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煤矿机械化改造设计说明书

作者:煤矿安全网 2012-10-19 来源:煤矿安全网

  目 录

  总 论……………………………………………………………(1)~(6)

  第一章 井田概况及矿井建设条件……………………………………1-1

  第一节 井田概况…………………………………………………1-1

  第二节 矿井外部建设条件及评价…………………………………1-5

  第三节 矿井资源条件……………………………………………1-5

  第四节 矿井勘探程度及开采条件评价……………………………1-5

  第二章 矿井资源/储量、设计生产能力及服务年限……………………2-1

  第一节 井田境界及资源/储量……………………………2-1

  第二节 矿井设计生产能力及服务年限………………………2-6

  第三章 井田开拓…………………………………………………………3-8

  第一节 开拓方式及井口位置………………………………………3-16

  第二节 开拓部署……………………………………………………3-16

  第三节 井筒……………………………………………3-17

  第四节 井底车场及硐室…………………………………………3-1

  第四章 井下开采……………………………………………………4-1

  第一节 盘区布置………………………………………4-1

  第二节 采煤方法及及工艺…………………………………………4-8

  第三节 三下采煤及村庄搬迁规则…………………………………4-10

  第四节 巷道掘进及机械化…………………………………4-10

  第五章 井下运输…………………………………………………………5-10

  第一节 煤炭运输方式及设备………………………………………5-1

  第二节 辅助运输方式及设备……………………………………5-1

  第三节 矿井车辆配备……………………………………5-1

  第六章 通风和安全………………………………………………………6-1

  第一节 瓦斯资源分析和瓦斯涌出量计算…………………6-1

  第二节 矿井通风……………………………………………………6-2

  第三节 矿井瓦斯灾害防治………………………………………6-15

  第四节 矿井火灾防治……………………………………………6-24

  第五节 矿井粉尘防治……………………………………………6-24

  第六节 矿井水害防治……………………………………………6-24

  第七节 矿井热害防治……………………………………………6-24

  第八节 矿井冲击地压灾害防治……………………………………6-24

  第九节 矿井救护……………………………………………6-24

  第十节 矿井六大系统……………………………………………6-24

  第七章 提升、通风、排水和压缩空气设备………………………………6-1

  第一节 提升设备……………………………………………………6-1

  第二节 通风设备……………………………………………………6-18

  第三节 排水设备……………………………………………………6-21

  第四节 压缩空气设备………………………………………………6-25

  第八章 地面生产系统……………………………………………………8-1

  第一节 煤质及其用途……………………………………………8-1

  第二节 煤的加工……………………………………………………8-2

  第三节 主、副井机械设备及布置……………………………………8-2

  第四节 矸石和脏杂煤处理系统……………………………………8-2

  第五节 辅助设施…………………………………………………8-3

  第九章 地面运输…………………………………………9-1

  第一节 概 述……………………………………………………9-1

  第二节 标准规矩铁路………………………………………………8-2

  第三节 场外道路……………………………………………8-4

  第四节 其他运输方式………………………………………………8-5

  第十章 总平面布置及防洪排涝………………………10-1

  第一节 矿井地面总布置……………………………………………10-1

  第二节 工业场地总平面布置……………………………………10-1

  第三节 矿井地面其他场地布置……………………………………10-1

  第四节 工业场地防洪、排涝和竖向设计………………………10-1

  第五节 场内运输……………………………………………………10-1

  第六节 工业场地管线综合布置……………………………………10-1

  第七节 矿井建设用地………………………………………………10-1

  第十一章 供配电系统……………………………………………………11-1

  第一节 供电电源…………………………………………………11-1

  第二电 力负荷节………………………………………………11-1

  第三节 输变电……………………………………………………11-1

  第四节 地面供配电…………………………………………………11-9

  第五节 井下供配电………………………………………………11-12

  第六节 铁路电力牵引……………………………………………11-25

  第十二章 智能化系统…………………………………………………12-25

  第一节 总体架构…………………………………………………12-1

  第二电 安全、生产监控及自动化控制……………………………12-1

  第三节 计算机管理信息系统……………………………………12-1

  第四节 通 信…………………………………………………12-9

  第五节 信 号………………………………………………12-12

  第十三章 地面建筑………………………………………………13-1

  第一节 设计原始资料和建筑材料………………………………13-1

  第二节 工业建筑物及构筑物……………………………………13-1

  第三节 行政、公共建筑………………………………………13-3

  第四节 居住区……………………………………13-1

  第十四章 给水排水……………………………………………………14-1

  第一节 给水………………………………………………………14-1

  第二节 排水………………………………………………………14-4

  第三节 室内给排水…………………………………………………14-7

  第四节 水两平衡………………………………………………14-7

  第五节 消防及洒水…………………………………………………14-7

  第十五章 采暖、通风及供热……………………………………………15-1

  第一节 采暖、制冷与通风………………………………………15-1

  第二节 井筒防冻…………………………………………………15-2

  第三节 供热热源与供热设备………………………………………15-4

  第四节 室外热力管网………………………………………………15-9

  第十六章 节能、减排…………………………………………………15-1

  第一节 项目能源消耗…………………………………………15-1

  第二节 节能措施评价……………………………15-3

  第三节 节水措施评价……………………………………………15-4

  第四节 减 排…………………………………………………15-12

  第五节 节能减排指标综合评价…………………………………15-13

  第十七章 劳动安全职业卫生与消防………………………………13-1

  第一节 危害因素分析…………………………………………13-1

  第二节 劳动安全职业卫生…………………………………………13-2

  第三节 地面消防………………………………………………13-3

  第十八章 环境保护及水土保持…………………………………………14-1

  第一节 概述…………………………………………………………14-1

  第二节 矿井建设期污染防治措施…………………………………14-4

  第三节 矿井生产期污染防治措施及综合利用…………………14-7

  第四节 生态环境保护措施………………………………14-8

  第五节 机构设置及监测………………………………………14-9

  第六节 专项投资……………………………………………14-9

  第十九章 建井工期………………………………………………16-1

  第一节 建井工期…………………………………………………16-1

  第二节 产量递增计划……………………………………………16-2

  第二十章 组织机构及人力资源配备 …………………………………14-9 第一节 组织机构…………………………………………………17-1

  第二节 人力资源配备……………………………………………17-1

  第二十一章 概算投资……………………………………………17-1

  第一节 概算投资…………………………………………17-3

  第二节 矿井主要技术经济指标………………………17-11

  附录:

  1.陕西瑞能煤业有限责任公司设计委托书;

  2.《陕西省煤炭生产监督管理管局关于在小型煤矿实施机械化改造工作的通知》(陕煤局发【2011】102号文);

  3. 陕西省煤田地质局一九四队编制的《陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿资源储量核实报告》批复

  4.《关于划定陕西瑞能煤业有限责任公司矿区范围的批复》陕国土资矿采划[ ] 号;

  5. 采矿许可证(2011年5月23日由陕西省国土资源厅颁发,采矿证号为C6100002011051120112677);

  6、营业执照

  7、煤炭生产许可证

  8、安全生产许可证

  9.《陕西省煤炭工业局关于2010年度全省煤矿瓦斯等级鉴定结果的批复》(陕煤局发【2011】4号);

  10.《煤尘爆炸性、煤自燃倾向性检验报告》;

  11.矿山救护协议;

  12.供用电合同。

  附件:

  1.陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿机械化改造工程设计主要机电设备及器材目录;

  2.陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿机械化改造工程设计投资概算书;

  3.蓝图

  总 论

  一、项目建设背景

  (一)项目名称、所在位置及隶属关系

  项目名称:陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿机械化改造设计

  所在位置:该矿位于黄陵县店头镇西北方向约2km的鲁寺西沟内,行政区划隶属黄陵县店头镇管辖。

  隶属关系:陕西瑞能煤业有限责任公司属陕西煤业化工集团公司下属陕西煤炭建设公司的分公司。

  (二)建设单位概况

  陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿属国有制企业。主要从事煤炭生产和销售,矿井设计生产能力0.3Mt/a。矿井现有固定资产总额5017.64万元,财务利润总额732.86元。矿井具备本次机械化改造项目的投资能力。

  (三)项目前期工作及核准过程

  陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿属生产矿井。该公司煤矿采矿权范围内的资源量枯竭,为了矿山的可持续发展,2011年3月经陕西煤业化工集团公司协调,黄陵矿业公司与陕西煤炭建设公司签订了矿权调整协议,将与陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿相邻的黄陵矿业公司一号煤矿的东南角部分采矿权划归陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿开采,2011年5月13日陕西省国土资源厅颁发了陕西瑞能煤业有限责任公司一号斜井采矿许可证,采矿证号为C6100002011051120112677。于此同时该公司委托陕西省煤田地质局一九四队核实调整后煤矿区内的资源储量,并编制《陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿资源储量核实报告》,为登记、统计和矿山生产设计提供依据。据此该公司上报陕西省煤炭生产监督管理管局申请进行机械化改造,并委托我院编制《陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿机械化改造设计》。

  二、编制设计依据

  1.《陕西省煤炭生产监督管理管局关于在小型煤矿实施机械化改造工作的通知》《(陕煤局发【2011】102号文);

  2. 陕西省煤田地质局一九四队编制的《陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿资源储量核实报告》;

  3. 2011年5月23日陕西省国土资源厅颁发的新采矿证,采矿证号为C6100002011051120112677;

  4.《煤矿安全规程》、《煤炭工业矿井设计规范》、《煤炭工业小型矿井设计规范》、《煤炭工业矿井工程建设项目设计文件标准》等;

  5.陕西瑞能煤业有限责任公司所提供的地形地质图、地层综合柱状图、资源储量核实报告、采掘工程平面图及其它相关的设计基础资料;

  6.陕西省煤田地质局一九四队2011年5月编制的《陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿资源储量核实报告》;

  7.《陕西省煤炭工业局关于2010年度全省煤矿瓦斯等级鉴定结果的批复》(陕煤局发【2011】4号);

  8.陕西瑞能煤业有限责任公司设计委托书。

  三、设计指导思想

  1.本次设计认真贯彻国务院办公厅、国务院安委会、国家安监总局和陕西省人民政府关于加强和规范煤矿机械化改造工作、促进煤矿安全生产的指示精神。

  2.设计的指导思想是:增强煤矿本质安全程度,提高办矿规模和技术装备水平,加大产业集中度,促进煤炭工业节约发展、安全发展和可持续发展,从源头上减少和控制煤矿事故

  3.在设计中,将采用正规采煤方法,积极采用机械化采煤工艺,胶带输送机运输和锚杆支护。矿井的地面建筑与主体工程“三同时”,使矿容矿貌有较大改观。

  四、项目建设条件评述

  (一)外部建设条件

  陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿属在生产矿井,该矿交通方便,电源可靠,水源充足,通信发达,及其他条件具备了机械化改造项目的条件。

  (二)矿井资源条件

  陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿经核实扩大区新增工业资源储量21.61 Mt,可采储量15.129Mt。扩大区范围内煤层赋存稳定,结构及地质构造简单,所采2号煤层属低中灰,中高挥发分、特低-低硫,中-高磷,特高-高热值,弱-中等粘结性,化学反应性较强,高热稳定性的优质煤。属低瓦斯矿井,煤层属І类容易自燃,煤尘具有爆炸性,煤层顶板相对稳定,底板遇水易膨胀,有底鼓现象。

  五、矿井机械化改造项目设计主要特征

  1.矿井机械化改造后设计生产能力为0.60Mt/a,服务年限18.01a。

  2.矿井开拓方式为斜井开拓,利用原瑞能煤业有限责任公司主斜井延伸至水平仍做主斜井,担负全矿井煤炭提升、进风任务兼安全出口;在原工业场地主斜井西北部新掘一条斜井作副斜井,担负矿井辅助提升、升降人员、进风兼安全出口;在原瑞能煤矿工业场地西北部约1350m的井田3号拐点附近处新掘一条斜井作回风斜井,担负矿井前期回风兼安全出口。井田划定的可采煤层为2号煤层,设一个开采水平开采全井田。水平标高在原井田内设在+895m水平,在扩大区设在+930m水平。在主、副井井底到新掘回风斜处开掘895运输大巷和辅助运输大巷,布置在距2号煤层20m的底板中;在扩大区设930运输大巷、辅助运输大巷和总回风巷,均布置在2号煤层中;利用主煤仓和行人进风斜巷联通895运输大巷和930运输大巷,利用辅助上山联通895辅助运输大巷和930辅助运输大巷,新掘回风斜井直接与930总回风巷联接。并将各个井筒、井底车场与三条大巷贯通,形成矿井提升、运输、通风、排水、供电等生产系统。井田划分为3个盘区,首采工作面安排在121盘区12101区段,首采工作面长度150m,采高1.62m。

  3.采煤方法为单一煤层长壁采煤法,采煤工艺为:MG180/420-WDK滚筒式电牵引采煤机落煤和装煤、利用SGZ-630/264刮板输送机运煤,ZY3400/12/26自移式液压支架支护顶板,全部垮落法处理采空区

  4.矿井通风安全

  矿井通风方式为前期为并列式,后期为分列式。矿井前期通风容易时期的需风量66.5m3/s、矿井通风阻力436Pa,等积孔3.79m2;矿井通风困难时期的需风量66.5 m3/s、矿井通风阻力1335Pa,等积孔2.17 m2。矿井前期选用FBCDZ-6№20B型防爆对旋轴流式通风机两台,一台工作、一台备用。通风机配两台YBF315L2-8型电动机,电机功率110×2kW,电压为380V,主轴转速为740r/min。

  5.提升运输设备选型

  矿井采用主斜井提升煤炭,选用带式输送机提升。输送机为8080-570型,采用Y-DCY分离式驱动系统。选用带宽为800mm,带速为2.5m/s,胶带强度为ST1000的钢绳芯带式输送机。电机功率160 kW,电压380V。副斜井选用JK-2/30A提升机, 配用 Y-355M-8型电动机,功率160Kw, XRB15-6/6型人车升降人员, 1t矿车下放材料设备和提矸。井下895大巷采用STG800/2×75型纲架落地带式输送机运送煤炭,运量500t/h,铺设长度1100m,速度2.5m/s,电动机功率2×75kw。辅助运输采用CCG5.0/600FB型柴油机车牵引1t矿车轨道运输。井下辅助上山选用JSOB-19型双速双速多用绞车提升。

  6.矿井排水系统

  矿井正常涌水量60m3/h,最大涌水量135m3/h。选用100D45×2型矿用离心式清水泵三台。矿井正常涌水量时, 一台工作,一台备用,一台检修;最大涌水量时,两台水泵同时工作。排水管选用二趟D140×4.5型无缝钢管,每趟长度225m。

  7.压气系统

  在矿井工业场地建空压机站,选用MH250型螺杆式空压机两台,一台工作、一台备用,电机功率250KW。压气主管选用D159×4.5mm型无缝钢管。各支管根据用气量的大小,分别选用D108×4.5mm、D68×4mm和D50×4mm的无缝钢管。

  8.煤的洗选加工系统

  井下煤炭主要由主斜井驱动机房经筛分楼将原煤筛分成-50mm、+50mm两级产品,分别经各自的产品煤胶带输送机送入储煤场落地堆放。+50mm块煤设置人工拣矸。所有产品煤由装载机装汽车,计量后外运。

  9.矿井供电系统

  矿井采用双回路供电。一回路引自店头110kV区域变电站10kV出线间隔,架空线路为LGJ-150型钢芯铝绞线,长度4.2km,电压等级10kV。二回路引自黄陵矿业110kV鲁寺变电站6kV出线间隔,架空线路为LGJ-150型钢芯铝绞线,长度1.5km,电压等级6kV。电源可靠,电量充足。

  10. 监测监控、人员定位与通信系统

  矿井安装一套KJ110N型煤矿安全监控系统,由地面中心站、,1台地面分站、4台井下分站及45个传感器组成。人员定位采用KJ138系统,下井工作人员随身携带安标识卡,配置27台本安射频收发设备满足井下人员的定位及考勤管理工作及车辆移动监测。矿井安装一台SW-2000DX矿用程控数字调度交换机,总容量126门。另外,中国移动、联通等公司信号已覆盖矿区,可实现无线通信。

  11.地面运输

  场地已有公路与店—上公路相连。通往爆炸材料库的道路为辅助道路,路面宽度为3.0m,长150m,沥青路面。通往矸石场的道路为辅助道路,路面宽度为4.5m,长20m,沥青砼路面。通往风井场地的道路为辅助道路,路面宽度为4.5m,长750m,沥青砼路面。

  12.工业场地布置

  现有工业场地沿西沟由西北向东南布置。根据功能不同将场地划分为三个区:分别是生产区、辅助生产区和场前区,充分利用原有建构筑物及生产设施。完善了工业场地主井驱动机房、胶带输送机栈桥、筛选车间等。另建了井下水沉淀池及污水处理站等生产系统。

  13.消防洒水系统

  井下洒水全日总用水量381.65m3/d,最大小时用水量47.93m3/h。井下消防洒水水源采用经处理后的井下排水(复用),采用动压供水,消防和洒水合用一条管道,由副斜井井口进管,主干管为DN100的焊接钢管,管道延伸到全部用水点,井下管道采用支状管网。

  14.采暖系统

  现有锅炉三台锅炉房:一台环保节能常压热水锅炉专为矿井地面供暖,其型号为CLSG1.8MW-Ⅱ,供开水量:2000kg/h、额定功率:1800KW;一台常压热水锅炉专为洗澡堂供水,型号:CLSG0.5,供开水量:5400kg/h、额定功率:500KW;另一台锅炉专门供应饮用热水,型号:CLS0.1-85/60-AⅡ供开水量:1500kg/h、额定功率:100KW。

  为满足洗浴用热,新增CLSG0.5常压热水锅炉一台。

  15.建井工期

  矿井达到0.60Mt/a时,新掘出工程量为10430m,其中岩巷3421 m,半煤岩巷6159m,煤巷850m。建设工期为20个月。

  16.主要技术经济指标

  瑞能煤业有限公司煤矿机械化改造设计静态总投资为15351.13万元,其中: 井巷工程6258.57万元,土建工程651.44万元,设备购置5975.25万元,安装工程943.70万元,工程建设其它费用517.89万元,工程预备费1004.28万元,铺底流动资金为732.13万元。其中井巷工程费占总投资的40.6%。投资税后回收期5.19 a,税后财务内部收益率:28.83%。。

  六、问题与建议

  1.区内工程地质条件中等,2号煤层伪顶、直接顶容易产生冒顶,底板容易产生地鼓,建议加强井巷工程和煤层顶、底板管理,预防顶板事故发生。

  2.矿井主要充水水源为大气降水、老空区积水、直罗组砂岩含水,建议生产单位采取相应措施,预防水害。

  3.区内发现与该矿相邻的小煤矿在以往生产过程中,非法越界开采问题比较突出,且小煤矿越界开采资料不祥实,建议该矿在以后的建设和生产过程中,加强安全管理,在接近小煤矿破坏区时,采取“先探后掘”的方式,做到防患于未然,对小煤矿破坏区未充分利用的资源储量尽可能地采取先进的生产工艺,进行回收利用。

  4.建议该矿在建设施工前委托有相应资质单位对周边及井田内采空区的积水范围、水量、水压、瓦斯等进行探测,以便制定切实可行的安全技术措施。

  5.本矿从管理层到职工均为首次接触综合机械化采煤工艺,建议该矿尽快组织相关人员进行培训学习,以便更好的搞好综合机械化采煤工艺的生产组织和管理工作。

  第一章 井田概况及矿井建设条件

  第一节 井田概况

  一、交通位置

  陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿位于黄陵县店头镇西北方向约2km的鲁寺西沟内,行政区划隶属黄陵县店头镇管辖。店(头)~上(畛子)公路从东部的鲁寺西沟口通过,店头~黄陵公路,在28km与包(头)~茂(名)高速公路和210国道相接;西(安)~延(安)铁路秦(家川)~七(里镇)运煤专线张湾装车站位于煤矿南部约5km外,矿区交通便利。见交通位置图1-1-1。

  二、地形地貌

  井田地处陕北黄土高原南部,属黄土高原中等切割区,侵蚀构造地形。地势西高东低,具典型的黄土高原地貌特征。东北部以黄土塬地形为主,沟谷纵横,塬面支离破碎,最高标高+1265m,最低标高+945m,相对高差320m。

  三、河流

  区内水系属洛河水系,常年流水的有沮水河、郑家河,其余均为间歇性流水。沮水河为区内最大水系,发源于陕甘交界之子午龄东麓,全长100km,流域面积3392 km2,自西向东经井田南部与其支流南川河交汇于店头镇芋子渠沟口,向东流经黄陵县注入洛河,于店头镇观测沮水河流量为0.192~6.81m3/s,平均为2.07m3/s。煤矿区东北角的郑家河水库由于多年来,气候干旱少雨,面临干枯,水库范围变小。
 

 

  通位置图 图1-1-1

  四、气象

  本区属大陆性半干旱暖温带季风气侯。据上畛子农场水文站和黄陵气象局资料,丰水年最大降水量为1036.8mm(1976年),枯水年最小降水量为

  306.0mm(1978年),年平均降水量为775.2mm。年平均蒸发量为1472.0mm。雨季多集中在8-10月份,日最大降水量82.1mm。冰雹多集中在6-8月份。区内年平均气温8.5℃,一月份平均气温为-4.8℃,最低为-23.1℃,七月份平均气温20.1℃,最高气温为35.4℃。无霜期191天,冰冻期为11月至次年3月份。最大积雪厚度240mm,冻土层厚度为660mm。恒温带深度25m左右,温度9.5℃。常年主导风向为西北风和东南风,夏季多为东南风,冬季多为西北风;年平均风速3.3m/s,最大风速为25m/s。

  五、地震情况

  据国家地震局兰州地震大队1973年资料,该区在1599年发生过6级地震。1556年华县大地震、1815年山西平陆地震和1820年宁夏海原大地震均波及本区。本区地震烈度为六度,动峰值加速度为0.05g。

  六、矿区经济概况

  本区以农业为主,工业不发达,经济基础比较薄弱,生产力水平低,经济效益差。主要农作物有小麦、玉米、水果等,粮食可以自给。工业有烟草、电力、煤炭、酒、肉类加工等。

  近年来黄陵县工业经济发展迅速,基本形成了以煤炭为龙头,电力、建材为骨干的地方工业体系。

  七、矿区开发及小窑开采情况

  陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿原为黄陵矿区的一部分,该区在1983年12月编制的《黄陵矿区总体规划设计》及1988年12月编制的《黄陵矿区总体规划设计修改》中规划为一个井田。上世纪八十年代末,该矿区小窑星罗棋布,约二百多个。从九十年代初开始先后建成了黄陵一、二号井和建庄建新等特大型矿井。经过近年国家对小煤矿的关、停、压等政策,该区小煤矿近剩二十余个。

  该矿扩大区范围内无其他生产矿井及小窑。井田西侧为黄陵县一号煤矿开采区,东南侧共有3个煤矿,分别是黄陵县仓村金咀沟煤矿、黄陵县东方煤炭有限公司、仓村煤业有限责任公司煤矿。目前3个小煤矿在停产整合中。

  八、地面建构筑物及设施

  本井田范围内无文物古迹旅游区。本井田扩大区中东有村庄陈家玲和小寨村等。别无其它建构筑物及设施。

  第二节 矿井外部建设条件与评价

  一、运输条件

  该井田距店头镇不到2km。公路有黄(陵县)~上(畛子)公路从本区南部穿过,在黄陵与210国道(西包线)和铜黄高速公路相连;上(畛子)~槐(树庄)公路北可达直罗镇,向东北可达富县,西北可抵甘肃庆阳。铁路有西(安)~延(安)铁路支线秦家川~七里镇(店头)段已竣工交付使用。通过矿井专用线,矿区支线到达西安铁路枢纽新丰镇可达全国各地。矿区交通便利。

  二、电源条件

  矿区已经形成双电源供电,电源分别引自黄陵330KV变电站和店头110KV变电站。矿井施工电源可直接取自通过本矿井工业场地的由矿区中心区至上畛子水厂的35KV线路,矿井生产供电可直接取自矿区110KV变电站。因此,本矿井供电电源落实,供电系统可靠。

  三、水源条件

  矿区供水水源取自矿区西北部的上畛子水源地,含水层位为白垩系下统洛河组砂岩地下水,矿区供水管路为两趟400㎜水泥承压供水管,直接通至该矿井。因此矿井供水水源可靠,水量充足。

  四、通信条件

  该矿所处地区已开通程控电话通信系统和移动电话通信系统,并分别进入国内、国际自动传输网。中国移动、中国联通等公司的移动通信信号已覆盖矿区,可实现无线通信。

  五、主要建筑材料供应条件

  矿井建设所需的主要建筑材料如钢筋、木材等需由外地调入,水泥、砖瓦、沙、石等大宗建筑材料可就地生产或采购。

  六、外部条件综合评价

  该矿区交通方便,电源可靠,水源充足,通信便利,大宗建筑材料可就地生产或采购。陕西煤化集团黄陵煤业总部就设在店头镇,设备供应,机械维修,矿山救护,医疗卫生,社会服务均可满足该矿机械化改造外部条件要求。

  第三节 矿井资源条件

  一、地层

  瑞能煤业公司煤矿区位于黄陵矿区东北部,据地表出露和钻探、井巷工程揭露的地层由老至新主要有三叠系上统永坪组、侏罗系下统富县组、侏罗系中统延安组、直罗组及第四系。地层由老到新简述如下:

  1.三叠系上统永坪组(T3y):区内东南部之张家湾、相柳、鲁寺、白石村一带及侯庄沟内均有零星出露。岩性以灰白色、灰绿色中粒砂岩为主,夹深灰、灰绿色泥岩。砂岩成分以石英为主,含长石黄铁矿及白云母,中石英含量大于80%,长诗10%,分选性中等~差,次棱角状,孔隙式~接触式钙质和钙质胶结,厚层状泥岩具水平层理。属河湖相沉积。个别钻孔含油迹,具直线型或收敛型斜层理,泥岩具水平层理。本组地层厚度不详。

  2.侏罗系下统富县组(J1f)

  下侏罗统富县组(J1f):区内被第四系黄土掩盖,根据钻探工程揭示本井田确有此组地层存在,除井田西北部和东北角外,余均有分布。厚度变化受构造控制即向斜轴部厚,背斜轴部薄。属残积,冲积和河道相。岩性下部为灰绿灰白色中粒砂岩夹同色泥岩或粉砂岩,部分含石英砾石及泥岩块,断续有油迹。中部为灰绿色紫杂色泥岩和不稳定的灰白色中粒砂岩,局部断续有油迹。上部为深灰灰绿色紫,红色粉砂岩泥岩互层,含菱铁矿鲕粒和铝质泥岩薄层。无层理,含零星的植物化石碎片。根据钻孔揭露厚度0~81.40m,平均厚40.28m。与延长群呈假整合接触。

  3.侏罗系中统延安组(J2y)

  为本区含煤地层,全区分布。出露于井田之张湾沟内,店头后沟,鲁寺,白石等地。地层南薄北厚,厚度34.35~119.60m,平均厚度88.77m。各段回底部以灰白色砂岩开始,向上为深灰色粉砂岩及灰黑色泥岩。含煤四层,自上而下编号为0、1、2、3号煤层,主采煤层2号煤及零星可采的3号煤(组)位于下中段的上、下部。植物组合属锥叶蕨—拟剌葵植物群。岩相特征从下部的河流相到最后以湖滨三角洲相结束。依其岩性可分为三段。

  下段由深灰色泥岩,砂质泥岩和粉砂岩为主夹同色细砂岩和2、3号煤层组成。底部为灰白色中细粒砂岩为标志层K3。其相序为河床相—河漫相—复水沼泽相—湖泊相。

  中段下部为灰白色中细粒砂岩,以石英为主,长石次之,分选中等,泥钙质胶结。具波状收敛状斜层理,为标志层K2。中部为深灰色粉细砂岩互层夹煤层(1号煤),含植物化石碎片及黄铁矿结核。上部为深灰色粉砂岩和同色泥岩组成,砂岩分选好,具水平及不规律水平层理。此段从湖滨三角洲开始至深湖泊相结束,中夹湖沼相和泥炭沼泽相含煤性差。

  上段由深灰色泥岩和浅灰色细砂岩组成,其泥岩和粉细砂岩均为厚层状,分选好,次棱角至次圆状,灰质及矽质胶结,具缓波状或不规则的水平层理,含植物化石碎片及黄铁矿结核。显示浅湖泊相—深湖泊相之特征。

  中段:该段顶部为一厚层泥岩(标志层K3),底部为一层中、细砂岩,俗称“七里镇砂岩”(标志层K2)。中部细、粉砂互层夹1号煤层。

  4.侏罗系中统直罗组(J2z)

  侏罗系中统直罗组(J2z):出露于店头东沟,鲁寺东沟及白石一带。岩性为灰白色中粗粒石英砂岩,厚层状,成份石英约占70%、长石约占25%,颗粒呈韵律变化,半棱角状,分选不均,底部多为细砂岩和粗砂岩,为标志层K3 (俗称直罗砂岩)。与下伏地层呈假整合接触。区内厚度0~67.79m,平均32.61m。该组地层可划分为上下两段,分述如下:

  (1)直罗组下段(J2z1)

  上部岩性为灰白-灰绿色厚-巨厚层状中-粗粒长石石英砂岩(俗称直罗砂岩),底部含砾,粒度下粗上细。碎屑成分中石英占75%,长石约占15~20%,有铁质侵染。具大型交错层理,含泥砾砂化木,该层岩性、物性特征明显,广泛分布,厚度大,层位稳定,定为标志层K4。

  下部为灰绿、灰紫色泥岩夹灰-灰绿色细粒砂岩;泥岩无层理,块状。全段厚30.43~96.00m,平均厚度56.89m。与下伏地层呈假整合接触。

  (2)直罗组上段(J2z2):由一套灰绿、紫红色泥岩、砂质泥岩和褐灰、紫红色细粒砂岩组成。泥岩和砂质泥岩呈块状,无层理,中夹石膏薄层。底部为紫红、灰紫色中-细粒砂岩。碎屑成分中石英占70%,长石约占25%,以含浅红色长石为其特征,分选性较差,棱角~次棱角状泥、钙质胶结,块状。区内具南薄北厚的变化规律。本段地层厚度11.60~144.03m,平均107.10m。与下伏地层呈整合接触。

  5.第四系上更新统马兰组(Q3m)

  该组地层主要出露于山梁、山坡地带。岩性以灰黄色亚粘土、亚砂土为主,中夹多层钙质结核层和古土壤层,厚度0~173.98m,平均112.44m。与下伏地层不整合接触。

  6.第四系全新统冲洪积层(Q4)

  分布于各大支流沟谷地带,属冲洪积层沉积。岩性下部为砂砾石层,分选性极差,粒径大小不一,大者可达20cm左右。上部岩性以灰褐色亚沙土、沙土为主,厚度0~8.87m,平均5.73m。与下伏地层不整合接触。

  二、地质构造

  瑞能煤业公司煤矿位于黄陵矿区北部中段,总体构造为一倾向北西的大单斜构造。区内均未见大断层及岩浆岩活动。延安组地层呈现为平缓而简单的波状起伏及单斜构造,地层倾角1~3°。因此,本煤矿构造属简单类。

  三、煤层

  1.含煤地层

  煤矿区内含煤地层为中侏罗统延安组,一般厚度114m。煤层赋存于延安组中下部,共含煤四层,自上而下编号为1号煤,2号煤,3-1煤,3-2煤,倾角2~3°,煤层总厚3.86m,含煤系数2.97%。其分布及厚度变化除1号煤外其它煤层均受构造控制,即在向斜轴部附近煤层分叉,向两翼煤层间距变小至合并。

  1号煤:位于延安组地层中下部K2砂岩之上。在井田内煤层倾角2~3°,厚度0~0.80m,平均厚0.38m,不可采。煤层结构简单,一般不含或含夹矸一层,厚0.10m。下距2号煤15~24m,平均间距21.10m。

  2号煤层:分布于全煤矿区,为区内唯一可采煤层,煤层埋藏深度约80 m~230 m;底板标高+917~+970 m。2号煤层位于延安组下部,K2砂岩之下。可采厚度0.80 m~3.21 m,平均1.64 m,属于中厚煤层,厚度比较稳定;煤层结构简单,含夹矸1~3层,夹矸厚度一般0.20 m~0.35 m,多为泥岩和泥质页岩。2号煤层厚度等值线图(图3-3)

  3-1号煤层:位于延安组之下部,为2号煤之分叉。煤层倾角3~5°,厚度0~0.92m,平均厚0.47m,属于不可采煤层。

  3-2号煤层:位于延安组之下部,K1砂岩之上。为3-1煤之分叉。厚度0~0.7m,平均0.50m,属于不可采煤层。

  2.可采煤层

  2号煤层是区内唯一有工业价值的可采煤层。

  (1)层位、厚度及可采范围

  

 

2号煤层位于延安组第一段的中上部,K2标志层以下,层位稳定,全区分布。在42个钻孔中有42个见煤钻孔,厚度0.65(8-4) ~3.21m(6-5),平均1.64m。可采点39个,可采点数占见煤点数的92.9%。见表1-3-1。

 

 

 

 

  (2)厚度变化规律

  可采厚度(计量)0.80(S73) ~2.31m(C1),平均可采厚度2.18m。煤层埋深120~460m,底板标高930~970m。可采面积15.48km2,占煤矿区面积的 99.4 %,基本全区可采。从2号煤层底板等高线图及厚线图可以看出,2号煤层一般厚度多在1.30~3.50m之间,主要赋存于区内波谷区。可采范围内煤层厚度虽横跨薄(0.80~1.30m),中厚(1.30~3.50m)及厚(>3.50m)三个分级,但其变化规律明显,即沿波谷向两侧基底隆起区逐渐由厚变薄。3.50m以上的厚煤带完全集中在波谷区,而1.30m以下的薄煤层均分布于隆起和波峰顶部。中厚煤层区约占全区煤层可采面积的79.0%以上。2号煤层厚度变化较小,且变化规律明显,基本全区可采,属厚度稳定的中厚煤层。

  (3)煤层顶、底板及分布规律

  2号煤层顶板按岩性、层位、厚度及采掘垮落情况可分为老顶、直接顶和伪顶。

  伪顶:主要为薄层状泥质粉砂岩或砂质泥岩,个别钻孔为炭质泥岩,厚度均在0.5m以下,有时与直接顶板在岩性上不易区分,但以其薄层状及随采随落为特征。

  直接顶板:直接顶岩性变化较大,以黑色泥岩为主,局部为粉砂岩或细粒砂岩,呈厚层状,有时与煤层直接接触,厚度0.7~20.6m不等,一般9m左右,为不稳定、易冒落顶板。

  基本顶:以块状灰白色中~细粒岩屑石英砂岩为主,俗称“七里镇砂岩”,为本区K2标志层,有时相变为粉细砂岩互层或粉砂岩。岩性较坚硬,厚层状,不易垮落。全区分布,层位稳定。厚度0.9~28.0mm,一般3~11.96m。

  2号煤层直接底板:主要为一套厚度较薄的灰色团块状粉砂质泥岩,有时含粉砂质、硅质、钙质、菱铁矿鲕粒,顶部含根系化石,俗称“根土岩”,呈团块状结构,遇水膨胀,易发生底鼓,厚度一般0.38~5m,一般1~2m,具有波谷部位,厚度较大,向两侧减薄的变化规律。

  (二)煤层对比

  1.对比方法和依据

  本次煤层对比采用沉积旋回,标志层和测井曲线组合形态等对比方法,现分述如下:

  (1)沉积旋回性:本区延安组地层沉积旋回结构明显,易于划分和对比。黄陵矿区几十年来勘探实践证明,旋回结构对比是煤层对比行之有效的方法之一。经分析对比,区内延安组含煤地层自下而上可划分为四段六个沉积旋回,除第四段即第Ⅵ旋回分布范围小、不完整外,其它各段各旋回广泛分布,且较为完整。

  1号煤层区内大部分布,位于中段Ⅱ旋回上部的泥岩或粉砂岩之中下部,K2标志层(俗称七里镇砂岩)之上。

  2号煤层全区分布,位于下段Ⅰ旋回之中上部。

  3号煤层区内局部分布,位于下段Ⅰ旋回之中下部。

  (2)标志层对比法:据以往和本次研究结果与矿区范围之标志层对比基本一致,本区共划分4个标志层。由下而上编号分别为k1、k2、k3、k4。

  K1标志层:为富县组(J1f)顶部的“花斑泥岩”,其颜色岩性特征明显,层位稳定,分布广泛,位于延安组地层之下,在隆起和波峰顶部缺失沉积。3号煤组和2号煤层位于其上,是该两煤层对比确定的可靠标志。

  K2标志层:为延安组第二段第Ⅱ旋回底部的“七里镇砂岩”。

  该砂岩为中-细粒砂岩,层面含云母片,黄铁矿结核及植物化石碎片等,局部相变为粉砂岩或细粒砂岩夹粉砂岩薄层,层位稳定,全区分布,其本身岩性特征明显易于对比,为2号煤层的老顶或直接顶板。2号煤层位于其下,而1号煤层位于其上。K2砂岩是对比2号煤层及1号煤层的重要标志。

  K3标志层:为延安组第二段顶部(即第Ⅳ旋回顶部)的厚层状湖相泥岩,其为整个陕甘宁盆地延安组湖相发育鼎盛期的产物,在区内分布广泛,且稳定,厚度较大,在含煤地层组段及旋回划分中起重要作用。

  K4标志层:为直罗组下段(J2z1)下部之厚层状、灰白色长石石英中-粗粒砂岩,且底部含砾,是划分延安组与上部地层的重要标志。

  (3)测井曲线对比法: 本区各旋回地层、煤层及围岩的物性反映异常明显,自然伽玛曲线对解释、划分岩层非常有效,是岩层层位对比的重要依据;电阻率电位曲线则是各煤层的定性,岩层厚度解释及层位对比的有力工具。还有其他测井曲线可以与以上两条重要曲线相配合使用,使地球物理测井在岩煤层对比上起到应有的作用。

  2号煤是本区主要的可采煤层,大多数含有一层夹矸,其岩性多为泥岩、粉砂岩,且层位稳定,物性特征明显。四条曲线形态组合为“一高二低一负”:即高电阻率、低密度、低自然伽玛、负自然电位。电阻率曲线 “高峰林立”,而自然伽玛、密度曲线均呈“低凹箱”形。位于2号煤上有一层细粒砂岩,俗称“七里镇砂岩” (标志层K2),在本区内层位稳定,物性特征明显。与上下围岩相比其电阻率值较高,密度值略低,而自然伽玛、自然电位两条曲线明显低于围岩。

  位于“七里镇砂岩”以上的煤层为1号煤,其物性特征明显,各参数曲线均呈“小尖峰”状,且幅值较大,而位于2号煤以下的煤层为3号煤,其物性特征类似于1号煤,但幅值较小。

  2.煤层对比可靠性评价

  本区煤层层数较少, 1号煤层为大部分布,只有极少数点可采的不可采煤层;3号煤层为局部分布,只有极少数点可采的不可采煤层。

  2号煤层属层位稳定,厚度变化小的稳定的中厚煤层。用以上方法综合进行对比,获得了较满意的地质效果,所以本区的煤层对比是可靠的。

  四、煤质

  (一)煤的物理性质和煤岩特征

  1.煤的物理性质

  本区内0、1、2、3号煤呈黑色,粉色为褐色及褐黑色。沥青及玻璃光泽,断口为阶梯状、参差状,呈条带状、线理状结构,具层状,块状构造;质硬而脆,内、外生裂隙较为发育并为方解石及黄铁矿薄膜等充填。另外,煤层中还含有少量黄铁矿结核及菱铁质鲕粒等。煤易燃、烟浓,具有熔融膨胀现象。

  2.宏观煤岩特征

  (1)宏观煤岩组分:区内各煤层均由亮煤,暗煤、丝炭及镜煤所组成。但以镜煤、亮煤为主,次为暗煤、丝炭。2号煤层中丝炭含量相对较高,反映了成煤环境为一弱氧化环境。

  (2)宏观煤岩类型:区内各煤层均以半亮型煤为主。2号煤层的中上部以半亮及半暗型煤为主,中下部则以半暗及暗淡型煤为主。

  3.显微煤岩特征( 见表1-3-2、1-3-3)

  表1-3-2 煤岩显微含量及反射率测定成果汇总表

  4.煤的变质程度

  区内各井田勘查时期不一,横跨六十~八十年代,勘查程度为精、详、普查等阶段,再加样品测试单位不一,表现在成果上有所差异。

  详查资料表明1、2、3号煤层均以镜质组+半镜质组为主,含量由62.5%~86.4%,平均值分别高达80%、80.5%、77.7%;半丝+丝质组次之,含量为1.3~31.3%,平均值分别为15.7%、16.4%、18.4%;稳定组平均含量分别为3.4%、2.3%、3.1%。无机组分主要为粘土矿物、黄铁矿、方解石及石英等。

  根据黄陵矿业一号煤矿核实报告资料表明,主采的2号煤层有机组分含量较高,平均可达 90.8%。其中镜质组+半镜质组含量在34.6%~56.2%之间,平均为45.1%。半丝+丝质组含量在36.1%~57.8%之间,平均为44.4%。稳定组分含量在0. 5 %~2.2%之间,平均为1.3%。各组分均经反射率测定,准确可靠。

  无机组分中则以粘土类、碳酸盐类矿物为主,硫化物少量。其中碳酸盐类的方解石矿物多以薄膜状充填于煤层外生裂隙中。黄铁矿及菱铁质以原生结核或鲕粒状形态存在于煤层中,而硫化物主要以硫铁矿呈星点状分布于煤层中。

  综上所述,煤矿区内2号煤层的镜质+半镜质组含量在34.6%~86.4%之间,平均为59.9%;半丝+丝质组含量在1.30%~57.8%之间,平均为31%;校定组含量在0.5%~5.1%之间,平均为1.7%。镜质组最大反射率介于0.71%~0.80%之间,变质程度相对较低,属Ⅱ变质阶段之烟煤,即弱粘煤~气煤范畴。

  (二)煤的化学性质及工艺性能

  1.煤的化学性质

  (1)工业分析水分(Mad):区内2号煤层原煤水分变化在1.02%~2.49%之间,平均为2.02%。反映了低变质阶段烟煤水分含量的基本特征。浮煤水分变化在1.75%~4.19%之间,平均为3.18%。

  灰分(Ad):区内2号煤层原煤灰分变化在8.65~57.45%之间,平均为16.55%。以低、中灰煤为主,各占69.4%及19.8%,特低灰煤少量,占7.1%,高灰煤仅占3.9%。区内大部分分布低、中灰煤,一般与煤厚呈反比,煤厚处以低灰煤为主,煤薄处则以中灰煤为主,高灰煤零星分布。低灰煤次之。

  挥发分(Vdaf):区内2号煤层原煤干燥无灰基挥发分变化在18.49~39.09%之间,平均35.05%。浮煤干燥无灰基挥发分变化在31.74~37.79%之间,平均为35.78%。属中高挥发分煤,仅少数为高挥发分煤(占3%)。2号煤层浮煤灰分变化在3.30~14.26%之间,平均为5.59%。

  (2)煤中有害组分

  硫分(St,d):区内2号煤层原煤全硫变化在0.26~2.46%之间,平均为0.83%。 以特低硫煤为主,占52.9%、低硫煤次之,占33.0%,中-中高硫煤少量,分别占9.5%及4.6%,且零星分布。经1.4密度液洗选后,2号煤层浮煤全硫变化在0.12~1.22%之间,平均为0.45%。煤中各种硫。

  区内2号煤层原煤各种硫中硫酸盐硫(Ss,d)平均为0.029%,硫化铁硫(Sp,d)平均为0.373%,有机硫(So,d)平均为0.393%,以有机硫和硫化铁硫为主,硫酸盐硫少量。

  磷分(Pd):区内2号煤层原煤磷分变化在0.006~0.672%之间,平均为0.110%。以中-高磷分煤为主,其中高磷分煤占47.8%,中磷煤占34.2%,次为低磷,占17.4%.

