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采矿专业毕业设计论文
摘要
煤炭工业几乎是所有经济的基础，煤炭工业发展的状况直接影响着其它工业乃至整个世界的发展速度。
如何更好地开采和利用煤炭是人们急待解决和思考的问题。
目前，各国都在积极研究新的采煤理论，开发新的采煤技术，制造更先进的采煤机械，争取更高效、更安全地把煤炭开采出来，并加以综合利用。
本设计源于现场。
在矿上搜集、整理设计资料，听取了矿上有关领导做的介绍。
在认真分析矿山原始资料地基础上，查阅了相关手册和国家的政策法规，对矿井开拓系统进行了地下开采设计，这是本次设计的重点和难点。
关键字：
荆各庄煤矿，开拓方式，采煤方法选择
Конспект
Каменноугольнойпромышленностьюбудетпочтиполностьюэкономичноеучредительство,условиеразвитиякаменноугольнойпромышленностивлияетнадругиеиндустрииидажескоростьразвитиявесимирсразу.Howwellминирующииспользующугольвопрослюдямсрочнонужноразрешитьикponder.Внастоящеевремя,различныестранывсеположительнизучаютновуюминируятеориюугля,начинаютновуюминируятехнологиюугля,делаютболеепредварительноеминируямашинноеоборудованиеугля,стремятсядляшахтвысокиэффективных,безопаснугля,ивыполняютвсестороннееиспользование.
Этотисточникконструкциивместе.Собирает,материалконструкцииреорганизациинаштуфе,слушаетквведениюкотороенаштуфеconcernedруководительделает.Ванализируетвистовоучредительстведаннымпошахтыfirsthand,советуетсруководствомкорреляцииизаконыипостановлениянациональногорежима,продолжалоконструкциюподземнойразработкиксистемыразработкипрограммямышахты,этобудетэтимузловымпунктомконструкцииизатруднением.
Ключевыеслова:
УгольнаяшахтаJingGezhuang,Дорогаразвития,Минируявыборметодаугля
1矿区概述及井田地质特征
1.1矿区概述
1、位置
开滦（集团）荆各庄矿业分公司位于唐山市东北约13km处的荆各庄村附近，在开平煤田凤山西北侧，自成一盆状向斜。
南北长约3.5km，东西宽约3.4km，北端闭合，南端开放，井田面积9.23km2。
南与马家沟矿业公司相距6km，中间有陡河相隔，北与陡河发电厂相距3.5km。
属开平区管辖。
2、交通
荆各庄矿区有通往陡河发电厂的铁路专用线，与吕陡线在该井田上方交汇，通过此线可与开滦（集团）古冶五个矿业分公司相联；另有一条经马家沟矿业公司与老京山线开平站相联，此线可通往开滦（集团）唐山矿业分公司及全国各地。
