采矿工程毕业设计（论文）-丁集矿井1.8Mta新井设计【全套图纸】 .pdf

中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 1 页 1 矿区概况与井田地质特征 1.1 概况 1.1.1 地理位置与交通地理位置与交通 丁集矿井位于安徽省淮南市西北部， 距淮南市洞山约 50km， 行政区划隶属淮南市潘集 区和凤台县境内。 地理坐标为东经 11633161164237， 北纬 324726 325431。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 凤台蒙城公路穿越井田中部, 且与凤台淮南等公路相接，沿凤蒙公路至凤台港与 淮河水运相接，淮南阜阳铁路从井田南缘通过，矿井中心距凤台车站约 10km，该车站 东到蚌埠约 110km，西至阜阳约 100km，分别与京沪、京九铁路相接。矿区铁路专用线和 矿区公路在矿井南部经过,交通极为便利，交通位置见图 1- 1。 图 1- 1 丁集矿交通位置图 1.1.2 地形地貌及水系地形地貌及水系 中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 2 页 丁集矿井地处淮河中游， 属淮河冲积平原， 区内地形平坦， 地面标高一般在+21+23m， 西北高，东南低。架河在本区由西北流向东南，注入淮河，河床宽 3040m，两岸地势低 洼，雨季淮河水位上涨易成内涝。淮河水位标高一般为+15m，历史最高洪水位为 +25.63m(1954 年 7 月 29 日)1991 年为+24.03m，两岸筑有大堤，最大堤距 30003500m， 右堤顶高+26.61m，左堤顶高 27.11m。此外区内遍布人工开挖的渠道，用以灌溉、防洪、 排涝。 该地区百年一遇内涝水位标高为+24.15m。 1.1.3 气象及地震气象及地震 本区属过渡带气候，为季风温暖带半湿润气候，季节性明显，夏季炎热，冬季寒冷。 据凤台县气象局观测资料：年平均气温 15.1，极端最高气温 41.4(1959 年 8 月 24 日)， 极端最低气温- 22.8 (1966 年 1 月 31 日)。年平均降雨量 926.3mm，最大 1723.5mm(1954 年)，最小 471.9mm(1966 年)日最大降雨量 320.44mm，小时最大降雨量 75.3mm，降雨多集 中在 6、7、8 三个月，约占全年的 40%。 年平均蒸发量 1610.14mm(水面)，最大 2008.1mm(1958 年)，最小 1261.2mm(1980 年)。 蒸发量大于降雨量，潮湿系数近似 0.5。相对湿度最大 78%，最小 10.14%，平均为 74%。 初雪一般在十一月上旬，终雪在次年三月中旬，雪期 72127 天，最长 138 天，最短 26 天，最长连续降雪 6 天，日最大降雪量 16cm。 冻结及解冻无定期，一般夜冻日解，冻结深度 412cm，最大冻结深度 30cm。 春季多东南风，夏季多东南及东风，秋季多东风，东北风，冬季多东北风，西北风， 风速一般为 2.83.5m/s，平均 3.3m/s，最大风速 22m/s (1978 年 8 月 8 日，南风)。 根据国家标准 gb50011- 2001建筑抗震设计规范 ，本区抗震设防烈度为度，设计 基本地震加速度值为 0.05g。 1.1.4 矿井开发情况矿井开发情况 淮南煤田是我国东部最大的矿区之一，淮南矿业集团现有生产矿(公司)井 9 对，设计 总能力 22.25mt/a，核定能力 31.50 mt/a，2005 年实际产量 3095 万吨。矿区分为老区和新 区，老矿区分布在淮河以南，开发历史较久，先后建有大通、九龙岗、新庄孜、谢一、谢 二、谢三、李一、李二、毕家岗、李咀孜、孔集等 11 对矿井，其中大通、九龙岗、谢三、 毕家岗等四对井先后已报废或并入它矿，由于生产系统复杂，资源不足等原因，一部分矿 井批准破产、重组，现有生产矿(公司)为：新庄孜矿、谢一矿、谢李公司(谢二井、李一井、 李二井)，孔李公司(孔集井、李咀孜井)。潘谢矿区为新区，分布于淮河以北，七十年代开 始建井，现有潘一、潘三、谢桥、张集、张北五对大型生产井和潘东公司(原潘二矿)。正 在建设的还有顾桥、顾北、潘北等矿井。 1、水源 本井田地下水资源十分丰富。 新生界含水层水质均符合饮用水标准， 含水组砂层较厚， 水量丰富，水质优良，可作为矿井饮用水等生活用水水源；另外，矿井井下排水量较大， 正常涌水量为 480m3/h，经深度净化处理后也可满足矿井生产用水的要求。 2、电源 供电电源可靠：矿井地面设 110kv 变电所 1 座；其 2 回供电电源 1 回接自芦集 220kv 区域变电所，另 1 回接自丁集 220kv 区域变电所。淮南矿业（集团）公司已与淮南供电部 门签订了供电协议。因此矿井供电电源可靠。 中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 3 页 3、建筑材料 矿井建设所需钢材、木材、水泥及其它土产材料，均可由当地供应。 4、村庄及土地占用情况 本区地处冲积平原，土地比较肥沃，村庄较多，农副业生产比较发达。主要农作物有 小麦、玉米及稻谷。 从目前矿井开采情况来看，只要认真执行国家有关政策，合理规划和安排，采用先进 的科学技术，在有关部门的协作配合下，占地和地面村庄对煤炭开采的影响问题将会得到 妥善解决。 1.2 井田地质特征 1.2.1 地层地层 本区地处黄淮平原。