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采矿工程毕业设计

摘要

本设计为清水营煤矿1.5Mt/a初步设计。

井田内共有4层可采煤层，煤层号为2,3,8,10。

煤层总厚10m，井田面积14km2。

可采储量145.74Mt，矿井设计服务年限70a。

清水营煤矿井田地质构造复杂，煤层倾角16o。

煤种以长焰煤，不粘煤为主。

清水营煤矿采用双立井暗斜井延深、多水平开采方式，煤层布置分组集中大巷、开拓方式为上山式。

一水平设置3个采区，设计首采区为中一采区布置三条岩石上山，井田生产能力1.5Mt/a。

主井提升采用16t箕斗。

副井提升采用1.5t双层四绳罐笼。

主运输方式为14t架线电机车牵引3t底卸式矿车。

设计工作面采用走向长壁后退式综合机械化采煤工艺，采用“四-六”工作制。

通风方式为两翼对角抽出式通风。

关键词：

立井开拓；上山；综合机械化采煤工艺

Abstract

ThedesignfortheQingshuiyingcoalmine1.5Mt/a.PreliminarydesignofQingshuiyingcoalminecomplexgeologicalstructureIda,16o.angleofcoalseamcoaltolongflamecoal,gascoal.Idahas4layersofcoalseamtotalthicknessof10mIdaarea15km2.recoverablereservesof145.74Mtminedesignannuallimitof70a.Service.

Qingshuiyingcoalminemultileveldualshaft,andbigalley,mountaintypedevelopmentwayby16t.Themainshaftskiphoistingauxiliaryusing1.5Tfourdoubleropecagehoisting.Theuseofthemaintransporttrolleylocomotivetraction3Tbottomdumpcar.Alevel3miningarea,threecoalseammininglayoutdesign,production1.5Mt/a.designworksurfaceadoptinglongwallretreatingcomprehensivemechanizedcoalminingtechnology,"Three-eight"worksystem.

ThecoalmineofQingshuicoalmineadoptstheventilationsystemwithtwowingsanddiagonalpullingout

Keywords:

verticalshaftdevelopment;uphill;comprehensivemechanizedminingtechnology

第1章井田概况及矿井建设条件

1.1井田概况

1.1.1交通位置

经过多年建设已形成较为完善的公路网。

银（川）～古（窑子）～王（家圈）高速公路及国道307线沿本井田南部东西向穿过，向西经灵武市、吴忠市及青铜峡镇可接国道109线和包兰铁路，向东经盐池县、定边县可达榆林、延安、太原等地。

