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1、 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页 中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设 计 姓 名： 学 号： ： 4 学 院： 矿业矿业工程学院工程学院 专 业： 采采矿矿工程工程 设计题目： 开元煤开元煤矿矿 1.2 Mt/a 新井新井设计设计 专 题： 大采高综采煤壁片帮机理及其控制研究大采高综采煤壁片帮机理及其控制研究 指导教师： 忠忠 职 称： 副教授副教授 2012 年 6 月 8 徐州 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页 中国矿业大学毕业设计任务书 学院 矿业工程学院 专业年级 采矿工程 2008 级 学生姓名 任任务务下下达达日日期期：2012 年年 1
2、 月月 8 日日 毕业设计日期：毕业设计日期：2012 年年 3 月月 12 日日 至至 2012 年年 6 月月 8 日日 毕业设计题目：毕业设计题目： 开元煤开元煤矿矿 1.2Mt/a 新井新井设计设计 毕业设计专题题目：毕业设计专题题目：大采高综采煤壁片帮机理及其控制研究大采高综采煤壁片帮机理及其控制研究 毕业设计主要内容和要求：毕业设计主要内容和要求： 以实习矿井开元煤矿条件为基础，完成开元煤矿以实习矿井开元煤矿条件为基础，完成开元煤矿 1.2Mt/a 新井设计。主新井设计。主 要内容包括：矿井概况、矿井工作制度及设计生产能力、井田开拓、首采区要内容包括：矿井概况、矿井工作制度及设计生
3、产能力、井田开拓、首采区 设计、采煤方法、矿井通风系统、矿井运输提升等。设计、采煤方法、矿井通风系统、矿井运输提升等。 结合煤矿生产前沿，撰写一篇关于结合煤矿生产前沿，撰写一篇关于大采高综采煤壁片帮机理及其控制大采高综采煤壁片帮机理及其控制 研究研究专题论文。专题论文。 完成与采矿有关的科技论文翻译一篇，题目为完成与采矿有关的科技论文翻译一篇，题目为“Study on mechanism and practice of surrounding rock control of high stress coal roadway”，论文，论文 3303 字符。字符。 院长签字：院长签字： 指导教师签
4、字：指导教师签字： 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页 摘摘 要要 本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。 一般部分为开元煤矿 1.2Mt/a 新井设计，共分 10 章：1.矿区概述及井田地质特征；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 采区巷道布置；6.采煤方法；7.井下运输；8.矿井提升；9.矿井通风与安全技术；10.矿 井基本技术经济指标。 开元煤矿位于山西省晋中市境内，井田南部有石太铁路和太旧高速公路，交通十分 便利。井田走向（东西）最长约 4941.10km，最短约 3940.95 km 倾向（南北）长
5、平均约 5.5 km，井田水平面积为 25.45km2。主采煤层为 15下号煤层，平均倾角 8，厚约 2.5m。井田地质资源/储量为 114.26 Mt，工业资源/储量为 113.12Mt，设计资源/储量为 110.31 Mt，可采资源/储量 86.98 Mt，矿井服务年限为 55.77 a。井田地质条件简单。表土 层平均厚度 40 m；矿井正常涌水量为 140 m3/h，最大涌水量为 220 m3/h；煤层硬度系数 f=2.3，煤质为瘦煤、贫煤；矿井相对瓦斯涌出量为 6.69 m3/t，绝对瓦斯涌出量为 16.89 m3/min；煤层无自燃发火倾向，为 类不易自燃煤层；煤层无爆炸危险。 矿井
6、采用双立井单水平开拓，采用中央分列式通风。一矿一面，采煤方法为倾斜走 向长壁采煤法。煤炭运输采用钢丝绳芯胶带，辅助运输采用轨道运输。 矿井年工作日为 330 d，每天净提升时间 16 h。矿井工作制度为：实行“三八”制。 专题部分题目是大采高综采煤壁片帮机理及控制研究。 翻译部分是一篇关于矿井通风阻力与通风网络的论文，英文原文题目为：Mining subsidence- past, present, future 关键词：立井开拓；采区；倾斜长壁采煤法；大采高； 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页 ABSTRACT This design can be divided int
