常村矿1.5Mta新井通风与安全设计

中 国 矿 业 大 学 本 科 生 毕 业 设 计 姓 名 学 号 学 院 应用技术学院 专 业 安全工程 设计题目 常村矿 1 5Mt a新井通风与安全设计 专 题 矿井瓦斯防治技术 指导教师 职 称 副教授 中国矿业大学毕业设计任务书 学院应用技术学院专业年级安全工程 08级学生姓名 任 务 下 达 日 期 2012 年 2 月 20 日 毕业设计日期 2012 年 3 月 5 日 至 2012 年 6 月 4 日 毕业设计题目 常村矿 1 5Mt a新井通风与安全设计 毕业设计专题题目 矿井瓦斯防治技术 毕业设计主要内容和要求 毕业设计由一般部分 专题部分和翻译部分三部分组成 一般设计部分题目为常村矿 1 5Mt a 新井通风与安全设计 主要内容包括井田概述及 地质特征 井田开拓 采煤方法及采区巷道布置 矿井通风 矿井安全技术措施 专题部分题目为矿井瓦斯防治技术 先对瓦斯的有关理论进行了分析 然后针对某矿 煤层群条件下 71 主采煤层 7124 综采工作面 通过理论分析 进行了瓦斯综合抽放技术研 究 为提高瓦斯抽放效率和抽放浓度 合理的选择了瓦斯抽放方法和工艺参数 探索瓦 斯综合治理的有效途径提供了基础数据和科学依据最后地煤矿的安全生产提出了自己的 建议 设计要求 独立完成上述设计内容 方案论证 计算 分析要正确 专题要有自己的 见解 结论要合理 说明书条理要清楚 论证充分 文字通顺 符合专业技术用语要求 图纸完备 正确 翻译部分题目 Our country coal mine safety production present situation and countermeasure brief analysis 翻译要求 译文字数不少于 3000 语句通顺 完整 语意准确 院长签字 指导教师签字 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语 基础理论及基本技能的掌握 独立解决实际问题的能力 研究 内容的理论依据和技术方法 取得的主要成果及创新点 工作态度及工作量 总 体评价及建议成绩 存在问题 是否同意答辩等 成 绩 指导教师签字 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语 选题的意义 基础理论及基本技能的掌握 综合运用所学知识 解决实际问题的能力 工作量的大小 取得的主要成果及创新点 写作的规范程 度 总体评价及建议成绩 存在问题 是否同意答辩等 成 绩 评阅教师签字 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语 选题的意义 基础理论及基本技能的掌握 综合运用所学知识 解决实际问题的能力 工作量的大小 取得的主要成果及创新点 写作的规范程 度 总体评价及建议成绩 存在问题 是否同意答辩等 成 绩 评阅教师签字 年 月 日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 回 答 问 题 提 出 问 题 正 确 基 本 正 确 有 一 般 性 错 误 有 原 则 性 错 误 没 有 回 答 答辩委员会评语及建议成绩 答辩委员会主任签字 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩 学院领导小组负责人 年 月 日 摘 要 本设计包括三部分 一般部分 专题部分 翻译部分 一般部分是潞安常村矿 1 5Mt a 矿井通风与安全设计 全篇共分为五章 矿井概述 及井田地质特征 井田开拓 采煤方法及采区巷道布置 矿井通风 矿井安全技术措施 常村煤矿位于山西省长治市屯留县境内 距长治市区 23km 井田总面积 18 7km2 主 采煤层为 3 号层 平均厚度 7 8 米 煤层平均倾角 10 瓦斯相对涌出量为 5 7m3 t 属 低瓦斯矿井 煤尘具有爆炸危险性 爆炸指数为 35 41 煤层有自然发火危险倾向性 发火期为 2 个月 常村煤矿设计年生产能力为 150 万 t a 服务年限为 67 6 年 矿井工作制度为 四 六 制 矿井的采煤方法主要为走向长壁综合机械化开采 矿井开拓方式为立井单水平 采区开采 水平标高为 530m 矿井布置一个回采工作面生产 一个掘进工作面 年生产能力为 150 万 t a 工作面 长度为 203m 运输大巷采用胶带运煤 大巷辅助运输采用电机车运输材料和矸石 矿井 通风方式为分区对角式 全矿总需风量为 4598m3 min 通风容易时期等级孔为 2 78m2 困难时期为 2 68m2 均属通风容易矿井 主要通风机为 2K60No24 轴流抽出式风机 专题部分为矿井瓦斯防治技术 翻译部分为我国煤矿安全生产现状及对策浅析 关键词 矿井 开拓 煤层 通风 瓦斯 ABSTRACT This design includes three parts general parts the projects section translation parts General part is LuAn ChangCun ore 1 5 million tons a mine ventilation and safety design Total is divided into five chapters mine geological features summary and compartmentalized compartmentalized coal mining method and mining development arrange tunnels mine ventilation mine safety technical measures ChangCun coal mine in shanxi changzhi city located in downtown TunLiuXian territory from changzhi 23km Total area of 18 7 km2 compartmentalized The Lord