采矿工程毕业设计-鹤煤六矿1.8Mta新井设计.doc

中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概况 1.1.1 地理位置与交通地理位置与交通 本矿区位于鹤壁市东，与市区紧邻，南与八矿相接，西北与五矿、三矿相邻，隶属 鹤壁市鹿楼和石林乡。东经为 11410371141328，北纬 355249355823。 煤矿东距京广铁路 17Km，北距安阳李珍铁路 20Km，鹤壁汤阴铁路与京广铁路 相接，鹤壁至安阳、汤阴均有公路相通，交通便利（图 1-1）。 图图 1-1 六矿交通位置图六矿交通位置图 1.1.2地形地貌及水系地形地貌及水系 鹤壁六矿总体属低缓丘陵地貌，地势总体西北部高，东南部低，最高标高 227.7m（李古道北） ，最低标高127.3（6873 号钻孔） ，相对高差 100.4m。矿井中 部分布着起伏较大的低缓丘陵与岗垄，丘陵顶部可见新近系粘土或砾岩层，矿井中南部 发育第四系冲沟坳地和平坦地带，矿井西南外围为鹤壁市区。 煤矿西部大湖村汪流涧一线有三处面积不大的地表水体，其中两处为小坑塘，另一 处为汪流涧水库，面积仅为 0.04Km2。本区深部边界外约 2Km2的温家沟水库面积约 0.1Km2，最大库容 104 万 m3，主要用于拦洪灌溉。 1.1.3气象气象 本矿区属北暖温带大陆性干旱型季风气候，夏热冬冷，四季分明。据鹤壁市气象站 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 2 页 观测资料统计：全年气温以六、七月间为最高，气温极高值达 42.3C（1967 年 6 月 4 日） ， 一月份最低，气温极低值为15.5（1967 年 1 月 15 日） ，年平均气温为 14.5。年平 均绝对湿度为 11.63 毫巴，年平均相对湿度为 60.43%。历年降水量最高为 1394.1mm(1963 年)，最低为 266.6mm(1965 年)，平均为 649.55mm。每年六八月间为降水量最多时期。 年蒸发量 1637.42016.6mm, 平均为 1811.25mm。每年八月至来年二月多刮北风，最大风 速 23m/s，每年三月至七月多刮南风，最大风速 14 m/s。 1.1.4地震地震 根据华北地区地震目录记载，近 600 年来，波及本区烈度达级以上的地震有 20 余 次 表表 1-1 本区烈度达本区烈度达级以上的地震情况一览表级以上的地震情况一览表 发震时间震中位置震中强度 本区 烈度 年月日地 点纬 度经 度震 级烈 度 1303917山西平遥考义36.3111.78 1314105河北涉县武安36.6113.86.25 15021017山东濮县35.7115.36.5 1556123陕西华县34.5109.78 1587410河南修武35.3113.56 16141023山西平遥、榆社37.2112.56 16681025山东莒县、郯城35.3118.68.5 1695518山西临汾、襄陵36.0111.58 181424河南汤阴、浚县35.8114.45.25 1830612河北磁县36.4114.27.5 1900河南安阳、林县36.1114.34.755 1917河南滑县、淇县35.6114.35 19201216甘肃海沅36.5105.78.5 193781山东菏泽35.2115.37 1947河南安阳、鹤壁36.1114.34.25 1954河南林县 196638河北隆尧37.3114.96.8 1966322河北宁晋东汪37.5115.07.2 1967326河南辉县 1983117山东东明、菏泽35.3115.35.9 根据国家质量技术监督局发布“中华人民共和国国家标准 GB183062001中国地震 