资源描述
中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第21页目 录1 矿区概述及井田地质特征11.1矿区概述11.1.1井田位置和交通11.1.2井田自然地理、经济状况21.2井田地质21.2.1井田地层21.2.2井田构造51.2.3水文地质51.3煤层特征71.3.1可采煤层71.3.2煤质71.4煤层开采技术条件81.4.1煤的自燃81.4.2松散土层工程地质特征91.4.3矿床工程地质类型91.4.5瓦斯情况91.4.6 井下热害92 井田境界与储量102.1井田境界102.2矿井地质储量102.2.1储量计算基础102.2.2矿井地质储量112.2.3矿井工业储量112.3 矿井可采储量122.3.1井田边界保护煤柱122.3.2工业广场煤柱122.3.3断层保护煤柱132.3.4大巷保护煤柱132.3.5矿井可采储量133 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限153.1矿井工作制度153.2矿井设计生产能力及服务年限153.2.1确定依据153.2.2矿井设计生产能力153.2.3矿井服务年限153.2.4井型校核164 井田开拓174.1井田开拓的基本问题174.1.1确定井筒形式、数目、位置174.1.2阶段划分和开采水平的确定194.1.3主要开拓巷道194.1.4开拓方案比较204.2矿井基本巷道274.2.1井筒274.2.2井底车场及硐室274.2.3大巷294.2.4巷道支护375 准备方式采区巷道布置385.1煤层地质特征385.1.1采区位置385.1.2采区煤层特征385.1.3煤层顶底板岩石构造情况385.1.4水文地质385.1.5主要地质构造385.1.6地表情况385.2采区巷道布置及生产系统405.2.1采区范围及区段划分405.2.2煤柱尺寸的确定405.2.3采煤方法及首采工作面工作面长度的确定405.2.4确定采区各种巷道的尺寸、支护方式405.2.5采区巷道的联络方式405.2.6采区接替顺序405.2.7采区生产系统415.2.8采区内巷道掘进方法425.2.9采区生产能力及采出率425.3采区车场选型设计436 采煤方法456.1采煤工艺方式456.1.1采区煤层特征及地质条件456.1.2确定采煤工艺方式456.1.3回采工作面参数456.1.4回采工艺及设备456.1.5回采工作面支护方式486.1.6端头支护及超前支护方式506.1.7各工艺过程注意事项516.1.8回采工作面正规循环作业526.2回采巷道布置556.2.1回采巷道布置方式556.2.2回采巷道参数557 井下运输587.1概述587.1.1井下运输设计的原始条件和数据587.1.2运输距离和货载量587.1.3矿井运输系统587.2采区运输设备选择597.2.1设备选型原则597.2.2采区运输设备的选型597.3大巷运输设备选择607.3.1运输大巷设备选择607.3.2辅助运输大巷设备选择608 矿井提升638.1概述638.2主副井提升638.2.1主井提升638.2.2副井提升659 矿井通风及安全679.1矿井地质、开拓、开采概况679.1.1矿井地质概况679.1.2开拓方式679.1.3开采方法679.1.4变电所、充电硐室、火药库679.1.5工作制、人数679.1.6回采工作面进回风巷道的布置679.2矿井通风系统的确定689.2.1矿井通风系统的基本要求689.2.2矿井通风方式的选择689.2.3矿井通风方法的选择699.2.4采区通风系统的要求699.2.5工作面通风方式的确定709.3矿井风量计算709.3.1矿井风量计算方法概述709.3.2回采工作面风量计算719.3.3掘进工作面风量计算729.3.4硐室需要风量的计算739.3.5其他巷道所需风量739.3.6矿井总风量计算739.3.7风量分配749.4矿井通风阻力749.4.1确定矿井通风容易时期和困难时期749.4.3矿井通风阻力计算789.4.4矿井通风总阻力789.4.5矿井总风阻及总等积孔809.5矿井通风设备选型809.5.1通风机选择的基本原则809.5.2通风机风压的确定819.5.3电动机选型829.5.4矿井主要通风设备的要求849.5.5对反风装置及风硐的要求849.6特殊灾害的预防措施859.6.1预防瓦斯和煤尘爆炸的措施859.6.2预防井下火灾的措施859.6.3防水措施8510 设计矿井基本技术经济指标86参考文献87专题部分岩层控制的柔性关键层理论881关键层理论研究背景881.1关键层理论概述881.2关键层理论的工程实践892柔性关键层的提出903柔性关键层的判别924柔性关键层对关键层复合破断和矿压显现的影响955组合梁对关键层和柔性关键层的影响965.1组合梁的力学分析965.2组合梁对关键层和柔性关键层的影响985.3对锚杆支护组合梁的解释1006结论1007延伸问题100翻译部分英文原文102中文译文120致 谢1351 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1井田位置和交通井田位于宿州市西南，其中心位置距宿州市约15km，行政区划隶属宿州市和淮北市濉溪县。地理坐标：东径11651001170000；北纬332700333230。勘查区范围：东起双堆断层，西至南坪断层，南以27勘探线和F22断层为界，北至32煤层-1200m等高线地面投影线。