1、学士学位论文xx煤矿采区初步设计说明书 开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司北阳庄矿井二采区初步设计说明书 唐山开滦勘察设计有限公司二一四年六月开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司北阳庄矿井二采区初步设计说明书 工 程编 号: C13074项目负责人：刘 帆总 工程 师：赵纯发副 经 理：赵纯发经 理：边继敏唐山开滦勘察设计有限公司二一四年六月参加编审人员名单专 业姓 名职务或职称采 矿赵纯发副经理窦国辉室主任仝永兵高级工程师刘 帆工程师机 械张建军室主任李百营高级工程师电 气蒋昭利副总工程师赵国忠室主任刘桂山工程师经 济孙宝华室主任韩淑芬工程师高志军工程师前 言开滦（集团）蔚州矿业公司北阳庄煤矿为在
2、建的国有大型矿井，隶属于开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司。北阳庄矿井位于河北省张家口地区蔚县境内，沙蔚地方铁路专业线已经建成并投入运营，铁路专业线已通至矿区内。交通运输条件比较便利。矿井采用立井单水平开拓，设主、副、风三个井筒，水平标高+540m，首采区为北翼一采区。矿井设计生产能力1.80Mt/a。井田内含煤地层为侏罗系中下统下花园组，可采煤层8层，由下至上为1、11、4、5、51、6、61、7煤层，其中1、11、5煤层较稳定，其余不稳定；5煤层全部可采，1煤层大部分可采，其余为局部可采，1煤层、5煤层为井田主要可采煤层。煤层开采方式采用下行式开采。采区布置，采用采区前进式、工作面后退式开采
3、，采区布置以煤巷为主的集中巷道（系统）。采用综合机械化一次采全高的采煤工艺。随着矿井建设的不断深入，矿井地质条件的复杂性不断凸显，首采区位置几经更迭，但首采区仍几乎布置不出完整的工作面。新采区的进一步开发迫在眉睫。为此，矿方委托唐山开滦勘察设计有限公司编制了开滦（集团）蔚州矿业公司北阳庄矿井二采区设计。一、设计指导思想紧密结合矿井实际，兼顾当前与长远、局部与整体、安全与生产，充分利用和完善矿井现有生产系统、安全系统，在满足安全生产的前提下，做到少投入、早投入、多产出，为提高矿井经济效益提供技术支持。二、设计原则1.充分利用现有生产系统的原则；2.以煤巷为主的原则；3.与临近三采区整体考虑的原则
4、；4.先开采技术条件相对简单的5煤层的原则；5.提高矿井机械化和自动化水平的原则；6.提高采区抗灾能力的原则；7.尽快建立起完整的采区生产系统，尽早出煤的原则。三、设计主要依据1.开滦（集团）蔚州矿业公司北阳庄矿二采区5煤层地质说明书及其图纸；2.开滦（集团）蔚州矿业公司北阳庄矿二采区1煤层地质说明书及其图纸；3.开滦（集团）蔚州矿业有限责任公司北阳庄矿井初步设计（修改）；4.煤矿安全规程、煤炭工业矿井设计规范及有关规定；5.矿方提供的有关图纸及资料；6.国家关于煤炭开采现行的有关法律、法规。 第一章 二采区概况及地质特征第一节 采区概况一、位置及范围二采区位于矿井的东翼，东至井田东部二采区勘
