矿井优化课程设计[优秀]

1、 第一章 井田概况及地质特征 第一节 井田概况1.1.1、交通位置本井田位于江苏省徐州市铜山县境内,距徐州市约22公里.交通:铁路,徐沛路与陇海铁路在该井田南部相交,铁路专用线与徐沛铁路在刘集站接轨.公路,井田东部有徐沛公路通过,矿用公路在唐沟站与徐沛公路连接,交通极便.交通位置图见图11.图11 交通位置图1.1.2、地形地势本井田地貌属黄淮冲积平原,地表岩性性主要以黄淮堆积的亚粘土.地势平坦,地面标高为+15+30米,微向东及北东倾斜,地面坡度为0.1%,矿区内无洪水,内涝现象.1.1.3、河流湖泊矿区内地表水系重要有废黄河和桃园河两条河流.废黄河,斜穿井田西南部,呈北西-东南延展,河道宽

2、浅,河床大部分干枯,为季节性河流.两岸筑有防洪堤坝,堤坝标高+16米+25米.桃园河,为一条季节性河流,由西向东流入京杭运河,只有尾端和支流伸入井田东部,河道较浅,讯期泄水,排涝,旱期断流.在井田以东约15公里,有徐州地区最大地表水体微山湖(全湖面积644平方公里)湖面水位常年标高+16米+24,最高洪水位26.9米(1957年).自1958年以来,微山湖大堤多次进行培修,堤顶标高一般增高到+18.5米+29.5米,堤宽为6米10米,同时开挖了京杭运河.疏竣了流通河道,兴建了配套、节制、灌溉等工程.基本上解决了洪水危害.1.1.4、矿区气候条件1、矿区气候性质及气温变化:据地质报告提供徐州气象

3、站资料:本矿区气候属南温带鲁淮区,具有长江与黄河流域气候的过度性质,但接近北方气候的特点.气候温和,四季明显,日照充足,春秋季短,入冬和回暖较早,冬寒干燥,夏热多雨.春秋干旱突出,并伴有寒潮、霜冻、风雪、台风、冰雹和暴雨等灾害性天气出现.气温:历年年平均为14.2摄氏度,最高气温40.6C,(1972年6月11日),最低温度零下22.6摄氏度(1969年2月6日),35.2摄氏度以上高温天数年平均为11天,零下10摄氏度的低温年平均6天.2、雨季时间、年平均及最大降雨量:据徐州气象站1951-1982年资料,历年平均降雨量866.7毫米,最大降雨量出现在1962年,达1360毫米,最少降雨量出

4、现于1953年,仅为595.2毫米.降雨量多集中在每年夏季的6-8月,平均为511.2毫米,占全年降雨量的59%,年平均降雨为32天,暴雨日年平均仅为4天,日最大降雨量为255.5毫米.3、结冰及解冻日期、最大冻结深度、最大积雪厚度:据徐州气象站资料,本区河港封冻日期,平均在12月底-1月低最早12月15日,最晚为1月30日.历年最大冻土厚度为24厘米(1968年1月2日),最早解冻日期为元月1日、(1974年),最晚为2月21日(1957)年,平均解冻日期为1月22日,最大积雪厚度为25厘米(1964年2月15日).4、全年最大频率风向和最大风速:本区历年四季风向均为偏东风为主,ENE频率为

5、13%,年平均风速为30米/秒,年平均大风日为15.3天,34月最多,最大风速为19.3米/秒(1952年5月),瞬时最大风速曾达12级.台风直接影响本区平均3-5年一次,而台风倒槽影响本区较多,年均有一次,多出现在8-9月.常常带来暴雨.1.1.5、地震及地震烈度:据国家地震局南京地震大队(1977年编制的江苏地震中记载,江苏记载地震开始于公元前179年至公元1982年,发生有感地震600多次,破坏地震29次,其徐州附近发生有感地震36次,破坏性地震4次,其中最大2次,即一次发生于公元1668年7月25日,震中山东省郯城,震级8.5级,震中烈度12度,当时铜山(徐州)城市建筑倾覆过半,远近压

6、死者不计其数.第二次发生于1937年8月1日,震中山东荷泽,震级7级,震中烈度9度,本区处于波及影响范围,房屋摇动,旧房坍塌50余间,伤亡20余人,按国家地震局烈度区划,规定徐州建筑物按地震烈度7度设防,重要建筑物按8度设防.1.1.6、临近矿井其临近矿井东有年产120万吨的张小楼煤矿和年产能力为120万吨的庞庄煤矿,东北有年产90万吨的坨城煤矿和年产能力为90万吨的柳新矿.西北有年产能力的120万吨的马坡矿.1.1.7、水源和电源1、水源:该矿以前曾利用距工业广场2.9公里的59-41号钻孔建成水源井,该水源虽水量能满足需要,但水质经多次化验,因硫酸根离子、氧化物及铁的含量较多,引用危害极大

