采矿工程毕业设计小康三矿18Mta新井设计.docx
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采矿工程毕业设计小康三矿18Mta新井设计
摘要
本说明书为小康三矿1.8Mt/a新井设计说明书，在所收集地质资料的前提下，由指导教师给予指导，并合理运用平时及课堂上积累的知识，查找有关资料，力求设计出一个高产、高效、安全的现代化矿井。
通过对地质资料的深入研究，根据煤层的赋存条件和我国现在所能达到的煤炭开采技术水平，初步确定采用立井开拓。
本设计说明书从矿井的开拓、开采、运输、通风、提升及工作面的采煤方法等各个环节进行了详细的叙述，并进行了技术和经济比较，论述了本设计的合理性，完成了毕业设计要求的全部内容。
同时说明书中要求图文并茂，使设计的内容更容易被理解、接受。
在设计过程中，得到了广大老师的指导和同学的帮助，在此表示感谢。
由于设计时间和本人能力有限，难免有错误和疏漏之处，望老师给予批评指正。
关键词：
立井开拓；采煤方法；矿井通风；经济指标
ABSTRACT
Themanualiswell-offthreemines1.8Mt/anewwelldesignspecification,inthecontextofgeologicaldatacollectedbytheinstructortogiveguidanceandrationaluseofknowledgeaccumulatedinpeacetimeandclassroom,findrelevantinformationandstrivetodesignahigh-yield,efficientandsafemodernmine.Throughin-depthstudyofthegeologicaldataaccordingtothecoalseamoccurrenceconditionsandChinaisnowattainablelevelofcoalminingtechnology,initiallyidentifiedusingtheshaftdevelopment.
Thedesignspecificationfromtheminedevelopment,mining,transport,ventilation,andenhanceallaspectsoftheminingmethodssuchasfaceweredescribedindetailandthetechnicalandeconomiccomparisondiscussestherationalityofthedesigncompletedgraduationAllcontentdesignrequirements.Meanwhilespecificationrequirementsillustrations,designedtomakecontenteasiertounderstandandaccept.Inthedesignprocess,hasbeenhelpingthemajorityoftheteacher'sguidanceandstudents,toexpressmygratitude.Duetolimitedtimeandmyabilitytodesign,itisinevitablethatmistakesandomissions,hopetheteachertogivecriticism.
Keywords:
Shaftexplore;miningmethods;mineventilation;economicindicators
一般部分
专题部分
1矿区概述及井田特征
1.1概述
1.1.1井田位置及范围
康平煤田位于辽宁省沈阳市康平县境内，小康煤矿位于康平煤田的东北部，隶属康平县东关镇。
