本科毕业设计伊东集团扶贫煤矿二采区设计说明书.docx
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本科毕业设计伊东集团扶贫煤矿二采区设计说明书
学校代码:
10128
学号:
201022901015
本科毕业设计说明书
(
题目:
内蒙古伊东煤炭集团有限责任公司准旗窑沟乡扶贫煤矿二采区设计
学生姓名:
学院:
系别:
专业:
班级:
指导教师:
二〇一四年六月
摘要
采区是一个具有独立生产系统的块,一个采区可以包括一个或若干个回采工作面。
采区设计是对采区巷道布置方案、生产系统与开采设计进行设计与计算,一般包括设计说明书及相关设计图纸。
采区设计是采区施工开掘的依据,在采区的施工过程中及生产过程中通常不能随意更改。
采区设计应为矿井合理集中生产和持续稳产、高效创造条件;简化巷道系统,减少巷道掘进和维护量;要采用新技术,机械化和自动化;使煤炭损失少,安全条件好,生产矿井提出的对设计采区的生产能力、采煤工艺、采准巷道布置及生产系统等要求,要适应生产技术不断发展的需要。
本文主要阐述了采区方案设计和单项施工设计和采区设计的说明书、图样等内容。
关键词:
沿空掘巷;顶煤采出率;顶板弱化
Abstract
Miningisanindependentproductionsystemblock,apanelmayincludeoneorseveralminingworkingface.Thedesignofminingareaisthedesignandcalculationoftheproductionsystemofmining,miningdesignandminingroadwaylayout,generallyincludesthedesignspecificationanddesigndrawings.Thedesignofminingareaistheminingareaconstructionbasis,intheconstructionprocessintheminingandproductionprocessusuallycannotarbitrarilychange.Miningareadesignshouldbeefficienttocreatetheconditionsforrationalmineproductionandsustainedyield,simplifiedroadwaysystem,reducetheroadwayexcavationandmaintenance;toadoptnewtechnology,mechanizationandautomation,inordertoreducethecoalloss,providegoodsecurityconditions,designrequirementsforminingproductioncapacity,coalminingtechnology,quasiroadwayarrangementandproductionsystemproductionofmineisproposed,tomeettheneedofthedevelopmentofproductiontechnology.Thispapermainlydescribestheminingdesignandmonomialconstructiondesignandminingdesignspecification,drawingsetc
Keywords:
drivingalonggoaf;thetopcoalrecoveryrate;roofweakening
引言
采区设计是一个涉及煤矿开采,井巷工程,矿山机械,矿井通风等众多学科的系统工程。
