安全工程毕业设计（论文）-常村矿180万ta新井设计（含全套CAD图纸）

中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页 目目 录录 全套全套 cad 图纸，联系图纸，联系 153893706 一般设计部分一般设计部分 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征6 1.1 矿区概述6 1.1.1 地理位置及交通条件6 1.1.2 地形、地貌6 1.1.3 河流及水体6 1.1.4、矿区气候条件.7 1.1.5 矿区经济概况7 1.1.6 水源及电源7 1.2 井田地质特征 7 1.2.1 井田地质构造7 1.2.2 水文地质9 1.2.3 矿井地质勘探评价11 1.3 煤层特征 12 1.3.1 煤层12 2 井田开拓井田开拓13 2.1 井田境界及可采储量.13 2.1.1 井田境界13 2.1.2 井田的工业储量及可采储量.13 2.1.3 矿井生产能力及服务年限.16 2.2 井田开拓 17 2.2.1 井田开拓的基本问题17 2.2.2 矿井基本巷道24 2.2.3 大巷运输设备选择30 2.2.4 矿井提升.32 3 采煤方法及带区巷道布置采煤方法及带区巷道布置32 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页 3.1 煤层的地质特征.32 3.2 采区巷道布置及生产系统33 3.2.1 首采区基本情况及区段划分33 3.2.2 确定采区巷道布置33 3.2.3 生产系统34 3.2.4 确定巷道的通风方式及掘进方法 34 3.2.5 采区生产能力确定34 3.2.6 采区车场的形式35 3.2.7 采区主要硐室布置36 3.3 采煤方法37 3.3.1 采煤工艺方式.37 2、采煤方法确定.37 3.3.2 回采巷道布置.42 4 矿井通风矿井通风44 4.1 矿井通风方式的选择44 4.1.1 矿井通风系统的基本要求.44 4.1.2 通风方式选择45 4.1.2 通风系统的选择.45 4.1.3 主扇工作方法的确定48 4.2 采区通风49 4.2.1 采区上山通风系统49 4.2.2 回采工作面的通风方式.49 4.2.3 采区通风构筑物.50 4.2.4 通风合理性评价.51 4.3 掘进通风51 4.3.1 局部通风机的工作方式.51 4.3.2 掘进面需风量计算.52 4.3.3 掘进面的设计.53 4.3.4 局部通风机安全技术措施.54 4.4 全矿所需风量55 4.4.1 风量计算的标准及原则.55 4.4.2 矿井需风量的计算55 4.4.3 矿井风量分配.57 4.5 矿井通风阻力 58 4.6 矿井主要通风机选型64 4.7 矿井反风措施及装置68 4.8 矿井通风费用概算70 4.9 防止特殊灾害的安全措施72 5 矿井安全技术措施矿井安全技术措施73 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页 5.1 矿井安全技术概况73 5.2 矿井火灾75 5.2.1 矿井自然发火状况.75 5.2.2 矿井自然发火分析.76 5.2.3 预防性灌浆防灭火79 专题设计部分专题设计部分 1 粉尘概述88 1.1 矿尘及其分类88 1.1.1 按矿尘产生的过程分类.88 1.1.2 按矿尘颗粒的大小分类.88 1.1.3 其他分类.88 1.2 粉尘的危害性88 2 尘肺病分类及我国尘肺病发病现状 88 2.1 尘肺病定义及分类88 2.2 我国尘肺病发病现状88 3 可爆性粉尘89 3.1 可爆性粉尘的概述.89 3.2 可燃粉尘爆炸90 4 煤尘燃烧与爆炸90 4.1 煤尘的燃烧91 4.2 煤尘爆炸91 5 泡沫除尘92 5.1 泡沫的衰变机理.93 5.2 泡沫稳定性与液膜厚度的关系93 5.3 泡沫与捕尘量的关系94 5.3.1 泡沫最少捕尘量94 5.3.2 尘粒沉降所需水量.95 5.3.3 泡沫位置和捕尘量的关系.95 5.4 泡沫除尘现状 96 5.5 发展趋势97 5.6 结论97 翻译设计部分翻译设计部分 1. THE BASIC SITUATION OF MINE100 2. MINE VENTILATION SYSTEM, THE STATUS QUO 100 3. EXHAUST SYSTEMS TO OPTIMIZE THE NEED FOR.100 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页 4. VENTILATION SYSTEM OPTIMIZATION PROGRAM.100 5. EFFECT101 6. CONCLUSION102 1 矿井基本情况104 2 矿井通风系统现状104 3 排风系统优化的必要性104 4 通风系统优化方案104 5 效果105 6 结语.105 参考文献106 致 谢107 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页 一 般 设 计 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页 部 分 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 地理位置及交通条件地理位置及交通条件 常村煤矿位于山西省长治市屯留县境内，距长治市区 23km。