安全工程毕业设计（论文）-峰峰集团有限公司新三矿矿井设计（含全套CAD图纸）

本科毕业设计 目录- 1 - 目 录 1 井田概况及地质特征1 1.1 矿区概况 1 1.1.1 交通位置.1 1.1.2 井田范围.1 1.1.3 水系.1 1.1.4 气象及地震情况.2 1.1.5 电源情况.3 1.2 井田地质特征 4 1.2.1 井田地形.4 1.2.2 井田水文地质特征.8 1.3 煤层及煤质 8 1.3.1 煤层.8 1.3.2 煤层围岩特性.9 1.3.3 煤质概述10 2 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12 2.1.3 矿井设计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21 2.2.3 大巷运输设备选择27 2.2.4 矿井提升28 3 采煤方法及带区巷道布置.30 3.1 煤层的地质特征 .30 3.2 带区布置 .30 3.2.1 巷道布置30 3.2.2 开采顺序31 3.2.3 带区生产系统31 3.2.4 巷道掘进31 3.2.5 带区生产能力32 3.3 采煤方法 .32 3.3.1 采煤工艺方式32 3.3.2 回采巷道布置37 本科毕业设计 目录- 2 - 4 矿井通风.40 4.1 矿井通风系统选择 .40 4.1.1 矿井开拓开采条件40 4.1.2 设计原则及考虑因素40 4.1.3 通风方式确定41 4.1.4 通风方法确定42 4.2 带区通风 .43 4.2.1 带区通风总体要求43 4.2.2 带区通风的基本要求44 4.2.3 工作面上行风与下行风的确定44 4.2.4 工作面通风方式45 4.3 掘进通风 .46 4.3.1 掘进通风方法46 4.3.2 掘进面需风量计算47 4.3.3 掘进面的设计48 4.4 矿井需风量 .51 4.4.1 矿井需风量计算的原则51 4.4.2 矿井需风量的计算51 4.4.3 风量分配54 4.4.4 通风构筑物55 4.5 矿井通风阻力计算 .55 4.5.1 矿井通风阻力55 4.5.2 矿井总风阻、等积孔计算61 4.6 矿井主要风机选型 .62 4.6.1 主要风机选型62 4.6.2 电动机选型66 4.7 矿井反风措施及装置 .68 4.7.1 矿井反风的目的和意义68 4.7.2 反风方法及反风装置68 4.7.3 区域性反风和局部反风69 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.74 5.1 矿井安全技术概括 .74 5.1.1 通风概况74 5.1.2 自然发火概况74 5.1.3 防治水概况75 5.1.4 顶板冒落防治概况75 本科毕业设计 目录- 3 - 5.1.5 其它灾害概况75 5.2 矿井火灾 .76 5.2.1 矿井自然发火概况76 5.2.2 矿井自然发火分析及措施76 5.3 矿井瓦斯 .82 5.3.1 矿井瓦斯地质条件82 5.3.2 矿井瓦斯涌出概况82 5.3.3 矿井瓦斯防治82 5.4 矿井粉尘 .85 5.4.1 矿尘概况85 5.4.2 矿尘防治措施85 5.5 事故预防及处理计划的编制 .87 5.5.1 瓦斯事故预防及应急预案87 5.5.2 火灾事故预防90 5.5.3 水灾应急预案95 5.5.4 其它事故的预防及处理99 参考文献104 采空区瓦斯抽放钻孔参数设计及优化方法106 1 绪论 106 1.1 引言.106 1.2 瓦斯抽放现状.107 1.3 我国煤矿瓦斯抽放存在的问题.108 1.4 抽放瓦斯技术的发展方向.108 1.5 主要研究内容和方法.109 2 采空区瓦斯抽放 110 2.1 瓦斯抽放条件的确定.110 2.2 矿井瓦斯抽放方法的适用条件和工艺参数.110 2.3 适合采空区瓦斯抽放的条件.111 2.4 采空区瓦斯抽放方法.112 3 钻孔抽放参数设计 115 3.1 采空区顶板卸压覆岩岩层移动规律.115 3.2 钻孔抽放参数.121 3.3 实际钻孔布置参数.122 3.4 采空区抽放瓦斯相关因素分析.123 3.5 钻孔参数优化.124 3.6 抽放效果分析.126 4 结论 127 5 展望 128 本科毕业设计 目录- 4 - 参考文献 129 翻译部分130 英文部分 130 中文部分 135 致谢139 全套设计，联系全套设计，联系 153893706 本科生毕业设计第 1 页 1 井田概况及地质特征 1.1 矿区概况 1.1.11.1.1 交通位置交通位置 峰峰集团有限公司新三矿，地处河北省南部，邯郸市峰峰矿区大峪 镇。位于河北省邯郸市之西南，西北距峰峰集团公司约 10km，东距磁县 县城约 15km，地理坐标为东经 11412401141430，北纬 3622936245之间，行政区划属邯郸市峰峰矿区管辖。 