CaiMeiCeng for 3 layer thickness average 7 8 meters 10 Angle coal average Gas relative discharged at 5 7 m3 t belong to low gas mine Coal dust explosion danger explosion has 35 41 percent index is a spontaneous dangerous coal inclination angry period for 2 months ChangCun coal mine design annual production capacity of 150 million t a service life 67 6 years for Mine work system for his system The main methods of mine coal for towards longwall comprehensive mechanized mining Mine exploit way of vertical shaft transformation of mining exploitation single level elevation 530m level Mine layout a mining face production a heading face the annual production capacity of 150 million t a Working for 203m length Transportation by DaHang introduced in DaHang subsidirary transportation adhesive tape by electric locomotive transportation of materials and coal Mine ventilation mode for partition diagonal type should always be QuanKuang for 4598m3 min air ventilation easy period level hole for 2 78 m2 difficult period for 2 68 m2 belong to the ventilation fan for mine mainly to 2K60No24 axial drawer type fan Special parts for Mine gas prevention and control technology Translation parts for Our country coal mine safety production present situation and countermeasure brief analysis Keywords mine Pioneering Coal Ventilation Gas 目 录 前 言 2 1 矿区概述及井田地质特征 3 1 1 矿区概述 3 1 1 1 地理位置及交通条件 3 1 1 2 地形 地貌 3 1 1 3 河流及水体 3 1 1 4 矿区气候条件 3 1 1 5 水源及电源 3 1 2 井田地质特征 4 1 2 1 井田地质构造 4 1 2 2 水文地质 5 1 2 3 矿井地质勘探评价 7 1 3 煤层特征 7 1 3 1 煤层 7 1 3 2 煤质 9 2 井田开拓 11 2 1 井田境界及可采储量 11 2 1 1 井田境界 11 2 1 2 井田的工业储量及可采储量 11 2 1 3 矿井生产能力及服务年限 14 2 2 井田开拓 15 2 2 1 井田开拓的基本问题 15 2 2 2 矿井基本巷道 27 2 2 3 大巷运输设备选择 37 2 2 4 矿井提升 39 3 采煤方法及采区巷道布置 41 3 1 煤层的地质特征 41 3 2 采区巷道布置及生产系统 41 3 3 采煤方法 46 3 3 1 采煤工艺方式 46 3 3 2 回采巷道布置 49 4 矿井通风 52 4 1 矿井通风系统选择 52 4 2 采区通风 57 4 3 掘进通风 59 4 3 1 掘进通风方法 59 4 3 2 掘进面需风量计算 61 4 3 3 掘进面的设计 61 4 4 矿井需风量 63 4 4 1 矿井需风量计算的原则 63 4 4 2 矿井需风量的计算 63 4 4 3 矿井风量分配 65 4 5 矿井通风阻力 66 4 6 矿井主要通风机选型 72 4 7 矿井反风措施及装置 76 4 8 矿井通风费用概算 78 4 9 防止特殊灾害的安全措施 80 5 矿井安全技术措施 82 5 1 矿井安全技术概况 82 5 2 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 82 5 2 1 预防瓦斯爆炸的措施 82 5 2 2 预防煤尘爆炸的措施 82 5 2 3 预防井下火灾的措施 83 5 2 4 粉尘的综合防治 83 5 2 5 预防井下水灾的措施 84 5 2 6 井下安全监控设备选型及布置 自救器的配备 85 5 2 7 井下顶板事故的预防 85 5 2 8 矿山救护队及消防站 86 5 3 矿井火灾 86 5 3 1 矿井自然发火状况 86 5 3 2 矿井自然发火分析 86 5 3 3 预防性灌浆防灭火 89 专题部分 98 矿井瓦斯防治技术 98 一 瓦斯赋存及流动规律 98 1 1 煤的吸附理论及煤层瓦斯含量 98 1 1 1 瓦斯赋存状态 98 1 1 2 煤的吸附性及其影响因素分析 98 1 2 瓦斯的生成 99 1 3 瓦斯在煤体中存在状态 99 1 4 煤层瓦斯含量及其影响因素 99 1 5 煤层的瓦斯垂直分带 99 1 5 1 瓦斯风化带 100 1 5 2 瓦斯带 100 1 6 瓦斯在煤层中的流动机理 100 1 6 1 结论 100 二 瓦斯爆炸及其预防 101 