采矿学课程设计-潘三煤矿1

中国矿业大学

课程设计说明书

课程名称：_______________采矿设计

设计题目：________潘三煤矿1.8Mt/a新井设计______________

姓名：学号：

学院：__________________矿业工程学院________________

专业：____________________采矿工程__________________

指导教师：职称：

中国矿业大学矿业工程学院采矿工程系

二零二一年一月

中国矿业大学课程设计任务书

学院矿业工程学院专业年级采矿工程2017级学生姓名

任务下达日期：2020年12月17S

设计日期：2020年12月17日至2021年1月16日

设计主要内容和要求：

《采矿设计I》题目从题目库中抽取，题目给出某个井田的地质条件，要求学生按此

条件完成矿井初步设计中的开拓部分内容，学生必须按照课程设计大纲的要求进行，完成

设计大纲规定的全部设计工作量。

《采矿设计n》题目从学生所做《采矿设计I》的基础上继续进行设计，结合题目给

出的某个井田采（盘）区或带区地质条件，要求学生按此条件完成矿井初步设计中的准备

方式与采煤方法部分内容，学生必须按照课程设计大纲的要求进行，完成设计大纲规定的

全部设计工作量。

要求：独立完成上述内容，科学作风严谨，能熟练地综合运用所学基础知识和专业知

识解决实际问题，方案合理，计算分析正确、结论合理，语句通顺，主题有自己的见解，

符合专业技术要求。

摘要

本设计是根据潘三煤矿井田特征和地质条件，开展开拓设计。

设计共包括4章：1.矿区概述及井田地质特征；2.井田境界和储量；3.矿井工作制度、

设计生产能力及服务年限；4.井田开拓；5.准备方式；6.采煤方法；7.矿井通风及安全。

潘三矿位于淮南市西北部，距洞山约34公里，地处淮南凤台县城北约15公里，交通

方便，走向长度为10.3km,倾斜长度平均为6.2km,面积61.3kn?

