采矿工程毕业设计（论文）-桑树坪煤矿1.2Mta新井设计【全套图纸】.pdf

编号： （ ）字 号 本科生毕业设计（论文） 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 题目： 姓名： 学号： 班级： 二一一年六月 桑树坪煤矿桑树坪煤矿 1.2 Mt/a1.2 Mt/a 新井设计新井设计 煤与瓦斯共采技术现状及综述煤与瓦斯共采技术现状及综述 采矿采矿 07-107-1 班班 中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设计 姓 名： 学 号： 学 院： 矿 业 工 程 学 院 矿 业 工 程 学 院 专 业： 采 矿 工 程 专 业 采 矿 工 程 专 业 设计题目： 桑树坪煤矿 桑树坪煤矿 1.2 Mt/a 新井设计 新井设计 专 题： 指导教师： 职 称： 教 授 教 授 2011 年 6 月 徐州 中国矿业大学毕业设计任务书 学院 矿业工程学院矿业工程学院 专业年级 采矿工程专业采矿工程专业 2007 级级 学生姓名 任 务 下 达 日 期 ：任 务 下 达 日 期 ： 年年 月月 日日 毕业设计日期：毕业设计日期： 年年 月月 日至日至 年年 月月 日日 毕业设计题目：毕业设计题目：桑树坪煤矿桑树坪煤矿 1.2 Mt/a 新井设计新井设计 毕业设计专题题目：毕业设计专题题目：煤与瓦斯共采技术现状及综述煤与瓦斯共采技术现状及综述 毕业设计主要内容和要求：毕业设计主要内容和要求： 院长签字： 指导教师签字： 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究 内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评 价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等） ： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识 解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度； 总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等） ： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 提 出 问 题 回 答 问 题 正 确 基 本 正 确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 摘 要 本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。 一般部分为桑树坪煤矿 1.20 Mt/a 新井设计。桑树坪煤矿位于陕西省韩城市境内，从下 峪口至桑树坪的铁路运煤专线与西候线接轨，交通便利。井田走向长度约 7.01 km，倾向长 度约 2.36 km，面积约 14.82 km 2。主采煤层为 3 号煤层，平均倾角为 6，平均厚度为 6.3 m。 井田工业储量为 387.84 Mt，可采储量为 273.52Mt，矿井服务年限为 58 a。矿井正常涌水量 为 532 m 3/h，最大涌水量为 589.7m3/h。矿井相对瓦斯涌出量为 17.1m3/t，属于高瓦斯矿井。 根据井田地质条件，提出四个技术上可行的开拓方案。方案一：双斜井中央并列式通风； 方案二：双立井石门风井通风；方案三：双斜井两翼对角式通风；方案四：双立井两翼对角 式通风。通过技术经济比较，最终确定方案一为最优方案。设计首采区采用带区准备方式， 工作面长度 210 m，采用大采高采煤法，沿空掘巷，矿井年工作日为 300 d，工作制度为“四 六制” 。 大巷采用胶带输送机运煤，辅助运输采用矿车运输。矿井通风方式为中央并列式。 专题部分题目：煤与瓦斯共采技术现状综述，煤与瓦斯共采技术实现工作面 Y 型通风， 根本上解决了上隅角瓦斯积聚难题，利于实现高浓度瓦斯抽采，有效解决了工作面的瓦斯超 限问题，成倍提高我国高瓦斯难抽放煤层工作面的单产水平。是绿色采矿的发展方向，在技 术上和经济上具有很大的优越性。 翻译部分题目：Analytical models for rock bolts. 关键词关键词：桑树坪煤矿；斜井；立井；带区布置；大采高采煤法；中央并列式；沿空掘巷 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 1.20 Mt/a new underground mine design of Sangshuping coal mine. Sangshuping coal mine lies in Hancheng City, Shanxi province.As Xiayukou railway runs in the west of the mine field and Xihou railway runs in the east of the mine field, the traffic is convenient.Its about 7.01 km on the strike