楼煤矿1.2Mt新井设计毕业设计.doc

中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 楼煤矿楼煤矿 1 2MT 新井设计毕业设计新井设计毕业设计 目目 录录 一般部分一般部分 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 2 1 1 矿区概述 2 1 2 井田地质特征 3 1 3 煤层特征 7 2 井田境界与储量井田境界与储量 13 2 1 井田境界 13 2 2 矿井储量计算 13 3 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 17 3 1 矿井工作制度 17 3 2 矿井设计生产能力及服务年限 17 4 井田开拓井田开拓 19 4 1 井田开拓的基本问题 19 4 2 矿井基本巷道 27 5 准备方式准备方式 带区巷道布置带区巷道布置 37 5 1 煤层地质特征 38 5 2 带区巷道布置及生产系统 39 5 3 带区车场选型设计 42 6 采煤方法采煤方法 44 6 1 采煤工艺方式 44 6 2 回采巷道布置 60 7 井下运输井下运输 62 7 1 概述 62 7 2 带区运输设备选择 63 7 3 大巷运输设备选 65 8 矿井提升矿井提升 68 8 1 矿井提升概述 68 8 2 主副井提升 68 9 矿井通风及安全矿井通风及安全 72 9 1 矿井地质 开拓 开采概况 72 9 2 矿井通风系统的确定 73 9 3 矿井风量计算 75 9 4 矿井阻力计算 83 9 5 选择矿井通风设备 87 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 9 6 安全灾害的预防措施 92 10 设计矿井基本技术经济指标设计矿井基本技术经济指标 94 参考文献参考文献 95 专题部分专题部分 浅析矿井水灾及防治技术研究浅析矿井水灾及防治技术研究 97 1 矿井水灾的基本知识矿井水灾的基本知识 97 1 1 矿井水灾的概念 97 1 2 煤矿矿井水害的基本现状 97 1 3 矿井充水水源 98 1 4 矿井充水通道 100 1 5 矿井充水强度 105 2 矿井水灾的防治矿井水灾的防治 102 2 1 我国煤矿水灾的新特点 102 2 2 煤矿水害事故上升的原因 103 2 3 发生矿井水灾 突水 的预兆 104 2 4 矿井水灾的防治措施 105 2 5 矿井突水事故的抢救处理 107 3 防治水新技术的应用与探索防治水新技术的应用与探索 108 3 1 水文化学方法 108 3 2 物探方法 110 3 3 采场底板突水判测系统的研究及应用 110 4 结论结论 112 翻译部分翻译部分 英文原文 115 中文译文 123 致致 谢谢 129 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1 1 矿区概述 1 1 1 矿区地理位置矿区地理位置 王楼煤矿位于山东省济宁市任城区喻屯镇境内 矿井在大王楼村北首 北距济宁市 30 km 左右 其地理坐标为 东经 116 32 10 116 41 14 北纬 35 07 48 35 13 39 矿井交通十分方便 自济宁向东距京沪铁路兖州站 32 km 再往东经临沂可至日照港 由济宁至菏泽与京九铁路接轨 公路四通八达 济宁 鱼台公路自井田西部穿过 乡村 级公路成网 兖 州 新 乡 铁路及正在建设的日 日照 东 东明 高速公路从矿井北部的济 宁市通过 京杭运河自北而南从矿井东部穿过 是水上运输要道 如图 1 1 所示 图图 1 1 王楼煤矿交通位置示意图王楼煤矿交通位置示意图 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 2 页 1 1 2 矿区气候条件矿区气候条件 本区为温带半湿润季风区 属海洋与大陆间过渡性气候 四季分明 据济宁气象局 1959 年至 1995 年的观测资料 年平均气温为 13 6 多年平均最低气温月为 1 月 平 均气温为 2 1967 年 12 月气温最低为 4 1 日最低气温 19 4 1964 年 2 月 18 日 7 月份气温最高 月平均最高气温 29 1959 年 7 月 日最高气温 41 6 1960 年 6 月 21 日 年平均降水量 677 2 mm 最小 347 9 mm 1988 年 最大 1186 mm 1964 年 降 雨多集中在 7 8 月份 日最大降雨量 183 7 mm 1993 年 8 月 5 日 年平均蒸发量 1785 2 mm 春夏两季多东及东南风 冬季多北及西北风 平均风速每秒 2 3 m 最大风力 8 级 历年最大积雪厚度 0 15 m 最大冻土深度 0 31 m 1 1 3 矿区的水文情况矿区的水文情况 本矿地地处滨湖平原南部 矿区内地形平坦 地面标高 33 20 34 90 m 地势西高 东低 自然地形坡度为 0 3 区内主要河流自南而北有新万福河 蔡河 洙赵新河 京杭运河等 它们以湖盆为 中心 汇入南阳湖 均为引湖 排涝为目的的人工河渠 矿区内农用灌沟纵横 零星坐落 着几个村庄 区内潜水丰富 一般居民生活用水及部分工业用水皆取此 1 2 井田地质特征 矿井北与兖矿集团济宁三号井相接 南与本集团公司军城煤矿相接 东至 3上煤层露 头风氧化带 井田走向长度为 5 08 5 71 km 平均走向长度为 