  砷(As):区内2号煤层原煤砷含量变化在0.0~32.0μg/g之间,平均为4.5μg/g。以一级含砷煤为主,占73.5%,二级含砷煤占12.5%,一、二级含砷煤符合酿造和食品加工业燃烧用煤要求。三、四级含砷煤分别占10.9%、3.1%,零星分布。

  氯(Cl):区内2号煤层原煤氯含量变化在0.005~0.137%之间,平均为0.079%。以低氯煤为主(占82%),特低氯煤少量(占18%)。

  氟(F):2号煤层原煤氟含量变化在37.2~390.0μg/g之间,平均为179μg/g。含量较低,与神木煤相当。氟是煤中有害元素之一,燃烧后的挥发物易污染环境,因而必须引起重视。区内中、东部的以往资料无砷、氯、氟三项测定成果,故不能全区统计,只能以西部原双龙井田范围内测试值作为代表性统计和了解。

  (3)煤的元素分析区内2号煤层原、浮煤元素分析变化不大,总的特征是碳含量较高且稳定。浮煤Cdaf变化在80.90~88.33%之间,平均为84.70%;Hdaf变化在4.47~5.82%之间,平均为5.27%;Ndaf变化在0.17~1.64%之间,平均为1.32%;Odaf变化在4.79~10.96%之间,平均为8.12%。

  2.煤的工艺性能

  (1)煤的粘结性和结焦性粘结指数(GR.I):2号煤层浮煤粘结指数仅在煤矿区西部原双龙井田范围内有测试成果,中、东部均无此项测定成果,本次仅能以西部资料来代表。浮煤粘结指数变化在4~78%之间,以弱、中粘结煤为主,分别占38%,32%,中强粘结煤 ,占25%,少数强粘结及不粘结煤次之,分别占7.6%、1.9%。

  罗加指数(R.I):区内2号煤层罗加指数变化在18.2~74%之间,平均44.04%,属强~中等粘结煤,少数弱粘结煤。

  胶质层指数(y):区内2号煤层胶质层指数变化在0~18.5mm之间,平均为10.4mm。属中等粘结性煤,占54%,弱粘结性煤占46%。体积曲线类型以“平滑下降”为主,次为“微波型-波型”,少量“平滑斜降”。

  焦渣特征:区内2号煤层原煤焦渣特征一般为4~5,浮煤焦渣特征一般为4~6。

  从以上特征得出:区内2号煤层的粘结性和结焦性均属弱-中等。

  (2)煤的发热量

  区内2号煤层原煤Qnet,d变化在18.19~32.48MJ/kg之间,平均为27.40MJ/kg。原煤Qgr,d变化在18.84~37.94MJ/kg,平均为28.35MJ/kg,以高热值煤为主,占58.1%,特高热值煤次之,占32.5%,少量中、低热值煤分别占6.4%、3%。根据2005年在一号井煤矿采集了三个全水分样品,经测试其中平均值为4.47%。用全水分值换算出2号煤层Qnet,ar平均值为26.91MJ/kg。属中高热值-高热值煤,以高热值煤为主,次为中高热值煤。

  影响区内2号煤层发热量变化的主要因素是煤岩组分和原煤灰分。低变质阶段烟煤中镜质组分与丝质组分的发热量不同,镜质组分高,发热量高,丝质组分含量高,发热量相对变低。此外,发热量与灰分含量呈负相关关系,即灰分高发热量低,灰分低则发热量高。

  (3)煤的气化指标

  煤对CO2反应性:区内2号煤层温度为950℃时,其CO2还原率变化在7.5~62.7%之间,平均为30.0%。当升温至1100℃时,其CO2还原率变化在47.5~84.3%之间,平均为66.7%。因此,2号煤层属化学反应性较强的煤。

  热稳定性(TS+6):本区共采集的23个气化测试样品中,热稳定性测试的结果多为“烧后粘结成焦状”。 仅有三个样品测得TS+6变化在83.8~97.6%之间,平均为92.3%。属高热稳定性的煤。

  热稳定性试验只宜用于褐煤,贫煤,无烟煤和天然焦等不粘结煤。

  抗破碎强度:根据在一号煤矿采样及钻孔采样测试结果, 2号煤层抗破碎强度平均值为80%。属高强度煤(见表4-2-7)。

  煤的结渣性:煤在气化或燃烧过程中灰渣受热软化熔融而结渣的性质称为结渣性。区内2号煤层由于煤灰熔融性,灰粘度、灰成分的差异性,使得平均结渣率差异较大,灰熔融性较低的煤易结渣;煤中硫含量越高,灰熔融性越低,相应之下煤的结渣性也随之升高;有些煤虽然灰熔融性较高,但灰粘度小,也易结渣。灰成分中Al2O3含量小的比Al2O3含量大的煤易结渣。

  区内2号煤层当鼓风强度为0.1m/s时,>6mm灰渣平均结渣率变化在26.5~80.0%之间,属不易—强结渣煤,以不易结渣煤为主;当鼓风强度为0.2m/s时,>6mm灰渣平均结渣率变化在25.0~77.0%之间,属不易—中等结渣煤,以不易结渣煤为主;当鼓风强度为0.3m/s时,>6mm灰渣平均结渣率变化在19.0~82.0%之间,属不易—强结渣煤,以不易结渣煤为主,中等结渣煤次之。

  (4)煤的低温干镏及焦油产率

  区内2号煤层焦油产率(Tar.ad)变化在3.9~13.9%之间,平均为9.42%,以富油煤为主,占88.1%,少量含油煤及高油煤,分别占7.1%、4.8%。半焦(CR.ad)变化在49.80~88.05%之间,平均为79.51%。气体变化在1.90~9.50%之间,平均为5.75%。

  (5)煤灰成分、煤灰熔融性及灰粘度

  煤灰成分:区内2号煤层煤灰成分以SiO2和Al2O3为主,次为CaO、SO3和Fe2O3,其它均为少量。其中SiO2含量变化在19.25~65.70%之间,平均为47.37%。Al2O3含量变化在5.21~30.95%之间,平均为20.85%。CaO含量变化在0.16~42.92%之间,平均为13.69%。SO3含量变化在1.03~14.23%之间,平均为6.29%。Fe2O3含量变化在1.67~21.49%之间,平均为5.96%。属“高硅铝型”煤灰。

  煤灰熔融性:区内2号煤层ST变化在1035~1460℃之间,平均为1294℃。以中等软化温度灰为主,占47.7%,次为较低软化温度灰占30.3%,较高软化温度灰少量,占21.1。

  灰粘度:所谓粘度(动力粘度)即内摩擦系数。是说明灰渣在熔化状态时的动态重要指标。灰粘度对确定熔渣的出口温度有着重要意义。在固定床煤气炉中,为使炉渣顺利排出,灰粘度应小于50泊。粉煤化过程中,粘度应小于250泊。在液态排渣锅炉中,要求正常粘度范围是50-100泊,最高不超过250泊。现列出灰粘度试验成果表,为合理选择炉型排渣方法提供参考依据。

  煤灰特征的常用指数:结渣指数就是附集在燃烧炉的耐火砖壁上及其它暴露壁面上的熔渣。结污指数是指煤灰中的碱性成分,粘附在锅炉的对流管束,过热器和加热器上面,并腐蚀这些部分。经换算:区内2号煤层结渣指数为0.22,属低度结渣;结污指数为0.14,属低度结污。

  (6)煤的其它特征

  视密度:区内共测试40个2号煤层视密度样,其值变化在1.16~1.58g/cm3之间,算术平均值为1.31%。

  浮煤回收率:2号煤层1.4比重液浮煤回收率变化在13~95%之间,平均为62.4%,以良、优等为主,分别占43.3%、35.8%,中、低等次之,分别占10.7%、10.2%。

  有40个煤样选用1.5比重液,其浮煤回收率变化在24~100%之间,平均为67%,以优等为主,占55%,良等次之,占22.5%,少数中、低等,分别占12.5%,10%。

  煤中碳酸盐CO2:区内2号煤层碳酸盐CO2含量变化在0.24~3.85%之间,平均为1.79%。

  可磨性(HGI):区内2号煤层可磨性指数变化在53~81之间,平均为63.8。属中等可磨性煤,占55.5%;较难磨煤次之,占38.9;个别易磨煤,占5.6%。煤的可磨性是指煤被研磨成粉的难易程度。可用于测算粉煤锅炉和设备的耗电量及粉煤碎机的产量。

  煤中微量元素:区内2号煤层煤中微量元素锗、镓、铀均达不到一般工业品位要求。

  煤层顶板底板及矸石:2号煤层顶底板及矸石水分(Mad)变化在1.30~4.99%之间,平均值为2.28%;灰分变化在45.70~97.15%之间,平均为73.92%;硫分(St,d)变化在0.01~0.91%之间,平均为0.21%;磷分变化在0.002~0.075%之间,平均为0.030%;真密度值变化在2.62~2.83t/cm3之间,平均为2.74 t/cm3;干燥基发热量Qnet,d变化在0.12~5.55MJ/kg之间,平均为1.71MJ/kg。Qb,d变化在371~3692卡/克,平均为2399卡/克。对一些发热量较高的低热值炭质泥岩,可考虑作为矸石电厂燃料。

  2号煤层顶、底板及夹矸中的微量元素测定结果,数值相差不大,Ge平均值变化在0.8~1.1µg/g之间,Ga平均值变化在19.6~24.3µg/g之间,U平均值变化在2.5~3.1µg/g之间。Ge、U均达不到一般工业品位要求,Ga大部分也达不到工业品位要求,仅有部分(约占14.5%)样品超过30µg/g,其平均值仅为35µg/g,工业价值不大。

  (7)炼焦试验

  结焦性能:根据原双龙井田范围内2号煤层镜煤最大反射率,换算出2号煤层的组分平衡指数CBI=0.42,强度指数SI为1.93,而炼焦用煤的CBI应在0.6~1.5之间,SI应在3.5~4.1之间。区内2号煤层此二项指标均达不到炼焦的最佳值。

  配煤炼焦试验:区内2号煤层虽不宜单独炼焦,但煤层具灰分,硫分较低的优点,且具有一定粘结性能,1972年省冶金局在首钢钢铁研究所试验焦煤进行配煤炼焦试验,得出以30%勉县肥煤、20%黄陵弱粘煤及50%韩城瘦焦煤配合炼焦可获得较好的焦炭。

  要提高黄陵配煤比,则需要将配好的煤进行深度干燥(水分3%±)或捣固装炉处理,才能明显改进焦炭强度。

  试验焦炭结果表明:焦炭灰分、硫分低是优点,但M40较低,而M10则高。此煤可在炼焦过程中配入使用,不可单独炼焦。

  (三)煤的可选性

  1.简易可选性评定

  本区共采集2号煤层简易可选性试验样品9个。按中国煤炭可选性评定方法(GB/T16417-1996)进行评定。采用分选密度±0.1含量法进行评定。

  选用分选密度级为1.50和1.60两个级别进行评定。其中1.60级扣除沉矸后的土0.1含量在4.12~19.72%之间,属易选煤~中等可选煤。浮煤回收率均为优等;1.50级扣除沉矸后的土0.1含量在11.24~31.44%之间,属中等可选~难选煤,以中等可选煤和较难选煤为主,其浮煤回收率以优等为主,个别为良。

  2.可选性大样

  煤矿东南侧的仓村平硐于1977年采取2号煤层可选性大样试验结果:

  仓村平硐可选性大样评价用中煤含量法,浮沉试验结果表明:用1.4比重液进行精选,各粒级精煤数量>60%,精煤回收率属良等,灰分最大值为7.3%,中煤数量23.71~29.70%,中煤灰分最高26.07%,属难选煤。用1.5比重液进行精选,中煤数量为10.10~15.57%,精煤回收率可增高至70%以上,属优等,精煤灰分最大增高至8.91%,仍低于10%,可选性属中等。

  煤矿西南侧的双龙斜井于2000年采取2号煤层可选性大样试验结果:

  该样品属中灰、低硫、中等可磨、高强度、中高热值的1/2ZN(33)。采用分选密度±0.1含量法进行评定。选用1.60级扣除沉矸后的±0.1含量为7.49%,属易选煤,浮煤回收率为优等;选用1.50级扣除沉矸后±0.1含量为15.03%,属中等可选煤,浮煤回收率为优等。

  综上所述,矿井中可选性大样与钻孔中简易可选性样测试结果基本一致。选用分选密度为1.50级别,其可选性等级以中等可选为主;选用分选密度为1.60级,其可选性等级以易选为主。

  3.安氏泥化试验

  利用本区西侧的黄陵一号煤矿共采集安氏泥化试验样品7个,经测试:泥化比平均值在1.10~8.79%之间,均属一般泥化。泥化试验是研究煤和矸石在水浸扰下形成煤泥和泥浆的程度,研究煤粉和岩粉的浑浊对浮煤产率和质量的影响,为洗煤厂设计处理煤泥水工艺提供可靠资料。

  (四)煤类及工业用途评述

  1.煤类:据《中国煤炭分类国家标准》(GB5751—86)以浮煤干燥无灰基挥发分(900℃)和浮煤粘结指数为依据进行分类。区内西部原双龙井田范围内2号煤层煤类主要以RN(32)为主,QM(34)及1/2ZN(33)少量且不连片。区内均属六、七十年代的资料,且部分钻孔采用无芯钻进,无煤质测试资料。当时煤类划分采用《中国煤炭分类方案(1958年颁发)》,由于58年与86年的分类标准不一,本次通过陈鹏公式可计算Y值与粘结指数的关系,运用到本区Vd为28%~37%及Y以8~13mm范围内按公式计算结果粘结指数多在16.28~27.3之间,均属弱粘煤RN(32)。

  2.煤的工业用途:区内2号煤层属低中灰,中高挥发分、特低-低硫,中-高磷,特高-高热值,弱-中等粘结性,化学反应性较强,高热稳定性,抗破碎强度高,中等-较低软化温度灰的富油煤。

  根据本区2号煤层煤质特征:本区2号煤层是良好的动力及民用煤,同时也可作为气化、配焦、低温干馏、高炉喷吹用煤,

  五、水文地质条件

  瑞能井田位于黄陵矿业公司一号煤矿西南部,南面与黄陵县地方煤矿开采区相连。井田东西长约3000m,南北宽1250~2000m,范围4.47km2。因此,瑞能煤矿矿井水文地质条件受到区域水文地质条件的影响和制约,与周围矿井和小煤窑含水层之间的水力联系未发生改变,井田内外许多地方小煤窑的存在增加了矿井充水突水的可能性。

  (一)含水层特征

  按地下水的埋藏条件及含水层的性质,在井田内共划分了四个含水层,一个隔水层。其水文地质特征如下:

  1.第四系黄土潜水含水层

  第四系黄土为覆盖于基岩顶而组成黄土塬之松散堆积物,由亚粘土,亚砂土及数层钙核层组成。西南薄,北东厚,东北部X7号孔见其最大厚度189m。含水层为棕红色亚砂土,亚粘土钙核层。棕红色亚粘土,基岩顶面常为其相对隔水底板。地下水位埋深0~102.52m,塬上深,沟谷处浅,沟谷两侧沟脑处有泉水出露。泉水流量较小为0.325L/s,一般小于0.1L/s。据抽水试验资料:单位涌水量q=0.0018L/s·m,第四系潜水显示受沟谷切割而排泄的特点,沿沟谷发育方向往东南排入地表河流。东北部地下水排出地表后聚集汇入向阳(郑家河)水库,其总流量为16.19~29.8L/s。地下水矿化度0.28~0.38g/L,多为HCO3-(Na+K)·Ca·Mg型淡水。

  2.中侏罗统直罗组砂岩裂隙潜水含水层

  岩性主要为灰白色中粗粒长石石英砂岩,钙质胶结,裂隙发育,系井田主要含水层。最大厚度5-5号孔处74.75m。地表泉流量0.001~0.38L/s。据4-2号孔资料,潜水含水层厚度4.56m,单位涌水量q=0.0092L/s·m,渗透系数K=0.202m/d。就区域情况而言,该含水层为富水性弱~中等的含水层。直罗组至下伏煤层间有较厚之泥岩或粉砂岩为相对隔水层。地下水矿化度0.31~0.55g/L,据4-2号孔水质资料,为HCO3-(Na+K)·Ca·Mg型淡水。

  3.中侏罗统延安组砂岩裂隙承压水含水层

  延安组为遍布井田之含煤地层,南薄北厚,背斜轴部薄向斜轴部厚,由具韵律之较细碎屑沉积及煤层组成。含水层段主要为2号煤及其以上的七里镇砂岩。砂岩一般4~7层,最多为(8-3号孔)12层,其砂岩累计厚度一般为10~30m,最大累计厚度(C32号孔)66.09m。向北部沉积碎屑渐细,砂岩变薄或成为粉砂岩,泥岩。地表仅发现两处泉水,其流量,C8号孔=0.199L/s,C10号泉流量极微。据4-2号孔资料,系承压含水层。煤层以上段单位涌水量q=0.00374L/s·m,渗透系数K=0.0193m/d;煤底以下段单位涌水量q=0.0044L/s·m,渗透系数K=0.0145m/d,为富水性弱的含水层,地下水矿化度0.44g/L,属HCO3-(Na+K)·Ca·Mg型淡水。

  4.上三叠统永坪组砂岩裂隙承压含水层

  井田内零星出露,为含煤地层之基底岩层,除井田西北部,东北角外,皆有富县组地层分布于延安组与永坪组地层之间,成为相对隔水层。延长群由灰白,灰绿色中细粒砂岩为主夹深灰,灰绿色泥岩组成。井田内未发现泉水。据详查资料,其含水性变化极大,一般含水很小或不含水。据本次勘探之C27号孔试验性抽水资料,为承压水,钻孔水经提筒两小时另六分钟提至孔底,换算得钻孔涌水量Q=0.295L/s,单位涌水量q=0.0018L/s·m,富水性弱。水质矿化度最高可达4.556g/L,属HCO3-Ca·Mg、HCO3-Na型。

  (二)隔水层

  因瑞能煤矿区内直罗组上段地层基本缺失,井田范围内的隔水层主要有2层,其水文地质特征如下:

  1.侏罗系中统延安组上部相对隔水层(J2y1)

  该隔水层为“七里镇砂岩”以上延安组地层,厚26.88~115.31m(L87号钻孔),一般厚度在60m左右,岩性以深灰、灰黑色泥岩,灰色粉砂岩为主,中夹中细粒砂岩,含1号煤层,分布普遍。钻孔施工中,延安组地层顶部存在发育深度约12m左右的微风化裂隙,岩体不甚完整,据一号井堵水施工的Z30号孔取芯观察,裂隙面具铁红色水锈,曾被地下水侵染,深部一般未见明显裂隙,简易水文皆无异常现象,钻孔冲洗液消耗量均小于0.5m3/h,回次水位一般0~5m。仓村井田5-2号钻孔抽水试验,单位涌水量0.0038L/s·m,故认为该层为相对隔水层。该层厚度大,分布广,是区内稳定的隔水层。

  2.延安组下部及富县组相对隔水层(J2y1+J1f)

  主要由2号煤层以下延安组及富县组地层组成,2号煤层底板以下延安组地层岩性主要由灰黑色泥岩、粉砂岩组成,厚度一般小于10m;富县组以花斑状泥岩为主,夹粉细砂岩,厚度变化呈南薄北厚的变化趋势。仓村井田4-2号孔抽水试验资料:单位涌水量0.0044L/s·m,渗透系数0.0025m/d,本层富水性及渗透性较低,为相对隔水层。

  (三)矿井充水条件

  矿井充水条件主要包括充水水源、充水通道和充水强度。

  1.充水水源

  ①大气降水:矿区属半干旱地区大陆性气候,年平均降水量977.7mm,蒸发量大于1300mm,雨水多集中在七、八、九月,由于地形起伏较大,沟谷切割严重,地表泄水畅通,不利于大气降水在地表的滞留,但本区地处林区,地表植被茂密,有利于大气降水蓄积下渗,因此,大气降水对地下含水层有一定的补给作用。

  ②地表水:本区最大河流为沮河,因距矿井较远,且无水力联系,对矿井开采无影响。其它河谷流量甚小,李章河0.013m3/s,柳树沟0.008m3/s,这些水系主要系附近山坡的汇水水沟,具有季节性泄水特征,考虑到这些水系在井田范围内通过,与第四系黄土潜水层有补给关系,通过本矿开采塌陷裂缝和周边小窑开采塌陷裂缝流入井下,造成矿井涌水量增加,对矿井开采安全有一定影响,生产时务必注意防范。

  ③老空区积水:本井田内外分布有多处小煤窑,虽然大多数小煤窑已经关闭,但小煤窑采空区的范围、积水量不完全清楚,给矿井防治水增加了很大的复杂性,成为矿井突水的重要因素。

  ④含水层水:本井田内主要有4个含水层,但对矿井充水有影响的含水层是延安组中部含水层和直罗组砂岩裂隙潜水含水层。

  1)中侏罗统延安组中部含水层水:延安组中部含水层段主要是2号煤层及其煤层顶板七里镇砂岩。砂岩一般4~7层,最多为12层,其砂岩累计厚度一般为10~30m,最大累计厚度66.09m。地表仅发现两处泉水,较大的泉水流量0.199L/s,另一泉流量极微。据4-2号孔资料,系承压含水层。煤层以上段砂岩含水层单位涌水量q=0.00374L/s·m,渗透系数K=0.0193m/d;2号煤层以下段砂岩含水层单位涌水量q=0.0014~0.0055L/s·m,渗透系数K=0.0324~0.2482m/d,为弱富水性的含水层。

  2)直罗组砂岩含水层水:直罗组砂岩含水层地下水,系本井田内主要含水层,含水层最大厚度在5-5号孔处74.75m。地表泉流量0.001~0.38L/s。据4-2号孔资料,潜水含水层厚度4.56m,单位涌水量q=0.0092L/s·m,渗透系数K=0.202m/d。但该含水层富水性在黄陵矿区变化较大,属于弱到中等富水性。该层厚度大、分布广、出露多、易于补给,在受古剥蚀作用造成直罗组上段隔水层缺失的区域,该层地下水可接受上层水的天窗式补给,富水性明显增强,为富水性弱~中等的含水层。

  综上,大气降水及山坡的汇水一般为本矿井间接充水水源,主要补给地下水。正常情况下,延安组砂岩裂隙含水层水是矿井直接充水水源,直罗组砂岩含水层地下水是矿井间接充水水源,井田内外小煤窑采空区积水是矿井充水的一个重要来源。

  2.充水通道

  ①断裂构造 张性断裂构造一般是导水构造,但本井田内断裂不发育,因此,通过断层导水的可能性就很小。到目前,仅在井田西南部发育一条落差<5m的小型正断层,断层延伸长度500m,未见该断层导水。

  ②废弃巷道和小煤窑采空区 井田内外存在许多小煤窑,废弃巷道及采空区积水较多,如果煤层埋藏浅,采矿形成的裂隙带会沟通地表水,如果本矿的采掘活动沟通小窑巷道或者采空区,会引发矿井突水事故

  ③采矿形成的导水裂隙带 本区第四系在直罗组上段隔水层以上,该层厚度百米左右,稳定而普遍,其上各含水层距煤层较远,不参与矿井水补给。直罗组下段砂岩含水层虽为侏罗纪地层中富水性最强的岩层,但其下至2号煤层顶板砂岩以上为延安组相对隔水层,因此直罗组下段砂岩含水层能否成为矿井充水水源,取决于煤层开采后导水裂隙带最大高度能否沟通该含水层。

  煤层开采所形成的导水裂隙带最大高度与诸多因素有关,主要有煤层开采厚度、煤层顶板管理方法、岩性及其物理力学性质等。

  据和本矿地质条件相近的相邻矿井黄陵一号煤矿资料,煤炭科学研究总院西安研究院于2009年曾在黄陵一号煤矿603工作面进行裂隙带高度的钻孔探测,在2.5m的采高情况下,实测导水裂隙带的发育高度可达到65m。

  根据直罗组含水层以下至延安组中部含水层之间的相对隔水层厚度平均60m左右,在井田内隔水层较薄的区域采矿裂隙带可导通直罗砂岩含水层水。因此,直罗砂岩含水层也是矿井充水的一个重要水源。

  3.充水强度

  瑞能煤矿开采充水强度主要决定于:煤层及上覆砂岩裂隙水的富水性,采空区积水面积与积水量,开采后导水裂隙导通条件以及小煤窑与矿井的沟通情况。此外与采煤工作面所处位置也有关系。

  不同充水方式表现为不同的充水强度:

  ①以延安组中部直接充水含水层为充水水源,由于其水量小,补给条件差,其充水强度最低。延安组中部含水层水是矿井水的经常性补给因素。

  ②以直罗组下段砂岩含水层为充水水源,地层天然及人工导水裂隙为导水通道,其充水强度表现为水量大,持续时间短,以静储量为主。动储量的大小取决于直罗组含水层的补给条件。在直罗组上段隔水层缺失的地段,该含水层接受天窗式补给,水量大,富水性强,对矿井影响较大,需加以防范。

  ③以人为沟通小窑采空区形成的矿井充水,充水强度表现为:水量大,来势猛,威胁严重,此种充水方式需重点防范,应通过调查及地面物探,摸清积水采空区的分布范围,合理留设防水煤柱。

  ④水文地质类型

  本区为一个向北西倾斜的单斜构造,构造简单,无构造破碎带,煤层直接充水含水层主要为延安组中部含水层。单位涌水量小于0.1L/s·m,补给条件差,故本区水文地质条件确定为以裂隙充水为主的及复杂型。

  ⑤充水因素分析

  1)充水水源:本本井田充水水源较广泛,主要有以下几类水源:

  大气降水:煤矿区属半干旱地区大陆性气候,年平均降水量978mm,蒸发量大于1300mm,雨水多集中在八、九月,由于地形起伏较大,沟谷切割严重,地表泄水畅通,不利于大气降水在地表的滞留,因此,大气降水对地下含水层的补给条件较差。

  沮河水:沮水河为区内最大河流,流量0.52~11.111m3/s,一般3m3/s左右。铁一院计算之百年一遇洪峰流量为216m3/s,最高洪水位高出河床3m左右。该河流量最大,补给充足,为1999年“3.24”突水事件的间接补给水源。

  老空区积水:自八十年代以来,沿沮河沿岸小煤矿密布,特别是沮河河谷河浦村至一号煤矿井口一带,先后有二十余个小煤窑开采2号煤层,由于开采不规范,且多已串通,一九九八年七、八月份,大多数已被水淹。

  由于小煤矿开采沮河河床下的保安煤柱,且煤层埋藏浅(40m左右),造成河床开裂,塌陷,河水渗漏,将沮河水引入地下,是造成矿井水害的主要因素。采空区积水由于受沮河水补给,不仅具有较大的静储量,且具有极大的动储量,是对未来矿井开采威胁最大的充水水源,如“3.24”突水事件,应特别引注意。

  直罗砂岩含水层地下水:浅部风化裂隙较发育,富水性变化较大,泉水流量0.1~0.45L/s,据钻孔抽水试验资料,钻孔涌水量0.118~5.36L/s,单位涌水量0.0038~0.1858L/s·m,渗透系数0.01880-0.227683m/d。该层厚度大、分布广、出露多、易于补给,在受古剥蚀作用直罗组上段隔水层缺失区域,该层地下水可接受上层水的天窗式补给,富水性明显增强,水质有明显的改善,为富水性中等的含水层。

  大气降水及沮河水为本矿井间接充水水源,主要补给地下水及周边老空区积水,而老空区积水及直罗组下段含水层地下水是矿井主要充水水源,开采中应注意防范。

  (2)充水通道

  矿井充水通道主要有以下几类:

  古风化裂隙:延安组上部地层在300、402工作面区域遭受风化作用,地层风化裂隙发育,风化裂隙充水带厚度20m左右,在采煤形成的导水裂隙带与风化裂隙连通并沟通直罗组含水层的情况下,直罗组含水层地下水可导入矿井。

  断层及构造裂隙:本区未见大的断层,仅在300工作面南北发现F3 、F4二条小型东西展布的断层。根据井下探放水结果,断层带宽度均小于1米,岩性为泥岩、砂质泥岩,因此,F3、F4断层导水性较弱。但是,小型构造裂隙和相对隔水层中的个别砂岩富集点中的裂隙部分具有导水性质,应注意防范沟通主要含水层。

  巷道及采空区:一号煤矿沮河沿岸以往生产矿井较多,现多已废弃,巷道系统及采空区大多已积水,其分布位置不详,未来矿井开采期间,应防止沟通造成矿井突水。

  (四)矿井水文地质类型

  矿井受采掘破坏或者影响的含水层主要是延安组中部含水层和直罗组下段含水层水,延安组中部含水层富水性弱,直罗组含水层水可接受上层水的天窗式补给,富水性弱~中等。井田内外分布有多处小煤窑,具体位置、范围、积水量不完全清楚,是影响矿井安全生产的一大危害。矿井建设期间发生过突水事故,矿井正常涌水量30m3/h,最大涌水量120m3/h。因小窑水的分布范围,积水量较难查清,矿井防治水工程量较大,且具有一定的难度。对照《煤矿防治水规定》,综合考虑,最终将瑞能煤矿水文地质类型确定为“极复杂”类型。

  (五)矿井涌水量

  陕西省煤田地质局一九四队提供的《陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿资源储量核实报告》中未对矿井涌水量进行估算。根据瑞能煤矿提供的历年涌水量资料,2004年生产原煤为0.54Mt/a,矿井正常涌水量30m3/h,历史最大涌水量120m3/h。据此按比拟法计算,当矿井生产能力达0.6Mt/a时,估算矿井正常涌水量应达60m3/h,最大涌水量应达135m3/h。

  (六)供水水源

  1.已有水源地

  矿区西北部的上畛子水源地,含水层位为白垩系下统洛河组砂岩地下水,共施工28口水源井。用于满足红石崖煤矿生产生活用水,供水管沿沟分布,无明确水源地边界范围。

  2.未来水源地找水方向及建议

  矿区可作为供水水源的地下水为洛河砂岩含水层地下水。该层厚度大,分布广,富水性强,水质符合饮水要求。随着矿区建设步伐的加快,黄陵二号井的建成投产,为解决矿区用水需求,据以往资料,提出以下供水方向:

  ①地下水

  a洛河砂岩含水层

  上畛子水源地已经开发,以北至小川子河(槐树庄国营农场)流域,面积约1000km范围内,洛河砂岩厚度大,富水性强,水文地质条件与上畛子水源地相同,是一个相当有潜力的未来水源地,应首先考虑在该区域进行水源普查工作。

  b华池砂岩含水层

  上畛子国营农场以西,华池砂岩含水层封闭条件较好,钻孔涌水量可达461.88m3/d,属中等富水含水层,在浅埋藏区,矿化度小于1g/l,水质属HCO3-Ca·Na型,如上4、上16号钻孔,但到了埋藏较深的部位,矿化度可超过1g/l,水质也转变为SO4-Na型微咸水,作为饮用水,需经过淡化处理。

  c河谷冲、洪积潜水含水层

  该含水层据1971年省水文一队提交《黄陵县店头、双龙河谷地区地下水资源勘探报告》(初步勘探),双龙地区卵砾石含水层中每口井的日出水水量为400m3,开采储量2870m3/d,由于河谷不宽,另外富水性差异很大,故开采储量可按半数考虑,若作为永久性水源地,尚需进一步进行详细勘探,落实储量。

  ②地表水

  沮河、李章河、西沟,焦家沟,百药沟、丁字川等河流水质清澈,做为生产用水,可以加以利用,根据以往观测资料,水量如下:

  咀头沟:0.0008 m3/s;烧火沟:0.045 m3/s;米家沟0.021 m3/s;河寨沟0.006 m3/s;柳树沟0.008 m3/s;李章河0.013 m3/s。

  六、其它开采技术条件

  1.瓦斯

  根据“仓村井田(补充)扩大精查勘探地质报告”显示:地质勘探阶段共采集2号煤层煤芯瓦斯样品10个。其中,在瑞能矿权范围和周边有4个钻孔。测试分析结果(表1-3-4)显示:

  带。矿井最近3年瓦斯等级鉴定数据(表1-3-5)表明:矿井瓦斯绝对涌出量1.49~2.67 m3/min,平均2.16 m3/min;瓦斯相对涌出量3.03~6.99 m3/t,平均4.76 m3/t。连续三年鉴定结果均为低瓦斯矿井。根据《陕西省煤炭工业局关于2010年度全省煤矿瓦斯等级鉴定结果的批复》(陕煤局发【2011】4号),本矿井瓦斯绝对涌出量1.61 m3/min,瓦斯相对涌出量3.54m3/t。CO2相对涌出量3.54m3/t。

  2.煤尘

  根据陕西煤矿安全装备检测中心2009年10月16日鉴定的《陕西瑞能煤业有限责任公司煤尘爆炸性鉴定报告》鉴定结论为2 号煤层煤尘有爆炸危险性。

  3.煤的自燃

  根据陕西煤矿安全装备检测中心2009年10月16日鉴定的《陕西瑞能煤业有限责任公司煤层自燃倾向性鉴定报告》鉴定结论为2 号煤层自燃倾向性属Ⅰ类容易自燃。

  4.地温

  本区未发现地热异常,属地温正常区。

  5.煤层顶底板

  (1)基本顶:以块状灰白色中~细粒岩屑石英砂岩为主,俗称“七里镇砂岩”,为本区K2标志层,有时相变为粉、细砂岩互层或粉砂岩。岩性较坚硬,厚层状,不易垮落。全区分布,层位稳定。厚度0.9~28.00m,一般3~12m。局部地段该层砂岩直接覆盖在2号煤层之上。砂岩天然容重2.48~2.70g/cm3,孔隙率1.10%~4.43%,干燥状态下抗压强度37.5~127.7Mpa,平均63.9Mpa,饱和单轴抗压强度14.2~68.1Mpa,平均37.7Mpa,天然抗拉强度1.47~6.10MPa,平均2.82Mpa。本井田基本顶属中等稳定~稳定的不易冒落顶板。

  (2)直接顶:直接顶岩性变化较大,以黑色泥岩为主,局部为粉砂岩或细粒砂岩,呈厚层状,有时与煤层直接接触,厚度0.7~20.6m不等,一般9m左右,天然容重2.52~2.62g/cm3,孔隙率0.80~4.10%,干燥状态下抗压强度19.9~52.1Mpa,饱和单轴抗压强度10.5~32.6Mpa,天然抗拉强度1.0~2.76MPa,为不稳定、易冒落顶板。

  (3)伪顶:主要为薄层状泥质粉砂岩或砂质泥岩,个别钻孔为炭质泥岩,厚度均在0.5m以下,有时与直接顶板在岩性上不易区分,但以其薄层状及随采随落为特征。

  (4)底板:主要为一套灰色团块状粉砂质泥岩,有时含粉砂质、硅质、钙质、菱铁矿鲕粒,顶部含植物根系化石,俗称“根土岩”,呈团块状结构,遇水膨胀,易发生底鼓,厚度一般0.38~5m,一般1~2m,其分布一般也具有向斜部位厚而背斜部位薄的特点。天然容重2.38-2.72g/cm3,孔隙率0.80~8.11%,干燥状态下抗压强度8.5-112.0Mpa,饱和单轴抗压强度9.6~62.9Mpa,天然抗拉强度0.98~4.42MPa,为松软易变形的不稳定底板。

  (5)煤 层:2号煤层多为块状,内、外生节理裂隙都较发育,垂直抗压强度12.5~19.1Mpa,抗拉强度0.42~0.52Mpa,为易于开采,强度中等的煤层。

  七、矿井资源量

  根据2011年5月23日陕西省国土资源厅颁发由新采矿许可证,采矿许可证号为C6100002011051120112677,生产规模0.3Mt/a,有效期限2011年5月23日至2012年5月23日。开采标高+985m~920m。井田东西宽约3~8km,南北长约5~7km,形状不规则,矿区范围面积为15.4885km2。

  本次设计资源储量估算根据陕西省国土资源厅颁发的新采矿许可证划定范围、《陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿资源储量核实报告》及矿方提供的2号煤层最新的采掘工程图等,估算煤层为井田内可采煤层即2号煤层,资源储量估算截止日期为2011年5月31日。

  本次设计核实计算瑞能煤业有限责任公司矿井井田范围内2号煤层资源/储量共30.706Mt,其中原采矿许可证范围内9.836Mt,占用一号煤矿范围内20.87Mt。

  井田内各类资源量估算汇总见表1-3-6 。

   八、其他有益矿物
    1.煤层气
    根据本区的以往资料,瓦斯含量0.02 m3/t~0.55 m3/t,平均0.28 m3/t,达不到最低工业品位要求,无工业价值,但煤层开采中井下压力释放,煤层气势必向井下井巷及采掘工作空间运移,给煤矿建设和生产带来危害。因此,建议在以后的建设和生产中,及时做好煤层气的排放和井下通风,减小井下瓦斯对生产带来的危害,确保矿井安全生产。
    2.微量元素
    本次核实收集煤矿区各勘查阶段采集的2号煤层及顶底板微量元素样品测试成果表明:锗、镓、铀含量除个别点达最低工业品位外见表1-3-7,
  表1-3-7 2号煤层煤中微量元素成果表

一般达不到最低工业品位要求,无工业价值。
    综上所述,煤矿区开采深度范围内未发现其他有益矿产。

第四节 井田勘探程度及开采条件评价
 一、井田勘探程度
    2.该公司委托陕西省煤田地质局一九四队于2011年4月~5月详细调查并收集了陕西瑞能煤业有限公司煤矿的建矿、开采、改建、设计及生产矿井开采条件等方面的资料,同时收集了《陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿资源储量检测说明书》、《陕西省黄陵矿区一号煤矿2号煤层资源储量说明书》中的有关资料,在煤矿巷道内实测见煤点3个,并采取了2个样品进行了化验。共利用以往各阶段在本区内及外围施工钻孔共45个,进尺9550.27m ;均进行了地球物理测井;采集各类样品54个(组)。1:10000地质、水文地质填图15.48km2;见2号采煤层钻孔共43个。通过进行大量核实工作,编制完成了《陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿资源储量核实报告》。
  1.陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿原为黄陵矿区的一部分,该区在1983年12月编制的《黄陵矿区总体规划设计》及1988年12月编制的《黄陵矿区总体规划设计修改》中规划为一个井田。由于陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿采矿权范围内的资源枯竭,为了矿山的可持续发展,2011年3月经陕西煤业化工集团公司协调,黄陵矿业公司与陕西煤炭建设公司签订了矿权调整协议,将与陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿相邻的黄陵矿业公司一号煤矿的东南角部分采矿权划归陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿开采,2011年5月13日陕西省国土资源厅颁发了陕西瑞能煤业有限责任公司一号斜井采矿许可证。
   3.据原瑞能煤业公司井田开采可知, 本井田含可采煤层一层,煤层赋存较稳定,结构简单。矿区内以近东西宽缓的背斜为主,井田地质构造简单,煤层倾角1~3º。属低瓦斯矿井,煤层易自燃,煤尘具有爆炸性,煤层顶板中等稳定,但底板遇水易膨胀,水文地质条件复杂。
   4.本区构造简单,主采2号煤层属稳定煤层,以往各勘查阶段的勘探类型确定为1类1型,对2号煤层采用500-750m左右的线距、孔距圈定探明的资源储量;1000-1500m左右线距、孔距圈定控制的资源储量;3000×3000m左右线距、孔距圈定推断的资源量。勘探类型确定合理,勘查基本网度符合实际。
   5.存在的主要问题是①区内工程地质条件中等,2号煤层伪顶、直接顶容易产生冒顶,底板容易产生地鼓。 ②矿井主要充水水源为大气降水、沮河水、老空区积水、直罗组砂岩含水。③区内发现与该矿相邻的小煤矿在以往生产过程中,非法越界开采该矿资源储量问题比较突出,且小煤矿越界开采资源储量的程度不祥实。 ④ 未采用新的水文地质分类规范分类。
   6. 建议①加强井巷工程和煤层顶、底板管理,预防不良问题发生。②采取积极有效的措施,预防水害。③该矿在以后的生产过程中,加强安全管理,在接近小煤矿破坏区时,采取“先探后掘,有掘必探,边探边采”的方式,做到防患于未然的目的,对小煤矿破坏区未充分利用的资源储量尽可能地采取先进的生产工艺,对资源储量进行回收利用。④该矿尽快聘有相应资质单位按新的水文地质分类规范对本矿水文地质进行分类,以便制定切实可行的安全技术措施。
   二、井田勘探程度评价
   通过认真阅读地质资料和深入现场调研对矿井开采条件评价如下:
   1.本井田地质构造简单,对井下巷道布置及开采无影响。
   2. 本井田煤层赋存稳定,地质构造简单,煤层对比的可靠性强,稳定性分析可信度高,对井下开采无大的影响。
   3.煤质资料内容全面,数据准确,可信度高。
   4.水文地质资料内容较全面,数据准确,可信度较高。
   5.瓦斯涌出量分析合理,数据基本准确,煤层自燃性、煤尘爆炸性经有资质单位鉴定,结论可靠。地温资料可靠性强。
   6.本井田内通过钻孔和探巷揭露,资源储量核实根据《固体矿产资源/储量分类》(GB/T17766-1999)标准,采用500-750m左右的线距、孔距圈定探明的资源储量;1000-1500m左右线距、孔距圈定控制的资源储量;3000m左右线距、孔距圈定推断的资源量。地质资源量达到了331可控的和332探明的储量级别,因此,地质资源量可靠性高。
7. 本井田内煤层赋存稳定,构造简单开采技术条件良好,资源可靠,仅水文地质条件较复杂。因此,矿井进行机械化改造是完全必要的。

 

 

 

 

 

 

 

 

 


第二章 矿井资源/储量、设计生产能力及服务年限

第一节 井田境界及资源/储量

    一、井田境界
    陕西煤炭建设公司与黄陵矿业公司均隶属陕西煤业化工集团,陕西瑞能煤业有限责任公司是陕西煤炭建设公司的分公司,该公司煤矿采矿权范围内的资源量枯竭,为了矿山的可持续发展,2011年3月经陕西煤业化工集团公司协调,黄陵矿业公司与陕西煤炭建设公司签订了矿权调整协议,将与陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿相邻的黄陵矿业公司一号煤矿的东南角部分采矿权划归陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿开采,2011年5月13日陕西省国土资源厅颁发了陕西瑞能煤业有限责任公司一号斜井采矿许可证。因此,陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿委托陕西省煤田地质局一九四队核实调整后煤矿区内的资源储量,并编制《陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿资源储量核实报告》,为矿山生产设计提供依据。
   根据陕西省国土资源厅颁发的新采矿许可证(采矿许可证号 C6100002011051120112677)划定范围、陕西省煤田地质局一九四队编制的《陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿资源储量核实报告》及矿方提供的2号煤层最新的采掘工程图,估算煤层为区内可采煤层即2号煤层的资源/储量,资源/储量截止日期为2011年5月31日。
   本次资源储量估算范围,其平面范围由23个拐点坐标圈定,见拐点坐标表2-1-1。井田南北长约5~7km, 东西宽约3~8km,面积约为

  15.4885km2,估算标高985m~920m。井田形状不规则。

  瑞能煤矿位于陕北侏罗纪煤田黄陵矿区东段,西部为黄陵矿业集团有限责任公司一号煤矿,东部和黄陵县金咀沟煤矿、黄陵县东方有限公司煤矿、仓村煤业有限责任公司煤矿接壤,南边无矿权设置。矿权设置见图2-1-1。

  

 

  图2-1-1 矿权设置示意图

  二、 资源/储量

  (一) 矿井地质资源/储量

  根据陕西省国土资源厅颁发的新采矿许可证划定范围、《陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿资源储量核实报告》及矿方提供的2号煤层最新的采掘工程图等,估算煤层为区内可采煤层即2号煤层,资源储量估算截止日期为2011年5月31日。

  本次核实计算煤矿区范围内2号煤层资源量/资源储量共30.79Mt,其中原采矿许可证范围内9.62 Mt,占用一号煤矿范围内20.87 Mt。

  井田内各类资源量估算汇总见表2-1-2 。

  表2-1-2 本次计算资源储量汇总表

  经进一步核实,《陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿资源储量核实报告》中2号煤层资源储量汇总,厚度小于0.8m的少量资源储量未计入。其它资源量分类及参数取值合理,资源储量计算汇总准确。

  (一) 矿井工业资源/储量

  根据《煤炭工业矿井设计规范》,矿井工业资源/储量=探明的资源量(331)+控制的资源量(332)+推断的资源量(333)×k。本矿井内无推断的资源量(333)。

  本矿井工业资源/储量=331+332+2M22

  =6.97+13.9+0.524

  =21.394Mt。

  经计算本井田工业资源/储量为21.394Mt。

  (三)矿井设计资源/储量

  本矿井工业场地及主、副井筒都位于原瑞能井田范围内,均不需再留设安全煤柱。新风井工业场地及井筒,陈家玲、小寨村两个村庄位于新划一号井井田范围内,设计需留设安全煤柱。

  1.工业场地安全煤柱

  按移动角采用垂直剖面法计算。工业场地建(构)筑物保护等级为Ⅲ级,围护带宽度为10m。由于没有实测的岩层移动角参数,设计根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(2000年版)并参照黄陵矿区煤柱留设经验选取岩石移动角,表土松散层移动角取50°,基岩移动角取72°。

  2.村庄煤柱

  按移动角采用垂直剖面法计算。村庄保护等级为Ⅲ级,围护带宽度为10m。设计根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(2000年版)并参照黄陵矿区煤柱留设经验选取岩石移动角,表土松散层移动角取50°,基岩移动角取72°。

  3.井田境界煤柱

  井田境界煤柱本井田内按25m留设。

  4.采空区煤柱

  井田内采空区边界保护煤柱均按30m留设,在原瑞能煤矿境界内已留有20m矿界煤柱,可作为采空区边界保护煤柱,无特殊情况可不再留设。

  5.大巷煤柱

  设计大巷布置于煤层中。大巷之间巷道中心线间距为33m,大巷外侧留30m的保护煤柱,大巷保护煤柱考虑按50﹪回收。

  井田内各类煤柱压覆资源储量汇总见表2-1-3 。

  表2-1-3 井田内煤柱压覆资源储量汇总表 (单位:Mt)

   井田内及附近的河流、水库均不许留设煤柱。
   矿井设计资源储量=矿井工业资源储量-煤柱损失量
    =21.394-3.3798
    =18.0142Mt
   经计算矿井设计资源储量为18.0142 Mt。
   (四) 矿井设计可采储量
矿井开采损失储量 =矿井设计资源储量×(1-采区采出率)
               =1.54×(1-0.85)+16.4742×(1-0.8)
=3.526 Mt
矿井设计可采储量=矿井设计资源储量-矿井开采损失储量
=18.0142-3.526
=14.4882Mt
经计算矿井设计可采储量为14.4882Mt。
    2号煤层属薄及中厚煤层,采出率分别按85%、80%计。该矿永久煤柱损失为2.32Mt,设计煤柱损失为1.0598Mt,开采损失为3.526Mt,可采储量为14.4882Mt。井田可采储量见“井田可采储量计算表表2-1-4。
   

  第二节 矿井设计生产能力及服务年限

  一、矿井工作制度

  矿井设计年工作日330 d,地面作业实行“三、八”工作制、井下作业实行“四、六”工作制,日净提升时间16 h。

  二、矿井设计生产能力

  业主设计委托书要求,矿井设计生产能力为0.60Mt/a。采矿许可证核定生产规模0.3Mt/a。

  本井田煤层赋存稳定,倾角平缓,煤层结构及地质构造简单,水文地质条件复杂,瓦斯含量低,新增资源储量较丰,生产技术管理水平较高,资金较雄厚,市场前景好。本矿属机械化改造项目,地面建、构筑物及安全设施大部分利用原有的,当时的建、构筑物及安全设施建设标准较低,该矿已运营二十多年,因此,服务年限不宜过长。

  根据本井田煤层具体赋存条件、开采技术条件和现状,结合该矿具体的开拓方式、技术管理水平等具体条件,经分析研究,设计认为矿井生产能力为0.60Mt/a是合理的。因此,设计确定矿井生产能力为0.60Mt/a。

  三、矿井设计服务年限

  矿井设计服务年限按下式计算:

  矿井设计服务年限= 矿井可采储量/(矿井生产能力×储量备用系数)

  =14.4882/(1.4×0.60)

  =17.25a

  本矿开采煤层赋存稳定,但小窑破坏区不甚详,故储量备用系数取1.4。

  计算结果,矿井服务年限为17.25a,基本满足设计规范的要求。

  第三章 井田开拓

  第一节 开拓方式及井口位置

  一、影响矿井开拓方式的主要因素

  矿井开拓方式是合理开发井田的关键。影响开拓方式的主要因素有:

  1.地形、地貌及河川分布

  本井田地处陕北黄土高原南部,属黄土高原中等切割区,侵蚀构造地形。地势西高东低,具典型的黄土高原地貌特征。东北部以黄土塬地形为主,沟谷纵横,塬面支离破碎,最高标高+1265m,最低标高+955m,相对高差310m。

  矿区内水系属洛河水系,常年流水的有沮水河、郑家河,其余均为间歇性流水。沮水河为区内最大水系,发源于陕甘交界之子午龄东麓,全长100km,流域面积3392 km2,自西向东经矿区南部与其支流南川河交汇于店头镇芋子渠沟口,向东流经黄陵县注入洛河,于店头镇观测沮水河流量为0.192~6.81m3/s,平均为2.07m3/s。矿区东北角的郑家河水库由于多年来,气候干旱少雨,面临干枯,水库范围变小。

  2.交通运输、水源、供电及通信条件

  矿区交通便利,水源充足,供电可靠,通信发达。均可满足矿井机械化改造的需要。

  3.井田内煤层埋藏深度

  地表标高+955m~+1265m ,底板标高+920~+985m,2号煤层埋深在35~290m。

  4.煤层赋存条件

  本井田含可采煤层一层,煤层赋存较稳定,结构简单。矿区内以近东西宽缓的背斜为主,井田地质构造简单,煤层倾角1~3º.但水文地质条件较复杂。

  5.开采技术条件

  该矿属低瓦斯矿井,煤层属І类容易自燃、煤尘具有爆炸性。水文地质条件较简单,顶板相对稳定,底板遇水易膨胀,地温正常。

  6.资源储量

  本井田资源量较丰富,企业投资能力较强,煤质、煤种良好,市场前景看好。

  7.技术水平

  该矿工程技术人员的技术水平和安全生产管理水平较高,职工队伍的思想素质和技术素质相对较高,具备机械矿井管理水平。

  二、矿井开采现状

  陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿即原陕西省黄陵矿区苍村斜井,1987年5月由煤炭工业部规划设计总院常州设计研究院编制《陕西省黄陵矿区苍村斜井初步设计(修改)说明书》,10月开始筹建,1989年12月投入生产,设计生产能力0.30Mt/a,核定生产能力0.30Mt/a。原井田面积4.47km²。矿井开采煤层为2号煤层,采用斜井—单水平—带区式开拓方式。工业场地口位于鲁寺西沟内。主斜井井口坐标:X=3948847m,Y=36596400m,Z=+945.78 m,井底标高+920m(轨面)。半圆拱形断面,净宽3.0m净高2.5m,净断面6.5m2,斜长151m,倾角9.82°,提升方位角180°,料砌支护。安装JD-80型皮带运输机提升,功率45Kw,另铺检修轨道;副斜井井口坐标:X=3948877m,Y=36596375m,Z=+946m,井底标高+928m(轨面)。半圆拱形断面,净宽2.6m净高2.5m,净断面5.8m2,斜长89m,倾角12°,提升方位角180°,料砌支护,铺设单轨,安装JTK-1.2提升机采用单钩串车作辅助提升。东回风斜井井口坐标:X=3949050m,Y=36596466m,Z=+983m。半圆拱形断面,净宽2.4m净高2.4m,净断面5.1m2,斜长156m,倾角26°,料砌支护,为专用回风井。在主斜井井底设920m运输大巷,在距井底约500m处,在沿煤层设937m运输大巷,通过煤仓和进风行人斜巷将两段皮带大巷联通;在副斜井井底设928m轨道运输大巷,在距井底约600m处,在沿煤层设937m轨道运输大巷,通过轨道斜巷将两段轨道大巷联通。两巷间距30m。两巷向东偏北掘至东二变电所附近,垂直拐向北偏西约掘200m,再垂直拐向东偏北掘至原井田东部边界贯通。在副井井底设有井底水仓、水泵房、东一变电所等硐室,并通过联络巷将主、副井及回风井贯通。在两大巷的北侧划分为带区,在带区内垂直两大巷开掘工作面运输、回风斜巷至井田北部边界开切眼布置采煤工作面,形成矿井开拓开采系统。矿井煤炭提升运输全部皮带化辅助提升为单钩串车,井下辅助运输为矿车轨道运输,调度绞车牵引或人推车。矿井通风方式为并列式,通风方法为机械抽出式通风,主副井进风、920、937皮带运输大巷、工作面运输巷进风;工作面回风巷、928、937轨道运输大巷、回风斜井回风。井下排水采掘工作面、进回风斜巷、皮带大巷及轨道大巷全部自流至井底水仓,再利用水泵由副斜排至地面。采煤方法为倾斜长壁式普采,现井下在进行残采,布置有一个机采工作面和两个综掘工作面。地面四通可靠,生活、办公、生产建、构筑物及安全设施齐全。

  根据现场勘擦现有井巷工程中,主斜井井筒位置相对合理,维护状况良好,断面及坡度等可满足安设胶带输送机提升煤炭主斜井的需要;副斜井距现主斜井距离小于30m, 井筒局部变形严重,断面小,无法利用;回风斜井井筒变形严重,断面小,位置不合理且不利于延深,无法利用;井下大巷西周均已采空,已进入回收煤柱阶段,且局部变形严重,断面小,均不宜再利用。因此,本次机械化改造设计井巷工程只考虑利用主斜井。

  三、井口位置及工业场地选择

  (一)工业场地位置选择

  1.工业场地位置选择原则

  根据本井田地形地貌特点、煤层赋存条件及煤炭外运条件,矿井工业场地选择的主要原则如下:

  (1)井下开拓布置合理,系统简单,投资少;

  (2)场地平缓,土石方工程量少;

  (3)工业场地尽量少占耕地,少压煤;

  (4)场地稳定性好;

  (5)交通运输便利;

  (6)能充分利用原有设施和建构筑物。

  2.工业场地位置选择

  本矿区地处陕北黄土高原南部,属黄土高原中等切割区,侵蚀构造地形。地势西高东低,具典型的黄土高原地貌特征。东北部以黄土塬地形为主,沟谷纵横,塬面支离破碎,最高标高+1265m,最低标高+945m,相对高差320m。

  通过现场踏勘,调查研究,结合井上下统筹考虑,可供选择的工业场地位有两处。场地一为原瑞能煤矿工业场地,场地二为陈家玲村东南处。

  场地一:原瑞能煤矿工业场地

  本矿为机械化改造矿井,由原瑞能煤矿经扩大井田而成,原瑞能煤矿工业场地位于扩大井田范围的西南部边界处,地势较平坦开阔,场地标高+946m,埋深浅。场地内已有三条斜井,主、副斜井和回风斜井。主斜井担负提升煤炭、进风兼安全出口等任务等;副斜井担负辅助提升、进风、排水兼安全出口等任务等;回风斜井回风兼作安全出口。已建有齐全的办公、生活、生产等建构筑物;主、副井地面生产系统完整;其它安全生产设施齐全。场地四通一平基本到位,仅需购置少量荒地。但本场地对于井下开采属单翼井田,后期井下营运费用高。

  场地二:陈家玲村东南处

  场地二基本位于井田中部,地表开阔平坦,场地标高+1230m,埋深大。仅有简易公路和农网电源。本场地对于井下开采属双翼井田,后期井下营运费用低。但地面一切均需新建,四通一平,购置土地(处需占良田)等困难。

  依据上述场地选择的主要原则,此次机械化改造设计工业场地选择,通过现场踏勘,结合矿井整体开发方案,经综合分析比较认为原瑞能煤矿工业场地条件优越。设计利用原瑞能煤矿工业场地仍做本次机械化改造后矿井的工业场地,这样既充分利用了原地地已有建、构筑物、生产系统、安全设施及井巷工程,但原瑞能煤矿工业场地对井下开采不够合理。见插页工业场地图3-1-1

  (二)井口位置选择

  1.主、副井井口位置均确定在原瑞能煤矿工业场地,这样能够从分利用原工业场地的建、构筑物、生产系统、安全设施及井巷工程等。

  2.回风井井口位置确定在距原瑞能煤矿工业场地约1300m处的小平台上,此处位于扩大区的西南角边界,具有埋藏浅,压煤少,通风距离较短,且不占耕地等优点。

  四、井田开拓方案

  1.井田开拓方案概述

  瑞能井田构造形态为走向近东西,倾向南北的背斜构造,产状较平缓,倾角1~3°,无明显断裂构造。井田内主采煤层有一层,2号煤层见煤厚度0.65~3.21m,平均厚度1.64m.可采厚度0.80m~2.31m,平均可采厚度2.18m。2号煤层底板标高+930~+970m,井田形状极不规则。属低瓦斯矿井,煤层有爆炸性,属І类易自燃,水文地质条件复杂,煤层顶板中等稳定,底板易底鼓。根据选定的工业场地位置,结合该场地与井田的位置关系、井田地质条件和煤层赋存条件,设计对井田开拓方式提出了两个方案,现分述如下。

  方案一:延伸主斜井、新掘副斜井和回风斜井—单水平—盘区式开拓

  在原工业场地利用原主斜井直接延深到+895m水平作为改造后矿井的主斜井。在原副斜井西侧,平行原副斜井新掘一条副斜井抵+895m水平。在原工业场地北偏西约1300m处的井田边界(3号拐点附近)新掘回风斜井至+930m水平。在小寨村北部建后期斜风井。在+895m水平设井底车场将主、副井井筒与895西运输大巷和895西辅助运输大巷联通,由井底车场向北偏西沿煤层底板距煤层约25m,以3‰的坡度平行开掘895西运输大巷和895西辅助运输大巷,掘至原瑞能井田北部边界。再在+930m水平沿煤层顺着井田西部边界煤柱平行开掘930西运输大巷、930西辅助运输大巷和西总回风巷掘至4号拐点处拐向东偏北,命名为北运输大巷、北西辅助运输大巷和北总回风巷,然后沿近背斜轴部薄煤区掘到陈家玲村庄煤柱西处联通。利用集中煤仓和行人进风斜巷将895和930西运输大巷连通;利用辅助运输上山将895和930西辅助运输大巷连通;在回风斜井井底与西总回风巷联通,并与930西运输大巷和930西辅助运输大巷连通;回采巷道可直接与三条大巷连同。在副井井底车场设中央变电所、水泵房水仓、候车硐室、消防材料库、紧急避灾硐室和燃油硐室等硐室。形成矿井的提升、运输、通风、排水、供电等生产系统开采全井田。

