采矿工程毕业设计（论文）-罐子沟矿2.4Mta新井设计【全套图纸】 .doc

目目 录录 1 矿区概述及井田地质特征1 1.1 矿区概述.1 1.1.1 位置交通1 1.1.2 地形、地貌及河流1 1.1.3 气候条件2 1.1.4 人文状况2 1.1.5 电源条件3 1.1.6 其他建设条件3 1.2 井田地质特征.3 1.2.1 区域地层与构造特点 3 1.2.2 井田地层与构造3 1.2.3 水文地质条件6 1.3 煤层特征.7 1.3.1 煤层8 1.3.2 煤质9 1.3.3 其他开采条件11 2 井田境界和储量14 2.1 井田境界.14 2.1.1 地理位置14 2.1.2 井田范围14 2.1.3 井田尺寸15 2.2 矿井工业储量.15 2.2.1 计算依据15 2.2.2 井田勘探16 2.2.3 矿井地质资源量计算 16 2.2.4 矿井工业资源/储量.17 2.3 矿井可采储量.18 2.3.1 安全煤柱留设原则18 2.3.2 保护煤柱损失量19 2.3.3 矿井设计资源/储量.20 2.3.4 矿井设计可采储量.20 3 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 3.2.1 设计生产能力21 3.2.2 矿井服务年限21 3.2.3 核算矿井井型22 4 井田开拓23 4.1 井田开拓的基本问题.23 4.1.1 井筒形式数目和位置的确定 23 4.1.2 工业场地位置形状和面积的确定.24 4.1.3 确定开采水平的数目位置和标高.24 4.1.4 井田开拓方案比较25 4.2 矿井基本井巷.33 4.2.1 井筒33 4.2.2 开拓巷道35 4.2.3 井底车场及硐室37 5 准备方式 采（盘）区或带区巷道布置.39 5.1 煤层地质特征.39 5.1.1 带区位置39 5.1.2 带区煤层特征39 5.1.3 煤层顶底板39 5.1.4 水文地质39 5.1.5 地质构造39 5.1.6 地表情况40 5.2 采（盘）区或带区巷道布置及生产系统40 5.2.1 带区准备方式的确定 40 5.2.2 带区巷道布置40 5.2.3 带区生产系统41 5.2.4 带区内巷道掘进方法 42 5.2.5 带区生产能力及采出率 42 6 采煤方法44 6.1 采煤工艺方式.44 6.1.1 带区的地质情况44 6.1.2 确定工作面的长度、推进方向 44 6.1.3 回采工作面工艺设计 44 6.1.4 工作面支护方式46 6.1.5 各设备的主要性能及其技术特征表.50 6.1.6 回采工作面吨煤成本 52 6.1.7 生产作业制53 6.2 回采巷道布置.55 6.2.1 工作面巷道布置55 6.2.2 巷道断面及支护形式 55 7 井下运输57 7.1 概述.57 7.1.1 井下运输原始条件57 7.1.2 煤炭运输方式57 7.1.3 辅助运输方式57 7.1.4 煤炭运输58 7.2 带区运输设备.58 7.2.1 带区煤炭运输设备的选择 58 7.3 大巷运输设备选择.59 7.3.1 大巷运输设备的选择 59 7.3.2 类型及规格59 7.3.3 运输设备运输能力验算 60 8 矿井提升61 8.1 概述.61 8.1.1 煤炭运输方式61 8.1.2 辅助运输方式61 8.1.3 运输系统62 8.1.4 主要运输大巷断面及支护方式 62 8.2 主副井提升.62 8.2.1 主井提升62 8.2.2 副井提升63 9 矿井通风及安全技术65 9.1 矿井通风概况.65 9.2 矿井通风系统选择.65 9.2.2 矿井通风系统的基本要求 65 9.2.3 矿井通风方式的确定 65 9.2.4 主要通风机工作方式选择 66 9.2.5 带区通风系统的要求 67 9.2.6 工作面通风方式的选择 67 9.2.7 回采工作面进回风巷道的布置 68 9.2.8 矿井通风容易与困难时期确定 68 9.3 带区及全矿所需风量 .73 9.3.1 采煤工作面实际需风量 73 9.3.2 备用工作面需风量74 9.3.3 掘进工作面需风量74 9.3.4 硐室需风量75 9.3.5 其它巷道所需风量76 9.3.6 矿井总需风量76 9.3.7 风量分配77 9.4 全矿通风阻力计算.77 9.4.1 矿井通风总阻力计算原则 77 9.4.2 矿井最大最小阻力路线 78 9.4.3 矿井通风阻力计算78 9.4.4 矿井通风总阻力80 9.4.5 两个时期的矿井总风阻和总等积孔.80 9.5 选择矿井通风设备.81 9.5.1 选择主要通风机81 9.5.2 电动机选型84 9.6 防止特殊灾害的安全措施 .85 9.6.1 瓦斯管理措施85 9.6.2 煤尘的防治85 9.6.3 预防井下火灾的措施 85 9.6.4 防水措施86 10 设计矿井基本经济技术指标87 干旱半干旱地区保水采煤理论与技术 88 引 言88 1 国外研究现状89 1. 1 世界煤炭资源形成时期与分布概况.89 1. 2 欧洲保水采煤研究现状 89 1. 3 现产煤大国保水采煤研究现状.90 2 矿区结构系统92 2.1 矿区水文地质结构系统.92 2.2 矿区保水采煤分区.92 2.3 不同水资源赋存对应的保水策略 .93 3 采动覆岩导水裂隙通道发育规律与隔水关键层的稳定性.94 3.1 采动覆岩导水裂隙通道现场探测 .94 3.2 采动覆岩裂隙演化与渗流规律 .94 3.3 隔水关键层模型及稳定性 .95 4 保水采煤研究展望96 4. 