主采煤层为13-1煤层，平均倾角为7.6°,煤层平均厚度为3m。矿井正常涌水量为

380m3/h,最大涌水量为641m3/h,水文地质条件为复杂类型。矿井瓦斯含量较高。

井田工业储量为255.675Mt,矿井设计可采储量193.398Mt。根据储量条件，确定矿井

设计生产能力为L8Mt/a,矿井服务年限为76.74a。矿井年工作日为330d,工作制度为“四

六制”。

依据潘三矿井田地质及生产条件，提出立井两水平直接延深、立井两水平暗斜井延深、

立井三水平直接延深、立井三水平加暗斜井延深4个开拓方案，通过技术经济比较，确定

井田采用立井两水平直接延深开拓方式。

本设计选用西二带区为首采区，西二带区走向长平均1815.3m,倾向长平均2156.7m。

带区内划分为9个倾斜分带，分带平均长2294.3m。设计首采区（西二带区）位于井田西

北部，首采工作面为13201分带。采用沿空留巷顺序开采方法，采用综合掘进机、锚杆支

护机进行掘进与支护工作。采用无轨胶轮车辅助运输方式。带区实际生产能力1.951IMt/a,

采出率为88.6%。

工作面选择倾斜长壁采煤法，采用综合机械化采煤一次采全高工艺，全部垮落法管理

顶板。每班割三刀煤，每天推进9个循环。采用支撑掩护式液压支架、端头支架进行工作

面的支护。采用单体液压支柱进行两巷超前支护。

本设计选用两翼对角式通风方式，抽出式通风优点明显且适合于本矿井，故采用抽出

式通风。从副井进风，风井回风，133201工作面采用“Y”形通风方式。新鲜风流从辅助运

输大巷经进风运料斜巷（运输进风斜巷）到达工作面，污风从进风运料斜巷经回风大巷从

西回风井排出。

关键字：潘三矿井；开拓方式；矿井设计生产能力；带区；沿空留巷；液压支架；两翼对

角式；抽出式

目录

1矿区概述及井田地质特征....................................................1

1.1矿区概述...........................................................1

1.2井田地质特征......................................................2

L3煤层特征..........................................................7

2井田境界与储量...........................................................10

2.1井田境界..........................................................10

2.2矿井工业储量......................................................10

2.3矿井可采储量......................................................12

3矿井工作制度、设计生产能力及服务年限.....................................17

3.1矿井工作制度......................................................17

3.2矿井设计生产能力及服务年限........................................17

4井田开拓.................................................................21

4.1井田开拓的基本问题................................................21

4.1.2确定井田开拓方式的原则...........................................21

4.2矿井开拓方案及其比较..............................................24

5准备方式—带区巷道布置.................................................30

5.1煤层地质特征.....................................................30

5.2带区巷道布置及生产系统............................................31

5.3带区车场选型设计.................................................36

6采煤方法.................................................................38

6.1采煤工艺方式.....................................................38

6.2回采巷道.........................................................53

7矿井通风及安全...........................................................56

7.1矿井地质、开拓、开采概况..........................................56

7.2矿井通风系统的确定...............................................57

7.3矿井风量计算.....................................................60

7.4矿井通风阻力.....................................................66

7.5选择矿井通风设备.................................................73

7.6安全灾害的预防措施...............................................78

参考文献...................................................................80

心得体会...................................................................81

《采矿设计》课程设计第1页

1矿区概述及井田地质特征

1.1矿区概述

1.1.1矿区地理位置

潘三矿位于淮南市西北部，距洞山约34公里，地处淮南凤台县城北约15公里，地理

坐标为东经116°41'45"-116°48z45',北纬32°47'30"~32°52'30",本井田

交通方便，合阜铁路在矿区南缘通过，南行10km可接淮河水运，每天定点班车凤台、合

肥、蚌埠、南京、六安等地，市内有11、12、13、112路公交车出租车与各井田及市区相

图1-1交通位置图

1.1.2地形、地貌

本区为淮河流域的泥、黑河支流域，属淮河冲积平原，地形平坦，标高+19.50〜+23.50

左右。淮河在淮南段，一般水位标高十15m；历史最高洪水位为十25.63m。堤面标高+27.07m。

泥河系淮河左岸的支流，发源于凤台县朱集，自西北向东南方向穿过丁集、潘三、潘一、

潘二四个井田，由淮南市尹家沟入淮，全长60km,流域面积原为710km2,茨淮新河开挖

以后减为606km2。流域内一般地面高程为+19〜+24m,下游为开阔洼地，高程为16m。雨

季淮河水位上涨易成内涝。黑河位于井田北缘，由西北向东南流入淮河，河床宽2-10m,

系人工挖掘浇灌农田季节性水渠。

1.1.3矿区气候条件

本区为过渡型气候，以东南风为多，年降雨量最大为1423.3mm,最小为649.9mm,

《采矿设计》课程设计第2页

年均910.6mm,多集中在7、8月份；最高气温41.4℃,最低气温-21.7C,平均气温+15℃；

最大冻土深度0.30m,最大降雪量0.39m。

1.1.4矿区的水文情况

本区为淮河冲积平原，地势平坦，地面标高+19.5〜+23.5m,西北高，东南低，平均坡

降1：10000。淮河为流经本区的主要河流，在淮南段一般水位标高为+15m,最高水位可达

+25.93m(1954年7月21日鲁台洪水水位)，堤面标高27.07m,可以防洪患。淮河平均流量

正阳关以下2000m%。矿区内有泥河自西北向东南流入淮河，近平行地层走向横贯本矿区，

河床形态上游窄，下游宽，枯水期水位为+18m,最高水位可达+22.40m。

1.3.5煤尘及煤的自燃

13-1煤层无爆炸危险性，利用着火温度法鉴定其自燃倾向性为：不自燃〜易自燃。

1.2井田地质特征

本矿井东起九线与潘一矿毗邻，西至十五线与丁集勘探区相接，西段为潘四井田南边

界，南部以13-1煤-900m等高线地面投影为界，东西走向长10.3km,倾斜长度最大6.3km,

最小5.9km,平均6.2km,井田水平宽度为6.1km,水平面积为61.3km2。

1.2.1煤系地层

本井田为新生界松散层覆盖的全隐蔽区，井田内发育一组向西倾伏的次一级褶曲，即

董岗郢次级向斜及叶集次级背斜，两者轴向大致平行，近东西向，贯穿全井田与潘集背斜

轴呈15-20°夹角相交。向西倾伏，倾伏角3〜5°。

经钻探揭露井田内地层有奥陶系、石炭系、二叠系、第三、四系地层，现分述如下：

(1)奥陶系中下统(01+2)

