超化煤矿毕业设计

前前 言言 毕业设计是采矿工程专业本科教学中最关键、最重要的的一个环节，它由毕业实习 和毕业设计两部分组成.三个多月的时间里，在各位指导老师，各位同学的关心和帮助 下，我圆满的完成了设计工作。 毕业设计是对本专业所学知识的全面复习和巩固，加深理解所学的专业知识，并系 统的熟悉矿山开采设计、建设、生产以及安全的各个环节和系统的掌握有关知识，为以 后从事矿井设计、建设、安全技术工作、技术管理工作及经营管理工作做好准备。对矿 山开采规划与设计基本知识能力进行系统的教育，对矿山开采，矿山安全筹划等知识和 技术全面，系统的应用能力的初步训练，对综合分析和解决生产实际问题的能力的培养， 对矿山规划与设计基础技能（绘图技能、文字表达与计算机技能等）的全面的初步的训 练。了解矿山开采中的有关政策、法规，熟悉并能正确应用有关规定。 一、编制设计的依据 本设计依据了西安科技大学能源学院采矿工程毕业设计大纲 、 毕业设计指导丛 书 、以及采矿工程专业的课本：采煤学 、 矿井设计 、 矿山压力及岩层控制 、 煤矿通风与安全 、 井巷施工 、 采矿机械及设备等相关专业书册。同时也参考了 矿井设计指南 、 采矿设计手册 、 中国采煤方法图集 、 中国煤矿开拓系统图集 、 中国采煤法方法 、 中国煤矿开拓系统等相关工具书籍现代化亿吨矿区生产技术 以及定额指标、设备目录、标准图册等。 二、设计的指导思想 严格遵守国家制定的各项有关煤炭工业安全、生产、设计、环保、建设程序等的法 律、规章制度等。按照郑煤集团总体发展思路，充分解放思想，认真分析井田的地质条 件、煤层条件、水文条件、开采技术条件和外部现状，充分利用当地的现有资源，体现 矿井设计的集中化、机械化和技术经济的合理原则。结合实际情况，科学、合理地确定 各个系统，因地制宜地积极采用先进的科学技术、先进的工艺、先进的设备和行之有效 的操作方法，提高矿井的抗灾能力、经济效益、管理水平，在保证安全生产的前提下最 大限度地降低矿井基建投资，把超化煤矿建设成系统简单、机械化程度高、安全保障能 力强、高产高效的现代化矿井。 三、设计的主要特点 在设计中，我系各位老师及领导给予了我极为大力的支持。特别是指导老师范老师 更是给了我精心的指导与关怀，不厌其烦的为我讲解，化解了很多的知识重点与难点， 并提出了许多宝贵的建议与意见，使我在经过设计学习后，受益匪浅。 大学的学习在毕业设计中拉下帷幕。这次毕业设计是另一种新的学习的开始。我要 以此为契机，努力并且尽量完美的规划和设计我的人生。 由于时间紧迫，章节繁多，加之本人水平有限，设计中难免存在不足之处，还敬请 各位老师、同学批评指正。 目目 录录 前前 言言 .1 第第 1 章章 井田地井田地质质概况概况 .1 1.1 井田位置及交通 .1 1.1.1 交通位置 .1 1.1.2 地形地貌 .2 1.1.3 气象及水文情况 .2 1.1.4 矿区概况 .3 1.2 井田境界及储量.3 1.2.1 井田境界 .3 1.2.2 储量 .3 1.3 井田地层及地质构造.7 1.3.1 井田地层 .7 1.3.2 地质构造 .7 1.4 煤层赋存特征及开采技术条件.13 1.4.1 煤层及煤质 .13 1.4.2 煤层自然发火、瓦斯、煤尘及地热等 .17 1.4.3 水文地质 .17 1.5 井田勘探类型及勘探程度评价 .18 第二章第二章 矿井设计生矿井设计生产产能力及服务年限能力及服务年限 .19 2.1 矿井工作制度.19 2.2.矿井设计生产能力及服务年限.19 2.2.1 矿井设计生产能力 .19 2.2.2 矿井服务年限 .19 2.2.3.