地理坐标为东径123°20′38″~123°25′55″，北纬42°37′54″~42°41′42″。
东西长3.05~5.48km，南北宽1.63~3.89km，井田面积约为19.81km2。
1.1.2自然地理
本区位于辽河平原西侧，地势稍有起伏，无高山，一般为平缓低山丘陵及第四纪洪冲积平原，地表绝大多数为农田，一般标高为+80~+120m。
地势最高处位于煤田西南后部的旧门山，其标高为+177.30m。
本区内无较大河流，只是在矿井外的西南有一条小河，为李家河，未流经本矿井。
而在矿井的中部、北部和南部有许多人工渠和季节性冲沟；主要有一道河、二道河等。
在矿井的西南大平煤矿境内有三台子水库，集水面积为140km2，水库最大面积14km2，储水量4900万m3，标高+83.5m；水库一般面积8km2，储水量1500万m3，标高+81.0m。
水库水的主要来源，除季节性冲沟汇集外，主要靠南部李家河和康平西泡子水库溢洪通过人工渠道注入。
排水主要靠人工渠进行调节，调节水量500万m3。
本区位于辽河平原西侧，属于大陆性气候，一般多风少雨，春干冬寒，一般春、秋、冬三季多风，冬季多西北风，春季多西南风。
风力最大至7~9级，瞬时达10级，小至2~3级，无风季节少见。
降雨一般集中在7、8、9月份，年最大降雨量达801.4mm，年平均降雨量为544.4mm，最大月降雨量为346.1mm，最小月降水量为0；该区年平均蒸发量为1922.3mm，最大月蒸发量为405.6mm；最高气温33.3℃，最低气温-32.6℃，冬季冻层最大深度1.45m。
地震烈级度为Ⅵ度（1989年辽宁省地震局资料），本区的地震动峰值加速度为0.05g。
1.1.3交通概况
本矿交通非常便利，距调兵山35km，距康平县城15km。
矿区铁路经法库、调兵山至大青编组站，大青编组站东至铁岭20km与京哈线相接。
公路有203国道从矿井西南部通过。
见图1-1
图1-1交通位置图
1.2井田地质特征
1.2.1地层
康平煤田属于中生代晚期下白垩系山间盆地，地形比较完整。
周围为古老地层，而煤田内地势较平缓，除少部分白垩系出露外，其它均为第四系所掩盖，基本上属于隐蔽型煤田。
前震旦系变质岩构成煤田之基底，白垩系含煤地层直接不整合于老地层之上，顶部为新生界的第四系。
本井田位于康平煤田东北部，地层层序和含煤地层生成年代与区域地层完全一致，以前震旦系地层为基底，其上依次沉积了中生界之早白垩系、及新生界之第四系，现由老到新分述如下：
（1）前震旦系（AnZ）
出露在后门山、土井山、郝官屯及五棵树一带，煤田内没有出露,其岩系组成以绿色片岩、花岗片麻岩为主，并有花岗岩及闪长岩侵入。
（2）白垩系下统（K1）
含煤地层无论是岩性特征或生物群组合，从区域对比上看可以与三台子组相当。
在煤田的东部地段该组地层沉积厚度较大，向西逐渐变薄，一般厚度为437m。
根据岩性、接触关系和生物化石特征，可将白垩系由下而上划分为三个组，孙家湾组、三台子组和建昌组地层，建昌组直接覆盖于前震旦系地层之上，为不整合接触。
而三台子组则平行不整合于建昌组之上。
1）建昌组（K1jc）
由以下三层组成：
①火山碎屑岩：
以火山集块岩为主，夹薄层安山岩，岩块有小气孔，其中有燧石填充，厚度大于30m。
②砂砾岩层：
以灰白色砂岩，砂砾岩为主，夹灰黑色泥岩，在泥岩，砂岩中夹有炭质碎片，厚度大于150m。
③红色砂砾岩层：
以赭色，灰绿色砾岩为主，夹砂岩及粉砂岩，中下部为灰绿色、赭色砾岩，砾石成份以片麻岩为主，火山岩、石英岩次之。
本层厚度西部50～300m，东部大于300m。
2）三台子组（K1st）该组地层顶底界面清楚，岩性分异明显且标准，与下覆建昌组呈假整合接触，按其岩性和化石组合自下而上分为：
①底部砾岩段（K1st1）
