太原理工大学采矿工程专业自考本科毕业设计

摘要 本设计所选的题目为店上煤矿 3、 、9、15 号煤 90 万 t/a 矿井初步设计 ， 根据山西省高平市店上煤矿提供的店上煤矿的井田概况和地质特征资料。井田 概况包括井田境界；地表的交通位置以及自然地理和水源、电源的供应情况。 地质特征资料包括地层；地质构造；煤层及煤质；煤层顶、底板情况及煤层的 瓦斯、煤尘、煤的自燃性；以及矿井的文水地质情况。 此次设计的目的是运用大学阶段所学的知识联系矿井生产实际进行矿井开 采设计，并就本专业范围的某一课题进行较深入的研究，以培养和提高学生学 习分析和解决实际问题的能力，是学生走上工作岗位前进行的一次综合性能力 训练，也是对一个未来采矿工程高级工程技术人才的基本训练。 设计时应以当前煤矿开采发展的趋势和方向，结合本煤矿的特征以 。并合理的布置开拓巷道和工作面，以简化采煤生产系统提高煤 炭的利用率。 此次设计需要解决的专题是 ，要求我们需要在采区巷 道的布置上（尤其是通风的问题）及以后的生产管理上采取特殊的措施，以实 现矿井的安全生产。该矿井的设计生产能力为 90 万 t/a， 设计过程中我们对矿井的各个系统又有了一次比较全面的认识和了解，同 时在老师的辅导和帮助下也解决了一些接近的实际的问题。使我们在掌握专业 知识的同时也提高了自己以后在现实工作岗位上的能力。 关键词：顶板管理；地质灾害；综采 采矿班学生：赵晓 飞 目 录 目 录 摘 要 第一章 井田概述和井田地质特征 第一节 矿区概述 第二节 井田地质特征 第三节 煤层的埋藏特征 第四节 水文地质 第二章 井田边界与储量 第一节 井田境界 第二节 地质储量的计算 第三章 矿井工作制度及生产能力 第一节 矿井工作制度 第二节 矿井生产能力及服务年限 第四章 井田开拓 第一节 井田开拓方式的确定 第二节 达到设计生产能力时工作面的配备 第五章 矿井基本巷道及建井计划 第一节 井筒、石门与大巷 第二节 井底车场 第三节 建井工作计划 第六章 采煤方法 第一节 采煤方法的选择 第二节 确定采（盘）区巷道布置和要素 第三节 回采工艺及劳动组织 第四节 采（盘）区的准备及工作面的接替 第七章 井下运输 第一节 运输系统和运输方式的确定 第二节 运输设备的选择和计算 第八章 矿井提升 第一节 主斜井的提升 第二节 副斜井的提升 第三节 矿井的排水 第九章 矿井通风与安全 第一节 瓦斯的抽放 第二节 矿井的通风 第三节 矿井通风系统和风量分配 第四节 计算负压及等积孔 第五节 选取扇风机 第六节 安全生产技术措施 第十章 经济部分 第一节 劳动定员及劳动生产率 第二节 技术经济指标表 致 谢 参考文献 第一章 井田概述和井田地质特征 第一节 矿区概述 一、矿区地理位置及交通条件 山西煤炭运销集团店上煤业有限公司位于高平市北东的店上村村北，距高 平市区北约 2km 处，行政区划属高平市东城办事处管辖。其地理坐标为： 北纬：354843354945 东经：11255581125707。 根据 2009 年 11 月 27 日山西省国土资源厅为该矿颁发的采矿许可证，证号： C1400002009111220045369，矿井批准开采 315 号煤层，井田面积 2.1511km2。 井田范围由以下 6 个拐点圈定（54 坐标系，6带）： 点号 X 坐标 Y 坐标 1 X=3968351.08 Y=19676331.44 2 X=3967551.07 Y=19676331.44 3 X=3967551.06 Y=19675331.43 4 X=3966440.05 Y=19675331.43 5 X=3966440.05 Y=19674624.42 6 X=3968351.08 Y=19674624.42 本矿位于店上村北，距高平市市区北约 2km，西距太（原）焦（作）铁路 米山集运站 7.5km，东距长晋二级公路（207 国道）约 0.5km，距太原晋城高 速公路高平出口 8km，高平至团池公路从矿区的东南部穿过，交通十分方便。 二、矿区的工农业生产建设状况 由于其地形结构特征，矿区内基本没有大面积的农田，有小面积贫瘠的土 地用于农作物的耕种，且种植作物单一。矿区四周有一些正在生产的小型矿井 和部分报废的老窖。矿区内没有工厂等其他占用土地的建筑物和法律规定的用 于保护建设的用地。 三、矿区电力供应基本情况 矿井周边电网的情况：有北庄、永录（拟建）变电站 2 座，北庄 110kV 变 电站的主变压器容量为（231.5MVA） ，永录 35kV 变电站（拟建）的主变压 器容量为（28MVA） 。变电所容量可以满足本矿用电量要求。 四、矿区文水简况 根据井田内施工的 SZK2 水文孔资料，本井田奥灰水埋藏深度 230.08m 左 右，水位标高 622.463m，经采集水样化验，溶解性固体 364mg/L，总硬度（以 CaCO3计）300.24mg/L，PH 值 7.33，水质为 HCO-3SO42-Ca2+Mg2+型，较为 良好，可做为理想的生活及生产用水水源。 