刘怀艳毕业设计全文打印.doc

目 录 一般部分一般部分 1 矿区概述及井田地质特征 ..............................................1 1.1 矿区概述.........................................................1 1.1.1 交通位置.....................................................1 1.1.2 自然地理概况.................................................1 1.1.3 矿井建设的外部条件...........................................2 1.2 井田地质特征 .....................................................3 1.2.1 勘探程度.....................................................3 1.2.2 地层.........................................................3 1.2.3 地质构造.....................................................4 1.2.4 水文地质.....................................................4 1.3 煤层特征.........................................................5 1.3.1 煤层.........................................................5 1.3.2 煤的特征.....................................................5 1.3.3 开采技术条件.................................................6 2 井田开拓 ............................................................8 2.1 井田境界及可采储量...............................................8 2.1.1 井田境界 .....................................................8 2.1.2 井田储量.....................................................8 2.1.3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 ........................12 2.2 井田开拓 ........................................................13 2.2.1 井田开拓的基本问题 ..........................................13 2.2.2 井筒形式确定................................................14 2.2.3 工业广场及井筒位置 ..........................................15 2.2.4 开采水平的确定 ..............................................15 2.2.5 大巷和井底车场的布置........................................15 2.2.6 矿井开拓方案比较............................................16 2.2.7 矿井的基本巷道..............................................20 2.3 井下运输 ........................................................29 2.3.1 概述 ........................................................29 2.3.2 带区运输设备选型 ............................................30 2.4 矿井提升........................................................34 2.4.1 概述........................................................34 2.4.2 主副井提升..................................................34 3 采煤方法即采区巷道布置 .............................................37 3.1 煤层地质特征....................................................37 3.1.1 煤层的埋藏条件 ..............................................37 3.1.2 带区煤层特征................................................37 3.1.3 地质构造....................................................37 