采矿毕业设计（宝山煤矿120万t新井设计说明书）.pdf

中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 1 页 交 通 位 置 图 清水河县 托克托县 准格尔旗 河曲县 偏关县 土默特右旗 土默特左旗 包头市 东河 达拉特旗 鄂尔多斯市 和林格尔县 呼和浩特市 内 蒙 古 自 治 区 伊金霍洛旗 新街镇 山 西 省 陕 西 省 包 白 铁 路 黄 河 呼 包 公 路 京 包 铁 路 公 曹 公 路 包 府 公 路 包 神 铁 路 呼 大 公 路 呼 清 公 路 丰 准 铁 路 公积板 薛家湾镇 109 国 道 准 东 铁 路 沙沙圪台 （集装站） 巴图塔 大柳塔 纳林塔 新庙乡 羊市塔乡 黄 河 曹 羊 公 路 沙圪堵 45 00 44 50 44 00 43 50 比例尺 1:125万 准 格 尔 煤 田 东 胜 煤 田 110 国 道 黄 河 大路峁乡 包 东 高 速 图1-2-1 45 00 44 50 44 00 43 50 3735037400374503750037550 3735037400374503750037550 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 宝山矿井位于内蒙古自治区鄂尔多斯市东胜煤田四道柳矿区南部，行政 隶属伊金霍洛旗新庙乡管辖。 距鄂尔多斯市政府所在地 50km，距旗府所在地 60 km，距东胜市 45km。井田南北平均长 5.43km，东西平均宽 4.8km，面积 24.88km 2。 本区对外交通尚属方便。 矿井经束会川与边贾运煤专线相连， 距离 3 km； 边贾公路与包府运煤干线相连， 距离 8 km； 经包府公路可将煤炭运往东胜市， 矿井距达拉特电厂 112km，距包头神木铁路沙沙圪台车站 39 km，并有简 易公路相通。宝山井田交通位置图如图 1-1-1 所示。 宝山井田交通位置图 图 1-1-1 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 2 页 本区位于鄂尔多斯高原东部、区域性分水岭“东胜梁”的南侧，勃牛川、 束会川位于本区的北、东、南部。地表大部被风积砂覆盖，由于受水流、风 蚀等影响，区内沟谷纵横交错，水土流失严重，植被极不发育，是典型的高 原侵蚀丘陵地貌。区内地形基本呈西部高四周低的形态，最高点位于本区西 部，海拔标高+1290.5m，最低点位于束会川，标高+1149.0m，地形最大标高 差 141.5m。本区域属黄河水系，勃牛川、束会川环绕本区，勃牛川位于井田 东侧，为常年地表径流（冰冻期冻结） ，水流注入黄河。束会川随季节变化 可形成溪流或洪流，水流汇入勃牛川，次一级沟谷较多，均为间歇性沟谷。 由于矿井主采煤层的底板标高高于沟川洪水位线，雨季洪水对井下开采一般 无威胁。 本区属于半沙漠、半干旱温带大陆性气候，其特征是太阳幅射强烈、日 照丰富、干旱少雨、风大沙多，无霜期短，冬季漫长而寒冷，夏季炎热而短 暂。年降雨量为 194.7531.6mm，年蒸发量为 1875.02657.0mm。气温最 高为 34.2，最低为-25.1，年平均气温为 7.2。春冬两季风力较大， 一般在 4 级以上，最大风力可达 10 级，年平均风速 3.5m/s，风向多为西北 风。冰冻期较长，最长冻土天数为 167d，最大冻土深度为 2.04m。 本区位于鄂尔多斯台向斜东北缘，鄂尔多斯台向斜被认为是中国现存最 完整、最稳定的构造单元。据“中国地震动参数区划图”划分，本区地震动 峰值加速度为 0.05g，对照原烈度 6 度，为弱震区，一般不会发生破坏性地 震，历史上亦无破坏性记载。 矿井附近的主要供电电源有：距离本矿井南部 11km 的新庙新建 110kV 变电站、另外有新庙 35kV 变电站、四道柳 35 kV 变电站和乌日图高勒 110kV 变电站。矿井现有电源引自新庙 35kV 变电站，10kV 高压线路通过矿井工业 场地，现有 100kW 变压器一台。本区电源能够满足矿井建设、生产的需要。 1.2 井田地质特征 1、区域构造 东胜煤田位于鄂尔多斯台向斜东胜隆起之东南边缘地带，基本构造形态 表现为一单斜构造，地层走向 N25W，倾向 S65W，倾角 13，具有 宽缓的波状起伏，断层不发育。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 3 页 2、井田构造 本区总体构造形态为一向南西倾斜的单斜构造，地层倾角 13， 未 发现断层，具有宽缓的波状起伏，无岩浆岩侵入，属于构造简单地区。 本区位于东胜煤田浅部露头区，受新生代地质应力的作用，使煤系地层 在沟谷中裸露于地表。区内揭露地层由老至新有：三叠系上统延长组(T3y)、 侏罗系中下统延安组(J1-2y)、第三系上新统(N2)、第四系(Q)， 分述如下: 1）三叠系上统延长组(T3y) 该组为煤系地层的沉积基底。普遍发育大型板状、槽状交错层理，是典 型的曲流河沉积体系。厚度 6.4023.21m，平均 17.09m。 2）侏罗系中、下统延安组（J1-2y） 该组为区内含煤地层， 四道柳找煤区广泛出露， 在本区遭受后期剥蚀后， 被第四系黄土及风积砂覆盖。其岩性组合：顶部、底部主要为灰白色泥质胶 结的中粗粒砂岩，顶部有时相变为砂质泥岩，底部石英含量较高，白色砂岩 特征明显，可作为延安组顶底界面的标志层。中部岩性组合为一套浅灰色， 风化后呈灰黄色、浅黄色的各粒级砂岩；灰色至深灰色粉砂岩；砂质泥岩； 泥岩及煤层，局部含少量钙质砂岩。