采矿学王庄煤矿论文设计.docx

第 4 页目录目 录一般部分1 矿区概述及井田地质特征11.1矿区概述11.1.1交通位置11.1.2气候条件及地震11.1.3地形地貌及水系21.2 井田地质特征31.2.1井田地质构造31.2.2 地层41.2.3含煤地层61.2.4水文地质特征81.3煤层特征81.3.1 煤层81.3.2煤层特征91.3.3 煤层围岩101.3.4 煤的特征111.3.5矿井瓦斯等级121.3.6 煤尘爆炸性121.3.7煤的自燃121.3.8地压和地温122 井田境界和储量132.1 井田范围132.2矿井的工业储量132.2.1储量计算基础132.2.2井田勘探类型132.2.3工业储量计算132.3矿井可采储量152.3.1工业广场保护煤柱162.3.2断层及边界保护煤柱172.3.3可采储量计算173 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限183.1矿井工作制度183.2矿井设计生产能力及服务年限183.2.1矿井设计生产能力确定依据183.2.2矿井设计生产能力确定183.2.3矿井服务年限183.2.4井型校核194井田开拓214.1 井田开拓的基本问题214.1.1 确定井筒形式、位置214.1.2 工业场地的位置234.1.3 开采水平的确定及采区划分234.1.4 主要开拓巷道244.1.5 开采顺序244.2 井田开拓方案及比较254.2.1预提可行开拓方案254.2.2方案比较264.3 矿井基本巷道314.3.1 井筒314.3.2 井底车场及硐室344.3.3 主要开拓巷道365 准备方式405.1 煤层的地质特征405.1.1 带区位置405.1.2 带区煤层特征405.1.3 煤层顶底板岩石构造情况405.1.4 水文地质415.1.5 地质构造及地表情况415.2 带区巷道布置及生产系统415.2.1 带区式准备方式的确定415.2.2 带区巷道布置415.2.3 带区生产系统435.2.4 带区内巷道掘进方法435.2.5 带区生产能力及采出率435.3 带区车场选型设计455.3.1 带区车场形式、线路布置及调车方式455.3.2 带区主要硐室布置456 采煤方法466.1采煤工艺方式466.1.1带区煤层特征及地质条件466.1.2确定采煤工艺方式466.1.3回采工作面参数476.1.4采煤工作面破煤、装煤方式486.1.5采煤工作面支护方式536.1.6端头支护及超前支护方式556.1.7各工艺过程注意事项576.1.8回采工作面正规循环作业586.1.9综合机械化采煤过程中应注意事项626.2回采巷道布置626.2.1回采巷道布置方式627 井下运输667.1概述667.1.1井下运输原始数据667.1.2煤层及煤质667.1.3运输距离和货载量667.1.4矿井运输系统667.2带区运输设备选择687.2.1设备选择原则687.2.2带区运输设备选型及能力验算687.3大巷运输设备选择727.3.1主运输大巷设备选择727.3.2辅助运输大巷设备选择737.3.3运输设备能力验算748 矿井提升758.1 提升概述758.2 主副井提升758.2.1 主井提升设备选型758.2.2 副井提升设备选型779 矿井通风799.1 矿井通风方式的选择799.1.1 矿井概述799.1.2 矿井通风系统的基本要求799.1.3 矿井通风方式的确定799.1.4 主要通风机工作方法809.1.5 带区通风系统的确定819.1.6 回采工作面的通风方式确定819.1.7 通风容易时期829.1.8 通风困难时期849.2 带区及全矿所需风量859.2.1 风量计算的原则859.2.2 回采工作面所需要的风量859.2.3 掘进工作面所需风量869.2.4 硐室所需风量889.2.5 全矿所需风量计算889.2.6 风量分配899.3 全矿通风总阻力计算919.3.1 总阻力计算原则919.3.2 通风容易、困难时期的阻力计算929.3.3 全矿通风总阻力计算949.3.4矿井总风阻和等积孔959.4 矿井通风设备969.4.1 矿井主要通风机969.4.2 电动机选型989.5 安全灾害预防措施999.5.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施999.5.2 预防井下火灾的措施999.5.3 防水措施999.5.4 其它10010 设计矿井基本技术经济指标101参考文献102专题部分松软破碎巷道注浆加固技术1031 围岩巷道注浆技术1031.1 围岩巷道注浆加固技术概要1031.2 注浆加固作用机理1031.3 注浆浆液及注浆工具1041.4 施工工艺1062 松软破碎巷道注浆技术在王庄矿的应用1072.1 基本情况1072.2 注浆加固技术在王庄矿的应用1083 小 结109翻译部分英文原文110中文译文117致 谢123一般部分第 109 页中国矿业大学2016届本科生毕业设计1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1交通位置王庄煤矿位于山西省长治市郊区故县，距市中心30 km，其地理坐标为：东经11258251130321，北纬361404362435。