采矿工程毕业设计（论文）-西沟五矿4Mta年新井设计（全套图纸） .pdf

中文题目：西沟五矿 4mt/a 新矿井设计 外文题目：the new shaft design of xi gou no.5 mine(4mt/a) 毕业设计（论文）共 108 页（其中：外文文献及译文 13 页）图纸 4 张 完成日期 2012 年 6 月 答辩日期 2012 年 6 月 i 摘 要 本设计是西沟五矿 4mt/a 新井设计。煤田地质构造较简单，煤层全区发育，平均倾角 5，走向长约 4.985 千米，倾向长为 4.1 千米，面积为 20.2 平方千米。井田内有三层煤， 2 煤、3 煤及 15 煤，间距为 20、35 米。 井田储量丰富，服务年限 64.2 年，采用“三八”工作制，根据煤层的赋存条件，通过技 术经济比较，并结合本井田煤层倾角情况，决定采用走向长壁采煤法和倾斜长壁采煤法， 整个井田采用立井单水平上下山开拓方式，集中大巷联合准备方式。整个回采过程均采用 综合机械化采煤工艺， 选用的设备为 sl500 双滚筒采煤机， zygt8638/25.5/55 支撑掩护式 液压支架，dsj1400/250/3400 型可伸缩胶带输送机。使矿井能够在一矿一井一面的条件 下达到生产能力。井田设 3 个井筒，采用中央并列式通风，通风方法为抽出式通风，主井 采用箕斗提煤，副井采用罐笼提升兼输送人员，运输大巷采用胶带输送机运输。 关键词：立井；集中大巷；长壁采煤法；采煤工艺；中央并列式通风。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 ii abstract this design is the new mine design of xi gou no.5 mine with capability of 4mt/a . the geologic structure of this mine is simple , region development and inclination angle average in 5degree . the long is approximately 4.985 kilometers , the favors long is approximately 4.1 kilometers and the area is 20.2 square kilometers . there are three coal seam in the mine field, coal 2,3coal and coal 15, distance of 20,35meter. this mining area reserves is rich, the service life 64.2 years, the use “38” the working system, saves the condition according to the coal bed tax, through the technical economy comparison, and unifies this well field coal bed inclination angle situation, decided that uses moves toward the long well mining coal law and longwall mining method, the entire well field uses the vertical shaft single level to climb mountains the development way, the centralism climbs mountains the joint preparation way. the entire stopping process uses the synthesis mechanization mining coal craft, selects the equipment is the sl500 double roll coal mining machine, the zygt8638/25.5/55 support shield type hydraulic support, the dsj1400/250/3400 expandable adhesive tape conveyer. enables the mine pit to issue the productivity in an ore well condition at the same time. the well field supposes three well chambers, uses the central parallel ventilation, ventilates the way to extract the type to ventilate, the main shaft uses the ore basket to raise the coal, the auxiliary shaft uses the cage hoisting concurrently transportation personnel, the xiliary haulage uses the mine car. key word: vertical shaft; the centralism haulage roadway; long well mining coal law;mining coal craft; central parallel ventilation iii 目录 前言 . 