采矿工程专业毕业设计说明书.docx
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采矿工程专业毕业设计说明书
中国矿业大学银川学院
2012届本科毕业设计（论文）
题目甘肃省窑街煤电三矿180Mt/a
新井设计
所在系矿业工程系
专业班级
姓名
指导教师
教务处制
摘要
本设计为甘肃窑街煤电集团三矿1.8Mt/a新井设计。
共分8章：
1.矿区概述及井田地质特征；2矿井储量、设计生产能力及服务年限；3.井田开拓；4.采煤方法；5.矿井通风与安全；6矿井运输、提升及排水；7.矿山环保8.矿井基本技术经济指标。
窑街煤电皮带斜井井田位于甘肃省兰州市红古区窑街镇，井田走向长约8.4Km，倾斜宽平均约0.8Km，井田面积为2.99Km2。
主采煤层为2号煤，平均厚27.41m，井田地质条件简单。
矿井工业储量为238216147t。
矿井瓦斯涌出量低，为低瓦斯矿井。
矿井为双立井两水平开拓，大巷采用3t底卸式矿车运煤，辅助运输采用1t固定矿车运输，矿井通风方式为中央并列式通风。
矿井采用倾斜长壁综合机械化放顶煤开采法。
矿井年工作日为330d，每天净提升时间16h。
矿井工作制度采用“三八”制，两班生产、一班准备。
Abstract
ThedesignofGansuYaojieCoalMineGroupThree1.8Mt/awelldesign.Isdividedinto8chapters:
anoverviewof1miningareaandgeologicalfeatures;2minereserves,productioncapacityandservicelife;34minefielddevelopment;miningmethod;5mineventilationandsafetyofminetransport;6,enhanceanddrainage;7environmentalprotectioninmine8minebasictechnicalandeconomicindex.
YaojieCoalBeltinclinedshaftmineislocatedinGansuprovinceLanzhouHongguDistrictkilnstreettown,minetoabout8.4Kmlong,slopingwideaverageofabout0.8Km,wellcroplandareafor2.99Km2.ThemainminingseaminNo.2coalmine,theaveragethicknessof27.41m,thesimplegeologicalconditions.Mineindustrialreservesof238216147t.Minegasemissionlow,lowgasmine.
Minefordoubleshafttwoleveldevelopment,lane,using3Tbottomdumpcarcoal,auxiliarytransportationusing1tfixedTramcarTransportation,mineventilationfortheparallel-typeventilation.Themineusestheinclinedlongwallfullymechanizedtopcoalcavingminingmethod.
Mineyearworkon330D,time16hneteverydaypromotion.Mineworkingsystemusing"threeeight",twoproduction,aclassprepared.
第一章矿区概况及井田地质特征
第一节矿区概况
一、井田位置、范围和交通条件
窑街煤电皮带斜井井田位于甘肃省兰州市红古区窑街镇，其地理坐标为东经102°53′03″，北纬36°24′42″。
