、通讯………………………………………56
第七节照明、接地………………………………………56
第五章安全及环保…………………………………………58
第一节瓦斯防治措施……………………………………58
第二节瓦斯抽放…………………………………………59
第三节顶板管理…………………………………………70
第四节防治水……………………………………………71
第五节防灭火及设施……………………………………72
第六节采区防尘、防爆及隔爆…………………………73
第六章技术经济……………………………………………74
第一节劳动定员及劳动生产率…………………………74
第二节采区井巷工程量及工程进度……………………75
第三节投资概算…………………………………………76
附图目录
1、412采区煤系地层综合柱状图
2、412采区3线地质剖面图
3、412采区14线地质剖面图
4、巷道布置平面图
5、巷道布置剖面图
6、设备布置图
7、通风系统图
8、避灾路线图
9、采区投产时瓦斯抽放管路布置和安全监测监控探头布置图
10、安全监控系统图
11、供电系统图
12、回采工作面及煤巷掘进瓦斯抽放钻孔布置图
13、石门揭煤瓦斯抽放钻孔布置图
14、水井头矿井412采区设计井巷工程施工进度图
前言
水井头矿井位于邵东县境内，地理坐标为东径111°40′，北纬27°18′。
距邵阳市与邵东县城分别为22km，8km，距牛马司火车站2.5km；有320国道，上瑞高速公路及洛湛铁路纵贯矿区，交通十分便利。
本矿井隶属湘煤集团牛马司矿业公司，是该公司之骨干矿井。
1958年建井，1965年移交生产，原设计生产能力21万t/a，70年代初曾连续三年超过设计能力。
进入90年代后，由于随着开采深度的逐渐加深，煤层赋存情况变差，特别是受到压力大瓦斯大的制约，一直达不到设计能力，后被核定能力为13万t/a，近十几年产量一直在10万t/a左右徘徊。
该矿井含煤地层为二叠系龙潭组上段，共含煤7层，仅2煤可采，煤厚0～3.5m，平均1.96m，一般厚1.6～2.2m，倾角20°～47°，局部为急倾斜煤层，采用立井开拓方式，一水平标高-50m水平，二水平标高-300m水平，三水平为斜井开拓，大巷标高为-500m水平，采用分区式通风方式。
现开采水平为-300m和-500m水平共三个生产采区，一个开拓准备采区，为确保采区的正常接替，对-500m水平的下山采区即412采区必须进行开拓准备。
受牛马司矿业有限公司委托，我院承担水井头412采区设计，其编制依据如下：
1、牛马司矿业有限公司委托书。
2、牛马司矿业公司412采区地质说明书。
3、牛马司矿业公司水井头矿井412采区2煤层底板等高线及储量计算图。
4、牛马司矿业公司水井头矿井412采区煤系地层综合柱状图。
5、牛马司矿业公司水井头矿井412采区14线地质剖面图。
6、牛马司矿业公司水井头矿井412采区3线地质剖面图。
7、《煤矿安全规程》。
8、《采矿工程设计手册》。
9、《煤炭工业矿井设计规范》。
412采区为水井头矿井最深部的一个采区，属煤与瓦斯突出区域，煤层有自然发火倾向，煤尘具有爆炸性等影响安全生产的因素，为了设计更具有实际性，在设计过程中于3月28日在牛马司矿业有限公司，有涟邵矿区安全生产管理局生产部、通风部领导、牛马司矿业公司领导、水井头矿井领导及工程技术人员参加的412采区设计初审会议，听取了领导及工程技术人员的意见，对有关安全技术问题进行了研讨，指导了设计的编制工作。
设计为了防止煤与瓦斯突出，降低采掘工作面的瓦斯浓度，对采掘工作面进行瓦斯抽放，其计算参数是类比近似矿区选取的，在今后的生产实际中应加强对这些参数的检测，根据实际测得的数据，进行调整。