井田西部已有专用铁路线，在临水（新市区）与峰峰矿区环行铁路 相接，经马头车站与京广线铁路连通，临水车站距马头车站 20km。此外， 还有岳峰公路从本矿西部通过，北部有新市区南环公路与磁县相通。见 图 1-1 矿井位置交通图。 1.1.21.1.2 井田范围井田范围 北以 F29 号断层与泉头井田分界；南至 F25 号断层与梧桐庄井田相 邻；西至煤层露头及技术边界与三矿井田相隔；东至 F8 号断层与九龙矿 相望；井田南北平均长 4.25km，东西平均宽 3.25km，井田面积 13.83km2。由 44 个拐点圈定一不规则多边形。 1.1.31.1.3 水系水系 新三矿井田位于鼓山东麓，属平缓的丘陵地形，冲沟比较发育。区 内西高东北低，最高处为赵家庄西南之山岗，标高 205.74m,最低侵蚀基 准面为滏阳河床，标高 107.46m，相对高差近百米。区内地表水系不发 育海河流域子牙河水系上游的淮阳河起源于井田北西外围放山奥陶系灰 岩泉群，由黑龙洞泉，娘娘泉，广胜泉，郭家庄泉等泉群汇集，由西向 东在井田北侧外围穿过，根据水源开发队资料，河流流量 62.42m3/s5.51m3/s,平均流量 11.81m3/s，最高洪水位标高122m 左右。 井田范围内唯一地表溪流为固义小溪，由大气降水、浅层地下水、矿坑 水等汇集，自西向东横贯井田，流量在 1m3/s 以内。 井田内以各含水层的水量、水位、水质等资料分析，在正常情况下， 本科生毕业设计第 2 页 各含水层之间无水力联系。 图 1-1 矿井交通位置图 1.1.41.1.4 气象及地震情况气象及地震情况 本区为大陆性半干旱气候，现将峰峰矿区气象站本区气象资料简述 如下： 降水量：年总量最大 1240.6mm，最小 391.9mm，平均 628.9mm，集 本科生毕业设计第 3 页 中于 6 月底至 9 月初，可占全年一半。 蒸发量：年总量最大 2229.5mm，最小 1427.5mm，平均 1908.7mm，5 月7 月最大。 气温：历年最高气温 41.9，最低15.7，年平均气温 14左右。 冰冻期为每年 12 月初至来年 3 月初。 风向风速：本区春季多东南风，夏季风向不定，秋季多西南风，冬 季偏北风，最大风速可达 20m/s。 地震：本区历史记载有地震活动，根据国家地震局地震大队 1977 年 3 月 15 日地鉴字第 030 号文件认为：“峰峰矿区地震基本烈度为八度” ，因此在矿井建设等方面均应充分专虑这一因素。 历史记载的对峰峰附近地区有破坏性的地震资料见表 1-1。 表 1-1 地震资料列表 时 间震级烈度对峰峰地区的破坏程度 1314105 6 涉县死 326 人，武安死 14 人。 1556 年 8 磁县清泉寺倾倒 1830.06.127.5 滏阳河干涸，磁县死 5485 人，彭城死伤 1700 人 1966.03.086.8 武安坍塌房屋 253 间， 磁县 12 间 1966.03.227.2 波及磁县 1.1.51.1.5 电源情况电源情况 新三矿地面设 35kv 变电所一座，两回电源线路引入，一回引自峰峰 发电厂，另一回引自申家庄 110kv 区域变电站，两回路电源线路一路为 LGJ-120 架空线路，线路长度为 6km，另一路为 LGJ-120 架空线路，线路 长度为 11.5km。两路电源线路距离适合，供电电源可靠。 本科生毕业设计第 4 页 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田地形 本区为半裸露区，除井田中部多为被第四系所掩盖外，四周及毗邻 区自奥陶系至上二迭系石千峰地层均有零星出露。 现将各地层情况自下而上简述如下： 1）奥陶系马家沟组 岩性为白云质，灰质角砾岩与白云质灰岩、纯灰岩、花斑状灰岩， 交替出极具清晰的沉积韵律，地下岩溶发育，以溶裂、溶孔和小型溶洞 为主。全厚 300m。 2）中石炭统本溪组 岩性以深灰色粉砂岩、砂质泥岩与浅灰色至灰白色铝土质泥岩为主， 含有煤层一层，中上部有时夹厚层中粒砂岩，底部为紫红色铁质铝土质 泥岩，偶见透镜状铁矿，沉积厚度较大，厚度相差一倍以上，无明显规 律，井田内未见灰岩层，但北大峪地面偶见极薄灰岩夹层。 3）上石炭统太原组 为海陆交替相沉积，厚度比较稳定，总厚 110m 至 120.78m，沉积的 岩层为深灰色至灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩与浅灰色中鲕粒岩，其 中石灰岩 68 层，含煤 69 层。粉砂岩与泥岩中含有丰富的植物化石。 石灰岩中产丰富的海相动物化石，有蜓类、腕族类、瓣腮类、复足 类、珊瑚、海百合等。灰岩自上而下分别名为一座、野青、山青、伏青、 小青、中青、大青、下架，除一座与中青沉积稍欠稳定外，其余沉积发 育良好，以野青、伏青、大青较厚，一般在 2m 至 5m。本组 4、6、7、8、9 为全区可采煤层，3、5 下、6 下为局部可采煤层。峰峰 地区多以石灰岩顶板命名，如野青大青煤等。由于沉积稳定，灰岩 均匀间隔，地层和煤层对比容易。