安全工程毕业设计（论文）-山西阳煤集团新元矿180万吨井型的新井设计（含全套CAD图纸）.doc

本科毕业设计 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 全套设计，联系全套设计，联系 153893706153893706 1.1.11.1.1 交通位置交通位置 矿井位于山西省寿阳县境内，隶属于山西新元煤炭有限责任公司，是 阳泉矿区寿阳新区待开发的矿井之一。矿井工业场地距寿阳县城约 5km。在 井田东北部有寿阳段王运煤铁路专用线；在井田东南部有石太铁路线， 经寿阳车站可达全国各地。寿阳站至各大城市里程见表 1.1。 表 1.1 寿阳站通往各大城市里程表 地名石家庄北京秦皇岛连云港上海郑州西安 铁路1504338319881416562732 里程 （km） 公路16048575013501750570 在井田北部有太原至旧关高速公路和 307 国道东西向通过，拟建的矿 井工业场地紧邻 307 国道，交通十分方便，矿井交通位置详见图 1.1。 本科毕业设计 第 2 页 图 1.1 交通位置图 1.1.21.1.2 地形地貌地形地貌 井田位于寿阳构造堆积盆地区，属黄土丘陵地貌。梁、峁发育，沟谷 密集，多呈“u”型。地势西高东低，南高北低，最高点标高 1267m，位于 西南部的燕子山，最低点标高 1050m，位于吴家崖村旁黄门街河床内，一般 标高在 1100m 左右，最大高差 217m，相对高差一般为 40100m。井田内大 面积被新生界红、黄土覆盖，仅在南部沿冲沟有少量基岩出露。 1.1.31.1.3 河流及水体河流及水体 井田内河流属黄河流域汾河水系，主要河流有白马河、黄门街河及大 照河，黄门街河和大照河均为白马河的支流。白马河自西向东南从井田北 部流过，在芦家庄村汇入潇河。黄门街河自西南向东北流经井田，在黄门 街村南汇入白马河。大照河在井田南部自西而东经大照村和冀家庄后向南 汇入白马河。白马河平时流量较小，而黄门街河和大照河平时干涸，仅雨 季有水，均属季节性河流。 1.1.41.1.4 气象及地震气象及地震 井田地处黄土高原，气候干燥。气温昼夜变化较大，蒸发量为降雨量 的 3.5 倍左右，属暖温带季风气候区域。 1、降水量：平均年降水量 505.41mm，多水年(1977 年)达 806.2mm，少 水年最低仅 235.3mm(1972 年)。降水量主要集中于 78 月份，占全年降水 量的 48%。 2、蒸发量：平均年蒸发量 1754.16mm，年最高达 2265.0mm，年最低为 1483.8mm(1990 年)。 3、气温：年平均气温为 7.6。一月份最冷，平均气温为-8.8，极 本科毕业设计 第 3 页 端最低气温约-26.2。七月份最热，平均气温21.6，极端最高气温为 35.7。 4、风向及风速：风向夏季多为东南风，冬季为西北风。年平均风速 2.48m/s，最大月平均 3.9m/s(1979 年 1 月)，最小月平均 1.0m/s(1988 年 9 月)。 5、霜期及冻土深度：初霜期在 9 月中旬，终霜期在次年 4 月，有时可 延至 5 月，长达 78 个月之久，气候寒冷，故有“冷寿阳”之称。全年无 霜期平均 148 天。最短 109 天，最长 192 天。最大冻土深度 1.1m。 6、地震 根据中国地震动峰值加速度区划图本区动峰值加速度为 0.15g，地 震烈度为七度区。 1.1.51.1.5 矿区工农业生产概况矿区工农业生产概况 井田地处寿阳县，该县由于地属低山、丘陵地区，土地贫瘠，又受干 旱影响，农业生产产量较低，一般亩产 200kg 左右。粮食植物以谷子、玉 米、高粱、豆类为主，小麦次之，也产一定数量的油料等经济作物。随着 经济改革的不断深入，农、林、牧、副业都有了一定程度的发展。 矿区内工业有炼铁、水泥、农机大修、石料、电力、纺织、副食加工 等企业。 1.1.61.1.6 煤田开发情况煤田开发情况 根据阳泉矿区总体部署，阳泉矿区划分为生产区、平昔区(续建区)和 寿阳区(新区)三个区。生产区有四个矿井，即一矿、二矿、三矿和四矿。 2000 年各矿原煤产量分别为 3.46mt、2.44mt、1.23mt，总计 7.13mt。 平昔区为续建区，有五矿（生产矿井）和六矿（待建矿井）两个矿井， 2000 年五矿的原煤产量为 1.0mt。 寿阳区规划有七矿(本矿)、八矿(南燕竹)、九矿(于家庄)、十矿(七里 河)四个矿井，建设规模为七矿 1.8mt/a、八矿 3.0mt/a、九矿 3.0mt/a，总 建设规模为 8.1mt/a。其中七矿为本矿。 本井田北部原规划有黄丹沟、段王、平头和平舒四个地方煤矿，其中 平头和平舒两矿尚未开工建设，其余两个为县办矿。 黄丹沟矿系由小窑逐渐发展起来的县办煤矿，现已被阳煤集团兼并， 目前正在进行技术改造，将形成 0.9 mt/a 的生产能力；段王煤矿设计生产 能力 0.45 mt/a，实际产量约 0.3mt/a，开采煤层为 3、8、9 号。 