采矿工程本科毕业设计张双楼矿1.8 Mta的新井设计

摘摘 要要本设计包括三个部分：一般设计部分、专题设计部分和翻译部分。一般部分为张双楼矿 1.8 Mt/a 的新井设计。张双楼煤矿位于江苏省徐州市境内，东有沛屯铁路与陇海线相连，交通十分便利。井田走向（东西）长平均约8.23 km，倾向（南北）长平均约 3.88 km，井田水平面积为 31.93 km2。主采煤层一层，即 7 号煤层，平均倾角 8.9，厚约 5.0 m。井田工业储量为 226.69 Mt，可采储量 156.51 Mt，矿井服务年限为 66.9 a。井田地质条件简单。表土层平均厚度70 m；矿井正常涌水量为 320 m3/h，最大涌水量为 340 m3/h；煤层硬度系数f=2.3，煤质牌号为气煤 44；矿井绝对瓦斯涌出量为 1.84 m3/min，属低瓦斯矿井；煤层有自燃发火倾向，发火期 36 个月，煤尘具有爆炸危险性。根据井田地质条件，提出四个技术上可行开拓方案。方案一：立井两水平开采，暗斜井延深至-700 m 水平；方案二：立井两水平开采，立井延深至-700 m 水平；方案三：立井两水平开采，暗斜井延伸至-820 m 水平；方案四：立井两水平开采，立井井延伸至-820 m 水平。通过技术经济比较，最终确定方案一为最优方案。将主采煤层划分为两个水平，一水平标高-450 m，二水平标高-700 m，因井田走向大断层将井田分为南北两部分，井田南部为一水平服务范围，井田北部为二水平服务范围。设计首采区采用采区准备方式，工作面长度 223 m，采用一次采全高采煤法，全部跨落法处理采空区。矿井采用“三八”制作业，两班生产，一班检修。生产班每班 3 个循环，日进 6 个循环，循环进尺 0.6 m，日产量 5432.16 t。大巷采用带式输送机运煤，辅助运输采用 1.5 t 固定箱式矿车。主井装备一套12 t 双箕斗和一套 12 t 单箕斗带平衡锤提煤，副井装备一对 3 t 矿车双层单车罐笼带平衡锤担负辅助运输任务。矿井采用中央并列式通风。通风容易时期矿井总需风量 4608 m3/min，矿井通风总阻力 2096 Pa，风阻 0.35 Ns2/m8，等积孔 2.03 m2，矿井通风容易。矿井通风困难时期矿井总风量 4608 m3/min，矿井通风总阻力 2746 Pa，风阻 0.46 Ns2/m8，等积孔 1.74 m2，矿井通风中等困难。设计矿井的吨煤成本 110 元/t。专题部分题目是深井巷道锚杆支护技术。采用 MATLAB 7.1 矩阵实验软件来进行有关图形的绘制。翻译部分是一篇关于频率和锚固长度对超声波在锚杆中传播行为的影响的论文，英文原文题目为：Effects of frequency and grouted length on the behavior of guided ultrasonic waves in rock bolts。关键词：立井；上下山开采；大采高；单巷掘进；中央并列式ABSTRACTThis design can be divided into three sections: general design, monographic study and translation of an academic paper.The general design is about a 1.8 Mt/a new underground mine design of Zhangshuanglou coal mine. Zhangshuanglou coal mine lies in Xuzhou, Jiangsu province. As Peitun railway run across the east part of the mining field connect to Longhai railway, the traffic is very convenient. Its about 8.23 km on the strike and 3.88 km on the dip,with the 31.93 km2 total horizontal area. The minable coal seam of this mine is only 7 with an average thickness of 5.0 m and an average dip of 8.9. The proved reserves of this coal mine are 226.69 Mt and the minable reserves are 156.51 Mt, with a mine life of 66.9 a.The geological condition of the mine is relatively simple. The normal mine inflow is 320 m3/h and the maximum mine inflow is 340 m3/h. It is bituminous coal 44 with low mine gas emission rate and coal spontaneous combustion tendency, and its a coal seam liable to explosion.Based on the geological condition of the mine, I bring forward four available project in technology. The first is vertical shaft development with two mining levels and the extension of inclined shaft go to -700 m; thr second is vertical shaft development with two mining levels and the extension of vertical shaft go to -700 m; the third is vertical shaft development with two mining levels and the extension of inclined shaft