安全工程毕业设计（论文）-北山煤矿90万吨年新井通风与安全设计（含全套CAD图纸）

中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 1 页 一 般 部 分 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 2 页 全套全套 CAD 图纸，联系图纸，联系 153893706 第一章 井田概况及地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 交通位置交通位置 矿井位于晋中市榆次区北约 18km 处，行政区划隶属于乌金山镇。该矿南至榆次火车 站约 19km，西至鸣李火车站 17km，西北距太原市 20km，榆罕公路从矿井西北外围经过， 矿井内有公路直通榆次区，交通较为便利。 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 3 页 1.1.2地形地貌地形地貌 井田位于沁水煤田东北边缘，地处中低山地带。沟谷纵横；地形极其复杂。最高点 位于矿区黑沙沟北部之东梁，海拔标同为 1309.32m，最低点位于杜家山村北，海拔标高 为 980.00m，最大相对高程 329.32m。 1.1.3. 矿区气候条件矿区气候条件 矿区属半干旱大陆性气候，四季分明，冬春干旱、多风、少雨（雪） ，夏秋雨水较多， 雨季多集中在七、八、九三个月，年平均降雨量为 410.40 毫 m，年平均蒸发量为 1598.42mm。年平均地面最高温度 31.2，年平均地面最低温度 1.6。霜冻期一般为头 年 10 月中旬至次年 4 月中旬，无霜期 180 天左右，最大冻土深度 90cm。风速最大 10 级， 平均 8 级以上大风日数约 26 天。 根据山西省工程抗震设防烈度图榆次区属度区。 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 4 页 1.1.4矿区经济概况矿区经济概况 本区以农业为主，其次为开采业、制造业。煤炭工业在当地占有举足轻重的地位， 适度发展煤炭工业为繁荣地区经济发挥重要的作用。矿井建设所需的建材，如砖瓦、水 泥、石料、砂子等当地可以满足供应，钢材、木材需由外地调进。 1.1.5现有水源、电源情况现有水源、电源情况 （一）水源条件 根据现有资料和矿井生产能力以及矿井用水特点，本设计水源采用井下排水和深井 供水相结合。 矿井升级改造后，预计井下正常涌水量为 50m3/d，经处理后可作为地面及井下生产 和消防水源。 在工业场地有一眼深井，日涌水量 600m3，作为矿井生活和消防水源。 因此矿井供水有保障。 （二）电源条件 矿井扩建后，在矿井地面新设 35kV 变电站一座，装机容量为 23150kVA。本矿两 回 35kV 电源，一回引自峪口 35kV 变电站，另一回引自北郊 110KV 变电站的 35kV 母线， 送电距离分别为 6km 和 14km。 1.2 井田地质特征 1.2.1地质构造及煤层地质构造及煤层 （一） 地层及地质构造 1地层 井田内出露有石炭系上统太原组和二叠系下统山西组、下石盒子组及二叠系上统上 石盒子组地层。井田内赋存的地层主要有奥陶系中统峰峰组，石炭系中统本溪组，上统 太原组；二叠系下统山西组和下石盒子组、二叠系上统上石盒子组及第四系地层。据山 西煤田地质勘探一队山西省榆次北山煤矿详查勘探地质报告说明书 ，结合矿井生产的 地质资料，现由老至新分述如下： 1）中奥陶统峰峰组（O2f） 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 5 页 本组地层区内没有出露，仅 4 个钻孔（1 号、8 号、9 号、12 号）揭露该组地层，揭 露厚度为 5.27m-41.39m。岩性为深灰色石灰岩，致密坚硬，裂隙普遍发育，大多被方解 石脉充填，含星散状黄铁矿，在该组侵蚀面上岩石颜色多为褐色、黄色。 2）中石炭统本溪组（C2b） 本组地层岩性下部为铝土质泥岩及灰黑色泥岩，含星散状黄铁矿，上部为灰黑色泥 岩及一层海相石灰岩，深灰色，质纯，性脆，具裂隙，充填方解石脉，厚度在 1.50m- 2.10m 之间，平均 1.78m。泥岩中多含化石，本组地层厚 12.15m-30.35m，平均厚 22.05m，厚度变化大致为东西两边薄，中间厚的趋势，本组与下伏奥陶系地层呈平行不 整合接触关系。 3）上石炭统太原组（C3t） 该组为一套海陆交互相的沉积地层，岩性主要为四层石灰岩或泥灰岩、泥岩、砂岩 及煤层所组成，为本区主要含煤地层之一，地层厚度 31.21-195.05m，平均厚度为 101.17m，总体呈西厚东薄的趋势，与下伏地层呈整合接触。根据沉积特征，本组可划分 为上、中、下三段，现分述如下： （1）下段（C3t1）：从 K1 砂岩底界到 K2 石灰岩底，厚度平均为 56.73m。岩性主 要为砂岩、泥岩及灰岩等，发育有 15、15 下号两层煤，稳定可采，是井田内主要可采煤 层。由下至上各岩层分述如下： K1 砂岩：灰色中砂岩，成份以石英长石为主，含云母碎片，局部为细砂岩。厚度在 0.55m-11.55m 之间，平均为 5.47m。整合接触于本溪组地层之上。 泥岩、砂质泥岩：主要为黑色泥岩或砂质泥岩，含植物化石，夹炭质泥岩及不可采 煤线，煤线附近为中砂岩，顶部为粉砂岩。