采矿工程毕业设计大雁矿区四矿12Mta的新井设计Word文档下载推荐.docx
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本区属亚寒带大陆性气候，冬季漫长而寒冷，春季干燥风大，夏季湿润短促，秋季气温骤降，年降雨量小，蒸发量大，年平均降水量为345.2mm，年平均蒸发量为1314.7mm，年平均气温为-3.1℃,最低气温为-46.7℃，最高气温为+36.5℃，年平均风速为2.9m/s，最大风速为23m/s，风向多为西北，降雪期为每年9月到翌年的5月中旬，结冻期为每年10月至翌年4月末，冻结厚度一般在3m左右，并有岛状永久冻土层。
本地区地震动峰值加速度（g）为0.05，对照地震裂度为6度。
1.2地质特征
1.2.1矿区范围内的地层情况
大雁煤田位于新华夏系第三隆起带（大兴安岭隆起带）的西坡，第三沉降带的东缘，在海拉尔盆地的五九—南屯凹陷中段，大雁煤田为一向斜构造，即大雁—扎尼河向斜。
向斜轴的方向为N40°
～80°
E，倾向北西，倾角15°
～30°
。
向斜的浅部比较陡，一般倾角在15°
～20°
，中部略缓，深部平缓，呈一向北西倾斜而为断裂所破坏的单斜构造。
区内出露地层主要为古生界泥盆系上统大民山组（D2d）的蚀变安山岩、酸性熔岩、薄层凝灰岩、凝灰质砂砾岩；
中生界白垩系下统龙江组（K1l）的下部中酸性熔岩段、上部凝灰碎屑岩段，梅勒图组（K1m）的酸性熔岩和碎屑岩、大磨拐河组（K1d）的凝灰碎屑岩、泥岩、砂岩、煤层及伊敏组（K1y）的泥岩、粉砂岩及煤层；
新生界第四系（Qh）的松散沉积物。
本区域地层时代、厚度、岩性及化石属种等情况，详见“表1-1区域地层一览表”。
界
系
统
组
符号
厚度
（m）
岩性变化情况
新
生
第
四
海拉尔组
Qh
6-57
上部为黑色腐植土和黄色风成砂，下部为粘土，亚粘和砂砾。
中
白
垩
下
伊
敏
K1ym
33-250
主要为泥岩和粉砂岩，夹细、中、粗砂岩、煤层及碳质泥岩。
与下部地层整合接触。
大
磨
拐
河
K1d
20-220
为主要含煤组，含4个煤层，编号为：
27、31、32、36煤层。
梅勒图组
K1m
50-370
上为泥岩、砂岩和薄煤层，中为中基性熔岩，下为泥岩夹玄武岩和薄煤层。
龙
江
K1lj
50-120
上部为凝灰碎屑岩，下部为中酸性熔岩。
古
泥盆系
上
泥盆统
民
山
D3d
不详
主要为蚀变安山岩、酸性熔岩、薄层凝灰岩、凝灰质砂岩。
表1-1区域地层一览表
区域内构造以断裂为主，地层基本是单斜状产出。
断裂方向以近东西向的走向断裂及南北向断裂为主。
大雁煤田内无岩浆侵入。
1.2.2井田范围内和附近的主要地质构造
1.断裂构造
大雁煤田内断层大部分是向南倾斜，与煤系地层倾向相反，造成含煤地层在平面上重复出现，沿倾斜方向呈阶梯状抬起。
四矿主要断层情况详见“表1-2主要断裂构造”表。
顺序
名称
性质
断层面
走向
倾向
倾角（o）
落差
水平断
距（m）
1
F5
正
NE
SE
30～48
20～62
12～42
2
F6
EW
S
35～45
15～50
0～7
3
F7
SN
10～20
25～80
7～36
表1-2主要断裂构造
2.褶曲构造
本区褶曲构造简单，通过生产实见，仅在25～26勘探线之间赋存一背斜褶曲，其曲扭方向为N40°
W，翼角为7°
，其附近煤岩层节理较发育。
从总体上看，断层较为发育，本区构造条件属于中等，断层性质均为张扭性正断层，有逢断必正的规律。
1.2.3煤层赋存状况及可采煤层特征
本井田开采的煤层主要位于白垩系下统大磨柺河含煤组，本组共有中厚煤层4层，为了便于区别，现将各煤层厚度、结构、容重和顶底板情况分层详见下表“表1-3可采煤层特征表”
表1-3可采煤层特征表
序号
煤层名称
煤层厚度（m）
层
间
距
倾角（º
）
围岩
煤的牌号
硬
度
（ƒ）
容重
（t/m3）
煤层构造及稳定性
最小～最大
顶板
底板
平均
17
1.8
2.2
9.5-20
7
中砂岩
粉砂岩
褐煤
2.5
1.3
稳定
2.0
19
1.7
2.3
6
中粗砂岩
细砂岩
较稳定
2.1
