采矿学课程设计说明书范本.docx
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采矿学课程设计说明书范本
《采矿学》
课程设计说明书
姓名：
学号：
班级：
采矿B101
题目：
《采矿学》课程设计
评语：
指导教师：
段绪华职称：
教授
2013年7月12日
1矿井概述及井田地质特征
1.1矿区概述
回坡底煤矿隶属于霍州煤电集团公司。
其矿井工业场地位于山西省洪洞县城西北刘家垣镇回坡底村东1.0km处，距洪洞县城25km，距赵城发煤站17km，紧邻赵（城）—克（城）公路，公路交通方便。
图1-1地理及交通位置
矿区内经济状况
本区多为山地，农产品主要有小麦、棉花、玉米、谷子、高粱、薯类、大豆等。
工业生产以煤炭、电力、建材、化工为主。
矿区气候条件
本区地处低山黄土丘陵区，四季分明，昼夜温差较大。
据洪洞县气象站观测资料，降水量316.7－542.0mm,年平均降水量428.03mm,蒸发量1380.8－1820.6mm,年平均蒸发量1587.03mm,蒸发量大于降水量3.7倍，冬春少雨，夏末秋初雨水较大，且多集中在7、8、9三个月。
年平均气温15.8℃,结冰期在11月下旬至次年3月上旬,最大冻土深度为530mm。
无霜期180天左右。
夏季多东南风，冬季多西北风，最大风速18m/s，属温暖带季风型大陆气候。
矿区水文及工农业供水
井田内无经济、可靠的地表水可利用。
地下奥陶系石灰岩含水层可做为矿井永久水源之一，但需做进一步的勘探工作。
矿井建成后，井下正常排水量为120—240m3/h，经处理后可作为井下消防洒水及地面生产、防尘洒水、绿化等用水水源。
1.2井田地质特征
井田地形及勘探程度
矿区位于吕梁山南端东麓，汾河西岸，地形切割强烈，沟谷纵横形成了以黄土梁、塬、峁为特征的低山基岩丘陵地貌。
主要山梁走向近南北向，沟谷纵横，地形复杂。
最高点位于区西北边界沟北村东北山梁，标高985.2m，最低点位于东北边界沟谷，标高624.17m，相对高差361.03m。
井田煤系地层
含煤地层
区内含煤地层为中石炭统本溪组、上石炭统太原组和下二叠统山西组及下石盒子组，其中太原组和山西组为主要含煤地层。
太原组地层含煤层12层，其中全区稳定可采煤层2层（10、11号），现就主要的含煤地层叙述如下：
石炭系上统太原组
太原组由泥岩、粉砂岩、石灰岩及煤层组成，夹不稳定砂岩。
厚73.84－97.86m，平均87.59m。
厚度变化在走向上大致为南西部厚、北东部及中部地带较薄；倾向上厚度变化不大。
本组地层的沉积为滨海三角洲平原及前缘沉积，期间发生了三次较大的海侵，形成潮下低能带的三层石灰岩沉积，该组岩性、岩相稳定，旋回结构明显。
下二迭统山西组（P1）
本组地层K7砂岩底至K8砂岩底。
岩性主要由中、细粒砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成。
厚29.20－53.39m，平均42.95m，含煤层7层（1上、1、2上、2、2下、3及一层未编号），其中较稳定大部可采煤层1层，零星可采或不可采煤层6层。
本组地层的沉积继承了太原期的沉积特点，不同的是在海退作用占主导地位前提下，该组下部为三角洲平原过渡带沉积，上部为上三角洲分流河道的洪泛平原沉积。
总之，本区主要含煤地层太原组和山西组地层，通过各组地层厚度及各标志层研究分析，总的认为其岩性岩相横向上变化不大且具有一定的规律性。
井田地质构造
本区处于万安详查勘探区的北部。
下张端正断层下团柏正断层为其南北自然边界，其构造形迹展布服从于区域构造规律，基本走向为北东向。
扩区内除西部及南西部零星出露上石盒子组地层及第三系地层外，东部大面积为黄土覆盖，根据钻探成果，结合地表地质调查，历次勘查在区内共发现15条断层。
除北部上团柏断层与南东边界下团柏断层规模较大外，其余多为落差5－25m的小型断层，均为走向北东的正断层。
