姚桥矿240 万ta新井通风安全设计

本科生毕业设计 姓 名： 学 号： 学 院：能源与安全工程学院 专 业：安全工程 设计题目：姚桥矿240 万t/a新井通风安全设计 专 题：南方中小煤矿通风系统优化问题的分析 指导教师： 职 称：教授 毕业设计任务书 学院：能源与安全工程学院专业年级:安全工程03级 学生姓名:周杨 任务下达日期：2007 年 3 月1 日 毕业设计日期： 2007 年 3 月 12 日至 2007 年 6月 24日 毕业设计题目：姚桥矿240万t/a新井通风安全设计 毕业设计专题题目：南方中小煤矿通风系统优化问题的分析 毕业设计主要内容和要求： 设计按任务书要求独立完成。设计包括一般设计部分和专题部分： 一般设计部分进行姚桥矿240万吨/年新井通风安全设计。内容包括：根据姚桥煤矿实际条件，进行矿井开拓、开采和巷道布置，以及通风与安全技术设计。设计要求技术方案决策合理，计算准确，图纸完备工整。 专题部分针对南方中小煤矿通风系统进行优化问题的分析，内容包括专题摘要，研究意义、现状与存在的问题，在资料整理与分析的基础上，采用理论与实际相结合的方法，分析和解决实际的问题，最后得出结论。专题要求理论联系实际，论述充分，语言简练，数据可靠，计算准确，附有主要参考文献。 英文翻译为Control of gas emissions in underground coal mines 文章中一部分，要求翻译量不少于3000个汉字以上。论文摘要500字左右，并译成英文，摘要内容要准确，表达清楚。 院长签字： 指导教师签字： 毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）： 周扬同学独立完成了毕业设计和论文的工作。具有扎实的基础理论及基本技能，以及解决实际问题的能力。 一般设计部分根据矿业安全技术及工程的理论和方法，针对姚桥煤矿地质和煤层赋存条件，确定了矿井煤炭储量、服务年限和设计能力。通过安全性、技术经济性比较，确定了立井多水平上下山开拓方案，对矿井开拓、采区和工作面巷道布置及断面进行了系统设计，选择了综放一次采全高的采煤方法和工艺。在此基础上，通过安全性、技术经济性比较，优化确定了矿井通风系统方案，以及采区和工作面的通风方式，对矿井通风和煤层注水进行了详细的设计和设备选型。设计技术决定合理，论证充分，计算准确，图纸完备工整。 专题部分为南方中小煤矿通风系统优化问题的分析，内容包括专题摘要，研究意义、现状与存在的问题，在资料整理与分析的基础上，采用理论与实际相结合的方法，分析和解决实际的问题，最后得出结论。专题要求理论联系实际，论述充分，语言简练，数据可靠，计算准确，附有主要参考文献。 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：  成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 提 出 问 题 回 答 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 本设计包括三个部分：一般设计部分、专题部分和翻译部分。 一般部分为姚桥煤矿2.4Mt/a新井通风安全设计。姚桥煤矿位于江苏省徐州市沛县境内，倾斜宽约4.35km，走向长13km，勘探面积约56.7km2。本设计开采7号煤层，煤厚3～4.8m，煤层倾角3～25，平均14，属于缓倾斜煤层。 井田工业储量为31283.3万t，矿井可采储量22123.6万t，矿井服务年限为65.8a。采用立井两水平暗斜井延伸开拓，主运输采用胶带运输机运煤，辅助运输采用1.5t矿车运输。 矿井属低瓦斯矿井，煤尘有爆炸危险，煤层有自燃发火倾向。矿井通风方式采用两翼对角，抽出式通风。主要通风机选择型号为FBDCZ（原BDK62)（A）10-NO-25，配套电机型号为JR1511-6，矿井总进风量为142m3/min，矿井通风阻力为2050pa矿井等级孔为3.34m2。 煤层注水采用下向长孔随采随注的方式。注水钻孔直径45mm，长度80m，间距15m，封孔深度5m，注水压力4.7MPa，注水速度0.8m3/h。注水时间526h，同时注水钻孔4个，日耗水量250.5m3。 专题主要从矿井通风系统的完备性、阻力分布的合理性、风流的稳定性、风机工作参数的合理性和稳定性、抗灾能力等方面对南方中小煤矿通风系统优化问题进行了分析，并采用模糊综合评价方法，对矿井通风系统进行了综合评价。 