北阳庄矿井新井设计毕业论文

北阳庄矿井新井设计第 1 页第一章 矿区概述及井田地质特征第一节 矿区概述一、地理位置及交通条件北阳庄矿井位于河北省张家口市蔚县境内，行政区划隶属于蔚县涌泉庄乡和杨庄窠乡管辖，其地理坐标为北纬 395137395730，东经 11431101143912。 南 留庄灵求 西 合营广灵 北 京山西省 河北省沙 蔚 铁 路蔚县 沙城秦大 壶流河矿区蔚县 北 阳 庄 矿 井 田 张家口市 涿鹿化销营阳原大 同图 1-1 北阳庄煤矿地理位置图北阳庄矿井新井设计第 2 页地形特点：北阳庄井田地形为西北高，东南低的山前冲洪积平原，海拔高程介于+900+1100m 之间，北西向冲沟发育，最深可达 20 余米，平时沟底干涸无水，暴雨后洪水顺冲沟泄于从蔚县矿区南流经的壶流河中。南至蔚县县城直距 6km，蔚县西至山西广灵、大同，北至张家口、宣化均有沥青公路相通。已建成的沙（沙城） 蔚（蔚县）铁路与北（北京） 张（张家口） 、丰（丰台） 沙（沙城）大（大同）铁路干线直接相连，铁路交通条件良好。矿区铁路专用有线由沙蔚地方铁路支线的西合营站接轨见交通图（图 1-1） 。二、地形特点及居民点分布北阳庄井田地形为西北高，东南低的山前冲洪积平原，海拔高程介于+900+1100m之间，北西向冲沟发育，最深可达 20 余 m。内北阳庄矿井井田内共井田无国家自然保护区，无国家保护的动、植物品种。区内没有文物古迹，也没有对环境比较敏感的村庄等居民点。农作物以玉米为主。建筑材料：水泥、砖等蔚县有水泥厂砖厂。三、矿区气候条件本区属北方干燥型大陆气候，年平均雨量为 425.1mm，且大都集中在 7、8 月份。年平均气温为 6，最高月（7 月）平均气温为 23.2，最低月（1 月）平均气温为-12.8。冬季长达 5 个月之久，年蒸发量为 1650mm。冬季多西北风，最大风力达 9 级，3 月份，并有沙尘暴现象，其他时间多季风，风力不强。冻结期自 11 月至次年 3 月，冻土深度为 1.31.5m。北阳庄井田地形为西北高，东南低的山前冲洪积平原，海拔高程介于+900+1100m 之间，北西向冲沟发育，最深可达 20 余米，平时沟底干涸无水，暴雨后洪水顺冲沟泄于从蔚县矿区南流经的壶流河中。四、矿区水源经过水资源的勘探，目前已取得了 1.23m3/s 的水资源，其中 B 级 0.48m3/s，C 级0.75m3/s，可作为矿区用水的水源地。根据水资源法，河北省水利厅、蔚县水利局批文同意矿区取水 0.81m3/s，作为生产、生活用水。根据矿区总体规划，北阳庄矿井初期用水可由矿区已建成的 199 水源地供水系统解决。五、矿区电源根据蔚县矿区中心工业区规划 ，矿区 110kV 变电站设在单候矿井工业区内，目前矿区 110kV 变电站已经建成，并已向崔家寨矿井供电，变电站内已为北阳庄矿井留设了出线间隔，矿井供电电源可靠。北阳庄矿井新井设计第 3 页第二节 井田地质特征一、井田地形及勘探程度北阳庄井田地形为西北高，东南低的山前冲洪积平原，海拔高程介于+900+1100m之间，北西向冲沟发育，最深可达 20 余 m。北阳庄井田正式精查前累计施工钻孔 104 个，工程量为 51166.57m（含详查及 31 线以东详查补充） 。精查阶段施工钻孔 90 个，工程量 48019m。二、井田内煤系地层根据区域地质资料及钻探揭露，本井田地层有：古生界寒武系上统与奥陶系下统；中生界侏罗系下中统下花园组；中统髫髻山组、后城组；新生界第四系下更新统泥河湾组、上更新统马兰组及全新统现由上而下分述如下：1、新生界第四系主要由粘土、亚粘土组成，夹砂及卵砾石层，厚度 32454m，平均 224m，西北部较薄，东南部较厚。与下伏中生界侏罗系呈不整合接触。2、中生界侏罗系中侏罗统后城组（J2h）在全井田均有分布，为一套类磨拉石建造，与下伏煤系呈角度不整合接触关系。厚度6384m，平均 189m。具有西南薄东北厚的特点。按岩性可分为上、下两段。上段：上部为紫红色砂岩、砂砾岩夹凝灰质砂岩、膨土岩，厚度 0135m。中部为灰白、浅绿灰、淡紫色凝灰岩、含砾凝灰岩、沉凝灰岩，厚度 0110m，一般 40m 左右。主要分布于 28 线以东地区。下部为紫红、灰绿、黄灰色凝灰质中粒砂岩、砂砾岩、粉砂岩，夹淡紫、浅红色膨土岩。凝灰质含量向上逐渐增多。厚度 0120m。下段：为暗紫、紫红色巨厚层状砾岩，砾石成分以安山岩、凝灰岩为主，少量为石灰岩及硅质灰岩。分选极差，砾径 2100mm，部分大于 110mm。多为次棱角次园状，泥砂质充填，上部无胶结，松散，下部钙、硅质胶结，致密块状。岩性较均一，局部夹砂岩薄层。厚度 6175m。中侏罗统髫髻山组（J2t）仅见于井田西南部的冲 6、蔚 176 和蔚 177 三个钻孔中，厚度2646m。岩性为灰、灰褐色安山岩，不整合覆于下花园组之上。中下侏罗统下花园组（J1-2x）为本井田含煤地层，厚 3229m，平均 105m，按岩性、岩相及含煤性可划分为上、下两段，其地层代号分别为 J1-2x2 和 J1-2x1。