五、矿区的地形与气象 本区位于太行山脉西麓，泽州盆地北端，地貌类型为低山丘陵区。井田总 体地势为西北高东南低，最高点位于井田中南部黄土塬上，标高为 885.2m；最 低点位于井田南部，标高为 844.0m，最大相对高差 41.2m。 该区属暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，夏秋湿润雨量充沛，冬 季干燥寒冷，春季风多雨少。据高平市气象站观测资料统计，年平均降水量为 567.1mm，年最大降水量 870.7（2003 年） ，年最小降水量 305.9mm（1997 年） ， 年平均蒸发量 1827.8mm。年平均气温 10.2，年极端最高气温 38.5 （1978.6.30） ，极端最低气温-23.1（1972.1.2） ，最大冻土深度 54cm，年无霜 期 191 天。夏季最大风速 17.0m/s，冬季最大风速 18.4m/s。 根据建筑抗震设计规范GB500ll2001、 中国地震动参数区划图 GB183062001，该地区地震动峰值加速度和地震动反应谱周期分别为 0.05g 和 0.45s。根据国家地震局 1:400 万中国地震综合等震线图 ，本区地震烈度 为 VI 度区。 第二节 井田地质特征 一、井田所属的位置、地质层位概述 1、井田所属的位置 本区位于沁水煤田东南部，晋获褶断带上，区域地层总体走向呈北向东， 向北西缓倾，倾角 36的单斜构造。由南至北依次出露有寒武系、奥陶系、 石炭系、二叠系等地层，第三系和第四系松散沉积物广泛分布。其中石炭系上 统太原组、二叠系下统山西组为本区域含煤地层。 2、井田地质层位的概述 井田地面大部分为黄土所覆盖，仅在井田的东南部主井附近有部分下石盒 子组地层零星出露，在井田西部边界处有峰峰组零星出露。井田内赋存地层由 老到新依次有：奥陶系中统峰峰组（02f）；石炭系中统本溪组（C2b）；石炭 系上统太原组（C3t）；二叠系下统山西组（P1s）；二叠系下统下石盒子组 （P1x）；第四系中上更新统（Q2+3）。现根据钻孔资料并结合区域地层情况， 依次叙述如下： （一）奥陶系中统峰峰组（O2f） 本组为含煤地层之基底，厚层状灰色致密石灰岩组成，质纯、性脆、夹泥 质灰岩，节理发育，多为方解石充填，厚度约 140m 左右。 （二）石炭系中统本溪组（C2b） 厚 1.009.40m，平均 7.14m。岩性以深灰色铝土质泥岩为主，底部为极不 稳定的紫红色、褐红色赤铁矿层。上部铝土质泥岩中赋存星散状、鲕状及结核 状黄铁矿，呈似层状。与下伏峰峰组呈平行不整合接触。 （三）石炭系上统太原组（C3t） K1砂岩底至 K7砂岩底，为区内主要含煤地层，厚 80.5109.50m，平均厚 93.64m。主要由石灰岩、煤层、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩组成。灰岩一 般有 34 层，灰岩中常夹有燧石结核或团块，富含海相生物化石，层位稳定， 是煤层对比的重要标志层。含煤 7 层，中部的 9 号煤层及下部的 15 号煤层，全 区稳定可采，其余煤层均不稳定，不可采。 （四）二叠系下统山西组（P1s） K7砂岩底至 K8砂岩底，厚 26.563.95m，平均 50.35m。含全区稳定可采的 3 号煤层，厚 4.205.30m，平均厚 4.86m，一般含 1 层夹矸。底部以 K7砂岩与 下伏太原组整合接触，主要由砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩组成。 （五）二叠系下统下石盒子组（P1x） 本组最大残留厚约 40.55m，底部以 K8砂岩整合于山西组之上，主要有砂 岩、粉砂岩、泥岩、石英岩等组成。 （六）第四系中上更新统（Q2+3） 井田内大面积覆盖，不整合于基岩之上，岩性主要为中上更新统黄土层， 厚度 025.0m，平均 11.14m。上部为上更新统浅黄色亚粘土，垂直节理发育、 常形成黄土陡坎，下部为中更新统浅红色亚粘土，局部含有钙质结核和砾石。 二、井田构造 本井田总体为一地堑，地堑内为一倾向南南东-南东的单斜构造，地层倾角 23左右，地堑的西北部高庙山正断层，东南部为高平正断层。 高庙山正断层：走向北-北东，倾向东-南东，落差 135m，倾角 75，受此 断层影响，本井田的西北部煤系地层被剥蚀，在井田 3201 工作面掘进过程中， 煤层倾角变化较大，本次施工的 ZK7 号孔，打到了此断层上。ZK5 号钻孔施工 在该断层的上盘，煤系地层均未见到。 高平正断层：走向北东，倾向北西，落差 180m，倾角 75，受此断层影响， 本井田的东南部煤系地层被剥蚀。在井田内无工程控制。 井田内未发现陷落柱，本井田构造属中等类型。 第三节 煤层埋藏特征 一、煤层的赋存特征 煤层赋存特征见煤系地层柱状图。 图 1-3-1 煤系地层柱状图 1、含煤地层 井田内含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。