采矿学课程设计说明书

1、1 矿井概况1.1 矿井地形、地貌、地物及其对开采的影响斜沟井田位于山西省兴县县城以北 50km 处岚漪河两侧。行政区划隶属于兴县魏家 滩镇，局部位于保德县南河沟镇，项目业主为山西西山晋兴能源有限责任公司。其地理 坐标为：东经 111° 05' 30 111° 08' 33，北纬 38° 32' 40 38° 44' 39。井田属吕梁山脉的西北端，山河交错，沟壑纵横，山川层叠，侵蚀冲刷剧烈，地势 总体为南北高、中部低，最高点位于井田东南角寨则卯村西，海拔高程+1254.0m;最低点位于井田中东部的岚漪河谷地，海拔高程 +9

2、24.0m,最大相对高差330.0m，区内大面 积为第三、四系松散层所覆盖。岢瓦铁路和县级公路从井田中部沿岚漪河通过，岢瓦铁路目前已基本建成，铁路装 车站设在石吉塔沟口西侧附近的河滩地。从节省投资，减少运营费用的角度出发，井口 及工业场地选择应尽量靠近铁路装车站。 岚漪河上游有一座设计蓄水能力 2400 万 m3 的 天古崖水库。为文革期间所建，目前坝体已出现渗漏，水利部门定性为危库，矿井井口 及工业场地选择需注意这一因素的影响。1.2 矿井开拓方式及主要井巷的布置形式 矿井工业场地及井口布置在井田中部岢瓦铁路南侧的石吉塔沟内及沟口附近。 采用 沟内外结合布置方式，场地标高 +940.0+99

3、2.0m。根据工业场地附近煤层埋藏较浅的特点，井田采用斜井开拓方式。矿井初期形成五 条井筒，其中一、二号主斜井布置在石吉塔沟内 400m处的坡地上，井口标高+980.0m， 其中一号主斜井 的方式掘至 8号煤层 +660m 标高，一号主斜井倾角 15°，斜长 1236m， 铺设带式输送机，通过煤仓与 11 采区带式输送机上山及 8 号煤带式输送机大巷相接。 二号主斜井掘进至13号煤层+585m标高，通过煤仓与21采区带式输送机上山及13号煤带 式输送机大巷相接，二号主斜井倾角17°,斜长1351m，铺设胶带输送机。副斜井井口 及辅助生产系统布置在石吉塔沟沟口东侧， 岢瓦铁路

4、南侧的河滩地上， 井口标高 +945.0m， 以斜井的方式掘进至8号煤层+763m标高，副斜井倾角5.5°，斜长2011m,利用无轨 胶轮车担负辅助运输。矿井采用分区式通风系统，一号回风斜井布置在石吉塔沟深部主斜井南侧550m附近坡地上，倾角25°,斜长653m。在其东侧约150m处的台阶上布置 有一号回风立井。井口标高+1010m，垂深365m。全井田划分为两个水平上下山开采，一水平标高确定为 +700m，二水平标高确定为 +640m。设计采用分煤组布置大巷方式。上组煤开拓大巷沿井田中央南北向布置在8号煤层+700m标高处，采用采区上下山开采，为便于实现无轨胶轮车辅助运输

5、，上下山均 伪斜布置， 伪斜后， 上下山倾角 5-6度。 4、5、6号煤层各区段巷道通过石门与位于 8号 煤层中的上下山联系。下组煤大巷沿井田中央南北向在13号煤层+640m标高处布置一组大巷，采用采区上下山开采， 10号、12号煤通过区段石门与位于 13号煤层中的采区 上下山联系。 8、13号煤层大巷之间通过集中上山联系。各煤组大巷分别布置两条，即 带式输送机大巷和辅助运输大巷。全井田共划分为 16个采区，其中上组煤区为 6个采区，下组煤区为 10个采区，移 交生产的采区为 11、21采区。矿井主运输采用带式输送机，辅助运输采用无轨胶轮车。1.3 矿井通风方法、主扇工作方式及通风系统情况矿井

