采矿工程毕业设计（论文）-星村煤矿2.4Mta新井设计【全套图纸】 .doc

目 录 一般部分一般部分 1 井田概况及地质特征井田概况及地质特征.1 1.1 矿区概述.1 1.1.1 交通位置.1 1.1.2 地形地貌.1 1.1.3 气象及地震.2 1.1.4 矿区开发概况和建材来源2 1.1.5 电源及水源情况.2 1.2 井田地质特征.3 1.2.1 井田地质.3 1.2.2 地质构造.5 1.2.3 水文地质.5 1.3 煤层特征.7 1.3.1 煤层埋藏条件7 1.3.2 煤层围岩性质.8 1.3.3 煤的特征.9 2 井田境界和储量井田境界和储量.16 2.1 井田境界.16 2.2 矿井工业储量.16 2.2.1 勘探类型.16 2.2.2 矿井工业储量计算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 矿井永久保护煤柱损失量.19 2.3.3 矿井设计资源/储量21 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.22 3.1 矿井工作制度.22 3.2 矿井设计生产能力及服务年限.22 3.2.1 确定依据22 3.2.2 矿井设计生产能力22 3.2.3 矿井服务年限23 3.2.4 第一水平服务年限23 3.2.5 井型校核23 4 井田开拓井田开拓.25 4.1 井田开拓的基本问题.25 4.1.1 井筒形式的确定.25 4.1.2 主副井筒位置的确定.26 4.1.3 井筒数目.27 4.1.4 工业场地的位置.27 4.1.5 开采水平的确定.27 4.1.6 主要开拓巷道.28 4.1.7 矿井开拓方案比较.29 4.2 矿井基本巷道.35 4.2.1 井筒.35 4.2.2 井底车场及硐室.40 5 准备方式准备方式采区巷道布置采区巷道布置.46 5.1 煤层地质特征.46 5.1.1 采区位置及范围.46 5.1.2 采区煤层特征.46 5.1.3 煤层顶底板岩石构造情况.46 5.1.4 水文地质.46 5.1.5 地表情况.46 5.2 采区巷道布置及生产系统.46 5.2.1 采区走向长度的确定.46 5.2.2 采煤方法及工作面长度的确定.46 5.2.3 确定采区各种巷道的尺寸、支护方式及通风方式.47 5.2.4 采区煤柱尺寸的确定.47 5.2.5 采区巷道的联络方式.47 5.2.6 采区内工作面接替顺序.47 5.2.7 采区生产系统.48 5.2.8 采区内巷道掘进方法.48 5.2.9 采区生产能力及采出率.49 5.3 采区车场及主要硐室.50 5.3.1 采区上部车场选型.50 5.3.2 采区中部车场选型.50 5.3.3 采区下部车场选型.50 6 采煤方法采煤方法.53 6.1 采煤工艺方式.53 6.1.1 采区煤层特征及地质条件.53 6.1.2 确定采煤工艺方式.53 6.1.3 回采工作面参数.53 6.1.4 综放工作面设备选型及配套54 6.1.5 工作面回采工艺59 6.1.6 回采工作面吨煤成本.62 6.2 回采巷道布置.64 7 井下运输井下运输.66 7.1 概述.66 7.1.1 运煤系统66 7.1.2 运料系统66 7.1.3 行人系统66 7.2 采区运输设备选型.66 7.2.1 工作面运煤设备的选型66 7.2.2 运输设备的能力验算68 7.2.3 采区辅助运输设备的选型与设计69 7.3 大巷运输设备选型.71 8 矿井提升矿井提升.73 8.1 概述.73 8.2 主副井提升选型.73 8.2.1 主井提升73 8.2.2 副井设备选型74 9 矿井通风及安全技术矿井通风及安全技术.76 9.1 矿井概况及开采方法.76 9.1.1 地质概况76 9.1.2 安全条件76 9.1.3 开拓方式76 9.1.4 煤矿安全规程76 9.2 矿井通风系统的确定.76 9.2.1 矿井通风系统确定的原则76 9.2.2 矿井通风方式的选择76 9.2.3 矿井主要通风机工作方式选择.77 9.2.4 采区通风系统的要求.78 9.2.5 工作面通风方式78 9.2.6 工作面风流方向的选择79 9.3 矿井风量计算及分配.80 9.3.1 采煤工作面风量计算80 9.3.2.掘进工作面所需风量81 9.3.3 硐室所需风量82 9.3.4 矿井风量82 9.3.5 风量分配84 9.3.6 矿井通风阻力85 9.4 主要风机选型.89 9.5 安全技术设施.93 9.5.1 对反风、风峒的要求93 9.5.2 瓦斯管理措施93 9.5.3 煤尘的防治93 9.5.4 防火94 9.5.5 防水94 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.95 参考文献参考文献.97 专题部分专题部分 星村矿冲击地压防治技术浅析星村矿冲击地压防治技术浅析.98 1 冲击矿压现象、特点及分类99 1.1 冲击矿压危害概况99 1.2 冲击矿压特征及分类100 1.3 冲击矿压的影响因素101 2 冲击矿压预测及危险性评价102 2.1 冲击矿压危险性等级的划分原则103 2.2 冲击矿压综合监测体系104 3 冲击矿压综合治理体系107 3.1 煤体卸压爆破107 