采矿工程毕业设计（论文）-龙王庄煤矿0.9Mta新井设计2.pdf

中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 1 页 1 矿区井田概况及地质特征 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1.1 矿区井田概况 1.1.1 地理交通位置及地形地貌地理交通位置及地形地貌 龙王庄矿位于河南省陕县观音堂、张村乡与渑池县英豪乡交界处。地理座标：东径 11134001113734，北纬 344311344701。井田范围：西部以 f10 断层与石壕井田为界，东部以 f15 断层与蓸窑井田为界，浅部以+350 水平与英豪煤矿 梁家洼小井为界，深部达陇海铁路附。南北走向长 7.3km，东西宽 3.0km，开采深度由 0m 至+300m 标高。 区内交通方便， 龙王庄煤矿东距渑池县城23km， 至郑州市235km， 西距三门峡市 43km。 陇海铁路、连霍高速公路、g310 国道从矿区南部经过，g310 国道英豪至矿区 6km，有简易 水泥公路与 g310 国道连接，沿 g310 国道，英豪至三门峡 50km，至渑池 12km。矿区西北 部梁家洼煤矿、小龙庙煤矿通往英豪车站的窄轨铁路也通过矿区，交通十分便利，交通位 置见图 11。 本井田属低山丘陵区，海拔高度在+570+848m 之间，最大相对高差 278m，井田总的 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 2 页 地势呈东北高西南低，西北部二叠系马头山砂岩组成的鹿抬头山、狼凹山、锣鼓山、羊顶 山等剥蚀构造单面山，构成了地表分水岭，其绝对标高为+750.1+825.16m。分水岭以西， 地表切割强烈，冲沟发育，地面坡度大，地形颇为复杂；分水岭以东，地形起伏相对较小， 地表广为第四系黄土状砂质粘土覆盖，形成了黄土梁、黄土峁等黄土地貌景观。 1.1.2 井田水文井田水文 井田内无大的地表水体，仅发育有小溪及冲沟。沟水均由基岩风化带、坡积层水汇集 而成，水量较小，且季节性变化明显。据 1984 年对王沟观测，流量为 098.13ls。这 些冲沟是排泄井田地表迳流及地下水的主要渠道。 1.1.3 井田气象及地震井田气象及地震 本区属大陆性气候，四季分明。据渑池县气象站 19571992 年观测资料：年最高气 温 41.6(1966 年 6 月)，年最低气温- 18.7(1969 年 1 月)。历年平均气温 12.3。历年月 平均气温 7 月份最高，为 25.3，1 月份最低为- 2.2。 年平均降水量 652.9mm，多集中于 7、8、9 三个月，占全年降水量 53，降雪期一般 在11月至翌年3月， 日最大积雪深度为30cm(1963年3月9日)。 年蒸发量最大为2368.7(1966 年)，最小为 1583.3(1985 年)。 本区 59 月份以东东南风为主，10 月至翌年 4 月份以西西北风为主。年均风速 3.3ms，最大风速 20ms。本区西北风频率较高，对区内气候影响较大。 冻结期多在 11 月至翌年 3 月，冻结天数为 31 天(1958 年)至 93 天(1960 年)。冻结深度 一般 0.120.19m，最大为 0.34m。 据洛阳地震办公室提供的资料，本区处于岸上断层，坡头断层与前宫断层等活动断层 的三角地带，地震频度较高。本区属 5 级地震区，震中烈度 67 度。根据地质报告审查 意见：地震烈度按 67 度考虑。 1.1.4 区内工农业概况、煤炭开发建设区内工农业概况、煤炭开发建设 本区所在陕渑煤田为豫西重要煤炭基地之一，区内有国营、地方国营和较多乡镇小煤 矿以及为煤炭工业服务的小型工业，井田相邻义马矿务局甘豪、曹窑矿；浅部为梁家凹矿 井。 本区多为旱地，农作物以小麦和玉米为主。 1.2 井田地质特征 1.2.1 地质构造地质构造 1、地层 本井田地层自老到新有奥陶系、石炭系（太原组） 、二叠系（山西组、下石盒子组、 上石盒子组、马头山组、土门组） 、上第三系和第四系。 2、构造 井田位于渑池向斜西仰起部北翼，基本为一单斜构造，伴有宽缓的小褶曲。地层倾向 一般 140，煤层倾角 48，一般多为 6左右。 井田内断裂分近南北和北西、近东西向两组，近南北向较发育。落差大于 30m 的断层 主要分布在井田两端，其中 2 条位于井田边界部位。控制程度均可靠，断层指数及破坏强 度系数均较小，地层倾角平缓，略有波状起伏，倾角变异系数较小，故构造类别为简单。 详见表 2- 1- 1。 2- 1- 1 井田断层情况一览表 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 3 页 名称 性质性质 走向 （） 倾向 （） 倾角 （） 落差 （m） 穿过钻孔穿过钻孔 可靠程度可靠程度 f10 正 342- 9 252- 279 70 160 1412 查明查明 f10 正 350- 15 260- 285 60- 70 40- 50 1301、1416 查明 f66 正 318- 18 242- 288 70 10- 50 2513、2807 查明 f10 正 2 272 70 70 1301 查明 f15 正 315 45 80 295- 375 查明 f15 正 302- 332 32- 62 75 100 3401 查明 f15 正 290- 355 20- 85 60 50- 80 2611 查明 历次勘探施工，井田内均未发现岩浆岩侵入。 