毕业设计（论文）-华能集团灵泉矿业公司2.4ta新井设计.doc

华北科技学院毕业设计书 2011 届届 华北科技学院华北科技学院 本本 科科 毕毕 业业 设设 计 论计 论 文 文 Undergraduate Graduation Project Dissertation of NCIST 姓 名 学 号 200701014606 院 系 专 业 采 设计题目 华能集团灵泉矿业公司 2 4 Mt a 新井设计 专 题 煤炭工作面综合注水防尘措施 指导教师 石建军 职 称 讲师 2011 年 06 月 16 日 灵泉矿 2 4Mt a 新井开拓设计 2 2010 届本科毕业设计 论文 任务书届本科毕业设计 论文 任务书 姓名 于博成 专业 采矿工程 班级 采矿 B076 班 任务下达时间 1 月 20 日 任务完成时间 6 月 20 日 毕业设计 论文 题目 华能集团灵泉矿 2 4 Mt a 新井设计 专题题目 煤矿工作面综合注水防尘措施 题目主要内容 第一章 矿区概况及井田地质特征 第二章 井田境界和储量 第三章 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 第四章 井田开拓 第五章 采区巷道布置 第六章 采煤方法 第七章 井下运输 第八章 矿井提升 第九章 矿井通风与安全 第十章 设计矿井基本技术经济指标 专题 煤矿工作面综合注水防尘措施 目的要求 主要技术指标 根据根据华能集团灵泉矿的相关地质资料 本着降低成本 提高效益 贯彻安全生产的原则 完成年 产 2 4 Mt a 新矿井设计 根据回根据灵泉矿水文地质特征以及矿井充水情况 对该矿历年来的涌水事故进行分析 在保证安全 可靠的前提下 提出预防事故发生及治理的可行性措施 为煤矿的安全生产提供保障 应完成的主要任务 设计说明书 一般部分 110 120 页 设计说明书 专题部分 10 20 页 井田开拓平面图 1 张 井田开拓剖面图 1 张 采区或盘区巷道布置平面图 1 张 采区或盘区巷道布置剖面图 1 张 工作面布置图 1 张 主要参考文献 1 刘过兵 采矿设计指导 M 北京 煤炭工业出版社 2004 2 徐永圻 煤矿开采学 M 徐州 中国矿业大学出版社 1999 8 3 张国枢 通风安全学 M 徐州 中国矿业大学出版社 2007 1 4 孙宝铮 矿井开采设计 M 徐州 中国矿业大学出版社 1986 2 5 钱鸣高等 矿山压力及其控制 修订版 北京 煤炭工业出版社 1991 指导教师 教研室主任 华北科技学院毕业设计书 毕业设计 论文 指导教师评阅书毕业设计 论文 指导教师评阅书 指导教师评语 基础理论及基本技能的掌握 独立解决实际问题的能力 研究内容的理论 依据和技术方法 取得的主要成果及创新点 工作态度及工作量 总体评价及建议成绩 存在问题 是否同意答辩等 成绩 指导教师 职称 年 月 日 注 毕业设计 论文 成绩等级实行五级记分制 即优秀 良好 中等 及格 不及格 灵泉矿 2 4Mt a 新井开拓设计 2 毕业设计 论文 评阅教师评阅书毕业设计 论文 评阅教师评阅书 评阅教师评语 评阅教师评语 选题的意义 基础理论及基本技能的掌握 综合运用所学知识解决实际问题 的能力 工作量的大小 取得的主要成果及创新点 写作的规范程度 总体评价及建议成 绩 存在的问题 是否同意答辩等 成绩 成绩 评阅教师 职称 评阅教师 职称 年年 月月 日日 注 毕业设计 论文 成绩等级实行五级记分制 即优秀 良好 中等 及格 不及格 华北科技学院毕业设计书 3 毕业设计 论文 答辩委员会记录毕业设计 论文 答辩委员会记录 专业学生 于 年 月 日进行了毕业设计 论文 答 辩 学生答辩提交的材料有 设计 论文 说明书 份 共 页 设计图纸 张 其它材料有 答答 辩辩 小小 组组 评评 语语 及及 建建 议议 成成 绩绩 答辩组组长 答辩组组长 建议成绩 建议成绩 成员 成员 根据学生所提交的材料 评阅人评语 指导教师评语和学生答辩情况 毕业设计 论 文 答辩委员会研究评定 给予该生毕业设计 论文 成绩为 系 部 院 公章 答辩委员会主席 答辩委员会主席 年 月 日 灵泉矿 2 4Mt a 新井开拓设计 4 摘 要 本设计包括三部分 一般部分 专题部分 一般部分是灵泉煤矿 2 4Mt 新井设计 全篇共分为十章 矿井概述及井田地质特征 井田境界和储量 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 井田开拓 准备方式 带 区巷道布置 采煤方法 井下运输 矿井提升与运输 矿井通风与安全和矿井主要经济 技术指标 灵泉煤矿设计年生产能力为 2 4Mt a 服务年限为 79a 矿井工作制度为 四六 制 矿井的开拓方式为双立井联合布置 水平标高为 630m 主立井主要用于提升煤炭 副立井主要用于提升人员 矸石 和材料等 矿井采用一矿一面的高效作业方式 工作面长度为 220m 运输大巷采用皮带运输煤 炭 辅助大巷采用矿车运输矸石和材料等 区段巷道与大巷采用联络巷连接 矿井通风方式为抽出通风方式 矿井前期用中央边界式通风 后期都采用中央对角 式通风 专题部分主要介绍了煤矿工作面综合注水防尘措施 关键词 综放工艺 煤层注水 防尘 华北科技学院毕业设计书 5 Abstract The design includes three parts