与山西组为连续沉积，分界不明显， 采用一座灰岩上部一层中细粒砂岩分界。 二迭系按岩性、岩相、古生物特征，可划分为山西组、下石盒子组、 上石盒子组和石千峰组，各组间均为连续沉积，分界不明显。山西组与 石盒子组分界，采用以紫色岩层绝迹后第一层中粗粒砂岩为界（相当干 骆驼脖砂岩） 。下石盒子与上石盒子组划分，考虑到与毗邻井田统一，仍 以第三段分界砂岩划分， （全国地层编表根据所采标准植物化石将分界从 原三段底界下推 120m，即三段下的百米砂岩） 。石盒子组以上至石千峰 本科生毕业设计第 5 页 组地层为陆相沉积，变化较大。 4）下二迭统山西组 主要为过渡相海陆相沉积。岩性以灰白色中细粒砂岩与深灰色粉砂 岩为主，夹灰黑色砂质泥岩，泥岩与煤层，含煤 36 层，东北角含煤程 度较高，可达 6 层，下部的 2 号煤层为本区主要可采煤层。顶部灰色砂 质泥岩中普便具有灰褐色细鲕状结构，可作为标志岩层，井与其上灰色 中粒砂岩为界划分山西组与石盒子组，上部 0 号煤顶底板泥岩中含较高 的铝土、高岭质成分，为峰峰地区重要陶瓷原料。最底部一层厚 5 米左 右的中粒砂岩相对稳定，为山西组与太原组分界。厚度 56.38m89.15m，平均厚 78.34m，岩性变化较大，无明显标志层，砂质 泥岩中植物化石丰富，见有烟叶大羽羊齿、三角织羊齿、鳞木、芦木、 苛达特等。 5）下二迭统石盒子组第一、二段 岩性上下不易区分，厚 200.60m232.90m，平均 216.47m，东北部 稍厚，西南部稍薄，不够明显。从顶界至 2 号煤层距离稳定，一般为 268m，两极差不超过 15m，成为对比上的一个依据。上界与上石盒子组 第三段底界砂岩分界明显。 岩性可分上下两部，上部厚 110m 左右，以灰绿色、紫斑色粉砂岩和 紫斑色铝土质泥岩为主，夹 23 层灰白色厚 510m 中细粒砂岩，其中 底部一层在全区较为稳定。在距三段底 40m80m 处的紫斑色铝土质泥岩 中常见有黄褐色菱铁质粗鲕状结构、呈瘤状体集结，具有相对的标志性。 下部厚 76m。岩性为灰绿、紫黄斑、灰色的粉砂岩、砂质泥岩，下 部间夹深灰色砂质泥岩和灰色铝土质泥岩 12 呈：中细粒砂岩，颜色愈 下愈深，砂岩泥质成分增加，成分中含金、黑云母增加，底部一层砂岩 厚 510m，为骆驼脖砂岩，本段含有较多的植物化石见有：中国瓣轮叶、 星轮叶、带羊齿。 6）上石盒子组第三段 浅灰、灰白色中粗粒石英长石含砾砂岩，占全层 70，间夹紫灰绿 色粉砂岩，砂岩多斜交层理和凸镜状、楔形层理。下部夹有一层紫花色 含铝质成分高、色泽鲜艳、腊状光泽、性韧、质纯的泥岩，局部具鲕状 结构，厚 515m。其下砂岩具缓波状水平层理，砂岩中常间夹有深灰、 灰黑色泥岩，三者结合成一个标志层段。以砂岩为主体的本段岩层，宏 观上从岩性、物性、厚度上组成石盒子组标志层段。厚度 99122m 之间， 本科生毕业设计第 6 页 平均 110.82m，变化不大，稍有由北东向南西减厚趋势。本段底界以下 至 2 号煤层 268m；以上至 5 段底界厚 220m，全区变化不达，可作对比依 据。顶部多以一层厚 23m 的灰绿色含红色矿物多含砾中粗砂岩为界。 本段下部含有少量植物化石，如：带羊齿、大羽羊齿等。 7）上石盒子组第四段 紫斑、紫灰绿色的砂质泥岩、粉砂泥岩为主组成了以泥质岩类为特 点的层段，砂岩很少，中下部夹 12 层薄层细砂岩，局部含鸡蛋绿高岭 质泥岩。下部层位中常有一层薄层片状深灰黑色泥岩，见有海豆芽动物 化石。本段含植物化石甚少，厚度一般 104m，变化不大。 8）上石盒子组 5、6 段 紫红色、紫色绿色粉砂岩、泥岩为主，夹有纯度不均匀的含铝质泥 岩，均匀的分布有 34 层紫红、粉红色中细粒砂岩，多红色矿物而与下 段砂岩区别。泥质岩中，多黄色斑状物及豆状、瘤状的泥质、铁质结合 体。下部含数层 0.10.2m 硅质层，具有标志性。底部为一层厚层状石 英长石中粗粒含砾砂岩，厚 10m 左右，沉积相对稳定，具有标志性，与 四段分界。本段厚一般 150m，变化不大，底界至 2 煤层一般 480m，可作 为对比依据。 9）上二迭统石千峰组 为一套纯陆相沉积地层，岩性单一，厚度巨大的紫红色岩层，无论 从岩性、岩相等方面与石盒子组有着截然的不同。根据岩性、岩相可分 三段，本井田仅见二段下部层位，由下而上述之。 10）石千峰组第一段 全厚 200m，可分上中下三段。上部由紫红色页岩与薄层细砂岩互层， 以及粉砂岩组成。粉砂岩中含钙质结核，厚 70m。中部为紫红色粉砂岩、 泥岩和泥灰岩组成（浅水灰岩） 。泥灰岩在全区稳定，一般 45 层，其 它区在泥灰岩中找有偏体鱼类化石，厚约 50m。下部为紫色、紫红色粉 砂岩、泥岩，间夹数层中厚层紫色中细粒砂岩组成，泥质岩类中含大量 顺层分布的瘤状钙质结核，厚 80m。 11）石千峰组第二段 红色、粉红色薄层状具良好的水平层理的细砂岩、粉砂岩、砂质泥 岩组成，含有与岩体同生的椭球形结核包体，厚度不详。 