上段（J1-2x2）：主要岩性为冲洪积相的紫红、灰绿色泥岩，夹灰绿、浅灰色砂岩、砂砾岩及砾岩，局部夹灰色砂岩、砂质泥岩及不稳定薄煤层数层。其中灰色层段产植物化石。本段厚度 0173m，平均 54.5m。以连续微角度不整合关系覆于下段地层之上。下段（J1-2x1）：岩性以湖泊湖泊三角洲相的灰色砂岩、粉砂岩和泥岩为主，夹炭质泥岩等 10 余层煤层，其中 1、5 煤层为主要可采煤层，厚度 3174m，平均 72.3m。与下伏古生界为不整合接触关系。3、古生界奥陶系下统（O1）赋存于井田南部，最大残存厚度 85.13m，东北部缺失。上部岩性为浅灰、浅黄色中厚层状白云质灰岩，下部为褐黄色隐晶质石灰岩、豹皮状灰北阳庄矿井新井设计第 4 页岩夹绿色薄层泥灰岩。4、古生界寒武系上统（3）在井田东及东北部为煤系基底。揭露最大厚度 73m。岩性为暗紫色夹灰绿色薄层泥灰岩、竹叶状、砾状灰岩和紫红色粉砂岩薄层。附地质综合柱状图 12三、井田内地质构造北阳庄井田总体体构造形态为一走向近南北或北东倾向东或南东，倾角 515的单斜构造。在单斜构造上发育多个次级褶曲和断裂构造。井田内共发现大小断层 53 条，褶曲 10 个。受之影响，井田煤系被切割成大小不等、形态各异的断块。每个断块的地层走向、倾向不尽相同，同一断块内走向、倾向亦有不同程度的变化，因此，井田构造以断裂为主，褶曲相对不发育的构造特征，复杂程度属中等偏复杂。1、断层构造北阳庄井田区断层较发育。现已发现的 53 条断层，其中正断层 24 条，逆断层 29 条，落差50m 的 11 条，50m30m 的 2 条，30m15m 的 4 条，15m5m 的 31 条。初采范围内的 27 条断层，控制程度可靠及较可靠的 26 条，其中落差 40m 以上的均可靠控制；切穿基底灰岩或后城组砾岩含水层的有 19 条。根据走向特征，区内断层分近东西、北东东、北东、北北东、南北、北北西、北西和北西西向 8 组，其中以走向北东向的断层组最为发育，另外根据临近生产矿井和小煤矿开采资料推断，本区落差 5m 以下的小断层会相当发育。主要断层特征见表 11。表 11 主要断层特征表断层名称 性 质 走 向 倾向倾角/（） 落差/m 控制程度 备注F20 正断层 N E 7085 185 可靠F20-3 正断层 NW NE 7085 185 可靠F32 正断层 NNWW SWWW 6881 150 可靠F33 正断层 NNW NEE 6776 78 可靠F34 正断层 NNE NEE 6780 130 可靠F35 正断层 NNE SEE 5681 180 可靠F201 逆断层 E NE NNW 1030 79 可靠F202 逆断层 ENW NNW 1040 121 可靠F203 逆断层 E NE NNW 540 125 可靠F204 逆断层 E NE NNW 1055 65 可靠F205 逆断层 NEE NNW 1035 105 可靠F206 逆断层 NE NW 1050 40 可靠北阳庄矿井新井设计第 5 页F207 逆断层 NE NW 535 41 可靠表 12 首采区三维地震落差5m 的断层特征表断层名称 性 质 走 向 倾向倾角/（） 落差/m 控制程度 备注F20 正断层 SN E 3548 可靠DF1 正断层 NNE SEE 50 5 较可靠 新发现DF3 逆断层 NWSWNW NENWNE 15 013 较可靠 新发现DF4 正断层 NW SW 55 022 可靠 新发现DF5 正断层 NNW NEE 65 023 可靠 新发现DF6 正断层 NW NE 60 028 较可靠 新发现DF7 正断层 NNW NEE 60 05 控制较差 新发现DF9 逆断层NWNNWNWNENEENE4452 015 可靠 新发现DF12 逆断层 NE NW 25 30120可靠 新发现DF14 逆断层 EW N 22 018 可靠 新发现DF17 逆断层 NEE NNW 13 015 较可靠 新发现DF18 逆断层 NEE NNW 27 029 可靠 新发现DF19 逆断层 NESE NE NWNENW 25 012 较可靠 新发现F201 逆断层 NWEW NW NENNE 43 080 可靠F201-2 逆断层 EWNNEN NWW26 030 较可靠F202 逆掩断层NWNWWNENNE033 0120 可靠F203 逆掩断层NWNE NENW 023 0110 可靠F204 逆掩断层NEEW NW N 025 562 可靠F205 逆掩断层EW N 35 5105 可靠本区落差大于 30m 的断层发育较少，并且均得到较好控制，矿井设计中给予考虑，合理布置采区巷道即可将之对煤层开采的影响程度降至最低。落差大于煤厚的小断层发育较多，是影响本区煤层开采的最大地质因素，需要将来矿井生产中研究探索、总结规北阳庄矿井新井设计第 6 页律、做好预测。切穿基底灰岩或后城组砾岩含水层的 19 条，破碎带冲填比较好，基本不含水，导水性也较弱，一般对水文地质条件影响较小，但由于断层落差缩短了煤层与含水岩层的距离，将使断层成为突水的薄弱带，为此，矿井在设计、生产中应考虑留有足够的保护煤柱、岩柱。