采矿工程毕业设计（论文）-国投新集刘庄煤矿1.5Mta新井设计【全套图纸】 .pdf

编号：( )字 号 本科生毕业设计(论文) 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 题目： 国投新集刘庄煤矿国投新集刘庄煤矿 1.5mt/a1.5mt/a 新井设计新井设计 低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术 姓名： 学号： 班级： 采矿工程采矿工程 07-507-5 班班 二一一年六月 中 国 矿 业 大 学 本科生毕业论文 姓 名： 学 号： ： 学 院： 矿业工程学院矿业工程学院 专 业： 采矿工程专业采矿工程专业 论文题目： 国投新集刘庄煤矿 1.5mt/a 新井设计国投新集刘庄煤矿 1.5mt/a 新井设计 专 题： 低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术 指导教师： 职 称： 副 教 授 副 教 授 20112011 年 06 月 徐州 中国矿业大学毕业论文任务书 学院 矿业工程学院 专业年级 采矿工程 07- 5 班 学生姓名 任 务 下 达 日 期 ：任 务 下 达 日 期 ： 2011 年年 03 月月 10 日日 毕业论文日期：毕业论文日期： 2011 年年 03 月月 10 日日 至至 2011 年年 06 月月 09 日日 毕业论文题目：毕业论文题目： 国投新集刘庄煤矿国投新集刘庄煤矿 1.5mt/a 新井设计新井设计 毕业论文专题题目：毕业论文专题题目： 低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术 毕业论文主要内容和要求：毕业论文主要内容和要求： 院长签字： 指导教师签字： 中国矿业大学毕业论文指导教师评阅书 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 中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书 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 中国矿业大学毕业论文答辩及综合成绩 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。 一般部分为国投新集刘庄煤矿 1.5mt/a 新井设计。刘庄煤矿位于安徽省阜阳市颍上县 北部，南距县城约 20km，西至阜阳市 40km 左右。井田走向(东西)长度约 6.35km，倾斜(南 北)宽度约 2.25km，井田总面积约 13.3km2。主采煤层为 13- 1煤和 11- 2煤，其中 13- 1煤位于 11- 2煤上部，两煤层间距平均约 70m，煤层倾角为 417.5，平均约 12，属于缓倾斜煤 层，煤层平均总厚为 13- 1煤 4.24m、11- 2煤 3.29m。井田地质条件较为简单。 井田工业储量为 140.28mt，矿井可采储量 106.68mt。矿井服务年限为 54.7a，第一水 平服务年限 54.7a。矿井正常涌水量为 550m3/h，最大涌水量为 960m3/h。矿井最大相对瓦 斯涌出量 8.7 m3/t，属于低瓦斯矿井。 井田开拓方式为立井单水平上下山开拓。大巷采用胶带输送机运煤，辅助运输采用电 机车牵引固定矿车运料。矿井通风方式为中央并列式通风。 矿井年工作日为 330d，工作制度为“四六”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；4、井田开拓；5、准备方式采区巷道布置；6、采煤方法；7、 井下运输；8、矿井提升；9、矿井通风与安全技术；10、矿井基本技术经济指标。 专题部分题目是低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术。 翻译部分主要内容是一种新型的无支护水力冲洗长壁采煤方法，其英文题目为： hydraulic sluiced longwall mining without supports。 关键词：单水平；井田开拓；中央并列式通风；无支护；水力采煤 abstract this design consists of three parts: the general part, special subject part and translated part. the general part is a new design for liuzhuang mine. liuzhuang mine is located in the north of yingshang county in fuyang city of anhui province. it is about 20 km south to the county and 40 km west to the city. the length of the minefield is about 6.35 km and the width is about 2.25 km with a total area of 13.3 km2. the 13# and 12# is the