general part special part Generally part of the new wells LingQuan Coal 2 4Mt design Whole chapter is divided into ten chapters an overview of the mine geology and Ida Ida realm and reserves mine work systems design and production capabilities and service life Ida development preparation methods mining area roadway layout mining methods underground transport mine upgrading and transportation mine ventilation and mine safety and the main economic and technical indicators LingQuan Coal designed annual production capacity of 2 4Mt a length of service as 79a Mine work system as the March system The main way to develop the mine up the level of jointly developing a single deputy stand Level elevation of 630 m the main shaft is mainly used for upgrading coal mainly used to enhance staff vice shaft waste rock and materials Ore mine uses a high side practices Face length of 220m Transportation Roadway use tape transport coal auxiliary roadway access to justice than the car free transportation waste rock and materials Section of the roadway and the roadway used to connect contact Lane Way out of the mine ventilation ventilation mine before have adopted the latter part of the central points out ventilation Special section focuses on the type of coal mine water hazards and control measures Keywords caving process recovery ratio way 华北科技学院毕业设计书 目录目录 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 11 1 矿区概述矿区概述 2 1 1 1 地理位置及交通条件 2 1 1 2 地形特点及居民点分布 2 1 1 3 工农业生产和原料及电力供应 2 1 1 4 矿区气候条件 3 1 1 5 矿区水文及工农业供水 3 1 1 6 地震 3 1 21 2 井田地质特征井田地质特征 3 1 2 1 井田地形及勘探程度 3 1 2 2 井田煤系地层 4 1 2 3 井田地质构造 6 1 2 4 矿井水文地质条件 6 1 31 3 煤层特征煤层特征 7 1 3 1 煤层埋藏条件 7 1 3 2 可采煤层特征 7 2 井田境界和储量井田境界和储量 8 2 12 1 井田境界井田境界 8 2 1 1 井田范围 9 2 1 2 开采界限 9 2 1 3 井田尺寸 9 2 22 2 矿井工业储量矿井工业储量 9 2 2 1 勘探类型及储量等级的圈定 9 2 2 2 储量等级的圈定 10 灵泉矿 2 4Mt a 新井开拓设计 2 2 2 3 煤层最小可采厚度 10 2 2 4 矿井工业储量的计算 10 2 32 3 矿井可采储量矿井可采储量 11 2 3 1 保护煤柱储量计算 11 2 3 2 可采储量计算 15 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 15 3 13 1 矿井工作制度矿井工作制度 15 3 23 2 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 16 3 2 1 确定依据 16 3 2 2 矿井设计生产能力 16 3 2 3 矿井服务年限 16 4 井田开拓井田开拓 17 4 14 1 井田开拓的基本问题井田开拓的基本问题 17 4 1 1 井筒形式及数目 18 4 1 2 工业广场及井口位置的确定 19 4 1 3 开采水平的确定及采区划分 20 4 1 4 采区划分及其布置 21 4 24 2 开拓方案比较开拓方案比较 21 4 2 1 提出方案 21 4 2 2 技术比较 