关键词：姚桥煤矿； 新井通风安全设计； 中小煤矿； 通风系统优化 ABSTRACT This design consists of three parts: The general part, the special part and the translation part. The general part is a new design of the Yao Qiao Mine of Xu Zhou city. The Yao Qiao mine lies in the city of Xu Zhou in Jiangsu province. Total area of the mine is 6.7 km2. The boundary of the minefield runs 4.35 m on north south and 13 km on west east on average. There is one main seam—the seventh layer with thickness of 3 to 4.8 meters. The inclination degree of the seams are 3～25, 14 gon on average. The coal is stable and middle-hard, and has excellent quality with low to middle ash, especially low to low sulfur, especially low to low phosphor, and belong to gassy coal. The industrial storage of the mine field is 312.8 million ton, the reserve in the whole mine field is 221.3 million ton. The production capacity of Yao Qiao mine is 2.4 million tons per year, and its service life is 65.8 years. The coal is transported by rubber belt conveyer and the car for mining is used in the subsidiary transport. The mining method is It is a mine with low content of methane. The coal dust is explosive. The seam doesn’t have the tendency of spontaneous combustion. The method of mine ventilation is two-way diagonal ventilation system. It has five chapters: 1,the outline of the mine and the geology feature of mine field ;2, mine field development ;3, coal mining method and the layout of the entry of working area;4,mine ventilation;5,the measure of the mine safety. The special part is the analysis of the optimizing the ventilation system of southern middle-sized and small-sized mines. The translation part is control of gas emissions in underground coal mines. Keywords: Cheng Jiao mine; the design of ventilation system; safety evaluation；the quantitative assessment 目 录 一般设计部分 1 1 矿区概述及井田地质特征 2 1.1矿区概述 2 1.1.1交通位置 2 1.1.2河流、沼泽、湖泊的分布范围 2 1.1.3 气象与地震 2 1.1.4水源及电力 3 1.2井田地质特征 3 1.2.1地形地貌 3 1.2.2对矿井地质勘探程度 3 1.2.3地质构造 3 1.3煤层与煤质 5 1.3.1煤层 5 1.3.2煤质 6 1.3.3煤层风氧化带的确定 7 1.3.4瓦斯、煤尘、煤的自燃性及地温 7 2 井田开拓 13 2.1井田境界及可采储量 13 2.1.1 井田境界 13 2.1.2 可采储量 13 2.1.3 矿井设计生产能力及服务年限 17 2.2 井田开拓 17 2.2.1 井田开拓的基本问题 17 2.2.2 矿井基本巷道 20 2.2.3 大巷运输设备选型 27 2.2.4 矿井提升 28 3 采煤方法及采区巷道布置 31 3.1煤层的地质特征 31 3.2采区或带区巷道布置及生产系统 31 3.2.1首采区位置和区段划分 31 3.2.2采区准备巷道及硐室 31 3.2.3采区上中下车场布置 33 3.2.4煤层的开采顺序和工作面的接替顺序 33 3.3回采巷道布置 34 3.3.1采区回采巷道布置 34 3.3.2回采巷道的支护方式如下： 34 3.4 采煤方法 34 3.4.1 采煤工艺方式 35 3.4.2采区设计生产能力 35 3.4.4回采工作面参数 36 3.5综采面设备选型 