华晟荣煤矿1.8 Mta新井设计

目目 录录 一般部分一般部分 1 矿井概况与地质特征矿井概况与地质特征 1 1.1 矿井概况 . 1 1.1.1 地理位置与交通 1 1.1.2 地形地貌 2 1.1.3 水系水源条件 2 1.1.4 气象及地震 2 1.1.5 矿区电源条件及通讯条件 2 1.1.6 主要建筑材料供应条件 . 3 1.1.7 井田邻近煤矿概况及评述 . 3 1.1.8 地区经济概况 . 3 1.2 井田地质特征 . 3 1.2.1 井田地质概况 3 1.2.2 地层 4 1.2.3 褶皱、断层及陷落柱 5 1.2.4 水文地质特征 6 1.3 煤层特征 . 8 1.3.1 煤层 8 1.3.2 主采煤层的围岩性质 9 1.3.3 煤的特性 9 1.3.4 瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃 .11 2 井田境界和储量井田境界和储量. 13 2.1 井田境界 . 13 2.2 矿井工业储量 . 13 2.2.1 储量计算基础 13 2.2.2 矿井地质勘探 13 2.2.3 矿井工业储量计算 13 2.3 矿井可采储量 . 15 2.3.1 井田边界保护煤柱 15 2.3.2 工业广场保护煤柱 15 2.3.3 断层和井筒保护煤柱 16 2.3.4 矿井可采储量 17 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 3.2.1 确定依据 18 3.2.2 矿井设计生产能力 18 3.2.3 矿井服务年限 18 3.2.4 井型校核 . 19 4 井田开拓井田开拓 . 20 4.1 井田开拓的基本问题 . 20 4.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标 20 4.1.2 工业场地的位置 21 4.1.3 开采水平的确定及带区的划分 22 4.1.4 主要开拓巷道 22 4.1.5 开拓方案比较 22 4.2 矿井基本巷道 . 31 4.2.1 井筒 31 4.2.2 井底车场 34 4.2.3 盘区主要开拓巷道 35 4.2.4 巷道支护 . 39 5 准备方式准备方式盘区准备方式盘区准备方式. 40 5.1 煤层地质特征 . 40 5.1.1 盘区位置 40 5.1.2 盘区煤层特征 40 5.1.3 煤层顶底板岩石构造情况 40 5.1.4 水文地质 40 5.1.5 地质构造 40 5.1.6 地表情况 40 5.2 盘区巷道布置及生产系统 . 41 5.2.1 盘区准备方式的确定 41 5.2.2 盘区位置及范围 41 5.2.3 采煤方法及工作面长度的确定 41 5.2.4 确定带区各种巷道的尺寸、支护方式及通风、运输方式 41 5.2.5 煤柱尺寸的确定 41 5.2.6 盘区巷道的联络方式 42 5.2.7 区段接替顺序 42 5.2.8 盘区生产系统 42 5.2.9 盘区内巷道掘进方法 43 5.2.10 盘区生产能力及采出率 43 5.3 盘区车场选型设计 . 44 5.3.1 确定盘区车场形式 44 5.3.2 盘区主要硐室布置 45 6 采煤方法采煤方法 . 47 6.1 采煤工艺方式 . 47 6.1.1 盘区煤层特征及地质条件 47 6.1.2 确定采煤工艺方式 . 47 6.1.3 回采工作面参数 48 6.1.4 采煤工作面破煤、装煤方式 48 6.1.5 采煤工作面支护方式 51 6.1.6 工作面端头支护及超前支护方式 53 6.1.7 各工艺过程注意事项 55 6.1.8 回采工作面正规循环作业 56 6.2 回采巷道布置 . 58 6.2.1 回采巷道布置方式 58 6.2.2 回采巷道支护参数 59 7 井下运输井下运输 . 61 7.1 概述 . 61 7.1.1 井下运输原始数据 61 7.1.2 井下运输系统 61 7.2 煤炭运输方式和设备的选择 . 61 7.2.1 煤炭运输方式的选择 61 7.2.2 带区煤炭运输设备选型及验算 62 7.2.3 运输大巷设备选择 64 7.3 辅助运输方式和设备选择 . 64 7.3.1 辅助运输方式选择 64 7.3.2 辅助运输设备选择 64 8 矿井提升矿井提升 . 67 8.1 矿井提升概述 . 67 8.2 主副井提升 . 67 8.2.1 主井提升 67 8.2.2 副井提升 70 9 矿井通风与安矿井通风与安全全. 72 9.1 矿井概况、开拓方式及开采方法 . 72 9.1.1 矿井地质概况 72 9.1.2 开拓方式 72 9.1.3 开采方法 72 9.1.4 变电所、充电硐室、火药库 72 9.1.5 工作制、人数 72 9.2 矿井通风系统的确定 . 72 9.2.1 矿井通风系统的基本要求 72 9.2.2 矿井通风方式的选择 73 9.2.3 矿井主要通风机工作方式的选择 73 9.2.4 盘区通风系统的要求 . 74 9.2.5 工作面通风方式的选择 75 9.3 矿井风量计算 . 75 9.3.1 工作面所需风量的计算 . 76 9.3.2 备用面需风量的计算 . 77 9.3.3 掘进工作面需风量 . 77 9.3.4 硐室需风量 . 78 9.3.5 其它巷道所需风量 . 78 9.3.6 矿井总风量计算 . 