矿山建设工程毕业设计.docx

1、矿山建设工程毕业设计第一部分 薛湖矿井基本情况第二部分 薛湖矿井施工组织设计专题部分 斜井复杂地层施工方法分析参考文献.58翻译部分中文译文.68致 谢.74第一部分薛湖矿井基本情况1 矿井与矿体特征1.1 矿井的自然条件1.1.1 地理位置与交通薛湖矿井位于河南省永城市北部，属永城市管辖。地理坐标为东径11617301162830，北纬340530341000。井田中心南距永城市23，西至商丘市75km，东至江苏徐州市80km，至安徽淮北市40km，分别与京九、陇海、津浦三条铁路干线有公路相连，北至陇海铁路砀山站38km，永城矿区自用铁路与京九、陇海铁路相连。连、霍高速公路从本区北缘通过，砀

2、山永城公路从井田东部通过，井田内乡间公路纵横成网，交通便利。 图1.1.1 交通位置示意图1.1.2 地形地貌及水系（1）地形地势本区位于淮河冲积平原北部，地势平坦开阔，总体为西北高，南东低。最高海拔标高+40.2m，最低+32.3m，一般+36+38m。（2）地表水系本区属淮河水系，地表水体不发育，主要河流为王引河，流经勘探区东北部边界附近，最大流量为46.6m3/s，最高水位标高为+39.70m。其余均为季节性河流，雨季水位上涨，流量增大，旱季水量减少，甚至干涸无水。1.1.3 气象本区属半干旱半湿润季风型气候，年平均降水量877.4mm，年最大降水量1518.6mm，年最小降水量为556

3、.2mm，降水多集中于7、8、9三个月。多年平均蒸发量为1811.12mm，蒸发量大于降水量。每年七、八月最热，一、二月最冷，最高气温为+ 41.5，最低气温为-23.4，年平均气温+14.4。夏季多东南风，冬季多北、西北风，多年平均风速3.4m/s，最大风速20m/s。冰冻期为每年11月初至翌年3月底，最大冻土深度为0.21m。1.1.4 地震永城市属郯城庐江地震带影响范围，地震烈度小于6。据有关记载，公元925年以来，永城市东部安徽省境内肖县、宿县一带曾发生38次强烈地震。1668年山东郯城曾发生8.3级地震，永城市受到地震影响。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），本区位

4、于地震烈度度区。1.2 矿井地质1.2.1 地质构造及断层本区位于区域构造永城复背斜北部仰起端、次一级构造聂奶庙背斜的北翼，总体构造形态呈一走向北西西的单斜构造，由于受东西向构造和北北东向构造的控制和影响，而使其构造形态局部复杂化。本区地层产状在西部为近南北向北西西向，向西倾斜；中部走向北西至87勘探线转为近东西向，向北倾斜，倾角在浅部为25左右，深部一般为510，沿走向及倾向均有小型起伏；62勘探线以东，受北北东向滦湖断层带影响，地层走向基本上为北50东，并发育北北东向的背、向斜构造，其北端走向转为东西，向北倾斜。本区断裂构造较发育，主要发育北北东向、北东向和近东西向三组断层，均为高角度正断

5、层，东部以北北东向断层为主；中部发育北东向和近东西向断层；西部以近东西向为主。全井田共发育断层65条，其中落差大于100m的9条；落差10050m的5条；落差5020m的10条；落差小于20m的41条。大断层主要分布于井田东、西边缘的两侧，呈相互平行状展布，形成阶梯状或地垒、地堑状组合的特点，构成本区边界。1.2.2 表土层及岩层情况永夏煤田属华北地层区鲁西分区徐州小区，新生界松散沉积物覆盖全区，为一掩盖型煤田。依据钻孔揭露，本井田发育地层自下而上分别为：中奥陶统马家沟组(O2m)、中、上石炭统本溪组(Cb)、太原组(C3t)、下二迭统山西组(P1sh)与下石盒子组(P1x)、上二迭统上石盒子

