采矿工程本科毕业设计 刘桥二矿.doc

目目 录录 一般设计部分一般设计部分 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 .1 1.1 矿区概述1 1.2 井田地质特征 .1 1.3 煤层特征 .7 2 井田境界与储量井田境界与储量 .16 2.1 井田境界16 2.2 矿井储量计算 .16 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 .21 3.1 矿井工作制度21 3.2 矿井设计生产能力及服务年限21 4 井田开拓井田开拓 .23 4.1 井田开拓的基本问题23 4.2 矿井基本巷道 .32 5 准备方式准备方式带区巷道布置带区巷道布置 .40 5.1 煤层地质特征40 5.2 带区巷道布置及生产系统 .41 5.3 带区车场选型设计47 6 采煤方法采煤方法 .48 6.1 采煤工艺方式 .48 6.2 回采巷道布置64 7 井下运输井下运输 .66 7.1 概述66 7.2 带区运输设备选择67 7.3 大巷运输设备选69 8 矿井提升矿井提升 .73 8.1 矿井提升概述73 8.2 主副井提升73 9 矿井通风及安全矿井通风及安全 .77 9.1 矿井地质、开拓、开采概况77 9.2 矿井通风系统的确定78 9.3 矿井风量计算81 9.4 矿井阻力计算89 9.5 选择矿井通风设备94 9.6 安全灾害的预防措施99 10 设计矿井基本技术经济指标设计矿井基本技术经济指标 .101 参考文献103 专题设计部分专题设计部分 浅析大采高综采面矿压显现特征与控制浅析大采高综采面矿压显现特征与控制 .105 0 引言引言 .105 1 国内外研究现状国内外研究现状 .107 1.1 大采高综采技术现状107 1. 2 大采高综采工作面矿压显现规律研究现状.108 2 大采高综采工作面矿压观测大采高综采工作面矿压观测 .111 2. 1 沙曲矿 24101 大采高综采工作面概况.111 2.2 24101 大采高综采工作面矿压观测方案.113 2. 3 24101 大采高综采工作面矿压显现规律 114 3 大采高综采工作面矿压显现特征分析大采高综采工作面矿压显现特征分析 .119 3. 1 沙曲矿大采高综采工作面矿压特征分析.119 3.2 康家滩矿大采高综采工作面矿压特征分析121 3.3 寺河矿大采高综采工作面矿压特征分析123 4 大采高综采工作面煤岩组合力学模型及其控制大采高综采工作面煤岩组合力学模型及其控制 .125 4. 1 大采高综采工作面煤岩组合力学模型的建立.125 4.2 大采高综采工作面煤岩组合力学模型计算实例129 结论结论 .131 翻译部分翻译部分 英文原文135 中文译文142 致致 谢谢 .148 一 般 部 分 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 矿区地理位置矿区地理位置 刘桥二矿位于安徽省淮北市濉溪县刘桥镇境内。西以省界与河南省永城市 毗邻，东距濉溪县约 10km，东北距淮北市约 13km。其地理坐标为： 东经：1163730“1164115“ 北纬：335430“335800“ 矿井东东南浅部以土楼断层和刘桥一矿为界，西西北以省界与河南省 永城市的新庄煤矿相接。矿井交通十分方便，濉溪县至永城市公路从矿区通过， 可直接接通河南省和安徽省内公路网。矿井铁路专用线经濉溪站转接京沪、陇 海和京九三大干线通往全国各地，交通极为便利，如图 1-1 所示。 1.1.2 矿区气候条件矿区气候条件 本区气候温和，属北温带季风区海洋大陆性气候。气候变化明显，四季 分明。冬季寒冷多风，夏季炎热多雨，春秋两季温和。据淮北市气象局 19802000 年观测资料，年平均气温 14.3，最高气温 40.3（1988 年 7 月 8 日） ，最低气温-10.9（1988 年 12 月 16 日） 。年平均降雨量 785mm，雨量 多集中在 7、8 月份。最大冻土深度 0.17m，年平均风速 2.2m/s，最大风速达 20 m/s,主导风向东东北风。无霜期 210240 天，冻结期一般在 12 月上旬至 次年 2 月中旬。 1.1.3 矿区的水文情况矿区的水文情况 本矿地处淮北平原中部。矿区内地势平坦，地表自然标高+30m+32m 左 右，有自西北向东南倾斜趋势。基岩无出露，均为巨厚新生界松散层覆盖。 本区属淮河流域。区内有王引河、丁沟、任李沟、曹沟等小型沟渠自西北 向东南经矿区后，再经沱河注入淮河。矿区内农用灌沟纵横， 零星坐落这几个 村庄。 地表下潜水丰富，一般居民生活用水及部分工业用水皆取于此。 1.2 井田地质特征 矿井东东南浅部以土楼断层和刘桥一矿为界，西西北以省界与河南省 永城市的新庄煤矿相接。井田走向长度为 5.085.71km，平均走向长度为 5.62km，倾斜宽为 2.383.63km，平均为 3.26 km，平均倾角为 7.13 度，井田 水平宽度为 2.713.04 km，水平面积为 18.05 平方公里。 图图 1-1 刘桥二矿交通位置示意图刘桥二矿交通位置示意图 人 人 人 人 人人人 人人人 人人 人 人 人 永城市 宿州市 濉溪 青龙山 河 g310 引 人 1.2.1 煤系地层煤系地层 刘桥二矿属于淮北煤田濉肖矿区，位于淮北煤田中西部，在地层区划分上 属于华北地层区鲁西地层分区徐宿小区。