秦康毕业设计初稿

河南理工大学高等职

业学院

煤矿开采课程设计

题目:神火集团薛湖煤矿二七采区设计

2012-6-7

系部：采矿工程系 专业：煤矿开采技术 班级：采矿09-2 姓名：秦康

指导老师：薛春宇、刘光超

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毕业设计任务书

专业班级：采矿09-2 学生姓名：秦康

一、设计题目 ：神火集团薛湖煤矿_二七_采区设计。 二、基本条件

该采区位于神火集团薛湖煤_矿一水平，开采_二2_煤层。采区北__ _为采区回风大巷_、东为二五采区、南为采区运输大巷、西以二九采区 为界。采区走向长_ 2100__m，倾斜长_880__m，，煤层平均厚度2.6m，倾角 10° ，容重1.55 t/m3。采区瓦斯绝对涌出量4.46 m3/min（掘）及_ _m3/min（采），正常涌水量 57.45_ _m3/h，煤层自然发火期_12_个月，煤尘__不具有 _爆炸性，煤质_为贫瘦煤_。

地面无需保护地物，邻近采空区对本采区开采无影响。

主采煤层顶板：伪顶为 0.4 m的_砂质页_岩，直接顶为_ _5.6_m的_泥岩_岩，基本顶为_26_m的__砂_岩。

采区煤层底板等高线图另附。 采区设计年产量_ 120_万t/a。

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目 录

前言 ................................................................................................................................................ 1 目 录 ....................................................................................................................................... 3 1 矿区概述及井田地质特征 ..................................................................................................... 6 1.1矿区概述 ............................................................................................................................... 6 1.2井田地质特征 ....................................................................................................................... 8 1.3煤层特征 ............................................................................................................................. 15 2 采区边界和储量 .................................................................................................................. 23 2.1采区边界 ............................................................................................................................. 23 2.2可采煤层 ............................................................................................................................. 24 2.3采区尺寸 ............................................................................................................................. 24 2.4采区储量 ............................................................................................................................. 25 3 采区方案设计 ...................................................................................................................... 30 3.1矿井工作制度 ..................................................................................................................... 30 3.2矿井设计生产能力及服务年限 ......................................................................................... 31 3.3工作面划分 ......................................................................................................................... 31 4 采区巷道布置 ...................................................................................................................... 32 4.1煤层的地质特征 ................................................................................................................. 32 4.2带区巷道布置 ..................................................................................................................... 34 4.3带区车场选型设计 ............................................................................................................. 43 5 采煤方法 .............................................................................................................................. 46 5.1采煤方法选择 ..................................................................................................................... 46

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5.2采煤工艺方式 ..................................................................................................................... 46 5.3回采巷道布置 ..................................................................................................................... 60 6 采区生产系统 ...................................................................................................................... 63 6.1概述 ..................................................................................................................................... 63 6.2带区运输设备选择 ............................................................................................................. 64 7 采区通风 .............................................................................................................................. 69 7.1矿井通风系统选择 ............................................................................................................. 69 7.2风量计算 ............................................................................................................................. 75 7.3选择矿井通风设备 ............................................................................................................. 78 8 安全灾害的预防措施 ........................................................................................................... 83 8.1预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 ............................................................................................. 83 8.2预防井下火灾的措施 ......................................................................................................... 83 8.3防水措施 ............................................................................................................................. 84 9 设计采区基本技术经济指标 ............................................................................................... 85 致 谢 ..................................................................................................................................... 87

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前 言

本次毕业设计是据在河南省神火集团薛湖煤矿进行的毕业实习中所收集的矿井生产图纸和资料，对矿井进行的一个采区的设计。

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。作为对学生在学校的最后一次综合性的知识技能考查，它主要是考查学生这三年来对基础知识及其专业知识的掌握情况，使学生学会自我思考、自行设计。在设计过程中，把所学的理论知识与实践经验综合起来应用。这样达到了对理论知识“温故而知新“的作用，同时也学到了一些实际生产过程中的经验。

设计的过程就是一个不断认识和学习的过程。在本次设计过程中，认真贯彻《矿产资源法》、《煤炭法煤炭工业技术政策》、《煤炭安全规程》、《煤炭工业矿井设计规范》以及国家其它发展煤炭工业的方针政策，积极采用切实可行高产高效的先进技术与工艺，力争自己的设计成果达到较高水平。

本设计以《实践教学大纲及指导书》为依据，严格按照《安全规程》的要求，采用工程技术语言，对矿井的开拓、准备、运输、提升、排水、通风等各个生产系统进行了设计。由于时间关系和设计者水平有限，设计中失误之处在所难免，敬请审阅老师给予批评指正！

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（1）新近系（N）

①新近系下部（N1）：属河湖相沉积，厚度180～250m，与下伏各地层呈角度不整合接触，可分为上下二段。下段（N1 1）：以土黄、棕黄、灰绿色粘土、亚粘土为主。底部普遍发育一层灰白色，俗称“钙质层”的亚粘土，含1～4层粉砂、细砂，厚度变化幅度为0～30m，呈透镜体状。该段地层厚35～127m，平均90m，埋藏深度280～300m。上段（N2 1）：由浅黄、棕黄色中～细砂、