3.2 集中轨道巷上帮注水109 3.3 大直径钻孔卸压110 3.4 应急预案112 4 解危措施效果检验112 结结 论论.114 参考文献参考文献.115 翻译部分翻译部分 英文原文英文原文.116 中文译文中文译文.122 致致 谢谢.125 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 1 页 1 井田概况及地质特征 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1.1 矿区概述 1.1.1 交通位置交通位置 星村煤矿（井田）是山东省兖州煤田的一部分，位于兖州市以东曲阜市西南，西距兖州 市约 12km，东北距曲阜市约 9km，行政区划属曲阜市陵城镇。 本区位于京沪铁路与兖石铁路的交汇处，日东高速公路斜贯本区，东邻 104 国道及京福 高速公路，区内公路纵横，可直通各煤矿及曲阜、兖州、邹城三市；济（宁）曲（阜）快速 干道直达济宁；区内田间道路可通汽车，交通亦十分方便。交通位置详见图 1-1-1。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 2 页 图 1-1-1 交通位置图 1.1.2 地形地貌地形地貌 区内地势平坦，地面高程在+50+56m 之间，一般为+52+54m，全区地形东高西低。 沂河位于本区北部，自东向西流过，属泗河的支流，其上游刘家楼建有尼山水库，下游 杨庄建有拦河坝。 1.1.3 气象及地震气象及地震 本区位于北温带半湿润季风区，属海洋大陆性气候，四季分明。年平均气温 13.5， 月平均最高气温 29，日最高气温 41；月平均最低气温-4.11，日最低气温-19.3。 年平均降雨量 632.4mm，降雨多集中于 7、8 月份，春季雨量少。年平均蒸发量 1719.5mm， 年最大蒸发量 1819.5mm。春、夏季多东及东南风，冬季多西北风，平均风速 2.9m/s。历年 最大积雪厚度 0.15m，最大冻土厚度 0.45m。 精查地质报告给出本区地震烈度为 6 度。根据中国地震动参数区划图 （gb 18306- 2001）确定：本区地震动反应谱特征周期为 0.40s，地震动峰值加速度为 0.05g。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 3 页 1.1.4 矿区开发概况和建材来源矿区开发概况和建材来源 兖州煤田位于山东省西南部，1975 年开始大规模建设，目前已形成相当规模的生产能 力，隶属兖州矿业集团的有 6 座矿井南屯、兴隆庄、鲍店、东滩、北宿、杨村，设计生 产能力 1375 万 t，原煤实际年产量在 2000 万 t 以上。划归地方开采的矿井有落陵、太平、 里岩、横河、田庄、杨庄、古城、单家村等煤矿，原煤实际年产量近 500 万 t 以上。 矿井建设中的钢材、木材、水泥、砖、瓦、砂、石等主要材料主要均可由当地解决。 1.1.5 电源及水源情况电源及水源情况 1、电源 本区电源充沛，在矿井西约 40km 处已建有装机容量为 300 mw 的济宁发电厂，在矿井南 约 30km 处已建有装机容量为 3600mw 邹县发电厂。 本矿井东约 2.5km 处已建有陵城 35kv 变电所，其 35kv 电源一回取自曲阜 220/110/35kv 变电所，另一回取自薛村 110/35kv 变电所。 本矿井北约 12km 处建有 110/35kv 薛村变电所，其 110kv 电源一回取自曲阜变电所，另 一回接于泗水县至马青 220kv 变电所的 110kv 线路上，薛村变电所目前安装了两台 31.5kva 变压器。 矿井东北约 8km 处建有曲阜 220/110/35kv 变电所，其 220kv 电源取自于马青 220kv 变 电所和邹县发电厂。 2、水源 据山东省兖州煤田星村井田勘探（精查）地质报告 ，区域内主要含水层有第四系砂 砾层松散孔隙水含水层上组及下组、侏罗系含水层、山西组含水层、太原组含水层、奥陶系 石灰岩岩溶裂隙含水层。其中第四系砂砾层松散孔隙水含水层上组透水性好，富水性强，水 质为重碳酸钙型，钻孔单位涌水量 2.011l/sm。成井深度 6080m，其他含水层单位涌水 量较小。 由以上分析可知，第四系砂砾层松散孔隙水含水层上组是本矿井的可供选择的较理想水 源。建议还需进行下一步水文地质勘探，为以后的工作提供充分的资料。矿井井下水经处理 后，作为工业场地生产用水。 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田地质井田地质 （一）地层 本区为全隐蔽式华北型石炭二叠系含煤区，地层由新到老为：第四系、上侏罗统蒙阴组、 上二叠统上石盒子组、下二叠统下石盒子组和山西组、上石炭统太原组、中石炭统本溪组及 奥陶系中、下统。根据钻孔揭露资料，将地层叙述如下： 1、第四系（q） 本区第四系厚度 86.60236.00m，平均 148.21m，井田西部厚东部薄，根据岩性、物性 特征可划分为上、中、下三组： 上组：厚度 51.2087.60，平均 65.93 m，以灰黄色、褐黄色的砂质粘土、粘土及砂组 成。本组透水性好，富水性强。