毕业论文-家苏壕煤矿设计采矿设计指导.doc

第一章 井田地质概况1.1 井 田 概 况1.1.1、交通位置苏家壕煤矿位于陕西省榆林市神木县北部，在神木县NW15的方位，距神木县直距60km。处于陕北侏罗纪煤田神木矿区北部矿区前石畔井田与大柳塔井田的结合部，属地方开采区。煤矿中心点坐标X=4357400，Y=37438000。地理坐标为北纬392010392153；东经11016071101748。本矿北部与郝家壕煤矿相邻，东与斯令梁煤矿和张家渠煤矿相邻。矿区交通方便，西（安）包（头）铁路由煤矿西部通过，包神铁路与神朔铁路在大柳塔相接，瓷窑湾车站距大柳塔车站仅7km。包府二级公路在煤矿以南通过，大（柳塔）石（圪台）三级公路沿乌兰木伦河而上，以大柳塔为中心的矿区交通网已基本形成，并向省内外辐射。煤矿距神木县城64km，距榆林市186km，距大柳塔8km。交通位置图见图111。大柳塔至周边各主要城市及铁路站点距离如下：大柳塔神木县城 60km大柳塔山西阳方口火车站 270km大柳塔府谷 110k大柳塔榆林市 186km大柳塔西安市 940km大柳塔包头 193km近年来，榆林地区先后建成了包（头）神（木）、神（木）黄（骅港）和西（安）包（头）铁路神（木）延（安）段等三条铁路。向东通过神（木）黄（骅港）铁路可达沿海港口，向南通过西（安）包（头）、西（安）康（安康）铁路和即将贯通的西（安）南（通）铁路可直达西南和长江中下游地区。公路已形成“两纵两横”的高等级公路骨架。全市公路总里程1982km，其中等级公路5580km。航空方面，榆林机场由支线可飞往北京、西安等地。图111 交通位置图1.1.2 地形地貌苏家壕煤矿地处陕北黄土高原北端和毛乌素沙漠东南缘的接壤地带，地表大部分被第四系风积沙覆盖，地形特点为西南部高、东部低。最高点位于煤矿西南部的台核十里，标高+1340.8m，最低点位于煤矿东部的郝家壕沟沟谷，标高+1193.0m，相对高差约147.8m。该区地貌单元可分为风沙区、河谷区、黄土梁峁区三种地貌类型。1风沙区在本井田范围内广泛分布，约占井田面积80以上。其具体又可分为：（1）沙丘沙地：由固定、半固定沙丘及沙丘链，长条形沙垄、平缓的沙地交错组成。沙丘、沙垄一般长数十米至数百米，高一般1030m。在较大沙丘之间有风蚀所形成的丘间洼地。沙丘受西北风吹蚀不断向南移动。地表干旱，缺乏水分。（2）风沙滩地：地表形态主要表现为较平坦的滩地，成不规则带状，地下水向沟谷处汇集，因而潜水位较浅，仅13m。滩地内多由湖积沙、亚粘土组成。夏季水草丰茂，绿树成行，是主要农作物耕作区。2河谷区仅在七概沟的支沟郝家壕沟、斯令渠沟零星分布，河床、河漫滩核阶地次级地貌单元发育，由冲积沙及风积沙组成。阶地面平缓，呈条带形，以第四系冲积物为主。农作物及植物生长较为茂盛。3黄土梁峁区主要分布于煤矿西南角，区内梁峁相间分布，梁顶宽缓平坦。其特点是红土覆盖于老地层之上，厚度较大。一般约100m。由于受外力作用，形成一系列特殊的黄土地貌，有疏密不等的短小冲沟。现代地貌以流水侵蚀为主，植被稀少，水土流失时有发生。1.1.3 地表水系区内水系发育，地表水主要为七概沟流域的主要支沟郝家壕沟和斯令渠沟。郝家壕沟分布于井田北部边界，区内流长约1km左右；斯令渠沟分布于井田中东部，区内流长约1.2km左右。两沟分水岭横贯井田东西部。郝家壕沟和斯令梁沟自西北向东南分别在井田东约0.8km和2.0km处汇入七概沟。七概沟为悖牛山上游较大支流之一，发源于神树壕一带，其次级支沟郝家壕沟发源于上杨贵，均系以排泄地下水为主的沟流。1.1.4 气象及地震1气象本区属中温带大陆性半干旱季风气候，天气多变，冬季寒冷，夏季酷热，；春季多风，风沙频繁，秋季凉爽，冷热多变，昼夜温差悬殊，干旱少雨。