太（原）焦（作）铁 路自矿区东部通过，王庄煤矿距太焦线的长治北站约 13.5km，已有铁路专用线，常村矿 井铁路即从该专用线上的西沟站接轨。常村矿井距长治北站约 20Km，由长治北站向南经 新乡、郑州达京广、陇海二线，向北经太原可达石太、南、北同蒲线。邯长线东经邯郸 可达津蒲线。该矿位于 208 道从矿区经过，太（原）晋（城）及长治临汾公路紧邻 矿井工业场地，国道旁，太（原）长（治） 、长（治）邯（郸）高速公路及 208、309 国道，矿井交通位置见图 1-1。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 7 页 图图 1.11.1 矿井交通位置矿井交通位置 1.1.2 地形、地貌地形、地貌 井田位于长治盆地的西部，全区均为第四系黄土覆盖，地势较平缓，为高原盆地内 的河谷平原区。总的地貌形态是西北高，东南低。井田北部的常村、潞村以北，栗村、 小西岭一线为缓低山丘陵区，黄土冲沟密布，地形切割破碎，沟底有二迭系上石盒子岩 层零星出露。井田中南部，地形平坦，海拔标高 890m1069m，一般为 930m950m，为 平原区。 1.1.3 河流及水体河流及水体 本矿区河流属海河系。浊漳河南源自南向北流经本井田的东缘。其支流绛河由西向 东流经井田南侧，于中华村附近注入漳泽水库与浊漳河合流。 河床宽阔，一、二级阶地发育。井田北部阎村、常隆一带沟谷纵横，均有常年流水 汇入阎村水库和常隆水库于候堡村附近汇入浊漳河支流淤泥河中，两岸局部阶地发育。 1.1.4 矿区气候条件矿区气候条件 屯留县历年气象资料统计：年降水量在 410917mm，平均 594.8mm。年蒸发量在 15021926.8mm，平均 1738.6mm，蒸发量为降水量的 2.9 倍，半干燥大陆性气候。风向 多为西北，最大风速 1416m/s；冰冻期每年 10 月至次年 4 月，冻土深度 75cm。 根据中国地震动峰值加速度区划图(GB18306-2001)，本区地震动峰值加速度小 于 0.05g，相当于地震基本烈度度。 1.1.5 矿区经济概况矿区经济概况 常村煤矿位于潞安矿区中南部。井田东部及东南部为潞安环保能源开发股份有限公 司王庄煤矿，东北部为漳村煤矿，西部与在建的特大型矿井屯留煤矿为界，北部以大断 裂带与襄垣南规划区分界，南部为规划中的屯留详查区。王庄煤矿、漳村煤矿、屯留煤 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 8 页 矿同属潞安集团公司。常村煤矿于 1985 年 7 月动工兴建，1995 年 9 月建成投产。 1.1.6 水源及电源水源及电源 1 水源 矿井现有工业场地已有深水井，加之井下排水处理后复用，可以满足目前矿井的生 活及生产用水的要求。 2 电源 在常村矿井工业场地现有 110kV 变电站一座，该站是潞安矿业集团的中心站，是集 团电网与长治电网的接口点，担负着集团的转供电任务，其两回 110kV 电源引自长治电 网。该站也可为建设的西坡风井提供两回 35kV 电源，供电电源可靠。 3 通信情况 矿井地面通信采用 H20-20LX 型交换机，装机容量 5120 门，目前共安装电话 3200 门， 可以满足全矿地面生产、生活的内外通信需要。 井下通信交换机为英国 GPT 公司生产的 ISDX-S 型程控数字交换机。各采煤工作面、 掘进工作面、机电硐室等都按照规程安装了电话，能够满足井下生产调度和通信要求。 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田地质构造井田地质构造 一地质特征 潞安矿区位于沁水煤田盆地的东翼中部。属“山西地台区沁水台凹” 。矿区的东部边 缘为新华夏构造的褶皱和断裂集中发育地带，西部为新华夏构造体系控制的长治缓近盆 地。晋东南山字型构造柱的北端延入矿区的西南部。地层走向近于南北向，向西倾斜。 常村井田位于矿区的中部，主要构造为轴向近南北向的相互平行的褶皱构造。 矿区内一主要构造为北东北东东西断裂构造。矿区北部有西川断层，文王山南， 北断层，矿区南部有南、北二岗山断层。中部有安昌、中华断层。构成井田的自然界限。 常村井田位于文王山南断层与安昌、中华断层之间，构成井田的自然界限。文王山 南、北断层走向为北 80东的两条平行断层，延长约 25.0km，两侧下降，中间抬高已露 出中奥陶系马家沟石灰岩，落差 400 余米。成为常村、王庄、漳村等矿的北部自然境界。 二煤系地层 井田内广为第四系黄土所掩盖，仅北部的阎村、常隆一带有二迭系上石盒子组地层 零星出露。其煤系地层由下而上简述如下： （一）中奥陶系马家沟（02） 该地层是构成煤系地层的基底，以深灰色厚层状石灰岩为主，局部裂隙溶洞发育。 王庄煤矿的 35、36、37 号钻孔揭露深达 187330m，顶部为灰色厚致密石灰岩。厚度 130m。其下为灰黄色、灰白色、白云质泥灰岩。厚度约为 100m。 （二）中石炭系本溪群(C2) 平行不整合沉积于奥陶系侵蚀面之上。由于基底凹凸不平，不稳定，厚度变化大 （2.023.7m） ，平均厚度为 10.66m。一般由灰色粉砂岩、灰白色铝质泥岩、铝土岩组成。 （三）上石炭统太原组（C3） 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 9 页 连续沉积于本溪组之上，厚度为 96.0143.0m，平均厚度 109.26m，底部以 K1砂岩 与本溪群分界。