通过本次设计,我已经基本掌握了采区乃至矿井设计的方法和步骤,培养了搜集、整理、运用技术资料和技术经验的能力,提高了撰写技术文件和解决实际问题的能力。
本次设计参照伊东集团扶贫煤矿初设资料,结合自身所学知识和井下生产实习经验,由老师指导对扶贫煤矿二采区进行采区设计。
本次设计以《内蒙古工业大学本科生毕业设计说明书(论文)撰写规范(修订)》为依据,按照《煤矿安全规程》、《采矿设计手册》的要求,经过查阅相关资料,在老师精心指导下完成。
设计中难免有不妥和错误之处,恳请审阅老师批评指正。
第一章井田概况及地质特征
1.1井田概况
1.1.1位置与交通
扶贫煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗境内,准格尔煤田东北部小鱼沟勘探区,行政区隶属准格尔旗窑沟乡管辖。
是内蒙古伊东煤炭集团有限责任公司下属煤矿。
矿井交通以公路为主,北距呼市125km,南距准格尔旗薛家湾镇15km。
矿井距矿区4.6km砂石路已改建为油路,经矿区公路至呼(市)~大(饭铺)公路长约9km,本矿距大准铁路15km。
井田对外交通便利。
1.1.2地形地貌
本区属鄂尔多斯黄土高原,地形十分复杂,沟谷纵横交错,沟深壁陡,断面多呈V字形,树枝状分布,沟谷中有基岩外露。
本井田地形西高东低,海拔标高在1300~1088m之间,相对高差212m,一般标高1180m。
1.1.3地形水系
黄河是流经井田东部边缘唯一的地表水,年均最大流量930~3390m3/s,年均最大含砂量5.74~24.30%,井田内最低标高839.62m,低于黄河水位140多米。
但据钻孔探测,孔内无水位,又无大的断裂与黄河沟通,未见黄河水补给井田。
1.1.4气象
本区属大陆性气候,冬季严寒漫长,夏季短暂炎热,寒署变化剧烈,最低气温-24.3℃,最高气温39.5℃,年平均气温5.0~7.8℃,昼夜温差大。
十月至次年四月为结冰期,最大冻土深度1.5m,年总降水量238~732mm,主要集中在七、八、九三个月,占全年降水量的60~70%,年蒸发量为1792~2155mm,为降水量的四倍多,春旱常年发生。
全年多西北风,风速一般为10~15m/s,最大风速18m/s。
1.1.5地震
根据国家地震区划图,本区按7度设防。
1.1.6区域经济简况
本区煤炭资源丰富,但经济相对落后。
区内居民稀少且居住分散,多聚居在山谷低凹处。
当地居民多从事农业生产,牧副业次之,经济发展滞后。
矿井建设用三大主材需外购,其它建材可在区内解决或部分从外地调入。
1.1.7水源
矿井水源主要依靠准格尔旗科源水务有限责任公司供水管网供给。
矿井水经净化处理后可用于井下消防洒水及地面灌溉,做为补充水源回收利用。
1.1.8电源
矿井供电电源引自唐公塔110kV变电站和薛家湾220kV变电站,供电距离均为15km。
1.2地质特征
1.2.1地层与构造
(一)井田地层
井田内大部被第四系黄土以及风积砂土覆盖,基岩露头很少,仅在井田北部脑包沟、东部脑包沟支沟,井田南部小鱼沟有少量白垩系下统志丹群出露,地层由老至新分述如下:
1、石炭系上统太原组(C2t):
是区内主要含煤地层,地表未出露。
下部岩性为砂泥岩夹鸡窝状铁矿结核(山西式铁矿)、砂质粘土岩,砂泥岩、泥岩夹粗砂岩。
图1-2-1柱状图
上部为黑色泥岩、砂泥岩、碳质泥岩夹6上及6号煤层,以灰白色粗砂岩(K2)厚10~15m与中部分界,(K2)是6煤组与8号煤层主要对比标志。
本组厚度61.77~133.93m,平均厚度96.86m。
中部为灰白色粗砂岩、黑色泥岩夹8、9上、9、10号煤层,一层厚约10m的灰白色粗砂岩夹在8与9上煤层之间,全区分布,是8号和9上煤层标准层之一。
在11号煤层底部有一层厚约10~20m的灰白色粗砂岩(K1),是底部煤层标志层。
北部、西部薄,东部部分被剥蚀。