5 62 km 倾斜宽为 4 71 8 04 km 平均为 6 37 km 平均倾角为 7 12 度 井田面积为 28 64 平方公里 1 2 1 煤系地层煤系地层 王楼煤矿位于济宁煤田的南部 在地层区划分上属于华北地层区鲁西地层分区济宁 地层小区 本区地层出露甚少 多为第四系冲 洪积平原覆盖 矿井范围内无基岩出露 均为新生界松散层所覆盖 经钻孔揭露地层第四系 Q 侏罗系 J5m 二迭系 P 石炭系 C5 2 及奥陶系 O1 2 地层厚度大于 700 m 见图 1 2 由老至新概述如下 1 奥陶系 O 奥陶系中 下统老阁庄组 马家沟组 O2l O1m 厚度 51 18 m 岩性为浅棕灰 褐灰 色厚层状石灰岩 白云质灰岩 夹泥灰岩及少量的钙质泥岩 岩溶较发育 为煤系地层下伏 的主要含水层 2 石炭系 C 地层厚度 185 m 为本溪组和太原组 1 中统本溪组 C2b 地层厚度 34 56 45 05 m 岩性以浅灰色到暗红色的杂色含铝泥岩为主 夹有少量的 泥质灰岩 含铝泥岩为中厚层状 含有铁质结核及菱铁鲕粒 与下伏奥陶系地层呈假整 合接触 2 上统太原组 C3t 地层厚度 146 92 m 岩性以深灰色的泥岩 粉砂岩及灰色的砂岩为主 灰到深灰色 的石灰岩次之 夹少量的薄煤层 泥岩 粉砂岩中多见有炭屑或植物化石碎片 下伏本 溪组地层呈整合接触 3 二叠系 P 1 下统山西组 P1s 下部以太原组顶部一灰之顶为界 上界为铝质泥岩之底 地层厚度 72 37 119 20 m 平均 105 49 m 岩性由砂岩 粉砂岩 泥岩和煤层组成 本组为主要含煤层组 其中 3上 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 3 页 煤层为本矿井主要可采煤层 2 下统下石盒子组 P1xs 地层最大厚度 64 80 m 全井田平均厚度 20 68 m 岩性主要为灰绿 紫红色杂色泥 岩 粉砂岩 夹灰绿色砂岩 底部为一不稳定的中厚层砂岩与山西组分界 为连续沉积 与下伏地层呈现整合接触 3 上统上石盒子组 P2SS 井田内保留较少 仅有 11 孔见到 钻孔揭露最大残厚为 98 50 m 平均厚度 42 97 m 岩性由砂岩 粉砂岩和泥岩组成 自下而上泥岩 粉砂岩颜色变杂 紫色绿色增多 4 侏罗系 J5m 本井田存有四段 最大厚度 667 80 m 平均 300 85 m 由东南向西北逐渐增厚 岩 性为灰 深灰 灰绿色粉砂岩 细砂岩及粉细砂岩互层 夹泥岩条带 局部夹紫色泥岩 与下伏地层呈角度不整合接触 5 第四系 Q 1 更新统 Q1 3 总厚 167 56 320 76 m 平均厚度 239 18 m 与第三系呈假整合接触 下部主要由浅 黄色及浅灰绿色 灰白色细 中砂组成 其中夹 1 2 层粘土或砂质粘土 部主要由棕黄 色夹浅灰绿色粘土 砂质粘土组成 夹 1 3 层砂或粘土质砂 顶部含有较多钙质或铁锰 质结核 2 全新统 Q4 厚度为 24 18 39 80 m 平均厚度 32 79 m 以褐黄色细砂 粉砂 粘土质砂为主 夹 粘土及砂质粘土 含螺蛳 蚌壳化石 近地表为耕植土壤 属河流及湖相沉积地层 1 2 2 水文地质特征水文地质特征 本矿为第四系松散层覆盖下的裂隙充水矿床 根据含水层赋存介质特征自上而下划 分为第四系松散层孔隙含水层 组 侏罗系上统砂砾岩裂隙含水层 山西组砂岩裂隙含 水层 太原组石灰岩岩溶裂隙含水层 段 奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层 段 各含 水层 组 段 之间又分布有相应的隔水层 组 段 因此各含水层 组 段 自然状 态下补给 迳流 排泄条件不同 在水化学特征上也存在明显的差别 根据钻探及测井 抽 注 水试验 简易水文观测 水文长观孔及巷道 工作面实 际揭露的水文地质资料 对本矿主要含水层水文地质特征叙述如下 1 新生界松散层含 隔水层 组 第四系孔隙含水层厚 185 56 338 76 m 平均 272 18 m 东薄西厚 为冲 湖积沉积 物 根据沉积环境 岩相组合 结合物性特征第四系可分为上 中 下三组 下组又可 分为上 Q下 2 下 Q 下 2 两段 其中上组及下组上段为含水段 中组及下组下段为相对隔 水层 1 第四系上组含水层 组 厚 62 30 82 70 m 一般 70 m 左右 由棕黄色砂 粘土质砂及粘土 砂质粘土相间 沉积而成 砂层较松散 透水性较好 含砂 3 9 层 砂层厚 8 50 40 70m 含砂率 12 11 60 84 该层段属强富水孔隙含水层 为工农业生产及生活用水主要水源 2 第四系中组隔水层 厚 50 80 76 10 m 平均 65 m 左右 含粘土 3 9 层 由灰绿色 灰白色的粘土 钙 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 4 页 质粘土 砂质粘土夹粘土质砂组成 东部与南部钙质粘土 粘土较厚 向北粘土变薄 砂层增厚 但砂层多为透镜状 连续性较差 以隔水性能为主 为重要的隔水层 能有 效地阻止大气降水 地表水及上组水与下部含水层的水力联系 3 第四系下组上段含水层 组 厚 55 10 108 60 m 一般厚 80 m 含砂 4 9 层 含砂率 56 9 79 63 砂层较稳 定 含水性较强 由灰绿 黄褐等色粘土 砂质粘土和淡绿色 灰白色的中 细 粗砂 组成 4 第四系下组下段隔水层 组 厚 45 07 78 60 m 受古地形影响 