张家岗矿1.8Mt_a井田初步设计说明书.doc
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1、辽宁工程技术大学辽宁工程技术大学 本科生课程设计说明书本科生课程设计说明书 教学单位:教学单位: 矿业学院矿业学院 专专 业:材料科学与工程学院业:材料科学与工程学院 班班 级:级: 采矿双学位采矿双学位 学生姓名:学生姓名: 张猛张猛 学学 号:号: 10080103271008010327 指导教师:指导教师: 丁老师丁老师 时时 间:间: 20142014 年年 0101 月月 目录 前言.1 1 井田概况及地质特征.2 1.1 井田概况 .2 1.1.1 井田边界四邻及面积2 1.1.2 交通位置 .2 1.1.3 地形地貌 .3 1.1.4 水系分布 .3 1.1.5 气候情况 .3
2、 1.2 井田地质特征 .4 1.2.1 井田地层 .4 1.2.2 井田内的地质构造 .4 1.2.3 煤层结构 .5 1.2.4 水文地质 .6 1.3 煤层质量及煤层特征 .8 1.3.1 煤质特征 .8 1.3.2 顶底板及围岩性质 .9 1.4 瓦斯、 煤尘 及煤的自然10 2 井田境界及储量.12 2.1 井田境界 .12 2.1.1 井田境界 .12 2.1.2 井田煤柱留设12 2.1.3 论述所定边界的合理性 .12 2.2 井田储量 .12 2.2.1 井田储量的计算原则 .12 2.2.2 井田工业储量 .13 2.2.3 矿井的设计储量 .13 2.2.4 矿井的设计可
3、采储量 .14 3 矿井的年产量及服务年限及一般工作制度.16 3.1 矿井年产量及服务年限 .16 3.1.1 矿井年产量 .16 3.1.2 矿井的服务年限 .16 3.1.3 矿井的增产期和减产期,产量增加的可能性 .16 3.2 矿井的一般工作制度 .17 4 井田开拓.18 4.1 井筒形式及井筒位置的确定 .18 4.1.1 确定开拓方式的主要依据 .18 4.1.2 开拓方式的确定原则 .18 4.1.3 井筒形式的选择 .19 4.1.4 井筒数目的确定 .19 4.1.5 井筒位置的确定 .20 4.2 开采水平的设计 .23 4.2.1 水平划分的依据 .23 4.2.2
4、水平高度的确定 .24 4.2.3 大巷位置 .24 4.2.4 大巷的数目 .25 4.2.5 大巷的用途及规格 .25 4.3 带区划分及开采顺序 .27 4.3.1 带区形式及尺寸的确定 .27 4.3.2 开采顺序 .28 4.4 开采水平与回风水平及井底车场 .29 4.4.1 开采水平和回风水平 .29 4.4.2 井底车场形式的选择 .29 4.4.3 硐室位置.规格尺寸及支护方式 .31 4.4.4 井底车场工程量 .34 4.5 开拓系统综述 .34 4.5.1 系统概况 .34 4.5.2 移交生产时井巷的开拓位置及初期工程量 .35 5 采准巷道布置.37 5.1 设计带
5、区的地质概况及煤层特征 .37 5.1.1 带区在矿井中的位置及界限 .37 5.1.2 领区开采情况,煤层的赋存情况 .37 5.1.3 带区范围及工业储量 .37 5.1.4 带区生产能力及服务年限 .38 5.2 带区巷道布置形式39 5.2.1 带区形式确定 .39 5.2.2 带区主要大巷的数目、位置及用途 .39 5.3 带区条带划分及巷道布置 .39 5.3.1 条带的划分 .39 5.3.2 带区巷道布置、巷道断面及支护方式 .40 5.4 带区车场及硐室 .42 5.4.1 带区车场 .42 5.4.2 带区硐室 .42 5.5 带区生产系统 .43 5.5.1 采准系统 .
