织金县富祥煤矿开拓开采优化设计研究.pdf

硕士学位论文硕士学位论文 织金县富祥煤矿开拓开采优化设计研究织金县富祥煤矿开拓开采优化设计研究 学位类型学位类型 专业学位 学科（专业学位类学科（专业学位类 别）别） 矿业工程领域工程硕士 作者姓名作者姓名 赵春梅 导 师 姓 名 及 职 称导 师 姓 名 及 职 称 王卫军 教授 实践导师姓名及职称实践导师姓名及职称 洪永远 高级工程师 学院名称学院名称 能源与安全工程学院 论 文 提 交 日 期论 文 提 交 日 期 2015 年 6 月 8 日 密密 级级公开 中图分类号中图分类号TD353 万方数据 织金县富祥煤矿开拓开采优化设计研究织金县富祥煤矿开拓开采优化设计研究 学位类型学位类型 专业学位 学科（专业学位类学科（专业学位类 别）别） 矿业工程领域工程硕士 作者姓名作者姓名 赵 春 梅 作者学号作者学号 11050105001 导 师 姓 名 及 职 称导 师 姓 名 及 职 称 王卫军 教授 实践导师姓名及职称实践导师姓名及职称 洪永远 高级工程师 学院名称学院名称 能源与安全工程学院 论 文 提 交 日 期论 文 提 交 日 期 2015 年 6 月 8日 学 位 授 予 单 位学 位 授 予 单 位 湖 南 科 技 大 学 万方数据 Exploitation optimization design research Zhijin County Fuxiang coal mine Type of Degree Professional degree Discipline Type of Professional Degree Mining Engineering Candidate Zhao Chunmei Student Number 11050105001 Supervisor and Professional Title Prof.Wang Weijun Practice Mentor and Professional Title School School of Energy and Safety Engineering Date March 14th , 2015 University Hunan University of Science and Technology 万方数据 学位论文原创性声明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 日 学位论文版权使用授权书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，可以采用影印、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 万方数据 i 摘摘 要要 毕节市煤炭资源丰富，煤种齐全，煤质优良，是全国重要的无烟煤生产基地和煤 电产业基地。根据市场经济发展新形势，科学办矿，积极推广采掘机械化程度，依靠 科技进步提升煤矿产能，降低生产成本，提高煤炭企业的经济效益，是做大做强煤矿 企业的必然选择。 富祥煤矿位于织纳煤田，井田面积小、可采煤层数多、煤质较好、地质构造复 杂，特别织纳煤田是国家划定的煤与瓦斯突出矿区，煤层瓦斯含量较高。本文根据富 祥煤矿的开采现状，对富祥煤矿开拓开采、水平及采区划分优化的原因做出了分析， 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 重新设计，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。 在通风与安全方面，本文根据瓦斯赋存状况计算了矿井的一采区的瓦斯资源储 量，提出了瓦斯抽采方法，同时结合开拓系统，对富祥煤矿矿井主要危害因素及危害 程度进行了分析，提出了主要灾害防治措施。 在“六大系统”设计方面，依据富祥煤矿的开拓开采布局，结合国家对“六大系统” 建设相关文件的要求，对矿井的“六大系统”进行优化，确定了合理的井下安全避险系 统。 最后针对富祥煤矿的建设规划，对项目的投资进行估算，分析了项目的经济效益 和项目投资存在的风险，提出了风险防范措施，评价了项目产生的社会效益。 关键词矿井开采;优化设计;矿井灾害;六大系统 万方数据 ii Abstract In Bijie city,there is abundant coal resources、full range of coal、fine coal,which is the national important anthracite production base and coal industry base.According to economic development in the new situation of the market,it is the inevitable choice of the scientific mine、actively promoting the level of mechanization of mining、relying on scientific and technological progress to promote coal mine production capacity、reducing production costs、improving the economic benefits of coal enterprises and strengthening coal mining enterprises. Fuxiang coal mine is located in the Zhina coalfield、smaller area 、more coal seam、 fine coal、more complex geological structure.Especially Zhina coalfield, designated as a coal and gas outburst mine by the state,it’s gas content is higher in coal seam.Based on the Fuxiang coal current mining situation,analysesing the reason of exploitation、level and mining area division for Fuxiang coal,and closely focusing on the basic characteristics of the mine,the developing deployment is reasonably determined and the first mining area underground mining transportment is redesigned to ensure the rational mining of resources.At the same time,combined with the domestic and international current situation of the development of coal mine exploitation,advanced and mature technology and equipment and advanced production technology is actively adopted to improve the degree of mechanization and build modern mine of high yield and efficiency. In the ventilation and safety,this paper calculate the gas reserves on the basis of the gas occurrence condition in mine district No.1 and put forward the of gas pumping.Meanwhile,combining with the development system and analyzing the damagement degree of the main