回坡底煤矿井下揭露小断层13条,落差一般为1-5m,地层倾角平缓，一般为5－15°，总体地层走向北东向，倾向北西。
南、北边界附近与大断层相伴生有宽缓的背、向斜，轴向和地层总体走向一致，亦为北东方向。
地表及钻孔中均未见到陷落柱，但在原回坡底矿界范围内10、11号煤层井下揭露14个规模较小的陷落柱。
纵观全区，构造复杂程度应属简单类。
详见地质构造纲要图1.2。
图1-2地质构造纲要图
1）上团柏断层
位于扩区北部边界附近，走向NEE，倾向SE，向北东、南西延伸出区外，区内全长约5km。
断层北侧中奥陶统地层出露，东段附近沟谷中可见下盘中石炭统本溪组地层与上盘的上二叠统上段地层直接接触，落差550m。
2）下团柏断层
位于扩区东南部边界，走向N60°E，倾向SE，为南东盘下降的正断层，落差280－350m，地表下盘自西向东依次出露P2s1、P1x2、P1x1、C3t3地层，上盘为黄土覆盖，并受91号和92号钻孔，W9和96号钻孔，团-14和105号钻孔的控制，该断层本区延伸1.5km,两侧基本被新生界地层覆盖,落差350m。
向区外北东没入汾河。
3）F19断层
为团柏扩区勘探施工的901号钻孔揭露的正断K9砂岩下部地层（P1x1）与K7砂岩上部地层（P1s）接触，落差45m，倾向SE，因地表黄土覆盖，无出露点，但据区内整体受力状态及断层总体走向推断该断层超产奖同为N35°E，延伸长1100m。
4）F20断层
为团柏扩区勘探1201号钻孔所揭露的断层，据钻孔揭露缺失9号煤层底板至11号煤层底板岩层，为正断层，据推断断层走向为N53°E，倾向SE，延伸长约500m，地表黄土覆盖，无出露点。
5）其它断层
其它断层大部分在沟谷中有出露点或有钻孔，揭露均为正断层，倾向南东，落差多小于20m，详见表1-3
表1-3断层特征表
断层编号
断层产状
落差（m）
性质
延伸
长度
（m）
控制情况
F1
N35°E
SE
70°
15
正
900
83号孔745.86m遇断层P1x1断开
F2
N70°E
SE
75°
20
正
1350
P2s1地层中断开
F3
N45°E
SE
65°
5
正
800
P2s1地层中断开
F4
N35°E
SE
70°
5
正
370
P2s1地层中断开
F5
N35°E
SE
70°
5
正
900
北东部P2s2地层中断开
西南部P2s1地层中断开
F6
N35°E
SE
70°
5
正
400
P2s1地层中断开
F7
N40°E
SE
70°
5
正
860
P2s1、P2s2地层中断开
F9
N70°E
SE
70°
10
正
370
P2s1地层中断开
F10
N40°E
SE
70°
8
正
400
P2s1、P1x2地层中断开
F11
N15°E
SE
70°
8
正
350
P2s1地层中断开
F16
N33°E
SE
65°
5
正
330
P2s3地层中断开
F18
N34°E
SE
65°
15
正
740
501号孔604.02m遇断层,
C3t2断开
F19
N35°E
SE
65°
45
正
1350
901号孔487.10m遇断层,
P1s缺失
F20
N53°E
SE
75°
15
正
600
1201号孔208.35m遇断层,
C3t1断开
3）褶曲
本区大部被新生界地层覆盖，仅在沟谷中有基岩零星出露，故据零星基岩露头和地质产状及钻孔控制的煤层底板标高，查明有4条宽缓的背、向斜构造，现分述如下：
（1）1号向斜
位于901、501号钻孔一线北侧与上团柏正断层间。
轴向与断层走向大致平行，为上团柏断层上盘下降的牵引作用所形成的构造。
轴部零星出露上石盒子组上段地层，倾向5-8°，区内延伸长约10.5m。
（2）1号背斜
位于团-12、604号钻孔一线，轴部北北东向，两翼倾角，北东翼约7°左右，南东翼5°左右，轴部在沟谷中出露P2s1和P2s2地层，延伸长3.00m左右,该背斜受地面地质产状和团-12、604号钻孔对轴部的控制以及503、603、401、504号钻孔对两翼的控制，基本向北北东倾伏。