北10km与京沈高速公路、102国道相联，南7km经开平与205国道、津唐高速公路相联，形成了比较完整的交通网，交通十分方便。
3、矿井最高洪水位
陡河从该井田东南端流过，河水终年不涸、不冻，夏秋季最高水位+19.8m。
历史最高洪水位+21.0m，也是该公司井田范围内的最高洪水位。
4、自然地理概况
本区为一平坦的冲积平原，东南沿陡河东岸为由奥陶纪石灰岩构成的东北——西南方向起伏伸展的低山丘陵。
从东往西有巍山（+290m）、凤山（+180m）、小梁山（+100m）和豌豆山（+38m），由豌豆山向西南倾没于平原之下。
由巍山向东北低山丘陵接连绵延，地势逐渐增高，直到标高达+493.01m的青龙山。
在井田北面约7km为由震旦纪灰岩构成的低山丘陵，东西方向横伏，这两条低山丘陵在井田东面的青龙山一带相汇合。
低山丘陵的伸展方向与地层走向方向一致。
井田内地势平坦，但北部稍高，向南低下，北部地面标高为+38.8m（湾35孔），南端标高为+23.85m（湾6孔），倾向陡河。
流经本区东南边的陡河，发源于北部山区，上游由二支流汇成，东支称管河，发源于丰润县府山寺管泉，西支称泉水河，发源于丰润县赵庄上水路。
二支水流在双桥村北侧汇合，向南流经唐山市区，下游汇集石榴河，向南流入渤海。
河北水利厅于1965年在双桥村一带修建了陡河水库，水库大坝距井田东端的最近距离为2200m。
陡河及陡河水库虽然距井田甚近，但是因其底下均赋存有百余m的第四纪松散沉积物，而且存在有隔水作用的粘土层，对本矿充水没有直接的影响。
该地区属半大陆性气候，夏季炎热多雨，冬季严寒凛冽，气温变化较大。
1.2井田地质特征
荆各庄井田位于开平煤田的北翼，该井田地质构造复杂，主要以大、中性断裂为主，大部分在井田的东部，成为井田的自然边界。
F4：
为正断层，在倾斜上由84-7孔、荆36孔控制，沿走向为规律性推测，走向N25ºE，倾向为SE，倾角约57º，落差为30m，水平延伸长度约为2km。
F5：
为大型的正断层，在倾斜上由荆Ⅲ、荆Ⅳ、荆Ⅴ、荆Ⅵ四个剖面控制，在走向N15ºE，倾向NWW向，倾角80º以上，落差在200m左右。
造成煤系地层与奥陶灰岩相对接，水平延伸长度远，垂向伸展切穿整个煤系地层，成为井田东南部的自然边界。
F6：
为正断层，是一条深向的大断层，由荆45、荆44、荆42三个孔控制，介于F5和F8两主断层之间，走向推测为N15ºE，倾向为NWW向，倾角约55º，落差40m左右，断层破裂带达2m以上，断层面交于F5断层，两断层面呈八字形关系。
F7：
为正断层，由荆52、荆45孔控制，位于F5和F6两主断层之间，走向约N15ºE，倾向为NW向，倾角约57º，落差约30m，断层带破裂宽度达3m，水平延伸长较远，垂向伸展切穿整个煤层。
F8：
为主干正断层，经06、J19、荆45孔控制，走向N12ºE，倾向为NWW向，倾角约55º，落差在北部大于70m，南部约在30m左右。
断层破碎带宽度约达3m左右，水平延伸长度达6300m，垂向伸展切穿了各个可采煤层。
F11：
为正断层，经84-7和荆36孔控制，走向为N25ºE，倾向为SE向，倾角约60º，落差约25m，部分煤层被切穿，水平延伸长度约2km。
F13：
为逆断层，经荆45孔控制，推测走向为N12ºE，倾向为SEE向，倾角约50º，落差17m，仅将五、七两煤层错开，下部被F8断层所错，两条断层形成了“Y”字形关系。
F13'：
为逆断层，经荆12孔控制，推测走向为N15ºE，倾向为SEE向，倾角约35º，落差12m，将11和12两煤层错开。
关于F13和F13'两条断层的关系，因钻孔控制点很少，所切断的层位又不同，断层落差很小。
两个控制孔相距1300m，所以两条断层是否可能为一条，现在尚不清楚。
