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采矿最新毕业设计

河南理工大学

采矿工程专业毕业设计说明书

姓名：

吴锰铮

学号：

330819030424

学院：

能源科学与工程学院

班级：

采矿人才08-4班

设计题目：

郑州煤业集团白坪矿井采矿专项初步设计

指导教师：

刘少伟

职称：

副教授

郑州煤业集团白坪矿井采矿专项初步设计

摘要：

本设计是根据河南省郑煤集团白坪煤矿的实际情况进行的采矿专项初步设计。

设计井田面积为16.6km2，矿井设计生产能力120万t/a。

井田内地质结构简单，煤层赋层较深，倾角8°—15°，平均煤层厚度5.3m，相对瓦斯涌出量为10.1m3/t，煤层无自然发火倾向，矿井正常涌水量：

348m3/h

设计主要对矿井开拓方式、准备方式、采煤方法进行了初步设计，采用立井两水平开拓方式（暗斜井延深开采二水平），采区式准备方式，走向长壁采煤方法，综采放顶煤采煤工艺，对角式通风。

矿井工作制度为三八制，两班半采煤，半班准备。

矿井采用大型现代化设备进行矿井的采煤、运输、和通风，以科技进步推动矿井的现代化发展，确保安全高效。

关键词：

立井两水平开拓采区式准备走向长壁采煤法综采工艺

绪论

本次毕业设计基于河南郑州煤业集团白坪矿实际地质条件，参照收集到的相关图纸及数据，并作了一些改动以后，对矿井进行开采初步设计。

采矿工程毕业设计是采矿工程专业全部教学进程中的最后一个环节，它主要是考查学生这三年来对基础知识及其专业知识的掌握情况，使学生在采矿工程总体上深入认识矿井各个生产系统和各个生产环节之间的相互联系和制约关系，培养和锻炼学生独立地、创造性地进行工作的能力。

在设计过程中，把所学的理论知识与实践经验综合起来应用，进一步训练了撰写技术文件和绘制工程图件的基本技能，进一步训练撰写技术文件和绘制工程图件的基本技能。

矿井设计是一个涉及井巷工程、采煤方法、矿山机械、矿井通风与安全、矿山环保等诸多技术科学方面的系统工程。

在本次设计过程中，认真贯彻《矿产资源法》、《煤炭法煤炭工业技术政策》、《煤炭安全规程》、《煤炭工业矿井设计规范》以及国家其它发展煤炭工业的方针政策，采用工程技术语言，对矿井的开拓、准备、运输、通风等各个生产系统进行了初步设计。

本设计依据《实践教学大纲及指导书》，遵循《煤矿安全规程》的有关规定。

由于本人水平有限，设计中不当和错误之处敬请审阅老师给予批评指正！

1井田概况及地质特征

1.1井田概况

1.1.1地理概况

㈠、交通位置

白坪矿井位于河南省登封煤田西部，东与新登井田相邻，西与新新井田接壤，地理坐标为东径113°00′00″～113°09′04″，北纬34°18′05″～34°23′04″。

井田东西走向长约14km，南北倾斜宽2～4km，井田面积约30平方千米。

图1-1交通位置示意图

区域交通主要为公路，以登封市为起点，南至白坪乡26km，东北距郑州75km，西北距洛阳市80km，东南至许昌100km，东至京广线密县支线密县站50km，西南至焦枝线临汝镇约60km，均有柏油公路，交通方便。

㈡、地形、地貌及水系

白坪井田位于嵩箕山区中段南部，属构造剥蚀低山丘陵区，北部为低山区，南部为丘陵区，西部为山地，东部受构造影响，沟谷发育，地形复杂。

区内东部有颖河，双洎河属淮河水系，西部有伊河上游支流白降河，为黄河水系。

井田内地表水体主要为白江河及券门水库，白江河为一季节性河流，旱季断流，雨季暴涨暴落。

券门水库位于井田中部，汇水面积45km2，总库容1713万m3，最大泄洪流量908m3/s，最高洪水位标高349.25m。

㈢、气象与地震

本区属暖温带大陆性气候区，据登封县气象站（1970～1992）观测资料，历年平均降水量626.9m，年最大降水量909.2mm，年最小降水量428.1mm，历年平均蒸发量1833.2mm，年最大蒸发量2297.3mm，年最小蒸发量1637.8mm，历年平均气温13.63℃，最高气温40.5℃，最低气温-14.1℃，相对湿度平均64.8％，最大积雪深度20cm，历年最大冻土深度25cm，最大风速24～40m/s。

