矿井初步设计方案学士学位论文.docx
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矿井初步设计方案学士学位论文
河南理工大学成人教育学院
本科毕业设计（论文）
毕业设计（论文）题目
新郑煤电有限责任公司
赵家寨矿井初步设计
2013年4月10日
毕业设计（论文）任务书
站名郑州函授站年级专业2011级采矿工程学生姓名
一、设计（论文）题目：
新郑煤电有限责任公司
赵家寨矿井初步设计
二、设计（论文）任务与要求
1、赵家寨矿矿井设计说明书一份。
2、井田开拓平、剖面图（1：
1000或1:
2000）各一张。
3、采区巷道布置及机械配备平、剖面图（1：
1000或1:
2000）各一张。
4、矿井设计内容及附图要符合设计大纲要求。
6、矿井设计说明书格式符合统一格式要求。
7、附图的图纸格式、图例符合国家有关规定要求。
三、设计（论文）时间：
2013年4月1日至2013年4月10日
指导教师（签名）
成教院院长（签名）
毕业设计（论文）评定书
站名郑州授站年级专业2011级采矿工程学生姓名樊庆林
一、设计（论文）题目：
新郑煤电有限责任公司
赵家寨矿井初步设计
二、设计（论文）共96页，附图11张
三、审阅意见及评语
根据学院教学管理的有关规定，同意（不同意）该生参加毕业答辩
指导教师（签名）
职称？
工作单位河南理工大学
毕业设计（论文）答辩委员会（小组）决议
站名郑州函授站年级专业2011级采矿工程学生姓名樊庆林
该生于年月日进行毕业设计（论文）答辩
设计（论文）题目：
新郑煤电有限责任公司
赵家寨矿井初步设计
答辩委员会：
主任委员（组长）
委员（成员）
答辩学生向答辩委员会（小组）提交如下资料：
设计（论文）说明书共页
设计（论文）图纸共页
指导教师评阅意见共页
根据学生所提供的毕业设计（论文）材料和指导教师意见以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计（论文）答辩委员会（小组）作出如下决议：
一、毕业设计（论文）的总评语
二、毕业设计（论文）的总评成绩：
毕业设计答辩委员会主席（组长）（签字）
委员（成员）（签字）
年月日
论文摘要
赵家寨矿井地理位置优越、区位优势明显，资源可靠、储量较丰富，开采技术条件较好，煤质优良，煤炭产品主要供给电厂及省内外其它企业，市场前景广阔。
为此，设计本着“高起点、高标准、高效率”的原则，结合矿井建设内外部条件，采用先进技术和经验，全面提高矿井机械化和自动化水平，以先进的设计理念，把矿井建设成为现代化大型安全高效矿井。
坚持以经济效益为中心，做到布局合理、生产集中、系统完善、环节流畅，给矿井生产创造有利条件。
坚持以人为本，贯彻安全、环保、节能等原则，建设安全、环保、集约型矿井。
关键词：
高标准高效率安全环保
引言
赵家寨矿井资源丰富，煤层赋存条件较好，开采技术条件中等，外部交通、供电、供水等条件便利，用户可靠，市场前景看好。
矿井设计生产能力3.00Mt/a，开拓、开采布局合理，回采工艺先进且适合本矿井条件。
从经济评价结果看，全部投资财务内部收益率税后为13.57%，财务净现值税后为41369.44万元（折现率为10%），全部投资利润率为8.60%，全部投资利税率为15.94%。
税后投资回收期为9.18年。
本项目具有较好的盈利能力，风险小，抗风险能力强，可在较短的时间内回收投资，财务评价可行。
总之，赵家寨矿井的建设，不仅技术可行，而且经济效益显著，对河南省新郑煤电有限责任公司的发展有着举足轻重的意义，对区域经济的发展亦将会起到重要作用，社会效益明显。
1
矿区概况及井田地质特征
1.1矿区概况
赵家寨井田位于河南省新郑市西侧，行政区划属新郑市辛店镇和城关镇及新密市大隗镇管辖。