本采区投产时，采区井巷工程总工程量为6670m，其中开拓主巷2830m，准备巷道2100m，回采巷道1740m，开拓煤量50.75万t，准备煤量15.36万t，回采煤量5.4万吨，工程总造价2824万元，其中井巷工程1845万元，设备购置及安装工程929万元,其他50万元。
第一章采区概况及地质特征
第一节采区概况
一、矿井概况
1、位置及交通
水井头矿井位于邵东县境内，地理坐标为东径111°40′，北纬27°18′。
距邵阳市与邵东县城分别为22km，8km，距牛马司火车站2.5km；320国道，上瑞高速公路及洛湛铁路纵贯矿区，交通十分便利。
2、矿井概况
水井头矿井隶属湘煤集团牛马司矿业有限公司，是该公司骨干矿井，1958年建井，1965年移交生产，设计生产能力21万t/a，70年代初曾连续三年超设计能力，进入90年代后随着开采深度的逐步加深，煤层的赋存情况也逐步变差，矿井瓦斯及矿压逐步增大，由于受到压力大、瓦斯大的制约，所以近年来一直达不到矿井设计能力，后被核定为13万t/a，近十几年来产量一直在12万t/a左右徘徊。
矿井采用立井开拓方式，一对主副立井，通风采用抽出式通风方式，分区式通风系统，由水井头，寨子山二个风井担负全矿井的通风，四个井筒开发全井田，其划分为四个水平，一水平为-50m水平，二水平为-300m水平，三水平为-500m水平，四水平为-720水平，-300以上为立井开拓，-300以下为斜井开拓。
现生产水平为-300m和-500m水平，三个生产采区即232采区、312采区和362采区，212采区还有部份煤炭未采完。
主采区为312采区，一个开拓准备采区为332采区，采煤方法采用走向长壁式采煤法爆破落煤，全部垮落法管理顶板。
3、采区概况
412采区为水井头矿井最深部的一个采区，为332采区之接替采区，位于水井头矿井之北翼深部，牛马司向斜之东翼，上起-500m标高，位于332，312采区下部，下终-720m标高与铁箕山矿井422采区以牛马司向斜为界，南以-500m标高为界与322、362采区为邻，北以牛马司向斜轴尾部为界与铁箕山矿井422采区为邻，采区走向长上长下短，平均900m，倾斜长350m。
煤厚0.78～2.15m，平均1.6m，煤层倾角上陡下缓，上部40°～45°,轴部15°左右，平均30°,地质储量93.93万t（包括铁箕山井筒煤柱38.68万t）。
可采储量44.2万t。
第二节采区地质特征
一、地层：
1、第四系：
由黄色、灰褐色粘土，砂质粘土组成,厚2～10.10m，平均4.63m。
2、三叠系大冶组：
为大冶灰岩，浅灰色～灰色薄层状石灰岩，水平层理，上部夹深灰色泥质灰岩、及深灰色薄层状灰岩、节理、裂隙较发育，一般被方解石充填，厚14.67～530.04m，平均330.86m。
3、上二叠系大隆组：
硅质灰岩，灰黑色～黑色硅质灰岩及黑色泥岩组成，节理发育，产腕足类动物化石，厚45.64～109.67m，平均73.71m。
4、龙潭组上段（含煤地层）
黑色泥岩：
深灰～灰黑色泥岩、块状、底部为磷片状，上部含大量黄铁矿星粒，含丰富的双壳类化石，厚10.65～33.98m，平均17.08m。
1煤：
黑色半亮型，不稳定，厚0.25～0.66m，平均0.49m。
砂质泥岩：
深灰～灰黑色砂质泥岩，薄～中厚层状，厚0～1.48m。
平均0.48m。
砂岩：
灰～灰白色中粗粒砂岩，中厚～厚层状，成分主要为长石、石英、云母次之，波状层理。
厚18.91～32.77m，平均23.72m。
砂质泥岩：
