采矿工程毕业设计（论文）-王行庄0.9Mta新井设计.pdf

中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1.1 矿区概述矿区概述 1.1.1、交通位置、交通位置 王行庄井田位于郑州市南 40km 处，京广线西侧的新郑市城西部。井田中心距京广 线新郑车站约 9km。新密准轨铁路通过矿区北侧于新郑车站和京广铁路接轨；朝（阳沟） 杞（县）窄轨铁路从井田北缘穿过。新密公路横穿井田北部，以新郑市为中心，可通往 郑州、禹州、平顶山等地，交通极为便利。见交通位置图 1.1。 新 密 市 曲梁 新寨 郭店镇 西土桥 赵家寨 新村镇 辛店镇 后小庄 军李 王行庄 敬楼 千户寨 官厅 梨河镇 和庄镇 新郑市 禹 州 市 长 葛市 尉 氏 县 中 牟 县 京 广 铁 路 京 珠 高 速 八千 长葛市 图 1.1 交通位置图 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 2 页 1.1.2、地形地貌及水系、地形地貌及水系 本井田内绝大部分为第三、第四系冲积层所覆盖，总体地势西高东低，仅西部边缘 有小的丘岗及冲沟，其余均较为平坦。海拔标高在 90120m 之间，相对高差 87.4m ，一般 100m。 地表水系主要有沂水河，属淮河水系，发源于新郑县西部山区，属季节性河流，最大 洪水流量 830m /s。最高洪水位+142.92m，流经井田南部，于长葛市境内与双洎河汇合， 向南注入淮河。另外，井田东部有双洎河的小支流，一般无水。 井田内地表水体有位于井田西南部的五虎赵水库，调节库容量为 270 万 m，最大库容 量 736 万 m。其下游紧邻杨庄水库，调节库容量 296 万 m，最大库容量 538 万 m。 1.1.3、气象、气象 本井田属大陆性半干旱气候区，气温变化四季明显。年平均气温在 15.6，年平均 降雨量为 700.4mm，年蒸发量为 1221.8mm，降水集中在每年的 69 月份。结冰期一般在 11 月份至下年 3 月。冻土深度 1520cm。夏季多东南风，冬季多西北风，最大风力为阵 风 89 级。 1.1.4、地震、地震 根据河南省地震局资料，新郑历史上未发生过大的地震，但其东南部的长葛、许昌、 鄢陵、杞县一带及北部的郑州、兰考、巩县一带层发生过 67 地震，西部新密市也曾发 生过三次烈度不详的大地震。根据中国地震动参数区划图（gb183062001）和建筑抗震 设计规范（gb500112001） ，本区地震基本烈度为级。 1.1.5、生产矿井及老窑、生产矿井及老窑 井田内仅有一个开采七4煤的双岭岗煤矿，在双岭村西缘，属原新郑县县办煤矿。设 计生产能力 0.05mt/a，1962 年 12 月建矿，1972 年元月投产，1978 年扩建至 0.20mt/a。 由于种种原因，1979 年秋停办至今。该矿废巷严重积水，但对二1煤层开采无影响。 1.1.6、矿区概况、矿区概况 本区内地势平坦，人口稠密，井田范围涉及辛店镇、观音寺镇及城关乡三个乡镇，有 辛店村、后小庄村、许岗村、草场沟村等 20 余个行政村，3800 左右户人家，15000 余人。 人口密度 819 人/km人群分布相对集中。 本井田所处三个乡镇均属农业区，传统种植以小麦、玉米、花生、烟叶为主。今年来， 大棚种植蔬菜、水果等蓬勃发展，私营中小企业也发展迅速。 今天范围内有欧阳修墓和许岗战国墓群。欧阳修墓位于井田西北的欧阳寺村，为县级 重点文物保护单位；许岗战国墓群位于井田中部的许岗村东，为省级重点文物保护单位。 建筑材料砖、瓦、石子和料石等均可就地供应，钢材、木材和水泥等物资可经公路及 铁路直接运至矿井工业场地。 1.1.7、运输、水源及电源、运输、水源及电源 王行庄井田东距京广铁路约 9km，北距新密铁路约 5km，朝杞窄轨铁路从井北缘穿过。 区内公路四通八达，通过新密公路可直接 107 国道及京广高速公路。设计拟在从井田北缘 穿过的朝杞窄轨铁路上接轨，将窄轨铁路直接引至矿区工业广场。 矿井地面建一座 35kv 变电站，一回 35kv 电源线路引自矿井东部 6km 建设中的胡庄 110kv 变电站，作为主供电源；另一回 35kv 电源线引自王行庄矿井东北方向 11km 处的城 后 110kv 变电站，作为备用。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 3 页 本井田内奥陶系石灰岩岩溶水和第四系下部砾石层孔隙水，水量丰富，水质较好，且 埋藏浅，可作为矿井供水水源。另外，井下排水经处理后可作为矿井供水水源。 1.2 井田地质特征井田地质特征 1.2.1、地层、地层 区内地层属华北地层区的地层。井田范围内，除许岗和西北边沟谷中有零星的二叠系 丄统基岩出露外，其余大部分被新生界黄土所覆盖。自下而上有寒武系、奥陶系、石灰系、 二叠系、第三系和第四系。 1) 寒武系上统长山组（3ch） ：钻孔揭露的最大厚度为 154.41m，岩性为厚层状白云 质灰岩，下部夹蓝灰色鲕状石灰岩。 2) 奥陶系中统马家沟组（o2m） ：灰色灰岩，厚 25.3379.95m，一般厚度 50m 左右。 3) 石炭系（c） （1）中统本溪组（c2b） ：一般厚度 10m，为灰、浅灰加紫红色团状铝土质泥岩。 （2）上统太原组（c3t） ：平均厚度 77.54m，分上、中、下三段。