阳泉市上社煤矿12#煤层初步设计大学论文Word文档格式.docx
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2014年6月17日
毕业设计（论文）任务书
毕业设计（论文）题目：
上社矿井初步设计（8#煤层）
毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：
毕业设计要求：
毕业设计是采矿工程专业最后一个教学环节，其目的是使学生运用大学阶段所学的知识联系矿井生产实际进行矿井开采设计，并就本专业范围的某一课题进行较深入的研究，以培养和提高学生学习分析和解决实际问题的能力，是学生走上工作岗位前进行的一次综合性能力训练，也是对一个未来采矿工程高级工程技术人才的基本训练。
毕业设计主要是实习矿井的开采设计,即假拟实习矿井为为开发井田,按其原始条件进行新井初步设计。
为了培养学生能力，并考虑教学要求、时间、学生现有实际水平等因素，其某些要求与设计院进行的矿井设计有所区别，巷道布置、采煤方法、通风安全等都要借鉴矿井生产以来的经验。
有些部分则加以必要的简化或删减，从而使同学能够从理论和实践相结合，对整个矿井的开拓生产形成清晰正确的认识。
通过半年的毕业设计，使同学们对大学所学的知识能够有个更全面、更清晰的认识，使同学们走向社会后能够成为模范带头人，能够成为社会的栋梁。
应交出的设计文件（论文）：
毕业设计说明书《南岔煤矿矿井初步设计》
图纸七张包括：
1、井田开拓平面图（1:
5000）
2、井田开拓剖面图（1:
3、井筒、巷道断面图（1:
50）
4、回采工作面工艺图（1:
100）
5、采区巷道布置及采掘机械配备平面图（1:
2000）
6、采区巷道布置剖面图（1:
7、通风立体示意图（容易时期）（示意）
摘要
本次设计是阳泉上社煤炭有限公司8号、12号煤层，设计图纸共七张，说明书共十章。
根据采矿工程的需要和特点，重点设计为第四、七、九章，其他如井底车场、井下运输及提升设备仅做一般的选型计算。
阳泉市上社煤炭有限责任公司井田位于阳泉市盂县南娄镇北上社村南，县城西南12km，地处沁水煤田北部，地理坐标为北纬37°
58′44″～38°
00′45″，东经113°
16′57″～113°
21°
09″。
该井田东西长5.5km，南北宽3km，面积12.6854km2。
盂-寿公路由井田的北界通过，并与阳-盂公路相连接，盂-寿公路目前只承担着南社、南上社等附近几个小煤矿的煤炭外运任务，各矿产量低、动量小，公路运力有余。
可承担本矿井煤炭外运任务，另外，本矿南距石-太铁路阳泉站40km，亦可经铁路将煤炭运往全国各地。
煤炭交通外运条件好。
井田煤层产状基本是一东—西走向，向南倾伏的单斜构造，局部略有起伏，井田内地层比较平缓，倾角一般3～5°
，局部可达14°
。
井田内尚未发现有断层、陷落柱分布。
井田构造属简单。
8号，12号煤原煤灰分较低，硫分也较低。
经洗选后，灰分均有较大幅度降低。
经在附近煤矿采样试验，8号，12号煤层均属于中等可选。
经矿方提供的井下实测数据12号煤层矿井瓦斯绝对涌出量1.17m3/min，相对涌出量2.25m3/t，二氧化碳绝对涌出量为1.96m3/min，相对涌出量为3.80m3/t，属瓦斯矿井。
本井田划分为4个采区，采用立井开拓方式，回采工艺采用综放，采煤方法采用放顶煤采煤法，采用“四六制”作业制度。
工作面的设备有双端可调双滚筒采煤机、液压支架、可弯曲刮板运输机、破碎机、转载机等。