厚度在 5.20m-14.98m，平均为 11.27m。 砂岩、灰岩：主要由灰、深灰色砂岩组成。从下至上颗粒逐渐变细，局部为灰色石 灰岩。厚度在 0.60m-21.10m 之间，平均为 6.04m。 泥岩、砂质泥岩：灰黑色泥岩及砂质泥岩，夹煤线均为不可采，上部局部相变为细 砂岩。含有 16 号煤层，厚度为 0.54m。 15 下号煤：黑色，含 1 层夹矸，为稳定可采煤层。厚度在 1.21m-2.53m 之间，平均 为 1.81m。 泥岩：黑色，位于 15 号和 15 下号之间，局部相变为砂质泥岩或细砂岩及炭质泥岩。 厚度在 1.89m-16.09m 之间，平均为 6.05m。 15 号煤：黑色，玻璃光泽，条带状，层状构造含 1-2 层夹矸。厚度在 3.27m-5.24m 之 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 6 页 间，平均为 4.33m。 （2）中段（C3t2）：从 K2 石灰岩底至 K4 石灰岩顶，厚度平均为 28.01m，岩性主 要为深灰色石灰岩、灰黑色泥岩、砂质泥岩、中细粒砂岩等，含有 13 号可采煤层，发育 有零星不可采煤层。 K2 石灰岩：深灰色，致密块状，质硬裂隙较发育，充填方解石脉，局部含黄铁矿， 为 15 号煤层的直接顶板。厚度在 1.03m-2.76m 之间，平均为 1.82m。 泥岩：灰黑，黑色泥岩及砂质泥岩，致密块状，质较硬，含植物化石。厚度在 2.54m-9.62m 间，平均为 6.17m。 中砂岩：灰色，成份以石英长石为主，分选性中等，含植物化石，局部相变为细砂 岩，夹薄层炭质泥岩。厚度在 0m-10.45m 之间，平均为 6.70m。 泥岩：黑色泥岩及砂质泥岩，顶部局部相变为细砂岩。厚度在 0m-6.08m 之间，平均 为 4.22m。 K3 石灰岩：灰、灰黑色，性脆，致密坚硬，含少量动物化石，局部夹泥岩及泥灰岩。 厚度在 0.82m-5.48m 之间，平均为 2.38m。 泥岩：灰黑，黑色，含铁质结核及植物化石，断口贝壳状。厚度在 0.40m-6.05m 之间， 平均为 2.72m。 13 号煤：黑色，污手。厚度在 0.62m-1.20m 之间，平均 0.82m。 K4 灰岩：灰、深灰色，致密坚硬，具裂隙充填方解石脉，含动物化石。厚度在 1.65m-4.69m 之间，平均 3.18m。 （3）上段（C3t3）：从 K4 灰岩顶至 K7 砂岩底，厚度平均为 16.43m，岩性主要为 深灰色、灰黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩，含有 12 号局部可采煤层。 泥岩：灰黑色泥岩及砂质泥岩，分别在局部夹炭质泥岩，细砂岩。厚度在 3.43m- 17.10m 之间，平均为 10.27m。 12 号煤：黑色，局部相变为炭质泥岩，含 1-2 层夹矸。厚度在 0m-2.72m 之间，平均 为 0.75m。 泥灰岩：灰、灰黑色，质硬性脆，裂隙发育，充填方解石脉，含黄铁矿小颗粒及动 物化石。厚度在 0m-5.63m 之间，平均为 2.75m。 泥岩：灰黑色泥岩及砂质泥岩，致密性脆，含黄铁矿。厚度在 0m-5.80m 之间，平均 2.66m。 4）下二叠统山西组（P1s） 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 7 页 该组为一套以中、细粒碎屑岩沉积为主的陆相含煤沉积建造，是井田内又一主要含 煤地层，岩性上部以灰、灰黑色泥岩、砂质泥岩为主，夹薄层砂岩，下部以灰白色砂岩 为主；本组中含有 4、5、6、7 号煤层，4、5、7 号煤层不可采。6 号煤层较稳定，大部 可采，是井田内主要可采煤层之一。K7 为底界砂岩，厚 4m 左右，岩性为灰色中-细粒砂 岩。与下伏地层呈整合接触关系。本组地层厚度 66.07m-91.90m,平均为 76.48m。由下至 上分层叙述如下： K7 砂岩、泥岩：岩芯以粗粒砂岩为主，有时含砾，成份以石英为主，钙质胶结，斜 层理发育，上下部有时细、中粒砂岩发育，中部，局部发育 6、7 号煤层，其中 K7 砂岩 厚度在 2.13m-5.06m 之间，平均 3.96m。6 号煤层厚度在 0m-2.94m 之间，平均为 0.90m。7 号煤层厚度在 0m-1.35m 之间，平均为 0.37m。 泥岩、砂岩：以灰、灰黑色泥岩为主，上部多夹 1-2 层细、中粒砂岩；中下部夹 1-3 层不稳定煤层，下部有时夹中、细粒砂岩。 5）下二叠统下石盒子组（P1x） 按岩性特征分为上、下两段： （1）下段（P1x1） K8 至 K9 砂岩底，平均厚 66.48m。上部主要由灰、灰白、灰黑色泥岩夹中-细粒砂岩 及不稳定薄煤线组成。底界 K8 为灰、灰白色中厚层状中粒砂岩，成份以石英、长石为主。 厚度变化较大，与下伏二叠系下统山西组地层整合接触。由下至上分层叙述如下： 砂岩：灰、灰白色中砂岩，成份以石英为主，局部相变为细砂岩。厚度在 1.10m- 14.47m 之间，平均为 5.95m。 泥岩：灰黑色，致密块状，性脆，含植物化石，局部夹细砂岩，砂质泥岩及炭质泥 岩。厚度在 5.43-29.18m 之间，平均为 20.51m。 砂岩：区内西部为灰色中粒砂岩，成份以石英长石为主斜层理较发育，东部相变为 深灰色细砂岩，成份以石英为主。厚度在 2.50m-9.70m 之间，平均为 4.86m。 