另外，在乙块的西南部，于荆各庄向斜轴的东南端，因受向斜构造的影响，形成了一椭圆形的小型盆地，垂直向斜轴的两翼煤层倾角变化较大，地质构造可能比较复杂。
根据主要构造的生成机理和构造形迹，利用应力场分析，认为荆各庄井田内，地质构造形态的形成，主要是燕山运动之后，又发生的一次构造运动，即喜马运动而形成，属于新华夏构造体系，因此，推测在荆各庄井田内，深部的构造要比浅部复杂，尤其是在-450m水平以下，小型断裂将会增多，正逆断层相互交错，对煤层影响较大。
1.3煤层特征
1、煤系地层
主要地层有：
第四系、二迭系、石炭系、奥陶系，含煤地层赋存于二迭系下统和石炭系上中统。
总厚度390m，奥陶系构成煤田的基底，第四系形成煤系地层的覆盖层。
石炭系唐山组：
该组厚度72m左右，下部为紫灰色铁铝质泥岩（G层），厚4.7m，直接沉积在奥灰岩马家沟统的上面，其主要成分以粉砂岩、细砂岩为主，间夹三层薄层灰岩，及K1、K2、K3灰岩，这三层灰岩及顶底板均含少量动物化石。
开平组：
总厚度平均56m，以粉砂岩为主，间夹三层浅灰色灰岩，即K4、K5、K6灰岩，但不稳定，分布亦不普遍，多被含海相动物化石的粉砂岩代替，上部有一至四层的薄煤线。
赵各庄组：
为主要含煤组之一，厚度为65m，主要为中砂岩、粗砂岩、粉砂岩及少量的页岩组成，含有两层可采煤层，即11煤层、12煤层。
二迭系大苗庄组：
该组厚度为69m，主要由粉砂岩组成，其次为细砂岩，含三层可采煤层，即5煤层、7煤层、9煤层。
唐家庄组：
厚度为127m，主要由粗砂岩组成，间夹四至五层薄煤线，砂岩中长石的含量由下而上逐渐增多。
冲积层：
主要以粗砂、细砂和卵石组成，局部有薄层的粘土。
冲积层厚度为210～290m，平均256m，由北向南逐渐增厚，与基岩呈角度不整合接触。
2、倾角
该区域内含煤地层倾角一般在6º～10º左右，呈单斜构造，煤层走向近似南北呈S型。
3、各煤层层间距
各煤层层间距如表1-3-1所示。
表1-3-1各煤层层间距
煤层
厚度/平均（m）
间距/平均（m）
结构
稳定性
5
0.37~1.22/0.79
复煤层，含有2～3层煤线
较稳定
7
2.33~3.29/2.96
25.4~35.5/30.45
复煤层，含2～3层夹石
稳定
9
0.96~2.75/2.23
21~33.5/26.17
复煤层，底部含一层夹石
较稳定
11
0.23~2.26/1.01
10~14.5/12.83
单一煤层
不稳定
12
2.20~2.95/2.48
13~36/19.25
复煤层，底部含2～3层夹石
稳定
4、煤层顶底板性质
12煤层直接顶板为泥岩，节理发育，含有大量的黄铁矿结晶体和少量的动物化石，其上为层状砂质页岩，层理明显，层面含有大量的植物碎叶化石。
底板：
伪底为砂质页岩，岩性破碎含大量的植物根化石，其下为细砂岩，节理裂隙发育，主要成分为石英、长石和少量的碎石块，岩性坚硬。
11煤层无伪顶，直接顶为黑色的泥岩，向南为炭质成份较高的腐泥质页岩，分布稳定，其上为深灰色的粉砂岩，节理裂隙发育，岩性较完整。
底板：
伪底为黑色的砂质页岩，含有杂乱的植物根化石，岩性破碎。
其下为灰白色的细砂岩，易风化，主要成份以长石为主，含有少量的黑色矿物及灰岩结核，分布稳定。
9煤层顶板：
无伪顶，直接顶为深灰色的泥岩，节理发育，分布稳定，岩性完整。
其上为层理明显的细砂岩或粗砂岩，层面平坦，层间清晰。
底板：
直接底为灰色的粉砂岩，冉性破碎。
其下为细砂岩，节理裂隙发育，主要成份石英、长石，含有少量的云母片。
7煤层顶板：
伪顶为粉砂岩，岩性比较破碎，厚度为0.3m，分布稳定。
其上为直接顶，粉砂岩，层节理发育，岩性坚硬，含有大量的云母亮晶片和植物化石，老顶为细砂岩，硅质胶结，主要成份为石英，长石和少量的遂石块组成。
底板：
伪底为砂质页岩，含大量的植物板化石，其下为细砂岩，节理发育，岩性坚硬。