在煤田东部的大房申、老边一带出露，其岩性以紫色、灰绿色砾岩为主，并夹有薄层砂岩。
砾岩以泥质胶结为主，主要成分为绿色片岩，花岗质片麻岩为主，同时也混有少量石英岩及火山砾岩，厚度50～300m，东部大于300m。
②砂岩段（K1st2）
在矿井东部有出露，以灰、灰白色砂岩为主，夹深灰色泥岩、灰白色砂砾岩，在西部夹炭质页岩及薄煤层，分布面积不大，距上部煤层200m，故无济经济价值，厚度30～230m。
③含煤段（K1st3）
主要以煤层为主、间夹炭质页岩、灰黑色泥岩、油页岩、灰白色粉砂岩组成，可采煤层集中于上部，向东、北方向分叉变薄，厚度1～25m。
厚度变化是：
西薄东厚，东北部最厚。
④油页岩段（K1st4）
以黑褐色油页岩为主，夹黑色泥岩和泥灰岩、菱铁矿透镜体。
赋存规律：
油页岩与泥岩易于识别，到矿井边缘二者不易识别，厚度矿井内东厚西薄，南厚北薄。
最大厚度40～50m，最薄10m，分布于北部边缘。
⑤泥岩段（K1st5）
由于泥岩段下部富含动物化石，而上部则不含，所以又将此层分为动物化石层（K1st5-1）、泥岩层（K1st5-2）。
动物化石层（K1st5-1）
本层以黑色泥岩及深灰色粉砂岩为主，含有大量动物化石。
一般有以下种属：
Crprideasp.（女星虫，未定种）
Darwinadedsp.（达尔文虫）
Cyprideaaffpraqnata（女星虫）
Cypredeafpp（神密女星虫亲近种）
Lycapteraypyessp.（狼星虫，未定种）
Turfanaqraptasp.（吐鲁番周佳饰叶肢介，未定种）
Ballaamyasp.（环棱螺）
Sphaereumspp.（球蚬）
动物化石层在矿井内沉积稳定，分布于全区是一个良好的标志层。
从动物化石面貌上段与阜新三台子组层位相当。
泥岩层（K1st5-2）
上部灰绿色泥岩，夹粉砂岩、细砂岩，在煤田边缘为砂砾岩。
本层泥岩具球状，极松软，易风化，遇水后有膨胀现象。
该层顶部含有黄铁矿晶体；矿井中部缺失此段。
厚度变化：
南部厚度30～45m，北部5～10m，就矿井东西两部分看，其特点是：
中间厚，两侧薄，厚者厚度25～30m，薄者厚度0～5m。
3）孙家湾组（K1s）
与下覆三台子组呈平行不整合接触，全区均有分布。
上部主要为赭色粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩及砾岩等，下部以灰色粉砂岩、细砂岩为主，夹泥岩、粗砂岩及薄层砂砾岩，底部普遍有一层较厚的砂砾岩，厚度150～750m。
（3）第四系（Q）
上部为黑色腐植土，厚度0.2～0.5m。
中部为灰黄色亚粘土，厚度为2～17m。
下部为黄色粗砂，底部含砾，厚度1.5～5m。
1.2.2含煤概况
本区煤层赋存于前震旦～系白垩系含煤岩系，本矿井是单一煤层，全矿井发育。
1.2.3水文地质
矿井含水层亦可分为三大类，与区域含水岩组基本相一致，分别为：
第四系洪积含水层
白垩系砂岩、砂砾岩承压含水层
白垩系底部砂岩、砂砾岩承压含水层
矿井白垩系油页岩为隔水层，该层赋存于煤层顶部，为煤层直接顶，全矿井普遍发育，厚度一般为10~50m，由北向南逐渐增厚，为一不透水层，在不受构造影响的情况下，均能起隔水作用。
矿井正常涌水量为40.26m3/h，最大矿井涌水量为54.76m3/h。
单位涌水量均小于0.1L/s.m，最大矿井涌水量小于180m3/h，采掘工程一般不受水害影响，防治水工程简单。
为此矿井水文地质类型为一类一型矿井，属于水文地质简单型矿井。
1.3煤层及煤质特征
1.3.1井田内煤层
煤层走向主体为东西走向，整体呈弧形，井田东侧煤层呈背斜构造，西侧煤层赋存比较稳定，全区发育，倾角为8°左右，可采煤层间距见表1-1。
表1-1煤层特征表
煤层
平均厚度/m
煤层间距/m
1#
8
30
煤层赋存状态见煤层柱状图，如图1-2。
