山西长治郊区三元南耀吉安煤业3#煤层矿井设计

继续教育学院毕业设计（论文）纸I目录1 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 .72 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 143 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 .163.1 矿井工作制度 163.2 矿井设计生产能力及服务年限 164 井田开拓 .184.1 井田开拓基本问题 184.2 矿井基本巷道 265 准备方式 采区巷道布置 345.1 首采区位置 345.2 采区巷道布置 345.3 采区主要生产系统 345.4 首采工作面个数及位置 355.5 巷道掘进 356 采煤方法 .386.1 采煤方法的选择 386.2 采煤工艺的确定 396.3 工作面主要设备选型 396.4 工作面回采方向 436.5 放顶煤工作面参数的确定 446.6 工作面回采方式及接替顺序 457 大巷运输及设备 .467.1 运输方式的选择 467.2 运输设备选型 478 矿井提升 .508.1 提升方式 508.2 主井提升设备 508.3 副井提升设备 559 矿井通风及安全 .629.1 概况 62继续教育学院毕业设计（论文）纸II9.2 矿井通风 639.3 灾害预防及安全装备 7410 设计矿井基本经济指标及环境保护 8710.1 设计矿井基本技术经济指标 .8710.2 环境保护 .90参考文献 .99致 谢 100全套图纸加 153893706继续教育学院毕业设计（论文）纸11 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 井田位置、范围及交通条件长治市郊区三元南耀吉安煤业有限公司地处沁水煤田潞安矿区东北部的西白兔乡南村、中村一带，东距榆黄公路、太焦铁路约 10km，西距 208 国道约 10km，南距王庄煤矿铁路专用线 5.5km，南距长治市约 40km，距潞城市 25km。交通运输极为便利。交通位置见图 1-1。井田交通位置示意图图 1-1继续教育学院毕业设计（论文）纸2整合后的吉安井田范围由 20 个拐点连线组成的不规则多边形，南北长 2.5km，东西宽 1.215km，整合后井田面积为 1.9719km2。1.1.2 地形、地貌井田位于太行山西侧长治盆地的东北部，全部为黄土覆盖，地形较为平坦，最高海拔约+962.5m ，最低海拔 +917.50m，相对高差约 45m，地势东北高、西南低。1.1.3 气候、地震1、气象井田属东亚季风区暖温带半湿润地区，大陆季风气候显著，冬季寒冷，夏季暖湿多雨，气候适宜。年内常有干旱、霜冻、冰雹、暴雨、大风等灾害性天气发生，多地方性风，夏季多为东南风，冬季多为西北风，最大风速 1416m/s。据长治市气象站观测统计，近 50 年来，年平均气温 9.1，最高气温 37.6，最低气温-23.0（1984 年12 月 8 日） ；年降雨量最小为 340.9mm（1965）年，最大为 832.9mm（1971）年，平均 595mm，雨季多集中在七、八两个月；年平均蒸发量 1558mm，为降水量的 3 倍；年平均无霜期 170 天左右，冰冻期为十一月至次年三月，最大冻土深度 0.75m。2、地震据长治市地震局资料，长治地区除 1890 年五乡县发生过 5.5 级（烈度 7 度）地震外，尚未发生过 4 级以上的地震，但 4 级以下的小地震比较频繁。按照 GB18306-2001中国地震动参数区划图 ，调查区地震动反应谱特征周期（f）为 0.45s，地震动峰值加速度为 0.05g，对应的地震基本烈度为 6 度。1.1.4 水文状况井田位于辛安泉域中部襄垣至长治之间迳流区。泉域边界：东为太行山西麓隔水层隆起带，是泉域隔水边界；南为高平北部丹朱岭（长子县南部）附近纬向移动的地下分水岭；西为漳河与汾河流域边界，与地表分水岭基本一致，在构造上处于沁水大向斜轴部；北为武乡榆社和顺一带的可移动的地下分水岭。区域内主要河流是漳河，属海河水系，分清漳河和浊漳河两支。1.2 井田地质特征1.2.1 井田煤系地层本井田主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组。现分述如下：1、二叠系下统山西组（P 1s）含 煤 2 4 层 ， 自 上 而 下 编 号 有 1、 3 号 煤 层 。 含 煤 地 层 平均厚 56.47m。煤层平均厚6.88m，平均含煤系数 12.18%。其中 3 号煤层位于本组中部，全井田可采 (已分布有采空区) ， 1 号 煤 层 不可采。2、石炭系上统太原组（C 3t）含煤 1214 层，含煤地层平均厚 107.19m。煤层平均厚 6.97m，含煤系数平均为6.50%。有编号的 11 层，自上而下编号有 7、8-2、9、9 下 、11、12、13、14、15-1、15-2 、15-3 号煤。其中 8-2、15-1 、15-3 号煤层全井田可采， 9 号煤层零星可采，15-2 煤层零星可采，其余煤层均不可采。1.2.2 井田地质构造1、区域地质构造潞安矿区位于太行山背斜西翼，沁水复向斜的东侧。沁水盆地东部地层大致为走向北东，向西倾斜的单斜构造。受新华夏构造运动的影响，区域性的褶曲呈雁行排列，彼此平行，本井田地处晋获褶断带西侧、武阳凹褶带东侧。继续教育学院毕业设计（论文）纸3晋获褶断带：从河北获鹿起，经黎城、潞城、长治东侧向南一直到晋城市南村一带，延伸长 250km，宽 2025km，总体走向为 N25E，由相互平行的断裂和褶皱组成。继续教育学院毕业设计（论文）纸41-2 山西省东南部构造纲要图武阳凹褶带：主要展布于屯留、阳城一线以西，北北东向斜贯沁水盆地，总体为一复式向斜，主要形迹为一系列褶皱，局部发育压性断裂，褶皱规模都不大，为极开阔平缓的褶曲。