78 9.3.7 风量分配 78 9.4 矿井通风阻力计算 79 9.4.1 容易和困难时期矿井最大阻力路线确定 . 80 9.4.2 矿井通风阻力计算 83 9.4.3 矿井通风总阻力计算 84 9.4.4 矿井总风阻和等积孔计算 84 9.5 选择矿井通风设备 . 84 9.5.1 选择主要通风机 84 9.5.2 电动机选型 87 9.6 安全灾害的预防措施 . 87 9.6.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 87 9.6.2 预防井下火灾的措施 88 9.6.3 防水措施 88 10 设计矿井基本技术经济指标设计矿井基本技术经济指标. 89 参参 考考 文文 献献 . 90 专题部分专题部分 深部回采巷道围岩稳定机理分析及控制技术深部回采巷道围岩稳定机理分析及控制技术. 91 0 引言引言 . 91 1 深部开采深度与巷道围岩的变形关系深部开采深度与巷道围岩的变形关系. 91 1.1 中国的研究 . 91 1.2 德国的研究 . 92 1.3 前苏联的研究. 92 2 深部回采巷道围岩稳定的关键理论深部回采巷道围岩稳定的关键理论. 93 2.1 围岩稳定理论 . 93 2.2 深部围岩岩爆理论 . 94 2.3 深部软岩非线性大变形理论 . 94 3 深部回采巷道围岩稳定控制技术深部回采巷道围岩稳定控制技术. 95 3.1 深井巷道锚杆支护理论基础 . 95 3.2 深部巷道锚杆支护作用机理 96 3.2.1 锚杆锚固力 . 96 3.2.2 径向锚固力的作用机理 . 97 3.2.3 切向锚固力的作用机理 . 98 4 工程实例工程实例 . 99 4.1 工程地质条件 . 999 4.2 围岩力学性能测试 100 4.2.1 泥岩单轴抗压强度 100 4.2.2 泥岩的抗拉强度 102 4.3 巷道围岩稳定性分类 103 4.4 巷道锚杆支护参数的确定 103 4.4.1 锚杆直径确定 103 4.4.2 锚杆长度确定 104 4.4.3 锚杆间排距确定 105 4.5 支护质量监测 .110 4.5.1 测站布置 .110 4.5.2 巷道围岩位移量 .110 4.5.3 经济效益分析 .111 5 结论结论 112 主要参考文献主要参考文献 112 翻译部分翻译部分 英文原文英文原文 113 中文译文中文译文 . 120 致致 谢谢 . 126 附附 录录 一 般 部 分 1 矿井概况与地质特征 1.1 矿井概况 1.1.1 地理位置与交通地理位置与交通 西南呈井田位于长治市西南 20km，井田地跨长子县南漳乡、郭村乡和长治县北呈乡。 其地理位置为东经 11257061130028、北纬 360230360450。 太（原）焦（作）铁路、太（原）洛（阳）公路均从本井田穿过，太焦铁路等级为干 线二级，最大输送能力 4000 万 t。1999 年，邯郸到济南的铁路邯济线开通，为华晟荣矿井 的煤炭外运提供了另一条通道，由邯长线、邯济线和胶济线组成的东西方向铁路横跨京九 线、京广线和京沪线这三条铁路大动脉，直达青岛前湾港和日照港。华晟荣矿井铁路专用 线拟接轨站为太焦铁路的西南呈火车站，距工业广场仅 1km左右，正线长仅 1.6km。另外， 华晟荣矿井还有公路通往太原、临汾、洛阳和长治等市。交通十分方便。 矿井交通位置如图 1.1 所示 长治县 壶关县 长子县 平顺县 长治市 华晟荣矿业公司 S228 S227 S226 S225 S327 S225 S225 S325 G207 图图 1.1 矿井交通位置图矿井交通位置图 长晋二级公路从井田东 3km处经过，该公路为长治至晋城的交通干线，路面宽 12m， 混合车道，运输繁忙；太焦铁路也从井田西边界外通过，是“晋煤外运”的东南部出口（铁 路、公路交通情况见表 1.1） ，此外，长治市北郊的长治飞机场是晋东南地区唯一的航空港 口，每周有航班可直达北京、太原等地。 表表 1.1 铁路、公路交通情况表铁路、公路交通情况表 铁路 公路 线名 起止站 里程（km） 线名 起止站 里程（km） 太焦线 长治太原 280 太洛线 西南呈长治 20 太焦线 长治新乡 217 太洛线 长治太原 250 邯长线 长治邯郸 220 长临线 长治临汾 171 长邯线 长治邯郸 185 1.1.2 地形地貌地形地貌 长治地区位于山西省东南部，我国第二级地理台阶的东缘，属黄土高原的一部分。本 井田位于太行山中段西侧的山前地带，上党盆地南部。井田内地势平坦，地面标高一般在 +925+960m之间，总体上地势为中部和西南部高，西部、北部低，井田内最高点为南部 的南岭头，标高为+963.45m，最低位于西部 600m处的陶清河桥，桥面标高为+933.6m，桥 下河床标高为+928.5m，为高原沉陷盆地和丘陵区。 1.1.3 水系水源条件水系水源条件 本区为海河流域卫河水系之浊漳河及南源陶清河支流。陶清河为区内唯一河流，由南 部北岭头流入井田，往北西经西南呈流出井田。因该河上游已兴修水库，除雨季稍有积水 外，几乎常年无水。该区地下水含量较丰富，当地村民生活、农田灌溉用水取之第四纪含 水层。据长治市南寨井田 2 号孔抽水资料，单位涌水量 0.0440.051L/m.s，渗透系数 0.0620.067m/d。