开滦吕家坨课程设计说明书最终稿 推荐.docx
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开滦吕家坨课程设计说明书最终稿推荐
《采矿学》
课程设计说明书
姓名：
张志伟学号：
201010014219班级：
采矿B10-2
题目：
开滦吕家坨2.4Mt／a课程设计
评语：
指导教师：
赵启峰职称：
讲师
2013年07月11日
设计感受
在三个星期的课程设计过程中，让我不仅从中学到了很多新的知识，更让我对所学的专业知识做了系统的复习和总结，并且能够运用已经学过的知识来解决设计中出现的问题。
通过指导教师的指导，让我掌握了矿井设计的基本步骤，也能够熟练的使用工具书来解决设计中出现的问题，更能使自己对设计进行比较周全的考虑。
本设计矿区的煤层平均倾角在5.4°左右，煤层厚度大，煤层及地质赋存条件好，于是我采用了带区综合机械化开采，通过具体的技术比较和经济比较，选择了单斜井的开拓方式，并根据煤层赋存特点及经济条件，选择了胶带运煤、无轨胶轮车辅助运输系统。
本设计的任务重，需要进行大量的计算和绘制大量的CAD工程图，并且对一些内容需要进行反复的修改。
在短短的三个星期时间内，可能有很多地方做得不够细致。
尽管如此，却能使我更加细心的进行设计。
在本设计的制作中，我一直都细心的编写说明书的每一部分，严格按照设计要求来进行设计，对于计算就更加严格计算每一个数据，对于每一部分设计自己都亲手完成。
经过两个星期的努力，我顺利完成了城郊井工矿的设计。
最后，再次向我尊敬的老师和亲爱的同学们表示深深的谢意，他们给予我的教育、理解、关心和支持使我不断进步。
祝愿大家身体健康，万事如意。
1矿区概述及井田地质特征
1.1矿区概况
1.1.1井田位置、范围、地形特点和交通位置
开滦吕家坨矿业公司位于河北省唐山市古冶区境内，西距唐山18km，北距古冶9km。
地理坐标为东经118°24'，北纬39°40'。
矿区交通便利。
古吕钱公路南接唐港公路，北通205国道，与津唐、唐港、京沈高速公路相接；矿区铁路专线吕古铁路和吕陡铁路与京山线接轨；水路运输东有秦皇岛港，西有天津新港，南有唐山港和正在建设中的曹妃甸港；水、陆交通发达，煤炭外销十分方便。
矿区地表为第四纪冲积平原，地面标高介于+22～+31m之间。
地形总趋势北高南低，沙河由井田东部自东北流向西南。
沙河属季节性河流，旱季有时断流，雨季流量较大，最高洪水位+30m。
境内有村庄18个。
主要农作物有小麦、玉米和水稻。
图1-1吕家坨矿交通位置图
1.1.2工农业生产和原料及电力供应
矿区内工业以煤炭为主，农业主要种植小麦、玉米、水稻，间杂有果园、菜园和苗圃等。
本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥、石材需由国家计划供应外，其它砖、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。
矿区已建有110kV区域变电所，可向本矿井供电的两回35kV输电线路。
1.1.3矿区气候条件
本区属温带季风区的海洋——大陆性气候。
根据唐山市气象局1959—1999年气象资料，历年平均气温17.9℃，最高气温40.3℃，最低气温-18.3℃。
历年平均降水量为708.14mm，年最大降水量为1263.8mm。
区内冬季多北风，夏季多南风，最大风速16m/s。
冰冻期为十一月至次年三月，最大冻土深度0.27m。
1.1.4矿区水文情况
矿区采用自备水源井供水，目前能够使用的供水井共有9眼，其中黑鸭子4眼，工业广场3眼，南小区2眼。
