采矿工程毕业设计（论文）-荆各庄矿1.2Mta新井设计[2]【全套图纸】

中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 井田位置、范围和交通位置井田位置、范围和交通位置 荆各庄矿井田位于开平向斜的西北侧，中隔凤山缸窑背斜自成一盆状 向斜。南北长约 3.5 km，东西宽约 3.4 km，北端闭合，南端开放，其轮廓 恰似一直径 3.5 km 的亚圆形，面积约 9.5 km2。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 荆各庄矿位于河北省唐山市北偏东约 13 公里处，南距马家沟矿 6 公里， 距原京山铁路开平车站 10 公里，东距陡河发电厂 4.5 公里。行政区域属唐 山市开平区管辖，见荆各庄矿交通位置图(图 1-1)。 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 2 页 图 1-1 荆各庄矿交通位置图 井田开采范围：北部、西部及南部均以煤 12 冲积层下潜伏露头为界， 东部及东南部以1F3 断层组为界，深部以煤 12 盆状向斜底- 530 标高为 最终深度，矿井面积约为 9 km2。井田开采范围坐标见表 1.1。 井田开采范围坐标表井田开采范围坐标表 表表 1.1 拐点拐点 编号编号 拐点拐点 编号编号 拐点拐点 编号编号 1 402303772628398360769451540117579207 2 402157767559398627778151640168578650 3 4014757592810399182785671740201378275 4 4008157570511399682790421840207078445 5 3997357597512400200795251940242078490 6 3989357622513400765797152040240578167 8 3984807651714401102795772140210878158 1.1.2 地形地貌地形地貌 本区为一平坦的冲积平原，东南面沿陡河东岸是由奥陶纪石灰岩构成 的东北西南方向起伏伸展的低山丘陵。从东往西有巍山（290 m） 、 凤山（180 m） 、小梁山（100 m）和菀豆山（38 m） ，由菀豆山向西 南倾没于平原之下。由巍山向东北低山丘陵接连绵延，地势逐渐增高，直 到青龙山标高达493.01 m。在井田北面约 7 公里为由震旦纪灰岩构成的低 山丘陵，东西方向横伏，这两条低山丘陵在井田东面的青龙山一带相汇合。 低山丘陵的伸展方向与地层走向方向一致。井田内地势平坦，但北部稍高， 向南低下，北部地面标高为+38.8 m（湾 35 孔） ，南端标高为23.85 m（湾 补 6 孔） ，倾向陡河。 1.1.3 河流水系河流水系 流经本区东南边的陡河，发源于北部山区，上游由二支汇成，东支称 管河，发源于丰润县福山寺管泉，西支称泉水河，发源于丰润县赵庄上水 路。二支水流在双桥村北侧汇合，向南流经唐山市区，下游汇集石榴河， 向南流入渤海。河北省水利厅于 1965 年在双桥村一带修建了陡河水库，水 库大坝距井田东端的最近距离为 2200 m。陡河及陡河水库虽然距井田区甚 近，但是因其底下均赋存有百余米的第四纪松散沉积物，而且存在有隔水 作用的粘土层，对本矿充水没有直接的影响。 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 3 页 根据附近丹河临时观测，其流量为 0.00415（1998 年 6 月 30 日） 1.4088（1998 年 7 月 22）m3/s，历史最高洪水标高为+690.30 m。 1.1.4 矿区的气候条件矿区的气候条件 唐山地区气候属半大陆性，夏季炎热多雨，冬季严寒凛烈，气温变化 较大。根据唐山市气象局 19591999 年气象资，历年平均气温 17.9，最 高气温 40.3，最低气温-18.3。历年平均降水量为 708.14 mm，年最大降 水量为 1263.8 mm。区内冬季多北风，夏季多南风，最大风速 16 m/s。冰冻 期为十一月至次年三月，最大冻土深度 0.27 m。 1.1.5 水源、电源水源、电源 1. 供水水源 地面水源 本矿地面水源共有三处：即东水源井、西水源井（小学校院内）和矸 子山水源井。供水孔数为：东水源井两个，西水源井一个，矸子山水源井 一个。以上四个供水孔均自奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层取水，水量 很丰富，单位涌水量为 2.33 m3/min m。由于排水设备的限制，每个供水孔 排出量约为 2.02.3 m3/min。目前本矿部分生活用水及工业用水取自地面 水源，计 6.0 m3/min。 井下水源 本矿井下清水源目前有 2080 疏水中心。供水量为 3.5 m3/min，主要取 自第含水层（即煤 5 以上砂岩裂隙承压含水层） 。原来的 1331 和 1148 放 水中心水量很小已无法满足供水要求。目前 2080 疏水中心仍在施工，将来 有希望增加井下清水源。 