1.2.2 煤层及煤质煤层及煤质 1、含煤地层及煤层 井田含煤地层为二叠系上、下石盒子组、山西组和石炭系太原组。山西组和太原组为 主要含煤段，含全井田可采的二l煤层和大部可采的一3、一2煤层。因距奥陶系灰岩太近， 受水威胁较大，一3与一2煤层定为暂不能利用储量。 二1煤层位于山西组(厚 39.8086.34m)下部，全层厚 0.1911.19m，平均 3.83m。可 采厚度 0.7010.56m，平均 3.78m。含夹矸 05 层，一般 12 层，结构较简单。夹矸厚 01.83m，平均 0.34m，以炭质泥岩为主，次为泥岩，呈似层状、透镜状分布，稳定性较 差。 二1煤层直接顶板在井田西部为中细砂岩(俗称大占砂岩)，东部以泥岩、粉砂岩为主， 次为中细砂岩，局部见炭质泥岩伪顶。厚度 01.05m。底板为深灰色粉砂岩。 煤层厚度具有短距离内急剧变化之特点，大致呈 nnne 向厚薄相间交替出现，规律 性较为明显。稳定程度属较稳定偏不稳定型。 2、煤质 （1）物理性质 二 1煤颜色为黑色，条痕棕黑色，玻璃光泽，参差状、贝壳状断口，内生裂隙发育， 硬度较小，机械强度较低，性脆易碎，多呈粉状产出，部分地段受构造影响呈鳞片状。储 量计算容重 l.35t/m3。散密度为 0.96tm3，安息角 37，摩擦角 28。 （2）煤岩特征 二1煤层宏观煤岩成分以亮煤为主， 次为暗煤， 夹少量镜煤透镜体或条带， 偶见丝炭(常 顺层分布)。 （3）化学性质、工艺性能及煤类 二 1煤属中灰、中硫、低磷、高熔灰分、中等挥发份、中等粘结性煤。发热量平均为 27.02mj/kg。据浮沉资料，采用分选密度 1.5，0.1 含量法评价为难选煤；中间煤含量法 评价为易选煤，其浮沉灰分为 8.75，全硫含量 1.19%，符合冶金焦用煤质量标准。据炼 焦试验资料，二1煤可作为炼焦用煤，但单独炼焦时焦炭灰份、硫份偏高，需与其它低灰、 低硫煤配合使用。 1.2.3 水文地质水文地质 1、区域水文地质概况 陕渑煤田位于近东西向的渑池向斜之北翼，在其北至西北部由寒武、奥陶系组成本区 一级分水岭，形成黄河与洛河水系的分界。本煤田属洛河水系，区内无大的地表水体，地 下水主要补给来源为大气降水。由于区内地形切割强烈，冲沟发育，利于地表迳流的排泄。 地下水的排泄以泉水排泄为主， 甘豪泄水带即为区域地下水的排泄中心， 排泄量 80100m3 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 4 页 h。另外，矿井长期开采、排水，成为地下水排泄的另一途径，在其径流带上形成了人 工降落漏斗。 2、井田水文地质条件 （1）含水层与隔水层 第四系松散堆积物孔隙潜水含水层(i)，厚 011.36m，平均 7.30m。当地居民饮用 水大多取自本层，水位及泉流量季节变化大。 第三系泥灰岩、砾岩孔隙潜水含水层(ii)，层厚 039.4m，平均 23.52m，其富水性 弱。 基岩风化带裂隙潜水含水层，层厚 25.05186.20m，平均 93.6lm，富水性弱。 马头山砂岩裂隙承压含水层(iii)，层厚 097.66m，平均 40.04m，富水性中等，涌 水量季节变化大。 二1煤顶部砂岩裂隙承压含水层(iv)，层厚 9.7552.28m，平均 27.28m。是矿井顶 板直接充水含水层，生产矿井在开采揭露本层时，仅局部地段有淋水和涌水现象，未曾发 生突水事故。正常情况下，对矿井开采无危害。 太原组灰岩裂隙岩溶承压含水层(v)，层厚 0.979.62m，平均 6.30m。灰岩中岩溶 裂隙发育，浅部以溶洞发育为主，深部则发育溶蚀裂隙及小溶洞，且近断层处发育程度好。 水位标高+402.04+446.96m，水力坡度约 20。 据生产矿井资料，该层是矿井充水的主要水源。出水方式以集中泄水涌入矿井为主。 一般初始水量大(50120m3h)，最后稳定水量在 20m3h 左右。说明本层地下水以储存 量为主，补给量较小，易于疏干。 奥陶系灰岩裂隙岩溶承压含水层()，层厚约 320m。井田内仅 8 个孔对其进行了揭 露，揭露厚度 46.2081.17m，经钻探证实，裂隙、溶洞发育程度较差，且以溶蚀裂隙发 育为主。 井田内本层埋藏较深，水压大。正常情况下，距二l煤底板 27.6294.69m，局部地段 受断层的影响与二 1煤顶板砂岩及太原组石灰岩含水层直接接触，可经断层破碎带形成侧 向补给，成为矿井充水水源。 在上述含水层间，有二叠系下石盒子组隔水层，平均 99.90m，阻隔了二1煤顶部砂岩 含水层与上覆诸含水层间的水力联系；二l煤底板隔水层一般 17.98m，井田内均有分布， 厚度变化小。在正常情况下，阻隔了太原组灰岩与二1煤底板砂岩含水层之间的水力联系， 一2煤底板隔水层，层厚一般 12.70m，井田内均有分布，正常情况下，基本可以阻隔太原 组灰岩与奥陶系灰岩含水层间水力联系。 （2）断层及断层带的水文地质特征 井田内落差大于 30m 的断层有 f10 和 f15。断层位于井田的西部和东部，其导水性在 垂向上有明显的差异，断层带充填物上部以泥质为主，下部以疏松的角砾为主。 据钻孔简易水文地质观测，断层上盘影响带内岩石裂隙发育，钻进中，钻孔大多发生 严重漏水或涌水现象，富水性较强。下盘影响带内岩石裂隙发育程度较差，富水性相对变 弱。 据区域资料，f10、f15 分别为导水和隔水断层，受其影响，本井田被抬起形成一地垒 构造，地下水的侧向补给被阻隔。 综上所述，井田内含水层分布较稳定，正常情况下，含水层间有隔水层存在，不发生 水力联系。开采二l煤层时，矿井直接充水含水层为二1煤顶部砂岩裂隙承压含水层及太原 组灰岩岩溶裂隙承压含水层，抽水试验表明，其富水性弱。故本井田属水文地质条件简单 偏中等型，以底板进水为主的岩溶裂隙充水矿床。 3、矿井充水因素分析 根据邻近生产矿井充水因素分析及井田水文地质特征，本井田的主要充水水源为： （1）大气降水，是井田内地下水的主要补给水源，也是矿井充水的主要因素之一。 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 5 页 据矿井涌水量观测资料，其动态变化受降水季节性变化的控制，并与降水的强度、频度呈 显著的相关关系。 （2）风化带裂隙潜水，经风化裂隙及构造裂隙进入井巷，其涌水量小，季节性变化 大。 （3）二1煤顶板砂岩裂隙承压水，经导水裂隙进入井巷，在顶板呈淋水或滴水状态出 现。由于其富水性弱，涌水量一般较小。 （4）太原组灰岩岩溶裂隙承压水，多呈底板集中泄水方式涌入井下，是矿井充水的 主要和直接水源，一般初始涌水量较大，但衰减速度快，稳定涌水量大致在 20 m3/h 左右。 （5）奥灰岩溶裂隙承压水，经直接充水含水层向矿井充水。但在断层带附近，奥灰 水往往会通过断层或底板直接涌入矿坑而威胁生产，涌水量大且稳定。 4、矿井涌水量 地质报告根据水文条件分析， 采用比拟法计算， +50m 水平矿井正常涌水量 220m3h， 最大涌水量 374m3h。 1.3 煤系、煤层及煤质特征 1.3.1 煤系地层煤系地层 井田内含煤地层为二叠系上、下石盒子组、山西组和石炭系太原组，含七、五、四、 二、一共 5 个煤组，计 527 层煤，山西组和太原组为主要含煤段。 上、下石盒子组厚 297.67473.08m，平均 413.26m。含七、五、四共 3 个煤组，计 0 8 层煤，煤层总厚度 03.98m，平均 0.82m，含煤系数 0.20%。其中七煤组偶见可采点， 但极不稳定；五、四煤组未见可采点。因此，上、下石盒子组不含可采煤层。 山西组厚 39.80m86.34m，平均 60m。含二4、二3、二2、二1、二0煤，统称二煤组。 煤层总厚度为 0.1917.82m，平均 5.11m，含煤系数 8%，其中：二 1 煤层平均厚 3.83m， 为全井田可采煤层，二3煤由 13 个煤分层组成，极不稳定，难以对比，少见可采点，连 不成片，无开采价值。二4、二2、二0均为不可采煤层。 太原组厚 28.0086.23m，平均 45m。含一7、一6、一5、一4、一3、一2、一1煤， 统称一煤组。煤层总厚度为 0.3016.38m，平均 3.32m，含煤系数 7%。其中：一3煤平均 厚 1.08m，一 2 煤平均厚 1.41m，大部可采煤层。一1煤偶见可采点，大部沉缺。其余各煤 层均为不可采煤层。 1.3.2 可采煤层特征可采煤层特征 井田内主要可采煤层为山西组二 1 煤，发育情况见下表 1- 3- 2- 1。 二1煤层位于山西组下部， 全层厚0.1911.19m， 平均厚3.83m。 可采厚度0.7010.56m， 平均 3.78m。含夹矸 05 层，一般 12 层，结构简单，夹矸厚 01.83m，平均 0.34m， 以炭质泥岩为主，次为泥岩，呈似层状、透镜状分布，稳定性差。 煤层直接顶板在井田西部为中细砂岩，东部以泥岩、粉砂岩为主，次为中细粒砂岩， 局部以炭质泥岩为伪顶；煤层底板为深灰色细砂岩。 二1煤下距一3煤 16.0146.76m，平均 31.59m。一般间距在平均数上、下略有摆动。 地层 煤层 名称 厚度 结构 煤层 间距 可采 程度 全层厚 度（m） 可采厚 度(m) 夹矸厚 度(m) 夹 矸 结构 类型 小大 平均 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 6 页 二 1 煤发育特征表 1- 3- 2- 1 1.3.3 煤质特征煤质特征 1、物理性质 二 1煤颜色为黑色，条痕棕黑色，玻璃光泽，参差状、贝壳状断口，内生裂隙发育， 硬度较小，机械强度较低，性脆易碎，多呈粉状产出，部分地段受地质构造影响呈鳞片状。 2、煤岩特征 （1）宏观煤岩特征 井田内各煤层宏观煤岩成份均以亮煤为主，次为暗煤，夹少量镜煤透镜体或条带（常 顺层公布） 。光泽类型： ，二1煤以半亮煤为主，常见有薄层暗煤。 （2）显微煤岩特征 各煤层显微煤岩组份中有机质均以镜质体为主，次为惰质体。壳质体已很难辨认，偶 而可辩认出树脂体、角质体及小孢子体。 各煤层显微煤岩组份中无机组份以粘土矿物为主， 次为硫化物碳酸盐， 氧化硅类很少。 