煤矿矿井初步设计

河 南 理 工 大 学 本 科 毕 业 设 计（论文） 1 摘 要 本设计是针对河南省永煤集团城郊矿二 2 煤层的矿井初步设计。城郊矿自然地质条件中等，二 2煤层属中厚煤层，矿井涌水量一般。设计采用立井二水平开拓，采用带区和采区式准备，综合机械化开采。主要对矿井开拓方式、准备方式和采煤方法进行了初步设计，设计时根据现有经济技术条件，尽可能采用先进的开采技术和设备，并对矿井设计提出一些自己的看法。 关键词：煤矿 立井开拓 矿井初步设计 河南理 工大学本科毕业设计（论文） - 1 - he is is 2 to is in to of to to a a to to of of in as as 南理 工大学本科毕业设计（论文） - 1 - 目 录 前言 . 井田概况及井田地质特征 .田概况 . 地层 .田情况 . 煤层及煤质特征 . 其他开采条件 . 11 田水文地质特征 . 11 井田勘探程度 . 勘探程度 . 地质勘探程度及精查勘探地质报告的评价 . 矿井储量年产量及服务年限 .田境界 .田储量 . 矿井工业储量 . 矿井设计储量 . 矿井设计可采储量 .井年产量及服务年限 . 计算依据 . 井 田 开 拓 . 述 .、矿区内生产矿井的开拓方式概述及评价 .田开拓 . 对井田开拓中问题分析 . 井壁的支护材料及井壁厚度 . 井筒深度 .底车场 . 概述 . 线路总平面布置设计 . 底车场各存车线长度的确定 . 井底车场线路总平面布置 . 井底车场通过能力计算 .采顺序及带区、采煤工作面的配置 .南理 工大学本科毕业设计（论文） - 2 - 采顺序 . 保证年产量的同采采区数和工作面数 .巷工程和建井工期 . 准备方式 .备方式的选择 . 选择原则 . 准备方式的确 定 .区巷道布置及生产系统 . 带区准备参数的确定 . 带区巷道布置 . 带区硐室 . 带区生产系统 .采工艺设计 . 矿井运输、提升及排水 .井运输 . 井下运输系统 . 井下运输方式 . 采区运输设备的选型 . 大巷运输及设备选型计算 . 电机车台数的计算 .井提升 . 主井提升设备选型计算 . 立井提升设备选型计算 .井排水 . 概述 . 排水设备选型计算 . 通风和安全 .井瓦斯情况 . 选择原则 . 通风方式和通风系统 . 矿井通风示意图 .量计算及风量分配 . 确定总风量 . 风量分配 .井通风阻力计算 .南理 工大学本科毕业设计（论文） - 3 - 算原则 . 计算方法 .风机选型 . 选择主扇 . 电动机选择 .止漏风和降低风阻的措施 . 防止漏风和降低风阻的措施 .井安全技术措施 . 110 述 . 110 防井下火灾的措施 . 110 尘的综合防治 . 111 防井下水灾的措施 . 111 7 矿山环保 . 113 山污染源概述 . 113 山污染的防治 . 113 井水处理 . 113 体废弃物处置 . 114 声治理 . 114 化措施 . 114 表塌陷及生态保护措施 . 114 表塌陷的预防措施 . 114 表塌陷整治覆土 . 115 石回填塌陷区 . 115 致 谢 . 116 参 考 文 献 . 117 附录 A 文翻译（原文） . 118 附录 B 英文翻译（译文） .南理 工大学本科毕业设计（论文） - 1 - 前 言 毕业设计是采矿专业全部教学进程中的最后的一个环节。 