本区地层出露甚少，多为第四系冲、 洪积 平原覆盖。矿井范围内无基岩出露，均为新生界松散层所覆盖，经钻孔揭 露地层有奥陶系（o1+2） 、石炭系（c2+3） 、二叠系（p） 、第三（n）和第四系 （q） ，地层厚度大于 1500m，见图 1-2，由老至新概述如下： （1）奥陶系（o） 奥陶系中、下统老虎山组马家沟组（o2l-o1m） ，层厚度 118.89m。岩性为浅灰 色厚层状的石灰岩，质纯、性脆、微晶结构，局部含白云质，高角度裂隙发育。 （2）石炭系（c） 地层厚度 129.73m，为本溪组和太原组。 1）中统本溪组（c2b） 地层厚度 14.1823.10m。岩性以浅灰色到暗红色的杂色含铝泥岩为主， 夹有少量的泥质灰岩。含铝泥岩为中厚层状，含有铁质结核及菱铁鲕粒。与下 伏奥陶系地层呈假整合接触。 2）上统太原组（c3t） 地层厚度 115.55m。岩性以深灰色的泥岩、粉砂岩及灰色的砂岩为主，灰到深 灰色的石灰岩次之，夹少量的薄煤层。泥岩、粉砂岩中多见有炭屑或植物化石 碎片 。下伏本溪组地层呈整合接触。 （3）二叠系（p） 1）下统山西组（p1s） 下部以太原组顶部一灰之顶为界，上界为铝质泥岩之底。地层厚度 84.00124.00m，平均 108.50m。岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。含 2 个煤层（组） ，其中 6 煤层为本矿井主要可采煤层之一。 2）下统下石盒子组（p1xs） 下界为 4 煤层下铝质泥岩底界面，上界为 k3 砂岩底界面，地层厚度 201.80248.20m，平均 227.10m。岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩、铝质泥岩和煤 层组成，为本矿井主要含煤段。含 4 个煤层（组） ，除 3 煤层为局部可采煤层、 4 煤层为矿井主要可采煤层外，其余均为不可采煤层。与下伏地层呈整合接触。 3）上统上石盒子组（p2ss） 下界为 k3 砂岩之底，未见上界，最大厚度约为 298.58m，岩性由砂岩、 粉砂岩和泥岩组成，自下而上,泥岩、粉砂岩颜色变杂，紫色绿色增多。含 3 个煤层（组） ，均不可采。与下伏地层呈整合接触。 （4）上第三系（n） 总厚 5.9067.20m，平均厚度 28.94m。不整合于二迭系地层之上。 o oo 老 虎 山 下 统 奥 陶 系 本溪中统 石灰岩 铝质泥岩 19.00 115.55 下 石 盒 子 组 p1xs 系 叠 二 生 界 古 岩性简述岩石名称 标志 层及 煤层 编号 柱状 1：500 层厚 （ ） 组统系界 地层单位 118.89 浅灰色、层状、性脆、微晶结构、纯 质，高角度裂隙发育。 浅灰色到暗红色、中厚层状、含有铁质结核 上统太原 组 泥岩、粉砂岩、砂岩灰到、深灰色、炭屑或植物化石碎片 石 炭 系 下 统 p1 山 西 组 p1s 55.5 3.3 3.04 53.4 砂岩、粉砂岩、泥岩 砂岩、粉砂岩、泥岩 泥岩和粉砂岩 6号煤 灰黑黑色、条带状、层状结构、碎块 下 统 p1 37.50 2.35 3.2 5.78 160 铝质泥岩 泥岩、粉砂岩、砂岩 浅灰色到暗红色、中厚层状、含有铁质结核 泥岩、砂岩 灰到、深灰色、炭屑或植物化石碎片 4号煤 砂岩 上 统 p2 上 石 盒 子 组 p2ss 煤 煤 煤 80.16 0.60 94.27 0.41 70.87 0.54 54.30 泥岩、粉砂岩 泥岩、粉砂岩 泥岩、粉砂岩、砂岩 泥岩、粉砂岩、砂岩 颜色变杂，紫色绿色增多 颜色变杂，紫色绿色增多 颜色变杂，紫色绿色增多 颜色变杂，紫色绿色增多 上 第 三 系 n 7.64 13.58 7.64 粘土、薄层砂 中砂、细砂及少量粗砂 粘土、砂质粘土 灰绿色、灰白色，粘土可塑性强 灰白色、浅黄色，砂层结构松散 棕黄色、灰绿色，顶部富含钙质铁锰结核 第 四 系 q 更 新 统 q1-3 全 新 统 q4 7.64 7.64 7.64 细砂、粘土、砂质粘土 粘土、砂质粘土 细砂、粉砂、粘土质砂 浅黄色及浅灰绿色、灰白色 棕黄色夹浅灰绿色、顶部含有钙质 铁锰质结核 褐黄色、含螺蛳、蚌壳化石，近地表 为耕植土壤 图图 1-2 综合地质柱状图综合地质柱状图 （5）第四系（q） 1）更新统（q1-3） 总厚 38.8093.70m，平均厚度 63.97m。与第三系呈假整合接触。 下部主要由浅黄色及浅灰绿色、灰白色细、中砂组成，其中夹 12 层粘 土或砂质粘土；部主要由棕黄色夹浅灰绿色粘土、砂质粘土组成，夹 13 层 砂或粘土质砂，顶部含有较多钙质或铁锰质结核。 2）全新统（q4） 厚度为 20.1839.80m，平均厚度 32.79m。 以褐黄色细砂、粉砂、粘土质砂为主，夹粘土及砂质粘土，含螺蛳、蚌壳 化石，近地表为耕植土壤，属现代河流泛滥相沉积。 1.2.2 水文地质特征水文地质特征 本矿为第三、四系松散层覆盖下的裂隙充水矿床。根据含水层赋存介质特 征自上而下划分为第三、四系松散层孔隙含水层（组） ，二叠系煤系砂岩裂隙 含水层（段） ，太原组石灰岩岩溶裂隙含水层（段） ，奥陶系石灰岩岩溶裂隙含 水层（段） 。各含水层（组、段）之间又分布有相应的隔水层（组、段） ，因此 各含水层（组、段）自然状态下补给、迳流、排泄条件显著不同，从而在水化 学特征上也存在明显的差别。 