6、组(P2S)、石千峰组(P2sh)及新近系(N)、第四系(Q)。1.2.3 井田水文地质薛湖井田位于永城复背斜西翼北段，处在区域径流区带。F112正断层落差 90m，切割聂奶庙背斜轴部，使区外东部背斜轴部相对富水区的奥陶系地层与区内煤系地层对接，应为勘探区的供水边界；西部为太原组灰岩深埋区，灰岩顶面埋深在1000m以下，岩溶发育程度随深度减弱，地下水径流迟缓；北部亦为太原组灰岩深埋区，灰岩顶面埋深在1000m以下，相对较封闭，可作为相对隔水边界。井田内无常年流水河流，王引河在勘探区东北边界穿过，1956年实测最大流量46.6m3/s，最高水位标高39.70m，平时水量较小。位于勘探区中、西部的

7、白河、韩沟两条暂时性水流，自北向南注入沱河，旱季经常干枯无水。地表水体距离煤层垂直距离一般大于400500m，并且有巨厚新生界阻隔，因此地表水对煤层开采无影响。区内断层多为高角度正断层，断层破碎带厚度不大，一般在10m以下，其组成物主要为砂质泥岩、粉砂岩、砂岩及煤屑。钻孔简易水文地质观测无发现断层带的漏、涌水现象。7708孔太原组上段灰岩与F121断层带混合抽水，单位涌水量q0.00000466L/sm，邻区断层带抽水，单位涌水量0.0020.00437 l/sm，富水性较弱，断层带渗透性能差。1.3 煤层及其特征1.3.1 煤层本区煤层赋存于石炭二叠系含煤岩系，含煤岩系分四组七个煤段，含煤地

8、层总厚度993.0m，共含煤13层，煤层总厚度7.27m，含煤系数0.73%。主要可采煤层二2煤及局部可采煤层三3煤和三2煤。三3煤层上距K5砂岩29.0m，下距K4铝质泥岩43.0m。煤层直接顶底板均为砂质泥岩，间接顶板为细砂岩或粉砂岩，间接底板为砂质泥岩或细砂岩，全区层位较稳定，平均厚度0.70m。煤层结构较简单，一般无夹矸或有12层夹矸，夹矸为泥岩或砂质泥岩。煤层稳定程度为不稳定型煤层。三2煤位于下石盒子组下部，上距K5砂岩40.0m、距三3煤层11.0m；下距K4铝质泥岩37.0m，下距二2煤层89.20m，煤层的直接顶板为砂质泥岩或细粒砂岩，直接底板为细粒砂岩，间接顶板为细砂岩或粉砂

9、岩，间接底板为砂质泥岩或细粒砂岩，平均厚度0.28m。层位较稳定。煤层结构较复杂，多数有12层泥岩和砂质泥岩的夹矸。煤层稳定程度为不稳定型煤层。二2煤层赋存于山西组中下部，下距石炭系太原组(C3t)顶部灰岩K3约50m、二2煤层底板砂岩36.60m；上距K4铝质泥岩51.51m、煤层89.2m。煤层的直接顶板为砂质泥岩或细粒砂岩，局部为中粗粒砂岩；直接底板为细粒砂岩和砂质泥岩，平均厚度1.86m。煤层层位全区稳定，煤层结构简单，一般偶见1层夹矸，夹矸厚0.020.52m。岩性为泥岩和砂质泥岩。煤层稳定程度属较稳定煤层。1.3.2 瓦斯、煤尘区内生产矿井多为高瓦斯矿井。据本区二2煤层瓦斯成分分析