23 4 2 3 经济比较 25 4 2 4 综合比较 26 4 34 3 矿井基本巷道矿井基本巷道 27 4 3 1 井筒 27 4 3 2 井底车场 27 4 3 3 主要开拓巷道 28 5 准备方式准备方式 带区巷道布置带区巷道布置 37 华北科技学院毕业设计书 3 5 15 1 煤层的地质特征煤层的地质特征 37 5 1 1 煤层埋藏条件 37 5 1 2 煤质特征 37 5 1 3 煤层顶 底板条件 37 5 1 4 煤层的含瓦斯特征 37 5 1 5 水文地质特征 37 5 1 6 煤尘的爆炸性和自燃发火危险性 37 5 1 7 地质构造 37 5 1 8 地表特征 38 5 25 2 带区巷道布置及生产系统带区巷道布置及生产系统 38 5 2 1 首采带区概况 38 5 2 2 采煤方法及工作面长度的确定 38 5 2 3 巷道布置 38 5 2 4 工作面接替顺序 38 5 2 5 带区通风 39 5 2 6 带区生产系统 39 5 2 7 巷道掘进方法 40 5 2 8 带区的生产能力和带区采出率 42 5 35 3 带区车场选型设计带区车场选型设计 43 5 3 1 带区车场 43 5 3 2 各个系统的说明 43 5 3 3 带区主要硐室布置 44 6 采煤方法采煤方法 45 6 16 1 采煤工艺方式采煤工艺方式 45 6 1 1 设计带区地质条件 45 6 1 2 采煤方法及其机械化程度的确定 46 6 1 3 回采工作面参数的确定 47 6 1 4 回采工作面破煤 装煤方式及相应设备的选择 48 6 1 5 回采工作面运煤方式及其运输设备的选择 50 灵泉矿 2 4Mt a 新井开拓设计 4 6 1 6 工作面支护方式及采空区处理 51 6 1 7 工作面设备布置 54 6 1 8 采煤工艺 54 6 1 9 劳动组织和循环作业图表 56 6 26 2 回采巷道布置回采巷道布置 59 6 2 1 回采巷道布置方式 59 6 2 2 回采巷道断面选择及其掘进方式 59 7 井下运输井下运输 62 7 17 1 概述概述 62 7 1 1 井下运输的原始条件 62 7 1 2 井下运输 63 7 1 3 各环节运输方式 63 7 27 2 带区运输设备选择带区运输设备选择 64 7 2 1 带区煤炭运输设备的选择 64 7 2 2 带区运输能力验算 65 7 2 3 带区辅助运输设备的选择 65 7 2 4 带区车场一次提升的矿车数 67 7 37 3 大巷运输设备选择大巷运输设备选择 67 7 3 1 大巷运输设备的选择 67 7 3 2 运输设备运输能力验算 68 8 矿井提升矿井提升 68 8 18 1 设计依据设计依据 69 8 1 1 主井提升 69 8 1 2 副井提升 69 8 28 2 提升容器的选型计算提升容器的选型计算 69 8 2 1 小时提升量 69 8 2 2 合理的经济提升速度 70 8 2 3 一次提升循环时间 70 华北科技学院毕业设计书 5 8 2 4 一次合理提升量的确定 71 8 2 5 计算一次提升循环提升时间 Tx 和所需的提升速度 vm 72 8 38 3 提升钢丝绳的选择计算提升钢丝绳的选择计算 72 8 48 4 提升机与天轮的选择计算提升机与天轮的选择计算 74 8 4 1 滚筒 或摩擦轮 直径的确定 74 8 4 2 天轮的选择 74 8 4 3 提升机强度校验 75 8 4 4 摩擦衬垫比压 75 8 58 5 提升电动机的预选提升电动机的预选 75 8 5 1 电动机功率的估算 76 8 5 2 估算电动机转数 76 8 68 6 提升机与井筒的相对位置提升机与井筒的相对位置 77 8 6 1 井架高度 77 8 6 2 尾绳环高度 77 9 矿井通风及安全矿井通风及安全 77 9 19 1 通风系统确定因素通风系统确定因素 77 9 1 1 选择通风系统的原则 77 9 1 2 通风系统的确定 78 9 29 2 带区通风系统选择带区通风系统选择 81 9 2 1 采煤工作面通风类型的确定 81 9 2 2 掘进通风局部通风机通风系统 82 9 2 3 通风容易和通风困难两个时期位置的确定 83 9 2 4 掘进头数目和位置的确定 83 9 2 5 绘制两个时期的通风系统立体图和网络图 83 9 39 3 全矿所需风量的计算及其分配全矿所需风量的计算及其分配 85 9 3 1 井风量计算原则 85 9 3 2 矿井风量计算 86 9 49 4 全矿通风阻力计算全矿通风阻力计算 92 9 4 1 矿井通风总阻力计算原则 92 灵泉矿 2 4Mt a 新井开拓设计 6 9 4 2 矿井通风总阻力计算 92 9 4 3 通风容易时期和通风困难时期最大阻力路线的确定 93 9 4 4 全矿井巷通风阻力的计算 93 9 59 5 矿井通风设备的选择矿井通风设备的选择 96 9 5 1 矿井通风设备的要求 96 9 5 2 选择主要通风机 97 9 5 3 选择电动机 100 9 69 6 矿井灾害防治技术矿井灾害防治技术 101 9 6 1 防治瓦斯 101 9 6 2 防治煤尘 101 9 6 3 防治火灾 102 9 6 4 防治水 102 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 103 11 参考文献参考文献 105 12 