井田走向长约8.4Km，倾斜宽平均约0.8Km，井田面积为2.99Km2。
窑街煤电集团公司三矿地处甘、青两省交界处甘肃侧，东距甘肃省兰州市120Km，西至青海省西宁市124Km。
矿区内有专用铁路支线（海窑铁路），由铁运处集配站向南13.7Km到海石湾火车站与兰青铁路接轨；向北25Km经连城铝厂、连城电厂至西北铁合金厂；向东2.5Km到三矿选煤楼装车点。
矿区公路向南17Km到海石湾与兰青公路相接；向北66Km至永登县与兰新公路衔接。
铁路、公路交通运输十分便利。
窑街煤田交通位置图图1-1
二、井田地形、地势
一）井田地形
皮带斜井井田展布于大通河河谷东侧Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级阶地上，西部及西北部地势比较平坦，东南部、东部及东北部为中山区。
海拔标高在1791～2060m之间，大通河自北向南从井田西侧流过，经享堂峡汇入湟水河。
二）矿区雨季、雨量
窑街矿区属干旱大陆性山地气候，降雨量少，蒸发量大，气候干燥。
根据气象资料，年降雨量最小值为198.6mm（1965年），最大值为573.2mm（1967年）。
每年降雨多在7、8、9三个月，11、12、1月降雨较少。
年蒸发量最小值为1360.9mm（1989年），最大蒸发量为2111.2mm（1965年），年蒸发量是年降雨量的4.6倍。
三）矿区温度变化及风速变化
矿区内6、7、8三个月气温较高，12、1、2三个月气温较低。
月平均最高气温21.6℃（1961年7月），月平均最低气温-9.2℃（1977年1月）。
气温极值：
最高气温40.5℃（1956年8月2日），最低气温-22.2℃（1972年2月8日）。
矿区多山谷风，根据气象资料，历年最大风速20m/s（1961年7月），历年月内最大风速一般为8～12m/s。
四）矿区内河流的基本情况
根据气象资料，矿区最早冻结日期为11月中旬，最迟解冻日期为次年3月底，历年土壤最大冻结深度为108cm（1977年2月）。
大通河为矿区内唯一的常年河流，河水最大流量为1540m3/s，最小流量为7.13m3/s，一般流量为100～200m3/s，最大流速4.74m/s，一般流速3.6m/s。
年总径流量为20～36亿立方米。
五）矿区内地震情况
窑街在中国主要地震区和地震带上，位于祁连山褶皱系地震带内，祁连山褶皱带内的地震活动性总的来看并不很高，但在某些地段则相当强烈。
1995年7月22日发生在永登七山的5.8级地震，窑街、海石湾一带震感强烈。
根据井田周边区域发生的地震情况综合分析，本区地震烈度定为八度为宜。
六）矿井附近小煤窑情况
据不完全统计，在皮带斜井井田范围内及周边地带，小煤窑有数据记载的达126个（实际数量大于此资料），目前大部分小煤窑已关闭或停采，但井田范围内或周边区域仍有28个（对）小煤窑正在开采。
关闭和正在开采小煤窑的井口地面位置大多分布在红沟、炭洞沟、獐儿沟一带，少数分布于三分库、原供应处、矸石山周围及葛家庄等一带，但其井下开采范围是井田内所有采掘工作面、井田隔离煤柱、风井及地面建筑物保护煤柱。
第二节井田地质特征
一、井田内的地形情况
皮带斜井井田地表绝大部分被第四系黄土层所覆盖，仅在其东北、东南部的獐儿沟、炭洞沟、红沟、东山坡一带，有煤系基底元古界震旦系变质岩、中生界白垩系、侏罗系沉积岩、新生界第四系烧变岩地层出露，在井田东北部F19—1断裂带的变质岩地层中，还有岩浆岩侵入体存在。
现根据地面勘探钻孔和井巷揭露资料对井田范围内的地层（见图3—1）自上而下分述如下：
表1-1窑街煤田皮带斜井井田地层综合柱状图
地层单位
地
层
代
号
层
次
柱状
分层厚度
（米）
最大-最小
平均
岩石名称
岩性描述
界
系
统
群
组
新生
界
第
四
系
Q
1
0~74.70
19.51
黄土层
上部为腐植煤，下部为淡黄色黄土层。
2