根据钻探及测井、抽（注）水试验、简易水文观测、水文长观孔及巷道、 工作面实际揭露的水文地质资料，对本矿主要含水层水文地质特征叙述如下： （1）新生界松散层含、隔水层（组） 1）第一含水层（组） 一般自地表垂深 35m 起，底板埋深 28.0041.60m，平均 33m。含水层主 要由浅黄色粉砂、粘土质砂及细砂组成，夹薄层砂质粘土，局部含有砂礓块。 含水砂层厚度为 15.0028.60m，平均 22m。 2）第一隔水层（组） 底板埋深 53.5086.60m，平均深度 72m，由棕黄色夹浅灰绿色斑块的粘 土及砂质粘土组成，其中夹 25 层砂或粘土质砂。粘土类两极厚度 14.0045.60m，平均厚度 29.50m。粘土塑性指数为 14.2026.80。粘土类质纯 致密，可塑性较强。该层（组）分布稳定，隔水性能较好，能阻隔其上、下的 含水层的水力联系。 3）第二含水层（组） 底板埋深 72.30105.60m，平均埋深 88m，由浅黄色及浅灰色绿色、灰白 色细、中砂夹 14 层粘土或砂质粘土组成。含水砂层厚 3.7031.70m，平均 11.00m。砂层分布不稳定，厚度变化大，局部地段仅有相应的层位，无明显 的含水砂层存在，由于含水砂层发育分布不均，富水性也相对强弱不一。 4）第二隔水层（组） 底板埋深 99.30120.00m 平均埋深 105m，隔水层厚度 4.9022.60m。岩性 以棕黄色、浅灰绿色的粘土或砂质粘土为主，部分夹 13 层砂或粘土质砂， 呈透镜状分布。 5）第三含水层（组） 底板埋深 112.60170.60m，平均 138m。岩性以灰白色、浅黄色细砂、中 砂及少量粗砂为主，夹 13 层粘土或砂质粘土。含水砂层分布不稳定，两极 厚度 5.843.70m，平均厚度 21.60m。 6）第三隔水层（组） 本层（组）底部深度 112.00191.80m。其不整合于二迭系之上，主要由 灰绿色、浅黄色粘土及砂质粘土夹 13 层砂层组成，偶夹钙质及铁锰质结核。 隔水层两极厚度 037m，平均厚度 11.80m。粘土层可塑性好，膨胀性强，塑 性指数 18.221.0，隔水性良好。本矿内三隔在大部分地带均能起到较好的隔 水作用，使三含之水不能成为矿井的直接充水水源。 （2）二叠系煤系含、隔水层（段） 1）五含上隔水层（段） 除部分地段该层位缺失外，厚度为 68215.59m，一般大于 100m，岩性为 泥岩、粉砂岩、砂岩相互交替，以泥岩、粉砂岩为主，砂岩裂隙不发育，穿过 该层段的钻孔冲洗液只有 02-1、03-4 等少数孔发生漏失现象，说明该层段的 隔水性能较好。 2）第五含水层（段） （k3砂岩裂隙含水层） 岩性主要由灰白色中、粗砂岩组成，厚约 30m，岩体刚性强，是岩层受 力区构造破裂极为发育的介质条件。该层段厚度大，分布稳定，垂直裂隙发育。 在钻探过程中曾多次发生涌漏水现象，有些孔漏失严重，据主检孔抽水试验资 料，平均 q=0.1613l/s.m，k=12.07m/d，水位标高+0.04m，水化学类型为 so4.cl- na. ca 类型，矿化度为 1.97g/l。 3）k3砂岩下隔水层（段） 主要由泥岩、粉砂岩夹少量砂岩组成，除少数孔缺失该层段外，厚度为 5085m，穿过该层位的钻孔只有个别钻孔冲洗液发生漏失现象，说明该层 （段）的隔水性是好的。 4）第六含水层（段） （区域 5 煤上下砂岩裂隙含水层） 六含主要由 13 层灰白色中、细粒砂岩夹泥岩或粉砂岩组成。砂岩厚度 330m，一般厚度 15m 左右，其岩性致密，坚硬，裂隙发育，据风检和副检 孔抽水试验资料，平均 q=0.00240.7563l/s.m，k=0.007512.89m/d，水化学类 型为 so4-k+ na. ca 类型，矿化度为 2.1782.242g/l。 以上资料说明，六含砂岩裂隙发育不均一，局部裂隙发育好，富水性中等。 5）4 煤上隔水层（段） 此层（段）间距 3381m，主要由泥岩、粉砂岩夹 12 层砂岩组成，岩性 致密完整，裂隙不发育，只有个别孔出现冲洗液漏失现象，此层（段）隔水性 能较好。 6）4 煤上、下砂岩裂隙含水层 岩性以灰白色中、细粒砂岩为主，夹泥岩、粉砂岩。七含砂岩厚度 4.5041.20m，平均 20.20m，见表 5107。七含在本矿中部和 9 线以北砂岩厚度 较大，含水性相对较强。据钻孔抽水试验资料 q=0.04360.0921l/s.m，k=0.10090.1897m/d，富水性弱。水化学类型为 so4- k+ na 类型，矿化度为 2.3173.412g/l。以上资料表明该含水层富水性较好， 但含水性、导水性很不均一，局部较强。其地下水处于封闭半封闭环境，以 储存量为主。是开采 4 煤层的直接充水水源。 7）4 煤下铝质泥岩隔水层(段) 此层段厚度为 2065m。一般厚度为 25m 左右，岩性以铝质泥岩为主，局 部夹薄层砂岩，该铝质泥岩为浅灰灰白色，含紫色花斑，性脆含较多菱铁鲕 粒，岩性特征明显，层位、厚度稳定，是中、下部煤组的分界。其岩性致密， 隔水性能较好。 8）6 煤上下砂岩裂隙含水层 该含水层砂岩厚度 5.2049.87m，平均 21.50m 左右。岩性以灰白色中、 细砂岩为主，夹灰色粉砂岩及泥岩。砂岩裂隙发育不均，局部多发育垂直裂隙。 6 煤上砂岩在 14 勘探线以北厚度较大，含水较丰富。