开采设计 侯庆国doc2.docx

开采设计 侯庆国doc2.docx

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开采设计侯庆国doc2

一、指导思想

课程设计是安全专业学生一项实践性的教育环节，通过开拓方案设计将所学的理论知识，尤其是将矿井设计原理、设计程序和设计方法等知识点融会贯通于实践的综合性的学习过程，为学生进行本科毕业设计以及毕业后从事矿井设计、矿井建设和生产工作打下一定的基础。

二、目的

通过开拓方案设计要达到下列目的：

1.系统地运用所学的理论知识：

2.掌握矿井开拓方案设计的步骤和方法

3.熟练掌握方案比较法在开拓设计中的应用（重点）：

4.提高和培养学生分析问题、解决问题能力：

5.提高和培养学生文字编写、计算和应用CAD绘图的能力：

三、设计任务

1．编写开拓方案设计说明书一份（40~50页左右，每页不少于400字）

2．设计图纸部分：

开拓平面布置图、剖面图（平面图1：

10000剖面图1：

5000）

摘要

本设计为淮北矿务局祁东矿新井开拓设计，全篇共分为四个主要部分：

矿井概况及井田地质特征、井田境界及储量、矿井工作制度和设计生产能力、井田开拓。

该煤矿位于淮北宿县南。

矿井东西长约9000m，南北宽约为4000m，面积为35平方米。

井田可采煤层为3上、3下煤层，其中主采为3下煤层，该煤层赋存稳定，平均厚度4.2米。

倾角平均为10°，为近水平厚煤层。

井田内工业储量1.2亿t。

矿井平均涌水量145㎡/h，相对瓦斯涌出量13.20m³/t，属于高瓦斯矿井，存在自燃发火现象。

祁东矿年设计生产能力150万t/a，服务年限年。

采用立井二水平开拓，第一水平标高-600，第二水平标高-800。

矿井采用大采高一次采全高采煤法。

矿井布置一个综采工作面保证全矿井的产量，长度300m，煤的运输采用胶带输送机运输。

矿井的通风方式采用两翼对角式。

关键词：

立井开拓；联合布置；多水平延深；大采高；采区开采；服务年限

目录

绪论…………………………………………………………………（5）

1矿区概述及井田地质特征………………………………………（6）

1.1矿区概述………………………………………………………（6）

1.1.1矿井位置，范围……………………………………………（6）

1.1.2交通条件……………………………………………………（6）

1.1.3地形地貌……………………………………………………（6）

1.1.4矿区交通位置图……………………………………………（6）

1.1.5工农业生产情况……………………………………………（7）

1.1.6矿区气候……………………………………………………（7）

1.2井田地质特……………………………………………………（7）

1.2.1井田地质构造………………………………………………（7）

1.2.2井田煤系地层概述…………………………………………（9）

1.2.3岩浆侵入活动和岩溶塌陷现象…………………………（9）

1.2.4井田的水文地质特征………………………………………（10）

1.3煤层特征………………………………………………………（15）

1.3.1煤层埋藏条件……………………………………………（15）

1.3.2煤层群的层数………………………………………………（15）

1.3.3煤层的围岩性质……………………………………………（18）

2井田境界和储量…………………………………………………（19）

2.1井田境界………………………………………………………（19）

2.1.1井田四周境界………………………………………………（19）

2.1.2井田长度……………………………………………………（19）

2.2矿井工业储量…………………………………………………（19）

2.2.1井田勘探类型,钻孔及勘探线分布情况,储量等级的圈定…（19）

3矿井工作制度设计生产能力及服务年限……………………（21）

3.1矿井工作制度…………………………………………………（21）

3.2矿井设计生产能力及服务年限……………………………（21）

3.2.1确定矿井的年生产能力…………………………………（21）

3.2.2矿井服务年限……………………………………………（22）

4井田开拓…………………………………………………………（24）

4.1矿井开拓的基本问题…………………………………………（24）