5煤层顶板：
伪顶为破碎的泥岩，节理发育，厚度变化较大，岩性松软，其上岩性比较完整的砂质页岩，深灰色，层理发育，层面平坦，与伪顶接触为一层0.2m厚的小煤层，老顶为细砂岩或砂质页岩，硅质胶结，岩性坚硬。
底板：
伪底为灰色的砂质页岩，含有杂乱的植物根化石，其下为细砂岩，硅质胶结，主要成份为石英，长石及少量的黑色矿物，层节理发育，裂隙有方解石脉充填，岩性坚硬。
2井田境界和储量
2.1井田境界
矿井于1958年开始兴建，1962年停建，1970年恢复建设，1979年建成投产。
井田范围东起于庄，西至太平、马庄，南至刘官屯村北，北至沈庄、小佛头一线，以荆各庄村为中心，大约成一个直径达3.5km左右的盆形。
井田已批准的开采范围由圈定开采范围的19个拐点坐标确定：
（1）X=4403006，Y=39605816
（2）X=4402819，Y=39606715
（3）X=4402726，Y=39606834
（4）X=4402404，Y=39607214
（5）X=4401913，Y=39607783
（6）X=4401836，Y=39608151
（7）X=4401502，Y=39608295
（8）X=4400933，Y=39608114
（9）X=4400407，Y=39607640
（10）X=4400055，Y=39607351
（11）X=4399856，Y=39606977
（12）X=4399062，Y=39606120
（13）X=4399040，Y=39605816
（14）X=4399163，Y=39605135
（15）X=4399613，Y=39604845
（16）X=4400409，Y=39604582
（17）X=4401485，Y=39604294
（18）X=4402148，Y=39604496
（19）X=4402844，Y=39605312
井田面积：
5.6305km2。
限采煤层：
5、7、9、11、12煤层。
2.2矿井工业储量
2.2.1矿井储量
荆各庄矿井田范围内共有地质储量为9878.8万t，工业地质储量为4575.4万t，其中甲块地质储量为589.6万t，工业储量为324.0万t，乙块地质储量为9289.2万t，工业地质储量为4899.4万t。
2.2.2储量计算范围及工业指标
参与储量计算的煤层有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区9、12共两层煤，储量计算边界与井田境界相同。
煤层最低可采厚度，缓倾斜翼为0.7m，急倾斜翼为0.5m。
煤层灰份小于40％，其它工业指标符合国家现行有关规定。
2.2.3储量计算
9、12煤为本区比较稳定的主要可采煤层，平均厚度分别为2.23m、2.48m。
9煤开采后的导水裂隙带高度为40.4m（按软弱覆岩计算为23.2m），虽然在煤层间距较小的局部区域其导水裂隙带会波及到其他煤顶板，但总体上看9煤开采后的导水裂隙带不会波及到其他顶板的强含水层。
同样，12煤开采后的导水裂隙带也不会波及到其他顶板的强含水层。
通过计算分析及参照生产实践经验，应将9、12煤列为能利用储量，初期主要开采这两层煤。
2.3矿井可采储量
矿井可采储量=（矿井工业储量-永久性煤柱）×采区回采率。
永久性煤柱包括主石门煤柱、风井场地煤柱、冲积层防水煤柱、断层煤柱、村庄煤柱及井田边界煤柱。
9煤采区回采率取75%，12煤采区回采率去80%；根据各个永久性煤柱的储量，可得出该矿井二水平延深的可采储量为1975.4万t。
3矿井工作制度、设计生产能力及服务年限
3.1矿井工作制度
矿井设计年工作日为300d，每天净提升时间14h，三班作业，其中两班生产，一班准备。
3.2矿井设计生产能力及服务年限
3.2.1矿井设计生产能力
