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中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 1 页 目目 录录 一般部分一般部分 1 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 6 6 1.1 矿区概述 .6 1.1.1 井田位置、范围和交通位置 .6 1.1.2 地形地貌 .6 1.1.3 河流水系 .6 1.1.4 矿区的气候条件 .7 1.1.5 水源、电源 .7 1.2 井田地质特征 .7 1.2.1 区域地质概况 .7 1.2.2 地质特征 .8 1.2.3 地质构造 .9 1.2.4 地温 10 1.3 煤层及煤质 10 1.3.1 煤层赋存条件 10 1.3.2 煤质 11 1.3.3 区域水文地质 12 1.3.4 瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃 15 2 2 井田境界和储量井田境界和储量 1616 2.1 井田境界 16 2.1.1 井田境界 16 2.1.2 开采边界扩大的可能性 16 2.2 矿井储量 16 2.2.1 储量计算基础 16 2.2.2 工业储量计算 17 2.3 矿井可采储量.18 2.3.1 煤柱的留设.18 2.3.2 可采储量计算.20 3 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 2121 3.1 矿井工作制度.21 3.1.1 矿井年工作日数的确定 21 3.1.2 矿井工作制度的确定 21 3.1.3 矿井每昼夜净提升小时数的确定 21 3.2 矿井设计生产能力及服务年限.21 3.2.1 确定依据 21 3.2.2 矿井生产能力的确定 21 3.2.3 矿井及第一水平服务年限的核算 21 4 4 井田开拓井田开拓 2323 4.1 井田开拓的基本问题.23 4.1.1 井筒形式及数目的确定 23 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 2 页 4.1.2 井筒位置的确定 24 4.1.3 工业场地位置、形式和面积 25 4.1.4 开采水平的确定 25 4.1.5 运输大巷和井底车场的布置 25 4.1.6 矿井开拓延伸方案及阶段划分 25 4.1.7 开拓方案比较 26 4.2 矿井基本巷道.31 4.2.1 井筒 31 4.2.2 井底车场 32 4.3 主要开拓巷道.33 4.3.1 主要开拓巷道 33 4.3.2 巷道的支护方式 34 5 5 准备方式准备方式-采区巷道布置采区巷道布置 4040 5.1 煤层的地质特征.40 5.1.1 煤层埋藏条件 40 5.1.2 煤质与地质情况 40 5.2 采区巷道布置及生产系统.41 5.2.1 采区数目及位置 41 5.2.2 采区走向长度的确定 41 5.2.3 确定区段和区段数目 41 5.2.4 煤柱尺寸的确定 41 5.2.5 采区上山布置 42 5.2.6 区段平巷的布置 42 5.2.7 采区内工作面的接替顺序 42 5.2.8 采区生产系统 43 5.2.9 采区内各种巷道的掘进方法 43 5.2.10 采区生产能力 .43 5.2.11 采区采出率 .44 5.3 采区车场选型.45 5.3.1 采区上部车场选型 45 5.3.2 采区中部车场选型 45 5.3.3 采区下部车场选型 46 5.4.5 采区主要硐室 46 6 6 采煤方法采煤方法 4747 6.1 采煤工艺方式.47 6.1.1 采煤工艺的确定.47 6.1.2 机械化程度.47 6.1.3 确定回采工作面长度、工作面推进方向和推进度.47 6.1.4 采煤工艺及设备.48 6.1.5 端头支护及超前支护方式.52 6.1.6 采煤工艺.54 6.1.7 各工艺过程安全注意事项.56 6.1.8 回采工作面吨煤成本.57 6.1.9 工作面劳动组织和作业循环图表.58 6.2 回采巷道布置.61 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 3 页 6.2.1 回采巷道布置方式.61 6.2.2 回采巷道参数.61 7 7 井下运输井下运输 6363 7.1 概述.63 7.1.1 井下运输系统 63 7.2 采区运输设备选择.63 7.2.1 设备选型原则： 63 7.2.2 采区运输设备选型及能力验算 63 7.3 大巷运输设备选择 68 8 8 矿井提升矿井提升 7171 8.1 概述.71 8.2 主副井提升.71 9 9 矿井通风矿井通风 7373 9.1 矿井通风系统选择.73 9.1.1 矿井概况.73 9.1.2 选择矿井通风系统原则.73 9.1.3 通风方法的确定.74 9.1.4 确定矿井的通风方式 75 9.1.5 采区通风.80 9.1.6 工作面通风系统.81 9.1.7 矿井通风网络.82 9.1.8 通风系统立体图与网络图.82 9.2 矿井所需风量.87 9.2.1 回采面所需风量的计算.87 9.2.2 掘进工作面需风量.88 9.2.3 硐室需风量.89 9.2.4 