7、,已经停用.现在取用的饮用水取自井下-300水平太原群灰岩水.2、电源:工业广场内建110/25/6KV变电所一座,有坨城电厂110KV供电.第二节 地质特征1.2.1、井田地形本矿区位于黄淮冲击平原,地势平缓,微向东及北东倾斜,地面标高+15米+30米,地面坡降为千分之一. 1.2.2、井田的勘探程度张集井田从1957年至2000年共施工地震详查测线51条,测长121.57公里,地震测线49条,测长105.67公里.地质钻孔179个,工程量134000米.1、以往勘探工作:(1)5759电法勘探,资料无法收集;(2)76年4月,江苏地勘公司在张集进行地震详查勘探;(3)1974年1976年江

8、苏煤田地探四、二队在张集精查勘探,提出了江苏省张集勘探区精查地质报告(最终);2、建井后补充勘探工作:(1)1984年为验证物探效果,在张集东采区施工4个验证孔,工作量2587.38米;(2)1994年为查明矿下部采区边界断层位置,7煤构造形态及煤层厚度变化情况进行勘探.1.2.3、地质构造1、煤田和井田地质构造及其关系本井田位于新华夏第二隆起带西侧,丰沛隆起带南侧,起构造以新华夏为主,受郯庐带的影响,形成了张集背斜,李庄背斜,姚庄背斜一组褶皱和断裂带.在井田的西南部由于燕山运动早期华夏系再次活动的加剧了原有的断裂,构成了火岩层侵入通道,形成井田西南部,成岩株状入侵,使围岩拱起,媒质受热变坏,

9、呈细脉状,岩株状侵入附近的太原组和本溪组地层中,对本区煤层起了破坏性作用.燕山运动后期,受郯庐断裂带左行扭动影响,是本井田东南部边界断层F1下盘想西北急骤下降,落差很大,并以西部火成岩为砥柱,形成向西南收敛,向东北撇开.由于紧密的褶皱和层见的强烈的滑动,从而是有的煤层变的很薄,尖灭.2、地质年代、地层层序、沉积厚度和岩石特征:徐州煤田处于丰沛隆起的南侧,张集井田属于徐州九里山外围煤田,夹于鲁西和两淮煤田之间,根据地质物探资料、井田地层、下奥陶系贾汪组、小家屿组、马家沟组、中奥陶系白土组、石炭系本溪组和太原组、二叠系山西组、上下是石盒子组、石子峰组及第四系.现就对煤系地层及第四系地层按生成次序概

10、述如下:1、 系中统本溪组,吼8.0322.68米,平均厚度14.33米,属滨海沉积.其岩性为:上部为“十四”层灰白色石炭夹灰绿粘土层,富含黄铁矿结核,中下部为绿色泥岩,和杂粉沙岩及薄层砂岩,底部为紫红色铁质泥岩和残余铁矿曾,与下地层曾平行不整合接触.2、石炭系中统太原组,厚123.33187.16米,平均153.78米,本组属滨海平原海陆交互相沉积,有石灰岩、粉沙岩、泥岩、粘土层、中细沙岩几煤层组成,含石灰岩十三层,各层在全区比较的稳定,尤以一、四、九、十、十二层灰岩特别突出,为本区标志层.本组含煤16层,均为薄煤层,基本上都不可采,只有层在全区内稳定可采.其煤层赋存变化,沿走向自东向西变薄

11、,沿倾向,浅薄深厚.3、系山西组,厚71.6159.61米,平均为108.92米,本组为滨海冲积沉积,含煤碎岩相与太原组呈整合接触,其岩性为:上部为泥岩,中细砂岩组成,偶夹12层煤线.中部为B、C层煤含煤段,有中粗、细粒石英砂岩,粉沙岩及煤层组成.下部由粉沙岩与细砂岩互层及泥岩组成.4、系石盒子组,全组厚为156.9274.5米,平均218米,本组含煤广布分布,其底部以灰绿或灰白色含砾中粗砂岩与山西组整合接触,含煤构造为海陆冲击平原陆相含煤碎岩沉积,其岩性:上部由粉沙岩、泥岩夹薄层中细砂岩组成,中部以中厚层中粗砂岩、细砂岩、粉砂岩,偶加煤线,下部为中组煤含煤段,有粉砂岩、粘土岩、中细顺眼及煤层

12、组成,含煤1-8层,一般四层,煤层总后为3米左右,均为不可采煤层.5、二叠系上石盒子组,全组厚为323.40586.35米,平均为426.91米,井田内大部分钻孔揭露,其底部以含砾、粒砂岩与下层呈整合接触.含煤屑及碎岩沉积.岩相主要为泥岩粉砂岩、含砾粗砂岩,偶见薄煤.6、第四系:有下更新统、中更新统、上更新统及全更新统组成.由东南往西北方向逐渐加厚.总厚度在93.59170.30米之间,其岩性由粉砂岩、淤泥质沙质粘土、粘土及砂岩等组成.1.2.3、地质构造1、构造形态本井田总体成单斜构造,地层走向由东向西为:北东向,近东西渐变为北西向;井田东北部出现近南北向,上煤层露头在西部走向近南北,地层总