main coal seam. and the 13# is above the 12# with a vertical distanceof about 70 m. the dip angle of the coal is 417.5 degree and the average one is 12 degree. the average thickness of the coal is 4.24 m in 13# and 3.29 m in 12#. the geologic structure of this minefield is simple. the proved recoverable reserves of the minefield are 140.28 million tons, and the minable reserves are 106.68 million tons. the designed productive capacity is 1.5 million tons per year, and the service life of the mine is 54.7 years. the normal flow of the mine is 550 m3 per hour and the max flow of the mine is 960 m3 per hour. the relative mine gas gush is 8.7 m3/t, it is a low gas mine. the mine is a single level in three shafts to develop. the central laneway uses belt conveyor to transit coal, and trolley wagons are used for accessorial transportation in the roadway.the ventilation mode of this mine is center juxtapose form. the “four- six” working system is used in the mine. it produces for 330 days a year. this design includes ten chapters: 1. an outline of the mine field geology; 2. boundary and the reserves of mine; 3. the service life and working system of mine; 4. development engineering of coalfield; 5. the layout of panels; 6. the method used in coal mining; 7. underground transportation of the mine; 8. the lifting of the mine; 9. the ventilation and the safety operation of the mine; 10. the basic economic and technical norms of the designed mine. the topic of special subject parts is technique of integrated pillarless coal production and methane extraction in multiseams of low permeability. translation part is about a kind of mining method using hydraulic sluicing technique. its english title is “hydraulic sluiced longwall mining without supports”. keywords：single level; development engineering of coalfield; center juxtapose ventilation; without supports; hydraulic mining 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 目 录 一般部分一般部分 1 矿区概况及井田地质特征矿区概况及井田地质特征 . 1 1.1 矿区概况 . 1 1.2 井田地质特征 . 2 1.3 煤层特征 . 7 2 井田境界与储量井田境界与储量 . 9 2.1 井田境界 . 9 2.2 矿井储量计算 . 10 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 . 14 3.1 矿井工作制度 . 14 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 . 14 4 井田开拓井田开拓 . 16 4.1 井田开拓的基本问题 . 16 4.2 矿井基本巷道 . 