2 1 瓦斯爆炸的机理 101 2 2 瓦斯爆炸的效应 101 2 2 1 产生高温高压 101 2 2 2 产生冲击波和火焰锋面 101 2 2 3 产生有毒有害气体 101 2 3 瓦斯爆炸的条件及其影响因素 101 2 3 1 瓦斯浓度 101 2 3 2 一定温度的引燃火源 102 2 4 预防瓦斯爆炸的措施 102 2 4 1 防止瓦斯积聚 102 2 4 2 掘进巷道瓦斯积聚的处理 102 2 4 3 综合机械化机组附近积聚瓦斯的处理方法 102 2 4 4 刮板输送机下部瓦斯积聚的处理方法 102 2 5 防止钻孔瓦斯积聚和引燃的安全措施 102 2 5 1 防止瓦斯引燃的措施 102 2 5 2 限制瓦斯爆炸范围扩大的措施 102 三 煤矿瓦斯抽放方法 103 3 1 瓦斯抽放方法的分析 103 3 1 1 抽放瓦斯方法分类 103 3 1 2 开采煤层的瓦斯抽放分析 103 3 1 3 邻近层的瓦斯抽放分析 105 3 1 4 采空区的抽放 105 3 1 5 瓦斯抽放新方法研究 105 四 瓦斯突出分析 109 4 1 国内外煤与瓦斯突出情况 109 4 2 国外概况 109 4 3 瓦斯突出的特征 110 4 4 影响突出危险的形成的要素 110 五 瓦斯管理与检测 111 5 1 矿井瓦斯管理 111 5 1 1 建立健全矿井瓦斯管理制度 111 5 1 2 加强掘进工作面的通风管理 111 5 1 3 加强盲巷和采空区瓦斯日常管理 111 5 1 4 加强爆破过程中的瓦斯管理 111 5 2 矿井瓦斯检查 112 5 2 1 井下瓦斯及二氧化碳浓度的测定 112 5 2 2 采煤工作面及其进 回风流中瓦斯和二氧化碳浓度的检查测定 112 5 2 3 掘进工作面风流及回风巷风流中瓦斯和二氧化碳浓度的检查测定 112 5 2 4 盲巷内瓦斯和二氧化碳浓度的检查 113 5 2 5 高冒区及突出孔洞内的瓦斯检查 113 5 2 6 爆破过程中的瓦斯检查 113 六 总结 114 6 1 全文总结 114 6 2 建议与展望 114 翻译部分 116 英文原文 116 中文译文 122 参考文献 126 致 谢 127 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页 一 般 部 分 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页 前 言 煤炭是世界工业经济发展的主要能源 很早以前 就有采矿的历史 矿井通风史也 随之产生 用于矿井的主要有离心式和轴流式两类通风机 以前全用离心式 由于轴流式通风 机具有结构简单紧凑 体积小 重量轻 再者是工作效率高 尤其是大型轴流式通风机 效率可达 85 三是有翼角调整装备 便于机械性能调节或进行反风这些优点 现在大 部分矿井都采用轴流式通风机 随着生产的发展 对矿井通风的要求不断提高 也更具有合理性 如矿井供风量每 人不少于 4m3 min 在主要进风道 回风道 修理中的井筒和提升人员 物料的井筒最大 风速不能超过 8 米 秒 回采工作面 掘进煤巷和半煤岩巷最小风速不小于 0 25 米 秒等规 定 这都为矿井的安全生产打下了基础 随着计算机的发展和广泛应用 矿井通风方面 已经可以利用电算技术确定矿井通 风网络 并对其进行解算 主要是矿井通风状况的模拟与预测 通风系统改造方案的比 较计算和风量分配与矿井阻力计算等方面 矿井通风设计是矿井设计的主要内容之一 是反映矿井设计质量和水平的主要因素 其目的就是供给矿井新鲜风量 以冲淡并排出井下的毒性 窒息性和爆炸性气体和粉尘 保证井下风流的质量和数量以符合国家安全卫生标准造成良好的工作环境 防止各种伤 害和爆炸事故 保障井下人员身体健康和生命安全 保护国家资源和财产 矿井通风是各生产环节中最基本的一环 他是依靠通风动力将定量的新鲜空气沿着 既定的通风路线不断地输入井下 以满足回采工作面 掘进工作面 机电硐室 火药库 以及其它用风地点的需要 同时将用过的污浊空气不断的排出地面 对保证矿井的生产 和安全 有十分重要的作用 矿井通风设计是通风与安全专业学过 通风安全学 煤矿开采学 等课程后 以 及通过生产实习后进行的 其目的是巩固和扩大所学理论知识并使之系统化 培养学生 运用所学理论知识解决实际问题的能力 提高学生计算 绘图 查阅资料的基本技能 为以后能胜任工作奠定基础 设计时依据 煤炭工业技术政策 煤矿安全规程 煤炭工业矿井设计规范 以 及国家制定的其它有关煤炭工业的方针政策等有关要求 力争做到分析论证清楚 论据 确凿 并积极采用切实可行的先进技术 力争使自己的设计成果达到较高水平 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页 1 矿区概述及井田地质特征 1 1 矿区概述 1 1 1 地理位置及交通条件 常村煤矿位于山西省长治市屯留县境内 距潞安集团约 9km 地理坐标东经 113 00 北纬 36 20 公路交通十分便利 井田中部有东西向 309 国道穿过 南北 向 208 国道从井田东部通过 另外矿井还建有铁路专用线 北距太原市 200km 南距长 治市 23km 东距长治北火车站 15km 交通十分便利 见图 1 1 矿井交通位置见图 1 1 1 1 2 地形 地貌 常村煤矿位于长治盆地西部 全区广为第四系黄土沉积掩盖 地形平缓 局部黄土 冲沟发育 为高原盆地内的河谷平原区 总的地貌形态是西北高 东南低 北部为缓和 低山丘陵区 黄土冲沟密布 地形切割破碎 中南部地形平坦 海拔标高 930m 左右 1 1 3 河流及水体 本矿区河流属海河系 浊漳河南源自南向北流经本井田的东缘 其支流绛河由西向 东流经井田南侧 于中华村附近注入漳泽水库与浊漳河合流 河床宽阔 一 二级阶地发育 井田北部阎村 常隆一带沟谷纵横 均有常年流水 汇入阎村水库和常隆水库于候堡村附近汇入浊漳河支流淤泥河中 两岸局部阶地发育 1 1 4 矿区气候条件 根据长治市气象资料 长治市属半大陆性气候 最高气温 43 2 度 最低气温 16 9 度 每年 7 8 9 月为雨季 