煤矿毕业设计说明书.docx
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煤矿毕业设计说明书
前言
毕业设计是采矿工程专业本科学习的最后一个环节，也是最主要最关键的一个教学环节，在专业教育中占有非常重要的地位。
毕业设计是由毕业实习和毕业设计所组成的，通过毕业实习加深对矿井的认识、了解，同时还收集有关矿井的地质资料，为后来的毕业设计奠定基础。
毕业设计是采矿工程专业对本专业所学知识的全面复习和巩固，加深理解所学的专业知识，并系统地熟悉矿山开采设计，建设，生产，及安全的各个环节和系统的掌握有关知识，为以后从事矿山设计，建设及安全技术工作，技术管理工作及经营管理工作做好准备，对矿山开采规划与设计基本知识能力进行系统的教育，对矿山开采，矿山安全筹划等知识和技术全面、系统的应用能力的初步训练，对综合分析和解决生产实际问题的能力的培养，对矿山规划与设计基础技能（绘图技能与计算机处理技能）的全面的初步的训练，了解矿山开采中的有关技术政策和法规，熟悉并能正确应用。
我毕业实习地是郑煤集团超化矿，超化煤矿位于河南省新密煤田西南部、平陌－超化矿区东部，行政区划主体位于河南省新密市超化镇申沟村，矿区位于新密井田南部，属丘陵地带。
地形总体表现为西北高东南低，矿区内地势较为平坦，东部冲沟发育，地面高程156.50m~223.50m，最大相对高程差51.10m。
该设计只要考虑了该地的实际情况，因地制宜的设计，尽量采用新技术、新工艺、新设备、新材料，在提高矿井生产工效和保证安全的情况下，尽量降低矿井的投资成本，使煤矿花最少的钱，建最好的矿，为社会主义建设做贡献。
一、编制设计的依据
本设计主要依据《超化3#煤矿1∶5000煤层底板等高线图》，同时依据了河南理工大学能源学院采矿工程《毕业设计大纲》、《毕业设计指导书》、以及采矿工程专业的课本如《采煤学》、《矿山压力及岩层控制》、《矿井设计》、《煤矿通风与安全》、《井巷施工》、《采矿机械及设备》等相关专业书。
同时也参考了2005年修订的《煤矿安全规程》和《煤炭工业设计规范》相关政策法规，以及《矿井设计指南》、《采矿设计手册》、《中国采煤方法图集》、《中国煤矿开拓系统图集》、《中国采煤法方法》、《中国煤矿开拓系统》等相关工具书籍以及定额指标、设备目录、标准图册等。
二、设计的指导思想
严格遵守国家制定的各项有关煤炭工业安全、生产、设计、环保、建设程序等的法律、规章制度等，按照郑煤集团公司总体发展思路，充分解放思想，认真分析矿井井田的地形条件、地质条件、煤层条件、水文地质条件、开采技术条件和外部现状，充分利用当地的现有资源，体现矿井设计的集中化、机械化和技术经济的合理原则，结合实际情况，科学、合理地确定各个系统，因地制宜地积极采用先进的科学技术、先进的工艺、先进的设备和行之有效的操作方法，提高矿井的抗灾能力、经济效益、管理水平，在保证安全生产的前提下最大限度地降低矿井基建投资，把超化煤矿建设成系统简单、机械化程度高、安全保障能力强、高产高效的现代化矿井。
三、设计的主要特点
超化矿地质情况相对简单，本矿二1煤层最厚24.91m，最薄7.40m，平均厚为10m；矿区内煤层底板标高+60～－550m，埋深110～765m。
煤层走向65°～110°，倾向155°～200°，平均倾角12.5°，表现为单斜构造。
采用综采放顶煤采煤方法，系统相对简单，同时容易实现高产高效。
由于该井田矿井瓦斯相对涌出量6.48m3/t，瓦斯分布不均匀，高瓦斯区呈条带状分布，属煤与瓦斯突出矿井。
煤层自然发火等级为三级，为不易自燃煤层。
煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数为17.58%，由于这种种原因，在矿井的设计初期以及设计中都时时刻刻要注意安全问题，合理地布置风井和通风系统，以达到安全可靠。