上述两个生产矿井开采强度较低，已采面积不大，且均位于浅部，其 开采对本井田的开拓与开采无不良影响。 本科毕业设计 第 4 页 1.1.71.1.7 水源及电源水源及电源 根据中国煤田地质总局华盛水文地质勘察工程公司第三工程处编制的 “山西省寿阳县白家庄水源地岩溶水供水水文地质勘探报告” ，在白家庄附 近草沟背斜中段可 00 一个集中供水水源地，水量丰富，水质尚好，可作为矿井及矿区永久 水源，水源可靠。 距矿井工业场地约 1km，有白家庄 220kv 变电站，220kv 变电站双回电 源分别引自太原辛店变电站和阳泉附近的娘子关电厂。本矿井 110kv 两回 电源引自白家庄 220kv 变电站，供电电源可靠。 1.2 井田地质特征 1.2.11.2.1 井田地质构造井田地质构造 .地层地层 井田内大部为第四系黄土覆盖，局部零星有基岩出露。地层由老到新 简述如下： 1.奥陶系中统峰峰组(o2f) 为含煤建造基底，以深灰色、灰色厚层状石灰岩和白云质灰岩为主， 中部夹有石膏层和浅灰色泥灰岩。井田内钻孔揭露最大厚度为 149.91m。 2.石炭系(c) (1) 中统本溪组(c2b)：厚度 33.5073.14m，平均 55.17m，中、南部 较厚，与峰峰组呈平行不整合接触。底部为 g 层铝土矿及山西式铁矿，其 上由砂质泥岩夹砂岩、灰岩及煤线组成。灰岩 25 层，一般 3 层，第二层 较为稳定，夹有粗粒石英砂岩及不稳定的煤线。本组属于泻湖堡岛环境 沉积。 (2) 上统太原组(c3t) 为主要含煤地层之一。厚度 112.21138.97m，平均 126.21m。其顶界 为 k7砂岩的底面，与下伏地层呈整合接触。以 15 号煤层顶面或其相当层位、 k4石灰岩顶面为界线，将太原组分为三段。 下段：从 k1砂岩底至 15 号煤层顶或其相当层位，厚度 26.0865.85m，平均 41.63m。由石英砂岩、砂质泥岩、泥岩及 15、15下 及 16 号煤组成。15 号煤为主要可采煤层，15下号煤为局部可采煤层，16 号煤为不可采煤层。本段属于堡岛泻湖、潮坪环境沉积。 中段：从 15 号煤层顶至 k4石灰岩顶面，厚度 30.1068.53m，平 均 44.88m。由 k2 下、k2、k3、k4等 4 层石灰岩和 11、11下、12、13 及 13下 号等 5 层煤以及砂岩、泥岩等组成。本段属于台地泻湖、潮坪环境沉积。 本科毕业设计 第 5 页 上段：从 k4石灰岩顶面至 k7砂岩底，厚度 25.3052.60m，平均 39.70m。主要由灰灰黑色砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层等组成。本段含 煤 4 层，依次为 8、8下、9上和 9 号煤层，其中 9 号煤层为较稳定煤层，8 号煤为不稳定煤层。本段属于三角洲环境沉积。 3.二迭系(p) (1) 下统山西组(p1s)：为井田内另一主要含煤地层，厚度 38.6670.84m，平均 52.96m。其顶界为 k8砂岩的底面，由灰浅灰色中、 细粒砂岩及深灰灰黑色砂质泥岩、泥岩和煤层组成。3 号煤属稳定煤层， 6 号煤为不稳定煤层。3 号煤层上覆砂岩(k8 下砂岩)对其局部有冲刷。6 号 煤层顶、底板常为铝质泥岩。本组属于过渡环境沉积。 (2) 下统下石盒子组(p1x)：本组顶界为 k10砂岩之底。厚度 114.09147.90m，平均 129.56m。以 k9砂岩将该组分为上、下两段。 下段：由黄绿、灰绿、灰黑色砂质泥岩、泥岩与灰黄色中、细粒长 石石英砂岩组成。该段属于三角洲环境沉积。 上段：由灰黄、黄绿色中、粗粒长石石英砂岩、砂质泥岩组成。顶 部有 13 层全井田基本稳定的铝质泥岩，俗称“桃花泥岩” 。本组属于河 湖环境沉积。 (3) 上统上石盒子组(p2s)：本组顶界为硅质岩的顶部即 k13砂岩的底 部。厚度 353.80438.45m，平均 383.34m。以 k12砂岩将本组分为下、中 两段。 下段(p2s1)：k10砂岩底界至 k12砂岩底界，厚 145.2187.88m，平 均 170.02m。以黄绿、灰绿色细砂岩和灰绿、暗紫色砂质泥岩为主，夹黄褐、 紫褐色泥岩。 中、上段(p2s2+3)：底界为 k12砂岩，厚 160.00258.00m，平均 200.22m。由黄绿、暗紫色中、细砂岩与暗紫、黄褐、紫灰色砂质泥岩互层 组成。 (4) 上统石千峰组(p2sh)：其顶界为 k14砂岩之底。出露于井田西南于 家庄村和南部一带，厚度 100.00127.00m，平均 112.25m。岩性为暗紫色、 黄绿色砂岩、砂质泥岩及泥岩。本组属于河湖环境沉积。 4.中生界三迭系刘家沟组(t1l)： 出露于井田西南部及南部，井田内最大出露厚度仅 60m 左右。主要由 浅红色细粒长石砂岩组成，间夹薄层紫红、暗紫色砂质泥岩及粉砂岩。 5.新生界(k2) 本科毕业设计 第 6 页 井田内发育第三系上新统及第四系，厚度 3.22110.68m。