采矿工程毕业设计（论文）赵庄四矿3.0Mta新井初步设计

中文题目：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井初步设计外文题目：THE NEW SHAFT DESIGN OF ZHAOZHUANG NO.4MINE(3.0MT/A)毕业设计（论文）共 126 页（其中：外文文献及译文 19 页） 图纸共 4 张 完成日期 2012 年 6 月 答辩日期 2012 年 6 月王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计摘要赵庄四矿拥有四层可采煤层，煤层和煤厚分别是 2#(5)、3#(5)、8#(2.5)、15#(4.5)。煤层南北走向约为 4100m，东西倾向约为 3700m，井田面积约为 15km2。平均倾角为 6 度。工业储量为 3.59 亿 t，设计储量为 3.42 亿 t，可采储量为 2.35 亿 t。本设计从矿井的开拓、开采、运输、通风、提升及工作面的采煤方法等各个环节进行了详细的叙述，设计严格遵守设计规范和煤矿安全规程 ，整个矿井采用了先进的皮带运输，提高了运输能力，为矿井的增产打下了良好的运输基础。采煤方法采用走向长壁综合机械化采煤方法。工作面支护方式为液压支架支护方式，端头支护采用端头支架。本设计采用立井单水平上下山开拓，主井采用箕斗提升，副井采用罐笼提升，大巷采用集中布置。通风方式为中央并列式。本次设计是赵庄四矿新井设计，地质资料都是在实习矿上搜集的，在指导教师的指导下，并合理运用平时及课堂上积累的知识，查找有关资料和文献，力求设计出一个高产、高效、安全的现代化矿井。关键词：煤矿开采；开拓布置；运输；开采方式；通风辽宁工程技术大学毕业设计（论文）IAbstractZhaozhuang mine has a four-story coal layer, coal seams and coal thickness, 2 (5), 3 (5), 8 (2.5), 15 # (4.5). Seam north-south is about 4100m, something tendency of about 3700m, Ida area of approximately 15km2. The average inclination of 6 degrees. Industrial reserves of 359 million tons, the design reserves of 342 million tons, recoverable reserves of 235 million tons. The design from all aspects of mine development, mining, transport, ventilation, upgrade and face mining methods were described in detail, designed in strict compliance with design specifications and the Coal Mine Safety Regulations , the entire mine employs advanced belt transportation, increasing the transport capacity of the yield of the mines laid a good transport infrastructure. Mining Longwall mechanized mining method. Face support for hydraulic support to end support to end bracket. This design uses a vertical shaft single-level down to open up the main shaft skip hoisting, auxiliary shaft cage hoisting the roadway centralized layout. Ventilation for the central parallel. This design is zhaozhuang four mine design of new wells, and geological data are collected in the practice mine, under the guidance of the instructor, and rational use of the knowledge accumulated in the usual class, find the relevant information and documentation, and strive to design a high-yield, efficient, safe, modern mine.Key words: Coal mining; Development arrangement; Transport; Mining methods; Ventilation 王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计II目录前言.11 井田概况及地质特征.21.1 井田位置、范围和交通条件.21.1.1 井田位置和范围.21.1.2 交通条件.21.2 自然地理.21.2.1 地形地貌.21.2.2 水系.31.2.3 气象.31.2.4 地震.31.3 井田内及周边煤矿.31.4 矿井地质.41.5 煤层质量及煤层特征.51.5.1 煤层.51.5.2 煤质.61.6 瓦斯、煤尘和煤的自燃.81.6.1 瓦斯.81.6.2 煤尘爆炸危险性.101.6.3 煤的自燃倾向性.101.6.4 地温地压.10辽宁工程技术大学毕业设计（论文）III2 井田境界及储量.112.1 井田境界.112.1.1 井田境界.112.1.2 边界煤柱留设.112.1.3 论述所定边界的合理性.112.2 