地震：

据河南地震局资料，本区地震烈度小于六度。

1.1.2矿区水源、电源情况

1、水源

采用处理后的矿井排水作为矿井生产、生活的供水水源。

2、电源

登封电厂集团有限公司位于本矿井西北方向约10km处，已经运行的电厂有发电一厂和自备电厂，总装机容量276MW。

目前登电集团在距本矿井西北方向约3.5km处新建了1座热电厂，设计装机容量4×210MW，2004年底可投运2×210MW，届时登电集团运行的发电机组总容量达到696MW，登电集团所有电厂连接成一个区域网。

本矿井110kV双回路电源均引自登电集团热电厂。

登封电厂集团有限公司已出具《关于对郑煤集团白坪矿井供电的承诺函》，承诺对白坪矿井按一级负荷供电。

1.2地质特征

1.2.1井田地层概况

井田出露地层自老至新有：

寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、第三和第四系。

其简述如下：

1、寒武系上统（∈3）

出露于井田南部及东部，为一套海相碳酸盐岩沉积。

2、奥陶系中统马家沟组（O2m）

仅在113勘探线以东有零星出露。

井田内揭露厚度0～38.22m，平均19m。

岩性主要为厚层角粒状石灰岩，隐晶质，局部夹泥质灰岩，底部为泥岩。

3、石炭系上统（C3）

⑴本溪组（C3b）

由铝质岩、铝质泥岩组成，具鲕、豆状结构，含黄铁矿结核及团块，局部含植物化石。

厚度为2.93～25.89m，平均10m。

⑵太原组（C3t）

主要由石灰岩、泥岩、细～中粒砂岩及煤组成，厚度为37.72～88.14m，平均57m。

4、二叠系（P）

⑴下统山西组（P1s）

主要由泥岩、粉砂岩、中粒砂岩及煤组成，为本区主要含煤地层，其中下部的二1煤层为本井田主要可采煤层。

厚度为59.79～103.94m，平均76m。

⑵下统下石盒子组（P1x）

由中粗粒砂岩、粉砂岩、含紫斑泥岩及煤组成，厚度293～356.22m，平均308m。

含三～六四个煤段，其中五煤段中部的五3煤层局部可采。

⑶上统上石盒子组（P2s）

上止于平顶山砂岩底界面，由中、粗粒砂岩、粉砂岩、泥岩及煤组成，厚度212.3～242.78m，平均224m。

含七、八、九三个煤段。

⑷上统石千峰组（P2sh）

按其岩性及组合特征，自上而下划分为四段，总厚度285.64～343.40m，平均309m。

一段（P2sh1）－平顶山砂岩段：

为厚～巨厚层状中、粗粒长石石英砂岩，中下部夹0.53～4.70m泥岩、粉砂岩，偶含植物碎片化石，具大型板状交错层理。

本段砂岩坚硬，常形成单面山地形。

厚度54.31～98.10m，平均69m。

二段（P2sh2）：

为细、中粒砂岩夹灰绿、紫红色泥岩、砂质泥岩，厚度43.31～68.66m，平均54m。

三段（P2sh3）：

灰绿、紫红色泥岩、砂质泥岩，夹细、中粒砂岩及薄层泥灰岩。

厚度80.50～93.46m，平均89m。

四段（P2sh4）：

灰黄、灰绿、紫红色粉砂岩、细粒砂岩，夹薄层砾屑灰岩；底部细粒砂岩风化后呈蜂巢状。

厚度90.94～107.57m，平均97m。

5、三叠系下统（T1）

出露于井田北部，由刘家沟组及和尚沟组组成。

主要岩性为细～中粒石英砂岩、砂质泥岩、泥岩。

其最大厚度分别为305.82m和357.71m。

6、下第三系（E）

在井田北东隅有零星出露。

钻孔穿见厚度265.20m，其岩性为红色粉砂岩和泥岩，泥岩中含少量绿斑。

7、第四系（Q）

井田内分布于冲沟两侧、小河、平地、山麓及平缓的山坡等地带。

厚度为0～28.20m，平均7m。

由黏土、砂质黏土及砾石组成。

表1-1顶底板综合柱状图（1：

500）

地层

（1：

500）

标

志

