120万吨林南仓矿新井设计

华北科技学院毕业设计（论文）第1页共160页设计总说明本设计包括两个部分一般部分和专题部分。一般部分为开滦矿务局林南仓矿新井设计，全篇共分为十个部分矿井概括及井田地质特征、井田境界及储量、矿井工作制度和设计生产能力、井田开拓、采区巷道布置、采煤方法、井下运输、矿井提升、矿井通风与安全和矿井主要经济技术指标。林南仓井田，位于河北省玉田县林南仓附近。矿井东西长约为7000M，南北宽约为3500M，面积为1925KM2。井田内的可采煤层为9煤、12煤，其中主采为9煤，该煤层赋存稳定，平均厚度350米。倾角平均为20，为缓斜厚煤层。井田内工业储量176108吨，可采储量133108吨。矿井最大涌水量为1170M3/H，相对瓦斯涌出量202M3/TD，属于低瓦斯矿井，煤层有煤尘爆炸危险性和自然发火现象。林南仓矿年设计生产能力120万T/A，服务年限791年。采用立井三水平开拓，第一水平标高450M，第二水平标高750M，第三水平标高900M。矿井采用单一走向长壁综合机械化采煤法。矿井布置一个综采工作面保证全矿井的产量，长度180M，煤的运输采用10T架线式电机车牵引3T固定式矿车运输。矿井的通风方式采用中央边界式通风。专题部分为深部开采矿压与支护技术研究。该文分析了煤矿深井开采矿压控制的几个关键问题，简述了深井矿压特征，防治对策的研究进展。最后指出该领域里令人关注的力学问题。为了适应矿井深部开采入优化巷道布置入手，强化支护技术改革，合理组织施工，进一步提高了单进水平，保证了采区接续，实现了效益最大化。华北科技学院毕业设计（论文）第2页共160页THEBRIEFINTRODUCTIONOFTHEDESIGNTHISDESIGNINCLUDINGTWOPARTSGENERALPARTANDSPECIALPARTTHEGENERALPARTISANEWDESIGNOFLINNANCANGMINEINKAILUANGROUPITHASTENCHAPTERSTHEOUTLINEOFTHEMINEANDCOALFIELDGEOLOGY,BOUNDARYANDRESERVES,THEDESIGNEDANNUALPRODUCTIONCAPACITY,SERVICELIFEANDWORKINGAREA,UNDERGROUNDTRANSPORTATION,LIFTING,VENTILATIONANDSAFETY,THEECONOMYANDTECHNOLOGYINDEXOFTHEMINETHELINNANCANGCOALFIELDLIESINTHEYUTIANCITYOFHEBEIPROVINCETHEBOUNDARYOFTHEMINERUNS70KMFROMWESTTOEASTAND35KMFROMNORTHTOSOUTHONAVERAGETHETOTALAREAOFTHEMINEISABOUT1925KM2THEREARETWOAVAILABLESEAMS9,12THEYBURYEDSTABLYANDBELONGINGTOLESSERPITCHINGCOALSEAM,WITHTHEAVERAGEANGLE20DEGREETHEINDUSTRYRESERVESOFTHEMINEARE176MILLIONTONSANDTHEUSEABLE133MILLIONTONSTHEAVERAGEFLOWOFTHEMINEWATERISFROM1170M3/HITISALOWERGASMINETHECOALDUSTHAVEEXPLOSIONHAZARD,ANDTHESEAMHASSELFCOMBUSTIONTENDENCYTHEPRODUCTIONANNUALCAPACITYOFLINNANCANGMINEIS12MILLIONTONS,ANDITSSERVICELIFEIS791YEARSTHEREARE3LEVELSINTHEMINETHEFIRSTDEVELOPMENTLEVELLOCATEDATTHE450M,THESECONDIS750MANDTHETHIRDIS900MTHEMINNINGMETHODISFULLYMECHANIZEDALONGTHECOALBEDSTRIKETHEREISONLYONEWORKINGFACEINTHEMINETHELENGTHOFTHEFACEIS180MCOALISTRANSPORTEDBYTHEBOTTOMDUMPMINECARWHICHCAPACITYIS3TANDDRAGGEDBY10TONACCUMULATORELECTRICALENGINEERINGCARSTHEFORMOFVENTILATIONISTHELIMITROPHETOTHECOALFIELDSCENTERTHEMAINCONTENTOFTHESPECIALSUBJECTPARTISDEEPPRESSUREANDOPENPITMININGTHISPAPERANALYZESCOALMININGWELLSOFPRESSURECONTROL,THISPAPEREXPOUNDSSEVERALKEYPROBLEMSOFDEEPPRESSURECHARACTERISTIC,THERESEARCHPROGRESSOFCOUNTERMEASURESFINALLYPOINTEDOUTINTHISFIELDATMECHANICALPROBLEMSINORDERTOADAPTTOTHEMINEROADWAYBYDEEPMININGISDECORATED,STRENGTHENINGOPTIMIZATIONTECHNOLOGYREFORM,REASONABLESUPPORTINGORGANIZATIONCONSTRUCTION,ANDFURTHERIMPROVETHELEVELANDGUARANTEEMININGIN华北科技学院毕业设计（论文）第3页共160页STEADOFBENEFITMAXIMIZATION,REALIZED目录一般部分1矿区概述及井田地质特征1011矿区概述1012井田地质特征11121井田地质构造11122煤系地层划分及其特征12123井田水文地质1713煤层特征18131可采煤层情况18132煤的物理性质18133煤的围岩特性19134煤的特征19135瓦斯和煤尘212井田境界及储量2221井田境界22211井田划分依据22212井田境界确定2222井田工业储量的计算22221井田地质储量22222工业储量的确定2323井田可采储量23231永久煤柱煤量23232矿井可采储量计算26233矿井储量汇总表263矿井工作制度和设计生产能力2731矿井工作制度2732矿井设计生产能力及服务年限27华北科技学院毕业设计（论文）第4页共160页4井田开拓3041井田开拓的基本问题30411确定井筒的形式、数目、配置30412确定工业广场及井口位置31413确定开采水平和阶段高度32414开采水平布置及井底车场的选型33415采区划分及其布置3442井田开拓设计方案比较35421开拓方案技术比较35422经济比较38423综合比较4043矿井基本巷道40431井筒40432井底车场43433主要开拓巷道455采区巷道布置5051煤层地质特征50511可采煤层情况50512煤种及煤质变化50513各煤层顶底板岩性51514煤尘和瓦斯5152采区巷道布置及生产系统51521确定采区走向长度51522确定区段斜长和区段数目52523煤柱尺寸的确定52524采区上下山的布置52525区段平巷的布置53526联络巷道的布置53527采区运输、通风运料等系统的确定5353采区车场设计55华北科技学院毕业设计（论文）第5页共160页531采区上部车场形式的选择55532采取中部车场形式的选择56533采区下部车场的选择及设计56534采区主要硐室的布置6254采区采掘计划65541采区主要巷道参数确定65542确定采区生产能力70543计算采区回采率716采煤方法7261采煤方法和回采工艺72611采煤方法的选择72612综采工作面回采工艺设计7362综采工作面巷道布置方式877井下运输9071系统基本概述90711基本概况90712井下运输系统9072采区运输设备91721主运输设备91722采区辅助运输9573大巷运输设备97731矿车选择97732矿用电机车的选型988矿井提升10381设计依据103811主井提升103812副井提升10382主副井提升设备的选型104821小时提升量104822合理的提升速度104华北科技学院毕业设计（论文）第6页共160页823一次循环时间105824一次合理提升量的确定106825计算一次提升循环提升时间TX和所需的提升速度VM10783提升钢丝绳的计算10884提升机与天轮的选择计算110841滚筒或摩擦轮直径的确定110842天轮的选择110843提升机强度校验11085提升电动机的预选111851电动机功率的估算111852估算电动机转数11186提升机与井筒的相对位置112861井架高度112862丝绳对摩擦轮的围包角计算1139矿井通风与安全11491矿井通风系统的选择114911选择矿井通风系统的原则114912选择矿井主要通风机的工作方法115913选择矿井通风方式11692全矿所需风量的计算及其分配117921矿井风量计算原则117922矿井风量计算方法117923风速验算12293全矿通风阻力计算124931矿井通风总阻力计算原则124932矿井通风阻力计算12494矿井通风设备的选择126941矿井通风设备的要求126942选择主要通风机126943选择电动机129华北科技学院毕业设计（论文）第7页共160页944电费计算13095矿井灾害防治技术131951防治瓦斯131952防治煤尘131953防灭火131954防治水13210矿井基本技术经济指标133参考文献135专题部分1概述13811支承压力变化规律138111支承压力与采深的关系138112采深与内应力场范围的关系138113支承压力沿板传递规律13812矿压动力现象13913采场矿压14014巷道矿压14015深部开采矿压控制的力学问题1412深部采区轻放工作面矿压规律研究14121工作面地质概况14122工作面简介14123测区布置及观测方法14224观测结果分析142241老顶破断移动规律142242工作面支架与围岩的相互作用特征142243工作面矿压规律142244工作面矿压显现特征14325结论分析143251直接顶与顶煤的关系143