铁法局小康矿初步设计说明书采矿毕业论文设计.docx

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铁法局小康矿初步设计说明书采矿毕业论文设计

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铁法局小康矿初步设计说明书

前言

该说明书为铁法局小康矿初步设计说明书，设计矿井为一井一面的高效矿井。

通过对地质资料的深入研究，根据煤层的赋存条件和我国现在所能达到的煤炭开采能力，初步确定西一、西三两个采区采用走向长壁采煤法；西二、东一、东二采用倾斜长壁采煤法。

该矿井地质资料详细，煤层赋存简单，但在设计过程中也遇到了一定的困难，由于煤层倾角很小且倾斜长太长，煤的硬度较高。

在该设计中，通过技术经济比较，采用岩层布置大巷的开拓方式，留设煤柱护巷。

同时在现代先进的掘进技术和支护技术发展前提下，在建井工期和初期投资方面都有较大的优势。

同时，对于岩层大巷采用了砌碹支护，解决了岩层大巷服务年限的问题。

针对煤层的自燃倾向，对于区段斜巷采取了灌浆密闭措施。

在设计过程中，得到了老师的指导和同学的帮助，在此表示感谢，并请老师对我的设计多多的批评指教。

1矿区概述及井田特征

1.1矿区概述

1.1.1交通位置

小康煤矿位于沈阳市康平县境内，隶属于铁法煤业（集团）有限公司。

三台子煤田处于北东走向的八虎山和调兵山两个背斜之间，小康煤矿位于该煤田的西南侧。

井田区域内交通便利，交通主要靠公路，203国道贯穿于煤田中部，北距康平县城12公里，南距法库县城17公里，调兵山31公里，与周边县、乡之间也均有县级柏油公路相通，另有连接国铁的矿区铁路直通矿山。

1.1.2地形地貌

三台子煤田处于北东走向的八虎山和调兵山两个背斜之间。

在中生代晚侏罗纪中期，该煤田普遍下降形成了湖泊相和泥炭沼泽相沉积——沙海组煤系。

在白垩纪末，该区一直处于侵蚀基准面以上。

直到第四纪还仍在接受剥蚀堆积，从而构成了现代的剥蚀堆积地貌类型，形成了井田内平缓的剥蚀堆积丘陵地形。

在西北部三官营子一带，地形起伏较大，最大标高为+118m，最低标高为+79.4m，高差38.6m，一般标高+80~+96m，仅在井田西南部出现了局部冲积较低洼平原，一般标高在+88m左右。

1.1.3气象及地震情况

本地区就地理位置来看，气候多风少雨，春干冬寒，属大陆性气候，一般春、秋、冬三季多风。

春、秋季多西南风，冬季多西北风，风力大至7~9级，瞬时达10级，小至2~3级。

降雨期主要集中在春、秋两季，年降雨平均日数78天，年最大降雨量801.4mm（1959年），月最大降雨量307.9mm（1995年），日最大降雨量128.5mm（1959年），冻土层最大厚度1.45m，在0.8m深地温8.3℃。

