【正文】 ion and sustained yield, simplified roadway system, reduce the roadway excavation and maintenance。 本次設(shè)計(jì)以《內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）撰寫規(guī)范（修訂）》為依據(jù)，按照《煤礦安全規(guī)程》、《采礦設(shè)計(jì)手冊》的要求，經(jīng)過查閱相關(guān)資料，在老師精心指導(dǎo)下完成。 礦井交通以公路為主，北距呼市 125km,南距準(zhǔn)格爾旗薛家灣鎮(zhèn) 15km。本井田地形西高東低，海拔標(biāo)高在 1300～1088m 之間 ，相對高差 212m，一般標(biāo)高 1180m。十月至次年四月為結(jié)冰期，最大凍土深度 ，年總 降水量 238～ 732mm，主要集中在七、八、九三個(gè)月，占全年降水量的 60～ 70％，年蒸發(fā)量為 1792～ 2155mm，為降水量的四倍多，春旱常年發(fā)生。區(qū)內(nèi)居民稀少且居住分散，多聚居在山谷低凹處。礦井水經(jīng)凈化處理后可用于井下消防灑水及地面灌溉，做為補(bǔ)充水源回收利用。 上部為黑色泥巖、砂泥巖、碳質(zhì)泥巖夾 6 上 及 6 號(hào)煤層，以灰白色粗砂巖（ K2）厚 10～ 15m 與中部分界，（ K2）是 6煤組與 8號(hào)煤層主要對比標(biāo)志。北部、西部薄，東部部分被剝蝕。由灰白色粗砂巖，砂泥巖、泥巖、含 5號(hào)煤層，地層厚度較穩(wěn)定，厚 ～ ，一 般在 60m 左右，與太原組整合接觸。在井田北部及東南部較大的溝谷中有明顯出露。井田北部有腦包溝背斜，中部有賀家山向斜，井田南端有窯溝背斜。 賀家山向斜：位于井田中部 1 10勘探線之間，軸向北東 50176。從井田南端通過，影響了井田南部的煤層產(chǎn)狀，傾向北西，傾角 10～ 13176。 煤層 （一）含煤性 本區(qū)屬華北石炭～二疊紀(jì)煤田。 （二）煤層 井田內(nèi)可采煤層 4層：即 9 上 、 9 號(hào)，其中 9 號(hào)為主要可采煤層。頂板多為泥巖、粘土巖，其次為砂巖。頂?shù)装鍘r性均為砂巖、泥巖、粘土巖。頂?shù)装寰鶠闉樯皫r、泥巖、粘砂巖。煤層結(jié)構(gòu)為簡單～復(fù)雜型，含夾矸 11 層，平均 3 層，單層夾矸最大厚度 左右，平均夾矸厚度 ，煤層中夾石平均總厚為 ，巖性為粘土巖、泥巖、碳質(zhì)泥巖。 井田內(nèi) 6號(hào)煤層上段以暗淡煤和半暗淡煤為主，煤質(zhì)較差，中段和下段煤質(zhì)較好，以亮煤為主夾有少量鏡煤，鏡煤多以條帶狀，屬半亮型煤。 （二）煤的其它物理特性 煤的比重和容重（見表 121） 表 121 各煤層比重和容重測試結(jié)果一覽表 煤 層編 號(hào) 平均灰分Ad(%) 比 重 (t/m3) 容 重 (t/m3) 煤 層 編 號(hào) 平均灰 Ad(%) 比 重 (t/m3) 容 重 (t/m3) 6 9 8 9 上 根據(jù)鄰區(qū)大樣測定，靜止角 ～ 度，摩擦角 ～ 30 度，散比重 ～，抗壓強(qiáng)度（兩米落法）為 ～ kg/cm2，可磨性 ～ 。 8號(hào)煤含硫量 ～ %，平均 %，屬于中硫煤。各煤層中磷含量 ～ %，屬于低磷煤，氯含量 ～ %，含量低。煤的氣化性能測試表明其粘結(jié)性、灰分、灰熔融性，均符合“沸騰層發(fā)生爐用煤”的質(zhì)量要求。 6煤下段厚 ，原煤灰分 %，灰分控制在 10%、 12%時(shí)，精煤回收率分別為 %（良等）， 74%（優(yōu)等），177。 煤的工業(yè)用途 煤種屬于長焰煤?；曳?、硫分等都可滿足“沸騰層發(fā)生爐” 氣化用煤指標(biāo)。本井田地形西高東低，海拔標(biāo)高在 1088m～ 1300m 之間，一般標(biāo)高 1180m。沿北部腦包溝及其支溝、小魚溝均有泉水溢出，上部地層地下水多以泉水方式排泄。