采矿工程毕业设计（论文）-鑫珠春矿0.9Mta新井设计.pdf

中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页 一 般 部 分 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页 1 矿井概述及井田地质特征 全套图纸，加 153893706 1.1 矿区概述 1.1.1 位置及交通情况位置及交通情况 一、位置 鑫珠春矿井田位于焦作煤田西南部，东距焦作市区 5km，行政区划隶属焦作市中站区 朱村乡管辖。其地理坐标为：东经 1130748.71131149.5,北纬 3512 40.2351428.7。该矿区包括整个鑫珠春井田，北部以天官区断层为界，与王封 矿井、李封矿井相邻；南部三十九号井断层为界；东西部以人为开采边界划分，东部与焦 西矿井相邻。 目前王封、李封、焦西三个矿井均已闭坑。鑫珠春矿矿区东西长 5.2 千米， 南北宽 2.1 千米，矿区面积 10.92 平方公里。 二、交通 矿区内交通便利，焦作枝城铁路和焦作济源公路从矿区南部穿过，焦作克井公 路从矿区北部穿过，焦作晋城高速公路从矿区西部穿过，朱村矿铁路专用线与焦柳线相 接。 详细情况见图 1-1 1.1.2 自然地理自然地理 一、地形地貌 鑫珠春井田位于太行山南麓，北距太行山约 5km。地貌形态为山前冲洪积平原，地势 由西北向东南倾斜，西部海拔为+156m，东部海拔为+124m，地势较平坦。地表全部被第四 系黄土层覆盖。 二、水文条件 区内无固定水系和水体，仅有两条季节性洪沟自北而南从矿区西部和中部穿过 ，为 雨季排洪通道，一般干涸无水，对开采无影响。工业以及居民用水主要靠的是地下水。 三、气候状况 本区属暖温带半大陆性半干旱季风型气候，春天干旱多风，夏季炎热多雨，秋季昼暖 夜凉，冬季干燥寒冷。 （1） 气温 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页 日极端最高气温 43.6，最低-19.9，年平均 15，通常 68 月最高，12 月至次 年 2 月最低。 图图 1- 1 （2） 降水 平均年降雨量 644mm，最大降雨量 764.9mm，最大降雪量 116mm，最大积雪厚度 500mm， 最大冻结深度 300mm。 （3） 年蒸发量 年蒸发量 1517.22313.1mm，平均 1938.22mm。 （4） 风向、风速 风向随季节变化，夏季多为东风或东南风，冬季多为西风或西北风，瞬时最大风速 30.0m/s。 （5）冰冻 冰冻期为当年 12 月至次年 2 月，最大冻结深度 310 mm。 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田地形及含煤地层井田地形及含煤地层 一、井田地形 矿区位于太行山隆起带的东南缘，新华夏构造体系与秦岭纬向构造体系的复合部位、 晋东南山字型构造体系的前弧东翼。 整个焦作地区煤田受太行山隆起和武陟隆起控制，区内褶皱不发育，以北东向和近东 西向断裂构造为主，断裂多为高角度正断层，形成一系列地垒、地堑及阶梯状单斜构造。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页 二、地层 根据地表的出露和钻孔的揭露，地层最老的有奥陶系，最新的为第四系，从下而上依 次为: 奥陶系（o） ；中石炭本溪组(c2b)；上石炭山西组(c3t)；二叠系山西组（p1s） ；二 叠系下石盒子组：(p1x)；第四系（q） 。 1、奥陶系中统马家沟组（o2m ） 为本区含煤地层的基底岩系。主要岩性为灰色浅灰色厚层状石灰岩、白云质灰岩， 岩石岩溶裂隙发育，含水丰富，为本区主要含水层。该组总厚度 350400m。 2、石炭系（c） （1）中统本溪组（c2b） 主要由灰色、浅灰色厚层状铝质泥岩、粘土矿、砂岩、粉砂岩及砂质泥岩组成，中下 部普遍含黄铁矿。本组厚 5.033.0m，平均 15.0m，与下伏奥陶系呈平行不整合接触。 （2）上统太原组（c3t） 该组下自一 2 煤底界，上止 l9 灰岩顶界，为一套海陆交互相沉积建造。与下伏本溪 组呈整合接触。该组总厚度 59.078.0m，平均 68.0m。是本区一煤组的赋存层位。 该组主要由灰黑色泥岩、粉砂岩、灰色砂岩、深灰色石灰岩、煤层及煤线互层组成。 据岩性组合可分为三段： 下段：以石灰岩为主，夹砂质泥岩、泥岩及煤层，偶夹薄层细砂岩。底部一 2 煤层直 接顶板为 l2 灰岩，厚 2.2214.67m，平均 6.75m，层位稳定，全区发育，为一 2 煤层的 直接标志层；中下部有一层浅灰色厚层状细粒石英砂岩，硅质胶结；中部 l3 灰岩不稳定， 常相变为砂岩或砂质泥岩，中上部的 l4 灰岩常有泥岩夹层，不稳定；上部一 5 煤直接顶 板 l5 灰岩为该段顶部，厚 1.025.75m，灰黑色厚层状，常见黄铁矿结核或晶体，层位稳 定，全区发育，为一 5 煤层的直接标志层。 中段：由灰色黑色的细纱岩、砂质泥岩及泥岩互层组成，夹薄层石灰岩及煤线，本 段含 l6、l7 两层灰岩，区内不稳定，常相变为细砂岩或粉砂岩。 