12）新第三系上新统 仅在石桥山顶出露，与下复地层成不整合接触，主要为疏松的淡黄、 黄色中粗砂和细砂组成，间夹砾石，厚 6m。 本科生毕业设计第 7 页 13）第四系全新统 厚 7m，分布于河漫滩及一级阶地之上，为砂、亚砂土、砂砾透镜土 组成。 岩层电性特征及其对比情况： 本区煤系上覆地层厚度大，岩性标志性差，但沉积厚度相对稳定， 物性条件较好，规律性明显，依据自然放射性（）,视电阻率曲线() 在各段不等的幅值及异常显示,形成各不同沉积段的对比标志,密度曲线 (r)对一般的断裂带均有所反映,综合各自特点,成为研究对比主要手段,为 本区中、小断层确定提供了依据。附表 1-2 地质柱状图。 表 1-2 地质柱状图 岩石 名称 层 厚 （m） 岩性 柱状 累 厚 （m） 岩 性 描 述 细粒 砂岩 2.5 2.5 褐灰色，成份以石英长石为主，薄层状， 具微波状水平层理。 . . 粉砂 岩 7.0 . 9.5 深灰色，薄层状，微细波状水平层理，成 份以石英为主，含植物化石碎片。 . .粉、 细砂 岩互 层 3.0 . 12.5褐灰色，薄层状，夹宽条带粉砂岩。 细粒 砂岩 1.64 14.14 灰色，薄层状，波状水平层理，含植物化 石。 中粒 砂岩 5.16 19.3 浅灰色，薄层状，成份以石英为主，含长 石及黑色矿物，具微波状水平层理。 砂质 泥岩 1.1_20.4灰黑色，厚层状，含炭化植物化石。 砂质 泥岩 2.03_22.43 黑灰色，薄层状，水平层理，含植物化石 碎片。 . .粉粒 砂岩 1.28 . 23.71 深灰色，薄层状，具不明显水平层理，含 少量炭化植物化石碎片。 _砂质 泥岩 1.29 _ 25.0 黑灰色，薄层状，下部含砂量高，近于粉 砂岩，隐显水平层理，夹少许镜煤条带。 粉粒 砂岩 2.9 . . 27.9 深灰色，薄层状，中下部夹少量细砂条带， 微波状水平层理，含炭化植物化石。 细砂 岩 1.87 29.77浅灰色，薄层状，具微波状水平层理。 本科生毕业设计第 8 页 中细 砂岩 5.34 35.11 浅灰色，中厚层状，成份以石英为主，含 长石及黑色矿物，波状水平层理。 砂质 泥岩 1.2_36.31 灰黑色，薄层状，炭质程度高，隐约显出 水平层理。 2 号煤3.539.81黑色，粉末状，亮煤为主，玻璃光泽。 砂质 泥岩 3.22-.-.-.-.-.43.03 灰黑色，薄层状，块状结构，具水平层理。 细砂 岩 2.91 45.94 灰黑色，薄层状，含丰富的炭化植物根部 化石碎片。 砂质 页岩 4.19-.-.-.-.-.50.13灰黑色，厚层状，局部含炭质结核。 细粒 砂岩 5.75 55.88 褐灰色，间夹粉砂条带，具有清晰的连续 水平层理，并含炭化植物化石碎片。 砂质 泥岩 1.01_56.89灰黑色，薄层状，局部含炭质结核。 粉粒 砂岩 2.91. 59.8 灰黑色，薄层状，上部含细砂条带，断续 水平层理。 1.2.21.2.2 井田水文地质特征井田水文地质特征 新三矿处在 F11、F29、F8、F26 断层切割的封闭区域内，在边界附 近，受 F11、F29、F8 大断层的影响，2 号煤与大青灰岩及奥灰含水层发 生对接，煤层开采直接受灰岩含水层水威胁，需留设防水煤柱。 井田内分布的主要含水层有：石盒子组砂岩含水层、野青灰岩含水 层、山伏青灰岩含水层、大青灰岩含水层以及奥灰含水层。太原组各层 灰岩之间，在垂向上随着埋藏深度的增加富水性显著减弱。井田内以各 含水层的水量、水位、水质等资料分析，在正常情况下，各含水层之间 无水力联系。 1.3 煤层及煤质 1.3.11.3.1 煤层煤层 本区石炭二叠系煤系地层，包括本溪组、太原组和山西组，煤系总 厚度 220m。含煤 1216 层，煤层总厚度约 15m。含煤系数 6.6%，由上 至下编号为 1 号（小青） 、2 号（大煤） 、3 号（野青）4 号（小煤） 、5 号， 本科生毕业设计第 9 页 5 下、6 号（山青） 、7 上、7 号（大青） 、8 号（大青） 、9 上、9 号（下 架）等煤层。其中全区可采煤层为 2 号层，由于 4 号煤厚为 0.46m，不 建议开采，所以全区可采厚度为 3.5m，其余为远景储量。 太原组地层沉积稳定，标志层明显，层间距、煤厚、煤质变化不大， 煤层的物性特征标志，具有特定的曲线形态，煤层易于对比。山西组煤 岩层沉积变化较大，除 2 号煤层和 4 号煤层较稳定外，其他煤层有分岔、 尖灭现象，但尚有规律可寻，2 号煤：为本区主要可采煤层，在全区沉 积，平均厚 3.5m，发育较好，厚度大。个别情况由于后期构造影响，在 断层附近有加厚减薄现象，如 607 孔受 F11 断层影响，煤层厚度增大到 10.36m；910 孔受 F8 断层影响，减薄至 1.06m，除此外厚度变化不明 显。宏观上，东部边沿靠 F8 断层一带略有所变薄，但幅度不大。煤层倾 角 510，平均为 8。2 号煤层特征见 2 号煤层特征表 1-3。 