252老顶来压与支架载荷143华北科技学院毕业设计（论文）第8页共160页253动载系数143254支架阻力144255承压力影响范围144256放煤参数1443深部返修巷道矿压显现规律及控制14431试验巷道情况14432返修巷道矿压显现规律及其分析14533小结1474深部巷道支护的研究14741忧化巷道布置14742选择合理的掘进方法14943强化支护技求改革150431锚网喷支护150432锚网及锚带网支护15144研究施工方法，提高单进水平152441积极使用新设备152442积极应用新技术152443积极研究应用新的施工工艺15245小结1535结论153参考文献154致谢155华北科技学院毕业设计（论文）第9页共160页一般部分林南仓矿120万T新井设计第10页共160页1矿区概述及井田地质特征11矿区概述开滦林南仓矿业分公司位于蓟玉煤田林南仓井田范围内，地理座标为东经11737，北纬3950。东北距玉田县12公里，井田范围内交通四通发达，电力充足，北邻京哈公路，京秦铁路，紧邻唐玉宝公路旁边，京沈高速公路穿境而过，井田内有通往下仓的铁路（矿区专用）。西距北京120公里，南距天津新港120公里，东距秦皇岛港190公里，地理位置优越。林南仓矿业公司交通位置示意图见图111。图111地理交通位置图本区北枕燕山余脉，距螺山峰山只有十余公里，南为华北大平原，全区被新生界地层覆盖，区内地形平坦，地势由北向南逐渐低下，地表标高介于100米至600米之间，区内无河流，仅井田北部有一较大积水洼地后湖，盛产芦苇，呈沼泽状态。本区属大陆性风气候，降水多集中在6、7、8月份，最大年降水量8981毫米，最小年降水量4524毫米。年最大蒸发量21868毫米，年最小蒸发量16704毫米。最高气温403C，最低气温229C，最大冻土深度780毫米。林南仓井田位于河北省玉田县林南仓镇附近，地处京津唐秦中心地带，林南仓镇位于玉田县西南部，总面积40平方公里，耕地25600亩，镇辖21个行政村，总人口20492，现有私营企业48家，个体企业303家，形成了以建筑、冶金、造纸、机械化工、运输、建材、皮革、酿酒为主的九大骨干行业。华北科技学院毕业设计（论文）第11页共160页林南仓矿业分公司的地面供水可划分为三个部分，即以东六家属区生活应用水为主体的东六供水系统，以生产和生活供水为主的工业广场供水系统以及风井生产用水为主的风井供水系统，它们各自称为独立的系统，互不影响，不相干涉，从而构成了林南仓矿业分公司的三大供水系统。前两个系统供水量大，对水质的要求也较高。东六供水系统服务对象主要是居民的日常生活，日平均耗水量150M/H，供水水源井位于东六生活区内，距离工业广场中心3公里。供电网位于林南仓镇东5公里，供电条件能满足生产和生活的需要。12井田地质特征121井田地质构造林南仓煤田位于开平煤田东南翼。开平煤田位于燕山南麓，煤系地层为石炭二迭系。开平主向斜是煤田主要构造，呈复式向斜构造。向斜的总体轴向为NE向。自古治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平缓，向北往南发育两组轴向与主向斜轴斜角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。林南仓井田的主体构造为井田北翼的塔坨向斜和南翼毕各庄区域的毕各庄向斜式，由于开平向斜在发育过程中北部受青龙山东南构造带影响。主向斜轴在古治以北发生偏移，呈东南向派生的南北应力场，形成次一级构造。主要褶曲构造褶皱为本煤田的骨干构造。主要构造线各向斜、背斜彼此平行相间排列，其褶皱轴线一般均作北西方向延展。向斜均有煤系地层保护，并闭合成盆地形构造，而背斜部分煤系地层则被剥蚀。褶皱均显不对称性，轴面向受力强烈的方向倾斜。本煤田之中部即林西背斜至黄土坎背斜为受力较强烈的上升部位，因此，轴面均有内倾之趋势，如煤田东部林南仓、李庄子向斜之西翼地层产装较陡达5060，而煤田西部的下仓向斜西翼地层产状平缓，一般为1020，东翼及东北边缘地带地层倾角则较陡，达4560。林南仓向斜因地处马兰裕山字型构造弧顶前缘部位，东北端受北部压力，西和西南端受来自于李庄子向斜方向的侧压力之力偶作用，使向斜轴线呈“U”字型。断层林南仓矿120万T新井设计第12页共160页本煤田断层多发育在受力较强烈的中部地带，即下仓向斜之东翼，李庄子向斜及林南仓向斜西部。依据受力关系本区主要断层分以下几种压扭性断层断层构造线一般呈北西方向，与褶皱轴线相平行，多形成与较强烈褶曲部位。断层面倾角一般较小。约4555。走向延长较远。张扭兼重力性质大断层。本类断层有两组。断层构造线一般呈北西方向与褶皱轴线相平行，断层面倾角较陡，一般在60左右，断距百米至数百米，如李庄子向斜中A、B、D、E等正断层均属此类，使李庄子向斜形成地堑式构造。断层构造线一般呈北东方向与褶皱轴斜交，断层面倾角6075断距数十至数百米，并具有继承性，第四纪仍有活动。区内共发现大小断层4条，其中断距大于30米者有3条，以F1断层斜切井田中央粘距1550米，延伸长度2000米，对井田影响到大，其余断层断距较小，延展长度也较短，对井田开拓也较有影响。主要断层见附表121。