10、，煤层底板-600m以浅地带，沼气成分最高占70%，一般小于20%，个别点氮气达60%，二氧化碳20%，甲烷含量在5ml/g以下，属瓦斯风化带；-600m以深地带沼气成分占8095%之间，甲烷含量在5 ml/g以上。瓦斯风化带内瓦斯含量一般在1.764.46ml/g之间。区内各煤层多数为粉粒状煤，开采时易产生大量的煤尘，钻孔煤样煤尘爆炸性试验，三3、三2、二2煤煤尘爆炸指数均大于10%，各可采煤层煤尘均有爆炸性。1.4 矿区简况1.4.1 工业简况本区地处黄淮冲积平原的北部，土地肥沃，人口稠密，在矿区范围内分布有薛湖乡、聂四楼、候寺村、洪寨村、洪路口、洪后楼等40多个大大小小的村庄，征地和拆迁

11、工作对矿井生产会有一定的影响。神火集团公司已建成的矿区中心居住区及机修、器材供应等辅助设施，可为矿井建设和生产提供生活服务及生产服务。1.4.2 水电供应情况 陇海铁路位于矿区北部，青（龙山）阜（阳）铁路从矿区南部通过，西部有京九铁路，由青阜线青町车站接轨的矿区铁路专用线已建成投入运营，并在陈四楼矿为薛湖矿井留有接轨位置。区内第三、四系松散孔隙承压水含水层，砂层厚度大，分布稳定，富水性较好，水质符合饮用标准，可作为矿井供水水源。另外，井下排水经处理后也可作为矿井供水水源。永城市水利局对矿井生产、生活用水、取水已给予批复。本矿井供电电源双回路均来自距离矿井约41km已建成属神火集团管理的神火中心

12、220kV变电站。1.4.3 建材及劳动力来源 永城市地方建筑材料比较丰富，砖、砂、石、水泥、石灰等可由本地区供应，只有钢材、木材需用火车转运或用汽车直接运至场区。本区地方预制构件厂较多，建筑构配件可选用当地有资质，信誉好的生产厂家供应。土建矿建工程转包给具有专业资质的施工队，人员有他们负责。1.6 设计依据和标准（1）中华人民共和国国土资源部国土资储备字【2004】06号文 “关于河南省永夏煤田薛湖井田勘探报告矿产资源储量评审备案证明”；（2）河南省煤炭地质勘查研究院2004年2月编制的河南省永夏煤田薛湖井田勘探报告；（3）国家发展和改革委员会发改能源【2004】2869号国家发展改革委关于

13、河南永城薛湖矿井及选煤厂项目核准的批复；（4）国土资源部颁发的河南神火集团有限公司薛湖煤矿采矿许可证，证号：1000000610054。（5）河南省煤炭工业局文件豫煤规2005319号“河南省煤炭工业局关于河南神火（集团）薛湖矿井初步设计的批复”；（6）河南省“十五”能源发展规划；（7）煤炭工业现行的技术政策、规程、规范和国家环境保护、劳动卫生、安全消防等法律、法规；（8）其它有关技术资料和协议。2 矿井的开拓与开采2.1 矿井开拓2.1.1 井田界限与矿井储量井田范围东起滦湖二号断层(F112)，西部和北部基本以二2煤底板-1050m水平的铅直面为边界，南部分别以煤层露头线和万庙断层组(F1

14、34)为界，根据中华人民共和国国土资源部颁发的采矿许可证，证号：1000000310054，井田边界具体由43个拐点座标控制。井田东西长16km，南北宽2.86.5km，面积约73.9508km2。详见可采储量汇总表2.1.1。 表2.1.1 可 采 储 量 汇 总 表（单位：万吨） 煤层工业资源储量各类永久煤柱工业场地煤柱开采损失可采（121b）（122b）（333）小计浅部防水断层边界公路小计储量二2 2124360151901091533556337325126075017817124三22-602123618388288-1701132331322三3-161122413854176-

