采矿工程毕业设计（论文）-东曲矿150万吨矿井设计.doc

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1、太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 1 - 摘 要 本设计是东曲矿 150 万吨矿井设计。东曲矿区位于山 西省古交市汾河南岸，由井田到太原公路 42km，铁路距省 城太原 56km。地理位置优越，交通十分便利。井田走向最 大为 5000 m，最小 2650 m，平均大约 4500 m。倾斜长最大 为 3900 m，最小 1850 km，平均大约 3087 m。井田面积 13.89 km2。主采煤层为 4、8、9 号煤，平均倾角 4，平 均厚度分别为 5.40m、2.52m、3.66m。煤层赋存稳定，倾角 平均 2.56为近水平煤层。 井

2、田工业储量 28266.25 万吨，可采储量 24386.513 万 吨。矿井服务年限为 67.74a。矿井正常涌水量 15.8 m3/h， 最大涌水量 75.8m3/h。矿井瓦斯相对涌出量为 0.953.48m3/t，属低瓦斯矿井。 东曲煤矿设计年生产能力为 150 万 t/a，矿井年工作日 为 330d，工作制度为“三八”制。矿井的采煤方法主要为 倾斜长壁后退综合机械化一次采全高开采。矿井的开拓方 式为双斜井两水平开拓方式，一水平布置在+695 m，二水 平布置在+620 m。主斜井用来提煤，副斜井用来提升设备 和人员。 矿井采用一矿一面的高效作业方式，另外设一备用面。 工作面的长度为 1

3、80m。运输大巷采用胶带运输机运煤，辅 助运输采用电机车牵引矿车。矿井通风方式为中央分列式。 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 2 - 本设计共包括 10 章：1 矿区概况及井田地质特征；2 井田境界和储量；3 矿井工作制度、设计生产能力及服务 年限；4 井田开拓；5 准备方式；6 采煤方法；7 井下运 输；8 矿井提升；9 矿井通风及安全技术；10 设计矿井基 本技术经济指标。 关键词：新井设计 ；工业储量 ；斜井开拓 ；采煤方法 ；通风方式 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计

4、- 3 - 目 录 1 矿井概述及井田地质特征7 1.1 矿区概况7 1.1.1 交通位置.7 1.1.2 地理位置.8 1.1.3 地形地貌.8 1.1.4 水文情况.8 1.1.5 气候条件.8 1.1.6 地震资料.8 1.2 井田地质特征8 1.2.1 煤田地层概述.8 1.2.2 含煤地层概述.10 1.2.3 地质构造.11 1.3 煤层特征14 1.3.1 煤层赋存情况.14 1.3.2 煤质.14 1.3.3 顶底板条件.16 1.3.4 瓦斯、煤尘、煤的自燃.17 2 井田境界和储量18 2.1 井田境界18 2.1.1 井田境界.18 2.1.2 井田特征.19 2.2 矿

5、井工业储量19 2.2.1 矿井工业储量.19 2.2.2 矿井可采储量.20 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限25 3.1 矿井工作制度25 3.2 矿井设计生产能力及服务年限26 3.2.1 矿井设计生产能力的确定.26 3.2.2 井型校核.26 3.2.3 矿井的服务年限.27 4 井田开拓28 4.1 井田开拓的基本问题28 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 4 - 4.1.1 井筒形式的选择.28 4.1.2 水平的选择.30 4.1.3 井筒位置的选择.31 4.1.4 大巷形式的选择.34 4.1.5 大巷方位

6、的选择.35 4.1.6 开拓方案和综合经济比较.35 4.1.7 工业广场的位置、形状和面积的确定.41 4.2 矿井基本巷道41 4.2.1 井筒.41 4.2.2 井底车场.45 4.2.3 主要开拓巷道.46 5 准备方式带区巷道布置49 5.1 煤层的地质特征49 5.2 带区巷道布置及生产系统49 5.2.1 确定带区的倾斜长度（推进长度）.49 5.2.2 带区煤柱的确定.49 5.2.3 工作面的长度和数目的确定.49 5.2.4 带区内煤层的开采顺序.50 5.2.5 带区巷道布置.50 5.2.6 生产系统.50 5.2.7 确定带区各种巷道的尺寸、支护方式及通风方式.51