勘查许可证号为3400000520045，勘查登记面积为74.15km2。区内有南坪集至宿州市的公路和四通八达的支线与任楼、许疃、临涣、童亭、桃园等矿井相连。青疃芦岭矿区铁路支线从勘查区南部由西向东穿过，向东与京沪线、向西与濉阜线沟通。合徐高速公路从勘查区东北部穿过，交通十分便利。图1-1 矿区地理位置1.1.2井田自然地理、经济状况（1）自然地理地形地貌：勘查区位于淮北平原中部，区内地势平坦，一般在+0m左右，地势大致呈西北高，东南低的趋势。淮河支流绘河自本区西部的孙疃向东南流经本区，年平均水位：祁县闸上游水位标高17.22m，下游16.07m；年平均流量：上游的临涣7.85m3/s，下游的固镇23.2m3/s。此外，区内人工渠道纵横，水网相对密集。气候：本区属季风暖温带半湿润性气候，年平均降水量850mm左右，年最小降水量为520mm，雨量多集中在七、八两个月；年平均气温1415，最高气温40.2,最低-14；春秋季多东北风，夏季多东南风，冬季多西北风。地震：淮北地区一千年来共发生有感地震40多次，上世纪60年代以来，发生4级以上地震4次。根据国家标准GB50011-2001建筑抗震设计规范，本区抗震设防烈度为度，设计基本地震动峰值加速度为0.05g，地震分组为第三组。（2）经济状况区内以农业为主，盛产小麦、玉米、大豆、山芋、棉花、花生、蔬菜以及苹果、梨、桃、葡萄、湖桑等。勘查区所在地宿州市总人口593万人，2003年全市GDP实现208亿元，全年财政收入11亿元，农民人均纯收入2000元，城镇人均可支配收入5500元。经济结构调整成效明显。农业结构初步形成畜牧、水果、蔬菜、种子四大主导产业；工业经济稳步发展，全市已基本形成食品、纺织、建材、能源、医药等五大支柱产业；全市规模以上工业总产值46.2亿元，已逐渐建成为新兴工业城、现代农业市、皖东北商贸中心。井田位于淮北煤田中的宿县矿区，矿区年生产能力已达到年产原煤1500万吨。井田东邻有桃园、祁南、祁东、芦岭、朱仙庄等五对矿井，西有临涣矿区的任楼、许疃、界沟等三对矿井，南部以27勘探线与邹庄井田搭界。1.2井田地质1.2.1井田地层井田内地层自下而上划分为奥陶系、石炭系、二叠系、第三系和第四系，简述如下：（1）奥陶系（O）分布于本区双堆断层之东，邻区钻孔零星揭露，揭露厚度20.56m，为厚层状、灰褐色的白云质灰岩，溶洞发育。（2）石炭系（C）自下而上划分为本溪组和太原组。（3）中统本溪组(C2b)本区未揭露，据区域资料本组地层厚857.4m，为浅灰色夹紫斑含鲕粒铝质泥岩,间夹薄层灰岩.与下伏奥陶系呈假整合接触。（4）上统太原组（C3t）本区未完全揭露，361孔揭露厚度115m，为灰岩、碎屑岩和薄煤层组成。据邻区祁南井田综合资料，本组厚133m，岩性由灰岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩及薄煤层组成，夹灰岩814层,一般1112层，其中三、四、十二灰三层较厚。五灰十一灰可合并。灰岩多分布于本组上、下部位，各层灰岩具细晶粗晶结构，局部层段含燧石结核。与下伏本溪组整合接触。粉砂岩为灰深灰色，间夹砂质条带。泥岩为深灰黑色，质细均一，含黄铁矿结核。砂岩为灰浅灰色，微带绿色，细砂岩成分以石英、长石为主，钙泥质胶结，性疏松，具不清晰缓波状层理。（5）二叠系（P）下统山西组（P1S）底界为太原组一灰之顶，顶界为骆驼钵砂岩之底，厚度为88.50145.50m，平均111.20m。岩性组合为砂岩、砂泥岩互层、粉砂岩、泥岩和煤层，含10、11两个煤层（组），其中11煤层发育不好，10煤层发育稍好，为局部可采煤层。与下伏太原组整合接触。上段10煤层以上，以浅灰灰白色细中粒砂岩、粉砂岩为主夹泥岩。近10煤层常为石英砂岩，含长石较多，且含泥质包体。中段1011煤层间，由浅灰白色细砂岩和深灰色粉砂岩泥岩条带呈互层状组成，俗称“叶片状砂岩”。下段11煤层以下，以深灰黑灰色粉砂岩为主夹泥岩组成，粉砂岩中含细砂条带线理，显示水平层理，底部为黑灰色泥岩。下统下石盒子组（P1XS）底界为骆驼钵砂岩之底，顶界为K3砂岩之底，厚224.00306.50m，平均265.60m。岩性组合为砂岩、粉砂岩、泥岩、铝质泥岩和煤层。含4、5、6、7、8等5个煤层（组），含煤1019层，平均厚约13.57m。其中51、52、53、62、72、82为可采煤层。上部砂岩较发育，中下部煤层发育，为二叠系主要含煤段。4煤上泥岩具少量紫斑，4、5煤附近泥岩常含菱铁鲕粒和结核。7、8煤组间砂岩水平层理发育，底部铝质泥岩和骆驼钵砂岩为区域性标志层。与下伏山西组整合接触。上统上石盒子组（P2SS）底界为K3砂岩之底，顶界为平顶山砂岩之底，厚约900余米，区内揭露厚度890m，上部1煤至平顶山砂岩无系统揭露。岩性组合为杂色泥岩、粉砂岩、砂岩和煤层。含1、2、3三个煤组，含煤415层，平均厚度约7.83m，其中32煤为可采煤层。1、2煤组偶有可采点，但灰份高，煤质差。上部（1煤上）岩层色杂，多紫色、灰绿色，由上而下杂色渐少。底部K3砂岩是良好的标志层。与下伏下石盒子组整合接触。上统石千峰组(P2Sh)区内未揭露，据邻区资料，厚度大于200m,岩性为一套陆相砖红色、紫红色砂岩，砂砾岩间夹浅猪肝色、灰绿色花斑状砂质泥岩、粉砂岩。与下伏上石盒子组整合接触。（6）下第三系（E）主要分布在本区西部及外围，揭露厚度300.26m。其岩性以紫红色砂砾岩和粉砂岩为主。与下伏地层不整合接触。（7）上第三系揭露有中新统、上新统，两极厚度52.30236.80m，平均157.12m。