安全工程毕业设计（论文）-阳煤新元公司120万吨新井设计（含全套CAD图纸）.doc

本科毕业设计 目 录 1 矿区概述及井田地质特征 1 1.1 矿区概述 1 1.1.1 交通位置.1 1.1.2 地形地貌.2 1.1.3 河流及水体 2 1.1.4 气象及地震 2 1.1.5 矿区工农业生产概况.2 1.1.6 煤田开发情况.3 1.1.7 水源及电源.3 1.2 井田地质特征 3 1.2.1 井田地质构造 3 1.2.2 水文地质 6 1.2.3 其它有益矿产 8 1.2.4 地质勘探程度.9 1.3 煤层特征 .10 1.3.1 煤层 .10 1.3.2 煤质 .11 1.3.3 瓦斯12 1.3.4 煤尘及煤的自燃性12 1.3.5 矿井地温13 2 井田开拓 .14 2.1 井田境界及可采储量14 2.1.1 井田范围14 2.1.2 可采储量14 2.1.3 矿井设计生产能力及服务年限17 2.2 井田开拓18 2.2.1 井田开拓的基本问题18 2.2.2 井口及工业场地位置的选择19 2.2.3 井田开拓方案:.27 2.2.4 矿井基本巷道28 2.2.5 大巷运输设备选择：38 2.2.6 矿井提升42 本科毕业设计 3 采煤方法及带区巷道布置 .44 3.1 煤层的地质特征44 3.1.1 煤层 .44 3.1.2 煤质 .45 3.1.3 瓦斯45 3.1.4 煤尘及煤的自燃性45 3.1.5 邻近矿井及本井田瓦斯45 3.2 带区巷道布置及生产系统 46 3.2.1 带区走向长度46 3.2.2 分带斜长及数目46 3.2.3 煤柱尺寸的确定46 3.2.4 确定带区巷道的联络方式47 3.2.5 开采顺序47 3.2.6 带区生产系统47 3.2.7 带区生产能力48 3.3 采煤方法52 3.3.1 采煤工艺方式52 3.3.2 回采工作面主要参数的确定53 3.3.3 带区巷道布置 .54 4 矿井通风 .60 4.1 矿井通风系统选择60 4.1.1 设计原则及考虑因素60 4.1.2 通风方式确定60 4.1.3 通风方法确定64 4.2 带区通风65 4.2.1 带区通风总体要求65 4.2.2 带区通风的基本要求65 4.2.3 工作面通风方式66 4.3 掘进通风67 4.3.1 掘进通风方法67 4.3.2 掘进面需风量计算69 4.3.3 掘进面的设计70 4.4 矿井需风量72 4.4.1 矿井需风量计算的标准及原则72 本科毕业设计 4.4.2 矿井需风量的计算73 4.4.3 风量分配77 4.4.4 通风构筑物78 4.5 矿井通风阻力计算78 4.5.1 矿井通风阻力78 4.5.2 矿井总风阻、等积孔计算83 4.6 矿井主要风机选型84 4.6.1 主要风机选型84 4.6.2 电动机选型89 4.7 矿井反风措施及装置90 4.7.1 矿井反风的目的和意义90 4.7.2 反风方法及反风装置90 4.7.3 区域性反风和局部反风91 4.7.4 通风机房布置图91 4.8 概算矿井通风费用92 4.9 阻止特殊灾害事故的安全措施95 4.9.1 防治瓦斯爆炸的措施95 4.9.2 防火措施95 4.9.3 防水制度95 4.9.4 防尘制度96 4.9.5 预防自燃的措施96 4.9.6 预防井下水灾的措施 .96 5 粉尘灾害防治98 5.1 粉尘98 5.2 防尘措施98 5.2.1 防尘措施98 5.2.2 采掘工作面防尘、降尘措施99 5.2.3 煤层注水防尘及注水系统.100 5.2.4 井下消防、洒水（给水）系统.102 5.3 防爆措施.104 5.3.1 预防煤尘爆炸的一般性措施.104 5.3.2 井下电气设备防爆措施.104 5.4 隔爆措施.105 5.4.1 隔爆措施.105 本科毕业设计 5.4.2 隔爆水棚.106 5.5 矿井地面生产系统防尘.109 5.5.1 防尘系统简介.109 5.5.2 防尘措施及装备.109 5.6 煤尘爆炸.116 5.6.1 煤尘爆炸的机理及特征.116 5.6.2 煤尘爆炸的条件.117 5.6.3 影响煤尘爆炸的因素.118 5.6.4 煤尘爆炸性鉴定.119 5.6.5 预防煤尘爆炸的措施.119 5.6.6 煤尘爆炸区别于瓦斯爆炸的特有标志.119 5.7 事故预防及处理计划.118 5.7.1 避灾路线.118 5.7.2 事故期间通风方法.119 参考文献 131 专题 122 新元矿巷道贯通防突措施 122 1. 问题的提出 .122 2. 巷道贯通时瓦斯事故隐患分析 .123 2.1 矿井瓦斯概况 123 2.2 巷道贯通时瓦斯事故隐患的形成 123 2.3 原因分析 124 3. 解决的办法和措施 .124 3.1 选择巷道贯通地点应注意的几个问题.124 3.2 巷道贯通要采取的措施 125 4.工作面与尾巷（回风斜巷）贯通安全技术措施 128 致谢 132 全套设计，联系全套设计，联系 153893706 本科毕业设计 本科毕业设计 一 般 部 分 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1.11.1 矿区概述矿区概述 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。 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 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 1030m，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 237m，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 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 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 3 页 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（新元矿） 。 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。 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 近草沟背斜中段可建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。 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 4 页 1.21.2 井田地质特征井田地质特征 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。 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、 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 5 页 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) 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 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 6 页 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。 