在勘探施工时，曾发生 多次冲洗液消耗量大或漏失现象。据 12-13-1 孔抽水试验， q=0.0104l/s.m，k=0.0383m/d，水化学类型为 so4-k+ na 类型，矿化度为 3.693g/l。据 2005 年 04-4（水 17）钻孔流量测井资料，八含水位标高为- 147.204m， k=1.13m/d。6 煤上下砂岩裂隙含水层流量测井资料。 6 煤上下砂岩裂隙含水层是开采 6 煤层时矿井直接充水含水层。 本矿井最大涌水量为 683.40m3/时，正常涌水量为 525.44 m3/时。 1.3 煤层特征 1.3.1 可采煤层可采煤层 本矿井可采煤层有 4、6 两个个煤层，其煤层特征见表 1-1。 （1）4 煤层 位于下石盒子组下部,上距 3 煤层 012.30m,平均 5.50m。下距分界铝质泥 岩 2460.50m，平均 37.50m。煤层结构简单，无夹矸。煤层厚 05.54m，平均 3.2m，属中厚煤层。可采性指数 91.0%，变异系数 39%，可采区内平均厚度为 3.2m，可采面积占 92.7%，属较稳定煤层。煤层顶板以泥岩为主，粉砂岩次之， 中部为少量砂岩；底板以泥岩为主，次为粉砂岩。 （2）6 煤层 位于山西组中部，上距铝质泥岩 3970m，平均 55.5m；下距太原组第一 层灰岩 40.565m，平均 53.4m。煤层结构简单，以单一煤层为主，局部含一 层泥岩夹矸。以中厚厚煤层为主，煤层厚度 0.555.93m,平均 3.3m。可采性 指数 97.5%，变异系数 26%，可采区内平均厚度为 3.3m，可采面积 94.6%， 属较稳定煤层。在矿井的东北部具岩浆岩侵区和冲刷区，煤层顶板以泥岩为主， 粉砂岩次之，少量砂岩，底板多为泥岩和粉砂岩。 综上所述，4、6 煤层为全区可采，结构较简单的较稳定中厚煤层,下面的 设计只针对这两层煤。 表表 1-1 可采煤层特征表可采煤层特征表 层间距/m厚度/ m 煤层最大最小 平均 最大最小 平均 变异系数 1% 稳定 类型 顶、底板 主要岩性 4 05.54 3.2 39较稳定 顶板多为泥岩， 底板多为泥岩及粉砂 岩 6 129.668.1 91.9 05.93 3.3 26较稳定 顶板多为泥岩及 砂岩，底板多为泥岩 及粉砂岩 1.3.2 煤的特征煤的特征 煤的物理性质见表 1-2。 表表 1-2 各各煤煤层层物物理理性性质质统统计计表表 特 煤层 征 性 质 46 颜 色灰黑黑色灰黑黑色 条 痕黑、棕黑灰黑、棕黑 光 泽弱玻璃玻璃玻璃 结 构条带状、线理状条带状、线理状 构 造层状层状 块 度粉末、碎块碎块 内生裂隙发育较发育 视 密 度1.511.47 断 口参差状、阶梯状参差状、阶梯状 煤岩特征特征见表 1-3。 表表 1-3各各煤煤层层宏宏观观煤煤岩岩特特征征表表 煤层 特征 特征 类别 46 组 分亮暗煤为主亮煤为主，暗煤次之 类 型半暗半亮煤半亮煤 煤的化学性质 （1）挥发分（vdat） 本矿井各煤层均属低挥发分煤。4、6 煤层的挥发分产率见表 1-4 表表 1-4 各煤层挥发分产率统计各煤层挥发分产率统计 贫煤挥发分 一般在 10%15%之间，无烟煤挥发分一般在 8%10%之间。本矿井各煤层挥 发分产率与煤层相对深度有一定的相关性。在纵向上由浅到深，挥发分产率逐 渐减小；在平面上，沿走向自东向西有逐渐减小的趋势。 46 含 煤 量 层 煤样 两 极 值 平均值(点) 两 极 值 平均值(点) 原 煤 9.0225.79 13.84(48) 7.7917.66 12.05(52) 精 煤 8.2914.58 11.27(80) 7.3719.80 10.16(82) 本矿井挥发分产率总体较低，与淮北煤田大部分矿井相比较，显示出较高 异常，说明本区在接受深成变质的同时，还受到岩浆热力变质作用。 （2）有害组分 各煤层的有害组分见表 1-5。 1）水分（mad） 各可采煤层原煤水分平均在 0.881.04%之间， （2） 、灰分（a.d） 灰分产率 1 根据矿井各煤层的回采煤样灰分测试（表 1-6） ，4 煤层的回采煤样原煤平 均灰分高于可采煤样灰分 6.12%左右，6 煤层的回采煤样原煤平均灰分约高出 可采煤样灰分 2.27%左右，说明 4 煤层及顶底板结构遭受构造破坏，增加顶板 管理难度，在采掘过程中有滑脱夹矸或顶底板岩石在采煤时混入煤内，增加了 开采灰分。 表表 1-5 有害组分统计表有害组分统计表 46 煤层 含量 项目 两 极 值 平均值(点数) 两 极 值 平均值(点数) 原煤 0.414.58 1.04(87) 0.373.86 0.92(84) mad(%) 精煤 0.462.10 0.98(80) 0.442.4 0.93(82) 原煤 8.2932.65 21.22(83) 6.8532.74 17.01(84) a.d(%) 精煤 1.2615.42 7.58(78) 2.1311.83 6.16(80) st.d(%)原煤 0.260.71 0.49(76) 0.280.83 0.45(73) 原煤 0.00100.0073 0.0039(11) 0.00160.0050 0.0027(8) p.d(%) 精煤 0.00110.0041 0.0021(14) 0.00070.0051 0.0017(21) fd (ppm) 原煤无测定 21.38118.45 69.92(2) 灰成分及灰熔点 2 各煤层灰成分分析见表 1-7。 