纳雍县查新煤矿绿色开采初步设计.pdf

密 级 公开 硕士学位论文 中图分类号T D353 纳雍县查新煤矿绿色开釆初步设计 作学位类型 学 科 （ 专 业 学 位 类 别 作者姓名 导 师 姓 名 及 职 称 实 践 导 师 姓 名 及 职 称 学院名称 论 文 提 交 日 期 专 业 学 位_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 化 学 工 程 领 域 工 程 硕 士 张 玉 香_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 石 顺 存 教 授_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 李 仕 民 高 级 工 程 师 化 学 化 工 学 院 2 0 1 6 年 5 月 3 0 日 纳雍县查新煤矿绿色开釆初步设计 学位类型 学 科 （ 专 业 学 位 类 别 作者姓名 作者学号 导 师 姓 名 及 职 称 实 践 导 师 姓 名 及 职 称 学院名称 论文提交日期 专 业 学 位_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 化 学 工 程 领 域 工 程 硕 士 _ _ _ _ _ _ _ _张 玉 香_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 11050605002 石 顺 存 教 授 李 仕 民 高 级 工 程 师 化 学 化 工 学 院 2 0 1 6 年5月3 0 日 学位授予单位 学 大 技 科 南 湖 The preliminary design on Green Mining of Chaxin Coal Mine in Nayong County Type of Degree_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _Prof e ssional de gre e_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Discipline Type of Professional Degree Che mical Engine e ring Candidate_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _Z hang Y uxiang_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Student Number_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 11050605002_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ Supervisor and Professional Title_ _ _ _ _ _ _ _ _ _Prof .Shi Shuncun Practice Mentor and Professional Title Se nior e ngine e r li Shimin School _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _School of Che mistry and Che mical e ngine e ring Date _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 30 Ma y , 2016_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ University_ _ _ _ _ _ _ _ _ _H u n a n Unive rsity of Scie nce and T e chnology 学位论文原创性声明 本 人 郑 重 声 明 所 呈 交 的 论 文 是 本 人 在 导 师 的 指 导 下 独 立 进 行 研 究 所 取 得 的 研 究 成 果 。除 了 文 中 特 别 加 以 标 注 引 用 的 内 容 外 ，本论文 不 包 含 任 何 其 他 个 人 或 集 体 已 经 发 表 或 撰 写 的 成 果 作 品 。对本文的研 究 做 出 重 要 贡 献 的 个 人 和 集 体 ，均 已 在 文 中 以 明 确 方 式 标 明 。本人完 全 意 识 到 本 声 明 的 法 律 后 果 由 本 人 承 担 。 作 者 签 名 日期 年 月 曰 学位论文版权使用授权书 本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解 学 校 有 关 保 留 、使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 同 意 学 校 保 留 并 向 国 家 有 关 部 门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 版 ， 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 。本 人 授 权 湖 南 科 技 大 学 可 以 将 本 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索 ，可 以 釆 用 影 印 、缩印或扫 描 等 复 制 手 段 保 存 和 汇 编 本 学 位 论 文 。 涉 密 论 文 按 学 校 规 定 处 理 。 作 者 签 名 日期 年月日 导师签名日期 年月日 摘 要 查新煤矿位于纳雍县，井 田 面 积 小 、可采煤层数多、煤 质 较 好 、地质构造简 单 ，煤层瓦 斯含量较高。本文对查新煤矿开拓布局提出不同方案进行比选，根据 查新煤矿的开采现状，并紧紧围绕矿井的基本特点，合理确定开拓部署，对首采 区的井下开采、运输进行了设计，确保 资源 的合理开采。同时本文结合国内外煤 矿开拓开采发 展现状，积极采用国内外先进成熟的技术装备和先进的生产工艺， 因地制宜地提高机械化程度，建设高产高效的现代化矿井。 在主要设 备选型方面，根据 矿井的实际 需 风 量 、生 产 能 力 、巷 道 长 度 、倾角 等 ，计算选出国内外先进成熟的技术装备，提高矿井的机械化水平。 针对硫是煤中的有害元素之一， 它给煤炭利用和环境带来极大危害，论文通过 对煤质的分 析，硫在煤炭中的赋存情况，选 择 一种能耗低、污染少的绿色微生物 脱 硫 方 法 ，大 大 减 少 了 燃 煤 S O2的排放。对矿井灾害因素和危害程度作出分析， 并提出防范措施，实现了绿色开采。 最后针对查新煤矿的建设规划，对 项目 的 投资 进行 估算 ，并对项目的经济效 益进行了分析。 