采矿工程毕业设计（论文）-凤凰山矿2.4Mta新井设计【全套图纸】 .doc

中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 1 页 目目 录录 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征5 1.1 矿区概述 5 1.1.1 交通条件 .5 1.1.2 气候条件 .6 1.1.3 煤矿分布及其他工业和农业分布情况7 1.1.4 水文 .7 1.1.5 瓦斯 .7 1.2 井田地质特征 7 2.1.1 井田的煤系地层7 1.3 井田的地质构造.11 1.4 井田的水文地质特征.13 1.5 煤层矿井涌水量估算.14 1.6.煤层特征 14 1.6.1 煤层群层数 .14 1.6.2 煤层的围岩性质14 1.6.3 煤的特征 .15 1.6.4 煤的化学组成及其特征17 2 井田境界和储量井田境界和储量.19 2.1 井田境界 19 2.1.1 井田范围 .19 2.2 矿井工业储量20 2.2.1 矿井保护煤柱留设20 2.2.2 矿井永久保护煤柱损失量.21 2.3 矿井可采储量 22 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24 3.1 矿井工业制度 24 3.2 设计生产能力及服务年限.24 3.3 井型校核 24 3.3.1 煤层开采能力.24 3.3.2 辅助生产环节的能力校核24 3.3.3 通风安全条件校核.25 3.3.4 储量条件校核.25 4 井田开拓井田开拓26 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 2 页 4.1井田开拓的基本问题26 4.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标26 4.1.2 确定工业场地的位置、形状和面积27 4.1.3 确定开采水平的数目、位置和标高27 4.1.4 确定煤层分组和组间联系方式；煤层生产能力；主要开拓巷道 27 4.1.5 确定矿井开拓延深及深部开拓布置方案28 2 矿井的基本巷道31 4.2.1 井筒 .31 4.2.2 井底车场及硐室34 4.2.3 主要开拓巷道37 5 准备方式准备方式采（盘）区或带区巷道布置采（盘）区或带区巷道布置41 5.1 煤层的地质特征41 5.2 带区巷道布置及生产系统.41 5.2.1 确定带区巷道布置及生产系统的原则41 5.2.2 带区准备方式的确定42 5.2.3 生产系统 .43 5.2.4 带区内巷道掘进43 5.2.5 带区生产能力及采出率44 5.3 带区车场及主要硐室.45 5.3.1 带区下部车场设计45 5.3.2 带区主要硐室45 6 采煤方法采煤方法 47 6.1 采煤工艺方式 47 6.1.1 煤层的赋存特征.47 6.1.2 采煤方法及其机械化程度的确定.47 6.1.3 带区综放开采设备选型及相关参数48 6.1.4 回采工作面破煤、装煤方式53 6.1.5 采煤工作面支护方式54 6.1.6 各工艺过程注意事项54 6.1.7 回采工作面正规循环作业55 6.2 回采巷道布置 57 6.2.1 回采巷道布置方式57 6.2.2 回采巷道支护参数57 6.3 工作面控制措施.59 6.3.1 工作面防滑措施59 6.3.2 工作面防窜矸措施60 6.3.3 工作面防片帮措施61 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 3 页 7 井下运输井下运输62 7.1 概述 62 7.1.1 井下运输的原始条件和数据62 7.1.2 井下运输系统62 7.2 煤炭运输方式和设备选择.62 7.3 辅助运输方式和设备选择.63 7.3.1 选择无轨胶轮车63 7.3.2 设备选择 .64 8 矿井提升矿井提升 67 8.1 矿井提升的原始数据和条件.67 8.2 主副井提升 67 8.2.1 主井提升 .67 8.2.2 副井提升设备选型68 8.2.3 井上下人员运送70 9 矿井通风及安全矿井通风及安全.71 9.1 矿井通风系统选择.71 9.1.1 矿井概况 .71 9.1.2 矿井通风系统的基本要求71 9.1.3 矿井通风方式的确定71 9.1.4 主要通风机工作方式选择.72 9.1.5 带区通风系统的要求.72 9.1.6 工作面通风方式的选择.73 9.1.7 回采工作面进回风巷道的布置.74 9.2 带区及全矿所需风量.74 9.2.1 采煤工作面实际需要风量74 9.2.2 备用面需风量的计算75 9.2.3 掘进工作面需风量75 9.2.4 硐室需风量 .76 9.2.5 其它巷道所需风量77 9.2.6 矿井总风量计算77 9.2.7 风量分配 .77 9.3 矿井通风总阻力计算.78 9.3.1 矿井通风总阻力计算原则78 9.3.2 确定矿井通风容易和困难时期78 9.3.3 矿井最大阻力路线78 9.3.4 矿井通风阻力计算82 9.3.5 矿井通风总阻力83 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 4 页 9.3.6 两个时期的矿井总风阻和总等积孔84 9.4 