这些井形成两套供水系统，一是黑鸭子至矿区的集中管路供水系统，包括黑鸭子及工业广场的水井，最大供水能力1100m3/h，供矿生产和东工房、小楼生活区及黑鸭子、北安各庄、南安各庄、大安各庄、吕家坨村生活用水。
二是南小区独立供水系统，最大供水能力100m3/h，供小区内居民生活用水。
1.2井田地质特征
1.2.1煤系地层概述、勘探程度
矿区煤系地层属于典型的华北区石炭二叠纪含煤岩系，其上界为唐家庄组A层铁铝质粘土岩顶面，下界为唐山组G层铁铝质粘土岩底面。
根据两个钻孔实际控制，煤系地层厚度分别为480.35m和486.26m，按分组段厚度累计，煤系地层厚度为489m。
由此可见，沉积补偿作用明显，煤系地层厚度变化不大。
煤系基底为奥陶系中统马家沟组灰岩，本矿钻孔揭露最大厚度为160m，邻区资料证实，该组厚度400m左右，与煤系地层呈假整合接触。
矿井浅部奥灰岩溶发育，深部逐渐减弱。
其风化形成的G层铁铝质粘土岩构成煤系第一个标志层。
煤系地层之上为的古冶组和洼里组，从少数取芯钻孔揭露情况看，古冶组以杂色粉、细砂岩和浅灰－灰绿色粗砂岩为主，向上部紫色粉－细砂岩逐渐增多。
洼里组则以浅紫、暗紫和紫红色泥岩－中、粗砂岩为主，偶见浅灰色砂岩层。
洼里组以河床相底砾岩底面作为与古冶组的分界面。
矿区地表被第四系冲积层所覆盖，盖层厚度由东北向西南逐渐增厚，与基岩呈角度不整合接触。
1988－1998年，共施工井上下各类钻孔78个，累计进尺10246.54m。
其中地面勘探工程有18、20、21、39、40、45、46和49号共8个补充勘探钻孔，工程量7461.23m。
1.2.2井田地质构造和地质变动
吕家坨井田位于开平向斜东南翼中段，其主体构造是吕家坨背斜。
开平向斜是一赋煤向斜构造，煤系地层为石炭二迭系。
向斜轴的总体方向约NE40°，北部受青龙山背斜等北西－南东向构造的影响，自古冶至唐家庄逐渐变为东西向，形成一弧形构造。
向斜的两翼不对称：
西北翼岩层倾角陡，甚至局部倒转，并伴随出现了一组与向斜轴大致平行的断层和短轴褶皱构造。
东南翼岩层倾角相对平缓，向斜边缘出现两组短轴边幕状褶皱，轴向与开平向斜轴直交或斜交，并沿倾伏方向逐渐消失。
其中一组由杜军庄背斜、黑鸭子向斜、吕家坨背斜、范各庄向斜、毕各庄向斜及南阳庄－岭上背斜组成；另外一组在宋家营以南，规模不如前一组。
吕家坨井田以褶皱构造为主。
井田内自北而南依次发育有黑鸭子向斜、吕家坨背斜、范各庄向斜、毕各庄向斜、南阳庄－岭上背斜、小张各庄向斜等五个主要褶曲构造。
黑鸭子向斜轴作为吕、林井田技术边界。
吕家坨背斜为矿井的主体构造，约占井田面积的70%，其中深部还发育有次一级的褶曲构造。
在井田南部，吕家坨背斜、毕各庄向斜、南阳庄－岭上背斜、小张各庄向斜等褶曲构造复合，形成了董各庄盆地构造区和王各庄马鞍形构造区。
1.2.3井田水文地质特征
根据开滦集团公司统一的含水层划分标准，将区内的地层划分为七个含水层（见表1-1）。
其中，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ含水层对矿井涌水量影响较大，为直接充水含水层，其它为间接充水含水层。
各含水层抽放水试验资料，其主要特征如下：
表1-1含水层划分表
含水层
所处
层位
含水
层厚
含水层
岩性
含水性
水质特征
编号
名称
Ⅶ
第四系冲积
层含水层组
第四系
冲积层
34
卵石，粗、中细沙
弱—中等
上HCO3-—Cl-—Ca2+—Mg2+
下HCO3-—Ca2+—Mg2+
Ⅵ
古冶组砂岩
含水层组
二迭系上统
古冶组
130
粗、中砂岩
中等
Ⅴ
5煤层顶板
含水层组
二迭系下统
唐家庄组
190
砂岩
中等
HCO3-—SO42-—Na+—Ca2+
Ⅳ
7煤层顶板
含水层组