7、 5.2.8 带区内部巷道的掘进方法.51 5.2.9 带区生产能力的确定.52 5.3 带区车场选型设计54 5.3.1 确定带区车场的形式.54 5.3.2 带区主要硐室布置.54 6 采煤方法56 6.1 采煤工艺方式56 6.1.1 采煤方法的确定.56 6.1.2 回采工艺.56 6.1.3 工作面设备布置图见设计图纸.67 6.1.4 劳动组织和循环作业67 6.1.5 主要技术经济指标.68 6.2 回采巷道布置70 6.2.1 带区巷道布置.70 6.2.2 保护煤柱尺寸的确定.71 7 井下运输73 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设

8、计届毕业设计 - 5 - 7.1 概述73 7.1.1 井下运输设计的原始条件和数据.73 7.1.2 矿井运输系统.73 7.2 带区运输设备选择73 7.2.1 工作面及分带斜巷运输设备的选择.73 7.2.2 带区辅助运输设备的选择.74 7.3 大巷运输设备选择75 7.3.1 轨道大巷运输设备的选择.75 7.3.2 运输大巷运输设备的选择.77 8 矿井提升80 8.1 概述80 8.2 主副斜井提升80 8.2.1 主斜井提升.80 8.2.2 副斜井提升.80 9 矿井通风设计81 9.1 选择矿井通风系统81 9.1.1 矿井概况.81 9.1.2 矿井通风系统的基本要求.8

9、1 9.1.3 矿井的通风方式方案的提出.83 9.1.4 通风方式方案的技术比较.84 9.1.5 通风方案的经济比较通风方案的经济比较.85 9.1.6 矿井主扇工作方法的选择.87 9.1.7 带区内通风系统.88 9.2 全矿风量的计算与分配89 9.2.1 确定带区及矿井所需风量.89 9.2.2 确定带区、全矿的风量分配及矿井所需的总风量.92 9.2.3 风速验算.92 9.3 全矿井巷通风阻力93 9.3.1 通风容易时期和通风困难时期最大阻力路线的确定.93 9.3.2 矿井摩擦阻力及通风阻力计算.95 9.3.3 矿井总风阻及总等积孔的计算.97 9.4 矿井通风设备的选型

10、98 9.4.1 确定风机设计工况点.98 9.4.2 矿井主扇选择.99 9.4.3 电动机的选择.99 9.4.4 对矿井通风设备要求：.100 9.4.5 反风、风硐的基本要求.101 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 6 - 9.5 防止特殊灾害的安全措施101 9.5.1 瓦斯管理措施.101 9.5.2 煤尘的防治.101 9.5.3 防火.102 9.5.4 防水.102 9.5.5 其他安全措施.102 9.5.6 避灾线路.102 10 矿井基本技术经济指标103 11 结 束 语106 参考文献107 致致 谢谢1

11、09 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 7 - 1 矿井概述及井田地质特征 1.1 矿区概况 1.1.1 交通位置 东曲矿位于山西省古交市境内，市区北 10 km 处。本井田交通十 分便利，东部有太原古交铁路经过，是连接镇城底、西曲矿和东曲 矿的运煤专线与太焦铁路相连。另外，公路四通八达，矿区交通极为 方便。详见图 1-1 东曲矿交通位置。 太 佳 公 路 线 头 露 层 煤 号 3 矿务局 层 断 逆 寺 佛 千 东 曲 矿 井 田 田 井 矿 曲 西 梭 裕 井 田 镇城底矿井田 矿 井 交 通 位 置 示 意 图 太原理工大学成

12、人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 8 - 图图 1-11-1 东曲矿交通位置图东曲矿交通位置图 1.1.2 地理位置 地理坐标为东经 11251441125520，北纬 35 3153353715。 1.1.3 地形地貌 井田内为起伏不平的低山丘陵地形，大部分地区被黄土覆盖，西 部出露基岩较多，地形切割剧烈，冲沟发育。地势西北高东南低，最 高点在井田的西部，标高为 941.2 m，最低点为井田的南部河床，标 高为 784.4 m，相对高差为 142.8 m。 1.1.4 水文情况 井田内水系多呈网状分布，西部有汾河。常年干涸无水。 1.1.5 气候

13、条件 本井田气候为暖温带大陆性季风型，四季分明。年最小降水量 265.7 mm，最高降水量 1010.4 mm，平均 612.2 mm，雨水多集中在 7-9 月；年均蒸发量为 1783 mm，最小为 1480.5 mm，最大为 2428.3 mm，蒸发量为降水量的 2-3 倍。气温一般较高，日最高温度为 38.6 ，最低气温为-22.8 ，平均气温为 11；月均最低气温在一月为- 45 ，最高温度在七月，为 23.4 。历年冻结月份为 11 月到次年 3 月，冻土深度一般在 0.3 m 左右，最大可达 0.43 m。全年无霜期在 180 天，早霜期一般于十月中旬，晚霜期于四月中旬。风力不大，一