太原组含煤建造,基本可以划分四个旋回,从奥陶系灰岩不整合面之上铁质砂岩开始至(K1)粗砂岩底,由一个完整的由粗~细沉积韵律组成。
第二旋回为(K1)粗砂岩~9上号煤层结束;第三旋回由9上号煤层顶部粗砂岩开始,到8号煤层结束;第四旋回由粗砂岩(K2)~6上号煤层顶部砂质泥岩结束(见图1-2-1)。
2、二叠系下统山西组(P1sx):
是区内含煤岩系之一,无可采煤层。
由灰白色粗砂岩,砂泥岩、泥岩、含3、5号煤层,地层厚度较稳定,厚53.26~72.03m,一般在60m左右,与太原组整合接触。
3、二叠系下统~中统石盒子组(P1-2sh):
主要由砂泥岩、紫红色砂岩、砂质粘土岩、泥岩及粗砂岩构成。
最大厚度77m,与山西组呈整合接触。
4、白垩系下统志丹群(K1z):
由上而下为紫红色砾岩、砂砾岩、砂泥岩互层,厚度不等,不整合于下伏石盒子组之上。
在井田北部及东南部较大的沟谷中有明显出露。
5、第四系上更新统(Q3):
黄土、轻亚粘土、细粉砂夹钙质结核。
全新统(Qh):
地表为风积砂及风成砂土,地质填图未分,矿区钻孔所见厚度最大118m。
(二)井田构造
井田总体为北西单倾斜构造,倾角小于10度,沿走向呈缓波状起伏,形成宽缓的背向斜构造。
井田北部有脑包沟背斜,中部有贺家山向斜,井田南端有窑沟背斜。
1、脑包沟背斜:
位于井田北部,长约1.5km,轴向北东45°,褶皱两翼平缓,倾角1~3°,波幅小于20m,经钻孔验证为穹隆状构造,已控制并于查明。
2、贺家山向斜:
位于井田中部11、10勘探线之间,轴向北东50°,长约1.5km。
东北端紧密,西南端宽缓,南翼陡,北翼缓,南翼倾角为13°。
3、窑沟背斜(北西翼):
背斜轴向北东45°,从井田南端通过,影响了井田南部的煤层产状,倾向北西,倾角10~13°之间,褶皱已控制查明。
地质构造报告表面,本矿区井田地质构造复杂程度属于简单类型。
(五)岩浆活动
在井田内施工的所以钻孔中尚未见到火成岩体。
1.2.2煤层
(一)含煤性
本区属华北石炭~二叠纪煤田。
上石炭统太原组和下二叠统山西组为主要含煤地层,井田内含煤共8层,编号分别为3、5、6上、6、8、9上、9、10号煤层,煤层平均总厚度约为27m,煤系地层总厚140.70m,含煤系数19.4%。
太原组平均厚度78.96m,含煤6层,含煤系数33%,分别为6上、6、8、9上、9、10号煤层,可采煤层4层,为6、8、9上、9号煤层;不可采煤层为6上、10号2层。
山西组平均厚61.74m,煤层平均总厚0.69m,含煤系数1%,含煤2层,3号煤层厚度0~0.70m,平均厚度0.38m属不可采煤层,5号煤层厚度0.10~0.51m,平均0.35m属不可采煤层。
(二)煤层
井田内可采煤层4层:
即6、8、9上、9号,其中6、9号为主要可采煤层。
1、6号煤层:
太原组顶部,是井田内主要可采煤层,全区可采,厚度1.71~20.80m,平均15.18m,可采厚度1.71~16.86m,平均12.78m,属较稳定煤层。
煤层结构复杂,含夹矸最多达21层,平均10层,煤层中夹矸总厚0~4.66m,平均2.23m。
夹石岩性为粘土岩、泥岩、砂质粘土岩及炭质泥岩,结构尤以上部最为复杂。
顶板多为泥岩、粘土岩,其次为砂岩。
底板主要为泥岩,其次为粘土岩、砂岩。
2、8号煤层:
位于太原组中上部,主要分布井田西部,大部分可采,煤层厚度0~3.24m,平均1.44m,可采厚度0.80~2.64m,平均1.52m,厚度变化大,属不稳定煤层。
含夹矸1层,平均厚度0.13m。
顶底板岩性均为砂岩、泥岩、粘土岩。
距6号煤层13.61~25.03m,平均16.88m。
3、9上煤层:
位于太原组中下部,煤层厚度1.66~5.59m,平均3.61m,可采厚度1.10~4.25m,平均2.84m,矿区内大部可采,井田内全部可采,由于煤层灰分高且变化大,影响了高类型资源储量的圈定,煤层稳定类型确定为较稳定~不稳定煤层。