0~43.08
8.53
砾石层
灰色砾石层，空隙间被中、细砂充填。
中
生
界
白
垩
系
下统
可口群
Klh
3
未见全厚
砂质泥岩
粉砂岩
砂岩
砂砾岩
上部紫红色、灰绿色砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩；下部紫红色厚层状沙砾岩、砂岩，夹粉砂岩或砂质泥岩。
侏
罗
系
上
统
享
堂
群
J3x
4
0~336.49
134.00
砂岩
砂质泥岩
含砾砂岩
上部紫红色为主的杂色砂岩，砂质泥岩；下部灰白色、灰绿色含砾砂岩为主，夹薄层紫红色砂岩及砂质泥岩
中
统
窑
街
群
第
五
组
J52x
5
0~132.30
46.50
砂岩
粘土岩
粗砂岩
上部厚层状砂岩；中部粘土岩和砂岩互层；下部粗砂岩夹粘土岩及煤线。
第
四
组
J42x
6
0~192.98
64.01
油叶岩
砂岩
砂质泥岩
油叶岩（油一、二、三层）、砂岩、砂质泥岩
第
三
组
J32x
7
0~38.71
17.61
铝质泥岩
厚层状灰绿色、深灰色铝质泥岩，致密。
第
二
层
J22x
8
0~18.32
10.11
油叶岩
灰黑色油叶岩（油四层）
9
0~26.93
4.54
砂岩
灰白色石英砂岩
10
0~109.88
27.41
煤二层
为井田主采煤层，分布稳定。
一）新生界（Kz）
第四系（Q）
1、黄土层上部为腐植土及近代河床冲积层，下部为黄土层。
黄土层为淡黄色，以轻亚粘土为主，含砂量大。
厚度为0～74.70m（534号孔），平均厚19.51m。
2、砾石层主要成分以花岗岩、片麻岩、石英岩等为多见，獐儿沟一带含超基性岩砾石，分选性差，滚圆度中等，一般未胶结或甚松散，砾石间空隙被中、细砂所充填，局部见钙质或砂泥质胶结，为河床相沉积。
厚度0～43.08m（527号孔），平均厚8.53m。
与下伏地层呈不整合接触。
3、烧变岩烧变岩是窑街煤田的一种特殊地质产物，之所以被划归第四系，因为它是在第四纪中后期由煤层及煤系地层中的可燃有机岩自燃发火，从而使其围岩受到强烈的脱水、氧化、烘烤、熔化等作用，改变原岩的结构和成分后而形成。
烧变岩的原岩主要为煤系地层中的煤层、油叶岩、炭质泥岩、砂岩、铝质泥岩、粘土岩及第四系黄土层。
烧变岩主要分布于井田的东南部，覆盖范围约占整个井田面积的33.5%。
分布深度最低达1640水平，距地表最大深度为273.55m（508号孔）。
烧变岩从岩种上大致可分为变砾岩、硬板岩和泥板岩三种。
颜色包括紫红、淡红、砖红、紫黑、灰褐、淡黄、橙黄、褐黄、灰白等。
结构按烧变程度的不同，分为炉渣结构、砾块结构、粒状结构、蜂窝结构、致密结构等。
构造有巨砾块状、炉渣团块状、碎块状、似层状、层状、片状和页片状。
空隙一般较大，空隙率在30%左右。
烧变岩的接口呈不规则犬齿状。
二）中生界（Mz）
（一）白垩系（K）
下统河口群（K1h）
仅在井田东北部边界外F19断层以东出露，井田范围内无分布。
上部为紫红色、灰绿色砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩及少量的砂砾岩，含灰绿色条带或团块；下部为紫红色厚层状砂砾岩、砂岩，泥质胶结，夹灰或灰绿色粉砂岩或砂质泥岩。
本群未见全厚，厚度不详。
与下伏侏罗系享堂群地层呈不整合接触。
（二）侏罗系（J）
为一套含煤碎屑岩建造，自上而下为：
1、侏罗系上统享堂群（J3x）
井下没有揭露，根据钻孔资料，中上部为以紫红色为主的杂色砂岩、砂质泥岩；下部以灰白色、灰绿色含砾粗砂岩为主，夹薄层紫红色砂岩及砂质泥岩。
厚度0～336.49m（552号孔），平均厚134.00m。
与下伏地层窑街群呈假整合接触。
化石有：
EuaclistocharaLufengensisMinor；E.stipita；E.cf.nuquishanenis；Aclistocharasp.；Darwnnulasp.