2、褶曲构造本区内褶曲构造发育相对较弱，构造规模较小，且被众多断层切割，构造形态不明显。10 个规模较明显的褶曲多数属缓波状。它们仅造成煤层沿走向、倾向缓波状起伏局部对煤层产生剥蚀作用，对煤层的开采影响较小。3、岩浆活动井田内岩浆活动作用较弱，未发现岩浆侵入煤层现象，仅在井田西南部钻孔中见有岩浆喷发产物，对煤层无影响。2006 年三维地震勘探对首采区组合 22 条断层，其中落差大于 5m 的断层 19 条分述见表12。四、水文地质条件1、井田内含水层井田内共有 8 个含水层，自下而上为：（1） 、寒武系灰岩含水层该含水层分布在井田东北部，单位涌水量 0.00847L/s.m，渗透系数 0.152m/d，水位标高 937.10m，富水性弱。（2） 、下奥陶统灰岩岩溶裂隙承压含水层该含水层分布在井田西南部，199 孔附近，灰岩厚度大于 50m 的地段为强富水区，单位涌水量1.0L/s.m，渗透系数 13.895m/d，水位标高 956.99m，强富水区外围至寒武系灰岩连界，灰岩厚度 050m 的地段为中等富水区，单位涌水量 0.1q1.0L/s.m，渗透系数 7.905m/d，水位标高 946.66m。（3） 、下花园组下段砂岩裂隙承压含水层该含水层几乎分布于全井田，厚 4.6436.25m，单位涌水量0.0006630.0176L/s.m，渗透系数 0.001590.062m/d，水位标高 906.17949.97m，富水性弱。（4） 、下花园组上段砂岩裂隙承压含水层该含水层主要分布于井田西北部，根据临近区揭露情况看，该含水层基本无水，富水性弱。（5） 、后城组砾岩孔隙裂隙承压含水层分布于全井田，局部单位涌水量 0.1160.167L/s.m，富水性中等。大部单位涌水量0.0002790.0118L/s.m，富水性弱，渗透系数 0.001180.733m/d，水位标高950.97994.86m。（6） 、第四系泥河湾组砂砾石孔隙承压含水层该含水层层数为 313 层，平均厚度 19.2m，井田中北部单位涌水量 0.0666L/s.m，井田西部单位涌水量 0.4100.593L/s.m，渗透系数 1.9293.6m/d，水位标高951.43958.07m，井田中北部富水性弱，南部富水性中等。（7） 、第四系马兰组砂砾石孔隙承压含水层北阳庄矿井新井设计第 7 页分布在 243 孔至 347 孔一线以北，含水层层数 24 层，平均厚度 15.3m，单位涌水量 0.128L/s.m，渗透系数 1.442m/d，水位标高 979.009m，富水性弱。（8） 、第四系全新统砂砾石孔隙潜水含水层主要分布于壶流河河床，薄滩阶地及其支流河的沙河或冲沟中，单位涌水量8.455L/s.m，水位埋深 4.6m，水位标高 903.1 m，富水性较强。2、主要隔水层1 煤层底板至基底灰岩顶界赋存一层鲕状泥岩、泥岩隔水层，该隔水层分布面积广，其厚度受基底古地形的控制，厚度一般为 210m，局部1m，岩性致密、细腻、裂隙不发育。天然状态下，一般能起到隔水作用。使基底灰岩与煤系砂岩含水层间水力联系不密切，但由于基底灰岩水，水头压力较高，在开采状态下，易造成底鼓，形成底板突水。煤系中各主要可采煤层顶板砂岩含水层间均有稳定的泥岩、粉砂岩隔水层存在，隔水性能较好，使煤系砂岩各含水层间水力联系微弱。后城组砾岩含水底界至是最上可采煤层间有较稳定的泥岩、粉砂岩隔水层，厚度一般9100m，最小 1.75m，最大 241.31m。天然状态下，能起到隔水作用，使后城组砾岩含水层与煤系砂岩含水层水力联系不密切。开采状态下，顶板冒落带、导水裂隙带可影响到后城组砾岩含水层，因此，此隔水层起不到隔水作用或隔水性减弱。第四系各砂砾石含水层间都有粘土、亚粘土层分布，厚度一般为 2030m，局部较厚，能起到良好的隔水作用。第四系底部砂砾石含水层与后城组砾岩含水层呈“天窗”接触，第四系底部含水层与后城砾岩含水层水力联系较密切。3、地下水的补给、径流及排泄条件本井田位于蔚县矿区的东南部，矿区的南、东、西三面都有断层隔水，北部月山向斜西北翼寒武系底部的页岩隔水层翘起阻水。只在矿区西北、西南与东北有三个进出水口。故矿区及井田奥灰水处于一个半封闭的蓄水构造中。基底灰岩水接受并北部月山裸露区的补给及西北部暖泉-大湾断层尖灭带进水口的补给，向东南迳流，流经崔家寨井田、单候井田进入本井田，由于井田中部 F33 阻水断层的存在，地下水折向南西最终向暖泉排泄。北部月山侏罗系出露面积约 150km2，风化裂隙发育，接受大气降水补给后，自月山向斜，沿基岩裂隙渗补给煤系含水层，由北而南向井田迳流，由于为煤系含水层富水性弱，且排泄条件差，迳流呆滞。后城组砾岩含水层一方面接受其他基岩含水层地下水的补给，另一方面接受第四系底部砂砾石含水层水以“天窗”形式补给，由于该含水层固结程度差，且破碎，利于地下水的储存，但排泄条件差。本井田处于月山东南山前倾斜平原，冲沟密布，切割较深，第四系地下水主要接受大气降水的补给及北部月山基岩地下水的侧向补给，经井田内迳流，在壶流河一、二级阶地附近形成自流区，地下水以泉水或人工揭露点形式自流排泄。