本科毕业设计论文鹤煤集团刘河煤矿108采区设计.docx
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本科毕业设计论文鹤煤集团刘河煤矿108采区设计
河南理工大学高职学院
毕业设计说明书
题目：
鹤煤集团刘河煤矿108采区设计
系部:
采矿工程系
专业：
煤矿开采技术
班级:
采矿3212-1班
姓名:
李勇泽
指导教师:
孙志明
2013年12月19日
河南理工大学高等职业学院
毕业设计任务书
专业班级：
采矿3212-1学生姓名：
李勇泽
一、题目
鹤煤集团荥阳刘河煤矿108采区初步设计（走向长壁综采采煤方法）。
二、基本条件
该采区位于鹤壁煤电荥阳刘河矿一水平，开采一1煤层。
采区开采标高自+80米至＋220米水平。
采区走向长2200m，倾斜长1000m，煤层走向N80°W，煤层平均厚度3.3m，倾角16°，容重1.6t/m³。
采区瓦斯绝对涌出量2m³/min（掘）及40.5m³/min（采），正常涌水量125m³/h，煤层自然发火期3个月，煤尘具有爆炸性，煤质松软。
地面无需保护地物，邻近采空区对本采区开采无影响，井底车场位于采区之左侧，阶段回风大巷位于采区上部边界距开采煤层12米的岩层中，运输大巷位于采区下部边界距开采煤层12米的岩层中。
一1煤层直接顶板为L1-2灰岩，层厚稳定，平均厚度10.44m，岩石坚硬，抗压强度为45-50MPa，完整性好，属稳定型顶板。
煤层直接底板为本溪组的铝土矿或铝土质泥岩，厚薄不均，平均厚度9.18m。
力学性质较低，抗压强度21MPa,稳定性较差，在矿山压力集中的支护点，往往产生底鼓。
采区煤层底板等高线图见巷道布置图。
采区设计年产量101.8万吨/年。
三、起止日期年月日至年月日
指导教师签字（盖章）
系主任签字（盖章）
年月日
河南理工大学高等职业学院
毕业设计评阅人评语
专业班级：
采矿3212-1班学生姓名：
李勇泽
题目：
鹤壁刘河煤矿108采区设计
评语：
评阅人________________签字（盖章）
职称________________
工作单位________________
年月日
河南理工大学高等职业学院
毕业设计答辩许可证
经审查，煤矿开采技术专业509-2班段云峰同学所提交的毕业设计，符合学院高职毕业生毕业设计的相关规定，达到毕业设计任务书的要求。
根据学院教学管理的有关规定，同意参加毕业设计答辩。
指导教师________________签字（盖章）
年月日
经审查，准予参加答辩。
答辩委员会主席（组长）________________签字（盖章）
年月日
河南理工大学高等职业学院
毕业设计委员会决议
采矿工程系煤矿开采技术专业509-2班李勇泽同学的毕业设计与年月日进行了答辩。
题目鹤壁刘河煤矿108采区设计
答辩委员会
主席（组长）
委员（成员）
委员（成员）
委员（成员）
委员（成员）
委员（成员）
委员（成员）
委员（成员）
委员（成员）
答辩前向毕业设计答辩委员会提交了如下资料:
1、设计说明书共页
2、图纸共张
3、评阅人（指导教师）评语共页
根据李勇泽学生所提供的毕业设计材料、评阅人（指导教师）评语以及在答辩过程中学生回答问题的情况，毕业设计答辩委员会（小组）做出如下决议。
一、毕业设计的总评语
二、毕业设计的总评成绩
毕业设计答辩委员会主席（组长）________________委员（成员）签名：
年月日
前言
本设计是根据鹤壁刘河煤矿的原有地质资料进行编写的，设计中的一些重要数据和图表都是以原有资料为准，严格按照毕业设计大纲和指导老师的规定进行设计。
