采矿学》课程设计.doc

采采 矿矿 学学 课课 设设 计计 设计人：范冬敏 学号： 200910014315 采矿学课程设计 2 班级：采矿 B093 班 1 矿井概况及井田地质特征4 1.1 矿井概况.4 1.1.1 井田位置、范围和交通位置.4 11.2 地形 5 11.3 气象 5 11.4 地震 6 11.5 经济概况 7 1.2 井田地质特征.7 1.2.1 井田地质构造 .7 1.2.2 水文地质 .10 1.3 煤层特征.11 1.3.1 煤质 11 1.3.2 瓦斯 11 1.3.3 煤尘及煤的自燃 .12 2 采区、带边界及储量 13 2.1 采区边界.13 2.2 采区工业储量.13 2.3 采区可采储量.14 2.3.1 永久煤柱留设 14 2.3.2 矿井可采储量计算15 3 采区巷道布置 15 3.1 煤层地质特征.15 3.1.1 可采煤层情况 15 3.1.2 煤种及煤质变化 15 3.1.3 其他开采技术条件15 3.2 采区巷道布置及生产系统.16 3.2.1 确定采区走向长度16 3.2.2 确定区段斜长和区段数目16 3.2.3 煤柱尺寸的确定 16 3.2.4 采区上下山的布置17 3.2.5 区段平巷的布置 18 3.2.6 联络巷道的布置 18 3.27 采区生产系统 18 3.3 采区车场形式选择.19 3.3.1 采区上部车场 19 3.3.2 采区中部车场 20 3.3.3 采区下部车场 20 3.4 采区采掘接替计划.21 3.4.1 采区主要巷道参数确定21 采矿学课程设计 3 3.4.2 确定采区生产能力23 3.4.3 计算采区回采率 23 4 采煤方法 24 4.1 采煤工艺方式.24 4.1.1 确定采煤工艺方式24 4.1.2 回采工作面参数 .25 4.1.3 采煤工作面破煤、装煤方式25 4.1.4 各工艺过程安全注意事项.36 5 矿井及首采区主要技术经济指标表38 6 课程设计总结与心得 .39 采矿学课程设计 4 1 矿井概况及井田地质特征 1.1 矿井概况 1.1.11.1.1 井田位置、范围和交通位置井田位置、范围和交通位置 邑阳煤矿位于河北省武安市北部，以高村为中心，南距武安市约 5km。邯郸-长治公 路横跨矿区南端，邢台-都党公路纵贯矿区东缘。煤矿运煤专用线在上泉车站与褡午环形 铁路接轨，交通十分便利（见图 1-1）。 京娘湖 上焦寺 贺进 贺赵 阳邑 阳邑煤矿 冶陶 徘徊 午汲 伯延 大社 前史村 南城 东武仕水库 磁县 彭城 峰峰矿区 王凤煤矿 武安市 清化 王边 永年市 沙河市 大油村 新城 北 康 城 煤 矿 陶 一 煤 矿 陶 二 煤 矿 邯郸市 邯郸矿务局 户村 京 北 磁山 邯 长 线 南 和村 钢铁厂 滏 阳 河 褡 西通乐 马 洺 图例 新城 西光 马头 午 线 会 河 河 洺 河 洺 河 册井 广 线 市 县 市县区界 矿务局 生产矿井 矿井边界 勘探区 乡 镇 铁 路 公 路 河 流 云 驾 岭 扩 大 区 通 乐 勘 探 区 云 驾 岭 煤 矿 郭 二 庄 煤 矿 图图 1-1 交通位置图交通位置图 1 11.21.2 地形地形 矿区位于太行山东麓山前丘陵地带，武安盆地的西部，属山间平原地貌，地形微向东 倾斜。矿区范围内全为新生界近代和下更新统松散沉积物所覆盖。除现代河谷和黄土分 布的低平地带外，余者均为下更新统的冰碛泥砾和冰水沉积的灰绿、灰白夹褐红色粘土。 采矿学课程设计 5 在卵石表面可见到擦痕和压坑，卵石大小不一，大者直径可达 0.8m，由红色粘土及砂充 填。 1 11.31.3 气象气象 本区为温带大陆性气候，四季分明，春旱、夏热、秋雨、冬寒，根据武安市气象站 资料统计，年降雨量介于1472mm（1963年）135mm（1966年） ，平均降雨量600mm，最大 月降雨量1026mm（1963年8月） ， ，降雨多集中在7、8、9三个月。年蒸发量2000mm左右。 平均气温12.6,最高温度41.3(1968年6月11日)，最低温度-19.9(1967年1月15日)。 降雪及冻结日期自11月中旬至次年3月初，约90余天，最大冻结厚度41cm。平均风速 2.7m/s左右，最大风速22.7m/s，风向北东，北北东居多。 邯郸矿区地处中纬度地带，属半干旱暖温带大陆性季风气候，四季分明，冬季寒冷 少雪，春季干燥，风沙盛行，夏季炎热多雨，秋季晴朗，寒暖适中。据武安气象站资料， 多年平均气温 12.6，月平均气温最低为-3.4（1 月份） ，最高为 26.4（7 月份） ， 极端最低气温为-19.9（1967 年 1 月 5 日） ；极端最高气温为 42.5。多年平均日照时 数为 2297，年日照百分率平均为 52%，平均无霜期 192 天，霜冻期一般为每年 11 月中旬 左右至次年 3 月份，约 120 余天。积雪最大厚度 14.0016.00cm，冻土最大深度 42.00cm。风向多为南风和西北风，年平均风速 2.7m/s，极端最大风速 29m/s。