4.1.1井田开拓方式………………………………………………（24）

4.1.2井口位置和数量……………………………………………（24）

4.1.3开拓水平及采区划分和开采方式…………………………（24）

4.1.4主要巷道布置………………………………………………（25）

4.1.5主要巷道设计………………………………………………（26）

4.1.6工业广场压煤量计算………………………………………（28）

4.2巷道布置………………………………………………………（29）

4.2.1井田开拓方案比较…………………………………………（29）

4.2.2技术分析……………………………………………………（31）

4.2.3经济分析……………………………………………………（31）

4.3井底车场设计…………………………………………………（33）

4.3.1设计原始条件………………………………………………（33）

4.3.2道岔基本参数的选择和计算……………………………（34）

4.3.3井底车场巷道断面设计……………………………………（35）

4.4井筒设计……………………………………………………（36）

4.4.1井筒设计一般问题………………………………………（36）

4.4.2井筒及井筒特征、用途和装备…………………………（37）

4.5大巷运输及设……………………………………………（39）

4.5.1煤炭运输方式的选择………………………………………（39）

4.5.2运输设备的设计与选型…………………………………（40）

4.5.3辅助运输方式及设备……………………………………（41）

4.5.4大巷运输设备的确定………………………………………（41）

4.5.5辅助运输设备的选型………………………………………（41）

5采区巷道布置……………………………………………………（43）

5.1采区煤层地质特征……………………………………………（43）

5.2采区巷道布置及生产系统……………………………………（43）

5.3采区车场形式选择……………………………………………（46）

5.4采区采掘接替计划……………………………………………（47）

6矿井及首采区主要技术经济指标表……………………………（49）

参考文献……………………………………………………………（52）

小结…………………………………………………………………（53）

绪论

经过学习一个学期的采煤方法课程，让我掌握了较多的采煤专业知识。

并通过这次课程设计，更让我理解到了理论与实际之间的差距，同时也感受到了自己在此专业课方面的一些不足之处。

本设计为淮北矿业集团祁东煤业公司新井设计。

根据有关资料的参考，设计材料技术参数和地质条件，确定设计主要内容是关于新矿井的开拓建设。

矿井东西长约9000m，南北宽约为4000m，面积为35平方米。

井田可采煤层为3上、3下煤层，其中主采为3下煤层，该煤层赋存稳定，平均厚度4米。

倾角平均为11°，为近水平厚煤层。

本设计为双立井——回风立井多水平集中综合开拓。

采煤方法为一次采全高采煤法，采空区处理方法为全部垮落发。

本设计通过的开拓方案是根据有关资料的参考，设计材料技术参数和地质条件为依据。

同时在设计的过程中，结合了矿井的地质情况。

并且对比有关其他矿井设计技术方案作比较，以大量的经济数据来核算，以便设计更加合理。

同时在设计过程中结合了矿井的地质情况、煤层的受力等情况以及国内外的先进经验对走向长臂综放面倾斜长臂及走向长度的合理确定进行了理论分析，这样使建成的矿井更加与实际相符。

通过本次课程设计，使我学到了更多的采矿专业知识，加深了对所学专业知识的理解和认识。

更重要的是，通过做课程设计培养了我们在实践中发现问题、分析问题和解决问题的实际能力，培养我们实事求是的科学态度和严谨的工作作风，为将来在工作岗位上更好的发挥自己的能力奠定了坚实的基础。

由于本人所学知识有限，在设计中不免会出现些错误和不足之处。

希望各位老师和同学们给于批评和指正。

1矿区概述及井田地质特征

1.1矿区概述

1.1.1矿井位置，范围

祁东煤矿位于安徽省宿州市埇桥区祁县镇，西寺坡镇和固镇县湖沟区境内，东以33勘探线与龙王庙勘探区毗邻；西以F22断层与淮北矿业集团祁南煤矿分界；南起二叠系山西组10煤层露头；北至32煤层—800米水平地面投影线为界，东西长约9km，南北宽约3.5—5km，矿井面积35.427平方米。

