张新煤矿北采区设计毕业设计说明书 推荐.docx
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摘要
本设计为鸡西矿业集团张新煤矿北一一采区设计，采区浅部以+150m标高为界，深部以-250m标高为界。
走向长1980m，南北倾斜长1498m。
采区的服务年限为5.9年。
可采储量为7.4Mt,生产能力为0.9Mt／a。
工作面长度约180m,采用端头斜切进刀，双向割煤，往返一次割两刀，巷道的布置方式为集中运输大巷。
本采区采用走向长壁采煤法开采，采煤工艺为综合机械化采煤工艺。
关键词：
采区设计采煤工艺综合机械化采煤工艺
绪论
为了将这三年所学的知识系统的结合起来，我做了鸡西市张新矿的新井设计。
本设计主要是关于新矿井的建设，其中包括了开拓方式、采煤工艺、支护方式、设备选型以及矿井的每个系统。
本设计包括与采矿工程有关的专业知识及CAD的运用等。
设计中涉及的资料由学校和矿上现场提供，设计中各种方案的选择由反复的详细经济技术比较及繁杂的计算确定。
希望通过做这次毕业设计，我能够从中巩固所学过的各种知识，并且能够将其系统的与实践结合到一起，为以后的工作学习作个良好的铺垫。
由于本人知识有限，缺乏一定的现场实践。
因此，本设计中难免会出现一些问题，还望各位老师不吝指正。
第一章矿井概况………………………………………………………5
第一节矿井基本概况…………………………………………5
第二节矿井生产概况…………………………………………12
第三节矿井主要生产系统……………………………………16
第二章采区基本条件……………………………………………………18
第一节采区煤层条件…………………………………………18
第二节采区生产状况…………………………………………18
第三章采区巷道布置设计………………………………………………20
第一节采区上山布置…………………………………………20
第二节采区车场………………………………………………20
第三节采区主要硐室简介……………………………………24
第四节采区主要生产系统……………………………………27
第四章采煤工作面回采工艺设计……………………………………32
第一节采煤方法的选择……………………………………32
第二节回采工艺……………………………………………32
第五章工作面生产组织………………………………………………35
第一节掘进工作面生产组织……………………………………35
第二节采煤工作面质量管理……………………………………36
第三节采煤工作面生产组织管理……………………………………37
第六章工作面安全技术措施………………………………………………40
第一节工作面主要工种安全操作管理措施…………………40
第二节采煤工作面特殊安全开采技术措施………………42
第三节采煤工作面事故及预防措施…………………………44
第四节避灾路线及自救…………………………………………46
第七章采区主要经济技术指标……………………………………………47
第八章环境保护…………………………………………………………49
第九章安全监测监控设计………………………………………51
第一节概述…………………………………………………51
第二节监测地点的确定…………………………………52
总结……………………………………………………………………………53
致谢……………………………………………………………………………54
参考文献………………………………………………………………………55
第一章矿井概况
第一节矿井基本概况
一位置与交通
张新煤矿位于鸡西市东南方约14km，行政区划属鸡西市恒山区，距离恒山区以东11.6km。
地理坐标东经131°01′,北纬45°12′。
井田东西走向长7km,南北倾斜长3km,面积21km2。
本井田东部与鸡东矿相邻,以F25断层为界，西部与二道河子矿相接，以F30、F12断层为界，北以平麻断层为界。
南以3#层-600标高为界。
矿井内有铁路专用线在恒山车站与国家铁路相接，并且有直达矿区的公路，交通较为方便。
具体地理交通情况见图1-1。
图1-1张新矿交通位置示意图
二井田周边状况井田境界确定的依据
井田北部以平麻断层为界；南部以7#煤层-600m标高为界；西部与二道河子矿相接，以F30、F12断层为界；东部与鸡东矿相邻，以F25断层为界。
煤层平均倾角为13º，平均容重1.40t/m3.