5、探边界。南至4418000线，西至首采区与二采区交界处，北至4420500线，上限标高+490m，下限至+350m。二、自然地理地形、地貌特征及水系该区域为西北高，东南低的山前冲积平原，海拨高程介于+941m+1010m之间，地形坡度2.5%。北西向冲沟发育，最深可达20余米，平时沟底干涸无水，暴雨后洪水顺冲沟泄于从蔚县矿区南流经的壶流河中。沟上为耕地，种植谷物、玉米、豆类。无煤系地层出露。地面没有水体和大面积积水区。气象与地震本区属北方干燥型大陆气候，年平均雨量为425.1mm，且大都集中在7、8月份。年平均气温为6，最高月（7月）平均气温为23.2，最低月（1月）平均气温为-12.8。冬季
6、长达5个月之久，年蒸发量为1650mm。冬季多西北风，最大风力达9级，且多发生在3月份，并有沙尘暴现象，其他时间多季风，风力不强。冻结期自11月至次年3月，冻土深度为1.31.5m。根据蔚县地震办公室1991年5月31日提供的蔚县矿区地震基本烈度评定报告，蔚县矿区地震基本烈度为七度。第二节 采区地质特征一、含煤地层及各煤层赋存特征含煤地层本采区内含煤地层为侏罗系中下统下花园组，岩性以湖泊湖泊三角洲相的灰色砂岩、粉砂岩和泥岩为主，可采煤层8层，由下至上为1、1-1、4、5、5-1、6、6-1、7煤层，其中1、1-1、5煤层赋存较稳定，其余不稳定；5煤层全部可采，1煤层大部分可采，其余为局部可采，
7、1、5煤层为井田主要可采煤层。煤层特征5煤层赋存特征从5煤层底板等高线图上可以看出，5煤层赋存状态和构造特征与6煤层大体一致，5煤层赋存深度自西北向东南呈逐渐加深趋势，地层走向也以F201逆断层与1425钻孔连线为界，其以北主要以NE向为主，地层倾角相对较大，一般为1120，在西部边界附近倾角最大达28；以南走向多变，主要受褶曲和断层构造的共同影响，其中DF9断层附近地段走向近于东西方向，该区域地层倾角较缓，一般为59，局部达14。褶曲构造以NW向为主，主要发育有7个向斜，4个背斜，此外还发育有次一级的波状起伏。该区5煤层厚度变化较大，中北部存在北东-南西条带状厚煤层区域，煤层厚度一般在4.0
8、m6.0m，南部煤层厚度普遍在2.0m3.0m，较为稳定，煤层最薄地段位于勘探区西北角及东南部，煤厚小于1.0m。1煤层赋存特征1煤层的发育和赋存形态受聚煤期早期古地理沉积环境及1煤层聚煤期后构造运动影响较大，由于成煤早期受古地形影响较大，对1煤层发育的控制作用明显，一般情况下，在基底较高部位1煤层多沉积缺失，在基底较低部位1煤层沉积发育。1煤层发育的褶曲形态与6、5煤层发育的褶曲形态基本相同，但在褶曲幅度上存在一定的差异；断层发育在局部地段也有差异，特别是逆断层差异更大。1煤层地层走向在F202逆断层与29-6钻孔连线以北主要以NE向为主，地层倾角相对较大，一般为1120，在西部边界附近倾角
9、最大达28；其走向多变，主要受褶曲和断层构造的共同影响，其中DF9断层附近地段走向近于东西方向，该区域地层倾角较缓，一般为59，局部达13。褶曲构造以NW向为主，主要发育有7个向斜，4个背斜，此外还发育有次一级的波状起伏；1煤层赋存最浅处位于勘探区中北部边界29-5孔附近，标高为600m左右，赋存最深处在测区南中部边界，26-22孔以南，标高约为380m；另外1煤层剥蚀区共9处，主要分布在采区周边。本区F202逆断层错断1煤层，其它逆断层均未错断1煤层，并且逆断层对煤层重复部分的间距的影响也不如5煤层剧烈，逆断层上盘和下盘地层倾角的变化也不大。主采煤层特征见表1-2-1。表1-2-1 可采煤层