  关闭原瑞能煤矿副斜井和回风斜井。井田开拓方式(方案一)布置见插页图3-1-2及附图C1073—109—1、C1073—109—2。

  方案二:延伸主斜井、新掘副斜井和回风斜井—单水平—带区式开拓

  在原瑞能煤矿工业场地利用原主斜井直接延深到+895m水平作为改造后矿井的主斜井。在原副斜井西侧,平行原副斜井新掘一条副斜井抵+895m水平;在工业场地北偏西约1300m处的井田边界(3号拐点附近)新掘回风斜井至+930m水平,在小寨村东南部建后期立风井。在+895m水平设井底车场将主、副井井筒与 895西运输大巷和895西辅助运输大巷联通,由井底车场向北偏西沿煤层底板距煤层约20m,以4‰的坡度平行开掘895西运输大巷和895西辅助运输大巷,掘至原瑞能井田北部边界,再拐向东偏北掘至井田东部边界贯通,命名为北运输大巷、北辅助运输大巷,并沿原瑞能井田边界煤柱在2号煤层开掘北总回风巷至井田东部边界,遇到越界破坏区时,提前下扎进入底板。三条大巷分别在井底及井田边界贯通。利用溜煤眼、行人进风斜巷和回风斜巷将带区与三条大巷连通。在井底车场设中央变电所、水泵房水仓、候车硐室、消防材料库、紧急避灾硐室和燃油硐室等。形成矿井的提升、运输、通风、排水、供电等生产系统开采全井田。主、副井筒特征及用途同方案一。

  关闭原瑞能煤矿副斜井和回风斜井。井田开拓方式(方案二)见插页图3-1-3附图C1073—109—3、C1073—109—4。

  2.方案比选

  方案比选的主要原则:

  (1)技术先进可行,经济合理;

  (2)主、辅运系统简单,环节少,便于集中管理;

  (3)充分利用原有设施、设备和建、构筑物;

  (4)投资省,工期短,见效快。

  对方案一、方案二进行技术分析比较,其技术分析比较见表3-1-1。

  表3-1-2 开拓方案经济比较表

  注:其中相同工程量部分不参与比较,单价取网上咨询价。

  经经济分析比较方案二/方案一=15810.37/12285.65×100%≈128.69%,则从技术、经济分析比较方案一都优于方案二。因此,本设计矿井开拓方式确定采用方案一。

  第二节 开拓部署

  一、井筒数目选择

  根据矿井地面地形地貌、设计生产能力,开采技术条件、井上下生产系统等因素综合考虑。设计确定全矿井共布置四个井筒,即延深主斜井,新掘副斜井和回风斜井,后期再掘后期斜风井。

  主、副斜井均位于原瑞能煤矿工业场地内,井口标高均为+946m,主斜井井筒位于东侧,回风斜井井筒位于工业场地北偏西1300m的井田边界处。井口标高为+983m。后期斜风井位于小寨村北部,井口标高为+1045m。

  二、水平划分及标高的确定

  本井田可采煤层为2号层煤,原瑞能井田内资源基本已成采空区,或为破坏区,仅剩少量2M22资源。扩大区煤层底板等高线最低为+930 m。

  主、副斜井井底按+930 m水平标高布置开采水平要进入扩大区,主要大巷必须穿过2号煤层采空区或为上方冒落带,主要大巷将无法维护。为此,将主、副斜井井底掘至+895 m水平标高布置+895 m开采水平,开掘895西运输大巷和895西辅助运输大巷,沿2号煤层底板距上方采空区或为破坏区22m穿过进入扩大区。进入扩大区后,再在+930 m水平标高掘930 西运输大巷、辅助运输大巷和总回风巷。利用行人进风斜巷和主煤仓联通895和930运输大巷,利用辅助上山联通895和930辅助运输大巷。设计开采水平在原瑞能井田内设在+895 m 水平(煤层底板中),进入扩大区后设在+930 m 水平,即2号煤层中。利用+930 m 开采水平开采全井田。

  三、大巷布置

  根据确定的开拓方案、矿井生产能力、通风以及规程、规范的要求,并结合矿井煤层赋存条件、开采技术条件及顶底板岩性等因素。该井田2号煤层发火性属容易自燃,需采用专用回风巷,又因煤炭运输全部采用皮带化,辅助运输采用轨道矿车运输,因此设计布置三条大巷,即运输大巷、辅助运输大巷和总回风巷。设计在原瑞能井田内2号煤底板+895m标高开掘895西运输大巷和辅助运输大巷,两巷中对中38m,沿2号煤层底板距上方采空区或为破坏区22m穿过进入扩大区。进入扩大区后,再在+930 m水平标高掘930 西运输大巷、辅助运输大巷和总回风巷,巷道中对中33m,运输大巷居中,总回风巷位于其西侧,辅助运输大巷位于其东侧。利用行人进风斜巷和主煤仓联通895和930运输大巷,利用辅助上山联通895和930辅助运输大巷。三条大巷向北掘至井田4号拐点处拐向东偏北(命名为北运输大巷、北辅助运输大巷和北总回风巷)再掘至小寨村北部贯通。因此,设计开采水平主要大巷在原瑞能井田内设在+895 m 水平布置在煤层底板岩石中,进入扩大区后设在+930 m 水平,主要大巷布置在2号煤层中。利用+930 m 开采水平开采全井田。

  四、盘区划分及开采顺序

  1.盘区划分

  根据井田几何形状和尺寸、煤层赋存特征、地质构造和开采技术条件,结合矿井生产能力、开拓部署、开采机械化水平以及省内外矿井生产经验等因素,设计将井田划分为三个盘区。

  设计将2号煤层由西向东划分为三个盘区,即为121、122和123盘区。井田P28钻孔以西资源储量均为331,控制程度高,储量可靠划为一个盘区,即为121盘区。以P28钻孔向东至陈家玲村保护煤柱东划为二盘区,即为122盘区,该盘区南部小窑破坏较严重。陈家玲村保护煤柱以东划为三盘区,即为123盘区。

  设计确定121盘区背斜南部划分为区段北部划分为带区;122盘区为单翼盘区,全部划分为带区;123盘区为双翼盘区,盘区划分为区段并布置盘区巷道。

  区段或带区内布置回采巷道,在开切眼内布置采煤工作面进行开采。

  2.开采顺序

  由于井田内2号煤层扩大区全部可采,可采面积极不规则,无法全部布置较正规的采煤工作面。设计确定矿井首采121盘区,首采工作面布置在12101区段。这样具有建井期短、投产快、储量可靠等优点。

  设计井田开采顺序为首先开采121盘区,122盘区接替,再采123盘区,最后回采边角煤。盘区内采用由近及远的开采顺序。区段内工作面采用后退式回采,即盘区之间,区段之间采用前进式由近及远的开采顺序,区段或带区内采用后退式的开采顺序。

  开采顺序:121盘区→122盘区→123盘区→边角煤。盘区接替见表3—2—1。

  第三节 井 筒

  一、井筒用途、布置及装备

  矿井移交及达到设计生产能力时,共安装三个井筒,即利用—延深原主斜井仍做主斜井,在工业场地西北新掘一条副斜井,在井田3号拐点附近新掘一条回风斜井作为机械化改造后的回风斜井。

  1.主斜井

  井口坐标:X=3948847m,Y=36596400m,井口标高Z=+945.78m,井底标高Z=+895m,倾角9.82°,提升方位角180°。原有斜长151m,半圆拱形断面,净宽3.0m,净高2.5m,断面积6.5m2,砌碹支护;延伸斜长162m(含15m水窝),半圆拱形断面,净宽3.5m,净高3.25m,断面积10.06m2,锚喷支护。安装800 mm胶带输送机,提升煤炭、进风兼安全出口。

  2.副斜井

  井口坐标:X=3948847m,Y=36596400m,井口标高Z=+946m,井底标高Z=+895m,倾角20°,提升方位角180°,斜长149m;半圆拱形断面。表土双轨段,净宽4.5m,净高3.55m,断面积13.8m2,砼现浇支护,支护厚度350mm,井口段打5m长、6m宽、0.4m厚的底板;表土单轨段,净宽3.8m,净高3.3m,断面积10.61m2,现浇支护,支护厚度350mm;基岩段净宽3.8m,净高3.3m,断面积10.61m2,锚喷支护,支护厚度100mm。安装2.0提升机单钩串车提升,设台阶扶手,作辅助提升,进风兼安全出口。

  3.回风斜井

  井口坐标:X=3950128m,Y=36596034m,井口标高Z=+983m,底标高Z=+930m,倾角22°,提升方位角148.137°,斜长141.5m,半圆拱形断面。表土段净宽3.5m,净高3.35m,断面积10.41m2,现浇支护,支护厚度300mm,井口段打5m长、4.9m宽、0.4m厚的底板。基岩段净宽3.5m,净高3.35m,断面积10.41m2,锚喷支护,支护厚度100mm。设台阶扶手,专用回风兼安全出口。

  4.后期回风斜井

  井口坐标:X=3953200m,Y=36600510m,井口标高Z=+1045m,底标高Z=+948m,倾角22°,提升方位角70°,斜长259m,半圆拱形断面。表土段净宽3.5m,净高3.35m,断面积10.41m2,现浇支护,支护厚度300mm,井口段打5m长、4.9m宽、0.4m厚的底板。基岩段净宽3.5m,净高3.35m,断面积10.41m2,锚喷支护,支护厚度100mm。设台阶扶手,专用回风兼安全出口。

  主斜井断面见图3-3-1,副斜井断面见图3-3-2、3-3-3,回风斜井断面(含后期)见图3-3-4、3-3-5。井筒特征见表3-3-1
 

  第四节 井底车场及硐室

  一、井底车场形式的选择

  本井田采用斜井开拓,根据井筒与运输大巷及辅助运输大巷的相对位置关系,本设计矿井主斜井筒与运输大巷均采用皮带运输,直接搭接。副井井底车场采用平车场,因仅作辅助运输,运运输量远小于车场通过能力,无需校核。

  二、井底硐室名称及位置

  设计在副井井底附近设置井下中央变电所、水泵房、井底水仓、消防材料库、候车硐室和油脂硐室等。在副井井底附近设置避难硐室和把钩信号硐室。另在895和930西运输大巷设集中煤仓联接。

  1. 中央变电所

  中央变电所长28m,不含通道,半圆拱断面,墙高1.5m,净宽4.0m,采用锚喷支护,支护厚度150mm,安设防火门。

  2. 水泵房

  水泵房长12m,不含通道,半圆拱断面,墙高2.4m,净宽4.2m,采用料砌支护,支护厚度350mm,安设防火门。

  3. 井底水仓

  矿井正常涌水量为60m3/h,最大涌水量为135m3/h,井下水仓位于井底车场附近,由主仓和副仓两条独立且互不渗漏的巷道组成,长各90m,有效面积5.63m2,采用矩形断面,锚喷支护,支护厚度50mm,水仓内铺设轨道。水仓有效容量510m3, 能容纳矿井8h的正常涌水量。

  4.消防材料库

  消防材料库位于井底车场与大巷连接处,长40m。半圆拱断面,墙高1.4m,净宽3.6m,采用锚喷支护,支护厚度100mm,安设防火门。

  5.避难硐室长40m,半圆拱断面,墙高1.5m,净宽4.0m,采用锚喷支护,安设防火门。具体应请有资质单位设计。

  6.集中煤仓

  根据矿井设计生产能力、提升运输方式,设计主煤仓有效容积600t,仓身高25m,净直径6m。仓身采用砼现浇支护,支护厚度400mm。

  7.辅助上山较车房

  8.油脂硐室

  三、井底主要硐室的支护方式及支护材料

  井下硐室除井下井煤仓和下水仓位于岩石中外,其余均位于煤层中,设计井底硐室均采用锚喷支护。

第四章 井下开采

第一节 盘区布置
   一、首采盘区特征
   1.首采盘区数目及位置
   根据本矿井设计生产能力、煤层赋存条件、井田开拓布局,并综合考虑运输、通风、工作面接替等因素,设计确定矿井移交生产时一个盘区生产达到设计生产能力0.60Mt/a。设计确定121盘区作为首采盘区,其具有初期工程量少,建井期短,投产快,储量可靠等特点。121盘区位于井田扩大区西部,东部与二盘区相邻,南部以原瑞能井田边界为界,西、北部以井田境界为界与黄陵一号井比邻。
   2.首采盘区地质特征
   121盘区东西长约1480m,南北宽约1500m,面积约2.255Km2。
   该盘区主采2号煤层全区可采均为探明的331资源量。煤层赋存稳定,煤层厚度一般0.85~2.02 m,平均厚度1.54 m。结构简单,含夹矸1~3层,夹矸厚度一般0.20 m~0.35 m,多为泥岩和泥质页岩。基本为一走向近东西倾向南的单斜构造,倾角1~3°,偏北部有一向东北开口的小背斜构造,未发现断裂、岩浆侵入、陷落柱等地质构造。
   该盘区2号煤层绝对瓦斯涌出量1.49 m3/min~2.67 m3/min,平均2.16 m3/min;相对瓦斯涌出量3.03 m3/t~6.99 m3/t,平均4.76 m3/t,属低瓦斯。2号煤层属Ⅰ类容易自燃,煤尘具有爆炸性。煤层伪顶随采随跨,直接顶为不稳定、易冒落顶板,基本顶属中等稳定~稳定的不易冒落顶板。水文地质条件为“极复杂”类型。
   3.首采盘区资源/储量
   该盘区2号煤层我为全区可采,均为探明的331资源/储量。经计算共有地质资源/储量4.49Mt,永久煤柱损失资源/储量0.125Mt,设计损失资源/储量0.269Mt,开采损失资源/储量0.819Mt,可采资源/储量3.277Mt。大巷煤柱按50%回收,盘区采出率按80%计。
   根据矿井生产规模、盘区煤层赋存条件、地质构造、水文地质及开采技术条件等,设计确定一个盘区完成矿井生产能力,即盘区设计生产能力为0.6Mt.
   盘区服务年限=可采储量/(盘区设计生产能力×储量备用系数)
    =3.277/(0.6×1.3)
    =4.2a
   该盘区储量等级高,可靠性强,储量备用系数取1.3。
   则盘区服务年限为4.2a
   二、盘区巷道布置
   1.盘区巷道布置
   该盘区仅有一层可采煤层2号煤层。根据煤层具体的赋存条件、地质构造、水文地质、开采技术条件及该矿技术管理水平等,设计确定一个采煤工作面完成盘区设计生产能力为0.6Mt。
   矿井首采盘区为121盘区,根据矿井开拓方式、盘区划分和开采拓巷道布置。矿井三条930西大巷从盘区西部边界穿过,至北部近背斜轴部,拐向东后三条大巷改称930北大巷横穿该盘区后进入122盘区。根据121盘区几何形状和尺寸,将北大巷南部划分为平行于北大巷的区段,将北大巷北部划分为垂直于北大巷的带区。因为盘区尺寸不大,不需布置盘区准备巷道,可直接由运输大巷、总回风巷及辅助运输巷沿煤层开掘采煤工作面运输巷和回风巷至盘区边界开切眼布置工作面,形成盘区生产系统。工作面回采巷道布置于930西大巷的东侧和930北大巷的北侧,工作面运输巷和回风巷采用单巷布置,盘区内区段开采顺序采用上行式,区段间留设10~15m煤柱。盘区布置见附图C1073—163—1、C1073—163—2。
   2.生产系统
   (1)煤炭运输
   12101工作面→12101工作面运输巷→930西运输大巷→集中煤仓→895运输大巷→井底车场→主斜井→地面。
   掘进出煤直接进入主煤流系统。
   (2)材料及设备运输
   井下所需的材料及设备,装入矿车内,由地面→副斜井→副井井底车场→895辅助运输巷→辅助上山→930西辅助运输巷→12102工作面运输巷→12101工作面。
   (3)矸石运输
   井下巷道均沿煤层布置,但多为半煤岩巷,掘进矸石通过矿车运至井下废旧巷道排弃,有少量出井,与辅助运输路线相反。
  (4)通风
   地面→主、副斜井→895运输大巷和辅助运输巷→行人进风斜巷和辅助上山→930西运输大巷和辅助运输巷→12101工作面运输巷→12101采煤工作面→12101工作面专用回风巷→930西总回风巷→回风斜井→地面。
   (5)排水
   采掘工作面巷道内积水通过自流或小水泵排至930西运输大巷和辅助运输巷自溜道行人进风斜巷和辅助上山,然后经895运输大巷和辅助运输巷自流至井底水仓,最终由主排水泵通过管子道经副斜井排至地面。
   3.首采工作面
   12101工作面位于位于121盘区南部边界,该工作面运输巷和回风巷均垂直于930西大巷道布置,呈近东西向布置,工作面长度150m,工作面内煤层厚1.49~1.95m,平均厚1.62m,工作面推进长度约1350m。
   三、盘区车场和硐室
   121盘区不设准备巷道,回采巷道直接和三条大巷连接,无盘区车场。
   盘区主要硐室设有盘区变电所。盘区变电所位于12103区段北部的930西运输大巷和西总回风巷之间。
第二节 采煤方法和工艺
    一、采煤方法和采煤工艺
1. 121盘区煤层开采技术条件
   该矿主采2号煤层全区可采均为探明的331资源量。煤层赋存稳定,煤层厚度一般0.85~1.97 m,平均厚度1.54 m。结构简单,含夹矸1~3层,夹矸厚度一般0.20 m~0.35 m,多为泥岩和泥质页岩。基本为一走向近东西倾向南的单斜构造,倾角1~3°,偏北部有一向东北开口的小背斜构造,未发现断裂、岩浆侵入、陷落柱等地质构造。
   该盘区2号煤层绝对瓦斯涌出量1.49 m3/min~2.67 m3/min,平均2.16 m3/min;相对瓦斯涌出量3.03 m3/t~6.99 m3/t,平均4.76 m3/t,属低瓦斯。2号煤层属Ⅰ类容易自燃,煤尘具有爆炸性。煤层伪顶随采随跨,直接顶为不稳定、易冒落顶板,基本顶属中等稳定~稳定的不易冒落顶板。水文地质条件为“极复杂”类型。
   2.采煤方法选择
   根据121盘区具体的煤层赋存条件、地质构造及开采技术条件,结合确定的开拓方式,设计确定该盘区南部即930西大巷的东部采用走向长壁采煤法采煤系统,直接利用三条大巷由西向东开掘工作面运输巷和回风巷至盘区东部边界掘开切眼布置工作面形成回采系统,后退式回采;该盘区北部即北大巷的北部采用倾斜长壁采煤法采煤系统,直接利用三条大巷由南向北开掘工作面运输巷和回风巷至盘区北部边界(井田边界煤柱)掘开切眼布置工作面形成回采系统,后退式回采。此采煤方法无需准备巷道,系统简单,生产环节少,设备占有量少,事故率低,管理方便等,具有技术先进合理,经济效果好,安全高效等优点。
   3. 采煤工艺选择
   根据本井田的地质条件、煤层赋存特征和矿井生产规模,以及结合本矿区的实际生产现状。从现有的采煤方法来看,能够适用于本矿的采煤方法有两种(1)长壁式普通机械化开采;(2)长壁式综合机械化开采。
   (1)长壁式普通机械化开采
   长壁式普通机械化开采为在本矿区中小型矿井中普遍采用的一种采煤方法,该采煤方法一次性装备投资少,技术较简单,对管理人员、工程技术人员及工人素质要求较低。但机械化程度较低,工作面单产较低,用人较多,工人劳动强度较大,安全性较差。需两个工作面同时生产方可完成矿井设计生产能力,不利于集中生产,管理较复杂。
   (2)长壁式综合机械化开采
   该采煤方法机械化程度高,工作面单产高,用人少,效率高,工人劳动强度小,安全可靠程度高。一个工作面即可完成矿井设计生产能力,生产集中,管理方便。但一次性装备投资大,技术复杂,对管理人员、工程技术人员及工人素质要求高。
   综上,从本矿生产规模,技术力量,管理水平,地质构造等角度考虑,设计推荐本矿采用长壁式综合机械化采煤工艺。此采煤工艺相对原采煤法工艺更符合本次机械化改造的的宗旨“矿井生产合理集中,提高矿井安全装备水平、改进落后采煤工艺、提高煤炭资源回收率”。
    具体工艺为:
   1.落煤:采用滚筒式采煤机割煤,单向割煤,斜切式进刀;
   2.装煤:采用滚筒式采煤机装煤,同时液压推溜器在推移刮板输送机的过程中,利用产煤板将剩余部分煤炭自行装入刮板输送机;
   3.运煤:利用刮板输送机将煤炭运出工作面;
   4.支护:利用自移式液压支架支护工作面顶板,采煤机割煤后,先移架,后推溜。
   5.采空区处理:移架后顶板随即垮落,即全部垮落法处理采空区。
   即采煤机落煤→采煤机装煤→刮板输送机运煤→移架→放顶→移溜。
   二、采煤工作面主要设备选型
   工作面设备必须选择性能先进、稳定可靠的设备。
   工作面设备选型主要考虑了以下原则:
   (1)技术先进、操作简单、维修方便、运行可靠、生产能力大。
   (2)各设备间相互适应、能力匹配、运输畅通,不出现“卡脖子”现象。
   1.采煤工作面设备装备
   采煤机:MG180/420-WDK型电牵引采煤机,截深0.8m,采高1.4~3.2 m,割煤能力1100t/h,额定电压1140V,功率420kw,牵引速度0~10 m/min,牵引力360,KN内外喷雾。
   可弯曲刮板输送机:选择SGZ630/264型可弯曲刮板运输机。出厂长度160 m,运量450t/h,链速1.1m/s,电动机型号YBKYSS-65/132-8/4,功率132×2kw,额定电压1140V。
   支护设备:
  工作面支护选ZY3400/12/26型普通液压支架,支架参数如下:
   架 型: 两柱掩护式
   高 度: 1200~2600 mm
   宽 度: 1180~1350mm
   中 心 距: 1250mm
   初 撑 力: 2616kN(P=31.5MPa)
   工作阻力: 3400kN(P=40.9MPa)
   支护强度(工作区间): 0.619~0.832MPa
   底座前端比压: 1.5-2.0MPa
   适应倾角: ≤15°
   操纵方式: 邻架手动控制
   泵站压力: 31.5 MPa
   重 量: ≤9.0t
   工作面支护强度Pt验算:
   按估算法
       Pt=(4~8)·M·γ
   式中 M——采煤工作面采高,2.8m;
      γ——煤层上覆岩层平均容重,取2.5t/m3。
    则 Pt=8×2.8×2.5
          =56t/m2 。
   换算为0.56MP,则支护强度小于0.619MPa,满足要求。
   支架高度1.2~2.6 m能适应井田内大部分煤层厚度。
   工作面过渡液压支架选ZYG3400/12/26型,参数如下:
    架 型: 两柱掩护式
    高 度: 1200~2600 mm
    宽 度: 1180~1350mm
    中 心 距: 1250mm
    初 撑 力: 2616kN(P=31.5MPa)
    工作阻力: 3400kN(P=40.9MPa)
    支护强度(工作区间): 0.619~0.832MPa
    底座前端比压: 1.5-2.0MPa
    适应倾角: ≤15°
    操纵方式: 邻架手动控制
    泵站压力: 31.5 MPa
    重 量: ≤ 9.5t
    过渡支架按三级配套在基本架的基础上顶梁适当加长。
   工作面端头支护选DZ35/20/100Q单体液压支柱配4.2m长钢梁,对梁抬棚支护,迈步前移。两端各三对,一梁四柱。
   工作面上下顺槽超前支护选DZ35/20/100Q单体液压支柱配HDJB-1000型铰接顶梁双排支护,支柱160根,顶梁100根。
   2.顺槽设备配备
   转载机:选用SZZ730/90型桥式刮板转载机,长度45m,运量600t/h,电动机型号YBSD-90/80-4/8, 功率90kw, 电压660/1140V。
   可伸缩胶带输送机:选用SSJ1000/125型可伸缩带式输送机,带宽1000mm,长度80Om,运量450t/h,带速2.0m/s;电动机型号JDSB-125,功率125kw,电压380/660V。
   破碎机:选用PLM1000型轮式破碎机,破碎能力650t/h, 功率110kw。
   乳化液泵站:BRW315-31.5型,功率标配150kw。
   调度绞车:JD-11.4型,功率11.4kw。
   调度绞车:JD-25型,功率25kw。
   回柱绞车:JH-8型,功率7.5kw。
   小水泵:BRK-15/20A型,功率5.5kW。
  表4-2-1 采煤工作面主要设备配备

  三、 采煤工作面生产能力

  1.采煤工作面生产能力的确定

  根据本井田具体地质条件、煤层赋存特征、地质构造及该矿区实际生产经验、并结合已确定的矿井生产规模、采煤工艺、设备条件和区段参数等,设计确定一个采煤工作面完成矿井设计生产能力,即采煤工作面生产能力为0.6Mt/a。

  2. 采煤工作面生产能力计算

  (1)工作面参数确定

  ①工作面长度

  工作面长度是决定其产量和效率的主要因素,适当加大工作面长度,不仅可以减少工作面的准备工程量,提高回采率,而且也可以减少工作面端头进刀等辅助作业的时间,有利于提高工作面产量和效率。同时,工作面长度与开采条件、采煤设备能力、技术水平、管理水平等因素有关,因此,必须综合考虑,合理选择。

  根据近年来对我国部分矿井,特别是本矿区矿井的实际情况,目前我国综采工作面长度在150~200m之间,结合本矿井井下开采技术条件好,煤厚变化不大等特点,设计确定首采工作面长度为150m。

  ②工作面采高

  本井田开采2号煤层,其可采厚度0.8m~2.31m,平均厚度2.18m。首采盘区煤层厚度平均为1.54m,首采区段煤层厚度平均为1.62m,故确定本矿工作面采高为,1.62m。

  ③工作面推进长度

  随着工作面推进速度的加快、单产的提高,为减少工作面搬家次数,近年来矿井工作面推进长度不断增加。由早期综采工作面推进长度不超过1000~1500m发展到了1000~2000m以上。但工作面推进长度的确定还应考虑井田内盘区的合理划分及井田范围大小的具体情况。

  本井田2号煤层赋存较稳定,地质构造简单,开采技术条件一般,工作面推进长度受地质条件限制多,无加长工作面推进长度的有利条件。受井田尺寸小,可采面积不规则的限制,设计确定机采工作面推进长度为1000~1800m。首采工作面推进长度为1350m左右。

  (2)采煤工作面生产能力计算

  12101采煤工作面长度150m,采高1.62,作业形式三采一准,每班三个循环,循环进度0.8m,正规循环率0.9,工作面回采率0.95,煤容重1.31t/m3。则:

  ①工作面规循产量=150×1.62×1.31×0.8×0.95

  =242t

  ②工作面班产量=242 ×3 =726t

  ③工作面日产量=726×3 =2178t

  ④工作面平均年产量=2178×330×0.9=646866 t

  达到设计生产能力时工作面特征见表4-2-2。

  表4-2-2 达到设计生产能力时工作面特征表

   四、采煤工作面接续
   该矿井服务年限约17年,二盘区因有越界开采不明现象,故本次暂排出121盘区的采煤工作面接续表。
   121盘区采煤工作面接续见表4-2-3。
第三节 “ 三下”采煤及村庄搬迁规划
本井田不实施“ 三下”采煤,对井田内的村庄实施搬迁。设计暂对井田内的小寨村和陈家玲村按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》

   留设了保护煤柱。
第四节 巷道掘进及机械化
   一、盘区巷道断面与支护方式
   根据巷道围岩特性、维护时间及矿区建设材料的供应情况,设计井下开拓巷道及盘区巷道一般采用锚喷支护,局部破碎地段或交叉口可视具体围岩条件增加锚索及钢筋网;工作面运输巷、回风巷采用锚杆支护,开切眼采用顶部锚杆支护;主要硐室采用锚喷支护。
   井下开拓大巷、盘区巷道采用半圆拱形断面、工作面巷道及开切眼采用矩形断面,硐室采用半圆拱形断面。121盘区主要巷道断面特征见表4-4-1。

   二、矿井生产巷道掘进进度指标
   设计巷道掘进进度指标如下:
   煤层巷道 350m/月 (综掘);
   半煤岩巷道 250m/月 (综掘);
   岩石巷道 120m/月 (钻爆法) ;
   硐 室 300m3/月 (钻爆法) 。
   三、掘进工作面和掘进设备配置
   本矿井设计生产能力为0.60Mt/a,井下装备一个综采工作面,年推进度2138m,为保证工作面正常接续,每年需掘进工作面回采巷道月4800 m左右,另外尚需掘进开拓巷道1600m左右,包括其它零星工程,矿井年掘进工程总量为6500m左右。因此,设计配备两个综掘工作面完成掘进工程,采掘比为1:2。
   井下巷道多为半煤岩巷,少部分为煤巷及少量联络巷为岩巷。综掘工作面设计初步综掘工作面设备:选用该矿已有的轻型多功能EBZ132型掘进机,其技术特征,油泵---额定功率55KW 额定电流34.5--59.8A ;截割高速--额定功率132KW 额定电流82-142A ;截割低速--额定功率75KW 额定电流60-103.9A ;二运--额定功率7.5KW 额定电流5.4-9.4A ;锚杆--额定功率15KW额定电流10.1-17.5A,相应的配有设备SD-80型输送机,同时还配备FBD-No6.3A/2×22型局部通风机、KCS-408Ⅱ型湿式除尘通风机、MYT-140/320型单体锚杆钻机,ZP-Ⅱ型砼喷射机。
  此外,掘进工作面还配备有TXU-150A型探水钻机、小水泵、JD-25型、JD-11.4型调度绞车和激光指向仪等设备。
   四、井巷总工程量
   矿井移交时,设计井巷工程总量为10581m,按岩性分煤巷850m,占8.03%;岩巷3572m,占33.76%,半煤岩巷6159m,占58.21%。
   按工程类别分:开拓工程量6122m,准备0m及回采工程量4459m,分别占总工程量的57.86%、0%和42.14%。
   利用井巷工程量151m,为岩巷。万吨掘进率为176.35m/万t。
   矿井初期移交新掘井巷工程量见表4-4-3。
  表4-4-2 掘进工作面主要设备配备

第五章 井下运输
第一节 煤炭运输方式及设备
   1、煤炭运输方式
   根据井田开拓布置、大巷层位和运量的要求,井下煤炭运输有两种:胶带输送机运输和轨道机车牵引矿车运输。
   胶带输送机运输具有连续性强,运输能力大;运输系统简单可靠,安全性好,事故少,便于维护;便于实现自动控制和集中控制;用人少,效率高;可适应煤层适度起伏变化等优点,但投资较高。
   轨道机车牵引矿车运输具有投资省,设备简单等优点,但运输系统复杂,运输不连续,受坡度限制,适应性差,井底卸载车场工程量大,用人多,效率低。
   本矿井有以下特点:
   (1)矿井采用斜井开拓方式,主斜井井筒铺设一台带式输送机,系统简单;
   (2)本矿采用综合机械化开采,采用一井一面集中生产,采掘装备水平先进,机械化程度较高;
   (3)回采工作面沿大巷条带式布置,工作面运输巷带式输送机与带式输送机大巷直接沟通,通过大巷带式输送机将煤运至主斜井带式输送机出地面,形成从工作面至地面的连续运输,有利于实现集中监测监控。
   (4)带式输送机大巷布置在煤层中,巷道有一定的起伏,坡度在1°~3°左右变化。
   鉴于以上特点,轨道矿车运输方式受到巷道坡度制约,如架线电机车和蓄电池电车牵引矿车机,一般在3‰~4‰效果甚佳;胶套轮齿轨机车一般1~2°坡度上运行,坡度大于3°需挂齿,则速度慢,胶套摩损大,且维修更换不方便,不适于大型矿井主运输;连续牵引车虽对巷道坡度变化适应性较强,但速度慢,运力受限,环节多,效率低,仅适应产量低的小型矿井,因此轨道矿车运输方式不宜采用。
   根据本矿井设计特点,设计认为井下采用胶带输送机连续运输方式是合理的,其潜力大,能充分发挥综采设备的生产能力,确保矿井高产、稳定、高效。因此,设计确定井下煤炭采用胶带输送机运输。
   2.运输系统及设备
   投产时煤炭运输系统为:12101采煤工作面→集中煤仓→895运输大巷(岩石)→主斜井→地面。
   掘进工作面来煤,经其配套的胶带输送机汇入运输大巷主煤流系统。
   工作面采用SGZ630/264 型可弯曲刮板输送机,出厂长度160m,运量450t/h,功率132×2kW。工作面运输平巷采用SZZ730/90型桥式转载机,长度45m,功率90Kw。采用PLM1000型轮锤式破碎机,破碎能力600t/h,功率110kW。转载机后接SSJ1000/125型可伸缩带式输送机运煤至集中煤仓。设备技术参数详见盘区设备布置图。
   895运输大巷(岩石)全长1052m,坡度水平,选用STG800/2×75型纲架落地带式输送机一台:运量500t/h,铺设长度1100m,速度2.5m/s,电动机功率2×75kw。
第二节 辅助运输方式及设备
   一、辅助运输方式
   矿井辅助运输主要担负井下人员、矸石、材料和设备的运输任务。根据井田开拓开采部署,井下辅助运输采用轨道运输方式:即平巷采用机车牵引矿车运输,斜巷采用有极绳运输。牵引机车考虑矿用防爆柴油机钢轮普轨机车和矿用特殊防爆型蓄电池机车两种方案。
   矿用防爆柴油机钢轮普轨机车以内燃机为动力,牵引力大,运输速度可随负荷大小灵活调节,井下仅需要开凿油脂库,具有机动灵活、用人少、效率高、速度快、安全可靠、维护简单等优点。但是矿用防爆柴油机钢轮普轨机车稀释尾气需要加大通风量。
   矿用特殊防爆型蓄电池机车安全可靠,防爆性能好,亦能满足辅助运输要求。但井下需建蓄电池充电硐室,且整流环节复杂,设备操控性相对前者稍弱一些。
   本矿井为现代化矿井,生产能力较大,机械化程度较高,井下辅助运输系统要求简单、高效,便于管理。因此本矿平巷牵引机车采用矿用防爆柴油机钢轮普轨机车。
   二、辅助运输系统及设备
   1、辅助运输系统
   矿井设计生产能力0.6Mt/a。矿井工作制度:年工作日330d,井下四班作业,三班生产,一班准备。
   矿井移交生产时,井下布置一个综采工作面,两个综掘工作面。井下辅助运输系统由副斜井→895辅助运输大巷(岩石)→辅助上山→930西辅助运输大巷(半煤岩巷)→各工作面运输巷组成。
   2、 辅助运输设备
   (1)辅助运输大巷(岩石)设备
   由于采用综合机械化采煤,一井一面,故辅助运输量不大。选用两台矿用防爆柴油机钢轮普轨机车(一台工作,一台备用),即可完成大巷辅助运输任务。CCG5.0/600FB型柴油机车技术参数如下:
   牵引吨位 18t
   牵引力 6.2KN
   牵引速度 6.40-11.2km/h
   功率 13KW
   外型尺寸 3130×1076×1540mm
   (2)辅助上山设备
   辅助上山斜长106m,倾角20º,选用JSOB-19型双速双速多用绞车一部,可满足运输需要。其技术参数如下:
   最大静张力: 190kn(慢速),25kn(快速)
牵引速度: 0.118-0.204m/s(慢速)
0.86-1.5m/s(快速)
   容绳量: 400m
   钢丝绳直径: 30mm
   电动机功率: 45kw
   总重量: 5480kg
   外形尺寸: 3825×1214×1470mm
   (3)盘区辅助运输设备
   盘区内运输平巷采用矿井现有的JQ-25型、JD-11.4型调度绞车对拉运输。掘进工作面的煤炭采用矿井现有的SD-80型带式输送机运输。
   (4)运输车辆
   为满足矿井辅助运输需要,矿井投产时共需各类车辆共计62辆,其中1t固定式矿车30辆,1t平板车8辆,1t材料车10辆,平巷人车6辆,支架用平板车8辆。
   1t固定式矿车、1t平板车和1t材料车可利用矿方现有,仅需购置平巷人车及支架用平板车。
   各类矿车特征见表5-2-1。
   表5-2-1 矿 车 特 征 表

第六章 通风与安全

    第一节 瓦斯资源分析和瓦斯涌出量计算
    
   一、瓦斯赋存状况
   根据“仓村井田(补充)扩大精查勘探地质报告”显示:地质勘探阶段共采集2号煤层煤芯瓦斯样品10个。其中,在瑞能矿权范围和周边有4个钻孔。测试分析结果(表6-1-1)显示:

瓦斯含量0.02 m3/t~0.55 m3/t,平均0.28 m3/t。其中,CH4占4.11 %~29.61 %,平均13.91 %;CO2占1.34 %~34.60 %,平均11.20 %;N2占56.71 %~89.02 %,平均74.92 %。
   二、瓦斯含量梯度预计
   煤层瓦斯含量的预测首先要判别其主控因素,进而根据主控因素,建立其与煤层瓦斯含量的关系,从而对未知区域进行预测。煤的生气及储气条件对瓦斯赋存的影响基本一致,保存条件是影响煤层瓦斯分布的主控因素。本井田含可采煤层一层,煤层赋存较稳定,结构简单。矿区内以走向近东西,倾向南北的背斜构造,产状较平缓,倾角1~3°,且无明显断裂构造。故煤层瓦斯含量的分布主要受控于井田内的构造分布情况,特别是受宽缓背斜构造的控制;煤层埋深(上覆基岩厚度)与煤层瓦斯含量无明显相关性;煤层厚度及煤层灰分与煤层瓦斯含量相关性也较差;水文地质条件及煤层顶底板岩性对瓦斯含量的控制全区差别不显著。因此本井田瓦斯含量梯度无明显变化。
   三、矿井瓦斯等级
   收集了矿井最近4年瓦斯等级鉴定数据(表2-3):矿井绝对瓦斯涌出量1.49 m3/min~2.67 m3/min,平均2.16 m3/min;相对瓦斯涌出量3.03 m3/t~6.99 m3/t,平均4.76 m3/t。连续四年鉴定结果均为低瓦斯矿井。
表6-1-2 近年来矿井瓦斯等级鉴定结果汇总

  综合分析,本设计矿井瓦斯等级按低瓦斯矿设井计。

  第二节 矿井通风

  一、原矿井通风系统概况

  原陕西瑞能煤业有限责任公司矿井,采用并列抽出式通风系统;由原主、副斜井进风,原风井回风;皮带大巷进风,轨道大巷回风;原矿井现已无正规工作面生产,全部为残采工作面。

  原矿井安装同等能力主要通风机二台,风机为BDK60-6№14型对旋轴流式通风机,额定风量为1512~2310 m3/min,风机静压778~1972Pa,风机叶片安装角46°。矿井总进风1662 m3/min,矿井总回风1540 m3/min,总风阻1274 Pa,总等积孔1.0 m2。

  由以上数据可见,原矿井生产系统已无法满足井田范围及矿井产量扩大后的通风需要,需进行系统改造。

  二、新设计通风系统

  1.矿井通风方式

  陕西瑞能煤业有限责任公司矿井为机械化改造矿井,由原瑞能煤业公司和相邻的黄陵矿业公司一号煤矿的东南角部分采矿权,经签订矿权调整协议合并扩大井田范围形成,属提高矿井生产能力的技术改造矿井。根据矿井技改后井田范围大小、开拓开采现状、地面地形特点、矿井机械化改造设计规模及新的开拓布局,本设计矿井采用分列式通风方式。

  2.矿井通风方法

  矿井通风机工作方法为抽出式。

  矿井机械化改造后,采、掘工作面、盘区变电所均采用独立通风。采掘工作面为矿井井下用风量大的地点,流经采煤工作面的风流路线为矿井主要风流路线。

  矿井机械化改造后投产时的主要风流路线为:

  新鲜风流从主/副斜井进入→895西运输大巷/895西辅助运输巷→930西运输大巷/930西辅助运输巷→12101采煤工作面运输巷→12101采煤工作面;

  12101采煤工作面污风流→12101采煤工作面回风巷→西总回风巷→回风斜井。

  矿井机械化改造后投产时通风系统详见图C1073—171—1。

  二、采掘工作面及硐室通风

  1.采掘工作面通风

  矿井设计一个采煤工作面生产,两个掘进工作面准备。采煤工作面采用U+L型通风方式,工作面运输巷及下一工作面运输巷进风,回风巷回风,为两进一回的通风系统模式。

  掘进工作面采用局部通风机进行压入式独立通风,局部通风机安设在距掘进巷道口10m以外的进风侧,利用局部通风机使新鲜风流通过风筒压入掘进工作面,工作面的污浊风流沿掘进巷道排出,进入总回风巷。掘进通风设备选用FBD-No6.3A/2×22型矿用防爆型轴流式局部通风机,配φ600mm柔性风筒。风筒口距掘进工作面不大于5m。

  掘进工作面在使用局部通风机时,无论工作或交接班,都不准停风。因检修、停电等原因停风时,必须撤出人员,切断电源。恢复通风前,必须检查瓦斯浓度。局部通风机及其开关地点附近10m以内风流中的瓦斯浓度都不超过0.5%时,方可人工开动局部通风机。

  2.硐室通风

  井下需要独立通风的硐室盘区变电所。风量控制靠调节风窗实现,其回风流直接汇入总回风巷。避灾硐室、中央变电所、主排水泵房等硐室均采用矿井全风压通风。

  井下长度不超过6m、入口宽度不小于1.5m的独头巷道和硐室采用扩散通风。长度超过6m的独头巷道和硐室,采用局部通风机通风,否则,进行封闭。

  三、矿井风量计算

  矿井为低瓦斯矿井,机械化改造设计服务年限为18.01a,矿井供风量计算必须满足矿井在其服务年限期间的安全生产的需要,矿井设计一个采煤工作面生产,两个掘进工作面准备,完成矿井0.60Mt/a的生产任务。

  1.矿井风量

  矿井需风量按井下同时工作的最多人数和井下各用风地点实际所需风量分别计算,取其中最大值。

  1)按井下同时工作的最多人数计算

  Q矿=4NK

  =4×120×1.25

  =600 m3/min

  即Q矿=10m3/s

  式中 Q矿——矿井需风量,m3/s;

  N——井下同时工作的最多人数(最大交接班人数),人;

  K——矿井通风系数,取K=1.25。

  2)按采煤、掘进、硐室及其它地点实际需风量计算

  矿井用风地点,本设计按一个综采工作面,一个备用工作面,两个综掘工作面,及排除柴油机车尾气需风量计算。

  Q矿=(∑Q采+∑Q备+∑Q掘+∑Q柴+∑Q其它)×K

  式中 ∑Q采—采工作面需风量总和,m3/s;

  ∑Q备—备用采工作面需风量总和,m3/s;

  ∑Q掘—掘进工作面需风量总和,m3/s;

  ∑Q柴—排除柴油机车尾气需风量,m3/s;

  ∑Q其他—矿井除了采煤、掘进、硐室地点外的其它井巷需要的风量总和,m3/s;

  K—矿井通风系数,取1.25。

  (1)采煤工作面风量计算

  采煤工作面所需风量分别按下列四方面计算,取其中最大值。

  ①按气候条件计算:

  采煤工作面风量

  Q采=60V采b均mKY

  =60×1.5×4.5×1.64×0.70

  =464.94m3/min

  取Q采=464.94m3/min

  即Q采=7.8m3/s

  式中 V采——采煤工作面适宜风速,m/s,取1.5m/s;

  b均——采煤工作面平均控顶距,取4.5m;

  m ——采高,取平均值1.64m;

  KY——采煤工作面断面有效系数,取0.70。

  ②按瓦斯涌出量计算:

  Q采=100qCH4Ki

  =100×6.36×1.6

  =1016.73m3/min

  即Q采=17m3/s

  式中 qCH4——采煤工作面瓦斯绝对涌出量,m3/min,根据矿井瓦斯相对涌出量(6.99m3/t)、采煤工作面正规推进产量(1636t/d)及采面瓦斯相对涌出量所占比率(80%)计算。经计算qCH4=6.36m3/min;

  Ki——采煤工作面瓦斯涌出不均衡系数,综采取Ki=1.6。

  ③按采煤工作面最多人数计算:

  Q采=4Nc

  =4×45

  =180m3/min

  即Q采=3m3/s

  式中 Nc——采煤工作面同时工作最多人数,45人,按交接班最大人数计算。

  经过上述三方面的计算采煤工作面最大风量为17m3/s,即1016.73m3/min。

  ④按采煤工作面风速要求验算

  采煤工作面最低风速为:0.25×60×7.38=110.7m3/min

  采煤工作面最大风速为:4×60×7.38=1771.2m3/min

  110.7m3/min

  故:采煤工作面设计最大风量为Q采=17m3/s。

  (2)备用工作面风量计算

  备用工作面需风量按采煤工作面的50%计算;

  即Q备=50%Q采=0.5×17=8.5m3/s

  (3)掘进工作面风量计算

  设计井下布置两个综掘工作面进行准备。掘进巷道净面积为8.74~9.2m2。掘进选用FBD-No6.3A/2×22型矿用防爆型轴流式局部通风机,该风机的吸风量为350~550m3/min,风压800~5200Pa,电动机型号为YBF2-160L1-2型,额定电压为380/660V,功率2×22KW。

  ①按瓦斯涌出量计算掘进工作面风量

  Q掘=100q掘CH4Ki掘

  =100×0.0882×2

  =17.65m3/min

  即Q掘=0.3m3/s

  式中 q掘CH4——掘进工作面瓦斯绝对涌出量,m3/min,根据矿井瓦斯等级鉴定相对涌出量(6.99m3/t)、掘进工作面正规掘进产量(90.9t/d)及掘进面瓦斯相对涌出量所占比率(20%)计算。经计算q掘CH4=0.0882m3/min;

  Ki掘——掘进工作面瓦斯涌出不均衡系数,取Ki=2。

  ②按人数计算

  Q掘=4N

  =4×18

  =72m3/min

  即Q掘=1.2m3/s

  式中 N——掘进工作面同时工作的最多人数,18人,考虑交接班时的人数。

  ③按局部通风机吸风量计算

  FBD-No6.3A/2×2矿用防爆轴流式局部通风机,额定风量350~550m3/min巷道掘进工作面局部通风机吸风量按最大额定风量的85%取,为467.5m3/min,掘进工作面供风量为:

  Q掘=60VS+ Q吸

  =60×0.25×10.57+467.5

  =626.1m3/min

  即Q掘=10.5m3/s

  取Q掘=10.5m3/s

  式中 Q掘——掘进工作面需风量,m3/ min;

  V——局部通风机安装地点处的最低风速,m/s;

  S——局部通风机安装地点巷道断面积,m2;

  Q吸——局部通风机吸风量m3/min。

  ④按风速进行验算

  从以上四个方面计算的掘进工作面需风量最大值为10.5m3/s, 即626.1m3/min,进行风速验算。

  掘进工作面最低风速时风量:0.25×60×9.2=138m3/min

  掘进工作面最大风速时风量:4×60×8.74=2097.6m3/min

  138m3/min

  故:每个掘进工作面设计需风量为10.5m3/s。

  矿井掘进工作面实际需风量总和为10.5×2=21m3/s。

  (4)独立通风硐室需风量

  本设计采用独立通风硐室为1个盘区变电所,服务于各个盘区生产;盘区变电所按经验取值:

  即:∑Q硐=120m3/min=2 m3/s;

  (5)稀释柴油机车尾气需风量

  依据《现代矿井辅助运输设备选型及计算》中的统计:① 美国、澳大利亚要求一般井下使用柴油机巷道风量不少于3m3/(kW·min)。美国矿业安全局规定:当多台柴油机车辆在同一巷道中运行时,第1台按上述规定值配风,第2台按75%,3台及更多时,按每台加50%配风。② 英国要求不少于5.44m3/(kW·min)。③ 德国、日本要求使用柴油机的配风量不少于4~6m3/(kW·min)。

  按照《采矿工程设计手册》计算方法,若采用柴油机设备作辅助运输时,应计算巷道配风量,即如果有多台设备运行时通风量为:第一台柴油机设备风量按5.4m3/min·kW;第二台加单台的75%;第三台及以上各台分别按50%计算。

  考虑本矿井运输距离,矿井生产初期有两台CCG5.0/600FB型防爆钢轮普轨柴油机车(其中一台工作,一台备用),其发动机功率13KW;矿井生产后期有三台CCG5.0/600FB型防爆钢轮普轨柴油机车(其中两台工作,一台备用),其发动机功率13KW;

  即:∑Q柴初期=5.4×13/60=1.17m3/s;

  ∑Q柴后期=5.4×13×(1+0.75)/60=2.05m3/s;

  取 ∑Q柴初期=1.2m3/s

  ∑Q柴后期=2.1m3/s

  (6)其它用风巷道需风量取以上需风量的5%即

  ∑Q其它初=(∑Q采+∑Q备+∑Q掘+∑Q硐+∑Q柴)×5%

  =(17+8.5+21+2+1.2)×5%

  =2.485m3/s

  ∑Q其它后=(∑Q采+∑Q备+∑Q掘+∑Q硐+∑Q柴)×5%

  =(17+8.5+21+2+2.1)×5%

  =2.53m3/s

  (7)矿井需风量

  矿井所需风量为:

  Q矿初=(∑Q采+∑Q备+∑Q掘+∑Q硐+∑Q柴+∑Q其它 )K

  =(17+8.5+21+2+1.2+2.485)×1.25

  = 65.23m3/s

  Q矿后=(∑Q采+∑Q备+∑Q掘++∑Q硐∑Q柴+∑Q其它 )K

  =(17+8.5+21+2+2.1+2.53)×1.25

  ≈66.5m3/s

  即:Q矿初=65.23m3/s;Q矿后=66.5m3/s;可见矿井生产初期与后期总需风量差别不大,可统一取值66.5 m3/s。

  故,矿井总需风量取最大值66.5m3/s。

  2.风量分配

  矿井总风量确定后,在计算矿井通风阻力进行通风设备选型时,需对井下风量进行分配。

  通过验算,矿井在二盘区及三盘区生产时,由于阻力过大,需要在后期新建一条回风斜井。矿井后期即二盘区与三盘区通风阻力计算在后期回风斜井建井时期进行计算,并选择合适通风机。因此本次设计仅计算矿井一盘区通风阻力。

  矿井在12101采煤工作面开采时为矿井一盘区通风容易时期。根据井下巷道布置形式及采掘工作面推进状况,井下采煤工作面、掘进工作面所需风量按需用风量分配,即采煤工作面风量17 m3/s,掘进工作面风量各为10.5m3/s。

  矿井在121010采煤工作面生产时为矿井一盘区通风困难时期。井下采煤工作面、掘进工作面风量分配为:采煤工作面风量17m3/s,掘进工作面风量各为10.5m3/s。

  矿井生产中,矿井主通风机的工况点随着采掘工作面位置的不断变化而变化,因而,矿井的进风量也会发生变化。矿井风量分配原则为先按各用风地点实际需要风量分配,对剩余的风量按产量分配给采掘工作面。

