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摘 要 一般部分对济宁许厂矿井进行了井型为 2.4Mt/a 的新井设计。许厂矿井位于山东省济 宁市内，井田走向长约 8.0km，倾向长约 4.0km，面积约 30km2。主采煤层为 3下煤层，煤 层倾角 119，平均倾角 10，平均厚度 6.5m。井田工业储量为 259.77Mt，可采储量 192.02Mt，矿井服务年限为 61.54a。矿井正常涌水量为 610m3/h，最大涌水量为 695m3/h； 矿井相对瓦斯涌出量为 0.49m3/t，属低瓦斯矿井。 根据井田地质条件，设计采用双立井两水平开拓方式，井田采用采、带区结合布置方 式，共划分为五个带区，两个采区，轨道大巷、运输大巷皆为岩石大巷，布置在煤层底板 岩层中。矿井通风方式采用混合式通风。 针对东一带区采用了带区准备方式，共划分 12 个分带工作面，并进行了运煤、通风、 运料、排矸、供电系统设计。 针对 3101 工作面进行了采煤工艺设计。 该工作面煤层平均厚度为 6.5m， 平均倾角 5。 工作面采用综采放顶煤采煤法。采用双滚筒采煤机割煤，往返一次割两刀。采用“三八制” 工作制度，截深 0.8m，每天六个循环，循环进尺 4.8m，月推进度 144m。 大巷采用胶带输送机运煤，辅助运输采用蓄电池式电机车牵引固定箱式矿车。主井采 用一对 16t 侧卸式箕斗提煤，副井采用一对 3t 矿车双层四车加宽罐笼运料和升降人员。 专题部分题目为厚煤层开采技术研究 ，针对目前厚煤层开采方法的发展、应用现 状以及存在的问题，分析了分层开采、大采高和放顶煤开采 3 种方法在技术和经济上的优 越性及适用条件。并结合实际案例分析了厚煤层开采方法的选择原则。 翻译部分题目为Analysis of Water Insulating Effect of Compound Water-Resisting Key Strata in Deep Mining 。 关键词关键词：许厂矿井；带区；放顶煤；厚煤层；隔水关键层 ABSTRACT The general design is about a 2.4 Mt/a new underground mine design of Xuchang coal mine. Xuchang coal mine is located in Jining, Shandong province. Its about 8.0 km on the strike and 4.0 km on the dip, with the 32 km2 total horizontal area. The minable coal seam is 3# with an average thickness of 6.5 m .The dip of coal seam is 1 to 19 and average dip is 10 . The proved reserves of this coal mine are 259.77 Mt and the minable reserves are 192.02 Mt, with a mine life of 61.54 a. The normal mine inflow is 610 m3/h and the maximum mine inflow is 695 m3/h. The mine gas emission rate is 0.49m3/t ,which can be recognized as low gas mine. Based on the geological condition of the mine, this design uses a duel-vertical shaft two-level development method, and full strip preparation ,which divided into five strip districts and two districts, and track roadway, belt conveyor roadway and return airway are all rock roadways, arranged in the floor rock of coal seam. Taking into account of the low gas emission, mine ventilation method use blended ventilation. The design applies strip preparation against the first band of East One which divided into 12 stirps totally, and conducted coal conveyance, ventilation, gangue conveyance and electricity designing. The design conducted coal mining technology design against the 3101 face. The coal seam