煤矿课程设计说明书.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除采矿学课程设计说明书装订 设计矿井： xxxx线单位：矿业工程学院采矿08-4班设计者： xxxx指导教师： xxxx 目 录1 矿井概况与地质特征41.1矿井概况41.1.1地理位置与交通41.1.2地形与河流51.1.3气象51.2井田地质特征51.2.1地质特征61.2.2构造特性61.2.3水文地质61.3煤层特征71.3.1总体特征71.3.2可采煤层详述71.3.3煤的特征81.3.4瓦斯、煤尘及自然发火92 井田境界和储量102.1井田境界102.2矿井储量计算102.2.1矿井工业储量102.2.2矿井可采储量112.2.3工业广场煤柱113 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限133.1矿井工作制度方案133.2矿井设计生产能力及服务年限133.2.1矿井设计生产能力133.2.2井型校核144 井田开拓144.1井筒形式、位置及数目144.2工业场地的位置154.3开采水平及大巷的确定154.4开拓方案比较164.5井底车场及硐室191 矿井概况与地质特征1.1 矿井概况1.1.1地理位置与交通xxxx矿井位于山东省兖州市境内，井田横跨兖州、曲阜两市。津浦铁路干线纵贯井田东北部，兖济铁路从井田北侧向西延伸，兖石铁路自井田南侧向东延伸，西接京九线，东至石臼所新港，矿区铁路经大东章集配站与津浦铁路相接。公路四通八达，104国道沿井田东部通过，兖济公路沿井田西部通过，兖邹公路贯穿井田范围，区内地势平坦，交通十分方便。矿井北距兖州市8 km，东距程家庄2.1 km，东南距邹城市14 km。矿井交通位置图见图1-1。图1-1 矿井交通位置图1.1.2动力供应矿井供电系统共有两个电源，分别来自济宁电业局的马青变电站和xxxx煤泥自备热电厂。来自马青变电站的电源线路共有两回，线路电压等级为35 kV，导线型号LGJ-185。运行方式为：一回运行，一回带电热备用。来自xxxx煤泥自备热电厂的电源线路共有三回。一回为6 kV电源线路，导线型号为YJLV-3150-6，6条并用；另两回35 kV电源线路，导线型号分别为YJV22-1150-35和YJV22-1240-35。1.1.3地形与河流区内为第四系冲积平原，地形平坦，由东北向西南逐渐降低，坡度极为平缓。地面标高变化于+52 m+44 m之间，井口附近地势较高，工业广场标高为+49.20 m。除特大洪水外，一般不受威胁。区内有泗河纵贯全区。泗河全长142 km，河宽1001000 m，流域面积2590 km2，最大流量3380 m3/s；流经本区3层煤隐伏露头的部分地段，向西南注入南阳湖，属一季节性河流，与第四系潜水有一定的水力联系。1.1.4气象本区为温带半湿润季风区，属大陆与海洋间过渡性气候，四季分明。据济宁、兖州、邹城气象站19592001年的观测资料，年平均气温14.1，气温最低月为元月，平均气温-2。最高气温为7月份，平均气温29，最高可达40以上。年平均降雨量712.7 mm，年最小降雨量347.90 mm，最大降雨量1179.3 mm。雨季多集中在78月，有时延至9月，其降雨量约占全年降雨量的65%。年平均蒸发量1884.8 mm，最大蒸发量多在47月，约占全年蒸发量的45%。风向频率多为南及东南风，年平均风速2.73 m/s，极端最大风速24 m/s，最大风速的风向多为偏北风。结冰期由11月至翌年3月，最大冻土深度0.45 m，最大积雪厚度0.19 m。1.1.4自然地震兖州市的地震烈度为7度。据中国地质资料年表记载，本区地震活动性不强。但本区无感地震频发。据记载，充州、邹县共发生地震36次（截止1999），其中破坏性地震7次。1.2 井田地质特征xxxx井田位于兖州煤田东北隅，属全隐蔽井田。北部以滋阳断层为界，南邻鲍店井田，东接东滩井田，西靠杨村井田，西北以兖州城安全煤柱接上组煤层露头为界。1.2.1地质特征兖州煤田为一轴向北东、向东倾伏的不对称向斜。xxxx煤矿位于兖州向斜的北翼，为一走向北东北西，倾向南北北东，倾角214的单斜构造。主要含煤地层为下二叠统山西组和上石炭统太原组，煤系和煤层沉积稳定，为华北型含煤岩系，无岩浆侵入，平均厚度310 m，全部为第四系冲积层所覆盖，井田地质综合状况如图1-2。第四系厚度在132.4235.29 m之间，平均厚度184.08 m，分上中下三组，以粘土、砂质粘土，含粘土的砂（砾），或砂（砾）等相间组成，不整合于侏罗系之上。侏罗系的上侏罗统，最大残厚330.46 m，仅保留于本区东南部的边缘地段，由紫红色细砂岩或中细粒砂岩，间夹细砂岩与泥岩互层所组成，底部偶见砾岩，与二叠系成不整合接触。