采矿工程毕业设计（论文）-阳煤二矿3.0Mta 新井设计【全套图纸】

目目 录录 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 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 矿区交通及地理位置.1 1.1.2 矿区地形特点1 1.1.3 区内煤矿发布1 1.1.4 矿区工农业情况2 1.1.5 矿区气候条件2 1.1.6 矿区水文情况3 1.2 井田地质特征.3 1.2.1 井田地质特征3 1.2.2 井田煤系地层概述3 1.2.3 井田水文地质特征5 1.3 煤层特征.6 1.3.1 煤层6 1.3.2 煤的围岩性质8 1.3.3 煤的特征.8 2 井田境界和储量井田境界和储量12 2.1 井田境界12 2.1.1 井田范围12 2.1.2 井田尺寸12 2.1.3 开采境界12 2.1.4 容重12 2.2 矿井工业储量13 2.2.1 储量计算基础13 2.2.2 井田地质勘探13 2.2.3 工业储量计算13 2.3 矿井可采储量.14 2.3.1 安全煤柱留设原则14 2.3.2 煤柱留设14 2.3.3 矿井可采储量15 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16 3.1 矿井工作制度16 3.2 矿井设计生产能力及服务年限16 3.2.1 确定依据16 3.2.2 矿井设计生产能力16 3.2.3 矿井服务年限16 3.2.4 井型校核16 4 井田开拓井田开拓18 4.1 井田开拓的基本问题.18 4.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标18 4.1.2 工业场地的位置19 4.1.3 开采水平的确定和采盘区得划分19 4.1.4 方案的提出20 4.2 矿井基本巷道26 4.2.1 井筒.26 4.2.2 井底车场及硐室.29 4.2.3 主要开拓巷道.31 5 准备方式准备方式盘区巷道布置盘区巷道布置34 5.1 煤层地质特征34 5.1.1 盘区位置及范围.34 5.1.2 盘区煤层特征.34 5.1.3 煤层顶底板岩石构造情况.34 5.1.4 水文地质.34 5.1.5 地质构造.34 5.1.6 地表情况.35 5.2 盘区巷道布置及生产系统35 5.2.1 盘区准备方式的确定.35 5.2.2 盘区巷道布置.35 5.2.3 盘区生产系统.36 5.2.4 盘区内巷道掘进方法.37 5.2.5 盘区生产能力及采出率.37 5.3 盘区车场及主要硐室38 6 采煤方法采煤方法40 6.1 采煤工艺方式40 6.1.1 盘区煤层特征及地质条件.40 6.1.2 确定采煤工艺方式.40 6.1.4 工作面推进长度和推进方向确定.42 6.1.5 回采工作面破煤、装煤方式.42 6.1.6 回采工艺44 6.1.7 确定回采工作面运煤方式.44 6.1.8 回采工作面支护.45 6.1.9 端头支护方式.48 6.1.10 工作面辅助顺槽、胶带顺槽的超前支护.48 6.1.11 合理采放比、放顶步距、放煤方式的确定51 6.1.12 各工艺过程注意事项.52 6.1.13 回采工作面正规循环作业.53 6.1.14 工作面吨煤成本.54 6.2 回采巷道布置57 6.2.1 回采巷道布置方式.57 6.2.2 工作面回采巷道参数.57 7 井下运输井下运输59 7.1 概述59 7.1.1 矿井设计生产能力及工作制度.59 7.1.2 煤层及煤质.59 7.1.3 运输距离和货载量.59 7.1.4 矿井运输系统.59 7.2 盘区运输设备选择61 7.2.1 设备选型原则：.61 7.3 大巷运输设备选择63 7.3.1 主运输大巷设备选择.63 7.3.2 辅助运输大巷设备选择.63 7.3.3 运输设备能力验算.63 8 矿井提升矿井提升65 8.1 矿井提升概述65 8.2 主副井提升65 8.2.1 主井提升.65 8.2.2 副井提升.66 9 矿井通风及安全矿井通风及安全69 9.1 矿井概况、开拓方式及开采方法69 9.1.1 矿井概况.69 9.1.2 开拓方式.69 9.1.3 开采方法.69 9.1.4 变电所、充电硐室、火药库.69 9.1.5 工作制、人数.69 9.2 矿井通风系统的确定69 9.2.1 矿井通风系统的基本要求.69 9.2.2 矿井通风方式的选择.70 9.2.3 矿井主扇工作方式选择.71 9.2.4 盘区通风系统的要求.72 9.2.5 工作面通风方式的选择.72 9.3 矿井风量计算73 9.3.1 工作面所需风量的计算.73 9.3.2 备用面需风量的计算.74 9.3.3 掘进工作面需风量的计算.74 9.3.4 硐室需风量.76 9.3.5 其它巷道所需风量.76 9.3.6 矿井总风量.77 9.3.7 风量分配.77 9.4 矿井阻力计算78 9.4.1 矿井最大阻力路线.78 9.4.2 矿井通风阻力计算.84 9.4.3 矿井通风总阻力.85 9.4.4 两个时期的矿井总风阻和总等积孔.85 9.5 选择矿井通风设备86 9.5.1 选择主扇.86 9.5.2 电动机选型.89 9.5.3 对矿井主要通风设备的要求.89 9.6 安全灾害的预防措施90 9.6.