3.1.4 顶底板特性..................................................37 3.1.5 水文地质 ....................................................37 3.1.6 地表情况 ....................................................38 3.2 带区巷道布置及生产系统 ..........................................38 3.2.1 带区准备方式的确定 ..........................................38 3.2.2 生产系统 ....................................................39 3.2.3 带区内巷道掘进 ..............................................39 3.2.4 带区生产能力及采出率 ........................................40 3.3 带区车场及主要硐室 ..............................................41 3.3.1 带区车场设计 ................................................41 3.3.2 带区主要硐室 ................................................41 3.4 采煤方法........................................................43 3.4.1 采煤工艺方式 ................................................43 3.4.2 确定采煤工艺方式 ............................................43 3.4.3 采煤工艺方式................................................44 3.4.4 回采巷道布置................................................48 4 矿井通风 ...........................................................50 4.1 矿井通风系统选择................................................50 4.1.1 矿井地质概况 ................................................50 4.1.2 开拓方式 ....................................................50 4.1.3 开采方法 ....................................................50 4.1.4 变电所、充电硐室、火药库 ....................................51 4.1.5 工作制、人数 ................................................51 4.2 矿井通风系统的确定 ..............................................51 4.2.1 矿井通风系统的基本要求 ......................................51 4.2.2、矿井通风方式的选择.........................................51 4.2.3.确定矿井通风方法............................................53 4.2.4 带区通风系统的要求 ..........................................54 4.2.5、工作面通风方式的选择.......................................54 4.3 矿井风量计算 ....................................................55 4.3.1 矿井风量的计算原则 ..........................................55 4.3.2 总风量的计算................................................56 4.3.3 矿井风量分配................................................58 4.4 掘进通风........................................................59 4.4.1 掘进通风方法的选择..........................................59 4.4.2 掘进通风量..................................................60 4.4.3 掘进工作面设备选择..........................................60 4.5 全矿通风阻力的计算 ..............................................62 4.5.1 矿井最大阻力路线 ............................................62 4.5.2 矿井通风阻力计算 ............................................67 4.5.3 矿井通风总风阻..............................................72 4.5.4 矿井通风等积孔..............................................72 4.5.5 矿井通风系统的分析与评价....................................72 4.6 矿井主要通风机选型..............................................73 4.6.1 矿井自然风压的计算..........................................73 4.6.2 通风机的选择................................................73 4.6.3 电动机的选择................................................77 4.6.4 对矿井主要通风设备的要求 ....................................78 4.6.5 对反风、风峒的要求 ..........................................78 4.7 矿井反风措施及装置..............................................78 4.7.1 矿井反风的目的和意义 ........................................78 4.7.2 矿井反风设施的布置..........................................79 4.7.3 对矿井通风设备的要求........................................79 4.8 概算矿井通风费用 ................................................80 5 矿井安全技术措施 ...................................................82 5.1 矿井火灾........................................................82 5.1.1 矿井自然发火概况............................................82 5.1.2 矿井自然发火分析............................................83 5.1.3 防止煤层自燃发火的预报及监测措施............................84 5.1.4 防灭火措施..................................................85 5.2 矿井瓦斯........................................................89 5.2.1 矿井瓦斯地质条件............................................90 5.2.2 矿井及采区瓦斯涌出概况......................................91 5.2.3 矿井瓦斯防治措施............................................91 5.3 井下防治水措施 ..................................................94 5.4 避灾路线........................................................94 参考文献 ...........................................................96 专题设计部分 .........................................................98 英文原文 ............................................................119 中文译文 ............................................................127 参考文献 ...........................................................132 致 谢 ..............................................................133 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.11.1.1 交通位置交通位置 永城矿区陈四楼井田位于河南省永城市境内，行政区属于永城市城厢、陈集、 顺和三个乡，井田中心南距永城市区 8km。地理坐标为东经 11622′20〞，北纬 3000′35〞。 矿区北靠陇海铁路，东临京沪铁路，青（青龙山）阜（阜阳）铁路从矿区东 南约 20km 处穿过，西有京九铁路商阜段。永城县城距商丘车站 95km，距徐州车站 97km，距宿州车站 74km，其间均有柏油公路相连。区内主要村镇之间亦有简易公 路相通，交通运输十分便利。 （见图 1.1） 山东 河 南 江 苏 黄 海 商丘 永城 徐州 夹河 寨 连云港 淮安 南京镇江 常州 无锡 苏州 上海 南通 宣城 铜陵 芜湖 格溪 口 合肥 水 家 湖 蚌埠 阜阳 样集 夏邑 青 龙 山 邳县 骆马 湖 宿迁 清江市 宝应 博州 安徽 陈家集 芦苓 海 青町 唐 州 漯 阜 线 陇 线 京 杭 运 河 淮北矿 务局 淮南 矿务 局 青 阜 线 宿县煤田 津 线 阜 淮线 淮 南 线 长 江 白唐 淮 北京 郑州 永城矿区陈四楼矿 图图 1.11.1 永城矿区交通位置图永城矿区交通位置图 1.1.21.1.2 自然地理概况自然地理概况 井田位于黄淮冲积平原东部，地势低洼平坦，自西北向东南微微倾斜，地面 标高 32.4936.50m，一般为 3235m 之间，相对高差 3m 左右。地表广为巨厚的新 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 2 页 生界松散冲积物所覆盖。 区内地表水系不甚发育，仅有淮河支流沱河在井田南部 2km 处流过，井田内 用于灌溉的沟渠纵横交错。沱河发源于商丘市东北之响河，向东南流入安徽省的 新汴河，全长 120km，其流量受大气降水控制，年平均流量 12 m3/s，有记载的最 大流量 384 m3/s。 本区属半湿润，半干旱的大陆性气候，冬春干旱，夏秋雨多，四季分明。 据永城市气象站资料 气温19741984 年观测，月平均最高气温 2639℃（７月份） ，最低-0.32℃， 年平均 14.3℃。日最高气温 41℃（1959 年 7 月 30 日） ，最低-19℃（1957 年 2 月 21 日） 。 降雨量最大降雨量 1022.5mm （1977 年） ，最小为 630.4mm，年平均 813.6mm；日最大降雨量 207mm（1957 年 7 月 14 日） ，一次最大降雨量为 443.4mm（1965 年 7 月 5 日 18 日） 。 蒸发量历年最大蒸发量 1985.7mm（1978 年） ，最小 1603.2mm（1975 年） ， 平均 1745.4mm. 相对湿度平均 6873.16％。 冬春季多西北风，夏季多东南风偶有东北风，最大风速 18.3m/s。 每年 12 月至下年 3 月为降雪和冰冻期，最大冻土深度 19cm。 据中国地震烈度表载，本区属六度地震区。河南省地质局受永城煤炭工 业联合公司委托，提出“永城县地震基本烈度鉴定意见书” （（８４）豫震烈字第 ００２号文） ，该文在分析了地质构造及本区地震史之后，认为“本区不可能发生 六级左右地震，主要是受邻区强震影响，其地震基本烈度六度是适宜的” 。又提出 “鉴于永城煤炭储量丰富，现已投入建井，将来发展远景可观，据此建议，对特 别重要的工程和建筑物可提高一度设防。 ”煤炭部基建司对陈四楼矿井方案设计审 查意见明确“建筑物地震烈度均按六度设防，但对六大要害系统按七度的构造 措施设计。 ” 1.1.31.1.3 矿井建设的外部条件矿井建设的外部条件 矿井工业场地至矿区集配站的铁路专用线正线里程 15.86km 将与矿井同步建 设。新、老两条永砀公路，分别自工业场地两侧经过，将矿井工业场地与铁路干 线和土产材料产地连通，交通条件较好。 矿井永久电源，由永城 220 Kv 变电站供给。由地方集资兴建的永城市 110Kv 变 电站，可作为本矿井建井期的施工电源。为确保施工安全，另一回电源可取自新 庄矿井。矿区热电站应尽快建设。 经初步勘探证实，上第三系孔隙承压水，无论其水量和水质均可满足本矿井 永久水源的要求。 矿区北部的芒山生产白灰、石子、料石等土产材料。由国家统一分配的水泥、 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 3 页 钢材、木材等亦可通过公路运至本矿。矿井建设的外部条件比较落实、可靠。 1.2 井田地质特征 1.2.11.2.1 勘探程度勘探程度 本井田自 1957 年普查找煤开始，至 1986 年 4 月提交精查地质报告，历时 30 年，共施工钻孔 283 个，平均每平方公里近 3.9 个钻孔，钻探工程量 152372.67m， 全国储委煤炭专业委员会于 1986 年 5 月 24 日至 2 7 日对该报告进行了审查， 地质 11 队根据审查意见，对报告进行了修改补充，于 7 月 22 日送交煤委复查。 1986 年 8 月 27 日获正式批准。 该井田地质勘探工作基本符合煤炭资源地质勘探规范的规定，勘探手段 的确定基本合理，报告对井田地质构、地层、煤层、煤质、水文地质及开采技术 条件等方面的研究，基本上达到了精查勘探的要求。 正式批准后的井田精查地质报告可作为矿井设计和建设的依据. 1.2.21.2.2 地层地层 永城煤田为华北型沉积，地层分区属华北区、鲁西分区、徐州小区的范畴。 本井田无基岩出露，全部被新生界冲积层所覆盖，缺失上奥陶统至下石炭统、三 迭系至第三系古新统两段。钻探揭露的基岩地层上至石千峰组（平顶山砂岩，下 至中奥阳统马家沟灰岩，厚度 1100m。自下而上叙述如下 1、中奥陶统马家沟组O2m，由白云质灰岩、灰岩组成，井田内揭露厚度 3040.20m。 2、石炭系C23，假整合于中奥陶统之上 中统本溪组C 2b，由铝质泥岩及山西式铁矿组成，厚度 222m。 ，平均 8.7 8 m；上统太原组（C 3t，由 911 层薄至中厚层状灰岩和泥岩、砂质泥岩及粉、细 砂岩组成，间夹不可采煤层 3 5 层，厚度 93164m，平均 133 m； 3、二迭系P，揭露厚度 961.2m， ，下统齐全，上统 K6 标志层以上多被剥蚀 山西组（P1s，厚度 89.94131.78 m，平均 106.43m，由泥岩、砂质泥岩、砂 岩及煤层组成。二2煤层斌存于中部，下以 K3 灰岩标志层顶界与石炭系分界，上 以 K4 鮞状铝质泥岩底界与下石盒子组分界； 下石盒子组（P1x，厚度 48.63112.27m，平均 74.92m，由泥岩、砂质泥岩、 砂岩及三煤组组成，以 K5 砂岩标志层底界与上石盒子分界； 上石盒子组（P2s，钻孔穿见厚度 728.98 m，共分四段，每段底部都以一层稳 定的砂岩标志层相分界K5K9，，其岩性组成也是以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及 砂岩为主，不含具有工业价值的煤层。 