上段：主要由深灰色、灰色石灰岩、粉砂岩及砂质泥岩组成，夹薄层状细砂岩及泥岩， 下部 l8 灰岩呈灰黑色，致密坚硬，具有垂直裂隙，厚 2.7211.32m，平均 6.0m，层位稳 定，全区发育，为石炭系上统太原组 与二叠系下统山西组分界的主要标志层 ；上部为粉 砂岩或砂质泥岩夹细砂岩、泥岩薄层；顶部 l9 灰岩厚 0.24.39m 平均 2.0m，较稳定，为 石炭系上统太原组与二叠系下统山西组分界的直接标志层。 3、二叠系（p） （1）下统山西组（p1s） 下自 l9 灰岩顶面，上止砂锅窑砂岩底面，本组厚 80.090.0m，平均 85.0m。为一套 滨海河湖相碎屑岩沉积建造， 是本区二煤组的含煤层位。 该组与下伏太原组呈整合接触。 主要由灰色、深灰色、灰黑色砂岩、粉砂岩及泥岩组成，下部含主采煤层煤层及局部 可采的二 2 煤层。岩层颜色由下向上逐渐变浅，泥岩及粉砂岩中含丰富的植物化石，砂岩 中斜层理发育，层面含大量白云母以及炭质。根据岩性组合特征，本组可分为三段： 下段：由泥岩、砂质泥岩及煤层组成，偶夹砂岩及粉砂岩薄层，其中二 1 煤层位于该 段中下部，二 2 煤层位于该段中部，与二 1 煤层相距 812m，平均 10m。 中段：厚层状中细粒砂岩（俗称大占砂岩） ，为二 1 煤层顶板，厚 2.0718.6m，平均 8.4m，主要矿物成分为石英，次为长石，含少量暗色矿物，层面上有大量的白云母片及炭 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页 质，泥质胶结，斜层理发育。 上段：由灰色砂岩、泥岩及粉砂岩组成，夹细粒薄层砂岩及泥岩，该层段不含煤。 （2）下统下石盒子组（p1x） 由灰色、灰白色、黄绿色砂岩、粉砂岩及泥岩组成，夹灰质泥岩及铝质泥岩薄层，底 部为一层白色厚层状中粗粒砂岩（俗称砂锅窑砂岩） ，是该区地层分界的重要标志层。由 于受不同程度的风化剥蚀，区内残存厚度 0155.0m，平均 58.55m。与下伏山西组呈整合 接触。 4、第三、第四系（r+q） 主要为冲积、洪积物，由褐色至棕红色亚砂土、粘土、红土结核、黄土结核及砂砾石 层组成，底部局部为砾岩层，区内总厚度 22.0127.0m，由西北向东南逐渐增厚。与下伏 地层呈角度不整合接触。 三、含煤地层 井田内含有可采煤层两层，即二叠系山西组的二 1 煤和石炭系太原组的一 5 煤。二 1 煤为主可采煤层，煤厚 0.811.73m，平均 5.28m，赋存稳定。一 5 煤煤厚在 1.021.5m 之间，平均 1.30m。 详细情况可见鑫珠春矿地质综合柱状图，见图 1-2 1.2.2 井田地质构造井田地质构造 一、地质特征 矿井地质构造较复杂，地质构造以断层为主，井田基本上被高角度正断层所包围，处 于北部天官区断层、南部三十九号井断层之间，呈单斜地垒构造；井田中部有三号井断层 横贯东西，将井田分割成南北两大区域，区内落差大于 20m 的断层有多条（详见表 1-1） 。 井田内褶曲构造发育不甚明显，主要表现为走向方向上的挤压现象，形成一系列的宽缓褶 曲，使煤层底板等高线呈现一种缓波状的起伏现象，范围和幅度均较小，对生产影响不大。 朱村井田大中型断层一览表 断 层 名 称 性质 倾向 (度) 倾角 （度） 落 差 （m） 走向长度（m） 1 天官区断层 正断层 se 60-70 35-100 6250 2 三号井断层 正断层 nw 60-70 0-80 4412 3 三十九号断层 正断层 s 70 0-120 6320 表表 1-1 1.2.3 水文地质特征水文地质特征 一、含水层 第三、第四系砂砾石孔隙含水层。主要由冲积形成的褐色至棕红色亚砂土、粘土、钙 质结核及砂砾石组成，底部 由砾岩层。厚 22- 127m 平均 65m 由西北向东南逐渐增厚。底 部的砂砾岩为 主要含水层厚 0-25.75m.一般 10m 左右。该含水层由大气降水补给。第三、 第四系砂砾石孔隙含水层主要是 通过井筒涌入矿井。 （1）二叠系砂岩裂隙含水层 砂岩裂隙水对二 1 煤开采有直接充水影响，上部是 基岩风华带，厚 20-40m，为 潜水 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页 或浅承压水，与上部冲积层含水有密切联系，具有统一水位，但含水性弱。下部是二 1 煤 顶板，含水性弱，采动后导水裂隙透水性较强，对生产有一定影响 （2）石炭系薄层灰岩溶裂隙含水层(组) 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 7 页 最小-最大 平均 q65.0 22-127 65.0 1:500 p123.5 0-155 58.5 1 最小-最大 平均 2 85 208.5p 80-90 c2b291.5 5-33 15 q2200 c3t276.5 59-78 68 2 5 5 1.02-5.75 2.5 0.231.57 1.17 2 0.1-4.63 0.68 2 6 2.22-14.67 3 0.1-0.35 3 0.76-4.3 2.5 2.5 4 4 0.60-5.0 0.2 0.15-0.65 6 6 7 7 9 9 8 8 0.2-4.39 2.0 0.15-0.8 0.3 6.0 2.72-11.32 0.35 0.10-1.65 2.0 0.4-5.3 0.1-0.35 0.3-0.81 0.15 0.3 0.86-11.73 5.28 0.1-1.2 0.4 0.1-0.84 0.2 6.0-10.0 8.0 1s 1x 24-62m，一般为38米。 