新生界在中 部偏西及东部保存较厚，西南及南部保存较薄。一般分为砂土、亚砂土、 亚粘土、粘土四种类型。与下伏基岩呈角度不整合接触。 (1) 第三系上新统静乐组(n2j)：厚 010.03m，底部为砂石层，中上 部为灰黄、鲜红、暗红色粘土、亚粘土。 (2) 第四系下更新统泥河湾组(q1n)、午城组(q1w)：广泛分布于冲沟及 半坡上。泥河湾组底部为粒径 210mm 砾石层及钙质结核，中、上部由黄 灰色亚粘土、亚砂土夹泥灰岩薄层组成。午城组由橙红色粘土、亚粘土夹 红棕色古土壤数层组成。泥河湾组厚 024.34m，与下伏基岩呈不整合接触。 午城组与泥河湾组呈整合接触，厚 08.54m。 (3) 第四系中更新统离石组(q2l)：广布于沟谷及两侧。由淡黄、淡红 色亚粘土夹棕红色古土壤层组成。厚 047.44m。 (4) 第四系上更新统马兰组(q3m)：广布于梁、峁之上。主要由淡黄色 亚砂土组成，厚 4.827.15m。 (5) 第四系全新统(q4)：主要分布于黄门街河、大照河及其支流河谷内， 由淡灰色砂、砾石组成。厚 123m。 井田地层综合柱状见图 1.2。 .地质构造地质构造 本井田位于寿阳区中南部，基本构造形态为一单斜，近东西走向，向 南倾斜，倾角 421，一般小于 10。在此单斜基础上发育次一级的 宽缓褶曲和一些短轴褶曲。较大的褶曲为位于井田西北部的大南沟背斜和 蔡庄向斜以及井田东部的草沟背斜。井田内断层稀少，没有岩浆岩侵入的 影响。综观井田构造应属于简单类略偏中等。 井田内褶曲、断层和陷落柱见表 1.2、1.3。 表 1.2 井田内主要褶曲特征表 产状要素备注序号褶曲名称及性质 轴向两翼倾角 井田内延伸长度 （m） 1大南沟背斜近 ew南翼 3-5 北翼 3-6 7000 2蔡庄向斜se南翼 4-6 北翼 2-3 1500 3草沟背斜nne 本科毕业设计 第 7 页 表 1.3 井田内主要陷落柱特征表 1.2.21.2.2 水文地质水文地质 该井田处于娘子关泉域奥灰岩溶水的深循环弱径流区。 .含水层含水层 1、中奥陶统石灰岩岩溶水含水层组 井田内奥灰处于深埋区，一般埋深 700900m，最大埋深超过 1000m， 由北往南埋深逐渐加大。 本统分上、下马家沟组和峰峰组。上马家沟组为本统主要含水层，该 组岩溶发育，富水性强，层厚 42.20m，单位涌水量为 5.30l/s.m，水位标 高+610m。 峰峰组主要由石灰岩、白云质灰岩和白云岩组成。该组岩溶发育程度 低且不均衡，富水性弱，含水层多以上部和中部的石灰岩为主，含水层厚 14.95m，单位涌水量为 0.00857l/s.m，水位标高为+783.27m。 2、石炭系上统太原组石灰岩溶隙及砂岩裂隙含水层组 太原组含水层组主要由 k2 下、k2、k3、k4等石灰岩组成，其次为 k1灰岩 和 k 5、k6等砂岩。k2 下与 k4间距为 29.2068.53m，平均 44.88m。本组石 灰岩岩溶及裂隙均不发育，仅有少量溶隙和砂岩裂隙含水，为弱含水层。 其单位涌水量为 0.02l/s.m，水位标高+775.16m。 3、二迭系下统山西组砂岩裂隙含水层组 山西组含水层主要有 k7、k8 下等砂岩组成。k7砂岩平均厚 6.73m，k8 下 砂岩平均厚 6.26m。本组单位涌水量为 0.028l/s.m，水位标高+799.49m， 为弱富水性含水层。 4、二迭系石盒子组、石千峰组、三迭系刘家沟组砂岩裂隙含水层组 下石盒子组含水层主要由 k8等砂岩组成。本组一般裂隙不发育，其单 位涌水量为 2.65l/s.m(比实际偏大)，水位标高为 834.11m。总体上仍属弱 富水性含水层。 上石盒子组含水层主要由 k12等砂岩组成。本组一般裂隙不发育，其单 位涌水量为 0.0480.23l/s.m，水位标高+1050.92+1083.27m，属弱中 等富水性含水层。 序号陷落柱名 称 位置轴(m)轴(m)陷落高度(m)陷落层位 1x18井田西部3525不明p2s2+3地层 2x17井田西部2515不明p2s2地层 本科毕业设计 第 8 页 石千峰组在沟谷中有出露，含风化裂隙水，流量均小于 1l/s，属弱富 水性的含水层。 刘家沟组仅分布于大照村以西的南部边界地带，沟谷中有出露，含风 化裂隙水，为弱含水层。 5、第四系砂砾石层孔隙含水层 更新统含水层主要由砂砾石层组成，为孔隙含水。根据水井抽水试验， 涌水量可达 826.0m3/d，为较丰富含水层。 全新统砂砾石层，主要分布于白马河及较大支流河谷中，接受大气降 水或河水补给。单位涌水量为 0.088l/s.m，水位标高+1059.16m，属弱富水 性的含水层。 .隔水层隔水层 奥陶系顶面至 15 号煤底板间的岩层，厚 81.53115.22m，平均 95.45m，以泥质岩类为主，裂隙不发育，具有良好的隔水性能，对奥灰水 进入煤系能起到阻碍作用。 石炭、二迭系含水层间均夹有较厚的泥质岩层，这些岩层均具有较好 的隔水性能，可视为隔水层。 .构造对地下水的控制构造对地下水的控制 大南沟背斜轴部地层裂隙较发育，为富水地段。