大兴三矿立井井筒施工组织设计最终版.docx

1、大兴三矿立井井筒施工组织设计最终版(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)前言煤炭工业是国民经济中的基础工业，它为许多重要工业部门提供原料和能源。我国能源结构以煤为主的格局在今后较长的一段时间内不可能改变，国民经济的发展将对煤炭产量的增长提出更高的要求。而煤炭工业生产的发展，又取决于煤炭工业基本建设及开拓延深工作能否及时地、持续不断地提供生产煤炭的场地。为了将煤从地下采出，首先要从地表开始，开凿一系列的井筒、硐室与巷道到达煤层，这便是矿山基本建设的主体工程，也就是矿建工程。要想迅速增加煤炭产量，缩短建井期限，必须合理设计井巷工程，不断提高机械化施工水平，组织井巷快速施工。本设计将拟建

2、矿井铁法三矿作为设计对象，主要针对立井施工的方法进行了施工设计，将成熟的施工经验和最新的科学技术结合在一起，注重理论与实践的有机结合，缩短建井工期，快速、优质、高效、低耗、和安全地完成井巷工程任务，阐述了施工的步骤和方法。由于编者水平有限，设计中难免有错误和不当之处，恳请老师能给予批评或指正，在此先道一声谢谢！ 1 井田概况1.1 矿区概况1.1.1交通位置大兴井田位于铁法煤田的西南部，隶属辽宁省铁岭市铁法区小明、蔡牛镇所辖，地理坐标为：东经 12333151233635，北纬 422136422527。 该井田北与大隆井田毗邻，以15、16号断层及72煤层525米等高线为界，东邻晓南井田以3

3、、31、2、35号断层为界，西界为55、56号断层，南以煤层最低可采厚度边界线为界。南北走向长6.4公里，东西宽3.2公里，面积为20.48平方公里。 本区东部有长（春）大（连）铁路，可由铁岭车站及沈阳大青专次列车直通该矿区，并且在矿区各井田均有矿用铁路线相连。另外该区有沥青路面公路多条，四通八达，相距铁岭市约32公里，每天有通往沈阳、抚顺、彰武等地的客车，另有通往沈阳、辽阳的列车，交通运输十分便利。1.1.2自然地理及气候特征井田的地貌成因类型可分为剥蚀堆积和冲洪积两种类型。第一种地貌成因类型，由残坡积层和坡洪积层组成。位于井田西南角的孤山子一带。是由残坡积层所构成的低山丘陵，地面标高一般为

4、75104.6米，最大地面相对高差29.6米，而在东北部左家岗子和西南部后孤山子一带，则由坡洪积层所构成的平缓平原，地面标高一般7083.00米左右，最大地面相对高差13.00米。第二种地貌成因类型，由冲洪积层组成。位于井田中部的四家子一带，是由该层所构成的较高平坦平原，地面标高一般64.3075.00米左右，最大相对高差10.70米。总之该井田地面标高64.30110.00米，最大相对高差45.7米，平均地面标高73.14米，一般相对高差8.84米。该井田内无较大河流，仅在井田中部有两条季节性小河，一是辽河屯小河，另一个是四家子小河，两条小河都是雨季河水增多，枯季几乎断流。本区处于平原内，多

5、风少雨，春旱冬寒，属大陆性气候，一般春、秋、冬三季多风，冬季多西北风，春季多西南风，大至89级，小至23级，有“三天不刮，不叫铁法”之说法。降雨多集中在每年的七、八份，年降雨量最大达到1065.8毫米（1959年）。蒸发量最大值达到2028.4毫米（1962年）。年平均气温7度左右，最高达到35.8（1962年6月16日），最低达到34.3（1965年1月11日）。历年冻土深度一般在110厘米左右，冻土一般时间为当年10月至翌年5月，本区地震强度6级左右。3、矿区经济条件井田隶属辽宁省铁岭市铁法区小明、蔡牛镇所辖，区内人口少，居住相对集中，以农业为主，手工业、工业、运输业为辅。土地肥沃，雨季雨