煤层结构简单~复杂,平均含4层夹矸,平均总厚0.75m。
顶底板均为为砂岩、泥岩、粘砂岩。
距8号煤层2.40~17.67m,平均10.74m。
当8号煤层缺失时,与6号煤间距为31.17~40.36m,平均35.38m。
4、9号煤层:
位于太原组中下部,全区可采,是主要可采煤层,煤层厚度1.43~6.90m,平均3.54m;可采厚度1.01~5.40m,平均3.26m。
煤层结构为简单~复杂型,含夹矸11层,平均3层,单层夹矸最大厚度1.0m左右,平均夹矸厚度0.26m,煤层中夹石平均总厚为0.66m,岩性为粘土岩、泥岩、碳质泥岩。
煤层顶底板岩性为粘土岩、砂岩和泥岩。
距9上煤层间距0.24~19.27m,一般在7m左右,属较稳定煤层。
1.2.3煤质
(一)物理特性和煤岩特性
1、宏观特性:
井田内煤呈黑色,条痕为黑棕色,沥青及弱沥青玻璃光泽,裂隙不发育,呈细条带状。
井田内6号煤层上段以暗淡煤和半暗淡煤为主,煤质较差,中段和下段煤质较好,以亮煤为主夹有少量镜煤,镜煤多以条带状,属半亮型煤。
8、9上、9号煤层以暗煤为主,局部夹亮煤、丝炭、煤岩类型为半暗型―暗淡型。
2、煤的显微特征
本区煤质特征为丝炭含量高,6号煤层平均值为37.6%,8号煤层平均值29.0%,9上煤层平均值33.4%,9号煤层平均值29.4%。
镜煤最大反射率;各煤层在0.5544~0.5833之间,均属变质Ⅰ阶段,相当于长焰煤。
(二)煤的其它物理特性
煤的比重和容重(见表1-2-1)
表1-2-1各煤层比重和容重测试结果一览表
煤层编号
平均灰分Ad(%)
比重
(t/m3)
容重
(t/m3)
煤层
编号
平均灰
Ad(%)
比重
(t/m3)
容重
(t/m3)
6
23.25
1.61
1.36
9
26.80
1.66
1.48
8
29.04
1.69
1.50
9上
30.75
1.72
1.52
根据邻区大样测定,静止角34.3~37.5度,摩擦角24.3~30度,散比重834.4~1057.5L/m3,抗压强度(两米落法)为77.5~80.1kg/cm2,可磨性1.171~1.314。
(三)煤的化学性质及工艺性能
1、煤灰成分与灰熔融性:
本区煤灰的熔融性很高,各煤层均属难熔灰分煤,利于煤的气化和燃烧。
煤的灰成分:
SiO244.36~50.10%,Fe2O33.48~7.63%,Al2O340.43~43.22%,CaO0.50~0.92%,MgO0.28~0.58%,TiO21.39~1.99%,SO30.16~0.54%。
2、含及其它有害元素含量
6号煤含硫0.81~2.08%,平均1.33%,属低硫煤。
8号煤含硫量0.77~2.81%,平均1.56%,属于中硫煤。
9上号煤层为0.34~2.30%,平均1.37%,属于低硫煤。
9号煤层变化较大,为0.30~2.74%,平均值为1.08%,属于低硫煤。
区内硫份主要以硫化物为主,有机硫次之,仅有微量硫酸盐硫。
各煤层中磷含量0.010~0.037%,属于低磷煤,氯含量0.008~0.010%,含量低。
砷含量较高,且变化大,6、8、9上及9号煤层平均值分别为22.1PPM,30.7PPM,23.5PPM,41PPM,不能用于酿酒或食品业燃烧用煤。
3、煤的工艺性能:
洗煤后精煤发热量(Qnet,d)稳定,可达29.27MJ/kg;矿区内主要煤层可磨性系数大于1,属容易磨碎煤。
各煤层经低温干馏试验,原煤含油率(Tq)一般低于7%,属于含油煤,主要煤层碳与氢的比值均大于16,表明矿区内煤层不利于液化。
煤的气化性能测试表明其粘结性、灰分、灰熔融性,均符合“沸腾层发生炉用煤”的质量要求。
热稳定性较好,属于一级。
(四)煤的可选性及工业用途
1、可选性评价