蔡庄向斜轴部构成地 下水汇水构造，但其水量有限。草沟背斜轴部岩石裂隙较发育。 井田内地表未发现有断层。钻孔揭露的 f64逆断层，推断为隔水断层。 井田内地表发现的 x17、x18两个陷落柱，根据钻孔揭露情况，推断陷落柱一 般不含水。 .地水层的补给、径流、排泄条件地水层的补给、径流、排泄条件 大气降水是井田内地下水的主要补给来源。地下水类型主要为承压水， 潜水分布很有限。承压水补给条件除奥灰水较好外，其余都不好。 井田奥灰水属娘子关泉域，处于娘子关泉域的深循环弱径流区，井田 北部奥灰水径流条件较好，井田南部因资料缺乏，无法确定。 奥灰水总的排泄区为娘子关泉。石炭二迭系含水层的承压水，受岩溶、 裂隙发育程度的控制，其径流、排泄条件都比较差。基岩风化带裂隙水及 第四系砂砾石孔隙水，径流条件相对较好，排泄途径也较多，可以通过泉、 地面蒸发和人工采水等方式排泄。 .井田水文地质类型井田水文地质类型 井田矿床水文地质类型可划分为两类：山西组煤主要为第二类第一型， 即水文地质条件简单的顶板间接充水的裂隙充水矿床；太原组煤为第三类 本科毕业设计 第 9 页 第一亚类第一型，即水文地质条件简单的顶板间接充水的以溶蚀裂隙为主 的岩溶充水矿床。 .充水因素分析充水因素分析 1、邻近井充水条件 井田内无老窑和生产矿井分布，在井田北部的煤层埋藏浅部有 10 多个 生产矿井，大部分矿井的充水含水层为煤层上方的砂岩或石灰岩含水层， 段王矿、黄丹沟矿和石门矿有基岩风化带裂隙水进入。北河坡矿、宗艾矿、 蔡家堡矿和百僧庄矿遇小规模陷落和断层，陷落和断层内均基本不含水。 百僧庄矿大巷在河床下 130m 左右通过，冲积层水对矿井影响极小。 2、矿井充水因素分析 根据计算资料，3 号煤采后导水裂隙带波及不到地表水、全新统孔隙水 和基岩裂隙水，因此 3 号煤矿床的主要充水含水层为其上覆 k8 下砂岩及下 石盒子组砂岩裂隙含水层。 根据已有资料和邻近矿井资料，井田内的断层及陷落柱对矿床充水影 响不大。需要指出，随着矿床的开采，矿体周围的水文地质条件不断地发 生变化，因此需要在生产过程中加强预防。 .矿井涌水量矿井涌水量 根据阳煤集团对黄丹沟矿井生产资料的调查结论，矿井正常涌水量 680m3/h，最大涌水量 1000m3/h。 1.2.31.2.3 其它有益矿产其它有益矿产 井田内除埋藏着丰富的煤炭资源外，还赋存有一些其它矿产，简述如 下： 1、铝土岩 主要为本溪组底部之 g 层铝土，厚 0.8219.82m，平均 9.93m，al2o3 含量 17.7149.53%，平均 33.82%；sio2含量 29.0561.20%,平均为 40.60%；铝硅比值为 0.83，未达工业品位。 其次为下石盒子组顶部的铝质泥岩，俗称“桃花泥岩” ，井田内有 13 层，厚 2.0014.48m, al2o3含量 20.8122.00%，无开采利用价值。 2、铁矿 主要为山西式铁矿，产于本溪组底部，奥陶系风化面之上，呈鸡窝状 分布，极不稳定，厚 04.5m，平均 0.79m，为黄铁矿与铝土混生体，fe2o3 含量 7.0851.52%，平均 31.37%。st 含量 5.3033.82%，平均 17.58%， 含硫品位可达级工业指标，因分布极不稳定，品位变化大，埋藏深，无 开采利用价值。 本科毕业设计 第 10 页 3、石灰岩 赋存于奥陶系、石炭系本溪组和太原组，以奥陶系石灰岩为主，cao 含 量 31.3149.16%，平均 43.67%；mgo 含量 0.374.43%，平均 1.97%；sio2含量 1.0017.55%,平均为 6.29%。可以用作水泥原料、煅烧 石灰及建筑材料，限于其埋藏较深，难以开采利用。 4、石膏 赋存于奥陶系中统峰峰组的下部，厚度不大，cao 含量 28.4832.24%，平均 30.36%；mgo 含量 4.445.36%，平均 4.90%；sio2 含量 8.7011.75%,平均为 10.23%。品位较低，又因埋藏较深，不易开采， 无经济价值。 5、粘土 产于第四系中，分布广泛，是当地居民用来烧制砖瓦的天然原料。 6、煤中稀散元素 各主要可采煤层中锗、镓、铀、钍、钒含量最大值均达不到工业品位。 1.2.41.2.4 地质勘探程度地质勘探程度 1、 地质勘探及报告的编制情况 井田地质勘探由两部分组成，一部分为 1988 年完成的详查地质报告， 一部分为 1992 年完成的精查地质报告，详查地质报告已得到了行业管理部 门的批准，精查地质报告 1993 年 1 月山西省矿产储量委员会以晋储决字 (1992)17 号审批通过。为了完善矿井地质报告，阳煤集团 2002 年 12 月完 成了矿产资源储量核实报告，国土资源部以国土资储备字（2003）17 号文 予以备案证明。 2、勘探程度评述 该项目地质勘查工作的类型确定正确，手段选择基本合适，工程布置 较合理，各项工程质量良好，内容齐全，勘探基本网度控制合理，可以满 足设计的要求。 