表121林南仓井田主要断层表断层产状带别编号性质走向倾向倾角断距（米）延展长度（米）1F正断层N10ESE75801511020002F正断层N7080ESE7580354218003F逆断层N5060ESE70753520004F正断层N4050ESE75201500岩浆岩蓟玉煤田所属三个含煤向斜均有不同程度的岩浆岩侵入。下仓向斜、李庄子向斜火成岩遍及全区，林南仓向斜之西部有火成岩侵入，东部未曾发现有岩浆岩侵入之现象。所见岩浆岩经磨片鉴定有以下几种主要有辉绿岩，少量安山岩，煌斑岩和玻基橄榄玄武岩等。呈岩墙、岩枝和岩床侵入。岩墙多呈北西或北东方向，岩床多沿煤层侵入。位于下仓向斜之北部，有一较大的火成岩体侵入玉石炭系二叠系地层中，其岩性为安山岩，可能以岩盘形式产出。岩浆岩的侵入时期属燕山运动晚期。122煤系地层划分及其特征林南仓井田煤系地层主要由石炭系、二叠系地层组成，其中包括中石炭统唐山组、华北科技学院毕业设计（论文）第13页共160页上石炭统开平组、赵各庄组、下二叠统的大苗庄组、唐家庄组。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。煤系地层综合柱状图见图121地层系统界系统组层间距/柱状名称厚度/古生界粉细砂岩粉砂岩粉砂岩粉砂岩粉砂岩粉砂岩粉砂岩煤8煤9粉细砂岩煤1细砂岩炭质泥岩煤20512968526108513049023640413502361058343689二叠系上统上统大苗庄组赵各庄组图121煤系地层综合柱状图煤系地层各组厚度变化、岩性特征及所含标志层分述如下奥陶系中统马家沟组（02）本区钻孔揭露最多者1589米，岩性为浅灰灰白色石灰岩，质纯性脆，时夹薄层状灰质粘土岩及白云质石灰岩或豹皮状灰岩。顶部有古风化壳迹象，含黄铁矿结核，裂隙溶洞较发育，有时被铝土质充填。石炭系（C）上限为煤11顶板细粉砂岩之顶界，与上复二迭系地层呈整合接触。下限为奥陶系石灰岩顶面，两者呈平行不整合接触。地层厚度约200米，分中上两统，下统缺失。石炭系中统唐山组（C2）本统直接覆盖于奥陶系石灰岩之上，上限至第三海浸线K3石灰岩顶面，地层厚度介于46086177米，平均为52米。林南仓矿120万T新井设计第14页共160页岩性特征是岩层颜色较浅，多为浅灰灰色，并夹有少量紫色（在K2灰岩以下），以粘土岩和粉砂岩类为主。岩石大致百分比为中粗粒砂岩占1074，细砂岩占356，粉砂岩占1971，粘土岩占5662，煤层占059，石灰岩占878。层理不明显，粘土岩一般呈团块状构造，植物化石保存较少，在石灰岩及其顶板细粉砂岩中，富含海相动物化石，菱铁质鲕粒及结核发育，并含有黄铁矿结核和散晶。除部分粘土岩外，在一般岩层中皆含不同程度的钙质。本统岩相组合特征是下部厚约25米为滨海湖泊大相的碎屑岩沉积，向上逐渐转为浅海薄层灰岩相和过渡相的交替沉积，构成三个完整的小旋回。每个旋回一般由浅海沉积（第I1旋回为滨海湖泊）起，经过渡相，终止于浅海灰岩相。标志性岩层K3至K4之间有深灰色浅海相粉沙岩或粘土岩，细腻质纯性脆，含腕足类珊瑚等动物化石，为石K3灰岩直接顶板。一般厚度9米左右。K4至K5之间有浅灰色细中粒沙岩成分以石英为主，次为少量岩屑等，分选及滚圆度中等，拟质孔隙式胶结，夹碳质层纹，显水平层理和缓波层理状，岩石成分比较单纯，易于煤系地层中的沙岩相区别。位于井筒西北部常相变为粗砂岩，厚度达20米左右（至煤17以上），风井以东见薄，井相变为细砂岩，一般厚度5米左右。灰深灰色粘土岩有时稍发褐色，质软，含铝土质和凌铁质结核，富含植物根化石，成团块状构造（为煤14直接底板），一般厚度在3米左右。K5至K6之间有深灰色细粉砂岩致密而细腻，性脆质地均一。富含黄铁矿石结核，底部见有少量海百合等动物化石，为K5灰岩之直接顶板。一般厚度75米左右。深灰色粉砂岩和灰色细砂岩互层带以前者为主，显条带状，具水平层理及缓波状层理，含植物化石碎片和较完整的假蛋形翅羊齿等植物化石。灰色细砂岩，致密坚硬，泥至孔隙基底式胶结，具水平层理和缓波状层理，时为煤12下直接底板，以坚硬为特征，易与其他砂岩相区别，一般厚度4米左右。赵各庄组地层厚度74417941米，平均55米。岩性特征是浅灰深灰色。以粉砂岩为主，但比开平组为少，而厚层状中粒砂岩相对增多。岩石大至百分比为，中粗粒砂岩占129，细砂岩占124，粉砂岩占4414粘土岩占99，煤层占1973，其它站093。植物化石以翅羊齿类居多，一般赋存在煤11顶板粉砂岩和煤11煤12之间粉砂岩两个化石带内。华北科技学院毕业设计（论文）第15页共160页岩相组合特征是以滨海湖泊相为主，并有泻湖海湾相，湖滨波浪带相、湖泊三角洲相等沉积。本组地层可划分为三个完整的小旋回。海退相序地层厚度为36米，海进相序地层厚度为1913米说明地壳处于缓慢的波浪式上升。且升降幅度较小，比下部唐山组和开平组地层更接近于大陆性趁机环境亦相对比较稳定，有利于煤层的形成。所以在每个小旋回的中上部均有泥炭沼泽沉积相，赋存有主要可采煤层（煤11煤12）及不稳定的不可采煤层（煤14）标志性岩石及化石带有煤12下顶板下粉砂岩深灰黑灰色，细腻含炭质及黄铁矿散晶，棕褐色条痕，贝壳状断口，富含腕足类，瓣鳃类和海百合等动物化石，一般厚度在一米左右。