其它巷道所需风量QD.89 9.2.5 矿井总风量及其分配.90 9.3 全矿通风阻力的计算 91 9.3.1 矿井通风阻力.91 9.3.2 矿井总风阻、等级孔计算 94 9.4 矿井主要通风机选型 94 9.4.1 矿井自然风压 95 9.4.2 主要通风机选型 95 9.4.3 电动机选型.99 9.4.4 矿井主要通风设备的配置及要求.99 9.5 特殊灾害时期的安全措施100 1010 矿井基本技术经济指标矿井基本技术经济指标 102102 参参 考考 文文 献献 104104 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 4 页 翻译部分翻译部分 英文原文英文原文 105105 中文翻译中文翻译 108108 专题部分专题部分 1 1 瓦斯爆炸原因分析瓦斯爆炸原因分析 110110 1.1 瓦斯爆炸的条件110 1.1.1 瓦斯浓度 .110 1.1.2 引火温度.110 1.1.3 氧的浓度.111 1.2 瓦斯爆炸特点.111 1.3 事故主要原因分析.111 1.3.1 煤矿开采条件差 .111 1.3.2 瓦斯积聚的存在 .111 1.3.3 引爆火源的存在 .111 1.3.4 装备不足、管理不落实 .111 1.3.5 管理水平低 .112 1.3.6 企业技术管理薄弱 .112 1.4 瓦斯爆炸的附加原因 .112 1.4.1 时间原因.112 1.4.2 气候原因.112 1.4.3 井巷原因.112 2 2 瓦斯爆炸的防治技术措施瓦斯爆炸的防治技术措施 113113 2.1 防止瓦斯积聚.113 2.1.1 防止盲巷积聚瓦斯.113 2.2 防止高冒顶积聚瓦斯.113 2.3 煤矿瓦斯及时抽放.114 2.4 矿井瓦斯浓度及火源监测114 2.5 井下火源防治.114 2.6 优化通风网络及通风系统.115 2.7 隔爆措施.115 3 3 防止事故扩大的措施防止事故扩大的措施 115115 3.1 巷道布置与通风.115 3.2 抢救措施115 4 4 结语结语 116116 致致 谢谢 117117 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 5 页 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.11.1.1 井田位置、范围和交通位置井田位置、范围和交通位置 兴阜矿位于辽宁省阜新市，位于阜新向斜的西北侧，中隔凤山缸窑背斜自成一单斜。 南北长约 3 km，东西宽约 7 km，井田外形近似长方形，面积约 20 km2。 井田开采范围：西北部以 5 煤层冲积层下潜伏露头为界，东南部以-350 等高线为界， 其余边界为与其它矿井的为邻，面积约为 20 km2。 1.1.21.1.2 地形地貌地形地貌 本区为一平坦的冲积平原，东南面是由奥陶纪石灰岩构成的东北西南方向起伏伸展 的低山丘陵。由巍山向东北低山丘陵接连绵延，地势逐渐增高，最高达 450m，一般高度 为 370m。在井田北面约 7 km 由震旦纪灰岩构成的低山丘陵，东西方向横伏，这两条低 山丘陵在井田东面的青山一带相汇合。低山丘陵的伸展方向与地层走向方向一致。井田内 地势平坦，但北部稍高，向南低下。 1.1.3 河流水系河流水系 清河门区有细河塔子沟河，清河三条水系，在本区内仅有清河流过，清河发源于清河 门西北 20 公里之瓦盆窑莲花山一带，向南流入细河，再汇入大菱河而归大海。 清河通过井田部分的地段，河床宽度约 200平时水速 0.8 /s ，水深 0.150.3 mm ，河床宽度坡度 4/5，雨季水量骤增可达 2123/s ，水深 0.51.0，但河水再雨后 mmm 一天左右即可下降到平时水位，一般枯竭期河水则变成细流，由于河床宽，河身浅，河道 曲折，历史上曾经泛滥（1930 年） ，河水曾漫至河西村清河三道壕村等地，最高洪水位 136139 。 m 本区地下水主要埋藏于第四级砂砾岩层及煤系底层的砂岩层，砾岩层中，其含水层由 上而下大体可分为五个层，隔水层位于 V-2 层上与煤组间，从而形成基岩水的微承压 性，全区含水层与隔水层的分布情况变化甚大，极不稳定，分叉多薄合并现象显著， 极不容易将含水层划分清楚，大体是南部含水层距煤层近，北部含水层薄距煤层远，隔水 层则南薄北厚，其水平方向含水层与隔水层的划分情况一致。 1.1.41.1.4 矿区的气候条件矿区的气候条件 阜新地区气候属半大陆性，夏季炎热多雨，冬季严寒凛烈，气温变化较大。根据阜新 市气象局 19591999 年气象料资，历年平均气温 16.9 ，最高气温 38.3 ，最低气温- 21.3 。历年平均降水量为 708.14 mm，年最大降水量为 1263.8 mm。区内冬季多北风， 夏季多南风，最大风速 16 m/s。冰冻期为十一月至次年三月，最大冻土深度 0.32m。 1.1.51.1.5 水源、电源水源、电源 .供水水源 .地面水源 本矿地面水源共有三处：即东水源井、西水源井和矸子山水源井。供水孔数为：东水 源井两个，西水源井一个，矸子山水源井一个。以上四个供水孔均自奥陶系石灰岩岩溶裂 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 6 页 隙承压含水层取水，水量很丰富，单位涌水量为 2.33 m3/minm。