以矿井水平延深为例采矿工程专业毕业设计.docx

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以矿井水平延深为例采矿工程专业毕业设计

1矿井概述…………………………………………………………2

1.1矿区概况

1.2井田地质及煤层特征

1.3井田开拓方式

1.4矿井延深的必要性

2开采围与生产能力…………………………………………

2.1开采围及储量

2.2生产能力与服务年限

3开拓准备…………………………………………………………11

3.1水平延深方案的选择

3.2井筒及井底车场

3.3水平接续时的技术措施

4采区设计………………………………………………………25

4.1采区地质特征

4.2采区生产能力及服务年限

4.3采煤方法及采区参数

4.4采区巷道布置

4.5采区车场及硐室

4.6采煤工作面配备和生产能力验算

4.7采掘工作

5矿井生产系统及主要机械设备………………………………33

5.1矿井通风

5.2矿井运输提升

5.3矿井排水

5.4矿井压气

6矿井供电………………………………………………………38

6.1矿井供电系统

6.2供电设备选型

6.3照明与通讯

7安全技术措施…………………………………………………39

7.1预防瓦斯和煤尘爆炸

7.2防止水患

7.3预防火灾

7.4其它事故的预防

8劳动定员及主要技术经济指标………………………………42

8.1劳动定员及劳动生产率

8.2矿井主要技术经济指标

1矿井概述

1.1矿区概况

1.1.1交通位置

某煤矿位于某市石横镇境，肥城煤田的西端，区有铁路支线可通达津浦铁路的站，泰（安）湖（屯）铁路支线经过该矿区至西部石横电厂。

另外，矿区南、北各有新、老泰（安）平（阴）公路和济（南）兖（州）公路，东通肥城、，北抵，西到平阴、聊城，南达兖州、等地，交通十分方便。

1.1.2地形地貌

本井田地形平坦，微向西南倾斜。

地面标高+66～+85m。

地表有水渠、水塘和采后塌陷积水洼地分布。

地面无大型河流通过，仅有南北向冲沟2条，发源于北部山区，雨后有水，数天后即干枯。

1.1.3气象及水文情况

本区属大陆性与海洋性气候的过渡型，偏重于大陆性气候。

年平均温度+12.95℃，最高气温+39.6℃，最低气温-20℃。

年平均降雨量为650mm，最高年降雨量为972.7mm，历年雨季多集中在7、8、9月份，最大日降雨量208.1mm，最大积雪厚250mm，最大冻土深度480mm。

春秋季多东南风，夏季多南风，冬季多北风，主导风向为东南风，年平均风力为2.8级。

该矿井工广区100年和300年频率最高洪水位分别为+72.54m和+72.89m。

1.1.4矿区概况

某煤矿位于肥城煤田的西端，于1968年建成投产，设计能力60万t/a，采用立井、单水平开拓，井底车场水平为-150m，中央并列式通风方式，1971年达产，1977年产量突破100万t。

1986年进行矿井改扩建，设计能力150万t/a，采用立井、多水平开拓，混合式通风方式，改扩建新建一个副井、一个风井，改造原副井为主井，井底车场水平为-250m。

北风井建在井田的中深部，井底标高为-346.4m上组煤，南风井继续保留运行、西风井停止使用。

矿井改扩建主要生产水平设在-350m（二水平），井底车场布置在下组煤七层煤顶板中，上、下组煤大巷之间采用石门联系，-350m水平与-250m水平之间采用四条暗斜井联系，分别是-250m集中下山、-350m上仓皮带、-250m人车下山和-350m管子道。

矿井改扩建工程已全部竣工，两个采区早已投产。

1999年由于生产接续紧，为开采南风井煤柱，改造工业广场的原主井为中央风井，南风井停止运行。

1.2井田地质及煤层特征

1.2.1井田境界

本井田东部以F7断层与白庄煤矿为界，以F3、F25断层分别与国家庄矿、南高余矿为界；西以F5断层为界；南以下组煤的75水1、241、西检4、63水22钻孔孔口坐标连线垂直划分与聊城矿（现马坊矿）为界；北至井田边界断层F1-2。

井田走向长约4.25km，倾斜宽约3.67km，面积约15.6km2。

1.2.2矿（井）田地层及地质构造

一、地层

本井田地层属鲁西地层系统，自上而下为新生界第四系，古生界的二迭系、石炭系、奥陶系、寒武系，元古界前震旦系。

第四系厚度为53.54～120m，本井田煤层分布于二迭系组地层中部和石炭系群地层下部，煤系地层总厚为250m～275m，共含煤17层，其中可采煤层10层（12个分层），即：

