安全工程毕业设计（论文）-杨庄矿120万吨新井设计（含全套CAD图纸）

中国矿业大学毕业设计说明书 页第 1 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 全套设计，联系全套设计，联系 153893706 1.1 矿区概述矿区概述 1.1.1 地理位置及交通条件地理位置及交通条件 杨庄矿位于淮北市南约 8km 处，井田范围：东经 1164656116 51512，北纬 33533233356429。井口位置：东经 116489，北纬 335428。井田处在闸河煤田最南端，东、南、西部均以露头为界，东西 最长 9km，南北最宽约 5.5km，面积约 33km2。井田内有宿淮公路和一条铁 路专用线穿过，并有雷河，西流河，濉河流经，其历史最高洪水位：雷河 +32.68、西流河+32.60、濉河+32.40。 杨庄矿交通便利，矿区铁路专用线在青龙山站与符夹线、濉阜线接轨， 可北通徐州，南至符离集，西达阜阳、亳州，与陇海、京沪、京九铁路干 线联网。淮宿、淮徐公路以及徐合、连霍高速公路等可通全国各地。 杨庄矿交通位置示意图见图 11。 1.1.2 地形、地貌地形、地貌 杨庄井田地面地势平坦，海拔标高+29.2+31.7m，地面主要为农田、 村庄等，呈东北高西南低的趋势。区内流经的地表水系自东向西分别有闸 河、岱河、雷河、西流河、濉河等。区外东西两侧皆为寒武、奥陶纪石灰 岩所构成的东北、西南走向的小山区。东有烈山、青龙山、凤凰山、大鼓 山，北部有相山等。 1.1.3 河流及水体河流及水体 矿区内地势平坦。流经该井田的河流皆南北走向，西部有岱河，东部 有龙河，闸河，南部有龙岱河，均注入濉河，属淮河水系。其中以闸河为 最长，全长 70 公里，纵贯全矿区，闸河煤田因之得名。龙河全长 60 公里， 发源于萧县城东龙山南麓；岱河流向南东，发源于萧县岱山湖。两河流于 本井田东南边缘双庄处汇合。两河流河床下切不深，侵蚀基准面于地表仅 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 差 23 米；但侧蚀作用显著，河面宽约 50150 米；河谷标高为+27.00 米 左右。所有河水流量均受季节控制，河道宽缓平浅，无航运价值。雨季矿 区低洼地区积水严重，积水深度一般为 0.41.0 米。涝期最长可达一个月 左右。 图 1-1 杨庄煤矿交通位置图 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 1.1.4、矿区气候条件、矿区气候条件 矿区地处淮北平原中部，属季风暖温带，半湿润气候。 4、1 气温 冬季寒冷干燥多风，夏季炎热多雨，春秋两季温和，年平均气温 14.5。一年之中 78 月天气最热，最高温度一般为 3539，极端最高气 温 41.1，出现在 1972 年 6 月 11 日；12 月至第二年 2 月最冷，最低温度 一般为零下 1215，极端最低气温零下 23，出现在 1955 年 1 月 7 日。 气压以 12 月最高，为 780 毫米汞柱。 4、2 日照 年平均日照数 2325.7 小时，年承受的太阳辐射总量为 124.5 千卡/平方 厘米。其中 68 月日照时数最多，12 月最少。年平均蒸发量 1300900 毫米。 年平均无霜期 203 天。 4、3 降水 年平均降水量 862.29 毫米，降雨多集中在 68 月份的雨季，平均降水 量 438 毫米，占年总降水量的 50.8%；平均降雨天数 37 天，占年总降雨天 数的 39.7%，最长雨季达 84 天。年平均于 12 月 12 日出现初雪，次年 3 月 2 日出现终雪，初终雪日数为 80 天。最大积雪深度 350 毫米。土壤冻结一 般出现在 12 月至次年 2 月 14 日，冻土厚度一般在 100150 毫米，最大厚 度可达 300 毫米。由于受雨季影响，降雨量呈两个特点：一是年际变化大； 二是分配不均。夏季易暴雨成灾，冬季又易干旱。自 1966 年以来，偏旱年 份较之雨涝年份有增加的趋势。 4、4 风向 春夏雨季以东南、东风为主，冬季多北风。年平均风速为 3.1 米/秒。 其中月平均最大风速达 3.7 米/秒，9 月平均风速最小，为 2.4 米/秒。春末夏 初常有干热风，最大风速为 20 米/秒。夏季时有暴风，最大风力 9 级。冬季 风可达 6 级。 1.1.5、地震、地震 淮北矿区位于苏鲁豫皖交界地区，东有郯庐大断裂，西有阜阳麻城断 裂，北有秦岭纬向构造带，南有宿南断裂（五河利辛断裂） 。 自公元前 179 年以来，在淮北地区这块土地内发生的地震以及邻省波 及 在中强地震 40 余次。1973 年 9 月 22 日 11 时 53 分，在濉溪县临涣发 生了里氏 4.5 级地震，震中居民有强烈震撼，少部分土房有轻度破坏。1983 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 年 11 月 17 日 5 时 9 分，山东荷泽市与东明县交界处（距淮北市相山 200 公里）发生里氏 5.9 级地震，波及到淮北地区。 据全国地震烈度区域报告，淮北矿区大部分在 6 度范围内，东部少数 地区在 7 度范围内。杨庄煤矿地震烈度为 6 度，按 7 度设防。 1.1.6、矿区经济概况、矿区经济概况 本矿地处华东平原，地区经济发达，工农业基础好，对能源需求大， 很有必要建设大中型矿井来满足本地区的需要。 1.1.7、水源及电源、水源及电源 矿井生活用水水源取自处理后的浅层地表水；工业用水取自处理后的 井下排水。 