深灰～灰黑色砂质泥岩，水平层理，含丰富植物化石，厚0～2.38m，平均0.73m。
2煤：
黑色半亮型，条带状结构，为主采煤层，厚0.78～2.38m，平均1.6m。
砂岩：
灰白色中厚层状中粗粒砂岩，顶部有0～0.5m砂质泥岩，厚4.44～8.41m，平均6.34m。
砂质泥岩：
深灰色～灰黑色砂质泥岩，产动物化石，厚0.35～9.6m，平均5.05m。
3煤：
黑色半亮型，极不稳定，厚0～0.36m，平均0.10m。
中粒砂岩：
灰白色中粒砂岩，中厚层状，平行层理，厚1.25～6.5m，平均3.43m。
细砂岩：
灰白色细粒砂岩，薄～中厚层状，厚0.8～3.57m，平均2.71m。
砂质泥岩：
灰～灰黑色薄层状，水平层理，厚0.35～8.7m，平均4.16m。
4煤：
黑色半亮型，不稳定，厚0～0.50m，平均0.40m。
中粒砂岩：
灰白色，中厚层状中粒砂岩。
厚2～9.32m，平均5.43m。
砂质泥岩：
深灰色砂质泥岩，水平层理，厚0～2.93m，平均1.07m。
砂质泥岩夹粉砂岩：
灰黑色砂质泥岩夹粉砂岩，含菱铁矿结核，厚1.59～11.59m，平均5.89m。
5煤：
黑色半亮型，层位及厚度较稳定，厚0.04～0.53m，平均0.50m。
细砂岩：
灰～灰白色中细粒砂岩，中厚层状，厚0～6.81m，平均2.48m。
砂质泥岩：
深灰～灰黑色，靠近6煤处有一层黄白色粘土为6煤标志层，厚0～7.23m，平均4.42m。
6煤：
黑色半亮型，不稳定，厚0～0.3m，平均0.2m。
细砂岩：
灰白色中厚层状中细粒砂岩，水平层理，厚3.3～13.49m，平均10.25m。
砂质泥岩：
灰黑色薄层状，水平层理（随7煤而一同缺失）厚0.24～7.0m，平均3.76m。
7煤：
黑色、暗淡型，不稳定（东翼大部分缺失），厚0～0.1m，平均0.05m。
中粗粒砂岩：
灰白色、厚～中厚层状，中～粗粒砂岩，成份以长石石英为主，云母次之，似波状层理，厚8～25.36m，平均23.25m。
5、龙潭组下段（不含煤段）
岩性由细砂岩与砂质泥岩组成，灰黑色薄层状夹薄层细砂岩，含黄铁矿结核，厚140m。
二、构造
牛马司井田属向斜构造，该采区位于牛马司井田北端牛马司向斜轴尾部。
另根据-500东大巷揭露，位于3勘探线以南附近与煤层走向斜交的正断层，走向N30°W，倾向NE，落差60m，另还伴生着一条小断层。
三、煤层及煤质
1、煤层
矿井含煤地层为二叠系龙潭组，分上下两段，上段为含煤段在本区范围内厚127m，含煤7层，其中仅2煤层为可采煤层，其它均不可采，7煤层可能在该区内缺失。
下段为不含煤段，厚140m，由细砂岩和砂质泥岩组成。
矿井现开采煤层为2煤层，在本区内2煤层厚度为0.78～2.15m，平均1.6m。
煤层倾角为15～45°，平均30°。
2、煤质
2煤层为黑色具玻璃光泽，多带状结构、易燃；煤层类型属半亮型、低硫、低磷、低灰分的优质主焦煤。
2煤层工业指标见下表：
指标
煤层
M
（%）
A
（%）
V
（%）
S
（%）
P
（%）
Q
（MJ/kg）
Y
（mm）
工业牌号
2
1.03
7.45
22.75
0.94
0.006
34.9
11～29
JM
四、开采技术条件
1、煤层顶底板
2煤层顶板，伪顶为黑色灰质泥岩，厚0～0.1m，一般随采随落，直接顶为深灰色砂质泥岩，含植物化石，厚0～2.38m，容易垮落。
老顶为浅灰色中粗粒砂岩，厚层状，厚18.91～32.77m，一般为23.72m。
2煤层底板：
2煤层直接底为灰白色中厚层状中粒砂岩，厚4.44～8.41m。
老底为深灰色砂质泥岩，厚0.35～9.6m，一般为5.05m。
2、瓦斯