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 4 页 中组：厚度 17.1072.10，平均 42.60 m，由黄褐色带灰绿色斑块的粘土、砂质粘土及 砂砾层组成。本组富水性弱，为隔水层组。 下组：厚 0100.30m，平均厚 39.68m。主要由黄褐色及灰绿色粘土、砂质粘土及砂层 组成。本组富水性中等。 第四系为河湖相沉积，与下伏地层不整合接触。 2、侏罗系上统蒙阴组（j3） 全区发育，揭露厚度为 480.60m1011.40m，平均 716.24 m，以岩性和颜色不同分为上、 下两段，分述如下： 上段：厚 236.50682.10m，平均 356.90m。主要由灰绿色细砂岩、砂质泥岩、泥岩组 成。钙质、泥质胶结，间夹薄层中砂岩及砂砾岩。底部常以一层灰色砾岩与下段的暗红色砂 岩分界。 下段：厚 279.10434.90m，平均 359.34m。以暗红色细砂岩为主，间夹紫红色砂质泥 岩、粉砂岩，铁泥质胶结，底部为一层含铁质的砂砾岩或粗砂岩。 本组与下伏地层呈不整合接触。 3、二迭系上统上石盒子组及下统下石盒子组、山西组 （1）上石盒子组（p21） 厚度 56.70262.35m，平均厚度 181.65m。主要由杂色泥岩、铝质泥岩、砂岩组成。其 底部往往发育一层铝质泥岩（b 层铝土岩） ，与其下的中细砂岩构成与下组的分界。本组与 下石盒子组为连续沉积，整合接触。 （2）下石盒子组（p12） 本组厚度 24.7067.30m，平均 45.95m。主要由灰绿色、浅灰白色砂岩和灰绿色带紫红 色斑块的砂质泥岩、泥岩组成，底部砂岩具泥质包裹体，含植物化石碎屑，下部偶有煤线。 本组与下伏地层呈整合接触。 （3）山西组（p11） 厚度 50.5886.54 m，平均厚 71.88m，是本区主要含煤地层。主要由灰至灰黑色的细 砂岩、中砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤（2 上、2 及 3 煤）组成，其中可采煤层为 2 上、3 煤两层，分别位于本组的中部和下部。本组与下伏地层呈整合接触。 4、石炭系上统太原组、中统本溪组 （1）太原组（c3） 厚度 155.51171.95m，平均厚 162.41m。由灰色、深灰色、灰黑色的细砂岩、粉砂岩、 砂质泥岩、泥岩、粘土岩及灰色石灰岩和煤层组成。本组与下伏地层呈整合接触。 （2）本溪组（c2） 本组厚 19.9028.40m，平均厚 24.15m。主要由深灰色泥岩、浅灰或灰绿色夹紫红色斑 块的粘土岩、铝土岩和粉砂岩以及石灰岩，并夹有薄煤 12 层。下部铝土岩较发育，富含 菱铁质鲕粒。本组化石多见于石灰岩中，有小纺锤虫等蜓科化石，以及腕足类、珊瑚、海百 合茎等。本组与下伏地层呈假整合接触。 5、奥陶系中、下统 厚 640660m。以厚层状石灰岩为主，夹白云质灰岩、泥质灰岩及角砾状灰岩。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 5 页 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 6 页 图 1-2-1 地质综合柱状图 1.2.2 地质构造地质构造 本区地处滋阳断层和峄山断层的下降盘，煤系埋藏一般在 4501150m，越向西越深。井 田内煤层成层平稳，地质构造简单，无大的断层。区内由褶曲幅度不大的一个背斜、两个向 斜组成。本区施工钻孔未见有岩浆岩，邻近井田也未发现岩浆岩。 1.2.3 水文地质水文地质 （一）含水层 1、第四系砂砾层松散孔隙水含水层组 区内第四系厚度 86.60236.00m，平均厚度 148.21m，其厚度变化由东向西逐渐变厚。 第四系由粘土、砂质粘土及砂砾层组成，覆盖于侏罗系地层之上，属于间接充水含水层，根 据颜色、岩性等划分为三组： （1）上组：（q 上）：厚度 51.2087.60m，平均厚度 65.93m，由灰黄色、褐黄色砂 质粘土及砂层组成。本组透水性好，富水性强。据曲阜井田资料，水位年变化幅度 23m， 钻孔单位涌水量 2.011l/sm，水质类型为重碳酸钙型，矿化度 0.213g/l。该组是农田灌溉 取水主要对象。 （2）中组（q 中）：厚度 17.1072.10m，平均厚度 42.60m，由黄褐色夹灰绿色花斑 的砂质粘土、粘土为主夹薄层粘土质砂砾砂组成，属隔水层。 （3）下组（q 下）：厚度 0100.30 m，平均厚度 39.68m，由黄褐色、灰绿色粘土、 砂质粘土及砂层组成，富水性中等。据星 01 号钻孔抽水试验资料：水位标高+44.40m，钻孔 单位涌水量 0.041600.05697l/sm，水质类型为重碳酸钙钾钠型，矿化度 0.352g/l。 2、侏罗系砂岩裂隙承压含水层 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 7 页 上段为灰绿色细砂岩、砂质泥岩、泥岩组成；下段以暗红色细砂岩为主，间夹有紫红色 砂质泥岩、粉砂岩。总厚度 522.701011.40m，平均厚度 716.24m。含水层主要由砂岩组成， 从岩芯看裂隙不发育，冲洗液消耗量 0全漏，漏水孔率 26.9%，主要集中在井田西部。据 星 01 号钻孔抽水试验资料：水位标高+68.09m，单位涌水量 0.00297l/sm，水质类型为硫 酸钾钠型，矿化度 7.093g/l。该层段厚度较大，属于间接充水含水层。