淮南煤田位居广阔的平原之中，全部被第四系覆盖，唯有煤田南 北两翼边缘的低山残丘，出露前震旦系变质岩，震旦、寒武、奥陶系等古老地层。丁集井 田属全隐蔽含煤区，地层由下而上依次有奥陶系、石炭系、二叠系、第三系和第四系。 一）奥陶系中下统(o1+2) 根据邻区资料，所见石灰岩由浅灰、浅紫红色灰岩、白云质灰岩组成，隐晶致密细 晶结构，夹角砾状灰岩和紫红、灰绿色页岩，水平、缓波状层理，下部裂隙溶洞发育。 二）石炭系 1、中统本溪组(c2) 根据邻区资料，本溪组平均厚 3.05m。主要为浅灰绿色铝铁质泥岩及泥岩，含较多黄 铁矿。本溪组假整合于奥陶系之上。 2、石炭系上统太原组(c3) 太原组平均厚 96.75m。由 13 层灰岩、生物碎屑灰岩、泥灰岩与泥岩、砂岩组成，含 不稳定薄煤层 7 层，不可采。太原组整合于本溪组之上。 三）二叠系 二叠系平均总厚 1002.72m，分上、下统四个组，其中山西组、上、下石盒子组为含煤 地层，平均厚 742.72m，含煤 29 层，总厚 27m，含煤系数为 3.6%，可分 7 个含煤段。上 部石千峰组为非含煤地层。底部以灰岩与太原组分界。二叠系整合于太原组之上。 1、二叠系下统山西组(p1sh) 第一含煤段：平均厚 83.54m，含 1、3 二层可采煤层，含煤系数为 5%。底部为灰黑色 海相泥岩，1 煤下以细砂岩为主，互层状，水平层理，缓波状层理发育，3 煤上以细中砂 岩为主。次为粗砂岩，局部含砾及泥质包体，时而冲刷煤层，上部为粉砂岩、砂质泥岩。 2、二叠系下统下石盒子组(p1x) 第二含煤段：平均厚 130.40m，含煤 9 层(49 煤组)，其中可采煤层 5 层， 4-1、4-2、 5-1、72、8 煤为主采煤层，含煤系数 10.5%。底部为中粗砂岩，是与下伏山西组的分界， 其上为泥岩和花斑状泥岩，全区稳定，是煤层对比的主要标志层，4 煤与 5 煤之间粉细砂 岩互层极为发育。5 煤层顶底多薄层状砂泥岩互层。 3、二叠系上统上石盒子组(p2s) 地层平均厚 527m，分五个含煤段： （1）第三含煤段：平均厚 100m，含煤 3 层，编号为 11 煤组，其中 11- 2煤为主采煤层， 含煤系数 2.48%。底部砂岩是上、下石盒子组的分界；下部以砂岩、石英砂岩为主，夹砂 中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 4 页 质泥岩，少有花斑；中部以泥岩、砂质泥岩为主，常见含菱铁鲕粒及椭球状菱铁结核并有 花斑状泥岩；中上部含煤三层，上部为砂质泥岩夹细中砂岩。 （2）第四含煤段，平均厚 115m，含煤 4 层，编号是 1215 煤，其中 13- 1煤是主要可 采煤层， 含煤系数 3.7%。 下部以中细砂岩、 石英砂岩为主， 其上为紫红色含鲕花斑状泥岩， 分布稳定，为主要对比标志层，中部为煤组层位，由泥岩和煤层组成，中上部以泥岩类为 主，夹砂岩，内有 23 层泥岩。 （3）第五含煤段，平均厚 75m，含煤 45 层，编号为 16、17 煤, 不可采，含煤系数 1.5%。本段多呈青灰色、灰绿色，以泥岩、砂质泥岩为主，夹细砂、砂泥岩互层。底部以 石英砂岩、细中砂岩与第四含煤段分界，其上有 14 层花斑泥岩。 （4）第六含煤段：平均厚 90m，含煤 4 层，编号为 1821 煤，均为不稳定薄煤层， 含煤系数 0.83%。岩性以青灰色砂质泥岩为主，下部以中厚层状细中砂岩为主，夹薄层状 泥岩。1819 煤间夹有 13 层薄层硅质海绵岩及硅质泥岩，煤层底部具鲕状铝质泥岩。 （5）第七含煤段：平均厚 90m，含煤 4 层，编号为 2225 煤层，均属不稳定不可采 煤层，常尖灭或相变为炭质泥岩，含煤系数 0.3%。下部以灰绿色砂岩或砂质泥岩组成，中 部以砂岩为主，上部以深灰色砂质泥岩为主，夹薄层状砂岩。 4、二叠系上统石千峰组(p2sh) 地层平均厚度 260m。为杂色非含煤地层，由泥岩、粉砂岩、中细砂岩、含砾石砂岩组 成。底部为含砾中粗砂岩与上石盒子组分界。 四）三叠系(p) 是一套红色碎屑岩，由棕红、紫红色砂岩、粉砂岩、泥岩组成。厚度不详。与下伏石 千峰组呈整合接触。 五）第三系(r) 1、下第三系(e) 厚 0180.75m。分布在井田西北部，由一套紫红色为主的杂色砂砾岩组成，砾石成分 以石英砾岩和各级石英砂岩为主，胶结物为泥质和粉砂质。 2、上第三系(n) 中新统(n11)：厚 0110.55m，以中细砂、含泥质的砂砾层、粘土砾石及薄层粘土、砂 质粘土组成，直接覆盖在煤系之上。 中新统(n12)：厚 32.2131m，以粘土和砂质粘土为主，全区分布稳定。 上新统(n2)：厚 105.50192.22m，以细中砂为主，含少量砾石。 六）第四系(q) 平均厚 103.45133.60m，平均 110m。下部以灰黄色松散中、细砂夹多层砂质粘土和 粘土，含铁猛结核；上部由土黄夹青灰色薄层细粉砂和砂质粘土，富含砂礓和铁猛结核与 蚌壳碎片。 1.2.2 构造构造 本区位于淮南复向斜中北部，井田东段为潘集背斜西缘，井田西段为陈桥背斜东翼与 潘集背斜西缘的衔接带。潘集背斜轴及地层走向近东西展布。井田北部为宽缓背斜，形态 较为完整，两翼地层倾角 1015；背斜南翼为井田主体部分，总体为一单斜构造。地层 走向呈波状曲线变化，断层发育，以走向逆断层为主，井田东段有岩浆岩侵入影响煤层； 井田西段位于陈桥背斜东翼与潘集背斜西部的衔接带，总体构造形态为走向南北，向东倾 中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 5 页 斜的单斜构造，地层倾斜平缓，倾角 515，并有发育不均的次级宽缓褶曲和断层。 