全年降雨量多集中在7、8、9三个月，无霜期150180天。10月初上冻，翌年三月解冻。秋季多为西北风，春夏多为东南风。根据榆林市神木县气象站资料，主要气象参数如下：最高气温38.9，最低气温29.7，平均气温8.8；多年平均降雨量436.6mm，近年最大降雨量553.1mm，日最大降雨量135.2mm（1977年8月1日），枯水年降水量108.6mm（1965年）；多年平均蒸发量1774.1mm；多年平均绝对湿度7.6mbar；平均风速2.2m/s，最大风速25m/s（1970年7月18日）；最大冻土深度146cm（1968年）。2地震本区地壳活动相对微弱。据历史记载，1448年在榆林发生过4.7级地震，烈度为6度。1621年5月在府谷孤山一带发生过6.7级地震，烈度为6度。1477年银川6.5级地震、1739年银川平罗8级地震、1920年海源8.5级地震曾波及本区，仅受到轻微破坏。1996年5月30日，内蒙古包头市发生6.4级地震，本区仅有震感。根据国家地震局中国地震反应普特征周期区划图（GB183062001）B1图和中国地震动峰值加速区划图（GB183062001）A1图,榆林地区地震动反应普特征周期Tm为0.35S，地震动峰值加速PGA0.05g，相对于中国地震局1990年发布的中国地震烈度区划图（50年超越概率10）的地震烈度6）的热稳定性能（TS+6）为68.976.7，属热稳定性好的煤。煤灰结渣性（C1in）：结渣率6，为4.532.2，结渣率等级为中等强结渣。（3）煤类及工业类型及用途根据中国煤炭分类国家标准，2-2煤层煤化程度阶段，煤类以长焰煤41号（Cy41）为主，少量不粘结煤31号（BN31）。2-2煤层仅水分含量偏高，低灰、低硫、高热值、化学反应强、热稳定性好、抗破碎程度高，加之煤中有害元素砷、氯、氟、磷含量低，有“环保煤”之称。可作为动力用煤、炼焦配煤、气化用煤、制备超纯煤。1.2.4 矿井储量设计生产能力和服务年限井田面积/km2可采面积/ km2煤层平均厚度/m煤层倾角/5.734.736.181地质储量/Mt可采储量/Mt设计服务年限/a生产能力/Mt/a38.0025.81300.61.2.5 开采技术条件1瓦斯2-2煤层瓦斯含量甚微，每克可燃质（gr）含氮气（N2）0.368.86（mm）3，二氧化碳（CO2）00.068（mm）3,甲烷（CH4）00.03（mm）3,重烃含量为0.自然瓦斯成份中，氮气占93.0100，二氧化碳占06.50%，甲烷占07.00%。煤层瓦斯分带属CO2N2带。属低瓦斯矿井。2煤尘22煤层火焰长度大于400mm，岩粉用量6075%，属有爆炸危险的煤层。3煤的自燃倾向22煤层原煤样着火点与氧化样着火点差（T13）在1242之间，属易自燃的煤层。4地温本井田地温正常，无地热危害。5煤层顶底板22煤层伪顶零星分布，面积约占5%，直接顶分布广泛，面积约占70%；基本顶分布于井田两侧及中部，面积约占25%。直接顶：泥岩、粉砂岩及其互层、天然抗压强度28.4MPa，饱和抗压强度15.6MPa，初次垮落步距11m，属类中等稳定顶板。基本顶：由节理裂隙及层理不甚发育的较为均质的砂岩，粉沙岩组成；初次来压当量9901000KN,压力显现强烈，属级基本顶。伪顶：位于煤层之上，厚度小于0.5m，由极易垮落的泥岩、炭质泥岩组成。底板：主要由粉砂岩、细砂岩组成，单向抗压强度29.4MPa，允许单向抗压强度22.1MPa，属中硬类底板。仅S3钻孔附近，底板有一层0.4m厚的膨润土，遇水泥化。1.2.6 水文地质1含（隔）水层（1）上更新统河、湖积层潜水（Q3s）该层为萨拉乌苏组含水层。岩性为黄褐色中粗砂、粗砂、含粉砂及粘土透镜体。底部含小砾石。一般在古沟槽中心厚，向两侧逐渐变薄。