安全工程毕业设计（论文）-古书院煤矿3.2Mta新井通风安全设计（含全套CAD图纸）

目目 录录 全套全套 CAD 图纸，联系图纸，联系 153893706 一般部分：一般部分： 1 矿井概述及井田地质特征矿井概述及井田地质特征.1 1.1 矿井概况.1 1.1.1 交通位置1 1.1.2 地形、地貌2 1.1.3 河流及水体2 1.1.4 气象及地震2 1.1.5 矿区经济概况2 1.1.6 水源及电源2 1.2 井田地质特征.3 1.2.1 井田位置、地层、煤系地层概述3 1.2.2 井田区域及地质构造7 1.2.3 水文地质8 1.2.4 其它有益矿物9 1.3 煤层特征.10 1.3.1 煤层10 1.3.2 煤层顶、底板11 1.3.3 煤质11 1.3.4 煤尘爆炸性13 1.3.5 煤的自然倾向性及瓦斯含量14 2 井田开拓井田开拓.15 2.1 井田境界及可采储量.15 2.1.1 井田境界15 2.1.2 可采储量17 2.1.3 矿井设计生产能力及服务年限19 2.2 井田开拓.20 2.2.1 井田开拓的基本问题21 2.2.2 矿井基本巷道27 2.2.3 大巷运输设备选择37 2.2.4 矿井提升39 3 采煤方法及带区巷道布置采煤方法及带区巷道布置.43 3.1 煤层的地质特征.43 3.1.1 煤层埋藏条件43 3.1.2 煤质与地质情况43 3.2 带区巷道布置及生产系统.44 3.2.1 带区准备方式的确定44 3.2.2 带区数目及位置44 3.2.3 带区巷道布置44 3.2.4 带区主要生产系统44 3.2.5 带区主要硐室45 3.2.6 确定带区生产能力和采出率45 3.3 采煤方法.47 3.3.1 带区煤层特征及地质条件47 3.3.2 采煤工艺方式47 3.3.3 回采巷道布置57 4 矿井通风矿井通风.60 4.1 矿井通风系统选择.60 4.1.1 选择矿井通风系统的原则60 4.1.2 矿井主要通风机工作方法的确定61 4.1.3 确定矿井的通风方式61 4.2 带区通风.64 4.2.1 带区通风系统的要求64 4.2.2 工作面通风方式的选择64 4.2.3 工作面风流方向的选择65 4.2.4 通风构筑物66 4.2.5 回采工作面风量67 4.2.6 带区通风系统的评价69 4.3 掘进通风.69 4.3.1 掘进通风方式的确定69 4.3.2 掘进工作面所需风量计算71 4.3.3 掘进工作面设备选择71 4.3.4 掘进通风技术管理和安全措施73 4.4 矿井总风量.74 4.4.1 风量计算的原则和方法74 4.4.2 确定矿井总风量74 4.4.3 矿井风量分配75 4.5 矿井通风阻力.77 4.5.1 矿井通风阻力计算原则77 4.5.2 矿井通风容易时期和困难时期路线的确定77 4.5.3 矿井通风容易和困难时期的通风网路图及立体图78 4.5.4 容易和困难时期阻力计算82 4.5.5 矿井总风阻及总等积孔的计算85 4.6 矿井主要通风机选型.86 4.6.1 主要风机选型原则86 4.6.2 矿井主扇静风压与工作风量86 4.6.3 主要通风机实际工况点确定88 4.6.4 电动机选型90 4.6.5 矿井主要通风设备的配置及要求90 4.7 矿井反风措施及装置.91 4.7.1 矿井反风的目的及意义91 4.7.2 主扇的附属装置91 4.7.3 通风机房布置图93 4.8 概算矿井通风费用.93 4.8.1 电费93 4.8.2 设备折旧费94 4.8.3 材料消耗费94 4.8.4 通风工作人员工资费用94 4.8.5 专为通风服务的井巷工程折旧费和维护费及其他费用94 4.8.6 矿井的吨煤通风费用95 5 矿井安全技术措施矿井安全技术措施.96 5.1 采煤面传感器的设置.96 5.1.1 甲烷传感器的设置96 5.1.2 其它传感器的设置97 5.2 带区掘进工作面（煤巷）传感器的设置.98 5.2.1 甲烷传感器的设置98 5.2.2 其它传感器的设置98 5.2.3 风瓦斯电闭锁功能99 5.3 矿井其它地点传感器的设置.101 5.3.1 其他位置甲烷传感器的设置101 5.3.2 一氧化碳传感器的设置102 5.3.3 风速传感器102 5.3.4 开关量传感器的设置102 5.3.5 温度、烟雾及风压传感器的设置103 专题部分：专题部分： 煤矿瓦斯抽采及利用现状煤矿瓦斯抽采及利用现状.104 翻译部分：翻译部分： 英文原文.121 中文译文.129 参考文献参考文献.135 致致 谢谢.136 一 般 部 分 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页 1 矿井概述及井田地质特征 1.1 矿井概况 1.1.1 交通位置交通位置 古书院矿位于山西省东南部，沁水煤田的东南缘，晋城市区北侧 1km 处，行政隶属 晋城市管辖。其地理座标为东经为 11248341125256，北纬 353033353415。 井田东部有太原焦作铁路经过。本矿专运线 5 km 与晋城北站接轨，向南经月山， 新乡分别与焦枝、京广线相通。207 国道从井田东部经过，与 207 国道平行的有晋城长 治高速公路，晋城阳城、晋城焦作、长治邯郸高速公路已建成通车，晋城济源 高速公路正在建设中；省级公路四通八达，交通甚为方便见图 1.1。 