发育有水平纹理及波状层理。区内含 3、 4、5、6、6下号煤层。该地层向东南方向厚度变大，厚度 80.15138.31m， 平均 106.92m，与下伏地层延长组呈平行不整合接触。 3）第三系上新统(N2) 该组地层在区内局部残存。岩性组合为一套暗红色、褐红色砂质泥岩和 泥岩，含丰富的呈层状发育的钙质结核，半胶结状。由于沉积后期风化剥蚀 的作用，厚度变化较大。据钻孔揭露厚度 037.00m，平均 18.00m，与下伏 地层呈不整合接触。 4）第四系(Q) 由砾石、冲洪积砂及粘土混杂堆积而成；残坡积物及少量次生黄土分布于山 梁坡脚地带，由砂、砾石组成，局部地段含少量次生黄土；据钻孔揭露厚度 0.5042.87m，平均 13.42m，不整合于一切老地层之上。 地层特征见表 1-2-1。地质综合柱状图如图 1-2-1 所示。 表 1-2-1 地 层 单 位 厚度（M） 最小最大 平均 岩 性 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 4 页 第 四 系 Q 全新 统 Q4 068.24 16.41 主要由风积砂层，次为河流淤积、洪积层。 风积砂成分以细粒石英为主，河流淤积层岩 性为砂、粉砂或砾石，洪积层以砂、砾石为 主。 更新 统 Q3m 上部为淤积层， 岩性为砂、 粉砂及黑色土壤， 底部为马兰黄土，岩性为淡黄色亚砂土，柱 状节理发育，含钙质结核。不整合于老地层 之上 第 三 系 R 上 新 统 N2 010.14 4.43 上部为粉红色砂质粘土、亚砂土，下部为灰 色、桔黄、棕红色砾岩夹棕红、棕黄色砂岩， 分选及滚园度差，呈半胶结状态，松散。不 整合于老地层之上 上侏罗 下白垩统 志丹群 J3K1zh 7.37185.85 85.86 上部以砖红、粉红及灰绿色的细、粉砂岩为 主，局部含砾，泥质胶结，较疏松，具大型 斜层理。下部为紫红、桔黄色的杂色砾岩及 含砾粗砂岩互层， 夹粉砂岩， 砾石以花岗岩、 花岗片麻岩、石英岩等组成。分选差，磨园 中等，泥质胶结，较疏松。与下伏地层呈不 整合接触。 中 侏 罗 统 J2 安 定 组 J2a 11.2648.74 27.47 为一套紫红、砖红、黄棕色中、细粒砂岩， 中夹灰紫色砂质泥岩。底部为浅黄色，向上 变为浅紫色的巨厚层状砂岩。与下伏地层呈 假整合接触 直 罗 组 J2z 15.56161.85 96.07 上部为一套杂色的细、中粒砂岩，颜色为灰 白、灰黄、灰兰、灰绿、灰紫色等，泥质或 粘土质胶结。底部为厚层状的灰黄色中粗粒 砂岩，局部相变为砂质泥岩。含较多铁质、 泥质结核。底部局部含 1 号煤层。与下伏地 层呈假整合接触 中 下 侏 罗 统 J1-2 延 安 组 J1-2y 上 岩 段 J1-2y 3 39.7084.09 63.06 上部主要由灰白色中、细粒砂岩、粉砂岩、 砂质泥岩、 泥岩及 2 号煤组成。 底部为灰白、 黄绿色细、粉砂岩及泥岩，具小型波状层理 及水平层理。 中 岩 段 J1-2y 2 33.1078.30 63.77 主要由灰深灰色粉砂岩、砂质泥岩、细砂 岩和 3、4 号煤组组成。底部为厚层状灰白 色中、细粒砂岩，具波状层理、楔状交错层 理和水平层理。 下 岩 段 J1-2y 1 13.6696.97 64.96 主要为灰、 灰白色细砂岩、 粉砂岩及灰黑色、 黑色泥岩、砂质泥岩、煤组成。含 5、6 号 煤组。底部为灰色灰白色的细中粒砂岩， 局部相变为粗砂岩或砾岩，发育大型槽状交 错层理。与下伏地层呈假整合接触 上 三 迭 统 T3 延 长 组 T3y 132.80 由灰绿色、灰白色细、中粒石英砂岩组成， 含较多云母及少量的暗色矿物，粘土质胶 结，局部地段顶部有明显的风化壳产物。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 5 页 核实区构造形态与东胜煤田相似，其总体构造形态为一向南西倾斜的单 斜构造，地层倾角 13，未发现断层，具有宽缓的波状起伏，无岩浆岩侵 入，构造复杂程度属于简单类型。 1、概况 区内水系较为发育，基本上两面环川。南界为束会川，东界勃牛川。沟 谷十分发育，多为间歇性河流，旱季一般干涸无水或有溪流，但暴雨过后可 形成洪水，水流总体由北向南流入勃牛川，而后向南汇入陕西省境内的窟野 河， 最终注入黄河。 据古城壕水文站资料， 勃牛川最大洪峰流量为 4810m 3/s， 最小流量 0.003m 3/s，平均流量 4.03m3/s。 2、地下水的补给、迳流及排泄条件 1）补给条件：潜水的补给以大气降水为主，在沟谷地带也可接受地表 水的补给。延安组下部含水岩组为承压水,其补给方式一方面接受上部潜水 的下渗补给，另一方面则接受侧向迳流补给。 2）迳流条件：四道柳区地形切割强烈，故地表水及地下潜水迳流条件 较好。承压水主要沿倾向或层面方向迳流。由于各地层岩性不同，各岩层的 渗透性能及迳流速度有所不同，但迳流方向与区域地形及构造特征相一致。 3）排泄条件：松散层潜水的排泄方式主要为蒸发排泄、井泉排泄和下 渗排泄。碎屑岩类承压水的排泄方式主要有井泉排泄、矿井疏干排泄和地下 迳流排泄。 3、含（隔）水层特征 1）含水层 （1）第四系（Q4）松散层潜水含水段 区内松散层分布广泛，岩性以风积砂为主，局部为黄土层，厚度为 0 42.87m，宝山区平均厚度为 13.42m，乔家塔区平均厚度为 23.94m，厚度变 化大。该层与第三系粘土及基岩接触面有泉水出露，流量 0.010.04L/S, 水质为 HCO3-CaMg 型，矿化度 0.19g/L，PH=7.3，为低矿化度淡水。 （2）4 号煤层底板至 Q4含水岩段 由延安组上部地层组成， 厚度 13.4363.65m， 宝山区平均厚度 30.58m， 乔家塔区平均厚度 40.68m，厚度变化较大。受风化作用孔隙、裂隙较发育， 浅部地层可直接或间接接受大气降水的补给，含有少量孔隙、裂隙潜水。沟 谷地带有泉水出露，流量 0.030.04L/S，水质为 HCO3-CaMg 型，矿化度 0.19g/L，PH=7.1，属低矿化度淡水。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 6 页 （3）46 号煤含水岩段 区内该层段均有分布，该段厚度 27.4034.50m，宝山区平均厚度 31.78m，乔家塔区平均厚度 29.26m，厚度变化不大，含水微弱。相对含水的 中细粒砂岩与相对隔水的砂泥岩类及粉砂岩呈互层分布，泥岩类隔水性能 好，分布较稳定，上下层水力联系差。 （4）延长组（T3y）含水岩段 该层全区分布，且厚度大，为煤系地层基底。本次钻孔揭露最大厚度 23.21m，岩性为不同粒度的灰绿及绿色砂岩，含孔隙、裂隙承压水，富水性 不强，与煤系地层联系不大。 2）隔水层 （1）第三系（N2）粘土：主要分布在本区北部及东部，厚度 20.00 37.00m，平均厚度 28.50m。岩性为浅红色含砂泥质粘土，粘性大，松软未胶 结，含少量砾石，一般不含水。 （2）6 号煤至延长组（T3Y）顶含水岩段的隔水层 区内该段均有分布，厚度 10.9559.99m，横向厚度变化大。含水层的 岩性以灰白色中、细砂岩为主，多为泥质胶结，较致密，含水层富水性弱。 本段隔水层岩性主要为砂质泥岩，隔水性能好，较稳定。 4、充水因素分析 矿坑充水是影响矿井正常开采的主要因素，区内可构成矿坑充水的水源 主要有大气降水、地表水及地下水。 1）大气降水 根据伊金霍洛旗气象局资料，本区历年平均降水量为 374mm，降水多集 中在 79 月份。大气降水除大部分地表迳流外，少部分渗入地下。本区受 大气降水影响的主要是 4 号和 6 号煤层，由于局部煤层沿沟谷出露或顶板较 薄， 大气降水可直接通过第四系松散层直接或间接渗入煤层中， 使矿坑充水。 2）地表水 束会川流经矿区西南边缘，实测流量 1.348m 3/s（2004 年 9 月 18 日） 。 勃牛川位于井田东侧，为常年地表径流（冰冻期冻结） ，水流注入黄河。地 表水对区内 6 号煤开采构不成较大危害。但矿井井巷系统形成后，地表水体 将可能改变原有天然流场，将排泄区域的地表水及地下水变为补给区，会导 致地下水的富集。因此，开采时应对汇水洼地引起注意。 3）地下水 （1）潜水：潜水受地形地貌控制，随降雨量多少及季节变化显著，一 般滞后于雨季，水量多集中在 12 月份至来年 13 月份，开拓时应注意季节 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 7 页 变化的影响。 （2）承压水：区内地质构造简单，地层平缓，相对含水的砂岩类岩层 不同深度的分布在各地层中，接受上部潜水的下渗补给。随着深度的增加， 含水岩层的透水性能减弱。 各含水层之间水力联系差， 各煤组间无水力联系。 5、矿井涌水量预计 根据补充勘探报告，本区未做专门的水文地质工作，参考矿井生产时实 际矿井涌水量为 5 m 3/h 的情况，考虑到本井田埋藏情况、区域水文地质情况 以及矿井消防除尘洒水情况，确定矿井正常涌水量为 30m 3/h，最大涌水量为 60m 3/h。 6、水文地质类型 本区最低侵蚀基准面位于束会川，区内各煤层均位于其上，地形有利于 自然排水，直接充水含水层主要为延安组（J1-2y）孔隙、裂隙岩层，补给源 以大气降水为主，含水层富水性弱，钻孔单位涌水量 q0.1L/sm。因此， 本区水文地质类型为第第类第一型，即孔隙裂隙充水矿床、水文地 质条件简单型。 1.3 煤层特征 本区煤系地层为中、下侏罗统延安组，自上而下赋存为五个煤层，即 3、 4、5、6、6下号煤层，其中 4、6 号煤层可采，其它为不可采煤层。 1、4 号煤层 该煤层位于延安组的中部，基本全区发育，煤层厚度为 02.20 m，平 均厚度 1.50 m，由东南向西北煤层逐渐变厚。一般不含夹矸，结构简单，大 部分可采，属于较稳定煤层。 2、6 号煤层 该煤层位于延安组的下部，全区发育，煤层厚度为 0.903.00 m，平均 厚度 2.00 m，由东南向西北煤层逐渐变薄。一般不含夹矸，结构简单，基本 全区可采，属于较稳定煤层。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 8 页 可采煤层特征表 单位：m 表 1-2-1 1、物理性质 勘查区内煤呈黑色、条痕褐黑色，弱沥青沥清光泽，内生裂隙较为发 育，并具水平、垂直两组节理，其中垂直节理较为发育。节理中常充填方解 石、黄铁矿薄膜。参差状断口，条带状结构，层状构造。 4 号煤层真比重 1.281.44，平均 1.30；6 号煤层真比重 1.281.38， 平均 1.33。 2、化学性质 1)水分（Mad） 本区 4 号煤层原煤水分 1.76%7.48%，平均 5.56%； 6 号煤层原煤水分 4.39%9.20%，平均 7.73%。 