毕业论文——大断面动压巷道底鼓机理及其治理技术

目录第1章 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自然地理21.2 井田地质特征31.2.1地层31.2.2构造31.2.3井田内水文地质情况41.2.4 沼气，煤尘及煤的自燃性61.2.5顶地板岩石力学性质61.2.6 煤质，牌号及用途81.3.1煤层地层91.3.2.煤层赋存情况及可采煤层特征121.3.3 煤层赋存状况及可采煤层特征14第2章 井田境界和储量162.1井田境界162.1.1 井田划分的依据162.1.2开采界限162.1.3井田尺寸172.2矿井工业储量172.2.1勘探类型及储量等级的圈定172.2.2储量等级的圈定172.2.3煤层最小可采厚度182.2.4矿井工业储量的计算182.3矿井可采储量192.3.1保护煤柱储量计算192.3.2可采储量计算222.3.3井田储量汇总表23第3章矿井工作制度、设计生产能力及服务年限243.1矿井工作制度243.2 矿井设计生产能力及服务年限243.2.1矿井生产能力的确定243.2.2矿井及第一水平服务年限的核算24第4章 井田开拓264.1 井田开拓的基本问题264.1.1 井筒形式及数目274.1.2 工业广场及井口位置的确定284.1.3 开采水平的确定及采区划分294.1.4 采区划分及其布置294.2 开拓方案比较304.2.1提出方案304.2.2技术比较324.2.3经济比较354.3 矿井基本巷道414.3.1 井筒414.3.2 井底车场444.3.3 主要开拓巷道50第5章 采区巷道布置565.1 煤层地质特征565.1.1 可采煤层概况565.1.2 煤种及煤质变化575.1.3 各煤层顶底板岩性575.1.4 煤尘和瓦斯585.2 采区巷道布置及生产系统585.2.1 确定采区走向长度585.2.2 确定区段斜长和区段数目595.2.3 煤柱尺寸的确定595.2.4 采区上下山的布置605.2.5 区段平巷的布置615.2.6 联络巷道的布置615.2.7 采区运输、通风运料等系统的确定615.3 采区车场设计635.3.1 采区上部车场形式的选择635.3.2 采区中部车场的选择645.3.3 采区下部车场的选择及设计655.3.4 采区主要硐室的布置675.4 采区采掘计划705.4.1 采区主要巷道参数确定705.4.3 计算采区回采率78第6章 采煤方法806.1 采煤方法和回采工艺806.1.1 选择采煤方法806.1.2 综采工作面回采工艺设计816.2 综采工作面巷道布置方式93第7章 井下运输977.1 系统基本概述977.1.1 基本概况977.1.2 井下运输系统977.2 采区运输设备977.2.1 主运输设备987.2.2 采区辅助运输1027.3 大巷运输设备1057.3.1主运输大巷设备选型1057.3.2辅助运输设备选型1067.3.3运输设备能力验算107第8章 矿井提升1088.1 设计依据1088.1.1 主井提升1088.1.2 副井提升1088.2 主副井提升设备的选型1098.2.1 小时提升量1098.2.2 合理的提升速度1098.2.3 一次提升循环时间1108.2.4 一次合理提升量的确定1108.3 提升钢丝绳的选择计算1128.4 提升机与天轮的选择计算1148.4.1 滚筒（或摩擦轮）直径的确定1148.4.2 天轮的选择1148.5 提升电动机的预选1148.5.1 电动机功率的估算1158.5.2 估算电动机转数115第9章 矿井通风与安全1179.1 矿井通风系统的选择1179.1.1 选择矿井通风系统1179.1.2 选择矿井主要通风机的工作方法1189.1.3 选择矿井通风方式1199.2 全矿所需风量的计算及其分配1209.2.1 矿井风量计算原则1209.2.2 矿井风量计算方法1209.2.3 风速验算1259.3 全矿通风阻力计算1279.3.1 矿井通风总阻力计算原则1279.3.2 矿井通风阻力计算1279.3.3 井总风阻及总等积孔计算1309.4 矿井通风设备的选择1309.4.1 矿井通风设备的要求1309.4.2 选择主要通风机1309.4.3 选择电动机1329.4.4 电费计算1329.5 矿井灾害防治技术1339.5.1 防治瓦斯1339.5.2 防治煤尘1349.5.3 防治水134第10章 矿井基本技术经济指标135大断面动压巷道底鼓138 1 国内外研究概况1391. 