顶部以 K7砂岩与山西组分界。主要由 56 层（K2、K3、K4、K5、K6）石灰 岩、灰色细、中粒砂岩组成，是本井田的主要含煤地层之一，含有（从上之下） 6、7、81、9、12、14、151、152、153等十层煤。153号为稳定可采煤层，其余为不稳定 局部可采煤层。 该地层在井田内厚度稳定，旋回结构明显，为典型海陆交替相沉积。根据岩性组合 特征，将太原组分为三段，叙述如下： 1.砂岩底至 K2石灰岩底：厚 14.650.0m，平均厚 22.26m。岩性极不稳定。厚度变 化大。一般北部较薄，南部较厚。底部 K1砂岩在井田南部发育，厚 010.3m，平均厚 2.25m。其上依次沉积 153、152、151及 14 号煤层，间夹灰黑色泥岩、粉砂岩等。 2.石灰岩至 K4石灰岩：厚 26.138.5m，平均厚 32.77m。从下至上由 K2、K3、K4、 石灰岩，间夹灰色中、细砂岩，黑色泥岩、粉砂岩及不稳定薄煤层 13、12 及 11 号煤层 组成。 3.石灰岩顶至 K3砂岩：厚 43.162.7m 平均厚 54.23m。主要为深灰色粉砂岩、泥岩、 细中砂岩、两层薄层灰岩及不稳定局部可采煤层 9、82、81号煤层组成。 （四）下二迭系山西组（P11） 连续沉积于太原组之上，厚 43.6575.47m，平均厚 54.10m，主要为灰色细中粒砂 岩。深灰色粉砂岩及 3 号厚煤层组成。为井田主要含煤地层。 3 号煤层的底板为 K7砂岩，厚 014.50m，平均厚 3.40m。直接底为深灰色粉砂岩及 细砂岩，厚 2.7018.85m，平均厚 12.98m。 3 号煤层上部多为一层灰色细、中粒砂岩，厚度数米至十余米，成为 3 号煤层的直接 顶板或间接顶板。 （五）上二迭系下石盒子组（P12） 连续沉积于山西组之上，厚 43.4076.25m，平均厚 60.16m，主要为灰色、灰绿色 中粗粒砂岩及灰色粉砂岩、泥岩组成。一般不含煤层。 （六）下二迭系下石盒子组（P21） 井田北部西阎村、常隆一带零星出露，厚度不全。一般揭露为 200300m。底部以 K10砂岩于下石盒子组分界。 （七）上二迭系石千峰组（P22） 仅分布于常隆西南一带、姬村向斜轴、F4正断层文王山南断层组成的地堑中，有零 星出露石千峰组下部地层。 （八）第四系（Q） 井田内广为第四系黄土所掩盖。黄土厚度一般是北部较薄，南部较厚（1068 号钻孔 见黄土层最厚达 131.58m） 。基岩面自北向南缓倾斜。 井田内多为中更新统(Q2)黄土，以棕色粘土、浅棕色粘土、亚粘土为主，夹数层浅黄 色钙质核层。厚度为 51.76m（根据 2012 号钻孔取芯鉴定） 。 上更新统（Q3）分布于井田南部绛河两岸，北部阎村常隆等河谷，多为灰黄色粉砂土， 亚粘土夹砂层。顶部一般夹褐灰色淤泥层厚 0.62.4m，含较多腐植质。下部多为灰褐色、 灰黄色粉砂、细砂，含砾石和钙质结核等。 三井田地质构造 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 10 页 潞安矿区位于沁水煤田盆地东翼中部。属“山西地台区沁水台凹”矿区东部边缘为 新华夏构造的褶皱、断裂集中发育地带，西部为新华夏构造体系控制的长治缓近盆地， 晋东南山字型构造脊柱北端延入矿区西南部。 常村井田位于矿区中部，主要构造以褶皱为主，总体地层走向近于南北，向西倾斜， 倾角 36。东部以单斜为主，伴有近东西向波状起伏；西部为近南北向褶曲。断层 不发育，除北部文王山南断层和东南边界安昌、中华两大断层较大外，尚发育有四条落 差 2030m 和两条落差 510m 断层。 矿井生产中揭露落差 3m 以下断层 17 条，岩溶陷落柱 8 个。陷落柱平面形状多呈椭 圆形，除 X6陷落柱具导水性外，其它均不导水。主要构造特征如下： （一）褶曲 姬村以东基本为一向西倾斜的单斜构造。姬村以西则为近南北向的互相平行的背向 斜。由东向西依次为姬村向斜、路村背斜、老军庄向斜、轴向近南北向。在南北两端稍 有偏转，北端偏西，南端偏东。局部因受东西向波状起伏的影响，走向略有变化。背向 斜的两翼近乎对称。倾角多在 5左右。轴部比较宽缓，幅度最大 110m，一般为 50m 左 右。局部有一些东西方向小的起伏。 （二）断层 井田内断层不发育。除北部边界文王山南断层和东南边界的安昌、中华断层外，井 田内无断层。 四瓦斯、煤尘与煤的自燃性 （一）瓦斯 常村煤矿 2003 年度瓦斯等级鉴定结果为：矿井瓦斯绝对涌出量 63.5m3/min，相对涌 出量 5.7m3/t。CO2绝对涌出量 9.17m3/min，相对涌出量 0.72m3/t。 矿井瓦斯和 CO2涌出量总体上随产量增高呈逐年增大趋势。根据矿井生产实测瓦斯有 关资料分析，井田瓦斯赋存不均衡，N1 采区煤层瓦斯含量高，其它较低。 3 号煤层属非突出危险性煤层。 （二）煤尘与煤的自燃 2005 年 8 月，煤炭科学研究总院重庆分院对常村矿目前生产的 3 号煤层煤尘爆炸性、 煤的自燃倾向性进行了鉴定，结果为： 3 号煤层火焰长度 1020m，抑制煤尘爆炸最低岩 5065%，着火温度 T 氧 =393394，T 氧=398399，着火温度差T= 46。 3 号煤层煤尘具有爆炸危险性，自燃倾向为三类，属不易自燃煤层。 1.2.2 水文地质水文地质 （一）地貌 根据地貌特点及组合成分，可分为三个水文地质区。 1 丘陵低山裂隙水区（） 分布于井田的西北部，出露二迭系、三迭系地层，砂岩与泥岩风化破碎，形成接受 大气降水的残积层和坡积层，为第四系地下水的补给来源地。 