本井田地层走向变化和构造特征，取决于区域构造背景，受潘集、陈桥背斜的控制。 潘集、陈桥背斜均为北西走向，然而它们呈错位排列，轴位错开约 6km。潘集、陈桥背斜 的排列形式，构成了背斜南翼地层走向呈北西南北北西的“s”形态。 1.2.3 水文地质特征水文地质特征 岩浆岩呈岩盘状以露头形式出露于井田东部，分布在潘集背斜轴部及其两侧，消失于 二十线，东西长 2300m，南北宽 12002000m。岩体上覆松散层，下伏煤系地层，在煤系 中呈岩床和岩脉产出，侵入于 4 煤20 煤层位，且由东向西侵入层位逐渐增高。钻孔所见 岩体最大厚度为 145.55m。岩性为细晶岩和正长斑岩，绝对年龄 1.1 亿年，属燕山期产物。 煤层受其影响发生变质，局部为天然焦、无烟煤、贫煤，局部煤层被岩体全部吞蚀，亦有 变薄者。岩体主要影响 11-2和 8 煤层，对中下部煤层影响甚微。 1.3 煤层 1.3.1 煤层煤层 （一）含煤性 二叠系除上部石千峰组为非含煤段，其它地层为含煤段，总厚 718m，含煤段的可采煤 层集中分布在煤系下段 350m 内，即可采煤层集中分布在二迭系下部，13-1煤至太原组一灰 之间的层段中，含定名煤层 29 层，总厚约 26.53m，含煤系数为 3.7%。含其中可采煤层 9 层，平均可采总厚 21.22m，占煤层总厚的 77%。其它不可采煤层不稳定，常见尖灭或以炭 质泥岩出现在层位上。共分七个含煤段，以第一、二、四段含煤最富。 煤系中上部第 5、6、7 含煤段有煤层 11 层，总厚 2.2m，内含局部可采煤层。然而， 这些煤层大多质差、层薄、结构复杂，变化大，常尖灭或被炭质泥岩替代，为不稳定煤层， 目前难以利用。 （二）可采煤层 表 1- 1 可采煤层特征表 煤层 煤层厚度 (m) 含夹矸 层数 煤层 结构 可采范围 稳定性 最小最大 平均 11- 2 1.445.05 3.49 12 较简单 全区可采 稳定 11-2 煤厚度 0.446.05m，平均煤厚 3.49m。一般厚 34m，除十七 14 外，全区可采， 煤层厚度变化小，变化规律明显（厚度突变点均为构造煤） ，煤层结构较简单，局部有 1 2 层夹矸，井田东部局部煤层被岩浆岩侵蚀，煤质变化很小，变异系数 24.68%，属稳定煤 层，先期地段稳定程度较其它地段好。顶板砂质泥岩，富含植物化石，底板为泥岩或砂质 泥岩，煤层上下各有 12 层薄煤，分别为 11-2、11-3煤，均不可采。煤层下部 30m 处有一 层花斑状砂质泥岩，是对比 11-2 煤层依据之一，对比可靠。是本区主要可采煤层。 1.3.2 煤质、煤类与煤的用途煤质、煤类与煤的用途 本井田为中中低变质的气煤和 1/3 焦煤各煤层均属中灰分煤，各煤层为特低低 硫、特低低磷、中中高热值，高熔难熔灰分，富油高油。是较为理想的炼焦配煤 或动力用煤。 中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 6 页 原煤水分：各煤层原煤空气干燥基水分平均值为 1.622.04%，3 煤最小，4-1煤最大。 灰分：各煤层原煤干燥基灰分平均值在 16.5328.20%之间，7-2煤最高，3 煤层最低， 根据 gb/t 15224.12004，各煤层均属中灰煤。 硫分：各煤层原煤全硫平均值在 0.310.93%之间，通过与各煤层干燥基高位发热量 折算后的基准发热量干燥基全硫平均值在 0.280.88%之间，其中 13-1、11-2、3 煤属特低 硫煤，其余煤层均属低硫煤。 磷：各煤层原煤磷平均含量在 0.0040.028%之间，除 13-1、3 煤层属低磷分煤外，其 余煤层均属特低磷煤。 11-2煤层煤质特征见表 1- 2。 表 12 主要可采煤层主要煤质指标一览表 煤层 项目 11- 2 原煤水分 mad (%) 最小- 最大 0.86- 2.86 平均- 点数 1.77(33) 原煤灰分 ad(%) 最小- 最大 14.53- 37.34 平均- 点数 22.21(33) 浮煤灰分 ad(%) 最小- 最大 2.84- 11.75 平均- 点数 8.53(32) 浮煤挥发分 vdaf (%) 最小- 最大 8.57- 38.37 平均- 点数 35.77(32) 原煤发热量 qbd (mj/kg) 最小- 最大 20.85- 34.83 平均- 点数 26.90(25) qgrd (mj/kg) 最小- 最大 20.77- 34.43 平均- 点数 26.54(21) 结 论 高热值煤 原煤全硫 (%) 最小- 最大 0.16- 0.68 平均- 点数 0.41(27) 折算后全硫 (%) 最小- 最大 0.14- 0.64 平均- 点数 0.39(21) 原煤磷(%) 最小- 最大 0.003- 0.026 平均- 点数 0.010(9) 焦油产率 tarad (%) 最小- 最大 8.33- 13.00 平均- 点数 10.09(14) 浮煤 gri 最小- 最大 0- 86.4 平均- 点数 70.4(21) 胶质层 y (m/m) 最小- 最大 8.5- 16.0 平均- 点数 12.0(29) 视密度 丁集 1.41 顾桥 1.40 st () 最小- 最大 1400- 1500 平均- 点数 1464(11) 中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 7 页 1.4 开采技术条件 1.4.1 矿井涌水矿井涌水 本区含水层(组)由新生界松散层砂层孔隙水、二叠系砂岩裂隙水和石炭系太原组及奥 陶系石灰岩岩溶裂隙水三部分组成。 