井田的储量.122.1.1 井田储量的计算原则7.122.2.2井田的工业储量.122.2.3 矿井的设计储量.132.2.4 矿井的设计可采储量.133 矿井设计生产能力及服务年限及一般工作制度.153.1 矿井年产量及服务年限.153.1.1 矿井年产量.153.1.2 矿井的服务年限.163.1.3 矿井的增产期和减产期，产量增加的可能性.163.2 矿井的一般工作制度.174 井田开拓.184.1 井筒形式及井筒位置的确定.184.1.1 确定开拓方式的主要依据.184.1.2 开拓方式的确定原则.1834.1.3 井筒形式的选择.194.1.4 井筒数目的确定.19王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计IV4.1.5 井筒位置的确定.194.2 开采水平的设计.234.2.1 水平划分的原则.2324.2.2 水平划分的依据.2334.2.3 水平高度的确定.244.2.4 设计水平储量及服务年限.254.2.5 大巷位置.2634.2.6 大巷的数目.264.2.7 大巷运输方式.264.2.8 大巷的用途及规格.274.3 盘区划分及开采顺序.294.3.1 盘区形式及尺寸的确定.294.3.2 盘区划分的合理性.304.3.3 开采顺序.314.4 开采水平、回风水平及井底车场.324.4.1 开采水平和回风水平.324.4.2 井底车场形式、线路布置及通过能力.324.4.3 硐室位置、规格尺寸及支护方式.334.4.4 井底车场工程量.364.5 开拓系统综述.364.5.1 系统概况.364.5.2 开拓系统中的井巷系统.36辽宁工程技术大学毕业设计（论文）V4.5.3 通风系统.364.5.4 运输系统.364.6 移交生产时井巷的开拓位置、初期工程量.375 盘区巷道布置.385.1 设计盘区的地质概况及煤层特征.385.1.1 盘区在矿井中的位置及界限.385.1.2 邻区开采情况、煤层的赋存情况.385.1.3 盘区范围及工业储量.385.1.4 盘区生产能力及服务年限.395.2 盘区形式.405.2.1 采区形式的确定.405.2.2 盘区形式、主要大巷的数目、位置及用途.405.3 盘区区段划分、盘区巷道布置.405.4 盘区车场及硐室.415.4.1 盘区车场.415.4.2 采区硐室.415.5 采区生产系统.415.5.1 采准系统.415.5.2 通风系统.425.5.3 运输系统.425.5.4 排水系统.425.6 盘区开采顺序.42王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计VI5.7 盘区巷道断面尺寸，支护方式，盘区准备工程量.435.8 盘区的巷道掘进率、采区回采率.455.8.1 盘区的巷道掘进率.455.8.2 盘区回采率.466 采煤方法.486.1 采煤方法的选择.486.1.1 选择采煤方法一般应遵循的原则：.486.1.2 选择采煤方法的影响因素.486.1.3 选择的要求.486.1.4 采煤方法的确定.496.2 主采层的煤层赋存条件、煤层结构及围岩条件.496.3 工作面长度的确定.496.3.1 按通风能力条件校验.496.3.2 按采煤机能力校核工作面长度.506.3.3 按刮板输送机能力校验工作面长度.516.4 采煤机械的选择和回采工艺的确定.516.4.1 采煤机械的选择.516.4.2 回采工艺的确定.536.4.3 工作面布置.566.5 循环方式的选择及循环图表的编制.566.5.1 循环方式的确定.566.5.2 循环图表的编制.57辽宁工程技术大学毕业设计（论文）VII6.5.3 工人出勤表.576.5.4 机电设备.586.5.5 技术经济指标.597 建井工期及开采计划.617.1 建井工期及施工组织设计.617.1.1 施工队伍的人员配备.617.1.2 建井工程量.61177.1.3 井巷施工的机械化程度及施工速度.637.1.4 工程排队及施工组织排队.647.1.5 建井工期及工程排队.647.2 开采计划.657.2.1 开采顺序.657.2.2 开采计划.658 矿井通风.678.1 概述.678.2 矿井通风方式与通风系统的选择8.678.2.1 通风方式的选择.688.2.2 通风方法的选择.6898.3 总风量的计算与风量分配.698.3.1 矿井总通风量的计算.698.3.2 回采工作面所需风量总和Qc计算.698.3.3 掘进工作面所需风量总和Qj 计算.71王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计VIII8.3.4 硐室所需风量总和Qd计算.728.3.5 其他地点所需风量 Qq计算.738.3.6 矿井总风量 Q 计算.738.3.7 风量的分配.7318.4 矿井总风压及等积孔的计算.748.4.1 计算的原则.748.4.2 计算的方法.748.4.3 计算等积孔.758.4.4 矿井通风容易、困难时期工作面.758.5 通风设备的选择.798.5.1 对矿井主要通风设备的要求.798.5.2 矿井主要扇风机的选型计算.798.5.3 电动机选择.808.5.4 总耗电量及吨煤耗电量.818.6 矿井灾害防治综述.818.6.1 井底火灾及煤层自然发火的防治措施9.818.6.2 预防煤尘爆炸措施.828.6.3 预防瓦斯爆炸的措施.828.6.4 防水.828.6.5 避灾路线.839 矿井运输与提升.849.1 概述.84辽宁工程技术大学毕业设计（论文）IX9.2 盘区运输设备的选择.849.2.1 盘区平巷皮带的选择.849.2.2 轨道辅助运输的选择.859.2.3 工作面刮板输送机的选择.859.2.4 运输平巷转载机和皮带机选择.869.3 主要巷道运输设备的选择.869.4 提升.879.4.1 选型的一般原则.87119.4.2 主井提升设备的选择.889.4.3 副井提升.9010 矿井排水.9310.1 矿井涌水.9310.1.1 概述.9310.1.2 矿山技术条件.9310.1.3 矿井排水系统.9310.2 排水设备的选择.9410.2.1 