1、本科毕业设计黄陵煤矿井田开采设计黄陵矿业集团黄陵煤矿井田开采设计第一章 井田地质概况 1.1井田位置及交通1.2地层及地质构造1.3煤层与煤质1.4开采技术条件1.4.1煤层顶底板条件1.4.2水文地质条件1.4.3煤矿瓦斯等级，煤层爆炸危险性，煤层自燃发火性第二章 矿井储量、生产能力和服务年限2.1矿井储量2.2矿井生产能力确定 2.2.1矿井生产能力确定2.2.2矿井服务年限计算第三章 井田开拓3.1井筒形式、数目及位置的确定 3.1.1井筒形式的确定 3.1.2井筒数目的确定 3.1.3井筒位置的确定3.2开采水平的划分及位置 3.2.1井田内划分及开采顺序 3.2.2开采水平的划分及水
2、平标高确定 3.2.3阶段运输大巷和回风大巷的布置 3.3井底车场3.3.1井底车场形式选择及硐室布置3.3.2井底车场线路设计3.4方案比较、确定开拓系统第四章 采煤方法4.1采区概况4.2采煤方法确定4.3采（盘）区的划分4.4采取巷道布置4.5采煤工艺设计4.6工作面劳动组织第五章 矿井通风与安全5.1矿井安全5.2确定矿井通风方式、划分矿井通风阶段5.3矿井需风量计算与确定及风量分配5.4矿井通风容易与困难时期的通风阻力计算5.5矿井风等积孔计算5.6矿井安全5.6.1预防瓦斯措施5.6.2矿井火灾预防措施5.6.3矿井防治水措施5.6.4矿井防尘措施第一章井田地质概况1.1井田位置及
3、交通黄陵矿业公司是陕西煤业化工集团所属的大型现代化核心企业，位于延安市黄陵县店头镇，素以 “ 红色革命圣地、轩辕黄帝故里 ” 闻名于世的延安市黄陵县境内。南距省会西安 192 公里，北距圣地延安 170 公里。省道黄（黄陵）畛（上畛子）公路穿越矿区，直达甘肃境内，向东 28 公里与 201 国道及包（包头）茂（茂名）高速公路衔接，西（西安）延（延安）铁路从矿区东部通过，矿区铁路专用线在秦家川车站与西延铁路接轨。1.2地层及地质构造黄陵煤田位于延安黄陵店头镇，在大地构造上位于中朝地台燕山沉降带的东南侧。黄陵煤田在地质力学体系上处于天山阴山纬向构造带、新华夏系构造带和祁吕贺兰山山字形的三个巨型构造
4、体系的交汇部位。开平煤田受新华夏构造体系的影响，以一系列向的褶曲及逆断层组成，北部受纬向构造的影响逐渐向南弯转成走向近东西向。煤系地层由石炭系中统唐山组，上统开平组、赵各庄组及下二叠系大苗庄组、唐家庄组等组成。岩性以砂岩、泥岩为主，基底地层为中奥陶系马家沟组石灰岩，分布于煤田周边地带，与煤系地层呈不整合接触，见井田地质特征表1-1。煤田向南倾伏，其南部界限可能跨过宝坻奔城大断层伸入另一个二级构造单元华北断陷。经钻口和电测曲线对比推断，本区主要断层共有2条，分别为F1 和F2。区内尚未发现有大面积岩浆活动，所见分布于煤田西侧和南侧，区内未发现区域变质或侵入变质现象。1.3煤层与煤质煤层走向主体为
5、东西走向，整体近似于长方形，煤层赋存比较稳定，全区发育，平均倾角为14左右，可采煤层间距见表1-2。 煤层间距见表煤层平均厚度（m)煤层间距(m)941512-23煤层赋存状态十煤组共分9、12-2分层。全区发育。见煤层柱状图。 综合柱状图本区煤层中夹石在井田中部最薄，往南北两翼逐渐变厚，沿倾向方向变化小，沿走向方向向南北变化稍大，本组地层一般厚度72.60m，以粉砂岩为主，粘土岩含量减少，各种岩石所占的百分比为：粘土岩10.1，粉砂岩类占52.6，砂岩类占31.4，石灰岩占2.9。岩相组合上为浅海相薄层泥质碳酸盐岩和泻湖海湾相粉砂岩及砂岩沉积物的交替沉积。 容重最小最大平均t/m31.191