2、侏罗系中统窑街群（J2y）
为井田内主要含煤地层，在沉积相上是一套河床相砾岩、河漫相砂岩、沼泽相煤层、滨湖相粉、细砂岩、深湖相油叶岩、铝质泥岩共生组合，显示了典型的断陷盆地含煤建造的沉积特征。
井田内窑街群煤系地层在走向上从东北部向西南部由厚变薄，在倾向上从东南部向西北部由薄变厚。
该群地层平均厚度为220.93m，与下伏炭洞沟群地层呈假整合接触，该群地层根据其岩性及其组合特征，又可分为五个岩性组，自上而下分别为：
①第五组（J
）
该组岩层井下没有揭露，根据钻孔资料，上部为厚层状粗粒石英、长石砂岩，泥质胶结，胶结类型为接触式。
结构疏松，见有较多的顺层菱铁矿结核。
砂岩中交错层理较发育，显示了冲积相特征。
中部为粘土岩和石英砂岩互层，粘土岩含有铁质结核。
下部为石英、长石粗砂岩夹粘土岩及煤线或薄煤层（煤A层）。
本组地层在许多钻孔中被冲刷剥蚀，厚度为0～132.30m（428号孔），平均厚46.50m。
下部产锥叶蕨植物化石和淡水动物化石：
Equisetitessp．；Cladophlebissp.；NilssoniaOrientalisHeer；Pityophyllumstaratschini（Heer）Nathorst；Podozamitessp.；Coniopterissp.等。
②第四组（J
）
该组岩层井下没有揭露，根据钻孔资料，上部主要灰黑色层状油叶岩（油一层），夹多层菱铁矿透镜体和砂质泥岩，含鱼类及植物化石：
Ptycholepissp.；Dapediuskissp.；Podozamitessp.
中部为灰色、灰白色中细粒砂岩和深灰色砂质泥岩、灰黑色油叶岩（油二层）互层。
下部为灰黑色、灰色油叶岩与砂岩、砂质泥岩互层，夹薄层菱铁矿及煤线，其底部常有一层较稳定的油叶岩（油三层）。
含鱼类及植物化石：
Dapediussp.；Ptycholepissp.；Dapediuskissp.；Podozamitessp.；Ginkgopsida；Cladophlebissp.
本组岩层厚度为0～192.98m（521号孔），平均厚64.01m。
③第三组（J
）
井下见于各水平石门（全层没有揭露），为厚层状灰绿色、深灰色铝质泥岩，致密，常含砂质，有时夹薄层泥灰岩或油叶岩，局部相变为隐晶质灰岩。
厚度为0～38.71m（418号孔），平均厚17.61m。
④第二组（J
）为本井田煤系地层中的主要含煤组，见于井下各水平石门，平均厚度为50.11m，根据岩性自上而下分为：
（1）灰黑色厚层状油叶岩（油四层），含油率较高，以指甲划之有明显的油痕，有时夹薄层砂岩和菱铁矿透镜体。
厚度为0～18.32m（422号孔），平均厚7.06m。
（2）灰色、灰白色石英砂岩，为煤二层直接顶板，主要为细砂岩，局部相为粗砂岩或粉砂岩，成份以石英为主，其次为长石和云母等，硅质胶结，厚层状，致密坚硬，分布比较稳定，厚度为0～26.93m（601号孔），平均厚4.18m。
含植物化石：
Czekanowskiasp.；Elatocladussp.；Coniopterissp.；Cladophlebissp.；Ginkgopsida；Ginkgoitessp.；Podozamitessp.等。
（3）黑色炭质泥岩，为煤二层伪顶，中夹有煤线，片状、鳞片状构造，极易垮落，厚度为0～4.08m（632号孔），平均厚0.81m。
（4）煤二层，为井田主要可采煤层，分布稳定，结构复杂，含多层夹石，厚度为0～109.88m（575号孔），平均厚27.41m。
二、井田及其附近的主要地质构造
窑街煤田位于祁吕贺“山”字型构造体系西翼的“多”字型构造部分的第二条斜列褶带—哈拉古背斜和第三条斜列褶带—马牙雪山大背斜之间的门源槽地的东南端。