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(N)(KZ)(N)1348.73石千峰组石，直径在0.3～0.7厘米、呈次棱角状或次园状与下伏地层呈不整合接触。本层为K9标志层，井田内仅有一个钻孔穿见，且揭露不全。为浅灰色中粗25.00古二上粒砂岩，间夹薄层细粒砂岩，砂岩中石英含量占90％以上，硅质胶结，分选性较差，岩石致密。坚硬。未见动植物化石。9K 界生叠124.08)373.7325二(P2sh 上 河南理工大高等职业学院由灰色、灰色砂岩，砂质泥岩，紫斑泥岩组成。上部主要为中、粗粒砂岩四紫斑泥岩十分发育，以紫红色为主。不含或偶含植物化石碎片。下部为灰～叠石灰绿色细粒砂岩。粉沙岩及砂质泥岩、紫斑泥岩显著减少。富含植物化石。盒 本段主要特征是薄～中厚层状石英砂岩明显增多，并且颗粒较粗。3本段相当于豫西之平顶山砂岩段。与下伏地层呈整合接触。统子组四1(P)(P2)2S497.815标志层层位稳定，井田内呈东薄西厚。浅灰色，细～中粒砂岩，局部K为粉砂岩，以石英为主，次为长石。胶结物以硅质为主，次为粘土质、钙质，含菱铁矿。具斜层理，层面含炭质。含泥质包裹体。分选中等，磨圆度K51.05～25.03中等，呈次菱状，次圆状。与下伏地层呈整合接触。7.92上部主要为深灰色、灰色泥岩、砂质泥岩，次为细粒砂岩。中部含煤下三60.00～1.19七层，自下而上编号为三1～三7煤层，其中三1、三22、三4煤工业煤层，层位较稳定。三5煤局部可采，三12、三6、三7煤为不可采煤层。三2煤与三4煤间夹一层中～细粒砂岩，厚度不稳定，可作为区分二者的辅助标志。本组中上部砂岩较为发育，层数较多，但均不稳定，一般为中细粒砂岩．交错层理发育,碎硝成分以石英为主,长石.菱铁矿次之,重矿物主要有错石.磷灰石、电气石、榍石等。另外还有少量海绿石、鲕绿泥石等矿物。底部K4标志层，层位稳定，但厚度变化较大，以鲕状铝质泥岩为主，次为铝质泥岩，局部夹砂岩或砂质泥岩，呈灰～浅灰绿色,常见有紫红色斑块。鲕状铝质泥岩以含粗大鲕粒、球粒为特征，其成份为菱铁质、粘土矿物含量下0.45石三50.00～1.190.64三374.92盒子二组0.00～2.421.38三20.00～2.6621.42三10.10～2.030.7980％以上，经X衍射鉴定粘土矿物主要是高岭石，次为石英，蒙脱石、水云母等。K4(P1X)572.733.04～22.639.50本段含丰富的植物化石、主要有楔羊齿、栉羊齿、带羊齿及根座化石等。与下伏地层呈整合接触。由泥岩，砂质泥岩，砂岩及煤层组成，含煤四层(二煤组)，其中二2煤层层位稳定，为区内主要可采煤层，二11煤层偶而可采。系山二3本组以二2煤为界可分成上、下两段。上段：为砂岩，砂质泥岩及泥岩组成。下段：夹一中厚层状铝质泥岩，中上0.00～0.60叠0.29106.43部为2～3层含铝质泥岩，有时含薄层菱铁矿，中下部发育有厚层中～粗粒长石、石英砂岩，以岩榍含量高为特征，成分复杂，胶结物为泥岩，松散、俗称“豆腐渣”沙岩（相当于豫西的香炭砂岩层位），亦可作为辅助标志层。二3煤位于本段中部。该段下部为黑色泥岩。下段：主要由灰色泥岩、黑色泥岩夹黑色砂质泥岩、炭质泥岩及薄煤层（二1、二2煤）组成。二1煤层层位较稳定。二2煤层不稳定、局部位炭质泥岩所代替。本段沙岩发育、中上部几乎全由一厚层中细粒条带装沙岩组成（与豫西大占砂岩层位相当）多为泥质胶结，成份以石英为主，含泥质包体，由 泥质条带组成的缓波状层理、脉状层理十分发育层面含炭质及白云母片，统称条带状砂岩。该砂岩区内稳定，容易辨认，可作为辅助标志层。此砂岩以下至K3灰岩为一厚层黑色泥岩，含黄铁矿晶粒和菱铁矿薄层，局部见有动物化石碎片。 本段含丰富的植物化石、主要有楔羊齿、栉羊齿、带羊齿、齿叶及科达等。与下伏地层呈整合接触。西二20.50～3.852.23二120.04～0.700.35统组二110.00～0.700.64(P)(P)(P1)1S679.160.85～4.98上太石统原炭组 (C3)(C)3t828.33)该层灰岩厚度不大、但区内稳定，以含丰富的生物碎削为特3标志层(LK11镜鉴定名为生物碎削灰岩（肉眼能辨认者主要为海百合茎、珊瑚、腕足类等碎片），是区内良好的标志层之一。1.95本组一般含石灰岩11层，自上而下编号为1L。其中厚度稳定的有三～L11),较稳定的有四层（L层（L8、L3、L6、L9）不稳定的有四层（L2、L117、L1、),且L5、L105常有分叉尖灭合并现象。L4、L4、L8灰岩，为本组上部的厚层灰岩，其厚度仅次于LL2灰岩，且区内稳定，可作区内的辅助标志层。本组含煤（5～7层），均不可采，一般以灰岩作为顶板。砂岩多发育在L灰岩的上、下部，以细粒砂岩为主，一般为长石5、L104、L砂岩，胶结物均为粘土质和钙质。本组地层普遍含黄铁矿结核，并含3～4K2层薄层菱铁矿，但层位不稳定。6.20～14.10本组产丰富的动物化石，主要为蜓科，有孔虫、腕足类及少量珊瑚，另外10.59有少量植物化石。与下伏地层为整合接触。L2灰岩为K2标志层。是本组下部的厚度灰岩，区内普遍发育，厚度稳定。以含较多的燧石结核和蜓科化石为其主要特征，是区内良好的标志层之一。3K系中本溪统组149.178.78本组为K1标志层，为灰～浅灰绿色铝质泥岩，局部夹一层灰岩、中下部具紫红色斑块，底部含赤铁矿团块或条带(即山西式铁矿层位)。(C2)(C)(C)2bK12.00～22.00本组化石仅在个别钻孔见有保存不完好的始史斯塔夫蜓、伏芝加尔小泽蜓有孔虫等。与下伏地层呈假整合接触。837.118.78奥中马陶下沟系统组45.20家由浅灰色白云质灰岩，夹灰～深灰色石灰岩，豹皮状灰岩组成。井田内仅有部分钻孔穿见其顶部岩层，其中6605孔穿见45.20m.(O)(O2)(O)(PZ)2m882.31