2）灰分（Ad） 煤号 煤层厚度 煤层间距 夹 矸 岩 性 最小最 大 最小最大 最小最大 顶 板 夹 矸 底 板 平 均 平 均 平均/层数 4 02.20 25.45 31.85 细砂岩 砂质泥岩 泥岩 粉砂岩 砂质泥岩 1.50 6 02.80 29.29 00.30 细砂岩 砂质泥岩 泥岩 细砂岩 粉砂岩 2.00 0.30/1 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 9 页 宝山区 4 号煤层原煤灰分平均 17.71%； 6 号煤层原煤灰分平均 12.82%； 乔家塔区 4 号煤层原煤灰分平均 7.04%； 6 号煤层原煤灰分平均 18.39%； 3）挥发分（Vdaf） 本区内各可采煤层挥发分产率（Vdaf）较高，4 号煤层原煤挥发分产率 34.32%35.69%，平均 34.80%；浮煤挥发分产率 33.61%35.03%，平均 34.49%。6 号煤层原煤挥发分产率 32.69%36.47%，平均 34.42%；浮煤挥发 分产率 31.83%35.15%，平均 34.11%。 4）微量元素 可采煤层中锗平均含量 0.25%3.85%；钒平均含量 0.0011.16%。均 无工业利用价值。 5）有害元素 （1）全硫（St.d） 煤中全硫含量很低，可采煤层平均含量 0.22%0.42%。数值变化小，为 特低硫煤。洗选后全硫含量有所降低，平均含量 0.21%0.35%。 （2）磷（Pd） 煤中磷含量很低， 平均含量 0.006%0.024%， 洗选后平均含量 0.002% 0.013%。 综上所述，本区煤层有害成分低，属低中灰分、特低硫、特低磷低磷 的不粘煤。可采煤质特征见表 1-2-1。 3、工艺性能 1）发热量 （1）干基弹筒发热量（Qb.d） 可采煤层干基弹筒发热量原煤平均值为 26.1230.73MJ/Kg ， 数值变化 小，洗选后发热量增高，浮煤平均值为 30.2030.98MJ/Kg。 （2）干基低位发热量（Qnet.d） 可采煤层干基低位发热量原煤平均值为 25.3429.84MJ/Kg ， 数值变化 小，洗选后发热量增高，浮煤发热量平均值为 29.1529.98MJ/Kg。 2）粘结性和结焦性 煤的粘结指数，自由膨胀序数，胶质层最大厚度，奥亚膨胀度均为零， 焦块熔合状况为“粉状胶结” ，葛金焦型为“A” ，少数为“B” ，焦渣特征 为 II 类，表明区内煤的粘结性弱，结焦性差。 3）气化性能 （1）热稳定性 据邻区勃牛川普查地质报告 ，区内 6 号煤层热稳定性中等。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 10 页 （2）煤对 CO2的反应性 据本区 B2 号孔煤样测试结果得知：煤对 CO2的反应性好，在 1000时 还原率仅达 61.3%62.6%。在 900以下增长较快，900以上增长缓慢。 4）低温干馏 煤的低温干馏产物以半焦为主，其次为焦水，焦油产率和气体损失。各 煤层焦油产率平均含量为 5.38%6.87% ，各煤层均为富油煤。经统计焦油 产率和元素分析中的氢、氮呈正相关，和碳、氧多为负相关。 5）煤灰成分及熔融性 区内煤灰成分组成复杂， 且变化大。 主要成分为 SiO2， 平均值为 46.43%， AL2O3：18.26%；Fe2O3:7.31%；CaO:12.21%；SO3:9.83%；MgO、TiO2含量低， 一般在 3%以下。 本区煤的煤灰熔融性（ST）一般在 11001250之间，属低软化温度灰 （LST）较低软化温度灰（RLST） 。 4、煤的可选性 可选性评定须预先拟定一个洗选后的灰分值， 依据国际 GB/T16417-1996 煤炭可选性评定方法 （ 0.1 含量法）可选性进行评定。 从可选性试验成果表中看，当洗选后灰分（Ad%）在 6.0%时属难选。 5、煤质 综合以上所述，本区煤层有如下特征： 1）煤变质程度低，煤层为低变质的不粘煤，变质程度为烟煤第阶段。 2）煤层有害成分低，低中灰分、低硫分、特低磷低磷分煤。 3）属高热值煤。 4）粘结性差，焦渣类型为 2 号，煤中微量元素含量低。 5）煤的气化性能好，煤层均为含油煤。 主要可采煤层煤质特征见表 1-3-1。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 11 页 主要可采煤层煤质特征表 表 1-3-1 煤 层 号 洗 选 情 况 工 业 分 析 （%） 焦 渣 特 征 发热量（MJ/Kg） 各 种 硫 % Mad Ad Vdaf Qgr.ad Qb.d St.d St.daf 最小最 大 平均 最小最 大 平均 最小最 大 平均 最小最大 平均 最小最 大 平均 最小最 大 平均 最小 最大 平均 4 原 3.70 7.48 5.56 13.17 23.12 17.71 34.32 35.69 34.80 2 22.55 24.42 23.35 24.70 26.84 26.12 0.31 0.64 0.42 浮 8.51 13.56 10.30 4.31 5.42 4.94 33.61 35.03 34.49 2 29.01 30.20 0.34 0.37 0.35 0.35 6 原 5.08 9.20 7.73 5.02 19.59 12.82 32.69 36.47 34.42 21.42 27.35 24.77 24.81 30.84 30.73 0.27 0.68 0.47 浮 8.90 13.33 11.0 2 3.86 4.64 4.37 31.83 37.15 34.11 28.23 28.44 28.34 30.81 31.15 30.98 0.18 0.33 0.24 0.18 6、煤类 根据中国煤炭分类国家标准（GB575186） ，区内各煤层胶质层最大厚 度和粘结指数为零， 透光率在 73%左右， 原煤挥发分 （Vdaf） 平均值为 29.76% 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 12 页 36.47%，本区属于不粘煤。 