本科毕业设计伊东集团扶贫煤矿二采区设计说明书.docx
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本科毕业设计伊东集团扶贫煤矿二采区设计说明书
学校代码：
10128
学号：
201022901015
本科毕业设计说明书
（
题目:
内蒙古伊东煤炭集团有限责任公司准旗窑沟乡扶贫煤矿二采区设计
学生姓名：
学院：
系别：
专业：
班级：
指导教师：
二〇一四年六月
摘要
采区是一个具有独立生产系统的块，一个采区可以包括一个或若干个回采工作面。
采区设计是对采区巷道布置方案、生产系统与开采设计进行设计与计算,一般包括设计说明书及相关设计图纸。
采区设计是采区施工开掘的依据,在采区的施工过程中及生产过程中通常不能随意更改。
采区设计应为矿井合理集中生产和持续稳产、高效创造条件;简化巷道系统,减少巷道掘进和维护量;要采用新技术,机械化和自动化;使煤炭损失少,安全条件好,生产矿井提出的对设计采区的生产能力、采煤工艺、采准巷道布置及生产系统等要求,要适应生产技术不断发展的需要。
本文主要阐述了采区方案设计和单项施工设计和采区设计的说明书、图样等内容。
关键词：
沿空掘巷；顶煤采出率；顶板弱化
Abstract
Miningisanindependentproductionsystemblock,apanelmayincludeoneorseveralminingworkingface.Thedesignofminingareaisthedesignandcalculationoftheproductionsystemofmining,miningdesignandminingroadwaylayout,generallyincludesthedesignspecificationanddesigndrawings.Thedesignofminingareaistheminingareaconstructionbasis,intheconstructionprocessintheminingandproductionprocessusuallycannotarbitrarilychange.Miningareadesignshouldbeefficienttocreatetheconditionsforrationalmineproductionandsustainedyield,simplifiedroadwaysystem,reducetheroadwayexcavationandmaintenance;toadoptnewtechnology,mechanizationandautomation,inordertoreducethecoalloss,providegoodsecurityconditions,designrequirementsforminingproductioncapacity,coalminingtechnology,quasiroadwayarrangementandproductionsystemproductionofmineisproposed,tomeettheneedofthedevelopmentofproductiontechnology.Thispapermainlydescribestheminingdesignandmonomialconstructiondesignandminingdesignspecification,drawingsetc
Keywords:
drivingalonggoaf；thetopcoalrecoveryrate；roofweakening
引言
采区设计是一个涉及煤矿开采，井巷工程，矿山机械，矿井通风等众多学科的系统工程。
