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煤矿毕业设计说明书
河北工程大学毕业设计(论文)任务书
姓名 刘忠宇 专业 采矿工程
设计(论文)起止日期2012年3月19日 至2012年6月10日
设计(论文)题目 云驾岭一矿井设计
内容及要求:
1、
云驾岭一矿井设计的主要任务包括:
计算矿井储量;确定矿井生产能力和服务年限;确定矿井开拓开采方案;设计采煤方法和回采工艺;矿井运输、提升、通风和排水方案设计并进行相关计算。
2、
编写矿井新井设计说明书(不少于6万字)或专题论文(不少于3万字)。
3、
按比例绘制方案设计图(6~7张)。
其中1张必须手绘,其他计算机绘图。
4、
设计说明书一般按大纲的章节编写,各章重新开页。
编写说明书必须计算准确,制表清晰,插图美观,做到文字说明和所绘制的图表密切配合。
说明书严格按照《河北工程大学毕业设计撰写基本要求》中的规定排版和打印。
5、
设计图纸应按照国家和行业标准绘制,图中的设计内容、比例等应符合设计大纲的要求,平面图和剖面图应相互对应。
指导教师
系主任
院长
2012年3月2
摘要
这次毕业设计我们所做的是云驾岭一矿新井设计。
它包括井田地质、开拓、开采、运输、提升、通风、排水以及其它几个方面。
云驾岭一矿新井设计主要包括以下几部分:
1.井田概述。
矿井的地质、地理位置、煤层等基本情况的概述。
2.井田开拓。
矿井井田内的可采储量,矿井生产能力及服务年限的确定。
以及水平的划分,井筒位置的确定,经济比较部分,采区的划分,井底车场线路计算,硐室布置等部分。
3.采区设计及开采方法。
主要介绍采区的设计、开采的技术和技巧、采区巷道布置及回采系统的构成以及采区各峒室的布置和采区的工作制度。
4.矿井生产中的提升、运输、通风、排水方式的确定及其所用设备额选型计算与相关的硐室布置等。
为了实践并且把这四年所学的知识转化成为真正的成果,针对云驾岭一矿的实际情况我提出了多种开采方案和设想。
例如,长壁工作面采煤法在开采缓倾斜煤层的过程中,在老顶周期性跨落和其它因素的影响下,采用沿空掘巷的方式进行回采、掘进和维护。
另外,本设计是我的一个初步浅显的设计,在设计中引用方法也一定存在问题,请各位老师批评指正。
并且本设计采用AutoCAD2006辅助设计,减少了绘图的困难并且增加了图纸的可读性。
真心感谢高永格院长和郝彬彬老师在设计中给予我的认真指导,让我学到了很多,我会继续努力学习,不断丰富自己。
谢谢!
关键词:
地质开拓;采煤方法;通风;瓦斯;排水;
Abstract
ThisgraduationdesignisaboutthenewmineplanningforYunjialingcoalmine,whichisacoalminebelongingtoJizhongEnergyGroup.Itinvolvesthegeology,development,operation,transportation,haulage,ventilationanddrainage,amongotherrespects,inspecialterms;
1.Summaryofthemine,thischaptermainlyintroducestheposition,geologyandconditionsofthecoalseam.
2.Minedevelopment.Thischapterextrapolatesamongotherareas,reserve,servinglimits,workingsystem,spotofthedraft,selectionoflevel,furtherdriftofmine,paneldivisionandundergroundstation.
3.Designofminingdistrictsandretreatingtechnology.Thischapterexplainsthegeneralsituationoftheminingdistrict,technologyandtechniquesoftheworkingface,roadwaylayoutandoperationsystemintheminingdistrict,thedesignoftheminingdistrictstation,cavelayoutandtheschedulefordrainageandmininginthemainminingdistrict.
4.Operationalsystemofthemine,thischapterstatestransportation,haulage,ventilationanddrainagesystemsofthemineandtheselectionofequipmentusedinthesystemmentionedabove.
Inordertopracticeandreinforcethewealthoftheknowledgelearnedinthepastfouryears,Itrymybesttointroducevariousstate-of-the-artswhenrespectingthespecificsituationofBeipangcoalmine.Forinstance,longwallmineontheinclination,longwallminingonthestrikewithtopcoaldrawing,andamongothers,driftingandretaininggatewaysalonggoafarepreferredinthedesign.Inaddition,thedesignconnectsoperationalsituationofaminewithacollegestudent’sabilitytoelementaryscientificresearch.What’smore,ithasbeencompletedwiththeaidofAutoCAD2004,whichstreamlinedthedesignprocessdramaticallyandlessenedthehardnessofdrawingsignificantly.