1.21.2 井田地质特征井田地质特征 1.2.11.2.1 井田地形及勘探程度井田地形及勘探程度 杨庄井田位于闸河复式向斜的南端闭合处，以褶曲构造为主，断裂构 造相对不发育。褶曲有洪庄向斜、濉溪向斜、李楼向斜、陆庄背斜等。煤 层走向大致东西，西部转为南北，东部煤层向北倾斜，西部向东倾斜，煤 层倾角 440，大部分为 1012。 本区煤田勘探自 1956 年始，由华东地质局 325 队进行详查，以后又由 原淮北矿务局勘探队进行大量补勘工作，直到矿井投产后的 1977 年，该期 间先后完成和提交一、二、三井田详勘报告 ， 四、五、六井田详勘报 告 ， 二水平延深勘探报告 。 1986 年，原淮北矿务局勘探队在杨庄井田与朱庄井田、李楼井田等重 新调整过的井田边界范围基础上，以满足三水平延深设计为目的，施工 41 个钻孔，总计 21268.12m,的进尺量，于 1990 年提交三水平延深补充勘探 地质报告 。该报告提交以来，即 1990 年至今，井田境内先后又施工 11 个 钻孔，使得全井田历年地面总施工的钻孔达 405 个，总进尺 128990.99m。 1.2.21.2.2 井田煤系地层井田煤系地层 杨庄井田位于闸河复式向斜的南部转折端，所处大地构造位置为华北 淮地台鲁西隆起徐州褶断带的西南侧。区域地层由老至新为远古界的清白 口系、震旦系，古生界的寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，新生界第三 系、第四系。 钻孔接露的本井田地层由老至新为石炭系、二叠系、第四系，其中石 炭系、二叠系为本区含煤地层。 1、中石炭统本溪组（C2b） 假整合于中奥陶统老虎山组灰岩之上，厚约 22m。上部为厚约 4m 的灰 白色隐晶质灰岩（13 灰） ，中下部为厚约 18m 的灰绿、紫红色铁铝质泥岩。 13 灰的顶面为与太原组的分界面。 2、上石炭统太原组（c3t） 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 整合于本溪组之上，厚约 162m。其岩性主要为灰岩与煤、泥岩互层夹 粉砂岩和砂岩，韵律性明显。 该组含灰岩 12 层，编号自上而下为 112 灰。一般厚度为 24m。厚度 在 8m 以上的有第 3、4、5 和 12 灰，12 灰最厚达 13.50m。1、2、3 和 12 灰较为稳定。1 灰平均厚 2m，为本区的主要标志层之一（K1 标志层） 。 该组含薄煤层 11 层（井田内 11 个孔接露） ，个别煤层局部厚达 0.95m，其余均为不稳定、不可采煤层。 1 灰（K1）灰岩层顶面为二叠系的分界面。 3、下二叠统山西组（P11s） 与下伏地层整合接触，平均厚 107m。灰色砂质泥岩和灰色灰白色砂 岩为主，夹泥岩。底部为厚 10m 左右的黑色砂质泥岩与下伏厚约 21m 的黑 色泥岩连续沉积，其底面为与石炭系分界面。其上为细中粒砂岩，泥钙质 胶结，见斜层理；中部以灰深灰色砂质泥岩夹条带砂岩及泥岩，泥岩中常 见杂色团块及菱铁质鲕粒，富含植物化石；上部发育一层灰白色中粗粒含 硕石英砂岩，钙质胶结。 4、下二叠统下石盒子组 与山西组整合接触，平均 241m。泥岩、粉砂岩为主，砂岩次之。底部 有一层厚约 3m 的浅灰灰白色铝质泥岩，致密块状，含菱铁鲕粒，层位稳 定，为良好标志层之一（2 标志层） 。其底面现定为下伏山西组的分界面。 中、上部以灰杂色泥岩为主，局部为灰白色砂岩和少量粉砂岩。 该组含煤 4 层，自上而下依次为 2、3、4、5 煤层。2 煤层局部可采点； 3 煤层一般具有 23 个分层，只有 32 煤层为不稳定的局部可采煤层；4 煤 层局部较稳定，为中厚煤层，浅部多与 5 煤层合并，深部逐渐分开，该煤 层受岩浆侵蚀破坏严重，大部分不可采；5 煤层为较稳定的中厚煤层，仅有 个别不可采点，局部地段亦被岩浆侵蚀，为主要可采煤层之一。 5、二叠统上石盒子组 与下伏地层整合接触，井田内揭露最大厚度为 487m，主要为杂色和青 灰色块状泥岩、粉砂岩和浅灰灰白色细中粗粒砂岩，局部含有菱铁鲕粒。 底部为一层平均厚 19m 的灰白色中粗粒含砾砂岩，较为稳定，是井田煤系 地层标志层之一（K3 标志层） ，其底面为上下石盒子组的分界面。 该组含煤一层，编号为 1 煤层，为不稳定的局部可采薄煤层。 1.2.31.2.3 井田地质构造井田地质构造 杨庄井田位于闸河复式向斜的南端闭合处，以褶曲构造为主，断层为 辅，断裂构造相对不发育。褶曲有洪庄向斜、濉溪向斜、陆庄背斜、李楼 向斜等。 1、褶曲 （1） 、洪庄向斜 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 位于井田西部，向斜轴在 16 线附近，枢纽向西南仰起、圈闭，轴向 N35E，长约 0.8km。向斜东翼倾角 15；西翼倾角 18 （2）濉溪向斜 位于井田西部边界，向斜轴在 10 线附近，枢纽向西南仰起，圈闭，轴 向 N30E，延展长度约 1.5km。两翼不对称，东翼倾角 1518；西翼倾 角 1825 （3）李楼向斜 位于井田西北部，轴向 N15E。井田内延展约 2.5km。西翼地层较陡， 倾角 2530；东翼倾角略缓，1520。 （4）陆庄背斜 位于井田西部，背斜轴在 16 线17 线间，轴向近南北，长约 2.4km。 背斜两翼宽缓，对称，倾角为 58。 2、断层 勘探中揭露的断层，落差大于 10 米的主要有 5 条。如表 1-1。 