1 底鼓机理研究现状1391.2底鼓控制技术研究现状1402受大采高采动影响底鼓机理分析1413采动巷道底鼓控制技术1413.1合理布置巷道1413.2水力膨胀锚杆加固底板1423.3加固两帮和底角1424 动压巷道底鼓防治措施探讨1424.1 大煤柱与跳采和起底等方法存在的问题1424.2 治理底鼓的方法1425 应用实例1436结论148致 谢149设计总说明本设计包括两个部分：一般部分和专题部分。一般部分为范各庄东矿新井设计，全篇共分为十个部分：矿井概括及井田地质特征、井田境界及储量、矿井工作制度和设计生产能力、井田开拓、采区巷道布置、采煤方法、井下运输、矿井提升、矿井通风与安全和矿井主要经济技术指标。范各庄东矿，位于河北省唐山市古冶区境。矿井东西长约为5570m，南北宽约为2570m，面积为14.1km2。井田内的可采煤层为5煤、7煤，其中首采煤层为5煤，该煤层赋存稳定，平均厚度3.05m，倾角平均为11，为缓斜中厚煤层。井田内工业储量1.3108t，可采储量9.78107t。矿井涌水量为2340m3/h，相对瓦斯涌出量0.12m3/t，属于低瓦斯矿井，煤层有煤尘爆炸危险性和自然发火现象。范各庄东矿年设计生产能力120万t/a，服务年限58.3年。采用双立井两水平暗斜井延深开拓，第一水平标高-500m，第二水平标高-800m。矿井采用单一走向长壁综合机械化采煤法。矿井布置一个综采工作面保证全矿井的产量，长度200m，煤的运输采用1000mm胶带输送机运输。矿井的通风方式采用中央分列式通风。在设计过程中，结合了矿井的地质情况、煤层的受力等情况以及国内外的先进经验对倾斜长壁综采面倾斜长度及走向长度的合理确定进行了理论分析，这样使建成的矿井更加与实际相符。专题部分专题部分主要分析了煤矿大断面动压巷道底鼓的发生机理，全面地介绍了国内外煤矿大断面动压巷道底鼓的研究现状，系统地总结了当前存在的问题，并从不同方面说明了大断面动压巷道底鼓的预防措施。关键词：立井开拓；两个水平；综合机械化开采Design general descriptionThis design consists of two parts: the general part and the special part. The general part of the fan Gezhuang mine east new wells design, which is divided into into ten parts: generalization of mine and mine geology, mine realm and reserves, mine work system and design production capacity of mine development, mining roadway layout, mining method, underground transport, mine hoist, mine ventilation and safety and coal mine main economic and technical indicators. Fangezhuang east mine, located in Tangshan City, Guye Province, Hebei district. The length of the mine is about 5570m, the North South width is about 2570m, the area is 14.1km2. Ida Uchis recoverable coal seam is 5 coal, 7 coal, the first coal seam is 5 coal, the coal seam is stable, with an average thickness of 3.05 meters, with an average angle of 11 degrees. Ida industrial reserves of 1.3 x 108 tons, recoverable reserves of 9.78 x 107 tons. Mine inflow 2340m3/h, relative gas emission quantity 0.12m3/t and belongs to the low gas coal mine coal seam coal dust explosion hazard and natural ignition phenomenon. The design and production capacity of 1 million 200 