图1.2 地质综合柱状图

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亚砂土和灰黄、灰绿色亚粘土、粘土组成，含钙质和铝土质。砂层松散,单层厚度大,粒度粗,泥质含量少,砂层5～10层，厚度60～100m。该段地层厚110～160m，平均135m。埋藏深度165～300m。

②新近系上部（N2）：属河湖相沉积，厚度45～73m，平均厚60m。主要由土黄、灰黄、棕黄、亚粘土、粘土夹砂层透镜体组成，富含大小不一的砾石与姜结石。本段地层以高可塑性粘土为主，砂层一般2～4层，厚度6～25m，埋藏深度100～165m。

（2）第四系（Q）

①更新统（Q1—3）：属冲洪积相沉积，厚度46～78m，平均厚65m，与下伏新近系地层呈整合接触。以土黄、黄褐、浅黄色亚粘土为主，夹亚砂土及粉砂、细砂透镜体。含砂层3～7层，厚度12～35m，亚粘土中姜结石富集。埋藏深度35～100m。

②全新统（Q4）：属冲积相沉积，厚度一般为20～30m，平均厚25m。由灰黄、土黄色亚砂土夹灰黄、褐黄色亚粘土、粘土组成,含小砾石及姜结石,薄层粉、细砂层呈透镜体状,亚粘土中夹1～2层灰褐色含腐植质的“黑土”，含大量田螺、蜗牛化石。 1.2.3水文地质

薛湖井田位于永城复背斜西翼北段，处在区域径流区带。F112正断层落差 90m，切割聂奶庙背斜轴部，使区外东部背斜轴部相对富水区的奥陶系地层与区内煤系地层对接，应为勘探区的供水边界；西部为太原组灰岩深埋区，灰岩顶面埋深在1000m以下，岩溶发育程度随深度减弱，地下水径流迟缓，但考虑到灰岩顶面1000m深度距离首采区较远，可视为无限边界；北部亦为太原组灰岩深埋区，灰岩顶面埋深在1000m以下，相对较封闭，可作为相对隔水边界。南部为聂奶庙背斜轴部的灰岩隐伏露头区，但新生界隔水层的覆盖，客观上削弱了上部灰岩含水层的富水程度，因此为无限边界。

井田内无常年流水河流，王引河在勘探区东北边界穿过，1956年实测最大流量46.6m3/s，最高水位标高39.70m，平时水量较小。位于勘探区中、西部的白河、韩沟两条暂时性水流，自北向南注入沱河，旱季经常干枯无水。

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地表水体距离煤层垂直距离一般大于400～500m，并且有巨厚新生界阻隔，因此地表水对煤层开采无影响。

区内含水层自上而下划分为：新生界含水层（组）；基岩风化带含水层；二叠系下石盒子组、山西组砂岩含水层；石炭系太原组上段灰岩含水层；石炭系太原组下段灰岩含水层；奥陶系灰岩含水层。共计六个含水层，描述如下：

（1）新生界含水层（组）

新生界松散岩类含水层西部厚，东部薄，厚度110.67m～445.10m，平均值358.08m。主要砂层含水层埋藏深度分别为第四系全新统0～35m和新近系含水层150～300m。

全新统含水层属潜水，孔隙水储存较为稳定，补给迅速。含水层埋藏深度一般25～35m，地下水位较浅，一般3～4m，单位涌水量q＝1.58～2.55 l/s·m，渗透系数k＝6.36～11.88m/d，富水性强。动态受季节影响变化明显，水位年变化幅度2.22～2.67m，水质良好，直接受大气降水的补给，地下水循环交替条件好，动态变化幅度大。

新近系含水层属深层承压水。由中细砂层、粉砂、亚砂土组成，含深层孔隙承压水，砂层厚度大，一般60～100m，赋存稳定，地下水径流方向自西北流向东南，水位标高34.57～35.57m，单位涌水量0.129～1.31 l/s·m，渗透系数1.70～2.07m/d，该含水层因第四系更新统和新近系上部隔水层的阻隔，正常情况下，浅层水和大气降水难于垂直下渗补给，据邻区资料，地下水动态变化不大，年变幅度较小，不易受污染，矿化度1.129～1.390g/l，总硬度98.32～118.02°，氯化物含量203g/l，水化学类型为HCO3·Cl·SO4―Na型，PH值8.0～8.2。

（2）基岩风化带含水层

区内117个钻孔简易水文地质观测统计，漏水孔18个，占总数的15.4%。8016孔山西组二2煤层顶板风化带抽水，单位涌水量0.000388 l/s·m，渗透系数0.00182m/d，富水性较弱，水位标高29.90m。

