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采矿毕业设计

第一章矿区概述及井田地质特征

第一节矿区概述

一、地理位置及交通条件

本井田位于西南,距太原市约60km。

地理坐标为东经112°02′52″-112°09′47″;北纬37°50′42″-37°56′38″。

区内有三条公路与外相通。

(1)太原-汾河水库经古交镇由本井田北缘通过;

(2)文水开掘-古交线汾原平川通过;(3)清徐-古交线沿大川河通过。

此外区内尚有河谷及山问简易公路可通行马车、汽车。

国铁太原-古交-岚铁路经井田北缘已通车到镇城底.屯马铁路支线亦已铺轨,且前已具备通车条件,交通尚属便利。

太原

45

天津

679

秦皇岛

912

石家庄

276

郑州

688

连云港

1069

北京

559

上海

1562

汉口

1202

地名

里程km

地名

里程km

地名

里程km

矿井交通位置(见图1-1)

二、地形﹑地势及河流

本井田位于吕梁山东翼,为中低山区,切割强烈,沟谷纵横,以山地地形为主,仅在河谷中分布有宽度250-600的冲积—洪积平原。

全区地势为西南高东北低,最高标高为1400m,最低标高为970m。

相对标高为150-250m。

汾河自西向东流经本区北缘,河谷宽敞400-600m,流量易受上游水库控制,最大流量为673m³/s。

其支流屯兰河,原平河,分别自南南向东北或自南向北流经本区,在北缘注入汾河。

平时流量仅每秒几十升,雨季则可形成洪流。

三、气象与地震

本区属温暖带大陆性气候。

四季分明,春多风沙,夏热多雨,秋季凉爽,冬季干寒。

年最大降水量为632.6mm,最小为172.1mm,平均475.8mm。

雨季集中在7-9月份。

年平均气温为9.4℃,极端气温曾达斡尔39.4℃,极端最

低气温达-28℃。

结冰期一般以11月至翌年3月,冻土深度为0.5-1.1m。

全年多西北风,年平均风速2.4m/s,最大风速成25m/s。

根据山西省地震局烈度区划分,本区地震烈度为6度。

四、煤田开发情况

古交矿区为在建的新矿区,规划开发有西曲,镇城底(已投产)和东曲,(在建)及屯兰五对矿井,总设计规模为1650万t/a。

屯兰井田内无生产小煤窑,仅在井田的北角古交镇附近有几处很小。

与四邻井田比较,本井田由于煤层埋藏较深,受小煤窑开采破坏程度最低,是井田开发的有利条件之一。

五、矿区经济情况

古交矿区是国家重点生产炼焦基地,已探明的煤碳地质储量达到一个新的水平45亿吨。

另外本区兴建了炉峪口和嘉乐泉两对矿井,用来生产煤气秋出中焦煤。

随着矿区煤碳工业的发展,本区的钢铁、化肥、水泥等工业以及制砖业、烧石业、采矿业都在逐步壮大。

农业以产小麦、玉米、高梁、谷子为主,河滩地可产一部分蔬菜。

该区人少地多,劳动力资源充足。

六、水源和电源

水源:

本井田内的汾河,屯兰河谷冲积屋经水源详堪获得地下水可采储量为17917m³,水质良好,易于开采,但动态不稳定,并易受污染,有与农业争水的矛盾,所以只好作建井临时的水源。

永久水源取自汾河上游的汾河水库。

电源:

矿井电源引自屯兰草110kv区变电站及矿山热电车间。

第二节井田地质特征

本井田精查地质勘探报告综合了历次勘探结果,对本井田主要褶曲,断层等基本探明,控制了地层变化规律,可采煤层的赋存特征,水文地质条件及煤质牌号,煤层分析资料基本可靠,勘探程度能满足设计生产之要求。

附地质综合柱状图1-2

一、煤田和井田的地质构造及其相互关系

本井田位于西山煤田西北部,按山西省构造体系的划分,太原西山煤田

属新华夏构造体系次一级多字型构造盆地的一部分,又位于祁吕贺山字型构造东翼内带的中部.阳曲-孟县纬向亚带(即37°50′-38°20′之间)西南端,太岳山经向构造北延处的东侧。

