安全工程毕业设计（论文）-袁庄矿井0.9 Mta新井设计（含全套CAD图纸）

1 矿区概况及井田地质特征 设计图纸，联系设计图纸，联系 153893706 1.1 矿区概述 1.1.1 地理位置及交通条件地理位置及交通条件 袁庄矿位于淮北市东北 35 公里，徐州市西南 20 公里，东径 116 57.11171.8，北纬 348.73411.2，南北长 6.7 公里，东西 宽 1.73.4 公里，面积 15.9 平方公里。井田西为煤层露头，西南以 NF3 断 层与孟庄矿为邻，南以 MF1 正断层与毛营子矿为界，东以 KF1 断层与沈庄 矿接壤，北部以人为边界与沈庄矿相邻。 区内交通极为便利，铁路符夹线经过矿区，北于夹河寨接陇海线，南 于符离集接津浦线，萧桃公路、311 国道横穿矿区，连霍高速公路在矿区南 2.5 公里。见附图 1-1 图 1-1 袁庄煤矿交通位置图 1.1.2 地形特点及民居分布地形特点及民居分布 袁庄井田地势平坦，无基岩出露，全区均被第四系冲击层所覆盖，地 表标高+3236.4 米，北高南低，冲击层厚度 79.6126.8，平均厚 95 米。 矿区范围内分布有大小村庄 16 个，大部分分布在井田的南部边界。在 矿区北部有集中职工住宅区。 1.1.3 矿区气候条件矿区气候条件 本区属海洋至大陆过渡性气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷多风，一年 中七、八月份最热，最高温度达 3738，一月份最冷，温度可达-16以 下。历年平均降雨量 900 毫米，夏季占全年总降水量的 81%。年蒸发量 1710 毫米。冬季最大积雪厚度可达 0.35 米，冻土深度可达 0.30 米，无霜期 8 个月。区内冬季多北风，夏季多南风，风力最大可达 6 级，夏季有时暴风 可达 9 级。地震烈度：自公元 925 年以来，在 1668 年 7 月 25 日发生一次 比例尺 1:100000 江苏省 石台 濉溪 梁花园 火神庙 钟楼 符离集 烈山 青龙山 朱庄 岱河 李楼 杨庄 淮北市 张庄 宿州地区 丁楼 马井 郭庄 肖县 朔里 杜楼 永固镇 毛郢孜 孟庄 袁庄 沈庄 夹河赛 10千米 徐州市 地震最强烈，萧县一带地震烈度为七度。近几年矿区附近也有几次小型地 震 1.1.4 矿区水文情况矿区水文情况 井田东部有闸河、两姜河，西部有龙河。井田内西有解放河，河流水 量受季节性控制，解放河 1963 年 6 月最高水位+35.848 米。井田内由于煤 层开采，造成地表塌陷区范围较大，其水位水量受季节性控制，最高水位 +35.850 米，冬季大多干涸，低洼地区雨季积水较严重，难以排泄。 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田地形及勘探程度井田地形及勘探程度 从区域地质构造看，本区属新华夏系第二隆起带中段西侧与秦岭东西 向构造带东段的复合部位，徐宿联合孤的东翼，其构造线的方向为北北东 向。闸河煤田为一复式向斜构造，东为皇藏峪复背斜，西为肖县复式背斜。 袁庄井田位于闸河复式向斜的北部，由牛眠向斜、大庄背斜和施庄向斜三 个次级褶曲组成，控制井田的整个形态，造成井田内煤层走向变化较大。 倾角 29，平均 6。 井田的勘探程度：全区经过普查、详查、精查勘探及使用综合勘探的 精查补充勘探后，完成钻孔 164 个，全井田平均密度达到 15 个孔/Km2，共 计工程量为 47050.59 米。勘探线距一般在 500 米左右，孔距在 300500 米。 1.2.2 井田煤系地层井田煤系地层 本区含煤地层为上石炭统、二叠系上、下统组成。石炭系中上统不含 可采煤层，下二叠统山西组及下石盒子组为主要含煤地层。上二叠统上石 盒子组大多不含煤，局部含煤线。附图 12 地质综合柱状图 130.9 Aletnopteris sp Taenopteris sp Lepidodendrcn sp Cordaites sp Calamites sp 7 676 - - Calamites sp Pecopteris sp Neuropteris sp Gigantopteris sp 25 43 1031 - (M) 168.7 37.1 0.43-2 4 K2 5 3-1 2 0.7 4.2 0.30 14.2 0.39 11.4 21.9 1.2 14.8 7-10.3 18.7 6-1 0.7 图 12 地质综合柱状图 1）石炭系（C23） (1)中石炭统本溪组（C2b） 与下伏奥陶系呈平行不整合接触，厚 1122 米，一般 16 米。上部为隐 晶质石灰岩，夹杂色斑块泥岩；下部为紫色铁铝质泥岩，底部含较多的铁 质结核。 含化石： 简形仿缍蜒 Fusulina Cylindrica 薄氏克小仿缍蜒 Fusu linella Bocki (2)上石炭统太原组（C1.5t） 与下伏本溪组整合接触，厚 125175 米，平均 140 米。顶部岩性为黑 色泥岩、砂质泥岩，中部岩性由浅灰色至灰黑色石灰岩、深灰色泥岩夹浅 灰色细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩和薄层灰岩组成，局部发育有不规则的水 平层理和波状、缓波状层理，一般含灰岩 511 层，灰岩中多夹有方解石石 脉和燧石结核。含煤 210 层，均为薄层煤线，不可采，底部为灰深灰色 石英砂岩。 