本区降水 主要受太平洋东南季风气候影响，因距海洋较远，故而偏少，多年平均降水量为 560mm，历年最大降水量为 1472.7mm（1963 年） ，最小降水量为 135.0mm（1966 年） ，月 最大降雨量 1026.3mm(1963 年 8 月)，最大日降雨量 286.3mm（1963 年 8 月 4 日） ，降水 主要集中在夏季，汛期一般在 69 月份，降水量占全年总量的 76%。年最大蒸发量 2792.9mm(1960 年)，最小 1257.1(1964 年)，年平均 1977.2mm，月最大蒸发量 495mm(1972 年 6 月)。 主要自然灾害有旱灾、水灾、雹灾、风灾、虫灾、地震、霜冻等。 1 11.41.4 地震地震 本区位于环太平洋地震构造带，因而地震极为频繁，且震级较高。邯邢矿区属国家 地震重点监测区，按照中国地震裂度区划图（1990） 划分，本区地震裂度为7度区。 根据中国地震动参数区划图 （GB18306-2001）划分，本区所属地震动峰值加速度分区 为0.100.15g。 据河北省历史地震资料，历史上有记载并影响到本区的地震有： 1、1314 年 10 月 5 日在涉县、武安（北纬 365，东经 1138）发生 6 级地震， 采矿学课程设计 6 地震烈度 8，坏官民庐舍，涉县死 326 人，武安死 14 人。 2、1708 年 10 月 26 日在永年（北纬 367，东经 1147）发生 5.5 级地震， 地震烈度 7，震倒城垛数十处，坏民舍无数，人多露宿。沙河县同年地震。 3、1805 年在邢台（北纬 371，东经 1145）发生 5 级地震，地震烈度 6， 屋有坏者，沙河县亦震。 4、1830 年 6 月 12 日在磁县（北纬 364，东经 1142）发生 7.5 级地震，地 震烈度 10，山崩地裂，涌出黄黑沙土，井水浸溢，漳、洼两河涸，房屋倒塌十之八九， 达 20 余万间，压死 5485 人。受波及的武安县房屋倒塌无数，城垣坍塌，半成废墟。地 震波及邯郸、武安、广平、肥乡、永年、馆陶等县。 5、1966 年 3 月 8 日 5 时 29 分，在河北省邢台地区隆尧县东的马兰、白家寨一带， 发生 6.8 级强烈地震，震源深度 10 公里，震中烈度为 9 度强。极震区面积 300 平方公里。 继这次地震之后，3 月 22 日在宁晋县东汪镇分别发生了 6.7 级和 7.2 级地震各一次，地 震震源深度 9 公里，震中烈度为 10 度，极震区面积约 137 平方公里，东汪镇一带房屋几 乎全部塌平，地裂冒水，村内外宽大裂缝纵横交错，裂缝宽 0.7m 以上，绵延数十米至数 公里不等。沙河县以褡裢、显德旺等地较重，倒房 394 间，严重破坏 324 间，山区有 6 处大滑坡，3 月 26 日在老震区以北的束鹿南发生了 6.2 级地震，3 月 29 日在老震区以东 的巨鹿北发生了 6 级地震。从 3 月 8 日至 29 日在 21 天的时间里，邢台地区连续发生了 5 次 6 级以上地震，此次地震一直延续到 5 月 15 日，4.9 级以上地震达 10 次之多。这一 地震群统称为邢台地震。 6、1972 年 10 月 12 日 7 时在沙河县西秦庄公社樊下曹一带（北纬 3657.5，东 经 11418.5）发生 5.2 级地震，地震烈度 6，先听到爆破声大的巨响，随即感到地 面上拱，激烈跳动，房屋个别倒塌，余震持续到 10 月 18 日。 1 11.51.5 经济概况经济概况 邑阳煤矿位于武安市境内。 武安市位于邯郸市西北，太行山东麓，西北与山西省交界。面积1806平方公里，城 区面积16.5平方公里。现辖22个乡镇、502个行政村，人口69.1万。1988年设武安市，撤 销武安县，以原武安县行政区域为武安市行政区域。为省属县级市，由邯郸市代管，素 有“太行明珠”之称。2005年，武安市完成生产总值235亿元，财政总收入达到30.24亿 元，其中县级财政收入达到9.58亿元。综合经济实力在2003年再进全省“十强” ，2004年 晋位全省“三强” 、并跨入全国“百强” 。武安市矿藏丰富，以煤、铁为主，还有铝矾土、 采矿学课程设计 7 硫磺、云母、石棉、石膏、石英、钨等共20余种。 矿区内农业耕地多为旱地，耕地较少，地方采矿、洗选、冶炼工业是当地农民的重 要经济来源。主要农作物有小麦、玉米等，经济作物有棉花、大豆、花生等，矿藏以煤、 铁、石材为主。主要工业有煤炭、钢铁、冶炼、化工、水泥和电力。 1.2 井田地质特征 1.2.11.2.1 井田地质构造井田地质构造 邑阳井田基本构造形态为一单斜构造，以断裂构造为主， ，褶曲次之。此外，尚有 岩浆岩的侵入。断裂方向以北北东及北东向最为发育，以高角度正断层为主，将矿区 切割成若干小型的地垒、地堑和断块。区内伴有宽缓的褶曲及岩浆岩侵入，地质构造复 杂程度属中等类型。地层在第 10 地质剖面线以北近南北走向，倾向东。第 10 地质剖面 线以南走向转为北东，倾向南东。地层倾角 1530，一般 1520。 1 1）褶曲）褶曲 在南部沿 11 线有较明显的向斜，轴向约北 70 西。其次，在 F4 以西的浅部地段第 10 及 4 地质剖面线附近也具有短轴向斜的特征。 2 2）断层）断层 邑阳井田内已发现大小断层共 119 条。其中落差20m 的大中型断层 19 条；落差 203m 的中小型断层 32 条；落差3m 的小型断层 68 条（表 31） 。