采矿学毕业设计Word文件下载.docx
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根据生产实践和勘探资料，受地应力作用，张性力作用较强，井田内产生了两条正断层，主要为F18、F北7断层，其中F18正断层为井田深部境界断层。
岩浆岩，该井田内的岩浆岩属于第三纪的辉绿岩，其活动方式呈岩墙方式延裂隙侵入，从高角度（倾角83°
～89°
）呈东西方向沿煤层倾向由浅部向深部逐渐变厚或分成多条带出现，由南向北分为四条（β1、β2、β3、β4）。
1.2.3水文情况
水文情况：
该矿水文条件受地形影响，含水层赋存位置覆盖层薄，地表水及大气降水制约，受孔隙、裂隙发育程度控制。
该区地下相互要赋存于第四季砂砾岩及煤系地层的砂岩、砾岩层裂隙中，火成岩、裂隙带和构造裂隙带中，渗入或直接补给各含水层（带），通过采动裂隙或直接导入矿井。
全矿井最大涌水量为570m3/h，正常涌水量为500m3/h。
1）地表水
刘家井田区内有细河、塔子河、清河三条水系，在本区内仅有清河流过，清河发源于清河门西北20公里之瓦盆窑、莲花山一带，向南流入细河再汇入大凌河而归入渤海。
清河通过井田部分的地段，河床宽度约有200米，平时水速0.8米/秒，水深0.15～0.3米，河床坡度千分之五，雨季水量骤增可达21～23立方米/秒，水深0.5～1.0米，但河水在雨后一天左右即可下降至平时水位。
一般枯期河水则变成细流，由于河床宽、河身浅、河道曲折，历史上曾发生过沉滥（1930年），河水曾漫至河西村，清河门，三道壕等地最高洪水位136～139米。
2）地下水
该区地下水主要埋藏第四组砂砾岩层及煤系地层的砂岩、砾岩层中，其含水层由上而下大体可分为五个层，隔水层位于V-2层上与Ⅲ煤组间，从而形成基岩水的微承压性，全区含水层与隔水层的分布情况因相变其正极不稳定。
分叉—变薄—合并现象显著，故不易将含水层划分清楚，大体是南部含水层厚，距煤层近；
北部含水层薄，距煤层远；
隔水层则南薄北厚，其水平方向突水性与含水层的分布情况一致。
现将含水层分述如下：
a第Ⅰ含水层（第四纪冲（洪）积的砂砾石层）：
该层沿清河河谷发育，呈长带状厚度不一，一般河谷上游及两侧薄（1～2米），下游及中间厚（3～5米），宽约2000米左右，岩性以细砂、中砂、粗砂与角砂为主，中间夹有偏豆体砂质粘土及粘土类物质。
涌水量为Q=15公升/秒*米渗透系数为K=290米/昼夜
主要靠大气降水与河水补给。
因此，潜水位动态与季节及河水变化一致，河谷潜水流向的与地段河流的一致，有时则垂直两者，关系极为密切。
b第Ⅱ含水层（基岩风化带）：
分布全区厚度20～25米。
裂隙由风化作用形成，其中，砂岩风化带松散，具有较大裂隙，裂隙发育程度是随深度增加而减弱。
Q=0.60公升/秒*米K=200米/昼夜
c第Ⅲ含水层：
该含水层位于Ⅴ-2之上，分布全区厚度为6～300米。
变化巨大，砂岩、砾岩含水。
矿物成分以石英为主，由泥质和砂质胶结，结构松散，裂隙较为发育。
d第Ⅳ含水层：
该含水层由Ⅴ-2到Ⅴ-6层之间，由砂岩、砾岩组成分布全区厚度11～94米。
Q=0.0817公升/秒*米K=0.184米/昼夜水位：
5米
e第Ⅴ含水层：
该含水层由Ⅳ-1到Ⅱ煤组间，以白色及灰色砂岩、砾岩含水，分布全区，厚度14～160米。
胶结致密，渗透性弱。
Q=0.00140公升/秒*米K=0.00122米/昼夜
3）隔水层
Ⅲ含水层到Ⅴ-2中间，厚度为5～350米，南薄北厚，浅薄深厚。
4）断层的含（透）水情况
本区断层含水性甚弱。
Q=0.000408公升/秒*米K=0.00330米/昼夜
钻孔漏水、断层带有较大裂隙。
1.3矿层质量及矿层特征
1.3.1煤系地层
