采矿毕业设计设计说明书 精品.docx
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摘要
矿井是一个复杂的动态系统,具有与其他工业不同的特点,其主要特点是地下作业,工作环境艰苦,自然条件复杂,因此通风和安全措施显得尤为重要。
全局而言,各煤田所处的经济地理位置不同,煤层地质条件多种多样,开采方法也就多种多样。
本次设计根据以上因素进行开拓开采设计,并选择多种开采技术进行对照比较。
设计针对桃园矿矿具体条件,内容包含:
井田概况及地质特征、通风设计、以及矿井安全技术措施。
井田概况主要包括矿区的地理、地形和交通;矿井的地理位置、井田范围;矿区的气象条件、地震烈度、电源和水源的概况;井田地质特征、煤层及煤质概况以及水文地质条件概况等。
通风设计主要包括矿井通风系统的选择、矿井所需风量的计算及分配、矿井南、北两翼容易时期、困难时期的通风阻力计算以及对通风设备的选择等。
关键词:
系统开拓通风
ABSTRACT
Themineisacomplicateddynamicsystem,havingremarkabledifferentcharacteristicsfromotherindustry,speakingofthepartialregion,apartfromsomeregionsadoptingopen-airminingorevenwayopeningupbecausethecoalseamburiesshalloworinthemountain,itsmaincharacteristicisworkingunderground,badworkingenvironment,sotheventilatingandthesafetymeasureisofparticularimportance.Onthewhole,wehavevariousminingmethodsbasedonthedifferenceofeconomicgeographicalposition,thevariousgeologicalconditionofthecoalseam.Theopeningupandminingdesignproceedsaccordingtotheabovefactors,andthedesignchoosevariousminingtechniquesforcomparison.
ThedesignaimsatthecoalmineofTaoyuan,thecontentionincludesthegeneralsituationoftheminefieldanditsgeologicalcharacteristics,theventilatingdesignandthetechnologicalmeasureofthecoalminesafety.
Thegeneralsituationoftheminefieldmainlyincludesthegeography,thetopographyandthetrafficoftheminearea;Thegeographicalpositionofthemine,therangeoftheminefield;Themeteorologicalconditionoftheminingarea,thegeneralsituationofearthquakeintensity,thepowerandthesourceofwater;andthegeologicalfeatureoftheminefield、thecoalseam、theoutlineofthecoalqualityandthegeneralsituationofthehydrogeologicalcondition,etc.
Thecoalmineventilationdesignmainlyincludesthechoiceoftheventilatingsystemofthemine、thecalculationandthedistributionofthenecessarywindquantityofthemine、thecalculatingoftheventilationobstructionofthewholemineandchoiceoftheventilationfacilitiesofeasyperiod,difficultperiod,etc.
Thesafetytechniquemeasuresincludethesafetymonitoringcontrolsystem;thesafetymeasuresofpreventingthegasandtheexploitingofthedangerousburstingcoalseam;thepreventionandcureofthedustofthecoal;thefirepreventionmeasures;waterproofmeasures;thedecreasingtemperaturemeasures;pitshaftfrost-proofmeasures;theroofmanagement;upgrade,transportationandelectricityusagesafety;industrialandcivilconstructioncontradictingearthquakeetc.
Keywords:
Systemventilate
引言
毕业设计是对学生大学四年所学知识的综合检验,也是参加工作前的一次实战演习,通过毕业设计可将大学四年所学的知识融会贯通,系统复习从而学以致用,提高自身分析和解决实际问题的能力。
本次设计是针对桃园矿72煤层进行开采开拓设计的,在设计前在桃园矿进行了毕业实习,通过收集与整理资料,对该矿的地理位置、矿井地形及水文地质有了全面而系统的认识,并且对该矿可采煤层和采煤通风、安全措施等方面有了详细明确的了解。
在本次毕业设计中,根据桃园的自然条件,综合在课堂上所学的理论知识,对该矿矿井开采开拓进行全面设计。
本次设计内容包括:
矿井开采开拓,具体采区设计,矿井通风系统设计,主要通风设备和电动机的选择,对矿井进行风量计算、配风并计算通风阻力,编写该矿主要灾害的防治措施,同时专题部分对如何防治煤炭自燃提出了个人的方案方法等。
设计的主要依据:
在新型、高效的基础上选择回采方法,选用最经济的设备,在符合《矿井设计规程》的情况下设计最优的通风方案,在有可能的情况下提出多个方案并对其进行经济、技术上的比较,选择优者。
本次设计共分五部分:
第一部分:
井田概况及地质特征;
第二部分:
矿井开拓开采设计;
第三部分:
矿井通风设计;
第四部分,安全生产措施;
第五部分,专题部分。
本次设计受到了安全教研室各位老师特别是张国枢老师与秦汝祥老师的精心指导和同学们的帮助,在此对他们表示衷心的感谢!