含化石： 长形似仿缍蜒 Quasifusulina Longissima 轮褶贝 Plicatiera SP 阿翁贝 Avonia SP 小泽蜒 Ozawainella SP 麦蜒 Triticites SP 希瓦格蜒 Schwagerina Valida Lee 假希瓦格蜒 Pseudos Chwagering SP 太原组顶部第一层灰岩厚 1.104.90 米，平均 2.79 米。上部为结晶灰岩， 下部为黄灰深灰色含泥灰岩，是二叠系与石炭系分界的标志层（K1） ，该 层层位稳定。 2）二叠系（P） 与下伏地层太原组呈整合接触，本区为主要含煤地层，总厚度大于 660 米，含煤 818 层，可采煤层 1 层。 (1)二叠系下二叠统山西组（P11sh） 自太原组顶部灰岩（K1）顶面向上至下石盒子组铝土泥岩（K2）底面 为止，厚度 102.40147.90 米，一般厚 128.7 米。以过渡性沉积为特征。下 部为灰色砂岩夹泥岩、砂质泥岩、6 煤、7 煤组成。6 煤、7 煤仅见于矿井 中部个别钻孔，不可采，见冲刷构造，脉状透镜状层理，底部为黑色致密 泥岩。上部为灰色细中粒砂岩、灰黑色紫红色块状花斑状泥岩，见水平层 理、波状层理。顶部为紫色花斑状鲕状泥岩，含铝土质。 含化石： 芦木 Calamites SP. 科达 Cordaites SP. 鳞木 Lepidodenron SP. 带羊齿 Taenopteris SP. 座延羊齿 Alethopteris SP. (2)下二叠统下石盒子组（P12x） 与下伏山西组连续沉积，为主要含煤段，自铝土泥岩底面向上至上石 盒子组 K3 砂岩底面（灰绿色、灰白色细中粒石英砂岩） ，厚 186.6239.8 米，一般厚 210 米。底部铝土质泥岩，俗称铝土，厚 1.104.90 米，一般 2.70 米。该岩石呈灰白色或银灰色，贝壳状断口，有滑感，比重较大，质 地较纯，粘土矿物主要是高岭石，其次为云母，有时含菱铁矿鲕粒。该段 层位稳定，是 5 煤下部标志层（K2） ，为湖泊相化学沉积。 该组分为上下两段，下段含煤，上段不含煤，分界线为 2 煤层顶部中 粗粒砂岩底面，即最终勘探报告与三水平勘探报告中石盒子组与下石盒子 组的界线。下段厚 100.3128.93 米，一般 112.70 米。岩性下部为本矿井主 要含煤段，含煤 412 层，其中 31 煤层发育较好，为主采煤层；32 和 4 煤 层仅在井田局部个别钻孔可见，均不可采；2 煤和 5 煤发育较差，沉积厚度 薄，全区不可采。底部以灰色细中粒砂岩为主。上部为灰黑色泥岩夹细 中粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩，砂岩成份以石英、长石为主。层理类型复 杂，发育有斜层理、波状层理等。 含化石： 脉羊齿 Neuropteris SP. 大羽羊齿 Gigantopteris SP. 栉羊齿 Pecopteris SP. 芦木 Calamites SP. 上段厚 86.3110.9 米，一般 97.0 米，岩性以灰黑色、灰绿色、紫红色 等杂色泥岩和浅灰色长石石英砂岩为主，夹有深灰色粉砂岩、砂质泥岩， 发育有小的间断的波状、缓波状和不规则的水平层理，含丰富的植物叶部、 根部化石，化石保存较好。 含化石： 大羽羊齿 Gigantopteris SP. 栉羊齿 Pecopteris SP. 楔叶 Sphenophyllum SP. (3)上二叠统上石盒子组（P21sh） 与下石盒子组为连续沉积，目前上界不清，本井田揭露 325.6 米，以陆 相沉积为特征，从 K3 砂岩底板向上至第四系冲积层呈不整合接触。根据岩 性变化可以分为上、中、下三段，下段 K3 砂岩至 1 煤顶板，厚 103.8159.7 米，平均 130.0 米。岩性由浅灰色灰色长石石英砂岩、深灰色 灰绿色粉砂岩、灰黑色紫黑色泥岩、砂质泥岩组成。泥岩中含紫色斑块， 发育有平行层理、斜层理，顶部有 12 层煤线，不可采，含丰富的植物化 石。 含化石： 大羽羊齿 Gigantopteris SP. 脉羊齿 Neuropteris SP. 栉羊齿 Pecopteris SP. 中段厚度 79.8122.80 米，一般 100.0 米。岩性上部为灰色长石石英砂 岩，深灰色粉砂岩，发育有板状、槽状交错层理；中部以灰色、紫灰色泥 岩为主，含紫色斑块及菱铁矿鲕粒，发育有波状层理，含植物化石；下部 为细中粒石英砂岩、粉砂岩，未见层理，含植物化石不多。 含化石： 脉羊齿 Neuropteris SP. 大羽羊齿 Gigantopteris SP. 上段厚度 75.3117.40 米，一般 95.6 米。岩性顶部为灰黄色、灰紫色风 化泥岩等，上部为灰白色、灰绿色细中粒砂岩、粉砂岩、夹深黑色暗紫色 泥岩、砂质泥岩；下部为紫色黑色泥岩、花斑状泥岩夹深灰色泥岩，局部 发育有斜层理、波状层理，含植物化石碎片，未见完整的植物化石。 1.2.3 井田地质构造井田地质构造 1）褶曲构造 (1)牛眠向斜：位于井田中部和北部，占据井田的大部分面积，为本井 田的主要褶曲构造。该向斜轴向 3040，6 线南 10左右。两翼岩层倾角 不一，上陡下缓，西陡东缓，为一不对称平缓褶曲。向斜轴南北两端倾伏 角呈 27。向斜东翼沿走向被 KF1 断层切割，轴部煤层近水平，轴中心 线稍高，两边低洼，轴部煤层近水平，轴宽 6075 米，是典型复式向斜特 征。 (2)施庄向斜：位于井田的南部，从 10 线向南倾伏，南被 MF1 断层所 切割为井田边界。本井田呈一扇形向外开放，北部为牛眠向斜、大庄背斜 和施庄向斜的交汇处，轴向 630。