在进行毕业设计的过程中，依据《煤矿安全规程》和《毕业设计指导》中的相关规定，结合本专业的特点及性质，加强对课本知识的理解运用，并综合考虑到国家的相关政策、法律法规等，使设计既符合宏观政策又具有科学性，可行性，创新性。
设计主要分为九部分，设计在结构上以设计原理和设计方法为主线，力求在阐明基本原理的基础上，密切结合矿井设计的主要技术问题。
在毕业设计过程中自己不断努力，力求使设计具有科学性、思想性、实践性，最终圆满完成了毕业设计任务。
由于本人知识水平和实践经验有限，加之时间仓促，在设计中难免会出现错漏之处，恳请各位老师批评指正，并再次表示我最衷心的感谢！
段云峰
2013年12月19日
1矿井概况
1.1概况
1.1.1位置和交通
地理坐标：
东经113°14′56″～113°19′09″；北纬34°40′19″～34°41′49″。
矿区中心北距陇海铁路16km、东距京广铁路约35km；西距上街铝厂专用铁路约12km，有专业铁路通往矿区。
郑州至洛阳公路经矿区北部通过，郑州至庙子乡沥青公路横穿矿区，矿区至郑州、洛阳、荥阳、巩义、密县均有沥青公路相通交通便利。
图1-1矿区交通位置图
1.1.2地形地貌
王河煤矿地处低山丘陵地带。
地面标高为+190～+310m，相对高差120m，向北逐渐过渡为黄河平原，向东为淮海平原。
从全矿区看，地势总体南高北低，沟谷纵横，非常利于地表水排泄。
1.1.3地表水系
本区地表水体不发育，均属山间季节性河流，流程短、流量小，枯水期几近断流，丰水期水量猛增。
矿区中部有一小型水库——王河水库，库区积水面积约93.7×103m2，最高水位标高+223.00m，库容量约150×104m3，旱季时几近干枯。
1.1.4相邻矿井位置关系
矿井东部与徐庄煤矿相邻。
该矿西部为谷山井田，北部为黄庄井田。
1.2井田地质概况
本区区域地层划分属华北地层区嵩箕小区，区域上主要发育地层为寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、新近系和第四系，其中石炭～二叠系为主要含煤地层。
荥巩煤田位于秦岭纬向构造带北亚带～嵩箕隆起带东端北缘，荥密背斜北翼。
基本构造形态为地层走向近东西，倾向北，倾角5～20°之单斜构造，构造形迹以断裂为主，按断裂线展布方向，大致可分为近东西、北东和北西向三组。
其中近东西向断裂最发育，构成本区基本构造骨架。
褶皱不甚发育，仅煤田南部的荥密背斜规模较大，各主干构造基本特征如下：
（1）褶皱
煤田内褶皱不发育，仅在煤田南部发育有荥密背斜，该背斜属嵩山背斜的东延部分，其西端被五指岭断层截切，与嵩山背斜错断，向东经崔岗、圣水峪至三李勘探区附近倾伏于新生界之下。
背斜轴呈近东西向展布，延伸长度约40km。
核部地层出露有元古界和寒武系，向两翼依次为寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系和三叠系。
轴面产状略向北倾，南翼地层倾角陡，一般30°左右，北翼地层倾角较缓，一般10～20°。
背斜轴部附近发育一组较密集、与轴向基本平行的高角度正断层，使背斜轴部附近构造复杂化。
（2）断层
本区主要有近东西、北东和北西向三组断层。
总体来看，近东西向断层多被北东和北西向切割。
这种构造组合关系，不仅说明它们之间具有成生联系，而且反映了不同时期的构造运动。
也就是说，近东西向断层最先形成，而北东向和北西向断层形成时期相对较晚。
由于这些断层均错断了三叠系，又均被新近系掩盖，说明本区主干断层虽具多期活动和继承性，但都是在燕山期先后成型的。
上述各组断层一般为高角度正断层，倾向各异，落差大小不等，并且发育了形式特殊、规模较大的徐庄滑动构造，其构成了煤田东部的主体构造,缺失地层厚度最大达千余米，且向煤田北部，缺失地层厚度逐渐变小。