5 灰-浅灰色厚层状，细晶质结构，质纯，间夹泥岩角砾状灰 岩及白云质灰岩。构成煤系地层的基底，上距一 煤底板 浅灰-深灰色铝土质泥岩，间夹粘土和粉砂岩，地层厚度受 奥陶系顶面古地形控制。地形变化，西薄东厚。 黑色粉末状，煤层结构复杂，多为复合煤层，夹矸2-3层. 深灰色厚层状，隐晶质，中夹燧石条带，夹泥岩 深灰色厚层状，中粒略细，含星点白云母片，硅质胶结. 冲积、洪积物。 主要由黄褐色亚粘土、亚沙土及砂砾岩、石灰质结核 和砾岩组成。厚度由西北向东南逐渐增厚。 中厚层细中粒砂岩、泥岩及粉砂岩互层。 由于构造及剥蚀，地层极不完整，厚度变化较大。顶部 泥岩及粉砂岩互层。 约30m呈土黄色，为风化带。中厚层细中粒砂岩、 中粗粒或细中粒、中厚层状、灰白色石英长石砂岩。 煤线。 深灰黑色，中厚层状，层面夹炭质页岩，富含白云母片。 煤线，一般不可采。 深灰灰黑色砂岩、粉砂岩和泥岩互层，偶夹煤线， 层理清晰。粉砂岩和泥岩富含植物化石。砂岩层面 夹薄层炭质页岩，富含白云母片。 局部可采，下距二 煤4.5-19m，一般为10m。 1 深灰灰黑色，薄中厚层，主要为泥质胶结，质软， 富含植物化石，砂岩富含白云母片。层面间夹炭质泥岩， 为二 煤直接顶和老顶，直接顶以粉砂岩为主。1 灰黑色，亚金属光泽，由酥煤、小花炭与大花炭构成。 深灰黑色，薄层状，含植物化石，主要以泥岩为主， 为二 煤直接底板。1 深灰色，致密坚硬，性脆，含海百合茎化石。 煤线，局部可见。 灰黑色，薄中厚层状，夹硅质结核。 灰黑色，致密坚硬，性脆，富含海百合茎化石及方解石脉。 煤线，局部可见。 深灰色，薄中厚层状。 深灰色，分布不稳定，相变为砂岩。 煤线，局部可见。 深灰色，薄中厚层粉砂岩，泥岩和砂岩互层。 分布极不稳定，局部可见，相变为石英砂岩。 煤线。 灰色中层厚状，含菱铁矿及植物化石。 130.9mpa，抗剪强度：18.9mpa。 灰黑色,亚金属光泽，块状，贝壳状断口，主要可采煤层。 灰黑色薄层状，含黄铁矿和植物化石。 深灰色多分为两层，中夹0.5-1.0米粉砂岩。 煤线。 深色，薄层状。含黄铁矿和植物化石。 深灰色致密坚硬，分布不稳定，相变为石英砂岩。 图图 1- 2 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 8 页 石炭系太原组平均厚 68.0m 该组的灰岩层是该区的主要岩溶裂隙含水层，其中分布稳 定的 l8、l5、l2 灰岩含水层。 石炭系太原组平均厚 68.0m，该组的石灰岩层是该区的主要岩溶裂隙水含水层。其中 不稳定的有 l8、l5 和 l 灰岩岩溶含水层。 l8 灰岩岩溶裂隙含水层，厚 2.72-11.32m 分布稳定。上距二 1 煤约 21m，下距一 5 煤 约 25m。是矿井充水主要含水层，是二 1 煤开采过程中底板突水的直接水源，对二 1 没有 开采有影响。 l5 灰岩岩溶裂隙含水层，平均厚 2 米左右，分布稳定，是一 5 煤开采过程中顶板发水 的直接水源。该含水层岩溶发育不甚，水源补给有限。 l2 灰岩岩溶裂隙含水层，厚 2.22-14.67m 平均厚 6m 左右，上距一 5 煤 13-23m 一般 17m，是 一 5 煤的间接充水含水层，在大中型断层的沟通下可直接向矿井充水，该含水层 岩溶裂隙发育。溶洞规模较大，富水性强，与 o2 灰岩岩溶水有较强的水力联系。一 5 煤 开采过程中底板突水的直接水源。 （3 奥陶系中统厚层灰岩裂隙溶洞含水层 奥陶系马家沟组（o2）400 m 米左右，其顶面距一 5 煤底板 24-62m，一般 38m。隔水 层为铝土质泥岩。o2 是煤系地层的基底，受水区域广，岩石岩溶裂隙发育，富水性强，连 通性号，具有高压水头，也可通过区域导水断层补给上部含水层。若采掘中不揭露大断层， 该含水层对煤层开采影响不大。 二、隔水层 （1）二叠系泥质粉砂岩、泥岩隔水层。 主要分布在二 2 煤层之上，隔水层厚度不均，总厚度 30-60m。该隔水层使上不第四系 砂砾石层水和基岩风化带水不能直接用入矿井。 （2）l8 灰岩与 二 1 煤层之间的泥岩粉砂岩隔水层 厚度 14.52-23.19 米，一般 21 米左右，在开采二 1 煤过程中起阻隔 l8 灰岩岩溶裂隙 水直接突入矿井的作用。 （3）l8 灰岩底与 l8 灰岩顶之间的泥岩、粉砂岩隔水层 厚度 16.50-29.58 米，一般厚 24 米左右其间夹薄矸层。它隔断了 l8 与 l5 灰岩溶裂 隙水的联系。 （4）一 5 煤与 l2 煤之间的泥岩粉砂岩隔水层 厚度 10.0-21.99 米一般 16-17 米。中间夹两层灰岩及两层煤线；在开采一 5 煤时阻 隔着 l2 灰岩岩溶裂隙水直接进入矿井。 （5）石炭系中统本息组的粉砂岩、铝土质泥岩隔水层 5.0-33.0 米，一般厚 15-16 米，其顶部为一 2 煤它阻隔了 o2 灰岩岩溶裂隙水与 l2 灰 岩岩溶裂隙水的税利联系。 三、地表水 鑫珠春矿位于山前冲积平原地带，地表为较厚的黄土覆盖，地势平坦，地表无水体， 矿区中部和西部有两条季节性自然冲沟，一般干涸无水，对生产无影响。 四、矿井涌水量 1、顶板水 （1）第四系砂砾石层中的孔隙水和基岩风化带水： 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 9 页 它们主要是通过井筒揭露涌入矿井。