risk factors for Fuxiang coal mine,the major disaster prevention measures is put forward. In terms of “design of six system”, on the basis of Fuxiang coal mining layout and combined with the national requirements of the “six systems” construction related documents,optimizing the mines “six systems”,the mine safety refuge system is determined. Finally,for rich coal mine construction planning,estimating the project investment,analyzing the economic benefits of projects and project investment risk,risk prevention measures are put forward and social benefits of the project is uated. Key Words the mine mining; optimization design; coal mine disasters; six big system 万方数据 湖南科技大学硕士学位论文 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论 ..................................................................................................................................... 1 1.1 国内外矿井优化设计现状及发展趋势 ........................................................................... 1 1.1.1 国外矿井开采设计现状及发展趋势 ....................................................................... 1 1.1.2 国内矿井设计现状及发展趋势 ............................................................................... 2 1.1.3 贵州省矿井设计现状及发展趋势 ........................................................................... 2 1.2 富祥煤矿建设概况 ............................................................................................................. 4 1.2.1 矿井建设外部条件 ..................................................................................................... 4 1.2.2 矿井建设资源条件 ..................................................................................................... 5 1.2.3 富祥煤矿其它开采技术条件 .................................................................................... 6 1.3 产品市场预测分析 ............................................................................................................. 7 1.4 论文研究的主要内容 ......................................................................................................... 9 第二章第二章 井田开拓系统优化设计井田开拓系统优化设计 .............................................................................................. 11 2.1 井田境界及资源储量 ....................................................................................................... 11 2.2 井田开拓设计 .................................................................................................................... 11 2.2.1 矿井开采现状 ............................................................................................................ 11 2.2.2 优化方案 .................................................................................................................... 13 2.2.3 水平划分及采区划分 ............................................................................................... 20 2.2.4 开采顺序 .................................................................................................................... 20 2.2.5“三下采煤” .............................................................................................................. 20 2.3 车场及硐室 ........................................................................................................................ 20 2.4 井下开采 ............................................................................................................................. 22 2.4.1 首采区设计生产能力及服务年限 ......................................................................... 22 2.4.2 采区巷道布置 ............................................................................................................ 23 2.4.3 采煤方法及工艺 ....................................................................................................... 