C115安全工程毕业设计（论文）-古书院煤矿210万ta新井通风系统设计（含全套CAD图纸）

中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设 计 姓 名：郭郭亚亚健健 学 号: 21056169 学 院：应应用技用技术术学院学院 专 业：安全工程安全工程 设计题目：古古书书院煤院煤矿矿 210 万万 t/a 新井通新井通风风系系统设计统设计 专 题：矿矿井水害防治技井水害防治技术术研究研究 指导教师：翟翟 成成 职 称：讲讲 师师 2009 年 6 月 徐州 全套图纸，加 153893706 中国矿业大学毕业设计任务书 学院应应用技用技术术学院学院专业安全工程安全工程年级05学生姓名 任任务务下下达达日日期期：2009年年 3 月月 7 日日 毕业设计日期：毕业设计日期： 2009年年 3 月月 8 日至日至 2009年年 6月月 5 日日 毕业设计题目：古书院煤矿毕业设计题目：古书院煤矿 210 万万 t/a 新井通风系统设计新井通风系统设计 毕业设计专题题目：矿井水害防治技术研究毕业设计专题题目：矿井水害防治技术研究 毕业设计主要内容和要求：毕业设计主要内容和要求： 该生毕业设计由一般部分、专题部分和翻译部分组成。 一般部分：一般部分：题目为晋煤古书院矿 210 万 t/a 新井通风安全设计。主要 内容包括矿区概述及井田地质特征，井田开拓，采煤方法及采区巷道布置， 矿井通风，矿井安全技术措施等部分。 专题部分：专题部分：题目是矿井水害防治技术研究。 翻译部分：翻译部分：题目是大采高放顶煤开采技术及其发展前景 设计要求：设计要求：独立完成上述设计内容，方案论证、计算、分析要正确， 专题要有自己的见解，结论要合理。说明书条理要清楚，论述充分，文字 通顺，符合专业技术用于要求，图纸完备、正确。 院长签字： 指导教师签字： 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的 能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点； 工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意 答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合 运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果 及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合 运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果 及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题； 是否同意答辩等）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 回 答 问 题 提 出 问 题 正 确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 摘 要 本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。 一般部分是古书院矿 210 万吨新井通风系统设计。全篇共分为五章： 矿区概述及井田地质特征、井田开拓、采煤方法及带区巷道布置、矿井通 风和矿井安全技术措施。 古书院矿位于山西省晋城市，矿井总面积是 35 平方千米，矿井主采煤 层是九号煤层，平均厚度是 6 米，角度平均是 5 度，矿井的工业储量是 22163.7574 万吨，可采储量是 20570.4 万吨，矿井的正常涌水量是 118 m3/h，最大涌水量是 406 m3/h，矿井绝对瓦斯涌出量 28.37m3/min，相对瓦 斯涌出量 4.47m3/t，因此本矿为低瓦斯矿井。 古书院矿设计年生产能力为 210 万 t/a，服务年限为 70 年。矿井工作制 度为“四六”制。矿井的采煤方法主要为长壁综合机械化放顶煤开采。矿井 开拓方式为斜井单水平开拓。 矿井布置一个工作面生产，一个工作面备用，年生产能力为 210 万 t/a。工作面长度为 175 m。运输大巷采用胶带运煤，大巷辅助运输采用采用 无轨胶轮车运输材料和矸石。矿井通风方式为中央分列式通风方式，矿井 初期采用中央分列式通风，后期同样采用中央分列式通风。 专题部分主要介绍的是矿井水害防治技术研究。 翻译部分主要介绍的是大采高放顶煤开采技术及其发展前景。 关键词：工业储量；工作制度；采煤方法；走向长壁综合机械化放顶煤开 采；矿井通风；快速掘进 ABSTRACT This design book consists of three parts: the general part, the special part and the translation part. The general part is a 210 new design of Gushuyuan colliery. It contains fine chapters: summarize of the mine field geological character, mining field deploitation, the excavating coal method and disposal of laneway in mining area , mine ventilation and safety of the mine. The Gushuyuan colliery lies in Jincheng city of Shanxi province. The total area of the mine is 35 km2. The main exploitation coal seam is 