本区地震历年来未超过二级，烈度为VI度。

1.1.4电源、水源及建筑材料来源

该矿区的电力由位于调兵山市区的铁煤集团发电厂供给；生产所用的水主要取自井田旁边的三台子水库；建筑材料主要从康平县和调兵山市购得。

1.1.5其他

矿区内的企业和贸易中心很少，但基本上能够满足矿区居民生活的需要。

该区内的居民主要靠在矿里上班或种植农作物为生；本矿区内有通向铁煤集团其他煤矿的火车编组站，属内部铁路，在铁岭市与国铁相通。

1.2井田及其附近的地质特征

1.2.1井田的地层层位关系

三台子煤田位于松辽盆地南缘的东侧，属于中生代晚侏罗纪山间盆地，形态比较完整，煤田东西长8.5公里，南北宽8公里，面积68平方公里。

周围为老地层而煤田内地势较平缓，除少部分地段有白垩纪出露外，其他部分为第四系所掩盖，基本上属于全隐蔽型煤田。

前震旦纪变质岩系构成煤田之基底，侏罗系含煤地层直接不整合于老地层之上，侏罗系之上为白垩系，再其上为第四系。

1.2.2井田内的地质构造及变动

小康井田位于三台子向斜的西南部，占据向斜的大部分，煤层走向大体呈北西方向，岩层倾斜平缓，一般在7°~9°之间。

井田内构造以断裂为主，由于受断裂构造影响，使得井田内褶曲构造反映不太明显，但尚能看出向斜的存在。

褶曲：

三台子煤田整体为一向斜构造，由于后期构造的影响，致使向斜的东西两翼不对称，向斜轴由于岩层倾角平缓和断裂的破坏而不突出，但是看出向斜轴总的规律是由北向南逐渐加深，其轴向为N35°W，向斜轴倾伏角为6°，轴部最深可达到830m。

井田内无陷落柱和火成岩侵入。

1.2.3煤层结构

小康井田内共有两个可采煤层，煤层编号从上往下依次为1#、2#。

附：

1.各主要可采煤层特征表

主要可采煤层特征表

煤层号

煤层总厚，m

可采厚，m

可采煤层分布

煤层走向

煤层倾向

煤层倾角

小～大

一般

小～大

一般

1

0.58-6.06

3.50

0.73-5.16

3.50

全井田

北部SN;

南部NW

北部EW;

南部NE

7-9度

间距

20m

2

0.15-10.12

7.50

0.70-9.01

7.50

全井田

北部SN;

南部NW

北部EW;

南部NE

7-9度

1.2.4水文地质

1）地表水系

本地区内无较大河流，只在井田中部有一人工水库，于1942年~1943年建成，坝高7m，坝长4120m，坝顶宽5m，坝底宽40m，坝坡度1：

2.5，坝顶高程86.40m，坝底高程79.4m。

集水面积143平方公里，历年平均径流量1430万立方米，径流深度0.1m，多年平均降雨量550mm，蒸发量1700mm。

其水库水除地表径流外，主要来源之一是一条小河——李家河，它发源于法库老灵山和康平西官边台子两地，径流于井田南部注入水库，集水面积59.9平方公里，河长19公里，河宽一般10~20m，比降4.79%，枯季无水，雨季水量偏大，最大洪水流量50~60平方米秒（1958年8月），属于季节性小河。

水库水的另一来源是经人工渠间接引辽河入库及直接引康平县城西的西泡子水。

渠长15公里，渠宽10米，最大排水量20立方米秒左右。

水库特性列入下表：

一般与极值

库容

水位标高

水深

水库面积

最大

5600万立方米

83.98米

5.58米

17平方公里

最小

600万立方米

80.2米

0.8米

7平方工里

一般

2523万立方米

82米

2.6米

13.6平方公里

2）含水层

本井田内直接充水含水层主要由侏罗系粗砂岩及沙砾岩微弱的裂隙孔隙承压含水层所组成，虽然粗砂岩疏软（类似豆腐渣）多裂隙，但单位涌水量均小于0.0043kgs.m以下，而且断层富水性弱，并且煤层顶部有较厚的油页岩、泥岩。

含水层间有良好隔水性能的泥岩、粉砂岩层，导水性差，破碎带厚度小，并为泥质物充填紧密，与地表水以及各含水层间无水力联系，可谓闭合断层，对矿床充水无甚影响，故将该井田划分为水文地质条件简单的二类一型矿床。

井田内共划分为三个含水层：

①侏罗系直接充水承压含水层；②白垩系砂岩及砂砾岩承压含水层；③第四纪砂岩及砂砾岩承压含水层。

3）隔水层

本井田内有两个隔水层：

①第四纪粘土及亚粘土隔水层；②侏罗系煤层顶底板泥页岩隔水层。

第四纪粘土及亚粘土隔水层主要由黄色或黄褐色粘土及亚粘土所组成，结构密实，具有可塑性，在水库底部的南北两侧厚约6m左右，中部较厚约8m左右，据土工实验成果表明在2.66m以上均起隔水作用。