第四纪冲积层在本区厚度 122.67m，水量直接受大气降水补给，水位变化 幅度 0.82m，奥陶统含水层水量丰富，水位标高+660m。另外，矿井以西 l4km 有一申村水 库，库容 2565 万 m3，也可作为矿井永久水源。由于奥陶系灰岩埋藏深 400600m，申村 水库较远，用其作为矿井永久水源则工程投资大，因此，本矿可考虑以第四纪含水层作为 生活用水水源，矿井排水经处理后作为生产用水。 1.1.4 气象及地震气象及地震 本区属典型大陆性气候，夏季午间较热，早晚凉爽，昼夜温差较大。春、冬季多风， 雨量小、气候干燥。据长子县气象站 19801986 年资料统计，年最大蒸发量为 1986 年的 2002.9 毫米，最小为 1984 年的 1230.6 毫米，年平均蒸发量为 1554.1 毫米。年最大降雨量 为 1980 年的 634.1 毫米，最小为 1983 年的 449.9 毫米，年平均降雨量为 516.74 毫米。蒸 发量为降雨量的三倍。雨季多集中在 7、8、9 三个月，日最大降雨量为 88.7 毫米。年平均 温度最高为 10.3，最低为 9.3，日最高温度为 37.2。最低温度为-19.8。年最多风 向为西北风，最大风速为 1416m/s，冻结期为 10 月至次年 4 月，冻土深度一般为 0.60m。 据 1990 年国家地震局对长治、高平、晋城、沁水地区地震基本烈度的划分意见，本 区基本烈度划为 6 度。 1.1.5 矿区电源矿区电源条件及通讯条件条件及通讯条件 本地区现有三座 110kV 变电站。 长子 110kV 变电站位于长子县城西关，双电源均引自长治 220kV 变电站，主电源导线 型号为 LGJ-150，线路长度 22.7km；备用电源导线型号为 LGJ-240，线路长度 20.1km。备 用电源与东牵 110kV 变电站共用。 东牵 110kV 变电站主电源引自长治 220kV 变电站，主电源导线型号为 LGJ-185，线路 长度 28km；备用电源由长治长子回路在长子 110kV 变电站外“T”接导线型号为 LGJ-185，线路长度 17.1km。本站为电气化铁路专用变电站，现有 2 台双绕组变压器，其 容量均为 25MVA，单母分段运行。 宋村110kV变电站电源引自长子110kV变电站， 导线型号为 LGJ-95， 线路长度10.2km， 现有 1 台双绕组变压器，容量为 10MVA，电压为 110/10.5kV。 矿区内有条件与长治市现有通讯设施连接建设一套完善的矿井信息系统，集通信、监 控、计算机管理于一体，通讯条件可靠。 1.1.6 主要建筑材料供应条件主要建筑材料供应条件 本区有国内大型煤炭工业基地潞安矿区，长期以来形成了可靠的材料供应来源，为矿 井的建设提供了方便条件。 1.1.7 井田邻近煤矿概况及评述井田邻近煤矿概况及评述 西南呈井田东与长治县经纺煤矿为界，北、西、南三面为潞安矿区规划的高河、辛庄、 下霍三井田（规划能力均为 400 万吨） 。长子县内现有生产井集中在东南部地区，主要矿 井有市营慈林山矿和县营色头矿。 慈林山煤矿：立井开拓，开采 3#煤层，开采水平+913m，1957 年投产，原设计能力 为 30 万 t/a，现达 50 万 t/a。采煤方法为分层走向长壁式单体液压支柱支护，金属网假顶、 全部垮落式采煤法。井田面积为 18km2，其北区陷落柱发育，一般长轴为 10m 左右，最大 为 40 多米，而南区只见一个陷落柱。 色头煤矿：立井开拓，开采 3#煤层，开采水平+920m，1942 年建矿，1975 年扩建新 区。设计生产能力为 35 万 t/a，现达 40 万 t/a。采煤方法为单体液压支柱支护，金属网假 顶，全部垮落式采煤法。工作面长度为 120m，井田面积 11.4km2。已见 9 个陷落柱，其长 轴多为 3060m。 经纺矿：长治县县营矿，立井开拓，设计生产能力 30 万 t/a。 临近矿井生产实践表明，该区具有良好的煤层开采条件，同时由于该矿井北、西、南 三面为潞安矿区规划的高河、辛庄、下霍井田，其东部为县营经纺煤矿，所以周边矿井对 于华晟荣矿井不会造成太大影响。 1.1.8 地区经济地区经济概概况况 华晟荣矿井地跨长治市长子县和长治县。长治市下辖十三个县、区（长治、潞城、屯 留，长子、壶关、平顺、黎城、武乡、襄垣、沁县、沁源县、城区、郊区）面积 13896 km2， 人口 307.6 万人。1998 年，长治市工业总产值达到 275 亿元，粮食总产量 149 亿 kg，农民 人均纯收入 2100 元，财政收入达到 13.0 亿元。长子县总面积 1029 km2，辖 5 镇 18 乡 399 个行政村，人口 35 万人，是全市最大的一个城郊县，1998 年，全县工业总产值 5.16 亿元， 农业总产值 2.98 亿元，主要农业产品为粮食（玉米、高粱、谷子，小麦和豆类等） 、蔬菜、 线麻、油料等，全县工矿企业主要有煤矿、化工（化肥、橡胶） 、建材（水泥、砖） 、冶金 和机械加工业。长治县国土面积 483 km2，辖 4 镇 16 乡，254 个行政村，人口 31.7 万人， 2000 年全县工业总产值达到 6.77 亿元，全县建成了洗衣机厂、经坊煤矿、锅炉厂、起重 设备厂、通用机械厂、金晶药业公司等一批骨干企业，形成了煤炭、家电、机械制造、化 轻四大主导产业；全县乡镇企业总产值达到 22.89 亿元，营业收入达到 15.86 亿元，为农 民提供人均收入 1600 元。 