煤矿开采毕业设计2.docx
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煤矿开采毕业设计2
第一章井田概述和井田地质特征
第一节矿区概述
一
、矿区地理位置及交通条件
成庄矿位于晋东南地区的泽州县境内，沁水煤田东南部，晋城无烟煤矿业集团西部，距晋城市中心20km。
井田地理位置优越，太焦铁路由矿区东部通过，向南可与京广、焦枝及陇海线相接；向北至榆次与同蒲铁路相连。
公路运输北至长治、太原，南至焦作，西至侯马，交通便利。
交通位置示意图见图1－1－1。
图1—1—1交通位置示意图
2、矿区的工农业生产建设情况
矿区地处山区，区内村庄较多，可利用耕地较少，主要农作物有玉米、小麦、谷子及豆类作物。
工业生产主要有采煤、炼钢及农机具修理等，所用建材除钢材和木材外，其它如水泥、砖瓦、沙石等均可就地解决。
目前，在成庄矿井田内及周边生产的地方煤矿有十几座。
其中史村、殷都、刘村、杨庄、郭河、白沙等十座煤矿有不同程度的越界开采现象。
3、矿区电力供应基本情况
与矿井配套建设的有装机容量为3×6000千瓦的热电联供车间和2×5万千瓦煤泥煤矸石综合利用电厂，为矿区的电力供应保驾护航。
4、矿区的水文简况
成庄矿的井田构造以单斜为主，断裂较少，各含水层间泥岩类隔水层的存在，使各含水层地下水无水力联系，煤层主要充水含水层为太原组及山西组含水层，其富水性弱。
5、矿区的地形与气象
地形：
成庄井田地处太行山背斜西翼南段，为西北高、东南低的低山—丘陵区。
地表最高标高为+1132m，最低标高为+762m。
井田内东西向沟谷发育，呈羽状分布，沟谷两侧为侵蚀堆积地形，构成河漫滩以上的三级阶地。
井田内主要河流为长河，属沁河支流。
除此，尚有史村河、河底河等，这些河流补给面积小，在枯水期常有断流现象。
气象：
本区属半干燥大陆性气候。
年平均气温10℃-11℃，气温总的分布趋势是由南向北递减。
冻土最大深度为0.4m。
每年7～9月为雨季。
泽州大陆性季风气候明显，四季分明，一般为：
春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季秋高气爽，冬季寒冷干燥。
第二节井田地质特征
1、地层
地层从老到新有：
奥陶系中奥陶统马家沟组，石炭系中石炭统本溪群、上石炭统太原群，二迭系下二迭统山西组及下石盒子组、上二迭统上石盒子组，第四系中更新统、上更新统及全新统。
地层特征见表1－2－1。
二、地质构造
（1）褶曲构造。
成庄井田位于太行复背斜西翼,沁水盆地东端,为阳城山字型构造体系脊柱部分南端东侧及马蹄形盾地的北侧与新华夏构造的复合部位。
井田内主要为单斜构造。
井田内地层平缓,倾角3°～15°,一般在10°以内。
在此单斜基础上发育着幅度不大两翼平缓、开阔的背向斜褶曲构造,使井田内地层呈波状起伏。
据地形地质图,井田内一水平范围内有3条短轴褶曲,另据3#煤层底板等高线图,一水平中北部有2条明显的背斜构造。
它们是杨庄北向斜、杨庄北背斜、常坡西背斜、47#背斜、54#背斜,其中47#背斜是一水平内最大背斜构造,背斜轴向长280m,延伸长度300m左右,幅度35m左右。
（2）断裂构造。
据地质填图,井田一水平范围内出露出12条正断层。
井下共揭露22条正断层,从现有的断层资料来看,均为高角度小型正断层,最大落差10m,最大延伸长度300m。
按断层面走向基本分为2组,一组为北向东,另一组为北向西,北向东断层较北向西断层发育,占断层总数的80%。