1 1 矿区概述及井田特征 . 2 1.1 矿区概述 2 1.1.1 矿区的地理位置及行政隶属关系 2 1.1.2 矿区地形地貌 . 2 1.1.3 矿区水文、气象、地震 3 1.2 井田及其附近的地质特征 3 1.2.1 井田的地层层位关系 3 1.2.2 地质构造 . 7 1.3 煤质及煤层特征 7 1.3.1 煤的物理性质 . 7 1.3.2 井田内煤层及埋藏条件 8 1.3.3 煤的含瓦斯性、自燃性 9 1.4 水文地质 9 1.4.1 水文地质特征 . 9 1.4.2 含水层 10 1.4.3 隔水层 11 2 井田境界及储量 . 12 2.1 井田境界 12 2.1.1 井田范围 . 12 2.1.2 边界矿柱留设 . 12 2.1.3 边界的合理性 . 12 2.2 井田储量 13 2.2.1 储量计算原则 . 13 2.2.2 矿井工业储量 . 13 2.2.3 矿井煤柱损失 . 14 2.2.4 矿井的设计储量 15 2.2.5 矿井的设计可采储量 15 3 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度 . 16 3.1 矿井年产量及服务年限 16 3.1.1 矿井的年产量 . 16 3.1.2 服务年限 . 16 3.1.3 矿井的增产期和减产期，产量增加的可能性 . 17 3.2 矿井的工作制度 17 4 井田开拓 . 18 4.1 井筒形式、位置和数目的确定 18 4.1.1 井筒形式的确定 18 4.1.2 井筒位置及数目的确定 18 4.2 开采水平的设计 22 4.2.1 水平划分的确定 22 4.2.2 大巷布置及方案比较 22 4.2.3 大巷数目、用途和规格 25 4.3 带区划分及开采顺序 26 4.3.1 带区形式及尺寸的确定 26 4.3.2 开采顺序 . 27 4.4 开采水平井底车场形式的选择 28 4.4.1 开采水平井底车场选择的依据 . 28 4.4.2 井底车场主要硐室 28 4.5 开拓系统综述 32 4.5.1 系统概况 . 32 4.5.2 移交生产时井巷的开凿位置、初期工程量 . 32 5 采准巷道布置 . 35 5.1 设计东翼一区的地质概况及煤层特征 35 5.1.1 东翼一区概况 . 35 5.1.2 煤层特征 . 35 5.1.3 东翼一区范围及工业储量 . 35 5.1.4 东翼一区采出率 36 5.1.5 东翼一区生产能力及服务年限 . 36 5.2 带区形式、带区平巷的数目、位置及用途 37 5.2.1 带区形式 . 37 5.2.2 东翼一区平巷的数目、位置及用途 37 5.3 带区分带的划分、分带斜巷的布置方式、层间或分层间的联系式 37 5.3.1 带区分带的划分 37 5.3.2 分带斜巷的布置方式 38 5.4 东翼一区车场及硐室 39 5.4.1 东翼一区车场形式 39 5.4.2 东翼一区硐室 . 39 5.5 东翼一区生产系统 40 5.5.1 采准系统 . 40 5.5.2 运输系统 . 40 5.5.3 通风系统 . 40 5.6 东翼一区开采顺序 40 5.7 东翼一区巷道断面尺寸、支护方式 41 5.7.1 确定依据 . 41 5.7.2 东翼一区巷道断面尺寸及支护 . 41 5.8 东翼一区的巷道掘进率 41 6 采煤方法 . 43 6.1 采煤方法的选择 43 6.1.1 选择的依据和要求 43 6.1.2 采煤方法 . 43 6.2 煤层地质特征 44 6.3 工作面长度的确定 44 6.3.1 按工作面生产能力校核 44 6.3.2 按采煤机能力检验 45 6.3.3 按通风条件核定 45 6.3.4 按刮板输送机能力校验 46 6.4 采煤机械的选择和回采工艺的确定 46 6.4.1 综采机组的选择 46 6.4.2 配套设备选型 . 48 6.4.3 回采工艺方式 . 49 6.4.4 顶板管理方法 . 50 6.4.5 工作面布置 . 50 6.5 循环方式的选择及循环图表的编制 51 6.5.1 循环方式的选择 51 6.5.2 劳动组织表 . 52 6.5.3 机电设备表 . 54 6.5.4 技术经济指标表 54 7 建井工期及开采计划 . 56 7.1 建井工期及施工组织 56 7.1.1 建井工期 . 56 7.1.2 工程排队及施工组织排队 . 57 7.2 开采计划 58 7.2.1 开采顺序及配产原则 58 7.2.2 开采顺序确定原则 59 8 矿井通风 . 61 8.1 概述 61 8.2 矿井通风系统的选择 61 8.2.1 通风方式的选择 61 8.2.2 通风方法的选择 62 8.3 矿井风量的计算与风量分配 63 8.3.1 矿井总进风量 . 63 8.3.2 工作面所需风量计算 63 8.3.3 掘进工作面需要风量计算 . 65 8.3.4 硐室所需风量计算 67 8.3.5 其它巷道所需风量 67 8.3.6 矿井总进风量计算 67 8.3.7 风量的分配 . 68 8.4 矿井总风压及等积孔的计算 68 8.4.1 计算原则 . 