图图 1.1 古书院井田位置示意图 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页 1.1.2 地形、地貌地形、地貌 古书院井田位于太行山西侧的南端，总的地形是西北高，东南低，系丘陵起伏的缓 波状地形。井田内地形以构造剥蚀中低山为主，西北高，东南低。最高峰方山海拔 1054.8 米，一般标高在 700-800 米之间。由方山向东南经白马寺山、大岭头一线为地表分 水岭，其东北部为北石店盆地，西南部为钟家庄盆地，地表北部一般为基岩出露，南部 为黄土覆盖，地貌属低山丘陵。 1.1.3 河流及水体河流及水体 晋城市属黄河流域沁河水系。 井田内无常年迳流的地表水系，均为季节性河流。雨季流量较大，西南部大气降水 经晋城西河、古书院河、晋城东河流入钟家庄盆地，经白水河流经孔庄注入丹河，东北 部大气降水汇入刘家川河、司徒河向东于背荫汇流经水东注入丹河。 1.1.4 气象及地震气象及地震 本区属太行山西侧山间盆地，属暖温带大陆性气候。四季分明，温和宜人，日照充 足。秋季多西北风，春夏季多东南风。年最小降雨量 296mm，最大降雨量 1010mm，平 均 686.10mm。降雨量集中在 7、8、9 三个月。蒸发量一般为降雨量的 23 倍。气温一 般较高，日最高温度达 38.6，最低气温22.8，平均气温达 11。无霜期较长，全 年约 180 天。冻结期为 11 月至次年 2 月，最大冻土深度一般为 43cm，最大积雪厚度为 21cm。风力不大，一般 34 级，最大 6 级。 历年地震资料及文献记载，晋城地区未发生过 5 级以上的破坏性地震。外围强震的 波及曾对本区造成房屋倒塌，人畜伤亡。据山西省地震局 1978 年省震字第 29 号文关 于颁发山西省地震基本烈度区划图及说明的通知，将本区划为六度地震烈度区。 1.1.5 矿区经济概况矿区经济概况 整个晋城矿区跨越晋城市和阳城、沁水两县，面积为 6795km。1985 年底统计资料 人口为 1184000 人。本区处于太行山西坡，土质比较肥沃，主要农作物有玉米、谷子、 小麦和高梁，由于农田水利基本建设发展较快，亩产水平逐年提高。工业主要有冶炼、 化肥、水泥、发电、农机、副食品加工及手工业等。往年年地方小煤矿发展较快，1985 年资料统计小煤矿民发展到 468 处，原煤产量达到 970.1 万 t。 1.1.6 水源及水源及电源电源 1）水源 古书院矿现有自备水源井 6 眼，分别是下平房水源井（3 号） 、水塔水源井（14 号） 、 西风井水源井（15 号） 、南风井水源井（26 号） 、34 号家属楼南水源井（28 号） 、32 号家 属楼东水源井（1 号） 。6 个水源井全部采用深井潜水泵吸取中奥陶统深层水作为永久水 源，日均取水量约为 8000m，年提水量约为 292 万 m。 古矿现供水情况地面由 1 号、3 号、14 号、28 号水源井供给，井下用水由 15 号、26 号水源井供给，并于 2001 年对该矿地面和井下用水进行了互联网。当地面和井下任何一 方用水出现紧张时，可由另一方进行补充，从而缓解了用水紧张的状况。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页 根据晋城市水环境监测中心分析测试结果报告单，除西风井总硬度、硫酸根稍高以 外，其余测定项目全部符合 GB574985 生活饮用水标准。各水井情况详见表 11。 表表 1.1 古书院矿水源井情况一览表 w水源井位置 涌水量 （m3/h） 近期取水量 （m3/h） 成井时静水位 （m） 近期静水位 （m） 水位升降 （m） 132 号楼东6060129.00137.048.04 3下平房90110121.78167.3444.56 14水塔60110152.50181.3028.80 15西风井6260213.80238.3024.50 26南风井7460276.55297.6021.05 28东区 34 号楼南8080168.26178.4110.15 2）供电 （1）地面供电： 古书院矿 35 千伏变电所原有 5600 千伏安变压器两台，82 年第一次扩建主变容量不 够，增订为 10000 千伏。35 千伏安供电线路也做了相应改动，由凤凰山矿 35 千伏变电所 送古矿 35 千伏变电所一回线路，另从王台铺矿 35 千伏变电所送古矿一回线路，形成老 区三矿环形供电，凤矿电源由两回路输电线引自巴公电厂同地区电网相连。 第一次矿井扩建，对 35KV 变电所的 6KV 配电室做了扩建，现有 GG1A 高压盘 28 块，BSL1A 低压盘 7 块。 地面生产系统分筛分楼和 35 千伏变电所两个配电点分别装有 5602 千伏安变压器， 地面生活区及其它用电，共计装有大小 12 台变压器（2060 千伏安） 。 （2）井下供电： 下井主电缆为 ZLQ203185 两回路，第一次扩建改为 VV298240 双回路到井下中 央变电所，东、西两翼分别由 ALQ203150，VV293150 做干线电缆。 