【導(dǎo)讀】河南理工大學(xué)成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

　　

【正文】 含水層，若采用斜井開拓，其斜井井筒施工在技術(shù)上難以保證，并且斜井井筒勢(shì)必穿過多條斷層，故井田開拓方式宜為立井開拓。 （ 7） 工廣盡可能靠近現(xiàn)有公路，縮短場(chǎng)外公路，節(jié)省投資。 （ 8） 開拓方案應(yīng)在合理開發(fā)井田的前提下，盡可能兼顧外圍區(qū)的開發(fā)。 開拓方式及井筒位置確定 綜合以上因素，結(jié)合煤層賦存條件，設(shè)計(jì)考慮四個(gè)井口位置方案，如圖 231?，F(xiàn)將各方案簡(jiǎn)述于下： 方案一：望莊西北井口方案 井口位于首采區(qū)東側(cè)，望莊西北、 F43斷層?xùn)|側(cè)，地面標(biāo)高 +。河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 井筒落底于煤層頂板，落底高 400m，井深 435m。覆蓋層厚度 225m。井筒落底后，石門穿過 F32 斷層 ,布置南翼、西翼兩組大巷，傾斜長(zhǎng)壁上下山開采首采區(qū)煤炭。 方案二：崔莊以西井口方案 井口位于首采區(qū)南端，崔莊以西 200m，地面標(biāo)高 +。 井筒落底于煤層頂板，落底標(biāo)高 300m，井深 335m。覆蓋層厚度225m。井筒落底后，布置一組集中下山，并利用集中下山先期開采首采區(qū)南翼部分。下山穿過 F43斷層后，落底于 400m 水平，利用 400水平大巷開采首采區(qū)北翼。第一水平與第二水平間采用集中下山聯(lián)系。 方案三：周壽莊以東井口方案 井口位于首采區(qū)西側(cè)，周壽莊東 240m， 3905 鉆孔處，地面標(biāo)高+。井筒落底于煤層底板，落底標(biāo)高 280m，井深 315m。覆蓋層厚度 235m。井筒落底后，布置一組集中下山穿過 F10 F43斷層后，落底于 575 水平。利用集中下山開采首采區(qū)。 方案四：廟莊正東井口方案 井口位于首采區(qū)東 部，廟莊正東、 F 4 斷層?xùn)|側(cè)，相當(dāng)于方案一井口位置向東偏移 370m,地面標(biāo)高 +。井筒落底于煤層頂板，落底高 400m，井深 435m。覆蓋層厚度 235m。井筒落底后，石門穿過F4 、 F43斷層 ,其余同方案一 以上四個(gè)井口位置方案中，方案二與方案三屬淺部方案 , 方案一和方案四屬深部方案。經(jīng)初步技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，設(shè)計(jì)認(rèn)為： (1)方案二與方案三相比：方案二表土層薄 10m 左右； 井底車場(chǎng)位于煤層頂板，巷道及硐室遠(yuǎn)離基巖風(fēng)化帶和 L8灰?guī)r，井底車場(chǎng)層位相對(duì)好； 集中下山不過斷層，施工條件相對(duì)可靠，初期工程量少，見效快。 但近期（ 3 年內(nèi)）需完成接替工作面必須的 400m 水平大巷，工程量極大（近 4000m）；且井口偏向井田南側(cè)，而礦井儲(chǔ)量主要分布于首采區(qū)北側(cè)，不利于開發(fā)全井田。綜上，方案三優(yōu)于方案二。 (2)方案一與方案四相比：方案四不壓首采區(qū)煤，但壓深部的煤量最大、范圍廣。方案四工業(yè)廣場(chǎng)位置受東西兩面村莊的夾持，且石門須穿過大型斷層 F 4（落差 100m 以上），施工條件難以預(yù)料。綜上，方案一優(yōu)于方案四。 設(shè)計(jì)針對(duì)淺部的方案三和深部的方案一作進(jìn)一步技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，詳見井口 位置及開拓方案方案比較表 井口位置及開拓方案比較表 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 方案評(píng)價(jià)及比選： （ 1） 方案一 : 井底車場(chǎng)位于煤層頂板，井底車場(chǎng)層位相對(duì)好； 方案 一 方案 三 方案特征 井口位于望莊西北， F43 斷層以西， 井筒落底 400m,主井深 435m,副井深 450m。 