年最大降雨量为 908 7 毫米 正常风速为 40 米 秒 1 1 5 水源及电源 1 水源 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页 矿井现有工业场地已有深水井 加之井下排水处理后复用 可以满足目前矿井的生 活及生产用水的要求 2 电源 在常村矿井工业场地现有 110kV 变电站一座 该站是潞安矿业集团的中心站 是集 团电网与长治电网的接口点 担负着集团的转供电任务 其两回 110kV 电源引自长治电 网 该站也可为建设的西坡风井提供两回 35kV 电源 供电电源可靠 1 2 井田地质特征 1 2 1 井田地质构造 常村井田均为第四系黄土所覆盖 仅于北部阎村 常隆一带有二迭系上石盒子组地 层零星出露 根据钻孔揭露情况 将地层发育情况由老到新叙述如下 1 奥陶系中统马家沟组 O2m 岩性为灰色 深灰色厚层状石灰岩 局部裂缝溶洞发育 并为灰白色铝质泥岩 黄 铁矿 菱铁矿等充填 2 石炭系中统本溪组 C2b 该组厚度 1 35 13 43m 平均 9 11m 岩性以灰色块状铝土泥岩为主 局部发育灰白 色中厚层状中粒砂岩 砂质泥岩以及底部山西式铁矿层 与下伏地层假整合接触 3 石灰系上统太原组 C3t 本组厚度 99 35 119 16m 平均厚度 108 38m 左右 底部以 K1 砂岩与本溪组分界 顶部以 K7 砂岩与山西组分界 是本区的主要含煤地层之一 主要由 4 5 层石灰岩及灰 色砂岩 灰黑色泥岩和 7 10 层煤层组成 其中 15 3 号煤层为可采煤层 厚度 0 2 73m 平均厚度 1 66m 但冲刷面积较大 属典型的海陆交互相沉积 旋回结构明显 但岩性岩相较为复杂 本组发育四层较稳定的石灰岩及一层局部发育的石灰岩 4 二叠系下统山西组 1S 本组厚度 40 97 97 55m 平均厚度约 55 69m 是本区主要含煤地层 岩性主要为灰 白色 灰色中 细粒石英砂岩 灰色 灰黑色粉砂岩 砂质泥岩 夹 1 4 层煤 其中下 部的 3 号煤层为主要可采煤层 厚度 4 84 7 32m 平均厚度 6 09m 3 号煤上部多有一 层灰色细 中粒砂岩 厚度数米至十余米 为 3 号煤老顶 与下伏地层太原组呈整合接 触 5 二叠系下统下石盒子组 1x 本组厚度 44 2 78m 平均厚度约 59 55m 连续沉积于山西组地层之上 顶部为一 层紫红 紫灰等杂色含鲕粒的厚层状铝质泥岩或砂质泥岩 俗称桃花泥岩 中下部为灰 色泥岩 砂质泥岩 灰色 灰白色石英砂岩 底部以一层灰白色厚层状中 粗 细粒石 英砂岩 8 与山西组分界 6 二叠系上统上石盒子组 1sh 本组厚度 309 8 408 31m 平均厚度约 353 87m 岩性为紫红色 紫灰等杂色泥岩或 砂质泥岩 灰色 灰白色 黄绿色细 中 粗粒石英砂岩 底部以 10 砂岩与下石盒子 组分界 与下伏地层呈整合接触 7 第四系 厚度 31 64 9m 平均约 43 13m 是本区的主要覆盖层 岩性为棕黄色 浅黄色亚 粘土 含砂质粘土 夹姜石 砂砾层 顶部为耕植土 与下伏地层呈角度不整合接触 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页 潞安矿区位于沁水煤田盆地东翼中部 属 山西地台区沁水台凹 矿区东部边缘为 新华夏构造的褶皱 断裂集中发育地带 西部为新华夏构造体系控制的长治缓近盆地 晋东南山字型构造脊柱北端延入矿区西南部 常村井田位于矿区中部 主要构造以褶皱为主 总体地层走向近于南北 向西倾斜 倾角 3 6 东部以单斜为主 伴有近东西向波状起伏 西部为近南北向褶曲 断层 不发育 除北部文王山南断层和东南边界安昌 中华两大断层较大外 尚发育有四条落 差 20 30m 和两条落差 5 10m 断层 矿井生产中揭露落差 3m 以下断层 17 条 岩溶陷落柱 8 个 陷落柱平面形状多呈椭 圆形 除 X6 陷落柱具导水性外 其它均不导水 主要构造特征如下 一 褶曲 姬村以东基本为一向西倾斜的单斜构造 姬村以西则为近南北向的互相平行的背向 斜 由东向西依次为姬村向斜 路村背斜 老军庄向斜 轴向近南北向 在南北两端稍 有偏转 北端偏西 南端偏东 局部因受东西向波状起伏的影响 走向略有变化 背向 斜的两翼近乎对称 倾角多在 5 左右 轴部比较宽缓 幅度最大 110m 一般为 50m 左 右 局部有一些东西方向小的起伏 二 断层 井田内断层不发育 除北部边界文王山南断层和东南边界的安昌 中华断层外 井 田内无断层 瓦斯 煤尘与煤的自燃性 一 瓦斯 常村煤矿 2003 年度瓦斯等级鉴定结果为 矿井瓦斯绝对涌出量 63 5m3 min 相对涌 出量 5 7m3 t CO2 绝对涌出量 9 17m3 min 相对涌出量 0 72m3 t 矿井瓦斯和 CO2 涌出量总体上随产量增高呈逐年增大趋势 根据矿井生产实测瓦斯 有关资料分析 井田瓦斯赋存不均衡 N1 采区煤层瓦斯含量高 其它较低 3 号煤层属非突出危险性煤层 二 煤尘与煤的自燃 2005 年 8 月 煤炭科学研究总院重庆分院对常村矿目前生产的 3 号煤层煤尘爆炸性 煤的自燃倾向性进行了鉴定 结果为 3 号煤层火焰长度 10 20m 抑制煤尘爆炸最低岩 50 65 着火温度 T 氧 393 394 T 氧 398 399 着火温度差 T 4 6 3 号煤层煤尘具有爆炸危险性 自燃倾向为三类 属不易自燃煤层 1 2 2 水文地质 一 地貌 根据地貌特点及组合成分 可分为三个水文地质区 1 丘陵低山 裂隙水区 分布于井田的西北部 出露二迭系 三迭系地层 砂岩与泥岩风化破碎 形成接受 大气降水的残积层和坡积层 为第四系地下水的补给来源地 2 剥蚀堆积 孔隙水区 分布在上村 路村 东洼 北岗等地标高 910 940m 主要含水层为第四系中 下更 新统 亚砂土 粉砂 细砂 粗砂砾石层 在北岗一带于下更新统 Q1 中夹多层粉细 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页 砂 埋深 70 130m 为中深层水 浅层潜水位 1 10m 中深层水位 11 47m 