average thickness of this working face is 6.5 m and the average dip is 5 .The working face applies top coal caving mining method, and uses double drum shearer cutting coal which cuts twice each working cycle. “Three-Eight“ working system has been used in this design and the depth-web is 0.8 m with six working cycles per day, and the advance of a working cycle is 4.8 m and the advance is 144 m per month. Main roadway makes use of belt conveyor to transport coal resource, and battery locomotive to be assistant transport. The main shaft uses double 16 t skips to lift coal and the auxiliary shaft uses a twins narrow 3t four-car double-deck cage to lift material and personnel transportation. The monographic study entitled “The technology research of thick seam mining “, According to the development and application staus of the thick seam mining methods in China ,the paper analyzed the technical and economic advantages and application conditions of the high cutting , top coal caving mining and slicing mining methods . In combination with the actual case , analyse the thick coal seam mining method selection principle. The title of the translated academic paper is “ Analysis of Water Insulating Effect of Compound Water-Resisting Key Strata in Deep Mining “. Keywords: Xuchang coal mine; strip district; top coal caving; thick coal seam; water-resisting key strata 目 录 一般部分一般部分 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 1.1.1 矿区地理位置 . 1 1.1.2 地形地貌及水系 1 1.1.3 气象及地震 . 1 1.1.4 矿井电源 1 1.2 井田地质特征 1 1.2.1 地层 . 1 1.2.2 含煤地层 3 1.2.3 地质构造 3 1.2.4 水文地质条件 4 1.3 煤层特征 . 6 1.3.1 煤层 . 6 1.3.2 煤质 . 7 1.3.3 可采煤层顶底板岩性 8 1.3.4 矿井瓦斯、煤尘、煤的自燃、地温及冲击地压 9 2 井田境界与储量井田境界与储量 10 2.1 井田境界 10 2.2 矿井工业储量 10 2.2.1 构造类型 10 2.2.2 矿井工业储量 . 10 2.3 矿井可采储量 12 2.3.1 井田边界保护煤柱 12 2.3.2 工业广场煤柱 12 2.3.3 断层保护煤柱 13 2.3.4 矿井可采储量 14 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 . 15 3.1 矿井工作制度 15 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 . 15 4 井田开拓井田开拓 . 18 4.1 井田开拓的基本问题 . 18 4.1.1 井筒形式的确定 . 18 4.1.2 井筒位置的确定采（带）区划分 20 4.1.3 工业场地的位置 . 21 4.1.4 开采水平的确定 . 22 4.1.5 矿井开拓方案比较 . 22 4.2 矿井基本巷道 28 4.2.1 井筒 . 28 4.2.2 开拓巷道 28 4.2.3 井底车场及硐室 28 5 准备方式准备方式带区巷道布置带区巷道布置 36 5.1 煤层地质特征 36 5.1.1 带区位置 36 5.1.2 带区煤层特征 36 5.1.3 煤层顶底板岩石构造情况 . 