石炭系上统太 原组连续沉积于下伏本溪组地层之上，属海陆交互相沉积。本组厚 80.5109.50m，平均厚 93.64m。主要岩性为深灰、灰黑色砂质泥岩、泥岩、石 灰岩及灰色、浅灰色砂岩组成，含煤 7 层，其中稳定可采煤层 2 层：9、15 号 煤层；其余煤层均属不稳定不可采煤层。二叠系下统山西组连续沉积于下伏太 原组地层之上，属陆相沉积。本组厚 26.5063.95m，平均 50.35m。岩性主要由 深灰色、灰黑色泥岩、砂质泥岩、灰白色粗、中、细粒砂岩和煤层组成，含煤 3 层：1、2、3 号煤层，其中 3 号煤层属稳定全部可采煤层，其余煤层均属不稳 定不可采煤层。下面就石炭系上统太原组（C3t）和二叠系下统山西组（P1S）岩 性由下而上分述如下： 2、含煤性 井田内含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，不同的聚煤环 境，形成了不同的岩性组合、岩相特征，含煤性也存在有较大的差异性。 山西组厚度 26.5063.95m，平均 50.35m，共含煤 3 层，自上而下分别为 1、2、3 号煤层，含煤平均总厚 5.91m，含煤系数 11.7%。其中 3 号为可采煤层， 1、2 号煤层为不可采煤层。 太原组厚度 80.5109.50m，平均厚 93.64m。共含煤 7 层，自上而下分别 为 5、8、9、11、12、13、15 号煤层，含煤平均总厚 6.44m，含煤系数 7.2%， 其中 9 号、15 号为全井田稳定可采煤层，其余均属不可采煤层。 含煤地层总厚 139.92m，煤层总厚 12.35m，含煤系数 8.8%。井田内稳定可 采煤层为 3 号、9 号、15 号煤层，其余煤层均为不稳定的不可采煤层。 二、可采煤层 井田批采煤层为 315 号煤层，其中 3 号、9 号、15 号煤层为井田稳定可采 煤层，其余煤层全区均未达到可采厚度。 3 号煤层 位于山西组下部，下距 9 号煤层 53.8m 左右。煤层厚度 4.205.30m，平均 4.86m，为井田稳定全部可采煤层，含 01 层夹矸，结构简单。顶板多为泥岩、 砂质泥岩；底板为泥岩、砂质泥岩，局部为细砂岩。 9 号煤层 位于太原组中段，上距 3 号煤层 53.80m 左右，下距 15 号煤层 36.20m 左右。 煤层厚度 1.202.10m，平均 1.53m，为井田稳定全部可采煤层，一般不含夹矸， 结构简单。顶板为泥岩、砂质泥岩，局部为灰岩顶板；底板为砂质泥岩，局部 为泥岩。 15 号煤层 位于太原组下段顶部，上距 9 号煤层 36.20m 左右。煤层厚度 1.803.40m， 平均 2.96m，为井田稳定全部可采煤层，一般含 01 层夹矸，结构简单。顶板 为灰岩，有时为泥岩伪顶；底板为铝质泥岩、泥岩。 可采煤层的特征见表 1-3-1 表 1-3-1 可采煤层特征表 含 煤 地 层 煤 层 号 厚度 最大最 小 平均 （m） 平均 （m） 煤层 结构 （夹矸数） 稳定 性 可采性 顶板 岩性 底板 岩性 山 西 组 3 4.205.30 4.86 简单 （01） 稳定 全部 可采 泥岩 砂质泥岩 砂质泥岩 泥岩 49.860.4 53.8 9 1.202.10 1.53 简单稳定 全部 可采 泥岩 砂质泥岩 灰岩 砂质泥岩 泥岩 33.440.3 36.2 太 原 组 15 1.803.40 2.96 简单 （01） 稳定 全部 可采 灰岩 泥岩 铝质泥岩 泥岩 三、煤层围岩性质 3 号煤层：顶板多为泥岩、砂质泥岩。直接顶厚度 2.406.30m，平均 4.72 m，经钻孔取样力学试验抗压强度平均为 25.1 MPa，抗拉强度平均为 1.06MPa，岩石坚硬程度属软弱。底板砂质泥岩为主、泥岩次之，厚度 2.407.70m，平均 5.26m，节理、裂隙较不发育，经钻孔取样力学试验抗压强度 平均为 33.4 MPa，抗拉强度平均为 1.23MPa，岩石坚硬程度属软弱半坚硬。 岩石坚硬程度属软弱岩半坚硬岩。 9 号煤层：直接顶板多为泥岩、砂质泥岩，局部为灰岩。直接顶厚度 1.106.30 m，平均 3.17 m，经钻孔取样力学试验抗压强度平均为 28.0 MPa，抗 拉强度平均为 1.13MPa，岩石坚硬程度属软弱。底板为砂质泥岩居多，泥岩次 之，厚度 1.56.0m，平均 2.96m，节理、裂隙较不发育，经钻孔取样力学试验 抗压强度平均为 42.3MPa，抗拉强度平均为 1.50MPa，岩石坚硬程度属软弱 半坚硬。 15 号煤层：顶板多为灰岩，局部有泥岩伪顶。直接顶厚度 1.98.8 m，平均 6.74 m，经钻孔取样力学试验抗压强度平均为 85.1 MPa，抗拉强度平均为 4.87MPa，岩石坚硬程度属坚硬。底板多为铝质泥岩，局部为砂质泥岩，厚度 2.2014.80m，平均 7.08m，节理、裂隙较不发育，经钻孔取样力学试验抗压强 度平均为 17.5 MPa，抗拉强度平均为 0.63MPa，岩石坚硬程度属软弱。 