由于本人所学有限,实践经验很少,本次设计必然存在众多不足之处。
敬请各位领导、老师给予批评、指正。
1井田概况及地质特征
1.1矿区井田地理概况
1.1.1矿区地理、交通及地形
(1)矿井位置、范围
桃园煤矿位于安徽省宿州市墉桥区北杨寨乡、桃园镇、祁县镇境内。
北距宿州市约11km,南距蚌埠市约75km。
其北界为F1断层,南部以第10勘探线为界与祁南煤矿毗邻,西界为10煤层露头线,东界至32煤层-800m底板等高线的水平投影线。
矿井走向长约15km,倾向宽1.5~3.5km,面积29.45km2。
地理坐标:
X=33°28′22″~33°36′15″
Y=116°58′44″~117°2′31″
(2)交通条件
本矿井交通极为方便,京沪铁路从本矿东北通过,北距宿州站约11km,东距西寺坡站约7km,煤矿铁路运输专线在宋庄站与青芦铁路接轨;公路206国道宿(州)蚌(埠)段从矿井西部穿过,可直通全国各地。
淮河支流浍河从矿井南通过,浍河可通航小型机动船,直接进入淮河(见图1-1)。
图1-1矿井交通位置图
京沪铁路在井田东北通过,在本井田附近有宿州、凌家桥、西寺坡等三个车站。
自京沪线芦岭车站至附近大城市的距离见表1-1:
表1-1芦岭车站至下列各站距离表
徐州
蚌埠
裕溪口
南京
上海
北京
连云港
100
65
313
246
551
911
323
宿蚌公路在井田西侧通过。
系沥青路面,桃园至西寺坡公路横穿井田中部,系碎石路面,晴雨均可通车,交通方便。
(3)矿区地形
本矿位于淮北平原中部,区内地势平坦,海拔标高为+20.3~+27.10m,一般在+23.5~+24.5m之间。
本矿区属淮河流域。
矿区内没有大的河流,农用人工灌渠纵横。
历年最高洪水位+24.5m,对矿坑及矿井建设影响不大。
矿区内,有桃园镇和许多自然村,人口较密。
地表下潜水丰富,一般居民生活用水及部分工业用水皆取于此。
1.1.2矿区气候及地震强度
(1)气象
本区气候温和,属北温带季风区海洋~大陆性气候。
气候变化明显,四季分明,冬季寒冷多风,夏季炎热多雨,春秋两季温和。
据宿州市气象局观测资料,年平均气温14.6℃,最高气温40.3℃,最低气温-12.5℃。
年平均降雨量766mm,雨量多集中在7、8月份。
最大冻土深度0.17m,最大风速20m/s,年平均风速2.2m/s,主导风向为东~东北风。
无霜期210~240天,冻结期一般在12月上旬至次年2月中旬。
(2)地震
据历史资料记载,安徽省北部地区自公元925年以来发生有感地震40余次,其中从1960年以来,发生较大的地震有7次。
根据安徽省地震局1996年编制出版的安徽地震列席区划图查得,本区属于4~6级地震区,地震烈度为7度。
1.2矿井地质特征
1.2.1矿井地质构造
(1)区域地层概况
桃园煤矿位于淮北煤田的东南缘,在地层区划分上属于华北地层区鲁西地层分区徐宿地层小区。
本区地层出露很少,多为第四系冲、洪积平原所覆盖。
区内发育的地层由老到新为青白口系(Zq)、震旦系(Zz)、寒武系(∈)、奥陶系(O1+2)、石炭系(C)、二叠系(P)、侏罗系(J)、白垩系(K)、第三系(E+N)、第四系(Q)。
(2)矿井地层
矿井内无基岩出露,均为巨厚松散层所覆盖,经钻孔揭露,地层由老到新有奥陶系、石炭系、二叠系、第三系和第四系。
从老到新简述如下(见综合柱状图):
1)奥陶系(O)
本系地层揭露不全。
98观1孔揭露116.20m,大致为本系的中部地层。
石灰岩为浅灰~深灰色,局部显肉红色调。
隐晶~细晶质,局部含泥质或白云质,下部见有燧石结核,方解石脉较发育。
2)石炭系(C)
①中统本溪组(C2)
98观3孔揭露地层厚度26.75m,下部为灰黑~黑色的泥岩,上部为灰色的粉砂岩夹薄层泥岩以及青灰~灰白色,隐晶质结构的石灰岩。
与下伏地层呈不整合接触。
②上统太原组(C3t)
矿井内本组地层没能连续揭露。