地理坐标：

东经117°02′49″-117°10′18″

北纬33°22′45″-33°26′53″

主井坐标：

X=3700390.000Y=39508540.000

副井坐标：

X=3700420.000Y=39508455.000

回风井坐标：

X=3697737.000Y=39508870.00

1.1.2交通条件

京沪铁路、宿—固公路从本区东北通过，宿—蚌公路206国道经由井田西侧，矿井专用公路6.5公里与206国道相连，青（疃）—芦（岭）矿区铁路从井田北通过，矿井专用铁路线807公里连接青芦线，浍河从井田西南部穿过，流经本井田约10km，常年通航，交通十分便利。

1.1.3地形地貌

本井田地处淮北平原中部，地势平坦，地面标高+17.02—+22.89m左右，一般在+21.00m，井田西北、东北地势略比东南高。

1.1.4矿区交通位置图

本矿井交通极为便利，京沪铁路从本区东北通过，北距宿州站约20公里，东距芦岭站1.5公里；206国道宿（州）蚌（埠）段从本区西侧通过，公路通徐州、阜阳、淮北、蚌埠等地；矿井内有淮河支流浍河通过，乘船可进入淮河和洪泽湖。

1.1.5工农业生产情况

村庄和人口稠密，浍河是区内最大地表水体，也是农业灌溉的主要水源，由于浍河沿岸的煤矿长期把未经净化的差并含有大量煤粉及其他杂质的地下水）排到河内后，造成了河废水（矿化度高、硬度大、水质水严重污染，使河水变质，无法饮用。

1.1.6矿区气候

年平均温度：

14—15摄氏度，最高40.2摄氏度；最低—20.6摄氏度。

年平均降雨量：

1260mm，最大降雨量1420mm，

最大风速18m/s，春季多东北风，夏季多东—东南风，冬季多北—西北风。

冻结期一般自每年11月中旬至次年3月下旬。

1.2井田地质特征

1.2.1井田地质构造

图1-1宿县矿区构造纲要示意图

1）井田的地形

祁东煤矿位于淮北煤田宿县矿区宿南向斜内。

宿南向斜的大地构造位置属徐淮隆起的徐宿坳陷区的南部，其主体构造表现为向斜断块形态，故宿南向斜为一由掀斜块段控制而东翼又为后期逆冲构造切割的不完整向斜，向斜轴向近南北，东翼受西寺坡逆冲断层由东向西推覆挤压影响，浅部地层倾角较大，并发育有一系列逆断层；西翼构造较为简单，地层倾角较平缓，断层稀少（图1-1）。

宿南向斜东南部中生代岩浆岩活动较为强烈，侵入层位主要为6、7、8、9、10煤层，其中对10号煤层影响较大。

从向斜东南部到西北部，从下部煤层到中部煤层，岩浆侵入有逐渐减弱的趋势。

2）井田的勘探程度

祁东煤矿位于宿南向斜的东南端，属宿南向斜的东南翼，其构造形态基本为一走向近东西、倾向北、倾角为10-15度左右的单斜构造，并在其上发育有次一级褶曲和断层。

地质精查阶段在区内查出褶曲2个、断层15条（不含龙王庙勘探区内的F16和F20）。

地震补勘阶段在补勘范围内查出褶曲一个，组合断层45条，其中落差5m以下的为22条。

本次在原地质精查报告的基础上，结合建井地质资料，对地震补勘所组合的断层进行了充分研究，考虑到二维数字地震的分辨能力和测线网度的限制，对地震所发现的落差小于5m的小断层一般未予组合利用，对落差较大的断层在确认存在断点的基础上进行了合理组合，全区共查出褶曲2个，断层20条。

查出的褶曲为魏庙断层以南的马湾向斜及魏庙断层以北浅部的圩东背斜。

在查出的20条断层中，按断层性质分：

正断层13条，逆断层7条。

按断层落差分：

落差大于或等于50m以上的断层7条，落差在50～30m之间的断层3条，落差30～20m之间的断层3条，落差在20～10m之间的断层6条，落差在10～5m之间的断层1条。