1、新生界松散层含隔水层(组) 井田内松散层厚 346.75m563.80m，其厚度变化随古地貌形态由东南向西北增厚。基 本沿古地形向西北倾斜，局部地段稍有起伏，唯东南部十五13孔处出现一古丘。松散层自 上而下可分为三个含水层(组)、一个隔水层(组)。 2、下第三系砂砾岩含水组 钻探揭露厚度 0180.75m，底板埋深 414.07737.85m，主要分布在井田的西北部。 东部有十九7、十九9两孔见砂砾岩，厚度小、分布范围有限。砂砾岩以石英岩砾和各级石 英砂岩砾为主，胶结物为泥质及粉砂质，砂砾岩裂隙不发育。据邻区单孔抽水成果， q=0.0196l/s.m，富水性弱，正常情况下对矿坑充水无影响。 3、二叠系砂岩裂隙含水层(组)和隔水层(组) 含水层岩性以中、细砂岩为主，局部为粗砂岩和石英砂岩，分布于可采煤层及泥岩之 间，岩性厚度变化均较大，分布又不稳定。据简易水文地质观测，全泵量漏水均在砂岩内， 区内三次抽水试验，水位标高 9.8526.68m,q=0.0006760.0342 l/s.m，k=0.00226 0.207m/d，水温 1726，矿化度为 1.0912.145g/l，全硬度为 3.395.22 德国度， 水质类型 hco3cl-na。 综上所述，煤系的富水性取决于砂岩裂隙的发育程度、开启大小和延展长度，而裂隙 发育的不均一性导致煤系富水性有很大差异。按钻孔单位涌水量，本区煤系富水性弱，从 抽水 qs 曲线向“疏干”方向变化，停抽后，水位恢复缓慢，表明是以储存量为主的不 均一裂隙含水层(组)。 4、二叠系底部隔水层(组) 二叠系底部 1 煤层距太原组灰岩距离为 24.0237.47m, 平均 30.11m,主要由泥岩、 粉 砂岩、砂泥岩互层组成，局部夹细砂岩，正常情况下，对太原组灰岩水能起一定隔水作用。 5、太原组灰岩岩溶裂隙含水层 太原组灰岩在本区埋藏较深，背斜轴部一般埋藏在-830m 以下，远离第一水平的先期 开采地段。据区域资料，地层总厚约 100110m，含灰岩 13 层。除第 3、4、12 等三层灰 岩较厚外，其余均为薄层灰岩。灰岩岩溶裂隙发育不均一，一般在背斜轴部岩溶发育，但 多被方解石充填。 简易水文未发现漏水和明显消耗。 十九 4 孔抽水资料， 水位标高 22.11m， q=0.244l/s.m , k=1.81m/d, 水质类型 cl-k+na，矿化度 2.425g/l,水温 31.5。富水性 中等。 6、奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层 本区无钻孔揭露，综合邻区资料，钻探最大揭露厚度 56.89m，岩性致密呈厚层状，岩 溶裂隙不发育，水位标高 20.5624.60m，q=0.003690.0348l/s.m , k=0.0340.11m/d， 矿化度 2.302.4g/l,全硬度 4.39 德国度,水温 2329。水质类型 cl-k+na。从区域性 资料分析，奥陶系灰岩岩溶裂隙在中下部比较发育，因岩溶裂隙发育不均一，各处富水性 有一定差异，潘谢矿区奥灰富水性表现为弱中等。 中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 8 页 7、岩浆岩含水层 岩浆岩呈岩盘状以露头出露在井田东部，分布在潘集背斜轴部及浅部断层密集区。岩 体上覆松散层下部含水层 （组） ， 下伏煤系地层。 岩性为细晶岩， 钻孔揭露最大厚度 145.55m， 上部风化裂隙发育，沿裂隙面有水锈色。据邻区抽水资料，水位标高 19.95219.668m， q=0.004760.0412l/s.m , k=0.02740.0494m/d,矿化度 1.8262.504g/l, 水质类型 clso4na+k 型水,富水性弱。 8、地下水的补给途径和含水层之间的水力联系 本区地下水运动，因受含水层（组）埋藏条件不同，表现在地下水补给、迳流和排泄 条件有明显差别。 （1）新生界松散层含水层 上部含水层上段因埋藏浅，浅层地下水运动既有层间水平流动，又有垂直方向交替 比较明显。以大气降水和地表水补给为主，雨季时河流侧向补给，水位随季节变化。排泄 方式主要是人工开采及蒸发，旱季亦可补给河流。下段地下水迳流方式为侧向层间迳流。 补给来源主要是侧向和上段含水层（组）越流补给。排泄方式主要是人工开采和侧向迳流 排泄。 中部含水层（组）因上部无明显隔水层存在，天然状态下，上、中含水层（组）存 在水力联系；地下水以缓慢的层间迳流为主，储存量受区域调节。 下含水层（组）之上有厚层粘土隔水层存在，与中含水层（组）无水力联系，其本 身以储存量为主，水平运动缓慢。下含直接覆盖基岩各含水层（组）之上，与基岩含水层 有一定水力联系。 （2）二叠系砂岩裂隙含水层 煤系砂岩分布在煤层和泥质岩石之间，砂岩厚度小，分布不稳定，又有煤层和泥质岩 石相隔，断层带一般含水性弱，导水性差，因此砂岩之间无水力联系。浅部与松散层下部 含水层（组）有一定水力联系。开采浅部煤层时，下部含水层（组）地下水通过基岩风化 带垂直渗入补给矿井。 （3）太原组灰岩岩溶裂隙含水层（组） 太原组第一层灰岩距 1 煤层底板平均间距 30.11m ，天然状态下无水力联系，开采水 平达-826m ，水头压力达 8.3mpa ，开采条件下远远超过 1 煤层下隔水层（组）岩石的抗 压强度。