6、移交生产初期开采上山采区时为低瓦斯矿井， 后期接续开采下山采区时上升为 高瓦斯矿井。设计矿井投产时采用分区式通风系统，抽出式通风方式，一号主斜井、二 号主斜井、副斜井进风，一号回风斜井和一号回风立井回风。根据采区及工作面接续， 为了满足矿井后期风量的增加，一号回风斜井在投产后第 7年时改为进风井。由于本矿 井井田面积大，生产能力高，因此矿井后期均采用分区式通风系统，新开凿一、二号进 风立井和二、三号回风立井。矿井风量：一号回风斜井： 130m3/s。一号回风立井：容易时期130m3/s，困难时期329m3/s。矿井负压：一号回风斜井：容易时期 2170Pa,困难时期2787.9P&一号

7、回风立井：容易时期 2246.8PQ困难时期2848.2Pa通风设备： 一号回风斜井选用 GAF23.7-13.3-1 型轴流式矿井通风机 2台，一号回风 立井选用GAF35.5-18-2型轴流式矿井通风机2台。均为一台工作，一台备用。1.4 矿井提升运输系统及主要设备配备情况一号主斜井装备一台胶带输送机， L=1230m,倾角15°。B=1600mm, Q=3000t/h, V=4.5m/s, ST=4500N/mm （阻燃型钢绳芯胶带），选配电动机3台（3X 1600kW）, 3套 ML3PSF140 I减速系统。二号主斜井装备一台胶带输送机，L=1390m，倾角17°

8、。B=1600mm，Q=3000t/h，V=4.8m/s，ST=5000N/mm （阻燃型钢绳芯胶带） ，选配电动机 3 台（3X 2000kW）, 3 套 ML3PSF150 I 减速系统。井下辅助运输选用无轨胶轮车系统，为满足矿井生产规模 15.0Mt/a 辅助运输需要， 选用各型无轨胶轮车辆总计 41辆，其中：WCQ-3B型无轨胶轮人车10辆（其中维修备 用1辆）；WCQ-3B型平板式无轨胶轮材料车10辆（其中维修备用1辆）;WCQ-5B型 自卸车厢式无轨胶轮车7辆（其中维修备用2辆）；WQC2J （2A）型生产指挥防爆胶轮 车5辆；FBZL16型防爆装载机5辆；DBT 10&C

9、HT-50型多功能运输车（支架拖车）2 辆； DBT FBL-55 型支架铲车 2 辆。矿井生产期间,按照开拓开采状况变化,适时调整 无轨胶轮车辆数量。1.5 矿井工作制度矿井设计规范第条规定：“矿井设计生产能力按年工作日 330d每日净提 升16h”计算。每日三班作业，综采工作面可采用每日四班作业，每班工作六小时，三 班出煤,一班检修。设计矿井年工作日为330d,工作制度为地面每天3班作业，即三八制，井下4班 作业,即四六制，日净提升时间16h。2 开采技术条件2.1 采区的位置及与相邻采区的关系本采区位于斜沟煤矿二水平，水平标高 +640m，开采二水平13煤层。采区北与22 采区相连，南与

10、25采区相连，西与21采区相连，东为井田边界。采区南北长6.58.0km, 东西宽约2.0km，面积约15.0km2。2.2 构造形态区域地层与地质构造本区位于河东煤田北部远景普查区的北中部，区域地层由老至新为：古生界奥陶系 中统，石炭系中统、上统，二叠系下统、中统；中生界三叠系下统、中统；新生界第三 系、第四系，见表 2-1 。本区大地构造位置处于鄂尔多斯断块东缘，兴县石楼南北向褶皱带的北部。区域构 造简单，总体为一走向近南北倾向西的单斜构造， 倾角616°，局部为 20°，断裂少见， 在区域的北西部有九元坪杨家塔背斜和九元坪向斜。九元坪杨家塔背斜：北起兴县九元坪， 南至

11、兴县杨家塔，延伸约7.5km。背斜的轴 向为北北西，轴部宽缓，两翼倾角较小，西翼一般为7 1 1° ，东翼一般为 78°。 九元坪向斜：北起兴县九元坪，南至兴县杨家塔，与九元坪杨家塔背斜近于平行，延 伸约8.0km，向斜的轴向为北北西，轴部较为宽缓，西翼倾角一般为819°，东翼倾角一般为 712°。井田地层与地质构造本区内地表大部分被第三系上新统 （N2b）和第四系上更新统（Q3m）、全新统（Q4） 所覆盖。基岩仅在沟谷中出露，自东向西（包括本区东部外围的部分）依次出露奥陶系 中统峰峰组、石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组、上统