37 3.5.1采煤机和刮板输送机 37 3.5.2转载机及破碎机选型 37 3.5.3支架选型 38 3.6工作面支护 39 3.6.1断头支护和超前支护 39 3.6.2超前支护管理 40 4 矿井通风 41 4.1通风概况 41 4.1.1地质条件 41 4.1.2煤质条件 41 4.2矿井通风系统的选择 41 4.2.1矿井通风系统的基本要求 41 4.2.2主扇工作方式选取 42 4.2.3通风方式的选取 42 4.2.4甲乙两种方案对比 44 4.2.5甲乙方案对比结论 47 4.3采区通风 48 4.3.1采区通风系系统得基本要求 48 4.3.2采区通风系统的组成 48 4.3.3工作面通风方式 48 4.3.4回采工作面的风向 49 4.4掘进工作面通风 50 4.4.1掘进工作面通风方式 50 4.4.2掘进工作面的风量计算 52 4.4.3局部通风机的选取 53 4.5通风构筑物 54 4.6采区及全矿井通风量计算 54 4.6.1工作面通风量计算 55 4.6.2备用面需风量的计算 56 4.6.3硐室需风量 56 4.6.4其它 56 4.7矿井总风量分配及风速验算 56 4.7.1风量分配 57 4.7.2风速验算 57 4.8通风阻力计算 58 4.8.1计算原则 58 4.8.2通风容易时期和困难时期的确定 58 4.8.3矿井最大阻力路线 59 4.8.4各段通风阻力 59 4.8.5全矿通风总阻力 60 4.8.6 矿井风阻 60 4.8.7矿井等级 60 4.9矿井主要通风机的选取 70 4.9.1选择通风机的基本原则 70 4.9.2矿井自然风压 70 4.9.3选择通风机 70 4.9.4电机选型 73 4.9.5概算矿井通风费用 75 4.10风机附属装置 76 4.11通风系统评价 77 5 矿井安全 78 5.1矿井安全概况 78 5.1.1 自燃发火 78 5.1.2 地热灾害 78 5.1.3 防尘 79 5.2 矿井防尘安全设计 79 5.2.1粉尘的危害 79 5.2.2防尘措施概况 80 5.3 工作面煤层注水设计 81 5.3.1矿井煤层概况 81 5.3.2 注水方式的选取 81 5.3.3 煤层注水工艺 81 5.3.4煤层注水参数计算 84 5.3.5 煤层注水流程工艺图 86 5.4井下防爆及隔爆 87 5.4.1防爆措施 87 5.4.2隔爆措施 87 专题部分 89 1.绪论 90 1.1矿井通风优化 90 1.2矿井通风系统优化的意义 90 1.3 南方中小煤矿通风系统现状、特点 90 1.4本文分析路线 91 2.矿井通风系统改造与优化现状 91 2.1 改造优化的基本要求 91 2.1.1 通风系统 91 2.1.2优化要求 92 2.2国内外研究发展现状 92 3.通风系统优化分析 92 3.1通风系统的完备性分析 92 3.2通风网络阻力分布分析 95 3.3通风网络稳定性分析 95 3.3.1通风网络对风流的稳定性影响 96 3.3.2机械通风动力 98 3.3.3自然风压 98 3.3.4瓦斯等有容气体的涌出 99 3.4 通风系统可靠性分析 100 3.4.1通风系统风路的有效度 100 3.4.2由风路失效边界条件判定风路有效度 100 3.5主通风机工作参数合理性和稳定性分析 101 3.6通风系统抗灾能力分析 103 3.6.1抗灾措施 103 3.6.2防灾管理系统 103 3.6.3灾害时期的救灾组织 104 3.6.4井下工人的救灾和逃难技能 104 4 南方中小煤矿的优化指标 104 4.1评判指标的确定 104 4.1.1指标分类 104 4.1.2确定各指标权值 105 4．2 模糊综合评判法数学模型 105 4.2.1权重集建立 105 4.2.2因素权重集 105 4.2.3方案集建立 105 4.2.4一级模糊综合评价 105 4.2.5 2级模糊综合评判 107 4.2.6矿井通风系统最优方案 107 5小结 107 5.1主要结论 107 5.2展望与建议 108 参考文献： 109 翻译部分 110 英文原文 111 中文译文 117 中国矿业大学2007届本科毕业设计 第1页 中国矿业大学2007届本科毕业设计 第8页 一 般 设 计 部 分 1 矿区概述及井田地质特征 1.1矿区概述 1.1.1交通位置 姚桥井田位于大屯矿区东部，在江苏省沛县和山东省微山县境内，南距沛县17km，东临邵阳湖，距微山县10km,其地理坐标为东经11654′43″、北纬3452′51″。 姚桥矿对外交通甚为便利，矿区内有徐培屯铁路专用线在沙塘车站和陇海线接轨、向东可以直达连云港；在徐州与津浦线相连，向北去兖州至石所；向南至南京和上海。矿井工业广场至沛屯集配站相距8km ,沛屯集配站直各大城市距离见表1-1。 表1-1 沛屯集配站直各大城市距离表 铁路沛屯集配站至 单位km 沙塘 徐州 连云港 上海 浦口 北京 兖州 石所 63.3 82.4 305 733客运 833货运 422 893 243.4 543.4 公路可北达山东济宁，南通沛县、徐州，东到微山县、滕县，西至丰县。