本井田的煤层是属于上侏罗纪沙海组中段的陆相沉积岩含煤地段，共赋存有五个煤层组，十五个可采煤层，本设计为第五组三层煤，第五组煤层普遍发育稳定，煤层间距20米左右，结构单一，其围岩以砂页岩为主，间有砂岩，沙砾岩层，煤层顶部普遍有一沙砾岩层。
各分煤层为块状亮煤、半亮煤，质硬性脆，条带状结构，夹有少量丝碳薄层，节理发育，有黄铁矿和方解石相伴生。
井田边缘灰分增高，煤质较差，中间变好，接近煤层顶底板处煤质不好，有时变为煤页岩，经过多次勘探取样化验结果，确定本区煤质牌号为长焰煤，主要用途为动力煤和民用煤。
第五组三层煤上界标高-250米，深部到-850米和F18断层，南界-27000纬线，北界-22000纬线，厚度一层6.5米，二层3.2米，三层3.0米，层间距分别为25米和15米，煤层倾角16°
左右。
1.3.2瓦斯赋存状况及煤的自燃性
本井田为高瓦斯矿井，其瓦斯绝对涌出量为39.11m3/min，煤尘爆炸指数为42.7%，煤层自燃发火期为3～6个月，地下水赋存状态为具有承压性的孔隙为主体，而由构造所产生的裂隙主要是起导水作用。
1.3.3地质勘探程度
在勘探初期针对该区特点，首先，原则上对全井田采用先线后面，全面控制，点线配合，重点解剖，然后循序渐进，逐步提高勘探程度，储量级别等，通过四次勘探，补充并借鉴邻区地质资料，比拟本井田上述地质因素特征，视其地质构造复杂程度为中等，煤层较稳定且偏简单，勘探类型属于二类一型偏简单。
图1-1煤层柱状图
Fig.1-1wellfieldformationsintegratedvelocity
2井田境界及储量
2.1井田境界
2.1.1井田范围
大兴井田：
上界-250标高，深部到-850标高和F18断层，南界-27000纬线，北界-22000纬线，开采煤层为第五组煤中的三个煤层，厚度分别为一层6.5米，二层3.2米，三层3.0米，层间距分别为25米和15米。
2.1.2边界矿柱留设尺寸
1）边界矿柱、井田边界各留30米煤柱（依规程）。
2）工业广场保护煤柱留设，应在确定地面保护面积后，用移动角圈定煤柱范围，工业场地地面受保护面积应包括保护对象及围护带，围护带宽度15米。
3）在工业场地内的立井，圈定保护煤柱时，地面受保护对象应包括绞车房，井口房或通风机房、风道等，围护带宽度20米。
4）采区边界煤柱：
相邻两个采区各留20米的采区边界煤柱。
5）阶段煤柱：
斜长60米，若在两阶段留设，则上下阶段各留30米。
6）区段煤柱：
斜长10米。
7）断层煤柱：
两边各留20米
2.1.3边界的合理性
在本井田的划分中，充分的利用到自然条件，即利用断层划分井田，使断层的保护煤柱成为采区的边界，这样既降低了煤柱的损失，也减少了开采技术上的困难，同时本井田的划分使储量与生产相适应，矿井生产能力与煤层赋存条件、开采技术装备条件相适应，井田有合理的尺寸，阶段垂高满足《设计规范》的要求，走向长度大于倾斜长度，使矿井的开采有足够的储量和足够的服务年限，避免矿井生产接替紧张。
这种划分方法合理地规划矿井开采范围，处理好与相邻矿井之间的关系，浅部和深部划归邻矿开采，避免了浅部和深部形成复杂的接茬关系,给开采造成困难。
因此,从以上来看,本井田的划分是合理的,也就是说本井田设计的边界是合理的。
2.2井田储量
2.2.1井田的工业储量
井田走向长5000米,倾斜长2176米,共有三个可采煤层（一层6.5米,二层3.2米,三层3.0米）,煤的容重为1.35t/m3。
则井田的工业储量=5000×
2176×
（6.5+3.2+3）×
1.35=186537600吨
2.2.2地质损失
本井田内主要有两个断层F18和F北7,F18断层为井田下部边界,其地质损失为
5000×
20×
1.35=1714500吨；
F北7断层的损失面积大约为600×
50=30000m2,所以地质损失为30000×
1.35=514350吨。
总计：
1714500＋514350=2228850吨