其地理坐标为：
东经113°34′00″～113°43′00″，北纬34°23′30″～34°26′30″。
G107国道、郑新公路、京广铁路、京珠高速、郑石高速公路从井田东侧通过，新密公路从井田南部通过（图1-1）。
区内绝大部分为第三、四系冲积层覆盖，为平原微丘地形。
地势总体比较平坦，仅西北部冲沟较发育，西部边缘地带出现一些小丘陵和零星突起。
井田内海拔标高一般在+100m～+175m，平均为+125m左右，相对高差约为75m。
本区主要河流为双洎河，属淮河水系。
双洎河上游有洧、溱二源，洧水发源于登封东北阳城山（马岭山），入新郑境约4km，溱水发源于新密市白寨乡牌坊沟，入新郑境约1km，洧、溱二水于邓湾寨西汇合，以下河段称为双洎河。
双洎河在新郑市境内流经戴湾、人和寨、云湾、泥河寨、市区、双龙寨，至梨河镇黄湾村出境入长葛，至扶沟县北流入贾鲁河。
新郑市境内河段全长35.5km，河床宽度10～30m，河底平均低于地面16m，正常流量2m3/s，平均行水深度0.5m，河底坡降1/200～1/1200，河底岩性为沙壤土。
双洎河为常年性河流，该河自西北向东南流经本井田。
河流流量受季节影响较大，旱季较小，雨季较大。
根据新郑市人和寨观测站资料，最大洪水流量为256m3/s，洪水位标高为+122.33m。
本区属大陆性半干旱气候，其特点是干湿季节性交替明显，年温差较大，四季分明，夏季炎热，冬季寒冷，春秋两季气候宜人。
年平均气温14.1℃，月最高气温38.6℃（1976年6月），月最低气温为-8.1℃（1977年1月）。
每年6～
图1-1赵家寨矿井交通位置图
9月为雨季，年最大降水量为977.1mm（1954年），最小降水量为213.9mm（1985年），年均降水量为592.6mm。
年蒸发量为1680～2041mm。
本区风向风力随季节交替变化，夏季多东南风和南风，冬季多西北风和北风，年平均风速2.37m/s，最大风速为18m/s。
月平均相对湿度8月最大为83%，1月最小为63%，年平均相对湿度为70%。
年均霜期为159天，年均雾日为32天。
结冰期一般为12月至翌年3月，冻土深度为100mm～150mm，积雪厚度150mm～200mm。
根据河南省地震局资料，本区历史上未发生过大的地震，按照《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）附录A《我国主要城镇抗震设防烈度设计基本地震加速度和设计地震分组》划分，本矿井所在地区新郑市抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组。
赵家寨井田属于郑州矿区新密煤田。
新密煤田面积780km2，以新密市、新郑市为主，新密市已全部开发，新郑市为规划开发区。
根据新郑市煤炭资源赋存分布情况和构造特点，目前该区主要规划为三个井田和一个勘查区：
赵家寨井田：
地质资源量438.34Mt，其中能利用资源量387.56Mt。
王行庄井田：
地质资源量316.33Mt，规划矿井生产能力1.2Mt/a。
李粮店井田：
地质资源量269.23Mt，目前正在进行项目建设的前期准备工作。
位于赵家寨井田东北部的贾梁勘查区：
地质资源量181.45Mt（普查）。
赵家寨矿井工业场地位于新郑市辛店镇，辛店镇现代通讯设施完备，信息传播方便、快捷，通讯网络与全国联网运行。
并开办了ADSL32宽带、数字数据专线（DDN）、分组交换、电话信息、图文传真、邮政特快（EMS）等20多项新业务。
工业经济发展迅猛，拥有亚洲最大的机制水泥瓦生产基地，年产3.2亿张机制水泥瓦，占全国总产量的三分之一，享有中国“第一瓦乡”之美誉，产品畅销全国各地，出口到蒙古、俄罗斯等国。