中小型断层均为在 2#煤层开采过程中所揭露。断层性质均为高角度正断层，断层倾角一般为 6070。断 层走向主要为北北东北东向。总观全区，南部断层多落差大，加之岩浆岩发育，使构 造趋向复杂化。现将区内的主要断层分述如下表： 邑阳井田断层数目统计表邑阳井田断层数目统计表 断层类型落 差（m）数 目条 数所占比例（%） 大中型断层 20191916.0 2010 8 105 13 中小型断层 （320m） 35 11 3226.9 小型断层 3m686857.1 合计 119119100 （1 1）大中型断层）大中型断层 在邑阳井田内，已揭露大中型断层 19 条。将各断层的主要特征及控制情况描述如下： 采矿学课程设计 8 含煤地层：本井田的主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组、中统 本溪组。地层总厚度 200240m，平均 220m，共含煤 16 层，煤层总厚 13.08m，总含煤 系数 5.9， 山西组（P11s） 地层厚度 7080m，平均 76m。岩性以灰、深灰色粉砂岩、砂质泥岩与浅灰色、灰白 色细粒至中粒砂岩为主。底部常以一层灰、深灰色细、中粒砂岩或粉砂岩与太原组分界， 整合接触。下部为砂质泥岩，泥岩偶夹煤线。中部以灰、深灰色中、细粒砂岩、粉 邑阳井田内大中型断层一览表邑阳井田内大中型断层一览表 断层产状() 序 号 断 层 代 号 断 层 性 质 走 向倾 向 倾 角 落 差 (m) 区内 长度 (m) 位 置 1F4 正断层近 SN E 5576 70320 6000 井田西部边界 2F8 正断层 15NWW6420300 11 线 3F11 正断层 20NWW65 6070 995 4-7 线间 4F12 正断层近 SN W 6577 1080 1765 1-6 线间 5F12-1 正断层近 SN W 6065 3540 910 1-7 线间 6F44 正断层近 SN W6525300 4 线 7F13 正断层 15SEE803055750 1-3 线间 8F16 正断层 15NWW 6573 2535 1000 1-4 线间 9F31 正断层3555 SE 4563 4065 1550 6-10 线间 10F32 正断层 20SEE60 1530 1400 6-10 线间 11F32-1 正断层 33SE6635660 6 线 12F32-2 正断层 70SE7025530 10 线 13F33 正断层 40SE6370301802500 6-13 线间 14F43 正断层 130NE6235600 7 线 15F34 正断层 20NWW65 3035 1300 10-13 线间 16F34-1 正断层 20NWW65 835 1300 10-13 线间 17F35 正断层1070 SE51 5580 900 11-13 线间 18F36 正断层3555 NW66 70100 300 12-13 线间 19F42 正断层 45SE5031400 6-7 线间 砂岩为主，间夹灰黑色砂质泥岩、泥岩，含煤 3 层，编号分别为 1上、1、2，煤层总 厚 4.56m，总含煤系数 7.0。位于该组下部的 2#煤层为主要可采煤层，1煤层为局部 可采煤层。可采煤层总厚 4.16m，可采含煤系数 6.4。2#煤夹矸深灰色(晶质)水云母粘 土岩是极可靠的标志层。上部为灰色砂质泥岩、泥岩，局部具泥质或菱铁质细鲕粒结构， 间夹粉砂岩，细粒砂岩。 本组地层中含有丰富的植物化石，尤以各煤层顶板植物化石居多，其中常见的有猫 眼鳞木和苛达木等。动物化石仅在少数钻孔中偶尔发现，多为瓣腮类，常与植物化石共 生。山西组地层沉积是在海退渐远的大环境条件下以三角洲相为主的沉积。沉积环境决 采矿学课程设计 9 定了岩性和煤层的变化。 太原组（C3t） 总厚 125150m，平均 140m。岩性以灰、深灰色粉砂岩和灰、浅灰色细粒至中粒砂岩 组成，局部见粗粒砂岩或含砾粗粒砂岩，间夹石灰岩 47 层，其中沉积普遍，厚度稳定 者有大青、中青、伏青和野青灰岩四层，为良好标志层；其余下架、小青和一座灰岩仅 局部或偶有沉积。含煤层 14 层，煤层总厚 8.36m，总含煤系数 6.0%。从上到下煤层编号 为 3#、4#、4下#、5上#、5#、5下、6#、6下#、7上#、7#、7下#、8上#、8#、9#，其中可采煤 层 5 层，分别为 4#、6#、7#、8#、9#，除 4煤层局部可采外，其余均为大部可采煤层。 可采煤层总平均厚度 5.95m，可采含煤系数 4.3%。位于太原组底部的 8、9#煤层受岩浆 岩侵入影响严重。 本组地层粉砂岩中含丰富植物化石，常见的有翅羊齿和栉羊齿植物化石。灰岩中海 相动物化石丰富，常见的网格长身贝，纺缍蜒、希瓦格蜒及海百合茎等。 太原组是以浅海入侵频繁的海陆交替相沉积，每个沉积旋回中陆相、过渡相、海相 几乎齐全，但以过渡相较为发育，沉积旋回韵律明显。从太原组所含 47 层灰岩（或海 相泥岩）在地层剖面中的分布、间距、厚度可以看出，海水侵入的间隔由下至上逐渐增 大，而侵入强度逐渐变弱以至消失。 