安全工程毕业设计（论文）-平煤二矿150万ta新井通风安全设计（含全套CAD图纸）

目目 录录 全套全套 CAD 图纸，联系图纸，联系 153893706 一般设计部分一般设计部分 1 矿井概述及井田地质特征 .1 1.1 矿区概述 1 1.1.1 矿井地理位置、地形特点和交通条件概述 1 1.1.2 交通位置 1 1.1.3 地形、地势 1 1.1.4 气侯条件及地震资料 2 1.1.5 矿区经济条件 .2 1.1.6 矿区水文情况 2 1.1.7 矿区人文情况 2 1.2 井田地质特征 2 1.2.1 井田范围 2 1.2.2 井田地势 3 1.2.3 井田勘探程度及煤系地层概述 3 1.2.4 井田地质构造 6 1.2.5 井田的水文地质特征 8 1.2.6 地温特性 9 1.3 煤层特征 9 1.3.1 煤层 9 1.3.2 可采煤层特征 9 1.3.3 煤质 9 1.3.4 瓦斯、煤尘、煤的自燃性 10 2 井田开拓 .11 2.1 井田境界及可采储量 11 2.1.1 井田境界 11 2.1.2 井田储量 11 2.1.3 矿井设计生产能力及服务年限 14 2.2 井田开拓 16 2.2.1 矿井开拓的基本问题 16 2.2.2 矿井基本巷道 21 2.2.3 大巷运输设备选择 27 2.2.4 矿井提升 .31 3 采煤方法及带区巷道布置 35 3.1 煤层地质特征 35 3.2 带区巷道布置及生产系统 35 3.2.1 带区位置 35 3.2.2 采煤方法及工作面长度的确定 35 3.2.3 带区巷道布置 35 3.2.4 工作面接替顺序 36 3.2.5 生产系统 36 3.2.6 巷道掘进方法 37 3.2.7 带区的生产能力和带区采出率 37 3.2.8 带区车场 .38 3.3 采煤方法 40 3.3.1 采煤工艺方式 40 3.3.2 回采巷道布置 50 4 矿井通风 .53 4.1 矿井通风系统选择 53 4.1.1 矿井概况 53 4.1.2 矿井通风系统的基本要求 53 4.1.3 矿井通风类型的确定 53 4.1.4 主要通风机工作方法的确定 56 4.2 带区通风 57 4.2.1 带区通风 57 4.2.2 工作面通风 58 4.2.3 通风构筑物 60 4.2.4 工作面风量计算 60 4.3 掘进通风 62 4.3.1 掘进通风方法 .62 4.3.2 掘进工作面需风量计算 63 4.3.3 掘进面的设计 64 4.4 硐室风量计算 66 4.4.1 井下各硐室 66 4.4.2 其它巷道所需风量 66 4.4.3 备用面所需风量的计算 66 4.4.4 矿井总风量计算 66 4.4.5 带区风量计算 67 4.4.6 风量分配和风速验算 68 4.5 矿井通风阻力计算 69 4.5.1 矿井通风时期和困难时期的确定 69 4.5.2 矿井通风阻力计算方法 73 4.6 矿井通风机的选择 .76 4.6.1 矿井的自然风压 76 4.6.2 初选通风机 77 4.7 矿井反风 80 4.8 概算矿井通风费用 80 5 矿井安全技术措施 .82 5.1 水灾的预防 82 5.2 矿井火灾 .82 5.2.1 矿井自然发火概况 .82 5.2.2 矿井自然发火分析 .82 5.2.3 防止煤层自燃发火的预报及监测措施 .82 5.2.4 防灭火措施 .83 5.3 矿井瓦斯 .84 5.3.1 矿井瓦斯地质条件 .84 5.3.2 矿井及采区瓦斯涌出概况 .84 5.3.3 矿井瓦斯防治措施 .85 5.4 矿尘 .85 5.4.1 矿尘情况 .85 5.5 事故预防及处理计划的编制 .91 5.5.1 井下防爆及隔爆 .91 5.5.2 井下火灾的预防和处理 .92 专题设计部分 .95 1 井口加热概述 95 1.1 研究背景及其意义 95 1.2 国内外研究现状 95 1.2.1 井筒防冻国内外研究现状 95 2 井筒防冻理论分析研究 97 2.1 井筒防冻的主要特点分析 97 2.1.1 井口房不密闭的加热方式 97 2.1.2 井口房密闭的加热方式 99 2.2 专题选型 100 2.3 供暖方法及供暖系统形式 102 2.4 并筒防冻空气加热量的计算 103 2.4.1 计算参数的确定 103 2.4.2 空气加热量的计算 103 3 结论 105 翻译部分 .108 英文原文 .108 中文译文 .113 参考文献 .118 致 谢 .119 一一 般般 部部 分分 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 1 页 1 矿井概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 矿井地理位置、地形特点和交通条件概述矿井地理位置、地形特点和交通条件概述 平顶山天安煤业股份有限公司二矿(以下简称二矿)位于平顶山煤田中部，属平顶山煤 田。地理坐标：东经 1131630至 1131930，北纬 334500至 334600。 孟津 洛阳市 偃师 巩县 荥阳 郑州 新密 登封 新密矿区 偃龙矿区 中牟 新郑 荥阳矿区 登封矿区 临汝 禹县矿区 禹县 许昌 郏县 韩梁矿区 宝丰 汝阳 长葛 襄城 平顶山 平顶山矿区 临颖 临汝矿区 平煤二矿 白沙 大安 漯河 图 1.1 二矿交通位置图 1.1.2 交通位置交通位置 矿区交通十分方便。铁路方面：二矿至平顶山站 4 公里，由该站往东至孟庙火车站 约 70 公里与京广线相接，向西至宝丰火车站约 28 公里与焦枝线相接。