中新统：厚度在0109.20m，平均厚60.29m，根据岩图1-2 综合地质柱状图性特征，一般分为上、下两段。下段：厚度024.55m，平均6.69m，局部缺失，岩性较复杂，一般由土黄色、灰黄色和杂色含泥质中细砂、砂砾、砾石及粘土砾石组成，局部呈半固结状。上段：厚度084.65m，平均厚度为53.60m，在296、806和696三孔缺失，上中部为灰绿色粘土和砂质粘土组成，下部为砂质粘土、钙质粘土和少量泥灰岩组成。局部夹23层粉砂或细砂、粘土质砂，可塑性强，具膨胀性，少数泥灰岩具溶蚀现象。上新统：厚度在52.30127.60m，平均厚度为96.83m，可分为上、下两段。下段：两极厚度42.3098.35m，平均厚78.96m，岩性以浅棕红、棕褐色及灰绿色中、细、粉砂为主，夹34层粘土或砂质粘土，上部砂层一般纯含泥质少，而下部则含泥质多。在顶部夹有12层细砂岩（盘）。上段：两极厚度10.0029.25m，平均17.88m，岩性由灰黄色、棕红色及灰绿色的粘土或砂质粘土为主，间夹13层薄层透镜状粉砂、细砂等，粘土可塑性强，分布稳定，顶部有一层砂质粘土，富含钙质和黑色铁锰质结核，为一沉积间断的古土壤层，是第三、四系的分界线。（8）第四系:两极厚度为49.2087.35m，平均厚67.46m。 更新统：两极厚度2149.70m，平均厚34.72m，可分为上、下两段。下段：两极厚度11.5026.20m，平均厚度19.12m，岩性以灰黄色、棕黄色细砂、粉砂及粘土质砂为主，夹12层粘土或砂质粘土，含有铁锰质及钙质结核。上段：两极厚度9.5023.50m，平均厚度15.60m，岩性以灰黄色、褐黄色粘土及砂质粘土组成，夹12层粉砂或粘土质砂，一般含较多钙质及铁锰质结核。全新统：两极厚度为28.2037.65m，平均厚度32.74m，岩性主要为灰黄色、黄褐色的粉砂、粘土质砂及砂质粘土、粘土组成，一般具二元结构，由粉砂与粘土组成23个韵律层，上部0.50m为耕植土，在深度35m处富含砂礓结核，底部普遍发育有一层12m的砂质粘土，富含大量有机质，并保存有大量蚌、螺化石及碎片，并含有钙质结核，是全新统与下伏更新统分界的标志。1.2.2井田构造井田位于淮北煤田南部中段，处于北东向的南坪断层、双堆断层所夹持的断块内。区内总体构造形态为一较宽缓向南仰起的向斜，并被一系列北东向断层切割。断层较发育，共查出断层45条，其中正断层26条，逆断层18条，滑覆断层1条，断层走向以北东向为主，少数近南北向及北西向。1.2.3水文地质（1)含、隔水层（组、段）该区新生界松散层的沉积厚度受古地形控制，厚度变化大，除少数基岩裸露区外，厚度为40500m，其变化规律是自北向南、自东向西逐渐增厚，从地层剖面上可划分为四个含水层（组）和三个隔水层（组）（局部地区缺失四含、三含或三隔）。二叠系含煤地层根据主采煤层的赋存层位，一般分为三个砂岩裂隙含水层（段）和四个隔水层（段）。石炭系太原组和奥陶系两个石灰岩岩溶裂隙含水层（段）。（2)含水层（组、段）水文地质特征根据区域地层岩石的含水条件、含水赋存空间分布，可划分为新生界松散层孔隙含水层（组）、二叠系主采煤层砂岩裂隙含水层（段）和太原组及奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层（段）。（3)隔水层（组、段）的水文地质特征新生界松散层隔水层（组）除第四含水层（段）直接覆盖在煤系之上外，新生界第一、二、三含水层（组）之间分别对应有第一、二、三隔水层（组）分布。它们主要由粘土、砂质粘土及钙质粘土组成，厚度10158m，分布稳定，粘土塑性指数为1938，隔水性能较好，尤其是第三隔水层（组），以灰绿色粘土为主，单层厚度大，可塑性强，塑性指数2138，膨胀量近13.7%，隔水性能良好，是区域内重要的隔水层（组）。表1-1 区域含水层（组、段）主要水文地质特征表含 水 层(组、段)名称厚 度(mq(l/s.m)K(m/d)富水性水 质 类 型新生界一含15-300.1-5.351.03-8.67中等强HCO3-Na.Mg新生界二含10-600.1-30.92-10.95中等强HCO3.SO4-Na.CaHCO3-Na.Ca新生界三含20-800.143-1.210.513-5.47中等-强SO4.HCO3-Na.CaHCO3.SO4-Na.Ca新生界四含0-570.00024-2.6350.0011-5.8弱强SO4.HCO3-Na.CaHCO3.Cl-Na.Ca3-4煤间砂岩(K3)含水层20-600.02-0.870.023-2.65弱-中等HCO3.Cl-Na.CaSO4-Ca.Na7-8煤砂岩含水层20-400.0022-0.120.0066-1.45弱-中等HCO3.Cl-Na.CaSO4-Ca.Na10煤上下砂岩含水层25-400.003-0.130.009-0.67弱-中等HCO3.Cl-NaHCO3-Na太原组灰岩含 水 层47-1350.0034-11.40.015-36.4弱强HCO3.SO4-Ca.MgSO4.Cl-Na.Ca奥陶系灰岩含 水 层约5000.0065-45.560.0072-60.24强HCO3-Ca.MgSO4.HCO3-Ca.Mg 二叠系隔水层（段）主要由泥岩及粉砂岩组成，对应各主采煤层砂岩裂隙含水层（段），划分为四个隔水层（段）：12煤隔水层段、46煤隔水层段、8煤下铝质泥岩隔水层段和10煤下海相泥岩隔水层段，它们的隔水性能一般较好。