98观3钻孔连续揭露本组地层厚度172.76m(大致为二灰以下地层)。
岩性由浅海相石灰岩和过渡相的砂岩、粉砂岩、泥岩、薄煤层组成。
其中石灰岩占地层厚度的35%左右,三、四、八、九等四层石灰岩厚度较大。
一灰为本矿重要标志层。
本组含有薄煤层,局部有可采点,属极不稳定煤层。
本组地层为浅海相、滨海相、潮坪相及过渡相沉积,其主要特征为:
随海水进退,地层呈旋回出现。
与下伏地层呈整合接触。
3)二迭系(P)
①下统山西组(P1s)
下部以太原组顶部一灰之顶为界,上部以铝质泥岩之底为界。
地层厚度一般在115m左右。
山西组为本矿主要含煤地层之一。
岩性以砂岩、粉砂岩为主,其次为泥质岩或煤层。
上部色较浅,多为灰~浅灰~浅灰白色,局部略呈灰绿色调;下部色较深,一般为灰~深灰色。
砂岩成份以石英为主,鲕状,条带状及椭球状菱铁结核。
10煤层上砂岩含岩屑胶结疏松;10煤层下部砂岩层面有大量云母,常与粉砂岩或泥岩薄层组成互层状,具缓波状~水平状层理,见有底栖动物通道等。
底部为厚20m左右的海相泥岩,灰黑色,致密均一,具水平层理,含少量动物化石,底部含菱铁质结核。
含10、11两个煤层(组)。
10煤层为本矿主要可采煤层。
与下伏地层呈整合接触。
②下统下石盒子组(P1x)
底界为铝质泥岩之底,上界为K3砂岩之底,地层厚度一般225m左右。
由中细粒砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成。
自下而上,岩石颜色逐渐变浅,砂岩粒度逐渐变粗。
其主要特征如下:
下部:
6煤组至铝质泥岩段,砂岩及部分粉砂岩由炭质、泥质及菱铁质显示水平、波状、透镜状层理,泥岩、粉砂岩中产植物化石丰富。
本段含煤层数多,含煤性较好。
含有6、7、8、9等四个煤层(组)。
底部普遍发育一层铝质泥岩,浅灰~铝
图1-2综合柱状图
灰色,具紫、油黄等杂色斑块,含菱铁鲕粒,块状构造。
上部:
在粉砂岩和泥岩中,含较多瘤状及姜状菱铁质结核。
在煤层附近植物化石较丰富。
本段含煤性较下部差,含4、5两个煤层(组)。
本组含4、52、61、63、71、72、82等七个可采煤层,其中71、82煤层为本矿主要可采煤层。
与下伏地层呈整合接触。
③上统上石盒子组(P2s)
本矿井范围内未见顶界,揭露地层厚度350m,由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。
按其主要特征,大致可分两部分:
下部:
自底部的K3砂岩到1煤层(组),以具紫、油黄色杂斑的泥岩、粉砂岩及灰绿色、浅灰色细~中粒砂岩为主,泥岩、粉砂岩中含较多量的菱铁鲕粒,植物化石及炭屑少见;煤层附近多为灰~深灰色的泥岩、粉砂岩,产丰富的植物化石。
底部K3砂岩,为灰白色、厚层状、细~粗粒结构的长石石英砂岩,成份以石英为主,次为长石,硅质胶结,具交错层理,层面上可见蜂窝状构造。
此层砂岩在本矿井发育不够特征,其表现为粒度偏细。
上部:
包括1煤层组及其以上地层,以灰绿色、灰白色中细粒砂岩、粉砂岩为主,夹少部分杂色泥岩,偶见粗砂岩及煤线。
粉砂岩中具缓波状层理,砂岩可见交错层理。
中上部砂岩粒度较下部粗,成份变杂。
本组含1、2、3等三个煤层组,其中32煤层为本矿井主要可采煤层。
与下伏地层呈整合接触。
4)第三系(R)
①渐新统(E3)
本统地层为坡积、残积堆积物,不整合于下伏地层之上。
全层厚度0~47.30m,平均22m。
本矿北部古地形有一低盆,厚度较大。
其它地段大多在20m以下。
主要岩性为砾石、砾岩、砂砾、粘土砾石、砂层、砂质粘土、粘土及钙质粘土等,在砂质粘土中混杂着较多的钙质团块和砾石块。
②中新统(N1)
厚度61.5~121.1m,平均94m,为湖相沉积,主要由灰绿色粘土和砂质粘土组成。
分层厚度大、塑性强、分布稳定,具45°静压滑面,局部含有石膏聚结体和单晶体。
局部有泥灰岩和钙质粘土,还夹有多层棕红、棕黄色砂层和粘土质砂透镜体。
③上新统(N2)