据前石畔钻孔资料，钻孔涌水量0.114L/s，单位涌水量0.00527L/s.m，渗透系数0.01955m/d，富水性弱。水质为HCO3CaMg型，矿化度212mg/L。（2）中更新统离石黄土（Q2L）及新近系上新统保德红土（N2b）隔水层基本全区分布，在沟谷渠被冲刷殆尽，厚0113.30m，一般厚50m左右。岩性为浅红、棕红色粘土及亚粘土，含钙质结构，大部分与基岩直接接触，是井田内良好的隔水层。（3）新近系上统保德组（N2b）砂砾石含水层该层不整合于基岩之上，离石黄土或保德红土之下，局部与第四系松散砂层直接接触。区内大部分布，厚016.80m。岩性上部为中粗砂并含有小量砾石，下部以卵石为主，中粗砂、砾砂充填，卵砾径0.86cm。砾石成分以石英、长石、燧石和火山岩矿物为主，次园状，磨园度好，分选差至中等。据本次勘察S12钻孔抽水资料，单位涌水量1.346 L/s.m，渗透系数9.994m/d。富水性中等到强，水质类型为HCO3Ca型，矿化度340mg/L。（4）直罗组裂隙承压水（J2z）局部分布。岩性为浅绿色、灰白色中细粒砂岩、粉砂岩及泥岩组成，厚26.47m。含水层为中、细粒砂岩及粗砂岩，泥质胶结。上部泥岩、砂质泥岩风化后易软化，与新近系红土一起形成隔水层。故直罗组地下水在井田内为承压水。下部岩石完整，裂隙不发育。据前石畔井田勘探地质报告Q43号水文孔资料，含水层厚16.42m,水柱高度48.15m,抽水降深33.44m,钻孔涌水量0.221L/s，单位涌水量0.00681 L/s.m，渗透系数0.0367m/d。富水性弱至极弱。水质为HCO3Mg Ca型，矿化度170mg/L。（5）延安组裂隙承压水（J2y）本组厚度170.52221.82m，一般185.00m。含水层为浅灰色、灰白色中粗粒砂岩、细砂岩。厚度变化大，层间夹有浅灰色粉砂岩。泥岩、炭质泥岩隔水层，形成复合型互层状含水组段。含水层水位标高1121.871229.50m。钻孔涌水量1.55530.154m3/d，单位涌水量0.001080.02183 L/s.m，渗透系数0.0013210.01573m/d，属富水性弱极弱含水层组。浅层水质为HCO3N2型，向深层水质逐渐变差，成为HCO3CLN2或CLN2型，矿化度大于1000mg/L。（6）烧变岩孔洞裂隙潜水区内分布于郝家壕沟及斯令渠沟沿岸。斯令渠沟沿岸22煤层自燃使围岩形成烧变岩，呈带状分布。厚2.756.98m，一般厚30.01m,分布宽度最大800m，一般300m。烧变岩裂隙孔洞发育，地下水径流通畅，上部又覆盖萨拉乌苏组沙层，易于接受大气降水及沙层水的转化径流补给。其底板为相对隔水的粉砂岩、泥岩。在地形坡向与地层倾向相反的地段，或烧变岩底板位于当地侵蚀基准面以下时，即使烧变岩分布范围不大，也形成富水区。据前石畔Q79号孔抽水资料，水柱高度1.67m，涌水量3.82L/s.m，单位涌水量4.6146 L/s.m，渗透系数281.05m/d，富水性强。水质为HCO3CaNa型，矿化度234mg/L。2地下水的补给、径流、排泄条件（1）第四系松散岩类孔隙潜水补、径、排条件本区地表为松散沙层，孔隙度大，极易接受渗水补给。大气降水渗入系数0.400.70。大气降水渗入沙层后，沿沙层底界（基岩面古地形）侧向运移。流向具多向性。以井田西南部保德红土出露地区为分水岭，分别向乌兰木伦河、七概沟方向运移。两流域又有多个层级分水岭，从而造成地下水的多向性流动，最终以泉流形式排入乌兰木伦河和七概沟。雨季大气降水补给地下水。地下水位逐渐升高，但一般要滞后12个月；枯水季节地下水逐渐排泄。水位达到最低值时，雨季来临，又得到降水补给。因此地下水随季节升降。（2）中生界碎屑岩类裂隙承压水的补、径、排条件主要接受区域侧向补给和部分浅层水的渗透补给。中生界碎屑岩在各大沟谷及分水岭地区均有出露，接受大气补给后，沿裂隙向含水层内部移动，在下游露头处，以下降泉的形式补给地表水。