井口位于周壽莊以東 3905 孔處 井筒落底 280m，主井深 315m，副井深 330m。 初期 可比 工程 量及 設(shè)備 井巷工程 井筒 885/巷道 5985 井筒 645/巷道 5733 主要設(shè)備 主井： 4t 箕斗一對(duì) 副井： 1t 罐籠一對(duì) 主井： 3t 箕斗一對(duì) 副井： 1t 罐籠一對(duì) 供電線路 新架設(shè) 27km 新架設(shè) 26km 公路里程 新修 可比 投資 （萬元） 井巷（差額） 4492（177。 0） 3509（ 583） （含注漿 200萬） 設(shè)備（差額） 492 （177。 0） 595 （ +103 ） 供電（差額） 378 （177。 0） 364 ( 14 ） 公路（差額） 115 （177。 0） 32 （ 83 ） 合計(jì)（差額） 5477（177。 0） 4500（ 577） 初期運(yùn)營費(fèi)（差額） 1049 （177。 0） 萬元 /a 1002 （ 47） 萬元 /a 工廣壓煤量 1530kt,其中首采區(qū) 700kt 670kt,全部在首采區(qū)內(nèi) 建井工期（差值） （177。 0） 月 （ ） 月 主 要 優(yōu) 缺 點(diǎn) 分 析 主要優(yōu)點(diǎn)： ，排水、提升，環(huán)節(jié)少，生產(chǎn)管理容易，礦井整體安全性增加 主要缺點(diǎn)： 、廟莊夾持，位置狹窄 煤層較好地帶，壓煤量大 主要優(yōu)點(diǎn)： 2. 井筒淺，井巷工程量少，建井工期短 月 600 萬元左右 47 萬元 /a 主要缺點(diǎn)： （如裝載硐室、機(jī)頭硐室）距基巖風(fēng)化帶含水層近，須采取注漿堵水、加固措施，實(shí)際工期具有不確定性 ，兩級(jí)排水、兩級(jí)提升，環(huán)節(jié)多，生產(chǎn)管理復(fù)雜，對(duì)防水安全不利 3. 工業(yè)廣場(chǎng)壓高級(jí)儲(chǔ)量區(qū) 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 施工條件可靠；提升、排水環(huán)節(jié)簡(jiǎn)單；采用大巷傾斜長(zhǎng)壁開采，生產(chǎn)環(huán)節(jié)簡(jiǎn)單；但是工業(yè)廣場(chǎng)受到望莊、廟莊兩個(gè)地面村莊的限制，位置較狹窄。 （ 2） 方案三 ：主要優(yōu)點(diǎn)是，工業(yè)廣場(chǎng)位置開闊，并且鄰近現(xiàn)有茴村 — 劉河的公路 ；總體壓煤量比方案一少 860kt，初期投資較方案一少 600 萬左右。但方案三井底車場(chǎng)層位相對(duì)較差，井底車場(chǎng)巷道及硐室距離底板 L8 灰?guī)r和基巖風(fēng)化帶較近，須進(jìn)行圍巖注漿加固處理，所有巷道和硐室須采用混凝土砌碹，建井工期具不確定性。再者，下山開采，生產(chǎn)期間排水、提升環(huán)節(jié)多，特別是防水安全性可靠度相對(duì)較差，工業(yè)廣場(chǎng)壓 A+B 高級(jí)儲(chǔ)量區(qū)。 結(jié)論：設(shè)計(jì)主要從保證生產(chǎn)、確保安全角度出發(fā)，調(diào)查現(xiàn)有生產(chǎn)礦井實(shí)際情況基礎(chǔ)上，推薦方案一（即望莊西北井口方案）。 本井田煤層埋藏相對(duì)較深，表土覆蓋層厚，礦井生產(chǎn)能力不 大，并且屬于低瓦斯礦井，因此，本著盡可能減少井筒的數(shù)目的原則，礦井初期以一對(duì)立井開拓井田。主井裝備箕斗提升煤炭，并兼作回風(fēng)井。副井裝備罐籠輔助提升，兼作進(jìn)風(fēng)井。主、副立井均裝備玻璃鋼梯子間作為安全出口。礦井后期設(shè)南部和北部后期風(fēng)井。 