13、体向南倾,倾角为914,倾角由浅向深逐渐减小,至井田南部及较大断层附近倾角又开始变大.2、断裂构造本井田中部及东部断裂构造简单,断层稀少,而西南部构造发育复杂,有一大的正断层,落差比较大,两侧节理较发育.3、褶皱构造井田内发育着次一级的宽缓褶皱,褶曲比较发育,且具有短轴宽缓的特点,特别是井田西部、南部褶曲更发育,褶曲轴向成北东东至近东西向,与区域褶曲轴向基本一致.综上所述,井田地层产状变化有一定的规律性,基本上随褶皱轴向变化而变化,与淮阴山脉的走向、倾向大体一致,其倾角具有浅大深小的特点,背斜平缓,本井田属于地质构造简单,倾角平缓,以波状起伏为主的类井田.1.2.4 井田的水文地质 张集煤矿位

14、于半封闭的腾县背斜储水构造水文地质单元的西南侧,本区是一个相对封闭的断块型水文地质构造煤系.第四系含水层组与煤系地层各含水层的水力联系较弱,断层导水性较弱,为含水层之间水力联系不密切,加之煤系地层埋深较大.深部地下水循环缓慢,补给不良,排泄不畅.矿井水文地质规程中矿井水文地质条件分类标准,张集井田属于水文地质条件简单型的矿井.矿井充水来源主要是山西组砂岩裂隙水,太原组灰岩岩溶裂隙水.目前,张集煤矿正常涌水量为86米3/h.矿井最大涌水量平均为正常矿井涌水量的1.3倍.1、含水层与隔水层(1)第四系地层,井田内发育完全,由下更新统、中更新统、上更新统及完全更新统组成,由东南向西北逐渐增厚,总厚度

15、为93.59163.65米.按沉积时代,由新到老叙述如下:全新统,为黄河泛滥相和湖沼相沉积,厚度13.518.45米之间,主要有黄色含粘土粉岩、砂质粘土、淤泥质砂质粘土组成,据邻取、区抽水资料,单位涌水量为0.0076升/秒每米,水位标高+31.22641.3714米季节性变化,水质属弱碱性及硬淡水.上更新统埋藏深度为31.6939.60米,厚度为16.422.20米,为冲积相湖沼相沉积,有黄褐、砖红色粘土、砂质粘土及粉细杉组成.底部见分散浆块,厚度稳定,粘土16层,总厚5.6515.30米,平均10.48米.单位涌水量为0.360.91升/秒每米.属弱碱性,弱矿化度极硬水.中更新统,埋藏深度

16、为67.787.51米,厚度32.6948.09米,平均37.91米.为河床相湖沼相沉积,岩性主要为浅砖红色粉砂、中细砂、砂姜粘土、砂质粘土及粘土组成.总厚度为14.9632.50米,平均24.96米,厚度比较稳定,具有良好的隔水性能.本统上部有一稳定的粘土和砂质粘土层,厚度为7米,连续性好,为较好的隔水层.水位标高为+35.30米,单位涌水量0.334升/秒每米.下更新统埋藏深度为82.20米118.40米,厚8.050.7米东南部发育不全,基岩隆起区厚度较薄,为河床、河漫、湖沼相沉积.岩性主要为黄土、棕黄色含砾粘土、砂质粘土钙质层组成.粘土29层,厚度稳定,其上部有一稳定的粘土层厚516米

17、,平均厚度10米,分布连续,为良好的隔水层.单位涌水量为0.20060.52升/秒每米.水位标高为-12.03+24.13每.(2)上第三系中新统上新统,主要见于井田西北中深部,埋藏深度为101163.65米,平均131.46米,厚0.035.16米,为浅湖相沉积,岩性主要由厚层灰绿色粘土、薄层细砂及粘土质砂砾组成.据8个钻孔资料表明,以厚层粘土为主,厚2.031.61米,平均18.20米,隔水性能较好.(3)石千峰组,深部有22个钻孔资料表明,厚度485.95米,上部为泥岩、粉砂岩夹薄层细砂组成,为相对隔水段.下部由16层中粗粒砂岩组成,节理裂隙不发育,富水性较弱.(4)上石盒子组,平均厚度

18、为426.95米,含水平均4层,由砾中粗砂岩组成.含水砂岩厚度5.266.70米,平均26米,富水中等,对煤层开采无影响.(5)下石盒子组,厚度156.90274.50米,平均218米,由粉砂岩、泥岩、煤层及中细砂岩含水层组成.对于采煤层有直接影响的含水层是煤层顶部米,以内15层的中细砂岩,水位标高+37.09米,单位涌水量0.017升/秒每米,富水性差.(6)山西组,厚71.64159.61米.上、下部由泥岩、粉砂岩夹薄层细砂岩组成,中部为含煤段,对B、C煤层有直接影响的是B层煤顶部40米以内的砂岩含水层和C煤层的顶板砂岩.B煤层顶部砂岩17层,总厚度为4.1540.51米,平均15.87米

19、.一般距煤层8米左右,岩性为细中粒石英砂岩,高角度裂隙较发育.C层煤顶板,为中细粒长石英砂岩,12层,平均厚度17.39米.抽水资料,水位标高+36.21+20.02米,单位涌水量0.0241.5米/秒每米.(7)太原组,厚123.38187.16米,由石灰及中细砂岩、岩溶含水层及砂岩粘土岩、煤层组成.最大涌水量为120米3/时,正常涌水量2.040米.3/时,由于补给条件差,矿井生产排水量不断消耗其静水量,是可以疏干的其它各层灰岩情况有待以后查明.(8)本溪组(C2),厚度8.0322.68米,平均14.23米.由灰岩、粘土岩、粉砂岩、铝土岩及铁质泥岩组成.邻近抽水试验,单位涌水量0.002