1 中国保水采煤面临的新问题 96 4. 2 保水采煤新的重点研究方向 96 英文原文101 中文译文109 致 谢115 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 位置交通位置交通 罐子沟一矿位于准格尔煤田南部详查区西南部的 2330 勘探线之间，行政区划隶属 于鄂尔多斯市准格尔旗龙口镇。其地理坐标为： 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 东经：11113591111759； 北纬： 393201393424。 矿井位于准格尔煤田南部区，隶属鄂尔多斯市准格尔旗龙口镇管辖。井田西侧距薛 家湾榆树湾公路（s103）4.8km；西北侧距薛家湾呼和浩特市呼大线高速公路 40km；西北侧距薛家湾东胜市 109 国道 40km；北侧距薛家湾唐公塔车站 22km；薛 （家湾）魏（家峁）公路从井田北侧通过，距离约 5.8km；西北侧距薛家湾镇 48.3km。丰准铁路从准格尔煤田北部通过，是承担地方煤矿煤炭外运的专线，从煤矿 到丰准铁路唐公塔集装站公路距离 51.3km。矿井对外交通便利。矿井交通位置图详见图 1-l。 1.1.2 地形、地貌及河流地形、地貌及河流 井田位于鄂尔多斯准格尔旗东部的黄土高原，因水流的向源侵蚀作用使地貌变的十 分复杂，形成数条树枝状冲沟，地形切割强烈，沟谷纵横、沟深壁陡，地表为固结黄土 与风积砂。总体地势呈西高东低，井田最低点位于东部的罐子沟中，海拔标高为 1092.9m，最高点位于井田南部的周家杏树峁的山包上，海拔标高为 1300m，相对高差为 207.1m。 罐子沟从矿区东侧通过，矿区北部发育有毛乌素沟、东部有尔林兔沟，中部大沙沟、 罗家沟均有泉水顺沟谷排泄，形成溪流，只有大雨、暴雨才能在各沟谷中形成山洪暴发， 且流量大、时间短。上述沟谷均汇入到矿区东侧的罐子沟而注入黄河，黄河在本矿区东 南侧约 12km 处自东北向西南迳流。黄河在本区段水位标高在 980m 水平。 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 2 页 图 1-1 矿井交通位置示意图 1.1.3 气候条件气候条件 本区属大陆半干旱性气候，冬季严寒而漫长，夏季炎热而短暂，昼夜温差大。年最 高温度 39.5，年最低温度为-24.3，年平均温度 57.8；年总降水量 238732mm， 降水多集中在 7、8、9 三个月，占年降水量的 6070%，而且多为雷暴雨，形成集中补 给与集中排泄，由于地表植被稀少，沟深坡度大，大气降水以地表迳流形式注入本区东 缘最大的地表水体黄河之中，只有少数渗入地下；年蒸发量 17922115mm。春季多风， 多为西北风，一般风速 1015m/s，最大风速 18m/s；每年十月至翌年四月为冻结期，最 大冻土层深度为 1.5m。 1.1.4 人文状况人文状况 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 3 页 井田所在地较为贫困，属半农半牧区，自然条件较差，农牧业生产均较落后。近年 来，随着周边煤矿的开发与煤焦厂的建设，工业生产发展迅速，当地的经济状况明显改 观。 1.1.5 电源条件电源条件 矿井永久电源分别引自魏家峁和榆树湾 110kv 变电站，供电距离分别为 5.8km 和 13km，可以满足本矿井新增负荷要求，电源可靠，完全满足本矿井的安全生产需要。 1.1.6 其他建设条件其他建设条件 1、通信条件 本矿井所在地已开通国际、国内程控电话，移动、联通无线信号覆盖全区，通讯方 便，可以满足本矿井行政及生产调度的通信需求，同时可以保证紧急情况下矿井外部的 通讯畅通。 2、主要建材供应条件 矿井所需的一般建材如砖、瓦、料石、白砂等在当地就可满足供应。钢材、木材可 来自东胜、包头等地，由公路运至矿井工业场地。高标号水泥可由当地供应，也可由东 胜等地购进。总之，矿井建筑材料供应有保障。 1.2 井田地质特征 1.2.1 区域地层与构造特点区域地层与构造特点 该矿区内大部被第四系黄土和第三系红土层覆盖，仅在井田周边沟谷中见到零星的 下二叠统下石盒子组黄褐色砂岩、粉砂质泥岩露头。 准格尔煤田位于华北地台鄂尔多斯台向斜的东北缘，总的构造形态为一走向近于南 北，倾角10，具有波状起伏的向西倾斜的单斜构造；有与地层走向垂直的次一级褶 皱，一般幅度较小，延伸不大，造成了煤层底板等高线的相对起伏。区内断裂不发育， 仅稀疏可见几条小的张性断层；勘探未见岩浆岩侵入。 1.2.2 井田地层与构造井田地层与构造 （一）地层 根据钻孔资料，该矿区内地层由老至新，叙述如下： 1、下奥陶统亮甲山组(o1l)：岩性上部为浅黄色、黄色中厚层状白云质灰岩，夹簿层 状泥质钙质白云岩；中部含黑色棕黑色燧石结核及条带；下部为黄色簿层白云质灰岩、 白云岩夹竹叶状白云岩。厚度约 125m。与下伏地层整合接触。 2、中奥陶统马家沟组(o2m)：岩性上部为浅灰色石灰岩，中厚层厚层状；下部为 簿层状灰岩、豹皮状灰岩含较多的砂质、粘土质，底部夹灰白色石英砂岩。厚度50m。 3、上石炭统太原组(c2t)：岩性为过渡相陆相沉积，是本区主要含煤地层, 含煤 6 层，编号为 6 上、6、6 下、8、9、10 号煤层，钻孔揭露厚度为 14.7466.74m，平均 54.93m，与下覆地层不整合接触。