通过本次设计，我已经基本掌握了采区乃至矿井设计的方法和步骤，培养了搜集、整理、运用技术资料和技术经验的能力，提高了撰写技术文件和解决实际问题的能力。
本次设计参照伊东集团扶贫煤矿初设资料，结合自身所学知识和井下生产实习经验，由老师指导对扶贫煤矿二采区进行采区设计。
本次设计以《内蒙古工业大学本科生毕业设计说明书（论文）撰写规范（修订）》为依据，按照《煤矿安全规程》、《采矿设计手册》的要求，经过查阅相关资料，在老师精心指导下完成。
设计中难免有不妥和错误之处，恳请审阅老师批评指正。
第一章井田概况及地质特征
1.1井田概况
1.1.1位置与交通
扶贫煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗境内，准格尔煤田东北部小鱼沟勘探区，行政区隶属准格尔旗窑沟乡管辖。
是内蒙古伊东煤炭集团有限责任公司下属煤矿。
矿井交通以公路为主，北距呼市125km,南距准格尔旗薛家湾镇15km。
矿井距矿区4.6km砂石路已改建为油路，经矿区公路至呼（市）～大（饭铺）公路长约9km，本矿距大准铁路15km。
井田对外交通便利。
1.1.2地形地貌
本区属鄂尔多斯黄土高原，地形十分复杂，沟谷纵横交错，沟深壁陡，断面多呈V字形，树枝状分布，沟谷中有基岩外露。
本井田地形西高东低，海拔标高在1300～1088m之间，相对高差212m，一般标高1180m。
1.1.3地形水系
黄河是流经井田东部边缘唯一的地表水，年均最大流量930～3390m3/s，年均最大含砂量5.74～24.30％，井田内最低标高839.62m，低于黄河水位140多米。
但据钻孔探测，孔内无水位，又无大的断裂与黄河沟通，未见黄河水补给井田。
1.1.4气象
本区属大陆性气候，冬季严寒漫长，夏季短暂炎热，寒署变化剧烈，最低气温-24.3℃，最高气温39.5℃，年平均气温5.0～7.8℃,昼夜温差大。
十月至次年四月为结冰期，最大冻土深度1.5m，年总降水量238～732mm，主要集中在七、八、九三个月，占全年降水量的60～70％，年蒸发量为1792～2155mm，为降水量的四倍多，春旱常年发生。
全年多西北风，风速一般为10～15m/s，最大风速18m/s。
1.1.5地震
根据国家地震区划图，本区按7度设防。
1.1.6区域经济简况
本区煤炭资源丰富，但经济相对落后。
区内居民稀少且居住分散，多聚居在山谷低凹处。
当地居民多从事农业生产，牧副业次之，经济发展滞后。
矿井建设用三大主材需外购，其它建材可在区内解决或部分从外地调入。
1.1.7水源
矿井水源主要依靠准格尔旗科源水务有限责任公司供水管网供给。
矿井水经净化处理后可用于井下消防洒水及地面灌溉，做为补充水源回收利用。
1.1.8电源
矿井供电电源引自唐公塔110kV变电站和薛家湾220kV变电站，供电距离均为15km。
1.2地质特征
1.2.1地层与构造
（一）井田地层
井田内大部被第四系黄土以及风积砂土覆盖，基岩露头很少，仅在井田北部脑包沟、东部脑包沟支沟，井田南部小鱼沟有少量白垩系下统志丹群出露，地层由老至新分述如下：
1、石炭系上统太原组（C2t）：
是区内主要含煤地层，地表未出露。
下部岩性为砂泥岩夹鸡窝状铁矿结核（山西式铁矿）、砂质粘土岩，砂泥岩、泥岩夹粗砂岩。
图1-2-1柱状图
上部为黑色泥岩、砂泥岩、碳质泥岩夹6上及6号煤层，以灰白色粗砂岩（K2）厚10～15m与中部分界，（K2）是6煤组与8号煤层主要对比标志。
本组厚度61.77～133.93m，平均厚度96.86m。
中部为灰白色粗砂岩、黑色泥岩夹8、9上、9、10号煤层，一层厚约10m的灰白色粗砂岩夹在8与9上煤层之间，全区分布，是8号和9上煤层标准层之一。
在11号煤层底部有一层厚约10～20m的灰白色粗砂岩（K1），是底部煤层标志层。
北部、西部薄，东部部分被剥蚀。