（3）3号背斜
位于下团柏断层北西侧，为下团柏断层牵引形成的褶曲构造，轴向北东东—南西西向，北翼倾角5°左右，南翼受下团柏断层影响为10°左右。
轴部出露P1s，P1x地层。
区内延伸长约4.5km。
轴部及两翼受团-14及506号钻孔的控制,基本向北东东倾伏。
（4）4号背斜
位于89、90号钻孔西侧一线。
轴向近南北向，两翼倾角5°左右，延伸长约1km。
轴部及两翼受89、84（区外）、90、83号钻孔及地质产状的控制,基本向北倾伏。
4）陷落柱
扩区内大部被新生界地层覆盖，地表及钻孔未发现陷落柱，且从钻孔资料分析奥灰岩溶不甚发育，反映O2f地下水活动性弱，陷落柱不易生成，在回坡底矿井下揭露有陷落柱6个，又据北西界相邻团柏煤矿调查资料陷落柱的发育密度为14个/km2，推断本区陷落柱在一些地区较发育，只是远不及团柏煤矿。
总之，本区地层走向西部变化不大，区内断层走向基本为北东向，倾向南东，落差小，延伸短，地表及钻孔未发现陷落柱，属构造复杂类。
1.3煤层特征
太原组10、11号两层煤层厚度变化不大或具规律性，间距稳定，煤层厚度变化不大，间距变化不大。
10号煤层
位于太原组下段上部，上距9号煤层平均间距2.42m。
厚度3.84-5.0m，平均4.3m。
一般不含夹矸或含一层夹矸，局部含2层夹矸。
结构简单。
顶板为黑色泥岩，厚度约2.4m，底板为粉砂岩，顶底板较好管理。
10号煤层属稳定型全区可采煤层。
11号煤层
位于太原组下段下部，上距10号煤层平均间距7.11m。
厚度3.79-5.32m，平均厚度4.1m。
一般含2-3层夹矸，个别点含4-5层夹矸。
顶板为厚约0.7m的黑色泥岩伪顶，直接顶为厚约2m的灰黑色泥岩，底板为石英砂岩，较好管理。
11号煤层属稳定型全区可采煤层。
2井田境界和储量
2.1井田境界
井田范围西北以上团柏断层为界，东南以下团柏断层为界，井田形状为不规则多边形，井田以西南-东北为走向，以东南-西北为倾向，走向全长为4.5km，倾向全长为2.5km。
煤层倾角为2-8度，平均倾角为4度，水平面积为11.25平方公里，倾斜面积为11.27平方公里。
本矿的井田境界以下列标高来确定；
西北：
以上团柏断层为界；
东南：
以下团柏断层为界；
西南：
以11煤700m等高线为界；
东北：
以11煤400底板等高线为界。
2.2矿井工业储量
本矿井设计只对10煤层和11煤层进行开采设计，本次储量计算是在精查地质报告提供的1：
5000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。
井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量是由煤层面积、容重及厚度相乘所得，其公式一般为：
Zg=S×M×R
其中：
Zg——矿井的工业储量；
S——井田的倾斜面积，11.25平方公里；
M——煤层的厚度，9m；
R——煤的容重，1.32吨/立方米；
则：
Zg=11.25×9×1.32=13365万t
2.3矿井可采储量
1）边界煤柱可按下列公式计算
Z=L×b×M×R
其中：
Z——边界煤柱损失量；
L—边界长度，
b——边界宽度，取b=50；
M——煤层厚度，M=9；
R——煤的容重，R=1.32。
则井田的边界断层煤柱为：
上团柏断层：
5000/cos4×50×9×1.32×10-4=297.73万t；
下团柏断层：
2000/cos4×50×9×1.32×10-4=119.10万t。
2.3.1永久煤柱留设
工业广场煤柱
根据《煤炭工业设计规范》第5-22条规定：
工业广场的面积为0.8-1.1公顷/10万吨。
本矿井设计生产能力为120万吨/年，所以取工业广场的尺寸为300m×400m的长方形。