（2)矿井涌水量利用地下水动力学法预算矿井正常涌水量为450m3/h；比拟法预算矿井正常涌水量为434m3/h，最大涌水量为885m3/h。矿井涌水量计算公式和参数选择合理，两种方法预算正常涌水量结果近似，符合本井田水文地质条件和实际水文地质资料反映的规律，建议采用比拟法预算的矿井正常涌水量434m3/h和最大涌水量885m3/h，可供矿井选择排水设备设计时利用。1.3煤层特征1.3.1可采煤层井田内主要含煤地层为二叠系的上、下石盒子组和山西组，区内揭露地层总厚约1266.80m。自上而下含1、2、3、4、5、6、7、8、10和11等十个煤（层）组，含煤30余层，含煤平均总厚为23.47m,含煤系数为1.9%。其中可采煤层8层，为32、51、52、53、62、72、82和10煤层，可采煤层平均总厚13.12m，占煤层总厚的55.9%。其中32、82为主要可采煤层32煤层：位于上石盒子组下部，上与2号煤层平均间距116.5m，煤层厚0.588.22m，平均煤厚2.89m。煤层厚度除个别点较薄或不可采（358孔）外，一般见煤点的厚度均在23m以上。煤层含煤面积49.61km2，可采面积49.55km2，可采系数达99.9%。为全区可采的较稳定的主要可采煤层。煤层结构较复杂,具夹矸,116个可采见煤点中夹矸一层的有49个点，2层的有29个点，3层以上有16个点。夹矸以泥岩和炭质泥岩为主,少数为含炭泥岩。顶板、底板岩性以泥岩为主，次为粉砂岩和细砂岩。为全区可采的较稳定的主要可采煤层。82煤层：位于下石盒子组下部，上与72煤层平均间距28.12m。煤层厚05.46m，平均厚1.78m。96个钻孔穿过点中，无岩浆侵入的正常见煤点62个，其中不可采或尖灭点9个，在井田F17断层以东深部、271、2710、324孔等处形成不可采区。岩浆侵入点32个，其中不可采点9个，吞蚀点1个，在井田F22断层以东浅部，F22F30断层间中部形成大面积岩浆侵蚀不可采区，另有341、349孔等零星岩浆侵蚀不可采区，该煤层分布面积42.44km2，其中可采面积24.69km2，可采系数58.2%，区内煤层大部可采，为较稳定煤层 。煤层结构简单，少数点有一层夹矸，岩性为炭质泥岩，顶板为细砂岩、粉砂岩及泥岩，底板为泥岩及粉砂岩。1.3.2煤质（1）煤类分布本区煤类总体以气为主，又有少量的不粘煤、贫煤、焦煤、弱粘煤。在勘探区内，32煤层全区为QM。82煤层受岩浆岩侵入影响较小，全区以1/3JM为主。（2）煤的工业分析原煤水分（Mad）：各可采煤层原煤空气干燥基水分平均在1.28-1.39%之间，以51煤层较低，53、72煤层较高，但变化不甚明显。灰分（Ad）区内各可采煤层原煤干燥基灰分平均值在18.3728.89%之间，53煤层较高，10煤层较低，均属中灰煤。浮煤挥发分（Vdaf）各可采煤层浮煤干燥无灰基挥发分平均值在27.9138.60%之间，以32煤层较高，72煤层较低。72煤属中等挥发分煤，32煤属高挥发分煤，其余煤层均属中高挥发分煤。各可采煤层原煤挥发分平均值在26.9238.86%之间。除72煤因受岩浆岩侵入影响较大，原煤挥发分比浮煤挥发分略低外，其余煤层原煤挥发分都比浮煤挥发分略高。（3）有害元素全硫（St.d）：各可采煤层原煤干燥基全硫平均值在0.371.05%之间，通过与各煤层干燥基高位发热量换算后所得的原煤干燥基全硫平均值在0.371.03%之间，32煤属中硫煤，82煤为低硫煤，其余煤层均属特低硫煤。32煤层硫分相比其它煤层略有偏高，主要是其中的硫化铁硫含量相对较高所致。32煤层以中硫煤为主，次为低硫煤，少量中高硫煤和特低硫煤；51煤层以特低硫煤为主，少量低硫煤和中高硫煤，52、82煤层以特低硫煤为主，少量低硫、中硫和中高硫煤，53、62、72、10煤层以特低硫煤为主，少量中硫煤和低硫煤。（4）发热量（Qbd）区内各可采煤层原煤干燥基弹发热量平均值在23.8828.67MJ/Kg之间，由原煤干燥基弹筒发热量求出各煤层原煤干燥基高位发热量，其平均值在23.8128.66MJ/Kg之间，32、51、52、53、62煤层为中热值煤，72、82、10煤层为高热值煤。（5）粘结性和结焦性粘结指数（GR.I）：各煤层粘结指数平均值在47.082.1之间，62、72煤层属中粘结性煤，其余煤层均属强粘结性煤。胶质层最大厚度（Y）：各煤层胶质层最大厚度平均值在12.2-18.4mm之间，均属中等结焦性煤，焦块特征为部熔完全熔合状态。（6）煤的可磨性本报告对区内各煤层做了可磨性测定，可磨性系数在65142之间，均为易破碎煤。综合以上本区瓦斯资料，再结合邻区任楼及祁东矿井的瓦斯资料，认为本区瓦斯在-600m以浅含量较低，而-600m以深瓦斯含量相对较高，且在F22断层与F17断层之间的夹块内及F22以西局部块段具有富集的可能。因此在开采中应予以充分重视，特别是在压性断层附近及少数高瓦斯区要注意防止瓦斯突出现象。（7）煤尘区内各可采煤层火焰长度在40300mm之间或显示有火，岩粉量最大可达90%,因此本区各可采煤层均有煤尘爆炸危险性。1.4煤层开采技术条件1.4.1煤的自燃各煤层自燃倾向等级为：32、51煤层为不自燃很易自燃，52、10煤层为不自燃，53煤层为不易自燃易自燃，62煤层为不自燃很易自燃，72、82煤层为不自燃易自燃。1.4.2松散土层工程地质特征本井田新生界松散层厚度124.60251.30m，上部砂层多、含水丰富，有大量流砂层；下部为半固结状粘土，故井筒宜采用冻结法施工。1.4.3矿床工程地质类型煤矿床是以碎屑岩组为主的坚硬半坚硬层状岩类矿床，煤系地层岩性大多胶结良好。