36 5.1.4 水文地质 36 5.1.5 地质构造 36 5.1.6 地表情况 36 5.2 带区巷道布置及生产系统 37 5.2.1 带区准备方式的确定 37 5.2.2 带区巷道布置 37 5.2.3 带区生产系统 38 5.2.4 带区内巷道掘进方法 38 5.2.5 带区生产能力及采出率 . 39 5.3 带区车场选型设计. 40 5.3.1 带区车场的形式 40 5.3.2 带区主要硐室布置 40 6 采煤方法采煤方法 . 42 6.1 采煤工艺方式 42 6.1.1 带区煤层特征及地质条件 . 42 6.1.2 确定采煤工艺方式 42 6.1.3 回采工作面参数 43 6.1.4 回采工作面破煤、装煤方式 . 43 6.1.5 循环工艺 45 6.1.5 回采工作面支护方式 45 6.1.6 端头支护及超前支护方式 . 47 6.1.7 各工艺过程注意事项 48 6.1.8 回采工作面正规循环作业 . 49 6.2 回采巷道布置 52 6.2.1 回采巷道布置方式 52 6.2.2 回采巷道支护参数 52 7 井下运输井下运输 . 55 7.1 概述 55 7.1.1 矿井设计生产能力及工作制度 . 55 7.1.2 煤层及煤质 55 7.1.3 运输距离和货载量 55 7.1.4 井下运输系统 55 7.2 带区运输设备选择. 56 7.2.1 设备选型原则 56 7.2.2 带区运输设备选型及能力验算 . 56 7.3 大巷运输设备选大巷运输设备选 58 8 矿井提升矿井提升 . 60 8.1 矿井提升概述 60 8.2 主副井提升 60 8.2.1 主井提升 60 8.2.2 副井提升设备选型 62 9 矿井通风及安全矿井通风及安全 69 9.1 矿井概况、开拓方式及开采方法 . 69 9.1.1 矿井地质概况 69 9.1.2 开拓方式 69 9.1.3 开采方法 69 9.1.4 变电所、充电硐室、火药库 . 69 9.1.5 工作制、人数 70 9.2 矿井通风系统的确定 . 70 9.2.1 矿井通风系统的基本要求 . 70 9.2.2 矿井通风方式的选择 70 9.2.3 矿井通风方法的选择 71 9.2.4 带区通风系统的要求 71 9.2.5 带区通风方式的确定 72 9.3 矿井风量计算 72 9.3.1 通风容易时期和通风困难时期采煤方案的确定 72 9.3.2 各用风地点的用风量和矿井总用风量 69 9.3.3 风量分配 72 9.4 矿井阻力计算 73 9.4.1 计算原则 73 9.4.2 矿井最大阻力路线 73 9.4.3 计算矿井摩擦阻力和总阻力： . 73 9.4.4 两个时期的矿井总风阻和总等积孔 . 74 9.5 选择矿井通风设备. 78 9.5.1 选择主要通风机 78 9.5.2 电动机选型 80 9.6 安全灾害的预防措施 . 81 9.6.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 . 81 9.6.2 预防井下火灾的措施 81 9.6.3 防水措施 81 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 83 参考文献参考文献 . 84 专题部分专题部分 厚煤层开采技术研究厚煤层开采技术研究 85 0 引言引言 85 1 绪论绪论 86 1.1 我国厚煤层开采技术现状 . 86 1.2 国外厚煤层开采技术现状 . 87 1.3 厚煤层开采急需解决的问题 . 88 1.4 厚煤层开采研究的必要性 . 89 2 厚煤层开采工艺分析厚煤层开采工艺分析 . 90 2.1 厚煤层分层开采的综采工艺分析 . 90 2.1.1 倾斜分层金属网假顶下行垮落开采 . 90 2.1.2 缓倾斜煤层分层恒底式上行采煤 91 2.2 厚煤层综放开采工艺分析 . 92 2.2.1 放顶煤采煤概述 . 92 2.2.2 放顶煤工作面矿压显现特点及顶煤破碎机理 93 2.2.3 放顶煤适用条件 . 93 2.2.4 放顶煤采煤工艺 93 2.2 厚煤层大采高开采工艺分析 . 94 2.2.1 破碎顶板下开采措施 95 2.2.2 倾斜开采措施 . 95 2.2.3 端头支护 96 2.2.4 防止煤壁片帮 96 2.2.5 防倒防滑 . 96 3 厚煤层开采技术的应用厚煤层开采技术的应用 . 98 3.1 三交河煤矿厚煤层最优采煤方法选择 98 3.1.1 工程概况 98 3.1.2 2#煤层采煤方法选择 98 3.1.3 综合效益分析 99 3.1.4 结语 . 100 3.2 山西三元王庄煤矿厚煤层开采方法的选择 100 3.2.1 综放开采 . 100 3.2.2 一次采全高开采 . 101 3.2.3 结语 . 102 3.3 大柳塔煤矿特厚煤层开采方法的选择 102 3.3.1 分层开采 . 103 3.3.2 综放开采 . 103 3.3.3 一次采全高开采 104 3.3.4 结语 106 4 总结总结 107 参考文献参考文献 . 108 翻译部分翻译部分 英文原文 109 中文译文 119 致致 谢谢 . 127 一 般 部 分 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 矿区地理位置矿区地理位置 许厂煤矿位于济宁煤田的东北部，行政区划属山东省济宁市高新区所辖。