（3）烧变岩裂隙孔洞潜水的补、径、排条件受大气降水及上覆砂层水补给。渗入后沿其孔洞、裂隙向下运移，并在其底部富集，在沟谷沿岸以下降泉形式排泄补给地表水。井田内泉水流量0.087.428L/S，平均单泉流量1.667L/s，富水性中强。3水文地质勘探类型本井田大部分地段古沟系发育，浅部煤层顶板工程地质条件差，上覆岩层薄，致使松散含水层成为直接充水含水层，且富水性中等，其水文地质类型属以孔隙充水含水层为主的水文地质条件中等的矿床，即一类二型。4充水因素分析根据本区水文地质条件及煤层覆岩结构类型，矿井充水方式分直接与间接两种，它们分别受大气降水、地表水和地下水等因素控制。且相互间又有一定的水力联系，对未来矿井开采有不同程度的影响。（1）充水水源煤层基岩含水岩组含水微弱，渗透系数很小，对矿井安全不构成威胁。第四系松散层孔隙潜水，烧变岩裂隙孔洞潜水是威胁矿井开采的主要水源。此外，大气降水通过渗入补给地下水，构成间接充水水源。（2）充水通道充水通道主要为煤层采空后顶板冒落形成的导水裂隙带。本井田2-2煤层顶板岩石主要为层状结构的粉砂岩、泥岩、块状结构的中、细砂岩，根据测试结果，属中硬类岩石，岩石抗压强度20Rc40MPa。2-2煤层开采厚度6.18m，上覆岩厚度5.2940.18m，平均厚度19.18m，冒落带高度18m，导水裂隙带高度92.14m，故2-2煤层开采后导水裂隙将全部导通上部基岩段及松散层段地下水。本井田含煤地层富水性弱，补给条件差，底板有较厚的粉砂岩、泥岩隔水层，不会造成底鼓突水。5矿井涌水量对矿井涌水量，以大口井法和积水廊道法进行预算。大口井法计算结果146.34m3/h，积水廊道法计算结果247.95m3/h。地质报告认为大口井法计算结果更接近实际。故设计取矿井正常涌水量150 m3/h，最大涌水量220 m3/h。1.2.7 其它有益矿物2-2煤层底板赋存有0.4m厚的膨润土，厚度分布范围小，很难利用。1.2.8 勘探程度及存在问题1勘探程度评价本次设计是以陕西省煤田地质局一八五队2005年9月提供的陕西省神木县苏家壕煤矿补充勘探报告及其附图为依据进行设计，勘探对2-2煤层网度及储量级别确定较为合理，通过本次勘探查明了煤层厚度、层位、结构。分布范围及稳定性；查明了井田地质构造形态；查明了井田内水文地质条件；查明了煤质特征及其开采技术条件；总之，本次勘探成果可作为矿井技术改造设计依据。2存在问题及建议（1）井田东部火烧区边界控制程度低、可靠性差，建议矿方在开采过程中采取 “先探后掘”的方法予以控制，并留足够的防水煤柱，以防火烧区突水事故的发生。（2）本井田2-2煤层上覆基岩厚度不大，均在冒裂带范围内，尤其西南部更薄，生产时要采取相应的措施，防止突水溃沙。（3）本井田位于三不拉断层的北侧，不可避免会产生次生小断层，并且在矿井生产过程中已发现断距较小的正断层，故在矿井开采过程中应引起重视。第二章 井 田 开 拓2.1 矿井设计生产能力及服务年限2.1.1 工作制度矿井年工作日为300天。每天三班作业，其中二班生产一班准备（检修），日净提升时间为16h。2.1.2生产能力及服务年限生产能力的确定要综合考虑煤层赋存条件、煤炭资源量、开采技术条件、采煤装备机械化程度等诸多因素。设计根据煤炭市场供需情况及业主委托要求，确定矿井技术改造后生产能力为0.60Mt/a。矿井可采储量25.81Mt，考虑到本井田地质条件简单，储量备用系数取1.4，则矿井服务年限为30年。2.2 井田境界与储量2.2.1 井田境界苏家壕煤矿位于神府东胜矿区中东部的大柳塔三不拉断层以北的边角地带。根据陕西省国土资源厅颁发的采矿许可证（证号：6100000220491），井田以10个点围成的封闭区域为界。