采矿工程毕业设计（论文）-铁康四矿3.0Mta新井初步设计（全套图纸） .pdf

中文题目：铁康四矿中文题目：铁康四矿 3.0mt/a 新井初步设计新井初步设计 外文题目外文题目：the new shaft design of tiekang no.4 mine(3.0mt/a) 毕业设计（论文）共 135 页（其中：外文文献及译文 14 页） 图纸共 4 张 完成日期 2012 年 6 月 答辩日期 2012 年 6 月 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 前 言 煤炭工业的粮食， 它推动了人类工业文明的发展。 但煤炭是不可再生的宝贵资源， 我国虽为万亿吨以上储量的第三富煤大国，但人均资源仅为世界人均资源的一半。因此， 要合理开采、综合利用煤炭资源，提高煤炭资源的采出率，提高经济效益。 采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。现代采煤工艺的发展方向 是高产、高效、高安全性和高可靠性，基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合，研 究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤设备和生产监控系统，改进和完善 采煤工艺。在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有 中国特色的采煤工艺理论。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 辽宁工程技术大学的采矿工程就是一门针对矿物资源开发、开采、利用以及其原理、 设计等诸多方面开设的一个专业，这门专业所学的知识包括了煤炭生产的各个环节。而毕 业设计是学生锻炼自己动手操作和理论相结合的重要环节，学生通过设计能够全面系统的 运用和巩固所学的知识，掌握矿井设计的方法、步骤及内容，培养自己的实事求是、理论 联系实际的工作作风和严禁的工作态度，培养自己的科学研究能力，提高了编写技术文件 和运算的能力，同时也提高了计算机应用能力及其他方面的能力。 本设计是铁康四矿 3.0mt/a 新井设计在所收集地质材料的前提下，由指导教师给予 指导，本设计力求追赶先进的采矿理论，讲究开拓创新，并运用在课堂上所学知识，以及 各参考书中的规定和事例进行的。力求设计出一个高产、高效、安全的现代化矿井。本设 计说明书从矿井的开拓、开采、运输、通风、提升及工作面的采煤方法等各个环节进行了 详细的叙述，并在很多处进行了技术和经济比较，完成了毕业设计要求的全部内容。同时 王涛：铁康四矿 3.0mt/a 新井设计 2 说明书中要求图文并茂，使设计的内容更容易被理解、接受。 由于个人能力有限及其他原因，本设计中可能存在诸多不妥之处,请老师提出指正。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 1 井田概况及地质特征井田概况及地质特征 1.1 井田概况井田概况 1.1.1 井田边界四邻及面积井田边界四邻及面积 铁康四矿位于辽宁省沈阳市康平县境内，铁康四矿位于康平煤田的东北部隶属康平县 东关镇。其地理坐标为东经 12320381232555,北纬 4237544241 42。 井田边界以坐标线 4728850 以南至 4723185 为边界， 坐标线 41533400 以西 41530490 为边界，面积 21.26km2。 1.1.2 交通位置交通位置 铁康四矿矿区交通非常便利。铁康四矿距调兵山 35km，距康平县城 15km。矿区铁路 经法库、调兵山至大青编组站，大青编组站东至铁岭 20km 与京哈线相接。公路有 203 国 道从矿井西南部通过。如图 1- 1： 四 平 市 清 源 北四 家子 二牛 所口 老城 清 河 大青 兴 隆台 法 哈牛 黑 山 半 拉门 依 牛堡子 登仕 堡子 五台 子 叶 茂台 后新 秋 哈 尔 套 阿 尔 乡 苏 家 屯 抚 顺 沈 阳 市 0 125 0 124 0 42 0 43 0 125124 0 0 123 0 123 0 42 0 43 交通 位置图 西 丰 东 辽 昌图 吉林省 新 民 市 彰 武 抚 顺市 新 城 子 区 铁 岭 市 开源 市 法 库 调兵 山 市 康平 煤 田 康 平 科尔 沁 左 后 旗 内 蒙 古 自 治 区 王涛：铁康四矿 3.0mt/a 新井设计 4 图 1- 1 铁康四矿交通位置图 1.1.3 地形地貌地形地貌 本矿井位于辽河平原西侧，地势稍有起伏，无高山，一般为平缓低山丘陵及第四纪洪 冲积平原，地表绝大多数为农田，一般标高为+80+120m。地势最高处位于煤田西南后部 的旧门山，其标高为 177.30m。 1.1.4 水系分布水系分布 矿井内无较大河流，只是在矿井外的西南有一条小河，为李家河，未流经本矿井。而 在矿井的中部、北部和南部有许多人工渠和季节性冲沟；主要有一道河、二道河等。 1.1.5 气候情况气候情况 本区位于辽河平原西侧，属于大陆性气候，一般多风少雨，春干冬寒，一般春、秋、 冬三季多风，冬季多西北风，春季多西南风。风力最大至 79 级，瞬时达 10 级，小至 23 级，无风季节少见。