Mta新井设计毕业设计.doc

华北科技学院毕业设计1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1地理位置及交通条件潞安一矿井田位于山西省潞安、襄垣县境内，潞矿集团的西部，矿区对外交通有太（原）焦（作）铁路、邯（郸）长（治）铁路和太（原）洛（阳）公路。太焦铁路经矿区东部由北向南通过，太焦铁路的夏店站距潞矿集团约7 km，距五阳站16 km。以夏店站为起点距太原市约230 km，距焦作市约204 km，距邯郸市约216 km。本矿选煤厂装车站距邯长铁路长治北站约29 km。潞安一矿在潞矿集团西南23 km处的后庄村北，距长治市约35 km，距常村矿约11 km。潞安县城在井田东南部6 km处，有公路通往太原、临汾、长治等市。交通比较方便。矿井交通位置见图1-1-1。图11 潞安一矿交通位置1.1.2地形特点潞安一矿井田位于太行山中段西侧，长治盆地西部。井田内广为第四系黄土覆盖。北部西部边缘为高原丘陵地带，冲沟发育，地形复杂，仅沟底有零星基岩出露。中部绛河由西向东流入漳泽水库，形成河谷阶地。南部及工业场地附近地形较平缓，总体上地势为西北高，东南低，井田内最高点在北部的老干庄东南的白云山(1113.1m)，最低点在潞安县南侧1 km的绛河河滩处(906.3m)，工业场地和东风井场地地面标高在十950970m之间。矿区主要河流为浊漳河(由南向北)、西漳河(由西向东)汇合于五阳村；井田范围内主要河流为绛河，为海河水系浊漳河的支流。由西向东穿越井田，注入漳泽水库，其流量为0.37m3/s5.06m3/s。井田西北余吾镇北侧有一条交川河，流量为0.02m3/s0.17m3/s，属季节性小河。另外，在工业场地东北部有“七一”水库，库容量为l.07Mm3，工业场地西北有一贾庄水库。1.1.3气象及地震本区属典型大陆性气候，干燥多风，四季分明，年平均气温8.9，日最高气温37.4，最低气温-29.1。年平均降水量为583.3mm，最大917.0mm，最小414.0mm，雨季集中在7、8、9三个月，日最大降水量109.7mm。年平均蒸发量为1755.3mm(高于降水量2.01倍)；最高为1996.3mm，最低为1502.1mm。年主导风向为西北风，夏季风向为东南风，最大风速为17m/s，最大风压为350Pa。冰冻期为每年10月末到翌年4月，最大冻土深度为0.75m。根据1990年国家地震局对潞安、襄垣县地区地震基本烈度的划分意见，本区地震基本烈度为6度。1.1.4 矿区所在地的经济概况潞矿集团为我国煤炭工业的重要企业，地处山西省长治市。长治市位于山西省东南部，是连接晋、冀、豫三省的重要通道。全市总面积13896平方公里，其中市区面积334平方公里。平均海拔1000m，最高处2453m。现长治市辖十三县、区(长治、潞城、潞安，长子、壶关、平顺、黎城、武乡、襄垣、沁县、沁源县、城区、郊区)，人口312万人，其中市区人口61万人。长治农业生产条件优越，全市耕地面积456万亩，其中水地面积100.2万亩；全市宜林面积735万亩，实有林地585万亩；宜牧面积480万亩，已开发草场271万亩。长治地下矿藏资源丰富，现已探明有开采价值的矿藏有煤、铁、锰、铝、硫磺、石灰石、石膏、石英、大理石等40多种，其中预测煤炭埋藏量为906亿吨，已探明储量346亿吨。长治工业基础较好，是山西能源重化工基础的重要组成部分和轻工业基地。主要工业门类有：煤炭、电力、治金、机械、化工、医药、建材等；主要工业产品有：原煤、电力、钢材、焦炭、水泥、轴承、洗衣机、锻压设备、中药制剂、生化药品、防爆电器、健身器械、锯条、化肥、铁合金、生铁等。2001年，长治市国内生产总值达到185亿元，其中第一产业总产值28亿元；第二产业总产值101亿元；第三产业总产值58亿元。财政总收入17.91亿元，农民人均纯收入2427元，城镇居民可支配收入5244元。1.1.5 水源和电源（一）水源矿井工业用水采用井下排水处理后复用。生活用水原准备取自常村矿井水源地奥灰水，用约10.5 km的长距离输水管送到矿井工业场地。由于生活饮用水水源过远，目前，潞矿集团正在矿井工业场地与矿井东风井场地之间进行水源勘探，积极查明第四系底砾层及中奥陶系O2f、O2s等地层的水文情况，如其水量、水质能满足饮用水要求和标准，则优先利用其作为矿井饮用水源。（二）电源长治地区有华北电网主力电厂漳泽电厂一处，处于漳泽水库大坝东约2.5 km，现装机已达1000MW。