矿山建设工程毕业设计.docx
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矿山建设工程毕业设计
第一部分薛湖矿井基本情况
第二部分薛湖矿井施工组织设计
专题部分斜井复杂地层施工方法分析
参考文献........................................................................................................................................58
翻译部分
中文译文........................................................................................................................................68
致谢............................................................................................................................................74
第一部分
薛湖矿井基本情况
1矿井与矿体特征
1.1矿井的自然条件
1.1.1地理位置与交通
薛湖矿井位于河南省永城市北部，属永城市管辖。
地理坐标为东径116°17′30″～116°28′30″，北纬34°05′30″～34°10′00″。
井田中心南距永城市23㎞，西至商丘市75km，东至江苏徐州市80km，至安徽淮北市40km，分别与京九、陇海、津浦三条铁路干线有公路相连，北至陇海铁路砀山站38km，永城矿区自用铁路与京九、陇海铁路相连。
连、霍高速公路从本区北缘通过，砀山～永城公路从井田东部通过，井田内乡间公路纵横成网，交通便利。
图1.1.1交通位置示意图
1.1.2地形地貌及水系
（1）地形地势
本区位于淮河冲积平原北部，地势平坦开阔，总体为西北高，南东低。
最高海拔标高+40.2m，最低+32.3m，一般+36～+38m。
（2）地表水系
本区属淮河水系，地表水体不发育，主要河流为王引河，流经勘探区东北部边界附近，最大流量为46.6m3/s，最高水位标高为+39.70m。
其余均为季节性河流，雨季水位上涨，流量增大，旱季水量减少，甚至干涸无水。
1.1.3气象
本区属半干旱半湿润季风型气候，年平均降水量877.4mm，年最大降水量1518.6mm，年最小降水量为556.2mm，降水多集中于7、8、9三个月。
多年平均蒸发量为1811.12mm，蒸发量大于降水量。
每年七、八月最热，一、二月最冷，最高气温为+41.5℃，最低气温为-23.4℃，年平均气温+14.4℃。
夏季多东南风，冬季多北、西北风，多年平均风速3.4m/s，最大风速20m/s。
冰冻期为每年11月初至翌年3月底，最大冻土深度为0.21m。
1.1.4地震
永城市属郯城～庐江地震带影响范围，地震烈度小于6。
据有关记载，公元925年以来，永城市东部安徽省境内肖县、宿县一带曾发生38次强烈地震。
1668年山东郯城曾发生8.3级地震，永城市受到地震影响。
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本区位于地震烈度Ⅵ度区。
1.2矿井地质
1.2.1地质构造及断层
本区位于区域构造永城复背斜北部仰起端、次一级构造聂奶庙背斜的北翼，总体构造形态呈一走向北西西的单斜构造，由于受东西向构造和北北东向构造的控制和影响，而使其构造形态局部复杂化。