  矿井机械化改造投产时期风量分配见表6-2-1。

  表6-2-1 风量分配表

  第三节 矿井瓦斯灾害防治

  本矿井为低瓦斯矿井。但有可能出现高瓦斯区域,若通风管理不善,也会造成局部瓦斯聚积,进而达到爆炸界限,如遇明火亦可发生瓦斯爆炸。因此,在生产建设中要严格执行《煤矿安全规程》的规定,制定防止瓦斯爆炸的安全措施并严格执行,设计采取以下措施:

  一、防止瓦斯积聚措施

  矿井虽然为低瓦斯矿井,但瓦斯涌出量增大的可能性仍然存在,在工作面回风巷与工作面的上隅角极有可能造成局部瓦斯聚集,达到爆炸浓度。因此生产中要严格按照现行《煤矿安全规程》中有关瓦斯管理的各项规定,采取技术措施,加强通风安全管理,杜绝瓦斯积聚事故。

  瓦斯聚集是瓦斯爆炸的必要条件之一,通风是防止瓦斯聚集的最主要措施。设计保证井下各工作场所、井巷及硐室均有足够、有效、稳定、连续的新鲜风流,能将井下涌出的瓦斯及时冲淡排走,避免瓦斯聚集,使井下各工作场所的瓦斯浓度符合现行《煤矿安全规程》的要求。矿井在生产过程中,应加强瓦斯检查,防止并及时处理局部瓦斯积存,如回采工作面上隅角的瓦斯积存、顶板附近及顶板冒落空洞内的瓦斯积存等。设计预防瓦斯聚集采取以下主要措施:

  1.矿井有完善的通风系统,井下各采掘工作面及其它有瓦斯涌出的地点均按规定配有足够的风量和适宜的风速,以冲淡和排除井下涌出的瓦斯。

  2. 矿井在生产过程中,工作面进风巷与工作面衔接部位的老空区挂设风障(帘),以防瓦斯积聚。

  3. 按现行《煤矿安全规程》规定,井下采掘工作面及主要硐室均采用独立通风。

  4.矿井在生产过程中,应加强通风管理,各测风站定期测风,保证井下所有场所有足够、稳定的风量。

  5.井下废弃的巷道和盲巷要及时封闭,并挂牌说明,定期检查。

  二、防止瓦斯爆炸措施

  1.按照《煤矿安全规程》规定选用井下电气设备,严禁不防爆设备进入井下。

  2.及时处理局部积聚的瓦斯。对井下易积聚瓦斯的地点,如采煤工作面通风隅角处、巷道冒空区、风速小的巷道顶板处等,在生产过程中重点检查,及时处理。

  3.加强定点定时巡回检测,并检查在作业场所和主要风道口设置瓦斯监测牌板上瓦斯检测数据填写的真实性。专职瓦斯检查员必须坚持“一班两检”制,对瓦斯增高区,坚持“一班三检”制;掘进工作面坚持“一炮三检”制度和“三人连锁”放炮制度

  4.预防瓦斯爆炸的通风技术措施:本设计为矿井选择了两台足够能力的通风机,采用双回路供电,保证矿井通风连续可靠;井采煤工作面、掘进工作面、硐室均采用独立通风,并配有足够冲淡瓦斯的风量;井下通风设施的质量应符合通风质量标准化标准的规定;每处风门采用两道,并闭锁,以保证行人、行车时不发生风流短路;矿井配置了一定数的通风参数测量仪器仪表,坚持测风制度,及时调节风量,保证井下风量的按需供给;及时维护矿井主要进回风巷道,使其断面积维持在设计的断面积;加强通风管理,保证所有作业场所有足够风量和适宜风速,以冲淡和排除井下涌出的瓦斯;对废弃巷道和盲巷及时密闭,并挂牌注明。

  5.采、掘工作面和瓦斯易增高处,设置瓦斯报警仪。

  6.采空区和废弃的巷道和盲巷要及时封闭,并挂牌警示。

  7.利用KJ110矿井安全监测监控系统对井下瓦斯浓度进行预测预报。

  8.杜绝井下明火及火源,引起瓦斯爆炸的火源有明火、冲击摩擦火、放炮火、电火四类火源。在生产中要特别注意防范。

  9.掘进通风严格按《煤矿安全规程》有关规定作业。掘进工作面局部通风机装设三专两闭锁装置,保证局扇可靠运转。

  通风机装设三专两闭锁装置,保证局扇可靠运转。

  第四节 矿井火灾防治

  一、煤层自燃倾向性及矿井火灾危险性分析

  1.煤层自燃倾向性

  瑞能煤业矿井位于陕北侏罗纪煤田黄陵矿区的东段,矿井开采2号煤层。根据陕西煤矿安全装备检测中心2009年10月16日鉴定的《陕西瑞能煤业有限责任公司煤层自燃倾向性鉴定报告》鉴定结论为2 号煤层自燃倾向性属Ⅰ类容易自燃。

  2. 矿井火灾危险性分析

  据邻近黄陵矿业集团公司黄陵一号井资料介绍,该矿在地质勘探、生产地质勘探和矿井生产过程中,对井田范围内采取的9个煤层自燃倾向性检验煤样,分别送抚顺煤研所、重庆煤研所、陕西省煤田地质局综合化验室,采用“温差法”测试,结果为不自燃2个,不易自燃3个,自燃2个,易自燃2个,测试结果从不自燃~易自燃,跨度较大。该矿最新所做的煤层自燃倾向性检验,黄陵一号井开采的2号煤层属容易自燃煤层,煤层自燃发火期为6~8个月。在工作面采空区闭墙附近曾出现过两次自燃发火隐患。矿井采取井下移动式灌浆注胶系统对采空区两道密闭墙后压注胶体,消除了矿井煤层自燃的隐患。

  瑞能煤业矿井开采2号煤层,矿井开采安全技术条件基本与黄陵矿业集团公司黄陵一号井相同。经陕西煤矿安全装备检测中心2009年10月测试,2号煤层吸氧量为(Vd)0.83 cm3/g ,自燃等级为Ⅰ类,煤层自燃倾向性属容易自燃煤层。

  煤层的自燃发火危险性除了与煤层的自燃倾向性有关外,还与煤层的开采自燃条件和煤层的开采技术装备条件等因素有关。瑞能煤业公司矿井机械化改造后开采的煤层平均厚度为1.64m,,埋深80~230m,煤层倾角1~3°。矿井设计采用综合机械化采煤工艺,矿井设专用风井,大巷(盘区)设专用回风巷。开采技术条件和技术装备有利于抑制矿井煤层自燃火灾的发生。

  矿井采用综合机械化采煤工艺,采煤工作面煤炭回收率高,采空区遗煤量少,煤层发火的几率较小。据黄陵一号井统计,矿井采用综合机械化开采,一次采全高(煤层厚度2.28~2.85m),采空区的遗煤量厚度一般小于20cm,工作面推进度日均10m,采煤工作面开采期间一般无发火迹象。据黄陵矿业集团公司和西安科技大学合作完成的《黄陵一号煤矿煤层自然发火隐患识别及适应性控制研究》报告,黄陵一号煤矿采空区浮煤厚度小于0.7m时,下限氧浓度值(25.07%)大于21%,浮煤不会自燃。据统计,黄陵矿区近年来采煤工作面未曾发生煤层自燃火灾。

  因此,基于上述分析,瑞能煤业矿井机械化改造后,矿井开采时采煤工作面采空区遗煤发生自燃火灾的危险性不大,但煤柱及采后封闭的采空区发火的几率较大,开采中应加强上述地方煤层自燃火灾的防治。

  二、矿井煤层自燃防治措施

  1. 煤层自燃防治措施的选择

  《煤矿安全规程》(2011.3.1版)第232条规定,开采容易自燃和自燃的煤层时,必须对采空区、突出和冒落空洞等空隙采区预防性灌浆或全部充填、喷洒阻化剂、注阻化泥浆、注凝胶、注惰性气体、均压等措施,编制相应的防灭火设计,防止自然发火。瑞能煤业矿井现采用单一煤层倾斜长壁普通机械化采煤工艺,矿井未采用专项防灭火措施。根据陕西煤炭建设公司统一安排,2011年拟在黄陵矿区所属煤矿装备三相泡沫防灭火装置、阻化剂防灭火装置、矿井束管监测装置。目前,各项准备工作已有序进行,设备即将到位。

  据调查,近年来,黄陵矿区井下及地面未有煤层自燃火灾事故发生。

  瑞能煤业矿井机械化改造后,采煤工艺采用综合机械化,矿井生产技术装备水平较现在有所提高,矿井设计生产能力将达到0.60Mt/a。为保障矿井安全生产,根据国家有关规定、规范,结合陕西煤炭建设公司对矿井防灭火装备的统一安排和瑞能煤业矿井开采实际情况,本设计采用井下移动式三相泡沫防灭火系统、井下移动式阻化剂防灭火和束管监测系统等措施为矿井防止煤层自燃发火的专项措施。

  2.井下移动式三相泡沫防灭火

  (1)井下移动式三相泡沫系统

  井下移动式三相泡沫防灭火系统主要是利用固态不燃物(粉煤灰或黄泥等)、气体(惰性气体或压风)、液态的水三相介质和适量的发泡剂、稳定剂组成组成具有一定分散体系和黏度的三相泡沫混合体,通过矿用注浆泵和矿用三相泡沫发生装置将三相泡沫灌注到采空区或发火地点。

  井下移动式三相泡沫防灭火系统固态体选择黄土,气体选用井下压气,水源采用消防洒水管路水源。

  井下移动式三相泡沫防灭火系统兼有一般的灌浆防灭火和惰性泡沫防灭火的特点。与单纯采用黄泥灌浆系统相比较,黄土资源消耗量少,与国家的土地、林地政策相适应;井下无需做泄水巷道;可改善采煤工作面工作环境;防灭火效果好。

  (2)三相泡沫制浆灌注工艺

  井下移动式三相泡沫防灭火系统装置集制浆、输浆、发泡于一体的装置。井下移动式三相泡沫防灭火系统装置设在采煤工作面辅助运输巷和回风巷道中。黄土与水按一定比例混合搅拌后,利用泥浆泵将制成的黄泥浆泵入输浆管路,同时,发泡剂经定量添加泵送入输浆管路,泥浆和发泡剂在流动过程中进行充分混合,到达灌注地点附近的发泡器时,与在该处注入的压气相互作用而产生出三相泡沫,在注浆泵动力的作用下,经管道或钻孔灌注防灭火地点实施防灭火。

  采煤工作面采空区防火灌注泡沫采用间歇式采空区插管注入法,即在采煤工作面沿回风巷道向运输巷每隔15m,设灌注泡沫插管,管径φ32,长度为6m,工作面每推进50m,灌注一次泡沫。

  井下灭火根据发火位置及发火状况,采用打钻、或密闭打钻的方法进行注泡沫。

  井下移动式三相泡沫制浆灌注工艺流程入图6-4-1所示。

   (3)三相泡沫灌注量的确定
采煤工作面采空区防火三相泡沫灌注量,主要由采煤工作面煤层开采厚度、工作面长度、煤层发火危险性程度、灌注泡沫方法及灌注材料等因素确定。瑞能煤业公司矿井采煤工作面采空区防火三相泡沫灌采用间歇式灌注,工作面每推进50m,灌注一次,灌注泡沫带宽度按20m计,每次罐注量按下式确定:
    ①每次灌注的泡沫量
         Q泡沫=KMLlHC
           =0.83×1.64×20×150×0.95
           =3879m3/次
式中 Q土——每次灌注泡沫量,m3/次;
    K——灌注系数,0.83;
    m——煤层平均采高,m,1.64m;
    l——工作面长度,m,150m;
    H——工作面每次灌浆带宽度,m,20;
    C——采面回采率,%,95%。
   ②每次灌注浆量
    发泡倍数B取30倍,则灌浆量为:
      Q浆=Q泡沫/B=3879/30=129.3 m3/次
   ③泥浆系数计水、土量
     泥浆系数水土比取4:1 ,则每次注黄土量为:25.86 m3,耗水量为:103.44 m3,考虑冲洗泵及管路,实际每次用水量为114 m3。
   ④每次注泡沫时间
    根据同类矿井防火注浆统计,每次注泡沫时间为24h。
   ⑤小时灌注量
   井下移动式三相泡沫灌注采用四班连续工作制度,每班工作6h,日纯灌注时间24h。则小时灌注泡沫量为161.63 m3,小时灌注黄泥浆为5.39 m3,小时用黄土量1.08 m3,小时用水量4.75m3。
   ⑥发泡剂使用量
    发泡剂使用比例为0.2%~0.5%。
  (4)三相泡沫设备
三相泡沫设备选用西安甫工实业有限公司提供的KSF-Ⅱ型三相泡沫发泡装置。该系统主要由ZB6/1.2型矿用注浆泵装置和KSP900型矿用三相泡沫发生装置构成。
   ZB6/1.2型矿用注浆泵装置由制浆罐、搅拌机和输浆泵组成。注浆最大流量为6m3/h,最大出口压力为1.2MPa,主电机功率为11kw。
   KSP900型矿用三相泡沫发生装置由发泡剂定量添加泵、混合器、发泡器及进气阀等组成。发泡器出口三相泡沫量为100~900m3/h ,发泡器进气口压力为0.2~0.7 MPa,流量为600-1200 m3/h;发泡剂添加流量为0.05~0.2 m3/h,发泡剂添加压力为1.2MPa。配用电机功率为2.2kw。泡沫稳定时间为12~36h。
    3.阻化剂防灭火
   阻化剂防灭火是利用阻化剂的物理特性,与水制成水溶液,喷洒在煤体表面或灌注于采空区、煤柱内的一种防灭火方法。
   设计在采煤工作面运输巷设移动式阻化剂喷洒压注系统,通过管道送至采煤工作面,对采煤工作面采空区进行喷洒。该系统主要设备放置工作面设备列车后部,在采煤工作面等距离设置5个三通及高压球阀与5台雾化器,对工作面采空区进行喷洒阻化剂,每天喷洒一次,喷洒工作在工作面检修班进行。
   (1)喷洒压注设备
   建设单位已与抚顺正工矿业科技装备有限公司签订了协议,定购BH-160/12.5-G型煤矿用防灭火液压泵站(原名大阻化泵站)(设备已定购)一套。其技术参数为额定压力12.5Mpa,额定流量160 L/min,电机功率为37Kw。
   雾化器:单系统Ⅱ型,过滤器GL-1型,孔目50目。
   高压管:干管为Φ50mm,支管为Φ25mm。
   本设计认为,该设备可满足矿井机械化改造后防灭火的要求。
   (2)阻化剂溶液浓度
   根据国内经验,设计阻化剂采用MgCL2,阻化液浓度为15%。实际使过程中可根据具体情况加以适当调整。
   (3)阻化气雾日喷洒量
    采煤工作面采空区气雾阻化日喷洒量
      V=K1K2d Lhl/R
      =1.2×0.02×0.05×1.31×150×7.2×1.64/80%=3.48 m3/d
式中 V——日喷雾量,m3/d;
     K1——喷雾加量系数,K1=1.2;
     K2——每吨遗煤喷洒气雾量,取K2=O.02m3/t;
     d——工作面采空区丢煤率,取 O.05;
     ρ——煤的密度,t/m3,取1.31t/m3;
     h——煤层厚度,取取井田2号煤层平均值,1.64m;
     L——工作面长度,取L=150m;
     l——工作面日推进度,7.2m/d;
     R——气雾转化率,取R=80%。
   另外,BH-160/12.5-G型煤矿用防灭火液压泵站为可移动式,喷注能力大(9.6 m3/h)矿井每隔3个月对井下回采巷道进行喷洒阻化剂,或压注阻化剂,松散吨煤喷洒量按60Kg/t计算。矿井发生火灾预兆或发生火灾时,也可利用BH-160/12.5-G型煤矿用防灭火液压泵站对发火区域打钻进行阻化剂灭火。
   4. 束管监测系统
   矿井安设KSS-200型束管监测系统,及时预报自燃征兆。
   (1)采样点的设置
   在回采工作面的回风巷道、采空区、煤巷掘进工作面、盘区回风巷等易发生自燃发火的地点设置采样点。
   (2)地面设备及井下设施
   KSS-200型束管色谱微机监测系统由井上抽气泵、控制柜、分析仪器柜、计算机设备和井下管缆、管路附件、采样器等组成,通过束管取样,分析采空区、密闭区及巷道中的气体成分和浓度,实现对矿井自燃发火情况的早期预测预报,预防煤层发火措施的实施、防灭火效果的检验及火区启封提供依据。
   本系统由束管、抽气泵、气体采样控制柜、监测控制微机、双路24位采样接口、32路输出控制接口、束管专用色谱仪、打印输出设备、系统软件和滤水器和粉尘过滤器等构成。能实现24小时连续监测,最大抽气采样距离为20km,具有气体含量超标自动报警功能,能实现火灾瓦斯爆炸危险程度的判别以及可以联网调度,实现数据共享。
   本系统主要监测的数据为CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2、O2、N2等八种。
    KSS-200型束管监测系统详见矿井第十二内容。
    三、矿井外因火灾防治措施
   1.机电硐室、井底车场防灭火
   井下设置的主要机电硐室有中央变电所、中央主水泵房、煤仓装载硐室、盘区变电所等硐室。
   (1)井下机电硐室均采用锚喷支护。在硐室的出入口均安装铁制的密闭防火门,硐室内配有灭火器,变电所内放置灭火砂箱。硐室附近设有消防水管和消火栓。
   各机电硐室灭火器配置见表6-4-1。

  (2)变电所和水泵房与井底车场连通的两个出入口安装密闭防火门,当变电所发生火灾事故时,关闭密闭门,以防火烟进入矿井进风巷,造成人员中毒。

  (3)变电所和主水泵房之间安装1道防火门隔开。

  (4)变电所配置CO2灭火器和干粉灭火器,配沙箱和撒沙工具。硐室外布置消防水管,安装消火栓。

  (5)变送电设备附近地面铺设的绝缘橡胶板必须为阻燃型橡胶板,严禁变电所存放油料物品和其他物品、材料。

  2.井下电气火灾事故防治

  (1)在井下设中央变电所。下井2回6kV电缆按长时工作电流初选,按经济电流密度、允许电压损失及短路热稳定截面进行校核选择,电缆型号为MYJV22-10kV 3×120mm型煤矿用交联聚乙烯绝缘钢带铠装聚氯乙烯护套电力电缆,每根电缆可承担井下全部电力负荷用电。高低压电网选用经检验合格的并取得煤矿矿用产品安全标志的阻燃电缆,煤电钻、照明、通信、信号和控制装置,均选用专用电缆。井下全部选用铜芯电缆,并有供保护接地用的足够截面的导体。

  (2)井下中央变电所选用矿用一般型电气设备,变电所内安装KYGC-Z型高压一般型高压真空开关柜。该开关柜具备短路速断保护、过载反时限保护、选择性漏电保护、欠电压保护和操作过电压保护。井下中央变电所内安装2台KBSG-400/6型矿用干式变压器,电压组合6KV/0.69KV。井下变压器中性点采用不接地系统。

  (3)采掘运设备全部选用矿用隔爆型控制设备。通讯、信号及照明设备选用本质安全型及矿用隔爆型,隔爆等级BH3-Ⅱ。采掘运设备的用电电压为0.66KV,煤电钻、照明及信号使用0.127KV电压。

  (4)采煤工作面和掘进工作面的设备选用QJZ、QBZ系列矿用隔爆型真空电磁启动器及KBZ型真空馈电开关。井下KBZ系列馈电开关和QJZ、QBZ系列电磁启动器均设有过流和漏电保护装置,并与保护接地共同构成井下低压电网的三大保护。电缆接地芯线、专用接地线、电缆的钢带铠装把所有接地极连接在一起形成接地网,所有电器设备的金属外壳均应和接地网可靠连接,接地网上任意一点的接地电阻不大于2Ω。

  (5)防止地面雷电波及井下

  由地面直接入井的轨道及管路,必须在井口附近将金属体进行不少于两处的可靠接地。井下的通讯线路必须在入井处装设熔断器和避雷器,接地极电阻R≤1Ω。

  3.胶带输送机火灾防治

  (1)所有胶带输送机均选用阻燃型胶带。

  (2)铺设胶带输送机的巷道设有消防管路,每隔50m设支管和阀门,备有胶管。

  (3)机头、机尾及铺设输送机的巷道配备有一定数量的灭火器,以便及时扑灭火灾。

  (4)铺设胶带输送机的巷道,设有烟雾传感器,以监测胶带输送机火灾。

  (5)井下输送机采用自动液压拉紧装置,保证胶带有足够的张紧力。

  (6)胶带输送机机头附近安装开式自动洒水灭火装置。当机头处发生火灾时,烟雾传感器报警,开启电磁卸压阀(或手动紧急卸压阀),打开喷雾器灭火。

  (7)加强胶带输送机的运行、维修和管理。

  4.井下消防洒水系统

  (1)井下消防洒水水源

  井下消防洒水主水源为经处理后的井下排水,不足部分由地面生产生活水补充。

  井下消防用水量按7.5l/s,每个消火栓为2.5L/s,火灾延续时间6h计。一次消防用水量为162m3。井下消防洒水用水由工业场地内200m3的蓄水池,经敷设在副斜井井筒内的管道送入井下,以满足井下消防洒水用水。

  (2)井下消火栓布置

  按照《煤矿安全规程》、《煤矿井下消防、洒水设计规范》及《煤炭工业矿井设计规范》、《煤矿井下粉尘综合防治技术规范》等有关文件,在副斜井井底车场,变电所机电硐室附近,胶带输送机机头附近、采煤工作面进、回风巷口、掘进巷道入口等处设置消火栓。同时在井下消防洒水管道系统中,井下运输大巷、主斜井、工作面运输巷每隔50m处,其它巷道每100m处设置DN50的支管阀门,阀门后装快速管接头。

  井下消防栓选用SN50型,由带阀门和三通支管及水龙带接口组成。为避免在井下长期存放发生腐蚀和霉变,水龙带采用涂塑及氯丁橡胶衬胶水龙带。

  地面部分管道和井下主干管道为Φ108×4.5的无缝钢管;支管为Φ73×4.5、Φ57×4.5的无缝钢管。所有管道沿巷道侧壁敷设,采用快速接头连接。采掘工作面洒水点用普通橡胶软管。

  5.井下消防构筑物

  (1)副斜井井口设防火铁门。防火铁门的断面形状为半圆拱型,净断面积与安装的斜井井筒相匹配,防火铁门常开时不影响矿井的正常运输。

  (2)主斜井、副斜井井口设消防管道和消火栓。

  (3)井下设一处消防材料库。井下消防材料库布置在井底车场与895西运输大巷和895西辅助运输大巷连接处附近的联络巷道中,矿车可以进入,硐室断面积为半圆拱型,支护方式为锚网喷支护。井下消防材料库库存器材见主要机电设备清册。

  (4)矿井开采2号煤层为容易自燃煤层,采煤工作面的进、回巷预先设定构筑防火门的位置。矿井在施工建设中,按照设计选定的防火门位置构筑好防火门墙,并储备足够数量的封闭防火门的材料。

  防火门门墙采用料石或砖建筑,墙体厚度不得小于600mm。四周掏槽,其掏槽深度不得小于300mm;墙体无重逢、无干缝,灰浆饱满,不漏风;防火门门口断面采用2000×2000mm。

  6.其他防火措施

  (1)矿井主要通风机具有反转反风功能,井下各处风门均有两道反风风门,当矿井进风井口处发生火灾时,能在10min内实现全矿井反风。

  (2)地面的坑木场,矸石山均布置在距进回风井安全距离以外,井口房采用不燃性的材料建造。

  (3)井口房和通风机房附近20m严禁烟火。

  (4)入井坚持检身制度,严禁带火种、烟草入井。

  (5)地面设消防材料库,库存物品,按《矿井防灭火规范》配置消防器材和材料。消防材料库存放的器材设备不得挪作他用。

  (6)井下机械设备、输送机勤检修、润滑,以防摩擦过热引起火灾。

  第五节 矿井粉尘防治

  根据陕西煤矿安全装备检测中心2009年10月16日鉴定的《陕西瑞能煤业有限责任公司煤尘爆炸性鉴定报告》鉴定结论为2 号煤层煤尘有爆炸危险性。

  技改后,该矿机械化程度高,生产时产尘量较大。设计采用喷雾降尘、洒水降尘措施后,综采工作面机组割煤时,在内外喷雾完好、使用正常的情况下,煤尘浓度在300mg/m3以下;若内喷堵塞、外喷又罩不住滚筒时,粉尘浓度可达500~1000mg/m3。综掘工作面掘进时,在喷雾完好、使用正常的情况下,煤尘浓度在100mg/m3以下,否则可达200~300mg/m3。锚喷工作面粉尘浓度更高。

  粉尘包括煤尘和岩尘两类。煤尘主要产生于回采工作面和掘进工作面,此外,煤炭运输过程中转载点也易产生煤尘。岩尘主要产生于岩巷炮掘工作面。直径大于50μm的尘粒,在重力作用下很快从气流中分离出来,沉落于地面,称为落尘;直径在0.01~50μm的尘粒,能长时间悬浮于空气中,称为浮尘。浮尘对矿井空气的污染和人体健康的危害最大,是粉尘防治的重点。

  一、防尘措施

  1.喷雾洒水。在一盘区采、掘工作面、胶带输送机、刮板输送机、转载机等转载点处设喷雾洒水装置。

  2.清扫积尘。对沉积在巷道周壁及底板上的煤尘定期清扫,并进行冲洗。在设有供水管道的各条巷道、工作面运输巷与回风巷每隔100m,掘进巷道中每隔50m以及装载点附近设置一个规格为DN25的给水栓,以便冲洗巷道,清除矿尘。

  3.净化空气。在采掘工作面、采煤机的内外喷雾和煤仓、胶带输送机的机头、转载点,均应设置喷雾降尘装置。在采煤工作面运输顺槽、回风顺槽靠近出口及距工作面50m处,装煤点下风向20m处,胶带输送机巷道、采区回风巷、回风大巷等均应设置风流净化水幕。有喷雾洒水和风流净化水幕的地方均设截止阀。设专门人员来控制开关截止阀,以达到及时降尘的目的。

  4.定期对主要巷道刷浆。

  5.通风排尘。采掘工作面配有合适的风量,既能冲淡、排除瓦斯,炮烟及其它有害气体,又不致于风速过大引起落尘二次扬起。井下各巷道的风速均符合《煤矿安全规程》的要求。

  6.物理化学除尘。在喷雾洒水降尘的水中加入适量的湿润剂,加快煤尘湿润,增大沉降速度,提高降尘量。在易沉积煤尘的巷道周壁和底板喷洒湿润剂,粘接煤尘,防止二次扬起。

  7.个体防护。采掘工作面等产尘量大的场所的工作人员均佩戴防尘口罩或防尘安全帽,以减少粉尘吸入量,防止或减少职业危害。

  8.定期测尘。定期测定井下各作业场所、主要进、回风巷中风流的粉尘浓度和巷道落尘,超限时立即处理。

  二、降尘措施

  主要采有的降尘措施有:

  1. 采煤工作面降尘

  根据采煤工作面开采技术条件和采煤方法,除尘措施以降尘为主。

  采煤工作面降尘措施如下:

  (1) 利用采煤机的喷雾装置喷雾洒水。

  (2)放顶喷雾。采煤工作面放顶时,向采空区喷雾洒水降尘。

  (3)采煤工作面转载点喷雾洒水。

  (4)空气净化。采煤工作面进、回风巷安装净化水幕,用以除尘,净化空气。

  2.掘进工作面除尘措施如下:

  (1)利用掘进机的喷雾装置喷雾洒水。

  (2)装煤洒水。

  (3)净化空气。在掘进工作面装车点后方安设净化水幕。

  三、 防爆、隔爆措施

  1、防爆措施

  (1)建立完善的井下洒水降尘系统,对各产尘点进行喷雾洒水。在采掘工作面、采煤机的内外喷雾和煤仓、胶带输送机的机头、转载点,均应设置喷雾降尘装置。在采煤工作面运输顺槽、回风顺槽靠近出口及距工作面50m处,装煤点下风向20m处,胶带输送机巷道、采区回风巷、回风大巷等均应设置风流净化水幕。有喷雾洒水和风流净化水幕的地方均设截止阀。设专门人员来控制开关截止阀,以达到及时降尘的目的。

  (2)按《煤矿安全规程》规定,在进下所有运输巷和回风巷定期撒布岩粉。

  (3)定期清扫和冲洗巷道中沉积煤尘。

  (4)定期测定井下主要作业场所风流中的粉尘浓度,超限时立即处理。

  (5)加强爆破器材管理,对爆破材料定期检查,失效变质的雷管、火药妥善处理;炮眼装药前,必须清除眼内煤粉;坚持使用水炮泥,禁止放明炮、糊炮。封泥长度必须符合《煤矿安全规程》第329条的规定。

  (6)严格按《煤矿安全规程》的规定选用电气设备,防止电火花引燃或引爆瓦斯,煤尘。

  (7)掘进工作面配有风、瓦斯、电闭锁装置。当风量不足,瓦斯聚集到一定量时,自动断开电源,消除爆源。

  (8)消除井下明火。禁止带烟草点火工具入井;井下不得从事电焊、气焊和喷灯焊接。若必须焊接,应按《煤矿安全规程》第223条规定执行;井下发生火灾时,立即采取一切可能的措施直接扑灭。

  (9)井下各用风地点供风量配备合适,防止煤尘飞扬。

  (10)撒布岩粉

  按照《煤矿安全规程》规定,井下所有运输巷和回风巷都应定期撒布岩粉。依据该矿开拓和采煤方法,原则上在离尘源点50 m处开始撒布岩粉,撒布长度300 m。在不足300 m的巷道全部撒布岩粉。

  2、隔爆措施

  由2号煤层有煤尘爆炸危险,根据《煤矿安全规程》的规定,必须要有预防和隔绝煤尘爆炸的措施。具体措施如下:

  (1)在采煤工作面进、回风巷,距工作面煤壁60~200 m范围内和掘进工作面回风巷设辅助隔爆水棚。辅助隔爆水棚每组距离不大于200m。在89西运输大巷、895西辅助运输大巷、930西运输巷、930西辅助运输巷、西总回风巷设置主要隔爆水棚。首列水棚与工作面的距离,必须保持在60~200m的范围内。水棚与巷道的交岔口,转弯处、变断面处之间的距离,不得小于50m,并应设置于巷道直线段内。

  (2)定期冲洗和清扫巷道周帮积存的煤尘,对煤尘产生点喷雾洒水。

  (3)在易沉积煤尘的巷道周壁喷洒湿润剂。每条巷道喷洒长度不得小于300m,小于300 m的巷道全部喷洒。

  第六节 矿井水害防治

  一、矿井水患类型及威胁程度

  1.主要含水层富水性、隔水层及地质构造

  煤矿区位于黄陵矿业公司一号煤矿东南部,井田东西长约7km,南北宽6km,范围15.48km2。矿井自上而下共有四个含水层,即第四系黄土潜水含水层,中侏罗统直罗组砂岩裂隙潜水含水层,中下侏罗统延安组砂岩裂隙承压水含水层,上三叠统延长群砂岩裂隙承压含水层。矿井主要充水含水层为中下侏罗统延安组砂岩含水层,其单位涌水量q=0.00374L/s·m,渗透系数K=0.0193m/d,富水性弱。间接充水含水层为中侏罗统直罗组砂岩含水层,其单位涌水量q=0.0092L/s·m,渗透系数K=0.202m/d。富水性弱~中等。第四系黄土潜水含水层、上三叠统延长群砂岩裂隙承压含水层,其单位涌水量q=0.0018L/s·m,富水性弱。

  井田主要隔水层有两层,即侏罗系中统延安组上部相对隔水层(J2y1)、延安组下部及富县组相对隔水层(J2y 、J1f)。侏罗系中统延安组上部相对隔水层(J2y1)一般厚度在60m左右,岩性以深灰、灰黑色泥岩,灰色粉砂岩为主。延安组下部及富县组相对隔水层(J2y 、J1f)岩性主要由灰黑色泥岩、粉砂岩组成,厚度一般小于10m;富县组以花斑状泥岩为主。两层隔水层其富水性及渗透性均较低,为相对隔水层。

  井田地质构造基本形态为一宽缓的向斜构造。轴向近东西向,两翼地层平缓,倾角2~3°。井田断裂不发育,仅主斜井附近发现F4断层一条,落差<5m,井田构造简单。

  2.邻近矿井及老空区积水

  井田南部与黄陵县地方开采区相接,西面、北面与黄陵矿业公司一号煤矿井田紧邻,据瑞能煤业公司生产部2010年2月5日调查,井田范围内外关闭的矿井有李成元矿、林运矿等8处矿井,正在生产的矿井为金咀沟煤矿和东方有限公司煤矿2处矿井,小煤矿的开采范围,采空区积水量、水压等不完全清楚,目前积水严重的林运矿、七丰三队煤矿不断地向瑞能煤业矿井渗水,对矿井现生产系统影响较大。

  矿井机械化改造后,对现有的开采系统封闭,启用新的开采系统,开采一、二盘区时,矿井将不受小煤矿采空区突水的威胁。

  3.地表水

  本区域内水系属洛河水系。常年流水的有沮水河、郑家河。李章河、柳树沟均为季节性间歇流水,流量甚小。沮水河从井田外的南部流过,郑家河从井田的东北部流过,流量不清。郑家河水库位于井田外的东北角,由于多年来,气候干旱少雨,面临干枯,郑家河水库范围变小。李章河、柳树沟从井田流过,流量为0.013m3/s,柳树沟为0.008m3/s,具有季节性泄水特征。

  4.水患类型及威胁程度

  经对井田水文地质资料分析和现场调研,瑞能矿井机械化改造后,矿井的水患类型主要为老空水、第四系孔隙含水层水、裂隙含水层水及地表河流水(水库)。

  老空水是矿井建设和生产中的最大和主要水患。由于矿井井田内外先后有十多处小型煤矿开采开采过和正在开采,井下实际开采过的采空区范围和积水情况不甚清楚。据资料,瑞能矿井在1988年8月20日,矿井建设期间施工巷道时掘透老窑巷道,发生一次较大突水,最大涌水量达336m3/h,十天涌水量共8014m3。邻近的黄陵矿业公司一号井在建设期间也曾发生过一次大的小煤矿突水事故,最大涌水量达到800 m3/h。因此,老空水对矿井的安全生产威胁最大,在开采过程中若不采取相应的防治措施,矿井就会发生老窑突水。

  第四系孔隙含水层水、基岩砂岩裂隙含水层水,其富水性弱~中等。在正常开采期间,对矿井的威胁甚少。但据资料,黄陵一号井2004年“4.2”突水事故,是由煤层开采后形成的冒落裂隙带沟通了上部第四系砾石基岩风化带和直罗组基岩裂隙含水层(402工作面上方一个500×250m的含水裂隙带),导致矿井发生突水事件。因此,矿井开采中也应注意第四系孔隙含水层水、基岩砂岩裂隙含水层水对矿井开采的影响。

  郑家河流量不清。根据煤层埋藏深度、煤层开采厚度,经计算煤层开采后产生的裂隙导水带高度远小于煤层埋藏深度,且流量不大,设计未留设河流保护煤柱(在无断裂构造的情况下)。开采时在无断裂构造的情况下,郑家河对矿井不会产生危害。但在靠近河流开采时,应提前进行地质勘查,确定有无断裂构造存在,防止断裂构造导通地面郑家河,矿井发生突水事故。

  郑家河水库汇水面积位于井田外150m,附近的x13号钻孔煤层埋深为47.52m,经计算,本井田煤层开采不会对现水库产生破坏。

  4.水文地质类型

  矿井受采掘破坏或者影响的含水层主要是延安组中部含水层和直罗组下段含水层水,延安组中部含水层富水性弱,直罗组含水层水可接受上层水的天窗式补给,富水性弱~中等。井田内外分布有多处小煤窑,具体位置、范围、积水量不完全清楚,是影响矿井安全生产的一大危害。矿井建设期间发生过突水事故,矿井正常涌水量30m3/h,最大涌水量120m3/h。因小窑水的分布范围,积水量较难查清,矿井防治水工程量较大,且具有一定的难度。对照《煤矿防治水规定》,综合考虑,最终将瑞能煤矿水文地质类型确定为“极复杂”类型。

  二、矿井水害防治措施

  1.矿井开拓、开采所采取的安全措施

  (1)矿井开拓工程位置及层位选择

  ①瑞能煤业矿井机械化改造设计方案为矿井工业场地利用现工业场地,并对有关建构筑物进行相应改建。为提高现有工业场地防洪能力,建设单位已对矿井现工业场地排洪系统进行了改造,工业场地建筑直径为φ2.0m的排水涵洞,并将工业场地上游支沟的季节性汇水引排至矿井工业场地外。同时,矿井工业场地设有排水明沟。

  ②根据矿井机械化改造后矿井开采资源的主要区域分布情况、地面地形特点、矿井工业场地位置及矿井建设项目性质,设计在现工业场地、副斜井西侧布置新的副斜井、对现用的主斜井进行延伸利用,在现工业场地北偏西约1300m处的井田边界(3号拐点附近)新掘前期回风斜井,后期在小寨村北部建后期斜风井,矿井形成新的三条斜井开拓方式。矿井的三条井筒均为安全出口,利于矿井发生水时的安全逃生。

  ③设计的主、副斜井井底与新开采区为瑞能公司已采采空区,根据开拓方案总体思路,设计大巷布置层位有两种情况,一是位于采空区下的岩巷,二是布置在煤层中的煤巷。在黄陵矿区,在煤层中布置大巷,巷旁留设防水保护煤柱,从防水的角度来看不成问题。在矿井新的开采区(实煤体内),本设计大巷全布置在2号煤层中,并留设隔水煤柱。对于在采空区下岩石中布置大巷,主要考虑已采空区积水、巷道掘进支护及维护、井巷工程量及生产系统环节的复杂性等因素。设计将900西运输大巷和900西辅助运输大巷(岩巷)布置在2号煤层底板下+895m的煤层底板岩石中,距离上部采空区煤层底板间距21~25m。建设过程中, 采用物探.和钻探进行探水,并根据副斜井井筒施工揭露煤层底板岩性、采空区积水情况调整岩石大巷层位,确保矿井大巷的安全施工。

  (2)采掘工程所采取的防治水措施

  ①矿井在机械化改造项目井巷工程施工前,必须请有资质和有经验的地质勘查单位对本井田及周围的水文地质情况进行勘查,尤其是副斜井、岩石大巷上部采空区的水文地质。建设单位根据实际探测的资料,及时对本设计规划布置的井巷工程进行调整,同时提出和实施切实可行的采掘方案和防治水方案。

  ②根据矿井水文地质情况及采掘工作面生产能力大小,设计在采掘工作面配备小水泵,以排放生产过程中涌出的水。其中采煤工作面配备2台,掘进工作面共配备2台。

  ③井下所有巷道应根据巷道排水量的大小设置适宜的水沟断面和自排坡度,排水水沟坡度不能低于3‰,回采巷道的水沟自排坡度应大于3‰,并应保持足够的排水断面积使排水畅通。

  ④在巷道掘进、采煤工作面生产实施前,必须编制作业规程,制定防治水措施。

  ⑤在开采、掘进工作中,坚持“预测预报、有疑必探,先探后掘、先治后采”的原则,防止生产中水害事故的发生。尤其在靠近采空区开采时,应加强探放水工作。

  2防水安全煤(岩)柱留设

  (1)矿井防水煤(岩)柱种类

  本矿井设计的安全防水煤柱有井田边界煤柱,开拓巷道保护煤柱,盘区边界煤柱,采空区边界防水煤柱。

  (2)防水煤(岩)柱留设的依据

  根据矿井水文地质条件、煤层赋存条件、围岩性质和矿井开拓开采布置进行留设防水煤(岩)柱。留设的主要依据为:

  ①《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》;

  ②《煤矿防治水规定》;

  ③《煤矿安全规程》;

  ④《煤炭工业矿井设计规范》;

  ⑤建设单位提供的有关地质图件和文字资料;

  ⑥本设计编制的矿井开拓图及盘区主要巷道及主要机械配备图。

  (3)防水煤(岩)柱留设

  矿井安全防水煤柱按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》、《矿井水防治规范》等有关规定进行计算后予以留设,表土松散层移动角取50°,基岩移动角取72°。

  ①井田边界煤柱

  根据《矿井水防治规范》等有关规定,瑞能煤业矿井水文地质类型为极复杂型,设计对井田边界防水煤柱进行了计算。经计算,导水裂隙带上限岩柱宽度为23.28m,2号煤层隔水煤柱总宽度为47.45m,故本井田边界一侧煤柱留设取25m。

  ②大巷防水煤柱

  大巷煤柱经计算,留设宽度为19.05m,设计两侧各取30m。

  ③采空区边界防水煤柱

  采空区边界防水煤柱计算参数取一盘区地质条件进行计算,经计算,留设宽度为19.05m,设计取30m。

  ④相邻盘区防水煤柱

  经计算,相邻盘区防水煤柱留设宽度为9.26m,设计两侧各取10m。

  ⑤郑家河河流及水库防水保护煤柱

  郑家河河流按水体下采动Ⅱ级考虑。计算参数选取C55号钻孔参数进行计算。经计算,河流下顶板防砂安全煤岩柱厚度为35.74m,河床至煤层底板厚度为75m。根据理论计算,郑家河暂不留设保安煤柱。

  四、井下探放水措施

  矿井在建设和生产过程中,对采掘工作面可能遇到的可疑水源必须编制探放水设计,并有防止瓦斯和其他有害气体危害等安全措施。探放水设计应报上级有关部门审批,在实际中应切实加以认真落实。

  1.探放水原则

  采掘工作必须执行“预测预报、有疑必探,先探后掘、先治后采”的原则。当在地面无法查明矿井水文地质条件和充水因素时,必须坚持“有掘必探”的原则,加强探放水工作。采掘工作面在遇到下列情况之一时,必须探水:

  (1)接近水淹或情况不明的井巷、采空区。

  (2)接近断层。

  (3)接近钻孔。

  (4)接近各类防水煤柱或打开隔离煤柱放水时。

  (5)接近水文地质条件复杂的地段,采掘工作面有突(出)水征兆时。

  2.探放水设备

  (1)探放水设备选择依据

  根据井下生产过程中遇到的可疑水源类型及其特征,各种可疑水源的探放水方法及技术要求进行探放水的设备选型。使之所选探放水设备即满足探放水的要求,又满足井下操作便利和经济之要求。

  (2)井下探放设备型号及数量

  本设计井下探水设备采用矿井现有的ZYJ-160/460型架柱式液压回转探放水钻2台进行探水。其技术参数为:

  钻进深度:80m

  开、终孔直径:27~108mm

  钻杆直径:32~42mm

  钻孔角度:0~360°

  3.探水起点的确定

  (1)探水线的确定

  沿积水线水平向外推不小于60m距离划一条线即为探水线。此数值视积水边界线的可靠程度、水压力大小、煤的坚硬程度等因素来确定。当掘进巷道至此线时,开始探水。

  (2)警戒线

  由探水线再平行外推不小于100m距离即为警戒线。当巷道掘进至此线后,应警惕积水威胁,注意掘进时工作面水情变化,如发现有透(突)水征兆,提前探放水。如无异常现象则继续掘进,到达探水线时作为正式探水起点。

  4.探水钻孔的布置

  探放水的主要参数

  (1)超前钻距。探水时从探水线开始向前方打钻孔,常是探水-掘进-再探水-再掘进,循环进行。而探水钻孔终孔位置应始终超前掘进工作面一段距离。超前钻距应根据采空区水压、煤(岩)层厚度和强度及安全措施等情况确定,经分析,本矿超前最小水平钻距确定为30m,止水套管长度不小于15m。

  (2)允许掘进距离。经探水证实无水害威胁,可以安全掘进的长度为30m。

  (3)帮距。帮距值33m。

  (4)钻孔密度(孔间距)探水钻孔成组布设,在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。钻孔终孔位置以满足平距3m为准,各钻孔终的垂距不得超过1.5m。

  (5)钻孔孔径。钻孔孔径取42mm。

  5.探放水孔布置方式

  探水钻孔的布置方式和巷道类型、煤层厚度与产状有关,情况不同时,布置方式也有所不同。本设计确定探水钻孔布置形式为水平面和竖直面内均呈扇形,钻孔3组2孔布置。探水钻孔之间的面夹角6~150,使巷道前进方向及左右两侧需要保护的煤层空间均有钻孔控。

  6.探放水安全措施

  (1)在安装钻机探水前,必须遵守下列规定:

  加强钻孔附近的巷道支护,并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板。水压大时,避免发生冒顶和片帮事故,在立柱上固定套管,防止被水冲击,扩大水情。

  清理巷道排水沟。探水钻孔位于巷道低洼处时,必须配备与探放水量相适应的排水设备。钻眼透水后,使水沿水沟流走或排走,防止水流冲动浮煤和支架发生堵塞,改变水流路线而引起其他灾害。

  在打钻地点或附近安设专用电话。遇到水情紧急,便于及时报告矿井调度室,尽快采取相应措施。

  测量和防探水人员必须亲临现场,依据设计确定主要探水孔的位置、方位、角度、深度以及钻孔数目。这时所谓主要探水孔,是指有目的地探水,即明知前方有积水,在探放时,测量人员根据设计要求,测定探水地点的坐标与标高,确定钻孔的方位、角度、深度;负责探放水员,根据测量人员提供的要求施工,这样易于达到设计要求,顺利地将水放出。

  在预计水压大于0.1MPa的地点探水时,预先固结套管。套管口安装闸阀,套管长度不小于15m。并进行耐压试验,达到设计承受的水压后,方准继续钻进。预先开掘安全躲避硐,制定包括撤人的避灾路线等安全措施,并使每个作业人员了解和掌握。钻孔内水压大于1.5MPa时,采用反压和有防喷装置的方法钻进,并制定防止孔口管和煤(岩)壁突然鼓出的措施。措施包括背紧工作面,在背板外面加设顶柱或水垛,必要时还应在顶、底板坚固地点砌筑防水墙,然后方可打开钻眼放水;钻眼内压力过大时,可采用孔口防喷帽、防喷接头等防喷装置。

  (2)探放水钻进时,发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中水压、水量突然增大以及有顶钻等透水征兆时,必须立即停止钻进,但不得拔出钻杆;应立即向调度室报告,并派人监测水情。如果发现情况危急时,必须立即撤出所有受水威胁地区人员到安全地点,然后采取安全措施,进行处理。积水区煤(岩)层长期受水浸泡,煤质松软,当钻探过程中发现岩层显著变软或有水沿钻杆流出时,都是孔接近或钻入积水区的特征,应立即停钻,检查防水措施是否完善、可靠,排水设施是否正常运行。发现片帮、来压时,应检查巷道支架是否牢固,若不牢固,需加固支架或在巷道前方打柱,保护煤壁和顶板,防止冒顶砸人。

  (3)探放采空水前,应当首先分析查明采空水体的空间位置、积水量和水压。探放水孔应当钻入老空水体,并监视放水的全过程,核对放水量,直到采空水放完为止。当钻孔接近老窑,预计可能有瓦斯或其他有害气体涌出时,必须有瓦斯检查工或矿山救护队员在现场值班,检查空气成分。如果瓦斯或其他有害气体浓度超过有关规定时,必须立即停止钻进,切断电源,撤出人员,并报告调度室,及时处理。采空区往往积存有大量的瓦斯、二氧化硫、二氧化碳等有害气体,探水钻孔接近或打透老空时涌出。为了防止瓦斯事故,必须做到以下几点:

  探水工作面一切电器设备的防爆性能必须良好;

  加大供风量,将风筒末端接到探水迎头,对着钻孔,及时吹散瓦斯,避免聚集;

  经常检查探水地点的瓦斯含量,掌握瓦斯动态,以便发现问题及时处理;

  打钻探水时,若孔内无回水,首先检查泵上水是否正常,若正常,表明已钻透老窑;如无水流出,则应防止有害气体,可用黄泥、破布、木塞等将钻孔临时封闭;

  如果有害气体超过《煤矿安全规程》第138条的规定时,必须停止工作,切断电源,撤出人员,待加强通风吹散瓦斯后方可继续工作。

  (4)钻孔放水时,必须设专人监测钻孔出水情况,测定水量、水压,做好记录。若水量突然变化,必须及时处理,并立即报告矿调度室。当钻孔流量突然变小或突然断水时,可能是钻孔局部堵塞造成,需通孔3~5次,并补打检查孔,核实是否已将水放尽;也可能因放水水位降低后造成老窑巷道坍塌堵塞,所以流量减小,此时还应防止流量突然增大。当钻孔流量变少时,可能是串通新的水源。若探老窑水时,可能由于长年积水,巷道坍塌,堵截了一部分水,放水后形成被堵地区水位升高,当坍塌物抗不住水压被冲垮时,造成流量变大,此时需通知水文地质人员分析增大原因,并采取相应措施。

  7.探放水避灾路线

  在编制探放水设计和实施探放水工作,必须制定探放水时的避灾路线。制定的原则必须时避灾路线短,人员行走便利,避灾路线标识明确、醒目,通风条件好,线路安全可靠。一般是按最短路线进行制定,设置两套避灾路线方案。其路线是探放水工作面→主要巷道(巷道位置较高)→井筒。

  五、地表水防治措施

  本井田内主要河流为郑家河,从井田的东北部流过,流量不清。该区为矿井后期开采区,矿井初期开采区,不受郑家河的影响。本次矿井机械化改造设计,工业场地仍利用现工业场地。工业场地设排水暗函,将工业场地上游支沟雨季流水引排出工业场地。同时在工业场地挖方边坡及挡土墙下、道路两侧设排水沟,将场区内雨水排至场区外的沟谷中。

  矿井工业场地及矿井井口标高按1/100的设计洪水频率设防。

  六、封闭不良的钻孔防治水措施

  ①查阅井田内钻孔封闭资料,弄清封孔材料、封孔方法、深度和封孔质量。

  ②对封孔不良的钻孔孔口及周围裂隙注浆加固、堵漏处理,垫高孔口,以便排除雨水;处于低洼地带的钻孔,钻孔周围用黄土加高,并开挖排水沟疏水。

  ③采掘接近封闭不良钻孔时,距钻孔150m设警戒线,距钻孔50m处设探水线,开始探水,坚持“先探后掘”,“先探后采”原则。

  ④探明积水后,打放水钻孔放出积水。

  ⑤揭露放出积水的不良钻孔后,从井下向钻孔内打入木锥封堵,以防钻口泄水。

  七、井下水害防治设施

  矿井设井下新的主排水系统,井下涌水汇集于副斜井井底车场附近的水仓内,由主排水泵房内的水泵和敷设于副斜井井筒的排水管将井下水排至地面。

  井底水仓为直墙半圆拱断面、混凝土支护的两条互不渗漏的巷道组成。水仓定期轮流清淤。水仓容量为510m3,满足8h的矿井正常涌水量。

  根据矿井涌水量及排水高差,选用100D45×2型离心式清水泵三台,其中一台工作,一台备用,一台检修。

  每台水泵配用1台YB2200L2-2型防爆电动机,其功率为37kw,电压660V。

  主排水泵房按“三泵二管”布置。排水管路沿副斜井井筒敷设两趟,选用D140×4.5无缝钢管。矿井正常涌水量时,一趟工作,一趟备用;最大涌水量时,两趟同时工作。

  主排水泵房设有3个安全出口,一个出口用斜巷通到副斜井井筒,并高出泵房底板7m以上;另二个出口通到井底车场。在通到井底车场的出口通路内,设置有易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。泵房和水仓的连接通道,设置可靠的控制闸门。