地面水源地奥陶系石灰岩水井水质化验情况 本矿工房东水源井 依 1981 年 4 月 20 日化验结果为：总硬度为 67.8 mg/l，pH=8.05，NO3-N4 mg/l，I 6r/l，F 0.3 mg/l。Cd、dt、Pb、Zn、As、Fe、 Mg、 Mn、Cu、Cr 未检出。 结论：理化检验均符合国标。 本矿西水源井（荆矿小学校内水源井） 依 1981 年 4 月 20 日化验结果：总硬度为 69.5 mg/l，pH=8.0，NO3- N4 mg/l，I 8r/l，F 0.3 mg/l。Cd、Se、Pb、Zn、As、Hg、Fe、 Mn、Cu、Cr 未检出。 结论：理化检验均符合国标。 卫生指标化验情况： 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 4 页 依 1981 年 4 月 1 日化验结果为：细菌总数 2 个/ml，大肠菌指数小于 3 个/l。 结论：符合饮用水国标。 矸子山水源井 依 1998 年 4 月 20 日化验结果为：总硬度（以 CaCO3 计）为 142.7 mg/l，pH=6.8，NO3-N9.76 mg/l，Fe：0.01 mg/l。硫酸盐：16.13 mg/l。 氯化物：21.27 mg/l。Zn、Ca、 Mn、Ag、Pb、Cr 未检出。细菌总数和总 大肠菌群未检出。 结论：符合饮用水国标。 井下水源水质化验情况 2080 疏水中心巷道及钻孔水 依 1998 年 5 月 25 日经开滦矿务局化验室化验结果为： 离子分析：阳离子：Na+60.57 mg/l，Ca2+26.42 mg/l， Mg2+13.35 mg/l，NH40.22 mg/l ，合计 100.56 mg/l。阴离子：Cl- 17.72 mg/l，SO42- 18.73 mg/l，HCO3-254.49 mg/l，NO3-0.2 mg/l，合计 291.14 mg/l。 总计：391.7 mg/l。 硬度：全硬度 6.7768，暂时硬度 6.7768，负硬度 4.9181（单位：德国 度） 。 总硷度：254.49 mg/l，酸度 11.695 德国度，固形物 268 mg/l，pH=8.08。 结论：理化检验均符合国标。 2048 巷道清水 依 1994 年 4 月 6 日开平区防疫站化验结果为： Fe：0.08 mg/l， Mn：0.05 mg/l，Cu：0.04 mg/l，Zn：0.41 mg/l， 挥发酚类0.002 mg/l，氯化物 9.76 mg/l，阴离子洗涤剂0.1 mg/l，硫酸盐 30.7 mg/l，氟化物 0.2 mg/l，砷 0.01 mg/l，铬 0.004 mg/l，铅0.01 mg/l，硝酸盐氮 0.1 mg/l，细菌总数 1 个/ml，总大肠菌群 3 个/l。总硬 度：254 mg/l，pH=7.48。 结论：理化检验均符合国标。 2.工农业生产和原料及电力供应 矿区内工业以煤炭为主，农业主要种植小麦、玉米、水稻，间杂有果 园、菜园和苗圃等。 本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥、石材 需由国家计划供应外，其它砖、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 5 页 需要。 矿区已建有 110kv 区域变电所，可向本矿井供电的两回 35kv 输电线路。 1.2 井田地质特征 1.2.1 区域地质概况区域地质概况 开平煤田位于燕山南麓，在三个大地构造上位于中朝地台燕山沉降带的 东南侧。燕山南麓煤田在地质力学体系上处于天山阴山纬向构造带、新 华夏系构造带和祁吕贺兰山山字形的巨型构造体系的交汇部位。开平煤 田受新华夏构造体系的影响，以一系列向的褶曲及逆断层组成，北 部受纬向构造的影响逐渐向南弯转成走向近东西向。煤系地层由石炭系中 统唐山组，上统开平组、赵各庄组及下二叠系大苗庄组、唐家庄组等组成。 岩性以砂岩、泥岩为主，基底地层为中奥陶系马家沟组石灰岩，分布于煤 田周边地带，与煤系地层呈不整合接触。煤田向南倾伏，其南部界限可能 跨过宝坻奔城大断层伸入另一个二级构造单元华北断陷。见燕山南 麓构造纲要图 1-2。 开平煤田构造形式以褶皱为主，线型排列比较明显，向斜背斜多呈相 间平行排列，区内由西至东有：蓟玉向斜及其两侧的窝洛沽向斜、丰登坞 背斜、车轴山向斜、卑子院背斜、弯道山西缸窑向斜、凤山缸窑背斜、 开平向斜。 褶皱为不对称状，轴面向北西倾斜，向斜轴线偏居西北翼一侧，西北 翼地层急陡直立甚至倒转，并伴有与其方向一致的逆断层及逆掩断层，断 层面倾角 45以下，引捩构造明显，次级褶皱也较为发育。东南翼一侧产状 平缓，构造以次级复背、向斜构造为主，并伴生有断层构造。背斜则相反， 西北翼产状平缓，东南翼急陡，其它情况亦然。 煤田由于受东临山海关地块来自西南方向挤压力的干扰，往往发育有 串珠状横向褶皱，有的分异为独立盆形，如开平向斜西北侧的西缸窑、弯 道山、西北井三个盆状向斜的形成，其轴线方向与开平向斜走向近直交。 1.2.2 地质特征地质特征 开平煤田位于燕山南麓，在大地构造上位于中朝地台燕山沉降带的东南 侧。燕山南麓煤田在地质力学体系上处于天山阴山纬向构造带、新华夏 系构造带和祁吕贺兰山山字形的三个巨型构造体系的交汇部位。