四、煤的性质及品种 1、煤的物理性质 1）宏观煤岩特征 3 号煤层黑色灰黑色，宏观煤岩类型以半光亮型煤为主，光亮型煤较少， 多具线理状结构，少量带状结构，层状至块状构造。精煤条带在 2mm 左右，呈 强金属光泽。条痕为灰黑色，丝炭呈薄状或透镜状，矿物夹层甚少，常见贝壳 状与眼球状断口。比重中等，视密度 1.52t/m3，致密坚硬，裂隙少。 15 号煤层以半光亮型煤及光亮型煤为主，半暗型煤次之，裂隙较 3 号煤发 育，并充填有黄铁矿。条痕为灰黑色、贝壳状断口，具似金属光泽，条带状结 构，层状构造，视密度 1.46 t/m3。 2）显微煤岩特征 3 号煤由区域资料鉴定结果看，均质镜质体和基质镜质体占主要地位，有 部分结构镜质体。镜质体各向异性十分明显。基质镜质体中常散布有粘土颗粒、 丝质碎屑等。半丝质组组分多于丝质组，且多为木质镜煤结构，有少量粗粒体， 组分界限不清。矿物以粘土为主，充填于细胞腔内，或呈粗粒、细粒分散状态。 有少量次生方解石充填于裂隙之中，个别黄铁矿呈小结核状和细晶状。石英含 量甚少，偶有出现。总体上矿物含量小于 10%，多在 58%之间。呈分散状分 布，以层状、夹矸形式出现的不多。 15 号煤镜质组组分与 3 号煤层类同，组分之间条带性较 3 号煤明显，其它 特征与 3 号煤层相似。正交偏光下，发现有光学各向异性体和一些半石墨化的 物质，碳化程度高，网状镶嵌结构清晰。矿物以粘土为主，黄铁矿次之。黄铁 矿常以莓粒状单体或群体出现，有明显不规则结核状、细晶状等。 2、化学性质及工艺性能 井田内可采的 3、9、15 号煤层主要煤质指标见表 1-3-2。 表 1-3-2 煤质指标表 分析项目 原煤胶质层视密度煤层号 浮煤 水份 Mad % 灰份 Ad % 挥发份 Vdaf % 全硫 St,d % 发热量 Qgr,d MJ/kg 粘结指数 GR.I 固定碳 FC,d XYARD 煤种 原煤 0.170.73 0.42 16.7336.82 27.68 11.6325.01 15.63 0.280.58 0.39 21.8029.20 25.27 47.3881.64 63.22 1.391.63 1.52 3 浮煤 0.811.88 1.18 6.529.78 8.10 9.4411.38 10.19 0.411.02 0.71 32.5033.60 33.06 0 原煤 0.181.23 0.52 10.2637.60 25.77 9.9520.53 13.98 0.422.93 1.71 21.6331.93 25.76 49.5989.74 67.94 1.391.44 1.41 PM 9 浮煤 0.561.42 1.00 2.4314.10 7.03 9.0214.31 11.51 0.662.29 1.15 30.5835.37 33.47 013 2 原煤 0.072.99 0.87 10.1537.40 25.02 9.1736.60 18.21 2.202.85 2.67 17.7631.48 25.68 44.8189.85 63.47 1.401.54 1.46 15 浮煤 0.802.24 1.19 4.9710.04 7.33 8.1610.89 9.19 1.212.75 2.32 31.9633.60 32.93 0 1114 13 PM 3、瓦斯、煤尘及煤的自燃 1）瓦斯 根据晋城市煤炭工业局文件“晋市煤局安字20091065 号”关于晋城 市 2009 年度 30 万吨/年以下煤矿矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果的批 复文件，原山西高平东城店上煤业有限公司 2009 年度矿井瓦斯绝对涌出量 0.74m3/min，相对涌出量 3.12 m3/t； 二氧化碳相绝对涌出量 0.32m3/min，相对 涌出量 1.02 m3/t，属低瓦斯矿井。 本次在对井田勘查过程中，对钻孔采取了煤层瓦斯样，共采样 9 个，并送 交山西省煤炭工业局综合测试中心进行测试，该测试中心对送交样品进行分析， 认为存在如下问题： 1）无瓦斯解吸记录； 2）罐有漏气； 3）样品重量小于 250 克； 4）个别样品灰分超标。 该测试中心对送交样品进行了瓦斯含量、自然瓦斯成分测试，其成果综合 于下表，认为可参考使用。见下面瓦斯含量试验成果汇总表。 表 2-1-9 各煤层瓦斯含量试验成果汇总表 瓦斯含量(ml/gdaf)自然瓦斯成分 总计 CH4CO2N2 C2- C8 煤 层 号 CH4CO2C2-C8% 3 0.321. 38 0.85 0.334. 29 1.55 0.031.12 2.8721.2 2 13.77 77.7497.1 1 85.07 0.02 9 0.230. 27 0.25 0.220. 55 0.31 0.014.16 7.6519.8 3 13.41 80.1788.1 9 82.71 1.43 1 5 1.07 0.101. 