厚度变化较大 岩性以灰白 灰绿色粘土 钙质 粘土 砂质粘土为主 夹少量细 粉砂透镜体 一般含粘土 2 8 层 在本段顶部有一层 较为稳定的粘土层 厚 6 38 m 使得下组上段含水层与本段砂层的水力联系变弱 本段 底部局部为砂层 但砂层为透镜状 下组下段含水性较弱 以隔水性能为主 2 基岩含 隔水层 段 1 上侏罗统砂砾岩裂隙含水层 段 由浅红色 紫红色砂岩 粉砂岩间夹砾岩组成 最大残厚 667 80 m 按其岩性 物 性特征自下而上可分为第一 二 三 四段 在第三段的下部有岩浆侵入 岩浆岩厚 21 00 136 60 m 平均 102 17 m 按其富水性自上而下划分为岩浆岩顶部及邻近 J3砂岩 段 岩浆岩底部及邻近 J3砂岩段 J3下部砂砾岩段三个含水段 富水性较强 2 3上煤层上覆隔水层 段 岩性主要由灰白色中 粗砂岩组成 厚约 30 m 岩体刚性强 是岩层受力区构造破 裂极为发育的介质条件 该层段厚度大 分布稳定 垂直裂隙发育 在钻探过程中曾多 次发生涌漏水现象 有些孔漏失严重 据主检孔抽水试验资料 平均 q 0 1613l s m K 12 07 m d 水位标高 0 04 m 水化学类型为 SO4 Cl Na Ca 类型 矿 化度为 1 97 g L 除 3 上煤露头附近外 在 3 上煤顶板之上皆赋存着上 下石盒子组 上 石盒子组厚 0 98 50 m 下石盒子组厚 0 64 80 m 均以泥岩为主 夹薄层砂岩 能起 到良好的隔水作用 阻止上侏罗统下部砂砾岩水的下渗 3 山西组3上煤层顶 底板砂岩裂隙含水层 段 3上煤层顶板砂岩 以中 细砂岩为主 局部为粗砂岩 厚度为 3 30 47 24 m 平均 11 50 m 3上煤底板砂岩厚度为 14 61 73 30 m 平均 42 45 m 一般为浅灰至灰白色中 细砂岩 大部分岩石坚硬 完整 有 20 个孔穿过该层 均未发生漏水现象 充水空间不 发育 3 砂为开采3上煤层的直接充水含水层 4 17 煤下伏隔水层 段 17 煤至奥灰正常间距为 51 13 67 96 m 平均 58 29 m 岩性主要为泥岩 粉砂岩 铁铝质泥岩和石灰岩 局部夹薄层砂岩 十三灰平均厚 2 93 m 十四灰平均厚 2 40 m 均未发现漏水现象 因此 本段中的泥岩 粉砂岩 石灰岩共同组成压盖隔水层 阻止 奥灰水底鼓 5 奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层 段 井田内揭露奥灰钻孔 8 个 有 3 个孔揭露厚度大于 50 m 最大揭露厚度为 51 18 m 裂隙 溶洞较发育 充填方解石 8 孔中仅有一孔漏水 漏水点上距奥灰顶界面 6 23 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 5 页 m 12 4 号孔抽水试验 奥灰埋深 900 m 以深 水位标高 30 78 m 单位涌水量 0 0002316l s m 水质属 SO4 Cl Na Mg 型 矿化度 1 4884 g l 本井田揭露奥灰的 8 个孔 中 有 5 孔奥灰顶界面在 550 m 以深 其余 3 孔奥灰顶界面也在 450 m 左右 因此 井 田内深部奥灰富水性弱 浅部富水性可能会变强 本矿井最大涌水量为 806 40 m3 时 正常涌水量为 757 15 m3 时 粉砂 细砂 中细砂 砾岩 细砂 砾岩 中细砂 紫灰 暗紫 灰绿色 橄榄灰长岩 紫红 暗红色 暗紫 褐红色 底部含铁质细砂岩 72 37 泥岩 粉砂 砂岩黄绿 灰紫色 含铝土层及植物化石 泥岩 粉砂岩 灰绿 杂色 含化石 0 4 2层煤 泥岩 砂岩浅灰 灰白 浅绿色 3上煤 3 00 49 52 泥岩 砂泥质 浅灰 灰白 含菱铁质裹体 0 283下煤 泥岩 砂泥质含羊齿类 蕨类化石 泥岩 粉砂 砂岩灰色 深绿色 10下煤 0 25 50 51 58 40泥岩 砂泥质灰色 深绿色 0 11 45 12下煤 0 4016上煤 25 6 0 5617煤 18 85 38 62 泥岩 粉砂岩 灰色 深绿色 富含动植物化石 泥岩 砂岩灰色 深绿色 富含动植物化石 石灰岩 砂岩灰色 深绿色 泥岩 石灰岩灰绿 紫色 杂色铁铝质泥岩 化石碎片 泥岩 石灰岩 浅棕色 褐灰色 钙质质泥岩 岩溶发育 西 组 地层系统层厚柱状 岩石名称 岩性简述 标志 层及 煤层 岩厚 界 系 统 组 1 500 m 新 全 新 统 Q4 生 四 界 系 Z 第 全 新 统 Q1 3 160 中 生 界 Z 侏 上 蒙 罗阴 系 统 组 3 古 生 界 Z 石 上 太 炭 原 系 组 统 中 统 组 本 溪 3 2 奥 陶 系 2 统 中 85 老 虎 山 P2 上 盒 子 迭 统 上 石 二 系 下 盒 子 石 P2 统 下 山 42 97 20 15 14 69 砂质粘土 粉细砂 黄褐色砂质粘土夹粘土质砂粉细砂层 透水性差 粘土 砂质粘土棕黄 黄 棕红色 底部常见砂砾 红色 杂色 普遍含石膏层 120 65 50 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 6 页 图图 1 2 综合地质柱状图综合地质柱状图 1 3 煤层特征 1 3 1 可采煤层可采煤层 本矿井可采煤层有 3上煤层 其煤层特征见表 1 1 3上煤层为 3 煤的上分层 位于山西组上部 下距 3下煤层 41 88 62 22 m 平均 49 52 m 距太原组石灰岩 三 93 46 