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施.90 9.6.2 预防井下火灾的措施.90 9.6.3 防水措施.90 10 设计设计矿矿井基井基本本技技术术经经济济指指标标92 专题部分专题部分 低透气性煤层瓦斯综合治理的技术研究低透气性煤层瓦斯综合治理的技术研究94 1 绪论绪论.94 1.1 低透气性煤层瓦斯治理的基础方法.94 1.2 采空区瓦斯抽放.96 1.2.1 采空区抽放瓦斯技术及措施.96 1.3 本煤层瓦斯抽放.99 1.3.1 本煤层抽放瓦斯方法.99 1.3.2 本煤层抽放瓦斯技术及措施.99 1.4 邻近层瓦斯抽放方法.102 1.4.1 邻近层抽放瓦斯方法.102 1.4.2 邻近层抽放瓦斯技术及措施102 2 抽放技术的改进抽放技术的改进.103 2.1 提高煤层透气性的方法.104 3 瓦斯抽放的优化管理瓦斯抽放的优化管理105 3.1 国内矿井瓦斯抽放率低的原因分析.105 3.2 提高矿井瓦斯抽放率的途径.107 3.2.1 合理选择抽放方法.107 3.2.2 选择合理的抽放参数.107 3.2.3 选择合理的抽放形式.109 3.2.4 选择合理的钻孔布置方式.109 3.2.5 选择合理有效的封孔方式及材料.110 3.2.6 其它途径.110 4 结论结论111 翻译部分翻译部分 英文英文原原文文114 STUDY ON TOP CAVING COAL MINING PARAMETER114 中文译文中文译文120 放顶煤开采参数研究放顶煤开采参数研究120 参考文献参考文献125 致致 谢谢126 一 般 部 分 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计 第 1 页 1 矿井概述及井田地质特征 1.1 矿井概况 1.1.1 矿区交通及地理位置矿区交通及地理位置 山西国阳新能股份有限公司二矿隶属于阳泉煤业（集团）有限责任公司，于 1908 年 由保晋公司开办，曾多次进行扩区，现在井田面积为 45.12 km2。阳煤二矿东距阳泉市约 5km，其地理座标为东经 11325171133307，北纬 37464437 5219。井田以东为大阳泉井田，以西为正在勘探的西上庄井田，南部与五矿井田相 邻，北部以石太铁路为界，隔桃河与三矿、四矿相望。井田走向长 7.23 km，倾向长 6.24 km，面积为 45.12 km2。 二矿的交通条件极为便利。石太线为复线电气化铁路，东西贯穿本矿，成为煤炭运 销的大动脉。307 国道由西向东，在阳泉市区与阳左公路和阳盂公路十字相交，构成网络， 连通全国各地。太石高速公路南北横穿井田，如图 1-1。 图 1-1 井田交通位置 1.1.2 矿区地形特点矿区地形特点 井田位于桃河南侧，地形陡峻，沟谷纵横。东部最高为狮脑山，高程 1171.0 米，西 部最高为龙门山，最低处为井田北界桃河，相对最大高程差达 540 余米。本区植被不太 发育，大部分地区基岩裸露于地表。中部与西部第四系覆盖物甚少，覆盖面积约 10左 右，东部覆盖面积较大，在 20以上。井田内河流呈树枝状分布，两岸有坡积物和坡积 裙，崩塌堆积和滑坡地貌也时而可见。高山顶部和陡峻地段一般由不易风化的砂岩构成。 桃河两岸阶梯状地貌明显。第四系黄土覆盖地区高程一般在 900 米以下。 1.1.3 区内煤矿发布区内煤矿发布 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计 第 2 页 根据 1985 年中共中央、国务院一号文件精神，为扶持乡镇企业的发展，在不影响矿 井整体规划与安全生产的前提下，在二矿井田的边缘开办了一些小煤矿，均系残柱式开 采。简述如下： 1) 小南沟煤矿：位于井田北部，开采部分老窑的残留储量及已报废的小南沟 2 号风 井周围的储量，限于二节煤与 3#煤，储量约 23.8 万吨，年产量 1 万吨左右。 2) 大南沟煤矿：位于井田北部，开采赛鱼安全出口两侧的 3#煤的护巷煤柱，储量约 11.3 万吨，年产量 1.5 万吨左右。 3) 西峪掌煤矿：位于井田东南部，现正在建井，开采杨家庄村西侧 6#煤、小南坑 3# 煤的 29 区下山和 640 东大巷巷道煤柱及西峪掌村保安煤柱，地质储量为 92 万吨。 4) 桑掌村煤矿：位于井田扩区北部，现正在建井。开采井田桑掌村以北石太铁路煤 柱以南的部分 3#煤层，储量 70 万吨。在开采时间上要受二矿约束。 5) 牛家峪煤矿：位于井田东部。开采小南坑 3#煤层 22 采区的残留煤柱，储量 26.41 万吨。 6) 北茹村煤矿：位于井田南部天花池一带，现尚未建井。开采 8#煤层，储量 145 万 吨。开采时可能影响二矿下方各煤层的开采布置，应严加限制。 7) 二矿升华服务公司小煤窑：共二处。 第一处：位于东四尺井口南部，开采小南坑东北部 3#煤层露头，储量 40.1 万吨，设 计能力 2 万吨，因老巷过多，且煤层被冲刷，开采困难，已报废； 第二处：位于井田东部。开采老二矿 15#煤层，残存储量为 233 万吨，设计年生产能 力为 3 万吨。 8) 机修厂小煤窑：位于井田东部，现处于建井期。开采老一矿内的 15#煤层，残存 储量为 108.3 万吨。 上述小煤窑，除桑掌和北茹小窑外，均在二矿已采区范围内开采，因而对二矿的长 远规划及现行开采影响很小。北茹村、桑掌村小煤窑位于二矿未采区范围内，届时必须 对其开采范围严加监督。 