泥岩、粉砂岩：岩层在区内有相变现象，东部为泥岩相，仅个别地段夹薄层细砂岩 及粉砂岩，西部为泥岩和砂岩交替出现。 （2）上段（P1x2） 本段厚度为 95.03m。主要岩性为灰黄、灰白、灰绿色砂质泥岩和粗-细粒砂岩，底界 K9 砂岩为黄绿色厚层状中-粗粒砂岩，厚 8.94m，顶部为灰绿色、黄绿色夹紫红色的铝质 泥岩，含铁质鲕粒（俗称桃花泥岩） ，层位较稳定，特征明显，是上、下石盒子组分界辅 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 8 页 助标志层。 K9 砂岩：以细砂岩为主，局部为中、粗砂岩。厚度在 4.13m-17.23 之间，平均为 8.94m。 泥岩：灰、灰黄色泥岩或砂质泥岩，具裂隙，局部夹细砂岩。厚度在 1.25m-26.53m 之间，平均为 11.52m。 砂岩：黄绿、灰色中砂岩或细砂岩，质较硬，成份以石英为主，含云母碎片及暗色 矿物，钙质胶结，分选性，磨园度均差。厚度在 0.90m-24.01m 之间，平均为 11.95m。 泥岩：灰黄、灰黑色，细腻。有滑感，局部夹砂质泥岩。厚度在 1.10m-19.92m 之间， 平均为 6.25m。 砂岩：灰白、灰绿色砂岩，上部中砂岩下部粗砂岩成份以石英为主，长石次之，分 选性，磨园度较差。厚度在 11.87m-18.62m 之间，平均为 15.11m。 泥岩：灰绿、黄绿、紫红色泥岩，局部相变为砂质泥岩，夹粉砂岩及细砂岩薄层。 厚度在 28.71m-70.10m 之间，平均为 41.26m。 6）二叠系上统上石盒子组（P2s） 该组以灰黄色、黄绿色砂岩、泥岩、紫红色砂岩、砂质泥岩组成，与下伏地层整合 接触，区内揭露最大厚度 131.18m。由下至上各岩层分述如下： 中砂岩：黄色，厚层状中粒砂岩。厚度在 5.90m 左右。 泥岩：黄绿、紫红色泥岩，夹中细粒砂岩。厚度在 5.50m 左右。 细砂岩：黄色细砂岩。厚度在 5.00m 左右。 泥岩：黄绿、紫红色泥岩。厚度在 10.94m 左右。 细砂岩：灰白、浅黄绿色厚层砂岩。厚度在 6.70m 左右。 泥岩：黄绿、紫红色，夹粉砂岩，厚度在 6.15m 左右。 细砂岩：黄绿色细砂岩。厚度在 7.50m 左右。 泥岩：主要为杂色泥岩，夹细、粉砂岩，中部有 20cm 淡水灰岩。厚度在 36.32m 左 右。 中砂岩：灰白色，厚层状中砂岩。厚度在 2.00m 左右。 泥岩：紫红色、黄色泥岩。厚度在 13.54m 左右。 砂岩：灰白色、黄绿色，含砾中粗粒长石石英砂岩。厚度在 9.70m 左右。 粉砂岩：黄色粉砂岩。厚度在 1.54m 左右。 泥岩：黄色、灰色及灰紫色泥岩。厚度在 13.34m 左右。 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 9 页 泥岩、砂砾岩：底部为灰、白色、厚层状含砾石英砂岩，其上为紫红色泥岩（未见 顶）厚度在 7.02m 左右。 7）第四系（Q） 覆盖于不同时代地层之上。第四系中上更新统（Q2+3） ，岩性主要为灰黄色亚砂土、 亚粘土组成，垂直节理发育，出露厚度为 0m-22.12m。平均厚度为 6.00m。 2地质构造 本区位于山西地台中部，沁水坳陷的西北边缘，地处太原东山背斜西南倾伏端的南 翼与晋中新断陷接壤部位。区内无古老地层出露和火成岩活动。 区域构造以断裂为主，褶曲次之，总体上为一走向近东西向，向南倾斜的单斜构造， 北山地区的一系列 NNE 向断层构成山前断裂带，对西北部低山区和东南部丘陵区之形成 起控制作用。 井田地层总体呈现为走向近东西或北东-南西向，倾向南或南东的单斜构造，倾角一 般为 3-15，局部因受构造影响，倾角略有增大。其上发育有宽缓的小型波状起伏，断层 和陷落柱发育。 1）褶曲 区内褶皱构造不甚发育，多为延展长度不大，波状起伏的小褶曲。 2）断层 区内断层构造较为发育，共发现大小断层 9 条，有些小断层为大断层之派生。北部 和西部地段断层方向近东西或北东东，南部和东南部地段为走向北东东-北东。皆为正断 层，断层倾向南或南东向为主，形成北高南低的构造阶梯，断层规模一般较小，一般延 伸长度 500m-900m，最大者达 3000m，落差一般 4m-10m，最大者达 55m，各断裂情况见 附表 1-2-1(断层统计表)。 3）陷落柱（群） 区内陷落柱也较为发育，初步追索查明的有 8 个，多为椭园形，详见表 1-2-2 陷落柱 统计一览表。 表 1-2-1 断层统计表断层统计表 产状 编 号 性质 延伸长 度（m）走向倾向倾角 落差 （m） 断层描述 F1正断层550EWN705北盘下降，南盘上升 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 10 页 F2正断层380EWS706南盘下降，北盘上升 F3正断层1100近 EWS7212北盘上升，南盘下降 F4正断层700N80ESE806 北盘上升，南盘下降，断距西小 东大 F5正断层500EWS704北盘上升，南盘下降 F6正断层4000N70E-N45ESE6734-55 断层线形状不规则，在靠近西部 有一拐折，北盘上升南盘下降， 断距西小东大 F7正断层3800N70E-N45ESE7020-54 断层线形状不规则，在靠近西部 有一拐折，北盘上升南盘下降， 断距西小东大 F8正断层900近东西向南756北盘上升南盘下降 F9正断层3000N60ESE7650北盘上升南盘下降 表 1-2-2 陷落柱统一览表陷落柱统一览表 编号位置形状陷落柱范围相互关系 X1井田北西部椭圆长轴 200m 短轴 100m X2井田北东部椭圆长轴 200m 短轴 80m X3井田北东部椭圆长轴 150m 短轴 110m X4井田东部椭圆长轴 260m 短轴 200m X5井田中部园形长轴 30m 短轴 25m X6井田中部园形长轴 50m 短轴 45m X7井田中部园形长轴 50m 短轴 47m X8井田西部椭圆形长轴 400m 短轴 300m 4）岩浆岩 井田内未发现岩浆岩，不作评述。 