and 2.36 km on the dip, with the 14.82 km2 total horizontal area.The minable coal seam is 3 with an average thickness of 6.3 m and an average dip of 6.The proved reserves of this coal mine are 387.84 Mt and the minable reserves are 273.52 Mt, with a mine life of 58 a. The normal mine inflow is 532 m3/h and the maximum mine inflow is 589.7 m3/h. The mine gas emission rate is 17.1 m3/t,which belongs to high gas mine. Mine geological conditions under the proposed development schemes for the four technically feasible. Option One: Two parallel inclined central ventilation; Option II: Two- shaft ventilation shaft ventilation Shihmen; Option Three: Two wings of the angle of ventilation shaft; program four: two wings of the angle of ventilation shaft. Through technical and economic comparison of a finalized plan for the optimal solution. Design of the mining area prepared by way of bands, face length of 210 m, high- mining method using large mining along goaf, working as a mine of 300 d, the work system as “forty- six system. “ Roadway by belt conveyor to transport coal, auxiliary transport by tramcar transport. Mine ventilation for the central parallel. Special section topic: coal and gas extraction technology status review, coal and gas extraction technology for face Y- ventilation, a fundamental solution to the problem on the corner gas accumulation, conducive to high concentrations of gas extraction, an effective solution to the face Gas gauge problems, doubled and redoubled difficult drainage of high gas yields coal face. Green mining development in the technical and economic advantages of great Translation of part of the subject: the process of circular tunnel in the relief of the numerical simulation of rock burst occurred Keywords: Sangshuping Coal; shaft; shaft; band arrangement; large mining height of coal mining; central parallel; along goaf 第 I 页 目目 录录 1 矿区概述及井田地质特征 1 1.1 矿井概况 . 1 1.1.1 交通地理位置 . 1 1.1.2 地形地貌 2 1.1.3 水文情况 . 2 1.1.4 矿区气候条件 2 1.1.5 矿区地震 . 2 1.1.6 矿区电力供应 . 2 1.2 井田地质特征 . 3 1.2.1 井田地质概况 . 3 1.2.2 井田煤系地层 . 3 1.2.3 褶曲与断层 4 1.2.4 水文地质特征 . 5 1.3 煤层特征 7 1.3.1 煤层概况 . 7 1.3.2 煤层开采技术条件 . 8 1.4 煤质、煤类与煤的用途 10 1.5 煤质评价及其用途 11 1.6 煤层的风氧化情况 11 1.7 煤的力学性质 12 2 井田境界和储量 14 2.1 井田境界 . 14 2.1.1 井田四周境界及其确定依据 14 2.1.2 井田范围 . 