涡北煤矿1.50Mta的新井设计采矿工程专业毕业论文毕业设计.doc

中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 I 页 目 录 一般部分 1 矿区概述及井田地质特征.1 1.1 矿区概述 .1 1.2 井田地质特征 .3 1.3 煤层特征 .8 2 井田境界及储量.13 2.1 井田境界 .13 2.2 储量 .15 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限21 3.1 矿井工作制度 .21 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 .21 4 井 田 开 拓23 4.1 矿井开拓的基本问题 .23 4.2 矿井基本巷道 .35 5 准备方式采区巷道布置.46 5.1 煤层地质特征 .46 5.2 采区巷道布置及生产系统 .47 5.3 采区车场选型设计 .50 6 采煤方法.54 6.1 采煤工艺方式 .54 6.2 回采巷道布置 .67 7 井下运输71 7.1 概述 .71 7.2 采区运输设备选择 .74 7.3 大巷运输设备选择 .75 8 矿井提升.78 8.1 概述 .78 8.2 主副井提升 .78 9 矿井通风及安全技术83 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 II 页 9.1 矿井通风系统选择 .83 9.2 矿井风量计算 .87 9.3 全矿通风阻力计算 .92 9.4 矿井通风设备选型 .98 9.5 防止特殊灾害的安全措施 .102 10 设计矿井基本技术经济指标104 专题部分 沿空留巷围岩控制技术研究.105 1 绪论 105 2 巷道围岩的变形机理及控制研究 110 3 沿空留巷理论基础 112 4 沿空留巷巷旁充填技术 120 5 工程实践 125 6 结论 130 翻译部分 英文原文132 A METHOD FOR THE DESIGN OF LONGWALL GATEROAD ROOF SUPPORT132 中文译文147 长臂开采工作面回采巷道顶板支护的设计方法147 致谢158 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 一 般 部 分 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 0 页 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 井田位置及交通井田位置及交通 涡北煤矿位于淮北平原西部，井田中心南距涡阳县城 4 km，行政划分 属安徽省涡阳县管辖。 井田范围：矿井范围南起 F9断层，北至刘楼断层；东起太原组第一层 灰岩顶面的隐伏露头线，西止于 32煤层-1000 m 水平等高线的地面投影线。 平面上近似为一矩形，南北长约 6 km，东西宽约 3.2 km，勘查面积约 19 km2。地理坐标为东经1160958 1161245，北纬333053 333448。 濉阜铁路从矿井东南约 3 km 处通过，涡阳车站距矿井中心约 5 km 左 右，在矿井的西部约 40 km 处有京九铁路；涡阳河南省永城公路纵贯全区， 涡阳至阜阳、蚌埠、亳州、淮北及邻县有四通八达的公路网。涡河可长年 通航小型机动船，上游可达亳州，下游直通淮河。因此本区交通运输条件 十分便利,井田交通位置图如图 1-1-1。 1.1.2 地形地貌与水文情况地形地貌与水文情况 本区地势平坦，自然地面标高+30.49 +32.80 m，地势西北高东南低， 地面村庄较多。涡河及其支流武家河为长年性河流，由西北向东南从其井 田西南部流过。涡阳县城关涡河节制闸上游最高洪水位标高为+30.45 m。 区内沟渠纵横，均为人工开挖的灌溉沟渠，较大的涡新河常年有水。 1.1.3 气候条件气候条件 本区气候温和，属季风暖温带，半湿润气候，春秋温和少雨，夏季炎 热多雨，冬季寒冷多风。1956 1990 年年平均气温 14.6 ，最高气温 41.2 ，最低气温-24 。春秋季多东北风，夏季多东东南风，冬季多北西北 风，平均风速为 3.2 m/s。年平均降水量为 811.8 mm，雨量多集中在七、八 两个月。全年蒸发量 1890.6 mm，全年无霜期 215 天，冻结期最早为 11 月 10 日，最晚可至次年 3 月 16 日。冻土最深可达 19 cm。 1.1.4 地震情况地震情况 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 2 页 商丘市 徐州市 亳州市淮北市 宿州市 永城 阜阳市 淮南市 蚌埠市 涡阳 砀山 蒙城 太和 颖上 寿县 江 苏 省 南 河 省 徽 安 省 116117 116 117 34 34 34 34 图图 1-1-1 涡北煤矿交通位置图涡北煤矿交通位置图 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 3 页 本区处于东西向和南北向大断裂的交汇带，曾有小地震发生，但没有 灾害性的大震。根据安徽省地震局 1996 年编制出版的地震烈度区划图查得， 本区地震基本烈度值为，地震动峰值加速度为 0.10 g。根据现行建筑抗 震设计规范中附录 A 的有关规定，本井田所在地的抗震设防烈度为 7 度。 