26 2.5 井下运输 ............................................................................................................................. 28 2.5.1 煤炭运输方式及设备 ............................................................................................... 28 2.5.2 辅助运输方式及设备 ............................................................................................... 29 2.5.3 矿车车辆配备 ............................................................................................................ 29 第三章第三章 通风与安全通风与安全 ........................................................................................................................ 31 3.1 瓦斯资源储量和瓦斯抽采 .............................................................................................. 31 3.1.1 瓦斯资源储量 ............................................................................................................ 31 3.1.2 瓦斯抽采 .................................................................................................................... 32 3.2 矿井通风 ............................................................................................................................. 34 万方数据 湖南科技大学硕士学位论文 3.2.1 矿井通风方式及通风系统 ...................................................................................... 34 3.2.2 矿井风量 .................................................................................................................... 35 3.3 井下主要灾害因素分析及防治措施 ............................................................................. 35 3.3.1 主要灾害因素分析 ................................................................................................... 35 3.3.2 主要灾害防治措施 ................................................................................................... 36 3.4 “六大系统”设计 ........................................................................................................... 44 3.4.1 井下紧急避险系统 ................................................................................................... 44 3.4.2 供水施救系统 ............................................................................................................ 46 3.4.3 压风自救系统 ............................................................................................................ 46 3.4.4 通信联络系统 ............................................................................................................ 47 3.4.5 监测监控系统 ............................................................................................................ 47 3.4.6 人员定位系统 ............................................................................................................ 47 第四章第四章 富祥煤矿建设实施计划及技术经济分析富祥煤矿建设实施计划及技术经济分析......................................................... 49 4.1 建设工期 ............................................................................................................................. 49 4.2 投资估算 ............................................................................................................................. 49 4.2.1 投资估算说明 ............................................................................................................ 49 4.2.2 建设投资估算 ............................................................................................................ 49 4.3 财务分析及盈利能力 ....................................................................................................... 50 4.3.1 财务分析 .................................................................................................................... 