采矿工程毕业设计（论文）-古书院矿井1.2Mta新井设计【全套图纸】 .pdf

目目 录录 一般设计部分一般设计部分 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 矿区地理位置与交通 . 1 1.1.2 地形地貌及水文情况 . 1 1.1.3 气候条件 . 1 1.1.4 地震 . 1 1.1.5 水源条件 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1.1.6 矿区经济概况 . 2 1.1.7 矿区小煤矿概况 . 2 1.2 井田地质特征 . 4 1.2.1 地质构造 . 4 1.2.2 井田地层概述 . 5 1.2.3 水文地质条件 . 7 1.3 煤层 . 8 1.3.1 煤层埋藏条件 . 8 1.3.2 可采煤层 . 10 1.3.3 煤岩特征和煤质 . 10 1.3.4 煤层顶底板 . 12 1.3.5 煤的工业用途评述 . 12 1.3.6 瓦斯、煤尘和煤的自燃 . 12 2 井田境界和储量井田境界和储量 . 14 2.1 井田境界 . 14 2.1.1 井田范围 . 14 2.2 矿井储量计算 . 14 2.2.2 矿井工业储量 . 14 2.3 矿井设计储量 . 15 2.3.1 保护煤柱留设原则 . 15 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 . 18 3.1 矿井工作制度 . 18 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 . 18 3.2.1 确定依据 . 18 3.2.2 矿井设计生产能力 . 18 3.2.3 矿井服务年限 . 18 3.2.4 井型校核 . 19 4 井田开拓井田开拓 . 20 4.1 井田开拓的基本问题 . 20 4.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标 . 20 4.1.2 工业场地的位置 . 21 4.1.3 开采水平的确定及采带区划分 . 22 4.1.4 主要开拓巷道 . 22 4.1.5 方案比较 . 22 4.2 矿井基本巷道 . 27 4.2.1 井筒 . 27 4.2.2 井底车场 . 31 4.2.3 主要开拓巷道 . 34 5 准备方式准备方式带区巷道布置带区巷道布置 . 36 5.1 煤层地质特征 . 36 5.2 采（盘）区或带区巷道布置及生产系统 . 36 5.2.1 带区准备方式的确定 . 36 5.2.2 带区巷道布置 . 36 5.2.3 带区生产系统 . 38 5.2.4 带区内巷道掘进方法 . 39 5.2.5 带区生产能力及采出率 . 39 5.3 带区车场选型设计 . 40 6 采煤方法采煤方法 . 41 6.1 采煤工艺方式 . 41 6.1.1 采煤方法的选择 . 41 6.1.2 回采工作面参数 . 41 6.1.3 综采工作面的设备选型及配套 . 42 6.1.4 回采工作面破煤、装煤方式 . 46 6.1.5 端头支护及超前支护方式 . 47 6.1.6 各工艺过程注意事项 . 48 6.1.7 回采工作面正规循环作业 . 49 6.2 回采巷道布置 . 54 6.2.1 回采巷道布置方式 . 54 6.2.2 回采巷道参数 . 54 7 井下运输井下运输 . 56 7.1 概述 . 56 7.1.1 矿井设计生产能力及工作制度 . 56 7.1.2 煤层及煤质 . 56 7.1.3 运输距离和辅助运输设计 . 56 7.1.4 矿井运输系统 . 56 7.2 带区运输设备选择 . 57 7.2.1 设备选型原则： 57 7.2.2 带区运输设备选型及能力验算 57 7.3 大巷运输设备选则 . 60 7.3.1 主运输大巷设备选择 . 60 7.3.2 辅助运输大巷设备选择 . 60 7.3.3 运输设备能力验算 . 60 8 矿井提升矿井提升 . 61 8.1 矿井提升概述 . 61 8.2 主副井提升 . 61 8.2.1 主井提升 . 61 8.2.2 副井提升设备选型 . 62 9 矿井通风及安全矿井通风及安全 . 64 9.1 矿井地质、开拓、开采概况 . 64 9.1.1 矿井地质概况 . 64 9.1.2 开拓方式 . 64 9.1.3 开采方法 . 64 9.1.4 变电所、充电硐室、火药库 64 9.1.5 工作制、人数 . 64 9.2 矿井通风系统的确定 . 65 9.2.1 矿井通风系统的基本要求 . 65 9.2.2 矿井通风方式的选择 . 65 9.2.3 矿井通风方法的选择 . 66 9.2.4 带区通风系统的要求 . 66 9.2.5 带区通风方式的确定 . 67 9.3 矿井风量计算 . 68 9.3.1 通风容易时期和通风困难时期采煤方案的确定 . 68 9.3.2 各用风地点的用风量和矿井总用风量 . 69 9.3.3 风量分配 . 72 9.4 矿井阻力计算 . 73 9.4.1 计算原则 . 73 9.4.2 矿井最大阻力路线 . 74 9.4.3 计算矿井摩擦阻力和总阻力： . 75 9.4.4 两个时期的矿井总风阻和总等积孔 75 9.5 选择矿井通风设备 . 77 9.5.1 选择主要通风机 . 