1、 山东科技大学 本科生毕业论 文 论文题目 协庄煤矿矿井 -850水平采区设计 学 院： 山东科技大学 专 业： 采矿工程 姓 名 ： 学 号： 联系方式： 邮 箱： 指导教师： 山东科技大学本科论文 摘要 摘 要 本设计为协庄井田初步设计，内容包括： 1）井田地质条件； 2）井田境界及储量； 3）矿井生产能力及服务年限； 4）井田开拓； 5）矿井基本巷道； 6）采煤方法和采区巷道布置； 7）井下运输及矿井提升； 8）矿井通风与安全； 9）基本经济技术指标。 本井田为一简单单斜构造，煤岩层倾角自东向西从 160 350。共含煤层 19层，可采 6 层， 2、 4、 6 划分为前组， 11、 1
2、3、 15 划分为后组。除 6 层为薄煤层外，其余均为中厚煤层，水文地质条件较复杂。 井田面积约 30Km2，可采储量 21769 万吨，生产能力 240 万吨 /年，服务年限65 年。 本矿井第一水平采用斜井开拓，水平标高 -200m，第二水平主斜副立，水平标高 -530m，各水平均为上下山开采。采用集中大巷布置，大巷位于 4煤底板，以采区石门与 后组采区相联系。采区划分尽量以自然断层为界，划分为 18 个采区。为改善大巷及上下山压力状况，尽量采取跨大巷、跨上下山开采，并考虑大巷煤柱的回收。 矿井基本巷道的主副井及井底车场为半圆拱形断面料石砌喧，风井为圆形断面混凝土支护，其余均为圆弧拱形断面
3、光爆锚喷支护。井底车场为折反式。 采用单一走向长壁，后退全部跨落采煤法，综采主要 2、 4 层，其余均为高档普采。每一采区设两条上下山即运煤和轨道上下山。采石门联系上山和下山顺槽。 大巷采用架线式电机车 5吨底卸式矿车运输。主井采用 1.2m 钢丝 绳胶带输送机运煤。两副斜井均为串车提升。辅助提升（运输）均为 1.5 吨矿车。轨距均为 900mm。 矿井采用分区式通风方式，初期为对角式通风。风井井口安装轴流式风机进行抽出式通风，并制定了安全技术措施。 关键词： 协庄煤矿井田初步设计 。 山东科技大学本科论文 目录 目 录 1、绪论 5 2、第一章 矿区概述 6 2.1、矿区的地理概况 6 2.
4、2、 井田地质特征 8 2.3、 井田 开拓方式 19 3、第二章 开采范围与生产能力 26 3.1 井田的境界 263.2 矿井工业储量 27 3.3 矿井可采储量 31 4、矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 33 4.1 矿井工作制度 33 4.2 矿井设计生产能力及服务年限 33 5、 井田开拓 355.1 井田开拓的基本问题 35 5.2 水平的划分 36 5.3 大巷布置及运输方式 37 5.4 采区划分、煤层群分组及开采顺序 37 5.5 通风方式及风井布置 38 5.6 水平过渡及其他 38 6、 矿井基本巷道 39 6.1 井筒 39 4 6.2 井底车场 39 7、 采煤
5、方法和采区巷道布置 40 7.1 煤层地质特征 40 7.2 采煤方法和回采工艺 40 7.3采区巷道布置及生产系统 45 8、井下运输 47 8.1 概述 47 8.2 采区（首采区）运输设备选择 47 9、 矿井提升 53 9.1 概述 53 9.2 主副井提升 53 10、 矿井通风与安全 54 10.1矿井通风系统的选择 54 10.2采区及全矿所需风量 65 10.3全矿通风阻力计算 59 10.4扇风机选型 60 11、防止灾害的安全技术措施 64 12、 设计矿井基本技术经济指标 67 参考文献 68 致谢 69 山东科技大学本科论文 5 1 绪论 煤炭是工业的粮食，我国一次能量