普查~勘探阶段,对小鱼沟矿区6、9上及9号煤层经多次简易筛分,浮沉试验及23套大样试验表明:
6号煤层上段厚度6.62米,灰分高(38.22%),煤质差、精煤回收率低,当精煤灰分为10%时,回收率仅21.9%,精煤灰分为12%时,回收率可达30.5%,±0.1值很低,分别为46.9、48.0,属于极难选煤。
6煤下段厚11.4m,原煤灰分24.09%,灰分控制在10%、12%时,精煤回收率分别为65.0%(良等),74%(优等),±0.1值分别为32.6(难选)、19.0(易选)。
上述表明,6号煤层下段当灰分控制在12%时,属易选,控制在10%时,属于难选。
8号、9上、9号煤层属难选至极难选煤。
2、煤的工业用途
煤种属于长焰煤。
6号煤为低硫、低磷、中灰、高砷、中热值煤。
煤的可选性差,属难选煤。
煤的热稳定性和煤对二氧化碳化学反应性都较好,煤灰溶融性较高。
灰分、硫分等都可满足“沸腾层发生炉”气化用煤指标。
煤炭经粗选后可作为火车、船舶等蒸汽机用煤,原煤可用于火力发电,气化和液化用煤。
8、9上、9号均属富灰煤,低磷、低硫、砷含量高,经可选性试验属极难选煤,可作为火力发电和民用煤。
1.2.4井田水文地质条件
(一)地形地貌及气候条件
本区属鄂尔多斯黄土高原,因流水作用的冲蚀,地形变的十分复杂,沟谷纵横交错,沟深壁陡,断面多呈V字型、树枝状分布,沟谷中有基岩外露。
本井田地形西高东低,海拔标高在1088m~1300m之间,一般标高1180m。
本区属大陆性气候,冬季严寒而温长,夏季炎热而短暂,寒署变化剧烈,昼夜温差大,气候干燥,蒸发量大,为降水量的四倍多,而降水多集中在七、八、九月,形成集中补给和集中排汇。
由于地下水补给主要来源于大气降水,但地表冲沟切割很深,所以不利于地下水富集。
(二)含、隔水层特征
1、岩性特征及含(隔)水性:
井田位于小鱼沟矿区南部,面积5.4577km2,井田北部为脑包沟背斜,南部小鱼沟背斜,矿井处于贺家山向斜之中,井田地形标高1300~1088m,相对高差达212m。
沿北部脑包沟及其支沟、小鱼沟均有泉水溢出,上部地层地下水多以泉水方式排泄。
(1)第四系全新统冲洪积层(Qhal+pl):
分布在脑包沟、小鱼沟及其支沟中,以中粗砂、砾为主,厚度不大,水量不丰富,潜水位变化大。
(2)上更新统黄土(Q3):
全区分布,厚度达118m,有少量泉水出露,流量为0.03~0.1L/s,施工钻探过程中,大多在底部发生严重漏水,为一透水不含水层。
(3)志丹群(K1z):
钻孔最大厚度226m,由砾岩、砂砾岩、粉砂岩及砂质泥岩组成;地表有泉水出露,流量一般在0.01~0.1L/s之间,HCO3~Ca型。
根据小鱼沟矿区ZK14号抽水孔,该孔水柱高度4.0m,水位埋深162.99m,水位标高1017.43m,因水柱高度不足,未能正式抽水实验。
(4)石盒子组(P1-2sh):
出露于小鱼沟中上游,钻孔厚度77m,由砂质泥岩、砂岩、砾岩等组成,在该岩段钻进时严重漏水,未见泉水出露。
(5)山西组(P1sx):
地表被覆盖,钻孔中厚度53~72m,由砂岩、泥岩、砂质泥岩、粘土岩夹1~5号煤层组成。
井田内37号孔属水位观察孔、136号孔38号孔做了抽水试验,37号孔水柱高度14.31m,水位标高988.10m,136号孔水柱高度2.55m,水位深度245.86m,水位标高993.89m,38号孔水柱高0.25m,两孔因水柱高度不足,未能进行抽水试验。
地表未见泉水出露,该含水组为6号煤层充水含水层。
(6)太原组(C2t):
厚度62.30~134.73m,砂岩、泥岩夹6~10煤层,钻孔施工过程中大部分钻孔严重漏水。
底部有一层铝土质粘土岩、砂质粘土岩全区发育,是一良好隔水层,该层距9煤层15~47m。
(7)中下奥陶统(Q1-2):