选择水泵.9410.2.2 水泵的选择.9410.2.3 管路铺设.9610.3 水泵房的设计.9610.3.1 水泵房的设计要求.9610.3.2 水泵房规格尺寸的计算.96王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计X10.4 水仓设计 .9710.4.1 概述.9710.4.2 水仓容量及尺寸.9810.4.3 水仓清理方式.9811 技术经济指标.10011.1 全矿人员编制.10011.2 劳动生产率.10111.2.1 采煤工效 n1.10111.2.2 井下工效 n2.10111.2.3 生产工人效率 n3.10111.2.4 全员效率 n4.10111.3 成本.10111.3.1 工作面成本.10111.3.2 盘区工作面成本.10311.4 全矿技术经济指标.103结论.105致谢.106参考文献.107附录 A.108附录 B .117王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计0前言煤炭工业的粮食，它推动了人类工业文明的发展。但煤炭是不可再生的宝贵资源，我国虽为万亿吨以上储量的第三富煤大国，但人均资源仅为世界人均资源的一半。因此，要合理开采、综合利用煤炭资源，提高煤炭资源的采出率，提高经济效益。采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性，基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合，研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤设备和生产监控系统，改进和完善采煤工艺。在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有中国特色的采煤工艺理论。辽宁工程技术大学的矿物资源工程就是一门针对矿物资源开发、开采、利用以及其原理、设计等诸多方面开设的一个专业，这门专业所学的知识包括了煤炭生产的各个环节。而毕业设计是学生锻炼自己动手操作和理论相结合的重要环节，学生通过设计能够全面系统的运用和巩固所学的知识，掌握矿井设计的方法、步骤及内容，培养自己的实事求是、理论联系实际的工作作风和严禁的工作态度，培养自己的科学研究能力，提高了编写技术文件和运算的能力，同时也提高了计算机应用能力及其他方面的能力。本设计是赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计在所收集地质材料的前提下，由指导教师给予指导，本设计力求追赶先进的采矿理论，讲究开拓创新，并运用在课堂上所学知识，以及各参考书中的规定和事例进行的。力求设计出一个高产、高效、安全的现代化矿井。本设计说明书从矿井的开拓、开采、运输、通风、提升及工作面的采煤方法等各个环节进行了详细的叙述，并在很多处进行了技术和经济比较，完成了毕业设计要求的全部内容。同时说明书中要求图文并茂，使设计的内容更容易被理解、接受。由于个人能力有限及其他原因，本设计中可能存在诸多不妥之处,请老师提出指正。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文）11 1 井田概况及地质特征井田概况及地质特征1.11.1 井田位置、范围和交通条件井田位置、范围和交通条件1.1.11.1.1 井田位置和范围井田位置和范围赵庄四矿位于高平市西北 17km 处，行政区划隶属高平市寺庄镇管辖。井田地理坐标范围为东经 112 44 54.4 112 50 51.9 ，北纬 35 51 02 .435 55 1.7 。根据中华人民共和国国土资源部 2011 年 3 月核发的第C1000002009051120015391 号采矿许可证，井田批准开采山西组 2 号、3 号、8 号和 15 号煤层，批准井田面积 15km2，生产规模为 3.00Mt/a。井田东西长 4.1km，南北宽 3.7 km，面积 15 km2。1.1.21.1.2 交通条件交通条件井田东南距高平市 17km，太（原）焦（作）铁路和 207 国道从井田东侧通过，长(治)晋(城)二级公路和长(治)晋(城)高速公路从井田东侧约 20 km 处通过。井田北距太焦铁路赵庄车站 3.3km，南距西阳车站 4.7km，该矿工业广场与附近干线公路和铁路间均有柏油公路连接，由井田经铁路、公路向北可达长治、太原，向南可通晋城、焦作，然后通往全国各地，交通运输便利。1.21.2 自然地理自然地理1.2.11.2.1 地形地貌地形地貌本井田位于太行山南段西缘，沁水煤田之东缘，地貌形态属于丹河流域侵蚀中低山区，井田东部为开阔的丹河河床，中西部为中低山和黄土梁、峁，总的地势为西高东低，地形最高点位于西南部山顶，标高 1310.66m，最低点为东部丹河河床，标高 878.00m，最大相对高差 432.66m。王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计21.2.21.2.2 水系水系丹河为井田及附近主要河流，在井田东部边界处由北向南流过，属黄河流域沁河水系丹河支流。丹河河水流量受季节性影响较大，旱季水量较小，雨季水量增大。其观测流量 0.00415m3/s(1998 年 6 月 30 日)1.4088m3/s(1998 年 7 月 22 日)，历史最高洪水位为890.30m。另外，井田内还发育有三条较大沟谷，由东向西依次为冯家村沟，釜山村沟和海则沟。其中，东部冯家沟村由西北向东南穿越井田东部，平时干涸无水，仅雨季有短暂洪水排泄，向东排入丹河。中部釜山村沟由西北向东南穿越井田中部，属季节性河流，平时有微小流水，雨季汇集洪水后水量猛增，向东南流出井田汇入丹河。东河道中段釜山村西建有一处水库釜山水库，水库常年储水，为井田最大地表水体。井田西部海则沟由东北向西南穿越井田西北部，向西南汇入沁河，属季节性河流，平时有细小流水，雨季汇集洪水后水量增大。1.2.31.2.3 气象气象本区属大陆性气候。