10、特征表煤层厚度（m）煤 层结 构可采程度稳定程度间距（m）夹 矸最小最大平均最小最大平均层数岩 性51.396.23.2简单全部可采较稳定27764601(偶23)泥岩偶砂岩10.087.573.10复杂-简单大部可采较稳定03(偶4)泥岩(炭质泥岩)主要标志层5煤层顶板为灰、浅灰色厚层状细中粒长石砂岩，常含较多的炭化植物茎干化石和球状黄铁矿结核，近底部含量增高并出现大量煤或泥岩包体。由于胶结不紧密，岩芯表面较粗糙。厚度1m10m。1煤层顶板深灰色泥岩。深灰色，岩性细腻均一，水平纹理发育，或呈均一块状，平坦参差断口。含少量炭化植物碎片，有时含有动物化石。厚度1m10m，一般2m5m。近煤层处常
11、为0.1m0.5m碳质泥岩。部分地段相变为粉砂岩和粉砂质泥岩。局部被冲刷，由砂岩取代。1煤层底板鲕状粘土岩。为深灰-灰绿色，鲕状结构，鲕粒直径0.1m1.0m，上部鲕粒含量少，下部渐增多。无层理，厚层块状，比重大，几乎不含植物化石。厚度1.50m15.00m，一般7m左右。为确定1煤层的重要标志。煤质主采煤层煤质特征见表1-2-2。二、地质构造根据河北省蔚县煤矿区北阳庄井田勘探地质报告对井田构造复杂程度的定性评价为中等偏复杂，而根据井田构造发育规律，将其划分为4表1-2-2 煤层煤质特征表 项目煤层工 业 分 析（%）硫分St，d(%，原)磷分 Pd(%，原)发热量 Qgr.r.D (MJ/k
12、g)灰熔点ST ()水份Mad(原)灰分Ad（原）挥发份Vdaf 900（精）110.0519.0140.580.980.0224.111215515.0115.5338.093.250.02424.501158个子区来评价各区相对构造复杂程度。区构造复杂程度相对简单，区构造复杂程度相对较复杂，区构造复杂程度相对最复杂，区构造复杂程度相对较简单。综上所述，北阳庄井田各子区由复杂至简单的排序依次为、，见图1-2-1。图1-2-1 北阳庄井田构造复杂程度分区图二采区物探报告以及首采区生产中揭露的地质情况综合分析该区的地质条件类别为：二采区以4419000线分界，以北构造复杂程度相对最复杂，以南相对
13、较简单。本采区大、中断层较发育。物探结果资料显示区内共分布有23条断层，正断层的数目为17条、逆断层为6条，其中，H30m的3条；落差10mH30m的6条；落差5mH10m的10条；H5m的4条，其中可靠的12条，较可靠10条，控制程度较差1条，主要断层参数详见表1-2-3。表1-2-3 主要断层一览表编号构造性质产状（褶曲轴面）实见位置及控制情况走 向倾 向倾 角（）落 差（m）F33正NWNE7015-55可靠F201逆NENW10-300-25可靠F202逆E转NEW转NW10-400-80可靠F206逆SWW10-400-15可靠F206-1逆NENW5-350-4较可靠F207逆NE
14、NW5-500-9较可靠F210逆NENW10-250-7控制程度较差DF2正SNW7205可靠DF3正NWSW660-3可靠DF4正NWNE670-4可靠DF5正NWNE720-7较可靠DF6正NENW690-10较可靠DF7正NENW710-5可靠DF8正NWSW700-8可靠DF9正EWS720-30可靠DF10正NWSW700-3较可靠DF11正NESE700-8较可靠DF12正NENW650-7可靠DF13正NESE670-6较可靠DF14正NESE700-6可靠DF15正NW转NENE转SE660-10较可靠DF16正NWSW680-15较可靠DF18正SWE740-17较可靠采区