68 8.4.2 计算方法 . 69 8.4.3 计算等积孔 . 69 8.5 通风设备的选择 72 8.5.1 矿井主要扇风机选型计算 . 73 8.5.2 电动机选型计算 75 8.5.3 总耗电量 . 76 8.6 灾害防治综述 77 8.6.1 井底火灾及煤层自然发火的防治措施 77 8.6.2 预防煤尘爆炸措施 77 8.6.3 预防瓦斯爆炸的措施 77 8.6.4 避灾路线 . 78 9 矿井运输与提升 . 79 9.1 概述 79 9.2 东翼一区运输设备的选择 79 9.2.1 工作面刮板输送机的选择 . 79 9.2.2 顺槽转载机和皮带机选择 . 80 9.3 主要巷道运输设备的选择 80 9.4 提升 81 9.4.1 提升系统的合理确定 81 9.4.2 主井提升设备的选择 81 9.4.3 副井提升设备的选择 82 10 矿井排水 . 83 10.1 矿井涌水 83 10.1.1 概述 83 10.1.2 矿山技术条件 . 83 10.2 排水设备的计算与选择 83 10.3 水泵房的设计 84 10.3.1 水泵房支护方式和起重设备 . 84 10.3.2 水泵房的位置 . 85 10.3.3 水泵房规格尺寸的计算 85 10.4 水仓设计 86 11 技术经济指标 . 87 11.1 全矿人员编制 87 11.1.1 井下工人定员 . 87 11.1.2 井上工人定员 . 87 11.1.3 管理人员 87 11.1.4 全矿人员 87 11.2 劳动生产率 88 11.2.1 采煤工效 88 11.2.2 井下工效 88 11.2.3 生产工效 88 11.2.4 全员工效 88 11.3 成本 88 11.4 全矿主要技术经济指标 90 12 结论 . 93 致谢 . 94 参考文献 . 95 附录 a . 96 附录 b 101 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 前言 中国是世界最大产煤国，煤炭在中国经济社会发展中占有极重要的地位。煤炭是工业 的粮食，我国一次能量消费中，煤炭占 75%以上。煤炭发展的快慢，将直接关系到国计民 生1 。作为采矿专业的一名学生，我很荣幸能够为祖国煤炭事业尽一份力。毕业设计是毕 业生把大学所学专业理论知识和实践相结合的重要环节，使所学知识一体化，是我们踏入 工作岗位的过度环节，设计过程中的所学知识很可能被直接应用到未来的工作，所以显得 尤为重要。 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，培养实事求是、理论联系实际的工作作风和严谨的工作态度，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。 该说明书为西沟五矿 4mt/a 井田初步设计说明书，在所收集地质材料的前提下，由指 导教师给予指导，并合理运用平时及课堂上积累的知识，查找有关资料，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，并进行了技术和经济比较。论述了本设计的合理性，完成了毕业设 计要求的内容。同时说明书图文并茂，使设计的内容更容易被理解和接受。在设计过程中， 得到了指导老师的详细指导和同学的悉心帮助，在此表示感谢。由于设计时间和本人能力 有限，难免有错误和疏漏之处，望老师给予批评指正。 赵小刚：西沟五矿 4mt/a 新矿井设计 2 1 矿区概述及井田特征 1.1 矿区概述 1.1.1 矿区的地理位置及行政隶属关系 西沟五矿行政区划隶属高平市寺庄镇管辖。 井田地理坐标范围为东经 112 44 54.4 112 50 51.9 ， 北纬 35 51 02 .435 55 1.7 。井田东南距高平市 17km，太（原）焦（作）铁路 和 207 国道从井田东侧通过，长(治)晋(城)二级公路和长(治)晋(城)高速公路从井田 东侧约 20 km 处通过。井田北距太焦铁路赵庄车站 3.3km，南距西阳车站 4.7km，该矿 工业广场与附近干线公路和铁路间均有柏油公路连接， 由井田经铁路、 公路向北可达长治、 太原，向南可通晋城、焦作，然后通往全国各地，交通运输便利 (详见交通位置图)。 图 1- 1 西沟五矿矿交通位置图 fig 1- 1 xigou five mine traffic and location 矿井走向长 4.985 公里，倾斜长 4.1 公里。西沟五矿设计生产能力为 4mt/a。 1.1.2 矿区地形地貌 本井田位于太行山南段西缘，沁水煤田之东缘，地貌形态属于丹河流域侵蚀中低山 区，井田东部为开阔的丹河河床，中西部为中低山和黄土梁、峁，总的地势为西高东低， 地形最高点位于西南部山顶，标高 1310.66m，最低点为东部丹河河床，标高 878.00m， 最大相对高差 432.66m。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 1.1.3 矿区水文、气象、地震 1.丹河为井田及附近主要河流，在井田东部边界处由北向南流过，属黄河流域沁河水 系丹河支流。丹河河水流量受季节性影响较大，旱季水量较小，雨季水量增大。其观测流 量 0.00415m3/s(1998 年 6 月 30 日)1.4088m3/s(1998 年 7 月 22 日)，历史最高洪水位为 890.30m。 