thousand t/a, the service life is 58.3 years. The double shaft two level subinclined extension development, the first level is -500m, the second level is -800m. Coal mine adopts single to long wall comprehensive mechanized coal mining method. Mine layout of a fully mechanized coal face to ensure the production of the entire mine, the length of 200m, coal transport using 1000mm conveyor belt conveyor. The ventilation mode of the mine adopts the central parallel type ventilation. In the design process, combined with the geology of the mine, coal seam stress situation and domestic and foreign advanced experience of inclined longwall face tilt of the length and direction of the length to determine a reasonable theoretical analysis, so that build the mine more in line with the actual. Special topic section mainly analyzes the coal mine large cross section of dynamic pressure roadway floor heave mechanism, comprehensively introduced the domestic and foreign coal mine large cross section dynamic pressure roadway floor heave of, systematically summarizes the current existing problems and from different aspects illustrates the large section roadway bottom drum of preventive measures. Key Words: shaft development；two mining levels； fully- mechanized method一般部分范各庄东矿1.2Mt/a新井设计VII华北科技学院毕业设计（论文）1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述 1.1.1交通位置范各庄东矿位于唐山市古冶区境内,北距古冶火车站10.2 km，矿内铁路与京山线古冶站和林西矿接轨，有公路干线通过井田 。井田南北走向长5.7km，东西最大倾斜长2.57km，井田总面积为10.98km,为开平煤田的一部分。交通十分方便，具体见交通位置图1-1。矿井地理坐标：东经113度28分，北纬39度33分，井田北部、西北部及西部与吕家坨矿相接，井田西及西南部与钱家营矿相邻，井田东部及南部以14煤层的基岩露头为界。井田地理位置优越，交通线四通八达。西距唐山市区23公里，丰南区31公里。西南距天津市121.5公里，西北距北京市192.3公里；北距古冶205国道10公里，京沈高速榛子镇入口23公里；南距唐港高速青坨营镇入口16公里，曹妃甸新区41公里，曹妃甸港67公里；东距滦县新城26.7公里，秦皇岛港100公里。东南距滦南县城24公里，乐亭县城46公里，京唐港66公里（以范各庄矿为中心，直线距离）。 图1.1开滦矿区矿井分布及交通位置平面图 1.1.2自然地理1.井田地形、地貌 该地区地貌形态属于华北平原地带。地形高差不大，地面标高平均为+25m。范各庄东矿井田是被第四系冲积层所覆盖。地貌简单，地表平坦，地势呈现北高南低，坡度12左右，地表海拔标高+31+23m。由于受多年开采的影响，矿区南北各有一个塌陷坑，随开采的进行而逐步扩大并有大量的积水。矿区范围内分布有村庄1个，分布在井田东南部。2.