矿区东部的邵阳湖西侧有京杭大运河可通帆船和大型木船。交通位置见图1-1。 1.1.2河流、沼泽、湖泊的分布范围 井田内具有较大的地表水体 1、东部邵阳湖二级水坝以北，井田所及部位长年积水，水位标高一般为33~34m;最高水位36.9m(1957年二级水坝修建前)，湖水面积602km,湖容量为18Mm，每年1月份湖面冰封，5~7月份湖水近于干枯。 2、京杭大运河位于湖陆交界处，本井田范围内与湖水贯通。 3、杨屯河贯穿井田中部，水面宽40~50m，全年可以通航。 4、沿河居井田西端，大部分时间干枯。 1.1.3 气象与地震 大屯矿区位于黄淮冲击平原边缘，具有长江流域与黄河流域过渡性气候特征。据沛县气象站资料：年平均气温13.9℃；一月份最冷，约平均温度-1.5℃,日最低气温-21.3℃（1967年1月4日）；7月份最热，约平均温度27.2℃，日最高气温40.7℃（1971年7月18日）。平均年降水量811.7mm，最大降雨量1178.9mm（1971年），最小年降雨量550mm（1968年），最大日降雨量340.7 mm（1971年8月9日），大气降雨多集中在7~8月份，余额占全年的60%。平均年蒸发量1623.7mm，大于降雨量的一倍，最高年蒸发量1873.2mm，最低年蒸发量1497mm。气候特点是冬季干燥、夏热多雨。春夏多东南风，秋冬多偏北风，全年以东南偏东风最多；年平均风速3.2m/s、最大风速20m/s,湖边风力一般5级左右，最大可达7级。历年最大冻土深度0.19m（1969年），平均冻土深度为0.12m。 根据国家地震局1976年9月地震烈度区划资料本区属七度地震区。 1.1.4水源及电力 井田内可供作水源有第四系地下水、地表的河水河湖水，水质一般较好，水源可以就地解决。大屯矿区现有240MW自备电厂1座，目前发电工给矿井生产外，尚有富余并入徐州电网。 1.2井田地质特征 1.2.1地形地貌 本井田陆地部分地势平坦，约向东北区倾斜，地面标高33.54~37.47m。地表广泛分布第四系松散冲击物，平均厚度177m。井田湖区部分湖底标高32m左右。 1.2.2对矿井地质勘探程度 本井田自1958-1985年以来经169、147、江苏、大屯地质队、上海水文地质队等单位进行地质勘探历时28年之久，井田范围由原来的27（km）2扩至56.7（km）2。提供了不少版本的地质报告，从而汇集了一份完整的资料。在全井范围内共有钻孔277个，平均4.885 个/（km）2。提供了全矿井主要断层的产状和延伸长度；查清了各煤层的赋存状态、煤层厚度、结构和变化规律；提供了低温和煤层顶底板岩石力学试验及预计矿井涌水量。使主要可采煤层7号层在-650m水平以上的高级储量比例达68%。陆地部分的地质资料可以满足设计需要。湖区部分基本控制了浅部深部的边界断层，查明湖区为一走向N25-40E、倾向NW的单斜构造，以及煤层层位、厚度与结构，其煤质特征与陆地部分相同；基本查明了火成岩侵入范围对煤层的破坏程度，第四系厚度及发育规律、水文地质特征等。 1.2.3地质构造 姚桥井田位于丰沛复向斜北缘，构造形态与含煤建造受区域地质构造的控制，石灰~二迭含煤岩系沉积后，在印支运动时受南北向压扭应力，生成北东向之背向斜，后经燕山运动强烈构造的作用，生产不同方向的断裂构造，切割了原来的褶皱而呈现至今的构造形态。 本井田基本为一倾斜向NE的单斜构造，地层走向NEE、倾向NNW。地层倾角变化较大，井田东、西端深部倾角平缓为3~8，西中深部倾角较大为15~25。 （1）褶曲 本井田内在11线附近及14线浅部均有宽缓向斜；18线西在西陶屯南有一背斜；16~18线间西陶屯与南中山之间有一向斜。 （2）断层 本井田内断裂构造比较发育，F18、F19（袁堂断层）、F14形成本井田西北南三个方向的井田自然境界，都是张性断层，落差均在500m以上。井田东端F50正断层落差大于100m，将来可能成为井田东部自然境界。 本井田断层走向以NE为主，绝大部分为张扭性断裂，除4条境界断层外，井田内经钻孔，地震勘探和巷道控制的断层有31条，其中落差大于等于50m的有8条、小于50m大于30m的10条、小于30m的13条。主要断层特征表见表1-2。 表1-2 断层特征表 名称 角度（度） 垂高（m） 正断层（逆断层） F1 8-30 10 逆断层 F2 67 20 正断层 F3-1 82-86 29 逆断层 F3-2 68 10 逆断层 F7 80 8 正断层 F14 70 >500 逆断层 F19 77 540 正断层 F29 70 0-60 逆断层 f 29-3 70 29 逆断层 f 402 70 7.5 逆断层 F袁支 70 290 逆断层 F袁支2 70 85 逆断层 F袁支1 70 140 逆断层 f143 50 5 正断层 f140 54 40 正断层 DF 75-82 0-42 逆断层 （3）火成岩对煤层的影响 本井田中部有中基性长斑岩、煌斑岩、安山岩呈脉状侵入、致使11~13线之间7号、17号、21号煤层局部受到破坏而变薄，结构复杂；21号煤层底板被岩浆岩侵蚀，煤层变质为天然焦，但范围较小，破坏性不大。 