关键词开拓布局；比选；设备选型；绿色开采 Abstract Chaxin coal mine in harmony county， the are a is small， the numbe r of minable se am mining f ie ld， coal quality is good， simple ge ological structure ， coal se am gas conte nt is highe r. De ve lopme nt layout in this pape r， Chaxin coal mine puts f orward dif f e re nt sche me s comparison， according to the situation of Chaxin coal mining， and close ly around the basic characte ristics of the mine ， the re asonable de ve lopme nt de ployme nt， on the f irst unde rground mining， transportation de sign， to e nsure the rational e xploitation of re source s. At the same time ， this pape r de ve lops the curre nt situation of the de ve lopme nt of mining in coal mine at home and abroad， active ly adopt advance d and mature te chnology and e quipme nt at home and abroad and the advance d production te chnology， adjust me asure s to local conditions to improve the de gre e of me chanization， the construction of high production and e f f icie ncy of mode rn mine . In te rms of the main e quipme nt se le ction， according to the actual ne e ds of the mine air volume ， production capacity， le ngth， Angle of roadway， calculate d to se le ct the advance d and mature te chnology and e quipme nt at home and abroad， e nhance the me chanization le ve l of mine . T he sulf ur is one of the harmf ul e le me nts in coal， which brings gre at harm to coal e xploitation and e nvironme nt， the pape r through the analysis of coal quality， occurre nce of sulf ur in coal， choose a kind of low e ne rgy consumption， le ss pollution， gre e n microbial de sulf urization me thod， gre atly re duce s the coal e missions of SO2. T o mine disaste r f actors and damage de gre e analysis， and puts f orward pre ve ntion me asure s to re alize the gre e n mining. Finally base d on the construction of Chaxin coal mine planning， inve stme nt e stimate f or the proje ct， and analyse s the e conomic be ne f its of the proje ct. Ke y words De ve loping layout; T han choose ; Equipme nt se le ction; Gre e n mining 湖南科技大学硕士学位论文 目录 摘 要 ........................................................................i Abstract ....................................................................... i i i 第 一 章 绪 论 二 ............................................................... 1 1 . 1 绿色开采...............................................................1 1 . 2 国内外矿井设计理论及开采现状...........................................1 1.2.1国外矿井设计理论及开采现状.........................................1 1.2.2国内矿井设计理论及开采现状.........................................1 1 . 3 国内外微生物煤炭脱硫技术开发现状....................................... 2 1.3.1国外微生物煤炭脱硫技术开发现状.....................................2 1.3.2国内微生物煤炭脱硫技术开发现状.....................................2 1 .4查新煤矿建设设计概况................................................... 3 1.4.1查新煤矿概况........................................................ 3 1.4.2查新煤矿外部建设条件................................................4 1.4.3查新煤矿资源条件.................................................... 4 1.4.4查新煤矿的其他开采条件.............................................5 1.5本论文研宄的主要内容...................................................6 第 二 章 矿 井 资 源 /储 量 、设 计 生 产 能 力 及 服 务 年 限.......................7 2 . 