根据岩性组合及含煤性分为二个岩性段。 下岩段：岩性为一套浅海过渡相细碎屑岩沉积，不整合于奥陶系之上。 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 4 页 上岩段：下部岩性以灰黑色、深灰色泥岩、砂质泥岩、粘土岩夹多层砂岩为主。 含煤 3 层，编号为 8、9、10 号煤，合称下煤组。上部岩性以粘土岩、砂质泥岩为主，夹 灰色透镜状砂岩。含煤 3 层，编号为 6 上、6、6 下煤层，可称为中煤组。该段岩性及厚 度亦有相当变化，6 号煤层由 ne 向 sw 产生分叉，使得 6 号煤层变薄，6 上煤层急剧增 厚，6 上与 6 号煤层之间发育有一套呈条带状 ne 向展布的砂岩体。 4、下二叠统山西组(p1s)：岩性为陆相碎屑沉积，亦为本区主要含煤地层之一，含煤 4 层，编号为 2、3、4 及 5 号煤层，可称为上煤组。据钻孔揭露，本组地层厚度为 98.50124.50m，平均厚度为 106.90m。与下伏地层太原组呈整合接触，与上覆地层下二 叠统下石盒子组呈整合接触。根据岩性组合及含煤性分为三个岩性段。 下岩段：为粗砂岩段，岩性以灰白色、黄褐色粗粒长石及石英砂岩为主，该层砂 岩全区较稳定，局部地段与 6 号煤层呈冲刷接触。砂岩中上部夹深灰黑色砂质泥岩与泥 岩，含 5 号煤层，分布较稳定。 中岩段：岩性由灰白色、灰黑色中细粒砂岩、砂质泥岩、粘土岩及泥岩组成。 上岩段：岩性以深灰、灰白色中粗粒砂岩夹粘土岩、泥岩及粉砂岩为主，砂岩致 密坚硬。 5、下二叠统下石盒子组(p1x)：为陆相碎屑岩沉积，下部岩性为黄褐色砂岩与紫色、 杂色粘土岩及泥岩互层。上部岩性以紫色、黄绿色泥岩及砂质泥岩为主，夹中厚层状砂 岩。据钻孔揭露本组地层厚约 71m。 6、上二叠统上石盒子组(p2s)：为陆相碎屑岩沉积，区内大部分地层被剥蚀，下部岩 性为灰白、黄绿色中粗粒砂岩。上部岩性为绛紫色泥岩、粘土岩、粉砂岩与黄绿色中粗 粒砂岩及砂砾岩互层。 7、上二叠统三叠系下统石千峰群(p2-t1sh)：上部岩性以砖红色粉砂质泥岩和泥岩 为主，夹灰色、灰绿色砂岩；下部以黄绿、灰绿色中粗砂岩和含砾粗砂岩为主，夹棕红 色粉砂岩、砂质泥岩。 8、上二叠三叠系下统孙家沟组(p2-t1s)：岩性以浅红、微红、浅灰绿色细砂岩为 主，夹砖红色粉砂质泥岩及具交错层理的砂砾岩。 9、第三系红土层(n2)：岩性为红色、棕红色钙质红土层，含砂质及钙质结核，层理 明显；在本区发育较普遍，厚度 54115m，平均厚 85m。 10、第四系(q)：进一步可分为上更新统马兰组(q3m)与全新统(q4eol)。上更新统马 兰组(q3m)岩性为淡黄色、黄褐色粉砂质黄土，夹粘土层，粒度均匀，垂直节理发育。全 区分布，厚度 695m，平均 50m。全新统(q4eol)岩性为洪积、残坡积之松散砂粒，泥砂 及风积砂；厚度一般 05m 左右。井田大部地区均被第四系覆盖。 （二）构造 井田位于准格尔煤田的南部详查区，其总体构造形态与南部详查区构造基本一致， 沙沟背斜从井田西南部通过，褶曲呈“s”型，东北翼宽缓，西南翼较陡。受其影响，根 据钻探综合成果及煤层底板等高线平面图，井田含煤地层沿走向、倾向产状变化不大， 总体构造形态呈走向近东西，倾向近北，倾角 15的单斜，但沿走向、倾向均发育有 相应的波状起伏；未发现较大的褶皱及对煤层具明显破坏的断层等构造，党家阳坡正断 层的北部延伸进入井田的西南部边缘，该断层走向近南北，倾向西，倾角 70，进入井 田的的部分，断层上下盘断距为 50m，对区内岩煤层影响破坏较小。本区未发现岩浆岩 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 5 页 侵入。 图 1-2 钻孔柱状图 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 6 页 1.2.3 水文地质条件水文地质条件 （一）地貌及地表迳流特征 本区地处鄂尔多斯盆地东部，属黄土高原的一部分，地形西北高而东南低。全区大 部被厚层黄土覆盖，风积砂也有多处出现(移动式沙丘)，地表植被稀少，覆盖率极低。因 受后期流水影响，产生许多纵横交错的冲沟，沟深壁陡，多为“v”字型，展示了黄土高 原的特有特征。各冲沟发育方向多斜交或垂直地层走向注入黄河。夏季多暴雨，历年日 最大降水量 86.5mm，成集中补给，集中排泄，以迳流注入黄河，渗入系数 1520%。黄 河流经本区东缘，最大流量 5310m3/s。 （二）井田水文地质特征 井田处于准格尔煤田南部区，主采 6 号煤层，以斜井开采为主，自建矿以来曾发生 两次较大的突水，最大突水量达 15598m3/h，一次是 2005 年 7 月 9 日风井突水，另一次 是 2007 年 3 月 6 日 6101 首采面突水，均为 6 号煤层顶板砂岩突水。为此，2007 年 5 月 满世集团委托中国煤田地质总局华盛水文地质勘察工程公司第二分公司编制了内蒙古 满世煤炭集团有限责任公司罐子沟煤矿水文地质勘查及防治水工程初步设计方案 ，6 月 开展了水文地质勘查及防治水工程工作，于 2008 年 3 月 24 日编制了水文报告，水文报 告全面分析了井田水文地质条件，调查了井田突水的原因，进一步预测了井田矿坑涌水 量，提出煤矿开采过程中应注意的问题。 