煤11至煤12之间的粉砂岩近煤12处为深灰色细粉砂岩频繁交替出现，显条状带外观，其下岩性渐细，底部为细粉砂岩或粘土岩，致密而细腻，质地均一纯净，细水平层理明显，井田西北部为浅灰银灰色，而东南部则渐变为深灰色，岩性标志，易于对比，厚度16米左右。煤12顶板粉砂岩深灰色，岩性致密，质地均一，具水平层理及缓波层理。采集有假蛋翅羊齿、开平翅羊齿、直脉翅羊齿类、星轮木、纤细轮木、长方楔叶、芦木苛达树等化石，为本组植物化石富集层之一,厚度一般在5米左右。煤11煤12之间粗砂岩浅灰色，成分以石英、岩屑、燧石为主（以含较多燧砾为特征，易与其他煤层间砂岩相区别）。分选较差，滚圆度为半园状。泥质孔隙基底式胶结，局部含钙质。具水平层理、斜层理、交错层理等。全区沉淀稳定（特别是井田西部），仅局部地段相变为细砂岩。一般厚度约12米。煤11顶板细粉砂岩呈灰深灰色，致密，显水平层理及缓波状层理，含菱铁质结核，采集有星轮木、楔叶木、细羊齿、苛达树等化石，亦为本组植物化石富集层之一，一般在4米左右。二叠系（P）板湖泊相细粉砂岩之顶界，与下伏地层呈整合接触。上限为第四系松散沉积物，呈不整合接触。在井田内保留地层最大厚度约560米。二叠系下统（P1）上限为A层铝土直粘土岩顶界，于上统呈整合接触。本统地层厚度约为278米，分上、下两组。上组称为唐家庄组，下组称为大苗庄组，其中大苗庄组是主要含煤地层之一。林南仓矿120万T新井设计第16页共160页标志性岩层及化石带煤9顶板细粉砂岩呈灰深灰色，致密，具细水平层理及层庄菱铁质结核。采集有星形轮木、细羊齿、芦木。苛达树，东方尼式苏铁等植物化石，为本组化石富集层之一。一般厚度在3米左右。煤8底板砾状粉砂岩呈浅灰色，局部含钙质。具有大量灰绿、灰白色粘土岩块。该层随82尖灭而消失。在井筒附近厚度增大，常为煤9直接顶板。但凡为煤9直接顶板时，煤9则变薄或不可采。该层一般厚度4米左右。煤7顶板细粉砂岩粘土岩为灰黑色，岩性细腻。性脆，呈菱角状及贝壳状断口，富含菱铁质结核及黄铁矿细晶。采集有腹足类、斧足类、腕足类、海百合等动物化石，为本区最上一次海侵。该层可能相当于开平煤田煤6顶板。一般厚度3米左右。煤6顶板粉砂岩呈深灰色，欠均匀，有堆砾现象，加灰色细砂岩薄层，局部显水平层理及缓波状层理。采集有假蛋形翅羊齿、带羊齿、楔叶木、轮木、苛达树、细羊齿等化石，为本组植物化石富集层之一，一般厚度6米左右。煤5至煤6之间中粒砾岩呈浅灰绿色，成分为石英、岩屑、长石、燧石等。分选较差。滚圆度中等，泥质孔隙基底式胶结，夹炭层纹及煤化物质，以颜色易与下部砾岩相区别，一般厚度4米左右。煤5顶板粉砂岩呈灰绿色，岩性较均一。采集有星轮木、长方楔叶、芦木、带羊齿、苛达树等植物化石，亦为本组植物化石富集层之一。一般厚度3米左右。二叠系上统（P2）保存有古冶组（P12）地层，最大厚度约300米。本组属陆相沉积，河床相粗碎屑砂质岩居多。岩石大致百分比为，中粗粒砂岩占4606，细砂岩占0388，粉砂岩占4569，粘土岩占787。本组地层大致可分为六段（即六个中粗粒砾岩带和六个粉砂岩粘土岩带）。每一岩段皆有河床相中、粗粒砾岩起，至湖泊相或湖沼相细碎屑岩（粉砂岩或粘土岩）止。反映了六次河流活动的巨周期（详见地层综合柱状图）。岩性特征，中粗粒砾岩皆为灰白灰紫色。成分为石英、燧石、岩屑、长石等。分选及滚圆度均不好，夹炭质层纹及紫色条带，显大型直线形斜层理。粉砂岩一般以灰紫色为主，褐铁矿结核发育，显花斑状结构，呈团块状构造。植物化石少，一般多赋存在上部铝土质粘土岩以下30米至A层以上40米之间的粉砂岩中。采集有细羊齿、华北科技学院毕业设计（论文）第17页共160页楔叶木、轮木等植物化石。标志性岩层有A0层铁质粘土岩紫红色，岩性致密，性脆质地均一，呈角状断口，含豆状铁质结核及鲕粒，平均厚度5米，该层底板紫灰或灰白色粗砾岩极为标志，易于对比。上部铝土质粘土岩灰紫色，致密、细腻，有滑感，含铁质结核及鲕粒，显花斑状结构，平均厚度453米。本层顶板至上部铁质粘土岩间均为紫灰紫色粗砾岩（或含砾粗砾岩），于A层至A0层之间砂岩相似，但该层颜色较紫。上部铁质粘土岩岩性与A0层铁质粘土岩颇为相似，但该层更为细腻据仓补17化验结果SIO2为3728AE203为2487。FE2O3为1350，烧失量为1356，平均厚度为569米。第四系松散沉积物主要由粘土曾、砂层、砾石层极少量卵石层所组成。一般70米以浅砂层或砾石层较多，深部则以粘土层为主。冲击层底部之卵石层在北部及东北部较发育，厚达30米以上。在较稳定的两层粘土层之中（埋藏深度70110米和120220米）富含淡水动物介壳，为良好的对比标志及隔水层。第四系厚度变化较大，由井田北部的14378米至东南部达434米以上。123井田水文地质矿区年降水量在350MM800MM之间，由于冲积层的存在，阻隔了大气降水与矿坑涌水之间的联系，矿井用水量基本不受季节的影响。矿区地表水系主要包括后湖。矿井采动塌陷坑积水量随开采面积的扩大而增加。所有地表水均直接补给潜水层。矿井直接充水含水层包括第三含水层（煤12底至煤4顶砂岩裂隙含水层）、第四含水层（煤5至煤12顶砂岩裂隙含水层）、第五含水层（煤5顶板砂岩裂隙含水层）。矿井间接含水层包括第一含水层、第二含水层、第五含水层、第六含水层。