煤层围岩性质 层厚 累厚 柱状 岩石名称岩 性 描 述 34.9 3.4 石灰岩 深灰色 致密坚硬 富含动物化石 加方解石脉 5.515#煤 灰黑色 含沙粒不等上多下少 含植物化石 黑色 致密 含铝质 下部含砂粒 泥岩 3.5 4.3 沙质泥岩 (m)(m) 1:100 0.35 2.13 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 312，一般小于 10，平均角度 6。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。井田内无断层，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。 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。 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 7 页 .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。 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。 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 8 页 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。 .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 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。 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 9 页 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 15 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。 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 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 10 页 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。 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， 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 11 页 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带区的地震勘探工作。 (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。 1.31.3 煤层特征煤层特征 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 15 号煤层 (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 2.65.2m，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。 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 5.5m，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 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 12 页 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 1.2 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 山西组 p2s 15 0.277.33 5.5 一般含 12 层 稳定 可 采 顶板多为石 灰岩、底版 多为泥岩 2.煤的化学性质及可选性 15 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 15 号煤层属高瓦斯矿井，煤与瓦斯突出也集中于 15 号煤层，突出形 式主要为瓦斯喷出和煤与瓦斯的压出。 表 1.3 煤层主要煤质指标表 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 13 页 水分灰分硫分磷分挥发分发热量挥溶点 机械强度 煤层 编号 mad % ad % st % p % v % mj/kg % t() % % 15 号1.5615.09 1.350.0060.06610.3829.84150065.57 根据地质报告预测，15 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。 根据 2006 年煤矿安全规程第 133 条之规定：矿井瓦斯等级，根据 矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分，矿井相 对瓦斯涌量大于 10m3/t 且矿井绝对瓦斯涌出量大于 40m3/min，为高瓦斯矿 井。 对新元矿井，通过大量的实测资料分析研究，在先开采 15 号煤层时， 年生产能力 120 万吨，矿井相对瓦斯涌出量预测值为 12m3/t，矿井绝对瓦 斯涌出量大于 68m3/min。由此可以得出结论新元矿井瓦斯等级为高瓦斯矿 井。 1.3.41.3.4 煤尘及煤的自燃性煤尘及煤的自燃性 1、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，15 号煤具有爆炸危险性。 2、煤层透气性系数 煤是一种多孔隙的介质，在一定的压力梯度下，气体或液体可以在煤 体内流动。煤的渗透率与流过的流体性质无关，只与煤结构的渗透性能有 关。瓦斯在煤中的流动状态取决于孔隙结构，直径在 10-510-4cm 的中孔构 成了瓦斯缓慢流动的层流渗透区；直径在 10-410-2cm 的大孔隙构成了速度 较快的层流渗透区；直径 0.01cm 以至更大的肉眼可见的孔隙和裂隙构成层 流及紊流的混合渗透区；这部分孔隙构成了渗透容积，它们在煤中的总孔 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 14 页 隙比重愈大，其渗透性愈好。 西安分院在矿井的首带区通过地面钻孔打钻测试得出 15 号煤层透气性 系数为 0.017（m2/mpa2d） 。 