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田地质概况井田地质概况 本区地处华北古板块内部，属于典型的板内构造。长治矿区位于华北断块区吕梁太 行断块沁水块坳东部次级构造单元沾尚武乡阳城 NNE 向凹褶带中段，晋获断裂带西 侧，主体部分叠加长治新裂陷，井田位于新裂陷的中南部。 沁水块坳是山西省最大的四级构造单元，其范围与沁水煤田范围相当。块坳是一个被 断裂围限的矩形断块，主体部分出露二叠系、三叠系地层，相对于周缘构造单元而言，沁 水块坳较稳定。 作为沁水块坳与太行山块隆分界的晋获断裂带对区域构造格局的形成和发展具有重 要的控制作用。晋获断裂带是一条区域性的大断裂，该带北起河北省获鹿，向南经左权县 清城、桐峪县，潞城市区，长治市东侧，高平市东，延伸至晋城市以南，黎城以北，逆冲 断裂保存完好，黎城至庄头断层段，新生代发生反向运动，沿断裂带西侧发育一组向西倾 斜的正断层，形成了长治断陷盆地。 长治新裂陷叠加于中生代沾尚武乡阳城凹褶带之上，是东深西浅的箕形盆地，北 部以 NEE 向文王山地垒为界，南部被 NEE 向的庄头断层所限，向西逐渐翘起，盆地内充 填上第三系上新统至第四系黄土层，最大厚度近 300m。 1.2.2 地层地层 井田内及其外围广为第四系黄土覆盖。井田内地层从新至老有第四系（Q） 、二叠系上 统上石盒子组（P2s） 、二叠系下统下石盒子组（P1x） 、二叠系下统山西组（P1S） 、石炭系上 统太原组（C3t） 、石炭系中统本溪组（C2b） 、奥陶系中统峰峰组（Q2f） 。 主要标志层：山西组主要标志层为 3#煤层，该层层位及厚度稳定，煤层结构简单。 另一主要标志层为太原组下部之 K2石灰岩，层位稳定，厚度较大，厚度为 5.7810.64m， 平均厚度 7.37m，富含动物化石。14 号煤上距 K2石灰岩 00.50m。 现根据钻孔资料将区内地层分述于下： （1） 、奥陶系中统（O2） ： 为本区含煤地层之基底，区域钻孔揭露其最大厚度为 261.31m。 1）上马家沟组（O2s） ：最大揭露厚度 70m左右，岩性主要为灰色中、厚层状石灰岩， 夹泥质灰岩及白云质灰岩。 2）峰峰组（O2f） ：厚 161.82200m，平均厚 165.80m，底部以石膏层与下付地层整合 接触。下部为深灰色中厚层状石灰岩、泥灰岩、浅灰色白云质灰岩，具方解石脉，溶洞发 育，底部含层状及脉状石膏；中部为深灰色角砾状灰岩、石灰岩、泥灰岩及浅灰色白云质 灰岩，呈互层状；上部为灰深灰色石灰岩，中厚层状，致密，具方解石脉。 （2） 、石炭系中统本溪组（C2b） ： 为灰深灰色铝土质泥岩、粘土质泥岩及砂质泥岩，含鲕粒，偶夹煤层及薄层石灰岩。 底部具一层铁质粉砂岩或铁质泥岩，含黄铁矿结核，并有丰富的植物根、茎化石。最小厚 度 3.20m，最大厚度为 29.60m，平均厚度 10.25m。与下付地层为平行不整合接触。 （3） 、石炭系上统太原组（C3t） ： 为一套海陆交互相含煤地层，含煤 512 层，且下部煤层发育较好，具石灰岩 68 层， 该组可分为三段： 一段（C3t1） ：自 K1砂岩底至K2石灰岩底，最小厚度 7.38m，最大厚度为 28.80m，平 均厚 18.23m，以深灰灰黑色泥岩为主，夹粘土质泥岩、钙质泥岩、泥灰岩，局部夹粉砂 岩，本段含煤 23 层，其中 14#可采煤层、15#煤局部可采煤层。 二段（C3t2） ： 自 K2石灰岩底至 K4灰岩顶，最小厚度 30.20m，最大厚度为 43.86m， 平均厚 33.24m，以深灰色灰黑色泥岩、砂质泥岩，夹细粒砂岩、粉砂岩，含灰岩 45 层， 夹煤 3 层，均不可采。 三段（C3t3） ：K4灰岩底至 K7砂岩底，最小厚度 43.17m，最大厚度为 70.29m，平均厚 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 5 页 53.38m，为灰深灰色泥岩、砂质泥岩，夹粉砂岩及细粒砂岩，见灰岩 23 层，含煤 57 层，其中 9#为局部可采煤层。 （4） 、二叠系下统山西组（P1s） ： 为本区主要含煤地层之一，有砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成，最小厚度 44.40m，最大厚度为 61.30m，平均厚度 56.83m，底部以 K7砂岩与下付地层分界，本区主 要可采的 3#煤层就位于本组下部，此外该组上部尚有不可采的 1、2#煤层。 （5） 、二叠系下统下石盒子组（P1x） ： 由砂岩、粉砂岩及铝质泥岩组成，平均厚度 65.89m。底部的 K8砂岩为中、细粒砂岩 或粉砂岩，中厚层状，层理发育，含炭屑，夹煤纹，局部见泥质包体和条带。本组中、上 部为灰白色、略带淡绿色的中、粗粒砂岩、泥岩、砂质泥岩等，层理较发育。本组顶部为 灰绿色、紫红色铝制泥岩，俗称“桃花泥岩” ，以富含菱铁质鲕粒，色杂为其特征，厚度 一般 10m左右。 （6） 、二叠系上统上石盒子组（P2s） ： 本组地层保存不全，以往钻孔揭露的最大厚度为 334.50m，由杂色砂、泥岩组成，底 部以 K10砂岩与下石盒子组分界。本组分为三段，下段（P2s1） ：以灰绿色、紫红色砂质泥 岩、泥岩为主，夹灰绿色中厚层状细、中、粗粒砂岩；下段平均厚度 151.68m。