  在水泵房内设置两台BQS100-18×6-45/S型矿用隔爆型潜水排砂电泵,用于发生水灾时的应急需用。

  八、井下防治水其他措施及建议

  1.矿井在建设前,委托有资质的单位,进行水文地质补充勘查,并根据补充勘查水文地质报告,对设计进行及时调整。

  2.矿井掘进井巷在接近可疑水源前,必须编制矿井探放水设计,严禁在水害情况未查明前,进行采掘活动。矿井发现有透水征兆时,应当立即停止受水害威胁区域内的采掘作业,撤出作业人员到安全地点,采取探水措施,查找水源。

  3.矿井在895m岩石大巷施工前,必须探明上部采空区的积水情况,并根据情况采取相应的防治水及掘进技术措施

  4.矿井建立防治水专职队伍,建立地下水动态观测系统,掌握井下水文地质动态和规律。

  5.矿井每年必须编制防治水计划和防治水应急救援预案

  6.矿井应当建立健全水害防治岗位责任制、水害防治技术管理制度、水害预测预报制度和水害隐患排查治理制度。

  7.矿井应当对职工进行防治水知识的教育和培训,保证职工熟悉透水预兆,具备必要的防治水知识,提高防治水工作的技能和抵御水灾的能力。

  配备FDG-A型防爆多功能高密度电法探测仪,进行探放水钻孔放水效果检验。

  第七节 矿井热害防治

  该井田范围内地温正常,暂无热害。

  第八节 矿井冲击地压灾害防治

  该井田范围内地压正常,尚无冲击地压灾害。

  第九节 矿山救护

  根据《中华人民共和国矿山安全法实施条例》第41条的规定和陕发[2001]26号文件的要求,煤矿要与矿山救护队签订救护协议。按照《煤炭工业设计规范》、《煤矿安全规程》及《城镇消防站布局与技术装备》等有关规定,陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿和黄陵县矿山救护队签订救护协议,该矿的救护工作由黄陵县矿山救护队承担。

  延安市黄陵县矿山救护队位于延安市黄陵县店头镇中心街,距陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿大约5Km。行车时间约10min。救护队在接到服务矿井招请时,可立即出动为其服务。救护队的具体职责和义务在《救护协议书》中已经明确。该救护队有技术装备车辆和先进的救护设备及仪器。可满足矿山救护基本需求。

 

   为了使矿井在井下发生的一般事故能够得到及时救护,根据AQ1055—2008《煤矿建设项目安全设施设计审查和竣工验收规范》规定,矿井必须设置一个兼职救护小队的要求,故本设计设有一个兼职救护小队,队员6人,另外配有队长1人,副队长1人,保管员1人,共计9人。并按矿山兼职救护小队的技术装备标准予以配备了必须的救护装备和器材。兼职救护小队队员要求必须经过救护大队为期不少于1.5月的救护技术培训。该队直属矿长领导,业务上受矿总工程师和专职的救护队指导,必须按《煤矿安全规程》要求定期检查维修,救护队员必须经常训练,定期演练。

 

 

 

 

 

  第十节 安全避险六大系统

  一、矿井安全监测监控系统

  本设计矿井采用KJ110N安全监测监控系统,该系统设置有地面中心站,地面分站,井下分站。地面中心站设在工业场地的生产调度室。

  地面中心站设置有系统主机,图型终端,打印机等系统设备;有关领导和科室设置图形工作站。系统主站配套设置安全生产监测监控系统双机热备切换功能。

  地面共设置1个分站,设置于风井变配电室。设置甲烷传感器1个,风速传感器1个,负压传感器1个,风门传感器2个,设备开停传感器2个,温度传感器1个。

  井下共设置4个分站,分站1安置在井下中央变电所内;分站2安置在综采工作面巷道口;分站3安置在第一掘进工作面巷道口;分站4安置在第二掘进工作面巷道口。共设置瓦斯传感器11个,一氧化碳传感器5个,温度传感器5个,风速传感器2个,负压传感器1个,水位传感器2个,设备开停传感器7个,风门开启传感器6个,馈电状态传感器2个;风筒传感器2个;烟雾传感器2个。

  二、井下人员定位系统

  经过对一般煤矿技术规格和要求的分析,人员定位考勤系统井下布放方案如下:

  结合KJ138人员考勤定位系统结构的特点,通过定位分站加射频收发器的系统结构,对井下人员车辆流动的主要巷道、硐室进行信号覆盖,检测人员分布和人员车辆流动状况;

  井下定位分站和射频收发器的布置情况一般遵循如下情况:

  所有出入井井口、对应的井底、井下重要硐室、采区口、工作面巷道口等位置应设置井下定位分站和射频收发器,以保障可以及时获取井下重要区域的人员分布信息情况。

  井下分站及收发器设置

  根据该矿目前的井下巷道开拓开采情况,配置27台本安射频收发设备满足井下人员的定位及考勤管理工作及车辆移动监测。定位分站及收发器设置在主斜井及井底车场、副斜井及井底车场、中央水泵房变电所、掘进工作面巷道、井下运输巷、材料库等位置。以3个射频收发器配置一台分站考虑,每台分站预留一个射频收发器接口。方便现场设备安装变化的随时调整。

  本安标识卡为下井工作人员随身携带在腰带、矿灯绳上无金属屏蔽位置或固定到需监测的移动车辆上。由矿上系统管理人员向下井工作人员颁发并装备标识卡。

  针对煤矿企业提出的整体信息化监控的建设要求,系统根据“煤矿井下人员管理信息系统联网软件应用技术与功能要求”提供软件接口。接口技术采用安全稳定、适应多系统平台开放式框架结构、开放统一的数据格式的网络技术要求,符合今后信息化规划发展方向。

  三、井下紧急避险系统

  本矿井为所有入井人员均配备了额定防护时间为60min的OSR-40型化学氧隔离式自救器,当井下发生灾害事故时,为无法及时撤离的遇险人员撤离至安全避险地点提供氧气。自救器按集中管理方式设计,自救器台数与矿灯相适应,按原煤生产人员在籍人数进行配备。自救器数量为290台。

  本矿井为低瓦斯矿井,沿着矿井井下避灾路线上设置紧急避险设施。紧急避险设施对外能够抵御高温烟气,隔绝有毒有害气体,对内提供氧气、食物、水,去除有毒有害气体,创造生存基本条件,为应急救援创造条件、赢得时间。

  本矿井在副井井底附近设置避难硐室,硐室长40m,半圆拱断面,墙高1.5m,净宽4.0m,采用锚喷支护,安设防火门。具体应请有资质单位设计,设计应符合《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》。

  四、矿井压风自救系统

  按照国家安全监管总局国家煤矿安监局关于印发《煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本规范(试行)》的通知要求,在工业场地建空气压缩机站一座,根据井下计算压缩空气需要量,站内设置两台MH250型螺杆式空压机,一台工作,一台备用。每台空压机配一个容积为4 m3的储气罐。储气罐应用不小于1.2 Mpa的水压作压力试验,并应安装在室外阴凉处。

  压缩空气主干管沿副斜井井筒敷设,选用D159×4.5的无缝钢管。895西辅助运输巷、西总回风巷选用D159×4.5的无缝钢管,895西运输大巷部分、930西辅助运输巷、930西运输大巷选用D108×4.5的无缝钢管,运输顺槽、回风顺槽、各顺槽掘进巷、回风斜井、895西运输大巷部分和主斜井选用D68×4的无缝钢管。为防漏气,采用快速接头连接。在主斜井井口、井底及井下管道最低处、以及主要管路上每隔500~600m装设一个油水分离器,每隔150~250m装设一个伸缩器,以弥补管路的热胀冷缩。

  所有管路及管件均做防腐处理。

  压风管路接入避难硐室,并设置供气阀门。根据《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》:矿井压风自救系统的压风出口压力应在0.1~0.3 MPa之间,供风量不低于0.3m3/min.人。

  五、供水施救系统

  结合该矿井安全避险的需求,建设完善供水施救系统。供水水源应引自消防水池,其容积为200 m3。水池采取防冻和防护措施。

  矿井供水施救系统满足以下要求:

  1.所有矿井采区避灾路线上应敷设供水管路,压风自救装置处和供压气阀门附近应安装供水阀门。

  2.矿井供水管路应接入紧急避险设施,并设置供水阀,水量和水压应满足额定数量人员避险时的需要,接入避难硐室前的20米供水管路要采取保护措施。

  3供水施救系统应能在紧急情况下为避险人员供水、输送营养液提供条件。

  六、通信联络系统

  煤矿必须按照安全避险的要求,进一步建设完善通信联络系统。该矿近期刚完成了对原井上下通讯联络系统进行了升级改造。安装了126门SW-2000DX数字程控交换机系统一套,重新敷设了井下30对矿用通信电缆。该系统具备与外网固定电话和移动电话联网功能,满足矿井机械化改造后对通信系统的要求,故矿井机械化改造后通信系统维持不变。SW-2000DX型数字程控交换机还设有中继回路出口,可与矿外通信系统接通。中国移动、联通等公司的移动通信信号已覆盖矿区,可实现无线通信。

  矿井通信联络系统还应满足以下要求:

  1. 在矿井绞车房、井底车场、运输调度室、采区变电所、水泵房等主要机电设备硐室以及采掘工作面和采区、水平最高点,应安设电话。紧急避险设施内、井下主要水泵房、井下中央变电所和爆破时撤离人员集中地点等地方,必须设有直通矿井调度室的电话。

  2. 距掘进工作面30~50m范围内,应安设电话;距采煤工作面两端10~20米范围内,应分别安设电话;采掘工作面的巷道长度大于1000m时,在巷道中部应安设电话。

  3. 机房及入井通信电缆的入井口处应具有防雷接地装置及设施。

  4. 井下基站、基站电源、电话、广播音箱应设置在便于观察、调试、检验和围岩稳定、支护良好、无淋水、无杂物的地点。

  5. 煤矿井下通信联络系统的配套设备应符合相关标准规定,纳入安全标志管理的应取得煤矿矿用产品安全标志。

  第七章 提升、通风、排水和压缩空气设备

  第一节 提升设备

  一、主井提升设备

  本矿是设计生产能力为0.60Mt/a的矿井。矿井采用斜井开拓方式,主斜井井筒倾角为10°,井筒斜长298m,装备带式输送机用于主提升。从井下至地面均为带式输送机连续运输方式,以适应矿井连续生产的需要。

  (一) 设计条件及参数

  1、运输量

  矿井投产时生产能力0.60Mt/a,设计委托书要求主要设备运输能力应满足0.90Mt/a的提升需要。由于采用综合机械化采煤法,主斜井带式输送机的运输能力确定为Q=500t/h。

  2、带宽和带速

  根据主斜井带式输送机的运量确定主斜井带式输送机的带宽为800mm,带速为2.5m/s。

  (二) 设备选型计算

  1、圆周驱动力Fu的计算

  Fu=CfLg[qR0+qRu+(2qB+qG)cosδ]+FS1+FS2+qGgLsinδ

  式中:C——附加阻力系数,取1.31,

  f——模拟摩擦系数,取f=0.03,

  L——输送机长度,设计取L=310m,

  qR0——承载分支托辊组每米长度旋转部分重量,qR0=13.63kg/m,

  qRu——回程分支托辊组每米长度旋转部分重量,qRu=4.51kg/m,

  qB——每米长度输送带质量,qB=20.5kg/m,

  qG——每米长输送物料质量,qG=63.13kg/m,

  FS1——主要特种阻力,FS1=1363N,

  FS2——附加特种阻力,FS2=1800N,

  δ——输送机倾角,δ=10°。

  计算得:Fu=51849N。

  2、驱动功率计算:

  传动滚筒轴功率PA=Fu×v/1000

  电动机功率PM=PA/(ηηˊ)

  计算得电机功率为PM=134kW,选用带宽为800mm,胶带强度为ST1000的钢绳芯带式输送机。

  (三) 驱动装置的选择

  根据矿井生产条件和计算结果,设计中选用Y-DCY分离式驱动系统,即Y系列电动机—YOX液力偶合器—直交轴减速器—ZL联轴器。为胶带输送机安全运行,胶带机机头部分设置制动器与逆止器。输送机代号为8080-570。同时,在胶带机机头部分设置了电子胶带称,用于原煤计量,并和监控系统联网。

  主斜井提升输送机特征图见图6—1—1。

  主斜井提升输送机设计计算见表6—1—1。

  二、副井提升设备

  (一)设计依据:

  井筒斜长:149m;

  井筒斜倾角:20º;

  工作制度:三八工作制;

  提升方式:平车场单钩串车提升;

  日矸石提升量:12车;

  日材料下放量:8车;

  日沙子、水泥下放量:12车;

  最大班下井人数:75人;

  整体液压支架重量:9.8t/架;

  支架平板车:MP16-6型,载重16t,自重0.81t;

  矿车型式:1t固定式矿车,1t平板车,1t材料车;

  (二)设备选型结果:

  1.斜井人车;

  型号:XRB15-6/6,头车1辆,挂车1辆;

  额定乘人:2×15人;

  自重:头车2200kg;挂车1000kg。

  2.提升钢丝绳:

  型号:24NAT6×9W+FC 1670 ZS 319 198 GB8918-2006;

  韧性:特号;

  绳径:24mm;

  每米质量:1.98kg/m;

  公称抗拉强度:1670MPa;

  钢丝破断拉力总和:361.746KN。

  3.提升绞车:

  型号:JK-2/30A型;

  滚筒直径:2.0m;

  滚筒宽度:1.5m;

  最大静张力:60KN;

  减速比:30;

  提升速度:2.55m/S;

  配套电机机:Y-355M-8型,160kw,742 r/min,λ=2.24,380V(变频调速)。

  4.游动天轮:

  型号:TDG1000/13.5/800

  直径:1.0m;

  绳槽半径:13.5mm,

  游动距离:800mm。

  5.选型计算的几个主要数据:

  串车编组:

  提人:1头1挂,30人;

  支架整体下放:1辆支架平板车;

  提矸:4辆矿车;

  其他:酌情串挂。

  实际最大静张力:40.20KN(支架下放);

  钢丝绳安全系数:

  提人:16.98>9;

  支架下放:8.95>7.5;

  其他作业绳端载荷均不超过支架下放,故安全系数满足。

  最大班工人下井时间:17.4min<60min。

  最大班作业时间合计:1.1h<6h,合适。

  第二节 通风设备

  一 设计依据

  矿井需风量: 66.5m3/s;

  其中:主立井进风: 24.6m3/s;

  副立井进风: 41.9m3/s;

  通风容易期通风阻力: 436pa ;

  通风容易期等积孔: 3.79m2

  通风困难期通风阻力: 1335pa ;

  通风困难期等积孔: 2.17m2

  通风方法: 抽出式;

  通风方式: 并列式;

  瓦斯等级: 低瓦斯。

  二 设备选型

  1.通风机必须的通风能力

  由于有专用回风井,其漏风系数取1.05,则通风机必须产生的风量为:

  Q=kq=1.05×66.5=69.83m3/s

  通风机必须产生的静压为:

  通风容易期: Hj =h+△h =436+150=586 pa

  通风困难期: Hj =h+△h =1335+150=1485pa

  2.通风机的比选

  根据该矿条件,既可选用离心式通风机,亦可选用轴流式通风机。但离心式通风机所需机房面积较大,反风道、反风门等附属设施较多,建设费用高,漏风大,维护工作量大。选用一般轴流式通风机,其叶轮与电动机之间有一长传动轴,传动装置易于变形损坏,安装调节困难,与井下风道需用“S”型弯头连接,通风阻力大。而选用防爆对旋轴流式通风机,因叶轮与电动机直联,结构紧凑,提高了传动效率;同时因它摒弃了一般轴流式通风机的长传动轴,因而安装调试更加方便;这种风机的底座设有托轮,可在预设的轨道上沿轴向移动,各部件用螺栓联接,维护检修非常方便。同时,它的效率曲线平缓,能保证风机在整个运转期间高效运转;可反转反风,不需反风道和反风门;风机布置在室外,机房面积小,具有节约基建投资的优点。此外,这种风机对有地面缺陷的山地也有较好的适应性。故此确定:选用防爆对旋轴流式通风机。

  3. 通风机的选型

  该矿现有两台BDK60-6NO.14A型矿用防爆抽出式对旋轴流通风机。但因这种通风机的风量、风压均不能满足技改后的要求,故需另选风机。

  根据计算,选用两台FBCDZ-6№20B和两台FBCDZ-8№21C型矿用防爆抽出式对旋轴流通风机进行比较。比较内容及结果如表7-2-1。

  表7-2-1 通风机方案比较表

 

  由于方案一的设备及安装费和平均运营费均低于方案二,故确定选用方案一。

  三、推荐方案的选型计算

  通风网络特性曲线方程分别为:

  通风容易期 Hmin =0.1202Q2;

  通风困难期 Hmax =0.3045Q2。

  通风机运行工况如图7-2-1。工况参数如下:

  通风容易期 Qm1 = 73.2m3/s; Hjm1 = 660 pa;

  ηm1 = 66%; θ1 /θ2 = 40°/31°

  通风困难期 Qm2 = 70.4m3/s; Hjm2 = 1500 pa;

  ηm2 = 85%; θ1 /θ2= 43°/34°

  百万立方米帕通风电耗:

  通风容易期 0.42 kW.h/Mm3 Pa<0.44 kW.h/Mm3 Pa

  通风困难期 0.33 kW.h/Mm3 Pa<0.44 kW.h/Mm3 Pa

  年通风电耗

  通风容易期 749979kwh

  通风困难期 1272867kwh

  吨煤通风电耗

  通风容易期 1.25 kwh/t

  通风困难期 2.12 kwh/t

  在通风困难期,轮叶安装角比设备允许的最大安装角小6°,风机能力有一定的余量。

  5.电动机功率的验算

  根据计算,通风容易期需要的电机功率为73.2kw,通风困难期需要的电机功率为124.24kw。

  该通风机所配电机功率为220 kw,大于需要的电机功率。满足要求。

  由于通风设备离变压器较近,电动机容量能够满足风机正常起动要求。

  6. 电动机启动能力的验算

  YBF315L2-8电机的效率为0.993,功率因素为0.82,堵转电流1373.4A。

  通风容易期的启动电流为

 

 

 

 

 

  电动机启动能力满足要求。

  7. 反风方法

  采用风机反转法反风,矿井各个时期通风系统反风风量均大于40%的正常风量,反风设施能在10min内改变巷道中的风流方向。

  所选通风机和电动机容量满足反风要求。

  五、 通风机房设施

  在回风井井口附近安装的两台FBCDZ-6№20B型矿用防爆抽出式轴流通风机,一用一备。两台通风机通过风道和垂直风门进行倒换。风门由风门绞车控制,风门绞车的型号为JFM-2型,共四台。这种绞车的拉力为20kN,配套电机为Y160M2-8,功率5.5kw,电压380V,转速720r/min.通风机安装在室外,采用导轨方式安装,不建通风机房,但需设电控值班室和风门间。

  值班室内必须安装水柱计、电流表、电压表、轴承温度计等仪表,安装可直通调度室的电话。

  第三节 排水设备

  一、设计依据

  矿井正常涌水量 60m3/h

  矿井最大涌水量 135m3/h

  井筒斜长 139m

  井筒倾角 20°

  矿井水处理站标高 949m

  副斜井井底标高 895m

  矿井年产量 60万t

  水质 中性

  二、排水系统

  井下涌水先汇集于副斜井井底水仓内,再经主排水泵房内的排水设备和敷设于副斜井井筒内的排水管排至设在工业场地内的井下水处理站处理后复用。

  三、排水设备选型方案比较

  该矿现有100D45×2型离心式清水泵6台。这种水泵的额定流量为85 m3/h,额定扬程90m,所配电机额定功率37KW,能满足该矿排水要求。另考虑到矿井水在开采过程中,不可避免地混有大量煤岩粉尘、颗粒和其它杂物,对泵的过流部件(包括叶轮、导水圈和返水圈)以及密封会产生一定的磨损,使泵的寿命缩短。为此,再选择MD100-20×4型多级耐磨离心式水泵,与100D45×2型水泵进行比较。比较内容及结果如表7-3-1。

  最终确定选用现有的100D45×2型离心式清水泵三台。其中一台工作,一台备用,一台检修。

  排水管选用 D140×4.5的无缝钢管,共二趟,其中一趟工作,一趟备用。

  表7-3-1 排水设备选型方案比较表

  排水管沿副斜井井筒敷设。每趟排水管长215m。

  四、推荐方案的选型计算

  1、设计要求工作水泵的排水能力

  正常涌水期   Q = 1.2×60= 72m3/h;

  最大涌水期   Q = 1.2×135= 162m3/h;

  2、排水管路特性曲线方程:

  管路运行初期 Hc = 59+0.00140Q2

  管路淤积后 Hy = 59+0.00237Q2

  3、水泵运行工况

  水泵运行工况见图7-3-1,水泵运行工况参数如下:

  管路运行初期: 流量 104.1 m3/h;

  扬程 77.5 m;

  效率 68.1%。

  管路淤积时: 流量  98.7 m3/h;

  扬程 82.1 m;

  效率 70%。

  五、电动机选型

  水泵轴功率:

  管路运行初期 32.93kW

  管路淤积后 32.18kW

  每台水泵选配YB2200L2-2型隔爆电动机一台,其功率为37kW,电压660V。

  六、水泵昼夜工作时间

  正常涌水期

  管路运行初期 13.83 h <20 h

  管路淤积后   14.60 h <20 h

  最大涌水期

  管路运行初期  15.56 h <20 h

  管路淤积后   16.41h <20 h

  七、排水电耗

  1、年排水电耗:

  管路运行初期    249961 kW.h/a;

  管路淤积时期   258012 kW.h/a;

  2、排出1m3井下涌水电耗:

  管路运行初期 0.39 kW.h;

  管路淤积时期 0.40kW.h;

  3、吨煤排水电耗:

  管路运行初期 0.42 kW.h;

  管路淤积时期 0.43 kW.h。

  4、吨水百米电耗

  管路运行初期 0.67 kW.h/t.100m;

  管路淤积时期 0.69 kW.h/t.100m。

  八、主排水泵房及附属设施

  泵房按3台水泵2趟排水管路布置。水泵采用喷射泵抽气引水系统,选配ZPBD型喷射泵3套,喷射泵以井下洒水管压力水或主排水管路存水作为动力源。水泵房配水井安设PZI—500型号配水闸阀3个,配水闸阀直径Dg=500mm。

  泵房排水系统示意图如7-3-2。

  九、潜水泵的选择

  《瑞能煤矿矿井水文地质类型划分报告》将该矿水文地质类型确定为“极复杂”类型,根据《煤矿安全规程》第273条规定:在正常排水系统的基础上,另外安装具有独立供电系统且排水能力不小于最大涌水量的潜水泵。

  为此确定,在水泵房内设置两台BQS100-18×6-45/S型矿用隔爆型潜水排沙电泵。这种潜水泵额定流量为100 m3/h,扬程108m,电机功率45Kw。两台潜水泵的总能力达200 m3/h,大于最大涌水期要求的162m3/h的能力要求。

  第四节 压缩空气设备

  一、概述

  该矿采用以煤巷为主的巷道布置方式。为巷道支护,设有PZ-Ⅱ型混凝土喷射机2台。同时,设有压风自救系统。故该矿必须设置地面空压机站。

  二、空压机的选择

  为满足支护要求,井下设有两台MYT-140/320液压锚杆机和两台PZ-Ⅱ型混凝土喷射机。PZ-Ⅱ型混凝土喷射机的额定耗气量7m3/min,工作气压0.4Mpa。

  井下采煤工作面采用三相泡沫放灭火,需压力为0.5 Mpa,流量为900m3/h的压缩气体。

  1、空压机必须的排气量

  Q=a1a2a3(∑niqiki+q)

  =1.2×1.15×1×(2×7×0.96+15)

  =39.25m3/min

  式中:a1——沿管路全长的漏风系数,取a1=1.2;

  a2——机械磨损使压气增加的系数,取a2=1.15;

  a3——海拔高度修正系数,取a3=1;

  ni——同型号风动工具的同时使用台数,对喷射机n=2;

  qi——每台风动工具的耗气量,对喷射机q=7m3/min;

  ki——同型号风动工具的同时使用系数,对喷射机k=0.96;

  q——三相泡沫放灭火所需压气,取q=15 m3/min;

  2、空压机必须的出口压力

  p=pg+Δpi+0.1

  =0.4+3.5×0.04+0.1

  =0.64Mpa

  式中: pg--喷射机的工作气压,取pg=0.4 Mpa;

  Δpi――最远压气管路的压力损失之和。最远压气管路按3.5km, 每公里管路损失0.04 Mpa计;

  0.1――考虑橡胶软管而增加的压力,Mpa。

  3、空压机的选择

  可供选择的空气压缩机有活塞式压缩机和螺杆式压缩机。老式的活塞压缩机噪音大,效率低,经济性差,维护、维修极为不便。而新型的螺杆式压缩机噪音低,效率高,经济性、可靠性、安全性都优于活塞式压缩机。因之,本设计选用高可靠性高效率的螺杆式空气压缩机。

  该矿现有一台英格索兰MH250螺杆式空压机,其主要技术参数为:

  排气量   42.5m3/min

  额定排气压力   0.85Mpa

  电机功率    250kW

  电 压 6Kv660v

  这种空气压缩机的排气量和排气压力均满足要求,只需另增加一台同型号、同规格的MH250型螺杆式空压机作为备用,即空压机房内布置两台MH250型螺杆式空压机,一台工作,一台备用。

  每台空压机配一个容积为4 m3的储气罐。储气罐应用不小于1.2 Mpa的水压作压力试验,并应安装在室外阴凉处。

  空气压缩机站设在工业场地内。

  三、压气管路的选择

  压缩空气主干管沿副斜井井筒敷设,选用D159×4.5的无缝钢管。900西辅助运输巷、西总回风巷选用D159×4.5的无缝钢管,900西运输大巷部分、930西辅助运输巷、930西运输大巷选用D108×4.5的无缝钢管,运输顺槽、回风顺槽、各顺槽掘进巷、回风斜井、900西运输大巷部分和主斜井选用D68×4的无缝钢管。为防漏气,采用快速接头连接。在主斜井井口、井底及井下管道最低处、以及主要管路上每隔500~600m装设一个油水分离器,每隔150~250m装设一个伸缩器,以弥补管路的热胀冷缩。

  所有管路及管件均做防腐处理。

  压风管路接入避难硐室,并设置供气阀门。根据《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》:矿井压风自救系统的压风出口压力应在0.1~0.3 MPa之间,供风量不低于0.3m3/min.人。

  四、 压风自救系统出口压力和供风量验算

  井下最大班作业人员90人,需压力在0.1~0.3 MPa之间的压气量为

  Q’=90×0.3=27 m3/min

  该矿空压机站的供气能力为42.5 m3/min,大于11.57m3/min,满足要求。

  需要启动压风自救系统时,停止掘进、支护用气。此时压风管路中的输气量为27 m3/min。管路中的最大压力损失为:

  ΔPi=10-12×1.15×Q1.85(L1/d15+L3/d35)

  =10-12×1.15×271.85(920/0.155+580/0.065)

  =0.39MPa

  压风自救系统的压风出口压力

  P=PH-ΔPi=0.85-0.39=0.46 MPa >0.3 MPa 满足要求。

  压风自救系统的压风出口压力

  P=PH-ΔPi=0.7-0.08=0.62 MPa >0.3 MPa 满足要求。

  第八章 地面生产系统

  第一节 煤质及其用途

  一、煤质

  根据陕西省煤田地质局一九四队编写的《陕西瑞能煤业有限责任公司煤矿资源储量核实报告》可知,本区内1、2、3号煤呈黑色,条痕为褐色及褐黑色。沥青及玻璃光泽,断口为阶梯状、参差状,呈条带状、线理状结构,具层状,块状构造;质硬而脆,内、外生裂隙较为发育并为方解石及黄铁矿薄膜等充填。另外,煤层中还含有少量黄铁矿结核及菱铁质鲕粒等。煤易燃、烟浓,具有熔融膨胀现象。

  区内各煤层均由亮煤,暗煤、丝炭及镜煤所组成。但以镜煤、亮煤为主,次为暗煤、丝炭。2号煤层中丝炭含量相对较高,反映了成煤环境为一弱氧化环境。区内各煤层均以半亮型煤为主。2号煤层的中上部以半亮及半暗型煤为主,中下部则以半暗及暗淡型煤为主。显微煤岩特征测试值见表8-1-1、8-1-2。

  区内2号煤层原煤水分变化在1.02~2.49%之间,平均为2.02%。反映了低变质阶段烟煤水分含量的基本特征。浮煤水分变化在1.75~4.19%之间,平均为3.18%。

  区内2号煤层原煤灰分变化在4.82~26.43%之间,平均为14.70%。以低、中灰煤为主,特低灰煤少量。2号煤层浮煤灰分变化在3.30~14.26%之间,平均为5.59%。

  区内2号煤层原煤干燥无灰基挥发分变化在18.49~39.09%之间,平均35.05%。浮煤干燥无灰基挥发分变化在31.74~37.79%之间,平均为35.78%。属中高挥发分煤,仅少数为高挥发分煤。

  区内2号煤层原煤全硫变化在0.23~2.46%之间,平均为0.77%。 以特低硫煤为主,低硫煤次之,中-中高硫煤少量,且零星分布。

  经1.4密度液洗选后,2号煤层浮煤全硫变化在0.15~0.72%之间,平均为0.48%。区内2号煤层原煤各种硫中硫酸盐硫(Ss,d)平均为0.032%,硫化铁硫(Sp,d)平均为0.782%,有机硫(So,d)平均为0.562%,以有机硫和硫化铁硫为主,硫酸盐硫少量。

  区内2号煤层原煤磷分变化在0.003~0.290%之间,平均为0.111%。以中-高磷分煤为主。

  据《中国煤炭分类国家标准》(GB5751—86)以浮煤干燥无灰基挥发分(900℃)和浮煤粘结指数为依据进行分类。区内2号煤层煤类主要以RN(32)为主,QM(34)及1/2ZN(33)少量且不连片。

  煤矿在生产过程中对2号煤层采了两个样,测试结果2号煤层煤类为RN(32)。

  因此,本区煤类主要以RN(32)为主,QM(34)及1/2ZN(33)少量且不连片。

  二、煤的用途

  区内2号煤层属低中灰,中高挥发分、特低-低硫,中-高磷,特高-高热值,弱-中等粘结性,化学反应性较强,高热稳定性,抗破碎强度高,中等-较低软化温度灰的富油煤。

  根据本区2号煤层煤质特征:本区2号煤层是良好的动力及民用煤,同时也可作为气化、配焦、低温干馏、高炉喷吹用煤,

  第二节 煤的加工

  一、概述

  由于本矿井无有较强代表性的筛分、浮沉资料,设计以相邻的黄陵一号矿井2号煤与黄陵双龙煤矿2号煤《可选性煤样综合试验报告》中的筛分资料(见表8-2-1、表8-2-2)作为煤的筛分评价依据。由于黄陵一号矿井和黄陵双龙煤矿的煤质和本矿井不可能完全一致,因此设计对黄陵一号矿井和双龙矿井的煤质资料与本井田地质报告中的煤质资料进行了综合分析与校正,预测出了较为符合本矿井实际情况的筛分浮沉煤质资料,见表8-2-3。

  根据本矿的煤质资料和当前市场对煤炭要求,编制煤炭的加工工艺流程。设计中根据原煤筛分组成和矿方要求将煤分成-50mm末煤, +50mm块煤两级。

  二、煤的加工设施

  1.筛选工艺及产品

  由于该矿附近有已建好的洗煤厂,故该矿不另建洗煤厂,仅对原煤进行分级处理。

  该矿生产系统工艺流程是:原煤筛分成-50mm、+50mm两级产品,分别经各自的产品煤胶带输送机送入储煤场落地堆放。+50mm块煤设置人工拣矸。所有产品煤由装载机装汽车,计量后外运。

  地面生产系统工作时间按年330d,每天提升时间16h。工艺流程。

  2、生产系统的组成及布置

  生产系统主要由主斜井驱动机房、筛分拣矸楼、原煤胶带输送机栈桥、+50mm块煤胶带输送机栈桥和-50mm末煤胶带输送机栈桥等组成。

  主斜井胶带输送机将井下原煤提升至地面驱动机房上层,经溜槽给入原煤胶带输送机。原煤胶带输送机将原煤转运至筛分拣矸楼最上层,经皮带机头溜槽给入下层筛分机,筛分机将原煤筛分成-50mm末煤和+50mm块煤两级产品。

  -50mm末煤经筛前溜槽送至-50mm末煤胶带输送机,经胶带输送机送入储煤场。

  +50mm块煤经筛前溜槽给入手选带式输送机,经人工拣矸后,块煤经溜槽送至+50mm块煤胶带输送机,经胶带输送机送入储煤场。手拣矸石经溜槽进入手选皮带下的小型矸石仓,达一定数量后,装车外运至矸石场。

  储煤场储煤量6000t。

  所有产品煤用装载机装汽车外运,采用SCS120电子汽车衡称重。

  地面生产系统设备流程见图7—3—1。

  每小时出7~8车矸石,量很小,故排矸系统只作简单处理,矸石矿车由副井绞车提升,副井口将矸石车摘钩后,由窄轨铁路将矸石车运至高位翻车机,翻入自卸汽车。由自卸汽车将矸石运至附近的鲁寺平峒和柳树沟排弃。

  块煤拣出的矸石在矸石仓中储存,达一定量后,装车运至矸石场排弃。

  高位翻车机技术特征:

  设备型号 GFY1.0/6

  生产能力(排矸) 210t/h

  翻车次数 2次/min

  卸载高度 1.65m

  适用矿车型号 MGC1.1~6

  电机型号 YB200L-4,N=30KW,转速1500r/min

  第五节 辅助设施

  表7-4-1 机修车间设备选型及数量表

   一、机电设备修理车间
   矿井机电设备修理车间的设置是为了承担本矿井的机电设备的经常维修和小修作业。
   根据现行的矿山机电设备维修技术政策,均以社会协作的方式解决矿山机电设备的大、中维修,既可保证设备维修质量,又可避免机修设施重复建设和购置,也是保证高效运行的合理措施。机电设备修理车间为现有建筑,面积为44.5×9.5=422.75m2。机电维修车间分设机修、电修、铆焊三个工段。主要设备的选型和数量见表7-4-1。

   二、坑木加工房
   坑木加工房的主要任务是承担井下生产及掘进过程中所需临时支护用的木棚、木架、木垛、垫木等木质材料的加工任务。坑木加工房为现有建筑,面积为12.2×9.5=115.9m2。主要设备的选型及数量见表7-4-2。
坑木加工房设备选型及数量表

  第九章 地面运输

  第一节 概述

  陕西瑞能煤业公司陕西瑞能煤业有限责任公司位于黄陵县店头镇西北方向约2km的鲁寺西沟内,行政区划隶属黄陵县店头镇管辖。店(头)~上(畛子)公路从鲁寺西沟口通过,本井田工业场地已有简易公路与之相连。店头至黄陵28km与包(头)~茂(名)高速公路和210国道相接;西(安)~延(安)铁路秦(家川)~七(里镇)运煤专线张湾装车站距井口约5km,矿区交通便利。该矿工业场地位于公共道路一侧,汽车外运较为方便,故煤炭外运方式采用公路运输。

  第二节 标准轨距铁路

  该矿无铁路专用线。

  第三节 场外道路

  该矿工业场地利用现有工业场地。该场地已有公路与店—上公路相连。矿井改造时,建议对该道路应进行修整拓宽,使之达到三级公路标准,以满足煤炭运输需要。

  爆炸材料库和矸石场均位于工业场地附近。通往爆炸材料库的道路为辅助道路,路面宽度为3.0m,长150m,沥青路面。通往矸石场的道路为辅助道路,路面宽度为4.5m,长20m,沥青砼路面。

  风井场地位于工业场地西北部,约1000m处。通往风井场地的道路为辅助道路,路面宽度为4.5m,长750m,沥青砼路面。

  序号工程名称规格标准单位数量备注

  1工业场地至爆炸材料库道路辅助道路。路面宽3.5m,路基5m,沥青砼路面m150

  2工业场地至矸石场道路辅助道路。路面宽4.5m,路基7m,沥青砼路面m50

  3工业场地至风井场地道路辅助道路。路面宽3.5m,路基5m,沥青砼路面m750

  第十章 总平面布置及防洪排涝

  第一节 矿井地面总布置

  一、概述:

  本井田地处陕北黄土高原之南部,地形西北高而南北低,东北部为黄土原,由于冲刷侵蚀作用,沟谷纵横,地形复杂。原面标高一般+1200m,沟底标高+950m~1000m。沟口切割深度100~200m。井田东,西,北部均为山峦起伏,峡谷陡崖发育,最高地形 +1200m,属中低山森林区。本区最大河流为沮水河,属洛河水系,沮水河发源于陕甘交界之子午龄东麓,全长100km,流域面积3392km2,自西向东经井田南部与其支流南川河交汇于店头镇芋子渠沟口,向东流经黄陵县注入洛河,于店头镇观测流量为0.192~6.814m3/秒,平均为2.07m3/s,最高洪水为平均高出地面2~3m。井田北部沟谷间多为树枝状间歇性水系,主要有西沟、北沟、王村沟、李章河沟、河寨沟、米家沟、烧火沟等。井田东部郑家河水库,面积一平方公里,水库容量200万m3,设计正常水位标高+1031.35m。

  该区属温暖待干旱大陆性气候,据宜君气象站65~77年观察资料:

  年平均雨量977.7mm(1975)

  蒸发量大于1300mm

  日最大降水量82.1mm(1973年8月30日)

  最长连续降雨时间为13天(1975年9月)

  年平均气温+9℃

  最低气温-19℃,最高气温34.4℃(1966年)

  冻结期为11月至次年2月底

  最大积雪厚度为240mm(1974年3月)

  冻土深度650mm(1968年2月)

  风向多为东南风,最大风速25m/s

  据国家地震局兰州地震大队得资料,黄陵地区1599年发生过6级地震,1556年华县大地震,1815年平陆地震和1920年海源大地震对本区的影响都在6度左右,据此该队关于渭北黄陵矿区地震烈度鉴定意见[兰震字(73)96号文]该场地震基本烈度为6度。

  该矿主工业场地利用现有工业场地,该场地距店头镇边约2km,距沟口后鲁寺村约600m,东靠林科所宿舍,西靠陡山。场地沿西沟由西北向东南布置,长370m宽90~150m,占地面积4.89公顷。店头镇变电站也在场地附近,电源线短路;场地距沮水河较近,供水管路短。

  在主工业场地西北约1000m处新建风井工业场地。在主工业场地北面约600m处的山凹里布置有爆炸材料库。其中,火药库容量为10t,建筑面积76m2;雷管库容量为3.5万发,建筑面积为36m2,;消防水地50m3,共占地0.3公顷。

  第二节 工业场地总平面布置

  一、布置原则

  1、贯彻《关于煤矿地面总体布置改革》若干规定,全面规划,合理安排,尽量集中设置,避免重复建设。

  2、根据场外公路位置,结合井下开拓、地形、地质条件,合理进行工业场地总平面布置,做到功能分区明确,布置紧凑,节约用地。

  3、在满足生产工艺布置和运输合理的前提下,力求人货分流,路径短捷,作业方便,减少相互交叉和折返运输。

  4、充分利用地形,处理好建构筑物位置与风向、朝向的关系。

  5、尽量利用已有建筑,减少投资。

  6、结合当地自然条件及场区实际情况尽量多绿化,少硬化,适当美化改善环境,建设一个绿色矿山。

  二、功能分区

  设计中工业场地主要利用现有工业场地,现有工业场地沿西沟由西北向东南布置。根据功能不同将场地划分为三个区:分别是生产区、辅助生产区和场前区。

  1、生产区

  工业场地原生产区位于场地的东北部,布置有主斜井、驱动机房、原煤胶带输送机栈桥、转载楼、打孔刮板筛分系统及储煤场。分级后原煤露天堆放。

  设计中生产区是在原生产区的基础上改造而成。由于生产系统的改变,设计中对原有驱动机房、输煤栈桥、转载楼、筛分系统进行拆除。设计生产区从主斜井开始自北向南布置有:主斜井、驱动机房、皮带拉紧间、原煤上筛选车间胶带输送机栈桥、原煤仓、矸石仓等。

  2、辅助生产区

  原辅助生产区位于工业场地西南部,布置有机修车间、材料库、消防材料库、油脂库、坑木加工房、空压机房、变电所、锅炉房等。设计中对原有的机修车间和材料库进行改建,在原有的场地上建设新的机修车间、材料库和综采设备中转库以满足煤矿生产的需要,其余辅助生产建筑利用现有建筑。另在主斜井东边的平台上已建的综合楼和热风炉室,均可以加以利用。在副斜井西边布置井下水沉淀池。

  3、场前区

  场前区全部利用现有建筑。该区位于工业场地东南部,现有行政办公楼、职工宿舍、食堂餐厅等建筑。

  表9-5-1 工业场地占地面积及技术经济指标

  序号项 目 名 称单位数 量备 注

  1工业场地用地总面积hm25.975其中:风井场地0.3 hm2;爆炸材料库0.3 hm2;排矸场0.1 hm2;场外公路0.485 hm2

  2围墙内工业场地用地面积hm25.19

  其中:矿井用地面积hm24.74

  风井场地用地面积 hm20.3

  单身宿舍用地面积hm20.15

  3建筑系数%12.68

  4场地利用系数%71.25

  5绿化系数%15

  第三节 矿井地面其他场地布置

  一、风井场地

  风井场地位于工业场地西北部,约600m处。布置有回风斜井、通风机房、通风机变配电室等。

  二、爆炸材料库

  爆炸材料库位于工业场地以北约600m处的山凹。布置有火药库、雷管、消防水地等建(构)筑物共,占地1.0公顷。

  三、排矸场

  根据设计规范及环保要求,地面不设永久排矸场,无利用价值的矸石或者废渣应向塌陷区、荒沟排弃或者作为铺垫材料、井下充填材料;有条件时,应考虑覆土造田、植树造林,以改善环境,防止环境污染。

  根据本矿井的地形条件,矸石及废渣排至场区北侧距工业场地约0.34km的柳树沟排弃内,占地面积约1.5hm2。填荒山沟,不占用耕地,亦可覆土造田。

  第四节 工业场地防洪、排涝和竖向设计

  一、防洪排涝

  本场地的地势是南低北高,并且广场的生产区和辅助生产区在一个低沟地区,四周均是高山,因此自然形成一个防洪排涝问题。由于该工业场地已使用多年,对防洪排涝问题也已解决。

  西沟附近山坡的汇水面积为18平方公里,按黄陵地区暴雨经验公式计算,25年一遇的洪水量为9m3/s。

  本场地北部现有小水库一座,其容量约一万m3,坝长20m,坝高2m,主要是聚集上部柳树沟的流水,以利农灌。该工业场地建设时,一方面对水坝进行了加固,并在水坝泄水口安装水闸,以控制水流。另一方面,在工业场地填土部分砌筑一个深3m,宽2.5m的排水沟,形成了工业场地的场内排水,防洪系统。

  二、竖向设计

  设计中对现有工业场地大体保持原貌。该场地北高南低,竖向设计采用平坡式布置,主副井口处标高为+946m,生产区和辅助生产区标高相差不大。场前区较辅助生产区高5m左右。

  第四节 场内运输

  一、运输方式

  根据本场区平整坡度,结合外部运输条件,井筒布置及场区总平面布置要求,确定场内运输方式为汽车道路运输结合窄轨铁路运输,以满足生产运输、设备安装、检修、消防及环境卫生的要求。

  二、汽车道路运输

  该矿主工业场地已有公路与店—上公路相连,运输便利。场内道路面宽4.5m。对机修车间、材料库及储煤场地面做硬化处理。

  场内道路最大纵坡2%,最小转弯半径9.0m,道路横断面型式:4.5m宽为单面坡,6.0m宽为双面坡,路面结构为砼路面。

  三、窄轨铁路运输

  在辅助生产区,采用600mm轨距,22kg/m钢轨,1600根/km砼轨枕的窄轨铁路运输,最小曲线半径9m。窄轨铁路主要任务担负运输矸石、矿井所需材料及检修设备等任务。

  第六节 工业场地管线综合布置

  一、管线种类

  场地内布置有热力、给水、排水、管道、动力照明、通信电缆等多种直埋管线和地沟。

  二、管线布置原则

  1、在满足施工、检修及安全运行的情况下,尽量使管线布置路径短捷,适当集中布置,以利于节省管线工程设施和投资;

  2、布置时一般沿道路或者建筑物平行布置,干管布置在靠近主要用户及支管较多的一侧;

  3、各种管线自建筑物向路边平行布置时一般顺序是:电力管线、热力管线、排水管线、给水管线;

  4、尽可能减少管线交叉点,尤其是热力管与排水管、电缆的交叉;

  5、管线综合布置应尽可能使管线间及管线与建筑物之间在平面和竖向布置上互相协调,既要节约用地,又要满足施工、检修及安全生产的要求。

  三、管线种类、敷设方式

  各种管线敷设方式一般采用直接埋地或综合地沟等形式。

  敷设方式在可能的情况,同类管线尽量采用综合地沟,以节省占地,便于检修,不能综合敷设的管线,尽量采用地沟或直埋敷设,减少架空线路。

  管线应平行敷设于道路两侧。

  管线交叉有矛盾时,应按小管道让大管道、有压管道让自流管道及无压管道的原则处理。

  第十一章 供配电系统

  第一节 供电电源

  陕西瑞能煤业公司陕西瑞能煤业有限责任公司位于黄陵县店头镇西北方向约2 km的鲁寺西沟内,行政区划隶属黄陵县店头镇管辖。矿井附近现有店头110kV区域变电站一座,变电站内设有两台主变压器,型号为SSZ10-M-31500/110KV,容量31500KVA、负荷率40.5%;该变电站上级双回路电源,一回引自宜君110kV变电站,另一回引自黄陵330kV变电站,店头110kV区域变电站距离矿井工业场地约4.2 km;另有黄陵矿业110kV鲁寺变电站,变电站内设有两台主变压器,型号为SFSZ10-M-40000/110,容量40000KVA、负荷率60%;该变电站上级双回电源,一回引自黄陵330kV变电站,另一回路引自延安供电局张湾110KV区域变电所,黄陵矿业110kV鲁寺变电站距离矿井工业场地约1.5 km。

  1、矿井现有供电电源

  瑞能煤业公司双回路供电电源采用高压架空线引入,一回路引自店头110kV区域变电站10kV出线间隔,架空线路为LGJ-150型钢芯铝绞线,长度4.2km,电压等级10kV。二回路引自黄陵矿业110kV鲁寺变电站6kV出线间隔,架空线路为LGJ-150型钢芯铝绞线,长度1.5km,电压等级6kV。一回路工作另一回路带电热备用,双回路均可承担全矿所有负荷供电。

  2、技改后矿井供电电源

  经核实,店头110kV区域变电站与黄陵矿业110kV鲁寺变电站可满足本矿机械化改造后的用电负荷,并已为本矿提供出线间隔,目前陕西瑞能煤业公司陕西瑞能煤业有限责任公司已与延安市供电局及黄陵矿业达成供电协议,故陕西瑞能煤业公司陕西瑞能煤业有限责任公司两回路供电电源维持不变,分别引自店头110kV区域变电站10kV出线柜与黄陵矿业110kV鲁寺变电站6kV出线柜。

  第二节 电力负荷

  矿井技改后,用电负荷见表11-2-1。变压器选择见表11-2-2。

  安装容量:.. 5884kW

  工作容量:.. 4955kW

  总有功功率: 3163kW总无功功率: 2765KVar

  总视在功率:.... 4201KVA

  功率因数: 0.75

  补偿电容器容量: -2×900KVar

  补偿后无功功率: 965KVar

  补偿后视在功率: 3307KVA

  补偿后功率因数: 0.96

  年耗电量: 12205020度

  吨煤耗电量: 20.3kw·h/t

 

  第三节 输变电

  1、供电系统

  现状:

  该矿地面工业广场现建有一座变电所,变电所双回路供电电源采用高压架空线引入,一回路引自店头110kV区域变电站10kV出线间隔,架空线路为LGJ-150型钢芯铝绞线,长度4.2km,电压等级10kV。二回路引自黄陵矿业110kV鲁寺变电站6kV出线间隔,架空线路为LGJ-150型钢芯铝绞线,长度1.5km,电压等级6kV。一回路10KV引入10/6KV变电室,将电压变为6KV后,引入6KV配电室进线柜与高压二回路6KV进线组成矿井高压双回路,为矿井地面及井下负荷供电。

  10KV配电室内安装有KYN28-12Z/400(200)高压开关柜4面,其中一回路进线,两回路出线,一面PT柜。主变压器为S11-M-2500/10/6.3型,容量为2500KVA。

  矿井技改后:

  由于用电负荷发生较大变化,经核定计算,该主变压器容量不能满足矿井技改后的供电要求。重新选择两台主变压器为SZ9-4000/10/6.3型,容量为4000KVA。

  另在风井场地新建一座6/0.4kV变电所,与通风机房控制室联建,其两回6kV电源引自工业场地变电所两段6KV母线,该变电所以双回380V出线供通风机房供电。

  2、输电线路技术特征

  输电线路气象条件按西北典型气象区III区考虑,具体见下表11-3-1。

  表11-3-1 输电线路气象条件表

  最低气温复冰条件平均气温最大风速最高气温操 作

  过电压安装情况

  温 度(℃)-30-55-5+405-15

  风速(m/S)01002501510

  冰厚(mm)01000000

  (1)店头110kV区域变电站10kV出线、黄陵矿业110kV鲁寺变电站6kV出线—瑞能煤业公司工业场地10kV、6 kV架空线路

  现状:瑞能煤业公司工业场地变电所双回路供电电源采用高压架空线引入,一回路架空线路为LGJ-150型钢芯铝绞线,长度4.2km,电压等级10kV。二回路架空线路为LGJ-150型钢芯铝绞线,长度1.5km,电压等级6kV。杆型均选用钢筋混凝土电杆。

  按照该公司的用电负荷,通过经济电流密度、长时允许工作电流及电压降计算,该输电线路满足矿井技改后的供电要求,输电线路维持不变。

  (2)工业场地变电所至风井场地6kV变电所架空线路

  ① 导线选择

  该矿现已形成一回路MYJV22-3X50型架空施工电缆,完成风井施工供电,施工完后,在增加一路架空电缆,作为矿井回风斜井变电所的供电电源。按照矿井回风斜井通风机房的用电负荷,通过经济电流密度、长时工作电流及电压降计算,该供电电缆满足供电要求,故工业场地变电所至风井场地6kV变电所线路导线选择为架空电缆,电缆型号为MYJV22-3Х50型。

  ② 杆 型

  本线路两回线路分别架设,杆型均选用钢筋混凝土电杆。

  3、 地面变、配电所

  1) 工业场地变电所

  该公司工业场地建有一座变电所,具体情况如下:

  (1)位置

  工业场地变电站位于本工业场地的西部,10kV、6 kV由东南方向进线,6kV由北面出线,进出线均较为方便。

  (2)电气主接线:

