安全工程毕业设计（论文）-陶二煤矿180万吨新井设计（含全套CAD图纸）

中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 1 页 1 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 全套扣全套扣 153893706153893706 1.11.1 矿区概述矿区概述 1.1.11.1.1 矿区地理位置与交通条件矿区地理位置与交通条件 邯郸矿业集团陶二煤矿位于河北省邯郸县境内，隶属河北省邯郸县工 程乡、康庄乡管辖。本区东距邯郸市 15 km，西距武安市 20km，中心位置 地理坐标为：东经 1142036北纬 363604。除西北部归沙河市 显德旺乡外，其它均属武安市矿山镇和土山乡管辖。 按照邯郸矿业集团有限公司根据矿井初步设计方案提供的井田范围， 本区北部与永年县焦窑煤矿相接；西部以陶二煤矿采矿许可证的东部边界 和 F1、F20 断层为界，大致相当 2 煤-450m 等高线；东部以 F32 断层和拟登 记的东部边界为界。邯(郸) 长(治)铁路从本区北部通过，在邯郸与京广 铁路交汇。邯郸至武安公路分别从本区中部及北部通过，该矿东距京广铁 路线 31km，有午汲褡裢镇铁路从井田北部通过，并与邯郸峰峰环行铁 路在午汲接轨。邢台都党公路从井田西边通过，距矿 2km，交通比较方便 （附矿井交通位置图 1-1） 。煤炭产品主要销往河北，部分销往河南、山东、 安徽、江苏等地。 1.1.21.1.2 矿区地形特点矿区地形特点 井田位于太行山与华北平原交接处的丘陵地带，为中低丘陵区，地势 起伏不平，大致南高北低，西高东低，最高点在西南边缘玉石洼铁矿生活 区的东南角，海拔 388.00m，一般相对高差 5080m，基本为煤层-450m 等 高线，煤层埋深约 550m。 1.1.31.1.3 矿区气候条件矿区气候条件 本区属半干旱暖温带大陆性季风气候，夏热冬寒，四季分明。据邯郸 气象站资料，多年平均气温为 13.4，极端最高气温为 42.5、极端最低 气温为21.0；多年平均无霜期 202 天，积雪最大厚度 14.0016.00cm，冻土最大深度 37.0042.00cm；年内风向多为南风和西 北风，最大风速 20m/s。降水主要受太平洋东南季风气候影响，多年平均降 水量为 562.7mm。历年最大降水量为 1026.3mm（1968 年 8 月） ，最小降水量 本科毕业设计 第 2 页 为 220.0mm（1986 年） ，主要降水集中在 69 月份，降水量占全年总量的 76%，7 月份温度最高，元月份最低，降雪及冻结日期自 11 月中旬至次年 3 月初，约 90 余天，最大冻结厚度 41 厘米（77 年 2 月） 。春季多风，风 向以 NE，NNE，南风居多，给人民生活带来一定影响 。 1.1.41.1.4 矿区水文情况矿区水文情况 本区地表水系不发育，仅有海河流域子牙河水系滏阳河的支流沁河流 经。受地形控制，沁河由西南部的师窑支流和西部的王沟支流在牛叫河村 附近汇合而成，流经井田中部，沿张岩嵛村流出井田，并向东汇入滏阳河。 河谷底部常年流水，水量随季节变化增减，井田内河床一般宽 3050m，最 宽处可逾百米，谷底与地面的最大高差可达 24m，底部常有涓涓细流，亦为 雨季之泄洪通道。其上游西沟支流建有北牛叫和北李庄水库，西南支流建 有康庄水库，沁河建有八河坝水库，总库容量为 290.90 万 m3。1963 年最高 洪水位在陶庄附近为+157m，在牛叫河村桥北小庙下部地台边缘最高洪水位 为+123.00m 本科毕业设计 第 3 页 邯郸市 武安市 大淑村 康二城 焦 窑 煤 矿 陶 二 姬庄 煤矿 陶 煤 矿 一 煤 矿 二 陶 煤 矿 扩 大 区 陶 二 煤 矿 扩 大 区 交 通 位 置 图 峰峰矿务局 新坡 马头 107 国 道 1141511430 36 40 36 30 36 40 36 30 新 峰 支 线 郸 峰 图11 邯 环 行 路 铁 长 邯 铁 路 路 铁 马 公 路 武 邯 路 南 路 武 邯 公 铁 路 清化村乡 工程乡 从中乡 野河乡 蔺家河乡 南大社 长 邯 广 京 1143011415 1-1 矿井交通位置图 1.1.51.1.5 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。 陶二矿 35KV 变电站为矿业公司供电核心，以该变电站为核心向周边敷 设式供电，郭庄 35KV 变电站内安装两台主变，每台主变容量为 12500KVA, 型号为 SF1112500/35，变比为 35kV/6kV，一台运行，一台备用，变电站 两路架空电缆分别来自惠兰 110KV 变电站及陶二 35KV 变电站。 陶二变电 站出两趟 6KV 架空线路供电至立井变电所，立井变电所馈出两路电缆至第 一水平中央变电所，立井变电所还同时负担着地面所有用电负荷，地面大 型建筑均设置了避雷装置（避雷针、避雷线） 。