12、上石盒子组、石千峰组和三叠系下统刘家沟组、上第三系上新统、第四系上更新统、第 四系全新统。现将赋存地层由老到新分述如下：井田内构造简单，总体上为一走向近南北， 倾向西的单斜构造。 地层倾角小于 15°， 一般为 9 1 2 ° ，井田内没有岩浆岩侵入，地表和钻探过程中也未发现断裂构造和陷落 柱，仅在井田东南部发现有宽缓状小褶曲，地表常见滑坡现象。表2-1区域地层特征表地层名称代 号厚度（m）主要岩石名称界系统组新 生 界第四系全新统Q4035砂、砾石层上更新 统0323 189淡黄色亚粘土、砂砾石层上第三系上新统N213 138深红色粉砂质粘土、砂、砾石 层中 生 界三叠系

13、中统二马营组T1er438.10灰绿色中砂岩、粗砂岩、泥岩下统和尚沟组T2h201.70220.40绿色泥岩、砖红色细砂岩刘家沟组T1I390.60396.50砖红色中砂岩、粗砂岩、泥岩古 生 界二叠系上统石千峰组P2Sh177.20208.10细砂岩、中、粗粒砂岩、泥岩上石盒子 组P2S335.80紫红色泥岩、粘土岩、含砾粗 砂岩下统下石盒子 组P1X91.60 167.10紫红色粘土岩、中、粗粒砂 岩、泥岩山西组P1S40.00 83.00砂岩、砂质泥岩、粘土 岩、灰岩、煤层石炭系上统太原组C3t80.00 110.00砂岩、泥岩、粘土岩、灰岩、 煤层中统本溪组C2b19.00 4 6.0

14、0粉砂岩、粘土岩泥岩、灰岩、铝土矿、煤线奥陶系中统峰峰组O2f灰白色白云质灰岩2.3煤层厚度、倾角、稳定性、结构13号煤层位于太原组下部，上距8号煤层38.1078.10m,平均52.42m,下距Si砂岩15.9736.94m，平均23.76m。煤层厚度为5.9516.68m,平均13.88m,煤层倾角为912°，为结构简单一复杂层位稳定的全区可采煤层。由井田中部向南北两侧厚度在逐渐变薄，特别是南侧变薄较为明显。煤层含夹矸 0-6 层，一般为 0-3 层，夹矸厚度为0.000.90m，般为 0.080.43m。2.4 顶底板岩石的物理力学性质、稳定性及坚固性13 号煤的直接顶板以砂质

15、泥岩为主，局部为砂岩。砂质泥岩为顶板时，以2405 孔资料分析，抗压强度平均为0.43MPa,抗压强度平均为 125.03MPa,饱和抗压强度70.10MPa,该岩层的RQD值为21。岩石质量指标4.9,岩体质量指标为优，属I类岩 体，顶板基本稳定。砂岩为顶板时，以0801孔资料分析，抗拉强度为1.85MPa,抗压强 度变异范围在90.7139.1MPa之间，平均109.53MPa,该岩层RQD值为67,岩体质量 指标为优，属I类岩体，顶板稳定。13号煤底板多为泥岩，饱和抗压强度平均 46.1MPa, RQD值为21。岩体质量指标 3.2，为优，属I类岩体，但该岩层软化系数为 0.76,在遇水

16、作用下有底鼓现象。2.5 其它开采条件瓦斯含量根据地质报告本井田各可采煤层均为低瓦斯， 但邻近的孙家沟矿井实际开采经验表 明，随着开采深度增加，矿井瓦斯涌出量急剧增加，预计本矿井生产初期，开采井田浅 部至中深部，瓦斯含量较低，根据分源法预测瓦斯含量，矿井初期开采上山采区，为低 瓦斯；开采至下山采区时为高瓦斯矿井。因此，本可研报告确定，矿井初期为低瓦斯矿 井，后期下山采区开采时上升为高瓦斯矿井，但必须按高瓦斯矿井管理。自燃发火性由燃点测试成果和煤质化验结果可知：区内各煤层煤质中挥发份（Vadf） 般为2240%, Cdaf为81-88%, Odaf为510%, Mad 一般小于3%。13号煤层为