1.要适于选择井筒位置，合理安排地面生产系统和各建筑物
2.划分的井田范围要为矿井发展留有空间；
3.以地理地形、地质条件作为划分井田境界的依据；
4.井田要有合理的走向长度，以利于机械化程度的不断提高。
三水源及电源
张新矿区水源来自开采地下水，能够满足生产与生活需要。
生产与生活用电均来自鸡西供电局。
四煤层赋存状况及可采煤层特征
本井田开采的煤层主要位于中生界上侏罗统鸡西群城子河含煤组，本组共有厚薄煤层3组，为了清楚起见，现将各煤层厚度、结构、容重和顶底板情况分层以文字叙述如下（附煤层特征表1-2）：
（1）3#煤层：
煤厚1.63～2.09m，一般厚度为1.8m，为单煤层，顶板岩性以细砂岩为主，底板岩性为细砂岩。
（2）6D#煤层：
煤厚1.88～2.21，一般厚度2.0m，为单煤层，顶板为泞灰岩，底板为页岩。
（3）7#煤层：
煤层厚度2.68～3.02m，一般厚度2.8m，顶板为页岩，底板为砂岩。
表1－2可采煤层特征表
序号
煤层名称
煤层厚度（m）
层间距（m）
倾角（º）
围岩
硬度（ƒ）
容重（t/m3）
煤层构造及稳定性
最大～最小
顶板
底板
平均
1
3#
1.63
2.09
151
13°
细砂岩
细砂岩
1.0
1.42
较稳定
1.8
2
6D
1.88
2.21
13°
泞
灰
岩
页岩
1.0
1.46
较稳定
2.0
150
3
7#
2.68
3.02
13°
页岩
砂岩
1.0
1.44
较稳定
2.8
五矿井储量、生产能力、服务年限
矿井工业储量是平衡表内A、B、C三级储量的总和。
矿井设计储量是矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱和已有的地面建筑物、构筑物需要留设的保护煤柱等永久煤柱损失量后的储量。
（一）储量计算方法
1.工业储量计算
计算公式如下：
式中：
Q—块段储量
S—块段平面积
α—煤层平均倾角
M—块段平均厚度
γ—煤的容重
2.可采储量计算
计算公式如下：
ZK=（ZC－P）×C
式中：
ZK—可采储量；
ZC—工业储量；
P—永久煤柱损失；
C—采区回采率。
回采要求：
中厚煤层不应小于80%，薄煤层不应小于85%。
表2-2矿井工业储量汇总表
水平
煤层
工业储量A+B+C
Mt
煤炭损失量
可采储量
工业场地
井田境界
断层
开采损失
其他损失
合计损失
Ⅰ
3#
11.6
0.32
0.33
0.34
1.2
0.05
2.24
9.36
6D#
13.08
0.38
0.42
0.53
0.98
0.14
2.45
10.63
7#
19.27
0.58
0.48
0.52
1.9
0.19
3.67
15.6
合计
43.95
1.28
1.23
1.39
4.08
0.38
8.36
35.59
Ⅱ
3#
12.01
0
0.63
0.56
1.0
0.07
2.26
5.86
6D#
13.87
0
0.29
0.33
1.7
0.16
2.48
7.11
7#
20.07
0
0.72
0.6
1.51
0.2
3.03
13.05
合计
45.95
0
1.64
1.49
4.21
0.43
8.77
26.03
总计
89.90
1．29
2.87
2.88
8.29
0.81
17.13
72.87
（二）矿井生产能力
1.矿井设计生产能力的确定原则
确定矿井的生产能力应考虑储量、地质条件与开采技术条件以及合理的服务年限等几个因素，另外还应该考虑到当前及今后市场的需煤量。
依据投资少，出煤快，经济效益好的原则合理确定。