硫化物呈块状分布或星点状，硫酸盐呈块状公布或以脉状充填在裂隙中。 3、煤的变质程度 井田内各煤层的变质程度均为 iv（焦煤） 。 井田内煤的变质程度在空间上有一定的变化，其变化规律性明显：垂向上从上到下， 平面上从南到北，倾向上由浅到深，煤的变质程度均有加深的趋势。 4、煤的化学性质、工艺性能及煤类 （1）元素组成 煤的元素组成是指有机质元素组成，组成有机质的元素主要有碳、氢、氮、氧和硫五 种， 据浮煤分析结果， 二 1 煤干燥无灰基碳含量 89.15%， 氢 4.68%， 氮 1.31%， 氧加硫 4.86%。 （2）发热量 据原煤干基高位和干基低位发热量，二 1 煤层为中等发热量煤，本井田原煤干基高位 发热量与煤层灰份之间存在着良好的负相关关系，灰份每增加 1%，高位发热量降低 416j。 （3）水份 本井田各煤层空气干燥基水份含量较低，井田内煤层为中等程度变质煤，内在水份含 量低。 根据采样分析，井田浅部梁英豪煤矿梁家洼井二 1 煤内在水份含量为 2.41%。本井田 二 1 煤内在水份含量 3.79%。 （4）灰份 灰份产率及其变化 二 1 煤、一 3 煤原煤灰份产率平均值分别为 21.01%和 20.06%，属中灰煤。一 2 煤原 煤灰份产率均值为 29.35%，属富灰煤。 灰份变化规律：二 1 煤自西向东高低相间分布，变化范围在富灰与低灰间，一 2 煤、 一 3 煤变化规律不明显。沿煤层倾向，各煤层灰份由浅至深均有增加趋势。 灰成份及灰熔性 各煤层的灰成分均以 sio2 和 al2o3 为主， 次为 fe2o3 和。 但由二 1 煤到一 2 煤 sio2、 a l 2 o 3的 含 量 逐 渐 降 低 ， f e 2 o 3的 含 量 则 逐 渐 增 加 。 c a o含 量 二 1 煤较高，平均 7%左右。 小大 平均 小大 平均 小大 平均 层 数 山西 组 二 1 0.1 11.19 3.83 0.70 7.56 3.78 01.83 0.34 1 2 较简单 下距一 3 煤 16.01 46.76 全井田 可采 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 7 页 据测试，二 1 煤为高熔灰份。 5、硫份 原煤分析结果，二 1 煤全硫平均含量 2.32%，属中硫煤 原煤各种硫分析结果，二 1 煤以硫化铁为主，占 70%左右，次为有机硫。一 3 煤以有 机硫为主，占 62%。 井田内全硫变化规律：平面上，二 1 煤有南高北低，西高东低的趋势，垂向上由上向 下逐渐增高。 6、磷 据原煤分析，二 1 煤属低磷煤。 1.3.4 煤的煤类及工业用业用途煤的煤类及工业用业用途 按现行中国煤类分类国家标准（gb575186） ，依据浮煤无灰基挥发分（900c）胶 质层最大厚度及烟煤粘结系指数，确定本井田可采二 1 煤层为焦煤（jm） ，数码 25。 二 1 煤属中灰、中硫、低磷、高熔灰份、中等粘结性煤，全硫含量 1.19%，符合冶金 炼焦的标准，但单独炼焦时，硫份偏高，需与其它低灰、低硫煤配合使用，也可作为民用 和动力用煤。 1.3.5 煤的含瓦斯性煤的含瓦斯性 矿井勘探期间，以 17、30、24、26 勘探线为主要瓦斯地质剖面线，采集了大量的煤 样进行测试，测试结果表明：二 1 煤层瓦斯含量 0- 11.29/t燃，瓦斯成份 0- 94.28，变化 极大。根据“煤炭资源地质勘探规范说明”中瓦斯成分分带标准，结合本井田的特点，二 1 煤层瓦斯成份可划分为三个带：大致沿 1904、2113、2410、2613 号孔一线以北为氮气带， 向南依次为氮气沼气带和沼气带，2006 年经煤科总院抚顺分院测定+60m 以上无突出 危险，从目前揭露情况来看，瓦斯赋存稳定，涌出量较小，但在断层带、褶皱带、煤层变 厚区，瓦斯绝对涌出量会有所增加。 河南省煤炭工业管理局豫煤安（2008）790 号文批复 矿井瓦斯绝对涌出量为 1.38m3/min，矿井二氧化碳涌出量为 2.08m3/min，矿井瓦斯相对涌 出量为 3.98m3/t，二氧化碳相对涌出量为 6m3/t，为低瓦斯矿井。 1.3.6 煤尘的爆炸性及煤的自燃发火倾向煤尘的爆炸性及煤的自燃发火倾向 矿井实际观测到的瓦斯浓度较低，成份以 ch4 为主；实际观测到的最大地温为 28； 煤尘：以煤芯样作的煤尘爆炸性试验，煤尘爆炸指数为 27.52%。 煤的自燃倾向：以二1煤 7 个煤芯样试验结果，仅一个样的自燃倾向等级达 38 为易自 燃外，其余均为不易自燃。地质报告审批意见：二1煤为不易自燃煤层。 1.3.7 地温地温 本井田平均地温梯度小于 3/100m，为地温正常区。恒温带深度为 30m，恒温带温度 为 15。二 1 煤层一般于- 70m 以浅地温小于 31，以深大于 31。 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 8 页 2 井田境界和储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田境界井田境界 煤田范围划分为井田的原则有： 1.要充分利用自然条件划分，尽量利用地形、地物、地质构造、水文地质等自然条件， 以减少煤柱损失，提高资源采出率，充分保护地面设施； 2.