潞安矿区处于武乡阳城凹褶带中段，晋城获鹿褶断带西侧，矿区主体构造线继续教育学院毕业设计（论文）纸5方向与晋获褶断带一致，呈北北东北东东向。因受东侧晋-获褶断带构造的影响，区域内所见断层走向以北东、北北东向为主，均为高角度正断层。北北东向断层以长治断裂为最大，倾向 295，倾角 70，最大断距 600m。北东向断层主要有二岗山南、北断层、安昌断层与中华断层、文王山南、北断层等，它们分别组成了二岗山地垒、文王山地垒等。二岗山南、北断层断距最大 300400m ，安昌断层断距 40150m 。区域内无岩浆岩侵入。(见图 2-1-1 山西省东南部构造纲要图)2、井田构造受区域构造的影响，井田内构造总体为两组近北东向的宽缓褶曲，产状一般 5 8，局部可达 10。据 3 号煤层开采资料，井田内未见断层和陷落柱，无岩浆岩侵入。井田构造类型属简单类。3、构造对煤矿生产的影响从整合地质报告及现有 3 号煤层开采资料来看，井田内未见断层和陷落柱，无岩浆岩侵入。井田构造类型属简单类。井田构造对煤层开采无影响。由于开采规模有限，井下也可能有隐伏构造尚未发现，建议建设单位在生产中要做到有掘必探，先探后采，防患于未然。1.2.3 井田水文地质特征1、区域水文地质概况井田位于辛安泉域中部襄垣至长治之间迳流区。泉域边界：东为太行山西麓隔水层隆起带，是泉域隔水边界；南为高平北部丹朱岭（长子县南部）附近纬向移动的地下分水岭；西为漳河与汾河流域边界，与地表分水岭基本一致，在构造上处于沁水大向斜轴部；北为武乡榆社和顺一带的可移动的地下分水岭。区域内主要河流是漳河，属海河水系，分清漳河和浊漳河两支。2、各含、隔水层特征(一) 主要含水层1) 奥陶系中统（O 2）岩溶裂隙含水层该含水层在井田内未出露，主要由石灰岩、白云质灰岩及泥灰岩等组成，含水空间以岩溶裂隙为主。根据钻孔揭露，峰峰组厚度 257.74m，下部以泥灰岩、角砾状泥灰岩为主，含石膏层，泥灰岩顶部岩溶裂隙发育；上部以石灰岩为主，垂直裂隙发育。上马家沟组未揭穿，岩性主要为石灰岩、泥灰岩，岩溶裂隙发育。根据补 3 号孔简易水文地质观测，在该层段中钻进时，孔内冲洗液全部漏失。根据本次补 3 号孔对上马家沟组中上部及峰峰组混合抽水试验资料，单位涌水量0.1431L/s.m，渗透系数 0.2184m/d，水位标高+639.91m（为方便叙述，后文均按 640m叙述） ，为中等富水性含水层，结合区域资料，本含水层属中强富水性含水层。2) 石炭系上统太原组(C 3t)含水层组井田内地表无出露，为碎屑岩夹碳酸盐岩层间岩溶裂隙含水层，含水层主要由K2、K 3、K 4、K 5等石灰岩组成，含水空间以岩溶裂隙为主，构成太原组各煤层的直接充水含水层。 K2石灰岩岩溶裂隙含水层为 14 号煤层直接顶板，距 15-1 号煤层顶平均间距 4.31m，距 15-2 号煤顶层平均间距 5.36m，距 15-3 号煤层顶平均间距 9.94m，分布范围广， K2石灰岩厚度5.108.60m，平均 6.71m，垂直裂隙发育， 部分被方解石充填，见溶孔，少数钻孔裂隙面上有水锈，部分钻孔在该层段钻进时冲洗液有漏失现象。 K3石灰岩岩溶裂隙含水层 继续教育学院毕业设计（论文）纸6为 13 号煤层的直接顶板，厚度 1.653.55m，平均 2.30m，部分地段垂直裂隙发育，见小溶孔。 K 4石灰岩岩溶裂隙含水层为 11 号煤层直接顶板，厚度 2.454.55m，平均 3.75m，岩溶裂隙发育不均一，在局部地段见垂直裂隙和溶孔。 K 5石灰岩岩溶裂隙含水层K5石灰岩为 7 号煤层直接顶板，厚度 1.553.80m，平均 2.63m，岩溶裂隙发育不均一，在局部地段见垂直裂隙和溶孔。根据补 3号孔简易水文地质观测，在该层段中钻进时，孔内冲洗液全部漏失。根据本次补 3 号钻孔对太原组进行混合注水试验，单位注水量 q=0.0351L/s.m，渗透系数 K=0.2530m/d，水位标高 +680.01m。3）二叠系下统山西组(P 1s)砂岩裂隙含水层为碎屑岩裂隙含水层，井田内地表无出露，含水层主要由中、细粒砂岩组成，含水空间以构造裂隙为主。根据钻孔简易水文地质观测，在该层段中钻进遇到采空区时（补 1、补 4 及补 5） ，孔内冲洗液全部漏失。未遇到采空区的钻孔，冲洗液消耗量不大。据邻区（王庄井田）43 号钻孔抽水试验资料: 单位涌水量 q=0.00084L/s.m，渗透系数 K=0.00567m/d。该含水层为弱富水性含水层。4）二叠系下统下石盒子组(P 1x)中部及底部 K8砂岩裂隙含水层为碎屑岩裂隙含水层，井田内地表零星出露，含水层主要由中细粒砂岩组成，含水空间以构造裂隙为主；含水层埋藏浅或出露于地表时，含水空间以风化裂隙为主，成为基岩风化带裂隙含水层。根据孔简易水文地质观测，在该层段中钻进遇到采空区时，孔内冲洗液全部漏失。未遇到采空区的钻孔，冲洗液消耗量不大。受采煤时形成的导水裂隙带的影响，K 8砂岩裂隙含水层也构成 3 号煤层的直接充水含水层。（二）主要隔水层1）石炭系上统太原组 15-3 号煤层底部至中统本溪组底隔水层岩性主要为灰绿色泥岩、铝质泥岩及砂质泥岩组成，厚度 12.4020.40m ，平均13.94m，透水性差，平行不整合于峰峰组石灰岩岩溶裂隙含水层之上，阻隔其上、下含水层间水力联系。2）太原组上部石灰岩层间隔水层主要由灰黑色泥岩、砂质泥岩组成，分布于各石灰岩含水层之间，起层间隔水的作用。3）二叠系砂岩含水层层间隔水层主要由泥岩、砂质泥岩等组成，呈层状分布于各砂岩含水层之间，形成平行复合结构，起层间隔水作用。3、地质构造对矿井充水的影响井田内未见断层及陷落柱，但可能存在隐伏未探明的断层和陷落柱。据邻区生产矿井的调查，断层和陷落柱均具有一定的导水性，有沟通其它含水层之间的水力联系的可能。