区域主干断层基本特征见表
荥巩煤田主干断层特征见表1-1：
表1-1荥巩煤田主干断层特征表
名称（编号）
性质
位置
产状
延伸长度（km）
落差（m）
其它特征
走向
倾向
倾角（°）
须水断层
正
须水～乔楼～峪窝
SEE～NWW
NNE
60
>20
>1000
平面上具向南凸的弧状。
西端披郭小寨断层截切。
将军岭断层（F3）
正
柏沟～将军岭～寒沟～南洼
SEE～NW
NNE
65
9.5
50～170
地表露头断面清晰可见，构造透镜体和断层泥。
青石山断层（F6）
正
仲家凹～青石山～伏山沟～铁山
EW
S
72
>10
45～170
平面上呈舒缓波状
徐庄滑动构造（F26-1）
滑动
西茶店～徐庄煤矿～贾峪
EW
N
10～20
>10
0～1300
上盘由二1煤层上覆地层构成，为一背斜形式。
下盘由二1煤层下伏地层构成，为一单斜构造。
沙鱼沟断层（F1）
正
南山口～南官庄～自河～黄冶
NE
NW
70
14
>500
平面上呈舒缓波状
古堆窑断层（F2）
正
古堆窑～马蹄沟～兰瑶
NE
NW
70
13
>150
平面上呈舒缓波状，与F1平行，构成阶梯式。
贾峪断层（F32）
正
山张～贾峪
SWW～NEE
NNW
70
8～15
>90
由西向东走向逐渐变为NEE，且在133勘探线以西由F32和F32-1构成断裂带。
五指岭断层
正
五指岭西南侧
NW
SW
70
28
300～1200
平面上具舒缓波状，具平移性质和多期活动性。
落差向西北方向变小。
郭小寨断层
正
峪窝～古胡洞
NW
SW
60
50
>300
平面上构造线较平直
图1-2荥巩煤田构造纲要图
2采区地质特征
2.1采区概况
该采区位于鹤壁煤电荥阳刘河矿一水平，开采一1煤层。
采区开采标高自+80米至＋220米水平。
采区走向长2200m，倾斜长1000m，煤层走向N80°W，煤层平均厚度3.3m，倾角16°，容重1.6t/m³。
采区瓦斯绝对涌出量2m³/min（掘）及40.5m³/min（采），正常涌水量125m³/h，煤层自然发火期3个月，煤尘具有爆炸性，煤质松软
地面无需保护地物，邻近采空区对本采区开采无影响，井底车场位于采区之左侧，阶段回风大巷位于采区上部边界距开采煤层12米的岩层中，运输大巷位于采区下部边界距开采煤层12米的岩层中。
一1煤层直接顶板为L1-2灰岩，层厚稳定，平均厚度10.44m，岩石坚硬，抗压强度为45-50MPa，完整性好，属稳定型顶板。
煤层直接底板为本溪组的铝土矿或铝土质泥岩，厚薄不均，平均厚度9.18m。
力学性质较低，抗压强度21MPa,稳定性较差，在矿山压力集中的支护点，往往产生底鼓。
采区煤层底板等高线图见巷道布置图。
2.2采区煤层赋存特征
2.2.1煤层煤质
2.2.2含煤性
本矿区含煤地层自下而上有太原组、山西组、下石盒子组和上石盒子组，总厚669m。
共含9个煤段，含煤13层，煤层总厚9.95m，含煤系数1.47%，可采含煤系数0.06%。
山西组和太原组为主要含煤地层，山西组含煤1～2层，其中二1煤层由于受徐庄滑动构造影响，使之成为大面积无煤或变薄。
太原组自下而上发育了一l至一10煤层，其中一l煤层为大部可采煤层。
表2-1矿区煤层发育情况一览表
地层单位
煤段
煤层号
煤层厚度（m）
煤层发育情况
稳定型别
两极值/平均值
发育情况
可采情况
上石盒子组
七煤段
七2
0～0.69/0.10
偶见
不可采
七l
0～1.48/0.28
偶见
偶见可采
不稳定
山西组
二煤段
二l
0～3.85/1.95
局部可采
不稳定（构造断失）
太原组
一煤段
一10
偶见
不可采
不稳定
一9
0～0.45/0.12
偶见
不可采
一8
0～2.17/0.06
偶见
