长治南窑沟煤矿3号煤层说明书毕业论文.doc
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南窑沟煤矿3号煤层说明书毕业论文
目录
摘要 I
Abstract III
目录 V
第一章矿区概况及井田地质特征 1
1.1矿区概述 1
1.1.1交通位置 1
1.1.2地形地势 1
1.1.3河流 2
1.1.4周边电力与水源 2
1.1.5气象及地震 2
1.2井田地质特征 2
1.2.1地层 2
1.2.2地质构造 3
1.2.3矿井瓦斯、煤尘、及水文等条件 3
1.3煤层及煤质 6
1.3.1煤层 6
1.3.2煤层顶底板条件 6
1.3.3煤质 7
2.1井田境界 9
2.2矿井资源储量 9
2.3矿井设计资源/储量 10
2.4矿井设计可采储量 10
2.4.1安全煤柱及各种煤柱的留设及计算方法 11
第三章矿井工作制度、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
第四章井田开拓 15
4.1井田开拓方案 15
4.1.1开拓方案一 15
4.1.2开拓方案二 16
4.1.3开拓方案比较 17
4.2达到生产能力时工作面的配备 18
第五章矿井基本巷道及建井计划 19
5.1井筒、石门及大巷 19
5.1.1井筒数目、结构及装备 19
5.1.2石门及硐室 20
5.1.3主要开拓巷道 21
5.2井底车场 21
5.3建井工作计划 21
5.3.1矿井建设方式 22
5.3.2施工方法 22
5.3.3矿井移交标准 22
5.3.4施工进度指标确定 23
5.3.5加快建井速度的措施及建议 24
第六章采煤方法 25
6.1采煤工艺方式 25
6.1.1采煤方法的选择 25
6.1.2回采工作面长度 25
6.1.3采煤工作面的设备选型及配套 26
6.2确定盘区巷道布置和要素 32
6.3回采工艺与劳动组织 32
6.3.1回采工艺 32
6.3.2劳动组织形式 33
6.3.3主要经济技术指标 34
6.4盘区的准备与工作面接替 35
6.4.1盘区巷道断面 35
6.4.2掘进工作面个数及机械设备配备 36
6.4.3矿井达产时采掘比例关系 37
6.4.4盘区回采率 37
6.4.5工作面接替 37
第七章井下运输 39
7.1概述 39
7.1.1运输系统 39
7.1.2运输方式的确定 39
7.2运输设备的选择 40
7.2.1矿车和材料车 40
7.2.2大巷运输设备 41
第八章矿井通风及安全技术 43
8.1矿井通风方式与通风系统的选择 43
8.1.1概述 43
8.1.2通风方式和通风系统 43
8.2盘区及全矿所需风量 44
8.2.1风量的计算 44
8.2.2风量的分配 46
8.3矿井通风阻力的计算 47
8.3.1通风阻力的计算原则 47
8.3.2矿井通风总阻力计算 47
8.3.3等积孔的计算 49
8.4选取扇风机 49
8.4.1矿井通风设备的要求 50
8.4.2设计依据 50
8.4.3风机选型计算 50
8.5安全生产技术措施 51
8.5.1预防瓦斯爆炸的措施 51
8.5.2预防煤尘爆炸的措施 52
8.5.3预防井下火灾的措施及工艺 52
8.5.4粉尘的综合防治 53
8.5.5预防井下水灾的措施 53
第九章矿井提升 55
9.1主斜井提升 55
9.1.1带式输送机的计算和配置 56
9.1.2主斜井架空乘人器 61
9.2副斜井提升 62
第十章设计矿井基本技术经济指标 65
参考文献 67
致谢 69
第一章矿区概况及井田地质特征
1.1矿区概述
1.1.1交通位置
羊头岭南窑沟煤业矿井位于县西南部直距12km的八义镇南窑沟村，北窑村一带。
行政区划属八义镇管辖。