特别是受断层的影响，1 煤层与灰岩之间隔水层（组）厚度变小或与灰岩对口， 有可能对煤系砂岩进行补给和造成灰岩突水。 9、矿床水文地质类型 本区在留设防水煤柱（一般 80m）条件下，因灰岩水头压力大，可能以底板突水方式 进入矿坑，水文地质条件中等。 10、矿井充水因素分析 本井田与潘集生产各矿的水文地质特征基本相同，矿井充水水源由三部分组成。 新生界砂层水 本区新生界松散层下部含水层（组）直接覆盖在煤系之上，天然条件下，下含水通过 煤系基岩风化带垂直渗透补给。补给量大小与风化带岩性和渗透性大小有密切关系。 煤系砂岩裂隙水 是矿坑直接充水水源，区内砂岩裂隙发育极为不均，富水性差异较大，抽水试验成果 中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 9 页 和生产矿井出水点水量变化趋势，均表明煤系砂岩裂隙水弱，但在穿过坚硬砂岩层时，须 提防储存水量突然溃出。 11、矿井涌水量初步预计 丁集矿井第一开采水平- 826m，中前期不开采 1、3 煤层，不涉及灰岩水的问题。经过 计算开采 413-1煤层时，矿井正常涌水量 448m 3/h，最大涌水量 586m3/h ，设计考虑井筒 淋水和防火灌浆用水，矿井正常涌水量 480m 3/h，最大涌水量 620m3/h。 1.4.2 煤层顶底板岩性特征煤层顶底板岩性特征 1、可采煤层顶底板岩石力学特征 可采煤层顶底板一般为泥岩、砂质泥岩为主，厚度小，抗压强度 19.6058.70mpa， 单向抗拉强度 1.042.21mpa，易坍塌冒落。粉砂岩平均抗压强度 72.34mpa，单向抗拉强 度 0.634.60mpa，砂泥岩互层抗压强度 48.9082.50mpa，11- 2煤顶板砂岩抗压强度 37 131.1mpa，单向抗拉强度 1.24.93mpa。岩性较为致密坚硬，强度较高，不易坍落。顶底 板工程力学性质均属不稳定稳定类型。矿床工程地质条件为中等类型。可采煤层顶、底 板岩性、厚度统计见表 1-3。 表 1- 3 可采煤层顶、底板岩性、厚度统计表 岩性 煤层 炭质泥岩 泥岩 砂质泥岩 粉砂岩 11-2 顶板 0.31-0.50 0.27-4.79 1.21-6.37 0.93-4.72 底板 0.15-0.95 0.27-7.54 0.95-6.49 4.55 2、矿床工程地质类型 矿床是以碎屑岩组为主的坚硬半坚硬层状岩类矿床。煤层直接顶、底板以泥岩、砂 质泥岩为主，特别是顶底板为碳质页岩、含碳泥岩，厚度小，抗压强度低，多属软岩，稳 定性差。粉砂岩和砂泥岩互层属中等坚硬岩类，细砂岩、细中砂岩胶结良好，岩石坚硬致 密，抗压强度高，稳定性好，工程地质条件良好。矿床浅部基岩风化带岩体质量差，断层 带岩石破碎，均属软弱结构面，综上所述，本井田矿床工程地质条件为中等类型。 1.4.3 煤层瓦斯煤层瓦斯 根据地质报告， 瓦斯测试最大值分别为： 11-2 煤层 12.85m 3/t 燃(三 3 孔-827.16m)、 8 煤层 13.67m 3/t燃(二十三 14 孔-914.75m)，瓦斯测试成果见表 1-4。 表 1-4 瓦斯测试成果表 煤层 水平(m) 瓦斯成分(%) 瓦斯含量(m 3/t) n2 ch4+c2h6 co2 ch4+c2h6 co2 11-2 -826m 以浅 16.72-57.21 37.71-76.12 3.38-8.10 0.53-5.98 0.07-0.35 27.56(6) 66.94(6) 5.45(6) 2.91(6) 0.21(6) -826m 以深 0.19-55.80 3.54-98.20 1.61-59.70 0.05-12.85 0.08-2.21 20.92(9) 65.99(9) 13.09(9) 5.46(9) 0.90(9) 1.4.4 地热地热 全井田恒温带深度为 30m，温度为 16.8。地温梯度为 2.303.60/100m，平均为 3.07/100m。深度每增加 32.57m，地温增加 1，属地温异常区。 各煤层底板温度与煤层埋深成正比，且相关性较好（见表 1- 5） 。- 800m 地温均在 41 中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 10 页 以上，为二级热害区。 表 1- 5 主要煤层底板温度与深度关系表 煤层 回归方程 点数 相关系数 11- 2 t=18.202- 0.0291h 18 0.8338 式中：t- - - 煤层底板温度；h- - - 煤层底板标高 11- 2 煤层： 测温深度 552.26998.46m， 底板温度 32.4848.28。 一级高温区( 31) 在- 440m 以下，- 646m 水平将达到二级高温区( 37)，- 800m 水平平均地温为 41.48。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 11 页 2 井田境界和储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田边界井田边界 丁集井田境界：东起十五线与潘三、潘四(潘北)煤矿相邻，西至 11- 2 煤层露头线；北 起 f27、 f81- 1 断层， 南至 f87 断层及 13- 1 煤层- 1000m 等高线地面投影线。 