顶板管理采用液压支架，采空区处理采用全部跨落法。
本矿井设计年产量为150万吨，采用一套综放设备来满足产量的要求。
矿井运输大巷采用皮带运输作为主运输，采用无极绳连续牵引车作为辅助运输。
矿井通风采用轴流式扇风机、抽出式通风，通风方式为中央并列式。
关键词：
低瓦斯；
立井开拓；
放顶煤。
第一章井田自然概况
第一节井田自然概况
一、交通位置
1、井田位置
该井田东西长5.5km，南北宽3.5km，面积12.6854km2。
2、交通
二、矿区地形与气象
1、地形
井田位于太行山西翼，系舟山南侧，属低山丘陵地貌，地表经长期风化侵蚀，沟谷纵横，梁岭绵延，地形比较复杂，其总的地势为南高北低，地形最高点为西南部山梁处，标高+1399m，最低点为北部秀水河河床处，标高+1050m，地形最大相对高差349m。
2、气象
井田位于太行山区，属温带大陆性气候，冬春寒冷，干燥多风，夏秋炎热，多雨潮湿。
年平均气温8.7℃；
1月最冷，最低气温-20.5℃。
7月最热，最高气温37.5℃。
7、8、9月为雨季，年平均降水量为585.9mm，年平均蒸发量为1873.8mm，为平均降水量的3倍。
霜冻期为9月下旬至翌年4月下旬，全年无霜期157天，最大冻土深度0.88m。
3、地震
阳泉盂县的抗震设防烈度为七度，设计基本地震加速度为0.10g。
4、矿区经济状况
农业上以种植业为主，主要种植玉米，兼有谷子、豆类和薯类。
近年来，随着农村经济结构调整步伐的加快，全镇的畜牧养殖业保持了较强的发展势头，出现了具有一定规模的养猪、牛、羊、鸡专业户，其中有秋林村林泉养殖专业合作社、西湾养殖专业合作社、芦芽沟养殖专业合作社等
工业上，境内矿产资源丰富，有黄沙、蛭石、铁矿等矿产，其中黄沙储量最多，且沙质好，硬度高、含土量少，素有“沙乡”之称，分布上社保恩黄沙加工厂、黄沙口保恩黄沙加工厂、上社三朱黄沙售销点、南北河振海黄沙加工厂、西湾上社学先黄沙厂、中北红青黄沙加工厂、中南双柱黄沙加工厂、宋家庄伟伟黄沙加工厂、上社贵双黄沙加工厂、宋家庄院生黄沙加工厂、上鹤山金牛洗沙厂、金源沙矿厂、黄沙口庙湾黄沙加工厂、金坡粉沙厂、肖家汇会明黄沙加工厂、盂县上社“一九”黄沙加工厂、上社黄沙厂等私营沙厂。
主要工矿业有跃华物资有限公司、南北河振海黄沙加工厂、车轮选矿厂、吉山选矿厂、金源沙矿厂、盂县华行选矿厂等私营企业。
随着全国能源、原材料市场的趋紧、黄沙、铁矿市场的升温，我镇工业经济进入了一个又好又快发展的新时期，形成了集体、股份、私营、个体等经济类型并存的工业经济新格局。
5、矿区供水情况
上社矿现有自备水源井6眼，分别是下平房水源井（3号）、水塔水源井（14号）、西风井水源井（15号）、南风井水源井（26号）、34号家属楼南水源井（28号）、32号家属楼东水源井（1号）。
6个水源井全部采用深井潜水泵吸取中奥陶统深层水作为永久水源，日均取水量约为8000m2，年提水量约为292万m2。
根据阳泉城市水环境监测中心分析测试结果报告单，除西风井总硬度、硫酸根稍高以外，其余测定项目全部符合GB5749－85生活饮用水标准。
各水井情况详见下表。
表1－1－1上社矿水源井情况一览表
编号
水源井位置
涌水量
m3/h
近期取水量（m3/h）
成井时静水位
（m）
近期静水位（m）
水位升降（±
m）
3
下平房
90
110
121.78
167.34
44.56
14
水塔
60
152.50
181.30
28.80
15
西风井