go to -820 m; the last is vertical shaft development with two mining levels and the extension of vertical shaft go to -820 m. The first project is the best comparing with other three project in technology and economy. The first level is at -450 m, The second level is at -700 m, Because a major fault lies in the center of mine field, the mine field is divided into the north section and the south section, the south section is one level service scope, and the north section is two level service scope.Designed first mining district makes use of the method of preparation in mining area, the length of working face is 223 m, which uses fully-mechanized coal mining technology, and fully caving method to deal with goaf. The working system is “three-eight”,with two teams mining, and the other overhauling. Every mining team makes three working cycle, with six working cycle everyday. Advance of working cycle is 0.6 m, and quantity of 5432.16 ton coal is makedeveryday.Main roadway makes use of belt conveyor to transport coal resource, and mine car to be assistant transport. Main shaft makes use of skip to transport coal resource, when subsidiary shaft makes use of cage to be assistant transport. In the prophase of mining the mine makes use of centralized ventilation method,when in the evening of mining the mine makes use of areas ventilation method. At the easy time of mine ventilation, the total air quantity is 4608 m3 per minute, the total mine ventilation resistance is 2096 Pa, the coefficient of resistance is 0.355 Ns2/m8, equivalent orifice is 2.03 m2. At the difficult time of mine ventilation, the total air quantity is about 4608 m3 per minute, the total mine ventilation resistance is 2746 Pa, the coefficient of resistance is 0.465 Ns2/m8, equivalent orifice is 1.74 m2. The cost of the designed mine is 110 yuan per ton.The monographic study is bolting technology of deep well drawed by MATLAB 7.1.The translated academic paper is about effects of frequency and grouted length on the behavior of guided ultrasonic waves in rock bolts。Keywords：shaft; up-dip and down-dip minging; large mining height; single thunnel drivage; centralized juxtapose ventilation.目目 录录一般设计部分一般设计部分1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征.11.1 矿区概述.11.2 井田地质特征.21.3 煤层特征.82 井田境界和储量井田境界和储量.112.1 井田境界.112.2 矿井工业储量.132.3 矿井可采储量.133 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限矿井工作制度、设计生产能力及服务年限.183.1 矿井工作制度.183.2 矿井设计生产能力及服务年限.184 井田开拓井田开拓.204.1 井田开拓的基本问题.204.2 矿井基本巷道.305 准备方式准备方式采区巷道布置采区巷道布置.425.1 煤层地质特征.425.2 采区巷道布置及生产系统.435.3 采区车场选型设计.466 采煤方法采煤方法.506.1 采煤工艺方式.506.2 回采巷道布置.627 井下运输井下运输.667.1 概述.667.2 采区运输设备选择.697.3 大巷运输设备选择.708 矿井提升矿井提升.738.1 概述.738.2 