15、117571821029合计21244364765014138458727373251547920219694752.1.2 矿井年产量、服务年限以及矿井工作制度城郊矿井年生产能力为1.2Mt/a，矿井服务年限56.4年。矿井设计年工作日330天，每天四班作业，其中三班生产，一班准备，每班6小时，每天净提升时间16小时。2.1.3 开拓方式该井田为全隐蔽式煤田，煤系地层被巨厚的新生界松散沉积层所覆盖，煤层埋藏深，新生界松散沉积层含水丰富，故采用立井开拓方式。井田内新生界覆盖层厚度291431m，中部370395m，一般呈东薄西厚并伴有波状起伏。井口位于7880勘探线之间，8025钻孔东南250

16、m处。地面标高+38.5m，开采水平标高-780m，井筒深度818.5m，井筒穿过表土层厚度约392m，单水平上下山开采，局部设置辅助或接力水平。主井井筒落底在二2煤层底板以下约10m，副井井底水窝在二2煤层底板以下约10m，井筒落底分别向东北和西北做-780m水平东西翼轨道、胶带运输大巷。主井采用水平上装载方式。同时在7682钻孔东南约300m处建设风井，形成中央边界式通风系统。投产采区位于7075勘探线、二2煤层底板等高线-780m以浅。初期大巷长度约5150m（轨道、胶带大巷）。2.1.4 煤层分组及开采顺序设计采用“上行式”开采，即矿井投产初期，首先开采位于三煤组之下的二2煤层，其理由

17、如下。（1）三煤组可采储量仅占总可采储量的25%左右，由于受岩浆的侵蚀影响，煤层结构复杂，煤质较差，且出现不规则的不可采带，如按传统的下行开采顺序，势必影响矿井的初期生产能力，接替紧张，达产困难，工程量大，成本高，经济效益差。（2）二2煤埋藏稳定，结构简单，煤质好，煤层生产能力大，如优先开采，工程量省，接替容易，成本低，可获得较好的初期经济效益。（3）三煤组与二2煤层平均间距90m左右，经计算二2煤层开采后，三煤组各煤层处于弯曲下沉带之内，其原始结构不会受到破坏。为合理利用开发煤炭资源，做到肥瘦搭配，合理配采，初步确定初期先采二煤，并根据开采情况，适时开始配采三煤组。2.2 矿井开采2.2.1

18、 采区划分及开采次序全井田两个煤组共划分为13个采区，其中二煤上山采区4个，下山采区4个，三煤组上山采区3个，下山采区2个。二2煤为单一中厚煤层，采区布置方式简单。三煤组下距二2煤90m左右，三22和三3煤层间距11m，三煤组采用联合布置方式。为了便于运输、通风，减少工程量，上下煤组的采区巷道原则上对应布置。采区开采顺序按照先近后远的原则，一般为前进式开采。2.2.2 采区巷道布置方式（1）大巷布置考虑到本井田开采深度大，受煤层底板含水层高压承压水的影响，并结合矿区内生产矿井经验，把大巷布置在二2煤层顶板岩石中，下距二2煤层510m。二2煤层顶板为大占砂岩，煤层直接顶板以砂质泥岩、粉砂岩为主，

19、细粒、中粒砂岩次之，厚度一般510m；老顶为细粒、中粒砂岩，厚度一般2.3519.7m，该层砂岩层位稳定，在全区大面积分布。由于煤层走向有一定变化，大巷较难沿一个层位布置，生产可根据围岩、地压、水文地质条件等具体情况确定大巷层位。本矿井为高瓦斯矿井，设置轨道、胶带、回风三条大巷，三条大巷原则上平行布置，胶带、回风大巷略高于轨道大巷布置。（2）三煤组巷道布置三煤组开拓：三煤组西翼赋存零散，东翼相对完整，根据煤层赋存条件，三煤组西翼利用二2煤层运输大巷，采用采区石门联系方式；东翼采用集中石门、斜巷联系方式，设三22煤层-700m水平运输大巷。2.2.3 工作面数目、长度以及矿井移交标准矿井投产时为

