采矿优化设计 课程设计说明书
设计题目: 采矿优化设计
助学院校: 河南理工大学
自考助学专业: 采矿工程 姓 名: 自考助学学号: 成 绩: 指导教师签名:
河南理工大学成人高等教育
2O14年 月 日
目录
1 矿井概述及井田地质特征 1.1 矿井概述
1.1.1 交通位置 1.1.2 地形地势 1.1.3 河流 1.1.4 气象及地震 1.2 井田地质特征 1.2.1 地层 1.2.2 地质构造
1.2.3 矿井瓦斯、煤尘、及水文等条件 1.3 煤层及煤质
1.3.1 煤层
2 井田境界与储量 2.1 井田境界 2.2 矿井资源储量 2.3 矿井设计资源/储量 2.4 矿井设计可采储量 3 矿井设计生产能力及服务年限 3.1 矿井工作制度
3.2 矿井设计生产能力及服务年限 4 井田开拓 4.1 井田开拓方案
4.2 矿井基本巷道
4.2.1 井筒
4.2.2 井底车场及硐室 4.3 采区划分及接替 4.3.1 煤层开采顺序 4.3.2 采区划分及接替 5 准备方式及采煤方法
5.1采（盘）区或带区车场及硐室
5.1.1 采（盘）区车场
5.2采煤方法
5.2.1 采煤方法的选择 5.2.2 回采工作面长度的确定
6 矿井通风及安全技术
6.1 矿井通风方式与通风系统的选择 6.2 采区及全矿所需风量 6.4 主要通风机选型
6.5防止特殊灾害的安全技术措施
1 矿井概述及井田地质特征
1.1 矿井概述
1.1.1 交通位置
该矿区的交通十分方便，北距新327国道4km,旧327公路国道从井田南部边缘通过，该公路向南500m处有兖新铁路，东可通兖州、石臼港与京沪铁路线相接，西可至菏泽、新乡与京
九、京广铁路线相通，形成了比较完整的交通网，四通八达。井田内有6个村庄，农、副、渔业生产较发达。
1.1.2 地形地势
区内地势平坦，地面标高+35.38～+36.29m,东北部略高，西南部略低，地形坡度万分之二左右。
1.1.3 河流
区内无大的河流，小的沟渠较多，纵横交错，沟渠水量受大气降水控制，雨季水位较高，秋冬旱季水位较低，甚至干涸，一般起排涝和灌溉作用。地表水对煤矿开采无影响。
1.1.4 气象及地震
本区属海洋与大陆间过渡性气候，为温带半湿润季风区，一年四季分明。全年主导风向是东南偏东风。春、夏两季以东及东南风为主，冬季以北及西北风较多。雨季集中在
七、八两个月。年平均降水量为677.17mm。最高气温41.6℃，最低气温-19.4℃，年平均气温为13.6℃。最大积雪厚度为0.15m，最大冻土深度0.31m。地震烈度为6度。
1.2 井田地质特征
1.2.1 地层
新河煤矿构造形式断层较发育，确定有正断层59条，并推断有重力滑动断层组存在。井田内高角度正断层大致可划分为3组，即近北东向、南北向、北西向。本设计的煤系地层平均总厚度235.00m，共含煤18层，煤层平均总厚度12.65m，含煤系数5.4%；其中含可采煤层三层（
3、
16、17），平均总厚度8.87m，占煤层总平均厚度的70%。可采煤层特征见表1-3。
表1-3 可采煤层一览表 煤层名称
3 7.06 16 0.77 17 0.34～0.98
6.96～10.01 8.91
较简单
稳定
泥岩 0.35～1.10 4.63～10.0
49.13～113.98 85.96
简
简
泥岩 井田厚度/m 最小～最大平均（点数）
煤层间距/m 最小～最大平均
结
可采性
层数
主要岩性
夹石
构 稳定性
单 较稳定 全区可采 0～1
单 较稳定 局部可采 0
局部可采 0～1
1.2.2 地质构造