主副井提升.739 矿井通风及安全矿井通风及安全.789.1 矿井通风系统选择.789.2 采区及全矿所需风量.829.3 矿井通风总阻力计算.869.4 选择矿井通风设备.959.5 防止特殊灾害的安全措施.9910 矿井基本技术经济指标矿井基本技术经济指标.101专题设计部分专题设计部分1 引言引言.1042 开采深度与巷道围岩的变形关系开采深度与巷道围岩的变形关系.1042.1 中国的研究.1042.2 德国的研究.1052.3 前苏联的研究.1063 深井巷道锚杆支护的关键理论与技术深井巷道锚杆支护的关键理论与技术.1073.1 深井巷道锚杆支护理论基础.1073.2 深部巷道锚杆支护作用机理.1083.3 深部巷道锚杆支护技术.1134 工程实例工程实例.1174.1 巷道地质及生产条件.1174.2 地应力测量.1184.3 巷道围岩稳定性分类及计算机辅助设计.1184.4 巷道支护设计.1184.5 支护质量监测.1204.6 支护效果和经济效益分析.1265 结论结论.126参考文献.128翻译部分翻译部分英文原文英文原文.130中文译文中文译文.141致谢致谢.149一般部分中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 1 页1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 交通地理位置交通地理位置张双楼煤矿位于徐州市西北，距徐州市约 79 km，在江苏沛县安国镇境内，东距大屯煤电公司 6.5 km，南距沛县城 16.5 km，东有沛屯铁路和陇海线相连，矿区的徐沛公路北上山东，南达上海，交通甚为便利。矿区（居民点）现状由张双楼、陈庄、高庄、梅庙、梅海子、油坊口、袁庄七个自然村组成，居住总人口 3461 人，910 户。交通位置如图 1-1。1.1.2 地形地貌和水文情况地形地貌和水文情况本井田地表属黄泛冲积平原，地面平坦，地面标高+35+39 m，地势西高东低，地表水系不发育，区内东缘微山湖，有徐沛河，南有丰沛河京经杭大运河注入微山湖。1.1.3 矿区经济状况矿区经济状况矿区工业发展迅速，已形成铸造、酿酒、缫丝、纺织、塑编、木材加工、机械制造等八大工业体系，工业产品 100 余种。张双楼工业园区，形成了板皮加工、塑料编织、铸造加工、机械制造四大主导产业。矿区农副产品资源丰富，有优质成武单县金乡山山虞城艾邑砀山萧县徐州邳县大运河枣庄滕州皇台丰县大屯沛县微山湖邵阳湖张张双双楼楼矿矿东东省省河河南南省省安安徽徽省省江江苏苏省省铁 路湖 泊公 路省 界河 流城(县)市徐州张双楼矿井交通位置图图图 1-1 张双楼矿井交通位置图张双楼矿井交通位置图中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 2 页小麦、 “无公害水稻” 、 “高蛋白玉米”等粮食作物 7.4 万亩，芸豆 5000 亩，黄皮洋葱 1000 亩、脱毒土豆 1000 亩、东北毛茄 1000 亩、越冬甘兰 1000 亩、大沙河无籽西瓜 14000 亩、优质红富干苹果 4000 亩、桑园 5000 亩。有年出栏 300 万羽的肉鸭养殖基地、年出栏 150 万羽的合同鸡养殖基地、有大型的波尔山羊养殖基地。1.1.4 矿区电力供应矿区电力供应矿井 110 kV 主电源引自沛县 220 kV 变电站，备用电源引自大屯 110 kV 变电站，由 110 kV 线路送至距矿井 110 kV 变电站。1.1.5 矿区的气候条件矿区的气候条件本区属南温带黄淮区，气象具有长江流域的过渡性质，接近北方气候特点，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，春季有干旱及寒潮、霜冻等自然灾害，但四季分明，气候温和。降水量：年平均降水量 811.7 mm，最大年降水量 1178.9 mm，最小年降水量550 mm，降水多集中于 7、8、9 月份，占全年降水量的 5070%，1、2、3 月份为枯水季节。蒸发量：年平均蒸发量 1873.5 mm，年最小蒸发量 1273.9 mm。气 温：年平均气温 13.8 ，最高气温 40.7 ，最低气温-21.3 。主导风向:全年以东南，偏东风为最多，年平均风速 3.2 m/s。本区属季节性大陆性气候。1.1.6 地震地震自公元 462 年以来，根据不完全统计，本区共记载有感地震 30 余次，其中影响较大的有 1968 年 7 月 25 日山东莒县郯城 8.5 级地震，1937 年 8 月 1 日山东菏泽 7 级地震等。本区属于华北地震区，据郯庐断裂 100 余公里，该断裂为一长期活动的断裂带，亦为强地震带，郯城至新沂一带具有发生强地震的地质构造背景。1.2 井田地质特征1.2.1 井田的地形，井田的勘探程度井田的地形，井田的勘探程度本区位于华北陆台之东南部，在大地构造上处于鲁西穹折带（鲁西台凸）的西侧，与徐蚌凹折带（徐州台凹）相邻。区内地形平坦，出露地层极少，仅在局部地区有前震旦系、寒武系、奥陶系等地层零星出露。区域地层在前震旦纪的结晶基底上沉积了震旦系、寒武系、奥陶系、石炭二迭系、侏罗白垩系及新生代地层。中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 3 页在区域构造上位于两个不同的构造单元联结处（鲁西穹折带与徐蚌凹折带之间） ，前者以一系列接近经向和纬向的断裂为主，间有宽缓的短轴褶皱，后者以一系列北东向的紧密向斜、背斜相间而成。本区的岩浆岩活动自老至新大致分为三期：即吕梁期花岗岩、燕山期中基性岩侵入以及喜马拉雅期的玄武岩流，在煤系中以燕山期侵入体为主。综合地质柱状图如图 1-2。油脂半暗淡光泽、性脆易碎1：500古生界二迭系下统10.3210.6611.580.138.574.555.004.1924.690.57.318.254.9112.36泥岩砂泥岩细泥岩砂泥岩煤细泥岩砂泥岩煤砂泥岩细泥岩煤砂泥岩细泥岩砂泥岩6号煤7号煤9号煤岩性简述岩石名称标志层及煤层编号 柱状图层厚组统系界地层单位山西组(m)灰至灰黑色、遇水变软灰黑色、块状、泥质胶结图图 1-2 综合地质柱状图综合地质柱状图中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 4 页井田从西向东共由 9 条勘探线控制，共打钻孔 74 个，其中有瓦斯钻孔 10 个，煤层自燃勘探钻孔 5 个，地温勘探钻孔 10 个，井田南部及北部东半部分钻孔分布均匀，是重点勘探区。