因此存在开采井田内 3、15 号煤层时，通过断层沟通其它含水层对矿井产生侧向突水的可能，因此在断层附近一定要预留防水煤柱，防止侧向突水；同时在开采过程中可能会出现未探明的导水断层，生产中要坚持“预测预报，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原则。继续教育学院毕业设计（论文）纸74、矿井涌水量开采 3 号煤层矿井正常涌水量为 3000m3/d（125m 3/h） ，最大涌水量为3600m3/d（150m 3/h） ；开采 8-2 号煤层矿井正常涌水量为 3600m3/d（150m 3/h） ，最大涌水量为 4300m3/d（180 m 3/h） ；开采 15 号煤层矿井正常涌水量为 4500m3/d（187.5 m3/h） ，最大涌水量为 5400m3/d(225 m3/h)。1.3 煤层特征1.3.1 可采煤层赋存特征井田内可采煤层为 3、8-2、15-1、15-3 号煤层。可采煤层均为稳定型（一型）倾角较小为近水平煤层。煤层顶底板岩性特征以及煤层层间距一览表见表 1-11.3.2 煤层的围岩性质井田内可采煤层为 3、8-2、15-1、15-3 号煤层。位于山西组下部的 3 号煤层，上距 K8砂岩 28.37 39.60m，平均 33.47m。下距 K7砂岩 3.8320.03m，平均 13.05m，下距 8-2 号煤层 31.2375.56m，平均 54.39m。煤层厚 5.807.27m，平均厚 6.64m，煤层结构简单，局部含一层夹矸，层位、厚度均稳定，全井田可采（分布有采空区） 。3 号煤层顶板多为泥岩、砂质泥岩；底板多为泥岩，局部为细粒砂岩。位于太原组三段下部的 8-2 号煤层，上距 K5灰岩 10.4517.78m ，平均 14.44m，下距 K4灰岩 10.1319.91m，平均 14.53m，上距 3 号煤层 31.2375.56m ，平均54.39m，下距 15-1 号煤层 46.5964.19m，平均 61.76m。煤层厚 0.502.42m ，平均1.66m，局部含一层夹矸，层位较稳定。对比可靠，全井田可采。8-2 号煤层顶板主要为泥岩、砂质泥岩；底板为泥岩，局部为细粒砂岩。位于太原组一段上部的 15-1 号煤层，上距 K2 石灰岩 2.676.96m ，平均 5.36m，上距 8-2 号煤层 46.5964.19m，平均 61.76m；下距 15-3 号煤层 2.455.37m ，平均4.13m。煤层厚 0.741.37m，平均厚 1.05m，无夹矸，层位、厚度稳定，全井田可采。15-1 号煤层顶板多为泥岩、砂质泥岩、局部为炭质泥岩；15-1 号煤层底板多为泥岩、砂质泥岩。15-3 号煤层位于太原组一段下部，上距 15-1 号煤层 2.455.37m，平均 4.13m，下距 K1砂岩 1.734.59m，平均 3.19m，煤层厚 0.561.91m ，平均 1.46m。结构较复杂，局部夹 23 层夹矸，层位稳定、厚度较稳定，全井田可采。15-3 号煤顶板多为泥岩，底板多为泥岩、铝质泥岩和细粒砂岩。综上所述，井田内可采煤层均为稳定型（一型） 。可采煤层基本情况见表 1-1，现将其主要特征分述如下：继续教育学院毕业设计（论文）纸8表 1-1 煤层顶底板岩性特征以及煤层层间距一览表 顶底板岩性含煤地层煤层编号煤层厚度(m)煤层间距(m)煤层结构(夹矸数 )稳定性可采性 顶板 底板P1s 3 5.80-7.276.64 简单(0-1) 稳定 全井田可 采 泥岩、砂质泥岩 泥岩、砂质泥岩8-2 0.50-2.421.66 简单(0-1) 稳定 全井田大 部可采 泥岩、砂质泥岩 泥岩、砂质泥岩15-1 0.74-1.371.05 简单 稳定 全井田大 部可采 泥岩、石灰岩 泥岩、砂质泥岩C3t15-3 0.56-1.911.4631.23-75.5654.3946.59-64.1961.762.45-5.374.13 简单(1-2)稳定全井田可采泥岩、砂质泥岩泥岩、砂质泥岩1.3.3 煤质1、煤的化学性质1)、3 号煤层原煤水分（M ad）为 0.63%1.16%，平均 0.88%，浮煤水分（ Mad）为0.40% 0.90%，平均 0.64%。原煤灰分（A d）为 12.30%22.08%，平均为 16.23%，为低灰中灰煤。浮煤灰分（A d）为 8.47%9.83%，平均 9.19%，为低灰中灰煤。原煤挥发分（V daf）为 15.81%18.33%，平均 16.83%；浮煤挥发分（V daf）为14.29%15.79%，平均 15.17%，为低挥发分煤。原煤硫分(S t，d )为 0.24%0.32%，平均 0.29%，为特低硫煤。浮煤硫分(S t，d )为0.25%0.39%，平均 0.32%。为特低硫煤。从各种硫测试结果看 3号煤层以有机硫为主，其次为硫化物硫，因此，洗选后煤中硫分含量略有升高。3号煤层各种硫测试结果统计表详见表 1-2。表 1-2 3 号煤层各种硫测试结果统计表 煤层号 Sp，d （%） Ss，d（ %） So，d （%）原煤 0.06-0.190.10 (5) 0.00 0.12-0.240.18 (5)3 号煤浮煤 0.03-0.080.07 (5) 0.00 0.17-0.360.26 (5)注：括弧内为统计点数2)、8-2 号煤层原煤水分（M ad）为 0.54%1.63%，平均 0.92%；浮煤水分（M ad）为 0.23%0.79%，平均 0.59%。原煤灰分（A d）为 14.12%32.89%，平均为 25.04%，为低灰高灰煤。浮煤灰分（A d）为 8.02%16.39%，平均 11.64%，为低灰高灰煤。原煤挥发分继续教育学院毕业设计（论文）纸9（V daf）为 15.84%19.49%，平均 17.70%；浮煤挥发分（V daf）为 14.45%16.75%，平均 15.59%，为低挥发分煤。