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田位置、地层、煤系地层概述井田位置、地层、煤系地层概述 古书院井田位于沁水煤田东南部，晋城矿区东部，井田内基岩主要分布于井田北部、 西北部山梁及中南部沟谷零星地段，新生界覆盖层主要分布在井田中南部、东部的丘陵、 低洼地带及沟谷两侧。 1）根据地表露头和钻孔揭露资料，井田内沉积地层由老至新分述如下： （1）奥陶系中统（O2） 下马家沟组（O2x） 以中厚层状石灰岩为主，下部夹泥质灰岩和含石膏的泥质角砾状灰岩，中下部岩溶 发育，呈蜂窝状小溶洞相互连通，一般可见岩溶比较发育的层段 13 层，溶洞内可见黄 褐色沉淀物。最高的岩溶层距奥灰顶界 264.27377.00m，岩溶层段总厚 8.7064.59m， 平均 31.69m。本组钻探揭露最大厚度 178.32m。 上马家沟组（O2s） 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页 以浅灰深灰色致密性脆的厚层状石灰岩为主，次为泥质灰岩，具方解石细脉。本 组厚 177.04254.13m，平均 207.96m。 峰峰组（O2f） 以深灰色坚硬致密的厚层状石灰岩及角砾状灰岩为主，夹有薄层泥灰岩。本组厚 42.7986.13m，平均 68.38m。 7.77 4.70 7.0 1.01 8.60 0.30 16.60 3.46 0.35 7.42 1.50 12.75 1.55 1.00 10.65 6.92 7.0 16.15 26.95 pz 中粗粒砂岩 砂质泥岩 9号煤层 泥 岩 砂质泥岩 K4石灰岩 砂质泥岩 K3石灰岩 薄 煤 砂质泥岩 砂质泥岩 K2石灰岩 3号煤层 K1石灰岩 砂质泥岩 砂 岩 15号煤层 砂 岩 铝土质泥岩 石灰岩 系 叠 二下 统 山 西 组 石 炭 系 上 统 原 太 组 古 生 界 PP1P1s C3C3t C C2C2b OO2 溪 中本 统组 中 统 奥 陶 系 14.75砂 岩 地层单位 界系统组 层 厚 （米） 柱 状 图 1 ：5000 岩 石 名 称 图图 1.2 煤层综合柱状图 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页 （2）石炭系（C） 中统本溪组（C2b） 大部出露于白马寺逆断层之东侧下降盘西部边缘。由含铝质较高的红色及灰白色泥 岩组成，中夹薄层砂质泥岩、细砂岩。底部为山西式铁矿。本组厚 0.7085.5m，平均 43.1m，与下伏奥陶系呈平行不整合接触。 上统太原组（C3t） 出露于白马寺断层东侧，为井田主要含煤地层之一。由灰黑深灰色泥岩、砂质泥 岩、灰色砂岩、57 层石灰岩和 69 层煤层组成。底部以一层灰白色中细砂岩（K1）与 本溪组分界。井田内 K1砂岩极不稳定，大部相变为深灰色泥岩。全组厚 51.23m116.17m，平均 83.70m，与下伏地层呈整合接触。 （3）二叠系（P） 下统山西组（P1s） 为井田主要含煤地层之一。井田内出露较多，但均零星不完整。以灰白色砂岩为主， 中夹灰色及深灰色泥岩、砂质泥岩及煤层。底部为一层不太稳定的中粒砂岩。本组厚 38.02m81.21m，平均 54.48m，与下伏地层整合接触。 下统下石盒子组（P1x） 主要出露在井田内较高的山腰处。由灰、灰绿色细中粒砂岩，灰、黄绿色的砂质 泥岩、泥岩组成。底部为一层厚 5m 左右的中细粒长石石英砂岩（K8） ，为与山西组的 分界标志。顶部为一层粉红色铝质泥岩，含鲕粒，俗称“桃花泥岩”，层位稳定，为良好的 地层对比标志。本组厚 50.0778.60m，平均 53.86m。 上统上石盒子组（P2s） 本组为一套陆相碎屑岩沉积，井田西北部有大面积出露。根据岩性组合特征，可划 分为三段： 一段（P2s1）：分布于井田西北部较大沟谷两侧，由黄绿、灰绿、紫红色细粒砂岩、 砂质泥岩、泥岩组成。底部为一层中细粒长石石英杂砂岩（K10） ，泥质胶结，具交错层理。 与下伏下石盒子组呈整合接触。平均厚度 85115m，平均 99.30m。 二段（P2s2）：分布于井田西北梁坡之处。由浅黄、黄绿色砂岩、泥岩、砂质泥岩组 成。夹有数层灰绿、黄绿色中粗粒长石石英杂砂岩，中下部夹一薄层褐铁矿层，底部以 一层灰绿色中粒长石石英砂岩（K11）与一段分界。 二段（P2s3）：井田北部方山山顶有少量分布，属本段底部层段。岩性为黄绿色厚层 状中细粒砂岩（K12） ，井田内该段中上部多被剥蚀，最大残留厚度 10m 左右。 （4）上第三系上新统（N2） 为深红色粘土、亚粘土，含砂量较多，可见锰铁质黑色斑点，含钙质结核 35 层。 在井田中部和东北部丘陵地带有零星出露，厚度 08m，与下伏地层不整合接触。 （5）第四系（Q） 分布范围较广，与地形起伏相一致，厚度由山梁向边坡递增，最厚达 49.53m（205 孔） ，沉积物以红土、黄土为主，冲积物为砂砾层。 中更新统（Q2） 井田内大片分布，为浅棕黄色亚粘土、砂质粘土。含有灰白色钙质结核，俗称“姜结 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页 石”，多呈似层状分布，与下伏地层呈不整合接触。本统厚度 040m。 上更新统（Q3） 井田内广泛分布，为灰黄色亚砂土、粉砂土，垂直节理发育，野外常形成黄土陡坎， 底部含砾石层，厚度 025m。 