五矿己1617煤层矿井初步设.docx
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五矿己1617煤层矿井初步设
摘要
本设计是以河南省平煤集团五矿己16-17煤层所做的矿井初步设计。
平煤五矿自然地质条件中等，己组煤层属厚煤层，矿井瓦斯涌出量不大，矿井用水量一般。
设计采用立井单水平上山式开拓，采区式准备，综合机械化开采。
主要对矿井开拓方式、准备方式和采煤方法进行了初步设计，对矿井运输、提升、通风等生产系统进行了描述和设备选型计算。
设计时根据现有经济技术条件，尽可能采用先进的开采技术和设备，以科技进步推动矿井的现代化发展。
矿区的环境保护对矿井的发展有着重要的影响，因此本矿结合实际情况采取有效措施来保护环境。
关键词：
煤矿矿井初步设计立井开拓
目录
前言..........................................................1
1矿井概况及井田地质特征.................................2
1.1矿区概况................................................2
1.2井田地质特征............................................6
1.3井田勘探程度...........................................12
2矿井储量、年产量及服务年限...........................13
2.1井田边界...............................................13
2.2井田储量...............................................14
2.3矿井年产量及服务年限...................................17
3井田开拓................................................18
3.1概述...................................................18
3.2井田开拓...............................................18
3.3井筒特征...............................................22
3.4井底车场...............................................28
3.5开采顺序及采区采煤工作面的配置.........................29
3.6井巷工程和见建井工期...................................31
4采煤方法................................................34
4.1采煤方法的选择.........................................34
4.2采区巷道布置及生产系统.................................34
4.3采煤工艺设计...........................................40
5矿井通风与安全技术措施................................46
5.1矿井通风系统的选择....................................46
5.2风量计算及风量分配.....................................49
5.3全矿通风阻力计算.......................................53
5.4风扇风机选型...........................................57
5.5矿井安全技术...........................................61
6矿山环保................................................63
6.1矿山污染源概述.........................................63
6.2矿山污染的防治.........................................64
致谢........................................................67
参考文献....................................................68