6、.461.30本组内赋存三层石灰岩，由下而上命名为K4、K5、K6，其中K5石灰岩为深灰色泥质生物碎屑岩，时而接近钙质粘土岩。特点是含灰白色的动物介壳，富集成层，与深灰色泥质灰岩交替成细带状，形成明显的水平层理和水平波状层理，极易区别于其它石灰岩。厚度薄但比较稳定。本组比较突出的特点是出现了含煤沉积，是典型的海陆交互相沉积序列。井田内各煤层的伪顶多为薄层泥岩，直接顶一般为粘土岩或粉砂岩，底板多为粉砂岩次之。区内虽然岩性变化大，但有一定规律，即由东往西，由下向上岩性逐渐由细变粗，北部和中部较稳定，各类砂岩层理不甚发育，破碎易风化，具有较强的膨胀性，遇水后即软化，断裂带附近层间滑动发育，其内的巷道
7、围岩不稳定，易冒落变形，位于煤层间的巷道有不同程度的移动和破坏。1.4开采技术条件1.4.1煤层顶底板条件设计煤层为3煤层，顶板为灰灰白色厚层中砂岩夹粉细砂岩，顶板为灰深灰色细、中砂岩或粉砂岩。 上组煤层特征表煤层厚度（m）煤层特征顶板底板稳定性容重t/m3最小最大平均202.201.01复杂结构煤层中砂岩泥岩粘土岩砂岩泥土岩粘土岩不1.3533.7010.288.65厚煤层粉砂岩中砂岩粘土岩炭质岩炭质泥土岩稳定1.354局部可采煤层粉砂岩中砂岩砂岩泥土岩粘土岩稳定1.355局部可采煤层粉砂岩中砂岩砂岩泥土岩粘土岩稳定1.30600.970.71薄煤层粉砂岩中砂岩砂岩泥土岩粘土岩极不稳定1.3
8、073.756.645.40局部可采煤层灰岩细砂岩稳定1.301.4.2水文地质条件荆东四矿的水文地质条件属一般型，有八个含水层，自下而上分别为：（1）奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层（）（2）K2K6砂岩裂隙承压含水层（）（3）K6煤12砂岩裂隙承压含水层（）（4）煤9煤7砂岩裂隙承压含水层（）（5）煤5以上砂岩裂隙承压含水层（）（6）风化带裂隙、孔隙承压含水层（）（7）第四系底部卵石孔隙承压含水层（）（8）第四系中上部砂卵砾孔隙承压和孔隙潜水含水层（）其中与矿井生产较密切的为、。全矿预测涌水量：最大涌水量 419.6 m3/h正常涌水量 256.3 m3/h1.4.3矿井瓦斯等级，煤尘爆炸危
9、险性，煤层自然发火性本井田煤层瓦斯含量均很低，属低沼矿井，据化验资料，瓦斯绝对涌出量为：1.275.56m3/min，平均4.75 m3/min，相对涌出量为：0.393.38m3/t，平均1.17 m3/t。煤尘爆炸指数为：为38.4264.20；本区由于煤燃点低，易自燃发火，煤尘试验结果为火焰长度40mm，岩粉量55%，具有爆炸性。自燃发火期为3-6个月。第二章 矿井储量、生产能力和服务年限2.1矿井储量（1)按照地下实际埋藏的煤炭储量计算，不考虑开采、选矿及加工时的损失；2)储量计算的最大垂深与勘探深度一致。对于大、中型矿井，一般不超过1000m；3)精查阶段的煤炭储量计算范围，应与所划
10、定的井田边界范围相一致；4)凡是分水平开采的井田，在计算储量时，也应该分水平计算储量；5)由于某种技术条件的限制不能采出的煤炭，如在铁路、大河流、重要建筑物等两侧的保安煤柱，要分别计算储量；6)煤层倾角不大于15度时，可用煤层的伪厚度和水平投影面积计算储量；7)煤层中所夹的大于0.05m厚的高灰煤（夹矸）不参与储量的计算；8)参与储量计算的各煤层原煤干燥时的灰分不大于40%。矿井的工业储量：勘探地质报告中提供的能利用储量中的A、B、C三级储量。本井田的工业储量的计算：1）工业储量井田煤层埋藏深度为-300-750标高之间。工业储量为: Eg11000000（4+3）1.3/cos14=1031
11、95876.3t2）井田永久煤柱井田永久煤柱损失包括铁路、井田境界、断层防护煤柱，和浅部矿井水下开采防水煤柱。断层煤柱损失断层的两侧各留20m的保护煤柱，此断层的面积为118840=47520m,故此断层保护煤柱损失为：47520（3+4）1.3=43.2万t井田境界煤柱损失井田境界留设30m的边界煤柱，总长为13528m；井田境界保护煤柱所占面积为405840m，经计算，故境界保护煤柱损失为：40584071.3=369.31万t。P143.2+369.31412.51万t3）矿井设计储量Es= EgP110319.58412.519907.07万t4）采区回采率矿井采区回采率，应该符合下列