14 2.2 矿井储量 14 2.2.1 矿井储量 . 14 2.2.2 工业储量计算 . 15 2.3 矿井可采储量 16 2.3.1 煤柱的留设 . 16 2.3.2 可采储量计算 . 18 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 19 3.1 矿井工作制度 19 3.1.1 矿井工作制度的确定 . 19 3.1.2 矿井每昼夜净提升小时数的确定 . 19 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 19 3.2.1 确定依据 . 19 第 II 页 3.2.2 矿井生产能力的确定 . 19 3.2.3 矿井及第一水平服务年限的核算 . 19 4 井田开拓 21 4.1 井田开拓的基本问题 21 4.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标 . 21 4.1.2 工业场地位置、形式和面积 . 22 4.1.3 开采水平的确定 . 22 4.1.4 矿井开拓延深及深部开拓方案 23 4.1.5 开采顺序 23 4.1.6 方案比较 23 4.2 矿井基本巷道 . 30 4.2.1 井筒 30 4.2.2 井底车场及硐室 . 30 4.2.3 主要开拓巷道 . 32 5 准备方式带区巷道布置 43 5.1 煤层地质特征 43 5.1.1 带区位置 . 43 5.1.2 带区煤层特征 . 43 5.1.3 煤层顶底板岩石构造情况 . 43 5.1.5 地质构造 . 43 5.1.6 地表情况 . 43 5.2 带区巷道布置及生产系统 43 5.2.1 带区准备方式的确定 . 43 5.2.2 带区巷道布置 . 44 5.2.3 带区生产系统 . 45 5.2.4 带区内巷道掘进方法 . 47 5.2.5 带区生产能力及采出率 . 47 5.3 带区车场选型设计 48 6 采煤方法 49 6.1 采煤工艺方式 49 6.1.1 带区煤层特征及地质条件 . 49 6.1.2 确定采煤工艺方式 . 49 6.1.3 回采工作面参数 . 50 6.1.4 回采工作面破煤、装煤方式 . 50 6.1.5 回采工作面支护方式 . 52 6.1.6 端头支护及超前支护方式 . 53 6.1.7 各工艺过程注意事项 . 54 6.1.8 回采工作面正规循环作业 . 55 6.2 回采巷道布置 57 第 III 页 6.2.1 回采巷道布置方式 . 57 6.2.2 回采巷道参数 . 57 7 井下运输 59 7.1 概述 59 7.1.1 矿井设计生产能力及工作制度 . 59 7.1.2 煤层及煤质 . 59 7.1.3 运输距离和货载量 . 59 7.1.4 矿井运输系统 . 59 7.2 带区运输设备选择 61 7.2.1 设备选型原则： . 61 7.2.2 带区运输设备选型及能力验算 . 61 7.3 大巷运输设备选择 63 7.3.1 主运输大巷设备选择 . 63 7.3.2 辅助运输大巷设备选择 . 64 7.3.3 运输设备能力验算 . 65 8 矿井提升 66 8.1 矿井提升概述 66 8.2 主副井提升 66 8.2.1 主井提升 . 66 8.2.2 副井提升设备选型 . 67 8.2.3 井上下人员运送 . 69 9 矿井通风及安全 70 9.1 矿井概况、开拓方式及开采方法 70 9.1.1 矿井地质概况 . 70 9.1.2 开拓方式 . 70 9.1.3 开采方法 . 70 9.1.4 变电所、充电硐室、火药库 . 70 9.1.5 工作制、人数 . 71 9.2 矿井通风系统的确定 71 9.2.1 矿井通风系统的基本要求 . 71 9.2.2、矿井通风方式的选择 71 9.2.3、矿井主扇工作方式选择 72 9.2.4、带区通风系统的要求 73 9.2.5、工作面通风方式的选择 73 9.3 矿井风量计算 74 9.3.1 工作面所需风量的计算 . 74 9.3.2 备用面需风量的计算 . 76 9.3.3 掘进工作面需风量 . 76 9.3.4 硐室需风量 . 77 第 IV 页 9.3.5 其它巷道所需风量 . 77 9.3.6 矿井总风量 . 77 9.3.7 风量分配 . 77 9.4 矿井通风阻力计算 79 9.4.1 矿井最大阻力路线 . 79 9.4.2 矿井通风阻力计算 . 83 9.4.3 矿井通风总阻力 . 83 9.4.4 两个时期的矿井总风阻和总等积孔 . 83 9.5 选择矿井通风设备 84 9.5.1 选择主扇 . 84 9.5.2 电动机选型 . 86 9.6 安全灾害的预防措施 86 9.6.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 . 86 9.6.2 预防井下火灾的措施 . 87 9.6.3 防水措施 . 87 10 设计矿井基本技术经济指标 88 参 考 文 献 90 煤与瓦斯共采技术现状及综述 92 1 绪论 93 1.1 引言 93 1.2 现状 93 1.2.1 现状 . 93 1.2.2 瓦斯抽采技术现状 . 93 1.3 我国煤矿瓦斯治理技术的发展及现状 94 1.3.1 煤矿瓦斯抽放技术 . 