14、 般为 3-4 月，最大 6 级，春、冬多为西北风，夏、秋多为东南风。 1.1.6 地震资料 历年地震资料及文献记载，古交地区未发生过 5 级以上破坏性地 震。山西省地震局在山西省地震基本烈度区划分上，将古交划分 为六度地震烈度。 1.2 井田地质特征 1.2.1 煤田地层概述 该矿井田多被第四系黄土覆盖，仅在井田中部和西部地区有零星 出露，奥陶系灰岩为煤系地层基岩。地层由老至新如下： 一、奥陶系中统（O2） 揭露厚度 456.07 m，为海相石灰岩，含腕足类化石。 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 9 - 1、下马家沟组（O2x）

15、厚 80.88187.00 m，一般厚 140 m，深灰色厚层状石灰岩，底部 为一层 30-50 m 的含分解石脉的泥质角砾状灰岩。 2、上马家沟组（O2 s） 厚 108.02264.97 m，一般厚 221 m，深灰色厚层状灰岩为主，夹 薄层角砾状灰岩、泥灰岩，下部岩溶较发育。 3、峰峰组（O2f） 厚 46.46104.06 m，平均 71 m，深灰色角砾石灰岩为主，胶结致 密，可见薄层泥质灰岩。 二、石炭系（C） 1、中统本溪组（C2b） 灰色铝土质泥岩为主，夹砂质泥岩、砂岩，底部常见鸡窝状山西 式铁矿。本地层由南至北呈增厚趋势，厚 1.6426.15 m，平均厚 8.62 m，于下伏

16、地层平行不整合接触。 2、石炭系上统太原组（C3t） 由煤和泥岩、砂质泥岩、砂岩、石灰岩等组成。本组地层厚 58.78-91.15 m，平均 80.85 m，于下伏地层整合接触。 三、二叠系（P） 1、下统山西组（P1S） 深灰色、黑灰色砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤组成。本组地层厚 37.2077.34 m，一般 53.36 m，底部有一层细粒砂岩（k7）于下伏地 层整合接触。 2、下统下石盒子组（P1x） 灰色砂岩、砂质泥岩、泥岩、铝土质泥岩组成。沟谷内有出露， 风化后呈灰白，黑灰、杏黄等杂色，地表易于辨认。底部发育一层 5 m 厚的灰白色中粒砂岩，定为标识层 k8，是与山西组分界的标识，下 距

17、 3#煤 35.91 m，按其层位可与太原西山骆驼脖子砂岩对比。全组厚 44.0972.56 m，一般在 59 m 左右。 3、上统上石盒子组（P2x） 由中砂岩、砂质泥岩及泥岩组成。砂岩风化后呈绿色，泥岩为杏 黄色，交错层理及斜层理发育，砂岩发育地段加厚。底部往往有一层 中粗粒砂岩，成分以石英为主，硅质胶结，分选性差，稳定性较差， 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 10 - 为与下石盒子组分层标识 k9，在该矿体上 3 m 出，发育一层 9 m 厚的 铝土质泥岩，鲕状结构，风化后多小孔，裂隙且被铁质育填，呈网络 状，色相为鲜艳的桃红

18、色，本组地层平均厚 241 m。 四、第三系（N） 沿山坡及较大的沟谷两侧出露，岩性为深红色粘土，遇水晒干 后坚硬，含锰铁矿黑色斑点，风化后形成鲕状小洞，下部含大量的浅 黄色钙质结核。本组厚 040 m，于下伏地层不整合接触。 五、第四系（Q） 顶部多为黄色植耕土，其下多为黄色、棕黄色、黄褐色等亚粘 土、粘土及砂土组成。底部可见淡红色亚粘土，含钙质结核，厚 035 m，不整合于不同时代基岩之上。 1.2.2 含煤地层概述 该矿井田含煤地层为石炭系太原组和二叠系山西组，以评述之。 太原组（C3t）：为井田主要含煤地层之一，由深灰色或黑色泥 岩、砂质泥岩、砂岩、石灰岩、煤等组成。海陆交替相沉积，旋