9, the average thickness is in turn 6 m. Its obliquity is 5 degree on average. The industry reserves of the mine field are 22163.7574w tons and the useable reserves are 20570.4w tons. The normal effusing water of mine is 118 m3/h on average. The comparative effusing of gas is 406 m3/h , and it is a low gassy mine. The design throughput of mine is 2.1million tons per year, and its service life is 70 years. The labor system of the mine is “four-six“. The mining method of the mine is fully-mechanized top-coal caving face with longwall in the strike. The deploitation manner is two slopes with one levels . There is one working face in the mine, and the other is for preparation. The throughput of mine is 2.1 million tons per year. The length of the longwall face is 175 m. Tlexible belt conveyor is used in the coal transportation. The materials and refuse are transported by tramcars tons in the ancillary transportation. The method of mine ventilation in this shift is central ventilation. In the early period, the central ventilation, at last, the central ventilation is used. The special part mainly introduces The research about mine water hazard prevention and control technology. The translation part mainly introduces Large mining high-caving mining technology and its development prospects. Keywords: industry reserve;vertical shaft development;labor system;mining method;fully-mechanized top-coal caving face with longwall in the strike; speedy drivag. 目 录 一般部分一般部分 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征.1 1.1 矿区概述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.3 1.2 井田地质特征3 1.2.1 井田地质构造.3 1.2.2 井田地质勘探.7 1.2.3 水文地质.10 1.3 煤层特征.11 1.3.1 煤层.11 1.3.2 煤层顶、底版.12 1.3.3 煤的特征.13 1.3.4 瓦斯.16 1.3.5 煤尘及煤的自燃.17 2 井田境界和储量井田境界和储量.18 2.1 井田境界及可采储量18 2.1.1 井田境界.18 2.1.2 可采储量.20 2.1.3 矿井设计生产能力及服务年限.23 2.2 井田开拓25 2.2.1 井田开拓的基本问题.25 2.2.2 矿井基本巷道.34 2.2.3 大巷运输设备选择.44 2.2.4 矿井提升.47 3 采煤方法及带区巷道布置采煤方法及带区巷道布置.52 3.1 煤层的地质特征52 3.2 带区巷道布置及生产系统52 3.2.1 采煤方法及工作面长度的确定.52 3.2.2 带区巷道的联络方式.53 3.2.3 分带煤柱的留设.53 3.2.4 煤层的开采顺序和工作面的接替顺序.53 3.2.5 带区主要生产系统.54 3.2.6 确定带区生产能力和采出率.55 3.2.7 带区主要硐室布置.56 3.3 采煤方法57 3.3.1 采煤工艺方式.57 3.3.2 回采巷道布置.67 4 矿井通风及安全矿井通风及安全.69 4.1 矿井通风系统选择69 4.1.1 矿井通风系统的基本要求.69 4.1.2 矿井达产后，确定矿井通风容易时期和困难时期的开采位置.70 4.1.3 矿井通风方式的确定.70 4.1.4 确定矿井主扇的工作方法.74 4.2 带区通风74 4.2.1 确定回采工作面通风.75 4.2.2 通风构筑物.76 4.2.3 回采工作面所需风量.76 4.2.4 带区通风系统评价.78 4.3 掘进通风79 4.3.1 局部通风方法和布置方式.79 4.3.2 风筒材料、规格及接头形式.79 4.3.3 掘进工作面需风量的计算.80 4.3.4 掘进通风设备的选型.81 4.3.5 掘进通风的技术管理和安全措施.83 4.4 矿井所需风量.85 4.4.1 确定矿井通风容易时期和困难时期的矿井用风地点.85 4.4.2 矿井通风容易和困难时期的通风网路图及立体图.85 