二叠系之石盒子组最大残厚181.88 m，一般厚度60 m左右，以粘土岩为主，间夹细砂岩，其底部全区普遍发育着一层粗砂岩或含砾砂岩，孔隙度大，硅质接触式胶结，岩性稳定，整合于主要含煤地层山西组之上。二叠系山西组厚84.82152.91 m，一般厚为129.62 m，为本煤田的主要含煤地层，含有不可采的2层煤和稳定可采的3层煤，其中3层煤是井田的主采煤层，煤层底部多为细砂岩、粉砂岩互层，有时相变为中砂岩，整合于石炭系之上。上石炭系的太原群厚148.53185.13 m，一般厚度173.42 m，以粉砂岩和泥质岩为主，间加中砂岩、粘土岩、薄层灰岩及煤层组成，共含煤23层，均不可采。中石炭系本溪群厚21.4936.00 m，一般厚度28.75 m，以灰岩为主，假整合于奥陶系之上。奥陶系马家沟统总厚725.20 m，以石灰岩为主，有裂隙和洞穴，与下覆寒武系呈整合接触。1.2.2构造特征井田位于兖州向斜的北翼。为一倾向南东至北东,倾角214，一般为48，走向北东至北北西的单斜构造，并发育着次一级小型的宽缓波状起伏。区内北东向逆断层不发育，而北西向的高角度正断层较发育，并具有断层走向的弯曲、分叉、合并、落差时大时小、呈“入”字型构造形态等特点。煤层有古河床冲刷切割。地质构造整体比较简单，但有的采区比较复杂，局部不能开采。1.2.3水文地质矿井水文地质比较简单。主要含水层为上覆的第四系覆盖层，总厚度平均184.08 m，分上、中、下三组，除中组粘类的厚度占73%左右，透水性弱，含水不丰富外，其上、下两组均为含水丰富的砂及砂砾岩层。上组含水层局部地段与地表径流和降雨进行垂直渗透补给，补给和排泄条件良好。下组含水层间夹有不稳定的粘土层，其上有中组为隔水层，故含水性虽强，但补给和排泄条件较差，其底部含水层为煤系含水层的主要补给水源。基岩主要含水层对矿井充水直接有关的为第3层煤顶部砂岩，第三层灰岩和第十层灰岩。当有断层构造时，其它含水层也可成为奥陶系灰岩水的通道，直接影响矿井安全开采。煤系底部的奥陶系灰岩，厚度在450750 m之间，虽然含水丰富， 但因距主采煤层甚远，故近期内对矿井生产不产生影响。根据地质报告预测，矿井正常涌水量为215.64 m3/h，最大涌水量为312.13 m3/h。1.2.4开采技术条件1）地温据钻孔测定：非煤系地层地温梯度较小，一般为每百米1.6。煤系地层地温梯度相应增高，一般为每百米2.7；综合平均梯度每百米2.44。通常-650 m以上层段的地温不超过31；-650-750 m层段的地温为3137。2）瓦斯、煤尘及自然发火根据地质资料，本矿井第3、16、17层煤都属于氮气带，沼气和二氧化碳含量很底，均小于10 m3/t，属低瓦斯矿井。可采煤层均有煤尘爆炸危险，煤尘爆炸指数一般为37%42%。各煤层都有自燃发火倾向，自燃发火期为36个月。1. 3煤层特征井田含煤地层共含有26层煤，总厚度17.88 m。其中稳定可采的仅有3号层煤，煤层厚度为8.0410.05 m，加权平均厚度为9.00 m，为特厚煤层，约占煤层总厚的50.3%，是矿井的主采煤层。煤层倾角为210，平均6，为近水平煤层。煤层硬度系数f2.3。1.3.1煤质特征本区煤质稳定，各层煤的主要指标变化很小，均为中变质程度的气煤。山西组煤层（第2、3层煤）属低硫中灰中等可选至易选煤，为沥青弱玻璃光泽，厚层状，视密度为1.35 t/m3，煤岩成分以暗煤为主、亮煤次之，煤岩类型为亮暗煤，煤质牌号为气煤43，属低硫、低磷、低灰分、高发热量之煤种，是良好的动力用煤和炼焦配煤；太原群煤层（第616、17层煤）属中灰富硫至高硫的易选煤，不宜单独作炼焦配煤，为动力用煤。表1-1 煤种和煤质一览表煤质情况Ma.d(%)Ad(%)Vadf(%)Qgr.d(Mj/kg)Cdaf(%)St.d(%)Y(mm)工业牌号2.3514.3039.9033.3043.000.4510QM43煤岩成分以暗煤为主、亮煤次之，煤岩类型为亮暗煤，煤质牌号为气煤43，属低硫、低磷、低灰分、高发热量之煤种，是良好的动力用煤和炼焦配煤。表1-2 煤层特征表煤层厚度8.0410.05 m，加权平均厚度为9.27 m，为特厚煤层煤层倾角210，平均6，为近水平煤层煤层硬度系数f2.3表1-3 煤层顶底板情况一览表顶底板名称岩石名称厚度（m）特性描述老顶中砂岩20.34灰白色，少量燧石及菱铁质点，粒度相下渐粗，底部以粗粒为主，微层状缓波状层理为主，少量斜层理粉、中砂岩互层11.5深灰、浅灰色，成分石英为主，下部以细粒为主，粉砂粒细，中层状具缓波状层理发育，中部斜层理为主。下部呈浑浊状层理。直接顶粉砂岩3.20深灰色，含苛达树等叶化石，显隐伏微波状水平层理。直接底粉砂岩7.04深灰色，具水平层理。顶部含根化石以下含细羊齿及苛达树化石。老底中砂岩9.22灰灰白色，致密坚硬，以石英长石为主，钙泥质胶结，斜层理为主。此文档仅供学习与交流图1-2 地质综合柱状图2 井田境界和储量2.1井田境界xxxx井田位于兖州煤田东北隅，属全隐蔽井田。