27 5 准备方式准备方式 采区巷道布置采区巷道布置 . 37 5.1 煤层的地质特征 . 37 5.2 采区巷道布置及生产系统 . 38 5.3 采区车场选型设计 . 46 6 采煤方法采煤方法 . 49 6.1 采煤工艺方式 . 49 6.2 回采巷道布置 . 61 7 井下运输井下运输 . 64 7.1 概述 . 64 7.2 采区运输设备选择 . 65 7.3 大巷运输设备选择 . 67 8 矿井矿井提升提升 . 71 8.1 概述 . 71 8.2 主副井提升 . 71 9 矿井矿井通风通风及及安安全技术全技术 . 74 9.1 矿井概况、开拓方式及开拓方法 . 74 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 9.2 矿井通风系统的确定 . 75 9.3 矿井风量计算 . 79 9.4 矿井阻力计算 . 87 9.5 选择矿井通风设备 . 90 9.6 安全灾害的预防措施 . 94 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 . 95 参考文献参考文献 . 96 专题部分专题部分 低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术 . 98 1 引言引言 . 98 2 无煤柱煤与瓦斯共采技术思路的提出无煤柱煤与瓦斯共采技术思路的提出 . 100 3 无煤柱留巷钻孔法抽采瓦斯技术无煤柱留巷钻孔法抽采瓦斯技术 . 104 3.1 留巷钻孔法抽采卸压瓦斯机理 . 104 3.2 抽采首采关键层采空区瓦斯技术 . 110 3.3 抽采远程卸压煤层瓦斯技术 . 113 4 谢一煤矿望峰岗井煤与瓦斯共采实践谢一煤矿望峰岗井煤与瓦斯共采实践 . 116 4.1 试验工作面概况 . 116 4.2 沿空留巷设计 . 116 4.3 立体瓦斯抽采设计 . 117 4.4 工作面设备及参数 . 118 4.5 煤与瓦斯共采效果考察与分析 . 119 4.6 结论及建议 . 120 5 主要结论主要结论 . 121 参考文献参考文献 . 121 翻译翻译部分部分 英文原文英文原文 . 123 hydraulic sluiced longwall mining without supports 123 中文译文中文译文 . 131 无支护水力冲洗长壁采煤法 . 131 致谢致谢 . 137 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 一 般 部 分 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 1 页 1 矿区概况及井田地质特征 1.1 矿区概况 1.1.1 矿区位置与交通矿区位置与交通 刘庄井田位于安徽省阜阳市颍上县北部，南距县城约 20km，西至阜阳市 40km 左右。 其地理坐标是： 东经：11607301162040。 北纬：324500325115。 井田内有简易公路多条，可达阜阳等地；井田外东部有颍（上）利（辛）公路经过， 并与潘（集）谢（桥）公路相接。斜穿井田西南隅的淮（南）阜（阳）铁路，经由淮 南和阜阳车站均可达全国各地； 矿井铁路专用线接自颍上车站， 西经阜阳站与京九线相接， 东经水家湖站可通京沪线。流经井田西南外缘的颍河常年通航，并可转接淮河水运。因此， 刘庄矿井对外交通运输十分方便，如图1- 1- 1所示。 图图1- 1- 1 国投新集刘庄矿国投新集刘庄矿交通位交通位置图置图 1.1.2 矿区地形与河流矿区地形与河流 本井田地处淮河冲积平原，地形平坦，地面高程一般为+24+26m 左右。 济河自西北向东南流经井田的东北部，至井田外的西淝河后汇入淮河。该河河道宽约 20m， 水深 1m 左右， 属排洪、 灌溉的季节性河流。 其最高洪水位+25.90m， 河堤标高+27.40m， 区内无内涝现象。 1.1.3 矿区气候与气象矿区气候与气象 本井田所在地区属过渡带气候，季节性明显。 该地区年均气温 15.1,两极气温分别为 41.4和- 21.7；全年一般春季多东南及东 风，秋季多东南及东北风，冬季多东北及西北风，风速一般为 2.83.6m/s，平均 3m/s；年 颍 上 南照 朱港 刘庄矿刘庄矿 利辛 望瞳 蒙城 至宿县至亳州至涡阳至淮北 邓庙 至 界 首 梁庄站 阜阳市 阜 阳 北 站 至六安至合肥 阚瞳 新 河 西 淮 茨 茨 河 黄 沟 颍 河 城西湖 淝 河 凤台 寿县 淮南市 淮 南 市 阳 市 蚌 至宿县 涡 河 四 方 湖 河 长丰 至 阜 南 到达站 北京 济南 徐州 淮北 阜阳 淮南 里程1 1140 646 329 306 439 78 里程2 1002 580 271 209 48 409 到达站 水家湖 蚌埠 南京 上海 合肥 裕溪口 里程1 103 164 345 648 173 290 里程2 384 323 504 807 454 571 注：1.里程1为经淮南站的里程； 2.里程2为经阜阳站的里程； 3.以上站为起点并选取最短行程. 图1-1-1交通位置图 公里公里 53105 10 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 2 页 均降雨量 926.33mm，最大 1723.5mm，雨期多集中在 6、7、8 三个月；雪期一般在每年 11 月上旬至次年 3 月中旬，最大降雪量为 16cm；土壤的最大冻结深度为 30cm。 