它是学生在完成本科教学计划规定的学习内容之后，综合运用各门学科的理论知识，分析和解决采矿工程中遇到的技术问题，所以它也是本科采矿专业的核心和学生的综合考察。 毕业设计是在学生搜集、整理和运用资料的基础上，按照矿产资源法、煤炭法、煤炭工业技术政策、煤矿安全规程和煤炭工业矿业设计规范，完成井田开拓及准备方式、采煤方法的选择、矿山运输、提升、排水、通风的设计，最后进行毕业答辩，完成本科学业。通过毕业设计可以进一步培养学生分析问题和解决问题的综合能力、撰写技术文件和工程制图的基本技能。 衷心感谢 院领导的支持和帮助，以及采矿教研室老师的辛勤辅导，尤其是李化敏老师的认真、耐心、详细的辅导，使我能按质、按量的完成毕业设计。 由于本人知识水平和知识范围的限制，设计中难免有不当和错误之处，恳请批评指正。 河南理 工大学本科毕业设计（论文） - 2 - 1 井田概况及井田地质特征 田概况 1、交通位置 城郊矿井位于河南省永城煤田中部，永城县城位于井田中心部位。西北距陇海、京九铁路商丘车站 95北至京泸铁路徐州站 97南至宿州车站 76南至京九铁路亳州车站 55310 国道和商宿省道从井田内穿过。井田北邻陈四楼 井田，地理坐标为 :东经 162 17302521,北纬 33 53520035。区内公路四通八达，交通方便。交通位置见图 1 2、地形地势 矿区位于淮海冲积平原北部，地势平坦。地形西北高，东南低，略向东南倾斜。地面标高最高 低 般高程 32 34m。全为第四系全新统亚砂土及粘土覆盖，其厚度为 表水系不发育，地下水位埋藏较浅，其静水位标高为 均埋深为 2m。 3、气象及地震 本 区地处中纬度（ 34），属半干旱、半湿润气候，蒸发量大于降雨量，干湿差达，四季分明。年平均气温 月平均气温最高为 最低为 降雪期和冻结期为每年 12 月至翌年 3 月。最大冻土深度为 19般 10平均降雨量 雨量多集中在 78 月份，占全年的 50%以上。影响到本区地震烈度为 6 度。 河南理 工大学本科毕业设计（论文） - 3 - 苏江省线徐州市沪海濉溪城郊井田安淮北市萧县青龙山山东省夏邑虞城南河商丘市陇省砀山永城市宿州市青町蒙城徽怀远蚌埠市铁路公路城市省界图例省鹿邑阜阳市涡阳亳州市百善符离集县城集镇永城矿区京线4、煤矿发展简史 永城矿区 1958 年开始开发建设，矿区位于河南省永城县境内，矿区内煤炭资源丰富，煤质较好，为优 质无烟煤。矿区内现生产的矿井主要为：葛店矿、车集矿、陈四楼矿、新庄矿。基建矿井为刘河矿。 矿区农业主要以小麦，玉米为主，矿区水源主要来自地下水，电源来自永城电厂，劳河南理 工大学本科毕业设计（论文） - 4 - 动力以当地农民为主，建筑材料基本来自当地。 5、水源和电源 矿井供水水源取用于地下水和利用矿井排水。取用于地下水为工业场地生产、生活用水；利用矿井排水净化后作为井下消防洒水、断面防尘及洗煤厂生产补给用水。 矿井地面建有 110电站，两回 110电线路来自矿区 110井 110电站安装有三台 10， 10000110/6 井田地质特征 层 本区属华北上古生界聚煤区，井田地层基本和区域地层相一致，区内仅有奥陶系零星出露。井田含煤层由上至下由太原群、山西组、下石盒子组、上石盒子组。