山西煤销集团保安煤业矿井设计15Mta.docx
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山西煤销集团保安煤业矿井设计15Mta
山西大同大学继续教育学院
毕业论文（设计）
题目：
山西煤销集团保安煤业矿井设计（1.5Mt/a）
级别2012级
专业采矿工程
函授站点阳泉技校函授站
班级
姓名
指导教师
2014年11月30日
摘要：
本文根据对保安煤业资料的学习和研究，遵照《煤矿安全规程》和《煤炭工业设计规范》的要求，充分运用所学的知识，以保安煤业开采的实际情况为依据，对保安煤业的开拓延伸进行设计。
在设计中尽量做到危险最少，效益好，把保安煤业建成高产高效的矿井，为我国的煤炭生产作出贡献。
保安煤业矿井设计的主要内容有：
生产能力的确定、井田开拓系统设计、采煤方法设计、通风安全设计及技术经济分析等。
该井田可采煤层共有六层，属无烟煤。
本次设计矿井的生产能力为1.5Mt/a。
为有效防治瓦斯灾害，设计建立瓦斯抽放系统，结合煤层赋存条件，设计采煤方法为倾斜长壁（条带）全部垮落采煤法，采煤工艺为综合机械化一次采全高。
在对开拓系统及采煤方法进行设计的同时，对顶板管理及支护方式进行了说明，对矿井运输及提升系统进行了设备选型，并对采区及全矿所需风量进行了计算及风机选型，然后，是矿山防止特殊灾害的安全措施说明。
最后，对整个矿井设计的经济技术指标进行了说明。
关键词：
矿井开拓；综合机械化采煤；采煤方法；经济指标
Abstract
Inthispaper,basedoninformationBAOANCoallearningandresearch,inaccordancewiththe"CoalMineSafetyRegulations"and"designspecificationsofthecoalindustry,"tomakefulluseofknowledgetoBAOANtheactualsituationofcoalmining,basedontheBAOANcoalminedesign.Inthedesignoftheriskatleastasfaraspossible,effective,andtheBAOANCoalIndustryintohighlyefficientandhigh-yieldingcoalmines,China'scoalproduction.
TheMineDesignofBAOANCoalIndustryisconsistsofdeterminingandverifyingtheproductioncapacity,designingthedevelopmentsystemandtheventilationsystem,selectingminingmethods,andtechnicaleconomicanalysisetc.
Therearesixminableseamsinthiscoalminewhichbelongstoanthracite.Itscertifiedannualproductioncapacityis1.5milliontonsperyear.Inordertopreventandcontrolmethanedisaster,andsetupthegasdrainagesystem,theminingmethodischosentobeInclinedLongWallFullyCaving,withthecomprehensivemechanizationtechnology.
Inadditiontodesigningthedevelopmentsystemandminingmethods,thisdesignalsoinstructthestratacontrolandsupportingmode.Meanwhile,theminingmachineryandundergroundtransportequipment,ventilationequipment,drainageequipment,airpressureequipmentareallselected.Besides,thedescriptionandrequirementsonminesafetyaredetailed;Finallytheentiretechno-economicanalysisofore-bodyisevaluated.
ThegraphicsofthisdesignarealldrawnbyCADsoftware.