  变电所10kV配电室内安装KYN28-12Z型高压开关柜4台,其中一台进线柜,两台出线柜,一台PT柜。安装二台S11-M-2500/10、10/6.3、2500KVA型全密封式三相双绕组降压变压器。电压比为10/6.3kV,每台容量2500KVA 。

  一回路10kV经过10/6.3变压,将电压变为6kV后,引入6kV配电室进线柜与高压二回路6kV进线组成矿井高压双回路供电。

  变电所6KV系统为单母线分段接线,6KV系统单相接地电容电流小于20A,采用中性点不接地系统。6KV高压室内安装了17面KYN28-12Z型高压开关柜,配ZN63-12型真空断路器。其中:三台进线柜,两组电压互感器柜,两台母联柜,两台下井出线柜,下井出线柜装设BLD-3型高压漏电保护装置。两台电容器出线柜,两台风机变电所出线柜,两台变压器柜,两台备用柜。

  变电所6KV无功补偿采用了WBC-200高压无功自动补偿系统,无功补偿总容量为1800Kvar,共二套,每套容量为900Kvar。

  变电所内安装了2台S11 -400/6型配电变压器,每台容量400KVA,电压组合10KV/0.4KV~0.23KV。

  380V低压系统采用单母线分段方式,选用7台GCS型户内低压抽屉式开关柜,馈出380V/220V低压,构成地面低压动照网,为工业广场低压负荷进行供电。满足矿井技改后的低压供电要求。

  变电所控制系统装设了6KV后台控制系统一套,采用YH300微机综合保护装置,全方位监测系统运行情况,高压开关柜实行了微机操作,变电所实现了无人值守功能。

  (3)电气总平面布置

  变电所为南北方向布置,10kV、6kV进线由东南方向进入变电所,其中10/6.3kV变压器为户内布置,6/0.4kV变压器为户外布置,10kV配电装置、6kV配电装置及低压380V配电装置均为户内布置。变电所10kV配电室、6kV配电室、低压380V配电室及主控室联合一层建筑,配电室与变压器之间采用硬母线桥连接。

  表11-3-2 工业场地变电所直流负荷统计表

  序号负 荷

  名 称装置容 量(kW)负荷

  系数计算容量(kW)负荷电流(A)事故放电时间及电流(A)事故放电容量(Ah)

  初期持续随机或事

  故末期

  (0-1min)(0-60min)

  1经常性负荷1418.1818.1818.1818.18

  2事故照明负荷2129.099.099.099.09

  3断路器跳闸0.840.640.6

  4断路器合闸13.33.3

  5微机UPS电源2129.099.099.099.09

  合 计76.9636.363.336.36

  (4)变电所直流电源

  变电所直流电源选用智能型高频开关电源100Ah全密封、免维护蓄电池组,全部设备组屏安装在主控室内。直流系统电压为-220V。直流系统采用单母线分段接线。直流负荷统计表见表11-3-2。

  (5)防雷接地

  采用氧化锌避雷器作为限制雷电侵入波的过电压措施。

  接地网采用垂直接地极与水平接地干线组成复合接地网,以水平接地干线为主。接地干线采用-60x8热镀锌扁钢,接地极采用伽尔玛¢14.2x1200镀铜接地棒。将所有电气设备的金属外壳、金属构架及支架均用接地引出线与主接地网可靠连接。本接地网实测的接地电阻值R≤4Ω。

  (6)保护、控制二次线

  ① 综合自动化监控

  变电所自动化系统采用分散方式。对于10kV及6KV线路及电容器采用分散布置的方式,其监控、保护、测量装置均安装在各配电装置的开关柜上。

  计算机监控系统具有高性能的软、硬件配置,并具有完整的显示、告警及遥控功能,实时的信息处理、打印功能、计算功能以及在线维护等功能。

  ② 计量

  电能计量按《电能计量装置管理规程》配置。10kV及6kV线路及电容器计量表计分散布置在各配电装置的开关柜上。

  ③ 保护

  继电保护配置参照《继电保护和安全自动装置技术规程》GB14285-93。其中10kV、6kV两回进线装设备用电源自投装置。

  矿井技改后:

  由于全矿井电力负荷发生了较大变化,经核定计算,变电所主变压器容量不能满足矿井技改后的供电要求。重新选择两台主变压器为S11-M--4000/10/6.3,容量为4000KVA。

  原有的2台S11 -400/6型配电变压器不能满足地面低压负荷的用电要求。依据技改后新的用电负荷,经计算,更换为两台S11-M-1250/6型配电变压器,每台容量1000KVA,电压组合6/0.4~0.23KV,完成地面低压负荷的供电任务,两台变压器同时并列运行,变压器正常负荷率为42%,一二类负荷故障保证率为100%。

  其他维持不变。

  (7)短路电流计算

  由于无上级电源的短路参数,根据上级电源10kV、6kV开关的开断电流(31.5KA),进行了短路计算,计算结果见表11-3-3。短路电流计算等值电路图见图11-3-2。根据短路计算结果进行各级电压的设备选择校验,结果见表11-3-4,由表中可见所选设备各项参数均满足要求。

  2)风井场地6kV变电所

  在矿井风井场地建6kV变电所一座,和通风机房控制室联建,其两回6kV电源分别以MYJV22-3Х50型架空电缆引自矿井工业场地变电站两段6kV母线,风井场地6kV变电所6kV系统为单母线分段接线,两台进线柜,两组电压互感器柜,二台母联柜,两台变压器柜。实现向风机及辅助设备的供电,6kV系统设备选用KYN28-12Z型高压开关柜,配ZN63-12型真空断路器。

  风井场地6/0.4kV变电所系统接线见附图C1073-253-2。

  第四节 地面供配电

  1.高压配电系统

  地面工业场地变电所内6kV馈电回路以直埋电缆或沿电缆沟敷设方式为空压机房配电室提供两回6kV电源。风井场地6kV变电所双回路6kV电源以架空电缆方式引自工业场地变电所内6kV不同母线段。

  2.低压配电系统

  1)工业场地配电

  由地面变电所内380V馈电回路以直埋电缆或沿电缆沟敷设方式分别为锅炉房、浴室矿灯房、日用消防泵房、主、副井空气加热室、副斜井绞车房各提供双回380V电源;为污水处理站、机修车间、坑木加工房和油脂库、器材库和材料棚、区队库房各提供一回380V电源;为办公楼、职工宿舍楼、活动中心及餐厅等各提供一回380V电源。为室外照明提供三回380V/220V电源。预留三回380V馈电电源作为地面二级负荷的备用电源。

  2)主斜井驱动机房配电控制

  ①系统设备

  主斜井带式输送机安装容量为1台160kW、380V的电动机,设置于驱动机房内。

  图11-3-2 短路电流计算等值电路图

  ② 主斜井驱动机房配电

  主斜井驱动机房配电室两回路380V电源均采用VV22-1000V 3×150+1×70电力电缆引自工业场地变电所低压380V不同母线段,两回路低压进线电源相互闭锁。配电室内安装GGD2低压配电柜4台,担负主斜井胶带机及其它附属设备的配电。

  ③ 主运输系统控制

  主斜井胶带输送机控制及保护装置选用成都佳灵电气制造有限公司生产的JP6C-P9-160/380变频控制装置,本装置能按照胶带机所需的起动、运行、停止特性实现自动张紧,并能完成软启动、功率平衡等功能。同时在皮带机头和沿线设有1套电机温度、1套烟雾、1套洒水、1套速度、2对跑偏、1套撕裂、12套紧急拉绳闭锁开关等检测保护装置及起车预告和通信装置,从而保证胶带机安全可靠运行。井下主运输系统以主斜井胶带机控制站为控制主站,并在大巷胶带输送机机头、一盘区胶带输送机机头、可伸缩胶带输送机机头设置分站,把各胶带输送机的运行状态和参数,均通过通信接口集成于控制主站,以实现主运输系统综合自动化管理。同时把各胶带的运行状态和参数上传矿生产调度网。

  3)副斜井提升绞车配电控制

  ① 系统设备

  系统设备包括副斜井提升机及提升机房内其它附属设备。

  ②设备配电

  提升机型号为JK-2/30A型,配套电机功率为160KW,电压等级380V。

  副斜井提升机为一级负荷,配电室两回路380V电源均采用VV22-1000V 3×150+1×70电力电缆引自工业场地变电所低压380V不同母线段,两回路低压进线电源相互闭锁。配电室内安装GGD2低压配电柜4台,担负副斜井提升机及其它附属设备的配电。

  ③ 控制系统

  选用提升交流电控设备一套。该设备采用可编程序控制器(PLC)、先进的网络化控制技术及一些专用的电子模块,完成提升机的操作控制及监控功能,以及对交流电动机的起动、加速、等速、减速、爬行、停车与换向进行控制,并具有提升机必要的电气保护与联锁及综合保护功能,从而保证提升机安全可靠运行。

  提升机控制系统应具有过卷、超速、深度指示器失效、电机温度、数字调节回路故障、整流柜故障、电机过流及液压站油温过高、过低等保护功能。

  ④ PLC提升信号综合控制系统

  系统选用PLC提升信号综合控制系统,该系统设备由井上和井下动力配电箱、绞车房显示箱、上井口和下井口操车及信号综合控制箱、电缆分线箱、磁性传感器、语言安全告警装置和控制电缆组成。该系统可实现完善的闭锁、直观的显示、清晰的音响、方便的通信等功能。

  4)通风机配电控制

  ① 系统设备

  矿井通风机选用两台防爆对旋轴流风机,一台工作,一台备用,每台风机配套电机功率为2×110kW,电压为380V。

  ② 配电

  通风机房用电负荷等级为一级。通风机房变配电室低压(380V)采用单母线分段接线方式,风井场地6kV变电所两路6kV电源引自工业场地变电所6kV不同母线段;两路380V电源引自风井场地6kV变电所380V不同母线段,实现低压双电源自动切换。配电室内安装KYN28-12Z型高压开关柜6台;2台S11-M-315/6 6/0.4kV,315kVA动力变压器;7台GGD2低压柜:2台进线柜、1台母联柜、4台带变频器馈电柜。选用1台GGD2(380V)型低压母联配电柜向通风机房风门绞车和照明供电。

  ③ 控制

  

 

  主控装置采用PLC+微机综保的控制方式,在控制室安装一套PLC系统,完成系统的信息采集和程序控制。PLC主站采集以下数据信息:

  ①变配电室高、低压配电柜的断路器、接触器状态。

  ②风门位置状态、风机绕组、轴承温度和风道负压。

  PLC主站以EtherNet/IP、Control Net光缆通迅方式与矿井调度中心联网。

  通风机采用变频起动柜起动和控制风机。

  5)锅炉房配电控制

  锅炉房房用电负荷等级为二级。

  在工业场地设有锅炉房,在锅炉房设置配电室,配电室双回380V电源分别引自工业场地变电所380V不同母线段上,完成锅炉房用电负荷的供电。

  6)空压机站配电控制

  ① 负荷计算及设备

  矿井地面空压机站内安装两台MH250型螺杆式空压机,一台工作,一台备用。每台配套电机功率250kW,电压6000V。

  ② 配电

  地面空压机站供电为一级负荷,两路6000V电源引自工业场地变电所高压6000V不同母线段。在空压机站内设置高压配电室,配电室内安装6台KYN28-12Z型高压开关柜。采用单母线分段结线形式。为空压机站用电设备供电。

  3.照明

  为美化地面广场环境,工业场地不设电线杆。场地内建(构筑物)室内动力及照明电源均用电缆引自变电所。

  工业场地、办公区室外照明一律由6/0.4kV地面变电所集中供电,主要道路选用单臂高压钠路灯,型号为WZD112,杆高7m,灯泡125W。主、副井场地选用2套ZMN4281/500,灯泡容量500W高压钠投光灯。

  在矿井通风机房、变电所、驱动机房、绞车房、空压机房、矿调度室等处安装EPS应急照明设施。

  6kV电力电缆截面按持续工作电流选择,以电压损失及短路热稳定进行效验,均满足要求。

  低压电缆截面按持续工作电流选择,以电压损失进行校验,均满足要求。

  4.地面建筑防雷接地

  矿井建(构)筑物的防雷设计除炸药库为一类防雷外,其余按第三类防雷建筑物进行,在易遭受雷击的部位装设避雷带,并且建筑物设置防止雷电波侵入的设施,必要时还设有防雷击电磁脉冲保护和防止雷电感应的措施。

  6kV系统采用中性点不接地方式, 380V系统采用中性点直接接地方式。微机监控系统设置单独的接地线,与6kV配电室主接地网分开。

  建筑物内所有电气设备正常不带电的金属外壳、各配电室内高、低压柜及控制柜的基础槽钢、电缆沟内电缆支架等均应可靠接地,且与室外接地装置可靠连接,接地电阻根据系统应满足相关规范要求。

  同时按照《煤炭工业矿井设计规范》GB50215-2005中的11.7和《建筑物防雷设计规范》GB50057进行,并遵守现行《煤矿安全规程》有关规定。

  第五节 井下供配电

  1.负荷计算及电缆选择

  1)井下负荷

  矿井井下布置一个综采工作面,两个综掘工作面,井下用电负荷指标见表11-5-1。

  2)井下电缆选择

  根据统计的井下用电负荷,在副斜井井底车场附近设一座井下中央变电所。变电所2回6kV电源引自工业场地变电所6kV不同母线段,分别用2回路MYJV22-10kV 3×120mm2电缆沿副斜井井筒引至井下中央变电所。

  6kV下井电缆按持续工作电流选择,并以经济电流密度、电压损失及短路热稳定进行校验均符合要求。

  2.井下供电方案和设备选型

  1)井下供电方案

  按照井下负荷分布状况,设计在副斜井井底设一个井下中央变电所,与井下主排水泵房联合布置;在一盘区巷道中部设一盘区变电所。

  井下中央变电所、一盘区变电所供电电压等级为6kV。

  2)井下中央变电所

  井下中央变电所内安装9台KYGC-Z系列手车式矿用一般型高压真空开关柜,其中2台进线柜,2台变压器柜,2台电压互感器柜,1台母联柜构成6KV单母线分段,2台一盘区变电所馈出线柜。中央变电所高、低压均采用单母线分段分列运行方式。

  KYGC-Z系列开关柜具备短路速断保护、过载反时限保护、选择性漏电保护、欠电压保护和操作过电压保护。

  中央变电所内安装2台KBSG-400/6型矿用干式变压器,每台容量400KVA,电压组合6/0.69KV。变压器二次侧选用6台KYDZ-1系列矿用一般型低压配电柜,其中1台母联柜构成660V单母线分段,分别向中央水泵房、主运输大巷胶带输送机及附近低压负荷提供660V电源,为变电所、附近大巷提供127V照明电源。

  中央变电所供电系统详见图C1073-213-1。

  3)一盘区变电所

  一盘区变电所用双回路同时供电,单母线分段运行。双回路6kV电源用MYJV22-6kV 3X95mm2型号的电缆引自井下中央变电所6kV不同母线段上。

  一盘区变电所内设7台PBG50-10型矿用隔爆高压真空开关柜,以单母线分段分列运行。1台 KBSG-100/10、100kVA、6/0.69kV矿用干式变压器。1台BKD6-200/660V型矿用隔爆馈电开关;2台BKD6-100/660V型矿用隔爆馈电开关; 1台ZBZ-4M、4kVA、660/133V矿用照明变压器综保装置。

  本变电所提供1回路6kV电源向综采工作面移动变电站供电;2回6kV电源向两个综掘工作面移动变电站供电,1回6kV电源向变电所内1台 KBSG-100/10、100kVA、6/0.69kV矿用干式变压器供电。

  4)采掘设备配电

  在综采工作面设一台KBSGZY-800/10、800kVA、6/1.2kV型矿用隔爆移动变电站、;一台KBSGZY-1000/10、1000kVA、10/0.69kV型矿用隔爆移动变电站;工作面配电点为采煤设备提供1140V、660V、127V电源。综掘工作面回风巷设一台KBSGZY-100/6、100kVA、6/0.69kV型矿用隔移动变电站,为工作面回风巷设备提供660V、127V电源。

  采掘设备的用电电压等级为1140V、660V、127V,掘进工作面局部扇风机采用三专供电,并实行风电瓦斯闭锁,

  井下供配电系统图见图C1073-213-2。

  5)井下风电瓦斯闭锁系统

  该矿井为低瓦斯矿井,采用回采与掘进工作面分开供电。掘进工作面实行风电瓦斯闭锁,在每个掘进工作面配电点设有瓦斯传感器、声光报警器及瓦斯断电仪。当掘进工作面瓦斯超限或局扇停止运行时,隔爆瓦斯闭锁真空开关动作断电,切断掘进工作面配电点的电源,同时保证局扇正常运行。

  6)掘进工作面局扇的供电及开关的选择

  本矿井为低瓦斯矿井,全矿井布置了两个综掘工作面,各设置一台KBSGZY-100/6、100kVA、6/0.69kV型矿用隔爆移动变电站;为一盘区掘进工作面局部扇风机提供电源,每组局扇选用一台QBZ-2X80/660型局扇用组合开关。

  3.保护与接地

  1)继电保护

  继电保护配置参照《继电保护和安全自动装置技术规程》GB14285-93。选择PA150系列综保装置

  (1)主变压器保护配置:

  主保护:速断保护

  后备保护:过流保护;

  (2)6kV馈线保护:

  1)主保护:电流速断;

  2)后备保护:过电流。

  2)漏电保护:

  井下中央变电所6kV高压柜选用带漏电保护和绝缘监视的矿用一般型高压真空开关柜,盘区变电所6kV高压选用带漏电保护和绝缘监视的矿用隔爆型高压真空配电装置。引至移动变电站的6kV高压电缆选用型号为MYPTJ-6kV3X50+3X16/3+3X2.5mm2,矿用移动金属屏蔽监视型橡套软电缆。

  对660V供电系统井下中央变电所选用带漏电保护和绝缘监视的KYDZ-1矿用一般型低压配电柜。盘区660V供电系统选用带综合保护装置BKD6型矿用隔爆真空馈电开关和带漏电保护装置的ZBZ-10M型等矿用照明变压器综保装置。

  3)接地:

  井下接地保护采用变压器中性点不接地系统,在井下主、副水仓内用钢板(其面积不小于0.70mm2厚度不小于5mm)各设一主接地极板,在各配电点用焊接钢管分别设局部接地极,并利用电缆接地芯线或专用接地线把所有接地极连接在一起形成一个统一主接地网,所有电器设备的金属外壳均应和主接地网可靠连接,接地网上任意一点的接地电阻值不大于2欧姆。

  4.井下照明

  井底车场及附近、主、副斜井、辅助运输巷均采用固定照明,每隔15m~20m设一套隔爆LED灯;井下机电设备硐室、调度室、候车室、信号站等均采用隔爆荧光灯照明。在综采工作面运输巷、进风巷每隔15m~20m设一套隔爆LED灯,作为半固定照明。综采工作面每隔3m(隔架)安装一套隔爆白炽灯。照明127V电源引自设于巷道内的照明变压器综保装置。

  第十二章 智能化系统

  第一节 总体架构

  一、系统一般要求

  瑞能煤业有限责任公司矿井设计生产能力为0.6Mt/a。矿井采用斜井开拓方式,单一水平开采,系统简单。

  根据该矿实际情况,矿井智能化系统包括:矿井主要生产系统、辅助生产系统自动化控制,矿井安全生产环境、人员分布、视频信息监测监控,调度通讯;矿井自动化控制与信息通讯集成网络系统和管理信息系统;矿井综合管理业务系统和决策信息分析系统。实现矿井安全生产远程集中监测监控、统一调度管理和高效、现代化的经营决策管理。

  二、安全、生产监控及自动化系统的总体要求

  依据该矿井综合自动化建设的总体目标,考虑到综合自动化系统的实际应用要求和将来的发展趋势,综合自动化系统集成建设整体方案设计遵循以下设计原则:

  (1)可靠性

  (2)实用准确性

  (3)先进性与实用性相结合

  (4)合理性

  (5)安全性

  (6)高效性

  (7)互联性和可扩展性

  (8)易操作性

  矿井综合自动化管理的目标是实现“管控一体化”和“经营决策的智能化”,“管理分析的三维可视化数字化”,其整体体系是由三层结构实现,其中作为综合自动化系统集成是由综合自动化信息管理系统和矿井综合管理决策分析系统组成。

  生产安全综合自动化设备运行系统包括:矿井主要生产自动化系统、矿井辅助生产自动化系统、矿井安全生产监测、监控系统、矿井人员安全定位监控系统、矿井视频监控系统和矿井调度通信系统,各子系统的实现由各自的监控软件实现,有上位系统监控软件、安全生产监控软件、人员安全监控软件、视频监远程集中调度管理系统、控软件、调度通信软件,各子系统通过这些软件实现独立的运行和管理,保证矿井生产设备高效可靠运转和矿井安全生产管理;

  综合自动化信息管理系统,通过架构综合自动化信息系统平台,对安全生产综合自动化设备运行各子系统的数据实现统一的采集和管理,建立相应的实时历史数据库、关系数据库,并且通过网管软件、杀毒软件、操作系统、自动化设备运行监控软件,实现对系统运行的监控,构建远程集中调度管理系统、机电设备运行维护管理系统、安全预警管理系统、网络软件运行管理维护系统四个子系统,为矿井综合自动化系统提供统一协调指挥,设备的可靠运行、安全生产预警、设备维护综合自动化建设的四个方面的保障支持,综合协调解决矿井综合自动化密切相关的调度、机电、安全、网络、管理四大核心业务。

  管理层由矿井综合管理决策分析层实现,建设三维可视化软件平台,对原始数据库进行数据挖掘,应用数据仓库软件技术和建立综合业务管理平台,为矿领导和相关人员解决实际的矿级管理问题,从而为企业决策者实现管理者驾驶舱、决策分析管理功能;

  本矿安全生产监控及自动化系统见图12―1―1。

  三、安全、生产监控及自动化系统网络结构

  矿井自动化控制系统网络是该矿综合自动化控制系统的传输平台,承担着矿井各生产系统设备监控层的信息传输,对数据传输实时性、可靠性、安全性均是工业级要求。

  本方案采用最新的计算机网络、光纤通信和工业以太网技术进行综合自动化控制网的设计。在煤矿环境恶劣、人员设备(子系统)分散的特殊环境下,构建一个符合矿井安全要求的矿井安全生产综合自动化控制的传输平台。

  网络覆盖煤矿生产调度中心、井下生产系统、地面生产系统。井下网络符合煤矿防爆要求,地面及调度中心网络符合工业级标准。

  网络骨干采用千兆环网技术,核心采用开放型标准的以太网技术和TCP/IP协议,支持环形冗余,链路聚集,提供统一标准化的接入接口,突破了各子系统现场总线没有形成统一标准的局限性。全网形成一个矿井综合自动化控制系统的综合传输平台。
 

图12-1-1 安全、生产监控及自动化系统网络框图

   四、安全、生产监控及自动化系统传输网络
   该矿井综合自动化控制网络系统由地面控制中心、现场分站、信息传输介质、网络通信接口设备组成,以实现先进的、统一的自动化控制网络平台,使整个系统配置合理,信息共享,安全可靠,提高指挥效率和安全生产效率。
   根据该矿自动化控制网络承载的业务及数据流量分析,考虑未来网络业务的扩展性,整个自动化控制网络骨干带宽设计为1000M。即调度指挥控制中心1000M以太环网、井下生产系统1000M工业以太环网、地面生产系统1000M工业以太环网。同时,各自动化子系统采用部分工业总线作为子系统网络。
   同时,自动化控制网络为地面及井下生产系统子系统接入提供100M以太网接口,为全矿各个生产自动化控制子系统提供方便灵活的工业以太网接口,地面、井下控制子系统均可以方便接入。
   借助工业级千兆以太网网络平台,实现该矿自动化、信息化各系统之间的安全、可靠、高速的数据传输,并且满足企业未来更多业务的应用需求。
   五、监控及自动化网络系统安全
   1、网络不安全因素分析
   随着网络、通信技术的发展,网络丰富的信息资源给用户带来了方便,同时也给网络带来了安全问题的隐患。计算机网络不仅要保护计算机网络设备安全和计算机网络系统安全,还要保护数据安全。
   该矿综合自动化系统网络平台中,调度数据中心各个数据服务器系统是关键系统,需要不间断为个生产环节及调度中心提供服务。即使发生短暂的业务中断,也会导致难以估量的经济和名誉损失。在网络系统中,经常可能会导致业务系统中断的主要原因有一下几类:
   ① 系统硬件故障
   ② 应用程序或操作系统出错
   ③ 人为错误
   ④ 电脑病毒/骇客入侵
   ⑤ 自然灾害
   ⑥ 正常的停机
   通过以上分析,结合该矿井的实际情况,设计一系列软硬件安全措施,部署网络安全系统,保证整个自动化网络平台及所有子系统接入数据传输的安全性,保证综合自动化内部网络与企业办公网络平台的安全隔离。
   为确保全矿井综合自动化内部网络平台的安全性,采用了以下网络安全措施来构建网络安全体系,包括设备安全、网络安全、数据安全、数据存储、灾难备份与恢复、与企业信息管理网络安全联网安全等内容。
   2、设备安全设计
   在本系统中使用SIS-3000-FE24安全隔离网闸设备是联想网御公司专门针对国家安全企业网络间网络安全设计的解决方案,具有基于DMZ的IDS入侵监测功能,通过安全设置,可防御网络和应用层攻击、拒绝服务(DoS)攻击,提供了先进、高性能的保护。该安全自适应设备除具备防止常规防攻击外、通过扩展安全模块,具备文件交换、FTP访问、数据库传输、邮件传输和安全浏览功能,并根据TCP和UDP定制访问功能。
   设计在工业交换设备上设定用户和口令,控制非特权方式和特权方式的访问权,并且通过设定口令的加密钥和网络设备的单向加密机制,使用权口令在配置中以加密方式出现,保证口令的安全性。
   设定访问空间时限,如果管理员在设定的一段时间内(如5秒)不使用,安全设备将自动终止访问连接。
   保证所有网络设备的物理安全性,防止无关人员接触网络设备。
   设备BIOS安全设置,杜绝设备“病由口入”,设置BIOS安全密码,禁用所有上位机及调度中心操作站USB、COM等数据接口(除鼠标、键盘、显示接口外)。
   设置技术操作人员、网络管理人员的网络设备访问权限、管理密码。提高技术操作人员、网络管理人员的整体网络安全意识。
   通过这些措施,本系统网络设备可以实现其安全、正常运行,完成这些网络设备应该完成的功能,为其它的安全措施提供一个安全基础。
   3、网络安全设计
   设计采用常规的网络安全手段VLAN划分(划分数量支持大于256个),在设备上配置访问控制表,限制内部网络上只有维护工作站和网管工作站可以登录网络设备;
   设计采用自适应进行网络隔离,防止不可预测的具有潜在破坏性的侵入,外网用户访问由自适应进行控制,只有经过身份认证的用户才可以访问自动化网络。
   4、数据流准入控制
   设计中采用联想网御物理“隔离”网闸,具有高度防止常规、抗DDoS攻击、入侵检测功能内网/设备管理联动、IP/MAC地址绑定及针对网络安全的专用数据流控制功能。
   通过按业务和网络结构划分虚拟网络,将不同的业务分别放在不同的虚拟网内,隔离开来。虚拟之间,可以通过路由器的访问控制表来控制对某个特定网络和主机的访问。
   5、网络防病毒设计
   整个综合自动化控制网络系统比较多,各系统的现场接入层设备种类比较多样,作为工业控制网络,本身安全系数比较高,接入的网络各系统的设备要有严格的要求,比如工控机,除鼠标键盘外,其他的硬件的外接设备,比如USB接口等数据通讯的接口全部禁用,以防止网络感染病毒等。
   任何一点没有部署防病毒系统,对整个网络都是一个安全的威胁。所以,一个好的防病毒系统应该能够覆盖到每一种需要的平台。
   客户端:一般运行Windows 98/2000/XP/Vista等操作系统,目前也有运行Windows Vista以及Windows NT Workstation、Linux、Mac等操作系统的。不管用户使用什么操作系统,都必须具有相应的防病毒软件进行安装防范。
   选择国际著名的安全产品厂商卡巴斯基的防杀/病毒产品。同时,建立整套安全策略,提供全体员工的安全防范意思,保护好每台接入网络中的设备,才能实现高速稳定安全的信息化网络系统。
第二节 安全、生产监控及自动化系统
   一、安全、生产监控及自动化系统方案
   1、安全、生产监控及自动化系统方案选择
   根据该矿井的实际情况,安全生产监测监控系统重点解决以下三个方面的内容。
  (1)设立安全监控地面分站,实时监控通风机房的工作状况,采集监测点的电流、电压和设备的运行工况。
  (2)建立井下安全监控网络,依照规程和规定的要求,合理设置有关测点布置,将中央变电所、主排水泵房、井下胶带输送机、局部通风机的状态和井下生产环境参数纳入到监测网络之中。
  (3)接入全矿井综合自动化系统,以达到直观准确地监控生产安全状况。
   2、安全、生产监控及自动化系统主要设备选型
   该矿设计能力为0.6Mt/a,低瓦斯矿井,开采煤层属Ⅰ类容易自燃煤层,煤尘具有爆炸性。该矿目前使用的煤矿安全生产监测系统为KJ110N系统,从性能、价格、市场占有率及现场使用的反馈等综合方面考虑,矿井机械化改造后,安全生产监测系统仍采用KJ110N系统,同时该系统软件平台采用Windows2000操作系统。
   二、安全监测监控系统
   1、系统设置
   安全监测监控系统设置有地面中心站,地面分站,井下分站。地面中心站设在工业场地的生产调度室。
   地面中心站设置有系统主机,图型终端,打印机等系统设备;有关领导和科室设置图形工作站。系统主站配套设置安全生产监测监控系统双机热备切换功能。
   地面共设置1个分站,设置于风井变配电室。设置甲烷传感器1个,风速传感器1个,负压传感器1个,风门传感器2个,设备开停传感器2个,温度传感器1个。
   井下共设置4个分站,分站1安置在井下中央变电所内;分站2安置在综采工作面巷道口;分站3安置在第一掘进工作面巷道口;分站4安置在第二掘进工作面巷道口。共设置瓦斯传感器11个,一氧化碳传感器5个,温度传感器5个,风速传感器2个,负压传感器1个,水位传感器2个,设备开停传感器7个,风门开启传感器6个,馈电状态传感器2个;风筒传感器2个;烟雾传感器2个。
   2、系统配置数量表
   ① 地面中心站设备配置见表12-2-1。

   三、生产监控和自动化系统
   1.生产监控和自动化系统概述
   矿井综合自动化系统集成项目的成功关键点在于全矿安全生产各个子系统的接入,这一点也正是体现系统集成商的技术势力的关键点。根据该矿综合自动化系统要求,全矿须接入的生产子系统主要采用三种方式接入综合自动化监控系统。
  (1)对于PLC系统直接与子系统控制器连接。
  (2)对于DCS系统直接与子系统控制器连接。
  (3)对于总线接入的子系统控制器与提供接口转换模块连接。
   2.生产监控系统组成
  (1)井下系统规划:
① 综采工作面系统接入与信息上传调度中心,包括如下系统;
液压支架电控接入;
采煤机信息接入;
负荷中心接入;
乳化泵站接入;
喷雾泵站接入;
工作面刮板、破碎、转载信息接入。
   ② 盘区变电所系统接入实现调度中心监测与控制,实现无人值守;
   ③ 中央变电所系统接入实现调度中心监测与控制,实现无人值守;
   ④ 中央水泵房系统接入实现调度中心监测与控制,实现无人值守;
   ⑤ 主煤流系统包括工作面刮板、破碎、转载、顺槽、盘区大巷胶带、大巷胶带、主斜井胶带、上仓胶带、原煤仓计控接入实现调度中心监测与控制;
   ⑥ 掘进包括2个综掘面掘进机的开停状态信息接入实现调度中心监测;
   ⑦ 移动压风系统就近接入井下工业交换机,信息接入实现调度中心监测。
  (2)地面系统规划:
1)变电所各系统接入与信息上传调度中心,包括如下系统;
工业场地变电所;
风井场地变电所;
工业场地10KV配电箱。
2)井下水处理系统;
3)日用消防系统;
4)污水处理系统;
5)锅炉房计控系统;
6)净水站计控系统,包括井下消防系统;
7)风井场地主扇机房计控系统;
8)压风机房计控系统。
  (3)矿井辅助系统规划:
① 工业电视及大屏系统;
② 通信系统;
行政通信;
调度通信:
③ 矿井安全监测监控系统;
④ 人员定位系统;
⑤ 矿压监测系统;
⑥防灭火系统,束管监测系统。
  (4)调度中心规划:
调度中心信息平台;
调度中心调度平台;
调度中心安全、生产信息管理平台-MES。
  (5)工业控制网络系统:
地面工业控制环形网络系统;
井下工业控制环形网络系统。
   3.生产监控和自动化系统的网络结构(见表12―2―4)
   
   
   
   
   
   
   
   

   4.生产监控和自动化子系统构成及其功能
  (1)掘进监控系统
   该矿掘进系统包括:两个综掘面,监测掘进机及其它负荷开关的开停状态和电量、保护信息,信息接入上传实现调度中心监测。
   系统方案:在掘进机系统移动变电站配电柜供电出线端安装电流型开停传感器,监测掘进机供电状态,从而监测掘进机的开停状态;开停传感器信号就近接入安全监测监控系统的监控分站,实现信息上传至监测监控系统的上位机,安全监测监控系统的上位系统提供RJ45接入中心机房核心交换机,数据协议为OPC,数据进入综合自动化数据采集系统,从而实现把掘进系统的掘进机开停监测纳入到综合自动化系统中。
   为了实现对综掘工作面的掘进机、桥式胶带转载机、可伸缩胶带运输机、局扇的开停状态检测,为每台设备设一台防爆开停传感器,接入就近监控系统。综掘胶带机和大巷胶带机闭锁控制,即在大巷胶带机启动后,综掘胶带才能运行。
   通过本系统的实施,实现对掘进工作面掘进机、桥式胶带转载机、可伸缩胶带运输机和局扇的开停状态实时监测。
  (2)矿井地面变电所监测系统
   变电所各系统接入与信息上传调度中心,包括如下系统;
   工业场地变电所;
   风井场地变电所;
   各变电所配套要求上一套电力综合保护系统,综合保护系统需求具有如下功能:
   监测变电所进线参数如电流、电压、进线开关状态等;
   监测变压器参数如温度、出线电流、电压等;
   监测各个馈电开关的工作状态、电流等;
   综合保护具有具有就地合分闸功能和就地显示功能;
   综合保护系统具有通讯功能,接口要求为RS485接口,协议为标准Modbus,开放数据格式、地址和量程;
   综合保护系统通过通讯具有远方合分闸功能。
   在配套具有以上功能的综合保护系统,配套安装一套接口转换器,实现接口转换:RS485转换RJ45接口,使电力综合保护系统在硬件接口上满足接入在井上形成的工业以太网络数据传输平台。各系统就近接入井上工业以太环网交换机。
   通过各变电所电力综合保护系统的接入,在调度中心实现监测变电所的运行参数和馈电开关的运行状态,实现远方合分闸功能,最终实现各变电所无人值守功能。
  (3)束管监测系统
   配置1套束管色谱微机监测系统,由地面抽气泵、气体采样控制柜、束管专用色谱仪、分析仪器柜、双通道24位A/D转换器、32路系统输出控制器、工业控制型微机等设备和井下束管、分路箱等组成,并配置系统分析控制软件,通过束管取样,分析采空区、密闭区及巷道中的气体成分和浓度,实现对矿井自燃发火情况的早期预测预报。
   束管监测系统监测室设于联合建筑内。系统工控机通过RJ45接口就近接入矿井工业以太环网,将信息上传至矿调度中心。
  (4)电液监测、监控系统系统
   电液监测、监控系统指工作面液压支架监控系统,同时对顶板压力进行监测。
   采煤机、液压支架系统监控系统,将该监控系统数据上传到矿调度室,实现调度中心对采煤机与液压支架的运行状态及有关运行参数进行监测。
   采煤机、液压支架监控系统推荐采用PM32电液控制系统。
   这一部分方案设计包括液压支架、顺槽主机、采煤机位置监测和系统井上、井下通讯部分。
   ① 液压支架控制系统
   系统包括单个支架控制单元系统及将所有支架上的单元系统通过必要的共用或附加设备联接起来的控制网络。
   每台支架控制单元包括支架控制器1个,电磁线圈驱动器1个,推移千斤顶行程传感器1个,立柱压力传感器1个,以及将上述设备连接在一起的电缆、固定安装所需的附件等。
   ② 顺槽主机控制系统
   顺槽主机系统包括井下防爆主控计算机1台,网络服务器1台,及主动型电流变换器、限流器、本安接线盒等。各元件之间的连接电缆,顺槽主机到工作面的数据通讯电缆2条,通讯电缆为两对两芯双绞线。
   顺槽主机系统收集、显示、存储工作面系统的监测信息,具有保护系统及控制软件,并可对工作面系统实施控制(如启动跟机自动化、配置参数等),顺槽主机系统具有多种标准数据通讯接口,可与第三方设备进行数据通讯(如与采煤机通讯获得位置信息)并具备各种井上下通讯解决方案接口。
   ③ 采煤机位置监测系统
   采煤机位置监测采用如下方式:在采煤机上安装采煤机位置检测发射机,其主要用来监测采煤机位置与运行方向信息并负责发射出去,发射机与接收机之间的通信方式采用短距离无线通信的方式,支架上每隔30架安装1个采煤机位置信息接收机,接收来自发射机的位置与运行方向信息并与控制器通信把以上信息传输给控制器,来监测煤机的位置和运行方向信息,实现支架跟机自动化。
   如果工作面采用进口采煤机,本身配备采煤机监测装置,带有通讯接口,自接或通过网络转换设备与顺槽主机通讯,实现支架自动跟机的操作。
   ④ 井上、井下通讯系统
   PM32系统采用井上下数据传输及显示系统-井下宽带接入法。
   从顺槽主机向井下网络提供了一个软件接口,通过矿用隔爆宽带通信站,将顺槽主机的数据接入到井下环网。
   系统可实现以下功能:
   ① 手动控制单台液压支架动作;
   ② 自动顺序联动单台支架;
   ③ 支架成组自动控制;
   ④ 跟随采煤机运行方向和位置的支架自动控制;
   ⑤ 闭锁及紧急停止功能;
   ⑥ 支架在工作中发生卸载时的自动补压功能;
   ⑦ 在控制计算机自动启停支架;
   ⑧ 在主控制计算机上能显示支架控制器上能够获得的信息;可显示包括工作面支架工况(传感器值)及状态(位置),工作面形态,采煤机位置等内容的清晰而又形象直观的图形,还可调出历史状况。
   ⑨ 基于主控制计算机通信接口的多样灵活和软硬件资源的潜力,可与其他设备(如采煤机,刮板输送机,负荷中心等)的监控计算机联网通信,显示相关信息。
   ⑩ 主控计算机具备与地面计算机联网通信的功能,提供实现地面监控的条件。
   (7)井下作业人员考勤及车辆定位系统
   整个系统的硬件主要由定位分站、射频收发器、识别卡、传输通信部分和地面中心站信息发布子系统、井下人员分布实时显示子系统。全系统在完成后必须具备以后接入信息网的接口。可以提供优良的接口软件或综合管理软件,联网格式依据 《井工煤矿安全生产信息系统技术标准》设计,也可根据用户的特殊要求进行重新设计。可灵活接入矿内信息网络内,实现矿井全系统(含现有的安全监测系统和管理系统)联网,构成多功能的安全生产管理监测系统。工程建设的目标就是要为控制中心统一调度决策提供准确的信息,及时获得井下人员、车辆的分布状况,为矿井现代化、信息化管理奠定坚实的基础。
   ① 监控室设备设置
   地面监控设备为整个KJ138系统核心,负责整个系统的业务数据采集、处理、发布,包括系统监控主机、数据接口及软件平台(包括数据平台及发布平台),系统设备一般设置在监控中心或调度室,配备专业人员进行系统使用与维护。为保证系统能连续的可靠运行,需为系统配置一套UPS电源系统。系统主通讯利用以太网通讯方式,预留数据接口为设备调试使用。
   ② 系统线缆敷设
   根据该矿的信息化整体设计,井下人员管理系统采用工业环网组网工作方式。主通讯信号传输使用工业以太环网进行传输。
   该矿为斜井开拓,目前共有井口3个。根据现有矿井情况并结合KJ138系统总线传输方式特点,系统环网接入点共有3处,传输电缆分别自主井驱动机房、井底中央变电所及一盘区变电所引出敷设。
   ③ 井下设备布放
   经过对一般煤矿技术规格和要求的分析,人员定位考勤系统井下布放方案如下:
   结合KJ138人员考勤定位系统结构的特点,通过定位分站加射频收发器的系统结构,对井下人员车辆流动的主要巷道、硐室进行信号覆盖,检测人员分布和人员车辆流动状况;
   井下定位分站和射频收发器的布置情况一般遵循如下情况:
   所有出入井井口、对应的井底、井下重要硐室、采区口、工作面巷道口等位置应设置井下定位分站和射频收发器,以保障可以及时获取井下重要区域的人员分布信息情况。
   井下分站及收发器设置
   根据该矿目前的井下巷道开拓开采情况,配置27台本安射频收发设备满足井下人员的定位及考勤管理工作及车辆移动监测。定位分站及收发器设置在主斜井及井底车场、副斜井及井底车场、中央水泵房变电所、掘进工作面巷道、井下运输巷、材料库等位置。以3个射频收发器配置一台分站考虑,每台分站预留一个射频收发器接口。方便现场设备安装变化的随时调整。
   ④ 识别卡配备
   本安标识卡为下井工作人员随身携带在腰带、矿灯绳上无金属屏蔽位置或固定到需监测的移动车辆上。由矿上系统管理人员向下井工作人员颁发并装备标识卡。
   ⑤ 系统联网
   针对煤矿企业提出的整体信息化监控的建设要求,系统根据“煤矿井下人员管理信息系统联网软件应用技术与功能要求”提供软件接口。接口技术采用安全稳定、适应多系统平台开放式框架结构、开放统一的数据格式的网络技术要求,符合今后信息化规划发展方向。
   四、矿井视频监视系统
   1.矿井视频监视系统的内容
   工业电视大屏幕显示系统主要包括一下建设内容:
   (1)工业电视监控系统
   通过视频技术,实现在矿井调度指挥中心及时掌握地面、井下重要生产环节、设备运行状况、关键的安全管理岗位人员情况;
   (2)大屏幕显示系统
   通过大屏幕更加直观的看到地面、井下重要生产及设备监控点的状况,为生产过程中、技术方案分析等,为领导进一步决策提供直观依据。
   (3)LED显示系统
   显示各项通知、欢迎语、通报等信息。
   2.矿井视频监视系统的解决方案
   依据该矿综合自动化建设的总体目标,考虑到工业电视及大屏幕显示系统的实际应用要求和将来的发展趋势,本着先进、实用、最大限度的减少维护工作量的原则
   工业电视监视系统是利用光纤作为主要传输介质,将所有监控点的实时图像传送到调度中心,通过全矿计算机网络传送到各级矿领导终端的办公室,使煤矿调度中心人员和矿级领导能够直观、快捷的了解生产一线情况,掌握重要设备的实时工况,提高科学指挥和管理的现代化水平。
   视频信号通过光端机将前端的视频信号还原,上传至数字视频录像机进行信号处理,再通过数字视频录像机独具的视频环输出到调度室的工业大屏显示系统进行处理,调度指挥中心的流媒体服务器还通过采用的MSDE数据库服务引擎完全可以满足整个系统上百个监控点及后台几十个用户的访问。
   软件利用组态化地配置系统的硬件,并纳入统一的控制处理框架之下,通过友好的人机界面,实现对摄像机、外部设备的控制能力,具有可配置的监控输入、输出能力,通过对所监控环境参数的数据测量,可提供组合的报警设定能力,在监视目标出现报警时,可配置触发对视频信号记录保存,以备事后分析处理;还可以设定在出现报警时,实施多媒体报警,并进行自动控制。
   数字硬盘录像机和网络视频服务器具有容量大、流量高、维护方便的特点,可单机工作,也可多机互连构成大型视频中心,服务器端软件采用了成熟的LAMP(LINUX+APACHE+MYSQL+PHP)结构,可以进行系统级联。
   网络视频服务器直接连到企业网上,领导可以在办公室有权限的调看各重要生产环节的状况,网络视频服务器提供多路视频输入,可以在PAL或 NTSC视频系统上使用。
   网络视频服务器包括服务器端程序和客户端程序。它提供了友好的用户界面。也可选用WEB方式浏览。使用一个标准的客户端软件或IE浏览器,您可以直接浏览服务器端任何一个视频输入端的图像。
   数字化视频监控终端(客户端)采用了C/S(Client/Server)和B/S(Browse/Server)两种结构,只需安装一个客户端软件,即可完成客户端的功能;采用B/S结构的系统只需访问服务器端特定的网页即可完成各项功能。客户端实现的功能主要有:
   实时浏览——客户端也可选择一、四、九、十六多种显示界面对服务器传出的视频图像进行实时浏览。
   控制功能——向服务器端提交用户名和密码,进行相应权限的远端控制功能,主要是云台的控制功能。
   3、矿井视频监视点的设置
   工业电视系统作为矿井综合自动化系统的一个子系统,可以比较直观的掌握矿井主要生产环节的实际状况。
   具体摄像点配置见表12―2―7。

   工业电视系统共设置25台摄像机,其中地面办公区及工业场地的重要场所设置16台,井下设置9台低照本安黑白固定摄像机。井下摄像机全部采用光纤传输,地面摄像机使用彩色/黑白摄像机,距离远的采用光缆传输,并采用抗雷击及强电气干扰技术。
第三节 计算机管理信息系统
   一、管理信息网络概述
   该矿设计部署完整的煤矿信息化管理网络平台,为未来煤矿产品的销售信息、物资采购信息和库存信息、财务管理信息、生产调度信息、安全管理信息及Internet上网业务为核心的企业计算机管理信息化系统提供硬件传输平台。
   从应用上来看,该矿信息化管理网络将主要承载的是企业内部办公业务管理信息,随着企业信息化管理水平的不断提高,办公应用的逐步丰富,还将包括在网络平台上传输视频会议、VOIP等视频、语音多媒体业务数据。
   二、系统组成
   企业信息化管理网络平台建设包括:综合行政办公楼、单身公寓楼群、浴室/灯房联合建筑楼、招待所、食堂、器材库/材料库、联合维修车间、工业场地变电所、地磅房等建筑。
   三、接入公司及互联网
   该矿信息化管理网络平台主要实现企业经营管理系统平台的运行,除了进行安全生产监控和相关的办公自动化业务外,还要接入Internet、与公司联网。除满足煤矿企业日常办公外、还需访问丰富的外网资源,同时出差员工等移动用户有在外安全的接入建北煤矿数据网络的需求。
   互联网出口安全上,使用高性能网络安全自适应设备,一方面可以实现大容量NAT的需求,另外一方面可提供VPN移动办公和远程办公功能,设计在互联网出口处选择多业务。高性能、高可靠Cisco ASA5520 千兆以太网安全设备,保证用户高速稳定与Internet和公司的联网,并且通过设备内置IOS的有效安全策略能阻挡外部的病毒和各种非法授权行为的攻击,提供一个安全、可靠、快速的上网通道。
   互联网出口上,设计该矿网络出口使用高性能路由设备,信息化管理网络主要出口是接入Internet、公司网络,设计使用的Cisco模块化多业务集成路由器,根据该矿接入电信运营商或集团公司线路的不同,可以配置不同路由接口模块,以满足需求。未来,可以轻松实现多业务的扩展,包括VPN、VOIP、视频等。
   四、信息网络安全及策略
   系统的安全性包含了网络、设备及软件多方面的内容,通用型网络和软件必须配备完善的安全保密措施(如防火墙、防病毒等),以保证系统安全稳定地运行,必要时可以牺牲一定的带宽或速度来保证安全性。
   1、网络安全
采用常规的网络安全手段VLAN划分(划分数量支持大于256个);
采用防火墙进行网络隔离,防止不可预测的具有潜在破坏性的侵入;
采用入侵检测系统实时检测各种攻击行为并实时做出各种预先定义的响应;
采用漏洞扫描系统定期对网络进行安全分析发现并修正存在的漏洞;
外网用户访问由防火墙进行控制,只有经过身份认证的用户才可以访问自动化网络。
安管装网络版防病毒软件(使用网络安全管理系统,具有IP地址管理、客户端管理及远程监控、网络设备理等功能;
设立完备的身份认证及操作权限机制。对人员进行划分,设定终端权限;
设置系统快速恢复机制;
具备远程维护能力;
   保证综合自动化控制网与企业管理信息网的物理隔离,同时保证两网间信息通信的安全。
   2、数据安全
数据中心数据库系统是关键系统,需要不间断的为客户提供服务。即使发生短暂的业务中断,也可能导致难以估量的经济和安全损失。充分考虑导致业务中断的原因,如系统硬件故障;应用程序或操作系统出错;人为错误;电脑病毒/黑客入侵;自然灾害;正常的停机及影响正常运行的诸多因素,在系统中断时,能够在最短的时间
内恢复数据,所以需要采用一套统一存储和离线备份系统,对数据库中的数据,进行保护。系统应在软、硬件两方面保证网络安全和抗干扰能力。
采用网络防病毒软件完整检测和清除服务器和工作站的各种病毒和恶意程序;
相关业务部室只能通过web服务器有权限的分级浏览自动化网络数据信息,确保数据安全;
   3、电源安全
设计采用UPS不间断电源来保证网络节点设备的供电安全性
选择真正具有防雷功能的国际知名品牌UPS电源系统,其为业内独一无二的UPS防雷技术,内置D级防雷装置,可承受8/20us 6KV/3KVA的浪涌冲击;
在调度中心/机房综进线出增加B+C级防雷模块;
模块设计--无需停电就可更换防雷器模块;
高电流--100KA/20μS的过载电流;
全保护--提供相对中、相对地、中对地的全面保护;
长寿命--长达二十年;
反复使用--可多次雷击后仍反复使用;
安装方便--可直接安装在配电箱上;
免维护—可做到无人值守,及恶劣环境(-40℃至70℃)。
   4、完善的系统安全可靠机制
   针对应用人员,提供标准统一的应用系统授权管理。对应用系统中的资源,如应用系统菜单,画面,报表和文档等使用权进行集中管理。同时,对应用系统使用者的账号进行集中管理。提供统一的标准登录画面和应用画面模版,提供对指定账号、指定资源权限检查。可以对资源的使用者权限进行跟踪和控制,应用系统的最终用户可对所有的资源和资源使用者进行集中的授权管理。有效的防止非法操作,并可对非法操作记录进行追溯。
用严密的用户及权限管理,严格控制用户所能访问的资源。
COM组件封装数据库的连接,防止泄漏数据库的重要数据。
级用户的权限自动屏蔽管理,支持SSL加密通讯。
第四节 通 信
   该矿近期刚完成了对原井上下通讯联络系统进行了升级改造。安装了126门SW-2000DX数字程控交换机系统一套,重新敷设了井下30对矿用通信电缆。该系统具备与外网固定电话和移动电话联网功能,满足矿井机械化改造后对通信系统的要求,故矿井机械化改造后通信系统维持不变。
   SW-2000DX型数字程控交换机还设有中继回路出口,可与矿外通信系统接通。中国移动、联通等公司的移动通信信号已覆盖矿区,可实现无线通信。