本溪组（C2b） 地层总厚 1520m，平均 18m。中下部为灰、灰黑色铝土质泥岩，砂质泥岩，具鲕状结 构，间夹细砂岩，粉砂岩。上部为一层深灰色石灰岩，含蜒科动物化石，层位较稳定， 称本溪灰岩或尽头灰岩。本组含不稳定薄煤层 1 层，即 10#煤层，为不可采煤层，煤层厚 度平均 0.15m，含煤系数为 0.8%。 本组地层为海陆交替相沉积，以泻湖、潮坪等过渡相为主。底部普遍沉积一层比较稳 定的铁质泥岩（山西式铁矿） ，与奥陶系呈假整合接触。 1.2.21.2.2 水文地质水文地质 邑阳井田矿区为一单斜构造，本矿区可划分为两个不同的水文地质块段。位于 F4断 层以西地段，构造复杂，岩溶裂隙发育，煤层赋存浅，覆盖层薄，地表有北洺河河道穿 过，因此水文地质条件复杂。而位于 F4断层以东地段，煤层埋藏深，覆盖层厚，水文地 质条件相对简单。本区开采上部煤层时，水文地质类型属于坚硬裂隙岩层为主的水文地 质条件简单偏中等的矿床；如果开采下三层煤，则为以裂隙岩溶岩层为主的水文地质条 件复杂的矿床。 1、含水层 本区含水层自上而下依次为：第四系砂砾石及砂层、二叠系石盒子组（三段、一、 二段）砂岩，山西组大煤顶板砂岩、太原组野青灰岩、伏青灰岩、大青灰岩、奥陶系灰 岩，共计 7 个含水层。其中，大煤顶板砂岩、伏青灰岩、大青灰岩及奥灰为煤层开采时 采矿学课程设计 10 的主要充水含水层，含水层特征。 2、隔水层 在各含水层之间，普遍赋存有良好的相对隔水层（以下称隔水层） 。矿区东部覆盖层 下段普遍分布 1570m 厚的土类（粘土、砂质粘土、砂土）隔水层，层位较稳定，连续性 较好，可阻挡地表水及潜水向下渗漏。 二叠系石盒子组（三段、一、二段）砂岩与山西组大煤顶板砂岩含水层之间，赋存 有 4050m 左右的泥质岩层，这套岩层厚度稳定，岩石完整。在正常情况下能够起到良好 的隔水作用。当大煤回采塌陷后有效充水裂隙带将会勾通石盒子组一段砂岩含水层。 大煤顶板砂岩，野青灰岩、伏青灰岩、大青灰岩各含水层之间，均赋存有 3040m 的 粉砂岩、胶结致密的细粒砂岩及裂隙不发育的岩浆岩，可视为隔水层。 6 号煤下距伏青灰岩 37m，岩性为黑色粉砂岩。因厚度小，裂隙发育，隔水性差， 所以在开采 6 号煤层时，伏青灰岩是坑道充水的主要含水层。 大青灰岩下距奥灰一般为 37m 左右，岩性主要为粉砂岩及铝土泥岩，穿插有岩浆岩。 奥灰第八段（O28）也视为隔水层，这样便增加了隔水层厚度。 3、 构造的导水性 本区发育的构造基本为阶梯状正断层。煤系地层多为柔性岩石，断层带多为泥质成 份，断层角砾岩有胶结现象，在天然状态下的导水是微弱的。邑阳井田矿自建井投产以 来，截止到 2007 年 6 月底，由于断层因素导致的突水大小共 11 次，最小 0.05L/s.m， 最大为 4.67L/s.m，但绝大多数发生在建井期间，近年来生产中虽有断层揭露，均未发 生明显突水。但当煤层与下盘大青和奥灰接触时情况则可能相反，如郭二庄矿一坑大煤 与奥灰对口接触，造成了矿坑突然涌水。该情况说明，当矿井开拓揭露断层时，由于失 去平衡状态，当对应盘含水层水压大于断层带抗压强度时，断层将失去隔水作用，造成 地下水充入。因此，采掘过程中对落差较大的断层应保留适当的煤柱，并加强防探水工 作。 1.3 煤层特征 1.3.11.3.1 煤质煤质 按照我国现行的煤炭分类标准中国煤炭分类国家标准 ，结合本矿区煤样的化验资 料分析确定，本区煤类以高变质无烟煤为主，部分为天然焦。 各煤层煤质主要特征。 （一）煤的物理性质 各煤层均为滨海沼泽沉积的腐植煤。具有典型高变质无烟煤的特征。外观呈黑、灰 黑或钢灰色，似金属光泽，反射率高达 15%以上，阶梯状或次平坦状断口，均一状结构， 块状构造，比重和硬度均较大，变质程度愈高，块度愈佳。 采矿学课程设计 11 天然焦呈钢灰色，略染手，坚硬块状，与焦炭近似，但孔隙度低，镜下观察见有气 孔和花纹构造。 （二）煤的主要化学特征 由于煤的变质程度高，视密度均大于 1.2，用密度 1.1 的浮选液浮不出浮煤，各项 化验和测定均为原煤样。 1.3.21.3.2 瓦斯瓦斯 邑阳井田矿从建井到投产以来，从未发生过瓦斯突出事故，矿井瓦斯在涌出形式上， 均表现为普通涌出。 根据河北省煤矿安全生产监督管理办公室文件关于邯郸矿业集团公司 2005 年度矿 井瓦斯等级鉴定的批复冀煤安办200618 号文，邯郸矿业集团邑阳井田煤矿的瓦斯鉴 定结果：矿井瓦斯绝对涌出量 4.20m/min，相对涌出量 1.34 m/t。鉴定结果为低瓦斯 矿井。 2004 年 5 月至 2007 年 5 月，山东省煤田地质局第三勘探队和第二勘探队在邑阳井 田煤矿深部扩大区进行勘探，分别对 2 号煤层采取了 6 孔 6 个瓦斯样，现场解吸无气。 分析结果表明：其瓦斯(CH4)成分和含量最高分别为 67.60%和 2.493cm3/g，二氧化碳(CO2)成 分和含量最高为 0.03%和 0.206cm3/g，氮气(N2)成分和含量最高为 99.94%和 3.703cm3/g。2 号煤层属于瓦斯 N2带，瓦斯含量低，平均含量分别为 0.693ml/g。煤层瓦 斯成分以氮气为主，次为二氧化碳、甲烷气体；瓦斯含量普遍低，应属瓦斯风化带。 