表表 1-6 回采煤样原煤灰分统计表回采煤样原煤灰分统计表 空气干燥水灰 分 aad灰 分 ad 最大值（%）2.2628.9629.23 最小值（%）0.5413.2813.44 平均值（%）1.3819.2819.45 4 样品数（点）454545 最大值（%）1.8934.6735.29 最小值（%）0.5624.6124.85 平均值（%）1.3027.3427.10 6 样品数（点）404040 表表 1-7 灰成份统计表灰成份统计表 46 煤层 项目 两极值 平均值(点数) 两极值 平均值(点数) si02 33.8852.96 46.96(15) 31.4754.43 43.47(18) al2o3 26.8035.47 31.35(15) 23.4631.35 27.80(18) fe2o3 4.277.83 5.62(15) 4.367.90 5.33(18) cao 2.0119.20 5.55(15) 3.5931.03 12.31(18) mgo 0.781.48 1.20(15) 0.591.67 1.16(18) 灰 成 份 分 析 % so3 1.437.65 3.27(15) 2.527.05 5.13(18) 成 分含 量 煤层 tio2 0.942.24 1.67(15) 0.952.10 1.44(18) dt 12801500 (17) 13001490 (15) st 13001500 (14) 13301500 (15) 煤 灰 熔 融 性 ft 13401500 (9) 13401500 (15) 各煤层的灰分组成基本相同，主要为酸性化合物，其中以 sio2和 al2o3 为主，少量 so3；碱性化合物中以 fe2o3和 cao 为主，少量 mgo、tio2和 k2o 等。 4 煤层 sio2+al2o3平均含量为 78.13%；6 煤层 sio2+al2o3平均含量为 71.27%，可见 6 煤层的酸性化合物低于 4 煤层。煤灰成分组成的差异，表明 煤层（组）成煤古地理环境不同。反映了在煤系地层形成和演变过程中，含煤 沉积由海陆交互相逐渐演变为陆相的特点。 从测试结果，各煤层煤灰熔点均属高熔难熔。 硫分（st.d） 3 各可采煤层原煤全硫含量平均为 0.450.65%之间，属低硫煤，显示出淡 水泥炭沼泽成煤特征。标准差一般小于 0.10，属变化小。 各煤层中的硫含量较低时，硫分以有机硫为主，所以，在精煤中测定的全 硫含量接近原煤，表明在洗选过程中，脱硫效果较差。 磷（p.d） 4 各煤层原煤的磷含量在 0.00150.0035%之间，精煤磷含量0.0040%，属 特低磷煤。 氯、三氧化二砷和氟（cl、as2o3、f） 5 各煤层含量均很低，对煤的工业利用没有影响或影响甚微。 （3）元素分析 各煤层煤的元素分析成果统计见表 1-8。 通过对各煤层的氢碳原子比和氧碳原子比进行计算统计，在克瑞威伦煤带 图上，本矿的煤位于无烟煤区。 表表 1-8 元素分析统计表元素分析统计表 煤 层 cdaf(%)hdaf(%)odaf(%)h/c(%)o/c(%)ndaf(%)(o+s)daf(%) 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 两极值 平均值 4 82.99-93.06 91.34(28) 3.48-4.46 4.38(18) 1.82-5.61 2.70(13) 0.0470.030 0.86-1.58 1.41(28) 1.32-12.19 3.38(21) 6 87.48-93.14 92.04(27) 3.45-4.41 3.94(28) 0.80-5.61 1.89(14) 0.0430.021 1.21-1.56 1.35(27) 1.27-7.71 2.61(22) （4）煤的工艺性能 1）粘结性和结焦性 本矿井各煤层 g 值及 y 值较低（表 1-9） ，多为高变质的贫煤、无烟煤。 其粘结性和结焦性很低，甚至不具粘结性及结焦性。 表表 1-9 煤煤 层层 粘粘 结结性性 指指标标 统统计计 表表 煤层指标346 gri（%）0.19(32)0.25(28) y（mm）2.300(27)0(37) 2）燃烧性 发热量 1 各煤层发热量情况见表 1-10。经过换算， 4、6 煤层的干燥基高位发热量 分别为： 27.22 mj/kg、28.93 mj/kg，由此可见：3 煤层、4 煤层和 6 煤层均 为高热值煤。 表表 1-10 各各 煤煤 层层 发发热热 量量情情 况况统统 计计 qb.adqb.dqb.daf 煤 层 两 极 值 平均值(点数) 两 极 值 平均值(点数) 两 极 值 平均值(点数) 4 21.11-34.05 27.44(69) 21.44-34.45 27.96(52) 22.188-37.74 34.29(66) 6 24.48-33.50 29.13(70) 23.29-33.91 29.30(68) 25.88-36.44 35.00(70) 商品煤 26.93-30.21 28.41 熔渣性和结污性 2 本矿各煤层的灰渣属酸性，碱酸比平均在 0.160.26 之间，6 煤层较 4 煤 层偏高，但熔渣、结污指数均0.15，各煤层均为低熔渣、低结污、高熔灰煤， 对锅炉炉壁和对流管道危害很小，宜采用固态排渣（见表 1-11） 。 