矿井储量、生产能力及服务年限的关系 .20 第三章第三章 井田开井田开拓拓 .21 3.1 井筒形式、数目及位置的确定.21 3.1.1 井筒形式的确定 .21 3.1.2 井筒位置的确定 .23 3.2 开采水平的划分及布置 .23 3.2.1 井田内划分及开采顺序 .23 3.2.2 开采水平的划分及水平标高确定 .24 3.2.3 阶段运输大巷和回风大巷的布置 .24 3.3 井底车场 .25 3.3.1 井底车场形式选择及硐室布置 .25 3.3.2 井底车场线路设计 .25 3.3.3 井底车场通过能力计算 .26 3.3.4 井底车场巷道断面选择和工程量计算 .26 3.4 方案比较，确定开拓系统 .27 第四章第四章 采矿方采矿方法法 .33 4.1 盘区概况及地质特征 .33 4.2 盘区的划分 .33 4.3 盘区巷道布置 .34 4.3.1 巷道布置 .34 4.3.2 盘区硐室 .34 4.3.3 盘区车场 .34 4.4 盘区生产安排 .35 4.4.1 盘区生产能力 .35 4.4.2 采煤条带接替 .36 4.5 巷道掘进 .36 4.6 采煤方法 .38 4.6.1 采煤方法的选择 .38 4.6.2 采煤工艺设计 .38 4.6.3 采煤工作面生产管理和劳动组织 .40 4.6.4 采煤工作面主要技术经济指标 .42 第五章第五章 矿井通矿井通风风与与安全安全 .43 5.1 概述 .43 5.1.1 瓦斯 .43 5.1.2 煤尘 .43 5.1.3 煤的自燃性 .43 5.2 矿井通风 .44 5.2.1 确定通风方式及通风系统 .44 5.3 灾害防治及安全设备 .47 第六章第六章 矿井主要矿井主要设设备备 .58 6.1 提升设备 .58 6.1.1 选型计算所需的原始资料 .58 6.1.2 选型计算的主要内容 .58 6.2 主运输设备选型.63 6.2.1 选型计算所需的原始资料 .63 6.2.2 确定大巷运输方式及选择运输设备 .63 6.3 通风设备.66 6.3.1 主扇的选择计算 .66 6.4 排水设备.67 6.4.1 排水系统 .67 6.4.2.管路的选择 .68 6.5 压缩空气设备.69 6.5.1 设计依据 .69 6.5.2 设备选型 .69 6.6 供电设备选型.70 第七章第七章 环环境境保护保护 .72 7.1 环境现状及地面保护物概述 .72 7.2 主要污染源及污染物 .72 7.3 资源开发对生态环境影响与评价 .73 7.3.1 开采沉陷损害影响预测分析 .73 7.3.2 开采沉陷对耕地损害的预计评价 .73 7.3.3 开采对水资源的破坏影响 .73 7.3.4 开采对矿区大气环境的影响 .74 7.3.5 开采可能引起的地质灾害的预测 .74 7.4 资源开采环境损害的控制与生态重建 .74 7.4.1 控制开采引起地表建筑设施的开采方法 .74 7.4.2 开采引起环境损害的控制方法与土地复垦及生态重建 .75 7.5 矿区环境保护与生态重建投资估算 .76 7.5.1 环境保护管理机构和监测机构的设置 .76 7.5.2 环境保护投资 .76 7.6 主要结论 .76 - 1 - 第第 1 章章 井田地质概况井田地质概况 1.11.1 井田位置及交通井田位置及交通 1.1.1 交通位置交通位置 超化煤矿位于河南省新密煤田西南部、平陌-超化矿区东部，行政区划主体位于河 南省新密市超化镇申沟村。该煤矿位于郑州市西南 50 公里，新密市南约 15 公里的超化 镇境内，井田面积 8.8Km。矿区专用铁路在新郑与京广铁路接轨，畅通全国；107 国道 从矿区东部通过，矿区内公路四通八达，交通十分方便。 其地理坐标为东经 1132247-1132735，北纬 342509-34 2658。 