采矿工程毕业设计城郊2矿矿井初步设计.docx
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采矿工程毕业设计城郊2矿矿井初步设计
城郊2矿矿井初步设计(定稿)
前言
本设计为城郊2矿的初步设计。
设计主要分为十二部分:
井田概况及地质特征、井田境界及储量、矿井设计生产能力及服务年限、井田开拓、矿井基本巷道、采煤方法和采区巷道布置、矿井运输、矿井提升、矿井通风系统及安全、矿井排水、动力供应及照明和技术经济分析及主要技术经济指标。
在内容上设计以设计原理和设计方法为主线,力求在阐明基础原理的基础上,密切结合矿井的实际条件,采用先进的开采方法。
设计中的重要数据和图表都是以城郊煤矿的地质资料、地质勘探图、底板等高线图、综合柱状图等为依据,严格的依照了《采矿工程专业毕业设计教学大纲》的要求进行计算和描绘。
在进行设计过程中,严格遵守《煤矿安全规程》和《煤矿工业设计规范》的有关规定,不仅注重加强了基本理论、基本方法技能的学习和基本能力的培养;而且注重了与其它课程的联系,特别是与课本及规程的衔接与配合。
在设计中得到了指导老师以及采矿工程其他老师和同学的精心指导和大力帮助,在此一并表示感谢!
由于本人学识水平有限,加上时间仓促,本设计中错误和不足在所难免,恳请各位老师和同学批评指正。
作者:
目录
第一章井田概况及地质特征-1-
第一节井田概况-1-
第二节地质特征-3-
第二章井田境界及储量-11-
第一节井田境界-11-
第二节储量计算-12-
第三章矿井设计生产能力及服务年限-14-
第一节矿井工作制度-14-
第二节矿井设计生产能力及服务年限-14-
第四章井田开拓-16-
第一节井田地质、老窑及水文对开采的影响-16-
第二节工业广场位置的确定-16-
第三节水平划分-18-
第四节预提可行开拓方案及技术评价-19-
第五节开拓方案经济比较-22-
第六节最终开拓方案概述-24-
第五章矿井基本巷道-26-
第一节井筒-26-
第二节井底车场-31-
第三节主要开拓巷道-36-
第六章采煤方法和采区巷道布置-41-
第一节煤层地质特征-41-
第二节采煤方法及回采工艺-42-
第三节采区巷道布置及生产系统-47-
第四节采区车场设计-50-
第五节建井工期与采掘计划-57-
第七章井下运输-60-
第一节概述-60-
第二节采区运输设备的选择-60-
第三节大巷运输设备的选择-61-
第八章矿井提升-67-
第一节概述-67-
第二节主井提升-67-
第三节副井提升-73-
第九章矿井通风与安全-77-
第一节矿井通风系统的选择-77-
第二节采区及全矿所需风量-77-
第三节扇风机类型-80-
第四节防止特殊灾害的安全措施-83-
第十章矿井排水-85-
第一节概述-85-
第二节排水设备选型计算-85-
第十一章动力供应及照明-91-
第一节供电-91-
第二节照明-95-
第十二章技术经济分析及主要技术经济指标-96-
第一节技术经济分析-96-
第二节主要技术经济指标-96-
结束语-98-
参考文献-99-
城郊2矿初步设计
摘要:
本设计通过详细介绍城郊2矿的井田概况和地质特征,经过一系列的方案论证比较,选择了适合本矿井的开拓方式、采煤方法和各生产系统。
井田内地质构造比较简单,主要为纵贯井田南北的F5、F17断层,属于低瓦斯矿井,无煤尘爆炸危险;本井田主要有三层可采煤层,按埋藏深度从浅到深分别为三4、三2、三1煤层,平均厚度分别为1.46m、1.16m、1.16m,煤层倾角19o~25o,平均23o。
经过技术经济比较,煤矿设计生产能力为60万t/a,服务年限为48年,采用立井多水平暗斜井延伸开拓方案,首采区的采煤方法采用走向长壁采煤法,普通机械化回采工艺。
矿井一水平采用中央分列式通风系统。
总之,通过技术经济等多方面的比较得出本设计的开拓方案、采煤方法等均能满足矿井的开采需求。
关键词:
立井多水平暗斜井延伸开拓;采区式;单一走向斜长壁采煤法;普通机械化采煤;中央分列式通风。
Abstract:
Thisdesignintroducescoalfield’sgenneralsituationandgeologiccharacteristicinNo.2collieryofCHENGJIAOindetail.Basedonaseriesoftechniqueandeconomycomparisons,thesuitableminedevelopmentscheme,miningmethod,mine’s(work-ingarea’s)openingsandeachmainproductionsystemhavebeendetermined.Thegeologicstructureinthecoalieldissimple,themainstructureisF5andF17faultacrossedthefieldfromnorthtosouth.Theminehaslowgasandnodangerofcoal-dustexplosion.Theminehasthreemaincoallayercanbemined.TheburyingdepthisSAN4coalseam,SAN2coalseamandSAN1coalseamfromshallowtodeep.Theiraveragethicknessis1.46m,1.16mand1.16mrespectively.Theirangleofdipis19o~26o,theaverageis23o.Thedesignedcapacityofthemineis0.6milliont/aandtheexpectedlifeofthemineis48years.Theplanchoosesmineshaftdevelopmentforthefirstlevel,adoptslong-wallminingmethodalongthedipandordinarymechanizedminingtechnology.Thecentraltiedforventilationsystemisusedforthefirstlevel.
Inaword,afteraseriescomparisonsoftechniqueandeconomyandsoon,thedevelopmentschemeandtheminingmethodcanbothbefulfilledtherequestofthemineproduction.
Keywords:
Multi-levelsecretinclinedshaftextensionofpioneering;miningarea;long-wallminingmethodalongthedip;ordinarymechanizedminingtechnology;Centraltiedforventilation.
第一章井田概况及地质特征
第一节井田概况
一、位置交通
永夏矿区城郊2矿井田位于河南省永城煤田中部,永城县位于井田西分,南北长约4.8km,东西宽约1.44km,北邻陈四楼井田,勘探面积7km2。
地理坐标为:
东经116°17′30″~116°25′21″,北纬33°53′52″~34°00′35″。
井田内地势平坦,交通方便。
永城县城西北至陇海铁路商丘车站95km,夏邑车站62km,东北至京沪铁路徐州车站97km,东南至宿州车站74km,均有柏油公路相通,各乡﹑村之间亦有公路相通。
附:
交通位置图1-1
地形地貌
本井田位于黄淮冲积平原的东部,地势低平开阔,西北高,东南低,坡降为1∕4500~1∕6000,井田东南部的3405孔处最低,地面标高31.03m;井田北部的0005孔处最高,地面标高34.58m.一般高程32~34m。
全为第四系全新统之亚砂土及亚粘土所覆盖。
三、河流湖泊等情况
井田地表水系不发育,仅有纵横交错用于排涝的人工沟渠,较大河流为沱河,由北西流向南东,横贯全井田,注入安徽省的新汴河。
沱河平水年流量一般为1~2m3/s,雨季最大流量384m3/s,最高洪水位标高为34.79m。
四、气象与地震
本区地处中纬(34°),属半旱,半润湿气候,蒸汽量大于降雨量,干湿差大,四季分明。
年平均气温14.3℃,月平均气温最高为26.7℃(7月份),月平均最低为-0.7℃(1月份).降雪期和冰冻期为每年12月至翌年3月.最大冻土深度为19cm,一般为10cm.年平均降雨量多集中在7~8月份,占全年50%.
本区岁没有破坏性地震的历史记载,但千年来,邻区(东部)安徽省肖县、宿县一带历史记载的强烈地震比较频繁,达38次之多,影响到本区地震裂度为6度。
五、矿区概况
永夏矿区面积为1150k㎡,其中含煤面积为716k㎡,全区探明储量2556MT,其中精查储量1476MT.全矿区规划7对矿井,规划总能力10.05MT,其中统配矿井4对(车集、陈四楼、城郊、新桥),地方矿井3对(葛店、新庄、刘河).