17、不自燃一易自 燃，多数为不易自燃。据邻近生产矿井调查资料， 13号煤层在斜沟煤矿发生过自燃， 其原因是井下有明火 出现，据调查地表存煤6m高长达6年未发生自燃。综上所述，区内13号煤层一般为不 易自燃煤层，但在采样测试过程中出现易自燃级煤，故今后生产过程中应以易自燃煤层 对 13 号煤层进行管理。煤尘据精查勘探的测试资料，13号煤层火焰长度为251625mm,加岩粉量5090%, 有爆炸性。因此， 13号煤层均具有煤尘爆炸性，在开采过程中应采取有效的防尘、防火 措施,确保生产安全。水文地质条件主采 13号煤的直接充水含水层也主要以砂岩裂隙含水层为主, 在 1 3号煤底板等高 线+850m以东，

18、属岩溶水非带压开采地段，充水因素以砂岩裂隙含水层为主，但该段煤 层顶板裂隙发育,煤层埋藏浅,顶板含水层与基岩风化裂隙含水层联系密切,补给条件 亦好，根据抽水试验资料，钻孔单位涌水量为0.05L/S ，因此矿床水文地质类型定为二 类二型。在13号煤底板等高线+330m以西奥灰水的突水系数大于 0.15Mpa/m,有突水 的危险性，因此13号煤的水文地质勘探类型在+330m底板等高线以东到+850m间定为 三类一型至二型，在 +330m 底板等高线以西定为三类三型。3 采煤方法的选择3.1 采煤方法的选择原则根据本井田的开采技术条件和国内外目前厚煤层采煤技术的现状， 选择采煤方法主 要考虑了以下原

19、则：1、与煤层赋存条件相适应， 有利于提高工作面单产和矿井的稳产、 增产，实现矿井 生产的高度集中化，以达到矿井高产高效的目的。2、依靠科技进步， 采用国内外新技术、新工艺、新设备、 新材料，大力提高采煤机 械化水平。3、简化采煤工艺，减少运输环节，降低巷道掘进率。4、保证矿井安全生产， 有效地防止煤层自然发火和其它灾害， 为工人创造 舒适的 井下工作环境。5、提高资源回收率，减少资源损失。3.2 采煤方法的技术与经济分析 根据本区的地质条件、煤层赋存特征和矿井生产规模，同时结合国内外综采发展现 状综合考虑，设计对主采的 13号煤提出了三种采煤法：（1）倾斜分层金属网 （或塑料网 ） 合机械化

20、采煤方法；（2）一次全采厚综合机械化放顶煤采煤法； （ 3）预采顶分层网下综 合机械化采煤法（顶分层采用大采高采煤法开采，采高 45m左右）。并对以上三种采煤 方法进行了详细的分析比较，现简述如下：1、人工假顶分层综采13号煤厚度一般为5.9516.68m,平均厚度13.88m,必须分34层大采高开采， 分层厚度45m左右，分层间亦铺设金属网假顶。按上述煤厚本区& 13号煤采用分层 开采,分层层数过多 , 结合目前国内人工假顶分层综采的开采水平,按照理想的条件, 分层工作面单产一般不超过 2.00Mt/a，按此标准，要满足21采区5.00Mt/a的能力，至 少需装备 3个以上的工作面才

21、能满足要求。而放顶煤综采只需布置一个工作面，大采高 综采也只需布置 2个工作面，人员少，成本低，效益高。综上所述，本区 13 号煤层采用人工假顶分层综采虽然煤炭回收率高，但其工艺复 杂，每分层均需布置回采巷道，巷道掘进率高，材料消耗量大，成本高，增产潜力小， 人员多，效率低，效益差，而且由于本矿井 13号厚煤层厚度大， 分层层数过多， 造成下 分层布置及开采十分困难，同时其增产潜力有限，装备工作面多，工效低。因此从技术 合理、提高经济效益、高产高效的角度出发，设计认为本井田 13 号煤层均不宜采用人 工假顶分层综采。2、一次采全厚放顶煤综采 根据本区煤层赋存情况及顶底板条件、冒放性分析，结合与

22、本区地质条件类似矿井 采用综放的经验，本矿 13 号煤层埋深比 8 号煤深，冒放性好，设计对 13号煤层厚度进 行了详细分析，特别是13号煤层的首采21采区内平均煤厚为13.5m,大部分钻孔煤厚 在14.0m以下，个别钻孔在14.0m以上，随着目前放顶煤支架采高范围的加大，设计认 为 13 号煤层更宜采用一次性放顶煤综采。综上所述本矿井 13 号煤层采用综采放顶煤采煤法开采，在技术上是可行的，经济 上是合理的，有利于矿井实现高产高效及安全生产，适应煤厚变化，有利于提高矿井的 经济效益。与邻近平朔矿区相比，本矿井埋深比其深100m以上，煤层强度低，顶板条件相似，设计借鉴平朔矿区的成功经验，因此设