4、井田水文地质类型精查地质报告中，本井田为以底板进水为主的中等复杂岩溶充水矿床。2006 年水文地质条件评价报告对井田分区评价为:区井田东北部 33.55km2(占井田面积 68.2%)为水文地质条件简单区;区井田西及西南 15.28 km2(占井田面积 31%)为水文地质条件中等区;北阳庄矿井新井设计第 8 页区西南角 0.39 km2(占井田面积 0.7%)为水文地质条件复杂区;整个井田矿床水文地质类型定为以底板进水为主，水文地质条件中等的岩溶充水矿床即类型.5、矿井充水因素分析（1） 、煤系基底灰岩岩溶裂隙含水层，寒武系灰岩分布在井田的东北部，为弱富水区，对下部煤层（1、5 煤层）开采影响较小，位于井田西、西南部下奥陶统灰岩为中等强富水区，对开采下部的 1、5 煤层影响较大。1 煤：底板与下奥陶统灰岩之间普遍发育一层鲕状泥岩或泥岩、砂质泥岩，厚度一般210m，局部小于 1.0m，不满足泥岩的安全隔水层厚度要求.因此，在下奥陶统灰岩分布范围内，开采 1 煤层均为煤层底板突水的危险范围。5 煤：底板与下奥陶统灰岩隔水层厚度为 287m，下奥陶统灰岩水静水压力 3.04.5MPa，安全隔水层厚度 22.433.6m，在下奥陶统灰岩分布范围内，井田有四处为可能突水的地段，其余部位为相对安全区。应该指出的是 1、5 煤层，虽有隔水层的存在，其厚度乘以 0.134 倍的数值若大于静水压力时，可起阻水作用，但由于井田内大量断层的存在，使 1、5 煤层与灰岩的间距缩短或二者对接，或由于断层的影响使隔水岩层力学强度降低，造成对煤层开采的威胁。（2） 、煤系直接盖层后城组砾岩含水层富水性弱-中等，该含水层底板距上部可采煤层（6、7 煤层）顶板，最小间距 1.75m，最大间距 241.31m，一般 2040m。局部地段后城组砾岩含水量水层对开采上部的 6、7 煤层构成直接威胁。后城组砾岩含水层涌入矿井的地段主要在首采区的南部和中部的个别地段。（3） 、第四系下部的泥河湾组含水层富水性弱中等，该含水层底板至上部可采煤层（6、7 煤层）顶板间距远远大于冒落带、导水裂隙带高度，正常情况下该含水层对上部煤层开采不会构成直接威胁。需指出的是 1962 年以前施工的钻孔，在本井田有 9 个，这些钻孔一般封孔质量较差，可能导通上部的第四系含水层水或下奥陶灰岩含水层水进入巷道。6、矿井涌水量根据井田地质报告和 2006 年水文地质条件评价报告 ，矿井正常涌水量 580m3/h，灾害涌水量为 1880m3/h。北阳庄矿井新井设计第 9 页第三节 煤层特征一、煤层井田内含煤地层为侏罗系中下统下花园组，可采煤层 8 层，由下至上为1、11、4、5、51、6、61、7 号煤层，其中 1、11、5 号煤层较稳定，其余不稳定；5 号煤层全部可采，1 号煤层大部分可采，其余为局部可采，1、5 号煤为井田主要可采煤层。由于受褶曲构造影响本区内煤层走向、倾向多变，倾角一般为 515，各可采煤层特征见表 13。表 13 可 采 煤 层 特 征 表 厚度 间距煤层号最小最大平均（m ）最小最大平均（m ）夹矸层数稳定性 可采性 顶板岩性底板岩性7 0.10 1.80.970（偶1）不稳定 局部可采 泥岩、粗砂岩、细砂岩泥岩72119.0261 0.102.650.910（偶1）不稳定 局部可采 泥岩、细砂岩、粉砂岩泥岩、粉砂质泥岩2167.386 0（偶1）不稳定 局部可采 泥岩、细砂岩、粉砂岩泥岩、粉砂质泥岩15.22921.551 0.13.930.80（偶1）不稳定 局部可采 泥岩、细砂岩、粉砂质泥岩泥岩、细砂岩0.80103.55 0.107.062.660（偶23）较稳定 全部可采 细砂、粉砂质泥岩、细砂岩、泥岩泥岩、粉砂质岩、细砂岩321114 01 不稳定 局部可采 粉砂岩、细砂岩、泥岩、粉砂质泥岩泥岩、粉砂质泥岩23.20302411 0.052.761.1401（偶2）较稳定 局部可采 泥岩、粉砂质泥岩、细砂岩、粉砂岩泥岩、粉砂质泥岩，炭质泥岩1 0.087.573.100.82511 03（偶 4）较稳定 大部可采 泥岩、粉砂质泥岩、细砂岩、粉砂岩泥岩、粘土岩二、煤质主要可采煤层 1 煤层为低中灰、特低硫低硫、低磷的长焰煤；5 煤层为低中灰、低中硫、低磷长焰煤。其他各层为低中灰、低中硫、低磷长焰煤。北阳庄矿井新井设计第 10 页各煤层煤质特征见表 14。表 14 主要可采煤层煤质特征表 工 业 分 析（%）项目煤层水份Mad(原)灰分Ad（原）挥发份Vdaf 900（精）硫分St，d(%，原)磷分 Pd(%，原)发热量Qgr.r.D(MJ/kg)灰熔点 ST()1 10.05 19.01 40.58 0.98 0.02 24.11 121511 10.51 15.82 40.77 0.44 0.023 24.89 11874 10.26 12.95 40.70 0.75 0.006 25.36 11365 11.37 15.03 39.63 1.20 0.024 24.73 115851 10.50 18.89 40.06 1.35 0.012 23.32 11776 11.08 15.89 39.30 1.74 0.006 24.46 112361 9.71 16.90 39.08 2.40 0.005 24.04 11307 10.67( 16.51 40.35 3.43 0.018 24.8111301、煤的物理性质及煤岩特征本井田宏观煤岩成份以暗煤、亮煤为主，次为镜煤及丝炭。