二迭系下统大苗庄组
30
砂岩
弱
HCO3-—Ca2+—Mg2+
Ⅲ
12—14煤层
砂岩含水层组
石炭系上统
赵各庄组
60
石灰岩、
砂岩
弱—强
上HCO3-—Na+—Ca2+
下HCO3-—SO42-—Ca2+—Na+
Ⅱ
唐山灰岩
含水层组
石炭系统
唐山组
19
石灰岩
中等
HCO3-—SO42-—Ca2+—Mg2+
续表1-1
含水层
所处
层位
含水
层厚
含水层
岩性
含水性
水质特征
编号
名称
Ⅰ
奥陶系灰岩
含水层组
奥陶系统
马家沟组
420
石灰岩
极强
HCO3-—Ca2+—Mg2+
1）直接充水含水层组
（1）第Ⅲ含水层组（9煤层砂岩含水层组）
本含水层组位于9煤层以下4m，层厚约60m，岩性以中砂岩为主，岩石裂隙发育，单位涌水量0.003—0.627L/s.m，渗透系数0.01—4.704m/d，矿化度0.312—0.547g/L，上部水质为重碳酸—钠—钙型，下部为重碳酸—硫酸—钙—钠型。
（2）第Ⅳ含水层组（7煤层顶板含水层组）
本含水层组位于7煤层以上3m，厚约30m，岩性以中细砂岩为主，单位涌水量0.01—0.286L/s.m，渗透系数0.115—18.063m/d，矿化度0.505—0.297g/L，水质为重碳酸—钙—镁型。
2）矿井间接充水含水层组
（1）第Ⅰ含水层组（奥陶系灰岩含水层组）
本含水层组为奥陶系中统马家沟组，岩性为灰—灰白色厚层状灰岩，含水层平均厚度420m，浅部岩溶、裂隙极发育。
单位涌水量最大72L/s.m，渗透系数最大167.73m/d，富水性极强，矿化度0.166—0.347g/L，水质为重碳酸—钙—镁型。
（2）第Ⅱ含水层组（唐山灰岩含水层组）
本含水层组位于奥陶系灰岩以上65m，灰岩厚1.46—6.14m，单位涌水量为0.025L/s.m，渗透系数2.59m/d，富水性中等，水质为重碳酸—硫酸—钙—镁型。
（3）第Ⅵ含水层组（古冶组砂岩含水层组）
本含水层组位于A层以上，厚约130m，岩性以砂岩为主，局部含砾，富水性中等。
（4）第Ⅶ含水层组（冲积层含水层组）
本含水层组由卵石、粗砂、中砂、细砂组成，卵石粒径20—50mm，磨圆度中等。
此含水层平均厚度34m，单位涌水量0.103—3.68L/s.m，渗透系数0.75—10.66m/d，富水性中等，上部水质为重碳酸—氯—钙—镁型，下部为重碳酸—钙—镁型。
1.2.4地温
据详查勘探资料，本区地温梯度为0.94℃/100m，横温带在50～100m左右，地温变化范围在11.50～17.00℃之间，属地温正常区。
1.3煤层特征
1.3.1煤层埋藏条件
井田平均走向长约11km，倾斜宽平均约6.4km，面积70.9km2。
煤层倾角一般为3°～11°，平均倾角5.4°。
1.3.2煤层群特征
吕家坨井田主要开采煤层有4层，即二迭系下统大苗庄组的5、7、8、9煤层，其中8、9煤层为本矿井设计的可采煤层。
各煤层的厚度、层间距及其变化规律见表1-2。
表1-2可采煤层特征表
煤层厚度、倾角、
结构、间距
煤层名称
煤厚（m）
倾角
结构
层间距（m）
Km
r
稳定性
8
平均
最小-最大
5.20
—————
4.8～5.4
5.4
———
3～11
简单
结构
1.0
19.4
稳定
11.28
————
7.51～18.24
9
平均
最小-最大
1.12
—————
0.9～1.5
5.4
———
3～11
复杂
结构
1.0
11.8
稳定
表1-3煤层肉眼鉴别特征和结构特征一览表
煤层
肉眼鉴别特征
煤层结构
变化情况
类
型
夹石
层数
夹石
厚度
夹石
岩性
对回采的影响
８
煤
层
深黑色，具光亮的玻璃光泽；以亮煤为主，次为镜煤和暗煤，条带状构造，硬度中等。