降雨一般集中在 7、8、9 月份，年最大降雨量达 801.4mm，年平均降 雨量为 544.4mm， 最大月降雨量为 346.1mm （1984 年 8 月） ， 最小月降水量为 0 （见表 1- 6） ； 该区年平均蒸发量为1922.3mm， 最大月蒸发量为405.6mm （1974年5月） ； 最高气温33.3， 最低气温- 32.6，冬季冻层最大深度 1.45m。 1.2 井田地质特征井田地质特征 1.2.1 井田地层井田地层 铁康四矿位于康平煤田东北部，其地层层序和含煤地层生成年代与区域地层完全一致，以 前震旦系地层为基底，其上依次沉积了中生界之早白垩系、及新生界之第四系，现由老到 新分述如下： （一） 、前震旦系（anz） 出露在后门山、土井山、郝官屯及五棵树一带，煤田内没有出露。但在大平煤矿勘探 中，在大平煤矿的西部有许多钻孔终孔打到前震旦系，其岩系组成以绿色片岩、花岗片麻 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 岩为主，并有花岗岩及闪长岩侵入。 （二）白垩系下统（k1） 含煤地层无论是岩性特征或生物群组合，从区域对比上看可以与三台子组相当。在煤 田的东部地段该组地层沉积厚度较大，向西逐渐变薄，一般厚度为 437m。根据岩性、接 触关系和生物化石特征，可将白垩系由下而上划分为三个组，孙家湾组、三台子组和建昌 组地层，建昌组直接覆盖于前震旦系地层之上，为不整合接触。而三台子组则平行不整合 于建昌组之上。 （三） 、第四系（q） 上部为黑色腐植土，厚度 0.20.5m。中部为灰黄色亚粘土，厚度为 217m。下部为 黄色粗砂，底部含砾，厚度 1.55m。 1.2.2 井田内的地质构造井田内的地质构造 铁康四矿地质构造特征以总体为一走向东西,倾向中间高南北低构造,发育有宽缓褶曲 并伴生一些规模不等的正断层。矿井构造类型为二类，煤岩层倾角一般 8左右。褶曲以 背斜为主，为北翼较缓南翼较陡的不对称褶曲，自西向东有倾伏再现的三台子窝棚、四家 子、拉马屯、肖家窝棚和三台子六个背斜，背斜轴平面分布呈横卧的“s”型，在“s”型 的凹外发育有北部和南部两个向斜，背向斜轴部平缓，一般为 06，过渡地段较陡， 一般为 812，近似箱型。矿井内断层走向以北北西向为主，多分布在背向斜转折部 位，还有一些北东走向的断层分布在东南部，北西走向的断层分布于西北部。 1.2.3 煤层结构煤层结构 铁康四矿井田内共有两层可采煤层，煤层编号从上往下分别为 1#、2#煤层。煤层特征 见表 1- 1： 煤层 编号 煤层 厚度 分煤 层数 容重 /t/m3 夹矸 厚度 煤层稳 定程度 煤层倾角/平 均 层间距 /平均 m 1# 8.5 0 1.35 0 稳定 8 28 2# 12.5 0 1.35 0 稳定 表 1- 1 煤层特征表 王涛：铁康四矿 3.0mt/a 新井设计 6 1.2.4 水文地质水文地质 （一）区域水文地质特征 铁康四矿位于辽河平原西侧，地势稍有起伏，无大高山，一般为平缓低山丘陵及第四 系洪冲积平原，一般海拔为+80+120m，在煤田西南后旧门山地势最高，其海拔为 +177.30m。 全区地貌按成因可划分为三种类型，即构造剥蚀地形、剥蚀堆积地形和洪冲积堆积地 形。由于上述地貌类型，促成了区内无较大河流的水文特征，只是在矿井的西南有一条小 河（李家河） ，未流经矿井，而中部、北部和南部则有许多人工渠道（主要有一道河、二 道河）和季节性冲沟。 （二）矿井含水层情况 （1） 、第四系洪积含水层 主要分布在东部低洼处，一般厚度为 4m，该层上部由 1.921m 黄色粘土所覆盖；下 部则有黄色及灰白色粉砂、细砂、砂砾所组成，成分以石英为主，下部含砾，最大砾径为 3050mm，具棱角，分选性差。据水 10 号抽水资料：单位涌水量 0.0032 公升/秒.米，渗透 系数为 0.0965 米/日。该层上覆之粘土，由西向东逐渐增厚。由于地形变缓，故水位变化 幅度变小（1.001.60m） ，其水质变化较大，总碱度值很高，一般为重碳酸钙钠型水。 （2） 、白垩系砂岩、砂砾岩承压含水层 白垩系分布全矿井，厚度在 50200m 之间，一般为 77m，由煤田中心向南逐渐增厚， 其岩芯大部份由泥质或钙质胶结的灰色或灰绿色的砂岩、砂砾岩组成，结构致密，透水性 很弱，但由于压力作用，在个别钻孔发现长期自涌水现象，最大 614 号孔，水头高出地表 5.6m。 该层上覆 3070m 的风化壳，大部分由紫红色的砂岩、砂砾岩所组成，分选性差，粒 度不一，泥质或钙质胶结。由于风化作用，岩石松散，透水性较强，据抽水资料：渗透系 数由 0.16110.621 米/日，其水质分析为：重碳酸钙钠型水，迳流条件良好，并在风化壳中 发现十个钻孔在 1560m 处漏水，最大达 6.00m3/h。 该层的渗透性向 f1、f2、f3号断层渐趋增强，渗透系数由 0 增至 0.6m/日，它是矿床充水 的来源之一，但不是矿床充水的主要因素。该层下部有 350400m 弱透水层和不透水层所 隔，在无断裂沟通时，对矿井影响不大。从目前钻孔所揭露断层分析，来看，均为闭合断 层，未发现断裂引起的漏水现象，故这种隐患可能性较小，但生产过程中应给予高度重视。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 3） 、白垩系底部砂岩、砂砾岩承压含水层 该层赋存于煤层之下，大部分由钙质和泥质胶结的灰白色砂岩、砂砾岩所组成，结构 致密坚硬，渗透性很弱。