12、规定：厚煤层不应小于75；中厚煤层不应小于80；薄煤层不应小于85。全矿采区回采率按下式计算：=0.775）矿井设计可采储量Ek（ EsPz） 式中 Ek设计可采储量Es井田设计储量Pz煤柱损失采区平均回采率煤柱损失Pz主要包括工业广场压煤、 阶段间煤柱等工业广场压煤Y 9煤层压煤量（828+905）683241.3307.75万t12-2煤层压煤量（840926）704231.3242.44万tY=307.75242.44550.19万t阶段煤柱（2851 1861 ）（4+3）1.3cos14 4.42 tPz550.194.42554.61设计可采储量：Ek =（EsPz）=（9907.
13、07554.61 ）0.77 7201.4万t2.2矿井生产能力及服务年限2.2.1矿井产能力确定核定生产能力750万t/a。2.2.2矿井服务年限确定服务年限T = = 74382751.3= 750a 其中： T：服务年限 Z：可采储量 A：生产能力 K：储量备用系数第三章 井田开拓3.1井筒形式、数目及位置的确定3.1.1井筒形式的确定井筒形式的确定井田的开拓方式按倾角分为立井、斜井、平硐和主斜副立三种形式。其使用条件和优缺点比较如表 井筒开拓形式的使用条件和优缺点比较井筒形式立井开拓斜井开拓平硐开拓主斜副立煤层条件埋藏深表土厚为缓倾斜煤层倾角小于25表土层薄，无流沙层倾角较小，地形复杂
14、井田范围较大优点井身短，通过井筒的各种管线长度小，提升速度快，机械化程度高，对辅助提升有利，人员提升快；井筒断面大，通风阻力小；生产经营费用低，有利于井筒维护，适应性强，技术可靠，不受煤层瓦斯煤层等限制开拓部署能适应产量大、生产集中的要求，主斜井不受长度限制，井筒装备及井底车场，地面设施简单；施工简单，掘进快，初期投资少，延伸方便，安全出口好最简单的开拓方式，技术、经济最有利，主运输环节少，设备少，地面工业广场简单，水可自流，无水仓施工条件好，掘进速度快主斜胶带运输能力大，井筒不受长度限制缺点井筒施工复杂，装备复杂，其建井投资大，井筒延伸困难井身长，通过井筒各种管线长，生产经营费较高，维护难，
15、串车提升能力小，对地质条件适应性差对井田地质构造和自然条件有一定限制综合立井和斜井的优缺点适用条件生产能力大，煤层埋藏深，表土厚或水文条件复杂，开采煤层不受条件限制，凡不适合斜井、平硐、综合方式时均可采用立井开拓地质构造简单井田走向较短山岭、丘陵、沟谷地区煤层埋于山中矿井生产能力大主井断面图副井断面图因为表土层水文地质情况较简单，虽然含有粘土，但在加强支护后，也可以采取斜井开拓，所以井筒形式为立井或斜井。分根据以上析并结合本矿的实际情况，井筒形式可以选择立井，3.1.2井筒数目的确定结合第五章风井的布置情况，本设计中设主副井各一个，风井三个。3.1.3井筒位置的确定1井筒位置的确定原则1） 有
16、利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门工程量少；2） 有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村或不迁村；3） 井田两翼储量基本平衡；4） 井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层；5） 工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山、低洼和采空区，不受崖崩滑坡和洪水威胁；6） 工业广场宜少占耕地，少压煤；7） 水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。2井筒位置的确定根据以上确定原则，结合井下开拓布置及地面要求，本着尽可能节省建设投资，缩短建井工期，为矿井提供最有利的生产条件，以获得最佳经济效益，特别