表表 1-11 灰灰 渣渣特特 征征一一 览览表表 煤层 酸性物质量 （%） 碱性物质量 （%） 碱酸比铁钙比硅铝比 结渣 指数 结污 指数 4 61.6285.21 79.98(15) 7.6125.44 12.69(15) 0.165.62/5.55=1.0146.96/31.35=1.50 0.078 0.093 6 56.0681.46 72.72(18) 9.6836.78 18.95(18) 0.265.33/12.31=0.4343.47/27.80=1.56 0.117 0.127 燃料比 3 各可采煤层煤的固定碳含量在 6875%之间，6 煤相比较 4 煤含量偏高。 燃料比一般大于 6，如以日本动力用煤对其评价，均属优质燃料煤。 3）可磨性（hgi） 煤对 co2反应测定见表 1-12，从表中可见，反应温度和还原率成正比， 温度愈高，co2愈大。当温度达 950以上时，6 煤对 co2的反应性比 4 煤 好，贫煤比无烟煤反应性好。6 煤活性之所以比 4 煤好，在于 6 煤层的煤的灰 成分中，ca 含量较 4 煤层高（cao10%） ，因为 cao+fe2o3对 co2有较强的 催化作用。 总之，在标准温度下（950） ，贫煤活性比无烟煤好，但各煤层均属反应 性较好煤层。如要使 co260%，必须升高炉温至 1000以上。 表表 1-12 煤及焦碳对二氧化碳化学反映性成果煤及焦碳对二氧化碳化学反映性成果 pm3.9516.0051.3977.2893.2298.00 4 wy13.5023.5045.2062.5075.5081.301(%) 6wy7.2321.1347.5868.8380.5085.84 1.3.3 其它有益矿产其它有益矿产 （1）微量元素 煤中微量元素种类繁多，但大多含量甚微，没有明显富集。通过光谱半定 量分析，对煤层和铝质泥岩中易于富集的镓、锗二种元素进行了测定 (见表 1- 13)。从表中可以看出，各煤层的镓、锗的含量差异不大，其含量均未达到国 家规定的最低工业品位要求，在目前经济技术条件下尚无回收利用价值。 表表 1-13 镓镓 锗锗含含 量量统统 计计表表 样别ga(ppm)ge(ppm) 煤 层 最 大 最 小 平 均 点 数 最 大 最 小 平 均 点 数 414.09.011.9131.8100.9514 煤 芯 煤 样614.04.08.01710.9201.7017 铝质泥岩106.018.041.7114.830.402.0911 （2）铝质泥岩 在本矿井下石盒子组底部（4 煤层下）发育 12 层，厚 24m 铝质泥岩， 层位稳定，分布较广。从取样化验分析结果看，采样化验结果 al2o3含量大部 分在 22.76%32.56%之间，达到三级粘土矿品位，但 al2o3/sio245）0.50.60.60.40.40.5 最低灰分%4050 本矿井设计对 4，6 煤层进行开采设计，它们的厚度分别为 3.2、3.3，基 岩无出露，均为巨厚新生界松散层覆盖。 本次储量计算是在精查地质报告提供的 1：5000 煤层底板等高线图上计算 的，储量计算可靠。 4 煤层和 6 煤层，采用块段法计算工业储量。 地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征，将矿体划分为若干块段， 在圈定的块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量。煤层总储量即为 各块段储量之和，每个块段内至少应有一个以上的钻孔。块段划分如图 2-1 所 示。 图图 2-1 块段划分示意图块段划分示意图 根据煤炭工业设计规范 ，求得以下各储量类型的值： （1）矿井地质资源量 矿井地质资源量可由以下等式计算： （2-0.000001 z zmf 1） 式中：矿井地质资源量，mt； z z 煤层平均厚度，m；m 煤层底面面积，m3；f 煤容重，t/m3。 将各参数代入（2-1）式中可得表 2-2，所以地质储量为： =177.74（mt） z z 1 -700 -650 -300 -350 n -700 -600 -750 -700 -550 -600 -650 -300 -350 -400 -450 -500 -600 -550 -500 -350 -400 -450 -400 -450 -500 -650 -500 -550 -300 -250 -250 采矿工程系 人人 1 5000 人人人 人人人人 人人人人 人人人人人人 人人人人 人人人人 2 3 4 5 表表 2-2 煤层地质储量计算煤层地质储量计算 煤 层 块 段 倾角 /() 块段面积 /km2 煤厚 /m 容重 /t/m3 储量 /mt 煤层总储量 /mt 总储量 /mt 16.42.833.21.513.66 253.363.21.516.19 313.73.893.21.519.21 44.23.623.21.517.44 4# 56.34.353.21.521.01 87.51 16.42.833.31.514.09 253.363.31.516.69 313.73.893.31.519.81 44.23.623.31.517.99 6# 56.34.353.31.521.66 90.24 177.74 （2）矿井工业储量 根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%推 断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%的是经济的基 础储量，30%的是边际经济的基础储量，则矿井工业资源/储量由式计算。 