2.2.3永久煤柱损失
1）左右边界保护煤柱损失=30×
2×
（2176－60）×
12.7×
1.35=2176729.2吨
2）工业广场压煤损失：
工业场地压煤等同于三个的梯形区域,所以其损失为：
一层：
（795+955）×
896×
6.5×
1.35/2=6879600吨
二层：
（777+933）×
876×
3.2×
1.35/2=3235593.6吨
三层：
（765+919）×
863×
3×
1.35/2=2942916.3吨
13058109.9吨
3）每两条上山之间留20米煤柱,一侧各留30米煤柱
煤柱损失量=（20+30+30）×
1.35=5969203.2吨
4）采区之间各留20米保护煤柱,这个煤柱长为
（20+20）×
1.35=1492300.8吨
5）两个阶段之间需留60米的煤柱,上阶段的下部需留30m的煤柱,下阶段的上部需留30m的煤柱,这个煤柱量长为5000m,本矿井共划分为三个阶段。
所以煤柱损失为：
60×
1.35×
（6.5+3.2+3）=15430500吨
综上,该矿永久煤柱损失量为
2176729.2+13058109.9+5969203.2+1492300.8+15430500=38126483吨
井田的可采储量计算公式:
Zk=（ZG-P）·
C（2—1）
式中：
Zk—矿井可采储量
ZG—矿井工业储量
P—保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留置的永久煤柱
P=Z地+Z永（2—2）
=2228850+38126483=40355693吨
C—采区采出率,厚煤层不低于0.75；
中厚煤层不低于0.8；
薄煤层不低于0.85；
地方小煤矿不低于0.7
则Zk=（ZG-P）·
C（2—3）
=（186537600-40355693）×
0.8
=116945525.6吨
即该井田的可采储量为116945525.6吨。
3矿井的年产量、服务年限及一般工作制度
3.1矿井的年产量及服务年限
矿井的年产量（生产能力）确定的合理与否,对保证矿井能否迅速投产、达产和产生效益至关重要。
而矿井生产能力与井田地质构造、水文地质条件、煤炭储量及质量、煤层赋存条件、建井条件、采掘机械化装备水平及市场销售量等许多因素有关。
经分析比较,设计认为矿井的生产能力确定为120万吨/年不仅是可行的,也是合理的,理由如下：
1）储量丰富
煤炭储量是决定矿井生产能力的主要因素之一。
本井田内可采的煤层达到2层,保有工业储量为18653.8万吨,按照120万吨/年的生产能力,能够满足矿井服务年限的要求,而且投入少、效率高、成本低、效益好。
2）开采技术条件好
本井田煤层赋存稳定,井田面积大,煤层埋藏适中,倾角小,结构简单,水文地质条件及地质构造简单,煤层结构单一,适宜综合机械化开采,可采煤层均为厚煤层,适合高产高效工作面开采。
3）具有先进的开采经验
近年来,“高产高效”工艺在煤矿成产中有了很大发展,而且该工艺投入少、效率高、成本低、效益好、生产集中简单、开采技术基本趋于成熟。
综上所述,由于矿井优越的条件及外部运输条件,有利于把本矿井建设成为一个高产高效矿井。
矿井的生产能力为120万吨是可行的、合理的。
矿井保有工业储量18653.8万吨,可采储量11694.6万吨,按120万吨/年的生产能力,考虑1.4的储量备用系数,则
P=Z/（A×
K）（3—1）
K—矿井备用系数,取1.4
A—矿井生产能力,120万吨/年
Z—矿井可采储量
P—矿井服务年限
代入数据得
P=11694.6/（120×
1.4）=70年
3.2矿井的一般工作制度
1）矿井的年工作日数：
300天
2）每昼夜提升时数：
14小时
3）工作制：
采用“三八”工作制,二班采煤,一班准备。