立井变电所出两路 6kV 架空 本科毕业设计 第 4 页 线路供电至淮河沟配电室，淮河沟配电室出两路架空线供电至风井配电室， 淮河沟配电室出两路入井电缆（型号为 YJV226 395）给采区变电所 供电，风井主扇均为双回路供电，主立井、副井及泵房均为双回路供电， 井下中央变电所设置了小电流接地保护装置。 1.21.2 井田地质特征井田地质特征 1.2.11.2.1 地层情况地层情况 陶二井田西部广泛出露奥陶系中统峰峰组地层，石炭系中、上统本溪、 太原组地层环绕奥陶系露头呈现扇形零星出露。二叠系下统山西组及 下石盒子组，均呈条带状由老至新依次排列分部于本井田的中部和东部地 区，上石盒子组一段至四段地层及二叠系石千峰组地层也在本区有零星出 露。第四系地层覆盖于老地层之上，厚薄变化较大。本井田地层由老至新 分别为：奥陶系中统上马家沟组（O2s） 、峰峰组（O2f） ；石炭系中、上统 本溪组（C2b） 、太原组（C3t） ；二叠系下统（P1）山西组（ P1S） 、下石盒 子组（P1x） ；二叠系上统（P2）上石盒子组一段至四段（P2 S14） 、石千 峰组（P2Sh） ；三叠系下统（T1）刘家沟组(T1l)，第四系（Q） 。井田煤层 （1 号9 号煤层）赋存于石炭系及二叠系下统山西组含煤地层。该节着重 描述石碳 系太原组及二迭系下统山西组含煤地层。石炭系太原组（C3t）与 本溪组呈整合接触，为浅海相、滨海相过渡相沉积，岩性为黑色泥岩、浅 灰色灰色铝土泥岩和粉砂岩，含植物化石，间夹厚层状浅灰色中细粒砂岩， 可采及局部可采煤层有 9 号煤、8 号煤、6 号煤、2 号煤、1 号煤。不可采 煤层有 7 号煤、4 号煤、3 号煤层等共 11 层。含 57 层石灰岩，由下而 上为下架灰岩、大青灰岩、中青灰岩、小青灰岩、伏青灰岩、野青灰岩、 一座灰岩。本组厚 106210m，平均厚 131m。二叠系下统山西组 （P1s）：底界为北岔沟砂 岩，以灰色中厚层细粒砂岩、中粒砂岩夹薄层 粉砂岩，含菱铁矿结核与太原组呈整合接触，向上为深灰色粉砂岩、泥岩 及细粒砂岩，夹薄煤一层（为 2 下）不稳定，多分布在井田北、中部地段， 其上为本井田主要可采的 2 号煤，顶板为粉砂岩，含丰富的植物化石，局 部相变为细粒砂岩，向上含薄层 13 层，一般多不可采，极不稳定，本组 厚度 4498m，平均厚度 74m。 本科毕业设计 第 5 页 图 18.0243.59 26.38 为恢色铝土质具鳞状结构泥岩、粉砂岩、中细砂岩及1-2层灰岩、 煤层组成。底部为灰铝土质砂岩、细砂岩、略带紫色，局部为紫红 色赤铁矿（山西式铁矿）。 此层由上到下，分别是浅灰色、紫灰粘土岩，深灰色石灰岩，灰白石 灰岩，厚度致密，下为铝质泥岩。 16.6237.68 由一套灰-灰黑色粉砂岩组成，富含黄铁矿细晶.下部为深灰色石灰岩， 顶底部多泥岩。 69.30133.50 104.26 26.28 9号煤层，为本区主要含煤层段；顶底板以粉砂岩，中砂岩为主. 04.15 2.85 以中砂岩，粉砂岩为主，煤层顶板常为粉砂岩，富含植物化石。 15.9280.47 粉砂岩：黑灰色，较质密，波状层理，裂隙发育，含星点状铁矿晶粒 及植物化石. 2号煤层，为本区主要含煤层段；黑色，玻璃光泽，性脆易破碎，硬 度为中硬。 051.87 5.2 04.5 基岩层：紫色，厚层状细砂岩簿层状粉砂岩；上部为猪肝色、紫红 、暗红紫色细砂岩，中细砂岩、粉砂岩、泥岩、下部数层淡水灰岩 石，靠近底部有一层褐灰色簿层状硅质层底部为比灰色中厚层中粒 含砾砂岩。 0206.7 表土层，上部由河卵石、砂土及残破积物构成；下部为冰渍砾石层，含 少量岩肖.砾石为紫红色，灰白色石英岩及火成岩等砾径5-100cm，压 坑等冰渍特征，砾石表面多包有灰白，棕红色粘土。 岩 层 名 称 及 岩 性 描 述柱 状厚 度（m） 0150 69 1.2 煤层综合柱状图 1.2.21.2.2 地质构造地质构造 本井田位于新华夏和第三隆起带太行山隆起带东部边缘地带，处 于显德旺向斜和邑城背斜的南部边缘，武安向斜北部矿山隆起的东翼。 本井田基本为单斜构造。地层总体走向为北东，倾向南东，一般倾角： 南翼 1325，北翼小于 15。井田内构造复杂程度除区域性控制外， 还受矿山岩体的影响。由于西部矿山岩浆岩体的控制，所以井田内的地层 构造具有明显的变化，并伴有轴向近东西的呈“W”型的简单宽缓褶皱构造。 在 24 勘探线附近，有一明显的“马鞍型”构造，由店子背斜、史村向斜及 史村东北部的向斜组合而，其马鞍型轮廓清晰。地层倾角在轴部都很平缓 为 6左右，在两翼较陡。 1.2.31.2.3 水文地质特征水文地质特征 本科毕业设计 第 6 页 (一)含水层 井田内的含水层自下而上主要有奥陶系中统石灰岩、石炭系上统大青 灰岩、伏青灰岩、野青灰岩、二叠系砂岩及第四系砂砾石层。 陶二矿业公司具有多年的开采历史，开采的对象为山西组2 号煤 层。目前巷道揭露的含水层主要为石盒子组和 2 号煤顶板砂岩含水层。矿 井充水源以老窑、采空积水及地表水为主，其次为砂岩含水层。奥陶系灰 岩上距太原组底部可采煤层的相对隔水层厚度只有 2045m，因此，奥陶 系灰岩地下水对煤层开采具有相当大的威胁，特别是奥陶系峰峰组地下水， 是影响下组煤开采的主要充水水源。