本井田东段南部有酸性花岗斑岩呈盘状、岩床状侵入，基岩在H21号孔附近，致使F14与F14-1之间、02线以西约3（km）2的范围内各煤层都遭到严重破坏，但由于范围较小且较集中，对整个矿井影响不大。 （4）水文地质 本井田南、北、西三面被断层切割，东部为湖区，第四系不整合覆盖于一切老地层之上，基岩被东西向及南北向两组断层所切割为一封闭-半封闭断块型复向斜含水构造。 1）地表水 本井田中部有杨屯河流入京杭大运河。位于井田东部的昭阳湖湖水流域面积9900（km）2，积水面积1220（km）2，地表水系较简单。 2）含水层 ①第四系冲积层 陆地部分两极厚度为125.0~233.2m，一般厚度170~180m。湖区部分104~146m，一般厚度130m，有自东北向西南逐渐增厚的趋势。岩性主要由砂质粘土及砂层构成。有地层中上部砂层较发育，含水丰富；下部含泥物质较多，不含水可视为隔水层。共分6个含水层、5个隔水层，其特点是： 土层颜色自上而下由浅入深；砂层粒度自上而下从细变粗；含水层以Ⅱ、Ⅳ、Ⅰ为主，隔水层以2、4、3隔为主，且前者分别较后者为强；上部砂层分选性较好、松散，下部砂层分选性较差、含泥质较多；上部含水层水质好，中、下部含水层水质较差。 冲击层的上部含水层（Ⅱ含以上）直接受大气降水与地表水体的补给；中部含水层的补给条件较差；底部含水层的补给条件不好；以静储量为主。总之，地下水的补给条件自上而下由好变差，大气降水及地表水与基岩地下水无关。在湖区冲击层下普遍存在厚度10m以上的粘性土层，致使在自然状态下其地表水及冲积层中、上部地下水与基岩水是没有补给关系。 ②基岩层 基岩内主要含水层有侏罗系底部砾岩层，下石盒子组底部分界砂岩，山西组煤层顶、底板砂岩，太原群4、8~8、12号石灰岩及中奥陶统石灰岩等。 侏罗系底部砾岩水对井筒开凿有影响，分界砂岩水只有当开采厚3m以上的山西组煤层时才有可能通过采后的导水裂隙补给矿井；山西组煤层顶、底板砂岩水与开采直接有关太原全8~9、12号石灰岩水分别是开采17、21号煤层的直接补给源，4号石灰岩水与巷道的穿层石门有关，是开采煤层的直接补给源，奥陶系灰岩水对开采太原群深部煤层有可能造成威胁，在因断层错动与煤系地层直接接触时，会成为矿井开采的主要水患之一。 各含水层的水文地质条件特征见表1—2。 1.3煤层与煤质 1.3.1煤层 本井田含煤地层为下二迭统山西组、上石炭统太原群组，共有含煤17-20层，煤层总厚14.11m，可采者5层，即山西组的7、8号煤层，太原群的17~18、20号层，可采煤层总厚10m，可采系数3.9%。其中稳定的主要可采煤层为7号层，较稳定煤层有8、17、21号层，局部可采的不稳定煤层为18号层，可采煤层特征见表1-3。煤层发育情况及煤层顶底板岩石工程特征简述如下： （1）山西组煤层 7号煤层：为本井田稳定的主要可采煤层。陆地部分除F14与F14-1之间有花岗岩斑岩侵入，附近煤层遭受吞食或者严重破坏者外均为可采，厚度0.81~9.52m，平均厚度4.05m，煤层厚度沿走向变化不大，神不明显加厚。煤层局部有1-4层夹石，夹矸厚0.10~1.24m，以泥岩为主部分为砂质泥岩，煤层结构上属简单。湖区部分煤层厚度3.04~6.50m，一般厚4.5m左右，由浅至深煤层有加厚的趋势。煤层结构间单，发育稳定，I勘探线浅部和04线以东因火层岩影响使煤层遭受破坏。 直接顶板以砂质泥岩为主，两极厚度1.2~19.0m，自然状态抗压强度741Kg/cm2；西部多为老顶中细砂岩，钙泥质胶结、致密，一般裂隙不发育，含水性若，稳定性较好抗压强度654~1632 Kg/cm2。底板以泥岩、砂质泥岩为主，厚度一般1~3m，抗压强度261~553 Kg/cm2，其底板抗压强度为1137 Kg/cm2。 8号煤层：分布在湖区部分与陆地部分沿岸部分。煤厚0.2~5.69m，一般厚度2~4m，目前I勘探线以东尚未发现沉缺点。煤层结构单一，部分钻孔含夹矸层，夹矸厚度0.32~1.16m。在湖区部分分属较稳定煤层，是湖区部分主要可采煤层之一。 直接顶板为粉砂岩、中-细砂岩，厚度不足1~31m，其自然状态抗压强度分别为700~1426 kg/cm2和655~964 kg/cm2；底板为砂质泥岩，抗压强度631 kg/cm2。 7、8号煤层间距变化大，最大可达31.76m、最小0.34m。7、8号煤层之间以砂岩为主，夹薄层条带状砂质泥岩，湖区东部以砂质泥岩为主。 7、8号煤为黑色、块状、粉末状，煤岩成分为镜煤、亮煤、暗煤，属半亮型煤，呈油脂光泽，阶段状断口，条带形结构，内生裂隙发育，具黄铁矿薄膜及方解石细脉。 （2）太原群煤层 17号煤层：煤厚0.39~1.91m，一般厚度1m左右。煤层结构简单，局部含夹矸1层，夹矸厚度0.05~0.59m之泥岩。井田西端有一煤层变薄带，并有沉缺点。湖区部分在02线有一沉缺带。从全井田范围看，本层属于较稳定层。 顶板以泥岩为主，局部为砂质泥岩及细砂岩，厚度一般为3~6m，抗压强度164~181kg/cm2，力学强度较低，稳定性差。底板为石灰石或砂质泥岩，厚度一般在1.6~3m，抗压强度497kg/cm2。 