采矿矿井毕业设计

1 摘 要 葛亭煤矿 a 新井设计。 葛亭 煤矿位于山 东 省 济宁 市 北部， 交通便利 。可 采煤层为 3煤层 、 16煤层、 17煤层。其中 3煤层为主采煤层，其可采面积为 平均倾角为 5 ，煤层平均厚 度 为 田地质条件简单 。 井田工业储量为 井可采储量 水量不大，矿井正常涌水量为 h，最大涌水量为 120m3/h。矿井瓦斯涌出量较 低 ，为 低 瓦斯矿井。 井田为双 立井单水平 开拓。矿井年工作日为 330d，工作制度为 “ 四六 ”制。 矿井 采用一矿一面的高效作业方式 ,一面备用。工作面长度为 210m。运输大巷采用胶带运输煤炭，轨道大巷采用电机车牵引 井前期采用中央边界式通风，后期采用中央对角式通风。主扇工作方式采用抽出式。 共包括 10 章： 3. 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限； 带 区巷道布置 ； 安全 ； 本技术 、 经济指标。 关键词 ： 强度弱化减 冲理论；冲击矿压；减冲解危； 危险降低 2 1 目 录 1 矿区概述及井田地质特征 . - 1 - . - 1 - . 1 . 2 . 2 . 3 . 3 . 4 . 4 . 4 . 7 . 9 . 10 . 10 . - 11 - . 20 . 20 . 21 . 22 . 22 . 23 . 25 . 27 . 28 尘和煤的自燃倾向 . 29 . 31 板岩石物理力学性质 . 33 定性 . 34 2 井田境界和储量 . 36 . 36 . 36 . 37 . 37 . 37 2 . 38 . 38 . 38 . 39 . 39 . 39 . 40 . 43 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 . 44 . 44 . 44 . 44 . 45 . 45 . 45 4 井田开拓 . 48 . 48 目、位置的确定 . 49 状及面积确定 . 51 区划分 . 51 . 51 . 53 . 61 . 61 . 66 . 67 5 准备方式 带区巷道布置 . 73 . 73 . 73 . 73 . 73 . 74 . 74 . 74 . 74 区巷道布置及生产系统的原则 . 74 3 . 75 . 76 . 77 . 78 . 80 . 83 . 83 . 85 6 采煤方法 . 87 . 87 . 87 . 87 面参数的确定 . 90 煤方式及设备 . 91 . 92 . 93 . 97 护强度、 采空区处理、控顶设计、 工作面设备布置、移架及推溜方式 . 99 前支护及设备 . 101 . 102 . 105 工作面正规循环作业 . 108 . 112 . 115 . 115 . 115 7 井下 运输 . 121 . 121 . 121 . 121 . 122 . 123 . 124 . 124 . 124 4 . 129 设备的选择 . 129 . 130 8 矿井提升 . 132 . 132 . 132 . 132 井提升 . 132 . 132 . 134 9 矿井通风及安全 . 137 拓方式及开采方法 . 137 . 137 . 137 . 137 电硐室、火药库 . 137 数 . 138 . 138 . 138 . 139 . 145 . 146 . 147 . 148 . 148 . 149 . 149 . 149 . 152 . 154 . 154 . 154 . 154 . 156 . 156 . 156 5 . 158 . 160 难时期立体图和风网图 . 161 . 164 . 