所以 9 号煤为暂不可采煤层。 表表 1-31-3 井田内主要含水层特征井田内主要含水层特征 含水层名称平均厚度富水性 据钻孔抽水试验涌水量 l/sm 水质类型 中奥陶第岩溶 裂隙含水层 600m 六段为弱, 七、八段为 强 北部 0.1886 南部 0.138.3 重碳酸硫酸 钙镁型 大青灰岩 裂隙含水层 5.15m 中等外围资料 0.0675重碳酸钠钙 伏青灰岩 裂隙含水层 2.52m 弱中等 据 A4 孔、云 40 0.0620.278 野青灰岩 裂隙含水层 2.12m 弱 云 14、CK30 0.01050.015 第四系砂砾石 孔隙含水层 019.6m中等0.6631.4重碳酸钙型 岩浆岩 裂隙含水层 1020m微弱 CK30、A4 孔 0.0500.182 (二) 隔水层特征： 井田内各含水层之间，普遍发育着一定厚度及隔水能力的泥岩及粉砂 岩，从而切断了各含水层之间的垂向水力联系。奥灰含水层距 9 号煤底板 平均厚 28.5 米，最薄 9.75 米，最厚 49.73 米，井田南部及北部为较厚带， 岩性为铝土泥岩、粉砂岩、分布不稳定的本溪灰岩及岩浆岩，正常情况下 为良好的隔水层。断层破坏了其正常厚度，减弱了其隔水能力。 （三）矿井涌水量 目前矿井-50 水平最小涌水量 102.5m3/h，最大涌水量 210.0m3/h，平 均涌水量 136.5m3/h； -250 水平最小涌水量 113.5m3/h，最大涌水量 237.3m3/h，平均涌水量 153.7m3/h；全矿井最小涌水量 216m3/h，最大涌水 量 447.3m3/h，平均涌水量 290.2m3/h。 1.31.3 煤层特征煤层特征 本科毕业设计 第 7 页 1.3.11.3.1 煤层埋藏条件煤层埋藏条件 本井田煤系地层属石炭系中统本溪组、上统太原组和二叠系下统山西 组。煤系总厚度约 174267m，平均厚度 207m（注：未计算岩浆岩厚度） ， 本溪组一般平均厚度 19m，含煤 2 层；太原组平均厚 131m，含煤 17 层；山 西组平均厚约 74m，含煤 7 层；整个煤系地层共含煤 26 层，其中可采 和局部可采 5 层，即 1、2、6、8、9 号煤层，平均可采厚度 9.09m，煤层 总厚度 18.12m，含煤系数 9.1%。煤层稳定程度属类不稳定型。见可采煤 层特征一览表： 表 1.4 可采煤层特征一览表 煤厚 地 层 时 代 煤 层 号 最小最大 平均（点数） 煤层结 构 煤层间距 （米） 稳定程 度 顶板岩性 底板岩性 可 采 程 度 备注 1 02.84 0.82（197 ） 较简夹 矸 12 层 极不 稳定 粉砂岩及 砂岩 粉砂岩 局 部 可 采 全区有五 分之二的 范围尖灭 20 山 西 组 2 07.41 2.27（219 ） 较简单 夹矸 13 层 稳定 粉砂岩及 砂岩 粉砂岩 可 采 个别尖灭 井田东北 部煤层变 薄 69 6 01.8 0.76（156 ） 简单局 部有一 层夹矸 极不 稳定 粉砂岩细 砂岩 粉砂岩或 泥岩 局 部 可 采 有部分尖 灭及吞蚀 6289 8 03.74 1.26（117 ） 简单局 部有夹 矸一层 极不 稳定 石灰岩局 部泥岩 粉砂岩岩 浆岩 局 部 可 采 出现分叉 变薄或吞 蚀 太 原 组 9 0.389.28 2.85（139 ） 较复杂 有 25 层 夹矸 4.718.8 较稳定 粉砂岩 粉砂岩 可 采 局部被岩 浆岩穿插 或吞蚀 1.3.21.3.2 煤质特征煤质特征 1) 煤的工业分析 本区可采煤层为低变质的气煤类(QM)，煤种单一，一般为中灰、低硫、 低磷。仅施庄向斜西翼西南端，井田边界处因受岩浆影响，有无烟煤及自 本科毕业设计 第 8 页 然焦。 (1) 灰份：本煤层主要属于低灰分煤层，局部为中灰，灰分一般在 2.00 11.2.88%，平均在 8.5% (2) 挥发分：一般为 16.842.3%，平均为 35.9%； (3) 硫含量：一般为 0.210.55%，平均为 0.40%，均小于 1%； (4) 磷含量：为 0.0010.005%，远小于 0.01%， ； (5) 胶质层厚度：7.516.6mm，平均 12.0mm； 2）煤的牌号 根据资源勘探阶段煤质化验结果，煤层的工业牌号为低变质的气煤 （QM） 。 3）煤的硬度 可采煤层的单向抗压强度为 200300Mpa。 灰分 以 2 号煤层及 8 号煤层灰分最低，属中灰煤，6 号 9 号煤层稍高些，属 低富灰煤，其它各层煤属中高灰煤。 表 1.5 煤质特征表 级别 煤层 低灰 1015 中灰 1525 富灰 2540 高灰 40 备注 小 煤 （1） 12.8914.83 1386（2） 16.224.94 2035（13） 25.7436.41 3017（6） 中富 大煤 (2) 11.1814.76 13.57（16） 15.0923.61 1886（30） 25.4837.60 2976（7） 低中 山青 煤(6)1261（1） 16.4624.79 1986（12） 25.0334.40 2992（6） 中富 大青 煤(8) 10.7314.99 1271（12） 15.0123.56 1929（13） 27.1431.57 2972（3） 低中 下架 煤(9) 11.1315 1372（16） 15.1424.17 922（29） 25.1138.50 2978（13） 4391（ 1） 低富 水分、挥发分和全硫 水分一般在 4.96%左右，个别点达到 89%。