安全工程毕业设计（论文）-葛泉矿1.5Mta新井通风与安全设计（含全套CAD图纸）

目目 录录 由于上传容量限制，说明书删除部分，全套由于上传容量限制，说明书删除部分，全套 资料资料 CADCAD 图纸等，联系图纸等，联系 153893706153893706 一一 般般 部部 分分 1 矿区概述及井田地质特征 1 1 1.1 矿区概述.1 1.1.1 地理位置.1 1.1.2 地形特点及居民点分布.1 1.1.3 工农业生产和原料及电力供应.1 1.1.4 矿区气候条件.2 1.1.5 矿区水文及工农业供水.2 1.2 井田地质特征.2 1.2.1 井田地质构造.2 1.2.2 水文地质.2 1.2.3 井田地质构造及特征.5 1.2.4 矿井地质构造的发育特点及规律.6 1.3 煤层特征.6 1.3.1 可采煤层特征.6 1.3.2 煤层顶、底板.6 1.3.3 煤的特征.6 2 井田开拓8 2.1 井田境界.8 2.1.1 井田范围.8 2.1.2 井田尺寸.8 2.2 矿井工业储量.8 2.2.1 储量计算基础.8 2.2.2 工业储量计算.9 2.3 矿井可采储量.9 2.3.1 安全煤柱留设原则.9 2.3.2 矿井永久保护煤柱损失量.10 2.3.3 矿井可采储量12 2.4 矿井工作制度.13 2.5 矿井设计生产能力及服务年限.13 2.5.1 确定依据.13 2.5.2 矿井设计生产能力.13 2.5.3 矿井服务年限.13 2.6 井田开拓的基本问题.14 2.6.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标.15 2.6.2 工业场地的位置.20 2.7 矿井基本巷道.20 2.7.1 井筒.20 2.7.2 井底车场.23 2.8 主要开拓巷道.25 2.9 矿井提升.30 3 采煤方法及采区巷道布置.33 3.1 煤层的地质特征.33 3.1.1 煤层与煤质.33 3.1.2 水文地质条件.33 3.1.3 煤尘、瓦斯及自然情况.33 3.2 采区巷道布置及生产系统.34 3.2.1 采区的位置和划分：.34 3.2.2 工作面长度的确定.34 3.2.3 采区准备巷道及硐室.35 3.2.4 采区上中下车场布置.37 3.2.5 煤层的开采顺序和工作面的接替顺序.37 3.2.6 确定采区的运输系统.38 3.3 回采巷道布置.38 3.3.1 采区回采巷道布置.38 3.3.2 回采巷道的支护方式.41 3.4 采煤方法41 3.4.1 采煤工艺.41 3.4.2 采区设计生产能力.43 3.4.3 回采工作面参数.45 3.5 综采面设备选型.46 3.5.1 采煤机和刮板输送机.46 3.5.2 转载机及破碎机选型.48 3.5.3 支架选型.49 3.6 工作面支护.50 3.6.1 断头支护和超前支护.50 3.6.2 超前支护管理.50 4 矿井通风.51 4.1 矿井通风系统的选择.51 4.1.1 矿井通风系统选择的基本原则51 4.1.2 矿井通风系统的基本要求.51 4.1.3 矿井通风方式的选择.52 4.2 采区通风系统.57 4.2.1 采区通风.57 4.2.2 采区通风总要求.57 4.2.3 采区进风上山和回风上山的选择.57 4.2.4 采区通风系统.58 4.3 回采工作面通风方式.58 4.3.1 回采工作面通风系统.58 4.3.2 回采工作面上下行通风.59 4.3.3 通风构筑物.59 4.3.4 采区通风系统的合理性评价.60 4.4 掘进通风.60 4.4.1 掘进方法的确定.61 4.4.2 掘进工作面通风方式.61 4.4.3 掘进通风设备选型.63 4.4.4 掘进通风技术管理和安全措施.68 4.5 矿井所需风量.68 4.5.1 工作面所需风量的计算.69 4.5.2 备用面需风量的计算.71 4.5.3 掘进工作面需风量.71 4.5.4 硐室需风量.72 4.5.5 其它巷道所需风量.72 4.5.6 矿井总风量.73 4.5.7 风速验算.75 4.5.8 通风构筑物.76 4.6 全矿通风阻力的计算.76 4.6.1 计算原则.76 4.6.2 通风容易时期和困难时期的确定.77 4.6.3 矿井最大阻力路线.77 4.6.4 各段通风阻力.82 4.6.5 全矿通风总阻力.86 4.6.6 矿井总风阻.86 4.7 通风机选型.87 4.7.1 选择通风机的基本原则.87 4.7.2 矿井自然风压.87 4.7.3 选择通风机.89 4.7.4 选择电动机.93 4.7.5 对矿井主要通风设备的要求.94 4.7.6 矿井反风措施及装置.94 4.7.7 概算矿井通风95 4.8 风机附属装置.98 4.9 通风系统评价.99 5 安全灾害的技术措施100 5.1 矿井安全技术概况.100 5.1.1 安全基础数据.100 5.1.2 煤类、煤质及用途.100 5.1.3 安全监测监控系统基本情况.100 5.1.4 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施.100 5.2 矿井火灾.101 5.2.1 矿井防火101 5.2.2 矿井灭火103 5.3 预防煤层自燃的措施预防性灌浆.104 5.3.1 防火灌浆设计依据和基础资料.104 