专题部分专题部分 113 1 1 煤层注水的提出和研究意义 113 1 2 煤层注水的实质 114 1 3 封孔技术的研究和现状分析 117 1 4 影响煤层注水难易程度的因素 121 1 5 煤层注水的注意事项 122 参考文献 123 华北科技学院毕业设计书 一 般 部 分 灵泉矿灵泉矿 240240 万万 t t 新井设计新井设计 华北科技学院毕业设计书 华北科技学院毕业设计书 1 1 矿区概述及井田地质特征 1 1 矿区概述 1 1 1 地理位置及交通条件 灵泉矿位于扎赉诺尔煤田西翼的西南部 地理座标为东经 117 41 23 117 44 40 北纬 49 22 14 49 25 55 行政区隶属内蒙古自治区满洲里市扎赉 诺尔区 灵泉矿井田位于扎赉诺尔煤田西翼的中浅部 南北走向长 7 4km 东西倾斜宽 4 2km 面积 31 1km2 本区交通方便 滨洲铁路横贯井田区的北部 矿区内设有专用铁路线与滨洲铁路连 接 301 国道横贯矿区 至各旗县 市有公路相通 图 1 1 图 1 1 灵泉矿煤矿地理位置图 1 1 2 地形特点及居民点分布 井田范围地貌简单地表平坦 为第四纪冲积平原 地势北高南低 呈 1 2 坡度 地面标高介于 25m 32m 之间 开采范围所对应的地表村庄已搬迁 无需要保护的建筑 物 只有沙河流过整个区域 为季节性河流 流向大致与地层走向平行 汛期有时泛滥 造成一定的危害 但对生产没有直接影响 1 1 3 工农业生产和原料及电力供应 矿区内工业以煤炭为主 农业主要种植小麦 玉米 花生 间杂有果园 菜园和苗 圃等 本矿井建设期间 所需要建设材料 除钢材 木材和部分水泥需由国家计划供应外 灵泉矿 2 4Mt a 新井开拓设计 2 其它砖 石 砂等土产材料 均由当地供应 满足建设需要 矿区建有 110Kv 中央变电所 向本矿井供电的四回 35Kv 输电线路已建成送电 1 1 4 矿区气候条件 矿区气候属大陆型季风气候 夏季炎热多雨 冬季寒冷干燥 气候变化较大 春季 东风和西北风交替出现 气候干燥少雨 夏秋两季东南和南风常有海面带来的潮湿空气 使矿区多雨 冬季因受西伯利亚蒙古一带冷空气压的影响 多西北风 气候寒冷干燥 每年七 八 九月为雨季 雨量占全年的 76 年平均降雨量 645mm 降雪期由十一月 到次年三月 月降雪平均厚度 30 40mm 最大 163mm 常年最高气温 37 6 最低气温 22 6 年平均气温 10 8 冻结期由十一月中旬到次年三月下旬 土壤冻结深度 0 5 0 7m 1 1 5 矿区水文及工农业供水 因为煤系地层上覆盖着巨厚的冲积层 大气降水后大部分从地表流走 所以矿井涌 水量无季节性变化 井田西部沙河在冬春季河水近于干涸 只排泄矿井水 夏季流量显 著增加 汛期有时泛滥 历史最高洪峰水位为 28 572m 最高洪峰达 142 8 m3 s 流速 1 69 m2 s 本矿区工业及生活用水的主要供水水源为第四系上组砂岩层水和矿井净化水 水质 类型为 HCO3 Ca Na 矿化度 0 37g L 供水水源的取水方式采用管状井分散取水 矿 井排水全部进入污水净化站进行处理 净化水主要用于井下防水注浆 洒尘 电厂冷却 洗煤厂补充用水 1 1 6 地震 自十五世纪有记载以来 扎赉诺尔一带未发生有感地震 地质条件良好 1 2 井田地质特征 1 2 1 井田地形及勘探程度 井田的勘探程度 全区经过普查 详查 精查勘探及使用综合勘探的精查补充勘探 后 施工地面地质孔 5 个 进尺 2737 35 米 井下地质孔 201 个 进尺 13237 17 米 地面水文地质探查孔 13 个 进尺 8055 14 米 井下水文孔 210 个 进尺 22496 米 1 2 2 井田煤系地层 灵泉矿井田煤系地层主要由石炭系 二叠系地层组成 其中包括前寒武系变质岩组 上古生代石炭 二迭系变质岩组 侏罗系 白垩系 基底为经过长期剥蚀夷平的中奥陶 统 上覆地层为上二叠统古冶组陆相碎屑岩 含煤建造由一套海相 过度相 陆相地层 组成 表 1 1 为灵泉矿井田地层划分表 华北科技学院毕业设计书 3 1 前寒武系变质岩组 分布于嵯岗附近 以绿色片岩 花岗片麻岩为主 夹石灰岩 厚度不详 与上伏地 层接触关系不详 2 上古生代石炭 二迭系变质岩组 分布于煤田东部阿尔公 双山子一带 呈弧岛分布 岩石以变质砂岩 石灰岩为主 厚度不详 与上覆地层接触关系不详 3 侏罗系 下统兴安岭群 兴安岭火山岩组分布于煤田四周 上部以凝灰质砂岩 玄武安山岩为主 下部以流 纹岩 粗面岩为主 厚度不详 4 白垩系 下统扎赉诺尔群 分布范围东以阿尔山 双山子一带 西至矿区边缘山地 向南延伸深至达赉湖 北 至中苏边界 面积为 1035 平方公里 煤系厚度 1100m 以上 本区按东北地层表划分为伊 敏组和大磨拐河组 系由一整套砂岩 泥岩 砂质泥岩 砂砾岩及煤层组成 为本区主 要含煤地层 表 1 1 灵泉矿井田地层划分简表 地质时代 系统组 建组起止层位 地层接 触关系 厚度含煤性主 要 特 征 第四系由地表至基岩 面 219 5主要由砂 粘 土 卵石组成 上 统 古冶组 红色砂岩底面 至 A 层顶面 120 0不含煤主要由中砂岩 粉砂岩组成 东斜组 A 层顶面至5 煤层顶面 269 7含煤线 4 5 层 主要由中砂岩 粉砂岩组成 二 叠 系 下 统 小站组 5 煤层顶板至 11 煤层顶板 69 4含煤 6 层可采 