采矿工程毕业设计（论文）-何庄矿0.9Mta新井设计.pdf

中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 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 矿井位置和矿区地形矿井位置和矿区地形 何庄煤矿位于河南省洛阳市伊川县城关的半坡乡境内， 距伊川县城约 25km,据登封至 伊川县干线公路 6km，现有简易公路自半坡乡由井田北部绕过马岭山直达井田南部风井 场地及乡镇煤矿。隶属河南煤业化工集团焦作煤业公司，新井设计生产能力 0.9 mt/a，设 计服务年限 53 年，井田总面积 15.13 平方千米。 矿区内地形为低山丘陵地区，沟壑发育，山坡北缓南陡，地面坡度较大，区内最高标 高马岭山799.5m。最低标高段庄附近+422.8m，相对高差 376.7m。 区内地形切割剧烈，沟壑纵横，地面坡度较大，有利于大气降水的排泄。 1.1.2 交通条件交通条件 何庄煤矿位交通较为便利距伊川县城约 25km,据登封至伊川县干线公路 6km， 现有简 易公路自半坡乡由井田北部绕过马岭山直达井田南部风井场地及乡镇煤矿，详见图 11 1。 图 111 交通位置示意图 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页 1.1.3 矿区气候矿区气候 本矿区属于暖温带大陆性季风气候，具有四季分明之特点。 7 月至 9 月三个月为降水 期， 降水量占年降水量的 50左右， 年平均降水量 641.55mm， 年平均蒸发量 1833.24mm， 潮湿系数为 0.35。最热月（7 月）,平均气温 27.30，最冷月（元月）平均气温 0.48。 主导风向为西北风，次为北风或东北风 1.1.4 矿区水文情况矿区水文情况 本区属黄淮两河分水岭地带，水系以季节性溪流为主，无大河流。溪流主要靠大气降 水和少量的地下水补给，季节性变化甚大，据查资料：79 月为洪水期，流量大流势急， 洪峰涨落极快，最大洪流量可造成西岸附近低洼地被淹，农田被毁。 1.2 井田地质特征井田地质特征 1.2.1 井田勘探程度井田勘探程度 何庄矿井属马岭山勘探区的一部分，该勘探区经河南省地质公司二队，通过近十年时 间的地质勘探，于 1986 年 10 月提交了河南省登封煤田马岭山勘探区精查地质报告 。 1987 年 4 月，由河南省储委主持召开了有关单位参加的地质报告审查会，并且以豫储 （1987）13 号文审查批准该地质报告。指出勘探区内二1煤层已达到经查程度。其储量可 以作为建井设计的依据。但在当时由于二1煤层中深部地形复杂，其高级储量大都在+100 水平以上， 100 水平以下钻孔稀少， 故以后工作中应加重深部资源勘探工作,且由于本煤 田位于马岭山井田西部，故水文勘探程度较低。 根据何庄煤矿补勘程度低 2011 年2012 年何庄煤矿安排地面补充勘探钻孔 6 个， 工 程量约 5080m，其中 2011 年完成 2 个，工程量约 1800m。2012 年完成 4 个孔，工程量约 3280m，的实际情况，要对整个矿区进行地面补充勘探，提高钻孔密度，达到详查精度。 迄今为止整个井田范围内可采钻孔共有 24 个，分别为 2704, 2802, 2903, 3002,3003, 副 3001, 副 3002, 副 3003,3101,补 3102, 3103,3105，副 3101,副 3102, 副 3103, 副 3106,3202,3203, 副 3203, 3304，3403， 3502，3503，3506。 1.2.2 井田煤系地层概述井田煤系地层概述 何庄矿井田主要含煤地层为石炭系及二叠系的中下部含煤地层， 共有九个煤组可采及 局部可采煤层有一7、二1煤共层，一7煤层厚度 6.3418.96m，平均 9.84m，二1煤层厚 度 0.613.2m，平均 4.46m，其中二1煤层为主采煤层。 1.2.3 地层概况地层概况 本地层划属化北地层区豫西地层分区嵩山地层小区。 地层自老而新有：寒武系、石炭系、二叠系、三叠系及第三系、第四系。除覆盖 层外呈南老北新的单斜地层。其中石炭系及二叠系的中下部为含煤地层。 1)寒武系（） (1)中统张夏组（ 3 2） 灰至深灰色厚层状细晶饵状石灰岩，下部具有豆状及肾状结构，与下伏徐庄组（ 2 2） 整合接触，厚 124m。 (2)上统崮山组（ 1 3） 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页 灰色厚至巨厚状白云质石灰岩，含不均一的鲕粒，中夹薄层泥岩和砾屑灰岩，顶部溶 洞发育， 常有本溪组的铝土岩或铝土岩质泥岩充填， 与下伏张夏组连续沉积， 厚 212.42m。 2)石灰系（c） 地表裸露零星，下统缺失，中统平行不整合覆与寒武系崮山组之上，平均厚度 48.31。 (1)中统本溪组（c2） 上部为灰深灰铝土岩，具豆状，鲕状结构；下部为灰色铝土质泥岩，中含环铁矿结 核，偶夹古钻煤，厚 2.9813.62m，平局 8.79. (2)上统太原组（c3） 与中统连续沉积。为一套海陆交替相的含煤地层。及一组煤，厚 39.52m。依其岩性 组合和沉积环境划分为上、中、下三段. 