1、内蒙古工业大学矿业学院煤矿开采技术课程设计 1 内蒙古工业大学矿业学院 煤矿开采技术课程设计 说 明 书 姓 名： 王 普 专业班级： 煤采专 10-1 指导教师： 齐学元 2012 年 12 月 26 日 内蒙古工业大学矿业学院煤矿开采技术课程设计 2 目录 1 矿区概述及井田地质特征 . 4 1.1 矿区概述 . 4 1.1.1. 交通位置 . 4 1.1.2. 自然地理概况 . 4 1.1.3. 矿井建设的外部条件 . 5 1.2. 井田地质 . 6 1.2.1. 地形 . 6 1.2.2. 井田勘探程度 . 6 1.2.3. 井田的水文地质特征 . 7 1.2.4. 地温 . 9 1.
2、3. 煤层 . 9 1.3.1. 煤层埋藏条件 . 9 1.3.2. 煤层围岩性质 . 9 1.3.3. 煤质 . 10 1.3.4. 瓦斯、煤尘、煤的自燃性 . 10 1.3.5. 煤层的埋藏条件 . 10 1.3.6. 带区煤层特征 . 11 1.3.7. 地质构造 . 11 1.3.8. 顶底板特性 . 11 1.3.9. 水文地质 . 11 1.3.10. 地 表情况 . 12 2. 带 区巷道布置 . 12 2.1. 带区位置 . 12 2.2. 带区的生产能力 . 12 2.2.1. 带区工业储量 . 13 2.2.2. 计算采区或带区的服务年限 . 14 2.2.3. 验算采区采
3、出率 . 14 2.3. 采区或带区内的再划分 . 14 2.3.1. 采煤工作面长度 . 14 2.3.2. 带区内的工作面数目 . 15 2.3.3. 工作面生产能力 . 15 2.3.4. 带区内同采工作面数目及工作面接替顺序 . 15 2.4. 确定 带 区内准备巷道布置及生产系统 . 16 2.4.1. 带 区所需的开拓巷道 . 16 2.4.2. 带 区巷道布置系统 . 16 2.4.3. 带区布置方案分析比较 . 16 2.4.4. 回采巷道布置方式 . 20 2.4.5. 采区上、下部车场只作选型。 . 20 2.4.6. 带区下部平车场线路设计 . 20 3. 采煤工艺设计
4、. 21 3.1. 采煤工艺方式的确定 . 21 3.1.1. 带区内的采煤工艺设计 . 21 内蒙古工业大学矿业学院煤矿开采技术课程设计 3 3.1.2. 选用设备。 . 21 3.1.3. 采煤与装煤 . 21 3.1.4. 运煤 . 23 3.1.5. 处理采空区 . 28 3.2. 工作面合理长度的确定 . 28 3.2.1. 煤层地质条件 . 28 3.2.2. 工作面生产能力 . 28 3.2.3. 运输设备及管理水平 . 28 3.2.4. 顶板管理及通风能力 . 28 3.2.5. 经 济合理的工作面长度 . 29 3.3. 采煤工作面循环作业图表的编制 . 29 3.3.1.