据晋城市气象站观测资料：年平均气温为 10.88，最高气温为38.6，最低气温为-22.8；年降水量为 292.01008.8mm， 69 月份降水量占全年的70%；年平均蒸发量为 1009.6mm，干旱指数为 1.58,属半湿润区；该区夏季多东南风，冬季多西北风，最大风速十级。一般为 34 级；全年无霜期 180d 左右，每年 11 月至次年3 月为结冰期，冻土深度一般为 0.300.43m。1.2.41.2.4 地震地震据历史记载，高平市先后曾发生过大小地震 42 次，其中 45 级具有破坏性地震 8次。据中华人民共和国建筑抗震设计规范 （GB500112010） ， 本区属 6 度区，基本地震加速度值 0.05g。1.31.3 井田内及周边煤矿井田内及周边煤矿据调查，赵庄井田内没有其他小煤矿开采，但在井田周边则分布有五个生产煤矿，辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3分别为北部长平煤矿、东部望云煤矿和东南部伯方煤矿、高良煤矿及王报煤矿。（1） 长平矿：位于本井田北侧，为山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司下属大型矿井，现开采 3 号煤层，矿井生产能力 300 万 t/a。现开采范围在井田北部，据 2008 年矿井瓦斯等级鉴定结果，CH4 相对涌出量为 6.59m3/t，CO2 相对涌出量为 1.38 m3/t，属低瓦斯矿井，该矿现采区相距本井田较远，其开采情况对本矿生产无影响。（2） 望云煤矿：位于本井田东侧 2km 处，为晋城兰花集团下属企业。该矿于 1960年投产，采用斜井开拓，开采 2、3 号煤层，矿井生产能力 45 万 t/a，采煤方法为走向长壁式，该矿西部以色头大断层为界，与本井田间隔 2km，其开采情况对本矿生产无影响。（3） 伯方煤矿：位于本井田东南侧，为晋城兰花集团下属企业。该矿采用斜井开拓，开采 2、3 号煤层。矿井生产能力 45 万 t/a，采煤方法为走向长壁式，现开采范围在其井田南部，对本矿生产目前无影响。（4） 王报煤矿：位于本井田东南侧，属村办企业，1999 年投产，开采 3 号煤层，矿井生产能力 9 万 t/a，该矿边界与本井田相距约 1km，其开采对本矿生产影响不大。（5） 高良煤矿：位于本井田东南侧，为高平二轻局开办煤矿。1985 年建矿，2006年投产，开采 3 号煤层，矿井生产能力 60 万 t/a。该矿边界与本井田相距约 300m。一般情况，其开采不会对本矿生产造成大的影响。如上所述，本井田周边煤矿大都与本矿有一定间距，而北侧长平矿现采区在井田北部，目前相邻煤矿尚未对本矿生产造成不利影响。但为了安全起见，该矿今后在边界处开采时仍需对相邻煤矿开采情况进行认真调查了解，以防发生透水等突发事故。1.41.4 矿井地质矿井地质赵庄四矿位于晋获褶断带南部西侧，沁水盆地南缘，井田构造形态与区域构造密切相关。根据井田地表基岩出露情况和钻孔、巷道揭露及三维地震勘探、地面物探资料，井田地层总体为走向北北东，倾向北西西的单斜构造，地层倾角 2-9，局部受构造应力影响，发育有次一级的波状起伏，表现为宽缓的中小型背斜和向斜，并伴生有少量的小型断层和陷落柱。王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计41.51.5 煤层质量及煤层特征煤层质量及煤层特征1.5.11.5.1 煤层煤层1.5.1.1. 可采煤层本井田内主要可采煤层有山西组 3 号煤层及太原组 15 号煤层。局部可采煤层有山西组 2 号煤层及太原组 8 号煤层。现分述如下：（1） 2 号煤层位于山西组中上部，上距 K8 砂岩 10.74-28.32m，平均 17.25m，下距 3 号煤层 9.40-25.69m，平均 20.68m，煤层厚度 0-3.02m，平均 0.71m，含 0-2 层夹矸，结构简单。为不稳定的局部可采煤层。可采地段主要为井田东部，另在井田西部 3201 号孔和长补 53 号孔处分布小片可采区。其顶板主要是泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，局部为细中粒砂岩。底板为泥岩、砂质泥岩，局部为炭质泥岩或粉砂岩，个别点为细、中粒砂岩。（2） 3 号煤层位于山西组下部，上距 K8 砂岩 30.30-46.07m，平均 38.86m；下距 K7 砂岩 5.63-11.81m，平均 8.97m。据以往勘探资料结合井田内井下巷道见煤点资料，煤层厚度 4.56-6.83m，平均厚 5.00m，属全区稳定的全区可采煤层。该煤层含泥岩、炭质泥岩夹矸 0-3层，结构简单较简单，以距顶板约 0.50m 左右和距底板约 1.00m 左右的两层较为稳定(厚度 0.10-0.30m)。顶板主要是泥岩、砂质泥岩、次为粉砂岩，局部为中、细粒砂岩或粉砂岩。底板为黑色泥岩、砂质泥岩，深灰色粉砂岩。（3） 8 号煤层上距 K5 石灰岩 5.15-10.80m，平均 8.51m，煤厚 2.5m。属稳定的可采煤层。可采地段为井田东部 2202、2702 号孔附近和井田西部 2605、2805、长补 14 号孔附近。煤层结构简单，夹 0-2 层泥岩夹石，厚 0-0.30m。顶板一般为泥岩、砂质泥岩、偶见石灰岩。底板多为泥岩、砂质泥岩、次为粉砂岩和细、中粒砂岩。（4） 15 号煤层上距 K2 石灰岩平均 0-2.70m，平均 0.60m。煤层厚度 2.20-6.41m，平均 4.18m。煤层稳定、厚度较大，厚度变异系数 18%，可采系数 1。为全区可采煤层。结构简单-复杂，含 0-5 层夹矸。顶板一般为泥岩、钙质泥岩、泥质灰岩。老顶为 K2 石灰岩。底板主要为泥岩。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）51.5.1.2. 煤层对比（1）. 对比方法及依据本次主要采用的是标志层及层间距法，特殊层段辅以物性特征，结合岩性组合规律，沉积环境分析、古生物等予以合理解释。（2） 各煤层对比标志2 号煤层：位于 K8 砂岩至 3 号煤层之间的两套砂岩之间，上距 1 号煤层 14.53-19.16m，平均 17.00m；下距 3 号煤层 9.40-25.69m，平均 20.68m。顶、底板多为灰黑色粉砂岩、泥岩。