表 11 杨庄煤矿井田断层一览表 名称落差 （m） 倾角（）走向倾向断层性质 F51 断层51518N325WEW正 F52 断层1545N10E29WNWSW正 F53 断层2050N10E15WNWSW正 F54 断层2565N40E40WNWSW正 F55 断层25507080N40E43WNWSW正 1.2.41.2.4 井田水文地质井田水文地质 1、含含水水层层 （1）第四系孔隙含水组 普遍存在于井田范围内，厚度 4080m，一般 60m，井田两翼厚，中间 薄，含水段为流砂层，其厚度变化较大，一般 611m，大部分呈透镜体状 分布，分叉合并现象普遍，自上而下共四层：一、二分层较稳定，呈连续 分布，厚度较大，而三、四分层不连续，尤其第四层仅个别钻孔见到，上 部具潜力性质，中下部具承压性质，水位埋深 1.53.0m，季节波动较大， 水质类型以碳酸盐为主，硫酸盐次之，矿化度 4g/l，渗透系数 5.197.0m/d，赋水性较强。 （2）上石盒子组孔隙裂隙含水组 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 厚 170210m，区内为隐付型，分布普遍，以砂岩裂隙水为主，基岩风 化带发育有孔隙水，赋水性弱，该组底部中粗粒砂岩稳定，冲洗液消耗量 大，赋水性相对较强，是本组含水段，单位涌水量 0.04080.6831/s.m，渗 透系数 0.0131.933m/d，水质类型 HCO3ClNaCa 型。 （3）下石盒子组 5 煤裂隙含水组 厚 5070m，井田内属埋藏型，以裂隙发育的砂质泥岩、砂岩为含水层， 含水层厚 1.437.1m，平均 14.5m，该含水组裂隙不发育，赋水性较弱，单 位涌水量 0.0008750.0787l/s.m，渗透系数 0.01260.326m/d（见抽水成果表 51） ，呈承压转无压状态，其水位逐年下降，水质类型 HCO3Na 型。 （4）太原组岩溶裂隙含水组 本组自 K1 灰岩下至本溪组，总厚度 171203m，平均 180m，以薄层灰 岩和泥岩互层为主，包括本溪组在内共 1214 层灰岩，大部分地段 13 层， 灰岩累厚 69m，其中三、四、十一、十二灰厚度较大。可将本组分上、中、 下三段，各段相对独立，水力联系不畅，仅在构造或沉积变薄处发生补给 关系，中、下段因距可采煤层较远，故影响不大，未作详细水文地质工作， 仅观测其水位动态。勘探时期资料后期资料：该组单位涌水量 0.973l/s.m， 渗透系数 49.36m/d。 上段含水组平均厚 40m，灰岩厚 25.4 m，含水空间以溶蚀裂隙、蜂窝 状溶洞为主，岩溶发育规律无论横向还是垂向上均表现出不均一性，总体 而言三、四灰高于一、二灰，横向上存在岩溶发育带，造成赋水性极不均 一，表现在灰岩钻孔出水量悬殊较大，水位差别较大，一般井田东南翼高， 向西北降低，水位差近 30m，表明向斜深部岩溶不发育，导水性差，类似 于“隔水墙” ，该含水段水位季节变化大，年变幅 510m，单位涌水量 0.0160.4l/s.m。大部分地区高于 1L/s.m，渗透系数 0.12597m/d，水质类型 HCO3CaMg 为主。 （5）奥灰岩溶裂隙含水组 该层总厚度 500m 以上，含水层段以奥陶系中统的老虎山组为主，含水 空间为溶蚀裂隙，溶洞次之，赋水性差别较大，单位涌水量 0.0017.0l/s.m，水位峰值在 11 月份，区域水位标高+20m，枯水期 56 月 份，水位标高+15m 左右，水质类型 HCO3CaMg 型。 含水层在井田内属埋藏型，东部为裸露型，主要赋水层位为奥陶系中 统下部和下统上部灰岩，正常情况下对矿井无突水威胁，但由于局部构造 发育，导致太灰于奥灰含水层沟通，从而使其成为间接充水水源。在煤系 以外的隐伏区含水量大，是工矿企业和城市供水的主要水源。 2、隔水层 （1）第四系隔水层 该层位于第四系底部，厚约 1525m，平均 20m，岩性为土黄色粘土夹 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 砾石层，具良好隔水性能，能有效隔绝地表水，第四系孔隙水与煤系含水 层之间的水力联系。 （2）太灰中、上段之间隔水层 太灰中、上段之间有一约 40m 的泥岩隔水层，该层对隔绝中、上段间 水力联系起到很大作用，自然条件下中段水位比上段高 1.52.5m，因此中、 下段含水层是矿井突水的间接补给来源。 （3）本溪组隔水层 在太灰与奥灰之间，本溪组底部有一厚约 22m 的铁铝质泥岩，是太灰 与奥灰的良好隔水层。 1.2.51.2.5 井田涌水量井田涌水量 据矿井地质资料，矿井最大涌水量 310m3/t, 正常涌水量 190 图 1-2 地质综合柱状 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 细砂岩 上部以砂岩、粉砂岩为主，夹有泥岩，局部含薄煤 线一层。中部主要为杂色、灰色泥岩，有少量粉砂 岩和砂岩，局部含一到二层煤线。 下部为下石盒子含煤组，含有局部可采3煤层。3煤 层1至3个分层，其下为4煤层和主采5煤层，该煤层 破坏严重，大部分不可采。5煤层底部有一层铝质 泥岩，厚3m左右，为标志层（K2）。 局部地段4、5煤层成分叉合并关系。 上部灰色泥岩，层灰白色中至粗粒石英砂岩，含细 砾。中部以泥岩及砂质泥岩为主，夹有条带状砂岩。 下部主要为砂岩、粉砂岩及条带砂岩，泥岩次之。 顶部为黑色泥岩，厚20m左右，其下为灰岩、泥岩 互层，夹有砂岩，灰岩共12层，一般厚2至4m。