层

平均厚度

（m）

岩石名称

岩性描述

系

统

柱状

二

叠

系

山

西

组

Sx

4.5

中粒砂岩

灰—黑灰色，成分以石英为主，次为长石，泥硅质胶结，中夹粉砂岩条带，具波状层理，含少量植物化石，局部含少量菱铁质结核。

3.5

粉砂岩

灰色，块状构，与砂质泥岩呈互层状，波状层理。

2.5

泥岩

灰色，块状构造泥岩，含植物根化石。

3.2

粉砂岩

灰色，块状构造，波状层理，含科达，带羊齿和种子及根化石。

3.5

细粒砂岩

深灰~灰色，成分以石英长石为主，泥胶结，波状层理。

Sd

8.8

中粒砂岩

灰色，成分以石英长石为主，次为长石，含白云母片，分选中等，次棱角~次圆状，泥硅质胶结，交错层理，层面含白云母片。

5.3

煤

黑色，粉末状，半亮型煤，具玻璃光泽，上部具次生裂隙，下部波状层理，顶部含黄铁矿结核。

4.9

砂岩

灰色。

块壮构造，含大量白云母片。

石

炭

系

太

原

组

2.0

细粒砂岩

灰色，成分以石英长石为主，泥硅质胶结。

3.2

泥岩

深灰色，致密，隐水平层理。

L8

2.3

石灰岩

深灰色，隐晶质，含少量动物化石。

1.2.2地质构造

本井田位于登封煤田颖阳～芦店向斜的南翼东段，由于受多期不同形式区域构造的影响，坚硬岩层之间的软弱岩层出现了面状滑动。

在井田内产生了沿山西组二1煤层附近的层间滑动，使煤层经历了剪切、挤压、破碎、滑移、流变的全过程，导致二1煤层顶、底板不协调褶曲，煤厚局部突变，原生结构、构造被破坏，形成碎粒状、粉粒状、磷片状的构造煤。

井田整体为向北倾斜的单斜构造，构造形迹以正断层为主。

以东地层走向逐渐向北东偏转，倾向北西，倾角6～15°，正断层较多，并发育宽缓褶曲；井田中部发育有白坪滑动构造；二1煤层附近普遍发育层间滑动构造。

1、褶曲构造

新峰背斜：

位于井田东部，为一宽缓的短轴背斜，轴线走向近东西，井田内长6km，在郭家门被F94断层错开。

由寒武系、奥陶系、石炭系及二叠系地层组成。

轴部地层倾角平缓，一般<10°；北翼保存较好，地层倾向340°左右，倾角10～20°；南翼被箕F7、箕F10、箕F59等断层切割，地层产状变化较大，倾角15°左右。

鏊面山向斜：

位于井田东北部，向东北仰起，轴线走向近东西，井田内长2.5km，并被箕F32、箕F21断层错开。

轴部出露有二叠系上统石盒子组、石千峰组及三叠系地层，北翼被芦F1、郜F2等断层切割，地层倾向230°左右，倾角15～20°；南翼倾向340°，倾角15°左右。

2、断裂构造

断层按其展布方向分，近东西向和北东向的占主导地位，且主要分布在井田东部。

1.2.3煤层及顶底板岩石特征

1、煤层特征

㈠、含煤概况

井田含煤地层为上石炭统太原组、下二叠统山西组和下石盒子组及上二叠统上石盒子组，总厚度665m。

划分为九个煤段，共含煤33层，常见21层。

煤层总厚度11.72m，含煤系数1.76％。

山西组二1煤为主要可采煤层，太原组一3煤及下石盒子组五3煤属局部可采煤层，其余煤层均不可采或偶尔可采。

可采煤层总厚度7.76m，可采煤层含煤系数1.0％。

㈡、可采煤层赋存特征

井田一3、五3煤层局部可采，二1煤层全区可采，本矿井主要开采对象为二1煤层。

二1煤层位于山西组下部，上距砂锅窑砂岩（Ss）平均间距为65m，下距L7灰岩31m。

共196个点穿见，煤厚两极值0～26.79m，平均6.67m，其中3.51～8m的煤厚点占35.7％。

煤层结构简单，189个见煤点中，属于有夹矸及分岔出的二12煤32孔，属夹矸的20孔，分岔的12孔，含夹矸一层的16点，两层的4点，夹矸厚度由0.02～0.70m，一般0.10～0.37m，平均0.24m。