煤矿专用铁路通 过矿内与国铁接轨；公路方面：以平顶山市为交通枢纽，有高速公路和省级公路与周围 各县市相沟通。交通比较方便。 1.1.3 地形、地势地形、地势 平顶山矿区处于低山丘陵向平原过渡的地带，地面海拔标高 200500m，呈西北高、 南东低的地势，地面相应位置为落凫山脊及南坡，为南北分水岭，河流属于淮河水系， 主要河流有沙河和汝河，发源于伏牛山东，自西向东分别流经煤田的南部和北部，并于 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 2 页 东部的马湾附近汇合。 地面重要建筑物有平顶山电视台落凫山转播塔、油库、村庄等。 平顶山煤田处于秦岭纬向构造带的东延部位，淮阳山字型构造的西翼反射弧顶部， 为纬向构造及淮阳山字型构造的复合部位，既受纬向构造带的控制，又受淮阳山字型构 造的影响。所以，整个平顶山煤田形成了一系列北西向复式褶皱构造形态，伴随着以北 西向为主的张扭及压扭性断裂和次一级的北东向张扭性断裂，控制了整个煤田的构造形 态。 1.1.4 气侯条件及地震资料气侯条件及地震资料 本矿所属区域属于大陆性半干旱气候，年蒸发量大于降雨量，夏季炎热，冬季寒冷。 历年年平均气温为 15。每年 1 月平均气温最低，历年 1 月平均最低气温6。每 年 7 月平均气温最高，历年 7 月平均气温 31.4。气温-18.842.6。年降雨量 373.9- 1323.6mm，平均降雨量 742.6mm。雨季集中在 7、8、9 三个月。年蒸发量 1490.5-2825.0 毫米。平均绝对湿度 13.2 毫米，平均相对湿度 67%。 冰冻期一般是 11 月到次年 3 月，最大冻土深度 14 厘米。年平均风速 4.2m/s，最大风 速 24 米/秒，风向北西、北北西、北东，常年主风向为北东。 本区属地震烈度度区，按中国地震动参数区划图 （GB18306-2001）,本区属地震 动峰值加速度分区为 0.05g,据历史记载，河南省有史以来的 8 次大地震中，7 次对本地区 有较大的破坏。 1.1.5 矿区经济条件矿区经济条件 平顶山是我国新兴的煤炭工业基地之一，主要工业有炼焦、机械、化肥、电力、纺 织等，农产有小麦、豆类、玉米、烟草、棉花等。劳动力资源较充足。 1.1.6 矿区水文情况矿区水文情况 本区属大陆性半干燥湿度不足带，年平均降雨量为 742.73mm，雨季集中在 7、8、9 三个月。井田内没有大的河流，只有季节性小溪冲沟。地表水、地下水水质量较好，能 满足工农业及生活要求。农村居民饮用水基本上为地下水，城镇居民饮用水基本上为经 处理后的水库水。 1.1.7 矿区人文情况矿区人文情况 本地区良好的基础教育设施条件，受教育的水平比较高，本矿业集团还有自己的培 训学校。 集团还比较重视职工的科技文化生活，经常举办科技文化竞赛、文化晚会等文化活 动，大大丰富了职工的精神生活，提高了职工的精神文化素质。 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田范围井田范围 井田范围：西部浅部与三环公司、深部与四矿相邻；北部以己 15 煤层-400 煤层底版 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 3 页 等高线为依据，与一矿相邻；东部与天力公司吴寨矿相邻；南部到煤层自然风化带。本 井田浅部走向长 3.4km，深部走向长 4.1km，井田倾向长 1.53.6km。井田面积约 12.16km。 1.2.2 井田地势井田地势 平顶山矿区处于低山丘陵向平原过渡的地带，地面海拔标高 130460m，呈西北高、 南东低的地势，地面相应位置为落凫山脊及南坡，为南北分水岭，河流属于淮河水系， 主要河流有沙河和汝河，发源于伏牛山东，自西向东分别流经煤田的南部和北部，并于 东部的马湾附近汇合。二矿井田内没有大的河流，只有季节性小溪冲沟。 整个平顶山煤田形成了一系列北西向复式褶皱构造形态，伴随着以北西向为主的张 扭及压扭性断裂和次一级的北东向张扭性断裂，控制了整个煤田的构造形态。 1.2.3 井田勘探程度及煤系地层概述井田勘探程度及煤系地层概述 井田的勘探程度：全区经过普查、详查、精查勘探及使用综合勘探的精查补充勘探 后，使完成勘探线 7 条，平均间隔 500m；钻孔 60 个。根据勘探情况，矿区的地质条件 已基本清楚。 井田位于平顶山煤田中部，井田范围内基本为由南向北倾斜的单斜构造，井田内出 露的地层有：寒武系，石炭系、二叠系、第三系、第四系。其中井田内含煤地层有太原 组、山西组、下石盒子组和上石盒子组的下段。煤系下伏地层为石炭系本溪组的铝土泥 岩。上覆地层为上石盒子组上段的平顶山砂岩。含煤地层中泥岩、页岩和细碎屑岩所占 比例较大，储气性较好。现将区内含煤地层分述如下： 1.煤系下伏地层寒武系（） 1）中统徐庄组（2x） 下部灰、青灰色中厚层状泥质条带灰岩、白云质灰岩、鲕状白云质灰岩与黄绿色砂 质泥岩，底部为褐色海绿石石英细砂岩；中部灰深灰色中层状泥质条带白云质灰岩， 鲕状白云质灰岩与黄绿色砂质泥岩互层；上部为灰深灰色厚层状灰岩，间夹绿色页岩、 鲕状灰岩、致密灰岩及含海绿石砂岩、灰岩。厚 50250m。 2）中统张夏组（2Zh） 下部为灰深灰色厚层鲕状灰岩，间夹致密块状灰岩、泥质条带灰岩、豆状灰岩； 上部为深灰色厚层状白云质灰岩、具不明显鲕状灰岩。厚 60220m。 3）上统固山组（3g） 灰深灰色厚层状白云质灰岩，具不明显细鲕状结构，顶部风化后呈灰黑色，产三 叶虫化石。