根据钻孔揭露的地质特征自下而上为中奥陶统（ 上石炭统（ 叠系（ P）和新生界（ 由老至新叙述如下： 1）中奥陶统（ 中石炭统本溪组（ 中奥陶统（ 大厚度 石炭统本溪组（ 要有铝土泥岩和鱼状铝土泥岩组成，厚度 均 厚度为 2）上石炭统太原驵（ 下二叠统山西组（ 上石炭统太原驵（ 煤最多达 10 层，单煤层厚度 二叠统山西组（ 度 均厚度为 煤 3层。 3） 下二垒组统下石盒子组（ ， 上二叠统上石盒子组（ 下二垒组统下石盒子组（ 度 煤 5 7 层，其中三 1、三 22、三 4煤为可采煤层。 河南理 工大学本科毕业设计（论文） - 5 - 上二叠统下石干峰组（ 三系（ R） 构 造 本区位于华北台块东南隅，山东台背斜徐蚌凹折带中；秦岭昆仑纬向构造带东段北支的南侧，新华夏系第二沉降带的东侧。 本井田位于北北东向的永城隐伏背斜西翼中段。井田内地层走向多变；东南部为北北东向，南部由于两组不同方向的构造符合而成马鞍状，中部、北部受断层影响，呈波状起伏，走向多变。地层倾角 20本井田总体构造特征以宽缓褶曲为主，影响本井田的断层有 5 条，褶曲 5个。井田构造复杂程度为中等复杂。褶曲及断层特征详见褶曲特征表 1 表 1 主要褶曲特征表 河南理 工大学本科毕业设计（论文） - 6 - 序号 褶曲名称 描述 1 四里禅堂向斜 位于井田中部，走向近南北，长约 9 2 城郊向斜 位于永城县东关及城厢乡之东，马岗背斜之西，总体走向近南北。东西宽约 1北长约 2构造盆地状。 3 陈四楼向斜 位于井田北部，被 割。走向近南北，长约 6 4 马岗背斜 位于蒋阁向斜西侧，轴向近南北。约 5 蒋阁向斜 位于井田东南角，轴向近南北，约 短轴向斜。 田情况 层及煤质特征 1、煤层 上石炭统太原组合下二叠系统山西组为含煤地层。见矿井综合柱状图 1采煤层有两层，主要可采煤层为二 2煤，大部分可采煤层为三2 煤。详见可采煤层特征表 1层顶底板特征见综合柱状图 1 河南理 工大学本科毕业设计（论文） - 7 - 表 1 断层特征表 序号 名称 性质 产状 最大落差(m) 交切情况 可靠程度 备注 倾向 走向 倾角 (度 ) 1 E 70 8可靠 2 W 70 14较可靠 3 E 59 10可靠 4 W 74 70 8可靠 序号 煤层名称 煤层厚度（ m） 最小最大 平均 平均 可采 厚度 煤层 倾角 间距 （ m） 硬度 （ f） 容重（ t/ 煤层稳定程度 顶底板岩性 河南理 工大学本科毕业设计（论文） - 8 - 顶板 底板 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2 二 2 15 85 中硬 定 泥岩、粉砂岩 泥岩、粉砂岩 3 三 2 15 中硬 稳 定 泥岩 泥岩、 砂岩 序号 煤层名称 煤层厚度（ m） 最小最大 平均 平均 可采 厚度 煤层 倾角 间距 （ m） 硬度 （ f） 容重（ t/ 煤层稳定程度 顶底板岩性 顶板 底板 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2 二 2 15 85 中硬 定 泥岩、粉砂岩 泥岩、粉砂岩 河南理 工大学本科毕业设计（论文） - 9 - 煤层顶底板特征见综合柱状图 1 三 2 15 中硬 稳 定 泥岩 泥岩、 砂岩 累计岩石名称中粒砂岩泥岩柱状组统层厚厚度岩性描述灰色石英长石为主灰 色 - 灰 绿 色 植 物 化 石地层系统系中粒砂岩二 2 煤直接顶细粒砂岩灰岩上统直接底浅灰色石英为主局部为砂质泥岩或薄泥岩黑色块状黑灰色植物化石深灰色方解石二叠系石灰系下统老顶砂质泥岩深灰色云母碎片砂岩条带河南理 工大学本科毕业设计（论文） - 10 - 2、煤质 二 2煤层以亮煤、镜煤为主，暗煤次之，丝炭少量。