地层总厚60~120m,平均95。
底部为灰白色、棕黄色中细砂、细砂为主,含有砾石及粘土质砾石。
中部为棕红、棕黄色中细砂、细砂及少量砂砾层,其间夹有粘土、砂质粘土、泥灰岩和钙质粘土。
上部为棕红、棕黄和褐黄色细砂、粘土质砂、砂质粘土及粘土层。
顶部有砂礓和铁锰质结核富集。
中上部普遍有1~3层钙质胶结的砂岩(盘)。
有明显的水平层理,为河湖相沉积,与下伏中新统呈整合接触。
5)第四系(Q)
①更新统(Q1~3)
厚度35~80m,平均52m,由黄、灰黄和褐黄色中、细砂、粉砂、粘土质砂夹砂质粘土或粘土组成,北部砂层较多,南部粘土类层增厚。
底部有一层中粗或中粒砂夹小砾石。
砂层中见有水平层理和河流相特征。
层中夹有较多砂礓、钙质团块和铁锰结核,含有螺蚌化石。
②全新统(Q4)
厚度25~57.80m,平均32m,北部厚南部薄。
灰黄、浅黄色粉砂、粘土质砂及砂质粘土、粘土相间组成。
砂层分选性好,见有水平和微波状层理,含有砂礓、铁锰结核及小螺蚌化石。
在上部有一层稳定的黑色含腐植质的砂质粘土或粘土质砂,其中含有丰富的螺蚌化石。
主要为河流相及河漫滩相。
与下伏更新统呈整合接触。
(3)山西组与下石盒子组地层分界的说明:
原精查地质报告中的山西组与下石盒子组的地层分界为铝质泥岩之下杂色砂岩之底。
此层砂岩相当于华北地区之骆驼钵砂岩,但此层砂岩,本矿井内不甚发育,有时为杂色粉砂岩所代替,给地层划分带来一定困难。
本报告未采用精查报告中的地层分界,而以中部煤组之下的(K2)铝质泥岩之底为界。
这样的划分主要考虑到铝质泥岩在矿井内比较稳定,且生产单位使用方便。
桃园井田地层走向南北,倾斜向东的单斜构造,北部倾角25°~30°,局部达40°以上,南部渐缓为15°左右,地层倾角成有规律的变化。
1.2.2断层发育特征及控制情况
(1)主要断层的确定
本矿业根据钻探、测井、地震及井下揭露的断点或破碎带,组合成4条断层。
(2)断层控制等级划分
根据钻探、测井、井下揭露和地震显示情况,将断层的控制程度分为查明,基本查明和查出三个级别。
查明:
沿断层走向在钻探或地震基本线距的控制下,有两个以上钻孔穿过;有一个钻孔穿过,或有巷道穿过,并有两个以上A、B级点控制,断层的性质,走向,倾向,落差均已查明者。
(3)各主要断层控制情况
1)F1断层
正断层,为本矿井北部边界断层,走向北65°东,倾向北25°西,倾角70°,落差大于650m,两端皆延伸出本矿井。
有2个钻孔穿过为基本查明断层。
2)F2断层
正断层,该断层把本矿井分为南、北两部分,走向N80°~88°W,倾向NNE,倾角60°,落差大于400m,两端皆延伸出本矿井。
有3个钻孔穿过为查明断层。
3)F3正断层
正断层,位于F1断层的南侧,走向N43°E,倾向S47°E,倾角70°,落差0~16m,延展长度0.6km,有1-2个钻孔穿过。
表1-2断层情况表
断层名称
性质
走向
倾向
倾角(度)
落差
(m)
长度
(Km)
钻孔控制
可靠程度
F1
正
NE
NW
70
>650
>2.5
1-23、1-25
基本查明
F2
正
NWW
NNE
60
>400
>3.5
3-43、43、45
查明
F3
正
NE
SE
70
0-20
0.6
1-24
查出
F4
正
NWW
SSW
70
0-12
0.4
43
查出
4)F4正断层
正断层,位于F2断层的南侧,走向N77°W,倾向S13°W,倾角70°,落差0~12m,延展长度0.4km,仅孔揭露。
1.2.3岩浆岩的分布及其影响
(1)岩浆岩分布范围
矿井内有岩浆侵入于煤系地层之中,呈有规律分布。
北部分布范围:
从5线到矿井北界;南部分布范围:
从8-9线到矿井南界。
(2)岩浆侵入层位
在矿井南部,岩浆顺层侵入于10煤层;在矿井北部,3-3线以南,岩浆顺层侵入于7、8煤层(组),3-3线以北,岩浆侵入的层位逐渐抬高,主要侵入到7煤组和61煤层中。
(3)岩浆岩对煤层、地层的影响