水系流经井田的河流只有沙河，自井田北部流向西南，流向大致与地层走向一致，河面开阔，水力坡度较小，仅为12。属季节性河流，冬春河水近于干涸，夏秋流量显著增大，汛期有时泛滥。建矿以来沙河最高洪水位50年一遇为29.76m，百年一遇为30.49m。因为煤系地层上覆盖着巨厚的冲积层，大气降水后大部分从地表流走，所以矿井涌水量无季节性变化，井田外沙河在冬春季河水近于干涸，只排泄矿井水，夏季流量显著增加，汛期有时泛滥，历史最高洪峰水位为29.572m。井田西面的沙河流向大致与井田地层走向平行。沙河为季节性河流，冬季河水近似干枯，只有林西、唐家庄等矿排放水流过。夏季流量显著增加，最高洪峰达142.8m3/s，流速1.69m2/s。本矿区工业及生活用水的主要供水水源为第四系上组砂岩层水和矿井净化水。水质类型为HCO3CaNa，矿化度0.37g/L。供水水源的取水方式采用管状井分散取水。矿井每日排水量约为4500 m3，全部进入污水净化站进行处理，净化水主要用于井下防水注浆、洒尘、电厂冷却、洗煤厂补充用水。3.气象情况矿区气候属于大陆季风气候，春季东风和西风交替出现，气候干燥少雨；夏秋两季东南和南风交替由海面带来潮湿空气，使矿区多雨；冬季因受西伯利亚蒙古一带冷气压影响多西北风。自建井以来，多年平均降雨量为617.45mm，降雨多集中在79月，这三个月的降雨量为463.79 mm。矿区气候属大陆型季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，气候变化较大，春季东风和西北风交替出现，气候干燥少雨，夏秋两季东南和南风常有海面带来的潮湿空气，使矿区多雨；冬季因受西伯利亚蒙古一带冷空气压的影响，多西北风，气候寒冷干燥。每年的7、8、9三个月降雨量占全年降雨量的76。年平均气温10.8C，常年最高气温37.6C，最低气温-22.6，冻土深度0.50.7m，结冰期：11月中旬至次年的3月中旬。4.水电供给情况我矿工业、生活用水均从地面自备深水井和井下清污分流工程取水；进入矿中央变电站的电源线计四趟，其中两趟是电网吕家坨变电站35千伏输电线，另外两趟是开滦林西电厂35千伏输电线。本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥需由国家计划供应外，其它砖、石、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。1.2 井田地质特征1.2.1地层1.范各庄煤田区域地层表1-1表1-1 范各庄煤田区域地层系统 组含煤性厚度(米) 岩性第四系 219.5主要由砂、粘土、卵石组成二 迭 系下白垩统 大苗庄组 含煤两层即7、8煤69.4由砂岩、粉砂岩煤和泥岩组成石炭系上侏罗统赵各庄组含煤一层12煤86.4由砂岩、粉砂岩、煤组成奥陶系中统 无煤层 岩云1.2.2构造1）区域构造范各庄井田位于开平煤田的东南翼。开平煤田位于燕山南麓，煤系地层为石炭二迭系。开平主向斜是煤田的主要构造骨架，呈复式向斜构造。向斜的总体轴向为NE向，自古冶以北主向斜逐渐转为东西向。2）井田构造(1) 褶曲 范各庄井田的主体构造为井田北翼的塔坨向斜和南翼毕各庄区域的毕各庄向斜，是由于开平向斜在发育过程中北部受青龙山东西构造带影响，主向斜轴在古冶以北发生偏转呈东西向而派生出的南北应力场形成的次一级构造。(2) 断层 井田内共有两条断层，F5走向东-西，F6走向东南西北，两条倾角都较大，都属于正断层。（详见断层一览表1-2）表1-2 断层一览表名称性质断层面走向倾向倾角（）落差（m）影响范围F0正断层南北东西679036较大F1逆断层南北东西6104较小F2逆断层南北东西5903.5较小1.2.3井田内水文地质情况57煤层间砂岩裂隙承压含水层，79煤层间砂岩裂隙承压含水层。抽水试验结果，单位涌水量为180.6m3/h，渗透系数为0.0121.725/昼夜。水质类型变化较大，为重碳酸-钠钙镁型。范各庄东矿井田水文地质情况复杂，煤系上下各有一个含水层，上为冲积层强含水层，其为厚度不等的卵石层，下有一黏土层有隔水作用；下为奥灰含水层。它们之间联系密切，以煤层露头线为联系，相互沟通，煤层地质有两个含水层：5S顶板砂岩含水层和12S-14S砂岩组含水层，它们是矿井的主要出水来源。矿井涌水量为39t/min，矿井最大涌水量为3180t/min。矿井涌水量无季节性变化，不受大气降雨的直接影响。因为煤系地层上覆盖着巨厚的冲积层，大气降雨后，大部分从地表流走，少部分渗入地下，首先形成潜水，然后再慢慢地向下渗透到底部卵砾石层，形成孔隙承压水。通过基岩隐伏露头补给煤系地层，然后经构造和裂隙渗入巷道和采空区，变成矿井涌水。