岩性为炭质泥岩或泥岩。

二1煤层属较稳定偏不稳定型煤层，其厚度变化有以下变化特征：

①煤厚两极值0～26.79m，特厚的煤厚为井田平均值的2～3倍以上，煤厚变化幅度大。

②煤层厚度局部具有突变的特点，不可采点均孤零分布，不可采点与最低可采点距离很近。

③井田大部分为3.51～8m的厚煤区，由西向东有逐渐增厚趋势。

二1煤层特征见表1-2

表1-2二1煤层特征表

含煤地层

煤段编号

煤层厚度（m）

最小～最大

平均

煤层夹矸

层数

厚度

可采性

稳定性

容重

（t/m3）

顶底板岩性

顶板

底板

山

西

组

二1

0～26.79

5.3

1～2

0.24

全区可采

属较稳定偏不稳定型

1.38

大部分为细、中粒砂岩（俗称大占砂岩），一般厚4～8m，西部边缘及东部局部为中厚～厚层状泥岩、砂质泥岩，一般1～2m。

泥岩及砂质泥岩属极软、松软类型。

㈢、煤质

二1煤属低灰、特低硫、低磷、特高发热量、高熔灰分，难选至极难选之贫煤，为良好的动力用煤，也可考虑作为高炉喷吹及气化用煤。

二1煤层煤质特征见表1-3

表1-3煤质特征表

煤层

水份

Mad％

灰分

Ad％

全硫

St,d％

磷

Pd％

发热量Qnet，v，dMJ/kg

挥发分

Vdaf％

灰熔点℃

结渣性

热稳定性

可磨性

HGI

二1

0.9

13.95

0.79

0.021

29.76

13.39

＞1375

171

低

低灰为主

特低为主

次为低硫

低

特高

低

高熔

中强

中等

易磨碎

1.2.4井田水文地质特征

1、含水层与隔水层

根据地下水向矿井充水和供水的关系以及富水层在空间的分布特征，共划分7个含水层，5个隔水层。

根据各含水层与可采煤层的关系分述如下：

（一）直接充水含水层与隔水层

山西组砂岩含水组和太原组上段灰岩含水组为二1煤层顶底板直接充水含水层。

〈1〉山西组砂岩含水组（IV）

在二1煤层以上有4～5层细～粗粒砂岩为含水层。

砂岩厚2.45～58.23m，平均20.11，含水层出露于井田浅部低山丘陵地带，泉水少，流量0.014～0.155L/s。

砂岩裂隙较发育，漏水孔10个，单位涌水量0.0062～0.0181L/s.，渗透系数0.0141～0.2974m/d（有3孔抽干），水位标高+320.86～371.81m。

含水组富水性弱，属砂岩孔隙裂隙承压水，为二1煤层顶板直接含水层。

〈2〉太原组上段灰岩含水组（III）

L7灰岩及以上太原组地层，平均厚16m，L7～L9灰岩为含水层。

揭露钻孔96个，灰岩厚0～16.86m，平均9.41m，有东厚西薄的变化规律，L7灰岩为厚层状隐晶质含燧石结核灰岩，厚0～13.94m，平均8.26m，井田东部厚度大，层位稳定，西部变薄，部分相变为砂岩。

L7灰岩有7孔见溶洞，L7、8灰岩漏水孔16个，标高+76.24～340.48m，形成岩溶裂隙发育地段，在+150m以上岩溶发育，以下主要为溶裂。

以箕F31断层为界，西部出露少量下降泉，流泉0.014～0.615L/s，单位涌水量0.00487～0.164L/s.m，渗透系数0.080～1.90m/d，水位标高+305.295～412.80m。