井田东西宽2.3km，南北长3.1km，面积约5.73km2。井田边界拐点坐标见表211。边界拐点位置图见图211。表211 井田边界拐点坐标一览表点 号XY点 号XY143583603743892064358800374369702435716537438940743585503743815034357150374393708435924037438340443561643743877794359300374393005435616437437000104358390374392502.2.2 储 量1地质资源量根据煤层底板等高线及储量估算图通过计算得出全矿井2-2煤层地质资源量38.0Mt。2可采储量扣除井田境界煤柱、井筒及大巷煤柱和开采损失后，井田共获得可采储量为25.81 Mt。安全保护煤柱的留设：井田境界煤柱按20m留设；水源保护区及火烧区边界煤柱按50m留设；井筒及大巷护巷煤柱按50m留设。可采储量计算详见表212。表212 可采储量汇总表 单位：Mt煤层编号地质资源量煤 柱开采损失可采储量边界水源保护区火烧区大巷工业场地合计2-238.000.720.81.84.81.29.322.8725.812.3 井 田 开 拓2.3.1 工业场地及井口位置的选择根据煤炭工业设计规范工业场地及井口位置的选择原则，设计提出以下可供矿井工业场地选择的方案。方案一：该场地位于井田西北边界处平沙地上，场地标高+1260m。地形平坦开阔，场地标高较高，不受洪水威胁，地面水、电、路等外部条件均较好，但井筒和大巷位于井田边界不利因素较多。方案二：该场地位于井田东南边界处平沙地上，场地标高+1300m。地形较为平坦开阔，场地标高较高，不受洪水威胁，地面水、电、路等外部条件均较好，有利于井田开拓和巷道布置。以上两个方案中，由于方案一该位置对井下开拓与开采有些不利。因此，设计确定选择方案二作为本矿的工业场地。2.3.2 井筒形式及数目的确定由于2-2煤层埋深浅且井田范围较小，确定井筒形式为斜井，包括主斜井，副斜井和风井三个井筒。工业场地标高+1300m，2-2煤层底板标高+1210m，垂深90m。设计确定主斜井，回风斜井倾角15副斜井12。主斜井井筒内安装一台带宽为B=1200mm的带式输送机。副斜井采用防爆无轨胶轮车担负辅助运输。图211 井田边界拐点位置图172.3.3 水平划分及大巷布置1水平划分由于本井田煤层赋存平缓，而且仅开采2-2煤层，故全井田只设一个水平进行开采，水平标高+1210m。2大巷布置由于井口及工业场地位于井田西北边界处，因此井筒开凿的方向取决于大巷走向布置。根据本井田范围、火烧区和水源保护区位置及井田东部边界三角区的实际情况，结合矿井设计生产能力及采煤工艺，设计提出大巷开拓布置有两个方案。方案一：两个井筒和大巷靠井田西边界沿东西方向布置，采用单翼开采。盘区走向长约2000m。该方案的缺点是东北部边角煤不容易正规开采，丢煤多。方案一井田开拓方式见图231。方案二：三个井筒和大巷靠井田东边沿火烧区西边布置，采用单翼开采。盘区走向长约1200m，回采工作面沿南北方向布置由西向东推进。本方案利于井田东北部边角煤的开采，也有利于井田开拓和巷道布置。方案二井田开拓方式见图232。从上述两个方案中可以比较明显的看出方案二优于方案一，因此设计推荐方案二。2.4 井 筒在矿井工业场地内布置开凿两条斜井，即主斜井和副斜井。主斜井井口标高+1298.7m，倾角15，斜长343m，断面净宽4.2m，净断面积13.4m2，掘进断面15.6m2，采用混凝土砌碹支护，砌碹厚度300mm。井筒内安装一台带宽B=1200mm的带式输送机承担井下煤炭提升任务，同时敷设排水管路。主斜井兼回风和安全出口。主斜井井筒断面见图241。