其水量大小的变化规律是随井筒数量的增加而增 加。只要井筒数量确定，水量基本为一常量。约占矿井总涌水量的 25%。 （2）二叠系砂岩裂隙水： 为二 1 煤直接顶板水。主要通过小断层、裂隙突水及淋水涌入矿井。突水点涌水量大 多数小于 0.5m3/min，其特点是：随着井巷向前掘进，新的出水点出现，老的出水点逐渐 干涸，说明其补给量不充足。约占总涌水量的 12.6%。 2、底板水 l8 灰岩及灰岩岩溶裂隙水：l8、l9 灰岩是二煤开采过程中底板突水的主要水源。 根据资料统计，底板突水共 75 次，最大涌水量 3m3/min，多数在 0.52.0m3/min。其中 l9 灰岩岩溶水造成的底板突水 42 次，占 56%；l8 灰岩岩溶水造成的底板突水 33 次，占 44%。l9 灰岩岩溶水突水特征为：突水点涌水量小，多数小于 0.5m3/min，最大涌水量为 1.96m3/min，随着巷道的推进，老的出水点逐渐干涸，目前 l9 灰岩岩溶水突水点几乎全 被疏干。l8 灰岩岩溶水突水点其特征为突水点涌水量较大，是构成二煤底板水的主要水 源。目前底板突水总量为 8m3/min,占总突水量的 57%. 综上所述，二 1 煤开采过程中矿井充水有顶板水及底板水，顶板水的水源是第四系砂 砾石层水、基岩风化带水及二叠系砂岩裂隙水。矿井总涌水量 11m3/min，其中，顶板水主 要是通过井筒、砂岩裂隙和小断层以淋水、滴水方式进入矿井，因涌水量较小且较稳定， 易于疏排，对二 1 煤开采不会造成淹井威胁。底板突水水源为 l8 灰岩岩溶水，主要通过 断层裂隙的密集分布带及底鼓突水进入矿井，其特点是来势猛、水量大，且水量稳定。底 板突水随着开采深度的增加而增大。周边的王封、李封、焦西矿的相继关闭，l8 灰岩岩溶 水水位在+60m 以上，根据地下水文地质观测资料，井田的东南区和东北区是两个主要进水 地区，对二 1 煤的开采有较大的威胁。 3、供水水源 矿区可供利用的供水水源主要为 o2 灰岩岩溶水，次为冲积层孔隙水，根据水质分析， 均符合饮用水条件。目前，朱村矿共有供水量大于 180m3/h 的 o2 灰岩岩溶水水井两眼， 供水量大于 90m3/h 的冲积层孔隙水两处。 综上所述，鑫珠春矿属以底板岩溶水充水、水文地质条件较为复杂。因此，在采掘过 程中必须要坚持有疑必探、先探后掘、先掘后采的防水原则，备足排水设施，严防事故发 生。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层基本情况煤层基本情况 井田内含有可采煤层两层，即二叠系山西组的二 1 煤和石炭系太原组的一 5 煤。二 1 煤为主可采煤层，煤厚 0.811.73m，平均 5.28m，赋存稳定。一 5 煤煤厚在 1.021.5m 之间，平均 1.30m。 1.3.2 煤层特征煤层特征 区内含煤地层自下而上分别为上石炭统太原组及下二叠系山西组，总厚度 153m。可见 煤 3 层，煤层总厚 6.45m，含煤系数 44.22%。各含煤地层特征如下： 一、太原组（c3t） 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 10 页 厚度 6580m，平均 68m，岩性以海陆交互相沉积为特征，由灰岩、砂岩、泥岩及煤 层或煤线组成。该组所见灰岩共 8 层，每层灰岩之下均有煤层或煤线，其中 l5 灰岩之下 的一 5 煤厚度较大， 全区可采； 一 5 煤赋存于太原组中部， 距二 1 煤底板 5060m， 厚 0.23 1.57m，平均厚 1.17m。煤层顶板为 l5 灰岩，厚 1.025.75m，层位对比可靠。该煤层 是本次核查的主要对象。 一 2 煤层赋存于太原组底部， 距二 1 煤底板 7580m， 厚 0.101.64m， 平均厚 0.68m， 属局部可采煤层，煤层顶板为 l2 灰岩，厚 2.2214.67m。 太原组煤层总厚度 2.74m，含煤系数 4.0%。 二、山西组（p1s） 为一套河湖相沉积建造，主要由砂岩、泥岩、泥质砂岩及煤层组成，根据岩性特征， 大致可分为 7 层： 1、砂质泥岩：灰黑色，粉砂泥质结构，薄层状构造，层面含白云母及炭质，层厚 8 12m。 2、炭质泥岩：灰黑色，泥质结构，片状层理构造，普遍含炭质，中部含硅质结核及 少许方解石脉，厚 2.17m。该岩性层为二 1 煤的直接底板。 3、二 1 煤：暗灰黑色，块粉末状，条带状结构，煤层结构简单，内生裂隙发育， 厚 0.8611.73m，平均厚 5.28m。 该煤层是采矿许可证核准的开采煤层，是本次工作的主要对象。 4、细中粒砂岩：灰深灰色，中细粒结构，中厚层状构造，主要成分为长英质， 泥质充填或胶结，层面富含云母碎片。层厚 812m，为 二 1 煤层的直接顶板 5、二 2 煤：灰黑色，粉末状，结构简单。煤层厚 01.60m，平均厚 0.40m。 6、中细粒砂岩，灰灰黑色，中厚层状，富含白云母及植物化石，厚 68m。 7、砂质泥岩、泥岩：黄绿色灰黑色，间夹薄层砂岩，局部夹煤线，厚 3540m。 该组总厚度 7090m，平均 85m，含煤系数 6.9%。 1.3.3 煤层煤层 一、二 2 煤层 二 2 煤层位于山西组中下部，下距二 1 煤 812 米煤厚一般小于 1 米，平均 0.4 米厚 度变化系数 43.5属于部稳定煤层，可采范围较小，要分布在井田西部。