1.1.4 矿区工农业情况矿区工农业情况 二矿矿区离市区很近， 阳泉市人口 130 多万，耕地 121 万余亩，主要农作物有谷子、 玉米、高粱、小麦、豆类、薯类、油料等。森林面积 67 万亩,果树面积 3.7 万亩，年产水 果 2 千多万斤。 境内矿产资源丰富，煤的分布很广，是著名全国的“沁水煤田”的一部分，为全国 无烟煤基地之一。硫化铁、铝矾土储量居全国第一。此外还有铁、铀、石膏、石棉、耐 火粘土、石灰石、水晶石、大理石等多种矿藏。阳泉地区采煤铁已有八百多年历史，素 有“煤铁之乡”的称号。目前大、小矿井遍及城乡，采掘、冶金、化工等工业尤为发达， 仅铝矾土企业就有 221 家，产品行销 20 多个省、市，远销美、日、英、德等国。阳泉已 建设成为一个拥有煤炭、 冶金、化工、机械、电力、建筑材料、有色金属、陶瓷等大、 小工矿企业的新兴城市。 1.1.5 矿区气候条件矿区气候条件 阳泉矿区气候干燥，属温带大陆性气候。全年平均最高气温 17.1，最低气温 5.5， 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计 第 3 页 历年平均 10.9，历史上最高气温达 40.2，最低气温-19.1。年最大降水量为 866.4 mm，年最小降水量为 240.4mm，年平均降水量为 609.8mm，多集中与 7、8、9 三个月， 这三个月的降水量一般约占全年总降水量的 70%以上，如 1966 年 8 月 23 日，一天内降 水量达 261.5 mm。年蒸发量最大 2381.9mm，最小蒸发量 1319.1 mm,历年平均 1885.9 mm。全年风向多变， 以西北风为主，雨季多偏东风，冬季盛行偏西风，历史上的最大 风速为 1989 年 8 月 24 日 20 时 10 分至 20 时 25 分，阳泉市遭受到一次罕见的飓风暴雨、 冰雹的袭击，最大风力 12 级，最大风速为 35 m/s，历年平均 1.7 m/s。阳泉市最早初霜期 1980 年 9 月 23 日, 最晚终霜期 1963 年 4 月 29 日，历年平均初霜期在 10 月中旬，终霜 期在 4 月上旬，年无霜期平均 184 天，最大冻土深度 0.68 m。 井田无详细地震记载。据国家地震局 1976 年 9 月中国地震基本烈度区划资料(比例尺 三百万分之一)及山西省地震局晋震发业字(1984)第 110 号文，阳泉矿区基本烈度除昔阳 县境内为 7 度区外，其余地区均为 6 度区。 1.1.6 矿区水文情况矿区水文情况 我矿井田内的河流为季节性河流，区内蒙村河是影响矿井生产生活的主要季节性河 流，由北向南贯穿区内，经三矿地段到赛鱼口直入桃河，属海河流域滹沱河水系。区内 没底沟、曹黄沟、老平沟、东沟均为季节性间断溪流，平时基本干枯无水，唯雨季山洪 暴发时汇集于蒙村河。最早汛期 5 月下旬，汛期结束为 8 月底。蒙村河最大洪流量为 82 年 7 月 29 日达 7390 立方米/分，次之为 1966 年 8 月 23 日 6120 立方米/分。其上游受水 面积约 3 平方公里，平均最大流量为 3000 立方米/分，大量泥沙冲积于坑口平缓河段，需 隔年进行清挖为二个井口汛期不安全隐患。 降雨时，河水迅速上涨，甚至形成山洪，雨后很快变小，多数河沟渗漏水不明显， 只有小南沟河和大南沟河的下游段存在明显的漏水现象；由于采区塌陷和附近村庄小煤 窑的开采、报废，造成地面裂缝，雨季水量向井下渗漏，给雨季生产带来了一定影响。 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田地质特征井田地质特征 本区位于太行山北段西翼，区内落雁脑、庙粱分水岭，大致呈东西向横贯全区中南 部，形成中部高而南北低的地势。区内地形切割剧烈，冲沟极为发育，其山脊与沟谷多 数成北东向排列于分水岭两侧，犹如羽状，形成复杂的中高山地貌。地表多为裸露岩石， 少量第四纪黄土分布于山顶及山坡。井田内地形最高点为中部的落雁脑，最低点为沸腾 锅炉房蒙村河床处。 1.2.2 井田煤系地层概述井田煤系地层概述 井田内大面积为第四系上统的黄土掩盖，基岩零星出露。地层由老到新简述如下： 1) 奥陶系中统峰峰组 为含煤建造基底，以深灰色、灰色厚层状石灰岩和白云质灰岩为主，中部夹有石膏 层和浅灰色泥灰岩。井田内钻孔揭露最大厚度为 149.91m。 2）石炭系 (1)中统本溪组：厚度 33.5073.14m，平均 55.17m，中、南部较厚，与峰峰组呈平行 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计 第 4 页 不整合接触。底部为 G 层铝土矿及山西式铁矿，其上由砂质泥岩夹砂岩、灰岩及煤线组 成。灰岩 25 层，一般 3 层，第二层较为稳定，夹有粗粒石英砂岩及不稳定的煤线。本 组属于泻湖堡岛环境沉积。 (2)上统太原组 为主要含煤地层之一。厚度 112.21138.97m，平均 126.21m。其顶界为 K7 砂岩的 底面，与下伏地层呈整合接触。以 15 号煤层顶面或其相当层位、K4 石灰岩顶面为界线， 将太原组分为三段。 下段：从 K1 砂岩底至 15 号煤层顶或其相当层位，厚度 26.0865.85m，平均 41.63m。由石英砂岩、砂质泥岩、泥岩及 15、15 下及 16 号煤组成。15 号煤为主要可采 煤层，15 下号煤为局部可采煤层，16 号煤为不可采煤层。