采矿工程本科毕业设计张双楼矿1.8Mta的新井设计.doc

摘摘 要要 本设计包括三个部分：一般设计部分、专题设计部分和翻译部分。 一般部分为张双楼矿 1.8 Mt/a 的新井设计。张双楼煤矿位于江苏省徐州市境 内，东有沛屯铁路与陇海线相连，交通十分便利。井田走向（东西）长平均约 8.23 km，倾向（南北）长平均约 3.88 km，井田水平面积为 31.93 km2。主采煤层 一层，即 7 号煤层，平均倾角 8.9，厚约 5.0 m。井田工业储量为 226.69 Mt，可 采储量 156.51 Mt，矿井服务年限为 66.9 a。井田地质条件简单。表土层平均厚度 70 m；矿井正常涌水量为 320 m3/h，最大涌水量为 340 m3/h；煤层硬度系数 f=2.3，煤质牌号为气煤 44；矿井绝对瓦斯涌出量为 1.84 m3/min，属低瓦斯矿井； 煤层有自燃发火倾向，发火期 36 个月，煤尘具有爆炸危险性。 根据井田地质条件，提出四个技术上可行开拓方案。方案一：立井两水平开 采，暗斜井延深至-700 m 水平；方案二：立井两水平开采，立井延深至-700 m 水 平；方案三：立井两水平开采，暗斜井延伸至-820 m 水平；方案四：立井两水平 开采，立井井延伸至-820 m 水平。通过技术经济比较，最终确定方案一为最优方 案。将主采煤层划分为两个水平，一水平标高-450 m，二水平标高-700 m，因井 田走向大断层将井田分为南北两部分，井田南部为一水平服务范围，井田北部为 二水平服务范围。 设计首采区采用采区准备方式，工作面长度 223 m，采用一次采全高采煤法， 全部跨落法处理采空区。矿井采用“三八”制作业，两班生产，一班检修。生产 班每班 3 个循环，日进 6 个循环，循环进尺 0.6 m，日产量 5432.16 t。 大巷采用带式输送机运煤，辅助运输采用 1.5 t 固定箱式矿车。主井装备一套 12 t 双箕斗和一套 12 t 单箕斗带平衡锤提煤，副井装备一对 3 t 矿车双层单车罐笼 带平衡锤担负辅助运输任务。矿井采用中央并列式通风。通风容易时期矿井总需 风量 4608 m3/min，矿井通风总阻力 2096 Pa，风阻 0.35 Ns2/m8，等积孔 2.03 m2，矿井通风容易。矿井通风困难时期矿井总风量 4608 m3/min，矿井通风总阻 力 2746 Pa，风阻 0.46 Ns2/m8，等积孔 1.74 m2，矿井通风中等困难。设计矿井的 吨煤成本 110 元/t。 专题部分题目是深井巷道锚杆支护技术。采用 MATLAB 7.1 矩阵实验软件来 进行有关图形的绘制。 翻译部分是一篇关于频率和锚固长度对超声波在锚杆中传播行为的影响的论 文，英文原文题目为：Effects of frequency and grouted length on the behavior of guided ultrasonic waves in rock bolts。 关键词：立井；上下山开采；大采高；单巷掘进；中央并列式 ABSTRACT This design can be divided into three sections: general design, monographic study and translation of an academic paper. The general design is about a 1.8 Mt/a new underground mine design of Zhangshuanglou coal mine. Zhangshuanglou coal mine lies in Xuzhou, Jiangsu province. As Peitun railway run across the east part of the mining field connect to Longhai railway, the traffic is very convenient. Its about 8.23 km on the strike and 3.88 km on the dip,with the 31.93 km2 total horizontal area. The minable coal seam of this mine is only 7 with an average thickness of 5.0 m and an average dip of 8.9. The proved reserves of this coal mine are 226.69 Mt and the minable reserves are 156.51 Mt, with a mine life of 66.9 a.The geological condition of the mine is relatively simple. The normal mine inflow is 320 m3/h and the maximum mine inflow is 340 m3/h. It is bituminous coal 44 with low mine gas emission rate and coal spontaneous combustion tendency, and its a coal seam