地理坐标为 东经 1163600“1164300“，北纬 352400“353100“。 矿井东及东北部以孙氏店断层及煤层露头为界，西及西北部至八里铺断层与淄矿集团 岱庄煤矿及何岗煤矿相邻，南到兖新铁路与兖矿集团济宁二号井煤矿相连。许厂煤矿距济 宁市 8km。连接京沪、京九两大南北铁路干线的新(乡)菏(泽)兖(州)石(臼港)铁路， 从本区南侧通过，区内有孙氏店及兖州西站。由济宁市东行 30km 至兖州，与京沪铁路相 接，向西 109km 至菏泽站与京九铁路相接，菏泽至新乡 190km 与京广铁路相连。济北矿 区铁路专用线从本区中部通过，在兖州西站与京沪铁路接轨。327 国道及日荷高速公路分 别从矿区南北侧通过。京杭大运河由北向南流经济宁市构成重要的水上运输要道。 许厂井田交通位置图详见图 1.1。 1.1.2 地形地貌及水系地形地貌及水系 井田所在地区为冲积、湖积平原，地形平坦，地势东北高、西南低，自然地形坡度为 0.4，地面标高为+35.20+41.44m。区内河流稀少，水系不甚发育，只有两条河流。一 条为洸府河，位于本区的西部，由北向南流入南阳湖；另一条是其支流杨家河。它们均系 季节性人工河流，汛期洸府河的最高洪水位标高为 39.30m，最大流量为 400 m3/s(1964 年 9 月 1 日)，枯水季节河水减少甚至断流。本区中心南距南阳湖 20km，最高湖水位标高为 36.86m(1957 年 7 月 15 日)。 1.1.3 气象气象及地震及地震 （1）气象。本区气候温和，属温带季风区海洋大陆性气候。年平均气温 13 ，月 平均最高气温 34 ，最低气温-9 ，日最高气温 41 ，最低气温-19 ，平均最高气温 月份为 7 月， 平均最低气温月份为 1 月。 年平均降雨量 701 mm， 年最大降雨量为 1186 mm， 年最小降雨量 441 mm，降雨多集中 7、8 月份，年平均蒸发量为 1790 mm，年最大蒸发量 2228 mm，年最低蒸发量 1493 mm。春夏两季多东及东南风，冬季多西北风，平均风速为 2 m/s，历年最大积雪厚度为 0.15 m，最大冻土深度 0.31 m。 （2）地震烈度：根据中国地震烈度区划图（1990） 确定，本矿井工业场地范围地 震基本烈度为七度。 1.1.4 矿井电源矿井电源 本矿井电源取自接庄 220 区域变电站，该站位于本矿井以南 12 km 处，设计装有 120 变压器两台，电压为 220/110/35。第二电源来自济北矿区岱庄矿井 110 变电所，岱庄矿井 110 电源取自济宁东北郊 220 变电所。 1.2 井田地质特征 1.2.1 地层地层 井田内地层包括中、 下奥陶统， 中石炭统本溪组、 上石炭统太原组、 下二叠统山西组、 下石盒子组，上二叠统上石盒子组，上侏罗统蒙阴组及第四系。在矿井的中、南部，即第 德州 聊城 济南 淄博 潍坊 惠民 烟台 青岛 临沂 枣庄 兖州 连云港 徐州 济宁 泰安 荷泽 济宁济南北京徐州上海石臼所新乡 300330650193682188济宁 京 嘉 济 杭 祥 宁济宁市 井田 许厂 至济南 孙 兖 荷 铁 路 至 氏 至邹城 店 断 微 山 湖 层 至兰考 县 荷泽 层 河 断 运 断 嘉 祥 层 兖 州 图图 1 1- -1 1 交通位置图交通位置图 416 线之间，地层产状变化较小，其走向一般为北东 30左右，孙氏店支 2 断层西侧则 为东倾，孙氏店支 2 断层以东则为西倾，地层倾角一般为 28。在第 16 线以南地层走 向逐渐转成东西向。在矿井的北部，即第 4 勘探线以北由于受次一级褶曲的影响，致使地 层走向变化较大， 即北东南北北西向， 地层倾角变化较大， 局部块段地层倾角可达 20 32。 1.2.2 含煤地层含煤地层 本区含煤地层为上石炭统太原组及下二叠统山西组。 （1）上石炭统太原组(C3t) 本组地层厚 141.70176.20m，平均 162.66m，地层厚度变化不大。主要由深灰、灰黑 色粉砂岩、泥岩、粘土岩、灰色细砂岩、夹薄层灰岩及煤层组成。泥质含量较高，砂岩比 率较低，属海陆交互相沉积。为太原组主要含煤段，以深灰、灰黑色粉砂岩、泥岩及粘土 岩为主，夹 11 层石灰岩（十一、十下、十上、九、八、七、六、五、四、三、二）及 22 层 煤（18下、18中、18上、17、16下、16上、15下、15上、14、12下、12中、12上、11、10下、10 中、10上、9、8下、8上、6、5、4） ，16上、17 煤层为稳定可采煤层，15上煤层属局部可采 煤层；其余为不稳定煤层，均不可采。 （2）下二叠统山西组(P1s) 本组地层厚 59.90114.70m，局部有剥蚀现象，平均 78.57m，为含煤地层中的主要含 煤组， 具有经济价值的 3上、3下煤层就赋存于本组的中上部及下部。本组由砂岩、粉砂岩、 粉、细砂岩互层、粘土岩、煤层组成，以灰灰白色、灰绿色砂岩为主，砂岩含量高，多 以厚层状分布于煤层的顶板及底板，以 3上与 3下煤层间的砂岩最为发育，该砂岩为浅灰 灰白色、灰绿色，厚层状，以石英为主，长石次之，分选中等至较好，次棱角状次园状， 孔隙式接触式胶结，以硅质、粘土质胶结为主，局部为钙质胶结，具交错层理、斜层理 及韵律层理，含大量粉砂岩、泥岩包裹体及镜煤屑。 