城郊矿矿井开采设计红色为参考.docx

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城郊矿矿井开采设计红色为参考

一、指导思想

课程设计师安全专业学生一项实践性的教学环节，通过开拓方案设计将所学的理论知识，尤其是将矿井设计原理设计程序和设计方法等知识点融会贯通于实践的综合性的学习过程，为学生进行本科毕业设计以及毕业后从事矿井设计矿井建设和生产工作打下一定的基础。

二、目的

通过开拓方案设计要求达到下列目的

1系统地运用所学的理论知识

2掌握矿井开拓方案设计的步骤和方法

3熟练掌握方案比较法在开拓设计中的应用

4提高和培养学生分析问题解决问题的能力

5提高和培养学生文字编写计算和应用CAD绘图的能力。

三、设计任务

1编写开拓方案设计说明书一份（30～40页左右，每页不少于400子）

2设计图纸部分：

开拓平面布置图剖面图（平面图1：

10000剖面图1：

5000）

摘要

本设计为河南省城郊矿新井开拓设计，全篇共分为五个主要部分：

矿井概况及井田地质特征、井田境界及储量、矿井工作制度和设计生产能力、井田开拓和采区巷道布置。

城郊井田位于河南省永城市境内，覆盖城关乡、城厢乡的全部及侯岭、双桥、十八里、将口乡的一部分。

南北长约6km，东西宽约8km，勘探面积约48.1km2。

井田可采煤层为3、5煤层，其中主采为3煤层，该煤层赋存稳定，平均厚度405米。

倾角平均为14°，为缓倾斜厚煤层。

井田内工业储量2.8亿吨。

矿井平均涌水量200m3/h；相对瓦斯涌出量18m³/t，属高瓦斯矿井；不存在自燃发火现象。

城郊矿年设计生产能力240万t/a，服务年限67.42年。

采用立井二水平开拓，第一水平标高+200，第二水平标高-200。

矿井采用大采高一次采全高采煤法。

矿井布置两个综采工作面保证全矿井的产量，长度250m，煤的运输采用胶带输送机运输。

矿井的通风方式采用两翼对角式。

关键词：

立井开拓；联合布置；多水平延深；大采高；采区开采；服务年限

绪论…………………………………………………………………………….…….1

1矿区概述及井田地质特征……………………………………………………......2

1.1矿区概述………………………………………………………………………...2

1.1.1矿井位置与交通………………………………………………………...…..2

1.1.2动力供应………………………………………………………...…………..3

1.1.3地形与河流…………………………………………………………………3

1.1.4气象…………………………………………………………………………4

1.1.5自然地震……………………………………………………………………4

1.2井田地质特征…………………………………………………………………...4

1.2.1井田地形及煤系地层概述………………………………………………….4

1.2.2构造特征…………………………………………………………………..4

1.2.3水文地质…………………………………………………………………..5

1.2.4开采技术条件……………………………………………………………….6

1.3煤层特征………………………………………………………………………...6

1.3.1煤层埋藏条件及围岩性质………………………………………………….6

1.3.2煤层特征…………………………………………...………………………7

2井田境界和储量……………………………………..……………………………..8

2.1井田境界……………………………………………………………………….8

2.1.1井田境界划分的原则…………………………...…………………………..8

2.1.2井田境界……………………………………………………………………8

2.2矿井工业储量………………………………………………………………….8

2.2.1储量等级……………………………………………………………………8

2.2.2工业储量计算………………………………………………………………8

2.3矿井可采储量…………………………………………………………………...9

2.3.1计算可采储量时，必须要考虑以下储量损失……………………………9

2.3.2矿井永久保护煤柱损失量…………………………………………………9

2.3.3矿井可采储量………………………………………..…..………………..11

3矿井工作制度设计生产能力及服务年限………………………………………13

3.1矿井工作制度…………………………………………….……..………….….13

3.2矿井设计生产能力及服务年限………………………………...……………..13

4井田开拓…………………………………………………………...……………15