20、0.038升/秒每米.可视为相对隔水层.(9)奥陶系(0)有13个钻孔资料揭露,厚度5.2575.44米,前后有5次抽水试验,32个 长期观察孔,水位标高+36.76-6.43米,单位涌水量0.05366.18升/秒每米,富水性不均一.以静水储量为主,补给不足,且于太原组岩溶含水层有着水力联系.2、断层导水性根据钻孔资料分析,断层一般的破碎带一般不明显,钻孔抽水证明,断层一般导水性比较的差.在断层尖灭端或两条断层相交处,因应力集中,岩石破碎,裂隙发育,含水层导水性增强,隔水岩层性能相对减弱,断层导水性相对增强.3、地下水的补给条件及水力条件井田西南部有各含水层隐伏露头带,又被F1正断层所截.并

21、有一隆起块段,四周环以弱透水岩层,有被较稳定的粘土隔水层的第四系覆盖,基岩裂隙岩溶水不受大气降水的直接补给从抽水试验资料看,地下水补给条件不良.矿井直接充含水层是石盒子组中组煤顶部砂岩,山西组B、C煤层顶板砂岩裂隙含水层和太原组十灰、十二灰、岩溶含水层及已被揭露的四灰.直接补给途径和部位,主要通过第四系底部沙砾层,基岩露头风化裂隙带,从上复第四系底部含水层孔隙及下部高水头的奥陶岩溶裂隙水获得补给,构成水力联系.4、水质从化学成份上看,第四系属重碳酸硫酸盐氯化物钙钠型水.矿化度为0.462.65克/升.第三系属氯化物、硫酸盐钠型水,矿化度为1.514.17克/升.二迭系水质属重碳酸盐氯化物硫酸盐

22、钠镁钙型水,矿化度1.093.28克/升.石炭系水质属重碳酸盐及硫酸盐钙型、钾钠行水,矿化度0.7320.402克/升.5、矿井涌水量 采用邻近矿井(庞庄)齐全的矿井涌水量资料及该矿1974年以来积累的涌水量计算,和降深资料参加回归计算,又考虑了抽水试验成果,其涌水量为:正常涌水量为86米3/h,最大涌水量为112 米3/h.1.2.5 附综合柱状图井田地层综合柱状图如图1-2所示.第三节 煤层特征1.3.1 煤层埋藏条件和特征本矿区煤层埋藏较深,地面标高为+43米,煤层露头线为-120米,煤层最深超过-900米.共有八层煤,分别为中3、中4、B1上、B1下、C1上、C1下、7、9煤层,但除了

23、7煤层厚度为58.8米外,其余均为不可采煤层.7煤位于太原组中下部,平均厚度为6米,煤层倾角平均为11度.上距层24米.下距层煤为28米,老顶为粉细砂岩.井田内共有96个钻孔穿过,可采点93个,不可才采点1个,层位不清楚点为2个.煤层赋存稳定,煤层变化不大,为稳定煤层.1.3.2 煤层的围岩性质(见表1-1)表1-1 7煤顶底板特征类别直接顶老顶直接底老底名称粗砂岩粉细互层粗砂岩细砂岩厚度2.2610.001.754.56硬度(f)4-68-104-68-10强度米pa4505004005001.3.3 煤层露头及风氧化带本井田煤层被百米左右的冲积层覆盖,经风氧化带取样试验,水分增高,粘结性、

24、发热量、结焦性、灰熔点、燃点、碳、氢等降低.氧含量突增,煤尘爆炸无火,煤质指标的变化均为风化煤的特征,风氧化带深度为由冲积层底部向下25米.1.3.4 煤层特征1、煤质本井田煤层属高陆等陆生植物生成的腐植煤类.煤层以深成变质为主,煤层工业牌号以肥煤、焦煤为主,多为中等挥发分,粘结性强,结焦性好,特低硫,特底磷.1) 水分:煤层原煤米ad一般为0.51.70,水分标准差为5.98,属中等变化.2) 灰分:煤层中灰煤,一般值1325,灰分标准差为4.80,属变化小煤层.3) 硫:各煤层均属特低硫煤.4) 磷:煤层属低磷煤.5) 发热量:各煤的Qb.d值约为26.00米J/千克.6) 煤的用途:本矿

25、区洗精煤为配煤炼焦,中煤可作动力煤及民用.经热处理后可用于小化肥工业.7) 煤层属有煤尘煤炸危险.8) 煤的自燃、各煤层属不自燃发火易自燃发火.2、瓦斯、煤尘、煤的自燃性及地温(1)瓦斯钻孔取样瓦斯测定结果如下1-2表.表1-2 瓦斯钻孔取样瓦斯测定结果煤层中3中4BC瓦斯含量CH40.95-4.991.411.31-5.920.53-4.890.001-3.60.001-4.692.573.062.920.641.10CO20.21-1.411.300.29-4.950.34-0.850.10-1.460.22-1.550.711.730.570.360.69等级低瓦斯低瓦斯低瓦斯低瓦斯低瓦

