神华宁煤清水营煤矿24Μta设计说明.docx
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神华宁煤清水营煤矿24Μta设计说明
设计题目：
宁煤清水营煤矿2.4Μt∕a设计
专业：
采矿工程
本科生：
（签名）
指导老师：
（签名）
摘要
本设计以清水营煤矿2、3号煤层为开采煤层。
2#煤层地质条件较为简单，煤层倾角5-14度，平均煤厚3.00m，矿井设计资源量467.07Mt，设计可采储量336.17Mt，设计生产能力2.4Mt/a，服务年限100a。
本矿井采用双斜井开拓，设置主斜井，副斜井，回风斜井。
盘区划分，盘区式开采，采用走向长壁分层综采垮落法。
本设计是以清水营煤矿的地质资料为基础，在老师的精心指导下，严格按《煤矿安全规程》、《煤矿设计规》要求设计。
本设计以理论联系实际，重点针对该矿井的概述及矿井地质、井田境界及储量、井型服务年限、井田开拓、采煤方法、井下运输、提升方式、通风与安全、排水等方面展开的，对同类矿山开采具有一定指导意义。
关键词：
采煤方法、斜井开拓、综采垮落法、分层开采、运输、通风、环境保护
前言
本矿井设计是以宁煤清水营煤矿的地质资料为基础，通过总结为期一个月的井下实习经历并查阅了《煤矿开采学》、《矿山压力与岩层控制》、《通风安全学》、《开采损害学》等教材的相关容，严格按照《煤矿安全规程》和《设计规》的要求进行编写的。
设计中的一些重要地质数据和图表都是以清水营煤矿的地质资料、地形地质图、地板等高线图为依据，按照《采矿工程专业毕业设计教学大纲》的要求进行修改的。
设计在容上遵循少而精、理论联系实际的原则，力求在阐明基础原理的基础上，密切结合矿井的实际情况，采用先进的开采方法进行开采，从而尽可能的达到经济效益最大化，安全最优化的目的。
由于本人学识水平有限，因此，本设计中缺点和错误在所难免，在此恳请各位老师提出宝贵意见，进行批评指正，以便今后能够多加改正。
最后，对为本次设计提出宝贵意见和帮助的老师报以万分感。
设计人：
2015年4月
前言II
1矿区概述及井田地质特征1
1.1 矿区概述1
1.1.1地理位置及交通情况1
1.1.2地形地貌概况2
1.1.3气象与地震简述2
1.1.4电源、水源、劳动力简述2
1.1.5本区的工农业简述3
1.2 井田地质特征3
1.2.1地层的概述3
1.2.2井田地质构造5
1.3 煤层特征7
1.3.1瓦斯分析8
1.3.2煤尘和煤的自燃8
2矿井储量、生产能力及服务年限9
2.1 井田境界概况9
2.1.1 井田围构造9
2.1.2 开采界限简述9
2.1.3 井田尺寸大小9
2.2 井田储量10
2.2.1 储量计算基础10
2.2.2 工业储量计算11
2.2.4 矿井永久保护煤柱损失量12
2.2.5矿井设计储量13
2.3矿井生产能力及服务年限14
2.3.1 确定依据14
2.3.2 矿井设计生产能力14
2.3.3 矿井服务年限15
3井田开拓15
3.1.1 方案的提出16
3.1.2 方案比较17
3.2 确定井筒形式、数目18
3.2.1 井筒19
3.2.2工业场地的位置27
3.3 井底车场27
3.3.1井底车场的形式和布置方式28
3.3.2井底车场通过能力28
3.3.3井底车场硐室位置29
3.4主要开拓巷道29
3..5开采顺序及采区、煤矿工作面的配置30
3.5.1开采顺序30
3.5.2保证年产量的同采工作面数30
3.5.3矿井产量的验算31
3.6矿井工程量和建井工期32
4采煤方法32
4.1采区巷道的布置及生产系统32
4.1.1采区走向长度的确定33
4.1.2确定区段斜长及区段数目33
4.1.3煤柱尺寸33
4.1.4采区上山的布置34
4.1.5区段平巷的布置34
4.1.6联络巷道的布置34
4.1.7采区车场形式的选择34