4.1矿井开拓的基本问题…………………………………………………….……15

4.1.1确定井筒形式、数目及位置……………………………..……….15

4.1.2开拓水平的确定…………………………………………………….……..17

4.1.3井底车场和运输大巷的布置……………………………………………..17

4.1.4方案比较…………………………………………………………………..18

4.2矿井基本巷道…………………………………………………..….…………24

4.2.1井筒………………………………………………………………………..24

4.2.2井底车场及硐室…………………………………………………….…….25

4.2.3主要开拓巷道……………………………………………………………..26

5采区巷道布置……………………………………………………….…………....27

5.1采区煤层地质特征………………………………………………………….27

5.2采区巷道布置及生产系统………………………………………….………27

5.3采区车场形式选择…………………………………………………………29

5.4采区采掘接替计划安排………………………………………………36

5.4.1区段采掘接替………………………………………………36

5.4.2水平采掘接替………………………………………………37

6矿井延伸方案

7矿井及首采区主要技术经济指标表…………………………………………….38

参考文献……………………………………………..………………………………39

致谢………………………………………………………………………………40

绪论

经过一年的学习，让我掌握了较多的专业知识，通过这次课程设计，更让我了解到了理论与实践的差距，同时也感受到了自己在专业课方面的一些不足之处。

本课程设计伟河南城郊煤炭工业公司新井设计2.4Mt/a的矿井，根据收集来的地质条件，本设计主要事关于新矿井的开拓建设。

井田走向长平均约5.2km，最长7.0km，最短2.1km，倾斜宽平均约4.5km，最长6.0km，最短2.0km，面积约48.1km2。

煤层倾角一般为10°～15°，平均倾角12.5。

本井田内可采储量为21037.096万吨，服务年限为67.42年。

本设计采用双立井——回风立井多水平集中开拓。

采煤方法为综合机械化开采，采空区处理方法为全部垮落法。

设计通过多方案比较和综合技术比较以及相应的经济比较优化设计，其中开拓方案的比较，以及大量的经济数据来核算，以便使计更加合理。

同时在设计过程中，结合了矿井的地质情况、煤层的受力等情况以及国内外的先进的经验等等的理论进行了合理的分析，这样使建成的矿井更加与实际相符。

过本次课程设计，使我学到了更多的采矿专业知识，加深了我对所学专业知识的理解和认识。

更重要的事，通过课程设计也培养了我们个人在实践中的发现问题、分析问题和解决问题的能力，培养了我们实事求是的科学态度和严谨的工作作风，为将来在工作岗位上更好的发挥自己的能力奠定了坚实的基础。

再则，由于自己在学习过程中对于所学知识的理解以及接收能力有限，所以在设计过程难免会出现错误，希望老师以及同学给予批评指正。

1矿井概况与地质特征

1.1矿井概况

1.1.1地理位置与交通

城郊井田位于河南省永城市境内，覆盖城关乡、城厢乡的全部及侯岭、双桥、十八里、将口乡的一部分。

南北长约6km，东西宽约8km，勘探面积约48.1km2。

矿井北临陈四楼井田，南接新桥井田，地理坐标为：

东经116º17′30″～116º25′21″，北纬33º53′52″～34º00′35″。

井田内地势平坦、交通方便。

永城市西北至陇海铁路商丘东站约95km，夏邑东站62km；东北至京沪铁路徐州车站约100km，东南至宿州车站约75km，距京九铁路的亳州车站55km，且均有柏油公路相通。

矿井交通位置图见图1-1。

图1-1矿井交通位置图

1.1.2动力供应

井田内第三、第四系含水量比较丰富，可作为矿井供水水源。

矿区内现有永城县电厂，装机容量1.5万kW，供本县工农业用电。

在建的永城县140kV变电站，是由地方集资兴建的，经夏邑、虞城到商丘，主要供地方用电。

矿区永久电源由商丘220kV变电站供给。

1.1.3地形与河流

城郊井田位于淮河冲积平原的东部，地势平坦，海拔标高在+21~+24m之间，相对高差2~3m，微向东南倾斜。

区内新生界松散沉积物广泛分布，厚度一般为220m左右。

工业广场标高+24.6m。

城郊井田内地表水系不发育，仅有淮河支流的沱河从本区北—中部自西向东流过，沱河源于商丘北侧响河，雨季流量剧增，旱季干涸无水，属季节性河流。

实测最高洪水位标高+34.79m，（1963年8月9日），年平均水位标高+30.39m，最大流量384m3/s（1963年8月9日），年平均流量一般为1~2m3/s。