20、一个采区，一个综采工作面（工作面长度166m）和一个瓦斯抽放面；待东风井贯通后，再增加一个炮采工作面（工作面长度180m），矿井达产。矿井一期工程移交东翼东21采区2102综采工作面，移交产量0.9Mta，占矿井产量地四分之三。此时，东23采区三条大巷尚未贯通，2301炮采工作面顺槽刚开始施工，上述剩余工程可在14个月内完成。3 矿井的生产系统3.1 井下运输系统3.1.1 采煤面煤炭运输系统矿井初期东翼开采，煤炭运输主要采用胶带输送机运输方式。两个工作面的煤分别通过两条顺槽胶带输送机运至-780m水平东翼大巷，经两条大巷胶带机搭接转载，通过上仓胶带输送机卸入井底煤仓。东翼上仓斜巷长度约102

21、0m，其中约365m为12倾斜巷道。-780m水平东翼大巷分两段，长度分别为1186m和800m，后期再增加960m。3.1.2 辅助运输系统依据薛湖矿井设计，薛湖矿井大巷辅助运输采用电机车运输。井下煤炭主运输采用胶带输送机，故人员、材料、设备及矸石的辅助运输自成体系。矿井两翼轨道运输大巷沿煤层顶板布置，大巷基本水平，向井底车场方向有3的下坡，因此大巷辅助运输采用轨道运输方式，由于矿井为高瓦斯矿井，辅助运输采用蓄电池电机车牵引1吨固定矿车运输。3.1.3矿车选型矿井主运输为胶带运输，辅助运输选用1t固定式矿车。各类矿车的数量按排列法计算，需1t固定箱式矿车318辆，1t材料车30辆，1t平板车

22、30辆。矿井所需各类矿车、人车型号及数量见表3.1.1和表3.1.2。 表3.1.1 矿车规格特征表 名 称型号容积m3载重（t）外形尺寸（mm）轨距（mm）轴距（mm）自重（kg）备注长宽高1t矿车MG1.1-6B1.11200088011506005505921t材料车MC1-6B1200088011506005505151t平板车MP1-6B1200088041060055046516t平板车MP16-6B162700120030060010008113t平板车MP3-6334101520480600835平巷人车PRC-121242801220152560015001.25 表3.1.

23、2 矿井各类矿车数量表 矿车类型使用地点矿车数备注一、1t固定矿车1、副井空重车线602列2、井上下工作电机车3022列3、地面矸石系统301列4、副井井口301列5、大巷掘进组150.5列6、采区掘进头54各10辆7、采区下部车场150.5列8、清理撒煤55辆9、其他301列小 计265备 用53总 计318二、1t材料车工作面及掘进头30三、平板车1、1t平板车工作面及掘进头30按规范选取2、3t平板车工作面及掘进头20按规范选取3、16t平板车工作面安装20四、平巷人车东翼大巷103.2 立井提升及装备根据矿井开拓布署，矿井初期设有主井、副井和中央风井三个井筒。（1）主井：净直径5.0m

24、，装备一对12t多绳箕斗，组合钢罐道，担负全矿井的煤炭提升任务，井筒内预留一趟排水管路。（2）副井：净直径6.5m，装备一对1t矿车双层四车多绳罐笼（一宽一窄），组合钢罐道，设玻璃钢梯子间。井筒内敷设排水管、压风管、洒水管、动力电缆和通讯信号电缆。担负全矿井的升降人员、提矸下料、进风等任务，兼作矿井的安全出口。（3）中央风井：净直径5.5m，设玻璃钢梯子间，井筒内设瓦斯抽放管，负责矿井的部分回风任务，兼作矿井的安全出口。（4）东风井：净直径5.5m，设玻璃钢梯子间，担负矿井的部分回风任务，兼作矿井边界的安全出口。3.3 提升系统3.3.1 提升方式及设备根据主井提升高度及提升量的要求，提升容器