要有与矿区开发强度相适应的井田范围，要保证井田范围与矿井生产能力相适应， 有足够的储量和服务年限及合理的尺寸； 3.照顾全局，处理好与临矿的关系； 4.直线原则，井田的划分应尽量采用直线或折线，有利于矿井的设计和生产管理工作 的开展。 根据以上划分原则，以及考虑到矿区煤田内地质构造强度大等原因，本井田在能满足 生产开发强度的前提条件下，主要考虑了自然条件原因，将龙王庄井田四周境界定为：东 以 f15 断层与石壕井田为界，西以 f10 断层与曹窖井田相邻，北至梁家洼井田浅部以+350 开采水平与英豪煤矿梁家洼小井为界，南至陇海铁路附近。 2.1.2 井田赋存特征井田赋存特征 根据以上划分本井田东西走向长约 7.3 km，井田南北长为 1.3-3.0km。井田面积 18 .8 k m2。井田内煤层倾角为 48，平均倾角 6。井田赋存特征示意如图 2-1-1 所示。 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 9 页 图图 2- 1- 1 井田赋存特征示意图井田赋存特征示意图 2.2 矿井储量 2.2.1 储量计算基础储量计算基础 工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探厚度与质量均合乎开采要求，目前可供开 采利用的列入平衡表内的储量。 矿井的地质资源量=探明的资源量 331+控制的资源量 332+推断的资源量 333； 探明的资源量 331=经济的基础储量 111b+边际经济的基础储量 2m11+次边际经济的资 源量 2s11； 探明的资源量 332=经济的基础储量 122b+边际经济的基础储量 2m22+次边际经济的资 源量 2s22； 矿井工业储量=111b+122b+2m11+2m22+333k。 2.2.2 矿井地质储量计算矿井地质储量计算 由地质勘探知，本矿井可采煤层为二 1 煤层 由于煤层产状、厚度、煤质比较稳定，倾角变化比较大，本次储量计算采用地质块段 法，即以块段面积乘以块段平均煤厚和煤层容重，即得该块段的储量。根据地质勘探情况， 将矿体划分为 a、b、c、d、四个块段，如图 2-2-1 龙王庄煤矿储量计算块段划分图所示， 在各块段范围内，用算术平均法求得每个块段的储量，煤层总储量即为各块段储量之和。 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 10 页 图图 2-2-1 龙王庄煤矿储量计算块段划分图龙王庄煤矿储量计算块段划分图 矿井地质储量利用下式（2-1）计算： ( )acos z srmz= （2-1） 式中: z z 矿井地质储量，t； m 各块段煤层平均厚度，m； r 煤层容重，t/m3； s 各块段水平面积，m2； a 各块段煤层的倾角, ； 把各块段的数值带入式 2-1 得： 分段号 面积（m 2） 煤厚（m） 容重 （t/m 3） 倾角 a （） 储量（t） a 4721142.1 4.1 1.35 5 26031960.43 b 6190586.6 3.83 1.35 7 31769965.23 c 3298898.3 3.7 1.35 7.5 17220023.48 d 4588693.7 3.72 1.35 5.5 23431714.69 合计 18806213.7 98453663.83 由表计算地质储量 z9845.366 万 t 2.2.3 工业储量计算工业储量计算 根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，65%是探明的，25%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，则矿井工业/储量按式（2-2）计算可得： zg=z111b+z2m11+z122b+z2m22+z333k （2-2） 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 11 页 式中： zg矿井工业资源储量，万 t; z111b探明的经济基础储量，万 t; z2m11探明的边际经济基础储量，万 t; z122b控制的经济基础储量万，t; z2m22控制的边际经济基础储量，万 t; z333推断的资源量，万 t。 k可信度系数，取 0.8。 矿井工业储量表 工业储量 zg 探明的资源量 （331） 经济基础储量（111b） 4479.641 万 t 边 际 经 济 基 础 储 量 （2m11） 1919.846 万 t 控制 的资源量 （332） 经济基础储量 （122b） 1722.939 万 t 边 际 经 济 基 础 储 量 （2m22） 738.402 万 t 推断的资源量 （333） 333k 787.629 万 t zg=z111b+z2m11+z122b+z2m22+z333k =4479.641+1919.846+1722.939+738.402+781.629 9642.457 万 t 2.2.4 永久煤柱损失量永久煤柱损失量 （1）井田境界煤柱 可按下列公式计算： rmblp= （2-2） 式中： p 边界煤柱损失量，t； l边界长度，m； b边界宽度，断层边界 30 m，人为边界 20 m。 