精查地质报告基本查明了井田的煤层赋存情况、构造情况、煤质以及水文地质条件。1.2.2 井田的地质构造、最主要的地质变动井田的地质构造、最主要的地质变动井田内地层走向、倾向、倾角，褶曲、断层的总体发育规律等方面如下：区内呈单斜构造，局部发育有次级背向斜，地层倾角变化不大，大致在 712 有一条正断层，局部遭受岩浆侵入的影响，属中等。本区地层属华北型，煤系地层为石炭、二迭系，均为第四系或侏罗-白垩系所覆盖。区内揭露的地层有奥陶系下统肖县组（未揭穿） 、马家沟组，奥陶系中统阁庄组、八陡组，石炭系中统本溪组，石炭系上统太原组，二迭系下统山西组和下石盒子组，二迭系上统上石盒子组，侏罗-白垩系，第四系。现按地层生成顺序叙述如下：奥陶系下统肖县组（）x1O本区仅一个钻孔揭露，最大揭露厚度 125 m。岩性为灰灰白色微带肉红色白云岩、灰质白云岩，夹灰黑色微晶灰岩、泥砾灰岩。奥陶系下统马家沟组（）m1O本区仅一个钻孔揭露，全组厚度约 198 m。岩性上部为灰色或成浅褐色隐晶质灰岩夹薄层白云岩和含白云质灰岩；下部为似豹斑状灰岩，夹泥质条带，与下伏肖县组地层呈整合接触。奥陶系中统阁庄组（）g2O本区仅个别钻孔揭露，全组厚约 113 m。岩性由浅灰、灰白或浅褐色微晶状白云岩、灰质白云岩夹薄层泥灰岩、灰岩组成，与下伏马家沟组地层呈整合接触。奥陶系中统八陡组（）b2O本区仅个别钻孔揭露，全组厚约 25 m。由灰棕灰色厚层状质纯隐晶质灰岩夹薄层灰绿色泥岩组成。与下伏阁庄组地层呈整合接触。石炭系中统本溪组（）b2C本区仅少数钻孔揭露，全组厚约 2038/29 m，为海陆交替相沉积。中、上部主要由浅灰色致密状灰岩夹灰绿色、杂色泥岩而成。下部为绛紫色泥岩及褐黄色铝土质泥岩，偶含薄层灰岩，底部为一层绛紫色铁质泥岩与下伏奥陶系中统八陡组地层呈假整合接触。产状：Fusulinella bocki 薄克氏小纺锤蜓Beedeina yangi 扬氏比德蜓Pseudowedekindellina prodixa 伸长假魏特肯蜓中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 5 页Eostaffella quasiampla 似丰满始史塔夫蜓Chonetes of carbonifera 石炭戟贝（相似种）石炭系上统太原组（）t3C本区大多数钻孔揭露，全组厚约 145179/159 m，本组地层为海陆交互相沉积，沉积旋回清晰，标志层明显。发育了薄-厚层灰岩十三层及十一层薄煤，其中：一、四、十二灰是全区标志层。本组主要由灰色细、中粒砂岩，灰黑色泥岩，砂泥岩、灰岩和煤组成。一、二灰为生物化学岩，常具方解石晶体，四灰最厚，平均 8.21 m，且含燧石；十二灰中下部富含蜓科化石及燧石。无名灰上、九灰下赋存 17 煤，十二灰下赋存 21 煤，但是不可采。底部以一层铝质泥岩与下伏本溪组地层分界，呈整合接触。产状：Neuropteris ovata 卵脉羊齿Taeniopteris 多脉带羊齿Chonetes 石炭戟贝Lengula sp 燕海扇Schizodus sp 裂齿蛤Schwagerina 希瓦格蜓二迭系下统山西组（）11P为本区主要含煤地层之一，整合于太原组地层之上，全组厚 93185/113 m。本组地层属过渡相沉积，含煤 15 层，其中 7 煤为本区主采煤层。9 煤不可采。下部偶含 5 煤或 6 煤。产状：Pecopteris kativenosa 厚脉栉羊齿Pecopteris arcuata 弯脉栉羊齿Sphenophyllum oblongifolium 长椭圆形楔叶Alethopteris ascendens 细脉座延羊齿Lingula sp 舌形贝Rhacopteris bertrandii 烈扇羊齿二迭系上统上石盒子组（）12P本区揭露残留地层厚度 12175/101 m。上部由杂色泥岩、砂质泥岩为主，间夹薄层灰绿、绛紫色砂岩，内含大量铝土质和菱铁质鲕粒，下部由紫红、灰绿色中粒砂岩为主，间夹杂色砂质泥岩及蛋青色薄层铝土质泥岩、砂泥岩组成，底部为紫色或灰白色中粗粒含粒石英砂岩（奎山砂岩）与下伏下石盒子组地层呈整合接触。侏罗白垩系（JK）本区内揭露残留地层最大厚度 509 m，平均 290 m。上部由深灰、暗紫色泥岩、砂泥岩夹砂岩组成。下部由绛紫色、紫红色砂泥岩、灰绿色细砂岩夹砾岩组成。底部常有一层较厚的绛紫色、紫红色砾砂岩，砾石成份为石英岩、灰岩等，中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 6 页砾径 16 mm，厚度变化大，局部相当为砂泥岩或砂岩，与下伏地层呈不整合接触。第四系（Q）为一套松散沉积物，由粘土、砂质粘土、细中粗砂及砂砾层组成。与下伏各系地层呈不整合接触，厚度 3080/70 m，其岩性特征：上部：上段由棕黄、棕灰色粉砂夹薄层粘土，砂质粘土组成；下段由棕黄、灰绿色粘土夹细、中粗砂层组成，粘土中常含砂姜，厚约 38 m。中部：由灰白、灰绿、土黄色细中粗砂夹灰褐色粘土，砂质粘土组成，粘土中常含砂姜及铁锰质结核，厚约 14.8 m。下部：主要由灰白、灰绿及灰褐色粘土及铝质粘土组成，夹 25 层细中粗砂透镜体，厚约 14.4 m。底部常有一层砂砾层，砾石成份为石英、灰岩，粒径 24 cm，滚圆良好，充填物为粘土及砂，厚约 2.8 m。构造：张双楼井田是一个完整的地质构造单元，为一倾向 NW，走向略有变化的单斜构造，地层倾角一般在 712。井田内自东向西发育的褶曲依次为：冯家向斜、后周田背斜。分述如下：1、冯家向斜：位于 67 勘探线，轴向 NE42，两翼不对称，东翼地层倾角12，西翼倾角 9.0，向斜往浅部仰起，往深部延展被 F1 断层切割，经三维地震控制程度可靠。2、后周田背斜：位于 23 勘探线，轴向与冯家向斜平等，两翼较对称，地层倾角 8.8 左右，向斜往浅部仰起，往深部延展被 F1 断层水平扭动往 W 偏移，经三维地震控制程度可靠。3、断层张双楼井田隶属于丰沛煤田，地质构造特征受区域构造运动所控制，丰沛煤田构造特征（模式）是在特定环境中，由不同时期、不同方向张力的相继作用，造成他们即继承又转化，即断陷又隆升的伸展构造格局。