选择矿井通风设备.85 9.4.1 选择主要通风机85 9.4.2 电动机选型 .87 9.5 防止特殊灾害的安全措施.87 9.5.1 瓦斯管理措施87 9.5.2 煤尘的防治 .87 9.5.3 预防井下火灾的措施88 9.5.4 防水措施 .88 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 89 沿空留巷沿空留巷 y 型通风无煤柱开采型通风无煤柱开采91 第一部分 项目的基本情况简介91 第二部分 沿空留巷初始设计及应用效果92 第三部分 初始设计的应用效果分析95 第三部分、设计修订及应用效果分析：.96 第四部分 留巷内修巷设计及应用情况99 第五部分 采空区气体监测情况：.100 第六部分 沿空留巷经济效益分析100 参考文献参考文献102 翻译部分翻译部分103 致致 谢谢120 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 5 页 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 矿区概述矿区概述 凤凰山矿位于山西省的东南部，晋城市城区、泽州县境内。行政区划属晋城市城区北石 店镇、泽州县巴公镇管辖。地理坐标为：东经 1124911”1125324” ，北纬 3533 21”353728” 。 井田位于太行山西侧，泽州盆地北端。井田内沟壑纵横，地形地貌属 山地、丘陵区，北、东部为丘陵区，中、南部为山区。最高点海拔标高 1064.10m(小尖山)， 最低点海拔标高 700.00m，最大高差 364.10m，平均海拔高程 800.00m 左右。 由采矿许可证(证号：1000000260021)给定的拐点坐标圈定。北以 1、2 号点连线为界， 南与古书院矿相接，东与王台铺矿为邻，西至白马寺逆断层，东西宽约 4.0km，南北长约 9.0km，面积 29.3485km2。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1.1.1 交通条件交通条件 凤凰山矿以 8km 的运煤专用铁路与太(原)焦(作)铁路在晋城北站接轨。晋城北站北 距太原车站 374km，南距焦作车站 105km。太原、焦作均为国内铁路的大型中转车站。井田 以西约 30km 的阳城是侯(马)月(山)铁路的一个中型车站,将晋城与南同蒲铁路、侯(马)西 (安)铁路连成一体，是华北与大西北连通的又一重要通道。207 国道(太原洛阳)在凤凰山矿 东侧约 2km 处通过，与 207 国道平行的正在建设的晋(城)长(治)高速公路将于明年建成， 晋(城)阳(城)、晋(城)焦(作)、长(治)邯(郸)高速公路已建成通车，这样，将使晋城与国 内各大城市相连，交通更加便利(图 1-1)。 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 6 页 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 7 页 图图 1-11-1 交通位置交通位置 1.1.2 气候条件气候条件 晋城市属暖温带大陆性气候。四季分明，温和宜人，日照充足，无霜期长。据晋城 市气象站资料，年平均气温 11，极端日最低气温-22.8(1956 年 1 月 21 日)，极端日最高 气温 38.6(1967 年 6 月 4 日)。晋城市雨季为 6、7、8 三个月，年平均降雨量 622.7mm，最 小 295.9mm(1965 年)，最大 1010.4mm(1956 年)。年平均蒸发量 1783mm，最小 1393.3mm(1989 年)，最大 2428.3mm(1965 年)。降雨量远低于蒸发量，年蒸发量是降雨量的 23 倍。冬、春季多西北风，夏、秋季多东南风和南风，风力一般 34 级，最大 6 级左右。 每年 10 月中旬至来年 4 月中旬为霜冻期，全年霜期 150180d。最大冻土深度 43cm。 1.1.3 煤矿分布及其他工业和农业分布情况煤矿分布及其他工业和农业分布情况 整个晋城矿区跨越晋城和阳城、沁水两县，面积 6795km。1985 年底统计资料人口为 1184000。本区处于太行山西坡，土质比较肥沃，主要农作物有玉米、小麦和高粱。工业主 要有冶炼、化肥、水泥、发电、农机、副产品加工及手工业等。 1.1.4 水文水文 晋城市属黄河流域沁河水系。 井田北部有四义河，南部有车渠河，呈树枝状展布，均属季节性河流。井田内沟谷纵横， 松散层广泛分布，蓄水能力强，第四系潜水多生成于此。井田内有水库、水池多处，由于多 年干旱失修，大多数除雨季外，常年无水。常年有水的较大水库有：东四义人工湖，容量 52 万 m3；山耳东水库，库容量 147 万 m3；车渠水库，库容量 45 万 m3。 四义河发源于二仙掌，经柏杨坪、李庄、山耳东、四义、巴公、泊村流入丹河，全长 9.5km，径流面积 20km2，流量 0.00740.675l/s。车渠河发源于小车渠，经大车渠、北石 店、水东流入丹河，井田内长 1.5km，径流面积 6km2，流量 0.0180.214l/s。两河的共同 特点是，旱季上游基岩泉水补给地表水，雨季河水泛滥，淹没一级阶地，因此，水量变化非 常之大，上游有小型水库数座，这些水流、水体均能不同程度地下渗补给地下水。 