1.1.4 矿区地震矿区地震 根据中国地震烈度区划图（1990） 的使用规定，本区地震基本烈度为 6 度。 1.1.5 矿区供电电源矿区供电电源 本区附近有淮南电厂（490mw） 、洛河电厂（4300mw）及平圩电厂（4600mw） 等 3 座电厂，总装机容量为 4090mw。其中洛河、平圩电厂与区域电网相联，并以 500kv 超高压线路经繁昌与江南电网相联。 区内建有芦集和张集 2 座 220kv 的大型区域变电所，2 座变电所设计均装设 2 台 120mva 主变压器。 其中芦集变电所 2 回 220kv 线路中 1 回经南坪 220kv 变电所与淮北电 厂相联，1 回经蔡家岗 220kv 变电所与淮南电厂相联；张集变电所 2 回 220kv 线路中 1 回 来自芦集变电所，1 回经阜阳变电所与淮北电厂相联。本矿井供电电源充足可靠。 1.1.6 矿区供水水源矿区供水水源 本矿井西南外缘的颍河常年有水，但距工业场地较远，不宜采用。本矿井地下水丰富， 其中第四系上更新统砂层孔隙含水层水质符合饮用水标准，水位标高23.835m，单位涌 水量为 0.279l/sm，用作饮用水水源。 本矿井正常涌水量为 550m3/h，涌水量较大，经深度净化处理后，可用于矿井其它生 活、生产用水要求。本矿井供水水源充足可靠。 1.2 井田地质特征 刘庄井田东与谢桥矿毗邻；西与口孜集勘探区接壤；南至 17- 1 煤层- 1000m 底板等高 线的地面投影，北至 1 煤层隐伏露头。东西走向长约 6.3km，南北倾斜宽为 2.02.3km， 面积约 13.3km2。 1.2.1 井田地层与构造井田地层与构造 刘庄井田属于全隐蔽含煤区，钻探所及地层由老到新依次有寒武系、奥陶系、石炭系、 二叠系、三叠系和第四系（见表 1- 2- 1） 。 本井田位于淮南复向斜中的次一级褶皱陈桥背斜之南翼，基岩由原地系统与推覆 体两部分组成。其中原地系统的总体形态为一轴向北西西的不对称向斜之西部转折端，北 翼地层走向近东西，倾角浅陡 （1020）深缓（35） ；南翼地层比较平缓，大部分 为推覆构造所切割，形态保存不完整；转折端部分则呈窄小的马鞍平台，其两侧地层的走 向呈相向凸出的弧形，分别向北西和南东两个方向倾斜。推覆体为阜凤逆冲断层的上盘， 主要由寒武系和石炭、二叠系组成，该部分地层走向混乱，倾向多变，规律性不明显。 精查地质资料和高分辨率三维地震资料表明：本井田有 f19和 f19- 5两条大断层，均位 于井田中部，其主要的断层特征见表 1- 2- 2。 本井田原地系统的次一级褶曲不甚发育，但推覆体的煤系内却发育有两向两背的不对 称紧密褶皱。 本井田的详细地质情况如图 1- 2- 1 所示。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 3 页 表表 1- 2- 1 井田地层简表井田地层简表 地 层 揭露厚度 （米） 主 要 特 征 简 述 界 系 统 组 新生界 （kz） 第四系 （q） 全新统（q4） 27.1548.20 黄色砂质粘土，夹粉、细砂层 上更新统（q3） 24.5845.25 灰黄、锈黄色中、细砂层，间 夹砂质粘土 中更新统（q2） 0419.00 上部为灰色粘土层，间夹细 砂；中、下部为中细砂，间夹粘 土层 下更新统（q1） 0115.70 上部为灰色致密粘土； 下部为 由具椭圆状、 角砾状的紫红色石 英砂岩组成的碎石层 中生界 （mz） 三叠系 （t） 最大 304.34 以棕红、 褐红和紫红色砂岩为 主 古生界 （pz） 二叠系 （p） 上 统 （p2） 石千峰组 （p22） 平均 125.00 浅灰、紫红、灰绿等杂色泥岩 和砂岩 上石盒子组 （p21） 平均 535.00 灰色泥岩和砂岩，含煤 10 20 层，可采 5 层 下 统 （p1） 下石盒子组 （p12） 平均 109.00 灰色砂岩和泥岩， 含煤 10 层， 可采 7 层 山西组 （p11） 平均 75.00 灰黑色、深灰色泥岩和砂岩， 含 1 层可采煤层 石炭系 （c） 上 统（c3） 太原组 （c3t） 平均 120.00 灰岩、泥岩和砂岩相间，含煤 25 层，薄而不稳定，均不可 采 奥陶系 （o） 中、下统（o1+2） 最大 32.42 以厚层白云质灰岩为主， 局部 夹泥质条带。 寒武系 （） 最大 666.80 以鲕状灰岩、 结晶灰岩和白云 质灰岩为主， 夹紫色泥岩和粉砂 岩。 表表 1- 2- 2 主要断层特征表主要断层特征表 名 称 性 质 走 向 倾 向 倾角（） 落差（m） 走向长度（km） 查明程度 *f19 正 ne nw 3889 0170 7.4 查明 *f19- 5 正 ne nw 4051 070 1.4 查明 1.2.2 井田井田水水文地质特征文地质特征 （1）主要水文地质条件 1）本井田基岩为厚度介于 60550m 的南薄北厚的第四系松散层所覆盖。按照沉积物 的组合特征，可将第四系大致分为 3 个含水层（组） 、2 个隔水层（组）和 1 个碎石层。其 中中更新统孔隙含水组在井田中部与基岩直接接触，砂层平均厚度约 235m，富水性中等， 为基岩含水层的主要补给水源。