开平煤 田受新华夏构造体系的影响，以一系列向的褶曲及逆断层组成，北 部受纬向构造的影响逐渐向南弯转成走向近东西向。煤系地层由石炭系中 统唐山组，上统开平组、赵各庄组及下二叠系大苗庄组、唐家庄组等组成。 岩性以砂岩、泥岩为主，基底地层为中奥陶系马家沟组石灰岩，分布于煤 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 6 页 田周边地带，与煤系地层呈不整合接触。煤田向南倾伏，其南部界限可能 跨过宝坻奔城大断层伸入另一个二级构造单元华北断陷。见燕山南 麓构造纲要图 2-1。 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 7 页 荆各庄矿井田位于开平向斜西北侧，煤系地层的形成时代属于石炭纪 和二叠纪。煤系基底地层为中奥陶统马家沟组石灰岩，井田地层情况见表 1.2。 本井田与开平煤田其它构造单元的地层特征基本相似，本阶段所揭露 的地层有变化的地段主要在煤 9 以上至煤 6 及煤 12 以下至煤 15，对其层间 距及岩性作了修改，下面按着由老至新的地层顺序进行描述。 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 8 页 1.奥陶系中统马家沟组（O2） 本组为岩性单一、质纯的碳酸盐岩相沉积，以厚层状灰褐色淡玫瑰色 的豹皮状灰岩为主，夹薄层状白云质灰岩。后种岩石多赋存于本组地层上 部。根据岩芯观察，其顶部大约 50 m 以上部分属古风化带，最顶部 20 m 风化程度甚强，常呈土黄色，向下渐弱，岩石呈黄灰斑状杂色。在风化壳 中，溶孔溶洞发育，部分层段呈蜂窝状，时有钻具陷落发生。含水性甚强， 裂隙及孔洞内有浅灰浅黄色铝土岩充填物，这为鉴定古风化壳的重要 证据。1988 年在太平庄打水井时发现奥陶灰岩中有 0.5 m 垂深溶洞，并有 浅黄色充填物。 开平煤田区域地层表开平煤田区域地层表 表表 1.2 界系统组代号厚度(m) 新生界 第四系 Q0-890 二上统洼 里 组P222800 上迭古 冶 组P21346 古系下统唐家庄组P12180 生大苗庄组P1179 界石上统赵各庄组C3274 炭开 平 组C3170 系中统 C2 65 奥中统马家沟组O2345 下陶下统亮甲山组O12115 系冶里组O11203 古凤山组3368 寒上统长山组3248 生武崮山组3182 系中统2120 界下统馒头组12150 景儿峪组11263 元震上统迷雾山组Z2w1200 古旦杨庄组Z2y400 界系下统高于庄组Z1k600 大红峪黄崖关组Z1T+H450 太古界 前震旦Ar -不整合- 唐山组 -平行不整合- _ _ _ _ _ _ _ _ _ 五台群 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 9 页 柱 状 厚度 (M) 煤 层系界统组 岩性描述 新 生 界 100 底部是卵砾互层，中部是粘 土层，之上是卵砾互层，最 上部是砂和粘土。 上 古 生 界 二 迭 系 P 下 统 唐 家 庄 组P2 160 379.07 210 23 114 含长石的中粒砂岩波状层理 下部粗、中、砂岩互层上部 细、中粉砂互层成分以石英 长石为主。 地层系统界 0.94 煤5 大 苗 庄 组P1 95 煤61.12 煤71.12 煤81.16 煤9 8.43 煤10 0.64 下 古 生 界 石 炭 系 C2 赵 各 庄 组C2 60 煤6上部为细纱岩，煤7顶板 为灰色粉砂细砂岩，煤8顶板 为灰色细砂岩，成分主要为 石英胶结物为矽质。煤9顶板 为粉砂岩，中粒砂岩，成分 为石英，长石胶结为高岭土， 易风化膨胀.底板为石英砂岩 煤11 1.81 煤12-1 1.26 煤12 7.5 煤121/2底板为石英砂岩，顶 板为粉砂岩，煤12顶板为腐 泥质页岩，煤12-1顶板为灰 色中粒砂岩，高岭土胶结。 煤11顶板为泥岩灰色细砂岩。 75 煤15 1.25 k6 1.10 k3 2.5 本煤层k1、k2、k3岩石为石灰 岩、粉砂岩、泥岩。 65 本煤层k4、k5岩石为石灰岩、 细砂岩、粉砂岩、泥岩。 65 200 豹皮石灰岩、灰色石灰岩、白 云质石灰岩。 奥 陶 系 600 600 开滦荆各庄矿综合柱状图 2.石炭系（C） 下界为奥陶系中统马家沟组石灰岩顶面，两者为平行不整合接触。上 界为煤 11 顶板含海相动物化石之泥岩顶面。该层与上覆的二叠系地层呈整 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 10 页 合接触。本组一般厚度为 210 m。 石炭系中统唐山组（C2） 直接覆盖于奥陶系石灰岩之上，上至 K3 唐山灰岩顶界面，一般厚度 75 m。 本统地层以粘土岩和粉砂岩为主,各种岩石大致百分比如下:粘土岩占 42.1，粉砂岩占 31.2，砂岩占 19.9，石灰岩占 6.8。 本组岩相变化是由滨海湖泊相碎屑沉积过渡为海相灰岩沉积，交替出 现三个沉积旋回,即：-1、-2、-3，形成一个渐进的相序。本组中含三 层薄层石灰岩，均含有丰富海相动物化石，由下而上简称为 K1、K2、K3 石灰岩。