据抽水资料：渗透系数为 0.00238 米/日,据水质为重碳酸氯化钠型 水，说明该含水层水迳流条件很差, 又由于该层位于煤层底板 50180m 左右，且随煤层的 增厚而加深，所以，对矿井充水影响甚微，可不作考虑。 （三）矿井水文地质类型 该矿井水文地质勘探类型，按直接充水含水层的空间特征而划分的。根据原煤炭部制 定的矿井水文地质规程矿井水文地质分类的条件：铁康三矿范围内地表水排泄条件良 好，露头区被粘土类土层覆盖，属深部矿井；矿井内直接充水含水层主要由白垩系粗砂岩 及砂砾岩微弱的裂隙承压含水层所组成，虽然岩层疏软多裂隙，但单位涌水量均小于 0.1l s.m 以下，而且断层水极弱，并且煤层顶部有较厚的油页岩、泥岩和含水层间有良好隔 水性能的泥岩、粉砂岩层，所以与地表水以及各含水层间无直接水力联系。矿井最大涌水 量小于 180m3h，采掘工程一般不受水害影响，防治水工程简单。为此铁康三矿矿井水文 地质类型为一类一型矿井，属于水文地质简单型矿井。 1.2.5 矿井涌水量预计矿井涌水量预计 按该矿井水文地质条件，采用大井法预计矿井涌水量，由于承压水位降至隔水层顶板 以下，所以采用地下水力学承压转无压公式： q=1.36k（2h- m）m- h2/(lgr0- lgr0) 预计参数的确定： (1) 矿井面积：f=21.26km2=21260000m2 (2) 渗透系数：k=0.00238 米/日，渗透系数以抽水实验中唯一的白垩系抽水实验的渗 透系数（614 号孔抽水实验数据）为本次报告预计涌水量的渗透系数。 (3) 含水层厚度：白垩系含水层厚度的平均值 m=24m。 (4) 水头高度：0.60m。 (5) 设计水位降深：s=500.00m。 (6) 最大水位降深：h=500.60m。 (7) 剩余水位降深：h0=0 (8) 引用半径（r0） ： 王涛：铁康四矿 3.0mt/a 新井设计 8 引用半径是用“大井法”预测矿井水量而采用的。是把整个矿井想象成一个半径为 r0 的大井，在平面投影的圆形面积等于矿井四周形状不规则边界所包围的面积。采用公式： r0=（f/）1/2=2601.4m。 引用补给半径：r0=2s(kh)1/2+ r0=3692.9m。 预计涌水量：q=38.35m3/h。 1.3 煤层质量及煤层特征煤层质量及煤层特征 1.3.1 煤质特征煤质特征 (1) 物理性质 矿井内的煤为褐黑色，条痕褐色，沥青光泽，有的亦为弱玻璃光泽或似玻璃光泽，具 不平坦状、眼球状和贝壳状断口，结构为线理状，条带状和透镜状。在亮煤中常见两组垂 直层面的内生裂隙，一组发育，另一组次之。裂隙面平坦，在裂隙中常常有方解石及黄铁 矿薄膜充填。这种裂隙是煤中凝胶化物质在煤化过程中受温度、压力影响，内部结构变化， 体积均匀收缩产生内张应力易形成的内生裂隙。 (2) 煤岩特征 本矿井成煤的原生物质为高等陆生植物。宏观煤岩特征为亮煤和半亮煤，亮煤呈条带 状和透镜体状，条带厚度在 210mm 之间，个别为 10mm 以上。煤层中常见有薄层丝炭， 疏松多孔，性脆易碎，染指有明显的纤维状结构和丝绢光泽。 在透射光下观察：以凝胶化物质为主，含量在 86.3892.55%之间，主要为均一镜煤， 结构镜煤，凝胶化基质等；其次为丝炭化物质，含量在 1.98.98 之间，以木质镜煤丝炭、 丝炭为主，少量为镜煤丝炭及丝炭化基质；稳定组分含量在 2%以下，常见有小孢子，小 孢子堆，镶边角质层等。矿物常见有：石英、方解石、黄铁矿、粘土等。 (3)煤质特征 原煤水份（mad%） ：一般为 812%，平均为 10%，属中水份煤。 原煤灰份(ad%)：一般为 1825%，平均为 22%。 净煤挥发份(vdaf%)：一般为 3944%，平均为 42%。 粘结性：原煤 13，净煤 24。 原煤发热量(qb,admj/kg)：一般为 20.9122.99mj/kg，平均为 22.38mj/kg 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 硫和磷(st,d%.p,d%)：硫一般为 1.52.5%，平均为 2%；磷一般为 0.010.06%，平均 为 0.038%，属中硫低磷煤。 含油率（t1） ：一般为 79%，平均为 8.27%，属富油煤层。 灰溶点（t2） ：一般为 12501400，平均为 1345，属难熔灰份。 视密度：一般为 1.301.40g/cm3，平均为 1.35g/cm3。 1.3.2 顶底板及围岩性质顶底板及围岩性质 煤层在矿井内是稳定的，变化是很小的，规律性很强的。附可采煤层赋存状况一览表 1- 2 煤 层 号 厚 度 m 层 间 距 m 煤层结构 顶板 岩性 底 板 岩性 可 采 范围 稳 定 程度 岩 性 夹石 层数 夹石厚 度 1# 8.5 28 泥 岩 07 25 01.33 0.30.7 油页 岩 粉 砂 岩 泥 岩 全 部 可采 较 稳 定 2# 12.5 泥 岩 019 38 03.27 0.351.65 粉砂 岩泥 岩 粉 砂 岩 全 部 可采 稳定 表 1- 2 (一)煤层直接顶板 铁康四矿 1#煤层无伪顶，直接顶为 1050m 厚的结构致密、细腻、无裂隙油页岩（在 油页岩中夹有 13 层薄层灰质泥岩，厚度 0.100.30m，下部含有菱铁矿薄层） ，黑褐色， 以泥质成分为主，似层状结构、块状构造，富含油质；易风化，风化后呈片状，干后粉碎 崩解；易冒落，不易维护，属于较软弱岩层。