2.矿井设计生产能力方案比较与服务年限
本矿井已查明的工业储量为89.90Mt,，估算本井田内工业广场煤柱，境界煤柱等永久煤柱损失量占工业储量的18.1%。
根据地质报告的资料描述，井田内各可采煤层均为中厚煤层，地质构造较为简单，可拟定本设计矿井采用中型矿井设计。
并初步确定两个方案，即矿井生产能力为0.6Mt/a，0.9Mt/a两个方案，分析论证如下：
按照公式：
P=Z/AK
式中：
P—为矿井设计服务年限，a；
Z—井田的可采储量,Mt；
A—为矿井生产能力,Mt/a；
K—为矿井储量备用系数，一般取1.4。
计算得：
P1=86.8aP2=57.8a
参照《采矿设计手册相》上对确定服务年限的原则，设计生产能力为0.6Mt的矿井服务年限过长，并且确定57.8a为比较合理的服务年限，本矿井的生产能力初步定为0.90Mt/a。
六主要地质构造
张新矿位于鸡西煤盆地南部向斜北翼中部，主背斜南侧，本区地层走向近东西，为向南倾斜的缓单斜构造，构造特点是断层发育，断层特点从平面看有北西，北东两组，北西多于北东，北东的落差大于北西的，从力学性质来分析，都属于张性及张扭性断层，无压性断层，断层面的倾角在70º—80º之间。
主要断层构造见表1-1。
表1-1主要断裂构造表
顺序
名称
性质
断层面走向
断层面倾向
倾角
水平断距（m）
1
F11B
正
176o～163o
W
75o
10～80
2
F12
正
177o
W
75o
3
F12A
正
164o～174o
E
70o
10～50
4
F25
正
170o
E
75o
0～160
5
F27
正
192o～213o
E
80o
50
七井田内的水文地质情况
本区位于鸡西煤田南部条带，地形起伏，地面水径流条件良好。
区内只有黄泥河与二道河（季节性河流），平水期流量均小于0.5L/s，坡降为7‰。
区内含水层可分为煤系风化裂隙含水层，构造裂隙含水带和第四纪冲积含水层。
1.煤系风化裂隙含水层
全区发育，发育深度最大达110多m，岩性以中砂岩，细砂岩为主，裂隙性充水，水力性质为潜水，钻孔单位涌水量0.2L/s·m，渗透系数小于0.225m/d.该含水层非均质性特别明显，不同地段富水程差别较大，在垂直分带上可视为渐变趋势。
由浅至深富水程度逐渐减弱。
2.构造裂隙含水带
局部发育、条带状分布在断层上下盘低序次小错动裂隙中，导水性能差，多以静储量释放为主，出水量不大，多为裂隙性充水，一般无承压性。
3.第四纪冲积合水层
只在本区黄泥河与二道河子两岸地带发育，面积较小仅0.3km2，最大厚度达5m，由中粗砂及粗砂组成，分选较差，为孔隙性充水，水力性质一般为潜水。
本区隔水层为第四纪亚粘土及辉长玢岩，前者局部发育，后者全区发育，隔水性能均良好，辉长玢岩以岩床形式赋存于主要含煤地层上部。
倾向与煤层一致，最小厚度为80m。
综合各项因素评价，一矿水文地质条件为：
中等。
八开采煤层状况
（一）瓦斯、煤尘及煤的自燃性
1.瓦斯
张新矿瓦斯相对涌出量为0.21m3/t，属于低瓦斯矿井，张新矿东西区的瓦斯涌出量变化稍大，是与辉长玢岩侵入体影响和地表冲击的覆盖条件有关。
2.煤尘
根据煤尘爆炸性试验指标，煤尘爆炸指数33-47%之间，该矿开采的煤层属于易发生爆炸危险的煤层。
（二）煤质、牌号及用途
1.煤的物理性质
肉眼观察：
呈黑色，油脂光泽，玻璃光泽，断口为眼球状及贝壳状，断口常参差不齐，条带状结构，肉眼煤岩类型为半亮煤～半暗煤型。
煤X光片显微特征：