1.1.5 瓦斯瓦斯 经多年的观测和测试，可知本矿未发生过瓦斯突出和喷出瓦斯在井下甚至在井上缓慢地 扩散释放出来。瓦斯相对涌出量除 2001 年为 4.13m3/t 外，其余年份在 6.526.84m3/t 之间， 属低瓦斯矿井。 1.2 井田地质特征井田地质特征 2.1.1 井田的煤系地层井田的煤系地层 凤凰山井田位于沁水煤田南部、晋城矿区东矿区，井田内广为第四系黄土覆盖，基岩出 露面积约占井田面积的 25%，主要分布于中部的山梁及沟谷地段，大部分为下石盒子组及上 石盒子组中、下部地层。井田内含煤地层主要为上石炭统太原组(c3t)和下二叠统山西组 (p1s)。 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 8 页 表表 1-11-1 标志层和煤层编号对应关系表标志层和煤层编号对应关系表 区 域 资 料本 报 告矿 方 使 用 k9砂岩k9砂岩k8砂岩 7 号煤7 号煤6 号煤 8-1 号煤8-1 号煤7 号煤 8-2 号煤8-2 号煤8 号煤 k4上石灰岩k4上石灰岩k4石灰岩 k4石灰岩k4石灰岩k3石灰岩 12 号煤12 号煤13 号煤 k3石灰岩k3石灰岩k2石灰岩 13 号煤13 号煤14 号煤 k2石灰岩k2石灰岩k1石灰岩 一、太原组(c3t) 为井田主要含煤地层之一。由深灰色灰黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩、石灰岩、煤层组 成。含煤 11 层，自上而下编号为 5、6、7、8-1、8-2、9、10、11、12、13、15 号，其中可 采 2 层(9、15 号)。发育 510 层石灰岩，一般 56 层，由下而上分别称为 k2、k3、k4、k4 上、k5、k6。每层石灰岩之下均有煤层赋存，是良好的对比标志。本组厚 54.80107.72m， 平均 83.23m。据岩性、岩相组合可分为三段： (一)一段(k1底k2底)： 1.k1砂岩：厚 02m。灰深灰色细粒石英砂岩，硅质胶结，坚硬。在本井田不甚发育， 有时相变为砂质泥岩、泥岩。 2.k1顶15 号煤底：厚 0.259.40m,平均 4.27m。灰色铝土质泥岩、灰黑色砂质泥岩、 泥岩，构成 15 号煤的直接底。局部夹粉砂岩或细粒砂岩。 3.15 号煤层：俗称“臭煤” 。厚 0.985.50m，平均 2.27m。为井田内主要可采煤层之 一。 本段主要为泻湖、潮坪、潮道及沼泽沉积。 (二)二段(k2底k4顶)： 4.k2石灰岩：厚 1.2817.85m，平均 9.11m。深灰色，致密性脆，夹燧石条带，中部含 泥质。裂隙中充填有方解石细脉。含丰富的动物化石。厚度大且稳定，是岩、煤层对比的主 要标志层之一。 pseudoschwagerina huabeiensis 华北假希瓦格蜓 pseudofusulina firma 坚固假纺锤蜓 quasifusulina compacta 紧卷似纺锤蜓 sphaeroschwagerina quadratoides 近方形球希瓦格蜓 5.k2顶k3底：厚 2.1017.05m，平均 5.18m。上部为灰色细粒砂岩，含石英、云母及 黑色矿物；中下部为黑灰色砂质泥岩、泥岩互层夹煤线,有时相变为细粒砂岩或粉砂岩。顶 部夹 00.50m 煤线(13 号煤)，极不稳定。 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 9 页 6.k3石灰岩：厚 0.975.50m，平均 2.68m。深灰色，致密坚硬，偶夹燧石条带，含黄 铁矿。裂隙被方解石充填。产动物化石。有时相变为砂质泥岩。 triticites simplex minuta 简单麦蜓微小亚种 quasifusulina cayeuxi 凯佑氏似纺锤蜓 schwagerina postcallosa 后硬皮希瓦格蜓 7.k3顶k4底：厚 4.1027.28m，平均 8.46m。深灰灰黑色细粒砂岩与砂质泥岩互层。 顶部含不稳定的 11 号煤，厚 00.46m。中部含不稳定的 12 号煤，厚 00.44m。 8.k4石灰岩：厚 0.984.99m，平均 1.48m。深灰色，坚硬致密，质不纯，具星点状黄 铁矿。有时相变为泥岩。含丰富的动物化石。 schubertella pusilla 细小苏伯特蜓 boultonia cheni 陈氏布尔顿蜓 quasifusulina sp. 似纺锤蜓(未定种) 本段主要为下三角洲平原前缘和碳酸盐台地沉积。 (三)三段(k4顶k7底)： 9.k4顶9 号煤底：厚 0.6612.33m，平均 2.51m。灰黑色砂质泥岩，炭质高岭石粘土 岩，遇水易软化膨胀。 10.9 号煤层：俗称“半香煤” 。厚 0.806.00m，平均 1.70m。黑色，以半亮煤为主。 为主要可采煤层之一。 11.k4 上石灰岩：厚 0.153.65m，平均 0.96m。深灰色，为 9 号煤直接顶，不稳定，有 时相变为砂质泥岩。含动物化石。 schubertella lata elliptica 宽松苏伯特蜓椭圆亚种 quasifusulina concave 凹似纺锤蜓 12.中粒砂岩：厚 3.7713.71m，平均 6.21m。灰深灰色，上部夹砂质泥岩。 13.砂质泥岩：厚 0.822.50m，平均 1.12m。深灰灰黑色。 