北部以滋阳断层为界，南邻鲍店井田，东接东滩井田，西靠杨村井田，西北以兖州城安全煤柱接上组煤层露头为界。井田走向长最大10.7km，最小9.6km，平均10.2km；倾斜宽最大8.0km，最小5.3km，平均6.7km；井田水平宽度为7.18.6 km，面积58.76km2。2.2矿井储量计算2.2.1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。本矿井设计对3煤进行开采设计，平均厚度9.27m，平均倾角6，面积58.76km2。矿井地质资源量可由以下等式计算：Zz=mfr/cos （2.1）式中：Zz矿井地质资源量，Mt； m煤层平均厚度，m；f煤层底面面积，m2；煤层平均倾角，； 煤容重，t/m3。取1.35t/m3根据计算得：Zz=739.40Mt。（2）矿井工业储量根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，100%探明的，0%控制的，0%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。矿井工业储量可用下式计算：Zg=Z111b+Z122b+Z2m11+Z2m22+Z333k （2.2）式中：Zg矿井工业资源/储量； Z111b探明的资源量中经济的基础储量； Z122b控制的资源量中经济的基础储量； Z2m11探明的资源量中边际经济的基础储量； Z2m22控制的资源量中边际经济的基础储量； Z333推断的资源量； k可信度系数，取0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，k值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存较稳定的矿井，k取0.7。该式取0.8。Zg=Zz=739.40 Mt。2.2.2矿井可采储量矿井设计资源储量按下式计算：式中：Zs矿井设计资源/储量；P1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量之和。除铁路保护煤柱外，其他煤柱损失，由于断层很多，所以按工业储量的5%算。津浦铁路两侧维护带取20m，长取86.7Km计算得铁路保护煤柱损失为43.6Mt。可得：矿井设计可采储量Zk=(Zs-P2)C式中：Zk矿井设计可采储量；P2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%计算；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0.75。2.2.3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5.0Mt/a，所以取工业广场的尺寸为600m700m的长方形。煤层的平均倾角为6度，工业广场的中心处在井田中央，其中心处埋藏深度为-320m，该处表土层厚度为184.08m，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15m。本矿井的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2.4。表2.3 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1.0120-1801.245-901.59-301.8表2-4 岩层移动角广场中心深度/m煤层平均倾角煤层厚度/m松散层厚度/m-32069.27184.0845757572由此根据上述以知条件，画出如图2.3所示的工业广场保护煤柱的尺寸：可得梯形的面积为152.6公顷，则S= 152。6/cos6=153.4公顷工业广场的煤柱量为Zi=SMR式中：Zi工业广场煤柱量，万t；S 工业广场压煤面积，m2；M煤层厚度，9.27m；R 煤的容重，1.35t/m3。Zi=153.49.271.3510419197243t3 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，三八制作业（两班生产，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3.2.1矿井设计生产能力xxxx井田储量丰富，煤煤层赋存稳定，顶底板条件好，厚度变化不大，开采条件较简单，交通运输便利，宜建大型矿井。确定xxxx矿井设计生产能力为5.0Mt/a。井田的设计生产能力应与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/(AK)其中：T矿井的服务年限，年； Zk矿井的可采储量，484.24Mt； A矿井的设计生产能力，5Mt/a； K矿井储量备用系数，取1.3。