77 9.5.2 电动机选型 . 80 9.6.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 . 81 9.6.2 预防井下火灾的措施 . 81 9.6.3 防水措施 . 81 10 设计矿井基本技术经济指标设计矿井基本技术经济指标 . 83 专题设计部分专题设计部分 大采高一次采全高的上覆岩层特性分析大采高一次采全高的上覆岩层特性分析 . 85 1 绪绪 论论 86 1.1 研究目的和意义 . 86 1.2 国内外研究现状 . 86 1.2.1 国外技术研究现状 . 86 1.2.2 国内技术研究现状 . 87 1.3 厚煤层大采高全厚开采技术突破与创新的关键点 . 87 1.4 拟采取的技术路线 . 88 2 厚煤层一次采全高的开采条件厚煤层一次采全高的开采条件 . 90 2.1 某矿区厚煤层覆存概况 . 90 2.2 大采高综采工作面地质条件 . 90 2.2.1 工作面位置及井上下关系 . 90 2.2.2 煤层 . 91 2.2.3 煤层顶底板 . 92 2.2.4 地质构造 . 92 2.2.5 水文地质 . 93 2.2.6 影响回采的其它因素 . 94 2.3 大采高综采 . 94 3 一次采全高采动覆岩结构特征分析一次采全高采动覆岩结构特征分析 . 97 3.1 上覆岩层关键层结构效应分析 . 97 3.2 老顶关键层来压步距的理论计算确定 . 101 3.2.1 初次来压步距 . 101 3.2.2 周期来压步距 . 102 3.3 上覆岩层垮落特征分析rfpa2d模拟 102 3.3.1 模型建立 . 102 3.3.2 采动履岩垮落特征模拟结果分析 . 103 4 主要结论主要结论 . 108 参考文献参考文献 . 109 翻译部分翻译部分 英文原文英文原文 . 111 中文译文中文译文 . 119 致致 谢谢 . 126 全全套图纸，加套图纸，加 153893706 中国矿业大学 2011 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 矿区地理位置与交通矿区地理位置与交通 古书院矿位于晋城市北 1km 处，行政区划大部属晋城市城区管辖，北端小部分在泽州 巴公镇境内。其地理坐标为东经 1124834- 1125256，北纬 353033353415。 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 7km，南北宽 5km，面积 24.4172km2。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，向南于月山，新乡分别与焦枝，京广线相通。207 国道从井田东侧 经过，晋（城）长（治） 、晋（城）阳（城） 、晋（城）焦（作） 、长（治）邯（郸） 高速公路已建成通车，省级公路四通八达，矿井交通位置如图 1- 1 所示。 1.1.2 地形地貌及水文情况地形地貌及水文情况 井田地表呈剥蚀的低山丘陵地貌，总的地势为西北高，东南低。地形最高点为西北部 方山山顶，标高 1055.45m，最低处为井田南部边界低洼处，标高 716.30m，地形最大相对 高差 339.15m。井田西北部为低山区，有大片基岩出露，山岭连绵延展，间或有“v”字形沟 谷分布。井田东南部逐渐过渡为缓坡丘陵区，地表基本为第四系黄土覆盖，在宽缓的土梁 间发育有南北向和东南向的黄土冲沟，总的说来，井田地形比较复杂。 井田内无常年径流的地表水系，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、晋城东河汇入白水河经孔庄注入丹河，东北部大气降水汇入刘家川 河、司徒河向东注入丹河，丹河属沁河支流。 井田内较大河流为古书院河，于井田西部由北向南流过，井田内流经长度 5220m，汇 水面积 6.5562km2。河流水源为地表泉水，大气降水及矿坑排水。据古矿近年观测资料， 该河南段因有矿坑排水汇入，水量大增，可达 10.5 l/s107.8 l/s，河流北段无矿坑排水影 响，流量仅为 0.06 l/s0.60 l/s。 1.1.3 气候条件气候条件 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。 年最小降水量 296mm， 最大降水量 1010 mm， 平均 686.10 mm。降水量集中在 7、8、9 三个月，蒸发量一般为降水量的 23 倍。气温一般较高，最 高达 38.6，最低22.8，平均 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。 1.1.4 地震地震 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。据国家建筑抗震设计规范 （50012001） ，晋城 市为六度地震烈度区，地震加速度值为 0.05m/s2。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 2 页 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 67952km2。 