由于排水设备的限制， 每个供水孔排出量约为 2.02.3 m3/min。目前本矿部分生活用水及工业用水取自地面水源， 计 6.0 m3/min。 .井下水源 本矿井下清水源目前有 2080 疏水中 心。供水量为 3.5 m3/min，主要取自第含水层 （即煤 5 以上砂岩裂隙承压含水层） 。原来的 1331 和 1148 放水中心水量很小已无法满足 供水要求。目前 2080 疏水中心仍在施工，将来有希望增加井下清水源。 理化检验均符合国标。 .工农业生产和原料及电力供应 矿区内工业以煤炭为主，农业主要种植小麦、玉米、水稻，间杂有果园、菜园和苗圃 等。 本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥、石材需由国家计划供 应外，其它砖、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。 矿区已建有 110 kv 区域变电所，可向本矿井供电的两回 35 kv 输电线路。 1.2 井田地质特征 1.2.11.2.1 区域地质概况区域地质概况 阜新煤田位于东北平原南麓，在大地构造上位于医巫闾山沉降带的东北侧。医巫闾山 北麓煤田在地质力学体系上处于天山阴山纬向构造带、新华夏系构造带和祁吕贺兰山 山字形的三个巨型构造体系的交汇部位。煤田受新华夏构造体系的影响，以一系列 NNE 向的褶曲及逆断层组成，北部受纬向构造的影响逐渐向南弯转成走向近东西向。煤系地层 由石炭系中统阜兴组。岩性以砂岩、泥岩为主，基底地层为中奥陶系石灰岩，分布于煤田 周边地带，与煤系地层呈不整合接触。 褶皱为不对称状，轴面向北西倾斜，向斜轴线偏居西北翼一侧，西北翼地层急陡直立 甚至倒转，并伴有与其方向一致的逆断层及逆掩断层，断层面倾角 45以下，引捩构造明 显，次级褶皱也较为发育。东南翼一侧产状平缓，构造以次级复背、向斜构造为主，并伴 生有断层构造。背斜则相反，西北翼产状平缓，东南翼急陡，其它情况亦然。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 7 页 1.2.21.2.2 地质特征地质特征 兴阜煤矿井田位于医巫闾山向斜西北侧，煤系地层的形成时代属于石炭纪和二迭纪。 煤系基底地层为中奥陶统石灰岩。综合柱状图见图 1.1。 图图 1.1 兴阜矿综合柱状图兴阜矿综合柱状图 本井田与阜新煤田其它构造单元的地层特征基本相似，本阶段所揭露的地层有变化的 地段主要在 5 号煤层，对其层间距及岩性作了修改，下面按着由老至新的地层顺序进行描 述。 .奥陶系中统水泉层（O2） 本组为岩性单一质纯的碳酸盐岩相沉积，以厚层状灰褐色淡玫瑰色的豹皮状灰岩 为主，夹薄层状白云质灰岩。后种岩石多赋存于本组地层上部。根据岩芯观察，其顶部大 约 50 m 以上部分属古风化带，最顶部 20 m 风化程度甚强，常呈土黄色，向下渐弱，岩 石呈黄灰斑状杂色。在风化壳中，溶孔溶洞发育，部分层段呈蜂窝状，时有钻具陷落发生。 含水性甚强，裂隙及孔洞内有浅灰浅黄色铝土岩充填物，这为鉴定古风化壳的重要证 据。1988 年在太平庄打水井时发现奥陶灰岩中有 0.5m 垂深溶洞，并有浅黄色充填物。 .石炭系（C） 下界为奥陶系中统石灰岩顶面，两者为平行不整合接触。上界为煤 11 顶板含海相动 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 8 页 物化石之泥岩顶面。该层与上覆的二迭系地层呈整合接触。本组一般厚度为 210 m。 .石炭系中统孙家湾层（C2） 直接覆盖于奥陶系石灰岩之上，上至 K3 灰岩顶界面，一般厚度 75m。 本统地层以粘土岩和粉砂岩为主,各种岩石大致百分比如下:粘土岩占 42.1，粉砂岩 占 31.2，砂岩占 19.9，石灰岩占 6.8。 本组岩相变化是由滨海湖泊相碎屑沉积过渡为海相灰岩沉积，交替出现三个沉积旋回,即： -1、-2、-3，形成一个渐进的相序。本组中含三层薄层石灰岩，均含有丰富海相动 物化石，由下而上简称为 K1、K2、K3 石灰岩。第一层灰岩 K1 出现在距奥陶灰岩顶界面 大约 38 m 处，第二层石灰岩 K2 出现在 K1 之上 12 m 处，第三层石灰岩 K3 出现在 K2 之 上大约 25 m 处，称之为灰岩，该层灰岩呈浅灰褐色，中厚层状，质纯，厚 2.5 m 左右， 厚度大，层位稳定，含有大量的蜓科和珊瑚化石，易于同其它岩石相区别。 .石炭系上统（C3） 下限为灰岩 K3 顶板，呈整合接触，上限为灰岩 K6 之顶板，亦是整合接触。本组地 层一般厚度 76.59 m，以粉砂岩为主，粘土岩含量减少，各种岩石所占的百分比为：粘土 岩 10.1，粉砂岩类占 52.6，砂岩类占 31.4，石灰岩占 2.9。岩相组合上为浅海相 薄层泥质碳酸盐岩和泻湖海湾相粉砂岩及砂岩沉积物的交替沉积。包含 I-4、I-5、I-6 三个 较大的旋回，每一旋回都是由海相石灰岩起经过渡相沉积，又覆为海相沉积。 本组内赋存三层石灰岩，由下而上命名为 K4、K5、K6，其中 K5 石灰岩为深灰色泥 质生物碎屑岩，时而接近钙质粘土岩。特点是含灰白色的动物介壳，富集成层，与深灰色 泥质灰岩交替成细带状，形成明显的水平层理和水平波状层理，极易区别于其它石灰岩。 