根据牛马司矿业公司所提供的矿井瓦斯参数为：
矿井相对瓦斯涌出量38.00m3/t；矿井绝对瓦斯涌出量3.71m3/min。
采区相对瓦斯涌出量28.6m3/t；采区绝对瓦斯涌出量2.37m3/min，属煤与瓦斯突出矿井。
该采区属有煤与瓦斯突出区域。
3、煤尘
煤尘具有爆炸性，其爆炸指数为20.97%。
4、煤层自燃
煤层具有自燃发火现象，曾发生过2次煤层自燃现象，发火期为3～6个月。
5、地温
根据原勘探资料，306钻孔为最深孔，孔深50m时，地温为23.6℃，孔深955m时，地温30.7℃，平均每100m递增0.75℃。
4202孔100m递增0.85℃，正常地温区平均递度为100m不超过3℃，因此，本矿区为正常地温区。
根据这一参数，-700开采时，地温为30.7℃，属地温正常区；采取适当加大采掘工作面的风量，就可以降低采掘工作面的温度。
五、水文地质
1、采区充水因素
该采区远离老窑和含水层，无断层水，不直接受老窑水和含水层的威胁，本区域水文地质属简单型，但该采区开采时，充水因素来源于上部采空区的老塘积水和顶板裂隙水。
本开采区上部边界有桐木江流径，桐木江附近原有多个小煤窑均处在洪水位以下，且相互贯通，采空区及裂隙水受该水域之补给，给矿井及采区造成水患。
2、采区涌水量
该采区为水井头矿井最深部的一个下山采区，必须设置排水系统，矿井提供的采区涌水量为：
最大涌水量60.6m3/h，一般20m3/h，作为采区的水仓容量设计和排水设备的选型依据。
六、勘探程度
50年代牛马司煤田就作了精查勘探，60年代又进行了深部补勘，本采区内有两条勘探线经过，设有两个钻孔，基本能查明该采区的煤层赋存情况及构造形态，储量基本可靠。
第二章采区布置
第一节采区境界及储量
一、采区境界
412采区沿倾向上起-500m标高，位于332采区与312采区下部，下终-720m标高至牛马司向斜轴以矿井隔离煤柱为界与铁箕山矿井422采区毗邻。
沿走向南起-500m标高，位于322采区与362采区下部，北至牛马司向斜尾部以向斜轴矿井隔离煤柱为界与铁箕山矿井412采区为邻。
采区走向长970m（平均）倾斜长400m。
二、采区储量
根据地质报告所提供的412采区地质储量为93.93万t，其中：
铁箕山井筒煤柱38.68万t，矿井隔离煤柱4.5万t，计算采区储量见下表：
储量
煤层
工业储量（万t）
永久煤柱（万t）
设计储量（万t）
回采率
（%）
可采储量（万t）
服务年限（a）
铁箕山井筒煤柱
矿井隔离煤柱
合计
2
93.93
38.68
4.5
43.18
50.75
80
40.6
4.5
注：
由于采区储量太少，设计服务年限时未取储量备用系数。
第二节采区生产能力及服务年限
1、工作制度
根据2005年版“煤炭工业矿井设计规范”矿井设计年工作日为330d，每天三班作业，每天净提升时间16h。
2、采区生产能力论证
按采区可采储量40.6万t，设计采区生产能力6万t/a，取1.4的储量备用系数，采区服务年限4.8年，不取储量备用系数为6.8年；设计采区生产能力9万t/a，取1.4的储量备用系数，采区服务年限仅3.2/a，不取储量备用系数为4.5年；采区地质储量按70万t；可采储量按56万t计算，设计采区生产能力6万t/a，服务年限分别为6.7年与9.3年，设计能力按9万t/a，服务年限分别为4.4年与6.2年。
根据采区的可采储量，采区的生产能力以6万t/a为宜，但412采区投产时，412采区为水井头矿井的主采区，矿井的核定能力为15万t/a，如果412采区不按9万t/a生产能力生产，矿井将难达到核定生产能力，所以该采区的生产能力应按9万t/a设计。