7、o three sections: general design, monographic study and translation of an academic paper. The general design is about a 1.2Mt/a new underground mine design of kaiyuan coal mine. It contains ten chapters: 1.overview and the geographical features of the mining field; 2.boundary and reserves of the min
8、ing field; 3.working system, designed mine capacity and mine life; 4.development of mining field; 5.preparation in strip district; 6.coal mining method; 7.underground conveying; 8.mine exaltation; 9.mine ventilation and safety technology; 10.the basic technical and economic index. Kaiyuan coal mine
9、lies in Yangquan, Shangdong province. As shitai railway and taijiu highway run across the southern part of the mining field, the traffic is very convenient. Its about 4.4km on the strike and 5.5 km on the dip,with the 25.45 km2 total horizontal area. The minable coal seams of this mine is 15 下 with
10、the average thickness of 2.5 , the average dip of 8. The geological resources/reserves of this coal mine are114.26 Mt, the proved resources/reserves are 113.12Mt Mt , the designed resources/reserves are 110.31 Mt and the minable resources/reserves are 86.98 Mt, with a mine life of 55.77 years.The ge
11、ological condition of the mine is relatively simple. The normal mine inflow is 140 m3/h and the maximum mine inflow is 220 m3/h. It is lean coal with low mine gas emission rate and coal spontaneous combustion tendency, and its a coal that has no dust explosion. This mine adopts vertical shaft develo
12、pment with one mining level and centralized ventilation. The adopted coal winning method is longwall mining to the dip or to the rise. The belt conveyor is applied to transport coal and track transport, is used in the auxiliary conveying. The workers work 330 days per year ,and exaltate 16 hours one
13、 day .The “three-eight” working system is applied for coal mining . The monographic study is Mechanism and Precaution of Rib Spalling among Caving Face with Large Mining Height in Soft Seam The translated academic paper is about Mining subsidence- past, present, future Keywords：vertical shaft develo