新河煤矿位于黄河下游冲积平原，在大地构造上位于华北地台山东台背斜的西南缘，在昆仑～秦岭东西构造带的东延北分支之上，并处于新华夏第二沉降带的复合端。新河煤矿受华夏构造体系的影响，以北北东～近南北走向正断层为主，又因受东西纬向构造带的控制，也发育有北东东～近东西向正断层。
煤系地层由二叠系山西组和太原组上段（三灰段）、中段（八灰段）、下段（十灰段）等组成。山西组岩性以中、细砂岩为主，太原组岩性以粉砂岩、泥岩为主，
见井田地质特征表1-1。
东以嘉祥支三断层及F13断层与唐口井田为界，西至17层煤露头；南起兖新铁路北侧保安煤柱，北至T19－1与T19－2钻孔连线延长线。井田内赋存有
3、
16、17两个可采煤层。
表1-1 井田地质特征表
地层系统 第四系（Q）
主要岩性特征
厚度/m
黄色、棕、灰等杂色粘土、粘土质砂、0～350 砂、砂砾石层,广布于全区,东北簿、西m 北厚。
新近系（N） 棕黄、黄、棕红等杂色粘土，粉砂夹细0～1000 砂,下部有时夹泥炭薄层,底部常见砂砾。主要分布于西部，地表未出露。
m 古近系（E） 官庄群
上部杂色粘土岩、粉砂岩夹泥灰岩和石＞1000 膏层,下部红色粘土质粉砂岩、细砂岩夹砂砾岩,普遍含石膏层,分布于北部和西部。
m 侏罗系上统 三台组（J3）
上部为灰绿色粉、细砂岩互层夹泥岩,下部红色砂岩，并有燕山晚期岩浆岩侵入，底部有不稳定的砾岩。
＞500m 二 叠 系 上统 (P2) 石盒子组杂色泥岩、粉砂岩和灰色粉砂岩，含植＞500m (P2h+P1h) 物化石，下部含不稳定的B层铝土岩。
(P) 下统山西组
浅灰、灰白色中、细砂岩及深灰色粉砂80m± 岩、泥岩夹煤层，为本区主要含煤地层。 以深灰色、灰黑色粉砂岩、泥岩为主,夹灰色砂岩、石灰岩8～13层、煤17～23层，为本区主要含煤地层，属海陆交互相沉积，厚度稳定。
170 m± (P1) (P1s) 太原组(P1t)
石 炭 系 (C) 奥 陶 系 (O) 寒 武 系 (∈) 上统 (C2) 本溪组 (C2b)
以杂色泥岩为主,夹石灰岩2～4层,上部夹不稳定薄煤1～2层,底部具G层铝土岩及山西式铁矿层。
35 m±
中统(O2) 下统(O1)
为浅海相中厚层灰岩、豹皮灰岩夹泥灰660 m± 岩、白云质灰岩。
上 统(∈3) 中 统(∈2)
九龙群：中上部为青灰色竹叶状白云质400 m± 灰岩、夹鲕状灰岩、泥岩及粉砂岩;下部为厚层泥灰岩及鲕状灰岩。
长清群：为黄绿、暗紫色云母泥岩、白320 m±
下 统(∈1) 太古界泰山群(Art)
云质灰岩夹豹皮灰岩、泥灰岩及竹叶状灰岩。
主要为深变质的变质岩系及太古代晚期侵入岩。
＞6000 m 井田内断裂构造发育，断层分为近南北向和北东向两组。其中推测存在缓倾角的重力滑动断层组，井田范围内共发现断层14条，其中落差≥100m的断层有4条，落差≥50m的断层1条，落差≥30m的断层3条，落差≥10m的断层5条，≤10m的断层1条，其主要断层特征见表1-2。
表1-2 断层特征表
断层名称 性质
走向
倾向
倾角/°
F1 XF1 XF2 XF3 XF4 XF5 正 正 正 正 正 正
NW30° NE10° SN NE40° NE5° NE50°
NE E W NW E NW
70 70 70 70 70 65
＞100 0～10 0～8 0～20 0～10 0～30
查明 基本查明 基本查明 查明 查明 查明
落差/m
查明情况
XF6 XF7 XF8 XF9 F12 F13 正 正 正 正 正 正
EW NE30° NE20°近SN NE35°近SN近EW
N NW NW NW NW W N
65 65 65 70 70 70
0～30 0～70 0～10 ＞200 10～40 0～100
查明 查明 查明 查明 基本查明 基本查明 推断 滑脱断层 正