厚度薄但比较稳定，一般为 0.11.3 m，平均 0.55 m。在 K5 石灰岩底板，赋存三个煤层 即： 14 煤层一般厚度为 0.10.8 m,平均 0.4 m;煤 15 甲一般厚度为 0.10.5 m;煤 15 乙一 般厚度为 0.14.29 m,平均 1.12 m，局部达到可采。本组比较突出的特点是出现了含煤沉 积，是典型的海陆交互相沉积序列。 下限灰岩 K6 顶板，上限为 11 煤层顶板泥岩之顶界面。一般厚度为 60 m，本组为重 要的含煤地层。 本组地层以粉砂岩为主，其次为砂岩，各种岩石所占百分比如下：粉砂岩类 38.3， 砂岩类 29.5，煤层 17.4，粘土岩 14.8。岩相组合主要是泻湖海湾相和泥岩沼泽相交 替沉积，同时在泻湖海湾相之后出现有湖滨三角洲相。 自沉积灰岩 K6 之后，海水大规模后退，而每次海进的幅度都比较小。该阶段沉积环 境相对稳定，是成煤的最好时期。本组含煤层 5 层，即：煤 12-1/2、煤 12、12-1 煤层、 煤 12-1 上煤线、11 煤层。 .二迭系下统 P1 下界为 11 煤层顶板之泥岩顶面，为整合接触。上界为层矾土质粘土岩之顶板，井 田内该层大部分被冲蚀掉。本统地层一般厚度为 235.76 m。 1.2.31.2.3 地质构造地质构造 .褶曲构造 兴阜矿井田自身即为一个向斜，向斜轴线偏居西侧，近南北延伸，中部略向西呈弧形 弯曲，并向南偏东倾伏，倾伏角约 15。向斜轴线西侧地层产状急陡，而东侧则较为舒缓， 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 9 页 同时向斜边缘较之中部地层产状陡。这种构造特征直接影响了井田不同区域断裂构造的性 质和发育程度。在井田东部有一舒缓横向褶皱,轴线方向 N43E,长 700 m,宽 300 m，两翼倾 角 510。 在井田中南部有一小型背斜，轴线方向 N40E，长 600 m 以上，背斜西部一翼产状较 陡，倾角 2560，东部则地层较舒缓，倾角 1525。 .断裂构造 断裂构造是井田最为重要的构造形式，它不但构成了井田边界，而且直接影响采区的 划分，同时在井田范围内广泛存在，是采掘生产和井巷工程所要解决的最主要的地质问题。 由于井田向斜西陡、东缓，边缘陡、中部缓的不对称性，造成井田范围内断裂构造的性质、 分布、发育程度具有较大的分异。总体上讲,向斜轴线以西区域内以逆断层为主，且多为 冲断层，构造复杂；而向斜轴线以东则以张性正断层为主,逆掩断层次之，冲断层极为少 见，构造条件亦相对简单。同时受区域应力作用,断裂构造在延伸展布上亦存在一定规律, 按其走向大致可分为四组： .走向呈 NNE 到 NE 向的逆断层 这类断层分布密度大，极易成组出现，倾角 2075之间，断层面呈平滑微波状， 擦痕明显，断层泥厚 25 cm，牵引构造十分明显，并常有派生褶曲发育，延伸长度 200 m1300 m，主要分布在井田西翼边缘地带,具有代表性的断层有 F5、F7、F1F3 组等。 .走向 NEE 向的正断层 这组正断层主要分布在井田向斜轴部及井田西部地带，断层面倾角多在 60以下，断 裂面张开，层面不平整，多为断层泥充填，断层延伸长度 1001100 m，具有代表性的断 层有 F4 等。 .F1F3 断层组 这是三条密集平行排列的逆断层，位于井田南部，构成了井田的天然边界，三者均为 逆掩断层，走向 3560，倾角南东,断层面倾角 3546，累计落差 70145 m，延伸 长度 3500 m。这组断层在地质及水文地质方为重要的是它沟通了上下含水层的水力联系， 使邻近区域内水文地质条件复杂化。该断层主要由四条地质剖面和 15 个地面钻孔控制， 其防水煤柱范围内仍是井巷工程禁区。 面对井田起着十分重要的作用，断层带附近地层被断褶得错综复杂，支离破碎，其两 侧延续到相当范围，裂隙节理丛生，使地层更具有强充水性。断层参数见表 1.3。 1.2.41.2.4 地温地温 据详查勘探资料，本区地温梯度为 0.94 /100 m，横温带在 50100 m 左右，地温变 化范围在 11.5017.00 之间，属地温正常区。 1.3 煤层及煤质 1.3.11.3.1 煤层赋存条件煤层赋存条件 井田煤系主要由石炭系上统和二迭系下统地层组成，煤系地层总厚度约 450 m，共含 大小煤层 8 层，煤层总厚度 25.3 m，含煤系数为 5.7,其中 5#煤为可采煤层，平均总厚度 8.43 m。各煤层具体分布见表 1.4。 .可采煤层厚度 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 10 页 9#煤层：为矿井的主采煤层，厚度为 0.0017.67 m，平均厚度为 8.43 m。煤层为黑 色、条带状构造，玻璃光泽，以亮煤为主，间夹暗色条带，局部含丝炭，偶含黄铁矿膜， 半亮光亮型。煤层的容重为 1.44 t/m3。区内煤层厚度变化较大，最厚点在西翼采区湾 36 孔。 本煤层一般含 23 层夹矸，多为炭质页岩。在井田西翼采区及轴东采区有厚层夹矸， 岩性为褐红色泥岩粉砂岩细砂岩或浅褐色砂岩，厚度各采区达 0.10.4m，在平面上 呈透镜状，分布范围不大，主要在盘地边缘及 F3 断层组附近，夹矸之上有 1.53.7m 左 右的煤，之下有 5.0m 左右的煤。