（图1-1交通位置图）

1.1.2地形地貌

井田内地形为低山丘陵，西高东低，南高北低，间有植被。

井田内最大高程点位于南端的杨家庄（1404号钻孔附近），海拔高度为1426m，最低高程点位于井田北端唐家湾，海拔高度为1288m，相对高差约138m。

1.1.3地面水系

井田北端清水营一带有水流，上游无水，下游有自东而西汇入黄河小水流。

流量为2.85～40.5升/秒，矿化度低，可以饮用。

迳

1.1.3地面水系

1.1.4气象特征

本井田属半干旱半沙漠大陆性气候。

气温干燥炎热，最高气温41.40℃，最低气温-28℃，，昼夜温差较大。

7、8、9月份多降雨，最大年降雨量为299.1mm，最大年蒸发量达2771mm，两者相差十倍左右。

1.1.5地震情况

地处鄂尔多斯盆地西缘断褶带中部，属吴忠地震活动带。

地震震中多分布在黄河沿岸，地震发生较频繁，并至今仍持续发生。

1.1.6地区经济概况

该区经济较为落后，井田内座落有四个自然村，有清水营一队、清水营二队、杨家庄、方家老庄，没有大规模的工业厂矿，井田南部的京盛煤矿为该区的主要工业。

主要以农、牧业为主，农作物一年一熟。

有荞麦、玉米、马铃署、胡麻等。

为响应国家号召，实行“退耕还林”、“退牧还草”政策，农牧民以种草植树为主，经济来源主要靠筛砂、运输。

1.1.7矿区开发简史

清水营矿为新开发的煤田，所在无开发史。

1.1.8地面建（构）筑物及设施

地面建（构）筑物为砖木结构平房和砖混结构的平房。

1.2矿井外部建设条件及评价

1.2.1运输条件

矿区西部约85km处有南北向通过的包头～兰州国铁干线，灵武铁路专用线与其接轨，已于1995年10月建成通车。

另外，银川河东机场与井田相距约48km，可通过银川～古窑子～王圈梁高速公路直达机场，交通非常便捷。

1.2.2电源条件

本区电源主要为灵武矿区110KV变电站，该变电站位于灵新煤矿工业场地以北500m处，设计规模为两台25000KVA变压器。

目前已建成投运，其电源以两回LGJ—240的110KV线路取自灵武东山220KV变电站，该变电站220KV电源取自大坝电厂及宁夏电网。

沿古王高速公路以北4km左右，已架设一条由灵武东山变电站至盐池的220KV供电线路。

东山变电站安装两台变压器，总容量240MVA。

为满足鸳鸯湖地区负荷发展需要，自治区政府规划建设白芨滩110KV变电站，由灵武矿区110KV变电站以双回110KV线供电，矿区电力可靠。

1.2.3水源条件

居民饮用水主要取自于白芨滩供水站。

对井田具有供水意义的地下水主要有供灵武矿区的金银滩水源地，供水能力为30000m3/d，水源可靠。

另外，金银滩水源地西北部尚有横城、面子山水源地，预计可开采量30000～40000m3/d，但勘探程度不够，目前尚不具备开采条件。

矿区附近具有供水意义的地表水有位于矿区西部60km处的黄河水。

根据宁夏自治区政府的综合调配，在满足现有各种规划用水的情况下，国家批准宁夏自治区使用的黄河取水指标尚有8.35亿m3/a可供调配使用。

目前，自治区政府已经规划修建从黄河取水至重化工基地的供水工程，本矿井的水源可结合能源重化工基地建设，统一修建取水供水工程，矿井用水直接从能源重化工基地鸳鸯湖专线供水管网接取。