表 1-3 2 号煤层特征表 1.3.21.3.2 煤层围岩特性煤层围岩特性 2 号煤煤层直接顶板为深灰色砂质泥岩和灰色炭质泥岩，厚度 0.54m，抗压强度 15.547.4MPa；老顶为中细砂岩，厚度 410m 左 右，其抗压强度 48.4115.7MPa；直接底为砂质泥岩，厚度 3.0m 左右， 抗压强度 68.6MPa 左右。 表 1-4 2 号煤层顶底板岩性特征表 顶底板名称岩石名称 厚度 （m） 岩性特征 老 顶中细砂岩5.34 深灰色，薄层状，局部含植物 化石 直接顶砂质泥岩1.20灰黑色，碎块状，含植物化石 直接底砂质泥岩3.22灰黑色，块状，水平层理 评价 指标 煤层 编号 煤层厚度 等级 全井田厚 度最小 最大 平均厚 度() m） 稳定程 度 结 构 夹石层数 厚度()m） 2 中厚煤层0.54m 3.5 较稳定 较 简 单 35 层 0.05-0.2m 本科生毕业设计第 10 页 老 底细砂岩2.91浅灰色，薄层状，水平层理 1.3.31.3.3 煤质概述煤质概述 新三矿瓦斯绝对涌出量 8.87m3/min，相对涌出量 6.39m3/t，2 号煤 层煤尘爆炸指数 29.74，煤层自燃等级属于不易自燃。瓦斯等级鉴定 结果，新三矿为低瓦斯矿井。 新三矿主产炼焦烟煤，煤质为肥煤，灰分为 20.2，硫分为 0.48，发热量为 20.1MJ/kg。煤的主要用途是供炼焦厂炼焦用。煤质 牌号见表 1-5。 表 1-5 煤质牌号表 MadAdVdQb.adFCdSt.d Y (mm) 工业牌号 13-47 煤煤 质质 情情 况况 0.93 35 23.1525.850.30.4826.0肥煤 本科生毕业设计第 11 页 2 井田开拓 2.1 井田境界及可采储量 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）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）保证井田有合理尺寸。 （3）充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等。 （4）合理规划矿井开采范围，处理号相邻矿井间的关系。 2.1.12.1.1 井田境界井田境界 此资源储量检测范围是按 2005 年 6 月峰峰集团有限公司下达的边界 进行计算的。该矿的矿井边界拐点坐标如表 2-1： 表 2-1 矿井边界拐点坐标 点号 XY 点号 XY 140324203852165023403011038517920 240313003852162524403019038517330 340303253852157525403075538517415 440298253852158026403102538517560 540294203852149027403118538517550 640280803852101028403138538517675 740276603852068529403168038517700 840273153852027530403150038518110 940271953851993531403146038518455 1040265903851908532403132038518725 1140267253851876533403125038519000 1240275253851887534403079538519115 1340276553851895535403065038519270 1440279003851895536403040538519170 1540279803851795037403015038519170 1640280503851812538403034538519245 1740289203851810539403057538519540 1840290003851825040403105038520200 1940291703851800041403104538520510 2040294403851796542403150038520850 本科生毕业设计第 12 页 2140298003851797543403216538521130 2240297253851791544403233038521315 新三矿矿井井田范围：北以 F29 号断层与泉头井田分界；南至 F25 号断层与梧桐庄井田相邻；东至 F8 断层与九龙矿相望；井田南北平均长 4.25km，东西平均宽 3.25km，井田的水平面积 13.83km2。附图 2-1：井 田赋存状况图 图 2-1 井田赋存状况图 2.1.22.1.2 可采储量可采储量 1）矿井工业储量 矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探，煤层厚度与质量 均合乎开采要求，地质构造比较清楚，目前可供利用的可列入平衡表内 的储量。矿井工业储量一般即 A+B+C 级储量。 本矿井设计只对 2 煤层进行开采设计，2 号煤层平均厚度为 3.5m， 倾角 510，平均 8。