灰分 平均 发热量 低、中灰、特低硫、特低磷、高发热量、易选的优质无烟煤。 三 2 煤灰分 平均 发热量 中灰，特低硫、特低磷、中发热量、中等可选的无烟煤。 各无烟煤均为黑灰 灰黑色，少量呈铅灰色；似金光泽 （或金刚光泽）条痕为灰黑色 黑色；脆度大，内生裂隙中等发育，少数裂隙被次生碳酸岩矿物所充填。煤质情况详见煤的工业分析表 1 表 1的工业分析表 序号 煤层名称 牌号 水分 （ %） W 灰分 （ %） A 挥发份（ %） V 含磷量（ %） P 含硫量（ %） S 发热量（ MJ/ Q 备 注 河南理 工大学本科毕业设计（论文） - 11 - 1 二 2 A 2 三 2 A 他开采条件 1、瓦斯 在勘探过程中共采瓦斯样 15 个，其中合格 3 个可作为参考，分析结果二 2煤 2及 g， 下多为 g，根据煤炭资源地质勘探范围的规定，城郊煤矿 井田中二 2煤层中的沼气含量一般小于 g。 根据煤炭资源地质勘探范围的规定，城郊煤矿 属于低沼井，但应注意瓦斯含量由浅向深部增加的趋势 。 2、煤尘与自燃 煤尘爆炸性试验结果，煤尘不易自燃，无爆炸性。 3、地温 井田内恒温带深度约为 23m，温度为 井 田内地温随深度的增加而增加，平均地温梯度 ，浅部地温梯度较深部高。地温局部地方偏高。 4、煤层顶底板特性 二 2煤层直接顶底板多为中粒砂岩，局部为沙质泥岩或薄层状泥岩，抗压强度一般大于 600kg/板易于管理，底板一般不易发生底鼓。 田水文地质特征 据含、隔水层岩性组合特征，埋藏条件等自上而下分为四个含水组，河南理 工大学本科毕业设计（论文） - 12 - 即新生界孔隙含水组、二叠系裂隙含水组、石炭系太原组岩溶裂隙含水组、奥陶系岩溶裂隙含水组。现分述如下： （一）、新生界孔隙含水组（ I） 区域为新第 三系、第四系冲、湖积松散地层，可细分上、中、下、底四个含水段。上段以粉、细砂为主；中下段以细、中砂为主，夹粗砂层，与黏土、亚粘土或亚砂土，交替沉积，厚度变化大；底段以粘性土为主，砂层变薄，层数减少，或为透镜状体。下底段向南逐渐趋于尖灭，如至南部大王庄一带沉积有上、中段，而下底段缺失。 区域内各段地下水的赋存条件、富水性、水质水量、水位均具明显差异性，砂层为 11 21 层，总厚 ，平均 。 上段（潜水型）直接受大气降水补给，循环条件好，交替强烈，与地表水有互补关系。具典型的强 烈蒸发特点，近几年偏干旱，地下水区域性补给不足，水位处于明显的下降趋势，下降幅度为 ，为径流消耗区。 单位涌水量 /秒 透系数 54 198 米 /日，水化学类型为 水，矿化度 /升，水温 14 18。 底段粘土层是隔离下部基岩风氧化带的稳定隔水层，厚度由几米到上百米。虽然局部有砂层透镜体与风氧化带直接接触，具封闭性水，微渗透。 地下水流向大致为北西流向南东。 （二）、二叠系裂隙含水组（ 由上石盒子组、下石盒子组、山西组砂岩含水层段组 成，具弱承压性，顶部为风氧化带，深度在基岩面上，垂深 18米左右，其上有新生界底部粘性土隔水层，补给微弱。含水层段之间又有泥岩、砂质泥岩隔水，基本无水力联系。