5.3.2 防火灌浆系统的确定.106 5.3.3 灌浆参数的计算及选择.108 5.3.4 灌浆管道系统设计.111 5.3.5 水枪选择.114 5.3.6 泥浆泵的选择.115 5.3.7 灌浆站主要设施.116 5.3.8 灌浆后的排水及安全措施.117 5.4 矿尘.118 5.4.1 矿尘情况.118 5.4.2 煤尘事故预防.118 5.4.3 综合防尘系统.118 5.5 矿井其他灾害预防及治理情况.119 5.5.1 瓦斯治理情况.119 5.5.2 矿井水灾治理情况119 5.6 避灾路线及其他.120 5.7 事故预防及处理计划的编制.121 5.7.1 首采工作面防治煤层自燃发火安全措施.121 5.7.2 首采工作面内因火灾救援预案.122 5.7.3 重大火灾事故汇报程序.126 参考文献127 专专 题题 部部 分分 矿井采空区火灾防治技术129 1 葛泉矿矿井自然发火分析129 1.1 煤自燃发火的倾向性及自燃发火期分析.129 1.2 矿井煤层发火危险程度分析.130 2 矿井自然发火防治技术措施131 2.1 防止煤炭自燃的开采技术措施.131 2.2 合理的通风系统.132 2.3 预防性灌浆.132 2.4 新技术的推广应用.132 2.4.1 惰性气体防灭火.133 2.4.2 阻化剂防灭火.133 2.4.3 均压防灭火.134 2.4.4 胶体防灭火.134 2.4.5 三相泡沫防灭火.134 2.5 预防为主，综合治理是防治煤层自然发火最有效的技术途径。.135 3 火灾监测技术136 3.1 火灾信息探测方法和火灾探测器.136 3.2 火灾报警与联动控制系统：.137 3.3 束管监测系统：.137 3.4 计算机在防灭火中的应用.137 4 防灭火材料138 4.1 灌浆防灭火材料.138 4.2 三相泡沫防灭火.138 4.3 新型凝胶防火.138 4.4 注凝胶、注浆、注水、三相泡沫防灭火的比较.139 5 解决采空区自然发火问题139 5.1 采空区防灭火.139 5.2 三相泡沫技术特点.139 5.3 三相泡沫灭火机理.140 5.4 三相泡沫的制备工艺与压注流程.140 5.5 工作面采空区压注三相泡沫技术.142 5.6 三相泡沫钻孔及压注设备.143 5.7 注三相泡沫的技术指标.144 5.8 三相泡沫的应用效果.145 6 应用现状分析145 结论146 参考文献：147 翻翻 译译 部部 分分 英文原文149 中文译文158 参考文献:166 致 谢167 一 般 部 分 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1.11.1 矿区概述矿区概述 1.1.11.1.1 地理位置地理位置 葛泉矿位于沙河市下解村、曹章村、小油村、大油村一带，属大油村乡及葛泉乡管 辖。东距京广铁路褡裢站 10km，北距邢台市约 18km。矿自用铁路与京广铁路相通，西侧 紧临邢（台）都（党）公路，交通便利。交通位置如图 1-1。 图图 1-11-1 1.1.21.1.2 地形特点及居民点分布地形特点及居民点分布 区内为第四系冲积平原，地形平坦，地面标高+42.46+54.58m， 地势由东北向西南逐渐降低，坡度极为平缓。 矿区范围内分布有大小村庄 15 个，大部分分布在井田边界。另外，在矿区南部有大 片职工住宅区。 1.1.31.1.3 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 沙河市煤炭储量丰富，煤炭开发作为该市支柱产业之一，较为发达，伴随采石、建 材等矿业发展，带动其他行业发展，矿区劳动力主要从事工矿业生产及相关产业，部分 人从事农业生产，沙河市经济较为发达。 工程供电电源取自葛泉矿井 110kV 变电站。 皇寺 上马庄 赵古庄 西黄村 张安北 尹支江 白塔 皇台底 大贾乡 龙化 李村 喉咽 大油村 洛阳 留客 西葛泉 西毛村 北高岗 南高 田村 高村 青介 西里 东韩 东南张 东薛屯 邵屯 南大树 石相 旧周 岭南 南石门 会宁 官庄 南大郭 太子井 羊范 十里亭 綦村 沙河城 白塔新城 东汪 贾宋 祝村 豫让桥 大屯 永福庄 固固固 东郭村 任县 南和 邢台市 河郭 阎里 东坚固 京 深 高 速 京 广 线 图1 交 通 置 示 意 图 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 2 页 葛泉矿井现有 110kV 变电站一座，两回 35kV 电源均引自邢台电力公司所属的中关 220kV 区域变电站。 本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥需由国家计划供应外， 其它砖、石、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。 1.1.41.1.4 矿区气候条件矿区气候条件 本区历年最高气温为 42，历年最低气温为-21，年平均气温为 18左右。本区年 降雨量在 300600mm 之间，且集中在 7、8、2 三个月，年蒸发量一般为 16002000mm 之间。冻结期为 11 月至次年 2 月，最大冻土深度为 0.44m，最大积雪厚度 150mm。年最 多风向为东南风，历年最大风速 18m/s。 