煤岩特征均呈灰黑、褐黑色条痕，沥青光泽。显微煤岩组分以凝胶化、半丝炭化组为主，次为丝炭化组，稳定组和半凝胶化组较少。主要可采煤层 1 号煤的容重为 1.42gcm，5 号煤、6 号煤平均为1.36gcm3。北阳庄矿井新井设计第 11 页柱 状 累 计层 厚 层 厚 组 成 岩性 岩 性 描 述263.7.8127.53.926.55046401细 砂 岩粘 土 岩含 炭 粘 土 岩煤 粉 砂 岩细 砂 岩 成 分 为 长 石 、 石 英 、 等 较 均 一 ， 泥 质 胶 结 、 不连 续 波 状 层 里 发 育 ， 上 部 粒 度 较 细 ， 含 黄 铁 矿巢细 腻 、 断 口 参 差 状 ， 含 黄 铁 矿 巢 夹 粉 砂 眼 条 带 中部 水 平 波 状 曾 理 发 育 ， 底 部 具 裂 隙 ， 含 植 物 化石 碎 片 ， 中 厚 层 状 构 造 。细 腻 ， 顶 部 0.6m为 煤 ， 含 黄 铁 矿 巢 ， 中 部 夹 0.8m的 粘土 岩半 亮 型 、 半 光 亮 型 煤 为 主 ， 含 镜 煤 、 暗 煤 、 丝炭 ， 沥 青 -油 脂 光 泽 ， 条 带 状 结 构 ， 块 状 结 构 ，断 口 为 贝 壳 状 。不 均 一 ， 波 状 层 理 发 育 ， 含 植 物 根 茎 化 石 ， 碎屑 和 黄 铁 矿 巢 ， 具 有 裂 隙 和 滑 面 。成 分 为 石 英 、 长 石 、 黑 云 母 含 少 量 黄 铁 矿 泥 质胶 结 ， 波 状 层 理 发 育 。30.煤 半 亮 型 、 半 光 亮 型 煤 为 主 ， 含 镜 煤 、 暗 煤 、 丝炭 ， 沥 青 -油 脂 光 泽 ， 条 带 状 结 构 ， 块 状 结 构 ，断 口 为 贝 壳 状 。图 1-2 煤层柱状图2、化学性质和工艺性能各可采煤层的主要煤质指标见表 15北阳庄矿井新井设计第 12 页表 1-5 可采煤层的主要煤质指标表工 业 分 析发热量Qgr.v.d（MJ/kg）项目煤层Mad （原）Ad （原）Vadf （原）St， d（%，原）Pd（%，原）原 煤 精 煤灰熔点ST（）可磨性HGI13.8915.8510.058.9434.2219.0134.3647.2340.580.223.030.980.010.070.0218.6827.1624.1127.2029.4628.02110014101215577870116.5114.2210.516.6036.3315.8237.7844.5040.770.173.290.440.0050.0700.02316.7029.7724.8926.7229.1128.1510801440118759756652.7317.7411.379.2833.5315.0333.0445.0939.630.155.031.200.0010.0510.02416.5027.0824.7327.0331.6528.0711001270115856.8815.5510.4836.8137.7643.20.2010.660.0020.0217.1526.827.0028.5110012205875北阳庄矿井新井设计第 13 页煤类：井田煤的挥发分（Vdaf900）为 3941，粘结指数（GR I）均为 O，透光率（PM）一般大于 50，少量为 3050，根据以上分类指标，该井田煤类主要为长焰煤，以及少量不粘煤，属于变质程度较浅的烟煤。水分（Mad）：各可采煤层原煤的水分一般在 1011之间。灰分（Ad）：各可采煤层原煤的灰分主要在 1520之间，属低中灰原煤。矿井前期开采 5、6 号煤，其精煤灰分分别为 6.34、6.08。硫分（St，d）：各可采煤层的原煤硫分在 0.30%3.09%之间。其中主要可采煤层 1 号、5 号、6 号煤层的原煤硫分在 1.201.74之间，属低中硫煤与中硫煤，硫分中主要为黄铁矿，精煤硫分在 0.440.66之间。发热量：原煤的干燥无灰基弹筒发热量（Qb，daf）一般为69007000kcalkg（28.8529.27MJ） ，精煤为70007100kcalkg（29.2729.69MJ） 。煤灰熔融性：各煤层原煤的煤灰熔融性软化温度（ST）大多在 1250以，属低熔灰分，精煤一般大于 1250。