第一层灰岩 K1 出现在距奥陶灰岩顶界面大约 38 m 处，第二层石 灰岩 K2 出现在 K1 之上 12 m 处，第三层石灰岩 K3 出现在 K2 之上大约 25 m 处，称之为唐山灰岩，该层灰岩呈浅灰褐色，中厚层状，质纯，厚 2.5 m 左右，厚度大，层位稳定，含有大量的蜓科和珊瑚化石，易于同其它岩石 相区别。 石炭系上统（C3） 分上下两组，下组称开平组 C31，上组称赵各庄组 C32。上组是荆各庄 矿井田重要的含煤地层，本统地层一般厚度为 135 m。 开平组 C31： 下限为唐山灰岩 K3 顶板，呈整合接触，上限为赵各庄灰岩 K6 之顶板， 亦是整合接触。本组地层一般厚度 76.59 m，以粉砂岩为主，粘土岩含量减 少，各种岩石所占的百分比为：粘土岩 10.1，粉砂岩类占 52.6，砂岩 类占 31.4，石灰岩占 2.9。岩相组合上为浅海相薄层泥质碳酸盐岩和泻 湖海湾相粉砂岩及砂岩沉积物的交替沉积。包含-4、-5、-6 三个较大 的旋回，每一旋回都是由海相石灰岩起经过渡相沉积，又覆为海相沉积。 本组内赋存三层石灰岩，由下而上命名为 K4、K5、K6，其中 K5 石灰 岩为深灰色泥质生物碎屑岩，时而接近钙质粘土岩。特点是含灰白色的动 物介壳，富集成层，与深灰色泥质灰岩交替成细带状，形成明显的水平层 理和水平波状层理，极易区别于其它石灰岩。厚度薄但比较稳定，一般为 0.11.3 m，平均 0.55 m。在 K5 石灰岩底板，赋存三个煤层即：煤 14 一般 厚度为 0.10.8 m,平均 0.4 m;煤 15 甲一般厚度为 0.10.5 m;煤 15 乙一般 厚度为 0.14.29 m,平均 1.12 m，局部达到可采。本组比较突出的特点是出 现了含煤沉积，是典型的海陆交互相沉积序列。 赵各庄组 C32： 下限为赵各庄灰岩 K6 顶板，上限为煤 11 顶板泥岩之顶界面。一般厚 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 11 页 度为 60 m，本组为重要的含煤地层。 本组地层以粉砂岩为主，其次为砂岩，各种岩石所占百分比如下：粉 砂岩类 38.3，砂岩类 29.5，煤层 17.4，粘土岩 14.8。岩相组合主 要是泻湖海湾相和泥岩沼泽相交替沉积，同时在泻湖海湾相之后出现有湖 滨三角洲相。 自沉积赵各庄灰岩 K6 之后，海水大规模后退，而每次海进的幅度都比 较小。该阶段沉积环境相对稳定，是成煤的最好时期。本组含煤层 5 层， 即：煤 12-1/2、煤 12、煤 12-1、煤 12-1 上煤线、煤 11。其中煤 12 可采。 二叠系下统1 下界为煤 11 顶板之泥岩顶面，为整合接触。上界为层矾土质粘土岩 之顶板，井田内该层大部分被冲蚀掉。本统地层一般厚度为 235.76 m，分 上下两组，上组称唐家庄组，下组称大苗庄组，其中大苗庄组是重要的含 煤地层。 1.2.2 地质构造地质构造 1.褶曲构造 荆各庄矿井田自身即为一个盆状向斜，向斜轴线偏居西侧，近南北延 伸，中部略向西呈弧形弯曲，并向南偏东倾伏，倾伏角约 56。向斜轴线 西侧地层产状急陡，而东侧则较为舒缓，同时向斜边缘较之中部地层产状 陡。这种构造特征直接影响了井田不同区域断裂构造的性质和发育程度。 在井田东部有一舒缓横向褶皱,轴线方向 N43E,长 700 m,宽 300 m，两翼倾 角510。 在井田中南部有一小型背斜，轴线方向40，长 600 m 以上，背斜 西部一翼产状较陡，倾角2560，东部则地层较舒缓，倾角 1525。 2 .断裂构造 断裂构造是井田最为重要的构造形式，它不但构成了井田边界，而且 直接影响采区的划分，同时在井田范围内广泛存在，是采掘生产和井巷工 程所要解决的最主要的地质问题。由于井田向斜西陡、东缓，边缘陡、中 部缓的不对称性，造成井田范围内断裂构造的性质、分布、发育程度具有 较大的分异。总体上讲,向斜轴线以西区域内以逆断层为主，且多为冲断层， 构造复杂；而向斜轴线以东则以张性正断层为主,逆掩断层次之，冲断层极 为少见，构造条件亦相对简单。同时受区域应力作用,断裂构造在延伸展布 上亦存在一定规律,按其走向大致可分为四组。 1.2.3 地温地温 据详查勘探资料，本区地温梯度为 0.94/100 m，横温带在 50100 m 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 12 页 左右，地温变化范围在 11.5017.00之间，属地温正常区。 1.3 煤层及煤质 1.3.1 煤层赋存条件煤层赋存条件 井田煤系主要由石炭系上统和二叠系下统地层组成，煤系地层总厚度约 450 m， 共含大小煤层 19 层，煤层总厚度 25.3 m，含煤系数为 5.7,其中可采煤层共两层,即煤 12、煤 9，平均总厚度 15.93 m。可采煤层集中在赵各庄组和大苗庄组。 1.可采煤层厚度 1)煤 9：为矿井的主采煤层，厚度为 0.0017.67 m，平均厚度为 8.43 m。煤层为黑色、条带状构造，玻璃光泽，以亮煤为主，间夹暗色条带，局 部含丝炭，偶含黄铁矿膜，半亮光亮型。煤层的容重为 1.44t/m3。区内煤 层厚度变化较大，最厚点在西翼采区湾 36 孔，各采区煤层厚度变化见表 1.5。 