凝胶化组分占优势，以镜煤基质体居多，其次为丝炭组中有丝炭，镜煤丝炭，丝炭化基质体，半丝炭化其质体。
矿物杂质有滚圆度较好的石英颗粒及粘土，碳酸盐、偶尔见到黄铁矿。
2.煤的化学性质
煤中碳的含量自上（7#）而下（3#）逐渐降低，平均含量由90.12～85.84%。
有机硫的平均含量在0.3～0.5%之间，一般0.33～0.35%。
磷的含量平均在0.003～0.006%。
原煤发热量在5648～6615大卡之间。
原煤灰分除3#煤层低于20%外，其余各层在20～30%之间。
3.煤的牌号及用途：
我矿煤种1987年由煤炭部批准所有煤层综合定为1/3焦煤。
主要工业用途以冶金用煤为主，火电厂作动力用煤次之。
第二节矿井生产概况
一矿井开拓方式
矿井开拓方式的选择应全面考虑各种因素，主要因素包括：
（1）地形地貌和地面外部条件；
（2）矿井地质和水文地质条件（特别是表土层情况）；
（3）煤层赋存和开采技术条件；
（4）技术装备和工艺系统条件；
（5）施工技术和设备条件；
（6）总体设计和矿井生产能力要求等。
影响本设计矿井开拓方式的具体因素如下：
（1）地表因素：
本井田属于山地地形，地表平均标高+190m左右。
（2）煤层赋存情况
整个井田的煤层上部标高在+150m，下部标高在-600m，东部以F25断层为界,西部以F30、F12断层为界；整个矿区共有三层可采煤层，即3#、6D#、7#。
煤层走向长度为7公里左右，倾向长度为3.6公里左右。
本井田煤层是缓倾斜中厚煤层，平均倾角在13°左右。
二井硐形式和数目
根据井田的地形地势，煤层赋存，地质构造等因素，经过第二节中井筒形式确定方案的技术分析和经济比较，该矿井采用双立井开拓，即一主一副两个井筒。
三水平划分
合理的水平垂高的要求：
1.具有合理的阶段斜长和区段数目
2.要有利于采区的正常接续
3.要保证开采水平有合理的服务年限及足够的储量
根据以上各方面原因及本井田的实际情况，现确定水平划分方案如下表3-1。
表3-1水平划分方案比较表
方案
方案一
方案二
方案三
水平数目
2
2
2
水平标高
-300，-600
-200，-600
-100，-250，-600
方案分析
煤炭损失量大。
巷道利用率高，煤炭损失小。
一水平服务不到30年不符合规定。
比较结果
选择方案二比较合理
综合以上：
本设计矿井初步定为2个水平，一水平标高为-200，二水平标高为-600，矿井开拓方式为双立井为主的开拓方式。
四采区划分
将井田划分成若干采区时，应考虑如下所述原则：
（1）根据<<煤炭工业设计规范>>，采区宜单翼布置；
（2）采区走向长度根据煤层地质条件，开采机械化水平，采区储量，生产能力与巷道维护等因素综合考虑。
（3）初步设计一般负责划分第一水平全部采区，故需要沿井田走向全长统一考虑，作到初后期统筹兼顾，不但要全井合理，更要有利于初期的建井设计；
（4）采区划分要考虑采区接续关系，以便其适应各翼的储量及产量平均分配；
（5）要适应充填注砂井，回风井的既定位置，使分区充填，分区通风的联系巷道尽量缩短；
（6）采区划分既要有意识地缩短大巷，又要充分注意人为境界处延的可能性；
（7）对于煤层稳定，开采条件好，生产能力大的采区，走向长度要适当加大；
（8）为了充分发挥综合机械化效能，减少搬家次数，提高效率和回采率，减少采区煤柱损失，凡是厚度稳定，适合于综机开采的部分要单独划分出采区；
（9）开采多煤层的井田，应尽量联合布置采区，搞集中生产；
（10）对于自燃发火倾向强烈的煤层或围岩压力大，难于维护的矿井，采区尺寸要适当缩小；