F1 正断层，走向近 EW向，倾向 NS，倾角 4560，落差 4060 m，延展 9800 m，西部落差较大 60 m，而东部落差较小 40 m，被 F1 断层切割，控制可靠。岩浆岩侵入最高位为山西组 7 煤，其岩柱主要为闪煌斑岩，闪长岩、安山岩等，其岩性、产状、分布范围及对煤层的影响以查明。1.2.3 井田的水文地质特征井田的水文地质特征张双楼地区基岩含水层，包括煤系地层含水层和奥陶系灰岩水层均有隐伏露头，即为第四系地层直接覆盖。虽然各含水层是来自大气降水入渗，且第四系第一段砂岩层含水量较大，但第四系下部有一层厚达 14.4 m 的粘土隔水层段，底砾层多为砂泥质充填，含水性小，故其顶部可视为弱水边界。中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 7 页本地区地下水为一个四周隔水，顶部弱透水的相对封闭的水文地质单元。区内随着矿井排水，各含水层水位持续下降，说明都在消耗静储量，单元内部奥灰水作为水库不断向煤系地层含水层补给。含水层：1、第四系砂岩或砂砾层空隙含水层。第四系为一套松散的沉积物，井田内厚度 3080 m，平均 70 m，大体分为五段，包括三个含水层，一个弱透水层和一个隔水层组，从上至下依次为：(1) 第一段砂层空隙潜水含水层组（含）本段厚 619 m，平均为 17.6 m，主要由棕黄、棕灰色粉砂、粘土质砂夹薄层粘土。砂质粘土组成。据水文孔抽水试验资料，水质为 HCO3K+Na 型，矿化度为 0.750.84 g/l，富水性中等，是当地居民生活的主要水源。(2) 第二段粘土。砂质粘土及砂层弱透水层组（透）本段厚 9.815.4 m，平均为 10.4 m，主要由黄褐色，棕褐色及灰绿色粘土、砂质粘土组成，常夹 26 层细砂，粘土质砂，局部为中粗粒砂，砂层犬牙交错，总厚度为 14.9 m，平均为 3.3 m 约占本段厚度的 31.7%；本段可视为弱透水层组。(3) 第三段砂层孔隙承压水层组（含）本段厚 1326.2 m，平均为 24.8 m，由灰白、灰绿、土黄色、中、粗砂及粘土质砂夹薄层粘土、砂质粘土组成，粘土总厚度 3.24.8 m，平均为 3.52 m，占本段厚度的 23.8%。据流量测井资料 k=2.106 m/d。本层水是目前张双楼矿区的工业和生活水源。据水源井取水和水质资料，出水量大于 60 m3/h。水质类型为 SO4-K+Na。本层属于富水性中等含水层组。(4) 第四段粘土隔水层组（隔）本段厚度 12.716.3 m，平均 14.4 m，井田内东薄西厚，总体上比较稳定，主要灰白、灰绿及灰褐色粘土、砂质粘土组成，局部夹 25 层砂层透镜体。该层作为隔水层组，对控制上部 1 含、3 含垂直向下入渗补给 5 含起到了抑制作用。(5) 第五段砂砾层承压含水层组（含）本段常称作底砾层，厚 07.8 m，平均为 2.8 m，井田东部普遍发育，西部有大面积缺失。其上部以灰黄色含砾粗砂或粘土质砂为主。下部以杂色砂砾为主，夹不稳定薄层粘土，砾石成分主要为石英砂，粒径 24 cm，滚圆良好，隙间充填物为粘土及砂，含量达 5060%。本层属于中等含水层。2、二迭系砂岩裂隙含水层二迭系地层包括上石盒子组（12175/101 m） 、下石盒子组(165247/220 m)、山西组(93185/112 m)，总厚度 433 m，主要由泥岩、砂质泥岩加沙岩石组成。砂岩含水层据其厚度和富水情况主要由上石盒子组底部奎山砂岩、下石盒子组中部砂岩、下石盒子组底部分界砂岩，下部 7、9 煤顶砂岩含水层。中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 8 页(1) 第一段、上石盒子组底部奎山砂岩裂隙承压水含水层厚 10.2241.7 m，平均为 21.63 m，分布广泛。立井井筒揭露该层时用水量达126 m3/h，富水性中等。由于该含水层距离 7 煤较远，对井田煤层开采无直接充水影响。(2) 第二段下石盒子组中部砂岩裂隙承压含水层厚 1449.1 m，平均为 34.00 m。分布在 6 线以西。主井井筒揭露该层时用水量达 104 m3/h，富水性中等。该含水层对矿井煤层开采无直接影响。(3) 第三段下石盒子组底部分界砂岩裂隙承压水层。厚 2.7626.60 m，平均为 11.06 m。分布在 7 线以西。主井接露时用最大涌水量 7080 m3/h，副井清理斜巷揭露时最大用水量 69.4 m3/h，富水性小。据水位观测资料，-500 m 水平以上该含水层以呈半疏干状态。3、山西组下部砂岩裂隙承压含水层7 煤顶板砂岩含水层，厚度 1.2039.60 m，平均为 18.93 m，为 7 煤老顶或直接顶。据抽水试验资料 q=0.0026 L/(ms)，k=0.0014 m/d。综合勘探和生产揭露情况分析，富水性属小中等，水质类型为 SO4-Ca(K+Na)型，矿化度为 3.1864.544 g/L。本层为开采 7 煤直接充水含水层。矿井的历年涌水量的变化范围为 20340 m3/h，水文地质属于简单型，全井田最大涌水量为 340 m3/h，正常涌水量为 320 m3/h。1.3 煤层特征1.3.1 煤层埋藏条件煤层埋藏条件走向：东西走向。倾向：北偏西。倾角及其变化：712。煤层的露头深度：-211 m。风化带深度：-218 m。1.3.2 煤层群的层数煤层群的层数本区主要含煤地层为石炭二迭系，其中：石炭系太原组（C3t） 、二迭系山西组（P11） ，总厚度 272 m，含煤 16 层，平均累计厚度 9.30 m，含煤系数 3.40%。含主要可采煤层 1 层，平均总厚度 5.0 m。山西组：本组厚 113 m，含煤 15 层，平均累计厚度 6.63 m，含煤系数3.5%，含主要可采煤层 1 层，即 7 煤，平均总厚度 5.0 m。太原组：本组厚 159 m，含煤 9-11 层，平均累计厚度 3.70 m，含煤系数 3.3%，无可采煤层。1.3.3 煤层的围岩性质煤层的围岩性质 7 煤顶板多为泥岩、砂泥岩，底板多为灰色粉砂岩。煤层顶底板具体情况见表 1-1。中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 9 页表表 1-1 煤层顶底板情况一览表煤层顶底板情况一览表顶底板名称岩石名称厚度(m)特性描述基本顶细砂岩8.57浅灰浅灰白色，有厚脉栉羊齿化石。