煤矿开采学课程设计指导书安全工程专业45页文档资料Word下载.docx
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说明
一、本设计为采区设计，本大纲参照一般实际采区设计，说明书编制章节的顺序，结合教学要求进行编制，仅供本次课程设计作为内容提要和说明书章节编制顺序参考用。
二、当煤层倾角为近水平时，“采区”名称可称为“盘区”或“带区”（倾斜长壁法）。
前言
一、目的
1、初步应用《矿井开采》课程所学的知识，通过课程设计加深对《矿井开采》课程的理解。
2、培养安全工程专业学生的动手能力，对编写采矿技术文件，包括编写设计说明书及绘制设计图纸进行初步锻炼。
3、为毕业设计中编写毕业设计说明书及绘制毕业设计图纸打基础。
二、设计题目
老师给你们的题目。
三、设计内容
第一章采区地质特征
第一节采区概况
采区位置、境界、开采范围，与邻近采区关系，与地面关系、采区内煤系产状，可采层厚度等。
第二节地质情况及可采煤层情况
采区地质构造、开采煤层特征（厚度、倾角、煤质、夹石、层间距、顶底板岩石特征等）、瓦斯、煤尘、煤的自燃性，井上下及采区水文地质条件，上部及浅部开采情况等。
第三节采区储量
说明：
本节可以采用列表的形式
采区储量计算表
煤层编号
投影面积（m2）
倾角（度）
实际
面积（m2）
煤厚（m）
容重（t/m3）
工业储量（t）
煤层采区回采率（%）
可采储量（t）
备注
17#
11°
3.17
1.45
19#
3.53
1.50
合计
注：
这里所列表格为参考格式，设计说明书内正式表格应按此表格式以一页篇幅绘列。
第二章采区生产能力及服务年限
第一节采区生产能力的确定
采区生产能力根据地质条件、煤层生产能力、机械化程度和采区工作面接替关系等因素确定，当用综采时，一般为80～120万t/a；
高档时，一般为50～90万t/a；
普机时（包括高档）一般为40～75万t/a；
炮采时，一般为10～50万t/a。
第二节采区服务年限
为了保证采区均衡生产，采取服务年限应在3～5年以上比较合理。
第三章采区巷道布置
第一节采区巷道布置方案的选择
一、采区上（下）山的位置、数目和用途，采区联合形式；
二、区段平巷的布置方式（有无煤柱护巷、数目、位置、是否设集中巷及集中位置等）；
三、煤层间、厚煤层分层间的联系方式；
四、采区上、中、下部车场型式选择。
第二节采区生产系统综述
运煤、运料及徘矸、通风、行人、动力供应（包括电力和压风）排水、等系统。
第三节采区回采工作面配备和生产能力验算
一、计算回采工作面产量；
二、确定采区内同时回采工作面数目；
三、备用回采面及掘进头的设置；
四、采区生产能力验算。
第四节开采顺序
论述煤层间、分层间、区段间、条带间的开采顺序及参数。
第五节采区准备工作及组织
一、采准工作：
选择确定采区巷道断面形式、尺寸、支护方式。
二、回采工作面接续安排
按合理配采的原则排出：
“回采工作面接替表”。
三、采区巷道掘进顺序：
列出：
“巷道施工顺序表”。
第四章采煤方法及工艺设计
第一节设计回采工作面概况
阐明该面煤层的赋存情况、煤质和种类、节理和层理的发育情况；
瓦斯、煤尘、爆炸性和自然发火情况；
顶底板性质，回采范围内地质构造和水文情况。
第二节采煤方法选择
根据煤层的埋藏条件：
如倾角、厚度、顶底板岩性及地质构造等，以及技术设备条件和发展趋势等进行分析论证，提出技术、经济上合理可行的采煤方法。