煤层的平均倾角为4度，工业广场的中心处在井田走向的中央，倾向中央偏于煤层中上部，其中心处埋藏深度为350，主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。
工业广场按Ⅱ级保护留维护带，宽度为15m。
本矿井的地质掉件及冲积层和基岩层移动角见表2-1。
表2-1岩层移动角
广场中心深度/m
煤层倾角
煤层厚度/m
冲击层厚度/m
ф
δ
γ
β
350
4
9
100
45
76.8
76.8
68.4
由此根据上述以知条件，
画出如图2-2所示的工业广场保护煤柱的尺寸
图2-2工业广场保护煤柱
由图可得出保护煤柱的尺寸为：
S=梯形面积=（上宽+下宽）×高/（2×cos4）---式2-3
=473653.80㎡
则：
工业广场的煤柱量为：
Zi=S×M×R
式中：
Zi----工业广场煤柱量；
S----工业广场压煤面积，473653.80㎡；
M----煤层厚度，9m；
R----煤的容重。
则：
Zi=473653.80×9×1.32×10-4
=562.70万t
总煤柱量=297.73+119.10+562.70=979.53
矿井的可采储量
矿井的可采储量按下式计算：
Zk=（Zg-P）×C
其中：
Zk----矿井的可采储量；万t
Zg----矿井的工业储量，计算得出Zg=13365万t；
P----保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留设的永久煤柱损失量，p=979.53万t；
C----采区采出率，厚煤层不低于0.75，中厚煤层不低于0.80，薄煤层不低于0.85，本矿取0.85
则：
Zk=（13365-979.53）×0.85
=10527.65万t
3工作制度和设计生产能力及服务年限
3.1矿井工作制度
按照《煤炭工业矿井设计规范》中规定，参考《关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明》，确定本矿井设计生产能力按年工作日330天计算，四六制作业（三班生产，一班检修），每日三班出煤，净提升时间为14小时。
3.2矿井设计生产能力及服务年限
因为本井田煤层丰富，主采煤层赋存条件简单，井田内部没有较大断层，比较合适布置大型矿井，初步设定服务年限为60年。
年生产能力为：
K=Zk÷A÷T=10527.65÷1.4÷60=125.3万吨/年
经校核后确定本矿井的设计生产能力为120万吨/年
服务年限：
T=Zk÷A÷K=10527.65÷1.4÷120=62.67年
4矿井开拓方式
4.1确定井筒位置
（1）有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门的工程量要尽量少；
（2）有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区要尽量少迁村或不迁村；
（3）井田两翼的储量基本平衡；
（4）井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破坏带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层；
（5）工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山、低洼和采空区，不受崖崩滑坡和洪水的威胁；
（6）工业场地宜少占耕地，少压煤；
（7）水源、电源较进，矿井铁路专用线短，道路布置合理。
4.2确定井田开拓方式
本井田开拓方式的选择，主要考虑到以下几个因素：
1）本井田煤层埋藏较浅，煤层可采线在-250m，最深处到-400m，表土层厚度大，平均厚度为100m。
2）表土层有四个含水层，其中第四含水层直接覆盖在煤层露头上。
3）本矿地表地势平坦，且多为农田，无大的地表水系和水体。