其物理力学性质为： 真密度：2.500g/cm3 视密度：2.433g/cm3 含水率：7.49% 孔隙比：0.104 王涛：铁康四矿 3.0mt/a 新井设计 10 孔隙率：9.45% 抗压强度：19.70mpa 软化系数：0.78 坚固系数：2.0 抗拉强度：0.79 mpa 弹性模量：6.3103 mpa 内凝聚力：4.28 mpa 内摩擦角：33.6 膨胀应力：1.453 mpa 膨胀角：24.7% 泊松比：0.12 (二)煤层直接底板 煤层底板在矿井东北部上分层底板为砂砾岩，其余各地段煤层底板是由 1050m 厚的 泥岩、粉砂岩、细砂岩组成，以粉砂岩为主。粉砂岩：灰或灰白色，以泥质胶结为主，主 要矿物成分为石英、长石，具粉砂质结构，块状构造，内生裂隙不发育，其物理力学性质 为： 真密度：2.566g/cm3 视密度：2.242g/cm3 含水率：1.20% 孔隙比：0.159 孔隙率：13.75% 抗压强度：17.60 mpa 软化系数：0.70 坚固系数：1.8 抗拉强度：1.30 mpa 弹性模量：8.8103 mpa 内凝聚力：1.50 mpa 内摩擦角：47.7 膨胀应力：0.085 mpa 膨胀角：8.9% 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 泊松比：0.18 1.4 瓦斯瓦斯 煤尘煤尘 煤的自然煤的自然 （1）煤层瓦斯成分及瓦斯带的划分 据六个钻孔瓦斯样（真空罐）的分析成果，矿井内煤层瓦斯化学成分 ch4:6070%， co2:35%，n2:2530%（见表 1- 3）按瓦斯带的划分属于氮气沼气带。 表 1- 3 钻孔瓦斯组分含量表 孔 号 采样深度 (m) 煤的自然瓦斯成分（%） 气体分析 含氧量（%） ch4 co2 n2 30 541.01 64.00 5.20 30.80 3.70 35 461.48 84.50 2.30 46.10 3.20 41 483.22 50.60 3.30 46.10 3.20 45 451.11 65.00 8.80 26.20 3.80 66 449.34 64.90 4.60 30.50 0.80 86 599.46 77.70 0.60 21.70 1.60 平均 497.60 67.78 4.13 28.08 2.72 根据铁康四矿钻孔瓦斯资料，矿井合计相对瓦斯涌出量 1.17 m3/t，绝对瓦斯涌出量 7.95m3/min；因而可以确定铁康三矿属于低沼气矿井。 (2) 煤尘 煤尘爆炸指数鉴定为 41.75，具爆炸危险性。煤尘主要来源于回采落煤，打眼放炮，煤 炭装运等到生产环节造成，煤尘生成量 30100mg/m3，经洒水消尘处理，煤尘浓度仍大于 10mg/m3，属高煤尘矿井。 (3) 煤的自然 铁康四矿煤的自燃倾向性较强，经测定煤的自燃发火期为 13 个月，最短 21 天。 王涛：铁康四矿 3.0mt/a 新井设计 12 2 井田境界及储量井田境界及储量 2.1 井田境界井田境界 2.1.1 井田境界井田境界 井田位于元宝山煤田的东北部，井田边界以坐标线 4728850 以南至 4723185 为边界， 坐标线 41533400 以西 41530490 为边界， 平均走向 3.90km， 倾斜宽 5.69km， 面积 21.26km2。 2.1.2 边界煤柱留设边界煤柱留设 井田边界依据相关规定和安全考虑分别留设 30m 的边界煤柱。采用跳采方法，不留 阶段煤柱，断层煤柱每侧各为 20m。 工业广场保护煤柱留设：应在确定地面保护面积后，用移动角圈定煤柱范围，工业广 场地面受保护面积应包括保护对象及宽度 20m 的围护带。 2.1.3 临近井田的开发情况以及与本矿的关系临近井田的开发情况以及与本矿的关系 本矿周边矿井及小窑有以下几个： （一）安庆沟煤矿(隶属松山区) 该矿于 1977 年 4 月建设，1978 年正式投入生产，年设计能力 10 万吨。1980 年经内蒙 煤管局同意，将井田一区东翼浅部划拨安庆沟煤矿。划拨范围：东南以 f40断层为界，西 浅部以 8 煤组露头为界，深部从 6 煤组底板+412m 标高并以此点采后塌陷角 600为界，西 北边界的浅部以一号平硐往南 80m 保安煤柱线为界，深部按平硐所做的安全煤柱线为界， 划拨储量为 531.49 万吨。原安庆沟公社、赤峰社队企业局、平庄矿务局三方于 1980 年 11 月 22 日签定了协议，协议书文字图纸齐全，存档在案。安庆沟煤矿自 1986 年2000 年多 次超深越界开采，多处与多种经营公司小井二队巷道相透，发生多次涌水、突水事故，给 我矿安全生产带来一定的影响，至 2000 年度末累计破坏我矿储量达 533 万吨。现在该矿 以每年 20 万吨的生产能力生产。我矿在距安庆沟煤矿深部边界 180m 位置掘、采，受其排 入我矿采空区水的威胁，为此，在该位置掘、采过程中，必须做好探放水工作。 （二）风水沟镇一矿(原兴隆坡乡) 风水沟煤矿1986年以风矿发(86)第118号文同意将二采区西翼浅部+400m标高以上的 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 6、7、8 三个煤组 60.84 万吨储量划给兴隆坡乡小煤窑开采。其划拨范围为：西起 f1断层， 东起由 f52号断层向东各层 160m， 南起煤层露头， 北至各煤层+400m 标高。 走向长约 160m， 倾斜宽 140m，倾角 180350，倾向北东，共有 8 个自然煤层，累计厚度 21.48m。