6、消费结构中， 煤炭占 75%以上，中国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一。根据不完全统计，我国煤炭探明总储量在 9000亿吨以上，居世界前列；已知含煤面积 55 万多平方千米，而且煤种齐全。 我国煤层的赋存条件多种多样，煤矿开采条件比较复杂；同时，由于我国是一个发展中国家，原有工业基础较为薄弱，从而决定了我国煤矿的建设方式、采煤方法和管理体制具有多层次、多类型的特点。 煤矿矿井开采的重要特点是地下作业，生产环节多、工序复杂。因此，要以开采为中心，建立地面及井下生产系统，搞好掘进、提升、通风、排水、动力供应，搞好生产技术及组织管理。 矿井开采时，井下生产场所随煤炭逐步采出而不断转移，在生产的同时要
7、不断进行准备。由于煤层赋存条件变化的随机性，也增加了煤矿地下开采的复杂性。因此，矿井开采是一个复杂的生产过程，在一定程度上可以说是各种技术的综合应用和反映。 采煤方法是煤矿生产的核心组织工艺方式。采煤工作面是煤矿生产的第一线。采用合理的采煤方法、搞好采煤工作面的生产，是搞好矿井生产的关键。 井巷开拓是整个矿井开采的全局性战略部署。研究了采煤方法、采区准备等局部性的内容，就容易了解全局性的开拓问题；而研究掌握矿井开拓巷道布置及矿井生产系统的有关 知识，更合理的搞好采区准备，为井下采煤创造更有利的条件，提高矿井开采的技术经济效果。 山东科技大学本科论文 6 第一章 矿井概述 第一节 矿区概况 一、
8、矿井的地理位置、交通条件及地形地势 协庄井田地处山东省新泰市小协镇境内，位于新汶煤田南翼西端，因矿井工业广场和职工生活区域地处小协村和大协村之间而得名。地面占地总面积为1708482 平方米（ 1991）。 1958 年建矿， 1962 年投产，设计生产能力 240 万吨 /年，井田面积 35.6 平方公里。矿区东连小协村、陈家庄；南邻小李庄；北至唐立沟村、刘官庄、玥庄；西毗大协村、碗窑 头村、高佐村。东距新汶矿业集团所在地 8 km，距新泰市 13km。开采深度 +110m -1050m，东西长 9 12km，南北宽 1.1 4.2km,面积约 35.662km2。地理坐标 :东经 117
9、31 03 117 41 15，北纬 35 5345 35 56 58。行政区划归新泰市管辖。 矿井有铁路专用线与磁莱铁路接轨，西接京沪铁路；蒙馆公路横贯东西，京沪高速公路自矿井西部经过，交通条件十分便利。见图 1-1示。 二、地形特点及居民点分布 本区位于小汶河两岸，为莲花山与蒙山间的山间凹地半缓阶地形丘陵，呈 东西向分布，地面标高 +150 +200m，南北高中间低，由山间河谷向南北两侧山坡可分为三个明显的阶地型地貌单元：（ 1）小汶河两岸冲积型河谷平原；（ 2）第三系、侏罗系及古生界地层组成的极平缓阶地型丘陵地带；（ 3）太古界花岗片麻岩及寒图 1-1 协庄煤矿交通位置示意图 山东科技大
10、学本科论文 7 武系灰岩构造的高山区。 矿区范围内分布有大小村庄 9 个，大部分分布在井田边界。另外，在矿区南部有大片职工住宅区。 三、工农业生产和原料及电力供应 矿区内工业以煤炭为主，农业主要种植小麦、玉米、棉花，间杂有果园、桑园、菜园和苗圃等。 本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水 泥需由国家计划供应外，其它砖、石、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。 供电电源有两路：一路来自华东电网泉沟区域配电所；一路来自本矿区内矸石热电厂。电力资源比较充足。 四、矿区气候条件 本区为季风型大陆性气候，年平均气温 15.2，一月最低，平均气温为 -3.3，七月最高，平均为 26.0
11、。 1至 3月为冰霜干冷期， 7 至 9月份气候较热， 6 至 10月为雨季。全年主要风向为东风，年平均风速 2.4m/s，最大风速 14.3m/s（ 1954.04.09）。历年平均降水量 779.4 ，最大年降水量 1395.4 （ 1964），年最小为 450.9 （ 1968）。一般初始结冰日期为每年十月下旬，最早为 10 月 15日（ 1962），最晚为 11 月 17日（ 1998），结冰期为四个月。 五、矿区水文及工农业供水 小汶河是流经本矿井主要的地表水系，其支流有光明河、崖头河、刘官庄河等多支小河流，均为季节性河流，多呈正交型由南北两侧汇入小汶河。小汶河自东向西流经本矿井浅部