太原组含煤建造，基本可以划分四个旋回，从奥陶系灰岩不整合面之上铁质砂岩开始至（K1）粗砂岩底，由一个完整的由粗～细沉积韵律组成。
第二旋回为（K1）粗砂岩～9上号煤层结束；第三旋回由9上号煤层顶部粗砂岩开始，到8号煤层结束；第四旋回由粗砂岩（K2）～6上号煤层顶部砂质泥岩结束（见图1-2-1）。
2、二叠系下统山西组（P1sx）：
是区内含煤岩系之一，无可采煤层。
由灰白色粗砂岩，砂泥岩、泥岩、含3、5号煤层，地层厚度较稳定，厚53.26～72.03m，一般在60m左右，与太原组整合接触。
3、二叠系下统～中统石盒子组（P1-2sh）：
主要由砂泥岩、紫红色砂岩、砂质粘土岩、泥岩及粗砂岩构成。
最大厚度77m，与山西组呈整合接触。
4、白垩系下统志丹群（K1z）：
由上而下为紫红色砾岩、砂砾岩、砂泥岩互层，厚度不等，不整合于下伏石盒子组之上。
在井田北部及东南部较大的沟谷中有明显出露。
5、第四系上更新统（Q3）：
黄土、轻亚粘土、细粉砂夹钙质结核。
全新统（Qh）：
地表为风积砂及风成砂土，地质填图未分，矿区钻孔所见厚度最大118m。
（二）井田构造
井田总体为北西单倾斜构造，倾角小于10度，沿走向呈缓波状起伏，形成宽缓的背向斜构造。
井田北部有脑包沟背斜，中部有贺家山向斜，井田南端有窑沟背斜。
1、脑包沟背斜：
位于井田北部，长约1.5km，轴向北东45°，褶皱两翼平缓，倾角1～3°，波幅小于20m，经钻孔验证为穹隆状构造，已控制并于查明。
2、贺家山向斜：
位于井田中部11、10勘探线之间，轴向北东50°，长约1.5km。
东北端紧密，西南端宽缓，南翼陡，北翼缓，南翼倾角为13°。
3、窑沟背斜（北西翼）：
背斜轴向北东45°，从井田南端通过，影响了井田南部的煤层产状，倾向北西，倾角10～13°之间，褶皱已控制查明。
地质构造报告表面，本矿区井田地质构造复杂程度属于简单类型。
（五）岩浆活动
在井田内施工的所以钻孔中尚未见到火成岩体。
1.2.2煤层
（一）含煤性
本区属华北石炭～二叠纪煤田。
上石炭统太原组和下二叠统山西组为主要含煤地层，井田内含煤共8层，编号分别为3、5、6上、6、8、9上、9、10号煤层，煤层平均总厚度约为27m，煤系地层总厚140.70m，含煤系数19.4%。
太原组平均厚度78.96m，含煤6层，含煤系数33%，分别为6上、6、8、9上、9、10号煤层，可采煤层4层，为6、8、9上、9号煤层；不可采煤层为6上、10号2层。
山西组平均厚61.74m，煤层平均总厚0.69m，含煤系数1%，含煤2层，3号煤层厚度0～0.70m，平均厚度0.38m属不可采煤层，5号煤层厚度0.10～0.51m，平均0.35m属不可采煤层。
（二）煤层
井田内可采煤层4层：
即6、8、9上、9号，其中6、9号为主要可采煤层。
1、6号煤层：
太原组顶部，是井田内主要可采煤层，全区可采，厚度1.71～20.80m，平均15.18m，可采厚度1.71～16.86m，平均12.78m，属较稳定煤层。
煤层结构复杂，含夹矸最多达21层，平均10层，煤层中夹矸总厚0～4.66m，平均2.23m。
夹石岩性为粘土岩、泥岩、砂质粘土岩及炭质泥岩，结构尤以上部最为复杂。
顶板多为泥岩、粘土岩，其次为砂岩。
底板主要为泥岩，其次为粘土岩、砂岩。
2、8号煤层：
位于太原组中上部，主要分布井田西部，大部分可采，煤层厚度0～3.24m，平均1.44m，可采厚度0.80～2.64m，平均1.52m，厚度变化大，属不稳定煤层。
含夹矸1层，平均厚度0.13m。
顶底板岩性均为砂岩、泥岩、粘土岩。
距6号煤层13.61～25.03m，平均16.88m。
3、9上煤层：
位于太原组中下部，煤层厚度1.66～5.59m，平均3.61m，可采厚度1.10～4.25m，平均2.84m，矿区内大部可采，井田内全部可采，由于煤层灰分高且变化大，影响了高类型资源储量的圈定，煤层稳定类型确定为较稳定～不稳定煤层。