4、新生界Rz 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 4 页 井田内覆盖层中，仅有上第三系和第四系，缺失下第三系。厚度 300430m。 平均 333.73 m，由粘土、亚枯上、亚砂土及中、细、粉砂交互成层。上第三系为 河湖相沉积，直接覆盖于古生界之上。 1.2.31.2.3 地质构造地质构造 1、褶曲 井田内褶曲较少。 2、断裂 井田内断裂构造较少，均为正断层。其中 F39 断层沿煤层倾向将井田一分为 二，F39 断层落差在 040m。 1.2.41.2.4 水文地质水文地质 1、含水层及隔水层特征 自上而下分为四个含水组 （1）新生界孔隙含水组区内松散地层沉积为冲积及湖积，其厚度受古地形 影响而东薄西厚、南薄北厚。含水砂层一般为 1 12 层，平均总厚 86.34m，浅部 以大气降水垂直渗入为主，中部及深部以水平侧向渗透为主。属孔隙承压水， q0.0047.0t/sm ，K0.623m/d。含水砂层之间及其与基岩之间有厚度比较稳 定的枯土层，形成天然的隔水屏障，局部地段与基岩处有透镜状砂层，即所谓 “天窗” ，对浅部开采会具有一定影响。 （2）二迭系砂岩裂隙，孔隙含水组主要由上、下石盒子组及山西组砂岩裂 隙孔隙承压水组成。其补给方式以水平侧向渗透补给为主，渗透能力差，富水性 弱，迳流滞缓，以静储量为主，易于疏干。q0.1213t/sm ，K0.5683.91m/d，水质类型为 SO 4-Nα 型。 （3）石炭系灰岩岩溶裂隙含水组主要含水岩层为石灰岩11 层，次为砂岩。 灰岩以 L2，L3，L4，L7，L8，L9，L10七层比较稳定，岩溶裂隙比较发育，但多被泥质或 钙质充填。 （4）奥陶系岩溶裂隙含水组区域范围内，在安徽省闸河煤田东西两侧出露， 本煤田仅在芒山有局部出露。岩溶发育，富水性强。 2、井田水文地质条件 本井田水文地质类型为中等简单，其主要依据是 （1）直接充水含水层，三煤层和二煤层顶板砂岩含水性弱，单位涌水量一般 小于 0.01t/sm，本应为简单类型，但 F18 以北存在太原组灰岩补给； （2）上覆新生界含水层与基岩界面之间有厚度大于 30m 的粘土层阻隔，正常 地段对煤系地层无充水作用； （3）下覆太原组灰岩含水层与二2煤层之间有砂岩和泥岩组成的隔水层，厚 度在 50m 以上，正常地段二2煤层的开采不存在底板突水的威胁； （4）井田内断层富水性及导水性弱 q0.001t/sm； 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 5 页 （5）主采煤层顶底板岩层稳定； （6）矿床远离地表水体。 3、矿井预计涌水量 井田南部和西部均以断层构成阻水边界，东部煤层露头与粘土隔水层相接， 只有北界 F11 断层使二2煤与对带太原组灰岩相接，可视大弱补给边界。 采用“集水廊道”法计算，矿井预计正常涌水量 894 m3/h （其中K5砂岩 328 m3/h.，三煤组 291 m3/h，二煤组 275m3/h；最大涌水带 1627m3/h。 1.3 煤层特征 1.3.11.3.1 煤层煤层 井田内含煤地层自下而上为石炭系上统太原组、二迭系下统山西组，下石盒 子组及二迭系上统上石盒子组。共含煤 1720 层，煤层总厚 13.85m。其中有经济 价值的为下二迭统的山西组及下石盒子组。 该两含煤地层总厚度平均 181m，煤层 总厚 10.42m，含煤系数 58。其中山西组的二2煤层为主要可采煤层，下石盒子组 中可采和大部可采的煤层有三1、三 22、三 4三层。见表 1-1 二2煤层为一稳定较稳定、结构简单（偶含泥岩夹歼一层的厚煤层，全区稳 定可采，为本设计主要考虑可采煤层。 三1煤层，层位稳定，平均厚度卫 1.30m，其可采范围集中在 08 线以南。04 线以南以单层结构为主，以北渐变为双层结构，未受岩浆岩破坏。 三 22煤层，较稳定，平均厚度 1.5m，受岩桨岩破坏范周约占十分之一，从南 向北由单层结构渐变为双层至三层结构。 三4煤层为一较稳定不摇定煤层。在可采范围内平均厚度约为 1.6m，单层与 双层结构的穿见层次基本相等，受岩浆岩影响的范围约占三分之一，煤层变质为 天然焦，而且结构变得复杂。 1.3.21.3.2 煤的特征煤的特征 各煤层均为高变质阶段的年青无烟煤。二2煤层低灰分，特低硫、磷，高发热 量；理论分选比重 1.7 时，可选性为易选至极易选；化学活性好；抗碎强度及热 稳定性中等，可作动力及民用煤，亦可用于气化。 三煤组各煤层煤质的共同点是，中至富灰分（三1煤为富灰） ，特低硫、磷， 高熔点，中至高发热量；理论分选比重 1.7 时，可选性中等；化学活性一般不佳； 热稳定性差中等；强结渣，不易磨。可作动力、发电及民用煤。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 6 页 表表 1.11.1 各煤层情况表各煤层情况表 煤质 煤层 名称 煤层厚度 最小最大 平均 原煤灰分 Ad 挥发分 vdaf 原煤全硫 St，d 发热量 QGr，dafmj/ kg 煤种 牌号 20.9610.970.5933.93 21.098.440.5433.60三4 0-2.19 1.6 31.396.330.4330.65 贫、 无烟、 天然 焦 23.9715.800.5635.41 20.881.100.7233.75 21.218.520.5933.59 三 22 0-2.90 1.5 31.397.850.7828.85 瘦、 贫、 无烟、 天然 焦 25.0414.800.4835.73 21.3911.220.6633.94 21.218.480.5834.43 三1 0-5.78 1.3 25.966.550.8429.40 瘦、 贫、 无烟、 天然 焦 15.9010.270.4834.37 13.798.130.5134.67二2 5.50-6.65 6.0 23.987.120.6732.46 贫、 无烟、 天然 焦 1.3.31.3.3 开采技术条件开采技术条件 1.