15、内发育有DF9、F33、F201、F202大型断层，其中DF9呈东西向分布、F33呈北西向分布、F201和F202呈北东向分布。其它断层呈北西向分布。在北阳庄村保护煤柱内发现一处地质异常体，其形状近似梨状，南北方向长260m，东西方向长220m，面积45077m2。未发现有陷落柱、岩浆岩侵入体等其他构造。本区褶曲以西北东南走向为主，两翼舒缓开阔的复式背、向斜构造，要此基础上发育次一级其它走向的小型褶曲。其中5煤层发育的主要褶曲有7个向斜，4个背斜，均为短轴向、背斜。褶曲：本勘探区内褶曲构造发育相对较弱，构造规模较小，且被众多断层切割，构造形态不明显。11个形态较明显的褶曲属缓波状，它们仅造成煤
16、层沿走向、倾向缓波状起伏（见表1-2-4）。表1-2-4 主要褶曲一览表褶曲名称轴向倾伏方向两翼倾角褶幅(m)轴长(m)X1向斜NWSE西南翼14,东北翼640900B1背斜WE中心7820900X2向斜NE中心720600X3向斜NENE8920700B2背斜NWSE5820800X4向斜NWSE520800X5向斜NE中心西北翼11，东南翼520750B3背斜NWSE520500X6向斜NE中心西北翼9，东南翼630700X7向斜NWSE1030800B3背斜NWSE930500从图1-2-1中可以看出，本次勘探区大部分位于区，因此本区总体上属构造复杂区。三、水文地质影响二采区安全生产的主
17、要含水层有如下三组：1.寒武系灰岩含水层：二采区煤系基底大部为寒武系灰岩，分布在井田的北部，约占二采区面积的2/3，瞬变电磁显示该区域发育6个寒武系灰岩富水区，可能对采掘活动造成一定影响。2.奥陶系灰岩含水层：本层为煤系基底，水文地质条件复杂，分布于二采区南部，约占二采区面积的1/3，是下部煤层开采底板充水的主要直接含水层。3.后城组砾岩含水层，大部分区域5煤层与后城组间距较小，28-12号钻孔附近，后城组底界面距5煤层仅有24m，会对5煤层的开采构成直接威胁。对于1煤层该区域发育2个水文异常区，可能会对1煤层的开采构成威胁。寒武系灰岩为弱富水区，5煤层与寒武系灰岩25m96m，对下部5煤层开
18、采影响较小。位于采区西南部下奥陶统灰岩为中等强富水区，对开采下部的5煤层影响较大。5煤层底板至下奥陶统灰岩间隔水层厚度为21m59m，下奥陶统灰岩水静水压力2.4 Mpa 3.5Mpa，突水系数为0.040.17。在下奥陶统灰岩分布范围内进行采掘活动，发生突水的可能性大。后城组砾岩含水层为煤系直接盖层，5煤层与后城组间距24m88m，27-1、23-18、26-15钻孔附近，5煤层与后城组间距分别为88m、87m、74m，大于导水裂隙带高度57m；28-12、28-13、29-14钻孔附近，5煤层与后城组间距分别为24m、55m、38m，小于导水裂隙带57m，会对5煤层的开采构成直接威胁；其余
19、大部分区域5煤层与后城组间距为62m左右，处于临界状态，所以分析二采区后城组含水层对5煤层开采威胁较大。另外受地面钻孔和落差较大断层的影响，煤系地层与基底灰岩含水层间存在导通的可能，可能对5煤层的开采构成一定的威胁。寒武系灰岩为弱富水区，1煤层底板鲕状泥岩遇水膨胀，与寒武系灰岩4m8m，对1煤层开采有一定影响。位于采区西南部下奥陶统灰岩为中等强富水区，对开采下部的1煤层影响较大。1煤层底板至下奥陶统灰岩间隔水层厚度为4m12m，下奥陶统灰岩水静水压力大，在下奥陶统灰岩分布范围内进行采掘活动，发生突水的可能性大。后城组砾岩含水层为煤系直接盖层，1煤层与后城组间距大于导水裂隙带高度57m，对1煤层