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（3）下石盒子组、山西组二2煤顶、底板砂岩裂隙承压含水组

由中粒、细粒砂岩组成，厚度9～15m，砂岩致密，裂隙不发育，单位涌水量为0.00000758～0.00195 l/s·m，渗透系数k＝0.0000743～0.0121m/d，属弱富水含水层。

二2煤底板有一层中细粒砂岩，厚度一般8m左右，没有进行抽水试验，区域上该层也具有一定富水条件，其富水程度较弱。 （4）太原组上段灰岩岩溶裂隙承压含水组

由5～6层灰岩组成，厚度17.55～25.85m，平均22.13m，太原组顶部L12（K3）灰岩呈薄层状，平均厚度1.30m，全区揭露该层钻孔97个，其中漏水孔1个。L8灰岩厚度较大，赋存稳定，一般厚度10m。灰岩致密完整，岩溶裂隙不发育，单位涌水量0.00000466～0.000865 l/s·m，渗透系数k＝0.0000441～0.00580m/d，水位标高详查期间33.10～36.38m、勘探期间-1.15～-10.87m。抽水后水位恢复时间很长，难于达到抽前静止水位，显示该层富水性弱，渗透性能差，径流迟缓，地下水以静储量为主。考虑到岩溶裂隙发育的不均一性，靠近浅部和断层附近，含水层的富水性会有所增强。

（5）太原组下段灰岩岩溶裂隙承压含水组

由五层灰岩组成，厚度14.98m，其中L2灰岩沉积厚度大，赋存稳定，灰岩埋深一般在-500m以下，裂隙被充填，岩溶裂隙不发育，渗透性能差，8705孔抽水时q＝0.000984L/s·m，K＝0.000960m/d，属弱富水含水层。

（6）奥陶系灰岩岩溶裂隙水含水层

揭露最大厚度38.86 m，富水程度不详，区域资料显示，该层单位涌水量为0.00843～3.152 l/s·m，但本区奥陶系埋藏较深,岩溶裂隙发育程度相对较低。

1.3煤层特征

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1.3.1煤层

本区煤层赋存于石炭～二叠系含煤岩系，含煤岩系分四组七个煤段，含煤地层总厚度993.0m，共含煤13层，煤层总厚度7.27m，含煤系数0.73%。下二迭统山西组和下石盒子组含主要可采煤层二2煤。煤层特征见表1.1。

1.3.2煤层顶、底板

二2煤直接顶板以砂质泥岩粉砂岩为主，细粒、中粒砂岩顶板次之，厚度一般5～10m。老顶为细粒、中粒砂岩，厚度2.35～19.7m。直接底板主要为砂质泥岩、粉砂岩，厚度0.76～32.73m，一般1.18～12.71m，岩石致密，伪顶为0.4m的砂质页岩，基本顶为26m的砂岩，分布连续稳定。

顶、底板抗压强度细粒砂岩以上的一般46.8～130.2 MPa，砂质泥岩、粉砂岩15.87～57.3 MPa、泥岩12.4～46.27 MPa；顶底板抗拉强度细粒砂岩以上的一般1.1～5.77 MPa、砂质泥岩、粉砂岩0.50～4.8 MPa、泥岩0.57～2.1 MPa。可见砂质泥岩、粉砂岩、细粒砂岩的强度指标较高，泥岩强度偏低。

井田内大部分区段二2煤顶板岩石力学强度较高，完整性较好，属易于管理的顶、底板。在断层发育处，岩石原生结构遭到破坏，裂隙较发育，强度降低容易造成冒顶及片帮，需在采掘生产中加以注意。 1.3.3煤质

1.煤的物理性质

本区二2煤层为黑～灰黑色，少量钢灰色，似金属光泽，均一状～条带状结构，性脆，具贝壳状及参差状断口，层状构造，裂隙较发育，大都有松散易碎的碎裂煤及粉粒煤。二2煤层不同煤类WY、PM、TR的视密度分别为1.45t/m3、144 t/m3、1.66 t/m3；

亮型煤，该煤的顶部普遍发育一层0.5～0.7m左右的光亮型、质地坚硬的块状煤，中部和下部多为粉粒煤。

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显微煤岩特征：镜下鉴定，本区各煤层的有机组分均以镜质组为主，半镜质组、惰质组次之。

表1.1 煤层特征表

煤层厚度 煤煤（m） 夹矸 煤层结构 顶底板特征 稳定 倾角 备组 层 最小-最大 平均 夹 矸 顶板 底板 性 （度） 注 层厚度(m) 数 二二煤组 2 0-4.77 2.6 砂质泥岩1 0.02-0.52 或砂岩 砂质泥岩和粉砂岩 较稳定 5-15 全区基本可采 3.煤的化学性质 （1）水分（Mad）

可采煤层原煤平均分析基水分为：二2煤贫煤0.51～1.77%,平均1.01%；无烟煤0.56～4.02%，平均1.54%。天然焦0.43～3.23%，平均1.39%。

（2）灰分（Ad）

可采煤层原煤平均干燥基灰分为：二2煤贫煤9.79～29.21%，平均16.91%；无烟煤9.28～17.42%，平均14.39%，属低中灰煤。天然焦15.72～36.67%，平均24.61%。