1.2.3 地质构造地质构造 构造中等，局部偏复杂或偏简单。位于南北向的济宁地堑构造内，孙氏店断层构成矿 井的东部及东北部边界。区内发育一组走向北东、向南西倾伏的宽缓褶曲及走向近南北的 西倾高角度正断层组，使煤系地层向西呈阶梯式下降。 （1）褶曲 区内褶曲可明显的分为两组，一组为北东向褶曲，一组为北西向褶曲，以北东向一组 为主，该组褶曲延展距离长，是区内主要构造组，控制着本区的构造形态。 （2）断层 区域性大断裂对矿井内的断层起着明显的控制作用，矿井内断层不论是在方向上还是 在形成时间、形成次序上均与区域断裂一致，具有区域断裂的特点，燕山运动第一幕在区 内产生了北东向断层组，主要分布于矿井的北部及东北部，如 F1、F2 等；燕山运动第二 幕产生了近南北向的西倾正断层，如孙氏店断层、孙氏店支 1、孙氏店支 2 断层等，该组 断层在矿井内起主要控制作用，具有延展距离长、落差及走向变化大、结构复杂、附生断 层发育的特点。 1.2.4 水文地质条件水文地质条件 （1）水文地质概况 上组煤（3下煤） 水文地质类型为中等型，下组煤（16上煤）的水文地质类型为复杂型。 矿井主要含水层有第四系孔隙含水层、 山西组 3下煤层顶、 底板砂岩裂隙承压含水层、 太原组第三层石灰岩岩溶裂隙承压含水层、太原组第十下层石灰岩岩溶裂隙承压含水层、 本溪组第十三层石灰岩岩溶裂隙承压含水层、奥陶系石灰岩岩溶、裂隙承压含水层。 （2）矿井涌水量 本矿井，正常涌水量为 610 m3/h，最大涌水量为 695m3/h。 下煤 粉砂岩 粉砂岩 粉细砂岩 石 上 炭 三 灰 地 层 层间距 层厚柱状 层 号 下 迭 统 山 二 组 西 岩性描岩石名称 中砂岩 泥岩粉砂岩 互层 粉细砂岩 互层 砂质页岩 统 太 原 组 灰白色，厚层状，成分以石英为主，长石次之，含少量暗色矿物，钙 泥质胶结，较坚硬，分选性一般，具大型层理，层间夹镜煤条带或粉 砂岩、页岩薄层,常呈透镜状局部发育，含粉砂岩包裹体，高角度裂 隙发育,富水性强，是3下煤的直接充水含水层。 深灰色，薄层，极易破碎，遇水变软，局部为细砂岩 灰白色细砂岩深灰色粉砂岩互层，参差状断口,具水平层理，层面见黄铁矿班晶。 亮型，以亮煤、暗煤为主，夹少量镜煤条带，内生裂隙发育，充填少 黑到黑灰色，沥青、油脂光泽，碎块状至条带状结构，煤岩类型为半 量钙质和黄铁矿薄膜。 以泥岩为主，深灰色，薄层块状，含大量植物根茎化石，遇水易膨胀变软。 灰黑色，浑浊状层理发育，含丰富的植物化石和黄铁矿薄膜。 平及缓波状层理，且含植物化石及黄铁矿薄膜。 灰黑色，中厚层粉砂岩与薄层细砂岩互层，中部以粉砂岩为主，具水 深灰色至灰黑色,以粉砂岩、泥岩为主，夹部分浅灰色细砂岩，水平 波状层理发育，含植物根部化石，韵律层序发育，为典型的海陆交互 相沉积。 灰色，厚层状，坚硬，隐晶质结构为主，含大量海百合茎化石，局部见波状层理。 图图 1-2 3下下煤层综合柱状图煤层综合柱状图 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层煤层 井田内主要可采煤层有 5 层，分别为 3上、3下、15上、16上、17 煤层。 3 上煤层：煤厚 02.71m，平均 0.75m，属不稳定煤层，位于山西组的中上部，上距 P2 底界 52.38m85.92m，平均 64.49m，下距 3下煤层 11.7067.31m，平均 41.08m。煤层 厚为本煤层在原始沉积时成煤条件不利，区内大部分地区沉积缺失或不可采，煤层主要赋 存于第 10 勘探线以西，煤层的可采性指数为 15%，煤层厚度的变异系数为 166.8%。 3下煤层：煤厚 08.04m，可采范围内，平均厚 6.5m，结构较简单，一般不含夹石， 个别点含 13 层夹石，夹石多为炭质泥岩或粉砂岩，属较稳定煤层，位于山西组的下部， 下距太原组第三层石灰岩 39.6173.92m，平均 49.60m。煤层主要赋存于矿井的东部及东 北部，西部出现了无煤区及煤层不可采区。全区煤层厚度的变异系数为 63.8%，煤层厚度 变化较大，呈东厚西薄，南厚北薄变化规律。 15上煤层：煤厚 01.41m，平均 0.63m，属不稳定煤层，位于太原组的中部，上距 3 下煤层平均间距 108.52m，下距 16 上煤层为 24.7644.58m，平均 35.50m。可采厚度的范 围呈零星分布，可采范围内，煤层厚度为 0.701.41m，平均厚 0.79m，煤层厚度的变异系 数为 9%。 16上煤层：煤厚 0.392.67m，平均 1.24m，结构较复杂，含夹石见煤点占 55%，含夹 石 03 层，夹石岩性为炭质砂岩和泥岩或粘土岩，属稳定煤层，位于太原组的下部，上 距 15 上煤层平均间距 35.50m，十下灰为其直接顶板。煤层可采性指数为 0.96，煤层厚度 变异系数为 28.1%。 17 煤层：煤厚 0.601.61m，平均 0.90m，结构简单，含夹石 01 层，夹石为泥岩或 粉砂岩，属稳定煤层，位于太原组下部，上距 16 上煤层 1.0110.35m，平均 4.53m，下距 十二灰 7.8521.65m，平均 13.65m，十一灰为其直接顶板。煤层可采性指数为 0.96，煤层 厚度的变异系数为 14.96%。 上述各可采煤层特征见表 1-1。 