5、 各种图标 . 29 3.3.2. 关工种及出勤 人数 表 . 33 3.3.3. 采煤工作面布置图 (1： 50) . 33 3.3.4. 带 区巷道布置平面图和 (1： 2000)剖面图 (1： 2000) . 33 3.4. 课程设计总结 . 33 3.6. 参考文献： . 34 内蒙古工业大学矿业学院煤矿开采技术课程设计 4 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1. 交通位置 永城矿区陈四楼井田位于河南省永城市境内，为陈集、城厢、顺和县所辖。井田中心南据永城县城 8KM。地理坐标： 东径 116 15 00 116 26 15，北纬 33 56 30 34 07 30
6、。 矿区北靠陇海铁路，东临京沪铁路，青（龙山）阜（阳）铁路从矿区东南约20Km处穿过，西有拟建中的京九铁路商阜段。永城县城距商丘车站 95KM，徐州车站 97KM;宿州车站 74KM，期间均有柏油公路相连，区内主要村镇之间亦有简易公路相通，交通运输堪称方便。 见交通运输图 1.1 1.1.2. 自然地理概况 井田位于黄淮海冲积平原 东部，地势低洼平坦，自西北向东南微微倾斜，地面标高 32.49 36.50m，一般为 32m 至 35m 之间，相对高差 3m 左右。地表广为巨厚的新生冲积物所覆盖。 区内地表水系不甚发育，最大的河流沱河在井田南部 2KM 处跳过，井田内用于灌溉的沟渠纵横交错。沱河
7、系淮河水系，发源于商丘市东北之响河，向东南流入安徽省的新汴河，全长 120KM，其流量受大气降水控制，年平均流量 1 2m3/s,有记载的最大流量 384m3/s(1963 年 ) 本区属半湿润、半干旱的大陆性气候，冬春干旱，夏秋多雨，四季分明。据永城气象站资料： 气温 ： 1974 1984 年观测，月平均最高气温 26.89（ 7月份），最低气温零下 0.32，年平均 14.3。日最高气温 41（ 1965 年 7 月 30日），最低零下 19（ 1957 年 2月 21 日）。 降雨量：最大降雨量 1022.5mm(1977 年 )，最小为 630.4mm，年平均 813.4mm；日最大
8、降雨量 207mm（ 1965 年 7月 15 日 18 日）。 蒸发量：历年最大蒸发量 1985。 7mm（ 1978 年），最小 1603.2mm（ 1975 年），年平均 1745.4mm。 相对湿度平均 68 73.16%。 冬春季多西北风，夏 季多东北风，偶有东南风，最大风速 183m/s（ 1982 年4月 12 日）。 每年 12 月至翌年 3月份为降雪和冰冻期，最大冻土深度 19cm. 据中国地震烈度表载，本区为六度地震区。河南省地震局受永城煤炭内蒙古工业大学矿业学院煤矿开采技术课程设计 5 工业联合公司委托，提出“永城县地震基本烈度鉴定书”，该文在分析了地质构造及本区地震史以
9、后，认为“本区不可能发生六级左右地震，主要是受邻区强震影响，其地震基本烈度六度是适宜的”。又提出“鉴于永城煤炭储量丰富，现已投入建井，将来发展远景可观，据此建议，对特别重要的工程建筑物，可提高一度设防”。煤炭部基建司对陈四楼矿井 方案设计审查意见明确：“建筑物均按 6度设防，但对六大要害系统按 7 度的构造措施设计。” 1.1.3. 矿井建设的外部条件 矿井工业场地至矿区集配站的铁路专用线正线里程 15.86KM，将与矿井同步建设。新、老两条永砀公路，分别自工业广场两侧经过，将矿井工业场地与铁路干线和土产材料产地连通，交通条件较好。 矿井永久电源，由拟建中的永城 220KV 变电站供给。由地方