、標(biāo)高 本井田二 2煤層賦存標(biāo)高位于 200~950m 左右， 由于受斷層切割，在平面上呈現(xiàn)為多個(gè)不規(guī)則的狹長(zhǎng)條塊，各條塊標(biāo)高差在 25～50m 左右，因此很難以一個(gè)公共水平開發(fā)全井田，本設(shè)計(jì)在盡可能使一個(gè)水平開拓較多煤量的前提下，依條塊平面、空間位置不同，布置 多個(gè)開采水平和輔助水平，水平間以集中斜巷聯(lián)系。 開采水平為兩個(gè)水平開采，礦井第一水平標(biāo)高 400m，第二水平標(biāo)高 575m。 礦井基本巷道 井筒的斷面形狀及布置 (l)、主井 主井主要擔(dān)負(fù)全礦井的原煤提升任務(wù)，兼作回風(fēng)井和礦井的安河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 全出口。井筒凈直徑 ，裝備一對(duì) 4t 標(biāo)準(zhǔn)輕型箕斗，采用 38kg/m鋼軌罐道、工字鋼罐道梁。同時(shí)，井筒內(nèi)設(shè)有玻璃鋼梯子間，層間距 6m。主井井筒敷設(shè)信號(hào)、通信電纜。 (2)、副井 副井主要擔(dān)負(fù)全礦人員，掘進(jìn)矸石、材料及各種設(shè)備的升降任務(wù)，并作為全礦井的進(jìn)風(fēng)井筒及安全出口。井筒凈直徑 ，裝備1t 雙層雙車罐籠，冷彎方鋼罐道、槽鋼組合罐道梁。同時(shí)，井筒內(nèi)設(shè)玻璃鋼梯子間，層間距 6m。副井敷設(shè)排水管 3 趟、壓風(fēng)管及供水管各 1 趟，并敷設(shè)通信、信號(hào)及動(dòng)力下井電纜等管線設(shè)施。 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 井 筒 特 征 表 序 號(hào) 項(xiàng) 目 單位 主井 副井 備 注 1 井口 座標(biāo) 緯距 X m 3769325 3769245 經(jīng)距 Y m 39458100 39458100 2 井口標(biāo)高 m + + 3 井筒方位角 度 90 180 提升方位角 4 井筒深度 m 包括水窩 5 井筒直徑 凈 m 掘進(jìn) 表土 m 基巖段 m 6 井筒斷面 凈 m2 掘進(jìn) 表土 m2 基巖段 m2 7 砌壁 厚度 凍結(jié)段 m += += 基巖段 m 材料 凍結(jié)段 鋼筋砼 鋼筋砼 復(fù)合井壁 基巖段 素砼 素砼 8 表土層 +風(fēng)化帶厚度 m 225+25=250 225+25=250 9 凍結(jié)深度 m 275 275 10 井筒裝備 一對(duì) 4t箕斗 梯子間 一對(duì) 1t罐籠 梯子間 排水、壓風(fēng)灑水管 通訊、動(dòng)力電纜 鋼罐道 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 井壁結(jié)構(gòu)及厚度 （ 1） 表土段：凍結(jié)段井壁型式為雙層鋼筋混凝土復(fù)合井壁，內(nèi)外井壁之間鋪設(shè) 20mm 厚聚氯乙烯塑料板滑動(dòng)層，外壁與圍巖之間鋪設(shè) 50mm 厚聚苯乙烯泡沫板緩沖層。井壁砌筑完成后進(jìn)行壁后注漿和壁間注漿。 井壁厚度計(jì)算模型：力學(xué)模型按雙層厚壁筒，縱向無約束。外壁承受凍結(jié)壓力，內(nèi)壁承受靜水壓力，共同承受永久地壓。具體計(jì)算公式為： h 內(nèi) =r [(f cz/( f cz 2υ kP 水 ))1/2 1] h 外 =（ r+h 內(nèi)） [(f cz/( f cz 2υ kP 凍 ))1/2 1] 初步計(jì)算，井筒最不利深度處（ 250m），井壁厚度如下： 主井井筒（ ）： h 內(nèi) =500mm， h 外 =400mm，砼標(biāo)號(hào) C50 副井井筒（ ）： h 內(nèi) =550mm， h 外 =400mm，砼標(biāo)號(hào) C50 為方便施工，改善井壁受力，避免局部集中應(yīng)力，參照永城、淮北地區(qū)凍結(jié)井的施工實(shí)際，全井筒采用統(tǒng)一井壁厚度，自上而下分段提高砼標(biāo)號(hào)，從 C30 至 C50。