1 井田境界及资源/ 储量.....................................................7 2.1.1井田境界.............................................................7 2.1.2资源储量............................................................ 7 2 . 2 矿井设计生产能力及服务年限............................................. 7 2.2.1矿井工作制度........................................................7 2.2.2矿井设计生产能力................................................... 8 2.2.3矿井设计服务年限.................................................. 10 第 三 章 井 田 开 拓 .......................................................... 11 3 . 1 矿井开拓方式..........................................................11 3.1.1 影响开拓方式确定的因素............................................11 3.1.2井口位置与工业场地选择............................................11 3.1.3 开拓方案比选.......................................................14 3 . 2 开拓部署.............................................................. 22 3.2.1 井筒数目........................................................ - 22 - 3.2.2水平划分与标高确定.............................................. - 22 - 3.2.3 大巷布置 ......................................................... - 22 - 3.2.4煤层开采顺序.....................................................- 23 - 3.2.5 采区划分与接替.................................................. - 23 - 3.3 井筒 ................................................................ - 23 - 湖南科技大学硕士学位论文 3.3.1井筒用途、布置及装备............................................- 23 - 3.3.2 井筒施工方法.....................................................- 24 - 3.3.3 井壁结构......................................................... - 25 - 3 . 4 井底车场及硐室...................................................... - 25 - 第 四 章 f 下 绿 色 开 采 ................................................... - 27 - 4 . 1 采区布置............................................................ - 27 - 4.1.1 首采区特征.......................................................- 27 - 4.1.2 采区巷道布置.....................................................- 28 - 4.1.3 采区车场和硐室布置.............................................. - 31 - 4 . 2 采煤方法及工艺......................................................- 32 - 4.2.1 采煤方法与采煤工艺.............................................. - 32 - 4.2.2主要采煤设备选型................................................ - 35 - 4.2.3 回采工作面生产能力.............................................. - 38 - 4 . 3 三下采煤及村庄搬迀规划..............................................- 39 - 4.3.1 地面建含构筑物和设施............................................- 39 - 4.3.2三下采煤项目及安排.............................................. - 39 - 4.3.3 村庄搬迀规划 ..................................................... - 40 - 4.4 巷道掘进及机械化....................................................- 40 - 4.4.1 采区巷道断面和支护方式..........................................- 40 - 4.4.2 矿井采掘机械化.................................................. - 42 - 4 . 5 煤质分析............................................................ - 43 - 4.5.1 煤的物理性质.....................................................- 43 - 4.5.2煤的化学性质.....................................................