4.4.3 确定矿井所需风量.90 4.4.4 确定矿井通风容易时期和困难时期矿井所需风量.91 4.4.5 确定采区、全矿的风量分配及矿井所需的总风量.91 4.5 矿井通风阻力93 4.5.1 确定矿井通风容易时期和困难时期的最大阻力路线.93 4.5.2 矿井通风容易时期和困难时期井巷摩擦阻力及通风阻力计算.93 4.5.3 矿井总风阻及总等积孔的计算.96 4.6 矿井主要通风机选型97 4.6.1 确定风机设计工况点.97 4.6.2 矿井主扇选择的两条原则.100 4.6.3 电动机的选择.102 4.6.4 主扇设备装置要求.103 4.7 矿井反风措施及装置103 4.8 概算矿井通风费用.104 4.9 防止特殊灾害的安全措施106 4.9.1 井下防尘.106 4.9.2 瓦斯预防.106 4.9.3 火灾预防.107 4.9.4 水灾预防.107 4.9.5 避灾线路.107 5 矿井安全技术措施矿井安全技术措施.108 5.1 矿井安全技术概况108 5.2 矿尘防治110 5.2.1 矿井粉尘的危害.110 5.2.2 防尘制度.112 5.2.3 防尘措施.113 5.2.4 煤层注水防尘设计.115 专题：矿井水害防治技术研究专题：矿井水害防治技术研究.121 1 基本概念及理论概述基本概念及理论概述.121 1.1 矿井水灾及其对生产的影响121 2 矿井防治水矿井防治水.126 2.1 地面水防治技术126 2.2 井下防治水技术127 2.2.1 做好矿井水文观测与水文地质工作.127 2.2.2 井下探水.128 2.2.3 疏放排水.133 2.2.4 截水.136 3 结论结论.139 英文原文英文原文.142 中文译文中文译文.146 参考文献参考文献.150 致致 谢谢.151 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 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，其地理座标为东经 1124834- 1125256，北纬 353033353415，行政隶属晋城市管辖。 位于晋城市城北。 该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，东西长 7 公里，南北宽 5 公里，面积 25.418 平方公里。 井田东部有太原焦作铁路经过。本矿专运线 5 公里与晋城北站接轨， 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 11） 。 图置位通交井矿书古 省 南 河 省 西 山 院 图 1-1 交通位置图 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 2 页 1.1.2 地形、地貌地形、地貌 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 700800 米之间。由方山向东南经向马寺山、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。尤其近几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。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 3 页 1.1.6 水源及电源水源及电源 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。 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1-1 古书院矿水源井情况一览表 编号水源井位置涌水量 （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） 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 8080168.26178.4110.15 132 号楼东6060129.00137.048.04 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田地质构造井田地质构造 古书院井田内地层受新华夏构造控制，主体走向与构造相一致，倾向 北西西，倾角 210 度，靠近构造线附近地层倾角最大可达 30 多度，甚至 70 多度。西部受白马寺逆断层影响而形成自西向东的几个连续的向、背斜， 东部以短轴褶曲为主。现将井田内主要构造分述如下： (1) 褶曲 1)、二仙掌向斜： 位于白马寺逆断层东侧，轴向 NE1222，南起晋 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 4 页 普山井田，经北岩井田，进入该区，向北伸入凤凰山井田，全长 20000m。 西翼陡而狭，倾角 526，东翼平缓，倾角 5，受白马寺逆断层上升盘牵 引成为极不对称的向斜。 2） 、石城沟背斜：轴向 NE1222，南起寨上，经北岩井田东部，进 入本井田牛山、石城沟、长条岭西部，全长 5000m，两翼倾角 57。 3） 、方山向斜：位于张岭、牛山、老王圪套经杨庄进入凤凰山井田， 纵贯古书院、凤凰山两井田，主体走向 NE1030，两翼倾角 35，全 长 12000m。 4） 、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。 5） 、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。 6） 、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。 7） 、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。 （2）地层 古书院井田地层出露中常，基岩分布面积约占三分之一，主要分布于 井田北部、西北部山梁及沟谷零星地段，新生界覆盖面积约占三分之二， 主要分布在井田南部、东部的丘陵、低洼地带及沟谷两侧。奥陶系灰岩为 煤系地层之基底。区内地层由老至新分述如下： 1）奥陶系中统（O2） 仅出露于白马寺逆断层西侧上升盘，断层附近山势陡立，走向 NNESSW，出露厚度约 150 米，其岩性接近顶部多为角砾状灰岩，砾石 成分复杂，风化后呈黄色，其下为深灰色，质纯而性脆，并含方解石脉的 厚层状灰岩。 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 0.7085.5 米，平均 43.1 米，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。由黑深灰色砂 质泥岩、灰黑色砂岩、石灰岩和煤层等组成。底部有一层鲕状结构的砂质 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 5 页 泥岩，全组厚 51.23 米116.17 米，平均 83.70 米，与下伏地层呈整合接触。 3）二叠系（P） 下统山西组（P1s） 为本区主要含煤地层之一。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 38.02 米81.21 米，平均 54.48 米，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。由灰色的细中粒砂岩，灰白色的 砂质泥岩和泥岩组成。风化后多呈灰绿色或黄绿色，底部为一层厚 5 米左 右的中粗粒长石石英砂岩，为与山西组的分界，俗称骆驼脖子砂岩（k8） 。 本组厚 20.07118.60 米，平均 53.86 米。 上统上石盒子组（P2s） 主要分布于井田北部的白马寺山、方山、二仙掌等地的较高处。岩性 以灰黄色砂质泥岩为主，夹较厚的黄绿、紫红、蓝紫色砂岩和黄色泥岩组 成。下部有一层铝土质泥岩或含铝质的砂质泥岩，见铁质浸染，具鲕状结 构。风化后鲕粒脱落成小孔，地面易识别，其颜色鲜明，呈桃红色，俗称 桃花泥岩。为与下石盒子组分界的辅助标志层。其下为一层不稳定的中粗 粒石英砂岩（k10） 。井田内钻孔揭露厚度可达 197.88 米（144 孔） 。与下伏 地层呈整合接触。 4）第三系上统（N2） 为深红色粘土，含砂量较多，可见褐铁矿黑色斑点，含钙质结核 35 层，该层脱水晒干后变得坚硬。在井田中部、北部丘陵地带零星出露，厚 度 08 米，与下伏不同时代地层不整合接触。 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 49.53 米（205 孔） ，沉积物以红土、黄土为主，冲积物为砂砾层。 中更新统（Q2） 位于黄土之下，多分布于丘陵高地，一般为赤红及紫酱色，可塑性强， 腻滑似腊，在红土底部因受水解作用形成大量的钙质结核。本层与上部的 黄土分界不甚明显，在颜色上由下而上由深而浅渐变。 上更新统（Q3） 主要为黄土。多分布于沟谷两侧，构成二级阶地，其厚度变化不一， 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 6 页 一般 520 米，土质致密。 全新统（Q4） 为砂卵石、砂土堆积的现代冲积层，厚度大小不一，主要分布于现代 河谷中的河漫滩。 古书院矿原勘探报告利用了标志层、古生物、岩性特征、岩相旋回、 煤层的物性特征、煤质特征等一系列手段，认真地进行了岩煤层对比。所 以井田内地层划分对比可靠。 本井田含煤地层沉积类型和特征与晋东南其他地区大致相同，主要煤 层及标识层亦可对比。为了与区域地质资料相一致，修编后报告仍沿用晋 东南地区标志层对含煤地层进行划分。与本矿使用的编号有不同之处，现 将其对应关系列表如下。见表 12。 表 12 含煤地层沉积类型和特征对应关系表 区域资料修编后报告矿方使用 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 K3石灰岩K3石灰岩K2石灰岩 K2石灰岩K2石灰岩K1石灰岩 （3）太原组含煤地层 太原组（C 3t）：为井田主要含煤地层之一。由黑深灰色的砂质泥岩、 灰黑色砂岩、石灰岩和煤等组成 。属海陆交替相沉积。含煤层、煤线八层， 仅 9 号、15 号两层煤可采。全组共含 57 层海相灰岩，由下而上具有标志 意义的由 K1-K4四层灰岩，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 51.23 米116.17 米，平均 83.70 米，与下伏地层呈整合接触。 K1灰岩:位于太原组中部，是 9 号煤层的底板，全区稳定，厚 7.5411.38 米，一般 9 米左右，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 6 米，厚 1.803.84 米，一般厚 3 米，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 17 米，下距 9 号煤层 仅隔一层薄煤和一层 7 米左右的泥岩，一般厚 1 米左右，最厚达 2.8 米，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。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 7 页 上距 3 号煤层 813 米，厚 0.50 米左右。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。 （4）山西组含煤地层 山西组（P1s）：为井田主要含煤地层之一，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。为陆相含煤沉积，砂岩多为中细粒 砂岩，石英含量高。