杜儿坪矿

论文摘要
杜儿坪矿井田位于太原西山煤田东部边缘，井田内山顶广为第四系黄土覆盖，基岩则主要出露于沟谷地段。

所揭露的地层有古生界奥陶系中统上马家沟组、下马家沟组、峰峰组，石炭系中统本溪组，上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组，上统上石盒子组及新生界第三系、第四系。

其中石炭系上统太原组，二叠系下统山西组为本区的含煤地层。

详细目录
论文摘要 (Ⅰ)
目录 (Ⅱ)
前言 (1)
一、矿区概况与井田地质特征 (2)
㈠矿井概况 (2)
1地理位置与交通 (2)
2地形、河流、气象与自然地震 (3)
㈡井田地质特征 (4)
1 地质特征 (4)
2 构造特征 (4)
3 井田构造 (4)
4 煤层特征 (5)
5 煤质特征 (6)
6 开采技术条件 (6)
二、井田开拓 (7)
㈠井田开拓的基本问题 (7)
1井田开拓的基本问题分析 (7)
2工业广场及井筒位置确定的原则 (8)
3 井筒形式、数目和位置的确 (8)
4开采水平的确定 (8)
㈡技术上可行的开拓方案 (9)
1 方案说明 (9)
2开拓方案技术经济比较 (9)
三、矿井通风及安全 (10)
㈠矿井通风系统选择 (10)
1矿井通风系统的基本要求 (10)
2矿井通风类型的确定 (11)
3主扇工作方法的确定 (12)
4盘区通风系统的要求 (12)
5回采工作面进回风道的布置 (13)
参考文献
[1] 徐永圻：《采矿学》，中国矿业大学出版社，2003
[2] 陈昌荣：《地质学基础》，中国矿业大学出版社，1994
[3] 冯昌荣：《煤矿矿井采矿设计手册》，煤炭工业出版社，1984
[4] 黄元平：《矿井通风》, 中国矿业大学出版社，1995
致谢
在近一个月的毕业设计过程中，首先感谢我的指导老师薛老师，本设计是在张老师的精心指导下完成的。

设计的每一部分都透漏着老师的汗水和心血，老师渊博的知识、严谨的治学态度、机敏的思维方式使我受益匪浅。

在本设计完成之际，谨向老师致以崇高的敬意和衷心的感谢。

还要感谢我公单位的同事，给予我无私的帮助和支持。

本设计的顺利也有他们的热心帮助。

再次感谢给予我帮助和支持的所有老师、同学和亲人！
1 矿区概况与井田地质特征
1.1 矿井概况
1.1.1 地理位置与交通
杜儿坪煤矿位于西山煤田东部边缘，太原市西部，北与西铭矿相邻，南部以杜儿坪断层为界，与官地矿接壤，南东部以鸦崖底断层为界与白家庄矿相邻，西部与东曲矿相邻，东部以9#煤层露头为界。

矿区（以下简称井田）内多为沟谷山梁，地形切割剧烈，且大部分地区被森林覆盖。

位于太原市区西部边山，地处大虎峪、小虎峪的山涧，纵贯整个杜儿坪街道办事处和杜儿坪矿区，是一条长达12华里，沿山涧而由东向西深入山里的重要街巷。

它是整个杜儿坪矿区的交通大动脉，交通便利。

矿区对外交通十分便利，井田内交通除太—宁公路从矿区北部通过，太—古战备公路从矿区南部穿过，矿区距太原五一广场19.8km。

铁路、公路均可经太原市通往全国各地，自太原市北站建筑有铁路线伸入矿区，至玉门设有集中编组站，煤炭可直接由支线装车外运。

1.1.2 地形、河流、气象与自然地震
1) 地势
西山矿区位于吕梁山区，井田区域内一般标高高出汾河平原580M以上，矿区东南为汾河平原，在太原市汾河迎泽大桥附近标高为781M，向西地势逐渐升高，至杜儿坪坑口处标高为1115M，坑口高出迎泽桥附近334M。