各采区煤各采区煤 9 厚度及倾角统计表厚度及倾角统计表 表表 1.5 煤层厚度（煤层厚度（ M） 煤层煤层 一采区一采区二采区二采区三采区三采区 厚度（ M） 5.188.7 7.96 1.398.00 6.03 3.2711.58 8.51 倾角（） 317 8 535 20 016 10 本煤层一般含 23 层夹矸，多为炭质页岩。在井田西翼采区有厚层夹矸，岩性为 褐红色泥岩粉砂岩细砂岩或浅褐色砂岩，厚度达 0.51.0 m，在平面上呈透镜状， 分布范围不大，主要在盘地边缘及 F3 断层组附近，夹矸之上有 1.53.7 m 左右的煤， 之下有 5.0 m 左右的煤。夹矸变厚处煤层厚度明显变薄，且上分层煤往往尖灭于煤层 顶板，因此，在施工中必须注意：下分层煤是主要煤层。 2.可采煤层结构变化 井田内共有可采煤层四层，即：煤 9、煤 12。在矿井开采过程中，揭 露的煤厚点越来越多，通过全面的统计分析，对其稳定性有了更加全面的 了解，现将其稳定性分析分述如下： 根据煤 9 开采情况，选取了 134 个煤厚点进行统计分析，确定煤 9 的 稳定程度见表 1.8。 井田煤层稳定性统计表（煤井田煤层稳定性统计表（煤 9） 表表 1.6 煤层厚度（煤层厚度（ M）统计点数统计点数 变异系数变异系数 （r） 可采指数可采指数煤层稳定性煤层稳定性 0.0017.67 8.43 13435.82%0.98较稳定 井田内各采区地质条件不同,煤层的稳定性也不尽相同,各采区煤层厚度 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 13 页 稳定性统计见表 1.9。 各采区煤层厚度稳定性统计表（煤各采区煤层厚度稳定性统计表（煤 9） 表表 1.7 1.3.2 煤质煤质 1.煤的物理性质 煤层的物理特性见表 1.10： 主主 要要 煤煤 层层 物物 理理 特特 征征 表表 表表 1.81.8 2. 可采煤层的煤质概况 采区名称采区名称煤层厚度（煤层厚度（ M）统计点数统计点数变异系数（变异系数（r）可采指数可采指数煤层稳定性煤层稳定性 一采区 5.017.61 9.21 7123.37%1稳定 二采区 6.19.18 8.56 8131.52%1较稳定 三采区6.09.58 8.5 3260.73% 1不稳定 5 7 8 ! Y 洲 9/ 45）0.500.600.600.400.400.50 最大灰分40%50% 2. 其他计算依据 （1）根据荆各庄矿井田地质详查勘探报告和 1998 年 6 月补充勘探提 供的煤层资料计算。 （2）依据煤炭资源地质勘探规范关于化工、动力用煤的标准：计 算能利用储量的煤层最低可采厚度为 0.80 m，原煤灰分不大于 40%。计算 暂不能利用储量的煤层厚度为 0.700.80 m。 （3）依据国务院（1998）5 号文关于酸雨控制区及二氧化硫污染控 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 24 页 制区有关问题的批复内容要求：禁止新建煤层含硫份大于 3%的矿井。硫 份大于 3%的煤层储量列入平衡表外储量。 （4）储量计算厚度：夹石厚度不大于 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。 （5）井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平稳，勘探工程 分布比较均匀，采用地质块段的算术平均值。 2.2.2 工业储量计算工业储量计算 根据储量计算公式（地质学基础中矿大出版社 陈昌荣主编） 地质块段法 地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征，将矿体划分为若干 块段，在圈定的块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量。煤层 总储量即为各块段储量之和，应当指出，每个块段内至少应有一个以上的 钻孔。 块段的面积 S 必须采用真面积（即煤层斜面积） 。用煤层底板等高线上 的水平投影面积换算成真面积。 123 / . 123 cos . n i i MMMM n nnnn n n s s a QSM QQQQQ 式中 s真面积， m2; 水平投影面积， m2 ; / s 煤层倾角，采用块段内的平均倾角， （。 ） i a mi块段煤层的平均真厚度， m; 煤层厚度 M 应采用其厚度的平均值，即根据计算面积内各见煤点的厚 度，均换算成真厚度（垂直层面方向的厚度） ，而后用算术平均法进行计算。 M +M +M .+M 123n M = i n 式中 Mi煤层真厚度的平均值， m； n-参加计算的见煤点数（地段中的钻孔数） M1+M2+M3+Mn 该地段中各见煤点的煤层真厚度， m； （公式 2-1） （公式 2-2） （公式 2-3） （公式 2-4） 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 25 页 i块段内煤层容重，t/m2 煤层储量的计算公式为： 1 111 QSM 2 222 QSM n nnn QSM 123 . n QQQQQ 、. 