liable to explosion. Based on the geological condition of the mine, I bring forward four available project in technology. The first is vertical shaft development with two mining levels and the extension of inclined shaft go to -700 m; thr second is vertical shaft development with two mining levels and the extension of vertical shaft go to -700 m; the third is vertical shaft development with two mining levels and the extension of inclined shaft go to -820 m; the last is vertical shaft development with two mining levels and the extension of vertical shaft go to -820 m. The first project is the best comparing with other three project in technology and economy. The first level is at -450 m, The second level is at - 700 m, Because a major fault lies in the center of mine field, the mine field is divided into the north section and the south section, the south section is one level service scope, and the north section is two level service scope. Designed first mining district makes use of the method of preparation in mining area, the length of working face is 223 m, which uses fully-mechanized coal mining technology, and fully caving method to deal with goaf. The working system is “three- eight”,with two teams mining, and the other overhauling. Every mining team makes three working cycle, with six working cycle everyday. Advance of working cycle is 0.6 m, and quantity of 5432.16 ton coal is makedeveryday. Main roadway makes use of belt conveyor to transport coal resource, and mine car to be assistant transport. Main shaft makes use of skip to transport coal resource, when subsidiary shaft makes use of cage to be assistant transport. In the prophase of mining the mine makes use of centralized ventilation method,when in the evening of mining the mine makes use of areas ventilation method. At the easy time of mine ventilation, the total air quantity is 4608 m3 per minute, the total mine ventilation resistance is 2096 Pa, the coefficient of resistance is 0.355 Ns2/m8, equivalent orifice is 2.03 m2. At the difficult time of mine ventilation, the total air quantity is about 4608 m3 per minute, the total mine ventilation resistance is 2746 Pa, the coefficient of resistance is 0.465 Ns2/m8, equivalent orifice is 1.74 m2. The cost of the designed mine is 110 yuan per ton. The monographic study is bolting technology of deep well drawed by MATLAB 7.1. The translated academic paper is about effects of frequency and grouted length on the behavior of guided ultrasonic waves in rock bolts。 