采矿工程毕业设计（论文）-河南煤化赵一矿3.0Mta新井设计.pdf

中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 姓 名： 学 号： 学 院： 应用技术学院应用技术学院 专 业： 采矿工程采矿工程 设计题目： 河南煤化赵一矿河南煤化赵一矿 3.0 mt/a3.0 mt/a 新井设计新井设计 专 题： 指导教师： 职 称： 副教授副教授 2012 年 6 月 徐州 中国矿业大学毕业设计任务书 学院 应用技术学院应用技术学院 专业年级 采矿 09-8采矿 09-8 学生姓名 任 务 下 达 日 期 ：任 务 下 达 日 期 ： 2012 年年 2 月月 20 日日 毕业设计日期：毕业设计日期： 2012 年年 3 月月 5 日至日至 2012 年年 6 月月 4 日日 毕业设计题目：毕业设计题目：河南煤化赵固一矿 3.0 mt/a 新井设计河南煤化赵固一矿 3.0 mt/a 新井设计 毕业设计专题题目：毕业设计专题题目： 毕业设计主要内容和要求：毕业设计主要内容和要求： 院长签字： 指导教师签字： 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内 容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评 价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等） ： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解 决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度； 总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等） ： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 提 出 问 题 回 答 问 题 正 确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 摘 要 本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。 一般部分为济河南煤化赵一矿 3.0 mt/a 新井设计。河南煤化赵一煤矿位于河南省新 乡境内，隶属河南煤化焦煤有限公司。交通便利。井田走向长 2.05.5km，倾斜宽 9.511.0km，井田面积约 43.77km 2。主采煤层为二 1 煤层，平均倾角为 2-6，二 1 煤厚 一般 47m，平均 5.5m 左右。井田地质条件较为简单。 井田工业储量为 3.5955 亿吨，矿井可采储量 2.7487 亿 t。矿井服务年限为 49 a，矿 井正常涌水量为 2377.36 m 3/h，最大涌水量为 2971.7 m3/h。矿井瓦斯涌出量较低，为低 瓦斯矿井。 井田为立井单水平开拓。大巷采用胶带运输机运煤，辅助运输采用矿车设备。矿井通 风方式前期为中央并列式通风，后期为两翼式通风。 矿井年工作日为 330d，工作制度为“三八”制。 一般部分共包括 10 章： 1.矿区概述及井田地质特征； 2.井田境界和储量； 3.矿井工作制度及设计生产能力、服务年限； 4.井田开拓； 5.准备方式带区巷道布置； 6.采煤方法； 7.井下运输； 8.矿井提升； 9.矿井通风及安全； 10.矿井基本技术经济指标。 专题部分题目是煤层注水防尘工艺及其参数选择。 关键词： abstract summary of the design consists of three sections: general, thematic segment and translated segments. general zhao ji of henan coal mine in part 3.0 mt/a a new design. in the territory of zhao yi of henan coal mine is located in xinxiang, henan province, under the henan coal coking coal limited. convenient transportation. well long 2.05.5km, skewed wide 9.511.0km, area of 43.77km2 mine. main seam to 21 coal seams, average angle of 2- 6 , 21 coal thickness 47m, averaging around 5.5m. mine relatively simple geological conditions. geological reserves of industrial 359.55 million tons, recoverable reserves of coal mine 274.87 million t. mine service span of 49 a, normal discharge of mine for 2377.36 m3/h, maximum