14、pment; strip district ; longwall mining to the dip or to the rise; great mining height 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页 目目 录录 第一篇第一篇 一般部分一般部分 1 1 井田概况及地质特征井田概况及地质特征1 1.1 井田概况1 1.2 地质特征3 1.3 煤层特征9 2 2 井田境界和储量井田境界和储量12 2.1 井田境界12 2.2 井田勘探12 2.3 矿井各类储量的计算16 3 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限矿井工作制度、设计生产能力及服务年限22 3.1 矿井工作
15、制度22 3.2 矿井设计能力及服务年限22 4 井田开拓井田开拓25 4.1 井田开拓的基本问题25 4.2 矿井基本巷道34 5 准备方式准备方式采区巷道布置采区巷道布置40 5.1 煤层地质特征40 5.2 采区巷道布置及生产系统41 5.3 采区车场及主要硐室46 6 采煤方法采煤方法48 6.1 采煤工艺方式48 6.2 设备51 6.3 顶板管理53 6.4 回采巷道布置61 7 井下运输井下运输63 7.1 概述63 7.2 采区运输设备的选择64 8 矿井提升矿井提升69 8.1 概述69 8.2 主副井提升设备选型69 9 矿井通风设计矿井通风设计74 中国矿业大学 2012
16、 届本科生毕业设计 第 2 页 9.1 矿井概况74 9.2 矿井通风系统和通风方式74 9.3 风量计算及分配81 9.4 全矿通风阻力的计算85 9.5 通风机选型88 9.6 矿井灾害防治措施93 10 设计矿井基本技术经济指标设计矿井基本技术经济指标 99 参考文献参考文献 101 第二篇专题部分第二篇专题部分 大采高综采煤壁片帮的机理和控制研究大采高综采煤壁片帮的机理和控制研究 1 1 绪论绪论103 2 大采高综采煤壁片帮机理大采高综采煤壁片帮机理104 3 影响煤壁片帮的因素影响煤壁片帮的因素 111 4 软煤工作面煤壁片帮实验模型的建立软煤工作面煤壁片帮实验模型的建立115 5
17、 软煤大采高综采煤壁片帮危害软煤大采高综采煤壁片帮危害119 6 预防软煤大采高综采煤壁片帮的措施预防软煤大采高综采煤壁片帮的措施120 7.结论结论 122 参考文献参考文献 123 第三篇第三篇 翻译部分翻译部分 Mining subsidence- past, present, future EXTENT OF PROBLEM - 1990 125 SUBSIDENCE EXPERIENCE AND THEORIES PRIOR TO 1890 125 STATUS IN 1890127 STATUS IN 1990129 HISTORIC SUMMARY130 NEEDS FOR TH
18、E 21ST CENTURY 130 1890 之前沉陷经验和理论之前沉陷经验和理论 132 1890 年地位年地位133 1890-1990 进展进展 133 1990 年现状年现状135 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页 一一 般 部 分 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页 1 1 井田概况及地质特征井田概况及地质特征 1.11.1 井田概况井田概况 1.1.11.1.1 交通位置交通位置 开元煤矿现矿井工业广场东距寿阳县城约 14 km，井田中部有寿阳段王运煤铁路专 用线，井田南部有石太铁路线，经寿阳东站可达全国。寿阳站通往全国各大城市里程见 表 1
19、-1。 表表 1-1 寿阳站通往全国各大城市里程表寿阳站通往全国各大城市里程表 地名石家庄北京秦皇岛连云港上海郑州西安 铁路1504338319881416562732里程 km公路16048575013501750570 307 国道从井田中部通过，太（原）-旧（关）高速公路从井田南部通过，交通十分 方便。交通位置图见图 1-1. 图 1-1 交通位置图 1.1.21.1.2 地形地貌地形地貌 井田位于寿阳、阳泉构造堆积盆地区的西北部，属黄土丘陵地貌，梁、峁比较发育 且平坦，沟谷多呈“U”字形宽谷、井田内大面积为第四系黄土及第三系红土所覆盖，冲 沟中有基岩出露，为石炭系太原组及二叠系上、下石
20、盒子组地层。井田地势总的趋势为 北阳 端山沟 洪子店 郭家铺 张庄 库黎 马山 巨城镇 王子沟 安卓 巴明 杜庄 闫庄 库城 老石 牛川 右拐村 马首 宗艾镇 开元公司 上门 松塔 太守镇 太原市 兰村 扬子镇 大成 多井 轩辕 于家村 李阳 孟县 阳西 西城 上社 娘子关 祁关 寿区 把牛 平定 昔阳 沾阑 郎梦 马坊 东阳 苑村 榆次 长与 笠花 白家庄 西阳镇 竹贴 阜平 积王 寿阳 旧街 阳泉市 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页 西高东低，北高南低，最高点在井田西南的寺儿沟，标高为 1247.3 m；最低点在井田东 南的寺庄，标高为 1062.7 m，最大高差为 1