最 上一层灰岩厚2m左右，为标志层（K1），其中灰3， 灰4，灰5，灰12较厚，在8m以上， 灰3，本组含煤12层，即A1 B1至B11，为极不稳定， 不可采的薄煤层，常以灰岩为直接顶板。 顶部为灰白色隐晶质灰岩，含泥质及鲕子，其余为 紫红、灰绿至棕色铁铝质泥岩。 蓝灰色灰岩，质纯，少具化石。 地层单位 层 厚 (m) 代 号 组统系界 岩 性 柱 状 岩 性 描 述 备 注 上 古 系 石 炭 系 下 古 生 界 奥 陶 系 中 统 老 虎 山 组 中 统 本 溪 组 上 统 太 原 组 山 西 组 下 石 盒 子 组 下 统 P21 P11 C3 C2 O2 5煤 4.00 1.40 1.79 灰岩 铝质泥岩 岩石名称 标志 34.00 18.00 层及 煤层 标号 2.80 3.60 K2 煤 泥岩2.00 2.95 7.50泥岩 细-中砂岩11.5 4煤煤 3.42 泥岩 4.20 中砂岩 泥岩 泥岩 细砂岩 0.50 20.00 泥岩 细砂岩 0.80泥岩 细砂岩 23.00 铝质泥岩 2.40 6.50 砂质泥岩 细砂岩 4.60 5.00 0.45 2.40 0.79 5.00 0.48 泥岩 煤 泥岩 煤 泥岩 33煤 32煤 煤 31煤 泥岩 粉砂岩 24.0 38.00 4.00 灰岩 生 界 迭 二 泥岩 K1 灰2 B11 灰3 B10 灰4 B9 灰5 灰6 B8 灰7 B7 灰8 灰9 B6 灰10 B4 3 B3 2 3B 1 B 灰11 B2 灰12 B1 A1 煤 煤 煤 煤 煤 煤 煤 煤 煤 煤 煤 煤 煤 1.90 4.10 0.42 6.51 0.15 10.53 0.15 6.30 2.90 0.31 5.59 0.08 2.16 1.65 0.52 3.28 0.26 0.51 1.20 0.51 3.50 0.55 12.00 0.49 0.10 最上一层灰岩厚2m左右，为标志层（K1），其中 20.00 4.50 铝质泥岩 3.00 细砂岩 砂岩 2.85 砂质粘土 4.00 泥岩 0.50 0.39 泥岩 1.30 0.36 1.40 泥岩 煤 泥岩 B5 泥岩 1.70 灰1 3 0.34煤7煤 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 1.31.3 煤层特征煤层特征 1.3.11.3.1 煤层埋藏条件煤层埋藏条件 煤的风化带为基岩顶面向下垂深 16m，氧化带为基岩顶面向下垂深 18m。 1.3.21.3.2 可采煤层特征可采煤层特征 1、含煤性 井田内含煤地层为石炭系太原组、二叠系山西组、下石盒子组和上石 盒子组。其中下石盒子组含主要可采煤层 5 煤层。太原组含煤 11 层，但因 不稳定或不可采而无经济价值。煤系地层总厚 997m，含煤 19 层，平均煤 厚 14.37m,含煤系数为 1.44， 5 煤层，位于下石盒子组下部，为井田内主要可采煤层之一。下距 K2 标志层约 19m，煤厚 0.397.16m，平均 3.6m，分布稳定。该煤层结构较简 单，局部含夹矸，夹矸厚 0.020.60m，多为泥岩或炭质泥岩，煤层顶板 岩性一般为深灰色泥岩或粉砂岩，底板为泥岩。 4 煤层，位于 K2 标志层之上约 29m，与 5 煤层为分叉合并关系。距 5 煤层 016m，平均为 10m。煤厚 0.363.39m，平均厚 1.79m，仅局部可采。 3 煤层，为不稳定煤层，该煤层实际为一个煤组，3 个分层，即 31、32、33。下距 K2 标志层 3060m，平均为 48m。20 线以西 23 个分层 为主，局部有 1 个或 2 个分层；20 线以东 2 个分层为主，局部为 1 个或 3 个分层。3 个分层中以 32分层较为稳定，31分层次之。各分层分述如下： A31分层，煤厚 0.151.17m，见煤点平均厚 0.48m，井田内钻孔穿过 该层位的可采点占见煤点的 13，仅在 2324 线间浅处局部可采，其余为 不稳定不可采的薄煤层。 B32分层，煤厚 0.193.32m，见煤点平均厚 0.79m，井田内钻孔穿过 该层位的可采点占见煤点的 55，分布普遍，局部可采。有岩浆岩侵入， 煤层被吞蚀，多不可采； C33分层，煤厚 0.240.87m，见煤点平均厚 0.45m，仅有零星可采点， 为不稳定不可采薄煤层。 各煤层的基本情况如表 12 表 12 可采煤层基本情况一览表 评价 指标 煤层 编号 煤层厚 度等级 全井田厚度 最小最大 （m） 平均厚 度 （m） 稳定 程度 结构 331薄 煤 0.151.170.48不稳定复杂 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 320.193.320.79 33 层 0.240.870.45 4 薄 煤 层 0.363.391.79不稳定复杂 5 中厚煤 层 0.397.163.6稳定简单 1.3.31.3.3 煤层围岩性质煤层围岩性质 1可可采采煤煤层层顶顶底底板板岩岩性性 （一）3 煤层 1.顶板 （1）直接顶：一般为深灰色，致密块状泥岩，含有大量植物化石，厚 度一般 20m 左右。 （2）老顶：粉砂岩，灰色、块状，泥质胶结。砂岩，灰色、细粒、性 硬，局部破碎夹薄层泥岩，含植物化石。粉砂岩与砂岩互层状。 2.底板 底板为中粒砂岩或粉砂岩。中粒砂岩，灰色、性硬，层面常含有炭质 薄膜，层状构造，厚 010.0m。粉砂岩：深灰色、块状，有时含炭质泥岩， 实际构成 4 煤层老顶，厚 010.0m。 （二）4 煤层 1.顶板 （1）直接顶：灰深灰色，致密块状泥岩，含植物化石，或深灰色、 块状粉砂岩，泥质胶结，厚 2.09.0m。 （2）老顶：灰色块状中粒砂岩，以石英、长石为主，厚 011.0m。 2.底板 一般为深灰色块状泥岩，偶见粉砂岩或厚层状石英砂岩，砂岩中含暗 色矿物较多。 （三）5 煤层 1顶 板 （1）直接顶：一般为深灰色块状泥岩，厚度 4m 左右，岩石的抗压强 度 17.55MPa，普氏硬度系数约为 1.8，属 VIa 级岩石，抗压强度为 2.12 MPa，抗剪强度为 7.75 MPa。 （2）老顶：因 4、5 煤层间距较小，4 煤层受岩浆侵入较严重，岩浆岩 厚度 2.0m 以上，有的甚至达 20 多米，4 煤层实际上已失去开采价值，岩浆 岩已构成 5 煤层顶板的一部分。所以，5 煤层顶板由两部分组成。 a.细粒砂岩：浅灰色，块状，少含菱铁质，硅质胶结，性硬，厚度 00.5m。岩石抗压强度一般为 134.21 Mpa，普氏硬度 f=13.7，属级岩石。 抗拉强度大于 7.06 MPa，抗剪强度 12.45 MPa。 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 b.岩浆岩：闪斜煌斑岩或辉绿岩，抗压强度为 172.55 Mpa，普氏硬度 f=13.7，属级岩石，抗拉强度 7 Mpa。 按原局发缓倾斜煤层工作面顶板分类方案预计，5 煤层为类级 或类级顶板。 2底板 （1）直接底：一般为灰色、块状泥岩，下部含铝质或菱铁质，含植物化石， 厚 115m；偶见灰色、块状、细粒石英砂岩。泥岩抗压强度为 35.74 Mpa， 普氏硬度 f=3.7，抗拉强度为 1.82 MPa，抗剪强度为 3.96 MPa。 （2）老底：灰色、块状细中粒砂岩，浅灰色、块状细粒石英砂岩。 砂抗压强度 124.51 MPa，普氏硬度 f=12.7，属级岩石，抗拉强度 4.02 Mpa。 1 1. .3 3. .4 4、煤煤的的特特征征 以闸河煤田煤质资料分析，井田内煤的变质作用类型为区域变质和接 触变质复合型。早期以区域变质为主，属气煤肥煤阶段，后期以接触变质 为主，属中、高变质阶段。煤种从焦煤、瘦煤、贫煤到无烟煤乃至天然焦， 牌号齐全。煤种的分布与岩浆岩体的厚度分布呈相关关系，具有一定的规 律性。 1.物理性质 本井田煤的物理性质，以受岩浆岩影响程度的不同而分为三类： （1）影响轻微的 稍受影响者，以暗煤为主，黑色块状或鳞片状，一般硬度较大，有一 定韧性。其次为亮煤，具玻璃光泽，块状，内生裂隙发育，脆度大，易碎， 贝壳状断口。易燃，具膨胀性和粘结性，以焦煤和瘦煤为代表。 （2）影响较严重的 侵入岩浆岩体较薄，以岩浆热力作用为主，煤的变质程度增高，主要 为贫煤、无烟煤。煤呈黑色到暗黑色，以暗煤为主，块状构造，局部为条 带状。脆性较小，硬度和比重较大，弱玻璃光泽，节理不发育，参差断口， 燃烧无明显火焰，粘结性较差。 （3）影响严重的 岩浆侵入、穿插于煤层中，除热力作用外，熔蚀、交代同时作用，高 变质为天然焦。煤层原始结构几乎全部消失，呈钢灰色，致密块状，坚硬、 比重大，垂直柱状节理发育，参差状断口。不易燃烧，燃烧时崩解，并发 出噼啪声。 1.化学性质 （1） 3 煤层以瘦煤为主，贫煤次之。灰分以中灰为主，瘦煤： Ad=14.88 23.92，平均 21.38。贫煤：Ad=16.3038.68，平均 24.58。两煤种的平均硫分均为 0.34。挥发份 Vdaf=14.7219.31，平 均 17.02；发热量 Qb.d=28.7028.91MJ/kg。 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 （2）4 煤层因受岩浆侵入影响，以无烟煤为主，天然焦次之。无烟煤 灰分 Ad=14.76 28.86，平均 21.61。硫分 St.d=0.110.68 ，平均 0.33。挥发份 Vdaf=4.3010.56，平均 7.39；发热量 Qb.d=22.3635.19 MJ/kg ，平均 29.25MJ/kg。 （3）5 煤层煤种齐全，井田中西部以瘦煤、焦煤为主，贫煤次之；井 田东部以贫煤为主。平均灰分瘦煤 22.34；焦煤 21.55；贫煤 22.55。 硫分含量较之其他煤层略高，平均硫分瘦煤、焦煤、贫煤为 0.390.44； 无烟煤为 1.23。平均挥发分 Vdaf=14.2721.12；平均发热量 Qb.d=28.8329.30 MJ/kg。 1.3.51.3.5 瓦斯瓦斯 根据以前矿井瓦斯等级鉴定，本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量较小， 具体数据如下： 5 煤层在一、二水平的瓦斯涌出量一般在 0.233.29m3/t，个别达 9.65 m3/t。 1.3.61.3.6 煤的自燃倾向煤的自燃倾向 对井田内 3、4 煤层及主采煤层 5 煤都做过煤的自燃倾向评定，其评定方法 以煤的自燃倾向为依据，见下表 表 1-3 煤的燃点测定表 燃点 孔号 样品厚 （m） 样品止深 （m） 原样 氧化样 还原 样 氧化程 度 （%） 等 级 自燃倾向 4-11.81278.42359359362100 很容易自燃 发火 11-11.48210.2936536136950 自燃发火 11-11.81210.135935437069 很容易自燃 发火 5 煤 层号 11-10.93189.0333832434430 有可能自燃 发火 3、 4 煤 2-41.3390.8336936837275 很容易自燃 发火 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 2.2.