北距太原市230 km，南到焦作市220 km，东距邯郸市183 km。地处潞安矿区的东南部，跨长治市郊区和屯留县两个行政区，矿区东面为长治钢铁公司。矿井对外有交通有太（原）焦（作）铁路、邯（郸）长（治）铁路，可通往全国各地。太焦铁路从矿井东部由北向南通过，邯长铁路在长治北站与太焦铁路相接。同时王庄矿井有铁路专用线14 km达长治北站与太焦铁路相接。长治北站至太原265 km、至焦作169 km，至邯郸220 km，区内公路发达，除太（原）洛（阳）（208国道、207国道）和邯（郸）长（治）（309国道）三条主要干线公路外，区内各村镇均有公路相通，交通非常方便。交通位置图如图1-1所示。图1-1 矿井交通位置1.1.2气候条件及地震井田地处黄土高原，区域气候属暖温带半干旱大陆性气候区，年温差和日温差变化较大，夏季午间较热，晚间较凉。年日照时间长，全年日照时数为2598.6 h。蒸发量为降雨量的3倍多。蒸发量：据屯留县气象站1967年1987年统计，年最高蒸发量1978年为 1996.3 mm，年最低蒸发量1985年为14938 mm，20年平均蒸发量为1731.84 mm。降雨量：年最高降水量1971年为917.00 mm，年最低降水量1986年为311.8 mm，年平均降雨量为558.8 mm，全年降水量的62.5%集中在夏季（6-8月份），秋季降水量占21.2%，春季降水量占13.5%，冬季季降水量占2.8%左右。全年雷雨最多日数1985年为44 d。日最大降水量1972年7月7日达109.7 mm。历年平均相对湿度为65%。气温：年平均最低气温7.8，年平均最高气温为9.7。日最高温度1972年7月5日为37.4，日最低温度1972年1月27日为29.1。风向及风速：夏季多为东南风，冬季为西北风。年平均风速2.48m/s，最大风速为14-16m/s。冰冻期：是每年10月至次年的4月，最大冻土深度1977年2月为75 cm。晋东南地区除1890年武乡县曾发生过5.5级（裂度7度）地震外，尚未发生过4级以上地震。而4级以下的小震比较频繁。由于临近地区发生的大地震波及本区，同样具有破坏性。据1977年山西省地震基本烈度区划图，长治市地震基本烈度为7度区，屯留县为6度。1.1.3地形地貌及水系潞安矿区位于太行山脉中段之西坡，太行山脉大致呈南北方向伸展，其最高点的标高达+1500 m以上，从大地构造而言，太行山脉中段为一大背斜构造，山之东侧陡峻，西侧平缓，山西高原即为西侧之平缓地带，地形标高渐次降至+1000 m到+900 m，地貌上限制煤田的另一因素为文王山，文王山系太行山脉的分支，大致呈东西方向伸展，文王山将潞安矿区分割成南北两部。文王山为一背斜构造，山顶最大标高不超过+1100 m，主要由奥陶纪石灰岩构成，山之南北两侧因有正断层构造的存在而下降约400 m，地面标高渐次降至975-1000 m。文王山两侧地区大部分为黄土所覆盖，厚达百余m。在王庄井田内南岭村附近地区地形起伏甚大，高低悬殊有达100 m者。在王庄村附近地区及井田中南部地形稍为平缓。井田内河流较少，水系为浊漳河支流，区内没有较大的河流，仅有少量的干沟发育，只有雨季才有流水。王庄矿地处上党盆地西北部，属高原内部断陷堆积盆地。盆地北部黄土冲沟发育，局部有基岩出露，南部为山前斜坡地带，区内地势起伏不平，均被较厚的第四系黄土所覆盖，井田北部较高，南部较低，最大标高1025 m，最小标高890 m，最大标高相对高差为135 m左右。王庄井田河流较少，在井田中部有一条故县小河和一条积石小河，流经井田塌陷区，属季节性河流，只有雨季才有流水。绛河流经王庄井田南部，在王庄扩区，除绛河以外，仅有少量干沟发育。绛河于崔邵村附近进入王庄矿区，自西向东流入王庄井田东南部的漳泽水库，该水库的库容约1.995109 m，现蓄水量为1.4109 m。1.2 井田地质特征1.2.1井田地质构造潞安矿区处于武阳凹褶带中段，晋获断裂西侧。晋获断裂对矿区构造格局的形成和发展具有重要的控制作用。矿区主体构造线方向与晋获断裂带一致，总体为向西倾斜的北北东向或近南北向的宽缓褶区，伴以北东东向的次级压扭性断褶构造和北东向的短轴褶曲。王庄井田位于潞安矿区的中部东缘，处于文王山南断层与刘家畛断层之间。地层的整体走向为北北西向，倾角一般在24，最大倾角达4。井田内地质构造主要表现为褶曲和断层。1) 褶曲王庄井田内的褶曲比较发育，褶曲发育规模较大的共有19条，其发育的区域、规模、轴向、两翼倾角、对称性、延伸长度等都各有特征。详细见汇总表1-1。