向斜两翼倾角均为上陡下缓，西翼倾 角 39，东翼倾角 26，倾伏角 15，轴部煤层近水平，宽度 3040 米。 (3)大庄背斜：位于井田东南部。轴向 285350，倾伏角 38，两翼 岩层倾角较平缓为 26，为一平缓褶曲背斜。见表 11 表 11 主要褶曲一览表 名称位置轴向、倾伏角两翼地层倾角控制程度 牛眠向 斜 井田北部 和中部 6 线北 3040，6 线以南 10，倾 伏角 27。 西翼较陡 410，深部 稍缓 24；东翼较平缓 26。 为一不对称平缓长 轴褶皱，向斜东翼 沿走向被 KF_1 断 层切割，控制可靠。 施庄向 斜 井田南部 轴向 630 倾伏角 28 西翼倾角 39，东翼倾 角 26，向斜两翼倾角均 为上陡下缓。 从 10 线向南倾伏，南 部被 MF_1 断层切割， 本井田呈一扇形向南开 放，北部被大庄背斜切 割。 大庄背 斜 井田东部 牛眠和施 庄向斜衔 接部位 轴向 285350 倾伏角 38 两翼岩层倾角均较平缓， 一般为 26 为一平缓褶曲背斜。 2）断裂构造 本井田大中型断层共 5 条，其中分布在井田边界作为自然边界的有 4 条，如：东部边界的 KF1、KF2 断层，南部边界的 MF1 断层，西部边界的 NF3 断层。按断层性质分：正断层 4 条，逆断层 1 条。见表 12 表 12 主要断裂构造统计表 正断层逆断层 落差 （米） 条数名称条数名称 小计 1002 条 KF_1、MF_ 1 1 条NF_33 条 0301 条MF_4、1 条 0151 条KF_21 条 小计4 条1 条5 条 大中型断层的特征：断层向深部延伸落差逐渐变小；断层走向主要为 NE 向、NNE 向及近 EW 向三种，受二级褶曲控制，断层与褶曲轴向近似 平行或垂直，倾向一般向向斜轴方向，与地层倾向相一致，即顺向断层； 断层以正断层为主，逆断层次之，正断层一般倾角较大，为 7080；大中型 断层附近，有一定范围的断层影响带，伴随着小断层发育。 3）岩浆岩体的分布和产状 本井田岩浆岩不发育，燕山斯区域岩浆活动的第一次和第三次岩浆活 动在井田的南部及北部边界零星钻孔见到。侵入方式为岩床或呈串珠状的 侵入体（如图 13 所示） ，岩浆的侵入使煤层顶底板遭受破坏，岩石结构 强度降低，有时可沟通各含水层的水力联系，增加了回采难度。 图 13 岩浆侵入示意图 1.2.4 井田水文地质井田水文地质 本区是被 90 米左右的第四第冲积层覆盖的隐伏煤田，井田东部有两姜 河、闸河，井田西部有龙河，井田内有一条人工开挖的解放河和大小池塘 较多。井田内地势平坦，一般标高在+34+36 米。在正常情况下，地表水 位对井下生产无影响。影响煤矿生产的主要含水层段为煤系地层可采煤层 顶底板砂岩裂隙水，是矿井主要充水水源，其次是第四系水。 根据本井田内各含水层及对矿井的威胁程度和防治水的难易程度，按 照水文地质条件分类标准，袁庄煤矿被定为水文地质条件中等矿井。 1）含水层 (1)第四系含水层：含水层厚度 922 米，主要由粉砂土、亚砂土及粘土 组成，孔隙潜水（底部微具承压性） ，水位埋深切 13 米，季节性变化显著， 年变化幅度约 2.5 米，分布很稳定，该层含水层丰富，最大单位涌水量 Q=0.56 公升/秒米，中央风井井筒淋水达 20m3/h 以上，平均渗透系数 4.21 米/昼夜，水质类型为 HCO3CL-Mg.Ca 型，矿化度 0.491.00 克/升，硬度 30.62，PH 值为 7.07.3。 (2)基岩风化带含水层： 风化带厚度一般为 1020 米，井田内由西向东逐渐增厚，岩性随基岩 露头层位而定，一般为泥岩，砂岩及砂质泥岩等组成，砂岩为主要含水层， 孔隙裂隙承压水、裂隙不甚发育， （裂隙率一般为 1%，大者为 2.4%） ， 多为风化裂隙，含水较丰富，单位涌水量 g=0.074 公升/秒米，平均渗透系 数（K）为 0.22 米/昼夜，水头近地表（h=2.43 米） 。 (3)石盒子组上部含水层： 包括上石盒子组和下石盒子组上部，即到 2 煤顶板以上 40 米左右。一 般厚 200 米左右，岩性由泥岩、少量的砂岩和砂质泥岩组成，裂隙承压水， 水头较高 h=2.045.78 米，砂岩为主要含水层，裂隙不发育（裂隙率一般小 于 1%） ，上段底部有两层稳定的相距很近的砂岩，厚度 121 米，中段底部 有一层稳定的中粒砂岩，厚度 126 米，其它砂岩分布不稳定，隔水层为泥 岩，分布亦不稳定，富水性取决于其裂隙发育程度，g=0.006250.147 公升/ 秒米，K=0.2159 米/日，水质类型为 ClHCO3-NaCa，矿化度 1.24 克/升， 硬度 18.2，PH=7.5。 (4)5 煤层含水层 由泥岩、砂岩、砂质泥岩及煤层组成，从 2 煤顶板以上 40 米左右至 K2 铝土泥岩，厚约 100 米，裂隙承压水，裂隙不发育（裂隙率 1.5%）含 水微弱至丰富，g=00.266 公升/秒米，是矿井充水的主要水源，该含水带 根据对 3 煤层充水程度因素又可分为两个含水段： 3 煤组顶板含水组：3 煤层以上部分，由泥岩、砂岩及砂质泥岩组成， 总厚度一般为 50 米，砂岩为粉细中粒，累计厚度 024.6 米，一般有 12 层，在 2 煤层顶部有一层较稳定，厚 011.8 米，富水性不均，一般随 31 煤 层工作面回采，涌入到工作面内，属 31 煤层的导水带位置，对生产有影响。 3 煤层底板含水组：从 3 煤层至 K2 铝土泥岩，岩性由泥岩、煤层及砂 岩组成，总厚度 50 米左右，在 4 煤层底板有一层稳定的中粒砂岩，钙质胶 结，厚 2.220.7 米，分布不稳定，该含水组砂岩为主要含水层，泥岩和煤 层为隔水层。