地表水体与第四系冲积层中的潜水层水量呈互补关系。在雨季地表水体水位高于潜水层水位，地表水补给潜水；在旱季地表水体水位低于潜水位，潜水补给地表水。地表水体和大气降水一样，在正常情况下，只是通过渗透补给冲积层底部卵砾石含水层，间接补给煤系地层。（1）地下含水层及其特征在煤系地层中，对矿井直接充水的含水层是5煤层顶板砂岩裂隙承压含水层、512煤层间砂岩裂隙承压含水层和1214煤层间砂岩裂隙承压含水层。5煤层顶板砂岩裂隙承压含水层：该层在5煤层顶板以上，平均厚度约74.4米，岩性主要为中、细砂岩及粉砂岩。该层裂隙发育，含水较丰富。采掘过程中大都表现为淋滴水，局部表现为涌水现象。该含水层在井田东部、西南部隐伏露头区与第四系冲积层底部砾石含水层直接接触，并接受其补给。在井田北部、西部分别与吕家坨矿、钱家营矿相连。整个含水层在井田范围内具有典型的裂隙水特点，节理裂隙较为发育，充水及导水性较好，含水较为丰富，单位涌水量为0.328升秒米，渗透系数为0.339米昼夜，水质类型为重碳酸钙镁钠型或重碳酸钠型，属软水。512煤层间砂岩裂隙承压含水层：该含水层由几层互不联系的含水亚层组成，主要有57煤层间砂岩裂隙承压含水层，79煤层间砂岩裂隙承压含水层，911煤层间砂岩裂隙承压含水层、1112煤层间砂岩裂隙承压含水层。其中以57煤层间砂岩裂隙承压含水层和911煤层间砂岩裂隙承压含水层富水较强。该含水层在井田东部露头区接受第四系冲积层含水层的补给，煤层采掘过程中充水形式为顶板淋滴水和底板缓慢渗水，目前主要消耗其静储量。另外，7煤层采出后，通过回采冒落裂隙带接受上部5煤层顶板砂岩裂隙承压含水层的补给。据抽水试验结果，单位涌水量为0.00220.845升秒米，渗透系数为0.0121.725米昼夜。水质类型变化较大，为重碳酸钠钙镁型，重碳酸钙型，重碳酸、硫酸钙镁型，属软水，局部矿化度较高。121 4煤层间砂岩裂隙承压含水层：该段平均厚度约60米左右，岩性主要为中、粗砂岩、含砾粗砂岩。中部的一层含砾粗砂岩，裂隙发育、含水丰富，当开拓巷道通过该层时大多表现为裂隙出水。该含水层在井田东部、西南部与第四系冲积层底部卵砾石含水层直接接触，并接受其补给；在井田北部、西部分别与吕家坨矿、钱家营矿相连。在井田范围内，该含水层接受奥陶系灰岩含水层的补给，其补给途径大多是通过岩溶陷落柱、导水断层及导水裂隙等。由于构造发育的不均一性，导致了该含水层在井田范围内富水性的不均一。在井口区及北翼，由于岩溶陷落柱及导水构造较为发育，1214煤层间砂岩组含水层与奥灰岩溶水联系密切，含水较为丰富，不易疏干。该含水层据范45孔抽水试验结果单位涌水量为0.845升秒米，渗透系数为1.725米昼夜。水质类型为重碳酸钙镁型，局部为重碳酸钙镁钠型和重碳酸钠型，属软水。（2）地质构造对矿井充水的影响范各庄东矿井田煤系地层下部以奥陶系石灰岩为基底，上部有巨厚冲积层覆盖。井田北部为单斜构造，南部为向斜构造，有良好的储水条件，地下水极易沿岩层的孔隙、裂隙集中而达到饱和，其结果使所有含水层均为承压状态。经钻孔实测奥陶系石灰岩含水层水压在-310水平为3.03.3兆帕，在-490米水平为4.85.0兆帕。突水与构造密切相关，断裂构造规模和力学性质以及区域内断裂构造的复杂程度是发生突水的重要因素。1.2.4 沼气，煤尘及煤的自燃性 矿井瓦斯等级：低瓦斯矿井矿井瓦斯绝对涌出量：0.73米3/分钟矿井瓦斯相对涌出量：0.12米3/吨天煤尘爆炸指数为41.38%，各层均属于很自燃性煤，发火等级为1。1.2.5顶地板岩石力学性质 表1-3 井田内各煤层顶底岩石力学性质及分类表煤层顶底板岩性厚度（米）特征及赋存情况5煤伪顶粉砂01.3岩石破碎，夹多层煤线，南三剖面以南出现煤线直接顶粉砂3.0水平层理，层理面附大量植物化石，富含泥质结核，成细层状或串珠状分布。老顶砂岩4.0硅质胶结，局部含钙质。直接底粉砂0.51.0含大量植物根化石。老底细砂2.03.0水平层理，分布稳定。7煤伪顶泥岩0.52.5一般在1.0米以下，岩性破碎，局部增厚可达2.5米，相变为粉砂岩或细砂岩。直接顶粉砂岩2.43.5水平层理，含植物化石。井田中部厚度增大至68米，北翼及深部局部被冲蚀掉。老顶中砂岩0.56.0硅质胶结，坚硬。北翼及深部局部直接沉积于煤层上。直接底粉砂岩0.52.5南一石门以北厚度小于1.0米，松软破碎，含大量植物根化石，同时8煤层顶板，北翼局部缺失，直接为8煤层，即7、8煤层合群。南二石门以南逐渐增厚。老底细砂02.5层状结构，南二石门以南逐渐增厚。9煤伪顶无伪顶。直接顶粉砂4.0含炭质成分及菱铁矿结核，小断层、节理十分发育，比较破碎。老顶细砂4.5水平层理，层理面附炭质薄膜，分布稳定。