1、河南理工大学本科毕业论文（设计）- 1 -成庄煤矿设计毕业论文前 言采矿工程毕业设计是采矿工程专业全部教学进程中的最后一个环节，同时也是对学生成绩的最终考核，其目的是使学生在采矿工程总体上深入认识矿井各个生产系统和各个生产环节之间的相互联系和制约关系，培养学生综合运用各门学科的理论知识，分析和解决采矿工程技术问题的能力；培养和锻炼学生独立地、创造性地进行工作的能力；培养学生搜集、整理、运用科技资料和生产技术经验的能力；进一步训练撰写技术文件和绘制工程图件的基本技能。进行矿井设计是一个涉及井巷工程、采煤方法、矿山机械、矿井通风与安全、矿山环保等诸多技术科学方面的系统工程，虽然本次设计题目中存在一
2、些理想的条件，但是通过这次设计，我已经基本掌握了矿井设计的方法和步骤，培养了搜集、整理、运用科技资料和生产技术经验的能力，训练了撰写技术文件和解决实际问题的能力。这些，对于我以后的工作和学习都是非常有益的。本次设计的参照矿井是晋城煤业集团公司成庄煤矿，设计之前，我在该矿进行了为期 20 天的毕业实习，通过地面参观、听总工及各科室负责人作报告、参加科室实习及井下生产实习，对矿井的情况有了一个较全面和深刻的认识。本次设计就是在成庄煤矿实际地质条件的基础上，根据收集到的矿井生产图纸和数据，按照指导老师的要求作了一些改动后，对矿井做的初步设计。其主要内容包括：矿区概况及井田地质特征、矿井储量年产量及服
3、务年限、井田开拓、准备方式、矿井提升运输和排水、矿井通风与安全技术、矿山环保等方面。本设计以毕业设计论文大纲为依据，按照安全规程的要求。由于本人知识水平和知识范围的限制，设计中难免有不当和错误之处，恳请审阅老师批评指正。河南理工大学本科毕业论文（设计）- 2 -1 矿区概况及井田地质特征1.1 矿区概况1.1.1 地理位置及交通成庄煤矿（以下简称井田） ，位于沁水煤田南翼，晋城市西北 20km处，跨泽州和沁水两县。工业广场位于泽州县下村镇史村,地理坐标为北纬 353411353950,东经 11236061124349。成庄井田北至大阳井田南界，南至寺河井田北界，东以煤层露头及小窑为界，西与潘
4、庄井田为邻，东西长约 10.0km，南北宽约 9.7km，面积 74.3338km2。太（原）焦（作）铁路由井田东 10 余 km 处通过，侯（马）月（山）铁路从西南约 7km 处通过。矿井有铁路专用线经古书院矿与太焦铁路接轨，距古书院矿 18km。207 国道（太原洛阳）在成庄矿东侧约20 多 km 处通过，晋（城）长（治） 、晋（城）阳（城） 、晋（城）焦（作） 、长（治）邯（郸） 、太（原）长（治）高速公路已建成通车。交通极为便利（图 1-1-1） 。1.1.2 地形、地势及河流本井田地形为低山丘陵区，沟谷发育。中部高，东、西部低，最高点标高为 1146.5m，最低标高为 691.3m，
5、相对高差为 455.2m。东部长河西岸有黄土覆盖、西部沁河东岸也有黄土覆盖，中部山区森林发育。井田内村庄位于黄土冲沟两侧或山顶低洼处有黄土覆盖的地方。河谷两侧为侵蚀堆积地形，形成河漫滩及以上的三级阶地。1.1.3 水文水系属黄河流域沁河水系。井田内主要河流为长河，为沁河支流，由东北向西南从井田东缘流过。史村河、河底河等为长河支流，由西北向东南注入长河，为季节性水流。河南理工大学本科毕业论文（设计）- 3 -图 111 交通位置图1.1.4 气象及地震晋城市属暖温带大陆性气候。四季分明，温暖宜人，日照充足,无霜期长。据晋城市气象站资料,年平均气温 11,极端最低气温-22.8（1956 年 1
6、月 21 日） ，极端最高气温 38.6（1967 年 6 月 4 日） 。雨季为 7、8、9 三个月，平均年降水量 622.7mm，最小 295.9mm（1965 年） ，最大 1010.4mm（1956 年） 。平均年蒸发量 1783mm。根据中国地震烈度区划图（1990） 划分：本井田属地震烈度区度区；根据中国地震参数区划图 （GB18306-2001） ，本区所属地震动河南理工大学本科毕业论文（设计）- 4 -峰值加速度分区为 0.05g。1.1.5 煤田开发情况成庄矿于 1989 年 12 月 20 日开工建设，于 1997 年 9 月 19 日正式验收移交投产，原设计生产能力 40