5 煤含水层 q=0.010.266 公升/秒米，K=0.095960.2159 米/ 日，水质类型为 HCO3Cl-Na 型，矿化度 1.168 克/升，硬度 1.32，PH=8.0。 (5)山西组含水层 K2 下至太原组顶部，岩性以砂岩为主，次为泥岩和砂质泥岩，厚度 100 米左右，砂岩为含水层；厚度变化较大，一般 60 米左右，裂隙承压水， 裂隙不了育（裂隙率 0.150.19%） ，该含水层可分为 6 煤顶板（K26 煤） 含水组和 6 煤底板（6 煤K1）含水组，含水微弱丰富。 q=0.001260.01055 公升/秒米，K=0.001330.0122 米/日，水质类型为 SO4Cl-CaNa 型，矿化度 2.16 克/升，硬度 58.5，PH=7.8。 6 煤顶板含水组总厚 6080 米左右，由北向南逐渐增厚。砂岩累计厚度 557.8 米，细中粒，亦有由北向南增厚和规律，含水不均，砂岩与 6 煤层 之间有一层不稳定的泥岩，厚 015.9 米。该含水层对岩石大巷掘进有影响。 (6)太原组含水层 岩性以灰白色细粗粒结晶状灰岩与泥岩及砂质泥岩互层，灰岩共有 12 层，多呈薄层状，分层厚 014.8 米，累计厚度约 63.54 米，含水层总厚度 164 米左右，为灰岩裂隙溶洞含水，含水不均一，该含水层的富水性随埋深 增加而减弱，如埋深在 115273 为区间，q=0.745 公升/秒米，而在 448520 米区间 q=0.012 公升/秒米，同时，处在同一标高，该含水层之富 水性与其他二叠系各含水层强。K=0.095960.7161 米/日，HCO3Cl-NaCa 型，矿化度 1.161.23 克/升，硬度 11.826.2，PH=7.27.7。 2）井田涌水量 据矿井地质资料，井田最大涌水量为 460 m3/h，正常涌水量为 209 m3/h。 1.2.5 地温地温 本井田在勘探时期进行了钻孔测温工作，在三水平延深勘探施工的 75- 19 钻孔，测得该孔在 391.94 米时温度为 21.3 度，本井田地温梯度一般为 0.752.07/100 米，属于正常地温区，平均地温 22 度左右，最大可达 25 度。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层埋藏条件煤层埋藏条件 闸河煤田为一复式向斜构造，东为皇藏峪复背斜，西为肖县复式背斜。 袁庄井田位于闸河复式向斜的北部，由牛眠向斜、大庄背斜和施庄向斜三 个次级褶曲组成，控制井田的整个形态，造成井田内煤层走向变化较大。 倾角 29，平均 6。煤层露头深度-81.6m，风化带深度-90.3 m。含煤 19 层，仅 31 煤层属可采煤层，其它煤层均不可采，具体见表 13 表 13 煤层特征表 煤层厚度 最小最大组名煤层 平均(米) 顶板底板煤层结构 层位稳 定程度 与标 志层 距离 00.59 上石盒子 组 1 煤 0.15 粉砂岩泥岩简单不稳定 K_3 119 00.57 下石盒子 组 2 煤 0.30 砂岩或泥岩 粉砂岩或泥岩 简单 12 个 分层 不稳定 58.4K _2 00.48 5 煤 0.39 泥岩或砂岩 泥岩或粉砂岩 简单 13 个 分层 较稳定 17.6K _2 00.44 山西组7 煤 0.33 细中粒砂岩 砂质泥岩或泥 岩 简单不稳定 34K_ 1 B_1_000.52石灰岩泥岩简单不稳定 B_900.74石灰岩泥岩简单不稳定 B_800.36 石灰岩、泥 岩 泥岩砂质泥岩简单不稳定 B_6_ 7 00.11石灰岩砂泥简单不稳定 B_500.46 石灰岩、泥 岩 泥岩简单不稳定 B_4_300.43石灰岩泥岩砂质泥岩简单不稳定 B_4_200.43泥岩泥岩简单不稳定 B_4_100.39 泥岩砂质泥 岩 泥岩砂质泥岩简单不稳定 B_300.67石灰岩砂质泥岩简单不稳定 B_3_100.60石灰岩泥岩砂岩简单不稳定 太 原 组 B_1_200.43泥岩泥岩简单不稳定 B_1_100.41泥岩泥岩简单不稳定 1.3.2 可采煤层可采煤层 本井田煤系地层为石炭二迭系，以二迭系为主，石炭系太原群虽含煤， 均不可采。本井田煤系地层总厚度 804.3 米，含煤 19 层，煤层平均总厚度 9.66 米，含煤系数 1.2%。其中可采煤层一层，为 31 煤层，可采平均厚度 4.2 米，位于二叠系下石盒子组。 31 煤层：位于下石子组下部，下距 K2 标志层 39 米左右，为全矿井田 分布，主采煤层，较稳定，厚度 2.057.40 米，一般厚度 4.0 米，可采点平 均厚 4.2 米，31 煤层结构简单较简单，局部有有 12 层夹矸, 夹矸岩性为 泥岩，易碎，厚 0.010.5 米，从全矿井评价属较稳定煤层。见表 14 表 14 可采煤层特征表 见煤点数（个）煤层真厚顶底板岩性 其中两极 地 层 名 称 煤 层 名 称 总数 可采 不可采 无煤 平均(米) 可采点 平均厚 (米) 结构 稳 定 性 顶板底板 可 采 性 下 石 盒 子 组 3_1 140135502.057.404.2 较 简 单 较 稳 定 泥岩或粉 砂岩个别 细砂岩 泥岩或粉 砂岩 可采 1.3.3 煤层的围岩性质煤层的围岩性质 伪顶：灰黑色泥岩或炭质泥岩，常与煤层分界不清，多缺失，极易冒 落，平均厚 0.05m。 