综上所述，本井田构造属二类中等构造。 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 11 页 （二）煤层 1）含煤性 井田内煤层发育比较齐全，含煤地层总厚 177.65m，含煤 9 层，煤层总厚度 9.94m， 含煤系数 5.6%。其中太原组厚 76.48m，含煤 4 层，煤层总厚度 1.67m，含煤系数 2.2%。 两个含煤组共含煤 9 层，其中全井田可采（或大部可采）煤层 4 层，即 6 号、13 号、15 号、15 下号。现将太原组、山西组含煤组的情况分述如下： （1）太原组（C3t）含煤性 该组地层平均厚度为 101.17m，含煤 5 层，其分布特征结合钻探资料自下而上为：最 下部为一层煤层（因不稳定、不可采而未编号） ，向上依次为 16、15 下、15、13、12 号 煤层，15 下和 15 号煤层为区内主要稳定可采煤层，13 号煤层为全区较稳定大部可采煤 层，16 号煤层为不稳定，不可采煤层，局部相变为炭质泥岩，本组煤层平均总厚度为 8.25m，含煤系数为 8.2%，可采厚度为 6.96m。 （2）山西组（P1s）含煤性 本组地层平均厚度为 76.48m，含有 4、5、6、7 号四层煤，其中 6 号煤层为较稳定大 部可采煤层，其余煤层均不可采煤层。本组煤层平均总厚度为 1.69m，含煤系数 2.2%， 可采厚度 0.90m。 2）可采煤层 （1）6 号煤层 该煤层位于山西组中下部，较稳定，区内东部发育，厚度 0m-2.94m，平均厚度 0.90m，含 1-2 层夹矸，为较稳定大部可采煤层，其顶板岩性为中细粒砂岩，伪顶为泥岩 或砂质泥岩。 （2）13 号煤层 位于太原组上部，煤层厚度.62m-1.20m，平均 0.82m，不含夹矸，为较稳定，大部可 采，顶板为 K4 石灰岩，底板为泥岩。 （3）15 号煤层 该煤层位于太原组中下部，是区内最主要的稳定、可采煤层，且与 13 号煤层间距一 般在 10.50m-28.73m，平均 24.01m，煤层厚度一般为 3.27m-5.24m，平均厚度 4.33m，含 2-3 层夹矸，夹矸厚度一般为 0.23m-0.46m，顶板为全区发育稳定的 K2 石灰岩，底板为泥 岩或砂质泥岩。 （4）15 下号煤层 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 12 页 该煤层位于太原组中下部，也是全区稳定可采的主要煤层。在西部与 15 号煤层部距 变小，东部稍大，一般为 1.89m-16.09m，平均 6.05m。煤层厚度 1.21m-2.53m，平均 1.81m，东部一含夹矸，西部含 1-2 层夹矸，顶、底板岩性为泥岩或砂质泥岩。各煤层情 况详见 1-2-3。 表 1-2-3 煤层情况统计表煤层情况统计表 厚度 （m） 间距（m） 地层 单位 煤层编号 最小-最大 平均 最小-最大 平均 稳定性可采程度备注 4 0-0.50 0.13 不稳定不可采 0.76-6.01 2.97 5 0-0.55 0.29 不稳定不可采 20.47-24.54 21.87 6 0-2.94 0.90 较稳定大部可采 2.47-5.52 4.35 山西组 （P1s） 7 0-1.35 0.37 不稳定零星可采 33.40-37.37 35.07 12 0-2.72 0.75 不稳定局部可采 5.06-21.77 12.16 13 0.62-1.20 0.82 较稳定大部可采 10.50-28.73 24.01 15 3.27-5.24 4.33 稳定全区可采 1.89-16.09 6.05 15下 1.21-2.53 1.81 稳定全区可采 太原组 （C3t） 16 0-0.63 0.54 7.52-15.34 13.12不稳定不可采 1.2.2水文地质条件水文地质条件 1）地形、地貌、地表水 本区大部为二叠系砂岩，泥岩裸露，风化裂隙比较发育，大部分降水可通过上述裂 隙渗入补给地下水。 2）井田构造水文地质特征 井田地层走向北东西南,倾向西北的单斜构造，倾角为 5。由于阳坡挠曲顺走向 从井田内通过，使西北翼地层倾角变大到 510，个别地段达 15，基本上还保持单 斜构造的形态，地下水的流向为从东南向西北。由于阳坡挠曲的作用，使其岩层产生不 同程度的裂隙，使上覆地层的水向下覆地层渗透。西翼地层含水丰富，区内无断层。 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 13 页 3）岩性特征及含、隔水性 （1）奥陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层 井田内没有出露，属埋藏型，含水层岩性主要以石灰岩、白云质灰岩为主，一般情 况下奥陶系中统上、下马家沟组岩溶发育，富水性强，峰峰组灰岩富水性相对较弱。