中段（P2s2） ： 以灰白到灰绿色厚层状中、细粒砂岩为主，并与灰黄色、灰绿色、紫红色砂质泥岩构成互 层，砂岩中发育层理，分选较差，磨圆度中等。中段平均厚 92.28m。上段（P2s3） ：以褐黄 色、灰黄色、紫红色砂质泥岩、泥岩为主，夹长石杂砂岩及粉砂岩，上段厚85.95m。 （7） 、第三系上新统（N2） ： 一般为褐红、砖红、灰棕色及黄色的粘土、亚粘土夹砂层，并含砾石层，与下覆地层 呈角度不整合接触，平均厚 6.25m。 （8） 、第四系（Q） ： 广泛分布，最大厚度为 236.85m。为灰黄色、棕黄色亚砂土，含较多钙质结核。 下更新统（Q1） ：主要为棕红、褐红、灰绿色沙质粘土，下部常夹数层黄色中、粗砂 土层。砂质粘土中常见螺类动物碎片，底部为砾石层。厚 0.00175.63m，平均 134.59m。 中更新统（Q2） ：上部为棕黄色、灰黄色沙质粘土，下部棕红色、棕黄色含砂粘土、 粘土、含砂粘土。含较多钙质结核，底部为砾石层。厚 0.0039.59m，平均厚 27.47m。 上更新统（Q3） ：褐黄色、灰黄色砂质粘土、砂质粘土，夹细砂层底部常含砾石，分 布于河流一级阶地。厚 0.0060.47m，平均厚 27.47m。 全新统（Q4） ：灰色淤泥、灰黄色沙质粘土，各种粒级的砾和砾石，仅分布于现化河 床及河漫滩。 1.2.3 褶皱褶皱、断层断层及陷落柱及陷落柱 西南呈井田位于长治南详查区中南部，地层起伏与区域构造总体一致，为一走向北北 东，向南倾斜的单斜构造，并伴有一系列北东走向的褶曲及断裂构造。 井田内主要构造形迹如下： （1） 、褶曲 1）上村向斜：自看寺断层，往南西经景家沟、王家岭、上村，至西南呈，全长 6km。 井田内长约 1.6km，轴向总的为北 40东。东翼地层倾角稍大，为 7左右。 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 6 页 2）北张村背斜：自北呈往南西经朔村西、北张村南东延至区外，全长 8.4km。井田内 长约 4.8km，与朔村向斜平行展布，轴向与其基本一致。北段极为平缓开阔，南段两翼地 层倾角较大，可达 10。 3）朔村向斜:经北呈、朔村、须村至董沟消失，全长 8km，井田长约 4.8km，南部为 苏店断层所截。北段轴向为北 45东，南段为南 11 度西，呈一向北凸起的“弓”形。轴 部平缓开阔，两翼对称。倾角一般小于 4，仅南段可达 5以上。 4）北岑北海东背斜：自北岑头东、往南西，在须村和辉河间倾伏。全长 3.9km，井田 内长约 1km，轴向为北 35东。轴部宽缓。两翼倾角稍大，可达 6。 （2） 、断层 朔村正断层：北东端与长治断层斜交，往南经苏店、六家村、朔村延至井田内尖灭。 全长 15.2km，井田内长约 2.5km。断层走向为北 55东左右，倾向北西，倾角 70。 （3） 、陷落柱 在本地区本井田内多年的勘探中，尚未发现过有陷落柱的出现，同时从没有发现过 火成岩体痕迹。 综上所述，本井田构造总体属简单构造类型。 1.2.4 水文地质特征水文地质特征 （1） 、概况 井田位于辛安泉域南部长治盆地水文地质单元内。北至人头山，西至云梦山，南至雨 中山，东到太行山麓隔水层隆起地带。区域东南部地势高峻，出露一套碳酸岩盐类地层， 呈南北向长条状分布，含岩溶裂隙水，向西地势逐渐降低。区域范围内主要河流为浊漳河， 属海河水系。 浊漳河分南、北、西三源。南源发源于长子县的发鸠山，长 104km。西源发源于沁县 漳源以北，长 80km。南源和西源在襄樊县甘村附近汇合，并向北东东流至襄樊县小蛟村， 又汇合发源于榆社县三县坝、流长 116km的北源，汇合后向东南流经 44km至辛安村再折 向东流，在平顺县下马塔以东出省境。流域面积省境 1174km2，晋东南区为 10037km2，年 径流量为 12.7 亿 m3。 （2） 、含水层 井田内主要含水层由老到新叙述如下： 1）中奥陶统峰峰组灰岩岩溶裂隙含水层，埋深 450m 以下，水量丰富，水位标高 663.21658.08m。 2）上石炭统太原组 K2、K3、K4、K5石灰岩裂隙含水层，除 K2裂隙稍发育外，其它 层岩溶裂隙不发育，冲洗液钻孔消耗在 0.03211.45m3/h之间。 3）下二叠系山西组 K7砂岩、3#煤顶板砂岩裂隙含水层，K7裂隙稍发育，冲洗液钻 孔消耗量 0.0689.664m3/h，3#煤层顶板砂岩裂隙局部发育，冲洗液钻孔消耗量 0.0357.04m3/h。 4）下二叠系下石盒子组 K8砂岩裂隙含水层，含水性弱。冲洗液钻孔消耗量 0.05711.784m3/h。 5）基岩风化带裂隙含水层，一般风化深度为 3050m，冲洗液钻孔消耗量为 0.1162.778m3/h。据长治市南寨井抽水资料，单位涌水量 0.18680.2313l/s m。渗透系数 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 7 页 0.570.64m/d。 6）第四纪冲积洪积孔隙含水层，厚 22.28112.67m，含水性由砂、砂砾层发育程度 而定，南寨井资料单位涌水量 0.0440.051l/s m。渗透系数 0.0620.067m/d。水量受大气降 水影响明显，水质为重碳酸盐硫酸盐钙型水。 