辛店镇镇域企业260家，初步形成了能源、建材、机电、化工、食品、卷材六大支柱产业。
围绕能源开发，辛店镇已形成煤电、水泥、焦炭、铝等产业链，被新郑市委、市政府确定为能源建材工业园。
矿井电源取自胡庄和辛店兴龙变电站，水源主要利用矿井排水处理后复用，矿井电源水源情况可靠。
1.2井田地质特征
赵家寨井田内地层均被新生界地层覆盖，由老到新依次为寒武系上统、奥陶系中统、石炭系中上统、二叠系及第三、四系，简述如下：
1、寒武系上统长山组（∈3ch）：
钻孔揭露最大厚度为154.41m，岩性以灰、
灰白色厚层状白云质灰岩为主，夹薄层状泥灰岩、钙质泥岩、砂质泥岩及鲕状石灰岩。
裂隙具方解石脉，见不规则状溶洞。
与下伏地层平行不整合（假整合）接触。
2、奥陶系中统马家沟组（Q2m）：
钻孔揭露厚度为25.33～79.95m，平均54.70m。
图1-2井田构造纲要图
为灰色中厚层状石灰岩，上部夹泥灰岩，下部夹砾屑灰岩，底部为钙质泥岩和砂质泥岩。
与下伏地层平行不整合接触。
3、石炭系（C）
缺失下统，中上统揭露厚度49.36～131.39m，平均86.71m。
4、二叠系（P）
区内西部有零星出露。
据钻孔揭露，井田内二叠系保留不全，石千峰组上部第四段与第三段上部受蚀殆尽。
保留厚度661.78～1037.16m，平均829.46m，含煤24层，分上下两统，与下伏地层整合接触。
新密煤田地处秦岭纬向构造带北亚带——嵩箕隆起带东段，风后岭与荥巩背斜之间，基本构造形态为一西窄东宽、轴向近东西，西端仰起、东端倾伏的复式向斜构造（新密复式向斜），区内构造形迹以断裂为主，伴有发育程度不同的褶皱，其中走向近东西的断裂规模大，延展长，多为南升北降、倾向北东的高角度正断层。
本区主体构造为一两翼地层产状平缓，倾角3～15°，轴向NWW～SEE的宽缓背斜构造。
井田内断裂构造发育，共有断层18条。
表1-2-1煤层特征表
煤层名称
两极厚度
平均厚度
（m）
煤层结构
稳定程度
煤层间距
（m）
七4
0.49-2.01
1.11
含夹矸1-2层，较简单
较稳定，局部可采
38.50-98.50
二3
0-6.98
1.37
含夹矸1层，较简单
不稳定，大部可采
153.30
5.04-39.50
二1
0-21.75
5.50
含夹矸1～2层，较复杂
较稳定，主要可采
18.60
54-128.00
一1
0-4.55
1.46
含夹矸层，较简单
不稳定，大部可采
80.35
顶板：
伪顶多为炭质泥岩、页岩，易破碎，伪顶厚度0～0.5m，局部厚度达到1.5m。
伪顶零星分布在中部911、904孔以及东南部的1614、2202孔附近。
泥岩、砂质泥岩顶板主要在3勘探线以东，与砂岩顶板相间分布，厚度1.1～11.23m，占井田面积40%左右，岩石结构致密，抗压强度15.3～28.2MPa，一般较稳定；砂岩顶板全区均有分布，占井田面积50%左右，厚度1.1～33m，平均11.06m，岩石致密、坚硬，抗压强度21.4～168.4MPa。
由此可见，大部分区段二1煤顶板为砂岩老顶，岩石力学强度较高稳固性较好，在断层发育处及背斜轴部地带，岩石原生结构遭到破坏，裂隙较发育，容易造成巷道矿压显现强烈。
底板：
伪底多为炭质泥岩，易破碎，主要分布在508～505孔、官刘庄断层以及1408～1803孔一带，占井田面积的15.8%。
砂岩底板主要分布在508～7012钻孔、1207～1107钻孔以及1911～2205钻孔附近，占井田面积13.2%，厚度1.1～10m，平均3.8m，岩石抗压强度为53.2～193.1MPa。
泥岩、砂质泥岩为大面积分布的直接底板，厚度0.75～17.19m，平均3.10m，层理普遍发育，岩石抗压强度7.8～86.1MPa，属较稳定底板。