17、是初期经济效益，把主副井井筒设在井田中央靠近煤层的上部。3.2开采水平的划分及布置3.2.1井田内划分及开采顺序根据井田地质情况，煤层赋存较稳定，煤层厚度在4左右，井田走向长度5km，井田内两条大的断层构造，以上条件很适合布置综合机械化采煤。而设计规范规定综采工作面双翼采区走向长度应超过15002000m。合理的开采顺序是在考虑煤层采动影响的前提下，有步骤、有计划的按照一定的顺序进行，保证采区、工作面的正常接替，以保证安全、均衡、高效的生产，并且有利于提高技术经济指标。合理的开采顺序可以保证开采水平、采区、回采工作面的正常接替，保证矿井持续稳定生产，最大限度地采出煤炭资源，减少巷道掘进率及维护
18、工程量；合理的集中生产，充分发挥设备能力，提高技术经济效益，便于防止灾害，保证生产安全可靠。根据矿井设计规范规定，新建矿井采区开采顺序必须遵循先近后远，逐步向井田边界扩展的前进式开采。多煤层开采时，一般先采上层，后采下层的下行式开采，还应厚、薄煤层合理搭配开采；开采有煤与瓦斯突出煤层时，应按开采保护层、抽放瓦斯及单独开采等技术措施要求，顺序开采。为保证均衡生产,一个采区开始减产,另一个采区即应投入生产。为此，必须准备好一个新的采区。所以，一个采区的服务年限应大于一个采区的开拓准备时间。由于双翼两个采区条件相近，大巷长度又大致相等，所以采区开采顺序可任选一个先采，本设计开采顺序为：N1采区，S1
19、采区，N2采区，S2采区。煤层间下行式，区段内后退式回采。水平划分的原则（1）90万t的矿井第一水平服务年限不得小于20年，缓倾斜煤层的阶段垂高为200350m；（2）条件适宜的缓倾斜煤层，宜采用上下山开采相结合的方式；（3）近水平多煤层开采，当层间距不大时，宜采用单一水平开拓。3.2.2开采水平的划分及水平标高确定矿井开采水平常以其所在的标高或自上而下的顺序命名。划分开采水平是为合理布置井巷,对全井田实行合理有序的开采。正确划分开采水平要分析合理的阶段斜长,上下山开采的条件,辅助水平的应用及正确的划分原则。1开采水平的设置矿井设置开采水平,即在每一开采水平布置一套开拓巷道和生产系统,服务于开
20、采水平范围内煤层的开采。根据煤层斜长(垂高)的大小、开采煤层数的多少、层间距的远近和倾角陡缓的不同,井田内可设一个或几个开采水平。如井田斜长不大、煤层倾角较缓,可将井田划分为两个阶段,上、下山各采一个阶段,采用单水平开拓;如井田斜长较大,划分的阶段数目较多,就要设置两个或更多的开采水平,每个开采水平担负一个上山阶段的开采(上山开采时)或上、下山各一个阶段的开采(上、下山开采时),采用多水平开拓。3.2.3阶段运输大巷和回风大巷的布置选择大巷位置的原则：掘进量少，费用少，维护条件好，煤柱损失少，有利于通风和防火，运输方便。本矿井的可采煤层有两层，双轨大巷布置在12-2号煤层底板岩层的-580m水
21、平处，距煤层底板30m。运输大巷是为整个开采水平或一个阶段运输服务的水平巷道。运输大巷一般沿煤层走向布置。它不仅是整个开采水平的煤炭、材料设备和人员的运输通道，而且还用于矿井的通风、排水、敷设各种管线等。对大巷的基本要求是便于运输、利于掘进和维护、满足矿井通风安全的需要。从工业广场附近沿一带区和二带区的上边界开设一条辅助运输大巷和一条胶带大巷，两条大巷相隔30m，由胶带大巷分别沿煤层底部开设分带进风斜巷和分带回风斜巷至工作面，分带进风斜巷下部通过甩车场和辅助运输大巷相连，分带回风斜巷下部通过行人进风斜巷和辅助运输大巷相连。考虑到分带比较长，在掘进过程中每隔1000m开设中切眼连接分带进风斜巷和