discharge of 2971.7 m3/h. mine gas emission rate is low, low gas mine. mine shaft levels open up. tunnel belt conveyor of coal, auxiliary transportation mine car equipment. early of mine ventilation system for central side- by- side ventilation, later as the two wings of the ventilation. annual days of 330d of mine, working as “as withdrawing big guns from“ system. general part covering 10 chapters: 1. overview of the mine and mine geology feature; 2. the geological realm and reserves; 3. work systems and design production capacity, service life of mine; 4. mine development; 5. standby mode- - with roadway layout in the area; 6. method of coal mining; 7. underground transportation; 8. mine hoisting; 9. mine ventilation and safety; 10. technical and economic indices mine. thematic section entitled coal seam water injection technology of dust- proof and argument selection. key word: 目目 录录 一般部分一般部分 第一章 矿区概述及井田地质特征 . 1 1.1 矿区概述 1 1.1.1 位置与交通 1 1.1.2 地形地貌及水系 1 1.1.3 气象及地震 1 1.1.4 矿区经济概况 2 1.1.5 矿区内矿井生产建设情况 2 1.1.6 水源及电源情况 2 1.2 地质特征 2 1.2.1 井田勘探程度 2 1.2.2 井田煤系地层概述 3 1.2.3 地质构造 4 1.2.4 水文地质 5 1.3 煤层特征 8 1.3.1 煤层 8 1.3.2 煤质 8 1.3.3 顶、底板工程地质条件 9 1.3.4 主采煤层的特征 9 1.3.5 煤的化学性质和工艺性能 . 10 1.3.6 瓦斯 . 11 1.3.7 煤尘爆炸性 . 11 1.3.8 煤的自燃 . 11 1.3.9 地温 . 12 第二章 井田境界和储量 . 12 2.1 井田境界 . 12 2.1.1 矿区范围与井田划分 . 12 2.1.2 构造类型 . 12 2.1.3 矿井工业储量 . 12 2.1.4 工业储量计算 . 12 2.1.5 设计储量 zs 计算 13 2.1.6 工业广场煤柱留设 . 14 2.1.7 井筒煤柱和大巷煤柱损失 . 15 2.1.8 矿井设计可采储量 . 15 第三章 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 16 3.1 矿井工作制 . 16 3.1.1 矿井设计生产能力 . 16 3.1.2 矿井设计生产能力和服务年限 . 16 3.1.3 井型校核 . 17 第四章 井田开拓 17 4.1 井田开拓的基本问题 17 4.1.1 井筒的形式、位置 . 18 4.1.2 工业广场位置、形状和面积的确定 . 19 4.1.3 开拓方案的选择和确定 . 20 4.1.4 水平划分及标高 . 27 4.1.5 大巷布置及层位选择 . 28 4.1.6 带区划分及开采顺序 . 28 4.2 矿井基本巷道 . 28 4.2.1 井筒用途、布置及装备 . 28 4.2.2 井筒施工方法 . 31 4.2.3 井壁结构和厚度 . 33 4.2.4 井底车场型式选择和布置形式 . 33 4.3 主要开拓巷道 . 36 4.3.1 巷道断面及支护形式 . 36 第五章 准备方式采（盘）区或带区巷道布置 41 5.1 煤层地质特征 . 41 5.1.1 煤层的埋藏条件 . 41 5.1.2 带曲煤层特征 . 41 5.1.3 顶底板特性 . 41 5.1.4 水文地质情况 . 41 5.1.5 地质构造 . 42 5.2 带区巷道布置及生产系统 43 5.2.1 带区数目及首采带区位置 . 43 5.2.2 东一带区参数 . 43 5.2.3 带区巷道布置 . 43 5.2.4 带区生产系统 . 43 5.2.5 带区内巷道掘进方法 . 45 5.2.6 带区生产能力及采出率 . 45 5.3 带区车场选型设计 . 46 第六章 采煤方法 . 46 6.1 采煤工艺方式 46 6.1.1 采煤方法的选择 . 46 6.1.2 确定回采工作面长度 . 48 6.1.3 工作面推进长度和推进方向确定 . 48 6.1.4 工作面破煤、装煤方式其相关机械 . 