按构造形迹特征及其组合规律,初步将西山煤田划分为三个构造体系,即经向构造,新华夏构造以及施枢构造。

经向构造展布煤田向泰山式断裂展布在经向构造以东,呈带呈束出现,煤田西北,东南有帚状构造展示。

井田位于向斜东翼,受新华夏系泰山式断裂的控制,大面积地质走向北西30-60度,倾向南西,倾角膜2-10度,基本呈一伴有宽缓波状褶皱的单斜构造。

断层多分布在井田的西北部,呈地垒地堑赋存。

二、层层序,沉积厚度及岩石特征

本区地层出露仅有山西组顶部及以上地层,其余均在邻区和煤田外围出露,现就勘探所及煤系地层由老至新简述如下。

1.奥陶系中统马家沟组(O2):

为煤系地层斟盘,全厚400m,岩性一般以深灰色厚层状致密石灰岩为主,其次有角砾状泥灰岩、白云质灰岩、泥岩及石膏层。

2.石炭系中统本溪群(C2):

厚度19.43-32.76m平均25.70m。

平行不整合于奥陶系中统之上,为海陆交互相底部为山西式铁矿及G层铝土,上为灰色泥质岩,砂岩,局部含不稳定薄煤层,偶有达可采点。

3.石炭系上统太原群(C3):

厚度89.9-131.20m,平均113.60m。

连续沉积于本溪群之上,为海陆交互相是主要含煤地层之一含6-11号煤层,含煤系数7.1%。

本群按其岩性分为上下两段。

下段:

下起K1砂岩底界,上至11号煤,厚45m左右,K1为细——粗砂岩,最大厚度20.71m。

其上以泥岩,粘土泥岩及砂岩为主,局部含不稳定石灰岩1-2层沉积物,并常含数层薄煤,局部地方达可采厚度。

上段:

上至K3砂岩底界,厚69m左右,含6-11号煤,其若性以灰——灰黑色泥质岩为主,在11号煤上部含石(泥)灰岩四层。

太原群灰岩富含腕足类的石燕,长身贝及蜓科等化石。

4.二迭系下统山西组(P11):

厚36.1-50.9m,为陆向沉积。

本井田东北角有小面积出露,岩性为灰——灰黑色砂岩及泥质岩,含01-03、1-4、4下号煤层,含煤系数17%。

5.二迭系下统下石盒子组(P12):

厚68.34-124.91m,平均95.8m,为陆相。

出露于井田北部,岩性为灰绿、黄绿、深灰色的砂岩和泥质岩,粘土泥岩,含薄煤层及煤线。

6.二迭系上统上石盒子组(P21):

平均厚378m在本区广泛出露。

本组以K7砂岩标志层分为上、下两段:

下段平均厚175.3m,岩性为灰白、灰绿色砂岩及泥质岩:

上段平均厚203.1m,由灰白色,紫色长石石英砂岩及葡萄紫色泥质岩组成。

7.二迭系上统石千峰组(P22):

本区仅见于南缘,最大厚度约200m。

岩性主要为紫色长石石英砂岩和酱紫色泥质岩。

8、第三系上新统保德阶(N2):

最大厚度44.43m,在沟谷两侧及山顶常见出露。

其成份以石灰岩及变质岩为主。

上部为泥土,其中含钙质结构。

9.第四系中更新统(Q2),上更新统(Q3)及全新统(Q4):

中更新统最大厚度30.66m,由红色土夹砾石层组成。

上更新统为黄土,最厚26.6m。

全新统为近代冲积层,分布于河谷,一般厚10-20m由复以砂质粘土的砾,砂层组成。

三、地质构造

1.褶曲

本井田小型波状褶曲发育,明显的较大断层有三条:

鲜则背斜,元家山向斜,起特征见表:

序号

名称

位置

轴向(km)