2 剥蚀堆积孔隙水区（） 分布在上村、路村、东洼、北岗等地标高 910940m。主要含水层为第四系中、下更 新统，亚砂土、粉砂、细砂、粗砂砾石层。在北岗一带于下更新统（Q1）中夹多层粉细砂。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 11 页 埋深 70130m，为中深层水，浅层潜水位 110m，中深层水位 1147m。 3 河谷阶地孔隙水区（） 主要分布在绛河一、二级阶地。含水层为上更新统、全新统（Q4，Q3）冲（洪）积层 亚砂土，中粗砂和卵砾石组成，总厚约为 515m，局部地带由于地下水排泄不良和受漳泽 水库回水影响，有漳泽水库回水影响，有盐碱化现象。、区为农田灌溉的主要水源 地。 （二）水系 浊漳河：属海河水系，分南，西、北三大源流。前南源位于井田东约 90Km，发源于 长子县西的发鸠三；西源发源于沁县西北之漳源镇；北源发源于晋中地区的榆社县，全 长约 180km，至平顺出省境入河北，因上游水土流失严重，河水终年浑浊。 绛河；位于井田南缘，为浊漳河南源分支，流源于八泉公社盘秀山及沁县里庄卜角 沟流向由西向东，注人漳泽水库与浊漳河南源合流，流域补给集水面积 270km2。 井田西北部，在沟谷上游建立了一些小型水库，库容量 88 万 m3。 三含水层 主要发育在奥陶系第 8、7、4、2 层上，岩溶埋藏标高约 300500m，疏干孔最大吸 水量 100m3/h，一般为 20403/h，注水试验 S0.5m。区域岩溶含水性表现为“上弱下强” 的特点，为丰富的含水层。 1 中奥陶统马家沟组灰岩 Q2岩溶含水层（） 井田内奥陶系地下水的流向由南至北，由南至北东与地层倾角相反，向东北平顺县 浊漳河有辛安泉群，流量 11.8 m3/s，矿区水位标高由 720m 向北东递降为 670m，辛安泉 标高约 650m，符合区域地下水运移富积规律。在勘探区对奥陶系未进行专门水文工作， 预计井田水位标高在+710+720m。 2 太原组第一层石灰岩 K2裂隙岩溶含水层（） 层厚 2.6211.6m，覆于 151、152、153号煤层之上。王庄井田 16 号孔抽水单位涌水 量为 0.916L/s，渗透系数 0.888m/d，水位标高 714m。从钻孔抽水含水性来看，属较弱含 水层。 3 太原组第二层石灰岩 K3裂隙岩溶含水层（） 层厚 2.51m，王庄井田 16 号孔，混合抽水单位涌水量 0.0017L/s，为较弱含水层。 4 太原组第三层石灰岩 K4裂隙岩溶含水层（） 层厚 3.63m，王庄井田 16 号孔与（）混合抽水单位涌水量 0.0017L/s，为较弱含 水层。 5 太原组第四层石灰岩 K5裂隙岩溶含水层（） 层厚 2.13m，518 号钻孔与（）混合抽水单位涌水量 0.0055L/s，为较弱含水层。 6 山西组砾岩 K7裂隙含水层（） 层厚 3.40m，王庄 45 号钻孔与（）混合抽水单位涌水量 0.0008L/s，为较弱含水 层。 7 山西组 3 号煤层顶砂岩裂隙含水层（） 层厚约 7.5m，根据王庄矿井观察，为 3 号煤层 4 的直接充水层，一般距 3 号煤层 10m，工作面出水性情况为顶板淋头水。裂隙不发育，水位标高约为 865.0m，为较弱含水 层。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 12 页 8 下石盒子分界砂岩 K8裂隙含水层（） 层厚 019.68m，变化大，含水极弱，水位标高约为 870.0m，为较弱含水层。 9 基岩风化带裂隙含水层（） 层厚 50m 左右，由破碎泥岩、砂岩组成，516 号钻孔抽水单位涌水量 0.086L/s，2012 号钻孔抽水为 0.046L/s，水位标高为 934.13m，为较弱含水层。 10 第四系下更新统 Q1孔隙含水层（） 层厚 3660m，以粉砂、细砂、粘土质砂砾层组成。2012 号钻孔厚约 36m，抽水涌水 量 1.311.66L/s，水位标高为 927.29943.74m，为丰富含水层。 11 第四系中更新统 Q2潜水含水层（） 水位一般埋藏深度 5.010.0m，含水层为亚粘土及粉砂，水井分布较多，含水性弱， 受大气降水影响明显。 （四）隔水层 奥陶系顶界到 3 号煤底板间的岩层厚约 270m 左右，以泥质岩为主，可视为隔水层。 （五）含水层的补给、径流、排泄及其水力联系 矿区奥灰系地下水流向由南向北，由南西至北东方向，这是由区域地质条件所决定 的，许多河流在径流岩溶区时，常有流量损失，如浊漳南源流经奥陶系地层流量有损失。 尤其是遇到构造破碎带。其它含水层的补给，断裂的导水也是岩溶水来源之一。据潞安 矿区水源勘探资料，浊漳河流经文王山时，流失量达 8280t/h，因此矿区可视为补给径流 混合层。辛安泉为排泄区。而在下游辛安泉往下，河流流量又有所增加，它反映地下水 补给地表水，也表明这些水系已成为区域岩溶水的主要排泄通道。从矿区奥陶系水位标 高 720720m，辛安泉标高约 650m，逐渐递降，说明该泉已成为天然排泄中心，排泄起 区域控制作用。 本井田降水量小，地表水排泄畅通，各含水层彼此相距较远且各水层隔开，地表水、 大气降水对含水层补给量甚少，不利于矿井充水。因地质构造简单，井田内断层不多， 各含水层的水力联系不大。钻孔中所遇断层导水性及富水性不大，主要含水层富水性弱。 值得注意的是井田内主要可采煤层 3 号煤层均埋藏在地下水位以下，且井田北部 F1 断层一带，地质构造相对复杂，实际生产中已发现有大小不等的陷落柱，构造裂隙相对 较发育，有可能形成突水通道。