该矿自 1989 年以来多次越界开采，与我矿多种经营公司小井二队巷道相透，使我矿小井煤炭资源 损失严重，1998 年该矿资源严重不足，被迫关闭。 （三）下坎子村煤矿(东山煤矿) 1997 年 8 月 13 日，风水沟煤矿与风水沟镇、下坎子村三家就下坎子村在风水沟煤矿 井田范围内开办小井事宜签订协议。 风水沟煤矿同意将一采区五煤东翼的 5- 1c 和 5- 2 煤层 的部分残煤储量划拨给下坎子村复采，其范围东起 f40号断层，并由 f40号断层沿煤层走向 向西 200m 为边界，其上部为 5 煤层露头，下部至 5 煤+460m 底板等高线。5- 1c 煤层全厚 20m 左右，风水沟煤矿曾回采过该煤层，累计动用厚度为 5.3m，5- 2 煤层全厚 1.282.25m， 在划定范围内未采动过。划拨残煤地质储量合计为 75.3 万吨。该矿现在以每年 6 万吨的生 产能力生产。 （四）多种经营公司小井一队 风水沟煤矿二采区西翼浅部+400m 以上的 6、7、8 三个煤组，由于距离风化带较近， 利用原建井时废弃的二风井和皮带井两井筒开办了小煤窑。 平局以生(1986)462 号批准， 并 划拨地质储量 240.0 万吨。但该井实际回采中超界多动用 65.4 万吨，2000 年按国家政策的 要求关闭。 （五）多种经营公司小井二队 1988 年经局研究、批准，多种经营公司组建了小井二队，进入一区六煤东翼回采。平 局发(1990)10 号文批拨给该井地质储量 420.1 万吨。在实际回采中，该井超界开采多动用 18.0 万吨，2000 年 5 月该队撤出。 （六）老公营子煤矿 老公营子煤矿位于风水沟煤矿西南侧，该矿于 2003 年 11 月开始建设，有可采煤层 6 组 ， 井田面积 6.05km2，设计生产能力为 120 万吨/年，服务年限 70 年。 2.1.4 论述所定边界的合理性论述所定边界的合理性 在本井田的划分中，充分的利用到现有条件，既降低了煤柱的损失，也减少了开采技术上的困难， 使工作面的部署较为简易。同时，本井田的划分使储量与生产相适应，矿井生产能力与煤层赋存条件、 开采技术装备条件相适应。井田有合理的尺寸， 条带尺寸满足设计规范 的要求，走向长度划分合理， 王涛：铁康四矿 3.0mt/a 新井设计 14 使矿井的开采有足够的储量和足够的服务年限，避免矿井生产接替紧张。阶段高度及阶段斜长适当，矿 井通风、井下运输较容易。这种划分方法合理地规划矿井开采范围，处理好与相邻矿井之间的关系，避 免了浅部和深部形成复杂的接茬关系给开采造成困难。 根据参考矿井设计规范和矿井安全规程2的相关数据要求和规定，本井田所 留的各种保护煤柱均合理，符合规定。 2.2 井田的储量井田的储量 2.1.1 井田储量的计算原则井田储量的计算原则 7 1) 按照地下实际埋藏煤炭储量计算，不考虑开采、选矿及加工时的损失。 2) 储量计算的最大垂深与勘探深度一致。对于大、中型矿井，一般不超过 1000m。 3) 精查阶段的煤炭储量计算范围，应与所划定的井田边界范围相一致。 4) 凡是分水平开采的井田，在计算储量时，也应该分水平计算储量。 5) 由于某种技术条件的限制不能采出的煤炭，如在铁路、大河流、重要建筑物等两侧 的保安煤柱，要分别计算储量。 6) 煤层倾角不大于 15时，可用煤层的伪厚度和水平投影面积计算储量。 7) 煤层中所夹的大于 0.05m 厚的高灰煤（夹矸）不参与储量的计算。 8) 参与储量计算的各煤层原煤干燥时的灰分不大于 40%。 2.2.2 井田的工业储量井田的工业储量 矿井的工业储量是进行矿井设计的资源依据,一般即列入平衡表内的储量，也即勘探地 质报告中提供的能利用储量中的 a、b、c 三级储量。 根据工业储量计算公式1： smrzg= （2- 1） 式中： zg 矿井的工业储量，t m 可采煤层总厚度，m s 井田面积，m r 煤的容重，r=1.35t/m 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 故 zg=21.26km2(8.5+12.5)1.35/cos84.51 亿 t 其中，zg1=21.26km28.51.35/cos81.82 亿 t zg2=21.26km212.51.35/cos82.68 亿 t 表 2- 1 煤层工业储量表 tab.2- 1 industrial coal reserves 2.2.3 矿井的设计储量矿井的设计储量 矿井的设计储量是指矿井的工业储量减去井田境界、断层保护煤柱等永久煤柱量。 井田境界留设保护煤柱： 井田境界预留 30m 的边界煤柱，以避免邻矿开采对本矿造 成影响，有利于本矿的安全生产。 井田境界留设保护煤柱： p=18406.630(8.5+12.5)1.35/cos5=1580.9 万吨 断层留设永久煤柱： p1=(102834.4+32766.7+14810.7+51970.3+25521.6+64458.8+22678.8+46282.7 +52490.8+30696.0)(8.5+21)1.35/cos8=1272.58 万吨 所以矿井的设计储量为: zs=zg- (p+p1)=4.51- (0.16+0.12)=4.22 亿吨 2.2.4 矿井的设计可采储量矿井的设计可采储量 矿井的设计可采储量是指矿井设计储量减去工业广场保护煤柱、主要巷道保护煤柱 量后乘以采区回采率。