前言
煤炭是工业的粮食，我国一次能量消费结构中，煤炭占75%以上。
煤炭工业发展的快慢，将直接影响到国计民生，煤炭不仅是我国的基本燃料，而且是重要的工业原料，从煤中可以提取200多种产品，这些产品都是我国社会主义经济建设和人民生活所必须的。
因此，为使我国实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，必须加快煤炭工业现代化的步伐。
采矿工程毕业设计是采矿工程专业全部教学进程中的最后一个环节，同时也是对学生成绩的最终考核，其目的是使学生深入认识矿井各个生产系统和各个生产环节之间的相互联系和制约关系。
培养学生综合运用各门学科的理论知识，分析和解决采矿工程技术问题的能力；培养和锻炼学生独立地进行学习和工作的能力；培养学生搜集、整理、运用科技资料和生产技术经验的能力；进一步训练撰写技术文件和绘制工程图件的基本技能。
矿井设计是一个涉及煤矿开采学、井巷工程、矿山机械、矿井通风与安全、矿山环保等诸多技术科学的系统工程，虽然本次设计题目中存在一些理想化的条件。
但是通过这次设计，我已经基本掌握了矿井设计的方法和步骤，培养了搜集、整理、运用科技资料和生产技术经验的能力，提高了撰写技术文件和解决实际问题的能力。
这些能力的培养对以后走上工作岗位做了良好的铺垫。
本次设计的参照矿井是平煤集团五矿，设计之前，我在该矿进行了为期一周的毕业实习，对矿井的情况有了一个比较全面的认识。
本次设计就是在五矿实际地质条件的基础上，根据收集到的矿井生产图纸和数据，按照指导老师的要求作了一些改动后，对矿井做的初步设计。
其主要内容包括：
矿区概况及井田地质特征、矿井储量、年产量及服务年限、井田开拓、准备方式、矿井通风与安全技术等几个方面。
本设计以《毕业设计论文大纲》为依据，按照《安全规程》的要求，经过查阅相关资料并在勾攀峰院长的精心指导下而完成,在此我要想勾院长表示深深的感谢，由于本人知识和设计能力有限，设计中难免有不妥和错误之处，恳请审阅老师批评指正。
1矿区概况及井田地质特征
1．1矿区概况：
1．1．1地理位置与交通
平顶山天安煤业股份有限责任公司五矿（简称平煤五矿），位于河南省平顶山矿区的西部，平顶山市西北郊约8km,为平煤集团总公司的住干井之一。
行政区划分属平顶山市郊区和宝丰县管辖。
主井地理坐标X=3743714.89m,Y=38428040.72m,副井地理坐标X=3743597.35m，Y=38427790.00m，风井地理坐标X=3741330.07m，Y=38429053.12m，与一矿、四矿为临，西部与十一矿为临，北和六矿为临。
井田东部和西部分别有京广、焦枝两大铁路干线穿过；东南距孟（庙）宝（丰）铁路线上的平顶山火车站9km,该站向东70km与京广孟庙火车站相接；向西与宝丰火车站约28km与焦枝线相接。
矿区专用铁路通过五矿口与国铁接轨。
公路四通八达，向北经襄城分别至许昌、禹县、新郑、郑州；相北经郏县至临汝、洛阳；往西经宝丰至鲁山；相南可通过叶县、舞阳、南阳等地，交通
图1-1-1交通位置图
极为便利。
（见上图）。
1．1．2井田地形、地势
平顶山煤田地处汝河以南、沙河以北的低山丘陵地带。
北部主要由二迭纪平顶山砂岩组成的低山，自西向东有红石山、龙山、擂鼓台、落凫山、平顶山、马棚山等，为地表分水岭，最高点擂鼓台标高+505.60m，龙山+464.27m；南部主要由震旦纪片岩和片麻岩及寒武纪灰岩组成走向西北的丘陵山地，有蝎子山、芦山和九里山，海拔+150～158m。
井田位于低山丘陵的槽形谷地之间，为一北高南低的倾斜平原。
标高+90～130m。
1．1．3地表水
沙河位于井田外南部，流向东南，属淮河水系，河床宽阔坡度平缓，最大流量3300m3/s；旱季流量为0.80m3／s。
西南部的白龟山水库为本区最大的地表蓄水体，库容量为3.21亿m3；南部湛河呈东西向从井田南部煤层露头带经过。
红旗渠自井营经九矿流入井田，为一农田灌溉水渠。
平煤五矿所属井田范围内无天然河流和水库，区内山间冲沟发育，有季节性溪水注入沙河、汝河，地表排泄条件良好。
1．1．4气象及地震
本地属大陆性半干旱气候，夏季炎热，冬季寒冷，四季分明，据平顶山气象站1934-1994年资料：
气温：
最高40°（1966年7月19日），最低气温-10°（1955年1月3日），历年平均气温14.9℃，冰冻期一般为11月到次年3月。
降雨量：
年最大降雨量1323.6mm（1964），年最小降雨量373.9mm（1966），年平均降雨量742.6mm，月最大降雨量366mm（1971年6月），雨季多集中在七、八、九月份，约占年降雨量的50％。
蒸发量：
年最大蒸发量2823.6mm（1959），年最小蒸发量1490.5mm（1964），月最大蒸发量408mm（1959年7月），月最小蒸发量40.7mm（1957年1月）。