根據(jù)小魚溝礦區(qū) ZK14 號(hào)抽水孔，該孔水柱高度 ，水位埋深 ，水位標(biāo)高 ，因水柱高度不足，未能正式抽水實(shí)驗(yàn)。地表未見泉水出露，該含水組為 6號(hào)煤層充水含水層。 黃河是逕流礦區(qū)東緣唯一地表水體，水位標(biāo)高 989m，井田內(nèi) 126 孔孔底標(biāo)高，底于黃河 149m，孔內(nèi)無水位，又無大的斷裂與黃河溝通。原報(bào)告對礦井涌水量預(yù)算采用鄰區(qū)（窯溝精查區(qū)） 157 孔抽水資料。設(shè)計(jì)綜合考慮了小魚溝礦區(qū) 量為 202m3/d 以及鄰近礦井牛連溝曾發(fā)生突水事 故，確定礦井正常涌水量按小魚溝礦區(qū)最大涌水量 202m3/d 計(jì)算排水設(shè)備能力。 表 122 頂?shù)装鍘r石特征 頂、底板 巖石類別 巖 厚 性 質(zhì) 頂 板 老 頂 黑色炭質(zhì)巖石 平均厚度 加煤線或煤屑 直接頂 風(fēng)化粘 土 平均厚度 上部為棕色 ,下部為黑褐色 ,主要礦物成分為粘土礦物含大量黑色有機(jī)質(zhì) ,巖石松軟。 煤塵 通過對礦區(qū) 6 號(hào)煤層煤塵爆炸樣測定，火焰長度＞ 300mm，巖粉填加量 30%； 9內(nèi)蒙古工業(yè) 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 號(hào)煤層火焰長度為 100mm，巖粉填加量 50%，區(qū)內(nèi)煤的揮發(fā)分較高，具有煤塵爆炸危險(xiǎn)性，應(yīng)加強(qiáng)通風(fēng)管理，可以避免事故的發(fā)生。 內(nèi)蒙古工業(yè) 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 第二章 采區(qū)儲(chǔ)量及生產(chǎn)能力 采區(qū)尺寸及儲(chǔ)量 采區(qū)范圍 圖 211 采區(qū)劃分 按照井田內(nèi)采區(qū)劃分的基本原則，將井田劃分為五個(gè)采區(qū)， 如圖 211 所示。平均傾角 4176。 服務(wù)年限 采區(qū)服務(wù)年限＝可采儲(chǔ)量 /（年產(chǎn)量 備用系數(shù)） =( ) =（年） 內(nèi)蒙古工業(yè) 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 第三章 采區(qū)布置 采區(qū)巷道布置 方案一：巷道布置方式如圖 311所示 。 優(yōu)點(diǎn) ： 開拓系統(tǒng)布置與施工難度小，初期開拓工程量小，投資少。工作面直接連著運(yùn)輸大巷，有災(zāi)害發(fā)生時(shí)不宜隔絕。 內(nèi)蒙古工業(yè) 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 在工作面交替過程中，由于工作面推進(jìn)長度較大，在布 置掘進(jìn)下一工作面回采巷道時(shí)，會(huì)有一部分巷道在上一工作面采空區(qū)內(nèi)掘進(jìn)，此時(shí)采用沿空掘巷的技術(shù)，提高煤炭資源回收率，但巷道維護(hù)工程量相應(yīng)。本設(shè)計(jì)中采用拱形斷面布置。 表 311 二采區(qū)巷道一覽表 序號(hào) 巷道名稱 斷面形式 支護(hù)方式 斷面尺寸 巷道 長度 （ m） 巷道 坡度 （186。 工作面割煤與放煤高度 工作面割煤高度除要考慮通風(fēng)行人運(yùn)料的要求外，設(shè)備投入量和機(jī)道上方頂煤和煤壁的穩(wěn)定性也必須考慮在內(nèi)。 首采面煤層厚度平均為 ，放頂煤高度 ，因而采放比約為 1:4。所以本次設(shè)計(jì)選取放煤布步距為 。 工作面產(chǎn)量預(yù)測 工作面產(chǎn)量由循環(huán)割煤量和循環(huán)放煤量兩部分組成。 工作面最大年生產(chǎn)能力，按年 330d 計(jì)算，年產(chǎn)量可達(dá) 萬 t。 為了減少煤炭損失，提高資源回收率，區(qū)段下平巷采用沿空掘巷技術(shù)留設(shè)小煤柱，后期隨鄰面回采而采出。 