区内有两条河流，双洎河和沂水河。
最高洪水位标高，一般为+102.33m～+103.31m，新郑市西关双洎河桥位置洪水位标高为+105.68m，其桥面标高为+108.04m，洪水期对地面建筑无影响，河流距主要开采煤层二1煤约400m左右，且对地下水的补给仅限于局部地段，补给量很小，对开采影响不大。
井田西部瓦斯成分以CH4为主，为沼气带范围，两极值为6.43～98.71%，次为N2和CO2。
中东部瓦斯成分则以N2和CO2为主，为瓦斯风化带，CH4成分较低本区瓦斯呈西高东低的特征，总体东北部属瓦斯风化带，西南部为瓦斯带范围。
CH4含量总的变化趋势是随煤层埋深的增大而升高。
根据矿井煤层瓦斯含量结合瓦斯含量等值线图分析，矿井应属低瓦斯矿井。
七4、二3和二l煤层火焰长度分别为10mm、14mm和10mm；加岩粉量分别为40%、43%和43%，结论为均有爆炸危险性。
一1煤无煤尘爆炸性资料。
通过地质报告钻孔样品燃点测试结果，确定二3和二1煤层均为不易自燃煤层。
二1煤宏观煤岩成分不易分辨，二3煤、一1煤均以亮煤为主，可见镜煤条带，为半亮型。
七4煤以亮煤为主，可见暗煤，为半暗～半亮型。
二1、二3和一1煤中矿物含量较少，以粘土矿物为主，次为硫化物和碳酸盐等。
一1煤硫化物远远高于二1、二3煤层，七4煤层粘土矿物达18.9%，硫化物、碳酸盐、氧化物则均匀分布。
各煤层粘土矿物多呈侵染状、团块状或微细层状分布，黄铁矿则呈团块状、球状分布，碳酸盐多呈裂隙充填物，少量为细脉状，氧化物类矿物含量甚微。
表1-1各煤层元素分析结果表
煤
层
原煤（％）
浮煤（％）
H／C
（原子比）
Cdar
Hdar
Ndar
（O+S）daf
Cdar
Hdat
Ndar
（O+S）daf
七4
89.78
5.56
1.32
3.29
90.34
5.29
1.21
3.15
0.702
二3
90.49
4.24
1.39
3.88
91.71
4.25
1.37
2.67
0.556
二1
89.92
3.99
1.62
4.47
91.47
4.12
1.60
2.81
0.541
一1
86.70
3.86
0.91
8.53
88.37
3.87
0.93
6.83
0.526
1.3井田勘探程度
1.3.1地质报告的编制情况
本区地质工作历时较长，地质勘探工作是在河南省煤田地质局一队1978年提交的详查报告基础上，于1981年至2002年分阶段进行的，前后共分为三个阶段。
第一阶段为1981～1989年，主要任务是查明主要含水层的水文地质特征及水文地质边界条件，基本查明边界断层的水文地质和地温特征，基本查明主要可采煤层顶底板岩性组合特征，预测煤层底板可能突水地段、突水量、水质及其变化情况。
第二阶段为1992～1993年，该阶段主要任务是查出第一水平内落差等于和大于30m的断层，查明七4、二3、二1、一1煤层的厚度、结构和可采范围，查明二1煤层露头位置，计算可采煤层各类别资源储量。
第三阶段2001～2002年，该阶段主要完成了补钻及全部野外地质工作，同时，通过对地质资料的细致分析研究，最终提交了《河南省新密煤田赵家寨井田勘探报告》。
1.3.2勘探类型和基本网度
本区构造复杂程度中等，二1煤层较稳定，勘探类型属二类二型。
以500m的网度圈定A级储量，1000m的网度圈定B级储量，2000m网度圈定C级储量，以C级网度的1/2线距圈定D级储量。
七4、二3、一1煤层属较稳定～不稳定煤层，其勘探类型为二类二型～三型，结合本区勘探工程实际控制情况，以750m的网度圈定B级储量，1500m的网度圈定C级储量，以C级网度的1/2线距圈定D级储量。
处在A级和B级储量块段内的断层、薄无煤带及煤层风氧化带附近，一般沿其边界向外留设50m圈定C级储量。