50 4.3.2 盈利能力分析 ............................................................................................................ 51 4.4 项目风险分析及防范措施 .............................................................................................. 51 4.4.1 项目主要风险分析 ................................................................................................... 51 4.4.2 风险防范措施 ............................................................................................................ 51 4.5 项目社会评价 .................................................................................................................... 52 第五章第五章 结论结论 ........................................................................................................................................ 53 参考文献参考文献 ................................................................................................................................................ 54 致致 谢谢 ...................................................................................................................................................... 56 万方数据 湖南科技大学专业硕士学位论文 -1- 第一章第一章 绪论绪论 煤炭是我国的基础能源，也是重要的工业原料，新中国成立以来，煤炭资源消耗 量占我国一次能源的70左右，在经济社会发展中占有极为重要的地位，煤炭行业健 康、稳定、可持续发展是中国能源安全的基础。 贵州素有“江南煤海”之誉，是煤炭生产和消费大省，也是我国重要的能源化工 基地。毕节市煤炭资源丰富，煤种齐全，煤质优良，是全国重要的无烟煤生产供应基 地和煤电产业基地 [1]。 坚持以煤炭为基础能源，推动化石能源、可再生能源共同发展是我国能源发展的 长期战略 [2]，而建设高产高效矿井是扭转我国煤矿现阶段用人多、经济效益差、安全生 产保障低的途径之一，也是企业追求以经济效益为中心的必然选择。因此，做好矿区 整体规划设计，采用适用新型煤炭开采技术，是加速建设高产高效矿井的首要问题。 1.1 国内外矿井优化设计现状及发展趋势国内外矿井优化设计现状及发展趋势 1.1.1 国外矿井开采设计现状及发展趋势国外矿井开采设计现状及发展趋势 二十一世纪以来，国外新建矿井的井型日益增大，逐步形成了长壁采煤技术、开 采集中化和采掘机械化程度日益提高等特点[3]。 长壁采煤技术是高产高效矿井主要的采煤方法之一，也是井工开采产量最高、效 益最好、安全生产条件最好的采煤方法，具有单产高、回采率高、适应性强等特点， 近 30 年得到快速发展。美国、澳大利亚等国通过引用并改进和推广了壁式采煤技术， 取得了显著的效益[4]。 国外典型的高产高效矿井有美国二十英里矿、普罕顿 6 号煤矿、坎布兰德煤矿、 英国塞尔比联合矿、澳大利亚莫兰巴北矿、德国瓦思特矿等[3]。 采煤机美国综采工作面大多装备了 LS 系列采煤机，其主要特点是多功能驱 动、无链牵引、遥控、功能监测、与故障诊断等，装机功率 1500kW 以上，截深 0.9～ 1.12m。 液压支架美国多采用整体顶梁双柱掩护式支架，具有高工作阻力的特点，600t 以上占 82，采用电液控制，支架移动循环时间 6s～8s 即可完成，特别是与先进的采 煤机煤岩识别系统配套使用，能实现工作面自动控制。 万方数据 第一章 绪论 -2- 刮板输送机向重型化、智能化、大功率、超强运输能力的方向发展。 配备上述装备的工作面，在采掘条件合适的情况下单产可达 800～900 万 t/a。 1.1.2 国内矿井设计现状及发展趋势国内矿井设计现状及发展趋势 我国煤炭资源分布地域辽阔，地质条件和煤层赋存条件复杂，采煤方法和装备呈 多层次发展、多工艺并存[5]。改革开发以来，引进了国外的装备技术和先进的采掘设 备，国内设备制造水平得到不断提高，煤炭开采技术水平取得快速发展，建成了一批 领先世界先进水平的特大型现代化矿井。目前我国复杂条件的开采技术已领先世界国 家水平，最深矿井的开采已越千米，最大矿井设计规模已达 2000 万 t/a[6]。煤矿设计呈 现生产能力大型化、采煤工艺机械化、生产系统集中化、生产管理现代化等特点[7]。 20 世纪 90 年代以来，长壁综采工作面在技术装备上进行了重大改革，形成了生 产能力大、设备功率大、强度高、自动化程度高、运行可靠的新一代综采设备，实现 了一矿一井一面的高度集约化生产，单产和工效成数倍增大[8]。采用综合机械化回采是 现代化煤矿开采技术的标志，高产高效矿井开采技术以配备采掘工程综合机械化设备 为核心[9]。而针对大采高综采工作面的巷道围岩控制技术也得到全面、系统的分析和研 究[10]，特别是厚、特厚煤层采用综合机械化的放顶煤开采新技术具有高产量、低成本 等特点，在国内得到了成功推广[11]。 近 10 年来，我国煤矿开采技术与装备水平显著提高，成功研发 3.5-7.0m 厚煤层 大采高综采技术、10m 以上特厚煤层大采高综放开采技术、短壁机械化开采技术等， 形成了具有中国特色的现代化采煤技术与装备体系[12]。 我国虽是产煤大国，但产量、效率等主要指标与世界先进采煤技术差距较大，继 续发展壮大我国煤炭行业，建设高产高效矿井成为必然趋势[13]。 我国高产高效矿井具有以下特点①开拓方式上，大型矿井采用分区开拓、分区 通风、集中出煤的方式。②提升运输上，设备向大功率、高强度、高可靠性和机电一 体化发展，控制技术先进可靠。③辅助运输采用单轨吊、卡轨车、齿轮车及无轨胶 轮车等先进设备。[14] 目前我国煤矿实现高产高效的主要采煤方法有综采放顶煤开采、大采高综采、 单一长壁综采及旺格维利采煤法[15]。 1.1.3 贵州省矿井设计现状及发展趋势贵州省矿井设计现状及发展趋势 改革开放以来，贵州省加快工业发展步伐，由于全省煤炭工业起步晚，煤炭资源 地质勘探程度普遍较低，小煤矿较多，大部分小矿在普查阶段，甚至在找煤阶段的基 万方数据 湖南科技大学专业硕士学位论文 -3- 础上办矿，开采水平也相对落后。2000 年后，全省加强了地质勘探工作，先后对一些 大型井田进行了勘查，使煤炭资源勘探程度有明显提高。 “十五”期间，毕节市加大资源勘探，通过招商引资、关井压产、深化安全生产专 项整治、紧抓电煤基地建设等工作，煤炭行业得到稳步、快速、健康发展，煤炭产量 逐年大幅增长，迅速发展成为毕节市的支柱产业。全市煤炭产量由 2001 年 518.86 万 t 提高到 2013 年 6901.74 万 t，如图 1.1。 图 1.1 毕节市历年煤炭产量柱状图 Fig.1.1 the histogram of coal production over the years in Bijie City 毕节市煤炭产业发展迅速，但存在的问题也较多，煤炭行业主管部门对现有生产 矿井进行分析指出①合理的开拓布局是矿井快速投产的首要条件，②煤炭开采的主 导技术是采煤方法及其装备。 2000 年以后，毕节市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（在同一井田或采区可能 同时出现急倾斜煤层、倾斜煤层和缓倾斜煤层等不同倾角的煤层）、煤层厚度变化大 （同一井田或采区