26、斯低瓦斯根据表可以知道各层煤瓦斯测定结果属低瓦斯矿井.(2)煤尘爆炸危险性及煤的自燃性:据地质报告提供资料,中组煤煤尘指数为29.4237.60%,参照邻近坨城和张小楼矿煤层有自然发火倾向的实际情况,煤尘具有爆炸性.(3)地温:徐州地区是北纬3415,恒温带深度为2530米,温度为16.6摄氏度,多年平均恒温度为15.1摄氏度,地温梯度值平均为2.6摄氏度/100米,每38.4米增加1摄氏度.各测量孔同深度地温差异见表1-3 .3、冲击地压冲击地压现象已成为深部开采的一大难题,是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一.本矿井煤层埋藏深,有冲击地压危险.影响冲击地压的主要因素有开采深度、煤层和顶底板岩石

27、的性质和特征,地质构造因素.除地质因素外,还有开采技术条件.各种因素间相互联系,又相互制约,往往是几个影响因素同时作用.表1-3 钻孔温度与深度关系表序号钻孔号300米()500米()800米()900米()140624.430.239.0240925.732.4341024.530.3441327.533.542.3541723.027.534.3642122.827.434.539.1742323.829.036.742.0842924.028.9943823.728.91044025.331.81144523.528.636.31245424.029.337.442.71345624.3

28、30.01445823.729.036.81546522.426.733.51647225.41747323.528.435.91847522.526.81947722.927.52048024.029.337.32147623.728.636.0差异3.27.38.8图12 综合柱状图第二章 井田境界和储量第一节 井田境界2.1.1 井田划分的原则及方法(1)要充分利用其自然条件划分井田.(2)要有与矿区开发强度相适用的矿井数目和井田范围.(3)要照顾全局.(4)要为矿井的发展留有余地.(5)井田划分的直(折)线原则.(6)要达到安全、经济效果好.2.1.2 划分井田的方法(1)按地质构造划

29、分井田.(2)按煤层赋存条件划分井田.(3)按媒质、煤种分布规律划分井田.(4)按地形、地物界限划分井田.(5)按伴生有益矿产富集带或其他开采技术条件划分井田.(6)人为划分井田.2.1.3 井田境界1. 井田范围.本设计井田境界,北以-115米煤层露头线为边界,南以大断层为边界,东以人为倾斜法划分井田,西以与坨城矿界线为界.2. 开采界限.张集井田可采煤层为7煤层.7煤位于太原组中下部,平均厚度为6米.3.井田尺寸.全矿井东西走向平均长度为5.875千米,南北方向平均长度为3.573千米,煤层平均倾角11度,井田倾斜长度约3.648公里.井田境界详见开拓图.井田面积计算公式: S = H L

30、 = 5.17 3.6= 18.61 千米2 约为18500000 米2 式中: S井田的水平面积,千米2; H井田平均水平宽度,千米; L井田的平均走向长度,千米.第二节 矿井工业储量本井田钻孔数总计260个,总工程量169260.59米,网度达到每公里11.05孔,达到了精查要求.煤层最小可采厚度0.8米,煤层平均厚度6米,平均倾角11度,最大倾角14.1度,最小倾角9.16度,煤的容重为每立方米1.4吨. 据生产矿井储量管理规程规定煤层最低可采厚度为0.70米,核定工业储量.g= S米d/cosa1850000061.4/cos11=15830.8574万吨其中:g 矿井的工业储量,吨.

31、S 井田的水平面积,s=18500000平方米.米 煤层的可采厚度,米=6米.d 煤的容重,d1.4方米. 煤层倾角,11.6度.第三节 矿井可采储量2.3.1 井田各种储量损失的确定(1) 边界煤柱(含边界断层)根据煤矿安全规程规定,边界煤柱留设3050 米的边界煤柱,本设计留30米.由于本矿的露头有一层风氧化带,另外边界有大断层,所以可把此作为井田的边界煤柱.边界煤柱占煤量Q边 Q边30L米d3018883.41561.4=475.862万吨 (2) 断层煤柱断层煤柱留设20米,本井田保留一条断层,其断层占煤量Q断 Q断202L米d2022130.541961.4=71.5862万吨(3)

32、 河流煤柱本井田内没有河流,在井田外南部有一河流,但对本矿区安全生产无威胁,所以不留设煤柱.(4) 工业广场煤柱规程规定240万t矿井占地面积标准为0.70.8公顷/10万t.本设计矿井所占地面积为(0.70.8)*24=16.819.2公顷,取160000米2.为充分利用地形,工业广场设计为长方形,取边长320500米.工业广场布置在井田走向中央,其岩层移动角见下表2-1: 表21 岩层移动角地质采矿条件基岩移动角/度松散层移动角/度主要岩层松散层厚度/米倾角/度采厚/米45砂岩、页岩、石灰岩、砂质页岩501167464.3671.04图2-1工业广场图用垂直剖面法设计保护煤柱见上图:保护煤