直接顶：以砂质泥岩、泥岩为主，深灰色，致密块状，含砂量由下向 上逐渐增大，中上部含大量完整植物化石，裂隙发育，硬度为 3 度，易冒 落，平均厚 2.5m。井田南北翼岩性差别明显；南翼以砂质泥岩为主，局部 为泥岩或灰白色细中粒砂岩，厚 13m，最厚可达 8m 左右；北翼多为灰 白色中粒砂岩，强度大，顶板压力小，工作面支护较容易。综上所述，其 顶板分类定为类。 老顶：灰白色砂岩，细中粒，块状，泥、钙质胶结，磨园度中等， 斜层理发育，裂隙较发育，常与第二层砂岩合并，不易冒落，厚度 6.512.6m，平均 8.5m。 直接底：灰色泥岩或灰白色细砂岩，局部含砂量较高，含植物根化石 和泥质结核，抗压性差，底部为 32煤，厚 0.070.68m。 老底：灰色砂质泥岩或灰-灰白色砂岩，一般为 20m 左右，为灰-灰白 色砂岩时 ，厚度大，有时可达 50m 以上，该岩石与下部灰岩分界不明显。 1.3.4 煤的特征煤的特征 1) 煤的工业分析 本区可采煤层为低变质的气煤类(QM)，煤种单一，一般为中灰、低硫、 低磷见表 15 仅施庄向斜西翼西南端，井田边界处因受岩浆影响，有无烟 煤及自然焦。 (1) 灰份：本煤层主要属于低灰分煤层，局部为中灰，灰分一般在 2.00 11.2.88%，平均在 8.5% (2) 挥发分：一般为 16.842.3%，平均为 35.9%； (3) 硫含量：一般为 0.210.55%，平均为 0.40%，均小于 1%； (4) 磷含量：为 0.0010.005%，远小于 0.01%， ； (5) 胶质层厚度：7.516.6mm，平均 12.0mm； 表 15 煤质主要特征表 项 目 煤层 灰分 （） 硫分 （） 磷分 （） 挥发 分 （%） 发热量 （MJ/kg） 容重 （t/m3） 牌号 31 煤8.50.400.000435.0927.861.35QM 2）煤的牌号 根据资源勘探阶段煤质化验结果，31 煤层的工业牌号为低变质的气煤 （QM） 。 3）煤的硬度 可采煤层的单向抗压强度为 200300Mpa。 1.3.5 煤的工业用途煤的工业用途 本井田 31 煤层属低中变质的气煤，硫低磷，高发热量高灰熔点，系良 好的动力用煤。 另外 31 煤经洗选后各项指标均能达到炼焦用煤要求，宜作配焦用煤。 1.3.6 煤的含瓦斯性煤的含瓦斯性 本井田最终勘探报告对瓦斯等级作了如下评述：在本井田 M65 孔、 772 孔、K36 孔和 K56 孔中采取 31 煤层瓦斯测定，结果为 CH4 为 0.1480.680 毫克/克，与本井田相邻地质条件相似的沈庄井田瓦斯测定结果 为：31 煤 CH4 为 00.987 毫克/克。另据袁庄矿对 31 煤层在-150 水平回采 时，历年来瓦斯含量测定结果，相对瓦斯涌出量为 3.45m3/t,结论是：本井 田属低瓦斯矿井。 1.3.7 煤尘爆炸危险性煤尘爆炸危险性 1987 年 8 月 24 日，委托重庆煤研所对 31 煤层煤尘的爆炸性进行鉴定， 31 煤层有爆炸危险，爆炸指数为 36.7937.28%。详见表 16 表 16 煤的爆炸性 工业分析爆炸性试验 挥发份 试样 号 试样 名称 水份 Wf 灰分 Af VfVr 火焰 长度 (cm) 抑制煤尘 爆炸最低 岩粉量(%) 爆炸性 结论 87 爆- 29 南翼 钻孔 2.6316.5330.1337.287075 煤尘有爆炸 性 87 爆- 30 北翼 钻孔 2.3716.4629.8636.7910075 煤尘有爆炸 性 1.3.8 煤的自燃倾向性煤的自燃倾向性 同期，在上述地点取样委托抚顺煤研所对煤层的自燃倾向进行了鉴定， 煤层都有自燃发火的倾向，自燃发火期 13 个月。详见表 17 表 17 煤的自燃特性 着火温度氧化程度试样 号 试样名称 还原原样氧化T(1-2) 煤炭自燃倾向性 分类 T1T2T3100% T(1-3) 1南翼钻孔35033132990三类较易自燃 2北翼钻孔35133231859三类较易自燃 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）井田划分的依据 在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，井田境界 应根据地质构造，储量，水文，煤层赋存情况，开采技术条件，开拓方式 及地貌，地物等因素，进行技术分析后确定，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，处理号相邻矿井间的关系。 2）井田范围 NF3断层 孟庄矿 袁庄矿 沈庄矿 袁庄矿 毛郢矿 袁庄矿 北 袁庄矿 沈庄矿 MF1断层 KF1断层 图 21 井田赋存状况示意图 袁庄矿位于淮北市东北 35 公里，徐州市西南 20 公里，东径 116 57.11171.8，北纬 348.73411.2，南北长 6.7 公里，东西 宽 1.73.4 公里，面积 15.9 平方公里，煤层的倾角最大为 9，最小为 2， 平均 5。井田西为煤层露头，西南以 NF3 断层与孟庄矿为邻，南以 MF1 正断层与毛营子矿为界，东以 KF1 断层与沈庄矿接壤，北部以人边界与沈 庄矿相邻，见图 21。 3）矿井工业储量 矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探，煤层厚度与质量均 合乎开采要求，地质构造比较清楚，目前可供利用的可列入平衡表内的储 量。矿井工业储量一般即 A+B+C 级储量。 井田范围内全区可采煤层为 31煤层，平均厚度为 4.2 m。 