7、煤的用途 区内各可采煤层有害成分低，属低中灰、低硫、特低磷低磷、高热值不粘 煤，是良好的民用和动力用煤，适用于火力发电，各种工业锅炉等，也可在 建材工业、 化学工业中用焙烧材料。 粉煤加粘结剂成形还可制作煤砖、 煤球、 蜂窝煤等。 1、煤层顶底板情况 从乔家塔 Q4 钻孔岩石试验结果看，细粒岩石比粗粒岩石抗压、抗剪强 度大，各类岩石抗压强度小于 30MPa 的占 88.9%，岩体完整性多为较完整。 因此，基岩大都属于软弱半坚硬岩层，工程地质条件属中等。 2、瓦斯 根据原宝山矿瓦斯鉴定结果，矿井总回风巷瓦斯绝对涌出量为 0.14m 3/min，相对涌出量为 1.008m3/t，本矿为低沼气矿井。 3、煤尘爆炸及煤的自燃 勘探报告没有对煤的自燃、煤尘爆炸作专项鉴定，据邻区鉴定结果，各 煤层火焰长度均大于 400mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉量为 80%，有爆炸危险 性。煤层具有自然发火倾向，自然发火期 4060d。 4、地温 勘查未作地温测量工作。据邻区勃牛川普查区钻孔简易地温测量结果， 最大地温梯度 1.6/100m，平均 1.2/100m，小于 3/100m，无地温异常。 5、放射性及其它有害气体 本区经各勘探阶段，对钻孔测井及大量的煤、岩样品测试，均未发现有 放射性异常和大量有害气体。 6、地压 本区煤层埋藏较浅，地压较小，无异常地压。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 13 页 本项目包括伊泰公司的宝山井田和乔家塔井田以及蒙泰公司的牛家梁 井田， 三井田合并开发。 合并后的井田南北平均长5.43km， 东西平均宽4.8km， 面积 24.88km 2，整个井田由 11 个拐点圈定。井田境界拐点坐标见表 2-1。 表 21 井田境界拐点坐标表 单位：m 点号 纬距（X） 经距（Y） 点号 纬距（X） 经距（Y） 1 4371860.000 37445000.000 7 4368622.000 37446837.000 2 4374130.000 37446300.000 8 4368550.000 37445950.000 3 4372560.000 37449070.000 9 4369090.000 37445720.000 4 4370175.000 37450310.000 10 4369276.000 37445647.000 5 4369010.000 37450310.000 11 4369700.000 37445000.000 6 4366540.000 37448830.000 2.2 矿井工业储量 1、构造类型 工作区内地层倾角为 13， 为一向南西倾斜的单斜构造， 褶曲与断层 均不发育，无岩浆活动，为构造简单地区，属于第一类。 2、煤层稳定类型 工作区内煤系地层共含煤 17 层，具有对比意义的为 5 层，其中 4、6 煤层为可采煤层，主要可采煤层为 6 号煤层，为本次勘查的主要工作对象， 该煤层全区发育，厚度变化较小，为 0.505.70m，平均为 2.00m。层位稳 定，煤厚变化相对较小，变化规律明显，故将其确定为稳定煤层，即第一型， 其它煤层的稳定类型据其发育程度确定为不稳定型。故工作区的勘查类型确 定为一类一型。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 14 页 本区煤系地层为中、下侏罗统延安组，自上而下赋存为五个煤层，即 3、 4、5、6、6下号煤层，其中 4、6 号煤层可采，其它为不可采煤层。 4 号煤层位于延安组的中部，基本全区发育，煤层厚度为 02.20 m， 平均厚度 1.50 m，由东南向西北煤层逐渐变厚。一般不含夹矸，结构简单， 大部分可采，属于较稳定煤层。 6 号煤层位于延安组的下部，全区发育，煤层厚度为 0.903.00 m，平 均厚度 2.00m，由东南向西北煤层逐渐变薄。一般不含夹矸，结构简单，基 本全区可采，属于较稳定煤层,且埋藏浅，储量丰富，是本井田主采煤层。 本设计主要针对 6 煤层进行开采设计。井田内各煤层容重见表 2-2-1 煤层 4 6 容重/gm -3 1.35 1.39 1 矿井工业储量 矿井工业储量可用下式计算 Zgimirisi （2-2） 式中： mi第 i 煤层平均厚度，m； ri第 i 煤层容重，tm -3； si第 i 煤层面积。计算结果见表 2-2-2。 煤层 煤层厚度 /m 煤层容重 /tm -3 井田面积 /km 2 工业储量 /万 t 4 1.5 1.35 24.88 5038.2 6 2.00 1.39 24.88 6916.6 合计 11954.8 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 15 页 2.3 矿井可采储量 设计对井田内厚度 2.00 m 的 4、6 煤层进行开采设计，因此，井田内的 各种永久煤柱损失按 4、6 煤层进行计算，其余煤层只考虑一定的系数。而 不作具体计算。 