Keywords：shaft; up-dip and down-dip minging; large mining height; single thunnel drivage; centralized juxtapose ventilation. 目目 录录 一般设计部分一般设计部分 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征.1 1.1 矿区概述1 1.2 井田地质特征2 1.3 煤层特征8 2 井田境界和储量井田境界和储量.11 2.1 井田境界11 2.2 矿井工业储量.13 2.3 矿井可采储量13 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.18 3.1 矿井工作制度18 3.2 矿井设计生产能力及服务年限18 4 井田开拓井田开拓.20 4.1 井田开拓的基本问题20 4.2 矿井基本巷道.30 5 准备方式准备方式采区巷道布置采区巷道布置.42 5.1 煤层地质特征42 5.2 采区巷道布置及生产系统43 5.3 采区车场选型设计46 6 采煤方法采煤方法.50 6.1 采煤工艺方式50 6.2 回采巷道布置62 7 井下运输井下运输.66 7.1 概述66 7.2 采区运输设备选择69 7.3 大巷运输设备选择70 8 矿井提升矿井提升.73 8.1 概述73 8.2 主副井提升73 9 矿井通风及安全矿井通风及安全.78 9.1 矿井通风系统选择78 9.2 采区及全矿所需风量.82 9.3 矿井通风总阻力计算86 9.4 选择矿井通风设备95 9.5 防止特殊灾害的安全措施99 10 矿井基本技术经济指标矿井基本技术经济指标.101 专题设计部分专题设计部分 1 引言引言.104 2 开采深度与巷道围岩的变形关系开采深度与巷道围岩的变形关系.104 2.1 中国的研究104 2.2 德国的研究105 2.3 前苏联的研究106 3 深井巷道锚杆支护的关键理论与技术深井巷道锚杆支护的关键理论与技术.107 3.1 深井巷道锚杆支护理论基础107 3.2 深部巷道锚杆支护作用机理108 3.3 深部巷道锚杆支护技术113 4 工程实例工程实例.117 4.1 巷道地质及生产条件117 4.2 地应力测量118 4.3 巷道围岩稳定性分类及计算机辅助设计118 4.4 巷道支护设计118 4.5 支护质量监测120 4.6 支护效果和经济效益分析126 5 结论结论.126 参考文献.128 翻译部分翻译部分 英文原文英文原文.130 中文译文中文译文.141 致谢致谢.149 一 般 部 分 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 交通地理位置交通地理位置 张双楼煤矿位于徐州市西北，距徐州市约 79 km，在江苏沛县安国镇境内， 东距大屯煤电公司 6.5 km，南距沛县城 16.5 km，东有沛屯铁路和陇海线相连， 矿区的徐沛公路北上山东，南达上海，交通甚为便利。 矿区（居民点）现状由张双楼、陈庄、高庄、梅庙、梅海子、油坊口、袁庄 七个自然村组成，居住总人口 3461 人，910 户。交通位置如图 1-1。 1.1.2 地形地貌和水文情况地形地貌和水文情况 本井田地表属黄泛冲积平原，地面平坦，地面标高+35+39 m，地势西高东 低，地表水系不发育，区内东缘微山湖，有徐沛河，南有丰沛河京经杭大运河注 入微山湖。 1.1.3 矿区经济状况矿区经济状况 矿区工业发展迅速，已形成铸造、酿酒、缫丝、纺织、塑编、木材加工、机 械制造等八大工业体系，工业产品 100 余种。张双楼工业园区，形成了板皮加工、 塑料编织、铸造加工、机械制造四大主导产业。矿区农副产品资源丰富，有优质 成武 单县 金乡 山山 虞城 艾邑 砀山 萧县 徐州 邳县 大运河 枣庄 滕州 皇台 丰县 大屯 沛 县 微 山 湖 邵 阳 湖 张张双双楼楼矿矿 东东省省 河河 南南 省省 安安 徽徽 省省 江江 苏苏 省省 铁 路 湖 泊 公 路 省 界 河 流 城(县)市徐州 张双楼矿井交通位置图 图图 1-1 张双楼矿井交通位置图张双楼矿井交通位置图 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 2 页 小麦、 “无公害水稻” 、 “高蛋白玉米”等粮食作物 7.4 万亩，芸豆 5000 亩，黄皮 洋葱 1000 亩、脱毒土豆 1000 亩、东北毛茄 1000 亩、越冬甘兰 1000 亩、大沙 河无籽西瓜 14000 亩、优质红富干苹果 4000 亩、桑园 5000 亩。有年出栏 300 万羽的肉鸭养殖基地、年出栏 150 万羽的合同鸡养殖基地、有大型的波尔山羊养 殖基地。 