原煤硫分(S t，d )为 0.97%3.91%，平均 2.15%，为低硫高硫煤。浮煤硫分(S t，d )为 0.76%1.87%，平均 1.29%。为中低硫高硫分煤。从各种硫测试结果看 8-2号煤层以硫化物硫为主，其次为有机硫，因此，洗选后煤中硫分含量明显降低。8-2号煤层各种硫测试结果统计表详见表 1-3。表 1-3 8-2 号煤层各种硫测试结果统计表 煤层号 Sp，d（ %） Ss，d（ %） So，d（ %）原煤 0.48-3.791.68 (5) 0.00-0.010.00 (5) 0.11-0.620.46 (5)8-2 号煤 浮煤 0.21-1.230.66 (5) 0.000.55-0.730.63 (5)注：括弧内为统计点数3)、15-1 号煤层原煤水分（M ad）为 0.45%3.07%，平均 1.42%，浮煤水分（ Mad）为0.36% 0.94%，平均 0.68%。原煤灰分（A d）为 15.18%36.54%，平均为 22.85%，为低灰高灰煤。浮煤灰分（A d）为 7.36%10.26%，平均 8.86%，为低灰中灰煤。原煤挥发分（V daf）为 15.33%18.23%，平均 16.81%；浮煤挥发分（V daf）为12.99%14.93%，平均 13.90%，为低挥发分煤。原煤硫分(S t，d )为 1.44%4.99%，平均 3.17%，为中硫高硫煤。浮煤硫分(S t，d )为 0.74%2.48%，平均 1.66%。为中低硫高硫分煤。从各种硫测试结果看 15-1号煤层以硫化物硫为主，其次为有机硫，因此，洗选后煤中硫分含量明显降低。15-1号煤层各种硫测试结果统计表详见表 1-4。表 1-4 15-1 号煤层各种硫测试结果统计表 煤层号 Sp，d（ %） Ss，d（ %） So，d（ %）原煤 0.83-4.342.68 (6) 0.00-0.010.01 (6) 0.28-0.640.49 (6)15-1 号煤 浮煤 0.18-1.971.07 (6)0.00-0.010.00 (6)0.47-0.680.59 (6)注：括号内为统计点数4)、15-3 号煤层原煤水分（Mad）为 0.54%1.89%，平均 1.20%，浮煤水分（Mad）为0.48% 1.19%，平均 0.72%。原煤灰分（A d）为 12.89%26.12%，平均为 16.72%，为低灰中灰煤。浮煤灰分（A d）为 2.99%9.79%，平均 6.06%，为特低灰中灰煤。原煤挥发分（V daf）为 11.42%16.01%，平均 14.15%；浮煤挥发分（V daf）为11.14%14.07%，平均 12.48%，为低挥发分煤。原煤硫分(S t，d )为 0.80%3.81%，平均 1.59%，为低硫高硫煤。浮煤硫分(S t，d )为 0.60%1.81%，平均 0.94%。为低硫分高硫分煤。从各种硫测试结果看 15-3号煤层以硫化物硫为主，其次为有机硫，因此，洗选后煤中硫分含量明显降低。继续教育学院毕业设计（论文）纸1015-3号煤层各种硫测试结果统计表详见表 1-5。表 1-5 15-3 号煤层各种硫测试结果统计表 煤层号 Sp，d （%） Ss，d （%） So，d （%）原煤 0.38-3.221.10 (5) 0.00-0.010.00 (5) 0.40-0.580.49 (5)15-3 号煤 浮煤 0.06-1.070.32 (5) 0.000.54-0.740.62 (5)2、煤的用途3 号煤为低灰中灰、特低硫、高热值特高热值之贫瘦煤，可作为动力用煤、民用煤。原煤经洗选后灰分降至 9.19%，硫分为 0.32%，可作为炼焦配煤。8-2 号煤层为低灰高灰、低硫高硫、中热值特高热值高软化温度灰之贫瘦煤，可作为动力用煤、民用煤。原煤经洗选后灰分下降至 11%左右、硫分下降至 1.5%以下。可作为炼焦配煤。15-1 号煤为低灰高灰、中硫高硫、低热值特高热值、较低软化温度灰之贫煤，可作为动力用煤、民用煤。15-3 号煤层为低灰中灰、低硫高硫、中热值特高热值、较高软化温度灰之贫煤，可作为动力用煤、民用煤。3、瓦斯、煤尘及煤的自燃性根据计算， 井田内 3、8-2、15-1、15-3 号煤层瓦斯含量均较低，本矿为低瓦斯矿井。各煤层甲烷含量、瓦斯成分测定结果统计详见表 1-6表 1-6 煤层甲烷含量、瓦斯成分测定结果统计表 瓦斯成分煤层编号甲烷含量ml/g（空气干燥基）甲烷含量ml/g(干燥无灰基) CH4 CO2（%） N2（% ） C2-C8（%）3 0.29 0.37 2.55 23.55 73.90 0.0008-2 0.36 0.39 37.68 1.38 60.94 0.00015-1(3)0.03-0.230.100.04-0.260.121.18-12.017.811.07-22.298.2076.53-86.7682.740.000-3.7601.25315-3 0.74 0.78 68.75 6.66 24.59 0.000本井田 3、8-2、15-1 、15-2 、 15-3 号煤层之煤尘均有爆炸危险性。根据本次勘探时施工的补 2、补 3、补 4 号孔对 3、8-2、15-1、15-3 号煤层采样作煤 的 自 燃 倾 向 性 试 验 结 果 ， 3 号 煤 层 吸 氧 量 为 0.89cm3/g， 自 燃 倾 向 等 级 为 类 ， 属 不 易 自 燃煤 层 。8 -2 号 煤 层 吸 氧 量 为 0.54 0.87cm3/g， 自 燃 倾 向 等 级 为 类 ， 属 自 燃 煤 层 。1 5-1 号煤 层 吸 氧 量 为 0.72 0.87cm3/g， 自 燃 倾 向 等 级 为 类 ， 属 自 燃 煤 层 。1 5-2 号 煤 层 吸 氧 量 为0.57 0.82cm3/g， 自 燃 倾 向 等 级 为 类 ， 属 自 燃 煤 层 。 