煤层瓦斯成分及含量表煤层瓦斯成分及含量表 瓦斯成分 两极值/平均(点数) 瓦斯含量 ml/g 两极值/平均(点数) 项 目 煤 层 CH4CO2 N2及其它 CH4CO2 N2及其它 2 0.0067 .60 27.24（6 ） 0.03 12.25 3.68 （6） 31.859 9.94 69.15 0.002. 493 0.693（6 ） 0.0000 .206 0.08（6 ） 1.0883. 703 2.593（6 ） 本区各煤层瓦斯含量不高，但由邻区和本井田生产资料来看，局部利于瓦斯储存的 地段（如背斜轴部）瓦斯可达二级，郭二庄煤矿和贺庄煤矿均为一级瓦斯矿，但局部地 段可达二级。另外，本区大部分地段有岩浆侵入，使煤层变质程度普遍增高，煤层有产 生气体的条件，某些地段如果赋存条件良好，瓦斯含量可能会相对聚集，因此，在生产 过程中应加强瓦斯管理，以防瓦斯聚集发生瓦斯爆炸事故。 采矿学课程设计 12 1.3.31.3.3 煤尘及煤的自燃煤尘及煤的自燃 依据煤炭科学研究总院抚顺分院对邑阳井田矿 2煤煤尘爆炸性鉴定报告，煤样水份 Wf4.70%，灰份 Af 7.08，挥发份 Vf4.70，Vr 5.35，无火焰长度，鉴定结果为 煤尘无爆炸性。 根据河北煤田地质研究所对矿井 2 号煤层煤尘爆炸性煤样鉴定报告，矿井 2 号煤煤 样水分 0.83，干基灰分 17.87，干基无灰基挥发分 5.90，无火焰长度，鉴定结果 为煤尘无爆炸性。 邻近章村井田、郭二庄煤矿、显德汪煤矿等生产矿井开采上组煤均未发生过煤尘爆 炸，但郭二庄煤矿下组煤补充勘探报告试验资料表明下组煤有煤尘爆炸性。 邑阳井田深部扩大区勘探试验结果表明 6、8、9煤均无煤尘爆炸性，但采样数量较 少，结论有一定的片面性。 依据煤炭科学研究总院抚顺分院对邑阳井田煤矿 2煤自燃倾向煤样鉴定报告，自燃 倾向等级为三类，不易自燃。 2 采区、带边界及储量 2.1 采区边界 本井田煤层为缓倾斜煤层，井田境界采用垂直划分法，本井田划分的原则有： 1) 井田范围储量、煤层赋存及开采条件要与矿井生产能力相适应； 2) 保证井田有合理的尺寸； 3) 充分利用现有的自然条件划分井田； 4）合理规划矿井的开采范围，处理好相邻矿井之间的关系。 根据以上规则和矿区总设计任务书的要求，结合煤层的赋层情况，地质构造，开采 技术条件，并保证各井田都有合理的尺寸和边界。 采矿学课程设计 13 图图 2.1 井田境界示意图井田境界示意图 井田形状呈一个规则的长方形，东西宽 5km，南北长 2.9km，面积 14.5km2。邑阳 煤矿井田境界示意图如图 2.1 所示。 2.2 采区工业储量 本矿井设计只对 2 号煤层、6 号煤层和 7 号煤层进行开采设计，本次储量计算是在 精查地质报告提供的 1：5000 煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。 井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量是由煤层面积、容重 及厚度相乘所得，其公式一般为： Zg=S/cosM 式 1.2.1 式中，Zg采区的工业储量； S采区的水平面积，2.6km2； 煤层平均倾角，2、6、7 号煤层取 12； M煤层的厚度，2 号煤层平均厚度 4.16m， 6、7 号煤层平均厚度 5.95m； 煤的容重，煤层 1.7t/m3。 全矿总计： Zg=S/cosM=2.6/cos12(4.16+5.952)1.7=72.6Mt 2.3 采区可采储量 2.3.12.3.1 永久煤柱留设永久煤柱留设 为确保地面建筑物及工程设施和井下开采的安全，设计对井筒、大巷、工业场地、 铁路、公路、井田境界、构造等留设安全煤柱，严格按建筑物、水体、铁路及主要井 巷煤柱留设与压煤开采规程的要求进行采煤设计。 1)井田边界煤柱 本井田境界属人为边界，根据煤炭工业设计规范的要求按 50 留设煤柱。边界煤 柱可按下列公式计算： ZjbLjbbM 式 1.2.2 式中，Zjb边界煤柱损失量，Mt； 采矿学课程设计 14 Ljb边界总长度，3400m； B煤柱宽度，人为边界煤柱 50m，断层煤柱 30m。 煤柱总压煤量： ZjbLjbBM=340050(4.16+5.952)1.7=4.6Mt 2) 采区边界煤柱 采区边界煤柱的作用是将两个相邻采区隔离，以防止万一发生火灾、水害和瓦斯涌 出时相互蔓延；避免从采空区大量漏风。采区边界煤柱一般宽约 10m 左右。 Zcb=LcbBM 式 1.2.3 式中，Zcb采区边界煤柱损失量，Mt； Lcb采区边界总长度，3878m。 Zcb= LcbBM=320010(4.16+5.952)1.7=0.9Mt 2.3.22.3.2 矿井可采储量计算矿井可采储量计算 求得各种煤柱的储量损失后，可按下式计算矿井可采储量： Z=(Zg-P)C 式 1.2.6 式中，Z矿井可采储量，Mt； Zg矿井工业储量，Mt； P各种煤柱储量损失之和，P=ZjbZcb=4.60.9=5.5Mt； C采区回采率，厚煤层不低于 0.75，中厚煤层不低于 0.80，薄煤层不低于 0.85。本矿井主采煤层属厚煤层，因此 C 取 0.85。 