安全工程毕业设计（论文）-屯留矿500万t新井通风系统设计（含全套CAD图纸）

本科生毕业设计 第 1 页 目目 录录 全套设计，联系全套设计，联系 153893706 一般部分一般部分 1 1 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 2 1.1 矿区概述 .2 1.1.1 井田位置、范围、地形特点和交通位置2 1.1.2 工农业生产和原料及电力供应3 1.1.3 矿区气候条件3 1.1.4 矿区水文情况3 1.2 井田地质特征 .4 1.2.1 煤系地层概述、勘探程度4 1.2.2 井田地质构造和地质变动5 1.2.3 井田水文地质特征6 1.2.4 地温8 1.3 煤层特征 .8 1.3.1 煤层埋藏条件8 1.3.2 煤层群特征及煤层的围岩性质8 1.3.3 煤的特征.10 2 2 井田开拓井田开拓 .11 2.1 井田境界及可采储量 11 2.1.1 井田境界.11 2.1.2 可采储量.11 2.1.3 矿井设计生产能力及服务年限.15 2.2 井田开拓 16 2.2.1 井田开拓的基本问题.16 2.2.2 矿井基本巷道.25 2.2.3 大巷运输设备选择.33 2.2.4 矿井提升.35 3 3 采煤方法及采区巷道布置采煤方法及采区巷道布置 .36 3.1 煤层的地质特征 36 本科生毕业设计 第 2 页 3.2 采区巷道布置及生产系统 36 3.2.1 巷道布置原则 36 3.2.2 采区巷道布置.36 3.2.3 采区生产系统.40 3.3 采煤方法 41 3.3.1 采煤工艺方式.41 3.3.2 回采巷道布置.50 4 4 矿井通风矿井通风 52 4.1 矿井通风系统选择 52 4.1.1 矿井通风系统的确定.52 4.1.2 通风方法确定.56 4.2 采区通风56 4.2.1 工作面通风系统.57 4.2.2 通风构筑物.59 4.3 掘进通风60 4.3.1 掘进通风方法 60 4.3.2 掘进面需风量计算 62 4.3.3 掘进面的设计 63 4.4 矿井所需风量64 4.4.1 矿井需风量计算的原则.64 4.4.2 矿井需风量的计算.64 4.4.3 矿井风量分配 68 4.5 矿井通风阻力 68 4.6 矿井主要通风机选型77 4.6.1 矿井自然风压.77 4.6.2 主要风机选型.78 4.7 矿井反风措施及装置83 4.8 矿井通风费用概算84 4.9 防止特殊灾害时期的安全措施 87 4.9.1 井下防尘.87 4.9.2 瓦斯的预防.87 5 5 矿井安全技术措施矿井安全技术措施 89 5.1 矿井安全技术概况 89 5.2 矿井火灾 89 5.2.1 自然发火概况.89 5.2.2 矿井地温.89 5.2.3 矿井自燃发火分析.89 5.2.4 预防煤炭自燃发火的措施.93 5.3 矿井瓦斯 93 本科生毕业设计 第 3 页 5.3.1 矿井瓦斯地质条件.93 5.3.2 矿井及采区瓦斯涌出情况.94 5.3.3 矿井瓦斯防治措施.94 5.3.4 矿尘.96 5.3.5 瓦斯、煤尘爆炸事故的抢救.99 5.3.6 机构设置及人员配备.99 5.3.7 矿山救护与消防102 5.4 小结 .102 专题部分专题部分 103 煤炭自燃发火规律的研究煤炭自燃发火规律的研究 104 前言：前言： 104 1、王庄煤矿地质概况 .104 2、矿井自燃发火分析 .104 3、防火灌浆系统及参数 .110 4、灌浆计算 .113 5、灌浆管路布置 .115 6、泥浆泵选择 .118 7、灌浆站的主要设施 .120 8、灌浆后的排水措施 .121 9、结论 .121 参考文献 123 致 谢 124 本科生毕业设计 第 1 页 一一 般般 部部 分分 本科生毕业设计 第 2 页 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.11.1.1 井田位置、范围、地形特点和交通位置井田位置、范围、地形特点和交通位置 屯留井田位于山西省屯留、襄垣县境内，潞矿集团的西部，矿区对外 交通有太（原）焦（作）铁路、邯（郸）长（治）铁路和太（原）洛（阳） 公路。太焦铁路经矿区东部由北向南通过，太焦铁路的夏店站距潞矿集团 约 7km，距五阳站 16km。以夏店站为起点距太原市约 230km，距焦作市约 204km，距邯郸市约 216km。 屯留矿井在潞矿集团西南 23km 处的后庄村北，距长治市约 35km，距常 村矿约 11km。屯留县城在井田东南部 6km 处，有公路通往太原、临汾、长 治等市。交通比较方便。 井田内广为第四系黄土覆盖。北部西部边缘为高原丘陵地带，冲沟发 育，地形复杂，仅沟底有零星基岩出露。中部绛河由西向东流入漳泽水库， 形成河谷阶地。南部及工业场地附近地形较平缓，总体上地势为西北高， 东南低，井田内最高点在北部的老干庄东南的白云山(1113.1m)，最低点 在屯留县南侧 1Km 的绛河河滩处(906.3m)，工业场地和东风井场地地面 标高在十 950970m 之间。 