图1-2综合柱状图
1.3.2煤质
本井田内可采煤层均为长焰煤，成煤的原生物质为高等陆生植物。
原煤水份（Mad%）：
一般为8～12%，平均为10%，属中水份煤；原煤灰份（Ad%）：
一般为18～25%，平均为22%；原煤发热量（Qb,MJ/kg）：
一般为20.91～22.99MJ/Kg，平均为22.38MJ/Kg；硫和磷（St,d%.P,d%）：
硫一般为1.5～2.5%，平均为2%；磷一般为0.01～0.06%，平均为0.038%，属中硫低磷煤；含油率（T1）：
一般为7～9%，平均为8.27%，属富油煤层。
视密度：
一般为1.30～1.40g/cm3，平均为1.35g/cm3。
由于煤层灰分较高，故不能做炼焦配煤，只能做动力用煤、发电用煤和炼油用煤。
1.3.3煤层的含瓦斯性、自燃性、爆炸性
矿井内煤层瓦斯化学成分CH4:
60~70%，CO2:
3~5%，N2:
25~30%,按瓦斯带的划分属于氮气—沼气带。
矿井相对瓦斯涌出量为0.96m3/t，矿井绝对瓦斯涌出量为5.46m3/min，属于低瓦斯矿井。
煤的自燃倾向性较强，自燃发火期为1~3个月，最短21天。
本矿井各煤层多数为粉粒状煤，开采时易产生大量的煤尘，煤尘爆炸指数为41.75，煤层煤尘有爆炸性。
2井田境界及储量
2.1井田境界
2.1.1井田范围
本井田西北以勘探线为界，与康平三台子煤矿相邻；西南以断层为界与大平煤矿相邻，但断层不在本井田内；北、东、南均为人为垂直划分边界。
井田内赋存有两个可采煤层。
2.1.2边界煤柱留设
矿井东西长3.05~5.48km，南北宽1.63~3.89km，井田面积约为19.81km2。
井田内地形比较完整，井田四周依据相关规定和安全考虑分别留设30m的边界煤柱。
东部、西部、南部和北部井田边界即为井田境界保护煤柱。
按《煤矿安全规程》[2]规定，边界煤柱的留法及尺寸：
1）井田边界煤柱留30m；
2）阶段煤柱斜长60m，若在两阶段留设，则上下阶段各留30m；
3）断层煤柱每侧各为20m；
4）采区边界煤柱留20m。
根据参考《煤炭工业设计规范》[1]和《煤矿安全规程》[2]的相关数据要求和规定，本井田所留的各种保护煤柱均合理，符合规定。
2.1.3工业广场保护煤柱留设
根据参考《煤炭工业设计规范》[1]和《煤矿安全规程》[2]的相关数据要求和规定，产量1.8Mt/a，1.2公顷/10万t。
本设计为1.8Mt/a。
则工业广场占地面积为S=1.8×1.2=24公顷=216000m2,则工业广场设计成长540m，宽400m的矩形。
在确定地面保护面积后，用移动角圈定煤柱范围，工业场地地面受保护面积应包括保护对象及宽度20m的围护带。
在工业场地内的井筒，圈定保护煤柱时，地面受保护对象应包括绞车房、井口房或通风机房、风道等。
工业广场保护煤柱用作图法确定，如图2-1。
2.1.4边界的合理性
在本井田的划分中，充分的利用到现有条件，既降低了煤柱的损失，也减少了开采技术上的困难，使工作面的部署较为简易。
同时，本井田的划分使储量与生产相适应，矿井生产能力与煤层赋存条件、开采技术装备条件相适应。
井田有合理的尺寸，条带尺寸满足《煤炭工业设计规范》[1]的要求，走向长度划分合理，使矿井的开采有足够的储量和足够的服务年限，避免矿井生产接替紧张。
根据《煤炭工业设计规范》[1]的规定，采区开采顺序必须遵守先近后远，逐步向边界扩展的原则，并应符合下列规定：
1）首采采区应布置在构造简单，储量可靠，开采条件好的块段，并宜靠近工业广场保护煤柱边界线。
2）开采煤层群时，采区宜集中或分组布置，有煤和瓦斯突出的危险煤层，突然涌水威胁的煤层或煤层间距大的煤层，单独布置采区。
3）开采多种煤类的煤层，应合理搭配开采。
综上所述，矿井首采带区定为工业广场西部的西一带区，该带区储量丰富，有利于运输的集中和减少巷道的开拓费用，所以井田划分是合理的。