本区地层产状在西部为近南北向～北西西向，向西倾斜；中部走向北西至87勘探线转为近东西向，向北倾斜，倾角在浅部为25°左右，深部一般为5～10°，沿走向及倾向均有小型起伏；62勘探线以东，受北北东向滦湖断层带影响，地层走向基本上为北50°东，并发育北北东向的背、向斜构造，其北端走向转为东西，向北倾斜。
本区断裂构造较发育，主要发育北北东向、北东向和近东西向三组断层，均为高角度正断层，东部以北北东向断层为主；中部发育北东向和近东西向断层；西部以近东西向为主。
全井田共发育断层65条，其中落差大于100m的9条；落差100～50m的5条；落差50～20m的10条；落差小于20m的41条。
大断层主要分布于井田东、西边缘的两侧，呈相互平行状展布，形成阶梯状或地垒、地堑状组合的特点，构成本区边界。
1.2.2表土层及岩层情况
永夏煤田属华北地层区鲁西分区徐州小区，新生界松散沉积物覆盖全区，为一掩盖型煤田。
依据钻孔揭露，本井田发育地层自下而上分别为：
中奥陶统马家沟组（O2m）、中、上石炭统本溪组（Cb）、太原组（C3t）、下二迭统山西组（P1sh）与下石盒子组（P1x）、上二迭统上石盒子组（P2S）、石千峰组（P2sh）及新近系（N）、第四系（Q）。
1.2.3井田水文地质
薛湖井田位于永城复背斜西翼北段，处在区域径流区带。
F112正断层落差90m，切割聂奶庙背斜轴部，使区外东部背斜轴部相对富水区的奥陶系地层与区内煤系地层对接，应为勘探区的供水边界；西部为太原组灰岩深埋区，灰岩顶面埋深在1000m以下，岩溶发育程度随深度减弱，地下水径流迟缓；北部亦为太原组灰岩深埋区，灰岩顶面埋深在1000m以下，相对较封闭，可作为相对隔水边界。
井田内无常年流水河流，王引河在勘探区东北边界穿过，1956年实测最大流量46.6m3/s，最高水位标高39.70m，平时水量较小。
位于勘探区中、西部的白河、韩沟两条暂时性水流，自北向南注入沱河，旱季经常干枯无水。
地表水体距离煤层垂直距离一般大于400～500m，并且有巨厚新生界阻隔，因此地表水对煤层开采无影响。
区内断层多为高角度正断层，断层破碎带厚度不大，一般在10m以下，其组成物主要为砂质泥岩、粉砂岩、砂岩及煤屑。
钻孔简易水文地质观测无发现断层带的漏、涌水现象。
7708孔太原组上段灰岩与F121断层带混合抽水，单位涌水量q＝0.00000466L/s·m，邻区断层带抽水，单位涌水量0.002～0.00437l/s·m，富水性较弱，断层带渗透性能差。
1.3煤层及其特征
1.3.1煤层
本区煤层赋存于石炭～二叠系含煤岩系，含煤岩系分四组七个煤段，含煤地层总厚度993.0m，共含煤13层，煤层总厚度7.27m，含煤系数0.73%。
主要可采煤层二2煤及局部可采煤层三3煤和三2煤。
三3煤层上距K5砂岩29.0m，下距K4铝质泥岩43.0m。
煤层直接顶底板均为砂质泥岩，间接顶板为细砂岩或粉砂岩，间接底板为砂质泥岩或细砂岩，全区层位较稳定，平均厚度0.70m。
煤层结构较简单，一般无夹矸或有1～2层夹矸，夹矸为泥岩或砂质泥岩。
煤层稳定程度为不稳定型煤层。
三2煤位于下石盒子组下部，上距K5砂岩40.0m、距三3煤层11.0m；下距K4铝质泥岩37.0m，下距二2煤层89.20m，煤层的直接顶板为砂质泥岩或细粒砂岩，直接底板为细粒砂岩，间接顶板为细砂岩或粉砂岩，间接底板为砂质泥岩或细粒砂岩，平均厚度0.28m。
层位较稳定。
煤层结构较复杂，多数有1～2层泥岩和砂质泥岩的夹矸。
煤层稳定程度为不稳定型煤层。
二2煤层赋存于山西组中下部，下距石炭系太原组（C3t）顶部灰岩K3约50m、二2煤层底板砂岩36.60m；上距K4铝质泥岩51.51m、
煤层89.2m。
煤层的直接顶板为砂质泥岩或细粒砂岩，局部为中粗粒砂岩；直接底板为细粒砂岩和砂质泥岩，平均厚度1.86m。
煤层层位全区稳定，煤层结构简单，一般偶见1层夹矸，夹矸厚0.02～0.52m。