14.8-2 号煤：厚 00.50m。 15.砂质泥岩、砂岩：厚 1.155.20m，平均 2.78m。下部为灰色细粒砂岩或中粒砂岩； 上部为灰黑色砂质泥岩。底部有时含不稳定的石灰岩或泥质灰岩。 16.8-1 号煤：厚 00.45m。 17.砂岩、砂质泥岩、泥岩：厚 8.7323.21m，平均 12.72m。灰黑灰色，底部有时含 12 层很不稳定的石灰岩。 18.7 号煤：厚 00.45m。 19.k5石灰岩：厚 0.4010.89m，平均 3.58m。深灰色，致密坚硬，含方解石脉及小斑 晶，产丰富的动物化石。层位稳定，为良好的标志层之一。 boultonia willsi 威尔斯氏布尔顿蜓 quasifusulina pseudocayeuxi 假凯佑氏似纺锤蜓 schwagerina pseudoexilis 假弱希瓦格蜓 20.k5顶k6底：厚 2.1313.28m，平均 9.57m。以灰黑色砂质泥岩为主，夹薄层泥岩 及细粒砂岩。顶部有一薄煤(5 号煤)，厚 00.40m。产植物化石。 21.k6石灰岩：厚 0.503.02m，平均 0.86m。深灰色，夹似层状燧石。不稳定，有时相 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 10 页 变为细中粒砂岩、砂质泥岩或硅质层。 22.k6顶k7底：厚 0.497.42m，平均 4.37m。灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩，薄 中厚层状，含植物化石碎片。 本段又可分为三部分，即 k4顶k5顶、k5顶k6顶、k6顶k7底，前两部分为完整的 海退海进层序，后者与山西组构成一个海退型层序。k4顶k5顶属三角洲平原前缘及局 限台地沉积，煤层发育与三角洲河道的迁移废弃关系密切，9 号煤层为发育在三角洲平原上 的泥炭沼泽沉积，一般在支流间湾处发育较好，废弃河道上煤层较薄。k5顶k6顶属低能的 河口湾、潮坪、泻湖沉积。k6顶k7底前三角洲沉积。 本组总的说来，属三角洲相和碳酸盐台地相沉积。 k1砂岩为分流河道沉积，向上逐渐过渡到泻湖、湖沼环境，最后形成闭流沼泽，发育了 15 号煤层。由于水流不畅，处于还原环境，利于黄铁矿的形成，所以 15 号煤含硫量较高。 二、山西组(p1s) 为井田主要含煤地层之一。由灰白色深灰色砂岩、灰黑色泥岩、砂质泥岩、煤层组成。 含煤 4 层，自上而下编号为 1、2、3、4 号，其中 3 号煤为主要可采煤层。本组厚 28.9891.66m，平均 58.25m。 23.k7砂岩：厚 1.0111.08m，平均 5.07m。深灰色薄层状细粒砂岩，具波状层理。有 时相变为粉砂岩、砂质泥岩、泥岩。 24.k7顶4 号煤底：厚 6.1116.08m，平均 8.90m。深灰灰黑色砂质泥岩、泥岩， 生物扰动构造发育，含植物化石碎片。 25.4 号煤：厚 00.23m。不稳定。 26.4 号煤顶3 号煤底：厚 4.159.07m，平均 6.75m。顶部为黑灰色泥岩，含炭质及 植物化石碎片，厚 13m；中部为薄层状细粒砂岩、粉砂岩，厚 1.502.60m。 27.3 号煤：俗称“香煤” 。厚 4.549.63m，平均 6.10m。黑色，以亮煤为主，具似金 属光泽，贝壳状断口，质硬。属稳定可采煤层，是良好的对比标志。 28.泥岩、砂质泥岩：厚 033.34m，平均 5.49m。灰黑色，有时与粉砂岩、细粒砂岩呈 互层状。产植物化石碎片。 29.k 砂岩：厚 026.78m，平均 9.24m。灰灰白色细中粒砂岩，成分以石英为主， 岩屑次之，含白云母片及炭屑。为 3 号煤的老顶。 30.砂质泥岩；厚 3.3814.95m，平均 8.45m。灰灰黑色，夹粉砂岩及细粒砂岩。产 植物化石碎片。 31.2 号煤：厚 00.47m。 32.砂质泥岩：厚 2.695.00m，平均 4.07m。灰灰黑色，夹粉砂岩及细粒砂岩。产植 物化石碎片。 33.1 号煤：厚 00.28m。 34.泥岩：厚 07.90m，平均 3.20m。灰黑色，夹砂质泥岩和粉砂岩。产植物化石碎片。 本组属三角洲平原亚相和泻湖、湖沼相沉积。 k7砂岩为分流河道沉积。随着海平面的下降，沉积了一套以泥岩、粉砂岩为主的细粒 沉积物。后由于河流分道，泻湖海湾的充填淤平，形成了淡水泥炭沼泽。由于当时地壳相对 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 11 页 稳定，为成煤提供了良好的条件，发育了稳定性好、厚度大、含硫量低的 3 号煤层。以后， 地壳相对上升，被上三角洲平原分流河道、决口扇、溢岸沉积所覆盖。这些溢岸、决口沉积 对分流间湾进行充填，沉积物以细中粒砂岩为主，间夹砂质泥岩和不稳定之煤层，由于泥 炭沼泽分布有限，又近碎屑岩沉积体系，故形成薄而不连续的煤层(1、2 号煤)，不具工业价 值。 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 12 页 1.3 井田的地质构造井田的地质构造 井田内除西部白马寺逆冲断层外，断裂不发育，主要为北北东向的宽缓的背、向斜和短 轴的背向斜。未发现岩浆活动。 在矿井生产过程中，发现有落差小于 5m 的断层，常见有陷落柱。总的说来，构造仍属 较简单类 (一)断裂 1、白马寺逆冲断层(f1) 为井田的西部边界，被第四系黄土所覆盖，出露不清，且无勘探工程控制。