1.1.5 矿区经济概况矿区经济概况 井田位于淮北平原西部，以农业为主，工业欠发达。农作物主要有小 麦、大豆、红薯、玉米等。矿井建设中的钢材、木材、水泥、等材料主要 有外地供应，砖、瓦、砂、石等土产材料均可由当地解决。井田中心距涡 阳县城仅 4 km，为本矿井建设和生产、居民生活等依托城市提供了便利条 件。 1.1.6 区域电源区域电源 本地区电源充沛。涡阳县东北方向约 80 km 处已建有淮北发电厂，装 机容量 750 MW。在涡阳县城南约 220 km 处已建有淮南发电厂。 涡阳县城南已建有 220/110/35 kV 区域变电所，两台主变容量为 1120 MVA+190 MVA，该变电所的二回 220 kV 电源均引自于淮北发电厂；另 有一回 220 kV 线路转供距涡阳县约 80 km 处的阜阳 220 kV 变电所。阜阳 220 kV 变电所的一回 220 kV 供电电源引自淮南发电厂。从以上电网现状可 以看出，本区电网系统合理，供电电源可靠，能够为涡北矿井提供可靠的 供电电源。 1.1.7 水源水源 由于煤矿所在地区地表水系不发达，且受季节性影响较大，原设计选 择地下水作为本煤矿主要供水水源。为充分利用和开发水资源，煤矿井下 排水经过净化处理后大部分回用，作为工业场地生产用水主要水源。 1.1.8 拆迁征地问题拆迁征地问题 井田 8 煤组赋存区内共有大小村庄 22 个，应根据国家政策，有计划的 妥善处理征地和迁村事宜。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 4 页 1.2 井田地质特征 1.2.1 区域地质特征区域地质特征 淮北煤田中的地层类型，属华北型地层范畴，且为其中淮河地层分区 中之淮北地层小区。在地层层序中，除部分缺失外，一般均发育比较齐全， 地层综合柱状图如图 1-2-1。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 5 页 灰色深灰色,泥质结构,平 行节理,端口平坦,岩芯破碎 灰色,薄中厚层状,平行节 理,裂隙发育,为方解石充填 灰色,薄中厚层状,平行节 理,裂隙发育,为方解石充填 灰色,粉砂质结构,垂直裂隙 黑色,阶梯状,条痕黑褐色, 玻璃光泽,属半亮光亮型煤 地地层层单单位位 界界 系系组组统统 层层厚厚 /m 柱柱状状图图 1：500 煤煤层层 标标号号 岩岩石石名名称称岩岩 性性 描描 述述 8.20 层层 号号 1.50 4.70 7.60 3.90 0.85 7.30 15.26 3.70 9.50 6.80 5.31 10.35 2.50 0.76 4.27 6.38 煤 泥岩 细砂岩 粉砂岩 泥岩 煤 砂质泥岩 细砂岩 砂质泥岩 细砂岩 含铝泥岩 粉砂岩 细砂岩 炭质泥岩 煤 泥岩 细砂岩 8煤66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 67 68 69 70 71 72 73 6煤 10煤 古 生 界 二 叠 系 下 统 下 石 盒 子 组 灰白色中厚层状,细粒结构 含互层状粉砂质,平行节理 深灰色,中厚层状,泥质结 构,水平层理,裂隙发育 黑色,粉末状,条痕黑褐色, 丝绢光泽,属半暗型煤 灰色深灰色,泥质结构,滑面 裂隙发育,端口平坦,岩芯破碎 灰白色,细粒结构,钙质胶 结,分选中等,岩石破碎 灰色,粉砂质结构,垂直裂隙 浅灰白色,中厚层状,泥质结 构,含铝质,裂隙发育 灰色,薄中厚层状,平行节 理,裂隙发育,为方解石充填 灰色深灰色,泥质结构,平 行节理,端口平坦,岩芯破碎 黑色,粉末状,条痕黑褐色, 丝绢光泽,属半暗型煤 深灰色,中厚层状,泥质结 构,水平层理,裂隙发育 深灰色,中厚层状,泥质结 构,水平层理,裂隙发育 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 6 页 图图 1-2-1 地层综合柱状图地层综合柱状图 1.2.2 地层特征地层特征 本矿井内古生界岩层均隐伏于新生界松散层之下，经钻孔揭露，自下而 上分别为奥陶系考虎山组、石炭系本溪组、太原组，二叠系山西组、下石 盒子组、上石盒子组、石千峰组，第三系、第四系。各组岩性特征由老到 新简述如下： 1）奥陶系（O2t） 老虎山组：揭露厚度 10.76,为深灰色略带肉红色块状微晶白云质含泥质 灰岩，含燧石结核，裂隙尤为发育。 2）石炭系（C） （1）中统本溪组（C2b） 与下伏老虎山组假整合接触。厚 43.73 m，为深灰色钙质泥岩、暗紫色 杂色铝质泥岩、铁铝质泥岩为主，上部夹浅灰白色生物碎屑泥晶灰岩两层。 （2）上统太原组（C3t） 与下伏本溪组整合接触，厚 127.70 m。根据岩性特征分段叙述如下： 下段：为深灰色生物碎屑泥晶灰岩，有孔虫、瓣鳃类等动物化石。 中段：浅灰色灰色细中粒石英砂岩、泥岩夹薄煤三层及生物碎屑灰岩 一层。 上段：灰深灰色泥晶生物碎屑灰岩层夹深灰色泥岩及薄层细砂岩。 灰岩中含较多蜓类、腕足类、珊瑚、海百合茎等动物化石。 3）二叠系（P） （1）下统山西组（P1S） 与下伏太原组整合接触。底界以太原组灰岩之顶为界，上界至铝质 泥岩下骆驼钵砂岩之底，厚 66.85 108.11 m，平均厚 87.76 m。由砂岩、 粉砂岩、泥岩和煤层组成，含 10、11 两煤层（组） 。 （2）下统下石盒子组（P1X） 与下伏山西组整合接触。