1.2.4其它建设条件

井田西南部地表出露的三叠系地层中的长石石英砂岩，白垩系宜君组中的砾岩、石英岩及砂岩砾岩，砾径较大，胶结尚好。

另外，在井田西部回民巷沟中有大量的砂石，均可作为建筑材料使用。

1.3矿井资源条件

1.3.1地层

根据勘探钻孔揭露，结合邻区资料，对本井田地层，（见表1-1）

表1-1地层特征表

地层时代

厚度（m）

岩性描述及接触关系

古生物特征

分布情况

界

系

统

组

中生界Mz

白垩系K

下

统

洛河组K1lh

217.0

棕红色块状，粗、中粒砂岩夹泥岩、粉砂岩、细粒砂岩透镜体，与下伏地层呈整合接触。

区内东南部零星分布。

宜君组K1y

887.0

灰紫色砾岩为主，砾石大小悬殊，成分复杂，主要以灰岩、砂岩、石英岩为主，与下伏地层呈不整合接触。

横城以东，碎石井、鸳鸯湖以北未发育。

侏罗系J

上统J3

安定组J3a

230.5

棕褐、灰绿、紫红、土黄色泥岩、沙质泥岩、粉砂岩、细粒砂岩为主、与下伏地层呈整合接触。

鸳鸯湖矿区、灵武矿区及马家滩矿区。

中统J2

直罗组J2z

448.6

以紫红、灰绿、蓝灰色泥岩、粉砂岩、细粒砂岩为主，向下粒度变粗，底部为一层灰白色含小砾石粗砾砂岩，与下伏地层呈整合接触。

PicenapollenitesspQuadraculinaClassopollissp

延安组J2y

326.0

灰白色砂岩、灰及深灰色粉砂岩，泥岩为主，含编号及未编号煤层30余层，与下伏地层呈假整合接触。

PodozamitesspEquisetitesspCladophlebissp

三叠系T

上统T3

上田组T3s

1270.0

深灰色微带绿、黄绿、灰白色砂岩、粉砂岩，下部色调以绿色、黄绿色为主，粒度变粗，与下伏地层呈整合接触。

NeocalamitesUnioningxiaensisUniohuangbagauensis

中统T2

二马营组T2e

650.0

灰紫色、紫红色、黄绿色中厚层状砂岩，砂岩中含紫红色泥岩，粉砂岩砾块，且具独特的“砂球状”构造，与下伏地层呈假整合接触。

未见化石

中统T2

二马营组T2e

650.0

灰紫色、紫红色、黄绿色中厚层状砂岩，砂岩中含紫红色泥岩，粉砂岩砾块，且具独特的“砂球状”构造，与下伏地层呈假整合接触。

未见化石

1.3.2构造

1、井田地质构造特征

井田西部有煤层露头，井田内部含有两条较大断层，本区地层倾向平缓，走向变化大，断裂多，再加褶曲的影响，所以本地区属于构造复杂区。

2、褶曲

1）、清水营向斜

位于矿区北部，轴向自北向南有一定的变化，在第11勘探线以北轴向为N12°E，第11勘探线以南轴向为N30°W。

延展长度约2.63km，向北在宁蒙边界处趋于消失，向南在Q202孔西消失。

为一宽缓的向斜构造，两翼基本对称，西翼倾角5～13°，东翼5～10°，向北轴部呈下降趋势，变化比较平稳，倾伏角为8°。

2）、清水营背斜

位于矿区北部轴向近南北，延展长度约2.25km，向北在宁蒙边界处趋于消失，向南在Q202孔东消失。

为一宽缓的背斜构造，受F2断层的影响东翼略陡于西翼，西翼倾角5～10°，东翼6～15°，向北轴部呈下降趋势，变化比较平稳，倾伏角为9°。

3、断层

F1正断层

位于Q403～1205号钻孔一线。

延展长度约3337m，向东北方向跨过长城延伸至内蒙古境内。

自西向东走向由N50ºE，渐变为N70ºE～N42ºE、倾向SE，倾角约67º～72º，落差30～80m，落差由上到下变大。

在Q403号钻孔中，地层缺失37.71m，缺失四上、四煤，属详细查明断层。

F2正断层

位于方家老庄西北约800m。

延展长度约1752m，走向为N55E、倾向SE，倾角约63～75º，落差0～35m，属查明断层。

表1-2主要断层特征表

序号

断层名称

断层性质

断层产状

区内走

向长度

（m）

控制程度

备注

走向

倾向

倾角

（°）

落差

（m）

正

12～42

Q403号钻孔控制，地层缺失37.71m。

缺失四上、四煤，三维地震解释。

正

125

12～42

二维地震解释

1.3.3煤层

本井田内延安组含煤地层平均厚为276.50m，含煤层为22层，平均总厚为28.54m，含煤系数为10.3%（28.54/276.5＝10.3％）。

其中：

编号煤层总20层。

编号煤层中可采或局部可采煤层为14层，自上而下编号为：

二、三、三下、四上、四、五、六、八、十、十一、十二、十五、十七、十八煤。

全区可采煤层为4层。

1）二煤

是该井田最主要的可采煤层，位于含煤地层最上部，全区发育，分布面积为51.55km2，煤层较稳定，全部可采。

上距直罗组与延安组分界线为0～16.40m，平均为2.13m，大部分地段与J2z/J2y分界线直接接触。

井田内见煤点为55个，其中：

中厚煤层点占为22%、厚煤层点占为76%、特厚煤层点为2%。

煤层厚度为2.06～5.22m，平均为3.00m，可采厚度为2.06～8.10m平均为4.75m，属中厚～厚煤层。

厚度变化总体呈现为：

自西向东、自北向南逐渐变薄。

含夹矸为0～1层，厚度为0.09～0.64m。

夹矸岩性以泥岩、炭质泥岩为主要成分，多位于煤层的中下部位，层位较为稳定，结构比较简单。

综上所述：

二号煤为厚煤层，厚度有一定的变化且规律明显，结构较简单，煤类以长焰煤为主，不粘煤次之，全区可采，属于稳定煤层。

2）三煤

上距二号煤为3.07～22.47m，平均为14.21m，与二煤的层间距较为稳定。