6、量充沛，粮食能自给自足。农民生活较富裕，经济蓬勃发展。多年来由于附近井田的开发开采对区内的经济发展起到了积极的推动作用，同时也为该井田煤炭资源的开发提供了更广阔的前景。井田处于辽北大、中城市的中心地带，建筑材料充足，砖瓦、砂石、水泥、可就近购买，完全可以满足矿井建设和生产的需要。1.2 井田地质特征及矿井储量1.2.1井田地层情况井田地层皆同区域地层，地表仅出露有黑云母安山岩，粗面岩，正长斑岩，其它均被第四系所掩覆。据钻孔资料所见有中生界侏罗系、白垩系及新生界第四系，由下而上分述如下：（一）中生界（）1）侏罗系上统阜新组（3）,为井田内唯一含煤地层，本组分为四段：（1）底部砂砾岩段（3）该段赋

7、存较深，仅于煤田北部柏家沟及三家子局部地区有出露。下部以灰绿色、暗褐色砂砾岩为主，分选不好，砾石成分以花岗片麻岩、石英岩砾为多，砾径一般为2025厘米，最大1米左右。上部以灰色、深灰色砂岩为主，夹有砾岩，组成成分较杂，砾径一般0.55厘米，具波状及斜波状层理。该 段厚约500米左右。（2）下含煤段（）由灰黑色、灰白色、灰色砂岩、泥岩和煤层、炭泥岩组成。仅在井田西部和南端岩石为杂色，深灰色的粗砂岩，含砾砂岩及砂砾岩和少许泥岩、煤层，其岩石碎屑以长石、石英岩为主，泥质胶结，并有辉绿岩呈复式岩床侵入。该段厚约130200米，一般厚160米。产有Coniopteris（布列雅锥叶蕨）、Nilssoni

8、a（东方焦羽叶）等植物化石。该段共含煤22层，分别为121、122、12上、12、131、13、1411、1412、141、142、1521、1522、1523、152、1531、153、161、162、16上、16、171、172煤层，其中12、13、141、152、16层煤为本井田主要可采煤层，其余均为局部可采煤层。（3）中部砂岩、泥岩段（）本段为灰白色、灰色细砂岩夹粗砂岩、泥岩组成，层理发育，胶结致密，硬度略大，厚度4070米，一般50米左右。（4）上含煤段（）由灰、灰白、灰黑色砂岩、泥岩、含砾砂岩、砾岩及煤层组成，夹有菱铁矿结核体，具斜波状层理。局部亦有辉绿岩呈复式岩床侵入该段。该段厚

9、150300米，一般约200米左右。产有Coniopteris等化石。该段共含煤23层，分别为21、22、231、23、33、421、422、423、42上、42、6、721、722、723、72上、72、8、92、93、9、101、102煤层，其中23、42、72、8、9为本井田主要可采煤层，其余均为局部可采煤层。2）白垩系下统孙家湾组（）,本组最大特征是以颜色区分为两段：（1）下部灰绿色砂岩段（）夹有灰色粗砂岩、泥岩及不等粒砂砾岩层，泥质胶结，厚度300米左右，并与侏罗系呈假整合或平行不整合接触。（2）上部紫色砂岩、砾岩段（）本段以紫色为最大特征，以不等粒砂砾岩、砾岩和砂岩组成，间夹薄层泥

10、岩，胶结为泥质松软。本井田该层多被无芯钻进，厚约150300米。（二）新生界第四系（）：上部由黄色或灰褐色的亚粘土所组成，含少量铁锰质结核，全井田皆有分布。下部以砂、砂砾石为主，中夹砂层，底部较粗，一般砾径5毫米左右，平均厚度15米左右，与白垩系呈不整合接触。以上配钻孔综合柱状图加以说明：1-2钻孔综合柱壮图Figure 1 -2-strong comprehensive plan表1-2 褶 曲 一 览 表编 号褶曲名称位置走向长度km两翼地层倾角宽度mE1-1向斜东一采区530396孔连线NW608011.6512400700W1-1向斜西一采区88882427孔NE250.80.9610