10、集资兴建的永城县 11KV 变电站，可作为本矿井建井时期的施工电源。为确保施工安全，另一电源可取自新庄矿井。矿区热电站应尽快建设。 经初步勘探证实，上第三系孔隙承压水，无论 水质和水量均可满足本矿井永久水源的需求。 矿区北部的芒山，生产白灰、石子、料石等土产材料。由国家统一分配的水泥、钢材、木材等亦可通过公路运至本矿。 矿井建设的外部条件比较落实、可靠。 图 1.1 陈四楼矿交通运输图 山 东河南江苏黄海商丘永城徐州夹河寨连云港淮安南京镇江常州无锡苏州上海南通宣城铜陵芜湖格溪口合肥水家湖蚌埠阜阳样集夏邑青龙山邳县骆马湖宿迁清江市宝应博州安 徽陈家集芦苓海青町唐州漯阜线陇线京杭运河淮北矿务局淮南
11、矿务局青阜线宿县 煤田津线阜淮 线淮南线长江白唐淮北京郑州永城矿区陈四楼矿内蒙古工业大学矿业学院煤矿开采技术课程设计 6 1.2. 井田地质 1.2.1. 地形 永城煤田为华北型沉积，地层分区属华北区、鲁西分区、徐州小区的范畴。本井田无基岩出露，全部被新生界冲积层所覆盖，缺失上奥陶统至下石炭统、三迭系至第三系古新统两段。钻探揭露的基岩地层上至石千峰组（平顶山砂岩），下至中奥陶统 马家沟灰岩，厚度约为 1100m。 1.2.2. 井田勘探程度 新华夏体系及东西向构造构成永城煤田的骨架，本煤田有永城背斜及北部的孔庄 芒山背料组成。 陈四楼井田位于永城隐伏背料之西冀，总体走向 NNW，倾向 8WW。
12、而井田内部走向变化较大，几经折转，大体呈一“弓”字形。 由于受多期构造运动的影响，褶曲，断裂及岩浆岩均较发育。 地层倾角在露头处局部较大， 02 03 线及 65 线以北多在 20 30，中部8 10 ;向深部逐渐变小，一般为 4 8，局部 8 10。 1、褶曲 井田内褶曲比较发育， 65 线以北尤甚。分为近南北向及 近东西向两组。 近南北向褶曲有陈四楼向斜，小赵营背、高六湾向斜、李古同背斜及周庄向斜等。其中陈四楼向斜位于井田的南端，后四个褶曲位于井田北端，为一连续而有规律的褶曲构造。 近东西向的自南向北有八里庙向斜、胡庄背斜、小陈庄向斜及汉陈向斜等。其中汉陈向斜南北两翼分别受 F13 及 F
13、18 断层所切割，视其全貌为一地堑式向斜构造。 2、断裂 据侧定，井田内岩浆岩活动大致有两个 井田内断裂构造均为正断层，影响开采的共有两条，其他均为小断层 . 表 1.1 主要断层表 断层编号 F1 F2 长度 6.6KM 2.6 KM 走向 N39 W N35 W 倾向 S S 落差 160m 89m 内蒙古工业大学矿业学院煤矿开采技术课程设计 7 类型 正 正 可靠性 可靠 可靠 倾角 60 70 56 3、岩浆活动 井田内未发现岩浆活动。 期次：基性岩偏老为华力西运动晚期产物，酸性岩为燕山运动早 晚期产物。基性岩主要为辉绿岩，一般在三煤组中顺煤层侵入三 4、三 22、三 5 煤层中，呈岩
14、脉或岩席产出；酸性岩主要为闪长岩类及花岗岩类，呈岩墙及岩席产出，侵入二 2煤层中。受岩浆岩侵入影响地段，使煤层结构复杂，或变为天然焦，降低了煤层的经济价值。 1.2.3. 井田的水文地质特征 1、含水层及隔 水层特征 自上而下分为四个含水组： （ 1）新生界孔隙含水组：区内松散地层沉积为冲积及湖积，其厚度受古地形影响而东薄西厚、南薄北厚。含水砂层一般为 1 12 层，平均总厚 86.34m，浅部以大气降水垂直渗入为主，中部及深部以水平侧向渗透为主。属孔隙承压水，q=0.0047.0t/s m ， K=0.623m/d。含水砂层之间及其与基岩之间有厚度比较稳定的枯土层，形成天然的隔水屏障，局部地