矿区第一对矿井,陈四楼矿井于1991年7月破土动工,第二对矿井车集矿井于1992年10月开工。
葛店矿井为生产矿井,设计生产能力为0.3MT/a,新庄矿井设计生产能力为0.9MT/a,预计1993年投产。
本区地处黄淮冲积平原东部,土地肥沃,人口稠密,在井天范围内有大小村庄179个,户数约12437户,居民约53954。
平均每平方公里约70户,区内人均耕地面积不到1.5亩。
土产材料砖、瓦、石子和料石均可就地供应,钢材、木材和水泥等物质可经公路及铁路直接运至矿井工业场地。
矿区经济状况
城郊矿井录属于河南省国有企业永煤集团,企业生产设备先进,规模宏大,经济效益好。
除煤矿外,该企业还有许多附属企业如龙宇能源集团,正龙集团等。
农业主要以小麦为主,加之其交通便利,各种企业较多,所以经济发展迅速,经济状况良好。
七、文物古迹及其他地面建筑等情况
本井田区域内无文物古迹,无大的建筑物。
八、运输及水源、电源
陇海铁路位于矿区北部,青(龙山)阜(阳)铁路从矿区南部通过。
1986年国家计委《关于河南省永夏矿区总体设计的批复》中确定矿区铁路支线在青阜线青町车站接轨,目前青町至永城矿区集配站段铁路施工已接近尾声,预计今年竣工。
城郊矿井铁路专用线在集配站接轨。
本矿供电点源双回路均来自矿区自备电厂,电压为110kv,自备电厂总装机容量为7500kw,一期工程装机容量为2500kw,目前已正式发电。
二期工程已设计完毕。
本矿井可供选择的水源,地下水有新生界松散层和生产期间井下排水,地表水有沱河。
根据本井天的水文地质特征,地表水沱河属季节性河流,流量不稳定,旱季断流,不能作为供水水源;新生界第三系上新统含水组,其含水砂层厚55.58~113.65,平均80.16,含水丰富,水质符合要求,是可靠的供水水源.另外,井下排水经处理后亦可作为消防洒水和选煤长洗煤等的供水水源。
第二节地质特征
一、地质构造
煤田和井田地质构造及其相互关系
本区位于华北台块东南隅,山东台背斜徐蚌凹折带中,秦岭~昆嵛纬向构造带东段北支的南侧,新华夏系第二沉降带的东侧。
由有一系列北东10°~30°左右的隐伏带、向斜及断裂构造所组成。
2.地质年代地层层序沉积厚度及岩石特征
本区系永城煤田城郊矿井,永城煤田的区域属华北地层区,鲁西分区,徐州小区。
上奥陶至下石炭统,三叠系至古新统缺失。
井田地层基本和区域地层相一致,根据钻孔揭露自下而上可分为中奥陶统(O2),中、上石炭统(C2C3),二叠系(P)和新生界(KHz)。
由老至新叙述如下:
中奥陶统(O2)
在井田内穿见最大厚度达490.42m,可能包括部分下奥陶统。
中石炭统、本溪统(C2b)
主要由铝土泥岩和鲕状铝土泥岩组成,厚度4.54~11.42m,平均厚度8.21m。
上石炭统太原组(C3t)
由较稳定的薄厚层状灰岩、泥岩、沙质泥岩组成,局部夹有鲕状铝土泥岩。
含煤层厚度0.18~0.75m,平均厚度0.4m。
本组厚度135.7~159.20m,平均厚度145.82m。
所含灰岩9~11层,自下而上编号L1~L11,其中L2、L8、L11厚度稳定,其余各层为较稳定和不稳定。
下二叠统山西组(P1S)
主要由泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤层组成,厚度72.4~130.10m,平均102.54m,平均3层。
下二叠统下石盒子组(P1X)