3、煤层顶底板岩石及夹矸的化学成分对煤质的影响110.50 18.89 40.06 1.3580.012123.32127.691177 6665.9915.9311.087.2629.0215.8934.4741.7239.300.215.561.740.0020.0160.00619.7826.9824.4626.9928.3727.61103013101123614.9013.819.7110.5728.8916.9037.1043.9339.080.345.882.400.0010.0080.00518.0326.5924.0426.9128.4627.65107512151130北阳庄矿井新井设计第 14 页6 号煤层顶板：首采区 6 号煤顶板为粘土岩、粉砂岩，平均厚度 3.58m，普氏硬度系数为 2.2，属弱稳定不稳定岩层；底板主要为粉砂岩，普氏系数为 2.6，属中等稳定岩层。5 号煤顶底板：首采区内 5 号煤岩性主要为粘土岩、粉砂岩或细纱岩，胶结致密，较坚硬，厚度 4.15m，普氏系数 3.5，属中等稳定岩层；底板岩性为胶结致密的细纱岩、粘土岩，普氏系数为 3.7，属中等稳定稳定岩层。机械化采煤时，混入少量顶、底板岩石及夹矸影响煤质。在煤矿开采过程中混入 0.2m 伪顶、底及夹矸的主要可采煤层的原煤煤质特征见表 16。表 16 主要可采煤层的原煤煤质特征原 煤 加入 0.2m 伪顶、底及夹矸的原 煤煤层号平均 煤厚（m ） Ad（%） St，d（% ） Pd（%） Qgr， d（MJ/kg） Ad（%） St，d（%） Pd（%）Qgr，d（MJ /kg）1 3.41 19.01 0.98 0.020 24.10 22.0 0.96 0.02 23.125 3.04 15.03 1.00 0.024 24.57 18.87 1.17 0.02 23.38三、产品用途北阳庄井田的煤类大多为长焰煤，其主要用途是作为发电用煤，也可作为其他动力用煤。另外，该井田 1 号煤曾作过固定床加压气化试验，试验结果表明，该井田煤作为气化用煤，在技术上是可行的。四、煤的可选性本设计所用煤质资料是开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司提供的单侯矿 2007 年 6月所作的 6 号煤生产大样筛分、浮沉试验报告 。该试样是在单侯矿试运转期间主井井口皮带运输机煤流上所采的，所用的采样方法、过程科学规范，以此资料作为设计基础资料具有一定的代表性。由于缺少 8050mm 粒级的浮沉资料，设计以 5025mm 粒级浮沉资料为基础对其进行了合理调整，作为 8025 mm 粒级的浮沉资料供设计使用。1、矿井毛煤灰分为 38.79，属中高灰分。与煤层煤样相比灰分相差很大，+50mm 粒级中矸石占 6.68，属高含矸率。2、该煤样的粒度分布呈中间多两头少之势，大块煤较少，主导粒级为 2513mm 、136mm 和 63mm ，其次是 5025、30.5mm ，0.50mm 粒级也较少。3、各粒级灰分分布规律呈中间低两头高之势， 0.5mm 各粒级基本是随着粒度的减小而灰分降低，25mm 粒级因矸石和硫铁矿含量多而明显较其他级别低；59kNm低速轴逆止器选用 NJ(NYD)270 型逆止器，承载能力M=125kNm59kNm3.选型结果：带式输送机主要技术参数为：机 长：L=426m运 量：Q=1400t/h带 速：V=3.15m/s胶 带：ST1250B1400 L= 950m 阻燃钢丝绳芯胶带电动机：YB450S3-4 N=400kW V=6000V 三台（其中备用一台）减速机：B3SH14 -25+风扇 i=25 三台（其中备用一台）液压盘式制动器： SHI 202-1200 M=80 kNm 二套液压自动拉紧装置： DYLA-01-3/80 一套逆止器：NJ(NYD)270 M=125kNm 一台头部卸料滚筒为单出轴（传动滚筒）用于安装一台逆止器。第一、二传动滚筒均为双出轴，一端接低速轴联轴器+盘式制动器+驱动装置，另一端接应急备用驱动装置。三、给料设备选型井下设有阶段煤仓和脏杂煤仓，在阶段煤仓下部设置防爆型连续给料机一台， 北阳庄矿井新井设计第 62 页Q=1400t/h，7.5kW 660V；在脏杂煤仓下部设置往复式给煤机一台，型号为：K-1 型，Q=80t/h。原煤和脏杂煤仓通过给煤机均匀给入上仓带式输送机。表 7-3 上仓带式输送机技术参数序号名 称 单位 输入参数 序号 名 称 单位输出参数1 输送物料 原煤 1 胶带规格 ST1250B14002 运量 t/h 1400 2 胶带最大张力 kN 2013 带宽 mm 1400 3 胶带最小张力 kN 144 带速 m/s 3.15 4 安全系数 8.75 机长 m 426 5 计算轴功率 kW 4896 倾角 度 13.5 6 传动效率 0.827 提升高度 m 100 7 传动滚筒直径 mm10008 托辊阻力系数 0.030 8 计算电机功率 kW 7159 传动滚筒围包角 度 210，210 9 选定电动机功率 kW 2400 6000V10 滚筒摩擦系数 0.30 10 减速器型号、速比 B3SH14 i=2511 功率配比 1：1 11 低速轴逆止力矩 59kNm12 电机功率储备系数 1.2 12 拉紧行程/拉紧力 3 m/80kN北阳庄矿井新井设计第 63 页第八章 矿井提升第一节 概述矿井设计产量 1.80Mt/a，采用一对立井开拓方式，主井净直径 5m，装备一对 14t 四绳非标箕斗，担负矿井的煤炭提升任务；副井净直径 7m，装备一对 1.5t 矿车双层四车四绳罐笼（一宽一窄，双层提人，单层提矸） ，担负矿井人员、设备、材料等辅助提升任务，兼作进风井。