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、小麦和高粱，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。 1.1.6 矿区小煤矿概况矿区小煤矿概况 20 世纪 80 年代90 年代，在井田范围内曾开办有证矿井 28 座，因关闭、吊销、划 出等原因，已有 16 座停办。现井田内保留有证矿井 12 座。 20 世纪 90 年代，私开矿井风起云涌。在今天范围内曾有无证私开小煤矿 92 座，其中 9 座打井未见煤，3 座延伸井筒开采 9 号煤，其余开采 3 号煤层。现已全部关闭取缔。 这些小煤矿的乱采乱挖掘，给该矿造成了严重的破坏，截止 2000 年底，小煤矿破坏 3 号煤地质储量 1802.25 万吨，破坏井田面积 2.04。其中有证矿井越界开采破坏储量 1167.05 万吨，私开矿破坏储量 635.2 万吨。小煤矿的非法开采，不但破坏了国家的煤炭资源，缩 短了该矿服务年限，给国家造成不可挽回的经济损失，而其严重威胁矿井的安全生产，给 该矿造成种种不安全隐患。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 3 页 洪洞 曲沃 侯马 翼城 沁水 端氏 浮山 安泽 古堆 渑池 新安 洛阳 孟津 孟县 济源 沁阳 温县 武涉 阳城 晋城 高平 长子长治 屯留 平顺 潞城 黎城 林县 陵川 辉县 修武 焦作 新乡 郑州 郾师 古书院矿井交通位置图 现有铁路 施工铁路 临汾 月山 同 蒲 路 铁 南 汾 河 沁 河 侯 月 线 太 焦 铁 路 陇 海 铁 路 黄 河 古 矿 井 田 公 路 省 界 河 流 城(县)市晋城 丹 河 河南省 山西省 图图 1- 1 矿井矿井交交通通位位置置图图 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 4 页 1.2 井田地质特征 1.2.1 地质构造地质构造 受区域构造影响，本井田地质构造以宽缓褶曲为主，地层倾角 28，伴生一条大型 边界断层和一些落差不大的小型断层和陷落柱，叙述如下： 1.褶曲 根据地表露头和井下巷道揭露，本井田内共发育大小褶曲 20 条，其中向斜 10 条，背 斜 10 条，分述如下： (1)二仙掌向斜：位于白马寺逆断层东侧，轴向 1520，南起晋普山井田，经北岩井 田，进入本井田，其轴部在本井田大致沿古补 71 号、孔 142 号、孔 137 号、孔补 43 号孔 东延伸，向北于二仙掌村东伸入凤凰山井田，全长 20000m。西翼陡而狭，倾角 9- 26，东 翼平缓，倾角 6- 8，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 1520，南起寨上，经北岩井田东部，进入本井田，其轴部在 本井田大体沿古 72 号孔、古 78 号孔、补 18 号孔、04 号孔、补 67 号、孔 166 号孔方向延 伸，背斜全长 5000m，东翼倾角 812，西翼倾角 68。 (3)方山向斜：轴部沿张岭村东- 牛山村东- 杨庄- 老王圪套方向延入凤凰山井田，纵贯古 书院、凤凰山两井田，轴向由 15向北转为 15，东翼倾角 6- 8， 西翼倾角 8- 12，全长 12000m。 (4)向斜：位于井田北部 2 背斜东侧，轴向 15，沿补 33 号孔- 凤 010 号孔方向向北延 伸，两翼倾角 4- 7左右，基本对称，全长 2000m。 (5)背斜：位于井田北部 4 向斜东侧，轴向 20，沿古补 79- 古补 73- 09 号孔方向延伸， 两翼倾角 48，全长 2300m。 (6)向斜：位于井田西南部，轴向近南北，大致沿古补 2- 02 号- 65 号孔西方向向南延伸， 全长 2000 以上。两翼倾角平缓，为 5- 8左右。 (7)背斜：位于井田西南部，3 向斜西侧，轴向 5，轴部沿立风井- 65 号孔方向向南延 伸，东翼倾角 48，西翼倾角 68，全长 2000m 以上。 (8)背斜：位于井田南部 3 向斜东侧，轴向 30，轴部沿 6 号孔 - 169 号孔西方向延伸， 全长约 1700m，两翼倾角 612，基本对称。 (9)向斜：位于井田南部太平仙村西 8 背斜东侧， 轴向 45，延伸长度 1650m，两翼倾 角 815。 (10)背斜：位于井田南部，轴向 70，轴部沿屋厦村南- 庄沟村南方向延伸，背斜全长 2000m，两翼倾角 815。 (11)向斜：位于井田南部，10 背斜北侧，轴向 70，轴部沿屋厦村北 - 庄沟村北方向 延伸，全长 2300m，两翼倾角 710。 (12)背斜：位于井田中部谷坨村南，轴向 20- 65，轴部沿补 13- 补 19- 228 号孔方向延 伸，全长 2000m，两翼倾角 510。 (13)向斜：位于井田中部 12 背斜北侧，轴向 75，延伸长度约 1200m，两翼倾角 8 10。 (14)背斜：位于井田中部，轴向 60- 83，轴部沿 119 号孔- 补 46 号孔南- 441 号孔南方 向延伸，全长 2600m，两翼倾角 810。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 5 页 (15)背斜： 位于井田东部， 轴向 60转 2065， 轴部沿补 65 号孔- 442 号孔- 洪 1 号孔- 133 号孔- 227 号孔呈弧形延伸，全长 4500m，两翼倾角 610。 (16)向斜：位于井田东部河东村东，轴向 40，轴部沿洪 5 号孔- 140 号孔- 201 号孔方 向延伸，全长 2500m，两翼倾角 610。 (17)背斜：位于井田东部河东村西，轴向 40，轴部沿 209 号孔- 古补 84 号孔- 204 号孔 方向延伸，长度 2500m，两翼倾角 58。 (18)向斜：位于井田东部 17 背斜两侧，轴向 25，轴部沿 208 号孔西- 洪 6 号孔方向延 伸，全长约 1000m，两翼倾角 610。 (19)背斜：位于井田东北角，轴向 40，轴部沿古补 77 号孔- 大 4 号孔- 补 37 号孔方向 延伸，全长 1000m，两翼倾角 58。 (20)向斜：位于井田东北角 19 背斜西侧，轴向 40，轴部沿大 2 号孔- 1156 号孔- 445 号孔方向延伸，全长约 1000m，两翼倾角 79。 井田褶曲延伸长度均在 1000m 以上，幅度基本均在 3060之间。按褶曲长度和幅度 分类，井田褶曲大、中、小型均有分布。但从褶曲两翼紧闭程度分类，由于井田内褶曲两 翼夹角均大于 120，按照矿井地质工作手册 （1986）中分类标准，井田褶曲均属平缓 褶曲。一般说来，单斜构造和平缓褶曲对综采影响不大。 2.断层 井田较大断层为西北边界处的白马寺逆冲断层，井田内地表未见其它断层，井下 3、9 号煤层中开采中共发现 124 条小型断层（3 号煤层 65 条，9 号煤层 59 条）从开采揭露情 况看，未发现 3、9 号煤层各断层存在上下对应关系，均为层间错动的小断层。绝大多数 断层落差在 2.50m 以下，仅个别达 5.609.40m，因属层间断层，对 15 号煤层开采影响太 大，这里不再叙述。现将井田西北边界处的白马寺逆冲断层叙述如下： 白马寺逆冲断层：为井田西北部的自然边界，地表断层处大部都被黄土覆盖,据局部出 露点观测资料,断层走向 1525，倾向，倾角 70，断距 2040m，该断层属区域较大断 层，由南部晋普山区延至本井田，延伸长度 20m 以上。该断层属边界断层，且断层东侧部 分资源已划归南坪煤矿开采，故白马寺断层对本矿将来开采 15 号煤层基本无影响。 3.陷落柱 井下 3、9 号煤层开采中先后发现陷落柱 23 个（1- 23） ，大小各异，长轴长度在 20 90m 之间，短轴长度在 1350m 之间。陷落柱纵断面呈倒漏斗，水平断面多呈椭圆形或近 圆形，柱体内充填物杂乱无章，岩块大小不等，具棱角状，岩块挤压紧密，柱体内一般无 水。 陷落中心与围岩界线清晰， 陷壁角一般多为 75左右。 1.2.2 井田地层概述井田地层概述 井田位于沁水煤田南部晋城矿区，地层出露中等，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。奥陶系灰岩为媒系地层之基底。根据钻 孔和地质填图，将井田内地层由老至新分述如下： （1）奥陶系中统 仅出露于白马寺逆断层西侧上升盘，断层附近山势陡立，走向一致 ，出露长度约为 150m，其岩性接近顶部多为角砾状岩石，砾岩成分复杂，风化后成黄色，为峰峰组，其下 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 6 页 为深灰色，质纯而性脆，并含方解石脉的厚层状灰岩，为上马家沟组。 （2）石炭系 1）中统本溪组 大部分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。本溪组厚 0.7013.32m，平均 4.25m，于下伏奥陶系呈平行不整合接触。 2）上统本溪组 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砂质泥岩，全组厚 51.2388.23m，平 均 77.76m，于下伏地层呈整合接触。 （3）二叠系 1）下统山西组 为惊天内主要含煤地层之一。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 81.21m，平均 54.48m，与下伏地层整合接触。 2）下统下石盒子组 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 5m 左右的中粗粒长石石英砂岩，为 与山西组的分解，俗称骆驼脖子砂岩。在其顶部有一层铝土质泥岩或含铝质的砂质泥岩， 见铁质侵染，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。 为与上石盒子组分界的辅助标志层。 本组厚 20.07118.60m， 平均 53.86m。 3）上统石盒子组 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。下部为一层不稳定的中粗粒 石英砂岩。井田内钻孔揭露厚度可达 197.88m，于下伏地层呈整合接触。 （4）第三系上新统 为深红色粘土， ，含沙量较多，可见褐铁矿黑色斑点，含钙质结核 35 层，该层脱水 晒干后变的坚硬。在井田中部，北部丘陵地带零星出露，厚度 08m ，于下伏不同时代 地层不整合接触。 （5）第四系 分布范围较广，于地形起伏相一致，厚度由山梁向边坡递增，最厚达 49.53m ，沉积 物以红土、黄土为主，冲击物位沙砾层。 