3、地质构造对开采影响的评价 井田基本构造形态为单斜，在此基础上发育有宽缓褶曲和短轴褶曲， 断层稀少，属简单略偏中等，对机械化开采比较有利。 4、煤层对比的可靠性、稳定性分析及对开采的影响 本井田主要含煤地层沉积稳定，旋回结构明显，标志层及煤层本身特 征突出，主要可采煤层可采边界规则，厚度变化规律明显，对比可靠，稳 定可采，对开采无不良影响。 本科毕业设计 第 11 页 5、地质储量的复核、验算；高级储量的范围、储量是否满足设计的要 求 储量计算方法正确，各项参数的选择符合有关规范规定，级别划分合 理，精度符合各级别一般要求，高级储量比例符合规范、设计的要求。 6、水文地质、瓦斯等级、煤质分析等资料的精确程度，及对开采的影 响 查明了本区的水文地质条件，确定了水文地质类型，分析了充水因素， 预测了矿井涌水量，落实了供水水源地。资料比较准确，对开采影响不大。 详细了解了各主要可采煤层的瓦斯情况，但对瓦斯的主要参数了解不 多，对开采影响较大。 煤质分析基本可靠，对开采影响不大。 7、地质资料存在的问题及应补充勘探工作的建议 (1)本矿井为高瓦斯矿井，瓦斯问题直接影响矿井生产。因此对井田内 的瓦斯赋存情况，还需进行补充研究，以便准确地确定瓦斯参数，为瓦斯 抽放和矿井通风提供可靠的设计依据。 (2)井田重新划分后，韩庄井田范围有所扩大，扩大部分的勘探程度为 详查，需尽快安排扩大部分的补钻工作和对首采区的地震勘探工作。 (3)全区水文地质条件简单，但在建设和生产中应加强对断层、陷落柱 导水性的研究，并制定措施，以防突发水灾。 1.3 煤层特征 1.3.11.3.1 煤层煤层 井田内含煤地层为石炭系上统太原组和二迭系下统山西组，地层总厚 平均为 179.17m，含煤 18 层，平均总厚 13.81m，含煤系数为 7.7%。可采煤 层有 3、9、15、15下号六层(其中 3 号煤层为山西组，9、15、15下号煤层 为太原组)，平均总厚度 11.73m，可采含煤系数为 6.5%。其中 3 号煤是山 西组的主要可采煤层，也是最上一层可采煤层，是初期开采的主要对象； 15 号煤是太原组的主要可采煤层。各可采煤层分述如下： 1、3 号煤：位于山西组中部，上距下石盒子组“桃花泥岩”130m 左右， k8砂岩 30m 左右。全井田仅西部边界附近的 1、2 号孔为不可采点，不可采 范围约 6.4km2，其余均稳定可采，见煤点厚 2.63.8m，平均 3.2m；结构 简单，一般含一层泥岩夹矸。煤层由西向东由薄变厚，又渐趋变薄，以中 厚煤层为主。本层基本属于全井田稳定可采煤层。其顶板为砂质泥岩、泥 岩，局部为中、细粒砂岩；底板为砂质 泥岩，局部为细、粉砂岩。 本科毕业设计 第 12 页 2、9 号煤：位于太原组上部，k5砂岩上 4m 左右。煤厚 0.105.68m， 平均 2.29m。属大部可采的较稳定煤层。其顶板为泥岩、砂质泥岩，局部为 中粒砂岩；底板为砂质泥岩，局部为细、粉砂岩。 3、15 号煤：位于太原组下部，k2 下石灰岩为其直接顶板。全井田仅东 部变薄尖灭，其余范围均稳定可采。煤厚 0.277.33m，平均 3.32m，一般 含 12 层泥岩夹矸。属稳定可采煤层。顶板为石灰岩，个别点为泥岩；底 板为泥岩，局部为炭质泥岩、含炭泥岩及粉砂岩。 4、15下号煤：位于太原组底部，15 号煤下 0.8435.45m，平均 11.44m。煤厚 0.205.43m，平均 1.60m，一般含夹矸 24 层，局部可采。 属不稳定较稳定型煤层。顶板为砂质泥岩，局部为砂岩及炭质泥岩。底 板为泥岩、砂质泥岩，局部为粉砂岩及炭质泥岩。可采煤层特征见表 1.4： 1.3.21.3.2 煤质煤质 井田内各煤层煤质以贫煤为主，储量占总储量的 73%；其次为无烟煤， 占 26%；其余为贫瘦煤。 1.煤的物理性质：本井田煤为黑色、灰黑色的亮煤，有玻璃、强玻璃 光泽。断口为参差状、棱角状、粒状、条带状、线理状及粒状结构，层状、 块状构造。煤的容重为 1.341.51t/m3。 表 1.4 可采煤层特征表 含 煤 地 层 煤 层 编 号 煤层厚度 （m） 最小最大 平均 夹石层 数 稳定性 可 采 性 顶底板岩性 3 2.63.8 3.2 一般为 1 层 稳定 可 采 顶板多为砂 质泥岩和泥 岩，底板多 为砂质泥岩 山 西 组 p2s 9 0.105.68 2.29 13 层较稳定 大 部 可 采 顶板为泥岩、 砂质泥岩， 底板多为砂 质泥岩 本科毕业设计 第 13 页 15 0.277.33 3.32 一般含 12 层 稳定 可 采 顶板多为石 灰岩、底版 多为泥岩 15 下 0.205.43 1.60 一般含 24 层 不稳定 较稳定 局 部 可 采 顶板为砂质 泥岩，底板 为泥岩和砂 质泥岩 2.煤的化学性质及可选性 3 号煤：为中灰、特低硫、低磷、极易选的贫煤、贫瘦煤，是优质的高 炉喷吹煤。 层煤均为难熔灰分煤，热稳定性好，易于磨碎。 各煤层主要煤质指标见表 1.5。 