33、柱 高h892.79米 上底长L1876.74米 下底长L2993.44米水平梯形面积 S(L1L2)h/2834839平方米工业广场保护煤柱Q广场:Q广场S米d/cosa=83483961.4/cos11714.3901万吨2.3.2 矿井的损失储量 PQ边 + Q断 + Q广 475.862+71.586+714.3901261.838 万吨 式中: Q边 边界煤柱煤量 万吨 Q断 断层煤柱煤量 万吨 Q广工业广场煤柱煤量 万吨 2.3.2 矿井的可采储量矿井总的可采储量Zk: Zk(Zg-P)C(15830.8574-1261.8384)0.75 10926.764 万吨式中: Zg矿井

34、工业储量,万吨. P 矿井煤柱煤量,万吨, C 采区采出率,根据要求取C=0.75.2.3.3 井田储量汇总表井在井田内水平煤层工业储量和可采储量汇编成表,则可采储量见表2-2:表2-2 井田储量计算表煤层名称工业储量/万t永久煤层损失量/万t采区回采率可采储量/万t工业场地煤柱边界煤柱断层煤柱合计7煤层15830.8574714.390475.86271.5861261.838475%10926.764 第三章 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限第一节 矿井工作制度3.1.1 确定矿井工作天数按照规范规定:矿井设计生产能力按年工作日300天计算.所以,本矿井设计年工作日为300天,“三八”

35、工作制,即两班采煤,一班准备,每班工作八小时.3.1.2 确定矿井每昼夜净提升小时数按照规范规定:矿井每天净提升时间14小时.这样充分考虑了矿井的富裕系数,防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或改扩建.因此本矿设计每天净提升时间为14小时.第二节 矿井设计生产能力及服务年限3.2.1 确定矿井的生产能力根据本井田可采储量,以及矿井的地质构造,确定本矿井设计生产能力为240万t/年.3.2.2 矿井服务年限的验算由 TZ/(KA) 10926.764/(1.4240)32.52(年)30年其中: T矿井的服务年限(年)Z矿井的可采储量(万t)K矿井储量备用系数,K取1.4A矿井生产能力(万t/

36、年)符合规程规定,故本矿井的生产能力为240万t合理.第三节 校核矿井煤层的开采能力是否满足设计生产能力的要求矿井的开采能力取决于回采工作面和采区(带区)的生产能力,本矿井计划用一个带区的一个高产、高效工作面保证全矿井的产量.开采煤层厚度6米,容重为1.4t/米3,工作面长度260米,采煤机截深1米,每天进4刀,一年300d ,工作面回采率93% ,则综采面的生产能力为:2606143001.493%243.7344万吨 240万吨 由于本矿井开拓方案为单水平上下山开拓,故而第一水平服务年限为32年,符合煤炭工业矿井设计规范要求(见表3-3).表3-3 我国各类井型的新建矿井和第一水平设计服务

37、年限矿井设计生产能力/米ta-1矿井设计服务年限/a第一开采水平服务年限/a煤层倾角25煤层倾角2545煤层倾角456.0及以上70353.05.060301.22.4502520150.450.9040201515 第四章 井田开拓4.1.1 确定井筒的形式、数目、配置(一) 井筒形式的选择1、选择的一般标准煤层赋存和地形等条件具有平硐开拓条件时,应首先考虑采用平硐开拓.当平硐以上煤层垂高或斜长过大时,多开地面出口有利时,可采用阶梯平硐开拓.对于煤层赋存较浅,表土层不厚,水文地质条件简单的缓倾斜、倾斜煤层,应尽量采用斜井开拓.各种提升方式的斜井井筒倾角一般规定如下:串车提升 25箕斗提升 2

38、535输送机 16对于有条件的矿井,在急需煤炭地区,其浅部可采用片盘斜井开拓,提前出煤,由小到大,然后集中斜井开拓.片盘斜井可一个片盘生产,一个片盘准备.采用立井开拓的一般条件为:(1)煤层赋存较深或冲积层较厚时;(2)水文地质条件复杂,井筒需要特殊施工时;(3)多水平开拓的急倾斜煤层;(4)其他井筒形式无法开拓的条件.根据井田特点,结合地面布置,采用单一的开拓方式不能满足通风、安全生产、提升、运输时或单一开拓不合理时,可采用平硐立井、平硐斜井、斜井立井等综合开拓方式.第一水平采用立井开拓的大中型矿井,其延深方式可采用延深井筒方法开拓深部水平,或采用胶带输送机暗斜井和至延深副井的开拓方式.当条

39、件受限制时,主副井不能直接延深时,也可采用暗立井延深开拓方式.大型矿井采用立井多水平开拓,而第二水平采用暗斜井延深时,暗斜井井筒个数、主副暗斜井的提升能力,以及通风安全等条件均应作详细计算,避免出现暗斜井能力不足,要特别注意副井提升能力的校核.采用立井多水平开拓时,为避免出现多段提升,增加生产环节,不宜多次采用暗斜井延深,避免增加设备占用量,增加投资费用.2、本矿井的井筒形式由于张集矿井煤层埋藏较深,冲积层较厚,且倾角较小,所以,本矿井采用立井开拓方式.(二) 井筒数目采用斜井或立井开拓时,新建矿井一般要开凿一对井筒,满足提升和辅助运输的需要并满足矿井通风和施工的需要.风井的个数是根据通风系统