94 1.3.2 煤与瓦斯突出防治技术 94 1.3.3 瓦斯综合治理现状 95 2 我国瓦斯综合治理存在的主要问题 96 2.1 安全管理技术方面 96 2.2 瓦斯治理技术方面 . 97 3 瓦斯综合治理发展战略 98 4 瓦斯综合治理关键技术工作 99 4.1 利用矿井通风系统优化治理矿井瓦斯 99 4.1.1 矿井通风系统减阻增风优化技术 . 100 4.1.2 利用危险源辨识与控制技术进行通风优化改造 . 100 4.1.3 危险源辨识和控制技术的应用 . 100 4.1.4 矿井通风系统方案优化的评判指标 . 101 4.2 利用改变采面通风方式治理瓦斯技术 101 4.2.1 采用 U+L 调压通风方式治理采面瓦斯 . 101 第 V 页 4.2.2J 型通风方式治理采面瓦斯 . 102 4.3 矿井瓦斯技术管理体系建设与创新 103 4.4 减少瓦斯超限报警的技术管理体系建设 103 4.4.1 瓦斯超限报警原因分析 . 103 4.4.2 减少瓦斯报警的主要技术方法 . 104 4.4.3 矿井瓦斯技术管理网络体系建设 . 105 5 主要结论 106 主要参考文献 108 Analytical models for rock bolts. . 110 Abstract 110 1. Introduction 110 2.Coupling between the bolt and the rock 112 3. The theoretical background of rock bolts in pullout tests 113 4.Concluding remarks 113 锚杆的分析模型 114 摘要： 114 1、前言 114 2、锚杆和岩石的联结 116 3、锚杆拉断试验的理论背景 116 4、结论 116 致 谢 117 一一 般般 部部 分分 中国矿业大学 2011 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 矿井概况 1.1.1 交通地理位置交通地理位置 桑树坪煤矿位于陕西韩城矿区最北端，距韩城市区 35 公里。行政区划隶属于桑树坪镇管 辖。韩城至王峰乡的公路经过本矿，至宜川的公路从本矿分路。另有从下峪口至桑树坪的铁 路运煤专线与西候线接轨，交通便利。 桑树坪煤矿交通位置图如图 1-1 所示。 图图 1-1 矿井交通位置图矿井交通位置图 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 2 页 1.1.2 地形地貌地形地貌 井田属构造剥蚀低山丘陵区，在沟谷及其两侧附近，基岩大片裸露于地表；山腰及山顶 多为广厚的黄土所覆盖，黄土漏斗、黄土柱、黄土崖比比皆是，呈现了典型的渭北黄土高原 的地貌景观。 井田内高差变化的幅度甚大，大者可达 300m 以上。沟谷纵横交错，梁峁蜿蜒曲折。地 形高程以黄河水面为最低（+378m） ，三郎庙为最高（+1044m） 。地形的总体趋势是西北高， 向东南方向逐渐降低。 1.1.3 水文情况水文情况 黄河流经井田东部。凿开河为横穿井田的主要河流，由西北向东南于禹门口附近汇入黄 河，流经桑树坪井田的长度为 2.64km，河床宽度 3050m 左右。此外，尚有许多小的沟谷， 在夏秋季之际，有涓涓细流，冬季流量甚微或呈干枯状态。 1.1.4 矿区气候条件矿区气候条件 本区属大陆性半干旱气候区，降雨量少，蒸发量大。年平均相对湿度为 62.4%，降雨量 为 356.8mm，最大积雪量 12cm，最高气温 42.6，最低气温- 14.8，最大冻土深度 41cm， 最大风力达 9 级，一般 23 级，以东北风为主。 1.1.5 矿区地震矿区地震 统计显示，1556 年华县大地震对本区的影响达 8 度，1959 年 8 月 11 日发生烈度为 7 度 左右的地震，1960 年 4 月 22 日 11 时发生 7 度的地震，1976 年 11 月本井田范围内发生震源 仅十多公里的浅源地震。 本区新构造活动性较强，国家地震局的划分意见为： “韩城矿区的基本地震烈度为 8 度， 但实地考核证实，当地震波进入基岩山区后衰减很快，在距离山前大断裂 2km 以外基岩山区 烈度可按 7 度考虑。 ” 1.1.6 矿区电力供应矿区电力供应 桑树坪矿区地面 35kv 变电站一座，由韩局矸石电厂两回路电源线（35kv）供电，一个回 路运行，一个回路带电备用。变电站容量 16000KVA，站内采用 KYN28A- 12 型高压柜供电。 地面供电采用 6KV 双回路供电，低压系统电压等级为 660V/380V/220V；井下中央变电 所输出 6kv 电压，低压系统电压等级为 1140/660V/127V。 1.1.7 矿区经济状况矿区经济状况 矿区周边农业生产条件良好，主要农作物有小麦、玉米、棉花、高粱等， “大红袍”花椒 被广泛种植，成为全国最大的花椒生产基地。苹果面积稳定在 10.2 万亩，总产达 6.7 万吨。 蔬菜面积5 万亩，蔬菜总产 9 5 万吨。畜牧业发展较快，肉、蛋、奶供给充沛。矿区 周边工业发展起步较早，以煤炭、电力、焦化、冶金、建材等企业为支撑。其中包括韩城矿 务局、韩城发电厂、龙门钢铁集团和单台机组发电量居西北第一的韩城二电厂等国有大中型 企业，民黄河矿业开发公司、海燕焦化公司等一大批民营企业。