阜矿集团海州西井1.50mta新井设计-学位论文.doc
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1、辽宁工程技术大学毕业设计(论文)前言采矿工程是一门针对矿井开采开设的一个专业,这门专业所学的知识包括了煤炭生产的各个环节。从井田的开拓到出煤,对于采矿工程专业的学生来说应该具备选择准备方式,采煤方法,以及矿井生产的设备的能力,在毕业设计过程当中,涉及到了矿井生产的每个环节,所以,学生应该认真对待,掌握采矿的原理及方法,为我国的矿业做贡献。毕业实习的目的就是深化和掌握大学四年所学的东西,并通过设计的方式来检验学生所学知识的掌握程度。毕业设计是学生锻炼自己动手操作和理论相结合的重要环节,学生通过设计能够全面系统的运用和巩固所学的知识,掌握矿井设计的方法、步骤及内容,培养自己的实事求是、理论联系实际
2、的工作作风和严禁的工作态度,培养自己的科学研究能力,提高了编写技术文件和运算的能力,同时也提高了计算机应用能力及其他方面的能力。本设计是阜矿集团海州西井1.50Mt/a新井设计。本井田采用立井多水平上山及上下山混合式开拓,采用走向长壁采煤法,通过各种技术经济比较才能在设计中做出决策,学生在设计中必须建立起矿井生产的整体观念,对开拓、准备、回采进行统筹安排,充分发挥各生产系统的作用。本设计说明书从矿井的开拓、开采、运输、通风、提升及工作面的采煤方法等各个环节进行了详细的叙述,设计严格遵守设计规范,对每个方案都做出合理性的论述,并在很多处进行了技术和经济比较,基本完成了毕业设计要求的全部内容。但由
3、于时间和个人水平有限,在设计的过程中难免有一些错误发生,请老师批评指正。1 矿区概述及井田特征1.1 矿区概述1.1.1 井田位置及范围阜矿集团海州西井位于辽宁省阜新煤田中部,北以-200m标高与原平安矿相邻,南至带岩墙,西部及西北部以边界煤柱与王营矿相邻,东以边界煤柱与海州立井相邻,东南部至各煤层最低可采边界厚度点连线。矿井走向长约4.5km,倾斜长约2.7km,矿井总面积11.4km2。 1.1.2 自然地理井田内地貌原为老年期缓丘陵地带,1953年以来,地表大部分陆续被海州露天矿排土场所覆盖,形成人工的矸石山。排土场高度达100m左右。最高海拔为+275.2m。最低位+154.1m,一般
4、为+170至+200m左右。1.1.3 矿区气候条件阜矿集团海州西井所在地阜新地区气象主要受西伯利亚蒙古气流控制,属于大陆性气候。其特点是,温差变化显著(夏季昼夜温差1022),全年降雨量小,蒸发量大,平均年降雨量约400500mm,蒸发量约800mm。降雨最多集中在七、八、九月份,最大824.7mm/a,最小310.7mm/a。历年最大蒸发量2445.3mm/a,最小1340.6mm/a。冬春两季为风季,春季多为西南风,冬季多为西北风。历年平均风速为1.03.7m/s,最大风速为2.3m/s。历年无霜期最大223天,最小175天,历年最大冻土深度为1.4m。矿区北部有细河,河床宽120200
5、m,平时河水深约0.5m左右,属季节性河流,河床接近煤层底板。南部有西瓦房河,河床宽度不大,平时干涸无水,雨季激增,此外无其他河流经过。阜新矿区地震带受赤峰开原构造带控制,唐山地震以后,该矿区地震活动强烈,但根据历年统计,该矿区未发生过破坏程度较大的地震。1.1.4 交通概况阜矿集团海州西井矿区位于阜新市区西南,距阜新市中心10km,交通非常便利。矿内铁路线与国铁新义线相连接,距阜新火车站3.5km,矿区交通位置见图1-1。图1-1 交通位置图Fig.1-1 Traffic and location1.1.5 矿区的勘探程度和开发现状本区于1956年开始勘探,1958年5月第一阶段勘探工作完毕
6、,勘探线距为500750,施工钻孔41个。1963年进行补充勘探工作,期间共施工钻孔41个,对水文地质情况基本查清,于1970年恢复建井至1979年建成投产。在建井及生产过程中,至1998年12月又完成补充勘探钻孔38个,控制网距平均达到190m。本设计的九组煤共三个分层,分为9-1,9-2,9-3分层,总的工业储量2.07亿吨作为本次设计的主要资料依据。1.2 井田及其附近的地质特征1.2.1 井田地层本区地层层序由老到新依次为:(1) 侏罗系上统沙海组:本组地层地表没有出露,顶部1030m层段主要岩性为暗灰色、灰黑色薄层状粉砂岩、泥岩、胶结致密层理发育,其中含有较多的辩锶类动物化石为其特征
7、。阜新组:主要岩性为灰色粉砂岩,细砂岩,与灰白色中粗粒砂岩,砾砂岩,其中含有孙家湾、太下两个煤层群。岩石结构为中厚层状或凸井状。上部的孙家湾煤层群中的灰黑色泥岩中有比较多的小型的软体动物化石,为本层位的主要标志,在太下煤层群的粉砂岩、泥岩中含有多量的植物化石为其主要特征,变化趋势是北厚南薄,西厚东薄。(2) 白垩系下统孙家湾组地层为区内含煤地层的盖层。地表露头所见岩性:主要为赤红色、暗红色的粉砂岩、泥岩夹黄绿色砾及中粗粒砂岩,多为厚层状及块状,无明显层理,性疏松,地层厚度为400500m,变化趋势是南厚北薄,东厚西薄。(3) 第四系冲积洪积层:主要为冲积砂砾石层。在井田东部,南部还有海州露天矿