钻探揭露厚度108.88m,仅见顶部岩层，岩性为灰色、致密厚层状硅质灰岩、局部夹

泥质条带。

(2)石炭系上统太原组(C3)

厚度123m,假整合于奥陶系地层之上。由灰〜深灰色灰岩，泥岩及细〜中砂岩组成，

其中含12〜13层灰岩，夹5〜10层不稳定薄煤层及炭质泥岩。

(3)二叠系(P)

厚度1074.37m,整合于石炭系太原组之上。自下而上分为山西组、上石盒子组、下石

盒子组和石千峰组。现叙述如下：

a.山西组

厚度约79m。由灰黑色泥岩、灰色粉砂岩组成，下部含煤1〜3层。井田内局部煤层

受岩浆岩影响变为天然焦。

b.下石盒子组

厚度131.5m左右，以灰、深灰色泥岩及细砂岩为主，夹灰白色细〜中粒砂岩，含煤

《采矿设计》课程设计第3页

10〜11层，其中8煤较稳定，为主要可采煤层之一；4-1煤下的铝土质泥岩发育良好，分

布较稳定，为主要标志层之一，该煤层组局部受岩浆岩侵入使部分煤层变成了天然焦。

c.上石盒子组：

厚度544.5m左右，以灰〜深灰色泥岩、砂质泥岩为主，次为浅灰〜灰白、灰绿色砂

岩。含煤17〜27层，其中可采及局部可采煤层5层。

d.石千峰组：

井田内已揭露的最大厚度为319.37m。主要由紫红、褐红、褐黄、浅灰〜深灰、灰绿

等杂色砂质泥岩，花斑状砂质泥岩、含砾中粗砂岩、泥质砂岩等组成，分选及磨圆度均较

差，中上部有较单一的石英砂岩薄层，层理不清，该组不含煤，下部偶见炭质泥岩。

（4）新生界（KZ）

该区新生界地层与下伏古生界地层呈不整合接触，厚度为186.54〜483.55m,平均厚

度为378.93m可分为上第三系和第四系两部分。

上第三系（N）

a.上第三系中新统下段（N：）

厚0〜99.05m,平均57.65m,岩性以含泥砂砾层为主，砾石为石英岩、石英砂岩、岩

浆岩、偶见灰岩砾，局部夹有少量砂质粘土。结构疏松。属残坡积相沉积，与下伏地层呈

不整合接触。

b.上第三系中新统上段（N：）

厚0〜101.05m,平均厚66.75m,以浅灰绿夹棕黄色粘土为主，间夹粉、细砂1〜3层，

局部砂层较厚，但其砂层含泥质较高。属河湖相沉积全区分布稳定，只在南部十二线以南

部分钻孔缺失。

c.上第三系上新统（N2）

厚67.68〜190.40m,平均133.04m,岩性以浅灰绿色中砂为主。其次为细砂及粗砂,

局部夹由钙质胶结成砂岩盘，质坚硬。结构疏松〜松散。夹砂质粘土或粘土3〜5层，局

部粘土层较厚。属河湖相沉积全区分布稳定。

《采矿设计》课程设计第4页

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图1-2综合地质柱状图

1.2.2水文地质特征

矿内主要含水层为新生界松散层孔隙含水层组、煤系砂岩裂隙含水层组及石灰岩岩溶

《采矿设计》课程设计第5页

裂隙含水层组三部分组成。现由新至老分述如下：

新生界第四、第三系松散层沉积厚度为186.54［水（三）3孔］〜483.55m（十四〜十五5

孔），平均厚度为378.93m。总体由东南向西北增厚，工广附近古地形隆起处最薄。按地层

对比和岩相组合特征分为四个含水层组和三个隔水层组，其主要特征如下：

（1）第四系含、隔水层（组）

a.上部含水层（组）（原上部含水组上段）

底板埋深19.85〜34.98m,含水砂层厚1.45〜30.05m,平均厚11.64m。自地表5〜10m

以下，以灰黄色、褐色，粉、细砂及粘土质砂为主，夹薄层砂质粘土。砂层颗粒较细，呈

疏松状，属潜水〜弱承压水，受大气降水及地表水体渗入补给，富水性较弱，水质属