图 1-1 屯留矿交通位置图 本科生毕业设计 第 3 页 1.1.21.1.2 工农业生产和原料及电力供应工农业生产和原料及电力供应 长治农业生产条件优越，全市耕地面积 456 万亩，其中水地面积 100.2 万亩；全市宜林面积 735 万亩，实有林地 585 万亩；宜牧面积 480 万亩， 已开发草场 271 万亩。长治地下矿藏资源丰富，现已探明有开采价值的矿 藏有煤、铁、锰、铝、硫磺、石灰石、石膏、石英、大理石等 40 多种，其 中预测煤炭埋藏量为 906 亿吨，已探明储量 346 亿吨。长治工业基础较好， 是山西能源重化工基础的重要组成部分和轻工业基地。主要工业门类有： 煤炭、电力、治金、机械、化工、医药、建材等；主要工业产品有：原煤、 电力、钢材、焦炭、水泥、轴承、洗衣机、锻压设备、中药制剂、生化药 品、防爆电器、健身器械、锯条、化肥、铁合金、生铁等。 2001 年，长治市国内生产总值达到 185 亿元，其中第一产业总产值 28 亿元；第二产业总产值 101 亿元；第三产业总产值 58 亿元。财政总收入 17.91 亿元，农民人均纯收入 2427 元，城镇居民可支配收入 5244 元。 1.1.31.1.3 矿区气候条件矿区气候条件 本区属典型大陆性气候，干燥多风，四季分明，年平均气温 8.9，日 最高气温 37.4，最低气温-29.1。 年平均降水量为 583.3mm，最大 917.0mm，最小 414.0mm，雨季集中在 7、8、9 三个月，日最大降水量 109.7mm。 年平均蒸发量为 1755.3mm(高于降水量 2.01 倍)；最高为 1996.3mm， 最低为 1502.1mm。 年主导风向为西北风，夏季风向为东南风，最大风速为 17m/s，最大风 压为 350Pa。 冰冻期为每年 10 月末到翌年 4 月，最大冻土深度为 0.75m。 根据 1990 年国家地震局对屯留、襄垣县地区地震基本烈度的划分意见， 本区地震基本烈度为 6 度。 1.1.41.1.4 矿区水文情况矿区水文情况 矿区主要河流为浊漳河(由南向北)、西漳河(由西向东)汇合于五阳村； 井田范围内主要河流为绛河，为海河水系浊漳河的支流。由西向东穿越井 田，注入漳泽水库，其流量为 0.37m3/s5.06m3/s。井田西北余吾镇北侧有 一条交川河，流量为 0.02m3/s0.17m3/s，属季节性小河。另外，在工业场 地东北部有“七一”水库，库容量为 l.07Mm3，工业场地西北有一贾庄水库。 矿井工业用水采用井下排水处理后复用。生活用水原准备取自常村矿 井水源地奥灰水，用约 10.5km 的长距离输水管送到矿井工业场地。 本科生毕业设计 第 4 页 由于生活饮用水水源过远，目前，潞矿集团正在矿井工业场地与矿井 东风井场地之间进行水源勘探，积极查明第四系底砾层及中奥陶系 O2f、O2s 等地层的水文情况，如其水量、水质能满足饮用水要求和标准， 则优先利用其作为矿井饮用水源。 1.2 井田地质特征 1.2.11.2.1 煤系地层概述、勘探程度煤系地层概述、勘探程度 潞安矿区位于沁水煤田东部中段，处于华北断块区吕梁太行断块沁水 块坳东部次级构造单元的沾尚武乡阳城北北东向褶曲带中段，晋获断裂 带西侧。矿区主体部分为新生代叠加的长治新裂陷，屯留井田位于新裂陷 西北部。 19711986 年，潞矿集团钻探队、山西省 114、144、148 煤田地质勘 探队在本井田范围内，先后进行了勘探工作，由 114 队提交了官庄井田 精查地质报告和西庄井田地质精查勘探总结并施工钻孔 125 个。钻 探进尺 87111.01m，模拟地震测线 25 条，物理点 1303 个获剖面长 7.29km。 19911994 年，山西省 114 煤田地质勘探队和综合普查队，采用钻探、 测井、电法和地震综合勘探的方法，提交了屯留矿井达产采区地震补充 勘探报告和屯留井田勘探(精查)地质报告 。本次勘探 41 个钻孔，进 尺 27463.79m，实测 26220.55m，地震物理点 20798 个，获剖面长 369.70km。奥灰延深孔 14 个，水文抽水，放水试验 13 个孔 23 层次。本次 勘探工程质量优良，钻探特、甲级孔率 88；煤层钻探质量优质和合格层 达 93；测井的甲级孔率占 98；解释煤层优质层占 99；地震一、二类 时间剖面占 89。 本科生毕业设计 第 5 页 1.2.21.2.2 井田地质构造和地质变动井田地质构造和地质变动 矿区主构造线近南北，以褶曲为主，向斜紧密，背斜开阔，断裂较少， 地层走向近南北，倾向西且略有起伏；倾角 315o。 井田内揭露的断层共 33 条，其中正断层 10 条，逆断层 23 条。落差大 于 30m 的断层有 9 条(包括井田南、北边界断层)，3010m 的断层有 20 条， 落差小于 10mm 的有 4 条。 褶曲以北北东南北向为主，贯穿全井田的褶曲自西向东依次有坪村 向斜、余吾背斜、余吾向斜、苏村背斜及屯留向斜。其中以西部的坪村向 图图 1-2 综合柱状简图综合柱状简图 本科生毕业设计 第 6 页 斜和东部的苏村背斜构成井田内煤层起伏的基本形态。另外，还有东邓向 斜和墙则背斜。 总之，井田地质构造简单。 