长治北有220kV变电站一座，容量290MVA，电压为220/110/35kV，目前以220kV线路与霍县电厂（400MW）、漳泽电厂并网，该变电站为电力系统的枢纽变电站。矿区现有电源三处：西白兔电厂，规模（36+12）MW；长治电厂装机23MW；五阳矿坑口热电厂装机225MW。常村矿设有110kV变电站，是矿区的一座中心变电所，电源两回引自位于常村矿井东南约3 km的辛安开闭所，两回引自五阳电厂，装置3台31.5MVA变压器，电压为110/35/6kV。本矿井电源条件可靠。1.2井田地质特征1.2.1区域地质构造潞安矿区位于沁水煤田东部中段，处于华北断块区吕梁太行断块沁水块坳东部次级构造单元的沾尚武乡阳城北北东向褶曲带中段，晋获断裂带西侧。矿区主体部分为新生代叠加的长治新裂陷，潞安井田位于新裂陷西北部。1.2.2地层井田内及其外围广为第四系黄土覆盖，仅北部及西部沟谷中有二叠系上统上石盒子组，石千峰组及三叠系下统刘家沟地层出露。井田内地层从新至老有第四系(Q)、三叠系下统刘家沟组(T1L)、二叠系上统石千峰组(P2sh)、二叠系上统上石盒子组(P2s)、二叠系下统下石盒子组(P1x)、二叠系下统山西组(P1S)、石炭系上统太原组(C3t)、石炭系中统本溪组(C2b)、奥陶系中统峰峰组(Q2f)。其特征见表1-2-1。1.2.3井田地质构造矿区主构造线近南北，以褶曲为主，向斜紧密，背斜开阔，断裂较少，地层走向近南北，倾向西且略有起伏；倾角210o。井田内揭露的断层共33条，其中正断层10条，逆断层23条。落差大于30m的断层有9条(包括井田南、北边界断层)，3010m的断层有20条，落差小于10mm的有4条。断层特征详见表l-2-2。褶曲以北北东南北向为主，贯穿全井田的褶曲自西向东依次有坪村向斜、余吾背斜、余吾向斜、苏村背斜及潞安向斜。其中以西部的坪村向斜和东部的苏村背斜构成井田内煤层起伏的基本形态。另外，还有东邓向斜和墙则背斜。井田主要褶曲特征见表1-2-3。此外，井田内有陷落柱6个，其主要特征见表1-2-4。总之，井田地质构造简单。表1-2-1 地层特征表地层地层代号地层厚度最小最大平均简 要 特 征系统组第四系Q0139.4844.53为黄褐色含砂亚粘土夹粉砂、细砂、中砂及粗砂和砾石组成，顶部为耕植土。三叠系下统刘家沟组T1L53.38浅棕色细砂岩、粉砂岩夹紫红色泥岩二叠系上统石千峰组P2sh192上部为紫红色泥岩，夹灰色结核灰岩；中、下部为黄绿、砖红色中及粗粒砂岩上石盒子组P2S523.50470503.17上部为灰绿紫红色灰黄、灰白砂岩与泥岩互层；中部为泥岩、粉砂岩和细、中粗砂岩；下部为灰色粘土泥岩与砂岩互层下统下石盒子组P1X4579.6063.57顶部为铝质泥岩，含锰、铁质；中部为中粒砂岩夹细粒砂岩，中、下部为细砂岩与泥岩互层，偶见薄煤层；底部为中粒砂岩，含菱铁质结核山西组P1S43.4064.1051.15为上部主要含煤地层，本组上部及中部为粉砂岩、中粒砂岩及砂质泥岩;中下部为3号煤层;下部为砂质泥岩及粉砂岩石炭系上统太原组C3t91.38123.46103.59为下部含煤地层，岩性为泥岩、粉砂岩、砂岩、石灰岩及煤层。9、12、15-2、15-3号煤层位于本组的下部中统本溪组C2b2.5033.6012.70上部为泥岩、粉砂岩互层，中、下部为粘土泥岩及砖灰色铝质泥岩，底部局部发育有透镜状铁矿层奥陶系峰峰组Q2f一般20m局部195205.85198.80为含煤地层之基底，上部为灰深灰色石灰岩、白云质灰岩、中部为灰色石灰岩，下部为灰色、深灰色泥质灰岩表1-2-2 断层特征表序号名称性质产状最大落差(m)延展长度( km)控制点数及品级查明程度备注倾向倾角(度)ABC1文王山南正断层正SSE7527010.22个钻孔，其它为地表断点查明2F58正SSE70200.60地表断点基本查明3F62正NNW70251.00地表断点基本查明4F59正NNW70253.10地表断点基本查明5F11正NNW70160.5822查明含1个孔6F24正NNW70364.1231基本查明含1个孔7东贾正断层正NNW70754.305基本查明8F25正NNW70451.9021查明含1个孔9F27正SSW70553.1521基本查明10西魏正断层正SSE701255.505查明含1个孔11余吾西逆断层逆E35332.90311基本查明含1个孔12F1逆W3580.5212查明13F2逆NWW35221.102基本查明14F3逆NWW35150.481初步控制15F4逆SEE35160.852基本查明北段查明16F5逆NWW40151.4021