采礦學課程設計-潘三煤礦1

中國礦業(yè)大學

課程設計說明書

課程名稱：_______________采礦設計

設計題目：________潘三煤礦1.8Mt/a新井設計______________

姓名：學號：

學院：__________________礦業(yè)工程學院________________

專業(yè)：____________________采礦工程__________________

指導教師：職稱：

中國礦業(yè)大學礦業(yè)工程學院采礦工程系

二零二一年一月

中國礦業(yè)大學課程設計任務書

學院礦業(yè)工程學院專業(yè)年級采礦工程2017級學生姓名

任務下達日期：2020年12月17S

設計日期：2020年12月17日至2021年1月16日

設計主要內容和要求：

《采礦設計I》題目從題目庫中抽取，題目給出某個井田的地質條件，要求學生按此

條件完成礦井初步設計中的開拓部分內容，學生必須按照課程設計大綱的要求進行，完成

設計大綱規(guī)定的全部設計工作量。

《采礦設計n》題目從學生所做《采礦設計I》的基礎上繼續(xù)進行設計，結合題目給

出的某個井田采（盤）區(qū)或帶區(qū)地質條件，要求學生按此條件完成礦井初步設計中的準備

方式與采煤方法部分內容，學生必須按照課程設計大綱的要求進行，完成設計大綱規(guī)定的

全部設計工作量。

要求：獨立完成上述內容，科學作風嚴謹，能熟練地綜合運用所學基礎知識和專業(yè)知

識解決實際問題，方案合理，計算分析正確、結論合理，語句通順，主題有自己的見解，

符合專業(yè)技術要求。

摘要

本設計是根據(jù)潘三煤礦井田特征和地質條件，開展開拓設計。

設計共包括4章：1.礦區(qū)概述及井田地質特征；2.井田境界和儲量；3.礦井工作制度、

設計生產能力及服務年限；4.井田開拓；5.準備方式；6.采煤方法；7.礦井通風及安全。

潘三礦位于淮南市西北部，距洞山約34公里，地處淮南鳳臺縣城北約15公里，交通

方便，走向長度為10.3km,傾斜長度平均為6.2km,面積61.3kn?