钻孔揭露厚度50m。 2.石炭系上统太原组（C3t） 为含煤地层第一含煤段，底界以铝土泥岩与下伏地层成平行不整合接触。顶界止于 本组 L1 灰岩顶面或泥灰岩之上的黑色海相泥岩之顶。厚度 4780m，平均厚 66.28 米。 由煤层、灰岩、泥岩、砂质泥岩及砂岩组成。含灰岩 411 层，常见 7 层。 依据岩性组和特征可划分为四段，即：底部铝土泥岩段；下部灰岩段；中部砂泥岩 段和上部灰岩段。 1）底部铝土泥岩段：厚 3.812.2m，平均厚 5.53m。由浅灰色乳白色铝土泥岩组 成，具豆状及鲕状结构；下部夹紫褐色斑块，含黄铁矿集合体及大量黄铁矿结核，局部 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 4 页 地段硫铁矿富集。铝土泥岩品位差，价值不大，显然系风化富集而成。 2）下部灰岩段：厚 1434m，平均 20.69m。由四层浅灰深灰色生物碎屑泥晶灰岩 间夹砂质泥岩组成。灰岩中盛产动物化石，一蜓科居首，珊瑚、腕足类、海百合，苔藓 虫及孔虫次之。 3）中部砂泥岩段：厚 1653m，平均厚 28.83m。 在本区不十分发育。有灰深灰色砂质泥岩、中细粒砂质及不稳定的生物碎屑灰岩 和 24 层极不稳定薄煤层组成。砂岩层面上富含白云母碎片，泥岩中含完整植物化石。 4）上部灰岩段：厚 3.220.00m，平均厚 11.23m。 由 14 层深灰色生物碎屑泥晶灰岩、砂质泥岩、细粒石英砂岩及 13 层不稳定薄 煤层组成。L3 和 L4 灰岩常合并出现，含大量燧石结核及燧石条带。L1 灰岩极不稳定， 有时相变为泥灰岩或砂质泥岩，其顶界构成太原组与山西组分界。灰岩中含蜓科、海百 合茎、介形虫、腕足类等动物化石。砂质泥岩及粉砂岩中含动物化石。 鉴于上述化石组合，本区太原组相当华北聚煤盆地北带和中带的中上部。上下两段 以灰岩为主，而中段砂质泥岩居首，与北、中带不同。其生物组合和岩性面貌都与豫东 两淮煤田相似，体现了华北聚煤盆地南带的特征。 3.二叠系（P） 1）下统（P1） （1）山西组（P11）：厚 80119m，平均厚 93.70m。 山西组地层与下伏太原组地层连续沉积，为石炭二叠系含煤地层第二含煤层。下部 由深灰黑色粉砂岩和泥岩、砂质泥岩及细中粒石英砂岩和煤层等组成。以大占砂岩 为界，山西组分为上、下两部分： 下部主要由灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩、细砂岩和煤组成。含煤 34 层,从下至上 为己 17、己 16、己 15、己 14 煤层。己 17 煤层的底板由深灰灰黑色泥岩及浅灰色粉砂 岩组成。己煤层底板砂岩主要分布在井田的东部。其厚度向东有增厚的趋势。己 16 煤层 顶板为深灰色砂质泥岩,含豆状、瘤状菱铁矿结核及星点状黄铁矿,泥质鲕粒。该砂岩具水 平层理、波状层理、压扁状层理、透镜状层理、羽状交错层理。以上沉积特征显示,该段 地层是潮坪沉积环境的产物。 山西组上部自下而上有大占砂岩、香炭砂岩和小紫泥岩为其标志层。 大占砂岩为灰色细中粒长石砂岩，以泥质及钙质胶结，层面上有大量的白云母片 为其特征，发育楔形交错层理和羽状交错层理，是受潮汐影响的三角洲沉积体系的产物； 香炭砂岩为灰灰白色中厚层状、细粗粒长石石英砂岩，碎屑颗粒分选性和磨圆度均 较好，硅质及硅质胶结，具槽状和板状交错层理，属三角洲体系分流河道的沉积物。 （2）下石盒子组（P12）：总厚 252365m，平均厚 308.67m。 依据岩性和含煤特征分为戊、丁、丙煤段： 戊段煤（P12-1）：厚 121160m，平均厚 142.11m。 由深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩和灰灰白色细中粒砂岩及煤层等组成。含煤 59 层，可采 2 层。戊 10 煤与戊 8 煤层全区普遍沉积发育，为本区主要可采煤层。戊 10 煤层常与戊 9 煤层分叉合并，其它诸煤层为不稳定的薄煤或炭质泥岩。总的趋势由西 往东煤层层数逐渐增多。 本段底界为砂锅窑砂岩，厚度 1.228m，一般 15m 左右，灰白色到浅灰色，顶部略 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 5 页 带绿色，厚层状，中粗粒砂岩，由下向上粒度变细，底部含有泥砾及泥质包体，与下伏 地层冲刷接触。其上为大紫泥岩，由紫色斑块泥岩、灰绿色粉砂质泥岩组成，厚 25m 左 右，紫色泥岩具有明显的鲕状及豆状结构和斑块、团块状构造，常夹有灰绿色少量紫斑、 黑斑的粉砂岩。 丁段煤（P12-2）:厚度 6194m，平均厚 75.23m。 灰深灰色砂质泥岩、粉砂岩及灰白色、浅灰色中细粒石英砂岩、长石岩屑石英 砂岩和煤层组成。含煤 39 层，其中丁 6 煤为本区主要可采煤层之一。其平均厚度 2.81m，伪顶为灰深灰色砂质泥岩或泥岩，伪底伪深灰色砂质泥岩或炭质泥岩。煤段的 上、下均具紫斑泥岩，并富含菱铁质细鲕粒。 丙段煤（P12-3）：厚度 70.50110.50m，平均厚 91.33m。 深灰色砂质泥岩、泥岩及浅灰灰白色细至中粒长石岩屑石英砂岩和煤层组成。含 煤 25 层，其中丙 3 煤层沉积稳定，普遍发育，除 4345 勘探线之间及 29 勘探线以 东地段相变为炭质泥岩或尖灭外，其余地段均可采。煤段上、下部泥岩中常见紫斑，并 含有菱铁枝鲕粒。其顶界止于田家沟砂岩（K8）之底，生产动、植物化石。 