据 山西省榆次北山煤矿详查勘探区地质报告说明书中数据，奥灰水水位在+810m 左右， 上、下马家沟组单井涌量约 500-2000t/d。水质类型一般为 HCO2 型，矿化度 0.2-0.5g/l。 （2）石炭系上统太原组碎屑岩类夹碳酸岩类岩溶裂隙及二叠系下统山西组碎屑岩类 裂隙含水层 含水层主要是太原组的三层灰岩及山西组的砂岩，灰岩总厚度平均为 7.38m,灰岩裂 隙、溶隙较发育，富水性好，山西组砂岩富水性稍差。山西组和太原组混合抽水结果： 单位涌水量 Q=0.126L/s.m，渗透系数 K=0.2285m/d，水质类型属 HS-CNM 型，矿化度 0.56g/L。 （3）二叠系下统下石盒子组及上统上石盒子组碎屑岩类裂隙含水层 井田内保存不全，含水层以中-粗粒砂岩为主，厚度较大，但区内变化大，补给条件 差，富水性也较弱，泉流量为 5m3/d，抽水试验结果：单位涌水量 Q=0.040L/s.m，渗透系 数 K=0.1069m/d，水质类型属 HS-CMN 型，矿化度 0.55g/L。 （4）第四系上更新统松散岩类孔隙含水层 井田内有零星出露，含水层主要是底部半胶结状的砾石层，由于出露较高，连续性 差，很少有泉水形成，民井取水量也小于 10m3/d，富水性极弱。 井田内主要隔水层是本溪组隔水层，是一套以泥岩、粘土岩为主夹砂岩、灰岩和铁 铝岩的地层，厚度为 22.05m 左右，隔水性能好，是太原组与奥陶系之间的重要隔水层。 4）井田充水因素分析 各含水层的富水性以奥灰岩溶含水层为最强，其余依次为上石盒子组、太原组、下 石盒子组、第四系、山西组。各含水层水位均不相同。太原组、山西组含水层为直接充 水含水层。 本矿井充水因素主要为砂岩裂隙水。由于各含水层水量有限，只要正常抽排，一般 不会发生水害事故。另外，目前井田西北部、中部已经形成一定范围的采空区，且岩层 倾向于本井田南西部，这样，采空积水势必为矿井造成隐患，所以煤矿应加强采空区的 密闭工作和监测工作。为防止大气降水的影响，还应在井田附近构筑防洪坝，以防雨季 来临时，洪水涌入坑道造成水害。 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 14 页 5）矿井涌水量 15 号煤层涌水量包括 K2、K3、K4 三层灰岩岩溶裂隙水和采空积水。采用富水系数 法预算矿井涌水量。目前矿井生产能力 210kt/a，矿井正常涌水量为 12m3/d，最大涌水量 为 40m3/d；当达到整合后的 900kt/a 生产能力时，预计矿井正常涌水量为 50m3/d，最大 涌水量为 170m3/d。 其他可采煤层皆处于 15 号煤层上部，所处位置相对较高，除雨季外，一般正常开采， 进入有利于富水的构造发育地带，涌水量还会增加，希慎重即可。 1.2.3其它开采技术条件其它开采技术条件 1）工作地质岩组划分及特征 1992 年，该矿取 15 号煤层面板样送山西省煤田地质研究所进行物理力学试验，结果 为岩石单向抗压强度为 61.7MPa，单向抗拉强度为 1.95MPa,抗剪强度为 7.87MPa。根据普 氏硬度系数将井田内顶板分为五类：一类：石灰岩；二类：中砂岩；三类：细砂岩、粉 砂岩；四类：砂质泥岩；五类：泥泥、炭质泥岩、粘土岩。 6 号煤层位于山西组中下部，常有 0.2-0.3m 泥岩伪顶；直接顶板砂质泥岩，厚度一般 在 1.00m 左右，煤层老顶为灰黑色泥岩，厚度一般为 22m 左右，煤层底板为泥岩，遇水 膨胀而底鼓，不易管理。 13 号煤层位于太原组中部，常有 0.2-0.3 泥岩伪顶，煤层老顶为石灰岩(K4)，老顶为 3m 左右的灰岩；煤层底板为泥岩，遇水膨胀而底鼓，不易管理。 15 号煤层位于太原组中下部，常有 0.2-0.4 泥岩伪顶，煤层老顶为石灰岩(K2)，平均 厚度 1.82m，致密、坚硬，伪顶为 0.2-0.4m 泥岩，遇水膨胀而底鼓，不易管理。1992 年， 该矿取 15 号煤层顶板样送山西省煤田地质研究所进行物理力学试验，结果为岩石单向抗 压强度为 61.7MPa，单向抗拉强度为 1.95MPa，抗剪强度为 7.87MPa。 15 下号煤层位于太原组下部，煤层顶板为泥岩，一般厚 3-7m；煤层底板为泥岩，一 般厚 10m 左右。均不易管理。 2）瓦斯 根据榆次区安全生产监督管理局榆安监规200602 号文， 关于晋中市 2005 年 395 对 煤矿矿井瓦斯等级鉴定结果的批复及印发晋中市两高矿井名单的通知 ，文件中北山煤矿 2005 年度相对瓦斯涌出量为 8.23m3/t，绝对瓦期涌出量为 3.9m3/min；CO2 相对涌出量为 3.25m3/t，绝对涌出量为 1.54m3/min。 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 15 页 另据开采 15 号煤层的长条堰、海底岭等煤矿井下瓦斯含量测定，一般在 0.15%-0.7% 之间，含量不大，但据了解长条堰煤矿 1983 年曾发生过瓦斯燃烧，左付煤矿在古窑回采 时于 1983 年 6 月亦曾发生瓦斯爆炸，还须今后引起注意。 3）煤尘爆炸性及煤的自燃发火性 本矿于 2006 年 5 月采集井下 15 号煤层煤样，由山西省煤炭工业局综合测试中心进 行了煤尘爆炸性和煤的自燃发火倾向实验，实验结果为 15 号煤层煤尘火焰长度为 20mm，岩粉用量为 40%，煤尘具有爆炸性。