62
213.80
238.30
24.50
26
南风井
74
276.55
297.60
21.05
第二节井田地质特征
一、井田地质概况
井田位于阳泉市盂县南娄镇北上社村南，县城西南12km，地处沁水煤田北部。
2、地层
根据钻孔及地表出露情况，井田内沉积地层自下而上依次有：
①中奥陶统峰峰组（O2f）
埋藏于井田深部，为煤系之基盘，主要为厚层海相石灰岩，岩性坚硬，致密，顶部常因铁质浸染而呈淡红色。
②中石炭统本溪组（C2b）
平行不整合于下伏奥陶系灰岩侵蚀面上，为一套海陆交互相沉积，底部为褐黄色，赤红色山西式铁矿，多呈鸡窝状或扁豆状分布，铁矿层之上为浅灰色G层铝土泥岩及灰、灰黑色砂质泥岩、泥岩，中细砂岩和石灰岩，夹有1～2层不稳定薄煤层，本组厚度53.50m左右。
③上石炭统太原组（C3t）
连续沉积于本溪组之上，为一套海陆交互相含煤建造，井田主要含煤地层之一。
岩性主要由灰黑色泥岩、砂质泥岩、中细砂岩和3层石灰岩及5～6层煤层组成，底部以一层浅灰色细砂岩（K1）与本溪组分界，本组地层厚度97～125m，平均110m。
④下二迭统山西组（P1s）
连续沉积于下伏太原组之上，为一套碎屑岩含煤沉积，亦为井田为主要含煤地层之一。
岩性主要由灰、灰黑色泥岩、砂质泥岩和灰、灰白、灰绿色砂岩及3～5层煤层组成，底部以一层灰白色中粗粒厚层砂岩与太原组分界。
本组厚度45～63m，平均51.50m。
⑤下二迭统下石盒子组（P1x）
与下伏山西组呈连续沉积，为一套陆相碎屑岩沉积。
岩性主要由灰、灰黄、灰绿色泥岩、砂质泥岩与灰白、黄绿色砂岩组成，下部有时含1～2层薄煤线。
顶部夹一层浅灰、红紫等杂色铝质泥岩，俗称桃花泥岩。
底部以一层灰白色厚层中粗粒砂岩（K8）与山西组分界。
本组地层厚度120m左右。
⑥上二迭统上石盒子组（P2s）
连续沉积于下石盒子组之上，岩性主要为灰、黄绿、紫红色泥岩、砂质泥岩间灰白、黄绿色中粗粒砂岩组成，其中部砂岩带俗称狮脑峰砂岩，厚度可达35～50m，因坚硬不易风化，常形成砂岩陡坎，野外极易辨认。
本组底部以一层灰白色厚层中粗砂岩（K10）与下石盒子组分界，其上部多被风化剥蚀，最大残留厚度250m左右。
⑦第四系（Q）
不整合覆盖于下伏基岩之上。
主要为中上更新统黄土层和全新统冲积、洪积层，间或分布于井田各梁坡或较大沟谷中，厚度各处不等，一般0～30m左右。
二、地质构造
三、井田水文地质概况
井田内及其邻近主要河流为大林河，自西向东在井田北部边界附近流过，于盂县县城东汇入温河，属滹沱河水系。
该河属季节性河流，雨季水量增大，旱季水量微小，甚至断流，井田内其它沟谷平时基本干涸无水，唯雨季时才有洪水流泄。
该矿生活水源为深井奥灰水，生产、井下除尘水源利用处理达标的井下排水，可满足生活和生产用水需要。
1.井田含水层
1、奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层，埋于井田深部，据精查钻孔揭露，岩溶裂隙发育，漏水严重属强含水层，但水位较低，标高为+572.49m，各煤层底板均高于奥灰水水位，奥灰水对煤层的开采无影响。
2、太原组灰岩裂隙含水层：
赋存三层发育稳定的石灰岩，自下而上分别为四节石灰岩（K2）、钱石灰岩（K3）和猴石灰岩（K4），单层厚度1.10～7.20m，浅部岩溶裂隙较发育，据勘探报告资料，钻孔钻至该灰岩层段时，均有不同程度漏水现象，
尤以四节石灰岩段为甚，具有一定充水条件。
经D—122号钻孔抽水试验，单位涌水量为0.446L/s。