2）上统（P2） （1）上石盒子组（P21） 该组厚度 246370m，平均厚 316.29m。 岩性为灰色、绿黄色泥岩与粉砂岩互层，夹砂岩多层，砂岩为细中粗粒石英砂岩， 中粒岩屑及石砂岩等。主要含薄煤 1025 层，煤层基本都不可采，底界为田家沟砂岩。 其中部含海绵骨针化石的硅质泥岩三层。盛产动物化石。 （2）平顶山组（P22）：厚度 109.23134.95m，平均厚 121.57m。 近于东西方向展布，覆盖于矿区。岩性坚硬，硅质胶结，不易风化，形成平行于地 层走向的第二排山脊，常以独特的单面山地貌出露，为填图的良好宏观标志。本区平顶 山、落凫山等低山即为本组组成。 平顶山砂岩为灰白色或浅肉红色，巨厚层状，中粗粒长石石英砂岩。矿物成分单 纯，主要为石英（含量 7080）和长石（含量 2030） ，并由电气石、镐石、磷灰 石等。粒径 0.51.00mm 为主。中上部夹灰绿色、绿黄色粉细砂岩及砂质泥岩，并含少 量植物化石碎屑，底界常有 0.20.3m 铁质透镜体或薄层，在剖面上，粒度具有自下而上 变细的规律。磨圆度较好，部分为次棱角状。岩性较稳定。具水平及大型斜层理。与下 伏地层呈冲刷接触。 （3）石千峰组（P23）：厚度 126.21131.30m，平均 127.54m。 由砖红紫褐色砂质泥岩及细砂岩组成，具绿色斑点，夹黄色透镜状砂质泥岩。砂 岩常呈球状风化。层面上富含细小白云母片。垂直裂隙发育，具波状及包卷层理。 4.三叠系（T）刘家沟组（T11） 1）刘家沟组一段小红斑砂岩段（T11-1）：厚度 4048m，平均厚 44.25m。 以褐红色厚层状中粗粒石英砂岩为主，夹钙质粉砂岩，分选中等，次圆状，含大 量红色小斑点，故名为小红斑砂岩。斑点为铁质，风化厚，形成凹坑。具大型交错层理、 波状锲形及混浊层理，层面上常见雨痕和波痕，并与下伏地层明显接触。在本层段中发 现脊椎动物化石。 2）刘家沟二段砾屑灰岩段（T11-2）：厚度 2030m，平均厚 26.50m。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 6 页 为褐红色砂质泥岩和钙质粉砂岩，夹数层砾屑灰岩，钙质粉砂岩中含有滚圆状及次 滚圆状同围岩成分相同的砾石。砾屑灰岩中含大量肾状、球状等钙质内碎屑，有的呈双 圈异化颗粒，具波状及混浊层理。由于厚度小，加上坡积物覆盖，地质填图时将其与 T11-1 合并。 3）刘家沟三段大红斑砂岩段（T11-3）：厚度不详。 本段相当于金斗山砂岩，为褐红色、厚层状中粗砾石英砂岩，分选中等，次圆 状次棱角状，铁、硅质胶结，富含大个铁质红斑点，杂乱分布，风化后形成大小不均 的凹坑，具大型斜层理、缓波状层理、水平层理及混浊层理。层面上呈见波浪痕和雨痕 以及泥裂、虫孔等构造。 图 1.2 山西组层状图 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 7 页 1.2.4 井田地质构造井田地质构造 平顶山煤田位于秦岭纬向构造带的东延部分和淮阳山字型西北翼反射弧的顶端，为 纬向构造及淮阳山字型构造的复合部位，既受纬向构造带的控制，又受淮阳山字型构造 的影响。所以整个平顶山煤田形成了一系列北西向复式褶皱构造形态，伴随着北西向为 主的张扭及压扭性断裂和次一级的北东向张扭性断裂，控制了整个煤田的构造形态。区 域上为一断块隆起,区内为一复式向斜,发育次级褶皱及两组断层。本区经历了印支、燕山 早期、燕山晚期及喜马拉雅山四次构造运动。煤田构造变形受秦岭褶皱带演化的控制,煤 田内均发育有由秦岭造山带指向地台内部的逆冲推覆构造。 表 1.1 构造运动及其地质建造 构造运动运动特点构造格架备注 中岳运动 北东南西向 挤压 前震旦系形成北西南东向 的褶皱基底 怀远运动、加里东运 动 两次抬升缺失奥陶系至中石灰系地层 加里东运动、印支运 动 相对稳定形成晚石生代含煤地层 印支运动抬升缺失侏罗系、白垩系地层 燕山运动隆起、拗陷北西南东向褶皱和断裂伴随有岩浆活动 喜马拉雅山运动拗陷新生代沉积 井田内构造简单，褶皱一般不发育。井田位于李口向斜西南冀，区内主要地质构造 有：十矿倾伏向斜，郭庄背斜，牛庄逆断层，原十一矿逆断层，二矿逆断层等。井田内 小断层较发育。 1.褶皱 郭庄背斜位于井田中部，戊七上山和戊七扩大区之间，背斜轴被原十一矿逆断层切 割。背斜轴向为 30310，延展长度 6000m 左右。背斜由南东向北西方向倾伏，倾 角为 46。两翼不对称，南西翼倾角 58，北东翼较陡，煤层倾角 527。 2.断层 1.)二矿逆断层 位于井田西南部，走向 90145，倾向 055，倾角 2550，井田内由 东向西落差增大，且随深度增加落差变大。落差 520m，延展长度 5Km 左右。 2)锅底山断层 锅底山断层位于李口向斜的南西翼,呈北西南东向展布,其主断面倾向南西,呈上陡下 缓的犁形，是矿区内最大的断层，断距 170220m，局部 8085m。断裂带控制着两盘 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 8 页 煤系地层的沉积厚度、岩性和含煤性。聚煤期后的断层为继承性活动，表现为上盘相对 下降、下盘相对上升,并发生过强烈的扭动，断层两侧煤层受到牵引，层带发育角砾岩、 断层泥，局部有平直光滑的断面，断层性质有张性也有扭性，断层两侧有派生的次级断 层。 图 1.3 平顶山矿区构造分布图 1.2.5 井田的水文地质特征井田的水文地质特征 1.地表水 地表水系较简单。