主采煤層為13-1煤層，平均傾角為7.6°,煤層平均厚度為3m。礦井正常涌水量為

380m3/h,最大涌水量為641m3/h,水文地質條件為復雜類型。礦井瓦斯含量較高。

井田工業(yè)儲量為255.675Mt,礦井設計可采儲量193.398Mt。根據(jù)儲量條件，確定礦井

設計生產能力為L8Mt/a,礦井服務年限為76.74a。礦井年工作日為330d,工作制度為“四

六制”。

依據(jù)潘三礦井田地質及生產條件，提出立井兩水平直接延深、立井兩水平暗斜井延深、

立井三水平直接延深、立井三水平加暗斜井延深4個開拓方案，通過技術經(jīng)濟比較，確定

井田采用立井兩水平直接延深開拓方式。

本設計選用西二帶區(qū)為首采區(qū)，西二帶區(qū)走向長平均1815.3m,傾向長平均2156.7m。

帶區(qū)內劃分為9個傾斜分帶，分帶平均長2294.3m。設計首采區(qū)（西二帶區(qū)）位于井田西

北部，首采工作面為13201分帶。采用沿空留巷順序開采方法，采用綜合掘進機、錨桿支

護機進行掘進與支護工作。采用無軌膠輪車輔助運輸方式。帶區(qū)實際生產能力1.951IMt/a,

采出率為88.6%。

工作面選擇傾斜長壁采煤法，采用綜合機械化采煤一次采全高工藝，全部垮落法管理

頂板。每班割三刀煤，每天推進9個循環(huán)。采用支撐掩護式液壓支架、端頭支架進行工作

面的支護。采用單體液壓支柱進行兩巷超前支護。

本設計選用兩翼對角式通風方式，抽出式通風優(yōu)點明顯且適合于本礦井，故采用抽出

式通風。從副井進風，風井回風，133201工作面采用“Y”形通風方式。新鮮風流從輔助運

輸大巷經(jīng)進風運料斜巷（運輸進風斜巷）到達工作面，污風從進風運料斜巷經(jīng)回風大巷從

西回風井排出。

關鍵字：潘三礦井；開拓方式；礦井設計生產能力；帶區(qū)；沿空留巷；液壓支架；兩翼對

角式；抽出式

目錄

1礦區(qū)概述及井田地質特征....................................................1

1.1礦區(qū)概述...........................................................1

1.2井田地質特征......................................................2

L3煤層特征..........................................................7

2井田境界與儲量...........................................................10

2.1井田境界..........................................................10

2.2礦井工業(yè)儲量......................................................10

2.3礦井可采儲量......................................................12

3礦井工作制度、設計生產能力及服務年限.....................................17

3.1礦井工作制度......................................................17

3.2礦井設計生產能力及服務年限........................................17

4井田開拓.................................................................21

4.1井田開拓的基本問題................................................21

4.1.2確定井田開拓方式的原則...........................................21

4.2礦井開拓方案及其比較..............................................24

5準備方式—帶區(qū)巷道布置.................................................30

5.1煤層地質特征.....................................................30

5.2帶區(qū)巷道布置及生產系統(tǒng)............................................31

5.3帶區(qū)車場選型設計.................................................36

6采煤方法.................................................................38

6.1采煤工藝方式.....................................................38

6.2回采巷道.........................................................53

7礦井通風及安全...........................................................56

7.1礦井地質、開拓、開采概況..........................................56

7.2礦井通風系統(tǒng)的確定...............................................57

7.3礦井風量計算.....................................................60

7.4礦井通風阻力.....................................................66

7.5選擇礦井通風設備.................................................73

7.6安全災害的預防措施...............................................78

參考文獻...................................................................80

心得體會...................................................................81

《采礦設計》課程設計第1頁

1礦區(qū)概述及井田地質特征

1.1礦區(qū)概述

1.1.1礦區(qū)地理位置

潘三礦位于淮南市西北部，距洞山約34公里，地處淮南鳳臺縣城北約15公里，地理

坐標為東經(jīng)116°41'45"-116°48z45',北緯32°47'30"~32°52'30",本井田

交通方便，合阜鐵路在礦區(qū)南緣通過，南行10km可接淮河水運，每天定點班車鳳臺、合

肥、蚌埠、南京、六安等地，市內有11、12、13、112路公交車出租車與各井田及市區(qū)相

圖1-1交通位置圖

1.1.2地形、地貌

本區(qū)為淮河流域的泥、黑河支流域，屬淮河沖積平原，地形平坦，標高+19.50?+23.50

左右?；春釉诨茨隙?，一般水位標高十15m；歷史最高洪水位為十25.63m。堤面標高+27.07m。

泥河系淮河左岸的支流，發(fā)源于鳳臺縣朱集，自西北向東南方向穿過丁集、潘三、潘一、

潘二四個井田，由淮南市尹家溝入淮，全長60km,流域面積原為710km2,茨淮新河開挖

以后減為606km2。流域內一般地面高程為+19?+24m,下游為開闊洼地，高程為16m。雨

季淮河水位上漲易成內澇。黑河位于井田北緣，由西北向東南流入淮河，河床寬2-10m,

系人工挖掘澆灌農田季節(jié)性水渠。

1.1.3礦區(qū)氣候條件

本區(qū)為過渡型氣候，以東南風為多，年降雨量最大為1423.3mm,最小為649.9mm,

《采礦設計》課程設計第2頁

年均910.6mm,多集中在7、8月份；最高氣溫41.4℃,最低氣溫-21.7C,平均氣溫+15℃；

最大凍土深度0.30m,最大降雪量0.39m。

1.1.4礦區(qū)的水文情況

本區(qū)為淮河沖積平原，地勢平坦，地面標高+19.5?+23.5m,西北高，東南低，平均坡

降1：10000?；春訛榱鹘?jīng)本區(qū)的主要河流，在淮南段一般水位標高為+15m,最高水位可達

+25.93m(1954年7月21日魯臺洪水水位)，堤面標高27.07m,可以防洪患?；春悠骄髁?/p>

正陽關以下2000m%。礦區(qū)內有泥河自西北向東南流入淮河，近平行地層走向橫貫本礦區(qū)，

河床形態(tài)上游窄，下游寬，枯水期水位為+18m,最高水位可達+22.40m。

1.3.5煤塵及煤的自燃

13-1煤層無爆炸危險性，利用著火溫度法鑒定其自燃傾向性為：不自燃?易自燃。

1.2井田地質特征

本礦井東起九線與潘一礦毗鄰，西至十五線與丁集勘探區(qū)相接，西段為潘四井田南邊

界，南部以13-1煤-900m等高線地面投影為界，東西走向長10.3km,傾斜長度最大6.3km,

最小5.9km,平均6.2km,井田水平寬度為6.1km,水平面積為61.3km2。

1.2.1煤系地層

本井田為新生界松散層覆蓋的全隱蔽區(qū)，井田內發(fā)育一組向西傾伏的次一級褶曲，即

董崗郢次級向斜及葉集次級背斜，兩者軸向大致平行，近東西向，貫穿全井田與潘集背斜

軸呈15-20°夾角相交。向西傾伏，傾伏角3?5°。

經(jīng)鉆探揭露井田內地層有奧陶系、石炭系、二疊系、第三、四系地層，現(xiàn)分述如下：

(1)奧陶系中下統(tǒng)(01+2)

