刘昱毕业设计1Word下载.docx

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依据地质资料知，四采区煤层平均厚度为7.12米，采区较规整，厚度变化不大，因此四采区设计的主要原则是:

（1）按综采低位放顶煤采区设计。

（2）遵循综放工作面开采特点，简化采区巷道布置，力求施工简单易行。

（3）采区准备巷见15#煤后，均沿15#煤层顶板布置，给开采后的通风密闭工作创造条件。

（4）工作面采长及走向尽可能适应高产高效的要求。

采区设计的主要特点

（1）本采区巷道布置简单。

（2）工作面巷道布置采用一进一回、内错尾巷、走向高抽巷布置形式，为高产高效创造了条件。

（3）工作面顺槽与采区回风巷立交处采用立式风桥，便于通风管理及施工组织。

（4）便于采区和工作面接替，有利于采空区侧巷道的施工。

关键词：

矿井开拓；

采区巷道；

采区通风；

安全防护

第一章矿井概况

第一节矿井基本概况

一、矿井开采井田范围

一矿位于阳泉市西北部和盂县东南部，落雁垴——庙梁分水岭便是阳泉市、盂县在井田内的行政分界线，井田西南部、南部和东部分别为阳泉市旧街、辛兴及平坦乡管辖；

西北部、北部分别归盂县的南娄、路家村及阳泉市的燕龛乡和荫营镇管辖。

二、井田地层情况、煤层赋存、储量、主要地质构造、工业广场

（一）地层情况

本井田为石炭—二叠纪煤系地层，即为本溪组、太原组和山西组。

太原组含煤性最好、其次为山西组，本溪组含煤性最差。

太原组是本区主要含煤地层之一，连续沉积于本溪组地层之上。

全组厚度90—130m，平均121.82m，由灰色、深灰色砂质泥岩、泥岩，灰白色细—中粒砂岩，深灰色石灰岩和煤组成。

有三层石灰岩，是本组煤层对比的典型标志层。

含煤2层，其中15#为主要可采煤层。

山西组连续沉积于太原组之上，全组厚度40—75m，平均57.79m。

由灰白色砂岩、深灰色砂质泥岩、泥岩和煤组成。

本组含煤2层，均不可采。

（二）煤层

15号煤层位于太原组下部，是组内及区内最主要的煤层，煤厚最大值为9.03米，最小值为4.77米，平均6.91米，一般含夹石1—4层，夹石厚度在0.1—1.0米之间，属复杂结构煤层。