本段属于堡岛泻湖、潮坪环 境沉积。 中段：从 15 号煤层顶至 K4 石灰岩顶面，厚度 30.1068.53m，平均 44.88 m。由 K2 下、K2、K3、K4 等 4 层石灰岩和 11、11 下、12、13 及 13 下号等 5 层煤以及砂岩、泥 岩等组成。 上段：从 K4 石灰岩顶面至 K7 砂岩底，厚度 25.3052.60 m，平均 39.70 m。主要由 灰灰黑色砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层等组成。本段含煤 4 层，依次为 8、8 下、9 上 和 9 号煤层，其中 9 号煤层为较稳定煤层，8 号煤为不稳定煤层。本段属于三角洲环境沉 积。 图 1-2 地质综合柱状图 3）二迭系 (1)下统山西组：为井田内另一主要含煤地层，厚度 38.6670.84 m，平均 52.96m。 其顶界为 K8 砂岩的底面，由灰浅灰色中、细粒砂岩及深灰灰黑色砂质泥岩、泥岩和 煤层组成。3 号煤属稳定煤层，6 号煤为不稳定煤层。3 号煤层上覆砂岩(K8 下砂岩)对其 局部有冲刷。6 号煤层顶、底板常为铝质泥岩。本组属于过渡环境沉积。 (2)下统下石盒子组：本组顶界为 K10 砂岩之底。厚度 114.09147.90 m，平均 129.56 m。以 K9 砂岩将该组分为上、下两段。 下段：由黄绿、灰绿、灰黑色砂质泥岩、泥岩与灰黄色中、细粒长石石英砂岩组成。 该段属于三角洲环境沉积。 上段：由灰黄、黄绿色中、粗粒长石石英砂岩、砂质泥岩组成。顶部有 13 层全井 田基本稳定的铝质泥岩，俗称“桃花泥岩” 。本组属于河湖环境沉积。 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计 第 5 页 (3)上统上石盒子组：本组顶界为硅质岩的顶部即 K13 砂岩的底部。厚度 353.80438.45m，平均 383.34m。以 K12 砂岩将本组分为下、中两段。 下段：K10 砂岩底界至 K12 砂岩底界，厚 145.2187.88 m，平均 170.02 m。以黄绿、 灰绿色细砂岩和灰绿、暗紫色砂质泥岩为主，夹黄褐、紫褐色泥岩。 中、上段：底界为 K12 砂岩，厚 160.00258.00m，平均 200.22 m。由黄绿、暗紫色 中、细砂岩与暗紫、黄褐、紫灰色砂质泥岩互层组成。 (4)上统石千峰组：其顶界为 K14 砂岩之底。出露于井田西南于家庄村和南部一带， 厚度 100.00127.00 m，平均 112.25 m。岩性为暗紫色、黄绿色砂岩、砂质泥岩及泥岩。 本组属于河湖环境沉积。 4) 中生界三迭系刘家沟组： 出露于井田西南部及南部，井田内最大出露厚度仅 60 m 左右。主要由浅红色细粒长 石砂岩组成，间夹薄层紫红、暗紫色砂质泥岩及粉砂岩。 5) 新生界 井田内发育第三系上新统及第四系，厚度 3.22110.68m。新生界在中部偏西及东部 保存较厚，西南及南部保存较薄。一般分为砂土、亚砂土、亚粘土、粘土四种类型。与 下伏基岩呈角度不整合接触。 (1)第三系上新统静乐组：厚 010.03m，底部为砂石层，中上部为灰黄、鲜红、暗红 色粘土、亚粘土。 (2)第四系下更新统泥河湾组、午城组：广泛分布于冲沟及半坡上。泥河湾组底部为 粒径 210mm 砾石层及钙质结核，中、上部由黄灰色亚粘土、亚砂土夹泥灰岩薄层组成。 午城组由橙红色粘土、亚粘土夹红棕色古土壤数层组成。泥河湾组厚 024.34m，与下伏 基岩呈不整合接触。午城组与泥河湾组呈整合接触，厚 08.54m。 (3)第四系中更新统离石组：广布于沟谷及两侧。由淡黄、淡红色亚粘土夹棕红色古 土壤层组成。厚 047.44 m。 (4)第四系上更新统马兰组：广布于梁、峁之上。主要由淡黄色亚砂土组成，厚 4.827.15 m。 (5)第四系全新统：主要分布于黄门街河、大照河及其支流河谷内，由淡灰色砂、砾 石组成。厚 123 m。 1.2.3 井田水文地质特征井田水文地质特征 阳泉矿区为中低山地形，海拔 6001600m，相对切割深度 200400m。总的地势是 西高东低，南北高中间低。刁乌楞七千寨为矿区南部最高分水岭，海拔 14951529.9m，北部最高为水渠洼顶，海拔为 1386.5 m，桃河谷地海拔 600750m。 桃河为区内主要河流，属于海河流域滹沱河水系。桃河发源于寿阳县境内， 由西 向东从矿区中部穿过，至娘子关磨河滩村与温河相汇，流经长度 80 多公里，流域面积 1324 km2；其中矿区及上游段长度 44km，流域面积 503km2。桃河属季节性河流，水量 随季节变化明显，19591979 年洪水期（69 月）流量一般为 38m3/s，平均为 4.146m3/s，清水期（105 月）平均流量为 0.521m3/s 以下。1959 年 8 月最大流量 2200m3/s。 根据岩层充水空间的性质及地下水埋藏条件，矿区含水层主要为三种类型。 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计 第 6 页 1) 孔隙水含水层 主要分布于桃河及其支流的河床以及其它低洼河谷中的冲积、洪积及坡积层中，厚 度 1020 m 左右，由砂、砾石、卵石、滚石等组成。水量动态季节性变化大，受大气降 水制约。其中以桃河河谷含水较丰富，流量为 5.249.24 L/sm(张家堰沟口到坡头村前)。 