表 1-1王庄井田褶曲发育特征汇总表序号褶曲名称轴向两翼倾角倾向井田内延伸长度（m）对称性1落土沟背斜北东东23向西1500对称2南村向斜北西西23向西1000不对称3南村背斜北东东35向西2000不对称4石室背斜北东东22向西2000不对称5寺底向斜北北东24向南1200不对称6寺底东古向斜北西西24向西3200对称7寺底东古背斜北西西23向西3200对称8崔蒙向斜北西西23向西3150不对称9新安庄背斜北东东24向西4000不对称10积石向斜北西西33向西2850对称11积石背斜北东东33向西4250不对称12岭上向斜北东东33向西4000对称13岭上南背斜北东东22向西6000对称续表 1-114呈寺向斜北北西34向东3200不对称15呈寺背斜北北西24向西6400不对称16中华向斜北北西25向西6400不对称17中华背斜北北西24向东6750不对称大多数褶曲的两翼地层倾角较平缓，发育的规模也不尽相同，有的褶曲延伸长，有的延伸短，背斜与向斜、断层往往伴生发育，即一个区域发育有背斜，它的左右区域，就伴有向斜和断层发育；在井田的部分区段，发育有穹窿和构造盆地。另外，小型规模的向、背斜在井田内比较发育，它们的延伸长度一般小于500 m。2) 断层井田内已揭露大小断层全为正断层，且断层面的倾角均较大，大多在6675之间，其中落差大于6 m的断层有王庄断层1条断层，这些断层在井田内均延伸较长，而且在井田内呈一定间隔分布，对井田的中小型断裂起着主导作用，现将其特征及揭露地点分述如下：王庄断层：位于井田的中北部，断层的走向变化较大，在N7095W间变化，倾角7080，断层的倾向随走向由NNE变为NNW，断层的落差H=6m，1.2.2 地层王庄井田广为第四系地层所覆盖，仅在井田的西北部有少量的基岩出露。地层由老到新叙述如下：1）中奥陶统仅揭露0.70331m，均为海相沉积，从下到上有：上马家沟组：在钻探时仅揭露最上一段部分地层，为巨厚层状石灰岩和薄层泥灰岩，总厚度不详。中奥陶统峰峰组：以石膏层底板与上马家沟组分界，为含煤地层之基底。此组按其岩性可分上、下两段。在扩大区钻孔揭露最大厚度为203.84m。 下段：厚度70.8145.98m，主要岩性为厚层状灰岩，泥灰岩，夹灰灰白石膏层，石膏层中又夹有薄层灰岩。厚层状灰岩中含白云质和方解石脉条带；泥灰岩一般较松软性脆。以厚层状泥灰岩顶板与峰峰组上段分界。在王庄扩大区岩性主要由白云岩、白云质灰岩、石灰岩及白云质泥灰岩组成，含有大量薄层纤维状石膏。平均厚度大于73.04m。岩溶在扩大区中部有发育。上段：可分上、下两部分，厚度118.19136.87m，主要为灰灰黑色巨厚层状石灰岩，致密坚硬。下部岩性主要由石灰岩，含白云质灰岩、泥灰岩和含泥灰岩组成，含方解石脉，裂隙、在扩大区平均厚度为52.00m，岩溶在此层段较为发育。上部：平均厚度为75.55m，岩性主要为石灰岩、泥灰岩、泥质灰岩，含较多的黄铁矿结核，底多见角砾状灰岩，岩溶稍有发育。2）石炭系中统本溪组平行不整合于中奥陶系侵蚀面之上，本溪组厚度变化大，除厚度为零的钻孔外，在已揭露该层的147个钻孔中，厚度174m，平均厚度11.89m，灰浅灰色铝质泥岩、深灰色泥岩、砂质泥岩，局部夹薄层粉砂岩，细粒砂岩。一般上部含泥质灰岩或石灰岩，局部夹薄煤层。底部含铁质泥岩、鸡窝状的铁质粉砂岩（山西式赤铁矿层），含黄铁矿结核。3）石炭系上统太原组厚度63.85151.86m，平均厚度105.24m，主要灰深灰色砂岩，粉砂岩；深灰灰黑色泥岩，砂质泥岩；58层深灰色石灰岩，泥质灰岩；714层煤组成。为典型的海陆交互相沉积，以旋迥结构明显，层理类型复杂，动植物化石丰富为其特征。底部为中细粒石英砂岩（K1砂岩）。与本溪组呈整合接触。4）二叠系下统山西组底部以黑色燧石层与太原组分界，与太原组整合接触。厚度39.83200.00m，平均厚度87.50m。为陆相湖泊相沉积，该组地层由灰色或灰白色细至中粒砂岩，灰黑色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及13层煤组成，编号为13号，煤层平均总厚度6.99m，是井田内最主要的含煤地层。5）二叠系下统下石盒子组底部以砂岩与山西组分界，是以河流相、湖泊相为主的陆相沉积，以泥岩、砂质泥岩为主，含中细粒砂岩，平均厚83.88m，以K8砂岩与山西组呈整合接触。底部K8砂岩为浅灰、灰色中细粒石英砂岩，局部为粗粒石英砂岩、粉砂岩。砂岩中含较多煤屑及铁质球粒，夹泥质条带及包体，交错层理发育。平均厚度10.96m。岩矿特征：碎屑颗粒呈次棱角状，部分颗粒边缘被溶蚀，硅质岩屑占37%，少量菱铁矿及黄铁矿结核，杂基为粘土质，孔隙式胶结。燃烧后呈浅渴色，具紫色斑点，固结。 6）二叠系上统上石盒子组据全井田内部分钻孔统计，83个钻孔中揭露本组地层的，平均厚度113.27m。本组地层在刘家畛断层以北的井田内发育不全，厚度095.03m，主要由一套杂色泥岩、粉砂岩、砂质泥岩组成，夹砂岩、泥岩，砂质泥岩多为紫红色，粉砂岩、砂岩多为黄绿色。