井田文地质特征和区域水文地质特征基本相同，未形成单独的水文地质单元，现将 与井田有关联的水文地质条件叙述如下： 井田位于准格尔煤田南部的罐子沟流域，罐子沟流经井田的北、东部，井田一盘区 面积 4.57km2。井田南为老赵山梁背斜，西南为沙沟背斜，东部紧邻罐子沟向斜轴部，因 而井田主要含水地层具有南高北低，东、西高中间低的空间分布特征，宏观上好似一微 向北倾的“簸箕” ，井田位于上述构造的复合部位，亦即“簸箕”的中心部位。因而节理 裂隙较为发育，含水层富水性较好。 1、含水层及其特征 根据含水层的地层时代、岩性特征与含水空隙的性质，井田含水层可划分为第四系 松散岩类冲洪积(q4al+pl)孔隙含水层、第四系上更新统(q3eol)黄土裂隙孔隙含水层及二叠系 下统山西组下段(p1s1)碎屑岩类裂隙含水层。各类含水层的水文地质特征如下： （1）第四系松散岩类冲洪积(q4al+pl)孔隙水含水层：井田第四系冲洪积物主要分布于 罐子沟沟谷及其支沟中，含水层岩性由黄色含砾粉细砂层、黄灰色砂砾、卵石层沉积而 成，分选性差，卵砾石岩性成分主要以姜结石为主；厚度 015.65m ，一般 57m 左右， 结构松散，渗透性较好，该含水层下伏二叠系(p1s)碎屑岩类裂隙含水层，两含水层间无隔 水层，因而该含水层大部分地段为透水不含水层，靠近山脚含水层下部局部残存有第三 系红土，可形成弱含水层。 （2）第四系上更新统(q3eol)黄土裂隙孔隙含水层：含水层岩性由第四系上更新统 (q3eol)黄土构成，黄土由于受侵蚀作用，又形成不同的小地貌单元，受地貌的影响补给条 件也各不相同。主要接受大气降水的补给，地下水在沿柱状节理下渗过程中遇相对隔水 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 7 页 层后大部分以泉的形式溢出地表，而后又渗入第四系松散岩类冲洪积(q4al+pl)孔隙含水层中。 （3）二叠系下统山西组下段(p1s1)碎屑岩类裂隙含水层：该含水层位于 6 号煤层顶板 以上，是 6 号煤层开采的直接充水含水层，因而也被称为“6 号煤层顶板砂岩裂隙含水层” 。 岩性特征：以灰白色、黄褐色含砾粗粒长石石英砂岩为主，局部相变为砂砾岩或 砂质泥岩，具大型斜层理，砾石磨圆度较好，分选较差，砾径一般 0.51.0cm，最大达 3.0cm 左右，含炭屑或煤线,泥质、粘土质胶结，坚硬致密。局部地段风化后呈疏松状， 厚度 31.73106.00m，平均 61.90m。 含水层的赋存特征：受罐子沟向斜、老赵山梁背斜的共同影响，区内含水层底板 展布与 6 号煤层顶板展布规律基本一致，即具有南高北低、西高东低展布规律，最低点 位于水 3 孔（水文报告）附近，底板标高为 1007.13m，最高点位于观 5 孔(水文报告)附 近，底板标高为 1040.04m。受矿井排水与突水影响，含水层厚度变化较大，为 1.9047.01m，平均 18.49m，其中 6101 工作面附近最薄处仅剩 1.90m，并形成了一定范围 的降落漏斗，井下排水量也在减少，目前仅剩 20m3/h 左右，趋于疏干；以 6101 工作面为 中心，向外含水层厚度逐渐变厚，最大厚度 47.01m(观 6、水文报告），然而受罐子沟向 斜的影响，随着含水层底板向东西两侧逐渐翘起，含水层又逐渐变薄。含水层水位埋深 45.89157.49m，静水位标高 1027.3601048.352m，其中 6101 工作面切眼突水点附近 最低，为 1027.5m 左右。 含水层的富水性：6 号煤层顶板砂岩裂隙含水层不但水位不统一，富水性极不均 一，单位涌水量 0.0000437.889l/sm，相差悬殊。沿罐子沟分布的钻孔单井涌水量较 大、远离罐子沟 6101、6103 工作面矿井涌水量小，靠近分水岭的钻孔，单井涌水量小。 水化学特征：水质类型一般为 hco3-ca 和 hco3-camg 型，矿化度 0.3740.422g/l，平均 0.397g/l。其中主要阴离子为 hco3-占 72.993.9%，次要阴离子 为 so42-和 cl-，各占 5.6%和 11.2%，主要阳离子为a，占33.852.5%，其次是 mg 占 19.8%-35.6%，再次为 na，占1725。 （4）寒武()与奥陶系(o2)碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层：区域资料岩溶水水位标高 863.348864.613m。根据矿方提供资料：2009 年中国煤田地质公司华盛水文地质勘查二 队在罐子沟一矿东南部施工两个奥灰岩水文地质勘查孔，孔距 1290m，经过联合抽水试验， 奥灰岩含水层静水水位标高为 871m。据井田内 6 个见奥陶系(o2)层位的钻孔统计，井田 内最下一层可采煤层 8 号煤层与奥陶系(o2)间距 30.8552.13m，平均 38.65m。8 号煤层 赋煤标高 9601110m，岩溶水对开采 8 号煤层造成的威胁较小。 2、隔水层及其特征 井田主要隔水层由上而下有第三系上新统(n2)砖红色粘土与砂质粘土隔水层和 6 号煤 层顶板泥岩两个隔水层。 （1）第三系上新统(n2)砖红色粘土与砂质粘土隔水层：岩性由棕红色粘土和砂质粘 土层组成，含砂质及钙质结核，层理明显，致密隔水，厚度 0.0061.60m，为井田较好 的隔水层，在各沟谷中变薄或缺失，成为大气降水、地表水、第四系松散层孔隙水及矿 井排水下渗补给二叠系下统山西组下段(p1s1)碎屑岩类裂隙含水层主要途径。 （2）石炭系 6 号煤层顶板泥岩隔水层：岩性为泥岩、粉砂岩，厚度 0.7015.65m； 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 8 页 隔水性能良好，但普遍较薄且不均，只有中观(水文报告)附近较厚，呈透镜状。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层煤层 井田含煤地层为石炭二叠系地层，以石炭系上统太原组(c2t)含煤性最好，含煤 5 层， 编号为 6 上、6、6 下、8 及 9 号煤层，其中 6 号煤层分布广，厚度较大、煤层稳定，为 主要可采煤层；6下与 8 号煤层大部可采，煤层较为稳定，为次要可采煤层；9 号煤层厚 度变化大，分布零星，井田内不可采；6 上煤层厚度小，分布零星，井田内不可采。该组 含煤地层平均总厚度 54.55m，煤层平均总厚度 24.19m，含煤系数 44%；可采煤层平均厚 度 22.09m，可采含煤系数 40.49%。 二叠系下统山西组(p1s)含煤性较差，共含煤 3 层，编号为 3、4 及 5 号煤层，其中 5 号煤层局部可采，4 号煤层分布零星，井田内不可采，3 号煤层不可采，煤层平均总厚度 3.31m，地层总厚度 93.30m，含煤系数 3.55%。煤层平均可采厚度 1.86m，含煤可采系数 2%。 井田可采煤层为 4 层，其中主要可采煤层为 6 号煤层；次要可采煤层 2 层，编号为 6下与 8 号煤层；局部可采煤层 1 层，编号为 5 号煤层。 表表 1-11-1 各可采煤层特征见各可采煤层特征见。 煤层 埋藏深度 煤层 自然厚度 煤层 利用厚度 煤层间距 煤 层 号 最小最大 平均(点数) 最小最 大 平均(点数) 最小最 大 平均(点数) 夹矸 层数 最小最 大 平均(点数) 稳定 程度 可采性备注 5 64.02- 295.88 148.79(24) 20.50- 0.35 3.44(26) 5.78-0.32 1.76(26) 0-10 不稳定 局部 可采 84.15- 7.99 43.23(1 8) 6 80.85- 370.07 170.19(64) 26.50- 3.36 18.02(64) 23.80- 3.36 15.65（64 ） 0-14 较稳定 全区 可采 主要 可采 煤层 22.45- 0.29 4.00(54) 6下 101.36- 324.51 187.27(51) 2.73-0.18 1.33(53) 2.73-0.18 1.26(53) 0-1 较稳定 大部 可采 次要 可采 煤层 8 104.54- 381.29 194.51(59) 2.80-0.28 1.11(58) 2.25-0.28 1.05(58) 0-1 7.72-0.35 1.95(52 ) 较稳定 大部 可采 次要 可采 煤层 现将井田范围内各可采煤层的赋存情况及特征上而下分述如下： 1、5 号煤层：位于山西组中部，主要分布在中深部，煤层自然厚度 0.3520.50m， 平均 3.44m，资源储量利用厚度 0.325.78m，平均 1.76m，煤层结构复杂，含夹矸 010 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 9 页 层，夹矸岩性为泥岩、炭质泥岩，顶板岩性以砂岩与泥岩为主，与下部 6 号煤层间距 7.9984.15m，平均 43.23m。该煤层层位不稳定，对比基本可靠，属局部可采的不稳定 煤层。 2、6 号煤层：位于太原组顶部，煤层自然厚度 3.3626.50m，平均 18.02m，资源储 量利用厚度 3.3623.80m，平均 15.65m。有 2 个钻孔（即 38、54 号孔）全层风化，38 号孔风化煤厚度 5.33m，54 号孔风化煤厚度 3.36m。6 号煤层结构复杂，含 014 层夹矸， 夹矸岩性为为泥岩、炭质泥岩，顶板岩性一般为粉砂岩、砂质泥岩及粘土岩，底板岩性 为泥岩，与下部 6 下煤层间距 0.2922.45m，平均 4.00m。该煤层层位稳定，对比可靠， 属全区可采的较稳定煤层。6 号煤层利利用厚度等值线图（见图 1-3） 。 图图 1-31-3 6 6 号煤层利利用厚度等值线图号煤层利利用厚度等值线图 3、6下煤层：位于太原组上部，煤层自然厚度 0.182.73m，平均 1.33m，资源储量 利用厚度 0.182.73m，平均 1.26m，煤层结构简单，含 01 层夹矸，夹矸岩性为为泥岩、 炭质泥岩，顶板岩性一般为粉砂岩、砂质泥岩及粘土岩，底板岩性为泥岩，与下部 8 号 煤层间距 0.357.72m，平均 1.95m。该煤层层位较稳定，对比可靠，属大部可采的较稳 定煤层。 4、8 号煤层：位于太原组下部，煤层自然厚度 0.282.80m，平均 1.11m，资源储量 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 10 页 利用厚度 0.282.25m，平均 1.05m，煤层结构简单，含 01 层夹矸，夹矸岩性为为泥岩、 炭质泥岩，顶底板岩性以泥岩为主，与 9 号煤层间距 2.0710.34m。该煤层层位稳定， 对比可靠，属大部可采的较稳定煤层。 1.3.2 煤质煤质 （一）煤的物理性质及煤岩特征 煤的硬度大，内生和外生裂隙均不发育，仅局部露头受小构造和非构造运动影响外 生裂隙稍发育，煤的脆性差，断口参差状。 