岩性为泥岩和砂质泥岩。
煤层稳定程度属较稳定煤层。
1.3.2瓦斯、煤尘
区内生产矿井多为高瓦斯矿井。
据本区二2煤层瓦斯成分分析，煤层底板-600m以浅地带，沼气成分最高占70%，一般小于20%，个别点氮气达60%，二氧化碳20%，甲烷含量在5ml/g以下，属瓦斯风化带；-600m以深地带沼气成分占80～95%之间，甲烷含量在5ml/g以上。
瓦斯风化带内瓦斯含量一般在1.76～4.46ml/g之间。
区内各煤层多数为粉粒状煤，开采时易产生大量的煤尘，钻孔煤样煤尘爆炸性试验，三3、三2、二2煤煤尘爆炸指数均大于10%，各可采煤层煤尘均有爆炸性。
1.4矿区简况
1.4.1工业简况
本区地处黄淮冲积平原的北部，土地肥沃，人口稠密，在矿区范围内分布有薛湖乡、聂四楼、候寺村、洪寨村、洪路口、洪后楼等40多个大大小小的村庄，征地和拆迁工作对矿井生产会有一定的影响。
神火集团公司已建成的矿区中心居住区及机修、器材供应等辅助设施，可为矿井建设和生产提供生活服务及生产服务。
1.4.2水电供应情况
陇海铁路位于矿区北部，青（龙山）阜（阳）铁路从矿区南部通过，西部有京九铁路，由青阜线青町车站接轨的矿区铁路专用线已建成投入运营，并在陈四楼矿为薛湖矿井留有接轨位置。
区内第三、四系松散孔隙承压水含水层，砂层厚度大，分布稳定，富水性较好，水质符合饮用标准，可作为矿井供水水源。
另外，井下排水经处理后也可作为矿井供水水源。
永城市水利局对矿井生产、生活用水、取水已给予批复。
本矿井供电电源双回路均来自距离矿井约41km已建成属神火集团管理的神火中心220kV变电站。
1.4.3建材及劳动力来源
永城市地方建筑材料比较丰富，砖、砂、石、水泥、石灰等可由本地区供应，只有钢材、木材需用火车转运或用汽车直接运至场区。
本区地方预制构件厂较多，建筑构配件可选用当地有资质，信誉好的生产厂家供应。
土建矿建工程转包给具有专业资质的施工队，人员有他们负责。
1.6设计依据和标准
（1）中华人民共和国国土资源部国土资储备字【2004】06号文“关于《河南省永夏煤田薛湖井田勘探报告》矿产资源储量评审备案证明”；
（2）河南省煤炭地质勘查研究院2004年2月编制的《河南省永夏煤田薛湖井田勘探报告》；
（3）国家发展和改革委员会发改能源【2004】2869号《国家发展改革委关于河南永城薛湖矿井及选煤厂项目核准的批复》；
（4）国土资源部颁发的河南神火集团有限公司薛湖煤矿采矿许可证，证号：
1000000610054。
（5）河南省煤炭工业局文件豫煤规〔2005〕319号“河南省煤炭工业局关于河南神火（集团）薛湖矿井初步设计的批复”；
（6）河南省“十五”能源发展规划；
（7）煤炭工业现行的技术政策、规程、规范和国家环境保护、劳动卫生、安全消防等法律、法规；
（8）其它有关技术资料和协议。
2矿井的开拓与开采
2.1矿井开拓
2.1.1井田界限与矿井储量
井田范围东起滦湖二号断层（F112），西部和北部基本以二2煤底板-1050m水平的铅直面为边界，南部分别以煤层露头线和万庙断层组（F134）为界，根据中华人民共和国国土资源部颁发的采矿许可证，证号：
1000000310054，井田边界具体由43个拐点座标控制。
井田东西长16km，南北宽2.8～6.5km，面积约73.9508km2。
详见可采储量汇总表2.1.1。
表2.1.1可采储量汇总表（单位：
万吨）
煤层
工业资源储量
各类永久煤柱
工业场地煤柱
开采损失
可采
（121b）
（122b）
（333）
小计
浅部
防水
断层
边界
公路
小计
储量
二2
2124
3601
5190
10915
335
563
37
325
1260
750
1781
7124
三22
-
602
1236
1838
82
88
-
-
170
113