下部灰岩段 系指太原群底界至 l4灰岩顶界的一套地层。主要与灰至深灰色生物质灰泥石灰岩及 生物质砾屑灰岩夹薄层泥岩，煤层组成。灰岩计有四层。即 l1l4,其下分别有一 1一4 不可采煤层。 l1及 l2灰岩局部合并， l4灰岩不稳定， 具有鸟眼结构。 本段厚 4.2117.36m， 平均厚 8.92m。 中部碎屑岩段 自 l4灰岩顶界一6煤层底界，岩性主要为灰黑色泥岩，灰色薄层状细粒石英砂岩（俗 称胡石砂岩）夹薄层砂质泥岩、透镜状生物碎屑灰岩（l5） ，不可采一5煤层赋存于 l5灰 岩之下。砂岩具波状，脉状及透镜状层理，含黄铁矿结核，层面上具有动物爬迹及斜交层 面的潜穴。本段厚 16.28m。 上部灰岩段 自一6煤层底界至二1煤层底板砂岩（se）底界，由灰至深灰色灰岩、泥岩菱铁岩、 砂质泥岩和薄煤层组成，灰岩分为三层（l6l8） 。主要为普遍发育，厚度稳定、标志性强 的 l7，其岩性为深灰色生物灰泥石灰岩。底部 l6灰岩呈薄层状，上部的 l8灰岩在 46 线 以东普遍发育， 以西时而出现， 各灰岩之下相应伏有一6一8煤层， 仅一7煤层偶尔可采， 本段厚 14.32m。 3)二叠系（p） 上部为非含煤地层，中下部为煤系地层。包括八个煤组（二九） 。含煤 34 层。各煤 组间均以特征的砂岩标志层分界，下为石炭系，上和三叠系全为整合接触，总厚度 906.43m，现自下而上予以分述。 （1）下统（p1） 山西组（p11） 二1煤层底板砂岩之低为下界，沙锅窑砂岩之底为上界。为一套深至深灰色泥岩，砂 质泥岩，粉砾岩及中细料石英砂岩为主而成的富煤地层，及二煤组，含煤八层，其中二1 煤为本区主要勘探对象。基本全区可采，沉积旋回清晰，标志层多且特征明显。该组厚 62124m（自西向东逐渐趋变薄） 。平均 87.85m。 下石盒子组（p21）三煤组 本组系指沙锅窑砂岩底至四煤底砂岩底界的一套地层， 底部为标志层沙锅窑砂岩 （ssh） , 灰至灰白色厚层状中粗粒石英砂岩，具有大型板状层理，槽状层理，正粒序，对下伏 p11 地层常有冲刷现象。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页 本组下部的泥大紫岩覆于 ssh 之上，为绿灰紫红泥岩、砂质泥岩。含不均一的紫斑 及鲕粒。局部相变为灰色泥岩，偶夹薄煤层，即三1煤（付 3102 见其煤厚 0.33m） 。 中上部为灰、 绿灰色泥岩、 砂质泥岩及紫色、 紫斑泥岩夹中厚层状细粒长石石英砂岩。 偶夹薄层炭质泥岩，本组厚 66.62m。 （2）上统（p2） 上石盒子组 p2) 指四底砂岩（ss）d 底界至平顶山砂岩底界间的一套含煤地层，以田家沟砂岩为界分 上、下两段，总厚 438.62m。 下段（p1- 12） ：包括四、五、六三个煤组，连续沉积，厚 233.10m。 上段（p2- 12） ：系田家沟砂岩（st）底界至平顶山砂岩底界，包括七、八、九三个煤组， 总厚 205.52m。 平顶山组（p21） 地层裸露良好，构成横贯全区的尖山脊，为一套岩性较单一、厚度稳定及标致性强的 砂岩， 主题为灰白色厚至巨厚层状中粒长石石英砂岩： 主要含石英， 次有长石、 硅质胶结， 石英普遍具次生加大现象，具有大型板状斜层理，柱状节理相当发育，为下粗上细的正粒 序，顶部有时出现灰色中细粒长石砂岩，底部多为粗粒石英砂岩，局部含石英细砾，偶夹 着薄层泥岩。 与本区西端石门处清晰可见其与下伏九煤组间假整合接触 （凹凸不平的介面上见标志 古分化壳的透镜状铁质石英细粒岩） ，本组厚 65114m，93.97m。 土门组（p31） 指平顶山砂岩顶界至金斗山砂岩底界间的一套非含煤地质，总厚 229.37m，与 p22地 层整合接触，按岩性组合划分为上、中、下三段。 下段： （p2- 12） ：下部为以紫色为主的杂色（灰、绿灰、紫红等）泥岩杂灰色薄层细粒 砂岩，上部为浅灰色中细粒石英砂岩夹薄层泥岩，厚 1555m，平均 46.05m。 中段（p3- 22） ：为浅灰色及绿灰色中厚 厚层状中细粒石英砂岩与紫红色泥质互层， 含钙质结核， 偶夹薄层灰色泥岩， 底部为一层较稳定的灰绿色厚层状中细粒长石石英砂岩， 具中型交错层理。其底含石英细砾和泥砾，是划分中、上段的标志层，本段后 122.33m。 上段（p3- 32） ；灰绿色中厚至厚层状细粒石英砂岩砾屑灰岩、粉砂岩、砂质泥岩及杂 色泥岩，顶部为灰绿色含铁饼状钙质结核的粉砂岩，底部为较标志的细粒石英砂岩：灰至 浅灰色,含扁平状孔洞（泥砾脱落而成） ，本段厚 60.90m。 4)三叠系（t） 区内仅涉及正统以 圈门群下部的两个层段，裸露较好，与土门组整合接触。 圈门群一段（t11）金豆山砂岩 为特征突出， 岩性单一的良好的标志层， 地貌上形成次级山脊， 岩石主要为紫红色 （底 部有时呈灰白色）厚层状中细粒石英砂岩，含较均一的铁质斑点，具普遍发育的中型交错 层理，碎屑成分中石英达 95%以上，普遍具次生加大波状消光，硅质胶结，厚度 75.50m。 圈门群二段（t21） 岩性为暗紫红色砂质泥岩、粉砂质夹薄层紫红色泥岩、中细粒长石石英砂岩，砂岩分 选较好， 含泥砾， 层面上具有虫迹及雨痕， 偶夹着、 透镜状砾屑灰岩， 本段厚度大于 85.80m。 