由泥岩、砂质泥岩和砂岩、鲕状铝土泥岩及煤层组成,厚度45.03~105.00m,平均69.63m,含煤5~7层,其中三1、三2、三4为可采煤层,是井田内重要的含煤地层。
上二叠统上石盒子组(P2S)
由泥岩、铝土泥岩、中细粒砂岩组成,本组平均厚度747.59m,分为P2S1、P2S2、P2S3、P2S4四段。
7)上二叠统石干峰组(P2S)
主要由泥岩砂质泥岩粉砂岩组成,夹由紫斑泥岩和砂岩。
8)第三系(R)
中新统(N2):
厚度76.10~170.16m,平均厚度99.41m,底部局部由次生炭酸岩沉积,中上部以粘土为主,夹亚粘土及少量砂土。
上新统(N2):
厚度151.69~192.97m,平均厚度171.57m,以细~中砂为主,与粘土、亚粘土交替沉积。
9)第四系(Q)
更新统(Qp):
厚度45.20~79.50m,平均厚度59.76m,由粉砂、细砂与粘土、亚粘土及少量亚粘土所组成,局部见有中砂。
粘性土厚度大于砂性土。
全新统(Qh):
厚度27.18~48.90m,平均厚34.17m,以粘土亚粘土为主,夹细砂及亚粘土。
煤系地层综合柱状图见附图1。
煤系地层走向、倾斜、倾角及其变化规律
本井田位于北北东向的永城隐伏背斜之东翼东南段。
井田内地层走向有一定变化;东南部为北北东向,南部由于两组不同方向构造的复合而呈马鞍状,中部、北部由于受小型褶曲的影响,呈波状起伏,走向变化较大。
地层产状总趋势向南西西方向倾斜,地层倾角一般为20°~30°。
断层和褶皱发育情况及其分布规律等其他构造情况
断层
本区东以F1断层,南以F20断层,西以F5断层,北以F5、F7之间风化带为界,矿区内主要有一条正断层:
F17断层,生产揭露的多为小断层,其特征如下:
F5正断层:
位于西部边界,走向NNE,倾向SEE,倾角80°,最大落差100米。
F20正断层:
位于南部边界,走向EW,倾向N,倾角70°,最大落差大于350米。
F17正断层:
位于蒋阁向斜东翼,走向接近SN,倾向W,倾角70°,最大落差145米,区内延伸长度3500米
F1正断层:
位于东南角边界,走向NNE,倾向NWW,倾角70°,最大落差280米。
褶皱
本区已经查明的褶曲构造有1个,如下:
蒋阁向斜:
位于井田东南角,轴向近南北,延伸长约5.5km,宽约1.8km,为短轴向斜。
3)岩浆岩
本区基本没有岩浆岩的分布。
煤层与煤质
1、煤层
本井田含煤地层自下而上依次为上石炭统太原组,下二叠统山西组,下石盒子组及上二叠统上石盒子组,由煤层分析可知:
一、四、五煤组所含煤层不具有工业价值,可采煤层均赋予于三煤组之中,是本区设计的主要对象。
1.三1煤层
位于三煤层下部,下距K4标志层顶平均间距15.64m,上距三22煤层底板平均间距4.19m,属可采煤层。
2.三2煤层
三2煤层赋存于三煤组中下部,下距三1煤层顶板平均间距4.19m上距三4煤层底板平均间距8.42m,属可采煤层。
3.三4煤层
三4煤层赋存在三煤组中上部,下距三2煤层顶板平均间距8.42m,上距K5标志层底平均29.76m,属可采煤层。
特征详见下表1-2:
煤层顶底板
三4煤层顶底板:
三4煤层赋存于三煤组中部,下距三2煤层顶板平均间距8.42米,上距K5标志层底平均为29.76米。
煤层顶板主要以泥岩和砂质泥岩为主,个别点为砂岩。
煤层底板大部分为泥岩和砂质泥岩。
后期的构造运动和冲刷作用对煤层稳定程度影响甚小。
三2煤层顶底板:
三2煤层赋存于三煤组中部,下距三1煤层顶板平均间距4.19米,上距三4煤层底板平均间距8.42米,三2煤层的成煤环境在三煤组中相对较好,绝大部分为单层结构,厚度稳定,煤层底板多为泥岩和砂质泥岩,顶板大部分为泥岩,局部为砂质泥岩和砂岩。
三1煤层顶底板:
三1煤层位于三煤组下部,下距K4标志层顶平均间距15.56米,上距三2煤层底板平均间距4.19米,三1煤层形成于废弃三角洲平原上,砂泥物质来源较丰富,植物生长受到不同程度的影响,使得煤层厚度不稳定,双层结构的较多,灰分较高,沉缺及不可采点较多,三1煤层底板多为泥岩,砂质泥岩,顶板以泥岩和砂质泥岩为主,局部为砂岩。
三煤组的顶底板抗压强度一般小于600kg/cm2(局部大于600kg/cm2),稳定性差,管理有一定困难。
伪顶厚0.1~0.5米,多为炭质泥岩,局部为泥岩,呈零星分布。
煤质
三4及三2煤层:
以亮煤、暗煤为主,含有少量的镜煤及丝煤,属于亮~半暗型煤,为中灰分,特低硫、特低磷,氟含量也很低,具有高发热的无烟煤。
三1煤层:
三1煤层与三2、三4煤层相比,暗煤含量增多,多为半暗型煤,以富灰分为主,特低硫、特低磷,其他有害元素砷、氟含量低具有中等发热量的无烟煤。
煤质分析资料如下表所示:
三、井田水文地质
根据含、隔水层岩性组合特征、埋藏条件等自上而下分为四个含水组,即新生界孔隙含水组、二叠系裂隙含水组、石炭系太原组岩溶裂隙含水组、奥陶系岩溶裂隙含水组。
现分述如下:
(一)、新生界孔隙含水组(Ⅰ)
区域为新第三系、第四系冲、湖积松散地层,可细分为上、中、下、底四个含水段。
各段地下水的赋存条件、富水性、水质水量、水位均具明显的差异性,砂层为11~21层,总厚80.13~159.04米,平均119.67米。
1、上段:
直接受大气降水补给,循环条件好,交潜强烈,与地表水有互补关系,具有典型的强烈蒸发特点,单位涌水量0.87~6.71L/s.m,渗透系数54~198m/d。
2、中下段:
有良好的稳定隔水层,以水平侧向渗透补给为主,径流变缓,补给区与含水层分布区不一致,单位涌水量0.001~1.45L/s.m,渗透系数54~198m/d。
3、底端粘土层是隔离下部基岩风氧化带的稳定隔水层,厚度由几米到上百米,虽然局部有砂层透镜体与风氧化带直接接触,具封闭性好,微渗透。
(二)、二叠系裂隙含水组(Ⅱ)
由上石盒子、下石盒子、山西组砂岩含水层段组成,具弱承压性,顶部为风氧化带,深度在基岩面下,垂深18米左右,其上新生界底部粘性土隔水层,垂直越流补给微弱。
含水层之间又有泥岩、砂质泥岩隔水,基本无联系。
地下水均以本层水平侧向远方运移补给为主,补给源不足,径流滞缓,以消耗静储量为主。
本组岩相变化大,裂隙发育又不均,多被方解石石脉冲填,富水性强弱也各段不一,上石盒子组比下石盒子组、山西组相对富水性较强。
单位涌水量0.001~0.07L/s.m,渗透系数0.002~0.80m/d。
(三)、石炭系太原组岩溶裂隙含水组(Ⅲ)
本含水层主要为灰岩(11层、局部13层)次为砂岩,灰岩总厚70多米,以L10、L8、L4、L2四层灰岩,沉积稳定,厚度大。
据钻孔揭露L10及以下各层灰岩都有不同程度的漏水现象。
岩溶裂隙发育不均,又多被泥质、钙质充填,富水性强弱不同,以本层远方水平侧向运移为主。
封闭条件较好,静水压力传递快,补给区、分布区、排泄区不一致。
单位涌水量0.001~2.87L/s.m,渗透系数0.005~7.47m/d。