-390m 以下的煤炭储量尚未探明，作为矿井 的远景储量。 本次储量计算是在精查地质报告提供的 1：2000 煤层底板等高线图 上计算的，储量计算可靠。 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 (公式 2.1) 式中：Zg矿井的工业储量； S 井田的倾斜面积，13.83km2； 本科生毕业设计第 13 页 M 煤层的厚度，3.5m； R 煤的容重，1.40t/m ； 3 则：Zg13.83 100 3.5 1.40 6777 万 t 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）井田境界煤柱损失； （2）工业广场保护煤柱； （3）采煤方法所产生的煤柱损失和断层煤柱损失； （4）建筑物、河流、铁路等压煤损失； （5）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、村庄保护煤柱和防水保护煤柱等。保护煤柱留设方法见表 2-2。 表 2-2 保护煤柱留设方法 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 断 层断层煤柱每侧 20m 大 巷大巷煤柱每侧 30m （1）边界煤柱可按下列公式计算 ZL b M R (公式 2.2) 其中：Z边界煤柱损失量； L边界长度 b边界宽度 M煤层厚度；3.5m R煤的容重；1.40t/m 3 表 2-3 新三矿边界煤柱损失表 单位：万 t 边界 煤层 北 L=5643m 南 L=5969m 西 L=4500m 东 L=4704m 总和 2 煤层（万 t） 55.358.544.146.1204 合计 204 （2）工业广场煤柱留设 本科生毕业设计第 14 页 根据煤炭工业设计规范 ，工业场地占地指标如下表。 表 2-4 工业场地占地指标 单位：万 t 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0.801.101.301.802.003.50 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。 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。根据上述规定，本井田工业场地占 地面积 S 取值如下： S（1.300.80） 60/1012.6 公顷126000m 故本矿井工业场地的面积为 12.6 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 420m，短边为 300m。 由此根据上述已知条件，可得出保护煤柱的尺寸为： 由图 22 可得： LAB30015 22 50tan40480tan72 480tan70 537m LAD 420 15 2 2 50tan402480 tan72 621m 工业广场保护煤柱为： Q场 场 LABLAD 3.51.40 5376213.51.40 131 万 t 工业广场煤柱总计 131 万 t。 本科生毕业设计第 15 页 72 40 72 72 图 22 工业广场保护煤柱计算示意图 表 2-5 可采储量计算表 煤 柱 损 失 煤层工业储量 断层井田边界工业广场合计 可采储量 267771722041315076270 合计67771722041315076270 3）可采储量计算 矿井的回收率没有具体规定，一般为不低于 60%，结合本矿实际情 况，为了充分利用煤炭资源，矿井回收率取 75%。经计算矿井工业储量 为 6777 万 t，全矿永久煤柱损失为 507 万 t。 则矿井可采储量（6777-507） 0.754702 万 t 本科生毕业设计第 16 页 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 按煤炭工业矿井设计规范规定，矿井设计年工作日为 300d，每 天三班作业(其中两班生产，一班准备)，每天净提升时间为 14h。 2）矿井设计生产能力的确定与论证 矿井设计生产能力确定为 60 万 t/a。其主要理由如下： （1）本井田煤层储量较贫乏，但是赋存以稳定、较稳定型为主，倾 角一般 510，平均厚度 8，比较适宜综合机械化开采，宜建设现 代化中型矿井。 （2）井田内地质构造简单，以宽缓的褶曲为主，少断层、陷落柱稀 少，无岩浆岩侵入。井田内水文地质条件简单，适合建设中型矿井。 （3）2 号煤为中灰、低硫、低磷、易选的肥煤，是优质的炼焦厂用 煤。 为此，从矿井资源条件、煤层开采技术条件和煤的加工利用以及煤 炭外运条件和可研批复等方面综合考虑，矿井年设计生产能力确定为 60 万 t/a 比较合理。 