18号煤层：本煤层层位稳定，大部分见煤点厚度在0.7m以下，仅在陆地部分口湖边的浅部，形成零星的可采区，属于局部可采的不稳定层。 顶板大多数是灰岩，次为泥岩、沙泥岩。底板为砂泥岩、泥岩。 1.3.2煤质 山西组7、8号煤层，原煤灰分一般为14~15%，属低-中灰煤；原煤全硫含量一般小于1%，属于特低-低硫煤；原煤含磷量一般小于0.01%，属于特低-低磷煤，精煤回收率大多超过50%，属于良等；原煤干基弹筒发热量28052~28470KJ/Kg(6700~6800kcal/kg)，煤质牌号以气煤为主，是较好的配焦和动力煤。 太原群17、21号煤层，原煤灰分一般为12~18%，属低-中灰煤；原煤全硫含量17号一般大于1.5%，属于中-富硫煤；原煤含磷量一般小于0.01%，属于特低-低磷煤，精煤回收率大多超过50%，属于良等；原煤干基弹筒发热量28052~28470KJ/kg(6700-6800Kcal/kg)，煤质牌号，17号维气煤，21号为肥煤，可作为动力煤和发电煤。 1.3.3煤层风氧化带的确定 该区地层全部隐伏于第四系地层以下，为全掩盖式煤田，未在煤层露头处排钻取样确定风氧化带深度。根据大屯煤电公司设计室意见，将防水煤柱的界限定为煤层露头（顶板）垂高25m为防水煤柱。 1.3.4瓦斯、煤尘、煤的自燃性及地温 （1）煤层瓦斯 《姚桥井田深部勘探地质资料》采样实测结果表明，各煤层瓦斯成分变化较大，但主要以氮气为主，沼气含量仅一个点大于2cm3/g,见表1-4。 表1-4 煤层瓦斯成份及沼气含量表 煤层 煤层瓦斯成份（%） 煤层可燃CH4 （cm3/g） CH4 O2 N2 7 0~0.56 1.41~37.28 34.35~97.42 0~0.00 8 8 0.38 12.86 86.94 0.003 17 微量~75.13 4.53~17.51 19.14~82.49 微量~3.97 21 0.98~60.59 4.68-8.83 34.73~89.38 0.02~1.60 （2）煤尘 本井田各煤层精煤可燃基挥发分普遍较高，均在35%以上，火焰长度100~800mm.从勘探的取样煤质中测得煤尘爆炸性指数41.73~44.69%。火焰长度200~700mm。各煤层均有煤尘爆炸危险。 （3）煤的自燃性 本井田各煤层之变质程度较低，其燃点也较低，各煤层还原样燃点和氧化样燃点之差△T一般小于20℃，7号煤层仅少数点大于20℃，有可能自燃；17、21号煤层△T虽小于20℃，但含硫量较高也有可能自燃。而且矿井自生产以来曾发生过几次自燃，故属于有自然发火倾向的煤层。 （4）地温 本井田共进行23个孔的井温测量，取得地温资料如下： 1）恒温带深度、温度 根据本井田内恒温带观测孔资料结合徐州地区恒温带深度资料，确定本井田的恒温带深度为26m，温度为16℃。 2）地温梯度 最大为2.81℃/100m，最小为1.97℃/100m，平均为2.35℃/100m，属地温正常区，地温梯度由井田的浅部至深部逐渐减少。 3）7号煤层底板地温分布规律 本井田F13和F3断层对7号煤层地温分布有一定影响，F13断层东北部-650m水平的温度为31℃；-850水平的温度为37℃，为一级高温区内：-850m水平以下温度在37℃以上为二级高温区.F13断层至F3断层一带温度有起伏变化，-650m至-950m水平温度基本在32~37℃,处在一级高温区内:-950m水平以下温度在37℃以上为二级高温区:-1000m水平温度在39℃左右。F3断层以南-650m温度32~33℃,处在二级高温区内;在-750m水平温度达到37℃为二级高温区.。 中国矿业大学2007届本科毕业设计 第9页 含水层水文地质特征 表1-2 含水层时代 含氺砂层 水位标高（m） 单位涌水量（L/s.m） 渗透系数（m/d） 矿化度(g/L) 水质类型 岩层性质 备注 名称 厚度（m） 第四系 I松散孔隙潜水含水 6 34.35 1.030 12.79 0.55 HCO3-CaMg 粘性土、砂层2-3层 沛城井田Pg10号孔 II松散孔隙承压水含水层 10 27.3 0.233 5.23 0.59 HCO3 SO4-NaCa 含砂层3-5层粘性土2-4层 水源区S1号孔 松散孔隙承压水含水层 5 29.16 0.343 3.28 3.185 SO4-CaNa 含砂1-2，1-2层薄层粘性土 水源区S4号孔 松散孔隙承压水含水层 17 28.12 0.621 4.46 3.238 SO4-CaMg 中砂、粗砂岩3-4层 水源区S8号孔 松散孔隙承压水含水层 4 15.75 0.003 0.04 2.335 SO4-CaMg 中细砂岩 徐庄井田D1号孔 松散孔隙承压水含水层 5 34.65 0.136 1.17 3.88 SO4-NaCa 粘性土夹砾石、局部为砂砾、砂层 西风检 山西组 7号煤层顶板砂岩裂隙承压水含水层 22 31.5 0.0001 0.0012 0.535 HCO3-CaNaMg 砂岩、砂质泥岩、泥岩、粘土岩 徐庄井田Q1孔 太原群 L4灰岩岩溶裂隙承压含水层 9 34.37 0.077 0.84 4.008 SO4-Na 灰岩 711孔 L8-L9灰岩岩溶裂隙承压含水层 3 23.45 