下段一般厚 30m，一 l1l4四层灰岩为主，间加砂质泥岩、炭质泥岩和一组煤 1-4 层 （一1一4） ；中部砂泥岩段：一般厚 30m，岩性以粉、细砂岩为主，夹薄层石灰岩（l5 l6） 、泥岩和煤组成；上段：一般厚 20m，岩性以灰岩（l7l9）为主，夹砂岩、泥岩及一 组煤 3 层（一7一9） ，l7与 l8灰岩较发育。 4) 二迭系（p） （1）下统山西组（p1sh） ：平均厚 78.94m，为一套过渡相为主的含煤地层。分三段。 下段：由泥岩、砂质泥岩及煤层组成，一般厚 30m 左右，内含二1煤为主要可采煤层；大 占砂岩为长石石英砂岩，厚度一般 1718m，为标志层之一；中段：香炭砂岩段，由长石 石英砂岩、泥岩及 3 层煤组成，厚一般 17m，内含二3煤大部可采；上段：小紫斑泥岩段， 一般厚度约为 35m，由灰绿色泥岩、紫斑泥岩、灰色粉砂岩组成。 （2） 下统石河子组 （p1x） ： 下起砂锅窖砂岩面， 上到田家沟砂岩底面， 平均厚度 283.0m。 划分为三、四、五、六煤段。 三段煤 下起砂锅窖砂岩底面，上到 kd 砂岩底面，一般厚度 62m。下部砂锅窖砂岩，一般厚度 约 10m，为石英砂岩，底部含小砾石和泥质包体，为标志层；上部为暗紫色、紫色斑块状 泥岩，含铝土质，为标志层。 四段煤 下起 kd 砂岩底面，上止 ke 砂岩底面，一般厚度约 70m。kd 砂岩厚度 10m 左右，为石 英砂岩。中上部夹有薄煤层及炭质泥岩，不可采。 五段煤 下起 ke 砂岩底面，上止 kf 砂岩底面，一般厚度约 85m。ke 砂岩一般厚度 10m 左右， 为石英砂岩。其上以砂质泥岩、泥岩为主。本段中下部夹炭质泥岩与煤层 34 层，均不 可采。 六段煤 下起 kf 砂岩底面，上止田家沟砂岩底面，一般厚度约 66m。田家沟砂岩厚度一般 10m 左右，为石英砂岩。其上以砂质泥岩、泥岩为主。本段中下部夹炭质泥岩与不稳定煤层 0 2 层，均不可采。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 4 页 （3） 上统石河子组 （p2s） ： 下起田家沟砂岩底面， 上止平顶山砂岩底面。 一般厚度 245m。 划分为三段，即七、八、九段煤。其中七段煤七4煤层较为发育，属局部可采煤层。 （4）上统石千峰组（p2sh） ：一般厚度 400m 左右，划分为上、下两段。下段为平顶山 砂岩，一般厚度 60m；上段为灰绿色、紫红色砂岩夹泥岩或泥岩夹砂岩。 5) 上第三系（n） 厚度为 0226.28m，一般厚度为 130 多米，与下部不整合接触。岩性为灰紫、灰黄色 夹绿色沙质粘土、细粉砂层和砾石层。 6) 第四系（q） （1）中更新统（q2） ：两极厚度 077m，平均厚度 46m。下部为亚粘土夹沙砾石层， 上部为亚粘土夹粘土。 （2）上更新统（q3） ：两极厚度 0148.27m，平均厚度 44.02m。下部为冲积型沙砾石 层，上部为沙土、亚沙土等。 1.2.2、构造、构造 王行庄井田位于新密复向斜的东部、东南簸箕角之内侧。井田构造是在次级褶曲草 场沟背斜的基础上，发育有多条大小不等的正断层。构造线方向以东西向、北西向为主。 1) 褶曲 本区内已控制的褶曲构造有草场沟背斜和上申河向斜。草场沟背斜轴位于十里铺、西 敬楼、王安庄、草场沟一线，轴线呈北西（330）南东向。十里铺往西北背斜轴的延 展长度约为 6km。背斜北东翼因受断层破坏而不完整；上申河向斜轴位于化雨庄、上申河、 老王庄一线，轴线呈北西-南东向，轴部延展长度 5km。该向斜因处于井田的边部，煤层埋 藏较深，控制程度不高。 2) 断裂 井田内已发现的断层共有 3 条，都是正断层，矿区发育的主要断层详见表 1.1。断层 共同特点为： （1）断层走向以东西向为主； （2）断层性质全为张性正断层； （3）井田内部断层均为断面向北（或北东向）倾斜，北降南升，一次呈阶梯状向北 跌落。 表 1.1 断层一览表 断 层 名 称 编 号 性 质 要 素 落 差 (m) 位置 延 深 长 度 (km 备注 走 向 倾 向 倾 角 新庄断层 f2 正 北西 (整体) 北 东 50 60 250 位于王 寨沟、 盘 古寨、 鲁 姑店一 线 5 井田东 有四条 地震线 控制 徐家门断层 f1 正 近东西 北 60 70 60 140 老沟、 徐 家门、 薛 庄一线 6 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 5 页 李家门断层 f8 正 近东西 北 65 080 李家门 2.3 三维控 制 0.5km 1.1.3、煤层、煤层 王行庄井田属于华北型石炭二叠纪煤系。含煤地层有太原组、山西组、下石盒子组 和上石盒子组， 煤系地层总厚度为 704.88m。 含煤 9 组 1240 层， 煤层平均总厚度 17.79m， 含煤系数为 2.5%。 其中基本可采 1 层， 大部可采 2 层， 局部可采 1 层。 煤层倾角一般 10 20。可采和局部可采煤层赋存情况如下： 1) 一1煤层 一1煤层位于太原群底部 l1灰岩之下，上距二1煤层 79.23m，顶板为灰岩，底板为泥 岩。煤层厚度 03.35m，平均 1.39m，较稳定，大部可采。含夹矸 12 层，结构简单。 2) 二1煤层 煤层不稳定系数 3.5，变异系数 75%。