1.2.31.2.3 井田水文地质特征井田水文地质特征 1）含水层及其水文地质特征 井田内钻孔揭露的含水层为 10 层，其中中奥陶统峰峰组石灰岩岩溶裂 隙含水层()、二叠系下统山西组 3 号煤顶板砂岩裂隙含水层组()、 基岩风化带裂隙含水层()对建井和开采 3 号煤层有一定影响，第四系孔 隙含水层()对立井施工有较大影响。其它 5 个含水层属弱含水层，对矿 井开采影响甚微。对矿井施工和开采有影响的 5 个含水层自下而上分叙如 下： 1中奥陶统峰峰组 O2f 石灰岩岩溶裂隙含水层() 本含水层埋藏深度为 512.21m799.29m，含水层厚度平均 198.8m，由 灰岩、泥岩等组成。上部 60m 岩溶裂隙不发育，下部有串珠状小溶孔；但 连通性差。结合区域和井田资料分析，井田内奥灰岩溶裂隙含水层富水性 弱，水循环交替滞缓，地下水滞流或迳流不畅，但因受构造影响，局部有 富水的可能。 井田内奥灰延深孔除 701 号孔因发生孔内事故外，其余见明显含水层 的钻孔水位标高均与区域水位标高一致(600m)而未见明显含水层的钻孔 则水位标高差异较大。 2二叠系下统山西组含水层组() 本含水层组为碎屑岩裂隙含水层组，包括 K7()、3 号煤层顶板() 及 K8 砂岩裂隙含水层，厚 4.4734.31m，平均 22.23m，岩性以中、细粒砂 岩为主，该含水层是 3 号煤层直接充水含水层。根据抽水试验及邻矿排水 资料，该含水层富水性弱。 3基岩风化带裂隙含水层() 由于基岩风化程度受构造、岩性、埋藏深度及气侯等条件的影响，其 富水性差异较大，裂隙发育程度也不同，厚度一般为 5070m，沿绛河两岸 可达 150m，由于被第四系覆盖，此含水层局部具承压性，局部地段直接与 第四系含水层发生水力联系或出露地表，受大气降水影响明显。邻近的常 村矿井，井筒施工至本含水层时，涌水量达 278m3/h。 4第四系孔隙含水层() 除井田北部基岩裸露区外广泛分布，由北到南逐渐加厚，最大厚度达 139.48m，平均 44.53m，由粘土、砂质粘土及粗粉砂及砂砾组成。富水性 本科生毕业设计 第 7 页 由砂、砾层发育程度而定，井田内水位动态变化受大气降水影响明显。 2）井田内主要隔水层 1石炭系上统太原组底部及中统本溪组隔水层 由泥岩、铝质泥岩、铁质泥岩及局部夹砂岩透镜体组成、透水性差， 厚度为 8.3244.45m，平均 20.76m。不整合于峰峰组灰岩岩溶裂隙含水层 之上，阻隔其与上覆含水层的水力联系。 2二叠系砂岩含水层层间隔水层 主要由泥岩、砂质泥岩组成，单层厚度为 0.5017.22m，透水性差，呈 层状分布于各含水层之间，形成平行复合结构。 3）含水层的补给、迳流、排泄条件 井田内除二叠、三叠系有零星出露外，其余均被第四系覆盖。 第四系含水层主要接受大气降水的补给，其次是与下伏基岩风化带的 相互补给，在河谷中以泉的形式排泄。 基岩风化带含水层，主要接受第四系及大气降水的补给，在井田中南 部第四系覆盖区具有一定承压性，沿绛河两岸可自流。 煤层直接充水含水层为山西组、太原组含水层。井田内均无出露，补 给条件差，且与上覆风化带、第四系含水层，下伏奥陶系中统岩溶裂隙含 水层均有一定厚度的隔水层相隔，含水层组中夹数层隔水层形成平行复合 结构，若无构造沟通或未遭受破坏，则各含水层相对独立，水力联系微弱。 地下水运动主要以层间迳流为主，在断层或陷落柱附近，可能会与其它含 水层发生水力联系。 4） 矿井涌水量 （1）计算范围为初期采区，开采煤层为 3 号煤层北至 7 勘探线，南至 12 勘探线，东为井田边界，西以经线 38395000 为界，面积约 2.6107m2。 经计算 3 号煤层直接充水含水层涌水量为 7944.99m3/d。 （2）上、下石盒子组直接充水含水层涌水量 其中含水层厚度(M)采用 4.00m；静止水位采用+892.34m;疏干标高采用 +550m(含水层底板)；渗透系数(K)采用 0.19m/d；水位高度(H)及降深(S)均 为静止水位至疏干标高的距离(342.34m)。 采用地下水动力学法，经计算，3 号煤层上、下石盒子组直接充水含水 层预计涌水量为 4201.94m3/d。矿井涌水量为上述二者之和即 12145.93m3/d 或 506.08m3/h。 采用井田东部王庄矿资料进行比拟，即用该矿 1987 年最大排水量和开 采面积资料。 本科生毕业设计 第 8 页 计算结果 Q=12802.86m3/d 即 533.45m3/h。 （3）计算结果采用 正常涌水量采用水文地质比拟法结果，取 533m3/h，最大涌水量按 800m3/h 考虑。 1.2.41.2.4 地温地温 井田内恒温带深度约为 40m，温度为 9.5，略高于该地区常年平均气 温 (8.9)，本井田平均地温梯度为 1.8/100m，属地温正常区。 1.3 煤层特征 1.3.11.3.1 煤层埋藏条件煤层埋藏条件 井田走向长 13km，倾斜宽 7km，面积 91km2。地层走向近南北，倾向西 且略有起伏；倾角 315o。 1.3.21.3.2 煤层群特征煤层群特征及煤层的围岩性质及煤层的围岩性质 自上而下的煤层特征为： 3 号煤层位于二叠系山西组下部，为上煤组，厚 5.007.25m。