3 河谷阶地孔隙水区 主要分布在绛河一 二级阶地 含水层为上更新统 全新统 Q4 Q3 冲 洪 积 层亚砂土 中粗砂和卵砾石组成 总厚约为 5 15m 局部地带由于地下水排泄不良和受 漳泽水库回水影响 有漳泽水库回水影响 有盐碱化现象 区为农田灌溉的主要 水源地 二 水系 浊漳河 属海河水系 分南 西 北三大源流 前南源位于井田东约 90Km 发源于 长子县西的发鸠三 西源发源于沁县西北之漳源镇 北源发源于晋中地区的榆社县 全 长约 180km 至平顺出省境入河北 因上游水土流失严重 河水终年浑浊 绛河 位于井田南缘 为浊漳河南源分支 流源于八泉公社盘秀山及沁县里庄卜角 沟流向由西向东 注人漳泽水库与浊漳河南源合流 流域补给集水面积 270km2 井田西北部 在沟谷上游建立了一些小型水库 库容量 88 万 m3 三 含水层 主要发育在奥陶系第 8 7 4 2 层上 岩溶埋藏标高约 300 500m 疏干孔最大吸 水量 100m3 h 一般为 20 403 h 注水试验 S 0 5m 区域岩溶含水性表现为 上弱下 强 的特点 为丰富的含水层 1 中奥陶统马家沟组灰岩 Q2 岩溶含水层 井田内奥陶系地下水的流向由南至北 由南至北东与地层倾角相反 向东北平顺县 浊漳河有辛安泉群 流量 11 8 m3 s 矿区水位标高由 720m 向北东递降为 670m 辛安泉 标高约 650m 符合区域地下水运移富积规律 在勘探区对奥陶系未进行专门水文工作 预计井田水位标高在 710 720m 2 太原组第一层石灰岩 K2 裂隙岩溶含水层 层厚 2 62 11 6m 覆于 151 152 153 号煤层之上 王庄井田 16 号孔抽水单位涌 水量为 0 916L s 渗透系数 0 888m d 水位标高 714m 从钻孔抽水含水性来看 属较弱 含水层 3 太原组第二层石灰岩 K3 裂隙岩溶含水层 层厚 2 51m 王庄井田 16 号孔 混合抽水单位涌水量 0 0017L s 为较弱含水层 4 太原组第三层石灰岩 K4 裂隙岩溶含水层 层厚 3 63m 王庄井田 16 号孔与 混合抽水单位涌水量 0 0017L s 为较弱含水 层 5 太原组第四层石灰岩 K5 裂隙岩溶含水层 层厚 2 13m 518 号钻孔与 混合抽水单位涌水量 0 0055L s 为较弱含水层 6 山西组砾岩 K7 裂隙含水层 层厚 3 40m 王庄 45 号钻孔与 混合抽水单位涌水量 0 0008L s 为较弱含水层 7 山西组 3 号煤层顶砂岩 裂隙含水层 层厚约 7 5m 根据王庄矿井观察 为 3 号煤层 4 的直接充水层 一般距 3 号煤层 10m 工作面出水性情况为顶板淋头水 裂隙不发育 水位标高约为 865 0m 为较弱含 水层 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 7 页 8 下石盒子分界砂岩 K8 裂隙含水层 层厚 0 19 68m 变化大 含水极弱 水位标高约为 870 0m 为较弱含水层 9 基岩风化带 裂隙含水层 层厚 50m 左右 由破碎泥岩 砂岩组成 516 号钻孔抽水单位涌水量 0 086L s 2012 号钻孔抽水为 0 046L s 水位标高为 934 13m 为较弱含水层 10 第四系下更新统 Q1 孔隙含水层 层厚 36 60m 以粉砂 细砂 粘土质砂砾层组成 2012 号钻孔厚约 36m 抽水涌 水量 1 31 1 66L s 水位标高为 927 29 943 74m 为丰富含水层 11 第四系中更新统 Q2 潜水含水层 水位一般埋藏深度 5 0 10 0m 含水层为亚粘土及粉砂 水井分布较多 含水性弱 受大气降水影响明显 四 隔水层 奥陶系顶界到 3 号煤底板间的岩层厚约 270m 左右 以泥质岩为主 可视为隔水层 五 含水层的补给 径流 排泄及其水力联系 矿区奥灰系地下水流向由南向北 由南西至北东方向 这是由区域地质条件所决定 的 许多河流在径流岩溶区时 常有流量损失 如浊漳南源流经奥陶系地层流量有损失 尤其是遇到构造破碎带 其它含水层的补给 断裂的导水也是岩溶水来源之一 据潞安 矿区水源勘探资料 浊漳河流经文王山时 流失量达 8280t h 因此矿区可视为补给径流 混合层 辛安泉为排泄区 而在下游辛安泉往下 河流流量又有所增加 它反映地下水 补给地表水 也表明这些水系已成为区域岩溶水的主要排泄通道 从矿区奥陶系水位标 高 720 720m 辛安泉标高约 650m 逐渐递降 说明该泉已成为天然排泄中心 排泄起 区域控制作用 本井田降水量小 地表水排泄畅通 各含水层彼此相距较远且各水层隔开 地表水 大气降水对含水层补给量甚少 不利于矿井充水 因地质构造简单 井田内断层不多 各含水层的水力联系不大 钻孔中所遇断层导水性及富水性不大 主要含水层富水性弱 值得注意的是井田内主要可采煤层 3 号煤层均埋藏在地下水位以下 且井田北部 F1 断层一带 地质构造相对复杂 实际生产中已发现有大小不等的陷落柱 构造裂隙相对 较发育 有可能形成突水通道 井田附近及井田内有部分钻孔封孔质量差或未封 均有 可能使含水层沟通煤层 发生垂向水力联系 形成突水通道 经综合分析 本矿井水文地质条件属简单类型 六 矿井涌水量 常村矿井已生产多年 实际生产中的矿井涌水量与初步设计中预计的涌水量基本一 致 即全矿井的 520mm 水平正常涌水量 550m3 h 最大涌水量 800m3 h 西坡风井投运 后 预计服务的 S3 S5 下山采区与即将采完的 S1 采区的涌水量相当 即 S3 S5 下山采 区正常涌水量 120m3 h 最大涌水量 210m3 h 预计全矿井的涌水量变化不大 1 2 3 矿井地质勘探评价 常村煤矿 10 多年生产实践证明 沁水煤田潞安矿区常村精查勘探区地质报告 提 供的地层 煤层 构造等基础地质成果与实际揭露的情况较为吻合 为更好地满足矿井 安全生产需要 生产期间 常村煤矿在地质安全勘探方面投入了大量的资金 先后与煤 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 8 页 炭科研院所 院校 