矿井的工业储量根据经纬网网格法来计算。由于井田范围内煤层倾角 变化不大，可按井田面积一次计算。经过计算，井田范围有完整方格 49 个， 不完整部分拼合方格 15 个，共计方格 62 个。 每个经纬网方格的面积为 S=500500=250000m2，煤的容重取 1.35 t/m3。矿井工业储量的计算公式如下： Zg = NSM/cos1 （公式 21） 式中 Zg矿井工业储量，万 t； S 每个经纬网方格的面积，m2； N井田范围方格个数，个； M煤层平均厚度；米 煤的平均容重，t/m3； 煤层平均倾角，； 则矿井的工业储量为： Zg = NSM/cos =642500004.21.35/cos5 =9037.48 万 t 根据袁庄矿地质勘探资料，矿井各级储量具体情况见表 21 。 表 21 矿井各级储量表 A 级A+B 级储量 A+B+C 级储量 储量 百分 比 B 级储量 C 级储量 储量 百分 比 全矿9037.484256.250.4712864.881915.957121.530.788 第一水平9037.484256.650.4712864.881915.957121.530.788 （其中，百分比为该级储量与其对应工业储量的比率。 ） 由表中数据可以看出： 井田范围内 A+B 级储量占工业储量的 78.8%，大于 40%； 第一水平内 A+B 级储量占水平工业储量的 78.8%，大于 70%； 第一水平内 A 级储量占水平工业储量的 47.1%，大于 40%。 根据矿井设计指南中关于矿井井型与矿井设计的高级储量比例之 规定，本矿井的储量符合煤炭设计规范的要求。 储 量 级 项 目 2.1.2 设计可采储量设计可采储量 1）安全煤柱留设原则 (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) 各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定。用岩层移动角确定工业 场地、村庄煤柱。岩层移动角为 70、75、75，表土层移动角 为 45； (3) 维护带宽度：工业广场维护带 15m； (4) 断层煤柱宽度 35m； (5) 工业场地占地面积，根据煤矿设计规范中若干条文件修改决定的 说明中第十五条，工业场地占地面积指标见表 22。 则将工业广场定为长 450m，宽 300m。 2）安全煤柱留设 井田边界保护煤柱 袁庄矿井田边界主要以断层为界，其中人为井田边界长度仅为 2890m。 按井田边界保护煤柱留设 20m 宽，保护煤柱面积损失量为 57800 m2。 表 22 工业场地占地面积指标 井 型（万 t/a） 占地面积指标（公顷/10 万 t） 240 及以上1.0 120-1801.2 45-901.5 9-301.8 断层保护煤柱 袁庄矿断层总长度 8530m，其中 8000 米为井田边界，断层煤柱留设 35m 宽，则断层保护煤柱面积损失量为：298550 m2。 工业广场保护煤柱 根据关于煤矿设计规范中若干条文修改的决定（试行） 之规定：井 型在 4590 万 t/a，占地面积指标为 1.5 公顷/10 万 t。据此，确定工业广场 占地面积为 13.5 公顷，工业广场的形状为长方形，长 450m,宽 300m。又根 据煤炭工业矿井设计规范之规定，工业广场属二级保护，其围护带宽 度为 15m。因此，加上围护带，工业广场需要保护的尺寸为：长宽 =465315=146475m2。 工业广场保护煤柱尺寸可由垂直剖面作图法求得，如图 22 所示。 垂直剖面作图法 - - 图 22 由上图得工业广场保护煤柱投影图为一梯形，上底 650m、下底 718m、高 815m。 则工业广场保护煤柱损失面积为：（上底 + 下底）高2 =（650+718）8152=190180m2 大巷保护煤柱 大巷中心距离为 20m，大巷两侧的保护煤柱宽度各为 30m，则大巷保 护煤柱面积损失量为 540000 m2。 井筒保护煤柱 主、副井井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，风井井筒保护煤 柱在大巷保护煤柱范围内，故井筒保护煤柱损失量为 0。 各类保护煤柱损失见表 23。 表 23 保护煤柱损失量 3）矿井可采储量的计算 矿井可采储量的计算公式如下： ZK =（ZgP）C （公式 22） 式中 ZK矿井可采储量，万 t； Zg矿井工业储量，万 t； P保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、 建筑物、大断层等留设的永久保护煤柱损失量，万 t； C采区采出率；厚煤层不小于 0.75；中厚煤层不小 于 0.8；薄煤层不小于 0.85；地方小煤矿不小于 0.7。 根据煤炭工业矿井设计规范的规定，本煤层采出率取 0.75。 ZK=(Zg-P)C =(9037.48-616.06)0.75 （616.06 是如何得到的？） 6316.07 万 t 2.1.3 矿井设计生产能力及服务年限矿井设计生产能力及服务年限 1)矿井工作制度 煤 柱 类 型面积（m2） 井田边界保护煤柱57800 断层保护煤柱298550 工业广场保护煤柱190180 大巷保护煤柱540000 井筒保护煤柱0 合 计1086530 根据煤炭工业矿井设计规范相关规定，确定矿井设计年工作日为 330 天，工作制度采用“四六制” ，每天四班作业，三班生产，一班准备， 每班工作 6 小时。 