一般 5.99m，煤层稳定，顶板一般为泥岩，粉砂质泥岩，底板为黑色泥岩、粉砂 岩，老底为中细粒砂岩。夹矸 03 层，一般 1 层，厚 0.27m，属结构简单 至较简单煤层。 9 号煤层位于石炭二叠系太原组中部 K3 石灰岩之上，下距 12 号煤层 7.6235.68m，平均 13.38m。煤层厚度 02.07mm，平均 0.52m，底板皆为泥 岩。为不稳定型局部可采煤层。 12 号煤层位于石炭系太原组二段中部 K3 石灰岩之上，下距 15-2 号煤 层 24.8045.12m，平均 29.9m。煤层厚度为 01.95m，平均 0.71m，仅在井 田中部可采。顶板为泥灰岩。属不稳定型局部可采煤层。 15-2 号煤层位于太原组一段下部，下距 15-3 号煤层 0.805.50m，平 均 2.62m，煤层仅在井田东北、东南局部可采。顶底板皆为泥岩层,属不稳 定型局部可采煤层。 15-3 号煤层位于太原组一段下部，煤层厚度 02.95m，平均 1.18m，井 田内分南、北两片可采，顶板为泥岩、粉砂质泥岩，底板为泥岩、炭质泥 岩。该煤层属不稳定型局部可采煤层。 9、12、15-2、15-3 号煤层为下组煤，因其硫分较高，俗称臭煤。 煤层特征见表 1-1。 本科生毕业设计 第 9 页 表 1-1 可采煤层煤层地质特征 本科生毕业设计 第 10 页 顶底板岩 性 地 层 煤 层 编 号 煤层厚 度 m 最小 最大 一般 煤层结 构 层间距 m 最小最大 平均 煤层稳 定程度 顶 板 底 板 可采情 况 煤 的 容 重 (t/ m3 ) 二 叠 系 山 西 组 P 1s 3 5.007. 25 5.99 简单， 含夹矸 13 层 稳定 泥 岩、 粉 砂 岩 泥 岩、 粉 砂 岩 全井田 可采 1.3 9 50.4873.12 61.83 9 02.07 0.85 简单， 含夹矸 02 层 不稳定 泥 岩 泥 岩 局部可 采 1.4 9 7.6235.68 13.38 12 01.95 0.71 简单不稳定 石 灰 岩 泥 岩 局部可 采 1.4 5 24.8045.12 29.9 15- 2 02.00 0.71 复杂不稳定 泥 岩 泥 岩 或 粉 砂 质 泥 岩 局部可 采 1.5 1 石 炭 系 太 原 组 C 3t 15- 3 02.95 1.18 复杂， 含夹矸 13 层 0.805.50 2.62 较稳定 泥 岩、 粉 砂 质 泥 岩 泥 岩 或 粉 砂 质 泥 岩 局部可 采 1.5 0 1.3.31.3.3 煤的特征煤的特征 (1)煤质概况 3 号煤层主要为中灰、特低硫、低磷、高发热量、高熔点灰份贫煤，仅 本科生毕业设计 第 11 页 在矿井西部边界部分为无烟煤。 9 号煤层为富高灰、高硫、特低磷、高熔点灰份贫煤。 12 号煤层为富灰、高硫、特低磷、高熔点灰份无烟煤及部分贫煤。 15-2 号煤层为富灰、高硫、特低磷、高熔点灰份无烟煤。 15-3 号煤层为富高灰、高硫、低磷、高熔点灰份无烟煤。 以上 9、12、15-2、15-3 煤层均属中等发热量。是优良的动力用煤及 化工用煤。主采煤层 3 号煤距 9、12、15-3 号煤较远，其上覆煤层 1、2 号 煤厚度仅为 0.29m 和 0.26m，分布极不稳定。 (2)相对瓦斯涌出量 根据屯留井田勘探(精查)地质报告有关瓦斯含量资料和 3 号煤层 甲烷含量等值线图，采用抚顺煤科分院的科研成果“分源计算法预测矿井 瓦斯涌出量”的计算方法，经计算屯留矿井的相对瓦斯涌出量为 12m3/t(但 在矿井的初期开采区域，矿井的相对瓦斯涌出量为 9.28m3/t)。所以，屯留 矿井属高瓦斯矿井。 （3）煤尘 各煤层火焰长度在 315mm 之间，扑灭火焰的岩粉量为 550%。各煤层 煤尘均有爆炸危险性。 （4）煤的自燃 3、9 号煤层属不自燃煤层，15-2 号煤层属易自燃煤层，15-3 号煤层属 不易自燃至易自燃煤层。 2 井田开拓 2.1 井田境界及可采储量 本科生毕业设计 第 12 页 2.1.12.1.1 井田境界井田境界 屯留矿井井田境界为：北以文王山南断层为界，南以西魏正断层西端 点与坐标点（X=4015350，Y=38392000）连线为界；西以经线 38392000 为 界，东以经线 38402000 为界。井田走向长 13km，倾斜宽 7km，面积 91km2。 图 2-1 井田境界示意图 2.1.22.1.2 可采储量可采储量 1）矿井工业储量 井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量是由煤 层面积、容重及厚度相乘所得，其公式一般为： ZgS M R cos 式中：Zg矿井的工业储量； S 井田的倾斜面积，91km2； M 煤层的厚度，6m； R 煤的容重，1.40t/m ； 3 煤层倾角，7。 