二1煤层为主要可采煤层，位于山西组大占砂岩 之下，距太原组顶界一般 7m 左右。平均厚 7.07m。为全区主要可采煤层。结构较简单，局 部含有夹矸煤层沿走向和倾向均存在一定变化，总体为北西走向，倾向北东，在首采区附 近则呈近东西走向，倾向北，在上申河向斜及老王庄断层以南，走向为北东，倾向北西。 偶含夹矸，全区可采，煤层的结构属简单类型。 3) 二3煤层 位于山西组大占砂岩之下，下距二1煤层 20m 左右。煤层厚度 06.66m， 平均厚度 1.33m。煤层不稳定系数为 5，变异系数为 86%。为大部可采煤层，煤层结构简单。 4) 七4煤层 位于上石盒子组上段底部，下距二1煤层 404.68m，下距田家沟砂岩 47.7m。区内局部 可采。煤层厚度 02.16m，平均厚度 1.07m，结构简单，局部夹矸。 1.1.4、煤质、煤质 1) 一1煤层 煤岩特征为灰黑黑色，光亮型，条带状结构，块状构造，坚硬 。含黄铁矿结核。 原煤灰分平均 14.82%，全硫 6.57%，磷 0.006%，发热量 28.51mj/kg，属低中灰、高硫、 特低磷、高发热量贫煤。中等可选。 3) 二1煤层 煤岩特征为黑灰黑色，光亮型，呈构造煤特征，鳞片粉状，松软。原煤灰分平均 14.38%，全硫 0.33%，磷 0.021%，发热量 29.77mj/kg，属低中灰、特低硫、低磷、高发热 量贫煤或贫瘦煤。中等可选。 4) 二3煤层 煤岩特征为黑灰黑色，半暗至半亮，条带状结构，粉末状粒状构造。原煤灰分平均 13.22%，全硫 0.38%，磷 0.0019%，发热量 30.71mj/kg，属低中灰、特低硫、特低磷、高 发热量贫煤或贫瘦煤。易选。 5) 七4煤层 煤岩特征为灰灰黑色，半暗至半亮，条带状结构，小块至碎粒状构造，裂隙中普遍 充填有方解石或黄铁矿细脉。原煤灰分平均 30.12%，全硫 0.43%，磷 0.007%，发热量 24.5mj/kg，属中高灰、特低硫、特低磷、中高发热量肥煤。极难选。 1.1.5、水文地质、水文地质 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 6 页 1）地形、地表水和浅层地下水 井田内除辛店、双岭岗、许岗等地为岗地外，其余均为平原，地面标高+40 m。沂水 河发源于新郑西部山区，自西向东流经井田南部，属淮河水系，切割深度约为 20m 左右。 井田内该河上筑有五虎赵水库和杨庄水库。最大贮水量分别为 736 万 m 3和 538 万 m3。对地 表建筑物无影响。井田内机、民井星罗棋布，主要取第三系沙层和第四系砾石层中之弱承 压水和潜水，混合水位标高一般 63.95153.90m，埋深一般 6.7034m，局部第四系潜水 与河水有水力联系。 （1）主要含水层和隔水层 （一）含水层 寒武系灰岩含水层（3ch） ：井田内 12 个孔揭露该层，揭露厚度 7.06155.01m。 岩溶裂隙发育,1514 孔深 432.9448.8m 的白云质灰岩中，遇溶洞高达 4m，漏水量为 8.58m 3/h。该含水层上距奥陶纪灰岩 9m。据 1832 孔抽水资料，单位涌水量 0.006l/ sm， 渗透系数 0.00902m/d。 奥陶系灰岩含水层（o2m） ：井田内有 8 孔间奥陶系灰岩，厚度 25.3379.95m，平 均厚度 55m。水力特性属裂隙溶洞承压水，据以往抽水资料，单位涌水量 0.0143 0.453l/sm，渗透系数 0.010132.556m/d，水位标高 122.17126.6m。该含水层距二1煤 底板 51140m，一般为 92m。 太原群下部灰岩含水层（c3tl1l4） ：由 l1l4四层灰岩组成，灰岩厚度 6.28 25.39m，平均 18.73m。井田内共有 31 个钻孔揭穿该层，其中 5 个孔遇溶洞漏水，溶洞主 要发育在背斜轴部、断裂带、灰岩隐伏露头附近。据 6403 孔抽水资料，单位涌水量 0.105l/sm，渗透系数 0.6949m/d，水位标高 97.89m，埋深 36.31m。 该含水层是一1煤层顶板直接充水岩层，同时又是二1煤层底板间接充水岩层，因其岩 溶裂隙发育，赋水性较强，所以对二1、一1煤层开采均有较大影响。该含水层上距二1煤 层 52.84m。 太原群上部灰岩含水层（c3tl7l8） ：该段有 l7l8二层灰岩，井田内共有 39 孔揭 穿该层。该段 l7、l8灰岩厚度 4.916.97m，平均 9.52m。遇溶洞或裂隙涌、漏水的钻孔 4 个，岩溶裂隙溶洞主要发育在背斜两翼、断裂带和灰岩隐伏露头及其附近，溶洞发育标高 -149.50-316.08m。 钻孔单位涌水量 0.0830.1054l/sm， 渗透系数 0.69490.9160m/d， 80 年代水位标高 121.38126.65m。该含水层同下伏灰岩含水层有一定的水力联系，且为 二1煤层底板直接充水岩层， 对二1煤层开采有直接问影响。 该含水层上距二1煤层平均 8m。 山西组（p1sh）砂岩裂隙承压含水层：该含水层由大占砂岩和香炭砂岩组成，两层 厚度为 4.6552.99m，平均 10.61m。据抽水试验，单位涌水量 0.004137l/sm，渗透系数 0.1564m/d，水位标高+109.40m。 该含水层为二1煤和二3煤层顶板直接充水含水层，但含水层含水性较弱，补给条件较 差，对煤层开采影响不大。 