3#煤层主要充水含水层和太原组各含水层，如无沟通，没有明显的水力联系，3#煤 层直接充水含水层为顶板砂岩裂隙含水层，含水较弱，又井田内地质构造较为简单，其水 文地质类型属简单类型。15#煤层直接充水含水层为 K2K5石灰岩裂隙含水层，但水量也 不大。15#煤层距奥灰平均间距仅 16.62m，且煤层位于奥灰水静水位标高以下 60280m， 一般 160m 左右，水力压头大，加上断裂、陷落构造，奥灰水进入坑道的可能性很大，故 其水文地质条件列为中等复杂型。 本井田勘探时未对断层带作抽水试验，开采 3#煤靠近断裂构造和陷落柱时应引起足 够注意。 （3） 、主要隔水层 1）太原组一段及本溪组隔水层组 该层主要由具有塑性的铝质泥岩、粘土质泥岩及砂质泥岩等组成，位于 15#煤层底板 与峰峰组顶界之间，层厚 12.65-21.55m。该层组裂隙一般不发育，透水性差，隔断上下含 水层的水力联系，隔水性能良好。 2）太原组及山西组泥岩、砂质泥岩隔水层组 该层组主要由泥岩、 砂质泥岩等组成。 厚度变化较大， 仅在不同地段起局部隔水作用。 3）上石盒子组及下石盒子组含水层之间的隔水层组 该层组主要由泥岩、砂质泥岩组成。呈层状分布于各砂岩含水层之间，形成平行复合 结构，阻隔上下各砂岩含水层间的水力联系。 （4） 、井田充水因素 开采山西组 3#煤层时，充水主要来自煤层顶板砂岩裂隙含水层，由于开采时形成的 导水裂隙，沟通导水裂隙带内及其它裂隙含水层，主要以顶板淋水方式向矿井充水；后期 开采 15#煤层时，直接充水含水层为 K2灰岩裂隙岩溶含水层。且 15#煤层位于奥灰水位 标高以下，受采动破坏影响，隔水层变薄，加之奥灰水较高的水头压力，使 15#煤层矿床 开采， 实际上已成为岩溶裂隙水充水矿床。 故在开采时应对其突水的可能性作进一步研究， 并采取相应的安全措施。 1）褶皱引起充水：在背向斜转折端，裂隙相对较发育有利于地下水的富集，当掘进 至附近时，可能引起矿井突水。 2）断层充水：井田内断层断距虽然不大，但断层破碎带可沟通含水层之间的水力联 系，可引起采煤时侧向矿井充水。 3）陷落柱充水：陷落柱产生的裂隙可沟通各含水层之间的水力联系，可引起采煤时 向矿井侧向充水。3#煤层底板突水系数计算见表 1.2 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 8 页 表表 1.2 3#煤层底板突水系数计算表煤层底板突水系数计算表 孔号 底板标高/m 底板水头压力/MPa 隔水层厚度/m 突水系数/Ts 301 584.53 0.723 144.80 0.005 302 615.47 0.419 126.77 0.003 321 598.58 0.585 129.46 0.005 西部底板等高线 最低标高 150.00 2.041 125.00 0.016 （5） 、矿井涌水量 预测矿区在生产时，正常涌水量 200m3/h，最大涌水量 280 m3/h。 （6） 、矿井供水水源 1）松散层孔隙水 含水较丰富，是当地农业和民用水的主要水源，为避免引起与农业争水的矛盾，一般 不宜作为矿井建设的永久性水源。 2）基岩风化带水 含水性较好，富水差异性大，经取样分析，水质较好，可作为暂时水源。 3）上下石盒子组砂岩裂隙水 含水性较好，富水性不均一，经取样分析，水质较好，可作为暂时水源。 4）奥陶系中统石灰岩岩溶水 根据区域资料，奥陶系中统上马家沟组岩溶裂隙发育，含水丰富，经取样分析，水质 较好，一般可作为矿井建设的永久性供水水源，但存在富水性不均一现象，在选取该含水 层作为水源地时，应作进一步的工作。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层煤层 本区含煤 713 层，煤层总厚 13.2317.37m，含煤系数 9.15%。主要可采煤层四层， 为石炭系上统太原组 15#、14#、9#煤层和二叠系下统山西组 3#煤层。 （1）3#煤层 煤层位于二叠系山西组下部，为上煤组，厚 5.906.80m。平均厚度 6.51m，煤层稳定， 顶板一般为泥岩、砂质泥岩，底板为砂质泥岩、细粒砂岩。一般夹矸 1 层，厚 0.250.4m， 属结构简单至较简单煤层。 （2）9#煤层 煤层位于石炭二叠系太原组中部，下距 14 号煤层 31.5040.30m，平均 35.12m。煤层 厚度 0.352.00m，平均 1.13m，顶板为泥灰岩，底板为粉砂岩、细粒砂岩，为不稳定型局 部可采煤层。 （3）14#煤层 煤层位于石炭系太原组下部，下距 15 号煤层 3.935.85m，平均 4.64m。煤层厚度为 0.301.25m，平均 0.55m，顶板为泥岩、石灰岩（K2） ，底板为砂质泥岩。属稳定可采煤层。 （4）15#煤层 煤层位于太原组下部， 煤层厚度 2.534.02m， 平均 2.95m， 夹矸 17 层， 一般夹矸 23 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 9 页 层，顶板为砂质泥岩，底板为泥岩、铝土泥岩，属不稳定局部可采煤层。且煤层位于奥灰 水静水位标高以下 60280m，一般 160m 左右，水力压头大，加上断裂、陷落构造，奥灰 水进入坑道的可能性很大， 故其水文地质条件列为中等复杂型。 各煤层情况统计见表 1.3。 