19、回明 显，含煤 510 层，但仅有 9#、15#两层煤可采。本组发育 46 层浅海 相灰岩，为地层对比的标识层，自上而下编号为 k2-k6，本组厚 58.7891.15 m，一般厚 81 m。 太原组标识层 k2灰岩，深灰色致密坚硬，上部夹 3-4 条带状黑色 燧石为其特征。厚 7.42-10.99 m，平均 9 m，稳定发育，为 15#煤层的 直接顶，可与太原西山毛儿沟、庙沟灰岩对比。 k3灰岩，上距 k2顶 4.60 m，厚 1.10-5.5 m，一般 3 m，灰-深灰色， 性脆坚硬，含少量燧石结核，发育稳定。 k4灰岩，位于太原组中下部，下距 k3灰岩约 8 m，上距 9#煤层底 板 4

20、 m 左右。灰色，含黄铁矿结构，劈理发育多被碳酸盐类矿石充填， 厚 0-3.65 m，一般 1.4 m，发育较稳定，有时相变为砂质泥岩、砂岩。 k4 上灰岩为深灰色泥质灰岩，发育不佳，稳定性较差，在井田的 北、南部变薄或相变为砂岩、砂质泥岩，含黄铁矿结构及有腕足类化 石，为 9#煤的直接顶。厚 0-3.05 m，一般 0.5 m 左右，可与太原西山 灰岩对比。 k5灰岩，局部发育不稳定，有时相变为砂岩或砂质泥岩，上距 3# 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 11 - 煤层 15 m，厚 0-4.58 m。当山西组与太原组分界边界层 k

21、7不稳定时， 可作为划分该地层的辅助标识。 山西组（P1S）：主要含煤地层之一，由灰、深灰、灰黑色砂岩、 砂质泥岩、泥岩和煤组成。为陆相沉积。砂岩多为中细粒，石英含量 较多。砂质泥岩与泥岩层理发育，含植物化石。3#煤层之下的泥岩中 常见扁豆状铁质结核。本组厚度 37.20-77.34 m，一般厚 53 m 左右， 含煤 3-5 层，可采煤层仅 3#煤一层。该组底界有一层灰白色细粒砂岩， 定为标识层 k7厚约 1.70 m，是山西组与太原组分界标识，本层位可 与太原西山岔沟砂岩对比。 1.2.3 地质构造 （一） 区域构造 该矿井田位于沁水煤盆地东南边缘，太行经向构造体系的复背斜 南端西翼。从地

22、质力学观点分析，位于新华夏系第三隆起带（太行山 隆起）与秦岭纬向构造带的复合部位。 （二）井田地质构造 基本构造为走向 NNE,倾向 NWW，倾角 3-15的单斜构造，发 育次级缓波状褶曲和一些小型的层间断裂。附图1-2 东曲煤矿煤系地 层综合柱状图 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 12 - 深灰色、可见植物化石碎片、炭化 黑色、光亮型、层状 、质硬、性脆 黑色、光亮型、层状 、质硬、性脆 黑色、质硬、性脆 黑色、光亮型、质硬、性脆 灰至灰黑色、遇水变软 黑色、光亮型、层状 、质硬、性脆 深灰色、可见植物化石碎片、炭化 灰至灰黑色、

23、遇水变软、少量滴水 灰黑色、块状、泥质胶结、节理发育 O OO 峰 峰 组 中 统 奥 陶 系 本溪中统 山 西 组 下 统 二 叠 系 石灰岩 铝质泥岩 铝质泥岩、 石英岩 煤 石灰岩 泥岩、粉砂岩 煤 石灰岩 粉砂岩、泥岩 煤 粉砂岩、泥岩、 灰岩 石灰岩 煤 粉砂岩、细砂岩 煤 粉砂岩、中砂 岩、泥岩 煤 粉砂岩、泥岩、 石灰岩 煤 石灰岩 粉砂岩、泥岩 煤 粉砂岩、及泥岩 粉砂岩、细砂岩 泥岩及中砂岩 煤 粉砂岩、泥岩 泥岩及中砂岩 粉砂岩、中砂岩 9.02 3.71 2.66 10.29 4.00 0.34 3.61 2.75 0.40 6.75 0.90 1.52 8.50 0.4

24、2 5.75 0.57 5.50 0.71 2.73 13.5 0.79 2.00 4.85 4.90 6.42 8.75 9.00 9.25 15号煤 14号煤 13号煤 9号煤 8号煤 7号煤 6号煤 5号煤 3号煤 组 原 太 统 上 系 炭 石 生 界 古 岩性简述岩石名称 标志 层及 煤层 编号 柱状 1：500 层厚 （ ） 组统系界 地层单位 图 1-2煤系地层柱状 图 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 13 - 1、褶曲：轴向主要为北东向，其次为北西向和近南北向。有些 褶曲还发生弧形弯转，轴长一般 200-2000 m