砂质泥岩与泥岩层理发育，含植物化石。底部一层不 同稳定的中粒砂岩与太原组相分。本组共含煤层、煤线 35 层，仅 3 号煤 稳定可采，平均厚 1.55 米。全组地层厚 38.0281.21 米，一般 54.48 米左 右。 （5）断层 古书院井田内地表少见，井下揭露多为 3 号煤层中的层间错东正断层， 较大的有： 白马寺断层：为井田西北部的边界，出露不全，且无勘探工程控制， 走向 N1525E，倾角 70，落差 40m。 三带区地堑：由两条平行的正断层组成，呈 NEE 向延伸，全长 2000m， 宽 250450m，落差 2.314.5m，倾角 4549，局部 34。 一带区正断层：西起 301 采面东北端，经后期回风巷，付井大巷，斜 贯一带区中部，走向近东西向，倾向北，延伸长度 700 余米，倾角 7080， 落差 0.843.7 米，中间大，两端小。 1.2.2 井田地质勘探井田地质勘探 该区的地质研究，自 30 年代开始就有许多地质老前辈开始，勘探工作 自 56 年由华北煤田地质勘探局普查一分队提交有白马寺区普查报告 ， 而古书院井田内只有 4 个普查孔，进尺 549.58 米。 精查勘探是华北煤田地质局 152 队于 1957 年完成。在原普查报告的基 础上，增加钻探及野外调查工作量，直接进入精查，于同年 12 月提交有 白马寺一区精查地质报告 ，并经国家储委 165 号决议批准作为煤矿设计 的依据，精查阶段，古书院井田内共施工钻孔 53 个，总进尺 5281.39 米。 古书院矿自 1958 年 7 月开始建设，在建设过程中，煤层底板起伏变化 较大，原勘探程度不足，由 114 队对该区进行了精查补充勘探，共施工 44 个钻孔，进尺 4421.48 米，其中潞安地质队大巷检查孔 9 个，进尺 866.36 米。并提交有生产补充勘探报告 。 在矿井生产阶段，到 86 年底，由原晋城矿务局勘探队先后施工 43 个 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 8 页 生产补孔和 6 个永久水源井，其进尺 11416.24 米。 1987 年，由原晋城矿务局组成较强的技术力量，将古书院建矿以来大 量的地质资料，进行了一次较全面系统的分析整理，共收集 16000 多个数 据，重编 26 钟图，汇编七大类表格，绘制 195 个钻孔柱状图。用一年多的 时间，于 1988 年 1 月编制成古书院矿井生产地质报告 （修改补充） 。该 报告于 1988 年 12 月 9 日经山西煤炭工业管理局煤矿生产地质报告评审组 评审通过。 1988 年1990 年，由 114 队对古书院矿下组煤进行了补充勘探，共施 工钻孔 23 个，进尺 6217.81 米，并提交了古书院矿下组煤补充勘探地质 报告 截止 2002 年底，古书院井田内共施工 173 个钻孔，总进尺 27886.50 米。 本次修改地质报告，共利用井田内钻孔 168 个。补 22、补 23 为废孔未 利用。补 42 与古补 72 孔位重合也未利用。另外在井田外还利用了 27 个钻 孔。所有这些钻孔，经多年的开采实践证实，其准确率达到 98以上，可 为生产报告利用。 井田内北部边界附近、西部边界附近以及南部边界附近属 B 级储量， 断层附近属 C 级储量，其他区域为 A 级储量。高级储量占 99.6%，符合煤 炭工业设计规范要求。 煤层最小可采厚度为 0.8 米。9 号煤层最小可采厚度为 2.81 米，最大可 采厚度为 9.19 米，平均 6.0 米。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 9 页 7.77 4.70 6.0 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 2.20 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 地层单位 界系组统 厚 层 （米） 柱 状 图 1：1000 岩 石 名 称 中 统 奥 陶 系 14.75砂 岩 图1-2 煤层综合柱状图 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 10 页 1.2.3 水文地质水文地质 晋城矿区位于沁水煤田向斜的东南翼，三面环山，东为太行山，南为 晋普山、西为五门山。晋普山与五门山为地表分水岭，将丹河与沁河两大 水系分开。东归丹河水系，西归沁河水系。丹河是沁河的最大支流，发源 于高平县越庄北丹株岭，流经高平、晋城，在河南省沁阳县北金村汇入沁 河。河道总长 120km，流域面积 3620km，上游修建水库百余座，其中任 庄水库最大，控制流域面积 1240 km，总库容量 8400 万 m，沿途出露有 小会泉、白洋泉、郭壁泉、三姑泉等地下水露头。西部沁河发源于沁源北 端山东泉岭，流经沁源、安泽、沁水、阳城、晋城等地，在河南省武陟县 南注入黄河，沿河有马山泉、赵良泉、黑水泉等地下水出露。 晋城矿区的东、南部广泛出露奥陶系灰岩，大气降水沿裂隙岩溶垂直 渗漏，成为矿区地下水的主要补给途径，高平县北部有近 EW 向的背斜构 造，为地下分水岭，形成南北两个水文地质单元，北为辛安泉域，南部受 晋长断裂带的影响，又形成东西两个次级水文地质单元，西为马山泉域， 东为三姑泉域即晋城矿区所在泉域。 晋城储水构造东侧给水边界，以太行山背斜轴为限，地下水汇集的总 方向为岩层倾向即北西西向，西侧以晋长断裂带白马寺压性断层控制， 由于西盘上升，使东盘奥灰易溶岩受到封闭，成为储水构造的西边隔水边 界。根据地下水动态分析得知，本区水文地质单元中高平为补给区，晋城 为经流区，郭壁为排泄区。 古书院井田位于晋城矿区的东南部，区内由方山东南经白马寺大岭头 之连线为地表分水岭，在其北部为北石店盆地，东南部为钟家庄盆地。 （1）含水层 1）主要含水层（组） 按含水层含水性质，可分孔隙水、裂隙岩溶水、岩溶水三大类。 孔隙水：主要分布在盆地及河谷地带。