2)矿井每昼夜净提升小时数的确定 按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井每昼夜净提升时间 16 小时。 这样充分考虑了矿井的富裕系数，防止矿井因提升能力不足而影响矿井的 增产或改扩建。因此本矿设计每昼夜净提升时间为 16 小时。 3) 矿井设计生产能力及服务年限的确定 (1) 确定依据 煤炭工业矿井设计规范第 2.2.1 条规定：矿井设计生产能力应根据 资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素， 经多方案比较或系统优化后确定。 矿区规模可依据以下条件确定： 资源情况：煤田地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设 大型矿井。煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿区规模定得太大； 开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市） ，交 通（铁路、公路、水运） ，用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等。 条件好者，应加大开发强度和矿区规模;否则应缩小规模； 国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤中煤质、产量等）的预测是 确定矿区规模的一个重要依据； 投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短 的应加大矿区规模，反之则缩小规模。 (2) 矿井设计生产能力的确定 袁庄井田煤层赋存稳定，顶底板条件好，断层褶曲少，倾角小，厚度 变化不大，开采条件较简单，适宜大型综采，但煤炭储量不足，不能满足 大型矿井服务年限的要求，只适合建中型矿井。 确定袁庄矿井设计生产能力为 0.9 Mt/a。 (3) 矿井及第一水平服务年限的核算 矿井服务年限的计算公式为： T= （公式 23） KA Z k 式中 T矿井的服务年限，a； Zk矿井的可采储量，万 t； K矿井储量备用系数，取 K=1.4； A矿井设计生产能力，万 t/a。 由 2.1.2 计算结果可知：矿井可采储量为 6316.07 万 t，则矿井服务年限 为 aaT4012.50 4 . 190 07.6316 以上结果符合煤炭工业矿井设计规范的规定。 第一水平服务年限的计算公式为： T= （公式 24） KA Zk 1 式中 T1第一水平的服务年限，a； Zk1第一水平的可采储量，万 t； K矿井储量备用系数，取 K=1.4； A矿井设计生产能力，万 t/a。 由于袁庄矿采用单水平上下山开采，第一水平可采储量即为矿井可采 储量，由 2.1.2 计算结果可知：第一水平可采储量为 6634.67 万 t，则第一水 平服务年限为 aaT2012.50 4 . 190 07.6316 1 以上结果符合煤炭工业矿井设计规范的规定。 经过矿井及第一水平服务年限的核算，二者均符合煤炭工业矿井设 计规范之规定，因此最终确定矿井的生产能力为 0.9Mt/a。 2.2 井田开拓 2.2.1 井田开拓的基本问题井田开拓的基本问题 井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷 道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。 这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开 拓方式。合理的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济 比较，才能确定。 在解决开拓问题时，应遵循下列原则： (1) 贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高 效创造条件。在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初 期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。 (2) 合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中 生产。 (3) 合理开发国家资源，减少煤炭损失。 (4) 必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、 供电系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持 良好状态。 (5) 要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新 工艺、发展采煤机械化、综掘机械化、自动化创造条件。 (6) 根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其 它有益矿物的综合开采。 1）井筒形式的数目及坐标 (1) 井筒形式 井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜 井次之，立井最复杂。 