超化煤矿向北直距矿务局和新密市约 12km 和 15km，向东北直距郑州市约 40km。区 内有公路直达新密、登封、郑郑和郑州等地，别外还有本矿专用铁路宋（寨）大（冶） 铁路经新密铁路与京广铁路相连，北邻 3km 处还有窄轨铁路向东通达开封。矿区北部 15km 处的豫 04 公路以及东部 4045km 的 107 国道、京广铁路、京珠高速公路通达全国 各地。超化煤矿交通位置示意图如 1-1 所示： 图图 1-11-1 超化煤矿交通位置示意图超化煤矿交通位置示意图 - 2 - （二）隶属关系及企业性质 郑煤集团超化煤矿隶属郑煤集团。属国有企业性质，采矿权人为郑煤集团。 1.1.2 地形地貌地形地貌 本区内地形起伏不平，地势西高东低、南高北低，总体西南高、东北低。地面调程 最高在南部归心寨处 300.4m，最低在东边陈家窝处 155.5m,相对高差 144.9m。 本区地貌成因类型属构造剥蚀地貌，地貌单元为丘陵。区内基岩裸露平面积约占勘查区 总平面面积的 10%，其它大部为第四系松散堆（沉）积物所掩盖，因此本区也可称为松 散层半掩盖区或基岩半裸露区。 1.1.3 气象及水文情况气象及水文情况 1、气象 本区属温带半干旱大陆性气候区。夏季炎热多东南风，冬季寒冷多西北风，气温 41.317.8，年平均 14.3，年降雨量 397.7973mm，平均 624.35mm，79 月为 雨季，最大积雪深度 0.20m，最大冻土深度 0.18m，地面最大风速 22m/s，地震烈度为 度。 2、地形与地貌 本区北、西、南三面环山，向东开阔平坦，似一箕形盆地，山地属于秦岭山系北支 嵩山山脉之东延部分。西北部五指岭为本区最高山峰，海拔 1215.9m，由此沿矿区北侧 荥巩背斜轴部向东下降为低山丘陵，至矿区东部过渡为平原，该山脉呈东西向展布，系 黄淮一级分水岭。整体地貌矿区南北两侧为东西排列的低山区，矿区西南部和中南部的 广大地带为丘陵岗地，矿区东部京广线两侧及中部双洎河河谷地带为冲、洪积平原。 3、河流 本区水系属淮河流域。区内无水库和常年性河流，仅有一条的季节性河流一麻河在 雨季从矿区西南向东北穿过矿区中部流入矿区东北部的淮河二级支流双洎河，在正常年 份或干旱季节往往断流而在矿区中部滞留并形成龟山寨泉池洼地，水量较小，其水源来 自西南上游 3km 外的老姜窝小型水库。该水库水多来自元古界变质岩裂隙水和大气降水， 补给有限。 本区气候属暖温带半干旱大陆性季风气候区。年平均气温 9.1-14.6C，最高达 44.6C，最低为-18.2C;年降雨量 381.3-1059.6mm，平均 606.2mm，降雨多集中在 - 3 - 7、8、9 三个月，并常伴有雷电;年蒸发量 908-1976.2m;年平均相对湿度 60-70%;风向主 要为东南向、西北向和西南向，风力在冬春季最大，达 40ms；最大积雪深度 23cm（1964.12.31） ；最大冻土深 20cm（1966.12.30） ；霜冻期 11、12、1、2 四个月。 1.1.4 矿区概况矿区概况 根据全面地质资料核定超化煤矿生产能力为 120 万吨；井田开拓方式为立、斜井综 合开拓；采用伪斜走向长壁放顶一次采全厚采煤法，全部跨落法管理顶板。 勘查区内主要有申沟、黄固寺、圣地庙等几个行政村，总人口约 1 万人。工业以建 材（耐火粘土） 、采矿、运输等为主，农业以小麦、玉米等为主。水电状况良好，区内 经济相对发达。 1.21.2井田境界及储量井田境界及储量 1.2.1 井田境界井田境界 西起 32 勘查线，东到 46 勘查线的起化断层和崔庄断层交汇处，北起于樊寨断层， 向南大致到龟山断层; 开采矿种为煤炭;二 1 煤层限采标高+60-900m，二 1 煤层矿区 范围现由 2001 年河南省国土资源厅核发的 32 个拐点圈定（采矿许可证 55） ，有效期 2001 年 1 月至 2019 年 1 月。