在设计中，我院各位老师及领导给予了我极为大力的支持.特别是指导老师韦四江更是给了我精心的指导与关怀，不厌其烦的为我讲解,化解了很多的知识重点与难点,并提出了许多宝贵的建议与意见,使我在经过设计学习过后,受益非浅。
大学生活在毕业设计中拉下帷幕,然而,另一幅人生的帷幕又即将拉开。
这次毕业设计既是一段学习的起点，又是另一种新的学习的开始.我要以此为契机,努力并且尽量精彩地规划并设计我的人生。
由于时间紧迫，体系繁多，加之本人水平有限，设计中难免存在不足之处，还敬请各位老师及同学批评指正。
设计者：
张建
2007－6－9
1矿区概述及井田地质特征
1.1矿区概述
1.1.1地理位置与交通
超化煤矿位于河南省新密煤田西南部、平陌－超化矿区东部，行政区划主体位于河南省新密市超化镇申沟村。
其地理坐标为：
东经113°22′47″～113°27′35″，北纬34°25′09″～34°26′58″。
向北直距矿务局和新密市约12km和15km，向东北直距郑州市约40km。
区内有公路直达新密、登封、新郑和郑州等地市，还有本矿专用铁路—宋（寨）大（冶）铁路经新密铁路与京广铁路相连，矿区北邻3km处还有窄轨铁路向东通达开封。
矿区北部15km处的豫04公路以及东部40～45km处的107国道、京广铁路、京珠高速公路通达全国各地。
总之，本区交通方便交通位置图见（图1—1—1）
图1—1—1超化煤矿交通位置图
1.1.2地形地貌
矿区位于新密井田南部，属丘陵地带。
地形总体表现为西北高东南低，矿区内地势较为平坦，东部冲沟发育，地面高程156.50m~223.50m，最大相对高程差51.10m。
1.1.3主要河流
矿区范围内无常流河。
1.1.4气象
本区属半干旱大陆性气候，夏季炎热多雨,冬季寒冷干旱,据密县气象站记载：
该区平均年降雨量在397.7mm～973mm，平均624.35mm，日最大降雨量103.5mm，降雨多集中在每年的七、八、九三个月；平均年蒸发量为2086.3mm；年平均气温14.3℃，最高41.3℃，最低－17.8℃；最大积雪深度20cm，最大冻土带深度18cm；最大风速为22m/s，夏季多南风，冬季多西北风。
1.1.5地震
本区历史上无大的自然灾害，地震烈度为Ⅵ度。
按照《中国地震动参数区划图》（2001）划分，本区地震烈度为VI度。
1.1.6地温
本区地温梯度为0.84～2.30℃/100m，平均1.87℃/100m，推测本区一级高温区位于二1煤层底板标高－300m以深。
本区开采最大深度为+400m，属正常地温区，无热害影响。
1.1.7煤田开发历史
东面是超化矿镇第三煤矿，西面有镇办矿小超化开采，南面有渣山，北面私人开的振兴煤矿，经过多年破坏形成了许多采空区，对我的设计增加了难度。
矿区周围有许多耐火材料厂，其污染环境特别厉害，常年是黑烟滚滚。
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。
1.2井田地质特征
1.2.1地层
矿区范围内基岩大部被第四系掩盖。
根据钻孔、井巷揭露和区域地层资料，以沉积时序和接触关系，矿区范围内赋存的地层由老至新有：
中奥陶统马家沟组、中石炭统本溪组、上石炭统太原组、下二叠统山西组、下石盒子组、第三系、第四系。
其中含煤地层为上石炭统太原组、下二叠统山西组。
由老到新分述如下：
奥陶系马家沟组（O2m）
为本矿的一1煤层的间接底板，以灰色、致密质纯的灰岩为主，上部为兰灰色厚层状石灰岩，致密，下部为灰黄色泥质灰岩，本组地层区域资料显示，厚约70m左右，与下伏寒武系地层呈平行不整合接触。
石炭系（C）
本井田缺失下石炭统，上石炭统厚87.50米。
上石炭统本溪组（C2b）：
本组地层为灰白至深灰色铝土岩，致密质纯具滑感，一般具豆状或鲕状结构，含黄铁矿晶体，平均厚度为7.69m，厚度变化大。
与下伏奥陶系地层呈平行不整合接触。
上石炭统太原组（C3t）：