1、2、3Ⅰ、3Ⅱ、4、5、6、7、8、9、10Ⅰ、10Ⅱ层煤，可采总厚度为15.4m。

组厚约70～105m，平均为90m。

岩性主要为灰～灰白色中粒砂岩和砂岩互层，为主要含煤地段，含煤4层。

其中3Ⅰ层煤为主要可采煤层。

群厚约180～190m，平均为185m。

岩性以灰～灰黑色粉砂岩为主，含石灰岩4层，其中一、二、四灰为标志层。

含煤6层，其中7、8、9、10Ⅱ层煤为主要可采煤层，5上、6、10Ⅰ层煤为局部可采煤层。

二、地质构造

某井田东、西、北三面被断层包围，为一向北倾斜的单斜构造，褶皱较少，断层较多，矿井地质条件类型为ⅢaⅠdⅡe，即三类矿井。

1、断层

本水平地层走向从总体来看大致呈一不规则“U”形，即自西向东由近南北～北西～东西～北东～近南北向，似一轴位于井田中部且向北东方向倾伏的向斜构造。

延深围断裂构造发育，有些断层走向长、落差大，主要断层有35条，其中已有揭露，且落差较大的断层有17条，较小断层8条，尚未有揭露的物探断层10条。

２、褶曲

本延深围发育有两个中小型褶皱：

一是F40与F5-1之间发育一中型向斜褶曲，轴向北东；另一个是CF3与F27交叉点以北部分发育一中小型向斜褶曲，轴向北东，使本部分煤层走向从西部的近南北向，向东逐渐变为近东西至北东向。

另外延深水平围无火成岩侵入体、陷落柱等其它地质构造。

主要断层特征表表1-2-1

序

号

名称

走向

倾向

倾角

（°）

落差

（m）

性

质

主要影响煤层

控制程度

F5-1

120～280

正

切穿7－10层煤

80－2孔以南为查明，以北为推断

F40

正

切穿7－10层煤

查明

F27

正

切穿7－10层煤

查明

F42

0～10

正

切穿7－10层煤

查明

CF3

20～60

正

切穿7－10层煤

荣74－10孔以南基本查明，以北为推断

F43

0～30

正

切穿7－10层煤

基本查明

CWF4

0～45

正

切穿7－10层煤

基本查明

CWF9

15～20

正

切穿7－10层煤

基本查明

20～142

正

切穿7－10层煤

基本查明

NNE

SEE

70～80

〉200

正

基本控制

F1-2

〉1000

正

基本查明

30～110

正

基本控制

CF3-1

NNE

NWW

20～30

正

基本查明

F7′

0～70

控制一断点

F1-3

5～40

基本查明

CWF28

50～70

0～22

正

基本查明

CWF30

0～10

正

基本查明

CWF82

10～23

正

物探断层，待验证

续表1-2-1

序

号

名称

走向

倾向

倾角

（°）

落差

（m）

性

质

主要影响煤层

控制程度

CWF84

NE～EW

NW～N

0～70

正

02-2、99-1两孔穿过，基本控制

CF83

NE～EW

SE～E

0～65

正

物探断层，待验证

CF86

NWW

SSW

60～100

正

仅99-2孔穿过，待验证

CWF38

12～53

正

物探断层，待验证

CWF32

0～17

正

物探断层，待验证

CWF54

60～65

0～32

正

物探断层，待验证

CWF66

55～60

7～24

正

仅73-4孔穿过，待验证

CWF74

7～13

正

物探断层，待验证

15～48

正

物探断层，待验证

CF7

7～10

正

查明

CF43

70～85

0～7

正

已控制

CF44

正

已控制

CF45

5～5.5

正

已控制

CF46

65°

0～7

正

已控制

CF47

NEE

NNW

60°

4.5～5.5

正

已控制

CF50

60～70

0～5.5

正

已控制

CF55

70°

5～6

正

已控制

1.2.3煤层及煤质

㈠煤层

本延深水平开采煤层属群，7、8、9、10Ⅱ层煤为稳定的中厚煤层，10Ⅰ层煤为局部可采的薄煤层，可采煤层总厚度为7.15m，现分述如下：

1、7层煤：

厚度0.92～1.73m，平均厚度1.45m，区见煤点全部可采，煤层中含夹石1～２层，该煤层属于结构复杂的稳定中厚煤层。

煤层直接顶板为灰色粉砂岩，泥质胶结，致密快状结构，性脆、易碎，厚度8.6～13.5m，平均厚度9.5m；煤层底板为灰色粉砂岩，易风化膨胀，厚度1.5～2.5m，平均厚度1.8m，其下为深灰色粉砂岩，该煤层下距8层煤25m左右。