165 . 166 . 167 . 167 . 168 . 170 . 172 硐的基本要求 . 173 . 173 . 173 . 175 . 175 10 设计矿井基本技术、经济指标 . 177 参考文献 . 178 1 1 1 矿区概述及井田地质特征 区概述 理位置及交通条件 葛亭煤矿位于济宁煤田西北部，行政区划属济宁市郊区二十里铺镇及长沟镇管辖。地理坐标为东经 1162830 1163230。北纬 352930353230。主井井口坐标经距 距 井井口标高为 +40m。 葛亭煤矿距济宁市 14通方便，运输很发达 (见图 1连接京沪、京九两大南北铁路干线的新 (乡 )菏 (泽 )兖 (州 )石 (臼港 )铁路，从本矿井南部 15通过，设有济宁、孙氏店及兖州西站。由济宁市东行 30兖州，与京沪铁路相接，向西 109菏泽站与京九铁路相接，菏泽至新乡 190在建设的济北矿区铁路专用线从本矿井东部通过 ，从兖州西站接轨，煤炭铁路外运十分方便。 105 国道 (北京 从本矿井东 过，南部有 327 国道 (一级公路 )和济宁 州、济宁、邹城的公路已成环形，并与 104 国道相连，公路运输极为便利。 图 1通位置图 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文 ） - 2 - 形地貌及水文气象 井田内河流稀少，水系不甚发育，仅有农灌排涝的沟渠。矿井以西有京杭大运河，汛期有记录的最高洪水位标高为 +大流量为626m3/s(1964 年 9 月 6 日 )，枯水季节河水减少甚至断流。京杭大运河在该矿井西南 4向南注入南阳湖。南阳湖有历史最高湖水位标高为+957 年 7 月 15 日 )。 本矿井为温 带半湿润季风区，气 候温和，属海洋大陆间过渡性气候，四季分明。据济宁气象站 1959 年 1 月到 1998 年 11 月的观测资料： 年平均气温 ，月平均最高气温 (1957 年 7 月 )，(1960 年 6 月 21 日 )，月平均最低气温 (1963 年 1 月 )，(1964 年 2 月 18 日 )，多年来最低平均气温月为 1 月，平均气温 ，平均最高气温月为 7 月，平均 29 。 年平均降雨量 最大降雨量为 964 年 )，年最小降雨量为 988 年 )，日最大降雨量 965 年 7 月 9 日 )，降雨多集中于每年的 7、 8 月份。一般春季雨量少，时有春早。最大蒸发量 960 年 )，年最低蒸发量 1493 984年 )。 春夏两季多东及东南风，冬季多西北风，最大风力 8 级， 平均风速 s。历年最大积雪厚度 大冻土深度 流及水系 井田内河流稀少，水系不甚发育，仅有农灌排涝的沟渠。矿井以西有京杭大运河，汛 期有记录的最高洪水位标高为 +大流量为626m3/s(1964 年 9 月 6 日 )，枯水季节河水减少甚至断流。京杭大运河在该矿井西南 4向南注入南阳湖。南阳湖有历史最高湖水位标高为+957 年 7 月 15 日 )。 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文 ） - 3 - 区 自然 地震 根据国家地震局、建设部震发办 1992160 号文“关于发布中国地震烈度区图 (1990)和中国地震烈度区图 (1990)使用规定的通知”，济宁市任城区地震烈度为 7 度。 本矿南为济宁市所属运河煤矿及淄博矿务局在建的唐口煤矿。唐 口煤矿东邻为淄博矿务局岱庄煤矿和许厂煤矿，设计生产能力皆为 1500kt/a，两矿之间为何岗矿井。矿井东南为兖州煤田，有兖州矿业 (集团 )公司所属七对生产矿井，设计规模 12850kt/a，均已建成投产， 98 年实际产煤 17000kt/a。