煤层直接顶、底板以泥岩为主，特别是顶底板为炭质泥岩、含炭泥岩，厚度小，岩石办学指标相对较低，多属软岩，稳定性差。粉砂岩和砂泥岩互层属中等坚硬岩类，细砂岩、中砂岩胶结良好，岩石坚硬致密，抗压强度高，稳定性好，工程地质条件良好。矿床浅部基岩风化带岩芯不完整，断层带岩石破碎，均属软弱结构面。综上所述，本井田矿床工程地质条件为中等类型。1.4.5瓦斯情况可采煤层瓦斯甲烷成分最高达96.36%，瓦斯含量最高达24.79m3/t燃（32煤）。瓦斯含量随着煤层埋深的增加，其瓦斯含量有逐渐增大的趋势，煤层埋深-600m水平以上瓦斯平均含量均小于2.5 m3/t燃。1.4.6 井下热害本井田的恒温带深度是33m，温度为17.9，温度梯度为1.12.8/百m；一级高温区（31）-662-837m以下，二级高温区（37）-862-953m以下；而-650m水平的温度在30左右，已达到或接近一级高温。由于井下温度高，对井下工人工作条件不利，今后生产中都应采取有效地措施。2 井田境界与储量2.1井田境界 井田位于宿州市西南，其中心位置距宿州市约15km，行政区划隶属宿州市和淮北市濉溪县。地理坐标：东径11651001170000；北纬332700333230。勘查区范围：东起双堆断层，西至南坪断层，南以27勘探线和F22断层为界，北至32煤层-1200m等高线地面投影线。勘查许可证号为3400000520045，勘查登记范围见表1.1,勘查登记面积为74.15km2。2.2矿井地质储量2.2.1储量计算基础（1）根据本矿的井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算；（2）根据煤炭资源地质勘探规范和煤炭工业技术政策规定：煤层最低可采厚度为0.70m，原煤灰分40%；（3）依据国务院过函（1998）5号文关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问题的批复内容要求：禁止新建煤层含硫份大于3%的矿井。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0.05m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）井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段平均法。图2-1 块段划分示意图2.2.2矿井地质储量矿井可采煤层为32#煤、82#煤。由于矿井井田形状规整，本区矿井储量采用网格法，将井田分为A、B、C四个块段（根据等高线疏密程度划分面积小块）具体分块情况见图2-1井田地质储量计算面积划分示意图，根据每个面积小块的等高线水平间距和高差计算出面积小块的煤层倾角，用CAD命令计算面积小块的水平面积，由此可计算得出每个块段的不同储量，矿井地质总储量即为各块段储量相加之和。再根据： （2-1）式中Z矿井地质储量，tS 井田块段面积，m2m煤层平均厚度 煤层的容重，1.4 t/m3 各块段煤层的倾角由式2-2及矿井块段划分图，得各块段地质储量计算见下表2-3-1：表2-1 矿井地质储量计算表块段名称倾角/面积/km2煤层厚度/m储量核算/Mt3282A15.87.4762.891.7850.80B12.618.252.891.78121.76C12.97.2252.891.7848.46总计221.02则矿井地质储量Z=221.02Mt 2.2.3矿井工业储量根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%推断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%的是经济的基础储量，30%的是边际经济的基础储量，则矿井工业资源/储量由式计算。矿井工业储量可用下式计算： （2-2）式中 矿井工业资源/储量； 探明的资源量中经济的基础储量；控制的资源量中经济的基础储量；探明的资源量中边际经济的基础储量；控制的资源量中经济的基础储量； 推断的资源量；可信度系数，取0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存较稳定的矿井，取0.7。该式取0.8。92.83（Mt）46.41（Mt）39.78（Mt）19.89（Mt）17.68（Mt）因此将各数代入式2-2得：216.59（Mt）2.3 矿井可采储量2.3.1井田边界保护煤柱根据朱集矿的实际情况，鉴于本井田大部分边界为断层边界，按照煤矿安全规程的有关要求，井田边界内侧暂留30m宽度作为井界煤柱，则井田边界保护煤柱的损失按下式计算。 （2-3）式中：P井田边界保护煤柱损失，万t。H井田边界煤柱宽度，30m；L井田边界长度，26606m；m煤层厚度，m；r煤层容重，1.4t/m3；代入数据得：P=3026606（2.89+1.78）1.4=5.22Mt2.3.2工业广场煤柱根据煤炭工业设计规范不同井型与其对应的工业广场面积见表2-2。第5-22条规定：工业广场的面积为0.8-1.1平方公顷/10万吨。本矿井设计生产能力为150万吨/年，所以取工业广场的尺寸为300m400m的长方形。煤层的平均倾角为10度，工业广场的中心处在井田走向的中央，倾向中央偏于煤层中上部，其中心处埋藏深度为-480m，该处表土层厚度为220m，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15m。