侏罗系煤层顶底板泥页岩隔水层主要由黑色泥岩及黑褐色油页岩组成，结构细腻，直接赋存于煤层之上，厚约31m左右，为一良好的隔水层。

4）矿井涌水量

矿井正常涌水量10.2立方米小时，最大涌水量52.6立方米小时。

5）邻近生产矿井充水情况

邻井三台子煤矿从1978年10月开始正式投产，在建井初期主井斜长77-153m时见白垩纪紫红色砂岩及砂砾岩，破碎松散，涌水量4-5立方米小时，而向深部含水性逐渐减弱，到目前为止历年的平均排水量为0.069立方米小时，可见该矿井基本不含水，其涌水特点是粗砂岩和砂砾岩的微裂隙孔隙滴水，而泥粉细砂岩复合岩层既不含水同时也起到了隔水的作用。

综上，该邻近煤矿属于极弱充水含水层矿井。

1.3煤层质量及煤层特征

1.3.1煤质及物理性质

该矿区煤质工业牌号为长焰煤，黑色、沥青光泽、条带状结构、块状构造、贝壳状断口或平坦状断口，摩氏硬度约为3，质脆，以亮煤为主，暗煤次之，在亮煤条带中常见两组垂直层面的内生裂隙，一组发育，一组次之，裂隙面平坦。

在裂隙中常常有方解石及黄铁矿薄膜充填，煤层与顶底板一般为整合接触。

煤的物理性质：

容重1.33克立方厘米，灰份（Ag）21.31%，水分11%，挥发份（Vr）41.89%，发热量22MJKg,硫含量1.95%。

1.3.2顶底板岩性

煤层直接顶板：

主要由黑褐色油页岩组成，结构致密、细腻、无裂隙，厚度一般在10-30m之间，平均20m左右，按其坚固程度属于软质岩石。

煤层直接底板：

由灰黑色泥岩和灰白色粉、细砂岩所组成。

结构较细致、质软，其厚度变化西南厚约5-6m，东北厚约10m以上，一般5-10m左右，按其坚固程度属于软质岩石。

1.3.3瓦斯赋存状况及煤的自燃性

本矿井瓦斯含量较低，由瓦斯分析结果可知，本井田属氮气~沼气带矿井，仅在井田中部有一部分沼气带，可采边界附近有一部分氮气带。

绝对瓦斯涌出量4.8立方米分，属低瓦斯矿井。

井田内煤的火焰长度在10-260mm间，岩粉量为10-50%，煤尘爆炸性弱。

370号孔煤尘实验结果为：

火焰长度400mm，岩粉量55%，爆炸性强，故井田内有煤尘爆炸的可能，煤尘爆炸指数为48.98%。

一层煤的燃点在273-304℃之间，平均值为285℃，氧化性和还原性的燃点差在33~63℃之间，平均47℃。

二层煤的燃点在273-288℃之间，平均279℃，燃点差为35℃。

井田内煤的燃点比其他煤田煤的燃点均低，且燃点差值也高，故本区煤是易燃的，自然发火期一般为1-3个月，最短20天，不利于煤炭的长期存放。

邻井康平三台子煤矿1974年11月建井，78年10月投产，81年、82年实测瓦斯资料如下：

年度

鉴定地点

绝对量,立方米分

相对量,立方米吨、日

鉴定当日产量,吨

瓦斯等级

CH4

CO2

CH4

CO2

1981年7月

总排风

1.08

1.10

5.33

5.46

8149.9

低级

1982年7月

副井总排

1.36

1.38

5.90

5.99

9629.0

低级

1.3.4地质勘探程度

在勘探初期针对该区特点，首先，原则上对全井田采用先线后面，全面控制，点线配合，重点解剖，然后循序渐进，逐步提高勘探程度，储量级别等，通过四次勘探，补充并借鉴邻区地质资料，比拟本井田上述地质因素特征，视其地质构造复杂程度为中等，煤层较稳定且偏简单，勘探类型属于二类二型偏简单。