根据井田内地质构造及煤层赋存条件，勘探类型和网度符合地质勘探规范要求。
1.3.3地质构造对开采的影响
本井田主体构造为两翼地层产状平缓的宽缓背斜构造，井田内共有断层18条，断裂构造发育，全区构造复杂程度属中等。
断层对矿井的开采影响较大，矿井生产时必须予以重视。
1.3.4煤层对比的可靠性和稳定性
本区煤岩层对比主要根据标志层、层间距、煤层、岩性特性、测井曲线、煤质特征等进行了对比，认为主要可采煤层层位清楚，对比可靠。
表1-2煤层特征表
煤层名称
两极厚度
平均厚度
（m）
煤层结构
稳定程度
煤层间距
（m）
七4
0.49-2.01
1.11
含夹矸1-2层，较简单
较稳定，局部可采
38.50-98.50
二3
0-6.98
1.37
含夹矸1层，较简单
不稳定，大部可采
153.30
5.04-39.50
二1
0-21.75
5.50
含夹矸1～2层，较复杂
较稳定，主要可采
18.60
54-128.00
一1
0-4.55
1.46
含夹矸层，较简单
不稳定，大部可采
80.35
1.3.5地质储量的复核、验算及高级储量的范围
根据国土资源部矿产储量中心国土资矿评储字[2003]7号《河南省新密煤田赵家寨井田勘探报告》矿产资源储量评审意见书，经评审认定，《勘探报告》的各项勘查工作达到了勘探程度，资料齐全，编制符合要求，能够反映全部勘探成果。
资源储量计算方法正确，参数合理，计算结果可靠，可以作为矿井建设设计的依据。
根据《勘探报告》，井田勘探面积50km2，共获得能利用资源量387.56Mt。
1.3.6水文地质、瓦斯等级、煤质分析等资料的精确程度
勘探过程中，查明了煤层顶底板充水含水的性质，查明了断层的水文地质特征，客观分析了井田的充水因素，确定了水文类型，对矿井涌水量作了预测，并对矿井设计和生产提出了建设性意见。
井田内二1煤瓦斯呈西高东低的特征，总体东北部应属瓦斯风化带，西南部为沼气带范围。
根据矿井煤层瓦斯含量和生产能力预测，矿井生产时瓦斯相对涌出量为4.436m3/t，绝对瓦斯涌出量为30.806m3/min，矿井应属低瓦斯矿井。
通过对井田煤样的各种项目的分析化验，主要煤质指标比较清楚，可以满足生产需要。
1.3.7对地质资料的评价、存在问题及补充勘探的建议
赵家寨井田勘探类型和网度符合地质勘探规范要求和客观实际，各项勘探工程质量和勘探研究程度高，地质基础资料齐全、准确、可靠，对井田构造、可采煤层的厚度、结构、产状及分布已查明，煤的用途已评价，储量数据可靠，可以满足矿井设计的需要。
勘查级别较高的区域主要分布在井田中部区域。
为查清小断层等地质构造，确保首采区资源的可靠性，使矿井移交后能很快达产、稳产高效，建设单位在首采区域补充了三维地震勘探工作。
同时设计建议对5线以西至井田边界的首轮接替区域在适当时机也适当补充勘探工作，以保证矿井的长期稳产。
另外，应采用综合方法对矿井涌水量及断层突水的可能性等进一步核定，以利生产安全。
矿井揭露煤层后，尽早请具有资质单位对矿井瓦斯等级、煤层自燃倾向性和煤尘爆炸危险性等安全基础参数进行鉴定。
若鉴定资料及地质资料与井田地质勘探报告相差较大时，需修改安全设施设计相关内容。
2
矿井储量、年产量及服务年限
2.1井田境界
根据《河南省新密煤田赵家寨井田勘探报告》及其矿产资源储量评审意见书（国土资矿评储字[2003]7号），国土资源部国土资矿划字[2008]046号关于河南省新郑煤电有限责任公司赵家寨煤矿矿区范围的批复（2008年9月）,赵家寨矿井井田范围为：
北部以大隗断层为界，南部西段以欧阳寺断层为界，南部东段以新密公路为界，西部以二1煤-800m底板等高线为界，东部以贾梁断层和二1煤露头线为界。
地理坐标为：