井田边界保护煤柱 井田边界保护煤柱按宝山矿实际情况取 20 m，则用下式计算井田边界保 护煤柱损失。 PjHLmr （2-5） 式中： H井田边界煤柱宽度，m； L井田边界长度，m； m煤层厚度，m； r煤层容重，tm-3； Pj 井田边界保护煤柱损失，万 t。 则：P420200251.501.350.000181.1 万 t P620200252.001.390.0001111.3 万 t 2.3.2 工业广场煤柱 根据煤炭工业设计规范有关条文，不同井型与其对应的工业广场面 积见表 2-3-1。由表 2-3-1 可知，并结合本设计井型（120 万 t/a） ，应该是 12 公顷，即 0.12 km2，但是考虑到近些年来建筑技术的提高，建筑物不断 向空间发展，所以，工业广场的面积都由缩小的趋势。本设计取 0.70 的系 数，则工业广场的面积为 0.084 km2。长轴定为 300m，短轴定为 280m。采用 垂直剖面法计算工业广场的压煤损失，围护带的宽度取 20m。垂直剖面图如 图 2-1 所示。 井型/万 ta -1 占地面积/公顷（10 万 t） -1 240 1.0 120180 1.2 4590 1.5 930 1.8 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 16 页 由此可知工业广场压煤面积为： Sg0.5H（L1+L2） （2-6） 式中： H梯形高度，mm； L1梯形上边长，mm； L2梯形下边长，mm； Sg工业广场煤柱面积，km2。 则：Sg0.24 工业广场压煤量为： 0.24(2.001.39+1.501.35)100115.3 （万 t） 。 表 2-3-2 宝山煤矿地质条件及岩层移动角 煤层厚度/m 煤层倾角 / 围护带宽度/m 表土层移动角 / 2.00 2 5 45 走向移动角 / 上山移动角 / 下山移动角 / 70 80 75 2.3.3 井田内永久煤柱损失 井田内永久煤柱损失包括井田内断层保护煤柱损失、井田边界防水煤柱 损失、 和工业广场压煤损失及铁路保护煤柱.计算结果见表 2-3-4，工业广场 压煤如图 2-1 所示。 表 2-3-4 宝山井田永久煤柱损失 煤柱损失处 单位 数量 断层煤柱 万 t 0 边界煤柱 万 t 192.4 工业广场煤柱 万 t 115.3 合计 万 t 307.7 以上计算的为 4、6 煤层煤柱损失，考虑全井田的煤柱损失则取 1.4 的 系数，所以全井田煤柱损失为 1.4307.7430.78（万 t） 。 2.3.5 矿井设计际可采储量 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 17 页 1 矿井设计可采储量按下式计算： Zk（Zg-P）C （2-7） 式中： Zg矿井工业储量，万 t； P井田煤柱损失，430.78，万 t； C采区采出率，薄煤层不应小于 85%，中厚煤层不应小于 80%，厚煤层不 应小于 75%。 Zk矿井可采储量，万 t。各煤层的工业储量和可采储量见表 2-3-5。 表 2-3-5 矿井储量汇总表 单位：万 t 煤层 工业储量 煤柱损失 矿井可采储量 4 、6 11954.8 430.78 9219.21 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 18 页 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 按照煤炭工业矿井设计规范中规定，确定本矿井设计生产能力按年 工作日 300 d 计算，四六制作业（三班生产，一班检修） ，每日三班出煤， 净提升时间为 14 h。 3.2 矿井设计生产能力、服务年限 煤炭工业矿井设计规范第 2.2.1 条规定：矿井设计生产能力应根据 资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经 多方案比较或系统优化后确定。 矿区规模可依据以下条件确定： 1）资源情况：煤田地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设 大型矿井。煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿区规模定得太大； 2）开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市） ，交 通（铁路、公路、水运） ，用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等。 条件好者，应加大开发强度和矿区规模，否则应缩小规模； 3）国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤中煤质、产量等）的预测是 确定矿区规模的一个重要依据； 4）投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短 的应加大矿区规模，反之则缩小规模。 3.2.2 由地质资料可知：本井田储量丰富、地质结构简单、煤层稳定、开采技 术条件好，有足够的条件建成大型矿井，结合本井田的工业储量和开采储量 最终选定矿井设计生产能力 120 万 t/a。 3.2.3 矿井服务年限必须与井型相适应。 