柱状图见图（1-1）。

一矿井田采煤层情况见表（1-1）

表1-1一矿井田煤层情况表

地层系统

煤层名称

煤层厚度

倾角

赋存及可采情况

可采性指数km

煤厚变异系数γ

煤层结构

稳定性类别评定

15#

15°

以下

全区赋存、全部可采

1

13.3%

复杂

稳定煤层

一矿井田以15号煤层属厚煤层，采煤方法为开天窗放顶煤一次采全高采煤法，顶板管理均采用全部垮落法。

煤层顶板一般比较平整，为砂质泥岩、泥岩，粉砂岩和石灰岩，局部为细—中粒砂岩，顶板厚度一般不大，直接顶板类别一般为中等稳定顶板。

可采煤层大部都有伪底存在，为泥岩、砂质泥岩，一般比较平整，遇水膨胀成粉状，好在本井田地下水甚微，底鼓现象在工作面不多见，很少影响支护、采煤工艺及方法的选择。

各开采煤层的岩石工程地质特征见表1－2和1－3。

图1-1

表1－2煤层顶板情况

煤层名称（厚度）

15号（6.91米）

伪

老

顶

岩性

石灰岩

厚度

11.75米

抗压强度

1.08878×

107帕斯卡

初垮落距

25米

直

接

黑色泥岩

1.09米

裂隙

发育

与采高比

0.7～1.1

易冒落差

随采随冒

顶板凹凸情况

平整

伪

底

泥岩

0.05～0.10米

直接底

砂质泥岩

3.59米

4.4149×

底板凹凸情况

煤层倾角

大部为15°

以下，局部为25°

支护方式

π型钢梁、单体液压支柱及低位放顶煤

采空区处理方式

全部垮落法

采煤方法

开天窗放顶煤一次采全高综合机械化采煤法

表1－3主要岩石力学强度试验统计表

岩石名称

抗剪强度（平均）

Pa（帕斯卡）

抗压强度（平均）

单向抗拉强度

（平均）Pa（帕斯卡）

粗砂岩

8.6338×

107

中砂岩

6.762×

106

2.842×

8.6436×

1.96×

3.92×

细砂岩

7.546×

1.5288×

3.332×

1.5092×

108

9.8×

105

粉砂岩

3.136×

2.5284×

8.4182×

1.568×

2.744×

3.528×

3.6946×

9.6726×

1.372×

1.666×

1.7346×

1.12014×

4.9×

泥灰岩

8.7906×

4.214×

7.742×

5.1352×

1.70912×

2.058×

4.508×

铝土质泥岩

4.704×

7.8792×

5.88×

含铝土质泥岩

3.5084×

（三）储量

1）工业储量计算

（1-1）

式中ZG——井田工业储量，万t；

ρ——煤的容重，t/m3

H——煤层的厚度，m。

15号煤层的厚度为4.77m～9.03m，平均厚度为6.91m。

煤层的走向长度为7000m，倾向长度为8000m，煤层容重（1.40t/m3）。

根据公式（1-1）计算：

=5600×

1.4×

6.91=54174（万吨）

2）可采储量计

（1-2）

式中ZK——井田的可采储量，万t；

ZG——井田工业储量，万t；

C——采区采出率，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；

本设计开采15号煤层，根据公式（1-2）计算：

=54174×

0.75=40630（万吨）

3）矿井设计生产能力及服务年限

<

1>

矿井工作制度

矿井工作制度采用年工作日300天，每天净提升时间14h。

采用“四六”式工作制度，矿井昼夜四班工作，其中三班进行采掘工作，一班进行检修。

2>

矿井设计服务年限、年产量和储量之间的关系可用下式表示：

（1-3）

式中：

T——矿井设计服务年限，（年）

A——矿井设计产量，（1×

104t/年）

K——储量备用系数，1.2～1.4。

（本设计中k采用1.4）。

本设计的井田可采储量为40230万吨，根据公式（1-3）计算可得：

=40230/（400×

1.4）=72.5（年）

（四）主要地质构造

一矿井田位于矿区大单斜的西北部，其构造形态基本上也呈一单斜状，其走向为

东西，倾向为南北。

沿倾向发育有次一级的较平缓的向斜和层间断裂构造。

褶皱两翼倾角一般在14°

以下。

一矿井田内落差大于20米的大中型断层有1条，长约1370米左右。

（五）工业广场

工业场地的选择主要考虑以下因素：

尽量位于储量中心，使井下有合理的布局。

占地要少，尽量做到不搬迁村庄。

3>

尽量布置在地质条件较好的区域，同时工业场地的标高要高于最高洪水位。

4>

尽量减少工业广场的压煤损失。

根据以上原则和本矿井的实际情况，工业广场与主副井筒布置位置相同，其面积及保护煤柱的大小，工业广场面积40公顷，定为670m×

640m的矩形。

三、水文地质情况

桃河为区内主要河流，属于海河流域滹沱河水系，发源于寿阳县境内，由西向东流经旧街、赛鱼、阳泉，横贯矿区中部至娘子关磨河滩村与温河相汇，流经长度80多公里，流域面积1324平方公里，截至阳泉市桃河大桥处，流域面积为503平方公里，历年最大流量2200m3/S（59年8月），二十一年来（59一79年），清水期（10～5月）平均流量为0.108×

108m3，洪水期（6—9月）平均流量为0.437×

108m3。

一矿的供水水源有：

桃河自备井、娘子关提水工程、蒙村河水及矿井水，前两种供民用，后两种主要供工业用水。

四、矿井瓦斯、煤尘和煤的自燃

矿井进行了瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定，矿井绝对瓦斯涌出量25m3/min相对瓦斯涌出量5m3/t，山西省煤炭局批复为高瓦斯矿井。