0.063 4.51 2.363 SO4-Na 灰岩 孔庄井田K57号孔 L12灰岩岩溶裂隙承压含水层 5 24.03 0.008 0.25 4.417 SO4-NaCa 灰岩 徐庄井田D37号孔 奥陶系 O2m灰岩岩溶裂隙承压含水层 不详 31.43 0.010 0.04 2.206 C1-MgCa 灰岩 沛城井田73-12孔 中国矿业大学2007届本科毕业设计 第10页 表1-3 煤层特征表 煤组 煤层 煤层厚度 煤层间距 煤层结构 等底板岩性 稳定性 倾角（度） 容重(t/m3) 最小 最大 平均 最小 最大 平均 夹石层数 夹石总厚度(M) 顶板 底板 山西组 7 0.81 9.52 4~5 0.34 31.76 — 1~4 0.1~1.24 泥岩砂质泥岩 泥岩砂质泥岩 稳定 5~25 1.28 8 0.20 5.68 2~4 10.3 126 116 1 0.32~1.16 粉砂岩中-细砂岩 砂质泥岩 湖区较稳定 6~10 1.27 太原群 17 0.39 1.91 1 1.2 4.5 2.0 1 0.05~0.59 泥岩砂质泥岩细砂岩 是灰岩砂质泥岩 较稳定 4~20 1.34 18 0 0.73 — — 灰岩泥岩 沙泥岩泥岩 不稳定 5~18 1.31 43 50 46 21 0.19 1.99 1 2 0.1~0.51 灰岩 泥岩砂质泥岩 较稳定 6~19 1.28 中国矿业大学2007届本科毕业设计 第15页 中国矿业大学2007届本科毕业设计 第14页 图1-1 交通图 图1-2综合柱状图 2 井田开拓 2.1井田境界及可采储量 2.1.1 井田境界 根据煤炭工业部（83）煤计字1472号文《关于大屯矿井井田的边界的批复》，姚桥井田东部湖区部分以经线39498000与枣庄矿区蒋庄矿井分界、南以F14号断层及21号煤层露头线、西以F18号断层、北以F19号和袁堂断层为界。 本井田走向长13km、倾斜宽4.35km，面积56.7（km）2。井田北部与三河尖、龙东井田毗邻。 计算井田储量的煤层最小可采厚度0.7m，各煤层容重采用值见表2-1 表2-1 各煤层容重表（单位：t/m3） 煤层 7 8 17 21 容重采用值 1.28 1.27 1.34 1.28 根据大屯煤电公司地质队1986年3月提供的《姚桥煤矿地质资料》，本井田地质储量535.318Mt其中D级储量约110Mt。由于东部湖区部分勘探工作比较困难，勘探程度还不够，但从现有钻孔资料来看，7、8号煤层赋存稳定，厚度大，地质构造比较简单，且目前正继续进行勘探工作，储量级别将会提高；对太原群煤层的水文钻探工作也正在进行，待搞清水文情况后，储量级别科普级。因此，本设计将全井田D级储量的50%计入工业储量。据此本井田工业储量为479.473Mt，其中高级储量占27.71%。工业储量计算见表2-2。符合煤炭工业设计规范要求。井田赋存状况示意图见图2-1。 图2-1井田赋存状况示意图 2.1.2 可采储量 （一）安全煤柱 （1）工业场地和风井场地的安全煤柱根据本次工业广场占地面积、矿井工业场地的地质资料和相关设计标准等参数进行计算留设。其示意见图2-2。 图2-2工业广场保护煤柱移动角 井筒及工业广场煤柱按岩层移动角留取。根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（以下简称“三下采煤规程”）有关规定和大屯地区其他矿井的经验数据，各参数选取如下： 表土层移动角：φ＝40 上山移动角： γ＝70 下山移动角： β＝70-0.7α 走向移动角： δ＝70 （2）布置在煤层中的大巷，每边留设50m安全煤柱，对于布置在底板岩石中的大巷一般不留煤柱。 （3）根据勘探资料，该井田的大小断层的导水性均较差。因此本井田边界断层留设煤柱宽30米，井内的断层两侧留15米的安全煤柱。 （4）冲积层防水煤层防水煤柱：参照淮南矿区的经验，湖区部分煤层露头处按垂高80米左右留防水煤柱，即-180米以上均计算为冲积层防水煤柱。 对7、8号煤层陆地部分未进行冲击层防水煤柱计算，储量汇总表中防水煤柱数值采用1979年6月大屯煤矿工程指挥部地质勘探大队提供的数据。 （5）采区之间留30m保护煤柱，区段之间留20m保护煤柱。 （二）可采储量 在本设计中，我们只设计开采7号煤层。经计算得到7号煤层的地质储量为32882.8kt,工业储量为31283.3kt，可采储量为22123.6kt。具体计算见表2-3。 