分别为各块段的储量，万 t ; 1 Q 2 Q n Q 、 分别为各块段的面积， m2 1 S 2 S n S 、 分别为各块段内煤层的厚度， m M1M2Mn 、分别为各块段内煤层的容重，t/m2 1 2 n 本井田内主要可采煤层为煤 9，其平均厚度分别为 8.43 m。由上式计算 结果见表 2.2： 开滦荆各庄矿煤 9 储量计算表 表 2.2 地质块 段 号 块段投影面 积( M2) 平均倾 角() 块段实际面 积( M2) 平均厚度 ( M) 煤层容重 (T/m3) 块段储量(T) 11176410.736.61184259.098.41.4414324798.00 21224830.478.31237795.399.51.4416933041.00 31223165.7012.41252380.897.91.4414247085.00 4493448.776.9497048.738.51.446083876.40 5567578.398.4573733.217.81.446444171.40 6726329.9613745435.428.51.449124129.60 7348253.065.9350107.659.71.444890303.60 8228550.654.4229226.248.81.442904754.90 9332907.409.4337438.477.71.443741517.70 10412864.1929472049.948.61.445845866.50 11372320.6832.7442443.148.541.445440988.80 12529938.8321.7570358.689.31.447638243.50 13377901.9024.7415958.728.41.445031436.70 14233863.946.6235424.158.41.442847690.50 15435946.5431.6511838.397.51.445527854.60 16228493.3734.7277923.778.81.443521850.00 17203965.8627.7230367.437.91.442620659.90 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 26 页 18153731.7528.3174600.458.11.442036539.68 19211620.3831.2247403.818.11.442885718.00 20168494.6720179308.297.51.441936529.50 总 计9650617.2310165101.868.43124027055.28 故全矿井共获得能利用储量 12402.70 万 t，本井田储量级别均为 111b+121b+122b 级，因此矿井工业储量为 12402.70 万 t。 2.2.3 可采储量计算可采储量计算 矿井可采储量=（矿井工业储量-永久煤柱损失）矿井回收率。 计算矿井可采储量时，必须要考虑以下损失：（1）工业广场保护煤柱； （2）井田境界煤柱损失；（3）采煤方法所产生的煤柱损失和断层煤柱损 失；（4）建筑物、河流、铁路等压煤损失；（5）其他损失。 本井田中永久煤柱损失主要有：工业广场保护煤柱、井田境界煤柱损 失、村庄保护煤柱和断层保护煤柱等。 根据王台铺矿和长平井周围矿井实际经验和依据建筑物、水体、铁 路及主要井巷煤柱与压煤开采规程之相关条款规定，部分煤柱的留设方 法如下，见表 2.3。 煤柱留设方法煤柱留设方法 表表 2.3 名名 称称留留 设设 方方 法法 工业广场 根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程第 72 条：工业广场维护带宽度为 15 m 井田边界边界煤柱 20 m 断 层断层煤柱每侧 20 m 大 巷大巷煤柱每侧 30 m 1. 工业广场煤柱留设 根据煤炭工业设计规范 ，工业场地占地指标如表 2.4。 工业场地占地指标工业场地占地指标 表表 2.4 井井 型型 大大 型型 井井 公顷公顷/10 万万 t 中中 型型 井井 公顷公顷/10 万万 t 小小 型型 井井 公顷公顷/10 万万 t 占地指标占地指标0.801.101.301.802.002.50 注：1.占地指标中包括围墙内铁路站线的占地面积； 2.井型小的取大值，井型大的取小值； 3. 在山区，占地指标可适当增加； 4. 附近矿井有选煤厂时，增加的数值为同类矿井占地面积的 3040%； 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 27 页 5. 占地指标单位中的 10 万 t 指矿井的年产量。 工业场地的布置应结合地形、地物、工程地质条件及工艺要求，做到 有利生产，方便生活，节约用电。根据上述规定，本井田工业场地占地面 积 S 取值如下： S=（0.80+0.30）90/10=13.2 公顷=132000 m 由于荆各庄矿采用中央边界式的通风方式，而又将风井与主井、副井 布置在同一个工业广场内，故本矿井扩大工业场地的面积为 13.2 公顷，由 于长方形便于布置地面建筑，所以初步设定工业广场为长方形 324.43 m 408 m 。 