2、8层煤：

厚度1.12～2.7m，平均厚度1.95m，区除81-1孔见煤点煤厚变薄（0.21m）不可采外，其余钻孔见煤点均可采。

煤层上部含稳定的褐黑色炭质细砂岩一层，厚度为0.4m，该煤层属于结构复杂的稳定中厚煤层。

煤层的直接顶板为第四层石灰岩，厚度1.06～7.88m，平均厚度4.8m，灰色，质不纯，节理发育，裂隙洞穴不发育，裂隙为方解石脉充填。

煤层底板为灰色粉砂岩，厚度4.8～7.5m，平均厚度6.0m，该煤层下距9层煤7m左右。

3、9层煤：

厚度1.0～1.92m，平均厚度1.40m，区钻孔见煤点全部可采，属于结构简单稳定的中厚煤层。

煤层直接顶板为泥灰岩，厚度0～1.4m，平均厚度1.0m，含少量裂隙水，在泥灰岩尖灭地段，其上粉砂岩变为直接顶板；煤层底板为泥质胶结的深灰色粉砂岩，厚度1.0～4.3m，平均厚度2.8m，该煤层下距10Ⅰ层煤2.8m。

4、10Ⅰ层煤：

厚度0.60～0.80m，平均0.65m，区钻孔见煤点全部见煤，其中可采点6个，不可采点6个。

该煤层属于结构简单的局部可采煤层。

煤层直接顶板为深灰色粉砂岩，厚度1.0～4.3m，平均厚度2.8m，泥质胶结；煤层底板为灰色粉砂岩，泥质胶结，遇水膨胀，厚度0～3.6m，平均厚度0.85m，该煤层下距10Ⅱ层煤0.85m。

5、10Ⅱ层煤：

厚度0.95～2.2m，平均厚度1.70m，区钻孔见煤点全部可采，煤层厚度变化较大。

煤层直接顶板为灰色粉砂岩，厚度0～3.6m，平均厚度0.85m，泥质胶结，遇水膨胀；煤层底板为灰色粘土岩，厚度2.5～3.8m，平均厚度3.0m，该煤层下距五灰18.2m左右。

㈡煤质

下组煤为暗淡、丝织--玻璃光泽，灰黑--黑色，煤普氏硬度系数为2～3，容重约为1.30～1.40断口参差状，裂隙发育。

煤岩类型为半亮型煤，微观类型7层煤为暗煤质亮煤型，8、9层煤为亮煤型，10Ⅱ煤为暗煤质亮煤型。

1.2.4水文地质

㈠水文地质特征

井田断裂构造极为发育，五灰和奥灰富水性强，且水力联系密切，主采煤层下距主要含水层间距小，有效隔水层厚度小，水文地质条件极为复杂，根据五灰的富水性，地质构造及探明情况，本井田大致划分为三个水文地质块段：

Ⅰ块段位于F40、CF3、F25和F42断层之间，断裂构造极为发育，五灰岩溶裂隙发育但不均匀，富水性强，存在迳流带，五灰至奥灰间距8.35～12.25m平均10m左右，该块段目前五灰单孔最大涌水量达350m3/h（8101注12、检2孔），最小3.7m3/h（WG-1孔），WG-2孔穿透五灰后无水，-250m水平以下五灰水垂向或侧向补给四灰含水层，导致-250m水平以下该块段的7500采区在回采中多次发生底板出水事故。