1.1.4 矿区电力供应矿区电力供应 矿井 110 kV 主电源引自沛县 220 kV 变电站，备用电源引自大屯 110 kV 变电 站，由 110 kV 线路送至距矿井 110 kV 变电站。 1.1.5 矿区的气候条件矿区的气候条件 本区属南温带黄淮区，气象具有长江流域的过渡性质，接近北方气候特点， 冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，春季有干旱及寒潮、霜冻等自然灾害，但四季分 明，气候温和。 降水量：年平均降水量 811.7 mm，最大年降水量 1178.9 mm，最小年降水量 550 mm，降水多集中于 7、8、9 月份，占全年降水量的 5070%，1、2、3 月份 为枯水季节。 蒸发量：年平均蒸发量 1873.5 mm，年最小蒸发量 1273.9 mm。 气 温：年平均气温 13.8 ，最高气温 40.7 ，最低气温-21.3 。 主导风向:全年以东南，偏东风为最多，年平均风速 3.2 m/s。 本区属季节性大陆性气候。 1.1.6 地震地震 自公元 462 年以来，根据不完全统计，本区共记载有感地震 30 余次，其中 影响较大的有 1968 年 7 月 25 日山东莒县郯城 8.5 级地震，1937 年 8 月 1 日山东 菏泽 7 级地震等。 本区属于华北地震区，据郯庐断裂 100 余公里，该断裂为一长期活动的断裂 带，亦为强地震带，郯城至新沂一带具有发生强地震的地质构造背景。 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田的地形，井田的勘探程度井田的地形，井田的勘探程度 本区位于华北陆台之东南部，在大地构造上处于鲁西穹折带（鲁西台凸）的 西侧，与徐蚌凹折带（徐州台凹）相邻。区内地形平坦，出露地层极少，仅在局 部地区有前震旦系、寒武系、奥陶系等地层零星出露。 区域地层在前震旦纪的结晶基底上沉积了震旦系、寒武系、奥陶系、石炭二 迭系、侏罗白垩系及新生代地层。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 3 页 在区域构造上位于两个不同的构造单元联结处（鲁西穹折带与徐蚌凹折带之 间） ，前者以一系列接近经向和纬向的断裂为主，间有宽缓的短轴褶皱，后者以 一系列北东向的紧密向斜、背斜相间而成。 本区的岩浆岩活动自老至新大致分为三期：即吕梁期花岗岩、燕山期中基性 岩侵入以及喜马拉雅期的玄武岩流，在煤系中以燕山期侵入体为主。综合地质柱 状图如图 1-2。 油脂半暗淡光泽、性脆易碎 1：500 古 生 界 二 迭 系 下 统 10.32 10.66 11.58 0.13 8.57 4.55 5.00 4.19 24.69 0.5 7.31 8.25 4.91 12.36 泥岩 砂泥岩 细泥岩 砂泥岩 煤 细泥岩 砂泥岩 煤 砂泥岩 细泥岩 煤 砂泥岩 细泥岩 砂泥岩 6号煤 7号煤 9号煤 岩性简述岩石名称 标志 层及 煤层 编号 柱状图层厚 组统系界 地层单位 山 西 组 (m) 灰至灰黑色、遇水变软 灰黑色、块状、泥质胶结 图图 1-2 综合地质柱状图综合地质柱状图 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 4 页 井田从西向东共由 9 条勘探线控制，共打钻孔 74 个，其中有瓦斯钻孔 10 个， 煤层自燃勘探钻孔 5 个，地温勘探钻孔 10 个，井田南部及北部东半部分钻孔分 布均匀，是重点勘探区。精查地质报告基本查明了井田的煤层赋存情况、构造情 况、煤质以及水文地质条件。 1.2.2 井田的地质构造、最主要的地质变动井田的地质构造、最主要的地质变动 井田内地层走向、倾向、倾角，褶曲、断层的总体发育规律等方面如下：区 内呈单斜构造，局部发育有次级背向斜，地层倾角变化不大，大致在 712 有一条 正断层，局部遭受岩浆侵入的影响，属中等。 本区地层属华北型，煤系地层为石炭、二迭系，均为第四系或侏罗-白垩系所 覆盖。区内揭露的地层有奥陶系下统肖县组（未揭穿） 、马家沟组，奥陶系中统 阁庄组、八陡组，石炭系中统本溪组，石炭系上统太原组，二迭系下统山西组和 下石盒子组，二迭系上统上石盒子组，侏罗-白垩系，第四系。现按地层生成顺序 叙述如下： 奥陶系下统肖县组（） x 1 O 本区仅一个钻孔揭露，最大揭露厚度 125 m。岩性为灰灰白色微带肉红色白 云岩、灰质白云岩，夹灰黑色微晶灰岩、泥砾灰岩。 奥陶系下统马家沟组（） m 1 O 本区仅一个钻孔揭露，全组厚度约 198 m。岩性上部为灰色或成浅褐色隐晶 质灰岩夹薄层白云岩和含白云质灰岩；下部为似豹斑状灰岩，夹泥质条带，与下 伏肖县组地层呈整合接触。 奥陶系中统阁庄组（） g 2 O 本区仅个别钻孔揭露，全组厚约 113 m。岩性由浅灰、灰白或浅褐色微晶状 白云岩、灰质白云岩夹薄层泥灰岩、灰岩组成，与下伏马家沟组地层呈整合接触。 奥陶系中统八陡组（） b 2 O 本区仅个别钻孔揭露，全组厚约 25 m。由灰棕灰色厚层状质纯隐晶质灰岩 夹薄层灰绿色泥岩组成。与下伏阁庄组地层呈整合接触。 石炭系中统本溪组（） b 2 C 本区仅少数钻孔揭露，全组厚约 2038/29 m，为海陆交替相沉积。中、上部 主要由浅灰色致密状灰岩夹灰绿色、杂色泥岩而成。