下界为本溪组铝土岩顶，上界止于L9石灰岩（或相变为硅质泥岩）顶面。
由一套属于海陆交互相形成的灰岩、泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤层组成。
按其岩性组合特征，可将太原组分为三段，即：
下部灰岩段、中部砂泥岩段及上部灰岩段。
下部灰岩段：
自一1煤底至L4灰岩顶，L1～L4灰岩分布稳定，常合并为1～2层，含燧石结核、燧石条带，并富含海百合茎和假希瓦格蜓化石，可作为本组的重要标志层，也是一1煤的直接顶板。
中部砂泥岩段：
自L4灰岩顶至L7灰岩底，L6灰岩在井田西北部较稳定，有时沿走向相变为砂质泥岩或泥岩，上部由灰～深灰色中厚层状泥岩、砂质泥岩和一7煤组成，局部夹有鲕状泥岩或中、细粒砂岩，含白云母片及植物化石。
上部灰岩段：
由L7－8、L9三层灰岩和一8煤及泥岩、砂质泥岩组成，下部的L7－8灰岩呈深灰色，致密坚硬，夹燧石条带，层位稳定，两层灰岩间夹一薄层泥岩或一8煤。
顶部的L9灰岩极不稳定，沿走向有时相变为薄层菱铁质泥岩，其顶部即为与上覆山西组的分界面。
本组地层厚度平均81.54m，与本溪组呈连续沉积。
二叠系（P）
底界为上石炭统太原组L9灰岩顶面，上界止于金斗山砂岩底面，与下伏地层呈连续沉积，含煤地层总厚度610.00m，分上、下两统八个煤组，本矿区主要保留有部分下统的山西组和下石盒子组地层，上部地层被剥蚀缺失。
下二叠统山西组（P1S）：
本组地层是属于海退过程中形成的一套滨海相沉积地层，上界止于砂锅窑砂岩底面，厚度65m，主要以砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层组成，其显著特点是：
岩层的颜色普遍较深，砂岩发育，层面上含有较多的白云母片，本组地层富含菱铁质结核。
本组地层所含的二1煤层，层位稳定，为本矿的开采对象，其本身也是一个良好的标志层。
二1煤层老顶大占砂岩也是地层、煤层对比的良好标志层之一，岩层厚度变化大，全区发育，有时为二1煤层直接顶板。
厚0～15.50m,下距二1煤层顶6.00m左右。
第三系、第四系（Q+N）：
区内分布广泛，下部为流砂及砾石；上部为黄土层，平均厚度约36.50m。
覆盖于本区煤系地层之上，与下伏二叠系呈角度不整合接触。
矿井综合柱状图见下页图1—2—1
1.2.2地质构造
区内总体构造为夹持于新密复向斜南翼的次一级平陌－超化向斜东段（本区叫张沟向斜），主体位其北翼。
地层走向总体近东西向，南北对倾，倾角变化范围在4～45º之间，北缓南陡。
伴有三组（近EW、NW和NE向）多条断裂构造。
主要的构造方向为近东西向，其次为北东和北西向。
较大的（中型和大型）断层（断距＞40m）主要有杨台逆断层、超化断层、崔庄断层3条，另有20多条小断层；另外龟山断层南还发育滑动构造。
超化井田地质构造中等。
主要地质构造见表1—2—1
表1—2－1主要地质构造特征表
序号
名称
断层性质
断层面走向
断层面倾向
倾角（°）
落差（m）
1
2
3
4
5
6
7
1
杨台断层
逆断层
北北西
北北东
10
50
2
超化断层
正断层
北北东
西西南
35
30－57.5
3
崔庄断层
正断层
北北东
北北西
315
50
4
崔拐断层
正断层
北北西
西西南
60
30
1.2.3水文地质情况
本矿区位于超化井田中部，超化井田属新密煤田东南部，为地下水径流区。
本矿现开采二1煤层，与开采关系密切的主要含水层，自下而上依次是上寒武、奥陶系灰岩含水层、太原组下段灰岩含水层。
主要隔水层有本溪组铝质泥岩和太原组中段砂泥岩隔水层。
现将本矿区的主要含水层及隔水层分述如下。
1）含水层
（1）奥陶系、上寒武系灰岩岩溶裂隙承压含水层：
奥陶系岩性为厚层状微晶灰岩或泥质灰岩，上寒武系为白云质灰岩、泥质灰岩，岩性相对稳定，厚度大于200m。