105 55 m 平均 100 13 m 煤厚变化由 0 4 44 m 平均 3 12 m 可采范围内采用煤厚 0 70 3 89 m 平均 3 00 m 煤层向东南有冲刷及 侏罗系侵蚀现象 煤层露头呈北东向延伸 可采面积约 28 64 km2 可采区内属较稳定 稳定煤层 结构简单 有时含 1 2 层夹石 顶板主要为泥岩 粉砂岩 偶有中 细砂岩 底板为泥岩和砂质泥岩 综上所述 3上煤层为全区可采 结构较简单的较稳定中厚煤层 下面的设计只针对 这一层煤 表表 1 1 可采煤层特征表可采煤层特征表 层间距 m厚度 m 煤层 最大 最小 平均 最大 最小 平均 变异系数 1 稳定 类型 顶 底板 主要岩性 3上 136 53 146 37 141 28 0 70 3 89 2 14 39较稳定 顶板多为泥岩 底板 多为泥岩 砂质泥岩 1 3 2 煤的特征煤的特征 煤的物理性质见表 1 2 表表 1 2 3上煤煤层层物物理理性性质质统统计计表表 煤岩特征特征见表 1 3 表表 1 3 煤煤层层宏宏观观煤煤岩岩特特征征表表 煤 层 特 征 组 分类 型普 氏 硬 度 3上亮 暗煤为主半亮煤5 88 煤的化学性质 1 挥发分 Vdat 本矿井各煤层均属低挥发分煤 3上煤层的挥发分产率见表 1 4 煤 层 特 征 颜色条痕光泽结构构造块度 内生裂 隙 视 密 度断口煤质 3上 灰黑 黑 色 黑褐 沥青 玻 璃 条带状层状 粉末 碎 块 发育1 39 参差状 阶梯状 气煤为 主 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 7 页 表表 1 4 煤层挥发分产率统计煤层挥发分产率统计 气肥煤挥发分一般在 25 48 之间 年轻无烟煤挥发分一般在 6 5 10 之间 本 矿井各煤层挥发分产率与煤层相对深度有一定的相关性 在纵向上由浅到深 挥发分产 率逐渐减小 在平面上 沿走向自东向西有逐渐减小的趋势 本矿井挥发分产率总体较低 与济宁煤田大部分矿井相比较 显示出较高异常 说 明本区在接受深成变质的同时 还受到岩浆热力变质作用 2 有害组分 各煤层的有害组分见表 1 5 表表 1 5 有害组分统计表有害组分统计表 3上16上 煤 层 含 量 项 目 两 极 值 平均值 点数 两 极 值 平均值 点数 原煤 1 28 2 20 1 81 16 0 66 2 29 1 39 22 Mad 精煤 1 20 2 36 1 88 16 0 95 2 42 1 62 22 原煤 11 13 19 12 14 57 14 4 16 25 38 11 50 22 A d 精煤 4 96 8 33 6 18 15 2 39 6 88 3 74 22 原煤 0 47 1 14 0 80 16 1 37 5 76 3 38 20 St d 精煤 0 29 0 63 0 50 16 1 10 3 13 2 48 20 原煤 0 003 0 009 0 006 10 0 002 0 009 0 005 10 P d 精煤 0 001 0 006 0 004 10 0 001 0 005 0 003 8 Fd PPM 原煤无测定 21 38 118 45 69 92 2 1 水分 Mad 各可采煤层原煤水分平均在 0 6 2 5 之间 煤 样 煤 层 原 煤精 煤 3上 35 14 39 74 37 51 15 36 73 40 55 38 51 15 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 8 页 2 灰分 A d 灰分产率 1 各煤层原煤平均灰分在 11 50 17 92 属低中灰 3 上煤层变化在低中灰 中灰分 之间 16 上煤层变化在特低灰 中灰分之间 经 1 4 比重液洗选后 脱灰率为 60 70 3 上煤层均降为低灰 16 上煤层均降为特低灰 在平面上 3 上煤层只在 16 1 号孔处为中灰分点 其余均为低中灰 16 上煤层除 18 3 号孔为中灰分外 东部大面积为 低中灰 北部 西北部为低灰分 见表 1 6 表表 1 6 回采煤样原煤灰分统计表回采煤样原煤灰分统计表 空气干燥水灰 分 Aad灰 分 Ad 最大值 2 2628 9629 23 最小值 0 5413 2813 44 平均值 1 3819 2819 45 3上 样品数 点 454545 灰成分及灰熔点 2 各煤层的灰分组成基本相同 主要为酸性化合物 其中以 SiO2和 Al2O3为主 少量 SO3 碱性化合物中以 Fe2O3和 CaO 为主 少量 MgO TiO2和 K2O 等 各煤层灰成分分 析见表 1 7 3上煤层 SiO2 Al2O3平均含量为 79 16上煤层 SiO2 Al2O3平均含量为 71 27 可 见 16上煤层的酸性化合物低于 3上煤层 煤灰成分组成的差异 表明煤层 组 成煤古地 理环境不同 反映了在煤系地层形成和演变过程中 含煤沉积由海陆交互相逐渐演变为 陆相的特点 从测试结果 3上煤层煤灰熔点属高熔 难熔 硫分 St d 3 3 上煤层原煤平均为低硫 仅有 2 个点大于 1 0 分别为 1 08 1 14 16 上煤层 变化于低中硫 高硫分之间 主要成分是有机硫 次为硫化物硫 硫化物硫和有机硫含 量太原组煤高于山西组煤 经 1 4 比重液洗选后 各煤层全硫含量都有所降低 浮煤硫含 量 3 上煤层为低硫 16 上煤层为中高硫 磷 P d 4 各煤层均为特低磷 经 1 4 密度液洗选磷分均有降低 