直接顶砂泥岩4.55灰色，含长椭圆形楔叶化石。直接底砂泥岩4.19深灰色，含少量动物化石及黄铁矿，偶夹钙质透镜体。基本底细砂岩24.69灰白色，致密坚硬，以石英长石为主，钙质胶结，斜层理为主。1.3.4 煤的特征煤的特征本区 7 煤呈油脂半暗淡光泽，鳞片状及厚薄不等的条带状结构，硬度IIIII，内生裂隙发育，性脆易碎，为光亮半暗型煤。7 煤容重测定值1.311.55，煤矿采用 1.42。煤质稳定，各主要指标变化很小，为中变质程度的气肥煤。可作为电力、船舶、锅炉用煤及其它工业用煤，并且可作为良好的炼焦配煤。煤层具体特征见表 1-2、1-3、1-4、1-5。表表 1-2 煤层特征表煤层特征表煤 层 厚 度4.85.2 m，加权平均厚度为 5.0 m，为厚煤层煤 层 倾 角712，平均 8.9，为缓倾斜煤层煤层硬度系数f2.3表表 1-3 可采煤层元素分析统计表可采煤层元素分析统计表煤层煤种Cdaf(%)Hdaf(%)Ndaf(%)Odaf(%)7气煤81.3984.8183.62(21)5.025.775.50(21)0.681.501.42(21)8.3411.599.53(21)表表 1-4 可采煤层煤芯煤样工业分析成果表可采煤层煤芯煤样工业分析成果表发热量(MJ/kg)煤层Qb.adQgr.dQnet.d原 煤19.9031.0627.19(33)20.2432.0827.79(33)0.681.501.42(10)7精 煤29.3231.5530.82(6)30.7531.8530.68(6)29.0531.8330.46(6)表表 1-5 主要煤质指标分级一览表主要煤质指标分级一览表原煤灰分煤层精煤挥发份Ad熔融性原煤含硫原煤发热量粘结性数码738.15中灰高难溶特低中高中等44瓦斯：区内先后共采集了 10 个瓦斯钻孔，瓦斯含量测定成果见表 1-6 和表 1-中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 10 页7。表表 1-6 可采煤层钻孔瓦斯含量测定成果统计表可采煤层钻孔瓦斯含量测定成果统计表煤层CH4(m3/g)C02(m3/g)N2(m3/g)C2H6(m3/g)备注70.10.1691.740.507(7)0.01表表 1-7 可采煤层钻孔瓦斯自然成分统计表可采煤层钻孔瓦斯自然成分统计表煤层CH4(%)C02(%)N2(%)C2H6(%)备注72.941.744.11(2)10.650.4526.21(8)44.2889.3572.75(8)0.05全矿井相对瓦斯涌出量 0.77 m3/(td)，绝对瓦斯涌出量 1.84 m3/min，按照煤矿安全规程规定，日产一吨煤瓦斯涌出量在 10 m3以下的矿井为低瓦斯矿井，本矿为低瓦斯矿井。煤尘：本区综采，机掘的最大最小煤尘浓度和平均浓度为 337.8 mg/m3、136.8 mg/m3、189.4 mg/m3，煤尘爆炸性指数在 43%左右，均属于有煤尘爆炸危险性煤层。煤的自燃倾向：区内共采取 5 个煤层自燃倾向试验样本，煤层自燃倾向试验成果见表 1-8。表表 1-8 煤层自燃倾向试验成果表煤层自燃倾向试验成果表煤层采样点数T1T2T3T(1-3)煤的自燃倾向系数75336370346(5)327343332(5)319339327(5)94420(5)不易自燃井田内煤层的自燃发火期一般为 36 个月，为不易自燃煤层。地温：井田内在地面进行了 10 个地质钻孔的测温工作，其中近似稳态测温孔 2 个，其它均为简易测温孔。地温梯度及相同深度岩温对比见表 1-9。表表 1-9 地温梯度及相同深度岩温对比表地温梯度及相同深度岩温对比表深度-300 m 地温()-500 m 地温()-800 m 地温()-1000 m 地温()地温梯度(/100 m)地温率(m/)变化范围21.823.524.025.727.429.129.631.32.252.8136.644.3平均23.024.828.130.81.1239.8中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 11 页2 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1 井田范围井田范围东部边界：云盖山二矿；西部边界：枣园矿业；南部边界：云盖山正断层；北部边界：云盖山二矿。2.1.2 开采界限开采界限据生产矿井开采和钻孔揭露资料，该矿区含煤地层为石炭二叠系，主要含煤地层厚约 700m，含煤 50 余层，煤层总厚约 10.77m。本区主要可采煤层为山西组二1煤层，矿井设计只针对二1煤层。开采上限：二1煤层以上无可采煤层。下部边界：二1煤层以下无可采煤层。2.1.3 井田尺寸井田尺寸井田的走向最大长度为 6.68 km，最小长度为 6.62km，平均长度为 6.65km。井田倾斜方向的最大长度为 2.71 km，最小长度为 2.57 km，平均长度为 2.64 km。煤层的倾角最大为 15，最小为 4，平均为 10。井田的水平面积按下式计算：S=HL （2-1）式中： S井田的水平面积，m2；H井田的平均水平宽度，m；L井田的平均走向长度，m。井田的水平面积为：S=6.652.64=17.56 (km2)井田赋存状况示意图如图 2-1。中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 12 页 -800 -800 -750 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -350 -300 -250 -700 -650 -600 -550 -500 -500 -450 -400 -350 -300 -750 -700 -650 -600 -550 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -350I -800 -350 -400 -450 -500 -550 -600 -650 -700 -750 -800图图 2-12-1 井田赋存状况图井田赋存状况图中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 13 页2.2 矿井工业储量2.2.1 储量计算基础储量计算基础本次储量计算是按照煤、泥炭地质勘查规范DZ/0215-2002 要求的工业指标进行资源储量计算。