2) 岩溶裂隙含水层 中奥陶统马家沟组灰岩为本区主要强含水层，出露于阳泉矿区东北部外围，面积广 大，为煤系地层基盘。灰岩岩溶裂隙及蜂窝状溶孔溶洞较发育，主要靠大气降水及地表 水渗漏补给，为补给娘子关泉水的主要含水层。主要含水段的岩性为上、下马家沟组的 厚层灰岩。峰峰组灰岩多处于区域水位之上的垂直入渗带。阳泉矿区大部位于娘子关泉 域的西半部分，属于娘子关泉域的西部补给迳流区。在圪套赛鱼冶西一线以东的桃 河和温河河谷之间的三角形地区，是娘子关泉域的地下水汇水区(即等水位线图中 420 等 值线所圈定的区域)，水位平缓，水力坡度小于 1，富水性较好，具有岩溶水地下水库 的特征。三矿一带主要含水段标高 37613 8m，钻孔单位涌水量为 1.23 m3/h.m；阳泉至 白羊墅一带，主要含水段标高 425220 m，钻孔单位涌水量介于 1.3270.58m3/h.m 之间。 娘子关群泉为本泉域的排泄区。 石炭系太原组薄层灰岩主要有四节石、钱石，猴石三层石灰岩，总厚度 15.95m，其 中以 15#煤层顶板四节石(K2 灰岩)厚度较大，为 512 m 左右，在浅部地区岩溶裂隙较为 发育，含水较丰富。井田 514 及 802 钻孔资料，单位涌水量可达 9.310.0L/sm，渗透 系数 60.89171.40m/d；在远离河床，埋藏较深和补给条件不好的地方含水微弱，如 509、518 等孔资料，单位涌水量仅 0.000540.054L/sm，渗透系数 0.000930.18m/d。 在矿区北部清城、冠沟、皇后等报告资料，三层灰岩经抽水试验单位涌水量 0.00060.00489 L/sm，渗透系数 0.003160.048m/d。 3) 基岩裂隙含水层 分布于二叠系山西组、石盒子组地层中，主要由裂隙砂岩、粉砂岩组成。石盒子组 K8、 K9、K11、K12 砂岩为主要含水层，一般出露较高，地表裂隙发育，透水性较好， 雨季常沿裂隙泄出形成下降泉。一般单位涌水量为 0.000180.024L/sm，渗透系数为 0.00110.146m/d；山西组 K7 砂岩为主要含水层，单位涌水量 0.00020.0027L/sm， 渗透系数 0.00640.01lm/d。属弱裂隙含水层。 本区以大气降水为区域地下水的补给来源。东部奥陶系灰岩裸露区和第四系孔隙含 水层，直接接受大气降水的补给。地下水位、流量动态变化与降水关系特别密切。石炭、 二叠系裂隙含水层靠大气降水及地表水补给。洪水期地表水补给地下水，枯水期则排泄 地下水。 本区含水层与隔水层相间成层状分布，区内断裂构造较少，规模较小，一般情况下 含水层之间没有水力联系，由于奥陶系地下水位埋深大都低于煤层开采水平，石炭、二 叠系基岩裂隙含水层为弱裂隙含水层，除局部地段外，对煤矿开采一般影响不大。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层煤层 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计 第 7 页 二矿井田含煤地层沉积于晚石炭世和早二叠世。含煤地层从老到新依次为上石炭统 太原组，下二叠统山西组，下伏地层为中石炭统本溪组，上覆地层为下二叠统下石盒子 组。由下而上依次叙述如下： 1) 本溪组：地层总厚度 4060 m，平均 53.7 m，主要由灰黑色、灰色砂质泥岩、泥 岩、细至中粒砂岩、铝土矿(或铝质泥岩)及 23 层石灰岩组成，含不稳定小煤 24 层 (厚度一般小于 0.20 m)。下部石灰岩，俗称香炉石，沉积较稳定，厚 2.25.5 m，平均 4.0 m，含纺缍虫、海百合及腕足类化石；底部铝土矿(或铝质泥岩)，普遍发育，厚 5.013.0 m，平均 9.4 m，具鲕状结构，有滑感，其下常有厚 1.5 m 左右的鸡窝状赤铁矿或黄铁矿 层。 2) 太原组；地层总厚度 90130 m，平均 118.67 m，主要由黑灰色砂质泥岩、泥岩、 灰白色砂岩，三层石灰岩及煤组成。与下伏地层本溪组连续沉积，其基底为灰白色细至 中粒砂岩(K1)，厚 0.815.3 m，平均 5.0 m，虽然厚度及岩性变化较大，但尚较稳定，可 作为分界标志层。三层石灰岩沉积广泛，厚度稳定，是本组的良好标志层；下层 K2 灰岩， 夹 23 层海相泥岩，将灰岩分成 34 层，故称四节石，厚 3.214.3 m，平均 7.34 m， 井田西北角较厚，下距 K1 砂岩平均 29.18 m，含燧石结核或团块，含中国海百合 Sinocrinus Tien，分喙石燕 Choristites SP.等动物化石，底面向下 10 m 左右为 15#煤； 中层 K3 灰岩，富含动物化石海百合茎 Sinocrinus Tien，由于海百合茎之横断面形若古 钱，俗称钱石，厚 1.25.0 m，平均 3.0 m，下距 K2 灰岩平均 12.92 m，K3 灰岩之下发 育 13#煤层；上层 K4 灰岩，性脆、坚硬，风化后残留在地表者形状奇特，俗称猴石，厚 0.684.9 m，平均 2.3 m，含泥质较高。总的趋势是西部厚，东部薄，下距 K3 灰岩平均 20.77 m，含动物化石分喙石燕 Choristites SP黄河角石 Huanghoceras SP.。K4 灰岩与 K3 灰岩之间含 12#煤；K4 灰岩之上 6.0 m 左右局部发育 K6 砂岩，岩性与厚度变化较大， 不稳定，但与 K4 灰岩互为上下佐证，可做为本组标志层之一；K4 灰岩，上距山西组底 部 K7 砂岩平均 38.16m，中间夹 8#、9#煤。