煤尘爆炸性煤尘爆炸性 对 3、4、6 煤层均做过煤层爆炸性测定及煤尘爆炸性指数计算，见下表： 表 1-4 煤层爆炸性测定表 评价方法 煤层号孔号 火焰长度 cm混岩量%有无爆炸危险 11-120-5055-65 有 3、4 煤 8-320-5055-65 有 2-430-5070 有 5 煤 11-430-5070 有 表 1-5 煤尘爆炸指数计算表 煤层号孔号爆炸性指数有无爆炸危险 46-125 有 3、4 8-224 有 4621 有 5 煤 12-221 有 从上表可知：各煤层均有爆炸性危险 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 2 2 井田开拓井田开拓 2.1 井田境界和可采储量 2.1.12.1.1 井田境界井田境界 东部边界：以土型煤矿为界； 西部边界：以煤层露头的氧化带下限为界； 南部边界：以煤层露头的氧化带下限为界； 北部边界：北部到朱庄煤矿和李楼煤矿矿界。 1.井田东、南和西部都以露头为界（-40-70m） ；北部（深部）到- 800m 自东向西分别与朱庄矿和李楼矿为邻。 2.井田尺寸 开采上限：3 号煤层有 3 个分层，系薄煤层。4 号煤层局部可采。 下部边界：5 号煤层下有十几层煤线，故 5 号煤层为下部边界。 井田的走向最大长度为 8.16km，最小长度为 7.84km，井田倾斜方向的 最大长度为 5.2km，最小长度为 4.0km，煤层的倾角最大为 41，最小为 5，平均为 10。 井田的水平面积由 autoCAD 工具中查询面积可得：28.8(km2)。 则实际井田面积为： S=28.8/cos12=29.4(km2 ) 2.1.2.可采储量可采储量 一工业储量计算工业储量计算 1.根据杨庄井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算； 2.依据煤炭资源地质勘探规范关于化工、动力用煤的标准：计算 能利用储量的煤层最低可采厚度为 0.8m，原煤灰分不大于 40%。计算暂不 能利用储量的煤层厚度为 0.7-0.8m； 3.依据国务院过函（1998）5 号文关于酸雨控制区及二氧化硫污染控 制区有关问题的批复内容要求：禁止新建煤层含硫份大于 3%的矿井。硫 份大于 3%的煤层储量列入平衡表外的储量； 4.储量计算厚度：夹石厚度不大于 0.05m 时，与煤分层合并计算，复 杂结构煤层的夹石总厚度不超过每分层厚度的 50%时，以各煤分层总厚度作 为储量计算厚度； 5.井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。 6.煤层容重：5 号煤层容重为 1.4t/m3。 每个经纬网方格的面积为 S=500500=250000m2，煤的容重取 1.4 t/m3。矿井工业储量的计算公式如下： Zg = N1SM/cos1+ N2SM/cos2 （2 1） 式中 Zg矿井工业储量，万 t； S 每个经纬网方格的面积，m2； N1第一部分煤层倾角较小部分面积，m2； N2第二部分煤层倾角较大部分面积，m2； M煤层平均厚度； 煤的平均容重，t/m3； 1第一部分煤层平均倾角，； 2第二部分煤层平均倾角，。 经 CAD 查询并计算得知井田面积为 28800000 m2 （即 NS） 。5 煤层 的平均厚度 3.6 米，煤层平均倾角为 10。所以经计算得矿井工业储量为： Zg =288000003.61.4/cos10 =14751.21 万吨 二矿井可采储量二矿井可采储量 1安全煤柱留设原则安全煤柱留设原则 （1）工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对 零星分布的村庄不留设保护煤柱； （2）各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定。用岩层移动角确定工 业场地、村庄煤柱。岩层移动角为 65、75、75，表土层移动 角为 45； （3）维护带宽度：风井场地 20m,村庄 10m,其他 15m； （4）断层煤柱宽度 30m； （5）井田境界煤柱宽度为 20m； （6）露头为 50m； （7）表土平均厚度为 100m； （8）工业场地占地面积，根据煤矿设计规范中若干条文件修改决定 的说明中第十五条，工业场地占地面积指标见表 2-1。 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 表 2-1 工业场地占地面积指标 井型（万 t/a）占地面积指标（公顷占地面积指标（公顷/10 万万 t） 240 及以上1.0 120-1801.2 45-901.5 9-301.8 图 2-1 工业广场保护煤柱 2矿井永久保护煤柱损失量矿井永久保护煤柱损失量 （1） 经 CAD 查询知井田周长为 22222.3 米，井田边界保护煤柱留设 20 米宽，煤厚 3.6 米，煤的容重取 1.4 吨/立方米。则井田边界保护煤柱损 失量为： Q边界22222.3203.61.4/COS10=227.64 万吨。 （2） 断层保护煤柱 由表 1-1 可知，大于 10 米的断层有 4 条，共计长度为 1950 米。 