图图 2-1 工业广场煤柱留设图工业广场煤柱留设图 查地质资料，根据地质岩性，参照地质资料，确定地层移动角 =45， 70 70 70 70 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 28 页 =70，=3572。用作图法求出工业广场保护煤柱量。 工业广场保护煤柱留设见图 2-1。 由作图法求得荆各庄矿工业场地煤柱损失：煤 9：777.76 万 t。 2.断层煤柱及其他煤柱损失 井田东南边界有 3 个断层 F1、F2，井田边界各煤柱损失煤量见表 2.5。 工业场地占地指标工业场地占地指标 表表 2.5 煤柱损失量煤柱损失量/万万 t 煤柱名称煤柱名称 9 号煤号煤 井田边界645.40 断 层287.5 工广保护煤柱 372.2 小计 1305.1 3.可采储量计算 由以上计算可知，断层煤柱及其他煤柱损失煤量为 1305.10 万 t，矿井 的回收率没有具体规定，一般为不低于 60%，结合本矿实际情况，为了充 分利用煤炭资源，参照采区回采率，煤 9 为厚煤层，所以矿井回收率取 75%。 经计算矿井工业储量为 12402.70 万 t，全矿永久煤柱损失为 1305.10 万 t， 则矿井可采储量=（12402.70-1305.10）0.75=8323.20 万 t 矿井储量计 算结果见下表 2.6 所示。 储量总表储量总表 表表 2.6 矿井名称矿井名称煤煤 层层工业储量工业储量/万万 t可采储量可采储量/万万 t 荆各庄矿912402.708323.2 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 29 页 3 矿井工作制度及设计生产能力、服务年限 3.1 矿井工作制度 由煤炭工业矿井设计规范第 223 条规定，矿井的设计生产能力按 330d 计算，矿井设计年工作日 330d，每日 3 班工作，每班工作 8h，2 班生 产，一班检修；掘进 3 班作业；昼夜净提升时间为 16h。 3.2 矿井设计能力 矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、开采条件、设 备供应及国家需煤等因素确定。 针对荆各庄矿井的实际情况：地质构中等复杂，储量丰富，煤层赋存 较稳定，开采条件优越，主要可采煤层为煤 9。煤 9 煤平均厚度 8.43 m，井 田内各煤层均属气煤类，小牌号为气煤 1 号和气煤 2 号，根据煤 9 铁箱试 验结果，煤的结焦性能较差，块度小，抗碎性及抗磨性能较差，不适于单 独炼焦之用，但可以考虑作配焦用煤；煤的焦油含量较高，属富油煤高 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 30 页 油煤，可考虑煤的综合利用。由于煤的发热量均在 18.0124.18 MJ/Kg，可 作为动力用煤。 矿井沼气相对涌出量为:0.393.38 m3/t,绝对涌出量为 1.275.56 m3/min；二氧化碳相对涌出量为 1.52.85 m3/t，绝对涌出量为 4.959.24 m3/min。煤尘具有爆炸危险，煤尘爆炸指数为 38.4264.2。 结合本矿实际和当前技术水平，为了更好的发挥煤炭资源的经济效益， 采用综合机械化采煤放顶煤的采煤工艺。本矿储量中等丰富，按照矿井设 计规范规定，将该矿井生产能力预定为 1.2 Mt/a。 3.3 矿井服务年限 3.3.1 矿井服务年限的确定矿井服务年限的确定 矿井的设计服务年限 T 可按下式计算： （公式 3- 1） 式中：T矿井服务年限，a； ZK矿井可采储量，万 t； A矿井生产能力，万 t/a； K储量备用系数（1.31.5） ，本矿井由于地质条件属中等复杂，因 此取 1.36。 由前面计算可知：ZK=8323.2 万 t 得： T=8323.2 / (1.36120) 51a 即本煤矿的服务年限约为 51a50a。 由以上计算可知：荆各庄矿矿井服务年限满足规定要求，矿井生产 能力 1.2 M/a 合适。 3.3.2 第一水平的服务年限第一水平的服务年限 根据矿井开拓布置，第一水平开采煤 9，储量为煤 9 为 8323.2 万 T， ， 所以第一水平的服务年限为： T=Z/(AK) （8323.2-1791.55）0.75/(1.36120) 30a25a。 结合目前我国煤炭行业的实际情况和随着采煤技术及社会生产力的发 展和，一水平服务年限 25 年符合当前实际并且满足煤炭工业矿井设计规 范要求。 KA Z T K 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 31 页 4 井田开拓 4.1 井田开拓的基本问题 荆各庄矿井田自身即为一个盆状向斜，向斜轴线偏居西侧，近南北延 伸，中部略向西呈弧形弯曲，并向南偏东倾伏，倾伏角约 56。向斜轴 线西侧地层产状急陡，而东侧则较为舒缓，同时向斜边缘较之中部地层产 状陡。这种构造特征直接影响了井田不同区域断裂构造的性质和发育程度。 在井田东部有一舒缓横向褶皱,轴线方向 N43E,长 700 m,宽 300 m。两翼倾 角 510。 荆各庄矿井田位于开平向斜的西北侧，中隔凤山缸窑背斜自成一盆 状向斜。