其特征见表122。表122含水层划分表含水层编号含水层名称含水层富存情况单位流水量渗透系数水质类型林南仓矿120万T新井设计第18页共160页1第一含水层含水丰富2146升/秒米182714米/昼夜重碳酸钙镁型2第二含水层含水性弱00455升/秒米0261米/昼夜硫酸钙镁型3第三含水层含水性中等，局部较强0019700566升/秒米01501077米/昼夜重碳酸钠型4第四含水层含水性弱001600584升/秒米01541742米/昼夜重碳酸钠型5第五含水层含水性中等，局部较强006030228升/秒米4526米/昼夜重碳酸钠型6第六含水层含水性弱00400196升/秒米002480211米/昼夜重碳酸钠型13煤层特征131可采煤层情况井田内可采和局部可采煤层共四层，即煤8、煤9、煤11、煤12、。其中主要可采煤层共有2层。即煤9和煤12，其余绝大部分不可采。132煤的物理性质8煤层为复杂结构煤层，含有12层泥浆，粉砂岩夹石。煤岩类型以亮型为主，界限明显，内生节理发育，玻璃光泽。平均厚度08米，该煤层为不稳定煤层。9煤层为复杂结构煤层，有夹石12层，层位稳定，全井田可采，局部相变为炭质泥岩，平均厚度为394。采性指数为095，煤厚变异指数为08，该煤层为稳定煤层。11层为复杂结构煤层，有夹石12层，厚度、岩性均变化较大，该煤层只在F1断层西北及北侧和井田东南角可采，其他部位变尖或尖灭，平均厚度为09米，可采性指数为073，煤厚变异指数为0812，该煤层为极不稳定煤层。12层为结构简单厚煤层，煤层局部有夹石12层，层位较稳定，平均煤厚为208采性指数为098，煤厚变异系数为0431，该煤层为稳定煤层。他们的结构、厚度及特征见表131。华北科技学院毕业设计（论文）第19页共160页表131可采煤层特征表煤层厚度/M序号煤层名称最小最大平均层间距/M倾角/硬度容重稳定性18煤061208180407147不稳定29煤30423920031114稳定311煤071109160407148不稳定412煤203522125202220040914较稳定133煤的围岩特性林南仓矿煤层顶底板岩性变化大，围岩岩石力学性质差异明显。煤9顶板灰浅灰色泥质粉砂岩，致密、细腻、性脆、易碎，有滑腻感，断口和裂隙面发育，具水平层理，局部含菱铁质结核含芦木、星轮木、苛达树等化石。层厚30米，直接顶垮落步距36米，老顶来压步距168米，顶板数类级。煤9底板深灰色粘土岩，细腻、光滑，有贝壳状断口，并含有大量根化石，岩石软、易风化，层厚20米。煤11顶板条带状灰色粉砂岩，致密，显水平层理及缓波状层理，并含有大量的菱铁质结核，薄层，岩石大部分为碎块状，层面含有方解石膜，该层含有星轮木、楔叶木、细羊齿、芦木、柯达木苛达木等植物化石，层厚04米，通过回采过的工作面观测，直接顶初次垮落步距46米，老顶初次来压步距3米，老顶周期来压步距1012米，顶板属1类1级。煤12顶板灰色粉砂岩，厚50米，致密、坚硬、呈条带状，灰、灰白、褐色相间，有时附着绿色物质，层理呈水平或缓波状，泥质胶结，含有丰富的植物叶化石，初次垮落步距1416米，老顶初次来压步距为32米，老顶周期来压步距1012林南仓矿120万T新井设计第20页共160页米，顶板属类级。煤12底板灰深灰色细砂岩，厚度20米，层状产出，岩石较硬，为钙质或菱铁质胶结，全井田发育较好。134煤的特征煤的物理特征林南仓井田内各煤层均属腐植煤，煤层颜色一般为深黑色，条痕黑褐色或黑色带有褐色。呈较亮的似玻璃光泽，硬度和韧性较大，脆性较小，煤岩组分以亮煤和暗煤为主，次为镜煤，丝炭少见。各煤层物理特征见表132。表132煤层物理特性特征煤层颜色光泽煤岩组分煤岩类型煤的结构和构造块度黄铁矿结核煤8深黑色玻璃状光泽镜煤亮煤和暗煤半亮型条带状，层状结构粉碎块状含煤9深黑色较亮的似玻璃状光泽镜煤亮煤和暗煤半亮型条带状，透镜状结构，层状结构粉碎块状含煤11深黑色较亮的似玻璃状光泽以亮煤和暗煤为主少量镜煤半暗型条带状，层状结构粉碎块状少量煤12深黑色光亮的似玻璃状光泽镜煤亮煤和暗煤半亮型条带状，透镜状结构，层状结构粉碎块状含煤化学分析原煤工业分析见表133。表133可采煤层原煤工业分析综合表项目煤层灰分AG硫分S挥发分VR发热量卡/克煤质牌号华北科技学院毕业设计（论文）第21页共160页81138355215771533382132975338332165200757271372号肥煤为主，局部肥焦煤92417317028801052441633063387135104600763060161、2号肥煤111138355215771533382132975338332165200757271372号肥煤为主，局部气肥煤1226723829310904305804727733680298655207652606012号肥煤为主，局部肥焦煤和气肥煤135瓦斯和煤尘瓦斯瓦斯的相对涌出量在005056米3/吨天，二氧化碳的相对涌出量3181218米3/吨天，属于低级瓦斯矿井。瓦斯涌出量见表134。表134矿井瓦斯涌出量绝对涌出量M3/MIN相对涌出量M3/TD矿井瓦斯等级瓦斯CH4CO2瓦斯CH4CO2低0733373012545煤的自燃发火情况本矿各煤层均有自燃倾向，其中9煤层发火期最短为11个月，最长为25个月，矿井发火等级定为四级。