层位较为稳定，基本全区可采，不可采点多为砂体冲刷，煤层分布面积为52.07km2，可采面积38.38km2。

井田内见煤点50个，其中：

不可采煤层点占6%、薄煤层点占18%、中厚煤层点占76%。

煤层厚度0.30～3.28m，平均为1.70m，可采厚度为1.07～3.28m，平均为1.65m，属中厚煤层。

井田中部较厚，向南、向北逐渐变薄。

含夹矸0～1层，厚度为0.04～0.46m。

夹矸岩性以粉砂岩、炭质泥岩为主，少量泥岩，多位于煤层的上部，层位较为稳定，结构较简单。

综上所述：

三煤为中厚煤层，属较稳定煤层。

3）八煤

位于延安组第三段5小旋回的顶部。

层位稳定，全区可采，煤层分布面积59.72km2。

上距三煤10.11～50.40m，平均20.94m，与三煤的层间距自北向南逐渐变大。

井田内见煤点68个，全部可采，其中：

薄煤层点占6%、中厚煤层点占82%、厚煤层点占12%。

煤层厚度0.95～4.44m，平均2.76m，可采厚度0.85～3.97m，平均2.65m，属中厚煤层。

厚度变化总体呈现为：

井田中北部较厚，向南逐渐变薄。

最厚点位于Q405号钻孔，最薄点位于309号钻孔含夹矸0～2层，厚度为0.02～0.52m。

夹矸岩性以泥岩、炭质泥岩为主，少量粉砂岩，结构较简单。

顶板岩性多为粉砂岩、泥岩；底板岩性以粉砂岩为主。

综上所述：

八煤为中厚煤层，厚度变化规律明显，结构较简单，煤类以不粘煤为主，长焰煤次之，全区可采，属稳定、对比可靠煤层。

4）十煤

位于延安组第三段4小旋回的顶部。

层位稳定，大部可采，煤层分布面积62.09km2，可采面积52.79km2。

上距八煤8.96～28.51m，平均18.74m，与八煤的层间距较为稳定。

含夹矸0～1层，厚度为0.04～0.35m。

夹矸岩性为泥岩、炭质泥岩，结构简单。

顶板岩性以粉砂岩为主、细粒砂岩次之；底板岩性以粉砂岩为主、泥岩次之。

序号

煤层全区厚度（m）

煤层可采区厚度（m）

煤层层间距（m）

煤层结构

顶底板岩性

煤层稳定性

煤层可采范围

煤层视密度

最小~最大

平均

最小~最大

平均

最小~最大

平均

夹矸层数

夹矸厚度（m）

顶板

底板

2.06~8.22

4.88

2.06~8.10

4.74

3.07~22.47

14.21

0.31

不稳定

稳定

全部

1.4

0.19~3.19

1.68

0.80~3.19

1.95

6.88~33.10

18.05

中等

稳定

全部

1.4

0.95~4.44

2.76

0.85~3.97

2.65

21.28~51.15

37.78

0.32

中等

稳定

全部

1.4

0.10~2.50

1.44

0.57~2.50

1.54

14.84~40.40

25.05

中等

稳定

全部

1.4

综上所述：

十煤为中厚煤层，厚度变化规律明显，结构简单，煤类以长焰煤为主，不粘煤次之，大部可采，属稳定、对比可靠煤层。

（见表1-3）

表1-3可采煤层特征表

1.3.4煤质

1、煤类

井田内各煤层的物理性质变化不大，均为黑色，沥青、丝绢光泽，平坦状、阶梯状、参差状断口，内生裂隙较发育。

结构以条带状为主，构造多为层状。

各煤层宏观煤岩成分以暗煤为主，夹镜煤条带，丝炭多沿层面呈长条带状或透镜体分布。

宏观煤岩类型以半暗煤为主，部分半亮煤、暗淡煤。

各可采煤层平均视密度为1.39～1.47，平均真密度为1.53～1.63

2、煤质分析

显微组分中有机组分平均占85.8%，其中镜质组为31.5～53.4%，平均45.28%；惰质组为43.9～66.6%，平均52.89%；壳质组为0.9～3%，平均1.84%。

无机组分含量为6.5～21.3%，平均为14.19%；无机组分中以粘土矿物为主，平均为11.56%，占无机组分的81.5%。

二～六煤镜质组含量为31.5～48.7%，平均为42.03%；八～十五煤镜质组为49.4～53.4%，平均51.16%；十七～十八煤镜质组为38.5～44.4%，平均为41.95%，含煤地层中，上部和下部煤层镜质组含量低于中部煤层。

惰质组含量变化情况与镜质组相反，上部和下部煤层含量高于中部。

上部平均56.51%，中部平均46.46%，下部平均55.16%（见表1-4）。

表1-4煤质特征表

序号

煤层名称

牌号

水分

Mad

（%）

灰分

Ad（%）

挥发分Vdaf

（%）

硫分St,d（%）

磷分Pd（%）

低位发热量Qnet.ar（MJ/kg）

煤灰软化温度ST（℃）

胶质层最大厚度Y（mm）

黏结指数GR.I

备注

长焰煤

9.17

15.46

2.54

0.003

25.06

1186

长焰煤

9.09

16.01

1.30

0.003

25.21

1280

长焰煤

9.01

13.58

1.33

0.006

26.03

1160

10#

长焰煤

9.00

16.20

1.37

0.010

24.13

1150

1.3.5水文地质

1、含水层及隔水层

根据清水营井田直罗组含水层抽水试验资料及水质分析成果，结合风井掘进过程中井筒涌水量观测资料，该含水层富水性较好，属富水性中等～弱含水层。

其中分水岭以南，含水层埋藏相对较浅，与白垩系含水层无明显隔水层，易于接受大气降水及上部含水层补给，富水性相对较强，属中等富水性；分水岭以北，含水层埋藏较深，相对隔水层的存在，使得补给相对较弱，地下水补给以上部含水层越流补给为主，属弱富水性。