由于矿物成份和结构不均一，致使岩溶发育规模较小，且不均衡，可见的是一些小溶洞和溶孔，多沿古剥蚀面、风化裂隙带及构造破碎带分布，在连续完整的岩层中很少见到。
受岩溶裂隙发育状况影响，岩溶水强弱程度不同。
钻孔抽水单位涌水量0.0034～0.0130L/s。
由于处在径流区，其水位季节性变化较大。
水化学类型为HCO3—Ca·Mg型，矿化度<0.5g/l。
该层上距煤层底板一般7m左右，为煤层主要充水含水层，O2m灰岩水位已下降到+140以下，因此，本矿开采二1煤层受水害威胁较小。
（2）上石炭统太原组下段灰岩岩溶裂隙承压含水层：
主要由L1、L2、L3、L4灰岩组成，并常合并为一层，岩溶裂隙发育，但不均一，富水性变化较大。
钻孔抽水单位涌水量0.0359～0.0655L/s，该层水化学类型为HCO3—Ca·Mg型，矿化度<0.5g/l。
该含水层是煤层的直接顶板充水含水层，水位已下降到+120以下，因此，本矿开采一1煤层受水害威胁较小。
（3）上石炭统太原组上段灰岩岩溶裂隙承压含水层：
L7～8灰岩水位已下降到±0以下，因此，本矿开采二1无影响。
（4）第三、四系潜水及地表水：
主要靠大气降雨补给，仅以井筒淋水方式淋入井下。
因开采的二1煤层，形成的导水裂隙带不会通达地表，第三、四系潜水及地表水不会影响矿井安全生产。
2）隔水层
（1）煤层底板下石炭统本溪组隔水层：
本溪组地层平均厚度为7.69m，厚度变化大，为灰白至深灰色铝土岩，一般具豆状或鲕状结构，含黄铁矿晶体，结构致密，分布连续、广泛、稳定，具良好隔水性能，一般能阻隔底部奥陶、上寒武系灰岩含水层对一1煤层矿床的直接充水。
（2）煤层顶板上石炭统太原组中段砂泥岩隔水层：
该段以泥岩、砂质泥岩为主，夹砂岩，分布连续、稳定，隔水性良好，能阻隔上部包括太原组上段灰岩含水层在内的诸含水层对煤层的充水。
3）充水因素分析
（1）底板奥陶系灰岩水：
为底板承压水，由于本矿区无断裂构造导通，且水位较低，奥陶系灰岩水作为潜在威胁存在，一般对开采不会造成直接影响。
（2）L1－3灰岩水：
和下部的奥陶系灰岩水水力联系密切，同样为底板承压水，一般对开采不会造成影响。
（3）L7－8灰岩水：
该含水层经长期疏放，水位已下降至±0m标高以下，水位较低，不会对本矿生产构成威胁。
4）水文地质勘查类型
二1煤生产系统直接充水含水层主要为顶板砂岩及底板灰岩裂隙含水层，由于原小超化矿长期的开采，对二1煤顶底板直接充水含水层水已有较
大的疏放，参照小超化矿抽水试验单位涌水量满足：
0.1矿井设计正常涌水量为1000m3/h，最大涌水量为1500m3/h。
1.3煤层特征
1.3.1煤层埋藏条件
本矿区内含煤地层为上石炭统太原组和下二叠统山西组。
太原组和山西组在本区平均厚度为146.5m，含煤总厚平均为10.40m，含煤系数为7.09%。
下二叠统山西组下部的二1煤层大部可采，也是本矿的开采对象，结构简单，层位稳定，测井曲线反映良好，其老顶是灰白色细至中粒长石石英砂岩（大占砂岩），含大量云母片，层位稳定，是预见二1煤层的主要标志层。
本矿二1煤层最厚24.91m，最薄7.40m，平均厚为10m；矿区内煤层底板标高+60～－550m，埋深110～765m。
煤层走向65°～110°，倾向155°～200°，平均倾角12.5°，表现为单斜构造。
太原组一煤组、山西组二1煤层，对比依据充分，对比可靠。
综上所述，本矿区内二1煤层属较稳定煤层。
详见煤层特征表1－3－1
1.3.2煤质
1）物理性质和煤岩类型
二1煤为灰黑至黑色，视密度1.40t/m3，条痕色为灰至棕黑色，呈粉沫状，半亮至全亮型，玻璃、油脂光泽，性脆易碎。
2）化学性质和工艺性能
见煤的工业分析表1－3－2
1.3.3煤层顶底板
二1煤层直接顶为Ⅰ级顶板，多为泥岩、次为砂质泥岩，个别为砂岩，厚度一般5~7m，不稳定，易垮落；老顶为大占砂岩，距煤层顶板0~10m；底板多为泥岩或粉砂岩，厚度5~6m。