地下水均以本层水平侧向远方运移补给为主。补给源不足，径流滞缓，以消耗静储量为主。 河南理 工大学本科毕业设计（论文） - 13 - 本组岩相变化大，裂隙发育又不均，多被方解石脉充填，富水性强弱也各段不一，上石盒子组比下石盒子组、山西组相对富水性较强。 单位涌水量 /秒 透系数 /日，水化学类型为 水，矿化度为 2 /升，水温 20 270。 该含水组是三煤组、二煤组的直接充水岩层，据永城（葛店）煤矿多年矿山排水量变化情况证实，随着开采排水，充水岩层逐年趋于疏干状态，地下水位大幅度下降，并影响到矿区之外。说明地下水排泄以转入矿山排水为主要途径。 （三）、石炭系太原组岩溶裂隙含水组（ 含水岩层主要为灰岩（ 11 层，局部 13 层）次为砂岩。灰岩总厚度 70多米，以 层灰岩沉积稳定，厚度大。据钻孔揭露以下各层灰岩都有不同程度的漏水现象。岩溶裂隙发育不均，又多被泥质、钙质充填，富水性强弱不同，以本层远方水平侧向运动为主。 封闭条件较好，静水压力传递快，补给区、分布区、排泄区不一致。 单位涌水量 /秒 透系数 /日，水化学类型为 水，矿化度 2 /升，水温 30 350。 岩（ 积稳定，上距二 2 煤底板为 40 65 米，平均 50米，上部有隔水性能强的泥岩、砂质泥岩以及抗压强度大的厚层砂岩，正常状态下，灰岩水不会溃入巷道或发生底鼓现象，随着开采水平的延伸，若遇到落差大于 50 米的断层或破碎带，出现煤层与灰岩对接，则有可能造成灰岩水溃入巷道，开采中应引起重 视。 （四）、奥陶系岩溶裂隙含水组 奥陶系灰岩在安徽闸河煤田东西两侧广泛出露，永城境内在芒山一带有零星剥蚀残丘，井田东永城隐伏背斜轴部奥陶系灰岩大面积隆起，直接被新生界地层覆盖，走向与背斜轴一致，岩溶裂隙沿垂深减弱，部分被泥河南理 工大学本科毕业设计（论文） - 14 - 质、钙质充填，加之受构造断裂控制，灰岩富水性很不均一，大理岩、大理岩化灰岩富水性较强，而结晶灰岩相对比较弱。 地下水补给源除露头处受大气降水补给外，广泛隐伏区主要为水平侧向运移，补给量较大，以潜流形式向远方排泄。 单位涌水量 /秒 透系数 6022 米 /日，水化学类型为 水，矿化度 /升，水温 10 320。 奥陶系灰岩上距二 2 煤底板为 210 米左右，正常情况下对巷道无充水影响。当有断层沟通，使奥陶系灰岩水与太原组灰岩上段水发生水力联系时，间接对矿坑充水也是可能的。详见水文地质综合柱状图 1 综上所述，本井田是一个与外部水力联系微弱、补给不足的较完整的水文地质单元。水文地质属于中等类型。预计正常用水量为 390m3/h。最大涌水量为 480m3/h。 井田勘探程度 勘探程度 地质勘探 是省 勘探队对 永夏 煤田进行钻探工作，研究整个 永夏 煤田 ，地质报告对煤层对比清楚，结果可靠，煤层结构、厚度、煤质牌号已查明，主要构造基本控制。 地质勘探程度及精查勘探地质报告的评价 本区勘探工作是在文革时期完成的，根据地质报告及地质资料的分析： a) 地质勘探线垂直煤层走向布置，勘探线间距及钻孔间距合理。 b) 城郊矿 田内高级储量比例合理，但深部钻孔稀疏，储量可靠程度较差。 c) 水文地质条件复杂，涌水量受季节性气候影响，应长期作好水文地质工作。 河南理 工大学本科毕业设计（论文） - 15 - d) 瓦斯及风化带分布范围等资料的精确高，构造的控制程度好。 e) 沿长深部钻孔密度，从整体看未见