11、500700W1-2向斜西一采区178585孔连线NE600.5410400600W1-3背斜主付井附近89079410孔NW800.7510300E2-1背斜东二采区8945386444孔NW701.15154006001.2.2水文地质情况该井田可分为三个含水层1)第四系砂砾孔隙承压含水层该层赋存于粘土及亚粘土下部，主要由黄色及灰白色砂及砂砾所组成的冲洪积层。成分以石英、长石、花岗片麻岩砾为主，一般砾径25毫米，最大砾径2030毫米。分选性一般，部分带有棱角，上细下粗。除3线以北的西北角局部存在一般厚28米的含水层外，15线基本不存在该含水层。主要是在中部59线和913由西向东呈扁豆状分布

12、于沿河两侧。一般厚度218米，最大厚度20.17米（174孔），最小厚度1.90米（622孔），平均厚度8.58米。其底板最大深度27.93米（624孔），最小深度6.76米（173孔），平均深度19.82米。13线以南的西南角出现局部坡洪积砂砾孔隙承压含水层，一般厚度216米。最大厚度18.10米。总之，该层最大厚度20.17米（174孔），最小厚度 1.50米 （731孔）， 平均7.75米。含水性，据959孔抽水试验0.309公升秒米，13.92米日。水位标高66.55米。水质为HCO3CaKNa型水。该层水主要补给来源为大气降水，在枯季排泄于地表水。2)白垩系玄武岩、砂砾岩裂隙承压弱含

13、水层该层顶板与第四系底板呈不整合接触，其底板与侏罗系含煤组顶部泥岩隔水层顶板相接。其岩性上部主要由紫红色粗砂岩、砂砾岩及中期喷发玄武岩复合层所组成。下部则由灰绿色粗砂岩、砂砾岩复合岩层所组成。而上、下两部又均夹泥岩、粉、细砂岩复合隔水夹层。井田北部（7线以北），基本围绕3线的473、611两个孔变厚160440米。中部（712线）东西两侧较厚，中间较薄，一般在200米左右。南部 （1215线），向南逐渐增厚80560米，一般厚400米左右。总之，该层最大厚度576.28米（南排8号孔），最小厚度1.76米（950孔），平均厚度225.41米。其底板最大深度710.24米（737孔)，最小深度3

14、64.90米（989孔）。该含水层之间夹泥岩、粉、细砂岩复合隔水夹层，起很大相对隔水作用。最大厚度437.29米（628孔），最小厚度21.35米（950孔），平均厚度210.49米。含水性按垂直分带：上覆40.2079.03米深的强风化带，简易水文观测消耗量比较大，一般大于5m3H以上，富水性较强。根据井田抽水试验，其含水性可分为南北两部，南强北弱。 位于强风化带下部，属于中部的次弱风化带。深度170260米，含水性较弱。按井田抽水试验钻孔，其含水性可分为南北两部，也是南强北弱。位于次弱风化带下部，也就是白垩系含水层下部，深度487.22米。含水性很弱，也同样可分为南北两部，南强北弱。总之，

15、该含水层补给来源主要靠上部水的垂直微弱渗透，排泄趋向深部，迳流条件差。3)侏罗系含煤组粗砂岩及砂砾岩裂隙承压微弱直接充水含水层该层顶板为侏罗系含煤组顶部泥岩隔水层底板，底板为171层煤底板。其岩性主要由灰白色粗砂岩、砂砾岩复合岩层所组成。赋存于4、7、14、15层煤顶板和上、下煤组之间的河床相及粗砂岩,砂砾岩。由井田四周向中南部随底板加深（630.881257.00米）而增厚20200米。该层最大厚度215.83米，最小厚度1.45米，平均厚度79.87米。最大深度1257.00米，最小深度630.88米。该含水层之间夹泥岩、粉、细砂岩复合隔水夹层，起很大的隔水作用。其最大厚度417.95米，