层位稳定、厚度不稳定。3 号煤层：位于山西组下部，以煤层本身厚度大、结构简单-中等，层位和厚度稳定。容易区别于其它煤层。8 号煤层：位于 K5 石灰岩下 5.15-10.80m，平均 8.51m。层位较稳定、厚度不稳定。上距 3 号煤层 43.14-51.88m，平均 45.37m。15 号煤层：上距 K2 石灰岩 0.67-2.75m，平均 1.46m。厚度大而稳定。上距 3 号煤层54.03-80.47m，平均 65.12m。1.5.21.5.2 煤质煤质 1.5.2.1煤的物理性质和煤岩特征（1） 煤的物理性质及宏观煤岩类型 2 号煤层为黑色，玻璃金刚光泽，断口参差状贝壳状，内生裂隙不太发育。以亮煤为主，暗煤次之，少量镜煤。区段状结构，层状构造，属半亮光亮型煤。 3 号煤层为黑色、条痕为黑色，参差状及贝壳状断口，玻璃金刚光泽，内生裂隙较发育。以亮煤为主、暗煤次之，夹镜煤区段。细中区段状结构，层状构造。属半亮光亮型煤。 8 号煤层为黑色，条痕亦是黑色，断口参差状贝壳状，玻璃金刚光泽，以亮煤为主，暗煤次之，夹镜煤区段，区段状结构，层状构造，属半亮光亮型煤。 15 号煤层为黑色、条痕黑色，参差状-及贝壳状断口，玻璃-金刚光泽。以亮煤为主、暗煤次之，夹镜煤区段，细区段状结构，见黄铁矿结核及散晶。属半亮-光亮型煤。局部可见半暗煤。王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计6（2） 显微煤岩特征在以往施工的 2803、2806、2605、2202、2203、2802、长补 16长补 21、长补 32长补 40、长补 42、长补 45、长补 53长补 56、长补 58长补 61 号钻孔中进行采样对 2、3、15 号煤层进行了显微煤岩鉴定：2 号煤层：有机组分以镜质组为主，其次为惰质组，未见壳质组。无机组分：以粘土类为主，其次为硫化铁类，硫酸盐类及氧化硅等。有机组中镜质组含量为 86.5%，惰质组为 13.5%。无机组分中粘土矿物类为 10.7%，硫化铁类，硫酸盐类和氧化硅均为0.7%。3 号煤层：有机组分以镜质组为主，其次为惰质组，壳质组未见。无机组分以粘土类为主，其次为硫酸盐类，硫化铁类及氧化硅等。有机组分中镜质组含量变化在 72.3-93.1%之间，惰质组含量 6.9-27.7%。无机组分粘土矿物含量变化在 1.7-21.8%之间，多为分散状和浸染状粘土，部分充填状，少见脉状方解石。8 号煤层：有机组分以镜质组为主，其次为惰质组，壳质组未见。无机组分以粘土矿物为主，次为硫化铁类及硫酸盐类。有机组分中镜质组含量为 82.3%。惰质组为 17.7%。无机组分中粘土矿物含量为 12.1%，硫化铁类为 1.0%。15 号煤层：有机组分以镜质组为主，其次为惰质组，未见壳质组。无机组分以粘土矿物为主，次为硫化铁类。有机组分中镜质组含量变化为 63.1-87.5%，惰质组含量为 12.5-37.0%。无机组分粘土矿物含量不高，其含量变化在 10.8-13.0%之间，常见有分散状和区段状粘土，少量透镜状，有少量的黄铁矿结核。（3） 变质阶段井田内 2、3、8、15 号煤层镜质组最大反射率在 2.273-3.21%之间，根据镜质组最大反射率（Romax）值可知，其变质程度属于贫煤-无烟煤阶段。1.5.2.2工艺性能（1） 煤灰成分分析各煤层煤灰成分以酸性二氧化硅(SiO2)和三氧化二铝(Al2O3)为主，其次为碱性三氧化二铁(Fe2O3)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)等成份。3、8 号煤层煤灰熔融性软化温度(ST)均大于 1250，属中等软化温度灰，15 号煤层煤灰熔融性软化温度(ST)为 1263辽宁工程技术大学毕业设计（论文）71500，属中等高软化温度灰。（2） 煤的热稳定性2 号煤层 Ts+6 为 66.80-67.20%，平均 67.0%，属较高热稳定性煤。3 号煤层 Ts+6 为 59.60-85.27%,平均 72.64%,属中等热稳定性高热稳定性煤。（3） 煤的可磨性3 号煤层哈氏可磨性指数变化在 69-93 之间，属中等以上可磨性煤；15 号煤层哈氏可磨性指数为 65.5-66.2 之间，属中等可磨性煤。（5） 煤的结渣性经测定经测定，当鼓风强度为 0.3m/s 时，2 号煤层的结渣率为 5.6%，属中等结渣煤。3 号煤的结渣率为 7.1-13.2%,平均 9.7%，属中等结渣煤。（6） 煤的发热量2 号煤层为中低热值特高热值煤，3 号煤层属中热值特高热值煤，8 号煤为中高热值高热值煤，15 号煤层为中热值高热值煤。1.5.2.3煤的风化和氧化区内均为第四系黄土覆盖，地表无煤层露头，3、15 号煤层埋藏较深，从各项煤质化验指标来年无明显变化，未发现风化和氧化现象。1.5.2.4 煤类的确定及工业用途按中国煤炭分类国家标准(GB/T5751-2009)，煤类划分以浮煤挥发分为主要分类指标，浮煤氢(Hdaf)含量为辅助指标划分煤类。井田内 2、3、15 号煤层主要为无烟煤(WY03)，另在井田东北角 2202、2203 号孔 2 号煤层和 2203 号孔处 3 号煤层有少量贫煤。2、3 号煤层灰分、硫分均低，除作动力用煤，还可作气化用煤、化工用煤、高炉喷吹、电石炉等多种用途。8、15 号煤层硫分偏高，主要作动力用煤。1.61.6 瓦斯、煤尘和煤的自燃瓦斯、煤尘和煤的自燃1.6.11.6.1 瓦斯瓦斯（1）矿井瓦斯据山西省煤炭工业局晋煤瓦发2011464 号文件批复，赵庄四矿开采 3 号煤层，2010王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计8年度矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果为瓦斯绝对涌出量为 13.73m3/min，相对涌出量为 6.15 m3/t，二氧化碳绝对涌出量为 6.25 m3/min，相对涌出量为 2.80 m3/t。赵庄矿井属于低瓦斯矿井。（2）钻孔瓦斯以往施工中用解吸法采取 2 号煤层瓦斯样 9 个，3 号煤层瓦斯样 26 个，15 号煤层瓦斯样 10 个。15 号煤层甲烷平均含量高于 2、3 号煤层。