49 6.1.5 工作面运煤方式的确定 51 6.1.6 工作面支护方式及支架选型 54 6.1.7 各工艺流程注意事项 58 6.1.8 回采工作面正规循环作业 59 6.1.9 回采工作面吨煤成本 61 6.2 回采巷道布置 64 6.2.1 回采巷道布置方式 64 6.2.2 回采巷道参数 64 第七章 采煤方法 . 66 7.1 概述 . 66 7.1.1 矿井设计生产能力及工作制度 66 7.1.2 煤尘爆炸性 66 7.1.3 运输距离和货载量 66 7.1.4 矿井运输系统 66 7.2 带区运输设备选择 67 7.2.1 设备选型原则 67 7.2.2 带区运输设备选型及能力验算 67 7.3 大巷运输设备选择 69 7.3.1 胶带大巷设备选择 . 69 7.3.2 辅助运输大巷设备选择 . 70 7.3.3 运输设备能力验算 . 71 第八章 矿井提升 71 8.1 概述 72 8.1.1 矿井提升的原始条件和数据 72 8.2.1 主井提升系统 73 第九章 矿井通风及安全技术 75 9.1 矿井通风方式选择 75 9.1.1 矿井概况 . 75 9.1.2 主要通风机工作方法的确定 . 76 9.1.3 矿井通风系统的基本要求 . 76 9.1.4 矿井通风类型确定 . 77 9.1.5 带区通风系统的要求 . 78 9.1.6 回采工作面通风方式 . 78 9.2 矿井风量计算 80 9.2.1 工作面所需风量的计算 80 9.2.2 备用面所需风量的计算 81 9.2.3 掘进工作面需风量 81 9.2.4 硐室需风量 82 9.2.5 其它巷道所需风量 82 9.2.6 矿井总风量 83 9.2.7 风量分配 83 9.3 全矿通风阻力的计算 . 84 9.3.1 计算原则 . 84 9.3.2 确定矿井通风容易时期和困难时期 . 84 9.3.3 矿井最大阻力路线和通风网络图 . 84 9.3.4 矿井通风总阻力 . 86 9.3.5 矿井通风总阻力 . 88 9.3.6 两个时期的矿井总风阻和总等积孔 . 89 9.4 选择矿井通风设备 89 9.4.1 选择主扇 . 89 9.4.2 电动机选型 . 93 9.5 防止特殊灾害的安全措施 . 93 9.5.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 93 9.5.2 预防井下火灾的措施 93 9.5.3 防水措施 94 第十章 矿井设计基本技术经济指标 95 专题部分专题部分 厚煤层开采技术研究 . 98 1 一次采全高开采技术的特点与现状 . 99 2 放顶煤开采方法的特点与现状 . 99 3 我国目前大采高开采的主要技术措施 101 4 我国放顶煤开采存在的主要问题 102 5 厚煤层开采方法的选择原则与适用条件 104 6 分层开采 105 翻译部分翻译部分 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页 第一章 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 位置与交通位置与交通 焦作煤业(集团)有限责任公司赵固一矿位于焦作煤田东部、太行山南麓，行政区划隶 属辉县市管辖，其地理座标为东经 11333001134419，北纬 352309 352800。井田中心东南距新乡市 39km，西南距焦作市 50km，东北至辉县市 17km， 南距获嘉县 20km，其间均有公路相通。井田南距新（乡）焦（作）铁路获嘉车站 21.5km， 西南距焦作矿区专用铁路古汉山车站 20km。 新乡至辉县吴村 762 窄轨铁路在井田内东西向 穿过，交通十分便利。 图 1-1 1.1.2 地形地貌及水系地形地貌及水系 本区属于太行山前冲洪积平原，地面海拔标高 75100m ，全区呈北高南低缓慢倾斜 地势，地形简单，自然坡度 58。本区属海河流域卫河水系，区内主要河流有：清水河、 黄水河、石门河。矿区北部的太行山岩层裸露，接受降雨补给后在河谷地带形成许多岩溶 大泉，并成为河流的发源地，多数河流上游河段有水，距山口 1020km 开始漏失或全部 漏失，成为煤矿的主要充水水源。 1.1.3 气象及地震气象及地震 本区属暖温带大陆性气候，年平均气温 14.114.9。年平均降水量 580600mm， 降雨集中在七、八月份，约占年降水量的 70%以上。年蒸发量 16802041mm，最低气温 -8.1，最高气温 38.6，夏季多东南和南风，冬季多西北和北风，年平均风速 2.37m/s， 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页 最大风速 18m/s。 河南省地震局资料记载，本区最大一次地震是 1587 年 4 月 10 日发生在修武县的六级 地震，基本烈度为度。 1.1.4 矿区经济概况矿区经济概况 本区矿产资源丰富。矿区工业以煤炭、电力、冶金、耐火材料为主，矿区农业以种植 小麦、玉米、红薯等为主，经济作物主要有烟叶、花生、棉花、药材。另外，太行山区旅 游业发展势头迅猛，云台山、八里沟等风景名胜全国知名，带动了地区经济的发展。矿区 所在辉县市，现有耕地面积 88 万亩，人口 75 万，辖 11 镇 15 乡，534 个行政村 1450 个自 然村。 