井田附近及井田内有部分钻孔封孔质量差或未封，均有 可能使含水层沟通煤层，发生垂向水力联系，形成突水通道。 经综合分析，本矿井水文地质条件属简单类型。 （六）矿井涌水量 常村矿井已生产多年，实际生产中的矿井涌水量与初步设计中预计的涌水量基本一 致，即全矿井的520mm 水平正常涌水量 550m3/h，最大涌水量 800m3/h。西坡风井投运后， 预计服务的 S3、S5 下山采区与即将采完的 S1 采区的涌水量相当，即 S3、S5 下山采区正 常涌水量 120m3/h，最大涌水量 210m3/h。预计全矿井的涌水量变化不大。 1.2.3 矿井地质勘探评价矿井地质勘探评价 常村煤矿 10 多年生产实践证明， 沁水煤田潞安矿区常村精查勘探区地质报告提 供的地层、煤层、构造等基础地质成果与实际揭露的情况较为吻合。为更好地满足矿井 安全生产需要，生产期间，常村煤矿在地质安全勘探方面投入了大量的资金。先后与煤 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 13 页 炭科研院所、院校、地质勘查等科研单位合作开展了矿井瓦斯、煤尘、煤的自燃、开采 煤层顶底板力学性质等测试和鉴定工作，实施了开采区三维地震勘探、奥灰水带压开采 研究试验等煤田地质及水文地质工程，取得了多项科研成果，对矿井安全生产提供了坚 实的基础。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层煤层 本井田主要含煤地层为上石炭统太原组和下二迭统山西组，可采煤层有 3上、3下、 两层，平均总厚 7.8m，含煤系数为 2.8%。见图 1.2。 主要由灰岩、粘土岩、铁 铝质泥岩组成。 主要为石灰岩、泥质灰岩 、白云质灰岩及钙质泥岩 由粉砂岩、泥岩、砂岩、 石灰岩组成。夹薄层灰 岩层； 主要由砂岩、粉砂岩、泥岩、 粘土岩及煤层组成，含3煤 层，厚度大、储量丰富，是 本区的主要要含煤地层。 北部薄向南、东逐渐变厚， 以底部中一粗粒长石石英 岩与山西组交界 39 118 259 中统本溪组 中统奥陶组 上统太原组 山 西 组 石 盒 子 组 上 统 蒙 阴 组 上段以粉砂岩、粉砂质 泥岩、泥岩为主；中段 为砾岩，泥质、钙质胶 结；下段由粉砂岩、细 砂岩、砂砾岩组成。 第四系 42 163 230 50 奥陶系 石 炭 系 二 迭 系 侏 罗 系 系 代号 平均厚度m 岩性描述综合柱状 粘土、粉砂质粘土、 砂、砂砾 Q 图图 1.21.2 煤层柱状图煤层柱状图 3上煤层属中厚厚煤层，可采区平均厚 3.8 米，有 2.5km2的煤焦混合区(煤厚大于 焦厚，仍按煤区考虑，焦的厚度不可考虑，只有煤的厚度参与平均厚度计算)。 3上煤层顶板岩石性质：一般无伪顶，局部地段有泥岩、砂质泥岩和炭质岩伪顶，厚 度变化在 0.10.5 之间，直接顶多为泥岩，一般厚 1.71 m，自然状态下抗压强度 8.1345.67MPa，其次为砂质泥岩、粉沙岩，一般厚度 2.033.92 m，抗压强度 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 14 页 43.4949.59 MPa，属于不稳定中等稳定顶板。直接顶板多为砂质泥岩，一般厚 2.34m，其次粉沙岩和泥岩，粉砂岩一般厚 3.14m，抗压强度 18.42 MPa，少数有泥岩伪 底的地段，其直接底板一般是中细粒砂岩，厚度为 15.0325.19m，抗压强度 47.9291.14 MPa，属于不坚固坚固岩石底版。 3下煤层属于中厚煤层，可采区平均厚为 4.0m。有部分煤焦混合区。 3下煤层顶底板岩石性质：井田北部陈楼朱道沟附近有 0.10.5m 厚的泥岩和炭质 泥岩伪顶，为厚 0.150.5m 粉砂岩及砂质泥岩，直接顶板多为砂质泥岩、粉砂岩和泥岩， 一般厚 1.52.33m，抗压强度泥岩为 57.72MPa，砂质泥岩为 82.91MPa，粉砂岩为 85.36MPa。老顶一般为细粒砂岩和中粒砂岩，厚 15.1720.45m，少数点为粉砂岩和砂岩 泥岩互层，一般厚 5.055.55m，细砂岩抗压强度变化在 56.74165.91MPa。泥岩和炭 质泥岩伪底在井田内零星分布，一般厚 0.150.55m，直接底板多为泥岩，一般厚 1.51m。抗压强度 35.18MPa。顶板为中等稳定稳定，底板是中等坚固坚固岩石。各可 采煤层特征见表 1.1。 表表 1.11.1 可采煤层特征表可采煤层特征表 顶底板岩性煤 层 名 称 全井田厚 度（m）两 极/平均 可采区 平均厚 （m） 稳定性结构 层间距 （m） 两极/平均 顶板底 版 煤07.10/ 3.25 3.8 较稳定简单 3上 焦0.252.99/ 2.56 1.3 不稳定复杂 局部有伪顶,直接 顶多为泥岩厚约 1.71m 老顶为中细 砂岩 煤04.78/ 2.60 4.0 较稳定简单 3下 焦0.151.47/ 3.25 0.9 不稳定复杂 6.6146 .30/ 26.41 局部有伪顶,直接 顶多为泥质泥， 粉砂岩及泥岩， 老顶为细、中粒 砂岩 2 井田开拓 2.1 井田境界及可采储量 2.1.12.1.1 井田境界井田境界 常村井田境界为：北以纬线 3862400 与王庄井为界，南至长治县城煤柱边界。南北 斜长 3.1km；东以纸房断层与三河口矿井为界，西至各煤层- 440m 等高线和李桥断层， 东西走向长 6.5km，面积 18.7km2。 