9.1-16
26
2.4
细砂岩粉砂岩
1.4
8.5-25
4
31
1.6
1.2
1.2.4岩石性质及厚度特征
矿区内煤层顶、底板均为泥岩或粉砂岩，胶结较差，遇水膨胀,有底鼓的倾向，易产生冒顶，矿山开采时要留设一定厚度的煤皮假顶及底煤，同时需加强支护，并留有足够的保安煤柱，切实做好顶、底板管理工作。
本区煤层围岩较硬,硬度在2～3之间。
各煤层顶、底板依据勘探资料及井下生产实见做如下叙述：
区内煤层顶底板岩石约有85%以上为泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、粉砂岩及细砂岩组成，15%以下为粗砂岩及含砾砂岩组成。
据肉眼鉴定，这几种岩性均由泥质或凝灰质胶结，松散破碎。
由于煤层较软、抗压强度低，极不利于巷道及采面支护，容易使巷道变形和支护困难。
岩石性质见“表1-4岩石主要物理力学性质指标表”。
表1-4岩石主要物理力学性质指标表
102kg/cm3
孔隙度
压强度
抗拉强度
变形模量
102kg/cm3
弹性模量kg/cm3
砂岩
2.0-2.6
5-25
2-20
0.5-0.4
0.5-8
1-10
砾岩
2.3-2.6
5-15
1-15
0.2-1.5
0.8-8
2-8
泥炭岩
2.7-2.85
1.6-5.2
12.83
0.6-2.0
2-7
5-10
灰岩
2.2-2.7
5-20
0.5-2.0
1-8
页岩
2.0-2.4
16-30
0.2-1.0
1-3.5
石英长石
2.65-2.7
0.12-0.5
15-35
4.0-3.0
6-20
1.2.5井田内的水文地质情况
大雁煤田位于大兴安山脉西北麓，属于海拉尔盆地的一部分，煤田的南北两侧由火成岩组成，地表标高一般在+650m左右，由于是后期剥蚀（侵蚀）构造的影响构成了现代低山～丘陵地形，大雁煤田内没有主要河流通过，四矿井田位于大雁煤田的东南部，胜利河由东南向西北流经四矿井田的西南部后汇入海拉尔河。
本区含水层以煤系风化裂隙带含承压水为主，风化带以下为煤系风化裂隙含水层为辅。
本区第四系地层基本无水，但却是大气降水及火山岩裂隙水渗入补给煤系地层含水层的良好通道。
1.地表水与地下水的关系
本区含水层以煤系风化裂隙带含水层为主，风化带以下煤系孔隙含水层为辅。
本区第四系基本不含水（仅在井田西部砂砾层含水），但却是大气降水渗入煤系地层含水层的良好通道。
地下水有较完整的循环系统,即:
补给、径流、排泄过程天然状态下，地下水总的径流方向是由东南向西北，也就是由东南补给，排泄于西北方向，井田内地下水的水质类型为HCO3-Ca水，矿化度为355～412mm/l3。
2.矿区内含水层及隔水层
本区的含水层可分为如下四类：
第四系孔隙含水层、煤系风化裂隙带含水层、煤系内孔隙含水层及煤层裂隙含水层。
3.矿区水文地质特点
（1）、本矿区地下水埋藏较浅，主要以煤层裂隙水为主。
（2）、煤层中裂隙发育，导水性强。
（3）、第四系地层有较厚的粘土分布，对大气降水的补给起到一定隔水作用。
（4）、本矿区地势较高，第四系地层水量不大，且补给条件较差，易于疏干。
4.综合各项因素评价
四矿水文地质类型为:
中等。
1.2.6沼气及煤尘及煤的自燃性
1.瓦斯
矿井瓦斯含量及煤尘爆炸指数较低，煤的自然发火期为3～6个月，瓦斯涌出量非常小。
随着深度增加，瓦斯涌出量逐渐增加，不同煤层瓦斯含量也有不同。
主要可采煤层CH4平均含量为0.15m3/t，可燃质、CO2各煤层平均含量为0.5m3/t，可燃质各主要可采煤层瓦斯自然成分以N2为主，CO2次之，CH4最少，本矿瓦斯相对涌出量为3.2m3/t，属于低瓦斯矿井。
2.煤尘
根据煤尘爆炸性试验指标，煤尘爆炸指数15～23%之间，该矿开采的煤层属于不易发生爆炸危险的煤层。
3.煤的自燃
本区煤样的燃点试验结果为原样燃点为253℃，还原样燃点为265℃，氧化样燃点256℃，说明煤的燃点比较低。
本区煤种为褐煤，煤化程度低、燃点比较低，极易风化成粉末和碎块，煤层含水分又较高，煤炭采出后堆积在一起，因湿度较大，煤堆很容易发热，当温度达到临界值时，就会发生煤的自燃。