1.1.5 矿区内矿井生产建设情况矿区内矿井生产建设情况 区内煤层被新近系、第四系巨厚冲积层覆盖，属全掩盖型煤田。煤层埋藏较深，需要 特殊方法建井，建井条件复杂，故区内现无生产小井，仅有程村一座在建矿井。 吴村煤矿程村矿井（在建矿井） ：位于矿区西北部 f14f15断层之间，与赵固一矿井田 相邻。隶属辉县市管辖，建成后接替现有吴村煤矿。矿井设计规模 0.45mt/a，开采二 1煤 层，煤层厚度平均 4.21m，倾角 35，煤质属低中灰、特低硫、低磷、中高发热量的优质 三号无烟煤。开采技术条件简单，属低沼、煤层不易自燃、煤尘无爆炸性，构造复杂程度 为中等偏简单类型，水文地质条件为中等类型。矿井设计一对立井开拓，井深 521m，水 平标高- 425m。矿井于 2002 年 6 月实施井筒冻结，冻结深度 485m，为目前建成的全国最 深冻结井之一，井筒于 2002 年 9 月开挖，目前该矿井已进入联合试运转阶段。 1.1.6 水源及电源情况水源及电源情况 井田内可供选择的水源有：新近系中部承压水以及处理后的矿井井下排水。利用地下 水水质易保证且处理简单，利用矿井排水符合节水政策，因此，设计中两个水源均考虑利 用，建井初期生产及生活用水利用新近系砂砾石层地下水，矿井生产期间生产、生活及选 煤厂洗煤用水利用处理后的矿井排水。 井田周围有李固 110kv 变电站和冯营 250mw 自备电厂以及冀屯 110kv 变电站，相距 本矿井分别为 22km、27km 和 3km，为确保矿井供电质量及可靠性，设计利用李固 110kv 变 电站和冯营 250mw 电厂作为矿井双回供电电源。目前，双回 110kv 输电线路已架设一回 至矿井工业广场，另一回正在架设，故电源落实可靠 1.2 地质特征 1.2.1 井田勘探程度井田勘探程度 本区以往地质工作始于 1955 年，先后由中南煤田地质局、河南煤田地质局物测队、 河南煤田地质局三队和河南煤炭地质勘察研究院在本区进行过地质工作，止 2003 年 8 月， 全井田以往施工钻孔 39 孔，工程量 22472.57m，完成二维地震测线 25 条，剖面长 65km， 物理点 3936 个。提交的成果有焦作煤田墙南辉县地区地震勘探报告 、 河南省焦作煤 田赵固矿区普查报告 。 本次勘探始于 2003 年 10 月，止于 2004 年 6 月，完成钻孔 20 孔，其中一般地质孔 14 孔，水文孔 6 孔，工程量 13800m，完成二维地震测线 29 条，剖面长 127km，物理点 6660 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页 个，首采区完成三维地震勘探，三维范围在 f16与 f17断层之间，深部至 6405 孔，浅部至 11901 孔，三维面积 11km2。经过钻探和物探，查明了井田构造形态、井田边界断层、先 期开采地段大于等于 30m 断层，首采区落差大于 5m 断层，查明了煤层赋存条件及其开采 技术条件，确定了水文地质勘探类型并预算了矿井涌水量。 综合历次勘探，全井田范围共施工钻孔 59 孔，平均每平方 km1.24 个钻孔，勘探方法 采用了综合勘探方法，地震与钻探相互利用，互为补充，勘探工程层次分明，重点突出， 尤其是井底车场及首采区进行了三维地震，大大提高了勘探精度，满足了矿井设计和生产 要求。 1.2.2 井田煤系地层概述井田煤系地层概述 一、地层 本区为新近系、第四系全掩盖区，钻孔揭露地层由老到新为：奥陶系中统马家沟组、 石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组与下石盒子组、新近系、第四 系。 其中石炭系上统太原组和二叠系下统山西组为主要含煤地层， 地层从老到新分述如下： 1、奥陶系中统马家沟组（o2m） 以深灰色巨厚层状隐晶质石灰岩为主，致密坚硬，裂隙发育，多充填方解石。本组实 际厚度大于 400m，揭露厚度 2.25-100.41m，平均 21.10m。 2、石炭系中统本溪组（c2b） 底部为铝质泥岩，中部为灰色砂质泥岩，上部为黑色泥岩和砂质泥岩。本组厚 3.57 19.05m，平均 11.73m。与下伏地层呈平行不整合接触。 3、石炭系上统太原组（c3t） 由石灰岩、砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层组成，本组下起一2煤层底，上至二1煤层底 板砂岩底，厚 91.28112.90m，平均 105.95m，与下伏地层整合接触。据其岩性组合特征 可分为上、中、下三段： （1） 、下段：自一2煤层底至 l4灰岩顶，平均厚度 41.12m。岩性以石灰岩、煤层为主， 夹砂质泥岩、泥岩。含石灰岩 3 层（l2l4） ，多为煤层顶板，其中 l2石灰岩普遍发育，为 本区主要标志层，厚 9.2618.46m，平均厚度 14.86m。底部赋存一2煤层基本全区可采， 一2煤层有分岔合并现象。 （2） 、中段：自 l4灰岩顶至 l8灰岩底，平均厚度 39.02m。以砂岩、砂质泥岩、泥岩 为主，底部常有一层中粗粒石英砂岩。灰岩 l5、l6不稳定，有时相变为砂岩和砂质泥岩。 （3） 、上段：自 l8灰岩底至二1煤层底板砂岩底，平均厚度 25.81m。以石灰岩、砂质 泥岩、泥岩为主，夹薄煤四层，皆不可采。