2.1.22.1.2 井田的工业储量及可采储量井田的工业储量及可采储量 1) 工业储量 在本设计中，参加储量计算的煤层有 2 煤层，其中 3上、3下煤为主采煤层。 依据勘探钻孔见煤厚度，采用平均煤厚 7.8m 计算。 本设计采用求积仪法结合算术平均法计算工业储量： Zg =SMr/cos (21) 式中： Zg 工业储量，万 t； S 块段水平投影面积，m2； 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 15 页 M 块段内钻孔见煤厚度的均值，m； 块段内煤层的平均倾角，； Zg = 18.71067.81.40/cos10 = 20735 万 t 2) 矿井可采储量 1、计算可采储量时必须考虑永久煤柱的损失： （1） 、工业广场保安煤柱；维护带宽度为 20m （2） 、井田境界煤柱损失；维护带宽度为 25m。 （3） 、采煤方法所产生煤柱损失和断层煤柱损失；断层维护带宽度 50m。 （4） 、建筑物、河流、铁路等压煤损失； 2、各种煤柱损失计算 （1） 、井田边界保护煤柱：井田边界保护煤柱留设 25m 宽，则井田边界长 15000m。 边界煤柱可按下列公式计算 Z = L b M R （2 2） 式中： Z 边界煤柱损失量； L 边界长度； B 边界宽度；断层边界、人为划定边界取 25m； M 煤层厚度； R 煤的容重：1.40t/m 3 则井田的边界保护煤柱为： Z = L b M R = 15000257.81.40 =409.5 万 t （2） 、断层保护煤柱： Z = L b M R =4000507.81.40 =218 万 t (3) 工业广场保护煤柱： 表表 2.12.1 工业场地占地面积指标工业场地占地面积指标 井 型（万 t/a）占地面积指标（公顷/10 万 t） 240 及以上 1.0 120-1801.2 45-901.5 9-301.8 根据上表规定，本井田工业广场占地面积 S 取值如下： S = 1.2180/10 =21.6 公顷 则将工业广场定为长 480m，宽 450m。 工业广场要垂直于煤层走向的要求，设计采用工业广场保护区域的冲击层移动角为 =40，深 50m。基岩的走向移动角为 =70，基岩的上山移动角为 =70，基岩的 下山移动角为 =72，地表维护带宽度取 20m，工业广场处煤层平缓倾角约为 10，煤 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 16 页 层深 350m。综合以上数据，由图 2.1、计算工业广场保护煤柱的面积如下： 图图 2.12.1 工业广场保护煤柱计算示意图工业广场保护煤柱计算示意图 工业广场保护煤柱为： Q场 =（上底+下底）高/2 1.4 7.8 = 1014 万 t (4) 风井保护煤柱 设计风井为 2 个，采用垂直断面法计算风井保护煤柱的面积，保护煤柱计算方法与 工业广场保护煤柱计算方法相同。 表表 2.22.2 保护煤柱损失量保护煤柱损失量 煤 柱 类 型煤柱损失量（万 t） 井田边界保护煤柱 409.5 断层保护煤柱 218 工业广场保护煤柱 1014 合 计 1641.5 3) 可采储量 可采储量由下式计算： ZK = (Zg P) C (22) 式中： Z g 矿井工业储量，万 t； P 保护煤柱损失储量，万 t； C = 采区采出率，厚煤层不小于 0.75；中厚煤层不小于 0.80；薄煤层不小于 0.85； 地方煤矿不小于 0.70 则 ZK = （20735 1641.5 ） 0.80 = 15274.8 万 t 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 17 页 表表 2.32.3 可采储量汇总表可采储量汇总表 永久煤柱损失量(万 t） 工业储量 (万 t） 断层保护 （万 t） 工业 广场 (万 t) 井田 边界 (万 t） 合 计 (万 t） 可采储量 (万 t) 207352181014409.51641.515274.8 2.1.3 矿井生产能力及服务年限矿井生产能力及服务年限 1 矿井年工作日数的确定 按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井设计生产能力按年工作日 330 天计算。 所以，本矿井设计年工作日数为 330 天。 2 矿井工作制度的确定 矿井工作制度设计采用“三八”工作制，即二班生产，一班准备，每班净工作时间 为 8 个小时。 3 矿井每昼夜净提升小时数的确定 按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井每昼夜净提升时间 14 小时。这样充分考 虑了矿井的富裕系数，防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或改扩建。因此本矿 设计每昼夜净提升时间为 14 小时。 4 矿井设计生产能力的确定 矿井设计生产能力确定为 180 万 t/a。其主要因素如下： 煤炭工业设计矿井设计规范第 2.2.1 规定：矿井设计生产能力，应根据资源条 件、开采条件、技术装备、经济效益及市场对煤炭需求等因素，经多方案的比较或系统 优化后确定。论证矿井设计生产能力应进行第一开采水平不或小于 30 年配产。配产应符 合合理开采程序，厚、薄煤层，不同煤类搭配开采；同时生产的采区数及采区内同时生 产的工作面个数，应符合本规范第 3.3.5 条规定（采区生产能力应根据地质条件、煤层 生产能力、采掘机械化程度和采区同时生产的工作面个数及其接替关系等因素确定。