（包括采煤系统及回采工艺）。
第三节采区（或盘区、分区）参数选择计算
一、采区斜长及走向长
采区走向长根据地质条件、技术可能性、经济合理性等因素综合分析后确定。
倾斜长壁法分区还应考虑集中装运、通风、供电、排水的合理范围等技术经济因素。
二、回采工作面长度、形式
由地质条件、回采工艺方式、运输设备、管理水平、顶板管理能力、采区斜长等综合考虑予以确定。
三、煤柱尺寸
参阅《开采方法》及《设计规范》等。
四、区段斜长和数目的确定
采区走向长壁法时，根据工作面长、区段平巷宽度、护巷方式及煤柱尺寸计算区段斜长，按区段斜长和采区斜长确定区段数。
五、采用倾斜长壁法时的条带数、推进长度及方向、通风方式等。
第四节回采工艺的确定
一、截煤方式：
机械落煤应选择落煤机械型号及规格，并确定工作方式。
二、运煤：
运输机械选择、铺设和移置方法。
三、支架：
确定采场支护方式、支架材料或型号规格、支护密度、支架的规格尺寸、特种支架的架设和支护的要求。
四、顶板管理：
顶板管理方法，确定最大、最小控顶距、放顶步距、放顶回柱方式及所用设备等。
第五节循环方式、作业形式的选择及循环图表的编制
一、工作面作业方式；
二、绘制循环图表：
循环作业图。
结论
通过本次设计，重点学习和掌握了如下内容：
（1）设计采区的工程地质特征总结（工程地质特征评价、储量评价等）
（2）设计采区生产能力和服务年限总结
（3）设计采区巷道布置总结
（4）设计采区采煤方法和采煤工艺总结。
最后可以略微谈一下学习《煤矿开采学》的感受。
内容编制及绘图要求
一、设计内容和说明书编制主要要求
一、采区方案的确定必须提出两个以上的方案，用方案比较法（技术比较）进行。
二、采区方案和采区内局部方案（如上山数量、层位）在确定过程中应进行必要的论证，主要的和较大的方案应配以插图和表格等辅助形式说明。
三、设计的主要依据应写出，凡涉及计算的问题应将计算的公式列出，代入有关数据，直接得出结果。
计算结果应填入有关表格的不应遗漏。
一、说明要求文字简明通顺，缮写清晰整洁，说明书每章开头均从新的一页起。
二、说明书内容的顺序建议为：
1）目录；
2）设计任务书（即设计题）；
3）正文；
4）附表；
5）小结。
二、绘制设计图要求
一、本设计要求绘制正规设计大图两张：
（一）采区巷道布置及机械设备配置平面图
（二）采区巷道布置剖面图
二、绘图要求：
（一）采区巷道平面布置图投影在最上或主采煤层底板等高线图上，用相应图幅绘制。
剖面图视具体情况选用图幅，以图形清楚、摆布恰当为原则，所有大图标题栏按下面统一格式绘制：
设计制图
（姓名）
（日期）
16
8
32
（图名）
指导教师
评阅
比例
图号
（校、系、班级名称）
20
（二）、采区巷道布置及机械设备配置图（平、剖面）应按下列要求绘制：
①绘制所有点、线、符号应符合煤炭部统一标准：
②必须使用标准惯用图例，所用到的图例必须绘在相应的图上；
必须标注必要的尺寸（采区参数、巷、采面等长度及参数尺寸）；
中文字体采用长仿宋体，采用国家公布实施的简化汉字。
巷硐等图标可视具体情况直接用细实线引出注上或编号后在图幅内顺序列出
附：
课程设计题目
安全工程专业10级采矿课程设计题目
第一组（安全1班前15名或14名同学，建议采用炮采放顶煤开采工艺。
）
特别说明：
按照低瓦斯标准进行采区设计。
地质基础资料：
第一章井田概况及地质特征
第一节井田概况
一、井田位置、交通