本矿井的地质掉件及冲积层和基岩层移动角见表2-3。表2-2 工业场地占地面积指标井 型（万t/a）占地面积指标（公顷/10万t）240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.8表2-3 岩层移动角广场中心深度/m煤层倾角煤层厚度/m冲击层厚度/m-50012.62.89220427373.369由此根据上述以知条件，画出如图2-2所示的工业广场保护煤柱的尺寸。2.3.3断层保护煤柱井田32煤层赋存范围内存在数条断层，两侧各留30 m保护煤柱，则其煤柱损失可由下式求得： （2-4）式中：Pf煤柱损失，t；Li断层长度，m；m13-1#煤层厚度，m；煤层容重，t/m3。已知=1.4t/m3，m=2.89 m，代入（2-5）可得：2.3.4大巷保护煤柱取大巷保护煤柱的宽度为30m计算可得大巷保护煤柱总量为：2.91Mt综上，矿井的永久保护煤柱损失量汇总见表2-4。表2-4 永久保护煤柱损失量煤柱类型储量/Mt井田边界保护煤柱5.22断层保护煤柱2.79大巷保护煤柱2.91工业广场保护煤柱4.35合计15.272.3.5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： （2-5）式中：Zk 矿井可采储量，t；Zg 矿井的工业储量，216.6Mt；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，15.27Mt；C带区采出率；根据煤炭工业矿井设计规范2.1.4条规定：矿井的采出率，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。本设计矿井32煤层厚度为4m，属于厚煤层，且为主采煤层，因此带区采出率选择0.8。则代入数据得矿井设计可采储量：图2-2 工广保护煤柱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2.2.3条规定，矿井设计宜按年工作日330d计算，每天净提升时间宜为16h。矿井工作制度采用“三八制”作业，两班生产，一班检修。3.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1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，煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿区规模定得太大；（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矿井设计生产能力本矿井井田范围内煤层赋存简单，地质条件较好，首采煤层平均厚度4m，煤层平均倾角25，属近水平煤层，易于发挥工作面生产能力。全国煤炭市场需求量大，经济效益好。结合本矿区的煤炭储量，确定本矿井设计生产能力为1.5Mt/a。3.2.3矿井服务年限矿井可采储量、设计生产能力A和矿井服务年限T三者之间的关系为：T=Zk/(AK) （3-1）式中：T 矿井服务年限，a；ZK 矿井可采储量，161.06Mt；A 设计生产能力，1.5Mt/a；K 矿井储量备用系数。矿井投产后，产量迅速提高，矿井各生产环节需要有一定的储备能力。例如局部地质条件变化，使储量减少；或者矿井由于技术原因，使采出率降低，从而减少了储量。因此，需要考虑储量备用系数。煤炭工业矿井设计规范第2.2.6条规定：计算矿井及第一开采水平设计服务年限时-，储量备用系数宜采用1.31.5。结合本设计矿井的具体情况，矿井储量备用系数选定为1.5。把数据代入公式3-1得矿井服务年限：T=161.06100/（1501.5）=71.58（年）3.2.4井型校核按矿井的实际煤层开采能力，运输能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：（1）煤层开采能力的校核井田内32煤层为首采煤层，煤厚2.89m，为厚煤层，赋存稳定，厚度基本无变化。煤层倾角平均12，地质条件简单，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个综采大采高工作面来满足井型要求。（2）运输能力的校核矿井设计为大型矿井，开拓方式为立井两水平开拓。井下煤炭运输采用胶带输送机运输，工作面生产的原煤经胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，运输连续、能力大，自动化程度高，机动灵活；井下矸石、材料和设备采用轨道运输，运输能力大，调度方便灵活。（3）通风安全条件的校核矿井采用中央并列式通风系统，抽出式通风方式，井田中央各布置一个回风井，可以满足通风要求。（4）储量条件的校核根据煤炭工业矿井设计规范第2.2.5条规定：矿井的设计生产能力与服务年限相适应，才能获得好的技术经济效益。井型和服务年限的对应要求见表3-1。表3-1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力万/ta-1矿井设计服务年限/a第一开采水平服务年限煤层倾角45600及以上7035300500603012024050252015459040201515930各省自定由上表可知：煤层倾角低于25，矿井设计生产能力为1.22.4Mt/a时，矿井设计服务年限不宜小于50a，第一开采水平设计服务年限不宜小于30a。