地理坐标为：
东经：
112°59′33″～113°00′34″北纬：
35°56′24″～35°56′49″。
井田东距长（治）～晋（城）二级公路约1km，往北距县城（韩店镇）约12km，距市约25km，最近的火车站为太焦线上的东田良车站，公路运距约10km，交通较为便利。
交通位置图见图1-1-1
图1-1-1交通位置图
羊头岭南窑沟煤矿
1.1.2地形地势
井田位于太行侧山前地带盆地的南部，属低山丘陵区，区第四系较发育，形成众多的黄土陡坡，冲沟比较发育，但无大的沟谷，在井田南部山坡多见基岩出露。
总的地势南高北低，最高点位于井田南部山梁，海拔1242.60m，最低点处于井田北东部沟谷，海拔995.00m，最大相对高差247.60m。
1.1.3河流
本区属海河流域浊漳源水系淘清河支流，井田无大的河流，只在雨季沟谷中有小的水流。
1.1.4周边电力与水源
县羊头岭南窑沟煤业矿井位于县境。
矿井东北约2.5km处有八义110kV变电站1座，矿井东北方向约8.50km处有荫城110kV变电站1座。
本矿地面工业场地负荷中心改建10kV变电所一座，电源分别引自上述两个变电站，供电电源可靠，供电质量有保证。
据现场调研，设计新打一眼深井，取自奥灰水，小时出水量在50㎥/h，作为本矿地面生产、生活用水。
矿外通讯可铺设程控，目前移动通讯网已覆盖全矿。
下一步进行矿井初步设计时应补充井上下通讯系统部分。
1.1.5气象及地震
本区属暖温带大陆性气候，春季干旱多风沙，冬季长而寒冷，夏季甚短，降雨多集中在夏末秋初，全年气温变化剧烈；据县气象站资料表明，一月份最冷，最低气温为-21℃，七月份最热，最高气温为37℃。
年平均气温为9℃，年平均降水量558.80mm，且多集中在7、8、9月份，年平均蒸发量1462.00mm，年平均蒸发量为降水量的2～3倍，霜冻期为每年10月下旬至次年3月份，最大冻土深度60.00cm。
据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本区属地震动峰值加速度0.10g区。
据《中国地震烈度区划图》（1996），本区地震基本烈度为Ⅵ度。
现全球进入地震多发期，矿井应加强防震建设。
1.2井田地质特征
1.2.1地层
该井田位于沁水煤田高平普查区东北部边缘，国家规划矿区高平西区县段南部边缘。
区多多黄土覆盖，基岩基本出露于井田南部。
据钻孔资料及邻区资料，井田地层自下而上依次为奥陶系中统峰峰组（O2f），石炭系中统组（C2b）、上统组（C3t），二叠系下统组（P1s）、下石盒子组（P1x），上统上石盒子组（P2s）及第四系（Q2+3）。
现由老至新分述如下：
1.奥陶系中统峰峰组（O2f）
为灰～青灰色厚层状泥晶石灰岩，顶部含泥岩，石灰岩角砾，局部可见轻微的白云岩化。
地层厚105.00～145.00m，平均厚120.00m。
2.石炭系中统组（C2b）
为灰～灰白色铝土质泥岩、粘土质泥岩及砂质泥岩，含鲕粒底部一般具一层铁质粉砂岩或铁质泥岩（即式铁矿层位），含菱、黄铁矿结核或透镜体，极不稳定，含植物根茎化石。
地层厚3.20～20.55m，平均厚9.72m。
3.石炭系上统组（C3t）
主要由深灰～灰黑色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层及石灰岩组成，其中有煤11层，以下部煤层发育较好；有石灰岩4层，以下部灰岩稳定，本组地层厚度较大，一般90.60～119.11m，平均厚109.69m。
4.二叠系下统组（P1s）
为本井田主要含煤地层之一，由砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成。
一般含煤1～3层。
地层厚43.00～63.92m，平均55.95m。