本区地震烈度为 6 至 7 度。 1.1.51.1.5 矿区水文及工农业供水矿区水文及工农业供水 区内有一条季节性河流沙河，河水流向为西北至东，沙河原为长年流水，地叉分 合无常，因上游朱庄水库建成蓄水，故成季节性河流。沙河全长 76km，河床宽 10420m，曾测得最大流量为 568m3/s，流量随季节变化，由干枯断流至洪水泛滥，与第 四系有水力联系。在葛泉井田范围内，沙河长 7km。井田内沙河河床宽 2090m，河堤 经加固后实测标高为+45.50+52.91m，历年最高洪水位为+39.62m+60.87m。 井田工业场地内利用井筒检查孔补，抽取奥灰水做为水源井，经抽水试验， q=2.3991L/sm。出水量大，且水质良好，可满足新建井生产生活用水。 1.21.2 井田地质特征井田地质特征 1.2.11.2.1 井田地质构造井田地质构造 本矿井的沉积岩系地层可分为掩盖层和基岩两大部分，掩盖层为第四系松散含水层， 厚度 50.10221.01m，主要由粘土砂，砾石等成份组成，其顶部和底部各有一砾石层， 中部为粘土和中粗细砂互层，基岩部分为石碳二叠系近海型海陆交替相煤系地层。本井 田共含煤 16 层。煤层总厚 16.8m。其中：可采与局部可采煤层 6 层，总厚 12.42m，自上 而下分别为山西组 2#煤，2 下#煤及太原组的 5#，7#，8#，9#煤层。可采煤层分为上下两 组：2#，2 下#，5#煤层为上组，7#，8#，9#煤层为下组。下组煤因受大青灰岩和奥陶系 灰岩含水层的威胁尚不能进行开采。目前矿井主要开采 2#煤，2004 年开始对 5#煤进行开 发。 本井田为典型的热力变质地区，煤质品种齐全。现将 2#煤，2 下#煤，5#煤煤层的煤 质特征简述如下： 2#煤：有无烟煤、贫煤、瘦煤及焦煤四种煤质牌号，属于中灰、特低硫、低磷煤。 2 下#煤：有无烟煤、贫煤、瘦煤及焦煤四种煤质牌号，属于中灰、特低硫、低磷煤。 5#煤：有无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤及肥煤五个煤质条带，为低硫至中硫煤，无烟 煤、贫煤属富灰、低磷煤，瘦煤、焦煤及肥煤属中灰、特低磷煤。 1.2.21.2.2 水文地质水文地质 1井田含水层及水质 本矿井共有十个主要含水层，自上而下分别为第四系顶砾含水层，第四系中部砂层 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 3 页 含水层，第四系底砾含水层，石盒子组三段砂岩含水层，石盒子组底部砂岩和山西组大 煤顶板砂岩含水层，野青灰岩含水层，伏青灰岩含水层，大青灰岩含水层，本溪灰岩含 水层和奥陶系灰岩含水层。现将各含水层分述如下： 1）第四系顶部砾石含水层 该水层岩性以肉红色、灰白色等石英岩砾石为主，少量为闪长岩、白灰岩石，充填 不等粒砂，分布在河床和阶地之下，并在地平面中的沟谷两侧有零星出露，厚度 030.40m，单位涌水量为 3.9248.8L/sm，为富水性强的孔隙含水层。 2）第四系中部砂层含水层 该含水层由顶部紫红色冰积泥和中下部米黄色、桔红色中粗砂组成，厚 10m，分布在 南部丘陵顶及夷平面黄土之下，因层位较高，多在潜水位以下。不含水。中下部砂层以 细中粗砂为主，有时含砾石，夹数层亚粘土和亚砂土，厚度 0131.2m，单位用涌水量 0.0761 L/sm。渗透系数 0.23m/日，为富含水层。 3）第四系底部砾石含水层 砾石成分单一，为肉红色、紫红色石英砂岩，砾径 101000mm 不等。厚 15.10146.82m。单位涌水量 0.0130.0641 L/sm。渗透系数 0.075m/日，为弱富水 层。 4）盒子组三段砂岩含水层 以灰白、浅灰色，局部绿灰色中粗砂岩为主，底部含砾，夹粉砂、砂岩，裂隙不发 育并被钙质或泥质充填，本层分布不普遍，最大厚度 139.2m，为一富水性弱的裂隙含水 层。 5）石盒子组底部砂岩和山西组大煤顶板砂岩含水层 石盒子组底部砂岩为浅灰色细中砂岩，含砾，裂隙不甚发育并被方解石充填。山西 组大煤顶板为灰白色中细砂岩，常含铁质鲕状颗粒，裂隙不发育。二层砂岩总厚 5.5839.39m，一般 1020m，本层未发现漏水现象，单位涌水量 0.0003830.065 L/sm。渗透系数 0.00430.017m/日。属重碳酸水，为富水性弱的裂隙含水层。 6）野青灰岩含水层 灰色、浅灰色，局部含泥质呈褐色，裂隙被充填或半充填，呈蜂窝状溶孔，厚 2.637.88m。一般 46m。单位涌水量 0.003680.0516 L/sm。渗透系数 0.003671.512m/日。为富水性中等的溶洞裂隙含水层。 7）伏青灰岩含水层 灰色、灰褐色，质不纯，隐晶结构，厚 1.142.85m，为富水性弱的溶洞裂隙含水层。 8）大青灰岩含水层 灰、浅灰色，隐晶结构，致密坚硬。蜂窝溶孔和小溶洞发育，裂隙多被方解石充填。 厚 2.259.63m，一般 5m 左右，单位涌水量为 0.83 L/sm。渗透系数 3.086m/日，属碳 酸钙钠水，为富水性中等的溶洞裂隙含水层。 9）本溪灰岩含水层 浅灰色灰岩，蜂窝状溶洞和裂隙发育，被泥质和钙质充填或半充填，厚 2.6611.72m，一般 7m，单位涌水量 0.0099 L/sm，渗透系数为 0.319m/日，为强富水 性溶洞裂隙含水层，主要受构造断裂带下伏的奥陶系灰岩补给。