 

 

 

 

 

 

 

第十三章 地 面 建 筑
第一节 设计原始资料和建筑材料
   一、气象条件
    见第一章第一节。
   二、工程地质及地震资料
   (一)矿井设计的工业场地地位于鲁寺村东端的西沟内,沟底较平缓,宽约100多米,长700m左右,沟底原始标高为+940~+945,西侧为山坡,东侧有一条土路,标高为+956。西沟北端的延长部分标高逐渐抬高。逐渐变窄,为二山之间的谷地,筑有一个小型水库。
   (二)工业场地的工程地质,设计参考了1.陕西省一九四煤田地质勘探队于1986年10月提供的陕西省黄陵1、2号井口露头勘探资料中,黄陵2号井第L2号钻孔柱状描述。第四系复盖层为腐植土,中含坡积碎石。底部为碎石层。2陕西省黄陵矿区李章河矿井及洗煤厂初设中工业场地资料为亚粘土。容许承载力[R]=10t/m³。3.紧靠本场地东林科所建筑物的有关资料。同时认为在施工图设计前应进行钻探。摸清工程地质情况,以合理确定建构筑物基础及场地布置。
   (三)跟国家地震局兰州地震大队关于渭北黄陵矿区地震烈度鉴定意见。该场地的地震基本烈度为6度。
   三、建筑材料
   当地的石子、料石丰富。黄土可供烧砖,钢材、木料、水泥、砂子等均需要外地运入。
   四、地面建筑设计主要技术原则
   1、本矿井设计服务年限18.1a,地面建筑使用年限按25a设计。
   2、根据《建筑设防分类标准》GB50223规定:通风机房、变电所、日用消防泵房等抗震设防类别为乙类;其余建筑物的抗震设防类别应为丙类。
   3、建筑物的结构安全等级:根据《建筑结构可靠度设计统一标准》。确定驱动机房及生产系统建筑、通风机房的安全等级为二级,其他均为三级。
   4、建筑物的耐火等级:驱动机房、变电站、机修车间、产品煤仓的耐火等级为二级,其他定为三级。
第二节 工业建筑物与构筑物
   矿井地面建筑根据《煤矿工业矿井设计规范》GB50215—2005的有关规定,确定结构形式及设计规模。
   一、生产系统主要建(构)筑物
   生产系统由驱动机房、输送机栈桥、筛选装车车间、产品煤仓、矸石仓组成。
   驱动机房为2层钢筋砼框架结构,采用钢筋砼整片基础。
   井口至驱动机房胶带输送机走廊,设计为砼框架结构;驱动机房至筛分选矸楼输送机栈桥机及各产品煤胶带输送机栈桥,设计为钢结构,钢筋砼筏板基础。钢结构的跨空结构用钢桁架,彩色钢板聚苯乙烯保温板围护。钢支架基础为钢筋砼十字条形(用于四柱)或钢筋砼筏板基础。在走廊中间选择合适位置设安全疏散钢梯。
   副井井口房、副井绞车房采用砖混结构,毛石条形基础。
   二、辅助生产系统主要建(构)筑物
   机修车间、材料库、综采设备中转库为门式钢架结构,轻型钢屋架,彩钢板复合保温板屋面,砖墙围护。钢筋砼独立基础。
   其余小型库房,变电所、煤样室、热风炉室、空压机房等为砖混结构,毛石条形基础。
   建在工业场地的高位水池,调节水池、井下水处理站中水池均为钢筋砼结构,钢筋混凝土为防水混凝土,抗渗等级为S6。
   矿井救护、消防依托黄陵县矿山救护队。本矿仅设辅助救护队,其办公、救护器材设在浴室灯房联合建筑中,其面积指标按考虑兼职救护队计算。
   第三节 行政、生活福利建筑
   一、行政、生活福利建筑的设计依据
   设计中行政、生活福利建筑均利用现有建筑。根据矿井生产能力及原煤生产在籍人数,按照《煤炭工业矿井设计规范》GB50215—2005,给定的行政、公共建筑和生活福利设施面积指标,对各建筑物的面积进行了核算,认为现有行政、生活福利建筑满足该矿的实际需要,不再另行建设。
   三、单体建筑设计
   1、井口浴室、灯房、联合建筑
   浴室灯房联合建筑是包括井口浴室、矿灯房、井口等候室、任务交代室、保健急救及辅助救护等多功能的联合建筑。为已有建筑,该建筑为三层框架结构,砼独立基础。
   入浴人数设备计算如下:
   最大班出勤人数:145人
   总入浴人数:145×1.35=195.75,取196人
   男入浴人数:196×0.95=186.2,取186人
   女入浴人数:10人
   男浴室淋池浴人数比例3:7,则淋浴人数为186×0.3=55.8,取56人,池浴人数130人
   淋浴器每5人一个,则淋浴器12个,池浴工人泡澡后还需淋浴冲洗故增加14个,一共26个。
   
   池浴面积0.2m2/人,则0.2×130=26m2,取28m2
   脸盆数每30个人一个,共设置6个。
   女部全部采用淋浴,淋浴器2个即可,但考虑探亲家属入浴,选用3个,脸盆1个。
   根据有关规定,按原煤生产在籍人数每人设置闭锁式更衣柜一个,该柜可分别存放工作服及清洁服。原煤生产在籍人数为646人。女职工数量按5%计算,女职工646×5%=32.3,取32人;男职工为646-32=614人,考虑2%的富余量,所以男更衣柜数量:626个,女更衣柜数量:33个。
   附表:井口浴室设备数量表 11-3-1
   井口浴室设备数量表
   表10-3-1
   序号    项目名称 单位 计算数量 采用数量 备注
   1 男浴池面积    m2    26    28    
   2 男淋浴器个数    个    26    26    
   3 男更衣柜个数    个    626    626    
   4 男洗脸盆个数    个    6    6    
   5 女淋浴器个数    个    3    3    
   6 女更衣柜个数    个    33    33    
   7 女洗脸盆个数    个    1    1    
   2、矿办公室
   现工业场地有机关办公楼一栋(两层),砖混结构,毛石条形基础,建筑面积553m2;场前区办公室一座(单层),砖混结构,毛石条形基础,建筑面积138m2;辅助生产区有办公室一座(单层),砖混结构,毛石条形基础,建筑面积114m2;煤管科办公室一座(单层),砖混结构,毛石条形基础,建筑面积287m2。各办公场所建筑面积合计为1092m2。基本满足煤矿生产要求,故不再新建办公楼。】
   3、单身宿舍
   场前区现有单身宿舍楼一栋(五层),砖混结构,毛石条形基础,建筑面积2512.5m2;以满足单身职工住宿需要,故不再新建单身宿舍。
   建筑物、构筑物特征表,详见附表11-3-2。
    第四节 居住区
   该矿已经有了规模较大的家属区,其中五层家属楼有5栋,还有平房若干;且在矿区附近已有学校、医院、商店,均可加以利用,故本着节约的原则,不再新建。

第十四章 给水排水
第一节 给 水
   在这次机械化改造中,地面设施和主要建筑物均不变,因此所用水源和地面给排水系统也维持不变。
   该矿现用水源为第四系潜水。在西沟和沮水河的交汇处打有大口井。通过水泵将水送至高位调节水池。高位调节水池的容积为100 m3,标高为985m,能满足工业场地建筑物和井下洒水对水压的要求。
   为保证消防用水,在地面还建有日用消防水池一座,其容积为200 m3。
   给水管道管径为75-150mm,采用给水承插铸铁管,工作压力为0.75MPa用石棉水泥接口。Dg≦50mm的采用焊接钢管,用丝扣连接表面刷石油沥青防腐。该地区的冻土深度是0.65m,所以管道的埋深要大于1m,在工业场地布置地下消火栓,发生火灾是所需要的压力由消防泵临时加压供给。
   机械化改造后的用水量见表14-1-1和14-1-2。由表知,机械化改造后,该矿工业场地的生产、生活用水量为173.83m3/d,其他用水量为26.07 m3/d,井下洒水用水量为381.65m3/d,总计581.55m3/d。现有水源日供水量为638.7 m3,能满足要求。

第二节 排 水
   一、废水来源
   矿井的废水来源有三部分。一部分是单身宿舍楼,办公楼的粪便污水,比较脏,污水量每日为约20m3。第二部分是洗澡废水和洗衣房废水等,每日为约121m3。第三部分是井下排水,每日1440m3,含有少量煤泥。
   二、排水系统
   该矿现有排水系统不变。
   现有的排水系统采用分流制:各用水点排放的污废水经污水干管集中排至污水处理站。处理流程如:

  沉淀池的面积为20m×8m深2m,分为二格。化粪池的容积为二座30m3。调节池面积为6m×6m,深4m。淹没式生物滤池为4m×3m,全高5m。污水泵选二台型,一台工作一台备用。鼓风机选二台D22×21-5/5000型,一台工作一台备用。由于工业场地的地形起伏比较大,管道采用混凝土管,用水泥接口。

 

  第三节 室内给排水

  该矿现有室内给排水系统不变。

  该矿工业场地现有的大部分建筑物都设有给水排水管道,但室内都不设消火栓栓。消防由室外消火栓来保证。

  洗浴用热水由现有的CLSG0.5常压热水锅炉提供。由锅炉送来的热水先送至设在浴室屋顶的钢板水箱(容积为15m³),与凉水混合至40℃后供洗澡用。

  浴室内设有池浴与淋浴。池浴净面积24m²,淋浴器29个。淋浴系统采用单管,便于使用,室内给水管用镀锌钢管,排水管用排水承铸铁管。

  第四节 井下消防洒水

  一、井下消防

  根据煤矿井下消防、洒水设计规范(GB50383-2006)要求,井下消火栓,设计流量2.5L/s,按三个消火栓同时使用,消防流量为7.5L/s,火灾延续时间6h,一次消防用水量为162m3。

  消防水量贮存在地面高位水池内,有保证消防水量不被动用的措施。井下消防和井下洒水管道合用,用焊接钢管送至井下。钢管要用环氧煤沥青进行防腐处理。

  1.增压设备

  由于开采深度浅,地面水源不具备静压供水条件。为保证井下消防、洒水压力要求,确定采用动压供水。

  加压设备为65SG40-80型离心式清水管道泵,一台工作,一台备用。其工作参数为Q=40m3/h,H=40m。每台泵所配电动机功率为18.5KW,电压380V。

  2.消火栓布置

  在井下中央变电所、油脂库、主斜井井底车场、一盘区变电所、注氮硐室、工作面进、回风巷口、掘进巷道入口、胶带输送机机头处、 煤仓附近、胶带输送机大巷每隔50m;倾斜巷道、回风巷道每隔100m,均要设消火栓。

  消火栓的规格为DN50的带阀门的三通支管、水龙带及接口组成。水龙带采用涂塑及氯丁橡胶衬胶水龙带,便于长期存放不会发生霉变和腐蚀。水龙带、水枪及接口管件应存放在标志明显、取用方便的地方,且不得妨碍井下其他设备工作。

  2.灭火器

  在井下中央变电所、中央水泵房、等候室、消防材料库、一盘区变电所、注氮硐室、带式输送机机头处,根据规范要求均应设置灭火器。选用磷酸铵盐干粉灭火器和碳酸氢钠干粉灭火器不同规格型号共32具,供紧急状态下灭火要求。在选用灭火器时一定要有产品合格证的厂家生产的产品。

  二、井下洒水

  井下洒水全日总用水量381.65m3/d,最大小时用水量47.93m3/h(见井下用水量表14-1-2)。 井下消防洒水系统见附图C1073-845-1。

  井下洒水采用动压供水,消防和洒水合用一条管道,由副斜井井口进管,主干管为DN100的焊接钢管,管道延伸到全部用水点,井下管道采用支状管网。

  设有供水管道的大巷及回风巷、运输巷等巷道每隔100m,掘进的煤巷每隔50m,均要设置一个DN25的给水栓,做为冲洗巷道清除煤尘用。

  为消除煤尘改善工作环境,在采掘工作面、采煤机的内外喷雾和煤仓、胶带输送机的机头、转载点,均应设置喷雾降尘装置。在采煤工作面运输顺槽、回风顺槽靠近出口及距工作面50m处,装煤点下风向20m处,胶带输送机巷道、采区回风巷、回风大巷等均应设置风流净化水幕。有喷雾洒水和风流净化水幕的地方均设截止阀。设专门人员来控制开关截止阀,以达到及时的目的。

  第十五章 采暖及供热

  第一节 采暖

  一、气象资料

  冬季采暖室外计算温度: -11℃

  夏季通风室外计算温度: 26℃

  最大冻土深度: 66cm

  井筒保温室外计算温度 -18.5℃

  室外平均风速 3.3m/s

  二、采暖及供热

  工业场地内凡经常有人工作、休息及生产工艺对室温有一定要求的建筑物均设采暖。

  由于地面设施和主要建筑物均不变,建筑物采暖热媒、耗热量、采暖系统维持现状不变。现用热媒由供暖锅炉型号为CLSG1.8MW-Ⅱ提供。

  三、通风

  为排除矿灯房内的有害气体,矿灯房内设两台BT35-11№4型防爆轴流式通风机进行排气。小时排气次数10次。通风机所配电机功率2.2 Kw。

  为排除更衣室及浴室的余热余湿,除自然通风外,还辅以机械通风。浴室小时换气8次,更衣室小时换气3次。

  对矿井油脂库、化验室、煤样室等产生有害及易燃易爆气体的建筑和食堂均设置机械通风系统,其通风机为4—72—11№4A型离心式通风机,功率为1.5KW。

  四、洗衣房设备

  为满足该矿职工的衣物和生活用品洗涤需要,洗衣房配备有如下设备:

  洗衣机XPGW-30型,功率N=1.5KW,一台;

  烘干机GHG-20型,功率N=3KW,一台;

  脱水机DS-20型,功率N=1.5KW,一台;

  缝纫机,一台 。

  这些设备能满足技改后的洗衣要求。

  五、热水制备耗热量

  矿井用热水量按照国家行业标准MT/T5013—96《煤炭工业采暖通风及供暖设计规范》和国标GB50399—2006《煤炭工业小型矿井设计规范》中有关规定进行计算。供热对象主要为洗浴用水,供水温为40℃,热水制备总耗热量为930.49kW。详见表15-1-1。

  浴室用水分为池浴和淋浴。洗浴用热水由现有的CLSG0.5常压热水锅炉提供。这种锅炉的供开水量为5400kg/h、额定功率为500KW。为满足改造后洗浴用热,新增CLSG0.5常压热水锅炉一台,使其总供热量达到1000 kW。

  饮用开水仍由现有的CLS0.1-85/60-AⅡ锅炉供给。该锅炉开水供应量为1500kg/h、额定功率100KW。

  表15-1-1 热水制备耗热量统计表

  序号建筑物名称用水量

  (m3/h)用水温度

  (℃)耗热指标

  (kw/m3.k)耗热量

  (kw)合计

  (kw)

  1淋浴用水7.83401.1667328.87

  2池浴用水8.40401.1667352.81

  3洗脸用水0.11401.16674.62

  4洗衣用水4.55501.1667244.19

  小计930.49930.49

  表中矿井用热水量按照国家行业标准MT/T5013-96《煤炭工业采暖通风及供暖设计规范》和《煤炭工业小型矿井设计规范》中有关规定进行计算。

  第二节 井筒防冻

  一、设计依据

  冬季采暖室外计算温度: -11℃

  井筒保温室外计算温度 -18.5℃

  冷热风混合温度: 2℃

  热风计算温度: 50℃

  矿井总进风量: 66.5m3/s

  二 空气加热设备选择

  1、耗热量及热媒

  井筒防冻耗热量由下式确定:

  Q=Cp.Qm.ρm(tm-tc)×1000

  其中 Cp — 定压比热,取Cp=1.01kJ/ kg.k

  Qm — 井筒进风量 ,m3/s

  ρm — 冷热风混合后空气的密度,ρm=1.284kg/m3

  tm — 冷热风混合后温度,℃

  tc — 空气加热室外计算温度,℃

  Q1=1.01×66.5×1.284×〔2-(-18.5)〕×1000

  =1767917w=6365MJ/h

  2、热媒选择

  井筒防冻的热媒既可用蒸汽,亦可用热风炉产生的热风。

  热风炉具有结构简单、体积小、安装简易、操作简便、升温速度快、热效率高、运行状态稳定、安全可靠等优点。与使用蒸汽防冻相比较,投资少,土建工程量小,节煤50%以上,且不用水,不怕冻裂设备。故确定用热风炉产生的热风作为井筒防冻热媒。热风炉距井口距离不得小于20m。

  三 热风炉的选择

  根据计算的耗热量,现有WZRFG型热风炉的额定供热量为73MW,远大于需要的供热量,满足要求。故技改后,仍用现有的WZRFG型热风炉为井筒保暖提供热媒。

  第三节 锅炉房设备

  锅炉房内现有锅炉三台:一台环保节能常压热水锅炉专为矿井地面供暖其型号为CLSG1.8MW-Ⅱ,供开水量:2000kg/h、额定功率:1800KW;一台常压热水锅炉专为洗澡堂供水,型号:CLSG0.5,供开水量:5400kg/h、额定功率:500KW;另一台锅炉专门供应饮用热水,型号:CLS0.1-85/60-AⅡ供开水量:1500kg/h、额定功率:100KW。

  为满足洗浴用热,新增CLSG0.5常压热水锅炉一台。

  现有锅炉的鼓风机、引风机、水泵、除尘器、上煤机和控制柜全部为厂家配套产品。

  第四节 室外热力管

  室外热力管网维持现状不变。浴室为专用管路,其他热力管网为枝状布置。

  第十六章. 节能、减排

  第一节 项目能源消耗

  一、矿井生产消耗能源的种类

  本矿井生产期间消耗能源的主要种类有:电力、煤炭、成品油等。

  二、矿井生产消耗能源的数量

  1、全矿井煤炭生产电耗

  根据全矿井用电设备,经计算,其用电负荷如下:

  总有功功率: 3163kW总无功功率: 2765KVar

  功率因数: 0.75

  补偿电容器容量: -2×900KVar

  补偿后无功功率: 965KVar

  补偿后视在功率: 3307KVA

  补偿后功率因数: 0.96>0.95

  年耗电量: 12205020度

  吨煤耗电量: 20.3kw·h/t

  2、矿井成品油消耗量

  矿井全年总耗油量为地面汽车的耗油量与井下柴油机车的耗油量量(鉴于各型汽车每日行驶里程的不确定和不均一性,设计按日耗油量<320L的最大值估算)。

  矿井原煤生产单位油耗为:320L×330÷6000000=0.176L/t

  3、矿井自用煤消耗量

  矿井每年自用煤消耗量为: 1644t/a,

  其中:采暖期: 1513t/a

  非采暖期: 131t/a

  第二节 节能措施及评价

  一、矿井开拓与开采的节能措施

  1.井田开拓的节能措施

  本矿井开拓部署与巷道布置分析如下:

  1)根据井上下条件,本井田采用斜井开拓,单一水平开采全井田,大巷及盘区巷道均布置在主要可采的2号煤层中,巷道采用半圆拱断面,锚喷支护。

  2)全矿井达到设计生产能力时布置一个盘区、一个综采工作面,即可达到矿井设计生产能力0.6Mt/a。

  3)矿井移交时,设计井巷工程总量为10581m,按岩性分煤巷850m,占8.03%;岩巷3572m,占33.76%,半煤岩巷6159m,占58.21%。井巷工程量少。

  4)井下煤炭运输采用带式输送机,便于实现自动化控制,且煤流无返向运输。

  5)辅助运输采用采用轨道运输方式:即平巷采用机车牵引矿车运输,斜巷采用有极绳运输。牵引机车采用矿用防爆柴油机钢轮普轨机车,地面设备、人员、材料等经副斜井绞车到井底,由矿用防爆柴油机钢轮普轨机车将其从辅助运输大巷运往采掘工作面及其它工作地点,中转环节少,系统简单,效率高、占用设备少、井下硐室相对少,但是,要求井巷断面相对较大,井下巷道以煤巷为主。

  6)矿井通风系统简单,通风断面大,风阻小,为了防止巷道变形漏风,主要巷道之间留设30m间距,巷道两侧各留30m护巷煤柱(该煤柱后期回收)。

  通过上述对开拓部署与巷道布置、投产工作面产能、井巷工程量、井下运输方式、通风系统的分析,本设计认为井田开拓方案技术上可行,经济上合理,符合《煤炭工业节能减排工作意见》第六条“优化开拓布置,减少井巷工程量。一般不采用岩石巷道。推广岩巷光爆锚喷、煤巷锚网、锚梁等主动支护工艺。”和第九条“优化矿井生产系统,尽量实现集中生产,简化生产运输环节。条件具备时,一个矿井布置一个采区、一个工作面,减少运输系统转载、折返和机电设备占用数量。”规定。

  为了进一步达到节能的目的,设计要求采取以下节能措施:

  ① 井下巷道均采用光面爆破作业,减少开挖量,提高巷道平整度。

  ② 各盘区巷道布置尽可能的减少巷道长度,提倡煤巷,少作岩巷。

  ③ 可根据盘区可采范围,尽可能的沿大巷方向条带式布置回采工作面,简化盘区通风、运输、排水系统,节省井巷工程量。

  ④ 主要巷道均布在2号煤层中,要科学的留设护巷煤柱,以防采动压力对巷道影响。尽可能的减少巷道维护量。

  2.井下开采的节能措施

  1)采煤方法选择

  根据煤层赋存特点,全井田主要可采煤层2号煤平均厚度1.64m,设计结合邻近矿井同类煤层开采条件和经验,根据目前采掘设备的发展,设计2号煤层采用综采机械化采煤法,顶板管理方式为全部垮落法管理顶板较为合理和节能。

  2)采掘设备装备标准及节能措施

  根据矿井生产能力及煤层赋存条件,矿井移交时,全矿井布置一个综采工作面、两个综掘工作面。采掘设备选择立足国产化。符合《煤炭工业发展“十一五”规划》的主要任务,推进煤矿重大装备国产化,加快安全高效矿井建设。设计要求采取以下节能措施:

  ① 按照“量体裁衣”的原则,结合井下工作环境,科学合理的进行采掘设备配套选型,避免“卡脖子”或大马拉小车问题发生。

  ② 采掘设备实行联锁自动控制,避免开机不生产或生产不开机,以保护设备为前提,以节约能耗为目的。

  ③ 加强设备维护与管理,严禁设备带病运转,防止小病泛大祸。

  3.井下运输系统的节能措施

  井下煤炭运输采用带式输送机运输方式。该运输方式具有连续性,便于集中控制与管理,无煤炭折返运输,符合《煤炭工业节能减排工作意见》第九条“简化生产运输环节。减少运输系统转载、折反和机电设备占用数量。”规定。

  矿井辅助运输主要担负井下人员、矸石、材料和设备的运输任务。为适应矿井高度机械化开采要求,减少中转环节,提高效率,便于管理,设计确定井下辅助运输方式采用轨道运输方式:即平巷采用机车牵引矿车运输,斜巷采用有极绳运输。牵引机车采用矿用防爆柴油机钢轮普轨机车,地面设备、人员、材料等经副斜井绞车到井底,由矿用防爆柴油机钢轮普轨机车将其从辅助运输大巷运往采掘工作面及其它工作地点,具有运输环节简单、效率高、速度快、安全可靠、维护简单等优点。

  4.矿井通风系统节能措施

  根据井田开拓方式,矿井通风系统:为分列式通风系统,主斜井和副斜井进风,回风斜井回风。经过计算,矿井初期:总风量为66.5 m3/s,通风负压为436Pa,等积孔为3.79 m2;故矿井通风难易程度属容易。预计矿井中、后期:总风量为66.5 m3/s,通风负压1335Pa,等积孔2.17m2,通风难易程度也属容易。符合《煤炭工业矿井设计规范》“ 7.1.5条矿井通风的设计负(正)压,一般不应超过2940Pa。”的规定。

  为了进一步落实该通风系统的可靠性,设计要求采取以下节能措施:

  ① 根据盘区可采范围,尽可能的沿大巷方向条带式布置回采工作面,以缩短通风线路长度。

  ② 为了防止漏风,主要巷道两侧留设一定的保护煤柱,防止巷道因采动压力影响而变形裂缝,造成进回风巷之间漏风。若进、回风巷之间出现变形裂缝时,首先要查明原因,要及时采取封堵措施。

  ③ 井下巷道布置时,巷道与巷道之间联接要顺畅,以减少局部通风阻力。

  ④ 井下风门均采用双道无压风门,使风门开启和关闭方便,防止风门因使用而漏风。

  ⑤ 作好回风井防爆门、安全出口及风硐周围的密闭,防止漏风和短路。

  ⑥ 矿井生产期间,严禁主要进回风巷道堆放设备和物料,尽可能的减少巷道通风阻力。

  二、矿井主要设备节能措施及效果评价

  1.主运输设备节能措施

  1)主运输系统简述

  采煤工作面的煤炭由刮板运输机经转载机转载至运输顺槽的可伸缩胶带运输机,直接卸至煤仓,装载到大巷胶带运输机,经运输大巷胶带运输机转载至主斜井胶带送输机运往地面筛分加工、存储、销售。

  井下主运输系统为胶带输送机连续运输系统,环节简单、运行可靠,因此能达到较好的节能效果。

  主运输系统设备由大巷胶带输送机和主斜井胶带输送机组成。

  2)主斜井及大巷胶带输送机

  (1)主斜井胶带机选用DTⅡ(A)10080.4型固定落地式胶带运输机,带宽B=1.0m;带速v=1.6m/s, 电动机功率132kw,单机双滚筒驱动方式,滚筒直径φ1000mm。

  运输大巷胶带机选用STJ1000/2*75型纲架落地带式输送机一台:实际运输量500t/h,铺设长度1100m,速度1.9m/s,电动机功率2*75kw。

  (2) 胶带输送机的其它参数:带宽B=1000mm 、带速V=1.6m/s 、电机总功率N=282kW。

  (3) 计算吨煤电耗:282×0.7÷600=0.28 KW·h/t。

  2.辅助运输设备节能措施

  本矿井为技改设计,为适应矿井高度机械化开采要求,减少中转环节,提高效率,便于管理,设计确定井下辅助运输方式采用轨道运输方式:即平巷采用机车牵引矿车运输,斜巷采用有极绳运输。牵引机车采用矿用防爆柴油机钢轮普轨机车,地面设备、人员、材料等经副斜井绞车到井底,由矿用防爆柴油机钢轮普轨机车将其从辅助运输大巷运往采掘工作面及其它工作地点,具有运输环节简单、效率高、速度快、安全可靠、维护简单等优点。

  在满足辅助运输的前提下,在井下开拓部署时,对辅助运输系统的设计力求运行线路最短,以降低辅助运输中能量的消耗 。

  3.矿井主要通风设备

  本矿井属低瓦斯矿井,采用分列式通风系统,抽出式通风方式进行通风,由主斜井、副斜井进风,回风斜井出风。

  通风设备选用FBCDZ-6№20B型防爆对旋轴流式通风机2台,1台工作,1台备用,通风机转速740r/min。每台通风机选配2台YBF315L2-8型专用隔爆电动机,总功率2×110kW,电压380V,同步转速750r/min,配置变频调速装置。

  矿井通风容易时期:通风机转速740r/min,叶片安装角度40°/31°,风量Q=73.2 m3/s,风压H=660Pa,效率η=66%,轴功率N=73.2kW,年电耗1.25kW.h/a。

  矿井通风困难时期:通风机转速740r/min,叶片安装角度43°/34°,风量Q=70.4m3/s,风压H=1500Pa,效率η=85%,轴功率N=124.24kW,年电耗2.12kW.h/a。

  通风机通过变频调速装置调整通风机的转速以适应矿井通风变化需要,力求通风机运转在最佳状况,节省通风电耗。通风机效率在66%~85%之间变化。年平均电耗为0.375kW.h/Mm3.Pa,低于国家发改委煤炭工业节能减排单耗指标0.44kW.h/Mm3.Pa,符合节能要求。

  通风机进风风道断面按其内风速12m/s设计,风道施工应规范,保持表面光滑,尽可能减少通风阻力,并在风道断面变化处设计缓变段,最大限度减小通风装置阻力。

  风门间内垂直闸门和水平风门采用有效的防止漏风措施,保持漏风风量不超过5%。

  通风机选用在线监测装置一套,随机监测通风机的风量、负压等参数,及时调整叶片安装角度,使设备保持良好运行状态,节省电耗。

  4.矿井主要排水设备

  主排水设备选用100D45×2型离心式清水泵3台,矿井正常涌水量和最大涌水量时,水泵均为1台工作,1台备用,1台检修。每台水泵选配YB2200L2-2型隔爆电动机1台,功率37kW,电压660V。主排水管路选用D140×4.5的无缝钢管,沿主斜井敷设2趟,矿井正常涌水量和最大涌水量时均为1趟工作,1趟备用。

  排水管路运行初期水泵效率68.1%,排水管路淤积后水泵效率70%,年平均排水电耗24.5×104kW.h/a。主排水设备平均吨水百米排水电耗0.425kW.h/t.hm,低于煤炭工业节能减排单耗指标0.5kW.h/t.hm,符合节能要求。

  为减少吸水管路阻力损失,节省电耗,水泵采用无底阀排水系统。

  5.矿井压缩空气设备

  矿井井下布置两个综掘工作面。为满足井下巷道掘进用风动工具需要,在地面空压机站设置2台MH250型螺杆式空气压缩机,1台工作,1台备用。每台空气压缩机额定排气量42.5m3/min,排气压力0.85MPa,电机功率250kW,电压6000V,冷却方式为风冷。

  该型空气压缩机比功率为5.88kw/m3/min,低于煤炭工业节能减排单耗指标5.9 kw/m3/min,符合节能要求。

  压缩空气管路干管选用Ф159×4.5无缝钢管,综掘工作面压缩空气支管选用Ф108×4.5无缝钢管。压缩空气管路管径的选择,按照压缩空气输送最远点压力损失不超过0.1MPa计算确定。地面管路采用焊接连接,井下管路采用法兰盘连接,密封垫密封,施工中应保证安装质量,减少管网漏气损失。

  压风管路设置尽量避免采用急骤弯曲和突然变径管件,尽量减少管路阻力损失。

  三、供配电系统

  1.吨煤电耗计算

  用电设备年电耗及吨煤电耗量见表16-2-2。

  表16-2-2 用电设备年电耗及吨煤电耗统计表

  序号用电设备名称功率

  (kW)轴功率(kW)k1k2η1η2年运行时间(h)年电耗(kWh/a)

  1井下变电所30342160 11.050.90.9536007776000

  2空压机房25019511.050.90.952000390000

  3风井6KV变电所23118911.050.950.987601655640

  4主斜井驱动机房13210611.050.90.954200445200

  5副斜井提升机20016011.050.950.93600576000

  6机修车间21110611.050.90.952000212000

  7坑木加工房32.62611.050.950.9150039120

  8污水处理站725811.050.90.953000174000

  9浴室矿灯房59.75111.050.950.9150076500

  10空气加热室15.51311.050.90.95200026360

  11综合楼12084 11.050.90.951500126000

  12活动中心及餐厅7056 11.050.950.92000112000

  13办公楼205123 11.050.90.952000246000

  14家属楼18014411.050.950.92000288000

  15地面生产系统6048 11.050.90.95200016000

  16取水泵房1613 11.050.950.9150019200

  17室外照明2018 11.050.90.95150027000

  合计年电耗(kWh/a)2383380

  计算吨煤电耗(kWh/t)20.3

  2.矿井供电电源电压及供电线路的节能设计

  瑞能煤业公司双回路供电电源采用高压架空线引入,一回路引自店头110kV区域变电站10kV出线间隔,架空线路为LGJ-150型钢芯铝绞线,长度4.2km,电压等级10kV。二回路引自黄陵矿业110kV鲁寺变电站6kV出线间隔,架空线路为LGJ-150型钢芯铝绞线,长度1.5km,电压等级6kV。一回路工作另一回路带电热备用,双回路均可承担全矿所有负荷供电。从而达到节能目的。

  本矿供电电源线路按经济电流密度选线路导线的截面,校核电压降满足要求,计算结果见表16-2-3。

  表16-2-3 电缆、导线电压降及线损率统计表

  序号电缆或导线型号规格

  (mm2)经济电流密度电压降

  (%)线损率

  (%)备注

  1电源架空线路LGJ-1501418.00.6%满足要求

  3.主要供配电变压器的经济运行

  本矿所有变压器均采用S11系列节能型低损耗变压器,为降低变压器有载损耗,变压器负荷率一般均在70~85%左右,变压器损耗约为0.5%。为便于深入负荷中心,10kV及以下配电装置均采用室内配电装置。

  4.矿井设计地面及井下高压均采用6kV电压供电,降低了电缆截面,可减少线路上的电压损失和电能损耗,达到电气节能目的。

  5.主要配电电缆的线损率及节能指标评价:按按经济电流密度校核所选主要配电电缆的截面,计算电压降和线损率。计算结果见表16-2-3。

  6.地面变配电室:在地面工业广场建有一座变电所,变电所双回路供电电源采用高压架空线引入,一回路引自店头110kV区域变电站10kV出线间隔,电压等级10kV。二回路引自黄陵矿业110kV鲁寺变电站6kV出线间隔,电压等级6kV。一回路10KV引入10/6KV变电室,将电压变为6KV后,引入6KV配电室进线柜与高压二回路6KV进线组成矿井高压双回路,为矿井地面及井下负荷供电。另在风井场地新建一座6/0.4kV变电所,与通风机房控制室联建,其两回6kV电源引自工业场地变电所两段6KV母线,该变电所以双回380V出线供通风机房供电。

  以上变配电变电室位置选择均考虑接近负荷中心,从而降低线路损耗。

  7.无功功率补偿:矿井工业场地变电所负荷变化较大,为了提高供电质量,准确投切电容器补偿容量,矿井工业场地变电所6kV无功补偿装置采用了WBC-200高压无功自动补偿电容器组,共二套,每套最大补偿容量为900kVAR。其功能具有平滑调节无功补偿容量、系统响应速度快,保证系统功率因素始终保持 0.95以上时,避免轻载时过补,重载时欠补等补偿效果不理想情况,减少功率损耗。

  8.主要供配电设备选型:为便于深入负荷中心,10kV及以下配电装置均采用室内配电装置。在供配电系统中,选用了先进的开关设备,计算负荷时,合理选用各种参数,对矿井主要机电设备均按达产时选用的轴功率和运转时间计算负荷和耗电量。

  9.照明:简述地面各建筑物及道路、井下各场所的照度要求,根据现行《建筑物照明设计标准》,对以上建筑物、道路、井下各场所的的功率密度进行校核;并对所采用的主要照明灯具进行说明;对照明节能效果进行评价。

  10.井下供电方案:按照井下负荷分布状况,设计在副斜井井底设一个井下中央变电所,与井下主排水泵房联合布置;在一盘区巷道中部设一盘区变电所。井下中央变电所、一盘区变电所供电电压等级为6kV。

  五、地面建筑

  1.概述

  本设计地面建筑根据《民用建筑热工设计规范》(GB50176-93)的全国建筑热工设计分区图,本矿区处于寒冷地区。另外根据《民用建筑节能设计标准》(采暖居住建筑部分)(JGJ26-95)、《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)、《陕西省建筑节能设计导则》(2005年)及《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇》的相关要求,建筑外墙传热系数限值k≤0.6;屋面传热系数限值k≤0.55。

  2.地面建筑节能措施

  1)建筑物朝向和外形形状;

  建筑物均为南北向或大体南北向,主要房间的朝向避开冬季主导风向并利于夏季自然通风。体形系数:建筑的体形系数控制在0.3以下。

  2)建筑屋面、外墙的保温措施;

  屋面、墙体的传热阻和传热系数超出当地相关规范、规程要求的部分采用设置保温层的方法使其达到要求,对于砖砌结构的建筑物,外墙采用370厚粘土多孔砖墙,外墙和屋面保温材料分别选用30、70厚挤塑泡沫保温隔热板;对于框架结构的建筑物,外墙采用240厚粘土空心砖墙,外墙和屋面分别设50、70厚挤塑泡沫保温隔热板保温层;对于钢筋混凝土排架结构的建筑物,外墙采用240厚粘土空心砖墙;钢结构外围护墙及屋面采用夹芯板,保温层厚度为100。

  3)门窗节能措施

  窗墙面积比均控制在相关规范、规程的要求范围之内,外窗北向<0.30、东西向<0.30、南向<0.50。门窗均采用密闭性能好的塑钢中空玻璃窗,塑钢框料采用预热焊接方法制做。

  4)建筑材料节能;

  为了满足地面建筑节能的要求,建筑材料外墙采用粘土多孔砖砌筑,外墙和屋面保温材料分别选用30、70厚挤塑泡沫保温隔热板。

  3.节能指标分析和节能效果评价:

  采取上述措施后,外墙传热系数k=0.55;屋面传热系数k=0.50。使建筑物在保证相同的室内环境参数条件下,与未采取节能措施前相比,全年采暖、通风空气调节和照明的总能耗减少50%。

  六、给排水、供热制冷通风及水处理系统节能

  1.给排水节能

  1)设备选型达到高效、节能,保证水泵工作在最佳工况点。

  2)对供水区内个别对水压有特殊要求的用户,考虑采用局部加压措施避免管网压力过大所造成的浪费。

  2.供热、制冷、通风节能

  为确保供热系统高效节能运行,在集中供热锅炉房内选用的组装蒸汽锅炉及常压热水锅炉均为高效节能锅炉设备。

  在锅炉上设置调节装置,提高锅炉的燃烧效率。

  在供热系统设计时考虑设置蒸汽冷凝水回收装置,满足国家《蒸汽供热系统凝结水回收及蒸汽疏水阀技术管理要求》(GB/T 12712-1991)。

  供热管道采用高性能保温材料,减少供热输送过程中的热损耗。

  根据室外气候,调节锅炉供汽压力,以确保在满足供热使用要求的情况下,尽量减少煤的使用量。

  加强管理,减少跑、冒、滴、漏,减少热能的损失量,从而达到节能的目的。

  通过采取上述措施,使居住、公共建筑物的在保证相同的室内环境参数条件下,与未采取节能措施前相比,提高采暖的能源利用效率,改善民用建筑的室内环境,使全年民用建筑采暖、通风空气调节的总能耗减少50%。

  3.水处理系统节能

  本次设计水处理系统由井下排水处理系统和生活污水处理系统两部分组成。

  井下排水处理主要工艺流程为:井下排水→混凝、沉淀→气浮→过滤→达标回用。井下排水先经混凝、沉淀,SS的去除率可达70%-90%,再经气浮设备除油、除渣,油渣的去除率可达90%以上,本次设计过滤器采用全自动过滤器,从进水、过滤、出水、反冲洗及排污等全靠水力作用,实现控制自动化,具有节水、节电、省人力、排污少的优点。经过滤后的出水SS去除率可达85%~90%。在整个处理过程中,各环节提升水泵选型均达到高效、节能,保证水泵工作在最佳工况点。经处理后的井下排水能达到井下消防洒水及锅炉补给水的水质要求。

  现有的排水系统采用分流制:各用水点排放的污废水经污水干管集中排至污水处理站。经过处理的生活污水水质指标达到《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T1892-2002)(绿化用水)的控制指标。即BOD5≤20mg/L,SS≤10mg/L等。该套处理系统中的所有水泵及风机选用高效、节能设备,并配套全自动电器控制系统,始终保证设备运行在最佳工作状态,以达到节能的目的。

  第三节 节水措施及评价

  一、矿井用水指标

  设计用水指标采用《煤炭工业给水排水设计规范》(MT/T5014-96)、《煤炭工业矿井设计规范》(GB50215-2005)、《室外给水设计规范》GB50013-2006、《煤矿井下消防、洒水设计规范》(GB50383-2006)、《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)和用水设备的用水指标等。

  经计算,该矿工业场地的生产、生活用水量为173.83m3/d,其他用水量为26.07 m3/d,井下洒水用水量为381.65m3/d,总计581.55m3/d。故本矿井吨煤用水量为0.354m3/t。用水指标符合国家及行业要求。

  二、矿井节水措施

  1.根据水源情况以及矿井生产、生活用水的特点,为了节约水资源,开源节流,建设生态矿井,对矿井用水进行分质供水及废水处理复用等节水措施安排矿井用水。用水水源分配如下:

  ① 矿井生产、生活及消防用水采用地下水。

  ② 矿井井下消防洒水利用处理后的井下排水。

  ③ 厂区绿化利用处理后的生活污水。

  ④ 锅炉房补给水利用深度处理的井下排水。

  2.充分利用井下排水和生活污水,尽可能的减少地下水的开采量。工业场地设有井下水处理站和生活污水处理站各一座,对井下排水和生活污水分别进行处理复用。井下排水处理水量为1440m3/d;生活污水处理量为141m3/d,生活污废水全部回用,井下水部分回用,每年可节约水资源5.8×105m3。

  3.水箱、水池进水管上均设有水位控制阀与水位报警等装置,以防跑、冒、滴、漏现象的发生。浴室、单身公寓、办公楼等卫生器具采用节水型产品等,从而达到节水的目的。

  4.在矿井建设和生产过程中选用高效、节水环保型的设备和产品,根据具体情况,制定并不断完善节水目标和规划。

  第四节 减 排

  一、共伴生资源、副产品及排弃物

  根据《勘探报告》,本井田煤层煤中锗、镓、铀含量均远小于所要求的最低工业品位,无综合利用价值。各煤层顶、底板及夹矸中微量元素含量均低于所要求的最低工业品位,且厚度小,范围有限,均无可利用价值。此外,煤层顶底板和夹矸灰分均大于50%,发热量一般小于10MJ/kg。井田内无其它伴生矿产。

  以上伴生资源无综合利用价值。

  二、污、废水的减排措施

  1.矿井排水减排措施

  矿井排水量为1440 m3/d,该水经混合、反应、沉淀后,根据复用水水质要求,深度处理后回用于井下消防洒水和锅炉房补充用水,其余水量经消毒达到排放标准后用泵排入沟道。

  根据工程分析知,除工业场地用新鲜水外,其它各用水环节均回用了处理后的矿井水。矿井水的回用率可达到72.68%,完全能满足《煤炭工业十一五发展规划》和《关于加强煤炭矿区总体规划和煤矿建设项目环境影响评价工作的通知》中矿井水复用率达到70%的要求。

  2.生产、生活污水减排措施

  工业场地生产、生活污水排放量为141m3/d,经地面生活污水处理站采用地埋式二级生化处理工艺后,用于厂区绿化,达到地面生产生活污废水不外排要求。

  三、共伴生有益资源利用

  1.瓦斯利用

  本井田煤层瓦斯分带均属氮气带,煤层瓦斯含量低,无利用价值。

  2.地热利用:

  本区无明显地温异常,故无地热利用。

  四、矿井废弃物减排

  1.矸石利用及减排措施

  矿井建设期间的掘进矸石,其组成以砂岩、砂质泥岩为主,其次为泥岩。主要用于工业场地回填及场外道路回填。

  生产期掘井巷道多在煤层内,部分掘进矸石直接在井下作为废弃巷道充填利用,不出井。

  2.其它废弃物减排措施

  建设期间产生的固体废物主要有建筑废料、废弃土石方、边角料以及少量生活垃圾等。在施工期间要及时清运至矸石堆放场或当地指定的垃圾处置场,严禁随处堆放。

  锅炉灰渣主要用于场地附近道路修建或作为建筑保温材料等,不能及时利用时,由汽车或胶轮车运输排入排矸场临时堆放,不外排。生活垃圾定期排放至店头垃圾场统一处理。

  供热锅炉采用高效率除尘器,减少烟气中污染物的排放量,达到国家《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2001)。

  第五节 节能减排指标综合评价

  一、节能指标综合评价

  1.综合能耗指标

  根据矿井吨煤电耗、油耗及煤耗,折算为吨煤标准煤耗10.15(kgce/t)。详见表16―5―1。

  表16―5―1 矿井原煤生产单位能耗量

  能耗项目单 位数 量折标准煤(kgce/t)

  电 耗Kw.h/t20.37.186

  煤 耗kg/t1.6442.74

  油 耗kg/t0.1760.226

  合 计kg/t10.15

  2.能耗指标综合评价

  根据《陕西省能耗限额指标》的规定,到2010年吨煤综合能耗不大于20kgce/t。预计煤矿生产吨煤综合能耗远低于《陕西省能耗限额指标》中规定的吨煤综合能耗。

  二、减排指标综合评价

  1.综合减排数量

  对矿井各种副产品及废弃物利用及排放统计见表16-5-2。

  表16-5-2 各种副产品和废弃物利用及排放量统计表

  序号名 称产出量

  (kt)利用量

  (kt)排放量

  (kt)备 注

  1煤 矸 石85.585.50

  2锅炉灰渣1.261.260建材使用

  3生活垃圾0.1120.112

  2.减排指标综合评价

  根据所统计的矿井各种副产品及废弃物利用及排放量,本设计减排措施符合《煤炭工业节能减工作意见》中“煤矸石、洗矸、煤泥必须进行综合利用”的精神;锅炉灰渣作为建材利用,减少对环境污染,利国利民;生活垃圾定期排放至环保部门指定的垃圾场统一处理。

  第十七章 劳动职业安全卫生与消防

  第一节 危害因素分析

  一、矿井自然灾害因素分析

  本区属大陆性半干旱暖温带季风气侯。据上畛子农场水文站和黄陵气象局资料,丰水年最大降水量为1036.8mm(1976年),枯水年最小降水量为306.0mm(1978年),年平均降水量为775.2mm。年平均蒸发量为1472.0mm。雨季多集中在8~10月份,日最大降水量82.1mm。冰雹多集中在6~8月份。区内年平均气温8.5℃,一月份平均气温为-4.8℃,最低为-23.1℃,七月份平均气温20.1℃,最高气温为35.4℃。无霜期191天,冰冻期为11月至次年3月份。最大积雪厚度240mm,冻土层厚度为660mm。恒温带深度25m左右,温度9.5℃。常年主导风向为西北风和东南风,夏季多为东南风,冬季多为西北风;年平均风速3.3m/s,最大风速为25m/s。

  据国家地震局兰州地震大队1973年资料,该区在1599年发生过6级地震。1556年华县大地震、1815年山西平陆地震和1820年宁夏海原大地震均波及本区。本区地震烈度为六度,动峰值加速度为0.05g。

  二、矿井生产作业主要危险因素分析

  1.有毒、有害物质分析

  1)粉尘

  本矿井机械化程度高,生产时产尘量较大。设计采用喷雾降尘、洒水降尘措施后,综采工作面机组割煤时,在内外喷雾完好、使用正常的情况下,煤尘浓度在300mg/m3以下;若内喷堵塞、外喷又罩不住滚筒时,粉尘浓度可达500~1000mg/m3。综掘工作面掘进时,在喷雾完好、使用正常的情况下,煤尘浓度在100mg/m3以下,否则可达200~300mg/m3。炮掘工作面粉尘浓度一般在50~200mg/m3。锚喷工作面粉尘浓度更高。

  粉尘包括煤尘和岩尘两类。煤尘主要产生于回采工作面和掘进工作面,此外,煤炭运输过程中转载点也易产生煤尘。岩尘主要产生于岩巷炮掘工作面。直径大于50μm的尘粒,在重力作用下很快从气流中分离出来,沉落于地面,称为落尘;直径在0.01~50μm的尘粒,能长时间悬浮于空气中,称为浮尘。浮尘对矿井空气的污染和人体健康的危害最大,是粉尘防治的重点。

  矿井粉尘对井下作业工人的身体健康有较大影响,主要危害是导致尘肺病。尘肺病是因为长期、大量吸入微细粉尘而引起的以肺的纤维化为主的一种慢性职业病。

  2)有毒、有害气体

  井下有毒有害气体主要包括:瓦斯(CH4)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOX)、二氧化硫(SO2)及硫化氢(H2S)等。由于本矿井井下采用以柴油为动力的无轨胶轮运输,其废气中的NO2、CO和CO2更显突出。有毒有害气体物质分析如下:

  ① 瓦斯(CH4):主要来源于煤体或围岩中,它能燃烧、爆炸,大量积聚时能使人窒息死亡。瓦斯爆炸后生成大量一氧化碳,随之产生瓦斯煤尘联合爆炸和井下火灾,导致人员大量伤亡,设施遭到破坏,矿井被迫停产。瓦斯在空气中爆炸浓度一般为5~16%,当空气中含有其他可燃气体和煤尘时,其爆炸下限随之降低。《煤矿安全规程》规定在0.75~1.5%时,就要采取相应的防护措施。

  ② 一氧化碳(CO):主要来自井下采掘工作面爆破、火灾、瓦斯和煤尘爆炸以及煤炭自燃。该气体可使人因缺氧而引起窒息和死亡。轻度中毒能使人耳鸣、头痛、心跳加速;严重中毒使人四肢无力、呕吐,如果抢救不及时可能造成人身伤亡;致命性中毒使人失去知觉、痉挛、呼吸停顿、假死。致命性中毒的一氧化碳浓度大于0.4%,安全浓度应小于0.0024%。

  ③ 二氧化碳(CO2):主要来源于有机物的氧化、煤和岩体的缓慢氧化、爆破作业、人员呼吸以及矿井水与碳酸性岩石的分解,在爆破、井下火灾、煤炭自燃、瓦斯和煤尘爆炸时,也能产生大量二氧化碳。该气体常积聚于巷道的底部,不助燃,能使人窒息,略有毒性,对人的呼吸有刺激作用。当二氧化碳浓度达到1%时,人的呼吸感到急促;浓度达到5%时,呼吸感到困难,同时有耳鸣、血液流动很快的感觉;浓度达到10~25%时,人将中毒死亡。

  ④ 氮氧化物(NOX):主要来自于采掘工作面爆破及生产废气,它有强烈毒性和刺激性,能和水结成硝酸,对肺组织起破坏作用,造成肺浮肿,对眼睛、鼻腔和呼吸道等有强烈刺激作用,当二氧化氮浓度达到0.006%时,可使人咳嗽、胸部发痛;浓度达到0.01%时,人将剧烈咳嗽、呕吐、神经系统麻木;浓度达0.025%时,将使人短时间内死亡。安全浓度应小于0.00025%。

  ⑤ 二氧化硫(SO2):主要来自含硫矿物氧化和自燃以及含硫矿层中进行爆破和硫化矿尘的爆炸之中,井下电缆及胶皮类燃烧也会产生二氧化硫。它有强烈毒性,与眼、呼吸道的湿表面接触后能形成亚硫酸,对眼睛和呼吸道具有强烈腐蚀作用,引起肺水肿。当浓度达0.002%时可引起眼红肿、流泪、喉痛、头痛;浓度达0.05%时,可引起急性气管炎、肺水肿,并使人在短时间内死亡。安全浓度应小于0.0005%。

  ⑥ 硫化氢(H2S):主要来源于有机物腐烂、硫化矿物水解。它具有强烈毒性,能使人的血液中毒,对眼睛、粘膜以及呼吸系统有强烈的刺激作用。当浓度达0.01~0.015%时,人会流唾液和清水鼻涕,呼吸困难;浓度达0.02~0.05%时,眼睛、鼻、喉膜受强烈刺激,头痛、呕吐、四肢无力;浓度达0.05%时,半小时内人将失去知觉、痉挛、死亡;浓度达到4.3~4.6%时,有爆炸危险性。其安全浓度应小于0.00066%。