走向 n25e，倾向 nw，倾角 70，落差约 40m。 2、f2断层 开采 3 号煤层时，在 3310 工作面发现的正断层，走向 n20w，倾向 ne，倾角 55，落 差 4.5m，延展长度约 480m。 3、f3断层 开采 3 号煤层时，在 2315 工作面发现的正断层，走向 n80w，倾向 ne，倾角 60，落 差 3.5m，延展长度约 155m。 4、f4断层 开采 3 号煤层时，在 4302 工作面发现的正断层，走向 n88e，倾向 nw，倾角 80，落 差 2.4m，延展长度约 130m。 5、层间断层及“冲刷” 在 3 号煤层开采过程中常见有“冲刷”构造，一般只“冲刷”到 3 号煤层顶部约 0.300.50m，最大的可“冲刷”到 2.35m。 “冲刷”后的充填物以砂岩为主。 在“冲刷”带附近或砂岩顶板与砂质泥岩顶板交接处，易形成一系列层间正断层，煤层 顶板错开，底板只有弯曲或破碎，夹石位移明显，落差甚小。 除上述断裂外，开采 9 号煤层时，发现 13 条正断层 (二)褶曲 受白马寺逆冲断层的影响，井田内形成了挤压牵引而成背、向 斜构造： 1、二仙掌向斜(z1) 位于井田西部二仙掌村东至山耳东村一线，井田内长约 3.1km。轴向近 snn20e，西 翼陡立，倾角 1080，东翼宽缓，倾角 35，为不对称向斜。 2、山耳东北向斜(z2) 位于井田西部山耳东村北东，延展长 2.3km。轴向 n15e，西翼陡立，倾角 1280， 东翼宽缓，倾角 56，为不对称向斜。 3、古洞墕背斜(z3) 位于井田北西部古洞墕村、西四义村北一线，井田内延展长 1.7km。轴向 n10w，转 n45w，再转 n30e，两翼倾角 35。 4、四义背斜(z5) 位于井田中北部东四义村、东四义煤矿一线，井田内长约 3.7km。轴向 n2045e，向 南转为 n10w，东翼倾角 414，西翼倾角 58。 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 13 页 5、王庄向斜(z6) 位于兴王庄村北东、坟上村、双峰山煤矿一线，长 4.2km。轴向 n640e，西翼倾角 7，东翼倾角7。 6、车渠背斜(z12) 位于大车渠村西、小车渠村北一线，长 1.6km。轴向 n3560w，两翼倾角 23。 7、z14背斜 长 1.7km，轴向 n45w 转 n30e 再转 n5e，西翼倾角 68，东翼倾角 79。 8、z15向斜 长 1.6km,轴向 n515w,西翼倾角 1012,东翼倾角 46。 9、z16背斜 长 1.7km，轴向 n2045e，两翼倾角 35。 10、z17向斜 长 2.5km，轴向 n2030e，两翼倾角 14。 除上述外，尚发育有一些小的短轴向、背斜。 (三)陷落柱 井田内陷落柱较为发育，在开采 3 号煤层时发现 40 个陷落柱(x140)，开采 9 号煤层 时发现 2 个陷落柱(x41x42),且 集中分布在井田中、东部。生产中曾在一个工作面见到 5 个陷落柱。 井田内发现的陷落柱具有群生的特征，横断面呈椭圆状，长轴 10133m，短轴 561m，单个面积可达 1207145m2，纵断面呈倒锥体，锥体内充填物杂乱无章，岩块大小 不等，具棱角状。 (四)“冲刷”构造 井田内局部地段，3 号煤层的老顶 k 砂岩直接覆盖在煤层之上，形成所谓的“同生冲刷” ，在平面上呈带状、树枝状分布。这是由于分流河道改道，使原沉积的煤层顶板泥岩、砂 质泥岩和部分煤层被“冲刷”而致。在“冲刷”带内，煤层变薄 0.301.20m，顶板下有粉 状软煤，厚 0.200.80m。在水平方向与煤层直接顶板呈渐变关系。 “冲刷”带有时伴生断裂构造，分布在“冲刷”带边部与分流河道一致，大小不一，常 有分叉、合并、尖灭现象。断裂带走向长 20345m，宽 225m，断面呈“v”字形或参差 状。在断裂带内，煤层疏松、破碎，节理发育。断裂表现为层间断层，仅断开顶板及部分煤 层，影响的垂向范围 2.00m 左右。 1.4 井田的水文地质特征井田的水文地质特征 晋城矿区地下水属三姑泉域地下岩溶水系统，位置在泉域中上部径流带。三姑泉为散泉， 较大泉眼有石青泉、马尾泉、郭壁泉、土坡泉、白洋泉、小会泉、乡北泉、水掌泉等。泉水 总流量 20 世纪 80 年代以前在 7.210m3/s 之间，三姑泉流量在 24m3/s 左右，平均 3.45m3/s。改革开放以来，没有收集到资料。 三姑泉域范围西北边界以丹河流域分水岭为界；东北部可溶岩区以地形、地下分水岭为 界；东部可溶岩区以夺水黄金窑马圈一带地形、地下分水岭和太行山东部的众多小型地 下分水岭与焦作泉域分界；西边界南段以高平晋城断裂带为界，北段主要以地表分水岭为 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 14 页 界，局部可与延河泉域沟通；西南边界为晋城小山字型构造前弧的西段，该段东西向地堑构 造有一定阻水作用。总之，泉域边界基本与丹河流域边界一致，面积约 2813.48km2。地理范 围包括晋城城区、高平、陵川、泽州等县市。 泉水补给方式：1.东部大面积裸露可溶岩区降水入渗补给；2.西部砂岩区地表径流线状 渗漏补给，包括任庄水库以下至小会，河水入渗及任庄水库漏水，据他人统计资料，日均漏 失量 5926.8m3。 