煤层结构简单～复杂，平均含4层夹矸，平均总厚0.75m。
顶底板均为为砂岩、泥岩、粘砂岩。
距8号煤层2.40～17.67m，平均10.74m。
当8号煤层缺失时，与6号煤间距为31.17～40.36m，平均35.38m。
4、9号煤层：
位于太原组中下部，全区可采，是主要可采煤层，煤层厚度1.43～6.90m，平均3.54m；可采厚度1.01～5.40m，平均3.26m。
煤层结构为简单～复杂型，含夹矸11层，平均3层，单层夹矸最大厚度1.0m左右，平均夹矸厚度0.26m，煤层中夹石平均总厚为0.66m，岩性为粘土岩、泥岩、碳质泥岩。
煤层顶底板岩性为粘土岩、砂岩和泥岩。
距9上煤层间距0.24～19.27m，一般在7m左右，属较稳定煤层。
1.2.3煤质
（一）物理特性和煤岩特性
1、宏观特性：
井田内煤呈黑色，条痕为黑棕色，沥青及弱沥青玻璃光泽，裂隙不发育，呈细条带状。
井田内6号煤层上段以暗淡煤和半暗淡煤为主，煤质较差，中段和下段煤质较好，以亮煤为主夹有少量镜煤，镜煤多以条带状，属半亮型煤。
8、9上、9号煤层以暗煤为主，局部夹亮煤、丝炭、煤岩类型为半暗型―暗淡型。
2、煤的显微特征
本区煤质特征为丝炭含量高，6号煤层平均值为37.6%，8号煤层平均值29.0%，9上煤层平均值33.4%，9号煤层平均值29.4%。
镜煤最大反射率；各煤层在0.5544～0.5833之间，均属变质Ⅰ阶段，相当于长焰煤。
（二）煤的其它物理特性
煤的比重和容重（见表1-2-1）
表1-2-1各煤层比重和容重测试结果一览表
煤层编号
平均灰分Ad（%）
比重
（t/m3）
容重
（t/m3）
煤层
编号
平均灰
Ad（%）
比重
（t/m3）
容重
（t/m3）
6
23.25
1.61
1.36
9
26.80
1.66
1.48
8
29.04
1.69
1.50
9上
30.75
1.72
1.52
根据邻区大样测定，静止角34.3～37.5度，摩擦角24.3～30度，散比重834.4～1057.5L/m3，抗压强度（两米落法）为77.5～80.1kg/cm2，可磨性1.171～1.314。
（三）煤的化学性质及工艺性能
1、煤灰成分与灰熔融性：
本区煤灰的熔融性很高，各煤层均属难熔灰分煤,利于煤的气化和燃烧。
煤的灰成分：
SiO244.36～50.10%，Fe2O33.48～7.63%，Al2O340.43～43.22%，CaO0.50～0.92%，MgO0.28～0.58%，TiO21.39～1.99%，SO30.16～0.54%。
2、含及其它有害元素含量
6号煤含硫0.81～2.08%，平均1.33%，属低硫煤。
8号煤含硫量0.77～2.81%，平均1.56%，属于中硫煤。
9上号煤层为0.34～2.30%，平均1.37%，属于低硫煤。
9号煤层变化较大，为0.30～2.74%，平均值为1.08%，属于低硫煤。
区内硫份主要以硫化物为主，有机硫次之，仅有微量硫酸盐硫。
各煤层中磷含量0.010～0.037%，属于低磷煤，氯含量0.008～0.010%，含量低。
砷含量较高，且变化大，6、8、9上及9号煤层平均值分别为22.1PPM，30.7PPM，23.5PPM，41PPM，不能用于酿酒或食品业燃烧用煤。
3、煤的工艺性能：
洗煤后精煤发热量（Qnet,d）稳定，可达29.27MJ/kg；矿区内主要煤层可磨性系数大于1，属容易磨碎煤。
各煤层经低温干馏试验，原煤含油率（Tq）一般低于7%，属于含油煤，主要煤层碳与氢的比值均大于16，表明矿区内煤层不利于液化。
煤的气化性能测试表明其粘结性、灰分、灰熔融性，均符合“沸腾层发生炉用煤”的质量要求。
热稳定性较好，属于一级。
（四）煤的可选性及工业用途
1、可选性评价