75 45 75 45 368 00 -65 -100 -150 -200 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -550 -600 -650 -700 +31 -65 -100 -150 -200 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -550 -600 -650 -700 +31 75 45 65 45 k l l2 k2 l1 k1 l3 k3 B A b d ca a bd c D C n1 n2 m2 m1 nm 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 断层煤柱留设 30m 宽，则断层保护煤柱损失量为： Q断层19503023.61.458.96 万吨 （3）工业广场保护煤柱 本设计矿井井型为 120 万吨。工业广场按级保护煤柱宽度 15m，工 业广场面积有表 2.2 确定工业广场占地面积为 14.4 公顷，工业广场的形状 为长方形，长 360m,宽 400m。又根据煤炭工业矿井设计规范之规定， 工业广场属二级保护，其围护带宽度为 15m。因此，加上围护带，工业广场 需要保护的尺寸为：长宽=390430=167700m2。煤层倾角 10，可以忽 略不计。 工业广场保护煤柱如图 表 2-2 工业广场煤层赋存情况 煤层标 高 m 煤层倾 角 煤层厚 度 m 表土层 厚度 m 330104.410045756575 由 CAD 查询可知：工业广场保护带为一个近似长方形的梯形，其上底 长 739.7 米，下底长 797.0 米，高 861.9 米。所以此梯形的面积为： S（739.7+797）861.92662240.86 m2 则工业广场及工业广场保护煤柱压煤量为： Q工广662240.863.61.4333.77 万吨 （4）大巷保护煤柱 经 CAD 查询大巷总长度为 16744.2 米。以大巷中心为基点，大巷两侧 的保护煤柱宽度各为 30m，则大巷保护煤柱损失量为：Q大巷16744.2 3023.61.4506.34 万吨 （5）井筒保护煤柱 主、副井井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，故主、副井的井 筒保护煤柱损失量为 0，风井井筒保护煤柱为 20m，则风井井筒保护煤柱布 置在防水煤柱之内，故风井的井筒保护煤柱损失量为 0。 （6）防水煤柱 由于松散层第四系含水层直接覆盖煤系地层上,矿井在浅部开采时,必 须留设合适的防水煤柱,防止矿井突水。 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 导水裂隙带的高度由下式确定： H=100M/（1.6M+3.6）5.6 (2-2) 式中：H-导水裂隙带高度； M-可采煤层厚度之和,m,M=3.6 H=38.705.6 取防水煤柱垂直高度为 45m，其倾斜长度平均为 200m。 则防水煤柱损失量为：Q 防水1647.38 万吨 各种保护煤柱损失量见表。 表 2-3 保护煤柱损失量 煤柱类型储量（万 t） 井田边界保护煤柱227.64 断层保护煤柱58.96 工业广场保护煤柱333.77 大巷保护煤柱506.34 井筒保护煤柱0 防水煤柱1647.38 合计2774.09 3 3矿井可采储量计算矿井可采储量计算 矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算： Zk = （Zg-P）C (2-3) 式中： Zk矿井可采储量，万 t； P保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建 筑物、大断层等留设的永久保护煤柱损失量，万 t； C采区采出率，厚煤层不小于 0.75；中厚煤层不小于 0.8；薄煤层不小于 0.85；地方小煤矿不小于 0.7。 则，矿井设计可采储量： Zk= （14751.21-2774.09）0.75=8982.84 万 t） 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 一矿井工作制度一矿井工作制度 根据煤炭工业矿井设计规范相关规定，确定矿井设计年工作日为 300 天，工作制度采用“三八制” ，每天三班作业，两班生产，一班准备， 即两采一准，每班工作 8 小时。 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 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 增产或改扩建。因此本矿设计每昼夜净提升时间为 14 小时。 二确定矿井设计生产能力二确定矿井设计生产能力 1 1确定依据确定依据 煤炭工业矿井设计规范第 2.2.1 条规定：矿井设计生产能力应根 据资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素， 经多方案比较或系统优化后确定。 矿区规模可依据以下条件确定： 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得太大； 2.开采条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市） ，交 通（铁路、公路、水运） ，用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等。 条件好者，应加大开发强度和矿区规模;否则应缩小规模； 3.