挥发分各煤一般在 3.884.99%，垂向变化幅度不大，基本上是由浅到深逐渐减小，亦即随变 质程度逐渐加深。硫分 2 号煤层（0.48%） 、1 号煤层（0.48%）属低硫煤， 而其它煤层属中高硫煤，全硫中以黄铁矿硫和有机硫为主，易脱硫。各 煤层发热量相差不大，最小 31.72MJ/kg，最大 33.21 MJ/kg。 本科毕业设计 第 9 页 表 1.4 可采煤层及局部可采煤层煤质分析成果表 项目 煤层 Mad（% ） Ad （%） Vdaf （%） FCd （%） St.d （%） P （%） Qb （MJ/kg） 煤 质 牌 号 14.1922.544.6774.680.480.110833.05WY 24.6818.784.3375.610.480.07533.03WY 64.4122.264.9971.072.720.007233.21WY 84.7617.294.0680.382.030.01232.03WY 95.3319.693.8876.062.200.02132.14WY 1.3.31.3.3 煤的特征煤的特征 矿井鉴定等级为低瓦斯矿井，瓦斯绝对涌出量 7.400m3/min，相对涌出 量 3.800 m3/td；煤炭为三类不易自燃；煤尘爆炸指数为 3.83%，不具有爆 炸性。 1989 年委托煤研所对煤层煤尘的爆炸性进行鉴定，煤层有爆炸危险， 爆炸指数为 36.7937.28%。详见表 1.6 表 1.6 煤的爆炸性 工业分析爆炸性试验 挥发份试样号 试 样 名 称 水 份 Wf 灰分 Af VfVr 火焰长度 (cm) 抑制煤尘爆 炸最低岩粉 量(%) 爆炸 性 结论 87 爆-29 南 翼 钻 孔 2.6 3 16.5330.1337.287075 煤尘 有爆 炸性 87 爆-30 北 翼 钻 孔 2.3 7 16.4629.8636.7910075 煤尘 有爆 炸性 2 2 井田开拓井田开拓 2.12.1 井田境界及可采储量井田境界及可采储量 本科毕业设计 第 10 页 2.1.12.1.1 井田境界井田境界 1）井田划分的依据 在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，井田境界 应根据地质构造，储量，水文，煤层赋存情况，开采技术条件，开拓方式 及地貌，地物等因素，进行技术分析后确定，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) 井田范围内的储量，煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相 适应； (2) 充分利用自然条件进行划分； (3) 保证井田有合理尺寸； (4) 合理规划矿井开采范围，处理号相邻矿井间的关系。 2）井田范围 边界以北为显德望井田，东部为章村井田；西部以下架露头为界，南 部以云 19，云 36，云 37，云 21，云 34 各钻孔的连线，以南为云 张 庄井田，即经省局审批的井田精查地质报告中的 9 条勘探线作为陶二井田 的界线，东部以各煤层-400 米标井田高为界，其东为陶二矿深部区，有待 今后继续勘探。井田内一般宽 27003500 米， （东部均以小煤-450 计算） ， 东北西南方向长 5.50 公里，最大有效面积 17.9 Km2。 2.1.22.1.2 可采储量可采储量 1）储量计算基础 1根据陶二井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算。 2根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 m0.8m 3根据国务院国函（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的煤层储量列入表外储量。 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 杂煤层的夹石总厚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井田那主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探过程分 布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。 