Keywords:
mine development;fully mechanized coal mining;mining methods；thedip;economicindicators
第一章矿井概述及井田地质特征
1.1矿井概述
1.1.1交通位置
保安煤业有限公司井田位于阳泉市西部，地面行政区划属山西省阳泉市和寿阳县所辖。
地理坐标为东经113°17′13″～113°22′32″，北纬37°51′47″～37°53′24″。
本区交通条件较为便利。
石太铁路从井田南部区外通过，由测石车站向东140km经阳泉至石家庄与京广、石德线相接，向西85km至太原与南北同蒲线相连，通往全国各地。
在井田以南石太公路（307国道）和石太铁路平行通过，太旧高速公路从井田南部通过。
交通位置见图1—1—1。
图1—1—1交通位置图
1.1.2地形、地貌及水系
井田地处山西黄土高原的东部，井田内地势西高东低，北高南低。
山高坡陡，冲沟发育，形成中高山地貌。
井田内最高点为北部高垴村山顶，高程为1217.80m。
最低点为井检-1孔附近，高程为881.61m最大相对高差336m。
井田内沟谷中多基岩裸露，黄土残存于山坡及山顶，植被稀少。
本区属海河流域子乐河系，滹沱河支流。
桃河由西向东流经本区的南部，是区内最大的河流。
它发源于寿阳县芹泉乡一带，河床宽50～300m，1966年3月测得平均清水流量为0.33m3/s。
1987年4月至10月在张净附近测得流量为0.015～0.11m3/s。
1992年3月至1994年5月在赛鱼桥西测得流量为0～4.27m3/s。
最大是1959年8月，一次洪水流量为2200m3/s。
1.1.3气象及地震
井田内气候干燥，昼夜温差大，四季分明，蒸发量是降水量的3～4倍，为半干旱大陆性气候。
据史料记载：
1805年，在寿阳和榆次接壤的西落村发生一次里氏3.5级的地震；1956年8月19日娘子关发生5.5级地震；1956年9月3日平定县旧关发生5级地震，1982年11月9～13日，昔阳城西发生5级地震。
1.1.4矿区经济概况
阳泉矿区煤炭开采历史悠久，其生产的无烟煤，作为冶金、化工、电力等行业的工业原料、燃料及民用燃料，在国内煤炭市场享有较高的声誉。
本矿井工业场地地处阳泉市郊区，劳动力来源广，可满足建设需要。
本区除木材、钢材外，大部分建筑材料都能就地解决。
多数可以不出省解决，大宗石料、砖、石灰、水泥、河砂可由本市建材厂供给。
1.1.5邻近煤矿开发状况
本井田东邻阳泉煤业（集团）有限责任公司新景矿，北、西、南均无相邻矿井。
阳泉煤业（集团）有限责任公司新景矿是由原阳泉矿务局三矿分离独立的新建煤矿。
原阳泉矿务局三矿建于1950年5月，先后有5对矿井投入生产，即一号井、二号井、裕公井、竖井和新井（现为新景矿）。
详见新景矿各井口坐标一览表（表1—1—1）。
阳泉煤业（集团）有限责任公司新景矿各井口坐标一览表
表1—1—1
井口名称
井筒类型
带号
X
Y
Z
黄沙嘴主斜井
斜井
6°
4194949.118
19715540.565
792.720
3°
98982.868
90463.008
副立井
立井
6°
4194774.450
19715582.079
790.300
3°
98805.311
90491.168
芦湖南进风立井
立井
6°
4196142.068
19713454.579
839.400
3°
100227.914
88411.828
芦湖南回风立井
立井
6°
4196067.407
19713395.830
840.000
3°
100154.032
88350.389
芦湖北进风立井
立井
6°
4198550.261
19712977.443
906.420
3°
102651.554
87998.939
芦湖北回风立井
立井
6°
4198501.052
19713008.851
906.000
3°
102602.713
88030.300
佛洼进风立井
立井
6°
4197330.200
19709145.700
908.608
3°
101537.629
84139.946
佛洼回风立井
立井
6°
4197332.400