其上游永城市段常年关闸蓄水，致使下游断流无水。

夏季多东南风，冬季多西北风，平均风速3.4m/s，最大风速20m/s。

降雪期和冰冻期为11月至翌年3月。

冻土深度一般10cm左右，最大19cm。

1.1.4气象

本区地处中纬34º附近，属半干旱、半湿润季风型气候，蒸发量大于降雨量，干湿差大，四季分明。

年平均气温14.3℃，日最高气温41.5℃，日最低气温为-23.4℃。

年平均降水量962.9㎜，年最大降水量1518.6㎜，年最小降水量556.2㎜。

大气降水量多集中在7~8月份，可占全年降水量的50%以上，年蒸发量1808.9㎜。

1.1.5自然地震

按照《中国地震烈度区划图（1990）》的使用规定，永城地区受地震影响不大，地震烈度小于6度。

经河南省地质局建议，对于特别重要的工程和建筑物，可提高一度设防。

1.2井田地质特征

1.2.1井田地形及煤系地层概述

本井田位于淮河冲积平原北部，地面自然标高在+31～+34m之间。

地形微向东南倾斜，地势平坦。

精查地质报告基本查明了井田的煤层赋存情况、构造情况、煤质以及水文地质条件。

本井田属华北上古生界聚煤区，为新生界沉积物所掩盖。

据钻孔揭露下伏地层由老至新有：

中下奥陶统（O1-2）、中上石炭统（C2-3）及二叠系（P）。

（柱状图见附图）。

1）中下奥陶统（O1-2）

本地层主要由灰色厚层状石灰岩、砾状石灰岩、豹皮状石灰岩以及白云质灰岩所组成。

灰岩主要特征是质纯而致密，具多组极为发育的裂隙，被方解石岩脉充填。

在井田内只有少数钻孔揭露本地层，揭露最大厚度为117.6m。

2）石炭系（C）

a．中石炭统本溪组（C2）：

本组地层下部主要为灰色铝土质泥岩，厚度一般为6m。

上部主要为深灰色～灰色铝土质泥岩，灰色砂质泥岩以及一层不稳定的石灰岩，厚度6～20m，一般厚14m。

b．上石炭统太原组（C3）：

本组为一套典型的海陆交互沉积岩系。

主要由12～15层薄～中厚石灰岩、泥岩、砂质泥岩、铝土质泥岩、砂岩以及4～5层薄煤线交互沉积而成，厚度130～147m，一般137m。

3）二叠系（P）

a．下二叠统山西组（P1）：

本组主要由砂岩、砂质泥岩，泥岩以及1～3层煤（二煤组）所组成。

厚度82～120m，平均厚度96m。

b．下二叠统下石盒子组（P2）：

本组主要由深灰色～灰色泥岩、铝土质泥岩、砂质泥岩、砂岩及4～6层煤（三煤组）组成，厚度45～95m，平均厚度84m。

c．上二叠统上石盒子组（P21）：

本组地层厚约729m，主要由灰色砂质泥岩、铝土质泥岩、砂岩以及6～9层薄煤线交互而成。

d．上二叠统石千峰组（P22）：

本组地层主要由平顶山砂岩段，泥灰岩性和石膏钙核段组成，欢度为706m。

井田内仅有少数几个钻孔揭露，此地层为不连续地层。

4）上第三系（N）：

本地层属河湖相沉积

a．中新统：

本组厚度30～145m，平均厚度101m。

主要由米黄～褐黄色中细砂岩、粉砂、粘土质砂及砂质粘土组成。

b．上新统（N2）：

本统厚37～88m，平均厚70m。

主要由砂质粘土夹褐黄细砂、粉砂及粘土质砂组成。

5）第四系

a．更新统：

本组厚度22～48m，平均厚度33m。

主要有粉～细砂、粘土，局部为粘土。

b．全新统：

本组厚度14～32m，平均厚度21m。

上部为黄色粘土质砂为主，下部为土黄～褐黄粉细砂。

1.2.2构造特征

城郊井田位于北北东向的永城隐伏背斜的西翼中段，北北东向断层构造居主导地位，其次是近东西向构造，局部发育有北西向构造。

总体构造特征是以宽缓褶皱为主，伴随一定数量的断裂构造，且多集中在表现明显的背、向斜两侧，见图1-2《城郊井田构造纲要图》。

整个井田以近北北东向断层构造居主导地位，其次是近东西向构造，局部发育有北西向构造。

总体构造特征是以宽缓褶皱为主，伴随一定数量的断裂构造。

晚古生代中基性岩浆岩活动比较强烈，并对煤层有一定的破坏作用。

图1-2城郊井田构造纲要图

1.2.3水文地质

1）含水层、隔水层及其特征

井田内主要有9个含水层组，4个隔水层组。

其中，新生界4个含水层组，1个隔水层组；二叠系石盒子组1个含水层组，1个隔水层组；二叠系山西组1个含水层组，1个隔水层段；石炭系太原群2个含水层组，1个隔水层段；奥陶系中下统1个含水层组。