2) 水文
井田内沟谷纵横，在本井田西面的最高峰为石千峰之苗尖山，是本区之分水岭，许多山岭沟谷均以此为中心，呈放射状。

井田内最大沟谷有南峪沟和虎峪沟两条，其中后者常年有水，夏季沟水较大，每当雨后，山洪汇集，水流激增，该沟全长12公里，源出于石千峰东坡。

1995年在虎峪桥测得最大流量为20.43立方米/秒，最小流量为0.06立方米/秒。

3) 气象
该矿区年降雨量400.4～528.4厘米，9月份降雨量最大达2136厘米。

冬季最大积雪厚度为13.2厘米，最大年蒸发量208厘米；最小年蒸发量177厘米。

年最大绝对湿度26.1厘米；最小绝对湿度0.1厘米。

最低气温-29.5℃（在1月份）；最高气温41.4℃（7月份），全年平均气温10.1℃，每年十月起结冰至次年4月解冻，冻结深度最大达1.0米。

本区主要风向为北西，峪山沟方向平均风速2.7米/秒，最大风速为14.7米/秒。

4) 地震
本区无地震记录。

根据中国科学院提供之太原地区震烈度鉴定意见，确定为7级震区。

1.2 井田地质特征
1.2.1 地质特征
杜儿坪矿井田位于太原西山煤田东部边缘，井田内山顶广为第四系黄土覆盖，基岩则主要出露于沟谷地段。

所揭露的地层有古生界奥陶系中统上马家沟组、下马家沟组、峰峰组，石炭系中统本溪组，上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组，上统上石盒子组及新生界第三系、第四系。