16、最小厚度32.92米，平均厚度284.67米。含水性：按井田钻孔抽水试验，该含水层可分为北部微弱区和南部强微弱含水区。总之，该含水层主要补给来源为白垩系间接充水含水层的微弱垂直渗透，又处于深部闭合、盐化微循环环境中。迳流条件极其微弱，排泄条件极差。矿井涌水量来自地下水和地表，地下水有第四系含水层，白垩系砂砾岩含水层，侏罗系砂岩含水层的涌水。地表水主要为地面降水，地表的辽河和王河也会向井下渗水，但其影响不太大，矿井的正常涌水量为93m3 table煤层号4-27-2121315-2工业储量亿吨1.2770.8910.8910.5940.742总计亿吨4.3962）矿井的地质损失和永久矿柱损失因为

17、井田内有个大断层，需要留设保护煤柱：Z1=69233cos1014.81.35=142.2（万吨） （1-7） Z2=39292cos1014.81.35=80.1（万吨） （1-8） 因为边界需要留设边界保护煤柱：Z3=623648cos1014.81.35=1271.4(万吨） （1-9）总计永久煤柱损失： Zy=Z1+Z2+Z3 =1493.7（万吨） （1-10）矿井的设计储量：Zs=Zg-Zy=4.396-0.14937=4.246(亿吨) （1-11）3）矿井的设计可采储量矿井的设计可采储量是指矿井的设计储量减去工业广场保护煤柱、矿井井下主要巷道及上下山保护煤柱量后乘以采区回采率的

18、储量。矿井设计可采储量的计算矿井工业广场保护煤柱损失的计算4-2煤层工业广场保护煤柱梯形损失： 912124cos101.354.3=0.05亿吨 （1-12）7-2煤层工业广场保护煤柱梯形损失： 923135cos101.353=0.04亿吨 （1-13）12煤层工业广场煤柱梯形损失： cos101.353=0.04亿吨 （1-14）13煤层工业广场保护煤柱梯形损失：cos101.352=0.028亿吨 （1-15）15-2煤层工业广场保护煤柱梯形损失：cos101.352.5=0.035亿吨 （1-16） 工业广场保护煤柱损失量：Zgy=0.05+0.04+0.04+0.028+0.035

19、=0.193亿吨 （1-17）所以矿井的设计可采储量为:Zk=(Zs- Zgy) C （1-18）式中：Zk矿井设计可采储量； Zs矿井可采储量； Zgy矿井工业广场保护煤柱损失量； C矿井采区的回采率，厚煤层不低于0.75，中厚煤层不低于0.8，薄煤层不低于0.85。所以，本矿井设计可采储量Zk=(Zs-Zgy) C=（4.246-0.193）0.75=3.04亿吨 （1-19）4）设计水平储量及煤炭损失本井田设计水平为-850m水平，即划分为一个水平，该水平的工业储量为4.396亿吨。设计水平煤炭损失（注：永久煤柱损失）P为1493.7万吨。根据 我矿洗煤厂提供的原料煤入洗0.1含量约为1

20、0，属于易选煤。1.3瓦斯、煤尘、自然发火1.3.1瓦斯成分及自然含量在精查补充勘探阶段，从42、72、12、13、152 等煤层中，采取瓦斯解吸煤样157个，通过化验和计算，绝对瓦斯涌出量：80m3min。相对瓦斯涌出量：10m3t。1.瓦斯变化的几点趋势瓦斯含量相对高出的部位，往往是接触变质煤，特别是天然焦分布的地方。由于辉绿岩的侵入，接触变质作用的影响，随着煤层赋存深度的增加，而瓦斯含量相对增高的趋势表现虽然不明显，但仍有所表现。瓦斯分带：本井田根据瓦斯成分（CH4），将瓦斯分成两个带，即CH4带(CH480%，N2=2080%）和N2、CH4带（N2、CH4均为2080%）。这两个带以