另外，井田内还发育有三条较大沟谷，由东向西依次为冯家村沟，釜山村沟和海则沟。 其中，东部冯家沟村由西北向东南穿越井田东部，平时干涸无水，仅雨季有短暂洪水排泄， 向东排入丹河。中部釜山村沟由西北向东南穿越井田中部，属季节性河流，平时有微小流 水，雨季汇集洪水后水量猛增，向东南流出井田汇入丹河。东河道中段釜山村西建有一处 水库釜山水库，水库常年储水，为井田最大地表水体。井田西部海则沟由东北向西南穿 越井田西北部，向西南汇入沁河，属季节性河流，平时有细小流水，雨季汇集洪水后水量 增大。 2. 本区属大陆性气候。据晋城市气象站观测资料：年平均气温为 10.88，最高气温 为 38.6，最低气温为- 22.8；年降水量为 292.01008.8mm， 69 月份降水量占全年 的 70%；年平均蒸发量为 1009.6mm，干旱指数为 1.58,属半湿润区；该区夏季多东南风， 冬季多西北风，最大风速十级。一般为 34 级；全年无霜期 180d 左右，每年 11 月至次年 3 月为结冰期，冻土深度一般为 0.300.43m。表土层厚度为 141m。 3. 据历史记载，高平市先后曾发生过大小地震 42 次，其中 45 级具有破坏性地震 8 次。据中华人民共和国建筑抗震设计规范 （gb500112010） ， 本区属 6 度区，基本地 震加速度值 0.05g。 1.2 井田及其附近的地质特征 1.2.1 井田的地层层位关系 1. 井田地层 本井田位于沁水煤田南部晋城矿区东北部，井田内主要出露地层为二叠系上统上石盒 子组，二叠系上统石千峰组及三叠系下统刘家沟组。第四系分布于山梁和沟谷。结合钻孔 资料由老至新分述如下： （1） 、奥陶系(o) .中统上马家沟组(o2s ) 赵小刚：西沟五矿 4mt/a 新矿井设计 4 本井田所施工的 2 个奥灰水文孔，揭露本组厚度 214.33- 264.71m。主要由深灰色巨厚 层状石灰岩组成。 .中统峰峰组(o2f ) 为煤系地层基底，厚 141.68- 160.33m，平均 151.00m。与下伏地层上马家沟组为整合 接触。上部为灰色- 灰白色巨厚层状隐晶质石灰岩、局部裂隙发育，具方解石脉，间夹有白 云岩及角砾状灰岩局部为泥质石灰岩。中部为灰色角砾状石灰岩，泥灰岩和石灰岩，灰色 白云岩和泥质白云岩，局部溶洞发育，裂隙内充填有方解石脉。下部灰色石灰岩，浅灰色 中厚层状白云岩，含泥石灰岩，局部溶洞发育。 （2） 、石炭系(c) . 中统本溪组(c2b) 与下伏峰峰组呈平行不整合接触。厚 2.20- 20.18m，平均厚 14.27m。主要由浅灰色含 铝泥岩、铝质泥岩、深灰色泥岩组成，中、下部夹石英砂岩，偶见薄煤层及石灰岩。砂岩 多呈不等粒结构且含细砾，碎屑以石英为主，次为泥岩屑、硅质岩屑。底部常具一薄层铁 质泥岩或铁质粉砂岩，含黄铁矿结核或透镜体，即“山西式”铁矿。该组属泻湖潮坪沉 积。 . 上统太原组(c3t) k1 砂岩底至 k7 砂岩底，与下伏地层呈整合接触。为井田内主要含煤地层之一，厚 81.88- 109.41m，平均 97.67m。由深灰灰黑色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层及石 灰岩组成。为典型的海陆交互相沉积。 （3） 、二叠系(p) . 下统山西组(p1s) k7 砂岩底至 k8 砂岩底，与下伏地层呈整合接触。是井田内主要含煤地层之一。厚 43.23- 65.17m，平均 53.62m。由灰- 深灰色中- 细粒砂岩、粉砂岩和灰黑色泥岩及煤层组成。 主要可采煤层 3 号煤位于本组下部。 . 下统下石盒子组(p1x) k8 砂岩底至 k10 砂岩底，与下伏山西组呈整合接触。厚 44.70- 96.38m，平均 66.99m。 由灰绿色、灰色泥岩、砂质泥岩；间夹黄绿色、浅灰色砂岩组成。顶部为灰白色铝质泥岩， 以高岭石为主，含大量菱铁质鲕粒及黄铁矿团块，俗称“桃花泥岩” ，是 k10 砂岩良好的 辅助标志。底部 k8 砂岩以细粒砂岩为主，成份石英为主、长石次之、含云母，菱铁质显 示交错层理。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 本组系上三角洲平原曲流河湖泊相沉积。 . 上统上石盒子组(p2s) k10 砂岩底至 k14 砂岩底，与下伏地层呈整合接触。一般厚 500m 左右，由黄绿色、 灰绿色、灰白色砂岩，黄色、黄绿色、紫红色等杂色泥岩、粉砂岩组成。根据岩性特征可 将本组分为三段。区内仅出露上段顶部地层。 下段(p2s1)：k10 砂岩底至 k12 砂岩底，厚 149.85- 219.25m，平均 190.02m。主要由灰 绿色、灰色、黄绿色、局部夹紫红色斑块的泥岩与灰绿色、灰白色砂岩互层组成。泥岩成 份主要为水云母及高岭石，局部泥岩中含菱铁质鲕粒。中上部夹铁质砂岩及锰铁质结核。 砂岩成份主要为石英、长石、钙化岩屑，次为硅质及粘土岩屑等，含少量绿泥石及重矿物。 底部 k10 砂岩为浅灰色、灰白色中细粒砂岩，局部为粉砂岩，交错层理发育。该地层中扩 区中见出露。 中段(p2s2)：k12 砂岩底至 k13 砂岩底，厚 73.80- 151.20m，平均 93.20m。由黄色、灰 黄色、局部夹紫红色的泥岩及粉砂岩互层，夹巨厚层状的黄绿色、灰白色砂岩组成。底部 k12 砂岩为灰白色、灰绿色含砾中粗粒砂岩、大型交错层理发育。