1、最低可采厚度为 0.60 m。2、最高可采灰分不大于 40%。3、最低发热量不低于 17.0 mJ/kg。4、最高硫分不大于 3%。5、煤层容重：7 号煤层容重为 1.42 t/m3。2.2.2 井田地质勘探井田地质勘探井田南部钻孔分布均匀，地质勘探类型为精查，北部的东半部分钻孔分布均匀，为详细勘探区，西半部钻孔较少，为普查区。井田内断层南部以及断层北部东大半部分属 111b-1 级储量，断层附近及露头附近属 122b 级储量，其它区域为 111b-2 级储量。高级储量占94.15%，符合煤炭工业设计规范要求。7 号煤层最小可采厚度为 4.8 m，最大可采厚度为 5.2 m，平均 5.0 m。 。2.2.3 工业储量计算工业储量计算矿井主采煤层为 7 号煤层，采用地质块段法来划分储量块。根据地质勘探情况，将矿体划分为 11 个块段，在各块段范围内，用算术平均法求得每个块段的储量，煤层总储量即为各块段储量之和。块段划分如图 2-2。各块储量计算见表 2-1。2.3 矿井可采储量2.3.1 安全煤柱留设原则安全煤柱留设原则1、工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不留设保护煤柱；2、各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定。用岩层移动角确定工业场地、村庄煤柱。岩层移动角为 75，表土层移动角为 40；3、维护带宽度：风井场地 20 m，其它 15 m；4、断层煤柱宽度 50 m，井田境界煤柱宽度为 20 m；5、工业广场煤柱：根据煤炭工业设计规范第 5-22 条规定：工业广场的面积为 0.81.1 平方公顷/10 万 t。中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 15 页 -800 -800 -750 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -350 -300 -250 -700 -650 -600 -550 -500 -500 -450 -400 -350 -300 -750 -700 -650 -600 -550 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -350I -800 -350 -400 -450 -500 -550 -600 -650 -700 -750 -800k1k2k3k4k5k6k7k8k9k10k11图图 2-22-2 井田块段划分图井田块段划分图中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 16 页表表 2-1 井田块段储量计算表井田块段储量计算表块段标号倾角()平均厚度(m)容重(t/m3)面积(m2)储量(Mt)K144.01.433004898.64817.6213K274.01.432395815.17714.8099K3124.01.433671712.32026.7242K4154.01.433313494.54028.1869K574.01.434342511.64026.8435K6154.01.43951540.2078.0945总面积17679972.5总储量122.2803工业储量：Zg=K1+K2+K3+K4+K5+K6 =122.2803(Mt)2.3.2 矿井永久保护煤柱损失量矿井永久保护煤柱损失量1、井田边界保护煤柱井田边界保护煤柱留设 20m 宽，则井田边界保护煤柱损失量为 1.3599Mt。2、断层保护煤柱断层煤柱留设 50 m 宽，则断层保护煤柱损失量为：3.8445 Mt。3、工业广场保护煤柱本矿井设计生产能力为 0.9Mt/a，取工业广场的尺寸为 400 m500 m 的长方形。工业广场所在位置煤层倾角为 8.9，其中心处埋藏深度为-450 m，该处表土层厚度为 70 m，主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按级保护留维护带，宽度为 15 m。本矿井的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表 2-2表表 2-2 岩层移动角岩层移动角广场中心深度(m)煤层倾角()煤层厚度(m)冲积层厚度(m)()()()()-4508.95.07040757568中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 17 页n-300-400-500-600-220-32mmnqkqkadcba(q)qkqkd(k)b(q)c(k)+38IIIIII-550-500-450-600-650I-III-II图图 2-3 工业广场保护煤柱工业广场保护煤柱由此根据上述已知条件，画出如图 2-3 所示的工业广场保护煤柱的尺寸：由图可得出保护煤柱的尺寸为：S=(上宽+下宽)高/(2cos8.9) (2-2)=(1051+984)868/(2cos8.9)=0.893953 (km2)则工业广场的保护煤柱量为：Zi=SMR (2-3)式中：Zi工业广场煤柱量，Mt；M煤层平均厚度，m；S工业广场压煤面，0.894 km2。Zi8939535.01.42=6.3471 (Mt)4、井筒保护煤柱主、副井井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内故井筒保护煤柱损失量为0。风井布置在工业广场中心，煤柱损失为 0。