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 井田开拓 2.12.1 井田境界及可采储量井田境界及可采储量 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，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。 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 15 页 （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 5 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=38412400 y=4205350 2 点： x=38412400 y=4208250 3 点： x=38417500 y=4208250 4 点： x=38417500 y=4206400 5 点： x=38416800 y=4205350 井田东西走向长约 5.5km，南北倾斜宽 2.95km，面积 16.23km2。 2.1.22.1.2 可采储量可采储量 1）矿井工业储量 本矿井设计只对 15 号煤层进行开采设计，15 号煤层平均厚度为 5.5m。 本次储量计算是在精查地质报告提供的 1：5000 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、厚度及倾角余玄相乘所得，其公式一般为： zgs m r cos 式中：zg矿井的工业储量； s 井田的倾斜面积，16.23km2； m 煤层的厚度，5.5m； r 煤的容重，1.40t/m ； 3 煤层倾角，6o 则：zg16.235.51.40cos6o 128.21mt 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）工业广场保护煤柱； 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 16 页 （2）井田境界煤柱损失； （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。 表 2.1 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 大 巷大巷煤柱每侧 30m 边界煤柱可按下列公式计算 zl b m r 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；5.5m r煤的容重；1.40t/m 3 工业广场煤柱留设 根据煤炭工业设计规范 ，工业场地占地指标如下表。 表 2.2 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。 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 17 页 40 72 70 72 图 2.1 工业广场保护煤柱计算示意图 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： s1.300.90 120/1014.04 公顷140400m 故本矿井工业场地的面积为 14.04 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 468m，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： 由图可得： lab3001522150tan40450tan72450tan70 998m lcd4681522150tan402450tan721148m 工业广场保护煤柱为： 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 18 页 q场 场 lablcd 5.51.4099811485.51.40882.44 万 t 工业广场煤柱总计 882.44 万 t。 井田边界保护煤柱： q边 边=（1.6+0.693+0.45+0.38）5000201.405.5=240.78 万 t 井田边界保护煤柱为 240.78 万 t。 表 2.3 可采储量计算表 单位：万 t 煤 柱 损 失 煤层工业储量 井田边界工业广场合计 可采储量 15 号12821240.78882.441123.2211697.78 3）可采储量计算 矿井的回收率没有具体规定，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 12821 万 t，全矿永久煤柱损失为 1123.22 万 t。则矿井可采储量（12821-1123.22）0.758773.335 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 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 120 万 t/a。其主要理由如下： （1）本井田煤层储量以稳定、较稳定型为主，倾角一般 312， 平均角度 6，比较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，无断层和陷落柱，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、低硫、低磷、易选的无烟煤，是优质的煤种。 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 120 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。 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 19 页 （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，生 产班净工作时间为 8 小时，检修班工作时间为 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 由于新元矿井田范围较大，根据下组煤储量及开采条件，煤炭储量较 为富裕，煤层生产能力较大，应建设大型矿井，初步确定矿井生产能力为 120 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： /()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 8773.335 万 t，则矿井服务年限 为： 8773.335/(1201.3)56.23a，服务年限为 56 年。/()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 120 万 t/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: 中国矿业大学 2008 届本科毕业设计 第 20 页 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