林南仓矿120万T新井设计第22页共160页2井田境界及储量21井田境界211井田划分依据在井田划分时，保证各井田合理的尺寸和境界，使煤的各部分得到合理性开发。井田划分的范围，储量，煤层赋存及开采条件应与矿井生产能力相适应。对于现代化大型矿井，要求井田有足够储量和合理服务年限，生产能力小的矿井可小些。同时考虑到矿井发展余地，井田范围应适当的划的大些。本设计生产能力为120万T/A,属于大型矿井。因此在划分井田范围时，应与该生产能力相适应。保证井田有合理的尺寸。通常情况下，为合理安排井下生产，井田走向长度应大于倾斜长度。如井田长度过短，则难以保证矿井各个开采水平有足够的储量和合理的服务年限。造成矿井接替紧张。井田走向长度过长，又会给矿井通风，井下运输带来不便。根据实际地质情况，并参照我国煤矿的实践经验，选择一个合理的尺寸。合理划分矿井开采范围，处理相邻矿井关系。划分矿井边界时，通常把煤层倾角不大，沿倾斜延展很宽的煤田，分成浅部和深部两部分。一般应先浅后深，先易后难，分别开发建井，以节约初期投资。选择好井口与工业广场位置。划分应考虑井筒与工业广场位置的选择，使有利于井田开拓和采区布置，有利于矿井建设施工和工业场地布置。212井田境界确定根据埋深及井田构造情况，本矿井井田境界确定如下根据以上确定的井田境界，林南仓井田西部以11号勘探线为界，其余均为自然露头。该矿地处平原，地面标高6米左右，井田走向长7千米，倾向宽35千米，面积S为1925平方千米。22井田工业储量的计算221井田地质储量井田储量的计算公式华北科技学院毕业设计（论文）第23页共160页ZSM/COS（221）式中煤层倾角,（）煤容重,T/M3M煤层的总厚度,MS井田面积,所以Z192510790714/COS20223108吨222工业储量的确定本井田内考虑到煤8、煤10、煤11绝大部分不可采，目前情况下，暂定煤9、煤12为可采煤层，而这两层煤的厚度分别为394M和221M。所以工业储量为ZC1925107（394140221140）/COS20176108吨23井田可采储量231永久煤柱煤量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工业广场煤柱，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。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231所示。林南仓矿120万T新井设计第24页共160页图231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A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ABCD。断面断面建筑物的长轴方向煤层围护带图232用垂直断面法确定建筑物下安全煤柱B确定受保护煤柱华北科技学院毕业设计（论文）第25页共160页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75和下山移动角59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75作保护线，得沿走向的煤柱边界AB和CD，将NK和AB，CD均绘制在平面图上，即得保护煤柱边界ABCD。煤柱是一个梯形。C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煤矿工业广场占地指标所列数值的规定选取。表231工业广场占地指标表井型（万吨/年）指标（公顷/10万吨）400600045062403000708120180091045901213注指标中小井取大值，大井取小值本矿井井型为120万吨/年，工业广场占地面积为1201010100001012105M2设计工业广场形状为长方形，长为400M,宽为300M。矿井的表土层厚度为90米，煤层平均倾角20，75，则59，20，冲击层移动角45，围护带宽度为20M。经计算得梯形高度H550M梯形上底AB630M梯形下底CD720M得S底1/2（630720）55037125万M2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林南仓矿120万T新井设计第26页共160页所以9煤层工业场地煤柱量3712510539414205106T12煤层工业场地煤柱量3712510522114115106T故总工业场地煤柱量32106T断层保护煤柱根据采矿工程设计手册，为保护矿井的安全生产，本井田无特大的断层，只有一些较小断层，所有断层长度总为2000M，断层两侧各留设30M的保护煤柱。