表表 1-1 可采煤层特征可采煤层特征 煤层 名称 厚度（m） 间距（m） 煤层结构 稳定性 顶底板岩性 最小最大 平均 最小最大 平均 夹石 层数 结构 顶板 底板 3下 08.4 5.8 39.6173.92 01 简单 稳定 中砂岩 粉砂岩 泥质岩及粉砂岩 49.60 15上 01.41 0.52 24.7644.58 35.50 01 简单 不稳定 石灰岩 粘土岩 16 0.521.51 0.80 03 较简 单 稳定 石灰岩 泥质岩及粉砂岩 1.0110.35 4.35 17 0.501.89 0.97 01 简单 稳定 薄层石灰岩 泥岩及粉砂岩 泥质岩及粉砂岩 1.3.2 煤质煤质 井田内各煤层煤质特征见表 1-2。 表表 1-2 煤层煤质特征表煤层煤质特征表 煤层项目 3上 3下 15上 16 17 水份 Wf （%） 原煤 0.683.28 2.46（12） 1.193.37 2.36（55） 1.032.6 1.93（35） 0.82.24 1.71（73） 1.242.54 1.88（58） 精煤 1.852.92 2.49（12） 1.483.04 2.44（55） 1.352.70 2.06（32） 1.072.44 1.78（74） 1.182.69 1.91（58） 灰份 A （%） 原煤 11.5839.34 22.72（12） 9.0724.55 13.78（55） 7.1732.54 13.88（34） 5.2624.53 12.50（74） 3.7921.87 10.07（57） 精煤 5.959.80 7.80（12） 4.298.55 5.98（55） 3.388.58 5.37（32） 2.488.74 4.50（74） 1.935.69 3.21（57） 挥发份（%） ） 原煤 37.9248.11 40.94（11） 32.1440.98 36.53（51） 39.8245.07 42.64（33） 40.0547.72 43.70（72） 41.9146.22 43.90（56） 精煤 38.6941.86 40.38（12） 34.9043.93 38.32（54） 40.7646.28 43.32（32） 42.2946.52 44.34（73） 42.6146.78 44.48（58） 硫 SQ （%） 原煤 0.611.70 1.12（12） 0.360.96 0.53（54） 1.927.61 3.51（33） 2.526.91 3.64（69） 2.267.20 3.70（57） 精煤 0.601.20 0.92（10） 0.330.75 0.49（51） 1.312.83 1.83（31） 2.514.14 3.06（69） 2.023.62 2.67（57） 焦油产率 Tg（%） 10.7212.25 11.48（2） 8.8612.91 11.27（15） 12.6817.92 15.64（8） 13.8518.68 15.81（21） 14.4918.97 16.62（20） 煤灰熔融 T2（%） 1500（2） 13201500 1443（17） 10851250 1142（7） 10651380 1230（21） 10601225 1151（16） 粘结指数 GRI 67.888.4 76.7（8） 43.586.3 71.4（43） 71.195.7 88.0（23） 90.4103.0 76.7（55） 91.999.9 96.8（45） 3上煤属中灰、 高挥发分、 低中硫， 3下煤属低中灰、 高挥发分、 低硫， 15上煤属低中灰、 高挥发分、高硫，16上煤属特低灰、高挥发分、高硫，17 煤属特低灰、高挥发分、高硫。 3上煤层为气煤(QM45)；3下煤类较为复杂，有 1/2 中粘煤(1/2ZN33)、气煤(QM34、44、 45)、1/3 焦煤(1/3JM35)，但以气煤(QM45)为主，其余煤类只零星分布；15上煤层也以气煤 (QM45)为主， 少许气肥煤(QF46)； 16上、 17 煤层均以气肥煤(QF46)为主， 次为气煤(QM45)。 1.3.3 可采煤层顶底板岩性可采煤层顶底板岩性 （1） 煤层顶底板岩石的力学性质，见表 1-3。 表表 1-3 煤层顶底板岩石等级划分煤层顶底板岩石等级划分 岩石等级 岩性 抗拉强度（kg/cm3） 容重（g/cm3） 普氏硬度 不坚固岩石 粘土岩、粉砂岩 800 2.53.0 9 据此分类，本井田主采煤层中，3下煤顶底板以坚固岩石为主，次为中等坚固岩石。 各主要煤层顶底板岩石物理力学性质及分类见表 1-4。 表表 1-4 主要煤层顶底板岩石物理力学性质及分类主要煤层顶底板岩石物理力学性质及分类 岩层 层位 岩石名称 （点数） 抗压强度 （kg/cm3） 抗拉强度 （kg/cm3） 容重 （g/cm3） 普氏系数 （f） 抗剪强度 分类级 别 正应力 内摩 擦角 30 45 3下顶 粉砂岩（4） 474 13 2.56 23 74 35 砂岩（10） 637 26 2.48 90 154 30 3下底 粉砂岩（7） 453 19 2.55 31 80 30 砂岩（10） 671 35 2.06 14.0 99 142 27 粉砂岩（6） 186 14 2.57 2.8 石灰岩（4） 972 82 2.65 12.1 粉砂岩（5） 325 11 2.59 3.0 11 30 27 （2）顶底板岩性及稳定性。