夹矸变厚处煤层厚度明显变薄，且上分层煤往往尖灭于 煤层顶板，因此，在施工中必须注意：下分层煤是主要煤层。 .可采煤层结构变化 井田可采煤层为 5 煤层。在矿井开采过程中，揭露的煤厚点越来越多，通过全面的统 计分析，对其稳定性有了更加全面的了解，现将其稳定性分析分述如下： 根据 5 煤层开采情况，选取了 134 个煤厚点进行统计分析，确定煤 5 的稳定程度见表 1.1。 表表 1.1 井田煤层稳定性统计表（井田煤层稳定性统计表（5#煤）煤） 煤层厚度（M）统计点数变异系数（r）可采指数煤层稳定性 0.0017.67 4.5 13435.82%0.98较稳定 1.3.21.3.2 煤质煤质 .煤的物理性质 煤层的物理特性见表 1.2： 表表 1.2 主要煤层物理特征表主要煤层物理特征表 颜色 光泽煤岩成分煤岩类型结构和构造矿物结核 容重 (t/m3) 5#煤层黑色 玻璃 光泽 以亮煤为主，间夹暗煤条 带，局部含丝炭膜。 光亮半 光亮 条带状构造 偶含黄铁 矿膜 1.44 .可采煤层的煤质概况 煤层煤质特征表见表 1.3。 表表 1.3 可采煤层煤质特征表可采煤层煤质特征表 灰 分（Ad） % 挥发分 （Vdaf） % 原煤全硫（St.d） % 原煤含磷（Pd） % 发 热 量 （Qnet.v.ad） MJ/Kg 煤 932.8544.540.50.0080.02321.35 煤灰成分：以二氧化硅+三氧化二铝为主，其中二氧化硅的含量 43.65%，三氧化二铝 含量为 36.22%，其次为三氧化二铁，其含量为 4.79%，氧化钾含量为 2.67%，氧化镁含量 为 1.62%，氧化钙含量为 1.20%。灰熔融性软化温度（ST）1500 ，属难熔灰分。 .工艺性能 特 征 煤 层 项 目 煤 层 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 11 页 .煤的热稳定性。 据详查勘探取样测试，5 号煤 TS+6 为 56.2087.75%，平均 77.01%；属于热稳定性 好的煤层。 .煤对 CO2的反应性。 经本矿取样试验并参考详查勘探资料，950 时，5 号煤 CO2还原率为 9.4028.50%，平均 17.77%。属反应性低的煤层。 .煤的可磨性。 据补充勘探 5 号钻孔煤芯煤样试验结果并参考详查勘探试验资料，5 号煤哈氏可磨指 数（HGI）为 63.8091.80%，平均 78.40%。属于可磨性较好的煤层。 .煤的结渣性。 据详查报告资料，当鼓风强度 0.30m/s 时， 5 号煤灰的结渣率为 6.4211.98%，平 均 8.36%。属弱结渣煤。 .煤的可选性 据详查勘探采取钻孔简易分选样进行筛浮试验，用0.1 含量法评价，结果为： 5 号煤：假定精煤灰分为 11.00%，则0.1 含量为 4.5824.86%，平均 11.68%，可选 性为易选。假定精煤灰分为 11.50%，0.1 含量为 3.5620.68%，平均 9.29%，可选性为 易选。 .煤类和工业用途 井田内各煤层均属气煤类，小牌号为气煤 1 号和气煤 2 号，根据 5 号煤铁箱试验结果， 煤的结焦性能较差，块度小，抗碎性及抗磨性能较差，不适于单独炼焦之用，但可以考虑 作配焦用煤；煤的焦油含量较高，属富油煤高油煤，可考虑煤的综合利用。由于煤的发 热量均在 18.0124.18 MJ/Kg，可作为动力用煤。 1.3.31.3.3 区域水文地质区域水文地质 .区域水文地质概况 清河门区有细河塔子沟河，清河三条水系，在本区内仅有清河流过，清河发源于清河 门西北 20 公里之瓦盆窑莲花山一带，向南流入细河，再汇入大菱河而归大海。 清河通过井田部分的地段，河床宽度约 200平时水速 0.8 /s ，水深 0.150.3 mm ，河床宽度坡度 4/5，雨季水量骤增可达 2123/s ，水深 0.51.0，但河水再雨后mmm 一天左右即可下降到平时水位，一般枯竭期河水则变成细流，由于河床宽，河身浅，河道 曲折，历史上曾经泛滥（1930 年） ，河水曾漫至河西村清河三道壕村等地，最高洪水位 136139 。m 兴阜矿的水文地质条件属复杂型，有八个含水层，自下而上分别为： .奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层（） .K2K6 砂岩裂隙承压含水层（） .K6煤 12 砂岩裂隙承压含水层（） .煤 9煤 7 砂岩裂隙承压含水层（） .煤 5 以上砂岩裂隙承压含水层（） .风化带裂隙、孔隙承压含水层（） .第四系底部卵石孔隙承压含水层（） 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 12 页 .第四系中上部砂卵砾孔隙承压和孔隙潜水含水层（） 其中与矿井生产较密切的为、。 .井田地表河流 根据 19891998 年东翼塌陷坑观测资料统计，积水量最大值为 263.5 万吨，积水量 最小值为 21.6 万吨，东翼塌陷坑随着采、掘活动逐年加大，但积水对矿井涌水量无影响， 对矿井安全生产无威胁。 .井田含水层 .矿井直接充水含水层 兴阜矿直接充水含水层有 K2K6 砂岩裂隙承压含水层（） 、K6煤 12 砂岩裂隙 承压含水层（） 、5 煤层以上砂岩裂隙承压含水层（） 。 a.K2K6 砂岩裂隙承压含水层 该含水层位于石炭系中统水泉的 K2 灰岩和石炭系上统孙家湾的 K6 灰岩之间，厚度 100 m，岩性以粉砂岩和细砂岩为主。