原煤经1.4或1.5比重液洗选后，各煤层浮煤灰分可下降10%左右，二2煤下降7～9%。二2煤一般50～60%。

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（3）全硫（St.d）

可采煤层全硫平均含量一般均小于1.0%，多在0.4～0.6%之间。二2煤贫煤0.28～1.14%，平均0.36%；无烟煤0.28～0.67%，平均0.49%，属特低硫煤。天然焦0.32～2.28%，平均1.02%。

（4）挥发分（Vdaf）

原煤挥发分其变化与煤中矿物质含量变化密切相关。二2煤无烟煤浮煤挥发分平均8.51%，贫煤11.63%。天然焦浮煤挥发分平均8.5%。

4.煤中的有害元素

（1）磷：各煤层的磷含量在0.01%以下，属特低磷煤层。 （2）砷：砷的含量很低，一般为2～4 mg/kg，为一级含砷煤。 （3）氯：氯的含量很低，0.008%以下。 （4）氟：二2煤一般为30～40 mg/kg。 （5）铬：二2煤一般为13～20 mg/kg。 （6）汞：汞的含量0.2～0.4 mg/kg。

（7）硒：硒的含量一般为1～2 mg/kg，极个别点在3～5 mg/kg。 （8）铅：二2煤一般为10～15 mg/kg。 5.煤的工艺性能 （1）元素分析

各煤层原煤干燥无灰基碳的含量89.43～93.52%，含量较稳定，氮的含量为1.0～1.4%，氧、硫之和含量2～3%。

（2）发热量（Qnet.v.d）

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二2贫煤原煤发热量27.54～29.68MJ/Kg，平均28.47 MJ/Kg；无烟煤原煤发热量28.76～29.43MJ/Kg，平均29.10MJ/Kg。天然焦原煤发热量一般为18.14～26.34MJ/Kg，平均22.70MJ/Kg。

（3）简易可选性

二2煤煤层分别进行不同级别的简易筛分及浮沉试验，筛分结果二2煤具有一定的块煤率。

原浮沉试验，采用中煤含量法，用1.5比重级，进行简易筛分及浮沉试验，二2煤可选性评价结果，属中等可选～极难选煤

（4）其它工艺性能

热稳定性：二2煤贫煤、无烟煤其热稳定性属于中等～较高热稳定性煤，达到固定床煤气发生炉用煤和化工用煤指标。灰成分、灰熔融性：各煤层煤灰中以SiO2和Al2O3为主，两者含量占70～80%，其次是CaO，一般含量4～7%；Fe2O3含量5～7%；MgO的含量在2.0%左右，；SO3的变化范围在2.0～4.0%；KaO和Na2O的含量在0.5～1.0%左右。煤和天然焦的灰熔融性（ST）均大于1350℃，属难熔灰分。

可磨性：用哈特葛罗夫法测定，可磨性系数测定结果，二2煤属易磨煤。 结渣性：二2煤结渣性试验，结渣性属中等~弱结渣煤。 6.煤类

采用中国煤炭分类国家标准《GB5751—86》对二2煤进行分类，二2煤主要以贫煤为主，有少量无烟煤和天然焦。

煤类分布：二2煤以薛湖～红寨~红前楼一线，北为贫煤，南为无烟煤，而位于东、西的大洪庄、后陆湾、徐营、张路口为天然焦。。

7.煤的工业利用途径

本区二2煤以半亮型煤为主，碎块状居多，为低中灰、特低硫、特低磷、中～高发热量、热稳定性良好、难熔灰分的贫煤

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贫煤可作气化、动力和民用煤；无烟煤除可作动力和民用外，块煤可作化工原料，经过一定加工，粉状煤可供高炉喷吹燃料，而少量的贫瘦煤经洗选后其精煤可作配焦用煤。

8.煤层风化带深度

根据煤的物理化学性质的改变，区内煤层的风化带深度为自基岩往下垂深约20m左右。 1.3.4瓦斯

据本区二2煤层瓦斯成分分析，煤层底板-600m以浅地带，沼气成分最高占70%，一般小于20%，个别点氮气达60%，二氧化碳20%，甲烷含量在5ml/g以下，属瓦斯风化带；-600m以深地带沼气成分占80～95%之间，甲烷含量在5 ml/g以上。

瓦斯风化带内瓦斯含量一般在1.76～4.46ml/g之间；进入沼气带，沼气含量则有所增加，煤层底板-600～-800m瓦斯含量6.15～17.59 ml/g；800m以深最高达19 ml/g（71―4孔，孔深813.2m）。瓦斯逸散初速度（△P）、煤的坚固性系数（f），钻孔储层压力测试（P）等的测定结果见表1.2。 1.3.5煤尘

区内各煤层多数为粉粒状煤，开采时易产生大量的煤尘，钻孔煤样煤尘爆炸性试验，二2煤煤尘爆炸指数均大于10%，可采煤层煤尘有爆炸性。 煤尘爆炸性试验结果见表1.3。 1.3.6煤的自燃

本区煤样测试结果，还原样着火点与氧化样着火点（△T0）均小于25℃，各煤层均应属不易自燃煤层。

着火点试验结果见表1.4。

表1.2 各可采煤层P、△p、f测定结果表

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煤孔号 深度瓦斯含量层 （m） （ml/gr） 71-4 71-2 71-3 73-3 73-4 75-2 73-1 70-1 84-1 71-1 二75-1 7017 2 7106 7217 7220 7228 7708 7709 7805 8210 8212 8705 8708 8711 1.3.7地温