矿井工业储量可用下式计算： （2-2） 1111222 11222333gbbmm zzzzzzk 式中 矿井工业资源/储量； g z 探明的资源量中经济的基础储量； 111b z 控制的资源量中经济的基础储量； 122b z 探明的资源量中边际经济的基础储量； 2 11m z 控制的资源量中经济的基础储量； 222m z 推断的资源量； 333 z 可信度系数，取 0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的k 矿井，值取 0.9；地质构造复杂、煤层赋存较稳定的矿井，取 0.7。该式取kk 0.8。 74.65（mt） 111 *60%*70% bz zz 37.33（mt） 122 *30%*70% bz zz 31.99（mt） 2 11 *60%*30% mz zz 16.00（mt） 222 *30%*30% mz zz 14.22（mt） 333 *10%* z zkzk 因此将各数代入式 2-2 得：174.19（mt） g z 2.2.3 矿井可采储量矿井可采储量 矿井设计资源储量按式（2-3）计算： 1 () sg zzp 式中矿井设计资源/储量 s z 断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建筑煤柱等永 1 p 久煤柱损失量之和。按矿井工业储量的 3%算。 则：168.96（mt） 1 ()174.19 174.19 3%= sg zzp 矿井设计可采储量 2 () kk zzp c 式中矿井设计可采储量； k z 工业场地和主要井巷煤柱损失量之和，按矿井设计资源/储 2 p 量的 2%算； c采区采出率，厚煤层不小于 75%；中厚煤层不小于 80%； 薄煤层不小于 85%。此处取 0.85。 则：140.75（mt） 2 ()(168.96 168.96 2%) 0.85 kk zzp c 2.2.4 工业广场煤柱工业广场煤柱 根据煤炭工业设计规范不同井型与其对应的工业广场面积见表 2-3。 第 5-22 条规定：工业广场的面积为 0.8-1.1 平方公顷/10 万吨。本矿井设计生 产能力为 150 万吨/年，所以取工业广场的尺寸为 300m400m 的长方形。煤 层的平均倾角为 10 度，工业广场的中心处在井田走向的中央，倾向中央偏于 煤层中上部，其中心处埋藏深度为-500m，该处表土层厚度为 120-160m，主井、 副井，地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按级保护留维护带，宽度 为 15m。本矿井的地质掉件及冲积层和基岩层移动角见表 2-4。 表表 2-3 工业场地占地面积指标工业场地占地面积指标 井 型（万 t/a） 占地面积指标（公顷/10 万 t） 240 及以上1.0 120-1801.2 45-901.5 9-301.8 表表 2-4 岩层移动角岩层移动角 广场中心深度/m煤层倾角煤层厚度/m冲击层厚度/m -500103.2、3. 3由此根据上述以知条件，画出如图 2-1 所示的工业广场保护煤柱的尺寸： 图图 2-1 工业广场保护煤柱工业广场保护煤柱 由图可得出保护煤柱的尺寸为： 由于两层煤，需算两个保护煤柱。由 cad 量的两个梯形的面积分别是： 748138.19m2和 854064.19 m2 s4 煤=748138.19/cos10=759667.57m2 s6 煤=854064.19/cos10=867225.97m2 则：工业广场的煤柱量为： z工=smr 式中： z工-工业广场煤柱量，万吨； s -工业广场压煤面积，； m -煤层厚度，4 煤 3.2 m，6 煤 3.3m； r -煤的容重, 1.5t/m3。 则： z4煤=759667.573.21.510-4 =364.64(万吨) z6煤=867225.973.31.510-4 32 -800 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -900 -850 =429.28(万吨) z工=364.64+429.28=793.92(万吨) 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 3.1 矿井工作制度 按照煤炭工业矿井设计规范中规定，参考关于煤矿设计规范中若干 条文修改的说明 ，确定本矿井设计生产能力按年工作日 330 天计算，四六制 作业（三班生产，一班检修） ，每日三班出煤，净提升时间为 16 小时。 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 1.矿井设计生产能力 因为本井田设计丰富，主采煤层赋存条件简单，井田内部无较大断层，比 较合适布置大型矿井，经校核后确定本矿井的设计生产能力为 150 万吨/年。 