底部以K10砂岩与下石盒子组呈整合接触。7）第三系上新统本组地层在扩区内有9个孔揭露， 厚度4.6039.65m，平均14.58m。紫红、褐黄、灰棕色粘土、含砂粘土、粉砂质粘王。下部夹23层灰黄、黄绿色中、粗砂，局部含钙质结核。与下伏地层呈角度不整合接触。8）第四系钻孔揭露厚度0148.29m，揭露最大厚度为148 .29m（0502孔），地层顶部多为黄土，下部为黄色、棕黄色、黄褐色等亚粘土、粘土、亚砂土组成，夹钙质结核层及砾石层，角度不整合于下伏地层（基岩）之上。现据扩区内取芯钻孔资料，地面地质资料及地球物理测井成果详述如下：下更新统楼则峪组：厚度87.30126.49m，平均111.32m，零星出露于扩区西部及东部水库边界。以棕红、褐红、褐黄色粘土、含砂粘土、粉砂质粘土为主，夹818层黄绿，灰黄色粉、细、中、粗砂，局部含钙质结核，本区广泛分布。中更新统离石组：厚度044.91m，平均23.94m。褐黄、紫红色粘土，含砂粘土与灰黄色、褐黄色中、细砂互层。下部粘土中含钙质结核，在扩区广泛分布。上更新统：厚度023.60m，平均14.51m，分布于扩区中部河流二级阶地。褐黄、紫红色含砂粘土，粉砂质粘土、粘土为主，局部夹12层黄绿色细、中砂。全新统：厚020m。分布于扩区中部河床及其河漫滩，为近代河流冲积相沉种，岩性由淤泥、各粒级砂、卵石组成。1.2.3含煤地层该区主要含煤地层为石炭系上统太原组及二叠系下统山西组。现将其简述如下：1）石炭系上统太原组为本区的主要含煤地层之一，其厚度85.62138.96 m，平均103.10 m。是一套典型的海陆交互相沉积，具有四个明显的旋回韵律结构。岩性为深灰色石灰岩，灰黑色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，浅灰色砂岩及煤层。其中发育有煤层715层，9#、15#为大部可采煤层，8#、14#、15#为局部可采煤层，其余为不可采煤层。并发育有四层层位稳定的石灰岩和一层不稳定的燧石灰岩。测井物性特征：煤层一般为高电阻、低密度，石灰岩为高电阻、高密度。标志明显，产植物化石碎屑及海相动物化石。2) 二叠系下统山西组该组为陆源相沉积，厚度为50.7870.58 m，平均57.50 m。岩性为灰色、深灰色粉砂岩、泥岩及灰白色中细粒砂岩，发育煤层13层，其中下部发育有全区稳定可采的3#煤层，其厚度为5.727.79 m，平均6.74 m，是本区的主采煤层。其余均为不可采煤层。测井物性特征：煤层表现为高电阻、低密度、低伽玛，由于3#煤层厚度大且发育稳定，其本身即为明显的标志层，产植物化石碎屑。其地质综合柱状图见图1-2。1.2.4水文地质特征从井田边界条件看：井田东部属浅部，至煤层露头线；西部深部为本局常村煤矿。本井田南北情况，自北而南：井田东北部，由石圪节矿的开采和王庄断层阻隔，含水层以静储量为主，补给量很小；井田中部，南北两侧分别为安昌断层与故县断层所隔，而东部有浊漳河南源补给，其补给量较大；井田南部，其南北两侧界定于二岗山北断层与中华断层，井田东侧为漳泽水库，含水层有充足的补给。1) 含水层性质和补给条件若根据砂岩裂隙含水层性质，其富水性一般是不太强的，但具体情况与含水层的补给条件及所处构造部位有关。王庄井田北部冲沟发育，局部有基岩出露；南部为山前斜坡地带，全部被黄土覆盖。覆盖层厚度为120200 m，其松散层具有一定的含水性及透水性，并与地表水体有一定的水力联系。该区基岩风化带发育深度在5080 m之间，最深可达120 m。而3#煤层顶板至松散层底部的间距在57180 m之间，因此，在浅部的局部地段，该煤层开采后的导水裂隙带将会波及到基岩风化带，进而影响到松散含水层。3#煤矿床底板充水的主要含水层为太原组薄层灰岩含水层，充水较弱，条件简单，中奥陶统灰岩含水层由于距离远几乎没有影响。所以根据矿井水文地质规程上述有关规定，本矿3#煤开采，其水文地质类型属小型类型。2) 含水层单位涌水量与矿井涌水量平均矿井涌水量180 m/h，最大矿井涌水量321 m/h。即平均矿井涌水量3 m/min，最大矿井涌水量5.4 m/min。3) 开采受水害影响程度本矿在浅部的采掘工程的防治水工作易于进行。井下主要采取疏干措施，即通过合理布置采区及工作面以达到疏3#煤顶板砂岩放含水层水之目的。一般新开采第一个工作面布置在采区中部较好。因为布置在采区上部起不到疏放水的效果；如果布置在采区下部，水量又很大，有时会影响正常生产；而布置在采区中部，回采破顶后，则可以取得良好的疏干采区顶板含水层水的效果，从而保障生产安全的顺利进行。矿井防治水的重点将是预防陷落柱突水和预防K5K2灰岩含水层突水，防治水工程量增大，难度加大。1.3煤层特征1.3.1 煤层王庄煤矿的3#煤层为开采煤层，其它煤层受技术经济限制，目前暂不能开采。3#煤层厚度大且稳定，平均厚度6.87 m，煤层走向近东西，倾向南，倾角为24，属近水平煤层。 