通过镜下鉴定，6 号煤层的镜煤平均最大反射率(光电管)为 0.581%，属变质阶段 （低变质烟煤） 。 （二）化学性质、工艺性能和煤类 1、化学性质：结果见表 1-2。 由表 1-2 可知，各可采煤层为低硫、中灰、中高热值煤。 2、工艺性能 （1）低温干馏和加氢液化：本区煤为低变质烟煤，低温干馏试验结果表明含油率大 于 7%为富油煤，氢元素一般在 5%左右，碳氢比值除 6 号煤层略大于 16 外，其它各煤层 均16，本区煤的丝炭含量过高，这是不利于加氢液化的主要因素。 （2）煤的气化：本区煤的机械强度高，热稳定性好，化学活性较差，温度在 950 时二氧化碳还原率为 24.8%，温度升高到 1050时，二氧化碳还原率接近 60%，不利于 气化。 表表 1-21-2 罐子沟一矿煤芯煤样测试成果统计结果一览表罐子沟一矿煤芯煤样测试成果统计结果一览表 工 业 分 析(%)error!error!发热量(mj/kg)error!error! 煤 层 编 号 洗选 情况 madadvdaf st.d(%) error!error! qgr,dqnet,d 原煤 10.38- 2.67 4.93(17) 35.44- 11.76 23.75(17) 45.43- 34.27 39.94(17) 0.70-0.43 0.53(12) 28.07-22.74 25.74(5) 27.58- 19.26 23.86(16) 5 洗煤 6.14-2.31 3.80(13) 11.35-8.19 8.73(13) 41.66- 37.59 40.20(13) 0.81-0.50 0.62(6) 29.36(1) 28.86- 28.42 28.64(2) 原煤 6.47-2.55 4.91(166) 33.49-9.75 17.85(165) 42.93- 33.76 37.44(165) 1.90-0.01 0.61(152) 29.64-21.25 26.70(135) 28.75- 15.66 25.72(164) 6 洗煤 6.04-4.04 3.45(162) 20.04-4.29 7.40(162) 43.57- 30.17 38.36(162) 1.20-0.27 0.55(137) 32.20-28.25 30.43(50) 31.51- 27.30 29.58(53) 6下原煤 6.60-1.96 4.46(34) 31.69- 10.21 18.54(34) 44.30- 35.11 38.96(34) 1.75-0.37 0.84(25) 29.48-25.61 27.65(15) 30.32- 23.69 26.21(32) 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 11 页 洗煤 6.09-2.42 3.68(29) 12.58-4.53 8.08(29) 43.54- 36.21 39.80(29) 1.08-0.43 0.59(16) 31.62-28.83 30.54(10 ) 30.57- 27.85 29.64(11) 原煤 6.43-1.54 4.23(41) 39.38-8.46 20.11(41) 43.40- 34.51 39.09(41) 4.98-0.30 1.21(32) 30.84-22.99 27.69(19) 29.91- 17.78 25.35(40) 8 洗煤 6.28-1.81 3.51(31) 12.12-5.17 8.42(31) 42.66- 37.31 39.49(31) 2.48-0.29 0.76(22) 31.37-27.86 30.23(8) 30.48- 26.99 29.05(9) （三）煤类 井田内各可采煤层浮煤挥发分一般在 37%以上，粘结指数 01，透光率 88%以上， 据中国煤炭分类国家标准(gb575186)煤类划分为长焰煤(cy41)。 （四）煤质评价及工业用途评述 井田内煤为中灰、低硫、低磷、中高热值的长焰煤。煤对 co2反应性差，灰熔融性高 (为高熔、难熔灰分)。煤的焦油产率高，为富油煤。煤的可选性差，为中等可选极难选。 区内煤可作民用及动力用煤，用于火力发电及各种工业锅炉，也可在建材工业、化 学工业中做焙烧材料。此外，还可作低温干馏原料煤。 （五）煤的可选性评价 原勘探报告对 6 号煤层采取两个简选样进行了可选性试验。依据国标 gb/t16417- 1996煤炭可选性评定方法0.1 含量法)进行评定。详见表 1-3。 表表 1-31-3 罐子沟一矿罐子沟一矿 6 6 号煤层拟定选灰分可选性等级一览表号煤层拟定选灰分可选性等级一览表 0.1 含量%拟定 灰分 (ad%) 浮物产 率 (%) 分选密 度 (kg/l) 初始 值 最终 值 可选性 等级 7.081.01.45040.542.2 极难选 8.089.51.54012.513.0 中等可选 9.093.51.7402.519.2 中等可选 10.07.01.44540.041.8 极难选 11.078.01.50027.028.2 较难选 12.085.01.60012.513.0 中等可选 由表 1-3 可知，当洗选后灰分(ad)在 7.0%时属极难选，灰分(ad)在 8.0%时属中等可选， 灰分(ad)在 9.0%时属中等可选。当洗选后灰分(ad)在 10.0%时属极难选，灰分(ad)在 11.0% 时属较难选，灰分(ad)在 12.0%时属中等可选。 