由于本矿表土层较厚，水文地质条件比较复杂，井筒需要才用特殊法施工，故第一水平只能用立井开拓。
根据矿井提升的需要与本矿的地质条件及《煤矿安全规程》的规定，在本井田的中上部设立主副井筒各一个。
主井用来提升煤炭，副井用来运送人员、材料、矸石等。
本矿井的瓦斯含量比较小，能够达到低瓦斯矿井的水平。
井田的走向长度比较短，平均为2.5km，故采用中央并列式通风，由副井进风，主井回风。
4.3确定开采水平位置，标高及水平垂高
根据本矿的煤层赋存条件和水平的服务年限，确定把第一开采水平大巷设在煤层底板等高线600m标高的煤层底板岩层中，距离煤层30m，岩性为砂岩。
水平走向沿600m底板等高线方向，第一水平的垂高约100m。
第二水平沿着450m底板等高线布置，采用暗斜井延伸，水平垂高约150m，利用两个水平开采整个井田范围内的煤层。
4.4确定运输大巷布置及位置
由于本井田煤层埋藏比较浅，设计可采煤层的厚度为4.3m和4.1m，运输大巷为两个煤层服务，服务年限较长，为便于维护和使用，使大巷不受煤层开采的影响，所以将大巷布置在煤层底版下方30m处的砂岩中。
其优点是巷道维护条件好，维护费用底，巷道施工条件够按要求保持一定方向和坡度；，减少煤柱损失，同时便于设置煤仓。
5准备方式--带区巷道布置
5.1煤层的地质特征
井田煤系地层
区内含煤地层为中石炭统本溪组、上石炭统太原组和下二叠统山西组及下石盒子组，其中太原组和山西组为主要含煤地层。
太原组地层含煤层12层，其中全区稳定可采煤层2层（10、11号），现就主要的含煤地层叙述如下：
石炭系上统太原组
太原组由泥岩、粉砂岩、石灰岩及煤层组成，夹不稳定砂岩。
厚73.84－97.86m，平均87.59m。
厚度变化在走向上大致为南西部厚、北东部及中部地带较薄；倾向上厚度变化不大。
本组地层的沉积为滨海三角洲平原及前缘沉积，期间发生了三次较大的海侵，形成潮下低能带的三层石灰岩沉积，该组岩性、岩相稳定，旋回结构明显。
下二迭统山西组（P1）
本组地层K7砂岩底至K8砂岩底。
岩性主要由中、细粒砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成。
厚29.20－53.39m，平均42.95m，含煤层7层（1上、1、2上、2、2下、3及一层未编号），其中较稳定大部可采煤层1层，零星可采或不可采煤层6层。
本组地层的沉积继承了太原期的沉积特点，不同的是在海退作用占主导地位前提下，该组下部为三角洲平原过渡带沉积，上部为上三角洲分流河道的洪泛平原沉积。
总之，本区主要含煤地层太原组和山西组地层，通过各组地层厚度及各标志层研究分析，总的认为其岩性岩相横向上变化不大且具有一定的规律性。
5.11可采煤层的基本概况
太原组10、11号两层煤层厚度变化不大或具规律性，间距稳定，煤层厚度变化不大，间距变化不大。
10号煤层
位于太原组下段上部，上距9号煤层平均间距2.42m。
厚度3.84-5.0m，平均4.3m。
一般不含夹矸或含一层夹矸，局部含2层夹矸。
结构简单。
顶板为黑色泥岩，厚度约2.4m，底板为粉砂岩，顶底板较好管理。
10号煤层属稳定型全区可采煤层。
11号煤层
位于太原组下段下部，上距10号煤层平均间距7.11m。
厚度3.79-5.32m，平均厚度4.1m。
一般含2-3层夹矸，个别点含4-5层夹矸。
顶板为厚约0.7m的黑色泥岩伪顶，直接顶为厚约2m的灰黑色泥岩，底板为石英砂岩，较好管理。
11号煤层属稳定型全区可采煤层。
5.12煤层顶底板地质条件
10号煤层顶板为黑色泥岩，厚度约2.4m，底板为粉砂岩，顶底板较好管理。
11号煤层顶板为厚约0.7m的黑色泥岩伪顶，直接顶为厚约2m的灰黑色泥岩，底板为石英砂岩，较好管理。
5.2带区巷道布置及生产系统
5.21区段斜长确定
分带工作面的倾斜长度就是工作面连续推进的距离，约为上山或下山工作面的斜长。
我国2005年发布的《煤炭工业矿井设计规范》的相关规定为：