5.二叠系下统下石盒子组（P1x）
主要由砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、铝质泥岩组成，地层厚50.00～65.00m，平均54.67m，泥岩中常含大量鲕粒，顶部为灰、绿灰、紫红色含铝质泥岩，俗称“桃花泥岩”，以富含菱质鲕粒为特征是良好的辅助标志层。
6.二叠系上统上石盒子组（P2s）
该组井田出露不全，在西南部大面积出露，厚度245.00m，主要以黄绿色、紫红色砂质泥岩、泥岩为主，夹灰～灰绿色中厚层状、中、粗粒砂岩，上部由厚层状长石石英砂岩夹薄层泥岩组成。
7.第四系中上更新统（Q2+3）
主要为黄土、浅红色亚粘土、亚砂土及砂砾石层，厚度0～30.00m，平均25.00m。
1.2.2地质构造
本井田构造形态总体为一倾向SW的单斜构造，在单斜构造的基础上发育着宽缓的褶曲构造，东南部还发育一条断层，在井田边界处。
井田未发现陷落柱，为岩浆岩侵入。
本井田构造尚属简单类型。
1.2.3矿井瓦斯、煤尘、及水文等条件
（1）瓦斯
南窑沟煤业矿井2008年度瓦斯等级鉴定结果为：
。
矿井生产能力达到0.90Mt/a时，预测矿井绝对CH4涌出量为1.65㎥/min，矿井绝对CO2涌出量为2.23㎥/min，矿井为低瓦斯矿井。
（2）煤尘
2010年3月23日，羊头岭南窑沟煤业，由省煤炭工业局综合测试中心对15号煤尘爆炸性进行了鉴定：
15号煤层煤尘火焰长度15mm，抑制煤尘爆炸性最低岩粉用量40%，煤尘有爆炸性。
据调查，该井田未发生过煤尘爆炸。
但今后掘进、生产中应注意洒水防尘，定期清理巷道壁浮尘，以杜绝煤尘爆炸事故发生。
（3）水文
1）地形地貌
井田位于低山—丘陵区，井田地势较高，无河流和地表积水，井田沟谷纵横、冲沟发育，平时干涸，雨季短暂性流水。
大气降水大多顺坡流入沟谷，向东北汇入淘清河，最后汇入浊漳河，部分下渗补给各含水层。
淘清河距井田较远，对煤矿开采没有影响。
2）主要含水层
①奥陶系中统峰峰组碳酸盐岩溶裂隙含水层
上部主要为石灰岩，偶有泥质灰岩，裂隙被方解石充填；中部为石灰岩、泥质灰岩、角砾状灰岩、白云质灰岩等，具少量溶隙；下部为白云质灰岩夹薄层石膏，泥质灰岩等，结构致密，性脆、局部节理发育，孔隙发育，富水性好。
根据《省岩溶泉域水资源保护》资料，井田北部12km处的韩店深水井奥灰水位644.74m，由此推测，井田奥灰水位626m-630m，奥灰水由西南向东北方向径流，最终在辛安泉排泄。
本井田15号煤层最低底板标高960m,不存在奥灰突水问题。
②石炭系上组组碎屑岩裂隙夹碳酸盐裂隙岩溶含水层
本含水层出露于井田西部，含水层主要为石灰岩及砂岩，含水空间以岩溶裂隙为主K2、K3、K4、K5、K6，5层灰岩，累计厚度13.5-25.6m，含砂岩1-5层，累计厚度9.7-34.8m；其中K2石灰岩是15号煤层的接顶板。
据王庄煤矿详查勘探资料：
上述含水层混合抽水试验资料，组砂岩和石灰岩混合水位埋深151.0～109.90m，水位标高968.26～1112.90m，单位涌水量0.～0.027L/s.m，矿化度0.28～0.32g/L，总硬度8.01～11.41德国度，水质类型为HCO3-K+Na·Ca型为主，PH值7.8～8.2，为弱富水性含水层。
③二叠系碎屑岩类砂岩裂隙含水层组
本含水层组由组、上、下石盒子组地层中的多层细、中、粗粒砂岩组成，为碎屑岩类砂岩裂隙含水层组，泉水流量0.027-0.744L/s，水质类型为HCO3-Ca型，一般富水性弱，由于各煤矿采煤排水，该含水层组正被疏干；该层浅部受风化裂隙影响，富水性较好。
④第四系松散岩类孔隙含水层
岩性主要为亚砂土，底部偶夹砂砾层，厚度变化较大，富水性不均，通常透水而不含水。
3）主要隔水层