该区南北宽约 0.13.3km,东西长约 0.37.3km，面积 8.8km2。2006 年经河南省煤炭资源整合，省国土资源厅将超化煤矿东部划归已经整合到 郑煤集团下属的新发煤矿和蓝盾煤矿一部分，范围在经线 Y.00 和 Y.00 以东，两矿割去 总面积约 1.6km2。 1.2.2 储量储量 （1）矿区的煤炭资源 郑煤集团公司是郑州矿区煤炭资源开发的主体企业。该矿区有四大煤田，千米以浅 煤炭资源量 160 亿吨，煤炭资源丰富。目前，郑煤集团公司主要开发新密煤田和登封煤 田。荥巩煤田的三李井田、计河井田、金龙井田等整合后正在技术改造。 (2) 地质勘查 地质调查最早由李希霍芬和辛长福等人开始，后有孙建初、曹世禄等人作一般性地 质调查。解放后陆续进行了较系统的地质普查与勘探工作，主要工作单位有：开封地质 调查所、地质部 456 队、河南省工业厅地质队、密县地质队、中南煤田地质局 123 队和 - 4 - 127 队、煤田地质公司一队、二队和三队，以及郑州矿务局钻探队等单位，累计钻探进 尺约 50 万米。地质研究程度较高。 (3) 区域构造 本矿区在大地构造上位于昆仑秦岭纬向构造带北亚带的东延部分与新华夏系第 二沉降带西缘之复合部位，在地质历史发展过程中，本区经历了多次构造变动，尤其以 燕山运动最为强烈，奠定了本区基本构造格局。区域地质构造展布呈近东西向，以高角 度正断层为主，次为褶皱。地层主要是沉积岩，属华北型石炭系、二叠系含煤地层。区 内地层标志层较多，地层中富含动、植物化石，也为地层对比提供了可靠的依据，地层 分界、对比可靠。区域内以沉积矿产为主，煤炭蕴藏量丰富。 (4) 煤炭资源及开发状况 郑州矿区包括新密煤田、新郑煤田及登封煤田和荥巩煤田。该区煤炭资源丰富，现 生产矿井多分布在新密煤田、登封煤田；基建矿在新郑煤田、登封煤田各一个。本公司 生产矿井主采煤层为二迭系山西组二 1 煤，煤层厚 0.34-37.8 米，平均 8.5 米，倾角 4- 29 度，平均 10 度。地质构造：芦沟矿复杂程度为ab 类，其余矿井为ab 类。煤层具 有顶板软、煤层软、底板软的特性，属豫西“三软”不稳定难采煤层。 (2)矿井储量 井田工业储量汇总表井田工业储量汇总表 工业储量（万 t） 煤层 层 别 ABA+BCA+B+C A+B A+B+C （%） 备 注 二 煤 .019.535.595.4% - 5 - 矿井煤柱留设 1.井田边界煤柱 按照煤矿设计规范的要求，井田边界留设 20m 煤柱。 矿井边界煤柱留设量为：39.44 万 t。 2.井筒及工业场地保护煤柱 由于井田面积较大，为减少通风线路长度，可把工业广场布置在井田中央，本着少 投入、少占牧场的原则，作到合理规划和优化布置。 （1） 安全煤柱按移动角采用垂直法和垂直剖面法计算，根据建筑物、水体、铁路、 及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程2007 年版的规定，工业场地、井筒保护等级为 级，围护带宽度取 20m,由于没有实测的岩层移动角参数数据，留设安全煤柱时，暂根据 建筑物、水体、铁路、及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程(2007 年版)附表 5-3 及 附表 5-4 选取，表土松散层移动角取 45，岩层移动角取 70。 （2） 、设计对井田的村庄采用搬迁，工业场地，井筒等均留设了保护煤柱。