东西走向长 4 10km，南北倾向宽 47km。面积 48.62km2。 本井田共含煤 29 层，煤层总厚 27m。其中可采煤层共有 9 层，分别为 13- 1、11- 2、4- 1、 8、5- 1、4- 2、3、7- 2、1 煤层，平均总厚为 21.22m。13- 1、11- 2煤层为主要可采煤层，平均总 厚 6.05m。因 11- 2煤层全区可采，煤层厚度变化小，变化规律明显（厚度突变点均为构造 煤） ，煤层结构较简单，故本设计矿井仅考虑 11- 2#煤。 2.2 矿井工业储量 2.2.1 矿井储量计算基础矿井储量计算基础 1、根据本矿的井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算； 2、根据煤炭资源地质勘探规范和煤炭工业技术政策规定：煤层最低可采厚 度为0.70m，原煤灰分40%； 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。 2.2.2 矿井地质储量计算矿井地质储量计算 由地质勘探可知该井田共有一层煤为 11- 2#，故矿井主采煤层为 11- 2#煤层。矿区井田 地质图如图 2.1 所示。 在 1：10000 的开拓图上 1mm2表示 100m2。煤容重取 1.4t/m3，煤层倾角平均 5，煤 厚平均为 3.49m。工业储量的计算见下式(0- 1)： 100cos c zsmra= (0- 1) 式中： zc工业储量，万 t； s井田面积，km2； m煤层平均厚度，3.49m； r煤的平均容重，1.4t/m3； 煤层平均倾角，5； 故工业储量为： 则矿井地质储量：mtz87.238= 2.2.3 矿井工业储量计算矿井工业储量计算 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， 中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 12 页 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。矿井工业储量是进行矿井设 计的资源依据，一般也就是列入平衡表内的储量。 矿井工业储量：地质资源量中探明的资源量 331 和控制的资源量 332，经分类得出的 经济的基础储量 111b 和 122b、边际经济的基础储量 2m11 和 2m22，连同地质资源量中推 断的资源量 333 的大部，归类为矿井工业储量。 储量的分配探明储量、控制储量、推断储量按 6：3：1 分配，经济基础储量、边际经 济基础储量按 90%、10% 分配,次边际经济基础储量不计。 表 2- 1 矿井工业储量计算表 单位：万 t 煤层 111b 122b 2m11 2m22 333 11- 2 12898.76 6449.38 1433.20 716.60 2388.66 zg=111b+122b+2m11+2m22+333k 本矿井工业资源/储量包括 111b、122b、331、332 和大部分 333。为使确定的 333 的 大部分更趋合理，本次对可信度系数 k 的取值按照首先考虑井田的构造复杂程度，然后再 结合各可采煤层的稳定性的原则，经综合分析均取 0.8. zg=12898.76+6449.38+1433.20+716.60+2388.660.8=23408.87 万 t 2.3 矿井可采储量 2.3.1 井田边界煤柱井田边界煤柱 根据丁集矿的实际情况，井田边界煤柱取 20m，则可根据下式计算边界煤柱损失量： rmlhp= （2- 2） 式中： p井田边界保护煤柱损失，万 t； h井田边界煤柱宽度，20m； l井田边界长度，28537.6229m； m煤层厚度，煤层平均厚度为 3.49 米； r煤层容重，煤层容重为 1.4t/ m3 ； 代入数据可得：t87.2784 . 149. 328537.622920万=p 2.3.2 工业广场煤柱工业广场煤柱 工业广场的占地面积，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，工业场地占地面积指标见表 2- 2。 工业资源/储量 333k 次边际经济的资源量2s22 边际经济的基础储量2m22 经济的基础储量122b 次边际经济的资源量2s11 边际经济的基础储量2m11 经济的基础储量111b 推断的资源量333 控制的资源量332 探明的资源量331 地质资源量 中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 13 页 表 2- 2 工业广场占地面积指标表 井型（mt/a） 占地面积指标（ha/0.1mt） 2.4 及以上 1.0 1.21.8 1.2 0.450.9 1.5 0.090.3 1.8 矿井井型设计为 1.8mt/a，按煤矿设计工业规范 ，占地面积应为 21.6hm2，本设计 工业广场取 22.5hm2，长、宽分别为 500m 和 450m，工业广场布置在井田储量的中央位置。 建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程第 14 条和第 17 条规定工业 广场属于级保护，需要留设 20m 宽的围护带，表土层移动角 45，基岩移动角=70， =- 0.5（为煤层倾角） ，=70圈定保护煤柱。 工业广场围护带宽度为 20m，根据垂直剖面法所作的工业广场保护煤柱的尺寸计算， 可以得出，工业广场保护煤柱压煤量为668.56 万t。 