中鲁果汁、黑猫炭黑等项目 也在矿区周边顺利投产。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 3 页 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田地质概况井田地质概况 （1）区域构造 位于鄂尔多斯地块东南缘渭北隆起东段的韩城矿区，呈北东向延展的宽带状，东南翘起， 西北倾伏，地层总体向北西方向倾斜。构造变动南强北弱，东强西弱，主要构造变形带集中 在矿区东南边缘地带。矿区构造走向归纳为两组，即北北东北东向构造组和北东东向构造 组。前者包括两个构造带矿区东南边浅部隆起断裂构造带和乱麻梁马家湾断裂带；后者 包括三个构造带，自南而北依次为：龙亭构造带、东泽村构造带、龙骨岭构造带。 （2）井田构造 位于韩城矿区北缘的桑树坪煤矿构造比较简单，为以伸展构造为主的构造变形区，矿井 的基本构造形态为一走向北北东，倾向北西西，沿走向与倾向有波状起伏的单斜构造，地层 倾角一般在 8左右。井田内大中型断裂不发育，未发现断距大于 10 米的断层。煤层中所揭 露的断层均为小断层。 1.2.2 井田煤系地层井田煤系地层 桑树坪井田范围内，煤系地层出露由老到新依次为：石炭系中统本溪组、上统太原组， 二叠系下统山西组、下石盒子组。其中主要含煤地层为石炭系上统太原组，二叠系下统山西 组。现简述如下： 1）石炭系中统本溪组（C2b） 该组在井田范围内分布零星，属于一种填平补齐性质的沉积构造，主要出露在井田东南 部的黄河岸边。厚度 041.01m，平均 5.16m。因受沉积基地起伏不平的控制，厚度变化大。 根据岩性岩相特征，本组可分为两个沉积旋回。第一个旋回为一个不完整旋回，由湖泊相的 粘土岩（K1）组成，全区比较稳定；第二个旋回为一个完整旋回，由河床相的砾岩或含砾粗 砂岩组成，向上依次过渡为湖泊相的泥岩及西湖海湾波浪带相的石英砂岩。 2）石炭系上统太原组（C3t） 太原组为井田的主要含煤地层之一，厚 43.01m112.61m，平均 61.71m。属滨海平原上形 成的海陆交互相沉积建造。含煤 7 层，由上而下编号为 5 号、6 号、7 号、8 号、9 号、10 号、 11 号、12 号，其中 11 号煤层为本井田的主要可采煤层，其余均为不可采或零星可采煤层， 没有开采价值。根据岩性岩相及含煤性特征，分上、中、下三个部分予以描述： 1、太原组下部 从本溪组顶部到 11 号煤层底部。平均厚度 17.57m。下部以砾岩，石英砂岩为主。砾岩 呈灰白色，厚层状，成分主要为石英，含少量长石及暗色岩屑；石英砂岩为灰一灰白色，中 粒，厚层状，含炭质、云母星点及黄铁矿结核；上部以粉砂岩和泥岩为主，含细粒石英杂砂 岩薄层，局部夹 12 号煤层。 2、太原组中部 11 号煤层底板到灰岩顶部，平均厚度 26.84m，为太原组中主要含煤层段。岩性以海相石 灰岩和钙质粉砂岩为主，间夹少量泥岩、石英砂岩，含煤 35 层，编号为 11 号、10 号、9 号、 8 号、7 号。其中只有 11 号煤层为井田的主要可采煤层，其它各煤层基本均不可采。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 4 页 3、太原组上部 从 K2 灰岩以上到太原组顶界，厚度平均 17.31m。岩性以砂质泥岩和粉砂岩为主，中夹 12 层中粒砂岩。砂质泥岩多呈灰黑色- 深灰色，薄层状，缓波状层理发育。粉砂岩为深灰色， 薄层状，常夹有细砂岩包体和条带。该段岩层一般不含煤，偶见 6 号和 5 号薄煤。 3） 、二叠系下统山西组（P1s） 山西组为本井田内的另一主要含煤地层，属陆相沉积。层厚 49.83m100.68m，平均 61. 49m，其厚度在井田北部相对比较稳定，南部变化较大，呈北东一北北东向厚薄相间的条带 状展布。厚带较窄，薄带较宽。含煤 14 层，其编号从上向下为 1 号、2 号、3 号、3 号下， 其中 2 号煤层为井田内局部可采煤层，3 号煤层为井田内主要可采的厚煤层。其岩性特征以 各级粒度的砂岩、粉砂岩为主，砂质泥岩次之，含少量泥岩。岩石颜色一般较深。述砂岩、 粉砂岩、砂质泥岩常呈有规律的重复出现，煤层一般位于砂质泥岩之上，粉砂岩之下，层位 易于确定。 1.2.3 褶曲与断层褶曲与断层 1)褶曲 桑树坪井田地质构造的确比较简单，总体呈一向北西西倾斜的单斜构造，倾角比较平缓。 在煤层底板等高线图中的反映明显的褶曲有： 马家塔背斜 展布于桑树坪井田北部与马家塔至三郎庙一线，轴向北西西，向北西端倾 伏，延展长度约 5km 左右，至三郎庙南侧倾没。两翼倾角 57。背斜幅度最大可达 40m 以上。如图 1.2。 2、马家塔北向斜 位于井田北缘，与马家塔背斜平行，展布于构 1 号至 114 号钻孔一线。 两翼倾 角 512，向北西西方向倾伏。因有北东向更次一级背斜叠加，两翼在北西方向上有一 定程度的起伏。向斜幅度 30m 左右。 2)断层 于井田浅部的西沟内发现正断层一条，即西沟正断层，该断层走向 NW70至东西，倾 向南西，倾角 35，断于下石盒子组地层中，延展长度不足 1 km，断距约 10m，该断层未断 至煤层。开采煤层未发现大中型断层，但小断层比较发育。