6煤层容重：2 号煤 r =1.4t/m3 2）工业储量和可采储量 本科毕业设计 第 11 页 井田的走向最大长 5.38km,最小长度 5.04km，平均走向长度 5.3km； 倾斜方向的最大长度 4.20 km，最小长度 3.20km，平均倾斜长度 3.9km。煤 层的最大倾角 22，最小倾角 11，平均倾角为 17。 井田的水平面积按下式计算： 2.1 S=HL Cos 式中：s井田的水平面积， m2; H井田的平均倾斜宽度，m; L井田的平均走向长度，m. 则井田的水平面积为： s22.1km2 工业储量按下式计算： Zg=SMr/Cos17 式中： ZG煤的工业储量，吨 煤的容量，t/m3 M煤层厚度，m S井田面积，m2 则： ZG1.45.822.1106 1.795108t 2、矿井边界煤柱损失 按煤炭工业设计规范 （此后统称设计规范 ）规定，矿井边 界煤柱留设 20-40m，与其他矿井相临时留设 20m 煤柱。 3）安全煤柱留设原则 1工业场地、井筒、水库等均留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护 煤柱，对零星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，用裂隙角确定水库煤柱。岩层移动角 70，裂隙角 75。 3维护带宽度：风井场地 20m,村庄 10m，其他 15m。 4断层煤柱宽度 50m,井田境界煤柱宽度 30m，风化带保护煤柱宽度 为 50 米。 煤矿设计规范中若干条文修改决定的说明中第十五条关于减少广 场占地问题中，工业场地（包括选煤厂）占地面积指标应控制在一定的范 围内。 本科毕业设计 第 12 页 3）工业广场煤柱损失 表 2.1 工业场地占地面积指标明细表 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 经设计验算，矿井的设计生产能力为 180 万吨/年。根据上述规定，工 业场地的占地面积应为 13.5 公顷。取南北 450m,东西 300m，的矩形布置工 业场地，工业广场布置在井田的中上部。 矿井永久保护煤柱损失量： 2 号煤层平均倾角 17，松散层厚度约为 100m，表土层移动角： 50，基岩段移动角 74， 下山移动角 =-0.6=64，上山移 动角 =72 。 工业广场围护带宽度为 20m，根据垂直剖面法所作的工业广场保护煤柱的 尺寸计算如图 2.2 所示 据设计规范规定见表 2.1，大型矿井工业场地占地指标为 1.2 公顷 /10 万吨，本矿井井型为 180 万吨/年，所以工业广场面积为： 1212000144000 米 2。 表 2.1 工业场地占地指标 井型（万吨/年）占地面积指标（公顷/10 万吨） 240 以上1.0 1201801.2 45901.5 9301.8 取工业广场尺寸为：长：a430m 宽：b360m 则受保护边界为：长：c450m 宽：d390m 计算工业广场煤柱各参数的取值见表 2.2 本科毕业设计 第 13 页 表 2.2 工广煤柱参数表 井筒中心过煤层 深度（m） 煤层倾角 （） 煤层、厚度 （m） （）() 1011084575 工业广场煤柱的计算，如图 2.2：因此工业煤柱广场损失煤柱： Zs1/2(x+y)hm/cos 式中： Zsg二煤工业广场煤柱损失，t； x,y,h图中梯形上下底、高，高；m m煤层厚度，m； 煤的容量，t/m3 煤层倾角，度。 图 2.2 工业广场保护煤柱 本科毕业设计 第 14 页 矿井可采储量=（矿井工业储量-永久煤柱损失）矿井回收率 Zk=( ZgP)C 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、建筑物等留置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 0.80，薄煤层不小于 0.85，地方小煤 矿不小于 0.70 矿井可采储量 Zk=( ZgP)C Zk=(Zg-5%Zg）C 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 物等留置的永久保护煤柱损失量； 一般都取可采储 量的 5% 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，地方小煤矿不小于 0.70。 各永久保护煤柱损失量经计算得： 其他煤柱损失如：大巷保护煤柱损失，采区保护煤柱损失等，按工业储 量的 5%计算。 Z=Zg5%=19048.425%=952.42 万 t 合计： 952.42 万 t 代入数据，得 Zk (19048.4952.4)0.75 =180960.75 13572 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 1)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“四六制” ，每天四班作业，三班生产，一班准备， 每班工作 6 小时。 