东部单位涌水量0.353～0.664L/s.m，单孔抽水渗透系数2.93～9.44m/d，水位标高+268.989～299.86m。

多孔抽水试验含水层参数：

东、南线导水性强，其次为北线。

综上所述，箕F31断层以西属弱富水的灰岩裂隙承压水，以东为富水性中等的岩溶裂隙承压水。

岩溶裂隙在空间的分布和富水性具有不均一特征。

〈3〉二1煤层底板隔水层

L8灰岩顶至二1煤层底之间的地层，有37孔揭露，岩性主要为泥岩类夹薄层泥灰岩、细砂岩、煤层，厚2.60～37.61m，平均厚17.28m。

箕F31断层以西，浅部一般厚度大于10m，中深部5～10m；东部变薄，一般厚5～10m，岩石抗拉强度平均2.1MPa，层位稳定，厚度变化较大，隔水性较差。

（二）间接充水含水层与隔水层

〈1〉、太原组下段灰岩含水组（II）：

含水层为L1-4石灰岩，有83孔揭露，灰岩平均厚13.63m，103勘探线以东一般厚度10～18m，以西9～16m，有东厚西薄的变化趋势，见溶洞钻孔4个，分布于副98勘探线以东，水位标高+299.76～128.09m。

含水层组地层在井田南部零星出露，泉水极少，流量0.100L/s。

漏水钻孔7个，漏失量1.80～13.20m3/h，单位涌水量0.0021～0.00491L/s.m，（井田东侧11904孔，单位涌水量0.374L/s.m），渗透系数0.0362～0.22m/d水位标高+407.31～263.01m。

为岩溶裂隙承压水。

富水性由西向东增强，弱～中等。

含水组顶至二1煤底板平均间距45.60m，是底板间接充水含水层。

〈2〉、上寒武统和中奥陶统灰岩含水组：

由崮山组至马家沟组地层组成，主要岩性为白云质灰岩，出露于井田以南的地段，勘探区揭露该含水层的钻孔65个，其中厚度大于50m的12个，最大厚度111.14m，其中见溶洞7孔，见溶洞钻孔分布于89～副103勘探线之间，标高+411.55～163.30m。

马家沟组石灰岩分布于井田东南部和113勘探线以东，有8孔揭露，厚2.59～38.22m。

电法资料认为东白坪至南地之间埋深100～250m为上寒武统岩溶发育带。

在岩溶地层出露区西部有少数下降泉，流量0.325～2.30L/s，（标高+461.64～382.78m），含水组有7孔漏水，单位涌水量0.00962～1.863L/s.m，渗透系数0.1567～5.85m/d，水位标高+428.62～229.25m为岩溶裂隙承压水。

含水层顶至二1煤底板平均间距72.60m。

〈3〉、太原组中段砂泥岩隔水层

L4灰岩顶至L7灰岩底之间的地层，有101孔揭露，厚14.0～54.0m，平均厚24.00m，泥岩类厚度占65.8％。

为太原组上、下段灰岩含水组之间的隔水层。

〈4〉、本溪组铝质泥岩隔水层

井田有69孔揭露，厚2～26m，平均10.0m。

层位稳定，是上寒武统和中奥陶统灰岩含水组与太原组下段灰岩含水组之间的隔水层。

2、矿井涌水量

正常涌水量：

348m3/h

最大涌水量：

486m3/h

1.2.5其它开采技术条件

1.2.5.1瓦斯

据60点76个样品统计，井田瓦斯成分甲烷0～98.24％，氮气0.11～75.85％，二氧化碳1.06～53.08％，重烃0～21.25％。

沼气含量观测值0～18.25ml/g.燃。

其沿走向，倾向分布情况从表1-4可知：

西部比东部高，沿倾向由浅至深西部含量明显增加，东部则与埋深无关。

瓦斯含量分布统计表表1-4

分布

含量

（ml/g）.