根据东滩矿北风井 井筒检查孔的资料，孔深 136.45m、厚度 5.18m 的细砂岩中有小空洞，空洞最大直径为 3cm，而且岩芯破碎，成为地下水流通道，目前东滩矿西风井涌水量为 20m3/h。南屯矿开采 3 煤，由于冒落裂隙带影响到侏罗系地层，使该含水层地下水沿裂隙涌入矿井。从这两个矿 井资料看，该层段透水性好，富水性中等。该层段透水性好，富水性中等。 3、山西组 3 煤层顶底板砂岩裂隙承压含水层 3 煤顶板砂岩含水层由 2 煤顶板至 3 煤底板之间的砂岩组成，砂岩厚度 21.3051.71m，平均 38.54m，冲洗液消耗量 0.090.54m3/h，富水性较弱，透水性差，属 于开采上煤组直接充水含水层。据星 04 号钻孔抽水试验资料：水位标高+37.32m，单位涌水 量 0.001334l/sm，水质类型重碳酸钙钾钠型，矿化度 0.204g/l。据临近矿井不同钻孔抽 水试验资料看出，3 煤层顶底板砂岩富水性不均一。 4、太原组第三层石灰岩岩溶裂隙承压含水层 厚度 2.406.20m，平均厚度 4.75m，为深灰色，致密，裂隙较发育，充填方解石，冲 洗液消耗量为 0.160.32m3/h，富水性较弱，但岩溶、裂隙发育不均一，为开采上煤组直 接充水含水层。据星 04 号钻孔抽水试验资料：清水冲孔酸化洗井后，孔口水位不降，抽水 3 分钟后抽干，水位恢复 48 小时后至 60.88m， 经推算其静水位为 31.51m。 5、太原组十下灰岩岩溶裂隙承压水含水层 十下灰是 16 上煤层的直接顶板，处在 17 煤冒落裂隙带内，是开采下煤组直接充水含水 层。厚度 4.456.65m，平均厚度 5.42m，冲洗液消耗量 0.160.32m3/h，透水性差，富水 性弱。 6、奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层 本区仅个别孔揭露，根据邻区资料，奥陶系石灰岩岩溶裂隙发育，透水性好，富水性强， 属于间接充水含水层。但它又可以局部成为直接充水含水层的补给来源。由于断层存在使奥 陶系石灰岩上升到与直接充水含水层或煤层为同一水平时，可以侧向补给直接充水含水层或 直接威胁可采煤层的安全生产，另一方面，奥陶系石灰岩岩溶裂隙地下水局部可造成开采下 煤组底板突水隐患。 （二）隔水层 1、第四系隔水层 第四系沉积结构比较复杂，沉积特点是水平分层，含水层和隔水层多层相间沉积，而中 组以粘土、砂质粘土为主，构成隔水层段。 2、二迭系石盒子组隔水层组： 该层段由泥岩、铝质泥岩、砂质泥岩及少量砂岩组成，其厚度平均约 200m，冲洗液消 耗量为 00.59m3/h。该层段为局部弱含水的隔水层，可以起到隔水作用。 3、17 煤底至奥陶系顶隔水层 该层段厚度 34.3546.43m，平均 40.39m，其岩性为粘土岩、砂质泥岩、少量细砂岩及 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 8 页 石灰岩。从淄博、兖州等矿开采资料看，该层段一般能起隔水作用，局部受构造影响或厚度 变薄时有突水的可能，在此区块开采下煤组时应采取相应措施， （三）井田内断层导水性 从井田内穿过断层带的钻孔简易水文观测资料看，没有出现冲洗液大的漏失现象，说明 井田内断层富水性和导水性较弱。 （四）含水层间的水力联系 3 煤层隐伏于上侏罗统之下，上距侏罗系底界 106.05382.50m，3 煤层厚 5.597.81m，根据兴隆庄煤矿巨厚含水砂层下综放顶水开采及合理回采上限试验研究报 告中导水裂隙带观测研究成果，采用其全煤厚综放开采条件下导水裂隙带最大高度计算公 式：h=100m/（0.84m+4.5）+6.30 计算了本井田全煤厚综放开采条件下导水裂隙带最大 高度，通过计算看出，导水裂隙带没有进入侏罗系地层，初期采区范围内不会受侏罗系砂砾 岩水的影响。 本井田构造、地层特征及 3 煤层埋藏情况与东滩井田基本一致，水文地质条件类似，开 采 3 煤层的直接充水含水层为 3 煤顶底板砂岩和三灰。一般情况下，本井田 3 煤层顶底板砂 岩裂隙不发育，富水性较弱，以静储量为主，补给量不足。三灰埋藏深，岩溶、裂隙不发育， 富水性较弱，也以静储量为主，三灰距 3 煤层间距 35.1650.84m，平均 44.50m，正常情况 下不会发生底鼓出水，主要是巷道穿过时的水量。 （五）矿井涌水量预计 本矿井开采 3 煤层，其顶底板砂岩和三灰是对矿井直接充水含水层，是矿井涌水量预算 的对象。根据精查地质报告，3 煤层顶底板砂岩涌水量 110.41m3/h，三灰涌水量为 61.01m3/h，计算首采区-750m 水平矿井涌水量为 3 砂涌水量与三灰涌水量之和，即： 171.42m3/h。 设计以精查地质报告中采用的“大井法”计算公式为基础，并考虑井筒淋水以及消防洒 水、黄泥灌浆、煤层注水等生产工艺用水，预计矿井正常用水量为 200 m3/h，最大涌水量 按 350 m3/h 考虑。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层埋藏条件煤层埋藏条件 本区为华北型石炭、二迭系含煤地层，主要含煤地层为太原组和山西组，平均总厚 234.29m，共含煤 21 层，煤层平均总厚 13.96m，含煤系数为 6.0%。