20 0.48 0.0324.76 2.0523.3 3 10.76 72.7989.6 6 79.72 0.40 根据山西省煤炭工业局综合测试中心的测试结果，可得如下结论： 3 号煤层在井田大部分范围为氮气甲烷带，北中部 ZK3、ZK4 号附近有甲 烷含量，但仍以氮气和二氧化碳为主，从测试资料看，瓦斯含量变化趋势为由 北西向南东有变大的趋势。 9 号煤层井田范围内大部分为二氧化碳氮气带，仅井田北西部（ZK4）有 一定的甲烷分布，瓦斯含量变化趋势无明显规律。 15 号煤层南部 ZK6 号钻孔附近范围为甲烷带，大部分范围为氮气甲烷带， 北中部 ZK3、ZK4 号附近范围为二氧化碳氮气带。瓦斯含量 ZK6 号孔处最大， 瓦斯变化趋势为由北向南变大的趋势。根据钻孔瓦斯测定资料，预测本井田瓦 斯梯度为每百米 2.67cm3/g.daf。 尽管本矿井为低瓦斯矿井，但在生产过程中，也一定要加强瓦斯监测、监 控工作，加强通风管理，对采空区、废弃的巷道实施严格密闭，杜绝瓦斯爆炸 事故发生。 2）煤尘 本次工作，在施工的 SZK2、ZK3 中采集 3 号、9 号、15 号煤层煤样分别 2 个，进行了煤尘爆炸性测试，结果见表 2-1-10。 表 2-1-10 煤尘爆炸性测试成果表 钻孔 号 煤层号 火焰长度 （mm） 岩粉用量 C%） 有无爆炸性取样编号 3515有爆炸性2010-6032 900无爆炸性2010-6033SZK2 1500无爆炸性2010-6034 3510有爆炸性2010-5718 9510有爆炸性2010-5719ZK3 15510有爆炸性2010-5720 根据上表，井田内 3 号、9 号、15 号煤层均具爆炸性，本井田为具有煤尘 爆炸性井田。所以，煤矿在今后的生产中要加强洒水及防灭煤尘工作，确保安 全生产。 3）煤的自燃 本次工作，在施工的 SZK2、ZK3 中采集 3 号、9 号、15 号煤层煤样分别 2 个，进行了煤自燃倾向性测试，结果见表 2-1-11。 表 2-1-11 煤层自燃倾向性测试成果表 钻孔号煤层号 吸氧量 （cm3/g） 自燃倾向性等 级 鉴定结论取样编号 31.03 不易自燃2010-6032 91.10 不易自燃2010-6033SZK2 151.17 不易自燃2010-6034 30.85 不易自燃2010-5718 90.96 自燃2010-5719ZK3 150.94 自燃2010-5720 引用煤矿 2006 年对井下工作面 3 号煤层采样化验结果：煤的吸氧量 0.8096cm3/g，自燃倾向性等级为级，自燃倾向性质为不易自燃。 综上所述，井田内各可采煤层大部分为不易自燃煤层，在井田东部 SZK2 处 9、15 号煤层为不易自燃煤层，在井田东南部 ZK3 处，下组煤（9 号、15 号） 为自燃煤层，可见，同一煤层在井田不同区域，自燃倾向性存在差异，所以， 煤矿今后的生产过程中，一定要加强浮煤清理工作，采空区或盲巷应及时密闭， 确保安全生产。 4）地温、地压 本次施工的钻孔，均未进行井温测定。据区域资料和矿井调查，井下未发 现地温与地压异常，区域钻孔测温资料，3 号煤层地温 15左右，15 号煤层为 28，属正常区，恒温带深度约 85m。 第四节 水文地质 一、地表水 区域地表水系为黄河流域沁河水系。井田东南部有东仓河流过，东仓河为 丹河的支流，平时干枯无水，为一季节性河流，向西南流入丹河。东仓河平时 水量较小，一般 11.5m3/s，甚至断流，雨季汇集洪水，水量猛增，最大流量 10 m3/s。 二、含水层 1、奥陶系碳酸盐岩类岩溶含水层组 为区内最重要的含水类型，其特点是厚度大、埋藏深，富水性一般较好， 厚约 400600m，据区域钻孔资料表明，有向北逐渐变厚，向南变薄的趋势，此 层岩溶裂隙发育，泥灰岩为相对隔水层，泉水多沿最下层泥灰岩顶部出露，流 量一般在 0.082L/s，该层虽含水丰富，但富水性不均一，单位涌水量为 0.09824.8L/sm。水质较好，属 HCO3及 HCO3-SO4型。 岩溶水主要补给方式有三种，一是大面积灰岩裸露区及半裸露区直接接受 大气降水入渗补给；二是河流与水库在灰岩出露区的渗漏补给；三是上部覆盖 层的越流补给。在东部和南部的灰岩裸露区，大气降水垂直入渗，是岩溶地下 水的重要补给来源。丹河在进入岩溶地区后多呈干谷或间歇性河流，大量补给 岩溶地下水。据高平市水利局资料，丹河河道渗漏补给量可达 0.028 亿 m3/a。 此外，松散岩孔隙水及其它含水层的地下水，通过导水通道也可成为岩溶地下 水的另一补给来源。 在高平以北及陵川一带，岩溶水向南、南西方向的高平、巴公，北石店、 晋城城区一带汇集；在晋城城区以南，由于受高平晋城褶断带和丹河小“山” 字型构造前弧阻隔，岩溶水折向南东，向郭壁泉、水掌泉、三姑泉一带径流。 三姑泉为区域地下水的最终排泄点，出露丹河河谷中，泉水出露标高为 302.33，流量 3.0m3/s（2000 年）。此外，在焦作以北一带，由于下寒武统隔水 层隆起阻水，使地下水以潜流或泉的形式流出地表。