井田内的煤层主要分布在二叠系下统的山西组和石炭系上统太原组，含煤地层总厚度为140.42201.58 m，一般厚度为170.60 m，含煤层数为817层，从上到下，山西组所含煤层编号为1、2、3号，太原组所含煤层编号从6、7、8、9、10、11、12、13、15-1、15-2和15-3号，共含煤十五层，平均总厚度为13.75 m，含煤系数7.39%，3#、15#1、15#3为大部可采煤层或局部可采煤层，其余均为不可采煤层。其中计算储量煤层为3#煤层，平均厚度6.87m。1.3.2煤层特征1#煤层仅在6个钻孔中见到，平均厚度0.39 m。2#煤层分布较广，根据96个钻孔统计，最小厚度0.07 m，最大厚度0.73 m，平均厚度0.27 m。3#煤层：俗称“香煤”，旧称12#煤，为本矿区主要可采煤层之一，也是目前王庄矿生产所采煤层。该煤层位于下二叠系山西组中下部，下距石炭与二叠分界砂岩平均厚度为12 m，上距号含水层约5.74 m 。煤层厚度大且层位稳定，自3.257.87 m，平均厚度为6.87 m，夹矸05层，总厚01.18 m，结构一般较简单，夹石成份多为炭质泥岩或泥岩。该煤层在空间分布上总体上呈南北厚、中间薄的状态，而南部又厚于北部。最薄点在北中部东缘，最薄带以王33号孔王86号孔为线呈东西条带状。该煤层厚度变异系数10.59%。其可采指数m1，故该煤层属稳定煤层。5#煤层，根据36个钻孔统计，最小厚度0.13 m，最大厚度0.50 m，平均厚度0.33 m。6#煤层，仅在扩区有10个钻孔中揭露，最小厚度0.30 m，最大厚度0.85 m，平均厚度0.52 m。7#煤层仅在扩区有15个钻孔中揭露，最小厚度0.20 m，最大厚度0.65 m，平均厚度0.38 m。8#煤层仅在12个钻孔中揭露，最小厚度0.20 m，最大厚度0.50 m，平均厚度0.38 m。9#煤层在刘家畛断层以北和扩区局部区域有钻孔揭露，在扩区，煤层最小厚度为0.20m，最大厚度1.31 m，平均厚度0.60 m。10#煤层分布较广，根据136个钻孔统计，最小厚度0.06 m，最大厚度0.85 m，平均厚度0.78 m。厚度超过0.80 m的钻孔多于9#煤层。11#煤层分布较广，根据155个钻孔统计，最小厚度0.02 m，最大厚度1.13 m，平均厚度0.47 m，只有几个孔厚度超过0.80 m ，为不可采煤层。12#煤层仅在扩区有19个钻孔中揭露，最小厚度0.25 m，最大厚度0.80 m，平均厚度0.47m。13#煤层分布较广，根据176个钻孔统计，最小厚度0.05m，最大厚度1.74m，平均厚度0.59m 。只有几个孔厚度超过0.80 m，为不可采煤层。15-1#煤层：旧称3#煤，本地俗称“二节煤”，上距K1底板6.86 m，据173个钻孔统计，煤层厚度0.192.30 m(王-147)，平均厚度0.7 m，含夹矸，煤层除在南部部分地区呈东西向条带被河流冲刷破坏了煤层的完整性以外，其余地区均发育有厚薄不一的煤层。15-2#煤层：旧称2#煤，本地俗称“底节煤”，上距15-1#煤1.74 m，下距15-3#煤层底板2.86 m，层位稳定，一般不含夹矸，偶见0.20.4 m厚的夹矸，据168个钻孔统计，煤层厚度0.042.10 m，平均厚度0.63 m，煤层的顶底板均为泥岩或砂质泥岩，局部为粉砂岩或炭质泥岩。15-3#煤层：旧称1#煤，本地俗称“四节煤”，位于太原组底部，上距15-2#煤1.3 m左右，据189个钻孔统计，厚度变化在0.204.58 m，平均厚度0.72 m，煤层结构较复杂，有1-3层泥岩或炭质泥岩夹矸，局部夹矸较厚，如0303孔夹矸厚0.65 m，王-112孔夹矸厚0.77 m，夹矸最大厚度可达0.80 m（王-139）。煤层顶底板为泥岩、炭质泥岩。从厚度变化来看，从南向北煤厚逐渐变小，中南部略有变薄趋势。1.3.3 煤层围岩3#煤层：厚 5.727.79 m，平均6.87 m。结构简单中等。3#煤顶至K8砂岩底：平均厚34.85 m。以灰浅灰色粉砂岩，中、细粒砂岩为主，含2层不稳定的薄煤层。煤层的顶底板工程地质特征异系数25%=34.55%40%，辅助指标可采性指数0.95Km=0.910.8，属于较稳定煤层。3#煤层顶底板力学试验结果见表1-3。直接顶板为砂质泥岩、泥岩、局部为粉沙岩，厚0 10.75 m。单轴抗压强度为17.97 56.86 MPa，抗剪强度为1.477.27 MPa。老顶为中粒砂岩、细粒砂岩，厚1.1013.60 m。单轴抗压强度为65.3092.38 MPa，抗剪强度为10.3212.85 MPa。裂隙发育，呈张开状，无充填物充填。煤层上覆岩性，从直接顶到老顶为软弱坚硬型，坚硬坚硬型。上部覆岩为软弱坚硬相间平行复合结构。岩层倾角为24。 