r煤的容重，取平均容重 1.35t/m3； m煤层平均厚度，m； 井田的断层边界煤柱损失量为： 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 12 页 断层边界： p =19654.17301.353.83=304.87 万 t （2）断层煤柱 井田内有两条条落差大于 50m 的断层，即 f68、f66，倾角 70，落差分别为 0-50m 和 0-100，由于矿井涌水量不大，瓦斯涌出量低，因此断层保护煤柱按 50m 留设，即断层 两侧各留 50m 的保护煤柱。 断层保护煤柱损失量为： p =(743+2062)2503.831.35=145.03 万 t （3）防水煤柱的留设 由于煤层顶底板状态较好，致密性较好，井田范围内又无较大水系，区内地表水体一 般不与其下各含水层发生水力联系，并且各含水层之间均有一定厚度的隔水岩层。含水层 水位各不相同，说明其无水力联系。因此，无需留设防水煤柱。 井田保护煤柱损失量见表 2-2。 表表 2- 2 保护煤柱损失量保护煤柱损失量 煤柱类型 损失量（万 t） 井田边界保护煤柱 304.87 断层及防水保护煤柱 145.03 合 计 449.87 2.2.5 矿井设计储量矿井设计储量 zs zs=zgp1p2pn (2- 3） 式中：zs 矿井设计资源储量，万 t zg工业储量，万 t; p1井田境界煤柱损失，万 t; p2断层煤柱损失，万 t; pn其它永久保护煤柱损失，如村庄、公路、铁路等保护煤柱损失。 设计储量 zs=zg-p1-p2-pn =9642.46-304.87-145.03 =9192.59 万 t 2.3 设计储量 2.3.1 矿井工业广场保护煤柱煤量矿井工业广场保护煤柱煤量 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- 3。 表表 2- 3 工业广场占地面积指标表工业广场占地面积指标表 井型（mt/a） 占地面积指标（ha/0.1mt） 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 13 页 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 0.9mt/a，因此由表 2-3 可以确定本设计矿井的工业广场为 14 公顷 =1.4m2。故设计工业广场的尺寸为 m 的矩形，面积为 5 104 . 1 m2。 工业广场位置处的煤层的平均倾角为 7，工业广场的中心处在井田储量中央，倾向 中央偏于煤层中上部，该处表土层厚度为 30m，中心埋深 478m，地面标高约为+630m。主 井、副井、地面建筑物均在工业广场内。主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。 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 15m 宽的围护带，取维护带宽度 20m。 本矿井的地质条件及冲积层和基岩移动角见表 2-4。 表表 2- 4 地质条件、冲积层及岩层移动角地质条件、冲积层及岩层移动角 广场中 心深度 /m 煤层倾 角/ 煤层厚 度/m 风积沙 层厚度 /m j/ / / / 478 7 3.83 30 45 75 65 75 工业广场压煤计算示意图如图 2- 4 所示： 工业广场压煤可以按下式计算： /cos7psmr= o 广场 （2-4） 式中： 广场 p工业广场压煤量，t； s工业广场压煤水平面积， m 2； r煤的容重，取平均容重 1.35 t/m 3； m煤层平均厚度，m。 根据以上条件和方法，可以计算出，工业广场的保护煤柱损失量为： 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 14 页 广场 p =646650.763.831.35/0.9925=336.88 万 t 2.3.2 矿井设计可采储量矿井设计可采储量 矿井的可采储量 k z 按下式计算： cpzz sk -=)( 2 （2-5） 式中： k z矿井可采储量，万 t； s z 矿井设计储量，万 t； 2 p工业广场及主要井巷煤柱煤量，其中主要井巷煤柱煤量矿井设计资源储 量的 2估算，万 t； c采区回采率，厚煤层不低于 0.75；中厚煤层不低于 0.80；薄煤层不低 于 0.85。设计开采的煤层属中厚煤层，采区回采率取为 0.80。 k z =（9192.59-336.88-183.85）0.80=6937.48 万 t 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规定，矿井设计年工作日按 330d 计算，工作制度采 用“三八制”，即每日 3 班工作，每班工作 8h，其中两班生产，1 班检修准备。矿井昼夜净 提升时间为 16h。 