含灰岩 2 层（l8 、l9） ，其中 l8石灰岩普遍发 育，厚 0.2511.0m，平均厚 7.80m，为本区主要标志层。l9石灰岩亦较稳定。 4、二叠系下统山西组（p1sh） 下起二1煤层底板砂岩底，上至砂锅窑砂岩底，厚 66.0189.64m，平均 77.42m，岩 性由砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成，为本区主要含煤地层，含煤三层，其中二 1煤为 主要可采煤层。据其岩性特征自下而上分为二 1煤层段、大占砂岩段、香炭砂岩段、小紫 泥岩段。其中二1煤层段和大占砂岩段自二1煤层底板砂岩底至香炭砂岩底，厚 48.87m， 大占砂岩为中粗粒砂岩，厚 1.4918.41m，平均 9.79m，为主要标志层。大占砂岩距二1 煤层 4.8310.6m，平均 6.27m。本组与下伏太原组地层整合接触。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页 5、二叠系下统下石盒子组（p1x） 据区内钻孔揭示，仅保留本组下部三、四煤段地层，下起砂锅窑砂岩底，上至基岩剥 蚀面，保留厚度 0.90131.00m，平均 42.43m。本组与下伏山西组地层整合接触。 6、新近系、第四系 覆盖于上述各时代地层之上，由坡积、洪积与冲积形成的粘土、砂质粘土、砾石及砂 层等组成。厚 366.68m（7202 孔）808.10m（6810 孔） ，平均 480.02m，且由北而南、由 西向东逐渐增厚。 1.2.3 地质构造地质构造 井田总体构造形态为一走向北西、倾向南西、倾角26，局部12的单斜构造。受区域 构造控制，本区构造特征以断裂为主，发育的断层以 ne 向为主。ne 向断层延伸长、落差 大、频度高，由西北向东南把整个井田切割为阶梯状长条形断块，且具多期活动性，造成 断层两盘新生界地层厚度相差较大； 详见主要断层特征表 1- 2- 1。 大井田内没有岩浆岩活动。 主要断层特征表 表 1-2-1 组 别 断 层 名 称 及 编 号 断 层 位 置 产 状 落差 （m） 区内 长度 (km) 控 制 工 程 控制 程度 走 向 倾 向 倾 角 （度） 地 震 穿见 或控制钻 孔 测线条 t1、t2断 点 级 别 a b 北 东 向 耿 村 断 层 f15 西 北 边 界 ne se 6575 50160 10.5 23 11 10 5202、 52-1 可靠 毛 屯 断 层 f16 井 田 中 部 ne se 6575 15150 11.5 19 14 6 6006、 6806、 6805 可靠 百 泉 断 层 f17 东 南 边 界 ne se s w 6075 13052 0 16 29 15 10 12001、 12202、 12001、 12206 中东 部可 靠 西部 略差 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页 北 西 向 峪 河 断 层 f20 西 南 边 界 nw sw 70 30070 0 2.5 44-3、 4403 控制 差 1.2.4 水文地质水文地质 、区域水文地质特征 焦作煤田地处太行山复背斜隆起带南段东翼， 其北部为太行山区， 天然水资源量 38541 万 m 3/a，山区出露的石灰岩面积约 1395km2，广泛接受大气降水补给，补给量 26.28 m3/s。 区内寒武系、奥陶系石灰岩岩溶裂隙发育，为地下水提供了良好的储水空间和径流通道， 岩溶地下水总体流向在峪河断裂以北（含赵固一矿井田）为 se、sw 向，以南为 nw 向，一 般在断裂带附近岩溶裂隙发育，常常形成强富水、导水带，如凤凰岭断层强径流带，朱村 断层强径流带、方庄断层强径流带等。 统计资料显示，岩溶地下水动态大致经历了三个阶段，即：五十年代中期到六十年代 中期的基本天然状态；六十年代中期到七十年代末期的平水期过量开采状态；七十年代末 到二十世纪初的枯水期过量开采状态，各期数据变化详见表1-2-2。 总的来看，如果没有丰水年的降水补给，区域岩溶地下水平衡状态基本已被打破，水 位连年下降已成定势。 焦作煤田岩溶地下水变化历时统计表 表 1-2-2 水文年 年代 历时 （年） 降 雨 量 （mm） 排水 量（m 3/s） 水位 降低（m） 最低 水位（m） 水 位年变 幅(m) 丰水期 5264 12 826.1 1.501 100 816 平水期 6577 13 711.87 4.694 9.0 91 5.8 枯水期 7886 8 662.3 9.939 6.0 85 6.2 、井田水文边界条件及水文地质勘探类型 赵固勘探区北东向断层发育，自西而东有、f15、f16、f17断层，呈近平行展布， 将区内煤层分割成多个断块，诸断块由西而东呈阶梯状逐级下降，埋深加大，加上勘 探区最西部九里山断层为区域性导水大断层，其余北东向断层亦均为导水断层，故本 区西北部成为供水边界和主要来水方向； 东南部边界应属疏水边界； 南部峪河断层(f20) 落差 300700m，使本区煤层底板灰岩含水层与邻区新生界地层对接，成为本区一条 横向阻水边界。北东部为煤层及灰岩隐伏露头区，由于断层切割，使得奥陶系、太原 组灰岩含水层在此成为一个复杂的含水系统， 天然状态下北东部露头地带不是来水方 向，但是人工疏排时有回补矿区的可能，因此应视为一自然边界。 