所有断层落差均未超过10m。
地层特征表1－2－1
地质时代
符号
地层厚度（m）
最小—最大
——————
平均
系
统
组
奥陶系
中奥陶统
马家沟组
O2
400～450
石炭系
中石炭统
本溪群
C2
上石炭统
太原群
C3
二迭系
下二迭统
山西组
P11
下石盒子组
P12
上二迭统
上石盒子组一层
P1--2１
上石盒子组二层
P1--2１
上石盒子组三层
P1--2１３
60
第四系
中更新统
Ｑ2
上更新统
Ｑ3
全新统
Ｑ4
0～14
（3）陷落柱。
成庄矿的地质条件复杂,赋存大量的陷落柱,以一水平计,平均3.28个/km2,陷落柱平均面积3350m2/个。
三、井田的水文地质特征
成庄矿的井田构造以单斜为主,断裂较少,各含水层间泥岩类隔水层的存在,使各含水层地下水无水力联系,煤层主要充水含水层为太原组及山西组含水层,其富水性弱。
第三节煤层的埋藏特征
1、煤层
含煤地层为上石炭统太原群及下二迭统山西组，总厚度116.97～185.15m，平均厚141.73m。
含煤11层，煤层总厚度14.23m，含煤系数10%，其中可采及局部可采煤层4层，煤层编号自上而下为3#、5#、9#、15#。
可采煤层厚度12.52m。
3#煤层为全井田主要可采煤层，平均厚度为6.81m。
其顶板一般为粉砂岩或泥岩，常有薄层炭质泥岩或页岩。
伪顶厚0.1m，层理发育，质软，随采随落；直接顶为1～2m厚的深灰色粉砂岩，质较坚硬；老顶为灰色中粒砂岩，一般厚18m。
底板为深灰色粉砂岩或泥岩，一般厚2m。
可采煤层特征见表1－3－1，煤层综合柱状见图1－3－2。
表1－3－1可采煤层特征表
含煤地层
煤层编号
厚度（m）
最小～最大
平均
煤层间距
（m）
夹石
层数
稳定
情况
可采
情况
顶底板岩性
顶板
底板
山西组
3
4.81～7.38
6..81
13
0～4
稳定
全区
可采
粉砂岩
泥岩
泥岩
粉砂岩
2、煤的特征
井田内均为中等变质的无烟煤。
各煤层的物理性质相似，多以亮煤、镜煤及暗煤为主，坚硬致密，层理或节理裂隙发育，常被方解石或黄铁矿脉充填，燃点与耐热强度（热稳定性）均很高。
3#煤层为低～中灰，低硫煤，易选。
洗煤硫的含量为0.36%～0.54%，平均为0.42%，灰分在10%以下，煤的发热量在33.49MJ/kg以上，灰熔点T2大于1250℃。
煤质工业分析结果见表1－3－3
煤
层
牌
号
水分
Wf
（%）
灰分
Ag
（%）
挥发分Vr
（%）
硫分
SQg
（%）
磷分
P
（%）
发热量
QrDT
（MJ/kg）
3
无烟
煤
1.15~2.87
1.80
13.65~22.90
16.83
6.54~9.64
7.99
0.33~0.69
0.54
0.014~0.42
0.119
32.08~35.17
34.64
注：
上表中除磷份为洗煤数据外，其余均为原煤数据。
图1－3－2煤层综合柱状图
地层
累厚
（m）
层厚
（m）
柱
面
岩石
名称
岩性描述
界
系
统
组
古
生
界
Pz
二
叠
系
P
二
叠
下
统P1
下石盒子组
P1X
407.15
4.30
………
………
………
………
中砂岩
浅灰色,中厚层状
石英长石
山
西
组
P1
417.29
10.14
－·-·
－·－·
砂质
泥岩
深灰色,中厚层状,含植物化石
417.89
0.60
………
细砂
岩
浅灰色,中厚层状,石英长石为主
－·－·
－·－·
－·－·
－·－·
444.00
26.11
砂质
泥岩
深灰色,中厚层状,含植物化石
夹薄层细砂