4.1.9采区硐室36
4.1.10采区千吨掘进率、采区掘进出煤率及采出率39
4.1.11确定采区巷道掘进方法。
设备数量及工作面数目40
4.2采煤工艺设计42
4.2.1机采工作面的工艺设计42
4.2.2综采工作面的采煤工艺44
4.2.3工作面循环方式和循环作业图表的编制46
5矿井通风与安全49
5.1矿井通风系统的选择49
5.1.1选择矿井主扇的工作方法49
5.1.2选择矿井通风方式49
5.2风量计算及风量分配51
5.2.1采煤工作面实际需要风量51
5.2.2掘进工作面所需要风量53
5.2.2硐室实际所需要风量54
5.2..风速验算56
5.3全矿通风阻力的计算57
5.3.1计算原则58
5.3.2计算方法58
5.3.3矿井总风阻和总等积孔61
5.4扇风机选型62
5.4.1选择主扇62
5.4.2.确定主扇的风压62
5.4.3选择电动机64
6矿井运输、提升及排水65
6.1矿井运输66
6.1.1井下运输系统和运输方式的确定66
6.1.2采区运输设备的选型67
6.1.3采区辅助运输69
6.1.4大巷运输设备71
6.1.5辅助运输设备选型72
6.1.6运输设备能力验算73
6.2矿井提升73
6.2.1矿井提升概述74
6.2.2提升设备的选型计算74
6.3矿井的排水75
7采区供电设计76
7.1确定供电电压及供电方案76
7.1.1供电电压等级的确定76
7.2负荷分析与统计76
7.3供电方案设计77
8.技术经济指标81
附录A83
1矿区概述及井田地质特征
1.1 矿区概述
1.1.1地理位置及交通情况
宁煤集团清水营煤矿位于回族自治区灵武市宁东矿区（磁窑堡）镇管辖境。
该矿井井田南北长约10km，东西宽约6.9km，面积大约68.7km2。
经过多年区域建设，本区已形成较为完善的交通网。
银（川）～古（窑子）～王（家圈）高速公路及国道307线沿本井田南部东西方向穿过，向西经过灵武市、市及青铜峡市可接国道109线和包兰铁路，向东经过盐池县、省定边县可达、和省等地，公路、铁路交通为煤炭运输提供了十分便利的条件。
（见交通位置图1-1-1）
1-1-1交通位置图
1.1.2地形地貌概况
井田区域地形主要为低山丘陵地貌，地势为西高东低，南高北低，其间有植被较多。
井田区域最大高程点位于靠南端的家庄，海拔高度为1426m，最低高程点位于靠井田北端唐家湾，海拔高度为1288m，相对高差约为138m。
1.1.3气象与地震简述
该矿区属于典型的半干旱半沙漠大陆性气候。
据该管辖地方政府灵武市气象资料显示，年最高气温为41.40℃（1953年），最低为-28℃（1954年），气候干燥炎热，昼夜温差较大。
年降水多集中在7、8、9月份，年降雨量最大为299.1mm，年最大年蒸发量达2771mm，年蒸发量为降雨量的数十倍左右。
无霜期较短，约在5月中旬至9月底。
风季多集中在春秋两季。
该区居鄂尔多斯盆地西缘断褶带中部，属于地震活动带。
地震震多分布在黄河沿岸，历年来年间该区发生震11次，震级4.9～5.5级之间，近年来小震时有发生。
地震活动围在空间上以市、灵武市两地相互转移，呈一密集的地震分布状况。
1.1.4电源、水源、劳动力简述
本区电源主要为宁东灵武矿区古窑子110kV变电站输出，此变电站位于宁东灵新煤矿工业场地以北500m处，规模为两台25000kVA变压器。
目前已建成进行投产运行，该电源以两回LGJ—240的110kV线路取自灵武东山220kV变电站，该变电站220kV电源取自青铜峡市大坝电厂及电网。
沿古王高速公路以北4km左右，已架设一条由灵武东山变电站至盐池的220kV供电线路网。
东山变电站安装有两台变压器，总容量为240MVA。
本区居民日常饮用水主要取自于白芨滩供水站。