5)上第三系（n） 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页 区内与 570 孔南侧山包上见有浅灰色中砾岩，成分复杂，泥沙质胶结，较紧密，厚 7.49m，和区域资料对比归属洛阳组。 6)第四系（q） 广布全区，以角度不整合覆于各地层之上，成因类型主要为残坡积及冲洪积型，岩性 有粘土、亚砂土、残坡积碎石及松土砾石层，顶部常有腐植层，时代归属为q3- 4、厚度 028.06m（平均 14.03m） 。 主采煤层煤层综合柱状图见图 112 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页 图 121 1.2.4 井田地质构造井田地质构造 本区地层的主体走向为近东西，地层倾南北，地层倾角为 1848。井田内构造比较简 单，主要有何庄向斜，大郭沟（暴 f38）断层及马 f39断层。 何庄向斜：何庄向斜仅位于井田中部，呈一开阔向斜，走简短，轴向近于南北，西翼 倾角较陡，东翼倾角较缓。 暴 f38断层：该断层位于井田西部边界，全长 3.5km，走向近南北，倾向近东西、倾 角约 70，地表较陡 80- 85，为一斜交走向逆断层，断距北小南大 50- 129m，控制程度可 靠。 马 f39断层：该断层西起 3003 孔附近，东至 3303 孔东侧，全长约 2.3km，主体走向 东西，属走向正断层，倾向北及东北，倾角 60- 70，落差 15- 40m，30- 33 线东部的二 1 煤层被切断，地表及钻孔均有大量作证资料，控制程度可靠。详见主要断层特征表 1- 2- 1。 主要断层特征表 表 1- 2- 1 1.2.5 井田水文地质特征井田水文地质特征 1含水层和隔水层 根据岩性，含水层及地层组合关系，自下而上共划分 9 个含水层和 6 个隔水层，其中 与二1煤有直接充水关系的含水层隔水层有： 太原群上段由 l6l8灰岩组成的含水层，其中 l7灰岩较发育，厚 18.96- 6.34m，平均 9.84m，该层上距二1煤平均 50m，经钻孔透水试验 q=0.000266l/s.m,k=0.00243m/日，属 岩溶裂隙承压水，含水性弱，导水性差，且不均一。 山西组砂岩含水层， 由中、 粗粒砂岩组成， 以大占岩， 香炭砂岩为主， 总厚 054.23m， 平均 16.44m，q=0.0001090.000217l/s.m，k=0.140.000721，该层属二1的上部，含水性 弱，透水性小，且不均一。 隔水层主要有二1煤底板隔水层，该层赋存于太原群上段灰岩与二1煤之间，主要与 断层名称 性质 走向 倾向 倾角(。) 落差（m） 备注 大郭沟断层（暴 f38） 逆断层 sn e 70 50120 马f39断层 正断层 ew n.ne 6070 1540 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 7 页 泥岩砂质泥岩组成， 局部夹有细、 中粗砂岩， 最大厚度35.42m， 最小厚度4.8m， 平均13.52m， 正常情况下可阻止太原群上段灰岩水进入开采二1煤层内。 2.断层对矿床充水性的影响 暴 f38断层：根据 2071 孔太原群灰岩抽水，q=0.00243，大郭沟煤矿开采时遇 到小型断层多次，但水量甚弱，且不均一。 马 f39断层： 属于张裂性断层， 并伴有小型断层， 断层内由砾岩， 断层泥组成， 冲洗液消耗小于 1.0 m3/h，具有一定的隔水性能。其断层影响带裂隙较发育，影响带含水 性较弱，且不均一。 3地表水及地下水补给关系 区内无大的河流、溪流，泉水流量和生产井的涌水量随季节变化，有些溪流和泉水旱 季时甚至发生干枯或断流。 本区二1煤属于水文地质条件简单的矿。 4.矿井涌水量预计 二1煤层直接直接充水含水层为山西组砂岩及太原群上段灰岩，其涌水量的总和接近 矿井的总涌水量， 故以此利用比拟法进行计算。 马岭山勘查区精查地质报告中采用比拟法 进行计算矿井涌水量的公式为： q = 1 q 4 1 / ff2 1 / ss 式中： q、 f、 s分别为预计矿井涌水量 （ 3 m /h） ， 开采面积 （ 2 m ） 和水位降低 （m） ； q1、f1、s1分别为已知生产矿井的涌水量（ 3 m /h） 、开采面积（ 2 m ）和水 位降低（m） 。 地质报告中提供涌水量的生产矿井是友谊煤矿和新建煤矿，由于两矿的涌水量相 差较大，本矿取其平均值，据计算：- 208m 水平的正常涌水量山西组砂岩水 128 3 m /h，太 原群上段灰岩水 85 3 m /h，总计 213 3 m /h，雨季最大涌水量按 1.67 系数为 356 3 m /h。 1.3 煤层特征煤层特征 1.3.1 可采煤层特征可采煤层特征 井田内主要可采煤层为二叠系下统山西组，二 1煤层为区内主要可采煤层，位于山 西组大占砂岩之下，下距 l7岩 12m。 何庄矿井位于马岭山勘探区的西端，根据豫煤规定1996第 682 号文确定确定井田边 界为 35 线以西， - 600 等高线以上， 此范围内共有 42 个孔， 不可采空 2 个 （0.6 及 0.62m） , 均位于 35 线浅部附近。其中 0.7- 1.3m 孔 3 个，1.3- 3.5m 孔 14 个，大于 3.5m 孔 23 个。煤 层厚度 0.6- 13.2m。