全新统（Q4） 为砂卵石、砂土堆积的现代冲积洪积层，厚度 010m，主要分布于较大沟谷中的河 床、河漫滩及两侧一级阶地。 2）含煤地层 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） 。 （1）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 9 层，自上而下编号为 5、6、7、8、9、11、12、13、15 号，其中可采 2 层（9、15 号） 。发育 57 层石灰岩，由下而上分别称为 K2、K3、K4、K4 上、K5下、 K5、K6，含丰富的蜒、腕足类化石。泥岩、砂质泥岩中都含有丰富的植物化石碎片。底 部有一层鲕状结构的砂质泥岩与本溪组相分。全组厚 51.23m116.17m，平均 83.70m， 与下伏地层呈整合接触。K1K4四层灰岩分别是： K1灰岩：位于太原组中部，是 9 号煤层的底板，全区稳定，厚 7.5411.38m，一 般 9m 左右，深灰色，致密坚硬，顶部含似层状燧石条带为其特征，中部含泥质，裂隙中 充填有方解石细脉。含有丰富的动物化石。厚度大且稳定，是岩、煤层对比的主要标志 层之一。 K2灰岩：位于 K1上部约 6m，厚 1.803.84m，一般厚 3m，呈深灰色，性脆质硬， 含少量燧石结核。裂隙被方解石充填，产动物化石。 K3灰岩：位于太原组中上部，K3灰岩上距 K4约 17m，下距 9 号煤层仅隔一层薄煤 和一层 7m 左右的泥岩，一般厚 1m 左右，最厚达 2.8m，呈灰色，致密坚硬，含少量燧石 结核。有时相变为钙质泥岩、砂岩。含丰富的动物化石。 K4灰岩：区内多数钻孔见到，不太稳定，有时相砂岩或砂质泥岩等。上距 3 号煤 层 813m，厚 0.50m 左右。当山西组与太原组分界标志层不稳定时，可作为划分地层的 辅助标志层。 （2）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 3 层，自上而下编号为 1、2、3 号，其中 3 号煤为主要可采煤层。本组厚 48.0281.21m，平均 54.48m。 K7砂岩：厚 014.00m，平均 2.00m。深灰色薄层状细粒砂岩，具波状层理。有时 相变为砂质泥岩、泥岩。 K7砂岩顶3 号煤层底：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，含植物碎片化石。顶部为一层灰黑色炭质泥岩，厚 1.01m 左 右。 3 号煤层：俗称“香煤”。厚 1.102.00m，平均 1.55m。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。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 7 页 泥岩、砂质泥岩：厚 3.6013.34m，平均 4.70m。灰黑色，有时与粉砂岩、细粒砂 岩呈互层状。产植物化石碎片。 砂岩：厚 026.78m，平均 7.77m。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。 砂质泥岩：厚 3.3814.95m，平均 9.35m。灰灰黑色，夹粉砂岩及细粒砂岩。产 植物化石碎片。 2 号煤层：厚 00.50m，极不稳定。 砂质泥岩：厚 5.1015.30m，平均 8.87m。灰灰黑色，夹粉砂岩及细粒砂岩。产 植物碎片化石。 1 号煤：厚 00.40m，极不稳定。 砂质泥岩：厚 1.6017.90m，平均 8.00m。灰黑色，夹砂质泥岩和粉砂岩。产植物 碎片化石。 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。后由于地壳相对稳定，为煤炭沉积提供了良好的条件，发育了稳定性好、厚 度大、含硫低的 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。 1.2.2 井田区域及地质构造井田区域及地质构造 1）区域构造 古书院井田位于沁水煤盆地东南缘、太行经向构造体系的复背斜南端西翼。从地质 力学角度分析，位于新华夏系第三隆起带（太行隆起）与秦岭纬向构造带的复合部位。 主要构造形迹有： （1）新华夏系构造，斜穿矿区中部，南起晋城石盘村，北达长治以北，由一系列褶 皱和压扭性断裂组成，影响带宽度 1620km。由于褶皱隆起的存在，将晋城矿区分为东 西两个含煤区。 （2）近南北经向构造，一是合涧上八里复式背斜，主轴位于陵川县东部，呈 NE810方向展布。二是沁河复式向斜，位于矿区西部、阳城、郑庄、马必一带。总体 为一 NE 向的复式向斜，在两翼发育一系列次级褶皱。在町店、阳城一定轴向由南北偏转 为西南，与东西向构造相联合。 （3）东西纬向构造，位于矿区南部，为一长达百余千米，宽 610km 的断裂褶皱带， 中段与新华夏系呈截接复合关系。 （4）晋东南山字型构造，西起曲沃、绛县一带，东至辉县、汲县，北至安泽、长子 一线，南到济源、沁阳一带，东西长约 220km，南北宽约 100km，轴部大体展布在屯留、 长子、高平一线以西，沁河以东，张店至常店的范围内，于周村北一带消失，晋城矿区 位于轴部的南端。 