15号煤层煤尘无爆炸性。

经山经山西煤炭工业局综合测试中心鉴定，15号煤层自燃等级为Ⅲ级，煤层不易自燃。

15#煤层绝对瓦斯涌出量极大值为25m3/min，一般值为24m3/min，相对瓦斯涌出量极大值为5.4m3/t,一般为5m3/t。

井田开采15#煤层不具有煤尘爆炸危险倾向性。

15#煤层具有自然发火倾向性，属四级易燃煤层，自然发火期为22个月。

恒温带深度为30~60m，温度12℃左右。

平均地

温梯度为0.8℃~1.9℃/100m。

五、矿井相邻关系情况等基础资料

本井田边界及四邻关系是东部以经线为界，西部以经线为界，南起纬线，北止纬线，东邻阳煤集团四矿，西邻官庄矿井田，南邻阳煤集团三矿，北邻荫营煤矿及程庄井田。

井田东西走向长约7公里，南北宽约8公里，面积约56平方公里。

一矿位于太行山北段西翼，以落雁垴——庙梁——佛爷梁——王兰山——刘备山分水岭呈大致东西向横贯井田中南部，形成西北高而东南低的地势。

最高点北坡，标高为1125m，南坡最低点为一矿的蒙村河床，标高为605.3m，一般相对高差520m左右。

总的地形地貌特征是：

西北高东南底倾斜向下的地貌。

第二节矿井开拓概况

一、矿井开拓方式

本矿井地表地势属低山和中高山地形，最高处1125m，低处为605m，区内山顶多为黄土复盖，山坡及沟谷两侧，岩层出露良好。

本矿井采用主斜井副立井单水平开拓，水平大巷所在水平为+670m。

主井井筒直径为5.6m，净断面积为24.63㎡，井筒支护为钢筋混凝土砌碹。

副井井筒直径为7.7m，净断面积为46.56㎡，井筒支护为钢筋混凝土砌碹。

二、井田内划分开采水平数目及标高

矿井设计有两个水平（+669和+560）进行开采，其中+669水平为主水平，主要开采15号煤层及局部3号、12号煤层；

+560水平为辅助水平，主要开采井田西南部的15号煤层。

地面标高在1050.3~1305.3米之间，井下煤层上限标高660米，下限标高546米，埋藏深度在504.0~660.3米之间。

三、大巷布置方式

主要开拓巷道包括轨道上山，运输上山，运输大巷。

运输大巷基

本沿15号煤层底板布置，巷道坡度随煤层而有起伏,一般2°

-5°

，便于排水的需要。

运输大巷局部8°

，主运输大巷上仓段局部10°

，主要是为了更好的搭接皮带和连接煤仓。

这三种巷道都采用一样的断面设计。

四、井底车场形式、通过能力确定

井底车场空、重车线调车线长度按1.5倍列车长度考虑，一列矿车为20个车厢，采用1.5t固定箱式矿车，型号为MG1.7-9B,外形尺寸（长×

宽×

高）2400×

1150×

1150（mm），故取调车线长度为80m。

调车方式主要是机头从一侧将重车推入副井，然后绕道另一侧拉上材料车或是空车。

因为此矿井运煤主要是靠胶带，所以车场调车比较简单。

本矿井设计年产量为400万吨，大巷运输采用带宽为1200mm的胶带运输机运煤，辅助运输采用1.5t固定箱式矿车，井底车场经过石门与大巷直接相连。

为了保证矿井生产及安全的需要，井底车场设有各种硐室，包括、水泵房、工具室，调度室、等候室、医疗室。

五、矿井通风方法，通风系统等

第二章采区基本开采条件

第一节采区基本条件

一、采区开采范围，四邻关系及开采情况

（一）采区开采范围：

走向长度4198米

倾斜长度1187米

采区面积4983026平方米

（二）四邻关系及开采情况

本采区东部有部分陷落柱密集区，南部至新景矿、三矿井田，西部尚未布置采区，北部至+560水平大巷；

上方为三矿3#煤层19采区和二十一采区，均回采完毕，此外上方还有一矿北丈八井3#煤层七尺二采区和三采区，其中7204工作面正在掘进，所有工作面均未回采。

二、采区储量

（一）地质储量：

4756.7万吨

（二）各类损失：

地质构造及保护煤柱影响损失：

139.4万吨

顺槽煤柱损失：

301.34万吨

停采线和准备巷煤柱损失：

246.6万吨（按50%回收）

放煤损失：

502万吨（工作面按87%回收）

（三）可采储量：

工作面可采储量3275.3万吨，掘进煤126万吨，煤柱回收123.3万吨，采区合计可采储量3524.6万吨。

三、采区生产能力，服务年限计算确定

（一）工作制度：

采掘队均为“二九·

一六”制，二班生产一班检修。

（二）年设计生产能力：