不可采
一7
0～0.56/0.07
局部发育
不可采
一6
0～0.62/0.13
全区发育
不可采
一5
0～0.60/0.45
全区发育
偶见可采
一4
8～1.08/0.31
全区发育
偶见可采
一3
0～2.00/0.33
全区发育
局部可采
不稳定
一2
0～1.65/0.42
全区发育
不可采
不稳定
一l
0.63～2.10/1.18
全区发育
大部可采
较稳定
2.2.3可采煤层
（1）二1煤层：
二l煤层赋存于山西组下部，上距三煤段铝土78m，砂锅窑砂岩58m，香炭砂岩28m，下距L9石灰岩11m。
煤层厚度0～3.85m，平均1.95m。
由于受徐庄滑动构造破坏，造成二1煤层断失，使之成为大面积无煤或煤层变薄，在区内局部有残留，故无开采价值。
二１煤层直接顶板在浅部滑动构造发育区为构造破碎带，向深部逐渐过渡到正常顶板，为深灰～灰黑色泥岩、砂质泥岩及粉砂岩，局部为细、中粒砂岩。
层面含少量白云母碎片，泥岩及砂质泥岩含植物化石碎片。
煤层底板为灰黑色根土岩及砂质泥岩，间接底板为粉砂岩和细中粒砂岩，厚度变化不大。
总的变化规律：
浅部以泥岩及砂质泥岩为主，中部以细粒砂岩为主。
（2）一1煤层：
一l煤层赋存于太原组底部Ll-2石灰岩之下，本溪组铝土质泥岩之上，煤层顶板为深灰色厚层状石灰岩（L1-2）；底板为本溪组铝土质泥岩。
平均厚度3.3m，煤层较稳定，为大部可采薄煤层。
一l煤层结构简单，一般含夹矸l层，矿内含夹矸见煤点占70%，夹矸厚度0.03～0.75m，平均厚0.20m，岩性为炭质泥岩、泥岩、砂质泥岩及粉砂岩，个别见煤点夹矸厚度较大，使一1煤层分为两个独立煤分层。
一l煤层不可采范围分布于矿区浅部煤层风氧化带一线，中深部大部可采。
煤层厚度的变化主要受沉积环境控制。
本区一l煤为较稳定型薄煤层。
2.2.4煤层对比
1）对比方法和依据
本矿区主要可采煤层赋存于太原组底部，煤层分布比较集中，本次主要依据标志层、煤层间距、煤岩层组合特征、测井曲线、岩矿特征和煤质特征等对比手段进行对比。
现将对比依据分述如下：
（1）标志层对比
见表2-4本矿区标志层特征明显表2-5：
（2）层间距对比
本矿区煤岩层层序清楚,层间距较稳定，见表2-5，能有效地进行煤岩层对比。
（3）煤岩层组合特征对比
①山西组下部含煤段：
该段底部为二l煤底板的细粒砂岩，局部相变为粉砂岩及砂质泥岩。
二l煤层之上的香炭砂岩，厚度及层位稳定，特征明显，是控制二l煤层的理想标志层。
二1煤层本身层位稳定，在Dew曲线上呈中低阻反映，视电阻率值在45～60Ω·M左右，HGG曲线呈低密度高幅异常反映。
②太原组含煤段：
该组地层按煤岩层组合特征可分为如下三个岩性段。
下部灰岩段（下部含煤段）：
在All至L4四层灰岩底部分别见一l、一2、一3、一4煤层，石灰岩与煤层相间沉积，且多而集中，组合规律强；中部砂泥岩段（中部含煤段）：
发育在泥岩或薄层灰岩之下的一5、一6、一7煤层位较为稳定；上部灰岩段（上部含煤段）：
自下而上在L7、L8、L9之下各发育有一层煤，全区基本一致，规律性强。
表2-2主要标志层岩性特征一览表
地层单位
标志层名称
标志层代号
厚度两极值平均值（m）
标志层间距（m）
岩性特征
对比意义
石千峰组
平顶山砂岩
Sp
43.40～62.8849.20
274.14
浅灰、灰白色,厚层状中～粗粒长石石英砂岩，分选差，硅质胶结，底含石英细砾石。
控制各煤段的重要标志层
上石盒子组
田家沟砂岩
St
1.90～10.535.23
浅灰～灰白色，中～粗粒砂岩，硅质胶结，具大型交错层理，底含石英细砾石。
为P1x、P2s地层分界
下石盒子组
四煤底砂岩
S4
2.64～16.047.16
167.49