在下階段設(shè)計(jì)中，還要對(duì)井架作用效應(yīng)、負(fù)摩擦力作用效應(yīng)、縱向穩(wěn)定性進(jìn)行較核后最終確定井壁厚度。 另外，根據(jù)徐淮地區(qū)井筒破壞原因分析，以開采后引起的地下水流失所造成的強(qiáng)大負(fù)摩擦力導(dǎo)致井壁破壞的情況居多，破壞部位一般在基巖面以上附近。針對(duì)以上情況，設(shè)計(jì)擬在井壁適當(dāng)部位設(shè)置特殊結(jié)構(gòu)的可壓縮裝置。 （ 2） 基巖段：基巖段為素砼單層井壁。參照永城、淮北地區(qū)凍結(jié)井的施工實(shí)際，綜合考慮井筒裝備樹脂錨桿的施工要求，確定井壁厚度為 350mm （ 3） 井筒施工方法 表土段施工方法：鑒于礦井表土層較厚，巖性多為細(xì)砂巖～中砂巖，其間有 6 個(gè)含水層組，須采用特殊鑿井。由于鉆井法施工所產(chǎn)生的泥漿量大，而本區(qū)地處平原，無荒地，且井筒緊靠居民點(diǎn)，環(huán)境問題難以解決。永夏礦區(qū)大多數(shù)立井均采用凍結(jié)施工，施工技術(shù)成熟，成井質(zhì)量好，本設(shè)計(jì)按凍結(jié)法考慮。 依據(jù)目前地質(zhì)資料，井筒所在處表土層厚 225m左右，基巖風(fēng)化帶深度 25m 左右，下部存在 k5 含水層，初步確定凍結(jié)深度按深入風(fēng)化帶下 25m，計(jì) 275m。凍結(jié)方法可采用差異凍結(jié)。 凍結(jié)段鑿巖推薦采用風(fēng)動(dòng)鏟和風(fēng)鎬。凍結(jié)段內(nèi)壁采用滑升模板施工。 基巖段： 基巖段采用普通鉆爆法鑿井，井筒穿過強(qiáng)含水層 (如 K河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 K6 砂巖 )時(shí)采用工作面預(yù)注漿堵水。 根據(jù)地質(zhì)條件、礦井開拓布置和大巷運(yùn)輸方式，井下主運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)連續(xù)運(yùn)輸方式，輔助運(yùn)輸采用 蓄電池電機(jī)車牽引 1t 礦車。井底車場(chǎng)選用環(huán)形刀式車場(chǎng)。 由于石門距離較短，井底車場(chǎng)采用石門三角道岔頂推調(diào)車方式。 井底車場(chǎng)出車側(cè)設(shè)材料車線，長(zhǎng)度 10m。副井重車線長(zhǎng)度 30m，空車線長(zhǎng)度 30m。井底操車系統(tǒng)配推車機(jī)。 為便于主井撒煤清理，也為了主井兼回風(fēng)井時(shí)井筒與回風(fēng)巷合理銜接，主井井底裝載系統(tǒng)為水平上裝式。 井底車場(chǎng)平面布置詳見附圖。 井底車場(chǎng)設(shè)有煤倉，主變電所，主排水泵房、水倉、等候室、調(diào)度室、保健室、消防材料列車庫、主井井底清理撒煤硐室、井下爆炸材料庫等。蓄電池電機(jī)車采用井上充電、檢修方式。井下爆炸材料庫布置在環(huán)線東北角，并有專門回風(fēng)巷與主井井筒聯(lián)結(jié)。爆炸材料庫型式為壁槽式，容量為 900kg。 根據(jù)本井田地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，施工期間受水患威脅有“天窗”帶的三、四系低含水層、二 2 煤層底板下 50m 處的 L8 灰?guī)r及奧灰強(qiáng)含水層，根據(jù)淮北、永城的生產(chǎn)實(shí)際，施工過程中存在一定的安全隱患，巷道淋水較大，故主要大巷均沿煤層頂板或煤層布置。石門位于煤層頂板巖石，穿層布置。 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 5 準(zhǔn)備方式 采區(qū)巷道布置 煤層的地質(zhì)特征 2煤層 二 2 煤層賦存于山西組中部，上距 ，下距 K345