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 5 页 图图 1.2 矿区褶曲分布图矿区褶曲分布图 1.2.4 水文地质特征水文地质特征 1）井田水文概况 整个矿区的水文地质概况为，地表水不甚发育，地下水受构造、岩性及地形地貌的控制， 主要埋藏在第四系底部和石炭二叠系基岩裂隙与奥灰岩岩溶裂隙之中。井田主要含水层为煤 系及其上覆地层中的砂岩（灰岩）含水层及煤系基底奥陶系石灰岩含水层。 含水层 煤系及之上各含水层充水空间不太发育，含水层含水性、富水性和透水性多不良。而煤 系基底奥陶系石灰岩受岩性和构造的影响，在地下水的溶蚀作用下，裂隙在边部、浅部十分 发育，在纵向分布不均，岩溶水富水性、透水性强，但极不均一，水文地质条件复杂，对煤 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 6 页 层开采有不同程度的影响。综合分析地层及其含水性，可将本区含水层划分为以 4 组： H1 第四系砂砾层孔隙潜水中等含水层组 H2 二叠系砂岩层裂隙承压弱含水层组 H3 石炭系砂岩（灰岩）裂隙承压极弱含水层组 H4 奥陶系石灰岩溶隙溶洞承压强含水层组 现逐一分述如下： 1、第四系砂砾层孔隙潜水中等含水层组（H1） 该含水层主要分布于黄河、凿开河的河谷中，该含水层直接接受大气降水和河水的侧向 补给，以潜流形式向下游流动，最后直接排泄到河谷之中。该含水层埋藏浅，与外界循环交 替快，因而受河水水位、降水量的影响较大，可与本区其它含水层相接触，成为矿井水的来 源之一。 2、二叠系砂岩承压裂隙弱含水层组（H2） 二叠系主要由泥岩，砂质泥岩与各种不同粒度的砂岩相间组成。总厚度约 220m。本系地 层上、下石盒子组和山西组砂岩含水层含水砂岩层次较多，裂隙较发育，但出水点水量很小 或多为无水，应属弱含水层且具有承压性，故该组含水层为砂岩裂隙承压弱含水层。含水层 的富水性和透水性均不强，且有由上到下变弱的规律。随着开采深度和开采范围的不断加大， 该含水层涌水量将会不断减小，对矿井生产威胁不大。 该含水层的主要补给来源为大气降水，补给区主要是分布于黄河及凿开河河谷地带的含 水层露头区。排泄形式一部分以泉或渗流的形式流入沟谷中，另一部分沿地下水径流流向岩 层倾向的深部。 3、石炭系砂岩灰岩裂隙承压极弱含水层组（H3） 石炭系太原组总厚 5080m，区内埋深一般在 124.34288.5m 之间，地表仅出露于凿开 河和黄河河谷。太原组上部石英砂岩含水层为浅灰色、中厚层状石英砂岩、硅质胶结；中部 为中粒砂岩；底部以砾岩为主。含水层均不同程度地发育有裂隙，但涌水量不大，且有日趋 变小的趋势，故该含水层属承压极弱含水层。 含水层的补给区在矿区外围，补给来源有露头区的大气降水、塌陷裂隙及其它含水层的 垂、侧向补给。该含水层的排泄途径主要是垂、侧向排泄，近年来，矿井排水是其主要排泄 方式。 4、奥陶系石灰岩层溶隙溶洞承压强含水层组（H4） 奥灰岩地层的分布区域很广，在井田范围内奥灰岩主要出露在井田东缘黄河、凿开河两 岸，其岩性及地层组合较复杂，产状与井田区域地层产状基本一致。奥陶系石灰岩为一套碳 酸盐岩。 奥灰岩含水性 通过综合分析，根据奥灰岩含水层段及其富水性强弱将井田内奥灰岩地层划分为 9 个含 水性能不同的含（隔）水层段：峰峰组一段（G41） ，上马家沟组一段（G42） ，下马家沟组三 段（G43） ，下马家沟组一段（G44）为相对隔水层段；峰峰组二段（H41） ，上马家沟组二段 （H43）为岩溶裂隙强含水层段；上马家沟组三段（H42） ，下马家沟组二段（H44） ，与冶里 一亮甲山组（H45）为岩溶裂隙弱含水层段。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 7 页 奥灰岩各含水层含水性不同，但构造断裂网络的连通使奥灰岩各含水层上、下沟通，形 成由局部含水层与隔水层相间而组成的复合含水体。 奥陶系石灰岩的隔水性 奥陶系石灰岩的隔水层段有峰峰组一段（G41） ，上马家沟组一段（G42） ，下马家沟组三 段（G43） ，下马家沟组一段（G44） 。其中只有峰峰组一段（G41）位于强含水层上马家沟组 二段（G42）之上。其隔水性的强弱直接关系到上马家沟组二段（G42）强含水层对煤层开采 时的威胁程度。本段（O2f1）厚 5072.79m，岩性由泥灰岩、泥质灰岩、灰岩、白云质灰岩、 灰质白云岩和角砾状泥灰岩互层组成，裂隙不发育，多被泥质充填，透水性弱，具有一定的 相对隔水作用，划分为隔水层。 奥灰水补给、径流、排泄 奥灰水的补给来源主要有大气降水、区域性侧向补给、地表水。奥灰水的排泄在韩城大 断裂受阻而循环滞缓，部分沿此断裂破碎带上升到一定层位直接补给上盘透水层，最终排泄 到黄河；井巷系统的奥灰出水点也是奥灰水的人工排泄渠道。 3）矿井涌水量大小 充水主要来源有三个方面，一是煤系地层中的砂岩裂隙水；二老窑积水，三是奥灰岩岩 溶裂隙水。桑树坪矿井正常涌水量 532 m3/h，最大涌水量 589.7 m3/h。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层概况煤层概况 桑树坪井田总体构造格架为一走向 NNE， 倾向 N W 的单斜构造， 煤层倾角 38。 主要含煤地层为上石炭统太原组和下二叠统山西组，共含煤十余层，可采煤层三层，分别为 2 号、3 号及 11 号煤层。