平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较 高的山岭、丘陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分 储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。 斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单， 掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、 井底车场及硐室都比立井简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易 受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型 矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一旦发生透水事故等， 人员可迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长辅助提升能力少，提升深度 有限；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙 层施工技术复杂。 立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制， 在采深相同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助 提升特别有利，井筒断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风 量的要求，且阻力小，对深井开拓极为有利；当表土层为富含水层或流沙 层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产状均特别复杂的井 田，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工技术复 杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢， 基本建设投资大。 本矿井煤层倾角变化不大，部分为近水平煤层；水文地质情况比较简 单，涌水量较小；煤层埋藏较浅，但表土较厚不宜采用斜井开拓，因此可 采用立井开拓，延伸可采用立井延伸或采用暗斜井延伸方案或为一水平开 采。经后面方案比较确定井筒形式为双立井开拓，单水平上下山开采（见 本节 6） 。 (2) 井筒数目 采用立井开拓时，一般只开凿一对提升井筒（主、副井） ，风井的个数 应根据安全生产、通风需要和一井多用的原则合理确定。本设计矿井为低 瓦斯矿井，井田走向长度较小，可设一个风井为全矿服务，风井的位置可 以采用中央并列式。 (3) 井筒位置的确定 井筒位置的确定原则： 有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运 输大巷的布置，石门工程量少； 有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村或不迁村； 井田两翼储量基本平衡； 井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层 或软弱岩层； 工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山、低 洼和采空区，不受崖崩滑坡和洪水威胁； 工业广场宜少占耕地，少压煤； 距水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。 根据以上原则，选择井筒位置既要力求做到对井下开采有利，又要注 意使地面合理布置，还要有利于井筒的开掘和维护。本设计矿井地面平坦， 井筒位置不受地面的限制，因此，确定井筒位置只考虑井下开采有利的位 置。因此，设计将井筒位置布置在井田的中央。 井筒的坐标为： 主井：X：3783503 Y：39499012：44.03m 副井：X：3783489 Y：39499086 Z：44.04m 风井：X：3783524 Y：39498413 Z:44m 2）工业场地的位置 工业场地的选择主要考虑以下因素： (1) 尽量位于井田储量中心，使井下有合理的布局； (2) 占地要少，尽量做到不搬迁村庄； (3) 尽量布置在地质条件较好的区域，同时工业场地的标高要高于最高 洪水位； (4) 尽量减少工业广场的压煤损失 工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中部。 工业场地的形状和面积：根据表 22 工业场地占地面积指标，确定地 面工业场地的占地面积为 13.5 公顷，形状为矩形，长边垂直于井田走向， 长为 450m,宽为 300m。 3）开采水平数目 根据矿井煤层倾斜长度和垂深，采用单水平上下山开采对实现高产高 效较为有利。故设计为单水平上下山开采，水平垂直高度 195m，上山段平 均斜长 1263.5m，下山段平均斜长 1134.6m。 4）带区的划分及布置 根据上述所确定开拓方案，井田范围内采用带区式准备。由此，共划 分为 12 个带区。其中，矿井南部块段划分为 8 个带区：南一带区南五带 区；矿井北部块段划分为 6 个带区：北一带区北六带区；另加