下降系数平均为 0 28 氯 三氧化二砷和氟 Cl As2O3 F 5 氯在各煤层中的最高含量为 0 12 符合炼焦用煤不超过 0 30 的要求 作为炼焦或 锅炉燃烧用煤不会腐蚀锅炉及炉壁 砷含量平均值 3 上煤层小于 8PPM 16 上煤层均大 于 8PPM 各煤层均有大于 8PPM 的点 不符合酿造和食品工业用煤要求 各煤层中铜 铅 锌最高含量分别为 280 620 290PPM 均符合工业用煤要求 成 分含 量 煤层 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 9 页 表表 1 7 灰成份统计表灰成份统计表 3上 煤 层 项 目 两极值 平均值 点数 Si02 33 88 52 96 46 96 15 Al2O3 26 80 35 47 31 35 15 Fe2O3 4 27 7 83 5 62 15 CaO 2 01 19 20 5 55 15 MgO 0 78 1 48 1 20 15 SO3 1 43 7 65 3 27 15 灰 成 份 分 析 TiO2 0 94 2 24 1 67 15 DT 1280 1500 17 ST 1300 1500 14 煤 灰 熔 融 性 FT 1340 1500 9 3 元素分析 各煤层煤的元素分析成果统计见表 1 8 通过对各煤层的氢碳原子比和氧碳原子比进行计算统计 表表 1 8 元素分析统计表元素分析统计表 Cdaf Hdaf Odaf Ndaf 煤 层 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 3上 83 82 85 49 84 58 15 5 13 5 59 5 43 15 1 82 5 61 2 70 13 1 34 1 73 1 53 15 4 煤的工艺性能 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 10页 1 粘结性和结焦性 本矿井各煤层粘结指数 G 值 胶质层厚度 Y 值及焦渣特性 CRC 较高 表 1 9 多 为气煤 气肥煤 各煤层具有良好的结焦性能 表表 1 9 煤煤 层层 粘粘 结结 性性 指指 标标 统统 计计 表表 煤层指标GRI y mm CRC 3上74 55155 7 2 燃烧性 发热量 1 原煤分析基弹筒发热量各煤层变化于 23 05 33 54 MJ kg 之间 分析基低位发热量为 22 44 32 33 MJ kg 属中高热值 特高热值煤 发热量高低与灰分值呈反比关系 见表 1 10 燃料比 2 根据挥发分 固定碳 发热量和灰分计算 各煤层的燃料比均小于 2 0 燃烧性指标 均大于 3500 灰中残留可燃物均小于 5 说明各煤层为燃烧性好的煤 表表 1 10 燃燃烧烧性性指指标标一一览览表表 煤 层燃 烧 比燃烧性指标灰中残留可燃物 3上 1 5143072 13 熔渣性和结污性 3 本矿各煤层的灰渣属酸性 碱酸比平均在 0 25 1 13 之间 根据煤灰成分计算 结污 指数 3 上煤层属低的 16 上煤层属中等 结渣指数 3 上煤层低的 16 上煤层严重 见表 1 11 表表 1 11 灰灰 渣渣 特特 征征 一一 览览 表表 煤层酸性物质量 碱性物质量 碱酸比 结渣 指数 结污 指数 3上79 7520 060 250 200 09 3 煤对 CO2反应性 本区对 16上煤层进行了煤对 CO2 反应性试验 3上 17 煤层引用济宁三号煤矿资料 各个试验温度所测得二氧化碳分解率见表 1 12 各煤层的二氧化碳分解率温度 900 950 时都小于 60 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 11页 表表 1 12 煤碳对二氧化碳化学反映性煤碳对二氧化碳化学反映性 煤层 CO2分解率 温度 850 9009501000105011001150 3上 济宁三号煤矿 7 213 927 046 466 176 6 16上 本区 0 92 88 714 431 145 656 5 17 济宁三号煤矿 5 010 422 445 471 283 2 4 可磨性 HGI 各煤层可磨性系数变化在 47 68 之间 一般为 60 属易碎煤 1 3 3 其它有益矿产其它有益矿产 1 微量元素 煤中微量元素种类繁多 但大多含量甚微 没有明显富集 通过光谱半定量分析 对煤层和铝质泥岩中易于富集的镓 锗二种元素进行了测定 见表 1 13 从表中可以看 出 各煤层的镓 锗的含量差异不大 其含量均未达到国家规定的最低工业品位要求 在目前经济技术条件下尚无回收利用价值 表表 1 13 镓镓 锗锗 含含 量量 统统 计计 表表 样别Ga PPM Ge PPM 煤 层 最小最大平均点数最小最大平均点数 煤 芯 煤 样3上5 014 08 9 91 06 03 09 铝质泥岩106 018 041 7114 830 402 0911 2 铝质泥岩 在上二迭统上石盒子组底部含铝土岩一层 称为 B 层铝土岩 常相变为铝质泥岩 厚 0 3 95 m 为灰绿 青灰色 致密有滑腻感 上部常具鲕状结构 中石炭统本溪组底部 含 G 层铝土岩一层 也常相变为铝质泥岩 厚 0 00 6 25 m 为灰 灰绿色 具油脂光泽 参差状断口 致密滑腻 局部鲕粒状结构 上述二层铝土岩以 G 层铝土岩含量为高 最高含铝量 AL2O3 达 37 50 铝硅比均 1 据三氧化二铝含量尚能列入半软质 