19709225.700
906.000
3°
101539.269
84220.313
张家岩进风立井
立井
6°
906.83
3°
101114.322
90589.506
张家岩回风立井
立井
6°
4197004.774
19715362.811
891.200
3°
101040.264
90345.278
注：
井口坐标为1954年北京坐标系。
井田采用上、下煤组分组开采，通风方式为分区式。
井田划分为两个条带五个采区，即芦南一区、芦南二区、芦北区、北条带区、张家岩区。
每个分区的煤层根据层间距、开采技术条件分成上、下两个煤组，即3、6、8上、8、9号煤层为上煤组，12、13、15、15下号煤层为下煤组。
分两个水平，第一水平为+525m，第二水平为+420m。
主要运输大巷采用胶带运输机运输，辅助运输采用8t、10t架线式和蓄电池电机车牵引1t和1.5t矿车串车运输，采煤方法为走向长壁与倾斜长壁相结合开采，采煤工艺全部采用综合机械化采煤，全部垮落法管理顶板，详见回采工作面顶板周期来压统计表1—1—2。
回采工作面顶板周期来压统计表
表1—1—2
煤层编号
初次来压步距（m）
老顶周期来压步距（m）
3
20-32
16-23
8
25-28
12-16
15
33-38
19-26
设计生产能力一期为2.2Mt/a，二期为8.0Mt/a。
2003年新景矿原煤产量2.67Mt/a，2005年原煤产量突破5.0Mt/a，2006年实际生产原煤达6.06M/a。
经过2008年度生产能力核定，生产能力核定为7.5Mt/a，2008年实际产量为4.8708Mt。
目前，矿井正在第一水平（+525m水平）开采，同时开拓第二水平（+420m水平）。
按照三个单一煤层综采队，一个厚煤层综采放顶煤队，掘进全部为机械化的模式组织生产。
井田内现3号煤层芦南一区已采空，正在芦南二区、芦北区生产，共开采了36个工作面；8号煤层在芦南一区生产，共开采了2个工作面；15号煤层在丈八一区开采，共开采了8个采煤工作面。
回采工作面均采用长壁式综采（综放），掘进工作面均采用综掘，机械化程度已达100%。
开拓工作面采用炮掘，半机械化运输。
1.1.6电源、水源
电源：
矿井两回电源均取距矿井东南约11km处阳泉供电分公司所属辛兴110kV变电站，两回电源一回运行，一回热备用。
图1—1—2井田四邻关系图
水源：
保安河从井田内流过，为季节性河流。
设计在场区附近设一拦水坝，对河流的径流进行水量调节，可提供稳定的地表水源，作为建井期间和丰水季节矿井供水水源。
井下排水量为62.5m3／h，在河流干涸季节，经过对井下排水进行深度处理，达标后，作为矿井补充水源。
为解决本区枯水期地表水量不足，矿方于2009年已施工新的水源井，水源取自井田内奥陶系灰岩水，预计出水量达到70m3/h。
另拟从山南水库蓄水引水，补充矿井用水。
1.2井田地质特征
1.2.1地层
井田位于沁水煤田北部阳泉国家规划区寿阳区东边缘。
井田内煤系地层埋藏深度均大于500m，地表仅出露有二叠系上石盒子组及石千峰组地层。
钻孔揭露井田地层从老至新有上马家沟组、峰峰组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组、二叠系下统上石盒子组、下石盒子组、二叠系上统石千峰组、第四系中和上更新统、第四系全新统。
图1—2—1井田构造纲要图
经野外地质调查，上述两条断层，均为晓庄背斜的伴生构造，断层走向与褶曲轴向一致。
断层F27仅6－9揭露，为正断层，走向北东16°，倾向南东，倾角72°，落差大于50m，F27断层延伸长度约5500m。
据寿阳详查资料：
6-9孔在孔深822.62~838.12m处见到缺失本溪组底部铝质泥岩及奥灰顶部地层，落差大于10m，向北落差逐渐增大到50m以上，向上错断太原组及山西组以上地层。
主要断层特征见断层一览表1－2－1。
井田主要断层一览表
表1－2－1
断层
编号
性
质
走
向
倾向
倾
角
长度
（m）
落差
（m）
控制方法
查明
程度
备注
F19
逆
NE25°
NW
30°
490
15
地质填图
查明
错断上石盒子组地层
F20
正
NE35°
NW
70°
870
25