地质勘查等科研单位合作开展了矿井瓦斯 煤尘 煤的自燃 开采 煤层顶底板力学性质等测试和鉴定工作 实施了开采区三维地震勘探 奥灰水带压开采 研究试验等煤田地质及水文地质工程 取得了多项科研成果 对矿井安全生产提供了坚 实的基础 1 3 煤层特征 1 3 1 煤层 本井田主要含煤地层为上石炭统太原组和下二迭统山西组 可采煤层有 3 上 3 下 两层 平均总厚 7 8m 含煤系数为 2 8 见图 1 3 1 主 要 由 灰 岩 粘 土 岩 铁铝 质 泥 岩 组 成 主 要 为 石 灰 岩 泥 质 灰 岩 白 云 质 灰 岩 及 钙 质 泥 岩由 粉 砂 岩 泥 岩 砂 岩 石 灰 岩 组 成 夹 薄 层 灰岩 层 主 要 由 砂 岩 粉 砂 岩 泥 岩 粘 土 岩 及 煤 层 组 成 含 3煤层 厚 度 大 储 量 丰 富 是本 区 的 主 要 要 含 煤 地 层 北 部 薄 向 南 东 逐 渐 变 厚 以 底 部 中 一 粗 粒 长 石 石 英岩 与 山 西 组 交 界 3918259中 统 本 溪 组中 统 奥 陶 组上 统 太 原 组山西组石盒子组上统蒙阴组 上 段 以 粉 砂 岩 粉 砂 质泥 岩 泥 岩 为 主 中 段为 砾 岩 泥 质 钙 质 胶结 下 段 由 粉 砂 岩 细砂 岩 砂 砾 岩 组 成 第 四 系 42623050奥 陶 系 石炭系二迭系 侏罗系 系 代 号 平 均 厚 度 m岩 性 描 述综 合 柱 状 粘 土 粉 砂 质 粘 土 砂 砂 砾Q 图 1 3 1 煤层柱状图 3 上煤层属中厚 厚煤层 可采区平均厚 3 8 米 有 2 5km2 的煤焦混合区 煤厚大于 焦厚 仍按煤区考虑 焦的厚度不可考虑 只有煤的厚度参与平均厚度计算 3 上煤层顶板岩石性质 一般无伪顶 局部地段有泥岩 砂质泥岩和炭质岩伪顶 厚 度变化在 0 1 0 5 之间 直接顶多为泥岩 一般厚 1 71 m 自然状态下抗压强度 8 13 45 67MPa 其次为砂质泥岩 粉沙岩 一般厚度 2 03 3 92 m 抗压强度 43 49 49 59 MPa 属于不稳定 中等稳定顶板 直接顶板多为砂质泥岩 一般厚 2 34m 其次粉沙岩和泥岩 粉砂岩一般厚 3 14m 抗压强度 18 42 MPa 少数有泥岩伪底 的地段 其直接底板一般是中细粒砂岩 厚度为 15 03 25 19m 抗压强度 47 92 91 14 MPa 属于不坚固 坚固岩石底版 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 9 页 3 下煤层属于中厚煤层 可采区平均厚为 4 0m 有部分煤焦混合区 3 下煤层顶底板岩石性质 井田北部陈楼 朱道沟附近有 0 1 0 5m 厚的泥岩和炭质 泥岩伪顶 为厚 0 15 0 5m 粉砂岩及砂质泥岩 直接顶板多为砂质泥岩 粉砂岩和泥岩 一般厚 1 5 2 33m 抗压强度泥岩为 57 72MPa 砂质泥岩为 82 91MPa 粉砂岩为 85 36MPa 老顶一般为细粒砂岩和中粒砂岩 厚 15 17 20 45m 少数点为粉砂岩和砂岩 泥岩互层 一般厚 5 05 5 55m 细砂岩抗压强度变化在 56 74 165 91MPa 泥岩和炭质 泥岩伪底在井田内零星分布 一般厚 0 15 0 55m 直接底板多为泥岩 一般厚 1 51m 抗压强度 35 18MPa 顶板为中等稳定 稳定 底板是中等坚固 坚固岩石 各可采煤层 特征见表 1 3 2 表 1 3 2 可采煤层特征表 1 3 2 煤质 各可采煤层均为低 中灰 特低 低磷 相当于中高 高发热量 3 上 3 下煤层为 特低 低硫 强粘结性 各可采煤层均为优质动力煤 易选性好 洗精煤均可作为良好 的配焦煤和炼焦用煤 各可采煤层煤质指标见表 1 3 3 数值及点数 项目 煤层 3 上 3 下 原煤 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 Wf 精煤 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 原煤 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 Ag 精煤 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 工 业 分 布 Vr 原煤 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 顶底板岩性煤 层 名 称 全井田厚 度 m 两 极 平均 可采区 平均厚 m 稳定性 结构 层 间 距 m 两 极 平 均 顶板 底 版 煤 0 7 10 3 25 3 8 较稳定 简单 3 上 焦 0 25 2 99 2 56 1 3 不稳定 复杂 局部有伪顶 直接 顶多为泥岩厚约 1 71m 老顶为中细 砂岩 煤 0 4 78 2 60 4 0 较稳定 简单 3 下 焦 0 15 1 47 3 25 0 9 不稳定 复杂 6 61 46 30 26 41 局部有伪顶 直接 顶多为泥质泥 粉砂岩及泥岩 老顶为细 中粒 砂岩 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 10 页 精煤 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 原煤 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 CgGD 精煤 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 原煤 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 焦渣特 征 精煤 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 原煤 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 全硫 S