近年来，由于矿区排水和 工农业用水增加，造成地下水位下降，泉水干枯，因而人工排泄代替了自然排 泄。 2、石炭系石灰岩岩溶裂隙含水层组 太原组一套海陆交互相沉积地层，由砂岩、泥岩、煤及 35 层石灰岩组成。 厚度一般为 90132m ,为区域内主要含水层之一。含层间岩溶裂隙水，富水性极 不均一，富水性的的强弱取决于岩溶及裂隙发育程度，单位涌水量一般为 0.050.42L/sm，渗透系数为 0.0052.85m/d，水质 HCO3或 HCO3SO3型。 以上两个含水层，由于受构造的影响，在区域内大面积出露，接受大气降 水的垂直入渗补给，通过断裂、陷落柱等构造的沟通，也可接受其它含水层的 补给。含水层组内各个含水层相对呈层状，其间水力联系较弱，具有各自不同 的水位值，地下水的运动一般以水平方向为主，由北向南运动，在径流过程中， 因沟谷切割，则常以泉的形式排泄出地表。 3、二叠、三叠系的碎屑岩类组成的裂隙含水层 指二叠系的一套陆相及过度相碎屑岩层，由砂岩、砂质泥岩夹煤等组成， 厚度 320435m。含裂隙水，含水空间以风化裂隙和构造裂隙为主，钻孔单位涌 水量为 0.020.47L/sm，渗透系数为 0.0041.74m/d，水质为 HCO3或 HCO3SO3型，个别地段矿化度偏高，可达 1g/L。 4、第四系砂砾石孔隙含水层 分布在高平晋城盆地丹河河谷地带，北部较厚、南部较薄，厚度变化较 大，其中主要的含水层由含砂粘土、粗粉砂组成，含水性差异大，受地形地 貌控制较为明显，水位埋藏较浅，一般高于河床水位，单位涌水量为 0.1392.78L/sm，渗透系数为 0.0124m/d，矿化度一般小于 0.5g/L，水质属 HCO3SO4-CaMg 型。地下水主要来源为大气降水，水位受季节性影响变化 大，径流区和排泄区不明显，主要排泄于地表沟谷河流，局部还通过断裂破碎 带补给深部含水层。 三、含水层补、径、排条件 本区地下水类型主要为承压水，潜水分布范围很有限。承压水主要在露头 区接受大气降水补给，而承压含水层的出露范围除奥灰水广泛（井田个东西侧 均大范围出露）外，其余部很小，因此承压水补给条件除奥灰较好外，其余均 不好。河谷、沟谷中的基岩风化带裂隙水、第四系孔隙潜水，在其分布范围内 接受补给条件相对较好。 井田位于三姑泉域的北部径流区，奥灰水径流条件较好，由北向南，在三 姑泉群排泄。 井田内石炭、二叠系含水层，受补给条件及岩溶、裂隙发育程度的控制， 承压地下水径流、排泄条件均较差。基岩风化带裂隙水及第四系砂砾石孔隙水， 受地形控制，经短途径流排向河道或渗入下伏岩层裂隙中，径流条件相对好， 排泄途径也较多。 四、周围矿区对井田水文地质条件影响 五、充水因素分析 井田南部的东仓河为季节性河流，平时干涸无水，排泄条件较好，该矿的 工业广场位于井田中部，标高高于东侧东仓河约 15m 左右，且沟谷中水量极小， 井口场地没有受洪水影响的历史。3 号煤层顶板以泥岩为主，局部为砂质泥岩， 为软弱性岩石。3 号煤在本井田内的埋藏深度 69.60126.50m，故判定地表水和 矿井水不会有直接水力交换。3 号煤层间接充水含水层为冒落裂隙带范围内山 西组的几层砂岩，富水性较中等，充水条件简单。巷道揭露各含水层时，淋水 均较大。9 号、15 号煤层直接或间接充水含水层，为太原组三层石灰岩岩溶裂 隙含水层，根据 SZK2 水文孔资料，三层灰岩富水性中等。对矿井充水有一定 的影响。 综上所述，水害对可采煤层矿井都存在一定的危险性，在煤层开采过程中， 应引起足够得重视，应随时监测，以防水患发生。 六、矿井涌水量 矿井涌水量采用富水系数法对未来矿井涌水量进行预测。据调查，本矿井 生产能力 900kt/a 时，按每年 330 天计算，日产原煤 455t，矿井正常涌水量 1200m3/d，最大涌水量 1680 m3/d。则：富水系数为 2.643.69m3/t。富水系数 法计算公式： Q=PKp 式中：Q整合后矿井涌水量，m3/d。 P整合后矿井日产量，1364t/d； Kp富水系数，2.643.69m3/t； 经计算，矿井生产能力达 900kt/a 时：其 3 号煤层正常矿井涌水量为 3600m3/d，最大矿井涌水量 5040m3/d。 本矿井周边没有煤矿，采用本矿的实际生产能力和矿井涌水情况，采用富 水系数比拟法预测整合后矿井达产后的矿井涌水量，基本上能满足矿井防治水 设计，但矿井涌水量不能局限于以上的预算，因断层的导水性无法确定，矿方 还应根据矿井的实际情况做好应有的准备和预防。另外，本井田未开采 9 号、 15 号煤层，且无相邻矿，对 9、15 号煤层的开采时的矿井涌水量无法比拟估算， 建议今后开采至 9、15 号煤层时，加强矿井涌水量预测工作。 七、供水水源 目前矿井生产和生活用水，主要取自第四系冲洪积层，取水量约 200m3， 井田第四系地层分布面积不大，是当地农业及生活用水的主要来源，富水性中 等，受季节的影响明显。目前，上述取水量基本满足煤矿生产生活使用。当生 产能力达到 450kt/a 时，对水的需要对越来越大，因此，应尽早开发新的供水水 源。 