下部为绛紫色泥岩及褐黄色 铝土质泥岩，偶含薄层灰岩，底部为一层绛紫色铁质泥岩与下伏奥陶系中统八陡 组地层呈假整合接触。产状： Fusulinella bocki 薄克氏小纺锤蜓 Beedeina yangi 扬氏比德蜓 Pseudowedekindellina prodixa 伸长假魏特肯蜓 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 5 页 Eostaffella quasiampla 似丰满始史塔夫蜓 Chonetes of carbonifera 石炭戟贝（相似种） 石炭系上统太原组（） t 3 C 本区大多数钻孔揭露，全组厚约 145179/159 m，本组地层为海陆交互相沉 积，沉积旋回清晰，标志层明显。发育了薄-厚层灰岩十三层及十一层薄煤，其中： 一、四、十二灰是全区标志层。本组主要由灰色细、中粒砂岩，灰黑色泥岩，砂 泥岩、灰岩和煤组成。一、二灰为生物化学岩，常具方解石晶体，四灰最厚，平 均 8.21 m，且含燧石；十二灰中下部富含蜓科化石及燧石。无名灰上、九灰下赋 存 17 煤，十二灰下赋存 21 煤，但是不可采。底部以一层铝质泥岩与下伏本溪组 地层分界，呈整合接触。产状： Neuropteris ovata 卵脉羊齿 Taeniopteris 多脉带羊齿 Chonetes 石炭戟贝 Lengula sp 燕海扇 Schizodus sp 裂齿蛤 Schwagerina 希瓦格蜓 二迭系下统山西组（） 1 1 P 为本区主要含煤地层之一，整合于太原组地层之上，全组厚 93185/113 m。 本组地层属过渡相沉积，含煤 15 层，其中 7 煤为本区主采煤层。9 煤不可 采。下部偶含 5 煤或 6 煤。产状： Pecopteris kativenosa 厚脉栉羊齿 Pecopteris arcuata 弯脉栉羊齿 Sphenophyllum oblongifolium 长椭圆形楔叶 Alethopteris ascendens 细脉座延羊齿 Lingula sp 舌形贝 Rhacopteris bertrandii 烈扇羊齿 二迭系上统上石盒子组（） 1 2 P 本区揭露残留地层厚度 12175/101 m。上部由杂色泥岩、砂质泥岩为主，间 夹薄层灰绿、绛紫色砂岩，内含大量铝土质和菱铁质鲕粒，下部由紫红、灰绿色 中粒砂岩为主，间夹杂色砂质泥岩及蛋青色薄层铝土质泥岩、砂泥岩组成，底部 为紫色或灰白色中粗粒含粒石英砂岩（奎山砂岩）与下伏下石盒子组地层呈整 合接触。 侏罗白垩系（JK） 本区内揭露残留地层最大厚度 509 m，平均 290 m。上部由深灰、暗紫色泥 岩、砂泥岩夹砂岩组成。下部由绛紫色、紫红色砂泥岩、灰绿色细砂岩夹砾岩组 成。底部常有一层较厚的绛紫色、紫红色砾砂岩，砾石成份为石英岩、灰岩等， 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 6 页 砾径 16 mm，厚度变化大，局部相当为砂泥岩或砂岩，与下伏地层呈不整合接 触。 第四系（Q） 为一套松散沉积物，由粘土、砂质粘土、细中粗砂及砂砾层组成。与下伏各 系地层呈不整合接触，厚度 3080/70 m，其岩性特征： 上部：上段由棕黄、棕灰色粉砂夹薄层粘土，砂质粘土组成；下段由棕黄、 灰绿色粘土夹细、中粗砂层组成，粘土中常含砂姜，厚约 38 m。 中部：由灰白、灰绿、土黄色细中粗砂夹灰褐色粘土，砂质粘土组成，粘土 中常含砂姜及铁锰质结核，厚约 14.8 m。 下部：主要由灰白、灰绿及灰褐色粘土及铝质粘土组成，夹 25 层细中粗砂 透镜体，厚约 14.4 m。 底部常有一层砂砾层，砾石成份为石英、灰岩，粒径 24 cm，滚圆良好，充 填物为粘土及砂，厚约 2.8 m。 构造：张双楼井田是一个完整的地质构造单元，为一倾向 NW，走向略有变 化的单斜构造，地层倾角一般在 712。 井田内自东向西发育的褶曲依次为：冯家向斜、后周田背斜。分述如下： 1、冯家向斜：位于 67 勘探线，轴向 NE42，两翼不对称，东翼地层倾角 12，西翼倾角 9.0，向斜往浅部仰起，往深部延展被 F1 断层切割，经三维地震 控制程度可靠。 2、后周田背斜：位于 23 勘探线，轴向与冯家向斜平等，两翼较对称，地 层倾角 8.8 左右，向斜往浅部仰起，往深部延展被 F1 断层水平扭动往 W 偏移， 经三维地震控制程度可靠。 3、断层 张双楼井田隶属于丰沛煤田，地质构造特征受区域构造运动所控制，丰沛煤 田构造特征（模式）是在特定环境中，由不同时期、不同方向张力的相继作用， 造成他们即继承又转化，即断陷又隆升的伸展构造格局。F1 正断层，走向近 EW 向，倾向 NS，倾角 4560，落差 4060 m，延展 9800 m，西部落差较大 60 m， 而东部落差较小 40 m，被 F1 断层切割，控制可靠。 岩浆岩侵入最高位为山西组 7 煤，其岩柱主要为闪煌斑岩，闪长岩、安山岩 等，其岩性、产状、分布范围及对煤层的影响以查明。 1.2.3 井田的水文地质特征井田的水文地质特征 张双楼地区基岩含水层，包括煤系地层含水层和奥陶系灰岩水层均有隐伏露 头，即为第四系地层直接覆盖。虽然各含水层是来自大气降水入渗，且第四系第 一段砂岩层含水量较大，但第四系下部有一层厚达 14.4 m 的粘土隔水层段，底砾 层多为砂泥质充填，含水性小，故其顶部可视为弱水边界。