图2-1工业广场保护煤柱留设示意图
2.2井田的储量
2.2.1井田储量的计算原则
1）按照地下实际埋藏的煤炭储量计算，不考虑开采、选矿及加工时的损失；
2）储量计算的最大垂深与勘探深度一致。
对于大、中型矿井，一般不超过1000m；
3）精查阶段的煤炭储量计算范围，应与所划定的井田边界范围相一致；
4）凡是分水平开采的井田，在计算储量时，也应该分水平计算储量；
5）由于某种技术条件的限制不能采出的煤炭，如在铁路、大河流、重要建筑物等两侧的保安煤柱，要分别计算储量；
6）煤层倾角不大于15°时，可用煤层的伪厚度和水平投影面积计算储量；
7）煤层中所夹的大于0.05m厚的高灰煤（夹矸）不参与储量的计算；
8）参与储量计算的各煤层原煤干燥时的灰分不大于40%。
2.2.2矿井工业储量
井田的精查勘探面积为S=19813587.5m²
根据储量计算公式[3]：
（2-1）
式中：
Zd——矿井的地质储量，万t
M——可采煤层总厚度，m
S——井田面积，m²
r——煤的容重，r=1.35t/m³
α——煤层倾角，°
所以，Zd=19813587.5×8×1.35/cos8°=21608.97万t
由于设计时不考虑平衡表外储量和远景储量，因此矿井工业储量就等于地质储量，即：
Zd=Zg=21608.97万t。
各煤层的工业储量见表2-1。
表2-1煤层工业储量表
煤厚/m
倾角/°
面积/km2
工业储量/万t
8
4~15
19.81
21608.97
2.2.3矿井煤柱损失
1）断层煤柱损失
本井田中部有一条南北走向的正断层，但此断层正好布置在工业广场保护煤柱范围内，所以不需要再另设保护煤柱。
2）井田境界煤柱损失
井田境界西部、东部、北部和南部分别留设30m的边界煤柱，总长为16990m，井田境界保护煤柱所占面积为509700m²，经计算，
故境界保护煤柱损失为：
509700×8×1.35=550.48万t。
3）工业广场煤柱损失
由《矿井设计规范》规定：
1.8Mt/a，1.2公顷/10万t。
本设计为1.8Mt/a，则工业广场占地面积为S=1.8×1.2=21.6公顷=216000m2,则工业广场设计成长540m，宽400m的矩形。
依据井田形状选择540×400m的长方形。
用移动角圈定煤柱范围，工业场地地面受保护面积应包括保护对象及宽度20m的围护带。
再用几何作图的方法确定工业广场保护煤柱的范围。
由工业广场保护煤柱图可知：
煤层煤柱损失为：
105.60×8×1.35=1140.48万t
故工业广场保护煤柱损失共为:
1140.48
4）阶段间保护煤柱损失
本矿井为单水平开采，无阶段保护煤柱损失。
5）全矿采区（带区）回采率
由《矿井设计规范》第2.1.4条，矿井采区回采率，应该符合下列规定：
厚煤层不应小于75﹪；中厚煤层不应小于80﹪；薄煤层不应小于85﹪。
本矿井煤层是厚煤层，取C=75%。
2.2.4矿井的设计储量
矿井设计储量=工业储量－永久煤柱损失量，即：
Zs=Zg－P1（2-2）
式中：
Zs——矿井的设计储量，万t
Zg——矿井的工业储量，万t
P1——永久煤柱损失量，万t（包括断层、防水、井田境界、地面建筑物及因法律、社会、环境保护等影响因素影响不得开采的煤柱煤量）
此矿井永久煤柱只有井田境界保护煤柱，故：
Zs=21608.97-550.48=21058.49万t
2.2.5矿井的设计可采储量
矿井设计可采储量=（矿井设计储量-可回收利用保护煤柱损失量）×采区回采率，即：
（2-3）
式中：
Zk——矿井设计可采储量，万t
P2——可回收利用保护煤柱损失量，万t（包括工业广场、井筒、井下主要巷道等保护煤柱煤量）
C——采区回采率，（厚煤层C=0.75）
此矿井可回收利用保护煤柱煤量只有工业广场保护煤柱煤量，故：