2 层即 5 9 煤 由砂岩 粉砂 岩 煤和泥岩 组成 东山组 11 煤层顶板至 K6 灰岩顶面 86 4含 3 层 煤 12 煤 可采 由砂岩 粉砂 岩 煤组成 上 统西山组 K6 灰岩顶面至 K3 灰岩顶面 51 7含煤 1 3 层 主要由粉砂岩 泥岩组成 石 炭 系 中 统 西斜组 K3 灰岩顶面至 奥陶灰岩顶面 不整合 整合 整合 整合 整合 整合 假整合 55 8含 1 3 层不稳 定薄煤 线 以粉砂岩为主 细砂岩次之 间夹三层灰岩 灵泉矿 2 4Mt a 新井开拓设计 4 奥陶系 中 统 开平组 由灰岩 白云 岩等组成 灵泉矿井田煤系地层的形成过程均属于近海型沉积 其中石炭系的东山组 西山组 和西斜组属于海陆交互相沉积 二叠系的古治组和东斜组属于近海陆相沉积 整个煤系 地层厚度 煤层层数 旋回结构明显清晰 易于对比 从相旋回的特征分析 中石炭世 地壳升降运动频繁 引起大面积的海侵和海退 沉积了一套海陆交互相地层 由于地壳 运动短暂而频繁 不宜泥炭堆积 故没有形成可采煤层 在这时期地形比较平坦 海侵 和海退范围广泛 沉积了三层薄层灰岩 即 1 2 3 灰岩 中石炭世地层厚度较 薄 约为 56 米 相旋回结构清晰 易于对比 晚石炭世地层以缓慢上升为主 聚煤作用 活跃 海相地层逐渐减少 过渡相地层增多 且出现河流冲积相沉积 在晚石炭世早期 地壳运动还比较频繁 且很不稳定 沉积了三层薄层灰岩 即 4 5 6 灰岩 到 后期地壳运动趋于稳定 适宜植物生长与堆积形成了本井田的可采煤层 即 12 煤层 晚 石炭世厚度约为 138 米 相旋回结构比较清楚 早二叠世地壳运动仍以上升为主 上升 幅度由小渐大 海退范围逐渐扩大 沉积了一套近海陆相地层 湖泊 沼泽遍布 沉积 了两层稳定和较稳定可采煤层 5 9 煤层 到二叠世中晚期 气候由温润转向干燥 不宜植物的生长 中期只形成薄煤层 到晚期聚煤作用已进入尾声 下二叠统地层厚度 约为 337 米 从煤系地层形成过程来看 地壳运动在中石炭世 下二叠世是以上升为主 上升幅 度由小到大 由缓慢上升到直线上升 从岩相来看 为近海相 过渡相 大陆相 从成 煤环境看 则为滨海平原到内陆湖泊 正是由于地壳运动由弱到强 从海相逐渐转为陆 相 在这种地壳相对稳定时期 才沉积了本井田的可采煤层 1 2 3 井田地质构造 灵泉矿井田位于灵泉东南翼 灵泉位于扎赉诺尔 煤系地层为石炭二叠系 灵泉主 向斜是煤田的主要构造骨架 呈复式向斜构造 向斜的总体轴向为 NE 向 自古冶以北主 向斜轴逐渐转为东西向 向斜两翼不对称 西北翼地层倾角比较大 局部地层倒转 发 育落差及走向长度较大的逆断层或逆掩断层 东南翼地层倾角比较平缓 由北往南发育 两组轴向与主向斜轴斜交或直交的短轴倾伏褶皱构造 东南翼断层不很发育 规模亦较 小 多见于褶皱构造的轴部 正断层较多 逆断层较少 灵泉矿井田的主体构造为向斜 是由于向斜在发育过程中北部受青龙山东西构造带 影响 主向斜轴在古冶以北发生偏转呈东西向而派生出的南北应力场形成的次一级构造 向斜在井田范围内已由钻探工程 井巷工程严密控制 向斜轴线总体呈东西向 枢纽呈 弧形向北凸出 受向斜影响 往南伴生发育了北二背斜和井口向斜 向斜主要为钻探工 程控制 向斜轴呈 NW 向 枢纽呈马鞍状起伏较大 沿轴线形成两个小型盆地 井田内较 华北科技学院毕业设计书 5 大的断裂构造主要分布于向斜区域 一组是以 F1 大断层为主的断层带 走向呈 NNE 向 F1 断层为正断层 落差达 200 余米 向北发育 一直切过唐家庄井田 F1 断层为喜马 拉雅运动中产生的次一级构造 另一组是以 F0 断层为主的断裂构造带 该断层带通过钻 探 物探得到了比较好的控制 F0 断层为 F1 大断层的伴生构造 到目前为止 井田内可能出现的大型构造已基本得到了控制 总的来看 塔坨向斜 区 毕各庄向斜区构造比较复杂 形成的断裂构造多与区域构造应力场有关 有明显的 规律性 同时随着井田开发往深部延深 构造发育越来越复杂 断层落差增大 断层面 形式多样化 对生产的影响也越来越大 井主要断层表 序号名称性质断层面走向落差水平断距 1F1 正断层 NNE200 2F0 正断层 NNE45 1 2 4 矿井水文地质条件 灵泉矿井田水文地质情况复杂 煤系上下各有一个含水层 上为冲积层强含水层 其为厚度不等的卵石层 下有一黏土层有隔水作用 下为奥灰含水层 它们之间联系密 切 以煤层露头线为联系 相互沟通 煤层地质有两个含水层 5 煤层顶板砂岩含水层 和 12 煤层 14 煤层砂岩组含水层 它们是矿井的主要出水来源 1 3 煤层特征 1 3 1 煤层埋藏条件 灵泉矿井田内的主要可采煤层中 下部的 12 煤层沉积于石炭系上统的东山组 属海 陆交互相沉积 煤层厚度的区域性变化相对比较稳定 规律性较强 且顶底板条件较好 上部的 5 煤层 9 煤层沉积于二叠系下统的东斜组 基本上属陆相沉积 由于沉积环境 的复杂多变 对煤层厚度 结构及其顶底板均产生一定的影响 并往往伴随不同程度的 河流冲刷 1 3 2 可采煤层特征 1 5 煤层 5 煤层为简单结构煤层 煤层厚度 3 52 米 向斜区除在南 8 剖面以南受大型断裂构 造影响外 其余均在可采范围 为较稳定煤层 煤岩类型以光亮型煤为主 间夹半亮型 煤 内生节理发育 性脆 煤的硬度 f 0 3 0 5 容重 1 36 顶板情况 直接顶水平层理 层理面附大量植物化石 