233
1322
三3
-
161
1224
1385
41
76
-
-
117
57
182
1029
合计
2124
4364
7650
14138
458
727
37
325
1547
920
2196
9475
2.1.2矿井年产量、服务年限以及矿井工作制度
城郊矿井年生产能力为1.2Mt/a，矿井服务年限56.4年。
矿井设计年工作日330天，每天四班作业，其中三班生产，一班准备，每班6小时，每天净提升时间16小时。
2.1.3开拓方式
该井田为全隐蔽式煤田，煤系地层被巨厚的新生界松散沉积层所覆盖，煤层埋藏深，新生界松散沉积层含水丰富，故采用立井开拓方式。
井田内新生界覆盖层厚度291～431m，中部370～395m，一般呈东薄西厚并伴有波状起伏。
井口位于78～80勘探线之间，8025钻孔东南250m处。
地面标高+38.5m，开采水平标高-780m，井筒深度818.5m，井筒穿过表土层厚度约392m，单水平上下山开采，局部设置辅助或接力水平。
主井井筒落底在二2煤层底板以下约10m，副井井底水窝在二2煤层底板以下约10m，井筒落底分别向东北和西北做-780m水平东西翼轨道、胶带运输大巷。
主井采用水平上装载方式。
同时在7682钻孔东南约300m处建设风井，形成中央边界式通风系统。
投产采区位于70～75勘探线、二2煤层底板等高线-780m以浅。
初期大巷长度约5150m（轨道、胶带大巷）。
2.1.4煤层分组及开采顺序
设计采用“上行式”开采，即矿井投产初期，首先开采位于三煤组之下的二2煤层，其理由如下。
（1）三煤组可采储量仅占总可采储量的25%左右，由于受岩浆的侵蚀影响，煤层结构复杂，煤质较差，且出现不规则的不可采带，如按传统的下行开采顺序，势必影响矿井的初期生产能力，接替紧张，达产困难，工程量大，成本高，经济效益差。
（2）二2煤埋藏稳定，结构简单，煤质好，煤层生产能力大，如优先开采，工程量省，接替容易，成本低，可获得较好的初期经济效益。
（3）三煤组与二2煤层平均间距90m左右，经计算二2煤层开采后，三煤组各煤层处于弯曲下沉带之内，其原始结构不会受到破坏。
为合理利用开发煤炭资源，做到肥瘦搭配，合理配采，初步确定初期先采二煤，并根据开采情况，适时开始配采三煤组。
2.2矿井开采
2.2.1采区划分及开采次序
全井田两个煤组共划分为13个采区，其中二煤上山采区4个，下山采区4个，三煤组上山采区3个，下山采区2个。
二2煤为单一中厚煤层，采区布置方式简单。
三煤组下距二2煤90m左右，三22和三3煤层间距11m，三煤组采用联合布置方式。
为了便于运输、通风，减少工程量，上下煤组的采区巷道原则上对应布置。
采区开采顺序按照先近后远的原则，一般为前进式开采。
2.2.2采区巷道布置方式
（1）大巷布置
考虑到本井田开采深度大，受煤层底板含水层高压承压水的影响，并结合矿区内生产矿井经验，把大巷布置在二2煤层顶板岩石中，下距二2煤层5～10m。
二2煤层顶板为大占砂岩，煤层直接顶板以砂质泥岩、粉砂岩为主，细粒、中粒砂岩次之，厚度一般5～10m；老顶为细粒、中粒砂岩，厚度一般2.35～19.7m，该层砂岩层位稳定，在全区大面积分布。
由于煤层走向有一定变化，大巷较难沿一个层位布置，生产可根据围岩、地压、水文地质条件等具体情况确定大巷层位。
本矿井为高瓦斯矿井，设置轨道、胶带、回风三条大巷，三条大巷原则上平行布置，胶带、回风大巷略高于轨道大巷布置。
（2）三煤组巷道布置
三煤组开拓：
三煤组西翼赋存零散，东翼相对完整，根据煤层赋存条件，三煤组西翼利用二2煤层运输大巷，采用采区石门联系方式；东翼采用集中石门、斜巷联系方式，设三22煤层-700m水平运输大巷。
2.2.3工作面数目、长度以及矿井移交标准