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 4 页 10）奥陶系灰岩含水层 岩性为灰色、浅灰色，厚至巨厚层状质纯灰岩，为煤系地层的基底，与煤系地层呈 假整合接触，岩溶裂隙和溶洞发育。单位涌水量为 1.122 L/sm。渗透系数 1.837m/日， 属重碳酸钙镁水，为强富水性的裂隙溶洞含水层。对开采下组煤影响极大。 1.2.31.2.3 井田地质构造及特征井田地质构造及特征 1、地质构造 邢台葛泉井田所在的邯邢煤田位于太行山隆起带与华北沉降区的过渡地带，决定了 该煤田兼有这两大构造单元的特点，葛泉井田位于邯邢煤田中北段，断层与褶皱构造均 十分发育。葛泉矿井田褶皱与断层构造都十分发育。褶皱构造格架为 NE 向的葛泉复向斜； 断裂构造格架为 NE 向阶梯式不对称地堑。总体而言，葛泉井田是被纵向正断层强烈切割 的 NE 向复向斜构造。地层走向以 NE 向为主，地层倾角在 350范围内变化。在一采 区、四采区下解向斜两翼及葛泉向斜东南翼、南翼一采区轨道、运输上山，地层倾角较 陡，一般在 20左右，最大可达 50。其它地区一般为 1025。葛泉井田含煤地层 为中石炭统本溪组、上石炭统太原组和下二叠统山西组。主采煤层为山西组的 2 号煤层 和太原组的 9 号煤层。2 号煤层厚 12715 m，平均 285 m，9 号煤层厚 131834 m，平均 505 m。 2、主要断层特征 （1）断层 井田内断裂构造十分发育，除 F16 外井田内断层均为正断层，断层走向大体有 NE 向、 NW 向、近南北向、近东西向四组其中 NE 向的 F9、F5、F12、F6、F17-1、F304、F308 等 断层构成井田内断裂构造格局阶梯式不对称地堑，其余走向的断层与 NE 向断层组呈 网状交切。井田由钻孔、井下工程、地震控制的大于 20m 的断层 17 条，小于 20m 的断层 132 条。 （2）褶皱： 井田内发育有 NE 向、NW 向两组褶皱，其中以 NE 向褶皱为主，NE 向的下解向斜、曹 章背斜及大油村向斜构成井田褶皱构造的主体葛泉复向斜。NWW 向的葛 1 向斜、葛 71 向 斜及葛泉向斜分布于井田的北部及南部，与葛泉复向斜相互叠加构成葛泉井田的褶皱格 局。 （3）断层与褶皱之间的关系 在第一阶段形成近东西向褶皱的同时，形成 NE 与近南北向两组剪裂面，但尚未出现 断层。第二阶段，首先形成葛泉复向斜，然后随着地层进一步弯曲，在局部应力作用下 形成纵张、横张断裂及纵向逆断层。其中纵张断裂和纵向逆断层由早期 NE 向剪裂面发育 而成，早期近南北向剪裂面与近东西向剪裂面构成第二阶段的共轭剪裂面。第三阶段， 纵断层与区域拉张力垂直，成为主张裂面(纵向逆断层经历了“先逆后正”的转化)，并 成阶梯状、地堑、地垒状断层组合，使下解向斜的构造形态进一步强化。同时，近南北 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 5 页 向与 NE 向正断层共同发育，从而形成目前所见之复杂构造图象。 （4）陷落柱 葛泉井田内岩溶陷落柱十分发育，由该矿井下工程揭露的陷落柱已达 56 个，地震发 现的陷落柱 7 个，周边小煤矿揭露的陷落柱 4 个，已实际揭露的陷落柱均无水。井田内 发现的陷落柱， 几乎全部分布于下解向斜内，其出现的随机性较强，但带状分布规律较明显。其形 态特征绝大多数为椭圆形，另外还有一些形态极不规则，如带状、梨形等。在垂向上， 推测为下大上小的圆柱状。 1.2.41.2.4 矿井地质构造的发育特点及规律矿井地质构造的发育特点及规律 1 井田北翼为下解向斜，南翼为大油村向斜，两个向斜之间为曹章背斜。它们共同构 成葛泉复向斜。该复向斜内的次级向斜宽缓开阔，延伸较长；背斜狭窄低短。井田东北 部褶皱形态清晰，地层产状稳定；井田西南部断层破坏强烈，地层产状变化较大。 2 从断裂发育程度看，葛泉井田断裂构造十分发育，将井田内煤层切割得支离破碎， 成大小不等、形态各异的断块，断裂构造具有主导性。井田构造破坏西部较东部强烈， 南部较北部强烈。井田东北部大中型断层以 NENNE 向纵断层为主，井田西南部 NW 、NE 向正断层均很发育，相互交切成网状。 3 从断层性质和展布方向来看，具有明显的一致性。截止目前，除一条逆断层外，井 田内的大、中、小型断层均为正断层。从断层走向来看，断层可分为 NE 向、NW 向、近 南北向、近东西向四组。其中 NE 向(50左右)的正断层占绝对优势，占到断层总数的 23 以上，而且愈向井田北部，此特点愈明显。断层倾角一般在 60左右变化，尤其是 生产过程中揭露的中小断层，倾角往往小于 60。而在垂向上，断层面常呈波状起伏， 断层倾角随着岩性不同而发生变化。例如，F125 断层在硬岩层中倾角达 70，软岩层中 倾角减小到 40左右，有时甚至不足 30 4 井田内大断层往往是由相邻的几条断层构成的断层带，时而合并时而分叉，或紧邻 平行发育。 5 从大中型断层的平面分布来看，NE 向断层构成井田断裂构造的基本格架 阶 梯式不对称地堑，一般出现在相对上升带与相对沉降带的转折部位，如 F5 断层带发育在 地垒与地堑之间；F12，F6 断层发育在曹章背斜与下解、大油村向斜的转折部位。NW 向 断层组与近南北向断层组仅在井田西南部比较发育，与 NE 向断层组呈网状交切；近东西 向断层无论规模、数量均处于次要地位。 