本矿井二水延深设计年生产能力30万t。
1、矿井储量及服务年限
本矿井9煤层与12煤层的可采储量为1975.4万t，如果井型为30万t／a，矿井服务年限为45.8a，但本矿井有丰富的备用资源，矿井服务年限有望延长。
2、开采技术条件
本矿井断裂构造较发育，9煤至12煤之间富含吸水后松软、膨胀的沉凝灰岩，给采区布置和巷道维护带来一定的困难。
9、12煤层平均厚度2m左右，适合于普通机械化开采，工作面产量可达到30万t／a左右。
3.2.2矿井服务年限
矿井服务年限用下式计算：
T=Z/（A·K）
式中：
T——矿井服务年限，a；
Z——矿井可采储量，万t；
K——储量备用系数，取1.4；
A——矿井设计生产能力，万t/a。
根据矿井可采储量，计算矿井第二水平服务年限为25.6a，符合矿井设计手册的服务年限的要求。
4井田开拓
4.1井田开拓的基本问题
4.1.1井田开拓方式
根据开拓延深方案的原则及要求：
（1）保持或扩大矿井生产能力；
（2）充分利用现有井巷、设施及设备，减少临时辅助工程量，降低投资。
（3）积极采用新技术、新工艺和新设备。
在新水平开拓时选择更合适的采煤方法、先进的采掘技术和设备，改革矿井井田开拓和采区准备方式。
（4）加强生产管理、延深的组织管理与技术管理，施工与生产紧密配合、协调一致，尽量减少延深对生产的影响。
（5）仅可能缩短新、旧水平的同时生产时间。
根据矿井的实际情况和经过详细的技术经济比较后确定用暗立井开拓。
4.1.2井田开拓部署
本次设计是由一水平向二水平开采，设计的暗立井井底标高为-470m水平，副井施工至-470m水平，设计服务于-470m水平；同时还有-470m水平轨道石门、-470m水平轨道大巷等。
4.1.3大巷布置
根据地质勘探的报告情况，9煤附近和12煤底板赋存沉凝灰岩，吸水后松软、膨胀，在上述层位特别是沿9煤，掘进巷道很难维护。
因此-470m水平轨道大巷一段布置在12煤中，一段布置在12煤底板以下5m的砂岩中，沿12煤布置的巷道有些地段良好，但有些地段出现变形破坏；而沿底板砂岩布置的巷道状况比较理想。
分析巷道变形的原因，除构造发育易出现应力集中外，主要是由于围岩条件差所致，解决的主要办法是寻找稳定的围岩。
经过具体的分析，确定将大巷布置在12煤底板以下5m的砂岩中，避开12煤底板的沉凝灰岩，标志层位为一煤线。
4.1.4采区划分及采区接替
采区划分：
断层分布情况和村庄压煤是决定本矿井采区划分的重要因素。
本次设计采区划分主要考虑以下几个原则：
（1）尽可能利用较大的断层和永久性煤柱作为采区边界；
（2）采区划分也适当考虑村庄的先后搬迁顺序；
（3）适应高产高效工作面推进速度快的要求，尽可能加大采区走向长度；
（4）尽可能考虑双翼开采，但如果双翼采区走向长度较短，应考虑单翼开采。
基于上述原则，-470m以上东翼暂且划分二个采区，即北一采区、北二采区。
4.2矿井基本巷道
4.2.1井筒
1、井筒数目、位置及用途
本矿井设计两个井筒，主、副暗立井。
其中主暗井担负二水平煤炭提升任务，并兼作辅助进风井；副暗井担负矸石、材料和人员等辅助提升任务，并兼作主要进风井和安全出口。
2、井筒装备及布置
（1）主暗立井井筒
暗主井井筒净直径5.0m，选用钢丝绳罐道布置形式采用四角，安装排水管路、动力电缆和通信电缆等。
主暗立井断面图详见下图4-2-1：
图4-2-1主暗立井断面
（2）副暗立井井筒
副井井筒净直径5.5m，现装备一套提升设备，井筒内布置金属梯子间。
另有通信电缆、动力电缆等。
副暗立井断面图详见下图4-2-2：
图4-2-2副暗立井断面
4.2.2井底车场及硐室
1、车场位置及形式的选择
设计认为车场位置及形式的选择应遵循以下原则：
（1）卸载站车场应尽可能靠近主井布置，以减少上仓胶带输送机的长度，节省投资；