1）中更新统 位于黄土之下，分布于丘陵高低，一般为赤红及紫酱色，可塑性强，腻滑似醋，在红 土底部因受水解作用形成大量的钙质结核。 2）上更新统 主要为黄土，多分布于沟谷两侧，构成二级阶地，其厚度变化不一，一般 520m ， 土质致密。 3）全新统 为砂卵石、沙石堆积的现代重基层，厚度不一，主要分布于现代河谷中的河漫滩。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 7 页 1.2.3 水文地质条件水文地质条件 东部丹河是沁河的一条最大支流，发源于高平市赵庄北之丹朱岭，流经高平市、泽州 县，在河南省沁阳县北金村汇入沁河。河流总长 120km，流域面积 36202km2。丹河上游修 建有水库多座，其中任庄水库容积最大，控制流域面积 1240km2，库容总量可达 8400km3。 另外，还有其它小型水库多座。任庄水库以南至水东间为丹河河水渗漏河段，地表水补给 地下水。 西部沁河主干发源于沁源县北绵山东泉岭，流经沁源、安泽、沁水、阳城、泽州县境 内，于河南省武陟县南部汇入黄河。 古书院井田位于丹河中上游地带，居丹河西岸。 晋城矿区地下水属三姑泉域地下岩溶水系统，位置在泉域中上部径流带。三姑泉为散 泉，较大泉眼有石青泉、马尾泉、郭壁泉、土坡泉、白洋泉、小会泉、乡北泉、水掌泉等。 泉水总流量 20 世纪 80 年代以前在 1.2l/s103 l/s 左右，平均 3.453 l/s。 三姑泉域西北边界以丹河流域分水岭为界； 东北部可溶岩区以地形、 地下分水岭为界； 东部可溶岩区以夺河- 黄金窑马圈一带地形、 地下分水岭和太行山东部的众多小型地下分 水岭与焦作泉域分界； 西边界南段以高平晋城断裂带为界， 北段主要以地表分水岭为界， 局部与延河泉域沟通；西南边界为晋城小山字型构造前弧的西段，该段东西向地堑构造有 一定阻水作用。总之，泉域边界基本与丹河流域边界一致，面积约 2813.482 km2。地理范 围包括晋城城区、高平、陵川、泽州等县市。 岩溶水动力场：在泉域东侧地下水以 5.56的水力坡度向中部集中，在晋城以北 （包括本井田）广大区域内，水力坡度 1，晋城以南，泉域地下水进入排泄区，水力坡 度变陡，为 8.7。中部水力坡度较小，区域面积巨大，约 1002km2，地下岩溶水丰富。 区域地下水，除上述深部奥灰岩溶水外，还有中上部石炭系薄层中厚层石灰岩裂隙 岩溶水和二叠系砂岩裂隙水及第四系松散层孔隙水。第四系松散层水属潜水，其余大都属 承压水。仅当位于浅部风氧化带时，因层间隔水性遭受破坏而呈风化裂隙潜水存在。 含水层段的划分： 1、奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层组 主要赋存于奥陶系上统上、下马家沟组石灰岩中。该二组石灰岩厚度巨大，岩溶裂隙 发育，溶蚀强烈，层位稳定，补给充分，富水性极强。地下水总的径流方向是自东北、北 部向南流动，富水性也由北向南渐渐变好。中部好于北部，南部好于中部。相对隔水层为 中奥陶统上部峰峰组石炭系泥灰岩和底部之含石膏脉的泥质角砾灰岩。岩性致密，岩溶裂 隙不发育，可起到相对隔水作用。 2、石炭系灰岩岩溶裂隙含水层组 石炭系含水层分布在层位稳定、厚度大、岩溶裂隙较为发育的厚层石灰岩中，其富水 性变化也很大。一般与石灰岩所处位置及岩溶发育程度又与地形地貌、地质构造、地下水 动力条件有关。所以，富水地段多分布于盆地、沟谷及地质构造较为发育地区。区内在上 覆地层厚度大于 50m，且距河谷较远的地段，往往富水性很小。 3、二叠系砂岩裂隙含水层组 二叠系含水层主要是厚层砂岩裂隙含水，在二叠系分布较广的山区，其沟谷及两岸常 有下降泉出露，泉水出自砂岩层中，水量随季节变化很大。在无污染地区，水质良好，常 作为当地供水水源。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 8 页 4、第四系砂砾孔隙含水层 主要分布于盆地及河、沟谷地带，含水量软弱，靠大气降水及季节性水流补给，仅供 当地农村人、畜用水。 上述 4 个含水层组，在一定的地质条件下会发生水力联系。如地质构造发育导通各含 水层时，或相对隔水层较薄弱、缺失时，各含水层之间会有互相补给情况发生。多数情况 是上层水补给下层水，只有下部含水层水头高于上层含水层水头，且有联系渠道时，才有 可能发生下层地下水补给上层水的情况。 1.2.4 井田的勘探程度井田的勘探程度 该区正规勘探工作始于上世纪 50 年代，1956 年华北每天地质勘探局普查一队提交由 白马寺去普查报告 ， 古书院井田包括与该普查区， 今天内有 4 个普查孔， 进尺 549.58m。 精查由华北煤田地质局 152 队于 1957 年完成，精查阶段，本矿井田内共施工钻孔 53 个， 总进尺 5281.39m。1958 年 7 月建矿时，由 114 队又进行了精查补充勘探，共施工 44 个钻 孔，进尺 4421.48m，其中潞安地质大巷检查孔 9 个，进尺 866.36m，并提交由生产补充 勘探报告 。 在矿井的生产阶段，又陆续进行了补充勘探，截止 2002 年底，古书院井田共施工 173 个钻孔，总进尺 27886.50m。 1.3 煤层 1.3.1 煤层埋藏条件煤层埋藏条件 古书院井田含煤地层为太原组和山西组。煤系地层总厚 123.68142.04m，平均厚 132.24m。