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 7 页 本地区地下水为一个四周隔水，顶部弱透水的相对封闭的水文地质单元。区 内随着矿井排水，各含水层水位持续下降，说明都在消耗静储量，单元内部奥灰 水作为水库不断向煤系地层含水层补给。 含水层： 1、第四系砂岩或砂砾层空隙含水层。 第四系为一套松散的沉积物，井田内厚度 3080 m，平均 70 m，大体分为五 段，包括三个含水层，一个弱透水层和一个隔水层组，从上至下依次为： (1) 第一段砂层空隙潜水含水层组（含） 本段厚 619 m，平均为 17.6 m，主要由棕黄、棕灰色粉砂、粘土质砂夹薄层 粘土。砂质粘土组成。据水文孔抽水试验资料，水质为 HCO3K+Na 型，矿化度 为 0.750.84 g/l，富水性中等，是当地居民生活的主要水源。 (2) 第二段粘土。砂质粘土及砂层弱透水层组（透） 本段厚 9.815.4 m，平均为 10.4 m，主要由黄褐色，棕褐色及灰绿色粘土、 砂质粘土组成，常夹 26 层细砂，粘土质砂，局部为中粗粒砂，砂层犬牙交错， 总厚度为 14.9 m，平均为 3.3 m 约占本段厚度的 31.7%；本段可视为弱透水层组。 (3) 第三段砂层孔隙承压水层组（含） 本段厚 1326.2 m，平均为 24.8 m，由灰白、灰绿、土黄色、中、粗砂及粘 土质砂夹薄层粘土、砂质粘土组成，粘土总厚度 3.24.8 m，平均为 3.52 m，占本 段厚度的 23.8%。据流量测井资料 k=2.106 m/d。本层水是目前张双楼矿区的工业 和生活水源。据水源井取水和水质资料，出水量大于 60 m3/h。水质类型为 SO4- K+Na。本层属于富水性中等含水层组。 (4) 第四段粘土隔水层组（隔） 本段厚度 12.716.3 m，平均 14.4 m，井田内东薄西厚，总体上比较稳定，主 要灰白、灰绿及灰褐色粘土、砂质粘土组成，局部夹 25 层砂层透镜体。该层作 为隔水层组，对控制上部 1 含、3 含垂直向下入渗补给 5 含起到了抑制作用。 (5) 第五段砂砾层承压含水层组（含） 本段常称作底砾层，厚 07.8 m，平均为 2.8 m，井田东部普遍发育，西部有 大面积缺失。其上部以灰黄色含砾粗砂或粘土质砂为主。下部以杂色砂砾为主， 夹不稳定薄层粘土，砾石成分主要为石英砂，粒径 24 cm，滚圆良好，隙间充填 物为粘土及砂，含量达 5060%。本层属于中等含水层。 2、二迭系砂岩裂隙含水层 二迭系地层包括上石盒子组（12175/101 m） 、下石盒子组(165247/220 m)、 山西组(93185/112 m)，总厚度 433 m，主要由泥岩、砂质泥岩加沙岩石组成。砂 岩含水层据其厚度和富水情况主要由上石盒子组底部奎山砂岩、下石盒子组中部 砂岩、下石盒子组底部分界砂岩，下部 7、9 煤顶砂岩含水层。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 8 页 (1) 第一段、上石盒子组底部奎山砂岩裂隙承压水含水层 厚 10.2241.7 m，平均为 21.63 m，分布广泛。立井井筒揭露该层时用水量达 126 m3/h，富水性中等。由于该含水层距离 7 煤较远，对井田煤层开采无直接充 水影响。 (2) 第二段下石盒子组中部砂岩裂隙承压含水层 厚 1449.1 m，平均为 34.00 m。分布在 6 线以西。主井井筒揭露该层时用水 量达 104 m3/h，富水性中等。该含水层对矿井煤层开采无直接影响。 (3) 第三段下石盒子组底部分界砂岩裂隙承压水层。 厚 2.7626.60 m，平均为 11.06 m。分布在 7 线以西。主井接露时用最大涌水 量 7080 m3/h，副井清理斜巷揭露时最大用水量 69.4 m3/h，富水性小。据水位观 测资料，-500 m 水平以上该含水层以呈半疏干状态。 3、山西组下部砂岩裂隙承压含水层 7 煤顶板砂岩含水层，厚度 1.2039.60 m，平均为 18.93 m，为 7 煤老顶或直 接顶。据抽水试验资料 q=0.0026 L/(ms)，k=0.0014 m/d。综合勘探和生产揭露情 况分析，富水性属小中等，水质类型为 SO4-Ca(K+Na)型，矿化度为 3.1864.544 g/L。本层为开采 7 煤直接充水含水层。 矿井的历年涌水量的变化范围为 20340 m3/h，水文地质属于简单型，全井田 最大涌水量为 340 m3/h，正常涌水量为 320 m3/h。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层埋藏条件煤层埋藏条件 走向：东西走向。倾向：北偏西。倾角及其变化：712。煤层的露头深度： -211 m。风化带深度：-218 m。 1.3.2 煤层群的层数煤层群的层数 本区主要含煤地层为石炭二迭系，其中：石炭系太原组（C3t） 、二迭系山西 组（P11） ，总厚度 272 m，含煤 16 层，平均累计厚度 9.30 m，含煤系数 3.40%。 含主要可采煤层 1 层，平均总厚度 5.0 m。 山西组：本组厚 113 m，含煤 15 层，平均累计厚度 6.63 m，含煤系数 3.5%，含主要可采煤层 1 层，即 7 煤，平均总厚度 5.0 m。 