1.2.3 矿井瓦斯、煤尘、及水文等条件
本井田瓦斯含量均较低，属低沼矿井，据化验资料，瓦斯绝对涌出量为：1.27～5.56m3/min，平均4.75m3/min，相对涌出量为：0.39～3.38m3/t平均1.17m3/t.煤尘爆炸指数为：38.42%～64.20%；本区由于煤燃点低，易自燃发火，煤尘试验结果为火焰长度300mm，岩粉量为50.0%，具有爆炸性。自燃发火期为为39天。
1.3 煤层及煤质
1.3.1 煤层
煤层走向主体为南北走向，整体近似长方形，煤层赋存比较稳定，全区发育，倾角大于15°，可采煤层间距见表1-3 表1-3 煤层间距 煤层 3 16 17
平均厚度/m 7.31 0.82 0.74
煤层间距/m 85.96 9.50 其中，3煤层为本井田主开采煤层。全区发育。见煤层柱状图，如图1-2。
煤层煤层
煤层 柱状平均厚度 岩性 泥岩 3煤 15.6 泥岩、细砂岩 图1-2 综合柱状图
（1）3煤层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胡海湾相粉砂岩及砂岩沉积物的交替沉积。
本组内赋存三层石灰岩，由下而上命名为K
4、K
5、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。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，直接顶一般为泥岩或粉砂岩，底板多为粉砂岩。区内虽然岩性变化大，但有一定规律，即由东往西，由下向上逐渐由细变粗，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。
2 井田境界与储量
2.1 井田境界
本井田东以嘉祥之三断层及F13断层与唐口井田为界，西至17层煤露头；南起新铁路北侧保安煤柱，北至T19－1与T19－2钻孔连线延长线。井田内赋存有
3、
16、17三个可采煤层。
2.2 矿井资源储量
经地质勘探，矿井资源总储量为1000万吨。
2.3 矿井设计资源/储量
矿井设计资源储量为800万吨。
2.4 矿井设计可采储量
本矿井设计年产量为45万吨，采用一套综采来满足产量的要求。
3 矿井设计生产能力及服务年限
3.1 矿井工作制度
结合本矿井煤层条件、储量情况、以及达成产量所需要的时间；同时考虑设备检修以及工人工作时间等实际的因素，在满足《煤矿安全规程》的条件之下，本矿井工作制度安排如下：
矿井工作日为300天。
本矿井工作制度采用“三八”制，两班采煤，一班检修，日提升工作时间为14小时。
3.2 矿井设计生产能力及服务年限
矿井保有工业储量49.35Mt，设计可采储量29.80Mt，按 0.45Mt/a的生产能力，考虑1.3的储量备用系数，按以下公式计算：
PZK/(AK)
式中： K ——矿井备用系数，取1.3 A ——矿井生产能力，0.45Mt/a Zk——矿井可采储量，万t
P ——矿井服务年限，年 代入数据得
P= 29.80 /（45×1.4）=51.2年 则矿井服务年限为51.2年。
4 井田开拓
4.1 井田开拓方案
井田开拓方式应该通过对矿井设计生产能力，地形地貌条件，井田地质条件，煤层赋存条件，开采技术及装备设施等综合因素进行方案比较以及系统优化之后确定。因此，在解决井田开拓问题时，应遵循以下原则：
1）贯彻执行有关煤炭工业的技术政策，为多出煤、早出煤、投资少、成本低、效率高创造条件。要使生产系统完善、有效、可靠，在保证生产可高和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。