可采范围较小， 仅为 0.5 平方公里，主要分布在井田西部，仅个别达到可采厚度，井田东部均不可采。 二、二 1 煤层 二 1 为鑫珠春矿主要可采煤层，该煤层位于山西组下部，上距下石盒子组底部石英砂 岩（俗称砂锅岩砂岩）平均 75m 厚，煤层产状与围岩一致，倾角一般 3 度-9 度。惊天煤层 底板标高+0-180m。煤层埋深 140-300m，二 1 煤埋藏简单，仅局部夹矸。 三、一 5 煤层 一 5 煤层上距二 1 煤层 50-60 米，下距太原组 l2 辉岩 35m 左右。煤层厚 0.23-1.57m 平均厚 1.17m 厚度变异系数为 39.0%属较稳定煤层，煤层结构较简单全区大部分可采。产 状与 围岩一致，走向 ne-nne 倾角一般 5-10 度，近断层产状较陡峭，井田内煤层底板标 高+110256m 煤层 埋深 150-385m，其 直接顶为 l5 辉，厚度稳定结构简单，但水文地质 条件较复杂。 四、一 2 煤 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 11 页 一 2 煤位于太原组底部，其直接顶为 l2 灰岩。煤层厚度 0.1-1.64m 平均 0.68m,厚度 变异系数 47.1%。可采范围肺部在井田中部和东部，可采面积较小，属不稳定煤层。该煤 层结构复杂，一般含矸 2-3 层，分为上下两个分层，其上分层一般不可采下分层一般含矸 2-3 层。受其顶板 l2 灰岩含水层影响，水文地质条件较复杂，在目前开采技术条件下难以 开采。 1.3.4 煤的物理性质及煤岩特征煤的物理性质及煤岩特征 二 1 煤为钢灰色，具金属光泽或亚金属光泽，硬度一般为 2，断口为贝壳状；条带状 结构，层状构造； 煤层中部一般为块状结构，顶、底部一般有鳞片状、粉末状分层，平 均视密度 1.50t/m3。煤岩类型为半暗型半亮型。煤岩成分以凝胶化基质为主，含有半丝 炭和本煤丝炭，矿物杂质含量 3%，以劣质泥岩碎片为主。 鑫珠春矿二 1 煤属低中灰、特低硫、热稳定性好、发热量高、灰熔点高、块煤产率较 高的典型无烟煤。 一 2 煤属中灰、富硫(有机硫为主)、粉状煤产率高的典型无烟煤。 一 5 煤为黑色， 分块状、 粒状和粉末状， 块状煤亚金属光泽， 贝壳状断口， 视密度 1.60 t/m3。 1.3.5 煤层顶底板及夹矸煤层顶底板及夹矸 二 1 煤层老顶为灰色细中粒中厚层状砂岩（俗称大占砂岩） ，泥硅质胶结，斜层理 发育，层面富含白云母碎片、植物化石碎片及炭质，岩石性脆易碎，稳定性差，易塌落。 适于全部陷落法管理。该层厚度 2.0718.6m，平均 8.4m。直接顶板为黑色、灰黑色泥岩、 粉砂质泥岩，局部为粉砂岩，厚 1.32.7m。伪顶为黑色炭质泥岩，富含植物化石碎片， 很不稳定，厚 01.0m，一般 0.20.4m。 二 1 煤层直接底板为砂岩.泥岩、粉砂岩， ，其层理分布较稳定。煤层一般无夹矸，仅 局部见 0.10.5m 厚的泥质粉砂岩透镜体，但延伸不长。 一 5 煤顶板为 l5 灰岩，岩石致密坚硬、性脆，稳定性好，底板为灰黑色薄层状粉砂 岩，含黄铁矿和植物化石，岩石坚硬，稳定性较 1.4 井田勘探程度 本井田精查地质勘探报告是由河南省冶金煤炭厅地质勘探基建公司第三队勘探对本 井田主要褶曲，断层等基本探明，控制了地层变化规律可采煤层的赋存特征，水文地质 条件及煤质牌号，煤层分析资料基本可靠，勘探程度能满足设计生产之要求。 2 井田境界和储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田边界划分的原则井田边界划分的原则 井田划分时要保证各井田都要有合理的尺寸和境界，使井田的各部分都能得到合理的 开发。应综合各方面的因素并进行技术经济比较后在确定。实际的井田范围与形状差异很 大，划分时应遵循以下原则： 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 12 页 1、与矿井的生产能力相适应。生产能力大的矿井，一般机械化程度都比较高，服务 年限较长，应有足够的储量与之相对应，所以井田范围就要大些。生产能力小的矿井反之。 2、尽量的利用自然条件。为了减小煤炭损失提高采出率减小开采过程中的技术困难， 保护地面设施等，应尽量自然条件作为划分的依据。 3、要有合理的尺寸和足够的储量。一般井田的走向长度大于倾斜长度，并且井田的 走向长度要在合理的范围内。 我国合理的井田走向长度一般为：中型矿井为不小于 4.0km；大型矿井不小于 8.0km。 4、统筹兼顾，照顾全局。要处理好与邻近矿井的关系，不要因为一个矿井的划分而 影响到另一个矿井的合理边界。 5、留有余地。划分井田应该相应的划分的大一些，或是在井田范围外留一个后备区 暂不建井，以备将来扩建发展。 6、直（折）线原则。在不受地质条件限制时，应尽量避免曲线，以利于矿井设计和 生产管理。 根据以上的原则，鑫珠春矿的井田划分为北部以天官区断层为界，与王封矿井、李封 矿井相邻；南部以朱村断层为界；东部以人为开采边界划分，与焦西矿井相邻。 西部也 是人为划定。目前王封、李封、焦西三个矿井均已闭坑。鑫珠春矿矿区东西长 5.2km，南 北宽 2.1km，矿区面积 10.92km2。 2.2 矿井的工业储量 2.2.1 勘探类型勘探类型 一、井田勘探类型 其勘探类型确定合理，勘探工程间距适宜，勘探工程量充足，可满足相应级别储量的 控制要求。 