按断层走向分：

走向北东或北北东的断层9条，走向北西的断层5条，走向近南北的断层4条，走向近东西的断层2条。

1.2.2井田煤系地层概述

本区含煤地层为石炭二叠系，石炭系暂未作勘探对象。

二叠系含煤地层为山西组、下石盒子组、上石盒子组，其总厚大于788米，共含煤10～30余层，其中可采者有14层，可采煤层平均总厚15.15米。

由老到新分述如下：

1．二叠系下统山西组（P1S）

本组下界为石炭系太原组一灰之顶，其间为整合接触，上界为铝质泥岩下砂岩之底。

地层厚度为100～135米，平均124米。

含11、（不可采）10（可采）两个煤层。

其岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成，下部（11煤下）以深灰-灰黑色粉砂岩为主，局部地段夹灰色细砂岩；中部（11～10煤间）以粉砂岩和砂泥岩互层为主，上部（10煤以上）由砂岩、粉砂岩和泥岩组成。

2．二叠系下统下石盒子组（P1X）

本组下界为铝质泥岩下分界砂岩之底，与山西组呈整合接触，上界为K3砂岩之底。

地层厚度为205～245米，平均234米。

含4、6、7、8、9五个煤组十余层煤，可采者为3上、3下、6上、6下、7上、7下、8上、8下、9计九层。

岩性由泥岩、粉砂岩、砂岩、煤层和铝质泥岩组成。

砂岩多集中于6下～9煤间和4煤上；该组底界“分界砂岩”位于铝质泥岩下10～28米，平均13米左右，但该层砂岩在本区不稳定、不甚发育，常被泥岩和粉砂岩代替。

铝质泥岩位于9煤层下3～21米，平均8米左右，岩性为浅乳灰白色，杂有紫色、绿色、黄色花斑，具鲕状结构，富含铝土，为本区煤岩层对比的良好标志层。

3．二叠系上统上石盒子组（P2S）

本组下界为K下砂岩之底，与下伏下石盒子组为整合接触，上界不清，地层厚度大于400米。

含1、2、3三个煤层组，其中可采者为1、2中、2下、3中四层。

本组由粉砂岩、泥岩、砂岩和煤层组成，下部（3煤下）由砂岩、杂色泥岩、煤层组成，砂岩为白色-灰白色，细～中颗粒，底部砂岩成份单一，石英含量可高达90%以上；泥岩为灰色杂有大量紫色花斑，含分布不均的菱铁鲕粒和铝土质。

中下部（3～2煤间）以紫色和灰色泥岩为主，砂岩层较少，常在3煤层顶板附近发育有厚层中细砂岩。

中上部（2～1煤间）以粉砂岩和泥岩为主，间夹砂岩。

上部（1煤上）以粉砂岩和砂岩为主，夹泥岩。

1.2.3岩浆侵入活动和岩溶塌陷现象

1）岩浆岩的侵入层位及侵入范围

中生代岩浆活动在本区较为强烈，呈似层状侵入煤层中，主要侵入层位为山西组10煤层，其次为下石盒子组9、8煤层，7、6煤层仅见个别岩浆岩侵入点。

从下部的10煤层到上部的6煤层，岩浆侵入活动有逐渐减弱趋势。

岩浆岩的岩性较单一，以基性云煌岩为主，少数为正长斑岩和辉石正长岩。

2）岩浆岩对煤层与煤质的影响

岩浆岩的侵入，破坏了煤层的原生状态，对煤层与煤质的影响较大，主要表现为以下几个方面：

（1）由于岩浆岩的侵入，破坏了煤层的结构和稳定性，甚至完全被吞蚀，降低了煤层的稳定性。

（2）煤层被岩浆岩穿插，出现分叉、合并，使煤层夹矸增多，结构变复杂，使煤层可采性大大降低。

（3）由于岩浆接触变质作用，侵入煤层时，煤变质为天然焦或无烟煤，造成煤类分布混杂，降低了煤的工业利用价值。

1.2.4井田的水文地质特征

1．地表水：

矿区内的最大地表水体是浍河，它从本矿南部穿过，河水自西北流向东南。

浍河属淮河支流，为季节性河流，河床蜿延曲折，宽50～150m，深3～5m，两岸有人工河堤，每年7～9月为雨季，一般流量5～10m3/s，枯水季节为每年10月至次年3月，干旱严重季节甚至断流。