8、的排土场,其矸石层厚度约为060m。(4) 含煤地层 该井田含煤地层属于侏罗系上统阜新组,与海州露天矿,高德矿,平安矿及在建的王营子立井同属一含煤地层,地层厚度约为600800m。根据煤层结构组合特征,自上而下分为:太下煤层群、孙家湾煤层群。1.2.2 含煤系及地层特征阜矿集团海州西井有三个可采煤层,即太下一层、太下二层和太下三层,本设计的九组煤分三个分层,走向中部厚,沿走向往两侧逐渐变薄,但从钻孔看,变化不大,整个九组煤厚度均匀。从全矿井看,煤层角度东部较小,西部边界偏大。深部角度小,浅部角度大。1)表土层及风化层的深度海州西井井田内地势平坦,为第四系冲积层所覆盖,冲积层较厚,井田浅部以风积
9、细粉砂岩为主,颗粒细而均匀,表土层厚度平均在150米,且有流沙。2)煤层总数及可采层数本区煤层岩性变化不大,煤层结构相对简单,有少量夹矸,共含九个煤组。本设计的九组煤全区发育,9-1,9-2,9-3均为可采煤层。1.2.3 水文地质本矿水文地质简单,主要含水层如下。(1) 第四系洪积、冲积亚粘土夹沙、砾石含水层该层在本区内普遍发育,厚度一般在3.518m。泉流水量在0.40.5 。(2) 基岩孔、裂隙含水层白垩系中统孙家湾组砂砾岩孔隙含水层,分布在本区的西南侧,厚约0450m,为一套粉砂岩、砾岩间夹泥岩。水文地质类型属简单型。本矿井水害主要是受浅部已采区积水的影响。由于多年的采矿活动,煤岩层形
10、成裂隙,地表水(大气降水)沿裂隙渗入井下,形成井下水的主要来源。全矿预测涌水量:最大时预计:419.6 m3/t正常时预计:256.3 m3/t1.3 煤质及煤层特征1.3.1 井田内煤层及埋藏条件煤层走向主体为西北-东南走向,整体呈平行四边形,井田西北侧煤层呈向斜构造,东南侧煤层赋存比较稳定,全区发育,倾角在1316之间,平均为14左右,可采煤层间距见表1-3。表1-3 煤层间距见表Table 1-3 seam pitch table煤层平均厚度(米)煤层间距(米)9-14.218.09-25.022.09-33.4煤层赋存状态九煤组共分9-1、9-2、9-3分层,9-1全区发育,最大可采厚
11、度4.8米,平均4.2米,9-2最大可采厚度6.0米,平均5.0米,以上两分层从走向看浅部厚,往深部逐渐变薄,9-3最大可采厚度4.5米,平均3.4米,东部厚,往西变薄,但从钻孔看变化不大。见煤层柱状图,如图1-2。图1-2 综合柱状图Figure 1-2 Synthesis column map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
12、砂岩沉积物的交替沉积。煤的容重见表1-4。表1-4 煤的容重Table 1-4 bulk density of coal容重最小最大平均t/m31.351.441.40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,一般为0.11.3m,平均0.55m。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
13、。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。1.3.2 煤的含瓦斯性、自燃性、爆炸性本井田煤层瓦斯含量均很低,属低瓦斯矿井,据化验资料,瓦斯绝对涌出量为:1.275.56m3/min,平均2.34 m3/min,相对涌出量为:0.393.38m3/t,平均1.45 m3/min。煤尘爆炸指数为:平均为38.42;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%
14、,具有爆炸性。自燃发火期为3-6个月。1.3.3 井田的勘探程度及进一步勘探要求目前,勘探程度已达到精查,确定了高级储量为50%以上,但为了满足以后生产要求,应提高一水平的勘探程度,使高级储量达到70%以上。2 井田境界及储量2.1 井田境界2.1.1 井田境界本井田境界为上界-100标高,深部到-750标高,西北部以号勘探线为界,东南部以F1断层和F11断层为界,其走向长4.5千米,倾斜长2.7千米,面积11.4平方千米。由于井田东南部以断层为界,故东南边界即为断层煤柱,按煤矿安全规程规定,边界矿柱的留法及尺寸:1)井田边界煤柱留30米;2)阶段煤柱斜长60米,若在两阶段留设,则上下阶段各留