平均绝对湿度13.5mm，平均相对湿度67％，最大冻土深度14cm（1977年1月30日）。
冬季多北风和西北风，最大风速24m/s，平均风速2.8m/s。
表1-1-1井田内小煤矿基本情况一览表
序号
矿井名称
隶属关系
投产日期
位置
井口坐标
开采煤层
X
Y
Z
1
香山路矿
曹镇乡办矿
91.6
边庄村北
3742006.9
38425103.1
112.3
丁、戊
2
富民矿
胡庄村办矿
92.3
胡庄村
3740229.6
38426023.0
103.6
丙、丁
3
场坊矿
筛庄乡办矿
88.8
场坊村
3740914.0
38426023.0
103.6
戊
4
焦店二矿
焦店乡办矿
88.5
谢庄村东南
3739047.5
38429278.0
132.0
丁
5
焦店三矿
焦店乡办矿
91.10
一水平丁六风井
3740590.7
38426961.9
107.1
丁
6
兴华一矿
局劳动服务公司
85.10
一水平丁二风井
3739912.3
38427521.0
103.2
丁
7
兴华二矿
局劳动服务公司
86.10
五矿口
3739111.3
38427942.2
105.8
戊
8
兴华三矿
新华区办矿
92.12
五矿西
3739393.7
38426764.2
97.5
戊
9
北渡胡庄矿
北渡乡办矿
85.1
五矿西
3740780.5
38426958.7
103.5
丙、丁
10
北渡矿
北渡乡办矿
92.3
南果店村
3739189.2
38422644.7
102.1
己
11
五矿青年矿
个体联办矿
96.2
五矿口西
3739189.2
38427617.2
96.7
己
12
叶王矿
叶王村办矿
95.6
五矿口南
37384245
38427951.6
己
13
新生二矿
劳改支队
95.6
焦店村西
3738104.1
38428124.9
己
14
新华四矿
新华区办矿
93.12
焦店村北
3738376.0
38429162.0
115.6
戊
15
谢庄联矿
谢庄村
96.3
谢庄村南
3739080.0
38428742.0
120.0
丁、戊
16
天马公司矿
局自营公司
在建
新杨庄村南
己
本地区地震烈度为6度。
1．1．5煤田开发历史
五矿于1956年6月由原汉口煤矿设计院提交《中华人民共和国燃料工业部平顶山五矿初步设计说明书》，本设计的依据是：
部分地质勘探资料，平顶山中部煤田总体规划和平顶山五矿计划任务书，该设计于1956年10月批准通过，设计的井田范围：
北以锅底山断层，西以龙门口平移断层为界，南止各煤层露头，东止刘庄逆断层。
走向长约3.5km，倾斜宽1.4km，面积4.9km2。
丙、丁、戊、己、庚煤段可采煤层地质总储量8984.3万t，可采储量7603.19万t，设计年生产能力120万t，服务年限69a（包括递增递减5.5a），分三个水平开采。
矿井的最终设计是《平顶山五矿技术设计说明书》，设计的井田范围与初步设计相差不大，在初步设计的基础上，仅将各煤层的深部边界作了变更，丙、丁煤段仍至锅底山断层，戊煤段以-300m底板等高线为界，已和庚煤段煤层以-400m等高线为界，参与设计的地质储量9037万t，其中A2＋B级5711.3万t，C1级3325.7万t，可采储量7018.94万t，表外储量936.7万t，设计矿井年产量仍为120万t，分三个水平开采，服务年限64a（包括递增递减5.5a）。
矿井于1956年12月27日破土动工，1958年12月31日投产出煤，丙3、丁6、戊8、己15、己16、己17、庚20为主采煤层，开采方式为竖井多水平，采煤方法为走向长壁全陷落法，分区通风。
1972年矿井延深扩建，由原矿务局建井二处和五矿共同承担此工程，1980年底完工。
1980年和
1991年曾两次核定矿井生产能力，分别为120万t和100万t，在矿井生产过程中，1977~1979年和1984~1991年均达到了矿井设计能力．其中1987年原煤产量达152.7万t。
1．1．6农业情况
自然和生态环境受地形地貌控制。
丘陵地区荒坡和植被面积大，耕地面积小。
表土为残坡积物，厚度小，土质差，种植玉米、大豆、红薯等。
其次有栗树、果树等。
山涧河谷平原全部为耕地，表土厚、土质好，粮食作物以小麦为主，其次有玉米、大豆、红薯，经济作物以烟叶为主。
1．1．7水源、电源、劳动力及建筑材料的来源
水源：
以本矿矿井排水为供水水源，主要来源与寒武纪、石炭季岩裂隙岩溶水层取水量800～1500m3/h，日净化水量1.1～1.5万t/d。
目前，供水水仓容8500m3二期改造后可达15000m3。
电源：