分带倾斜长度不宜小于工作面一年的连续推进长度。
一般上山部分的倾斜长度在1000m以上，下山部分的倾斜长度为700--1200m。
在老师的指导下，根据我矿的实际地质情况，煤层倾角平均为4度，局部为2度。
第一水平均采用上山开采，工作面倾斜长度平均定为1500--2000m。
5.22带区上山位置及布置方式
带区上山均布置在煤层中，垂直等高线双巷掘进，一个工作面生产，相邻的另一个工作面准备接替。
5.23带区内工作面的接替顺序
按矿井产量计划要求，一个采煤工作面开采结束后，由另一个工作面投入生产，所形成的相互衔接关系称为采煤工作面接替。
带区内回采巷道均采用双巷掘进，一个工作面生产，相邻的另一个工作面准备，采煤工作面结束后，由相邻的工作面接替。
带区前进式开采，前进式接替。
5.24带区内各种巷道的掘进方法
带区内的回采巷道均为煤巷采用综合机械化掘进机掘进，带区车场的岩巷均采用放炮掘进。
5.25带区生产能力及采出率
因为本井田煤层丰富，主采煤层赋存条件简单，井田内部没有较大断层，比较合适布置大型矿井，初步设定服务年限为60年。
年生产能力为：
K=Zk÷A÷T=10527.65÷1.4÷60=125.3万吨/年
经校核后确定本矿井的设计生产能力为120万吨/年。
因本矿井采用带区开采，煤层平均厚度为4.3m,属于中厚煤层，根据相关规定：
厚煤层一般不小于93%，中厚煤层不小于95%，薄煤层不小于97%，所以本矿井的采出率定为95%。
5.3带区车场选型设计
5.31带区下部车场选型设计
5-1带区下部车场
井底车场设计如图所示，矿车通过绕道用牵引绞车拉上轨道斜巷，然后在甩入煤层。
轨道斜巷的垂高约为50m，倾角为38度。
通风行人斜巷主要用于行人和通风，轨道运输斜巷通过斜巷直接和回风大巷联通，用于回风。
通风行人斜巷和绞车斜巷与运输大巷间的水平距离约为10m，通过绕道与斜巷相连构成运输系统。
5.4带区主要硐室的布置
5.41带区煤仓
井巷式煤仓按煤仓的中轴与水平面的夹角分为垂直煤仓和倾斜煤仓两种。
垂直煤仓一般为圆形断面，圆形断面利用率高，不易形成死角，便于维护，施工方便，施工速快。
本矿带区煤仓都选用垂直煤仓,直径5m。
斜长30m。
合理的煤仓容量应在保证正常生产和运输的前提下，工程量最省。
按采煤机连续割煤的产量计算：
Q=Q0+LMbγCoKtN
式中：
Q—带区煤仓容量，t；
Q0—防空仓漏风留煤量，一般取5～10t；
L—工作面长度，m；
M—采高，m；
b—进刀深度，m；
γ—煤的容重，t/m3；
C0—工作面采出率；
kt—同时生产的工作面系数，综采时，kt=1；
N—同采工作面个数；
Q=5+150×4.3×0.8×1.32×95%=652.10t
表5-6煤仓容量与带区生产能力关系
带区生产能力
/万t·a-1
30以下
30～45
45～60
60～100以上
带区煤仓容量/t
50～100
100～200
200～300
250～500
容积验算：
：
Q
=3.14×2.5
×30×1.32×0.9=699.44t＞=652.10t
所选煤仓尺寸合理，煤仓直径为5m，高度为30m，容量为699.44t
5.42带区绞车房
带区绞车房主要依据绞车房的型号及规格、基础尺寸、绞车房的服务年限和所处的围岩性质进行设计。
1）绞车房的位置
带区绞车房布置在围岩稳定，无淋水、地压小、易维护的地点；在满足绞车房施工、机械安装和提升运输要求的前提下，绞车房应尽量靠近变坡点，以减少巷道工程量；绞车房与相邻巷道要有足够的保护煤柱或岩柱，一般不小于10m，以利绞车房的维护。
2）绞车房断面形状及支护
绞车房端面一般设计成半圆拱形，用全料石或混凝土料面墙砌筑。
有条件的地方用锚喷支护。
本矿井的绞车房断面采用半圆拱形，采用锚喷支护。
5.43带区变电所
带区变电所的布置
带区变电
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