应 提高工作面单产。采区内同时生产的综采工作面宜一个面，不应超过两个面；普采工作 面宜为两个面，不应超过 3 个面） ，并应保证采区及工作面的合理接替。 矿井规模可根据以下条件确定： 1)资源情况：煤田地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设大型矿井。煤 田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿区规模定的太大。 2)开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市）和交通情况（铁 路、公路、水路） 、用户、供电、供水，建筑材料及劳动力来源等。条件好者，应加大开 发力度和矿区规模；否则应缩小规模。 3)国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤种、煤质、产量等的预测是确定矿区规模 的一个重要根据。 4)投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大。 5) 矿井服务年限的核算 矿井服务年限的计算公式为： 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 18 页 T = Zk/AK (2-6) 式中 T 矿井的服务年限，a； Zk 矿井的可采储量，万 t； K 矿井储量备用系数，取 K=1.4； A 矿井设计生产能力，万 t/a; T = Zk/AK =15274.8/1801.4 =61a 6 井型校核：通过对实际每层开采能力、辅助生产能力、储量条件及安全条件等因 素对井型加以校核。 (1) 煤层开采能力 常村井田 3上 、3下煤层是赋存稳定的厚煤层，地质结构简单，瓦斯涌出量较小，易 采用大采高开采。3上煤层厚度变化不大，首采区较厚，可采用综采开采方式。 (2) 辅助生产系统能力校核 本设计的矿井为大型矿井，开拓方式为双立井开拓。主井装备 12t 箕斗一对，提升 能力大，能满足提升方面的要求。大巷和石门采用强力胶带输送机运煤，运输能力也能 达到要求，机械化程度较高。辅助运输采用架线式电机车运输，运输能力很大，且车场 简单，所以本设计中采用立井刀式井底车场。调车和通过能力均能满足要求，辅助运输 能力能满足生产环节的要求。 (3) 安全条件 本矿井瓦斯涌出量较小，煤尘具有爆炸性危险。水文地质条件简单，涌水量不大。 在副井中铺设四趟排水管道可满足矿井排水要求。矿井采用边界式通风方式，在通风设 计中工作面采用 U 型通风方式，风量大，同时也满足对瓦斯的稀释要求，保证生产的需 要。井田内断层较少，只有一些较大的断层，对于开拓有一定的影响，但是，对于影响 生产的小断层较少。 所以，各项安全条件也均可保证矿井达到的设计产量。 (4) 储量条件校核 煤矿设计规范规定，矿井的设计能力应与矿井的储量相适应，以保证足够的服 务年限。该井田可采储量 15274.8 万 t，服务年限为 61 年与矿井的设计生产能力相适应。 表表 2.42.4 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限 第一开采水平服务年限（a） 矿井设计生产 能力（万 t/a） 矿井设计服务 年限（a） 煤层倾角 25 煤层倾角 2545 煤层倾角 45 500 及以上 8045 300500 7035 120240 60302520 4590 50252015 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 19 页 2.2 井田开拓 2.2.1 井田开拓的基本问题井田开拓的基本问题 一一 井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体， 建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用于开拓的井下巷道的 形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式，需要对技术可 行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需认真研究。 1.确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置； 2.合理确定开采水平的数目和位置； 3.布置大巷及井底车场； 4.确定矿井开采程序，做好开采水平的接替； 5.进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造； 6.合理确定矿井通风、运输及供电系统。 确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比 较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则： 1.贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造条件。 在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，节约基建投 资，加快矿井建设。 