直接底粉砂2.0 局部缺失。顶部含大量植物根化石。老底细砂3.0硅质胶结，坚硬，局部相变为粉砂岩。1.2.6 煤质，牌号及用途井田各煤层由腐植煤构成。其宏观煤岩组分以亮煤为主，暗煤次之，镜煤和丝炭较少；其煤岩类型以半亮型煤和半暗型煤为主，光亮煤较少，具条带状-线状层理。显微煤岩组分以镜质组占绝对优势。井田内各主要可采煤层的煤种均为结焦性良好的1号、2号肥煤和气肥煤。赋存于陆相大苗庄组的5煤、7煤、8煤、9煤则灰分较高，发热量较低，但煤的含硫量低。均属于难选或非常难选煤。表 1-4 原煤工业分析综合表项目灰分 Ag（%）硫分 S（%）挥发分 Vr（%）发热量（大卡/克）灰熔融性煤质牌号备注5煤层10.7820.870.530.9834.0339.2040407902135015001、2号肥煤为主，局部气肥煤15.820.7436.9459017煤层26.7238.290.430.5827.7336.80552076521、2号肥煤为主，局部肥焦煤和气肥煤在井田东南翼煤层结构复杂，夹石增厚，灰分增大。31.090.4729.8660609煤层24.1731.701.052.4430.6338.7146007630117015001、2号肥煤南翼煤层下部夹石层增厚，灰分增加。28.801.6335.106016表1-5 精煤工业分析综合表 项 目5煤层7煤层9煤层工业分析水分Wf （%）0.970.800.87灰分Ag （%）5.4110.0214.86挥发分Vr （%）38.1628.1832.17粘结性7-86-87硫分S （%）0.660.651.13发热量QT（卡/克）801376237729碳 Cr86.2587.8486.71氢 Hr5.635.145.33氮 Nr 1.561.671.54氧 Or4.984.775.45硫 Sr 0.630.661.69横向厚度（mm）32.1919.588.43纵向厚度（mm）23.5624.5531.53曲线类型之 字之 字之 字 煤 质 牌 号2肥气1肥煤2肥煤1.3.1煤层地层范各庄井田煤系地层主要由石炭系、二迭系地层组成，其中包括中石炭统唐山组，上石炭开平组、赵各庄组，下二迭统的大苗庄组、唐家庄组。(1)唐山组 该组地层属于石炭系中统，直接覆于奥陶系灰岩之上，与奥陶系地层呈假整合接触，平均厚度约为56m。岩性以粉砂岩、泥岩为主，细砂岩次之，底部为土质泥岩。(2)开平组 属于石炭系上统， 上部赵各庄灰岩顶板，下起唐山灰岩顶板，本组厚度约为52m。岩性以细砂岩和粉砂岩为主，泥岩次之。本组比唐山组颜色较深，多呈深灰色，泥岩显著减少，含砂量增加，植物化石增多，黄铁矿结晶体和菱铁矿结合较发育。(3)赵各庄组 属于石炭系上统，上部以11煤层顶板为界，下伏开平组，厚度约为86m，为主要含煤层之一，岩性以粗砂岩、中砂岩和粉砂岩为主，泥岩次之。大苗庄组 属于二迭系下统，厚度约为67m。本组以深灰、黑灰色粉砂岩和泥岩为主，青灰色中砂岩次之，为主要含煤地层之一。含可采煤层2层，即7 煤、8煤。植物化石的种类显著增多。 5）唐家庄组 属二迭系下统。上部止于层顶板，下伏大苗庄组，厚度约270m。岩性以粗中砂岩为主，细砂岩次之，下部粉砂岩和泥岩比较发育，间夹层薄煤线。岩石颜色由下部的深灰、浅灰往上变为灰和紫红色，均属于陆相沉积。范各庄井田煤系地层的形成过程均属于近海型沉积。其中石炭系的唐山组、开平组和赵各庄组属于海陆交互相沉积，二迭系的大苗庄组和唐家庄组属于近海陆相沉积。整个煤系地层厚度、煤层层数、旋回结构明显清晰，易于对比。从相旋回的特征分析，中石炭世地壳升降运动频繁，引起大面积的海侵和海退，沉积了一套海陆交互相地层。由于地壳运动短暂而频繁，不宜泥炭堆积，故没有形成可采煤层。在这时期地形比较平坦，海侵和海退范围广泛，沉积了三层薄层灰岩，即1、2、3灰岩。中石炭世地层厚度较薄，约为56 m，相旋回结构清晰，易于对比。晚石炭世地层以缓慢上升为主，聚煤作用活跃，海相地层逐渐减少，过渡相地层增多，且出现河流冲积相沉积。在晚石炭世早期地壳运动还比较频繁，且很不稳定，沉积了三层薄层灰岩，即4、5、6灰岩，到后期地壳运动趋于稳定，适宜植物生长与堆积形成了本井田的可采煤层，即11、12煤层和局部可采煤层12半煤层、14煤层。晚石炭世厚度约为138米，相旋回结构比较清楚。早二迭世地壳运动仍以上升为主，上升幅度由小渐大，海退范围逐渐扩大，沉积了一套近海陆相地层，湖泊、沼泽遍布，沉积了四层稳定和较稳定可采煤层（5、7、8、9煤层）。到二迭世中晚期，气候由温润转向干燥，不宜植物的生长。中期只形成薄煤层，到晚期聚煤作用已进入尾声。