2）井田构造 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 8 页 受区域构造影响，本井田地质构造以宽缓褶曲为主，地层倾角 28，伴生一条大型 边界断层和一些落差不大的小型断层和陷落柱，叙述如下： （1）褶曲 根据地表露头和井下巷道揭露，本井田内共发育大小褶曲 20 条，其中向斜 10 条， 背斜 10 条，分述如下： 二仙掌向斜（S1）：于白马寺逆断层东侧，轴向 NE1222，南起晋普山井田， 经北岩井田，进入本井田，其轴部在本井田大致沿古补 71 号孔-142 号孔-137 号孔-补 43 号孔东延伸，向北于二仙掌村东伸入凤凰山井田，全长 20000m。西翼陡而狭，倾角 9 26，东翼平缓，倾角 6-8，受白马寺逆断层上升盘牵引成为极不对称的向斜。 石城沟背斜（S2）：轴向 NE1222，南起寨上，经北岩井田东部，进入本井田， 其轴部在本井田大体沿古 72 号孔-古 78 号孔-补 18 号孔-04 号孔-补 67 号孔-166 号孔方向 延伸，背斜全长 5000m，东翼倾角 812，西翼倾角 68。 方山向斜（S3）：轴部沿张岭村东-牛山村东-杨庄-老王圪套方向延入凤凰山井田， 纵贯古书院、凤凰山两井田，主体走向 NW1030，东翼倾角 68，西翼倾角 812， 全长 12000m。 大张村背斜：位于井田东部大张村附近，走向近南北，两翼倾角 3左右，全长 2500m。 王谷坨背斜：位于王谷坨村东，走向近东西向，两翼倾角 46，全长 1500m。 七岭向斜：位于大张村背斜东南（红庙岭一带） ，走向北西转近南北，全长 2000m。两翼倾角平缓，34。 孙村向斜：位于大张村与孙村之间。主体走向北东约 25，两翼倾角 5左右，全长 2000m，向北延入王台铺井田。 井田褶曲延伸长度均在 1000m 以上，幅度基本均在 3060m 之间。按褶曲长度和幅 度分类，井田褶曲大、中、小型均有分布。但从褶曲两翼紧闭程度分类，由于井田内褶 曲两翼夹角均大于 120，按照矿井地质工作手册 （1999）中分类标准，井田褶曲均属 平缓褶曲。一般说来，单斜构造和平缓褶曲对综采影响不大。 （2）断层 井田较大断层为西北边界处的白马寺逆冲断层，井田内地表未见其它断层。均为层 间错动的小断层，绝大多数断层落差在 2.50m 以下，仅个别达 5.609.40m，因属层间断 层，对主采煤层开采影响不大。现将井田西北边界处的白马寺逆冲断层叙述如下： 白马寺逆冲断层：为井田西北部的自然边界，地表断层处大部都被黄土覆盖，据局 部出露点观测资料，断层走向 N1525E，倾向 NW，倾角 70，断距 20-40m，该断层 属区域较大断层，由南部晋普山区延至本井田，延伸长度 20km 以上。该断层属边界断层， 且断层东侧部分资源已划归南坪煤矿开采，故白马寺断层对煤层开采基本无影响。 1.2.3 水文地质水文地质 1）地表水系 井田范围主要地表水系为古书院河，于井田西部由北向南穿过井田，为季节性河流， 其北段流量一般为 0.06m3/s，雨季受降水影响可急速增大至 0.60m3/s。该河南段因有矿坑 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 9 页 排水汇入，水量增大，流量可达 10.5107.8L/s。 2）主要含水层 （1）奥陶统中统岩溶裂隙含水层组 本井田奥陶系中统以中厚层状石灰岩为主，夹薄层泥质灰岩。富水段主要是上、下 马家沟组灰岩。钻孔中见有 13 层溶洞发育的层段，一般在上马家沟组中部和下马家沟 组上部和中部，厚约 3540m。PH 值为 7.37.9，暂时硬度为 13.1214.38（德国度） ， 永久硬度为 8.949.03（德国度） ，水质类型为低矿化度 HCO3SO4CaMg 型水，是本区 的主要供水水源。本井田范围奥灰水位标高约为 554.10594.0m。 关于奥陶系中统峰峰组，岩性主要为深灰色石灰岩、角砾状灰岩和泥灰岩，据古矿 7 个水源井揭露资料，峰峰组岩性致密，岩溶裂隙不发育，钻探中在峰峰组段均未发生漏 水现象，地质报告将峰峰组作为相对隔水层考虑，建议矿方应进一步收集资料或进行补 充勘查对峰峰组可否作为隔水层作出准确结论。 （2）石炭系灰岩岩溶裂隙含水层组 石炭系含石灰岩 57 层，其中含水层主要为 K2、K5石灰岩。K5灰岩含水层厚 04.61m。据 125 号孔抽水试验资料，单位涌水量为 0.038L/s.m，渗透系数 0.11m/d。K2 灰岩含水层厚 7.5411.38m，是 15 号煤层的直接顶，据井田南部 125 号和东北部 146 号 钻孔抽水试验，单位涌水量为 0.00270.213L/s.m。渗透系数 0.00430.705m/d。另据井 田西北部 2007 年补勘钻孔（古补 92、古补 95、古补 96）抽水资料，太原组含水层单位 涌水量为 0.0550.0119L/s.m，渗透系数为 0.0040.0082m/d，属富水性弱中等含水层。 水质类型为 HCO3SO4KNaCa 型水，PH 值 7.9，水位标高 762.40804.55m。由于埋 藏较深，太原组灰岩含水性较弱。 （3）二叠系砂岩裂隙含水层 二叠系含水层主要为 3 号煤层老顶砂岩及上、下石盒子组砂岩，含水性较弱。