1.3.3 其他开采条件其他开采条件 1、工程地质 （1）地面工程地质条件 本矿区为半掩盖区，第三系红土及第四系黄土厚度大，含水微弱或不含水，固结性 差，黄土垂直节理很发育，多形成黄土喀斯特地形及滑坡，红土遇水很快湿化，在沟谷 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 12 页 两侧或沟掌也易形成滑坡。 （2）岩层力学特性 粗砂岩：比重2.562.94g/cm3，容重2.142.90g/cm3，孔隙率12.9016.58%，吸水抗 压强度16.419.7mpa，自然抗压强度9.8051.00mpa。 泥岩：比重2.492.62g/cm3，容重2.342.89g/cm3，天然含水率0.751.95%，孔隙率 3.805.10%，吸水抗压强度3.9034.90mpa，自然抗压强度2.3068.10mpa。 砂质泥岩：比重 2.492.70g/cm3，容重2.422.80g/cm3，孔隙率2.824.60%，天然含 水率0.271.51%，吸水抗压强度10.8013.83mpa，自然抗压强度19.0055.30mpa。 （3）煤层力学特性 由于本区煤层厚度较大，所以在开采过程中常把上部煤层作为顶板，6 号煤层的力学 性质简述如下：比重 1.362.31g/cm3，容重 1.131.98g/cm3，孔隙率 1.9042.92%，天 然含水率 3.87%，抗压强度 0.3516.7mpa，抗剪强度 46正应力 1.071.27mpa，54 正应力 0.650.86mpa，62正应力 0.080.52mpa，内摩擦角 4007，凝聚系数 29.8，坚固性系数 0.991.94。 在煤田浅部由于风化原因岩石力学性质显著变化， 6 号煤层直接顶板的泥岩变成软质粘 土，具可塑性，老顶砂质泥岩由于风化而疏松，即使煤矿开采过程中 没有出现冒顶现象，但 也要加强支护，按规程开采。 从以上力学性质分析可以看出，煤层顶板属软弱半坚硬岩石，有利于煤矿的开采， 但在浅部由于风化原因，岩石力学强度显著减小，泥岩变得软弱可塑，砂质泥岩变得疏 松易碎。 由上述力学性质分析可知，煤层的力学性质显著低于粗砂岩，所以在开采时应注意 留设保安煤柱，避免坍塌，造成人员伤亡。 原勘探报告虽对煤层顶底板岩石力学性质进行了相应的采样与测试工作，但区内由于 沙沟背斜的影响，南部煤层顶底板稳固性更加差，故建议今后开采中 进一步进行相应的岩样 试验研究，综合评价煤层顶底板的稳定性。 根据上述分析，本区工程地质条件为中等类型。 2、环境地质 （1）自然环境 罐子沟一矿地处鄂尔多斯高原，地表植被稀少，生态脆弱，水土流失严重，干旱少 雨，冬春季节常有沙尘或扬沙天气，生态脆弱，工业基础设施薄弱，但目前人为造成的 环境污染程度低。 （2）地表沉陷处理 矿井采空区域破坏了岩体内部原有的力学平衡，引起地表沉降，所以在采掘中注意 建筑物等地面设施保安煤柱的留设，采空塌陷区应及时回填，恢复植被。 3、瓦斯 原勘探报告共在 8 个钻孔中采瓦斯样 10 个，利用解吸法试验结果，均含很低的残存 瓦斯，瓦斯成份以氮气为主，其次为二氧化碳气，多数钻孔无甲烷气，按瓦斯成份分带 均属第一带：即二氧化碳氮气带。详见表 1-4。 表表 1-41-4 罐子沟一矿煤层瓦斯成份测试成果一览表罐子沟一矿煤层瓦斯成份测试成果一览表 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 13 页 瓦 斯 成 份 (%) ch4co2n22-3 瓦斯 等级煤层 编号 瓦 斯 含 量 (毫升/克可燃质)最大-最小 平均(点数) 最大-最小 平均(点数) 最大-最小 平均(点数) 6上 0.51-0.20 0.31(3) 23.29-0 7.76(3) 20.36-8.29 15.58(3) 91.72-46.71 73.44(3) 0 一级 瓦斯 6 0.62-0.21 0.38(4) 0 27.97-1.48 17.79(4) 89.28-68.05 78.15(4) 0 80.6321.3175.180 9 0.65-0.15 0.29(4) 22.14-0 6.99(4) 17.35-7.40 13.38(4) 92.58-56.00 78.51(4) 0 另外，根据 2009 年 8 月 21 日内蒙古煤矿矿用安全产品检验中心为罐子沟一矿出的 内蒙古满世集团运销有限责任公司罐子沟一号井矿井瓦斯等级鉴定报告 ，矿井绝对瓦 斯涌出量为 1.56m3/min，相对瓦斯涌出量为 0.70m3/t，罐子沟一矿为低瓦斯矿井。 4、煤尘 根据罐子沟一矿提供的生产过程中煤尘爆炸性鉴定报告表，试验结果火焰长度 400mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉填加量为 70%， ，故煤尘具有爆炸危险性。 5、煤的自燃 根据罐子沟一矿提供的生产过程中煤炭自燃倾向鉴定报告表，井田煤属于级（自 燃）煤。 6、煤层中的放射性 煤层中放射性原报告中没有提出，在煤田内煤矿开采中未发现放射性对人体的伤害。 7、地温 本区煤层埋藏较浅，无地温异常，地温变化梯度小于 3/100m，属地温正常带。 8、冲击地压 地质报告对矿井地压未作阐述。根据临近矿井情况，本区没有冲击地 压。 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 14 页 2 井田境界和储量 2.1 井田境界 2.1.1 地理位置地理位置 罐子沟一矿行政区划隶属于鄂尔多斯市准格尔旗龙口镇。