煤吸氧量为 1.0257cm3/g，自燃发火等级均 为级，属不易自燃煤层。 另根据测试结果，本矿 15 下号、6 号、13 号煤层均为有煤尘爆炸性的煤层，自燃等 级分别为 I、III、I 级，即自燃、不易自燃和自燃煤层。 4）地温地压 根据山西省榆次北山煤矿详查勘探区地质报告说明书中的资料，各孔近似井温 梯度平均为 0.62属地温正常区，地压也无异常现象。 1.2.4煤质煤质 1）物理性质和煤岩特征 井田内各可采煤层均为黑色，条痕色为黑褐色或棕褐色，玻璃光泽，粉末状为主， 块状次之，参差状或阶梯状断口，硬度中等，具条带状结构，宏观煤岩类型为光亮型煤， 变质程度为贫煤。 6 号煤为黑色粉末状，条痕色为黑褐色，玻璃光泽，硬度一般为 1-3，有一定的韧性， 参差状断口，体积质量一般为 1.38t/m3。内生裂隙较发育。以镜煤为主，其次为暗煤，丝 炭少量，宏观煤岩类型多为半暗型、暗淡型较少。煤层主要为条带状、线理状结构，层 状构造为主，块状构造次之。 13 号煤为黑色粉末状，条痕色为黑褐色，玻璃光泽，硬度一般为 2-3，有一定的韧性， 贝壳状、参差状断口，体积质量一般为 1.40t/m3。内生裂隙发育。以亮煤为主，其次为镜 煤、暗煤，丝炭少量，宏观煤岩类型多为半亮型、半暗型、暗淡型较少。煤层主要为条 带状、线理状结构，层状构造为主，块状构造次之。 15 号煤为黑色、污手，粉末状，条痕色为黑褐色，玻璃光泽，硬度一般为 2-3，有一 定的韧性，贝壳状、参差状断口，体积质量一般为 1.40t/m3。比重比体积质量稍大，内生 裂隙发育。以亮煤为主，其次为镜煤、暗煤，丝炭少量，宏观煤岩类型多为半亮型、光 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 16 页 亮型、半暗型、暗淡型较少。煤层主要为条带状、线理状结构，层状构造为主，块状构 造次之。 15 下号煤为黑色粉末状为主，由暗淡煤和亮煤组成，呈玻璃光泽，性脆，易碎，参 差状断口，硬度中等，体积质量一般为 1.57t/m3，含黄铁矿结核。 据北山煤化有限责任公司煤岩鉴定成果知，煤的显微煤岩组分在有机组分中以镜质 组为主，镜质组主要是均质镜质体和基质镜质体，有少量胶质镜质体，丝质组以氧化丝 质体为主，在无机组分中，各层煤均以粘土类为主，硫化物次之。 2）化学特征、工艺性能 6 号煤： 原煤水分（Mad）0.10%-0.76%，平均为 0.45%；灰分（Ad）21.74%-21.76%，平均 21.75%；挥发分（Vdaf）11.34%-23.88%，平均为 16.42%；全硫（St.d）0.51%-1.77%， 平均 1.05%；发热量（Qgr.d）为 16.22-26.07MJ/kg，平均为 22.72MJ/kg。 浮煤水分（Mad）为 0.32%；灰分（Ad）7.51%；挥发分（Vdaf）11.82%；全硫 （St.d）0.54%。 为中灰、中硫、中热值贫煤。 13 号煤： 原煤水分（Mad）0.34%-1.59%，平均为 0.70%；灰分（Ad）9.33%-26.76%，平均 18.27%， ；挥发分（Vdaf）13.43%-23.96%，平均为 16.72%；全硫（St.d）0.38%-2.25%， 平均 1.32%；发热量（Qgr.d）为 12.93-33.40MJ/kg，平均为 25.62MJ/kg。 浮煤水分（Mad）0.71%-1.58%，平均为 1.15%；灰分（Ad）4.07%-4.55%，平均 4.31%； 挥发分（Vdaf）13.64%-15.97%，平均为 14.81%；全硫（St.d）0.81%。 为中灰、中硫、高发热值贫煤。 15 号煤： 原煤水分（Mad）0.38%-2.59%，平均为 0.79%；灰分（Ad）15.52%-35.62%，平均 21.40%；挥发分（Vdaf）13.08%-16.00%，平均为 13.99%；全硫（St.d）0.86%-3.27%， 平均 2.29%；发热量（Qgr.d）为 21.05-30.55MJ/kg，平均为 27.62MJ/kg。 浮煤水分（Mad）0.42%-1.40%，平均为 0.78%；灰分（Ad）3.87%-10.52%，平均 8.08%；挥发分（Vdaf）11.39%-13.95%，平均为 12.75%；全硫（St.d）0.70%-2.15%，平 均 1.50%。 为中灰、中高硫、高发热值贫煤。 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 17 页 2003 年 12 月 30 日山西省煤炭工业局综合测试中心对榆次北山煤矿 15 号原煤进行了 检测化验，原煤灰分（Ad）16.06%；水分（Mad）0.89%；挥发分（Vdaf）12.51%；全硫 （St.d）1.95%；焦渣特征（CRC）3；固定碳（Fc,d）73.43%。为中灰、中高硫贫煤。 15 下号煤： 原煤水分（Mad）0.39%-2.30%，平均为 0.79%；灰分（Ad）15.48%-30.46%，平均 23.30%；挥发分（Vdaf）13.44%-21.70%，平均为 17.65%；全硫（St.d）0.28%-4.14%， 平均 1.50%；发热量（Qgr.d）为 14.47-30.21MJ/kg，平均为 22.49MJ/kg。 