下更新统隔水组除在古地形隆起处缺失以外，大部分分布 稳定，平均厚度 40m 左右，系其上、下含水层（组）间的良好隔水层。底部的碎石层因厚 度小、富水性很弱，即使局部上覆中更新统孔隙含水组直接相连，也不致于对矿井开采构 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 4 页 图图 1- 2- 1 地质综合柱状图地质综合柱状图 0.35 (0.32) 砂质泥岩 细砂岩 砂质泥岩 砂质泥岩 泥岩 砂质泥岩 含炭泥岩 砂质泥岩 粉砂岩 砂质泥岩 煤 含炭泥岩 砂质泥岩 含炭泥岩 砂质泥岩 粉细砂岩 煤 含炭泥岩 煤 泥岩 煤 泥岩 细砂岩 含炭泥岩 砂质泥岩 粉细砂岩 鲕状铝质泥岩 细砂岩 粉砂岩 鲕状泥岩 粉细砂岩 石英砂岩 粉砂岩 泥岩 砂质泥岩 炭质页岩 砂质泥岩 粉砂岩 细-中砂岩 浅灰暗灰色,成份以石英,长石及暗色矿物为主,含有小白云母 碎片,具水平和条带状层理,泥钙质胶结. 暗灰色,粉砂含量不均,均匀分布紫红,锈黄色大花斑. 暗灰深灰色,粉砂含量不均,局部菱铁质富集,粉砂含量增高. 暗灰灰绿色,断口参差状,含有紫红,锈黄色小花斑,局部含较多菱铁. 暗灰色,粉砂含量不均,含少量植化碎片. 深灰黑色,炭化泥质成份为主,贝壳状断口,含有植化碎片炭化 体和镜煤薄膜. 暗灰色,粉砂含量不均,局部富集,呈薄层状,含较多植根化石碎片. 暗灰浅灰色,粉砂为主,夹细砂岩条带,泥钙质胶结,含较多暗 色矿物及小白云母片. 暗灰浅灰色. 暗灰褐灰色,炭化泥质成份为主,含植化碎片,炭化体污手. 暗灰深灰色,粉砂含量不均,局部夹细砂岩薄层和条带,具水平 层理,含植化碎片,菱铁质含量较高. 深灰黑色,富含植化碎片及根部化石炭化体. 暗灰色,粉砂含量不均,有植化碎片. 暗灰浅灰色,上部以粉砂为主,多含暗色矿物,下部细砂为主,成分以石英、 长石为主,含较多暗色矿物和泥质细条带,斜层理发育,铁质胶结. 夹矸含炭泥岩 暗灰深灰色,成份单一,断口平坦,含植化碎片,底部0.10米为 炭质泥岩,呈页片状,鳞片状. 暗灰深灰色,成份单一,断口平坦,含有植化碎片,底部0.30米 含炭质,呈鳞片状结构. 暗灰浅灰色,成份以石英,长石及暗色矿物为主,含有小白云母片，由暗色 矿物组成的水平及断续状层理发育,泥钙质胶结,局部菱铁粒较多. 暗灰色,粉砂含量不均,含植化碎片,局部含较多菱铁. 浅灰青灰色,细砂为主,粉砂次之,含较多暗色矿物和小白云母 片,钙泥质胶结,具斜交层理及水平层理. 暗灰银灰色,含铝成份较高,鲕状菱铁较富集,紫红色,隐花斑, 分布不均,下部较少. 浅灰色,成份以石英,长石为主,含较多暗色矿物和黄铁矿薄膜, 矽钙质胶结,具水平层理,下部含泥质条带和碎砾,分选较差. 暗灰色,含小白云母片,具不清晰的水平及条带状层理. 暗灰深灰色,参差状断口,上部富含菱铁质组成的鲕粒,紫红, 锈黄色小花斑分布不均,含少量植化碎片. 浅灰暗灰色,粉砂为主,含条带状薄层细砂岩. 浅灰青灰色,成份以石英为主,长石及暗色矿物次之,分选中等 ,矽质胶结,含有泥质条带和细纹理. 暗灰色,成份均一,富含菱铁质,致密,坚硬,含少量植化碎片. 暗灰色,成份单一,断口平坦,含较多植根化石碎片,局部具炭化膜. 暗灰色,含少量粉砂和小白云母片,含较多植化碎片. 黑褐黑色,块状,含炭高. 暗灰色,含少量粉砂和小白云母碎片,局部含菱铁结核,含较多植化碎片 暗灰色,含较多暗色矿物,植化碎片和细砂岩细条带. 浅灰色,成份以石英,长石为主,暗色矿物和白云母次之,钙质胶 结,含泥质条带,局部水平层理清晰. 上 石 盒 子 组 二 叠 系 柱 状 1:200 标 志 层 标 号 累 深 （m） 层 厚 （m） 岩石名称岩性描述 地层 单位 系 组 深灰暗灰色,少量植化碎片,砂质分布不均,局部夹薄层灰绿色粉砂岩 453.05 5.05 455.25 2.20 474.4019.15 479.60 5.20 484.20 4.60 487.20 3.00 487.50 0.30 488.50 1.00 490.05 1.55 491.40 1.35 491.65 0.25 492.10 0.45 505.3013.20 506.25 0.95 507.06 0.81 509.26 2.20 510.30 0.37 514.94 4.64 13-1519.35 4.41 522.40 3.05 523.90 1.50 12 525.10 1.20 525.90 0.80 535.20 9.30 539.40 4.20 544.50 5.10 547.00 2.50 551.45 4.45 553.85 2.40 561.80 7.95 567.05 5.25 568.65 1.60 569.30 0.65 569.65 0.35 572.40 2.75 573.60 1.20 584.7811.18 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 5 页 成大的威胁。 2) 二叠系砂岩裂隙发育不均，富水性弱，以储存量为主，补给水源贫乏，且在主要可 采煤层与粘土岩之间，多呈不稳定分布，在自然状态下，含水层之间无密切的水力联系。 若被断层切割或受采动影响而致水力均衡遭到破坏时，上、下含水层可能互相沟通，从而 导致局部砂岩裂隙水突溃现象的发生。 