简
单
一
般
无
一般不含夹石，但在二采四中区域常含一层0.05m的炭质泥岩
９
煤
层
黑色，具十分光亮的玻璃光泽，以亮煤和镜煤为主，条带状、透镜状及层状构造，硬度中等
复
杂
0-2
0.1
～
0.3
炭质泥岩或粉砂岩
随煤一起采出，增加原煤灰份，夹石较厚时，回采难度加大。
一般含一层夹石，而且较为稳定，仅局部为两层，且间距较近
1.3.3煤层的围岩性质
1）8煤层为全区可采煤层，煤厚一般变化在4.8～5.4之间，井田北部边界附近煤层较薄，4.8～5.1m，其中28、63孔分别为4.8m和5.0m。
在此区域，煤层顶板多为中砂岩或粗砂岩，分析可能受冲刷作用的影响，使煤层厚度变薄。
在吕家坨背斜浅部及深部煤层厚度较大，一般在5.2m以上。
2）9煤层基本为全区可采煤层，在井田南部边界区域，煤厚多在1.0m以上，个别地点不可采；井田的东北部煤层较厚，大多在1.3m以上，个别地点可达1.8m；其余区域煤层厚度一般变化在1.5～2.5m之间。
9煤层的突出特点是底鼓现象较多，常形成长约50m宽不足20m的底鼓区。
（地质柱状图见图1-2）
图1-2吕家坨矿井田地层综合柱状图
表1-4煤层顶底板情况
煤层
顶底板
岩石名称
厚度
主要岩性特征（含水性）
8
顶板
老顶
直接顶
黑色泥岩
1.0
有时为粉砂岩,层面含叶片化石.
伪顶
黑色炭质泥岩
0.3
水平层理,黑色条痕.
底板
直接底
黑灰色粉砂岩
0.5
块状,含大量植物根化石.
老底
灰色细砂岩
4.5
有时为中砂岩,条带状,坚硬.
9
顶板
老顶
直接顶
深灰色粉砂岩
5.50
刃状断口,水平层理,层面含植物茎叶化石
伪顶
底板
直接底
灰色粉砂岩
1.5
微发褐,含大量植物根化石.
老底
灰色细砂岩
3.0
夹粉砂岩条带,较硬.
1.3.4煤的特征
1）煤质概况
根据井田开采范围内煤层煤样的化验结果和中深部钻孔的煤芯分析资料，吕家坨矿8、9煤层均属肥煤和焦煤类，在井田浅部，煤层多属肥煤类，在井田深部多属焦煤类。
在背斜轴部岩浆岩床和东翼岩浆岩墙附近，煤的挥发份降低，粘结性变差，煤质多属焦煤类，局部变为瘦煤或无烟煤。
表1-5煤物理特征表
物理特征
煤层
颜色
光泽
硬度
容重
煤岩类型
其它物理特征
8
黑色
玻璃
中硬
1.30
光亮
9
黑色
玻璃
中硬
1.32
光亮
2）原煤分析
（1）开采煤层主要煤质指标的等级
8煤层：
高灰（25～40）、特低硫（≤0.5）、中磷（0.01～0.1）。
9煤层：
中灰（15～25）、低硫（1.5～2.5）、中磷（0.01～0.1）。
（2）开采煤层灰分成分及煤灰熔融性
8、9、煤层的SiO2的含量在45%左右；8、9煤层的Al2O3的含量在36%左右；8煤层的Fe2O3的含量都在5%以下，9煤层的Fe2O3的含量较高；各煤层CaO的含量均在5%以下。
各煤层煤灰均属难融熔灰。
（3）微量元素
煤层中含有锗、钒、钛、镓等微量元素，但均达不到可采品位。
（4）元素分析
各煤层Cr的含量均在83%～89%之间，Hr的含量均在5%左右，Nr在1.2%～1.9%之间。
（5）工业分析
各煤层的精煤灰分均在2%～11.7%之间，一般不超过10%。
（6）结焦性分析
各煤层胶质层厚度变化在14mm～40mm，粘结指数变化在69～102；奥亚膨胀序数6.5～9；焦渣特征5～8。
3）全矿井瓦斯相对涌出量为1.31m3/t，二氧化碳相对涌出量为5.194m3/t,属低瓦斯矿井。
各煤层中瓦斯涌出量最大的煤层为8煤层，其绝对涌出量为1.31m3/t。
瓦斯涌出不均衡，一般在构造带附近涌出量较大。
4）煤层爆炸指数：
表1-6吕家坨矿各煤层煤尘爆炸指数表
煤层
水分
％
灰分
％
挥发分