岩石胶结物多为钙泥质。本层岩石裂隙非常发育， 且以倾向裂隙为主，宽度较大，多呈直立密集分布。该含水层在垂向上以 K6 灰岩、15 煤 层底板、16 煤层底板含水较丰富。 本含水层单位涌水量为 0.0050.083 m3/min，平均为 0.032 m3/min，渗透系数为 1.2967.816 m/d ，平均为 4.586 m/d ，属于含水丰富的含水层。水质类型为 HCO3- Ca2+Mg2+型淡水，总硬度为 9.12 度，PH=7.89。 b.K6煤 12 砂岩裂隙承压含水层 该含水层位于石炭系上统水泉的 K6 至煤 12-2 底板之间，厚度 20 m，岩性以砂岩和 粉砂岩为主，岩石胶结物多为硅质，垂直层面的构造裂隙很发育，裂隙充填物多为钙质。 本含水层单位涌水量为 0.0020.206m3/min.m，平均为 0.042 m3/min.m，渗透系数为 0.25319.793 m/d，平均为 6.360 m/d ，属于含水丰富的含水层。水质类型为 HCO3- Ca2+Mg2+型淡水，总硬度为 12.27 德国度，固型物含量为 241 mg/l，PH=7.85。 c.煤 5 以上砂岩裂隙承压含水层 该含水层位于二迭系下统的上界。岩性以粉砂岩及砂岩为主，其中中粗砂岩含水最丰 富。砂岩胶结物多为钙、硅、泥质。本层岩石裂隙非常发育，且以倾向裂隙为主，宽度较 大，多呈直立密集分布。在勘探期施工的钻孔中，几乎所有钻孔过本层时均消耗冲洗液， 消耗量大于 5 m3/h 的钻孔占总数的 58，而且漏水严重的分布在井田东部和南部地区， 其余地段冲洗液消耗量较小，我矿在 19871996 年施工的钻孔当钻至本层时，冲洗液漏 失现象也很严重，常有不回水现象。因此可知本含水层裂隙发育。 在煤 5 以上 60 m 厚，为一河床相砂岩，与下伏地层呈冲刷接触，在井田西部和中部 直接冲刷至煤 5 或煤 6，甚至冲刷至煤 7 或煤 8，本段单位涌水量为 0.0070.117 m3/min.m，平均为 0.052 m3/min.m，渗透系数为 1.9858.945 m/d ，平均为 4.952 m/d ， 其水质特征为：HCO3-一 Na+一 Ca2+型淡水，硬度为 7.8612.64 德国度，固形物含量 234297 mg/l，PH=8.08.4。 本含水层是矿井顶板突水的直接水源，是威胁矿井生产的主要含水层，特别是对煤 9 的开采影响最大。 d.石炭系太原组灰岩裂隙岩溶含水层。 该含水层主要有 K2、K3、K4、K5 灰岩，据钻孔揭露： 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 13 页 K2 灰岩厚 4.888.09 m，裂隙岩溶发育，消耗水量：20.76 m3/h； K3 灰岩厚 2.44.88 m，局部裂隙岩溶发育，消耗水量：24.15 m3/h； K4 灰岩厚 0.251.35 m，有缺失现象，最大消耗水量：12.12 m3/h； K5 灰岩厚 3.176.52 m，裂隙岩溶发育，最大消耗水量：11.59 m3/h。 单位涌水量为 0.004516.84 L/s.m，渗透系数 0.02438.43 m/d，水质属于 HCO3- Ca、Na 型，矿化度 1.254 g/L。该含水层水位标高+681.43+687.75 m。 e.二迭系山西组 K7 砂岩和 3 号煤层顶板砂岩裂隙含水层。 K7 砂岩 2.002.90 m，最大消耗水量 24.75m3/h，单位涌水量为 0.00320.079 L/s.m，渗透系数 0.020 m/d。水质属于 HCO3-Ca、Na 型，矿化度 1.251.37 g/L。 3 号煤顶板砂岩：与 3 号煤直接接触，厚 1.156.96 m，平均 3.80 m，裂隙较为发育， 最大消耗水量为 95m3/h，为 3 号煤直接含水层。 f.二迭系下石盒子组 K8 砂岩：厚 4.008.43 m，最大消耗水量：20.13 m3/h，单位涌 水量为 0.079 L/sm，水质属于 HCO3-Ca、Na 型。 g.基岩风化裂隙带。 在河床与沟谷低洼处发育深度为 70100 m，在山麓边坡一带风化深度不足 50 m， 一般透水性好而含水性差。该层最大消耗水量为 20.13 m3/h，邻区资料表明其单位涌水量 为 0.580.62 L/sm。 h.新生界冲积-洪积松散层。 厚 024.59 m，平均 8.75 m，单位涌水量 0.0941.55 L/s.m，渗透系数 0.464.60 m/d。水质属于 HCO3-Ca、Mg 或 HCO3-Ca 型，矿化度 0.280.7 1g/L。为当地工农业用 水主要取水层。主要岩性为亚粘土、亚砂土、砂、砂砾石，包括若干单个含水层及隔水层。 .矿井充水因素分析 矿井充水水源 矿井主要充水水源有：含水层水、断层水、老空水。 .含水层水 矿井含水层充水水源有煤 5 以上砂岩裂隙承压含水层水、9 煤层7 煤层砂岩裂隙承 压含水层水、K612 煤层砂岩裂隙承压含水层水、K2K6 砂岩裂隙承压含水层水。其 中 9 煤层开采受煤 5 以上砂岩裂隙承压含水层和 9 煤层7 煤层砂岩裂隙承压含水层水的 影响，一、二水平开拓工程受 K612 煤层砂岩裂隙承压含水层和 K2K6 砂岩裂隙承压 含水层水的影响。 .