即1： z =（zs- p）*c （2- 2） 式中： z矿井可采储量 zs矿井设计储量 p非永久保护煤柱损失 c采区采出率，厚煤层不低于 0.75；中厚煤层不低于 0.8；薄煤层不低于 0.85； 煤层号 煤厚/m 倾角/平均 面积/km 工业储量/亿 t 1# 8.5 8 21.26 1.82 2# 12.5 8 21.26 2.68 王涛：铁康四矿 3.0mt/a 新井设计 16 由设计规范规定 2：大型矿井工业场地占地为 0.81.1 公顷/10 万 t，所以本矿井 的工业场地面积为：s=300.8=24 公顷，依据井田形状选择 490490m 正方形。本矿井 采用立井开拓，井筒保护煤柱在工业场地压煤范围之内，故没有井筒压煤损失。 1) 矿井工业广场保护煤柱损失的计算: 1#煤层工业广场保护煤柱梯形损失： 616953.08.51.35/cos8=714.9 万吨 2#煤层工业广场保护煤柱梯形损失： 666141.012.51.35/cos8=1135.2 万吨 工业广场保护煤柱损失量： p=714.9+1135.2=1850.1 万吨 2) 矿井设计可采储量的计算： z =（zs- p）c =（42200- 1850.1）0.75=4.08 亿吨 表 2-2 可采储量计算表 table 2-2 calculation of recoverable reserves table 项 目 工 业 储 量 永久煤柱 损失量 设 计 储 量 工业场地 保护煤柱 设计可采 储 量 储量(万吨) 45100 2800 42200 1850.1 40800 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 3 矿井设计生产能力及服务年限及一般工作制度矿井设计生产能力及服务年限及一般工作制度 3.1 矿井年产量及服务年限矿井年产量及服务年限 3.1.1 矿井年产量矿井年产量 （1）矿井的年产量： 矿井的设计年生产能力宜按工作日 330 天算，每天净提升时间为 20 小时，根据设计， 工作面长约为 210m，采煤机滚筒截深采用 800mm，一个工作面生产，一天进刀 5 刀，煤 的容重为 1.35t/m3 。 所以矿井的生产能力为： 3302100.868.50.851.35（1+5%）=340 万吨 满足矿井的设计生产能力每年 300 万 t。 矿井的年产量（生产能力）确定的合理与否，对保证矿井能否迅速投产、达产和收到 效益至关重要。而矿井生产能力与井田地质构造、水文地质条件、煤炭储量及质量、煤层 赋存条件、建井条件、采掘机械化装备水平及市场销售量等许多因素有关。经分析比较， 设计认为矿井的生产能力确定为 3.0mt/a 不仅是可行的，也是合理的，理由如下： 1)储量丰富 煤炭储量是决定矿井生产能力的主要因素之一。本井田内可采的煤层有 2 层，保有工 业储量为 4.51 亿吨，按照 3.0mt/a 的生产能力，能够满足矿井服务年限的要求，而且投入 少、效率高、成本低、效益好。 2)开采技术条件好 本井田煤层赋存稳定，井田面积大，煤层埋藏较深，倾角小，结构简单，水文地质条 件及地质构造简单，煤层结构单一，适宜综合机械化开采，可采煤层均为厚煤层，适合高 产高效工作面开采。 3)建井及外运条件 本井田内良好的煤层赋存条件为提高建井速度、 缩短建井工期提供了良好的地质条件。 本矿井交通方便，京(北京)通(通辽)铁路由矿区工业广场南西侧通过，矿区专用铁路从矿 工业广场经过元宝山电厂达叶赤铁路的元宝山车站。公路四通八达，可直通赤峰、锦州、 沈阳等地。 王涛：铁康四矿 3.0mt/a 新井设计 18 4)具有先进的开采经验 近年来， “高产高效”工艺在煤矿成产中有了很大发展，而且该工艺投入少、效率高、 成本低、效益好、生产集中简单、开采技术基本趋于成熟。 综上所述， 由于矿井优越的条件及外部运输条件， 有利于把本矿井建设成为一个高产、 高效矿井。矿井的生产能力为 3.0mt/a 是可行的、合理的。 3.1.2 矿井的服务年限矿井的服务年限 本矿井的年产量是 3.0mt,根据煤炭工业矿井设计规范规定：矿井设计生产能力为 3.0mt/a,其服务年限不得小于 60 年。 由矿井的服务年限计算公式 6: t=z/(ak) 式中： t矿井的服务年限：a。 z矿井设计可采储量：万 t。 a矿井的生产能力：万 t/a。 k储量备用系数:矿井设计一般取 1.4， 地质条件复杂的矿井及矿区总体设计可取 1.5，地方小煤矿可取 1.3。 k=1.4 t=40800/（3001.4）=97.1（年） 所以本矿井的设计服务年限符合规定。 3.1.3 矿井的增产期和减产期，产量增加的可能性矿井的增产期和减产期，产量增加的可能性 建井后产量出现增大，其可能性为： 1）矿井的各个生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，由于技术装备和管理水平 的提高，能够突破设计能力，从尔引起矿井年产量的增加。 2）工作面的回采率提高，导致在相同的条件下，产量也会增加。 3）煤层的局部变化以及开采技术的发展,落煤损失,煤柱损失的减少，都有可能是矿 井产量增加。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 3.2 矿井的一般工作制度矿井的一般工作制度 结合本矿井煤层条件、储量情况、以及达成产量所需要的时间；同时考虑设备检修以 及工人工作时间等实际的因素，在满足煤矿安全规程的条件之下，本矿井工作制度安 排如下： 矿井的年工作日数为 330 天,矿井实施“四六”工作制,即每昼夜三班采煤工作和一 班检修。