上、下石盒子组及上部砂岩裂隙承压水含水层：该层段为砂岩、砂质泥岩互层，以 砂锅窖砂岩、田家沟砂岩、平顶山砂岩发育较好，上、下石盒子组中厚度 5m 以上的中、 粗、巨粒砂岩共 13 层，平均厚度 94.09m。本套砂岩中井田内共发现 5 个漏水孔，漏水孔 漏水标高为 64.75m191.48m。据区内抽水资料，七4煤层顶底板砂岩单位涌水量为 0.04080.0486l/sm，渗透系数 0.0760.0695m/d，水位标高+142.97+143.27m。该套 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 7 页 砂岩虽厚度较大，但赋水性弱，对开采七4煤层和二1煤层影响不大。 第四系中更新统空隙潜水含水层（q2） ：该层分布在井田西部章店和许岩一带，岩性 上部为亚沙土夹亚粘土，下部亚粘土夹砾石，底部常见碎石层。该层厚度 1377.7m，平 均厚度 46.4m，底部砾石层厚度 4.413.6m，平均厚度 8.04m。据民井简易抽水试验，单 位涌水量 0.1783.57l/sm，水位埋深 625m。 第四系上更新统空隙潜水含水层（q3） ：该层主要分布在井田东部平原区，岩性上部 以亚沙土为主，含钙质结核，下部为亚粘土夹砾石层，底部为河床砂砾层，厚度 16.5 148.27m，平均厚度 44.0m。据民井抽水试验，单位涌水量 0.2522.71l/sm。潜水流向自 西向东，水位标高+100+150m 左右，水位埋藏深度一般 535m 左右。 （二）隔水层 奥陶系灰岩顶界面与一1煤底面之间的铝土质泥岩和砂岩，一般厚 12m，因厚度小， 奥陶系灰岩承压水压力大，难以起到隔水作用。 太原群中段砂岩、砂质泥岩、泥质互层组成隔水层：位于 c3l1l4与 c3l7l8灰岩含 水层之间，厚度 34.81m。该层层位稳定，隔水性较好，厚度较大，是重要隔水层。如不遇 断裂，是防御奥陶系和 c3l1l4两层灰岩强含水层的理想隔水层。 二1煤底板与石灰系灰岩间隔水层：为砂质泥岩、泥岩、细砂岩组成，厚度 1.75 30.19m，平均厚度 7.07m，该层有一定的隔水作用，但遇构造破碎带或隔水层较薄出，则 可能造成二1煤底板突水。 上第三系砂质粘土隔水层：以砂质粘土和粘土为主，厚度 5.05266.28m，平均厚 度 135.86m，是第四系含水层与下伏基岩含水层之间的良好隔水层。 （2）断层导水性 本区水文地质条件受多因素制约，其中尤以地质构造的控制较为明显，本区主要断层 导水性如下： 新庄断层 该断层为井田西部边界断层，平面上破碎带宽度约 60100m，厚度 0.77m（标高 -254.1-254.87m） ，由砾岩组成，角砾为 c3t和 o2m灰岩，其中充填泥质。上盘 c3t灰岩影 响带厚度 23.81m（标高-230.29-254.10m） ，其中灰岩裂隙发育，岩石破碎，具溶蚀现象。 下盘3ch白云质灰岩影响带厚度大于 12.07m（标高-254.87-266.94m） ，岩芯破碎。该断 层南升北降，是区外3ch白云质灰岩与井田内 c3t灰岩对接，成为井田南部补给边界。 总之，本区断裂构造对地下水的贮存和运移起明显控制作用。除了上述规模较大的断 裂外，其他规模较小的断层，都各自形成北西至南东向的导水带。 （3）矿井涌水量 地质报告采用稳定流大井法，矿井正常涌水量为 136m 3/h。对最大涌水量 237m3/h。 （4）水文勘探类型 根据地质报告，本井田二1煤层水文地质类型为三类二亚类二型。 1.2.6、开采技术条件、开采技术条件 1）煤层顶底板 二1煤层伪顶多为砂质泥岩或泥岩，厚度 0.130.65m，平均厚度 0.38m。直接顶板为 砂质泥岩、泥岩或粉砂岩，平均厚度 4.43m，大部分地区大占砂岩为直接顶板，大占砂岩 平均厚度 9.95m。直接底板为砂质泥岩、泥岩及粉砂岩，平均厚度 5.27m，岩性较弱，层 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 8 页 理发育，属中等稳定。 二3煤层伪顶多为灰黑色炭质泥岩或泥岩，直接顶板为砂质泥岩、中细砂岩，底板常 为含植物根部化石的泥岩或砂质泥岩。 2）瓦斯 该矿自建矿以来，没有发生过瓦斯涌出、突出现象。在勘探和补探中，均未取样测试， 但有临近矿井瓦斯资料参考。该矿于 2002 年取 2、7、9 煤样送河南省煤炭地质勘探所测 试，瓦斯坚定结果：全矿井相对瓦斯涌出量 2.89m 3/t,绝对瓦斯涌出量 1.09 m3/min，采区 最大相对涌出量 2.89 m 3/t；二氧化碳全矿井相对涌出量 4.35 m3/t。 从该矿历年实测瓦斯绝对和相对涌出量可看出，矿井相对瓦斯涌出量小于 10 m 3/t， 绝对瓦斯涌出量小于 40 m 3/min。根据国家煤炭安全监察局颁发的煤矿安全规程规定， 王行庄煤矿属于低瓦斯矿井。但也不能掉以轻心，随着开采深度的加深，及可采煤层厚度 都较大，煤层干燥，挥发分高，特别在压性断层带附近开采时，应重点防范，引起高度重 视。建议加强煤层瓦斯地质方面的资料收集和存档，加强对瓦斯的测定工作管理，做到专 人负责，数据准确，预报及时，措施得当，这样才能做到安全生产。 3）煤尘 二1煤、二3煤、七4煤均有煤尘爆炸危险性。 4）煤的自燃 二1煤、二3煤、七4煤属不易自燃煤层。 