煤层顶底板 二2煤层顶板以砂岩为主，完整性和稳定性较好，顶板较易管理，底板一般不 会发生“底鼓” ；三煤组各可采煤层由于层间距小，砂岩厚度薄且稳定性较差。 2.瓦斯 井田内瓦斯含量普遍较低，一般小于 1cm3/g ；由于构造和岩桨岩的热力作用， 仅个别点有富集现象（二2煤层 6707 孔 6.56 cm3/g ，6919 孔 3.49 cm3/g ） ；瓦 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 7 页 斯风化带分布很广很深，除个别富集点之外，都属瓦斯风化带，直至-800m 以深。 一般认为，瓦斯风化带界面处的相对瓦斯涌出量为 2 m3/td 左右。二2煤层相对 瓦斯涌出量为 2.0 m3/td 3.煤尘无爆炸性到具弱爆炸性。 4.各煤层均无自然发火倾向。 5.地温 二2煤层在-650 m 以深，除 63 至 65 线范围地温低于 31℃，其余均高于 31℃， 属一级热害区；三2煤层仅在 0312 孔至-650m 以深出现小范围的一级热害区。井 田内其余地段地温均属正常 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 8 页 2 井田开拓 2.12.1 井田境界及可采储量 2.1.12.1.1 井田境界井田境界 “永城矿区总体设计”及井田精查地质勘探所确定的井田境界为东起二2煤 层露头线，西至 F2 及 F9 断层；北起 F11 断层，南到 F6 断层与城郊井田为邻。井 田南北走向长 12km ，东西宽平均 6km，井田面积约 73 km 2。本次设计作者在原 图上取一块南北走向长约为 7km，东西宽约 4km，面积为 28 km 2部分作为设计对 象，如图 2.1。 2.1.22.1.2 井田储量井田储量 1. 全矿井工业储量的具体计算 根据煤层分布的情况把煤层分为 A，B，C，D，E，F，G，H，I，J 十个部分， 根据其对应情况，如图 2.1。 各块段地质资源量的计算公式为 cos/ZSMr 式中地质资源量，万 t；Z 块的面积，； S 2 m 煤层厚度，m； M 煤层容重，取 1.4 t/； r 3 m 块段煤层的倾角，。  矿井地质资源量计算详见表 2.1 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 9 页 3944200039442500 3944300039441500 39443500394450003944450039444000 3763000376350037640003765000 3765500376650037670003766000 -720 -740 -660 -560 -520 -500 -640 -600 -480 -740 -700 -720 -560 -540 -660 -420 -380 -360 -340 -400 -580 -420 -400 -340 -320 -380 -460 -640 -420 -580 -520 -500 -480 -460 -440 -380 -600 -580 -560 -620 -520 -560 -540 -520 -500 -460 -440 -760 -540 F39 △H0-30m -680 -780 -800 -700 -680 -720 -700 -760 -800 -440 -480 -400 -680 -580 -560 -340 -320 6801 1004 6708 0907 6802 1019 7616 6706 6603 0804 0810 1003 6707 0803 6504 6505 0707 0706 0703 0605 0614 0609 6309 0510 0517 0505 0402 0408 0410 6507 0808 0905 6.05 36.43 -542.96 -572.28 34.79 6.07 -649.99 34.36 6.15 -675.66 34.605.96 -461.68 34.57 6.15 -502.26 35.16 5.99 34.96 -472.43 34.84 5.89 -444.29 34.74 6.14 -433.80 32.79 6.15 -409.35 6.20 -420.73 34.80 6.03 -618.44 34.51 5.95 6.33 34.43 -728.60 -441.42 34.42 6.16 -519.31 34.565.95 -435.08 34.72 5.98 -407.76 34.68 5.99 -513.49 34.34 5.93 -583.31 34.34 5.95 -531.31 34.69 6.20 -441.36 34.44 6.00 -454.82 34.345.87 -483.59 34.71 6.20 -581.99 34.26 5.95 -645.37 34.13 6.00 -677.10 34.15 6.03 -712.69 34.16 4.05 -734.73 34.08 6.12 -738.34 34.72 6.15 -654.12 34.08 6.10 -542.72 35.06 5.97 -636.85 33.94 6.06 6.10 -730.14 33.81 6.30 33.80 -810.50 34.48 -603.49 5.98 -522.18 34.62 6.20 -583.