2)矿井每昼夜净提升小时数的确定 本科毕业设计 第 15 页 按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井每昼夜净提升时间 16 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 16 小时。 3）矿井设计生产能力的依据 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 采水平或不小于 20 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，不应超过三个面） ，并应保证采区及工作面 的合理接替。 4）矿井规模可根据以下条件确定： 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； 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； 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； 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。 (3) 矿井服务年限的核算 矿井服务年限的计算公式为： T= 公式 23 KA Z k 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=1.3； A矿井设计生产能力，万 t/a。 由 2.1.2 计算结果可知：矿井可采储量为 13572 万 t，则矿井服务年限 本科毕业设计 第 16 页 为 T=13572(1801.3) T =58a 按设计手册 规定：新设计的 180 万吨的中型矿井服务年限应大 于 50 年。本设计服务年限为 58 年，是符合要求的。 陶二井田煤层赋存稳定，顶底板条件好，无断层褶曲，倾角小，厚度 变化不大，开采条件较简单，适宜大型综采，煤炭储量能满足大型矿井服 务年限的要求。 确定陶二矿井设计生产能力为 1.8 Mt/a。 2.22.2 井田开拓井田开拓 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。 1）井田开拓主要研究如何布置开拓巷道问题，具体有下列几个问题需 认真研究: 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； 合理确定开采水平的数目和位置； 布置大巷及井底车场； 确定矿井开采程序，做好开采水平的接替； 进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造； 合理确定矿井通风、运输及供电系统。 2）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： 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，节约建设投资，加快矿井建设。 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。 合理开发国家资源，减少煤炭损失。 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、 本科毕业设计 第 17 页 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。 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。 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。 井田地处低山丘陵区，区内梁峁发育，沟谷密集，地形比较复杂， 可供选择的工业场地位置较少。 井田东北边界靠近阳泉市区，且属井田煤层埋深较深的区域。 矿井瓦斯含量较高，矿井通风会直接影响开拓部署。 井田内煤层赋存平缓，地质构造简单，对矿井使用现代化设备、建 设高产高效矿井有利 3）确定工业场地的位置、形状和面积 矿井的工业场地位置选择，在以前的设计阶段已进行了详细的技术经 济比较，本次设计根据可研批复意见，将工业场地确定在井田中央，主要 理由如下： (1) 工业场地用地较为平缓，有利于建设主井、副井、风井等广场设 施。并且靠近居住区等后勤服务区，不仅对减少辅助设施、辅助人员有利， 而且对稳定职工队伍有利。 (2) 工业场地距国铁、国道近，矿井铁路专用线、进场公路建设方便， 投资省。 (3) 矿井初期带区布置于瓦斯相对较小区，有利于矿井的稳步发展。 工业场地的形状、面积在工业场地的煤柱留设部分前面已经说明。 4）井筒形式、数目、位置的确定 (1)井筒沿井田走向的位置 井田的井筒沿井田走向的有利位置建立在储量分布的中央，以此形成 两翼储量比较均匀的双翼井田，避免井筒便于一侧。这样可使沿井田走向 的井下运输工作量最小，而井筒偏于一翼边界则相应增大井下运输工作量。 井筒设在井田中央时，两翼产量分配、风量分配比较均匀，通风网络 比较短，通风阻力较小。