25、选用一对JDGY-12/1104型钢罐道立井多绳箕斗，其主要参数为：载重12.5t，质量(包括首尾绳悬挂装置)15478kg，本体高度13.10m，提升容器中心距S=1.95m。根据防滑计算，箕斗不需另加防滑配重。主井提升设备选用JKMD-3.54()E型落地式多绳摩擦轮提升机1台。副井提升设备选用一台JKMD-3.54()E型落地式多绳摩擦轮提升机。3.3.2 井架特征 主、副井井架为钢结构，主井上天轮中心标高为53.5m，副井上天轮中心标高为31.5m，主、副井各采用一套JKMD-3.5/4()型落地多绳提升机。主、副井绞车房：绞车大厅均为排架结构，电控间均为框架结构，绞车大厅各设起重量为

26、35吨的起重机一台。3.4 井底车场及硐室3.4.1 井底车场形式及调车方式井下煤炭主运输采用胶带输送机运输，井底车场轨道系统仅为辅助运输服务，根据井筒与井下两翼轨道运输巷的相对位置、进出车方向及地面生产系统布置的要求，并充分考虑调车方便，操作安全，通过能力富裕、节省工程量、硐室布置合理以及施工方便等因素，井底车场采用单环卧式布置，利用大巷作为调车线和通过线。井底车场布置见大图。（1）空重车线长度由于井底车场轨道系统仅服务于辅助运输，因此仅考虑副井系统即可。副井进出车线各自按容纳1列车（按30辆1t矿车）考虑。出车线一侧设材料车线，材料车线按容纳15辆材料车考虑。（2）调车方式东翼：电机车牵引

27、列车驶入调车线，机车摘钩绕到列车尾部，将列车顶入副井重车线。机车经回车线至副井空车线，挂钩后牵引列车返回东翼。西翼：机车牵引列车进入车场调车线，当列车尾部经过1号道岔即换向顶列车进入副井重车线。机车经回车线至副井空车线，挂钩后牵引列车返回西翼。列车在井底车场内的运行时间平均为8.1min。（3）车场通过能力设计由副井提升的矸石量按矿井生产能力的8考虑，即9.6万吨/年。3.4.2 井底车场硐室 （1）主井装载系统位置考虑二2煤层底板下距L8灰岩80m左右，主井井筒在-780m水平处于二2煤以下约10m，若将装载系统全部放在-780m水平或-780m水平以下，井筒将穿过L8灰岩或与L8灰岩之间的

28、岩柱不能满足安全隔水层厚度要求，因此设计将主井底设在-780m水平，即装载系统全部抬高方式，这样设置同时减少了井筒深度，加快了建井工期、便于清理撒煤。装载硐室所在岩石层位自下而上为细粒砂岩、中粒砂岩、粉砂岩、泥岩、粗粒砂岩。由于泥岩较薄，不会对施工和支护有太大影响。井底煤仓所在岩石层位自下而上为粗粒砂岩、砂质泥岩、粗粒砂岩、细粒砂岩、粉砂岩。 （2）井底车场各主要硐室布置副井进出车线北侧布置有主排水泵房、管子道、主变电所等；南侧布置有等候室、工具保管室等硐室；车场回车线东段设加宽式消防材料库。 （3）井底煤仓形式、容量和主井底清理撒煤方式井底煤仓形式为圆筒直立煤仓，净直径8.0m，煤仓容量约1000t。主井井底撒煤采用平巷清理方式，其撒煤经漏斗下口装车闸门装入1t矿车，编组后由机车牵引至副井，由副井提升至地面。 （4）水仓布置及容量计算、水仓的清理方式矿井正常涌水量1378.79m3/h，按煤矿安全规程规定，水仓总容量不应小于8758m3，设计设主、副两条水仓，总容量为8954m3，可以满足要求。水仓设有清仓绞车，水仓清理采用1t矿车人工清理。 （5）井下爆破材料库的形式、容量及通风系统井下爆破材料库为壁槽式，容量1200kg。位于井底车场东翼，爆破材料库采用独立通风，其回风