据 125 号和 143 号钻孔抽水资料，单位涌水量为 0.000320.0246L/sm，渗透系数 0.001450.118m/d，富水性弱。水质类型为 HCO3KNa 型水，水位标高 708.10889.73m。 （4）风化壳裂隙含水层 风化壳主要发育于二叠系地层裸露区或浅埋地带，风化壳深度 3050m，裂隙随埋 藏深度增加而减弱。一般地形较高处比较低处发育。其含水性多与地表汇水面积及风化 壳底部隔水层的隔水能力有关，水量大小不等。属弱中等富水含水层。 （5）第四系冲积层孔隙含水层 第四系孔隙潜水分布于较大沟谷地段。含水量较为丰富，在河床地带水量大，远离 河床则变小。一般含水层埋藏浅，直接接受大气降水补给，受季节影响大。大部富水性 微弱，局部富水性较强。水质类型为 HCO3SO4-Ca 型水。PH 值 7.17.5，潜水位深 1.356.95m。村民人畜用水多采自该潜水层，水质硬度小，基本符合 GB574985 饮用 水标准。 1.2.4 其它有益矿物其它有益矿物 本溪组有铝土岩，其下部有山西式铁矿。铝土岩可烧制陶瓷及耐火材料，铁矿石是 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 10 页 地方小高炉及冶炼厂的主要原料。煤中风氧化带内的腐植酸可加工肥料及提取药物。石 灰岩可供制造水泥，烧制石灰。煤矸石及石盒子组的砂岩可用作建筑材料。另外，煤层 中还伴生有稀散元素锗、镓等，但其品位不高。15 号煤层中的黄铁矿可提炼硫磺和黑矾。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层煤层 古书院井田含煤地层属石炭二叠纪。煤系地层总厚 123.68142.04 米。一般厚 132.24 米。共含煤 10 余层，煤层总厚 1315 米，含煤系数约 10。其中石炭系太原组 含煤八层，仅 9 号煤、15 号煤二层稳定可采，二叠系山西组含煤五层，仅 3 号煤层稳定 可采。煤层特征见表 13。 表表 1.2 可采煤层特征表 煤层号 煤层厚度（m） 最小最大 一般 夹石层数 最少最多 一般 层间距（m） 最小最大 一般 稳定程度 及可采情况 3 1.201.92 1.55 02 1 稳定可采35.64-45.5 40.6 9 2.8111.19 7.0 05 12 稳定可采 15 311 7 05 12 15.10-22.04 18.57较稳定可采 1）3 号煤层：位于山西组下部。下距 K4灰岩 9.61 米左右，距 9 号煤层 40.6 米左右。 煤层厚 1.201.92 米，平均 1.55 米左右，夹石 12 层，最多可达 5 层，多见于中下部， 煤层厚度变化不大，全区稳定可采（见表 14） 。到目前为止，3 号煤层已将近采完。其 伪顶为黑色泥岩或炭质泥岩，直接顶板多为灰黑色的砂质泥岩或粉砂岩，老顶多为灰色 厚层状砂岩，底板一般为灰黑色粉砂岩或炭质泥岩。 2）9 号煤层：是主要可采煤层之一，位于太原组中部的 K1与 K2灰岩之间。下距 15 号煤层 18.57 米左右。煤层厚 2.8111.19 米，平均 7.0 米，厚度变化较大。煤层顶板为 K2 灰岩，厚 1.5 米左右，底板为石灰岩，结构简单，全区稳定可采。 3）15 号煤层：位于太原组下部，煤厚 311 米，平均 7 米，厚度无明显变化规律， 夹石 12 层，最多达 5 层，夹石厚度一般在 0.5 米以下。其直接顶板为砂岩，厚度 6.92 米左右。底板以黑灰色炭质泥岩、铝土质泥岩为主。全区大部可采，属较稳定煤层。 表表 1.3 可采煤层稳定程度定量统计表 煤层号可采性指数标准差变异系数厚度分级稳定性 31000.190.13中厚稳定 91000.900.15厚稳定 15970.730.37中厚较稳定 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 11 页 4）煤层对比 本区 3 号煤层位于山西组，属陆相沉积，9 号、15 号煤层位于太原组，属海陆交互 相含煤沉积，各煤层厚度、层位、层间距稳定，煤质、物性、顶底板特征明显，对比依 据充分，因此，本矿区内煤层对比十分可靠。 1.3.2 煤层煤层顶、底顶、底板板 1）3 号煤层 从钻孔和生产揭露资料看，3 号煤层普遍沉积有伪顶、直接顶和老顶。伪顶岩性为黑 色泥岩或炭质泥岩，厚度 0.100.20m。结构疏松，易碎，强度低，不易支护，随采掘脱 落。直接顶板多为黑色及灰色的砂质泥岩或粉砂岩，层理发育，致密坚硬，节理裂隙较 发育，平均厚度 2.70m。老顶岩性为灰白色中粒或细粒砂岩，平均厚度 7.70m，致密坚硬， 层理发育，节理裂隙较发育，呈半张开状，有方解石充填，老顶来压后可自行塌落。 煤层上覆岩性，从伪顶、直接顶到老顶为软弱较硬坚硬型，再向上是软弱坚 硬相间的平行复合结构。 3 号煤层直接底板为泥岩，厚度约 1.00m，其下为砂质泥岩，厚约 8.6 米左右，开采 中受压后，有时发生底鼓现象。 2）9 号煤层 9 号煤层顶板岩性以 K2石灰岩为主，有时为砂质泥岩，K2 灰岩厚约 1.5m 左右，致 密坚硬，较稳定，节理裂隙发育，有方解石充填。单向抗压强度 33.569.3Mpa，平均 48.5Mpa；单向抗拉强度 3.705.87Mpa，平均 4.44Mpa，抗剪强度平均 7.83Mpa，老顶为 砂质泥岩，厚约 4.36m，节理裂隙发育，较硬。 