岩溶水动力场：在泉域东侧地下水以 5.56的水力坡度向中部集中，在晋城以北 (本井田包括在内)广大区域内,水力坡度 1；晋城以南，泉域地下水进入排泄区，水力坡度 变陡，为 8.7。中部水力坡度较小，区域面积巨大，约 100km2，地下岩溶水丰富。井田内 所有水源井出水量可观，便是证明。据 25 号水源井 2000 年观测资料，水位标高 580m，出 水量可达 2000 m3/d。 区域地下水，除上述深部奥灰岩溶水外，还有中层石炭系薄层中厚层石灰岩裂隙岩溶 水和二叠系砂岩裂隙水，上层冲积层孔隙水和风化壳裂隙孔隙水。冲积层和风化壳水属潜水， 其余中层和深层水都是承压水。 1.5 煤层矿井涌水量估算煤层矿井涌水量估算 3 号煤层上部含水层及水体包括地表水体、水系，冲积层孔隙水， 风化壳孔隙水，山 西组砂岩裂隙水等。根据井下出水情况，地表水体、冲积层、风化壳潜水等对采煤影响不大。 砂岩裂隙水在开采过程中时有渗水淋滤发生，因而，3 号煤层开采过程中的涌水量主要是砂 岩裂隙水。 用“大井法”求 3 号煤层涌水量 选用潜水涌水量公式： q=1.366k(2hm-m2h2)/(lgr-lgr) (1) 式中：q估算开拓范围的预计涌水量(m3/d) k渗透系数(m/d)，选用 450 孔资料：0.342 h水头高度，82.42m m含水层厚度，63.64m h含水层疏干为 0 r引用影响半径(m) r=r0+r r=f/ r0=2skh (s=h) f估算储量面积 将上述各数代入(1)式，求得 q=8108m3/d。 按 19992002 年日产量平均数计，吨煤含水系数为 0.9，与凤矿实际含水系数 (0.471.23)接近。 1.6.煤层特征煤层特征 1.6.1 煤层群层数煤层群层数 一、含煤性 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 15 页 井田内主要含煤地层为山西组和太原组，总厚 141.48m，含煤 13 层，煤层总厚 14.25m，含煤系数为 10.07%。 山西组厚 58.25m。含煤 4 层，编号为 1、2、3、4 号，煤层总厚 7.08m，含煤系数为 12.15%。其中 1、2、4 号煤层均不可采，唯 3 号煤层为主要可采煤层，平均厚 6.10m，可采 含煤系数为 10.47%。 太原组厚 83.23m。含煤 9 层，编号为 5、7、8-1、8-2、9、11、12、13、15 号，煤层总 厚 7.17m，含煤系数为 8.61%。其中 9、15 号为主要可采煤层，其余各煤层均不可采。可采 总厚 3.97m，可采含煤系数为 4.77%。 1.6.2 煤层的围岩性质煤层的围岩性质 可采煤层情况详见表。 表表 1-2 可可 采采 煤煤 层层 情情 况况 一一 览览 表表 地 层 单 位 统组 可采含 煤系数 (%) 煤号煤 厚(m) 间 距(m) 结 构 厚度变 异系数 (%) 可 采 性 指 数 稳 定 性 可 采 性 下 二叠统 山 西组 10.473 4.549.63 6.10 简 单 101 稳 定 可 采64.52 9 0.806.00 1.70 简 单 381 较 稳 定 可 采 上 石炭统 太 原组 4.77 15 0.985.50 2.27 29.42 简 单 较复 杂 311 较 稳 定 可 采 (一)3 号煤层 位于山西组中下部，上距 k10砂岩约 100m 左右，上距 k8砂岩约 31m 左右，下距 k7砂 岩 16m 左右，下距 9 号煤层约 64m 左右。煤厚 4.549.63m，平均 6.10m。煤层结构简单， 含 03 层泥岩或炭质泥岩夹矸。其厚度变异系数()为 10%，可采性指数(km)为 1，属稳 定可采的厚煤层。该煤层的控制及研究程度均较高。 顶板为炭质泥岩、泥岩、砂质泥岩，局部为粉砂岩、砂岩。炭质泥岩的抗压强度为 135kg/cm2，普氏硬度系数为 1.45，单向抗拉强度为 8.1kg/cm2。 底板为泥岩、砂质泥岩，有炭质泥岩伪底。砂质泥岩的抗压强度 688kg/cm2，普氏硬度 系数为 6.3，软化系数 0.705。老底砂岩的抗压强度 614kg/cm2 (二)9 号煤层 顶板：深灰色石灰岩(k4 上)，厚 0.153.65m，平均 0.96m。抗压强度 1527kg/cm2，为稳 定性顶板。有时相变为砂质泥岩，抗压强度大大降低，给顶板管理增加很大难度。 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 16 页 底板：黑色炭质泥岩、泥岩、砂质泥岩，质地疏松易碎，遇水软化后成泥糊状。一般 厚 2.51m，属多层结构层组。根据山西省地质矿产局 1991 年的样品人工重砂分析，该层为 炭质高岭石粘土岩。抗压强度 154kg/cm2，属不稳定性底板。 (三)、15 号煤层 顶板：深灰色石灰岩(k2)，致密性脆，夹燧石条带，含丰富的动物化石。厚 1.2817.85m，平均 9.11m。抗压强度 1572 kg/cm2，是极为稳定的不易冒落的顶板。 底板：灰色铝土质泥岩、灰黑色砂质泥岩、泥岩，局部夹粉砂岩或细粒砂岩。多层结构 层组。在含铝土质较高的地段，具可塑性，遇水易膨胀变软。抗压强度 391kg/cm2，属中 等不稳定性底板。 