查明含1个孔17余吾逆断层逆E3040986.672073查明含8个孔18F6逆SWW35151.351基本查明19F7逆SEE35191.202查明含1个孔20F8逆NEE35150.7832查明含1个孔21F9逆W35110.7021查明22F10逆SSE75120.8831查明含1个孔23F13逆E35161.3232查明含2个孔24F15逆W35120.9721查明含1个孔25F16逆NEE35201.1752查明含2个孔26前苏村逆断层逆SWW35462.47691查明含4个孔27F17逆NEE35241.95233查明含2个孔28F18逆W35150.8033查明含2个孔29F19逆E35100.42111查明含1个孔30F26逆SWW35231.46141查明含2个孔31F20逆NEE35180.74211查明含1个孔32F22逆SEE35100.361基本查明33F23逆E35100.623查明表1-2-3 主要褶曲特征表顺序褶曲名称位置产状走向倾角(度)长度( km)1坪村向斜位于井田西部，北自贾庄，往南经岳底、坪村至西庄，贯穿全井田SN716.52余吾背斜位于余吾镇东侧，北自李村东，往南经余吾镇、魏村至吴家庄SN东部11西部716.53余吾向斜位于井田中部，北自北庄，往南经秦庄被F27正断层所截SN7164苏村背斜位于井田东部，北自安沟村西经刘村、后苏村、潞安县城往南为F24所截北段偏N800E中、南段SN东部9西部515.55潞安向斜靠近井田东边界，北自板箱庄，往南经东河北在堰槽村被东贾正断层所截北段偏W中、南段SN 60年另外，由于本矿井开拓方案为单水平上下山开拓，故而第一水平服务年限为64年，符合煤炭工业矿井设计规范要求（见表3-2-1）。表3-2-1 我国各类井型的新建矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力/Mta-1矿井设计服务年限/a第一开采水平服务年限/a煤层倾角25煤层倾角2545煤层倾角456.0及以上70353.05.060301.22.4502520150.450.90402015154 井田开拓4.1 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些列巷道进入煤体，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、位置及其相互关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广场的位置。（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）必须贯彻执行煤炭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，是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、自动化创造条件。（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。4.1.1 确定井筒的形式及数目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。平硐开拓受地形及埋藏条件限制，要求地形条件合适，即在煤层赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地区，且便于布置工业广场和引进铁路，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，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，人员可以迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长，辅助提升能力小，提升深度有限；通风线路长，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，立井井筒比斜井井筒容易施工；对地质构造和煤层产状都比较复杂的井田，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。根据潞安一矿的煤层埋藏深度（500 m以上）及第四系和基岩风化带的厚度（5098 m），矿井的水文地质条件，并考虑到井筒的施工方法等因素，确定井筒形式为立井。