3 下煤层直接顶板主要为中砂岩，次为粉砂岩，零星分布 有细砂岩、泥岩，首采区孙氏店支+断层以东以较稳定顶板为主，次为不稳定及较稳定顶 板；孙氏店支 2 断层以西以稳定顶板为主，次为较稳定及不稳定顶板。X7-8、X9-6 号孔附 近为坚硬顶板。 3 上煤直接顶板以泥质岩类和粉砂岩为主、次为砂岩，底板以泥质岩类和粉砂岩为主， 零星分布有细砂岩。 3下煤直接顶板主要为中砂岩，次为粉砂岩，零星分布有细砂岩、泥岩，局部有粉砂岩 伪顶。底板以泥质岩类和粉砂岩为主，零星分布有细砂岩。 15 上煤直接顶板以石灰岩（九）为主，局部相变为泥质岩类、粉砂岩，泥质岩类伪顶 较普遍，为较稳定顶板。底板岩性以粉砂岩为主，其次为砂岩及粘土岩。 16上煤直接顶板为石灰岩(十下)，底板岩性以泥质岩类为主，次为粉砂岩。 17 煤直接顶板主要为薄层石灰岩(十一)，部分地区相变为泥岩、粉砂岩。底板岩性以 泥质岩类为主，次为粉砂岩。 1.3.4 矿井瓦斯、煤尘、煤的自燃、地温及冲击地压矿井瓦斯、煤尘、煤的自燃、地温及冲击地压 （1）瓦斯 2010 年鉴定为低瓦斯、低二氧化碳矿井。瓦斯绝对涌出量为 3.18m3/min，二氧化碳绝 对涌出量为 15.46m3/min，瓦斯相对涌出量为 0.49m3/t，二氧化碳相对涌出量为 2.36m3/t。 （2）煤尘 3下煤层煤尘爆炸指数为 36.18%，16 上煤层为 43.06%，具有强爆炸性。 （3）煤的自燃 3下煤层自然发火期为 36 个月，最短发火期 203 天，具有自然发火倾向性，属自燃 煤层。 （4）地温 地温梯度 2.3/100m，属地温正常区。 （5）地压 无冲击地压现象。随开采深度增加，矿山压力显现明显。 2 井田境界与储量 2.1 井田境界 许厂煤矿位于济宁煤田的东北部， 行政区划属山东省济宁市高新区所辖,距济宁市 8km。 井田南北长约 8km，东西宽约 4km，井田面积为 30km2左右，开采深度为-130m-330m。 由于本矿井的煤层倾角为煤层倾角为 119， 平均倾角为 10， 属于缓倾斜煤层， 除去井田内有一大的断层影响，煤层赋存基本稳定。 2.2 矿井工业储量 2.2.1 构造类型构造类型 煤层内倾角为 1 19 ，褶曲与断层均较发育，无岩浆活动，为中等构造地区，属于第 二类。 2.2.2 矿井工业储量矿井工业储量 许厂矿总体范围较大，煤层较厚。井田内可采煤层有5层，分别为3上、3下、15上、16上、 17煤层。其中3上、15上煤层赋存不稳定，16上、17煤层属于薄煤层，且16上煤层结构较复杂， 因此本设计主要是对3 上煤层进行设计。煤层平均总厚6.5m，井田内有最大落差较大的孙 氏店断层， 煤层倾角平均=10 ， 大部分标高位于-330-150m之间。 煤层平均容重1.4t/m3。 在 1：5000 的开拓图上 1mm2表示 50m2。煤容重取 1.4t/m3，煤层倾角平均 10 ，煤厚 平均为 6.5m。采用块段法计算工业储量。 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。块 段划分如图 2-1 所示。 根据煤炭工业设计规范 ，求得以下各储量类型的值： （1）矿井地质资源量 资源量可由以下等式计算： 0.000001 z Zm F （2-1） 式中 z Z矿井地质资源量，Mt； m煤层平均厚度，m； F煤层底面面积，t/m3； 煤容重，t/m3。 将各参数代入上式中可得表 2-2，所以地质储量为： z Z=236.65 Mt 表表 2-1 煤层地质储量计算煤层地质储量计算 块段 倾角/ 块段面积/t/m3 煤厚/m 容重/t/m3 储量/Mt 煤层总储量/ Mt 1 2.8 11.5 6.5 1.4 104.71 265.05 2 4 3.6 6.5 1.4 37.83 3 10.4 6.3 6.5 1.4 58.24 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 11 页 4 3.8 7.6 6.5 1.4 69.27 N 许 厂 煤 矿 开 拓 平 面 图 1:10000 中国矿业大学矿业工程学院 采矿工程系 许厂煤矿开拓平面图 1 2 3 4 2 图图 2-1 块段划分块段划分 （2）矿井工业储量 根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%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%的是经济的基础储量，30%的是边际 经济的基础储量，则矿井工业资源/储量由式计算。 矿井工业储量可用下式计算： 1111222 11222333gbbmm ZZZZZZk （2-2） 式中 g Z矿井工业资源/储量； 111b Z探明的资源量中经济的基础储量； 122b Z控制的资源量中经济的基础储量； 2 11m Z探明的资源量中边际经济的基础储量； 222m Z制的资源量中经济的基础储量； 333 Z推断的资源量； k可信度系数，取 0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，k值取 0.9； 地质构造复杂、煤层赋存较稳定的矿井，k取 0.7。