gq 精煤 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 原煤 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 磷 Pg 精煤 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 软化温度 T2 C 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 焦油产率 Tg C 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 发热量 QDJ M J k g 0 75 2 22 1 58 101 0 75 2 22 1 58 101 表 1 3 3 煤质特征表 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 11 页 2 井田开拓 2 1 井田境界及可采储量 2 1 1 井田境界 常村井田境界为 北以纬线 3862400 与王庄井为界 南至长治县城煤柱边界 南北 走向长 6 5km 东以纸房断层与三河口矿井为界 西至各煤层 440m 等高线和李桥断层 东西倾斜宽 3 1km 面积 18 7km2 50 60 30 350 40 450 50 350 40 450 50 550 60 计 工 字 195 90号 文 2 1 2 井田的工业储量及可采储量 1 工业储量 在本设计中 参加储量计算的煤层有 2 煤层 其中 3 上 3 下煤为主采煤层 这两层 的回收率为 85 煤的容重为 1 40t m3 依据勘探钻孔见煤厚度 采用平均煤厚计算 Q i ini arMScos11 2 1 式中 Q 工业储量 万 t Si 块段水平投影面积 m2 Mi 块段内钻孔见煤厚度的均值 m A 块段内煤层的平均倾角 其中块段水平投影面积 Si 为 18 7km2 即井田面积 3 上 3 下 煤的平均厚度分别为 3 8m 4 0m 总厚度 Mi 为 7 8m 煤层倾角 a 取 10 煤的容重 r 取 1 40 t m3 则井田的 工业储量为 Q 总 18 7 106 7 8 1 40 cos10 20735 万 t Q 3 上 18 7 106 3 8 1 40 cos10 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 12 页 10102 万 t 计算得井田内工业储量共计 20735 万 t 其中 A B 级储量占总储量的 50 以上 其 中 3 上 煤层为 10102 万 t 全部为山西组 3 上 3 下 煤层储量 2 保护煤柱储量的计算 1 断层煤柱 断层保护煤柱留舍的原则 落差大于 50m 的断层 两侧各留 50m 的煤柱 落差在 20m 50m 之间的断层 两侧各留 30m 的煤柱 落差在 10m 20m 之间的断层 两侧各留 20m 的煤柱 落差小于 10m 的断层 不留设断层煤柱 全井田断层煤柱总计为 600 万 t 2 井田境界煤柱 井田边界本矿井一侧留 20m 保护煤柱 除去断层边界 剩余边界长度约为 15km Q 边 15000 20 7 8 1 40 cos10 333 万 t 全井田境界煤柱总计 333 万 t 其中 3 上 煤层为 162 万 t 3 工业广场保护煤柱 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 0 120 180 1 2 45 90 1 5 9 30 1 8 根据 煤炭工业设计规范 补充规定 大型矿井 包括洗煤厂 的占地面积标准为 0 9 1 2 公顷 10 万 t 本设计取 1 2 公顷 10 万 t 本矿井设计井型为 150 万 t a 因此工业 广场面积 18 公顷 设计工业广场长 450m 宽 400m 工业广场要垂直于煤层走向的要求 设计采用工业广场保护区域的冲击层移动角为 40 深 50m 基岩的走向移动角为 70 基岩的上山移动角为 70 基岩的下山 移动角为 72 地表维护带宽度取 15m 工业广场处煤层平缓倾角约为 0 煤层深 530m 综合以上数据 由图 2 1 计算工业广场保护煤柱的面积如下 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 13 页7270472 图 2 1 工业广场保护煤柱计算示意图 由图可得 LAB 400 15 2 2 50 tan40 480 tan72 480 tan70 880m Lbc 450 15 2 2 50 tan40 2 480 tan72 911m 工业广场保护煤柱为 Q 场 LAB LCD 7 8 1 40 880 911 7 8 1 40 875 万 t 工业广场煤柱总计 875 万 t 其中 3 上 煤层为 426 万 t 4 风井保护煤柱 设计风井为 2 个 采用垂直断面法计算风井保护煤柱的面积 保护煤柱计算方法与 工业广场保护煤柱计算方法相同 由于本设计中风井保护煤柱位于井田范围之外 不压煤 故不予计算保护煤柱损失 储量 表 2 1 可采储量计算表 煤 柱 损 失煤 层 工业储量 断层 井田边界 工业广场 合计 可采储量 3 上 10102 284 162 426 1172 9230 3 下 10633 316 171 449 1234 9697 合计 20735 600 333 875 2406 18927 3 可采储量 可采储量由下式计算 2 2 PZgk 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 14 页 式中 Z g 矿井工业储量 万 t P 保护煤柱损失储量 万 t 则 ZK 矿井工业储量 各类永久煤柱 ZK 20735 600 333 875 18927 万 t 根据上述分析计算 全井田可采储量总计 18927 万 t 其中 3 上 煤层为 9230 万 t 可 采储量计算结果详见表 2 1 2 1 3 