1.6.3 煤的特征煤的特征 根据煤岩和煤化学特征，井田内各煤层均属高变质的无烟煤，按“中国煤炭分类国家标 准”(gb575186)划分煤类，并经统计，3 号煤层有 53%属无烟煤三号，其余均属无烟煤二 号；9、15 号煤层由于埋深加大，变质增高，无烟煤三号下降为 25%左右，75%左右为无烟 煤二号。全井田属区域岩浆热液变质类型，煤质变化较简单。9、15 号煤层为中硫分煤(ms) (st,d=1.51%.%)和中高硫煤(mhs)(st,d=2.01%3.00%)，其脱硫效果是制约煤炭综合 利用的主要瓶颈。 表表 1-3 主主 要要 标标 志志 层层 情情 况况 一一 览览 表表 地层 单位 标志层 号 岩石名称厚 度(m)层间距(m)岩 性 特 征 p1xk8细粒砂岩3.006.00灰、深灰色细中粒长石石英杂砂岩。 31.20 3煤 4.549.63 6.10 厚度大且稳定。 15.88p1s k7细粒砂岩 1.0111.08 5.07 深灰色薄层状细粒砂岩，具波状层理。 4.37 k6石灰岩 0.503.02 0.86 深灰色，夹似层状燧石。 9.57 k5石灰岩 0.4010.89 3.58 深灰色，致密坚硬，含方解石脉及小斑晶， 产丰富的动物化石。层位稳定。 24.23 k4 上 石灰岩 0.153.65 0.96 深灰色，为 9 号煤直接顶，含动物化石。 4.21 k4石灰岩 0.984.99 1.48 深灰色，坚硬致密，质不纯，具星点状黄 铁矿。含丰富的动物化石。 8.46 k3石灰岩 0.975.50 2.68 深灰色，致密坚硬，偶夹燧石条带，含黄 铁矿。产动物化石。 5.18 c3t k2石灰岩 1.2817.85 9.116.54 深灰色，致密性脆，夹燧石条带，中部含 泥质。含丰富的动物化石。厚度大且稳定。 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 17 页 k1细粒砂岩02.00灰深灰色细粒石英砂岩，硅质胶结，坚硬。 总的讲，3 号煤以光亮型煤为主，半亮型煤为辅。煤为黑色，条痕亦为黑色，断面呈贝 壳状，不染手，金刚似金刚光泽，坚硬致密，坚固性系数为 1.08。煤的真(相对)密度和视 (相对)密度分别为 1.601.62 和 1.50 左右。孔隙率 11.9(表 4-2-1)。 表表 1-41-4 3 3 号煤下部软煤的部分物理性能表号煤下部软煤的部分物理性能表 真(相对) 密度 视(相对) 密度 含水率 (%) 孔隙率 (%) 坚固性系 数 1.621.505.1011.91.08 由于煤本身致密坚硬，加之煤层结构简单，宏观煤岩类型结构简单(图 4-2-1)，再加井田 内构造简单，煤层受挤压、剪切力小，所以，3 号煤成块率高，产块率高达 70%左右(见表 4-2-4)。据山东矿院白俊仁教授的资料，3 号煤大块煤(50100mm)的抗碎强度在 84.5%93.4%之间，属高强度煤。3 号煤的哈氏可磨性指数在 3245 之间。 应该指出的是，3 号煤接近底部常有 1 层厚约 0.500.60m 的软煤，外观破碎，不见层 理、构造，光泽和颜色有别于正常煤，用手或器械轻轻抠或刨即落下，而不成块。 9、15 号煤的煤岩特征和机械性能与 3 号煤相近。但在外观上常见黄铁矿结核和晶体， 特别是 15 号煤。由于变质和灰分的增加，煤变的更加致密，真(相对)密度和视(相对)密度略 有增加，而煤的孔隙率略有下降。煤的产块率亦很高(表 4-2-2)。 表表 1-51-5 大样大粒度大样大粒度(mm)(mm)产率表产率表(%)(%) 1005050252513煤 号 采 样 点100 本级累计本级累计本级累计 3斜 井20.0114.8934.9014.6849.5721.1470.71 91306 工作面50.1214.5764.69 9 临 泽 矿33.5411.0344.5713.4458.0213.8171.83 15黄 头 矿29.697.9437.647.8745.5011.7557.25 井田内 3 层煤的共同特点是：灰分低，比较好选，含矸率低，全水分低，磷含量低，挥 发分低，固定碳和热稳定性特高(优)，抗碎强度高，产块率高，3 号煤硫分特低，9、15 号 煤硫分较高，但大部分硫分可洗掉。据此，凡粒度13mm、st,d75%)的标准。 应用基低位发热量是评价煤热值的最好指标，应用基高位发热量次之，空气干燥基低位 发热量和空气干燥基高位发热量又次之。3 号煤的大块、中块和小块煤的空气干燥基低位发 热量在 24.2831.93mj/kg 之间(表 4-2-4)；原煤空气干燥基高位发热量平均为 30.31mj/kg。 洗煤挥发分、碳含量、氢含量和氧含量的平均数分别为 5.46%、93.04%、3.07%和 2.36%， 高碳、低挥发分、低氢、低氧反映了煤的 变质程度很高。3 号煤一半以上为无烟煤三号(wy3)，一半以下为无烟煤二号(wy2)。 3 号煤灰成分中的 sio2、al2o3、fe2o3分别为 45.47%、38.72%、5.03%，高 al2o3和低 fe2o3的特征符合远海型煤的特点。煤灰熔融性软化温度(st)为 1466，属较高软化温度灰 (rhst)。 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 19 页 2 井田境界和储量井田境界和储量 2.1 井田境界井田境界 井田划分是矿区总体设计的一项重要任务，划分时要保证各井田都要有合理的尺寸和境 界，使煤田各部分都能得到合理的开发。