①组及组底部泥岩、铝土质泥岩隔水层
该隔水层位于15号煤层之下，此隔水层厚度一般为10.00m左右，对奥灰岩溶水向15号煤层突水有一定程度的阻隔作用。
②石炭系、二叠系灰岩及砂岩含水层层间泥岩隔水层
该隔水层岩性为泥岩、砂质泥岩、铝土质泥岩，其单层厚度相差悬殊，少则1～3m，最厚者可达30～40m，呈层状分布于各石灰岩、砂岩含水层之间，阻隔了各含水层相互间的水力联系。
4）矿井充水因素分析
①地表水
该井田地表水系属于漳河水系。
井田有沟无水，只有洪水期短暂有水，属季节性河流，地表水系不发育，属缺水区。
大气降水大多顺坡流入沟谷，向东汇入陶清河，最后汇入浊漳河。
主斜井井口标高均高于井口附近最高洪水位。
故地表水流对矿井开采影响较小。
②奥灰水
井田3号煤层底标标高为+1060m～+1115m，15号煤层底标标高为+960m～+1015m，均位于奥灰岩溶水水位标高（+630m左右）以上，奥灰水对井田3、15号煤层的开采无影响。
③构造
在向背斜轴转折端，裂隙发育，有利于地下水的富集。
在向斜轴部有利于采空区积水的聚集。
区可能存在未探明的断层，生产中引起注意。
另外，不应忽视区可能未查明的断层、陷落柱及施工钻孔封闭不良对矿坑充水的影响。
5）水文地质类型
井田以褶曲构造为主，矿井现开采3、15号煤层，直接充水含水层及其以上的各间接充水含水层，富水性弱，采空区有积水，并对煤层开采有影响，矿井正常涌水量小于600㎥/h,防治水工作易于进行。
按照《煤矿防治水规定》关于矿井水文地质类型分类标准，该矿区水文地质条件属中等类型。
6）矿井涌水量
据此次调查，煤矿现阶段3号煤层正常出水量20㎥/h，最大涌水量80㎥/h。
依据现生产矿井实际涌水量资料，结合本工作面周边地质情况。
采用含水系数法对矿井涌水量（3号煤层）进行预算。
Q=Kp×P（1-1）
式中：
Q—预算矿井涌水量（m3/d）；
Kp—含水系数（m3/t·d）；
P—矿井设计产量（t/d）。
含水系数采用本矿井目前实际资料，正常涌水量时含水系数Kp=0.686㎥/t.d，最大矿井涌水量时含水系数Kp=2.743㎥/t·d，本矿井生产规模0.90Mt/a，按每年330个工作日计算，日产量为1818.18t/d，按公式计算，当矿井达到生产规模时，正常涌水量为1246.75㎥/d，最大涌水量为4987.01㎥/d。
矿井涌水量不能局限于以上预算，应根据矿井实际情况正确对待。
本次设计矿井正常涌水量52㎥/h，最大涌水量208㎥/h。
1.3煤层及煤质
1.3.1煤层
井田主要含煤地层为石炭系上统组和二叠系下统组，含煤地层平均总厚175.82m，共含煤13层，煤层平均总厚度16.62m，含煤系数平均为7.39%。
组地层平均厚度59.17m，共含煤3层，编号至上而下为1、2、3号，煤层平均厚为6.88m，含煤系数为9.90%，该组为陆相沉积，分3～4个沉积旋回,煤层多沉积于旋回的顶部。
其中下部聚煤作用较好，沉积有稳定可采的3号煤层及不稳定不可采的1号煤和2号煤。
井田3号煤层平均厚度6.30m，含煤系数为8.74%。
1号煤层厚度平均为0.08m，含煤系数1.0%，2号煤层平均厚度为0.10，含煤系数为0.18%。
组地层平均厚度为116.65m，井田共含煤10层，编号至上而下为5、6、7、8、9、10、11、12、13、15号，煤层平均总厚度为9.94m，含煤系数为6.11%，该组地层沉积旋回韵律性明显，煤层多赋存于灰岩底部，为典型的海陆交互相含煤沉积，从含煤性分析，可归结为三个沉积段，下段为海陆运动的开始，聚煤作用较好，在其上部普遍沉积有稳定可采的15号煤层，该煤层在井田厚度5.31～7.10m，平均6.80m,,含煤系数平均为3.34%，中段为海侵运动较频繁区，灰岩层数多，煤层薄且不太稳定，其中包括11、12、13号等煤层，均属较稳定但不可采之煤层。