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 18 页表表 2-3 保护煤柱损失量保护煤柱损失量煤 柱 类 型储量(Mt)井田边界保护煤柱7.6617断层保护煤柱4.0033工业广场保护煤柱6.3471井筒保护煤柱0合 计18.01212.3.3 矿井可采储量矿井可采储量矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算：Zk=(Zg-P)C （2-4）式中：Zk矿井可采储量，Mt；P保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断层等留设的永久保护煤柱损失量，Mt；C采区采出率，厚煤层不小于 0.75；中厚煤层不小于 0.8；薄煤层不小于 0.85；地方小煤矿不小于 0.7。Zk =(226.6891-18.0121)0.75=156.5078 (Mt)矿井储量汇总表见表 2-4。表表 2-4 矿井储量汇总表矿井储量汇总表工业储量（Mt）煤层111b-1111b-2122b111b/（111b+122b）永久煤柱损失(Mt)设计开采损失（Mt）矿井设计储量（Mt）设计可采储量（Mt）7159.2654.1613.2794.15%18.0157.27207.49156.51中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 19 页3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1 矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范相关规定，确定矿井设计年工作日为 330 d，工作制度采用“三八制” ，每天三班作业，二班生产，一班准备，每班工作 8 h。矿井每昼夜净提升时间为 16 h。3.2 矿井设计生产能力及服务年限3.2.1 确定依据确定依据煤炭工业矿井设计规范第 2.2.1 条规定：矿井设计生产能力应根据资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经多方案比较或系统优化后确定。矿区规模可依据以下条件确定：1、资源情况：煤田地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设大型矿井。2、开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市） ，交通（铁路、公路、水运） ，用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等。条件好者，应加大开发强度和矿区规模；否则应缩小规模；3、国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤中煤质、产量等）的预测是确定矿区规模的一个重要依据；4、投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大矿区规模，反之则缩小规模。3.2.2 矿井设计生产能力矿井设计生产能力张双楼井田储量丰富，煤层赋存稳定，顶底板条件好，断层褶曲少，倾角小，厚度变化不大，开采条件较简单，技术装备先进，经济效益好，煤质为优质气肥煤，交通运输便利，市场需求量大，宜建大型矿井。确定张双楼矿井设计生产能力为 1.8 Mt/a。3.2.3 矿井服务年限矿井服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。矿井可采储量 Zk、设计生产能力 A 矿井服务年限 T 三者之间的关系为：T=Zk/(AK) （3-1）式中：T矿井服务年限，a；中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 20 页Zk矿井可采储量，Mt；A设计生产能力，Mt；K矿井储量备用系数，取 1.3。则矿井服务年限为：T=156.51/(1.81.3)=66.9 (a)符合煤炭工业矿井设计规范要求。第一水平矿井保护煤柱损失见表 3-1。第一水平工业储量为 99.8383 Mt，所以第一水平服务年限 T1 为：T1=(99.84-11.96)0.75/(1.31.8)=28.2 (a)符合煤炭工业矿井设计规范要求。表表 3-1 保护煤柱损失量保护煤柱损失量煤 柱 类 型储量（Mt）井田边界保护煤柱3.6075断层保护煤柱2.0013工业广场保护煤柱6.3471井筒保护煤柱0.0000合 计11.95603.2.4 井型校核井型校核按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：1、煤层开采能力井田内 7 煤平均厚度 5.0 m，为厚煤层，赋存稳定，厚度变化不大。根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个大采高工作面保产。2、辅助生产环节的能力校核矿井设计为大型矿井，主立井采用箕斗运煤，副立井采用罐笼辅助运输，运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤经平巷胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，再经主立井提升至地面，运输能力大，自动化程度高。副井运输采用罐笼提升、下放物料，能满足大型设备的下放与提升。大巷辅助运输采用架线电机车运输，运输能力大，调度方便灵活。3、通风安全条件的校核矿井煤尘具有爆炸危险性，瓦斯涌出量小，属低瓦斯矿井。矿井采用中央并列式通风，可以满足通风需要。4、矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，保证有足够的服务中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 21 页年限，满足煤炭工业矿井设计规范要求。中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 22 页4 井田开拓4.1 井田开拓的基本问题井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需认真研究。1、确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置；2、合理确定开采水平的数目和位置；3、布置大巷及井底车场；4、确定矿井开采程序，做好开采水平