该地层中扩区中见出露。 上段(p2s 3)：k13 砂岩底至 k14 砂岩底，厚 184.54- 235.50m，平均 210.93m。由灰黄 色、黄色、紫红色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩,浅灰色、灰黄色砂岩组成。顶部泥岩中夹 2- 3 层褐黄色、灰白色、紫红色相间的彩带状燧石薄层。底部 k13 砂岩为灰白色含砾中粗粒砂 岩，交错层理发育。本组系半干旱湖泊曲流河沉积。该地层扩区中见出露。 .上统石千峰组(p2sh) 以 k14 砂岩与下伏地层呈整合接触，厚约 200 余米，广泛出露于本区西北部。由灰黄 色、黄绿色砂岩，紫红色、棕红色泥岩组成。上部泥岩中含大量似层状灰岩或钙质结核。 根据岩性特征将本组分为上、下两段。 下段(p2sh1)：井田内仅有 2 孔揭露，厚度 103.92- 112.73m，平均 108.33m。由黄绿色 中粗粒砂岩夹紫红色泥岩组成，泥岩中含钙质结核，井田西部大面积出露。主要由黄色、 灰黄色中粗粒砂岩夹紫红色泥岩组成。底部 k14 砂岩为灰白、黄绿色含砾中粗粒砂岩，大 型板状交错层理发育，含石英、燧石细砾，地貌上常形成陡崖。本段系曲流河体系沉积。 上段(p2sh2)：厚度约 100m 左右，分布于本井田西部边缘。由紫红色、棕红色泥岩、 砂质泥岩夹黄绿色砂岩组成，泥岩中常含钙质结核及似层状淡水灰岩。底部以一层厚层状 色泽鲜艳的红色泥岩与下伏下段地层分界。系干旱湖泊体系沉积。 （4） 、三叠系下统刘家沟组(t1l) 赵小刚：西沟五矿 4mt/a 新矿井设计 6 井田内出露厚度约 70m，分布于本井田的西北角。主要岩性为砖红色，棕红色细中 粒砂岩、粉砂岩，并夹有薄层紫红色泥岩。底部以一层厚层状长石石英砂岩与下伏石千峰 组地层分界，与下伏地层呈整合接触。本组系辫状河沉积。 （5） 、第四系(q) .中更新统(q2) 厚 0- 15m， 平均约 5m。 与下伏地层呈角度不整合接触。 区内广为分布。 主要由黄灰色、 浅红色砂质粘土、粘土组成。常含钙质结核，有时夹砾石。 .上更新统(q3) 厚 3- 61m，平均约 31m。区内分布广泛。主要岩性为浅黄色、褐黄色砂质粘土，含砂 粘土夹钙质结核，孔隙发育。 .全新统(q4) 厚 0- 20m，平均约 8m。主要分布于丹河、苏里河、田良河河谷一带。以细砂、粉砂、 砂土及砾石组成，为一套近代河床冲积和山前洪积物。 含煤地层 井田内主要含煤地层为石炭系上统太原组与二叠系下统山西组。 （1） 山西组（p1s） 地层厚度 43.23- 65.17m，平均 53.62m。一般含煤 2- 3 层，由上而下编号的煤层为 1、2、 3 号。煤层总厚度平均 15m，含煤系数 30.16%。其中可采煤层总厚度平均 15m，可采含煤 系数 100%。 （2） 太原组(c3t) 地层厚度 81.88- 109.41m，平均 97.95m。含煤 6- 13 层，一般 8- 10 层。本组自上而下编 号的煤层有 5 号、6 号、7 号、8 号、9 号、10 号、11 号、13 号、14 号、15 号和 16 号。 煤层总厚度平均 8.03m，含煤系数 8.20%。可采煤层总厚度平均 6m，可采含煤系数 5.51%。 其中全区主要可采的 15 号煤层位于本组下部一段。其余煤层（如 8、9、14、16 号）虽见 有零星可采点，但难以构成具有工业价值的可采区段。 可采煤层 本井田内主要可采煤层有山西组 2、3 号煤层及太原组 15 号煤层。现分述如下： （1） 2 号煤层 位于山西组中上部，上距 k8 砂岩 10.74- 28.32m，平均 17.25m，下距 3 号煤层 9.40- 25.69m，平均 20.68m，煤层厚度 3.2- 6.3m，平均 5.0m，含 0- 2 层夹矸，结构简单。煤 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 层变异系数 43，可采系数为 1。为稳定的可采煤层，全区可采。其顶板主要是泥岩、砂 质泥岩、粉砂岩，局部为细中粒砂岩。底板为泥岩、砂质泥岩，局部为炭质泥岩或粉砂岩， 个别点为细、中粒砂岩。 （2） 3 号煤层 位于山西组下部， 上距 k8 砂岩 30.30- 46.07m， 平均 38.86m； 下距 k7 砂岩 5.63- 11.81m， 平均 8.97m。据以往勘探资料结合井田内井下巷道见煤点资料，煤层厚度 4.56- 9.83m，平 均厚 9.0m，属全区稳定的全区可采煤层。该煤层含泥岩、炭质泥岩夹矸 0- 3 层，结构简单 较简单， 以距顶板约0.50m左右和距底板约1.00m左右的两层较为稳定(厚度0.10- 0.30m)。 顶板主要是泥岩、砂质泥岩、次为粉砂岩，局部为中、细粒砂岩或粉砂岩。底板为黑色泥 岩、砂质泥岩，深灰色粉砂岩。 （3） 15 号煤层 上距 k2 石灰岩平均 0- 2.70m，平均 0.60m。煤层厚度 4.20- 6.41m，平均 6.0m。煤层稳 定、厚度较大，厚度变异系数 18%，可采系数 1。为全区可采煤层。结构简单- 复杂，含 0- 5 层夹矸。顶板一般为泥岩、钙质泥岩、泥质灰岩。老顶为 k2 石灰岩。底板主要为泥岩。 1.2.2 地质构造 1. 褶曲 1) 黑沟向斜（s5） ： 位于黑山至黑沟一线，轴向北西转北北西向，井田内延伸长约 1.6km。