动参数区划图 ”核实区内地震动峰值加速度为 0.20g，本区对应的基本烈度为度，其地 震设防应为，如图 1-2 所示，表 1-2 为地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 3 页 图图 1-2 中国地震动峰值加速度区划图中国地震动峰值加速度区划图 表表 1-2 地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表地震动峰值加速度分区与地震基本烈度对照表 地震动峰值加速度分区0.05g0.05 g0.1 g0.15 g0.2 g0.3 g0.4 g 地震基本烈度值 1.1.5 区域经济概况区域经济概况 鹤壁市位于河南省北部，设置于1957年，面积2182km2，人口130.9万，劳动力资源丰 富；辖3区2县，25个乡镇，10个街道办事处。主要粮食作物有小麦、玉米、大豆、高粱、 谷子和红薯，主要经济作物有棉花、花生、油菜和蔬菜等，是河南省畜牧业的生产基地。 鹤壁市拥有煤炭电力、机械电子、冶金建材、化工医药、轻纺、食品、陶瓷等门类较为 齐全的工业体系；矿产资源有30种，煤炭资源丰富，还有水泥灰岩、白云岩、玄武岩、 大理石、重晶石等；拥有火力发电装机容量44.8万千瓦，发电量31.4亿千瓦时。市区有自 来水厂2座，日供水能力13.1万m3；设有煤气供应站4座，日供应能力4万m3。 1.2 井田地质特征 1.2.1地层地层 本矿位于安鹤煤田的南部，根据河南省综合地理地层区划，安鹤煤田东西横跨华北 地层区山西分区的太行山小区和华北平原分区的豫北小区。据区域地层出露及钻孔揭露， 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 4 页 区域内发育地层由老至新有：太古界元古界的前震旦系；下古生界寒武系、奥陶系， 上古生界石炭系、二叠系；中生界三叠系以及新生界新近系、第四系。太古界与元古界 多出露于煤田南部的淇县境内，寒武系与奥陶系主要出露于煤田西及西南部山区，石 炭二叠系含煤地层在煤田均有赋存，三叠系仅隐伏于煤田深部，新生界广泛覆盖于上 述各地层之上，见表 2-1。 1.奥陶系中统峰峰组（O2f） 本组为含煤地层沉积基底，由灰色青灰色厚层巨厚层状石灰岩组成，结构致密， 含燧石，具溶蚀现象，缝合线发育，裂隙内充填方解石脉。厚度大于 100m。 2.石炭系（C） (1) 本溪组（C2b） 为灰色深灰色泥岩、沙质泥岩、铝质泥岩，含鲕粒及黄铁矿结核。间夹粉砂岩、细 粒砂岩和不稳定一 0 煤层。本组厚 26.3558.25m，平均厚 33.16m。与下伏奥陶系呈平行 不整合接触。 (2) 太原组（C3t） 主要由石灰岩、深灰色泥岩、沙质泥岩、粉砂岩和薄煤层等组成，局部夹有细粒砂 岩和炭质泥岩。本组厚 93.51135.67m，平均厚 121.83m。与下伏本溪组整合接触。根据其 岩性组合，本组可分为下部石灰岩段，中部砂泥岩段和上部石灰岩段。 上段由深灰灰色、黑灰色泥岩、沙质泥岩石灰岩及一8、一9煤层组成，局部夹细 粒砂岩和粉砂岩。共含石灰岩 3 层（L7、L8、L9） ，石灰岩中含大量蜓科动物化石，具黄 铁矿结核及燧石团块。其中 L8 石灰岩厚度大，层位稳定，为全区标志层之一。该段厚 35.1849.20m，平均厚 42.34m。 中部由深灰色黑灰色泥岩、沙质泥岩、薄层状粉砂中粒砂岩、石灰岩、煤层等组 成。含不稳定石灰岩三层（L62、L61、L5、 ）和六层不稳定煤（一72、一71、一62、一61、 一52、一51煤） 。该段厚 30.21m，平均厚 43.69m。 下段由深灰色黑灰色泥岩、沙质泥岩、中厚层状石灰岩、煤层等组成。夹薄层粉 砂岩和细粒砂岩。