富含泥质结核 成细层状或 串珠状分布 厚度一般约 3 0m 岩性为深灰色粉砂岩 致密均一 直立裂隙发育 其上 灵泉矿 2 4Mt a 新井开拓设计 6 硅质胶结砂岩 局部含钙质 一般厚 4 0m 底板情况 5 煤层直接底为含大量植物根化石的粉砂岩 厚度为 0 5 1 0m 老底岩 性为细砂岩 水平层理 分布稳定 2 8 煤层 8 煤层为简单结构中厚煤层 煤层厚度 3 54 米 煤层顶部为厚 0 3 0 6 米的劣质 煤 煤层局部受古河流冲刷 厚度变化较大 出现小范围无煤区 受河流强烈冲刷 8 煤及顶底板层位全部代之以含砾粗砂岩砂岩 1 3 4 煤尘及煤的自然发火倾向 在本矿取样做煤尘爆炸性试验 结果为 火焰长度及岩粉含量均为零 属无爆炸危 险煤层 各煤层均没有自然发火的倾向 表 1 5 煤层顶底板情况表 煤层顶底板岩性厚度特征及赋存情况 伪顶粉砂岩0 1 3岩石破碎 夹多层煤线 南三剖面以南出现煤线 直接顶粉砂岩 3 0 水平层理 层理面附大量植物化石 富含泥质结核 成细层状或串珠状分布 老顶砂岩 4 0 硅质胶结 局部含钙质 直接底粉砂岩0 5 1 0含大量植物根化石 5 煤 老底细砂岩2 0 3 0水平层理 分布稳定 伪顶粉砂岩0 2 0 5 松软破碎 节理发育 顶部发育煤线与直接顶相隔 南一石门以南逐渐出现 北部既为 7 煤层底板 直接顶粉砂岩 2 0 深灰色 由南一石门往南逐渐发育并增厚 南二道 半石门以北分布不稳定 老顶砂岩0 2 5层状层理 自南二石门以南出现并逐渐增厚 直接底粉砂岩0 2 0 6含大量根化石 普遍发育 8 煤 老底细砂岩 3 0 硅质胶结 呈块状结构 坚硬 普遍发育 华北科技学院毕业设计书 7 2 井田境界和储量 2 1 井田境界 2 1 1 井田范围 灵泉矿位于开平向斜之东南翼 矿井地理坐标 东经 113 度 28 分 北纬 39 度 33 分 东部边界 以 14s 煤层浅部露头与冲击层交线为界 北部边界 以 1 2 3 4 5 6 7 点连线与铁北矿为界 各点坐标见表 2 1 西部边界 以钻孔毕 25 33 34 孔连线及深部 800m 与露天矿为界 浅部以 14S 煤 层露头与冲击层交线为界 表 2 1 井田北部边界各点坐标表 各点 XY 139250094805 239199094620 339208094000 439201593615 539109793143 639053792605 739022092605 南部边界 340 m 以上以坐标点 385100 94185 和坐标点 385000 93600 的 连线及风井工业广场煤柱为界 340m 以下以毕 9 孔 11 孔 36 孔连线为界 同时浅部 以可采煤层 400m 水平底板等高线与灵东矿为界 2 1 2 开采界限 灵泉矿井田煤系地层主要由石炭系 二叠系地层组成 含煤 12 层 其中可采煤层 2 层 分别为 5 煤层 8 煤层 其中主采煤层为 5 煤层 本矿井设计主要针对 5 煤层 开采上限 5 煤层以上没有可采煤层 下部边界 8 煤层以下没有可采煤层 2 1 3 井田尺寸 井田的平均走向长度为 10km 平均倾向长度为 3 6km 井田面积为 34 57km2 灵泉矿 2 4Mt a 新井开拓设计 8 2 2 矿井工业储量 2 2 1 勘探类型及储量等级的圈定 1 井田勘探类型 根据矿井勘探情况 其勘探类型为 类 型 2 钻孔及勘探线分布 全区经过普查 详查 精查勘探及使用综合勘探的精查补充勘探后 使完成钻孔 145 个 地震物理点 3466 个 平均每平方公里有 2 13 个 地震物理点 23 9 个 共计工 程量为 10621 27m 其中水文钻孔 3 个 为 1865 61m 2 2 2 储量等级的圈定 根据对煤矿床的勘探 研究程度和煤炭工业建设的需要 将煤炭储量划分为 A B C D 四级 本矿井煤质稳定 煤类单一 水文地质条件中等 煤系中无岩浆岩破坏活动 因此 储量级别的划分主要依据对地质构造和煤层的控制 研究程度 邻近不可采边界的块段均不圈定高级储量 断层煤柱不圈定高级储量 一律降为 C 级储量 2 2 3 煤层最小可采厚度 该井田煤层倾角均小于 25 各煤层经洗选后均能达到炼焦用煤要求 根据 生产 矿井储量管理规程 的规定 确定煤层的最小可采厚度为 1 3 m 2 2 4 矿井工业储量的计算 矿井工业储量是指在井田范围内 经过地质勘探 煤层厚度与质量均合乎开采要求 地质构造比较清楚 目前即可供利用的可列入平衡表内的储量 矿井工业储量即 A B C 级储量 井田范围内全区可采煤层为 5 8 煤共 2 层煤 其中 5 煤平均厚度为 3 52m 8 煤 平均厚度为 3 54m 可采煤层总厚为 7 06m 1 计算数据的求取 1 投影面积 以 1 5000 煤层底板等高线图为基础 划分储量计算块段 块段形 状规则的以几何图形求面积的方法计算 不规则的 则用 AutoCAD 在计算机上求得 2 煤层厚度及倾角 按 生产矿井储量管理规程 要求 计算块段储量使用的煤 厚及倾角是工程揭露的控制该块段见煤点的煤厚及倾角平均值 华北科技学院毕业设计书 9 3 容重 计算块段储量所用的容重根据取样测定数据 见表 2 2 表 2 2 各煤层容重表 煤层5 煤层9 煤层 容重 1 361 56 4 设计回采率 根据 生产矿井储量管理规程 规定 本设计矿井各煤层的回采 率数据如表 2 