3) 石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水组上部岩溶裂隙发育不均， 富水性弱， 具补给水源 贫乏的储存量消耗型特征，但因其水压较高，上距 1 煤层较近（平均 15m 左右） ，故在开 采 1 煤层时，若太灰的水头压力超过 1 煤层底板隔水层的抗压强度时，势必发生底板突水 事故。 4）本井田的断层破碎带多以泥质岩屑为主，且含砂岩碎块，钻探过程中未见含水和 泥浆漏失现象，正常情况下有一定的阻水作用。若受采动影响而致断层活化，很可能成为 矿井突水的主要途径。 综上所述，本井田的第四系中更新统孔隙含水组、二叠系砂岩裂隙含水组和石炭系太 原组灰岩岩溶裂隙含水组对井下开采影响较大。但是，只要在可采煤层的浅部留设适当高 度的防水煤柱，第四系中更新统孔隙水一般不致于溃入矿坑而对煤层的开采构成大的威 胁。这样，二叠系砂岩裂隙含水组和石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水组便成为矿井开采的 主要充水因素。 因此，在正常情况下， 17- 15 煤层属裂隙类充水矿床， 水文地质条件简单； 1 煤层属以岩溶裂隙底板进水为主类型充水矿床，水文地质条件中等。井田主要水文地质 特征见表 1- 2- 3。 （2）矿井涌水量预计 根据本井田的水文地质条件，运用比拟法和地下水动力学法预计的矿井涌水量为： 17- 15 煤层的正常涌水量为 550m3/h，最大涌水量为 960m3/h。1 煤层太灰的正常突水量为 126m3/h。 1.2.3 井田的地质勘探程度井田的地质勘探程度 刘庄井田精查地质勘探工作从 1982 年开始，历时 5 年，在面积约 13.3km2的范围内， 采用 400500m 的地震基本测网，共施工测线 479.195km，计 20363 个物理点，平均每平 方公里达 226 个；确定了 800m 的钻探工程基本线距，施工钻孔 79 个，包括其前的普查、 找煤孔 44 个，全井田共施工钻孔 123 个，工程密度为 1.37 个孔/km2，并对 79 个钻孔全部 进行测井，加上 27 个普查孔和 15 个找煤孔，实际测井 121 个。上述勘探工作，较好地控 制了井田的构造形态，查明或基本查明了煤层和煤质特征。煤炭储量计算方法正确，参数 选取得当，采用按构造控制程度和煤层稳定性进行单项分析、综合确定储量级别的原则是 可行的，结果比较真实、可靠。 为了进一步查明小构造的发育情况，并对已有构造予以验证，1998 年又对主要开采煤 层 13- 1煤层进行高分辨率三维地震勘探工作，共完成地震测线 48 束，物理点 7571 个，有 效控制面积约 12.21km2。三维地震勘探成果表明，本井田的 13- 1煤层- 800m 底板等高线以 浅的构造分布情况与精查地质报告中该范围内的构造分布情况基本一致；构造的发育程度 为西部高于东部，与精查地质报告相吻合；小构造的分布同样表现出西多东少的特点。由 此可见，本井田精查地质勘探阶段对较大构造的控制程度是比较高的，说明在资源勘探中 采用地震先行、钻探验证和测井定厚的综合勘探方法是行之有效的，也是切实可行的。因 此，本井田的精查地质报告与三维地震勘探报告均可作为矿井设计的依据。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 6 页 表表 1- 2- 3 井田主要水文地质特征表井田主要水文地质特征表 地 层 含、隔水 层(组) 平均厚 度(m) 主 要 特 征 水位高 程/m 单位涌 水量 /l/s- 1m- 1 水温 / 界 系 统 组 新 生 界 第 四 系 全 新 统 孔隙弱 含水组 32.40 以灰黄色砂质粘土为主、含粉、 细砂，受大气降水及地表水补给， 富水性较强 上 更 新 统 孔隙含 水组 33.65 由灰黄杂锈黄色中、 细砂和砂质 粘土相间组成， 受上部含水组越流 补给，富水性中等 23.835 0.279 18.5 中 更 新 统 隔水组 12.90 以浅灰绿色固结粘土为主， 局部 夹薄层砂土，结构致密，具隔水作 用 孔隙含 水组 295.75 上部以灰绿色中、细砂为主，含 粗砂及粉、 细砂， 局部夹薄层粘土； 下部由灰绿色杂浅棕色中、 细砂与 固结粘土互层。在古地形隆起处， 与基岩直接接触 24.502 24.588 1.028 1.032 27.0 下 更 新 统 隔水组 38.38 由紫红杂灰绿、 灰白色固结含钙 粘土组成，致密质硬，局部钙质富 集，呈块状，半岩化，具良好的隔 水作用， 仅在古地形隆起处有缺失 孔隙含 水组 10.52 由以紫红、 灰白色石英砂岩为主 的碎块组成，偶见灰岩块，泥质充 填固结，部分岩芯呈短柱状，分布 不受古地形控制， 呈片状位于基岩 顶部 邻区抽水试验结果表明： 涌水量 7l/h，富水性很弱 古 生 界 二 叠 系 上 、 下 统 上石 盒子 组 山西 组 砂岩裂 隙含水 组 460.00 主要位于主采煤层及粘土岩之 间，除 1 煤层顶板砂岩较稳定外， 其余均不稳定，砂岩以中、细粒为 主，硅质胶结，少量为铁、钙质胶 结，裂隙发育不均，主要在构造比 较复杂地段。 