2.3.3 断层保护煤柱断层保护煤柱 井田 11- 2#煤层现已查明一条断层，即 f117，且 f117 其两侧各留 30 m 保护煤柱，则 其煤柱损失可由下式求得： 34 ()230 fzfzf pllm g=+ （2- 3） 式中： pf煤柱损失，t； li断层长度，m； m11- 2#煤层厚度，m； g 煤层容重，t/m3。 已知1.4g=t/m3，4m =m，代入（2- 5）可得： pf =341.03 万 t。 2.3.4 大巷保护煤柱大巷保护煤柱 取大巷保护煤柱的宽度为 20m 计算可得大巷保护煤柱总量为：175.34 万 t。 2.3.5 矿井可采储量矿井可采储量 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： ()cpzz gk -= （2- 4） 式中： zk 矿井可采储量，万 t； zg 矿井的工业储量，万t； 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，万 t； c 采区采出率； 根据煤炭工业矿井设计规范2.1.4 条规定：矿井的采出率，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。 本设计矿井 13#煤层厚度为 3.49m， 属于中厚煤层， 且为首采煤层，因此采区采出率选择 0.80。 中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 14 页 则代入数据得矿井设计可采储量： tzk万06.1755680 . 0 )34.175341.0356.66887.27823408.87(=-= 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 15 页 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2.2.3 条规定，矿井设计宜按年工作日 330d 计算，每 天净提升时间宜为 16h。矿井工作制度采用“三八制”作业，两班生产，一班检修，每班 工作 8h。 应当指出，随着生产的发展，将来可实行每天四班作业，其中三班生产一班检修，增 加净提升时间，以充分发挥设备潜力，提高矿井经济效益。 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。 煤田地质条件复杂，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 矿井设计生产能力矿井设计生产能力 本矿井井田范围内煤层赋存简单，地质条件较好，首采煤层平均厚度 2.49m，煤层平 均倾角 5- 8，属缓倾斜煤层，易于发挥工作面生产能力。全国煤炭市场需求量大，经济效 益好。结合本矿区的煤炭储量，确定本矿井设计生产能力为 1.8mt/a。 3.2.3 矿井的服务年限矿井的服务年限 矿井可采储量 k z 、设计生产能力a和矿井服务年限t三者之间的关系为： ()ka z t k = （3- 1） 式中： t 矿井服务年限，a； zk 矿井可采储量，175.56mt； a 设计生产能力，1.8mt/a； k 矿井储量备用系数。 矿井投产后，产量迅速提高，矿井各生产环节需要有一定的储备能力。例如局部地质 条件变化，使储量减少；或者矿井由于技术原因，使采出率降低，从而减少了储量。因此， 需要考虑储量备用系数。 煤炭工业矿井设计规范第 2.2.6 条规定：计算矿井及第一开采 中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 16 页 水平设计服务年限时，储量备用系数宜采用 1.31.5。结合本设计矿井的具体情况，矿井 储量备用系数选定为 1.3。 把数据代入公式 3- 1 得矿井服务年限： at02.75 ) 3 . 18 . 1 ( 56.175 = = 3.2.4 井型校核井型校核 按矿井的实际煤层开采能力，运输能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核： （1）煤层开采能力的校核 井田内 11#煤层为首采煤层，煤厚 3.49m，为中厚煤层，赋存稳定，厚度基本无变化。 煤层倾角平均 5- 7，地质条件简单，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以 布置一个大采高工作面来满足井型要求。 （2）运输能力的校核 矿井设计为大型矿井，开拓方式为立井两水平开拓。井下煤炭运输采用钢丝绳芯胶带 输送机运输， 工作面生产的原煤经胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓， 运输连续、 能力大，自动化程度高，机动灵活；井下矸石、材料和设备采用轨道运输，运输能力大， 调度方便灵活。 （3）通风安全条件的校核 矿井采用两翼对角式通风系统，抽出式通风方式，东西两翼各布置一个回风井，可以 满足通风要求。 （4）储量条件的校核 根据煤炭工业矿井设计规范第 2.2.5 条规定：矿井的设计生产能力与服务年限相 适应，才能获得好的技术经济效益。井型和服务年限的对应要求见表 3- 1。 