二1煤层硬度f小于1，属典型的“三软”不稳定煤层。
1.3.4瓦斯、煤尘等
表1—3—1煤层特征表
矿井瓦斯相对涌出量6.48m3/t，瓦斯分布不均匀，高瓦斯区呈条带状分布，属煤与瓦斯突出矿井。
煤层自然发火等级为三级，为不易自燃煤层。
煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数为17.58%。
序号
煤层名称
煤层厚度（m）
煤层间距
（m）
倾角
（
）
围岩性质
煤牌号
硬度
容重
（t\m3）
煤层结构及稳定性
最小－最大
平均可采
顶板
底
板
平均
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
二1
0.3～31.85
10
10
0
12.5
泥岩或砂质泥岩
泥岩或粉砂岩
贫瘦煤
0.8
1.45
“三软”不稳定煤层
表1—3—2煤的工业分析
序号
煤层名称
煤牌号
水分M
（%）
灰分
A
（%）
挥发分V
（%）
含硫
S
（%）
发热量
Q
（千卡/Kg）
备注
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
二1
贫瘦煤
1.02%
14.86%
12.90%
0.45%
6250
中灰、低硫
2井田境界与储量
2.1井田境界
2.1.1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）井田范围内的储量，煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相适应；
2）保证井田有合理尺寸；
3）充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等；
4）合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。
根据以上原则，矿井井田北以超化断层为界，西部以38444500经线为界，东部以38449500经线为边界为界，南部以阳台逆断层、崔庄断层和人为边界为界。
2.1.2井田特征
井田走向较长，最大走向长度为5km,走向最小长度1.2km,平均走向长度3km；井田倾向较长，最大倾向长度2.5km，最小倾向长度1km，平均为1.5km，井田内煤层面积为10.32km2，井田面积为10.08km2，大致呈梯形分布。
煤层上部较平缓，近水平分布，下部煤层倾角较大，最大为20°，整个井田煤层平均倾角约12.5°。
2.2井田储量
2.2.1矿井工业储量
本矿井设计只对二1煤层进行开采设计，二1煤层平均厚10m，二1煤层在矿区内被上覆岩层全部掩盖，无煤层露头，埋藏较深。
矿区范围内二1煤层赋存标高为+60～－600m标高，埋深约110～800m。
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。
本区二1煤层层位稳定，全区发育，空间上连续，煤层倾角变化在4～20°之间，均属较稳定煤层。
依照DZ/T0215－2002标准要求，拟在平面投影图上用煤层真厚和斜面积进行资源储量估算，但考虑到煤层产状、煤厚均有一定的变化以及各地控制程度不同的实际情况，具体估算时，不能简单用统一的煤厚、倾角等参数。
若将全区根据相应控制程度划分为若干个地质块段更接近于实际，分别估算各块段的资源储量，然后将各块段资源储量相加，即得全区总资源储量。
块段划分原则上以达到相应控制程度的各见煤点连线、煤层底板等高线、断煤交线、煤矿边界线、最低可采边界线、采空区边界线、保安煤柱界线等为边界，将本区二1煤层划分为若干个地质块段。
求出块段平面积和斜面积，再按井巷所见煤厚点和附近钻孔煤厚点求其块段平均煤厚，然后估算出该块段的地质资源/储量。
地质块段法公式为：
式中：
Q——全区总资源/储量（104t），
Qi——块段资源/储量（104t），