3、山西组砂岩裂隙含水层：
含有数层砂岩，尤以底界K7砂岩（第三砂岩）厚度最大，最厚可达18.50m，但据钻孔简易水文观测，钻至该层段时冲洗液消耗量无明显增大，砂岩裂隙发育程度差，含水性弱。
4、石盒子组砂岩裂隙含水层：
含多层中粗砂岩，特别是上石盒子组狮脑峰砂岩，最厚可达50m以上。
但由于大多处于侵蚀基准面以上，泄水条件好，含水性较弱。
5、第四系砂砾孔隙含水层，主要为北界附近的秀水河床，砂砾层厚度可达到20～45m，据勘探数据，D—122号孔于该层段出现涌水，涌水量0.38L/s，说明该含水层含有较丰富的潜水，为当地村民主要的生活和农用水源。
2.井田隔水层
井田隔水层主要为中石炭统本溪组泥质岩隔水层组，岩性由铝土泥岩、砂质泥岩和泥岩组成。
总厚度30m以上，岩性致密、细腻，具有良好的隔水作用。
此外，相间于各灰岩、砂岩含水层之间厚度不等的泥岩、砂质泥岩亦可起到层间隔水作用。
3.构造对水文地质条件的影响
井田位于上社-漆对掌背斜南翼，接近背斜轴部，含水层聚水条件差，井田内未发现大的断裂构造，上下含水层间较系弱。
总之，地质构造对井田水文地质条件的影响不大。
4.矿井充水因素分析
综上所述，井田水文地质条件简单。
矿井充水因素为煤层顶板以上砂或石灰岩含水层水沿构造和风化裂隙下渗，由于上述各含水层富水性均较弱，水量有限，只要及时抽排，一般不会对矿井构成大的威胁。
至于深部奥灰水，由于其水位低于可采煤层底板标高，加之又有本溪组隔水层阻隔，对矿井煤层开采无影响。
矿井充水的另一个因素为邻矿采空区积水。
井田周围有南、北上社等6个生产煤矿，在本井田相邻边界附近可能分布有采空区。
因此临近边界处开采时，应查清采空区范围，积水量和有害气体，采取相应防治措施，防止灾害事故发生。
5.矿井涌水量
该矿井下现涌水量一般12m3/h左右，雨季最大可达17m3/h，主要为顶板淋水，目前不会发生大的水害事故。
设计预计矿井生产能力达到1.5Mt/a，矿井涌水量为21m3/h～31m3/h。
为保证矿井安全，按正常涌出量23m3/h，最大涌水量为31m3/h设计。
第三节煤层特征
一、煤层赋存特征
井田煤层产状基本是一北东—南西走向，向南东倾伏的单斜构造，局部略有起伏，井田内地层比较平缓，倾角一般3～5°
8号煤层平均埋藏深度为450m，12号煤层平均埋藏深度为490米。
1、含煤性
井田内含煤地层主要为二迭系下统山西组和石炭系上统太原组，分述如下：
①太原组（C3t）
地层厚97～125m，平均110m，含煤5～6层。
含煤总厚度12.94m，含煤系数12%。
可分为三段。
下段：
由K1砂岩底至K2灰岩底，其顶部15号煤为井田内局部可采煤层。
中段：
由K2灰岩底至K4灰岩顶，本段含11号、12号、13号三层煤。
其中12号煤为井田内全区可采煤层。
上段：
由K4灰岩顶至K7砂岩底，该段含煤2层，分别为8号、9号煤层，其中8号煤层为井田稳定可采煤层。
本组为典型的海陆交互相含煤沉积，其中段三层稳定的海相石灰岩和上段的厚层砂岩均为良好的标志层。
②山西组（P1s）
地层厚度45～63m，平均51.5m，含煤平均总厚度2.14m，含煤系数4%。
上部岩性以灰-深灰色泥岩为主，下部以灰-灰白色厚层砂岩为主，间夹1～2层煤层。
2、煤层
井田内主要含煤地层为石炭系上统太原组和二迭系下统山西组，其中太原组地层，平均厚度为110.00mm，含煤平均总厚12.9m，含煤系数12%，山西组地层平均厚度51.50m，含煤平均总厚2.14m，含煤系数4%。