井田偏于一侧时，一翼通风距离较长，风压增大。 当产量集中于一翼时，风量成倍增加，风压按二次方关系增加。如要降低 风压，就要增加巷道端面，增加掘进工程量。 考虑到本井田储量比较均匀，可将井筒布置在井田中央地段，初 本科毕业设计 第 18 页 期投产的采区地质构造简单、储量可靠，从而使矿井建设投产后能有可靠 的储量和较好的开采条件，以便迅速达到设计能力。 (2)井筒沿煤层倾向的位置 井筒设在井田中部，可使石门总长度最短、沿石门的运输工作量小； 井筒设在浅部时，总的石门工程量虽然稍大，但初期（第一水平）工程量 较及投资较少，建井期较短；井筒设在深处的初期工程量最大，石门总长 度和沿石门的运输工作量也较大，但如煤系基底有含水特大的岩层，不允 许井筒穿过时，它可以延伸井筒到深部，对开采井田深部及向下扩展有利； 而在浅、 中位置，井筒只能打到一、二水平，深部需用暗井或暗斜井开采， 生产系统较复杂，环节较多。从保护井筒和工业场地煤柱损失看，愈靠近 浅部，煤柱的尺寸愈小，愈近深部，则煤柱损失愈大。 (3)对掘进与维护有利的井筒位置。 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具有较好的水文、围岩和地质条件。 虽然用特殊凿井法可以在水文地质情况复杂的条件下掘砌井筒，但所 需的施工设备较多，掘进速度慢，掘进费用高。因此，井筒应尽可能不通 过流沙层、较厚的冲击层及较大的含水层。 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 与维护。 (4)位置应便于布置工业场地 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 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。 综合考虑矿井的地质条件，煤炭储量情况，瓦斯含量情况，在本矿井 中可提出 3 个技术可行性方案。 本科毕业设计 第 19 页 方案 1：用双立井两水平，直接延深开拓。 方案 2：用双立井两水平，暗斜井延深开拓。 方案 3：用双立井两水平，直接延深开拓。 各方案剖面图如图所示 -50 -250 250 +350 方案三（双立井两水平，直接延深，上下山开采） -50 -250 +250 +350 方案二（双立井两水平，暗斜井延深，上下山开采） -50 -250 +250 +350 方案一（双立井两水平，上下山开采） 技 术 可 行 的 三 种 方 案 本科毕业设计 第 20 页 5)开拓方案技术比较 根据前述各项决定，本井田在技术上可行的开拓方案有下列三种，如 表 2.2 所示。 表 2.2 陶二矿井开拓方案比较 项 目方 案 描 述 方案一 双立井两水 平，上下山 开采 一对立井两水平开拓，一水平标高为-50m，二水平标高 为-250m，两水平之间通过立井延深，一水平采用上山开采方 式。井底车场为刀式车场，立井井口设在井田中央，井口标 高为+350m。主要运输大巷沿煤层走向布置。 方案二 双立井两水 平，暗斜井 延深，上下 山开采 一对双立井两水平开拓，一水平标高为-50m，二水平标 高为-250m，两水平之间通过暗斜井延深。井底车场为刀式车 场，立井井口设在井田中上部，井口标高为+350m。主要运 输大巷沿煤层走向布置。 方案三 双立井两水 平，直接延 深，上下山 开采 一对立井两水平开拓，一水平标高为-50m，二水平标高 为-250m，两水平之间通过立井延深。井底车场为刀式车场， 立井井口设在井田中上部，井口标高为+350m。主要运输大 巷沿煤层走向布置。 三个方案相同处不需参与比较的项目，包括矿井的设计生产能力、水 平划分。通风方式，采区划分，主、副井井筒断面及装备，风井井筒及断 面，总回风道的布置。 6)开拓方案经济比较 按照技术可行的原则，确定了适合本矿的开拓方案共有 3 个，为了确 定最终经济上合理的开拓方案，首先对各方案进行粗略经济比较，见表 2.3 表 2.3 各方案粗略估算费用表 方案 1 基建费/万元立井开凿22000.8283331.32 图 2.1 开拓方案 本科毕业设计 第 21 页 石门开凿3540.41364146.42856 井底车场10000.1100 小计 577.74856 立井提升1.230000.60.851836 石门运输1.230000.3540.381485.5464 立井排水 290.224360220. 