下二迭统地层厚度约为337米。 表16 范各庄矿井田地层划分简表 地质时代建组起止层地层触关厚度含煤性主要特征系统组第四地表至基岩不整整合整合整合整合整合假整合219.5主要由砂、卵石组成。二迭系上统古冶组红色砂岩底面至A层顶面120.0不含煤主要由中砂岩、粉砂岩组成下统唐家庄A层顶面至5煤层顶面269.7煤线4-5中砂岩、粉砂岩组成大苗庄5煤层顶板至11煤层顶板69.45、7、9煤由砂岩、粉砂岩、煤和泥岩石炭系上统赵各庄组11煤层顶板至K6灰岩顶面86.411、12、12半煤由砂岩、粉砂岩、煤组成开平组K6灰岩顶面至K3灰岩51.713层粉砂岩、泥岩中统唐山组K3灰岩顶面至奥陶灰岩顶55.8不稳定薄煤线以粉砂岩为主奥陶中统开平组由灰岩、白云岩等组成1.3.2.煤层赋存情况及可采煤层特征 井田内共三层可采煤层，厚度及一般特征描述如下：5煤层：5煤层为简单结构煤层，煤层厚度3.05m，厚度变化尚有规律，西北薄，东南厚。均在可采范围，为较稳定煤层。煤岩类型以光亮型煤为主，间夹半亮型煤。内生节理发育，性脆。煤的硬度f=0.30.5，密度1.36 g/cm3。5煤与下伏的6煤间距810m，与7煤层的间距2943m，平均32.2m，由北往南逐渐变薄。 7煤层：7煤层为复杂结构厚煤层。煤厚3.5m。煤层厚度由北往南逐渐变薄，煤岩类型以半亮型和半暗淡型煤为主，中间夹12层暗淡型煤，底部为光亮型煤。煤层中节理裂隙发育，棱角状断口。煤的硬度f=0.40.9，密度1.57g/cm3。7煤与下部8煤层间距变化较大，间距015m。在井口区7、8煤层合群，往南间距逐渐增大，在井田北翼7、8煤层间距为0.30.5m。9煤层:9煤层为复杂结构的中厚煤层。煤层厚度1.8m。含有12层泥岩、粉砂岩夹石，夹石分布广泛，变化较大，由北往南逐渐增厚，由0.1m至0.9m，9煤层厚度的变化较大，多是由于煤层底板起伏变化较大和煤层顶板小型断层比较发育造成。煤岩类型以光亮型为主，下层以半亮型为主，界线明显。内生节理发育，玻璃光泽。煤的硬度f=0.40.7，密度1.51g/cm3。与下伏11煤层间距5.321.0m，平均9.3m。表1-7 煤层综合柱状图表 1.3.3 煤层赋存状况及可采煤层特征本井田共有可采煤层三层，从上到下依次为5、7和9煤层。煤层倾角平缓，倾角一般为914。煤层埋藏较浅，一般在-150-700米，煤层总厚度11.6米，煤层层间距不大。具体参数及相关特征见煤层特征表1-5和煤层综合柱状图表1-4。 表1-8 可采煤层特性一览表煤层名称煤厚（m）层间距（m）倾 角围岩煤的牌号硬度（f）容重t/m3最大最小顶板底版平均51.856.16015914砂岩细砂岩1、2号肥煤为主，局部气肥煤0.30.51.364.470.32.646.32.6中砂岩细砂岩1、2号肥煤为主，局部肥焦煤0.40.91.57491.058.320.138.9细砂岩细砂岩2号肥煤为主，局部气肥煤0.40.71.513.21.3.4 勘探程度及可靠性在范各庄井田范围内进行过大量的精查工作。除以往工作量外最后一次在精查区内又探了100个钻孔，基本上搞清了本井田的煤层赋存情况和主要地质构造情况。但由于地质构造复杂和勘探的水平所限，有一部分地质构造是推定的，控制程度还是有较大摆动。根据本地区断裂的一般规律，在大断层附近还有较多的小的断裂没有控制，这些都需要在生产过程中予以注意，有的孔斜较大，对构造的推定有一定的影响。表1-9 煤层稳定性分析成果表煤层可采性指数km(%)厚度变异系数r（） 综合评价579.450.7不稳定710025.3较稳定998.328.8较稳定2井田境界和储量2.1井田境界2.1.1 井田划分的依据1）在井田划分时，它保证各井田合理的尺寸和境界，使煤的各部分得到合理性开发。井田划分的范围、储量、煤层赋存及开采条件与矿井生产能力相适应。对于现代化大型矿井，要求井田有足够储量和合理服务年限，生产能力小的矿井可小些。同时考虑到矿井发展余地，井田范围应适当的划的大些。本设计生产能力为120Mt/a,属于大型矿井。因此在划分井田范围时，应与该生产能力相适应。2）保证井田有合理的尺寸。通常情况下，为合理安排井下生产，井田走向长度应大于倾斜长度。如井田长度过短，则难以保证矿井各个开采水平有足够的储量和合理的服务年限。造成矿井接替紧张。井田走向长度过长，又会给矿井通风，井下运输带来不便。根据实际地质情况，并参照我国煤矿的实践经验，选择一个合理的尺寸。3）合理划分矿井开采范围，处理相邻矿井关系。划分矿井边界时，通常把煤层倾角不大，沿倾斜延展很宽的煤田，分成浅部和深部两部分。一般应先浅后深，先易后难，分别开发建井，以节约初期投资。