含石灰岩四层（L4、L3、L2、L1） ，石灰岩中含蜓科及蜿足类动物化石 及燧石团块，其中 L 石灰岩厚度大，层位稳定，为全区标志层之一。含煤 37 层，其中一 11 煤层厚 02.00m，平均厚 1.35m，属大部可采煤层，一22煤层厚 01.07m，平均厚 0.72m，属局部可采煤层，其余煤层均不可采。该段厚 28.1240.36m,平均厚 35.80m。 3.二叠系（P） (1) 山西组（P1sh） 上部为灰深灰色泥岩、沙质泥岩和鲕状铝质泥岩，含植物化石碎片夹砂岩薄层； 中部为深灰灰黑色泥岩，沙质泥岩、煤层及中细粒砂岩组成；下部为深灰色泥岩、 沙质泥岩、粉砂岩和中细粒砂岩和煤层组成。本组发育煤层有二3、二2、二1和二0煤层， 其中二1煤层为全区普遍可采的厚煤层。本组厚 76.38146.66m，平均 112.10m。与下伏 太原组呈整合接触。 (2) 下石盒子组（P1x） 本组地层由灰、浅灰、灰绿色泥岩、沙质泥岩为主，局部具紫斑，产植物化石碎片。 中夹灰、灰绿灰白色中粗粒石英砂岩。本组厚 208.19342.56m，平均 269.49m。 第一岩性段：为灰紫、灰绿、灰色泥岩、沙质泥岩，局部含铝质较高，具紫斑及鲕 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 5 页 粒，产少量植物化石碎片。中部夹灰绿灰白色中粗粒石英砂岩，具斜层理。平均厚 94.06m。 第二岩性段：为灰绿灰白色中粒石英砂岩，成分主要为石英、次为少量硅质岩屑， 分选中等，呈次棱角状，含泥岩包裹体，具波状层理，硅泥质胶结。底部含细砾。平均 厚 10.50m。 第三岩性段：为灰、紫灰、灰绿色泥岩及沙质泥岩，含铝质，具紫斑及鲕粒，产少 量植物化石碎片。中部夹灰绿灰白色中细粒石英砂岩，底部含砾石，具斜层理。平均 厚 73.01m。 第四岩性段：为浅灰青灰色中细粒石英砂岩，含少量岩屑及长石，分选中等，次 棱角状，具斜层理。含泥岩包裹体，孔隙式硅泥质胶结。层面含炭质。平均厚 6.50m。 第五岩性段：为灰色、青灰色、泥岩及沙质泥岩，含铝质，具紫斑及菱铁质鲕粒， 产少量植物化石碎片。中夹 23 层青灰色、灰绿色中细粒长石石英砂岩，具斜层理。平 均厚 71.52m。 第六岩性段：为浅灰色铝土质泥岩，致密块状，呈蜡状色泽，局部具紫斑，中下部 夹菱铁质鲕粒及豆状结核。具镜检资料，有凝灰岩和火山碎屑岩岩屑，俗称 A 层铝土。 平均厚 4.81m。 第七岩性段：为浅灰灰色泥岩，局部为深灰色，含铝质，盛产植物化石碎片。层 面含炭质，夹薄层细粒长石石英砂岩。平均厚 4.49m。 第八岩性段：为绿灰浅灰色，中细粒石英砂岩，含少量燧石和深灰色泥岩包裹体， 上部为粉砂岩，底部为砾岩，具冲涮面，硅泥质胶结，呈交错层理。称砂锅窑砂岩，是 与下伏山西组分界之砾岩。平均厚 4.60m。 (3)上石盒子组（P2s） 岩性主要为灰、灰绿色，局部夹灰紫色泥岩、沙质泥岩，灰色中粒砂岩。底部田家 沟砂岩为灰绿灰白色中厚层状中粒石英砂岩，底部含砾岩，砾径 23mm，具泥岩包裹体 及交错层理，分选性差，硅质交接。视电阻率曲线呈高祖反映，为一良好分界标志层。 该组平均厚 268.71m，与下伏石盒子组整合接触。 (4)石千峰组（P2sh） 本组平均厚 338.56m。与下伏上石盒子组整合接触。根据岩性沉积特征分为四段，自 上而下为： 一段：为灰绿、浅灰灰白色、中细粒长石岩屑砂岩和中细粒长石岩屑杂砂岩，由 23 个分层组成，成分主要为石英、次为肉红色长石和暗色岩屑，分选较差，次棱角状， 接触式钙泥质胶结。底部颗粒较粗，含石英砾岩，局部为砾岩。含泥质包裹体。间杂暗 紫色、灰绿色泥岩、沙质泥岩。该组砂岩厚 84.16m，为一良好标志层，俗称平顶山砂岩。 二段：为紫红、灰绿、暗紫色泥岩及沙质泥岩，含钙质及少量铝土质，局部夹薄层 细粒砂岩。 