qs 曲线呈对数型， 水位恢复缓慢，表明以储存量为 主，补给水源贫乏 21.575 29.552 0.000264 0.018 27.0 27.5 石 炭 系 上 统 太 原 组 灰岩岩 溶裂隙 含水组 120.00 主要由灰岩、 泥岩和砂岩相间组 成， 其中灰岩 1113 层， 总厚 55m 左右。上部 14 层灰岩为 1 煤层 底板直接充水含水层， 岩溶裂隙发 育不均。qs 曲线呈对数型，水 位恢复缓慢， 表明具补给水源贫乏 的储存量消耗型特征。 24.895 25.653 0.00929 0.097 27.0 33.0 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 7 页 1.3 煤层特征 1.3.1 煤系及煤层煤系及煤层 （1）煤层埋藏条件 本井田为一不完整的略有起伏的宽缓向斜。位于井田中部的 f19和 f19- 5两个大断层落 差为 0170m，将井田分为东西两个主要块段。西部地层走向为近东西的略偏东北西南方 向，长约 3.0km，中深部地层出现转折，煤层倾角一般为 4.417.5，局部近水平。东 部地层走向为东西方向，长约 3.3km，煤层倾角一般为 12.216.5，构造简单。 本井田煤系为全隐伏煤层，煤层的隐伏露头在井田北部边界的- 400m 煤层底板等高线 附近处，煤层的埋深在- 400m- 920m 之间。煤层没有风化带。 （2）主要可采煤层 本井田的煤系地层为石炭、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。 井田内二叠系的含煤层段总厚度约为 719m，共含煤 30 余层，煤层总厚度 32.82m，含 煤系数为 4.6%。共有主要可采煤层 2 层，平均总厚度 7.53m；其他煤层由于煤层厚度变化 较大或者煤层太薄作为储量后备资源，暂不开采。其煤层特征见表 1- 3- 1。 表表 1- 3- 1 可可采煤层主要特征采煤层主要特征表表 煤 层 纯煤厚度(m) 最小最大 平均 平均间 距（m） 顶板岩性 底板岩性 结构 类 型 可采性 稳定 性 13- 1 2.415.73 4.24 以砂质泥岩、 泥岩为 主、砂岩少量 以砂质泥岩、 泥岩为主 简单较 复杂 全区可 采 稳定 70.00 11- 2 1.375.40 3.29 以砂质泥岩、 泥岩为 主、砂岩少量 以砂质泥岩， 泥岩为主，砂 岩少量 简单较 复杂 全区可 采 稳定 1.3.2 主要可采煤层的围岩性质主要可采煤层的围岩性质 本井田可采煤层的顶板，均以泥岩、砂质泥岩为主，少量为砂岩；其中泥岩的抗压强 度较低，砂质泥岩稍高，砂岩比较高。不同的岩性作为直接顶板的稳定性分类表明：泥岩 属不稳定类，砂质泥岩属不稳定中等稳定类，砂岩属中等稳定稳定类。底板多为泥岩 和砂质泥岩。由此可见，本井田可采煤层顶板岩石的工程地质条件均比较差，巷道支护和 顶板管理较为困难。 本井田主要可采煤层 13- 1煤层的直接顶板以泥岩和砂质泥岩为主，少量为砂岩，其厚 度分别为泥岩 0.289.43m、砂质泥岩 0.537.17m、砂岩 2.0m 以上。老顶一般为粉砂岩、 细砂岩或粉细砂岩，厚度在 4m 以上。直接底板一般为泥岩和砂质泥岩，也有砂岩，其厚 度分别为泥岩 0.474.62m、砂质泥岩 0.387.37m、砂岩 4.0m 以上。老底以砂岩为主， 厚度为 2.0724.47m。 顶底板的抗压强度如下：砂岩为 72.0214.8mpa，一般为 96.7149.1mpa；砂质泥岩 为 45.276.2 mpa； 泥岩为 16.029.3mpa。 顶底板抗拉强度细粒砂岩以上的一般 1.15.77 mpa，砂质泥岩、粉砂岩 0.504.8 mpa，泥岩 0.572.1 mpa。可见砂质泥岩、粉砂岩、 细粒砂岩的强度指标较高，泥岩强度偏低。关于主采 13- 1煤层和 11- 2煤层的直接顶板稳定 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 8 页 性分类见表 1- 3- 2。 表表 1- 3- 2 主采煤层的直接顶板稳定性分类表主采煤层的直接顶板稳定性分类表 煤 层 实 测 值 直 接 顶 板 分 类 岩 性 抗压强度 （mpa） 岩 性 厚 度（m） 稳定程度 13- 1 泥岩 16.029.3 泥岩、砂质泥岩为主 泥岩 0.289.43 不稳定 砂质 泥岩 45.276.2 砂质泥岩 0.537.17 不稳定中等 砂岩 2.0 中等稳定 11- 2 泥岩 8.8 泥岩、砂质泥岩为主 泥岩 0.474.62 不稳定 粉砂岩 96.7 砂质泥岩 0.387.37 不稳定中等 石英砂岩 101.0125.5 砂岩 4.0 中等稳定 （局 部无直接顶板） 1.3.3 煤煤的的特征特征 本井田可采煤层的煤质主要属中灰、低硫特低硫、低磷特低磷、高挥发份、中等 发热量、具弱粘结性、高熔难熔灰分和富油高油的气煤，尚有极少量的 1/3 焦煤和 1/2 中粘煤。各煤层均难洗选。可作电力、配焦、化工、锅炉和生活用煤。 主采 13- 1煤以黑色，块状为主，片状次之，少量粉末状；弱玻璃光泽；成分以暗煤为 主，亮煤次之，夹有镜煤条带，为半亮型煤。 1.3.4 煤层煤层的的瓦斯、煤瓦斯、煤尘尘、自燃自燃与地与地温温 （1）瓦斯 本井田自基岩界面向下垂深平均约 210m 为瓦斯风化带与瓦斯带的分界面。