则计算可采储量为： Z=(Zg-P)C=(72.65.5)0.8=54Mt 由此可得本采区的可采储量为 54Mt。 3 采区巷道布置 3.1 煤层地质特征 3.1.13.1.1 可采煤层情况可采煤层情况 采区内主要可采煤层为煤 2、6、7。2、6、7 煤层为简单结构的中厚煤层，煤层厚度变化不大。煤层 的赋存状态较好，有利于采区巷道的布置。 采矿学课程设计 15 3.1.23.1.2 煤种及煤质变化煤种及煤质变化 各煤层均为滨海沼泽沉积的腐植煤。具有典型高变质无烟煤的特征。外观呈黑、灰 黑或钢灰色，似金属光泽，反射率高达 15%以上，阶梯状或次平坦状断口，均一状结构， 块状构造，比重和硬度均较大，变质程度愈高，块度愈佳。 天然焦呈钢灰色，略染手，坚硬块状，与焦炭近似，但孔隙度低，镜下观察见有气 孔和花纹构造。 3.1.33.1.3 其他开采技术条件其他开采技术条件 1瓦斯 邑阳井田矿从建井到投产以来，从未发生过瓦斯突出事故，矿井瓦斯在涌出形式上， 均表现为普通涌出。分析结果表明：其瓦斯(CH4)成分和含量最高分别为 67.60%和 2.493cm3/g，二氧化碳(CO2)成分和含量最高为 0.03%和 0.206cm3/g，氮气(N2)成分和含 量最高为 99.94%和 3.703cm3/g。2 号煤层属于瓦斯 N2带，瓦斯含量低，平均含量分别为 0.693ml/g。煤层瓦斯成分以氮气为主，次为二氧化碳、甲烷气体；瓦斯含量普遍低，应 属瓦斯风化带。 2煤的自然发火情况 依据煤炭科学研究总院抚顺分院对邑阳井田矿 2煤煤尘爆炸性鉴定报告，煤样水份 Wf4.70%，灰份 Af 7.08，挥发份 Vf4.70，Vr 5.35，无火焰长度，鉴定结果为 煤尘无爆炸性。 3.2 采区巷道布置及生产系统 3.2.13.2.1 确定采区走向长度确定采区走向长度 根据沿井田走向有无大的地质变化，如断层，无煤带，倾角变化很大等地质条件， 利用这些地质变化带划分采区，确定走向长度。若没有地质地质条件限制时，采区走向 长度应从技术上可行和经济上有利的原则来确定。技术上的因素主要考虑区段巷道的运 输维护和供电问题。经济上有利的采区走向长度，应是与采区走向有关的巷道掘进、维 护、运输等的吨煤费用最低的长度。根据我国煤矿实践经验：对于缓倾斜和倾斜煤层， 如果开采条件好，采掘机械化程度较高，区段集中巷采用带式输送机。生产能力较大的 采区，其走向长度为 1000-1500 米。综合机械化开采，采区单面布置时，走向长度一般 不小于 1000 米；双面布置时，走向长度不小于 2000 米。普通机械化开采时，一般为 1200-1500 米。 采矿学课程设计 16 本设计先开采西南方向的西一采区，其内没有大的地质变化，采用综合机械化开采， 采区内平均走向长度 4700 米。 井田内没有大的地质变化，采用综合机械化开采，采区走向长度为 1000 米。 3.2.2 确定区段斜长和区段数目确定区段斜长和区段数目 使用走向长壁采煤法的采区，区段斜长等于回采工作面长度加上区段平巷和护巷煤 柱的宽度。区段平巷宽度，根据巷道断面的确定，这里取 4 米。采用沿空掘巷，不留护 巷煤柱。 首采采区斜长为 1400m,工作面长度暂定为 300m，区段平巷宽度为 40m,则区段斜长 为：300240380 m，一个采区区段数目为 1400/3803 个。 3.2.33.2.3 煤柱尺寸的确定煤柱尺寸的确定 为了使采区内各种煤层巷道保持良好状态，有时留设一定的煤柱。如留设开采水平运输大巷、上 下山、总回风巷、区段平巷，以及采区边界煤柱和大断层煤柱等。目前，煤柱尺寸主要根据实际经验 来确定。缓倾斜及倾斜煤层煤柱参考尺寸见表 5.2。 邑阳矿北矿井采区实行无煤柱开采，区段平巷不留煤柱，采区上山一侧需留 20m 煤柱。采区下 山和采区边界不留煤柱，大巷布置在岩层中也不留煤柱。 表表 3.23.2 采区煤层巷道护巷煤柱尺寸采区煤层巷道护巷煤柱尺寸 巷道类别 薄及中厚煤层巷道一 侧/m 厚煤层巷道一侧 /m 备注 水平大巷20302050 主要回风大 巷 20 左右2030 采区上下山20 左右3040 区段平巷8201520 采区倾角较大时，煤柱尺 寸可小一些 采区边界310目前常不留边界煤柱 较大断层1015 到 3050根据断层具体情况而定 3.2.43.2.4 采区上下山的布置采区上下山的布置 对于单一厚煤层和联合布置的采区，一般应将上山布置在煤层底版岩层中，但在下部煤层的底版岩 层距涌水量特大的岩层很近，不能布置上山，或者当上山只为开采上部煤层服务，而开采下部煤层便 报废不用时，可以考虑把上山布置在煤层群的中部或上部。 采区上山至少有两条，一条运输上山，一条轨道上山，同时用来通风行人。在生产能力较大的特厚 采矿学课程设计 17 煤层采区，集中联合布置的采区；或产量较大，瓦斯涌出量也大的采区；以及其他情况需要时，也可 以增设一条专用的上山，增设的上山如果服务年限不长，可沿煤层布置。 两条上山，可以是一岩一煤上山。这种布置适用于产量小，服务年限不长的采区而且煤层群的最下 一层煤为维护条件较好的薄及中厚煤层，可将轨道上山布置在该煤层中，运输上山布置在底板岩石中； 当煤层群最下一层煤为厚煤层，或开采单一厚煤层的采区，可把两条上山都布置在底板岩石中。 