二、勘探类型及勘探线分布 1、补充勘探： 是在矿井采区设计前进行的，主要为采区的设计提供可靠的地质依据。勘探采用井下 钻探，钻孔的设计，根据所掘出的巷道来进行对照所要探明煤层的可采边界上补孔。钻孔 的角度，根据钻探施工地点所在煤层的层位不同，采用不同的角度。 2、生产地质勘探 生产地质勘探，系指开采前的地质勘探工作，也称为采前勘探，其任务主要是在矿井 补充勘探的基础上，进一步查明影响采区和采面生产的一些地质问题（如地质构造、古岩 溶陷落的破坏、古河流对煤层的冲蚀、上覆煤层老采空区的积水等等） 。根据开采对象的 不同、采用不同的勘探手段。 （1）物探：我矿的井下物探工作，主要是在回采工作面切割出来以后，对采面里的隐状 构造进行探测； （2）巷探：本区的巷探是在一些地面难以用钻探手段和物探手段查明直接诶影响生产的 地址问题（如煤层中的冲蚀变薄带或尖灭带，地质构造对生产的影响范围等） ，一般用巷 探； （3）钻探：在开采前的钻探工作，主要用于探放上覆已采空区的积水。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 13 页 2.2.2 矿井的地质储量矿井的地质储量 一、矿井资源/储量分类 矿井资源/储量分类是矿井设计和生产建设的主要依据，长期以来我国用于评价固体 矿产资源与储量的主要依据是矿产资源的勘探程度。 分类主要有经济的储量，边际经济储量，次边际经济储量，内蕴经济储量。 二、地质储量计算 zd=abm （2-1） 式中 d z 矿井地质储量，mt a煤层的走向长度 m； b煤层的倾斜长度 m； m 煤层平均厚度，m； g 煤层的容重，t/m 3；取值为 1.5。 根据公式矿井地质储量为: zd=5606.021629.755.281.5=7236.0375 万 t 2.2.3 矿井的工业储量矿井的工业储量 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。矿井工业储量是进行矿井设 计的资源依据，一般也就是列入平衡表内的储量。 矿井工业储量：地质资源量中探明的资源量 331 和控制的资源量 332，经分类得出的 经济的基础储量 111b 和 122b、边际经济的基础储量 2m11 和 2m22，连同地质资源量中推 断的资源量 333 的大部，归类为矿井工业储量。 它们之间的关系见图 2-1： 储量的分配探明储量、控制储量、推断储量按 6：3：1 分配。经济基础储量、边际经 济基础储量按 70%、30% 分配,次边际经济基础储量不计。各种储量分配表见表 2-1： 表 2-1 储量分配表 矿井工业储量按下式计算： zg=z111b+z122b+z2m11+z2m22+z333k （2-2） 其中：k 取值为 0.8 其中 z111b= zd6070=7236.03756070=3039.1358 万 t z112b= zd3070=7236.03753070=1519.5679 万 t z2m11= zd6030=7236.03756030=1302.4868 万 t z2m22= zd3030=7236.03753030=651.2434 万 t z333k= zd10k=7236.0375100.7=506.5226 万 t 类别 探明储量(mt) 控制储量(mt) 推断储量 (万 t) 经济储量 (万 t) 边际储量 (万 t) 经济储量 (万 t) 边际储量 (万 t) 506.5226 数量 3039.1358 1302.4868 1519.5679 651.2434 合计 4341.6266 2170.8113 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 14 页 k可信度系数，取值在 0.70.9 因为该煤层地质复杂，赋存不稳定固去 0.7 总上 zg=7018.9565 万 t 图 2-1 2.2.4 矿井的设计储量矿井的设计储量 矿井设计储量：矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、 地面建(构)筑物煤柱等永久煤柱损失量后的储量，称矿井设计储量。 即 zs=zg-p1 (2-3) zs矿井的设计资源/储量 p1断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建(构)筑物煤柱等永久煤柱损失 量后的储量之和。 一、各类永久煤柱的计算 1、井田边界保护煤柱 井田边界煤柱采用 50m 保护煤柱。保护煤柱煤量计算公式如下： pb=(s 井内s 保内)/cosm0.0001 （2-4） 式中 pb井田保护煤柱量，万 t； s井内井田边界内水平面积，m 2； s保内保护煤柱内水平面积，m 2； 煤层平均倾角；取值为 6； m煤层平均厚度，m； 煤层的容重，t/m 3；取值为 1.5。 pb=(s 井内s 保内)/cosm0.0001 =269058.36/cos65.281.50.0001 =214 万 t 2、工业广场的保护煤柱 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 2-3。 