太原组上段 l8石灰岩为二1煤层主要充水含水层，综合边界条件和矿区构造控水特点 分析，本区二 1煤层水文地质勘探类型为第三类第二亚类第二型，即以底板进水为主的岩 溶充水条件中等型矿床。 、井田主要含水层及隔水层 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页 1、含水层 、中奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层 由中厚层状白云质灰岩、泥质灰岩组成，本区揭露最大厚度 100.79m，一般揭露厚度 812m，含水层顶板埋深 437.26834.61m，上距 l2灰岩一般 19m，距二 1煤层一般 118.26142.58m，正常情况下不影响煤层开采，但在断裂构通情况下对矿井威胁大。该含 水层在古剥蚀面的岩溶裂隙发育，钻孔漏失量 12m 3/h，12203 孔抽水单位涌水量 0.226 l/s.m，渗透系数 0.701m/d，稳定水位标高 87.01m。 、太原组下段灰岩含水层 由 l2、 l3灰岩组成， 其中 l2灰岩发育较好， 厚度由西向东、 由浅而深变厚， 一般厚 15m， 最厚18.98m(7203)。 据18个钻孔统计， 遇岩溶裂隙涌漏水钻孔3个， 占揭露总孔数的16.7%， 涌、漏水钻孔主要分布在断层两侧和附近，6809 孔涌水量 4.0m 3/h，区内近似水位标高 +86.2m。区外 6002 孔抽水单位涌水量 1.090l/s.m，渗透系数 9.87m/d，为富水性较强的 含水层。该含水层直接覆盖于一2煤层之上，上距二1煤层 89.27104.36m，为二1煤层间 接充水含水层。 、太原组上段灰岩含水层 主要由 l9、l8、l7灰岩组成，其中 l8灰岩发育最好，据揭露该层灰岩含水层的 34 个孔 统计，含水层厚度一般 811m，平均 8.75m，最厚 11.50m（7603 孔） ，灰岩岩溶裂隙较发 育，连通性较好，在倾向上好于走向。统计漏水 6 孔，占揭露总孔数的 17.65%，漏水钻孔 主要分布在古剥蚀面、北东面断层及露头附近，漏水量 0.1212.0 m 3/h。钻孔抽水单位 涌水量 0.5507l/s.m，渗透系数 9.8210.94m/d，水位标高 87.9288.85m，比前两年水 位升高 36m，为中等富水含水层。ph 值为 7.78.35。 该含水层上距二1煤层 24.0839.89m， 平均 31.94m， 为二1煤层底板主要充水含水层。 l8灰岩含水层天然与人工流场图见图 1-2-1。 、二1煤顶板砂岩含水层 主要由二1煤顶板大占砂岩和香炭砂岩组成，厚度一般 2.867.99m（113 层）,揭露 34 孔未发生涌、 漏水现象。 井检1孔抽水单位涌水量0.000736l/s.m， 渗透系数0.00858m/d， 水位标高 84.51m，属弱富水含水层。 、风化带含水层 由隐伏出露的各类不同岩层组成，厚度 1550m，一般 2035m，除石灰岩风化带含 水层富水性较强外，其它砂岩、砂质泥岩等岩层属弱含水层到隔水层，局部为弱透水层。 11901 孔抽水，单位涌水量 0.0000826l/sm，渗透系数1.12m/d。 、新近系中底部砂砾石含水层 新近系中部存在 13 层中、细砂，含乘压水，井检 1 孔抽水单位涌水量 0.393 l/s.m， 渗透系数 2.082 m/d，水位标高 87.61m，属中等富水含水层，ph 值为 7.82。 本井田范围内，新近系底部未见砂砾石层（俗称“底含” ）含水层，底部砾石为古河 床相，主要分布在勘探区西、东部，由砾石、砂砾石组成，呈半固结状态，其渗透率介于 含水与弱透水之间，属弱富水含水层，对矿床影响不大。 、第四系含水层 主要由冲积砾石和细至中粗砂组成，级配差别大，多位于中上段。普查区西部山 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 7 页 前多为砾卵石层，含水层埋藏较浅，厚度 5.016.1m，含水丰富；中、东部多为砂、 砾石含水层，多层相间分布，调查含水层厚度 11.735.95m，富水性较强。区内民 用机井简易抽水试验，单井单位涌水量 14.38l/s.m；水位标高 75.5783.64m，ph 值呈中性。由于含水层埋藏浅易受环境污染，所采三组水样的大肠菌群、细菌总数均 严重超标。 2、隔水层 、本溪组铝质泥岩隔水层 系指奥陶系含水层上覆的铝质泥岩层、局部薄层砂岩和砂质泥岩层，全区发育，厚度 2.8028.85m，分布连续稳定，具有良好的隔水性能。 、太原组中段砂泥岩隔水层 系指 l4顶至 l7底之间的砂岩、泥岩、薄层灰岩及薄煤等岩层，该层段总厚度 28.94 53.25m，以泥质岩层为主体，为太原组上下段灰岩含水层之间的主要隔水层。 、二1煤底板砂泥岩隔水层 系指二1煤底板至 l8灰岩顶之间的砂泥岩互层，以泥质类岩层为主。该段的总厚度为 24.0839.89m，平均 31.94m，其分布连续稳定，是良好的隔水层段，但遇构造处隔水层 变薄，隔水性明显降低。 、新近系泥质隔水层 由一套河湖相沉积的粘土、砂质粘土组成，厚度 215571m，呈半固结状态，隔水性 良好，可阻隔地表水、浅层水对矿床的影响。 、矿床充水因素分析 1、地表水和新生界孔隙水距二1煤层间距大，其间有 366594m 粘土相隔，对矿床无 充水意义。