HC（h-Ca・Mg型。

b.中部隔水层（组）（原上部含水组的夹层）

底板埋深47.17〜65.51m,隔水层厚2.32〜40.90m,平均厚度19.14m,以棕黄、灰黄

夹灰绿色砂质粘土为主夹0〜4层砂，顶部富含砂僵块和铁锈质结核，粘土分布稳定，可

塑性强，隔水性较好。

c.下部含水层（组）（原上部含水组的下段）

底板埋深101.35〜132.45m,含水层厚度25.85〜71.20m,平均厚度埋.41m,以下以浅

灰及灰黄色中、细砂为主，局部为含砾中粗砂，砂层占该段厚的84%。成份以石英为主,

多含白云母片及黑色矿物，呈松散状。据水（三）2和十上含-2两孔抽水试验资料：水位标

高为16.40〜20.18m,q=0.476〜1.5881/s-m,k=3.656〜3.896m/d,水质为HCO3-Ca-Mg-Na

和HCO3・CLNa型，矿化度0.370〜1.023g/l,水温16〜19.5C,水量充沛，水质良好，为

生活饮用水主要水源。

（2）上第三系含、隔水层（组）

a.中部（上新统）含水层（组）（原中部含水组）

底板埋深207.95〜310.75m,含水层厚度23.50〜158.40m,平均厚度104.56m,砂层占

组厚74%,以浅灰绿色中砂为主，次为细砂及粗砂，局部夹由钙质胶结成岩的坚硬“砂岩

盘”数层，其间夹粘土及砂质粘土0〜17层，厚度0〜61.06m。据水（三）3孔混合抽水试验

资料：水位标高为20.51m,q=0.2691/s•m,由于未完全揭露该含水层组，故水量较小，

此水量不能代表该含水层的水量，仅供参考，估计可能水量较大，水温18C,矿化度L76g/1,

水质属Cl-Na类型。本组在十二线南部附近隆起部位变薄，并直接覆盖在基岩上。

b.中部（中新统上部）隔水层（组）（原中部隔水组）

底板埋深289.30〜392.65m,隔水层厚度。〜91.95m,平均厚度52.28m,本组全区分

布稳定，仅在古地形隆起处变薄或缺失，岩性以浅灰绿夹棕黄色粘土及砂质粘土为主，致

密、粘韧、具膨胀性。其间夹分布不稳定的砂，砂砾层0〜8层，累厚O〜39.50m,占组

厚24%左右，据邻近矿井水34孔抽水试验资料：水位标高为22.47m,q=0.001811/s•m,

《采矿设计》课程设计第6页

富水性弱，水温24℃,矿化度2.476g/l,水质属Cl-Na类型，该组隔水性较好。

c.下部（中新统下部）含水层（组）（原下部含水组）

该含水层组厚0〜99.05m,平均厚57.65m,其中砂和砂砾层厚0〜85.80m,平均厚

37.93m。直接覆盖于煤系地层之上，由东南往西北，沿基岩低凹面分布。向南北两侧延展

变薄，且在古地形隆起处尖灭。岩性以含泥砂砾层为主，其次粉细砂，砾石为石英岩、石

英砂岩及岩浆岩，偶见灰岩砾石，砾径在5〜20mm左右，结构疏松。据检水43及十下1+2-2

等5孔抽水试验资料:水位标高-9.49〜25.18m,q=0.414〜1.01231/s180-3.288m/d,

矿化度2.386〜2.605g/L水温26〜28.5℃,水质均为Cl-Na类型，说明补给水源贫泛，以

储存量为主。

（3）二叠系砂岩裂隙含水（组）

正常砂岩分布于煤层与泥岩、砂质泥岩之间，砂岩裂隙不甚发育，全区共有189个孔

揭露，其中有8个钻孔漏水，漏水孔率4.2%,主要漏水层位为11煤顶、底板砂岩及18

煤以上部分层段砂岩。

据十三〜十四3孔11煤顶底板砂岩漏水段抽水试验资料:水位标高为23.39m,q=0.0133