地质填图
查明
错断石千峰组地层
F27
正
NE16°
NE
72°
＞2000
＞50
钻孔
基本查明
错断O2到山西组地层
1.2.2煤质
依照中国煤炭分类国家标准（GB5751-86），以浮煤干燥无灰基挥发分、氢含量为主要指标来划分煤类。
本井田各煤层的挥发分为8.04~9.10%，氢含量为3.72~4.02%，属无烟煤。
3号煤层为中灰-高灰、特低硫、特高热值煤；6号煤层为特低灰-高灰、特低硫-低硫、特高热值煤；8号煤层为特低灰-中灰、特低硫-低硫、高热值-特高热值煤；9号煤层为低灰-高灰、特低硫-低硫、高热值-特高热值煤；15号煤层为特低灰-中灰、中硫-高硫、特高热值煤；15下号煤层为低灰-高灰、特低硫-高硫、特高热值煤。
井田内各煤层可作工业动力用煤，也可供民用。
可采煤层煤质特征详见第七章。
可采煤层特征表
表1—2—2
煤层编号
煤层厚度
最小-最大
平均
（m）
煤层间距
最小-最大
平均
（m）
结构
（夹矸数）
稳定性
可采性
顶底岩性
顶板
底板
3
0-2.58
0.76
简单
（0-2）
不稳定
局部可采
砂岩
砂质泥岩
泥岩
砂质泥岩
15.61-29.55
21.98
6
0-1.90
1.15
简单
（0-1）
较稳定
大部可采
泥岩
粉砂岩
砂岩泥岩
细、中粒砂岩
9.93-20.50
14.16
8
1.40-3.40
2.44
简单
（0-1）
稳定
全区可采
炭质泥岩
泥岩
泥岩
砂质泥岩
1.07-16.16
9.87
9
0.67-2.35
1.71
简单
（0-2）
稳定
全区可采
粗、中粒砂岩
砂质泥岩
砂岩
54.80-67.40
60.33
15
3.25-5.55
4.01
简单
（0-3）
稳定
全区可采
灰岩
泥岩
砂质泥岩
1.45-5.45
3.91
15下
0-1.90
0.76
简单
（0-1）
不稳定
局部可采
砂质泥岩
砂岩
泥岩
砂岩
1.2.3矿井水文地质
（一）地表水
井田内有桃河的支流太平河和保安河，主要水源为沟谷之泉水和大气降水。
夏季水量较大，旱季水量较小或干涸，雨后流量激增，常致山洪暴发。
1、太平河：
起源于井田北部区外后山村一带，由北向南经白草峪在张净西北汇入桃河。
1987年4月至1987年10月测得沟口流量为0.006~0.053m3/s。
2、保安河：
起源于井田北部区外阎家庄一带，由北向南经保安村，在旧街河口村东汇入桃河。
1978年6月至11月测得沟口流量为0.005~0.659m3/s。
1987年4月至10月测得沟口流量为0.003~0.056m3/s。
1993年9月至1994年6月测得沟口流量为0~0.015m3/s。
（二）含水层
1、奥陶系中统石灰岩裂隙岩溶含水层
奥陶系石灰岩（简称奥灰）是煤系的基底，也是开采下组煤的间接充水含水层，井田内揭露奥灰钻孔4个，除井检-1号孔揭露奥灰181.51m外，其余3个孔均在31.48m以浅，冲洗液均无大的消耗（见表1—2—9）。
揭露奥灰钻孔统计表
表1—2—9
孔号
揭露奥灰厚度
（m）
峰峰组
上马家沟组厚度（m）
冲洗液消耗量
（m3/h）
全组厚度（m）
二段厚度（m）
一段厚度（m）
井检-1
181.51
158.70
70.84
87.86
22.81
0~0.09
Ⅰ-2
4.97
0~0.16
井检-2
31.48
0~0.06
6-9
11.59
0~0.04
1.2.4其他有益矿产
1、石灰岩、铝质泥岩、铝土矿及石膏
据寿东详查报告，石灰岩、石膏、铝质泥岩及铝土矿经采样化验（表1—2—11），其品位均低，又因埋藏深，不易开采，故经济价值不大。
寿东详查各种矿层主要化验指标汇总表
表1-2-11
矿层项目
%
铝质泥岩
K10
太原组
石灰岩
本溪组
铝土矿
奥陶系
石灰岩
奥陶系
石膏
SiO2
50.45（8）
19.08（3）
41.47（6）
3.04（17）
6.84（3）
Al2O3
27.92
5.43
33.64
1.05
1.98
Fe2O3
7.15
2.85
6.47
0.62
0.66
CaO
0.48
34.41
0.62
38.11
29.14
MgO
0.40
3.06
1.06
8.90
8.20
SO3