40、要求以及安全生产的需要合理确定的.若采用主井通风,用箕斗或胶带输送机井筒做风井时,应符合煤矿安全规程的规定.张集矿为新建矿井,倾角较小,走向长度不大,且瓦斯涌出量低,所以设计为建井初期1个主井、1个副井、 2个风井.4.1.2 确定工业广场及井口位置工业广场及井口位置确定的原则若下:(1)对初期开采有利,即储量必须可靠,井巷工程量省,建井工期较短.(2)应使井田两翼储量大致平衡,即井筒应位于储量中心,利于井下运输、通风和开采系统布置,减少生产经营费用.(3)尽量不占良田、少占农田.充分利用地形地貌布置工业广场,以便使地面生产系统合理,便于与外界沟通,使运输方便.(4)井筒应尽量避免穿过流沙层、

41、较大含水层、较厚的冲积层、有煤和瓦斯突出的煤层以及较大面积的采空区和大断层,以减少施工困难,并尽量少压煤.(5)工业广场和井筒应有良好的工程地质条件,不受洪水、岩崩、泥石流、滑坡及森林火灾的威胁.(6)用斜井开拓时,应考虑井筒层位的合理选择,考虑其经济技术的合理性.张集矿工业广场和主副井井口布置在井田走向的中央,对于本矿井井田走向中央也大致是井田储量中央.风井位置的确定风井位置应根据通风系统合理选择:(1)采用中央分列式通风系统时,主、副井筒设在井田中央,风井设在井田上部边界中央.(2)采用中央并列式通风系统时,进、回风井并列在工业广场内.一般可利用其一井筒进风,另一井筒回风,主副井筒相距30

42、50米.大型矿井相距可达60100米,并在井田上部边界附近设安全出口,如果矿井水文地质条件简单,无突水危险时,且主副井筒均能上下人员,也可以单独设置安全出口.(3)采用对角式通风系统时,风井设在井田两翼上部边界.(4)采用分区式通风系统时,回风井设在各采区的上部边界.根据张集矿的生产实际:产量为240万吨/年.为保证井下生产时有足够的风量,且每一个采区(带区)的通风路线都不太长.本矿井采用两翼对角式通风. 4.1.3 确定开采水平和阶段高度开采水平的确定是矿井设计的关键,它直接关系到矿井的基本建设投资及生产经营费用,是矿井开拓的重要参数.开采水平的高度根据煤层赋存条件、生产技术水平及水平接替等

43、因素综合考虑决定.从以下方面进行分析论证:(1)是否有合理的阶段斜长;(2)阶段内是否有合理的区段数目;(3)要保证开采水平有合理的服务年限和足够的储量;(4)要使水平高度在经济上合理.其中开采水平有合理的服务年限很重要,必须符合规范规定.水平垂高可按下表选取:表4-1 矿井水平垂高表 井 型缓倾斜、倾斜煤层 急倾斜煤层 大、中型矿井 200350 米 100250 米 小型矿井 80120米 60120米采用上下山开拓时,水平垂高可大于250 米.对于开采近水平煤层的矿井,用盘区上(下)山准备时,盘区上山长度一般不宜超过1500 米,盘区下山不宜超过1000 米.用盘区石门和溜煤眼开采时,盘

44、区斜长可根据具体确定.采用倾斜长壁采煤法时,阶段斜长可取10001500 米.为扩大水平的开采范围,对在倾角16以下的缓倾斜煤层,可采用上下山开拓.在井田深部受自然条件限制时,且储量不多,深部境界不一致,设置开采水平有困难或不经济时,可在最终水平以下设下山开采.在开采水平以上的上山煤层斜长过长,用一个阶段开采技术上有困难,安全上又不可靠时,可考虑设置辅助水平.用多水平上下山开采的矿井,为解决下山采区排水、通风和辅助运输等困难,也可考虑设置辅助水平.开采近水平煤层分煤层开拓,距开采水平较远的煤层,其储量不大,设置开采水平不经济时,也可以设置辅助水平.根据以上标准,张集矿设一个水平,采用上下山开拓

45、,该水平标高为650米,阶段上山斜长为2006.3761米,下山斜长为1337.584米.4.1.4 开采水平布置开采水平布置的原则:(1)开采煤层群时,应根据煤层数目、煤层间距条件,选择采用分煤层运输大巷主要石门的布置方式,或集中运输大巷采区石门的布置方式,或者采用分组集中打巷主要石门的布置方式.某些矿区的经验表明:煤层间距小于50 米时,一般可采用集中运输大巷的布置方式;而采用分组集中大巷的布置方式时,分层间距一般应大于70 米.(2)有些煤层的层间距虽然较大,但煤层受断层切割,或者赋存状态不稳定,只有局部可采,储量较少,不宜单独布置运输大巷,可根据具体情况,与其他相邻煤层化为一组.对于瓦

46、斯涌出量很大的有些煤层,为了满足技术上和安全上的要求,也可以分别划分为煤组.对有突然涌水危险的煤层也可考虑单独划组.(3)运输大巷一般布置在底板岩层中,但在下列条件下,也可考虑布置在煤层中:距其他煤层很远,储量有限的单个薄及中厚煤层;煤组(或煤系)底部有距离很近的富含溶洞水或含水层,不宜布置底岩石运输大巷,而在煤层中有坚硬顶板、有布置大巷条件的薄及中厚煤层;井田走向较短,运输大巷服务年限不长,而煤层厚度又不大、大巷维护不困难时;煤组(或煤系)底部有煤质坚硬、围岩稳固、无自然发火危险的薄及中厚煤层,经技术经济比较有利时;煤层赋存不稳定、地质构造复杂的中、小矿井,尤其是地方小矿井或生产勘探性矿井.