普查～勘探阶段，对小鱼沟矿区6、9上及9号煤层经多次简易筛分，浮沉试验及23套大样试验表明：
6号煤层上段厚度6.62米，灰分高（38.22%），煤质差、精煤回收率低，当精煤灰分为10%时，回收率仅21.9%，精煤灰分为12%时，回收率可达30.5%，±0.1值很低，分别为46.9、48.0，属于极难选煤。
6煤下段厚11.4m，原煤灰分24.09%，灰分控制在10%、12%时，精煤回收率分别为65.0%（良等），74%（优等），±0.1值分别为32.6（难选）、19.0（易选）。
上述表明，6号煤层下段当灰分控制在12%时，属易选，控制在10%时，属于难选。
8号、9上、9号煤层属难选至极难选煤。
2、煤的工业用途
煤种属于长焰煤。
6号煤为低硫、低磷、中灰、高砷、中热值煤。
煤的可选性差，属难选煤。
煤的热稳定性和煤对二氧化碳化学反应性都较好，煤灰溶融性较高。
灰分、硫分等都可满足“沸腾层发生炉”气化用煤指标。
煤炭经粗选后可作为火车、船舶等蒸汽机用煤，原煤可用于火力发电，气化和液化用煤。
8、9上、9号均属富灰煤，低磷、低硫、砷含量高，经可选性试验属极难选煤，可作为火力发电和民用煤。
1.2.4井田水文地质条件
（一）地形地貌及气候条件
本区属鄂尔多斯黄土高原，因流水作用的冲蚀，地形变的十分复杂，沟谷纵横交错，沟深壁陡，断面多呈V字型、树枝状分布，沟谷中有基岩外露。
本井田地形西高东低，海拔标高在1088m～1300m之间，一般标高1180m。
本区属大陆性气候，冬季严寒而温长，夏季炎热而短暂，寒署变化剧烈，昼夜温差大，气候干燥，蒸发量大，为降水量的四倍多，而降水多集中在七、八、九月，形成集中补给和集中排汇。
由于地下水补给主要来源于大气降水，但地表冲沟切割很深，所以不利于地下水富集。
（二）含、隔水层特征
1、岩性特征及含（隔）水性：
井田位于小鱼沟矿区南部，面积5.4577km2，井田北部为脑包沟背斜，南部小鱼沟背斜，矿井处于贺家山向斜之中，井田地形标高1300～1088m，相对高差达212m。
沿北部脑包沟及其支沟、小鱼沟均有泉水溢出，上部地层地下水多以泉水方式排泄。
（1）第四系全新统冲洪积层（Qhal+pl）：
分布在脑包沟、小鱼沟及其支沟中，以中粗砂、砾为主，厚度不大，水量不丰富，潜水位变化大。
（2）上更新统黄土（Q3）：
全区分布，厚度达118m，有少量泉水出露，流量为0.03～0.1L/s，施工钻探过程中，大多在底部发生严重漏水，为一透水不含水层。
（3）志丹群（K1z）：
钻孔最大厚度226m，由砾岩、砂砾岩、粉砂岩及砂质泥岩组成；地表有泉水出露，流量一般在0.01～0.1L/s之间，HCO3～Ca型。
根据小鱼沟矿区ZK14号抽水孔，该孔水柱高度4.0m，水位埋深162.99m，水位标高1017.43m，因水柱高度不足，未能正式抽水实验。
（4）石盒子组（P1-2sh）：
出露于小鱼沟中上游，钻孔厚度77m，由砂质泥岩、砂岩、砾岩等组成，在该岩段钻进时严重漏水，未见泉水出露。
（5）山西组（P1sx）：
地表被覆盖，钻孔中厚度53～72m，由砂岩、泥岩、砂质泥岩、粘土岩夹1～5号煤层组成。
井田内37号孔属水位观察孔、136号孔38号孔做了抽水试验，37号孔水柱高度14.31m，水位标高988.10m，136号孔水柱高度2.55m，水位深度245.86m，水位标高993.89m，38号孔水柱高0.25m，两孔因水柱高度不足，未能进行抽水试验。
地表未见泉水出露，该含水组为6号煤层充水含水层。
（6）太原组（C2t）：
厚度62.30～134.73m，砂岩、泥岩夹6～10煤层，钻孔施工过程中大部分钻孔严重漏水。
底部有一层铝土质粘土岩、砂质粘土岩全区发育，是一良好隔水层，该层距9煤层15～47m。
（7）中下奥陶统（Q1-2）：