太原组：本组厚 159 m，含煤 9-11 层，平均累计厚度 3.70 m，含煤系数 3.3%， 无可采煤层。 1.3.3 煤层的围岩性质煤层的围岩性质 7 煤顶板多为泥岩、砂泥岩，底板多为灰色粉砂岩。煤层顶底板具体情况见 表 1-1。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 9 页 表表 1-1 煤层顶底板情况一览表煤层顶底板情况一览表 顶底板 名称 岩石 名称 厚度(m)特性描述 基本顶细砂岩8.57浅灰浅灰白色，有厚脉栉羊齿化石。 直接顶砂泥岩4.55灰色，含长椭圆形楔叶化石。 直接底砂泥岩4.19深灰色，含少量动物化石及黄铁矿，偶夹钙质透镜体。 基本底细砂岩24.69 灰白色，致密坚硬，以石英长石为主，钙质胶结，斜层理为 主。 1.3.4 煤的特征煤的特征 本区 7 煤呈油脂半暗淡光泽，鳞片状及厚薄不等的条带状结构，硬度 IIIII，内生裂隙发育，性脆易碎，为光亮半暗型煤。7 煤容重测定值 1.311.55，煤矿采用 1.42。煤质稳定，各主要指标变化很小，为中变质程度的气 肥煤。可作为电力、船舶、锅炉用煤及其它工业用煤，并且可作为良好的炼焦配 煤。煤层具体特征见表 1-2、1-3、1-4、1-5。 表表 1-2 煤层特征表煤层特征表 煤 层 厚 度4.85.2 m，加权平均厚度为 5.0 m，为厚煤层 煤 层 倾 角712，平均 8.9，为缓倾斜煤层 煤层硬度系数f2.3 表表 1-3 可采煤层元素分析统计表可采煤层元素分析统计表 煤层煤种Cdaf(%)Hdaf(%)Ndaf(%)Odaf(%) 7气煤 81.3984.81 83.62(21) 5.025.77 5.50(21) 0.681.50 1.42(21) 8.3411.59 9.53(21) 表表 1-4 可采煤层煤芯煤样工业分析成果表可采煤层煤芯煤样工业分析成果表 发热量(MJ/kg) 煤层 Qb.adQgr.dQnet.d 原 煤 19.9031.06 27.19(33) 20.2432.08 27.79(33) 0.681.50 1.42(10) 7 精 煤 29.3231.55 30.82(6) 30.7531.85 30.68(6) 29.0531.83 30.46(6) 表表 1-5 主要煤质指标分级一览表主要煤质指标分级一览表 原煤灰分 煤层精煤挥发份 Ad熔融性 原煤含硫原煤发热量粘结性数码 738.15中灰高难溶特低中高中等44 瓦斯：区内先后共采集了 10 个瓦斯钻孔，瓦斯含量测定成果见表 1-6 和表 1- 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 10 页 7。 表表 1-6 可采煤层钻孔瓦斯含量测定成果统计表可采煤层钻孔瓦斯含量测定成果统计表 煤层CH4(m3/g)C02(m3/g)N2(m3/g)C2H6(m3/g)备注 70.1 0.1691.74 0.507(7) 0.01 表表 1-7 可采煤层钻孔瓦斯自然成分统计表可采煤层钻孔瓦斯自然成分统计表 煤层CH4(%)C02(%)N2(%)C2H6(%)备注 7 2.941.74 4.11(2) 10.650.45 26.21(8) 44.2889.35 72.75(8) 0.05 全矿井相对瓦斯涌出量 0.77 m3/(td)，绝对瓦斯涌出量 1.84 m3/min，按照 煤矿安全规程规定，日产一吨煤瓦斯涌出量在 10 m3以下的矿井为低瓦斯矿 井，本矿为低瓦斯矿井。 煤尘：本区综采，机掘的最大最小煤尘浓度和平均浓度为 337.8 mg/m3、136.8 mg/m3、189.4 mg/m3，煤尘爆炸性指数在 43%左右，均属于有煤尘 爆炸危险性煤层。 煤的自燃倾向：区内共采取 5 个煤层自燃倾向试验样本，煤层自燃倾向试验 成果见表 1-8。 表表 1-8 煤层自燃倾向试验成果表煤层自燃倾向试验成果表 煤层采样点数T1T2T3T(1-3)煤的自燃倾向系数 75 336370 346(5) 327343 332(5) 319339 327(5) 944 20(5) 不易自燃 井田内煤层的自燃发火期一般为 36 个月，为不易自燃煤层。 地温：井田内在地面进行了 10 个地质钻孔的测温工作，其中近似稳态测温 孔 2 个，其它均为简易测温孔。地温梯度及相同深度岩温对比见表 1-9。 表表 1-9 地温梯度及相同深度岩温对比表地温梯度及相同深度岩温对比表 深度 -300 m 地温 () -500 m 地温 () -800 m 地温 () -1000 m 地温 () 地温梯度( /100 m) 地温率 (m/) 变化范围21.823.524.025.727.429.129.631.32.252.8136.644.3 平均23.024.828.130.81.1239.8 中国矿业大学 2008 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 井田范围井田范围 东部边界：云盖山二矿； 西部边界：枣园矿业； 南部边界：云盖山正断层； 北部边界：云盖山二矿。 2.1.2 开采界限开采界限 据生产矿井开采和钻孔揭露资料，该矿区含煤地层为石炭二叠系，主要含 煤地层厚约 700m，含煤 50 余层，煤层总厚约 10.77m。