3 表 2 3 各煤层回采率数据表 煤层5 煤层9 煤层 回采率80 80 2 储量计算公式 按 生产矿井储量管理规程 规定储量计算采用公式为 1 块段地质储量 斜面积 x 煤厚 x 容重 2 块段可采储量 Q1 P x 1 n x K 式中 Q1 工业储量 P 永久煤柱储量 n 地质及水文地质损失系数 K 设计采区回采率 3 煤层地质储量 该煤层各块段地质储量之和 4 水平地质储量 该水平各煤层块段地质储量之和 5 煤层可采储量 该煤层各块段可采储量之和 6 水平可采储量 该水平各煤层块段可采储量之和 7 全矿地质储量 各煤层地质储量之和 各水平地质储量之和 8 全矿可采储量 各煤层可采储量之和 各水平可采储量之和 依据勘探钻孔见煤厚度 采用地质块段法计算 公式见 2 1 Q 2 1 i ii n i i a rMS cos 1 1 式中 Q 工业储量 万 t Si 块段水平投影面积 m2 灵泉矿 2 4Mt a 新井开拓设计 10 Mi 块段内钻孔见煤厚度的均值 m A 块段内煤层的平均倾角 度 计算出的矿井工业储量为 3 58 亿 t 2 3 矿井可采储量 2 3 1 保护煤柱储量计算 要计算井田可采储量 首先要确定各种永久煤柱损失 永久煤柱一般是指保护工业 广场和井筒的保护煤柱 井田境界和大断层两侧的井田境界煤柱和断层煤柱 以及保护 地面建筑物 河流 铁路等而留设的保护煤柱等 1 工业广场保护煤柱 受保护面积边界是由受保护建筑物和主要井筒的边界向外加上一部分备用量即维护 带确定的 受保护建筑物边界一般不是直接以被保护建筑物的外边界为准 而是取平行 于煤层走向或倾斜方向的与受保护建筑物外缘相连的直线所围成的面积 作为受保护建 筑物的边界 地面建筑物和主要井筒的保护煤柱是从受保护的边界起 按基岩移动角 和 及表土层移动角 所做的保护平面与煤层的交线来确定 煤层群开采时 应采用重复 采动条件下的移动角值 基岩移动角和表土层移动角如图 2 3 1 所示 图 2 2 岩层移动角示意图 安全煤柱的留设与计算一般用垂直断面法求得 煤柱的留设的计算方法与步骤如下 1 确定受保护面积 如图所示 在开拓平面图上通过建筑物四个角分别做平行与煤层走向和倾斜的四条 华北科技学院毕业设计书 11 直线 得矩形 abcd 在矩形的外缘加上 15m 宽的维护带 得受保护面积 a b c d 断面 断面 建筑物的长轴方向 煤层 围护带 图 2 3 用垂直断面法确定建筑物下安全煤柱 2 确定受保护煤柱 通过受保护面积中心作一沿煤层倾斜剖面 1 在这个剖面上 由维护带的边缘点 m1 n1 起在表土层以 45 度划两条保护线 即 m1m2 n121n2 然后在基岩中在下山 和上山方向按上山移动角 70 和下山移动角 66 作保护线 与煤层相交得 n 和 k 则通过 n 和 k 的走向线分别为保护煤柱的上部和下部边界 以同样的方法在平 行煤层走向的剖面 2 按走向移动角 70 作保护线 得沿走向的煤柱边界 A B 和 C D 将 n k 和 A B C D 均绘制在平面图上 即得保护煤柱边界 ABCD 煤柱是一个梯形 3 煤柱煤量计算 工业场地煤柱煤量 梯形面积 煤层平均厚度 煤层平均密度 工业广场面积的取值 依据设计井型大小按 煤矿设计规范 中 关于煤矿设计规 范中若干条文修改的决定 试行 之规定选取 灵泉矿 2 4Mt a 新井开拓设计 12 表 2 4 工业场地占地面积指标 井型 Mt a 1占地面积指标 ha 0 1Mt 1 2 4 及以上 1 0 1 2 1 8 1 2 0 45 0 9 1 5 0 09 0 3 1 8 本矿井井型为 240 万吨 年 工业广场占地面积为 240 10 1 2 10000 1 92 105 m2 设计工业广场形状为长方形 长为 600 m 宽为 400m 矿井的表土层厚度为 50 米 煤层平均倾角 7 70 66 10 冲击层移动角 45 围护带宽度为 15 m 表 2 5 地表层移动角及岩层移动角 地表层厚度 m 5045757050 经计算得 梯形高度 h 1218m 梯形上底 AB 920m 梯形下底 CD 1029m 得 S 底 0 5 920 1029 1218 1186941m2 工业广场保护煤柱煤量 梯形面积 煤层平均厚度 煤层平均密度 所以 5 煤层工业场地煤柱量 1186941 3 52 1 36 568 万 t 8 煤层工业场地煤柱量 1186941 3 54 1 56 655 万 t 故 总工业场地煤柱量 1223 万 t 2 断层保护煤柱 断层长约 3632m 两侧各留 30m 保护煤柱 P2 L h r 式中 P2 断层煤柱损失 L 断层长度 h 保护煤层厚度 r 煤的容重 则 P2 3632 30 2 1 36 3 52 1 56 3 54 225 万 3 边界保护煤柱 井田边界保护煤柱线长约 26920m 根据设计要求 边界煤柱取 30m 煤损 P 30 L h r 华北科技学院毕业设计书 13 L 井田边界保护煤柱线长度 h 煤层厚度 r 煤容重 P3 30 26920 1 36 3 52 1 56 3 54 833 万 t 4 村庄保护煤柱 根据 煤炭工业设计规范 补充规定 为保证安全 村庄下必须留设保护煤柱 但 是村庄已迁出 无需留村庄保护煤柱 5 保护煤柱总的储量损失为 1223 225 833 2281 万 t 表 2 6 