断层保护煤柱煤量断层长度煤柱宽度煤层厚度煤的平均密度故断层保护煤柱煤量2000302（394221）140103106T边界保护煤柱根据井田边界的地质情况，井田边界防水安全煤柱为25M，防水煤柱约长为10750M,则留设井田边界防水安全煤柱的储量为边界保护煤柱煤量1075025（394221）140231106T232矿井可采储量计算矿井可采储量的计算公式为Z（ZCP）C（231）式中Z矿井可采储量ZC矿井工业储量P各种永久煤柱煤量损失之和C采区回采率，厚煤层不低于075，中厚煤层不低于080，薄煤层不低于085Z（17610800854108）80133108T所以设计矿井可采储量为133108T。233矿井储量汇总表矿井各种储量以及分煤层、分水平的储量编入矿井储量汇总表，见表232。表232矿井储量汇总表永久煤柱损失104T煤层名称水平序号工业储量104T境界煤柱断层煤柱工业广场煤柱其他煤柱可采储量华北科技学院毕业设计（论文）第27页共160页一水平5189411975519521500511111380877二水平20756049763538158004445152351煤9三水平2077311866929894444152713一水平32838612501123594237370243517二水平131344214922389998281397405煤12三水平131452118141891281298066总计15313434139505200133293矿井工作制度和设计生产能力31矿井工作制度设计规范规定“矿井设计生产能力按工作日330D计算。每天4班作业，每天净提升时间为16H。”因此，设计时按矿井年工作日330D，每天4班作业，每天提升能力为16小时设计。随着社会进步和劳动制度改革，目前综采多采用四六制，每班工作六小时，三班出煤一班检修，以缩短煤矿工人的辅助劳动时间，以减轻工人的劳动强度。所以本矿井计划采用“四六”工作制度。32矿井设计生产能力及服务年限对于储量丰富，地质构造简单，煤层生产能力大，开采技术条件好的矿区宜建设大型矿井。当煤层赋存深，表土层厚，冲积层含水丰富，井筒需要特殊施工时，为扩大开采范围降低吨煤成本，建设大型矿井较为合理。对煤层生产能力大，地形地貌复杂的矿区，工业广场不易选择和布置，为避免过多的地面工程，井型应当定大一些，储量不丰富，煤层生产能力不大，或为薄煤层，或地质构造复杂，或有煤与瓦斯突出危险，宜建中小矿井。由于本矿井煤层赋存较深，表土层较厚，且储量丰富，没有煤与瓦斯突出危险。因此，可以设计为大型矿井。综合考虑各方面因素，初步确定本矿井的设计生产能力为120万吨/年。林南仓矿120万T新井设计第28页共160页校核矿井煤层的开采能力是否满足设计生产能力的要求矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力，本矿井计划用一个采区的一个高产、高效工作面保证全矿井的产量。主采煤层厚度394M，工作面长度180M，采煤机截深06M，每天进6刀，一年330D,工作面回采率95，则综采面的生产能力为180394066330149514940万吨120万吨故能够满足矿井设计生产能力的要求。校核各种辅助生产环节的能力根据后面矿井运输提升部分的设计可知，矿井的各种辅助运输能力都能满足矿井生产能力的要求。校核储量条件矿井的设计生产能力应与矿井储量相适应，以保证矿井有合理的服务年限。新建矿井及水平服务年限见表321。表321矿井及水平服务年限表第一水平设计服务年限/A矿井设计生产能力（MT/A）矿井设计服务年限（A）煤层倾角025煤层倾角2545煤层倾角459060及以上7035305060301224502520150450940201515矿井服务年限可用下式计算TZ/AK（321）式中T矿井设计服务年限，AZ矿井可采储量，万TA矿井设计生产能力，万T/AK储量备用系数，这里取14对于本矿井T133108/（1210614）791A华北科技学院毕业设计（论文）第29页共160页同理可计算出第一水平的服务年限为371A。设计规范规定120万T/A大型矿井的服务年限不小于60A，开采倾角025煤层的矿井，第一水平服务年限不小于30A。经校核储量条件满足设计生产能力的要求。校核安全条件本矿井瓦斯涌出量较小，全矿井瓦斯相对涌出量为00520256M3/T，为低瓦斯矿井。煤尘爆炸指数为38414284，具有强大的爆炸性，随着开采深部的增加，煤层爆炸性增强。初个别区域外，煤层均属容易自然发火的煤层，其发火期短，属于I级自然发火矿井。煤与瓦斯突出及冲击地压危险性小。涌水量很大。根据以上条件，本矿采用中央边界式通风，工作面采用U型通风。在副井中铺设四趟排水管道可满足排水的要求。煤自燃的预防，可在开拓、回采工艺、巷道布置、监测等方面来采取措施。综上所述，本矿井的设计生产能力为120万吨/年。林南仓矿120万T新井设计第30页共160页4井田开拓41井田开拓的基本问题411确定井筒的形式、数目、配置井筒形式选择的一般标准煤层赋存和地形等条件具有平硐开拓条件时，应首先考虑采用平硐开拓。当平硐以上煤层垂高或斜长过大时，多开地面出口有利时，可采用阶梯平硐开拓。对于煤层赋存较浅，表土层不厚，水文地质条件简单的缓倾斜、倾斜煤层，应尽量采用斜井开拓。各种提升方式的斜井井筒倾角一般规定如下串车提升25箕斗提升2535输送机16对于有条件的矿井，在急需煤炭地区，其浅部可采用片盘斜井开拓，提前出煤，由小到大，然后集中斜井开拓。片盘斜井可一个片盘生产，一个片盘准备。采