- 43 - 4.5.3 煤的工艺性能.....................................................- 46 - 4.5.4煤的类别......................................................... - 47 - 4.5.5煤的风氧化带.....................................................- 47 - 4.5.6煤的工业用途.....................................................- 47 - 4 . 6 煤炭脱硫技术........................................................ - 47 - 4.6.1矿区内煤炭硫分赋存情况..........................................- 47 - 4.6.2煤炭脱硫技术种类................................................ - 47 - 4.6.3煤炭脱硫技术选择及论证..........................................- 48 - 4.6.4煤炭微生物脱硫机理.............................................. - 49 - 4 . 7 矿井主要灾害因素分析及防范措施......................................- 49 - 4.7.1 矿井主要灾害因素分析............................................- 49 - 4.7.2 石广井主要灾害防治措施............................................- 51 - 第 五 章 矿 井 通 风 ........................................................- 55 - 5 . 1 通风方式和通风系统的选择及其依据....................................- 55 - 5.1.1 通风方式 ......................................................... - 55 - 5.1.2 通风系统......................................................... - 55 - 湖南科技大学硕士学位论文 5 . 2 矿井风量、风压及等积孔的计算........................................- 55 - 5.2.1风量计算结果及分配.............................................. - 55 - 5.2.2 矿井通风阻力.....................................................- 56 - 5.2.3 等积孔计算.......................................................- 57 - 第 六 章 主 要 设 备 选 择 ................................................... - 59 - 6 . 1 主平硐运输设备...................................................... - 59 - 6.1.1 设计基础资料.....................................................- 59 - 6.1.2 方案比选......................................................... - 59 - 6.1.3 推选方案的选型计算.............................................. - 60 - 6.1.4 设备选择......................................................... - 62 - 6.2通风设备............................................................ - 62 - 6.2 . 1 通风方式 ......................................................... - 62 - 6.2.2设计依据......................................................... - 62 - 6.2.3 通风设备选择.................................................... - 62 - 6.2.4 选型方案的详细计算.............................................. - 63 - 6.2.5 设备选型......................................................... - 65 - 6 . 3 排水设备............................................................ - 67 - 6.3.1 排水系统......................................................... - 67 - 6.3.2 水沟参数.........................................................- 6 8 - 6.4 压风设备............................................................- 6 8 - 6.4.1 设计依据.........................................................- 6 8 - 6.4.2 空气压缩选择.....................................................- 6 8 - 6.4.3 推荐方案的选型计算.............................................. - 69 - 第 七 章 建 井 工 期 与 投 资 概 算 ........................................... - 71 - 7 . 1 建井工期............................................................ - 71 - 7.1.1 施工准备期.......................................................