2井田境界及储量

2.1井田境界

小康煤矿井田南北长5公里，东西宽5公里，面积25平方公里。

矿井南部以可采境界4721000为界，北部以可采境界4726000与

交线为界，西部以可采境界41525500为界，东部以可采境界41530500与

交线为界。

井田走向大体呈北西方向，岩层倾斜平缓，一般在7-9°之间。

井田区域内有一个小煤矿--边家煤矿，其位于井田南部，1986年开井，矿井无充水情况，与本矿井没有贯通。

该矿隶属于法库县，与本矿有明确的矿井边界，并且两井田水文地质条件相同。

2.2井田储量

2.2.1井田的工业储量

已知：

井田走向长5000m，倾斜长5000m，共有两个可采煤层（上层煤厚3.5m，下层煤厚7.5m），煤的容重为1.33gm。

则该井田的工业储量ZG=4000×5000×（3.5+7.5）×1.33

=29260（万t）

即该井田的工业储量为29260万t。

2.2.2地质损失

因本矿小断层较少，存在大断层以及边界确定的条件，不能精确计算出本矿地质损失的大小，因此在开拓图上将各地质损失整合在一起，形成一个边长大约为1000m的正方形，则由煤层的赋存条件及相关数据，可计算地质损失约为：

ZD=1000×1000×（3.5+7.5）×1.33

=1463（万t）

即该矿的地质损失约为1463万t，而实际的地质损失要大于这个量。

2.2.3永久煤柱损失

1）井田边界预留30m的边界煤柱，以避免邻矿开采对本矿造成影响，有利于本矿的安全生产。

边界煤柱压煤量Z边=30×5000×（3.5+7.5）×1.33+30×（5000-30-30）×（3.5+7.5）×1.33

=2194500+2168866

≈436.27万t）

2）工业场地是一个等同于上底长858m，下底长938m，高945m的梯形区域。

工业广场坐落着主井、副井、风井等重要生产设施，因此，工业广场下的煤柱不可以回采，称为工业广场保护煤柱。

工业广场保护煤柱的压煤量Z工=（858+938）×945÷2×（3.5+7.5）×1.33

=1241.52（万t）

3）第一水平设三条大巷：

轨道大巷、胶带大巷、回风大巷，这三条大巷每两条巷道之间留30m的保护煤柱，回风大巷和胶带大巷每边留35m的保护煤柱。

煤柱尺寸共计（30+30+35+35）=130m，巷道长1500m。

三条大巷的煤柱损失量：

Z巷1=130×3000×（3.5+7.5）×1.33

=570.57（万t）

4）第二水平有两条大巷，两巷之间留30m的护巷煤柱，两巷的一侧各留35m的煤柱。

煤柱共计（30+35+35）=100m，大巷长1000m。

两条大巷的煤柱损失量：

Z巷2=100×1000×（3.5+7.5）×1.33

=143（万t）

5）第二采区有两条集中巷，每两条集中巷之间留30m，边上的每条集中巷一侧各留35m的煤柱，所留煤柱共计（30+30+30）=90m，大巷长1500m。

三条上山的煤柱损失量：

Z上山二=90×1500×（3.5+7.5）×1.33

=197.5（万t）

6）第三采区有三条上山，二者之间留20m，每一侧各留30m，则上山煤柱尺寸为20+20+30+30=100m，上山长2000m。

两条上山的煤柱损失量：

Z上山三=100×2000×（3.5+7.5）×1.33

=286（万t）

7）第四采区有两条集中巷，二者之间留30m，每一侧各留35m，则上山煤柱尺寸为30+35+35=100m，上山长2000m。

两条上山的煤柱损失量：

Z上山四=100×2000×（3.5+7.5）×1.33=286（万t）

8）第五采区有两条集中巷，二者之间留30m，每一侧各留35m，则上山煤柱尺寸为30+35+35=100m，上山长2000m。

两条上山的煤柱损失量：

Z上山五=100×2000×（3.5+7.5）×1.33

=286（万t）

9）采区之间留10m的间隔煤柱，倾斜长3994m，共五个

间隔煤柱损失：

Z间=10×3994×（3.5+7.5）×1.33×5

=219.67（万t）

10）两个阶段之间需留60米的煤柱，第一阶段的上部需留30m的煤柱，第二阶段的下部需留30m的煤柱，一共需留（60+30+30）=120m的煤柱，这个煤柱量长为5000m。

阶段之间的煤柱损失量：

Z阶段=120×5000×（3+7）×1.33

=798（万t）

综上，该矿永久的煤柱损失量：

Z永=Z边+Z工+Z巷1+Z巷2+Z上山二+Z上山三+Z上山四+Z上山五+Z间+Z阶段

=436.27+1241.52+570.57+143+197.5+286+286+286+219.67+798

=4464.53（万t）

2.2.4井田的可采储量

计算公式:

Zk=（ZG-P）·C

式中：

Zk—矿井可采储量

ZG—矿井工业储量

P—保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留置的永久煤柱量

P=Z地+Z永

=1463+4047.918=5927.53（万t）

C—采区采出率，厚煤层不低于0.75；中厚煤层不低于0.8；薄煤层不低于0.85；

地方小煤矿不低于0.7

已知：

ZG=29260万t，P=5927.53万t，C=0.8

则Zk=（ZG-P）·C

=（29260-5927.53）×0.8

=18665.98（万t）

即该井田的可采储量为18665.98万t。

3矿井的年产量、服务年限及一般工作制度

3.1矿井的年产量及服务年限

3.1.1矿井年产量

本矿区储量丰富、地质构造简单、煤层生产能力大、开采技术条件好，适宜建设大型矿井。

另外，煤层赋存深、表土层很厚、冲积层含水丰富，建设大型矿井可减少开凿井筒数目，节约建井工程量，降低吨煤投资。

因此，将该矿井的年产量定为120万吨，属大型矿井。

3.1.2矿井服务年限

计算公式：

T=Zk（A·K）

式中：

T—矿井服务年限

Zk—矿井可采储量

A—矿井的年产量

K—矿井储量备用系数，矿井设计一般取1.4，地质条件复杂的矿井及矿区总体设计可取1.5，地方小煤矿可取1.3

已知：

Zk=18665.98万t，A=120万t，K=1.5

则T=Zk（A·K）

=18665.98（120×1.5）

≈109（年）

即本矿井的服务年限为109年。

3.2矿井的一般工作制度

1）矿井的年工作日数：

300天

2）每昼夜提升时数：

14小时

工作制：

该矿井的平均工作日为300天，采用‘三八’工作制，其中井下采煤工作面二班半出煤，半班检修。

4井田开拓

4.1井筒形式及井筒位置的确定

4.1.1井筒形式的确定

本矿井煤层赋存深度-300---750m，表土层较厚，井筒需用特殊方法施工。

该井田走向长4000m，倾向长5000m。

煤层倾角7°-9°，平均为8°。

根据本矿的地形地质条件，不利于采用平硐或斜井开拓，因此，决定采用立井的开拓方式。

采用立井开拓时，可以不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制，与其他开拓方式相比，立井具有井筒短、提升速度快、提升能力大的、结构合理、井筒维护费用低、有效断面大、通风条件好、管线短、提升速度快等优点。

另外，本井田倾斜长度大，采用立井开拓可以合理地兼顾浅部和深部的开采，对矿井开采有利。

尽管立井具有井筒施工复杂、开凿费用高、掘进速度慢的缺点，但综合起来考虑，对于本矿来说，采用立井开拓明显优于采用斜井或平硐的开拓方式，因此，最终确定该井田采用立井开拓。

4.1.2井筒的数目及位置

1）本矿年产量120万吨，属大型矿井，在开拓时，决定采用三个立井：

主井、副井和风井。

这样确定的井筒数目可以满足矿井提煤、运料、通风的要求，保证矿井生产高产、高效、安全，有助于本矿的正常有序发展。

2）井筒位置

a.井筒沿走向方向的位置

井口沿井田走向有利的位置应在井田的中央，当井田储量呈不均匀分布时，应在储量分布的中央，以此形成两翼储量比较均衡的双翼井田，应尽量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采的不利局面。