％
固定碳
％
爆炸指数
％
爆炸危险性
备注
8
3.30
21.88
26.76
48.06
35.76
有
强爆
9
2.46
23.40
24.91
49.23
33.60
有
强爆
5）煤层自燃倾向性：
根据鉴定结果，吕家坨矿8、9煤层属于较易燃煤层。
在开采时应注意相应的保护措施，防止其发生自燃状况。
应及时将采出的煤运出，防止自燃。
2带区境界及储量
2.1境界
井田形状呈一个基本规则的多边形，东西宽约2.2km，南北长1.4km，面积3.08km2。
矿井田境界示意图如图2.1所示。
2.2工业储量
2.2.1井田勘探类型
精查地质报告查明了本井田的煤层赋存情况、构造形态、煤质及水文地质条件。
井田勘探类型为中等。
2.2.2矿井地质资源量
Zk=100×3.08×5.2×1.3/cos5.4
=20910万t
2.2.3矿井工业储量
探明的资源量中经济的基础储量
Z111b=20910×60%×70%=8782.2万t
控制的资源量中经济的基础储量
Z122b=20910×30%×70%=4391.1万t
探明的资源中边际经济的基础储量
Z2M11=20910×60%×30%=3763.8万t
控制的资源中边际经济的基础储量
Z2M22=20910×30%×30%=1881.9万t
由于地质条件比较复杂，k取0.7
Z333k=20910×0.7×0.1=1463.7万t
Zg=Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333k
=20282.7万t
2.3可采储量
2.3.1矿井设计资源/储量
Zs=20282.7-20282.7×3%
=19674.219万t
2.3.2矿井设计可采储量
Zk=（19674.219-19674.219×2%）×77%
=14846.17万t
3.工作制度和设计生产能力及服务年限
3.1矿井工作制度
矿井设计生产能力按工作日330d计算。
每天两班生产一班准备，每天净提升时间为16h。
因此，设计时按矿井年工作日330d，每天提升能力为16小时设计。
目前综采多采用四六制，每班工作六小时，三班出煤一班检修。
所以本矿井计划采用“四六”工作制度。
3.2矿井设计生产能力及服务年限
参照大型矿井服务年限的下限（大于50a）要求，T取60a，储量备用系数取1.4，则矿井设计生产能力A为：
A=Zk/Tk=247.44万t/a
按煤炭工业矿井设计规范规定：
将矿井设计生产能力A确定为240万t/a
再计算矿井服务年限
T=Zk/Ak=61.85a
在计算矿井服务年限时，考虑矿井投产后，可能由于地质损失增大，采出率降低和矿井增产的原因，使矿井服务年限缩短，设置了备用储量Zb,备用量为：
Zb=Zk/1.4×0.4=14846.17/1.4×0.4=4241.76万t
在备用储量中，估计约有50%为采出率过低和受未预支地质破坏影响所损失的储量。
矿井开拓设计时认定的实际采出的储量为：
14846.17-（4241.76×50%）
=12725.29万t
4.矿井开拓方式
4.1确定工业广场位置
1）工业广场及井口位置确定的原则
⑴对初期开采有利，即储量必须可靠，井巷工程量省，建井工期较短。
⑵应使井田两翼储量大致平衡，即井筒应位于储量中心，利于井下运输、
通风和开采系统布置，减少生产经营费用。
⑶尽量不占良田、少占农田。
充分利用地形地貌布置工业广场，以便使地面生产系统合理，便于与外界沟通，使运输方便。
⑷井筒应尽量避免穿过流沙层、较大含水层、较厚的冲积层、有煤和瓦斯突出的煤层以及较大面积的采空区和大断层，以减少施工困难，并尽量少压煤。