矿井可采储量 Zk、设计生产能力 A 矿井服务年限 T 三者之间的关系为： TZk /（AK） （3-1） 式中： T矿井服务年限，a； 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 19 页 Zk矿井可采储量，万 t； A设计生产能力，万 t； K矿井储量备用系数，取 1.3。 确定井型时需要考虑备用系数的原因是，矿井各生产环节有一定的储备 能力，矿井投产后，产量迅速提高；局部地质条件变化，使储量减少；有的 矿井由于技术原因，使采出率降低，从而减少了储量。 则，矿井服务年限为： T =9219.21/1201.3 = 59.1 a 服务年限符合要求。 3.3 按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因素 对井型进行校核： 1）煤层开采能力 井田内有 4、6 号煤层可采，总煤厚 3.5 m，为中厚煤层，赋存稳定，厚 度基本无变化。煤层倾角平均 2，地质条件简单，根据现代化矿井“一矿一 井一面”的发展模式，可以布置一个综采工作面。 2）辅助生产环节的能力校核 矿井设计为大型矿井，开拓方式为斜井平硐联合开拓。主斜井采用胶 带输送机提升煤炭，工作面生产的原煤经斜巷胶带输送机到大巷胶带输送机 运到地面煤仓，运输能力大，自动化程度高；副平硐和大巷辅助运输采用无 轨胶轮车运输，运输能力大，调度方便灵活。 3）通风安全条件的校核 本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量极低，但煤尘具有强爆炸危险，煤炭 有自然发火倾向，发火期 3-6 个月。矿井投产前期采用中央并列式通风，后 期采用两翼对角式通风。辅助运输大巷进风，煤炭运输大巷回风，工作面采 用后退式 U 型通风，通过第九章的通风设计知可以满足通风需要。 4）矿井的设计生产能力与服务年限相适应，才能获得好的技术经济效 益。 煤炭工业矿井设计规范给出了井型和服务年限的对应要求，见表 3-1 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 20 页 矿井设计 生产能力 （万 t/a） 矿井设计 服务年限 （a） 第一水平设计服务年限 煤层倾角 45 600 及以上 70 35 300-500 60 30 120-240 50 25 20 15 45-90 40 20 15 10 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 21 页 4 井田开拓 井田开拓是指在一个某井田范围内，为了采煤，从地面向地下开掘一系 列巷道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。 这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓 方式。合理的开拓方式，要技术上可行，经济上合理，生产上安全高效。井 田开拓的内容包括：井筒形式、数目、位置，开采水平划分，大巷布置，准 备方式等。 开拓问题解决的好坏，关系到整个矿井生产的长远利益，关系到矿井的 基建工程量、初期投资和建设速度，从而影响矿井经济效益。因此，在确定 开拓方式是要遵循以下原则: 1 贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤、高产高 效创造条件。在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期 建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。 2 合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生 产。 3 合理开发国家资源，减少煤炭损失。 4 要建立完善的通风、运输、供电系统、创造良好的生产条件，减少巷 道维护量，使主要巷道经常保持良好的状态。 5 要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，应为采用新技术、新工 艺、发展采煤机械化、综合机械化、自动化创造条件。 6 根据用户需要，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它 有益矿物的综合开采。 井筒是井下和地面出入的咽喉，是全矿生产的枢纽。 1 井筒形式的选择 井筒形式目前只有三种:平硐、斜井和立井。在一般情况下，平硐最简 单，斜井次之，立井复杂。但在解决具体问题时，必须从自然地质条件、技 术条件和经济条件各个方面综合考虑。三种井筒形式的优缺点见表 4-1 设计的许厂井田地面标高在+38.5 m+39.8 m，地势平坦，不具备平硐 开拓的地形条件；井田内冲积层厚度达 150 m，厚度较大，采用斜井则施工 困难，而且井田内煤层平均倾角在 4左右，所以，没有采用斜井开拓的地 质条件。 综合以上所述并结合表4-1确定本设计许厂井田采用立井开拓形式。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 22 页 井筒形式 优点 缺点 适用条件 平硐 1 运输环节和设别少、系统简单、 费用低。 2 工业设施简单。 3 井巷工程量少，省去排水设备， 大大减少了排水费用。 4 施工条件好，掘进速度快，加快 建井工期。 5 煤损少。 受 地 形影 响 特别大 有足够储 量的山岭 地带 斜井 与立井相比： 1 井筒施工工艺、设备与工序比较 简单， 掘进速度快， 井筒施工单价 低，初期投资少。 