其中石炭系上统太原组，二叠系下统山西组为本区的含煤地层。

1.2.2 构造特征
根据《山西省区域地质志》，按断块构造说的划分方案，本区位于吕梁太行断块五台山块隆古交向斜的南部，俗称太原西山向斜。

其西部为吕梁山复式背斜，东部为山西断陷盆地系中部的太原～晋中盆地。

本井田位于太原西山向斜的北部边缘，构造上主要受NE、NEE向的断裂影响。

井田构造
杜儿坪井田位于太原西山煤田北缘，地层走向NW，倾向SW，倾角3～15°，一斜构造，井田内的主要构造为断层和陷落柱，其次为宽缓的褶皱。

井田内的断层主要为走向NE的高角度正断层，并呈平行排列，断层往往组合成长条形的地堑或地垒。

落差小于5m的小断层多达150条，大断层见井田开拓图。

1.2.3 煤层特征
1) 含煤性
本区主要含煤地层为山西组和太原组，总厚159.79m，含煤14层，煤层总厚15.38m，含煤系数为9.63%。

山西组厚42.66m，含煤8层，编号依次为01、02、03、1、2、3、4、4中、4下，煤层总厚8.03 m，含煤系数为18.82 %。

其中01号、02号、1号煤层不可采，03号、4中、4下号煤层局部可采，4号煤层局部不可采，只有2、3号煤层为较稳定可采煤层。

本组可采煤层平均厚6.88 m，可采含煤系数16.13%。

太原组厚117.13m，含煤6层，编号依次为：6、7、8、9、10、11，煤层总厚7.35m，含煤系数为6.28%。

其中7号、8号、9号煤层稳定可采；其余为极不稳定、不可采的煤线或薄煤层。

可采煤层总厚6.82m，可采含煤系数为5.82 %。

2) 可采煤层
设计可采煤层为8#煤。

8#煤层位于太原组中部，庙沟灰岩（L1）之下，上距K2灰岩约10m，距7号煤层14m左右。

煤层厚度3.46～4.5m，平均3.8m。

煤层结构复杂，含1层泥岩或炭质泥岩夹矸，厚度变异系数为23%，可采性指数为100%，属稳定的厚煤层。

顶板为L1灰岩，有时有炭质泥岩伪顶。

抗压强度为1048.36kg/cm2,软化系数为1.42，普氏硬度系数10.56，抗拉强度137.92 kg/cm2。

底板主要为泥岩。

抗压强度为570.34kg/cm2，软化系数为0.6，普氏硬度系数5.72，抗拉强度111.40 kg/cm2。

1.2.4 煤质特征
按“中国煤炭分类国家标准”（GB5751—86）划分煤种，杜儿坪矿井田内各可采煤层以焦煤为主，其次为肥煤和瘦煤。

经统计，各煤层不同煤种分布情况如下：
8#煤层主要为焦煤，东南部有少量瘦煤，焦煤占70.99%。

1.2.5 开采技术条件
1) 地温
地温较稳定，年平均温度约为16.40。

2) 瓦斯、煤尘及自然发火
(1)瓦斯
本井田煤层埋藏浅，瓦斯含量小，瓦斯压力小，瓦斯突出危险亦小。

(2)煤尘
杜儿坪矿所采8＃煤层的煤尘具爆炸性，经鉴定，爆炸性指数为14.7%。

(3)煤的自燃
经过煤炭科学研究总院重庆分院鉴定8＃煤层自燃倾向性属Ⅲ类
4井田开拓
4.1 井田开拓的基本问题
本井田开拓主要考虑以下几个因素：
1) 煤层赋存稳定，倾角为40到80，平均为60 。

2）矿区位于吕梁山脉东麓，属中低山区。

区内沟谷纵横，切割剧烈，基岩裸露，山顶广为黄土覆盖，地形较为复杂。

最大海拔标高1349m（港立村山脊），最低海拔标高976m，一般高程约为1100m左右，最大高差373m，一般高差150～200m。

4.1.1 井田开拓的基本问题分析
1)根据矿区的地势条件可知，排除立井开拓。

2)与斜井和立井相比，平硐开拓的特点：
(1) 优点为：运输环节和设备少、系统简单、费用低；地面工业设施较简单，不需要结构复杂的井架、绞车房和硐口车场；排水费用较低，对预防井下水灾较为有利；平硐施工条件好，掘进速度快，可加快矿井建设；不留或少留工业场地煤柱，煤柱损失少。

(2) 缺点为：受地形及埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭或沟谷地区，且便于布置工业广场和引进铁路，上山部分的储量大致能满足同类井型水平服务年限要求时，都应采用平硐开拓。

3)斜井开拓与立井相比的特点。

(1) 优点为：施工工艺、设备、工序简单；掘进快、井筒施工单价低、初
期投资少；地面工业建筑简单；井筒延伸方便、对生产的干扰少；不易受地表含水的威胁；主提升能力大；安全性高。

(2) 缺点为：井筒长、辅助提升能力小、提升深度有限；通风线路长、阻力大；管线长度大；过表土层等特殊地层是施工技术复杂。

根据地形条件的限制和经济技术的比较：排除采用平硐和立井开拓的可能性，决定采用主、副斜井、立井回风的开拓方式。

4.1.2 工业广场及井筒位置确定的原则
1)工业广场应尽量位于井田中央或走向煤炭运量的中心，以形成双翼井田，降低运输、通风、巷道维护费用，做到均衡生产，综合经济效益好；
2)工业广场应不压煤或少压煤；
3)工业广场有较好的地形和工程地质条件；
4)井筒应有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平；有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门的工程量要尽量少；
5)有利于首采盘区布置在井筒附近的富煤地段，以保证有良好的前期效益；
6)井筒不宜穿过厚表土层、厚含水、断层破坏带、煤与瓦斯突出煤层或软弱煤层；
7)离水源、电源较近，矿井专用铁路线短，道路布置合理。

4.1.3 井筒形式、数目和位置的确定
根据以上的一些基本原则和不同开拓的分析可知，本矿井采用两个斜井——主副斜井、一个立井风井的开拓方式，在技术、经济、安全等方面综合起来最合理。

工业广场位于井田的边界。

采用中央并列式的通风方式。

4.1.4 开采水平的确定
本矿井煤层倾角小，煤层垂高小，从950米到1100米，但是倾向长度大，不宜布置较多的水平；另外东部的煤层标高从950米到1050米，高差为100m，西部的煤层标高从1030米到1100米，高差为70m，布置一个水平完全可以满足整个井田的开拓。