3）矿井及水平服务年限 （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 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 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）矿井生产能力的确定 由于新三矿井田范围小，根据下组煤储量及开采条件，煤炭储量较 为匮乏，煤层生产能力小，应建设中型矿井，初步确定矿井生产能力为 60 万 t/年。 （5）矿井服务年限的核算 矿井服务年限的计算公式为： 本科生毕业设计第 17 页 (公式 2.3)/()KTZA 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 K1.3； A矿井设计生产能力，万 t/a； 由上计算结果可知：矿井可采储量为 4520 万 t，则矿井服务年限为： 4702/(601.3)60.2a 50a/()KTZA K 以上结果符合煤炭工业矿井设计规范的规定。 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 60 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 主要设计原则： （1）首采煤层开拓布置原则，为既考虑新三矿矿井后期通风的要求， 又要根据下组煤水文地质条件，利于下组煤安全开采。 （2）首采煤层的开采与新三矿矿井下开采布置尽量相互独立，避免 相互影响。 （3）力求井下巷道布置简单，工程量少，做到投产快、效益好、以 利安全。 1）影响矿井开拓部署的主要因素 在第一章中已对开采 2 号煤有影响的主要含水层水文地质条件做了 叙述。新三矿处在 F11、F29、F8、F26 断层切割的封闭区域内，在边界 附近，受 F11、F29、F8 大断层的影响，2 号煤与大青灰岩及奥灰含水层 发生对接，煤层开采直接受灰岩含水层水威胁，需留设防水煤柱。特别 是 F11 断层与峰局一矿发生突水事故的 F1 断层有相似之处，因此断层附 近必须按规定留设保安煤柱。 按照目前根据泉群构成的排泄带及其补给径流区所划分的水文地质 单元中之相对位置，本区属于邯刑地区南单元，水文地质边界北起北洺 河地下分水岭，南至漳河南岸，西起涉县长亭大断层，东止梧东、 九龙口、大淑村、北李庄等井田深部边界。新三矿井田位于南单元中的 本科生毕业设计第 18 页 峰峰南大峪区，该区边界北起紫山断层，西至鼓山断层，东部和南部边 界与单元边界相同，主要补给来源为鼓山露头部位大气降水及西侧的侧 向补给，由于井田位于强径流带东侧，奥陶系灰岩埋藏较深，大部垂距 地面 550m 以上，因此岩溶发育远远不如浅部强烈。根据钻孔揭露资料， 在 100m 的段距内大致可划分三个含水带：第一带距界面 525m，厚度 3m，漏水及严重消耗钻孔占 25，相当于 O82 底部或 O72 顶部；第二带 距界面 4651m，厚 2m，漏水孔占 20，相当于 O72 中上部；第三带距 界面 7885m，厚 2m，严重消耗钻孔占 33，相当于 O72 中下部。根据 这个初步资料，可以推断奥陶系灰岩中对上部煤层开采影响最大的含水 层层位在 O72 中下部。 本区开采上部煤层时矿井充水的主要来源为各含水层地下水，井田 内分布的主要含水层有：石盒子组砂岩含水层、野青灰岩含水层、山伏 青灰岩含水层、大青灰岩含水层以及奥灰含水层。太原组各层灰岩之间， 在垂向上随着埋藏深度的增加富水性显著减弱。井田内以各含水层的水 量、水位、水质等资料分析，在正常情况下，各含水层之间无水力联系。 开采 2 号煤层初期，以顶板砂岩水为主，末期由于顶板塌陷，将导 致潜部地段石盒子组底部砂岩水渗入矿井。 综上所述 2 号煤开采时，断层附近必须按规定留设保安煤柱，尤其 与 F11 断层相接处应特别留意。 2）井口及工业场地位置的选择 （1）井筒形式及数目的确定 一般情况下，井筒的形式有立井、斜井和平峒三种。 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缓斜和倾斜煤层。 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。 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，可满足低瓦斯矿井、 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 本科生毕业设计第 19 页 煤层。 综合新三矿的地质实际情况，由于煤层埋藏较深，且立井开拓的适 应性较强，井筒的断面大，可满足矿井需风量的的要求，且阻力小等特 点，确定井筒的形式为立井。因此，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。 （2）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。 