则：Zg9161.40cos7 F1 300 350 400 400 350 400 400 450 350 350 400 450 500 350 450 500 550 450 450 450 450 450 450 400 350 300 400 350 200 100 150 200 250 300 350 400 400 350 350 250 200 150 300 300 350 400 450 400 450 500 500 450 400 350 300 450 500 550 550 500 400 250 300 350 400 450 400 350 300 400 400 450 +400m +400m +400m 2 1 +400m 500 4028000 4030000 4032000 4020000 4022000 4024000 38398000 38400000 38396000 4030000 4032000 38392000 4020000 4022000 4024000 4026000 4028000 4030000 本科生毕业设计 第 13 页 758.7Mt 2）矿井可采储量 矿井可采储量（矿井工业储量-永久煤柱损失）矿井回收率。 计算矿井可采储量时，必须要考虑以下损失： （1）工业广场保护煤柱； （2）井田境界煤柱损失； （3）采煤方法所产生的煤柱损失； （4）其他损失。 本井田中永久煤柱损失主要有：工业广场保护煤柱、井田境界煤柱损 失等。 表 2-1 煤柱留设方法 名 称留 设 方 法 工业广场 根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程第 72 条： 工业广场维护带宽度为 15m 井田边界边界煤柱 20m 大 巷大巷煤柱每侧 45m (1)边界煤柱可按下列公式计算 ZgL b M R (公式 2.2) 其中：Zg边界煤柱损失量； L边界长度 b边界宽度 M煤层厚度；6m R煤的容重；1.40t/m 3 ZgL b M R=（13+7）22061.4 =6.72Mt (2)工业广场煤柱留设 根据煤炭工业设计规范 ，工业场地占地指标如下表。 本科生毕业设计 第 14 页 表 2-2 工业场地占地指标 井 型 大 型 井 公顷/10 万 t 中 型 井 公顷/10 万 t 小 型 井 公顷/10 万 t 占地指标0.801.101.301.802.002.50 注：占地指标中包括围墙内铁路站线的占地面积； 井型小的取大值，井型大的取小值； 在山区，占地指标可适当增加； 附近矿井有选煤厂时，增加的数值为同类矿井占地面积的 3040%； 占地指标单位中的 10 万 t 指矿井的年产量。 本设计取 1 公顷/10 万 t，本矿井设计井型为 500 万 t/a。故本矿井工 业场地的面积为 50 公顷，由于长方形便于布置地面建筑，所以初步设定工 业广场为长方形，即长方形长边为 840m，短边为 600m。 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 =45。基岩的走向移动角为 =73，基岩的上山移动角 为 =73，基岩的下山移动角为 =73，地表维护带宽度取 15m，采用 垂直剖面法计算工业广场保护煤柱的面积。如图 2-2。 本科生毕业设计 第 15 页 图 2-2 工业广场保护煤柱计算示意图 由图可得，工业广场保护煤柱为： Q 场 =S 6.01.40=4932306.01.40 =4.14Mt (3)风井保护煤柱： 本设计中达产时风井为 3 个，西风井设在工业广场中；而北一采区风 井保护煤柱位于井田范围村镇之中，压煤计入村庄保护煤柱，故不予计算 保护煤柱损失储量。 (4)村庄保护煤柱 计算方法与工业广场保护煤柱计算方法相同。 本科生毕业设计 第 16 页 表 2-3 可采储量计算表 煤 柱 损 失(Mt) 煤 层 工业储 量(Mt) 回采 率 村庄 井田 境界 大巷 及采 区上 下山 工业 广场 合计 可采储 量(Mt) 3758.70.7519.206.7250.434.1480.49508.66 可采储量由下式计算： CPZZ gk )( (758.7-80.49)0.75 508.66Mt 式中： k Z 矿井可采储量，Mt； g Z 矿井工业储量，Mt，由表 2-3 可查得； P保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等 留置的永久煤柱损失量，Mt； C采区采出率，厚煤层不小于 0.75；中厚煤层不小于 0.8； 薄煤层小于 0.85；地方小煤矿不小于 0.7。 2.1.32.1.3 矿井设计生产能力及服务年限矿井设计生产能力及服务年限 1).矿井工作制度 （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 300 天计算。所以，本矿井设计年工作日数为 300 天。 （2）矿井工作制度的确定 矿井工作制度采用“三八”工作制，即二班采煤，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。 