25、，最长达 3500 m，两翼 倾角 2-10，在开采 3#煤层中，共揭露 26 条褶曲，其中 1000 m 以 上的有 14 条。 （1）东西向褶曲 龙王山向斜（X1）：位于井田中部，从东向西横穿井田，长 3500 m，为东高西低的倾伏向斜，高差达 75 m，倾角 1-2，轴向 S80W，两翼倾角 510。 兴隆山背斜（B2）：在龙王山向斜东段的 X1-2 与 X1-3 向斜之 间，轴向呈 EW，两翼平缓，东高西低，全长 2500，两翼倾角 3-5。 （2）北东向褶曲 桥沟向斜（X1-1）：位于井田北部的桥沟村一带，轴向 N35 E，长 1000 m，两翼倾角 3-6，与 X1 向斜为邻接关系

26、。 西东曲向斜（X3）：位于井田中部蟠龙山背斜（B3）之南侧， 为一西部宽缓，东部狭窄的倾伏向斜，轴向 NE30，长 1000 m，两 翼倾角 3-5 2、断层 该井田在地质勘探阶段为发现断层，井下开采时共发现 2 条小型 断裂结构，断距最大 9 m，一般在 1.0 m，走向延伸长度多在 200 m 左右，为层间断裂构造，倾角多在 40左右，走向 NE 向居多。 从已揭露的断层看，对采区的划分没有太大的影响，破坏煤层 的力度也较弱。但这些断层往往与冲刷带同时出现，直接影响工作面 的布置及巷道的正常掘进，给生产造成较大的困难。 3、冲刷带 主要作用于 3#煤层顶部，冲刷带长度 50-1650 m

27、，宽 6-50 m，深 度 0.4-5.8 m 不等，冲刷形状上宽下窄，呈“U”字型，冲刷带方向多 为 NE 向。受冲刷后的煤层变薄，给正常的分层回采带来诸多困难， 巷道掘进受很大的影响。 4、陷落柱 井田在井下开采时发现 2 个陷落柱，1 个位于四盘区 4304 工作 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 14 - 面的南部，长轴为 50-60 m，短轴为 20-30 m，该陷落柱不仅在 3#煤 层中所见，在 695 岩巷掘进和盘区掘进中也证实。另一个位于井田 西界北端六盘区的 6110 巷，其范围未全部揭露，轴长约为 3020 m 1

28、.3 煤层特征 1.3.1 煤层赋存情况 该井田含煤地层为二叠系山西组和石炭系太原组，共含煤 13 层， 可采煤层仅三层，即山西组 3#煤，太原组的 9#、15#煤。山西组总厚 6.90 m，含煤系数 13，太原组煤层总厚 5.50 m，含煤系数 7。 （一）3#煤层 位于山西组中下部，煤层 4.83-7.46 m，平均 6.30 m，中夹矸石 4- 6 层，其厚度在 0.05-0.70 m 之间，煤层的下部往往有一层 0.50 m 软 煤层。顶板为泥岩或砂岩。煤层底板标高在+675.69+782.28 m 之间 变化，上距标识层 k8砂岩约 36 m，下距 9#煤层 51 m。井田的北、南

29、部由于风化作用，煤层变为粘土，未受风氧化之煤层，无论走向还是 倾向，其厚度均无大的变化，煤层稳定。 （二）9#煤层 上距 3#煤层 41.89-62.47 m，平均 51.0 m，煤厚 0.35-2.72 m，平 均 1.52 m，井田的东部有一面积近 3 km2的不可采区，南部局部遭受 风化，煤厚由北向南呈加厚之趋势。含 0-3 层夹矸，其层数北部多于 南部，夹矸厚 0.01-0.35 m。底板标高+622.59-+751.53 m，顶板多为灰 岩，次为砂质泥岩、泥岩、砂岩等，底板为泥岩或砂质泥岩，属较稳 定煤层。 （三）15#煤层 赋存与太原组底部，上距 9#煤层 25.34-49.62

30、m，平均 31 m，煤 厚 0.80-5.27m，一般含夹矸 1-3 层，最多可达 7 层，夹石厚 0.01-1.57 m，顶板为灰岩（k2） ，底板为泥岩，煤层中黄铁矿结核丰富。全井田 煤层发育，为较稳定煤层。 1.3.2 煤质 （一）物理性质 3#煤为黑灰色、金属光泽、贝壳状断口，致密坚硬，均一条带状 结构，由亮煤和镜煤组成，宏观煤岩类型为光亮型。9#煤为灰黑色玻 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 15 - 璃光泽，致密性脆，暗煤和亮煤组成，条带结构，阶梯状断口，宏观 煤岩类型为半光亮型，可见黄铁矿结核或星散状赋存于煤中。15#煤