2、3、15 号煤层瓦斯成分以甲烷、氮气为主，二氧化碳、重烃微量。据现有资料，井田 2 号煤层瓦斯分带均属氮气-甲烷带。3 号煤层在 2601、2604、2606、2607、2803、2805、2903、3501、长补 19、长补 21、长补 53、长补 57、长补 58 号孔地段为氮气-甲烷带，其余地段均属甲烷带。15 号煤层除2601 号孔处为氮气-甲烷带外，其他地段均属甲烷带。该矿现开采 3 号煤层，在井田东部已开采地段因煤层埋藏浅，瓦斯含量相对较低，而在井田中西部埋藏深处，则局部地段瓦斯含量高，如井田中南部 2901 号孔处瓦斯含量为 11.62ml/g，井田西北部 2806 号孔处为 11.86ml/g，长补 36 号孔处为 12.82ml/g，长补40 号孔处为 12.39ml/g，长补 38 号孔处为 15.64 ml/g。该矿在今后开采中应加强井下瓦斯监测，防范瓦斯事故发生。从 3 号煤层瓦斯含量分布情况看，虽然总体上呈现为中西部埋藏较深地形，瓦斯含量明显高于东部埋藏较浅地形的特点，但通过 3 号煤层瓦斯含量等值线和 3 号煤层埋藏深度等值线对照分析，除西北部埋藏最深的长补 38、长补 40 号孔，埋深分别为 784.29m和 807.58m，瓦斯含量分别为 15.64ml/g 和 12.39ml/g,反映出煤层瓦斯含量随埋深增加而增高的规律外，其他钻孔资料均未完全反映这一规律。如井田中南部 2901 号孔埋深为484.87m，瓦斯含量却为 11.62 ml/g，瓦斯含量明显高于西部埋藏较深（埋深均大于500m）的大多钻孔的瓦斯含量（1.62-7.26 ml/g） ，没有完全反映出煤层埋深与瓦斯含量的正相关关系，就目前资料分析，井田 3 号煤层瓦斯含量尚无明显的分布规律。该矿目前在井田东部开采，开采地形属低瓦斯区，开采中应加强井下瓦斯监测和通风工作，将来在西部高瓦斯区开采时，除进行正常的井下瓦斯监测和通风工作外，必要时可采取向地表抽放瓦斯的安全措施，确保安全生产。为了查清井田的 3 号煤层瓦斯含量分布规律，该矿于 2010 年 10 月与河南理工大学联合对井田 3 号煤层瓦斯情况进行了详细研究。通过井田钻孔瓦斯测试资料和井下采掘工作面实测瓦斯资料的综合分析，采用分源预测法对井田未来回采工作面瓦斯涌出量进行了预测，并对井田 3 号煤层瓦斯含量变化的影响因素进行了分析。根据本次工作研究辽宁工程技术大学毕业设计（论文）9结论显示，井田 3 号煤层瓦斯含量总体呈现由东向西随煤层埋深增加瓦斯含量逐渐增大的变化趋势，即东部井下巷道揭露范围瓦斯含量均在 5m3/t 以下；井田中部瓦斯含量渐变为 5-8m3/t；井田西部则增大到 6.8 m3/t 以上。对于前文所述钻孔瓦斯含量变化无规律情况，研究资料认为局部瓦斯含量异常变化主要受小构造影响。在密闭性不好的断层、陷落柱等小构造附近，由于瓦斯易顺构造裂隙逸散，故该孔瓦斯含量仅为 0.34ml/g。而在局部煤层底板鼓凸或低凹形成短轴向背斜地区，由于岩层受挤压变的致密，透气性差，宜于瓦斯聚集，从而形成局部高瓦斯区。总之，本井田 3 号煤层总体呈现为瓦斯含量随埋藏深度增加而增大的变化规律，而局部瓦斯含量异常变化时受小构造影响所致。1.6.21.6.2 煤尘爆炸危险性煤尘爆炸危险性该矿 2008 年在井下回风大巷及 1308 探巷采取 3 号煤层煤层煤样作煤尘爆炸性试验，根据试验结果其火焰长度为 5mm，扑灭火焰岩粉量为 10-20%，煤尘有爆炸危险性。2004 年和 2009 年补充勘探施工在深部 2902、2602、2805 号孔和长补 16-长补 20、长补 36-长补 42、长补 56、长补 58-长补 61 号孔采样对 2、3、15 号煤层采样作煤尘爆炸性试验，根据试验结果，除其中长补 20 号孔 3 号煤层为：火焰长度 3mm，扑灭火焰岩粉量为 10%，煤尘有爆炸性外，其余钻孔各煤层火焰长度均为 0mm，所试验 2、3、15 号煤层均无煤尘爆炸危险性。1.6.31.6.3 煤的自燃倾向煤的自燃倾向性性根据本矿 2008 年在井下回风大巷及 1308 探巷采取 3 号煤层煤样进行煤的自燃趋势试验。其吸氧量为 1.2679-1.3008cm3/g，自燃等级为类，按煤矿安全规程属不易自燃煤层。根据 2009 年补勘钻孔采样作煤的自燃趋势试验，2 号煤层吸氧量为 1.16cm3/g，自然等级为类，属不易自然煤层。3 号煤层吸氧量为 0.73-1.41 cm3/g，自然等级均为类，属不易自然煤层。从上可知，井田内 2、3 号煤层均属不易自燃煤层。王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计101.6.41.6.4 地温地压地温地压根据 2004 年补充勘探钻孔简易井温测试资料， 3 号煤层最低地温为 18.6(3101 老孔)，最高地温为 23.05(2806 孔)，平面地温变化较小，无地温异常。本井田属地温正常区，不会形成地热灾害。本区无地压测试资料，据该矿开采资料，井下未见地压异常现象。2 2 井田境界及储量井田境界及储量2.12.1 井田境界井田境界2.1.12.1.1 井田境界井田境界井田位于太行山南段西缘，沁水煤田之东缘，井田边界南北至煤层可采边界，东西至煤层可采边界，中部有一断层，上边界宽 4.3km，下边界宽 4km，左边界宽 3.7km，右边界宽 3.9km，面积 15km2。2.1.22.1.2 边界煤柱留设边界煤柱留设井田南北长约 4100m，东西宽约 3700m，井田面积约为 15km2。井田内含有一条大断层根据规定留设 30m 断层保护煤柱，井田边界依据相关规定和安全考虑分别留设 30m 的边界煤柱。工业广场保护煤柱留设：应在确定地面保护面积后，用移动角圈定煤柱范围，工业广场地面受保护面积应包括保护对象及宽度 20m 的围护带。2.1.32.1.3 论述所定边界的合理性论述所定边界的合理性在本井田的划分中，充分的利用到现有条件，既降低了煤柱的损失，也减少了开采技术上的困难，使工作面的部署较为简易。同时，本井田的划分使储量与生产相适应，矿井生产能力与煤层赋存条件、开采技术装备条件相适应。井田有合理的尺寸，区段尺寸满足设计规范的要求，走向长度划分合理，使矿井的开采有足够的储量和足够的服务年限，避免矿井生产接替紧张。