表土段底部在本井田未见“底含”分布，勘探区西、东部存在的底部砾石层多 被粘土胶结，其渗透率介于含水与弱透水之间，属弱富水，对矿床影响不大，但在基岩厚 度较薄处应引起重视。 2、二1煤层顶板砂岩裂隙含水层富水性弱，易疏排。 3、太原组上段灰岩含水层为二1煤层底板直接充水含水层，其水量较丰富，水头压力 大，补给强度中等。正常情况下，由于二1煤层底板隔水层（2440m）的存在，不会造成 直接充水，但在构造断裂带和隔水层变薄区，底板灰岩含水层具充水威胁。 4、本井田北东向断裂构造较发育，断层均为导水断层，富水性强，对开采威胁大。 5、井田北浅部灰岩隐伏露头地带，汇集了丰富的岩溶裂隙水，未来矿井大降深排水 时，会形成回流，成为二1煤层充水水源。 、预算矿井涌水量 勘探报告对二1煤层顶、底板充水含水层进行了抽水试验，共抽水 9 层次，其中奥灰 1 层次、太原群上段 4 层次，顶板 1 层次，利用抽水参数用解析法预算全矿井和-510m 水平 正常涌水量分别为 2377.36m 3/h、1828.45m3/h。另外，利用邻近古汉山和辉县吴村煤矿实 际涌水资料用比拟法预算全矿井和-510m 水平正常涌水量分别为 2291.04m 3/h、 1863.98m3/h。 总体认为，公式法预算与比拟法预算结果比较接近，但还存在有差距，主要原因勘探报告认 为是古汉山矿井下暴露条件还不够充分，而吴村煤矿开采水平较浅。故勘探报告推荐以解析 法计算的涌水量结果，最大涌水量按正常值的 1.251.35 倍计算，故赵固一矿预算涌水量 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 8 页 为： 正常涌水量 最大涌水量 -510m 水平 1828.45 m 3/h 2468.41 m3/h 全矿井 2377.36 m 3/h 2971.7 m3/h 设计利用全矿井涌水量作为井底主排水设备选型的依据。需要指出，上述预算的涌水 量与实际难免会有出入，生产当中应根据实际暴露情况，不断进行修正、完善。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层煤层 井田含煤地层为石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组。含煤地层总厚 237.53m， 划分 5 个煤组段，含煤 21 层，煤层总厚 11.41m，含煤系数 4.80%。山西组和太原组为主 要含煤地层，山西组下部的二1煤层和太原组底部的一2煤层为主要可采煤层，其余煤层偶 尔可采或不可采，可采煤层总厚 9.51m。 1、二1煤层：赋存于山西组下部，上距大占砂岩 4.8310.6m，平均 6.27m，距砂锅 窑砂岩 49.175.33m，平均 58.20m；下距 l8灰岩 24.0839.89m，平均 31.94m，其层位 稳定。井田内计有 38 孔穿过二1煤层，全部可采，煤层厚度 1.217.10m，平均 5.29m， 其中煤厚 3.58.0m 的钻孔 36 个， 占见煤钻孔的 94.7%。 煤厚变异系数 0.22， 标准差 1.18， 可采性指数 100%，属全区可采的稳定型厚煤层。 二1煤层厚度变化小，且变化规律明显。井田南西部厚度较小，一般 3.84.15m，其余 块段除断层边缘零星分布有4点煤厚小于4m外， 绝大多数点煤层厚度均稳定在5.56.96m。 初期采区统计见煤点 22 个，煤层厚度 3.926.96m，除去一个最厚点和一个最薄点，平均 煤厚 6.14m。 38 个钻孔中有 24 孔见二1煤层有夹矸，其中夹矸 1 层者有 16 孔，2 层有 5 孔，3 层有 3 孔，夹矸厚度 0.050.42m，多为炭质泥岩和泥岩，故煤层结构简单。 二1煤层赋存标高-330-780m，埋藏深度 410860m。 2、一2煤层：赋存于太原组底部，上距二1煤层 106.96121.47m，平均 116.26m，下 距奥陶系顶界面 3.5719.05m，平均 11.73m。全区 41 孔中，14 孔穿见，全区可采，揭露 煤厚 1.385.68m，平均 3.62m。煤层结构简单较复杂，一2煤局部分叉为一2 1、一 2 2、 一2 3，分叉后下部两层煤属局部可采或偶尔可采煤层。 由于一2煤下距奥陶系灰岩仅有 11.73m，其直接顶板又为 l2强灰岩含水层，处于两强 含水层之间，水文地质条件极复杂，且煤质属中灰、高硫煤，属政策限采煤层，未列为勘 探对象，设计暂不考虑开采。 1.3.2 煤质煤质 二 1煤以块煤为主，夹有少量粒状煤。块煤强度大，坚硬，钻孔煤芯资料统计，块煤 产率平均约为 89.7%， 平面分布大致有自西向东、 从北向南逐渐增高的趋势。 视密度 1.46。 二1煤原煤灰分为10.0315.59%， 平均12.77%， 属低中灰煤； 原煤硫分为0.280.49%， 平均 0.38%，属特低硫煤形态以有机硫为主，次为硫化铁硫；磷含量为 0.027%，为低磷煤。 原煤挥发份产率 5.7111.18%，平均 7.93，水分 1.33%，原煤恒容低位干燥基发热量 28.7331.50mj/kg，平均 29.90mj/kg。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 9 页 二1煤属高强度煤，抗碎强度平均为 68.6%65，可磨性指数为 3440，属难磨煤。 