新密市牛店乡下庄河煤矿位于郑州市西南35km、新密市以西6.5km处。
行政区现隶属新密市牛店镇。
郑（州）——临（汝）公路从井田中部穿过，荥（阳）——密（新密市）公路从井田的东部通过，在下庄河和郑——临公路交汇，交通十分便利。
该矿属于娘娘庙井田，四周有永昌煤矿、娘娘庙煤矿、郭湾煤矿。
具体详见图1－1交通位置图。
二、自然及经济地理
本矿区地面属平原阶梯地带，地面起伏不平。
第四纪黄土覆盖全区，冲沟较为发育，有利于大气降水的排泄，地面标高为＋230m～＋250m。
本区属大陆性干旱气候，夏秋两季炎热少雨，冬春低温干旱，年平均气温14.3℃，最高气温41.8℃，最低气温－14.7℃。
年平均降雨量400～800mm，平均蒸发量1400mm，雨量多集中在7、8、9三个月，全年多东北风，风速一般3～4m/s，土地冻结深度5～8cm。
本区地震烈度为六级。
矿区农业以粮食作物为主，欠发达。
矿区附近小煤矿星罗棋布，以矿产资源为依托的沙、石、水泥、耐火材料、陶瓷业等建材工业发达，经济活跃。
图1－1矿区交通位置图
三、矿井的开发历史及现状
娘娘庙井田内过去已兴建年生产能力三万吨以下的小煤矿三个，均建于井田浅部及－50水平以上，北部有娘庙煤矿，南部为永昌煤矿，国有煤矿为郭湾煤矿。
该井田北以张湾正断层为界，北部为郑煤集团米村煤矿东翼采区；
西部为娘娘庙煤矿，南部为郭湾煤矿。
在娘娘庙井田的南部为郑煤集团王庄煤矿和城关镇煤矿井田范围。
第二节地质特征
从区域构造位置来看，本井田处于嵩山背斜东段五指岭——白寨背斜（当地俗称荥密背斜）南翼，新密复南斜北翼两端。
井田南、北、西三面被断层切割成为自然边界，该井田的东部为二1煤层露头线为界。
矿区内褶曲不发育，断裂构造除边界断层外，根据附近小煤矿生产中的揭露情况，有小断层存在。
一、地层
本井田煤系地层为石炭～二叠系，煤系基底为奥陶系，煤系盖层为第四系。
现由老至新分述如下：
（一）奥陶系（O）
井田内仅存在中奥陶统（O2），缺失上奥陶统（O3）和下奥陶统（O1）。
中奥陶统（O2）主要由灰岩、深灰色隐晶质灰岩，角砾状灰岩组成，中间夹有花斑状白云质石灰岩，其底部常见灰黄色薄～中厚层泥质白云岩，白云质灰岩中夹薄层钙质泥岩等。
本统厚度80m左右。
（二）石炭系（C）
该矿区地层缺失下石炭统（C1）。
1、中石炭统（C2）
主要由铝土质泥岩、铝土矿组成，中夹薄层泥岩，其底部有一层厚度不均底褐铁矿砂层，厚度6～8.9m，与下伏中奥陶马家沟组为不整合接触。
2、上石炭统（C3）太原组（C3t）
主要由深灰色石灰岩、砂岩、泥岩及煤层煤线组成。
其中石灰岩在本区有八层，自下而上编号为L1～L8，灰岩中富含海相生物化石（如蜓、珊瑚等）及燧石结核、燧石条带。
煤层共八层通称一煤组，煤层编号为一1～一8，其中一1煤层普遍可采。
本统厚度77m。
（三）二叠系（P）
根据井田内9～10钻孔揭露实际资料，仅存在有下二叠山西组（P1s）（按照目前煤田地质随地层划分）和下石盒子组（P1）等组成，下部含煤一层，俗称大煤，为本区二煤组第一层，编号为二1煤层。
该煤层（二1煤层）9～10钻孔实际揭露厚度5.6m，为本区主要可采煤层。
本组厚度60.52～70m（9～10钻孔实际揭露），上石盒子组（P1x）与下伏上石炭统太原组为整合关系。
（四）、第四系全新统（O3）
主要由红色粘土夹砾石等沉积物组成。
具有隔水性，井田内厚度54.18～92.4m。
（五）第四系更新统（O4）