下界从骆驼钵砂岩之底，上界至 3 煤组下 K3 砂岩之底，地层厚 246.73255.31 m，平均厚 250.04 m，岩性由砂岩、粉砂 岩、泥岩和煤层组成。 本组为本矿主要含煤段，含 4、5、6、8 等四个煤组，其中 8 为本矿主 要可采煤层。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 7 页 （3）上统上石盒子组（P2S） 与下伏下石盒子组整合接触。下界从 K3砂岩之底，上界至平顶山砂岩 之底，厚约 642 m。由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。泥岩、粉砂岩颜色 变杂，紫色和绿色增多。含 1、2、3 三个煤层（组） ，其中 3 煤层为局部可 采煤层。 （4）上统石千峰组（P2h） 与下伏上石盒子组整合接触，揭露厚度310 m。 下段：厚约 80 m。为灰白色粗粒石英砂岩夹砖红色细砂岩、粉砂岩薄 层，石英含量可达 85 90%，含长石及重矿物，接触式、基底式胶结，填 隙物主要为硅质、少量泥、钙质，局部可见泥岩角砾，厚层状，层理不发 育。 上段：砖红色粉砂岩为主，夹细砂岩薄层，镜下鉴定石英含量可达 75 85%，长石含量 10%左右，含有重矿物，基底式、接触式胶结，填隙物主 要为钙质，少量泥质，常见钙质结核，平行层理发育，层面含白云母片。 4）上第三系 （1）中新统 本统与下伏二叠系呈不整合接触。厚度 111.20 147.80 m，平均为 133.50 m，一般可分为三段： 下段：为残坡积相沉积，岩性较杂，其厚度变化大，为 0 11.35 m， 一般厚度 3 4 m，为深黄、灰白、灰绿及棕红色砂砾、砾石、粘土砾石、 粘土质砂及钙质粘土组成，多呈半固结状。 中段：为湖相沉积，岩性为灰绿色粘土和半固结及固结状灰白色泥灰 岩及钙质粘土。泥灰岩坚硬有溶蚀现象，具溶孔或小溶洞。一般厚度 10 m 左右。 上段：为湖相沉积，岩性由灰绿、灰白、灰黄色厚层粘土及砂质粘土 间夹 58 层细砂或粘土质砂组成。粘土单层厚度大，分布稳定，质纯致密， 具静压滑面。一般厚度 110 m 左右。 （2）上新统 与下伏中新统呈整合接触，为河湖相沉积物，分为上中下三段： 下段：棕黄、灰绿、灰白色中细砂及粉砂、粘土质砂间夹 3 6 层砂质 粘土及粘土组成。一般厚度 55 m 左右。 中段：棕黄及浅黄色中细砂和粉砂间夹 3 5 层粘土或砂质粘土，砂层 单层厚度大，结构松散。局部夹 1 3 层薄层呈透镜状分布的砂岩（盘） ， 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 8 页 钙泥质胶结，岩性坚硬。本段厚度 95 m 左右。 上段：灰绿、浅黄、棕黄色粘土及砂质粘土夹 2 3 层细砂及粘土质砂。 顶部富含钙质及铁锰质结核组成古土壤层，相当于沉积间断古剥蚀面，是 第三系与第四系地层的分界线。厚度 32 m 左右。 5）第四系 该地层假整合于上第三系之上，厚度 83 99 m，一般为 91 m 左右。 1.2.3 构造构造 按板块构造观点，淮北煤田位于华北板块的东南部，除煤田的东部边 缘地区外，区内构造的形成和发展主要表现为板内构造变形。主要断裂有 宿北断裂、楚店泗县断裂、太和五河断裂、郯庐断裂，主要褶皱有萧西 向斜、萧县复背斜、黄藏峪背斜、童亭背斜等。断层有以下四条： 刘楼断层：为矿井北部边界。正断层，走向近 EW，倾向 N，走向长度 3 km，落差1000 m，倾角 30 50。 F1断层：正断层，走向 SN，倾向 E，走向长度6 km，贯穿整个矿井。 落差 65 250 m 不等，北部（构 1 线3 线）较小，一般2.3 km，落差280 m，倾角 70。总体看来，本区构造复杂程度属中等简单类型。 1.2.4 水文地质水文地质 淮北煤田位于安徽省淮北平原的北部，为新生界松散层覆盖的全隐蔽 煤田。在地貌单元上属华北大平原的一部分，除濉溪、肖县和埇桥区北部 符离集徐州一带为震旦、寒武、奥陶系等基岩裸露的剥蚀低山，残丘和山 间谷地外，其余地区皆为黄、淮河冲积平原。区内河渠纵横，河流较多， 多属淮河水系。 1）主要水文地质条件 （1）地表水 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 9 页 本矿范围内的地表水均属淮河水系，主要地表水系为涡河、武家河、 涡兴河等。涡河是淮河北岸的一级支流，流经本矿西南边界，由西北流向 东南汇入淮河。涡河常年水深 1 2 m，汛期 4 8 m，3 年、5 年、10 年一 遇流量分别为 1100 m3/s、1500 m3/s、1800 m3/s。 （2）新生界松散层 矿内煤系地层均被新生界松散层所覆盖。松散层厚度受古地形所控制， 总休趋势是自东向西逐渐增厚，两极厚度 378.80 445.40 m，一般厚度为 400 m 左右。按其岩性组合及区域资料对比，自上而下可划分出四个含水层 （组）和三个隔水层（组） 。 第一含水层（组） 底板深度在 31.30 37.60 m 之间，一般为 35 m 左右。含水砂层厚度为 14.8526.00 m，一般为 20 m 左右。顶部近地表 0.5 m 左右为褐灰色耕植土， 埋深在 57 m 处富含钙质结核和铁锰质结核。该层（组）主要由浅黄色细 砂、粉砂及粘土质砂，夹 23 层薄层状砂质粘土组成。 第二含水层（组） 底板深度 86.30104.60 m，一般为 90 m 左右。