第二节 主副井提升一、主井提升设备1.设计依据（1） 、井口锁口标高：+997.5 m（2） 、井下水平标高：+540 m（3） 、井下装载水平标高：+578 m北阳庄矿井新井设计第 64 页（4） 、井口卸载高度：15 m（5） 、工作制度：330d/a、16h/d（6） 、提升容器：型号：JDG14 型多绳提煤非标箕斗自重： 22500 kg（含配重）载重： 14000 kg定量载重： 13500 kg 全高：16.2 m（7） 、提升方式：双箕斗提升，箕斗间距 2000mm2.选择钢丝绳（1） 、绳端荷重Qd=1400022500=36500 kg（2） 、钢丝绳的悬垂长度HC=997.55784820=487.5 m（3） 、钢丝绳单位长度重量Pk )H-/1.(4Qcd=4.6 kg/m主绳选择 36ZAB6V34NF1570ZZ（SS）732 钢丝绳四根（左、右捻各半） 。其主要技术特征：直 径： dk=36mm单位重量： pk=5.25kg/m最大钢丝直径： =2.4mm抗拉强度：=1570MPa钢丝绳破断力总和： Qp=732kN钢丝破断拉力系数：1.177（4） 、尾绳选择 P849163271470 扁尾绳二根。其主要技术特征：断面（宽厚）：16327mm单位重量： qk=10.5kg/m抗拉强度：=1470MPa最小钢丝破断力总和： Qw=1570kN（5） 、系统不平衡重量计算=2qk4pk=0 kg/m/4 pk=0/（45.25）=0故按等重尾绳计算3.选择提升机（1） 、主导轮直径Dg90d=3240 mmDg1200=2880 mm（2） 、最大静张力Fj= Qdn pk HC =46737.5 kg=458.5 kN（3） 、最大静张力差北阳庄矿井新井设计第 65 页FC=Qg=137.34kN（4） 、选择 JKMD3.54（）型 落地式四绳摩擦提升机，其主要技术参数如下：主导轮直径： Dm=3.5 m天轮直径： Dm=3.5 m 最大静张力： Fj0=525 kN 最大静张力差： FC0=140 kN 旋转部分变位重量： Gj=18 t天轮变位重量： Gt=6.32=12.6 t衬垫摩擦系数：=0.25衬垫比压： Pm=2 MPa钢丝绳间距： a=300 mm4.提升机衬垫比压及钢丝绳安全系数验算（1） 、钢丝绳安全系数验算规程要求的安全系数m0=7.20.0005Hc=6.96钢丝绳实际安全系数m = 5.481732=7.526.96（2） 、比压验算Pb= nDdFcj=1.55 Mpa2MPa5.选择电动机（1） 、提升高度Ht=997.5578+15+8.3=442.8 m（2） 、提升速度Vm0.6 Hc =12.6m/s取 Vm=8.5m/s（3） 、电动机功率Ne =cmVF1.=1572 kW（4） 、选用上海电机厂生产 ZKTD 型矿用提升低速直流电动机 1 台，其主要技术参数如下：额定功率： Ne=1600 kW额定电压： Ue=800 V额定转速： Ve=42 r/min效 率：=90%转动惯量： 13000 kgm 2 电动机的变位重量：Gd =2mDiJ4=4245kg=4.245 t实际提升速度：Vm= 60geV=7.7 m/s6.提升系统几何尺寸计算北阳庄矿井新井设计第 66 页（1） 、井架高度下天轮中心高度Hj1= Hx+Hr+ Hg +0.75Rt =41.02 m取 Hj1=42 m上天轮中心高度取 Hj2= Hj1+6=48 m（2） 、主导轮中心至提升中心水平距离Ls=0.6 Hj2+3.5+4=36.3 m确定取 Ls=37 m（3） 、尾绳环高度Hw= Hg+2S=12.5 m 取 Hw=20 m（4） 、钢丝绳弦长计算上弦长：L1= 2j2tc)-(HR-S/Ls=58.214 m下弦长：L2= 2t1R=52.201 m（5） 、钢丝绳的仰角计算上绳仰角：1=tg1 .75- /20.3 48=51.4862=512910下绳仰角：2=tg1 1. /sin1 2.0175=52.9435=525637（6） 、钢丝绳围抱角= 180+21=181.4573 eu= e0.25181.4573/180=2.207主井提升系统图见图 81。图 81 主井提升系统图北阳庄矿井新井设计第 67 页7.防滑验算（1） 、空载侧钢丝绳静张力T0=Gz+nPkHc=32.7375 t =321.15 kN（2） 、提升系统（提升机、电动机、天轮）变位重量之和：G=Gj+Gd+2Gt=34.845 t（3） 、防滑计算北阳庄矿井新井设计第 68 页主加速 a1 要求的静张力（a1=0.7 m/s2） 1T111tag-eeGaQ=16.8t=164.8 kN下放重载紧急制动要求的静张力 2满足规程不小于 1.5 m/s2 的要求T2 11-t5.