鉆探揭露厚度108.88m,僅見頂部巖層，巖性為灰色、致密厚層狀硅質灰?guī)r、局部夾

泥質條帶。

(2)石炭系上統(tǒng)太原組(C3)

厚度123m,假整合于奧陶系地層之上。由灰?深灰色灰?guī)r，泥巖及細?中砂巖組成，

其中含12?13層灰?guī)r，夾5?10層不穩(wěn)定薄煤層及炭質泥巖。

(3)二疊系(P)

厚度1074.37m,整合于石炭系太原組之上。自下而上分為山西組、上石盒子組、下石

盒子組和石千峰組?，F(xiàn)敘述如下：

a.山西組

厚度約79m。由灰黑色泥巖、灰色粉砂巖組成，下部含煤1?3層。井田內局部煤層

受巖漿巖影響變?yōu)樘烊唤埂?/p>

b.下石盒子組

厚度131.5m左右，以灰、深灰色泥巖及細砂巖為主，夾灰白色細?中粒砂巖，含煤

《采礦設計》課程設計第3頁

10?11層，其中8煤較穩(wěn)定，為主要可采煤層之一；4-1煤下的鋁土質泥巖發(fā)育良好，分

布較穩(wěn)定，為主要標志層之一，該煤層組局部受巖漿巖侵入使部分煤層變成了天然焦。

c.上石盒子組：

厚度544.5m左右，以灰?深灰色泥巖、砂質泥巖為主，次為淺灰?灰白、灰綠色砂

巖。含煤17?27層，其中可采及局部可采煤層5層。

d.石千峰組：

井田內已揭露的最大厚度為319.37m。主要由紫紅、褐紅、褐黃、淺灰?深灰、灰綠

等雜色砂質泥巖，花斑狀砂質泥巖、含礫中粗砂巖、泥質砂巖等組成，分選及磨圓度均較

差，中上部有較單一的石英砂巖薄層，層理不清，該組不含煤，下部偶見炭質泥巖。

（4）新生界（KZ）

該區(qū)新生界地層與下伏古生界地層呈不整合接觸，厚度為186.54?483.55m,平均厚

度為378.93m可分為上第三系和第四系兩部分。

上第三系（N）

a.上第三系中新統(tǒng)下段（N：）

厚0?99.05m,平均57.65m,巖性以含泥砂礫層為主，礫石為石英巖、石英砂巖、巖

漿巖、偶見灰?guī)r礫，局部夾有少量砂質粘土。結構疏松。屬殘坡積相沉積，與下伏地層呈

不整合接觸。

b.上第三系中新統(tǒng)上段（N：）

厚0?101.05m,平均厚66.75m,以淺灰綠夾棕黃色粘土為主，間夾粉、細砂1?3層，

局部砂層較厚，但其砂層含泥質較高。屬河湖相沉積全區(qū)分布穩(wěn)定，只在南部十二線以南

部分鉆孔缺失。

c.上第三系上新統(tǒng)（N2）

厚67.68?190.40m,平均133.04m,巖性以淺灰綠色中砂為主。其次為細砂及粗砂,

局部夾由鈣質膠結成砂巖盤，質堅硬。結構疏松?松散。夾砂質粘土或粘土3?5層，局

部粘土層較厚。屬河湖相沉積全區(qū)分布穩(wěn)定。

《采礦設計》課程設計第4頁

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圖1-2綜合地質柱狀圖

1.2.2水文地質特征

礦內主要含水層為新生界松散層孔隙含水層組、煤系砂巖裂隙含水層組及石灰?guī)r巖溶

《采礦設計》課程設計第5頁

裂隙含水層組三部分組成?，F(xiàn)由新至老分述如下：

新生界第四、第三系松散層沉積厚度為186.54［水（三）3孔］?483.55m（十四?十五5

孔），平均厚度為378.93m。總體由東南向西北增厚，工廣附近古地形隆起處最薄。按地層

對比和巖相組合特征分為四個含水層組和三個隔水層組，其主要特征如下：

（1）第四系含、隔水層（組）

a.上部含水層（組）（原上部含水組上段）

底板埋深19.85?34.98m,含水砂層厚1.45?30.05m,平均厚11.64m。自地表5?10m

以下，以灰黃色、褐色，粉、細砂及粘土質砂為主，夾薄層砂質粘土。砂層顆粒較細，呈