a．第四系全新统松散孔隙潜水含水层：

此层厚21m左右，砂岩较发育，单位涌水量0.152～4.167×10-3/s.m2，渗透系数0.654～23.06m/d，水位受大气降水影响，属强含水层。

b．第四系全新统松散孔隙承压水含水层：

此层厚33m左右，中砂层厚21m，单位涌水量0.594×10-3/s.m2，属中等含水层。

c．上第三系上部松散孔隙承压水含水层：

此层厚70m左右，单位涌水量0.198～0.468×10-3/s.m2，渗透系数为0.476～0.87m/d，属中等含水层。

d．新生界底部隔水层：

此层厚31m左右，其中粘土层厚25m，可塑性好，分布广泛且稳定，为一良好隔水层。

在16线以北变薄，起不到隔水作用。

e．下石盒子组三煤组顶板砂岩裂隙承压水含水组：

此组厚45m左右，含水层为中、细砂岩，单位涌水量0.000431～0.0399×10-3/s.m2，渗透系数为0.00616～0.361m/d，属弱等含水层。

f．山西组二2煤层顶板砂岩裂隙承压水含水组：

此组厚52m左右，含水层为中、细砂岩，单位涌水量0.000367～0.0804×10-3/s.m2，渗透系数为0.00172～0.0338m/d，属弱等含水层。

g．石盒子与山西组间隔水层：

下石盒子组三煤组顶板砂岩含水层山西组二2煤层顶板砂岩含水层之间有厚38m的泥岩、砂质泥岩、铝土岩，且分布稳定，起到了良好的隔水作用。

h．山西组与太原群间隔水段：

二2煤层底板太原组之间有50m左右的细、粉砂岩和泥岩，岩石致密，为良好的隔水层。

i．太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水含水组：

此组厚32m左右。

全井田发育稳定，岩溶裂隙最为发育，单位涌水量0.125～0.793×10-3/s.m2，渗透系数为0.801～4.904m/d，水量相对丰富，但不急条件不良，属中等含水层。