全区可采钻孔平均厚度 4.69m（全区平均 4.46m） ，煤层在走向和倾向 均有变化。为稳定至偏不稳定的厚煤层，煤层结构简单，局部含有 1- 3 层夹矸。煤层容重 1.39t/ 3 m ，煤层倾角 18- 48,30- 33 线较缓，井田两端较陡，特别是大郭沟断层附近在 50 左右。 2）.煤质 二1煤的化学性质：原煤灰分 8.05- 33.23%，平均 15.51%，多属低中灰煤，属于高 熔融灰分，磷、砷及氯含量均较低。低位发热量 28.6mj/kg。 煤的牌号为底中灰，特低硫、低磷、中高发热量，高熔融性以粉状产出为主的贫 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 8 页 煤（pm） 。 二1煤的可选性：粒度由大到小逐渐增加，大于 50 占 6.2%，其中矸石 0.2%，50- 25 占 5.4%， 25- 13 占 8.1%， 小于 13 占 80.3%。 当分选比重采用 1.5 时， 精煤产率平均 77.38%， 灰分 9.35%，中煤产率 13.33%，灰分 27.33%，0.1 含量 35.34%，从精煤产率看为易选， 从中煤量为中等易选，0.1 含量看为难选。 根据以上资料，二1煤层抗碎强度低，中等易选，可磨性细珊瑚 182，热稳定性好， 化学反应性中等，结渣性中等。 1.3.2 煤质煤质 (1).二1煤的物理性质：层理不是很明显，质软而且较松散，多呈粉状与鳞片状产出， 孔隙度 8%，井下落实验法测定，大于 25mm 块煤产率 29- 40￥，抗碎强度低，可磨性系 数 137- 223，松散原煤容重 0.9t/ 3 m ,静止角 30.2。 (2).二1煤的化学性质：原煤灰分 8.05- 33.23%，平均 15.51%，多属低中灰煤，属于 高熔融灰分，硫分 0.27- 4.02%，平均含量 0.96%，属特低硫，经 1.4 比重液选后，精煤全 硫含量平均为 0.48%，脱硫率 50%，以硫化铁硫为主,磷、砷及氯含量均较低。低位发热 量 28.6mj/kg。 煤的牌号为底中灰，特低硫、低磷、中高发热量，高熔融性以粉状产出为主的贫 煤（pm） 。 (3).二1煤的可选性： 粒度由大到小逐渐增加， 大于 50 占 6.2%， 其中矸石 0.2%， 50- 25 占 5.4%， 25- 13 占 8.1%， 小于 13 占 80.3%。 当分选比重采用 1.5 时， 精煤产率平均 77.38%， 灰分 9.35%，中煤产率 13.33%，灰分 27.33%，0.1 含量 35.34%，从精煤产率看为易选， 从中煤量为中等易选，0.1 含量看为难选。 根据以上资料，二 1 煤层抗碎强度低，中等易选，可磨性细珊瑚 182，热稳定性好， 化学反应性中等，结渣性中等。 1.3.3 其他开采技术条件其他开采技术条件 二1煤顶底板：本井田内顶板岩性在 30- 32 线的浅部多- 粗粒砂岩，中深部为粉砂岩， 其余地区为泥岩或砂纸泥岩，地板以泥岩或砂纸泥岩为主。 瓦斯：全矿井瓦斯相对涌出量为 0.763.7 m3/t；绝对瓦斯涌出量为 27 m3/min，为 低瓦斯矿井。 煤尘：经鉴定二1煤火焰长为 20.2mm，抑制煤尘爆炸最低盐粉量为 50.8%，为有煤尘 爆炸危险的煤层。根据生产矿井调查均未发生过爆炸事故。 自然；煤炭科学研究总院重庆分院煤炭自燃倾向性等级鉴定报告，本矿二1煤为不易 自燃煤层。 地温：本矿井为无地热害区。 1.3.4 其他有益矿床其他有益矿床 主要有铝土矿，赋存于石炭系本溪组地层中，零星露于南部边缘，小郭沟矿体总长 850m，平均厚 3.2m，倾角 20- 40，含矿系数 0.74%，储量 130 万 t，上距二1煤地板 68m。 平顶山砂岩及金豆山砂岩均是良好的建筑材料。 二1煤中的矸石及伪底均可做煤矸石利用，ag=74.6%，q=6.55mj/kg，发热量偏低。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 9 页 2 井田境界和储量井田境界和储量 2.1 井田境界井田境界 2.1.1 井田范围井田范围 矿井西以大郭沟断层（暴 f38断层）为界与宝雨山矿及大郭沟矿相邻，东以 35 勘探线 为界与马岭山井田相连； 浅部以+300m 二1煤底板等高线为界与盛兴、 新兴、 新华、 兴建、 宏盛、何庄二矿六个乡镇煤矿相连；深部以- 600m 二1煤层底板等高线为界；矿区呈东西 向展布，东西长约 5.8km，南北宽约 4.2km。 2.1.2 井田境界井田境界 根据河南省国土资源厅于 2007 年 3 月下发的采矿许可证（证号 4100000720056） ， 何庄矿井田面积 15132821 2 m ，井田范围由 15 个拐点圈定，详见表 2- 1- 1。 井田境界拐点坐标一览表 表 2- 1- 1 点号 x 座标 y 座标 点号 x 座标 y 座标 1 3805050.00 38383450.00 9 3800475.00 38381365.00 2 3803850.00 38383525.00 10 3800475.00 38380165.00 3 3803415.00 38383525.00 11 3801495.00 38380165.00 4 3803452.50 38383633.00 12 3802275.00 38377915.00 5 3802875.00 38383510. 