3、采区服务年限
采区设计生产能力9万t/a，其服务年限按下式计算：
采区服务年限=可采储量/年产量
=40.6÷9
=4.5a
采区投产后，按9万t/a的生产能力，服务年限4.5年，如果按56万t的可采储量，服务年限为6.2年。
服务年限略短。
第三节采区开拓布置及采煤方法
一、采区阶段划分及工作面长度
412采区上限标高-500m,下限标高-720m,垂高220m，下部-700m以下已划为矿井隔离煤柱，实际下限开采标高为-700m。
走向长度上部最长1200m，下部最短700m，平均970m。
煤层倾角15～45°，上陡下缓平均30°，共划分为6个阶段，上两个价段垂高40m，下4个阶段垂高30m，每个阶段以阶段主石门为界划分为二个工作面，共12个工作面，北翼4121、4123、4125、4127、4129、41211工作面，南翼为4122、4124、4126、4128、41210、41212工作面。
详细阶段尺寸见下表。
二、采区巷道布置
1、开拓主巷
①-500轨道上山上车场设甩车场，车场总长度140m，其中存车线段60m，调车线段60m，调车线段及渡浅道岔段利用原-500大巷扩刷，巷道净宽存车线4.0m，净断面12.64m3，调车线宽3.4m，净断面9.95m3。
支护方式采用光爆，挂钢丝网、锚杆、喷混凝土的支护方式。
②上部车场设采区总回风巷100m，并有回风下山上车场，人行下山上车场，人行下山掘进回风巷，轨道下山-500车场信号硐室、绞车房、绞车房通道、人车等候室、钢丝绳通道、天轮硐室等硐室。
人行下山掘进回风巷用于铺设电缆，以避免电缆从轨道下山变坡点以上铺设而造成损伤。
③412采区轨道下山：
上部车场标高-500m，下部车场标高-720m，倾角25°，斜长580m，在-500m标高变坡到倾角为8°后再设甩车场在中部，-540m、-580m、-610m、-640m、-670m标高分别甩车，连通各阶段车场。
巷道布置在7煤底板砂岩中，采用光爆、挂网、锚、喷支护，采用φ1.5m，单筒绞车串车提升，担负采区煤、矸、人车的混合提升及进风任务。
④采区人行下山，采区回风下山平行于轨道下山布置，各距轨道下山30m，回风下山位于轨道下山南侧，人行下山位于轨道下山北侧，倾角均为28°，斜长480m，采用光爆、挂网、锚、喷支护，人行下山担负行人与敷设管缆及进风，回风下山担负采区回风任务。
⑤-720井底车场因距两翼采区边界各不足200m，所以不行驶机车，只担负一个阶段的提升存车任务，设存车线长度40m。
⑥泵房变电所联合布置，设水泵房20m，变电所10m，巷宽3.2m，净断面9.75m2。
于7煤底板砂岩中，采用光爆、挂网、锚、喷、砌支护。
⑦设内水仓25m，外水仓80m，巷宽2.4m，净断面5.61m2，采用光爆、网、锚、喷、砌支护，水仓容量590m3，能满足采区水仓的有效容量应能容纳4h的采区正常涌水量的要求。
⑧-720设管子道，人车等候室，信号室等硐室。
2、准备巷道
①在-540、-580、-610、-640、-670m标高分别设甩车道20m，联通各阶段车场。
②在各阶段设存车段50m，调车段40m，车场总长120m，双轨车场，供各个阶段提升及机车运输的存车与调车用。
③在各阶段设运输石门连接车场，联通人行下山。
设回风石门连通回风下山，回风石门与车场用联络巷联通，以利掘进配风。
为了有利配风，补掘巷道不设风桥，每个阶段的回风石门高于运输石门10m标高，以有利配风。
④各阶段沿四煤底板分两翼布置工作面底板运输巷，底板运输巷一头连通运输石门，别一头连通石门车场。