7、0 万 t/a，设计服务年限 94 年。2005 年核实生产能力为 800 万 t，2005 年原煤产量实际达到 800 万 t。目前成庄矿开采 3 号煤层，因小煤窑乱采滥挖，矿井储量破坏严重，安全生产受到极大威胁。井田东部由于煤层埋藏浅，易于开采，小煤矿分布较多。目前，在井田内及周边生产的地方煤矿有 15 座。目前主要采取综合措施进行防范，如定期联系各级政府对井田周边小煤窑井下采掘巷道进行实测，发现越界及时举报；井下施工巷道进行拦截，采用综合物探和钻探手段来探查小煤窑采空区范围等，以此保护国家资源不被破坏和消除安全隐患。1.1.6 水源和电源成庄矿目前生活及生产用水主要来自奥陶系岩溶地下水，
8、受采煤的影响，地表潜水井基本上全部报废。已施工奥陶系岩溶水源井 9 口，水位标高在 454.70m516.10m 之间，单井供水量为 22002800m3/d，水质优良，为 HCO3SO4CaMg 或 HCO3SO4MgNa 型水，目前每天抽水 20 个小时以上，基本能满足矿区内居民生活及工业用水。周边农村以前主要依靠第四系潜水和二叠系砂岩泉水供水，目前主要由矿区深水井供水。供电系统：矿井电源来自集团供电公司 110KV 站。1.2 井田地质特征1.2.1 地层本井田由东向西、岩层从老到新。现分述如下：奥陶系中统下马家沟组（O2x） 、奥陶系中统上马家沟组（O2s） 、奥陶系中统峰峰组（O2f
9、） 、石炭系中统本溪组（C2b） 、石炭系上统太原组（C3t） 、二叠系下统山西组（P1s） 、二叠系下统下石盒子组（P1x） 、二叠系上统上石盒子组（P2s） 、第四系(Q) 。1.2.2 主要地质构造河南理工大学本科毕业论文（设计）- 5 -本井田位于太行山复背斜西翼，沁水盆地东翼南端。为阳城山字形构造体系脊柱部分南端东侧及马蹄形盾地的北侧与新华夏构造体系的复合部位。北西向压扭性开阔背向斜褶曲伴有少数与褶曲轴向近似垂直的张性断裂和与褶曲轴向斜交的扭性断裂。井田内构造主要为走向北北东（北部）逐渐转折为北东向（南部） ，倾向北西的单斜构造。井田内地层平缓，倾角 315，一般在 10以内。本井田
10、从地质勘探阶段到成庄矿建成投产 8 年来，所见断层落差均未超过 20m，属小型断层。落差小于 5m 的断层和小型陷落柱较为发育。但在矿井生产过程中未发现岩浆岩活动。总的说来，本井田构造仍属简单类。1.2.3 煤层及煤质井田内含煤地层主要为上石炭统太原组（C 3t）和下二叠统山西组（P 1s） 。太原组（C 3t）K1石英砂岩（相当于晋祠砂岩）底或相当层位至 K7砂岩底。连续沉积于本溪组之上，为主要含煤地层之一。由灰色中、细粒砂岩，灰黑色粉砂岩、泥岩，灰色粘土泥岩、石灰岩、硅质岩、菱铁矿及煤组成。属海陆交互相沉积。自下而上 K2、K 3、K 5三层石灰岩普遍发育，层位稳定，是对比煤层的良好标志层
11、。本组共含煤 10 层，自下而上编号依次为：16、15、14、13、11、9、8、7、6、5 号，5 号煤层薄而不稳定，属不可采煤层，其余七层煤均为不可采煤层。全组厚 77.52m-112.07m，平均91.98m，煤层总厚 7.79m。K1石英砂岩：灰灰白色，细粒结构，含少量泥质及星散状黄铁矿，硅质胶结，分选性良好。沉积不稳定。厚 0m-5.43m，平均 3.30m。K2石灰岩：深灰色、厚层状，致密坚硬，块状，性脆，裂隙充填方解石脉。上部质纯，含有燧石条带，底部含较多的泥质、有机质及星散状黄铁矿。靠下部常夹有薄层钙质泥岩。含小泽蜒、似纺锤蜓及腕足类等动物化石。厚 7.10m-14.13m，平
12、均 9.85m。位于太原组下部，为 15 号煤直接或间接顶板。K3石灰岩：为 13 号煤顶板。灰深灰色，厚层状，致密坚硬，性脆，夹少量燧石条带，含腕足类及蜓类等动物化石。沉积稳定，厚 0.20m-河南理工大学本科毕业论文（设计）- 6 -6.19m，平均 2.80m。K4石灰岩：为 11 号煤顶板，深灰色，含泥质较多，沉积不稳定，厚0m-0.90m，平均 0.49m。K5石灰岩：位于本组上部，为 7 号煤顶板。深灰色，致密坚硬，质不纯，含星散状黄铁矿及腕足类动物化石，沉积稳定，厚1.00m4.48m，平均 2.35m。山西组（P 1s）K7砂岩底（或相当层位的粉砂岩）至 K8砂岩底，与下伏太原