区内可采、局部可采煤 层共 6 层，厚 11.11m，占煤系地层总厚的 4.7% 。其中山西组的 3 煤为主要可采煤层，平均 厚 6.70m，煤层走向方向为北西南东向，倾向南西，倾角 916，平均 12.5，属于缓倾 斜煤层。 山西组厚 50.5886.54m，平均厚度 71.88m，为过渡相、陆相沉积。含煤 3 层，主要分 布在该组的中下部，自上而下为 2 上煤、2 煤、3 煤，煤层平均厚 8.21m，含煤系数 11.4%； 其中 2 上煤为部分可采，3 煤为全区可采煤层，可采厚度 6.70m。 太原组为海陆交互相沉积，厚 155.51171.95 平均厚度 162.41m，共含煤 18 层。煤层 平均总厚为 5.75m，含煤系数 3.5% 。6、16 上、17 煤部分可采，15 上煤偶达可采。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 9 页 井田内主要可采、局部可采煤层有 2 上、3、6、15 上、16 上、17 煤层，可采煤层总体 情况见表 1-3-1。 表表 1-3-11-3-1 可采煤层特征表可采煤层特征表 见 煤 点 情 况厚 度（m）间 距（m） 可采情况 煤 层 名 称 见 煤 点 数 可 采 不可 采 断 失 点 最大-最小 平均厚度 最小-最大 平 均 结 构 可 采 情 况 稳 定 性 2上221264 01.59 0.80 简单部分可采较稳定 322175 5.597.81 6.70 简单全区可采较稳定 610622 0.640.90 0.78 简单部分可采较稳定 15上9252 0.200.89 0.57 简单局部可采不稳定 16上88 0.741.21 0.87 较简单部分可采 较稳定至 稳定 178521 0.621.10 0.88 11.9836.75 23.80 32.7037.12 34.80 64.5078.93 74.23 38.8545.99 43.06 4.279.40 7.33 较简单大部可采较稳定 1.3.2 煤层围岩性质煤层围岩性质 1、2 上煤层顶底板 直接顶以砂质泥岩、粉砂岩为主，厚 0.556.80m，局部为中砂岩，个别孔见有 0.40m 的泥岩伪顶，老顶为灰白色中细砂岩。底板以泥岩、砂质泥岩为主，厚 0.502.55m，有时 具 0.230.40m 的炭质泥岩伪底。根据生产矿井实际，2 上煤层顶底板属不稳定较稳定顶 底板。 2、3 煤层顶底板 直接顶以砂质泥岩、泥岩、粉砂岩为主，个别孔为细砂岩，砂质泥岩、粉砂岩抗压强度 为 55.1194.83mpa，孔隙率 1.94.5%,泥岩的抗压强度为 48.15 mpa，属较稳定稳定顶 板，根据临近生产矿井资料，顶板冒落性能为中等冒落的顶板；老顶为灰白色硅泥质胶结的 中、细砂岩，较硬，抗压强度为 55.1194.83mpa。底板以泥岩、砂质泥岩为主，孔隙率 2.33.8%，厚度 0.992.46m，据生产矿井资料，3 煤层底板为较稳定底板。 3、16 上煤 顶板为十下灰岩，稳定，平均厚度 5.42m，抗压强度 96.24153.57mpa，孔隙率 0.41.6%，属稳定顶板，难冒落极难冒落。底板一般为泥岩，厚 0.706.10m，抗压强 度为 17.8423.52 mpa，属不稳定较稳定底板。 4、17 煤 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 10 页 顶板以灰岩（十一灰）为主，局部相变为细砂岩、砂质泥岩和泥岩。灰岩的抗压强度为 95.55116.23 mpa，孔隙率 2.63.7%，砂岩的抗压强度 21.2755.47 mpa，属较稳定 稳定、中等冒落的顶板。 13.3 煤的特征煤的特征 （一）煤的化学性质 1、灰分 各煤层均为低中灰煤。据原煤灰分标准差， 17 煤层为灰分变化大的煤层，其它煤层为 灰分变化小的煤层。各煤层灰成分及其特征见表 1-3-2。 表表 1-3-21-3-2 各煤层煤灰成分分析一览表各煤层煤灰成分分析一览表 煤层 项 目 2上3615上16上17 sio2 47.5253.13 50.44（3） 40.8746.30 43.24（5） 33.8751.06 38.77（4） 37.4138.56 37.99（2） 43.4849.17 48.80（2） 35.3639.82 37.59（2） al2o3 28.8633.46 31.41（3） 31.0034.31 31.03（5） 16.9323.02 20.83（4） 14.0314.63 14.33（2） 8.6717.64 13.16（2） 17.5318.02 17.78（2） fe2o3 4.838.02 6.53（3） 4.095.47 4.65（5） 14.4026.37 19.78（4） 21.1728.76 24.97（2） 15.3115.58 15.45（2） 10.9823.20 17.09（8） cao 1.766.30 4.23（3） 6.0711.79 9.70（5） 3.1713.16 9.79（4） 7.9912.29 10.14（2） 8.8211.58 10.20（2） 11.2614.81 13.04（2） mgo 0.982.10 1.57（3） 1.093.21 2.23（5） 0.712.35 