灰～浅灰中细粒砂岩，含铁质结核，及泥质包体，含石英细砾石，具交错层理。
是三、四煤段标志
A层铝土
A
2.05～15.4610.27
43.94
浅灰色，具紫斑，含菱铁质鲕粒及豆粒。
控制三煤段重要标志
砂锅窑砂岩
Ss
2.32～20.828.13
18.20
灰色，厚层状中粒砂岩，含黑色炭屑及泥质包体，为硅泥质胶结。
为三煤段与二煤段分界标志
山西组
香炭砂岩
Six
1.75～11.358.10
15.66
灰色，厚层状中粒砂岩，含黑色炭屑，层面含白云母片。
控制二1煤层重要标志
太原组
L8石灰岩
L8
1.03～17.926.80
74.00
灰～深灰色，厚层状，含大量生物碎屑，具缝合线。
控制P1she与C2t主要标志
All石灰岩
L1
4.63～14.629.38
52.00
灰～深灰色，厚层状，具生物碎屑结构，含燧石结核及条带。
控制一1煤重要标志
本溪组
G层铝土
G
4.63～19.448.97
1.50
浅灰色土质泥岩及铝土岩，具鲕豆状结构，含大量黄铁矿。
C2t与C2b分界标志
表2-3主要物性标志层特征一览表
名称
岩性组合
DLW
HGG
HG
备注
Q·M
特征
V/MC
特征
V
特征
O2m石灰岩
以石灰岩为主，局部夹泥质灰岩
250～430
特高
10～12
低
3.5～7
低
DLW异常幅度最高
C2b铝土岩
铝土岩及铝土质泥岩含黄铁矿薄层
30～50
略高
30
略低
17～70
特高
HG曲线异常幅度极突出
L1～L4
四层石灰岩（L1-4）压四层煤（一1-4）
150～230
高
12～15
低
5～7
低
一l煤HGG及HG曲线呈燕尾状
L8～L9
L8与L9间夹泥岩或砂质泥岩，偶见薄层
170～300
高
10～12
低
3.5～8
低
全区发育，沉积稳定
一1煤层
黑色，块状结构简单（一般含夹矸1层）
45～60
略高
90～170
特高
3.2～6
低
全区发育
平顶山砂岩
中粗粒长石石英砂岩局部夹砂质泥岩
200～370
特高
10～14
低
3.7～8
低
高幅度，宽异常浑园状形态。
金斗山砂岩
细中粒石英砂岩夹薄层泥岩及砂质泥岩
190～250
高
13～17
低
5～13
略低
（4）测井曲线对比
测井曲线是进行山西组、太原组对比重要手段之一，各个煤组及煤层本身的测井曲线形态，在纵向上有较大差异，横向上有其共性，主要可采煤层测井曲线组合规律性强。
①二1煤层的DLW曲线呈低阻，HGG曲线呈低密度高幅度宽异常反映，界面清楚，HG曲线对煤层也有明显的异常反映。
②一l煤层的HGG曲线呈低密度高幅度异常反映，HG曲线对煤层亦有较好反映。
由于一l煤层常含一层夹矸，故测井曲线多呈”燕尾状”。
（5）煤质特征对比
山西组二1煤与太原组一l在煤质特征方面易于区别，即二l煤多为粉状，而一l煤则多为块状；二l煤为特低硫、低磷煤，而一l煤则为高硫、特低磷煤。
2）对比成果评价
本矿区煤层赋存集中，标志层及煤岩层组合特征明显，具有易于对比的特点，对比结果评述如下：
（1）煤组对比
一1、二1煤层集中于一、二煤组,根据各自独有的标志层、煤岩层组合、煤质及测井曲线组合形态等特征,都能很好识别对比,故一煤组与二煤组对比结果可靠。
（2）煤层对比
①二l煤层位于山西组下部，其下部的太原组L8石灰岩和顶部的香炭砂岩，是对比二l煤层的良好标志层，加之山西组下部的煤岩组合特征，测井曲线组合特征对比，综合评定二1煤层对比可靠。
②一l煤层位于太原组底部，煤层底板为本溪组铝土质泥岩和铝土岩，顶板为厚层状L1石灰岩，岩性特殊，层位稳定，是对比一l煤层的可靠标志，测井曲线特征也较明显，易于识别，故一1煤层对比可靠。
2.2.5煤的化学性质、煤类及工业利用方向
1）工业分析