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 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 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 15 页 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 鉴于本矿井设计开采对象二 l 煤层，平均厚度仅 3.83m，采放比不大，且底板较软， 有底鼓现象；煤质性脆易碎，多呈粉状产出，地压大，故煤层巷道维护比较困难，且回采 中宜加大工作面推进度，以减少巷道维护工程量。此外，矿井在生产管理方面还有一个摸 索和总结经验的过程。 综合考虑各方面因素， 按照矿井设计规范规定， 中型矿井服务年限的下限 （40a） 要求， t 取 50a，储量备用系数取 1.4，则矿井设计生产能力 a 为： a=99.1 万 t/a 式中： t矿井服务年限，a； k z矿井设计可采储量，万 t； a矿井生产能力，万 t/a； k储量备用系数，本矿井取 1.4。 则矿井设计生产能力定为 90 万 t/a 3.2.3 矿井服务年限矿井服务年限 矿井可采储量、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： ak k z t = （3-1） 式中：t矿井服务年限，a； zk矿井设计可采储量，6937.48 万 t； a设计生产能力, 90 万 t/a； k矿井储量备用系数，取 1.4； 则矿井服务年限 t 为 55.1a40a, 符合煤炭工业矿井设计规范的要求。 故本矿井设计服务年限为 55a 在计算矿井服务年限时，考虑矿井投产后，可能由于地质损失增大，采出率降低和矿 井增产的原因，使矿井服务年限缩短，设置了备用储量，备用量为： =0.4=0.4=1982.14 万 t 在备用储量中，估计约有 50为采出率过低和受未预知地质破坏影响所损失的储量。 矿井开拓设计时认定的实际采出的储量约为： 6937.48-（1982.1450）=5646.41 万 t 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 16 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。 （一） 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认真研究。 1、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、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、进行矿井开拓延深、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。 （二）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： 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 17 页 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、位置确定井筒形式、数目、位置 （一）井筒形式的确定 一般情况下，井筒的开拓方式式有立井、斜井和平峒三种。其使用条件和优缺点比较 如表 4.1。 本井田属低山丘陵地区，海拔高度在+570+848m 之间，井田呈东北高南西低，最大 相对高差 278m。煤层赋存标高+300m0m，无露天开采条件，故本矿井只能采用地下开采 方式。 根据煤层赋存条件和地面条件，本矿井亦不存在平硐开拓的可能，矿井开拓方式只能 是斜井或立井。 表表 4.1 井井筒筒开开拓拓形形式式的的使使用用条件和优缺点比较条件和优缺点比较 井筒 形式 立井开拓 斜井开拓 平硐开拓 煤层 条件 埋藏深表土厚 为缓倾斜煤层 倾 角 小 于 25表土层薄无流 沙层 倾角较小，地形复 杂 优点 井身短，通过 井筒的各种管线长 度小， 提升速度快， 机械化程度高，对 辅助提升有利，人 员提升快；井筒断 面大， 通风阻力小； 生产经营费用低， 有利于井筒维护， 适应性强，技术可 靠，不受煤层瓦斯 煤层等限制 开拓部署能适 应产量大、生产集 中的要求，主斜井 不受长度限制，井 筒装备及井底车 场， 地面设施简单； 施工简单， 掘进快， 初期投资少，延伸 方便，安全出口好 最简单的 开拓 方式，技术、经济最 有利，主运输环节 少，设备少，地面工 业广场简单，水可自 流，无水仓施工条件 好，掘进速度快 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 18 页 缺点 井 筒 施 工 复 杂，装备复杂，其 建井投资大，井筒 延伸困难 井身长，通过 井筒各种管线长， 生产经营费较高， 维护难，串车提升 能力小，对地质条 件适应性差 对井田地质构 造和自然条件有一 定限制 适用 条件 生产能力大， 煤层埋藏深，表土 厚或水文条件复 杂，开采煤层不受 条件限制，凡不适 合斜井、平硐、综 合方式时均可采用 立井开拓 地质构造简单 井田走向较短 山岭、丘陵、沟 谷地区煤层埋于山 中 矿井采用斜井开拓方式，其提升设备选型较困难，其提升能力受到限制。