31、 为黑色、油脂光泽，以暗煤为主，夹镜煤条带，平坦状断口，块状结 构，煤中富含黄铁矿结核，宏观煤岩类型为半暗淡型。 （二）化学性质 各煤层厚煤水分一般在 2左右，洗煤后水分下降，厚煤灰分 产率从上至下，呈递增趋势，3#煤为低灰煤，9#、15#煤为中灰煤；硫 分以 3#煤最低，为特低硫煤，9#、15#煤从特低硫-高硫均有，9#煤则 以中硫煤占主导地位，而 15#煤则以富硫煤为主，水平向上 9#煤在井 田的中南部及西部局部地段展布富硫地带，15#煤在南部张开大面积 的富硫带；垂向上，煤的硫分由上至下增加。经统计三层煤的灰分变 化标准差均小于 5，硫分变化标准差 3#煤小于 0.5，9#、15#煤大于

32、 煤层厚度 （m） 煤层间距 （m） 煤层结构 顶底版 岩性 可 采 煤 层 名 称 小大平 均 小大平均 夹石 层数 夹石 厚度 （m） 煤 类 稳 定 性 顶 板 底 板 倾角 （） 容 重 3# 4.837.04 6.28 67 0.20 .5 无 烟 较 稳 定 沙 质 泥 岩 泥 岩 210 1. 5 46.6058.60 53.10 9# 0.801.96 1.40 12 0.20 .3 无 烟 较 稳 定 泥 岩 或 石 灰 岩 泥 岩 210 1. 5 15 # 1.673.5 6 2.07 25.1045.2 2 29.35 13 0.21 .25 无 烟 较 稳 定 石 灰

33、 岩 泥 岩 210 1. 5 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 16 - 0.8；3#煤层煤质变化小， ，9#、15#煤层煤质变化达。精煤挥发分在垂 向上由上至下降低。煤中的元素主要碳为主，约占 94，其次为氢 占 3，说明煤化程度高。附表 1-3 煤层特征表 （三）工艺性能 1、煤的粘结性和结焦性 各主要可采煤层的坩锅粘结性多为 1，少数者为 2，胶质层 Y 值 为 0，其粘结性亦为 0，结焦性很弱。 2、发热量 各煤层高位干基发热量一般在 28MJ/kg 左右，属中高发热量之煤 层。 3、煤灰熔融性 煤灰成分以 SiO2和 Al

34、2O3为主，其软化温度 ST 均大于 1250， 为高熔灰分煤。 4、煤中的有害成分含量 3#煤磷含量为 0.045%，9#、15#煤小于 0.01，前者属于低磷煤， 后者为特低磷煤；原煤硫含量 3#煤小于 0.5%，9#、15#煤分别为 2.50%、3.04%，经 1.4 比重液洗选后，3#煤硫粉略有上升，9#、15# 煤则明显下降。煤中有害成分主要为 9#、15#煤的硫。 1.3.3 顶底板条件 （一）3#煤顶底板条件 从钻孔和生产揭露实际资料看，3#煤层普通沉积有伪顶，直接顶 和老顶。伪顶岩性为炭质泥岩，弧度不均匀，00.5 m，一般为 0.2 m。结构松软，易碎，强度低，不易支护，随采

35、随落。 直接顶岩性为砂质泥岩，致密较硬，节理裂隙发育。厚度为 1.59 m，一般为 4 m 左右。 老顶岩性为中粒或细粒砂岩，厚度 413 m，一般为 8 m 左右， 致密坚硬，层理发育，节理裂隙较发育，呈半张开状，有方解充填现 象。 煤层上覆岩性，从伪顶、直接顶到老顶为软弱较硬坚硬型， 再上是软弱坚硬相间的平行复合结构。 老顶初次来压：在生产实践中根据老顶岩层的厚度和裂隙发育程 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 17 - 度长期观测，初次来压为 3050 m，周期来压在 12 m 左右。 3#煤直接底板为炭质泥岩，厚度 0.835.