15-3 号 煤 层 吸 氧 量 为 0.92 0.85cm3/g，自 燃 倾 向 等 级 为 类 ， 属 不 易 自 燃 煤 层 。继续教育学院毕业设计（论文）纸112 井田境界和储量2.1 井田境界依据晋煤重组办发【2010】13 号文关于山西长治郊区三元南耀吉安煤业有限公司煤矿企业兼并重组整合方案的批复 ，整合后的吉安井田范围由 20 个拐点连线组成的不规则多边形，南北长 2.5km，东西宽 1.215km，整合后井田面积为 1.9719km2。井田拐点坐标见表 2-1，井田境界示意图详见图 2-1。表 2-1 井田拐点坐标表北京 54 坐标系 西安 80 坐标系平面坐标（6 ） 平面坐标（6）坐标系点号 X 坐标 Y 坐标 X 坐标 Y 坐标1 4034289.00 19681500.00 4034240.58 19681431.622 4034309.00 19682130.00 4034260.58 19682061.623 4033760.00 19682147.00 4033711.58 19682078.634 4033748.00 19681780.00 4033699.58 19681711.625 4033010.00 19681818.00 4032961.58 19681749.636 4032286.00 19681846.00 4032237.57 19681837.637 4032267.00 19681770.00 4032218.57 19681701.638 4032144.00 19681776.00 4032095.57 19681707.639 4032097.00 19681729.00 4032048.57 19681660.6310 4032007.00 19681388.00 4031958.57 19681319.6211 4032009.00 19680669.00 4031960.57 19680600.6212 4032957.00 19680600.00 4032908.57 19680531.6213 4032959.00 19680653.00 4032910.57 19680584.6214 4033127.00 19680736.00 4033078.57 19680667.6215 4033147.00 19681071.00 4033098.57 19681002.6216 4033245.00 19681162.00 4033196.58 19681093.6217 4033518.00 19681155.00 4033469.58 19681086.6218 4033529.00 19681515.00 4033480.58 19681446.6219 4034180.00 19681480.00 4034131.58 19681411.6220 4034181.00 19681503.00 4034132.58 19681434.62继续教育学院毕业设计（论文）纸12图 2-1 吉安煤矿井田境界拐点图继续教育学院毕业设计（论文）纸132.2 矿井工业储量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，煤层赋存较稳定，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。2.2.2 井田地质勘探井田地质勘探工作历时较长，勘探类型和网度符合地质勘探规范要求和客观实际，各项勘探工程质量和勘探研究程度高，地质基础资料齐全、准确、可靠，对井田构造、可采煤层的厚度、结构、产状及分布已查明，煤的用途已评价，储量数据可靠，可以满足矿井设计的需要。2.2.3 矿井工业储量计算1、资源储量计算方法本井田主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，且勘探工程分布均匀，因此资源估算选用地质块段法，其计算公式为：Q=SHD式中：Q 块段煤炭资源储量，tS 块段水平投影面积，m 2H 块段煤层利用厚度，mD 煤层容重值，t/m 32、矿井地质资源/储量经估算，全井田保有 3、8-2、15-3 号煤层资源/储量 36.68Mt，其中 111b(331)资源/储量 30.82 Mt，122b(332)资源/储量 1.62 Mt，333 资源量 1.97 Mt。111b(331) 资源/储量占总资源/储量的 84%。111b(331)+122b(332）资源/储量占总资源 /储量的 91%。另保有 15-1号高硫煤资源量 3.43 Mt。各类资源量比例均满足煤、泥炭地质勘查规范要求，全井田得到了勘探程度。3 号煤层保有资源/储量为 14.09 Mt， 8-2 号煤层资源 /储量为 4.13 Mt， 15-1 号煤层资源/ 储量为 3.43 Mt，15-3 号煤层资源/储量为 4.15 Mt。各煤层资源/储量汇总表见表 2-2。3、矿井工业资源储量 资源/储量的可靠性井田内 3 号煤层已开采多年，勘查程度较高，除采空区边界外画出 30m333 资源量外，其余资源/储量类别均划分探明的(可研)经济基础储量 (111b)。井田内构造简单为一类。8-2、15-1 、15-3 号煤层全井田稳定可采，均为一型。由于未开采，未进行可行性研究，根继续教育学院毕业设计（论文）纸14据煤、泥炭地质勘查规范 ，以不大于 1000m1000m 工程网度同时外推实际工程间距1/3 所圈定的范围为探明的资源量 331，以 1500m1500m 工程网度，划定范围确定为控制的内蕴经济资源量 332；最低可采边界内 50m 划定为推断的资源量 (333)。 