兖新铁路之南为兖州矿业 (集团 )公司所属的济宁二号煤矿。具体位置见图 1 图 1区矿井图 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文 ） - 4 - 田地质特征 田地形地势 本矿井内地形平坦，地势东北略高，西南稍低，地面标高为 +均为 +38m，自然地形坡度为万分之七。 田地层概述 矿井内地层自 上而下有第四系、侏罗系上统、二迭系上统上石盒子组、下统下石盒子组和山西组、石炭系上统太原组、中统本溪组、奥陶系中下统，详见地层综合柱状图。现分述如下： 1、第四系 (Q) 厚 均 部厚 ,向四周变薄。由粘土、钙质粘土、砂质粘土、砂及砂砾层组成，分为上、中、下三段。 上段：厚 棕黄、灰黄色粘土与黄褐色砂层相间沉积，砂层松散且透水性好。 中段：厚 为灰白色、灰绿色粘土、砂质粘土分隔灰黄色、褐色砂层沉积，上部砂层多而薄 ，下部砂层少而厚。本段属强富水段。 下段：厚 灰绿、灰白色粘土、钙质粘土为主，次为粉砂、细砂，少量中砂，底部多为粘土或钙质粘土。 本系属河湖相沉积与下伏地层呈角度不整合接触。 2、侏罗系上统蒙阴组 (本组地层钻孔揭露最大残厚 要分布在矿井的南部，以 周围变薄。分上下两个亚组。 上亚组主要由灰、深灰至灰绿色粉、细砂岩组成，夹泥岩和泥质条带。下亚组主要为一套紫灰色、暗紫色和砖红色中、细砂岩 ,夹粉砂岩和泥岩 ,在中 ,地层中 ,上部 有一岩浆岩 (辉长岩类 )侵入体，呈岩床状，钻孔揭露厚度分别为 本组地层底部多有紫红色砂砾岩，与下伏地层呈角度不整合接触，易于河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文 ） - 5 - 区分。 3、二迭系 (P) (1)、上统上石盒子组 (最大残留厚度 均 井中部保留较厚。主要由灰、灰绿色中、细砂岩和黄绿、灰紫等杂色泥岩与粉砂岩组成， 近底部发育有一层铝土岩，俗称“ B 层铝土岩”，厚 0 均 较好的标志层。其下发育有一层中细粒砂岩，以此砂岩作为上、下石盒子组的分界。 本组主要有单网羊齿、 大羽羊齿、栉羊齿等植物化石，其中以大羽羊齿植物化石为主。 (2)、下统下石盒子组 (揭露厚度 均 黄绿、紫灰、灰等杂色泥岩、粉砂岩及灰绿色砂岩组成。属温湿、干热过渡条件下的内陆河湖相沉积，中下部所夹细、中粒砂岩不甚稳定，常相变为粉砂岩、泥岩。与下伏山西组呈连续沉积，标志层不明显，野外不易划分。 本组地层富含植物化石，以栉蕨、真蕨及种子蕨植物为主，其中华夏齿叶和孤曲栉羊齿特别发育。 (3)、下统山西组 (正常厚度 均 本区主要含煤地层，有剥蚀现象，有闪长岩侵入本组。主要由浅灰、灰白色中、细粒砂岩及黑色粉砂岩、泥岩和煤层组成，砂岩含量较高。 上部以泥岩、粉砂岩为主 ,夹薄层砂岩。中下部以砂岩为主 ,夹泥岩、粉砂岩薄层及煤层，砂岩含量较高。斜层理发育，含海绿石。 底部泥质含量增多，常为细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩，且细砂岩中见有粉砂岩泥岩包裹体。波状及浑浊状层理发育，见底栖动物通道，为一良好标志，与下伏太原组顶部的黑色海相泥岩、泥质粉砂岩为连续沉积。 4、石炭系 (C) 包括上统太原组和中统本溪组 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文 ） - 6 - (1)、太原组 (全矿井普 遍发育，有剥蚀现象，有闪长岩侵入体。正常厚度 均 本矿井主要含煤地层之一。由灰灰黑色粉砂岩、泥岩、浅灰色中、细砂岩、石灰岩及煤层组成。