36、84 m，平均为 2.47 m， 其下为砂质泥岩，属于较软较硬型，开采中受压后易发生底鼓现 象。 （二）9#煤顶底板条件 9#煤层顶板岩性以 K4 上石灰岩为主，有时为砂质泥岩或细砂岩， K4 上 石灰岩厚度 03.05 m，一般在 0.56 m 左右，致密坚硬，稳定性 差，节理裂隙发育，有方解石充填。单向抗压强度变化范围 44.9 49.0MPa 之间，平均 47.0MPa；单向抗拉强度变化范围 2.62 6.05MPa 之间，平均 3.90MPa；抗剪强度变化范围 3.573.78MPa 之 间，平均 3.70MPa。老顶为砂质泥岩或细砂岩，厚度 1.88.3 m，节 理裂隙发育，较硬。

37、煤层上覆岩性，从直接顶到老顶属于坚硬较硬型，再向上是 硬较硬相间的平行复合结构。因节理裂隙发育，开采后易冒落。 老顶初次来压为 12 m，周期来压步距为 8m 左右。 9#煤层直接底板为泥岩，厚 0.84.69 m，平均 1.62 m，稳定性 差，强度低，单向抗压强度变化范围 6.36.7MPa，差异不大；单向 抗拉强度变化范围 0.290.41MPa，平均 0.36 MPa；抗剪强度变化范 围 0.921.16 MPa 之间，平均 1.02 MPa；膨胀率 1.362.72%，平均 2.52%；这种岩性遇水易膨胀和泥化，从而降低了底板的稳定性。其 下为砂质泥岩，致密较硬。属软弱较硬型。 （三

38、）15#煤顶底板条件 直接顶为 k2石灰岩，厚度 7.4210.99 m，平均 9.32 m，致密坚 硬，节理裂隙较发育，在井田内该曾特别稳定，单向抗压强度平均 47.0Mpa 左右，单向抗拉强度平均 4Mpa 左右，抗剪强度平均 3.70Mpa 左右，属坚硬性顶板，再向上是软弱坚硬相间的平行复 合结构。 底版为泥岩或铝土质泥岩，厚 03.42 m，平均 1.62 m。其下部 为本溪组的铝土泥岩，属软弱型。单向抗压强度为 11.4Mpa，单向抗 压强度为 0.76Mpa，抗剪强度为 2.49Mpa，膨胀率为 0.63%，这种岩 层的吸水性强，从而降低了底版的稳定性，给今后的工作面开采带来 一定

39、的困难。 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 18 - 1.3.4 瓦斯、煤尘、煤的自燃 （一）瓦斯 本矿多年开采证实，井下瓦斯含量很低，瓦斯随采掘巷道的延伸 而增加的规律不明显。该矿近十三年的沼气相对涌出量未超过 7 m3/td，二氧化碳相对涌出量多在 5 m3/td 左右，属低瓦斯矿井。 （二）煤尘 本矿在生产中对 3#、9#煤层进行了煤尘爆炸性鉴定，结果无煤 尘爆炸危险性。 （三）煤的自燃 本矿在 1983 年对 9#、15#煤层作了煤的自燃趋势鉴定，确定两 煤层均为易自燃煤，3#煤层未作鉴定，但从地面堆积 6 个月后即发生 自燃

40、，说明了 3#没层亦属于易自燃煤。 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 19 - 2 井田境界和储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田境界 在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤 田各部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则有： 1. 井田范围内的储量，煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产 能力相适应； 2. 保证井田有合理尺寸； 3. 充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等； 4. 合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。 本井田西与西曲矿相连，北到泊村，管庄、巴公镇以南，东到西 元庆西泊南村一

41、带，南于镇城底矿井相邻。根据以上划分原则以及古 交地区煤田的整体规划，确定四周边界为：井田的北部、西北、西南 均以风氧化带为界，西部、东部和南部人为化定边界。 2.1.2 井田特征 该矿走向长度最大为 5000 m，最小 2650 m，平均大约 4500 m。 倾斜长最大为 3900 m，最小 1850 km，平均大约 3087 m。井田面积 13.89 km2。 2.2 矿井工业储量 2.2.1 矿井工业储量 本井田构造中等，煤层产状平缓，倾角多在 2-10之内，故采用 水平投影面积及煤层伪厚估算储量，其公式如下： Zg=SM 其中：Zg矿井的工业储量，万 t； S井田的倾斜面积，km2；

42、M煤层的厚度， 6.30 m； 煤的容重，1.50 t/m 3； 面积 S 的确定 （网格法） 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 20 - 由网格法得：本矿井共计 65 个网格。 故井田投影面积： S=65500500=1625() 井田工业储量 Zg= SM 3#煤 Zg1=16256.31.515356.25（万 t） 9#煤 Zg2=16251.521.53705（万 t） 15#煤 Zg3=16252.511.56118.125（万 t） 所以： Zg=21822.125（万 t） 工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探厚度与