采用这种方法既增加了出煤时间,又保证了设备的维修,从而可以大幅度提高工作面单产和保证设备的正常运转,减轻了工人体力劳动,提高了工作效率。
4井田开拓
井田开拓方式应根据矿井设计生产能力、地形地貌条件、井田地质条件、煤层赋存条件、开采技术条件、装备条件、地面外部条件等因素,通过方案比较或系统优化后确定。
4.1井筒形式及井筒位置的确定
4.1.1井筒形式的确定
根据井筒不同形式,可分为平硐、斜井、立井和混合式。
大兴矿区为缓丘陵地貌,地表标高在+120～+150米之间,因此不能用平硐开拓方式,又由于煤层埋藏范围在-250～-850米之间,埋藏较深,故不易用斜井开拓方式。
采用立井开拓方式不仅不受地形、地貌、表土深度、岩层、水文和煤层赋存条件的严格限制,而且井筒短,提升速度快,提升能力大,对辅助提升特别有利。
因此,本井田适合用立井开拓方式,符合《设计规范》规定。
4.1.2井筒数目及位置的确定
1）本矿年产量120万吨,属大型矿井,在开拓时,决定采用三个立井：
主井、副井和风井。
这样确定的井筒数目可以满足矿井提煤、运料、通风的要求,保证矿井生产高产、高效、安全,有助于本矿的正常有序发展。
2）选择井筒位置的原则
a有利于第一水平的开采,并且兼顾其它水平,有利于井底车场布置和主要运输大巷的位置选择,石门工程量小；
b有利于首采区的布置,在井筒附近的富煤块段,首采区少迁移或不迁移；
c井田两翼储量要基本平衡；
d井筒不易穿过厚表土层、厚含水层、断层、破碎带、煤与瓦斯突出煤层或较弱的岩层；
e工业场地应充分利用地形,有良好的工程地质条件,并避开高山、低洼地和采空区,不受塌陷、滑坡和洪水威胁；
f工业场地宜少占农田,少压煤；
g水源、电源较近,矿井设在铁路专用线路、道路布置合理。
在煤层走向方向尽量位于井田的中央,即要求其两翼的长度和储量大致相等。
这主要是考虑到矿井的煤炭运输问题。
当井筒位于井田内的煤炭储量中心时,全矿的运输费用达到最低,当井筒位于井田一翼而形成单翼开采时,矿井的运输费用将增加一倍。
这样,由于技术上的不合理而带来经济上的不合理,所以布置单翼开采的井田显然是不可行的,根据煤层分布,选择较井田中央的位置布置主井和副井。
3）风井井口位置的选择
风井井口位置的选择,应在满足通风要求的前提下与提升井筒的贯通距离较短,并应利用各种煤柱,有条件时风井的井口也可以布置在煤层露头区后。
[3]
4.1.3井筒参数
表4—1井筒特征表
Tab.4-1pitshaftofthetable
井筒名称
井筒用途
井筒
长度
断面尺寸
直径（m）
净断面积（m²
）
主井
副井
风井
提升
辅助提升、通风
回风兼安全出口
720
670
390
6．5
4.5
33．2
15.9
图4—1主井断面图
Fig.4-1crosssectionofmainshaft
图4—2副井断面图
Fig.4-2crosssectionsketchofauxiliary
图4—3风井断面图
Fig.4-3crosssectionsketchofairshaft
4.2开采水平的设立
4.2.1水平划分的原则
《煤炭工业设计规范》规定：
为使每个开采水平有足够的储量,保证服务年限,可按下式计算必须的阶段垂高
H=A×
T×
K×
sinα/S×
M×
C×
r（4—1）
H—阶段垂高,米；
T—水平服务年限,年；
K—储量备用系数（1.4）
A—井田年产量,吨；
α—阶段内的煤层倾角,度；
S—煤层走向长度,米；
M—阶段内煤层累计厚度；
C—采区回采率,C=95%；
r—煤的容重,1.35t/m3；
H=171m
1）根据《煤炭工业设计规范》规定：
120万吨的矿井第一水平服务年限不得小于30年,缓倾斜煤层的阶段垂高为150～250米；
2）根据煤层赋存条件及地质构造