457.17
13.17
………
中砂岩
浅灰色,后层状
463.42
6.81
3#煤
黑色,条带状,似金属光泽
472.87
9.45
－·－·
－·－·
－·－·
砂质
泥岩
黑色,层理清楚,质不坚定,含植物化石
石炭系
石炭统
太原组
474.17
1.30
………
………
………
中砂岩
浅灰色,中粒结构,局部含薄层细纱岩
3、瓦斯
从矿井的生产实际情况来看，浅部瓦斯较低，但瓦斯从东向西、由北向南有增大趋势，而且瓦斯分布不均匀，局部地区瓦斯含量很高。
随着采掘工作向井田深部推进，煤层的瓦斯含量逐渐增大。
矿井已从低瓦斯矿井转变为高瓦斯矿井，瓦斯鉴定结果为：
相对瓦斯涌出量14.15m3/t·d，绝对瓦斯涌出量为105.28m3/min。
预计后备区的瓦斯涌出量还要有所增加。
瓦斯已成为制约矿井产量提高的主要因素之一。
4、其他
煤尘无爆炸危险，煤层无自然发火现象。
第二章井田境界与储量
第一节井田境界
北与大阳井田邻接，南以寺河井田北界为界，东以煤层露头、长河最高洪水位及地方煤矿边界为界；设计西以三个钻孔连线为界。
本次设计成庄井田范围井田总面积为43.78km2。
井田位置示意图见图2－1－1。
图2－1－1井田位置示意图
第二节地质储量的计算
井田内共有可采及局部可采煤层4层，自上而下分别为3#、5#、9#、15#。
其中3#煤为全井田主要可采煤层，也是目前正在开采的煤层。
1、矿井地质的储量计算
因为该矿井的煤层倾角小于100,故采用近水平面积,根据方格纸法的面积为43.78km2:
计算公式:
Z=S×M×D
式中:
Z-----储量,万吨
S-----水平投影面积,m2
M-----平均厚度,m
D-----容重,t/m3
2、煤层厚度
3号煤层平均厚度为:
6.81m
3、煤的容重
3号煤层容重取1.40t/m3;
带入储量计算公式得:
Z=S×M×D
=43.78×6.81×1.4×
=41764.5万吨
所以,本矿井地质储量为:
41764.5万吨。
第三节可采储量的计算
根据《煤炭工业矿井设计规范》的有关规定对本矿井设计储量和设计可采储量进行计算:
矿井的可采储量按下式计算:
ZK=（Z-P）×C
式中:
ZK=矿井可采储量
Z=矿井工业储量（地质储量）
P=永久煤柱损失
C=采区采出率，C取0.9
永久煤柱包括工业场地、井田境界等留置的永久煤柱以及地质构造复杂不能开采的煤柱损失。
计算公式:
P=（L×B×H×Y）/10000
式中:
P---永久煤柱损失
L---煤柱长度
B---煤柱宽度
H---煤柱厚度
Y---煤容重
（一）井田境界煤柱损失：
P1
L1=4750×2+4000×2=17500m
P1=（17500×20×6.81×1.4）/10000
=333.69万吨
（二）工业广场保护煤柱损失：
P2
本矿井为大型矿井,根据《设计规范》规定,大型矿井占地2公顷/10万吨,所以此矿井工业广场占地为:
50×2=100公顷.
工业广场煤柱:
P2=（1000000×6.81×1.4）/10000
=953.4万吨
（三）大巷煤柱损失：
P3
P3=[（4750+2000）×70×6.81×1.4]/10000
=450.5万吨
（四）风井广场煤柱损失：
P4
本矿井的风井广场煤柱经计算损失为:
99万吨
所以总损失为:
P=P1+P2+P3+P4
=333.69+953.4+450.5+99=1836.57万吨
所以P/Z=1836.57/41764.5×100%
=4.4%<10%
符合规程规定.