2.井型校核 下面通过对设计煤层开采能力、辅助生产能力、储量条件及安全条件等因 素对井型加以校核。 （1）矿井开采能力校核 刘桥二矿 4、6 煤层均为中厚煤层，煤层平均倾角为 8 度，地质构造简 单，赋存较稳定，但矿井瓦斯含量及涌水相对较大，工作面长度不一过大， 考虑到矿井的储量可以布置两个综采工作面同采可以满足矿井的设计能力。 （2）辅助生产环节的能力校核 本矿井为大型矿井，开拓方式为立井开拓，主井提升容器为两对 9 吨底卸 式提升箕斗，提升能力可以达到设计井型的要求，工作面生产原煤一律用带式 输送机运到采区煤仓，运输能力很大，自动化程度很高，原煤外运不成问题。 辅助运输采用罐笼，同时本设计的井底车场调车方便，通过能力大，满足矸石、 材料及人员的调动要求。所以辅助生产环节完全能够满足设计生产能力的要求。 （3）通风安全条件的校核 本矿井煤尘具有爆炸性瓦斯含量相对较高，属于高瓦斯矿井，水文地质条 件较简单。矿井通风采用对角式通风，矿井达产初期对首采只需先建一个风井 即可满足矿井的通风需求，后期再建一个风井，可以满足整个矿井通风的要求。 本井田内存在若干小断层，已经查到且不导水，不会影响采煤工作。所以各项 安全条件均可以得到保证，不会影响矿井的设计生产能力。 （4）储量条件校核 井田的设计生产能力应于矿井的可采储量相适应，以保证矿井有足够的服 务年限。 矿井服务年限的公式为： t=zk/(ak) （3-1） 其中：t -矿井的服务年限，年； zk-矿井的可采储量，140.75mt； a -矿井的设计生产努力， 150 万吨/年； k -矿井储量备用系数，取 1.4。 则： t=140.75100/（1501.4） =67.02（年） 既本矿井的开采服务年限符合规范的要求。 注：确定井型是要考虑备用系数的原因是因为矿井每个生产环节有一定的 储备能力，矿井达产后，产量迅速提高，局部地质条件变化，使储量减少，有 的矿井由于技术原因使采出率降低，从而减少储量，为保证有合适的服务年限， 确定井型时，必须考虑备用系数。 5）第一水平服务年限校核 由本设计第四章井田开拓可知，矿井是单水平上下山开采，水平在- 450m，水平服务年限即为全矿井服务年限，为 67.02 年。 即本设计第一水平的服务年限符合矿井设计规范的的要求。 表表 3-1 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限表不同矿井设计生产能力时矿井服务年限表 第一水平设计服务年限 煤层倾角 矿井设计生产能力 （万 t/a） 矿井设计年限 （a） 45 600 及以上7035 300-5006030 120-24050252015 45-9040201515 4 井田开拓 4.1 井田开拓的基本问题 井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进 入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用于 开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理 的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需认真 研究。 确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置； 合理确定开采水平的数目和位置； 布置大巷及井底车场； 确定矿井开采程序，做好开采水平的接替； 进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造； 合理确定矿井通风、运输及供电系统。 确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件， 经全面比较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则： 贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造 条件。在保证生产可靠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。 合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。 合理开发国家资源，减少煤炭损失。 必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电 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。 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、综掘机械化、自动化创造条件。 根据用户需要，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益 矿物的综合开采。 本井田开拓方式的选择，主要考虑到以下几个因素： 1）本井田煤层埋藏较深，煤层可采线在-250m，最深处到-850m 表土层厚 度大，120160m。 2）本井田瓦斯及涌水比较小,对开拓方式的选择影响不大。 3）本矿地表地势平坦，且多为