1.3.31.3.3 瓦斯瓦斯 寿阳区为一新区，生产矿井资料较少，从邻近的阳泉区生产资料分析， 现采 3 号煤层均属高瓦斯矿井，煤与瓦斯突出也集中于 3 号煤层，突出形 式主要为瓦斯喷出和煤与瓦斯的压出。 表 1.5 各煤层主要煤质指标表 煤层 项目 391515下 原煤046-294 11（54） 048-245 106（38） 058-253 135？（47 ） 069-277 143（25） mad (%) 精煤037-151 071（54） 028-181 079（38） 038-135 088（47） 030-114 071（25） 原煤1086-3326 1732（52） 1083- 4286 2434（38 ） 1103- 4392 1952（45 ） 1358-4670 3053（25） ad (%) 精煤520-1009 6062（2） 527- 1523 436-861 724（45） 372-926 638（25） 本科毕业设计 第 14 页 808（38） 原煤1104-171 1381（52） 1126- 1727 1400（29 ） 068- 1505 1217（43 ） 1022-1674 1427（22） ydaf (%) 精煤981-1342 1150（52） 930- 1429 1152（37 ） 925- 1210 1008（45 ） 361-1235 1025（25） 原煤019-053 031（54） 025-079 043（38） 118-394 227（43） 026-194 070（25）st，d (%) 精煤018-054 084（38） 036-107 044（27） 048-203 129（31） 039-068 051（17） 原煤5863-8074 7222（40） 4521- 7356 8443（30 ） 4522- 7923 7084（34 ） 4349-7196 5881（17）fc(%) 精煤3128-9170 3302（40） 7858- 8502 8182（30 ） 8168- 8649 8847（34 ） 8269-8609 8450（17） 原煤0004-0069 0035（12） 0003- 0201 0039（7） 0004- 0085 0013（14 ） 0007-0054 0025（6） pd(%) 精煤 0014-0048 0024（3） 0001- 0008 0003（5） 0002- 0007 0005（5） 0002-0004 0003（2） cdaf (%) 精煤9997-9223 9164（22） 9087- 9237 9139（19 9005- 9192 9033（17 103-9244 9167（12） 本科毕业设计 第 15 页 ） hdaf (%) 精煤379-471 411（22） 383-433 411（15） 379-442 399（7） 376-421 403（12） ndaf (%) 精煤118-141 129（22） 120-151 134（15） 081-131 123（17） 081-133 118（11） (o+s) daf (%) 精煤 170-583 296（22） 227-358 318（15） 218-479 368（17） 236-377 295（11） 根据地质报告预测，3 号煤有突出危险。井田内背向斜的轴部及倾伏端 交汇处，煤层厚度变化大的部位及顶板冲刷区域等均是瓦斯突出的危险区 段，两者或两者以上因素重合部位更为危险。 1.3.41.3.4 煤尘及煤的自燃性煤尘及煤的自燃性 根据各煤层煤尘爆炸性试验结果表明，火焰长度 020mm，一般大于 5mm；扑灭火焰的岩粉量 040%，一般大于 15%。各煤层煤尘均有爆炸性危 险。 根据各煤层煤的自燃性试验结果，3 号煤不自燃 1.3.51.3.5 矿井地温矿井地温 本井田恒温带深度为 5060m，温度为 11。地温梯度为 1.133.13/100m，平均 2.11/100m，属地温正常区。 2 井田境界及可采储量 2.1 井田境界 2.1.12.1.1 井田范围井田范围 根据山西省国土资源厅晋矿采划字（2002）第 39 号文，井田范围由以 下 7 点座标圈定（为了与地质资料统一，列出换算后的坐标（60） ，原批复 坐标见附录）： 1 点： x=4195350 y=38426000 2 点： x=4192100 y=38426000 3 点： x=4190400 y=38425300 4 点： x=4189400 y=38424700 5 点： x=4189400 y=38410400 本科毕业设计 第 16 页 6 点： x=4199000 y=38410400 7 点： x=4199000 y=38419600 井田东西走向长 10km，南北倾斜宽 5.5km，面积 55km2。 2.1.22.1.2 可采储量可采储量 .井田尺寸井田尺寸 井田东西走向长 10km，南北倾斜宽 5.5km，煤层平均倾角为 10。 