Ⅱ块段位于F5-1、F40和F27断层之间，断裂构造比Ⅰ块

煤层结构特征表表1-2-2

层

别

煤厚（m）

夹石

石

结

构

稳

定

性

可采

程度

倾

角

（°）

顶底板岩性

煤层

容重

（t/m3）

碎胀

系数

煤层

间距

（m）

两极

厚度

顶板

厚度

（m）

底板

厚度

（m）

平均

层数

0.92～1.73

0.15

复杂

稳定

全部

6～21

粉砂岩

9.5

粉砂岩

1.8

1.30

1.3～1.6

1.45

1~２

1.12～2.70

0.40

复杂

稳定

全部

6～21

四灰

4.8

粉砂岩

6.0

1.30

1.3～1.6

1.95

7.0

1.0～1.92

简单

稳定

全部

6～21

粉砂岩

1.0

粉砂岩

2.8

1.30

1.3～1.6

1.40

2.8

10Ⅰ

0.6～0.8

简单

不

稳定

局部

6～21

泥岩或

粉沙

2.8

粉砂岩

0.85

1.35

1.3～1.6

0.65

0.85

10Ⅱ

0.95～2.20

简单

不

稳定

全部

6～21

粉砂岩

0.85

粘土岩

1.40

1.3～1.6

1.70

煤质特征表表1-2-3

层

别

牌

号

原煤工业分析

胶质层

水分M

（%）

灰分A

（%）

挥发分V

（%）

硫分S

（%）

磷分P

（%）

发热量Q

（MJ/Kg）

Y（mm）

3.0

24.67

43.37

3.72

0.007

24.35

21.0

3.0

23.12

40.80

3.78

0.002

22.5

28.0

3.0

26.19

40.97

3.29

0.005

21.0

28.0

10Ⅰ

4.0

21.97

37.34

3.84

0.007

23.15

22.0

10Ⅱ

4.0

23.98

36.96

2.92

0.007

23.15

22.0

段相对简单，由于F5断层落差大于200m，使煤系地层与奥陶系灰岩对口接触，形成了以断层微弱或局部导水为主的水平补给。

该块段五灰至奥灰间距平均3.94m，由于受断层影响，63水5孔、五、奥灰间距极小。

五灰单孔最大涌水量达242.5m3/h（8102注14孔），最小1.7m3/h（89-水1），由于受F5及F5-1断层影响，在F5与F40之间形成了不对称的向斜褶曲，向斜的轴部煤层底板裂隙发育，易造成导水，浅部聊城（现马坊）8406、8408工作面底板突水均在向斜轴部。

Ⅱ块段四灰水位目前已疏降至-250m水平。

Ⅲ块段位于井田深部，断裂构造比较复杂，目前尚无水文地质资料，须在今后的生产中查明水文地质资料。

㈡含水层及水力联系

井田主要含水层有：

第四系砂及砂砾层，组砂岩，群一、二、四灰，9层煤顶板泥灰岩，群徐家庄灰岩（五灰）和奥陶系灰岩（奥灰），计八层。

第四系砂及砂砾层由于其下部粘土层具有

良好塑性和隔水性，地表水和第四系潜水不致渗入井下；组砂岩含孔隙裂隙水，与下部煤系灰岩含水层基本上无水力联系，随采掘工程水平下移可自行疏干；一灰、二灰为6层煤直接顶，由于富水性弱，交替条件差，与其它含水层无水力联系，对开采影响不大；9层煤顶板泥灰岩厚度薄而不稳定，富水性弱，交替条件差，补给不利，可以疏干，对9层煤的开采影响不大。

对生产影响较大的含水层主要是：

四灰、五灰和奥灰，分述如下：

1、四灰：

厚1.06～7.88m，平均4.8m，为8层煤直接顶板，上距7层煤14.51～25.98m，平均20.56m，下距五灰30～36.54m，平均34m，裂隙洞穴比较发育，从不同深度的抽水试验资料（q=0.000093～0.464L/S.m）可以看出：

其富水性具有明显的浅大深小之规律。

-350m水平以上，四灰单孔最大涌水量为178.1m3/h（7501堵3孔），最小4.0m3/h（SF-12孔），风检88-1孔在-492.5m～-498.3m穿透四灰不漏水，在第Ⅰ水文地质块段，经7500采区底板突水分析，局部存在五、奥灰垂向或侧向补给四灰的通道，致使四灰难以疏干。

目前，四灰水位在第Ⅱ水文地质块段已降至-250m，第Ⅱ水文地质块段在-250m八层东大巷大面积揭露四灰时无水，但7500采区四灰观测孔实测四灰水位却为-199m，这说明-250m东大巷与7500采区之间的四灰裂隙不发育，且裂隙连通性差。

经开采证明在没有五、奥灰水补给的条件下，四灰水可以疏干。

2、五灰：

厚6.7～10.5m，平均8.9m，为灰色质纯致密厚层状细粒结晶石灰岩，上距10Ⅱ层煤14.2～19.7m，平均18.2m，下距奥灰9.3～13.5m，平均12.5m，为煤系底盘第一个主要含水层。

目前，五灰水位在+40m左右，其水质及水位动态变化与奥灰基本一致，裂隙洞穴发育，富水性强且不均一。

从近几年掌握的资料看：

五灰在-150m水平以上，富水性强，裂隙发育但不均匀，8101工作面施工54个五灰注浆、检查孔，单孔涌水量大于100m3/h的有27个，最大为350m3/h，最小2.5m3/h；8102工作面施工30个五灰注浆孔，单孔涌水量大于100m3/h的有10个，最大为243m3/h，最小6.53m3/h；-250m水平施工19个五灰放水、观测孔，单孔最大涌水量174m3/h，个别钻孔穿透五灰后无水，7505堵水巷施工的五灰堵水孔（堵2孔，孔口标高-294m），最大涌水量达180m3/h，风检88-1孔在-534.9～543.5m穿透五灰时不漏水；96水1奥灰观测孔穿过五灰不漏水。