三段：为紫红紫灰色中细粒石英砂岩，含少量白云母片，硅泥质胶结。具交错层 理，分选性好、含泥岩包裹体及砾石，砾径为 310mm。间夹紫红、灰绿色泥岩及沙质 泥岩。 四段：为紫红色细粒砂岩、粉砂岩，主要成分为石英、次为长石和暗色岩屑，含泥 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 6 页 质包裹体，具波状层理，钙泥质胶结。间夹薄层砂质泥岩。本段中下部有数层同生砾岩， 砾径 210mm。 4. 新第三系上统鹤壁组（N2h1） 上部为褐黄、棕黄、浅棕色粘土，下部为粘土夹砾石，局部夹薄层砾石层。本系厚 75260m，平均 155.00m。与下伏基岩呈角度不整合接触。 5 第四系（Q） 区内为第四系广泛覆盖，岩性主要为褐黄色黄土，下部为砾石层。本系厚 2.5034.00m，平均 16m。与下伏第三层呈角度不整合接触。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 7 页 下 系 2s 268.71 组 子 盒 石 244.59306.91 子 盒 石 下 组 1xP 208.19342.56 灰色青灰色厚层巨厚层状石灰岩组 岩溶较发育。此层灰岩稳定， C P 组 统 系 陶 奥 系 炭 石 P 界 CC -80m 统 西 山 269.49 组 粉、细粒砂岩。 铝质泥岩，含鲕粒及黄铁矿结核。间夹 浅灰色、灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩、 组成。 段 下 42.34 3 1 峰 峰 3tC 组 原 太 中 统 上 P1sh 上 段 段 中 43.69 35.80 33.16 统 中 组 溪 本 C2b2 112.10 76.38146.66 30.2146.11 3t 1 C C23t 3t 3 C 35.1849.20 26.3558.25 28.1240.36 层状粉砂中粒砂岩、石灰岩、煤层等 具岩溶裂隙，但不很发育。 由深灰色黑灰色泥岩、砂质泥岩、薄 地层综合柱状图 岩 性 描 述 石层中的孔隙潜水。 中的裂隙承压水和第四系砾 本含水组包括新第三系砾岩 第三、四系含水组： 水文地质特征 2N 二 P 段 三 段 四 峰 千 石 组 上 统 二 N 系 古 zK 界 N12h 3 2sh 155.00 P42sh95.18 P 段 2sh 255.7699.99 69.66 44.70135.69 89.56 壁 鹤 新 上 三 第 生 新 地层系统 第 四 系 Q 界系统组段 16.00 2.5034.00 平均厚度 最小最大 地层厚度(m) 柱 状 75.1260.58 84.16 P 段 一 上 组 2sh2sh 1 P 77.9888.26 缝合线发育，裂隙内充填方解石脉。 成，结构致密，含燧石，具溶蚀现象， 要含水层。 岩溶发育，此层灰岩稳定，为 O zPO2fO2100.00 岩性主要为褐黄色黄土，下 部为砾石层。 上部为褐黄、棕黄、浅棕色 粘土，下部为粘土夹砾石， 局部夹薄层砾石层。 紫红色细粒砂岩、粉砂岩 ，间夹薄层沙顶泥岩。本 段中下部有数层同生砾岩 ，砾径2、10mm 紫红、紫灰色中细粒石英砂 岩，含泥岩包裹体及砾石， 砾径3、10mm。间夹紫红色 、灰绿色泥岩及沙质泥岩。 紫红、灰绿、暗紫色泥岩及 沙质泥岩，局部夹薄层细粒 砂岩。 、 、 、 灰、 、 、 、 灰白色中厚层状中粒石英砂 岩，俗称田家沟砂岩。 为灰色、青灰色、泥岩及沙 质泥岩，含铝质，具紫斑及 菱铁质鲕粒，产少量植物化 石碎片。中夹青灰色、灰绿 色中细粒长石石英砂岩。底 部为灰绿、 、 、 、3、2、1、0、 、1、 、 、 主 为主。 