5）地温 本区恒温带深度 13.7m，温度为 16.3。地温梯度平均 3.21/100m，其中二1煤层底 板以上平均为 3.14/100m，二1煤层底板至一1煤层底板 4.06/100m，奥陶系中统和寒 武系上统为 1.95/100m，属地温异常区。-300m 水平的地温一般 25.434.6，平均 为 28.6。井田内二1煤层底板地温 23.235.9，平均为 30.9。二3煤层底板温度 分布与二1煤层分布相似，一般二3煤层比二1煤层底板温度低 0.6左右。 1.3 井田勘探程度井田勘探程度 1.3.1、勘探程度评述、勘探程度评述 该区于 1978 年由原河南省煤田勘探地质公司地质一队提出详查报告。由于水文地质 及地温条件比较复杂，原煤炭部地质总局要求进入精查勘探之前，先进行水文地质及地温 勘探。为此，河南煤炭地质局一队和物测队经过几年的勘察，于 1990 年提交了新郑矿 区水文地温综合勘探报告 。该报告由煤田地质总局主持评审通过，达到了水文地温勘探 目的。 历次施工涉及本井田范围内共 126 个钻孔， 有效进尺 57056.09m， 其中水文孔 21 个， 有效进尺 10639.71m。 井田勘探工作自 2003 年 8 月开始，于 2004 年 1 月完成了野外施工，累计施工共完成 钻孔 13 个，总进尺 5065.65m，其中水文孔 4 个，进尺 1260.02m。完成三维地震 2572 个 点，2.8km 2. 在利用以往和本次地质工作资料的基础上，河南省煤田地质局一队于 2004 年 4 月提 交了河南省新郑市王行庄井田煤矿勘探报告 ，报告查明了本区含煤地层层数、厚度、 结构、煤质及水文地质、工程地质条件，估算了可采煤层储量。 1.3.2、地质条件及开采条件评述、地质条件及开采条件评述 本区位于新密复向斜东端、东南簸箕角之内侧。区内构造以断裂为主，褶曲次之。底 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 9 页 层走向以北西为主，倾向南西，东北部因受构造影响，倾向有所变化。底层走向和倾向基 本稳定。井田构造复杂程度为中等。 本区内可采煤层共四层。其中，一1煤、二1煤煤层为较稳定煤层，二1煤层为主要可 采煤层，一1煤层为大部可采煤层；二3煤、七4煤煤层为不稳定煤层，二3煤大部可采， 七4煤局部可采。 一1煤煤层埋藏较深，厚度小，且含硫高，属国家政策禁采煤层；又因地温高，顶板 水文地质条件复杂， 开采条件不好， 必然增加开采成本。 七4煤层局部可采， 平均厚度 1.07m， 富灰，远距二煤组 400 余米，初期开采效益差，后期考虑另外建井开采，故本次设计暂不 考虑开采一1、七4煤层，仅开采二1、二3煤层。 本区内煤层煤质较好，煤层无自燃发火危险。主采煤层二1煤厚度大，层位稳定，煤 层结构简单，顶底板条件好，易于管理。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 10 页 2 矿井储量、年产量及服务年限矿井储量、年产量及服务年限 2.1 井田境界井田境界 2.1.1 井田范围井田范围 井田境界应根据地质构造，储量，水文，煤层赋存情况，开采技术条件，开拓方式及 地貌，地物等因素，进行技术分析后确定。根据采矿手册规定一般井田划分的原则有 以下几条： 1）以大断层，褶曲和煤层露头，老窑采空区为界； 2）以山谷，河流，铁路，较大的城镇或建筑物的保护煤柱为界； 3）以相邻矿井井田境界煤柱为界； 4）人为划分井田式：煤层倾角较小，特别是近水平煤层，用一垂直面来划分井田边 界；在倾斜或急斜煤层中，沿煤层的方向，常以主采煤层底板等高线为准的水平面划分。 东部边界：以煤层露头的氧化带为界. 西部边界：-420 等高线为界. 南部边界：f2 断层为界. 北部边界：f1 断层为界. 井田的走向大致相等，取 5.2km。 井田倾斜方向的最大长度为 2.6km，最小长度为 1.6km，平均 2.1 km。 煤层的倾角最大为 18，最小为 3，平均为 11。水平面积 10.92 平方公里，倾斜面 积 11.12 平方公里。 如图 2.1 所示。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 11 页 图 2.1 井田赋存状态示意图 2.2 矿井开采储量矿井开采储量 矿井储量是在划定的井田范围内，根据勘探资料计算而得，是进行矿井设计和生产建 设的依据。 可采煤层有一层， 即 2 煤层。 2 煤层为厚煤层且赋存稳定， 为矿井主采煤层。 平均 7.07m。 本次矿井储量计算是在精查地质报告提供的 1：5000 的煤层底板等高线上计算的，储 量计算可靠。 井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，根据（ 矿井设计指南中矿大出版社 陈吉昌主编）计算矿井工业储量。 2.2.1 矿井地质资源储量矿井地质资源储量 根据储量计算公式 ag cos=zg (公式 2.1) 式中： g z 矿井工业储量，万 t； 1 s 煤层面积， 2 m ； m煤层平均厚度,m； g煤的平均容重，1.45t/m 3 ； a煤层平均倾角, 根据地质勘探情况，将矿体划分为 5 个块段，在各块段范围内，用算术平均法求得每 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 12 页 个块段的储量，煤层总储量之和。