矿井资源/储量分类设定本矿井地质构造简单，主要可采煤层赋存稳定，倾角较小，煤质优良；矿井水文地质条件简单，瓦斯含量小，开采技术条件简单，可采煤层对比可靠，因此可采煤层中的331 和 332 均应属经济基础储量，分别列入 111b 和 122b。表 2-2 矿井地质资源/储量汇总表资源 /储量(Mt)煤层号煤类111b (331)122b (332)333合计111b(331)总量(%)111b(331)+122b（332）总量(%)备注3 PS 21.47 3.50 24.97 86 868-2 PS 3.24 0.84 0.05 4.13 78 9915-3 PM 3.37 0.78 4.15 81 100小计 28.08 1.62 1.97 33.25 84 9115-1 PM 2.74 0.69 3.43 80 100 高硫煤合计 30.82 1.31 1.97 36.68 83 884、矿井工业资源/储量预测矿井的工业资源/储量为矿井地质资源量中探明的资源量 331 和控制的资源量 332，经分类得出的经济的基础储量 111b 和 122b、边界经济的基础储量 2M11 和 2M22，连同地质资源量中推断的资源量 333 的大部。矿井工业资源/储量=111b+122b+2M11+2M22+333k如前所述，各煤层中 331 和 332 均应属经济基础储量，分别列入 111b 和 122b，其余下组煤列入推断的资源量 333，则：矿井工业资源量=111b+122b+333k其中 k可信度系数，一般取 0.70.9。由于矿井地质构造简单，煤层赋存稳定，设计取 333 储量的可信度系数取 0.85。经计算，矿井工业资源/储量为 33.86Mt。 2.3 矿井可采储量矿井设计资源/储量：矿井工业资源/储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱和地面建（构）筑物煤柱等永久性保护煤柱损失量后的资源/储量。2.3.1、各类煤柱留设方法如下：1）断层煤柱根据地质报告，本井田内未发现断层，故本设计暂不考虑留设断层煤柱。2）采空区防水煤柱本矿为整合煤矿，3 号煤存在较大区域的采空区需要留设保护煤柱，根据煤矿防治水规定附录三，3 号煤采空区防水煤柱按人为边界防隔水煤柱留设，设计按 40m 留设。经计算，采空区防水煤柱为 1.31Mt。3）井田境界煤柱继续教育学院毕业设计（论文）纸15井田境界煤柱在本井田一侧按 20m 留设。经计算，井田境界煤柱为 1.33 Mt。4）地面建筑由于井田内的两个村庄-中村和南村均考虑搬迁，且地面没有其它需要保护的建筑，故本设计暂也不考虑留设地面建筑保护煤柱。即扣除井田境界永久煤柱 2.64Mt 后，矿井设计资源/储量为 20.55Mt，见表 2-3。表 2-3 矿井设计资源/储量汇总表 单位：Mt永久煤柱损失煤层编号工业资源/储量 采空区防水煤柱 井田边界 合计矿井设计资源/储量3 24.47 1.31 0.26 1.57 12.23 22.908-2 3.28 0.34 0.34 2.9415-1 2.74 0.28 0.28 2.4615-3 3.37 0.45 0.45 2.92合计 33.86 1.31 1.33 2.64 31.222.3.2、矿井设计可采储量矿井设计可采储量（矿井设计资源/储量减去工业场地、井筒、井下主要巷道保护煤柱） 采区采出率采区回采率：根据煤炭工业矿井设计规范及井田 3 号煤层厚度，确定 3 号煤采区采出率为 75%，15-1 号煤层采区采出率为 85%，8-2、15-3 号煤采区采出率为 80%。 工业场地煤柱工业场地和村庄保护煤柱表土段移动角按 45计算，基岩段移动角：由于本矿井煤层倾角仅 36，故走向和倾向均按 73计算。 井下主要巷道保护煤柱主要巷道两侧各留 30m 煤柱。经计算，全井田共获得设计可采储量为 20.83Mt。详见表 2-4。表 2-4 矿井设计可采储量汇总表 单位：Mt煤柱损失煤层编号矿井设计资源/储量 工业场地 主要巷道 小计采区采出率设计可采储量3 22.90 1.23 0.87 2.1 0.75 15.608-2 2.94 0.28 0.31 0.59 0.80 1.8815-1 2.46 0.30 0.26 0.56 0.85 1.6215-3 2.92 0.46 0.30 0.76 0.80 1.73合计 31.22 2.27 1.74 4.01 20.83继续教育学院毕业设计（论文）纸163 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1 矿井工作制度煤矿年工作日 330d，井下采用“四六” 工作制，每天四班作业，其中三班生产，一班检修。每天净提升时间为 16h。3.2 矿井设计生产能力及服务年限3.2.1 矿井设计生产能力本矿井设计生产能力为 0.6Mt/a。3.2.2 确定依据根据设计委托要求，结合井田煤层条件、开采技术条件、工作面装备水平、煤炭外运条件、初期投资和市场需求等因素，设计提出 0.6Mt/a、0.9Mt/a、1.2Mt/a 三个矿井井型方案，分析比较见表 3-1。表 3-1 矿井设计井型分析比较表井 型序号 项目 0.6Mt/a 0.9Mt/a 1.2Mt/a1储量及资源条件全井田地质资源总储量为 33.8Mt，设计可采储量为 20.83Mt，矿井服务年限 20.36a ；全井田地质资源总储量为 33.8Mt，设计可采储量 20.83Mt，矿井服务年限 16.53a ；全井田地质资源总储量为 33.8Mt，设计可采储量为 20.83Mt，矿井服务年限 12.40a ；22 资源配置 0.45Mt/a 设计生产能力低于规划规模根据山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室（晋煤重组办发201013 号）批复意见，以及山西省国土资源厅颁发的采矿许可证的批复，矿井生产能力均为0.9 Mt/a设计生产能力高于矿井已批复的生产能力。