1.31.3 煤层特征煤层特征 1.3.11.3.1 可采煤层特征可采煤层特征 现采 2#煤平均煤厚为 4.5m，倾角 520。2#煤距 2 下煤 036.2m，平均 16.84m，2 下煤平均厚度为 1.27m，局部可采；距 5#煤 30.999.3m，平均 65m，5#煤平 均厚度 1.51m，为局部可采煤层。 1.3.21.3.2 煤层顶、底板煤层顶、底板 各煤层顶底板较稳定，其顶底板岩性如下： 2#煤顶板大部分为粉砂岩，局部地区为中砂岩，底板全部为粉砂岩。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 6 页 2 下煤层大部分顶板为中粗砂岩，局部为粉砂岩；底板以粉砂岩为主，局部地方为中 细砂岩。 5#煤层顶板为泥岩到粉砂岩；底板为粉砂岩。 7#煤顶板为泥岩到粉砂岩，底板为粉砂岩到细砂岩。 8#煤顶板全部为大青灰岩，底板为粉砂岩。 8#、9#煤合并处为大青灰岩顶板，其余地区为粉砂岩；底板为粉砂岩 1.3.31.3.3 煤的特征煤的特征 本井田为典型的热力变质地区，煤质品种齐全。现将 2#煤，2 下#煤，5#煤煤层的煤 质特征简述如下： 2#煤：有无烟煤、贫煤、瘦煤及焦煤四种煤质牌号，属于中灰、特低硫、低磷煤。 2 下#煤：有无烟煤、贫煤、瘦煤及焦煤四种煤质牌号，属于中灰、特低硫、低磷煤。 5#煤：有无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤及肥煤五个煤质条带，为低硫至中硫煤，无烟 煤、贫煤属富灰、低磷煤，瘦煤、焦煤及肥煤属中灰、特低磷煤。煤质特征见表 1-1。 表表 1-11-1 煤质特征一览表煤质特征一览表 煤层编号2#2 下#5#备注 水份 Mda %2.141.381.28 灰份 Ad %7815.8911.28 挥发份 Vdaf %8.7431.9117.51 硫分 Sta %0.430.460.39 磷 Pd %0.050.050.05 发热量 mJ/kg30.202931.23 灰熔点 ST145014501450 胶质层厚度 Y(mm)019.53 粘结指数 G0930 煤种无烟煤焦煤贫煤 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 7 页 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 8 页 2 井田开拓 2.12.1 井田境界井田境界 2.1.12.1.1 井田范围井田范围 在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到 合理的开发。煤田范围划分为井田的原则有： 1、要充分利用自然条件划分，在可能的条件下，应尽量利用地形、地物、地质构造、 水文地质以及煤层特征等自然条件，以减少煤柱损失，提高资源采出率，充分保护地面 设施； 2、要有与矿区开发强度相适应的井田范围，要保证井田范围与矿井生产能力相适应， 有足够的储量和服务年限及合理的尺寸； 3、照顾全局，处理好与临矿的关系； 4、直线原则，井田的划分应尽量采用直线或折线，有利于矿井的设计 和生产管理工作的开展。 北部边界为 48，110，4053 号钻孔之连线；西部边界为葛 13，葛 63，葛 8 号钻孔之 连线；东部边界北段为 4009，葛 2 和煤层露头连线，南段为葛 67，葛 11，沙 2 号钻孔之 连线。 2.1.22.1.2 井田尺寸井田尺寸 井田井田走向长度约 8.1km，葛泉矿井田整体为向斜构造，井田一翼倾向长度 1.21.6km，平均倾向 2.8 km，井田面积 22.45 km2，现采 2#煤平均煤厚为 4.5m，倾角 520，整个煤层倾角不大。2#煤距 2 下煤 036.2m，平均 16.84m。 图图 2-12-1 井田赋存状况示意图井田赋存状况示意图 2.22.2 矿井工业储量矿井工业储量 2.2.12.2.1 储量计算基础储量计算基础 1.根据葛泉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 0.70.8m； 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，勘探工程分布比较均匀， 采用地质块段的算术平均法。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 9 页 6.煤层容重：2 号煤层容重为。 3 1.4 / t m 2.2.22.2.2 工业储量计算工业储量计算 工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探厚度与质量均合乎开采要求，目前可供 利用的列入平衡表内的储量，即 A+B+C 级储量。 2 号煤层工业储量按下式计算： （公式 2-/cos g ZSMr 1） 式中：煤层工业储量， ； g ZMt 煤层面积，；S 2 2245Sm万 M煤层厚度， ；4.5m r煤的容重， ； 3 1.4 / t m 煤层平均倾角， 。7 则 2 号煤层工业储量为： 2 4.5 1.4/0.922450009142.860 g MtZ（） 2.32.3 矿井可采储量矿井可采储量 2.3.12.3.1 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。 