井田的水平面积按下式计算： s=hl （公式 2.1） 式中:s-井田的水平面积，m2； h-井田的平均水平宽度，m； l-井田的平均走向长度，m； 则，井田的水平面积为 55km2 井田赋存状况示意图如图 2.1。 .矿井工业储量矿井工业储量 1、由于煤层的平均倾角为 10 度，所以井田中 3 煤层的实际面积为： s=55/cos10 =55.85106 (km2) 2、工业储量： zg=sh （公式 2.2） =55.851063.21.4 =2.5108(t) -取 1.4 3、边界煤拄损失： p=sh =1.5710641.4 =0.1108(t) 4、其它损失：p它=zg5% =3.121085% =0.2108 (t) .储量计算基础储量计算基础 储量计算基础为井田内 3 号煤层的底板等高线及储量计算图。 1、 工业指标 本科毕业设计 第 17 页 井田内以贫煤和无烟煤类为主，少量为贫瘦煤类，储量计算最低可采 厚度与最高绝对干燥灰分见表 2.1。 表 2.1 储量计算工业指标 工业指标 储量分类 最低可采厚度 （m） 最高绝对干燥灰分 （%） 能利用储量0.8040 暂不能利用储量0.7050 2、 夹矸处理 夹矸均剔除。煤层中夹矸的单层厚度等于或大于煤层最低可采厚度时， 被夹矸所分开的煤分层视为独立煤层，分别计算储量；煤层分层厚度等于 或大于夹矸厚度时，上下煤分层加在一起作为计算厚度；对于复杂结构的 煤层，当夹矸的总厚度不超过煤层分层总厚度的二分之一时，以各煤分层 的总厚度作为煤层的计算厚度。 局部可采煤层，可采边界及工业指标均采用插入法圈定其储量计算范 围。.安全煤柱及各种煤柱的留设和计算方法安全煤柱及各种煤柱的留设和计算方法 1、建筑物、铁路和公路按保护等级外推围护带，表土按 450下推，遇 基岩再按 65750下推留设保安煤柱。 2、井田边界煤柱按 20m 留设。 3、大巷两侧各按 40m 留设保安煤柱。 4、根据可行性研究报告中井下开采对地面建筑物的影响分析结论，村 庄民房除 3 号煤不留设煤柱采取加固或修复措施外，其余煤层暂按留煤柱 考虑。 .矿井可采储量矿井可采储量 zk=(zg-p)zk=(zg-p)c c （公式 2.3） =(2.5-0.1-0.2) 0.80 =1.76108 (t) 本科毕业设计 第 18 页 其中，c-表示带区采出率，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。 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 .矿井工作制度矿井工作制度 矿井工作制度是计算生产能力和选择设备的基础，也就是研究劳动配 备，考核工效以及解决产销平衡，适应市场变化的重要问题.既要考虑不同 工种的实际劳动强度，充分利用工时增加煤炭产量，实现高产高效，又要 考虑机器设备维护检修要求。矿井工作制度与矿井生产能力，设备技术特 征，企业管理水平，工人劳动素质等有关，同时受国家有关法律法规的制 约。按照煤矿设计规范的规定，参考关于煤矿设计规范中若干条文 修改决定的说明 ，确定本矿井工作制度为:年工作日 330 天，每天四班作 业，其中三班生产，一班检修，每天净提升时间为 14 小时。矿井连续生产， 分类分段检修，员工轮换休假。 .矿井设计生产能力的确定与论证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 1.8mt/a。其主要理由如下： (1)本井田煤层储量十分丰富，赋存以稳定、较稳定型为主，倾角一般 36，非常适宜综合机械化开采，宜建设现代化大型矿井。 (2)井田内地质构造简单，以宽缓的褶曲为主，断层、陷落柱稀少，无 岩浆岩侵入。井田内水文地质条件简单，适合建设大型矿井。 (3)3 号煤为中灰、特低硫、低磷、极易选的贫煤、贫瘦煤，是优质的 高炉喷吹煤和出口煤。建设大型矿井不但可以缓解国内供应紧张的高炉喷 吹用煤，而且也可大量出口，为国家增收外汇，其社会经济效益显著。 (4)近十年来，阳泉煤业集团通过设计、挖潜和改造，现生产的五对矿 井，除即将报废的四矿外，其余矿井实际生产能力均达到过 1.8mt/a，已经 积累了建设和管理大型、特大型矿井的丰富经验。 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 1.8mt。 1、矿井及水平服务年限 方案一：建 150 万 t/a 的矿井。 方案二：建 180 万/a 的矿井。 方案三：建 240 万/a 的矿井。 根据煤矿工业矿井设计规范矿井投产后服务年限不应过长，可由服 务年限确定。 矿井及水平服务年限均按下式计算： 本科毕业设计 第 19 页 t=z/ak （公式 2.4） 式中：t服务年限，a; z可采储量，mt； a生产能力，mt/a； k储量备用系数，取 1.4。 矿井设计一般取 k=1.4，地质条件复杂的矿井及矿区总体设计可取 k=1.5，地方小煤矿可取 k=1.3 。