1.40（4） 1.462.03 1.75（2） 1.201.68 1.44（2） 1.281.32 1.30（2） so3 0.954.53 2.66（3） 4.005.53 4.77（5） 3.868.32 5.90（4） 5.579.99 7.73（2） 3.8310.32 7.03（2） 9.0311.42 10.23（2） k2o 0.520.73 0.65（3） 0.300.57 0.43（4） 煤 灰 成 分 分 析 （%） na2o 0.390.44 0.41（3） 0.460.70 0.62（4） 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 11 页 各煤层酸性矿物含量以 sio2 和 al2o3 最多，碱性矿物以 fe2o3 和 cao 最多，其中 fe2o3 偏多，tio2、k2o、na2o 含量较少。 2、挥发分产率和固定碳 各煤层的挥发分产率和固定碳见表 1-3-3。 据表 1-3-3 分析，各煤层均为高挥发分煤，且变化不大，除 17 煤层固定碳变化较大外， 其它煤层变化不大。 表表 1-3-31-3-3 各煤层挥发分产率和固定碳一览表各煤层挥发分产率和固定碳一览表 挥 发 分 产 率（%）固 定 碳（%） 项 目 煤 层原 煤精 煤原 煤精 煤 2上 38.9640.74 39.70（5） 37.7441.08 39.49（6） 48.8654.97 52.51（5） 54.2557.18 56.18（6） 3 36.3837.97 37.48（8） 36.4439.01 38.17（11） 51.8455.89 53.69（8） 54.9558.40 57.06（11） 6 41.6247.50 43.99（9） 41.9645.80 44.73（12） 42.2350.90 48.10（9） 48.9353.73 50.90（12） 15上 43.6145.57 44.27（4） 50.3451.75 51.02（4） 16上 43.9846.76 45.18（3） 43.8846.54 44.61（5） 45.0847.68 46.71（3） 50.5252.66 51.82（5） 17 42.0944.93 43.44（3） 40.8746.13 44.19（6） 34.7952.07 41.89（3） 49.9955.43 52.20（6） 3、硫分 各煤层全硫见表 1-3-4。 表表 1-3-41-3-4 各煤层硫分含量及脱硫系数一览表各煤层硫分含量及脱硫系数一览表 全 硫（%） 项 目 煤 层原 煤精 煤 脱硫系数原煤硫分标准差 2上 0.430.97 0.65（4） 0.460.74 0.57（3） 0.120.23 3 0.240.57 0.40（8） 0.250.43 0.34（6） 0.150.10 6 1.123.32 1.92（11） 0.891.87 1.34（11） 0.300.81 15上 2.554.99 3.45（5） 1.772.12 1.97（5） 0.430.92 16上 2.523.00 2.77（5） 2.422.51 2.46（5） 0.110.19 17 1.733.88 2.80（6） 2.042.59 2.31（5） 0.180.77 据表 1-3-4 分析，2 上煤层为低硫煤， 3 煤层为特低硫煤，6 煤层为中硫煤， 15 上煤 层为高硫煤， 16 上、17 煤层为中高硫煤，山西组煤层在平面上各采样点含量变化不大，太 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 12 页 原组煤层在平面上各采样点含量变化较大，各煤层经-1.4 比重液洗选后，硫分均有所降低， 但降低幅度不大，一般较难脱除。 各种形态硫见表 1-3-5。 表表 1-3-51-3-5 各种形态硫含量及脱硫系数一览表各种形态硫含量及脱硫系数一览表 各 种 形 态 硫（%）脱 硫 系 数 项 目 煤 层ssspsossspso 原煤 0.010.03 0.02(2) 0.200.57 0.39(2) 0.36(2) 2上 精煤0.01(2) 0.120.27 0.20(2) 0.370.45 0.41(2) 500.49-0.14 原煤0.01(6) 0.030.28 0.19(6) 0.140.20 0.17(6) 3 精煤 00.02 0.01(4) 0.060.14 0.11(4) 0.180.25 0.20(4) 00.42-0.48 6原煤 0.010.07 0.03(3) 0.582.00 1.28(3) 0.520.99 0.74(3) 原煤 0.010.29 0.15(2) 1.943.78 2.86(2) 0.921.07 1.00(2) 15上 精煤 0.03(1)0.47(1)1.38(1) 0.900.88-0.50 16上原煤0.02(1)0.45(1)2.05(1) 原煤 0.020.11 0.06(3) 0.732.56 1.42(3) 0.721.44 1.13(3)17 精煤0.04(1)0.79(1)1.76(1) 0.640.69-0.45 据表 1-3-5 分析，各煤层以有机硫、硫化铁硫为主，硫酸盐硫较少。硫酸盐硫和硫化铁 硫较易脱除，有机硫最难脱除。 