副斜井井口标高+1298.0m，倾角12，斜长433m，断面净宽5.0m，净断面积15.0m2，掘进断面积20.4m2，采用混凝土砌碹支护，砌碹厚度400mm，底板铺设200mm厚的混凝土路面，以适应无轨胶轮车运输的需要。副斜井兼进风和安全出口。副斜井井筒断面见图242。回风斜井井口标高+1298.6m，倾角15，斜长342，断面净宽3.8m，净断面积11.4m2，掘进断面14.2m2，采用混凝土砌碹支护，砌碹厚度300mm。回风斜井兼回风和安全出口。回风斜井井筒断面见图243。各井筒特征见表241。图241 主 斜 井 断 面 图图242副 斜 井 断 面 图图243回 风 斜 井 断 面 图21表241 井 筒 特 征 表井筒名称井口坐标井口标高(m)方位角（度）井筒长（深）度(m)井底标高(m)井筒倾角（度）断面积(m2)用 途纬距X经距Y净掘主斜井4356225.00037438225.000+1298.7180343+1210.01513.415.6提煤、进风及安全出口副斜井4356225.00037438175.000+1298.0180433+1210.01215.020.4辅运、进风及安全出口回风斜井4356225.00037438275.000+1298.6180342+1210.01511.414.2回风、安全出口 2.5 井底车场及硐室本矿井煤炭采用胶带输送机运输，辅助运输采用从地面至井下工作地点无中转环节的无轨胶轮车直达运输。因此，不设井底车场。每个采区设一个简单的采区车场。采区车场附近设有井下变电所、水泵房、水仓及井下消防材料库、爆破材料发放硐室等硐室。2.6 方案比较、确定开拓系统由于该井田煤层埋藏较浅，适合用斜井开拓;由于井田靠近神（木北）包（头）铁路以及府（谷）店（塔）一级公路。为了交通方便，工业场地应布置在临近铁路、公路处。综合考虑上述因素后，共提出两个开拓方案。2.6.1 方案特征1）方案一（工业广场在井田内西北角）该场地位于井田西北边界处平沙地上，场地标高+1260m。地形平坦开阔，场地标高较高，不受洪水威胁，地面水、电、路等外部条件均较好，但井筒和大巷位于井田边界不利因素较多。大巷布置：两个井筒和大巷靠井田西边界沿东西方向布置，整个井田为一个盘区，采用单翼开采。盘区走向长约2000m。该方案的缺点是东北部边角煤不容易正规开采，丢煤多。2）方案二（工业广场在井田东南部）该场地位于井田东南边界处平沙地上，场地标高+1300m。地形较为平坦开阔，场地标高较高，不受洪水威胁，地面水、电、路等外部条件均较好，有利于井田开拓和巷道布置。大巷布置：三个井筒和大巷靠井田东边沿火烧区西边布置，刚好将整个井田划分为四个盘区，首采盘区为101盘区。采用单翼开采。盘区走向长约1200m，回采工作面沿南北方向布置由西向东推进。本方案利于井田东北部边角煤的开采，也有利于井田开拓和巷道布置。2.6.2 方案比较1）分析比较（1）井筒位置及数目方案一：工业广场在井田内西北角；两条井筒，通风不利。方案二：工业广场在井田内东南部；三条井筒，利于通风。 (2）工业场地方案一：工业广场在井田内西北角，离公路较远。方案二：工业广场在井田内东南部，离公路较近。(3）盘区划分方案一：整个井田为一个盘区，盘区走向长约2000m，采用单翼开采，工作面推进长度较长，通风、运输等不利因素较多。方案二：整个井田划分为四个盘区，盘区走向长约1200m，采用单翼开采,首采盘区为101盘区，工作面推进长1200m。2) 结论从以上分析比较可以看出，方案二明显优于方案一。因此，确定方案二为最优方案。第三章 大巷运输及设备3.1 运输方式的选择本矿井设计在井下2-2煤层布置一个综采放顶煤工作面来完成采煤任务。根据矿井开拓布置及煤层赋存条件，设计确定井下煤炭运输采用B=1000mm的带式输送机运煤，运输路线为：工作面运输巷盘区胶带输送机巷