据此， 确定工业广场占地面积为 15 公顷， 工业广场的形状为长方形， 长 500m,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 20m。 由井筒深小于安全深度可知，立井井筒和工业场地只需留一个总的安全煤柱。因此，加上 工业资源/储量 333k 次边际经济的资源量2s22 边际经济的基础储量2m22 经济的基础储量122b 次边际经济的资源量2s11 边际经济的基础储量2m11 经济的基础储量111b 推断的资源量333 控制的资源量332 探明的资源量331 地质资源量 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 15 页 围护带，工业广场需要保护的尺寸为：长宽=540340=183600m 2。 表 2-2 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 1.0 120-180 1.2 45-90 1.5 9-30 1.8 煤层倾角=6，煤层埋藏深度 ho=140 m，松散层厚 h=60 m，煤层厚度 5.28 m。矿 区=70，=55，=70，松散层移动角=45 根据垂直剖面法作图，如图 2-2 所示。 经计算梯形 abcd 的面积为保护煤柱压煤面积，经计算为 s=（530+480） 767/2=387335m2。 保护煤柱压煤量为： q=sm=3873355.281.5/cos60.0001= 308.3(万 t) 式中:s保护煤柱面积，m2； m煤层厚度，m； 煤层容重，t/m3 3、其他各类的永久煤柱损失的计算方法 各类永久煤柱损失的计算公式如下： p=sm/cos （2-5） 式中 p永久煤柱损失煤量，万 t； s煤柱的面积，m 2； m煤层平均厚度,m； 煤的平均容重，t/m 3； 煤层平均倾角，取 6。 -40-60-80-100 -120 -140-160 图 2- 2 4、其他各类的永久煤柱损失的计算方法 各类永久煤柱损失的计算公式如下： p=sm/cos （2-6） 式中 p永久煤柱损失煤量，万 t； 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 16 页 s煤柱的面积，m 2； m煤层平均厚度,m； 煤的平均容重，t/m 3； 煤层平均倾角，取 6。 各类煤柱不可避免会有重叠，当各类煤柱相互重叠时，应根据优先级不同，其储量应 算入优先级较高的煤柱之。 边界保护煤柱为 pb=214 万 t 工业广场保护煤柱为 pg=308.3 万 t 三号井断层保护煤柱为=114.6 万 t 大巷的保护煤柱为1=3.25 万 t 顾总上 zs= zg-p1=7018.956-214-308.3-114.6-3.25=6738.806 万 t 2.2.5 矿井的设计开采储量矿井的设计开采储量 矿井设计可采储量：矿井设计储量乘以采区回采率，为矿井设计可采储量。 即 zk=zsc （2-7） 式中 zk矿井可采储量,mt； zs矿井设计储量,mt； c采区回采率，根据煤炭工业矿井设计规范的规定，厚煤层不小 于 75；中厚煤层不小于 80；薄煤层不小于 85。 所以 zk=6738.80680=5103.0448mt 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 3.1 矿井工作制度 一、矿井年工作日数的确定 按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井设计生产能力按年工作日 330 天计算。 所以，本矿井设计年工作日数为 330 天。 二、矿井工作制度的确定 矿井工作制度设计采用“三八”工作制，即两班采煤，一班检修，每班净工作时间 为 8 个小时，作业方式为追机作业。 三、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。 3.2 矿井设计生产能力 根据煤炭工业矿井设计规范2.2.1 规定：矿井设计生产能力，应根据资源条件、 外部建设条件、国家对煤炭资源配置及市场需求、开采条件、技术装备、煤层及采煤工作 面生产能力、经济效益等因素，经多方案比较后确定。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 17 页 具体矿井设计生产能力的确定应考虑如下因素： 1、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的太大。 2、开发条件： 包括矿区所处的地理位置、交通条件、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。 3、国家需求： 对国家煤炭需求量的预测是确定矿区规模的一个重要依据。 4、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。 具体结合鑫珠春情况：井田储量丰富，煤层赋存稳定，煤质好为优质无烟煤，市场需 求状况好，经济效益好，但受地质条件限制不适宜建特大型矿井，为此，从矿井资源条件、 煤层开采技术条件和煤的加工利用以及煤炭外运条件等方面综合考虑，矿井年设计生产能 力确定为 0.9mt/a。 