断层水 断层水作为充水水源主要是通过断层导通含水层水而形成的。断层的性质及围岩的破 坏程度是断层充水的主要因素。张性正断层、落差大、围岩破坏严重便形成了良好的断层 充水条件。 充水通道 充水通道主要是岩石的孔隙、裂隙、断层。 .孔隙、裂隙通道 矿井孔隙主要发育在第四系冲积层中，而裂隙发育在基岩里。其中后者与矿井生产 关系较密切。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 14 页 矿井的岩石裂隙较发育，且多为张性裂隙，倾角大于 70，是含水层水进入矿井的主 要通道。 .断层 兴阜矿断层可分为两大类：正断层和逆断层。除 F1F3断层外，大多数逆断层由于 其结构面为压性面，比较紧密，导水性较差。而正断层却与之相反，由于其结构面属张性， 较松散，易导水，F1 断层组 虽为正断层，但破碎带宽达 250 m，使其附近地层被错动得 支离破碎。通过 15 个穿过该断层带的钻孔简易水文观测表明；有 60的孔发生冲洗液严 重漏失现象，漏失量达 7.8 m3/h，对湾 42、湾水 5 进行抽水实验：单位涌水量为 0.001 m3/min.m 和 0.056 m3/min.m，渗透系数为 0.388 m/d 和 11.222 m/d 。因此足以证明该断层 导水，富水性较强（已留有防水煤柱） 。 综上，兴阜矿水文地质条件为中等复杂类型。 .矿井涌水量 根据本矿水文地质条件和及邻区实际生产状况，确定本矿井最大涌水量为 240 m3/h， 一般为 110 m3/h。 1.3.41.3.4 瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃 根据（燃化部72燃煤开字第 91 号文）确定：矿井瓦斯等级为低瓦斯矿井，并有煤 尘爆炸危险。瓦斯涌出量，自燃发火期，煤尘爆炸指数见表 1.4。 表表 1.4 瓦斯、煤尘及自燃发火情况表瓦斯、煤尘及自燃发火情况表 沼气(CH4)二氧化碳（CO2） 矿井 名称 相对 涌出量 m3/t 绝对 涌出量 m3/min 相对 涌出量 m3/t 绝对 涌出量 m3/min 煤层自燃倾向性 煤尘爆炸指数 V （%） 兴阜矿0.393.381.275.561.52.854.959.24极易自燃38.4264.2 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 15 页 2 井田境界和储量 2.1 井田境界 2.1.12.1.1 井田境界井田境界 在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到 合理的开发。煤田范围划分为井田的原则为： .井田范围内的储量，要与煤层赋存情况、开采条件和矿井生产能力相适应； .保证井田有合理尺寸； .充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等； .合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。 2.1.22.1.2 开采边界扩大的可能性开采边界扩大的可能性 井田开采范围：西北部以 5 煤层冲积层下潜伏露头为界，东南部以-350 等高线为界， 其余边界为与其它矿井的为邻，面积约为 20 km2，扩大的可能性不大。 2.2 矿井储量 根据（83）煤生字第 1275 号文颁发的生产矿井储量管理规程中第二章第一节第 八条确定各级储量的条件中有关规定要求及参照阜新矿务局闻颁发的阜新矿务局生产矿 井储量管理规程实施细则和国家颁发的各种法规等作为确定各级储量的主要依据。 本井田内共含煤 8 层，其编号自上而下分别为：1、2、3、5、6、7、8 号煤，其中 5 号煤为主要可采煤层，其余煤层本设计不做讨论。 2.2.12.2.1 储量计算基础储量计算基础 .工业指标的确定 依据煤炭工业矿井设计规范有关规定，储量计算中厚度、灰分指标要求见表 2.1。 .其他计算依据 .根据兴阜矿井田地质详查勘探报告和 1998 年 6 月补充勘探提供的煤层资料计算。 .依据煤炭资源地质勘探规范关于化工、动力用煤的标准：计算能利用储量的 煤层最低可采厚度为 0.80 m，原煤灰分不大于 40%。计算暂不能利用储量的煤层厚度为 0.700.80 m。 .依据国务院（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 衡表外储量。 .储量计算厚度：夹石厚度不大于 0.05 m 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。 .井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平稳，勘探工程分布比较均匀， 采用地质块段的算术平均值。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 16 页 表表 2.1 储量计算厚度、灰分指标储量计算厚度、灰分指标 储量类别能利用储量尚难利用储量 煤 种 炼焦 用煤 非炼 焦用 褐煤 炼焦 用煤 非炼 焦用 褐煤 缓斜煤层（025）0.700.800.800.400.600.70 倾斜煤层（2545）0.600.700.700.400.500.60 最低可采 厚度(m) 急斜煤层（45）0.500.600.600.400.400.50 最大灰分40%50% 2.2.22.2.2 工业储量计算工业储量计算 根据储量计算公式（地质学基础中矿大出版社 陈昌荣主编） 地质块段法 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，应 当指出，每个块段内至少应有一个以上的钻孔。 