本区安排一个综放队，两个综掘队，回采每班截四刀煤，截深按0.8米计算，日推进度为6.4米，工作面采长按220米计算，回采日产量为11781吨，综掘

队每天按10米进度计算，日出煤量为168吨，其详细计算如下：

1）工作面生产能力：

（以S8401工作面为例）

日产量：

A日=L·

m·

h·

r·

c

=220×

6.4×

6.87×

0.87

=11781吨

年产量：

A年=A日·

t

=11781×

300

≈350万吨

2）进工作面生产能力：

日出煤量：

A日=n·

q

=2×

10×

168

=336吨

年出煤量：

A年=A日·

=336×

=10万吨

3）采区设计能力：

A采=综A年+掘A年

=350+10

=360万吨

取A采=360万吨

式中：

L=工作面采长220米；

m=工作面日推进度6.4米；

r=煤层容量1.4吨/立方米；

c=工作面回收率取87%；

t=回采面年工作日数300天

n=掘进头数2个；

m=掘进单头日进度10米；

q=掘进每米进尺平均出煤量16.8吨/米；

t=掘进年工作日数300天。

（三）采区回采率：

采区回采率=×

100%

=

×

100%

=76.3%

（四）采区服务年限：

T=

=

≈10年

第二节采区开采煤层条件

一、采区内煤层赋存特征

本采区煤层赋存稳定，煤层厚度变化较大，采区中南部较厚，北部较薄，最大厚度9.50米，最小厚度5.95米，平均厚度7.12米，在煤层的中下部含夹石0~3层，分布极不稳定，且厚度变化较大，仅个别钻孔揭露，该区煤层最大倾角15°

，最小2°

，平均5°

。

15#煤层直接顶为黑色泥岩，平均厚度1.50米，易碎、性脆、含少量黄铁矿晶体，至采区中有变薄，尖灭趋势；

老顶为灰色石灰岩，平均厚度13.64米，坚硬致密，灰岩中夹两层泥岩，含动物化石。

直接底为灰黑色泥岩，厚度3.72米，致密，节理发育，局部地段夹不稳定煤线；

老底为灰色细砂岩，厚度5.87米，泥质胶结，含植物化石及黄铁矿晶体。

二、采区内主要地质状况，以及对采区设计影响

本采区水文地质条件比较复杂，采区地表有芦湖沟河、南河沟河、窑河，属于季节性河流，此外有15#煤层上方四节石灰岩、怪砂岩、钱石灰岩和猴石灰岩局部裂隙含水层水及上方3#煤层采空区积水，预计最大涌出量40m3/h，正常涌出量10m3/h，由于地表水，含水层水及上方采空区积水的影响，预计本采区在开采过程中会出现顶

板淋头水和落山涌水现象，建议在开采过程中做好防排水工作。

地质构造复杂，

陷落柱发育较多。

其它地质因素：

1）瓦斯

预计绝对瓦斯涌出量1.5m3/min；

相对瓦斯涌出量15m3/t。

2）煤尘

无煤尘爆炸危险性。

3）自燃

具有自燃倾向性。

4）地温

地温为15°

～21°

，属正常状态。

三、煤质状况

15号原煤灰分为5.77—32.88%，平均为14.32%，洗后显著下降，平均为6.06%。

灰成分SiO2平均为42.64%，Al2O3平均为31.53%，Fe2O3平均为10.59%，灰熔点T2平均为1389℃，属难熔灰分。

原煤挥发分为5.51一12.27%，平均为9.64%，洗后为5.24—9.93%，平均为8.38%。

原煤全硫为0.26—4.55%，平均为2.29%。

有机硫在各硫中含量最高，为1.14—2.06%，平均为1.55%。

精煤全硫为1.73%，降硫率为24%。

原煤磷为0.006—0.066%，平均为0.024%。

精煤氢含量平均为3.79%，原煤发热量

为34.26—36.13MJ/kg，平均为35.35MJ/kg。

煤层样化验结果为原煤灰分为4.76—24.95%，平均为15.04%，原煤挥发分为6.29—12.58%，平均为9.29%。

原煤全硫为0.84—2.03%，平均为1.57%，原煤发热量

为30.11—32.51MJ/kg，平均为31.33MJ/kg。

一矿15号煤层煤芯样分层化验指标如下：

上分层原煤灰分平均为15.11%，硫分平均为2.12%，发热量平均为35.29MJ/kg，中层原煤灰分为13.45%，硫分平均为2.15%，发热量平均为35.45MJ/kg，下分层原煤灰分平均为16.74%，硫分平均为3.49%，发热量平均为35.24MJ/kg。