47、(4)大巷若布置在煤层中,需在上下帮两侧各留3040 米 保护煤柱.(5)岩石运输大巷应布置在坚硬、稳定、厚度较大的岩层中,应考虑大巷距上部煤层的法线距离.根据我国经验,这一法线距离一般为2030 米.对急倾斜煤层,一般应布置在底板移动线之外,并留出1020 米 的安全岩柱.(6)大巷的方向与煤层走向大体一致.为便于机车行使,大巷应尽量取直,不宜弯曲折转过多.但要注意,不要因取直巷道造成大巷维护不利和开采困难.(7)近水平煤层的大巷应与井田内煤层的主要延展方向一致,便于在其两侧布置盘区.采用分煤层(组)布置大巷时,上下煤层(组)的大巷方向应一致,平面位置宜重叠,便于留设安全煤柱,并便于上下煤层

48、配采.(8)矿井通风系统要求设置总回风道时,总回风道的布置原则,同上述运输大巷基本相同.矿井第一水平的总回风道应尽可能保持标高一致.当井田上部边界标高不一致时总回风道可按不同标高分段设置,但分段不宜过多.当井田上部冲积层厚、含水丰富,留有防水煤柱时,总回风道应布置在防水煤柱内.张集矿单煤层开采,地质条件较简单,所以采用集中大巷布置.4.1.5带区划分及其布置倾斜长壁回采工作面,按推进方向可分为仰斜开采和俯斜开采.工作面沿倾斜从下向上推进的称为仰斜开采,工作面沿倾斜从上向下推进的称为俯斜开采.据资料统计,我国应用俯斜开采的比重较大,占74.07%.实践经验表面,当煤层顶板较稳定、煤质较硬,或顶板

49、含水量较大时,宜采用仰斜开采;当煤层倾角与厚度较大、煤质松软片帮,或沼气量较大时,宜采用俯斜开采.根据倾斜长壁工作面的推进方向与主要水平大巷的相互位置关系,其回采方式可分为前进式、后退式和混合式三种.当回采工作面自主要水平大巷向阶段上边界推进,其运输斜巷和回风斜巷随工作面的推进而向前推进,并在采空区中维护时,称之为前进式回采方式.前进式回采方式不需要预掘大量的回采巷道,缩短了回采工作面的准备时间,有利于采掘接续;巷道免受超前支承压力的作用,沿空留巷维护状况较好;改变采掘分散的局面,提高矿井集中化程度.但这种回采方式不易弄清工作面前方的地质构造,采掘工作互相干扰,采空区漏风有导致自然发火的危险.

50、可采用密封材料将采空区密封.矿井开拓水平内同时生产的采区(带区)个数应符合“规范”规定,见下表:表4-2 各类矿井采区个数矿井设计生产能力(米t/a)采区(带区)个数2.4,3.00以上351.5,1.8230.9,1.220.6及以下12根据张集矿情况,带区采用集中布置;井田范围内采用后退式开采顺序;开采顺序为下行式.同时生产的带区一个,该带区的一个工作面保证全矿井的产量.4.1.4 矿井开拓延伸布置方案1、 方案1采用立井两水平上下山开拓.第一水平井底在320米,大巷在煤层底板坚硬岩层中;采用上下山开拓.第二水平井底在700米,大巷布置在煤层底板坚硬岩层中,同样采用上下山开拓.草图见下图:

51、 2、 方案2采用立井单水平加暗斜井延伸开拓.第一水平井底在350米,大巷在煤层底板坚硬岩层中;采用上下山开拓.然后采用暗斜井延伸,落底在700米,大巷布置在煤层底板坚硬岩层中;同样采用上下山开拓.草图见下图:3、 方案3采用主斜副立两水平上下山开拓.主井采用斜井落底在350米,副井采用立井落底在350米,大巷在煤层底板坚硬岩层中;采用上下山开拓.第二水平采用主井依然斜井延伸,副井立井延伸,落底在700米, 大巷布置在煤层底板坚硬岩层中;同样采用上下山开拓.草图见下图: 4、 方案4采用主副立井两阶段上下山开拓.主井落底-600米,副井落底在-580米,运输及材料大巷在煤层底板坚硬岩层中,通风大巷在煤层中. 四个方案的粗略比较如下表41:表41 矿井开拓延伸布置方案粗略比较项目方案1方案2基建费用/万元立井开凿23503000104210.0主暗斜井开凿13501050104141.75石门开凿1425800104114.0副暗斜井开凿13501150104155.25井底车场100090010490.0上下暗斜井车场(300500)90010472.00石门开凿25080010420.0小计414.0小计389.0生产费用/万元立井提升1.26670.390.7430.855055.22副暗斜井提升1.26670.391.350.