0.16
22.86
29.63
CO2
30.12
29.46
14.03
烧失量
11.68
31.43
14.91
井田内钻孔中采了太原组石灰岩、本溪组铝土矿、奥陶系石灰岩及石膏样，其化验结果见表1—2—12。
保安井田各种矿层主要化验指标汇总表
表1-2-12
矿层项目
%
太原组
石灰岩
本溪组
铝土矿
奥陶系
灰岩
奥陶系
石膏
SiO2
10.38（7）
40.84（6）
2.69
（1）
0.44
（1）
Al2O3
3.63（7）
38.96（6）
2.10
（1）
0.76
（1）
Fe2O3
2.51（7）
2.14（6）
1.15
（1）
1.18
（1）
CaO
44.46（7）
0.39（6）
50.99
（1）
47.56
（1）
MgO
2.50（7）
0.62（6）
1.44
（1）
5.56
（1）
K2O
0.86（7）
1.59（5）
0.92
（1）
Na2O
0.14（7）
0.16（6）
0.13
（1）
MnO2
0.09（7）
0.03（6）
0.04
（1）
CO2
33.22（3）
SO3
1.03（4）
1.17
（1）
P2O5
0.11（4）
0.04
（1）
酸不溶物
13.21（7）
79.54（6）
6.38
（1）
3.30
（1）
从表中可以看出，太原组灰岩及奥陶系石膏品位均低，本溪组铝土矿的Al2O3含量平均为38.96%，已达到建筑、日用陶瓷对矿石的质量要求，但Fe2O3等有害成分高，埋藏又深，故经济价值不大；奥陶系石灰岩CaO已达冶金（溶剂）灰岩要求品位，但因埋藏深不易开采，经济价值也不大。
2、稀散、放射性元素
井田内在煤芯煤样中测了锗、镓、铀、钍稀散及放射性元素，其结果（表1—2—13）均达不到工业品位要求。
1.2.5地质勘探程度及存在的问题
1、地质勘探程度
本次以1994年中国煤田地质总局119队编制的《山西省沁水煤田阳泉矿区保安井田勘探（精查）地质报告》为主要依据，同时搜集、调查了矿井建设揭露的矿井地质资料，通过对上述资料进行综合分析、研究，依据《煤、泥炭地质勘查规范》，按照山西省煤炭工业厅晋煤规发[2010]177号文件《山西省兼并重组整合矿井地质报告编制提纲》要求，完成了本报告的编制工作，报告利用成果可靠，井田先期开采地段勘查程度达到勘探阶段。
稀有元素品位表表1-2-13
煤层
3
6
8
9
12
15
15下
GePPm
2
（1）
3（5）
3（9）
3（8）
5（5）
3（11）
0（3）
GaPPm
8
（1）
15（5）
11（9）
22（8）
8（5）
10（11）
21（4）
UPPm
5
（1）
8（5）
3（9）
5（8）
5（50
4（11）
12（4）
ThPPm
1
（1）
1（5）
2（9）
2（8）
2（5）
1（11）
3（4）
2、存在的问题及建议
（1）井田构造简单，但存在陷落柱，未来生产时，要注意陷落柱导水。
将来开采到井田西边界时，要注意断层导水。
（2）本次未对15下号煤层煤尘爆炸性进行测试，也未对3、6、15下号煤层自燃倾向性进行测试，今后生产过程中，需补做该项工作。
（3）井田整体勘查程度不足，开采前除15号煤层先期开采地段以外，应补充勘查工作，提高勘查程度，为矿井生产提供地质依据。
第二章井田境界及储量
2.1井田境界
根据2009年11月换发的采矿许可证（证号：
C1000002009011120002704），本井田开采范围以10个拐点坐标确定。
井田拐点坐标见表2—1—1。
按上述坐标确定的井田范围，东西长约7km，南北宽约2km，面积14.3371km2。
井田拐点坐标一览表
表2—1—1
拐点
编号
54年北京坐标系
80年西安坐标系
X
Y
X
Y
1
4195576.00
19701249.00
4195528.21
19701179.21
2
4197836.00
19701537.00
4197788.22
19701467.20
3
4197985.00
19706988.00
4197937.25
19706918.22
4
4196735.00
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