2 地面工业建筑、井筒装备、井底 车场简单、延伸方便。 3 主提升胶带化有相当大提升能 力。能满足特大型矿井的提升需 要。 4 斜井井筒可作为安全出口。 与立井相比： 1 井筒长，辅 助 提 升能 力 小，提升深度 有限。 2 通 风线 路 长、阻力大、 管线长度大。 3 斜井井筒通 过富含水层， 流 沙 层施 工 复杂。 井田内煤 层埋藏不 深，表土 层不厚， 水文地质 条 件 简 单，井筒 不需要特 殊法施工 的缓斜和 倾 斜 煤 层。 立井 1 不受煤层倾角、厚度、深度、瓦 斯和水文地质等自然条件限制。 2 井筒短，提升速度快，对辅助提 升特别有利。 3 当表土层为富含水层的冲积层 或流沙层时，井筒容易施工。 4 井筒通风断面大，能满足高瓦 斯、 煤与瓦斯突出的矿井需风量的 要求。 1 井筒施工技 术复杂，设备 多，要求有较 高 的 技术 水 平。 2 井筒装备复 杂，掘进速度 慢，基建投资 大。 对不利于 平硐和斜 井的地形 地质条件 都可考虑 立井。 2 井筒位置选择 井筒位置选择要有利于减少初期井巷工程量，缩短建井工期，减少占地 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 23 页 面积，降低运输费用，节省投资；要有利于矿井的迅速达产和正常接替。因 此，可以按以下原则确定： 1）沿井田走向的有利位置 当井田形状比较规则而且储量分布均匀时，井筒的有利位置应在井田走 向中央；当井田储量呈不均匀分布时，应布置在储量的中央，以形成两翼储 量比较均匀的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网路 较短，通风阻力小。 2）井筒沿井田倾斜方向的有利位置 井筒位于井田浅部时，总石门工程量大，但第一水平及投资较少，建井 工期短；井筒位于井田中部时，石门较短，沿石门的运输工程量较小；井筒 位于井田的下部时，石门长度和沿石门的运输工作量大，如果煤系基底有含 水量大的岩层不允许井筒穿过时，它可以延伸井筒到深部，对开采井田深部 及向下扩展有利。从井筒和工业场地保护煤柱损失看，井筒愈靠近浅部，煤 柱尺寸愈小，愈近深部，煤柱尺寸愈大。因此，一般井筒位于井田倾向方向 中偏上的位置。 3）有利于矿井初期开采的井筒位置 尽可能的使井筒位置靠近浅部初期开采块段，以减少初期井下开拓巷道 的工程量，节省投资和缩短建井工期。 4）地质及水文条件对井筒布置影响 要保证井筒，井底车场和硐室位于稳定的围岩中，应尽量使井筒不穿过 或少穿过流沙层，较大的含水层，较厚冲积层，断层破碎带，煤与瓦斯突出 的煤层，较软的煤层及高应力区。 5）井口位置应便于布置工业广场 井口附近要布置主，副井生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便 于地面系统间互相连接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地面平 坦，高差不能太大，尽量避免穿过村镇居民区，文物古迹保护区，陷落区或 采空区，洪水浸入区，尽量避免桥涵工程，尤其是大型桥涵隧道工程。 6）井口应满足防洪设计标准 附近有河流或水库时要考虑避免一旦决堤的威胁及防洪措施。 根据以上原则，同时结合宝山井田的实际条件： 1）全井田主要可采煤层 6 煤层厚 2.00 m，赋存稳定。 2）本井田无断层，煤层平均倾角 2。 3）矿区内河流稀少，只有一条光府河，一条杨家河，它们均系人工季 节性河流。汛期最高洪水位标高为+38.0 m，枯水期河水减少甚至断流。 中国矿业大学 2007 届本科生毕业设计 第 24 页 综上所述：确定井筒位置位于孙氏店支2断层以东，此处地势平坦，煤 层埋藏较浅。具体是在 X7-4 钻孔和 55 #钻孔所确定的范围内。此处也大致是 井田走向的中央。 3 井筒数目 为了满足井下煤炭的提升需设置一主井，辅助提升及进风设置一副井。 因为用主井回风存在主井漏风严重的问题，因此设置回风井。由于第一水平 采用中央并列式通风，故前期在工业广场中心设置回风井一个，后期采用中 央边界式通风，在第二水平边界再设置一个风井。共计 4 个井筒。 工业广场的位置则根据井筒位置的要求， 布置在 X7-4 钻孔和 55#钻孔之 间。其形状为一矩形，长度方向和煤层的走向方向平行，宽度方向和煤层倾 向方向平行。长度为 300 m，宽度 280 m。其大小确定的依据前面第二章已 经详细的讲述，在此不作赘述。 1 开采水平划分依据及原则 开采水平的划分将影响矿井建设时期的技术经济指标，影响建井初期工 程量，影响基建投资。所以，开采水平的划分要合理。其所遵循的原则如下： 1）具有合理的阶段斜长 合理的阶段斜长要便于煤炭的运输，便于辅助提升，方便行人。同时还 要考虑要有合理的区段数目。 2）要有利于采区的正常接替 为保证矿井均衡生产， 一个采区开始减产， 另一个新的采区应投入生产， 必须提前准备好一个新采区。所以，一个采区的服务年限应大于一个采区的 开拓准备时间。由此可见，阶段斜长越长，采区储量多，采区的服务年限就 越长，越有利于采区的接替。 3）经济上有利的水平垂高 我国多年的生产建设实际表明，开采水平垂高过小，将造成严重的采掘 失调。合理的加大开采水平垂高，可以增加水平储量和服务年限，有利于集 中生产，提高开采水平的生产能力，减少开采水平和同时生产的水平数目。 故在运输、通风、排水、巷道维护等技术条件能够达到的情况下，可以适当 加大水平垂高，减少水平数目。根据我国开采经验，不同类型矿井的水平垂 高见表 4-2 中