2）井筒数目确定采用斜井或立井开拓时，新建矿井一般要开凿一对井筒，满足提升和辅助运输的需要并满足矿井通风和施工的需要。风井的个数是根据通风系统要求以及安全生产的需要合理确定的。若采用主井通风，用箕斗或胶带输送机井筒做风井时，应符合煤矿安全规程的规定。潞安一矿为新建矿井，综合考虑后确定布置 1 个主井、1 个副井、1 个风井。4.1.2 确定工业广场及井口位置1）工业广场及井口位置的确定（1） 对初期开采有利，即储量必须可靠，井巷工程量省，建井工期较短。（2） 应使井田两翼储量大致平衡，即井筒应位于储量中心，利于井下运输、通风和开采系统布置，减少生产经营费用。（3）尽量不占良田、少占农田。充分利用地形地貌布置工业广场，以便使地面生产系统合理，便于与外界沟通，使运输方便。（4） 井筒应尽量避免穿过流沙层、较大含水层、较厚的冲积层、有煤和瓦斯突出的煤层以及较大面积的采空区和大断层，以减少施工困难，并尽量少压煤。（5） 工业广场和井筒应有良好的工程地质条件，不受洪水、岩崩、泥石流、滑坡及森林火灾的威胁。通过以上分析，考虑到潞安一矿实际情况，为了减少煤柱损失，缩短煤炭外运距离，减少运输费用，平衡井田两翼的运输和通风系统，潞安一矿工业广场和主、副井井口布置在井田中央，对于本矿井井田中央也大致是井田储量中央。2）风井位置的确定风井位置应根据通风系统合理选择（1）采用中央边界式通风系统时，主、副井筒设在井田中央，风井设在井田上部边界中央。（2）采用中央并列式通风系统时，进、回风井并列在工业广场内。一般可利用其一井筒进风，另一井筒回风，主副井筒相距3050 m。大型矿井相距可达60100 m，并在井田上部边界附近设安全出口，如果矿井水文地质条件简单，无突水危险时，且主副井筒均能上下人员，也可以单独设置安全出口。（3）采用对角式通风系统时，风井设在井田两翼上部边界。（4）采用分区式通风系统时，回风井设在各采区的上部边界。 根据潞安一矿的生产实际，为保证井下生产时有足够的风量，本矿井开采前期采用中央并列式通风，风井设在工业广场内。4.1.3 开采水平的确定开采水平的确定是矿井设计的关键，它直接关系到矿井的基本建设投资及生产经营费用，是矿井开拓的重要参数。开采水平高度根据煤层赋存条件、生产技术水平及水平接替等因素综合考虑确定。设计时从以下几个方面进行分析论证：（1）是否有合理的阶段斜长；（2）阶段内是否有合理的区段数目；（3）要保证开采水平有合理的服务年限和足够的储量。（4）要使水平高度在经济上合理。其中开采水平有合理的服务年限很重要，必须符合规范规定，水平高度可按表41-1选取。表4-1-1 矿井水平垂高表 井 型缓倾斜、倾斜煤层 急倾斜煤层 大、中型矿井 200350 m 100250 m 小型矿井 80120m 60120m井田范围内可采煤层只有3煤层，故采用单水平开采。4.1.4带区划分及其布置倾斜长壁回采工作面，按推进方向可分为仰斜开采和俯斜开采。工作面沿倾斜从下向上推进的称为仰斜开采，工作面沿倾斜从上向下推进的称为俯斜开采。据资料统计，我国应用俯斜开采的比重较大，占74.07%。实践经验表面，当煤层顶板较稳定、煤质较硬，或顶板含水量较大时，宜采用仰斜开采；当煤层倾角与厚度较大、煤质松软片帮，或沼气量较大时，宜采用俯斜开采。根据倾斜长壁工作面的推进方向与主要水平大巷的相互位置关系，其回采方式可分为前进式、后退式和混合式三种。当回采工作面自主要水平大巷向阶段上边界推进，其运输斜巷和回风斜巷随工作面的推进而向前推进，并在采空区中维护时，称之为前进式回采方式。前进式回采方式不需要预掘大量的回采巷道，缩短了回采工作面的准备时间，有利于采掘接续；巷道免受超前支承压力的作用，沿空留巷维护状况较好；改变采掘分散的局面，提高矿井集中化程度。但这种回采方式不易弄清工作面前方的地质构造，采掘工作互相干扰，采空区漏风有导致自然发火的危险。可采用密封材料将采空区密封。根据潞安一矿情况，带区采用集中布置；为了节约初期投资，尽快投产，井田范围内采用前进式开采顺序。同时生产的带区一个，该带区的一个工作面保证全矿井的产量。4.2 开拓方案比较 4.2.1开拓方案技术比较根据本矿井实际情况：煤层埋深在500 m左右，故可选用立井和斜井进行开拓，井田垂高约我240 m，故可以分1-2个水平；在回风方面，考虑到初期投资和基建费用及矿井的投产期，故将风井布置在工业广场内，及采用中央并列式通风方式。对其他方面，现提出以下四种在技术上可行的开拓方案，分析如下：方案一：双立井单水平开拓主、副井均为立井，设置一个水平水平在+460 m。