历史上浍河最高洪水位为24.5m，据近几年水文资料记载，1984年丰水期最高洪水位祁县闸上游达20.75m，下游达20.70m。

1978年枯水期最低水位祁县闸上、下游河干，1973年至1985年平均水位祁县闸上游水位标高17.72m，下游16.07m。

历年最大流量：

1965年临涣865m3/s，1954年固镇1340m3/s；历年最小流量：

临涣、固镇均为零；历年平均流量：

1973年至1985年临涣7.85m3/s，固镇23.2m3/s。

自1968年12月新汴河挖成后，区内再也没有发生洪水灾害，目前地表水对煤矿开采和矿区建设没有危害。

2．含隔水层特征

（一）新生界松散层含、隔水层（组）

根据其岩性组合特征及其区域水文地质剖面对比，自上而下可划分为四个含水层（组）和三个隔水层（组）。

（1）第一含水层（组）

底板埋深31m左右，含水层总厚15～20m，29-30线北东厚度可达30m左右。

上部近地表0.5m左右为褐黑色耕植土壤，埋深3～5m，富含钙质结核和铁锰质结核。

中、下部由土黄色粉砂、粘土质砂、细砂夹薄层粘土及砂质粘土组成，富水性中等，据孔抽水试验资料，水位高17.32m，q=0.57l/s.m，T=70.1156m2/d，k=2.9094m/d，矿化度0.356g/l，全硬度12德国度，水质为重碳酸钾钠镁钙水。

（2）第一隔水层（组）

底板埋深48m左右，隔水层总厚8～14m左右，由灰黄色及浅黄色粘土、砂质粘土组成，夹2～3层薄层砂和粘土质砂。

可塑性较好，塑性指数为15.6～21.00，分布稳定，隔水性较好。

本组在局部粘土变薄地段，具有弱透水性，构成一含与二含之间的越流水文地质条件。

（3）第二含水层（组）

底板埋深88m左右，含水层总厚10～25m左右，厚度变化大，由浅黄色细砂、粉砂及粘土质砂组成，含水层中夹粘土层一般3～5层，组成一复合含水组，以河间阶地沉积物为主，砂层不发育，多呈薄层状，富水性弱，而河漫滩沉积地带砂层较发育，富水性中等。

（4）第二隔水层（组）

底板埋深111m左右，隔水层总厚10～16m，由棕黄色、浅棕红色粘土及砂质粘土组成，夹2～3层透镜状砂及粘土质砂，可塑性好，塑性指数16.9～27.6，分布稳定，隔水性好。

本组局部厚度小于10m，含钙质结核的砂质粘土具有透水性，构成二含与三含之间的越流水文地质条件。

（5）第三含水层（组）

底板埋深199m左右，含水层总厚55～70m，在26-27线之间含水层总厚可达90m左右。

全层厚度大，分布稳定，水平性强，在埋深145～170m左右有1～2层10～20m左右的厚粘土层把含水层（组）分为上、下两部分。

上部：

由浅红色、灰白色中、细砂和粘土质砂组成，砂层中含泥质少，夹3～4层粘土，含水层厚30～40m左右，分布稳定，局部在埋深120～140m左右，有1～2层薄层中细砂岩（盘），偶见有溶蚀现象，据水3和26-2711孔抽水试验资料，水位标高19.40～19.79m，q=0.78～0.87l/s.m，T=233.497～257.1955m2/d，k=6.4139～6.768m/d，矿化度0.662～0.776g/l，全硬度16.42～21.04德国度，水质为重碳酸钾钠镁水和重碳酸硫酸钾钠镁水，富水性中等。

下部：

由灰黄色、灰绿色细砂、粉砂及粘土质砂组成，砂层中含泥质较多，夹2～3层粘土，含水层厚25～30m左右，分布稳定。

据水2孔抽水试验资料，水位标高19.22m，q=0.14l/s.mT=143.566m2/d，k=4.587m/d，矿化度1.113g/l，全硬度31.44德国度，水质为硫酸重碳酸钾钠镁钙水。