813.20 772.70 805.30 785.89 801.50 701.60 695.70 810.50 964.67 700.30 562.40 754.80 556.05 672.21 774.75 861.87 599.37 683.88 480.99 844.20 933.80 468.54 655.07 931.29 19.71 6.68 7.37 13.73 17.59 11.55 9.46 11.86 11.93 6.15 6.66 0.03 4.46 8.42 7.81 8.29 9.20 1.76 8.98 11.28 9.01 12.10 等温吸附 △p 10.39 5.90 9.31 10.03 8.35 6.14 3.7 4.6 f 0.24 0.27 0.23 0.23 0.24 0.22 0.41 0.32 P 0.92 1.01 1.16 1.09 0.77 a值 b值 孔隙率（%） 3.92 3.95 3.38 3.38 35.22 0.0656 35.12 0.080 35.88 0.0682 30.39 0.090 39.77 0.0591 35.40 0.054 参考我国东部地区一些资料，估算恒温带的深度为25m，恒温带温度

16.5℃。地温梯度为2.2～2.79℃/hm，低于3℃/hm，故本区属地温正常区。 井田内二2 煤底板埋深340～1037m，底板温度25℃～43℃，存在Ⅰ、Ⅱ级高温区。正常地温区基本上在94勘探线以东二2煤层底板-550m水平以浅，占井田面积的15.57%；Ⅰ级高温区主要分布在94线以东二2煤层底板

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-550～-850m水平之间，占井田面积41.22%。基本上先期开采地段和首采区均在Ⅰ级高温区内。73―4、7288两孔之间存在地温偏低现象；Ⅱ级高温区主要分布在二2煤层底板-850m水平以深的范围，占井田面积43.20% 表1.3 煤尘爆炸性试验结果表

爆 炸 指 数 孔号 层 位 煤 类 火焰长度（mm） 73-4 73-1 71-3 70-1 二2 二2 二2 二2 PM PM PM WY 5 5 12 3 加岩粉量（％） 20 30 40 20 有 有 有 有 结 论 表1.4 着火点试验成果表

着火点试验 煤层 钻孔 煤类 原煤样（℃） 73—4 PM 73—1 PM 二2 71—3 PM 7215 7422 PM PM 364 408 396 386 395 还原样（℃） 372 412 399 392 397 氧化样（℃） 352 401 386 382 394 △T0（℃） 20 11 13 10 3 不自燃 不自燃 不自燃 不自燃 不自燃 22

结 论 河南理工大高等职业学院

7718 8711 PM PM 396 389 404 399 392 410 394 385 395 5 7 5 不自燃 不自燃 不自燃 70—1 WY

2 采区边界和储量

2.1采区边界

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该设计采区位于神火集团薛湖煤矿一水平，开采二2煤层。采区北为采区回风大巷、东为二五采区、南为采区运输大巷、西以二九采区为界。

2.2可采煤层

本区煤层赋存于石炭～二叠系含煤岩系，含煤岩系分四组七个煤段，含煤地层总厚度993.0m，共含煤13层，煤层总厚度7.27m，含煤系数0.73%。下二迭统山西组和下石盒子组含可采煤层二2煤层及局部可采煤层三

2

3煤层和三2煤层。

其中主采煤层为二2煤，三3煤和三22煤由于较薄作为储备资源开采。本次二七采区设计为二2煤层。

2.3采区尺寸

采区的平均走向长度为2100m。 采区的倾斜方向的平均长度为880m。 煤层的倾角最大15°，最小为5°，平均为10°。 采区煤层平均厚度为2.6m。 该矿井煤的容重为1.55t/m3。 采区的水平面积按下式计算：

S=H×L （2.1） 式中 S——采区的水平面积，㎡; H——采区的平均水平宽度，m； L——采区的平均走向长度，m；

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则采区的水平面积为S=2100x880=1848（k㎡）

2.4采区储量

2.4.1储量计算基础

（1） 根据薛湖煤矿井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算。 （2） 储量计算厚度：夹矸厚度不大于0.05m，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹矸厚度不超过每分层厚度的50%时，以煤分层厚度作为储量计算厚度。

（3）井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀。

（4）煤层体积质量：二2煤层体积质量为1.65t/m3。 2.4.2 采区储量计算

因本采区地面无需保护地物，临近采空区对本采区开采无影响。 本采区可采煤层为二2煤层。 采区工业储量：

Q工=S?M?Υ (2.2) 式中 S——采区可采面积，m2；

M——煤层厚度，m； Υ——煤层容重，t/m3； Q工——工业储量，万t.

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Q工=S?M?Υ=1848000×2.6×1.55 =744.8万t 可采储量 ：

Q采= Q工?（1-P） 式中 Q采————可采储量，万t； Q工——工业储量，万t；

P——永久煤柱储量损失，取5％； Q采= Q工?（1-P）=744.8×（1-5％） =707.6万t 2.4.3 采区生产能力计算

该采区设计一个工作面生产，一个工作面掘进备用。

确定采区生产能力的方法：

A=nA0Bk1 式中A ——采区生产能力，万t/a； n——同时生产的采煤工作面个数； B——采区掘进出煤系数，取1.1；

(2.3) (2.4) 26

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A0——采煤工作面产量，万t/a；

k1——工作面之间出煤影响系数，采区内单工作面生产时k取1，n=2时取0.95，n=3时取0.9。

确定采区生产能力主要是确定一个采煤工作面的产量和同时生产的工作面个数。

一个采煤工作面的产量：

A0=Lv0mΥC0 (2.5) 式中L——采煤工作面长度，m；

v0——工作面年推进度，m； m——煤层厚度或采高，m； Υ——煤的体积密度，t/m3； C0——采煤工作面采出率. 回采率的有关规定见表3—2

表3—2 煤炭采出率表

煤层 采出率 工作面采出率/％ 采区采出率/％ 27

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薄煤层 97 85 中厚煤层 95 80 厚煤层 93 75 水力采煤 70

工作面年推进度：

v0=330nIΦ (2.6) 式中330——矿井年工作日，天； n ——日循环数，个； I ——循环进度，m；

Φ——正规循环系数，取0.8—1.