15、段与基岩处有透镜状砂层，即所谓“天窗”，对浅部开采会具有一定影响。 （ 2）二迭系砂岩裂隙，孔隙含水组：主要由上、下石盒子组及 山西 组砂岩裂隙孔隙承压水组成。其补给方式以水平侧向渗透补给为主，渗透能力差，富水性弱，迳流滞缓，以静储量为主，易于疏干。 q=0.1213t/s m ， K=0.568 3.91m/d，水质类型为 SO4-N 型。 （ 3）石炭系灰岩岩溶裂隙含水组：主要含水岩层为石灰岩 (11 层 )，次为砂岩。灰岩以 L2L3L4L7L8L9L10七层比较稳定，岩溶裂隙比较发育，但多被泥质或钙质充填。补给方式为远方侧向渗透净除。 q=0.000685 2.068t/s m ， K
16、=0.004927.473m/d。水质类型 SO4 N ， 矿化度 2q/ L。 （ 4）奥陶系岩溶裂隙含水组：区域范围内，在安徽省闸河煤田东西两侧出露，本煤田仅在芒山有局部出露。岩溶发育，富水性强。补给方式以远方水平渗透为主。 q=0.000685 15.7t/s m ， K=0.002 7.473m/d。水质类型 SO4 C N ，矿化度 2.206 4.43 q/ L。 2、井田水文地质条件 本井田水文地质类型为中等 简单，其主要依据是： 内蒙古工业大学矿业学院煤矿开采技术课程设计 8 （ 1）直接充水含水层，三煤层和二煤层顶板砂岩含水性弱，单位涌水量一般小于 0.01t/s m，本应为
17、简单类型，但 F18 以北存在太原组灰 岩补给； （ 2）上覆新生界含水层与基岩界面之间有厚度大于 3 0m 的粘土层阻隔，正常地段对煤系地层无充水作用； （ 3）下覆太原组灰岩含水层与二 2 煤层之间有砂岩和泥岩组成的隔水层，厚度在 50m 以上，正常地段二 2 煤层的开采不存在底板突水的威胁； （ 4）井田内断层富水性及导水性弱 q0.001t/s m； （ 5）主采煤层顶底板岩层稳定； （ 6）矿床远离地表水体。 表 1.2 各煤层情况表 煤层名称 煤层厚度 最小 最大 平均 煤质 煤种牌号 原煤灰分 Ad(%) 挥发分 vdaf(%) 原煤全硫 St， d(%) 发热量 QGr ，da
18、f(mj/kg) 三 4 0-2.19 1.6 20.96 10.97 0.59 33.93 贫、无烟、天然焦 21.09 8.44 0.54 33.60 31.39 6.33 0.43 30.65 三 2 0-2.90 1.5 23.97 15.80 0.56 35.41 瘦、贫、无烟、天然焦 20.88 1.10 0.72 33.75 21.21 8.52 0.59 33.59 31.39 7.85 0.78 28.85 三 1 0-5.78 1.3 25.04 14.80 0.48 35.73 瘦、贫、无烟、天然焦 21.39 11.22 0.66 33.94 21.21 8.48 0.
19、58 34.43 25.96 6.55 0.84 29.40 二 2 3.90-4.50 4.0 15.90 10.27 0.48 34.37 贫、无烟、天然焦 13.79 8.13 0.51 34.67 23.98 7.12 0.67 32.46 3、矿井预计涌水量 井田南部和西部均以断层构 成阻水边界，东部煤层露头与粘土隔水层相接，只有北界 F11 断层使二 2煤与对盘太原组灰岩相接，可视大弱补给边界。 采用“集水廊道”法计算，矿井预计正常涌水量 894m3/h （其中： K5 砂岩 328 m3/h.，三煤组 291 m3/h，二煤组 275m3/h；最大涌水盘内蒙古工业大学矿业学院煤矿
20、开采技术课程设计 9 1627m3/h。） 1.2.4. 地温 地温：二 2煤层在 -650 m 以深，除 63 至 65 线范围地温低于 31，其余均高于 31，属一级热害区；三 22煤层仅在 0312 孔至 -650m 以深出现小范围的一级热害区。 井田内其余地段地温均属正常。 1.3. 煤层 1.3.1. 煤层埋藏条件 井田内含 煤地层自下而上为石炭系上统太原组、二迭系下统山西组，下石盒子组及二迭系上统上石盒子组。共含煤 1720 层，煤层总厚 13.85m。其中有经济价值的为下二迭统的山西组及下石盒子组。 该两含煤地层总厚度平均 181m，煤层总厚 10.42m，含煤系数 58%。其中