则： T=484.24/（51.3） =74.5（年）即本矿井的开采服务年限符合规范的要求。3.2.2第一水平服务年限校核矿井设计为第一水平立井单水平开采(见第四章)，水平在-370m，水平服务年限即为全矿井服务年限，为74.5年。由表3.1可知，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3.1 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限表矿区建设规模（万吨/年）1000800500300100100均衡生产年限（年）10090705040304 井田开拓4.1井筒形式、位置及数目（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，立井最复杂。考虑到本矿井煤层倾角小，平均6，为近水平煤层。地表平坦无起伏，且煤层埋藏较深，平硐开拓没有条件。而表土层平均厚度184.08m，如果用斜井开拓不仅斜井过长，而且会造成运输距离和通风路线过长，经济上不合理。因此对该矿设计用立井开拓，表土层无强含水层，属稳定表土层，立井井筒表土段施工方法采用普通施工法。立井开拓具有不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地质等自然条件限制；井筒短，提升速度快，对辅助提升特别有利；井筒通风断面大，能满足高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井需风量的要求等优点。（2）井筒位置的确定井筒位置选择要有利于减少初期井巷工程量，缩短建井工期，减少占地面积，降低运输费用，节省投资；要有利于矿井的迅速达产和正常接替。因此，井筒位置的确定原则：沿井田走向的有利位置当井田形状比较规则而且储量分布均匀时，井筒的有利位置应在井田走向中央；当井田储量呈不均匀分布时，应布置在储量的中央，以形成两翼储量比较均匀的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网路较短，通风阻力小。井筒沿井田倾斜方向的有利位置井筒位于井田浅部时，总石门工程量大，但第一水平及投资较少，建井工期短；井筒位于井田中部时，石门较短，沿石门的运输工程量较小；井筒位于井田的下部时，石门长度和沿石门的运输工作量大，如果煤系基底有含水量大的岩层不允许井筒穿过时，它可以延深井筒到深部，对开采井田深部及向下扩展有利。从井筒和工业场地保护煤柱损失看，井筒愈靠近浅部，煤柱尺寸愈小，愈近深部，煤柱尺寸愈大。因此，一般井筒位于井田倾向方向中偏上的位置。有利于矿井初期开采的井筒位置尽可能的使井筒位置靠近浅部初期开采块段，以减少初期井下开拓巷道的工程量，节省投资和缩短建井工期。地质及水文条件对井筒布置影响要保证井筒，井底车场和硐室位于稳定的围岩中，应尽量使井筒不穿过或少穿过流沙层，较大的含水层，较厚冲积层，断层破碎带，煤与瓦斯突出的煤层，较软的煤层及高应力区。井口位置应便于布置工业广场井口附近要布置主，副井生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统间互相连接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地面平坦，高差不能太大，尽量避免穿过村镇居民区，文物古迹保护区，陷落区或采空区，洪水浸入区，尽量避免桥涵工程，尤其是大型桥涵隧道工程。井口应满足防洪设计标准附近有河流或水库时要考虑避免一旦决堤的威胁及防洪措施。由于本井田倾角平缓，厚度变化小，津浦铁路从井田东北贯穿而过。故把井筒置于井田中央，津浦铁路西侧。（3）井筒数目为了满足井下煤炭的提升，需设置一主井，辅助提升及进风设置一副井。矿井瓦斯含量低，但煤层易自燃，且井田面积较大，所以采用两翼对角式与采区式混合通风，共计四个井筒。4.2工业场地的位置工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中部。工业场地的形状和面积：根据表2.3工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为42公顷，形状为矩形。考虑到西二盘区边界铺子支二断层和大岗头断层的影响，为了尽量减少开采过程中边角煤损失，本设计确定工业场地长边为南北方向，与煤层的走向夹角约50；长轴700 m，短轴600 m；地面标高+47.27m。4.3开采水平及大巷的确定本矿井主采煤层为3#煤，平均倾角为6，煤层煤层可采线在-160m，最深处到-560m，垂直高度最大达400m。根据煤炭工业设计规范规定，缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高宜为200350m。