矿井地质储量见表 2.2。 表 2.1 煤层地质储量表 图 2.2 井田快段划分 2.2.2 矿井工业资源矿井工业资源/储量储量 j 根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推断的。 根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%是经济的基础储量，30%是边 际经济的基础储量，则矿井的工业资源/储量由式(2.2)计算。 zg=z111b+z122b+z2m11+z2m22+z333k (公式 2.2) 式中： zg矿井工业资源/储量； z111b探明的资源量中经济的基础储量； z122b控制的资源量中经济的基础储量； z2m11探明的资源量中边际经济的基础储量； z2m22控制的资源量中边际经济的基础储量； 地质 块段号 块段投影面 积(m2) 平均倾角 () 块段实际面 积(m2) 平均 厚度 (m) 煤层容 重 (t/m3) 块段储量(t) 1 3,386,956.59 14 3,286,349.51 7.07 1.45 34,721,385.54 2 2,206,614.77 11 2,166,073.05 7.07 1.45 22,621,111.41 3 1,700,900.86 12 1,663,732.10 7.07 1.45 17,436,785.22 4 1,576,990.98 9 1,557,575.61 7.07 1.45 16,166,523.09 5 2,100,846.75 7 2,085,187.36 7.07 1.45 21,536,830.49 总计 10,972,309.95 10,758,917.63 112,482,644.8 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 13 页 z333推断的资源量。 z111b11083.860%70%4655.19mt z122b11083.830%70%2327.56mt z2m1111083.860%30%1995.08mt z2m2211083.830%30%997.54 mt 由于地质条件简单，k 在 0.8 以上取值。 z333k11083.810%k886.71 万 t zgz111bz122bz2m11z2m22z333k 4655.19 +2327.56+1995.08+997.54+ 886.7110862.08mt 2.2.3 矿井设计资源矿井设计资源/储量储量 矿井设计资源/储量按式(2.3)计算： zs(zgp1) (公式 2.3) 式中：zs矿井设计开采储量； p1 断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建（构）物煤柱等永久煤柱损失 量之和。 本井田中永久煤柱损失主要有：地面工业广场保护煤柱、井田境界煤柱损失和断层保 护煤柱等。井田境界煤柱 50m,断层保护煤柱取 50 m。 1） 、井田边界煤柱可按式： z=lbmr (公式 2.4) 式中：z井田边界煤柱损失量，mt； l井田边界长度，m； b井田边界煤柱宽度，50 m； m煤层厚度；7.07m； r煤的容重，1.45 t/m 3。 则井田边界煤柱损失量为：z1=lbmr =14432.75507.071.45 =739.79 mt 2）断层保护煤柱同理可用可式(2.4)计算： 则断层保护煤柱损失量为： z2=lbmr= 1775.96507.071.452 =182.23mt 3）用垂直断面法计算工业广场保护煤柱的面积，具体过程如下： （三）工业广场保护煤柱 工业场地占地面积，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。 则将工业广场定为长 450m，宽 300m。 表 2.2 工业场地占地面积指标 井 型（万 t/a） 占地面积指标（公顷/10 万 t） 240 及以上 1.0 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 14 页 120- 180 1.2 45- 90 1.5 9- 30 1.8 工业广场按级保护煤柱宽度 15m，工业广场面积有表 2.2确定，取 13.5 公顷。岩层移动角为 69、70、70，表土层移动角为 45；工业广场保护煤柱如图2.3，则工业广场保 护煤柱压煤量为：497.71 万 t。 图 2.3 工业广场保护煤柱 4）大巷保护煤柱 以大巷中心为基点，大巷两侧的保护煤柱宽度各为 30m，则大巷保护煤柱损失量为： 181.67 万 t。 5）井筒保护煤柱 主、副井井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，风井井筒保护煤柱在大巷保护煤 柱 范围内，故井筒保护煤柱损失量为 0。各种保护煤柱损失量见表 2.3。 