疏松狀，屬潛水?弱承壓水，受大氣降水及地表水體滲入補給，富水性較弱，水質屬

HC（h-Ca?Mg型。

b.中部隔水層（組）（原上部含水組的夾層）

底板埋深47.17?65.51m,隔水層厚2.32?40.90m,平均厚度19.14m,以棕黃、灰黃

夾灰綠色砂質粘土為主夾0?4層砂，頂部富含砂僵塊和鐵銹質結核，粘土分布穩(wěn)定，可

塑性強，隔水性較好。

c.下部含水層（組）（原上部含水組的下段）

底板埋深101.35?132.45m,含水層厚度25.85?71.20m,平均厚度埋.41m,以下以淺

灰及灰黃色中、細砂為主，局部為含礫中粗砂，砂層占該段厚的84%。成份以石英為主,

多含白云母片及黑色礦物，呈松散狀。據(jù)水（三）2和十上含-2兩孔抽水試驗資料：水位標

高為16.40?20.18m,q=0.476?1.5881/s-m,k=3.656?3.896m/d,水質為HCO3-Ca-Mg-Na

和HCO3?CLNa型，礦化度0.370?1.023g/l,水溫16?19.5C,水量充沛，水質良好，為

生活飲用水主要水源。

（2）上第三系含、隔水層（組）

a.中部（上新統(tǒng)）含水層（組）（原中部含水組）

底板埋深207.95?310.75m,含水層厚度23.50?158.40m,平均厚度104.56m,砂層占

組厚74%,以淺灰綠色中砂為主，次為細砂及粗砂，局部夾由鈣質膠結成巖的堅硬“砂巖

盤”數(shù)層，其間夾粘土及砂質粘土0?17層，厚度0?61.06m。據(jù)水（三）3孔混合抽水試驗

資料：水位標高為20.51m,q=0.2691/s?m,由于未完全揭露該含水層組，故水量較小，

此水量不能代表該含水層的水量，僅供參考，估計可能水量較大，水溫18C,礦化度L76g/1,

水質屬Cl-Na類型。本組在十二線南部附近隆起部位變薄，并直接覆蓋在基巖上。

b.中部（中新統(tǒng)上部）隔水層（組）（原中部隔水組）

底板埋深289.30?392.65m,隔水層厚度。?91.95m,平均厚度52.28m,本組全區(qū)分

布穩(wěn)定，僅在古地形隆起處變薄或缺失，巖性以淺灰綠夾棕黃色粘土及砂質粘土為主，致

密、粘韌、具膨脹性。其間夾分布不穩(wěn)定的砂，砂礫層0?8層，累厚O?39.50m,占組

厚24%左右，據(jù)鄰近礦井水34孔抽水試驗資料：水位標高為22.47m,q=0.001811/s?m,

《采礦設計》課程設計第6頁

富水性弱，水溫24℃,礦化度2.476g/l,水質屬Cl-Na類型，該組隔水性較好。

c.下部（中新統(tǒng)下部）含水層（組）（原下部含水組）

該含水層組厚0?99.05m,平均厚57.65m,其中砂和砂礫層厚0?85.80m,平均厚

37.93m。直接覆蓋于煤系地層之上，由東南往西北，沿基巖低凹面分布。向南北兩側延展

變薄，且在古地形隆起處尖滅。巖性以含泥砂礫層為主，其次粉細砂，礫石為石英巖、石

英砂巖及巖漿巖，偶見灰?guī)r礫石，礫徑在5?20mm左右，結構疏松。據(jù)檢水43及十下1+2-2

等5孔抽水試驗資料:水位標高-9.49?25.18m,q=0.414?1.01231/s180-3.288m/d,

礦化度2.386?2.605g/L水溫26?28.5℃,水質均為Cl-Na類型，說明補給水源貧泛，以

儲存量為主。

（3）二疊系砂巖裂隙含水（組）

正常砂巖分布于煤層與泥巖、砂質泥巖之間，砂巖裂隙不甚發(fā)育，全區(qū)共有189個孔

揭露，其中有8個鉆孔漏水，漏水孔率4.2%,主要漏水層位為11煤頂、底板砂巖及18

煤以上部分層段砂巖。

據(jù)十三?十四3孔11煤頂?shù)装迳皫r漏水段抽水試驗資料:水位標高為23.39m,q=0.0133