根据本设计矿井实际情况，储量备用系数 k 值取 1.4。 则矿井服务年限为：t=176106 /(1.81.4) =69 (a) 矿井设计生产能力为 180 万 t/a 时服务年限较合适，因此矿井设计生产 能力为 180 万 t/a，服务 69 年。 2、井型校核： 通过对实际每层开采能力、辅助生产能力、储量条件及安全条件等因 素对井型加以校核。 (1)煤层开采能力 井田 3 煤层是赋存稳定的中厚煤层，地质结构简单，瓦斯涌出量较小， 易采用大采高开采。3 煤层厚度变化不大，首采区较厚，可采用综采开采方 式。 (2)辅助生产系统能力校核 本设计的矿井为大型矿井，开拓方式为双斜井开拓。主井装备 1200mm 强力皮带，提升能力大，能满足提升方面的要求。大巷和石门采用强力胶 带输送机运煤，运输能力也能达到要求，机械化程度较高。辅助运输采用 无轨胶轮车运输，运输能力很大，且车调车简单、灵活、方便。调车和通 过能力均能满足要求，辅助运输能力能满足生产环节的要求。 所以，各项条件也均可保证矿井达到的设计产量。 (3)储量条件校核 煤矿设计规范规定，矿井的设计能力应与矿井的储量相适应，以 保证足够的服务年限。该井田可采储量 176.08 万 t,服务年限为 69 年与矿 井的设计生产能力相适应。 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 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 本科毕业设计 第 20 页 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、 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。 井田东北边界靠近寿阳县城，且属井田煤层埋深较浅区域。 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 本科毕业设计 第 21 页 2.2.22.2.2 井口及工业场地位置的选择井口及工业场地位置的选择 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北部距寿阳 县城约 5km 的草沟村附近的白马河滩地上，主要理由如下： 本科毕业设计 第 22 页 图 2.3 斜井单水平开拓（井筒位于井田中央） 图 2.4 斜井单水平开拓（井筒位于井田边界） 图 2.1 立井单水平开拓 图 2.2 立井单水平开拓 本科毕业设计 第 23 页 1、工业场地靠近寿阳县城，与寿阳县城镇规划相统一，既促进了当地 的城镇建设，又可将居住区等后勤服务融于社会之中，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、矿井初期采区布置于低瓦斯区，有利于矿井的稳步发展。 4、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 满足同类型水平服务年限要求。 斜井开拓与立井开拓相比：井筒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 硐室都比较简单，井筒延伸施工方便，生产干扰少，不易受底版含水煤层 的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可以满足特大型矿井提升需 要；斜井井筒也可以作为安全出口，井下一旦发生事故，人员可以从主斜 井迅速撤离。 立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文地质等自然条件的 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，井筒通风断面大，可以满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突 出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓特别有利；当表土层为富含 水的冲积层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产状均特别 复杂的能兼顾井田浅部和深部不同产状的煤层。 (1)技术比较 以上所提出四个方案大巷布置及水平数目均相同，区别在于井筒形式 和井筒位置不同，及部分基建、生产费用不同(如 图 2.1、图 2.2、图 3.3、图 4.4)。 方案一、二主井井筒形式不同。方案一主井为立井，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；方案二主井为斜井，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，人员也可以从主斜