j．太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水含水组：

此组厚24m左右。

单位涌水量0.121～1.216×10-3/s.m2，渗透系数为0.703～7.473m/d，水量大，属中等含水层。

k．太原组上段与下段间隔水层段：

太原组上段灰岩含水组与下段灰岩含水组之间主要由泥岩、砂质泥岩及粉砂岩组成，为良好的隔水层。

h．奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水含水组：

此组厚度不详。

单位涌水量0.00843～0.704×10-3/s.m2，渗透系数为0.0561～1.878m/d，岩溶裂隙发育不均，富水性明显差异，属中等～强含水层。

2）矿井涌水量

地质报告中预计矿井涌水量：

正常180m3/h

最大220m3/h

3）井田水文地质类型

本井田主要开采下石盒子组三煤组和山西组二2煤层。

三煤组以岩层裂隙水为主，水文地质条件简单；二2煤以底板岩溶裂隙水为主，水文地质条件属中等类型。

1.2.4开采技术条件

1）煤层顶底板

3#煤层直接顶板，底板主要为薄层状泥岩，砂质泥岩，局部为粉砂岩，稳定性差，管理有一定困难。

5#煤层直接顶，底板多为细中粒砂岩，厚层状泥岩（厚度一般大于5m），局部为砂质泥岩或落层状泥岩，岩石的完整性，稳定性较好，顶板易于管理，底板一般不易发生底鼓。

2）瓦斯、煤尘等

井田中各煤层瓦斯含量一般小于0.5cm3/g，属低瓦斯矿井。

各煤层均无煤尘爆炸危险。

各煤层均属不自燃发火煤层。

3）地温

井田内地温仅随深度的增加而增加。

井田的平均地浊梯度为2.670C/100m，从地温梯度看，浅部地温梯度较高，深部地温梯度较低。

1.3煤层特征

1.3.1煤层埋藏条件及围岩性质

本井田主要含煤地层为下二叠统下石盒子组。

主要可采煤层为3#煤、5#煤。

煤层风氧化带深度，通过煤芯煤样化验、分析定为由基岩顶界向下垂深20m。

本井田内石炭系、二叠系均为含煤地层。

各可采煤层具体埋藏特性如下：

1）三煤层：

位于下石盒子组中部的三煤组中，可采厚度为2.7～5.4m，平均厚度4.05m。

结构较简单，含夹矸1～2层，煤层比较赋存稳定，煤层顶板多为砂质泥岩及粉砂岩，底板多为炭质泥岩及砂质泥岩。

砂质泥岩抗压强度222～314kg/cm2。

砂岩抗压强度312～859kg/cm2。

2）五煤层：

位于山西组中下部，可采厚度为2.8～8.86m，平均厚度5.83m。

煤层结构简单，仅有一层厚度小于0.41m的夹矸，煤层赋存稳定，煤层顶板多为砂质泥岩及中细砂岩，底板多为砂质泥岩及细砂岩。

砂岩抗压强度316～1063kg/cm2，泥岩抗压强度433～612kg/cm2。

具体城郊矿可采煤层特征见表1-1。

表1-1　　城郊煤矿可采煤层特征表

煤层名称

煤层厚度/m

（最小-最大）/平均

稳定程度

煤层结构

顶板

底板

三

（2.7-5.4）/4.05

比较稳定

1～2层泥岩夹矸

粉砂岩或砂质泥岩

炭质泥岩或泥岩

五

（2.8-8.86）/5.83

比较稳定

局部有1层泥岩夹矸

粉沙岩局部石灰岩

粉沙岩及沙岩

1.3.2煤层特征

1）煤的容重

煤的实体容重3#煤1.4t/m3，5#煤1.3t/m3。

2）煤的工业分析及用途

本井田各可采煤层均以高变质程度的年轻无烟煤为主，其次为天然焦，个别煤层有少量贫煤点。

3）瓦斯、煤尘及自燃

a．瓦斯：

井田内瓦斯含量不高。

经向省煤炭厅汇报，认为“可能有瓦斯突出”的根据不足，确定设计按低瓦斯矿井考虑。

b．煤尘：

经鉴定，本井田设计开采煤层为无烟煤，一般无煤尘爆炸危险。

设计按无煤尘爆炸危险考虑。

c．自燃：

井田各煤层还原样燃点之差△T一般均小于20℃，为不自燃煤层。

2井田境界和储量

2.1井田境界

2.1.1井田境界划分的原则

2.1.2井田境界

2.2矿井工业储量

1.矿井的工业储量

Zg=[H×L×（m1+m2）]/cos15°×γ  

式中：

Zg----工业储量，t；  

 H----井田倾斜长度，1800m；

   L----井田走向长度4800m；  

γ----煤的容重1.40t/m3；

   m1----1#煤层煤的厚度，为4.0米；

m2----2#煤层煤的厚度，为8.0米；

Zg=[1800×4800×（4.0+8.0）]/cos5°×1.4=145734939.8t/a

（2）设计可采储量  

ZK=（Zg-p）×C   

式中：

ZK----设计可采储量,t；

   Zg----工业储量，t；

   p----永久煤柱损失量，t；

C----采区采出率，本设计条件下取80%。

P=145734939.8×5%=7286746.988t

ZK=（Zg-p）×C =（145734939.8-7286746.988）×80%=110758554.3t

2.3矿井可采储量

2.3.1计算可采储量时，必须要考虑以下储量损失

2.3.2矿井永久保护煤柱损失量

2.3.3矿井可采储量

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

矿井设计工作日330d，每天三班作业，其中两班生产，一班检修，每班工作8h，每天净提升时间16h。

3.2矿井的设计服务年限、设计产量

3.2.1矿井设计生产能力

A=ZK/（T×K）

式中：

ZK----设计可采储量,t；

T----服务年限，服务年限〉50-70，

K----储量备用系数取1.4

Amax=110758554.3/（50×1.4）=158万t/a

Amin=110758554.3/（70×1.4）=113万t/a

故A取120万t/a

3.2.2矿井设计服务年限

矿区建设规模/万·a-1

>1500

>1000-1500

>800-1000

>500-800

>300-500

100-300

均衡生产服务年限/a

90

80

70

70

60

50

4井田开拓

4.1矿井开拓的基本问题

本井田开拓方式的选择，主要考虑到以下几个因素：

1）本井田煤层埋藏较深，煤层可采线在-400m，最深处到-801m表土层厚度大，平均厚度为199m。

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）距10煤底板220m处为一奥陶系承压含水层含水层，含水量极大，直接影响着井筒的位置。

4）本矿地表地势平坦，且多为农田，无大的地表水系和水体，平均标高为+27m。

4.1.1确定井筒数目、形式及位置

井筒数目

根据矿井提升任务大小和通风需要等因素确定的。

1、双提升井筒，准备两个提升井，一个为主井，担负提煤；一个为副井，担负人员、设备、材料、矸石等的辅助提升。

2、多提升井筒开拓。

在一个井田中，装备两个以上的提升井筒开拓整个井田。

3、单提升井筒开拓。

装备一个井筒提升，另设一个通达地面的安全出口。

井筒形式的确定

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、矸石及通风等。

本矿井的瓦斯含量比较大，但经过地面及井下瓦斯抽排之后，能够达到低瓦斯矿井的水平。

井田的走向长度比较长，平均为5km，故采用对角式通风，在矿井的-350—-380m防水煤柱之间打两眼立井风井，担负整个矿井的回风