表 2.3 保护煤柱损失量 煤 柱 类 型 储量/mt 井田边界保护煤柱 739.79 断层保护煤柱 182.23 工业广场保护煤柱 497.71 大巷保护煤柱 181.67 井筒保护煤柱 0 合 计 1601.96 2.3.3 矿井的开采储量矿井的开采储量 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： zk = （zg- p）c （公式 2.5） 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 15 页 式中： zk矿井可采储量，mt； 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，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；地方小 煤矿不小于 0.7。 则，矿井设计可采储量： zk=(10862.08- 1601.96)0.8=7408.09（mt） 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 16 页 3 矿井工作制度及设计生产能力、服务年限矿井工作制度及设计生产能力、服务年限 3.1 矿井工作制度矿井工作制度 跟据煤炭工业矿井设计规范相关规定，确定矿井设计年工作日为 330 天，工作制 度采用“三八制”，每天两班作业，一班检修，每班工作 8 小时。 按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井每昼夜净提升时间 16 小时。这样充分考 虑了矿井的富裕系数，防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或改扩建。因此本矿设 计每昼夜净提升时间为 16 小时。 3.2 矿井设计能力及服务年限矿井设计能力及服务年限 3.2.1 确定依据确定依据 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 王行庄井田储量丰富，煤层赋存较稳定，顶底板条件好，断层少，倾角变化大，厚度 变化不大，开采条件较简单，技术装备先进，煤质为贫煤、瘦煤，且位于交通运输便利的 华东地区，市场需求量大，经济效益好，宜建大型矿井，综合以上因素确定杨庄矿井设计 生产能力为 0.9 mt/a。 3.2.3 矿井服务年限矿井服务年限 矿井服务年限必须与井型相适应。 矿井可采储量 zk、设计生产能力 a、矿井服务年限 t 三者之间的关系如式 3.1 所示： ka z t k = (公式 3.1） 式中：t矿井服务年限，a； zk矿井可采储量，7408.09 万 t； a设计生产能力, 0.9 万 t； 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 17 页 k矿井储量备用系数，取 1.4； 则，矿井服务年限为： t = 58 a 符合煤炭工业矿井设计规范要求。 3.2.4 井型校核井型校核 按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，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 井田内 2 号煤层平均厚度 7.07m，根据现代化矿井“一矿一井一面，”的发展模式， 可以布置一个综采工作面保产。 2）辅助生产环节的能力校核 矿井设计为大型矿井，开拓方式为双立井二水平开拓，主立井采用箕斗提煤，副立井 采用罐笼提升，运输能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤 经顺槽胶带输送机到上下山胶带输送机进入采区煤仓，然后在大巷装车经矿车运到井底煤 仓，再经主立井箕斗提升至地面，提升能力大，自动化程度高。副井运输采用罐笼提升、 下放设备、物料等，能满足大型设备的下放与提升的要求。大巷辅助运输采用矿车运输， 运输方便灵活，能满足要求。 3） 、 瓦斯含量低，属于低瓦斯矿井。水文地质条件中等，在副井中铺设两趟水管路可以满 足排水要求。 4）矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，保证有足够的服务年限， 满足煤炭工业矿井设计规范要求。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 18 页 4 井田开拓井田开拓 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巷道进入煤体，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、位置及其互相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 开拓方案进行技术经济比较，才能确定。 4.1 井田开拓的基本问题井田开拓的基本问题 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需要认真研究。 1）确定井筒的形式、数量和配置，合理选择井筒及工业场地的位置； 2) 合理确定开采水平的数目和位置； 3) 布置大巷及井底车场； 4) 确定矿井开采程序，做好开采水平的接替； 5) 进行矿井开拓延伸、深部开拓及技术改造； 6) 合理确定矿井通风、运输及供电系统。 