根据井田内施工的 SZK2 水文孔资料，本井田奥灰水埋藏深度 230.08m 左 右，水位标高 622.463m，经采集水样化验，溶解性固体 364mg/L，总硬度（以 CaCO3计）300.24mg/L，PH 值 7.33，水质为 HCO-3SO42-Ca2+Mg2+型，较 为良好，可做为理想的生活及生产用水水源。 八、矿井主要水害及防治措施 近年来，我省降雨量普遍增加，各处水害事故时有发生，煤矿在注意井下 生产的同时，还要加强水害防范意识，时刻保证安全生产，并建议做好以下防 范水害的工作。 1、井口附近构筑排水渠，以防雨季来临时洪水涌入矿井。 2、树立防水意识，重视防水工作，对工人进行有关水害知识的教育和有关 出水征兆的识别。加强对矿井涌水量的观测记录，及时掌握有关涌水量的变化 情况，对突然增大的涌水量，要查明水源及水量变化情况，分析其原因，采取 有效措施，制止水害事故发生。 3、必须经常检查矿区地表是否存在导水裂隙或其它导水通道，发现裂隙及 其它导水通道，应及时将其回填密实，避免雨季洪水灌入井下。 4、留防水煤柱。防水煤柱留设原则是在充分考虑“安全可靠与资源充分利 用，开采方法和强度及构造与岩性之关系，开拓、采掘布局与煤柱的协调关系， 煤柱的维护条件时效性”的同时，在不宜采取疏放措施的突水区域，设置防水 煤柱。对于两条正断层处，一定要按设计留设足够的防水煤柱，并划出警戒区 和探水区。 5、在巷道掘进接近采空区、陷落柱、断层、钻孔时，要进行探放水工作， 尤其要对采空区积水、积气进行探测排放，坚持“预测预报，有掘必探，先探 后掘，先治后采”的原则。 6、保证井下排水设备的正常运转，一台运行，一台备用，一台检修。 第二章 井田境界及储量 第一节 井田境界 本次兼并重组整合后，根据颁发的采矿许可证，以及晋煤重组办发 200944 号文，山西煤炭运销集团店上煤业有限公司矿井为单独保留矿井， 生产能力 90 万 t/a，批准开采 3、9、15 号煤层，矿区面积 2.1511km2。矿区范 围拐点地理坐标： 点号 X 坐标 Y 坐标 1 3968351.0819676331.44 2 3967551.0719676331.44 3 3967551.0619675331.43 4 3966440.0519675331.43 5 3966440.0519674624.42 6 3968351.0819674624.42 井田为一不规则形状，东西向最长 1.7km，南北向最长 1.9km，井田面积为 2.1511km2。 第二节 地质储量的计算 一、工业储量 本矿井负责开采该井田范围内的 3 号、9 号和 15 号煤层，依据地质普查报 告、及对 3 号、9 号和 15 号煤的各项指标的测定，块段内德地质储量由公式 Z=srhcos 式中：Z工业储量（Kt） ； s:井田水平投影面积（k2m） ； r:煤的容重（t/m3） ； 15 号煤层为 1.4。 h:煤层厚度（m） ； :煤层倾角（ o） 。; 根据中华人民共和国国土资源部 DZ/T0215-2002煤、泥炭地质勘查规范 规定，确定资源/储量估算各项指标如下： 最低可采厚度： 0.80m； 最高可采灰分（Ad%）： 40%； 最高硫分(St.d)： 3%； 最低发热量（Qgr.d） 22.1MJ/kg。 煤层中夹石剔除厚度的确定按照下列指标确定： 煤分层中单层厚度不大于 0.05m 的夹矸和煤分层合并计算作为资源/储量估 算厚度，但合并后全层的原煤灰分应小于 40%。大于等于 0.05m 的夹矸一律剔 除。当煤分层厚度小于夹矸厚度时，与夹矸厚度一并剔除。当夹矸厚度大于最 低可采厚度时，分层估算储量。 经本次估算，全井田内保有资源/储量（111b+122b+333）共计 16990kt：其 中探明的经济基础储量（111b）9980kt，推断的内蕴经济资源量（333） 7010kt。 根据规范，矿井工业资源/储量按下式计算： Q工业=111b+122b+333k 式中：Q工业矿井工业资源/储量，kt； 111b矿井资源/储量中探明的经济基础储量，kt； 122b矿井资源/储量中控制的经济基础储量，kt； 333矿井资源/储量中推断的资源量，kt； k可信度系数，一般为 0.70.9，取 0.9。 Q工业=9980+70100.9=16289kt， 矿井设计/资源储量=矿井工业资源/储量永久煤柱损失 永久煤柱损失包括井田边界、公路、地面建筑、断层、高压线塔、采空区 煤柱等永久性保护煤柱。部分高平至团池县级公路保护煤柱与井田边界保护煤 柱、南李村保护煤柱合并，部分高庙山断层保护煤柱与五交化仓库保护煤柱合 并。 