21、84.6 m，一般相对高差多在 40-100 m 之间。 1.1.31.1.3 气象气象 井田地处黄土高原，气候干燥，昼夜温差变化大。降水量：平均年降水量为 505.41 mm，降水多集中在 6-9 月，7、8 两个月最多，多为暴雨常夹冰雹；蒸发量：平均年蒸发 量为 1754.16 mm,年最高达 2265.0 mm，年最低为 1483.8 mm；气温：年平均气温为 7.60，一月份最冷，平均-8.80，七月份最热，平均气温为 21.60 ；风向：风向夏季 为东南、冬季为西北；风速：年平均风速为 2.48 m/s，最大月平均为 3.9 m/s，最小月平均 为 1.0 m/s；霜期：初霜期 9
22、月中旬，终霜期为次年的 4 月中旬，长达 7 个月之久，全年 无霜期为 148 天；冻土深度：最大冻土深度为 1.10 m。 1.1.41.1.4 地震地震 按山西省城市（县城）地震基本烈度区划图，该区属七级基本地震烈度区。 1.1.51.1.5 电源条件电源条件 现矿井工业场地建有 35 kV 变电所，双回 35 kV 电源引自新元煤矿 110 kV 降压站。 风井工业场地两回 6 kV 供电电源,均引自开元矿 35 kV 变电所的 6 kV 不同母线段。 当其中任一回路发生故障时,另一回能担负风井全部负荷用电。 1.1.61.1.6 水文情况水文情况 矿区内的河流属黄河流域汾河水系。较大的
23、河为龙门河，自北西向南东流经井田中 部，为季节性河流。龙门河在白家庄与人字河汇合，向南东至寿阳县折向南西入潇河， 向西注入汾河。 1.1.71.1.7 水源条件水源条件 2000 年在矿井工业场地内已打一眼深井，通过抽水试验，各项指标均满足国家生活 及工业用水标准。 风井工业场地供水水源为水车送水或打浅井及利用矿井井下排水。 1.1.81.1.8 矿区工农业生产概况矿区工农业生产概况 该区以农业为主，农作物以玉米、谷子、豆类为主，此外种植一些经济作物，如蔬 菜、瓜果等。工业主要以是采矿、冶炼及建材为主。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页 1.2 地质特征地质特征 1.2.1
24、1.2.1 地层地层 井田位于沁水煤田西北隅，属掩盖半掩盖区，新生界地层广泛分布，基岩零星 出露于沟谷之内。地层由老到新依次为：奥陶系中统；石炭系中、上统；二迭系；第三 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页 系；第四系。 1）奥陶系（O） (1).中统上马家沟组（O2s） 厚度为 180.00325.00 m，平均厚度为 298.32 m。由浅灰、深灰色厚层白云质灰岩， 含泥岩，角砾状泥灰岩等组成，灰岩质纯致密，普遍具有不均匀岩化现象。 (2).中统峰峰组：（O2f） 厚度为 122.59238.30 m，平均厚度为 166.53 m,由灰、黑、浅灰色白云质灰岩，花斑 灰岩等组
25、成，下部含石膏条带，局部含星状黄铁矿。 2）石炭系 (C) (1).中统本溪组（C2b） 厚度为 29.9468.62 m,平均厚度为 47.97 m。主要由浅灰、灰色粉砂岩、砂质泥岩、 泥岩、铝质泥岩及 2-4 层石灰岩组成，夹浅灰色细粒砂岩及 2-3 层煤线。底部为透镜状分 布的山西式铁矿及 G 层铝土矿，与下伏地层平行不整合接触。 (2).上统太原组（C3t） 厚度为 104.11-134.21 m,平均厚度为 120.78 m。以 K1 砂岩连续沉积于本溪组之上， 由灰色、灰白色砂岩，灰黑色砂质泥岩、泥岩、深灰色石灰岩及煤层组成。石灰岩一般 有 4 层，自下而上依次为 K2 下、K2、
26、K3 及 K4 石灰岩。含煤 11 层，编号依次为 8、9 上、9、11、12、13、13 下、15、15 下、16、17 号，其中 8、9、15、15 下号 4 层可采。 3）二叠系（P） (1).下统山西组（P1s） 厚度为 48.2270.00 m，平均厚度为 60.00 m。由灰、灰白色中细粒砂岩，深灰、灰黑 色砂质泥岩、泥岩和煤层组成。底部以 K7 砂岩连续沉积于太原组之上。本组含煤 6 层， 编号依次为 1、2、3、4、5、6 号，其中 3、6 二层可采。 (2).下统下石盒子组（P1x） 厚度为 111.60133.14 m，平均厚度为 122.60 m。以底部 K8 砂岩连续沉积于山西组 之上，下部为灰黄、灰绿、灰黑色中细粒砂岩、砂质泥岩、泥岩、铝质泥岩等。组成 K8 砂岩为灰、灰白色粗-细粒砂岩。上部为灰、灰绿色、灰黄色中粗粒长石，石英砂岩夹紫 红色砂质泥岩、泥岩。顶部为 1-2 层铝质泥岩或含铝质泥岩，富含菱铁质鲕粒，风化后呈 鲜艳的紫红色斑块，俗称“桃花泥岩” ，可作为辅助标志层，与顶部的上石盒子组分界。 (3).上统上石盒子组(P2s) 厚度为 235.00438.45 m，平均厚度为 345.00 m，以 K12（狮脑峰砂岩）为界分为上 下两段。 下段(P2s) 自 K10 砂岩底至 K12 砂岩底。下部以黄