22、分带回风斜巷。回风大巷位于6#煤层，6#煤层平均厚度为13.5m，倾角不大于5。煤层平均单轴抗压强度为7.12 MPa26.08MPa不等；伪顶为黑色炭质页岩，平均厚度0.3m，夹煤线或煤屑，随采随冒。直接顶为风化粘土岩，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，平均单轴抗压强度为28.9MPa；煤层直接底为炭质泥岩，厚度为0.85m，黑色，主要矿物成分为粘土矿物，含炭质较高污手阶梯状断口，水平薄层节理发育，平均单轴抗压强度为56.87MPa。图2 矿井巷道布置及回风系统图3.3井底车场3.3.1井底车场的形式选择及硐室布置井底车场是连接井筒
23、和井下主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称，是连接井下运输和提升的枢纽，是矿井生产的咽喉。因此，井底车场设计是否合理，直接影响着矿井的安全和生产。根据矿井设计规范规定，井底车场布置形式应根据大巷运输方式、通过井底车场的货载运量、井筒提升方式、井筒与主要运输大巷的相互位置、地面生产系统布置和井底车场巷道及主要硐室处围岩条件等因素，经技术经济比较确定。由于本设计中主井提升方式为箕斗提升，大巷采用矿车运输，井底车场与大巷距离较远且需用石门联系，从主副井井底车场到大巷均与石门联系，所以井底车场型式选为立式车场。硐室布置根据矿井设计规范规定，井下硐室应根据设备安装尺寸进行布置，并应便于操作、检修和设备更换
24、，符合防水、防火等安全要求。井下主要硐室位置的选择，应符合下列规定：a应选择在稳定坚硬岩层中，应避开断层、破碎带、含水岩层；b井下硐室不布置在煤与瓦斯突出危险煤层中和冲击地压煤层中。3.3.2井底车场线路设计主井副井井底煤仓水仓5水泵房6中央变电所 7清煤斜巷井底车场示意图区段上部车场为顺向平车场，中部为单向甩车场，下部为直向平车场。每个采区只有一个综采工作面，运输量不大，所以只设材料绕道车场，运料斜巷在大巷入口处取平，由大巷进入车场绕道存车线，然后直接进入轨道上山。这种布置方式使用方便，运行可靠。1) 上部车场：车场形式为顺向平车场（与回风道在同一水平），矿车或材料车经轨道上山提至平车场平台
25、，然后沿着矿车行进方向经回风石门运至工作面或所需材料地点。2) 车场：车场形式为石门甩车场形式，单道起坡方式。由轨道上山提升上来的矿车，通过甩车道甩到中部轨道石门中，再进到区段轨道平巷。3) 下部车场：本下部车场的绕道属于顶板绕道，从上山来看，通过竖曲线落平后摘钩，沿车场的高道自动滑行到下部车场存车线。由井底来车，则进入车场的底道，自动滑行到下部车场的低道存车线后，挂钩由绞车房提升上去。根据轨道上山起坡点到大巷的距离，本车场属于斜式顶板绕道3.4方案比较、确定开拓系统一般布置在副井井筒与井底车场连接处附近，当矿井突然发生火灾时，仍能继续供电、照明和排水，为便于设备的检修及运输，水泵房应靠近副井
26、空车线一侧。水泵房与变电所之间用耐火材料砌筑隔墙，并设置铁板门为防止井下突然涌水淹没矿井。变电所与水泵房的底板标高应高出井筒与井底车场连接处巷道轨面标高0.5m，水泵房及变电所通往井底车场的通道应设置密闭门。第四章 采煤方法4.1采区概况设计采区为一采区，该采区位于井田西翼，西至井田勘探线，东部边界到工业广场保护煤柱线，大巷布置在-580水平，采区平均走向长2416m，倾斜长1256m，采区内共发育两个个可采煤层，煤厚分别为3m、4m。煤层赋存简单，无断层及火成岩侵入等地质构造，煤层倾角平均为14度。煤变质程度高，煤质好，绝对涌出量为10.5m3/min。发火期短，煤层直接顶较厚并且软弱。4.