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，井田境界煤柱宽度为 20m； 5.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。 6.立井保护煤柱应按其深度、用途、煤层赋存条件以及地形特点留设。立井深度大 于或等于 400m 的，以边界角圈定；小于 400m 的，以移动角圈定；穿过急倾斜煤层的， 在倾向剖面上以底板移动角圈定下山边界，在走向剖面上以移动角圈定。当穿过有滑移 危险的软弱岩层、高角度断层和山区斜坡时，需考虑防滑煤柱和加大煤柱尺寸。 2 号煤层倾角 520属于缓斜煤层，没有穿过有滑移危险的软弱岩层、高角度断 层和山区斜坡，所以设计立井保护煤柱应以移动角圈定。 表表 2-12-1 矿井工业场地占地面积指标矿井工业场地占地面积指标 井型(Mt/a)占地面积指标(公顷/Mt) 2.40、3.0078 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 10 页 1.20、1.80910 0.45、0.901213 0.09、0.3015 2.3.22.3.2 矿井永久保护煤柱损失量矿井永久保护煤柱损失量 1.井田边界保护煤柱 井田边界保护煤柱留设 20m 宽 边界煤柱可按下列公式计算 (公式 2-2)/cos g ZLBMr 其中：边界煤柱损失量； g Z 边界长度；L 边界宽度；B 煤层厚度；M4.5m 煤的容重；r 3 1.4 / t m 煤层平均倾角，。7 28002 2028100 220 4.5 1.4/0.9/9cos g ZLBMr 2.76Mt 则井田边界保护煤柱损失量。 2.76Mt 2.断层保护煤柱 根据葛泉矿井现场生产经验，断层按性质、落差大小及其对煤层破坏程度，断层煤 柱留设如下： 落差50m 的断层，两侧各留 50m 的煤柱；落差20m50m 的断层，两侧各留 30m 煤柱；落差10m20m 的断层，两侧各留 20m 煤柱；落差10m20m 的断层，两侧各留 20 m 煤柱。 断层保护煤柱损失量 Zj 断层保护煤柱损失量可按（式 2-3）计算 (公式 2-3)/= j LBMoZc s 其中：断层保护煤柱宽度取 20 m；L 断层长度,1082m；B 煤层平均倾角， 。7 则： 20 2 1082 4.5 1.4/0.98= j Z 27.5=t（万） 则断层保护煤柱损失量为 27.5t（万） 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 11 页 3.工业广场保护煤柱 工业场地的布置应结合地形、地物、工程地质条件及工艺要求,做到有利生产,方便 生活,节约用电。由表 2-1可确定本矿井工业广场的面积为 15 公顷,故设计工业广场的尺 寸为 300500m 的长方形，面积为：150000m2。 工业广场的中心处在井田走向中央，倾向中央偏于煤层中上部，主井、副井、地面 建筑物均在工业广场内。工业广场按级保护留围护带宽度 15m，因此，加上围护带， 工业广场需要保护的尺寸为：长宽=330530=174900m2。工业广场面积由表 2-1 确定， 工业广场保护煤柱失量为 2.87Mt。 本矿井地质条件及冲击层和基岩移动角见表 2-2。 表表 2-22-2 岩层移动角岩层移动角 用作图法求出工业广场保护煤柱量,工业广场保护煤柱留设见图 2-2。由此根据上述已 知条件，可得出保护煤柱的尺寸为： 由 CAD 作图法可得工业广场保护煤柱尺寸为： /=()1 2S梯形面积上宽下宽高 2 451309=m 则工业广场压煤为： (公式 2-4)/= SMrQcos 451309 4.5 1.4=/ 7cos 287.=20t万 4.大巷保护煤柱 布置在煤层中的大巷，每边留设 30m 安全煤柱，大巷保护煤柱损失为 0.178 Mt。大 巷保护煤柱损失量可按（式 2-5）计算 (公式 2-5)=/cos k ZLBM 其中：大巷保护煤柱宽度取 30m；L 大巷长度,4660m；B 煤层平均倾角，7 则： 30 2 4660 4.5 1.4/0.99 177=.93 k tZ （万） 广场中心深度 H 煤层倾角 煤层厚度 M 冲积层厚 度 h （m）（）（m）（m）（）（）（）（） 32074.57058737365.5 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 12 页 图图 2-2 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 表表 2-32-3 可采储量计算表可采储量计算表 煤 柱 损 失 (Mt) 煤层 工业储量 (Mt) 井田边界工业广场 大巷及断层 煤矿 可采储量 (Mt) 2#142.862.762.872.05135.18 2.3.32.3.3 矿井可采储量矿井可采储量 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： （公式 2-=(- ) kg ZZPC 6） 式中：Zk矿井可采储量，；Mt 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，；Mt C采区采出率，厚煤层不小于 0.75；中厚煤层不小于 0.8；薄煤层不 小于 0.85；地方小煤矿不小于 0.7。 