表1-3 3#煤层顶底板力学试验结果表岩石名称平均单向抗压强度（MPa）平均抗拉强度（MPa）平均抗剪切强度（MPa）内摩擦角（）顶板中粒砂岩92.384.8812.853848细粒砂岩65.303.4510.323848粉砂岩56.862.5072.733848砂质泥岩35.751.816.483848泥岩17.970.581.473848底板细粒砂岩87.273.718.253848中粒砂岩85.905.8112.853848砂质泥岩71.873.473.923848细粒砂岩72.903.508.253848直接底板为炭质泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，厚度05.33 m。其下部为细粒砂岩和中粒砂岩。单柱抗压强度71.8787.27 MPa，抗剪强度为3.928.25 MPa。1.3.4 煤的特征1)煤的物理性质和煤岩特征煤的物理性质煤层颜色均为黑色，条痕为灰黑色，光泽为玻璃光泽，断口为阶梯状、贝壳状断口。视密度为1.391.42。 宏观煤岩特征煤层均为条带状结构、层状构造，煤岩类型为半亮型煤，煤岩组分为亮煤为主、暗煤次之，夹镜煤及丝炭条带，含有黄铁矿结核。显微煤岩特征 3#煤层：有机组分中以镜质组为主，变化在53.6%90.9%之间，惰质组为8.6%46.4% ，半镜质组为0.5%9.1% ；无机组分占5.4%16.8%，以粘土为主。2）化学性质、工艺性能及煤类3#煤层的一般煤质特征原煤水分（Mad）0.37%1.80%，平均0.95%；浮煤水分（Mad）0.32%1.27%，平均0.77%。原煤灰分（Ad）11.34%30.74%，平均16.16%，属低中灰分中灰分煤，浮煤灰分（Ad）6.54%13.81%，平均8.86%。原煤挥发分（Vdaf）13.27%19.98%，平均15.20%。浮煤挥发分（Vdaf）10.15%16.27%，平均14.09%，粘结指数GR.I为014.4，Ymm为03。煤的元素分析：以碳、氢含量为主，氧、氮含量次之。其中碳（Cdaf）占有89.82%91.95%，氢（Hdaf）占有3.72%4.69%。原煤硫分（Std）0.13%1.03%，平均0.31%，属特低硫煤，局部（ 0901号钻孔原煤硫份偏高达1.03%，其余均在0.5%以下）为特低硫煤。浮煤硫份0.26%0.42%，平均0.35%，较原煤无明显变化。原煤磷（Pd）0.0020%0.1220%，平均0.023%，属低磷、特低磷煤。 煤灰成份分析：煤灰成份以SiO2+AI2O3为主，平均占79.87%，其次为Fe2O3+CaO+SO3，平均占13.53%，MgO平均占1.21%。浮煤回收率平均49.62%，属中等。干燥基高位发热量(Qgr；d MJ/kg) 23.7432.90，平均值为29.65。可磨性3#煤层可磨性为92.099.3，9#煤层为95.7，14#煤层为101.0108.3，15-2#煤层为80.3，15-3#煤层为65.4。热稳定性3#煤层TS+6为89.6%96.5%，热稳定性好。(3)煤对CO2反应性3#煤CO2还原率为7.0%10.1%，反应性属低等。15-3#煤CO2还原率为25.5%，反应性亦属低等。灰熔融性、结渣性3#煤层灰熔融性T213101500，为难熔灰分、高熔灰分。据以往资料：鼓风强度为0.10m/s时，结渣率为36.67%28%；鼓风强度为0.30m/s时，结渣率为50.95%2%，结渣性为强结渣性。煤类的确定及依据3#煤层：浮煤挥发分（Vdaf）为10.15%16.27%，粘结指数为014.4，以贫瘦煤为主、贫煤次之。1.3.5矿井瓦斯等级对王庄矿历年3#煤层瓦斯资料进行了收集，简述如下：回采工作面相对瓦斯涌出量最大为3.01 m/t、最小为0.94 m/t，绝对涌出量最大为25.1 m/min、最小为3.91 m/min。掘进工作面瓦斯相对涌出量最大为6.02 m/t、最小为1.02 m/t。矿井相对涌出量最大3.41 mt、最小为0.96 m/t，平均为2.22 m/t。矿井绝对涌出量最大31.00 m/min，最小为9.27 m/min，平均为20.10 m/min。按照煤矿安全规程之规定，矿井瓦斯等级的划分，是根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分的。低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10 m/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40 m/min。由此可知王庄矿属于低瓦斯矿井，但是在今后工作中亦要加强斯预防工作，以免意外事故发生。1.3.6 煤尘爆炸性爆炸指数测定表明3#煤有煤尘爆炸危险。因矿井3#煤层脆度较大，特别是现代化矿井机械化程度高，在煤的破、震、运过程中必然形成大量的粉煤粉尘飞扬，所以井下应做好除尘、洒水工作，预防发生煤尘爆炸事故。