窑街煤田的成煤环境自始至终都受着祁吕贺“山”字型构造体系的控制。
侏罗纪晚期到白垩纪早期，由于受区域应力的作用，在煤田西南部沉积边缘附近形成了北东向的一系列短轴褶皱构造，分别为喇嘛沟背斜、马家岭向斜、程家窑背斜、塌山向斜、羊场背斜、机修厂向斜等。
一）断裂构造
皮带斜井井田断裂构造十分发育，目前发现的断层共有1条,走向近SN向（一般为N15°W—N20°E左右），其特点是落差相对较小，延伸长度较短，如F60。
断层
名称
性
质
产状
落差
（m）
延伸
长度
（m）
揭露
地点
备注
走向
（°）
倾向
（°）
倾角
（°）
F604
逆
北段N50～80E
南段
N5～15E
SWNW
80～85
90～260
1000以上
炭10、532—1、560钻孔、1650北大巷、5521工作面探巷及钻孔
“78.5.24”事故发生于该断层上
表1-2皮带斜井井田的主要断层
三、煤层及其顶底板岩石特征
1）煤系
窑街煤田煤系形成于中生代侏罗纪中世，即侏罗系中统窑街群地层。
其成因类型为陆相山间盆地型。
基底为元古界下震旦统湟源群变质岩；垫层为中生界下侏罗统炭洞沟群杂色碎屑岩和泥岩；盖层有三种：
第一是第四系黄土层、砾石层等，第二是第四系烧变岩，第三是侏罗系上统红色沉积层。
皮带斜井井田的西南端为煤田的沉积边缘，煤系地层超覆于下震旦系变质岩之上。
煤系地层在井田内沿走向向西南方向变薄，向东北方向逐渐增厚，但在接近F604断层及以北地区煤系地层特别是侏罗系中统窑街群第二组地层明显变薄，且无窑街群第三组的沉积；沿倾向方向浅部（南东方向）较厚，向深部（北西方向）变薄（见煤岩层对比图）。
皮带斜井井田范围内煤系地层总厚度为0～109.88m，平均厚为27.41m，煤系地层中共含煤一层，为煤二层，总厚度为0～109.88m，平均厚27.31m，含煤系数为14.97%。
煤层位于窑街群下部的第二组（J
）地层中。
煤层的成因类型为腐植煤，其中煤二层分别为特厚煤层，分布较稳定，普遍可采，为井田内的主采煤层。
二）煤层
煤二层为矿井主采煤层，黑色，沥青光泽，块状构造，条带状结构，阶梯状断口。
中上部特别是中部以光亮型、半亮型煤为主，间夹暗煤条带，下部以半亮型、半暗淡型煤为主，间夹亮煤条带。
煤层结构复杂，一般含夹矸4～8层，有时可达20余层。
在井田的西南部（六采区）距煤层顶板约1米左右，夹有两层炭质泥岩（俗称CA、CB），厚度分别为0.3和0.4米，层间距一般为0.2～0.5米，它们是判断六采区煤二层是否到顶的标志层。
在井田的中部距煤二层底板约2～3米左右，夹有一层厚0.2～0.4米厚的灰白色粘土岩（俗称软矸），局部相变为细砂岩，在井田的深部这层粘土岩尖灭消失，它是判断煤二层是否到底板的标志层。
其余夹矸层分布不稳定，多呈透镜状，且多集中于煤二层底板附近。
煤二层厚度为0～109.88m，平均厚27.41m，属特厚煤层，分布不稳定。
在井田范围内煤二层从西南部向东北部逐渐变厚，在F604附近煤层最厚（575号钻孔煤二层厚109.88m）；在六采区西南部煤层厚度由浅部向中部增厚，再由中部向深部逐渐变薄，煤层等厚线呈现向西南凸出的“U”字形状，东北部煤厚在20～30m之间，变化不大，并向深部有变薄之趋势；在一、二、三采区煤层受烧变影响而产生的厚度变化除外，煤厚在25～35m之间，且在二、三采区煤厚呈由浅部向深部增厚的趋势；在四采区煤厚在30～35m之间，煤厚变化不大；五采区是井田内煤层厚度最大区域，且变化较大，在50～90m之间。
3）煤层倾角
井田内煤层的倾角变化较大，在8°～70°之间，在井田的浅部煤层倾角较平缓，而在深部较陡，煤层倾角小于25°的煤量占全矿井煤量的19.57%，25°～45°的煤量占全矿井煤量的23.98%，大于45°的煤量占全矿井煤量的56.44%。