表 3- 1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限 矿井设计生产 能力万 t/a 矿井设计服务 年限 a 第一开采水平服务年限 煤层倾角 45 600 及以上 70 35 300500 60 30 120240 50 25 20 15 4590 40 20 15 15 930 各省自定 由上表可知：煤层倾角低于 25，矿井设计生产能力为 1.22.4mt/a 时，矿井设计服 务年限不宜小于 50a，第一开采水平设计服务年限不宜小于 25a。 本设计中，煤层倾角低于 o 25，设计生产能力为 1.8mt/a，矿井服务年限为 75.02a，符 合煤炭工业矿井设计规范的规定。 中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 17 页 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 18 页 4 井田开拓 4.1 井田开拓的基本问题 井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列井道进入煤体，建 立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用于开拓的井下巷道的形式、 数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式需要对技术可行的几种开 拓方式进行技术经济比较，才能确定。 本矿井开拓方式的确定，主要考虑到以下因素： 1）主采煤层为缓倾斜煤层（平均倾角 5）； 2）表层土较厚，平均为 400m，风化不太严重； 3）地势起伏不平，地面标高平均830m 左右，煤层埋藏较深，距地面垂深在 600 1000m 之间，平均为 800m 左右； 4）本矿井为低瓦斯矿井； 5）矿井年设计生产能力为 180 万 t/a，为大型矿井。 确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较 后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则： 1）贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造条件。 在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量； 尤其是初期建设工程量， 节约基建投资， 加快矿井建设； 2）合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产； 3）合理开发国家资源，减少煤炭损失； 4）必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电系统， 创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态； 5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采 煤机械化、综掘机械化、自动化创造条件； 6）根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的 综合开采。 4.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标确定井筒形式、数目、位置及坐标 1）井筒形式的确定 井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井最 复杂。 （1）平硐开拓受地形及埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、 丘陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分储量大致能满足同类井型水 平服务年限要求。 （2）斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速 度快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立 井简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有 相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一 旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长，提升深度有限，辅助 提升能力小；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技 中国矿业大学 2011 届本科毕业生毕业设计 第 19 页 术复杂。 （3）立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深 相同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断 面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为 有利；当表土层为富含水层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造