上段海侵运动相对减弱，陆地环境占主导地位，区域上沉积有局部可采的9号煤层，但属于零星可采，故不参与考虑。
本井田聚煤较稳定，另外的5号、7号、8号煤层层位稳定—较稳定，但均不可采。
1.3.2煤层顶底板条件
3号煤层俗称“香煤”，该煤层位于组的中下部，上距下石盒子组底砂岩（K8）40m左右，下距组底砂岩（K7）9.77m，煤层厚5.51-6.90m，平均厚度为6.30m，其可采系数为100%，属稳定可采之煤层。
煤层中含矸1～2层，煤层直接顶板为泥岩或粉砂质泥岩，其底板为泥岩或粉砂质泥岩。
据调查，该煤层为本井田批采煤层。
15号煤层位于组一段上部，K2灰岩之下，上距3号煤底101.25m，下距组底砂岩（K1）15m。
煤层在井田厚度为6.51～7.10m，平均6.80m，含煤系数平均为3.34%，局部含1～2层夹矸。
老顶为K2灰岩，层位稳定，厚度大。
底板为泥岩或粉砂质泥岩。
15号煤层俗称“臭煤”，煤层稳定，为区主要可采煤层。
该煤层为本井田批采、现采煤层。
可采煤层特征见表1-2
15号煤层直接顶板为黑色泥岩，平均厚0.57m，顶板泥岩抗压强度74.8～83.2MPa，抗拉强度2.9～4.1Mpa；其上为厚层致密块状石灰岩（K2），平均厚7.8m，节理不发育，稳固性好。
K2灰岩的极限抗压强度为78.4～97.7MPa，属坚硬岩石；聚力为15.7～20.2MPa，摩擦角为32°38，普氏坚固系数为6.3～13。
底板以黑色含黄铁矿泥岩为主，工程地质性能一般。
表1-1可采煤层特征表
序号
煤层可采区厚度（m）
煤层层间距（m）
煤层结构
顶底板岩性
煤层稳定性
赋存层位
煤层容重
最小～最大
平均
最小～最大平均
夹矸层数
顶板
底板
3
5.51～6.90
6.30
101
1～2
泥岩
泥岩、
粉砂岩
稳定
组下部
1.45
15
6.51～7.10
6.80
1
灰岩泥岩
泥岩
稳定
组下部
1.45
1.3.3煤质
（1）煤的物理性质
3号煤灰黑—黑色，以亮煤为主，次为镜煤、暗煤，镜煤多呈透镜状或薄层状。
似金属光泽，条带状结构，层状构造，参差状、阶梯状断口，条痕为灰黑色，生裂隙较发育，性脆易碎，宏观煤岩类型为光亮型煤。
15号煤黑色～灰黑色，成分以亮煤为主，含透镜状、细薄层状的镜煤，强玻璃～似金属光泽，条带状结构，层状构造，贝壳状、阶梯状断口，条痕为灰黑色、性脆，常见有细脉状、团块状黄铁矿，宏观煤岩类型为半亮～光亮型。
（2）煤的化学性质：
见表1-2煤质特征表
表1-2煤质特征表
序号
煤层名称
水分（%）
灰分（%）
挥发分（%）
硫分（%）
低位发热量（MJ/kg）
粘结指数GR,I
3
原煤
0.98
15.24
11.42
0.36
29.50
精煤
1.22
7.67
11.54
0.35
32.48
2
15
原煤
0.30
25.92
15.41
2.78
25.55
精煤
0.86
4.62
11.25
2.59
34.15
0
（3）煤的工业用途
15号煤为中灰分、中高硫、特高热值之贫煤。
井田15号煤层均为贫煤，属烟煤中变质程度较高的一类煤，经洗选后可作为动力用煤或化工用煤，亦可作为民用燃料，现主要用作发电厂用煤。
第二章井田境界与储量
2.1井田境界
羊头岭南窑沟煤业矿井井田境界由1～5个拐点坐标连线圈定。
批准开采3、15号煤层，井田面积3.9703km2。
井田南北最长2.9290km，东西最宽1.5390km。
批准开采深度1039.97m-929.97m，生产规模为0.9Mt/a。
井田边界有五个拐点，拐点坐标表见表2-1。
表2-1矿井境界拐点坐标表
拐点编号
1954北京坐标系
1980坐标系
备注
经距（Y）
纬距（X）
经距（Y）
纬距（X）
1