152510-4841.208544 生产费/万元 小计 3162.754944 费用/万元 3740.503504 总计 百分率 100.00% 方案 2 主暗斜井开凿6840.41364282.92976 副暗斜井开凿6840.41364282.92976 上、下斜井车场(300+500)0.1080 基建费/ 万元 小计 645.85952 暗斜井提升1.230000.6840.481181.952 立井提升1.230000.41.021468.8 排水（斜、立） 290.22436022(0.063+0.1 27)10-4753.6672 生产费/ 万元 小计 3404.4192 费用/万元 4050.27872总计 百分率 108% 方案 3 立井开凿22000.8283364.452 石门开凿5240.41364216.65304 井底车场10000.1100 基建费/万元 小计 681.10504 立井提升1.230000.60.851836 石门运输1.230000.5240.381718.7184 生产费/万元 立井排水 290.224360220.152 510-4841.208544 本科毕业设计 第 22 页 小计 3395.926944 费用/万元 4077.031984 总计 百分率 109% 经过各方案粗略费用估算,可以看出方案 1 比方案 2 和方案 3 要好，三 个方案总费用相差不大于 10%，虽然方案 2 比方案 3 费用少，但考虑到斜 井维护费用要比立井大的多，所以进一步作综合评价用方案 1 和方案 3。 表 4.4 方案综合比较表 建井工程量 项目方案 1方案 3 立井井筒/m 400+20400+20 副井井筒/m 400+5400+5 井底车场/m 10001000 主石门/m 163150 初期 运输大巷/m 35003500 立井井筒/m 220220 副井井筒/m 220220 井底车场/m 11001100 主石门/m 517674 后期 运输大巷/m 35003500 生产经营工程量 项目方案 1项目方案 3 运输提升运输提升 万 tkm 工程量结果 万 tkm 工程量结果 采区下山运输采区下山运输 一水平 1 区段 21.29605 0.174= 2004. 48 一水平 1 区段 21.2960 50.174= 2004. 48 2 区段 21.29604 0.174= 1603. 58 2 区段 21.2960 40.174= 1603. 58 3 区段 21.29603 0.174= 1202. 69 3 区段 21.2960 30.174= 1202. 69 4 区段 21.29602 0.174= 801.7 9 4 区段 21.2960 20.174= 801.7 9 本科毕业设计 第 23 页 大巷及石门运输大巷及石门运输 一水平 1.227132.2 5= 7325. 10 一水平 1.227132. 25= 7325. 10 二水平 1.23455.43 .05= 12646 .76 二水平 1.23455.4 3.05= 12546 .76 立井提升 一水平 1.227130.2 75= 895.2 9 一水平 1.227130. 275= 895.2 9 二水平 1.23455.40 .5= 2073. 24 二水平 （斜井） 1.23455.4 0.5= 2073. 24 维护采区上山维护/万aM维护采区上山维护/万aM 一水平 1.2237.5 1100/10000= 5.94 1.2237.5 1100/10000= 5.94 二水平 1.2247.5 1100/10000= 7.92 1.2247.5 1100/10000= 7.92 排水/万立方排水/万立方 一水平 2602436522 /10000= 5010.7 2 一水平 260243652 2/10000= 5010.7 2 二水平 2602436527 /10000= 6149.5 2 二水平 260243652 7/10000= 6149.5 2 基建费用表 方案 1方案 3 工程量工程量 项目 方案 m 单价 （元 /m） 费用 （万元） m 单价 （元 /m） 费用 （万元） 主井井筒42030001264503000135 副井井筒4053000121.54353000130.5 井底车场1000100010010001000100 运输大巷35008002803500800280 石门16380013.0415080012 初期 小计640.54657.5 主井井筒220300066220300066 副井井筒220300066220300066 井底车场1100100011011001000110 运输大巷35008002803500800280 后期 石门51780041.3667480053.92 本科毕业设计 第 24 页 小计522575.92 共计1162.541233.42 生产经营费 方案 1方案 3 项目 工程量 /M 单价/元 M-1 费用/万元 工程量 /M 单价/元 M-1 费用/万元 运输提 升采区 上山 一区段 2004.48 0.5081018.2762296.80 0.5082004.48 二区段 1603.58 0.6521045.5371837.44 0.6521603.58 三区段 1202.69 0.759912.84021378.08 0.7591202.69 四区段 801.79 0.832667.0909918.72 0.832801.79 小计3643.7437445612.544 大巷及 石门 一水平 7