该层下部为砾石层，未固结或固结程度不好，砾石直径2～15cm不等，大者可20cm左右。
砾石形状多为次圆～次棱角状。
厚度7～15m。
上部为黄土，其中夹有钙质结核。
厚度7～10m。
二、构造
本井田整体为一单斜构造，地层走向北西320°
，倾向南西，倾角10～22°
，北缓南陡，井田内构造比较简单，从生产小矿井工程揭露所见褶曲不发育，有时见有小断层，落差不大于15m。
井田中周边断层有：
1．张湾断层
位于井田北部，为本井田与米村井田自燃边界，断层产状为：
走向南西240°
，倾向北西，倾角60°
，落差160～260m，为南东盘上升，北西盘下降底正断层。
2、前高村断层
位于井田南部，在娘娘庙村以西425m处与张湾断层相交，为本井田南部边界断层。
断层形状为：
走向近于东西，倾向北，倾角55～66°
，落差110m左右，为一南盘上升，北盘下降的正断层。
三、煤层及煤质
1、煤层：
本井田主要开采煤层为二叠系的山西组二1煤层，埋深为60～185m。
该煤层在本井田内赋存较稳定，经实际生产揭露煤层走向东北西南，倾向295°
，倾角平均为15°
，基本呈一单斜构造，结构简单，没有夹矸，层位稳定，全区可采，煤层厚度为4.13～8.9m，一般5.2m左右。
2、煤质：
二1煤在井田范围内为低硫、低磷的无烟煤，可作工业用煤和民用煤。
煤质工业分析如下：
二1煤层原煤水分4％；
灰分7.3％～12.0％，平均为14.55％；
干燥基灰挥发分15.8％～17.4％，平均为16％；
全硫含量0.3％～0.4％，平均为0.31％；
干燥基高位发热量27.2MJ/Kg，CRC为1～2；
煤的容重为1.4T/M3。
四、井田水文地质条件
1、地表水：
从井上下对照图上可以看出，矿井的北部有双沟河，该河流属于常年性河流，在汛期河涨水时，附近矿井有水量增大的现象，也是矿方特别注意的一点。
2、第四系砂砾石潜水：
该含水层受地形切割破坏影响，发育不连续，砂砾石含水层下有厚粘土、砂砾粘土隔水层，且距二1煤层较远，故对开采二1煤层不会产生大的影响。
3、二1煤层顶板砂岩承压裂隙水：
二1煤层直接顶板含水层由细、中粒砂岩组成，岩性致密，裂隙步发育，补给水源不足，含水性弱，据矿井生产实践，含水量以顶板淋水形式为主。
4、二1煤层底板岩溶裂隙承压水：
底板直接充水含水层与煤层之间一般有厚11m左右的泥岩隔水层，通常可阻隔底板水进入矿井，但对隔水层变薄地带，应加强矿井水文地质工作。
5、老空区储水：
由于该矿周围小煤矿较多，如永昌煤矿、娘娘庙煤矿、郭湾煤矿等，井下巷道难免互相贯通，所以该矿在进行开采时要做好探放水工作，严防老空水涌入矿井，造成淹井事故。
5、矿井涌水量：
考虑到近年来新密地区地下水位大幅度下降（普遍下降30余米）及井田内现有生产矿井的实际涌水资料，确定下庄河煤矿正常涌水量为15m3/h，最大涌水量为75m3/h。
五、矿床开采技术条件
1、煤层顶底板
二1煤层伪顶：
局部发育有不足1m的炭质泥岩伪顶，岩性松软，随采随落。
二1煤层直接顶：
为深灰色砂质泥岩、泥岩，间或有细砂岩和中粒砂岩，平均厚度16.97m，岩石级别为4～5级，内摩擦角为63°
26′～71°
33′，普氏硬度系数2～3；
垂直抗压强度202～252Kg/cm2，抗拉强度24.6～53.4Kg/cm2；
该层在井田北部局部缺失。
二1煤层老顶：
为含云母多的细中石英砂岩，平均厚度5.37m，内摩擦角为82°