13、组呈整合接触，为主要含煤地层之一。由灰白灰色，中、细粒砂岩，灰黑色粉砂岩，泥岩及 13 层煤组成，其中主要煤层一层，编号 3 号，平均厚度 6.44m，是本组唯一可采煤层。本组滨岸为过渡相沉积，在成庄、段都、坪头一带，均有零星出露。本组厚 39.45m73.08m，平均 49.83m，分上下两层段叙述如下：（1）下段：K 7砂岩底至 K 砂岩底，厚 20m 左右，以灰色、深灰色细粒砂岩，灰黑色粉砂岩、泥岩及 3 号煤层组成。3 号煤层以下岩层常夹有不规则菱铁矿结核，具水平层理及不规则的水平层理，含保存不好的植物化石。K7砂岩：灰色、深灰色细粒砂岩，富含煤粒及暗色矿物，具缓波状层理，夹泥质包裹体
14、，局部为中粒砂岩、粉砂岩。厚 0.35m14.09m，平均 3.98m。3 号煤层：赋存于本段上部，结构简单、沉积稳定，为本区主要可采煤层之一。厚 4.75m7.15m，平均厚 6.44m。（2）上段：K 砂岩底至 K8砂岩底，一般厚 30m 左右，以灰白色中粒砂岩，灰色薄层细砂岩，灰黑色粉砂岩及泥岩组成，间夹不稳定的薄煤层 12 层。K 砂岩：为山西组中部的一层砂岩，灰白色、中粒、钙质胶结。斜层理，沉积稳定，厚 0.36m29.00m，平均 8.04m。 其中 9 号煤层为本设计的主采煤层。 河南理工大学本科毕业论文（设计）- 7 -表 1-2-1 设计主要可采煤层特征表 厚度（m）（最小最
15、大）顶底板岩性煤层平均结构（夹石数）容重(t/ m3） 稳定程度可采情况顶板底板91.153.002.0902简单 1.45 较稳定大部可采 粉砂岩粉砂岩泥岩煤质情况：（见附表 1-2-2）表 1-2-2 煤的工业分析表煤层名称 水分（%）M灰分(%) A挥发份(%) V含硫量(%) S含磷量(%) P发热量（MJ/kg）Q备注原煤 1.79 18.06 7.90 4.42 34.739# 浮煤 1.51 6.99 5.96 1.31 0.00185总的来讲， 9、15 号煤的煤岩特征和机械性能与 3 号煤相近。各煤层的物理性质相似，多以亮煤，镜煤及暗煤为主，坚硬致密，层理或节理裂隙发育，但在
16、外观上常见黄铁矿结核和晶体。根据煤炭分类标准（GB5751-86） ，由于本井田 9 号煤层 Vdaf均小于10%，故把 9 号煤层煤类确定为无烟煤。从洗煤碳含量、氢含量、氧含量的平均数分别为 92.42%、3.24%和 2.12%，可知 9 号煤层属高碳、低挥发份、低氢、低氧煤，反映了此煤层变质程度很高。以 1.5 比重液浮煤回收率评级，可选性属优等；按中煤含量分类属易选煤。河南理工大学本科毕业论文（设计）- 8 -1.2.4 煤的综合利用井田内 3 层煤的共同特点是：灰分低，比较好选，含矸率低，含水分低，磷含量低，挥发分低，固定碳和热稳定性特高（优） ，抗碎率强度高，产块率高，据此凡粒度1
17、3mm、St，d1.50%的煤均可用于合成氨，是优质的化工用煤。另外，可以试制、试销用于制造碳素纤维，活性炭、碳粒砂、炭化硅、碳黑、电石、刚玉和电极，这些项目煤的附加值可增加数倍到数十倍。此外，本矿与阳城电厂毗邻，用于发电是最现实、最经济的选择。粉煤还可以制成煤球、蜂窝煤等各种型煤。 1.2.5 瓦斯、煤尘、煤的自燃性及地温本矿井瓦斯相对涌出量为 10.0m3/t，瓦斯绝对涌出量为189.7m3/min，属高瓦斯矿井。据地质报告和成庄矿 9 号煤层测试数据，9 号煤层无爆炸危险性；据成庄矿 3 号煤层测试成果，自燃性发火倾向级，为不易自燃煤层。但由于 9 号和 15 号煤层为高硫煤，煤堆可能会