⑤距采区边界180～200m设穿煤石门，布置120m斗口装车站车场，所有准备巷道均采用光爆、挂网、锚、喷支护。
3、回采巷道
①各阶段距采区边界180m～200m设机巷，机巷与底板运输巷同一标高，机巷沿煤层作半煤岩掘进，上下角破底板，下上角破顶板，采用金属或混凝土支架，净断面5.72m2，机巷靠斗口侧设40m8°伪倾斜上坡型机巷进斗口。
每段机巷设SGWD-30型刮板运输机3台，4122工作面投产设4台。
随着回采的推进，机巷后段采用主石门进风与回风石门回风配风进行补掘，机巷的掘进与瓦斯抽放平行，边抽边掘。
②风巷180～200m一段沿煤层布置，边抽边掘，采用金属或混凝土支架，上阶段的机巷采用护巷或修复，做下阶段的上风巷，上阶段的底板运输巷作下阶段的阶段回风巷。
三、采区运输
1、采区运输：
-500大巷采用XK5-6/90-1KBT防爆特殊型机车运输，采用MGC1.1-6A型矿车组车，每列组20个矿车，按0.30的硖石率，即每列14辆煤车6辆硖石车混合组车。
采区内各阶段底板运输巷采用XK5-6/90-1KBT防爆特殊型机车，1t矿车组车，每列按15个矿车组车。
2、采区内矿车分配量：
①-500上车场25辆
②甩车场15辆
③斗口（2处）25辆
④掘进（3处）15辆
⑤机车运行（2列）30辆
采区合计110辆
3、-500车场通过能力计算：
-500运输大巷采用5t防爆特殊型机车运输，每列组20辆煤硖混合车，按30%的硖石率计算，每列为煤车14辆，硖石车6辆，煤车按0.7t/辆计算，每列煤车重9.8t。
列车进入车场的循环时间计算：
列车距单开道岔50mV=1m/st=50s；列车过单开道岔10s，列车运行50m,V=1m/st=50s摘钩=10s启动=10s换向10s,过渡浅道岔10s；机车单独运行50mV=2m/st=25s,过单开道岔10s，启动10s换向10s；顶空车运行70mV=1.5m/st=47s摘钩=10s换向10s,过渡浅道岔10s，换向10s；单独运行50mV=2m/st=25s挂钩=10s启动=10s过渡浅道岔10s；运行50mV=1m/st=50s，机车过单开道岔10s。
列车进入车场的循环时间为407s，6.78min，按7min计时间。
车场年通过能力按下式计算：
N=TaQ/1.15T
=（330×14×60×9.8）/（1.15×7）
=337460t=33.75万t
式中：
N—井底车场通过能力，万t/a
Q—列车进入井底车场一循环的净载煤量，Q=9.8t
T—列车进入井底车场的循环时间，T=7min
Ta—年运输工作时间，Ta=（330×14×60）min
1.15—运输不均衡系数。
-500车场的通过能力超过采区的生产能力3倍。
四、采煤方法及回采工艺
412采区走向长970m（平均），倾斜长400m，划分为6个阶段，12个工作面，工作面平均斜长65m，煤层坡度15～45°，平均30°，煤层厚度0.78～2.15m，平均1.6m，设计采用走向壁式采煤法，一次采全高，平均采高1.6m，采用爆破落煤，工作面煤炭自滑，接近轴部煤层坡度小于20°时安设刮板机运煤，机巷采用刮板机运煤，全部垮落法管理顶板，各工作面均采用后退式回采方法。
工作面支架采用DZ22-30/100单体液压支柱配套HDJA-100金属铰接顶梁，垂直工作面支架，支架柱距为1m，支架排距0.6m，采用荆条篦搭子背顶，采用JH-8回柱绞车回收支柱。
最大控顶距4m，最小控顶距3m，放顶步距为1m。
运煤系统：
4121、4122工作面爆破落煤
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