53′～84°
48′，普氏硬度系数8～11；
垂直抗压强度811～1059Kg/cm2。
二1煤层直接底板：
多为砂质泥岩，厚度5.37～6.47m，层理比较明显，结构不甚紧密，内摩擦角为68°
40′，普氏硬度系数8；
垂直抗压强度81Kg/cm2，抗拉强度66Kg/cm2；
老底为上石炭统L7+L8灰岩，总厚度9.5～11m，L3灰岩距离二1煤层底面7m左右。
2、瓦斯、煤尘、地温及煤层的自燃发火
1）瓦斯：
根据井田西部毗邻矿井（郑煤集团王庄矿）实测资料，瓦斯相对涌出量为7.6m3/日，属于低沼矿井。
2）煤尘：
煤尘爆炸指数为11.45％，统成煤矿17.5%，煤尘具有弱爆炸性。
3）煤层的自燃发火：
根据新密地区生产矿井资料，本区二1煤具有自燃发火性，自燃发火期为6～12个月。
4）地温：
本地区年平均气温14.1°
，平均地温剃度为3°
/100m，属于地温正常区。
六、井田地质勘查程度及评价
1、井田地质勘查程度及评价
本矿井田属娘娘庙井田，与新密煤田米村井田南部外围相连，属于芦店找矿区北部二1煤层露头附近。
芦店找矿区曾由原中南煤田地质局125地质队从五十年代末开始在本区进行找矿地质勘探，其勘探方法是地质调查、钻探的方法，受当时特殊历史条件的影响，当时勘探程度较低。
从七十年代后期开始，本区曾由河南省地质局地质二队在此进行普查勘探，后因故中途停止。
2019年矿井进行生产补勘，投资打了一个钻孔。
近几年来由于小煤矿发展较快，在矿井的周围开办了许多小煤矿，矿区西部煤层露头附近的小煤矿曾星罗棋布，通过煤矿的生产揭露井田的地质构造及煤层厚度与当时勘探时期发现的地质构造及煤层厚度基本一致。
2、井田地质勘查可靠程度评价
如上所述，本矿井田在过去的几十年内曾先后进行过找矿、普查、勘探、地质工作程度不够系统和完整。
但随着下庄河煤矿及周围小煤矿的开采，特别是郭湾煤矿、娘娘庙煤矿等其他井筒开采深度已达到井田深部边界＋80水平，从生产揭露资料看，煤层埋藏稳定，开采技术条件清楚，因此，勘查程度是可靠的。
要求首先划分采区，并进行矿井首采区设计。
图中把主要开拓巷道已经部署完毕，需要同学们完成采区设计工作。
第二、三、四、五、六（安全2班三四组（分别作13采区二1、一1煤层采区设计）；
安全3班五、六组（分别作12采区二1、一1煤层采区设计）；
安全1班后14名（二组）（作华泰煤矿11采区二1煤层采区采区设计）
特别注意：
二1煤层按照高瓦斯采区进行设计；
一1煤层按照（低）瓦斯采区进行设计。
第一章2矿井概况
§
12.1井田概况
2.1.1位置与交通
本井田南距大峪沟镇5km，西北距巩义市12km。
310国道从大峪沟镇通过，陇海铁路和开（封）～洛（阳）高速公路从北部约6km通过。
大峪沟—高山沥青公路从区内中部通过，区内各村庄之间均有沥青公路及简易公路相通，交通十分便利，见图2-1。
图2-1交通位置示意图
2.1.2地形地貌
区内地势总体上呈东高西低，南高北低，中部沟谷发育且低凹。
区内最高点为付山，海拔+664.9m，最低点在致富沟入口，海拔+212.0m，相对高差452.9m。
全区沟岭相间，纵横交错，沟谷多呈“V”字型，山脊多呈鱼脊状和馒头状，地形切割严重，呈侵蚀低山丘陵地貌景观。
2.1.3地表水系
矿区内仅在西部有一条河流，即东泗河，属黄河流域伊洛河水系，发源于南部山区，流向西北，在站街镇东北汇入伊洛河，经神北横切邙岭注入黄河。