井田内山西组含煤3～5层，由于煤层较薄，均为不可采煤层。
太原组含煤5～6层，其中8、12号两层煤赋存稳定，为可采煤层。
其余煤层为局部可采或不可采煤层，现将可采煤层叙述如下：
8号煤层
位于太原组顶部，上距6号煤层10.83m左右，煤层厚度2.50～3.20m,平均3.00m，属稳定全区可采煤层，煤层结构较简单，顶底板均为砂质泥岩或泥岩。
12号煤层
位于太原组中部，上距9号煤层31.96m左右，属稳定全区可采煤层，煤层厚度
地层
煤层
厚度（m）
层间距（m）
结构
夹矸数
稳定性
可采性
顶底板岩性
最小～最大
平均
顶板
底板
C3t
8
2.50～3.20
3.00
28.50～46.80
38.82
简单（0）
简单0～1
稳定
全区
可采
砂质泥岩，泥岩
12
4.35～6.80
5.70
4.35～6.80m，平均5.70m，煤层结构较简单，顶底板均为砂质泥岩或泥岩。
详见表1-3-1可采煤层特征表
二、煤层围岩性质
1、煤层顶底板情况
井田内8、12号煤稳定可采，顶板多为泥岩、砂质泥岩等泥质岩类。
8号煤层局部为砂岩顶板，基本属软-中等坚硬，易垮落类顶板，特别是埋藏较浅处，受风化影响，岩质松软，不易管理。
经采样测试，泥岩顶板抗压强度为62.4MPa，抗拉强度为1.7MPa，泥岩底板抗压强度为69.5MPa，抗拉强度为2.5MPa。
2、瓦斯
根据矿方提供资料，2007年度矿井瓦斯等级鉴定结果为：
矿井绝对瓦斯涌出量为30m3/min，相对瓦斯涌出量为5.9m3/t，CO2绝对涌出量为0.91m3/min，相对涌出量为1.80m3/t，属低瓦斯矿井。
在建设和生产过程中，应加强对矿井瓦斯涌出量等方面的测试工作，并制定相应的技术安全措施，以保证矿井安全建设和生产。
3.地温、地压
根据阳泉矿区、邻近生产矿井及该矿井资料，8号、12号煤层井下未发现地温、地压异常现象。
应属地温、地压正常区。
第二章井田境界与储量
第一节井田境界
根据山西省国土资源厅颁发的1400000221581号《采矿许可证》和山西省煤炭工业局颁发的D040300007G2号《煤炭生产许可证》，阳泉市上社煤炭有限责任公司矿井位于阳泉市盂县南娄镇南上社村南，县城西南12km，地处沁水煤田北部，地理坐标为北纬37°
00′45″，东经113°
具体范围由以下8个拐点坐标联机圈定，井田境界拐点坐标见表2-1-1。
表2-1-1井田坐标表
标号
纬距（X）
经距（Y）
备注
1
4209489
19709500
2
4213000
19703980
4
4209446
该井田东西长5.5km，南北宽3.5km，面积19.6181km2。
井田附近没有大的断层、褶曲等地质构造，也没有河流、湖泊、国家铁路等划分井田边界的依据，该井田边界的划分主要是人为划分。
井田四周都有矿井，井田北部有上社二景煤矿、南上社煤矿、北上社煤矿和大贤煤矿，西部有寿阳方山煤矿，东部有王家湾振兴煤矿，南部为阳煤集团规划的七里滩矿井。
井田东部边界处有杨家沟村一个村庄。
第二节资源/储量的计算
1.矿井工业资源/储量
矿井工业资源/储量依据下式计算：
矿井工业资源/储量=（111+122）
根据煤矿资源储量核查地质报告及采矿许可证批准的开采深度对批准开采的8、12号煤层，资源储量重新进行了估算，井田内共求得内蕴资源/储量为253.198Mt
矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探煤层厚度和质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚，目前即可供利用的可列入平衡表内的储量。
ＺＣ＝ＳＭγ
式中ＺＣ——矿井工业储量，万吨；
Ｓ——井田面积，m2；
Ｍ——煤层厚度，m；
γ——煤的容重，t/m3
该矿井井田面积为19.6181km2,8号煤煤层平均厚度为3.0m，平均容重为1.42t/m3,因此，该矿井8号煤层的工业储量为：
ＺＣ＝ＳＭγ＝19.61×
3.0×
1.42=83.5731mt
12号煤层的平均厚度为5.7m，平均容重为1.39t/m3,因此，该矿井12号煤层的工业储量为：
ＺＣ＝ＳＭγ＝19.6181×
5.7×
1.39=155.4342mt
该矿井的工业储量为：
ＺＣ＝239.0073mt
2.矿井设计可采储量
矿井可采储量依据下式计算：
矿井设计可采储量=（矿井设计资源/储量－保护煤柱损失）×
采区回采率
要计算井田设计可采储量，首先要确定各种永久煤柱损失。
永久煤柱一般是指保护地面工业广场和井筒的工业场地煤柱，井下主要巷道的保护煤柱，井田境界和大断层两侧的井田境界煤柱和断层煤柱，以及保护地面建筑物、河流、铁路等而留设的保护煤柱等。
该矿井井田范围内没有河流、铁路，也无大的断层，只有少数陷落柱，范围也不大，可以忽略不作计算。
主要计算矿井工业场地保护煤柱、井下主要巷道的保护煤柱、井田边界保护煤柱和一个村庄的保护煤柱。
一、永久煤柱煤量
1.井田边界煤柱量的计算
该井田边界全长为18373.9m，留设煤柱宽度为20m。
因此，8号煤层的边界煤柱量为：
井田边界全长×
煤柱宽度×
煤层平均厚度×
煤的平均容重
＝18373.9×
20×
1.42=1.565mt
12号煤层的边界煤柱量为：
1.39=2.92mt
该矿井边界煤柱量为：
4.485mt
2.矿井工业场地/村庄保护煤柱量的计算
该矿井位于太行山西翼，地表经长期风化侵蚀，沟谷纵横，梁岭绵延，地形比较复杂，其总的地势为南高北低，地形最高点为西南部山梁处，标高+1399m，最低点为北部秀水河河床处，标高+1050m，地形最大相对高差349m。
经综合考虑，将工业广场布置在井田中部，地表标高为+1350～+1360m。
工业广场周围留有20m宽的保护带。
工业场地、井筒按Ⅰ级保护等级留设煤柱，村庄按Ⅲ级保护等级留设煤柱，然后按表土和基岩厚度（表土移动角45°
，基岩移动角72°
）计算保护煤柱。
8号煤层保护煤柱量＝煤柱面积×
煤的平均容重＝840×
780×
1.42=2.79Mt
12号煤层保护煤柱量＝煤柱面积×
煤的平均容重＝870×
850×
1.39=5.86Mt
该矿井工业场地保护煤柱量为：
8.65Mt
煤的平均容重＝400×
550×
1.42=0.9372Mt
煤的平均容重＝426×
576×
1.39=1.944Mt
该矿井村庄保护煤柱量为：
2.8812Mt
3.井下主要巷道保护煤柱量的计算
式中：
S2.3.5上、5——巷道保护煤柱的水平宽度，m；
H——巷道的最大垂深，m；
M——煤层厚度，8号煤为3.0m，3号煤层为5.7m
F——煤的强度系数
31.11
38.08
该矿井井下布置有三条大巷，分别为轨道大巷、运输大巷和回风大巷。
三条巷道之间都留有30m的保护煤柱，巷道长度为5500m。
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