保护煤柱损失量 煤柱类型占用储量 万 t 工业广场保护煤柱 1233 断层保护煤柱 255 井田边界保护煤柱 833 村庄保护煤柱 0 合 计 2281 2 3 2 可采储量计算 可采储量由公式 2 2 计算 2 2 CPZZ gk 式中 Zg 矿井工业储量 万 t P 保护煤柱损失储量 万 t C 采区回采率 取 80 则 Zk 35800 2281 80 26815 万 t 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 煤炭工业矿井设计规范 规定 矿井设计生产能力按工作日 330 d 计算 每天 灵泉矿 2 4Mt a 新井开拓设计 14 4 班作业 每天净提升时间为 16 h 因此 确定矿井设计年工作日为 330d 工作制度 采用 四六制 每天四班作业 三班生产 一班准备 每班工作 6h 矿井每昼夜净提升时间为 16h 3 2 矿井设计生产能力及服务年限 3 2 1 确定依据 煤炭工业矿井设计规范 第 2 2 1 条规定 矿井设计生产能力 应根据资源条件 外部建设条件 国家对煤炭资源配置及市场需求 开采条件 技术装备 煤层及采煤工 作面生产能力 经济效益等因素 经多方案比较后确定 矿区规模可依据以下条件确定 1 资源情况 煤田地质条件简单 储量丰富 应加大矿区规模 建设大型矿井 煤 田地质条件复杂 储量有限 则不能将矿区规模定的太大 2 开发条件 包括矿区所处地理位置 是否靠近大城市及老矿区 交通 铁路 公路 水运 用户 供电 供水 建筑运料及劳动力来源等 条件好者 应加大开发强 度和矿区规模 否则应缩小规模 3 国家需求 对国家煤炭需求量 包括煤种 煤质 产量等 的预测是确定矿区规 模的一个重要依据 4 投资效果 投资少 工期短 生产成本低 效率高 投资回收期短的应加大矿区 规模 反之应缩小规模 3 2 2 矿井设计生产能力 灵泉矿井田储量丰富 煤层赋存稳定 厚度变化不大 顶底板条件好 倾角小 技 术装备先进 经济效益好 交通运输便利 宜建大型矿井 又考虑井田褶曲断层较发育 确定灵泉矿井设计生产能力为 2 4Mt a 3 2 3 矿井服务年限 矿井服务年限必须与井型相适应 矿井可采储量 Zk 设计生产能力 A 和矿井服务年限 T 三者之间的关系为 T 3 1 K A Zk 式中 Zk 矿井可采储量 Mt A 设计生产能力 Mt T 矿井服务年限 a 华北科技学院毕业设计书 15 K 矿井储量备用系数 取 1 4 则矿井设计服务年限为 T 268 15 2 4 1 4 79 8a 符合 煤炭工业矿井设计规范 要求 表 3 1 我国各类井型的新建矿井和第一水平设计服务年限 第一开采水平服务年限 a矿井设计生产 能力 Mt a 1 矿井设计服 务年限 a煤层倾角 25煤层倾角 25 45 煤层倾角 45 6 0 及以上 7035 3 0 5 0 6030 1 2 2 4 50252015 0 45 0 90 40201515 灵泉矿 2 4Mt a 新井开拓设计 16 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些列巷道进入煤体 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 位置及其相互关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 1 确定井筒的形式 数目和配置 合理选择井筒及工业广场的位置 2 合理确定开采水平的数目和位置 3 布置大巷及井底车场 4 确定矿井开采程序 做好开采水平的接替 5 进行矿井开拓延深 深部开拓及技术改造 6 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 较后才能确定合理方案 在解决开拓问题时 应遵循下列原则 1 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 2 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 3 合理开发国家资源 减少煤炭损失 4 必须贯彻执行煤炭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 是主要巷道经常保持良好状态 5 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 自动化创造条件 6 根据用户需要 应照顾到不同煤质 煤种的煤层分别开采 以及其他有益矿物 的综合开采 4 1 1 井筒形式及数目 1 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 华北科技学院毕业设计书 17 最复杂 平硐开拓受地形及埋藏条件限制 要求地形条件合适 即在煤层赋存较高的山岭 丘陵或沟谷地区 且便于布置工业广场和引进铁路 上山部分储量大致能满足同类井型 水平服务年限要求 斜井开拓与立井开拓相比 井筒施工工艺 施工设备与工序比较简单 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立井简单 井筒延 伸施工方便 对生产干扰少 不易受底板含水层的威胁 主提升胶带有相当大的提升能 力 可满足特大型