00 13 3803160.00 38377900.00 6 3802448.00 38382123.00 14 3804525.00 38377750.00 7 3802039.00 38382147.00 15 3803805.00 38378275.00 8 3801795.00 38381365.00 限采二 1 煤层，标高：+400 米至- 530 米(开采标高按储量核查结果确定)。 井田赋存情况示意图如图 2- 1- 1 所示。 图 2- 1- 1 井田赋存情况示意图 2.2 矿井地质资源量矿井地质资源量 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 10 页 2.2.1 储量计算基础储量计算基础 矿井储量是矿井开发和各项建设工作的客观基础条件， 因此， 对储量的圈定与计算必 须以十分认真的态度， 严肃对待。 为保证储量具有足够的可靠性， 在进行矿井储量技术时， 应按照下列步骤进行。 原始资料的检查 储量是确定矿井生产能力的基础。 因此， 首先对计算储量用的各类原始地质资料进行 全面的研究和审核。 确定勘探类型并选择不同储量级别的勘探密度 当对勘探工程作出可靠性的评价以后， 应根据规范中对勘探区的构造复杂程度及煤层 稳定程度，确定勘探类型与选择不同储量级别的勘探密度，以此编制储量计算平面图。 确定不同储量级别的边界线 按照不同的煤层， 参照其勘探类型规定的各级储量计算所需要的勘探密度， 结合设计 矿井的具体地质条件，分别确定其不同储量级别的边界线。 选择储量计算的方法 根据地质构造、煤层变化、勘探工程等情况，结合煤矿设计的具体要求，选择合理的 储量计算方法，以保证计算出的储量可靠，满足设计要求。 2.2.2 矿井地质资源矿井地质资源/储量储量 井田可采煤层倾角约为 17.3，二1煤层煤类为非炼焦用煤；按照煤、泥炭地质 勘 查规范 （dz/t02152002）附录 e 中表 e.2 规定，工业指标如下： （1）煤层厚度0.70m； （2）最高灰份 ad:40%； （3）最高硫份 st,d:3%； （4）最低发热量 qnet,d:17.00mj/kg。 煤层容重取值根据煤芯样测定，取其平均值 1.39t/m3。 根据采矿许可证， 何庄井田限采一 7 煤和二 1 煤， 但井田精查期间钻遇的一7煤层多 不可采，资源储量核实报告也未估算一7煤层的资源储量，因此，本设计仅对二1煤层资 源储量进行计算， 计算范围为井田境界全部范围。 采用地质块断法计算矿井地质资源量， 地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征， 将矿体划分为若干块段， 在圈定的块段 法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量。 煤层总储量即为各块段储量之和， 每个块 段内至少应有一个以上的钻孔。煤层储量的计算公式为： （公式 2- 2- 1） 1 q 、 2 q n q 分别为各块段的储量，万 t ； 1 s 、 2 s n s 分别为各块段的面积，m2； 1 111 qsmg= 2 222 qsmg= n nnn qsmg= 123 . n qqqqq=+ 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 11 页 m1、m2 mn 分别为各块段内煤层的平均厚度； 1 g、 2 g n g分别为各块段内煤层的容重； 块段的面积 s 必须采用真面积（即煤层斜面积） 。用煤层底板等高线上的水平投影面 积换算成真面积。 （公式 2- 2- 2） 式中 s真面积，m2； / s 水平投影面积，m2 ； i a 煤层倾角，采用块段内的平均倾角， （） ； 根据地质勘探情况，将矿体划分为 12 个块段（见图 2- 1- 1） ，在各块段范围内，用算 术平均法求得每个块段的储量，煤层总储量之和。 表 2- 2- 1 地质资源量计算表 2.3 矿井工业资源/储量 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- 3- 1)计算。 zg=z111b+z122b+z2m11+z2m22+z333k (2- 3- 1) 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； 何庄煤矿二1煤地质资源量计算表 地质块 段区域 块段投 影面积 平均 倾角 （） 块段实 际面积 平均 厚度 煤层 容重 块段地质储量 蓝色 1792181.19 22.86 1944943.165 5.56 1.39 15031298.76 绿色 3666430.98 19.37 3886415.919 4.75 1.39 25660061.1 紫色 6860214.76 18.39 7229413.001 4.09 1.39 41099935.85 灰绿色 974684.21 14.15 1005182.396 5.1 1.39 7125738.005 深黄色 1208361.37 13.41 1242230.26 3.98 1.39 6872266.247 咖啡 803125.27 34.56 975219.7625 6.28 1.39 8512888.351 总地质资源量为 104302188.3 t / cos i s s a = 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 12 页 z333推断的资源量。 