由于五灰的岩溶裂隙发育不均匀，个别钻孔水量较小甚至无水，给矿井防治水工作带来很大难度。

在构造复杂地带五灰与四灰对口直接补给或间接渗透补给，同时也可通过垂向裂隙直接补给，是四灰含水层的主要补给水源，且由于其上距八、九、十层煤间距较小，水压大，突水系数大，开采过程中遇构造发育地带易发生突水，是威胁矿井安全的直接含水源。

3、奥灰：

该层灰岩为煤系底盘的强含水层，厚度约800m，岩溶发育不均匀，具有成层性，可划分为四个强含水层段，富水性极大，单位涌水量0.～16.203L/S.m，是五灰的主要补给水源。

目前，奥灰水位为+41.39m（86水3），与五灰水位基本一致，据井下水源井资料，奥灰在-150m以下洞穴裂隙仍比较发育，富水性较大，当进入奥灰16.69m时（顶板标高-225m），涌水量达450m3/h，为矿区涌水量最大的奥灰孔。

对矿井威胁较大。

由此看来，五灰和奥灰水直接威胁着七、八、九、十层煤的安全开采，特别是在构造发育地段，高压水可能突破较弱的隔水层，导致底板突水，威胁矿井安全。

各含水层间的水力联系主要取决于构造，裂隙洞穴发育程度，富水性大小，层间距以及地层的渗透性等条件。

井田四灰到五灰间距为30～43m，据现有资料四灰可以疏干，但在断层落差30～45m时，上下两盘四灰五灰对口接触，局部可发生强水力联系。

五灰至奥灰间距据现有资料在本井田一般为10m，可能是因沉积原因造成，其水力联系极为密切，从五灰、奥灰的水位、水质基本相同可得到充分证实，其它含水层前已叙述，均可疏干，基本无水力联系。

㈢隔水层

7层煤下距四灰14.51～25.98m，平均20.6m，岩性以泥质胶结粉砂岩为主，胶结性差，遇水易膨胀，采矿对底板的破坏深度一般为11m。

8层煤下距五灰22.5～43.18m，平均32～34m，岩性以泥质胶结的粉砂岩为主，在10Ⅱ层煤底板有一层厚平均3.5m的粘土岩具有良好的塑性和隔水性，另在五灰顶板大部分区域有一层中砂岩，坚硬，对防止五灰突水也起到了一定安全屏障作用。

采矿对底板的破坏深度一般为12m，随着开采深度加大，对底板的破坏程度亦不断加大。

㈣安全水压及安全掘进标高

根据斯列沙辽公式计算掘进时各煤层允许掘进标高。

根据公式计算出七层煤在全矿井围掘进是安全的，八层煤在全矿井围掘进是安全的，九层煤允许掘进标高-599m，十层煤允许掘进标高-379m。

生产过程中在允许掘进标高之上施工是安全的，进入允许掘进标高以下必须采取防治水措施，以确保掘进安全。

㈤突水系数与安全水头

按照突水系数计算公式Ts＝P/（M-Cp-Dg）

式中：

Ts－突水系数，取0.1MPa/m；

P－隔水层底板所承受的水头压力，MPa；

M－隔水层厚度，m；

Cp－采动破坏深度，m；

Dg－含水层导高，m。

经计算受五灰含水层威胁：

七层煤安全开采下限标高为-391m，八层煤安全开采下限标高为-138m，九层煤安全开采下限标高为-95m，十层煤安全开采下限标高为-70m。

2-5）各煤层开采上限标高统计表表1-2-4

七层煤

八层煤

九层煤

十层煤

五灰

-391

-95

-70

奥灰

-532

-279

-236

-211

五灰突水系数及安全开采标高计算结果表表1-2-5

水平（m）

煤层

名称

隔水层

厚度

（m）

底板破

坏深度

（m）

平均突

水系数

（MPa/m）

最小突

水系数

（MPa/m）

最大突

水系数

（MPa/m）

五灰

-350

62.0

0.078

0.092

34.0

0.125

0.200

25.5

0.231

0.183

0.278

10Ⅱ

20.0

0.285

0.216

0.354

五灰

-450

62.0

0.113

0.094

0.131

34.0

0.231

0.1

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