级粘土矿标准 但 Fe2O3含量较高 为 2 10 10 62 据已有资料分析认为 铝土岩不仅厚度小 而且不稳定 工业价值不大 1 3 4 瓦斯 煤尘及自燃瓦斯 煤尘及自燃 1 瓦斯 根据精查地质报告的瓦斯地质资料 全矿井最大绝对瓦斯涌出量为 7 866 m3 min 最大 相对瓦斯涌出量为 1 732m3 t 矿井瓦斯等级应定为低瓦斯矿井 2 煤尘和煤的自燃 各煤层的煤尘爆炸性试验结果表明火焰长度在 150 650 mm 之间 一般多为 600 mm 扑灭火焰的岩粉量变化在 30 75 之间 可燃基挥发分一般都大于 37 根据挥发 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 12页 分和固定碳计算的煤尘爆炸指数变化在 41 40 47 53 之间故各煤层均有煤尘爆炸危险性 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 13页 2 井田境界与储量 2 1 井田境界 王楼煤矿位于山东省济宁市任城区喻屯镇境内 矿井在大王楼村北首 北距济宁市 30 km 左右 矿井北与兖矿集团济宁三号井相接 南与本集团公司军城煤矿相接 东至3上煤层露 头风氧化带 井田走向长度为 5 08 5 71km 平均走向长度为 5 62 km 倾斜宽为 4 71 8 04 km 平均为 6 37 km 平均倾角为 7 12 度 井田面积为 28 64 平方公里 2 2 矿井储量计算 2 2 1 构造类型构造类型 煤层内倾角为 3 11 褶曲与断层均较发育 无岩浆活动 为中等构造地区 属于 第二类 2 2 2 矿井工业储量矿井工业储量 矿井工业储量是指在井田范围内 经地质勘探 煤层厚度和质量均合乎开采要求 地质构造比较清楚 根据已看勘探的煤种以气煤为主 其次是气肥煤 由表 2 1 知最低可采厚度为 0 7 m 表表 2 1 储量计算厚度 灰分指标储量计算厚度 灰分指标 储量类别能利用储量尚可利用储量 煤的种类 炼焦用 煤 非炼焦用 煤 褐 煤 炼焦用 煤 非炼焦用 煤 褐 煤 缓斜煤层 0 25 0 70 70 80 50 60 7 倾斜煤层 25 45 0 60 70 70 40 50 6 最低可采 厚度 m 急斜煤层 45 0 50 60 60 40 40 5 最低灰分 4050 本矿井设计对3上煤层进行开采设计 厚度为 3 00 m 基岩无出露 均为巨厚新生界 松散层覆盖 本次储量计算是在精查地质报告提供的 1 10000 煤层底板等高线图上计算的 储量 计算可靠 3上煤层采用块段法计算工业储量 地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征 将矿体划分为若干块段 在圈定 的块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量 煤层总储量即为各块段储量之和 每个块段内至少应有一个以上的钻孔 块段划分如图 2 1 所示 根据 煤炭工业设计规范 求得以下各储量类型的值 1 矿井地质资源量 矿井地质资源量可由以下等式计算 2 0 000001 z ZmF 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 14页 1 式中 矿井地质资源量 Mt z Z 煤层平均厚度 m m 煤层底面面积 m3 F 煤容重 t m3 将各参数代入 2 1 式中可得表 2 2 所以地质储量为 120 27 Mt z Z 图图 2 1 块段划分示意图块段划分示意图 表表 2 2 煤层地质储量计算煤层地质储量计算 块段倾角 块段面积 km2煤厚 m容重 t m3储量 Mt总储量 Mt 134 432 951 3918 17 254 012 951 3916 44 355 982 951 3924 35 4114 402 951 3918 04 572 782 951 3911 40 672 952 951 3912 10 120 27 700 850 700 950 900 850 800 750 700 650 3895000 3897000 3898000 3899000 3900000 3901000 3896000 3894000 3895000 3897000 3898000 3899000 3900000 3901000 750 3896000 2045700020458000204590002046000020461000204620002046300020464000204650002046600020467000 3894000 389 2045700020458000204590002046000020461000204620002046300020464000204650002046600020467000 N 1200 1150 1150 1100 1050 1000 1100 1050 1000 950 900 业 业 业 业 业 业 业 业 业 业 业 业 采矿工程系 业 业 业 业 业 业 业 业 业 杨 峰指导老师 设计人 评阅老师 1 10000 比 例 丁 吉 强 D25 4 16 1 18 3 18 2 24 1 24 2 D27 4 12 7 12 6 12 5 12 8 H9 3 829 77 983 52 784 65 924 37 685 80 763 23 803 20 