优点：

⑴井筒设在井田中央（储量分配的中央），可使沿井田走向的井下运输的工作量最小，而井筒偏在一翼边界时的相应井下运输工作量要较前者为大。

⑵井筒设在井田中央时，两翼产量分配、风量分配比较均衡，通风网路较短，通风阻力较小。

井筒偏于一翼时，一翼通风距离长、风压增大。

当产量集中于一翼时，风量成倍增加，风压按二次方关系增加。

如果要降低风压，就要

增大巷道端面，增加掘进工程量。

⑶井筒设在井田中央时，两翼分担产量比较均衡，各水平两翼开采结束的时间比较接近。

如井筒偏于一侧，一翼过早采完，然后产量集中于另一翼，将使运输、通风过分集中，采煤掘进互相干扰，甚至影响全矿生产。

根据本矿的煤层赋存条件及地质条件，并参照井田境界的走向范围，可将井筒的走向位置初步确定在4724000和4724500之间。

b.井筒沿煤层倾向的位置

立井开拓时，井筒沿煤层倾向位置可提出三个原则方案

⑴井筒位置设于浅部处时，总的石门工程量稍大，初期工程量及投资较少，建井工期较短，煤柱损失较小。

⑵井筒设于井田中部处，可使石门总长度较短，沿石门的运输工程量较少。

⑶井筒设于深部的初期工程量最大，石门总长度和沿石门的运输工作量也较大。

如煤系基底有含水较大的断层，不允许井筒穿过时，它可以延伸井筒到深部，对开采井田深部及向下扩展有利，但煤柱损失大。

根据本矿的地质条件和倾向范围，考虑是否有利于井下运输及煤柱的损失量等因素，确定使井筒采用B方案布置，即将井筒布置在井田的中部，可将井筒的倾向位置初步确定在41527000和41528000之间。

综上所述，可先确定主井坐标为（41527545、4723450）；根据《煤矿安全规程》规定，矿井各个出口之间的距离不得小于30m，同时考虑井上下生产流程能合理衔接以及井塔施工安装和设备布置的需要，将副井坐标定为（41527445、4723460）；根据本地区的风向，考虑对矿区污染的影响，将风井坐标定为（41527430、4723420）。

附：

1.井筒详细情况表

井筒特征表

井筒名称

井筒用途

井筒长度

断面尺寸

直径（m）

净断面积,m

主井

提升

635

6.5

33.2

副井

辅助提升、通风

635

5.5

23.7

风井

回风兼安全出口

615

4.5

15.9

2.井筒断面图

图4—1主井断面图

图4—2副井断面图

图4—3风井断面图

4.2开采水平的设计

布置主要运输大巷和井底车场，并负担该水平所属开采范围内的主要运输任务并与主井联运的水平，称为开采水平或主水平，简称水平。

根据煤层赋存条件，一个井田可以用一个水平开采，或者用几个水平开采。

开采水平的划分是与井田内阶段的划分密切联系的，而井田内划分阶段的多少主要取决于井田的斜长和阶段尺寸的大小。

阶段尺寸大小以阶段垂高或斜长表示。

阶段是按标高划分的，阶段上下边界的标高确定后，阶段垂高，即其上下边界的标高差就可得出。

阶段斜长则因煤层倾角的大小不同而变化。

开采水平的尺寸以水平垂高（或称水平高度）或阶段斜长表示。

水平垂高是指该水平开采范围的垂高，在大多数情况下，一个开采水平只开采一个上山阶段，阶段的垂高就是水平高度。

4.2.1水平高度的确定

在矿井设计中，确定合理的水平垂高或阶段垂高，是井田划分中的重要问题。

水平高度确定的合理与否，不仅影响矿井的基本建设投资，同时还要影响生产技术的合理性以及生产费用的大小，而且水平高度一经确定，将要在较长的时间内影响矿井的生产成本与效果。

因此，合理的开采水平高度，需要经过技术经济比较才能确定。

本矿年产量120万吨，井田走向长度4000m，倾斜长度5000m，煤层可采总厚度11m，其中上层煤厚3.5m，下层煤厚7.5m，间距20m，煤层倾角7°—9°，平均8°。

在确定本矿的水平高度时，考虑了以下几个主要因素：

1）保证采区正常接替与均衡生产

在采区的生产能力，采区走向长度及煤层厚度一定时，阶段垂高不同，其服务年限也应不同。

阶段垂高小，则采区服务年限短，采区搬家频繁，造成采掘关系紧张，均衡生产时间短。

另外，采区车场、硐室等巷道工程也得不到充分利用。

2）阶段内具有合理的区段数目

本矿属近水平煤层，煤层间距也不大，可设置一个开采水平进行集中开采。

近水平煤层开采水平垂高的确定，主要取决于煤层的赋存条件，与煤层内布置的工作面关系不大。

3）要保证开采水平有合理的服务年限及足够的储量

水平内的煤炭储量要保证开采水平有一个合理的服务年限。

在这个服务年限内，设备、井巷工程等都得到合理的利用，同时又避免延深频繁，接续紧张。

水平服务年限按下式计算：

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