本区主要可采煤层为山西 组二1煤层，矿井设计只针对二1煤层。 开采上限：二1煤层以上无可采煤层。 下部边界：二1煤层以下无可采煤层。 2.1.3 井田尺寸井田尺寸 井田的走向最大长度为 6.68 km，最小长度为 6.62km，平均长度为 6.65km。 井田倾斜方向的最大长度为 2.71 km，最小长度为 2.57 km，平均长度为 2.64 km。 煤层的倾角最大为 15，最小为 4，平均为 10。 井田的水平面积按下式计算： S=HL （2- 1） 式中： S井田的水平面积，m2； H井田的平均水平宽度，m； L井田的平均走向长度，m。 井田的水平面积为： S=6.652.64 =17.56 (km2) 井田赋存状况示意图如图 2-1。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 12 页 -800 -800 -750 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -350 -300 -250 -700 -650 -600 -550 -500 -500 -450 -400 -350 -300 -750 -700 -650 -600 -550 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -350 I -800 -350 -400 -450 -500 -550 -600 -650 -700 -750 -800 图图 2-12-1 井田赋存状况图井田赋存状况图 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 13 页 2.2 矿井工业储量 2.2.1 储量计算基础储量计算基础 本次储量计算是按照煤、泥炭地质勘查规范DZ/0215-2002 要求的工 业指标进行资源储量计算。 1、最低可采厚度为 0.60 m。 2、最高可采灰分不大于 40%。 3、最低发热量不低于 17.0 mJ/kg。 4、最高硫分不大于 3%。 5、煤层容重：7 号煤层容重为 1.42 t/m3。 2.2.2 井田地质勘探井田地质勘探 井田南部钻孔分布均匀，地质勘探类型为精查，北部的东半部分钻孔分布均 匀，为详细勘探区，西半部钻孔较少，为普查区。 井田内断层南部以及断层北部东大半部分属 111b-1 级储量，断层附近及露头 附近属 122b 级储量，其它区域为 111b-2 级储量。高级储量占94.15%，符合煤炭 工业设计规范要求。 7 号煤层最小可采厚度为 4.8 m，最大可采厚度为 5.2 m，平均 5.0 m。 。 2.2.3 工业储量计算工业储量计算 矿井主采煤层为 7 号煤层，采用地质块段法来划分储量块。 根据地质勘探情况，将矿体划分为 11 个块段，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。块段划分如图 2- 2。 各块储量计算见表 2-1。 2.3 矿井可采储量 2.3.1 安全煤柱留设原则安全煤柱留设原则 1、工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分 布的村庄不留设保护煤柱； 2、各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定。用岩层移动角确定工业场地、 村庄煤柱。岩层移动角为 75，表土层移动角为 40； 3、维护带宽度：风井场地 20 m，其它 15 m； 4、断层煤柱宽度 50 m，井田境界煤柱宽度为 20 m； 5、工业广场煤柱：根据煤炭工业设计规范第 5-22 条规定：工业广场的 面积为 0.81.1 平方公顷/10 万 t。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 15 页 -800 -800 -750 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -350 -300 -250 -700 -650 -600 -550 -500 -500 -450 -400 -350 -300 -750 -700 -650 -600 -550 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -350 I -800 -350 -400 -450 -500 -550 -600 -650 -700 -750 -800 k1 k2 k3 k4 k5 k6 k7 k8 k9 k10 k11 图图 2-22-2 井田块段划分图井田块段划分图 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计第 16 页 表表 2-1 井田块段储量计算表井田块段储量计算表 块段标号倾角()平均厚度(m)容重(t/m3)面积(m2)储量(Mt) K144.01.43 3004898.648 17.6213 K274.01.43 2395815.177 14.8099 K3124.01.43 3671712.320 26.7242 K4154.01.43 3313494.540 28.1869 K574.01.43