8#煤直接顶板砂质泥岩或泥岩，厚 4.016.0 m，平均 11.60 m，沉积稳定广泛，含大量黄铁矿和菱铁矿结核，含化石：带羊齿 Taeniopteris SP ，脉羊齿 Neuropteris SP.，舌形贝 Linguia SP等，似应为一海相层， 可做为煤层对比中的辅助标志层。本组含煤 79 层，其中可采煤层 5 层，即 8#、9#、12#、13#、15#煤层。 太原组地层是一套典型的海陆交互相含煤岩系，旋回结构明显，可分为 5 个沉积旋 回。旋回的划分均以海退为旋回起点，海进停止为旋回终点。煤层以下为海退部分，煤 层底界为海进开始，煤层以上为海进部分。海退部分岩相组合复杂，稳定性差，为滨海 相、泻湖相、滨海三角洲相、河床相、河漫相、沼泽相的砂岩、砂质泥岩及泥岩。海进 部分岩相组合简单，稳定性好，为沼泽相、泻湖相；湖泊相、浅海相的煤层、砂质泥岩、 泥岩、石灰岩。第旋回以 K1 砂岩为底界，向上经 15#煤到 K2 灰岩顶部之砂质泥岩、 泥岩；第旋回以凝灰质中粒砂岩(俗称怪砂岩)为下界，向上经 13#煤到 K3 灰岩顶部之 砂质泥岩、泥岩；第旋回以 12#煤老底细砂岩为下界，向上经 12#煤到 K4 灰岩顶部之 砂质泥岩、泥岩；第旋回以 9#煤层老底细至中粒砂岩为下界，向上经 9#煤到 9#煤直接 顶砂质泥岩及泥岩；第旋回以 8#煤老底细至中粒砂岩为下界，向上经 8#煤到 K7 中至 粗粒砂岩底面结束。 3) 山西组；地层厚 5482 m，平均 60.23 m，主要由灰黑色砂质泥岩、泥岩，灰白 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计 第 8 页 色砂岩及煤组成，与下伏太原组地层连续沉积(呈冲刷接触)，含织羊齿 Empiectopteris SP芦木 Caiamites SP ，轮叶 Annuiaria SP.，栉羊齿 Pecopteris SP等植物化石。基底 为中至粗粒砂岩 K7，厚 018 m，平均 6.0 m，成份主要为石英、长石、石英岩岩屑，有 少量的云母及磷灰石，磨圆度由中等到好，分选中等，孔隙式、接触式胶结，胶结物多 为硅质，有少量钙质，发育交错层理、波状层理及水平层理，属于三角洲平原上的分道 河流沉积，层位较稳定，是本组的主要标志层。山西组共含煤 46 层，其中可采煤层为 3#、6#两层。 山西组为一套复合的三角洲沉积体系，是在太原组顶部前三角洲、三角洲前缘沉积 基 础上发育的三角洲体系的沉积。沉积旋回明显，每个旋回，均以三角洲平原分流河道 沉积的砂岩开始，向上渐变为沼泽相的砂质泥岩、泥岩及煤，随着水介质的加深转入覆 水沼泽环境。第旋回以 K7 砂岩为底界，向上经 6#煤到 6#煤直接顶砂质泥岩、泥岩， 为三角洲建设阶段的沉积；第旋回以 6#煤老顶砂岩为下界，向上经 3#煤到 3#煤直接顶 砂质泥岩、泥岩，为三角洲废弃阶段的沉积；第旋回以 3#煤老顶为下界，向上经 1#、2#煤到下石盒子组基底 K8 砂岩底面，为三角洲建设阶段的产物。 4) 下石盒子组：地层总厚平均 145m，依据岩性及其风化特征可分为上、中、下三段。 下段绿色岩层段，厚 3060m，平均 45m，由灰绿色、黄绿色砂质泥岩、泥岩、细至中 粒砂岩及 12 层小煤(厚度一般在 0.1m 左右)组成。底部为 K8 砂岩，俗称绿色基底，系 下石盒子组与山西组分界标志层，为细至中粒砂岩，厚 1.013.0m，平均 6.0m，厚度变 化较大，局部呈透镜体，稳定性较差。中段黄色地层段，厚 4070m，平均 55m，由黄 色、黄绿色砂质泥岩和泥岩互层，细至中粒砂岩组成，风化后呈黄褐色或铁锈色。底部 K9 砂岩为细至中粒砂岩，俗称黄色基底，厚 3.028.0m，平均 10.0m，岩性及厚度变化 较大，呈球状风化。上段砂岩带，厚 2060m，平均 45m，主要由灰色、灰白色、黄绿 色中至粗粒砂岩及泥岩组成。顶部为 K10 标志层，厚 118 m，平均 5 m，为含锰铁质、 铝质泥岩，具鲕状结构，风化后呈粉红色花斑，故称桃花页岩。野外极易识别，为上、 下石盒子组地层分界线。 1.3.2 煤的围岩性质煤的围岩性质 表表 1-1 煤的围岩性质煤的围岩性质 顶底板名称岩石名称厚度 (m)岩 性 特 征 顶板中细砂岩 8.0443.68 22.28 灰绿灰白色,泥质胶结,厚层状、 遇水易风化，较致密坚硬， f810。 煤 层 顶 底 板 情 况 直 接 底粉砂岩 2.533.22 2.86 浅灰色，具滑感，遇水膨胀易风化， 含植物化石碎片，f46。 1.3.3 煤的特征煤的特征 15煤属低灰、中硫、低磷、高发热量无烟煤，容重 1.36 t/m3，煤质较好。 煤层煤质情况见煤质工业分析结果表： 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计 第 9 页 表表 1-2 煤层煤质工业分析结果煤层煤质工业分析结果 水分灰分硫分磷分挥发分发热量挥溶点 机械 强度 煤层 编号 mad%ad%st%p%v%mj/kg%t()% 15#1.5615.091.350.0060.06610.3829.84150065.57 1) 概况 二矿西四尺井为高沼气矿井。开采煤层的埋藏深度较大， 15#煤层的生、贮、盖条 件好，瓦斯不大。随着机械化程度的提高，开采强度的增大，绝对瓦斯涌出量和相对瓦 斯涌出量呈上升趋势. (1)影响瓦斯涌出量的因素 影响瓦斯涌出量的主要因素是煤层及围岩的瓦斯含量。