43、质量均合乎开 采要求，目前可供利用的列入平衡表内的储量，即 A+B+C 级储量。 2.2.2 矿井可采储量 1.计算可采储量时，必须要考虑以下储量损失： 1)工业广场保护煤柱； 2)井田边界煤柱损失； 3)采煤方法所产生煤柱损失和断层煤柱损失； 4)建筑物、河流、铁路等压煤损失； 5)其它各种损失。 2.各种煤柱损失计算 1)边界煤柱 井田边界长度 8050 m，取边界煤柱 30 m。则：面积 s=805030=24.15（万 m2） 则边界煤柱损失为： 3#煤 Zb3 =24.156.31.5228.2175（万 t） 9#煤 Zb9 =24.151.521.554.6998（万 t） 15

44、#煤 Zb15=24.152.511.590.9248（万 t） 合计： P1=24.1510.331.5=373.8961（万 t） 2)风化带煤柱 风氧化带长 8700 m,取风氧化带煤柱 20 m，则：面积 S=870020=17.4（万 m2） 则风氧化带煤柱损失为： 3#煤 Zb3 =17.46.31.5 164.43 （万 t） 9#煤 Zb9 =17.41.521.539.672 （万 t） 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 21 - 15#煤 Zb15=17.42.511.565.51 （万 t） 合计： P2=17.

45、410.331.5=269.612 （万 t） 3)工业广场压煤 井口附近要有一定范围用以布置工业场地，其中包括：主副井生 产系统、建筑物与结构物。查煤炭工业设计手册 ，大型矿井工业 广场占地面积为（0.8-1.1）104/10 万 t。 本矿井设计生产能力为 150 万 t/a，则工业广场占地面积为 1.5105， 工业广场矩形布置，取走向 450 m，倾向 330 m，所以 工业广场实际占地面积 1.485105。 由地质资料知： 东曲矿井 3 号走向移动角为 =75，上山移动角为=75， 下山移动角为 =-0. 8=72.6，表土层移动角为 =45。 工业广场位置大致在井田的中央：根据本

46、矿地质资料，表土层厚 度约为 035.01 m，表土层厚度平均 15 m，煤层倾角平均 2.56 度为 近水平煤层 井筒穿煤层时，见煤深度 3#煤： H3=64 m 9#煤： H9=115 15#煤： H15=146 m 矿井工业广场保护等级为 1 级，围护带宽度取 20 m，则占地面 积为：470350 m2 ba a b A(q3) B(q2) D(k2) n2m2n m k q +750 +725+700 - +700 +750 k3q3 k2q2 k1 q1 C(k3) dc d c n2 m2 n1 h m1 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业

47、设计届毕业设计 - 22 - 图图 2-12-1 工业广场煤柱计算示意图工业广场煤柱计算示意图 所以，根据工业广场煤柱计算示意图、计算公式，得各煤层工业 广场煤柱损失为： S=hcot=15cot45=15（m） 3#煤： q=(64-15)/(tan72.6+tan2.56) =15.14(m) l=(64-15)/(tan75-tan2.56) =15.57(m) l=(64-15)/tan75 =13.31(m) 倾向长度 a=l+q+2s+470 =15.57+15.14+30+470 =530.71(m) 走向长度 b=2*( l+s)+350 =2*(13.13+15)+350 =

48、406.26(m) 由上所述知，工业广场煤柱可近似为矩形： 压煤损失为 Zb3= 530.71406.266.31.5 tantan hH q A tantan hH l B tan 1 hH l A tan 2 hH l B cot hs 太原理工大学成人教育学院太原理工大学成人教育学院 20142014 届毕业设计届毕业设计 - 23 - =203.7479（万 t） 9#煤：q=(115-15)/(tan72.6+tan2.56) =30.9(m) l=(115-15)/(tan75-tan2.56) =27.12(m) l=(115-15)/tan75 =26.79(m) 倾向长度 a

49、=l+q+2s+470 =30.9+27.12+30+470 =558.02(m) 走向长度 b=2*( l+s)+350 =2*(26.79+15)+350 =433.58(m) 由上述所知，工业广场煤柱可近似为矩形： 压煤损失为 Zb9= 558.02433.581.521.5 =55.1637（万 t） 15#煤： q=(146-15)/(tan72.6+tan2.56) =40.485(m) l=(146-15)/(tan75-tan2.56) =35.53(m) l=(146-15)/tan75 =35.1(m) 倾向长度 a=l+q+2s+470 =40.485+35.53+30+470 =576.01