由于本矿井开采近水平煤层，井下煤炭运输采用带式输送机，辅助运输采用无轨胶轮车，上下山斜长限制较少，所以阶段垂高可适当加长，只设一个水平也在考虑之中。采用两个水平划分时，立井开拓第一水平，针对第二水平延深方式的不同，提出不同方案进行对比。根据地质资料，本矿井3#煤属易自然发火煤层，自然发火倾向性为类，发火期36个月，煤层平均厚度8.28m。由于大巷服务年限长，若采用煤层大巷则维护困难，且煤层易自燃，一旦发火则全矿停产。综合考虑各种因素，确定开拓大巷均为岩层大巷。4.4开拓方案比较 （1）提出方案方案一：立井单水平上下山开采。主副井都采用立井，在井田中央、3#煤的底板岩层中布置两条-370m水平岩层大巷，大巷距煤层底板30m左右。方案如图4.1所示。方案二：一水平立井、二水平暗斜延深。主井采用暗斜井延深，副井直接延深。副立井延深到-410m水平时，通过石门与二水平辅助运输大巷相连。位于井田走向中央、倾向中央偏上处。方案如图4.2所示。图4.1 方案一 立井单水平上下山开拓图4.2方案二 一水平立井开拓二水平副井直接延深、主井暗斜井延深（2）技术比较方案一采用立井单水平开拓，主要考虑实现生产高度集中化、简化开采系统、减少开拓工程量，以及首采西六带区储量大、地质条件简单。方案二采用两水平开拓暗斜井延深，初期投资少，能够迅速地出煤和达到设计能力，工业场地压煤量少，以及方案一中长距离巷道（工作面平巷或斜巷、上下山）掘进及维护带来的不利因素（如通风、电压降、煤巷自燃问题等）； （3）粗略经济比较表4.5 方案一 立井单水平上下山开拓基建费用计算表项目数量基价费用费用（10m）（元）(万元)(万元)初期基建费用（万元）主井开凿表土段18.4058203.00107.09298.12基岩段23.3081986.00191.03风井开凿表土段18.4049282.0090.68255.19基岩段23.3070605.00164.51副井开凿表土段18.4069549.00127.97348.10基岩段23.8092491.00220.13辅助运输大巷开凿269.4823997.00646.67646.67胶带运输大巷开凿269.4821911.00590.46590.46带区集中巷开凿辅助运输巷250.3023997.00600.641156.74胶带运输巷250.3022217.00556.09小计3295.27项目数量基价费用费用（10m）（元）(万元)(万元)后期基建费用（万元）浅部风井开凿表土段18.44928290.68114.95基岩段4.35645324.27深部风井开凿表土段18.44928290.68244.88基岩段21.8470605154.20辅助运输大巷开凿339.0523997813.62813.62胶带运输大巷开凿339.0521911742.89742.89准备巷道开凿辅助运输煤巷864.61239972074.802738.48辅助运输岩巷227.6929148663.67胶带运输煤巷864.61222171920.902537.06胶带运输岩巷227.6927061616.15小计7191.88合计费用（万元）10487.15百分比100%表4.6 方案三 两水平开拓副井直接延深、主井暗斜井延深基建费用计算表项目数量（10m）基价（元）费用(万元)费用(万元)初期基建费用（万元）主井开凿表土段18.4058203.00107.09181.76基岩段10.8069140.0074.67风井开凿表土段18.4049282.0090.68117.89基岩段4.8256453.0027.21副井开凿表土段18.4069549.00127.97263.23基岩段16.8080513.00135.26辅助运输大巷开凿117.1222965.00268.97513.83胶带运输大巷开凿117.1220907.00244.86带区集中巷开凿辅助运输巷321.0122965.00737.201419.80胶带运输巷321.0121264.00682.60小计2496.51项目数量（10m）基价（元）费用(万元)费用(万元)后期基建费用（万元）浅部风井开凿表土段18.4049282.0090.68114.95基岩段4.3056453.0024.27中部风井开凿表土段36.8049282.00181.36554.29基岩段52.8270605.00372.94后期进风井开凿表土段18.4049282.0090.68284.14基岩段27.4070605.00193.46辅助运输大巷开凿504.3723997.001210.341210.34胶带运输大巷开凿504.3721911.001105.131105.13主暗斜井岩巷2091.8025900.005417.765417.76井底车场及硐室水仓99.5016934.00168.