平顶山煤田位于河南省西部，伏牛山区以北，为一地垒形构造， 其北西，南东，北东和南部边界受到数千米以上的郏县断层，洛岗断层，襄郏断层和鲁 叶断层的切割，形成相对独立的水文地质单元，煤田四周为数百米的第四系沉积物。矿 区中部以红石山、龙山、擂鼓台、落凫山、平顶山、马棚山组成本区的地表分水岭，最 高点擂鼓台 506 米，北东部首山、灵武山以三叠系砂岩和平顶山砂岩组成弧山，西南部 寒武系灰岩零星出露，组成残丘，岩溶发育，为大气降水的渗入提供了有利条件，地势 西高东低，中部的低山和残丘之间为西窄东宽的槽形谷地，为冲积物和坡积物复盖，向 东逐渐增厚。沙河和汝河流经矿区的南部和北部边缘，沙河距矿区最近 3.2 公里，最大洪 峰流量 3300 立方米/秒，旱季流量 0.8 立方米/秒，汝河流经煤系之上，最大流量 3000 立 方米/秒；旱季流量 0.28 立方米/秒，矿区即是两河的分水岭，两河又是本区的泄水带，河 床下部为数百米的第四系沉积物，河水与煤系无水力联系。 都堂向斜 向斜 九里山断层 九矿 七矿 五矿 N 十一矿 3km 六矿 牛庄逆断层 十二矿四矿 牛庄背斜 锅底山断层 正断层 背斜 三矿 二矿 逆断层 辛店正断层 八矿 李口向斜 一矿 郭庄背斜 武山向斜 白石山背斜 白石沟断层 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 9 页 2.含水层及隔水层： 己组煤层顶板砂岩裂隙承压含水层，以中、粗粒砂岩为主，钙质胶结。裂隙发育， 补给条件差，以静储量为主，根据一，四，六矿外勘探报告及吴寨矿地质报告。该含水 层 K=0.0576m/d，q=0.0183L/sm. 己组煤层底板灰岩岩溶裂隙承压含水层（L2） ，以灰岩为主，岩溶裂隙发育，补给水 源主要来自基岩风化带和南部灰岩裸露区接受大气降水补给，浅部含水丰富，-130 水平 以下含水条件较差，含水层厚度 810m. 各含水层之间均赋存有良好的隔水层，在正常情况下，可起到一定的隔水作用。 1.2.6 地温特性地温特性 本井田地温梯度 2.8C/100m 推测。依据吴寨矿地质报告本采区地温 3242.6C， 属地温异常区，所以应在深部开采时应采取相应的降温措施。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层煤层 本井田含煤地层分属上石炭统太原组、二叠系山西组和上、下石盒子组，自上而下 划分为丙煤段、丁煤段、戊煤上段、戊煤中段、戊煤下段、己煤段、庚煤段等七个煤段。 煤系平均总厚度 779.41m，含煤 60 余层，常见 43 层，煤层总厚 26.84m，含煤系数 3.4% 左右，其中可采煤层为己组煤的己 15、己 16、己 17 煤层和戊组、丁组和庚组局部可采 煤层。现将本设计中可采及局部可采煤层分述如下： 1.己 15 为本井田主要开采煤层之一，位于山西组下部，己 16 煤层之上。井田范围内 分布不均匀，厚度为 2.515.4m ，平均煤厚 7.8m，总体趋势呈东南厚，西北薄的趋势。 局部含泥岩夹矸 12 层，煤层厚度频率最大的区间为 2.89.2 m，其可开采性指数为 92%， 煤厚变异系数为 33%，煤层结构比较简单，属于中厚层稳定可采煤层。 2.己 17 煤 己 17 煤为本井田主要开采煤层之一，位于山西组己煤段下部，伪顶为炭质泥岩，厚 0.202.00m，直接顶板就是己16煤的直接底板，为深灰色砂质泥岩或泥岩，局部为砂岩。 下距太原组顶部灰岩 435m，其间距变化规律为西小东大，距己16煤层 012.36m，一 般为 2.55m。煤层厚度为 2.53.6m，平均厚度为 3.2m，个别地段含一层泥岩夹矸。己17 煤层厚度变化总的规律为西厚东薄，南厚北薄。 1.3.2 可采煤层特征可采煤层特征 可采煤层特征如下表： 表 1.2 可采煤层特征表 厚度（m） 与下层间距 （m） 最小最大最小最大 煤层号 平均 顶板岩性底板岩性 平均 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 10 页 2.15.4 18.7328.78 己15 7.5 深灰色粉砂岩、 细砂岩、砂质泥 岩 灰色泥岩 23.3 2.53.6 40.3272.55 己17 3.2 灰色泥岩、砂质 泥岩 泥岩、粉砂岩 62.21 1.3.3 煤质煤质 本区煤质稳定，根据井田内各煤层挥发份、粘结指数、胶质层最大厚度，结合中 国煤炭分类国家标准（GB575286） ，对照中国煤炭分类简表，本矿区各煤层特性如下： 己 15 煤层：主要为半亮型煤，煤呈黑色，玻璃光泽，性脆易碎呈碎粒状及粉末状； 其他化验指标： A：35.3629.52。 V：32.4234.23 Q：27.7223.92MJ/ S：0.480.77 粘结性 45，煤种牌号 1/3 焦煤。 己 17 煤层：主要为半亮型煤为主，煤为黑色。玻璃光泽，亮煤为主，性脆松软，易 呈粉末状。 其他化验指标： S：0.662.96，A：12.8116.12%，Q：29.0730.99MJ/，煤种牌号为肥煤。 煤的用途：根据本矿的煤质情况及当地市场的需求，本矿生产的原煤和经加工的块 煤主要用于电厂、热电厂和分散客户，可主要作为电力、船舶、锅炉用煤及其他工业用 煤。 煤的容重：经过化验分析得出己煤容重为 1.36t/m3。 1.3.4 瓦斯、煤尘、煤的自燃性瓦斯、煤尘、煤的自燃性 1.煤层瓦斯 己组煤在-50-300 之间瓦斯相对涌出量为 2.575.41 m/td，瓦斯绝对涌出量为 1.25 m/min 区内变化趋势为浅部向深部有增大的趋势，是按低瓦斯采区管理的。