k可信度，由于本矿井三维地震后发现断层较多，地质构造较复杂，煤 层赋 存较稳定，因此设计将 k 值取 0.8。 z111b104302188.360%70%43806919.09t z122b104302188.330%70%21903459.54t z2m11104302188.360%30%18774393.89t z2m22104302188.330%30%9387196.947t z333k104302188.310%0.88344175.064t zgz111bz122bz2m11z2m22z333k 43806919.09 +21903459.54+18774393.89+9387196.947+8344175.064 102216144.5 t 2.4 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- 4- 1)计算： zs(zgp1) (2- 4- 1) 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。 井田范围内计算煤柱损失的取值为：马 f39 断层两侧各留煤柱 30m，暴 f39 断层留 60m 保护煤柱，风氧化带及边界防水煤柱取 20m，工业广场及主运输石门煤柱根据邻近 生产矿井的岩石移动角计算留设， 其岩石移动角为： 表土 =45， 基岩 =70， =65， =70。 1）井田边界煤柱可按式(2- 3- 2)计算： z=lbmr (2- 4- 2) 式中：z井田边界煤柱损失量，t； l井田边界长度，20642.05m； b井田边界煤柱宽度，20 m； m煤层厚度为 4.46 m； r煤的容重 1.39t/m3。 则井田边界煤柱损失量为：z1=lbmr =20642.05204.461.39 =2559366.50 t 2）断层保护煤柱同理可用可式(2- 3- 2)计算： 则断层保护煤柱损失量为： z2=lbmr= 2531.822304.461.39 =941745.89 t 3）地面工业广场保护煤柱 煤矿设计规范中若干条文修改决定的说明中第十五条关于减少广场占地问题中， 工业场地（包括选煤厂）占地面积指标应控制在表 2- 1 的范围内。 表 2- 4- 1 工业场地占地面积指标明细表 井型（万吨/年） 占地面积指标（公顷/10 万吨） 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 13 页 工业场地的布置应结合地形、地物、工程地质条件及工艺要求，做到有利生产，方便 生活，节约用电。经设计验算，矿井的设计生产能力为 0.9 mt/a。根据上述规定，由表 2.1 确定， 工业场地的占地面积应为 13.5 公顷以内。取地面工业广场需要保护的尺寸为：长 宽=400300=120000m2 的矩形，工业广场的中心处在井田走向的中央，主井、副井，地 表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按级保护留维护带，宽度为 15 m。二 1 煤平 均倾角 17.3，松散层厚度约为 4.78 m，移动角 =45，基岩走向移动角 =70，下山 移动角 =65，上山移动角 =70。 用垂直剖面法留设工业广场保护煤柱 求得: 工业广场保护梯形的上底，845.94m 工业广场保护煤柱梯形的下底为 1115.74m 工业广场保护梯形的高为 1189.96m 工业广场按级保护围护带宽度为 15 m。工业广场保护煤柱如图 2- 4- 1。 则二1煤工业广场保护煤柱压煤量为： z3=1/2（ad+bc）hmr (2- 4- 3) 式中： ad工业广场保护煤柱梯形的下底 1139.79m； bc工业广场保护梯形的上底 864.8m； h工业广场保护梯形的高 1267.31m； m煤层的厚度，4.46m； r煤的容重，1.39t/m3。 代入数据得： z3=（864.8+1139.79）1267.31/24.461.39=7874592.42t 总上，矿井设计资源/储量： zs(zgp1)102216144.52559366.50941745.897874592.42 90840439.69t 240 及以上 1.0 120- 180 1.2 45- 90 1.5 9- 30 1.8 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 14 页 图 2- 4- 1 工业广场保护煤柱 2.5 矿井设计可采储量矿井设计可采储量 矿井设计可采储量按式(2- 5- 1)计算： zk=(zsp2) c (2- 5- 1) 式中： zk矿井设计可采储量； p2工业场地和主要井巷煤柱损失量之和； c采区采出率，厚煤层不小于 75 %；中厚煤层不小于 80 %；薄煤层不小于 85 %。 