第一章矿区概述及井田特征
第1.1节矿区概述
1.1.1井田地理位置与交通条件
云驾岭煤矿位于河北省武安市境内,南距武安市约5㎞,介于西湖与高村之间。
地理坐标:
北纬36°44′10″,东经114°08′04″。
西午铁路从井田西部通过,矿专用铁路线在上泉站与西午线接轨;矿井南部约2.0公里有“邯长”公路,东临“邢都”公路,交通比较方便。
云驾岭一矿交通图
第1.2节井田地质特征
1.2.1地质特征
本区基本为一单斜构造,以断裂为主,伴随有宽缓的波曲和火成岩的侵入,地层在第17勘探线以北近南北走向,向东倾斜。
17勘探线以南走向转为北东,向南东倾斜。
地层倾角15°~20°左右。
对2#煤回采影响最大的是断层。
该区断层大部分为高角度的正断层,断层倾角一般为65°~70°。
以断层走向论,大体上可分为两组,14勘探线以北除F12断层为北北西之外,其余均为北北东;南部多为北东向。
井田内大断层发育,落差大于30m的23条,大于20m小于30m的4条。
大断层密度2.8条/平方公里。
火成岩主要入侵煤层是7#、8#、9#,对2#煤基本没有影响。
该井田位于太行山脉与华北平原间的低山丘陵地带,武安盆地的西部,呈现山前过渡平原的地形特征,北洺河由西向东横穿井田中部。
河床两岸地形各异。
最高标高355.77m,最低标高246.87m,高差108.90m。
该区井田为全掩盖区,经钻孔地面调查及井巷工程的揭露,地层自老至新有:
奥陶系、石炭系、二迭系及新生界。
现由老至新分述如下:
1)奥陶系中统
灰、深灰色石灰岩及角砾状石灰岩、致密、质较纯裂隙发育。
2)中石炭统本溪组
本组主要为黑灰色、深灰色粉砂岩,夹5-6层薄层石灰岩,其中以伏青、大青、本溪三层较稳定、粉砂岩中含植物化石。
石灰岩中含海百合茎礁科等动物化石。
含煤10-14层可采及部分可采者有4、6、7、8、9等6层,局部夹落层细粒砂岩。
底部为一层含鲕粒铝土泥岩。
3)上石炭统太原组和山西组
主要为灰、浅灰、灰黑色中细粒砂岩及粉砂岩、粉砂岩含鲕状结构。
含煤2-3层。
1号煤及2号煤为可采和部分可采煤层。
1号煤和2号煤层位有火成岩侵入。
4)下石河子组
底部为深灰色中粒砂岩含云母碎片俗称骆驼脖砂岩厚度变化大,向上为灰、灰绿色粉砂岩及铝土质泥岩富含铁质鲕粒尤以上部更为发育具标志作用。
4)上石河子组一段
以灰,灰绿及紫花斑色含植物化石粉砂岩为主。
局部铝土质间夹数层灰,灰绿色中细粒砂岩,中上部有中性火成岩侵入。
5)上石河子组二段
以灰白色浅灰色中厚层状含砾砂岩2-3组,间夹暗紫色花斑色粉砂岩及灰色细粒砂岩底部砂岩一般较厚约40米,具磨圆度差,分选不良等特点,上部与中部火成岩侵入。
6)上石河子组三段
紫花斑色及绿灰色粉砂岩为主。
局部夹不稳定绿灰色中粒细砂岩,底部为一层中粗粒砂岩,在下部有中性火成岩侵入。
7)上石河子组四段
上部以紫红色粉砂岩为主颜色较深俗称"猪肝色"中部含2-3层绿灰色中厚层状含粒砂岩,多含肉红色及石底部常为一层粗粒砂岩,底部局部地段也有中性火成岩侵入。
8)石千峰组
以紫红色含钙质结核的粉砂岩为主。
局部为灰绿色夹紫色细粒砂岩薄层,底部常为一层含砂岩,本段上部剥蚀仅见泥灰岩以下一段。
9)新生界
主要为灰色,肉红色石英质,石灰质卵石及粘土,亚粘土组成。
厚度变化大,50米以上以卵石为主。
以下以粘土和亚砂土为主。
1.2.2地质构造
井田为单斜构造,以断裂构造为主,伴有宽缓的褶曲及火成岩侵入。
矿井地质构造复杂,井田地质类型为三类三型。
地层走向近南北,倾向向东或向东南倾斜,倾角10—30º。
断层基本为高角度正断层,断层面倾角一般60—70º,以NNE及NE为主,断层面一般不宽,井田南部断层较多且落差大,北部构造相对简单,大中型断层一般相互交叉或切割,落差大的切割落差小的。
小构造比较发育,走向与其邻近的大中型断层基本一致,但延伸不远即消失。
1.2.3水文地质
井田内含水层自下而上有奥灰强含水层,厚度大,富水性较强;大青灰岩含水层厚度5—6m,为较强含水层;伏青灰岩含水层厚度3.5m左右,为较强含水层:
野青灰岩含水层含水性差,一般不含水;山西组砂岩含水层厚7.0m左右,含水性弱到中等;上石盒子组细砂岩以上含水层厚度大于100m,虽含水性不强,但静储量比较大;第四系砂砾石层最厚94m,一般50—60m,富水性较强。
矿井正常涌水量340m³/h,且主要集中在井底车场附近P2S地层。
开采2号煤层主要受山西组2号煤层顶板砂岩水影响,因水量较小,影响不大。
矿井水文地质类型为中等。
第1.3节煤层特征
1.3.1煤层
本区石炭、二迭系煤系地层总厚度210m。
含煤11—16层。
煤层总厚度约15m,可采或部分可采煤层有1、2、4、6、7、8、9等七层。
其中以2、6号煤层为矿井主采煤层。
7、8、9号煤层为下组煤,因受奥灰水威胁,故暂不可采。
各煤层变质程度较高,煤种牌号为无烟煤。
1.3.2含煤性概述
本井田含煤地层主要为石炭系太原组和二迭系本溪组为主要含煤地层,总厚度为250米左右。
两组含煤14-16层。
厚度可达15米。
1)太原组
主要为灰、浅灰、灰黑色中细粒砂岩及粉砂岩、粉砂岩含鲕状结构。
含煤2-3层。
1号煤及2号煤为可采和部分可采煤层。
1号煤和2号煤层位有火成岩侵入。
2)本溪组
本组主要为黑灰色、深灰色粉砂岩,夹5-6层薄层石灰岩,其中以伏青、大青、本溪三层较稳定、粉砂岩中含植物化石。
石灰岩中含海百合茎礁科等动物化石。
含煤10-14层可采及部分可采者有4、6、7、8、9等6层,局部夹落层细粒砂岩。
底部为一层含鲕粒铝土泥岩。
1.3.3煤层分述
1)2号煤层
2#煤层赋存稳定,井田内全部可采。
巷道及钻孔揭露煤厚为2.19—5.34m,平均煤层厚度4.5m左右,属厚煤层,煤层结构复杂,中下部夹0.09—0.48m的黑灰色粉砂岩,煤层倾角10~30º。
上距1号煤15—20m,下距6号煤层36m左右。
2)6号煤层
6#煤为矿井可采煤层,煤层厚度3m,属较稳定薄煤层。
1.3.4井田煤质特征
该井田含煤11—16层,煤层总厚度约15m,可采或部分可采煤层有1、2、4、6、7、8、9等七层。
其中以2、4、6号煤层为矿井主采煤层。
1号煤和2号煤层位有火成岩侵入。
各煤层变质程度较高。
其中2#煤层,黑色,以镜煤为主,亮煤次之。
煤层厚度4.5m。
煤层结构复杂,中下部有一层夹矸,厚度0.08~0.82m,平均0.26m,夹矸岩性为粉砂岩,局部变相为炭质泥岩。
煤层普氏硬度1.8。
伪顶:
煤层上部有一层0.35m厚的粉砂岩伪顶,灰黑色,含炭质,泥质胶结,局部变相为炭质泥岩。
直接顶:
粉砂岩,厚度5.8m,灰黑色,含黄铁矿及云母碎片,局部变相为细粒砂岩。
老顶:
细粒砂岩,厚度4.8m,灰色,石英为主,长石次之,个别地段变相为中粒砂
底板:
粉砂岩,厚度3.3m,灰黑色,泥质胶结,含植物根部化石,具缓波状层理。
从各煤层煤质资料整理的结果,按照煤矿储量规范方案来看,挥发分个别低于10%,一般在10%-14%左右,其粘结性多为粉状和粘着,胶质煤层厚度为零,测定曲线类型皆为平滑下降,皆为贫煤。
煤的分带现象不甚明显,亦无一定规律。
1.3.5可采煤层的煤质指标特征
大煤层(2号煤)煤质的基本特征是水分较低,一般平均为0.86;灰分较高,一般在10.2-25.2;挥发分的含量稍低为0.4左右,在井田西部较高为0.5,因而大煤层属于低硫煤。
与此相反,含磷量较高为0.09,固定含炭量较低,发热量在8400-8500之间。
从煤的胶结性来看,收缩度XMM平均为11,而胶质层厚度为零,曲线类型为光滑下降,粘结性为粉状至粘着。
因此大煤的物理特性一般,呈金刚光泽或半金刚光泽,断口为半贝壳状。
煤岩条纹不甚明显,煤的比重为1.3-1.4。
野青煤胶结性来看,收缩度XMM平均为13,而胶质层厚度为零,曲线类型为光滑下降,粘结性为粉状至粘着。
因此野青煤也为贫煤。
煤的物理特性呈金刚半金刚光泽,断口为半贝壳状。
煤岩条纹不甚明显,煤的比重为1.4。