对井田具有供水意义的地下水主要有供灵武矿区的金银滩水源地，其供水能力为30000m3/d，水源较为可靠。
另外，金银滩水源地西北部还有横城、面子山水源地，预计可开采储量为30000～40000m3/d，但勘探技术目前还不成熟，尚不具备开采条件。
矿区靠近灵武市和市，劳动力资源比较丰富，便于输出。
1.1.5本区的工农业简述
该区经济较为落后，井田座落有四个行政自然村，有清水营一组、二组、家庄、方家老庄，井田南部的京盛煤矿为该区的主要工矿企业。
主要以农业、牧业为主，农作物一年一熟。
有荞麦、玉米、马铃署、胡麻等。
为响应国家政策号召，实行“退耕还林、退牧还草”国策，农牧民以种草植树为主，经济来源主要靠筛砂、运输，群众收入不高。
1.2 井田地质特征
1.2.1地层的概述
井田绝大部分地区被第四系（Q）所覆盖，仅仅在井田西南部有零星基础岩出露。
根据钻孔揭露及地质填图资料分析，井田地层由老至新依次有：
三叠系上统上田组（T3s）、侏罗系中统组（J2y）、直罗组（J2z）、侏罗系上统安定组（J3a）、白垩系下统宜君组（K1y）、古近系上统清水营组（E3q）和第四系（Q）。
1）含煤地层
井田含煤地层为侏罗系中统组（J2y），根据沉积旋回、标志层及煤层等，将组有五段，每段含1～2个沉积旋回。
该组含煤地层，总体上是第一段、第三段、第五段粒度较粗，其它二个岩段粒度相对较细。
自下而上分述如下：
（1）组第一段（J2y1）
自含煤地层的底界至十六煤层顶板，段厚为25.34～68.43m，平均厚度43.92m，厚度呈现为井田南北两端较厚、中部较薄，沿Q5勘探线向东有增厚趋势。
岩性特征：
下部以灰白色砂岩为主（宝塔山砂岩），夹粉砂、泥岩，具大型槽状、板状交错层理；上部为细粒砂岩、粉砂岩、泥岩，具小型交错层理、波状及水平层理。
（2）组第二段（J2y2）
自十六层煤顶板至十二煤层顶板，段厚29.99～48.77m，平均38.16m，在井田中北部较厚，向南、北方向逐渐变薄。
岩性特征：
以灰～灰白色粉砂岩、细粒砂岩为主，夹薄层泥岩和煤层。
以小型交错层理、沙纹层理、水平层理最为发育。
除含丰富的植物化石及化石碎片外，动物化石及动物活动遗迹化石也高于第一段。
沉积环境：
由浅湖～三角洲体系的三角洲前缘相（旋回2）和三角洲平原相（旋回3）组成。
该段含煤层数多，多数较薄，其稳定性总体向上变好，煤层位于每个层序的顶部，含十二、十三、十四、十五煤层。
（3）组第三段（J2y3）
自十二煤层顶板至八煤层顶板，段厚40.23～69.85m，平均55.02m，厚度在井田南北两端较厚、中部较薄，由西向东逐渐变厚。
岩性特征：
下部以灰～灰黑色泥岩、粉砂岩、细粒砂岩为主，砂岩一般多位于旋回的中下部，具水平层理；上部以灰～灰白色粉砂岩、细粒砂岩夹煤层为主。
沉积环境：
由二个典型的向上变粗的三角洲平原相组成（旋回4、旋回5）。
该段沉积稳定，聚煤作用强，在每个旋回的顶部发育有厚煤层，主要含八、九、十、十一煤。
（4）组第四段（J2y4）
自八煤层顶板至四上煤层顶板，段厚73.69～114.26m，平均90.47m，在井田南部较厚，向北逐渐变薄。
岩性特征：
旋回6下部岩性为灰白色中～粗粒砂岩，底部常含砾石，向上岩性为灰黑色粉砂岩、泥岩与灰色细粒砂岩互层，夹薄层炭质泥岩及煤层，具大型板状、槽状交错层理；旋回7下部岩性为灰、灰白色细～中粒砂岩。
上部岩性以灰、灰黑色泥岩为主，夹1～2层分布较广局部可采煤层。
具小型交错层理、沙纹层理、水平层理。
沉积环境：
由两个三角洲平原相组成（旋回6、旋回7）。
煤层多位于各旋回的上部和顶部，砂岩多集中各旋回的中～下部，本段含四上、四、五、六煤。
（5）组第五段（J2y5）
自四上煤层顶板至二煤层顶板，段厚32.63～61.99m，平均48.20m，在井田的中部较厚，向东南方向逐渐变薄。
岩性特征：
旋回8全区发育。