上述开拓问题解决的是否正确，关系到整个矿井生产的长远利益，关系到矿井的基建 工程量，初期投资和建设速度，从而影响矿井的经济效益。而且矿井开拓方案一经实施， 再发现不合理而改动，那将耽误许多时间，浪费巨大投资。因此确定开拓问题，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开拓方案。 在解决开拓问题时，应遵循下列几个原则： (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。 4.2 井田开拓的基本问题井田开拓的基本问题 4.2.1 井筒形式、数目及位置的确定井筒形式、数目及位置的确定 1) 井筒形式的确定 井田的开拓方式按倾角可分为立井，斜井和平硐三种形式。平硐开拓是最简单最有利 的开拓方式，比较适合于地形为丘陵的矿区。由于本井田地质条件，不适宜采用平硐开拓。 （1）斜井开拓的优缺点： 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；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 19 页 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。 与立井开拓相比，斜井开拓的缺点是：斜井井筒长，辅助提升能力少，提升深度有限； 通风路线长、阻力大，管线长度长；斜井井筒通过富含水层、流砂层施工技术复杂。 （2）立井开拓的优缺点： 立井开拓的优点：不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文等自然条件的限制。在采 深相同的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升有利，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，且通风阻力小，对深井开拓更为有 利。 立井开拓的主要缺点是：井筒施工技术复杂，需要设备多，要求有较高的技术水平， 井筒安装复杂，掘进速度慢，基建投资大。 根据自然地理条件、技术经济条件等因素，综合考虑王行庄煤矿的实际情况：第三、 第四系覆盖层较厚，井筒需要特殊凿井方法施工；地势平坦，地面标高平均+100m 左右， 煤层埋藏较深；矿井年设计生产能力为 90 万 t/a，为中型矿井。 综上所述，本矿采用立井开拓。 2) 井筒数目的确定 根据煤矿安全规程的规定，生产矿井必须至少有两个能行人的通到地面的安全出 口，本设计矿井年设计生产能力为 90 万 t/a，采用立井开拓，主井使用一对 6t 箕斗提升， 副井使用一对双层四车（1t）罐笼提升。另外井田边界东西两翼各设置一个风井，风井内 设螺旋梯子间，与副井一起作为安全出口，故开采水平时，井筒数目有四个，它们是主井、 副井、东西风井。 3) 主、副井井筒位置的选择 （1）井筒位置的确定原则 有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的 布置，石门工程量少； 有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村或不迁村； 井田两翼资源储量基本平衡； 井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩 层，不应穿过采空区； 工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山、低洼和采空 区，不受崖崩滑坡和洪水威胁； 工业广场宜少占耕地，少压煤； 水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。 4）井筒沿井田走向方向的有利位置 本井田近似形状成长方形， 储量分布均匀， 井筒的有利位置应在井田走向的储量中央. 5）井筒沿井田倾斜方向的有利位置 立井开拓时，井筒布置在井田的中央靠上部位。 6）有利于矿井初期开采的井筒位置 矿井应尽快达产，使井筒布置在第一水平的位置最优。 7）尽量不压煤或少压煤合理布置井筒 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计（论文） 第 20 页 确定井筒位置，要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱。故工业广场的形状要沿煤 层等高线的走向布置。 8）地质及水文地质条件对井筒布置的影响 要保证井筒、井底车场及硐室位于稳定的围岩中，应使井筒尽量不穿过或少穿过流沙 层、较大的含水层、较厚冲积层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层、较软煤层及高应力区。 9）井口位置应便于布置工业场地 井口附近要布置主、副生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统间互 相联接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地面平坦，高差不能太大，专用线短， 工程量小及有良好的技术条件。 4.2.2 工业广场的位置、形状和面积的确