1.3.7煤的自燃在王庄勘探时，对0303、0502等钻孔采样作煤的自燃趋势试验，从试验结果看，3#煤层还原样与氧化样燃点之差T1-3为633 C，属不自燃不易自燃煤层。 根据王庄矿2001年对3#煤层试样所作测试，该样的鉴定结论为：有可能自燃的煤层。 又根据煤科院重庆分院2004年6月检测煤样，结论为：自燃倾向分类为三类（不易自燃）。1.3.8地压和地温在多次地质勘探所施工的钻孔中，未见关于岩芯由于地应力增高而呈现异常现象的报道。在临近矿井生产中，亦未有冲击地压现象。因此，王庄矿地压为地压正常区。未发现地温异常区，因此，王庄矿地温为低温正常区。2 井田境界和储量2.1 井田范围王庄矿井田边界如下：东部，大致以经线38413800与石圪节井田及地方煤矿分界。西部：以经线38407800与常村井田分界。南部：以二岗山北断层为界。北部：大致以安昌断层与中华断层为分界。王庄矿井田南面，在刘家畛断层与安昌断层之间，情况复杂，尚未开采，划作王庄矿的扩大后备区，水平面积约为23.6 km。王庄矿井田面积约53.26 km，开采深度由标高700m至350m。王庄煤矿的井田比较规则，呈梯形只在东边有较大弯曲。井田倾向为东西方向，最大长度为6877 m，最小长度为3317m，平均倾向长5097m。井田走向为南北方向，长度大致为11701m，煤层的倾角很小，为24。2.2矿井的工业储量2.2.1储量计算基础1）根据王庄井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算；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0.8m，原煤灰分不大于40%。计算暂不能利用储量的煤层厚度为0.7 m-0.8m；3）依据国务院过函（1998）5号文关于酸雨控制区及二氧化硫污染控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的储量；4）储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05m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，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。6)煤层容重：3#煤层容重为1.35t/m。2.2.2井田勘探类型井田地质勘探类型为精查，属详细勘探。井田范围钻孔分布密集且比较均匀，勘探详细。符合煤炭工业设计规范要求。2.2.3工业储量计算由于15#煤层距离奥灰岩较近，受承压水威胁，开采难度大，不经济。在这里只计算主采煤层3#煤层的工业储量。3#煤层采用块段法计算工业储量。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，每个块段内至少应有一个以上的钻孔。1）矿井地质资源量矿井地质资源量利用下式计算：（2-1）式中：m 各块段煤层平均厚度，m；r 煤层容重，3 # 为1.35t/m；S井田的实际面积，km；各块段煤层倾角；分块计算地质资源量见表2-1。表2-1矿井地质资源量分块 等级煤厚（m)倾角（）水平投影面积（km）容重（t/m）储量（Mt）A111b6.653.213.261.35141.56B111b6.212.69.951.3599.33C111b6.962.412.491.35134.51D111b6.773.54.49 1.3555.37E111b7.252.212.15 1.35136.09总储量（Mt）566.91图2.1 块段划分图2）矿井工业储量根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%推断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%的是经济的基础储量，30%的是边际经济的基础储量，则矿井工业资源/储量由式计算。矿井工业储量可用下式计算：Zg =Z111b+Z122b+Z2M11+Z2m2+Z333k（2-2）式中：Zg矿井工业资源/储量；Z111b探明的资源量中经济的基础储量；Z122b控制的资源量中经济的基础储量；Z2M11探明的资源量中边际经济的基础储量；Z2m2控制的资源量中边际经济的基础储量；Z333 推断的资源量；k可信度系数，取0.7-0.9，地址构造简单、煤层赋存稳定去0.9；地址构造复杂、煤层不稳定取0.7。因此：Z111b566.9160%70%238.12MtZ122b566.9130%70%119.05MtZ2M11566.9160%30%102.04MtZ2m2566.9130%30%51.02Mt由于地质条件简单，k在0.8以上取值。Z333k566.9110%k45.35MtZgZ111bZ122bZ2M11Z2m22Z333k238.12+119.05+102.04+51.02+45.35=555.58Mt因此，矿井的工业储量约为555.58Mt。