采煤班内进行“落、装、运、支、移、放”工序工作。 出煤班为两班半，三个班每班工作六个小时，另外一班检修六个小时。 每昼夜净提升时数为 18 小时。 采用这种方法既增加了出煤时间，又保证了设备的维修，从而可以大幅度提高工作面 单产和保证设备的正常运转，减轻了工人的体力劳动，提高了工作效率。 王涛：铁康四矿 3.0mt/a 新井设计 20 4 井田开拓井田开拓 井田开拓方式应根据矿井设计生产能力、地形地貌条件、煤层赋存条件、开采技术条 件、装备条件、地面外部条件等因素，通过方案比较或是系统优化后确定1。 4.1 井井筒筒形形式式及井及井筒筒位置的位置的确确定定 4.1.1 确确定开定开拓方式拓方式的的主要依据主要依据 1）根据已批准的设计文件。 2）根据煤层赋存条件： 在诸条件中,其中以煤层赋存深浅和冲击层的水文地质条件对开拓方式影响最大,一般 煤层赋存深度不超过 200m,冲击层厚不大于 20m 时,水文地质条件简单,多数采用斜井开 拓。当煤层赋存深度达 200m 以上,用斜井或立井开拓要看具体分析,当深度大于 500m 或 冲击层较厚,含水丰富时,绝大多数采用立井开拓。 3）根据技术装备: 确定矿井的开拓方式，必须充分考虑各个主要工艺系统的机械化装备水平。 4）根据井型大小和投资多少: 本矿井的设计生产能力为 3.0mt/a。斜井开拓初期投资少，但井身长，维护费用较高； 另外，对生产能力大的矿井，斜井开拓的辅助提升工作量很大；同时，斜井井筒断面小， 通风阻力大。 5）根据经济效果,初期投资少、见效快、收益大。 4.1.2 开开拓方式拓方式的的确确定原则定原则 3 1）贯彻执行有关煤炭工业的技术政策,为多出煤、早出煤、出好煤、投资少、成本低、 效益高创造条件。 2）合理集中开拓部署,简化生产系统,避免生产分散,为集中生产创造条件。 3）合理开发国家资源,减少煤炭损失。 4）必须贯彻执行有关煤矿安全生产的有关规定,要建立完善的通风系统,创造良好的 生产条件,减少巷道维护量,使主要巷道保持良好状态。 5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况,尽量采用新技术、新工艺, 发展采煤 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 机械化、综合机械化、自动化。 6）根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其他有益矿物的 综合开采。 4.1.3 井筒形式的选择井筒形式的选择 本矿井煤层赋存深度+91- 375m，表土层较厚，井筒需用特殊方法施工。该井田走向 长约 3900m，倾斜长约 5690m。煤层倾角 412，平均为 8。根据本矿的地形地质条件， 立井井筒能够通过复杂地质条件，如流沙层等的地段，机械化程度高；圆形断面井筒维护 费用低，有效断面大，通风条件好；井筒敷设的管线短，人员，材料升降速度快。本矿井 高差不大，不利于采用平硐或斜井开拓，所以混合式就更不能采用。因此，本设计采用立 井开拓。 4.1.4 井筒数目的确定井筒数目的确定 根据矿井生产的需要，考虑到矿井的生产安全、矿井的生产能力、矿井生产的经济效 果等各方面因素， 煤矿安全规程规定，生产矿井必须至少有两个能行人的通到地面的 安全出口。 本设计矿井年设计生产能力为 3.0mt/a， 采用立井开拓， 主井使用两对箕斗提升， 副井使用一对罐笼提升，风井内设螺悬梯子间，与副井一起作为安全出口，故开采水平时， 井筒数目有三个，它们是主井、副井、中央风井。 这样确定的井筒数目可以满足矿井提煤、运料、通风的要求，保证矿井生产高产、高 效、安全，有利于本矿的正常有序发展。 4.1.5 井筒位置的确定井筒位置的确定 选择井筒位置是矿井开拓布置的核心。考虑井筒的位置要统筹井田全局，兼顾前期和 后期，地下和地面等各个方面因素。大型矿井的开采范围较大，服务年限长，应本着“重 前顾后”和“重下顾上”的原则，把重点放在前期和地下资源开采的合理性而后效率上。 选择井筒的位置同选择初期采区位置密切结合，尽可能使矿井井筒靠近初采区，以便减少 初期开拓工程量，节省投资和缩短建井工期，早投产，快达产，随着井型的增加，机械化 程度的提高，井口位置选择侧重于初期工程量少的趋势。 本设计井田采用立井井筒,选择井筒位置主要考虑以下几个方面的因素 6： 王涛：铁康四矿 3.0mt/a 新井设计 22 1）井筒位置的确定应首先考虑有利于第一水平的开采,并兼顾下水平的开采,以减少 第一水平的工程量,加快建井速度,并保证第一水平有足够的服务年限。 2）有利于首采区布置在井筒附近的富煤块段，首采煤区要少迁移或不迁移村庄。 3）井筒位置要尽可能在井田储量中心或尽可能地靠近井田储量中心。 4）为了使井筒的开掘和使用安全可靠,减少其掘进的困难,以及便于维护，应使井筒 通过的岩层及表土层具有较好的围岩条件,便于大容积硐室的掘进及维护。 5）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，低洼地和采空 区，不受崖崩滑坡和洪水威胁。 6）尽可能使井筒煤柱少压煤,地面工业广场要布置合理,少占良田。 7）距水源，电源较近，与矿井铁路专用线路易连通，道路布置合理。 