山青水分平均为0.94,灰分为21.3挥发分为13.7,固定炭为67.4,硫分2.55,磷分0.79,发热量平均为8324,煤的胶结性指数,收缩度XMM为8-17,胶结层厚度YMM为0,粘结性亦为粉状至粘着,煤的物理特性于野青相似,煤的比重为1.45,按主要指标挥发分在10-14之间皆为贫煤。
第二章井田境界及储量
第2.1节井田境界
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为:
(1)井田范围内的储量,要与煤层赋存情况、开采条件和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。
矿井北部以第一剖面线与郭二庄为界;南部以第13地质剖面线与上泉勘探区为界;西部以井田F4断层为界;东部以F22断层及—550m标高水平切各煤层为界。
井田以东为土山—云驾岭深部含煤预测区。
井田东西长7.2km,南北长4.5km,面积是32.4㎞2.
可采煤层为2号6号共2个煤层.
井田尺寸
井田南北宽约4.5km,东西长约7.2km,煤层的平均倾角约为9o。
井田的水平面积按下式计算:
S=H×L(2.1)
式中:
S——井田的面积,km2;
H——井田的水平宽度,km;
L——井田的平均走向长度,km。
则,井田的水平面积为:
S=4.5×7.2=32.4(km2)
第2.2节井田工业储量
本井田的储量是按块段结合等高线法计算的,其中的块段是以等高线,境界线,级别线,地质剖面线划分的。
平衡表内最小的可采厚度为0.7米,灰分小于40%。
对于厚度在0.5-0.6米及灰分在40-50%的煤层列在平衡表外,0.5以下的煤层不计入工业储量。
7、8、9号煤层为下组煤,因受奥灰水威胁,在目前的技术条件下暂不可采,故也不计入工业储量。
工业储量计算
块段的面积S必须采用真面积(即煤层斜面积)。
用煤层底板等高线上的水平投影面积换算成真面积。
储量计算公式:
Q=S×M×γ(2·1)
式中Q------储量(万t);
S------煤层水平投影面积(m2);
M-----煤层平均厚度(m);
γ------煤的容重(t/m3)。
井田的全部实际面积为:
S=30982588㎡
井田的地质储量为:
Q=S×7.5×1.6=37Mt
井田的可采煤层为2#6#煤,故其工业储量为3.7Mt
第2.3节井田可采储量
2.3.1井田煤柱留设
在本井田范围内,各类煤柱的留设原则为:
1.断层煤柱:
断层按其落差大小及对煤层的破坏程度而留设保安煤柱,落差≥50米者,两侧各留50m(水平距离),落差<50m(水平距离),两侧各留30m(水平距离),落差〈20m者,不留保安煤柱。
2.井田边界煤拄:
按50m(水平距离)留设。
3.三下保安煤柱设计时,边界角δ0=γ0=58°β0=58°-0.3α
移动角δ=γ=73°β=73°-0.6α
松散移动角45°
α-----煤层真倾角
4.在井田开采初期,由于工业广场范围内布置主、副井和其他相关的建筑,根据下表确定工业广场面积为100×160=16000m2,井田范围内的松散层大于100米,φ=40,经过计算,得工业广场保护煤柱为 m2。
其质量为16000×4.18×1.40=1352万吨
矿井工业场地占地指标表表2·2
井型
大型井
中型井
小型井
生产能力(万吨/年)
120、150、180、240
45、60、90
9、15、21、30
占地指标(公顷/10万吨)
0.8—1.1
1.3—1.8
2.0—2.5
井田边界的周长为22429米,边界煤柱宽为50米,所以边界煤柱为:
22429×50×7.5×1.6=1346万吨
西部的煤柱为:
4192×30×7.5×1.6=150万吨
东部上的煤柱为;
4094×30×7.5×1.6=145万吨
东部下的煤柱为:
4535×30×7.5×1.6=160万吨
保护煤柱的总量为:
1352+1346+150+145++160=3153万吨
2.3.2可采储量计算
可采储量为:
Q采=(Q工-P)(1-n)×K(2·2)
式中Q采-----可采储量;