其中 2 号煤层属局部可采的极不稳定薄煤层，3 号、11 号煤层分别 为主要可采的较稳定的厚及中厚煤层。 表表 1-1 可采煤层厚度、间距及稳定性评价表可采煤层厚度、间距及稳定性评价表 煤层 统 计 范围 统 计 点数 煤层厚度（m） 煤层间距（m） Km % 稳定性 最小 最大 平均 最小 最大 平均 点数 2 号 全井 143 0 1.70 0.70 6.10 25.0 15.0 125 0.46 48.9 不稳定 3 号 全井 156 0.7 19.1 6.28 1.00 44.1 较稳定 43.6 88.9 58.6 132 11 号 全井 152 0.24 10.0 3.37 0.98 41.4 较稳定 1）2 号煤层 位于山西组中上部， 为井田最上一层局部可采煤层， 煤层厚度从 0.182.45m， 平均 0.97m。 结构简单，一般不含夹矸。南部较厚，北部较薄；中部较厚，浅部和深部较薄。虽不稳定， 但在可采区范围内煤层厚度变化并不是很大。 2）3 号煤层 3 号煤层位于山西组中下部，煤厚 0.220.4m，可采厚度平均为 6.24m。煤层结构较为简 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 8 页 单， 不含矸的钻孔占 66.0%， 含一层矸者占 22.0， 含二层矸者占 12， 上层矸平均厚 0.25m， 下层矸平均厚 0.34m。井田北部和南部煤厚相对较小，但变化幅度不大，煤厚比较稳定，井 田中部煤层厚度较大，变化也大。属较稳定煤层。 3）11 号煤层 11 号煤层位于太原组中下部，为太原组唯一可采煤层。该煤层厚度大多在 25m 之间， 比较稳定。11 号煤层共含矸三层，上、下夹矸较普遍，中层夹矸零星分布。厚度变化不大， 北部煤层稳定性好，南部差；深部和浅部煤层稳定性好，中部差。 1.3.2 煤层开采技术条件煤层开采技术条件 1）顶底板岩性特征 1、顶板岩性特征 3 号煤层的主要顶板类型为泥岩、砂质泥岩顶板和粉砂岩顶板，局部为砂岩顶板。泥岩、 砂质泥岩顶板一般厚 13m，平均 2.34m。具水平层理，节理、裂隙不发育，岩石不易破碎。 粉砂岩顶板一般厚 17m，平均 4.72m，以粗粒粉砂岩为主，具斜层理及缓波状层理，结构 致密，抗压强度为 313338kg/cm2，抗拉强度 120kg/cm2，抗剪强度 230kg/cm2，普氏系数 8.12。泥岩、砂质泥岩与粉砂岩顶板，比较坚固，易冒落，方便管理；砂岩顶板岩性坚硬， 不易破碎，稳定性好。 2、底板岩性特征 3 号煤层直接底板大多以石英砂岩为主，一般厚 13m，粉砂岩底板为次，局部地带以 黑色团块状构造的泥岩及砂质泥岩为主，偶见有炭质泥岩伪底。粉砂、细砂及中砂岩抗压强 度 641kg/cm2，抗剪强度 251kg/cm2，吸水率 0.32，普氏系数 6.76。 （插图 1.3.） 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 9 页 图图 1.3 综合柱状图综合柱状图 砂质泥岩 95.5 号煤 中砂岩 号煤 砂质泥岩 中砂岩互层 号煤 砂质泥岩 中砂岩 砂质泥岩 中砂岩 石英砂岩 粉砂岩 砂质泥岩 号煤 砂质泥岩 泥岩砾石 铝质泥岩 石灰岩 96 104.5 105.4 120.4 127.8 142.5 185.9 190.8 194.2 206.3 210 石 炭 系 奥 陶 系 山 西 组 太 原 组 马 家 沟 154.3 地层 名称 累计 厚度 煤岩名称 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 10 页 2）瓦斯 矿井绝对瓦斯涌出量最小值 4.10m3/min，最大值达 23.00m3/min。相对瓦斯涌出量最小值 17.1m3/t，最大值达 53.3m3/t。瓦斯涌出量变化很大，为高沼气矿井。 表表 1-2 桑树坪井田主要可采煤层自然瓦斯成分统计表桑树坪井田主要可采煤层自然瓦斯成分统计表 埋深 煤层 100200 200300 300400 CH4 CO2 N2 CH4 CO2 N2 CH4 CO2 N2 3 号 33.95 （2） 3.93 （2） 62.12 （2） 64.65 （2） 7.72 （2） 27.63 （2） 79.16 （8） 5.16 （8） 15.68 （8） 2）煤的自燃及煤尘爆炸 勘探结果表明，3 号煤层存在煤尘爆炸性危险，且被鉴定为不易自燃发火煤层。 表表 1-3 桑树坪煤矿勘探阶段煤尘爆炸性鉴定报告表桑树坪煤矿勘探阶段煤尘爆炸性鉴定报告表 煤层号 采样地点 工业分析（%） 爆炸性试验 爆炸性结论 水分 Mad 灰分 Ad 挥发分 Vdaf 火焰长度 公分 岩粉量 （%） 3 号 89 号孔 1.62 10.94 14.04 10 50 有爆炸性危险 3 号 桑树坪矿 23.00 30 60 有爆炸性危险 表表 1-4 桑树坪煤矿煤炭自燃倾向鉴定报告表桑树坪煤矿煤炭自燃倾向鉴定报告表 项目 煤层 号 鉴定单位：抚顺煤科分院 采样日期：95 年 10 月 鉴定日期：95 年 11 月 采样地点 水分% Mad 灰分% Ad 挥发分% Vdaf 全硫% St,d 真 密 度 g/cm 3 TRD 吸氧量 ml/干煤 自燃倾向 等级 3 号 平峒 2306 采面 0.54 11.99 18.34 0.44 1.44 0.56 不易自燃 3 号 北二 5306 面 0.75 10.45 17.38 0.22 1.44 0.67 不易自燃 3 号 南一 3309 面 0.60 8.05 17.35 1.42 1.42 0.88 不易自燃 3）地温 本区煤系及上覆地层平均地温梯度 1.83/百米，恒温带深度 38m，恒温带温度 15。