下部以灰白色砂岩为主，上部以灰、灰黑色泥岩、粉砂岩为主，顶部普遍发育有一层厚煤层，具大型板状、槽状交错层理；旋回9在区大部分地段不发育。
下部为灰、灰白色中～细粒砂岩，上部为灰、灰黑色粉砂岩、泥岩，顶部常受到直罗组底部砂岩（七里镇砂岩）的冲刷，具小型交错层理，波状层理、沙纹层理、水平层理。
沉积环境：
由三角洲平原相（旋回8）和河流体系的冲积平原（旋回9）共同组成，本段含二、三、三下煤层。
1.2.2井田地质构造
1）褶曲
（1）清水营向斜。
位于井田北部，轴向自北向南有一定的变化，在第11勘探线以北走向为N12°E，第11勘探线以南走向为N30°W。
井田延展长度约2.63km，向北在宁蒙边界处趋于消失，向南在Q202孔西消失。
为一宽缓的向斜构造，两翼基本对称，西翼倾角为5～13°，东翼为5～10°，向北轴部呈下降趋势，变化比较平稳，倾伏角为8°。
（2）清水营背斜。
位于井田北部，轴向近南北。
井田延展长度大约2.25km，向北在宁蒙边界处趋于消失，向南在Q202孔东消失。
西翼倾角为5～10°，东翼为6～15°，向北轴部呈下降趋势，倾伏角为9°。
（3）清水营～胡家井向斜。
位于井田北部清水营一队村庄以东1100m。
因受F7断层的切割，在第1勘探线以北轴向为N6°W，第3勘探线附近轴向为N45°W。
井田延展长度大约2.34km，向北延伸至区外，向南在F9断层附近消失。
为一宽缓的向斜构造，两翼基本对称，西翼倾角为10～16°，东翼7～10°。
轴部在106号钻孔附近最低，变化比较平稳，自北向南至106钻孔倾伏角为2°、自南至106钻孔倾伏角为5°，在Q305孔附近向斜轴部呈现为马鞍型褶曲形态。
（4）清水营～胡家井背斜。
位于井田北部的105号钻孔附近。
轴向为N40～60°E，轴向转折点在105号钻孔附近。
井田延展长度大约900m，西南延至Q305号钻孔处，向东北延至区外自治区胡家井一带地区。
为一宽缓的背斜构造，两翼基本上对称，西北翼倾角大约为8°，东南翼大约为6°，轴部从东北方向Q305号钻孔呈下降趋势，变化较平稳，倾伏角为4°
2）断层
井田确认的断层共有4条，其中：
正断层11条、逆断层5条；落差≥30m的断层10条，落差＜30m的断层6条。
见表1-1。
表1-1矿井主要断层表
采用编号
地震编号
性质
断层产状要素
断层落差为（m）
延展长度为（m）
可靠程度
走向
倾向
倾角（度）
F1
DF16
正
N58E
SE
59～65
100～160
980
可靠
F2
DF6
正
N50E
NW
43～47
0～30
695
可靠
F3
DF10
正
N50E
SE
67～72
30～80
3337
可靠
F4
DF1
正
N45W
NE
70～75
0～23
960
可靠
1.2.4井田水文地质条件
1）地表水
根据地质、水文地质及勘探资料显示，结合地形地貌情况，确定井田中部，沿Q505～1305～Q604号钻孔一带，有一NW～SE向的分水岭区域，将井田潜水划分为南部为回民巷沙沟流域，北部为边沟流域。
水流补给源为长城北第四系孔隙潜水含水层渗出及大泉眼补给。
沟水流量约16.67l/s，受灌溉水库拦截，沟流呈断续流动，最终排入黄河水系。
受补给源水质影响，水矿化度为0.9～1.9g/l，水化学类型以HCO3·CL·SO4-Na型、CL·SO4·HCO3-Na型为主要成分。
2）含水层
井田有六个最主要含水层组：
（1）第四系孔隙潜水含水层（Ⅰ）
第四系孔隙潜水含水层主要分布于井田北部端，地层厚1.30～22.60m，平均厚度6.59m。
含水层地下水补给主要以大气降水为主，排泄以蒸发消耗为主要补给。
1.3 煤层特征
本井田组含煤地层平均厚为276.50m，含煤层为22层，平均总厚为28.54m，含煤系数为10.3%（28.54/276.5＝10.3％）。
其中：
编号煤层总20层。
编号煤层中可采或局部可采煤层为14层，自上而下编号为：