27、2采煤方法确定为了对各煤层选择合理的采煤方法，必须详细研究煤层的赋存条件和地质特征，并参考实习矿井或矿区实际使用经验。在此基础上，可参照下列各点选择采煤方法： 1、对缓斜、倾斜薄及中厚煤层，一般使用单一走向长壁采煤法，倾角小于12时，可考虑采用倾斜长壁采煤法。 采用走向长壁采煤法，一般采用全部冒落法处理采空区。但直接顶为坚硬难冒落的岩层，或受其它条件限制时，可以考虑采用充填法或刀柱法处理采空区。 2、对煤层赋存稳定、顶底板条件较好的中厚煤层，大型矿井一般采用综合机械化的采煤工艺方式；对中型矿井，煤层赋存较稳定，地质构造不太复杂的工作面，以及不适于综采的大型矿井工作面，可采用高档普机采和机采采煤
28、工艺方式；对小型矿井，或受其它条件限制不适于机采的工作面，可选用炮采采煤工艺。 3、对缓斜、倾斜厚煤层，一般采用倾斜分层下行垮落走向长壁采煤法。分层厚度根据选用的支架类型确定，一般为1.63.5m，煤层厚度4.05.5m时，应尽可能一次采全高。对于特厚煤层(如大于2030m)，难于使用分层垮落法开采或特殊条件限制不能使用垮落法开采时，可以采用全部充填法。厚度大于5m，煤质较软，顶板中等稳定以下，无煤与瓦斯突出危险，可采用综合机械化放顶煤采煤。 4、急斜煤层，厚度为26m，倾角大于55，赋存稳定时，应优先考虑采用伪斜柔性掩护支架采煤法，当不适宜采用伪斜柔性掩护支架采煤法时，厚度在7m以上煤层，可
29、采用水平分层或其它采煤法。 5、顶板稳定，煤层条件适宜，电力、水力及其它条件能保证时，也可考虑采用水力采煤法。4.3采（盘）区的划分采区划分应根据地质条件、煤层赋存条件、开采技术条件及装备水平等综合分析比较后确定，并应符合下列规定： 当井田内有较大断层或褶皱构造时，应以其断层和褶皱轴部作为采区划分的自然边界； 当井田地面有重要建筑（构）物，按其保护等级划分必须留设保护煤柱时，采区划分应以其保护煤柱为边界； 当井田内无影响工作面正常回采的断层或断层较少时，应按开采工艺、通风、运输和巷道维护要求，合理划分采区； 开采有煤与瓦斯突出危险和突水威胁的煤层时，应按开采保护层、抽放瓦斯及单独开采等技术措施
30、要求，合理划分采区； 井田内小断层较多且对工作面回采有一定影响，当采区划分避不开时，宜避免工作面回采方向和断层走向呈小角度斜交； 开采煤层群时，应按集中和分组布置开采方式的不同，划分集中煤组采区和分煤组采区； 近水平煤层开采，宜在开采水平运输大巷两侧划分盘区； 有条件时，应在井筒附近划分中央采区。4.4采区巷道布置采区上山道的数目可根据采区生产能力和开采技术条件确定，一般情况下二条，当采区生产能力较大，瓦斯涌出量亦较大情况下，也可布置三条或四条。 对开采缓斜及倾斜煤层，在下列情况下，可考虑将采区上山布置在煤层中： 1、薄及中厚煤层，采区服务年限短时； 2、开采只有两个分层的单一厚煤层的采区，开采深度小，顶底板岩石比较稳定，煤质在中硬以上，上山不难维护时； 3、联合布置采区，下部为维护条件较好的薄及中厚煤层； 4、为部分煤层或区段服务的，维护