33 技术装备首采的 3 号煤层平均厚度 6.64m，适应此煤厚的采煤工艺为综采放顶煤工艺，0.6Mt/a 的生产规模不能充分发挥设备的效能与综采设备能力基本匹配。1.2Mt/a 的生产规模可以充分发挥设备效能，44 开采技术 初期开采的 3 号煤为低瓦斯、近水平、煤层赋 同左 生产后期进入 8-2、15-1、15-3 号煤煤继续教育学院毕业设计（论文）纸17条件 存稳定、构造简单，优越的开采技术条件为建设现代化矿井奠定了基础。层厚度较小，且部分区域受水害威胁，不适合大规模开采综合以上几个方面的比较，设计认为本矿井按山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室（晋煤重组办发201013 号）批复意见确定矿井生产能力，即矿井设计生产能力 0.6Mt/a。 3.2.3 服务年限煤矿服务限用下列公式计算： ZTAK采式中 T煤矿服务年限，a；Z 采煤矿设计可采储量，20.83Mt；A煤矿设计生产能力，0.6Mt/a；K储量备用系数，取 1.4。经计算，全煤矿服务年限为 15.3a。继续教育学院毕业设计（论文）纸184 井田开拓4.1 井田开拓基本问题4.1.1、影响矿井开拓方式与井口位置选择的主要因素影响井田开拓方式及井口位置选择的主要因素有地面地形条件、井田地质构造及煤层开采技术条件、技术装备与开采工艺、矿井外部建设条件等。1、矿井井田面积小（1.9719km 2） ，南北最长 2.5km，东西最宽 1.215km；井田内保有储量较少，全矿井主要开采的 3 号煤层地质构造简单，煤层赋存稳定，结构简单，3 号煤层厚 5.807.27m，平均厚 6.64m，煤层倾角平缓，一般 58 。 2、本矿井为全隐覆井田，3 号煤层埋藏深度较浅，一般为 200m 左右，8-2 煤距 3 号煤的层间距平均为 54.39m，15-1 煤距 8-2 号煤的层间距平均为 61.76m，15-3 煤距 15-1 号煤的层间距平均为 4.13m。3、根据“整合地质报告 ”整合前各煤矿均在 3 号煤层生产，采空区较为分散的特点。故井下主要受采空区积水、积气的影响较大；8-2 煤、15-1 和 15-3 号煤尚未进行回采破坏。4、井田范围内有两个村庄（南村和中村）均按搬迁设计。 4.1.2、井田开拓方案1、井田开拓主要考虑以下原则： 以经济效益为中心，进一步深化矿井设计改革，把矿井建设成投资省、工期短、用人少、安全可靠、效益高的现代化矿井，提高煤炭资源回收率。 采用先进生产设备和工艺，提高生产集中化水平，提高工作面单产，简化生产环节。 井下开拓巷道布置应根据整合后的井田产装形态，合理确定采区尺寸，尽量增加工作面推进长度，以减少工作面搬家次数，充分发挥采掘设备的能力。 矿井设计要体现高产高效，系统简单化，控制自动化，无人值守化；按一井一面考虑。 设计方案要最大程度减少压煤，优化、合理、科学布置，提高资源利用效率。 设计方案要充分利用现有设施、设备和建构筑物，尽量减少投资，控制造价。2、工业场地的选择由于本矿为资源整合煤矿，所以工业场地应优先选择资源整合前各矿井现有工业场地，经现场勘查，原耀南煤矿工业场地和耀北煤矿的工业场地适合作为整合后矿井生产需要。其中原耀南煤矿工业场地位于井田的西部边界处，此工业场地交通较为方便，地形有利于地面设施布置；原耀北煤矿工业场地位于南村东北部，此场地地势起伏小，但三面受村庄包围，场地扩大受限。设计对这两个场地进行了优缺点比较，详见表 4-1。通过综合分析比较，虽然原耀南煤矿工业场地部分场地位于采空区上，但采空区为2001 年时形成，场地塌陷已稳定，可以作为布置地面建筑物；同时方案即利用原耀南煤矿工业场地具有交通方便等优点，结合建设单位意见，设计推荐利用原耀南煤矿工业场地作为整合以后矿井的工业场地。耀北煤矿的工业场地作为整合后煤矿的风井场地。继续教育学院毕业设计（论文）纸193、已有井筒现状整合前 4 个煤矿共有 8 个井筒，目前除耀南煤矿主井及耀北煤矿主井尚保留外，其它井筒均已报废回填。继续教育学院毕业设计（论文）纸20表 4-1 工业场地优缺点比较表方案优缺点 方案（原耀南煤矿工业场地） 方案（原耀北煤矿工业场地）主要优点1、场地开阔，地形有利于场地分区布置，场地填挖方量小；2、外运交通条件好，距选煤厂较近；3、场地的布置受工农关系影响小；4、开工准备时间短；5、场地扩大部分征地方便。1、已有场地面积较大，有利于地面布置；2、部分建筑可以利用；3、靠近井田剩余储量中心。主要缺点1、已有场地扩大可征地的面积有限，部分场地需布置在采空区上， ；2、地面基本无可利用的设施。1、场地被村庄包围，不利于场地的扩大，受工农关系影响大，征地较为困难；2、工业场地保护煤柱损失较大；3、井下与地面的煤炭运输方向相反。4、开拓方案本设计针对原耀南煤矿的现状以及井下采空区的分布情况，本着利用已有井巷工程的原则，提出两个开拓方案进行了比选：方案：立井开拓方式在工业场地内开凿主井井筒，作为整合后的主井，井口标高+936.0m，井底落于 8-2煤底板，垂深 261m，井筒直径 5.0m，井筒装备 4t 箕斗，负责全矿的煤炭提升任务；副井利用原耀南煤矿的主井井筒扩掘而成，副立井井口标高+936.0m，井底落于 8-2 煤底板，垂深 284m，井筒直径 6.0m，井筒装备单罐平衡锤，负责全矿的辅助提升任务；风井利用原耀北煤矿回风立井，井口标高+931.85m，井筒直径 4.3m，井底落于 3 号煤底板。作为矿井的回风井兼安全出口。在 3 号煤和 8-2 号煤所在层位分别布置井底车场，初期在 3 号煤垂直井筒向北布置三条大巷至纬线 X=4033200 附近，转向呈东西向后经回风立井至井田东边界，形成矿井开拓系统；后期利用暗斜井开拓 15-1 和 15-3 号煤。