=26.83t=263.15 kN上提重载紧急制动要求的静张力 3满足规程不大于 5 m/s2 的要求T3 2QG-.5g=14.82t=145.36 kN取 T=max（T0、T1、T2、T3）= 32.7375 t上提重载紧急制动防滑验算 4T= 32.7375t 时，满足不滑动的要求为：as =5.1T2gajs =)1(GTQuueteg5 m/s2紧急制动减速度：as=.QG=3.903 m/s2紧急制动极限减速度：ajs=)1(uueteg=4.425 m/s2asajs5m/s2空容器运行紧急制动防滑验算 5T= 32.7375t 时，满足不滑动的要求为：ak=5.1T2G)(Qgajk= g)1(G)(Tuuete紧急制动减速度：ak=.=3.08 m/s2紧急制动极限减速度：ajk=geteuu)1()(=3.096m/s2akajk故取 T= T0=32.7375 t，能满足提升各种运行方式下紧急制动防滑要求。 8.运动学计算取 a1= a3=0.7 m/s2，v4=0.5 m/s，h4=3 m，V0=1.5m/s ，a0=0.5 m/s2 ，Vm =7.7 m/s。初加速阶段：t0= v0 / a0=3 sh0=1/2 v0 t0=2.25 m加速阶段：t1= （VmaxV0）/ a1=8.85 sh1=1/2（ Vmax + V0）t1=40.71 m减速阶段：t3=（VmaxV4 ）/a3=10.28 sh3=1/2（Vmax +V4 ）t3=42.14 m爬行阶段：t4=h4/V4=6 s制动阶段：a5=0.5 m/s2t5=V4/a5=1 sh5=1/2 V4 t5=0.25 m等速阶段：h2=Ht（h0+h1+h3+h4+h5）=354.45 m北阳庄矿井新井设计第 69 页t2= h2/ Vmax =46.05 s一次提升净提升时间：T0= t0+ t1+ t2+ t3+ t4+ t5=75.19 s提煤休止时间：=14s一次提升循环时间：T= T0 +=89.19 s 9.动力学计算（1） 、提升系统的变位重量G=G+（2FjFc）=114.32 t（2） 、各阶段力值计算初加速段：F0=KQg+Ga0 =215.10 kN加 速 段：F1=KQg+Ga1=237.96 kN等 速 段：F2= KQg =157.94 kN 减 速 段：F3= KQgGa3=77.92 kN爬 行 段：F4= KQg =157.94 kN制 动 段：F5= KQgGa5 = 100.78 kN10.电动机容量的效验（1） 、等效时间Td = 0.75（t0+t1+t3+t4） ）+t2+/3 = 71.82 s（2） 、等效力F2t = F02t0+ F12t1+ F22t2+ F32t3+ F42t4 =2000972.5 kN2sFd= d2T/tF=166.92 kN（3） 、等效功率Nd= FdVm/=1311.5 kW（4） 、电动机富余系数Ne/Nd=1.2（5） 、电动机额定力Fe= Ne/ Vm=203.6 kN（6） 、过载系数/= Fmax /Fe=1.170.6，故矿井通风容易时期和通风困难时期选择相同功率的电动机，考虑本矿井开采条件比较复杂，电动机采用变频调节，故每台风机配备功率为 630kW，电压为 6kV 电动机。五、通风机电耗计算1、年电耗Ea= wd2KN24365=3.51MkWh/a式中 d电动机效率w电网效率2、吨煤电耗Et= Ea/1.8=1.95kWh/t六、反风措施所选通风设备为轴流通风机，能够直接反转反风或调节动叶，不需要专用反风道，并轴流风机反风量能够达到所需风量的 40，满足煤矿安全规程要求。第二节 特殊灾害的安全措施一、井下防范措施1、火灾：按照矿井防灭火规范的要求配置防灭火设备，对电器设备硐室采用不燃性材料支护，安装防火门，电器设备选型按有关规定选用矿用一般型、防爆型、安全火花型，同时井下还设有消火栓和消防材料库，配有细砂、粘土、水泥、圆木、木板、斧子、灭火器、砖等消防器材。地面建立黄泥灌浆系统，井下配备移动式制氮机。2、水灾：为防水害，在靠近构造复杂地段施工时，要坚持“有疑必探，先探后掘”的原则。井下排水设备能力可在 20h 内排出矿井 24h 最大涌水量。3、瓦斯：本矿井为低瓦斯矿井，各用风地点配以足够风量，将瓦斯稀释在规程规定的限度内。同时配备安全监测设备，实时监控全部采掘工作面瓦斯浓度变化及被控设备的通、断电状态；并能连续监测不同地点的气体成分变化，对瓦斯浓度超限地点可自动断电报警。4、为防止井下巷道顶板冒落，设计选用了有效的锚喷支护方式，使巷道围岩成为均匀压缩的连续承压拱，取消以往被动的支架支护方式。对采掘工作面及其他作业场所潜在的顶板冒落危险，生产过程中应加强对顶板的动态观测，坚持“敲帮问顶”制度，以防顶板事故的发生。当发生冒顶事故时，应采取以下措施：（1）探明冒顶区范围和被埋压、堵截的人数和位置；（2）积极