2）合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，为集中生产创造条件。
3）合理开发国家资源，减少煤炭损失。
4）必须贯彻执行有关煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态。
5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术 新工艺、发展采煤机械化、综合机械化、自动化创造条件。
6）根据用户需要，应照顾到不同煤质、每种分别开采，以及其他有益矿物的综合开采。
4.2 矿井基本巷道
4.2.1 井筒
井筒是联系地面与井下的咽喉，是全矿的枢纽。井筒选择应综合考虑建井期限，基建投资，矿井劳动生产率及煤的生产成本，并结合开拓的具体条件选择井
筒。
矿井开拓，就其井筒形式来说，一般有以下种形式：平硐、斜井、立井和混合式。下面就几种形式进行技术分析，然后进行确定采用哪种开拓方式。
4.2.2 井底车场及硐室
根据《矿井设计规范》规定，井下硐室应根据设备安装尺寸进行布置，并应便于操作、检修和设备更换，符合防水、防火等安全要求。井下主要硐室位置的选择，应符合下列规定：
a 应选择在稳定坚硬岩层中，应避开断层、破碎带、含水岩层； b 井下硐室不布置在煤与瓦斯突出危险煤层中和冲击地压煤层中。
1、井底车场主要硐室 1）井底煤仓
井底煤仓位置应根据大巷运输方式、装载硐室位置、围岩条件及装载胶带机巷与装载硐室相互联系等因素比较确定。
井底煤仓宜选用圆形直仓，井底煤仓的有效容量按下式计算： Qmc=（0.15-0.25）Amc 式中：
Qmc——井底煤仓有效容量（t） Amc——矿井日产量（t）
0.15～0.25——系数，大型矿井取大值，小型矿井取小值，本设计取0.15.则井底煤仓容量为Qmc=0.15×450000/330=204.5t 煤仓为圆形垂直煤仓。
4.3 采区划分及接替
4.3.1 煤层开采顺序
合理的开采顺序是在考虑煤层采动影响的前提下，有步骤、有计划的按照一定的顺序进行，保证采区、工作面的正常接替以保证安全、均衡、高效的生产，
并且有利于提高技术经济指标。合理的开采顺序可以保证开采水平、采区、回采工作面的正常接替，保证矿井持续稳定生产，最大限度地采出煤炭资源，减少巷道掘进率及维护工程量；合理的集中生产，充分发挥设备能力，提高技术经济效益，便于防止灾害，保证生产安全可靠。
根据《矿井设计规范》规定，新建矿井采区开采顺序必须遵循先近后远，逐步向井田边界扩展的前进式开采。多煤层开采时，一般先采上层，后采下层的下行式开采，还应厚、薄煤层合理搭配开采；开采有煤与瓦斯突出煤层时，应按开采保护层、抽放瓦斯及单独开采技术措施要求，顺序开采。为保证均衡生产，一个采区开始减产，另一个采区即应投入生产。为此，必须准备好一个新的采区。所以，一个采区的服务年限应大于一个采区的开拓准备时间。
4.3.2 采区划分及接替
按照矿井生产初期不搬迁村庄、先近后远、先易后难的原则，进行采区接续安排。移交生产为一采区，设计生产能力0.45Mt/a，服务年限6年，之后接替顺序为
二、三采区。采区储量及接续见表4-2。
表4-2采 区 储 量 及 接 续 表
采区名称 可采储量（Mt）
一 二 三 3.43 4.61 4.23
生产能力（Mt/a） 0.45 0.45 0.45
服务年限（a） 6 8 7
开采起止时间(a～a) 0～6 7～14 14～21
二 三
接续采区
5 准备方式及采煤方法
5.1采（盘）区或带区车场及硐室
5.1.1 采（盘）区车场
区段上部车场为顺向平车场，中部为甩车场，下部为直向平车场。每个采区只有一个综采面，运输量不大，所以只设材料绕道车场，运料斜巷在大巷入口处