3.3 矿井服务年限的验证 根据煤炭工业矿井设计规范2.2.5 规定：矿井设计服务年限，应符合下列规定： 新建矿井及其第一开采水平的设计服务年限，不宜小于表 3-1 的规定； 表表 3-1 新建矿井设计服务年限新建矿井设计服务年限 矿井设计 生产能力 (mta) 矿井设计 服务年限 (a) 第一开采水平设计服务年限(a) 煤层倾角 25 煤层倾角 2545 煤层倾角 45 60 及以上 70 35 - - 3050 60 30 - - 1224 50 25 20 15 04509 40 20 15 15 矿井服务年限的计算公式为： t=zk/(ka) （3-1） 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=1.3； a矿井设计生产能力，万 t/a。 由第二章计算结果可知：矿井可采储量为 4701.9mt，则矿井服务年限为 t=5103.0448/(901.3)=43.6 a40a 以上结果符合煤炭工业矿井设计规范的规定 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 18 页 4 井田开拓 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、位置及其互相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 开拓方案进行技术经济比较，才能确定。 4.1 井田开拓的基本问题 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需要认真研究。 1、确定井筒的形式、数量和配置，合理选择井筒及工业场地的位置； 2、合理确定开采水平的数目和位置； 3、布置大巷及井底车场； 4、确定矿井开采程序，做好开采水平的接替； 5、进行矿井开拓延伸、深部开拓及技术改造； 6、合理确定矿井通风、运输及供电系统。 上述开拓问题解决的是否正确，关系到整个矿井生产的长远利益，关系到矿井的基建 工程量，初期投资和建设速度，从而影响矿井的经济效益。而且矿井开拓方案一经实施， 再发现不合理而改动，那将耽误许多时间，浪费巨大投资。因此确定开拓问题，需根据国 家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较后才能确定合理的开拓方案。 在解决开拓问题时，应遵循下列几个原则： 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。 有地质部门提供的地质条件可知；该矿井表土层大约 35m，煤层倾角变化在 39 之间变化，煤层厚度在 3.86m 不等，平均煤厚为 5.28m,设计开采煤层为煤层，矿井涌水 量较大，矿井相对瓦斯涌出量为 8.21m 3 /t，属低瓦斯矿井，本井田地质构造较为简单。 注： 煤矿安全规程规定：瓦斯相对涌出量小于 10m 3 /t 且瓦斯绝对涌出量小于 40m 3 /min，属于低瓦斯矿井。 4.1.1 井田的划分井田的划分 根据目前开采技术水平，一般小型矿井走向长度不少于 1500m，中型矿井走向长度不 少于 4000m，大型矿井走向长度不少于 8000m。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 19 页 井田内划分为阶段和水平。在井田范围内，沿着煤层的倾向，按一定的标高把煤层划 分为若干个平行于走向的长条部分，每个长条部分成为一个阶段；通常将设有井底车场、 阶段运输大巷并且担负全阶段运输任务的水平，成称为“开采水平” ，简称水平。 阶段与水平的区别：阶段表示井田的一部分范围，水平是指布置大巷的某一标高水平 面。 井田划分阶段时，阶段要有合理的斜长，以利于运输、通风、巷道维护等。上山采用 输送机时，辅助提升一般采用一段单钩串车提升，绞车滚筒直径一般不大于 1.6m，根据绞 车的缠绳量、阶段斜长一般不超过 800m，对煤层赋存条件好、生产能力较大的采用滚筒直 径 20m 绞车，有效提升距离可达 900 余米。根据以上分析，阶段垂高一般可按下列范围确 定：缓斜、倾斜阶段垂高为 150250m，急斜煤层 100150m，倾角 16及以下煤层、瓦 斯含量低、涌水量小时，应采用上、下山开采相结合的方式。 阶段内采区划分一般应考虑沿走向有无大的地质构造变化，如断层、无煤带、倾角变 化较大等，若有可利用这些地质变化带作为采区边界。在没地质条件限制时，采区划分应 综合考虑技术经济的合理性，确定最优方案。在毕业设计中，如果不能专题论述时，采区 走向长度可参照下列数值确定：综采工作面单翼布置时，走向长度一般不小于 1000m，双 翼布置时一般不小于 2000m；高档普采的双翼采区，其走向长度一般为 10001500m；炮 采工作面，双翼采区走向长度一般为 8001000m。对于顶底板松软巷道难以维护，地质构 造复杂或自然发火期短的煤层，以及装备水平低的小型矿井，采区走向长度适当缩短。具 体划分时，应该使矿井初期开采的采区，尽量布置在井筒附近，应优先考虑布置中央采区 的可能性。采用胶带输送机斜井开拓时，初期中央采区上山可利用主、副斜井，以减少井 巷工程量；采区一般宜双翼布置。当受地质构造限制，或在安全上有特殊要求时，也可布 置单翼采区。综采工作面采区单翼布置有利于跨上山或跨石门连续开采，以减少