南北长约 3.5 km，东西宽约 3.4 km，北端闭合，南端开放，其轮 廓恰似一直径 3.5 km 的亚圆形，面积约 9 km2。 本区为一平坦的冲积平原，东南面沿陡河东岸是由奥陶纪石灰岩构成 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 32 页 的东北西南方向起伏伸展的低山丘陵。从东往西有巍山（290 m） 、 凤山（180 m） 、小梁山（100 m）和菀豆山（38 m） ，由菀豆山向西 南倾没于平原之下。由巍山向东北低山丘陵接连绵延，地势逐渐增高，直 到青龙山标高达493.01 m。在井田北面约 7 公里为由震旦纪灰岩构成的低 山丘陵，东西方向横伏，这两条低山丘陵在井田东面的青龙山一带相汇合。 低山丘陵的伸展方向与地层走向方向一致。井田内地势平坦，但北部稍高， 向南低下，北部地面标高为+38.8 m，南端标高为23.85 m，倾向陡河。 本井田内主要可采煤层： 9#煤层平均厚度 8.43 m；，两煤层相距约 32 m 左右。其中主采煤层 9#煤层倾角平均约 14左右。煤层上部边界标高为- 180 m，下部最低为-530。其上部覆盖有厚 100380 m 的第四系冲积物。 矿井沼气相对涌出量为：0.393.38 m3/t,绝对涌出量为 1.275.56 m3/min； 确定本矿井最大涌水量为 9.5 m3/min，一般为 3.73 m3/min。 依据以上所述地质情况和结合矿井开拓的其他问题，确定荆各庄矿井 开拓布置，具体分述如下： 4.1.1 井硐的形式、数目、位置井硐的形式、数目、位置 井硐的形式、数目 本井田位于为一平坦的冲积平原，上覆表土和岩层厚度 50 m379.07 m 左右，有流砂冲积层。不适合采用斜井开拓，又没有平硐开拓的条件， 因此采用立井开拓。由于煤层倾角不大 ，煤层埋藏距离地表 300400 m。 因此井筒施工采用冻结凿井法进行冲积层的凿掘与砌筑。 考虑到本井田境界较小，井田边界均以自然条件为划定，又因本矿属 低瓦斯矿井等因素，本设计中决定采用主副两个井筒，主井提升煤炭，副 井提升材料兼做进风井，根据不同开拓方案：在井田中央边界开掘一个风 井或在工业广场内单独开凿一风井，满足矿井通风要求。 井硐的位置 根据矿井前期主要开采 9#煤层，以有利于前期开采，减少煤柱损失， 又兼顾全井田开拓原则。并考虑荆各庄矿位于河北省唐山市北偏东约 13 公 里处，南距马家沟矿 6 公里，距原京山铁路开平车站 10 公里，东距陡河发 电厂 4.5 公里，以利于煤炭运输。因此井筒位置布置有两个方案 ：1.井筒 位于井田中部。2.立井井口位于井田走向中央，井田倾向的中上部。考虑到 各有利弊需要进一步比较。 4.1.2 工业场地位置、形式和面积工业场地位置、形式和面积 布置要求 井田两翼储量基本平衡； 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 33 页 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； 水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。 工业场地位置 结合以上要求，根据井筒位置，工业广场的布置有两个方案： 1：工 业广场布置在井田中央。2：工业广场布置在井田中上部走向的中央；两个 方案的优缺点见以下分析。经比较方案一虽然较方案二压煤较多但没有石 门工程量；没有沿石门运输工作量。方案二工业广场压煤较少。但需开凿 一条主运输石门两个方案各有优缺点需要进行近一步比较。. 方 案 一 双立井，工业广场布置在井田中央布置一个开采水平。与比 方案二相比，工业广场在深部压煤较多。较方案二石门工程量较小；沿石 门运输工作量较小。井下运输环节较简单。 方 案 二 双立井，工业广场布置在井田中上部布置一个开采水平与方案 二相比，工业广场在浅部压煤较少，建井期短。较方案二石门工程量大； 沿石门运输工作量较大。进行运输环节较复杂。 工业广场形式与面积见第 2 章相关内容。 4.1.3 开采水平开采水平 合理开采水平垂高的确定 具有合理的阶段斜长; 要有利于采区的正常接替； 经济上有利的水平垂高，保证水平服务年限合理。 根据本井田的实际条件，煤层平均倾角为 8，井田倾斜长约 3.61 km， 落差为 320 m，考虑到 9#煤层倾斜角度不大，井田范围不大，地质条件较 简单，所以采用一个水平上下山开采。为了合理布置采区，均衡生产，水 平大巷布置在-388，采用上下山开采，水平井底车场布置在 9#底板坚硬岩 层中。 4.1.4 大巷布置大巷布置 大巷层位 9#煤层为黑色、条带状构造，玻璃光泽，以亮煤为主，间夹暗色条带， 局部含丝炭，偶含黄铁矿膜，半亮光亮型。煤层的容重为 1.44 t/m3，普 氏硬度系数 0.831.45,9#煤底板为灰深灰色粉砂岩或细砂岩，块状，较坚 硬。根据井田地质条件和本井田的实际情况大巷布置分两个方案进行比较。 方案一：岩石大巷，布置在 9#煤层底板中；方案二：煤层大巷，煤层大巷 中国矿业大学 2008 届本科毕业生设计 第 34 页 与主石门布置，大巷布置在 9#煤层中。 大巷条数 根据矿井生