根据煤矿设计规范要求，井筒及工业广场的位置，一般情况下 应选择在井田中央或沿井田走向储量的中心。但遇到下述情况是可因地 而异：“工业广场遇到高山、低洼和洪水威胁时，井筒位置可以不在井 田储量中心” 。 选择井筒位置时要考虑以下主要原则： （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带区密切结合起来，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带区煤层。 （4）有利于掘进与维护 本科生毕业设计第 20 页 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）便于布置工业广场 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。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。 带区范围内为农用土地。带区南部为北大峪村、南大峪村。工业广 场选择受到一定限制，设计结合上述条件以改善矿井通风系统并利于下 组煤开采的目的，对井筒及工业广场位置选择，在可行性研究阶段曾提 出三个方案进行比选。现简述如下： 方案：井口及工业场地位于北大峪村北 180m 处，岳峰公路东 200m 处。 方案：井口及工业场地位于北大峪村北 150m 处，岳峰公路东 600m 处。 方案：井口及工业场地位于北大峪村东北约 400m。 因地表条件限制，综合分析，设计认为方案技术更为合理、优于 方案、。理由如下： 地形平坦，且距已有岳峰公路仅 0.2km，交通条件优越，并且不 影响运输铁路的畅通。 工业场地保护煤柱与村庄保护煤柱重合，减少了呆滞煤量。 本科生毕业设计第 21 页 井筒、井底车场及硐室位于 2 煤层顶、底板岩层中，可靠程度高。 井位处钻孔控制程度高，且构造简单，利于井筒及车场巷道施工。 综上分析，设计推荐方案。 3）工业广场位置的确定 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西部距 峰峰矿区约 4km 的北大峪村附近的农用土地上，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）工业场地靠近公路，交通方便。并且运输铁路从工业广场东部 经过，有利于出煤外运，投资大大节省。 4）开采水平的确定 根据矿井的地质条件采用立井单水平开拓。 5）井田开拓方案 一般情况下，井筒的形式有立井、斜井和平峒三种。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 法施工的缓斜和倾斜煤层。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。综合新三矿的地质实际情 况，则斜井及平峒均不适用于新三矿。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，可满足低瓦斯矿井、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；能兼顾井田浅部和深部不同产状的煤 层。试区范围内地表面积为农用土地，供工业场地选择的区域较小，无 建斜井条件，因此新三矿采用一对立井-单水平开拓。 因此，综合以上因素并结合新三矿的实际情况，确定井筒的形式为 立井。本矿井采用一对立井开拓：主立井采用箕斗提煤，且兼作进风井； 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。矿 井通风方式为中央并列式，主、副井进风，主回风井回风，通风机工作 本科生毕业设计第 22 页 方式为抽出式（具体比较情况见第四章） 。 2.2.22.2.2 矿井基本巷道矿井基本巷道 1）井筒 (1)主井 主井提升方式采用落地单绳缠绕式，井底标高-460m，井口标高 164.5m。井筒直径 4.5m，净断面积 15.9m2，井深 624.5m，井架高度 32m；井筒罐道梁选用 120a 型工字钢，层距 4.2m；全程提升行程 624.5m。井架天轮型号为 TSG-3000/17，直径 3m。罐道选用 38kg/m 轨道， 布置方式为双轨双侧布置，间距 1430mm。此外，还布置有检修道、动力 电缆、照明电缆、通讯信号电缆、人行台阶等设施。主井井筒断面和井 筒特征表分别见图 2-3 和表 2-6。 (2)副井 副井提升方式采用落地单绳缠绕式，井筒直径 5.5m，净断面积 23.76m2，井底标高-452m，井深 617.5m，井架高度 23m；井筒罐道梁选 用 128b 型工字钢，层距 4.2m；全程提升行程 617.5m。井架天轮型号为 TSG-3000/19，直径 3m。罐道选用 38kg/m 轨道，布置方式为双轨单侧布 置，间距 1300mm。副井内除装备罐笼外，还设有梯