本设计中，煤层倾角低于25，设计生产能力为1.5Mt/a，矿井服务年限为71.58a，符合煤炭工业矿井设计规范的规定。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。井田开拓具体有下列几个问题需要确定：（1）确定井筒的形式、数目和配合，合理选择井筒及工业广场的位置；（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，做好开采水平的接替；（5）进行矿井开拓延深、深部开拓和技术改造；（6）合理确定矿井通风、运输及供电系统。开拓问题解决的好坏，关系到整个矿井生产的长远利益，关系到矿井的基建工程量、初期投资和建设速度，从而影响矿井经济效益。因此，在确定开拓方式是要遵循以下原则：（1）贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤、高产高效创造条件。在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。（2）合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。（3）合理开发国家资源，减少煤炭损失。（4）要建立完善的通风、运输、供电系统、创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好的状态。（5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，应为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综合机械化、自动化创造条件。（6）根据用户需要，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。4.1.1确定井筒形式、数目、位置（1）井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井，各井筒形式优缺点比较及适用条件见表4-1。钱营孜矿为第一水平井深480m，二水平700m煤层倾角平均12，为缓倾斜煤层，主采煤层3-2埋深平均-480m，表土层厚约220m，综上适合采用立井施工，井筒需采用特殊施工方法表土段采用冻结法施工，基岩段采用地面预注浆施工。（2）井筒数目的确定对初期工业场地内的井筒数目提出了如下方案：工业场地内布置主井、副井、中央风井共三个井筒。其中主井井筒主要承担矿井煤炭提升及兼进部分风；副井井筒主要担负矸石、人员、设备及材料等辅助提升和进风，井筒内装备梯子间，作为矿井的安全出口，井筒内布置有压风管、洒水管、动力电缆和通讯电缆；风井承担矿井回风。表4-1 各井筒形式优缺点比较及适用条件井筒形式优点缺点适用条件平硐环节和设备少、系统简单、费用低工业设施简单井巷工程量少，省去排水设备，大大减少了排水费用施工条件好，掘进速度快，加快建井工期煤炭损失少。受地形影响特别大有足够储量的山岭地带斜井与立井相比：井筒施工工艺、设备与工序比较简单，掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少地面工业建筑、井筒装备、井底车场简单、延伸方便主提升胶带化有相当大提升能力，能满足特大型矿井的提升需要斜井井筒可作为安全出口。与立井相比：井筒长，辅助提升能力小，提升深度有限通风线路长、阻力大、管线长度大斜井井筒通过富含水层，流沙层施工复杂。井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质条件简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。立井不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地质等自然条件限制井筒短，提升速度快，对辅助提升特别有利当表土层为富含水层的冲积层或流沙层时，井筒容易施工井筒通风断面大，能满足高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井需风量的要求，风阻小，对深井开拓极为有利。井筒施工技术复杂，设备多，要求有较高的技术水平井筒装备复杂，掘进速度慢，基建投资大。对不利于平硐和斜井的地形地质条件都可考虑立井。（2）井筒数目的确定对初期工业场地内的井筒数目提出了如下方案：工业场地内布置主井、副井、中央风井共三个井筒。其中主井井筒主要承担矿井煤炭提升及兼进部分风；副井井筒主要担负矸石、人员、设备及材料等辅助提升和进风，井筒内装备梯子间，作为矿井的安全出口，井筒内布置有压风管、洒水管、动力电缆和通讯电缆；风井承担矿井回风。（3）井筒位置的确定本设计在选择井口位置时主要依据以下原则：工业场地应尽量靠近地质构造简单、块段完整且储量丰富的块段，以利于首采盘区位置选择和首采工作面布置，并尽量减少初期工程量，减少投资，缩短建井工期；工业场地尽量避开村庄、道路、沟渠等；井筒、井底车场尽量避开断层、陷落柱等构造带；井底车场巷道特别是主要硐室的岩性要好；场地尽量少压煤，特别是少压开采条件较好的煤；井位的确定兼顾分区划分的合理性；工业场地尽量布置在开阔地带，并尽量靠近已有的公路及铁路，尽量减少铁路、公路、供电线路的长度，以降低工程造价；井田两翼储量基本平衡。基于上述原则，结合本矿井实际地质资料，本设计将主井井口定于井田中央处。该处表土层厚度约220m，地面平坦、无村庄。