可采储量计算如下:
ZK=（Z-P）×C
=（41764.5-1737.57）×90%
=36024.237万吨
表2—3—1设计储量计算表（单位:
万吨）
煤层
编号
块段
面积
（km2）
工业储量
（万吨）
平均
厚度
（m）
容重
（t/m3）
永久煤柱损失
设计储量
矿界
工业广场
小计
3
43.78
41764.5
6.81
1.4
333.69
953.4
1287.1
40477.4
表2—3—2设计可采储量计算表（单位:
万吨）
煤层
编号
设计
储量
开采煤柱损失
开采损失
设计可
采储量
大巷
风井广场
小计
3
40477.4
450.5
98
548.5
548.5
39928.9
第三章矿井工作制度及生产能力
第一节矿井工作制度
矿井年工作日330d。
由于综采工作面设备费用大，在保证足够机械检修时间的条件下，应力求增加生产时间，以提高机械设备利用率。
采区采用每天三班生产，一班检修的“四六制”。
生产班的主要任务：
按回采工艺要求作业，对设备进行班检、正规作业。
检修班的主要任务：
按检修班的工艺要求作业，对设备进行日检，达到设备运行正常，生产班验收完毕为止。
每昼夜净提升时间为14h。
劳动组织表见表3—1—1.
表3—1—1劳动组织表
一班
二班
三班
检修班
定员
班长
3
3
3
3
12
机组司机
3
3
3
9
移架、放煤
4
4
4
12
工作面溜子司机
2
2
2
6
转载机司机
1
1
1
3
泵站
1
1
1
3
皮带司机
3
3
3
9
机电维修工
2
2
2
6
清煤工
2
2
2
6
端头维护工
4
4
4
8
20
验收员
1
1
1
1
4
泵站检修工
1
1
支架检修工
4
4
机组检修工
3
3
电器检修工
4
4
三机检修工
8
8
注油工
2
2
合计
26
26
26
34
112
第二节矿井生产能力及服务年限
一、矿井生产能力的确定
根据井田储量、面积、煤层的厚度以及地质构造等因素,本采区的设计生产能力暂定为500万吨/a。
对设计年生产能力的确定，从以下二个影响较大的方面进行了分析论证。
（一）水平储量情况分析论证
水平面积较大，储量丰富。
3#煤地质储量为41764.5万吨，可采储量为39928.9万吨。
按500万吨/a考虑，可服务60a。
（二）从井田内煤层开采技术条件分析论证
1、3#煤煤层赋存稳定，煤层倾角6°--10°，适宜于综合放顶煤开采。
2、依据地质报告，本区地质构造简单，断层、陷落柱稀少，水文地质条件简单，适宜布置高产高效工作面进行开采。
具有年产500万吨的能力。
3、集团公司经过多年开采，已有多个中厚煤层单产超450万吨/a的综采队。
因此本矿井有能力装备一个高产高效工作面。
具有年产500万吨的能力。
4、井下主运输采用胶带输送机,可实现从井下到地面胶带输送机一条龙连续运输,用人少,效益高、故障率低、安全性好,有利于实现集中自动化控制与管理。
辅助运输采用无级绳连续牵引绞车牵引3t系列矿车运输,可以保证本矿井辅助运输的连续性。
主辅运输的连续性为成庄矿的高产高效提供了有利条件。
具有年产500万吨的能力。
综上所述，从资源、煤层开采条件以及管理水平等方面综合考虑，确定本采区设计生产能力为500万吨/a是比较合理的。
二、矿井服务年限的计算
采区服务年限按下式计算：
T=Z/（A×K）
式中：
T—采区服务年限，a；
Z—采区可采储量，万t；
A—采区生产能力，万t/a；
K—储量备用系数，取1.4。
全矿井服务年限：
T=41764.5/（500×1.4）=60（a）
根据《煤炭设计规程》中的规定该设计符合要求。
第四章井田开拓
第一节井田开拓方式的确定
一、开拓方式的确定
依据技术可行，经济合理，安全可靠的原则，经过多方案比较，确定了斜井开拓方式。
共开凿有3个井筒。
在井田浅部开凿一对斜井分别担负主、辅运输工作，主斜井倾角13°，斜长418m，钢丝绳芯胶带输送机运输；副斜井倾角18°，斜长570m，双钩串车提升，担负进风和排矸任务。
中央回风井直径6.5米，担负全矿井的回风。