含水层厚度 9.40 28.50 m，一般为 20 m 左右，由浅黄色细砂、粉砂及粘土质砂，夹 5 8 层砂质 粘土或粘土组成。该含水层（组）砂层单层厚度小，变化大，一般砂层不 发育。 第三含水层（组） 底板深度为 260.20 297.60 m，一般为 270 m 左右，含水层厚度 69.50 124.10 m，一般为 100 m 左右，由深黄、棕黄、棕红、灰白色、中砂、细 砂、粉砂及粘土质砂，夹 5 8 层粘土或砂质粘土组成。 （3）基岩含水层 二叠纪地层含水层 叠纪地层岩性主要由泥岩、粉砂岩及砂岩所组成，并以泥岩和粉砂岩 为主。砂岩裂隙一般不发育，即使局部地段裂隙较发育，也具有不均一性， 且抽水试验水量较小。 8 煤组顶、底板砂岩裂隙含水层（段） 含水层厚 3.50 40.00 m，平均厚度 24.43 m，由浅灰色中细粒砂岩为 主，夹泥岩和粉砂岩组成，裂隙不甚发育，钻探揭露时无漏水现象。该含 水层段水质差，补给水源有限，迳流条件差，富水性弱，以储存量为主。 2）矿井涌水量 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 10 页 设计结合地质报告所提矿井涌水量，并参考邻近矿井估算，取矿井正 常涌水量 260 m3/h，最大涌水量 280 m3/h。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层煤层 本井田含煤地层为华北型石炭、二叠系，其中二叠系的山西组与上、 下石盒子组为主要含煤层段。 二叠纪含煤地层，总厚约 990 m，含煤 2030 层，煤层总厚 20 26 m。上石盒子组下部含 1、2、3 三个煤组，多为薄煤层。下石盒子组含 4、5、6、8 等四个煤组，为矿井主要含煤段。山西组下部含 10、11 二个煤 组，煤层薄，煤分层少。可采的有 3、8、11 共计 3 层，可采煤层平均总厚 12.01 m，占煤层总厚的 44%，其中 8 煤层为主要可采的较稳定煤层，平均 厚度 8.2 m，占可采煤层总厚的 82%；其它为不稳定的局部可采煤层。 1）可采煤层 本区主要可采煤层为 8 号煤层，全区稳定可采，11 号煤层较稳定，局 部不可采，3 号煤层在区内局部可采，6、9、10 号煤层零星可采，现将各 可采煤层分述如下： 3 煤层：位于上石盒子组下部，为本组唯一可采煤层。煤层厚 0.22 1.75 m，平均 0.89 m。变异系数为 43%，可采指数 0.80，厚度频率分布图 显示，0.7 1.4 m 的见煤点占 67%，小于 0.7 m 的占 30%，结构简单，部分 见煤点具一层夹矸，夹矸为炭质泥岩或泥岩。F 断层以北厚 0.90 1.10 m， 仅个别点不可采，厚度变化不大，可采区连续，趋向于较稳定煤层；F26断 层以南煤层厚度变化较大，不可采区零星分布，因此，3 煤层为大部可采的 不稳定煤层。煤层顶、底板以泥岩为主，并有少量粉砂岩和细砂岩。 8 煤层：位于下石盒子组下部，全区赋存，上距 3 煤层平均间距 109.01 m，煤层厚 7.33 8.94 m，平均 8.2 m。变异系数为 36%，可采指数 0.97， 厚度频率分布图显示，8.0 m 的占 92%，其中 7.33 8.0 m 的占 75%，结构 简单，1/3 见煤点具一层夹矸，夹矸为炭质泥岩或泥岩。全区大部可采，煤 类单一。因此煤层为稳定煤层。煤层顶板以泥岩为主，粉砂岩、细砂岩次 之，粉砂岩、细砂岩下常发育泥岩伪顶，底板多为砂质泥岩及细粒砂岩。 11 煤层:位于山西组下部，上距 82煤层平均间距为 112.09 m，煤厚 0 1.58 m，平均为 1.01 m。变异系数为 62%，可采指数 0.49，厚度频率分布 图显示，0.70 m 的占 48%，小于 0.7 m 的占 52%，结构简单，少量见煤点 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 11 页 具一层夹矸，夹矸为泥岩或炭质泥岩。112煤层厚度较薄，见煤点厚度一般 均在临界可采附近，因此 11 煤层为局部可采的不稳定煤层。顶板以泥岩为 主，粉砂岩次之，底板一般为粉砂岩，可采煤层特征见表 1-3-1。 表表 1-3-1 可采煤层特征表可采煤层特征表 煤层编号煤层厚度/m煤层间距/m稳定程度可采情况赋存范围 3 0.221.75 0.89 局部可采较稳定全井田 25.0232.18 30.73 5 01.65 0.43 零星可采不稳定局部 82.36113.26 78.28 8 7.338.94 8.20 全井田可采稳定全井田 88.25104.65 96.63 9 0.561.12 0.71 零星可采较稳定局部 3.0311.55 5.68 10 02.50 0.77 零星可采不稳定局部 11 01.58 1.01 5.2414.70 9.78 局部可采较稳定全井田 2）主要可采煤层顶底板岩性 本井田可采煤层顶板以砂质泥岩为主，其次粉砂岩，局部细、中砂岩。 底板以泥岩为主，其次粉、细砂岩。主采煤层顶、底板岩石物理力学性质 测试结果表明：主要可采煤层顶底板泥岩抗压强度 11.3 25.6 MPa，岩石 力学强度较低，变形模量小。细、中砂岩抗压强度 39.0 159.0 MPa，抗拉 强度 1.59 4.04 MPa，岩石较坚硬致密，抗压强度高，顶板不易坍塌，底 板泥岩抗压强度 9.7 35.6 MPa，抗拉强度 0.68 3.40 MPa，力学强度低， 岩石受压易破碎，局部可能产生底鼓。