（11）初期采区尺寸要适应目前输送机的实际长度及电压降的控制范围，后期采区尺寸可逐步加大根据该设计井田的地质构造及煤层赋存等因素。
结合上述采区划分原则，本设计矿井第一水平划分为九个采区。
分别为北一一、北一二、北一三、北二一、北二二、北二三、东一一东一二东一三。
见采区划分示意图3-6。
图3-6采区划分示意图
五大巷数目及布置
1、大巷数目：
一条运输大巷。
2.大巷布置：
根据大巷布置技术比较表，本设计矿井采用的大巷布置方式为集中运输大巷。
有关大巷断面尺寸详见图3-5。
图3-5大巷断面图
表3-3大巷断面特征表
巷道
形状
支护
方式
断面积（m2）
设计尺寸（mm）
净周长（m）
喷厚
（mm）
净
掘
顶高
底宽
半圆形
锚喷
12.99
14.80
2050
4300
18.63
200
第三节矿井主要生产系统
一运煤系统
由工作面采出的煤装入刮板输送机运送，经转载机至胶带输送机运至运输上山进采区溜煤眼通过运输石门装车到运输大巷，由电机车牵引至井底车场，通过主井提升至地面。
二运料排矸系统
工作面所需物料及设备经副井下放至井底车场，由电机车牵引经集中运输大巷再经运输石门至采区下部材料车场，经采区轨道上山到上部车场，然后经区段回风平巷运至采煤工作面。
排矸与运料方向相反。
三通风系统
1.选择通风系统的原则
总的原则应贯彻“安全第一，预防为主”的方针，还应该有利于加快矿井的建设速度，技术经济合理。
而且必须遵守《煤矿安全规程》和《煤炭工业矿井设计规范》中的有关规定。
2.通风系统的确定
选择通风系统主要考虑因素分述如下：
（1）自然因素：
煤层赋存状态，埋藏深度，冲积层厚度，矿井瓦斯等级，煤尘爆炸性，煤层自燃发火性，矿井地形条件，井田及矿井年生产能力等。
（2）经济因素，井巷工程量，设备运营费，设备运转费，维修和管理等。
常见的通风系统分析比较：
1.对角式
一般适用于煤层走向较长（超过3km）,井田面积大,产量比较大的矿井.其优缺点与中央并列式相反,比中央分列式安全性要好,但初期投资较大,建井期较长,对有瓦斯喷出或有煤与瓦斯突出的矿井,应采用对角式通风系统.
2.分区式
在各采区分别设通风上山直贯地面，优点是风流在井下是直向式的。
因此漏风小，阻力小，各带区阻力也较平均，矿井风压也较稳定，工业广场不受回风污染及噪音危害，且安全出口多；缺点是管理较分散，反风较困难。
3.混合式
这种通风方式是几种通风方式混合组成的，通常适于地形复杂，温度高等条件下的矿井，系统较复杂，管理较困难。
综合以上，本设计矿井采用分区式通风系统。
四排水系统
矿井排水系统，依据矿井开采深度、开拓系统及各水平涌水量的大小，采用集中排水系统或分段排水系统。
这两种排水系统分述如下：
1.分段排水系统
当单水平开拓井筒延深，排水所需压头超过了水泵可能产生的扬程时，可以采用分段排水系统，即先将涌水排至井筒中间水仓，然后再由中间泵房将水排至地面。
这种方法比用水示串联操作简单，而对泵及管路的强度没有特殊要求。
2.集中排水系统
这种排水系统是将全部井巷的涌水集中至水仓内，而后用泵将水仓的水直接排至地面。
集中排水系统开拓量小，管路铺设简单，基建费用低，便于管理，是我国普遍采用的排水系统。
本设计张新矿井的开拓系统是采用双立井两水平开采方式。
水平设在-200,-600标高处。
本矿井属于中等涌水量矿井。
根据以上各排水系统的特征，以及本设计矿井的实际情况，本设计矿井选用集中排水系统排水，即将涌水排至井底车场附近水仓内，然后由水泵将水排至地面。
第二章采区基本条件
第一节采区煤层条件
一设计采区的位置、边界、范围、采区煤柱