4）选择好井口与工业广场位置划分应考虑井筒与工业广场位置的选择，使有利于井田开拓和采区布置，有利于矿井建设施工和工业场地布置。2.1.2开采界限井田煤系地层主要由石炭系、二迭系地层组成，其中包括中石炭统唐山组，上石炭统开平组、赵各庄组，下二迭统的大苗庄组、唐家庄组。含煤14层，可采煤层2层，分别为5、7煤层。其中主采煤层为5、7号煤层。矿井设计只针对5、7号煤层。开采上限：5煤层以上没有可采煤层。下部边界：7煤层以下没有可采煤层。2.1.3井田尺寸井田赋存状况示意图如图2-1所示。图2-1 井田赋存状况示意图井田的平均走向长度为5.7km，平均倾向长度为2.57km。煤层的最大倾角为16最小倾角为7，平均为11。井田的水平面积为： 14.1（2）井田的真面积为： =14.1/Cos 11=14.4（）2.2矿井工业储量2.2.1勘探类型及储量等级的圈定1）井田勘探类型根据矿井勘探情况，其勘探类型为类型。2）钻孔及勘探线分布全区经过普查、详查、精查勘探及使用综合勘探的精查补充勘探后，使完成钻孔145个，地震物理点3466个，平均每平方公里有2.13个，地震物理点23.9个，共计工程量为10621.27m，其中水文钻孔3个，为1865.61m。2.2.2储量等级的圈定根据对煤矿床的勘探，研究程度和煤炭工业建设的需要，将煤炭储量划分为A、B、C、D四级。本矿井煤质稳定，煤类单一，水文地质条件中等，煤系中无岩浆岩破坏活动，因此储量级别的划分主要依据对地质构造和煤层的控制、研究程度。邻近不可采边界的块段均不圈定高级储量；断层煤柱不圈定高级储量，一律降为C级储量；2.2.3煤层最小可采厚度该井田煤层倾角均小于15，各煤层经洗选后均能达到炼焦用煤要求，根据生产矿井储量管理规程的规定，确定煤层的最小可采厚度为1.3m。2.2.4矿井工业储量的计算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。矿井工业储量一般即A+B+C级储量。井田范围内全区可采煤层为5煤、7煤和共2层煤。其中，5煤平均厚度为3.05m， 7煤平均厚度为3.1m，可采煤层总厚为6.15m。矿井工业储量的计算公式如下：= M 式中：矿井工业储量，t； 井田的真面积， M煤层平均厚度； 煤的平均容重，t/；由于有5，7，两层可采煤层则各煤层的工业储量为：5煤层的工业储量为： = 14.43.051.361000000 = 5.97（t）7煤层的工业储量为： = 14.43.11.571000000 = 7.01（t）则矿井的工业储量为： = + = 5.97 + 7.01 = 1.30 (t)2.3矿井可采储量2.3.1保护煤柱储量计算要计算井田可采储量，首先要确定各种永久煤柱损失。永久煤柱一般是指保护工业广场和井筒的保护煤柱，井田境界和大断层两侧的井田境界煤柱和断层煤柱，以及保护地面建筑物、河流、铁路等而留设的保护煤柱等。1）工业广场保护煤柱受保护面积边界是由受保护建筑物和主要井筒的边界向外加上一部分备用量即维护带确定的。受保护建筑物边界一般不是直接以被保护建筑物的外边界为准，而是取平行于煤层走向或倾斜方向的与受保护建筑物外缘相连的直线所围成的面积，作为受保护建筑物的边界。地面建筑物和主要井筒的保护煤柱是从受保护的边界起，按基岩移动角、和及表土层移动角所做的保护平面与煤层的交线来确定。煤层群开采时，应采用重复采动条件下的移动角值。基岩移动角和表土层移动角如图2-2所示。图2-2 岩层移动角示意图安全煤柱的留设与计算一般用垂直断面法求得。煤柱的留设的计算方法与步骤如下：(1)确定受保护面积如图所示，在开拓平面图上通过建筑物四个角分别做平行与煤层走向和倾斜的四条直线，得矩形abcd。在矩形的外缘加上20m宽的维护带，得受保护面积abcd。图2-3 用垂直断面法确定建筑物下安全煤柱(2)煤柱煤量计算工业场地煤柱煤量=梯形面积煤层厚度煤层密度工业广场面积的取值，依据设计井型大小按煤矿设计规范中关于煤矿设计规范中若干条文修改的决定（试行）之规定选取。表2-3 工业场地占地面积指标表2-2 工业场地占地指标井型（万吨/年）指标（公顷/10万吨）4006000.450.62403000.70.81201800.91.045901.21.3本矿井井型为120万吨/年，故工业广场占地面积为： 121.0= 12（ha）, 即 120000设计工业广场形状为长方形，长为540m, 宽为400m。矿井的表土层厚度为80米，煤层平均倾角11，= 70 =72，=64，冲击层移动角45，围护带宽度为20 m。表2-4 地表层移动角及岩层移动角地表层厚度（m）()()()()8045727064经计算得：梯形高度h