其中 p2按矿井设计资源/储量的 2 %估算，则： zk=(90840439.6990840439.692 %)75 % =66767723.17 t 中国矿业大学 2012 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 矿井工作制度矿井工作制度 根据煤炭工业矿井设计规范 （gb 50215- 2005）要求，矿井工作制度确定为年工 作日为 330 天，每天三班作业，其中两班生产，一班检修准备，每天净提升时间 16h。 3.2 矿井设计生产能力及服务年限矿井设计生产能力及服务年限 由煤炭工业矿井设计规范规定：矿井设计生产能力，应根据资源条件、外部建设 条件、国家对煤炭资源配置及市场需求、开采条件、技术装备、煤层及采煤工作面生成能 力、经济效益等因素，经多方案比较后确定。 矿区规模可依据以下条件确定： 1、资源情况：矿井地质构造简单，储量丰富，煤层赋存稳定，开采条件优越，应将 矿井定为较大的井型；煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿井规模定的太大； 2、开发条件：包括矿区所处的地理位置，交通是否便利，用户，供电，供水，建筑 材料及劳动力来源等； 3、国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤质、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。 针对何庄煤矿地质构造简单，煤层赋存稳定，开采条件优越，经济效益好，煤质本区 以贫煤为主，供电、供水方便，宜建中型矿井。 结合本矿实际和当前技术水平， 为了更好的发挥煤炭资源的经济效益， 采用综采放顶 煤的开采方法。本矿储量丰富，按照矿井设计规范规定，将该矿井生产能力预定为 0.9 mt/a。 矿井的设计服务年限 t 可按下式计算： (3- 2- 1) 式中： v 矿井服务年限，a； zk 矿井可采储量，万 t； a 矿井生产能力，万 t/a； k 储量备用系数，根据二 1 煤层赋存情况及水文、构造分析， 因此设计取储量备用系数 k=1.4。 由前面计算可知：zk=66.768 mt，则：t=66.768/ (1.40.9) =53a40a 按设计手册规定：新设计的 0.9 mt 吨的中型矿井服务年限应大于 40 年。本设计 服务年限为 53a，是符合要求的。 即本煤矿的服务年限约为 53a。 经计算其中第一水平的服务年限为 34a，符合要求。 矿井服务年限必须与井型相适应，我国各类井型的矿井和第一水平的设计服务年限如 ka z t k = 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 16 页 表 3- 2- 1 所示。 表 3- 2- 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 ta- 1 矿井设计服务年 限/a 第一开采水平服务年限/a 煤层倾角 煤层倾角 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 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 17 页 4 井田开拓井田开拓 4.1 井田开拓的基本问题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、位置、数目及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。 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道问题，具体有下列几个问题需要认真研究。 1、正确的确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置； 2、正确的确定矿井的生产能力，合理确定开采水平的数目和位置； 3、正确地布置运输、回风大巷，井底车场及其它硐室； 4、正确划分阶段、盘区和采区，合理确定阶段高度和开采水平的数目； 5、正确确定矿井开采顺序及其配采关系，做好采区和开采水平的接替，以保证矿井 的均衡生产； 6、进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造； 7、合理确定矿井通风、运输及供电系统。 确定开拓问题，需要根据国家政策，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、合理集中开拓布署，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 井筒的形式、位置井筒的形式、位置 一、井筒形式和数目的确定 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。 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，平硐水平有足够的煤炭储量，煤层埋藏深 度在当地侵蚀基准面之上，冲积厚度小于 10 米。 