Zk=（21058.49-1140.48）×0.75=14938.51万t
3矿井的年产量、服务年限及一般工作制度
3.1矿井工作制度
由《煤炭工业矿井设计规范》第223条规定,矿井的年工作天数为330天，采煤实行“三八制”，两班半生产半班检修。
每昼夜净提升小时数为16小时。
3.2矿井的年产量及服务年限
3.2.1矿井的年产量
矿井年产量是煤矿生产建设的重要指标，在一定程度上综合反映了矿井生产技术面貌，是矿井开拓的一个主要参数，也是选择井田开拓方式的重要依据之一。
矿井的年产量确定的合理与否，对保证矿井能否迅速投产、达产和产生效益至关重要。
而矿井生产能力与井田地质构造、水文地质条件、煤炭储量及质量、煤层赋存条件、建井条件、采掘机械化装备水平及市场销售量等许多因素有关。
经分析比较，设计认为矿井的生产能力确定为1.8Mt/a是合理和可行的，理由如下：
1）储量丰富
煤炭储量是决定矿井生产能力的主要因素之一。
本井田内可采的煤层共两层，工业储量为21608.97万t，按照1.8Mt/a的生产能力，能够满足矿井服务年限的要求，而且投入少、效率高、成本低、效益好。
2）开采技术条件好
本井田煤层赋存较稳定，煤层埋藏较深，虽然倾角变化，但经过块划分，使每块结构变的简单。
又由于井田面积大，水文地质条件及地质构造简单，煤层结构单一，适宜综合机械化开采，可采煤层为厚煤层，适合高产高效工作面开采。
而且近年来，“高产高效”工艺在煤矿生产中有了很大发展，而且该工艺投入少、效率高、成本低、效益好、生产集中简单、开采技术基本趋于成熟。
3）建井及外运条件好
本井田内有良好的煤层赋存条件，为提高建井速度、缩短建井工期提供了良好的地质条件。
本井田有矿区专用铁路与国铁相通，交通较便利。
综上所述，由于矿井优越的条件及外部运输条件，有利于把本矿井建设成为一个高产、高效矿井。
矿井的生产能力为1.8Mt/a是可行的、合理的。
3.2.2矿井的服务年限
矿井服务年限应与矿井的生产能力相适应，它两个之间的关系实质上就是矿井生产能力和矿井储量的关系。
在圈定的井田范围内，矿井储量一定，井型越大，服务年限越短，井型越小，服务年限越长。
当矿井生产能力和服务年限为某数值时，可使吨煤的总费用最低，相近于这个数值范围，则是合理的矿井的生产能力和服务年限。
根据《煤炭工业设计规范》[1]的规定，在计算矿井服务年限时，储量备用系数宜采用1.3～1.5，本矿井取用1.3。
由矿井的服务年限计算公式：
T=Zk/AK（3-1）
式中：
Zk——矿井的设计可采储量；
A——矿井的年产量；
K——矿井储量备用系数，取1.3
T=Zk/AK
=14938.51/180×1.3
=63.84≈64年
根据有关规定和查阅相关资料，年产180万t的大型矿井的服务年限应为50年以上，本矿井64年的服务年限达到标准，符合要求。
3.1.3矿井产量变化的可能性
建井后产量出现变化，其可能性为：
1）地质条件勘探存在一定的误差，有可能出现新的断层。
2）由于国民经济发展对煤炭的需求变化，导致矿井产量增减。
3）矿井的各个生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，工作面生产能力提高。
4）工作面的回采率提高，导致在相同的条件下，矿井服务年限增加。
5）采区地质构造简单，储量可靠，因此投产后有可靠的储量及较好的开采条件。
4井田开拓
井田开拓方式应该通过对矿井设计生产能力，地形地貌条件，井田地质条件，煤层赋存条件，开采技术及装备设施等综合因素进行方案比较以及系统优化之后确定。
因此，在解决井田开拓问题时，应遵循以下原则[5]：
1）贯彻执行有关煤炭工业的技术政策，为多出煤、早出煤、出好煤、投资少、成
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