根据平 顶山煤业集团公司吴寨矿矿井地质报告和一、四、六矿深部勘探报告鉴定成果分析，对 同一煤层，由南向北，CH4 含量随埋藏深度增加有增加的趋势，相邻的一矿己 15 煤层相 对瓦斯涌出量 46 m3/td，是按高沼区域管理的，四矿东翼己三采区己 16，己 17 煤层 标高在-364-496 米之间，瓦斯相对涌出量 12.11 m3/td，也是按高瓦斯突出区管理。 2.煤尘 煤尘及其爆炸性：根据吴寨矿矿井地质报告和一，四，六矿深部勘探资料：己 15 煤 层在岩粉含量 80时，火焰长度 600（m/m）,爆炸性指数 27.75（计算值） ，己 17 煤层 在岩粉含量 8090时，火焰长度 80650（m/m）,爆炸性指数 30.685（计算值） ，二 矿己组煤层爆炸性指数测量结果 3839，煤层为 30，上述测定表明，开采煤层定为 有煤尘爆炸性危险，故生产中应采取有效的预防措施，以保证安全生产。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 11 页 3.煤的自燃性 煤层基本为肥煤和 1/3 的焦煤，己 16 煤层着火温度原样为 355368，还原样 370，煤层还 原样燃点和氧化样燃点差值 t =6，属四类不易自然煤层，从现有资料和实际生产来看，己组煤层 可定为无自然发火煤层庚组煤层应定为有自然倾向性发火煤层，自然发火期为 68 个月，但在设计中 也应该提高采掘速度，合理安排回采与掘进之间的关系，尽量减少煤巷空闲情况的出现，采空区要求 封闭严实，以防止余煤的自燃。 2 井田开拓 2.1 井田境界及可采储量 2.1.1 井田境界井田境界 在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到 合理的开发。煤田范围划分为井田的原则有： 1）要充分利用自然条件划分，在可能的条件下，应尽量利用地形、地物、地质构造、 水文地质以及煤层特征等自然条件，以减少煤柱损失，提高资源采出率，充分保护地面 设施； 2）要有与矿区开发强度相适应的井田范围，要保证井田范围与矿井生产能力相适应， 有足够的储量和服务年限及合理的尺寸； 3）照顾全局，处理好与临矿的关系； 4）直线原则，井田的划分应尽量采用直线或折线，有利于矿井的设计和生产管理工 作的开展。 根据以上划分原则，以及考虑到平顶山矿区煤田内地质构造强度大等原因，本井田 在能满足生产开发强度的前提条件下，不但要考虑了自然条件原因，而且要考虑到矿区 的整体规划，故将平顶山矿区二矿井田四周境界定为：西部浅部与三环公司、深部与四 矿相邻；北部以己 15 煤层-400 煤层底版等高线为依据，与一矿相邻；东部与天力公司吴 寨矿相邻；南部到煤层自然风化带。 本井田浅部走向长 3.6 km，深部走向长 4.1 km，平均长 3.8 km，井田倾向长 1.53.6 km，平均 3.2 km，井田面积 12.16km2。 根据勘探资料可知煤层在-400m 以下向北部延深，深部是一无限煤田。 2.1.2 井田储量井田储量 1.工业储量 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 12 页 区内赋含煤层数目较多，在目前的经济技术条件下，除己 15、己 17 煤层外，其它煤 层均无开采利用价值。本设计只针对己 15 煤层、己 17 煤层。 工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探厚度与质量均合乎开采要求，目前可供 利用的列入平衡表内的储量，即 A+B+C 级储量。本设计采用求积仪法结合算术平均法计 算工业储量： （1）利用求积仪法测得井田水平面积为 12.16 km2。 （2）用算术平均法计算矿井工业储量： Zg=S（M+M1）/cos （2-1） 式中：Zg工业储量，Mt； S井田面积，m2； M己 15 煤层平均厚度，7.5m； M1己 17 煤层平均厚度，3.2m; 己 15、17 煤的平均容重，1.36t/m3； 己 15、17 煤层平均倾角，7；Tg=0.119；cos7=0.9925。 故工业储量为： Zz =12.1610.71.36/cos7 =178.3 (3)根据地质勘探资料显示，其中高级储量为：150Mt，约占工业储量的 85%，符合设 计要求。 2.矿井可采储量 1)计算可采储量时，必须要考虑以下储量损失： (1)工业广场保安煤柱； (2)井田境界煤柱损失； (3)采煤方法所产生煤柱损失和断层煤柱损失； (4)建筑物、河流、铁路等压煤损失； (5)其它各种损失。 2)各种煤柱损失计算 (1)本矿井开采时，由于村庄稀疏且规模较小，开采初期时无影响，在后期开采时宜 采用搬迁解决；井田内无铁路河流影响；并且井田内没有较大的断层和构造，因此煤柱 损失只需考虑工业广场保安煤柱损失及井田边界煤柱损失。 工业场地保护煤柱本矿井设计年生产能力为 150 万 t/a，按煤矿设计工业规范 ，本 设计工业广场取 14 公顷，长、宽分别为 400m、350m，煤柱设计依据 2000 年版建筑物、 水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规定 ，确定地面受保护范围及其保护对象， 确定二矿工业广场受保护对象的保护等级为级,其围护带宽度为 15m。工业场地的布置 应结合地形、地物、工程地质条件及工艺要求，做到有利生产，方便生活，节约用电。 