二、开拓方案的选定
根据已知条件以及综合考虑，开拓、采煤通风、提升、运输等因素。
可提出两种井田开拓方案。
方案一：
（初设原方案）
1、主、副井均为立井，井口在储量边界，风井采用立井通风，在井田中央采用两进两回式。
2、本井田煤层为近水平，故采用盘区划分为四个盘区。
名称
用途
井筒倾角
井筒长（m）
主井
运煤
90
520
副井
进风提矸运料下人
90
520
风井
回风作安全出口
90
530
方案二：
（设计采用方案）
1、主副井均采用斜井。
2、采用盘区式划分，也分为四个盘区。
名称
用途
井筒倾角
井筒长（m）
主井
运煤
130
418
副井
进风提矸运料下人
180
570
风井
回风作安全出口
90
530
具体比较，本矿井煤层赋存地形变化不大，无自然发火倾向，围岩稳定，煤层埋藏不深。
故井筒上选择尽量采用斜井。
所以风井取立井、副井取斜井较合理，对于主井取立井还是斜井需进一步比较。
（一）主井为立井
优点：
1、不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，适应性较强。
2、在采深相同的条件下，立井井筒短。
提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒通风断面大，且阻力小。
3、立井提升速度快，提升能力大，许敷设的管道线路短，井筒通风断面大，通风网络简单，且阻力小。
缺点：
1、井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的水平。
2、井筒装备复杂，掘进速度慢，基本建设投资大。
3、不能实现连续运输。
（二）主井为斜井：
优点：
1、斜井井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度快井筒施工单价低，初期投资少。
2、地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁。
3、斜井开拓的基建投资和建井工程也都比较少。
4、主井为斜井还可以作为安全出口。
且可实现连续运输。
缺点：
1、井筒维护较困难，保护井筒煤柱损失较大。
2、有采深相同的条件下，斜井井筒长，辅助提升能力少，提升深度有限。
3、通风路线长、阻力大，管线长度大。
综上所述，可以将两种方案技术比较见表4-1-1
因本矿井煤层埋藏深度较浅，表土层不厚，水文地质情况简单，煤层赋存地形起伏变化不大，涌水相对较小，考虑当前运输上的技术水平，提倡用皮带进行连续运输。
所以主井选择斜井比较合理。
因此确定第二方案为最优方案。
方案技术比较表4-1-1
方案
比较
立井开拓
斜井开拓
施工技术
复杂
简单
井筒长度
短
长
掘进速度
慢
快
工程量
小
大
建井期
长
短
井筒位置
受限制小
受限制大
广场占地
集中占地少
分散占地多
提升设施
复杂
较容易
井筒维护
容易
困难
安全性
差
较好
通风线路
短
长
通风阻力
小
较大
井下运输提升费
大
较小
井筒装置
多
少
综上所述，从技术可行，经济合理，安全可靠方面考虑，本矿井决定采用斜井开拓方式。
三、水平、盘区划分及开采程序
本矿井根据井田范围、赋存状态及开采技术将井田划分为一个水平，再进一步将井田划分为四个盘区，东面布置两个，西面布置两个，在开采时采用条带式布置。
其尺寸如下表：
盘区
走向（m）
倾向（m）
盘区
走向（m）
倾向（m）
Ⅰ
2000
3000
Ⅱ
2000
2400
Ⅲ
3000
2700
Ⅳ
3000
3000
开采顺序基本遵循先近后远，分区后退式开采。
四、煤柱尺寸
水平运输大巷，回风大巷之间各留30米，巷边各留30米，盘区之间留煤柱10米，每个盘区留5米是防火、防水和瓦斯而设置的。
井田边界煤柱为30米。
五、井筒数目及位置
综合考虑矿井生产能力、施工条件、设备条件等因数，本矿井设置风井用立井开拓，主副井用斜井开拓。
主副井位于井田中央，分别为为5.2米和4.8米,风井位于井田中央，为5米.