东经113°34′00″～113°43′00″，北纬34°23′30″～34°26′30″。
井田东西走向长13.5km，南北倾斜宽3～4km，面积约50km2
。
2.2井田储量
2.2.1矿井地质资源量
参与地质资源量计算的共有4层煤，分别为一1煤、二1煤、二3煤和七4煤。
其中二1煤属于主要可采煤层，一1煤、二3煤和七4煤属大部分可采煤层。
矿井共获得地质资源量438.34Mt，由于一1煤距奥灰较近，受奥灰岩溶裂隙承压水的影响，目前的开采技术条件尚不成熟，故列为暂不能利用资源量。
一1煤地质资源量为50.78Mt。
赵家寨井田能利用的地质资源量为387.560Mt，其中二１煤319.310Mt，占82.4%；二３煤58.030Mt，占15.0%；七４煤10.220Mt，占2.6%。
井田能利用地质资源量详见表2-1。
表2-1赵家寨井田能利用地质资源量汇总表
单位：
Mt
储量类别
煤层编号
煤类
储量
A
B
C
D
A+B+C+D
能
利
用
储
量
二1
PM
61.79
70.45
75.94
25.89
234.07
WY
85.24
85.24
小计
61.79
70.45
161.18
25.89
319.31
二3
PS
3.61
10.72
5.98
20.31
PM
8.84
24.63
33.47
WY
4.25
4.25
小计
12.45
39.60
5.98
58.03
七4
FM
5.63
4.59
10.22
小计
5.63
4.59
10.22
合计
FM
5.63
4.59
10.22
PS
3.61
10.72
5.98
20.31
PM
61.79
79.29
100.57
25.89
267.54
WY
89.49
89.49
合计
61.79
82.90
206.41
36.46
387.56
《河南省新密煤田赵家寨井田勘探报告》矿产资源储量评审意见书中，根据矿产资源量套改技术要求，对矿井资源储量按新标准进行了套改。
二1和二3煤A+B级套改为121b及121，C、D级套改为122b和122，其中基础储量按0.5的可采系数计算预可采储量。
七4煤层C级套改为332，D级套改为333。
一1煤层属高硫煤层，且水文地质条件复杂，A+B级套改为2S21，C和D级套改为2S22。
套改后的结果为：
预可采储量（121）72.35Mt；
预可采储量（122）116.33Mt；
探明的经济基础储量（121b）144.69Mt；
控制的经济基础储量（122b）232.65Mt；
控制的内蕴经济资源量（332）5.63Mt；
推断的内蕴经济资源量（333）4.59Mt；
探明的（预可研）次边际经济资源量（2S21）3.24Mt；
控制的次边际经济资源量（2S22）47.54Mt。
分煤层、分水平、分块段的地质资源量详见表2-2。
表2-2赵家寨井田地质资源量汇总表单位：
Mt
煤层编号
地质资源量
二１
二３
七４
合计
赵家寨井田
（能利用部分）
-325m以浅
178.349
42.608
10.220
231.177
-325m以深
140.961
15.422
0
156.383
合 计
319.310
58.030
10.220
387.560
注：
报告中一1煤暂不能利用煤炭资源储量（2S21+2S22）为50.78Mt。
根据《煤炭工业矿井设计规范》：
矿井工业资源/储量=121b+122b+332+333×k
=144.69+232.65+5.63+4.59×0.8
=386.642Mt
经计算，赵家寨井田的工业资源/储量为386.642Mt，其中二1煤319.31Mt，二3煤58.03Mt，七4煤9.302
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