据 此推测本井田内当煤层埋藏深度在 800m 左右时，有出现一级热害的可能。 4）其他有害气体 11 号煤层硫分含量高，在生产中可能产生大量 H2S 气体，应加强 H2S 的管理。3 号未发 现有害气体。 6）地压 本区煤层埋藏较浅，地压较小，无异常地压。 1.4 煤质、煤类与煤的用途 1）可采煤层的煤质特征 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 11 页 各可采煤层的煤质分析综合成果详见表 1- 5，1- 6。 表表 1-5 主采煤层煤质分析综合成果表主采煤层煤质分析综合成果表 煤层号 原煤工业分析 Mad (%) Ad (%) Vdaf (%) Qb，d (MJ/kg) Qb，ad (MJ/kg) Qnet，daf (MJ/kg) 焦渣特 征 3 号 0.0112.9 7.4137.38 12.0122.48 22.2433.03 16.9332.03 31.0034.77 2-5 1.00(140) 20.29(127) 16.57(130) 28.85(53) 25.94(39) 33.40(21) 续表续表 1-6 煤层号 精煤工业分析 煤质牌号 备注 Mad(%) Ad(%) Vdaf(%) Y(mm) 3 号 0.384.43 3.8115.14 11.1718.53 028.00 SM、PM 1.16(107) 7.90(107) 14.27(107) 1.17(65) 2）煤的变质程度及煤种牌号 本井田的煤均以区域变质作用为主，全为高变质烟煤。变质程度具有由浅至深逐渐增加 的规律，在垂向上和横向上均是如此。比如，2 号煤层在井田西南浅部地区为瘦煤 2 号，中 深部绝大部分地区为瘦煤 1 号，东北深部地区有少量贫煤存在。3 号煤层在井田西南浅部地 区以瘦煤 1 号为主，有少量瘦煤 2 号存在，其余井田大部分中深部地区全为贫煤。11 号煤层 基本上全为贫煤，仅在井田西南浅部有少量瘦煤 1 号存在。 1.5 煤质评价及其用途 1、2 号煤层 该煤层属中- 低灰、特低硫，粘结性好的煤种，灰熔点高，发热量大，可选性良好。其中 瘦煤 2 号经铁箱测定，焦炭粒度、抗碎性、耐磨性均好。瘦煤 1 号煤质良好，同瘦煤 2 号一 样，可作为良好的配焦用煤。井田深部的贫煤，按其指标，是很好的动力用煤。 2、3 号煤层 该煤层属低- 中灰、特低- 低硫、灰熔点高，发热量大，可选性良好的煤种。浅部的瘦煤 1 号，经有关部门采样，按一定配比，与邻区的肥、焦煤掺合，进行半工业试验，可获得质量 良好的冶金焦，因此，可作炼焦配煤。中深部的贫煤硫分低，发热量大，灰熔点高，灰分低 至中等，是理想的动力用煤。如果条件允许，井田深部的高变质贫煤，尚可考虑作化工用煤。 3、11 号煤层 该煤层属富- 中灰、富硫- 高硫、高灰熔点，高发热量煤种。中等可选易选。经洗选后， 灰分和硫分均有所降低。但因硫分以有机硫为主，脱除率不高。因此，只能考虑作动力用煤， 尤其适合火力发电。 1.6 煤层的风氧化情况 在井田西南部的煤层露头处，各煤层均遭受了不同程度的风氧化，以至露头附近的煤层 煤质变差，灰分、水分含量明显高于正常煤，而发热量明显低于正常煤。煤层露头附近小煤 窑分布十分普遍，小煤窑破坏边界线一般均已位于正常煤层内，未专门圈定风氧化带界限。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 12 页 1.7 煤的力学性质 2003 年，桑树坪煤矿委托陕西省煤田地质局综合试验室对桑树坪煤矿主采煤层进行了煤 的力学性测试，其测试结果详见表 1-7。 表表 1-7 桑树坪矿煤的力学性质测试成果表桑树坪矿煤的力学性质测试成果表 地点地点 南一采区南一采区 3309（中）北部工作面运顺（中）北部工作面运顺 天然容重（g/cm 3） 干容重（g/cm 3） 孔隙率 含水率(%) 比重 硬度 1.36 1.34 8.2 1.02 1.46 4 单轴抗压强度（mpa） 天然抗剪指标 天然抗拉强度（mpa） 组 平均 C（mpa） 组 平均 5.32 5.97 0.34 36.0 0.113 0.172 5.48 0.150 7.10 0.254 地点地点 平二采区平二采区 2108 回顺回顺 天 然 容 重 （g/cm 3） 干容重（g/cm 3） 孔隙率 含水率(%) 比重 硬度 1.50 1.48 3.3 0.47 1.53 4 单轴抗压强度（mpa） 天然抗剪指标 天然抗拉强度（mpa） 组 平均 C（mpa） 组 平均 2.78 3.25 0.20 36.5 0.191 0.268 3.41 0.295 3.51 0.318 地点地点 平二采区好冀联巷平二采区好冀联巷 天然容重 （g/cm 3） 干容重（g/cm 3）