其地理坐标为：东经： 11113591111759；北纬：393201393424。 2.1.2 井田范围井田范围 在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到 合理的开发。煤田范围划分为井田的原则有： （1）井田范围内的储量，煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相适应； （2）保证井田有合理尺寸； （3）充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等； （4）合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。 内蒙古自治区国土资源厅于 2010 年 4 月 20 日以“内国土资采划字201050 号”文为 内蒙古满世煤炭集团有限责任公司进行了划定井田范围批复，井田面积 16.1926km2。开 采标高 1130950m，预留期限为 1 年，划定井田范围由 13 个拐点圈定。各拐点坐标见表 2-1。 表表 2-12-1 罐子沟一矿划定井田范围各拐点坐标一览表罐子沟一矿划定井田范围各拐点坐标一览表 1954 年北京坐标系1980 年西安坐标系拐 点 编 号 xyxy 1 4381519. 996 37522840. 004 4381473. 020 37522769. 020 2 4380850. 005 37524520. 002 4380803. 030 37524449. 030 3 4379030. 003 37525760. 000 4378983. 020 37525689. 040 4 4378330. 001 37524449. 996 4378283. 010 37524379. 030 5 4378291. 284 37523665. 961 4378244. 290 37523594. 990 6 4378291. 204 37523641. 311 4378244. 210 37523570. 340 7 4378290. 064 37523641. 311 4378243. 070 37523570. 340 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 15 页 8 4378290. 004 37523640. 001 4378243. 010 37523569. 030 9 4377860. 003 37521100. 005 4377813. 000 37521029. 020 10 4378949. 999 37520059. 005 4378903. 000 37519988. 010 11 4382259. 999 37520059. 004 4382213. 020 37519988. 000 12 4382259. 996 37520979. 998 4382213. 020 37520909. 000 13 4381569. 996 37522730. 005 4381523. 020 37522659. 020 根据国家发展改革委关于内蒙古鄂尔多斯准格尔矿区总体规划的批复（发改能源 20072496 号文） ，罐子沟煤矿井田由 12 个拐点连线构成。 2.1.3 井田尺寸井田尺寸 井田的走向最大长度为 5.71m，最小长度为 3.83km，平均长度为 4.77km。井田倾斜 方向的最大长度为 4.32km，最小长度为 2.90km，平均长度为 3.61km。煤层倾角为 3， 井田平均水平宽度为 3.61km。 井田的水平面积按下式计算： sh l （2- 1） 式中： s井田的水平面积，km2； h井田的平均水平宽度，km； l井田的平均走向长度，km； 则井田的水平面积为： s = 3.614.77= 16.1926km2。 图图 2-12-1 井田赋存状况参见井田赋存状况参见 中国矿业大学 2013 届本科毕业设计 第 16 页 2.2 矿井工业储量 2.2.1 计算依据计算依据 （1）根据查庄井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算； （2）依据煤炭资源地质勘探规范关于化工、动力用煤的标准：计算能利用储量 的煤层最低可采厚度为 0.8 m，原煤灰分不大于 40%。计算暂不能利用储量的煤层厚度为 0.70.8 m； （3）依据国务院过函（1998）5 号文关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关 问题的批复内容要求：禁止新建煤层含硫份大于 3%的矿井。硫份大于 3%的煤层储量列 入平衡表外的储量； （4）储量计算厚度：夹石厚度不大于 0.05 m 时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层 的夹石总厚度不超过每分层厚度的 50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度； （5）井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分