该式取 0.8。 111 *60%*70% bz ZZ111.32 Mt 122 *30%*70% bz ZZ55.66Mt 2 11 *60%*30% mz ZZ47.71 Mt 222 *30%*30% mz ZZ23.86 Mt 333 *10%* z ZkZk21.20Mt 因此将各数代入式 2-2 得： g Z 259.77Mt 2.3 矿井可采储量 计算可采储量时，必须要考虑以下储量损失： 1）工业广场保护煤柱； 2）井田边界煤柱损失； 3）采煤方法所产生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）其它各种损失。 2.3.1 井田边界保护煤柱井田边界保护煤柱 根据许厂矿的实际情况，井田边界保护煤柱取 30 m 宽，则井田边界保护煤柱的损失 按下式计算。 1 QHLmr （2-3） 式中 1 Q井田边界保护煤柱损失，万t； H井田边界煤柱宽度，30m； L井田边界长度，25229m； m煤层厚度， 6.5m； r煤层容重， 1.4t/m3。 则井田边界压煤量为： 4 1 25229 6.5 30 1.4/cos1010698.95Qt 万 2.3.2 工业广场煤柱工业广场煤柱 根据煤炭工业设计规范不同井型与其对应的工业广场面积见表 2-3。第 5-22 条规 定：工业广场的面积为 1.0 公顷/10 万吨，本矿井设计生产能力为 2.4Mt/a，所以取工业广 场的尺寸为 400m600m 的长方形。煤层的平均倾角为 10 度，工业广场的中心处在井田 走向的中央，倾向中央偏于煤层中上部，其中心处埋藏深度为-210m，该处表土层厚度为 190m，主井、副井、风井，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 20m，地质条件及冲积层和基岩层移动角见表 2-4。 表表 2-2 工业场地占地面积指标工业场地占地面积指标 井 型（万 t/a） 占地面积指标（公顷/10 万 t） 240 及以上 1.0 120-180 1.2 45-90 1.5 9-30 1.8 表表 2-3 岩层移动角岩层移动角 广场中心深度/m 煤层倾角 煤层厚度/m 冲击层厚度/m -210 1 6.5 40 45 75 75 75 由此根据上述以知条件，画出如图 2-1 所示的工业广场保护煤柱的尺寸： +40 0 -50 -100 -150 -200 -250 -300 -350 -400 +40 0 -50 -100 -150 -200 -400 -250 -300 -350 m n m1n1 1 m2 n2 qk q1k1 q2k2 q3 k3 75 45 75 45 75 75 45 图图 2-1 工业广场保护煤柱工业广场保护煤柱 由 CAD 量的梯形的面积是：530777m2 ，则保护煤柱的实际面积为： 530777/cos10538969S m2 工业广场的煤柱量按下式计算。 2 QSm r （2-4） 式中 2 Q工业广场煤柱量，万t； S 工业广场压煤面积，m2； m煤层厚度，6.5m； r煤的容重，1.4t/m3。 则工业广场的压煤量为： 4 2 538969 6.5 1.4 10490.16Q 万 t 2.3.3 断层保护煤柱断层保护煤柱 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 14 页 我国井工开采时断层保护煤柱留设经验汇总见表 2-4。 表表 2-4 断层保护煤柱留设方法断层保护煤柱留设方法 断层落差 H 留设尺寸 50Hm 50m 3050mHm 30m 30Hm 不留设煤柱 由于断层落差较大，贯穿整个井田，长度为 8519m，断层两边各留煤柱 50m， 断层保护煤柱量按下式计算。 3 Qldm r （2-5） 式中 3 Q断层保护煤柱量，万t； l 断层长度，8519m； d断层留设煤柱宽度，100m； m 煤层厚度，6.5m； r 煤的容重， 3 1.4 / t m。 则断层保护煤柱损失为： 4 3 8519 6.5 100 1.4/cos10 10786.71Q 万 t 由于主副井筒在工业广场内，不需要另外留设保护煤柱；综上可得矿井的永久保护煤 柱损失量为： 123 QQQQ 代入数据得： 698.95490.16786.71 1975.82Q 万 t 2.3.4 矿井可采储量矿井可采储量 矿井设计可采储量 () kg ZZQ C （2-6） 式中 k Z矿井设计可采储量； g Z矿井工业储量，259.77Mt； Q保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断层等留设的永久 保护煤柱损失量，万 t； C采区采出率，厚煤层不小于 0.75；中厚煤层不小于 0.80；薄煤层不小于 0.85。 此处取 0.8。 ()(259.77 19.75) 0.8192.02 ks ZZQ CMt 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 本矿井年工作日为 330 天，采用“三八”工作制，即二班采煤，一班检修，每