二、三、三下、四上、四、五、六、八、十、十一、十二、十五、十七、十八煤。
全区可采煤层为2层。
1）二煤
是该井田最主要的可采煤层，位于含煤地层最上部，全区发育，分布面积为51.55km2，煤层较稳定，全部可采。
上距直罗组与组分界线为0～16.40m，平均为2.13m，大部分地段与J2z/J2y分界线直接接触。
井田见煤点为55个，其中：
中厚煤层点占为22%、厚煤层点占为76%、特厚煤层点为2%。
煤层厚度为2.06～5.22m，平均为3.00m，可采厚度为2.06～8.10m平均为4.75m，属中厚～厚煤层。
厚度变化总体呈现为：
自西向东、自北向南逐渐变薄。
含夹矸为0～1层，厚度为0.09～0.64m。
夹矸岩性以泥岩、炭质泥岩为主要成分，多位于煤层的中下部位，层位较为稳定，结构比较简单。
综上所述：
二号煤为厚煤层，厚度有一定的变化且规律明显，结构较简单，煤类以长焰煤为主，不粘煤次之，全区可采，属于稳定煤层。
2）三煤
上距二号煤为3.07～22.47m，平均为14.21m，与二煤的层间距较为稳定。
层位较为稳定，基本全区可采，不可采点多为砂体冲刷，煤层分布面积为52.07km2，可采面积38.38km2。
井田见煤点50个，其中：
不可采煤层点占6%、薄煤层点占18%、中厚煤层点占76%。
煤层厚度0.30～3.28m，平均为1.70m，可采厚度为1.07～3.28m，平均为1.65m，属中厚煤层。
井田中部较厚，向南、向北逐渐变薄。
含夹矸0～1层，厚度为0.04～0.46m。
夹矸岩性以粉砂岩、炭质泥岩为主，少量泥岩，多位于煤层的上部，层位较为稳定，结构较简单。
综上所述：
三煤为中厚煤层，属较稳定煤层。
表1-2可采煤层特征表
煤层
名称
煤层厚度（m）
层间距（m）
倾角（°）
煤层牌号
硬度
容重
稳定性
最小
最大
平均
二煤
2.060
5.220
3.000
3.007～22.470
14.0
长焰煤
0.30～0.50
1.460
较稳定
三煤
0.300
3.280
1.700
14.210
15.0
长焰煤
0.40～0.70
1.450
较稳定
1.3.1瓦斯分析
根据瓦斯样品测试结果，发现井田各煤层瓦斯含量很低，总量最大不超过1.74ml/g可燃质。
各煤层瓦斯含量测试结果综合见表1-3。
属于低瓦斯煤矿。
表1-3煤层瓦斯含量测试结果综合表
煤层
样品
数量
（个）
数值
瓦斯含量
（ml/g可燃质）
自然瓦斯成分（%）
瓦斯分带
CH4
CO2
CH4
CO2
N2
二
5
最大
0.000
0.580
0.000
8.990
99.850
氮气带
最小
0.000
0.030
0.000
0.150
91.010
平均
0.000
0.250
0.000
4.250
95.750
三
3
最大
0.000
0.480
0.000
6.790
96.850
氮气带
最小
0.000
0.140
0.000
3.150
93.210
平均
0.000
0.270
0.000
4.540
95.460
1.3.2煤尘和煤的自燃
试验结果表明：
煤层的火焰长度大部分大于400mm，岩粉用量在45～95%之间，均属于有爆炸性危险的煤层。
根据煤的工业分析资料分析，煤中的挥发分含量一般在37%左右，固定碳（FCd）含量一般在53%左右。
经计算，该井田煤层的煤尘爆炸指数大约在40%左右（＞10%），因此，各煤层的煤尘均可有爆炸性危险。
该井田的煤以长焰煤为主、不粘煤次之，变质程度低、挥发分高，特别是惰质组分高达60%左右，易吸氧氧化，着火点降低引起煤的自燃现象。
经实验，井田的煤层均属易自燃煤。
2矿井储量、生产能力及服务年限
2.1 井田境界概况
2.1.1 井田围构造
清水营井田位于华北地台（A）、南北向逆冲构造带（A2）、桌子山～横山堡逆冲带（A23）鸳鸯湖背斜东翼的北部。