⑸工业广场和井筒应有良好的工程地质条件，不受洪水、岩崩、泥石流、滑坡及森林火灾的威胁。
⑹用斜井开拓时，应考虑井筒层位的合理选择，考虑其经济技术的合理性。
范各庄矿工业广场和主副井井口布置在井田走向的中央，对于本矿井井田走向中央也大致是井田储量中央。
2）风井位置的确定
风井位置应根据通风系统合理选择。
⑴采用中央边界式通风系统时，主、副井筒设在井田储量中央，风井设在井田上部边界中央。
⑵采用中央并列式通风系统时，进、回风井并列在工业广场内。
一般可利用其一井筒进风，另一井筒回风，主副井筒相距30～50m。
大型矿井相距可达60～100m，并在井田上部边界附近设安全出口，如果矿井水文地质条件简单，无突水危险时，且主副井筒均能上下人员，也可以单独设置安全出口。
⑶采用对角式通风系统时，风井设在井田两翼上部边界。
⑷采用分区式通风系统时，回风井设在各采区的上部边界。
根据吕家坨矿的生产实际：
产量为240万吨/年，走向长。
为保证井下生产时有足够的风量，本矿井开采前期采用中央并列式通风，主副井间距为79m。
4.2确定井田开拓方式
本矿井的煤层埋藏较深，故采用立井开拓
4.3确定开采水平位置、标高及水平垂高
分带工作面的倾斜长度就是工作面的连续推进的距离，约为上山或下山阶段斜长。
我国2005年发布的《煤炭工业矿井设计规范》的相关规定为分带倾斜长度不宜少于工作面一年的连续推进长度。
一般上山部分的倾斜长度宜为1000—1500m或者更长，下山部分的倾斜长度宜为700—1200m。
本矿井带区倾斜长度为1000m。
本设计第一水平上山倾斜长度2500m，第二水平上山阶段倾斜长度2500m，下山1000m，总倾斜长度6400m.
4.4确定运输大巷布置及位置
选择三条大巷，回风大巷布置在8号煤层中，运输大巷和轨道大巷布置在9号煤层的底板砂岩中
5准备方式——带区巷道布置
5.1煤层的地质特征
5.1.1可采煤层的基本概况
8、9煤层为本矿井设计的可采煤层。
各煤层的厚度、层间距及其变化规律见表1-2。
表1-2可采煤层特征表
煤层厚度、倾角、
结构、间距
煤层名称
煤厚（m）
倾角
结构
层间距（m）
Km
r
稳定性
8
平均
最小-最大
5.2
—————
4.8～5.4
5.4
———
3～11
简单
结构
1.0
19.4
稳定
11.28
————
7.51～18.24
9
平均
最小-最大
1.12
—————
0.9～1.5
5.4
———
3～11
复杂
结构
1.0
11.8
稳定
表1-3煤层肉眼鉴别特征和结构特征一览表
煤层
肉眼鉴别特征
煤层结构
变化情况
类
型
夹石
层数
夹石
厚度
夹石
岩性
对回采的影响
８
煤
层
深黑色，具光亮的玻璃光泽；以亮煤为主，次为镜煤和暗煤，条带状构造，硬度中等。
简
单
一
般
无
一般不含夹石，但在二采四中区域常含一层0.05m的炭质泥岩
９
煤
层
黑色，具十分光亮的玻璃光泽，以亮煤和镜煤为主，条带状、透镜状及层状构造，硬度中等
复
杂
0-2
0.1
～
0.3
炭质泥岩或粉砂岩
随煤一起采出，增加原煤灰份，夹石较厚时，回采难度加大。
一般含一层夹石，而且较为稳定，仅局部为两层，且间距较近
5.1.2煤层顶底板地质条件
8、9煤层的地板为粗砂岩，地板条件较好
5.2带区巷道布置及生产系统
5.2.1带区斜长的确定
分带工作面的倾斜长度就是工作面的连续推进的距离，约为上山或下山阶段斜长。
根据一水平的划分和胶带输送机的发展，带区斜长可以为2500m,故本矿井的带区斜长为1584m.
5.2.2带区上山位置及布置方式
工作面运输进风斜巷和工作面回风运料斜
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