煤层的倾角不同对阶段垂高影响较大,对于近水平煤层阶段高度已经无实际意义,应按水平两侧盘区上下长度或条带的推进长度来确定水平的范围,并要保证水平的服务年限,当近水平煤层的间距较大时,可以根据赋存深度的不同,分组设置开采水平,有时也利用地质构造划分阶段,如向斜轴向、走向大断层或其它构造变化等。
3）根据生产成本
阶段高度增大,全矿井的水平数目减少,水平储量增加,分配到每吨煤的折旧费减少,但阶段长度过大会使一部分经营费用相应增加,其中随着阶段增大而减少的费用有：
井底车场、运输大巷、回风大巷、石门及采区车场掘进费、设备购置及安装费用等；
增加的费用有：
沿上山的运输费、通风费、提升费、倾斜巷道的修护费,此外还延长生产时间增加初期投资。
因此,要针对矿井的具体条件提出几个方案进行技术经济比较,选择最优的方案。
4）根据水平接替关系
在上一水平减产之前,新水平即做好准备,因此一个水平从投产到减产为止的时间,必须大于新水平的准备时间,正常情况下,大型矿井的准备时间要1.5～2年,井底车场、石门及主要运输大巷亦需1.5～2年,延伸井筒需1年,合计4～5年的时间,开拓延伸加上水平过渡需要7～9个月,所以每个矿井在确定水平高度时,必须使开采时间大于开拓延伸加上水平过渡所需时间。
[1]
4.2.2水平数目
综合考虑水平划分的原则和本矿井的煤层赋存条件、地质条件、倾斜长度、倾角等多方面的因素,本矿井划分为两个水平三个阶段,第一水平标高-500米,阶段垂高250米,上山开拓；
第二水平标高-700米,阶段垂高分别为-200米和-150米,上下山联合开拓。
4.2.3水平大巷的布置
1）大巷的布置方式
考虑到各煤层间距较小,宜采用集中大巷布置。
为减少煤柱损失和保证大巷维护条件,运输大巷布置在-500水平,距煤层底板垂距30米,采用3吨固定式式矿车运输,辅助运输采用1.5吨固定式矿车。
大兴矿井田煤层倾角较小,发火期3～6个月,设计将采用高效、经济的走向长壁采煤法,为避免在通风阻力最大时,矿井通风压力超过《设计规范》中关于矿井通风的设计风压的规定,决定采用中央分列式。
回风大巷布置在-250米水平的煤层底板岩层中。
2）大巷的规格
图4—4运输大巷断面图
Fig.4-4crosssectionsketchoftransportationroadway
图4—5回风大巷断面图
Fig.4-5crosssectionsketchofreturnedairroadway
4.3采区划分及开采顺序
4.3.1采区区域划分
根据煤层的赋存条件,该井田煤层倾角为16°
左右,因而采用采区式布置。
大兴井田边界近似长方形,区内有一小断层,南部有一小褶曲,故采区区域的划分应适应采区机械化采煤为依据,有利于采区正常生产和接替,能充分发挥采区综采的优势。
综上所述,设计采区划分以水平大巷为界,再从井田中央划分,这样全井田划分为6个大条采区,其编号为南1,南2,南3,北1,北2,北3。
表4—1采区特征表
Tab.4-1zonefeaturesatable
参数
区域尺寸
可采储量（万t）
生产能力（万t/a）
服务年限（a）
编号
长（m）
宽（m）
南1
2450
907
2590
120
16
南2
2000
725
1476
9
续表4—1
南3
545
1900
11
北1
2278
120
14
北2
北3
4.3.2开采顺序
合理开采顺序可保证开采水平、采区、回采工作面的正常接替,保证矿井连续、稳定、高产,最大限度地采出煤炭资源,减少巷道掘进率及维护工程量,合理集中生产,充分发挥设备能力,提高技术经济效益,便于防止灾害,保证生产安全可靠。
[2]
本设计矿井井田范围内采区区域的开采顺序为后退式,即先采工业广场较远的采区,再采离工业广场较近的采区。
区内煤层的开采顺序由上向下,即下行式。
区内每煤层开采顺
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