2.合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。 3.合理开发国家资源，减少煤炭损失。 4.必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电系统， 创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态。 5.要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采 煤机械化、综掘机械化、自动化创造条件。 6.根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的 综合开采。 二 井筒形式、数目和位置的确定： （一）井筒形式的确定 一般情况下，井筒的开拓方式有立井、斜井和平峒三种。其使用条件和优缺点比较 如表 2.5： 表表 2.52.5 井筒开拓形式的使用条件和优缺点比较井筒开拓形式的使用条件和优缺点比较 井筒 形式 立井开拓斜井开拓平硐开拓主斜副立 煤层 条件 埋藏深表土厚为缓倾斜 煤层 倾角小于 25表土层 薄，无流沙层 倾角较小，地 形复杂 井田范围较 大 优点 井身短，通过井筒的各 种管线长度小，提升速 度快，机械化程度高， 对辅助提升有利，人员 提升快；井筒断面大， 开拓部署能适应产量大、 生产集中的要求，主斜 井不受长度限制，井筒 装备及井底车场，地面 设施简单；施工简单， 最简单的开拓 方式，技术、 经济最有利， 主运输环节少， 设备少，地面 主斜胶带 运输能力 大，井筒 不受长度限 制 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 20 页 通风阻力小；生产经营 费用低，有利于井筒维 护，适应性强，技术可 靠，不受煤层瓦斯煤层 等限制 掘进快，初期投资少， 延伸方便，安全出口好 工业广场简单， 水可自流，无 水仓施工条件 好，掘进速度 快 缺点 井筒施工复杂，装备复 杂，其建井投资大，井 筒延伸困难 井身长，通过井筒各种 管线长，生产经营费较 高，维护难，串车提升 能力小，对地质条件适 应性差 对井田地质构 造和自然条件 有一定限制 综合立井 和斜井的 优缺点 适用 条件 生产能力大，煤层 埋藏深，表土厚或 水文条件复杂，开 采煤层不受条件限制， 凡不适合斜井、平硐、 综合方式时均可采用立 井开拓 地质构造简单井田走向 较短 山岭、丘陵、 沟谷地区煤层 埋于山中 矿井生产 能力大 由于立井开拓的适应性较强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的 限制；在采深相同的条件下，立井的井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特 别有利；井筒的断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的的要求，且阻 力小，对深井更为有利；当表土层为富含水的冲积层或流沙层时，立井井筒比斜井容易 施工；对地质构造和煤层产状均特别复杂的井田，能兼顾井田浅部和深部不同产状的煤 层。因此，结合常村煤矿的实际情况： 1、表土层较厚，平均为 95.57m，且风化严重； 2、地处平原，地势平坦，地面标高平均为+30m 左右，煤层埋藏较深。表土层中含有 流沙层。所以，斜井及平峒均不适用于常村煤矿。 综合以上因素并结合常村矿的实际情况，确定井筒的形式为立井。 本矿井煤层倾角大小不一，部分为近水平煤层；表土层薄，无流沙层；水文地质情 况比较简单，涌水量较小；井筒不需要特殊施工，因此可采用立井开拓，延伸可采用立 井延伸或采用暗斜井延伸方案或为一水平开采。经后面方案比较确定井筒形式为双立井 开拓，一水平开采 本矿井采用一对立井开拓：主立井采用箕斗提煤；副立井采用罐笼提升矸石，升降 人员、设备、材料，且兼作进风井。副井安装梯子间，作为一个安全出口。考虑到常村 井田范围较大，矿井通风方式经过比较后确定为分区对角式通风，在井田各个区域各掘 一个风井，每个风井均安装梯子间，作为回风井并兼作安全出口。 （二）井筒位置的确定 井筒是井下与地面出入的咽喉，是全矿井的枢纽。井筒位置的选择对于建井期限、 基本建设投资、矿井劳动生产率以及吨煤生产成本都有重要影响，因此，井筒位置一定 要合理选择。 （1）井筒位置的确定原则 1 有利于井下合理开采 （1）井筒沿井田走向的有利位置 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 21 页 当井田形状比较规则而储量分布均匀时，井筒沿井田走向的有利位置应在井田的中 央；当井田储量分布不均匀时，井筒应布置在井田储量的中央，以形成两翼储量比较均 衡的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网络较短，通风阻力小。 应尽量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采的不利局面。 （2）井筒沿煤层倾向的有利位置 在倾向上井筒宜布置在中偏上的位置，同时考虑到减少煤损，尽量让工业广场保护 煤柱圈住一些影响生产的地质构造和断层。 2 有利于矿井初期开采 选择井筒位置要与选择初期开采区密切结合起来，尽可能使井筒靠近浅部初期开采 块段，以减少初期井下开拓巷道工程量，节省投资和缩短建井期。 3