走向分布

倾向分布（两极值/平均值（点数）

两极值

平均值

（点数）

第一水平

第二水平

西部

0～18.25

7.00（28）

0～10.65/3.63（20）

7.2～18.25/14.57（8）

东部

0.07～13.09

2.94（32）

0.07～13.09/3.20（25）

0.55～5.95/2.07（7）

根据地质报告，该井田二1煤属严重突出危险的煤层，参照“中咨公司”咨询意见，设计对井田瓦斯情况作了进一步分析。

以箕F31断层为界，由于井田东西两翼构造复杂程度差别较大，致使瓦斯含量及分布情况迥异，故地质报告将井田划分为东西两个不同的瓦斯地质单元。

西单元构造简单，断层稀少延展长度及落差均较小，不利于瓦斯释放，故含量较高（中深部在10ml/g·燃左右）。

随煤层埋深增加，含量呈明显增大趋势，瓦斯分带亦正常。

东单元构造较复杂，断层较多，落差较大，破碎带较宽，走向延伸长。

由箕F4、箕F32、箕F31和箕F19构成了本单元浅部、深部和西侧的瓦斯逸散边界。

致使瓦斯分带呈环带状，瓦斯含量低，除局部富集外（付10302、11409、11713等孔附近），大部分地段小于5ml/g·燃。

矿井西翼瓦斯含量较东翼高，沿倾向由浅至深西翼瓦斯含量明显增加；东翼则与埋深无关。

从瓦斯地质图中也可以看出，西翼多属沼气带，东翼大部分为瓦斯风化带，东翼仅东北角11713孔瓦斯含量为13.09ml/g·燃外，其余多在5ml/g·燃以下，首采区内瓦斯含量则多半小于3ml/g·燃。

另外从东西相邻的矿井瓦斯情况看，西部与之相邻的新新煤矿属于高突矿井，而东部与之相邻的新登煤矿则为低瓦斯矿井，由此可以说明东翼瓦斯要低于西翼。

据新新、磴槽、马池矿测试资料（井田西邻及西翼浅部矿井），在+100m水平以浅，瓦斯成分沼气67.79～78.98％，二氧化碳9.77～21.10％，氮气8.66～11.25％，沼气含量1.29～2.46ml/g.燃，属瓦斯风化带范围。

综合上述分析，参照专家组咨询意见，设计暂按高瓦斯矿井考虑，建议在矿井建设期间，根据揭穿煤层的实际情况，经由国家煤矿安全监察局授权单位作进一步鉴定后确定矿井瓦斯等级。

1.2.5.2煤尘

二1煤层属有煤尘爆炸危险煤层。

二1煤层煤尘爆炸测试及评价结果结果见表1-5

1.2.5.3自燃

地质报告提供资料二1煤层为不自燃～易自燃发火煤层。

自燃发火期一般为3～6个月。

按照《煤矿安全规程》应重新鉴定。

设计二1煤层自燃性按自燃考虑。

二1煤层煤层燃点测试及评价结果见表1-6

二1煤层煤尘爆炸测试及评价结果表1-5

采样

地点

样品

编号

工业分析（％）

爆炸指数（％）

爆炸性试验

爆炸性结论

Mad

Aad

Vad

火焰长度（mm）

加岩粉量（％）

磴槽矿

二1尘

0.96

9.79

10.15

13.38

10

50

有

三元矿

二1尘

0.91

13.27

9.04

12.06

10

50

有

9702孔

二1全

0.53

11.91

11.13

14.26

15

50

有

1050孔

二1权值

0.43

11.74

11.13

14.18

10

30

有

11707孔

二1权值

0.62

12.73

11.79

15.38

无火

二1煤层燃点测试及评价结果表1-6

采样

地点

样品

编号

着火点（℃）

氧化度（％）

△T0

（℃）

化学成分（％）

自燃倾向等级

原煤样

氧化样

还原样

Vdaf

Cdaf

Odaf

Mad

磴槽矿

二1尘

385

383

387

50.00

4

11.37

91.81

2.71

0.94

不自燃

三元矿

二1尘

390

343

395

9.62

52

10.53

91.75

2.95

0.91

易自燃

9702孔

二1尘

377

334

384

14.00

50

11.82

92.07

2.45

0.97

易自燃

10503孔

二1全

388

369

395

26.92

26

12.71

0.53

不易自燃

11707孔

二1分6

386

382

391

55.56

9

15.70

91.54

3.71

0.53

不自燃

1.2.5.4地温

该井田属低温、低梯度正常地温区。

二1煤层底板温度14