4、发热量 各煤层各种发热量见表 1-3-6。 17 煤层原煤属中热值煤，15 上煤层原煤属高热值煤，其它煤层属特高热值煤。 5、元素分析 （1）元素组分见表 1-3-7。 据表 1-3-7，各煤层元素组分变化较小。 （2）其它有害元素 磷分见表 1-3-8。 据表 1-3-8，2 上、6、16 上、17 煤层原煤为特低磷煤， 3、15 上煤层原煤为低磷煤， 经-1.4 比重液洗选后各煤层磷分均有所降低，3、15 上、16 上煤层达 5368%。 经测试，2 上、3 煤层氯的最高平均含量均为 0.030%，作为炼焦和锅炉燃烧用煤不会腐 蚀炉壁；砷最高含量 2 上煤层为 1ug/g，3 煤层为零，不超过酿造和食品工业用煤小于 8 ug/g 的规定；2 上煤层铜、铅、锌最高含量分别为 380、60、140 ug/g， 3 煤层铜、铅、锌 最高含量分别为 130、80、110 ug/g，符合工业用煤要求。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 13 页 表表 1-3-61-3-6 各煤层各种发热量一览表各煤层各种发热量一览表 发 热 量（mj/kg） 项 目 煤 层qb,adqgr,dqnet,d 原 煤 27.0130.40 29.08(4) 27.5031.14 29.73(4) 26.5630.14 28.74(4) 2上 精 煤 31.0231.37 31.20(2) 31.7532.12 31.94(2) 30.6631.08 30.87(2) 原 煤 27.5829.44 28.30(9) 28.4530.00 29.02(8) 27.5329.00 28.10(7) 3 精 煤 30.4531.62 31.03(4) 31.2032.38 31.77(4) 30.1831.34 30.73(4) 6原 煤 29.4032.56 30.54(4) 29.4033.40 30.87(4) 28.9832.32 30.18(3) 15上原 煤 27.0828.89 27.99(2) 27.2628.77 28.02(2) 26.32(1) 16上原 煤28.66(1)29.04(1)27.99(1) 17原 煤 19.6424.19 21.92(2) 20.0524.42 22.24(2) 19.28（1） 表表 1-3-71-3-7 各煤层元素组分一览表各煤层元素组分一览表 元 素 分 析（%） 项 目 煤 层cdafhdafndafodaf+sdaf c/h 2上 82.7383.44 83.07（4） 5.375.55 5.48（4） 1.451.53 1.49（4） 9.6410.22 9.95（4） 15.16 3 82.6383.73 83.27（7） 5.235.42 5.34（7） 1.451.60 1.54（7） 9.3510.57 9.82（7） 15.59 6 82.4083.57 82.86（5） 5.576.12 5.90（5） 1.461.77 1.57（5） 9.0510.23 9.67（5） 14.04 15上82.47（1）5.58（1）1.47（1）10.48（1）14.78 16上81.60（1）5.92（1）1.32（1）11.16（1）13.78 17 82.4482.77 82.61（2） 5.485.77 5.63（2） 1.411.53 1.47（2） 10.2210.38 10.30（2） 14.67 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 14 页 表表 1-3-81-3-8 各煤层磷含量及脱磷系数一览表各煤层磷含量及脱磷系数一览表 磷（%） 项 目 煤 层原 煤精 煤 脱 磷 系 数 2上 0.0060.008 0.007（2） 0.006（1）0.14 3 0.0070.079 0.032（4） 0.0080.023 0.015（3） 0.53 60.00910.00830.09 15 上0.01450.00680.53 16 上0.0100.00320.68 170.00900.00570.37 （二）煤的工艺性能 1、煤的粘结性 2 上、3 煤层为中等粘结性煤，6 煤层为弱粘结性煤，15 上、16 上、17 煤层为中等粘结 性煤。 2、煤的结焦性 各煤层属结焦性好的煤类。根据兖州煤田试验结果，各煤层均可单独炼焦，但焦碳的抗 碎性和耐磨性差，焦机械强度底，故不宜单独炼焦。 3、炼油性 根据管式干馏干基焦油产率值，2 上、6 煤层为高油煤，3 煤层为富油煤，15 上、17 煤 层为含油煤。 4、燃烧性 根据试验结果计算，各煤层燃料比均小于 2，燃烧性指标大于 3500，灰中残留可燃物小 于 5%，因此各煤层都是燃烧性好的煤层。 5、结渣性 根据区域资料，各煤层为中等强结渣性煤。 （三）煤的工业分类 按照 gb5751-86 中国煤炭国家标准，以精煤 900c 可燃基挥发分（vdaf） 、粘结性指数 （gri）为主要分类指标，胶质层最大厚度（y） 、奥亚膨胀度（b）为辅助指标，各煤层均为 气煤。其中星 05 号孔 2 上煤层为 qm44，3 煤层为 qm43，其余均为 qm45。 （四）煤的工业用途 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 15 页 本区各煤层经洗选加工后可作为炼焦配煤、动力燃料、气化液化等工业用煤，现评述如 下： 1、炼焦用煤 2 上、3 煤层精煤为低灰、特低硫低硫、中等粘结性、成焦率较高的煤层，可作为炼 焦用煤；6 煤层精煤为低灰、低中硫、弱粘结性、成焦率较高的煤层，也可作为炼焦用煤。 15 上、16 上、17 煤层原煤、精煤硫分均较高，不符合炼焦用煤要求，但可以与 2 上、3 煤 层等配用。 2、动力燃料用煤 各煤层挥发分、发热量、灰分、硫分等主要指标均符合火力发电厂固态除渣煤粉锅炉用 煤要求，也可作为蒸汽机车用煤，是良好的动力燃料用煤。 3、气化、液化用煤 2 上、3、6 煤层灰分、灰熔融性、硫分等各项指标符合沸腾层煤气发生炉用煤要求，但 其粘结性强，煤对 co2 反应性9mm，热稳定性差，其它煤 层焦油产率低，因此不符合干馏法炼油的要求，但它们符合液化用煤工业要求。 五、其它开采技术条件 （一）瓦斯 根据试验结果，3 煤层自然瓦斯成分：n2 平均为 68.9099.66%，co2 平均为 0.301.40%，ch4 平均为 0.0330.49%，自然瓦斯成分以氮气为主，二氧化碳、甲烷含量 较少，根据抚顺煤研所的分带标准，属瓦斯风化带。3 煤层瓦斯含量 ch4 为 0.0010.649ml/g，co2 为 0.0170.057ml/g 根据兖州矿区资料，瓦斯含量较低。根据兖 州矿区资料，各矿井自建井开采以来，均为低沼气矿井，未发生瓦斯爆炸事故。 16 上、17 煤层为东滩井田资料，ch4、co2 其成分和含量比 3 煤层高，但仍属瓦斯风化 带。 根据钻孔取样测得瓦斯含量资料，本区瓦斯含量低，但由于井田内煤层埋藏深，构造发 育不一致，有可能造成瓦斯局部富集，采样点之间瓦斯含量差别较大也说明了这一情况，因 此矿井生产过程中应作好通风工作，以防瓦斯聚集，发生瓦斯爆炸。 表表 1-3-91-3-9 各煤层瓦斯成分及含量试验结果各煤层瓦斯成分及含量试验结果 瓦 斯 成 分（%）瓦 斯 含 量（cm3/g） 项 目 煤 层 ch4co2 n2及其它 ch4co2 3 0.0330.49 5.18（5） 0.301.40 0.71（5） 68.9099.66 93.08（5） 0.0010.649 0.13（5） 0.0170.057 0.037（5） 16上 8.6026.6764.730.69690.2506 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 16 页 1710.087.6982.230.73780.2121 （二）煤尘 各煤层为气煤，挥发分较高，经取样化验，见表 1-3-10，各煤层煤尘有爆炸危险性。 表表 1-3-101-3-10 各煤层煤尘有爆炸危险性试验结果各煤层煤尘有爆炸危险性试验结果 项 目 煤 层 火焰长度（mm） 岩 粉 量 （%） 报 炸 指 数爆 炸 结 论 2上300400 600.43 有爆炸危险 3 2006503577 0.43 有爆炸危险 6 5507007580 0.48 有爆炸危险 15上5008006585 0.47 有爆炸危险 16上4508507580 0.49 有爆炸危险 17 5507008085 0.51 有爆炸危险 （三）煤的自燃发火倾向 表 1-3-11 是各煤层自燃发火倾向有关试验结果，根据还原样与氧化样着火点之差 （t）值和自燃等级看，2 上、3 煤层属不自燃不易自燃煤层，6、15 上、16 上、17 为 不易自燃易自燃煤层，根据兖矿集团各煤矿的开采实际，各煤层均存在自燃发火倾向。 表表 1-3-111-3-11 各煤层自燃发火指标一览表各煤层自燃发火指标一览表 项 目 煤层 原 样 （c） 氧 化 样 （c） 还原样（ c） t （c） 自 燃 等 级 氧化程度 2上332338328336336342 68 （4） 0.57 3 332338328336336342 68 （4） 0.57 6 310331300307320335 1820 （2） 0.29 15上332（1）321（1）347（1） 26（1） （1） 0.58 16上332（1）310（1）338（1） 28（1） （1） 0.21 17 319（1）304（1）326（1） 22（1） （1） 0.32 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 17 页 2 井田境界和储量 2.1 井田境界 星村煤矿位于山东省兖州市以东曲阜市西南，属曲阜市管辖。星村井田西区为滋阳断层 的上盘，南以滋阳断层与东滩煤矿和兴隆庄煤矿为界，北、西至井田边界，东部以 f50 断层 与星村煤矿东区为界，地理位置为东经 11651111165745，北纬 35 2845353330。井田走向长度为 4.88.9km，平均 6.55km，倾斜长度为 4.1 km， ，水平面积为 29.585 平方公里。 - 1150 - 750 - 800 - 850 - 900 - 950 - 1000 - 1100 - 1050 - 700 - 750 - 800 - 850 - 900 - 950 - 1000 - 1050 - 1100 -