中层质量好。

综上所述，本井田15号煤属低灰、中硫、低磷、高发热量的无烟煤，煤质较好。

采区煤质指标表

煤层编号

原煤%

精煤%

Ag

Vr

（MJ/kg）

Hr

15

5.77-32.88

5.51-12.27

0.26-4.55

34.26-36.13

3.44-8.98

5.24-9.93

0.98-2.36

3.12-4.35

14.32

9.64

2.29

35.35

6.06（51）

8.38

1.73（40）

3.79（38）

第三章采区巷道布置

第一节采区上山布置方案

一、巷道布置方案选择

（一）考虑到该采区走向较长，储量丰富，地质构造复杂，陷落柱发育较多，为使采区的生产准备灵活多变，并兼顾采区的通风、瓦斯问题处理，以及防止煤层自燃发火，且该区为综五队350万吨的衔接采区，因而在采区的巷道布置上必须具备生产系统灵活可靠，对开采设备适应，在技术上可行，经济上合理的条件，为此我们在采区的巷道布置上考虑了两种方案。

方案一、采区巷道沿采区倾向布置，工作面采用走向开采，准备巷东副巷、轨道巷、皮带巷、西副巷，该方案的优缺点如下：

优点：

1）工作面走向较长，适应高产高效的要求；

2）采区准备巷位置合理，系统灵活可靠；

3）有利于采区和工作面的衔接，有利于采空区侧巷道的施工和维护；

4）与方案二相比，工作面拆除、安装搬家次数较少。

缺点：

采区岩巷较多，工作面布置受陷落柱的影响较大，采区采出煤量少。

方案二、采区巷道沿采区走向方向布置，工作面开采方式为倾斜长壁式。

该方案的优缺点如下：

1）采区下料系统利用了三采区的系统，节省大量岩巷，采区采出煤量较多；

2）工作面布置受陷落柱、大巷保护煤柱的影响较小。

缺点：

1）工作面推进长度较小，不利于工作面的高产高效；

2）不利于采区和工作面的衔接，不利于采空区侧巷道的施工维护；

3）采区运输距离较长；

4）与方案一相比，工作面拆除、安装搬家次数较多。

（二）两方案工程量比较：

项目

方案一

方案二

比较

采区采出煤量（万吨）

3524.6

3409.9

+114.7

准备巷岩巷（米）

398

40

+358

准备巷煤巷（米）

5186

6846

－1660

准备巷总进尺（米）

5584

6886

－1302

采区巷道总进尺（米）

89026

87421

+1605

万吨掘进率（米/万吨）

25.25

25.64

－0.39

（三）方案确定：

通过比较，以上两种方案，各有利弊，但总体上讲，虽然方案一岩巷进尺较多，但考虑到方案一具有巷道布置简单，工作面走向较长，能够满足高产高效的要求，有利于采区和工作面的衔接，有利于采空区侧巷道的施工和维护，经研究后，确定方案一为该采区的布置方案。

（四）采区准备巷详细布置

1）采区轨道巷

以+560水平轨道大巷c11测点以东15.3米为开口中，与+560水平轨道大巷成45°

夹角，并以4‰的坡度掘进121米，再走曲线15.7米与大巷平行，再以4‰的坡度掘进30米，然后以13°

上坡找15#煤顶板，预计掘进199.7米，然后做上部车场40米，再走曲线31.40米，至与大巷成90°

夹角，然后沿煤层顶板掘进至采区南边界。

2）采区皮带巷

在+560水平皮带大巷皮中测点以西93.3米处开口，与皮带大巷成

90°

夹角，沿15#煤层顶板平行于三采区轨道巷掘进至采区南部边界。

3）采区回风巷

采区东副巷由+560水平南回风大巷施中测点以东34.5米处开口与南回风大巷成60°

夹角，沿15#煤顶板掘进123.3米后，与采区轨道巷平行，然后继续沿煤层顶板掘进采区南边界；

采区西副巷由+560水平南回风大巷回转测点以西92.8米处开口与南回风大巷成90°

夹角，沿15#煤层顶板掘进至采区南边界。

准备巷道均为锚喷支护，巷道断面形状见（另附巷道断面册）

二、回采工作面布置

整个采区共布置10个