藏在卵石层、砂砾层、砂土、 亚砂土等新生界松散沉积物中，渗透性强，村民用水多取自此层。含水层 厚 2.7015.00 米，水位深 2.0013.00 米。近年来，因矿山采动漏失及工 农业用水量增加，水位逐年下降，涌水量也减少，部分已遭破坏，此层水 主要由大气降水补给，水质属重碳酸、硫酸型钙镁水。 裂隙岩溶水：主要指石炭二叠系含煤地层中的砂岩、灰岩裂隙接 受大气降水垂直补给后溶蚀碳酸盐岩而扩大容水范围，成溶洞存水，仍属 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 11 页 重碳酸、硫酸型钙镁水。煤层下部水质有时为硫酸、重碳酸型钙镁水，矿 化度略有升高，此含水层富水程度不一，盆地及河谷附近富水性强。主要 含水层为 K3灰岩层。埋深 1543 米，富水性有上强下弱的规律，近年来， 由于大量开采，水位有逐年下降趋势。 岩溶水：主要指奥灰岩溶水。从钻孔水位及泉水标高看，本区地下 水位有由南向北增高之规律。含水层发育在上下马家沟底部。地下水区域 流向自北向南，该井田内水位标高在 500520 米。 该岩溶水补给范围广。在补给区接受大气降水后，对该区以侧向补给 为主，水量充沛，沿岩溶层向南迳流，最终于郭壁泉及三姑泉一带排泄。 据 1987 年 229 队对“晋城生产矿区水资源评价”报告：该层水饱和钙差大于 零，为一相对缓滞流区，水质较好属微硬中性或弱碱性水，矿化度小于 1 克/升，适于工农业及生活用水、永久水源井。 上述各含水层间，第三系粘土、本溪组之铝土泥岩与各时代地层的泥 岩、砂质泥岩、粘土和亚粘土，当无裂隙和孔隙时，均为良好的隔水层。 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 13 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 31.20 1.92 1.55 02 1 稳定可采 92.81 9.19 6.0 05 1 2 35.64-45.5 40.6 稳定可采 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 12 页 150.743.66 2.2 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 2.819.19 米，平均 6.0 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 0.743.66 米，平均 2.2 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 14 可采煤层稳定程度定量统计表 煤层号 煤层厚 （m） 最小最大 平均 可采性 指数 标准差变异系数 厚度 分级 稳定 性 3 1.201.92 1.55 1000.190.13中厚稳定 9 2.819.19 6.0 1000.900.15厚稳定 15 0.743.66 2.2 970.730.37中厚 较稳 定 （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、底版顶、底版 （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 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 13 页 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 石灰岩厚约 1.5 m 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 3.705.87 Mpa，平均 4.44 Mpa，抗剪强度平均 7.83 Mpa，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 10.65 m，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 0.440.85 Mpa，平均 0.66 Mpa，抗剪强度 2.083.39Mpa,平均 2.91 Mpa，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 6.92 m 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 4 Mpa 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 26.95 m，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 0.76 Mpa，抗剪强度为 2.49 Mpa，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。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计 第 14 页 1.3.3 煤的特征煤的特征 （1）煤的物理性质 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 15 可采煤层煤芯煤样煤质特征 原/精煤工业分析元素分析煤 层 号 MadAdVdaf 原/精 煤 全硫 发热量 Qb.daf (MJ/kg) CdafHdafOdafNdaf 0.59 3.52 1.42（ 31） 7.71 16.91 12.84 （31） 4.65 9.32 6.83（ 31） 0.35 0.68 0.41（ 12） 3 0.55 1.93 1.33（ 7） 3.57 14.33 7.73（ 7） 3.94 7.44 6.07（ 7） 0.42 0.50 0.44（ 4） 33.64 34.89 35.54（ 9）