阶段高度及阶段斜长适当，矿井通风、井下运输较辽宁工程技术大学毕业设计（论文）11容易。这种划分方法合理地规划矿井开采范围，处理好与相邻矿井之间的关系，避免了浅部和深部形成复杂的接茬关系给开采造成困难。按煤矿安全规程规定，边界矿柱的留法及尺寸：1)井田边界煤柱留 30 米；2)阶段煤柱斜长 60 米，若在两阶段留设，则上下阶段各留 30 米；3)断层煤柱每侧各为 30 米；4)采区边界煤柱留 15 米。根据参考矿井设计规范和矿井安全规程2的相关数据要求和规定，本井田所留的各种保护煤柱均合理，符合规定。2.22.2 井田的储量井田的储量2.1.12.1.1 井田储量的计算原则井田储量的计算原则771) 按照地下实际埋藏煤炭储量计算，不考虑开采、选矿及加工时的损失。2) 储量计算的最大垂深与勘探深度一致。对于大、中型矿井，一般不超过 1000m。3) 精查阶段的煤炭储量计算范围，应与所划定的井田边界范围相一致。4) 凡是分水平开采的井田，在计算储量时，也应该分水平计算储量。5) 由于某种技术条件的限制不能采出的煤炭，如在铁路、大河流、重要建筑物等两侧的保安煤柱，要分别计算储量。6) 煤层倾角不大于 15时，可用煤层的伪厚度和水平投影面积计算储量。7) 煤层中所夹的大于 0.05m 厚的高灰煤（夹矸）不参与储量的计算。8) 参与储量计算的各煤层原煤干燥时的灰分不大于 40%。2.2.22.2.2井田的工业储量井田的工业储量矿井的工业储量是进行矿井设计的资源依据,一般即列入平衡表内的储量，也即勘探地质报告中提供的能利用储量中的 A、B、C 三级储量。根据工业储量计算公式1： （2-1）SrMZ=式中： Zg 矿井的工业储量，t王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计12 M 可采煤层总厚度，m S 井田面积，m r 煤的容重，r=1.4t/m 故 Zg=15km2(5+5+2.5+4.5)1.4/cos63.59 亿 t其中，Zg1=15km251.4/cos61.055 亿 t Zg2=15km251.4/cos61.055 亿 t Zg3=15km22.51.4/cos60.53 亿 t Zg4=15km24.51.4/cos60.95 亿 t表 2-1 煤层工业储量表Tab.2-1 industrial coal reserves 2.2.32.2.3 矿井的设计储量矿井的设计储量矿井的设计储量是指矿井的工业储量减去井田境界、断层保护煤柱等永久煤柱量。井田境界留设保护煤柱： 井田境界预留 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。井田境界留设保护煤柱： P=(15040103.9-14567462.5)(5+5+2.5+4.5)1.4/cos6=1131.7 万 t断层留设永久煤柱： P1=9886.825(5+5+2.5+4.5)1.4/cos6=591.8 万 t所以矿井的设计储量为: Zs=Zg-(P+P1)=3.59-(0.113+0.059)=3.42 亿 t2.2.42.2.4 矿井的设计可采储量矿井的设计可采储量 矿井的设计可采储量是指矿井设计储量减去工业广场保护煤柱、主要巷道保护煤柱煤层号煤厚/m倾角/平均面积/km工业储量/亿 t2#56151.0553#56151.0558#2.56150.5315#4.56150.95辽宁工程技术大学毕业设计（论文）13量后乘以采区回采率。即1： （2-2）CP)-(= ZsZ式中： Z矿井可采储量 Zs矿井设计储量 P非永久保护煤柱损失 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； 由设计规范规定2：大型矿井工业场地占地为 0.81.1 公顷/10 万 t，所以本矿井的工业场地面积为：S=301.0=30 公顷，依据井田形状选择 600500m 矩形。本矿井采用立井开拓，井筒保护煤柱在工业场地压煤范围之内，故没有井筒压煤损失。1) 矿井工业广场保护煤柱损失的计算: 2#煤层工业广场保护煤柱梯形损失： 1100.651023.7851.4/cos6=793.54 万 t 3#煤层工业广场保护煤柱梯形损失： 1114.901039.9851.4/cos6=816.53 万 t 8#煤层工业广场保护煤柱梯形损失： 1127.751054.502.51.4/cos6=418.74 万 t 15#煤层工业广场保护煤柱梯形损失： 1141.751070.354.51.4/cos6=774.55 万 t 工业广场保护煤柱损失量： P=793.54+816.53+418.74+774.55=2803.36 万 t2) 矿井设计可采储量的计算： =（34200-2803.36）0.75=23547.48 万 tCP)-(= ZsZ表 2-2 可采储量计算表Table 2-2 Calculation of recoverable reserves table项 目工 业储 量永久煤柱 损失量设 计储 量工业场地保护煤柱设计可采储 量储量(万 t)359001720342002803.3623547.48王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计143 3 矿井设计生产能力及服务年限及一般工作制度矿井设计生产能力及服务年限及一般工作制度3.13.1 矿井年产量及服务年限矿井年产量及服务年限3.1.13.1.1 矿井年产量矿井年产量（1）矿井的年产量：矿井的设计年生产能力宜按工作日 330 天算，每天净提升时间为 16 小时，根据设计，工作面长约为 200m，采煤机滚筒截深采用 800mm，一个工作面生产，一天进刀 9 刀，煤的容重为 1.4t/m3 。所以矿井的生产能力为：3300.8920050.931.4（1+5%）=325 万 t满足矿井的设计生产能力每年 300 万 t。矿井的年产量（生产能力）确定的合理与否，对保证矿井能否迅速投产、达产和收到效益至关重要。而矿井生产能力与井田地质构造、水文地质条件、煤炭储量及质量、煤层赋存条件、建井条件、采掘机械化装备水平及市场销售量等许多因素有关。