根据工作面作业规程，回采工作面日循环数为8，每个循环进度为0.8m，正规循环系数取0.8.

v0=330???n?I?Φ=330×8×0.8×0.8

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=1689m

《设计规范》规定：综采工作面年推进度一般为900—2000m。 设计符合规定.

A0=Lv0mΥC0= 160×1689×2.6×1.55×95％ =103.5万t A=nA0Bk1=1×103.5×1.1×1 =113.9万t 2.4.4采区服务年限

生产能力较大的采区，开始生产时一般有0.5—1.0年的产量递增期，结束生产前一般有1.0—2.0年以上的产量递减期.采区生产能力与服务年限的关系见表3—3。

表3—3 采区生产能力与服务年限的关系

采区生产能力（万吨/年） 采区服务年限（年）

采区服务年限的计算公式：

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10—20 ﹥2—3 30—50 ﹥4—5 60—90 ﹥6 河南理工大高等职业学院

T=CQ/A (2.7) 式中 A——采区生产能力，万t/a； Q——采区可采储量，万t； C——采区采出率.

T=CQ／A=80％×1696/113.9 =11.9年 设计符合规定。

3 采区方案设计

3.1矿井工作制度

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根据《煤炭工业矿井设计规范》相关规定，确定矿井设计年工作日为330d，工作制度采用“三八制”，每天三班作业，二班生产，一班准备，每班工作8h。

矿井每昼夜净提升时间为16h。

3.2矿井设计生产能力及服务年限

此二七采区的设计生产能力为120万t/a，本采区的服务年限为12年。此采区生产能力与服务年限相适应。

3.3工作面划分

3.3.1工作面划分的依据

井田划分为阶段后，阶段的范围仍然较大，通常需要再划分，以适应开采要求。

阶段划分一般有三种方式：采区式、分段式、带区式。

⑴在阶段范围内，沿走向把区段划分为若干个具有独立生产系统的块段，每一个块段称为采区。在采取范围内，沿煤层倾斜方向将采区划分为若干个长条部分，每一个长条部分为一个区段。

⑵在阶段范围内不划分区段，而是沿倾斜方向将煤层划分为若干个平行于走向的长条带，每个长条带称为分段，每个分段沿倾斜布置一个采煤工作面，这种划分称为分段式。

⑶在阶段沿煤层走向划分为若干个具有独立系统的带区，带区式又划分为若干个倾斜分带，每个分带布置一个采煤工作面。 3.3.2工作面划分

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因此，经三种划分方式优缺点比较比较，再结合本采区地质条件和机械化水平、技术能力，再参考其他采区近似工作面情况，确定本采区划分方式为带区式划分。

4 采区巷道布置

4.1煤层的地质特征

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该设计采区位于神火集团薛湖煤矿一水平，开采二2煤层。采区北为采区回风大巷、东为二五采区、南为采区运输大巷、西以二九采区为界。 4.1.1煤层特征

带区所采煤层为二2煤层，其煤层特征：黑色，亮煤为主，具有金属玻璃光泽，煤层平均厚度2.6m，煤层倾角7～12°，平均10°。煤层结构简单，煤的容重1.55t／m3。

带区平均瓦斯涌出量为4.46m3/t，瓦斯涌出量较大。煤尘无自燃倾向性，不具有爆炸性。

4.1.2煤层顶底板岩石构造情况

老顶：中粒砂岩，厚度7—8m。灰色，含铝土质，具鲕粒及暗斑，局部夹镜煤条带。

直接顶：粉砂岩，厚度5—6m，灰色，成份以石英为主，具水平层理。 直接底：粉砂质泥岩，厚度0.45m，灰黑色至深灰色，块状，富含植物根部化石

老底：粉砂岩，厚度13—14m，灰色，成份以石英为主，具水平层理。。 4.1.3水文地质

带区内水文地质条件较简单，涌水来源主要为二2煤层上覆砂岩、粉砂岩等弱含水层裂隙水，和底板砂岩和石灰岩等强含水层，预计正常涌水量为57.45m3/h，最大涌水量为68.94m3/h 4.1.4地质构造

带区内地质构造简单，总体构造形态呈一走向北西西的单斜构造，在此基础上发育了一系列宽缓褶曲，造成煤层底板有小的波动，但变化不大，煤层角度7°～12°倾角平均10°。井田中央沿东西走向贯穿整个井田有一相对倾角较大的褶曲。各带区均未布置于断层中。

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井底车场附近没有较大断层。

4.2带区巷道布置

4.2.1带区准备方式的确定

带区准备方式优点，不需要开掘上山，大巷掘出后便可以掘带区平巷、开切眼和必要的硐室车场，因此巷道系统简单；运输系统环节少，费用低，系统简单，运输设备、数量和辅助人员少；工作面长度可保持等长，对综合机械化非常有利；受断层影响小；技术经济效果显著，国内实践表明，在工作面单产、巷道掘进率、采出率、劳动生产率和吨煤成本等几项指标方面，都有显著提高和改善。

本设计矿井大巷布置在煤层中，辅助运输采用轨道，电机车牵引。 带区准备方式存在的问题，如带区布置受煤层倾角较大，采取一定的技术措施后可应用于12°~17°,故采用带区准备方式，以下就带区巷道布置及其生产系统进行说明。