15、30米;3)断层煤柱每侧各为20米;4)采区边界煤柱留20米。根据参考煤炭工业矿井设计规范和煤矿安全规程的相关数据要求和规定,本井田所留的各种保护煤柱均合理,符合规定。2.1.2 论述所定边界的合理性本井田以断层为边界,充分利用自然条件。在井田范围内,储量、煤层赋存及开采条件均与矿井生产能力相适应。井田内有足够的储量和合理的服务年限。井田走向长度大于倾斜长度,有三层煤,可保证矿井各个开采水平有足够的服务年限。阶段高度及阶段斜长适当,矿井通风、井下运输较容易。根据煤炭工业矿井设计规范的规定,采区开采顺序必须遵守先近后远,逐步向边界扩展的原则,并应符合下列规定:1)首采采区应布置在构造简单,储量可
16、靠,开采条件好的块段,并宜靠近工业广场保护煤柱边界线。2)开采煤层群时,采区宜集中或分组布置,有煤和瓦斯突出的危险煤层,突然涌水威胁的煤层或煤层间距大的煤层,单独布置采区。3)开采多种煤类的煤层,应合理搭配开采。综上所述,矿井首采区定在第一水平靠近工业广场的东部,采区储量丰富,有利与运输。西部划分为另一个采区,有利于运输的集中和减少巷道的开拓费用所以井田划分是合理的。2.2 井田的储量2.2.1 井田储量的计算原则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1000米;3)精查阶段的煤炭储量计算范围,应与
17、所划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0.05米厚的高灰煤(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%。2.2.2 矿井工业储量本井田的工业储量的计算:1)工业储量井田的精查勘探面积为S=11.4。根据储量计算公式3:= (2-1)式中: 矿井的工业储量,t可采煤层总厚度,mS井田面积,m2r煤的容重,取1.4 t/ m
18、3煤层的平均倾角,取工业储量为: Zg =20725.22784万t=2.07亿t。2)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。本矿井多断层,井田边界也多以断层为界。浅部以最低可采边界为界,由于煤层浅部距地表较近,表土层含水较多,故井田上部边界留60米的防水煤柱。深部以-750等高线为界,东南部以F1、F11断层为界,两个断层的落差均大于100米,并且做为矿井边界,两侧各留30米安全煤柱。井田内的断层F6、F22断层两侧也各留30米安全煤柱。P1=4450.160+(713.8+ 882.4)202+(2787.3+ 3820.1+ 2752.
19、4)30 12.61.4=(267006+63848+280794)12.61.4=1078.947万t设计储量Zs= Zg P1 式中 Zs井田设计储量 Zg井田工业储量 P1永久煤柱损失Zs= Zg P1=20725.2281078.947=19646.281万t3)设计可采储量Z=(ZsP2) 式中 Z设计可采储量Zs井田设计储量 P2煤柱损失采区平均回采率煤柱损失P2主要包括工业广场压煤、阶段间煤柱(5060米)、主要上山煤柱。工业广场压煤Y:9-1煤层压煤量:=3138515.449-2煤层压煤量:=3857505.889-3煤层压煤量:=2728008.38Y=3138515.44
20、+3857505.88+2728008.38 =9724049.7=972.4万t阶段煤柱:60(4415.59+4263.71)12.61.4=981.62万t主要上山煤柱:1040236012.61.4=660.44万tP2=972.4+981.62+660.44=2614.46万t=0.7635设计可采储量:Z=(ZsP2)=(19646.28-2614.46)0.7635=17031.820.7635=13003.66万t3 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度3.1 矿井的年产量及服务年限3.1.1 矿井的年产量矿井年产量是煤矿生产建设的重要指标,在一定程度上综合反映了矿井生产技术面
21、貌,是矿井开拓的一个主要参数,也是选择井田开拓方式的重要依据之一。矿井的年产量确定的合理与否,对保证矿井能否迅速投产、达产和产生效益至关重要。而矿井生产能力与井田地质构造、水文地质条件、煤炭储量及质量、煤层赋存条件、建井条件、采掘机械化装备水平及市场销售量等许多因素有关。经分析比较,设计认为矿井的生产能力确定为1.50Mt/a是合理和可行的,理由如下:1)储量丰富煤炭储量是决定矿井生产能力的主要因素之一。本井田内可采的煤层三层,保有工业储量为2.07亿吨,按照1.50Mt/a的生产能力,能够满足矿井服务年限的要求,而且投入少、效率高、成本低、效益好。2)开采技术条件好本井田煤层赋存较稳定,虽然
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