21、CH4带为主，N2、CH4带只是呈小片分布于煤层中。2.大兴矿煤与瓦斯突出危险性的测定在建井阶段，抚顺煤研所对7煤层进行了突出危险性的指标测定。测定结果，煤的突出危险性综合指标3685，煤层突出 危险综合指标D12.818.5。因此，抚顺煤研所认为具有突出危险性。3.实际生产情况在建井和生产过程中，大兴矿共发生4次煤与瓦斯突出现象，如表53：在生产过程中，97 年测得瓦斯相对涌出量为 11.31M3T，绝对涌出量为 78.8M3T；98 年测得相对涌出量为15.46M3T，绝对涌出量为79.88M3T。造成大兴井田瓦斯含量较高的原因为：火成岩活动频繁，接触变质煤分布广泛，煤层埋藏深，透气性差。

22、因此在生产过程中，对瓦斯的防治工作要给予高度重视。1.3.2煤尘在精查阶段从947、987、992三个钻孔中，采取了72、12、152 三个煤层共5个煤尘煤样，鉴定结果：火焰长度约大于400MM，岩粉量约为80。在生产过程中，96、97、98年测得煤尘爆炸指数在48.3055.63之间。因此本井田各煤层的煤尘，有强爆炸性或有爆炸危险。1.3.3煤的自燃通过对九个还原样与氧化样的分析，由于着火点之差（T）均大于40，因此属于易自燃煤。在生产过程中就发生过煤的自燃现象。如S5701等多个工作面出现过CO增大现象。自然发火期为36个月。1.4井田设计概况1.4.1井田范围井田以南北为走向，东西为倾向

23、。其井田境界：该井田北与大隆井田毗邻，以15、16号断层及72煤层525米等高线为界，东邻晓南井田以3、31、2、35号断层为界，西界为55、56号断层，南以煤层最低可采厚度边界线为界。井田走向长7.5千米，倾向宽3.8千米，井田面积约28.5平方公里。边界煤柱的留法及尺寸：1)井田边界矿柱留30米。2)井田浅部防水煤柱斜长50米。3)断层煤柱每侧各为20米。1.4.2矿井的年产量、服务年限及一般工作制度1)说明矿井的年产量矿井的年产量（生产能力）确定的合理与否，对保证矿井能否迅速投产、达产和产生效益至关重要。而矿井生产能力与井田地质构造、水文地质条件、煤炭储量及质量、煤层赋存条件、建井条件、

24、采掘机械化装备水平及市场销售量等许多因素有关。经分析比较，设计认为矿井的生产能力确定为300万吨年不仅是可行的，也是合理的，理由如下：(1)储量丰富煤炭储量是决定矿井生产能力的主要因素之一。本井田内可采的煤层达到5层，保有工业储量为4.396亿吨，按照300万吨年的生产能力，能够满足矿井服务年限的要求，而且投入少、效率高、成本低、效益好。(2)开采技术条件好本井田煤层赋存稳定，井田面积大，煤层埋藏较深，倾角小，结构简单，水文地质条件及地质构造简单，煤层结构单一，适宜综合机械化开采，可采煤层均为厚煤层，适合高产高效工作面开采。(3)具有先进的开采经验近年来，“高产高效”工艺在煤矿成产中有了很大发

25、展，而且该工艺投入少、效率高、成本低、效益好、生产集中简单、开采技术基本趋于成熟。综上所述，由于矿井优越的条件及外部运输条件，有利于把本矿井建设成为一个高产、高效矿井。矿井的生产能力为300万吨是可行的、合理的。2)矿井的服务年限矿井的设计生产能力宜按工作日330天计算，每天净提升时间为16小时。根据设计，工作面长220米，滚筒采用750毫米，一个工作面生产，一天割10刀，煤的比重为1.35吨立方米，工作面的采出率为95%。所以矿井的生产能力为： 2200.75104.31.3595%330=300万吨 （3-1）满足矿井的设计生产能力每年300万吨。 根据煤炭设计规范的规定，在计算矿井服务年