6、43 5.5.2 通风系统 .44 5.5.3 运输系统 .44 5.6 带内开采顺序 .44 5.7 带区的巷道掘进率、带区回采率 .45 5.7.1 带区的巷道掘进率 .45 5.7.2 带区回采率 .45 6 采煤方法.47 6.1 采煤方法的选择 .47 6.1.1 选择采煤方法一般原则 .47 6.1.2 选择采煤方法的影响因素 .47 6.1.3 选择的要求 .47 6.1.4 采煤方法的确定 .48 6.2 重点设计层的煤层赋存条件、煤层结构及围岩条件 .48 6.3 工作面长度的确定 .48 6.3.1 按通风能力条件校验 .48 6.3.2 根据采煤机能力校核工作面长度 .4
7、9 6.3.3 按刮板输送机校核工作面长度 .50 6.4 采煤机械的选择和回采工艺的确定 .50 6.4.1 采煤机械的选择 .51 6.4.2 配套设备选型 .52 6.4.3 回采工艺的确定 .53 6.5 循环方式的选择及循环图表的编制 .56 6.5.1 循环方式的确定 .56 6.5.2 工人出勤表57 6.5.3 机电设备表 .59 6.5.4 技术经济指标 .60 7 建井工期及开采计划.61 7.1 建井工期及及施工组织设计 .61 7.1.1 施工队伍的人员配备 .61 7.1.2 建井工程量 .61 7.1.3 工程排队及施工组织排队 .63 7.2 开采计划 .65 7
8、.2.1 开采计划及配产原则 .65 7.2.2 开采计划 .65 8 矿井通风.67 8.1 概述 .67 8.2 矿井通风方式与通风系统的选择 .67 8.2.1 通风方式的选择 .68 8.2.2 通风方法的选择 .69 8.3 矿井总风量的计算与风量分配 .69 8.3.1 矿井总风量 .69 8.3.2 回采工作面所需风量的计算 .70 8.3.3 掘进工作面所需风量 .71 8.3.4 硐室所需风量的计算 .73 8.3.5 其他巷道所需风量 .73 8.3.6 风量的分配 .74 8.4 矿井总风压及等积孔的计算 .74 8.4.1 计算原则 .74 8.4.2 计算方法 .77
9、 8.4.3 计算等积孔 .78 8.5 通风设备的选择 .80 8.5.1 矿井主要扇风机选型计算 .80 8.5.2 电动机的选择 .82 8.5.3 总耗电量及吨煤耗电量 .82 8.6 矿井灾害防治综述 .83 8.6.1 井底火灾及煤层自燃发火的防治措施 .83 8.6.2 预防煤尘爆炸措施 .83 8.6.3 预防瓦斯爆炸的措施 .84 8.6.4 避灾路线 .84 9 技术经济指标.85 9.1 全矿人员编制 .85 9.1.1 井下工人定员 .85 9.1.2 井上工人定员 .85 9.1.3 管理人员 .86 9.1.4 全矿人员 .86 9.2 劳动生产率 .86 9.2.
10、1 采煤工效 .86 9.2.2 井下工效 .86 9.2.3 生产工效 .87 9.2.4 全员工效 .87 9.3 成本 .87 9.4 全矿技术经济指标 .89 10 结论.91 致谢.106 参考文献.92 附录 A.93 附录 B .94 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 0 前言前言 煤炭作为工业的动力燃料的化工产业原材料,在中国能源供给结构中处于重要战略 地位,在能源消费结构中也处于主导地位,它推动了人类工业文明的发展。煤炭发展的 快慢,将直接关系到国计民生。作为采矿专业的一名学生,我很荣幸能够为祖国煤炭事 业尽一份力。毕业设计是毕业生把大学所学专业理论知识和实践相结合的重要环节
11、,使 所学知识一体化,是我们踏入工作岗位的过度环节,设计过程中的所学知识很可能被直 接带到马上的工作岗位上,所以显得尤为重要。 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,培养实事求是、理论联系实际的工作作风和严谨的工作态度,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。 本设计说明书为张家岗矿 1.8Mt/a 井田初步设计说明书,在所收集地质材料的前提 下,由指导教师给予指导,并合理运用平时及课堂上积累的知识,查找有关资料,力求 设计出一个高产、高效、安全的现代化矿井。 本设计说明书从矿井的开拓、
12、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,并进行了技术和经济比较。论述了本设计的合理性,完成了毕 业设计要求的内容。同时说明书图文并茂,使设计的内容更容易被理解和接受。在设计 过程中,得到了指导老师的详细指导和同学的悉心帮助,在此表示感谢。由于设计时间 和本人能力有限,难免有错误和疏漏之处,望老师给予批评指正。 张亮:张家岗矿 1.8Mt/a 新井设计 1 1 井田概况及地质特征 1.1 井田概况 1.1.1 井田边界四邻及面积 张家岗矿位于辽宁省沈阳市康平县境内,张家岗矿位于康平煤田的东北部隶属康平 县东关镇。其地理坐标为东经 12320381232555,北纬