共含煤 12 层，煤层平均总厚 11.01m，含煤系数约 8.3。其中石炭系太原组平 均厚度 77.76m，含煤 9 层，煤层平均总厚 4.83m，含煤系数 6.2。二叠系山西组平均厚 度 54.48m，含煤 3 层，煤层平均总厚 6.18m，含煤系数 11.3。井田含煤地层共含可采煤 层 3 层，即山西组 3 号煤层和太原组 9、15 号煤层，综合柱状图如图 1- 2 所示 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 9 页 地 层 单 位 界系统组 层 厚 柱 状 岩 石 名 称 岩 性 描 述 （ m） 砂 质 泥 岩 1号 煤 层 砂 质 泥 岩 2号 煤 层 砂 质 泥 岩 砂 岩 3号 煤 层 k 砂 岩7 k 石 灰 岩6 砂 质 泥 岩 k 石 灰 岩5 6号 煤 层 泥 岩 砂 质 泥 岩 7号 煤 层 砂 质 泥 岩 8号 煤 层 砂 质 泥 岩 k 石 灰 岩4 上 9号 煤 层 泥 岩 k 石 灰 岩4 泥 岩 砂 质 泥 岩 k 石 灰 岩3 砂 岩 k 石 灰 岩2 泥 岩 砂 质 泥 岩 泥 岩 砂 质 泥 岩 泥 岩 砂 质 泥 岩 15号 煤 层 泥 岩 砂 质 泥 岩 k 砂 岩1 8.00 0.20 8.87 0.25 9.35 7.77 4.70 5.73 8.90 2.00 1.50 0.40 13.57 3.46 0.33 13.72 0.20 2.78 0.25 4.36 0.96 1.50 1.00 1.08 10.90 3.00 3.77 9.00 1.98 1.95 0.80 山 西 组 太 原 组 下 统 上 统 二 叠 系 石 炭 系 古 生 界 极 不 稳 定 极 不 稳 定 属 稳 定 可 采 煤 层 上 部 有 一 薄 煤 （ 5号 煤 ） ， 厚 0 0.40m 层 位 稳 定 ， 为 良 好 的 标 志 层 之 一 为 不 可 采 煤 层 顶 部 含 不 稳 定 的 11号 煤 ， 厚 0 0.30m。 上 部 含 不 稳 定 的 12号 煤 ， 厚 0 0.40m。 顶 部 夹 0 0.32m煤 线 （ 13号 煤 ） ， 极 不 稳 定 岩 、 煤 层 对 比 的 主 要 标 志 层 之 一 极 不 稳 定 极 不 稳 定 极 不 稳 定 为 不 可 采 煤 层 图图 1- 2 综合柱状图综合柱状图 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 10 页 1.3.2 可采煤层可采煤层 1、3 号煤层：井田可采煤层之一，位于山西组下部。下距 5 灰岩 26.5m 左右，距 9 号 煤层 50m 左右。 煤层厚 2.817.67m， 平均 5.73m 左右， 夹石一般 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。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，底板一般为灰黑色砂质泥岩或炭质泥岩。 2、9 号煤层：位于太原组中部的灰岩之下。下距 15 号煤层 28m 左右。煤层厚 1.20 1.92m，平均 1.50m，厚度变化不大。 3、15 号煤层 位于太原组下部，上距 9 号煤层 28m 左右，平均 3.50m，厚度无明显变化规律。该煤 层个别点因夹石增厚而不可采（119 号孔） 。煤层结构大部简单。含夹石 02 层，局部结 构复杂， 夹矸最多达 5 层， 夹石厚度多在 0.50m 以下。 其直接顶板为 2 层灰岩， 厚度 9.00m 左右。底板以黑灰色泥岩、铝土质泥岩。该煤层全区可采，属稳定煤层。煤层厚度变化情 况详见厚度等值线图。编图时对个别厚度、结构异常变化孔点，其煤层厚度值未于采用。 如补 57 号孔和补 25 号孔煤层厚度分别为 4.76m 和 0.90m，与相邻钻孔相差太大，且质量 均不合格，故编图中均未采用其厚度。又如北 1 号孔煤层夹矸增厚为 2.23m，与周围钻孔 相比，情况特殊，因其质量不合格，编图中亦未采用。可采煤层特征见表 1- 1。 表表 1- 1 采煤层特征采煤层特征 煤层号 煤层厚度（m） 最小最大 平均 夹石层数 最少最多 一般 层间距（m） 最小最大 平均 变异 系数 稳定 程度 可采 指数 可采性 3 2.817.67 5.73 05 12 45.6456.12 49.6 18 稳定 1 全区可采 9 1.201.92 1.50 02 0 13 稳定 1 全区可采 25.1038.67 28.5 15 2.564.78 3.50 05 02 24 稳定 1 全区可采 1.3.3 煤岩特征和煤质煤岩特征和煤质 （1）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，均为条带状结构，由亮煤和 镜煤组成，宏观煤岩类型为光亮型，普氏硬度系数为 1。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装 赋存于煤层中。15 号煤层我黑色，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）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 号煤为低低中灰煤，9 号煤为低中 灰煤，15 号煤为低中中高灰煤。