井田边界 留 20m 隔离煤柱，采区边界线两侧各留设 5m 隔离煤柱，主要巷道两侧各留设 50m 保护 煤柱，断层两侧各留设 30m 煤柱。 根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 ，煤柱留设所使 用的参数如下： 保护煤柱的留设过程，如图 1-2-2 所示： 图图 1-2-21-2-2 用垂直断面法确定工业广场下安全煤柱用垂直断面法确定工业广场下安全煤柱 - 6 - （1）确定受保护面积。如图 1-2-2 所示，在开拓平面图上通过建筑物的四个角分 别作平行于某煤层走向和倾斜的四条直线得矩形 abcd。在矩形的外缘上加上 15m 宽的维 护带，得受保护面积 abcd。 （2）确定保护煤柱边界。通过受保护面积中心作一沿煤层倾斜方向的倾斜剖面- ，在这个剖面上，由维护带的边缘点 m1,n1起在表土层以 =45 画两条保护线，即 m1m2，n1n2。然后在基岩中于下山和上山方向按上山移动角 =61和下山移动角 =70作保护线，与煤层相交得 n和 k点，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-上，按其走向移动角 =70作保护线，求得沿走向的煤柱边界 AB和 CD，将 nk和 AB、CD均绘制 到平面图上，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每层平均密度 =8.51.45 =30.5 万 t 矿井可采储量汇总表矿井可采储量汇总表 工业储量为 1.1543 亿吨，可采储量为 9525.6 万吨。 (3) 矿区自然灾害情况 随着开采活动向深部转移，自然灾害的威胁越来越严重。 瓦斯：瓦斯压力和瓦斯涌出量逐渐增大，矿井瓦斯等级上升非常快，瓦斯治理难度明显 增大。大平、告成、超化已经由高瓦斯矿井转化为煤与瓦斯突出矿井；裴沟为高瓦斯矿 井；其余矿井为低瓦斯矿井。随着开采深度的进一步增加，瓦斯危害将更加严重。 设计损失水 平 别 煤 层 别 工业储量 A+B+C（ 吨） 工业 场地 井田 境界 断层 开采 损失 其他 损失 合计 可采储量 （万吨） 备 注 一 层 二 1 煤 .5.5.5.5 9525.6 万 吨 - 7 - 水害：超化、芦沟两矿水文地质为复杂类型，其余各矿为中等类型。目前，各矿井煤层 底板石炭系 L1-3 灰岩和奥陶系灰岩等承压含水层水位高于开采标高，属带压开采。加 上实行放顶煤开采工艺以后，对老空积水规律认识不够清楚，特别是井田范围内小煤窑 乱挖滥采，防御老空水灾害难度很大。地质补勘工程欠账较多，地质测量和探放水手段 落后。 煤尘：煤质松软易成粉末状，且孔隙率低，注水困难，生产过程中产尘量较大，特 别是综采放顶煤工作面的防尘问题是一项技术难题。煤尘具有爆炸危险；煤层自燃发火 期 2-6 个月。 矿山压力显现越来越明显；以上因素是制约安全生产稳定健康发展的主要问题。 1.31.3井田地层及地质构造井田地层及地质构造 1.3.1 井田地层井田地层 地层总体近东西走向，局部有变化，倾向南，采掘中不断发现有小断层和褶曲，构 造复杂程度中等；煤层较稳定，普遍可采，但煤厚变化较大，煤厚 0-37.8m,正常煤厚 5-10m 之间；煤层偶含夹矸，局部结构复杂，含夹矸 2-4 层，总体结构简单；煤层顶板 主要为砂质泥岩和泥岩岩，其次为中细粒砂岩，底板主要为砂质泥岩和泥岩，易于管理； 矿井来水以底板 L7-8 灰岩水为主，近年年平均矿井涌水量正常约 500m3h，最大 706.1m3h；2004 年相对瓦斯涌出量 6.48m3t，2005 年发现-200m 以下煤层有动力现 象，现按煤与瓦斯突出矿井管理，机械通风。 