从抽水试验恢复水位资料来看，富水性较上部弱。

（6）第三隔水层（组）

底板埋深在332m左右，隔水层总厚80～100m左右，最薄处在小张家潜山顶，厚度亦有31.90m。

由灰绿色、棕黄色粘土组成，夹多层薄层粘土质砂和粉细砂，质纯细腻，塑性指数16.9～35.9，可塑性强，有膨胀性，局部地段在埋深220～245m，有1～2层透镜状含泥质较多的粉砂、粘土质砂，且具有清晰的水平层理，中上部含铁锰质结核，下部含钙质团块，底部含较多钙质结核和铁锰质结核。

本组分布稳定，水平稳定性强，在古潜山地带直接与基岩接触，隔水性良好，是矿内重要隔水层（组），它阻隔了地表水、一含、二含、三含的地下水与四含和煤系地层的水力联系。

（7）第四含水层（组）

直接与煤系地层接触，两极厚度0～59.10m，平均厚度35～40m，由于受古地貌形态的制约，矿内中部偏西为一近南北向谷口冲洪积扇，其东西两侧为残坡积～漫滩沉积，第四含水层组主要分布在此范围内，在古潜山附近和29-30线以东无四含分布，属四含缺失区。

谷口冲洪积扇由砾石、砂砾、粘土砾石、砂、粘土质砂组成，夹多层薄层粘土或砂质粘土。

含水层总厚35～50m，钻探揭露有补295、补296、25-269、2614、26-2718、构4和2715孔漏水。

据24-258、补302、补303、补306、和26-275孔抽水试验资料：

水位标高19.00～21.75m，q=0.034～0.219l/s.m，T=107.68～161.8m2/d，k=0.114～3.282m/d，富水性中等，矿化度1.458～1.582g/l，全硬度31.52～44.15德国度，水质为硫酸氯化钾钠钙镁水。

残坡积～漫滩沉积的富水性较谷口冲洪积扇弱，钻探揭露时未发现漏水，据291孔抽水试验资料，水位标高20.71m，q=0.100l/s.m，k=0.855m/d，矿化度1.418g/l，全硬度27.96德国度，水质为硫酸重碳酸钾钠水。

残坡积～漫滩沉积与风化剥蚀区的分界线为四含的隔水边界。

（二）二迭系主要可采煤层（组）间含、隔水层（段）

煤系地层砂岩裂隙不发育，即使局部地段裂隙稍发育，但亦具有不均一性，其富水性弱，不能明显划分含、隔水层（段）的界线，仅根据煤系地层岩性组合特征和主要可采煤层（组）的赋存条件，划分如下含、隔水层（段）。

（1）1～2煤（组）隔水层（段）：

顶界与第三系呈角度不整合接触，风化带深度15～30m左右。

由泥岩、粉砂岩和砂岩组成，以泥岩、粉砂岩为主。

隔水层总厚92.50～134.00m，平均厚度115m，裂隙不发育，在钻探揭露时未发现漏水，本次在检1和检2孔的抽水试验资料，也表明富水性弱，隔水性良好。

（2）3煤（组）上、下砂岩裂隙含水层（段）

主采煤层3中煤的直接顶、底板一般为泥岩。

煤下35m左右有浅灰色细～中粒砂岩（K3砂岩）分布，厚度0～20m左右，变化较大，本段含水层总厚9.5～35.5m，平均25m，裂隙较发育，钻孔揭露有补284，24-2510和补308孔漏水。

据25-267和2712两孔抽水试验资料，水位标高15.22～18.27m，q=8.5×10-4～4.7×10-3l/s.m，T=1.2087m2/d，k=0.002～0.0508m/d，矿化度0.801～0.817g/l，水质为重碳酸氯化钾钠水和重碳酸硫酸氯化钾钠水。

从抽水试验的涌水量、水位降深、水质及恢复水位资料分析，本含水层（段）地下水补给条件极差，地下水以储存量为主，水量具有衰减疏干趋势。

（3）4～6煤（组）隔水层（段）

主要由泥岩及粉砂岩组成，夹2～4层砂岩。

隔水层总厚50～134m，平均厚91m，岩芯致密完整，裂隙不发育，钻探揭露时未发现漏水，隔水性良好。

（4）7～9煤（组）间砂岩裂隙含水