- 71 - 7.1.2井巷施工连锁工程确定...........................................- 71 - 7.1.3 建井工期........................................................- 71 - 7.2 投资概算 ........................................................... - 71 - 7.2.1固定资产投资................................................... - 71 - 7.2.2建设期利息估算................................................. - 71 - 7.2.3 流动资金估算................................................... - 71 - 7.2.4项目总投资......................................................- 71 - 7.2.5 销售收入........................................................- 72 - 7.2.6经济效益分析................................................... - 72 - 结 论 ...................................................................... -73 - 参 考 文 献 ..................................................................- 75 - 致 谢 ....................................................................... - 77 - 湖南科技大学硕士学位论文 湖南科技大学化学工程硕士学位论文 第 一 章 绪 论 煤炭是工业的粮食，在 我国 占一次 性 能源消耗 的 7 0 以上，为了建设高产高 效矿 井，实现企业以效益为中心的目的，矿井设计的可行性及方案选择的合理性 对矿井今后的建设工期、投资以及投产后的经济效益等有重大影响[1]。因此，合 理的设计理念是加快矿井建设，降低矿山投资的主要问题。 1 . 1 绿 色 开 采 绿色开采就是推行清洁生产，从源头上预防或减少污染物。最大限度地从资 源合理 利用、生态平衡和环境保护等方面满足人类可持续发展的需求，实现人和 自然的协调与和谐。 论文主要从以下几个方面实现绿色开采 1 选择开拓方式上最优，建设工期相对较短、初期投资较少的井田开拓方 案 ；利 用已有巷道，利用已有工业场地，使资源得以合理利用。 2 针对硫是煤中的有害元素之一， 它给煤炭利用和环境带来极大危害，论 文通过对煤质的分析，硫在煤炭中的赋存情况，选择一种能耗低、污染少的绿色 微生物脱硫方法，大 大 减 少 了 燃 煤 S O2的排放，从源头上减少污染物排放。 3 对矿井灾害因素和危害程度作出分析，并提出防范措施，使生态得以平 衡 、环 境得以保护。 1 . 2 国 内 外 矿 井 设 计 理 论 及 开 采 现 状 1.2.1国 外 矿 井 设 计 理 论 及 开 采 现 状 在 最 近2 0年 以来，壁式采煤法的发展趋势具有采煤连续、产 量 高 、回收率高、 适应性强等先进性[2]。美 国 、澳大利亚及印度等国引荐、改良了壁式开采技术， 获得了明显的技术经济效益。美国长壁综采发展很快。2012，美 国 有 5 3 个矿山配 备 5 7 综采工作面，这基本上是一个煤矿有一个长壁采煤工作面，有 4 个 矿 配 备 2 个综采工作面。10年 前 的 平 均 年 产 量 从 1310000吨 增 加 到 现 在 的 1730000吨[ 2 ] 。 综合机械化开采已成为现代采煤技术的一个重要标志，综采设备的采煤工作 面是高产综采技术效率高的核心。工作面长度增加的同时，可减少工作面搬移次 数及增加可采储量[3]。 目前工作面长度达200350m[ 3 ] 。 1.2.2国 内 矿 井 设 计 理 论 及 开 采 现 状 改革开放以来，在不断引进国外新技术 、新装备的情况下以及国内设备制造 - 1 - 第 一 章 绪 论 技 术不 断 提 高 ，煤炭工业发展和煤炭开采设计技术水平取得快速发 展[4]。 目前， 中国拥有设计现代采矿设备在矿井中的应用能力，在复杂的条件下开采技术已达 到世界各国的领导水平，在适合于该矿地质条件下大型矿山的建设已成为一种普 遍 趋 势 。最大矿井设计规模已达数百万t/a。 在井田开拓中，大型矿井采用分采区开拓、分采区通风、统一集中出煤的方 式[1]。提升运输设备采用大型提 升机、长 距 离 、大运 输 皮 带输 送机，设备控制技 术先 进可靠。无轨胶轮 车、单轨吊 、齿轮车等灵活的运输设备多用于辅助运输[ 1 ] 。 采煤方法和装备主要采用长壁式综合机械化开采。 毕节市由于煤炭工业起步晚，2000年 以 后 ，在煤炭行业主管部门强化管理 下 ，全市范围内开始按照小型矿井设计规范要求进行巷道布置和回采。因煤层倾 角 变 化 大 （ 在同一井田或同一采区可能同时出现缓倾斜煤层、倾 斜 煤 层 、急倾斜 煤层等不同倾角的煤层） 、煤 层 厚 度 变 化 大 （ 同一井田或同一采区可能出现特厚煤 层 、厚 煤 层 、中厚煤层、薄和极薄煤层等不稳定煤层，甚至有的井田或采区出现 煤层闭合和分叉现象， 有的井田或采区出现煤层不可采区域） 、 煤层瓦斯含量高（ 均 属于高 突区域 ）等资源条件的先天不足，使煤层条件具有复杂性和特殊性，煤层 开 采 工 艺 、设备和设施等受限，矿井基本采用小井型、多区段、长 战线 、多人员 的分散布局开采。 目前煤矿开采技术条件相对落后，全市小型矿井的机械化水平 不 到1 0 ，采掘机械化程度非常低，给小煤矿的安全生产带来了重大隐患。因此， 推 进 中 、小型煤矿的机械化也是煤炭工业安全发展的必然选择[ 5 ] 。 1 . 3 国 内 外 微 生 物 煤 炭 脱 硫 技 术 开 发 现 状 1 . 3 . 1 国 外 微 生 物 煤 炭 脱 硫 技 术 开 发 现 状 国际上以美国为中心最早开展煤炭微生物脱硫技术研宄，美 国 A RTE C H 公司 研 宄 的 C B I 菌株 ，在 实 验 室 可 脱 去 1 8 〜 4 7 的有机硫。而美国煤气技术研宄所 筛 选 出 I G T S 7 混合菌，能 脱 除 有 机 硫 达 9 1 ，使 硫 从 2.25降 至 0.205， 日本 中央电力研宄所从土壤中分离出一种铁氧化硫杆菌，能有效除去煤中无机硫， 同 时在煤水浆中添加丝状菌青霉成功地脱除煤中硫。美 国 、荷兰等国均报道了半工 业试 验 成 果 。国外学者对煤炭微生物脱硫技术进行了大量的基础性和应用性开发 研 宄 ，在无机硫脱除机理、菌种筛选培育、反应器的设计开发等方面都取得了有 实用价值的成果，并进行了半工业性试验