井下煤层裸露点封闭或通风不及时，也会发生煤层的自燃现象。
本区煤层自燃发火期为3－6个月。
矿井总体为Ⅱ级自然发火矿井。
4.地温特征
本区恒温深度16～26m，温度6℃,从地温测量成果计算分析，本区平均地温梯度为2.7℃/100m,平均地热增温率为38.2m/1℃，地温梯度小于3℃。
本区基本属于地温正常区。
但随着开采深度的增加，地温将有所升高,给生产安全带来负面影响。
5.地压特征
根据地压观测资料，煤岩层在断层附近特别破碎，特别是在大断层附近表现的尤为明显。
随着开采深度的增加，地压增大。
1.2.7煤质及牌号及用途
1.煤的物理性质及特征
本区所有煤层其物理性质共性明显，差异不大，一般多为黑褐-黑色，条痕浅褐色-褐色，具有沥青光泽，多属暗淡（或半暗淡）型煤。
结构单一或呈条带状，常见条带状结构或木质结构，具层状或块状构造，断口平坦，个别呈参差状断口，外生裂隙发育。
硬度在1～3之间（摩氏硬度），具较强韧性，煤的比重1.15～1.84之间，平均1.48～1.66；
煤的容重在1.06～1.57之间，平均1.20～1.43。
根据本区各煤层进行磨片镜下鉴定结果表明，本区煤岩组分以凝胶化物质为主，其次是丝质炭化物质，以及含量不高的稳定组分和矿物杂质。
矿物以泥质和浸染状粘土为主，石英颗粒次之。
2.煤的化学性质和工艺性能
本区各煤层的化学性质比较稳定，根据4个计量煤层的煤芯煤样化验结果，其煤质指标如下：
水分（Wt）：
2.69%～20.08%，平均9.57%；
灰分（Ad）：
7.13%～49.26%，平均18.17%；
挥发分（Vdaf）39.06%～53.75%，平均45.30%，属高挥发分。
粘结性：
属弱粘结性。
本区煤种牌号单一，区内各煤层其坩埚粘结性几乎都是1，煤化程度低，均属褐煤，其中27、32号煤层属低灰分煤，31号煤层属于高灰分外，36号煤层属于中灰分煤。
从平面上看，本区内煤层的主要煤质指标灰分产率（Ad）值随深度变化不大，挥发分产率（Vdaf）值随着深度加大而降低的趋势。
本区煤的发热量（Qnet.d）平均为19.91MC/kg，灰分（Ad）平均为18.17%，硫（St.d）平均为0.56%，灰熔点（ST）为1380°
，属中灰，特低硫，高熔点煤。
3.煤质及工业用途
本区煤种为褐煤，煤的灰分产率较高，干燥基发热量较低，全硫含量为低硫煤，本区煤可供发电、锅炉用煤和民用生活燃料用煤。
第2章井田境界及储量
2.1井田境界
2.1.1井田周边情况
井田北部以煤层露头标高线为界，南（深部）以F6断层为界，西以正F5断层为界；
东以正F7断层为界，井田境界内无三下一上开采。
2.1.2井田境界确定的依据
（1）井田范围、储量要与矿井生产能力相适应。
（2）井田要有合理的尺寸以保证各个开采水平有足够的储量和服务年限。
（3）充分利用自然等条件确定井田境界。
（4）井田要有合理的开采范围，便于矿井的发展。
2.1.3井田未来发展情况
井田范围内煤层由大雁四矿进行开采，由于技术和经济原因对于井田深部的勘探数据很少，随着科技的进步在技术上对井田深部进行精确探查，可能发现新的可采煤层。
2.2井田储量
2.2.1井田储量的计算
1.矿井初步设计应计算以下储量
根据区域地质报告和井田地质精查报告计算井田地质储量（能利用储量和暂不能利用储量）、矿井工业储量（精查中的“A、B、C”三级储量）、矿井设计储量和矿井设计可采储量等。
2.井田工业储量应按储量块段法进行计算
Zc=S×
H×
r/cosθ
式中Zc——井田工业储量，Mt；
S——块段面积，km2；
H——块段总厚度，m；
r——煤的容重，t/m3；
θ——为煤层平均倾角，°
Zc=16.3×
（2.0+1.8+2.1+1.9）×
1.35/cos6.7
=143.44Mt
3.矿井可采储量的计算
Z=（Zc-P）×
C
式中Z——可采储量，Mt
Zc——工业储量，Mt
P——永久煤柱损失，Mt
C——带区回采率,厚煤层不低于0.75；
中厚煤层不低于0.8；
薄煤层不低于0.85；
地方小煤矿不低于0.7。
计算得：
Z=（143.44-23.74）×
0.8=95.76Mt
2.2.2保安煤柱