能满足提升 要求的设备，其投资和运营费都较高；其次井口位置不宜布置，故本矿井宜采用立井开拓 方式。经后面方案比较后，确定采用一对立井单水平上、下山开拓全井田。 本井田采用一对立井开拓：主立井采用箕斗提煤；副立井采用罐笼提升矸石、升降人 员、设备、材料且兼作进风井，副井安装梯子间，作为一个安全出口；考虑到本矿井井田 范围不大，瓦斯含量低等因素，矿井通风方式经过比较后确定为中央并列式通风，风井安 装梯子间，作为回风井，以满足矿井通风要求。 （二）井筒位置的确定 井筒沿井田走向方向的有利位置 本井田形状比较对称，储量分布比较均匀，井田中央水文地质条件简单，为了减少井 下运输量，缩短通风网路，决定将井筒的位置设于井田中央。 井筒沿井田倾斜方向的有利位置 本井田在煤层倾斜方向上标高从+300m0m，初步设计采用单水平上、下山开采，考 虑到阶段水平垂高或上下山斜长的限制，以及整个井田的开采布局，将立井井筒设于煤层 倾向的偏下部放在+120m 标高附近。 有利于矿井主、辅助运输的井筒位置及选型 由于本矿井走向长度较长，最长处达 7.3 千米，将井筒的位置设于井田中央，可有效 提高主运输能力、缩短运输时间，满足矿井生产能力需求及矿井生产集中化需求，经济效 益好。 尽量不压煤或少压煤合理布置井筒 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 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。 为了减少工业广场所压煤柱，使铁路煤柱和工业广场保护煤柱有一部分重合会减少保护煤 柱的面积。所以工业广场可布置在铁路附近，并且可以保证在井田走向的中央。 有利于掘进与维护 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 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 19 页 层及表土层具有较好的水文、围岩和地质条件；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；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；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。 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，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，力求使接轨点位于编组站配线一侧。 经综合方面考虑将主、副井筒位于井田的中央（储量中心） ，风井也位于井田中央。 4.1.2 工业场地的位置工业场地的位置 1. 布置要求 （1）井田两翼储量基本平衡； （2）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，不受崩岩、滑坡和洪水威胁； （3）工业广场宜少占耕地，少压煤； （4）水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。 2. 工业场地位置 根据以上要求并结合本矿井的实际情况，工业场地的位置选择在主、副井井口附近， 即井田中部。 工业场地的形状和面积：依据关于煤矿设计规范中若干条文修改的决定（试行） 之规定：井型在 4590 万 t/a，占地面积标准为 1.5 公顷/10 万 t。由此确定工业广场占地 面积为 13.5 公顷。工业广场形状为矩形，长边平行于井田走向， 长为 450m,宽为 300m。 4.1.3 开采水平的确定及阶段划分开采水平的确定及阶段划分 开采水平及阶段的划分原则： （一）要有合理的阶段斜长 合理的阶段斜长是指在采用合理的回采工艺及合理的工作面参数，采区巷道布置及生 产系统，在一定的采区设备条件下所能达到的阶段斜长。需要考虑以下因素： （1）合理的区段数:为保证采煤工作面和采区的正常接替. （2）煤的运输：近年来，多数矿井逐步布置胶带运输，实现连续运输，降低生产成 本，提高了运输能力。 （3）辅助运输：辅助运输采用绞车时，由于井下的运输安装不方便，所以绞车的直 径一般不大于 1.8 米。 （4）行人：对于没有人车或其他运人的设备到工作面的矿井，阶段斜长过大致使行 人不方便。 （二）开采水平要有足够的储量及服务年限 开拓一个水平要掘进许多巷道，井型越大开拓工程量越大，耗费的投资也越多，为了 中国矿业大学 2012 届毕业设计（论文） 第 20 页 充分发挥这些工程和投资的作用，要有足够的水平储量及服务年限。 （三）水平高度在经济上有利 从技术与经济统一的观点来看，技术上合理的水平、垂高、应能获得较好的经济效果， 可以通过经济的比较方法，选择有利的水平垂高。经济比较法的项目包括：水平范围内的 开拓工程量的掘进费用及装备费，井巷维护费，排水费等。根据比较的