矿井投产时为一个采区，一个综采工作面（工作面长度166m）和一个瓦斯抽放面；待东风井贯通后，再增加一个炮采工作面（工作面长度180m），矿井达产。
矿井一期工程移交东翼东21采区2102综采工作面，移交产量0.9Mt／a，占矿井产量地四分之三。
此时，东23采区三条大巷尚未贯通，2301炮采工作面顺槽刚开始施工，上述剩余工程可在14个月内完成。
3矿井的生产系统
3.1井下运输系统
3.1.1采煤面煤炭运输系统
矿井初期东翼开采，煤炭运输主要采用胶带输送机运输方式。
两个工作面的煤分别通过两条顺槽胶带输送机运至-780m水平东翼大巷，经两条大巷胶带机搭接转载，通过上仓胶带输送机卸入井底煤仓。
东翼上仓斜巷长度约1020m，其中约365m为12°倾斜巷道。
-780m水平东翼大巷分两段，长度分别为1186m和800m，后期再增加960m。
3.1.2辅助运输系统
依据薛湖矿井设计，薛湖矿井大巷辅助运输采用电机车运输。
井下煤炭主运输采用胶带输送机，故人员、材料、设备及矸石的辅助运输自成体系。
矿井两翼轨道运输大巷沿煤层顶板布置，大巷基本水平，向井底车场方向有3‰的下坡，因此大巷辅助运输采用轨道运输方式，由于矿井为高瓦斯矿井，辅助运输采用蓄电池电机车牵引1吨固定矿车运输。
3.1.3矿车选型
矿井主运输为胶带运输，辅助运输选用1t固定式矿车。
各类矿车的数量按排列法计算，需1t固定箱式矿车318辆，1t材料车30辆，1t平板车30辆。
矿井所需各类矿车、人车型号及数量见表3.1.1和表3.1.2。
表3.1.1矿车规格特征表
名称
型号
容积
m3
载重
（t）
外形尺寸（mm）
轨距
（mm）
轴距
（mm）
自重
（kg）
备注
长
宽
高
1t矿车
MG1.1-6B
1.1
1
2000
880
1150
600
550
592
1t材料车
MC1-6B
1
2000
880
1150
600
550
515
1t平板车
MP1-6B
1
2000
880
410
600
550
465
16t平板车
MP16-6B
16
2700
1200
300
600
1000
811
3t平板车
MP3-6
3
3410
1520
480
600
835
平巷人车
PRC-12
12
4280
1220
1525
600
1500
1.25
表3.1.2矿井各类矿车数量表
矿车类型
使用地点
矿车数
备注
一、
1t固定矿车
1、副井空重车线
60
2列
2、井上下工作电机车
30×2
2列
3、地面矸石系统
30
1列
4、副井井口
30
1列
5、大巷掘进组
15
0.5列
6、采区掘进头
5×4
各10辆
7、采区下部车场
15
0.5列
8、清理撒煤
5
5辆
9、其他
30
1列
小计
265
备用
53
总计
318
二、
1t材料车
工作面及掘进头
30
三、
平板车
1、
1t平板车
工作面及掘进头
30
按规范选取
2、
3t平板车
工作面及掘进头
20
按规范选取
3、
16t平板车
工作面安装
20
四、
平巷人车
东翼大巷
10
3.2立井提升及装备
根据矿井开拓布署，矿井初期设有主井、副井和中央风井三个井筒。
（1）主井：
净直径5.0m，装备一对12t多绳箕斗，组合钢罐道，担负全矿井的煤炭提升任务，井筒内预留一趟排水管路。
（2）副井：
净直径6.5m，装备一对1t矿车双层四车多绳罐笼（一宽一窄），组合钢罐道，设玻璃钢梯子间。
井筒内敷设排水管、压风管、洒水管、动力电缆和通讯信号电缆。
担负全矿井的升降人员、提矸下料、进风等任务，兼作矿井的安全出口。
（3）中央风井：
净直径5.5m，设玻璃钢梯子间，井筒内设瓦斯抽放管，负责矿井的部分回风任务，兼作矿井的安全出口。
（4）东风井：
净直径5.5m，设玻璃钢梯子间，担负矿井的部分回风任务，兼作矿井边界的安全出口。
3.3提升系统
3.3.1提升方式及设备