21、山西组的二 2煤层为主要可采煤层，下石盒子组中可采和大部可采的煤层有三 1、三 22、三 4三层。其特征见表 1.2。 二 2煤层为一稳定 较稳定、结构简单（偶含泥岩夹歼一层 )的中厚煤层。除井田西部受岩浆岩侵入的影响变质为天然焦或不可采外，全区稳定可采。 三 1 煤层，层位稳 定，平均厚度卫 1.30m，其可采范围集中在 08线以南。 04 线以南以单层结构为主，以北渐变为双层结构，未受岩浆岩破坏。 三 22煤层，较稳定，平均厚度 1.5m，受岩桨岩破坏范周约占十分之一，从南向北由单层结构渐变为双层至三层结构。 三 4煤层为一较稳定 不摇定煤层。在可采范围内平均厚度约为 1.6m，单层与双层
22、结构的穿见层次基本相等，受岩浆岩影响的范围约占三分之一，煤层变质为天然焦，而且结构变得复杂。 1.3.2. 煤层围岩性质 二 2煤层顶板以中细砂岩及砂质泥岩为主，其中中砂岩约占 55%,砂质泥岩约占 45，井田中部 17 31 线 多为砂质泥岩，两端以砂岩为主，局部顶板为岩浆岩。其抗压强度为：砂质泥岩 389 544kg/cm3，砂岩 306 1264kg/cm3。底板多为泥岩和粉砂岩。其抗压强度为：砂质泥岩 236 864kg/cm3，砂岩 7331393kg/cm3。 三 22煤层顶板以泥岩及细砂岩为主，其中泥岩约占 60，砂岩、岩浆岩约占 40。井田中部 17 30 线多为砂岩及少量岩浆
23、岩，井田两侧以泥岩为为主，内蒙古工业大学矿业学院煤矿开采技术课程设计 10 其抗压强度为：泥岩 246kg/cm3，砂岩 943kg/cm3。底板以泥岩、砂质泥岩及粉、细砂岩为主，其抗压强度为：泥岩 246kg/cm3，砂岩 300 545kg/cm3。 1.3.3. 煤质 各煤层均为高编制阶段的年青无烟煤。 二 2煤层低灰份，特低硫、磷，高发热量；理论分选比重 1.7 时，可选性为易选至极易选 ；化学特性好；抗碎强度及热稳定性中等，可作动力及民用煤，亦可用于气化。 三煤组各煤层煤质的共同点是，中至高灰分（三 1煤为富灰），特低硫、磷，高熔点，中至高发热量；理论分选比重 1.7 时，可选性中等
24、；化学特性一般不佳；热稳定性差 中等；强结渣，不易磨，可作动力、民用及发电用煤。 1.3.4. 瓦斯、煤尘、煤的自燃性 1.煤层顶底板 二 2煤层顶板以砂岩为主，完整性 和稳定性较好，顶板较易管理，底板一般不会发生“底鼓”；三煤组各可采煤层由于层间距小，砂岩厚度薄且稳定性较差。 2.瓦斯 井田内瓦斯含量普遍较低，一般小于 1cm3/g ；由于构造和岩桨岩的热力作用，仅个别点有富集现象（二 2煤层 6707 孔 6.56 cm3/g ， 6919 孔 3.49 cm3/g ）；瓦斯风化带分布很广很深，除个别富集点之外，都属瓦斯风化带，直至 -800m 以深。 一般认为，瓦斯风化带界面处的相对瓦斯涌出量为 2 m3/t d 左右。二 2煤层相对瓦斯涌出量为 2.0 m3/t d 3.煤尘无爆炸性到具弱爆炸 性。 4.各煤层均无自然发火倾向。 5.地温 二 2煤层在 -650 m 以深，除 63 至 65 线范围地温低于 31，其余均高于 31，属一级热害区；三 2煤层仅在 0312 孔至 -650m 以深出现小范围的一级热害区。井田内其余地段地温均属正常。 1.3.5. 煤层的埋藏条件 煤层埋藏在 -300m-800m之间，地质构造简单，煤层倾角 变化 小，倾角在3 17 之间，煤层埋藏稳定，涌水量为 275m3/h，地表为农田 。总体可见，该煤层的开采条件相当好。