本方案开拓方式及巷道布置平、剖面见图 4-1、图 4-2。方案：斜立混合开拓方式在工业场地内新开凿主斜井，主斜井井口标高+936.0m，斜长 775m，倾角 20，井筒装备一条 800mm 宽的带式输送机，负责全矿的煤炭提升任务；扩掘刷大原耀南煤矿的主井井筒作为矿井的副井井筒，副立井井口标高+936.0m，井底落于 8-2 煤底板，垂深284m，井筒直径 6.0m，井筒装备单罐平衡锤，负责全矿的辅助提升任务；风井利用原耀北煤矿回风立井，井口标高+931.85m，井筒直径 4.3m，井底落于 3 号煤底板。作为矿井的回风井兼安全出口。矿井初期只在 3 号煤层布置开拓巷道，巷道布置与方案相同。后期利用暗斜井开采 8-2、15-1、15-3 号煤。本方案开拓方式及巷道布置平、剖面见图 4-3、图 4-4。矿井开拓方式方案优缺点比较表详见表 4-2，矿井投产时巷道工程经济比较表（可比部分）详表 4-3。继续教育学院毕业设计（论文）纸21图 4-1 立井开拓方式平面图继续教育学院毕业设计（论文）纸22图 4-2 立井开拓方式剖面图继续教育学院毕业设计（论文）纸23图 4-3 斜立混合开拓方式平面图继续教育学院毕业设计（论文）纸24图 4-4 斜立混合开拓方式剖面图继续教育学院毕业设计（论文）纸25表 4-2 矿井开拓方式方案优缺点比较表方案优缺点优缺点方案 方案主要优点1、矿井建井工期短、初期投资低；2、后期只需要暗斜井沟通 15-1 和 15-3号煤，故后期开拓巷道较为简单；3、在可采区域一定的情况下，减少了工作面个数，也减少了煤柱损失，工作面推进距离大，减少搬家倒面的次数；4、工作面易于布置，无反向运输；工作面排水均可实现自流外排。1、主斜井可靠性、安全性较好，增产余地大；2、井下主运输环节少，井下煤炭升井后不转载可直接进入洗选系统，连续性好。主要缺点1、矿井初期工程量较大；2、初期通风距离相对较长，通风运营费用稍高；3、煤炭转载运输环节多。1、工业场地布置不太合理，生产区地面可布置区域较小；2、初期井巷及设备投资高，且后期运营费高；3、煤炭有反向运输；4、不利于井田南部的 3 号煤可采区域的回采；5、建井工期长。表 4-3 矿井投产时井巷工程及运营费经济比较表（可比部分）方案 方案方案项目 工程量（m） 投资（万元） 工程量（m） 投资（万元）主 井 251 463 775 720副 井 279 447 279 447井底车场及硐室 1130 1779 1050 1405大 巷 2420 1419 2750 1554初期工程量 小 计 4101 4108 4073 4126主 井 241 590大 巷 723 680设备小 计 964 1270合 计 5072 5396比 较 0 +242年运营费（万元） 82 122工期（月） 12 13通过上述技术和经济比较分析，方案和方案初期井巷工程量相差不大，但是方案具有后期开拓工程量小、年运营费、工作面易于布置的特点，因此本着达产快，整体效益好，生产管理方便的原则，设计推荐方案。继续教育学院毕业设计（论文）纸264.2 矿井基本巷道4.2.1 井筒1、井筒用途、布置及装备根据提升及通风需要，矿井移交生产时需要有主井、副井、风井三个井筒。1)、主井在原耀南煤矿主井以北 80m 处新开凿一立井井筒作为主井，井筒净直径 5.0m，井深251m，井底落于 8-2 号煤底板，井筒内布置一对 4t 单绳箕斗，方形钢罐道。担负矿井煤炭提升任务，兼进风井。此外，主井井筒内还布置有通信电缆。见图 4-5。2)、副井利用原耀南煤矿主井井筒扩大断面而成，根据矿井辅助提升量及不可拆件最大外形尺寸和重量，确定副井净直径为 6.0m，井深 279m，其内装备一套宽罐带平衡锤提升设备和玻璃钢梯子间，方形钢罐道，担负全矿井的材料、矸石、设备、人员等升降任务，并兼作进风井。副井井筒内还布置有：排水管、消防洒水管、压风管、动力电缆和通信电缆等，同时还布置有梯子间，作为矿井的安全出口。见图 4-6。3)、风井利用原耀北煤矿主井改造而成，井筒净直径 4.2m，井筒内装备玻璃钢梯子间，敷设黄泥灌浆管路，担负矿井回风任务，同时作为矿井的安全出口。见图 4-7。2、井壁结构及厚度1)、主井根据距主井以南 80m 处副井井筒采用料石砌碹，设计确定主井井筒采用普通法施工，表土和风化基岩段为钢筋混凝土支护，支护厚度 550mm；基岩段采用素混凝土支护，支护厚度为 400mm。2)、副井利用原耀南煤矿主井井筒扩掘而成，也采用普通法施工，表土及风化基岩段为钢筋混凝土支护，支护厚度 600mm， ；基岩段采用素混凝土支护，支护厚度为 450mm。3)、回风井风井直接利用原有井筒，在井筒内增加玻璃钢梯子间，作为矿井的安全出口。井筒特征见表 4-7。继续教育学院毕业设计（论文）纸27表 4-4 井筒特征表井筒名称序号 井筒特征 主井（新凿） 副井（扩大） 风井（利用）X 4032392.662 4032312.662 4033148.9321 井筒坐标(北京 54 坐标)Y 19680777.159 19680777.159 19681482.6832 方位角 90 90 03 井筒倾角（ ） 90 90 904 井口标高（m） +936.00 +936.00 +931.855 井底标高（m） +685.00 +657.00 +771.66 井筒深度（m） 251.00 279.00 160.257 井筒净直径（m） 5.0 6.0 4.2表土段 550 600 3008 支护厚度（mm） 基岩段 400 450 300净 19.63 28.27表土段 29.22 26.2（扩大）9 断面积（m 2） 掘进 基岩段 26.42 22.87/39.39（扩大）表土段 普通法 普通法10 施工方法 基岩段 普通法 普通法利用已有表土段 钢筋混凝土 钢筋混凝土 料石砌碹11 井壁结构