应根据地质构造、储量、水文、煤层赋存状况、煤 质分布规律、开采技术条件、矿井生产能力和开拓方式，并结合地貌地物等因素，进行技术 分析后确定。具体的划分方法一般为： 1按地质构造划分：以大断层、大的褶曲轴和岩浆岩侵入区、无煤带等划分； 2按煤层的赋存形态划分：为便于不同矿井划分水平，通常按煤层赋存的深浅划分， 即按某一标高划分，有时也按煤层的不同产状，结合储量划分井田； 3按煤质、煤种分布划分：在煤质和煤种变化较大的矿区，为了减少同一矿井开采煤 质和煤种的类别，应尽可能考虑以煤质、煤种分界线划分井田境界； 4. 按地形地物界线划分：对于需要井下留煤柱保护的河流、湖泊、水库、铁路和建筑 物，可以考虑以保护煤柱为界划分井田； 5人为划分井田：不受自然和地质条件限制时，可以认为划定井田界限。 煤层赋存状况 2.1.1 井田范围井田范围 北以 1、2 号点连线为界，南与古书院矿相接，东与王台铺矿为邻，西至白马寺逆断层， 东西宽约 4.0km，南北长约 9.0km，面积 29.3485km2 煤层状况赋存图 优 凤补38 优 优 补264 优 优 补54 补258 优 优 优 优 优 补255 优 优 巴公1井检 优 优 优 优 凤46 优 优 优 优 优 补(1)249 优 优 优 优 优 优 优 优 优 凤补31 优 优 优 优 优 优 优 凤补27 优 优 凤补32 优 凤补33 优 凤补28 优 凤补22 凤补24 优 凤补36 凤补35 优 优 凤补39 优 凤57 优 优 凤56 优 凤83 优 优 优 优 优 凤43 凤256 优 优 凤51 凤补19 优 优 优 优 凤48 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 凤80 优 优 优 凤78 优 凤77 优 凤84 优 优 优 优 凤90 凤89 优 凤86 优 优 优 优 优 优 凤补40 凤补29 优 凤55 优 优 凤补17 优 凤53 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 优 x4 43 3943. 5 3942. 5 3941. 5 3940. 5 3939. 5 3938. 5 3937. 5 3936. 5 533. 0 532. 0 531. 0 530. 0 529. 0 528. 0 3937. 5 3938. 5 3939. 5 3940. 5 3941. 5 3942. 5 3943. 5 3944. 5 3945. 5 3946. 5 3944. 5 532. 0 533. 0 534. 0 535. 0 536. 0 537. 0 700 690 680 680 680 690 660 690 700 690 670 665 750 740 730 720 710 680 640 650 660 640 650 660 670 680 700 670 680 690 700 710 710 715 690 700 740 670 680 680 710 660 670 640 660 710 720 720 730 720 720 710 670 680 680 660 700 690 680 750 650 750 740 720 730 700 690 680 670 660 650 710 690 630 740 720 670 670 710 720 740 680 670 680 665 650 690 670 优 优 中国矿业大学 2013 届本科生毕业设计 第 20 页 2.2 矿井工业储量矿井工业储量 矿井工业储量是指矿井井田边界范围内，通过地质手段查明的符合国家煤炭储量计 算标准的全部储量，又称矿井总储量。它不仅反映了煤炭资源的埋藏量，还表示了煤炭的质 量。 本井田采用块段法计算的各级储量，块段法是我国目前广泛使用的储量计算方法之一。 块段法是根据井田内钻孔勘探情况，由几个煤厚相近钻孔连成块段。根据此块段的面积，煤 的容重，平均煤厚计算此块段的煤的储量，再把各个经过计算的块段储量取和即为全矿井的 井田储量。 本井田主要可采煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，且工程点分布比较均匀， 故资源/储量估算方法采用地质块段的算术平均法，由计算机直接估算。 计算公式：q=smd/ cosa 式中：q块段的资源/储量（万 t） 。估算结果以万 t 为单位，保留一位小数； s块段的水平面积 k（m2） 。由于煤层倾角均小于 10，故采用水平投影面积作为资源 /储量的估算面积； m块段的煤层资源/储量估算平均厚度（m） 。由于煤层倾角均小于 10，故用煤层伪 厚度（铅垂厚度）作为资源/储量的估算厚度，参与资源/储量的估算。 d煤层的视（相对）密度（t/m3） 。根据王台铺井田煤矿精查（补充）勘探地质报告 知，3 号煤层均采用 1.45 t/m3。 a煤层的平均倾角取 8 矿井的工业储量 q=29.34856.101.45/cosa =26213.86 2.2.1 矿井保护煤柱留设矿井保护煤柱留设 1、工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不 留设保护煤柱； 2、各类