相同岩性的岩石差异不大，但有所 波动；不同岩性的岩石则明显不同，一般是砂岩大于粉砂岩，粉砂岩大于 泥岩，而浅部风化带处岩石强度低。从工程地质条件来看，一般砂岩胶结 良好，坚硬致密，抗压强度高，属硬岩类；泥岩抗压强度低，属软岩类； 粉砂岩介于其间，属中硬岩类；断层附近及基岩风化带则属软弱带。由此 可见，本矿工程地质条件属中等类型。按煤层顶、底板岩性指标分类，井 田内砂岩属中等稳定型，粉砂岩属中等不稳定型，泥岩属不稳定型。 1.3.2 煤质煤质 本井田各可采煤层以中灰、特低硫（11 煤层属中高高硫分煤） 、特低 磷低磷、中挥发分、中高热值、具强特强粘结性和良好的结焦性的 JM 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 12 页 为主，伴少量 FM；其中主采煤层 8 煤为中灰、低硫、特低磷煤；是较为理 想的炼焦配煤，中煤可作为动力用煤。可采煤层特征分别见表 1-3-2、表 1- 3-3、表 1-3-4、表 1-3-5、表 1-3-6。 表表 1-3-2 可采煤层物理性质和煤岩特征表可采煤层物理性质和煤岩特征表 煤层 颜色构 造光 泽断 口结 构煤 岩 组 分煤岩类型 3黑色 块状 粉末状 弱玻璃光 泽 参差状条带状 亮煤为主夹镜煤或丝炭 条带底部暗煤稍高 半暗半亮型 8黑色 块状粒状 粉末状 玻璃光泽 阶梯状均一状 亮煤、镜煤为主， 少量暗煤 半亮光亮型 11黑色块状玻璃光泽 阶梯状 平 坦 均一状 粒 状 亮煤为主，少量暗煤、 镜煤 半亮光亮型 表表 1-3-3 视密度一览表视密度一览表 煤层煤类平均灰分实测平均值回归计算值实测回归差值报告采用值 3FM22.111.411.42-0.011.42 8JM20.491.411.400.011.40 11JM20.021.421.400.021.40 表表 1-3-4 元素分析成果统计表元素分析成果统计表 元 素 分 析 /%原子比 煤层 C.dafH.dafN.daf（O+S）.dafO.dafO/CH/C FC 3 87.24-90.51 88.97（12） 4.84-5.53 5.23（12） 1.28-1.48 1.35（12） 3.22-6.39 4.45（12） 2.55-5.68 3.69（12） 0.031 0.701 55.6 8 88.36-90.74 89.72（27） 4.30-5.54 4.98（27） 1.32-1.68 1.46（27） 2.25-5.42 3.84（27） 1.76-5.00 3.25（27） 0.0270.6260.9 11 88.39-91.09 89.97（6） 4.58-5.30 4.95（6） 1.36-1.54 1.46（6） 2.49-5.27 3.62（6） 1.35-2.28 1.97（6） 0.016 0.656 61.9 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 13 页 表表 1-3-5 煤炭分类指标综合表煤炭分类指标综合表 煤层V.daf /%GR。IY / mm煤 类 3 24.42-30.61 28.00（16） 76.7-97.6 90.8（16） 17.0-36.5 27.2（13） FM（11） 1/3JM（1） JM（4） 8 19.45-26.34 22.98（31） 52.8-96.7 81.7（30） 11.5-25.0 18.2（30） JM（31） 11 18.38-25.16 21.83（8） 78.8-97.6 88.2（8） 16.5-25.5 18.8（6） FM（1） JM（7） 表表 1-3-6 发热量统计表发热量统计表 Qb.d / MJKg-1Qgr.d /MJKg-1 煤层煤类 原煤浮煤原煤 分级 3 FM JM 21.25-31.35 27.53（14） 31.82-33.97 32.98（4） 27.42高热值煤 8JM 24.83-31.51 28.85（27） 31.50-34.89 33.60（12） 28.76高热值煤 11JM 25.98-30.95 28.58（8） 33.89（1）28.27高热值煤 1.3.3 开采技术条件开采技术条件 1）瓦斯 本矿井获得各煤层瓦斯煤样测试资料 50 个（合格点） ，成果见表 1-3- 7。 由表 1-3-7 可知本矿瓦斯含量较高者为 3 煤层，其最高瓦斯含量为 3.85 m3/g，根据煤矿安全规程 ，本矿井为“低瓦斯矿井”。 全矿井相对瓦斯涌 出量 0.81 m3/（td） ，绝对瓦斯涌出量 2.5 m3/min，按照煤矿安全规程 规定，日产一吨煤瓦斯涌出量在 10 m3以下的矿井为低瓦斯矿井，本矿为低 瓦斯矿井。但根据淮北矿区生产经验，矿井生产期间瓦斯较勘探期间有升 高趋势，因此在生产中应加强瓦斯监测和管理，防止瓦斯事故的发生。 表表 1-3-7 瓦斯测试成果表瓦斯测试成果表 瓦斯成分 / %瓦斯含量 / m3g-1 煤层 CH4（含 C2+）N2CO2CH4（含 C2+）CO2 3 0.00-92.50 54.73 0.00-86.36 36.86 3.61-29.18 8.41 0.00-3.85 1.08 0.07-0.27 0.15 8 0.96-93.01 61.34 3.35-98.12 32.35 0.00-15.37 6.31 0.01-3.84 1.02 0.00-4.07 0.39 11 0.00-82.50 51.09 0.00-89.36 43.35 0.00-14.26 5.56 0.00-1.23 0.68 0.00-0.32 0.10 2）煤尘 各煤层共采取 22 个煤芯煤样做了煤尘爆炸性试验，结果见表 1-3-8。