开滦吕家坨课程设计说明书最终稿 推荐.docx

1、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2.4Mta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

2、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

3、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18 km，北距古冶9 km。地理坐标为东经11824，北纬3940。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

4、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+30 m。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110 kV区域变电所，可向本矿井供电的两回35 kV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19591999

5、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708.14 mm，年最大降水量为1263.8 mm。区内冬季多北风，夏季多南风，最大风速16 m/s。冰冻期为十一月至次年三月，最大冻土深度0.27 m。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1100 m3/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

6、供水能力100 m3/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480.35 m和486.26 m，按分组段厚度累计，煤系地层厚度为489 m。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160 m，邻区资料证实，该组厚度400 m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

7、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。19881998年，共施工井上下各类钻孔78个，累计进尺10246.54 m。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7461.23 m。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

8、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

9、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，、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

10、征编号名称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+古冶组砂岩含水层组二迭系上统古冶组130粗、中砂岩中等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+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+1214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+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

11、编号名称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4 m，层厚约60 m，岩性以中砂岩为主，岩石裂隙发育，单位涌水量0.0030.627 L/s.m，渗透系数0.014.704 m/d，矿化度0.3120.547 g/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3 m，厚约30 m，岩性以中细砂岩为主，单位涌水量0.010.286 L/s.m，渗透系数0.11518.063 m/d，矿化度0.5050.297

12、g/L，水质为重碳酸钙镁型。2）矿井间接充水含水层组（1）第含水层组(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420 m，浅部岩溶、裂隙极发育。单位涌水量最大72 L/s.m，渗透系数最大167.73 m/d，富水性极强，矿化度0.1660.347 g/L，水质为重碳酸钙镁型。（2）第含水层组(唐山灰岩含水层组)本含水层组位于奥陶系灰岩以上65 m，灰岩厚1.466.14 m，单位涌水量为0.025 L/s.m，渗透系数2.59 m/d，富水性中等，水质为重碳酸硫酸钙镁型。（3）第含水层组（古冶组砂岩含水层组）本含水层组位于A层以上，厚约13

13、0 m，岩性以砂岩为主，局部含砾，富水性中等。（4）第含水层组（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2050 mm，磨圆度中等。此含水层平均厚度34 m，单位涌水量0.1033.68 L/s.m，渗透系数0.7510.66 m/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 /100 m，横温带在50100 m左右，地温变化范围在11.5017.00 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11 km，倾斜宽平均约6.4 km，面积70.9 km2。煤层倾角一般

14、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)Kmr稳定性8平均最小-最大5.204.85.45.4311简单结构1.019.4稳定11.287.5118.249平均最小-最大1.120.91.55.4311复杂结构1.011.8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

15、性对回采的影响煤层深黑色，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0-20.10.3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4.85.4之间，井田北部边界附近煤层较薄，4.85.1 m，其中28、63孔分别为4.8 m和5.0 m。在此区域，煤层顶板多为中砂岩或粗砂

16、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1.0 m以上，个别地点不可采；井田的东北部煤层较厚，大多在1.3 m以上，个别地点可达1.8 m；其余区域煤层厚度一般变化在1.52.5 m之间。9煤层的突出特点是底鼓现象较多，常形成长约50 m宽不足20 m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

17、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

18、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（2540）、特低硫（0.5）、中磷（0.010.1）。9煤层：中灰（1525）、低硫（1.52.5）、中磷（0.010.1）。（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。（

19、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14 mm40 mm，粘结指数变化在69102；奥亚膨胀序数6.59；焦渣特征58。3）全矿井瓦斯相对涌出量为1.31 m3/t，二氧化碳相对涌出量为5.194 m3/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1.31 m3/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

20、指数爆炸危险性备注83.3021.8826.7648.0635.76有强爆92.4623.4024.9149.2333.60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3.08 km2。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=1

21、003.085.21.3/cos5.4 =20910万t2.2.3矿井工业储量 探明的资源量中经济的基础储量 Z111b=2091060%70%=8782.2万t 控制的资源量中经济的基础储量 Z122b=2091030%70%=4391.1万t 探明的资源中边际经济的基础储量 Z2M11=2091060%30%=3763.8万t 控制的资源中边际经济的基础储量 Z2M22=2091030%30%=1881.9万t由于地质条件比较复杂，k取0.7 Z333k=209100.70.1=1463.7万t Zg=Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333k=20282.7万t2.3 可

22、采储量2.3.1矿井设计资源/储量Zs=20282.7-20282.73% =19674.219万t2.3.2 矿井设计可采储量Zk=(19674.219-19674.2192%)77% =14846.17万t3.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330 d 计算。每天两班生产一班准备，每天净提升时间为16 h。因此，设计时按矿井年工作日330 d，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60

23、a，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/1.40.4=14846.17/1.40.4=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-（4241.7650%） =12725

24、.29万t4.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 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。 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。 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。 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。 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。 用斜井开拓时，应考虑井筒

25、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。 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。 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3050m。大型矿井相距可达60100m，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。 采用对角式通风系统时，风井设在井田两翼上部边界。 采用分区式通

26、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10001500 m或者更长，下山部分的倾斜长度宜为7001200 m。本矿井带区倾斜长度为1000m。本设计第一水平上山倾斜长度2

27、500m，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)Kmr稳定性8平均最小-最大5.24.85.45.4311简单结构1.019.4稳定11.287.5118.249平均最小-最大1.120.91.55.43

28、11复杂结构1.011.8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0-20.10.3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