由深灰、灰色、黑灰色泥岩、沙质泥岩和 石灰及一9、一8煤层组成，局部夹杂细粒砂 岩和粉砂岩。其灰岩厚度大，层位稳定。 图图 1-3 地层综合柱状图地层综合柱状图 1.2.2构造构造 1. 区域构造 鹤壁煤田位于华北古板块南缘，太行构造区西部太行断隆带，构造形迹以断裂为主， 伴有发育烈度不同的褶皱，并有岩浆岩侵入煤层及喷出岩。总的构造形态为走向 NNE、 倾向 SE、倾角 540的单斜构造。区域构造线展布方向以 NE、NNE 向为主发，近 SE 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 8 页 向断层次之，煤田南部发育 EW 向构造，构造线多呈雁行式、地垒、地堑构造相间出现。 2. 井田构造 鹤壁六矿位于鹤壁煤田东部太行断隆的东缘，总体构造形态为地层走向近 SN，倾向 E，倾角 038 ，一般为 20左右的单斜构造。主要构造形迹为轴向近 EW、向 E 倾伏的 一系列宽缓背、向斜与煤矿中部近 SN、NE 向德小型背、向斜相复合和 NE、NNE 向正 断层。 (1)褶曲 经采掘揭漏和钻孔控制的褶曲有9条，向斜5条背斜4条。有张庄向斜、682-11背斜、 71-1482-4向斜、71-15向斜、74-7背斜、44-3向斜、76-21背斜、75-7向斜、75-8背斜。 (2)断裂 本区主要影响断层有 F1断层，主要参数见下表 1-2。 表表 1-3 主要地质构造特征主要地质构造特征 序号名称断层面走向倾角（）落差（m） 1F1SW-NE6050 1.2.3 水文地质条件水文地质条件 根据以往区域水文地质研究，本矿所处区域水文地质单元西界北起铜冶，向南经天 喜镇、鹤壁集、许家沟一线为界，为一仅南北向延伸的中奥陶统 与中石炭统的岩层接触 带。东部以青羊口断裂为界，南端在新村一带与西部边界相交，该边界在深部起阻水作 用。该单元北界尚未查明。本单元主要由石炭系、二叠系与新第三系碎屑岩组成，含水 组岩性主要为灰岩、砂岩和砾岩，相对隔水岩为泥岩、沙质泥岩等，是一个以裂隙岩溶 水和裂隙水为主的多层含水结构。下伏中奥陶统裂隙岩溶含水组水量丰富，水压力高。 单元内断裂发育，岩层走向近南北，向东缓倾斜。本单元与西部水文地质单元的小南 海天喜镇泉域、许家沟泉域两个二级水文地质单元由水力联系。本矿位于该水文地质 单元的中部。 1 .地表水 区内地势西高东低，为丘陵地貌，地表被第四系黄土和第三系粘土及砾石层覆盖。 流经井田的河流有陈家湾河和寺湾河，发源于距井田34km的西部山区，流向由西向东 注入卫河的支流汤河。两河流域均属季节性河流，旱季河床干枯，雨季陈家湾河最大洪 水流量702.4m.3/s，洪水位标高+134.3m，寺湾河最大洪水流量322.5m3./s，洪水位标高 +137.6m，井田内河床基底为5080m第三系粘土，阻水性能极佳，使得地表水与基岩地 下水不发生水力联系，对矿床开发无影响。 2 .含水层 根据以往勘探资料（岩性、结构、富水性、赋存特征等）及二煤层开采已来的生产 实践，将矿井范围内含水层划分成五个，分述如下： (1)中奥陶统灰岩含水层 O2f灰岩含水层位于二1煤层下102.39183.50m，矿区西部山区广泛出露，补给条件好。 区内有20个钻孔揭露该层，揭露最大厚度123.4m（76水源孔），据区域资料：O2f灰岩含 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 9 页 水层厚度397.97m。岩溶发育的大致规律是：0100m以裂隙为主，有少量溶洞，洞内充 填有铝土质砂岩；100200m，裂隙和溶洞都不发育；200300m，岩洞发育，以溶洞为 主。该层厚度大，补给充足，富水性强，水头高，是二1煤层底板威胁最大的间接充水水 源。