对井田开采有利的井筒位置，确定依据： a）倾斜方向的位置 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；愈靠近深部，煤 柱的损失越大。因此，井筒位于井田倾向中上部。 b）走向的位置 井筒沿井田走向的位置应在井田中央，当井田储量不均匀分布时，应在储量分布的中 央，以此形成两翼储量比较均衡的双翼井田。应该尽量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采 的不利局面。井筒设在井田中央，可以使沿井田走向的运输工作量小，而井筒偏于一侧的 相应井下运输工作量比前者要大。井筒设在井田中央时，两翼分配产量比较均衡，两翼开 采结束的时间比较接近。井筒设在井田中央时，两翼风量分配比较均衡，通风线路短，通 风阻力小。 根据本矿的煤层赋存条件及地质条件，并参照井田境界的走向范围，可将井筒的走向 位置初步确定在 41533000 和 41532000 之间。 综合考虑井筒应选在井田走向中央的位置，位于倾向中上部。 该设计采用三个井筒的井田开拓方式：主井、副井、中央风井，通风方式为边界中央 并列式。 主井、副井井筒见图 41，42。 风井井筒及其断面特征见图 43。 主井、副井、风井具体位置参见开拓系统平、剖面图。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 表 4-1 井筒断面特征表10 tab.4- 1 ell cashing crosssection characteristics sheet 井筒名称 井筒用途 井筒长度 （m） 断面尺寸 直 径（m） 净断面积（m2） 主 井 提升煤炭、进风 510 7.8 47.48 副 井 运料、运矸、行人，进风 466 7.0 34.46 风 井 回风兼安全出口 456 6.6 34.21 图 4-1 主井断面图 fig 4- 1 main shaft section 表 4- 2 主井断面特征表 table 4- 2 characteristics of the main shaft section of the table 井筒直径 用 途 井筒长度 倾 角 提升容量 7.8m 提 煤 510m 90 两对 20t 箕斗 王涛：铁康四矿 3.0mt/a 新井设计 24 图 4-2 副井断面图 fig 4- 2 auxiliary shaft section 表 4- 3 副井断面特征表 table 4- 3 characteristics of the table shaft section 井筒直径 用 途 井筒长度 倾 角 提升容量 6.5m 进风运料 466m 90 双层罐笼 图 4-3 风井断面图 fig4- 3 ventilation shaft section 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 表 4- 4 风井断面特征表 table 4- 4 characteristics of air shaft section of the table 井筒直径 用 途 井筒长度 倾 角 提升容量 井筒支护 6.6m 回风 396m 90 无 混凝土 4.2 开采水平的设计开采水平的设计 4.2.1 水水平划平划分的原则分的原则 2 煤炭工业设计规范规定，为使每个开采水平有足够的储量保证服务年限，可按下 式进行计算： rcmsakah=/sin （4-1） 式中： h阶段垂高，m； t水平服务年限，a； k储量备用系数，此井田设计选定 1.4； a阶段内的煤层倾角，； a矿井年产量，t； s煤层走向长度，m； m阶段内累计长度，m； c采区回采率； r煤的容重，t/m； 另外， 煤炭工业设计规范规定 3.0mt/a 的矿井的第一水平服务年限不得小于 30 年， 缓倾煤层的阶段垂高为 150250 米。上山开采阶段垂高不得超过 250 米，下山开采不得 超过 150 米。 4.2.2 水水平划平划分的分的依据依据 3 1）开采水平的划分一般是根据井田倾斜长、煤层的倾角等来划分的,合理的开采水平 要保证开采水平有合理的服务年限,足够的储量以及取得较好的经济效果。 2）根据煤层赋存条件及地质构造 煤层的倾角不同对阶段高度的影响较大， 对于近水平煤层， 阶段高度已经无实际意义， 应按水平两侧盘区上下山长度或条带的推进长度来确定水平的范围，并要保证水平的服务 年限；当近水平煤层的间距较大时，可以根据赋存深度不不同，分组设置开采水平，有时 也利用地质构造划分阶段，如向斜轴向、走向大断层或其它构造变化等。 3）根据生产成本 阶段高度增大，全矿井的水平数目减少，水平储量增加，分配到吨煤的折旧费用相应 王涛：铁康四矿 3.0mt/a 新井设计 26 减少，但阶段长度会使一部分经营费用相应增加，其中随着阶段增大而减少的费用有：井 底车场及硐室、运输大巷、回风大巷及采区车场掘进费、设备购置及安装费用等;增加的 费用有：沿上山的运输费、通风费、提升费、倾斜巷道维护费等，此外，还延长时间和增 加初期投资。 4）根据水平的接替关系 在上一水平减产前，新水平即做好接替准备，因此一个水平从投产到减产的时间必须 大于新水平的准备时间。正常情况下，大型矿井的准备时间要在 1.52 年，井底车场及石 门、主要运输大巷亦需 1.52 年，延伸井筒需 1 年，合计 45 年。开拓延伸加上水平过 渡需要 79 年，所以每个矿井在确定水平高度时，必