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 14 页 各煤层之煤尘燃烧时均有一定长度的火焰，最大火焰长度者为 3 煤可 达 250 mm，一般需通入 2595%的岩粉方能抑制发火；且各煤层爆炸指数 为 21.2828.03%，均15%，所以各煤层均存在爆炸危险性。今后各煤层均 存在爆炸危险性。 表表 1-3-8 煤尘爆炸性试验成果统计表煤尘爆炸性试验成果统计表 煤层样点数挥发分 Vdaaf /%火焰长度/ mm岩粉量/%结论 3525.3530.61有火250208 有爆炸危 险 8721.1524.59有火1005595 有爆炸危 险 11120.96有火25 有爆炸危 险 3）煤的自燃 以还原样与氧化样着火点温度之差 T1-3评价煤的自然发火倾向。本报 告共获得各煤层 44 个样品的自燃发火倾向测试成果表 1-3-9。 由表可知，大部分样品 T1-3在 20以内，3 煤层属不自燃；8 煤层为 不易自燃不自燃；11 煤层属易自燃不自燃。 表表 1-3-9 自燃发火倾向性试验成果统计表自燃发火倾向性试验成果统计表 自燃倾向等级（点） 煤层煤类样点数 原样 / T1-3 / 结论 3FM4362380102613不自燃 8JM1435338992916不易自燃不自燃 11JM53493901641212易自燃不自燃 4）地温 本矿地温梯度为 1.88 3.33 /百米，平均为 2.75 /百米；增温率为 36.3 m/。属地温正常区。各煤层温度 T（）与埋深 H（m）成正比关系， 且相关性较好，见表 1-3-10。 8 煤层：测温深度 422.57 913.56 m，底板温度 27.4 44.7 。一级高 温区在-480 m 以下,-710 m 水平以下为二级高温区，-650 m 水平平均地温为 35.5 。 表表 1-3-10 可采煤层底板温度与深度关系表可采煤层底板温度与深度关系表 煤层回归方程点数相关系数 3T=20.2703+0.0214H200.9606 8T=17.3904+0.0265H120.9446 11T=14.6789+0.0310H100.9643 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 15 页 5）地压 本矿目前尚没有专门地压测试资料，据淮北生产矿井资料，地压较大， 显现明显，采掘巷道都不同程度的出现变形，经常前掘后修、边掘边修现 象、片帮和底鼓等现象。不得不采取扩大断面、壁后注浆加固等多种措施 进行防治，严重影响矿井安全生产。本矿煤层埋藏深度较大，预计也存在 地压大的问题，今后生产过程中要加强地压的观测和研究工作。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 16 页 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 17 页 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田范围井田范围 地理坐标：东径 1160958 1161245，北纬 333053 333448。 南界：南起 F3 断层； 北界：北至刘楼断层； 东界：东起太原组第一层灰岩顶界面的隐伏露头线； 西界：西止于 11 煤层-1000 m 水平等高线的地面投影线。 2.1.2 开采界限开采界限 上统上石盒子组：下界从 K3砂岩之底，上界至平顶山砂岩之底，厚约 642 m。含 1、2、3 三个煤层（组） ，其中 3 煤层为局部可采煤层。下统下 石盒子组：井田内主要含煤地层为下界从骆驼钵砂岩之底，上界至 3 煤组 下 K3砂岩之底，地层厚 246.73 255.31 m，平均厚 250.04 m，含 4、5、6、8 等四个煤组，其中 8 为本矿主要可采煤层。下统山西组：底界 以太原组灰岩之顶为界，上界至铝质泥岩下骆驼钵砂岩之底，厚 66.85 108.11 m，平均厚 87.76 m。由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成，含 10、11 两煤层（组） 。 开采上限：3 号煤层以上无经济可采煤层； 下部边界：11 号煤层以下无经济可采煤层。 2.1.3 井田尺寸井田尺寸 南北长 5.62 6.53 km，东西宽 2.33 3.71 km，面积 19.2 km2，采矿许 可证拐点坐标为见表 2-1-1，井田赋存状况示意图如图 2-1-1。 