矿区内有19个钻孔揭露或穿过该层,厚度0.6~41.55m,岩溶不发育,裂隙多被钙质充填。
黄河是迳流矿区东缘唯一地表水体,水位标高989m,井田内126孔孔底标高839.62m,底于黄河149m,孔内无水位,又无大的断裂与黄河沟通。
通过钻探分析,未见黄河水补给井田。
通过上述含水层分析,矿区和井田均属于孔隙裂隙岩层为主的水文地质条件简单的矿床,即一类~二类一型。
1.2.5矿井涌水量预算
在井田外ZK14号孔和井田内38、136号孔三抽水孔做抽水试验,均因水柱高不足未能正式完成。
原报告对矿井涌水量预算采用邻区(窑沟精查区)157孔抽水资料。
该空共计抽了三个试段水;下石盆组、山西组中上部、山西组中下部。
下石盆组抽水试验,因抽水时间仅延续2小时45分,其精度较低;山西组中上部的抽水试验仅一次降深,延续时间12小时5分钟,其精度也较低。
故上述两个试段,在计算中未采用,以山西组中下部抽水资料为依据。
设计综合考虑了小鱼沟矿区25.7km2最大涌水量为202m3/d以及邻近矿井牛连沟曾发生突水事故,确定矿井正常涌水量按小鱼沟矿区最大涌水量202m3/d计算排水设备能力。
1.2.6工程地质
井田绝大部被第四系黄土所覆盖,厚度大,固结性差,基岩仅出露在沟谷之中。
矿区和井田内有工程地质孔两个,即38号和112号钻孔,经岩石物理力学性质试验表明,大部分岩石属半坚硬~坚硬岩石,只有煤层、泥岩等抗压强度低于100kg/cm2。
顶底板特征见表1-2-2。
表1-2-2顶底板岩石特征
顶、底板
岩石类别
岩厚
性质
顶
板
老顶
黑色炭质岩石
平均厚度0.3m
加煤线或煤屑
直接顶
风化粘土
平均厚度3.16m
上部为棕色,下部为黑褐色,主要矿物成分为粘土矿物含大量黑色有机质,岩石松软。
底板
炭质泥岩
平均厚度0.85m
黑色,主要成分为粘土矿物含炭质较高污手阶梯状断口,水平薄层节理发育
井田工地程地质类型属Ⅲ类二型~三型,即层状岩类,工程地质条件中等~复杂。
1.2.7瓦斯、煤尘、煤的自燃及地温
1、瓦斯
矿区和井田内瓦斯含量均不高,通过井田北部外围8线共11个瓦斯样化验,6号煤层瓦斯平均含量0.13ml/g,瓦斯成分CH40.18%,CO217.94%,N287.51%;9号煤层瓦斯含量0.13毫升/克燃,瓦斯成分CH40%,CO27.2%,N291.74%;为二氧化碳氮气带,通过邻井访问从未发生过瓦斯爆炸事故。
井田属瓦斯风化区。
2、煤尘
通过对矿区6号煤层煤尘爆炸样测定,火焰长度>300mm,岩粉填加量30%;9号煤层火焰长度为100mm,岩粉填加量50%,区内煤的挥发分较高,具有煤尘爆炸危险性,应加强通风管理,可以避免事故的发生。
3、煤的自燃
井田煤种属长焰煤,挥发分含量高,丝炭含量高都是煤的自燃内在因素,经试验表明属“很易自燃煤”,见表1-2-3。
表1-2-3煤的燃点试验表
煤层
挥发分
Vad(%)
还原样
着火点℃
氧化样
着火点℃
ΔTo
℃
倾向等级
6
38.06
330
281
49
很易自燃
(1)
9
38.80
330
284
46
很易自燃
(1)
据相邻煤矿资料表明,自燃发火期为一年。
4、地温
经钻探施工,300m以内尚未发现高温值,均处于正常地温值中。
第二章采区储量及生产能力
2.1采区尺寸及储量
2.1.1采区范围
图2-1-1采区划分
按照井田内采区划分的基本原则,将井田划分为五个采区,如图2-1-1所示。
二采区最大走向长度2236.4m,最小长度1841.6m;倾斜方向最大长度1249.2m。
煤层最大倾角10°,最小倾角0°,平均倾角4°。
S=L×H×Cosθ
式中,S—采区水平面积,km2
L—井田平均走向长度,km
H—井田倾斜长度,km
因此,S=L
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