经计算，矿井设计储量 7301kt 矿井设计储量计量表 单位：kt 永久煤柱损失 煤 层 编 号 工业 储量 井田边界公路 地面 建筑 高 压 线 塔 断层 采空 区 小计 设计 储量 3654811291325297727337542792269 93476443011218468816971779 15626593768181718115330123253 合 计 162892491982556430451437589887301 二、采储量的计算 矿井设计可采储量按下列公式计算： Zk=（ZsP）C 式中：Zk矿井设计可采储量，kt； Zs矿井设计储量，kt； P煤柱损失量，开采时需留设的煤柱有：工业场地、大巷等主要 巷道需留设的保护煤柱； C采区回采率， 3 号煤层属厚煤层，取 75%，9、15 号煤层属中 厚煤层，取 80。 经计算，矿井设计可采储量为 4043kt 工业广场的保护煤柱的计算: 工业场地及井筒按一级保护，按外沿外扩 20m 保护带，高平至团池县级公 路按二级保护，按外沿外扩 15m 保护带，村庄、高压铁塔按三级保护，按外沿 外扩 10m 保护带，再按松散层地层移动角取 45，基岩地层移动角取 72计 算各煤柱。 其它保护煤柱留设参数如下：井田境界 20m，大巷之间及两侧各 30m、顺槽 间 20m，采空区煤柱 20m，断层煤柱 30m。 第三章 矿井工作制度及生产能力 第一节 矿井工作制度 根据煤炭工业设计规范及目前用工制度实际情况确定，矿井年工作日 为 330d，日净提升时间为 16h，工作制度为“四六”制作业，每天三班生产， 一班准备。 第二节 矿井生产能力及服务年限 一、矿井生产能力 根据本井田实际情空、井田境界、煤层赋存条件、煤炭市场单位供求关系 及矿井各主要系统的具体条件和矿井生产管理水平，结合业主委托，确定本矿 井生产能力为 90 万 t/a。 一、矿井服务年限的计算 矿井服务年限按下式计算： T= Z A 式中：T服务年限，a； Z设计可采储量，kt； A设计生产能力，kt/a； K储量备用系数，取 1.3； 经计算，矿井服务年限为： T7.1a； 4158 450 1.3 其中 3 号煤层服务年限为： T1.8a， 1070 450 1.3 9 号煤层服务年限为： T2.0a， 1144 450 1.3 15 号煤层服务年限为： T3.3a。 1944 450 1.3 第四章 井田开拓 第一节 井田开拓方式的确定 一、井筒的位置、形式、数目及矿井通风方式 二、工业场地位置的选择 三、井筒形式的确定 四、井筒位置的确定 方案一 一水平 3 号煤层开拓方式 主立井利用矿井现有混合提升立井，圆形断面，料石砌碹支护，净直径 4.2m，净断面 13.85m2，垂深 104m；对其进行改造，拆除现有的一个箕斗、 一个罐笼，井筒装备一对 3t 箕斗、梯子间，并敷设各类管线；担负矿井原煤 提升、进风任务，兼作安全出口。在现有混合提升立井东北侧新掘一副立井， 圆形断面，锚喷支护，净直径 5.0m，净断面 19.63 m2，预计垂深 110m；井筒 装备 1t 单层单车单罐笼加平衡锤、梯子间，担负矿井材料、人员提升和进风 任务，兼作安全出口。在在副立井的东北侧新掘一回风立井，圆形断面，锚 喷支护，净直径 4.0m，净断面 12.60 m2，预计垂深 154m；井筒装备梯子间， 担负矿井回风任务，兼作安全出口。 主立井落底 3 号煤层，落底后现布置有井底煤仓、井底车场及井底车场 硐室。井底煤仓及各类井底硐室，经核算，仍能满足矿井 450kt/a 时需要， 因此设计考虑利用现有井底煤仓及各类井底硐室，硐室主要包括主水泵房， 主、副水仓，管子道，主变电所等；现有井底车场调整为清理洒煤巷道使用。 副立井落底于 3 号煤层底板以下 20m 处，预计标高+745m，落底后新布置一环 形车场，在车场内布置等候室。回风立井落底于 9 号煤层底板，预计标高 +703m，在 3 号煤层底板处布置马头门，使用标高以下井筒不排水，自然水淹 封闭，井下马头门内设栅栏。 设计仍利用 3 号煤层现有的三条大巷对剩余储量进行开拓。利用现有胶 带大巷担负矿井 3 号煤层开采的主运输任务，经核算，现有胶带输送机能够 满足矿井 450kt/a 时运输能力；现有胶带大巷原通过胶带上仓巷与井底煤仓 相连，设计考虑仍利用原胶带上仓巷，实现胶带大巷与井底煤仓的连通。利 用现有轨道大巷担负矿井 3 号煤层开采的辅助运输任务，经核算，现有巷道 断面在高度上运输液压支架时略不满足，设计考虑对巷道内轨道进行改造， 将轨道轨面设在巷道底板下 50mm；轨道大巷与副立井井底车场通过一段斜巷 连接，斜巷倾角 15，斜长 77m。利用现有回风大巷担负矿井 3 号煤层开采 的回风任务，经核算，现有巷道断面能够满足矿井 450kt/a 时回风能力；回 风大巷直接与新掘回风立井沟通。 井田 3 号煤层开采格局已经形成，设计考虑仍沿用现有采区划分，即将 井田 3 号煤层划分三个采区开采，井田东南角为一采区，北部为二采区，西 南部为三采区。一采区条带式布置，垂直开拓大巷布置工作面，直接利用三 条大巷回采，一采区已开采结束。二采区又分上山采区和下山采区，矿井先 前正在二采区上山回采，布置有三条采区上山巷道，工作面垂直上山巷道布 置，利用三条上山巷道回采，现在二采区上山三条上山巷道