中国矿业大学2007届本科毕业设计 第15页 表2-2 工业储量计算表 煤层 水平 A B C 工业储量 （） （%） D 地质储量 A+B+C A+B+C+D/2 7 一 6805.2 1075.0 7344.6 15224.8 15540.3 49.94 44.07 2631.0 17155.8 二 2168.0 3487.0 8804.4 14459.0 14743 38.81 38.84 568.0 15727.0 合计 8973.2 4562.0 16148.6 29683.8 30283.3 44.25 41.36 3199.0 32882.8 8 一 750.0 3410.0 4160.0 5201.5 18.03 14.43 2083.0 6243.0 二 6.0 6.0 194.5 377.0 383.0 合计 750.0 3416.0 4166.0 5396.0 18.00 13.90 2460.0 6626.0 17 一 2377.0 2377.0 2518.5 283.0 266.0 二 1773.0 1773.0 2662.0 1778.0 3551.0 合计 4150.0 4150.0 5180.5 2061.0 621.0 21 一 3292.0 3292.0 3547.0 510.0 3802.0 二 2071.0 2071.0 3540.5 2939.0 5010.0 合计 5363.0 5363.0 7087.5 3449.0 8812.0 全矿井总计 8973.2 5312.0 29077.6 43362.8 47947.3 31.36 27.71 11169.0 53531.8 中国矿业大学2007届本科毕业设计 第16页 表2—3 可采储量计算表（单位：10Kt） 水平 煤层 工业储量A+B+C+D/2 永久煤柱损失 开采损失 可采储量 冲积层 断层 工业场地 风井场地 大巷 其他 小计 一 7 15940.3 1139.5 636.9 695.8 112.4 259.6 152.0 2996.2 2986.0 10958.1 8 5201.5 635.9 115.0 67.8 173.1 991.8 1052.4 3157.3 17 2518.5 96.0 292.6 84.7 473.3 511.3 1533.9 21 3547.0 98.0 250.9 45.4 394.3 788.2 2364.5 合计 26207.3 1969.4 751.9 1239.3 310.3 432.7 152.0 4855.6 5337.9 17013.8 二 7 15343.0 455.7 455.6 3721.8 11165.5 8 194.5 9.6 9.6 46.2 138.7 17 2662.0 665.5 1996.5 21 3540.5 885.1 2655.4 合计 21740.0 465.3 465.3 5318.7 15956.1 全矿井总计 47947.3 1969.4 1217.2 1239.3 310.3 432.7 152.0 5320.9 10656.6 32969.9 中国矿业大学2007届本科毕业设计 第15页 中国矿业大学2007届本科毕业设计 第25页 2.1.3 矿井设计生产能力及服务年限 （1）矿井生产制度 矿井年工作300天，按三班制运行，每天两班生产、一班检修，每班工作8小时。每天净提升时间14小时。 （2）矿井设计生产能力 根据矿井可采储量，结合矿区总体设计，以及《煤炭工业矿井设计规范》的要求该矿设计生产能力为2.4Mt/a。 （3）矿井设计服务年限 根据计算的可采储量和推荐的矿井生产能力，考虑1.4的储量备用系数。 服务年限=矿井可采储量矿井生产能力储量备用系数 （2.1） T=22123.62401.4=65.8a 其中第一水平服务年限：T1=10958.12401.4=32.6a；符合煤炭工业设计规范的规定。见表2-4。 表2-4 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限 矿井设计生产能力 矿井设计服务年限 第一水平设计服务年限 煤层倾角 （Mt/a） （a） <25 25~45 >45 6.0及以上 70 35 3.0~5.0 60 30 1.2~2.4 50 25 20 15 0.45~0.9 40 20 15 15 2.2 井田开拓 2.2.1 井田开拓的基本问题 （1）地质条件的影响 本井田浅部储量主要集中在湖区部分，而深部储量主要集中在井田的西北部。整个井田现有储量自然分布为三个区：东部湖区部分、中部下水平、西北部。 煤系地层为巨厚的新生界地层所覆盖，埋藏深；井田面积大，主要可采煤层赋存稳定，厚度较大，倾角平缓，开采条件很好，大部分适合综合开采。 煤层埋藏较深，第四系冲积层较厚，且有若干层汗水砂层，建井条件比较困难，必须采用特殊施工法凿井。上组煤瓦斯涌出量小，可以采用下山开采，但距7号煤层65-85m的太原群第四层灰岩含水丰富；井田深部尤其在西北深部地温高，对后期开采有影响。 （2）开拓方案对比 根据以上地质条件、储量分布以及《煤矿安全规程》，本设计对井田的开拓方式做了两个方案： 第一方案 全井田划分为两个水平，即-450、-650。先期在井田的中部设置工业广场，一对主副井至-450水平，掘-450的水平大巷两条。在井田的浅部边缘分别建东、西两个风井和掘东、西总回风大巷；后期在工业广场的西北部再新建一对主副井至-650水平，掘-650水平大巷两条；在-850水平掘两条辅助运输大巷。所有的井筒均采用立井开拓，且均不穿过太原群第四灰岩，矿井在-450水平达240 Mt。大巷大部分布置在煤层底板的岩层中，局部穿越煤层；本井田在中部和西北部采用采区式开采；东部湖区采用带区式俯斜开采。示意布置见图2