算作延伸长度

1

鲜则背斜

井田西部边缘

SN向

5

2

元家山向斜

鲜则背斜以东

SN向

3.8

3

东大岭向斜

井田东南部

NE30度~60度

5

2.断层

本井田内断层较多,均属于高角度正断层。

断距5米以上者有66条,其中断距30以上者有7条,100米以上者有4条,最大断层距达180米。

走向以NE35~65者居多占三分之二。

本井天断层赋存有以下规律。

①层成组出现。

本井天共出现两组,每组断距10米以上者4~6条,并伴生许多成束出现的小断层,走向为NE方向,组距2500~3000米。

②断层断距一般为北东方向大,向南方向变小,带有压扭性质为起特点。

③绝大多数断层走向为北东35~65度,均为高角度正断层。

3.节理

本区节理与断层发育之处,节理相应发育。

按方向分主要两组,一组北东50度,另一组北西35度,节理交角近于垂直,因而被切割的岩块近似正方形,形成细格状棋盘格式构造。

4.滑坡及陷落

发育于河谷两侧和山坡地带,屯兰河和原平河两岸更为发育,鹿壮后一个大滑坡东西延伸近1.5千米。

滑坡分布较广,但影响深度不大。

四、井田的水文地质条件

1.奥陶系中统含水层组:

本组在井田内大多埋藏较深,岩性以石灰岩为主,泥灰岩、角砾状泥灰岩次之。

石灰岩及泥灰岩为含水层,以前者含水性较好。

由于角砾状泥灰岩位于侵蚀面下30余米,由次生石膏和泥质所胶结,裂隙及岩深溶极不发育,可视为隔水层。

2.太原群石灰岩含水组:

由L1、K2、L4三层石灰组成,其段距约20米。

K2最厚,平均2.8m岩性纯,为主要含水层:

L1厚1.96m不稳定,岩性为泥灰岩,因之含水性差,本组埋藏较深,裂隙、岩溶均不发育透水性及含水性均差,水位标高为964.18-1038.19m。

3.山西组砂岩含水组:

以K3和2号、4号煤间砂岩组成,埋藏较深,极少出露,含水性差,水位标高964.04m。

沟谷中源于本组的下降泉较多,但流量小,并随降雨季节而变化,最大泉流量0.61/s,所以本组含水性很差,并且愈深愈差。

本组水位标高最高,为993.13-1042.92m。

4.石盒子组砂岩含水组:

以厚层砂岩为主,出露范围较广,但一般含水性差,只是风化裂隙带砂岩含水性及透水性较好。

沟谷中源于本组的下降泉较多,但流量小,并随降雨季节而变化,最大泉流量0.61/s,所以本组含水性很差,并且愈深愈差。

本组水位标高最高,为993.13-1042.92m。

5.第四系全新统砂砾含水层,由砾石及砂层组成,厚约10-15m,渗透性强,易接受降水及地表水补给故富含潜水。

如汾河冲积层,水位一般小于2m.q=0.87-9.321/smk=9.38-53.08m/d,屯兰河冲积层以姬家庄往下游水量丰富:

q=2.5-10.41/smk=40.6-96.68m/d水位一般5m以内,姬家庄至鹿庄间潜流泄出量可达851/s水质良好,属HCO3-SO4-Ca-Mg型矿化度245-310mg/l。

第三节煤层特征

一、煤层情况

井田内含煤地层为山西组和太原群,含煤18层,参与储量计算的13层。

即:

02、03、1-4、4下、6-8、8a、9、10号,其中02-4下赋于山西组称上组煤:

6-10号赋于太原群称下组煤。

平均总厚15.7米,煤系含煤系数10%。

可采煤层中2、7、8、9号为稳定煤层02、6号为较稳定煤层,其余为不稳定煤层,可采煤层分述如下:

1.02号煤,位于K4砂岩1-5米,仅有两个孤岛式的可采区。

可采区内厚度比较稳定,厚约1米,为薄煤层局部最厚达2032米,含夹矸1-2层。

顶板为砂质泥岩、泥岩或砂岩,属较稳定煤层。

2.03号煤:

位于02号煤下7米为薄煤层可采范围在井田内零星分布大部分不可采,厚度为0-1.03米,结构简单,偶有一层夹石,顶板为砂质泥岩或泥岩属不稳定型煤层。

3.1号煤:

仅在井田东西缘及东南缘独立存在约占井田面积的1/3,大部分不可采,蓁部分与2号煤合并,可采区内厚度多为0.7米,位于03号煤下3米左右。

顶板为砂质泥岩属不稳定型煤层。

4.2号煤:

位于1号煤下3。

78米,厚1.47-5.22米,上与1号煤,下与3号煤合并,结构复杂含夹石1-3层,属稳定型煤层。

顶板以砂质泥岩和泥岩为主,次为细砂岩及炭质泥岩,底板以炭质泥岩为主,次为砂质泥岩,为本井田主要可采煤层之一。

5.3号煤:

位于2号煤层下1米左右,以炭质泥岩或泥岩相隔,除在井田西南、南及东部独立存在外,蓁大部分与2号煤合并,底板为砂质泥岩。

本层厚一般小于1米结构简单,属不稳定煤层。

6.4号煤:

上距3号煤7米左右,可采范围约占全井田的十分之七,颁连续性差。

可采区内厚度一般为1-2米,以薄煤层为主。

417与5号孔联线以北与4下层合并而变最厚,厚达3.54米,其次在南及东南部厚度亦较大。

含夹石1-3层,结构复杂。

顶板以泥岩,炭质泥岩为主,其次为细砂岩,底板以砂质泥岩为主。

本层煤为不稳定型煤层。

7.4下号煤:

在井田北及西北部与4号煤合并,延至417、5号孔以南分岔独立存在为东西条带状分布面积达6km2。

可采区内厚度变化较大,从0.7-2.4与4号煤间距为0-11.7米。

结构较简单,局部有一层夹石、顶、底板均为砂质泥岩和粉砂岩。

属不稳定型煤层。

8.6号煤:

距4号煤7.8-31.3米,平均21.88米。

417、T50、T48等孔联线以西大片可采,厚度一般1-2米。

顶板为炭质泥岩,底板以砂质泥岩和粉砂岩为主,含夹石1-2层,结构较复杂,煤层较稳定。

9.7号煤:

距6号煤15-36米,全井田只有T38、T32、T35三个孔为不可采点,大部分都可采,煤层厚度为0.7-1米,结构简单,属基本稳定型煤层。

10.8号煤:

上距7号煤11.9-23.1米,煤层厚1.15-5.81米,为中厚及厚煤层。

结构复杂,含夹石2-4层,在T23、T66孔,由于夹石变厚,上方形成独立分层,称8上。

顶板为L1灰岩,其间有时隔以零点几米的炭质泥岩,底板以砂质泥岩为主。

本层属稳定煤层。

11.8a号煤:

在井田西部与8号煤合并,合并线大致在424、426、445、T43孔附近以东为独立区。

在可采内为薄煤层厚质泥岩,属不稳定型煤层。

12.9号煤:

上距8号煤,3.18-31.9米,井田内仅西北角428孔附近局部不可采外,其余厚约在1.5-2米之间,最大厚度为2.88米,该煤含夹石1-3层结构复杂。

顶板、底板大多为砂质泥岩。

属稳定型煤层。

13.10号煤:

在井田西部可采,厚0.1-1.4米距9号煤0.7-11.3米。

含夹矸1-2层,顶板以砂质泥岩为主,其次为细砂岩,底板为砂质泥岩。

属不稳定煤层。

二、煤质及煤的可选性

本井田有肥、焦、瘦、贫煤四种,各层煤均以焦煤为主。

全井田焦煤储量占总储量的62.5%,瘦煤约占27%肥煤约占9.6%,井田煤质变化大致有以下规律:

1.纵向自上而下变质逐渐加深,层位越低,肥煤范围越小,相反则瘦煤范围渐大,挥发分自上而下渐小,反射率渐大。

2.横向自西北而东南变质逐渐加深煤种则由肥至瘦依次排列,其分带宽度5km左右。

3.灰分含量以煤厚变化小的稳定层低,厚度小而变化大的稳定层高,而厚度较大的煤层灰分含量中等。

以7号最低1号最高。

4.硫分含量山西组以低硫为主,太原群多为中、低硫而高硫比例增大,唯1号煤以高硫,富硫为主,为全井田最大者。

煤的可选性:

井田内因无生产煤窑,未取可选性大样,地质报告中是参考邻区的大样资料,结合本井田煤芯样资料评述各煤层可选性,初步认为02、03、2、3、7、8、9号煤中等可选性,以7号煤可选性最好,9号煤最差,近难选,6号、10号煤难选1号和4号煤很难选。

第二章井田境界和储量

第一节井田境界

屯兰区井田境界为1979年太原院编制的古交矿区总体设计所划定。

北以汾河最高水位线煤拄为界,与东曲矿毗连;