斜井开拓与立井开拓比较：斜井井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度 快，井筒施工费用低，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，井筒延深施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；采用胶带提升时， 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 18 页 提升能力大，可满足大型矿井主提的需求；斜井井筒也可作为安全出口，井下一旦发生事 故，人员可迅速从斜井撤离。缺点：斜井井筒长，辅助提升能力小，提升深度有限；在开 采深度相同的条件下，斜井井筒长度比立井长，铺设的管线也长，维护费用高，通风、排 水阻力大；斜井井筒通过富含水层、流沙层时施工技术复杂。 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 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； 对复杂地质构造和煤层产状特 殊时，能兼顾深部和浅部不同煤层的开采需求。主要缺点：立井井筒施工技术复杂，需用 设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，开凿费用高，投资大。 第三系为浅灰色中砾岩，成分复杂，泥沙质胶结，较紧密，厚 7.49m。 第四系以角度不整合覆于各地层之上， 成因类型主要为残坡积及冲洪积型， 岩性有粘 土、 亚砂土、 残坡积碎石及松土砾石层， 顶部常有腐植层， 厚度 028.06m （平均 14.03m） 。 井田内煤层倾角为 13.4134.56，平均为 17.3左右，煤层属缓倾斜煤层，属于煤与 瓦斯突出矿井，预计矿井正常涌水量为 213 m3/h，最大涌水量为 365m3/h，正常情况下， 采掘工程、矿井安全受水害影响不大。 该煤田之上为马岭山，马岭山为东西走向，南坡和北坡坡度都较陡，都不易设井筒和 工业广场，马岭山北坡为煤层深部，南坡为煤层浅部，南坡地质条件适合设斜井作风井。 综合煤层上覆岩层地质特征、 煤层的埋藏地质特征及各开拓方式的优缺点， 设计采用 综合开拓，主立井提煤兼做进风井，副立井提升人员、材料兼做进风井，风井为斜井。采 用中央边界式通风，在井田上边界浅部设置一个风井，满足矿井通风要求。 二、井筒的位置 井筒是井下与地面出入的咽喉，是全矿井的枢纽。井筒位置的选择对于建井期限、基 本建设投资、矿井劳动生产率以及吨煤生产成本都有重要影响，因此，井筒位置一定要合 理选择。 选择井筒位置时要考虑以下主要原则： 1、有利于井下合理开采 （1）井筒沿井田走向的有利位置 当井田形状比较规则而储量分布均匀时，井筒沿井田走向的有利位置应在井田的中 央；当井田储量分布不均匀时，井筒应布置在井田储量的中央，以形成两翼储量比较均衡 的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网络较短，通风阻力小。应尽 量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采的不利局面。 （2）井筒沿煤层倾向的有利位置 在倾向上井筒宜布置在中偏上的位置， 同时考虑到减少煤损， 尽量让工业广场保护煤 柱圈住一些影响生产的地质构造和断层。 2、有利于矿井初期开采 选择井筒位置要与选择初期开采区密切结合起来， 尽可能使井筒靠近浅部初期开采块 段，以减少初期井下开拓巷道工程量，节省投资和缩短建井期。 3、尽量不压煤或少压煤 确定井筒位置，要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱，做到不压煤或少压煤。为 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 19 页 了保证矿井投产后的可靠性， 在确定井筒位置时， 要使地面工业场地尽量不压首采区煤层。 4、有利于掘进与维护 （1）为使井筒的开掘和使用安全可靠，减少其掘进的困难及便于维护，应使井筒通 过的岩层及表土层具有较好的水文、围岩和地质条件。 （2）为加快掘进的速度，减少掘进费用，井筒应尽可能不通过或少通过流沙层、较 厚的冲积层及较大的含水层。 （3）为便于井筒的掘进和维护，井筒不应设在受地质破坏比较剧烈的地带及受采动 影响的地区。 （4）井筒位置还应使井底车场有较好的围岩条件，便于大容积硐室的掘进和维护。 5、便于布置地面工业场地 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。 为了便于地面系统之间 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，应尽量避免穿过村镇居民区、文物古迹保护区、陷落 区或采空冒落区、洪水侵入区；要尽量少占农田、果园经济作物区，尽量避免桥涵工程， 尤其是大型桥涵隧道工程。 为考虑长期运输的行车安全和管理， 要尽量避免与公路或其他 农用道路相交，力