矿区内有19个钻孔揭露或穿过该层，厚度0.6～41.55m，岩溶不发育，裂隙多被钙质充填。
黄河是迳流矿区东缘唯一地表水体，水位标高989m，井田内126孔孔底标高839.62m，底于黄河149m，孔内无水位，又无大的断裂与黄河沟通。
通过钻探分析，未见黄河水补给井田。
通过上述含水层分析，矿区和井田均属于孔隙裂隙岩层为主的水文地质条件简单的矿床，即一类～二类一型。
1.2.5矿井涌水量预算
在井田外ZK14号孔和井田内38、136号孔三抽水孔做抽水试验，均因水柱高不足未能正式完成。
原报告对矿井涌水量预算采用邻区（窑沟精查区）157孔抽水资料。
该空共计抽了三个试段水；下石盆组、山西组中上部、山西组中下部。
下石盆组抽水试验，因抽水时间仅延续2小时45分，其精度较低；山西组中上部的抽水试验仅一次降深，延续时间12小时5分钟，其精度也较低。
故上述两个试段，在计算中未采用，以山西组中下部抽水资料为依据。
设计综合考虑了小鱼沟矿区25.7km2最大涌水量为202m3/d以及邻近矿井牛连沟曾发生突水事故，确定矿井正常涌水量按小鱼沟矿区最大涌水量202m3/d计算排水设备能力。
1.2.6工程地质
井田绝大部被第四系黄土所覆盖，厚度大，固结性差，基岩仅出露在沟谷之中。
矿区和井田内有工程地质孔两个，即38号和112号钻孔，经岩石物理力学性质试验表明，大部分岩石属半坚硬～坚硬岩石，只有煤层、泥岩等抗压强度低于100kg/cm2。
顶底板特征见表1-2-2。
表1-2-2顶底板岩石特征
顶、底板
岩石类别
岩厚
性质
顶
板
老顶
黑色炭质岩石
平均厚度0.3m
加煤线或煤屑
直接顶
风化粘土
平均厚度3.16m
上部为棕色,下部为黑褐色,主要矿物成分为粘土矿物含大量黑色有机质,岩石松软。
底板
炭质泥岩
平均厚度0.85m
黑色,主要成分为粘土矿物含炭质较高污手阶梯状断口,水平薄层节理发育
井田工地程地质类型属Ⅲ类二型～三型，即层状岩类，工程地质条件中等～复杂。
1.2.7瓦斯、煤尘、煤的自燃及地温
1、瓦斯
矿区和井田内瓦斯含量均不高，通过井田北部外围8线共11个瓦斯样化验，6号煤层瓦斯平均含量0.13ml/g，瓦斯成分CH40.18％，CO217.94%，N287.51%；9号煤层瓦斯含量0.13毫升/克燃，瓦斯成分CH40%，CO27.2%，N291.74%；为二氧化碳氮气带，通过邻井访问从未发生过瓦斯爆炸事故。
井田属瓦斯风化区。
2、煤尘
通过对矿区6号煤层煤尘爆炸样测定，火焰长度＞300mm，岩粉填加量30%；9号煤层火焰长度为100mm，岩粉填加量50%，区内煤的挥发分较高，具有煤尘爆炸危险性，应加强通风管理，可以避免事故的发生。
3、煤的自燃
井田煤种属长焰煤，挥发分含量高，丝炭含量高都是煤的自燃内在因素，经试验表明属“很易自燃煤”，见表1-2-3。
表1-2-3煤的燃点试验表
煤层
挥发分
Vad（%）
还原样
着火点℃
氧化样
着火点℃
ΔTo
℃
倾向等级
6
38.06
330
281
49
很易自燃
（1）
9
38.80
330
284
46
很易自燃
（1）
据相邻煤矿资料表明，自燃发火期为一年。
4、地温
经钻探施工，300m以内尚未发现高温值，均处于正常地温值中。
第二章采区储量及生产能力
2.1采区尺寸及储量
2.1.1采区范围
图2-1-1采区划分
按照井田内采区划分的基本原则，将井田划分为五个采区，如图2-1-1所示。
二采区最大走向长度2236.4m，最小长度1841.6m；倾斜方向最大长度1249.2m。
煤层最大倾角10°，最小倾角0°，平均倾角4°。
S=L×H×Cosθ
式中，S—采区水平面积,km2
L—井田平均走向长度,km
H—井田倾斜长度,km
因此，S=L
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