1/s-m,k=0.0389m/d,礦化度2.36g/l,水溫29℃,水質屬HCO3?Cl-Na類型。流量呈衰

減變化趨勢，停止抽水后水位恢復三天，還比原水位低32.50m。

綜上所述二疊系煤系地層砂巖裂隙含水層富水性較弱，補給水源貧乏，以儲存量為主，

且導水性差。

（4）石炭系太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水（組）

太原組上部1?4層灰?guī)r為i煤層底板直接充水含水層,灰?guī)r純厚度為17.01?19.03m,

平均厚18.20m,單向抗拉強度2.94?8.23MPa,平均抗拉強度4.17MPa,自然狀態(tài)下抗壓

強度為37.7?97.0MPa,平均抗壓強度69.08MPa。揭露1灰或1?4灰的鉆孔42個，一般

巖溶裂隙不發(fā)育，大多數(shù)鉆孔未發(fā)現(xiàn)漏水，僅在軸部附近的十C3”和十01兩孔漏水，據(jù)

十01孔鉆進3灰時最大漏失量3.6m3/ho據(jù)水（三）4孔抽水試驗資料：水位標高19.06m,

q=0.07471/s?m,k=0.307m/d,礦化度2.086g/L水溫33.5℃,水質屬Cl?SO4-Na型。各

層灰?guī)r物理力學性質和化學成份均有差異。

揭露下部C3”?C3“層灰?guī)r有6個鉆孔，巖溶裂隙較發(fā)育，局部見有小溶洞，有5個

鉆孔漏水，漏水孔率占83%,據(jù)構8孔抽水試驗資料:水位標高為26.69m,q=0.01871/sto,

k=0.0761m/d,礦化度2.606g/L水溫32℃,水質屬Cl-Na類型。資料表明：本組灰?guī)r巖溶

裂隙發(fā)育不均，富水性差異較大，水位恢復緩慢，且低于抽水前靜止水位，故補給逕流不

暢，以儲存量為主。

（5）奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水（組）

區(qū)內有4個鉆孔揭露該層，揭露厚度為28.18?109.18m不等，巖性以厚層狀白云質灰

巖為主，次為角礫狀灰?guī)r，夾薄層泥質灰?guī)r，淺灰色微帶肉紅色，塊狀構造，局部巖溶裂

隙發(fā)育，見小溶洞。

《采礦設計》課程設計第7頁

由上述資料表明，奧灰含水層富水性差異較大，由弱?強不等。

(6)巖漿巖裂隙含水層

見有巖漿巖鉆孔51個，厚度為4.07?77.79m不等，巖性為細晶巖、正長斑巖及正長

煌斑巖等，侵入層位從C3?8煤，由東向西侵入層位逐漸升高，主要分布在4煤以下。鉆

進巖漿巖段簡易水文觀測均無明顯漏失現(xiàn)象，說明裂隙不甚發(fā)育。據(jù)潘四井田十四?十五

22和水四12孔抽水試驗資料：水位標高為19.952?19.668m,水位降深53.26?55.21m,

q=0.0112-0.004761/s?m,k=0.0494?0.0274m/d,礦化度1.826?2.504g/l,水質Cl?SCU

—Na型。資料表明富水性弱。

(7)礦井涌水量：本次礦井涌水量預計水量為4?13-1煤層間煤系砂巖裂隙水，1煤

底板水不考慮在內。由于砂巖含水層富水性弱，水源補給貧泛，易于疏干，但新生界下含

水通過砂巖露頭緩慢補給，故砂巖含水層具有一定的補給量，補給量的多少，取決于砂巖

露頭與下部含水層的接觸面積及砂巖裂隙含水層的導水性。從淮南各生產礦井排水資料分

析；礦井投產初期量較大，當開拓面積達到一定數(shù)值后，水量趨于穩(wěn)定狀態(tài)，礦井涌水量

不再增加。再隨開采面積增大和開采水平延深而增加或增加很少。潘集礦區(qū)各礦井出水特

征亦如此，所以潘三礦預計在開采4?13-1煤-730m水平時礦井正常涌水量為380m3/h,最

大