1轨道上山； 2运输上山 图图 3.13.1 采区上山布置图采区上山布置图 3.2.53.2.5 区段平巷的布置区段平巷的布置 由于采区两煤层间距较小，实行联合布置；深井开采为防止应力集中，推行不留煤 柱，沿空掘巷；工作面运输平巷、轨道平巷定向平行布置，以保证工作面等长。 3.2.63.2.6 联络巷道的布置联络巷道的布置 采区联络巷道有集中平巷与区段平巷之间的联络巷，采区上山与区段集中巷之间的 联络巷，采区上山与各煤层区段平巷之间的联络巷道。 本采区采用集中上山布置方式，集中上山与两煤层区段平巷采用石门进行联络。 3.23.27 7 采区生产系统采区生产系统 1）采区运煤系统 采区内运输上山铺设胶带输送机，运输煤炭到主运输大巷胶带输送机，经井底煤仓 到主井胶带输送机运送至地面。运输路线如图 3.3 工作面区段运输平巷采区运输上山采区煤仓采区运输石门水平运输大巷 主运输石门井底车场地面 图 3.3 运煤系统路线图 2）采区通风系统 采区通风系统路线如图 3.4 采矿学课程设计 18 新鲜风流：副井井底车场轨道大巷采区轨道上山区段运输平巷工作面区 段回风平巷回风上山风井地面。 污浊风流区段回风平巷采区回风石门回风大巷回风石门风井地面 图 3.4 采区通风系统路线 为调节风量和控制风流方向，在适当位置设置风门、风窗和风帘等通风构筑物。 3）运料排矸系统 采煤工作面和开切眼所需的材料和设备，用矿车从副井下放到井底车场，经主运输 石门、运输石门、采区运输石门、采区下部车场，由轨道运输上山提升至采区上部车场， 然后进入区段回风平巷，再运到采煤工作面和开切眼。 采煤工作面回收的材料、设备和掘进工作面运出的矸石用矿车经由与运料系统相反 的方向运至地面。 4）供电系统 通过敷设在副井中的高压电缆，矿井地面变电所向井下井底车场的中央变电所供高 压电；通过敷设在运输大巷和运输上山帮上的电缆，中央变电所向各采区变电所供电， 采区变电做则将输送来的电降压或不降压供采煤工作面和掘进工作面用电设备。工作面 的供电线路简图如图 3.5 地面变电站副井中央变电所采区变电所区段运输平巷移动变电站工作 面 5）供电系统 高压电缆由井底中央变电所经轨道大巷至采区变电所，降压后由低压电缆分别送到回 采和掘进工作面附近的配电站，以及胶带运输机和绞车房等用电地点。 6）供水系统 采掘工作面和运输机巷及运输机转载点所需要的防尘喷雾用水，由副井的供水管下井， 然后送至各个用水地点。 采矿学课程设计 19 图 3.5 供电线路 3.3 采区车场形式选择 3.3.13.3.1 采区上部车场采区上部车场 采区上部车场常用的有甩车场和平车场，平车场又有顺向和逆向等形式。平车场和 甩车场的选择主要根据绞车房的布置和维护条件。本设计中有两层煤，煤层距离较大，采 用单层布置，由于上山布置在岩层中，故采用甩车场，且甩车场具有通过能力大，调车方 便，劳动量小等优点。 图图 3.63.6 采区上部车场采区上部车场 3.3.23.3.2 采区中部车场采区中部车场 采区中部车场只能是甩车场，它的基本形式按甩车方向分，有双向甩车和单向甩车 两种；按甩入地点不同，又分为甩入绕道车场，甩入平巷车场和甩入石门车场三种。开 采单一薄及中厚煤层的采区中部车场多采用甩入绕道式；联合布置的采区或采用岩石上 山的采区其中部车场多采用单向甩入石门式车场。 本采区中部车场采用甩入石门式车场，由轨道上山提升的矿车，通过甩车道甩入中 部轨道石门，再进入区段轨道平巷。图 3.7 所示： 采矿学课程设计 20 图图 3.73.7 采区中部车场采区中部车场 调车方式： 区段运输平巷所需材料设备由采区轨道上山经过区段轨道石门，运之运输平巷。工 作面采下的煤炭通过区段运输平巷，区段运输石门，溜煤眼之采区回风上山。 3.3.33.3.3 采区下部车场采区下部车场 采区下部车场由采区装车站和辅助提升下部车场组合而成。主要根据装车地点的不 同，采区下部车场可分为大巷装车式、石门装车式和绕道装车式三种。本设计采区采用 大巷装车式下部车场。 本设计采用串车进行大巷的辅助运输，为了满足采区掘进出煤、出矸和进料，在采 区下部车场的辅助提升部分，轨道上山通过绕道和大巷相连，由于该采区煤层倾角为 10，小于 12，故选用底板绕道。如图 3.8： 图 3.8 采区下部车场 3.4 采区采掘接替计划 3.4.13.4.1 采区主要巷道参数确定采区主要巷道参数确定 1）巷道掘进速度 根据邻近矿井或条件类似矿井所达到的巷道掘进速度和施工队伍的技术管理水平分 析研究确定巷道掘进速度。不同机械化程度的巷道掘进速度不宜低于煤炭工业矿井设 计规范规定。如表 5.7： 表表 3.13.1 平巷掘进速度平巷掘进速度 掘进机械化程度巷道煤岩类别月进度/m 采矿学课程设计 21 煤400 综合机械化掘进机组 半煤岩250 煤200 钻爆法 半煤岩150 液压、凿岩台车机械化作业线岩120 气腿凿岩机械化作业线岩80 2） 轨道上山断面 轨道上山是沿煤层底板掘进的半圆拱形式的半煤岩巷，支护方式采用锚网+喷射混凝 土支护，其中布置 600mm 轨道，采用综合掘进机组进行施工，月进度为 250m/月。 