核部出露上石 盒子组上段及石千峰组地层，两翼倾角 5- 10。 2) 黑沟背斜（s6） ： 位于下海则村东至黑沟一线，井田内延伸约 1.8km。轴向近东西转北西向。核部出露 上石盒子组上段及石千峰组地层，两翼倾角 6- 10。 2. 断层 西沟村北正断层（f3）位于井田西部，为地表出露断层，该断层东自西沟村北，向西 延伸至井田边界处。延伸长度约 2.9km。走向呈东西向，倾向向南，倾角 75，落差 10m。 1.3 煤质及煤层特征 1.3.1 煤的物理性质 2 号煤层为黑色，玻璃金刚光泽，断口参差状贝壳状，内生裂隙不太发育。以 亮煤为主，暗煤次之，少量镜煤。条带状结构，层状构造，属半亮光亮型煤。 赵小刚：西沟五矿 4mt/a 新矿井设计 8 3 号煤层为黑色、条痕为黑色，参差状及贝壳状断口，玻璃金刚光泽，内生裂 隙较发育。以亮煤为主、暗煤次之，夹镜煤条带。细中条带状结构，层状构造。属半亮 光亮型煤。 15 号煤层为黑色、条痕黑色，参差状- 及贝壳状断口，玻璃- 金刚光泽。以亮煤为主、 暗煤次之，夹镜煤条带，细条带状结构，见黄铁矿结核及散晶。属半亮- 光亮型煤。局部可 见半暗煤。 1.3.2 井田内煤层及埋藏条件 煤层走向主体为南北走向，整体呈弧形，倾角在 28之间，平均为 5左右，可采煤 层间距见下表 1- 2，所有煤层均为全区发育。煤层综合柱状图见下图 1- 2： 表 1- 2 煤层间距见表 table 1- 2 seam pitch table 煤层号 平均厚度/米 煤层间距/米 2层煤 5.0 20 3层煤 9.0 35 15层煤 6.0 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 煤层厚度岩性 柱状 2号 3号 15号 5m 20m 9m 35m 6m 泥岩，砂质泥岩 粉砂岩 泥岩，砂质泥岩 粉砂岩 泥岩，砂质泥岩 粉砂岩，石灰岩 泥岩，砂质泥岩 粉砂岩 图1- 2 煤层综合柱状图 fig.1- 2 coal integrated histogram 1.3.3 煤的含瓦斯性、自燃性 1）瓦斯及其赋存规律 本矿井属于低瓦斯矿井，相对涌出量为 6.15 m3/t，瓦斯含量随埋藏深度增加而增大的 变化规律，而局部瓦斯含量异常变化时受小构造影响所致。 2）煤的爆炸 2、3、15 号煤层均无煤尘爆炸危险性。 3）煤的自燃倾向性 从上可知，井田内 2、3、15 号煤层均属不易自燃煤层。 1.4 水文地质 1.4.1 水文地质特征 井田处于沁水盆地中段东部，属高平晋城盆地三姑泉域水文地质单元。该泉域北起 金泉山、色头一带，以丹河与浊漳河南源地表分水岭为界，与辛安泉域相邻；西北以丹河 与沁河地表分水岭为界，西南以晋获断裂带白马寺断层为界，与延河泉域毗邻； 南界以近东西向弧形褶断带地堑构造为界，自大箕- 三姑泉- 南石瓮一线为界；东至太 行山麓隔水层隆起地带，从柳树口- 夺火- 黄金窑- 马圈一带，与焦作泉域分界。 区域东部地势高竣，出露一套碳酸盐岩地层，呈南北向长条状分布，含岩溶裂隙水。 赵小刚：西沟五矿 4mt/a 新矿井设计 10 向西地势逐渐降低。区域中部和西部地区属高平- 晋城盆地，多被切割成黄土丘陵和低山， 海拔 800- 1100m。其间堆积厚度不等的松散沉积物，含有若干孔隙含水层。中西部有大量 古生界碎屑岩地层出露，含一系列裂隙含水层，一般富水性较弱。盆地范围内奥陶、寒武 系石灰岩地层自东向西、自南向北埋藏逐渐加大，富水性相对减弱。 丹河为井田及附近主要河流，从井田东部边界处由北向南流过，属沁河支流，黄河水 系。丹河河水流量受季节性影响较大，旱季时水量较小，雨季时水量增大。井田及附近还 有一些中、小型水库，如釜山水库、赵庄水库、王村水库、米山水库等。 1.4.2 含水层 （1）. 中奥陶统石灰岩岩溶裂隙含水层 井田内隐伏于煤系地层之下，未见出露。埋藏深度 390- 617m 左右，由石灰岩、泥质 灰岩及白云岩等组成，为井田内主要含水层。岩溶裂隙不发育，仅局部发育有少量溶隙、 溶孔等。 从水文孔和水源井奥灰水位资料分析，井田内奥灰水水位标高为 600- 680m。该含水层 为一富水性不均匀的弱强富水性的岩溶裂隙含水层。井田位于辛安泉域与三姑泉域地下 分水岭南侧，奥灰含水层富水性相对较弱。 （2）. 上石炭统太原组岩溶裂隙含水层 该含水层由 k2、k3、k4、k5、k6 五层石灰岩组成，单层厚 0.30- 9.24m，平均总厚度 为 17.51m。一般岩溶裂隙不发育。说明各层石灰岩局部发育岩溶裂隙，其中以 k2、k3 为 主。该含水层为一富水性弱的岩溶裂隙含水层。 （3）. 下二叠统山西组及 k8 砂岩裂隙含水层 为碎屑岩裂隙含水层，井田内无出露，包括 k7、k8 砂岩及 3 号煤层顶板砂岩裂隙含 水层，构成主采 3 号煤层的充水水源。岩性以中、细粒砂岩为主，局部砂岩裂隙发育。该 含水层属富水性弱的砂岩裂隙含水层。 （4） 二叠系上、下石盒子组砂岩裂隙含水层 井田内上、下石盒子组厚度 300- 400m，含多层中粗砂岩，其中 k10 、k12 、k13， 厚度大，分布广，具有一定含水性，井田地表可见泉水出露，但涌水量均不大，一般 0.02- 0.08l/s 之间变化，厚弱富水含水层。 （5）. 基岩风化带裂隙含水层 该含水层的岩性因地而异，风化裂隙发育因岩性、构造及地形控制而不同，据井田内 水文孔抽水资料，其发育深度不超过 70m。