根据主采 煤层的瓦斯含量与煤层埋深之间的相关关系式可计算不同水平的平均瓦斯含量，从计算结 果看，13- 1煤层的瓦斯含量较大，11- 2煤层的瓦斯含量较小，其分水平平均瓦斯含量及瓦斯 梯度情况见表 1- 3- 3。 表表 1- 3- 3 主采主采 13- 1煤层分水平平均瓦斯含量表煤层分水平平均瓦斯含量表 单位：m3/t 水平(m) 煤 层 - 500 - 600 - 700 - 800 - 900 - 1000 梯度（m/m3/t） 13- 1 1.54 2.44 3.34 4.24 5.14 6.04 111 11- 2 1.13 1.62 2.11 2.60 3.09 3.58 204 由上表可知，各水平的相对瓦斯涌出量均小于 10.0 m3/t，经计算得矿井的最大相对瓦 斯涌出量为 8.7 m3/t，小于 10.0 m3/t，故本矿井按低瓦斯矿井设计。 （2）煤尘与自燃 主采 13- 1煤层和 11- 2煤层的煤尘均具有爆炸危险性。13- 1煤的自燃倾向性为易自燃， 11- 2煤的自燃倾向性为很易自燃，两煤层煤的自燃发火期为 36 个月。 （3）地温 本井田的恒温带深度为自地表向下 30m，相应的温度为 16.8。 实测地温资料表明：本井田地温有随深度的增加而增高的趋势。其中井田南部地温梯 度小于 3/百米，属地温正常区；北部地温梯度多大于 3/百米，为地温异常区。主采煤 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 9 页 层分水平地温见表 1- 3- 4。 表表 1- 3- 4 主采主采 13- 1煤层分水平地温预测表煤层分水平地温预测表 单位： 水平(m) 煤 层 - 500 - 600 - 700 - 800 - 900 - 1000 13- 1 30.9 33.5 36.1 38.7 41.3 43.9 11- 2 31.7 34.1 36.5 38.9 41.3 43.7 2 井田境界与储量 2.1 井田境界 刘庄井田位于安徽省阜阳市颍上县北部，南距县城约 20km，西至阜阳市 40km 左右。 井田东与谢桥矿毗邻；西与口孜集勘探区接壤；南至 17- 1 煤层- 1000m 底板等高线的 地面投影，北至 1 煤层隐伏露头。井田东西走向长度约 6.35km，井田水平宽度为 1.99 2.30km， 平均为 2.25km， 南北倾斜长度为 2.042.35km， 平均为 2.30km。 煤层倾角为 4.4 17.5，平均为 12.2。 井田的水平面积按下式计算： shl= （2- 1） 式中：s 井田的水平面积，m2； h 井田的平均水平宽度，m； l 井田的平均走向长度，m。 由上式计算的井田的水平面积为 s =13.3km2 。 因 13- 1煤层和 11- 2煤层赋存条件相对简单，本井田主采 13- 1煤层和 11- 2煤层；其他煤 层由于煤层的厚度变化较大或者煤层太薄，作为储量后备资源，暂不开采。因此，本矿井 的设计只针对 13- 1煤层和 11- 2煤层。井田的赋存状况如图 2- 1- 1 所示。 图图 2- 1- 1 井田井田赋存状赋存状况况示意示意图图 -760 -740 -720 -620 -580 -720 -740 -760 -780 -820 -820 -780 -800 -840 -760 -780 -800 -820 -840 -860 -880 -900 -920 -700 -420 -400 -700 -800 -900 -920 -940 -920 -880 -860 -840 -720 -700 -680 -660 -640 -620 -600 -580 -560 -540 -520 -500 -480 -460 -440 -420 -400 -540 -560 -580 -600 -620 -680 -660 -640 -680 -660 -640 -620 -520 -540 -400 -420 -440 -460 -480 -500 -580 -560 -600 -700 -440 -460 -480 -500 -520 -540 -560 -600 -660 -680 -640 -740 -720 f19 比例 1:5000 设计人 指导教师 评阅教师 完成日期 评阅日期 评阅日期 刘庄煤矿开拓平面图 -740 -780 -800 -820 -820 -840 -860 -880 -900 中国矿业大学 矿业工程学院采矿工程系 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 10 页 2.2 矿井储量计算 2.2.1 井田地质勘探井田地质勘探 刘庄井田精查地质勘探工作从 1982 年开始，历时 5 年，在面积约 12.7km2的范围内， 采用 400500m 的地震基本测网，共施工测线 479.195km，计 20363 个物理点，平均每平 方公里达 226 个；确定了 800m 的钻探工程基本线距，施工钻孔 79 个，包括其前的普查、 找煤孔 44 个，全井田共施工钻孔 123 个，工程密度为 1.37 个孔/km2，并对 79 个钻孔全部 进行测井，加上 27 个普查孔和 15 个找煤孔，实际测井 121 个。 根据勘探知，井田范围内煤炭资源储量绝大部分属于探明的经济的基础储量（111b） ， 煤层隐伏露头处和断层附近处属于控制的经济的基础储量（122b） ，高级储量符合煤炭工 业设