二1煤属弱结渣性，高熔灰分煤。 综上所述二 1煤层为低中灰、特低硫、低磷、高熔融性、高强度、弱结渣性，不易破 碎的高发热量三号无烟煤。其块煤产率较高，块煤可做化工造气，末煤可用作高炉喷吹、 动力或民用燃料。 二1煤风氧化带推定为基岩面以下垂深 10m。 1.3.3 顶、底板工程地质条件顶、底板工程地质条件 1、新生界冲积层条件 新生界平均厚度 480.02m，上部第四系为一山前冲积沉积，第四系底部为冲、洪积卵 石层，富水程度较强；下部新近系大部分为粘土、粉砂质粘土，其次为中、细砂，部分受 上覆土层自重压力影响， 部分呈半固结状态。 粘土、 粉砂质粘土抗压强度 0.1472.373mpa， 内聚力 0.00390.481mpa，塑限 10.622.7%，膨胀率 1.1535.03%，孔隙比 0.310.65， 含水量 9.421.2%。 2、煤层顶板基岩保留层条件 煤层顶板基岩主要为山西组和下石盒子组地层，厚度一般大于 30m，不足 30m 的范围： 在 f16断层以北分布于 11201 孔东侧；f16和 f17之间分布有三处，一是 1220511901 孔一线， 宽度 8001500m，第二处是 7304 孔至 f17之间，第三处是煤层露头附近，宽度 200500m。 总体趋势是由东向西逐渐增厚， 煤层顶板基岩厚度小于 30m 范围多为破碎状态， 结构疏松， 30m 以下基本保留原岩特征。 3、煤层顶、底板工程地质条件 二1煤顶板：直接顶厚度一般 36m，岩石完整性与稳定性均较好，顶板易于管理。岩 性有砂质泥岩及粉矿岩、泥岩和少部分砂岩。分布情况为：f16f17块段中部（含首采区） 和 f15f16块段浅部 6004 孔以浅，直接顶为砂质泥岩和粉砂岩，11602 孔和 11902 孔周围 直接顶为砂岩， 其余范围包括 f16f17块段浅部和整个井田深部均为泥岩顶板。 按面积统计， 砂岩顶板占 5， 粉砂岩和砂质泥岩占 35， 泥岩占 60。 砂质泥岩抗压强度 8.523.2mpa， 属半坚硬岩类。零星分布的伪顶厚 0.30.5m，随采随落。老顶多为 812m 中粗粒砂岩（大 占砂岩） ，局部相变为砂质泥岩，吸水后抗压强度 16.479.9mpa，岩石坚硬、稳定性较好。 二 1煤底板：底板以泥岩、砂质泥岩为主，二1煤下部到第一层石灰岩之间厚度 8.3227.8m，一般 1015m，底板岩层总体完整性较好，但部分泥岩底板有泥化现象。与顶 板大占砂岩相对应，底板有中细粒砂岩，厚 7.8m 左右。 1.3.4 主采煤层的特征主采煤层的特征 一、煤质资料 矿井主采二1煤。 1、煤的物理性质 二 1煤为灰黑至黑灰色，条痕为灰黑色，似金属光泽，以贝壳状断口为主，局部为掺 差状。以块煤为主，夹有少量粒状煤，块煤强度大，坚硬。视密度平均 1.46，真密度平均 1.65。 二1煤宏观煤岩组分以亮煤为主，暗煤次之，含丝炭透镜体，属光亮型半亮型。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 10 页 1.3.5 煤的化学性质和工艺性能煤的化学性质和工艺性能 （1）灰分 本矿区二1煤灰分（ad）为 10.0315.59，平均 12.77，为低中灰分煤。 （2）硫分 二1煤原煤硫分（st，d）为 0.280.49，平均 0.38，为特低硫煤。硫成分以有 机硫为主，次为硫化铁硫，硫酸盐硫很少，经洗选后全硫含量变化不大。 （3）水分 二1煤原煤水分（mad）为 0.553.91，平均 1.33。 （4）挥发分 二1煤原煤挥发分（vdaf）为 5.1711.18，平均 7.93。浮煤挥发分产率平均值 为 5.88。 （5）发热量 二1煤原煤恒容干燥基高位发热量 （qgr， v， d） 为28.2232.08 mj/kg， 平均30.36mj/kg。 原煤恒容干燥基低位发热量（qnet，v，d）为 28.7331.50 mj/kg，平均 29.90mj/kg。 浮煤恒容干燥基低位发热量（qnet，v，d）为 32.1933.63 mj/kg，平均 33.18mj/kg。 （6）元素组成 二1煤原、浮煤元素分析结果见表 131。二1煤以碳元素为主，其次为氢元素。 表 1-3-1 煤层 原煤（） 浮煤（） cdaf hdaf ndaf o+sdaf cdaf hdaf ndaf q+sdaf 二1 93.37 3.15 1.09 2.39 93.93 3.10 1.09 1.88 （6）有害元素 二1煤有害元素氟、氯、砷含量较低。磷含量平均为 0.027，属低磷煤；氯含量平均 为 0.011，属特低氯煤；砷含量属一级砷煤；煤中氟、硒有害元素的含量低于顶、底板 及夹矸，铅则反之。煤中有害元素的含量经浮选后均有所下降，而顶、底板及夹矸中氯、 砷、镉、铬、汞元素含量高于煤层。因此，应加强煤炭洗选，降低有害元素含量。 3、工艺性能 （1）抗碎强度与可磨性 二1煤抗碎强度 ss 平均值为 68.60，为高强度煤；可磨性指数 hgi 为 34，为难磨碎 煤。 （2）煤灰成分与煤灰熔融性 二1煤煤灰成份以硅、铝氧化物为主，约占 71.01，次为氧化钙、三氧化二铁和三氧 化硫， 约占 22.05。 经对二1煤灰熔融性测试分析， 煤灰中难熔的硅、 铝氧化物含量较高， 软化温度 st 大于 1376，属高熔灰分煤。 （3）煤的结渣性 二1煤结渣性试验表明