142.862.762.872.050.75135.18 0.75101.39 k ZMt（）（） 则，矿井设计可采储量： 101.39 k tZM 2.42.4 矿井工作制度矿井工作制度 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 330 天，工作 制度采用“三八制”,两班采煤，一班检修，每班工作 8 小时。 矿井每昼夜净提升时间为 16 小时。 2.52.5 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 2.5.12.5.1 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.开发条件：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 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 13 页 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。 2.5.22.5.2 矿井设计生产能力矿井设计生产能力 技术装备先进，经济效益好，媒质为优质无烟煤，交通运输便利，市场需求量大， 鉴于以上因素，宜建大型矿井。故确定本矿井的年设计生产能力为 1.5Mt /a。 2.5.32.5.3 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： （公式 2- k Z T A 7） 式中: 矿井服务年限，；Ta 矿井可采储量，； k ZMt 设计生产能力,；AMt 矿井储量备用系数，取；K1.3 则，矿井服务年限为：101.39 1.5 1.352.0aT 因为，符合煤炭工业矿井设计规范的要求。 52 00 .5aa 表表 2-42-4 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限不同矿井设计生产能力时矿井服务年限 第一水平设计服务年限 矿井设计生产能力矿井设计服务年限 煤层倾角 （Mt/a）（a） 45 6.0 及以上 7035 3.05.0 6030 1.22.4 50252015 0.450.9 40201515 2.62.6 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媒体， 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； 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 14 页 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，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的 综合开采。 葛泉矿井田褶皱与断层构造都十分发育。褶皱构造格架为 NE 向的葛泉复向斜；断裂 构造格架为 NE 向阶梯式不对称地堑。总体而言，葛泉井田是被纵向正断层强烈切割的 NE 向复向斜构造。地层走向以 NE 向为主，地层倾角在 520范围内变化，属于缓倾斜 煤层。 2.6.12.6.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标确定井筒形式、数目、位置及坐标 1.井筒形式的确定 井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井 最复杂。 平硐开拓受地形与埋藏条件限制，只有在地形条件合适，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，上山部分储量大致能满足同类井型水 平服务年限要求。 斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度快， 井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简 单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相 当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一 旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长辅助提升能力少，提 升深度有限；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工 技术复杂。 