浮煤水分（Mad）0.54%-1.27%，平均为 0.81%；灰分（Ad）3.83%-14.84%，平均 7.65%；挥发分（Vdaf）11.32%-17.62%，平均为 13.27%；全硫（St.d）0.46%-1.92%，平 均 1.22%。 属中灰、低中硫、中热值贫煤。 3）煤的风化和氧化 井田内各煤层埋藏较浅，6 号、13 号煤层在井田北部及西北部有露头出露，风氧化 带宽约 30m，风氧化煤层为半暗型，呈粉末状，粒状结构，裂隙发育，仅可作为民用煤。 4）煤质及工业用途评价 根据煤炭质量分级GB/T15224-2004 标准，山西组 6 号煤为中灰、中硫为主的贫 煤，主要用作动力用煤。太原组煤层由于硫分含量高，适于动力用煤。若将 15 和 15 下 煤经过洗选、脱灰、脱硫后，可作为高炉民喷吹用煤。目前本矿的煤主要作为动力用煤， 少量民用。15 号煤原煤灰分（Ad）小于 24%，灰熔融性（ST）大于 1300，热稳定性大 于 70%，而挥发分、硫稍高，抗碎强度较低，也可考虑作为合成氨用煤的配煤。 煤灰的利用：根据各煤层的灰成分分析，可作为水泥原料，亦可作为灰砖的主要原 料。 1.2.5储量计算及井田勘探程度储量计算及井田勘探程度 1）储量计算的范围和工业指标 井田内批采煤层为 6、13、15、15 下号煤层，现开采 15 号煤层，本次工作对井田内 6、13、15、15 下号煤层资源/储量进行估算。 按中华人民共和国地质矿产行业标准（DZ/T0215-2002） 煤、泥炭地质勘查规范 附录 E 表 E.2 规定执行，最低可采厚度：炼焦用煤为 0.70m ，非炼焦用煤为 0.80m；原 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 18 页 煤最高灰分 Ad 为 40%；最高硫分 St.d 为 3%。由于本井田均为贫煤，故各煤层均采用 0.8m 为最低可采边界，对单点 Ad 虽大于 40%，最高硫分 St.d 虽大于 3%的也未分开计算。 2）储量级别的划分 本次参与资源储量估算的煤层，15、15 下均为稳定可采煤层。6、13 号煤层为局部 可采煤层，井田内构造属中等类型，按照固体矿产地质勘查规范总则和煤、泥炭 勘查规范 ，现将各煤层类别划分原则叙述如下： （1）6 号煤层推测最低可采边界线，陷落柱边界线、断层边界线内推 30-50m 范围及 井田北部全部圈定为（333）类资源储量范围，其余利用井田内的三个钻孔及东部外围的 一个钻孔资料，圈定的（122b）类资源储量范围。 （2）13 号煤层尚未动用，且存在有最低可采边界线及断层，陷落柱构造，全部圈定 为（333）类资源量范围。 （3）15 号煤层为现采煤层，采用 800800 的线距及外推 400m 圈定探明的（111b） 类资源/储量，其余为（122b）类资源/储量范围。断层两侧，陷落柱边界线外推 30-50m 圈定推测的（333）类资源量范围，乌金山森林公园下压覆的资源圈定为（2S11）类 （2S22）类资源量范围。 （4）15 下号煤层本矿尚未采动，井田北西部采用 800800 的线距圈定为（331）类 资源量，外推 800m 圈定为（332）类资源量范围，井田南部利用 3 个钻孔圈定为（332） 类资源量，其余范围及断层、陷落柱圈内均圈定为（333）类资源量范围。 3）计算方法及有关参数的确定 因煤层倾角小于 15，故采用水平投影的地质块段法。 （1）面积：其面积直接在平面图上用微机求得。 （2）估算厚度：各块段糨层资源储量估算厚度为块段内各工程点利用厚度的算术平 均值。 （夹矸0.05m 时一律剔除） （3）视密度：根据本矿提供资料，11、13 号煤层视密度分别为 1.36t/m3 和 1.35t/m3。 其资源/储量估算公式为： Q=SMD/10 式中：Q资源储量，万 t； S块段面积，k(m2)； 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 19 页 M块段内平均煤度，m； D视密度，t/m3。 4）以往地质工作 （1）1985-1992 年山西省煤炭地质勘探二队对北山煤矿进行了详查勘探，并提交了 山西省榆次市北山煤矿详查勘探区地质报告说明书 。 （2）1993 年，山西煤田地质综合普查队在榆北普查区开展了 1：1 万航空地质测量 工作，较系统划分了地层，对该区包括本井田的构造、矿井资源、煤炭开发等作了调查， 于 1994 年底提交了该区榆北普查区 1：10000 航空地质测量报告 。 （3）2005 年 5 月，山西地科勘罕有限公司编制了山西省晋中市榆次北山煤矿生产 矿井地质报告 。 （4）2006 年 5 月，山西同地源地质矿产技术有限公司提交了山西省晋中市榆次北 山煤矿地质勘查报告 。 