国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤中煤质、产量等）的预测是 确定矿区规模的一个重要依据； 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 的应加大矿区规模，反之则缩小规模。 2 2矿井设计生产能力矿井设计生产能力 杨庄井田储量丰富，煤层赋存较稳定，顶底板条件好，断层少，倾角 小，厚度变化不大，开采条件较简单，技术装备先进，煤质为贫煤、瘦煤， 且位于交通运输便利的华东地区，市场需求量大，经济效益好，宜建大型 矿井。 3.3.确定矿井设计生产能力确定矿井设计生产能力 本井田煤层倾角平均一般在 10左右，其中主要 5 煤层有开采价值， 可采范围内 5 煤平均厚度 3.6 米左右，本设计主要对 5 煤进行具体设计。5 煤顶板为泥岩，细砂岩。冒落高度大于煤厚的 1.2 倍。瓦斯含量为 1.8m /t，属低瓦斯。地质构造比较简单，煤层厚度变化不大，适宜综合机 3 械化开采。由于煤层厚度为中厚煤层，拟对 5 煤采用综合机械化一次采全 高进行开采。 表 2-4 我国煤矿矿井井型分类表 井型矿井设计生产能力， （万吨/年） 大型矿井120、150、180、300、400、500 及以上 中型矿井45、60、90 小型矿井9、15、21、30 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 根据本井田煤层赋存情况、井田水文地质情况及我国煤矿矿井井型分 类表，特提出矿井设计生产能力为 90 万吨、120 万吨、150 万吨三个方案， 并对三个方案作比较论证。 最终推荐矿井设计生产能力为 120 万吨/每年。理由如下： 1）本井田主采煤层煤层厚度较厚，5 煤平均在 3.6 米左右，而且地质 水文条件也比较简单。 2）本井田最大走向长度为 7.5km，最大倾斜长度平均 4.1km，依据 煤炭工业设计规范本井田可建设成为大型矿井。 表 2-5 我国各类矿井井田走向长度表 矿井井型小型矿井中型矿井大型矿井 井田走向长度(km)不小于 1.5不小于 4.0不小于 7.0 3、本井田煤层埋藏较深，所施工的井筒较长，因此，满足施工要求及 装备布置需要井筒断面不宜过小，故井筒基建费用增加。 4、移交首采区的煤层条件适宜综合机械化开采，矿井生产能力不宜过 小，应充分发挥综采设备的潜力。 5、在设备相同，工程量相仿的情况下，矿井生产能力越大，生产效率 越高，矿井的综合效益越好，但是受煤层厚度限制，太大的矿井恐不易达 产。 我国目前对煤炭的需求量急剧上升，本矿井煤炭可以方便地运往全国 各地，特别是长三角地区，弥补我国煤炭需求缺口。 确定杨庄矿井设计生产能力为 120 万吨/a。 3 3矿井服务年限矿井服务年限 矿井服务年限必须与井型相适应。 矿井可采储量Zk、设计生产能力A、矿井服务年限T三者之间的关系 为： （2-4） k Z T A k 式中: T矿井服务年限，a； Zk矿井可采储量，万 t； A设计生产能力,万 t； K矿井储量备用系数，取 1.3； 则，矿井服务年限为：T=8982.84/1201.3=58 年 符合煤炭工业矿井设计规范要求。 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 表 2-6 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限 第一水平服务年限（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 45 600 及以上8040 300-5007035 120-24060302520 45-9050252015 9-30各省自定 2.1.42.1.4 井型校核井型校核 按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因 素对井型进行校核：。 1.煤层开采能力 井田内 5 号煤层平均厚度 3.6m，赋存稳定，厚度变化不大。根据现代 化矿井“一矿一井一面， ”的发展模式，可以布置一个综采工作面保产。 2.辅助生产环节的能力校核 矿井设计为大型矿井，开拓方式为双立井多水平开拓，主立井采用箕 斗提煤，副立井采用罐笼提升，运输能力和大型设备的下放可以达到设计 井型的要求。工作面生产的原煤经顺槽胶带输送机到到上下山胶带输送机 进入采区煤仓，然后在大巷装车经矿车运到井底煤仓，再经主立井箕斗提 升至地面，提升能力大，自动化程度高。副井运输采用罐笼提升、下放设 备、物料等，能满足大型设备的下放与提升的要求。大巷辅助运输采用矿 车运输，运输方便灵活，能满足要求。 3.通风安全条件的校核 矿井煤尘无爆炸危险性，瓦斯涌出量不大，属低瓦斯矿井，为保证大 型矿井的安全要求须采取预抽瓦斯措施。矿井采用两翼对角式通风，通风 线路短，阻力小，可以满足通风需要。 4.矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，保证有足够的 服务年限，满足煤炭工业矿井设计规范要求，见上表。 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 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 中国矿业大学毕业设计说明书 页第 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