根据主井提升高度及提升量的要求，提升容器选用一对JDGY-12/110×4型钢罐道立井多绳箕斗，其主要参数为：
载重12.5t，质量（包括首尾绳悬挂装置）15478kg，本体高度13.10m，提升容器中心距S=1.95m。
根据防滑计算，箕斗不需另加防滑配重。
主井提升设备选用JKMD-3.5×4（Ⅲ）E型落地式多绳摩擦轮提升机1台。
副井提升设备选用一台JKMD-3.5×4（Ⅲ）E型落地式多绳摩擦轮提升机。
3.3.2井架特征
主、副井井架为钢结构，主井上天轮中心标高为53.5m，副井上天轮中心标高为31.5m，主、副井各采用一套JKMD-3.5/4（Ⅲ）型落地多绳提升机。
主、副井绞车房：
绞车大厅均为排架结构，电控间均为框架结构，绞车大厅各设起重量为35吨的起重机一台。
3.4井底车场及硐室
3.4.1井底车场形式及调车方式
井下煤炭主运输采用胶带输送机运输，井底车场轨道系统仅为辅助运输服务，根据井筒与井下两翼轨道运输巷的相对位置、进出车方向及地面生产系统布置的要求，并充分考虑调车方便，操作安全，通过能力富裕、节省工程量、硐室布置合理以及施工方便等因素，井底车场采用单环卧式布置，利用大巷作为调车线和通过线。
井底车场布置见大图。
（1）空重车线长度
由于井底车场轨道系统仅服务于辅助运输，因此仅考虑副井系统即可。
副井进出车线各自按容纳1列车（按30辆1t矿车）考虑。
出车线一侧设材料车线，材料车线按容纳15辆材料车考虑。
（2）调车方式
东翼：
电机车牵引列车驶入调车线，机车摘钩绕到列车尾部，将列车顶入副井重车线。
机车经回车线至副井空车线，挂钩后牵引列车返回东翼。
西翼：
机车牵引列车进入车场调车线，当列车尾部经过1号道岔即换向顶列车进入副井重车线。
机车经回车线至副井空车线，挂钩后牵引列车返回西翼。
列车在井底车场内的运行时间平均为8.1min。
（3）车场通过能力
设计由副井提升的矸石量按矿井生产能力的8％考虑，即9.6万吨/年。
3.4.2井底车场硐室
（1）主井装载系统位置
考虑二2煤层底板下距L8灰岩80m左右，主井井筒在-780m水平处于二2煤以下约10m，若将装载系统全部放在-780m水平或-780m水平以下，井筒将穿过L8灰岩或与L8灰岩之间的岩柱不能满足安全隔水层厚度要求，因此设计将主井底设在-780m水平，即装载系统全部抬高方式，这样设置同时减少了井筒深度，加快了建井工期、便于清理撒煤。
装载硐室所在岩石层位自下而上为细粒砂岩、中粒砂岩、粉砂岩、泥岩、粗粒砂岩。
由于泥岩较薄，不会对施工和支护有太大影响。
井底煤仓所在岩石层位自下而上为粗粒砂岩、砂质泥岩、粗粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩。
（2）井底车场各主要硐室布置
副井进出车线北侧布置有主排水泵房、管子道、主变电所等；南侧布置有等候室、工具保管室等硐室；车场回车线东段设加宽式消防材料库。
（3）井底煤仓形式、容量和主井底清理撒煤方式
井底煤仓形式为圆筒直立煤仓，净直径8.0m，煤仓容量约1000t。
主井井底撒煤采用平巷清理方式，其撒煤经漏斗下口装车闸门装入1t矿车，编组后由机车牵引至副井，由副井提升至地面。
（4）水仓布置及容量计算、水仓的清理方式
矿井正常涌水量1378.79m3/h，按《煤矿安全规程》规定，水仓总容量不应小于8758m3，设计设主、副两条水仓，总容量为8954m3，可以满足要求。
水仓设有清仓绞车，水仓清理采用1t矿车人工清理。
（5）井下爆破材料库的形式、容量及通风系统
井下爆破材料库为壁槽式，容量1200kg。
位于井底车场东翼，爆破材料库采用独立通风，其回风经-
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