研究表明，井田构造整体为近南北走向，由西向东倾伏的单斜构造。
井田总体为一缓倾斜的单斜构造，地层走向为西北方向，在走向上呈现出缓波状起伏。
在Q8勘探线以层倾角为15～25°；Q8勘探线以东地层倾角为5～10°，煤层倾角由浅部的缓倾斜煤层（＜25°）向井田深部渐变为近水平煤层。
断层及褶曲多集中在Q4勘探线以北地区的中深部，且褶曲多为宽缓的起伏，倾伏角小于10°。
构造类型定为简单构造。
2.1.2 开采界限简述
井田境界为：
北起宁蒙边界（长城），南止白芨滩古河道Z5（X=4220490.0m，Y=392880.0m）、Z6（X=4220370.0m，Y=391190.0m）、Z7（X=4217695.0m，Y=386885.0m）点连线，西以十八煤层露头线为界，东至F16断层。
南北长约10.0km，东西宽约6.60km，面积约67.280km2。
井田境界示意图如图2-1所示。
2.1.3 井田尺寸大小
井田的走向长约为7460.0m，倾斜长约为5520.0m，煤层的倾角平均约为5°
井田的水平面积按下式计算：
S=H×L式（2-1）
式中：
S——井田的面积㎡；
H——井田的水平宽度,m；
L——井田的平均走向长度,m；
则井田的水平面积为：
S=5.5×7.2=39.10（km2），如井田的赋存状况示意图2-1所示。
井田面积是很不好用算式来计算的，因此采用数网格的方法来求面积：
图2-1井田赋存状况示意图
2.2 井田储量
2.2.1 储量计算基础
1、根据井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算；
2、依据《生产矿井储量管理规程》:
煤厚能利用储量最低可采厚度为0.70m，煤的灰份指标能利用储量灰份最高不大于40%（其中含40%），暂不能利用储量灰份最高不大于50%（含50%）超过51%则不计储量,暂不能利用储量厚0.60m；
3、硫份大于3%的煤层储量列入平衡表外的储量；
4、储量计算厚度：
夹石厚度不大于0.050m时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹石总厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度；
5、井田采用地质块段的算术平均法；
2.2.2 工业储量计算
1）井田主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状以+750.0m等高线作为分界，其上面平均倾角为14°，其下面平均倾角5°，勘探工程分布比较均匀，采用分段算法；块段形状规则的以几何图形求面积的方法计算，不规则的，则用AutoCAD在计算机上求得。
2）煤层体积质量：
2号煤层的容重为1.390～1.610t/m³，平均为1.460t/m³；3号煤层的容重为1.270～1.530t/m³，平均为1.450t/m³；
3）煤层厚度：
2号煤层平均3.00m；3号煤层1.700m。
4）井田的水平面积，+750.0m等高线以上煤层取23.610km2，以下取煤层取43.670km2；
工业储量计算：
本矿井设计只对2号煤层和3号煤层两个可采煤层进行开采设计，本次储量计算是在精查地质报告提供的1：
10000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。
井田围的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量是由煤层面积、容重及厚度相乘所得，其公式一般为：
Zg=S/cosɑ×M×γ
式中，Zg——
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