因此倾角应属Ⅲf类。
4）煤层顶底板条件
煤二层
直接顶板为灰白色中细粒石英砂岩，厚层状，主要矿物成分为石英、长石、云母，硅质胶结，致密坚硬，平均厚4.54米。
井田内局部在石英砂岩之下有薄层的炭质泥岩，为煤二层的伪顶，页片状，松软易冒落。
煤二层的老顶为油叶岩（油四层）。
在井田东部烧变岩区一带，煤二层直接顶为烧变岩，烧变岩松散、破碎、易冒落，顶板管理极难。
直接顶板石英砂岩的抗压强度为46.1～107.8MPa。
直接底板为黑色炭质泥岩或炭质粉砂岩夹煤线，致密块状，遇水易膨胀变软，平均厚2.15米，该岩石的抗压强度为24.5～78.4MPa，软化系数为0.16～0.5。
有时煤二层底板相变为砂岩或砂砾岩，此类岩石致密坚硬，机械强度较高，稳定性好。
根据上述煤层顶底板的情况，对照矿井地质条件分类的标准，皮带斜井煤层顶底板条件应属Ⅲe。
四、水文地质特征
皮带斜井井田范围内矿井充水主要因素有：
一是原皮带斜井井田范围内的烧变岩空隙水，二是六采区范围内及井田深部的砾石层潜水，三是1350水平以下侏罗系下统炭洞沟群砂砾岩空隙裂隙水。
第四系砾石层潜水是现皮带斜井矿井主要充水因素。
由于砾石层水受大通河水的补给，因此有充足的补给来源。
侏罗系下统炭洞沟群砂砾岩裂隙孔隙水在1350水平，水压高度达2米以上，随着开采深度延伸，水压也将随着增大。
为了有针对性地做好矿井水文地质，按照目前皮带斜井的含水层、涌水量、开采受水害影响及防治水的难易程度，根据《矿井水文地质规程》第二章矿井水文地质类型的划分及其工作要求将皮带斜井矿井水文地质类型分析如下：
一）受采掘破坏或影响的含水层
皮带斜井在四采区深部和六采区大部分煤系地层之上分布有强透水强含水的第四系冲积层，砾石层与井田西侧的常年性河流大通河连通，形成砾石层潜水，其补给条件好，补给水源充沛，单位涌水量在0.534～3.47公升/秒·米；煤层底板之下煤系地层底部的侏罗系下统炭洞沟群由厚层状砂岩、砂砾岩、砾岩、砂质泥岩等组成，在井田的1350水平以下含承压水，经测定初始涌水量为14.92m3/h，水头高度在2m以上（属承压水），本含水层之空隙裂隙水补给条件差，补给水源少或极少。
受采掘破坏或影响的含水层的水文地质复杂类型属中等。
二）涌水量
皮带斜井矿井平均涌水量为254.06m3/h，最大涌水量为533.95m3/h（2004年）。
井田内有代表性的含水层为砾石层，而砾石层的涌水量约占矿井涌水量的75%，因此，砾石层潜水的平均涌水量为190.55m3/h。
水文地质复杂类型应属中等。
三）开采受水害影响程度
采掘工程受水害影响，但不威胁矿井安全。
因小煤窑在井田内无序地开采，使井田内有大量的小窑废巷存在，而这些废巷和地面相通，一但发生暴雨，洪水沿小窑井筒及废巷溃入皮带斜井井下，威胁矿井安全。
属中等。
四）防治水的难易程度
防治水的工程量较大，但难度不大，防治水的经济技术效果较好。
属中等。
从以上受采掘破坏或影响的含水层、涌水量、开采受水害影响程度及防治水工作的难易程度四个方面综合评价，皮带斜井矿井水文地质类型应属中等。
五、煤质
煤质即与煤有内在联系的各种物理、化学指针的综合。
皮带斜井井田范围内共有140个钻孔采过煤样，煤二层128个，在生产过程中也采了不少煤样，但都不是全层厚的样，煤质分析结果汇总如下表。
1、物理性质
黑色，沥青光泽，阶梯状或参差状断口，硬度为2.5～3.0，容重1.40t/m3，比重1.57t/m3，易燃，呈黄色火焰，内外生裂隙均较发育，性脆。
表1-3皮带斜井井田煤质分析结果汇总表
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