26、限时，储量备用系数宜采用1.31.5，本矿井采用1.3。 由矿井的服务年限计算公式6： P=ZkAK （3-2） 式中： Zk矿井设计可采储量； A矿井的年产量； K矿井储量备用系数，一般取1.3 P=ZkAK =3.040.031.3 =78年根据煤炭工业矿井设计规范关于矿井设计服务年限应符合下列规定，新建矿井及其第一水平的设计服务年限不宜小于表内各年限值表3-1新建矿井设计服务年限Table 3 -1 new mine design service life矿井设计生产能力（Mta）矿井设计服务年限（a）第一开采水平设计服务年限（a）煤层倾角25煤层倾角2545煤层倾角456.0及以上70

27、353.05.060301.22.4502520150.450.940201515本矿井服务年限为78年按要求大于其规定值，所以服务年限合理。3)矿井的一般工作制度矿井的年工作日数为330天。矿井实施“三八”工作制，即每昼夜两个半采煤工作班和半个检班。采煤班内进行“落、装、运、支、移”工序工作，准备班进行回柱放顶，设备检修，推移转载机、运输平巷胶带输送机等工作；检修班内进行检修设备，以提高生产率。出煤班为两班半，三个班每班工作八个小时。每昼夜净提升时数为16小时。2井田开拓2.1开拓方式及水平划分矿井开拓就井筒形式来说，一般有以下几种形式:平硐、立井、斜井和混合式下面就几种形式进行技术分析，然

28、后进行确定采用哪种开拓方方案表1-2矿井开拓形式对比分析Table 1-2Mine exploit form technical analysis方案平硐开拓斜井开拓立井开拓优点是井下出煤不需要提升转载即可由平硐直接外运，因而运输环节和运输设备少、系统简单、费用低井筒掘进技术和施工设备比较简单，速度快、地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简单因而投资较少，建井期较短，适用性很强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯水文等自然条件的限制，立井井筒短，通风阻力小，对深井更为有利。缺点一般就适用与煤层埋藏较浅，平硐适合在较高的山岭、丘陵或沟谷地区很显然，这种开拓方式不适合本矿井斜井适用与煤层埋藏较

29、浅，倾角较大的倾斜煤层且按照皮带斜井设计时，倾角不超过17度的话，此时斜井的长度是非常大的， 主要缺点是井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，掘进速度慢，基建投资大；本井田的煤层埋藏较深，地表附近的冲积层又比较薄，它对井筒的开凿将不会造成影响。 而且立井开拓的一大好处就是，如果基岩赋存较稳定时，开凿以后，其维护费用几乎为零， 本井田采用立井开拓时，对于煤炭的提升也较为合适。对于本矿井来说平硐和斜井都是不适合的，所以混合式就更不能采用。本设计井田属于大陆性气候，一般风多雨少，春冬两季多西北风，夏秋两季多西南风，最大风力可达78级，一般23级。雨季集中在七、八、九三个月内，最大年降水

30、量为10091mm，年平均气温7左右，最高气温333，最低气温为-321。本区冻结期为56个月，即11月至次年4月，冻结深度14米，表土层一般为25米，该井田煤系形成于侏罗晚系，属中生陆相沉积，其煤层赋存深度为-650米-1200米，全井田共含五层可采煤层，分别是4-2、7-2、12、13、15-2煤层，煤层倾角约为10，属于近水平煤层，本井田煤质牌号主要为长焰煤，煤层易自燃发火，发火期为36个月，经瓦斯抽放后煤层瓦斯含量较低，为低瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量为10米3吨。本井田水文、地质条件相对比较简单，年设计生产能力为300万吨年，据预算其服务年限为78年，全井田共采五层煤，划分为一个水平，即-850水平。根据1规定：煤层埋藏较深、表土层较厚、水文地质条件复杂及主要可采煤层赋存比较稳