Si——块段平面积（104m2），
Mi——块段平均煤厚（m），
d——煤层视密度（t/m3），
αi——块段煤层倾角（º）。
Q=13817.0435万t
矿井工业储量是勘探（精查）地质报告提供的“能利用储量”中的A、B、C三级储量之和，其中高级储量A、B级之和所占比例应符合表2－2－1的规定。
由煤层底板等高线及储量计算图上提供的资料可计算出来设计矿井工业储量汇总表见2－2－2。
表2－2－1矿井高级储量比例
地质开采条件
储量级
比例（％）
简单
中等
复杂
大型
中型
小型
大型
中型
小型
中型
小型
井田内A+B级储量占总储量的比例
40
35
25
35
40
20
25
15
第一水平内A+B级储量占本水平储量的比例
70
60
40
60
50
30
40
不作具体规定
第一水平内A级储量占本水平内储量的比例
40
30
15
30
20
不作具体规定
不要求
表2－2－2矿井工业储量汇总表
煤层名称
工业储量（万吨）
A
B
A+B
C
A+B+C
二1煤层
4145.13
690.8522
4835.9652
8981.0783
13817.0435
总计
4145.13
690.8522
4835.9652
8981.0783
13817.0435
2.2.2矿井设计储量
矿井设计储量为矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱和已有的地面建筑物、构筑物需要留设的保护煤柱等永久煤柱损失量。
而在该井田范围内只有煤田境界煤柱和断层煤柱。
可暂时按工业储量的5％－7％计入，本设计取5％，故：
＝
－P…………………………………………………………（2—2—2）
式中：
Z
——矿井设计储量；
Z
——矿井工业储量；
P——永久煤柱损失量
由此：
矿井设计储量Z
＝13817.0435－732.2240631
＝13084.81943万t
2.2.3矿井设计可采储量
矿井设计可采储量为矿井设计储量减去工业场地保护煤柱、矿井井下主要巷道及上下山保护煤柱后乘以采区回采率所得到的储量。
各种主要巷道的保护煤柱及可采储量见表2－2－3；矿井工业广场地保护煤柱留设见图2－2－1；工业广场保护煤柱设计计算参数见表2－2－4。
表2－2－3矿井可采储量汇总表
煤
层
名
称
工业储量（万t）
矿井设计储量
矿井可采储量
煤柱损失
设
计
储
量
设计煤柱损失
可
采
储
量
断层
境界
工业场地
井下巷道
回采率
二1
13817.04
480.73
251.48
13084.81
309.55
383.60
85%
9295.48
合计
13817.04
480.73
251.48
13084.81
309.55
383.60
9295.48
表2－2－4工业广场保护煤柱设计参数表
煤层倾角（°）
煤厚（m）
Φ（°）
γ（°）
β（°）
δ（°）
埋深（m）
12.5
10
45
75
69
75
324
图2－2－1工业广场保护煤柱计算图
2.3矿井年储量及服务年限
2.3.1矿井工业制度
按照《煤炭工业矿井设计规范》中规定，参考《关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明》，确定本矿井设计生产能力按年工作日330天计算，“三八”制作业（两班半生产，半班检修），每日两班半班出煤，净提升时间为16小时。
2.3.2矿井设计生产能力的确定
矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、开采条件、设备供应及国家需煤等因素确定。
针对超化矿的实际情况：
地质构造相对较简单，储量丰富，煤层赋存较稳定，为缓倾斜煤层（倾角12.5°），主采
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