该含水层一般富水性差异较大。该含水层属富 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 水性弱- 中等的砂岩裂隙含水层。 （6）. 松散层孔隙含水层 该含水层主要由具孔隙的亚粘土、砂、砾石等组成，区内大面积出露。松散层厚度一 般小于 50m，一般 5- 20m。水位埋藏一般较浅，主要接受大气降水补给。该含水层渗透性 好，局部含水丰富。该含水层属富水性弱- 中等的孔隙含水层。 1.4.3 隔水层 （1）. 石炭系上统太原组底部及中统本溪组隔水层 该层主要由具塑性的铝质泥岩、粘土质泥岩及砂质泥岩等组成，位于 15 号煤层底板 与峰峰组顶界之间，层厚 2.20- 20.18m，平均 14.27m。该层裂隙一般不发育，透水性差， 隔断其上覆与下伏含水层的水力联系，一般隔水性良好。 （2）. 二叠系砂岩含水层层间隔水层 主要由泥岩、砂质泥岩组成，单层厚度一般小于 20m。垂向分布呈平行复合结构，阻 隔上下各含水层层间的水力联系，起层间隔水作用。 赵小刚：西沟五矿 4mt/a 新矿井设计 12 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田范围 西沟五矿井田东南西北部分别以经纬网 38391050、3972380、38387020、3977400 为 界。井田走向平均长 4.985 公里，倾斜平均长 4.065 公里，面积约为 20.2 平方公里。井田 内共有 3 层煤，均是全区发育，煤层分别是：2 层煤、3 层煤、15 层煤。 2.1.2 边界矿柱留设 西沟五矿井田内地形比较完整，依据相关规定和安全考虑，边界矿柱的留法及尺寸： 1)井田边界煤柱留 30 米； 2)阶段煤柱斜长 60 米，若在两阶段留设，则上下阶段各留 30 米； 3)断层煤柱每侧各为 30 米； 4)采区边界煤柱留 20 米； 5）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 业场地地面受保护面积应包括保护对象及宽度 20m 的围护带。在工业场地内的井筒，圈定 保护煤柱时，地面受保护对象应包括绞车房、井口房或通风机房、风道等，围护带宽度为 20m。 根据参考矿井设计规范2和矿井安全规程3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。 2.1.3 边界的合理性 在井田范围内，储量、煤层赋存及开采条件均与矿井生产能力相适应。井田内有足够 的储量和合理的服务年限。井田走向长度大于倾斜长度，有三层煤，可保证矿井各个开采 水平有足够的服务年限。阶段高度及阶段斜长适当，矿井通风、井下运输较容易。 根据矿井设计规范的规定，采区开采顺序必须遵守先近后远，逐步向边界扩展 的原则，并应符合下列规定： 1)首采区应布置在构造简单，储量可靠，开采条件好的块段，并宜靠近工业广场保护 煤柱边界线。 2)开采煤层群时，采区宜集中或分组布置，有煤和瓦斯突出的危险煤层，突然涌水威 胁的煤层或煤层间距大的煤层，单独布置采区。 3)开采多种煤类的煤层，应合理搭配开采。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 综上所述，矿井首采区定在靠近工业广场的东南部，东翼一区储量丰富，有利与运 输有利于运输的集中和减少巷道的开拓费用所以井田划分是合理的。 2.2 井田储量 2.2.1 储量计算原则 原则4： 1)按照地下实际埋藏的煤炭储量计算，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 1000 米。 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 度时，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 0.05 米厚的高灰煤（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 矿井工业储量 井田的精查勘探面积为 s=20153260 2 m 根据储量计算公式： cos/smrzg= （2- 1） 式中： zg矿井的地质储量，t m可采煤层总厚度，m s 井田面积，m r 煤的容重，r =1.4 t/m 煤层倾角，度 所以，zg =20153260（5+9+6）1.4/cos5 = 56645 万吨 由于设计时不考虑平衡表外储量和远景储量， 因此矿井工业储量就等于地质储量， 即： zc= zg= 56645 万吨 各煤层的工业储量见表 2- 1。 表 2-1 煤层工业储量表 赵小刚：西沟五矿 4mt/a 新矿井设计 14 tab.2-1 industrial coal reserves 2.2.3 矿井煤柱损失 1)断层煤柱损失 断层的两侧各留 30m 的保护煤柱，此断层的面积为 186924m, 故此断层保护煤柱损失为：186924201.4=523.4 万吨。 3)工业广场煤柱损失 2)井田境界煤柱损失 井田境界留设 30m 的边界煤柱，周长为 17825m，井田境界保护煤柱所占面积为 529225m，经计算， 故境界保护煤柱损失为：529225201.4=1481.83 万吨。 由矿井设计规范规定：矿井工业场地占地为 0.81.1 公顷/10 万吨，大型矿井取 小值，小型矿井取大值。