东以古交断层为界,与大川河矿相邻;

东南以土地沟断层为界;

南、西南及西部以土地沟断层延交425#、454#、448#、446#、T38#、451#钻孔连线为界;西北以风坪岭断层延交汾河为界。

井田走向7km左右,倾向8km左右,水平面积50.366km2,其中含煤面积49.806km2。

第二节井田的工业储量

在本设计中,参加储量计算的煤层有2

8

且为中厚煤层按最小可采厚度0.7米,灰分最在不超过去时40%的规定来计算工业储量。

一、工业储量的计算

1.储量计算采用地质块段法

2.煤厚用各块段内钻孔见煤厚度

,用算术平均法求出

3.容重采用化验平均值2

,r=1.36吨/米³;8

r=1.36吨/米³

4.面积利用比例量边长,采用梯形和三你形累加法

5.储量计算公式Q=

式中Q-----储量,万吨;

S

-----块段的面积,米

M

-----块段煤层的平均厚度,米;

r

-----块段内煤层的平均容重,吨/米

a

-----块段内煤层的平均倾角,度。

二、保护煤柱储量计算

1.边界保护煤柱

根据规程规定,结合井田边界的地质情况,在本井田一侧留设防20米的保护煤柱,以断层为边界时,在井田一侧留设30米的保护煤柱

2.断层保护煤柱

根据有关规定,为保证矿井正常生产,落差大于采高小小于10米者,每侧留20米,落差大于10米者,每侧留30米。

3.工业广场﹑河流﹑铁路的保护煤柱。

三、可采储量的计算

可采储量的计算公式Z=(Z

-P)C

式中Z-----可采储量,万吨;

P-----永久保护煤柱损失量,万吨;

C-----采区采出率,本设计取0.8;

Z

-----工业储量,万吨。

四、工业储量和可采储量计算结果汇编表.

表2-1

2

煤层(5米)

8

煤层(4米)

损失煤柱

损失煤柱

广

广

24660.36

347.96

358.91

758.98

321.19

18585.496

19728.55

268.37

278.45

660.42

214.67

14644.87

总计

工业储量45388.91

可采储量33230.368

第三章矿井工作制度及设计生产能力﹑服务年限

第一节矿井工作制度

按照设计手册的规定,确定本矿井设计生产能力按年工作日300天计算,每天三班作业,其中两班生产,一班准备,同时实行随机检修的工作制度。

每天净提升时间为14h。

第二节矿井设计生产能力及服务年限

一、矿井设计生产能力的确定

1.本井田可采煤层多,储量丰富,煤层以稳定型和较稳定型为主,赋存条件较好,宜建特大型矿井。

2.国家需要大量优质焦煤供炼钢用,本井田焦煤量约36828.77万吨,占全井田可采储量的62.3%。

3.屯兰矿井位于古交矿区的中部,是矿区最后建设的一对矿井,有前四对矿井建设的经验,且交通、供电、生活福利设施等外部条件都初具规模,具备建特大型矿井的条件。

4.屯兰矿井位于吕梁山山区,工业广场不易选择,本着适当集中,建设大井,可以少占农田,建年产品成本300万吨的大型矿井符合当前煤矿建设的有关方针政策,为国家多出煤,早出煤,经济上合理。

二、服务年限的计算

矿井服务年限与矿井的生产能力相适应。

矿井的设计服务年限:

T=

式中T-----矿井服务年限,年;

A-----矿井设计生产能力,万吨;

Z-----矿井可采储量,万吨;

K-----储量备用系数,本设计中取1.4。

则屯兰矿井设计服务年限:

T=

=79.1年

第四章井田开拓

第一节概述

本井田为一波浪单斜构造,煤层倾角3¬5度,地质构造复杂程度属于第二类构造中等,褶曲不发育,鲜则背斜在西部边缘,对开采的影响教小;井田西南部地质构造复杂,除东大岭向斜构造外还有小断层。

针对以上本设计采取以下措施:

主要运输巷道避免放在向斜轴部,采煤以综采为主,各采煤面平行于煤层布置,不至于因断层切割使综采工作面频繁搬迁等。

这些构造虽给局部开菜采带来一定困难,但对整个井田的开发影响不大。

第二节开拓方式的确定

由于本井田煤层为近水平煤层,不适应用平硐开拓。

采用斜井开拓的优点有:

可用胶带连续运输,提高运输量,减少运输设备,系统简单,费用低;斜井的工面工业建筑简单,不需结构复杂的井架,且巷道维护费用低。

本井田煤层埋藏较浅,赋存平缓,煤厚适中,具备斜井开拓的先决条件,所以本设计采用斜井开拓系统。

一、开拓方案的简述

方案Ⅰ:

双斜井单水平开拓

本方案沿+510米单水平集中开采全井田。

在+510米水平布置三条大巷,分别为东、西、中三条,其中东大巷开采Ⅰ区,西大巷开采Ⅳ区,中大巷开采Ⅱ、Ⅲ区,其中Ⅰ、Ⅱ区为前期开采以满足矿井300万吨/年之生产能力,可采34年,然后由西大巷、中大巷接替。

方案Ⅱ:

一斜一立单水平开拓

本方案将井田沿煤走向划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个区,其中Ⅱ区为前期开采,Ⅰ、Ⅲ区为后期开采,三条大巷分别为南、北、中三条大巷且都沿-550米水平布置,Ⅱ区可采35年,满足矿井300万吨/年之生产能力,然后由Ⅰ、Ⅲ区接替。

方案Ⅲ:

斜井两水平开拓

本方案沿井田倾斜方向划分+810米,+560米两个水平开发全井田。

+810米,+560米各布置两条运输大巷,各水平运输大巷沿煤层走向布置,按矿井水平及煤层的开采顺序从上往下依次开采。

该方案初期+810米水平布置两条平硐,上下山开采来满足矿井300万吨/年的生产能力,然后由+560米接替。

同时开掘一对明斜井送至+560米水平,两水平同时生产。

二、开拓方案的分析比较

1.技术比较

经过比较,方案Ⅲ在技术上不合理,不与方案Ⅰ、Ⅱ进行经济比较。

方案与方案进行经济比较,以供选择。

2.经济比较

综上所述,可一认为:

方案Ⅰ在技术上和经济等方面均优于方案Ⅱ。

所以决定采用方案Ⅰ。

三、井筒数目及位置的选择

1.工业广场位置的选择

屯兰矿是古交矿区最后建设的一对矿井,可供作矿井的工业广场的工业场地已修了屯马铁路,公路及矿区辅助设施限在屯兰川屯村附近是一个人财产300*1800m长方形。

由于这一限制,井口位置可供选择的余地很小,并且主要取决于地面总平面布置。

2.矸石斜井位置的选择

3.进、回风井位置的选择

4.主要大巷布置及位置的选择

四、开采顺序及分区接替顺序

粗略比较

方案Ⅱ

方案Ⅰ

基建费(万元)

立井开凿

248.57

主斜井

副斜井

斜巷

120.56

88.98

30.27

小计

248.57

小计

539.81

生产费(万元)

立井提升

26137.88

斜井提升

29363.11

维护费(万元)

维护费(万元)

斜井

斜井

251.62

251.62

总计

费用

39547.77

费用

43907.38

百分率

111.2%

百分率

100%

方案Ⅲ

方案Ⅱ

基建费(万元)

立井

248.57

主立井副斜井斜巷

64.75

47.86330.27

小计

248.57

小计

442.88

生产费(万元)

立井提升

26137.88

斜井提升

15769.08

立井排水

13161.32

斜井排水

9538.26

小计

39299.2

小计

25307.34

维护费(万元)

斜井

135.21

总计

费用

39547.77

费用

25885.43

百分率

152.78%

百分率

100%

建井工程量

项目

方案Ⅰ

方案Ⅱ

 

初期

主斜(立)井(米)

580+20

830+20

副斜井(米)

355+5

500+5

井底车场(米)

1000

1000

运输与轨道大巷(米)

4700*2

9400*4

上下山(米)

3000*4

回风立井(米)

2*(180+320)

180+320

 

后期

井底车场(米)

1000

1000

斜巷(米)

3100*2+5

2100*2+5

运输与轨道大巷(米)

4700*2

9400*2

回风立井(米)

2*500

500

上下山(米)

3000*4

 

生产经营工程量

项目

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