（2）卸载站车场主要巷道及硐室的位置应尽量避开石门穿过强含水层；
（3）车场布置形式应简单，尽量减少车场施工对轨道石门运输的影响；
（4）车场有较大的通过能力，为矿井以后的发展留有余地。
针对上述原则，设计了一个方案：
车场主要巷道位于轨道石门北侧，车场空重车线相对于轨道石门成“卧式”布置，车场调车方式为“折返式”。
本方案车场主要巷道及硐室大部分位于较弱含水层中。
2、空、重车线长度的确定
（1）底卸式矿车空、重车线长度
一台10t架线式电机车牵引10辆3t底卸式矿车，故空重车线的长度各为：
L=10×3.45＋4.5＋10=49m，取为50m。
（2）掘进煤矿车空重车线长度
一台10t架线式电机车牵引15辆1.5t固定式矿车，故空、重车线长度各为：
L=15×2.4＋4.5＋10=50.5m，取为60m。
3、-470m水平井底车场
-470m水平井底车场设计使用功能为辅助运输车场，车场形式为环形车场。
4、井底车场主要硐室
井底车场内主要硐室有水仓、排水泵房、变电所、等候室、调度室等，主要硐室为卸载站与翻车机联合布置硐室，卸载煤仓及转载煤仓。
-470m水平井底车场平面图详见下图4-2-3。
图4-2-3-470m水平井底车场
4.2.3主要开拓巷道
本矿井主要巷道断面及支护方式
1、-470m水平上仓胶带输送机斜巷及卸载站车场
由于巷道不穿软弱、膨胀岩层，故采用半圆拱断面、锚喷支护。
2、-470m水平轨道运输大巷
本巷道沿12煤掘进，为半煤岩巷道，使用年限较长，采用半圆拱断面，锚喷网与U型钢支架联合支护。
宜采用管缝锚杆，支架周边用水泥背板背紧，空帮空顶处用喷射混凝土充填。
3、胶带输送机上山及轨道上山
巷道沿12煤掘进，为半煤岩巷道，使用年限较长，采用半圆拱断面，锚喷与U型钢支架联合支护。
4、回风上山
巷道沿11煤层掘进，为半煤岩巷道，使用年限较长但不担负运输及行人任务，故采用半圆拱断面，锚喷网支护。
5、工作面顺槽
采用三心拱断面，直腿U型钢支架，有水地段采用带底拱的U型钢支架。
6、采区巷道断面根据通风、运输及行人等要求确定。
根据巷道围岩特性及维护时间长短，结合本矿井实际情况，采区主要巷道支护方式确定如下：
采区上、下山采用挂网锚喷支护方式，局部围岩破碎时采用锚索与锚喷联合支护方式。
回采工作面顺槽采用锚杆与钢带支护方式。
7、矿井总回风巷
由于巷道不穿软弱、膨胀岩层，故采用半圆拱断面、锚喷支护。
各个巷道的断面特征详见巷道断面图。
图4-2-4胶带运输巷
表4-2-1胶带运输巷断面尺寸
断面面积（m
）
断面尺寸（mm）
支护厚度（mm）
巷道名称
净
掘进
净高
净宽
掘高
掘宽
墙
拱
胶带运输巷
9.3
10.5
3100
3400
3300
3600
1400
1700
图4-2-5二水平运输石门、大巷
表4-2-2巷道断面尺寸
断面面积（m
）
断面尺寸（mm）
支护厚度（mm）
巷道名称
净
掘进
净高
净宽
掘高
掘宽
墙
拱
-470m水平运输石门、大巷
14.3
16
3600
4600
3850
5100
1300
2300
图4-2-6总回风巷
表4-2-3总回风巷尺寸
断面面积（m
）
断面尺寸（mm）
支护厚度（mm）
巷道名称
净
掘进
净高
净宽
掘高
掘宽
墙
拱
总回风巷
14.3
16
3600
4600
3850
5100
1300
2300
图4-2-7采区上下山、运输石门
表4-2-4巷道断面尺寸
断面面积（m
）
断面尺寸（mm）
支护厚度（mm）
巷道名称
净
掘进
净高
净宽
掘高
掘宽
墙
拱
采区上下山、运输石门
7.86
9.78
2200
3200
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