本矿井为 4mt/a，所以取 1.0，则本矿井的工业场地面积为： s=401.0=40 公顷，依据井田形状选择 800500m 的长方形。用移动角圈定煤柱范围，工 业场地地面受保护面积应包括保护对象及宽度 20m 的围护带。 再用几何作图的方法确定工 业广场保护煤柱的范围。由工业广场保护煤柱图可知： 故工业广场保护煤柱损失为:5282.7 万吨。 4）阶段间保护煤柱损失 阶段间保护煤柱斜长为 60m，第一阶段和第二阶段保护煤柱损失共为 1503.04 万吨。 5)全矿各区回采率 由矿井设计规范第 2.1.3 条，矿井采区回采率，应该符合下列规定：厚煤层不应 小于 75；中厚煤层不应小于 80；薄煤层不应小于 85。由于本矿井的三层煤全是厚 煤层，因此全矿带区回采率不应小于 75%，即 c=75%。 序 号 煤 层号 煤 厚/m 倾 角/度 面积/ 平方 千米 工业储 量 / 万吨 1 2 5 28 20.23 14161.2 2 3 9 28 20.23 25490.1 3 1 5 6 28 20.23 16993.4 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 2.2.4 矿井的设计储量 矿井设计储量=工业储量永久煤柱损失量，即： 1 -zczs= （2- 2） 式中： zs矿井的设计储量，万吨 zc矿井的工业储量，万吨 p1永久煤柱损失量，万吨(包括断层、防水、井田境界、地面建筑物及因法律、社 会、环境保护等影响因素影响不得开采的煤柱煤量) 此矿井永久煤柱只有断层和井田境界保护煤柱，故： zs=56645- （523.41481.83）=54693.77 万吨 2.2.5 矿井的设计可采储量 矿井设计可采储量=（矿井设计储量- 可回收利用保护煤柱损失量）带区回采率，即： cpzz sk =)( 2 （2- 3） 式中： zk矿井设计可采储量，万吨 p2可回收利用保护煤柱损失量，万吨（包括工业广场、井筒、井下主要巷道等保 护煤柱煤量） c带区回采率，c=0.75 此矿井可回收利用保护煤柱煤量有工业广场和阶段间保护煤柱煤量，故： zk=54693.77- (5282.7+1503.04) 0.75=35931.03 万吨 赵小刚：西沟五矿 4mt/a 新矿井设计 16 3 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度 3.1 矿井年产量及服务年限 3.1.1 矿井的年产量 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、达产和产生 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， 设计矿井的生产能力确定为 4 mt/a，合理可行，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达到 3 层，保证 有工业储量为 5.66 亿吨，按照 4mt/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，煤层埋藏适中，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。 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。本井田内交通十分便利，西沟五矿井田大部位于山西省高平市境内。境内铁路公路交 织成网，交通发达，为煤炭资源的运输提供了便利条件。 综上所述，由于矿井优越的条件及外部运输条件，矿井的生产能力为 400 万吨是可行 的、合理的，并且符合煤矿安全规程和设计规范的相关要求。 3.1.2 服务年限 矿井保有工业储量 5.66 亿吨，设计可采储量 35931.03 万吨，按 4mt/a 的生产能力，考 虑 1.4 的储量备用系数，则 )/(kazp k = （3- 1） 式中： k 矿井备用系数，取 1.4 a 矿井生产能力， 4mt/a zk矿井可采储量，万吨 p 矿井服务年限，年 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 代入数据得 p=35931.03/（4001.4）=64.2 年 因为服务年限大于 60 年，所以符合设计规范要求。 3.1.3 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) 因在设计中考虑 90%的面正规循环率，投产后，由于技术管理水平的提高，可突破 90%的面正规循环率，故产量会增大； 2) 矿井的各个生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，迅速突破设计能力，提高了 年产量； 3) 工作面的回采率提高，导致在相同的条件下，产量也会增加； 4) 东翼一区地质构造简单，储量可靠，因此投产后有可靠的储量及较好的开采条件。 3.2 矿井的工作制度 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： 矿井工作日为 330 天。 本矿井工作制度采用“三八”制，二班采煤，一班检修，日提升工作时间为 16 小时。 赵小刚：西沟五矿 4mt/a 新矿井设计