取平，由大巷进入绕道存车线，然后直接进入轨道上山。这种布置方式使用方便，运行可靠。
1） 上部车场：车场形式为顺向平车场（与回风道在同一水平），矿车或材料车经轨道上山提至平车场平台，然后沿着矿车行进方向经回风石门运至工作面或所需材料地点。
2） 中部车场：车场形式为石门甩车场形式，单道起坡方式。由轨道上山提升上来的矿车，通过甩车道甩到中部轨道石门中，再进到区段轨道平巷。
3） 下部车场：本下部车场的绕道属于顶板绕道，从上山来看，通过竖曲线落平后摘钩，沿车场的高道自动滑行到下部车场存车线。由井底来车，则进入车场的底道，自动滑行到下部车场的低道存车线后，挂钩由绞车房提升上去。根据轨道上山起坡点到大巷的距离，本车场属于斜式顶板绕道。
5.2采煤方法
5.2.1 采煤方法的选择
1）煤炭资源损失少，采用正规采煤方法。 2）安全及劳动条件好。 3）便于生产管理。 4）材料消耗少。
5）尽可能采用机械化采煤，达到工作面高产高效。
5.2.2 回采工作面长度的确定
合理的工作面长度能为工作面高产高效提供有利的条件，从工作面内部条件来说，在一定范围内加长工作面长度能获得较高的产量，提高效率和效益，降低成本，但工作面长度增长，生产技术管理难度也会随之增大，因此，单产、效率和效益以及安全生产等条件都会下降，所以，针对本矿井初期采区的开采条件和技术装备水平，同时为保证工作面的正常接续，设计确定工作面倾斜长度为
100m。
6 矿井通风及安全技术
6.1 矿井通风方式与通风系统的选择
中央并列式
进风井与回风井大致并列于井田中央，由主井兼作回风井或专设中央风井。这种方式具有初期工程量少，建井期短，便于管理等优点。缺点：是进、回风井之间漏风大，矿井的中、后期的通风路线长，通风阻力大。工业场地噪音大。煤层倾角较大，走向长度小于4km的低瓦斯矿井。
6.2 采区及全矿所需风量
1）井下同时工作的最多人数计算 Q矿通＝4×N×K矿通 m3/min 式中: Q矿通 ---- 矿井需要风量， m3/min 4 ---- 每人每分钟的供风标准， m3/min N ---- 井下同时工作的最多人数
K矿通---- 矿井通风系数，包括矿井内部漏风和配风不均匀等
因素，取K矿通＝1.25。
则Q矿通=4×388×1.25 =1940 m3/min=32.3m3/s 2）根据《煤矿工业设计规范》规定：矿井的总进风量，应按采煤、掘进、硐室及其它地点实际需要风量的总和按下式计算：
Q矿通=（ΣQ采+ΣQ掘＋ΣQ硐＋ΣQ其它）×K矿通m3/min 式中：
ΣQ采－采煤工作面实际需要风量的总和，m3/min；
ΣQ掘－掘进工作面实际需要风量的总和，m3/min；
Σ其它 －矿井除了采煤、掘进和硐室地点外的其它井巷需要进行通风的
风量总和，m3/min。
6.3主要通风机选型
对矿井主要通风设备的要求：
1）矿井主扇必须装置两部同等能力的扇风机（包括电动机），其中一套运转，另一套做备用，备用的那一套要求在10min内能够开动。
2）主扇应装有两回直接变电所馈出的供电线路，线路上不应分接任何负荷。 3）主扇要灵活可靠，合乎要求的反向装置和防爆门，要有规格质量符合要求的风硐和扩散器。
4）主扇和电动机的机座必须坚固耐用，要设置在不受影响的稳定地质层上。
6.4防止特殊灾害的安全技术措施
1）矿井有完整的通风系统，井下各采掘工作面及其它有瓦斯涌出的地点均按规定配有足够的风量和适应的风速，以冲淡和排出井下涌出的瓦斯；
2）按《规程》规定，井下所有电气设备及无轨胶轮机车均采用防爆型，严禁不设防爆设备；
3）井下采掘工作面均采用独立的通风； 4）采掘工作面和瓦斯增高处设置瓦斯报警仪； 5）生产中，加强通风管理，保证风量。