20、的开采不构成直接威胁。1煤层与5煤层间距37m51m，小于导水裂隙带高度57m，开采1煤层时，5煤层大量老空水会对1煤层正常开采造成一定影响。通过以上分析，结合矿井实际情况，预测二采区5煤层正常涌水量538m3/h，最大涌水量为724m3/h；二采区1煤层正常涌水量538m3/h，最大涌水量641m3/h。四、矿井瓦斯、煤尘、自燃及地温瓦斯根据北阳庄矿矿井勘探地质报告提供：在42个合格瓦斯采集煤样中各煤层CH4含量均小于1ml/g.r，其中5煤层瓦斯含量最高为0.4ml/g.r。邻近矿井崔家寨矿2012年度矿井瓦斯相对涌出量为0.63 m3/t，绝对涌出量3.33 m3/min，属瓦斯矿井。根
21、据邻近煤层瓦斯资料，预测二采区工作面绝对瓦斯涌出量：0.088 m3/min。经勘探各煤层CH4含量均小于1mL/gr，临近各矿井亦为瓦斯矿井，故本矿井属于瓦斯矿井。煤尘爆炸性二采区内各煤层均有煤尘爆炸危险性，煤尘爆炸指数：36.47%。煤层自燃二采区内各煤层II类自燃，最短自然发火期为13个月。地温及地压二采区平均温度在16，该矿井地温属正常，不会出现热害区。井田内无冲击地压影响。第二章 采区开采设计第一节 采区范围及地面情况一、采区边界二采区位于矿井的东翼，东至井田东部二采区勘探边界。南至4418000线，西至首采区与二采区交界处，北至4420500线，上限标高+490m，下限至+350m
22、。二、二采区地面情况该区域为西北高，东南低的山前冲积平原，高程介于+941m+1010m之间，地形坡度2.5%。北西向冲沟发育，最深可达20余米，平时沟底干涸无水，暴雨后洪水顺冲沟泄于从蔚县矿区南流经的壶流河中。沟上为耕地，种植谷物、玉米、豆类。无煤系地层出露。地面没有水体和大面积积水区。第二节 采区储量二采区主采煤层两层，分别为上部的5煤和下部1煤，由于二采区范围内1煤可采储量较少，据矿方要求，本次储量统计1煤层范围南部到4416000线，西部到首采区边界线为界即38547000和38547500线之间，东部、北部不变。二采区地质储量7129.94万t,可采储量2787.83万t，其中5煤层
23、可采储量为793.43万t,1煤层可采储量1994.4万t。各煤层地质储量及可采储量详见表2-2-1。表2-2-1 二采区地质储量及可采储量表煤层地质储量（万t）可采储量（万t）煤层4725.31994.45煤层2404.64793.43合计第三节 设计生产能力及服务年限一、设计生产能力的确定矿井工作制度为年工作日330d，日净提升16h。根据矿井合理集中生产的要求，一个采区应能保证矿井设计生产能力，但从矿井目前的情况看，二采区首采5煤层暂按单翼采区布置，先期开发的5煤层煤厚不大，预计单产水平较低，而按煤矿安全规程规定，单翼采区同一煤层“最多只能布置一个采煤工作面和两个掘进工作面”的要求，二采
24、区设计生产能力暂按120万t/a考虑，采区设计能力提高至180万t/a寄希望于同1煤层同时开发或采区双翼开采。二、服务年限式中 T计算服务年限，a；ZK二采区煤层可采储量，万t；A设计年产量，120万t；K储量备用系数，1.31.5，这里取1.5。则，二采区服务年限为15.5a，其中5煤层服务年限为4.4a，1煤层11.1a。第四节 采区开拓系统布置方案的确定矿井在南翼巷道施工过程中，遇到巷道大面积出水等情况，短时间内难以治理，为保证新采区的尽快投入，有必要对原矿井初步设计的采区规划设计进行调整，进而提出并确定二采区兼顾三采区开拓系统布置方案。综合考虑开拓范围、储量、工程量、服务年限、矿井现有