本设计采区为北一一采区。
西部以F12断层为界，东部以F27断层为界。
浅部以+150m标高为界，深部以-200m标高为界。
走向长1980m，南北倾斜长1498m。
采区煤柱包括采区范围内的边界煤柱、断层煤柱等。
按其作用和性质可分为护巷煤柱和隔离煤柱两大类。
本采区采用走向长壁采煤法开采，采区煤柱留设如下：
各煤层在采区边界留设5m煤柱，井田境界处留设30m保护煤柱。
二采区的地质和煤质情况
该设计采区地质条件较为简单，地层厚度在50m左右，岩性以中砂岩和细砂岩为主。
采区内主要可采煤层为3#、6D#、7#煤层，结构比较简单，厚度稳定，煤质较好。
第二节采区生产状况
一采区的生产能力、储量及服务年限
1.影响采区生产能力的因素
（1）地质构造和开采技术条件
（2）煤层赋存情况
（3）回采工艺和装备水平
2.确定采区生产能力的方法
（1）采煤工作面单产计算
（2）采区内同采工作面数目
（3）采区运输通风能力
3.采区生产能力、储量和服务年限
结合有关要求、技术条件和采区煤层赋存情况，暂定设计采区
生产能力为0.90Mt/a。
本设计采区工业储量可按几何法求得，为8.7Mt，可采储量为7.4Mt，由此可由以下公式求得采区服务年限。
Tn=Z/（AC）
式中：
Tn——采区服务年限，a；
Z——采区可采储量，Mt；
A——采区生产能力，Mt；
C——矿井储量备用系数，取1.4；
P=7.4/（0.90×1.4）=5.9a。
二区段划分
由于本采区采用走向长壁采煤法，区段划分则以工作面长度为标志。
本设计分两水平开采，一水平设在-200m标高处，上山长1500m，确定合理工作面后，将本采区划分为七个区段。
第三章采区巷道布置设计
第一节采区上山设置
根据地质条件的不同，上山可以开在煤层的底板岩石中，也可以开在煤层中。
根据设计采区的条件，由于3#，6D#，7#三层煤的距离较远，采用分层布置。
轨道上山、回风上山和运输上山均布置底板岩石中。
第二节采区车场布置
采区上、下山与区段平巷或阶段大巷连接处的一组巷道和硐室称之为采区车场，采区车场的主要作用是在采区内运输方式改变或过度的地方完成转载工作。
上、下部车场的选择：
均采用平车场。
优点，摘挂钩操作方便安全；缺点，车辆需反向运行，调车时间长，运输能力小。
采区车场设计依据与要求：
1.《煤矿安全规程》规定
（1）在双轨运输巷道中2列列车车场的最突出部分之间的距离采区装车点不得小于0.7m，矿车摘挂钩地点不得小于1m。
（2）使用绞车提升的倾斜井巷上端，必须有足够的过卷距离。
（3）串车提升的各车场必须设有信号硐室及躲避硐。
（4）信号硐和躲避硐的尺寸为：
净宽1.4-1.2m，净高2.0-2.2m，净深1.4-2.0m。
2.采区车场安设风门的规定
（1）根据通风要求，采区上部车场可在存车线进车侧道岔外安设风门，两道风门的间距按需要确定。
（2）中部车场内设有风门时，应设在存车线末段道岔以外的单道上，两道风门间的最小距离应符合下列要求：
a.单辆矿车运行时，1.0t和1.5t矿车取6m，3.0t矿车取9m。
b.小型机车牵引时，一列车长加3m。
c.其他机械牵引时，一串车长加3m。
设计步骤如下：
（1）装车站线路设计
装车站线路总长度L为：
L=L1+L2+L3+L5
式中L——车场线路长度；
L1——空车存车线长度；
n——一列车矿车个数；
Le——机车长；
Lm——矿车长度；
（3～5M
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