Q工-----工业储量;
P-----永久煤柱;
n-----地质及水文损失系数,马家河煤矿取2.3%;
K-----设计采区回收率,2#煤取75%。
将各数值带入,得:
Q采=(37000-3153)×75%=25385万吨
第三章矿井生产能力、服务年限及工作制度
第3.1节矿井生产能力及服务年限
马家河煤矿的可采储量为25385万吨万吨,除去1.4储量备用系数,按设计生产能力计算矿井服务年限按设计生产能力300万t/年计算,
矿井服务年限
(3·1)
式中Z可-----矿井可采储量(万t)
A-----矿井设计生产能力(万t/年)
T-----矿井服务年限(a)
K-----储量备用系数,取1.4
代入数据,得
T=25385/(300×1.4)=60a
我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年表3.1
表2.2.5-1新建矿井设计服务年限
矿井设计
生产能力
(Mt/a)
矿井设计
服务年限
(a)
第一开采水平设计服务年限(a)
煤层倾角
<25°
煤层倾角
25°~45°
煤层倾角
>45°
6.0及以上
70
35
--
--
3.0~5.0
60
30
--
--
1.2~2.4
50
25
20
15
150.45~0.9
40
20
15
15
第3.2节矿井工作制度
根据有关规定,达到矿井设计生产能力时按年工作日300天,采煤为昼夜工作制,分四班工作,每班工作6小时。
三班出煤,一班准备,但在准备期间可在部分采区出煤。
第四章井田开拓
第4.1节概述
4.1.1地质构造
井田为单斜构造,以断裂构造为主,伴有宽缓的褶曲及火成岩侵入。
矿井地质构造复杂,井田地质类型为三类三型。
地层走向近南北,倾向向东或向东南倾斜,倾角10—30º。
断层基本为高角度正断层,断层面倾角一般60—70º,以NNE及NE为主,断层面一般不宽,井田南部断层较多且落差大,北部构造相对简单,大中型断层一般相互交叉或切割,落差大的切割落差小的。
小构造比较发育,走向与其邻近的大中型断层基本一致,但延伸不远即消失。
4.1.2煤层赋存状况
该井田含煤11—16层,煤层总厚度约15m,可采或部分可采煤层有1、2、4、6、7、8、9等七层。
其中以2、6号煤层为矿井主采煤层。
1号煤及2号煤为可采和部分可采煤层。
1号煤和2号煤层位有火成岩侵入。
7、8、9号煤层为下组煤,因受奥灰水威胁,故暂不可采。
各煤层变质程度较高,煤种牌号为无烟煤。
4.1.3水文地质情况
井田内含水层自下而上有奥灰强含水层,厚度大,富水性较强;大青灰岩含水层厚度5—6m,为较强含水层;伏青灰岩含水层厚度3.5m左右,为较强含水层;野青灰岩含水层含水性差,一般不含水;山西组砂岩含水层厚7.0m左右,含水性弱到中等;上石盒子组细砂岩以上含水层厚度大于100m,虽含水性不强,但静储量比较大;第四系砂砾石层最厚94m,一般50—60m,富水性较强。
矿井正常涌水量340m³/h,且主要集中在井底车场附近P2S地层。
开采2号煤层主要受山西组2号煤层顶板砂岩水影响,因水量较小,影响不大。
矿井水文地质类型为中等。
第4.2节开拓方式的确定
定井筒形式、位置、数目(包括主井、副井和风井方案的提出)
㈠确定井筒位置,数目。
选择井筒的位置应考虑如下原则:
1初期开采条件有利,储量可靠,井巷工程量省,建井工期短。
2井田两翼储量大致平衡,井下运输、通风、开采比较有利。
3要充分利用地形,少占地,少压煤。
4井口标高要高于历年最高洪水位。
5井筒应尽量避免穿过流沙层、含水层、较厚的冲击层,有煤和瓦斯突出危险的煤层。
6井底距奥陶灰岩要保持一定的安全距离。
7井底车场及主要硐室尽量布置在较稳定的岩层中,便于硐室的开掘和维护。
㈡对井下合理开采的井筒位置
1.井筒沿井田走向的位置
井筒沿井田走向的的有利位置以后应在井田中央。
当井田储量呈不均
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