2）矿井设计生产能力 针对屯留井田地质情况对矿井生产能力的影响，确定矿井设计生产能 力为 5.00Mt/a，主要理由有以下几方面： （1）井田储量丰富，其储量具备建设特大型矿井的物质条件。 本科生毕业设计 第 17 页 （2）井田内地质构造简单；煤层赋存条件及开采技术条件好。主要可 采的 3 号煤层为厚煤层且位于其它局部可采的薄煤层之上，全区稳定，结 构简单，倾角平缓，适宜综合机械化开采，工作面单产能力较大。 （3）集团公司在长期的生产实践中积累了丰富的生产、管理经验，为 全国第一个现代化矿务局，效率高，管理水平好，有建设和管理特大型矿 井的能力。 （4）井田内煤层赋存较深，井筒深度 500m 以上，表土及基岩风化带较 深（6098m） ，适当增大矿井生产能力，集中生产，减少井筒数目和井上、 下工程量，有利于降低投资，提高经济效益。 （5）地质勘探确定该井田地质构造复杂程度为构造简单类。初期采区 内虽然零星断层，但断裂方向单一，且呈窄条带状集中分布，因此，对于 工作面布置及回采并无太大影响。 （6）屯留矿井煤炭具有良好的市场前景。目前，我国煤炭出口大幅增 长；国内煤炭市场出现好转，供需两旺，价格上涨明显。 3）矿井服务年限 根据矿井开拓部署，设计仅考虑 3 号煤层的开采 矿井服务年限按下式计算： /()KTZA K 508.66(51.4) 73 式中：T矿井服务年限，a Zk矿井可采储量，Mt A矿井生产能力，Mta K储量备用系数，取 1.4. 表 2-4 矿井及第一开采水平设计服务年限 第一开采水平设计服务年限()a矿井设计生产能力( )aMt / 矿井设计服务年限( )a25254545 3.0 及以上60703035 1.22.45060253020251520 0.450.94050202515201015 经过矿井服务年限的核算，符合煤炭工业矿井设计规范之规定， 因此最终确定矿井的生产能力为 500 万 t/a。 2.2 井田开拓 2.2.12.2.1 井田开拓的基本问题井田开拓的基本问题 本科生毕业设计 第 18 页 1）对井下开采有影响的地质因素 （1）本井田内地质属构造简单类型，背斜、向斜间隔重复出现，构成 煤层起伏形态等会对井下开采略有影响。 （2）矿井为高瓦斯矿井，瓦斯不易抽放，对综采工作面生产能力将有 一定影响。 （3）煤层赋存较深，开采深度一般为 560m 左右，地压的增大也会对开 采有些影响。 （4）在井田范围内 3 号煤层发育良好，煤层厚度为 5.007.25m，平均 可采厚度为 6m，煤层赋存稳定给综采工作面高产创造较好的物质条件。 2）井筒形式及数目的确定 (1)一般情况下，井筒的形式有立井、斜井和平峒三种。 平峒适用于地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地区， 且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分的储量大致能满足同类井型水 平服务年限要求。 斜井适用于井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质情况简单， 井筒不需要特殊法施工的近水平和缓斜煤层。 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。 综合井田的实际情况：表土层较薄，无风化现象；地形属黄土高原丘 陵地貌，地面标高都在+1000m 以上，煤层埋藏较深。因此，综合以上因素 并结合该矿的实际情况，确定井筒的形式为立井开拓。 (2)根据确定的矿井开拓方式，考虑到地面生产系统和总平面布置的需 要，矿井达产时共布置主、副立井、阎庄进风立井及 2 个回风立井，一期 建设矿井工业场地和主、副立井及西回风立井，二期建设矿井阎庄（北一 采区）进、回风立井。共计 5 个井筒。 3）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。 选择井筒位置时要考虑以下主要原则： 本科生毕业设计 第 19 页 (1)有利于井下合理开采 井筒沿井田走向的有利位置 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。 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)尽量不压煤或少压煤 确定井筒位置，要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱，做到不压 煤或少压煤。为了保证矿井投产后的可靠性，在确定井筒位置时，要使地 面工业场地尽量不压首采区煤层。 (4)有利于掘进与维护 为使井筒的开掘和使用安全可靠，减少其掘进的困难及便于维护，应 使井筒通过的岩层及表土层具有较好的水文、围岩和地质条件。 为加快掘进的速度，减少掘进费用，井筒应尽可能不通过或少通过流 沙层、较厚的冲积层及较大的含水层。 为便于井筒的掘进和维护，井筒不应设在受地质破坏比较剧烈的地带 及受采动影响的地区。 井筒位置还应使井底车场有较好的围岩条件，便于大容积硐室的掘进 和维护。 (5)便于布置地面工业场地 井口附近要布置主、副生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便 于地面系统之间互相联接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地 面平坦，高差不能太大，专用线短，工程量小及有良好的技术条件，应尽 量避免穿过村镇居民区、文物古迹保护区、陷落区或采空冒落区、洪水侵 入区；要尽量少占农田、果园经济作物区，尽量避免桥涵工程，尤其是大 型桥涵隧道工程。为考虑长期运输的行车安全和管理，要尽量避免与公路 本科生毕业设计 第 20 页 或其他农用道路相交，力求使接轨点位于编组站配线一侧。 另外，井口标高应高于历年的最高洪水位；还要考虑风向的影响，防 止污染。总之，选择井筒位置要统筹井田全局，兼顾前期和后期、地下与 地面等各方面因素。不仅要考虑有利于第一水平，还应兼顾其他水平，适 当考虑井筒延伸的影响。 通过以上分析，考虑到井田的实际情况：井田内为黄土覆盖，北部地 形为高原丘陵，中部、南部地形平缓，基本上是低丘平原，井口位置较易 选择，且可选择在井田的储量中心。 4)工业场地位置、形式 (1)布置要求 井田两翼储量基本平衡； 工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山低洼 和采空区，不受崖崩滑坡和洪水威胁； 工业广场宜少占耕地，少压煤； 水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。 (2)工业场地位置 结合以上要求，根据井筒位置，工业场地的布置：矿井工业场地选择 在西场地，在西场地布置 3 个立井井筒，即主立井、副立井和西回风立井， 二期建设时东场地布置一对阎庄（北一采区）进回风立井。 5) 开采水平的确定 井田内 3 号煤层赋存总趋势是东高西低，煤层较为平缓，井田内以宽 缓的褶曲构造为主，在走向和倾斜方向起伏不大，井田近 3/4 的范围 3 号 煤层底板标高高差在 200m 左右。根据煤层的赋存特点，煤层大部分范围均 在+400m 水平上下，虽然在井筒附近由于受褶曲构造的影响煤层隆起，但南 北两翼均落在+400m 左右，为保证大巷处在合理的位置，经比较确定全井田 划分为一个水平，水平标高为+400m。 6) 运输大巷和井底车场的布置 (1)运输大巷的布置 根据 3 号煤层的赋存特点、煤层顶底板的岩性及煤层硬度，结合井下 主、辅运输方式，确定井下大巷除轨道大巷布置在 3 号煤层底板岩石中外， 其余巷道沿 3 号煤层布置。在井底车场以内，井底车场主要巷道均布置在 3 号煤层底板岩石中。一期开采区域根据通风需要布置 5 条巷道，其中 1 条 为胶带输送机大巷，1 条为轨道运输大巷，1 条为进风大巷，2 条为回风大 巷，胶带输送机大巷及轨道运输大巷兼进风。二期矿建由于采用分区通风， 本科生毕业设计 第 21 页 通往各采区的大巷只需要 2 条，1 条为胶带输送机大巷，1 条为轨道运输大 巷。 (2)井底车场的布置 由于井底车场要为整个 3 号煤层服务，服务年限长，故要布置在较坚 硬的岩层中。且与大巷要相符，即布置在 3 号煤层底板下方。 7）采区划分及开采顺序 （1）采区划分 根据矿井开拓方式、水平划分及大巷的布置方式，3 号煤层赋存条件和 开采技术条件、采煤方法、井下主、辅运输方式、村庄煤柱及断层的分布 情况等因素，本着合理开发、简化开拓系统，减少井巷工程量，有利于矿 井通风和回采，保证矿井生产采区正常接替等原则，将全井田共划分为 6 个采区，北翼 2 个采区，南翼 4 个采区；双翼开采。矿井后期除南二采区 外，各采区均布置一对进、回风立井，以满足井下分区通风的需要。采区 划分见井田开拓方式平面图。 （2）开采顺序 采区接替原则：尽量保持矿井南、北两翼采区开采的平衡；根据与井 筒的位置关系由近及远接替。 采区内开采顺序：从大巷附近由近而远向井田东、西境界接替。 8) 矿井开拓延伸方案及深部开拓布置方案 二期矿建由于采用分区通风，通往各采区的大巷只需要 2 条，1 条为胶 带输送机大巷，1 条为轨道运输大巷，故后期开拓时，需要制定详细的措施。 9) 开拓方式方案比较 对本矿井开拓方式而言，由于煤层埋藏较深，副井为满足提升能力的 需要应采用立井外，主井却有布置立井和斜井两种可能性，设计根据已确 定的地面东、西场地位置，结合井下巷道开拓部署和采区布置等条件，对 本矿井的开拓方式提出三个方案： (1)方案一：西场地主、副立井方案 矿井工业场地选择在西场地，东场地仅作为风井场地；在西场地布置 3 个立井井筒，即主立井、副立井和西回风立井，东场地布置一对阎庄进回 风立井；井底车场和水平大巷布置在+400m 水平；矿井铁路专用线修至西场 地。 (2)方案二：东场地主斜井、西场地副立井方案 主工业场地选择在东场地，辅助工业场地选择在西场地；在主工业场 本科生毕业设计 第 22 页 地布置 1 个主斜井、一个东进风立井、一个东回风立井，并布置选煤厂等 地面煤炭生产系统；主斜井以倾角 16、长度 1643m（铺设一条 2.0m 宽的 胶带输送机）见煤后，沿煤层布置大巷、铺设 1 条 1.4m 宽、长度 1200m 的 胶带输送机至副立井井底担负煤炭提升运输，在辅助场地布置副立井和西 回风立井；井底车场和水平大巷布置在+400m 水平；铁路专用线修至东场地。 (3)方案三：西场地主斜井、副立井方案 矿井工业场地选择在西场地，东场地仅作为风井场地；在主工业场地 布置 1 个主斜井、1 个副立井、1 个西回风立井，并布置选煤厂等地面煤炭 生产系统，主斜井以倾角 16、斜长 1846m（铺设一条 2.0m 宽的胶带输送 机）在 1103 号钻孔东侧见煤后设置井底煤仓，担负煤炭提升运输，在东场 地布置一个东进风立井和一个东回风立井；井底车场和水平大巷布置在 +400m 水平；铁路专用线修至西场地。 根据上述三个方案的开拓布置，其优缺点分析如下： (1)方案一：西场地主、副立井方案 优点： 西场地不需要再购地； 立井井筒通过表土段、基岩风氧化带段及表土段中 0.9m 砂层和含水层 时施工方法相对简单； 工业场地集中，便于管理； 井筒靠近储量中心。 缺点： 地面多修建 2.8km 铁路专用线； 地面多修建一座后河铁路大桥。 (2)方案二：东场地主斜井、西场地副立井方案。 优点： 铁路专用线短 2.8km； 不需要建设后河铁路大桥； 主运输可实现连续运输，运输能力大，自动化程度高； 采用斜井开拓，矿井发生事故时，人员撤离方便，各种管线铺设方 便。 缺点： 辅助材料和大型设备需汽车从东场地运至西场地； 东场地需增加购地，其西边为西洼河，增加购地比较困难，且西场 本科生毕业设计 第 23 页 地已经完成购地，造成西场地部分已购地面积浪费； 两个场地分散布置，不便于管理； 主斜井通过表土段 0.9m 砂层（斜长 3.3m）和含水层时施工相对复杂， 凿井措施费用高； 初期采区村庄压煤较多，正规工作面少，工作面倒替频繁，采区接 替相对紧张。 (3)方案三：西场地主斜井、副立井方案 优点： 胶带输送机转载环节少，可实现煤炭连续运输；自动化程度高，运 输能力大； 西场地不需要再购地； 主井井底靠近储量中心； 达产时工作面位置村庄压煤相对较少，有利于工作面接替和矿井产 量的稳定； 采用斜井开拓，矿井发生事故时，人员撤离方便，各种管线易于铺 设。 缺点： 地面多建 2.8km 铁路专用线； 地面多建一座后河铁路大桥； 主斜井通过表土层施工相对复杂，凿井措施费用高。 通过上述三个方案的优缺点分析可以看出，方案二和方案三主井采用 斜井比方案一主井采用立井具有以下优点： 采用胶带输送机提煤，可实现连续运输，增产潜力大； 斜井可实现井下多点来煤； 井下发生事故时，撤离人员快； 斜井胶带输送机维护较立井箕斗容易。 但是，也存在严重的不足： (1)斜井要穿过 8090m 表土层和基岩风氧化带，斜长 290330m，根 据潞矿集团其它矿井井筒通过表土层风氧化带和含水层的经验，立井施工 较斜井施工相对容易，且立井施工技术成熟； (2)方案二主斜井长度 1643m，带宽 2.0m，带速 5m/s，带强 5500N/mm，功率 6720kw，需三个滚筒六驱动；方案三主斜井长度 1846m， 带宽 2.0m，带速 5m/s，带强 6000N/mm，功率 7200kw，需三个滚筒六驱动； 所需用的胶带输送机带速高，功率大，带强等级高，国内尚无此设备，设 本科生毕业设计 第 24 页 备需要从国外进口。 根据上述三个方案的开拓布置，通过其技术分析和经济比较可知，方 案一采用主立井的开拓方式，井筒施工容易，均采用成熟设备。因此本设 计推荐西场地主、副立井开拓的第一方案。 各开拓方案投资比较见表 25 。 本科生毕业设计 第 25 页 表 2-5 方案一方案二方案三 序 号 项目 工程量 投资 （万元） 工程量 投资 （万元） 工程量 投资 （万元） 一期 3493.49 3264.12 5111.02 二期 327.4 1612.8 2098.3 一 井巷工 程量 合计 3820.89 4876.92 7209.32 1 主立井 558.61587.8 2 主斜井 1643m(其 中表土 327)16 煤层 1200m 05 2620.87 1846m( 其中表 土 327) 16s=1 7 1613.47 3 一 期 小计 1587.8 2620.87 1613.47 4 阎庄进 回风立 井； 513m 7.2 1285.4 513m 7.2 1285.4 5 井 筒 二 期 小计 0 1285.4 1285.4 6 装载硐 室 4000m3385.28 7 井底清 理巷道 200m99.64100m49.8120 m59.8 8 胶带机 头机尾 硐室 2500m3240.752500m3240.75 9 检修联 络巷道 170m84.69 10 井 底 车 场 一 期 小计 569.61 290.55 300.55 11 南翼轨 道大巷 710m716.51780m1796.4 12 南翼胶 带大巷 680m185.5 13 南翼进 风大巷 700m205.71200352.71780523.1 14 南翼回 风大巷 3802228.38 21460 m 87