1.3.2 地质构造地质构造 本工作面地质构造复杂，煤层整体上呈现一单斜构造型态。煤层底板产状为： 140200825。但在送巷时揭露了 13 条断层，其中一条逆断层。受构造影响， 煤层底板产状及煤层厚度变化均较大。 工作面断层情况 - 8 - 超化井田位于荥密大背斜南翼的平陌超化矿区东部，呈一大的单斜构造，区内 构造以高角度近东西的走向正断层为主，伴有逆断层及宽缓褶曲，区内构造类型中等。 一、地质构造及煤层特征 1、构造特征 超化矿区总体构造为夹持于新密复向斜西南翼的次一级平陌-超化向斜东段（本区 叫张沟向斜） ，主体位其北翼。地层走向总体近东西向，南北对倾，倾角变化范围在 4- 45 之间，北缓南陡。伴有三组（近 EW、NW 和 NE 向）多条断裂构造。主要的构造方向 为近东西向，其次为北东和北西向。较大的（中型和大型）断层（断距40m）主要有 龟山断层、杨台逆断层、超化断层、河西断层、樊寨断层、小司沟断层和崔庄断层 7 条， - 9 - 另有 20 多条小断层。 该区含煤地层沿走向和倾向均有一定变化，地层产状南北对倾，总体为一不完整、 不对称、紧密向斜（即张沟向斜） ，矿区主体在其北翼，受三组（近 EW、NW 和 NE 向） 断层切割和破坏，南翼还受滑动构造和破坏影响，因此，该区构造复杂程度为中等构造。 地质填图、钻探、地震和矿井生产中未发现区内有岩浆岩。 超化煤矿位于平陌-超化勘探区的东部，其总体构造为夹持于新密复向斜西南翼的 次一级平陌超化向斜东段（本区叫张沟向斜） ，主体位于其北翼。地层走向总体近东 西向，南北对倾，倾角变化范围在 445 之间，北缓南陡，伴有三组（近 EW、NW 和 NE 向）多条断裂构造。主要的构造方向为近东西向，其次为北东和北西向。较大的（中型 和大型）断层（断距40m）主要有龟山断层、杨台逆断层、超化断层、河西断层、樊 寨断层、小司沟断层和崔庄断层 7 条，另有 20 多条小断层；另外龟山断层南还发育滑 动构造。 (1)断裂 龟山断层：区域上位于风后岭背斜北翼和新密复向斜南翼转化带一线，本区位于井田 南部张沟向斜核部，近东西走向。地表在韩家寨黄寨白龙庙灰徐沟一线，纵贯本 区南部边缘，区域延长约 15Km，倾向北，倾角 5870左右，南升北降，正断层，区 域断距 200500m，本区断距 300410M，超化煤矿南部断距最大，向东西两端变小。 它影响该矿区的划分，同时因富水、断距大等原因，将对断层两边特别是南部煤层的开 采带来十分不利的影响，同时又成为矿区南部边缘富水、导水的边界和通道，也是矿区 地下水的南部补给边界。 杨台逆断层：位于矿区西南，地面无出露。地下断失二 1 煤层交面线发端于超化煤矿 35 勘探线与龟山断层交汇处，向西大致沿二 1 煤层露头经王岗东坡向西出区，区内延长 约 2Km，近东西走向，北升南降，倾向北，倾角 1040，区内逆差约 160190m，东 小西大。3204 孔见九煤组后又重复到 P2SH2 地层，3202 孔见三煤组后又重复到 P2S 组 地层。该断层控制基本可靠。 它影响该矿区的划分，同时因断距大等原因，将对断层南部煤层的开采带来不利的 影响，在水文上它成为矿区西南边界的一条阻水边界。 - 10 - 超化断层：位于井田北部，地表在葛庄纪窝一线，区内延长约 2Km，向东西两端伸 出区外，近东西走向，南升北降，正断层，倾向北，倾角 5565，断距 65110m， 东大西小。 它影响矿区划分，对开采北部煤层不利，但却是矿区北部接受西部岩溶水和超花泉 群地下、地表水的富水断层和导水通道，对矿井水的赋存和疏排起重要作用。 河西断层：位于矿区北部边缘，地表发端于 4001 孔附近向西经西风井向河西村延伸， 近东