工业广场6KV电源引自谢庄降压站，用双回路2GJ-2×185m㎡导线连接，每趟导线长1.7km。
矿井装机容量为20000kv。
建筑材料：
在矿区北部。
大面积出露平顶山砂岩。
这些岩石均为硅质胶结，致密坚硬，是良好的建筑材料。
另外，矿区内的煤矸石堆积成山，既污染了环境，又浪费了土地资源。
随着科学技术的发展，煤矸石已经被综合利用，例如：
对矸石进行加工处理后，可以制成矸石砖、矸石水泥等。
矸石内的粘土矿物经加工处理后，可制成填料和涂料等。
1．2井田地质特征
1．2．1井田内的地层情况
地层从老至新依次为：
寒武系固山组、上石炭太原组、二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组、石千峰组、平顶山砂岩、第四系黄土坡沙砾石。
井田内含煤地层为石炭系太原组、二叠系山西组，下石盒子组和上石盒子组。
含煤地层厚556-1090m，平均为796m，含煤21～56层，其中可采和局部可采八层。
根据岩性分为八个煤段，可采煤层赋存于庚煤段，己煤段，戊煤段，丁煤段和丙煤段内（见图3-1）。
现将含煤地层自老到新叙述如下：
1、石炭系上统太原组：
本组为含煤地层的庚煤段．顶界位于黑色海相泥岩顶面．与下伏地层呈平行不整合接触。
太原组由生物碎屑灰岩、泥岩、砂质泥岩、砂岩和煤层组成。
含灰岩7～9层，常见7层，多数构成煤层的直接顶板。
含煤7～9层，其中庚21为偶尔可采煤层，庚20为大面积可采煤层。
地层中产有丰富的海相动物化石和陆生植物化石，以浅海及潮坪沉积为主。
地层厚55-102m，平均70m。
根据岩性特征自下而上可分为四段，即底部铝土泥岩段，下部灰岩段，中部砂岩段和上部灰岩段石炭系上统太原组：
本组为含煤地层首段与寒武系白云质灰岩平行不整合接触。
其中有标志层的岩段有：
底部铝土泥岩段：
厚2～12m．平均5m。
由浅灰～乳白色铝土泥岩组成。
具豆状、鲕状结构，下部夹紫褐色斑块，含有黄铁矿集合体及大量黄铁矿结核。
铝土泥岩的矿物成分主要为高岭石和一水硬铝石。
铝品位低，工业利用价值不大，但层位稳定，是确定寒武系与石炭系界线的良好标志层（K1）。
下部灰岩段：
厚12～30m，平均20m。
由L8～L5，四层灰岩及砂质泥岩和煤层组成。
灰岩为浅灰～深灰色，含有大量生物碎屑。
含煤4～5层，其中庚21为偶尔可采煤层，庚20煤层沉积较稳定，为大面积可采煤层。
煤层的直接顶板L5为灰色含燧石结核灰岩，厚度变化不大，是区内的标志层（K2）。
2、二叠系下统：
本组为含煤地层的己煤段，顶界位于砂锅窑砂岩的底界面，与下伏地层呈整合接触。
由灰～深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细粒砂岩和煤层组成。
含煤4～5层，其中己16－17煤层为全区主要可采煤层，己14、己15煤层为偶尔可采和局部可采煤层。
底部砂岩有时相变为砂质泥岩，可作为辅助标志层（K3）；中下部的大占砂岩为细～中粒长石石英砂岩。
厚0.8～28m，平均厚8m，层面上富集有大小不等的白云母片，具大型板状交错层理。
其岩性和层位均较稳定，是区域性的良好标志层（K4）。
顶部泥岩具鲕状结构，含有褐紫色斑块，俗称小紫泥岩。
本组厚53～98m，平均75m。
3、下石盒子组：
本组包括含煤地层的戊煤段～丙煤段，顶界位于田家沟砂岩的底界面，与下伏地层呈整合接触。
由灰～灰白色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、紫红色泥岩、细～中粒砂岩及煤层组成。
含煤12～21层，其中主要可采煤层4层，大面积可采煤层1层。
根据丰富的舌形贝化石，本组为三角洲平原沉积。
地层厚243～475m，平均339m。
根据岩性自下而上分为三段，即戊煤段、丁煤段和丙煤段。
现分述如下：
戊煤段：
厚121～240m，平均171m。
本段由灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细～中粒砂岩和煤层组成。
含煤5～9层，其中戊8、戊9－10为全区主要可采煤层。
戊9、戊10煤层在部分地段有分叉合并现象，其它煤层均为不可采煤层，常相变为炭质泥岩。
底部砂锅窑砂岩（K5）中～粗粒岩屑石英砂岩。
常含有泥质包体和泥砾。
厚1.2～39m，平均9m。
碎屑的分选性和磨圆度中等，具大型斜层理和平行层理。
砂锅窑砂岩厚度大，岩性特征明显，是划分山西组和下石盒子组的良好区域性标志层。
其上的紫斑泥岩（大紫泥岩）由紫红色、暗紫色泥岩、砂质泥岩和粉砂岩构成，富含菱铁质鲕粒。
大紫泥岩（K6）厚度大，颜色鲜艳，易于识别，是确定本煤段的区域性标志层之一。
丁煤段：
厚55～105m，平均75m。