891 31 603 57 804 27 4 1 694 30 H11 1 816 18 8 1 719 45 D29 5 681 55 826 09 D20 N 800 1200 1150 1150 1100 1050 1000 1100 1000 1000 950 950 D25 4 16 1 18 3 18 2 24 1 24 2 D27 4 H9 3 829 77 983 52 784 65 924 37 685 80 803 20 603 57 2 15 0 56 1 63 1 60 2 01 3 22 1 90 3 89 2 16 1 83 1 03 2 25 2 15 900 850 901 62 2 14 优 948 06 C19 9 1 92 甲 828 56 C19 8 1 88 甲 剥蚀 断缺 2 15 0 56 1 63 1 60 2 01 3 22 1 90 2 72 3 89 2 16 1 83 1 03 2 25 2 15 850 901 62 32 1 2 14 优 948 06 C19 9 1 92 甲 828 56 C19 8 1 88 甲 剥蚀 断缺 804 27 4 1 694 30 H11 1 800 650 816 18 8 1 719 45 D29 5 681 55 826 09 D20 750 C19 11 1 76 甲 1138 36 C19 10 1 71 甲 1012 08 C19 718 26 C19 7 1 56 甲 652 56 C19 8 1 85 甲 1116 26 2 56 12 1 1000 34 2 24 12 2 986 52 2 37 12 3 916 26 2 35 12 4 916 26 2 35 12 9 533 23 2 012 01 图 图 图 图 图 图 图 图 图 评阅日期 评阅日期 完成日期2014 4 1 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 15页 2 矿井工业储量 根据钻孔布置 在矿井地质资源量中 60 探明的 30 控制的 10 推断的 根据 煤层厚度和煤质 在探明的和控制的资源量中 70 的是经济的基础储量 30 的是边际 经济的基础储量 则矿井工业资源 储量由式计算 矿井工业储量可用下式计算 2 2 1111222 11222333gbbmm ZZZZZZk 式中 矿井工业资源 储量 g Z 探明的资源量中经济的基础储量 111b Z 控制的资源量中经济的基础储量 122b Z 探明的资源量中边际经济的基础储量 2 11m Z 控制的资源量中经济的基础储量 222m Z 推断的资源量 333 Z 可信度系数 取 0 7 0 9 地质构造简单 煤层赋存稳定的矿井 值kk 取 0 9 地质构造复杂 煤层赋存较稳定的矿井 取 0 7 该式取 0 8 k 50 51 Mt 111 60 70 bz ZZ 25 26 Mt 122 30 70 bz ZZ 21 65 Mt 2 11 60 30 mz ZZ 10 82 Mt 222 30 30 mz ZZ 9 62 Mt 333 10 z ZkZk 因此将各数代入式 2 2 得 117 56 Mt g Z 2 2 3 矿井可采储量矿井可采储量 矿井设计资源储量按式 2 3 计算 2 1 sg ZZP 3 式中 矿井设计资源 储量 s Z 断层煤柱 防水煤柱 井田境界煤柱 地面建筑煤柱等永久煤柱损失 1 P 量之和 按矿井工业储量的 3 算 则 114 32 Mt 1 174 19 174 19 3 sg ZZP 矿井设计可采储量 2 4 2 kk ZZP C 式中 矿井设计可采储量 k Z 工业场地和主要井巷煤柱损失量之和 按矿井设计资源 储量的 2 算 2 P C 采区采出率 厚煤层不小于 75 中厚煤层不小于 80 薄煤层不小 于 85 此处取 0 80 则 89 63 Mt 2 168 96 168 96 2 0 85 kk ZZP C 734 713 021 3919 77 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 16页 2 2 4 工业广场煤柱工业广场煤柱 根据 煤炭工业设计规范 不同井型与其对应的工业广场面积见表 2 3 第 5 22 条规 定 工业广场的面积为 0 8 1 1 平方公顷 10 万吨 本矿井设计生产能力为 120 万吨 年 所以取工业广场的尺寸为 330 m 400 m 的长方形 煤层的平均倾角为 7 12 度 工业广场 的中心处在井田走向的中央 倾向中央偏于煤层中上部 其中心处埋藏深度为 925m 该 处表土层厚度为 120 170 m 主井 副井 地表建筑物均布置在工业广场内 工业广场按 级保护留维护带 宽度为 15 m 本矿井的地质掉件及冲积层和基岩层移动角见表 2 4 表表 2 3 工业场地占地面积指标工业场地占地面积指标 井 型 万 t a 占地面积指标 公顷 10 万 t 240 及以上1 0 120 1801 2 45 901 5 9 301 8 表表 2 4 岩层移动角岩层移动角 广场中心深度 m煤层倾角煤层厚度 m冲击层厚度 m 9257 12 3 0017045767665 由此根据上述以知条件 画出如图 2 1 所示的工业广场保护煤柱的尺寸 图图 2 1 工业广场保护煤柱工业广场保护煤柱 由图可得出保护煤柱的尺寸 由 CAD 量得梯形的面积为 