23、计确定 13 号煤采用综采放顶煤开采， 割煤高度 3.5m。3、预采顶分层放顶煤综采对于 13号煤层，预采顶分层网下综合机械化采煤法 （顶分层采用大采高采煤法开采， 采高45m左右），与一次全采厚综合机械化放顶煤采煤法开采相比，尽管回采率提高，但由于设备费用高，且需要分层开采，系统组织相对一次全采厚综采放顶煤开采复杂， 因此，综采放顶煤采煤法在技术上，经济上都是最优的。综上所述，根据本井田煤层赋存特征以及国内外开采经验， 本井田初期开采的 13号 煤层采用一次全采厚综采放顶煤采煤法。4 采区巷道布置4.1 采区主要参数的确定(1) 采区走向长度：6.58.0km:(2) 采区倾向长度： 2.0

24、km:( 3)采区生产能力： 5.0Mt/a:( 4)采区采出率： 78.8备注：工业储量 229.79Mt，可采储量为181.03Mt4.2 采准巷道布置根据本井田煤层赋存特征，其倾角在 9 1 2°左右，为了保证井下辅助运输实现无 轨胶轮车连续运输，采区巷道布置设计提出三种方案：方案一：采用大巷条带式布置方式，不设采区巷道，考虑到工作面巷道若垂直于大 巷布置，推进长度短，仅 2.0km，且巷道倾角912°，只能装备无极绳连续牵引车进 行辅助运输，无法实现无轨胶轮连续运输，环节复杂，不利于高产高效，因此该方案工 作面巷道沿煤层倾向伪斜于大巷布置， 坡度控制在 56

25、6;左右，工作面推进长度约 3.0 3.5km 左右。方案二：设采区巷道，首采区巷道在主斜井井底沿煤层倾向伪斜布置，基本为单翼 采区，采区巷道坡度控制在 5.5°左右。工作面巷道沿煤层走向布置。工作面推进长度 约 4.06.0km 左右。方案三，设采区巷道，采区巷道垂直于大巷布置，在 8 号煤层和 1 3号煤层中分别 布置带式输送机上山和回风上山。为便于采用无轨胶轮辅助运输，辅助上山垂直于大巷 以56°倾角穿 8号煤层底板在 8号煤和 1 3号煤层间折返布置， 通过 56°的前后石 门与 8 号煤层和 13号煤层工作面巷道联系，上下煤层组设集中辅助运输上山，工作面

26、 推进长度约 4-6km 左右。(1) 三个方案技术比较： 方案一优点为采用大巷条带式布置工作面，环节少，系统简单，初期移交井巷工程 量少，比方案二少7200m。缺点为工作面胶带机下运，提升高差大(300m以上)，下运制 动力矩大，技术上难度大；采用阻尼板或者阻尼托辊的方式可以实现，但胶带输送机布置复杂，可靠性差；工作面采用伪斜布置， 三角煤多，且井田边界处的三角煤无法回收； 工作面推进长度短，搬家频繁。方案二优点为采区上下山采用伪斜布置， 工作面沿煤层走向布置， 走向推进长度大， 可达 5.8km 左右，工作面搬家次数少；首采区上山直接布置在主斜井井底，与方案三相 比初期井下开拓系统环节少，有利于矿井采用一井一面模式，实现高产高效；与大巷条 带式相比工作面带式输送机不存在下运问题，技术成熟，与方案三相比初期井下开拓系 统环节少。缺点为与大巷条带式相比， 主辅运输环节多， 初期移交井巷工程工程量较大， 投资较大。方案三优点为采区上山垂直于大巷，不存在三角煤，采区及工作面比较规整，工作 面胶带机不存在下运问题，工作面走向推进长度较长。缺点是为满足无轨胶轮车运输的 需要，辅助运输上山需做岩巷， 与方案一和方案二相比， 施工速度慢，排矸费用高， 系 统复杂，初期井巷工程量大，投资最大。（ 2）三个方案经济比较，见表 4-1：综上所述，设计认为方案一工作面推进