含石灰岩 12 层，其中三、十下 灰厚度大且稳定；五、七、八灰较稳定，其他石灰岩局部发育，有相变现象。含煤 22 层，其中 16、 17 煤层为较稳定煤层，全矿井大部分可采； 6、 15 上 煤层为部分可采煤层，并有沉缺现象。本组地层为典型的海陆交互相沉积，岩相旋回明显，粒度韵律清楚，主采煤层、标志层层位稳定，易于对比。以十二灰顶界为本组底界并与下伏地 层呈整合接触。 本组石灰岩与黑色海相泥岩富含蜓、牙形刺、腕足以及瓣鳃、腹足、菊石、珊瑚、棘皮动物，有孔虫等化石，以蜓类化石最为丰富，并以蜓类、牙形刺化石组合不同而成为太原组石灰岩与本溪组石灰岩之主要区别。 本组植物化石主要是卵脉羊齿和椭园楔叶，同时有较多星轮叶化石。 (2)、本溪组 (最大揭露厚度 均 要由紫红色、灰绿色泥岩，粉砂岩和薄层石灰岩组成，偶见 19 煤层。 含石灰岩四层 (十二、十三、十四、十五灰 )。底部常为一层灰紫、紫红等杂色铝铁质泥岩 (山西式铁矿层 )，与下伏中、下 奥陶统为假整合接触。 本组地层为以海相为主的海陆交互相沉积。 5、奥陶系中下统 ( 据邻区钻孔揭露地层总厚 800m 左右，本区最大揭露厚度 要岩性为灰及棕灰色厚层状石灰岩、豹皮灰岩，夹多层白云质灰岩、白云岩及薄层泥岩，岩溶较发育，为本区主要含水层。 奥陶系石灰岩在视电阻率曲线上幅值极高，大于 1500 m，孔隙度指数小，自然伽玛强度值最低，视密度、声速均大，顶部受风化影响视电阻率曲线、自然电位曲线、声速曲线、中子孔隙度曲线、密度曲线呈锯齿状反映。 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文 ） - 7 - 本矿井含 煤地层为上石炭统太原组及下二迭统山西组。 1、上石炭统太原组 (本组地层正常厚 均 要由深灰、灰黑色粉砂岩、泥岩、粘土岩、灰色细砂岩、夹薄层灰岩及煤层组成。泥质含量较高，砂岩比率较低，属海陆交互相沉积。本组地层粒度韵律清晰，相及旋回结构稳定，变化具有明显的规律性，易于对比。东部有岩浆侵入，多呈厚层巨厚层状，矿井内揭露多在十 上 灰以上，将煤层吞蚀或变成天然焦；东北部及东南部有侵入 16、 17 煤层下并将其吞蚀。 2、下二迭统山西组 (本组地层厚 均 剥蚀现象，为含煤地层中的主要含煤岩组，本组由砂岩、粉砂岩、粉、细砂岩互层、粘土岩、煤层组成，含 5 个煤层 (1、 2(2 上 、 2 下 )、 3 上 及 3(3 下 )煤层 )，具有经济可采价值的 3(3下 )煤层就赋存于本组的下部。除 3(3 下 )煤层可采、 2 煤层为局部可采外，其它煤层均为个别钻孔所见皆不可采。本组以灰灰白色、灰绿色砂岩为主，砂岩含量高，多以厚层状分布于煤层的顶板及底板，粉砂岩一般为深灰灰黑色。 3 煤顶板以上有一层浅灰灰白色中砂，厚层状，相对稳定，以石英为主，长石次之，分选中等至较好， 次棱角状次园状，孔隙式接触式胶结，以粘土质胶结为主，局部为钙质或硅质胶结，具交错层理、斜层理，夹煤线，与下部岩层呈冲刷式接触。据镜下观察，砂岩中石英含量占 80 85%，具波状消光现象，长石中主要为斜长石及钾微斜长石，并有次生蚀变现象。该砂岩厚度大，特征明显，是山西组煤层对比的较好标志层。 从山西组煤岩层的组合特征可以看出，山西组的形成过程是一个海退过程，即从太原组顶部的浅海相向下石盒子组的内陆湖泊相沉积的过渡，整个山西组沉积时古气候、古植物及局部地区的古构造都十分有利于泥炭层的形成，煤层的形成及发展则主 要受古地理条件所控制，当古地理条件有利于成煤时则形成厚煤层，反之则使煤层分叉、变薄及沉缺。 