矿井生产能力及服务年限 1 矿井工作制度 矿井工作制度是计算生产能力和选择设备的基础 也就是研究劳动配备 考核工效 以及解决产销平衡 适应市场变化的重要问题 既要考虑不同工种的实际劳动强度 充分 利用工时增加煤炭产量 实现高产高效 又要考虑机器设备维护检修要求 矿井工作制 度与矿井生产能力 设备技术特征 企业管理水平 工人劳动素质等有关 同时受国家 有关法律法规的制约 按照 煤矿设计规范 的规定 参考 关于煤矿设计规范中若干 条文修改决定的说明 确定本矿井工作制度为 年工作日 300 天 每天四班作业 其中 三班生产 一班检修 每天净提升时间为 14 小时 矿井连续生产 分类分段检修 员工 轮换休假 2 矿井设计生产能力 常村井田煤炭储量丰富 地质构造及水文地质简单 煤层赋存平缓 最大倾角 15 煤质优良 具有建设大型矿井的条件 方案一 建 120 万 t a 的矿井 方案二 建 150 万 a 的矿井 方案三 建 180 万 a 的矿井 根据 煤矿工业矿井设计规范 矿井投产后服务年限不应过长 可由服务年限确定 3 常村井田服务年限 矿井设计服务年限公式 T Z A K C 2 3 式中 Z 矿井设计可采储量 Mt A 生产能力 万 t a C 采区回采率 取 0 75 K 矿井储量备用系数 K 1 3 1 5 矿井设计一般取 K 1 4 地质条件复杂的矿井及矿区总体设计可取 K 1 5 地方小煤 矿可取 K 1 3 根据本设计矿井实际情况 储量备用系数 K 值取 1 4 T 18927 0 75 150 1 4 67 6 a 矿井设计生产能力为 150 万 t a 时服务年限较合适 因此矿井设计生产能力为 150 万 t a 服务 67 6 年 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 15 页 4 井型校核 通过对实际每层开采能力 辅助生产能力 储量条件及安全条件等因 素对井型加以校核 1 煤层开采能力 常村井田 3 上 3 下 煤层是赋存稳定的中厚煤层 地质结构简单 瓦斯涌出量较小 易采用大采高开采 3 上 煤层厚度变化不大 首采区较厚 可采用综采开采方式 2 辅助生产系统能力校核 本设计的矿井为大型矿井 开拓方式为双立井开拓 主井装备 12t 箕斗一对 提升能 力大 能满足提升方面的要求 大巷和石门采用强力胶带输送机运煤 运输能力也能达 到要求 机械化程度较高 辅助运输采用架线式电机车运输 运输能力很大 且车场简 单 所以本设计中采用立井刀式井底车场 调车和通过能力均能满足要求 辅助运输能 力能满足生产环节的要求 3 安全条件 本矿井瓦斯涌出量较小 煤尘具有爆炸性危险 水文地质条件简单 涌水量不大 在副井中铺设四趟排水管道可满足矿井排水要求 矿井采用边界式通风方式 在通风设 计中工作面采用 U 型通风方式 风量大 同时也满足对瓦斯的稀释要求 保证生产的需 要 井田内断层较少 只有一些较大的断层 对于开拓有一定的影响 但是 对于影响 生产的小断层较少 所以 各项安全条件也均可保证矿井达到的设计产量 4 储量条件校核 煤矿设计规范 规定 矿井的设计能力应与矿井的储量相适应 以保证足够的服 务年限 该井田可采储量 18927 万 t 服务年限为 67 6 年与矿井的设计生产能力相适应 表 2 2 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限 第一开采水平服务年限 a 矿井设计生产 能力 万 t a 矿井设计服务 年限 a 煤层倾角 25 煤层倾角 25 45 煤层倾角 45 500 及以上 70 35 300 500 60 30 120 240 50 25 20 15 45 90 40 20 15 15 2 2 井田开拓 2 2 1 井田开拓的基本问题 一 井田开拓 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 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 16 页 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 深部开拓及技术改造 6 合理确定矿井通风 运输及供电系统 确定开拓问题 需根据国家政策 综合考虑地质 开采技术等诸多条件 经全面比 较后才能确定合理的方案 在解决开拓问题时 应遵循下列原则 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 必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定 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状态 5 要适应当前国家的技术水平和设备供应情况 并为采用新技术 新工艺 发展采煤 机械化 综掘机械化 自动化创造条件 6 根据用户需要 应照顾到不同煤质 煤种的煤层分别开采 以及其它有益矿物的综 合开采 二 井筒形式 数目和位置的确定 一 井筒形式的确定 一般情况下 井筒的开拓方式有立井 斜井和平峒三种 其使用条件和优缺点比较 如表 2 3 表 2 3 井筒开拓形式的使用条件和优缺点比较 井 筒 形 式 立井开拓 斜井开拓 平硐开拓 煤 层 条 件 埋藏深表土层 厚为缓倾斜煤 层 倾角小于 25 表土层薄 无 流沙层 倾角较小 地形复杂 优 点 井身短 通过 井筒的各种管 线长度小 提 升速度快 机 械化程度高 对辅助提升有 利 人员提升 快 井筒断面 开拓部署能适 应产量大 生 产集中的要求 主斜井不受长 度限制 井筒 装备及井底车 场 地面设施 简单 施工简 最简单的开拓方式 技 术 经济最有利 主运 输环节少 设备少 地 面工业广场简单 水可 自流 无水仓施工条件 好 掘进速度快 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 17 页 大 通风阻力 小 生产经营 费用低 有利 于井筒维护 适应性强 技 术可靠 不受 煤层瓦