回采工作面有兩個(gè)出煤系統(tǒng)，一個(gè)是工作面前方采煤機(jī)割煤經(jīng)前溜運(yùn)出，另一個(gè)是工作面后部利用礦山壓力將頂煤壓裂冒落，通過放項(xiàng)煤液壓支架的放煤將冒落的頂煤放至后部刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)出。 移輸送機(jī)：在工作面靠近煤壁和采空區(qū)側(cè)各設(shè)一部輸送機(jī)，前部運(yùn)輸機(jī)滯后采煤機(jī) 5m移置。夾矸增強(qiáng)了煤的整體性，不利頂煤放落， 6號(hào)煤層的夾矸主要為粘土巖，泥巖及炭泥巖，在遇水的情況下有可能產(chǎn)生塑性變形，煤層內(nèi)生裂隙發(fā)育， 設(shè)計(jì)在開采時(shí)沿煤層頂部布置兩條巷道，從上往下向煤層注水來弱化煤體，同時(shí)也起到防塵、降低沖擊地壓；加入防火阻化劑，可以預(yù)防火災(zāi)，使發(fā)火周期延長，減少火災(zāi)的危害等作用。根據(jù)力學(xué)試驗(yàn)報(bào)告，泥巖的抗壓強(qiáng)度為 ，普氏系數(shù)為 ；砂質(zhì)泥巖的抗壓強(qiáng)度為 ，普氏系數(shù)為；粉砂巖的抗壓強(qiáng)度為 ，普氏系數(shù)為 ，抗拉強(qiáng)度為 ，凝聚力為 Mpa，內(nèi)摩擦角為 31176。 （ 2）用工藝巷爆破弱化頂煤 利用工藝巷通過頂煤預(yù)爆破來弱化頂煤，在工藝巷兩幫布孔，為單層孔，三花布置，無空孔，孔深為 20m、 24m 兩種，孔徑 60mm，孔間水平距離 。預(yù)爆破鉆孔布置見圖 3－ 3－ 4。每架頂梁上打 1個(gè)炮眼，間距為 ，排距一般為 ，深度 8m，與煤層的夾角為 75176。 影響放頂煤采出率的因素 影響放頂煤采出率的因素很多，有人為因素也有自然因素。 架間損失 支架頂面平臺(tái)上不能放出而丟失的煤。工藝損失影響因素眾多而且比較復(fù)雜，有煤層上覆巖層結(jié)構(gòu)、頂煤層理節(jié)理發(fā)育程度、煤層硬度、采放比、工作面仰俯角度、選用架型、循環(huán)放煤步距、放煤方式、后部輸送機(jī)高度、放煤工的熟練程 度等；在開采條件和設(shè)備確定的情況下，放煤工藝 (放煤方式、循環(huán)放煤步距 )和放煤工的技術(shù)水平起決定性作用。 （ 4）選擇合理的放煤工藝，通過現(xiàn)場試驗(yàn)研究比較，確定保證工作面頂煤回收率的放煤工藝； （ 5）加強(qiáng)工作面管理，避免因人工操作而造成的放煤損失； （ 6）采取頂煤弱化措施，增強(qiáng)頂煤的可放出性。在地質(zhì)條件確定情況下，頂煤采出率有一個(gè)最佳值，這一最佳值需從生產(chǎn)實(shí)踐中尋找。 3 輔助運(yùn)輸 工作人員、采掘工作面需用的材料、設(shè)備及掘進(jìn)工作面煤矸通過運(yùn)料系統(tǒng)運(yùn)送。 井田煤種屬長焰煤，揮發(fā)分含量高，絲炭含量高都是煤的自燃內(nèi)在因素，經(jīng)試驗(yàn)表明屬“很易自燃煤” 表 421。 （三）采區(qū)風(fēng)量計(jì)算 采煤工作面風(fēng)量： (1)按井下同時(shí)工作的最多人數(shù)計(jì)算 Q 礦井 =4 N K 礦通 式中： K 礦通 — 礦井通風(fēng)漏風(fēng)和配風(fēng)不均勻系數(shù) N — 井下同時(shí)工作的最多人數(shù) 100 人。根據(jù)該礦井下工作面平均控頂距情況，取 ； K— 工作面長度系數(shù)，取 1。 （ 3）按局部扇風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量計(jì)算： Q 掘 =Q扇 +60 式中 :Q 扇 — 局部通風(fēng)機(jī)實(shí)際吸風(fēng)量，取 200m3/min。設(shè)備和管路選型要有詳細(xì)的計(jì)算過程。 