表表 2-1-1 矿区范围拐点坐标矿区范围拐点坐标 点号X 坐标Y 坐标点号X 坐标Y 坐标 13713000.0039426166.0093715340.0039423675.00 23711790.0039426350.00103717196.0039423892.00 33710954.0039425334.00113717440.0039426657.00 43710656.0039423941.00123716895.0039426715.00 53711430.0039423814.00133716525.0039426638.00 63713036.0039423814.00143715461.0039426854.00 73713600.0039422546.00153715106.0039426215.00 83714270.0039423920.00163713750.0039426296.00 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 18 页 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 19 页 F2 F1 -400 -500 -600 -400 -500 -600 -700 -800 -900 -1000 -400 -500 -600 -700 -800 -900 -1000 F1 = 35 70 H = 180 250m F2 = 40 70 H = 90 200m F2 F1 图图 2-2-1 井田赋存状况示意图井田赋存状况示意图 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 20 页 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 21 页 2.2 储量 2.2.1 地质资源储量地质资源储量 1）地质资料依据 （1）安徽省煤田地质局勘查研究院于 1997 年 6 月提交的安徽省涡 阳县涡北井田勘探（精查）地质报告 ； （2）2002 年 8 月安徽三队提交的涡北矿井井筒检查孔竣工报告 ； （3）2003 年 11 月煤炭科学研究总院西安分院提交的涡北矿业集团 有限责任公司涡北煤矿南一采区三维地震勘探报告 ； （4）2006 年 10 月西安分院提交的涡北煤矿北四采区三维地震勘探中 间成果资料； （5）矿方提供的建井过程中揭露的地质资料。 2）储量计算基础 （1）本次储量计算是按照煤、泥炭地质勘查规范DZ/0215-2002 要 求的工业指标进行资源储量计算，炼焦用煤最低开采厚度为 0.7 m，最高灰 分不得超过 40%，最高硫分不得超过 3%； （2）储量计算厚度：夹矸厚度不大于 0.05 m 时，与煤分层计算，复杂 结构煤层的夹矸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； （3）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，本次储量计算只针对主采煤层，采用地质块段的算术平均 法； （4）煤层容重:主采煤层 8 煤层平均容重为 1.40 t/m3。 3）井田地质勘探 本井田历经找煤、普查、详查、精查四个阶段，勘探面积约 19.2 km2。根据煤、泥炭地质勘查规范本次估算资源储量钻探工程基本线距 见表 2-2-1。 表表 2-2-1 资源储量资源储量钻探工程基本线距表钻探工程基本线距表 各级储量钻探工程基本线距 /m 煤层类型煤层 探明的控制的推断的 稳定煤层850010002000 4）储量计算 本勘探区主采煤层为 8 煤层，采用地质块段法来划分储量块，根据等 高线和钻孔的疏密程度将矿体划分为甲乙丙丁戊己六个块段，井田块段划 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 22 页 分如图 2-2-1，用算术平均法求得各块段的储量，地质资源储量即为各块段 储量之和。本煤层倾角一般在 14 22 之间，平均倾角为 16，采用煤层垂 直厚度及煤层水平投影面积估算储量，估算公式如下： Zi = SiMiRi10-6 （2-1） 式中：Zi各块段地质资源储量储量，Mt； Si各块段的真实面积，m2； Mi各块段煤层的厚度，取平均值为 8.2 m； Ri各块段内煤的容重，取平均值为 1.40 t/m3。 由上式可计算出各块段的地质储量见表 2-2-2。 表表 2-2-2 各块段的工业储量各块段的工业储量 序号 平均倾角 /（） 平均厚度 /m 容重 /tm-3 水平面积 /m2 真实面积 /m2 地质资源储量 /Mt 甲158.21.402325830.82403125.027.59 乙148.21.403542516.83643087.641.82 丙208.21.401604278.81717245.719.71 丁148.21.401085470.11120024.412.86 戊158.21.403233309.23354028.638.50 己228.21.402840705.13059263.235.12 所以矿井的地质资源储量是各块段储量之和： 即：Z = Z甲+ Z乙+ Z丙+ Z丁+ Z戊+ Z己= 175.61（Mt） 其中探明的 60%、控制的 30%、推断的 10%，探明的包括 111b 和 2M11， 控制的包括 122b 和 2M22，推断的为 333，矿井各级储量分类见表 2-2-3。 