表表 1.3 煤层厚度、结构特征表煤层厚度、结构特征表 煤层 厚度/m 结 构 层间距/m 稳定性 煤的 容重 3# 5.906.80/6.51 夹石 1 层（0.250.4m） 稳定 1.47 9# 0.352.00/1.13 夹石 1 层（0.20.4m） 53.6276.54/61.44 不稳定 1.57 14# 0.301.25/0.55 无 31.5040.30/35.12 稳定 1.49 15# 2.534.02/2.95 一般夹石 23 层 3.935.85/4.64 不稳定 1.40 1.3.2 主采主采煤煤层的围岩性质层的围岩性质 3#煤层直接顶板为砂质泥岩、泥岩，局部为粉砂岩，厚 0.869.35m，结构松软，吸水 易软化，强度较低，岩相变化大。老顶为中细粒砂岩，厚 2.5516.50m，岩相变化大。真 密度 2657kg/m3，视密度 2640kg/m3，含水率 0.29%，为半坚硬岩坚硬岩。3#煤层直接底 板为砂质泥岩、泥岩，局部为粉砂岩，厚 0.306.31m。老底为灰色中厚厚层状细粒砂岩， 厚 1.054.83m，岩相变化大，为半坚硬坚硬岩。垂向上为软弱坚硬软弱坚硬的相间 复合结构，平面上岩相变化大，3#煤层顶、底板工程地质条件复杂。钻孔柱状图见附录。 3#煤层顶、底板岩石物理力学性质试验结果见表 1.4： 表表 1.4 岩石物理力学性质试验成果岩石物理力学性质试验成果表表 层位 岩石名称 饱和抗压强度/MPa 自然抗压强度/MPa 软化系数 3#煤层 顶板 细粒砂岩 29.5 粉砂岩 5.4 13.7 0.39 砂质泥岩 9.7 14.7 0.66 3#煤层 底板 砂质泥岩 4.6 10.7 0.43 粉砂岩 12.0 20.3 0.59 1.3.3 煤的特性煤的特性 （1） 、煤种 本井田内各煤层以贫煤为主，少部分为无烟煤，煤质变化总的趋势具有东高西低的特 点，亦即浅部煤层的变质程度低于深部。 （2） 、煤的物理性质 井田内 3104#、3105#、3303#钻孔采样对 3#煤层进行了显微煤岩鉴定，见表 1.5。 表表 1.5 3#煤层显微组分定量统计一览表煤层显微组分定量统计一览表 煤 层 有机组分/% 无机组分/% 镜质组最大反射率 R0max/% 镜质组 惰质组 壳质组 粘土类 硫化 铁类 碳酸化 盐类 其 他 小计 3# 81.691.6 8.418.4 3.69.6 0.30 0.30.8 0.60 4.59.9 1.8692.009 86.7 13.3 6.3 0.6 7.0 1.924 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 10 页 3#煤层为黑色、条痕为深黑色黑色，断口参差状阶梯状，块状及粉状，玻璃金 刚光泽，内生裂隙较发育。由镜煤、亮煤及暗煤组成，以亮煤为主，暗煤次之，夹镜煤条 带，细中条带结构，属半亮光亮型煤。其镜煤最大反射率（Romax）值为 1.8592.009%， 相当贫煤至无烟煤变质阶段。 9#、14#煤层为黑色、条痕黑色，断口参差状阶梯状，玻璃金刚光泽，以亮煤为 主，暗煤次之，夹镜煤条带，细条带状结构，含黄铁矿结核及散晶，属半亮光亮型煤。 15#煤层：黑色，块状为主，夹部分粉状，半暗型煤，玻璃光泽，含黄铁矿结核，最 大反射率（Romax）为 2.032.045%，其变质阶段相当于贫煤。 （3） 、化学性质及工艺性能 煤的工艺性能：煤的化学反应性，3#煤二氧化碳还原率为 21.828.8%，分解率 56.164.1%，化学反应性一般为中等。15#煤二氧化碳还原率为 9.4%，分解率为 82.7%， 化学反应性属低等，煤的结渣性（3304 孔、3 号煤）鼓风速度 0.1m/s 时，结渣率为 24.46%。 0.3m/s 时，结渣率大于 25%，故 3#煤属强结渣煤。在不同温度下煤层对 CO2反应性试验 结果见表 1.6。 表表 1.6 3#、15#煤对煤对 CO2反应性试验结果表反应性试验结果表 温度 CO2 还原率% 800 850 900 950 1000 1050 1100 3#煤层 10.7 18.2 28.2 37.6 46.9 56.2 15#煤层 4.3 9.5 21.0 37.0 58.3 73.2 82.7 综合煤质特征：原煤灰份、硫份由浅至深有逐渐增高之趋势，水份、磷份、发热量变 化不大， 碳元素含量均在 88%左右， 各主要煤层灰份 SiO2+Al2O3在 70%以上， 精煤回收率， 3#煤层为 40.13%，15#煤层小于 40%（平均 29.5%） ，可选性属低等。煤质的工业分析见 表 1.7、1.8、1.9。 