19679800.00
3983429.00
19679731.72
3983380.25
2
19681339.00
3983146.00
19681270.73
3983097.25
3
19681319.00
3981588.00
19681250.74
3981539.24
4
19680800.00
3980500.00
19680731.73
3980451.23
5
19679800.00
3980500.00
19679731.73
3980451.23
2.2矿井资源储量
照2002年12月国土资源部颁发的《煤、泥炭地质勘查规》标准，资源/储量估算采用水平投影地质块段法进行估算。
公式如下：
Q=S×M×D/10000（2-1）
式中：
Q——煤炭资源储量（万吨）
S——面积（㎡）3、15号煤层的井田面积均为3.9703k㎡
M——厚度（m）3号煤层的厚度6.30m15号煤层的厚度6.80m
D——视密度取1.45（t/㎥）
通过本次储量估算，查明井田3、15号煤层地质储量76.08Mt，其中，3号煤层的地质储量为36.66Mt；15号煤层的地质储量为39.42Mt。
111b储量为69.10Mt，占总储量的90.83%。
矿井地质储量计算结果见表2-2。
表2-2地质储量估算结果汇总表
煤层
储量（Mt）
（%）
111b
122b
333
111b+122b+333
3
33.34
0
3.32
36.66
90.94
15
35.76
0
3.66
39.42
90.71
总计
69.10
0
6.98
76.08
90.83
2.3矿井设计资源/储量
矿井工业储量的计算方法是:
Zg=111b+122b+333K（2-2）
式中：
K—可信度系数，根据设计规，可信度系数取值围为0.7～0.9，由于本井田地质构造简单、煤层赋存稳定，因此设计K值取0.9。
经计算，井田围可采的3、15号煤层工业储量75.39Mt。
矿井设计资源/储量=（矿井工业资源/储量-永久煤柱损失）
本设计中永久煤柱损失包括井田境界、地表村庄等永久性煤柱损失。
井田境界煤柱按20m宽留设。
村庄的保护煤柱围护带宽度按其保护等级留设；松散层及基岩厚度参照邻近钻孔的资料确定，表土层厚度取30m，松散层的移动角取45°，基岩移动角走向取75°。
经计算，3、15号煤层永久煤柱为6.01Mt。
矿井设计储量=75.39-3.14-2.87=69.38Mt
经计算，井田围可采的3、15号煤层设计储量69.38Mt。
设计储量计算结果见表2-3。
表2-3设计储量估算结果汇总表（单位Mt）
煤层编号
工业储量
永久煤柱损失
设计储量
井田边界
村庄
小计
3
36.34
1.52
1.38
2.90
33.44
15
39.05
1.62
1.49
3.11
35.94
合计
75.39
3.14
2.87
6.01
69.38
2.4矿井设计可采储量
矿井设计可采储量=（矿井设计储量-保护煤柱损失）×采区回采率
3号煤层为厚煤层采区回采率按75%计算。
15号煤层是厚煤层采区回采率为75%计算。
经计算，矿井设计可采储量为48.35Mt，计算结果见表2-4。
表2-4矿井设计可采储量计算表（单位Mt）
煤层
编号
设计
储量
开采煤柱损失
设计可采储量
工业
场地
大巷
小计
3
33.44
1.15
1.28
2.43
23.36
15
35.94
1.24
1.38
2.62
24.99
合计
69.38
2.39
2.66
5.05
48.35
2.4.1安全煤柱及各种煤柱的留设及计算方法
1）3号煤层巷道煤柱
（2-3）
式中：
S1—巷道保护煤柱的水平宽度，m；
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