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 20 页 第二章 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 根据 2006 年 1 月 27 日山西省煤炭资源整合和有偿使用办公室晋煤整合办核200614 号文核准，整合后的晋中市榆次北山煤矿范围坐标如下： 6 号煤层井田范围由以下 13 个拐点坐标连线组成： 点号XY点号XY 14191585196546102419270019654610 34192700196571504419211519657150 54192600196585006419131019658500 74190500196575008419000019656500 941898261965530010419100019655300 1141910001965440012419140019654160 13419158519654160 13、15、15 下号煤层井田范围由以下 16 个拐点坐标连线组成： 点号XY点号XY 14192200196546102419270019654610 34192700196575004419224019657500 54192600196585006419131019658500 74190500196575008419000019656500 941898261965530010419100019655300 1141910001965440012419135019654400 1341913501965461014419140019654700 1541919001965485016419220019654850 井田南北长 2.8km，东西宽 4km，井田面积 8.9545km2。批准开采 6、13、15、15 下 号煤层。 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 21 页 2.1.2可采储量可采储量 1）矿井保有资源储量 整合后全井田保有的资源储量（111b+122b+333）为 108966kt，其中探明的经济基础 储量（111b）为 64720kt，控制的经济基础储量（122b）为 2800kt，推断的内蕴经济资源 量（333）为 79850kt；（111b）储量占总资源储量的比例为 59.39%。 2）矿井储量评价和分类 根据山西同地源地质矿产技术有限公司提交的山西省晋中市榆次北山煤矿地质勘 查报告 ，参加储量计算的煤层有 6、13、15、15 下号煤层共四层，其储量计算以勘探的 各可采煤层底板等高线为依据，本次设计经综合分析研究认为各开采煤层储量分类正确， 计算方法得当，其计算结果较为准确。 3）矿井设计储量 建筑物的保安煤柱村庄、工业广场保安煤柱的留设方法是：在建筑物周围外推 15m，然后按新生界松散层 45倾角，遇基岩后按 72移动角下推与煤层相交，保护煤柱 留设方法采用垂直剖面法，现以立井井筒为例计算方法说明如下(如图 2-1-1)： 矿井煤柱的种类确定如下： 井田边界煤柱：20m 主要大巷保护煤柱：25m 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 72、50、70，表土层移动角为 45； 维护带宽度：工业广场维护带 15m； 断层煤柱宽度 35m； 表土平均厚度为 60m； 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 22 页 工业广场保护煤柱边界示意图 矿井工业储量=（111b+122b+33380%） ，80%为推断资源储量可信度系数 矿井设计储量=矿井工业储量-永久煤柱损失 矿井设计可采储量=矿井设计储量-保护煤柱-开采损失； =（矿井设计储量-煤柱损失）采区回采率。 永久煤柱损失=井田境界煤柱+村庄煤柱+断层煤柱+水体煤柱等； 煤柱损失=永久煤柱损失+保护煤柱。 开采损失=（矿井设计储量-煤柱损失）（1-采区回采率） 。 采区回采率取 75%-85%（其中薄煤层取 85%，中厚煤层取 80%，厚煤层取 75%） 。 矿井设计可采储量按下式计算 ZK=(ZS-P)C 式中：ZK矿井设计可采储量，kt； ZS矿井设计储量，kt； P保护煤柱，kt； C采区回采率。 中国矿业大学 2012 届本科毕业设计 第 23 页 经计算：矿井工业储量为 99620kt，全矿井的永久煤柱损失量为 19457kt，矿井工业 储量减去全矿井的永久煤柱损失量后即为矿井设计储量，该矿井设计储量为 80163kt，矿 井设计可采储量为 67173kt。 可采储量计算详见表 2-1-1。 表 2-1-1 矿井可采储量汇总表矿井可采储量汇总表 单位：kt 永久煤柱损失保护煤柱 煤 层 资源 储量 工业 储量 井田 边界 地质 构造 森林公 园压覆 资源/储 量 设计 储量 井筒工 业场地 大巷 煤柱 开采 损失 可采 储量 689607508150167856802523487624318 1365205216158176661026824185632551446 157481670788834466250506024218302970551253958 15 下 18670161083892010215011559853139218637451 合 计 108966996201531 1011 6 78108016333535273839267173 2.2 矿井设计生产能力与服务年限 2.2.1矿井设计生产能力矿井设计生产能力 1）矿井工作制度 按煤炭工业矿井设计规范规定，矿井设计年工作日为 330d， “四六”工作制，即每 天四班作业，三班生产，一班准备，矿井提升时间按 16h/d 计。 2）矿井设计生产能力的确定与论证 榆次北山煤矿设计生产能力为 900kt/a。设计结合矿井现状、井田建设条件、建设单 位意见、市场需求等因素，矿井设计生产能力定