13、42375442 4142。井田边界以坐标线 4727500 以南至井田可采边界,坐标线 41532000 以西至井 田可采边界,面积 10.7 km2。 1.1.2 交通位置 张家岗矿矿区交通非常便利。张家岗矿距调兵山 35km,距康平县城 15km。矿区铁 路经法库、调兵山至大青编组站,大青编组站东至铁岭 20km 与京哈线相接。公路有 203 国道从矿井西南部通过。如图 1-1: 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 2 四平市 清源 北四家子 二牛所口 老城 清河 大青 兴隆台 法哈牛 黑山 半拉门 依牛堡子 登仕堡子 五台子 叶茂台 后新秋 哈尔套 阿尔乡 苏家屯 抚顺 沈阳市 0 12
14、5 0 124 0 42 0 43 0 125 124 0 0 123 0 123 0 42 0 43 交通位置图 西丰 东辽 昌图 吉林省 新民市 彰武 抚顺市 新城子区 铁岭市 开源市 法库 调兵山市 康平煤田 康平 科尔沁左后旗 内 蒙 古 自 治 区 图 1-1 张家岗矿交通位置图 Fig.1-1 Zhangjiagang Mining traffic and location 1.1.3 地形地貌 本矿井位于辽河平原西侧,地势稍有起伏,无高山,一般为平缓低山丘陵及第四纪 洪冲积平原,地表绝大多数为农田,一般标高为+80+120m。地势最高处位于煤田西南 后部的旧门山,其标高为 177
15、.30m。 1.1.4 水系分布 矿井内无较大河流,只是在矿井外的西南有一条小河,为李家河,未流经本矿井。 而在矿井的中部、北部和南部有许多人工渠和季节性冲沟;主要有一道河、二道河等。 1.1.5 气候情况 本区位于辽河平原西侧,属于大陆性气候,一般多风少雨,春干冬寒,一般春、秋、 张亮:张家岗矿 1.8Mt/a 新井设计 3 冬三季多风,冬季多西北风,春季多西南风。风力最大至 79 级,瞬时达 10 级,小至 23 级,无风季节少见。降雨一般集中在 7、8、9 月份,年最大降雨量达 801.4mm,年 平均降雨量为 544.4mm,最大月降雨量为 346.1mm,最小月降水量为 0 mm;该
16、区年平均 蒸发量为 1922.3mm,最大月蒸发量为 405.6mm;最高气温 33.3,最低气温-32.6,冬 季冻层最大深度 1.45m。 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田地层 张家岗矿位于康平煤田东北部,其地层层序和含煤地层生成年代与区域地层完全一 致,以前震旦系地层为基底,其上依次沉积了中生界之早白垩系、及新生界之第四系, 现由老到新分述如下: (1)前震旦系(AnZ) 出露在后门山、土井山、郝官屯及五棵树一带,煤田内没有出露。但在张家岗矿勘 探中,在张家岗的西部有许多钻孔终孔打到前震旦系,其岩系组成以绿色片岩、花岗片 麻岩为主,并有花岗岩及闪长岩侵入。 (2)白垩系下统(K1)
17、 含煤地层无论是岩性特征或生物群组合,从区域对比上看可以与三台子组相当。在 煤田的东部地段该组地层沉积厚度较大,向西逐渐变薄,一般厚度为 437m。根据岩性、 接触关系和生物化石特征,可将白垩系由下而上划分为三个组,孙家湾组、三台子组和 建昌组地层,建昌组直接覆盖于前震旦系地层之上,为不整合接触。而三台子组则平行 不整合于建昌组之上。 (3)第四系(Q) 上部为黑色腐植土,厚度 0.20.5m。中部为灰黄色亚粘土,厚度为 217m。下部 为黄色粗砂,底部含砾,厚度 1.55m。 1.2.2 井田内的地质构造 张家岗矿地质构造特征以总体为一走向北西西,倾向近南的单斜构造,发育有宽缓褶曲 辽宁工程
18、技术大学毕业设计(论文) 4 并伴生一些断层和“煤层缺失变薄带” 。矿井构造类型为二类,煤岩层倾角一般 8左右。 褶曲以背斜为主,为北翼较缓南翼较陡的不对称褶曲,自西向东有倾伏再现的三台子窝 棚、四家子、拉马屯、肖家窝棚和三台子六个背斜,背斜轴平面分布呈横卧的“S”型, 在“S”型的凹外发育有北部和南部两个向斜,背向斜轴部平缓,一般为 06,过渡 地段较陡,一般为 812,近似箱型。矿井内有两条大的断层,分别为 S1F10与 N1DF7断层。 1.2.3 煤层结构 张家岗矿井田内共有两层可采煤层,煤层编号从上往下分别为 1#、2#煤层。煤层特 征见表 1-1: 表 1-1 煤层特征表 Tab.