表表 2-2-3 矿井地质资源分类表矿井地质资源分类表 矿井地质资源储量 /Mt 探明的控制的推断的 60%30%10% 80%20%80%20%100% 111b2M11122b2M22333 84.2921.0742.1510.5417.56 2.2.2 工业资源工业资源/ /储量储量 矿井工业储量是指地质资源量经可行性评价后，其经济意义在边际经 济及以上的基础储量的内蕴经济的资源储量乘以可信度系数之和,计算公式 如下： Zg=111b+122b+2M11+2M22+333k （2-2） 式中：Zg 矿井工业资源/储量，Mt； 111b 探明的资源量中的经济的基础储量，Mt； 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 23 页 122b 控制的资源量中的经济的基础储量，Mt； 2M11 探明的资源量中的边际经济的基础储量，Mt； 2M22 控制的资源量中的边际经济的基础储量 Mt； 333 推断的资源量，Mt； k 可信度系数，取 0.7 0.9，井田地质构造简单、煤层赋存稳定 k 值取 0.9；地质构造复杂、煤层赋存不稳定 k 值取 0.7，本井田地质构造中 等简单、煤层赋存稳定，因此 k 值取 0.8。 根据公式 2-2 及表 2-2-3 中的数据计算得 172.09 Mt。此储量为 8 煤层的 地质资源储量由于另外两层煤厚度小且为局部可采煤层，因此本设计中把 此储量作为矿井的工业/资源储量。 2.2.3 矿井可采矿井可采/ /资源储量资源储量 1）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剖面法确定，用表土层移动角 、上山移动 角 、下山移动角 、走向移动角 确定工业场地、村庄煤柱； （3）维护带宽度 15 m，风井场地 20 m，其他 15 m； （4）断层煤柱宽度 50 m，井田边界煤柱宽度 20 m； （5）根据毕业设计制图标准工业广场占地面积取 300400 m。 2）矿井永久保护煤柱损失量 （1）井田边界保护煤柱 井田边界保护煤柱留设 20 m 宽，井田边界保护煤柱损失量为 3.92 Mt。 （2）断层保护煤柱 断层煤柱留设 50 m，断层保护煤柱为 10.36 Mt。 （3）工业广场保护煤柱 本矿井设计生产能力为 1.5 Mt/a，工业广场尺寸为 300400 m，按照煤 柱留设原则中岩层移动角，采用垂直剖面法按下式计算： Z = SMR10-6 （2-3） 式中：Z工业广场煤柱量，Mt； S工业广场煤柱真实面积，m2； 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 24 页 M煤层平均厚度取 8.2 m； R煤层的容重，取平均值为 1.40 t/m3。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 25 页 F2 F1 -400 27.59Mt 15 41.82Mt 14 19.71Mt 20 12.86Mt 14 38.50Mt 15 35.12Mt 22 -500 -600 -400 -500 -600 -700 -800 -900 -1000 -400 -500 -600 -700 -800 -900 -1000 F1 = 35 70 H = 180 250m F2 = 40 70 H = 90 200m F2 F1 图图 2-2-2 井田块段划分示意图井田块段划分示意图 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 26 页 利用垂直剖面法得到工业广场保护煤柱的水平投影面积，有表土层移 动角 =55、上山移动角 =72、下山移动角 =78、走向移动角 =55，工 业广场保护煤柱示意图如图 2-2-2。 （4）井筒及大巷保护煤柱 主副井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，矿井主要大巷均布置 在煤层底板的岩层当中，无需留设保护煤柱，故井筒和大巷的保护煤柱均 为零。 （5）经济不可采煤层 3、11 煤层局部可采，属不稳定煤层，计算可采储量时将其扣除。 综合以上内容，保护煤柱损失量见表 2-2-4。 表表 2-2-4 保护煤柱损失量保护煤柱损失量 序号煤 柱 类 型储量 /Mt 1井田边界保护煤柱3.92 2断层保护煤柱10.36 3工业广场保护煤柱11.5 4井筒及大巷保护煤柱0.00 3）矿井设计资源储量 根据采矿专业毕业设计文件规定，矿井设计资源储量卡按下式计 算： Zs = Zg - P1 （2- 4） 式中：Zs矿井设计资源储量，Mt； P1井田边界和断层保护煤柱，Mt。 则有 Zs =172.09- 3.92-10.36=157.81（Mt） 4）矿井设计可采储量 矿井设计可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算： Zk=（Zs-P2）C （2-5） 式中：Zk矿井设计可采储量，Mt； P2工业广场保护煤柱、井筒及大巷保护煤柱，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；本设计煤层 8.2 m 属厚煤层，因此采区采出率 取 0.75。 则有 Zk =（157.81-11.5）0.75=109.73（Mt） 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计说明书 第 27 页 矿井储量汇总表见表 2-3-1。 表表 2-4 矿井储量汇总表矿井储量汇总表 煤层地质资源储量/Mt工业资源储量/Mt设计资源储量/Mt设计可采储量/Mt 8175.61172.09157.81109.73 中国