该河为季节性河流，以排洪为主，由于附近各煤矿排水的注入，现为常流不断的小溪。
该河上游筑有凉水泉水库，位于大峪沟井田19勘探线附近，是本区主要地表水体。
据现有资料显示，其蓄水面积1067m2，水深1.5m，库容16008m3，为小型塘坝，以拦、蓄洪水，农田灌溉为主。
2.1.4气象
本区属暖温带大陆性半干燥季风气候，春秋季干旱且多风，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥少雨雪。
据巩义市气象站资料，各种气象要素如下：
①气温：
最高气温为43º
C，最低气温为-15.4º
C，年平均气温为14.6º
C。
②蒸发量：
该区蒸发量较大，年平均蒸发量为2136.4mm。
③降雨量：
降雨量少而集中，年平均降雨量为583mm，一般集中在7～9月份，约占全年降雨量的70％。
④冻土深度：
11月中旬开始降雪、冰冻，最大积雪厚度21cm（1972年12月），最早霜冻时间为10月份，最大冻土深度为22cm（1977年1月），年最长霜冻期60天，年平均霜冻期43天。
⑤一般风速3.4m/s，最大风速20m/s。
2.1.5地震
根据《河南地震历史资料》记载，荥巩一带曾发生过40余次地震，其中破坏性较大的是公元119年3月10日的汜水（并入荥阳市）地震，震中在洛阳附近，烈度为八度。
距今最近的一次是1973年12月14日发生在巩义的3级有感地震。
上述历次地震对本区均有波及。
据《抗震设计规范》（GB50011--2019）及历年发生的地震资料，本区震级为5级，地震烈度按7度设计。
22.2井田地质特征
2.2.1地层
本区为低山丘陵地形，基岩大面积裸露。
井田内出露的地层有第四系、第三系、三迭系下统、二迭系、石炭系中、上统、奥陶系及寒武系。
现将地层由老至新分述如下：
1．寒武系（∈）
出露于井田南部,井田内唯有2601孔揭露，厚度18.87m，岩性为白云质灰岩，全层厚度不详。
2．奥陶系中统马家沟组（O2）
该组地层多分布在白窑、薛庄、宋沟、南沟、竹林沟、丁烟及刘家一带。
顶部为深灰色石灰岩与泥岩互层，隐晶质结构，中厚层状，局部夹灰黄色钙质泥岩薄层，其下为厚层石灰岩，隐晶质结构，质地均一，局部可见暗紫红色的薄层泥灰岩，溶洞发育，下部为含泥质的白云质灰岩或白云岩与泥岩互层，地表实测厚度为148.40m，东部邻区厚度为237.07m，而井田内钻孔揭露最大厚度151.70m（3103孔）。
本区缺失下奥陶统（O1），与下伏寒武系地层呈假整合接触。
3．石炭系（C）
井田内仅有上统太原群及中统本溪群:
（1）中统本溪群（C2）
该群地层分布在马蹄沟、马沟、宋沟、竹林沟及瓦窑南一带。
由灰色至深灰色豆状或鲕状铝土岩、铝土质泥岩组成。
据417队钻孔资料，铝土矿层多位于该群地层的中上部，称为K4矿层带，自西向东矿层带层位有自上向下迁移的趋势，靠近底部多为赤红色的褐铁矿及赤铁矿。
该群地层厚度为3.57～33.69m，平均厚度为7.31m。
与下伏地层呈假整合接触。
（1）上统太原群（C3）
该群地层多展布于钟岭、大峪沟、刘沟南、解放村一带。
主要由石灰岩、泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩、煤及砂岩组成。
依据岩性组合特征可分为三段：
上部
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