1)岩浆的侵入,对煤层的影响表现在以下几个方面:
①破坏了煤层的结构
煤层被岩浆穿插,出现:
“分叉合并”,煤层夹矸增多,结构复杂。
②使煤层的可采性变差
岩浆对煤层有一定的推挤和熔蚀作用,受岩浆侵蚀的残留煤层利用厚度一般要小于正常煤层的厚度。
③使煤层稳定性变差
岩浆对煤层的推挤、熔蚀作用结果,使煤层的变异系数明显增大,不可采点增多,不可采面积扩大。
通常情况下,煤层的厚度还受岩浆岩厚度的影响,两者有明显的互补关系,岩浆岩厚则煤层较薄,岩浆岩薄则煤层较厚。
④使煤层顶板强度降低
岩浆沿煤层顶板侵入,使煤层顶板遭到破坏,强度大大降低,给回采、支护煤层顶板管理增加难度。
⑤使煤质变差
岩浆同煤层直接接触,使煤变质为天然焦,减少了矿井内煤的工业储量和煤炭的利用价值。
2)岩浆岩对煤系地层的影响
一般来说,岩浆的侵入,使地层厚度增大的作用。
在煤层对比过程中,把岩浆岩剔除,所剩下的地层间距与正常地层间距相差无几。
1.3煤层及煤质
1.3.1煤层
(1)含煤性
桃园煤矿含煤地层为石炭、二迭系。
石炭系太原组地层含煤6~8层,其中2~3层个别点达到可采厚度,无工业价值,不作为研究对象;二迭系含煤地层有下统山西组、下石盒子组和上统上石盒子组,含煤地层厚度约925m,含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11等十一个煤层(组),含煤14~32层,煤层总厚约21.75m,煤系地层含煤系数2.4%。
可采煤层有32、4、52、61、63、71、72、82、10等9层,其中82、10两层为较稳定煤层,32、52、61、63、71、72等6层为不稳定煤层,4煤层为极不稳定煤层。
可采煤层平均总厚度11.84m,占煤层总厚的54%;较稳定煤层平均总厚5.12m(82煤层仅在补6线以北发育),占可采煤层厚度的43%。
不可采煤层有1、2、9、11等4个煤层(组)。
(2)可采煤层
可采煤层有9层。
各可采煤层的基本特征见表1-3,分述如下:
32煤层位于上石盒子组的下部,距2煤组100~115m,厚度0.29~4.53m,平均厚度1.27m。
大部分可采,为结构较复杂的较稳定薄煤层。
4煤层主要分布在补9线以北,补2线以南,煤厚0.35~2.15m,平均煤厚1.00m。
4煤层为局部可采、结构简单的不稳定薄煤层。
52煤层位于下石盒子组的中上部,煤厚0~1.89m,平均1.15m。
其底板为泥岩。
顶、底板岩性变化不大,较为稳定。
52煤层为结构简单、部分可采的不稳定的薄煤层。
61煤层位于下石盒子组中下部,上距5煤组20m左右,61煤层是6煤组中发育最好的一层,煤厚0~1.93m,平均煤厚0.93m。
顶板大部分为泥岩,少部分为粉砂岩或砂岩,底板绝大多数为泥岩,少量为粉砂岩。
61煤层为大部分可采、结构简单的不稳定薄煤层。
63煤层上距61煤层16~20m。
可采范围分布在在7-8线以南,煤厚两极值0~1.29m,沉缺栏包括冲刷平均0.80m,顶板以泥岩为主,少部分为粉砂岩或砂岩,底板绝大多数为泥岩,少量为粉砂岩。
63煤层为大部分可采、结构简单的不稳定薄煤层。
表1-3可采煤层情况统计表
煤层
穿过点数(个)
岩浆侵入点
煤层结构
面积(km)2
备注
合
计
见
煤
可
采
不可采
沉
缺
断
缺
不采用
夹矸(层)
结构
类型
可采面积
不可采面积
可采面积比率(%)
1
2
>2
32
90
84
70
14
2
4
18
8
6
较复杂
14.5
3.2
82
4
61
55
31
23
4
3
16
3
1
简单
6.4
7.6
46
10~4-5线
52
90
69
54
15
16
5
7
简单
9.0
8.4
52
61
91
72
59
13
16
3
2
8
2
简单
8.9
8.3
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