第二节达到设计生产时工作面的配备
本矿井设计年产量为500万吨，先采第一盘区，由东向西的顺序开采。
工作面长度195米，实行一井一面。
根据井田内煤层赋存情况、开采条件、选定的设备性能以及分区设计生产能力等因素，回采工作面日循环次数12次，每个循环进度为0.8m，日循环进度12×0.8=9.6m，正规循环率按85%考虑，则回采工作面年推进度按下式计算：
年推进度=日循环进度×年工作日×循环率
采煤工作面年推进度=9.6×330×0.85=2693（m）
故工作面年生产量为：
回采工作面生产能力按下式计算：
A采=l×M×L×γ×C
式中：
A采-----回采工作面生产能力，t/a；
L------回采工作面长度，195m
M------回采工作面采高，6.81
γ------煤的容重，1.4t/m3
C------工作面回采率，取0.95。
则回采工作面生产能力为
A采=195×6.81×2693×1.4×0.95=475.6万吨/年
本设计矿井只设计一个回采工作面，同时回采工作面的下一个工作面为备用工作面，布置设备，作为接替，矿井设四个掘进头，掘进出煤量占回采煤量的10%计算，故可计算出盘区的生产能力为A：
A=A采+A掘=475.6（1+0.1）=523.2万吨
第五章矿井基本巷道及建井计划
第一节井筒、石门与大巷
一、井筒
1.本矿井采用斜井开拓，共开凿有3个井筒。
（一）主斜井
主斜井是该矿井的主运输巷道。
井下主运输采用钢丝绳芯胶带输送机,可实现从井下到地面胶带输送机一条龙连续运输,用人少,效益高、故障率低、安全性好,有利于实现集中自动化控制与管理。
辅助运输采用无级绳连续牵引绞车牵引3t系列矿车运输,可以保证本矿井辅助运输的连续性。
主辅运输的连续性为成庄矿的高产高效提供了有利条件。
本巷道不另设检修道,除出煤外,还兼进风巷道及安全出口。
（二）副斜井
副斜井主要承担进风任务，还兼中后期建设的排矸巷道及安全出口。
井筒装备双钩串车。
（三）回风立井
回风立井主要承担全矿井的的回风任务。
2.井筒布置及装备
（一）主斜井：
井筒净宽4.6m，净断面15.7m。
主运输装备钢丝绳芯胶带输送机，皮带宽1.2m;辅助运输装备无极绳连续牵引绞车牵引3t系列矿车。
（二）副斜井：
井筒净宽4.2m，井筒深度500m，净断面19.2m。
装备双钩串车。
井筒砌壁厚度为表土600mm，基岩400mm，材料为砼碹。
（三）回风立井：
井筒净宽5m，井筒断面28.27m。
井筒砌壁厚度为表土600mm，基岩400mm，材料为砼碹。
二、大巷
本矿井在煤层中沿南北布置四条大巷，包括运输巷，轨道巷和两条回风巷，各巷道断面如下：
1.皮带巷
采用拱形断面，巷道净宽4.4m，净断面面积13.2m2，金属网锚喷锚索联合支护，巷道坡度为6°--10°左右。
巷道内铺设带宽1200mm的胶带输送机。
2.轨道巷
采用拱形断面，净断面面积14.72m2，金属网锚
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