(四)、奥陶系岩溶裂隙含水组(Ⅳ)
奥陶系灰岩在安徽闸河煤田东西两侧广泛出露,永城境内在芒山一带有零星剥蚀残丘,井田东永城伏背斜轴部奥陶系灰岩大面积隆起,直接被新生界地层覆盖,走向与背斜轴一致,岩溶裂隙沿垂深减弱,部分被泥质、钙质充填,加之受构造断裂控制,灰岩富水性很不均一,大理岩、大理岩化灰岩富水性较强而结晶灰岩相对比较弱。
地下水补给源除露头处受大气降水补给外,广泛隐伏区主要为水平侧向运移,补给量较大,以潜流形式向远方排泄。
单位涌水量0.002~3.56L/s.m,渗透系数0.009~6.22m/d。
综上所述,本井田断层富水性较弱,具有一定的隔水性能,一般情况下不会发生大的导水威胁,煤层顶板砂岩裂隙水是矿床主要直接水的水源,但由于井田内砂岩富水性很弱,渗透性差,径流滞缓,补给源不足,故对将来的矿床开采一般不会造成太大的威胁。
同时本井田是一个与外部水力联系微弱,补给不足的较完整的独立水文地质单元,开采煤层远离地表水体,无充水影响,间接充水岩层“灰岩”,虽然单位涌水量较大,局部在断层处有与煤层对接的可能性,如留好煤柱,远离断层,一般是不会突水的。
本矿井水文地质,工程地质条件属中等类型。
矿井预计正常涌水量1182m3/h,考虑上段灰岩突水,最大涌水量为1917m3/h。
四、其他开采技术条件
1.瓦斯
井田中各煤层沼气含量一般小于0.5cm3/g,属低瓦斯矿井。
2.煤尘
各煤层均无煤尘爆炸危险。
3.自燃
各煤层均属不自燃发火煤层。
4.地温
井田内地温仅随深度的增加而增加。
井田的平均地温梯度为2.67。
C/100m,从地温梯度看,浅部地温梯度较高,深部地温梯度较低。
从二2煤,三2煤层地温等值线图上看出,等温线与煤层底板等高线基本平行,二2煤层-500m以浅的地温一般低于30C,-600m以深的地温除井田东南部小面积低温区外,一般为一级高温区。
在3127空(F3断层西侧)-700m以深地段,地温大于31C;为一级高温区。
其余地段地温一般低于31C。
五.地质勘探程度及开采条件评价
(一)地质勘探报告的编制情况
本井田1983年详查勘探结束,并转入精查勘探,1984年因为集中力量勘探陈四楼井田,停止施工一年多。
自1985年5月,陆续投入钻探力量进行精查勘探,1987年底结束野外施工。
1988年1月转入精查报告编制阶段,至1988年8月底提交精查地质报告。
1989年6月经河南省矿产储量委员会审查批准。
(二)对勘探程度的评价
该矿区经历29年勘探,本区施工钻孔16个,平均每平方公里3.3个。
其勘探类型确定合理,勘探工程间距适宜,勘探工程量充足,可满足相应级别储量的控制要求。
井田内的断层(F5、F17、F1)控制严密,第一水平内落差大于30m的断层、背向斜及煤层产状已经查明。
查明了主要可采煤层的层数、厚度、结构及可采范围;煤层对比可靠。
水文地质查明了井田内含水层组的水文地质条件,预计矿井涌水量的计算方法合理。
对煤层顶板、底板、瓦斯、煤尘、自燃、地温等开采地质条件作了大量的研究工作,结论可靠。
储量计算方法和选用的各种参数合理,储量计算结果可靠。
综上所述,设计认为该井田已经达到精查勘探的要求,可以作为矿井设计及建设的依据。
(三)井田地质构造分析及评价
根据井田精查地质报告
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