4.2.2开采水平的确定及采盘区划分

井田主采煤层为二2号煤层，其它煤层均不可采。设计中针对二2号煤层。二2号煤层倾角平缓，为5°～15°，平均10°，为缓倾斜煤层，故设计为立井两水平开采。一水平标高-550m，主要开采方式为带区式开采，二水平标高-850m，主要开采方式为带区式开采。二2号煤层生产能力：可采储量为210Mt，服务年限为6a。 4.2.3主要开拓巷道

二2号煤层平均厚度为2.6m，赋存稳定，底板起伏不是很大，为缓倾斜煤层，煤层厚度变化不大，煤质硬度中等。矿井轨道大巷、运输大巷布置均布置在岩石中，大巷间距60m。由于矿井瓦斯涌出量大，为满足回风需要，在岩石中再布置一条回风大巷。轨道大巷，运输大巷和回风大巷，共三条岩石大巷。为便于在巷道交叉时架设风桥等构筑物，轨道大巷、运输大巷沿底

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板掘进，回风大巷沿煤层顶板掘进。大巷位于井田中央，沿等高线方向布置，局部半煤岩及岩巷，运输大巷巷道坡度随煤层而起伏,一般5°-15°，轨道大巷巷道水平掘进坡度为千分之三到千分之五，便于排水，主运输大巷上仓段局部10°。 4.2.4方案比较

1提出方案

根据采区煤层赋存稳定、采区地质构造简单的条件，采区上山可以提出三种布置方案。

第一方案：采区上山单层布置。在距煤层12m的底板岩层中布置两条上山，上山位于采区走向中央，通过石门与煤层联系，两条上山间距20m。 第二方案：采区上山单层布置。在煤层中布置两条上山，间距20m，上山位于采区走向中央。

第三方案：采区上山单层布置。其中一条上山布置在采区中央的煤层中，另一条上山布置在煤层底板岩层中，距煤层10m。煤层上山为输送机上山，岩层上山为轨道上山。 区段平巷布置：

采区内煤层为中厚煤层，可一次采全高，根据采区的煤层条件，决定采用沿空留巷。由于该采区煤层埋藏稳定，涌水量不大，故采用单巷布置，但要采取措施加强巷道密闭或充填，以减少漏风，预防煤层自燃发火。 联络巷道：

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在联络巷道的布置上，第一方案中，在煤层的区段运输平巷中设溜煤眼与采区上山联系。第二、三方案中输送机上山均布置在煤层中，故不需设置溜煤眼。各方案的轨道上山均用石门与煤层区段轨道平巷相联系。 方案比较:

根据已提出的方案及方案比较原则，三个方案相同的部分可不参与比较，仅就采区上山及联络巷进行比较。方案的技术比较见表4—1。

由比较可以看出，第三方案实际为第一、二两个方案结合的结果，较第一、二方案并无明显的特点，故该方案不参与经济比较。方案的经济比较见表4—2。

表4—1 采区方案技术比较表

第一方案 方案 双岩上山方案 项目 案 双煤上山方一煤一岩上山 第二方案 第三方案 1、掘进工程量 工程量大。因两上山均布置在岩层中，故要多掘进石门和溜煤眼 工程量小 工程量较大比第二方案多掘进石门 36

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2、工困难，一是岩巷施工，二是程难巷道联接复杂 度 3、通风距离 4、管管理环节多。一是溜煤眼多；理环二是漏风地点多 节 煤层上山，u5、巷道维护 维护工程量少，维护费用低 形金属支架受采动影响大，维护工程量大，费用高 6、支可以回收，架回收 无法回收 70%可以复用 以回收复用 煤层上山支架可第一条煤层上山，维护工程量大，费用较高 少 多（同第一方案） 长 短 较长 较容易 困难 37

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煤层上山掘7、工程期 岩石上山掘进速度慢，约需12个月才能投产 进速度快，约同第一方案 8个月就可以投产

表4—2 采取方案经济比较表

方案 项目 1、 上山 第一方案 双岩上山方案 第二方案 双煤上山方案 1000×2 395 1000×2 276 552000 0 长度/m 掘进单价，元/m 790000 费用/元 上山到煤层，12m 2、 联络巷 石门 长度，m 单价，元/m 395 4740 33180 38

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单条上山费用，元 总费用（7） 溜煤眼（Φ=2m） 12 体积，m3 46 单价，元/m 552 每区段费用，元 3312 总费用（6） 1000×2+12×2 3.62 8 1000×2 2.17 8 39

0 3、 维护巷道 长度，m 单价，元/m?a 维护时间，a 河南理工大高等职业学院

费用，元 116535 347200 费用总计，元 943027 899200 通过经济技术比较可以看出，第二方案经济上相对较省，工程量小，施工容易，投产期短，沿煤层布置上山有利于进一步摸清煤层赋存情况。故选择第二方案。

采煤工作面回采顺序选择后退式，即由采区边界向采区上山方向推进。 综合机械化采煤工作面单巷布置，区段运输平巷内的一侧需设置转载机和带式输送机，另一侧设置泵站及移动变电站等电气设备，巷道断面需在12m2以上，区段运输平巷和回风平巷以0.5%—1.0%的坡度掘进，区段回风平巷中铺设轨道，采用矿车运输材料，设备。

岩巷掘进应用光面爆破技术，选用锚喷支护方式。煤层巷道掘进选用国产ELMA—90型掘进机，采用锚喷支护。巷道掘进速度参见表4—3。

表4—3 巷道掘进速度指标

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