煤层上覆岩性，从直接顶到老顶属坚硬较坚硬型，再向上是硬较硬相间的平行 复合结构。 9 号煤层直接底板为 K1石灰岩，约 1.00m，其下为黑灰色砂质泥岩（含高岭土） ，平 均厚度 10.65m，强度低，稳定性差，单向抗压强度 12.916.2Mpa，平均 16.7Mpa；单向 抗拉强度 0.440.85Mpa，平均 0.66Mpa，抗剪强度 2.083.39Mpa，平均 2.91Mpa，膨胀 率为 1.763.64，平均 2.91，这种岩性遇水易膨胀和泥化，从而降低了底板的稳定性， 属软弱坚硬型。 3）15 号煤层 15 号煤层直接顶板为砂岩，厚 5.548.3m，平均 6.92m 左右，深灰色，致密坚硬， 顶部含似层状燧石条带，全区稳定，据相邻矿井（王台铺矿）测试，其单向抗压强度平 均 47.0Mpa 左右；单向抗拉强度平均为 4Mpa 左右，抗剪强度平均为 3.70Mpa，属坚硬型 顶板。老顶为砂质泥岩，深灰色，厚约 10.65m。 直接底板为砂质泥岩，平均厚度约 12.75m，其下部为砂岩，平均厚度约为 14.75m， 再其下部为本溪组的铝土泥岩，厚约 26.95m，属软弱型。据相邻矿井（王台铺矿）测试， 铝土泥岩单向抗压强度为 11.4Mpa；单向抗拉强度为 0.76Mpa，抗剪强度为 2.49Mpa，膨 胀率为 0.63。这种岩层吸水性强，从而降低了底板的稳定性。 1.3.3 煤煤质质 1）煤的物理性质 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 12 页 3 号煤层为黑灰色，金属光泽，贝壳状断口，致密坚硬，均一条带状结构，由亮煤和 镜煤组成，宏观煤岩类型为光亮型。9 号煤层为灰黑色，玻璃光泽，致密，性脆，由暗煤 和亮煤组成，条带状结构，阶梯状断口，可见黄铁矿结核或呈星散状赋存于煤中。宏观 煤岩类型为半光亮型。15 号煤层为黑色，油脂光泽，以暗煤为主，夹镜煤条带，平坦状 断口，条带状结构，块状结构，煤中富含黄铁矿结核，宏观煤岩类型为半暗淡型。 2）煤的化学性质 各煤层原煤水分一般在 11.5之间，洗煤后，3 号煤水分有所下降，15 号煤稍 有增高。原煤灰分产率从上至下，呈递增之趋势，3 号煤为低灰煤，9、15 号煤为中灰煤。 硫分以 3 号煤最低，属特低硫煤，9 号煤以中硫煤为主。在井田南部补 66 孔周围有一富 硫带。而 15 号煤层在本井田中南部大面积为高硫煤。垂向上，煤中的硫分自上而下增加。 经统计，三层煤的灰分变化标准差均小于 1，硫分变化标准差 3 号煤小于 0.5，9、15 号 煤则大于 0.8。3 号煤层煤质变化小，9、15 号煤层煤层煤质变化大。煤中的元素组成以 碳为主，约占 93，其次为氢约占 3，说明煤化程度较高。 表表 1.4 可采煤层煤芯煤样煤质特征 原/精煤工业分析元素分析 w MadAdVdaf 原/精煤全硫 （） 发热量 Qb.daf （MJ/k g） CdafHdafOdafNdaf 0.593.52 1.42（31） 7.7116.91 12.84（31） 4.659.32 6.83（31） 0.350.68 0.41（12） 3 0.551.93 1.33（7） 3.5714.33 7.73（7） 3.947.44 6.07（7） 0.420.50 0.44（4） 33.64 34.89 35.54（ 9） 90.08 94. 31 92.80 （3） 2.23 3.5 1 2.90 （3） 1.24 4.7 2 2.51 （3 ） 1.03 1.1 4 1.08 （3 ） 0.404.10 1.43（27） 7.7028.78 18.44（27） 5.2610.54 7.29（27） 0.414.72 1.81（15） 9 1.284.24 3.06（6） 7.257.99 7.60（6） 4.745.35 5.04（6） 0.580.78 0.68（6） 25.53 34.61 31.51（ 13） 93.25 94. 09 93.73 （7） 2.78 3.2 8 2.96 （7） 2.060.96 0.393.62 1.32（27） 13.6337.68 23.37（27） 5.5113.29 8.44（27） 0.607.12 3.05（15） 15 0.303.85 2.23（14） 3.339.36 5.86（14） 4.539.20 5.62（10） 0.611.54 1.12（10） 23.76 34.79 30.53（ 14） 90.27 94. 04 93.20 （9） 2.67 3.1 9 2.88 （9） 1.42 4.9 3 2.78 （3 ） 0.78 1.0 3 0.92 （3 ） 3）容重 本次报告未对 3 煤和 9 煤进行容重测试，根据以往容重资料，3 煤容重仍定为 1.45，9、15 煤为 1.49。 4）煤的有害成分含量及煤的可选性 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 13 页 （1）有害成分 3 号煤磷含量为 0.045，9、15 号煤层小于 0.01，3 号煤属低磷煤，9 号、15 号为 特低磷煤；原煤硫分含量 3 号煤小于 0.5，9 号煤为 1.81，15 号煤为 3.05，经 1.4 比重液洗选后，3 号煤硫分略有上升，9 号、15 号煤则明显下降。