19、 1-1 coal seam character 煤层 编号 煤层 厚度 分煤 层数 容重 /t/m3 夹矸 厚度 煤层稳 定程度 煤层倾角/平 均 层间距 /平均 m 1#3.201.350稳定 2#10.201.350稳定 833 张亮:张家岗矿 1.8Mt/a 新井设计 5 柱状 1:1000 厚度 (m) 煤层 编号岩石名称 30 3.2 33 13.2 黑色油页岩 煤 砂砾岩 1 2煤 红色砂砾岩 50 图 1-2 综合柱状图 Fig. 1-2 Synthesis column map 1.2.4 水文地质 本矿区域水文地质特征如下: 张家岗矿位于辽河平原西侧,地势稍有起伏,无大高山
20、,一般为平缓低山丘陵及第 四系洪冲积平原,一般海拔为+80+120m,在煤田西南后旧门山地势最高,其海拔为 +177.30m。 全区地貌按成因可划分为三种类型,即构造剥蚀地形、剥蚀堆积地形和洪冲积堆积 地形。由于上述地貌类型,促成了区内无较大河流的水文特征,只是在矿井的西南有一 条小河(李家河) ,未流经矿井,而中部、北部和南部则有许多人工渠道(主要有一道河、 二道河)和季节性冲沟。 矿井含水层情况: (1)第四系洪积含水层 辽宁工程技术大学毕业设计(论文) 6 主要分布在东部低洼处,一般厚度为 4m,该层上部由 1.921m 黄色粘土所覆盖; 下部则有黄色及灰白色粉砂、细砂、砂砾所组成,成分
21、以石英为主,下部含砾,最大砾 径为 3050mm,具棱角,分选性差。据水 10 号抽水资料:单位涌水量 0.0032 公升/秒. 米,渗透系数为 0.0965 米/日。该层上覆之粘土,由西向东逐渐增厚。由于地形变缓,故 水位变化幅度变小(1.001.60m) ,其水质变化较大,总碱度值很高,一般为重碳酸钙钠 型水。 (2)白垩系砂岩、砂砾岩承压含水层 白垩系分布全矿井,厚度在 50200m 之间,一般为 77m,由煤田中心向南逐渐增厚, 其岩芯大部份由泥质或钙质胶结的灰色或灰绿色的砂岩、砂砾岩组成,结构致密,透水 性很弱,但由于压力作用,在个别钻孔发现长期自涌水现象,最大 614 号孔,水头高
22、出 地表 5.6m。 该层上覆 3070m 的风化壳,大部分由紫红色的砂岩、砂砾岩所组成,分选性差, 粒度不一,泥质或钙质胶结。由于风化作用,岩石松散,透水性较强,据抽水资料:渗 透系数由 0.16110.621 米/日,其水质分析为:重碳酸钙钠型水,迳流条件良好,并在风 化壳中发现十个钻孔在 1560m 处漏水,最大达 6.00m3/h。 该层的渗透性向断层渐趋增强,渗透系数由 0 增至 0.6m/日,它是矿床充水的来源之 一,但不是矿床充水的主要因素。该层下部有 350400m 弱透水层和不透水层所隔,在 无断裂沟通时,对矿井影响不大。从目前钻孔所揭露断层分析,来看,均为闭合断层, 未发现
23、断裂引起的漏水现象,故这种隐患可能性较小,但生产过程中应给予高度重视。 (3)白垩系底部砂岩、砂砾岩承压含水层 该层赋存于煤层之下,大部分由钙质和泥质胶结的灰白色砂岩、砂砾岩所组成,结 构致密坚硬,渗透性很弱。据抽水资料:渗透系数为 0.00238 米/日,据水质为重碳酸氯化 钠型水,说明该含水层水迳流条件很差, 又由于该层位于煤层底板 50180m 左右,且随 煤层的增厚而加深,所以,对矿井充水影响甚微,可不作考虑。 矿井水文地质类型: 该矿井水文地质勘探类型,按直接充水含水层的空间特征而划分的。根据原煤炭部 制定的矿井水文地质规程矿井水文地质分类的条件:张家岗矿范围内地表水排泄条 件良好,
24、露头区被粘土类土层覆盖,属深部矿井;矿井内直接充水含水层主要由白垩系 粗砂岩及砂砾岩微弱的裂隙承压含水层所组成,虽然岩层疏软多裂隙,但单位涌水量均 小于 0.1Ls.m 以下,而且断层水极弱,并且煤层顶部有较厚的油页岩、泥岩和含水层间 张亮:张家岗矿 1.8Mt/a 新井设计 7 有良好隔水性能的泥岩、粉砂岩层,所以与地表水以及各含水层间无直接水力联系。矿 井最大涌水量为 54.76m3h,,正常涌水量为 40.26 m3h,采掘工程一般不受水害影响, 防治水工程简单。为此张家岗矿井水文地质类型为一类一型矿井,属于水文地质简单型 矿井。 1.3 煤层质量及煤层特征 1.3.1 煤质特征 (1)
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