4.1.6 技术上可行的开拓方案
1)方案的说明
根据前述的比较分析决定，提出以下三种在技术上可行的方案。

如图4-1 所示。

(1) 方案一：主斜井——副平硐两水平盘区开拓。

第二水平主副井都用斜井延伸，两个水平都用俯采。

(2)方案二：主斜井——副平硐单水平加辅助水平盘区开拓。

采用俯采。

(3)方案三：主斜井——副斜井单水平盘区开拓。

水平上部俯采，水平下部仰采。

2)开拓方案技术经济比较
(1)对以上三种方案所需费用进行粗略比较。

具体比较程序为：方案一和方案二比较，方案三和方案一与方案二中的优者比较。

经粗略比较可以看出方案二在经济上优于方案一，且相差不大，但方案二在技术上不如方案一，考虑到安全的需要，所以选方案一。

方案一的费用比方案三高很多，两者相差超过10%，且方案三在运输、通风、排水等环节上不存在折返路线，即生产成本低，所以决定选方案三。

然后对方案一和方案三进行详细的经济比较。

9 矿井通风及安全
9.1 矿井通风系统选择
根据矿井瓦斯涌出量、矿井设计生产能力、煤层赋存条件、表土层厚度、井田面积、地温、煤层自燃倾向性及兼顾中后期生产需要等条件，提出多个技术上可行方案，通过优化和技术经济比较后确定矿井通风系统。

矿井通风系统应具有较强的抗灾能力，当井下一旦发生火灾事故后，所选择的通风系统能将火灾控制在最小范围，并能迅速恢复生产。

根据本矿实际情况，本矿采用中央并列式通风方式。

9.1.1 矿井通风系统的基本要求
选择任何通风系统，都要符合投产快、出煤较多、安全可靠、技术经济指标合理等原则。

具体地说，要适应以下基本要求：
1)矿必须有完整的独立通风系统；
2)至少要有两个通地面的安全出口；
3)风井口应按全年风向频率，必须布置在不受粉尘、煤尘、灰尘、有害气体和高温气体侵入的地方；
4)斗提升井或装有胶带输送机的井筒不应兼做风井，如果兼做风井使用，必须采区措施，满足安全要求；
5)风机通风系统，在满足风量按需分配的前提下，各主要通风机的工作风压应当接近，当通风机之间的风压相差太大时，应减小共用风路风压，使其不超过任何一个通风机风压的30%；
6)一个生产水平和每一个采区都必须布置回风巷，实行分区通风；
7)下爆破材料库必须有单独的新鲜风流，回风风流必须直接引入矿井总回风巷和主要回风巷中；
8)下充电室必须有单独的新鲜风流通风，回风风流应引入回风巷；
9)风系统要有利于深水平式或后期通风系统的发展变化。

9.1.2 矿井通风类型的确定
一般矿井主要有五种通风类型：中央并列式、中央分列式、两翼对角式、分区对角式和混合式通风。

但一般来说新建矿井多在前4种方式中选择。

混合式是前几种方式的发展，多在老井的改建、扩时使用。

因而我们只对前4种方式作一个初步的比较。

9.1.3 主扇工作方法的确定
煤矿主扇的工作方法基本上分为抽出式与压入式两种。

现将两种工作方法的优缺点对比如下：
1)抽出式主扇使井下风流处于负压状态，当一旦主扇因故停上运转时，井下风流的压力提高，有可能使采空区瓦斯涌出量减少，比较安全；
2)压入式主扇使井下风流处于正压状态，当主扇停转时，风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加，比较危险。

3)采用压入式通风时，须在矿井总进风路线上设置若干构筑物，使通风管理工作比较困难，漏风较大。

4)在地面小窑塌陷区分布较广，并和采区相沟通的条件下，用抽出式通风，会把小窑积存的有害气体抽到井下，同时使通过主扇的一部分风流短路，总进风
量和工作面有效风量都会减少。