断面及其特征见图 3.8 和表 3.2。 图图 3.83.8 轨道上山断面示意图轨道上山断面示意图 表表 3.23.2 轨道上山巷道断面特征表轨道上山巷道断面特征表 断面/m2掘进尺/mm锚 杆 （mm） 围岩 类别净掘宽高 喷射 厚度 /mm 型 式 外露 长度 排列 方式 间排 距 锚深 规格 L* 净周 长/m 岩巷 11.513.640003700100 树 脂 100 菱形 8001500 1500 20 13.1 采矿学课程设计 22 3）运输上山断面 运输上山是布置在煤层中的沿煤层底板掘进的半圆拱形的半煤岩巷，支护方式采用 锚网+喷射混凝土支护，其中布置胶带输送机，采用液压、凿岩台车机械化作业线施工， 月进度为 250m/月。 断面及其特征见图 3.9 和表 3.3。 4000 4200 1400 3600100 200 168013201000 340 1 50 图图 3.93.9 运输上山断面示意图运输上山断面示意图 表表 3.33.3 运输上山巷道断面特征表运输上山巷道断面特征表 断面/m2掘进尺/mm锚 杆 （mm） 围岩 类别净掘宽高 喷射 厚度 /mm 型 式 外露 长度 排列 方式 间排 距 锚深 规格 L* 净周 长/m 岩巷 11.513.642003700100 树 脂 100 菱形 8001500 1500 20 13.1 3.4.23.4.2 确定采区生产能力确定采区生产能力 采区生产能力应根据地质条件、煤层生产能力、采掘机械化程度和采区内同时生产 的工作面个数等因素来确定。 本采区地质条件较简单，煤层厚度较大，煤层生产能力大，工作面采用棕采，煤巷掘 进采用综掘。用一个综采面保证采区生产能力 综采面采煤机截深为 0.6 米，每天进 6 刀，主采煤层厚度 4.16 米，工作面长度为 300 米，则采区生产能力为 采矿学课程设计 23 4.163000.663301.40.9= 186 万吨 3.4.33.4.3 计算采区回采率计算采区回采率 采区采出率为采区内实际采出煤量与采区可采储量的比值 采区回采率 R=采区实际采出量/采区可采储量100 （式 3-1） 采区可采储量为：Qs Qs =采区可采面积煤厚煤平均容重 （式 3-2） =22.6(4.16+5.952)1.7=61.7Mt 采区实际采出量 Qk 考虑到三层煤厚度不一样，其工作面回采率也相应不一样，可大概计算采区实际采 出量见公式 5-6。 采区实际采出量=（煤层可采储量采区煤柱）工作面回采率 （式 3-3） Qk =72.65.5 =67.1Mt 采区回采率 R，见公式 3-1 R=(Qs/Qk)100%=93% 煤炭工业技术政策规定采区回采率：薄煤层不低于 85%，中厚煤层不低于 80%， 厚煤层不低于 75%，本设计符合上述规定。 采区回收率一般不得低于国家规定： 厚煤层为 75%；中厚煤层为 80%；薄煤层为 85%。 邑阳矿采区回采率约为 84%，符合要求。 4 采煤方法 4.1 采煤工艺方式 4.1.14.1.1 确定采煤工艺方式确定采煤工艺方式 1）回采工艺 （1）回采工艺流程： 采煤机割煤 移架 推移运输机 （2）落煤方式 工作面跟煤层底板回采，采用 MG500/1180-WD 型采煤机截割落煤，往返一次进两 采矿学课程设计 24 刀，进刀采用端头斜切进刀方式。 （3）装、运煤 装煤：在采煤机截割煤的同时，利用滚洞螺旋齿片和弧型挡煤板自动将煤运输机； 余煤由铲煤板随移溜铲入运输机；少量煤由人工装到运输机内。 运煤：采用刮板运输机运煤。 （4）移架方式 移架采用滞后采煤机后滚筒 24 架追机顺序移架，移架步距为 800mm，追机移架 速度赶不上煤机运行时，必须停采煤机移架。 （5）移刮板运输机 移运输机应滞后煤机不小于 15m，沿移架方向逐架顺序移动输机。移运输机过程中 弯曲段长度应不小于 15m，移运输机步距保持 800mm，并做到一次到位，移好后要使运 输机成一直线，其偏差不得超过50m。 2）支护方式 支护方式一般分为两种： （1）及时支护 即在采煤机割煤后先移支架，再移输送机，工艺过程为采煤移架 推溜。此方式应用较多，特别是在顶板不稳定的条件下，为防止端面冒顶，必须采用 及时支护方式。 （2）滞后支护 即在采煤机过后，先推溜再移架。回采工艺方式为：采煤推刮板 输送机移架。移架滞后割煤较大距离，顶板悬漏面积较大。该方式用于顶板不易冒落 的条件下。 遵循安全第一的原则，本矿采用及时支护的工艺方式。 4.1.24.1.2 回采工作面参数回采工作面参数 根据前面开拓、准备的巷道布置，采煤工作面沿倾向布置，走向推进，工作面长 度为 300m，区段长度为 1700m；采高 4m，顶部留煤皮。 工作面布置三条顺槽：上部布置一条，为回风巷及辅助运输巷；下部布置两条，为 进风运煤巷，靠近煤壁的一条巷道布置胶带输送机，另一条作为运输行人巷道。顺槽断 面均为 5m 宽，3.5m 高；上区段工作面运输平巷和下区段工作面回风平巷的煤柱留设 20m。 顺槽之间每隔 50m 觉联络巷。 采矿学课程设计 25 工作面配套设备见表 4-1。 表表 4-14-1 工作面配套设工作面配套设 采煤机液压支架刮