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。储量计算图见图 2.1。 n nnnn n i i QQQQQ MSQ n a s s 321 321 cos 式中 真面积，m2;s 水平投影面积，m2 ; / s 煤层倾角，采用块段内的平均倾角， （）; i a Mi块段煤层的平均真厚度，m; 煤层厚度 M 应采用其厚度的平均值，即根据计算面积内各见煤点的厚度，均换算成 真厚度（垂直层面方向的厚度） ，而后用算术平均法进行计算。 n MMMM M n i 321 式中 煤层真厚度的平均值，m； i M n参加计算的见煤点数（地段中的钻孔数） 该地段中各见煤点的煤层真厚度，m； n MMMM 321 块段内煤层容重，t/m3。 i 煤层储量的计算公式为： 1 111 QSM (公式 2-4) (公式 2-3) （公式 2-1） （公式 2-2） (公式 2-5) 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 17 页 2 222 QSM - n nnn QSM 123 . n QQQQQ 、-. 分别为各块段的储量，万 t ; 1 Q 2 Q n Q 、- 分别为各块段的面积，m2 1 S 2 S n S M1、M2.Mn分别为各块段内煤层的厚度，m 、-.分别为各块段内煤层的容重，t/m3。 1 2 n 本井田内主要可采煤层为 5 煤层，其平均厚度为 4.5 m。由上式计算结果见表 2.2： -200 -200 200 300 50 100 150 0 -50 -100 -150 300 250 250 300 300 250 200 150 -200 50 100 0 -50 -100 -150 250 200 200 -200 50 100 150 50 100 150 0 -50 -100 -150 0 -50 -100 -150 -250 -300 -350 -250 -300 -250 -300 -250 一一一一一 一一一一一 一一一一一 一一一一一 图 2.1 储量计算图 表表 2.2 兴阜矿兴阜矿 5 煤储量计算表煤储量计算表 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) 区域一4746255154913307 4.51.4 31838232 区域二5214673155398212 4.51.4 34980415 区域三4214901154363252 4.5 1.4 28273870 区域四3012547153118579 4.51.4 20208390 总 计17188376 17793350 115300907 2.3 矿井可采储量 2.3.1 煤柱的留设煤柱的留设 矿井设计可采储量=（矿井工业储量永久煤柱损失）采区采出率。 计算矿井可采储量时，必须要考虑以下损失：1）工业广场保护煤柱；2）井田境界煤 柱损失；3）采煤方法所产生的煤柱损失和断层煤柱损失；4）建筑物、河流、铁路等压煤 损失；5）其它损失。 本井田中永久煤柱损失主要有：工业广场保护煤柱、井田境界煤柱损失、村庄保护煤 柱和断层保护煤柱等。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 18 页 根据兴阜矿业公司周围矿井实际经验和依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与 压煤开采规程之相关条款规定，部分煤柱的留设方法如下，见表 2-2 表表 2-2 煤柱留设地带及方法煤柱留设地带及方法 名 称留 设 方 法 工业广场工业广场维护带宽度为 15 m 井田边界边界煤柱 50 m 断 层井田边界断层煤柱每侧 50 m，井田内部断层每侧 30 m 大 巷大巷煤柱每侧 30 m 1）边界煤柱可按下列公式计算 Z=LbMR （公式 2- 4） 式中： Z边界煤柱损失量； L边界长度； b边界宽度； M煤层厚度； R煤的容重。5煤层 1.4 t/m3 2）工业广场煤柱留设 根据煤炭工业设计规范 ，工业场地占地指标如表 2-4。 表表 2-4 工业场地占地指标工业场地占地指标 井 型 大 型 井 公顷/10 万 t 中 型 井 公顷/10 万 t 小 型 井 公顷/10 万 t 占地指标0.801.101.301.802.002.50 注： （1）占地指标中包括围墙内铁路站线的占地面积； （2）井型小的取大值，井型大的取小值； （3）在山区占地指标可适当增加； （4）附近矿井有选煤厂时，增加的数值为同类矿井占地面积的 3040%； （5）占地指标单位中的 10 万 t 指矿井的年产量。 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