1/s-m,k=0.0389m/d,矿化度2.36g/l,水温29℃,水质属HCO3•Cl-Na类型。流量呈衰

减变化趋势，停止抽水后水位恢复三天，还比原水位低32.50m。

综上所述二叠系煤系地层砂岩裂隙含水层富水性较弱，补给水源贫乏，以储存量为主，

且导水性差。

（4）石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水（组）

太原组上部1〜4层灰岩为i煤层底板直接充水含水层,灰岩纯厚度为17.01〜19.03m,

平均厚18.20m,单向抗拉强度2.94〜8.23MPa,平均抗拉强度4.17MPa,自然状态下抗压

强度为37.7〜97.0MPa,平均抗压强度69.08MPa。揭露1灰或1〜4灰的钻孔42个，一般

岩溶裂隙不发育，大多数钻孔未发现漏水，仅在轴部附近的十C3”和十01两孔漏水，据

十01孔钻进3灰时最大漏失量3.6m3/ho据水（三）4孔抽水试验资料：水位标高19.06m,

q=0.07471/s•m,k=0.307m/d,矿化度2.086g/L水温33.5℃,水质属Cl•SO4-Na型。各

层灰岩物理力学性质和化学成份均有差异。

揭露下部C3”〜C3“层灰岩有6个钻孔，岩溶裂隙较发育，局部见有小溶洞，有5个

钻孔漏水，漏水孔率占83%,据构8孔抽水试验资料:水位标高为26.69m,q=0.01871/sto,

k=0.0761m/d,矿化度2.606g/L水温32℃,水质属Cl-Na类型。资料表明：本组灰岩岩溶

裂隙发育不均，富水性差异较大，水位恢复缓慢，且低于抽水前静止水位，故补给迳流不

畅，以储存量为主。

（5）奥陶系灰岩岩溶裂隙含水（组）

区内有4个钻孔揭露该层，揭露厚度为28.18〜109.18m不等，岩性以厚层状白云质灰

岩为主，次为角砾状灰岩，夹薄层泥质灰岩，浅灰色微带肉红色，块状构造，局部岩溶裂

隙发育，见小溶洞。

《采矿设计》课程设计第7页

由上述资料表明，奥灰含水层富水性差异较大，由弱〜强不等。

(6)岩浆岩裂隙含水层

见有岩浆岩钻孔51个，厚度为4.07〜77.79m不等，岩性为细晶岩、正长斑岩及正长

煌斑岩等，侵入层位从C3〜8煤，由东向西侵入层位逐渐升高，主要分布在4煤以下。钻

进岩浆岩段简易水文观测均无明显漏失现象，说明裂隙不甚发育。据潘四井田十四〜十五

22和水四12孔抽水试验资料：水位标高为19.952〜19.668m,水位降深53.26〜55.21m,

q=0.0112-0.004761/s•m,k=0.0494〜0.0274m/d,矿化度1.826〜2.504g/l,水质Cl•SCU

—Na型。资料表明富水性弱。

(7)矿井涌水量：本次矿井涌水量预计水量为4〜13-1煤层间煤系砂岩裂隙水，1煤

底板水不考虑在内。由于砂岩含水层富水性弱，水源补给贫泛，易于疏干，但新生界下含

水通过砂岩露头缓慢补给，故砂岩含水层具有一定的补给量，补给量的多少，取决于砂岩

露头与下部含水层的接触面积及砂岩裂隙含水层的导水性。从淮南各生产矿井排水资料分

析；矿井投产初期量较大，当开拓面积达到一定数值后，水量趋于稳定状态，矿井涌水量

不再增加。再随开采面积增大和开采水平延深而增加或增加很少。潘集矿区各矿井出水特

征亦如此，所以潘三矿预计在开采4〜13-1煤-730m水平时矿井正常涌水量为380m3/h,最

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