本段由灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细～中粒砂岩和煤层组成。
含煤4～7层，其中丁煤层厚度大，层位稳定，是全区主要可采煤层之一。
底部为丁煤段底部砂岩（K7），为浅灰色中粒岩屑石英砂岩，钙质胶结，碎屑分选性和磨圆度中等。
砂岩厚0.7～12m，平均4m。
岩性、层位稳定，是划分戊、丁煤段的标志层。
丙煤段：
厚60～130m，平均93m。
本段为深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、灰色中粒长石石英砂岩及煤层，局部含有紫斑泥岩。
含煤3～5层，其中丙3煤层为局部可采煤层。
底部为细粒岩屑石英砂岩至长石石英砂岩，钙质胶结，厚1.2～28m，平均厚7.6m。
碎屑的分选性和磨圆度中等。
具有大型斜交层理和平行层理。
层位稳定，是丁、丙煤段的分界砂岩（K8）。
4、二叠系上统上石盒子组：
本组包括含煤地层的乙煤段和甲煤段，顶界位于平顶山砂岩的底界面，与下伏地层呈整合接触。
地层由灰色～灰白色泥岩、硅质泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细～中粒砂岩和薄煤层组成。
含煤6～19层。
舌形贝、海绵骨针和植物化石丰富，为三角洲平原沉积。
地层厚224～400m，平均312m。
根据岩性自下而上可分为乙煤段和甲煤段。
乙煤段：
厚132～240m，平均182m。
本段为灰～灰绿色泥岩、硅质泥岩、粉砂岩、砂质泥岩、细～中粒砂岩和薄煤层，局部含有紫色斑块。
含煤4～13层，均不可采。
底部为灰白色～灰色中～细粒岩屑石英砂岩，具大型板状交错层理和平行层理，岩屑为泥屑和粉砂岩岩屑，碎屑的分选性和磨圆度较好。
砂岩厚0.6m，层位稳定，岩性特征明显，是区域性的良好标志层之一（K8），
甲煤段：
厚92～160m，平均130m。
本段由绿黄色、浅灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及细～中粒砂岩组成，夹有紫斑泥岩和2～6层不稳定的薄煤层。
底部为灰白色中厚层状中粒岩屑石英砂岩（K11），厚0.5～16m，平均3.6m。
是划分乙、甲煤段的标志之一。
1．2．2井田及其附近的主要地质构造
系统组
序号
`
厚度（米）
岩性特征
二叠
系
下
统
山
西
组
1
1.51
（0.30-1.85）
灰色砂岩
2
10
（4.68-12.9）
灰白色砂岩
3
2.5
（2.10-3.05）
细砂岩
4
100
（96.42-108.12）
深灰色砂岩
5
3.8（1.98～2.63）
己16-17煤层
6
17.8（25.2～40.6）
砂质泥岩
图1-2-1综合柱状图
井田位于李口向斜的西南翼，总体为一缓倾斜的单斜构造，地层走向85°-125°，其倾向0°-30°，倾角一般10°-15°，。
井田内无大的地质构造，地质条件简单。
1．2．3煤层及顶底板岩性特征：
煤层名称
顶板岩性
底板岩性
丙3
顶板距丙2甚近，为泥岩及炭质泥岩，厚约0.5~2.4m。
老顶为砂岩及泥岩，厚约8m，致密，含水性好。
泥岩及细-中粒砂岩
丁5-6
时有炭质泥岩伪顶，厚约0.1~0.3m。
直接顶为泥岩及铝土质泥岩，含铁锰质球状结核，厚约1.6~2.8m。
矿井东翼可见中-细粒砂岩为直接顶。
时有炭质泥岩伪底，厚0.2~0.5m；直接底为泥岩，厚1.5~3m。
戊8
时有厚约0.2m的炭质泥岩伪顶；直接顶为泥岩，夹菱铁质结核，厚2.8~7m。
老顶为细-中粒砂岩，厚约2~4.3m。
泥岩及砂质岩互层，老底为中粒砂岩。
戊9-10
伪顶为泥岩，厚0.2~0.5m；直接顶为泥岩，时有砂岩，厚2¬4.5m；老顶为中粒长石砂岩，厚约6~8m。
时有炭质泥岩伪底；直接底为泥岩及砂质泥岩，厚约10m。
己15
时有炭质泥岩伪顶；直接顶为泥岩及砂质泥岩互层，厚约5~10m；老顶为中~粗粒砂岩，厚约10~20m。
伪底炭质泥岩，直接底即为己16-17顶板岩石。
己16-17
伪顶炭质泥岩、泥岩，厚约0.2~0.5m。
直接顶为泥岩夹薄层细砂岩，厚约4~10m；老顶为细-中粒砂岩，厚约3~8m。
泥岩及薄层砂岩，厚约4.8~10m。
庚20、
伪顶炭质泥岩、泥岩，厚约0.15~0.3m。
老顶为石灰岩，含燧石结核，厚约2~5.7m。
泥岩及砂质泥岩，厚约2~8.6m。
表1-2-1可采煤层顶、底板岩性
1．2．4水文地质条件
五矿井田主体为一单斜构造，地层倾向北东，南部边缘地层露头带，上部为第三纪泥灰岩，各含水层之间均可以经本层灰岩沟通，水力联系密切。
主要充水层寒武纪灰岩在南部零星露头，直接手大气降水和地表水体——湛河、红
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