18、起火燃烧，因此注意减少地面堆煤量及堆积时间。成庄矿从建矿至今在开采 3 号煤层时，井下温度保持在 1423之间，常年变化不大。沁水煤田南部因无岩浆活动，地温梯度小于 3/100m 的标准，且有从长治到晋城地温梯度有增高的趋势。根据有关资料统计，长治矿区地温梯度为 1.15/100m，赵庄矿区 1.23/100m，晋城矿区 1.64/100m。据此推算，成庄矿即使将来开采 15 号煤层时，井下温度也不会大于 30，不是影响生产的重要因素。1.2.6 水文地质条件井田位于太行山复背斜西翼，沁水煤田南端，总体为一向西倾斜的单斜构造，奥陶系二叠系由东向西依次出露。井田内主要含水层（组）有：1、奥陶系中
19、统石灰岩岩溶裂隙含水层井田内奥陶系中统主要由中厚层状石灰岩组成，夹薄层泥质灰岩，出露于井田东侧，峰峰组基本不含水，可视为隔水层，含水层主要为上、下马家沟组，富水性强，埋深从东北部向西南逐渐加厚，地下水总的流河南理工大学本科毕业论文（设计）- 9 -向为北东南西。据钻孔资料，单位涌水为 0.714.22L/sm。井田东部施工的供水水源井，单井出水量为 22002800m3/d，水位标高454.70m516.10m，总硬度为 4261158mg/L,矿化度为 0.51.5g/L,属 HCO3SO4CaMg 型水，是矿区的主要供水水源。相对隔水层为中奥陶统底部的含石膏脉的泥质灰岩。2、石炭系上统太原
20、组石灰岩岩溶裂隙含水层组太原组间夹的 K2、K3、K 4、K 5 等石灰岩为该组主要含水层，从钻孔揭露的岩层来看，单层厚度一般为 2m10m。受补给条件的限制，裂隙发育较差，一般富水性弱。K 2、K 3 石灰岩单位涌水量为0.0110.058L/ sm，水位标高 691.40m709.32m 。K 5 石炭岩深部和浅部的富水性变化很大，浅部单位涌水量为 0.523.43L/sm，而深部为 0.00090.007 L/sm，水位标高为 750.58m847.25m。矿化度为0.450.65g/L，属 HCO3CaMg 型水。建井初期，井巷揭露 K2、K3、K 4、K 5 等石灰岩时，均有涌水、一
21、次最大涌水量为 152.51m3/h。隔水层：本溪组广泛发育有铝土泥岩，其层位稳定。厚度一般为7.86m，是良好的隔水层，既可阻隔上部各含水层水下漏，也可阻挡奥灰岩溶承压水向上部含水层充水3、二叠系山西组、石盒子组砂岩裂隙含水层山西组以 K 砂岩为主要含水层，富水性弱。石盒子组地层出露于井田西部，以 K8、K10、K12、K13 等砂岩为主要含水层，裂隙较发育，富水性较好。山西组砂岩裂隙含水层之间因为有厚的泥岩、砂质泥岩相隔，水力联系差，富水性弱。水质类型为 HCO3K+Na 型水，矿化度为0.310.55g/L。而石盒子组砂岩裂隙含水层虽然各砂岩层之间夹有多层砂质泥岩，泥岩作为隔水层，但由于
22、埋藏极浅，钻孔在施工过程中，消耗量急剧增加，孔内不返水，砂岩裂隙发育。地下水的补给来源主要为侧向补给。其水质类型为 HCO3K+Na 型水，矿化度为 0.310.61g/L。4、第四系冲积层孔隙含水层及风化带裂隙含水层第四系孔隙水主要分布于长河、史村河河谷中，砂砾层厚约 10m，富水性较强，据水井简易抽水资料，单位涌水量为0.2284.64L/sm。但受季节影响、变化较大、富水期为 79 月份，河南理工大学本科毕业论文（设计）- 10 -贫水期为 14 月份。基岩风化带裂隙含水层受风化裂隙发育程度的影响，据钻孔揭露资料，井田内浅部较发育，越往深部发育程度越差，风化带下部的厚层泥岩、泥质砂岩裂隙
23、不发育，作为隔水层，阻隔了上部风化带裂隙含水层与下部石盒子组含水层之间的水力联系。厚约 27.70m38.23m，单位涌水量为 0.0560.109L/s m，渗透系数 0.1270.25m/d，影响半径为15.82m36.48m，属 HCO3K+Na 型水，矿化度 0.29 g/L。需要特别指出的是：石炭系中统本溪组底部铝土泥岩和各不同时代的砂质泥岩、泥岩等，在发育良好、厚度稳定，不受构造破坏区域，均为良好的隔水层。1.3 地质勘探程度本井田精查地质勘探报告综合了历次勘探结果对本井田主要褶曲，断层等基本探明，控制了地层变化规律可采煤层的赋存特征，水文地质条件及煤质牌号，煤层分析资料基本可靠，勘探程度能满足设计生产之要求