用压入式通风，则能用一部分回风流把小窑塌陷区的有害气体带到地面。

5)如果能够严防总进风路线上的漏风，则压入式主扇的规格尺寸和通风电力费用都较抽出式为小。

6)在由压入式通风过渡到深水平抽出式通风时，有一定困难，过渡时期是新旧水平同时产生，路线较长，有时还须额外增掘一些井巷工程，使过渡期限拉得过长。

用抽出式通风，就没有这些缺点。

综上所述，采用抽出式通风是比较合适。

9.1.4 盘区通风系统的要求
1)盘区通风总要求
(1)能够有效地控制采区内风流方向、风量大小和风质；
(2)漏风少；
(3)风流的稳定性高；
(4)有利于排放沼气，防止煤尘自燃和防尘；
(5)有较好的气候条件；
(6)安全经济合理技术。

2)盘区通风的基本要求
(1)每个盘区必须有单独的回风道，实行分区通风，回采面和掘进面都应采用独立通风，不能串联；
(2)工作面尽量避免位于角联分支上，要保证工作面风向稳定；
(3)煤层倾角大于12°时，不能采用下行风；
(4)回采工作面的风速不得低于1m/s；
(5)工作面回风流中沼气浓度不得超过1％；
(6)必须保证通风设施(风门、风桥、风筒)规格质量要求；
(7)要保证风量按需分配，尽量使通风阻力小风流畅通；
(8)机电硐室必须在进度风流中；
(9)采空区必须要及时封闭；
(10)要防止管路、避灾路线、避灾硐室和局部反风系统。

由于本设计矿井为盘区布置，产量较大，有专门的回风大巷，因此采用轨道大巷进风，回风大巷回风。

在工作面回风上，轨道运输巷进风，皮带巷回风。

9.1.5 回采工作面进回风道的布置
采区通风方式的选择与回风的顺序、通风能力和巷道布置有关。

目前工作面
通风系统形式主要有“U”、“Y”、“W”、“Z”、“H”形，各种形式的优缺点及使用条件如下(由于工作面为后退式开采，故各种通风形式只考虑后退式)：“U”型通风：在区内后退式回采方式中，这种通风方式具有风流系统简单、漏风小等优点，但风流线路长，变化大。

工作面上偶角易积聚瓦斯，工作面进风巷一次掘进，维护量大。

这种通风方式，如果瓦斯不太大，工作面通风能满足要求，即可采用。

“Y”型通风：当采煤工作面产量大和瓦斯涌出量大时，采用这种方式可以稀释回风流中的瓦斯。

对于综采工作面，上下平巷均进新鲜风流有利于上下平巷安装机电设备，可以防止工作面上偶角瓦斯积聚及保证足够的风量。

这种通风方式使用于瓦斯涌出量大的工作面，但需要边界准备专用回风上山，增加了巷道掘进、维护费用。

“W”型通风：当采用对拉式工作面时，可以采用上下平巷同时进风和中间巷道回风的方式。

采用此种方式有利于满足上下工作面同采，实现集中生产的需要。

这种通风方式的主要特点是不用设置第二条风道；若上下端平巷进风，在该巷只撤、安装、维护采煤设备等有良好的环境；同时，易于稀释工作面瓦斯，使上偶角瓦斯不易于积聚，排放炮烟、煤尘速度快。

“Z”性通风：回风巷为沿空巷，可以提高煤炭回采率；巷道采准工作量小；采区内进风总长基本不变，有利于稳定风阻；无上偶角瓦斯积聚问题，但是回风巷常出现沼气超限的情况；同时也需要在边界准备专用回风上山，增加了行道的维护和掘进费用。

“H”型通风：工作面风量大，有利于进一步稀释瓦斯。

这种方式通风系统较复杂、区段运输平巷、回风巷均要先掘后留，维护、掘进工程量大，故较少采用。

由于本设计中对照以上工作面通风系统形式，决定采用风流系统简单、漏风小的“U”型通风方式。