  3)噪声

  凡是人们不需要的,使人感到讨厌和烦躁的声音统称为噪声。噪声对人的危害是多方面的。噪声可以使人耳聋,还可能引起高血压、心脏病、神经官能症等疾病。噪声还污染环境,影响人们的正常生活和生产活动,特别强烈的噪声还能损坏建筑物和影响仪器设备等的正常运行。各典型声压级对人的影响见表17-1-1。

  矿山噪声主要来源于各种设备在运转过程中由震动、摩擦、碰撞

  表17-1-1 典型声压级对人的影响

  声压

  (微巴)声压级dB(A)对人体

  的影响人耳主

  观感觉环 境

  0.00020安 全刚刚听到轻声耳语、很安静的时间

  0.00220安静普通谈话、很安静的街道

  0.0240一般环境普通对话、收音机

  0.260较吵闹城市街道、汽车内大声说话

  280吵闹纺织车间

  20100长期听觉受损很吵闹

  200120听觉较快受损痛苦锅炉车间、球磨机

  2000140其它生理损伤很痛苦喷气式飞机起飞

  20000160耳边步枪发射、飞机发动机

  20000180造成听觉损伤导弹发射

  2000000200

  而产生的机械动力噪声和由风管排气、漏气而产生的气体动力噪声。对本矿井来说主要发生在工业场地内的电锯、锅炉房鼓风机、煤炭各装卸载点、通风机、空压机、井下水泵、局扇、凿岩机、采煤机、掘进机、破碎机、钻机等机械设备。噪声对操作人员及附近人员均有危害,严重影响身心健康。

  2.生产作业场所主要伤害因素分析

  1)爆破事故

  井下使用的炸药、雷管均为易燃易爆危险品,一旦发生意外爆破事故,就会对职工人身安全和国家财产造成重大损失。造成意外爆破事故的主要原因如下:

  ① 爆炸材料使用不当;

  ② 雷管和炸药混放;

  ③ 爆破材料库违章使用明火;

  ④ 爆破工未按照规程要求操作;

  ⑤ 运输过程中操作不当,由于磨擦等原因引起爆炸;

  ⑥ 躲炮时间和安全距离不够;违章处理瞎炮。

  2)提升、运输事故

  主斜井装备带式输送机担负煤炭提升;副斜井采用串车担负材料、人员、设备的提升和运送。根据矿井提升、运输系统特点,造成提升、运输事故的主要原因有:

  ① 大型设备、长材运送时未制定专门的安全措施或有措施未执行;

  ② 运输大巷内车辆和设备挤人;

  ③ 违章乘坐带式输送机或蹬、踩刮板输送机;

  ④ 操作人员精力不集中或人体进入机械危险部位。

  3)触电事故

  井下空气湿度大,作业环境差,容易发生触电事故。引起触电事故的主要原因,除了设备缺陷等技术因素外,大部分是由于违章操作引起的,主要有:

  ① 在带电附近作业,不符合安全距离,未采取安全措施或监护措施;

  ② 非专职人员和值班人员,擅自操作电气设备;

  ③ 跨越安全栅栏或超越安全警戒线,工作人员走错间隔,误碰带电设备,以及在带电设备附近使用钢卷尺等进行测量或携带金属超高物体在带电设备下行走;

  ④ 电气设备使用的绝缘油油量过多或过少,油质劣化,未及时更换;

  ⑤ 带电搬用设备,带电作业;

  ⑥ 没有定期检查漏电继电器,入井设备没有检查;

  ⑦ 当防爆设备出现失爆现象时,未及时组织更换;

  ⑧ 绝缘胶鞋破碎透水,作业者身体或工具碰到带电设备或线路上;

  ⑨ 操作高压电器设备主要回路时,操作人员未带绝缘手套、电工绝缘鞋;

  ⑩ 使用电动工具金属外壳,不接地,不戴绝缘手套,电气作业的安全管理工作存在漏洞;

  11电缆破损及违规接头,产生露电、触。

  4)中毒窒息事故

  煤矿发生中毒、窒息事故,绝大多数是由于一氧化碳和瓦斯所致。因此必须从产生上述有害气体的源头查找事故原因。就一氧化碳来说,除了瓦斯、煤尘爆炸会产生大量一氧化碳外,另一个渠道就是煤炭燃烧和矿井火灾。在氧化过程中产生的一氧化碳,一旦进入采掘工作面及巷道中,就会危害井下工人的生命安全。发生这类事故的主要原因有:

  ① 矿井通风条件不好,致使一氧化碳等有害气体积聚;

  ② 矿井无反风措施,在处理火灾事故时,随意改变风流方向;

  ③ 对一氧化碳、瓦斯涌出地段未设“禁止入内”的栅栏,或对栅栏缺乏保护,受损后无法辨认,导致人员误入禁区;

  ④ 职工缺乏相关安全知识教育,对自救器的作用认识不足,不愿佩带、使用不熟练;

  ⑤ 执行规程不严肃、不认真,对串联通风存在习惯意识和饶幸心理,导致中毒事故扩大;

  ⑥ 自救器及检测仪器配备不足,安全检测不严格;

  ⑦ 采掘技术管理不力,尤其是支护、密闭施工质量低劣,导致冒顶事故引发自然发火隐患或一氧化碳从采空区外溢;

  ⑧ 爆破后没等炮烟散尽,就在炮烟浓度较大或长时间在含有炮烟的空气中作业。

  第二节 劳动安全职业卫生

  一、工业场地的选择

  通过现场踏勘,调查研究,结合井上下统筹考虑,设计利用原瑞能煤矿工业场地作为本次机械化改造后矿井的工业场地,充分利用原有有建、构筑物、生产系统、安全设施及井巷工程。

  本设计工业场地的选址基本符合《矿井建设地质灾害危险性评估》对安全性评价。本场地的地势是南低北高,并且广场的生产区和辅助生产区在一个低沟地区,四周均是高山,因此自然形成一个防洪排涝问题。由于该工业场地已使用多年,对防洪排涝问题也已解决。

  西沟附近山坡的汇水面积为18Km2,按黄陵地区暴雨经验公式计算,25年一遇的洪水量为9米3/秒。

  本场地北部现有小水库一座,其容量约一万m3,坝长20m,坝高2m,主要是聚集上部柳树沟的流水,以利农灌。该工业场地建设时,一方面对水坝进行了加固,并在水坝泄水口安装水闸,以控制水流。另一方面,在工业场地填土部分砌筑一个深3m,宽2.5m的排水沟,形成了工业场地的场内排水,防洪系统。

  二、工业场地总平面布置

  设计利用现有工业场地沿西沟由西北向东南布置。根据功能不同将场地划分为三个区:分别是生产区、辅助生产区和场前区。

  生产区位于场地的东北部,从主斜井开始自北向南布置有:主斜井、驱动机房、皮带拉紧间、原煤上筛选车间胶带输送机栈桥、原煤仓、矸石仓等。辅助生产区位于工业场地中部以北,布置有机修车间、材料库、消防材料库、油脂库、坑木加工房、空压机房、变电所、锅炉房等。场前区位于工业场地中部以南,现有行政办公楼、职工宿舍、食堂餐厅等建筑。风井场地位于工业场地西北部,约600m处。布置有回风斜井、通风机房、通风机变配电室等。

  生产区位于夏季最小频率风向的上风侧,厂前区位于夏季最小频率风向下风侧,辅助生产区位于两者之间,避免风季煤尘的影响。

  区内主要建筑物基本向东朝向,间距合理,满足自然通风和日照的要求。

  行政办公楼、职工食堂、单身宿舍等生活设施集中布置在厂前区,职工生活起居较为方便,并且建筑物周围予以重点绿化,为职工生活创造良好条件。

  机修车间距生活区较远,车间内锻铆焊工段与其它工段予以隔离,不会影响周围环境。

  三、地面运输安全

  该矿煤炭外运方式采用公路运输,无铁路专用线,店(头)~上(畛子)公路从鲁寺西沟口通过,本井田工业场地已有简易公路与之相连。

  本次技改设计对工业场地现有公路修整拓宽,使之达到三级公路标准,以满足煤炭运输需要。

  爆炸材料库和矸石场均位于工业场地附近。通往爆炸材料库的道路为辅助道路,路面宽度为3.0m,长340m,沥青路面。通往矸石场的道路为辅助道路,路面宽度为4.5m,长20m,沥青砼路面。

  四、主要建筑物、构筑物安全卫生

  1.根据国家地震局兰州地震大队关于渭北黄陵矿区地震烈度鉴定意见。该场地的地震基本烈度为6度,故建筑物和构筑物均不考虑地震设防。

  2.根据《建筑设防分类标准》GB50223规定,设计通风机房、变电所、日用消防泵房等抗震设防类别为乙类;其余建筑物的抗震设防类别应为丙类。

  3.根据《建筑结构可靠度设计统一标准》规定,设计驱动机房及生产系统建筑、通风机房的安全等级为二级,其他均为三级。

  4.设计驱动机房、变电站、机修车间、产品煤仓的耐火等级为二级,其他定为三级。

  5.根据生产特点、实际需要和使用方便的原则,生产系统主要建(构)筑物与辅助生产系统主要建(构)筑物均设有值班休息室、更衣室及卫生间等生活用室和卫生设施。另外,结合矿井的地理位置及实际情况,设有地面医疗保健站、井下保健室,并备有电话、急救药品和担架。要求井下各班组长应学会急救技术。

  6.联合建筑包括井口浴室、矿灯房、井口等候室、任务交代室、保健急救及辅助救护等,具备多功能性、实用性和便利性。另外矿井设值班宿舍、医务室等职业卫生设施,以满足职工需要。

  五、生产工艺安全卫生

  1.根据根据《煤炭工业矿井设计规范》要求地面供水及污水处理的消毒间设置有防毒通风设施,设置有直接对外的门。

  2.煤炭运输系统的转载点、溜槽、煤仓及煤炭运输走廊等处设置有喷雾洒水装置,对易积粉尘处应定期清扫、冲洗除尘,接触粉尘机会较多的人员,应配戴防尘口罩。

  3.矿井工业场地设置绿化、道路浇洒给水系统,保证绿化浇灌、道路清洁。

  4.矿井胶带输送机设有逆止器,制动器和液压自动拉紧装置及控制系统,可完成对皮带沿线设置的紧急闭锁、跑偏、打滑、纵向撕裂、温度、烟雾等传感器及电机故障信号的采集、监测功能,从而实现对胶带机的起、停控制及保护,具有较高的运行可靠性和使用灵活性。

  5. 地面主要噪声源为通风机、锅炉房鼓风机和引风机、破碎机等。选用的对旋轴流式通风机具有噪声小的特点,噪声能基本控制。设计在通风机的进出口处都分别安装消声器,同时还在机房内墙壁上加贴有吸声材料,安装隔声门窗,加强房间的密闭性,以减缓其对外影响程度。锅炉房的鼓风机和引风机的噪声以动力性噪声为主,设计在风机的进出口处设置消声器,将风机放地减振架上,尽可能有效的减少噪声对外传播。对破碎机的噪声,设计在破碎机房内墙壁上加贴吸声材料,装隔声门窗的消声措施。

  六、电气防护及安全

  地面供电系统高压为中性点不接地系统,低压为中性点直接接地系统。对于地面电气设备所有正常不带电的金属外壳均接地(接零),利用电缆的第四芯线,穿缆线的焊接钢管作接地线,接地线与接地线可靠联接,然后与各自配电设备外部的重复接地装置相连,接地电阻高压电气设备不大于4Ω,低压不大于10Ω。

  井下供电系统为中性点不接地系统。井下设计了保护接地装置,在变电所相邻主水泵房设置主接地极,并按照《煤矿安全规程》规定在各采掘运设备的配电点均设置局部接地极。所有设备的保护接地装置(包括电缆的铠装、铅皮、接地芯线)和局部接地装置,都同主接地极连成一个总装地网,接地网上任一点测得接地电阻值不大于2Ω。

  井下127V设备和照明馈电设备分别选用KSGZ矿用隔爆型煤电钻综保装置和照明变压器综合装置,该装置具有短路、过负荷和检漏保护功能。井下照明灯具选用矿用隔爆灯具,接线盒选用矿用隔爆三通接线盒。控制低压电机的隔爆磁力起动器具有短路、过流和单相保护。

  第三节 地面消防

  一、引起地面火灾的因素

  地面工业场地工作场所较多,可能引起火灾的因素如明火点燃易燃物、静电聚集放电、电缆电线不良接触产生电火花、设备超负荷运转、机电设备误动作、气割电焊等操作失误、堆放的煤炭自燃、电器及其线路漏电等,行政、联合建筑、食堂及职工宿舍等建筑火灾隐患主要源于一些电器及线路老化漏电等。

  二、防火等级

  根据《煤炭工业矿井设计规范》(GB50215-2005)、《煤矿矿井建筑结构设计规范》(GB50592-2010)、《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)的要求,设计驱动机房、变电站、机修车间、产品煤仓的耐火等级为二级,其他定为三级。

  三、消防设施

  地面消防用水水源与工业场地生产生活用水水源相同。地面消防用水量按25L/S计算,火灾延续时间3h,消防总用水量为270m3/次。消防水量贮存于地面日用高位水池内,池内设有保证消防水不被动用的设施。

  室外消防采用高压制,消防用水水量、水压由日用高位水池保证。室外消防与地面生活生产给水管网合一。室外消防给水管和消防栓均按照《建筑设计防火规范》的要求进行布置。

  地面建筑内按《建筑设计防火规范》的要求设置室内消防给水系统和灭火器等。

  第十八章 环境保护及水土保持

  第一节 概 述

  一、自然环境概况

  1.地理位置

  陕西瑞能煤业有限责任公司瑞能煤矿位于黄陵县店头镇西北方向约2km的鲁寺西沟内,行政区划隶属黄陵县店头镇管辖。店(头)~上(畛子)公路从东部的鲁寺西沟口通过,店头~黄陵公路,在28km与包(头)~茂(名)高速公路和210国道相接;西(安)~延(安)铁路秦(家川)~七(里镇)运煤专线张湾装车站位于煤矿南部约5km。

  2.地形地貌

  井田地处陕北黄土高原南部,属黄土高原中等切割区,侵蚀构造地形。地势西高东低,具典型的黄土高原地貌特征。东北部以黄土塬地形为主,沟谷纵横,塬面支离破碎,最高标高1265m,最低标高945m,相对高差320m。

  3.气候及气象

  本区属大陆性半干旱暖温带季风气侯。据上畛子农场水文站和黄陵气象局资料,丰水年最大降水量为1036.8mm(1976年),枯水年最小降水量为306.0mm(1978年),年平均降水量为775.2mm。年平均蒸发量为1472.0mm。雨季多集中在8-10月份,日最大降水量82.1mm。冰雹多集中在6-8月份。区内年平均气温8.5℃,一月份平均气温为-4.8℃,最低为-23.1℃,七月份平均气温20.1℃,最高气温为35.4℃。无霜期191天,冰冻期为11月至次年3月份。最大积雪厚度240mm,冻土层厚度为660mm。恒温带深度25m左右,温度9.5℃。常年主导风向为西北风和东南风,夏季多为东南风,冬季多为西北风;年平均风速3.3m/s,最大风速为25m/s。

  4.地表水系

  区内水系属洛河水系,常年流水的有沮水河、郑家河,其余均为间歇性流水。沮水河为区内最大水系,发源于陕甘交界之子午龄东麓,全长100km,流域面积3392 km2,自西向东经井田南部与其支流南川河交汇于店头镇芋子渠沟口,向东流经黄陵县注入洛河,于店头镇观测沮水河流量为0.192~6.81m3/s,平均为2.07m3/s。煤矿区东北角的郑家河水库由于多年来,气候干旱少雨,面临干枯,水库范围变小。

  5.地震情况

  据国家地震局兰州地震大队1973年资料,该区在1599年发生过6级地震。1556年华县大地震、1815年山西平陆地震和1820年宁夏海原大地震均波及本区。本区地震烈度为六度,动峰值加速度为0.05g。

  二、社会经济环境概况

  本区以农业为主,工业不发达,经济基础比较薄弱,生产力水平低,经济效益差。主要农作物有小麦、玉米、水果等,粮食可以自给。工业有烟草、电力、煤炭、酒、肉类加工等。

  近年来黄陵县工业经济发展迅速,基本形成了以煤炭为龙头,电力、建材为骨干的地方工业体系。

  三、环境质量现状

  1.环境空气质量现状

  本区环境空气各污染物日平均浓度范围分别为:SO20.016~0.038mg/m3,NO2 0.003~0.025 mg/m3,TSP0.18~0.26 mg/m3,对照标准,日均浓度值均低于GB3095-1996《环境空气质量标准》中的二级标准限值。

  2.地表水环境质量现状

  本区上部洛河组地层富水性中等,具有一定的开发潜力。由于煤层开采,煤层上部形成导水裂隙带,经计算,导水裂隙带最大高度位于延安组底部,一般而言,煤层开采后,导水裂隙带对洛河组含水层水质及水量无影响,根据目前开采情况看,根据目前开采情况看,洛河组地下水未受采掘影响。

  3.地下水环境质量现状

  调查结果表明,项目区内地下水的PH、As、Cr+6、高锰酸盐指数、总硬度、Ar-OH和F—共7项指标浓度均能达到GB/T14848-93《地下水质量标准》中的Ⅲ类标准,而细菌总数有超标现象。说明当地地下水水质已受到细菌的污染。

  4.声学环境质量现状

  区内环境噪声和交通噪声测值分别可满足GB3096-93《城市区域环境噪声标准》中2类和4类标准要求,说明评价区内声环境质量良好。

  本区地表森林茂密,水土流失轻微,无其它工业污染源,沮河各支流水质清洁,矿井水水质经处理后排入河谷,对沮水河水质基本无影响,固体放弃物已得到有效处理,地表未发现较大的地面沉陷及裂缝,地质环境类型确定为良好型(第一类)。

  四、主要污染源及污染物

  矿井在建设和生产过程中,其主要的污染源和污染物如下:

  1. 污水。

  包括矿井井下排水和工业场地生产、生活污水。矿井井下排水主要是开采煤层上覆各含水地层的涌水和少量井下生产废水;生产、生活污废水主要来自工业场地办公楼、浴室灯房联合建筑、食堂及职工住宅等处的排水。

  2.废气和粉尘

  锅炉房内现有锅炉三台:一台环保节能常压热水锅炉专为矿井地面供暖其型号为CLSG1.8MW-Ⅱ,供开水量:2000kg/h、额定功率:1800KW;一台常压热水锅炉专为洗澡堂供水,型号:CLSG0.5,供开水量:5400kg/h、额定功率:500KW;另一台锅炉专门供应饮用热水,型号:CLS0.1-85/60-AⅡ供开水量:1500kg/h、额定功率:100KW。为满足洗浴用热,新增CLSG0.5常压热水锅炉一台。

  煤粉尘主要来自煤炭破碎筛分、原煤储煤场及煤炭转载点等生产环节,地面储运系统扬尘及交通杨尘属无组织排放。

  3.固体废物

  固体废物包括掘进矸石、筛分矸石、锅炉灰渣及生活垃圾。

  建设期主要是掘进矸石,将产生约6.9万t的掘进矸石,其组成以砂岩、砂质泥岩为主,其次为泥岩。

  生产期掘井巷道多在煤层或半煤层内,产矸量较小,所产矸石用来填充井下废弃巷道不出井。

  生产期产生的筛分矸石量约为1.8万t/a,地面设临时排矸场。

  另外还有生活垃圾和锅炉灰渣,预计产生量分别为105t/a和585t/a。

  4.噪声

  矿井生产使用的空气压缩机、通风机、驱动机、原煤分级筛、破碎机、矿井通风用的抽出式风机等生产设备均产生很强的噪声,声压级大于90dB(A)。

  以上主要污染物排放情况详见表18-1-1。

  表18-1-1 矿井开采生产的主要污染物排放情况一览表

  种类名称产生量主要污染物产生浓度或强度

  污水井下用水矿井正常涌水量60m3/h

  矿井最大涌水量135m3/hSS含量约为100--300mg/L

  生产生活污水污水量179.91 m3/d

  最大时30.43 m3/hCOD浓度约为60mg/L

  油类浓度约为5mg/L

  废气烟尘165.6 t/a3165.5mg/Nm3

  SO221.23 t/a386.5 mg/Nm3

  固体废物矸石掘进矸石1.2万t/a

  洗选矸石1.8万t/a

  生活垃圾105t/a

  锅炉灰渣585t/a

  噪声通风机房风机95~112dB(A)

  坑木加工房95~115dB(A)

  驱动机房95~98dB(A)

  筛分、破碎设备~95dB(A)

  五、环境保护标准

  1.环境质量标准

  (1)环境空气评价执行GB3095-1996《环境空气质量标准》及其修改单中二级标准。

  (2)地表水评价执行GB3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅱ类标准;

  (3)地下水评价执行GB/T14848-93《地下水质量标准》Ⅲ类水标准;

  (4)声环境质量评价执行GB3096-2008《声环境噪声标准》2类区标准。

  2.环境污染物排放标准

  (1)锅炉烟气排放执行GB13271-2001《锅炉大气污染物排放标准》的二类区Ⅱ时段标准;

  (2)污、废水零排放;

  (3)一般固体废物排放执行GB18599-2001《一般工业固体废物贮存、处置场污染物控制标准》有关要求;生活垃圾执行GB16889-1997《生活垃圾填埋污染控制标准》中有关要求;

  (4)厂界噪声执行GB12348-2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》的2类标准,交通噪声执行4类标准;施工噪声执行GB12523-90《建筑施工场界噪声限值》;

  (5)煤炭工业大气污染物无组织排放、煤矸石处置场建设执行GB20426-2006《煤炭工业污染物排放标准》表4、表5及《一般工业固体废弃物贮存、处置场污染控制标准》中的有关规定。

  3.水土保持执行标准

  水土保持执行《中华人民共和国水土保持法》中的相关规定、国务院《水土保持法实施条例》和《水土保持综合治理技术规定》GBT16453.1~16453.6-1996。

  第二节 矿井建设期污染防治措施

  一、水污染防治措施

  矿井建设期生产废水为施工现场设备清洗产生的废水,含有少量的油污及泥沙。为防治施工期废水对周围水环境产生影响,采取以下措施:

  1.在施工场地进行混凝土浇灌作业的,要设置沉淀池。考虑到作业面较大,故临时沉淀池应随施工进度进行布设,完全收集施工废水。施工排放的废水排入沉淀池内,经沉淀处理后全部回用,不外排。

  2.有关施工现场水环境污染防治的其它措施按照“建设工程施工现场环境保护工作基本标准”执行。

  二、空气污染防治措施

  矿井建设期期对大气环境造成污染的主要是地面扬尘。控制施工期扬尘的措施主要有:

  (1)合理安排施工现场,所有的物料应统一堆放、保存。在绿化工程中装载土料等多尘物料时,应堆放整齐以减少受风面积,车辆装载不得超出车厢板高度,并适当加湿或盖上苫布,以降低运输过程中起尘量并减少沿途抛洒、散落。运土卡车及建筑材料运输车应按规定配置防洒落设备,装载不宜过满,保证运输过程中不散落;在进出口设置车辆清洗装置(可利用项目沉淀处理后的施工废水),清洗运载汽车进出车轮和底盘上的泥土,减少汽车在运输过程携带泥土、杂物散落地面和路面。

  (2)施工现场道路指定专人对施工现场及附近的运输道路定期进行清扫、喷水,使路面保持清洁并有一定的湿度;控制进入施工现场的车辆行驶速度,防止道路扬尘。

  (3)因扬尘量与粉尘的含水率有关,粉尘含水率越高,扬尘量越小,目前国内大多数施工场地均采用洒水来进行抑尘。

  (4)在工程的场地的清理中加强管理,要制定土方表面压实、定期喷水、覆盖等措施;不需要的泥土,建筑材料弃渣应及时运走,不宜长时间堆积和堆积过高,因为临时堆积,易被风刮起尘土。

  (5)合理安排工期,尽可能地加快施工速度,减少施工时间,绿化工程施工中应注意减少地表面裸露,地表开挖后及时回填、夯实,做到有计划开挖、有计划回填。

  (6)选用低能耗、低污染排放的运输车辆,对于排放废气较多的车辆,应安装尾气净化装置。车辆状况不佳造成的空气污染,做活养护。

  三、声环境污染控制措施

  1.建筑施工单位应当采取有效措施,降低施工噪声污染,所排放的建筑施工噪声,应当符合国家规定的建筑施工场界噪声限值;

  2.优先选用低噪声设备,如以液压工具代替气压工具,将高频混凝土振动器改为低频混凝土振动器,以减少施工噪声;

  3.对高噪声设备采取隔声、隔振或消声措施,如在声源周围设置掩蔽物、加隔振垫、安装消声器等,可降低噪声源强30~50dB(A);

  4.日常应注意对施工设备的维修、保养,使各种施工机械保持良好的运行状;

  5.有关施工现场声环境保护的其它措施按照“建设工程施工现场环境保护工作基本标准”执行。

  四、固体废物污染控制措施

  矿井在建设期的固体废物主要是建筑垃圾和施工人员的生活垃圾。为彻底消除施工期产生的固体废弃物对周围环境的影响,采取以下措施:

  1.生活垃圾加强管理,一定要督促放入已设的垃圾箱收集,不得任意堆放和丢弃;

  2.建筑垃圾中有一些废弃金属材料,包装物,故对建筑垃圾应首先分拣回收可利用材料,然后将剩余固废分为可回填利用及不可回填利用两部分,分别集中定点堆放,其中不可回填利用部分清运到城管部门指定的堆场妥善堆放。不得随意堆放和丢弃;可回填利用部分,按工程需要及时用于回填;严禁擅自乱堆乱放倾倒到附近河沟及水域。

  五、生态环境保护措施

  1.加强征地规划范围内的土地资源与临时占地的管理与保护,精心设计,合理规划布局,严禁计划外占地,严禁不合理堆放;

  2.合理安排工期,尽可能避开暴雨季节进行大规模土石方开挖与回填,避免雨水对地表土壤的冲刷和破坏;

  3.按本设计提出的废水、固体废物控制措施进行施工期废水、固体废物的控制,防止对周围环境造成不利影响。

  第三节 矿井生产期污染防治措施及综合利用

  一、污水处理

  1.基本原则

  根据矿井井下排水和场地生产、生活污水两种性质进行分别处理,并尽可能做到一水多用,扩展矿井内部的污废水综合利用途径,对富余的部分严格控制达标排放。

  2.处理工艺及要求

  矿井井下排水排至工业场地的井下水处理站内,经混凝沉淀、气浮及过滤和消毒等深度处理后回用于井下消防洒水和黄泥灌浆制浆用水。回用于井下消防洒水的废水应进行深度处理,使出水水质达到30mg/L的《煤矿井下消防、洒水设计规范》中的井下消防、洒水水质标准。

  工业场地生活污水采用综合污水处理设备进行二级生化处理,使其出水BOD5达到20mg/L的污水综合排放一级标准。主要回用于地面防尘洒水及厂区绿化的污水应进行深度处理,使出水水质达到《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T1982-2002)中城市绿化的水质标准。

  3.处理工程

  (1)矿井井下排水

  在工业场地建井下水处理站,处理能力为2200m3/d,处理设施主要包括调节池、加药(混凝剂)器、反应池及沉淀池等。类似矿井采用相同方法处理结果表明,气浮加混凝沉淀的方法针对井下水中主要污染物SS的去除效率至少在93%左右,对COD的去除率也在80%以上。井下水中的SS可以满足小于30mg/L的井下洒水、注水的回用要求。

  处理后的出水水质可满足《煤矿井下消防、洒水设计规范》中的井下消防、洒水水质要求。净水器、过滤器的排泥均进入污泥池内,由泵将泥提升至浓缩压榨一体化污泥脱水机,在污泥脱水前加入聚丙烯酰胺,经混合后进入污泥脱水机。经脱水后,污泥含水率在80%以下,然后运出厂外处置。

  (2)场地生产生活污水

  在工业场地建污水管网,将浴室、食堂、卫生间和其他杂用水等排入或汇入污水管网,在管网末端建生活污水处理站,处理设施包括毛发过滤器、调节池等。工业场地的生产生活污水处理量为400m3/d。

  生产、生活污废水处理措施为:污废水经管道流入工业场地的污水处理站,通过综合污水处理装置处理后其去除污水中COD、BOD5、SS、石油类污染物的去除率可达80%~90%,处理后水质达到《城市污水再生利用 城市杂用水水质》(GB/T1982-2002)标准,符合农业用水标准,也符合杂用水标准,可用于工业场地地面防尘洒水、场地绿化和沙土湿化建造人工湿地以及农业灌溉等。综合污水处理设备所产生的污泥定期清理外运,可用于农肥。

  (3)污废水回用率

  处理后可复用的井下排水约1317.12~1537.2m3/d,其中1262.55m3/d用于井下消防洒水,其余水量用于黄泥灌浆系统制浆用水。全年井下排水复用率可达95%。

  处理后可复用的生活污水约319.08m3/d,用于道路浇洒、场地洒水、厂区绿化和水保工程用水等,夏季本项目生活污废水的综合利用率可达100%。冬季因绿化用水量小,初步估算其全年综合利用率可达70%,富余部分排入附近沟谷。

  二、固体废物污染防治措施

  本矿井的固体废物主要是矸石及少量生活垃圾等。建设期产生的矸石总量约6.9万t;生产期产生的筛分矸石量约1.8万t/a、掘进矸石量约1.2万t/a;生活垃圾量约105 t/a,锅炉灰渣585 t/a。为了保护环境,防止固废流失,采取如下措施:

  1.建设期排弃的矸石内不含可燃——煤炭,因此可对该白矸进行综合利用,用于做路基填料、路基护坡、场地填方等。因建设期的排矸量不大,基本可以综合利用;

  2.生产期的筛分矸石每年约1.8万t,排至地面排矸场;

  3.生产期的掘进矸石每年约1.2万t,不出井,在井下填埋;

  4.生活垃圾由矿方委托地方地方政府环保部门统一处置;

  5.锅炉房灰渣可用做建材、铺垫路基等进行综合利用。

  三、大气污染防治措施

  1.锅炉燃煤烟气排污治理措施

  (1)总体布局上,锅炉房布置在工业场地常年主导风向的下风侧;

  (2)锅炉房烟囱高度为45m,上口直径为1.2m,烟囱高度满足有关环保标准要求;

  (3)采用水浴脱硫除尘器,该装置的脱硫效率30%~60%,除尘效率大于93%~96%。

  采取上述除尘措施后的燃煤烟气,其排污预测结果列于表16-4-1。从预测结果知,矿井场地锅炉所排烟气中的烟尘和SO2排放浓度可满足《锅炉大气污染物排放标准》中Ⅱ时段二类区标准要求。但在生产运行中必须加强烟气除尘器的维修管理,才可保证其有较高的除尘效率。

  表16-4-1 采取除尘脱硫措施后锅炉排污浓度计算

  排污浓度工业场地允许排放浓度(mg/Nm3) 达标排放

  情况

  处理前处理后

  烟尘浓度(mg/Nm3)3478.8189.32200达标

  SO2浓度(mg/Nm3)405.5228.37800达标

  备 注除尘效率为93%,脱硫效率为30%时

  2.工业粉尘治理措施

  (1)破碎筛分及煤炭运输场所的煤(粉)尘治理,在筛上设一个除尘系统,选用防爆型气箱式脉冲袋收除尘器一台及防爆离心式通风机一台,除尘机组及防爆离心式通风机均设在该车间顶层的除尘间内;

  (2)矿井原煤采用密闭的皮带栈桥输煤方式,原煤和产品煤均用园筒仓贮存,可避免煤尘外逸;

  (3)对于工业场地原煤转载点、产品煤装载点、筛分系统等易产生扬尘的工作环节,加设集尘罩、袋式除尘器和喷雾洒水装置,以抑制和减少煤粉尘污染;

  (4)对运输车辆应进行统一管理,限载限速,装满物料后应加盖蓬布防止抛洒碎屑;对厂区附近的道路派专人负责,经常维护以保持良好的路面状况,并及时清扫抛洒在道路上的散状物料,对厂区及其附近的道路经常洒水可起到很好的抑尘作用;

  (5)对原煤临时储煤场采取洒水增湿降尘,外围墙维护。在干旱大风恶劣天气时,除加大洒水增湿量外,还可根据实际情况加盖蓬布遮盖。

  通过采取上述综合措施后,整个生产、筛分破碎系统煤(粉)尘排入外环境的浓度和煤尘量均低于《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426-2006)新改扩标准的允许限制。

  四、噪声防治

  根据噪声的影响范围及保护对象,采取如下防噪措施:

  1.工业设备选型时,优先采用高效低噪产品,或设计及订货时要求制造厂方配套提供降噪设施;

  2.对于产生高噪声的设备,如矿井通风机、空气压缩机、驱动机房设备、筛分设备、锅炉鼓引风机等采取消声、隔声、减振、阻尼等降噪措施进行治理;

  3.对驱动机房、通风机房等强噪声场所,应设置隔声间并加强职工的个人防护措施;

  4.主要产噪场所周围绿化时多植枝密叶大的树种,利用绿化植物吸声降噪;

  5.运煤皮带走廊、筛分车间、锅炉房、机修车间等的门窗均采用隔声材料;

  6.在无法采取隔声、减振、阻尼等降噪措施的作业场地,工作的人员佩戴耳塞、耳罩等个人防护用品。

  通过采取上述防噪、降噪措施后,工业场地的厂界处可满足《工业企业厂界噪声标准》中Ⅱ类标准要求。

  第四节 生态环境保护措施

  一、水土保持措施方案

  1.工程措施

  (1)在项目建设施工期应合理调配土方,减少土方的排弃量;合理规划取土场和弃土场,在使用完后对其采取一定的工程措施(修筑排水沟、截水沟)和植物措施;并避开雨期,减少地表破坏造成的水土流失。

  (2)各类管沟、管线及道路工程修建,应统筹安排施工,避免反复开挖地表。

  2.植物措施

  (1)应视地形、土壤等条件采取植物措施。工业场地周围种植宽度为20~50m水保防护林,树种以适地的乔木、灌草为主;道路两侧应种植护路林带,树种以灌木为主。

  (2)取弃土场停用后,应有计划地及时处置绿化,植树种草。

  二、地表沉陷防治措施

  针对本井田地质采矿条件和该矿区的环境特征,提出以下采煤沉陷防治措施:

  1.工业建筑(构)物的保护措施

  对矿井工业场地以及为本矿井供水的管网和相关重要设施留设保护煤柱,确保上述设施的使用安全。

  2.输电线路的保护措施

  本井田开采范围内有乡村间架设的照明、农用输电线路,其相应的保护措施主要有:

  (1)结合开采计划,在开采前,对开采范围内的输电线杆用斜拉钢丝等方法加固,防止因倾斜过多而歪倒。

  (2)开采期间,组织专业维修队伍,经常性巡回检查,发现问题及时修复,并定期进行电杆扶正和加固工作。

  3.输水管线保护措施

  矿井的给排水工程管网均布设在留设的煤柱内,受本矿井地下开采影响较小,本环评制定的预防措施为:

  (1)对供水管网采取选用金属管和柔性接头的设计方案,金属管网抗变形和扭曲的能力较强,不易断裂;柔性接头在一定范围内允许管网弯曲一定角度而不会被剪断,因此可有效地预防管网断裂,确保供水管网的安全运行。

  (2)组建矿区管网抢修队,经常巡回检查,发现问题及时处理。

  4.村庄和民用设施的保护措施

  根据本矿区范围,本区内西北部有人口居住较为集中的村庄,对该村庄采取留设煤柱保护。

  5.对地表因井下开采产生的裂缝、滑坡、沉陷不均匀造成的台阶地采取人工填塞、平整,阻止雨水渗漏、减少水土流失。

  6.对因地表沉陷造成的农耕地、林木、经济林、通讯、水源设施等的破坏,矿方应根据具体情况帮助产权单位进行修复、补偿,必要时给受损者经济赔偿。

  三、生态环境破坏减缓措施及防治对策

  1.土壤与植被的保护与恢复措施

  (1)项目施工过程中应加强管理,要采取尽量少占地、少破坏植被的原则,将临时占地面积控制在最低限度,以免造成土壤与植被的较大面积破坏。

  (2)对于临时占地和新开辟的临时便道等破坏区,竣工后要进行土地复垦和植被重建工作,并在适当季节进行植树、种草。

  2.土壤侵蚀的防治措施

  (1)在地面施工过程中,应避免在春季大风时段以及夏季暴雨时段进行作业。对于施工破坏区,施工完毕,要及时平整土地,并种植适宜的植物,以防止发生新的土壤侵蚀。

  (2)对于水蚀强烈的沟壑地段,为避免产生新的水土流失,应考虑采取相应的工程措施。

  3.沉陷区治理措施

  对水土流失较严重的区域和地表沉陷产生裂缝、土壤松散和可能诱发沟岸坍塌的区域,除采取植树种草等植物措施外,还应组织人力进行土地整平、堵塞裂缝及其它工程措施来整治沉陷区,防止水土流失和土地沙化。

  第五节 机构设置及检测

  根据《煤炭工业环境保护设计规范》规定,本矿井设置环境保护管理机构,其任务是负责组织、落实、监督本企业的环境保护工作。

  矿井设置专职或兼职的环境管理和水保管理人员2名,并有一名矿级领导负责,配合矿区进行环境管理和水保工作。

  本矿井不设置环境监测站,日常性工业污染物排放监测工作依托地方环境监测站或地方监测部门进行。

  第六节 专项投资

  本项目环保、水保投资包括井下水处理装置、生活污水处理装置、粉尘和噪声防治、固体废弃物处置、水土保持措施实施和绿化等费用,投资总计约698万元。

  第十九章 建设工期

  第一节 建设工期

  一、施工准备的内容与进度

  施工准备期,是指在完成了建设用地的征购,施工人员进场开始。场内“五通一平”等施工准备工作开始之日起,至项目正式开工(矿井以关键线路上的任一井筒破土动工)时所需的工期。

  施工准备的目的,是为井筒正常连续施工创造必要的条件。要达到上述目的,施工准备期内需要完成的工作很多,包括组织准备、技术准备、前期工程准备、物资准备、劳动力准备、外协准备等,量大、面广、内容杂,需要各方面的密切配合与协作才能顺利完成。

  本矿井为机械化改造矿井,设计选择瑞能煤矿原有工业场地,施工准备工作量相对较小。

  1.施工准备内容

  ①修风井场地简易路;②副斜井、回风斜井场地整平;③副斜井、回风斜井场地架电线,接水管;④搭建工棚;⑤人员、设备进场。各施工准备工程应尽最大程度实行平行作业,经估算施工准备期按2个月考虑。

  二、矿井移交方式

  本矿井为机械化改造矿井。业主一面利用老系统进行残采,一面进行改造工程。业主决定井筒、井底车场及其硐室和895大巷,辅助上山等工程采用由建井单位施工,其余工程由业主自行完成。因此,矿井移交方式为当矿井机械化改造工程全部完成并达到移交标准后,经相关部门验收合格后即可投入生产。

  三、矿井移交标准

  矿井设计生产能力0.60Mt/a,移交时井下装备两个综掘工作面,按此生产能力,矿井设计的移交标准如下:

  (1)井巷工程按设计要求开拓巷道930西运输大巷、辅助运输巷及总回风巷全部完工,并经验收合格。

  (2)移交的12101采煤工作面、12102掘进工作面、井上下运输、提升、排水、通风、压风、供电、供水、供热、通讯、辅助系统等全部建成,并经单机试运转和联合试运转运行良好,经验收合格。

  (3)井下通风、消防、安全设施、防尘洒水系统、防灭火、瓦斯、煤尘、火灾、有毒有害气体预测预报系统等全部建成并经验收合格。

  (4)“三废”处理及环保工程建成,符合国家相关标准、法规,并经验收合格。

  (5)地面工业与民用生产、生活设施按设计标准建成,并经验收合格。

  三、井巷施工平均成巷月进度指标

  根据调研,黄陵矿区建新、建庄煤矿掘进断面15m2左右的煤层,巷道施工进度综掘约300~400m,岩石巷道施工进度炮掘约100~150m。瑞能煤矿掘进断面10m2左右的半煤岩巷施工进度综掘约300~400m。

  依据《煤炭工业矿井设计规范》(GB50215-2005)规定,结合该矿区及瑞能煤矿的施工技术水平,设计确定合理的井巷工程施工进度指标如下:

  岩 巷 120m/月 (钻爆法);

  硐 室 300m3/月 (钻爆法);

  煤 巷 350m/月 (综掘);

  半煤岩巷 300m/月 (综掘)。

  四、井巷施工连锁工程

    

  贯通后连锁工程如下:

  930西辅助运输巷→12102运输巷→盘区硐室→设备安装

  930西运输大巷→12101回风巷→联络巷等→设备安装

  930西总回风巷→12101运输巷→开切眼→设备安装

  五、建井工期

  施工工期的长短主要取决于组织管理及其它方面的因素,施工前必须筹备足够的人、财、物,并成立高效的管理组织机构,确保工程顺利进行。

  本矿井地面设施较为简单,因此建井工期主要取决于井巷工程施工进度,就本矿而言,首先在副斜井和回风斜井各安排一个掘进队同时平行施工,当进入井下后,各分别安排二~三个掘进头施工井底巷道及硐室、大巷、联络巷及回采巷道等,实现最大程度的平行作业。地面所有建、构筑物等设施应按施工组织计划进行施工,要求与井巷工程同步建成。

  根据设计的井巷工程、掘进指标及关键线路,排定井巷工程施工工期约为16个月、施工准备期1个月,设备安装及联合试运转3个月,估算矿井建设总工期为20个月。

  第二节 产量递增计划

  矿井设计生产能力为0.60Mt/a,因本设计按一井一面两头一线的生产模式,采掘工作面装备均为综合机械化,因此,当年投产即可达产。

  第二十章 组织机构及人力资源配置

  第一节 组织机构

  一、瑞能煤矿组织机构

  陕西煤炭建设公司瑞能煤矿设置总经理办公室和党委办公室。总经理办公室负责生产、安全、机电、财务等部门事务,总经理负责全盘工作,煤矿总工程师负责各方面生产技术业务,财务总监监管煤矿财务业务。党委办公室下设工会组织。详见组织机构设置(图20-1-1):

图20-1-1瑞能煤矿组织机构图
   二、矿井工作制度
   陕西瑞能煤业有限公司煤矿机械化改造设计1个综采队采煤,2个掘进队准备采煤。矿井年工作日330d,井下采用“四六”工作制度,即每天3班作业,1班检修,每班工作6h。地面采用“三八工作制”,每班工作8h。
人力资源配置
   一、劳动定员
矿井劳动定员依据0.60Mt/a的生产能力,按系统环节定岗定员的原则计算。矿井达产时在籍人员总数为646人。原煤生产人员共410人,井下工人在籍系数为1.50,地面工人在籍系数为1.35,劳动定员计算详见表20-1-1。

    二、劳动生产率
   经计算矿井设计原煤生产人员工效为4.435t/工·日。

 


第二十一章 概算投资
第一节 概算投资
   一、工程建设资金概算
   陕西瑞能煤业公司煤矿机械化改造概算总投资为矿井机械化改造设计范围内新增的全部井巷工程、土建工程、设备购置、安装工程及其他费用的工程建设总资金。
   经概算,瑞能煤业有限公司煤矿机械化改造设计静态总投资为15351.13万元,其中:
    井巷工程:6258.57万元
     土建工程:651.44万元
     设备购置:5975.25万元
     安装工程:943.70万元
     工程建设其它费用:517.89万元
     工程预备费:1004.28万元
     铺底流动资金为732.13万元,建设项目总资金为16083.26万元,详见表21-1-1。
   二、资金筹措及使用计划
   1.资金筹措
   瑞能煤业有限公司煤矿机械化改造设计所需资金全部由项目法人单位自筹解决。该企业具有较强的出资和融资能力,能够保证项目所需资金的持续稳定供应。
 

   2.资金使用计划
   根据施工组织安排,本矿井机械化改造建设工期和试运转共20个月。项目建设资金投资共16083.26万元,在第一年投资约70%,为11258.28
   万元,第二年投资约30%,为4824.98万元
   3.流动资金
   矿井流动资金需要量按照《建设项目经济评价方法及参数》及《煤炭工业建设项目经济评价方法及参数》中规定,并参照同类生产矿井的实际流动资金占用情况估算。
   经计算本矿流动资金为2440.42万元,其中铺底流动资金732.13万元。
   三、概算编制依据
   1.工程量
   依据矿井机械化改造设计提供的井巷工程量和土建工程量及机电设备器材购置与安装计算。
   2.概算指标
   井巷工程:按照中煤建协字[2007]90号文颁发的《煤炭建设井巷工程概算定额》(2007基价)、《煤炭建设井巷工程辅助费综合预算定额》(2007基价)编制或根据实际工程造价及施工图预算估算。
   土建工程:采用煤规字(2000)第183号文颁发的《煤炭建设地面建筑工程概算指标》(99统一基价)或参考价。
   机电设备及安装工程:采用煤规字(2000)第183号文颁发的《煤炭建设机电安装工程概算指标》(99统一基价)编制。
   其它基本建设费用:执行中煤建协字[2007]90号文颁发的《煤炭工程建设其他费用规定》中有关规定编制。
   3.取费标准:
   按一类地区、取暖期5个月、矿井技术改造设计、低瓦斯矿井取费。
   劳动保险费:土建及设备安装工程按地方规定(陕西省规定)的费率计取;井巷工程根据地方规定的费率按照中煤建协字[2007]90号文颁发的《煤炭建设井巷工程概算定额》(2007基价)、《煤炭建设井巷工程辅助费综合预算定额》(2007基价)编制。
   税金:按工程所在地乡镇考虑。
   4.设备及材料价格:
   设备价格:采用厂家询价或市场价,不足部分采用《煤炭工业常用设备价格汇编》(2000年版)中价格。
   材料价格:以2009年《陕西省建筑工程材料信息价》为主,不足时采用《煤炭工业定额外材料预算价格》(2000年版)中的价格补充。
   运杂费:设备按设备原价的6%计算;材料按材料原价的8%计算。
   备品备件费:按设备原价的1%计算。
   5.建筑工程地震烈度按6度设防,生命线工程按提高一度设防。
   6.工程预备费:按照中煤建协字[2007]90号文规定,按工程投资的7%计取。
    四、 原煤生产成本估算与分析
   参照《煤炭工业建设项目经济评价方法及参数》、《矿井原煤设计成本计算方法》及矿区实际,结合新的财务制度按照0.60Mt/a计算原煤生产成本。
  1.材料费:参照矿区实际生产成本统计资料估算,材料费11.80元/t;
  2.工资:人均工资按照 45000元/a计算;
  3.福利费:按成本工资的14%计算;
  4.动力:电耗20.30kwh/t,综合电价0.60元/kwh, 12.18元/t。
  5.修理费:年修理费按设备及安装工程固定资产原值的2.5%计算,为173.40万元/a;
  6.地面塌陷补偿费:按照2元/t计算;
  7. 其他支出:
  〈1〉劳动保险等费用:养老保险费、失业保险费,医疗保险、工伤保险、生育保险、住房公基金按原煤成本工资额的34.3%计算;职工教育经费按原煤成本工资额的3.50%计算;
  〈2〉纳入经营成本中的维简费:按规定标准的50%入经营成本;
  〈3〉矿产资源补偿费:资源补偿费3.5元/t,
  〈4〉水土流失补偿费5元/t;水土流失防治费按销售价4%;水资源费0.5元/t;
  〈5〉支架搬运车租赁费用1.1元/t;
  〈6〉其他费用:参照邻近矿井资料估列。
  8.摊销费:无形资产及递延资产按照10a摊销;
   9.折旧:土建工程折旧年限为40a,综采综掘设备8a,一般采掘设备10a,其它设备15a。
  10.维简费:按照财建[2004] 119号文件规定, 按照10.5元/t计取,将维简费中6.5元/t计入经营成本;
  11.安全费用:按照财建(2004)119号文件规定, 按照6元/t计取;其中30%计入经营成本,70%计入矿井总成本。

  12.价格调节基金15元/t。
   13.养老保险金补充2.15元/t。
   14.采矿权价款估算价值约3222万元。其中30%进投资,其余计入生产成本,矿井投产后分5a交清。
   原煤设计生产成本详细计算见表21 -1 -2。
第二节 矿井主要技术经济指标
  一、经济评价与分析主要技术参数
   依据国家计委颁发的“建设项目经济评价方法与参数”及“煤炭建设项目经济评价方法与参数”中有关规定,对本项目进行经济效益计算。
   1.矿井机械化改造设计工程建设及试运行总工期为20个月,第3a达到设计原煤生产能力0.60Mt/a。
   2.销售税金、附加税的确定:
   ① 增值税:煤炭销项增值税税率为17%,材料等进项税税率为17%。
   ②城市维护建设税:按增值税的5%计算。
   ③教育费附加:按增值税的3%计算。
   ④所得税:按应纳税所得额的25%计取。
   ⑤资源税:按照3.2元/t计取。
   3.盈余公积金:按照税后利润的10%计取。
   4.公益金:按照税后利润的5%计取。
   5.基准收益率:为10%。
   6.基准回收期:为18a。
   7.折旧参数:建筑工程40a,一般采掘设备10a,其他设备15a。
   8.无形及递延资产摊销10a。
   9.原煤销售价格:产品销售价格按照项目当地的实际销售价格,参考近年来价格变化趋势进行预测,综合测评该矿区的块煤、末煤出售价格,确定了商品煤含税销售价格为350元/t。本矿井按年生产原煤0.60Mt/a计算销售收入。
   二、财务评价及计算结果

   1.经济评价指标
   经济指标计算结果见表21- 2 -1,其中:
   (1)税后全部投资回收期:5.19a。
   (2)税后财务净现值:18046.32万元。
   (3)税后财务内部收益率:28.83%。
   (4)税后投资利润率 29.74%。
   (5)税后投资利税率 34.03%。
   三、项目市场风险分析
   1、项目市场盈亏平衡分析
   盈亏平衡时生产能力利用率(BEP)
   =年均固定成本(万元)/(年均产品销售收入—年均可变成本—年均销售税金及附加—年均营业外净支出)(万元)×100%
=7458.26/(18789.32—4015.98—3279.60—60.00)×100%
=65.23%
   经计算本项目盈亏平衡点生产能力利用率为65.23%,即矿井年产量达到39.14万t/a时即可盈亏平衡,保本经营。本矿井保本产量较低,生产能力利用率潜力较大,抗风险能力大,经营安全状况良好。
   2、技术经济评价
  经过财务分析计算表明:税后全部投资财务内部收益率大于行业基准收益率10%,财务净现值也远大于0,表明项目具有较强的财务生存能力,除能满足行业最低要求外,还有一定的盈余,说明项目在财务上是可行的。
   瑞能煤业有限公司矿井机械化技术改造项目开发建设各种条件均已具备,设计所确定的各种技术参数均较合理,项目计算的各种经济指标能够满足行业的基准要求。
   综上所述,本工程设计技术先进合理,财务计算各种经济评价指标可行,具有较好的经济效益,并且该项目的建设对推动当地经济的发展也有重要作用,社会效益良好。
附:矿井主要技术经济指标表
   瑞能煤业有限公司矿井机械化改造主要技术经济指标见表21- 2 -2。
    
    
   

   
   

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