经分析比较，设计认为矿井的生产能力确定为 3.0Mt/a 不仅是可行的，也是合理的，理由如下：1)储量丰富煤炭储量是决定矿井生产能力的主要因素之一。本井田内可采的煤层有 4 层，保有工业储量为 3.59 亿 t，按照 3.0Mt/a 的生产能力，能够满足矿井服务年限的要求，而且投入少、效率高、成本低、效益好。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）152)开采技术条件好本井田煤层赋存稳定，井田面积大，煤层埋藏较深，倾角小，结构简单，水文地质条件及地质构造简单，煤层结构单一，适宜综合机械化开采，可采煤层均为厚煤层，适合高产高效工作面开采。3)建井及外运条件本井田内良好的煤层赋存条件为提高建井速度、缩短建井工期提供了良好的地质条件。本矿井交通方便，井田北距太焦铁路赵庄车站 3.3km，南距西阳车站 4.7km，该矿工业广场与附近干线公路和铁路间均有柏油公路连接，由井田经铁路、公路向北可达长治、太原，向南可通晋城、焦作，然后通往全国各地，交通运输便利 。4)具有先进的开采经验近年来， “高产高效”工艺在煤矿成产中有了很大发展，而且该工艺投入少、效率高、成本低、效益好、生产集中简单、开采技术基本趋于成熟。综上所述，由于矿井优越的条件及外部运输条件，有利于把本矿井建设成为一个高产、高效矿井。矿井的生产能力为 3.0Mt/a 是可行的、合理的。3.1.23.1.2 矿井的服务年限矿井的服务年限本矿井的年产量是 3.0Mt,根据煤炭工业矿井设计规范规定：矿井设计生产能力为 3.0Mt/a,其服务年限不得小于 60 年。由矿井的服务年限计算公式6:)(KAZT=式中： T矿井的服务年限：a。 Z矿井设计可采储量：万 t。 A矿井的生产能力：万 t/a。 K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。 K=1.3 T=23547.48/（3001.3）=60.4（年）所以本矿井的设计服务年限符合规定。王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计163.1.33.1.3 矿井的增产期和减产期，产量增加的可能性矿井的增产期和减产期，产量增加的可能性建井后产量出现增大，其可能性为：1）矿井的各个生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，由于技术装备和管理水平的提高，能够突破设计能力，从尔引起矿井年产量的增加。2）工作面的回采率提高，导致在相同的条件下，产量也会增加。3）煤层的局部变化以及开采技术的发展,落煤损失,煤柱损失的减少，都有可能是矿井产量增加。3.23.2 矿井的一般工作制度矿井的一般工作制度 结合本矿井煤层条件、储量情况、以及达成产量所需要的时间；同时考虑设备检修以及工人工作时间等实际的因素，在满足煤矿安全规程的条件之下，本矿井工作制度安排如下：矿井的年工作日数为 330 天,矿井实施“四六”工作制,即每昼夜三个采煤工作班和一个检修班。采煤班内进行“落、装、运、支、移、放”工序工作。出煤班为三个班，三个班每班工作六个小时。每昼夜净提升时数为 16 小时。采用这种方法既增加了出煤时间，又保证了设备的维修，从而可以大幅度提高工作面单产和保证设备的正常运转，减轻了工人的体力劳动，提高了工作效率。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文）174 4 井田开拓井田开拓井田开拓方式应根据矿井设计生产能力、地形地貌条件、煤层赋存条件、开采技术条件、装备条件、地面外部条件等因素，通过方案比较或是系统优化后确定1。4.14.1 井筒形式及井筒位置的确定井筒形式及井筒位置的确定4.1.14.1.1 确定开拓方式的主要依据确定开拓方式的主要依据1）根据已批准的设计文件。2）根据煤层赋存条件：在诸条件中,其中以煤层赋存深浅和冲击层的水文地质条件对开拓方式影响最大,一般煤层赋存深度不超过 200m,冲击层厚不大于 20m 时,水文地质条件简单,多数采用斜井开拓。当煤层赋存深度达 200m 以上,用斜井或立井开拓要看具体分析,当深度大于 500m或冲击层较厚,含水丰富时,绝大多数采用立井开拓。3）根据技术装备:确定矿井的开拓方式，必须充分考虑各个主要工艺系统的机械化装备水平。4）根据井型大小和投资多少:本矿井的设计生产能力为 3.0Mt/a。斜井开拓初期投资少，但井身长，维护费用较高；另外，对生产能力大的矿井，斜井开拓的辅助提升工作量很大；同时，斜井井筒断面小，通风阻力大。 5）根据经济效果,初期投资少、见效快、收益大。王在龙：赵庄四矿 3.0Mt/a 新井设计184.1.24.1.2 开拓方式的确定原则开拓方式的确定原则31）贯彻执行有关煤炭工业的技术政策,为多出煤、早出煤、出好煤、投资少、成本低、效益高创造条件。 2）合理集中开拓部署,简化生产系统,避免生产分散,为集中生产创造条件。3）合理开发国家资源,减少煤炭损失。4）必须贯彻执行有关煤矿安全生产的有关规定,要建立完善的通风系统,创造良好的生产条件,减少巷道维护量,使主要巷道保持良好状态。5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况,尽量采用新技术、新工艺, 发展采煤机械化、综合机械化、自动化。6）根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其他有益矿物的综合开采。4.1.34.1.3 井筒形式的选择井筒形式的选择 本矿井煤层赋存深度+400+240m，表土层较厚，井筒需用特殊方法施工。该井田走向长约 4100m，倾斜长约 3700m。煤层倾角 29，平均为 6。根据本矿的地形地质条件，立井井筒能够通过复杂地质条件，如流沙层等的地段，机械化程度高；圆形断面井筒维护费用低，有效断面大，通风条件好；井筒敷设的管线短，人员，材料升降速度快。本矿井高差不大，不利于采用平硐或斜井开拓，所以混合式就更不能采用。因此，本设计采用立井开拓。4.1.44.1.4 井筒数目井筒数目的确定的确定根据矿井生