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文 ） - 8 - 地层 层间距 柱状岩石名称层厚(m) 累厚(m) 岩性描述C 含植物茎叶化石, 下部颗粒较粗灰黑色, 具滑动擦痕, 底部含炭质黑色, 组分以暗煤为主, 亮煤次之, 属半暗型煤浅灰色, 参差状断口灰白 浅灰绿色, 分选中等, 泥质胶结具少量裂隙, 工作面北部火成岩局部侵入( 闪长玢岩)黑色, 以暗煤为主, 亮煤、镜煤次之, 含少量丝炭灰黑 浅灰色, 参差状断口, 具虫孔构造, 含大量植物根部化石浅灰色, 成分以石英为主, 次为长石, 分选中等泥质胶结,夹大量泥岩薄层, 平行一缓波状层理, 局部夹镜煤条带浅灰色, 平坦断口, 上部含大量植物根部化石, 下部夹较多细砂岩薄层, 透镜状层理, 含黄铁矿晶体及菱铁质结核, 00图 1地质综合柱状图 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文 ） - 9 - 1、 区域 构造 概况 (1)、 大地构造位置：济宁煤田位于华北地台鲁西台背斜的西南缘，在鲁西南断块凹陷济宁地堑的东部。从东西向构造带来说，它位于昆仑秦岭纬向构造带的东延北支部分，并处于新华夏系第二沉积带的复合端。 (2)、 区域构造位置：济宁煤田的北部和南部分别为二个近东西向的地堑构造，北部为汶泗断层与郓城断层所控制的汶上宁阳地堑构造；南部为菏泽断层、凫山断层与单县断 层所控制的成武鱼台地堑构造。它们呈东西向延展，横贯于济宁煤田的北部和南部。煤田的东部为滋阳背斜、兖州向斜、滕县背斜构成的北东向褶曲；西部为北北东向的巨野向斜。葛亭矿井处于济宁煤田鲁西南断块坳陷区的济宁地堑西侧。见图 1 图 1域构造示意图 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文 ） - 10 - 本矿井构造发育受东西向及南北向区域构造控制，早期主要为北东北东东向褶曲，后因受南北向断层控制，使其发生扭曲表现较弱，被改造为北东东东西向褶曲形态已不完整。晚期主要表现为南北向褶曲。全矿井明显表现为一近南北向的向斜褶曲，构造的北端、翼部倾角较陡 ,轴部较缓 ,因受南北 向、近东西向及北东向三组断层的切割，基本被分解为几个地层块段 ,形态不完整。区内主要发育有近南北向断层，同时由于受南北两侧东西向构造带的控制，仍然存有东西向断层 ;另外，北西向断层数量较少，落差小，延展短。构造类型为复杂偏中等如图 1 矿井整体上为一构造盆地，四周高、中间低，由于断层切割，形态已不完整。地层倾角西部较缓，一般为 4 15；东部较陡。 主要褶曲为南张向斜、图 1井构造示意图 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文 ） - 11 - 东部的 斜及西部的 斜。 1、南张向斜 位于本区中部，贯穿本矿井。轴部位于 向近南北，大体与 层平行。向南倾伏，延伸长约 5翼倾角较缓，一般为 6 15， 东翼较陡，一般为 10 32。因受多次构造运动影响及断层切割，褶曲形态不完整。该褶曲由全矿井地震测线和钻孔控制，已经查明。 2、 斜 位于矿井东南部，轴向北东 65北西 70。 轴部位于 、 层南端、 孔一线，向西倾伏，延伸长约 3翼基本呈单斜形态。轴部及北翼地层倾角较缓，一般为 6 15；西部较陡，局部 30；南翼15 25。西 部为 层切割，中部为 断层切割，东部则主要受 层切割， 形态已不完整 。该褶曲由 125125 地震测线和钻孔控制，已经查明。 3、 斜 位于矿井西部，轴向北西 65 70。 轴部位于 孔一线，向东倾伏，延伸长约 2翼基本呈单斜形态。北翼地层倾角 5 15，南翼较缓一般 3 10。