（1）水分（Mad）
各煤层原、浮煤水分含量较低，其变化范围也不大，其浮煤水分一般大于原煤水分。
（2）灰分（Ad）
二1煤原煤灰分8.30～32.36%，平均18.08%，为低～中灰分煤，局部为高灰分煤；一1煤原煤灰分5.27～31.32%，平均12.75%，为低灰分煤，局部为中、高灰分煤。
煤层灰成分：
一l煤铁氧化物含量较高，其他均以硅、铝氧化物为主，约占60～75%。
一l煤灰成分中Fe2O3含量高达22.39%，是由于其中硫分高且以无机硫为主所致。
（3）挥发分（Veda）
二1煤原煤挥发分3.66～8.59%，平均5.34%；一1煤原煤挥发分3.00～4.863%，平均3.57%。
（4）硫分
二1煤原煤全硫0.30～0.50%，平均0.44%，为特低硫煤；一1煤原煤全硫2.45～8.77%，平均4.73%，以高硫为主，局部中硫。
经1.5密度液洗选后，一l煤脱硫率则高达57.2%。
二l煤原煤硫分以有机硫（Sod）为主，次为硫化铁硫（Sped）。
一l煤则以硫化铁硫为主，次为有机硫，硫酸盐硫（Scud）含量较低。
（5）发热量（Grid）
二1煤原煤发热量24.45～30.48MJ/kg，平均28.23MJ/kg，为高热值煤；一1煤原煤发热量29.81～31.95MJ/kg，平均31.06MJ/kg，为特高热值煤。
（6）有害元素
二1煤原煤磷0.019～0.070%，平均0.034%，主要为低磷煤；一1煤原煤磷0.001～0.002%，为特低磷煤。
（7）煤灰成分及煤灰熔融性
据测试结果，二1、一1煤灰软化温度（ST）分别为1249℃、1132℃，故二l煤属高熔灰分煤，适于固态排渣炉用煤；一l煤属低熔灰分煤，适于液态排渣炉用煤。
（8）可磨性及二氧化碳反应性
据邻近计河矿区资料：
二1煤可磨性指数63～156,为易磨碎煤；一1煤为38～61，为较易磨碎煤和不易磨碎煤。
900℃时各煤层的二氧化碳转化率为1.0～12.2%，当温度升至950℃时，则为5.5～25.8%，反应能力略为增强，但均为弱反应性煤，其中二l煤反应能力稍强于一l煤。
（9）可选性
据浅部徐庄煤矿三井生产大样筛分试验结果，二1煤以粉状为主，且有粒度由大到小，产率逐渐增高，灰分降低，质量变好的趋势，硫分和发热量则无明显的变化。
以小于0.5mm级煤粉的各级产率以小于0.045mm的居多，达34.76%，其灰分产率亦最高。
据煤的浮沉试验结果，二l、一1煤浮煤产率分别以1.6密度级和小于1.5密度级产率居多。
据煤的可选性曲线，二l煤为易选～极难选，一1煤为极易选～中等可选。
（10）煤的泥化特征
据二1煤安氏泥化试验结果，小于0.5mm物料产率较高，为27.40%，小于10微米物料产率亦高达9.37%，因此，在搅动水中可形成微泥化现象，所形成的悬浮液也不易澄清。
依据《中国煤炭分类国家标准》（GB5751–86），以浮煤干燥无灰基挥发分（Veda）、氢含量（Had）为主要指标，辅以邻区计河矿区镜煤最大反射率（R0max）、焦渣特征等确定结果见表2-4：
表2-4各煤层煤类确定结果表
煤层
指标特征
煤类
Veda（%）
Had（%）
焦渣特征
R0max（%）
二l
5.34
2.38
2
4.62
无烟煤
一l
3.57
2.49
2
4.65
无烟煤
综上所述,本区二1煤属低～中灰、特低硫、低磷、高热值、高熔融灰分、易磨碎、热稳定性好之无烟煤；一1煤属低灰、高硫、特高热值、不易磨碎之无烟煤。
各煤层均可作为动力煤和民用燃料，二l煤亦可作为高炉吹用煤，粉煤适用于气化用煤（悬浮床气化炉），经洗选后也可为开启式生产电石用
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