12、，至大汶口汇入大汶河。历年来洪水期的洪水位标高为+158 162.9m，根据小汶河观测站 1958 1984年的观测资料，最大流量为 1830m3/s（ 1964年 7月 17日），由于 近年来上游筑坝蓄水灌溉农田，使小汶河流量受到很大控制，现已成为季节性河流。在浅部煤系地层露头直接伏于古河床及现代小汶河河床之下，接受第四系潜水和小汶河水渗入补给，据观测，由协庄矿大桥至韩庄段，小汶河入渗量达 0.16m3/s。 目前有地面供水井数眼，开采奥灰水，而且由集团公司水源地统一供水。矿井工业用水为井下排水，锅炉及生活用水为在工业广场用深水泵取奥灰地下水。 另外，工业用水还利用井下排出的水，较好地实现了
13、矿井水的综合利用，基本上满足了工业和生活用水的需要。 1963年 1月至 2002年 5月的矿井多年涌水量平均 为 880.48m3/h。鉴于目前矿井涌水量较大，水资源较丰富，建议建设一座 600m3/h山东科技大学本科论文 8 处理能力的矿井水处理厂，处理后的矿井水应分别达到生产和生活饮用水标准，分别向矿区生产、生活分质供水，以使宝贵的地下水资源进一步得到综合利用。 第二节 井田地质特征 一、井田地形及勘探程度 井田位于新蒙向斜南翼的西端，其基本构造形态为走向近东西，倾向北的简单的单斜构造，无明显的次级褶皱；地层倾角变化较大，东部缓，倾角 180，西部陡，局部倾角大于 250。整个区域内的构
14、造特征以断裂构造为主，断层比较发育，多为高角度正断层。 主要断层按走向分为 NE 向、 NEE 向和 NW 向 3 组，其中绝大多数断层为 NE 向。 井田的勘探程度：分为协庄、窑沟两个勘探协庄区。全区经过普查、详查、精查勘探及使用综合勘探的精查补充勘探后，完成钻孔 413 个，工程量 88735.35m，其中施工徐灰水文孔 11 个、奥灰观测孔 2 个。施工地震测线 78.035km，物理点4499 个。基本控制了断层在深部的摆动方向，满足了采区设计需要。 二、井田煤系地层 矿井含煤地层主要为二迭系下统山西组与石炭系上统太原组。 1、山西组 厚 65.31 91.80m，平均 77.59m。
15、以 4 煤层底 板下约 10m 的细砂岩与太原组分界。岩性主要为灰白色中细砂岩、浅灰色粉砂岩、灰色及深灰色泥岩和煤层组成，含煤 4层 (1、 2、 3、 4 煤 )，可采 2 层 (2、 4煤 )。地层中砂岩粒度及比例明显大于下伏地层，粉砂岩中植物化石种类与数量多于太原组。 本组为一套三角洲体系的沉积，主要沉积相有河口砂坝、分流间湾、分流河道、泛滥平原、沼泽和分流间湖泊微相。河口砂坝沉积于山西组底部，为楔状交错层理和缓波状层理的逆粒序细粒岩屑石英砂岩。分流间湾相为一套具菱铁质结核的致密均匀的灰黑色泥岩，分布于中、下部。中部发育一套厚层状中细粒长石石英 砂岩，为分流河道相沉积，交错层理发育，底部
16、含泥砾，对下伏地层有轻微的片流冲刷。泛滥平原沉积为灰色、浅灰色、富含植物根化石的泥岩、粉砂岩，常为煤层底板。远离分流河道的低洼区形成厚层浅灰色均匀致密的分流间湖泊沉积。本组可分为三个旋回，其沉积序列为分流间湾 泛滥平原 沼泽 分流间湾。4、 2 煤分别形成于旋回与旋回，旋回成煤条件差，形成的 1 上 、 1 下 煤薄而不可采。 2、太原组 山东科技大学本科论文 9 为本区主要含煤地层，厚 162.00 192.80m，平均 177.61m。主要由灰色、深灰色、灰黑色泥岩、粉砂岩、灰色粘土岩及浅灰、灰色砂岩 、灰岩及煤层组成，含煤 10 11 层 (5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、