2、构造导水性

本区地表分水岭与地下分水岭基本一致，接受降水补给后，地下水向沟谷、洼地及地下水位低的地区运移，运移速度取决于含水层岩性、基岩基底形态特征及水力坡度，一般沙漠丘陵区相对较缓，沟谷低山丘陵区及地形高差较大区相对较急，多以地表径流排入沟谷。

排泄方式除蒸发外，部分以人工排水、或以泉的方式排泄，少部分渗入地下，沿基岩面（或风化层面）径流，或汇集于地形地洼地区形成潜水，或沿沟谷径流汇入西天河、边沟，向西汇入黄河。

3、充水因素

本区处于干旱沙漠地带，地面水稀少，地下水补给来源贫乏，仅为大气降水，井田构造以单斜构造为主，断裂发育较少，因而导致本区岩层含水性差。

根据井田水文地质条件，结合邻近生产矿井的水文地质条件特征和充水因素进行分析评述。

4、矿井水文地质类型；

本井田开采的煤层位于浅部，水文地质条件简单。

5、矿井涌水量

根据井田水文地质条件及充水因素分析，矿坑充水水源为大气降水，直罗组砂岩裂隙孔隙含水层是影响先期开采地段的直接充水含水层，其它各含水层为次要充水含水层。

通过与临近矿区对比，清水营井田充水条件与磁窑堡煤矿、羊场湾煤矿、灵新煤矿等相同，均为二类一型。

因此，清水营井田矿井涌水量计算，采用临近矿单位涌水量比拟法、狭长水平巷道地下水动力学法、大井法等三种方法预计矿井涌水量。

涌水量计算范围以先期开采地段，即+750m水平以上，首采区工作面走向长2356m，按该范围预计矿井涌水量。

1.3.6其他开采技术条件

1、矿井瓦斯

整个勘探过程中全井田共采集了43个瓦斯样品，其中：

普、详查阶段采取了31个、本次勘探采取了12个（见附表煤层瓦斯含量试验成果汇总表）。

根据以瓦斯样品的测试结果，表明井田内各煤层瓦斯含量很低，总量最大不超过1.74ml/g可燃质。

仅十一煤有两个钻孔甲烷（CH4）含量为0.0171ml/g可燃质和0.03ml/g可燃质，其它均为零；二氧化碳（CO2）含量在0.03～1.74ml/g可燃质之间，平均为0.24ml/g可燃质。

自然瓦斯成分以氮气为主，一般大于80%，其次为二氧化碳在0.15～38.10%之间，绝大部分煤层的甲烷成分为零，仅十一煤在局部地段达到4.48%。

本区各煤层瓦斯成分中氮气含量很高，依据抚顺煤研院介绍的格.德.黎金的瓦斯分带标准分带比较合理。

据此，本区五煤为二氧化碳～氮气带，其它煤层均属氮气带（见表6-3-2）。

经收集井田周边的三个煤矿近三年来测定的瓦斯涌出量可知：

年产吨煤甲烷（CH4）相对涌出量最大1.669m3/吨，最小0.332m3/吨；二氧化碳（CO2）相对涌出量最大3.428m3/吨，最小0.59m3/吨；相对瓦斯总涌出量最大4.53m3/吨，最小0.984m3/吨；各矿井瓦斯总涌出量均小于10m3/吨·日，属低瓦斯矿井。

周边的三个煤矿属低瓦斯矿井，清水营井田瓦斯测试最大值为1.74m³/T，故本井田应属低沼气井田。

并符合表1-5的规定。

煤层瓦斯含量，见表1-5。

表1-5煤层瓦斯含量表

序号

煤层

瓦斯成分（%）

瓦斯含量（ml/g·燃）

CH4

CO2~CO

CO2

CH4

CO2~CO

CO2

2＃

最大

0.00

C20~C40

8.99

99.85

0.00

C20~C40

0.58

最小

0.00

0.15

91.01

0.00

0.03

平均

0.00

4.25

95.75

0.00

0.25

4＃

最大

0.00

24.91

96.98

0.00

1.74

最小

0.00

3.02

75.09

0.00

0.05

平均

0.00

13.24

86.76

0.00

1.08

8＃

最大

0.00

21.73

99.08

0.00

0.27

最小

0.00

0.92

78.27

0.00

0.03

平均

0.00

11.33

92.07

0.00

0.18

10＃

最大

0.00

24.44

95.59

0.00

1.06

最小

0.00

0.40

95.59

0.00

0.06

平均

0.00

12.41

95.59

0.00

0.5

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