立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深相同 的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断面 大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为 有利；当表土层为富含水层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 15 页 产状均特别复杂的井田，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工 技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，基本建 设投资大。 根据自然地理条件、技术经济条件等因素，综合考虑葛泉矿的实际情况： 表层土较厚； 地面标高平均+20+26m 左右，区内地势平坦；煤层埋深不大，浅部埋深不足百米。 矿井年设计生产能力为 1.5Mt/a，为大型矿井，要节省运输距离。 综上所述，矿井只能采用立井开拓。 根据矿井提升的需要与本矿的地质条件及煤矿安全规程的规定，在本井田的中 部设立主副井井筒各一个。主井用来提升煤炭，副井用来运送人员、材料、矸石及通风 等。 2.井筒位置的确定 井筒位置的确定原则： 有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置， 石门工程量少； 有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村或不迁村； 井田两翼储量基本平衡； 井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层； 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； 距水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。 根据采矿设计规范和井田的实际情况，在该设计中对该矿井提出以下四种开拓方案： 图图 2-32-3 双立井开拓双立井开拓 图图 2-42-4 双斜井开拓双斜井开拓 图图 2-52-5 主立副斜开拓主立副斜开拓 图图 2-62-6 主斜副立开拓主斜副立开拓 (1) 技术比较 以上所提出四个方案大巷布置、井筒位置及水平数目均相同，区别在于主副井的井 筒形式不同，及部分基建、生产费用不同(如 图 2-3、图 2-4、图 2-5、图 2-6)。 方案一、二主副井井筒形式都不同。方案一主副井均为立井，立井开拓不受煤层倾 角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，主要缺点是井筒施工技术复杂，需要 设备多，要求有较高的技术水平，掘进速度慢，基建投资大；方案二主副井均为斜井， 斜井的运输提升能力比立井大，有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要； 斜井井筒也可以作为安全出口，井下一旦发生事故，人员也可以从斜井迅速撤离。井田 内 2 号煤层厚度大、倾角小、赋存稳定、涌水量小，但煤层有自燃发火性，对防火和处 理井下火灾不利且保护井筒的的煤柱损失大，斜井的优点不突出。经过以上技术分析、 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 16 页 比较，再结合粗略估算费用结果（见表 2-5） ，在方案一、二中选择方案一：双立井单水 平开拓。 方案三、四主要区别也是井筒形式不同，方案三两个井筒位于井田中央的储量中心， 井下运输距离短，运输费用相对较低且工业场地相对较集中，生产费用较低；而方案四 井筒位于井田中央，工业场地较分散，压煤较多。经过以上技术分析比较，再结合粗略 估算费用结果（见表 2-5） ，在方案三、四中选择方案三：主立副斜单水平开拓。 表表 2-52-5 各方案粗略估算费用表各方案粗略估算费用表 单位单位: :万元万元 项目方案一 双立井单水平开拓方案二 双斜井单水平开拓 主井 开凿 403.330.8234332.10 主井 开凿 1194.920.255304.70 副井 开凿 383.611.06747409.49 副井 开凿 1197.730.255305.42 大巷 掘进 2866.2820.1050601.92 大巷 掘进 2866.2820.1050601.92 基建 费用 小计1343.51小计1212.04 立井 提升 1.2101390.400.854136.71 斜井 提升 1.2101391.190.486949.68 排水 5224365120.60. 17810-4 977.86排水 5224365120.60. 17810-4 977.86 大巷 运输 1.217020.088122156.77 大巷 运输 1.217020.088122156.77 生产 费用 小计7271.34小计10084.31 费用8614.85费用11296.23 合计百分 率 100%百分率131% 项目方案三 主立副斜单水平开拓方案四 主斜副立单水平开拓 主井 开凿 403.330.8234332.10 主井 开凿 1194.920.255304.70 副井 开凿 1197.730.255305.42 副井 开凿 383.611.06747409.49 大巷 掘进 2866.2820.1050601.92 大巷 掘进