表表 1.7 各煤层煤质化验工业分析各煤层煤质化验工业分析 Mad/% Ad/% Vdaf/% St，d/% Pd/% Qgr，v，d MJ/kg 3# 原 0.381.70 0.93 13.0624.69 17.09 13.4316.30 14.94 0.230.46 0.29 0.0200.047 0.030 27.25030.750 29.491 浮 0.501.56 0.86 5.5510.73 6.71 12.6913.98 13.29 0.200.45 0.32 0.0050.037 0.018 31.25032.776 31.977 15# 原 0.321.86 0.92 20.1230.54 25.04 12.9717.37 14.90 3.396.89 5.33 0.0040.036 0.018 23.17025.849 24.283 浮 0.372.38 0.93 4.9410.42 6.91 10.3513.37 11.76 3.005.13 4.00 0.0020.025 0.013 31.46032.662 32.061 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 11 页 表表 1.8 元素分析（浮元素分析（浮煤煤） 元素 煤层 Cdaf/% Hdaf/% Odaf/% Ndaf/% 3#煤层 90.4891.57 91.29 4.174.37 4.29 2.174.25 2.77 1.521.67 1.59 15#煤层 87.0387.70 88.78 3.824.12 4.00 1.812.93 1.00 0.921.05 1.00 表表 1.9 煤灰成分分析结果煤灰成分分析结果 成分 煤层 SiO2+Al2O3+TiO2/% Fe2O3+CaO+MgO/% ST/ 视（相对） 密度 浮煤回收率/% 3#煤层 77.2783.53 79.51 10.4616.01 13.91 1337 1.361.37 1.37 31.5775.21 45.73 15#煤层 73.0482.17 78.95 12.8321.10 15.64 1397 1.40 9.1257.69 35.55 （4） 、煤的工业用途 3#煤层主要为低中灰、特低硫、低磷、高发热量、高熔点灰份贫煤，部分为无烟煤， 精煤回收率、化学反应性均属中等，强结渣，为优良之动力用煤。并可考虑作化工和气化 用煤。15#煤层为中灰、富高硫、低磷、高发热量、高熔点灰份贫煤，部分为无烟煤。由 于化学反应性低，精煤回收率为低等，硫份高，主要作动力用煤。 煤层发热量汇总见表 1.10。 表表 1.10 3#、15#煤层发热量汇总表煤层发热量汇总表 煤层号 Qgr，v，d（MJ/kg） Qb.d（MJ/kg） 3#煤层 原煤 27.25030.750 25.3131.00 29.491 29.40 精煤 31.25032.776 33.30 31.977 15#煤层 原煤 23.17025.849 24.2127.84 24.283 26.03 精煤 31.46032.662 32.061 1.3.4 瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃 （1） 、瓦斯 瓦斯含量由东往西增加，由浅部往深部递增，3#、15#煤层甲烷含量不高，铁路以东 3#煤层为瓦斯风化带， 15#煤大部为瓦斯风化带。 本井田瓦斯含量见测定结果汇总表 1.11。 综合上述结果，本井田 3#、15#煤层按低瓦斯考虑。 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 12 页 表表 1.11 3#、15#煤层煤层瓦斯含量测定结果瓦斯含量测定结果汇总表汇总表 煤层编号 甲烷含量 （ml/g daf） 甲烷成份 （%） 3#煤层 01.7 0.72 060.55 24.91 15#煤层 0.077.72 2.47 2.586.28 44.77 对可采煤层钻孔瓦斯含量测定成果统计见表 1.12 表表 1.12 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 编号 甲烷含量 ml/g daf 瓦斯成分 CH4/% CO2/% N2/% C2HxC8Hx/% 3# 煤层 0.211.41 0.52 10.4035.68 25.12 1.275.02 3.04 12.4082.70 37.35 0.000 15# 煤层 0.077.78 3.72 4.0188.47 52.99 1.884.22 2.78 9.4195.09 44.58 0.000 （2） 、煤尘爆炸与煤的自燃 据地质资料显示：3#煤层有煤尘爆炸危险性，15#煤层其火焰长度 420mm，扑灭火 焰的岩粉量为 50%70%， 15#煤层具有煤尘爆炸危险性， ； 据 长治勘探区详查地质报告 采样做煤的自燃趋势试验结果，3#煤层还原样与氧化样燃点之差为 35，据此评定， 3#煤层属不易自燃煤层，15#煤层还原样与氧化样燃点之差为 1450，15#煤层属自燃 煤层。 （3） 、地温 根据大范围的钻孔井温测量资料，本区为地温正常区，平均地温梯度：500m 以内为 1.15/hm， 500m以外为 1.45/hm， 综合分析认为地恒温带深度约 2040m， 温度 14.7。 中国矿业大学 2010 届本科生毕业设计 第 13 页 2 井田境界和储量 2.1 井田境界 华晟荣矿整个井田有六个拐点组成，各拐点的经纬坐标见表 2.1。 表表 2.1 井田境界拐点坐标表井田境界拐点坐标表 点号 纬度（X） 经度（Y） 点号 纬度（X） 经度（Y） 1 3996168 19680990 4 3991680 19680333 2 3994470 19681001 5 3991680 19675379 3 3993934 19680263 6 3996040 19676841 自 1988 年开始