硫分以 3 号煤最低，属特低低硫煤，9 号煤为特低 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 11 页 高硫，以中硫煤为主。在井田南部补 66 孔周围有一高硫地。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。 （3）工艺性能 煤的粘结性和结焦性：各主要可采煤层的坩埚粘结性多为 1，少数为 2 或 3，胶质 层值为 0，其粘结性亦为 0，其结焦性很弱。 发热量：各煤层可燃基发热量一般较大，属于高发热量之煤层。 煤灰熔融性：煤灰成分以 2 和 23 为主，其软化温度均大于 1250，为高熔灰分煤。 低温干馏：勘探阶段曾作此试验，结果均无油。 抗碎强度：精查期间，对 3 号煤进行了试验，大于 25 的煤块在 80以上，表明其 抗碎强度高。 （4）煤类的确定及用途 依据中国煤炭分类国家标准（575186）划分，本井田主要可采煤层精煤挥发分大于 3.5小于 6.5，值为 0。值亦为 0，因而煤类为无烟煤二号，其划分依据是准确可靠的。 3 号煤低低中灰、特低低硫，9 号、15 号煤经洗选后若将其灰分控制在 14.5，硫 分控制在 1以下，是良好的动力用煤、炼焦配煤以及化工用煤的原料。如表 1- 2 所示。 表表 1- 2 可采煤层煤芯煤样煤质特征可采煤层煤芯煤样煤质特征 煤层 项目 3 5 6 9 15 % 水 分 原 0.75- 4.07 2.26(32) 0.68- 4.12 1.83(23) 0.88- 3.90 1.82(84) 0.81- 3.76 2.00(34) 0.52- 4.57 1.88(74) 精 0.49- 3.20 1.75(32) 0.52- 3.64 1.88(23) 0.49- 3.36 1.70(24) 0.48- 3.80 1.90(32) 0.41- 3.75 1.57(73) % 灰 分 原 12.21- 20.99 16.98(32) 13.51- 30.39 19.73(23) 14.49- 28.35 20.24(24) 9.95- 36.41 19.12(34) 9.21- 34.39 19.80(74) 精 0.93- 9.59 6.71(32) 5.57- 10.11 7.24(23) 5.15- 9.88 7.31(24) 3.96- 9.91 6.87(32) 3.05- 14.15 5.79(73) % 挥 分 原 0.80- 9.72 7.25(32) 5.51- 9.56 7.23(23) 6.42- 12.51 7.85(24) 5.82- 12.07 7.34(34) 5.14- 15.24 7.98(74) 精 4.88- 7.25 5.68(32) 4.83- 5.90 5.39(23) 4.31- 6.32 5.53(24) 4.33- 6.58 5.70(32) 4.17- 6.27 5.17(73) % 硫 原 0.28- 0.40 0.32(12) 1.74- 5.73 3.29(6) 0.48- 2.76 1.40(9) 0.86- 5.82 1.98(11) 1.82- 6.48 3.17(37) 精 0.33- 0.38 0.35(8) 0.59- 1.01 0.88(5) 0.50- 0.92 0.70(7) 0.63- 1.14 0.76(10) 1.44- 3.05 2.01(36) % 磷 原 精 0.005- 0.056 0.0284(6) 0.002- 0.012 0.0067(2) 0- 0.0009 0.0009(1) 0.001- 000 1 0.0012(2) 0.001- 0.002 0.007(2) (/) .34.1- 35.290 34.658 34.34- 35.29 34.985 34.1- 35.32 34.508 33.78- 35.23 34.462 30.3- 35.177 34.223 元素 分析 % 92.87- 93.62 93.31(7) 93.65 93.65(1) 94.08 94.08(1) 92.75- 94.05 93.43(5) 90.41- 93.69 92.54(15) 2.63- 3.14 0- 2.86 0- 2.62 2.88- 3.14 2.49- 3.57 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 12 页 % 2.98(7) 2.86(1) 2.62(1) 2.96(5) 2.87(15) % 1.91- 2.71 2.23(7) 0- 2.03 2.03(1) 0- 1.93 1.93(1) 1.34- 2.22 1.76(5) 0.10- 2.65 1.34(15) % 1.06- 1.16 1.10(7) 0- 0.82 0.82(1) 0- 0.83 0.83(1) 0.98- 1.10 1.02(5) 0.65- 2.51 0.99(15) 精煤 回收 率 % 33.41- 72.96 51.86(23) 7.50- 78.11 49.48(18) 14.28- 70.73 41.75(16) 12.00- 73.33 51.39(24) 21.73- 70.67 46.07(49) 1.3.4 煤层顶底板煤层顶底板 15 号煤层直接顶板为 2 层石灰岩，厚 7.5411.38m，平均 9.00m 左右，深灰色，致密 坚硬，顶部含似层状燧石条带，全区稳定，属坚硬型顶板。