煤中的有害成分主要为 9、15 号煤中的硫分。 （2）可选性 筛分：3 号煤50mm 筛上物产率为 33.96，成块率不高，灰分在1006mm 级呈增加趋势。9 号煤50mm 筛上物产率 44.57，灰分产率在8025mm 粒级增高， +256mm 粒级灰分下降，60mm 粒级灰分又呈上升趋势，硫分含量在 8025mm 粒级增加，随后又下降。15 号煤在50mm 筛上物产率为 37.63，灰分 产率在8025mm 粒级增高，+25mm 以下级呈锯齿状变化。硫分含量呈锯齿状变化。 浮沉：按中国煤炭可选性评定标准（MT5681） ，采用“分选比重0.1 含量法”评定， 结果见表 1-6。 表表 1.5 浮沉评定表 层名指定精煤灰分分选密度 0.1 含量 可选性等级 310.01.758.0极易选 10.01.5072.0极难选 12.51.6761.0极难选 9 14.51.925.1极易选 10.01.6721.0中等可选 15 12.51.982.0极易选 5）煤类的确定及用途 依据中国煤炭分类国家标准（GB5751-86）划分，本井田主要可采煤层精煤挥发分大 于 3.5小于 6.5，y 值为 0，G 值亦为 0，因而煤类为无烟煤二号，其划分依据是准确 可靠的。3 号煤低灰、低硫，9 号、15 号煤经洗选后将其灰分控制在 14.5，硫分控制在 1以下，是良好的动力用煤、炼焦配煤以及化工用煤的原料。 6）煤的风氧化 本井田煤的风氧化作用主要发生在 3 号煤层露头处，西部、南部及东部均有。风氧 化带的深度和宽度，取决于地形、盖层的厚度、岩性，地下潜水位及构造等因素。本井 田风氧化带下限的确定，是本矿根据实际生产划定的。风化煤完全失去煤的性质、棕褐 色、土状光泽、微具塑性，手感松软，遇水成泥状，可燃性基本全无，灰分中 Al2O3 含 量增高。氧化煤较正常煤水分、灰分显著增加，发热量明显下降，外生裂隙十分发育。 风化煤可作为粘土矿开采，根据其质量用于陶瓷制造业，耐火材料及建筑用料。氧化煤 的腐植酸若大于 20，可作为提取腐植酸的原料、灰分小于 46，低位干基发热量在 12MJ/kg 以上的仍可作为动力用煤。 1.3.4 煤尘爆炸性煤尘爆炸性 以往勘探工作均未作煤尘爆炸性试验，据相邻王台铺矿 2006 年 12 月和 2007 年 9 月 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 14 页 及七岭煤矿 2006 年 1 月分别采取 9 号煤层样委托山西省煤炭工业局综合测试中心进行煤 尘爆炸性试验，结果为：火焰长度为 0mm，加岩粉量 0，煤尘无爆炸危险性。 1.3.5 煤的自然倾向性及瓦斯含量煤的自然倾向性及瓦斯含量 2006 年 12 月该矿采取 9 号煤层样进行煤的自燃倾向性试验，试验结果为：全硫含量 为 0.94和 1.91，吸氧量分别为 2.2758cm3/g 和 1.4642cm3/g，自燃倾向性等级均为级， 属不易自燃煤。 2007 年补充勘探时在所施工的 12 个钻孔均采取钻孔煤芯瓦斯样进行了测试，测试结 果汇总表见下表。据测试结果，9 号煤层属低瓦斯煤层。 表表 1.6 钻孔煤层瓦斯含量统计汇总表 绝对量 m3/分相对量 m3/吨煤尘 年度 CH4CO2CH4CO2 爆炸指数有无爆炸 性 煤尘最短 发火期 备注 20016.8811.324.6113.668.55无无低瓦斯 20037.3110.465.8515.358.55无无低瓦斯 20045.2217.888.8115.558.55无无低瓦斯 20057.0513.185.4214.648.55无无低瓦斯 20065.911.943.5713.498.55无无低瓦斯 20074.288.643.3512.848.55无无低瓦斯 20084.329.663.6215.258.55无无低瓦斯 实际古书院矿相对瓦斯涌出量为 3.32m3/t，该新井设计生产能力为 3.2Mt/a，经计算 可知绝对瓦斯涌出量 22.36m3/min。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 15 页 2 井田开拓 2.1 井田境界及可采储量 2.1.1 井田境界井田境界 1）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。 古书院井田西受白马寺断层控制，北与凤凰山、王台铺井田相接，西南为北岩井田， 东部有太原焦作铁路经过，与晋城市城关相连。 2）开采界限 古书院矿井田自下而上沉积了太原组、山西组含煤地层，总厚 89.25197.38m，平 均 143.32m。详见表 2.1 单位：m 表表 2.1 古书院矿井田含煤层地层厚度统计表 地层名称厚度（m）平均厚度（m） 山 西 组38.0281.2154.48 太 原 组51.23116.1783.70 开采上限：3 号煤层以上无可采煤层。 下部边界：3 号煤层以下有 9、15 号煤层为较稳定可采煤层，其中 15 号煤为中厚煤 层定为后备储量。在