该方案的主要优点如下：工业场地位于井田中央及储量中心，便于两翼均衡开采;工业场地所在地无村庄，不需拆迁，可降低投资、缩短建井工期;工业场地两侧首采块段勘探程度高，煤层赋存条件较好;矿井两翼边界均有安全出口，抗灾能力强;矿井后期最长通风线路较短。图4-1 工业广场位置4.1.2阶段划分和开采水平的确定根据井田条件和煤炭工业设计规范的有关规定，本井田可划分为2个阶段，设置2个水平。开采水平划分的依据：（1）是否有合理的阶段斜长；（2）阶段内是否有合理的带区数目；（3）要保证开采水平有合理的服务年限和足够的储量；（4）要使水平高度在经济上合理。本设计主采煤层为32号煤层，平均倾角为12.6,本矿区内32煤煤层绝大部分赋存标高在-240m-750m之间，根据煤炭工业设计规范规定，缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高为200350m，针对于本矿井的实际条件，决定煤层的阶段垂高为250m左右，设两个水平。4.1.3主要开拓巷道32煤层平均厚度为2.89m，赋存稳定，为缓倾斜煤层，煤层厚度变化不大。考虑到矿井服务年限较长，巷道埋深较深，地压大，为便于巷道后期维护，故矿井轨道大巷和胶带运输大巷和回风大巷布置在32煤层底板岩层中，大巷间距50m。布置一条轨道大巷，一条胶带运输大巷和一条回风大巷，共三条。4.1.4开拓方案比较（1）提出方案根据以上分析及矿井的实际情况，现提出以下四种在技术上可行的开拓方案，分别如图4-2图4-5所示。方案一：双立井单水平开拓，轨道大巷、胶带运输大巷和回风大巷皆为岩石大巷，布置在32煤层底板岩层中；大巷兼做上山开采中间块段，设置辅助石门开采中间块段上半部分和西区块段；通风方式初期采用中央并列式通风，即将风井布置在井田中央的工业广场内，与主副井一起，后期采用区域式通风，如图4-2所示；方案二：双立井单水平开拓，轨道大巷、胶带运输大巷和回风大巷皆为岩石大巷，布置在32煤层底板岩层中；大巷兼做上山开采中间块段，设置辅助大巷开采中间块段上半部分和西区块段；通风方式初期采用中央并列式通风，即将风井布置在井田中央的工业广场内，与主副井一起，后期采用区域式通风，如图4-3所示；方案三：双立井两水平开拓，一水平布置在-480m，二水平-700m，二水平主井、副井、风井立井延伸，轨道大巷、胶带机大巷和回风大巷皆为岩石大巷，布置在32煤层底板岩层中；通风方式采用中央并列式通风，即将风井布置在井田中央的工业广场内，与主副井一起，如图4-4所示。方案四：双立井两水平开拓，一水平布置在-480m，二水平-700m，二水平主井暗斜井延伸，副井、风井立井延伸，轨道大巷、胶带机大巷和回风大巷皆为岩石大巷，布置在32煤层底板岩层中；通风方式采用中央并列式通风，即将风井布置在井田中央的工业广场内，与主副井一起，如图4-5所示。（2）技术比较以上所提的四种方案中，方案一、方案二主要区别在于西翼和中部块段的上部的开采时，辅助水平的设置方式不同：方案一中设置石门辅助水平，方案二中设置大巷辅助水平。由于中间块段煤层的垂高大于350m，按照规程若采用单水平开采需设置辅助水平。方案一在-500水平开凿垂直于煤层走向方向的石门；方案二在-500水平沿煤层走向开凿大巷。方案一石门直接连通西翼采区节省巷道，建井工期短，但是石门与大巷连接处还需开凿上山等为中部块段上半部分的开采做准备，巷道连通复杂，容易发生应力集中，因而要留着足够的保护煤柱并且加强支护。而方案二大巷沿走向开凿至井田边界后石门连接西翼采区，中部块段上部开采开凿上山和大巷交汇处可适当错开距离，应力集中不明显，利于巷道的维护，但巷道距离相应增加。方案三、方案四的主要区别在二水平延伸方式的不同。方案三主井均采用立井直接延伸，而方案四主井采用暗斜井延伸。，方案三多开立井井筒200 m、阶段石门1000 m，采用立井提升优点是提升能力达，矿井延深在条件允许时，设备增加较少；但施工条件差，施工速度慢，开拓维护费用高。采用斜井提升时，施工速度快，费用低，但需要与暗斜井配套的设备、人员，考虑到方案一减少了运煤环节，减少了运输距离，胶带运输适用倾角不大的暗斜井，方案四优于优于方案三。中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第22页图4-2 方案一：双立井单水平石门辅助水平布置图4-3 方案二：双立井单水平大巷辅助水平布置中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第63页图4-4 方案三：两水平立井直接延伸图4-5 方案四：两水平主井暗斜井延伸副井立井直接延伸（3）粗略经济比较四种方案进行详细的经济比较步骤较多，因此，把相近的方案一和方案二，方案三和方案四先分开分别进行粗略的经济比较，选出经济上有明显优势的方案进行下一步的详细经济比较。各方案的粗略估算费用见表4-2。表4-2 各方案粗略估算费用表方案一方案二基建费辅助水平石门开凿1.21.4622659.7=4666.2辅助水平大巷开凿1.22.9192659.7=9316.4生产费石门运输1.240641.4620.35=2495.5大巷运输1.240642.9190.35=4982.4总计费用/万元7161.7费用/万元14298.8百分数(%)100.00百分数(%)199.66方案三方案四基建费主井立井延伸1.20.29138.5=2193.2主井暗斜井延伸1.21.2483543.1=5292.7石门开凿1.2
展开阅读全文