25、的开拓方式和生产系统实际，根据系统简化的原则，优先提出的“皮带运输系统不经任何环节直接与主井煤仓沟通”采区开拓系统布置方案，因涉及到“巷道经过的层位复杂、支护困难、施工难度大”等问题而弃之。为此，又提出了多个其他方案，经比较，最后遴选出三个方案在这里进行比较。一、方案总体描述1.方案（东翼皮带斜巷从南翼皮带巷开口）轨道斜巷、回风斜巷布置在井底车场的东翼，即东翼轨道斜巷、东翼回风斜巷，东翼皮带斜巷从南翼皮带巷开口，即“东翼皮带斜巷从南翼皮带巷开口”方案，该方案从南翼皮带巷开口自西向东布置东翼皮带斜巷，由+540轨道平巷东翼自北向南布置东翼回风斜和东翼轨道斜巷。详见图2-4-1。该方案的最大特点是
26、东翼皮带斜巷直接从南翼皮带巷开口，其主要运输系统为：东翼皮带斜巷南翼皮带巷上仓皮带机尾煤仓上仓皮带巷主煤仓主井箕斗地面。2.方案（东翼皮带斜巷直接与上仓皮带机尾煤仓沟通）轨道斜巷、回风斜巷布置在井底车场的东翼，即东翼轨道斜巷、东翼回风斜巷，东翼皮带斜巷直接与上仓皮带机尾煤仓上口沟通，即“东翼皮带斜巷直接与上仓皮带机尾煤仓沟通”方案，该方案由上仓皮带机尾采区煤仓上口，自西向东布置东翼皮带斜巷，由+540轨道平巷东翼自北向南布置东翼回风斜巷和东翼轨道斜巷。东翼皮带斜巷与北翼皮带机头变电室平面相交，北翼皮带原变电室移至变电室北部，原北翼变电室南部变为东翼皮带机头变电室。详见图2-4-2。该方案的最大
27、特点是东翼皮带斜巷直接与上仓皮带机尾煤仓上口沟通，机头硐室经过已有皮带配电室，需要对皮带配电室改造，其主要运输系统为：东翼皮带斜巷上仓皮带机尾煤仓上仓皮带巷主煤仓主井箕斗地面。3.方案（东翼皮带斜巷从北翼皮带巷开口）轨道斜巷、回风斜巷布置在井底车场的东翼，即东翼轨道斜巷、东翼回风斜巷，东翼皮带斜巷从北翼皮带巷开口，即“东翼皮带斜巷从北翼皮带巷开口”方案，该方案由北翼皮带巷距上仓皮带机尾煤仓44m处开口，自西向东布置东翼皮带斜巷，由+540轨道平巷自北向南布置东翼回风斜巷和东翼轨道斜巷。详见图2-4-3。该方案的最大特点是东翼皮带斜巷直接从北翼皮带巷开口，其主要运输系统为：东翼皮带斜巷北翼皮带巷
28、上仓皮带机尾煤仓上仓皮带巷主煤仓主井箕斗地面。不难看出，三个方案中，除了东翼皮带斜巷布置区别较大以外，东翼轨道斜巷、东翼回风斜巷及其他巷道布置没有大的区别。二、方案比较如前面所述，三个方案有诸多相似甚至相同之处，为方便起见，这里只对不同部分进行比较。方案比较见表2-4-1。图2-4-1 方案（东翼皮带斜巷从南翼皮带巷开口）示意图图2-4-2 方案（东翼皮带斜巷直接上仓皮带机尾煤仓沟通）示意图图2-4-3 方案（东翼皮带斜巷从北翼皮带巷开口）示意图表2-4-1 采区开拓方案对比表名称工程量（m）优点缺点方案14531东翼皮带斜巷离上仓皮带机尾煤仓远，对其及周边巷道硐室影响较小；2.三条巷道可以同时平行施工；3.巷道坡度适中，机械化施工程度高，施工进度快；4.易于实现掘进施工期间独立通风1.运煤系统相对复杂；2.需要增加一条南翼皮带； 3.工程量多；4.投资大方案11831.工程量最少；2.皮带运输系统简单，环节少1.施工期间影响北翼皮带正常运行；2.对采区煤仓及其周边巷道硐室有一定影响；3.施工难度大，对管理要求高；4.东翼轨道斜巷及回风斜巷坡度较大，机械化施工困难方案11551.总体工程量较小；2.可利用现有北翼皮带1.影响北翼皮带正常运行；2.东翼皮带斜巷开口施工难