則 Q掘 =200+60 =284m3/min= （ 4）按風(fēng)速驗(yàn)算 最 低風(fēng)速 Q掘＞ *S 掘 式中： S 掘 — 掘進(jìn)工作面的巷道斷面積，取 . Q 掘 ﹥ =最高風(fēng)速 Q 掘 ﹤ 4 S 掘 Q 掘 ﹤ 4 = 通過以上計(jì)算，掘進(jìn)工作面取最大值 Q 掘 =絞車硐室風(fēng)量取 m3/S 其他風(fēng)量取 3 m3/S 礦井總風(fēng)量為： Q 礦井 =（∑ Q 采 + ∑ Q 掘 +∑ Q 硐 +∑ Q 其他 ） K 礦通 =(+ 2++3)*=, 取 (四 )礦 井風(fēng)量分配 6101 回采工作面： 掘進(jìn)面 :10 m3/S 其他風(fēng)量： 6 m3/S 采區(qū)排水 采區(qū)采掘工作面：采掘工作面涌水→區(qū)段運(yùn)輸平巷水溝→階段運(yùn)輸大巷→一水平運(yùn)輸大巷→主井 +井底車場→井底水倉→由管子道經(jīng)副井排至地面。 Q 采區(qū) = Qr qK 式中： q— 風(fēng)排瓦斯相對涌出量 m3/t， 取 Qr— 工作面日產(chǎn)量， 3990t K— 風(fēng)量備用系數(shù)，中央分列式通風(fēng)系統(tǒng)取 因此， Q＝ Qr q k＝ 3990 ＝ m3/min= (5)按風(fēng)速驗(yàn)算 最低風(fēng)速 Q 采 ≥ S 采 式中： S 采 — 采煤面平均斷面積 9m2。 表 421 采煤工作面空氣溫度與風(fēng)速對應(yīng)表 采煤工作面空氣溫度 （℃） 采煤工作面風(fēng)速 （ m/s） 15 0． 3—— 0． 5 15—— 18 0． 5—— 0． 8 18—— 20 0． 8—— 1． 0 20—— 23 1． 0—— 1． 5 23—— 26 1． 5—— 2． 0 采煤工作面風(fēng)量按下式計(jì)算： Q 采 =60 V 采 S 采 K 內(nèi)蒙古工業(yè) 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 式中： V 采 — 采煤工作面風(fēng)速，按其工作面溫度從上表選取。 地溫 經(jīng)鉆探施工， 300m 以內(nèi)尚未發(fā)現(xiàn)高溫值，均處于正常地溫值中 采區(qū)通風(fēng) （一）采掘工作面通風(fēng)系統(tǒng) 采掘工作面通風(fēng)線路：副井→井底車場→運(yùn)輸石門→一水平軌道大巷→階段軌道大巷→采區(qū)軌道大巷→采區(qū)上部車場繞道 →區(qū)段軌道平巷→ 6101 采煤工作面（局部通風(fēng)機(jī)→掘進(jìn)工作面）→區(qū)段運(yùn)輸平巷→采區(qū)運(yùn)輸上山→階段運(yùn)輸大巷→一水平運(yùn)輸大巷→風(fēng)井→風(fēng)硐→地面。井田屬瓦斯風(fēng)化區(qū)。 圖 3－ 3－ 7 頂煤垮落線圖 內(nèi)蒙古工業(yè) 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 第四章 采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng) 采區(qū)運(yùn)輸 采區(qū)運(yùn)輸系統(tǒng) 運(yùn)煤系統(tǒng) 采煤工 作面 → 刮板輸送機(jī) → 轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī) → 區(qū)段運(yùn)輸平巷 → 采區(qū)運(yùn)輸上山 → 階段運(yùn)輸大巷 → 一水平運(yùn)輸大巷 → 井底煤倉 → 主井 → 地面。 必須指出，頂煤是在地壓作用下垮落、破碎后自然放出的（頂煤垮落線見圖 3－3－ 7），頂煤放出量受多種因素影響，其值往往不是一個(gè)固定值。 因此，提高頂煤放出率應(yīng)重點(diǎn)抓好以下幾方面工作： （ 1）采用高強(qiáng)度放頂煤支架，避免頂煤因支護(hù)強(qiáng)度不足引起整體下沉而產(chǎn)生大塊冒落現(xiàn)象；增大支架放煤口尺寸并增設(shè)輔助破煤機(jī)構(gòu)，提高支架在放煤過程中回收大塊煤的能力；