如图4-1所示。图4-1 方案一示意图方案二：双立井两水平开拓主、副井均为立井，设置+460m和+340m两个水平，如图4-2所示。图4-2 方案二示意图方案三：主斜副立单水平开拓主井为斜井，副井为立井，设置一个水平在+460m。如图4-3所示。图4-3 方案三示意图方案四：主斜副立两水平水平开拓主井为斜井，副井为立井，在+460m和+340m设置两个水平。如图4-4所示。图4-4 方案四示意图方案1和方案2、方案3和方案4两两之间的区别仅在于是采用单水平开拓还是用两水平开拓。两方案的生产系统都比较简单可靠。两方案对比第二方案的立井深度要比第一方案深，从而井筒长度要有所增加，同时第二个石门也较长，费用方面要比方案一高许多，此外，第二方案中还要设第二水平的车场，这些都将增加费用。由于本煤层倾角6，为近水平煤层，整个井田垂高为240 m,分两水平的话水平间垂高只有100米多，不符合大型矿井设计，所以放弃方案2和方案4。余下的方案1和方案3均属技术上可行，两者相比，方案3采用斜井，虽然煤层埋深450m，主斜井按16计算的话，长度大约在1700 m，虽然方案3的初期总投资要比方案1高些，但本矿井为5.0 Mt大型矿井，考虑到立井能否担负提升要求，故要将此方案保留进行经济比较。因此，两方案需要通过经济比较才能确定其优劣。方案一、方案二的粗略估算费用计算如表4-2-1、4-2-2所示表4-2-1 方案一的粗略估算费用计算表方案一：双立井单水平开拓项目数量(m)基价（元）费用（万元）费用（万元）基建费用（万元）立井开凿表土段5014588.972.9551.3基岩段4809967.2478.4副井开凿表土段5017690.288.5 648.9基岩段45012454.2560.4井底车场岩巷20005955.51191.11191.1小计2458.6生产费用（万元）立井提升系数煤量（Mt）提升高度（ km）基价（元t. km）42298.41.2449.60.491.6排水涌水量（mh）时间（h）服务年限（a）基价（元t. km）8366.95338760640.28大巷运输系数煤量（Mt）平均运距（ km)基价（元t. km）28324.81.2449.61.50.35小计78990.1合计费用（万元）81448.7表4-2-2 方案二的粗略估算费用计算表方案二：双立井两水平开拓项目数量(m)基价（元）费用（万元）费用（万元）基建费用（万元）主井开凿表土段5014588.972.9700.8基岩段6309967.2627.9副井开凿表土段5017690.288.5835.8基岩段60012454.2747.3井底车场岩巷48005955.52858.62858.6小计4395.2生产费用（万元）立井提升系数煤量（Mt）提升高度（ km）基价（元t. km）51793.91.2449.60.61.6排水涌水量（mh）时间（h）服务年限（a）基价（元t. km）8366.95338760640.28大巷运输系数煤量（Mt）平均运距（ km)基价（元t. km）77421.11.2449.64.10.35小计137581.9合计费用（万元）141977.1方案三、四两个方案的粗略估算费用计算如表4-2-3、4-2-4所示：表4-2-3 方案三的粗略估算费用计算表方案三：主斜副立单水平开拓项目数量(m)基价（元）费用（万元）费用（万元）基建费用（万元）主斜井开凿表土段181.45968.9108.3903.5基岩段1668.94765.2795.2副立井开凿表土段5017690.288.5686.3基岩段48012454.2597.8井底车场岩巷24005955.51429.31429.3小计3019.1生产费用（万元）斜井井提升系数煤量（Mt）提升高度（ km）基价（元t. km）42147.31.2449.61.860.42排水涌水量（mh）时间（h）服务年限（a）基价（元t. km）8366.95338760640.28大巷运输系数煤量（Mt）平均运距（ km)基价（元t. km）28324.81.2449.61.50.35小计78839合计费用（万元）81858.1表4-2-4 方案四的粗略估算费用计算表方案四：主斜副立井两水平开拓项目数量(m)基价（元）费用（万元）费用（万元）基建费用（万元）主斜井开凿表土段181.45968.9108.3903.5基岩段1668.94765.2795.2副立井开凿表土段5017690.288.5835.8基岩段60012454.2747.3井底车