17、12、 13、 14、 15、 16 煤 )，其中可采、局部可采煤层 4 层 (6、 11、 13、 15 煤 )，含灰岩 4 5层，其中一、四灰全区稳定，是煤岩层对比的可靠标志。太原组连续沉积于本溪组之上，以 16 煤底板厚约 6m的细砂岩底与本溪组分界。 太原组主要沉积相有：泻湖相、潮坪相、碳酸盐台地相及障壁岛相。泻湖相为一套深灰色、灰黑色均质含黄铁矿、菱铁矿结核的泥岩沉积物；砂坪相与混合坪相为一套灰色、浅灰色、具有潮汐层理和生物扰动构造、含植物碎片化石的砂质沉积物，泥坪 相为浅灰色薄层富含根化石的粘土质泥岩，多为煤层的顶板。一、二、四灰为碳酸盐台地沉积。 11 煤层顶板砂岩厚度大，颗粒成
18、熟度高，为障壁岛沉积。本组可分三个旋回，旋回自本溪组顶部泥岩至四灰，为一套泻湖 -潮坪 -台地体系的沉积，以潮坪、泻湖交替频繁、台地相发育、煤层层数多而薄为特征。旋回自四灰顶至 11 煤层顶板砂岩，为泻湖 -潮坪 -障壁岛体系沉积，以泥炭坪延续时间长、具障壁岛相沉积为特征。旋回自 11煤层顶板砂岩至一灰，为潮坪相、泻湖相和碳酸盐台地相，以泻湖相、潮坪相交替更为频繁、碳酸盐台地持续时间短、煤层层数、厚度小 、变化大为特征。旋回自一灰顶至山西组底分界砂岩，为一缺失海侵部分的不完整旋回，为泻湖 -潮坪相沉积， 6 煤层形成于该旋回。 四、井田地质构造及水文地质条件 1.井田地质构造 新汶向斜位于鲁西
19、断块鲁中块隆内，北翼由于受莲花山断裂破坏，向斜形态表现不明显，南自蒙山背斜古生界，北至莲花山断裂，地层走向自西而东由近东西向转为北西向，地层向北倾斜。 新汶煤田东起涝坡、员外哨，西至南杨家庄、大霞雾，东、西均以煤系地层露头为界。北至莲花山断裂，南至蒙山背斜北坡奥陶系地层出露处，东西长约 30km，南北宽约 8 10km，面积约 305km2，地层走向呈北西向。 新汶煤田受多期构造运动控制，北翼大部分被莲花山断层切割，良 F3断层以东仅存南翼，呈单斜形态，而翟镇煤矿被 F10、 F22、 F11与良 F3断层围限的范围内发育一个有次级褶曲的菱形断块，仅在西部泉沟与协庄之间表现断块型向斜形态，向斜
20、南翼地层保存完整，是煤田开发的重要地段。煤田内断裂构造发育，方向性明显，大致可分为北西向、北东东向、北东向三组。 山东科技大学本科论文 10 1、断层 (a) 区内断裂构造发育，具有明显的多期性，多为高角度正断层，其中以北东向最为发育，同时伴生少量北西向断层。共组合断层 85 条，其中 落差大于 100m 的断层 10 条，落差 50 100m 的断层 16 条，落差 10 50m 的断层 39 条，落差小于10m 的断层 20 条，另有大量孤立断点，平均约 3.6 条 /km2。 根据矿井地质规程和煤炭部 1987 年 10 月“关于矿井地质分类工作有关问题的补充说明”，该区断层发育程度定为
21、 a 类。 1、 NW向断层组： （ 1）羊流断层：区域性正断层，为协庄煤矿西边界，走向 NNW，倾向东，倾角 70，落差大于 1000m，区内延展长度约 1.5km，。断层两盘出露地层有差异明显，上盘地层为石炭、二迭系，下盘为奥陶系。 （ 2） F10断 层：正断层，位于矿井东北部，为协庄煤矿与翟镇煤矿的分界断层。走向北西 45，向西北延入泉沟煤矿西部边缘，向东南延入良庄煤矿。矿区内延展长度约 5.6km，倾向南西，倾角 70，落差 100 520m。断层两盘地层赋存差异明显，下降盘存有较多的石盒子组和蒙阴组地层，而在上升盘地层则无蒙阴组，仅存部分下石盒子组太原组地层。第三系地层均遭受切割， 3条地震测线穿过，补 1、 14 4、 173 孔控制， 173 号孔控制南摆，补 2 号孔控制其北摆。属查明断层。 （ 3） F10-1断层：正断层，位于矿井东北，走向 NW，倾向北，倾角 70，落差70 100m，区内延展长度约 1.9km，属查明断层。 （ 4） F28断层：正断层，位于矿井东北，走向 NW，倾向北，倾角 70，落差70 90m，区内延展长度约 1.3km，羊 25 号孔揭露该断层，属查明断层。 2、褶曲 (b) 本区总体为一倾向北的单斜构造 ,褶曲构造不发育 ,局部具波状起伏。地层倾角 18 25，局部 25。该区褶曲构造发育程度定为 b类。