东部为 层切割 。该褶曲由地震测线和钻孔控制，已经查明。 本矿井断层分为近南北向、东西向、北东向和北西向（弧形）四组。按其控制程度可分为查明、 基本查明、初步控制三个等级，其划分条件如下： 查明：沿断层走向地震测网完整，所有测线对该断层的异常反应均为 A、B 级，且以 A 级异常点占多数，断点组合可靠；并沿断层走向有一定数量均匀分布的钻孔穿过点或控制点验证，且两者资料吻合、断层落差及摆动范围控制清楚。 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文 ） - 12 - 基本查明：沿断层走向地震测网完整，所有测线对该断层均有异常反应，B 级异常点占半数以上，断点组合可靠；并有钻孔穿过或控制，断层性质清楚、落差较可靠。 初步控制：沿断层走向有少量地震测线控制，并有断层异常反应；或有钻孔穿过或控制，断层性质清楚，落差较可靠。 现对 其中主要断层叙述如下： 1、 近南北向正断层 (1)、 层：为一正断层。位于矿井西部，北经 至汶 29 附近，延展长度 向北北东 ,倾向南东东 ,倾角 70 75 落差 0 125m。 (2)、 层：为一正断层。位于矿井中西部，北经 近，南至 穿全矿井，延展长度 向北东北北东，倾向南东南东东，倾角 70，落差 66 260m。 (3)、 层：为一正断层。位于矿井中部，北经 近，南至 穿全矿井，延展长度 向北北东 北东，倾向南东东南东，倾角 70，落差 70 250m。 (4)、 层：为一正断层。位于矿井南部 附近，北端位于 至 层，延展长度 向北东北北东，倾向北西，倾角 70，落差 105 250m。 (5)、 层：为一正断层。位于矿井东北部，经 孔，延展长度 向近南北北东，倾向东南东，倾角 70，落差 70 160m。 (6)、 层：为一正断层。位于 间，北起 近，南至层，延展长度 走向北东北北东，倾向南东东南东，倾角70 78，落差 0 55m。 (7)、 层：为一正断层。南至 层，北于 附近交 层，延展长度 向北北东，倾向南东东，倾角 70 76，落差 60 80m。 2、 东西向断层 层：为一正断层。是矿井南部边界，东起秦营村，西经 孔，河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文 ） - 13 - 贯穿全矿井，延展长度 向北西北东东，倾向北东北北西，倾角 70，落差 65 400m。 3、 北东向断层 (1)、 层：为一正断层。位于矿井西部，经 孔，延展长度 向北东，倾向南东，倾角 70 75，落差 0 45m。 (2)、 层：为一正断层。位于矿井南部，南端交于 层，北端于 东部、 斜轴部附近尖灭。延展长度 向北东北北东，倾向北西北西西，倾角 70，落差 0 230m。 4、 北西向（弧形）断层 (1)、 层：为一正断层。位于矿井东北部， 孔，至前冯寺村附近，延展长度 向北西南北，倾向南西西，倾角 70，落差 0 235m。 (2)、 层：正断层。为 3 煤西部边界断层。南端位于汶 29 孔附近，北端于 北与 层相交。走向北西北东，倾向北东南东，倾角75，落差 0 44m；为查明断层。 其它 20m 断层情况见表 1南理工大学成人高等教育毕业设计（论文 ） 14 表 1断 层 控 制 情 况 及 特 征 表 序 号 断层名称 控 制 程 度 产状 落差(m) 性质 延展长度 (走向 倾角 倾向 1 1个钻孔穿过 (个 )及 7条二维地震测线控制 (个， 个 )，为基本查明。 075 45 正 1个钻孔穿过 (个 )及 11条二维地震测线控制 (断点 10A， 1B)中南段位