另外，零星分布有泥岩、砂质 泥岩、炭质泥岩伪顶，一般厚度 0.502.00m。顶板岩性分布情况详见表 1- 3。 直接底板为泥岩， 平均厚度约 2.75m， 其下部为本溪组的铝土泥岩， 平均厚度约 4.25m， 属软弱型。吸水率为 2.3，膨胀率为 0.68，软化系数平均 0.59。岩层吸水性强，从而 降低了底板的稳定性，给今后开采带来一定困难。 表表 1- 3 煤层煤层顶底板顶底板岩岩石物理石物理性质性质 层位 岩石 名称 物理特征 比重（） 容重（湿） 含水量/% 抗压强度 抗剪强 度 抗拉强度 干燥状 态 饱和 状态 3 号煤 顶板 砂质 泥岩 2.75 2.69 1.58 451 298 79 3 号煤 底板 砂岩 2.75 2.62 1.04 588 090 95 9 号煤 顶板 砂岩 2.65 2.53 1.20 633 337 132 9 号煤 底板 砂岩 2.69 2.57 1.54 441 243 76 15 号煤层 顶板 砂岩 2.71 2.65 0.33 1033 821 259 189 15 号煤层 底板 粉砂 岩 2.98 2.91 0.88 259 140 1.3.5 煤的工业用途评述煤的工业用途评述 按照中国煤炭分类国家标准 （5751- 86）进行划分，以浮煤挥发分测定值为主要分 类指标，浮煤氢含量为辅助指标划分煤类。15 号煤层煤类大部为无烟煤二号，局部为无烟 煤三号。 15 号煤层为特低灰高灰分、低硫高硫、低热值特高热值的无烟煤。经洗选后是 良好的动力用煤以及化工用煤的原料 1.3.6 瓦斯、煤尘和煤的自燃瓦斯、煤尘和煤的自燃 该矿建井初期， 各地质报告按保安规程划分为级瓦斯矿井， 多年生产 3 号煤层测得： 矿井沼气涌出量一般小于 1.9 m3/t， 按保安规程划分应属于低瓦斯矿井， 在一些特殊构造点， 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 13 页 也曾发生过瓦斯涌出。近年来随着 9 号煤开采，矿井瓦斯涌出量有增大的趋势，但按煤 矿安全规程140 条规定，古书院矿扔属低瓦斯矿井。 煤尘经鉴定无爆炸性，据相邻矿井（王台辅）鉴定，9 号、15 号两煤层为易自燃煤。 见表 1- 4。 表表 1- 4 瓦斯涌出量及煤层爆炸性瓦斯涌出量及煤层爆炸性 年 度 绝对量 3/ 相对量 3/ 煤层 煤层最短 发火期 备注 4 2 4 2 爆炸指数% 有无爆炸性 1996 26.88 21.32 4.61 3.66 7.22 无 无 低瓦斯 1997 33.31 10.46 5.85 5.35 7.22 无 无 低瓦斯 1999 8.82 5.53 低瓦斯 2000 27.45 23.18 5.42 4.64 7.22 无 无 低瓦斯 2001 19.9 21.94 3.17 3.49 7.22 无 无 低瓦斯 2002 22.50 20.64 4.35 2.84 7.22 无 无 低瓦斯 中国矿业大学 2009 本科生毕业设计 2 井田境界和储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田范围井田范围 在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，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，处理好相邻矿井间的关系。 根据以上原则，矿西以白马寺断层为界，北与凤凰山、王台辅井田相接，西南为北岩 井田，南边边界为风氧化带，东与椿树投煤矿，馆前煤矿、永兴煤矿相隔。 2.2 矿井储量计算 2.2.2 矿井工业储量矿井工业储量 由地质勘探知，本矿井可采煤层有三层,为 3#、9#、15#煤层。但是 3#煤层和 9#煤层已 基本采完，因此本设计主要是对 15#煤层进行设计。 本次储量计算是在精查地质报告提供的 1：5000 煤层底板等高线图上计算的，储量计 算可靠。 煤层的倾角最大为 10， 最小为 2， 近水平， 平均为 4， 井田的赋存状况见图 2- 1。 图图 2- 1 井田井田赋存状况赋存状况 a 段水平面积为 8.48km2，倾角为 4 o ； b 块段水平面积为 2.70km2，倾角为 6 o ； c 块段水平面积为 1.89km2，倾角为 6 o ； 中国矿业大学 2009 本科生毕业设计 d 块段水平面积为 7.49km2，倾角为 5 o 。 根据地质勘探报告，15#的容重为 1.46t /m3 全矿井煤层的倾斜面积为： s=sa+sb+sc+sd =8.48/ cos4 o +2.70/ cos6 o +1.89/cos 6 o +7.49/cos 5 o =20.63 km2 矿井工业储量利用下式计算： zg =sm r （式 2- 1） 式中: zg 矿井工业储量，mt； m 煤层平均厚度，3.5m； r 煤层容重，1.46t/m3； s 各块段倾斜面积，m2； 把各块段的数值带入式 2- 1,则矿井工业储量： zg =sm r = 20.633.50