表2.1 工业场地占地面积指标 井型（万 t）占地面积指标（公顷/10 万 t） 240 及以上1.0 120-1801.2 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 13 页 45-901.5 9-301.8 本矿井地质条件及冲击层和基岩移动角见表 2.2。 表2.2 岩层移动角 广场中心深度煤层倾角煤层厚度冲积层厚度 MMM -44577.6323050606060 用作图法求出工业广场保护煤柱量，工业广场保护煤柱留设见图 2.1。 由此根据上述已知条件，画出如图 2-1-1 所示的工业广场保护煤柱的尺寸，并由图可 得出保护煤柱的尺寸为： Si=梯形面积=(上宽+下宽)高/（2cos7） （2-2） S=0.28 km2 则：工业广场的煤柱量为： Z=S（ M+M1） （2-3） 式中：Zi工业广场煤柱量； S工业广场面积； M15#煤层厚度； M117#煤层厚度； 煤的容重。 则：Z= 407.5(万 t) 图2.1 (2)井田境界煤柱损失；以及大巷煤拄损失。 井田边界保护煤柱, 煤柱留设：井田浅部，既矿区边界南部有风化带留设 50m 煤柱； 50 65 56 50 50 63 50 63 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 14 页 井田东部、西部、北部都与其他矿井相临，故各留边界煤柱 20m； 井田边界保护煤柱留设 20 m 宽，则井田边界保护煤柱损失量为： P1=lb(M+M1)/cos （2-4） 式中：P井田边界保护煤柱煤量，万 t； l边界长度,Km； b边界宽度, m； M煤层平均厚度，15煤层平均厚 7.5 m； M1煤层平均厚度，17煤层平均厚 3.2 m； 煤的平均容重，1.36t/m3； 煤层平均倾角，7。 15、17#煤层= 407.5(万 t) 南部多出 30 米，以及煤柱损失 15、17#煤层=3.8（30+100）10.71.36/cos7o=567.8(万 t) 则井田边界保护煤柱损失量为：P1=975.3(万 t) (3).断层保护煤柱 根据实际经验，断层按性质、落差大小及其对煤层破坏程度，断层煤柱留设如下： 落差50 m 的断层，两侧各留 50 m 的煤柱；落差20 m50 m 的断层，两侧各留 30 m 煤柱；落差10 m20 m 的断层，两侧各留 20 m 煤柱；落差10 m 的断层不留设断 层煤柱。 井田内的所有断层都10 m，因此不需要留设断层煤柱。 (4)井筒保护煤柱 主、副井井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，故井筒保护煤柱损失量为 0。 表2.3 保护煤柱损失量 煤柱类型储量（万 t） 井田边界保护煤柱975.3 工业广场保护煤柱407.5 风井保护煤柱0 合 计1382.8 3.可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可以按下式计算： Zk=(Zg-P)*C （2-5） 式中：Zk矿井可采储量，万 t； Zg矿井工业储量，万 t； P永久煤柱损失煤量，万 t； C采区采出率，厚煤层不小于 0.75；中厚煤层不小于 0.8；薄煤层不小于 0.85。 则，矿井的设计可采储量:Zk=（17830-1382.8）x0.75=12335.4 万 t。 2.1.3 矿井设计生产能力及服务年限矿井设计生产能力及服务年限 煤炭工业矿井设计规范第 2.2.1 条规定：矿井设计生产能力应根据资源条件、开 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 15 页 采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经多方案比较或系统优化确 定。 矿区规模可依据以下条件确定： 1、资源情况：煤田地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设大型矿井。煤 田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿区规模定得太大； 2、开发条件：包括矿区所处地理位置，交通，用户，供电，供水，建筑材料及劳动 力来源等。条件好者，应加大开发强度和矿区规模，否则应缩规模； 3、国家需求：对国家煤炭需求量的预测是确定矿区规模的一个重要依； 4 投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大矿区规 模，反之则缩小规模。 本井田储量丰富，煤层赋存稳定，顶底板条件好，断层褶皱少，倾角小，厚度变化 不大，开采条件简单，技术准备先进，经济效益好，煤质为优质焦煤，交通运输便利， 市场需求量大，易建大型矿井。确定设计生产能力 1. 2Mt/a。矿井服务年限必须与井型相 适应。 （1）矿井工作制度 矿井年平均工作日为 330 天.“三八”工作制度，其中两班半生产，一班检修，每班工 作 8 小时，日净提升 14 个小时。 （2）矿井设计生产能力 矿井可采储量 Zk12335.4（万 t） 采用 150 万吨/年的生产能力。 矿井服务年限、年产量和储量之间的关系可用下式表示 TZk/(Ak) （2-6） 矿井设计服务年限，a； T 矿井设计生产量，Mt/a； A 储量备用系数，1.2-1.4。 （此系数是为了避免井田局部地质变化，造成储量减 K 小，致使矿井服务年限缩短设置的。地质构造简单的井田区小值，反之取大值。 ） 代入式中 TZk /(Ak) 12335.4（万 t）/（1501.3） 63.3 年 按矿井的实际煤层开采能力,辅助生产能力,储量条件及安全条件因素对井型井型校核。 煤层开采能力 井田内 15 号煤层平均 7.5 m，为特厚煤层，赋存稳定，厚度变化不大。根据现代化 矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个大采高工作面保产。 辅助生产环节的能力校核 本矿井为大型矿井，开拓方式为立井开拓，主井提升容器为两对 14 吨底卸式提升箕 斗，提升能力可以达到设计井型的要求，工作面生产原煤一律用胶带输送机运到采区煤 仓，运输能力很大，自动化程度很高，原煤外运不成问题。辅助运输采用罐笼，同时本 设计的井底车场调车方便，通过能力大，满足矸石、材料及人员的调动要求。所以辅助 生产环节完全能够满足设计生产能力的要求。大巷辅助运输采用矿车运输，运输能力大， 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 16 页 调度方便灵活。 通风安全条件的校核 矿井有煤尘爆炸危险性，但瓦斯涌出量小，属低瓦斯矿井。矿区采用抽出式通风， 设一条回风大巷，可以满足通风要求。 4矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，保证有足够的服务年限，满 足煤炭工业矿井设计规范要求，见表 2.4。 表2.4 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限 第一开采水平服务年限（a） 矿井设计生产 能力（万 t/a） 矿井设计服 务年限 （a） 煤层倾角45 600 及以上8040- 3005007035- 12024060302520 459050252015 930各省自定 随着生产技术的改进和矿井规模的扩大，服务年限有可能缩短。所以初步设计生产能力为 150 万 t/a 是合理井型校核。 2.2 井田开拓 2.2.1 矿井开拓的基本问题矿井开拓的基本问题 井田开拓的基本问题井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一 系列巷道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用 于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其互相联系和配合称为开拓方式。合理的开拓 方式，需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需认真研究。 确定井筒的形式、数量和配置，合理选择井筒及工业场地的位置； 合理确定开采水平的数目和位置； 布置大巷及井底车场； 确定矿井开采程序，做好开采水平的接替； 进行矿井开拓延伸、深部开拓及技术改造； 合理确定矿井通风、运输及供电系统。 确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比 较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则： 1)贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造条件。在 保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，节约基建投资， 加快矿井建设。 2)合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第 17 页 3)合理开发国家资源，减少煤炭损失。 4)必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电系统，创 造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态。 5)要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采煤 机械化、综掘机械化、自动化创造条件。 6)根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综 合开采。 1.井田特点 虽然本矿煤层埋深较浅，但表土层极不稳定，表土层平均厚 121 米。为了减少大巷 护巷煤柱损失和巷道维护费用，故上（下）山大巷采用集中岩石大巷，即布置在距己 15 底板下 30 米左右的粉砂岩中。 2.确、定井筒形式、数目、位置 （1）确定井筒的形式 由于该井田地处平原，且表土层不稳定，不具备斜井与平峒的开拓条件。而立井有 自己独特的优点，它的提升能力大，管理较容易，维护较简单。符合本矿的实际情况。 故本设计采用立井开拓方式。 （2）确定井筒的数目及位置 根据规范要求：采用立井开拓时，一般开凿一对提升井筒，即主井，副井。 本矿井采用主井提煤，副井运料。主井、副井设在工业广场内；风井布置在煤层浅 部。这样有利于管理，且少压煤。主井装备有箕斗，用于煤炭提升；副井装备有罐笼， 用于提升材料、矸石，升降人员。由于矿井走向长度和倾向长度相差不大，而且矿井开 采深度不大，故采用中央分列式通风。 （3）工业广场及