一般讲，瓦斯含量大瓦斯压 力就大，瓦斯含量小瓦斯压力也就小。瓦斯含量与瓦斯压力情况见表 1-3。 表表 1-3 瓦斯含量与瓦斯压力表瓦斯含量与瓦斯压力表 瓦斯压力 （MPa） 10002000300040005000 瓦斯含量 （m3/t） 2630343637 煤层开采时，由于卸压的关系，瓦斯不仅煤层中涌出，而且从围岩中也要涌出，即 从上邻近层和下邻近层涌出，构成了开采时的瓦斯涌出量。现采煤层瓦斯相对涌储量见 表 1-4，单位 m3/t。 表表 1-4 瓦斯相对涌出量瓦斯相对涌出量 煤层编号15# 煤层瓦斯含量3.2 煤层的开采程序对矿井瓦斯涌出量有明显影响，二矿一般采用下行开采程序，在一 些边角地带也有上行开采的先例。如 8#煤层 18 区 21808 工作面，本煤层和下邻近层的瓦 斯涌出量均变化不大，绝对瓦斯涌出量分别为 7.61 m3/min 和 688 m3/min；在已采的 3# 煤层下方开采时，上邻近层的绝对瓦斯涌出量为 21.48 m3/min；上部 3#煤未采，6#煤层厚 度为 0.60 m，在其下方开采时，上邻近层的绝对瓦斯涌出量高达 67.43 m3/min，是前者的 3 倍多。由此可见，煤层的开采程序对于瓦斯涌出量是有很大影响的。 另外影响矿井瓦斯涌出量因素还有各煤层产量，各煤层产量不同，瓦斯涌出量也不 同，如 15#煤层的产量在矿井产量中比重大时，瓦斯涌出量就会相对减少。 同一煤层中，埋藏深度不同对矿井瓦斯涌出量也有一定影响，埋藏深度越大，瓦斯 涌出量也越大，这已在二矿的开采实践中得以验证，如 3#煤层 71212 工作面埋藏深度 224442m，绝对瓦斯涌出量为 14.26m3/min，7805 工作面埋藏深度 160290m，绝对瓦 斯涌出量仅为 5.8m3/min。 表表 1-5 瓦斯泵参数瓦斯泵参数 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计 第 10 页 3D60-60603000J8126-655 4D60-1601605000J8127-6185 5D60-1601605000J8127-6185 6RG-350VG2094900J8127-6250 7RG-350VG2094900J8127-6250 (2)瓦斯抽放 二矿为高沼气矿井，早在 1957 年就开始抽放并利用瓦斯。抽放方式为向上邻近层打 钻抽放，即在工作面回采之前，在尾巷内向将要形成的顶板裂缝带内打钻，采动后利用 钻孔对上邻近层的瓦斯进行抽放，使回采时，工作面瓦斯涌出量减少，保证生产的正常 进行。在 15#煤采用本煤层布置上层内错巷，邻近层布置走向高抽巷，成功解决瓦斯抽放。 二矿自抽放瓦斯以来，随着开采量的逐渐增长，瓦斯抽放量也逐年增加。起初矿井瓦斯 抽放量只有 60m3/min，而现在高达 200 m3/min 左右(其中纯瓦斯量 52.4 m3/min，抽放浓度 为 35%)，抽放出的瓦斯主要民用。 现有抽放瓦斯高压泵四台，其型号与各种技术参数见表 1-5。 2）煤尘 1990 年 3 月在 15#煤层的采区取样，由煤科院重庆分院进行了煤尘爆炸性鉴定年， 15#煤无煤尘爆炸性。煤尘爆炸性鉴定结果见表 1-6。 表表 1-6 煤层爆炸性鉴定结果煤层爆炸性鉴定结果 工 业 分 析()爆 炸 性 实 验 采 样 地 点 Mad (%) Ad (%) Vd (%) Vdaf (%) 火焰 长度 (mm) 抑制煤尘爆 炸最低岩 粉 量 (%) 鉴 定 结 论 鉴 定 时 间 8109(上)工作面32l 112 3 73 9 86 4 00无煤尘爆炸性1990.03 8301(下)工作面306 100 9 72 0 82 9 00无煤尘爆炸性1990.03 8304(上)顺槽208 124 7 77 1 90 2 00无煤尘爆炸性1990.03 8402(下)顺槽277963 74 9 85 5 00无煤尘爆炸性1990.03 表表 1-7 煤层自燃倾向鉴定表煤层自燃倾向鉴定表 工业 分 析(%)燃点煤样密度吸氧量煤炭自燃 采样地点Mad (%) Ad (%) Vdaf (%) Sd (%) g/cm3cm3/g倾向等级 8402 顶板0.9284.2012.070.540.293类不易自燃 8301 顶板1.2276.4710.920.940.3751类不易自燃 8108 顶板0.9084.5612.690.460.1421类不易自燃 8108 中层1.436.6l7.191.28392类不自燃 8108 上层1.2317.438.081.07388不自燃 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计 第 11 页 8301 上层1.5917.277.991.0l386类可能自燃 8402 上层1.1316.427.400.71375类可能自燃 8301 中层1.393.557.161.63381类可能自燃 3）煤的自燃 二矿在生产过程中，井下曾经发生过煤层自燃现象。在 15#煤层开采过程中，在 8402 工作面出现自然发火征兆。1997 年 12 月四采上山 8406 工作面发生自燃，被迫将四 采上山正前及辅助上山封闭。1997 年 10 月 29 日 8208 工作面落山角发生煤层自燃，究其 原因为放顶煤不完全致使落山角 80504 工作面和 80603 工作面都曾有过自燃发火征兆， 由于地质构造影响工作面推进速度，导致开采时间长，氧化产生发热，出现自燃发火征 兆。 