1460109 63 m2 S工 1460109 63 cos7 1471074 79 m2 则 工业广场的煤柱量为 Z工 S M R 2 45 45 76 65 45 45 76 76 1150 1000 900 500 1100 400 1200 450 1050 300 350 850 950 800 650 700 750 600 550 250 200 140 33 1050 1200 1150 1100 1000 800 950 900 850 750 700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 140 33 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 17页 5 式中 Z工 工业广场煤柱量 万吨 S 工业广场压煤面积 m2 M 煤层厚度 m R 煤的容重 1 39 t m3 则 Z工 1471074 79 3 1 39 10 4 613 44 万吨 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 18页 3 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 3 1 矿井工作制度 按照 煤炭工业矿井设计规范 中规定 参考 关于煤矿设计规范中若干条文修改 的说明 确定本矿井设计生产能力按年工作日 330 天计算 四六制作业 三班生产 一 班检修 每日三班出煤 净提升时间为 16 小时 3 2 矿井设计生产能力及服务年限 1 矿井设计生产能力 因为本井田设计丰富 主采煤层赋存条件简单 井田内部无较大断层 比较合适布 置大型矿井 经校核后确定本矿井的设计生产能力为 120 万吨 年 2 井型校核 下面通过对设计煤层开采能力 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 矿井开采能力校核 王楼煤矿3上煤层为中厚煤层 煤层平均倾角为 7 12 度 地质构造简单 赋存较稳 定 地质构造简单 根据现代化矿井 一矿一井一面 得发展模式 可以布置一个综采 工作面来满足生产能力要求 2 辅助生产环节的能力校核 本矿井为大型矿井 开拓方式为立井开拓 主井采用大箕斗提升 提升能力大 可 以达到设计井型的要求 工作面生产原煤一律用带式输送机运到采区煤仓 运输能力很 大 自动化程度很高 原煤外运不成问题 辅助运输采用罐笼 轨道大巷采用齿轨车运 输 同时本设计的井底车场调车方便 通过能力大 满足矸石 材料及人员的调动要求 所以辅助生产环节完全能够满足设计生产能力的要求 3 通风安全条件的校核 本矿井煤尘具有爆炸性瓦斯含量相对较低 属于低瓦斯矿井 水文地质条件较简单 矿井通风采用中央并列式通风 矿井设有专门的风井 可以满足整个矿井通风的要求 本井田内存在若干小断层 济宁断层东部发育在 3 煤层的风氧化带内 为了保证安全 留设 50 m 的防水煤柱 其余断层已经查到不导水 不会影响采煤工作 所以各项安全条 件均可以得到保证 不会影响矿井的设计生产能力 4 储量条件校核 井田的设计生产能力应于矿井的可采储量相适应 以保证矿井有足够的服务年限 矿井服务年限的公式为 T Zk A K 3 1 其中 T 矿井的服务年限 年 Zk 矿井的可采储量 89 63Mt A 矿井的设计生产努力 120 万吨 年 K 矿井储量备用系数 取 1 3 则 T 89 63 100 120 1 3 53 35 年 既本矿井的开采服务年限符合规范的要求 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 19页 注 确定井型是要考虑备用系数的原因是因为矿井每个生产环节有一定的储备能力 矿井达产后 产量迅速提高 局部地质条件变化 使储量减少 有的矿井由于技术原因 使采出率降低 从而减少储量 为保证有合适的服务年限 确定井型时 必须考虑备用 系数 5 第一水平服务年限校核 由本设计第四章井田开拓可知 矿井是单水平局部布置中切眼开采 水平在 955m 水平服务年限即为矿井服务 53 35 年 即本设计第一水平的服务年限符合矿井设计规范的的要求 表表 3 1 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限表不同矿井设计生产能力时矿井服务年限表 第一水平设计服务年限 煤层倾角 矿井设计生产能力 万 t a 矿井设计年限 a 45 600 及以上7035 300 5006030 120 24050252015 45 9040201515 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 论文 第 20页 4 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 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 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 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 节约基建投资 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