1.工业场地及主要井巷保护煤柱留设
（1）工业场地保护煤柱留设，应在确定地面受保护面积后，用移动角圈定煤柱范围。
工业场地地面受保护面积应包括受保护对象及围护带，围护带宽度为15m。
（2）本矿井采用斜巷连接带区与条带，在斜巷外留设30m保安煤柱。
带区之间留设5m煤柱。
2.断层带及井田境界煤柱的留设
井田范围三面以断层为界一面以煤层露头为界，为开采安全确定断层与煤层露头均留设50m的煤柱进行保护。
在井田范围内有一小断层，在其周围留设30m的保安煤柱。
2.2.3储量计算的评价
储量完全按照规定计算，结果正确。
但是由勘察数据做的地质分析与实际地质情况存在着一定的出入，所以储量在数值上与实际存在着误差。
2.3矿井工作制度生产能力服务年限
本矿井采用“四、六”工作制，即三班采、掘工作，一班进行检修；
每天矿井净提升时间为16h；
年工作日为330d。
本矿井已查明的工业储量为143.44Mt,估算本井田内工业广场煤柱，境界煤柱等永久煤柱损失量占工业储量的16%，各可采层均为中厚煤层，按矿井设计规范要求确定本矿的带区采出率为80%，由此计算确定本井田的可采储量为95.76Mt。
根据井田地质精查报告的资料描述，初步决定采用大型矿井设计。
并设计确定三个方案，即矿井生产能力为0.9Mt/a，1.2Mt/a和1.5Mt/a三个方案，分析如下：
P=Z/AK
式中P——为矿井设计服务年限，a；
Z——井田的可采储量,Mt；
A——为矿井生产能力,Mt/a；
K——为矿井储量备用系数，一般取1.4；
P1=76a；
P2=57a；
P3=45.6a；
经与《规程》和《采矿设计手册》相核对，确定57a为比较合理的服务年限，即本矿井的生产能力为1.2Mt/a。
第3章井田开拓
3.1概述
3.1.1井田内外及附近生产矿井开拓方式概述
井田内生产矿井为大雁四矿，与其相邻为大雁一矿，一矿开拓方式为双立井综合开拓。
3.1.2影响本设计矿井开拓方式的因素及具体情况
（1）工业场地宜选择在相对比较开阔的地界上。
（2）开采水平的数目及其服务年限。
（3）井田范围内的地形、地质、水文和煤层赋存条件。
（4）矿井开拓延深、深部开拓及技术改造。
3.2矿井开拓方案的选择
3.2.1井硐形式和井口位置
对以上影响因素要综合研究，通过系统优化设计和多方案技术经济比较确定。
1.双斜井开拓
斜井与立井相比有如下优点：
（1）矿井提升不需大型设备，与同类井型立井相比设备投资少，井筒掘进技术和施工设备比较简单。
（2）胶带输送机提升增产潜力大，改扩建比较方便，容易实现多水平生产。
适用条件：
煤层赋存较浅，垂深在200m以内，煤层赋存深度为0～600m，含水砂层厚度小于20～40m，表土层不厚，水文地质情况简单的煤层。
井筒不需要特殊方法施工的缓倾斜及倾斜煤层。
技术评价：
本矿井一水平设在+415m水平标高，煤层倾角小，斜井开拓沿煤层布置井巷长，缩短井巷长度加大井巷的倾角则需要留设保安煤柱；
在矿井进行多水平开采时，对于井筒延深需过断层，增加投资。
2.双立井开拓
优点：
（1）生产系统比较简单，机械化程度高，易于自动控制。
（2）立井的井筒短，运输环节少，提升速度快。
（3）井筒为圆形断面结构合理，维护费用低，通风条件好，管线短。
（4）对于倾斜长度大的井田，能较合理的兼顾浅部和深部的开采。
适用条件：
煤层赋存深度200～1000m，含水砂层厚度20～40m,立井开拓的适应性很强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件限制。
技术上也比较可靠。
当地质条件不利于平硐或斜井开拓时均采用立井开拓方式。
根据本井田的地表情况，地质构造，煤层赋存等因素，本井田煤层赋存最深+0m标高，满足采用双立井开拓，故此方案在技术上也可行。
3.综合开拓（主井立井，副井斜井）
本设计开拓形式是考虑了井筒的不同位置。
见表3-1开拓方案经济比较表。
表3-1开拓方案经济比较表
项目名称
方案一（万元）
方案二（万元）
方案三
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