综上所述，自燃不仅严重威胁着矿井安全，而且大量的煤炭资源无法开采，应从各个方 面深入研究其发火原因，为矿山安全提供有力的保证。根据 1988 年 10 月和 1989 年抚顺 煤研所测定的 15#煤层自燃倾向性鉴定结果，15#煤在所取的五个煤层样中，东丈八区的 两个样 8108(中)、8108(上)为类，不自燃，其余三个样为类，可能自燃。所取的三个 顶板样中，均为类不易自燃。15#煤层自燃倾向性鉴定见表 1-7。 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计 第 12 页 2 井田境界和储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田范围井田范围 井田境界根据原煤炭部 1983 年 9 月 10 日颁发的生产矿井储量管理规程(试行) (以下简称规程)进行。沿用 1989 年底的计算结果。具体范围如下： 西部边界：中庄村 东部边界：大阳泉井田及煤层露头 北部边界：以石太铁路为界 南部边界：西峪掌、天花池、龙门村一带。 2.1.2 井田尺寸井田尺寸 全井田走向长 9.345.13 km，倾斜宽 8.523.96 km，井田面积约 45.12 km2。走向最 大值 9.34 km，最小值 5.13 km，平均值 7.23 km；倾斜最大值 8.52 km，最小值 3.96 km， 平均值 6.24 km。 井田的水平面积按下式计算: (式 2.1)LHS 式中 S 井田的水平面积；m2 H 井田的平均水平宽；m L 井田平均走向长度；m 2.1.3 开采境界开采境界 本井田含煤地层包括石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二迭系下统山西组， 其中主要含煤地层为石炭系上统太原组及二迭系下统山西组（平均厚约 60 m） ，含煤地层 总厚 168.24 m，共含煤 18 层，煤层总厚 13.46 m，含煤系数约 8%左右。 石炭系上统太原组厚 90.3143.80 m，平均厚约 111.33 m，主要岩性为深灰、灰黑色 砂质泥岩、泥岩、石灰岩及灰色砂岩组成。含煤 12 层，其中可采煤层 4 层，为本区中演 含煤地层。按其岩性、岩相特征分为上、下两段，其中下段自 K1 砂岩底至 K4 灰岩顶， 厚 80 m 左右，含 11、12、13、14、14 下、15、16 号共 7 层煤，15 号煤全区稳定可采， 其它煤层无开采价值；上段自 K4 顶至 K7 底，厚约 35 m 左右，由灰、深灰、灰黑色泥岩、 砂岩及浅灰色细砂岩、中粗砂岩组成，含 8、9 两个煤组共 6 层煤，81、84、9 号煤部 分具有开采价值。本矿井设计只针对 15 号煤层。 2.1.4 容重容重 采用全井田各煤层所测得的算术平均值，见表 2-1。 表表 2-1 煤层容重表煤层容重表 煤层68915 容重（t/m3）1.341.441.431.36 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计 第 13 页 图 2-1 井田赋存状况示意图 2.2 矿井工业储量 2.2.1 储量计算基础储量计算基础 1）根据阳煤二矿井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算 2）依据煤、泥炭地质勘查煤炭资源量估算指标中无烟煤为：煤层最低可采厚度 为 0.8 m，最高灰分为 40 %，最高硫分为 3 %，最低发热量为 22.1 MJ/kg。 3）储量计算厚度：夹石厚度不小于 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。 4）井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀， 采用地质快段的算术平均值。 5）煤层体积质量：15#煤层体积质量为 1.36 t/m3 2.2.2 井田地质勘探井田地质勘探 井田精查勘探地质报告已先后提过三个，但勘探网度各异。第一次精查地质报告面 积是 30.5 km2，后来由于生产发展的需要进行了多次扩区，观井田面积已扩大到 45.12km2。总计有勘探孔和生产孔 64 个，36143.94m，平均 2.2 个/km2。1988 年和 1989 年在西部近期采区中进行了补充勘探，新打钻孔 13 个，计 7982.07 m，高级储量已达到 了 63，其中 A 级储量为 34.6，满足了设计和生产的需要。今后在井田西南部地区仍 需进行补充勘探，东部、南部 8#、9#煤层分岔地区，因钻孔少，分层对比困难，也需适 当增加勘探工程。 2.2.3 工业储量计算工业储量计算 矿井主采煤层为 15 号煤层，采用地质块段法。根据地质勘查情况，将矿体划分为 111b-1、111b-2、122b 三个块段，在各块段范围内，用算术平均法求得每个块段的储量， 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计 第 14 页 煤层总储量即为各块段储量之和。块段划分如图 2-1 所示。 由图技术各块段面积分别为： S1=13761571.4313S2=7861363.9469S3=105