2.3矿井可采储量矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算：Zk（ZgP）C （2-3）式中： Zk矿井可采储量，Mt；Zg矿井的工业储量，Mt；P保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断层等留设的永久保护煤柱损失量，Mt；C采区采出率，厚煤层不小于0.75；中厚煤层不小于0.8；薄煤层不小于0.85；地方小煤矿不小于0.7。王庄矿井保护煤柱损失主要为保护工业场地、井田境界、断层等留设的永久保护煤柱。安全煤柱留设原则：1) 工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不留设保护煤柱；2) 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70左右，表土层移动角为45；3) 维护带宽度：风井场地20 m；4) 断层煤柱宽度30 m，井田境界煤柱宽度为40 m；5) 工业场地占地面积，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。2.3.1工业广场保护煤柱根据煤炭工业设计规范第5-22条规定：工业广场的面积为0.81.1公顷/10万t。本矿井设计生产能力为5Mt/a，所以取工业广场的尺寸为600 m800m的长方形。工业广场所在位置煤层倾角为3.5，其中心处埋藏深度为340 m，该处表土层厚度为90 m，主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按级保护留维护带，宽度为20 m。本矿井的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-3。表2-3岩层移动角广场中心深度/m煤层倾角/煤层厚度/m冲积层厚度/m/3403.56.969045757068由此根据上述已知条件，画出如图2-1所示的工业广场保护煤柱的尺寸：由图可得出保护煤柱的尺寸为：S=梯形水平投影面积/cos3.5=1631629m 则工业广场的煤柱量为：Zi= SmR (2-4)式中：Zi工业广场煤柱量；S 工业广场压煤面；则： Zi16316296.961.35 =14.89Mt图2-1 工业广场保护煤柱2.3.2断层及边界保护煤柱边界保护煤柱宽度取40m，断层保护煤柱宽度取30m。边界煤柱可按下列公式计算ZLbMr (2-5)式中： Z边界煤柱损失量，t；L边界长度，m；b边界宽度m；则井田边界煤柱为：32998.59/cos3.5406.651.35=12.31Mt；断层保护煤柱在图上量取计算为：15069/cos3.5 306.651.35=4.22Mt。井筒在工业广场内，所以井筒保护煤柱为0因此：各种保护煤柱损失量见表2-4。表2-4保护煤柱损失量煤 柱 类 型储 量（Mt）井田边界保护煤柱12.31断层保护煤柱4.22工业广场保护煤柱14.89井筒保护煤柱0合 计31.422.3.3可采储量计算因此：Zk=（ZgP）C=（555.58-31.42）0.80=419.33Mt 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范及参考关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明，得出以下结论：确定矿井的年工作日定为330 d，采用“三八制”作业形式。即两个班生产，一个班检修，每班工作8 h。矿井每昼夜净提升小时数为16 h。3.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1矿井设计生产能力确定依据煤炭工业矿井设计规范第2.2.1条规定：矿井设计生产能力应根据资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经多方案比较或系统优化后确定。矿区规模可依据以下条件确定：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。井田面积不大，储量有限，则不能将矿区规模定得太大；2）开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市）、交通（铁路、公路、水运）、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（包括煤中煤质、产量等）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。3.2.2矿井设计生产能力确定王庄井田储量丰富，煤层赋存稳定，顶底板条件好，断层褶