据76水源孔抽水实验资料：q=0.541L/s.m，水质类型为HCO3Ca型水。马庄小煤窑 1981年5月16日突水后稳定水位标高115m。因建设矿奥灰突水后长期向六矿透水，76号水 源孔长期排水，以两点为中心可能形成降水漏斗，但因没有水位观测资料，难以描述漏 斗的形态、大小和展布情况。 (2)太原组下段L2灰岩含水层 C3L2灰岩含水层位于二1煤层下83.9135.32m，厚度一般58.5m，是二1煤层底板间接 充水含水层。该层厚度小，补给条件一般，岩溶裂隙发育中等，富水性中等，含岩溶裂 隙承压水。据大35孔抽水试验资料：原始水位标高 112.86m，q=0.0146L/s.m，K=0.0978m/d，水质类型为HCO3Ca型水。 (3)太原组上段L8灰岩含水层 C3L8灰岩含水层位于二1煤层下，一般间距2035m，因断层影响，间距最小值出现 在76-4（8.25m）、76补4（5.38m）两个孤立点位，C3L8灰岩厚度一般3.55.5m，属二1煤 层底板直接充水含水层。由于其厚度小，补给条件差，以静储量为主，本区揭露该层的 钻孔，无一孔发生漏水，裂隙不发育，富水性较弱，含岩溶裂隙承压水。据大46孔抽水 试验资料：原始水位标高114.37m，K=0.137m/d,q=0.0123L/s.m，水质类型以HCO3CaMg 型水为主。 (4)二1煤层上60m砂岩含水层 该层由二1煤层上60m范围内的中、粗粒砂岩组成，其中以S10为主，厚度 1.528.6m，一般厚度8.4m，是二1煤层顶板直接充水含水层。其补给条件差富水性很弱， 一般与其它含水层无水力联系，裁决揭露时均为滴水或淋水，并很快自行干枯，因此对 开采无影响。据大35孔资料，原始水位标高104.12m。 (5)第三、四系含水层 包括第三系砾岩中裂隙水和第四系沙砾卵石层中的孔隙潜水。以接受大气降水补给 为主，水量丰富，动态随季节变化。No浅22孔抽水试验资料：原始水位标高 128.08m，K=2.72m/d，q=0.18L/s.m，水质类型以HCO3CaMg型水为主。 3 .隔水层 第三系底部粘土岩隔水层，分布广，厚度均匀，能有效阻隔第三系李岩中裂隙水和 第四系沙砾卵石层中的孔隙潜水向下渗透。 C3L8灰岩含水层与二1煤层一般间距2035m，由砂岩和砂质泥岩、泥岩组成，砂岩 含水性差，砂质泥岩和泥岩隔水性良好，正常情况下，可以起到隔水作用。 C3t中段沙泥岩互层，隔水性良好，正常情况下，可以起到阻隔太灰上、下段两水层 的水力联系作用。 C2b铝土质泥岩厚度一般10m以上，泥质成分高，隔水性良好，正常情况下能有阻隔 O2f灰岩水向矿井充水。 4 .含水层的水力联系及断层导水性 (1)含水层间的水力联系 各含水层间因具有相对稳定的隔水层，越流补给量小。从历年来已开采区的出水点 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 10 页 资料看，二1煤层顶、底板砂岩和灰岩含水层出水点，出水持续时间都不太长，并自行疏 干。由此说明在无断层影响下，区内C3L8、C3L2和O2f间屋水力联系。 (2)断层导水性评价 F40、F44断层带使奥灰与二1煤层及C3L8灰岩对接，马庄及建设两小矿在此带附近发生 奥灰突水淹井并向本矿区透水，足以说明此带导水、富水性极佳，也是本区地下水的主 要补给通道。在F618附近的10-1孔C3L8漏水，且形成局部一级高温区，说明该断层具有一 定导水性，深部高温水沿此带向上顶托排泄。根据生产实践所揭示，区内NNE、NE方向 断层导水性好，当断层落差较大沟通C3L2和O2f灰岩时，将形成富水带，给开采带来威胁。 勘探阶段所进行的断层抽水试验揭示的断层导水性、富水性差，属天然状态下情况。而 在生产条件下，因开采而导致原始平衡被打破，在形成新的平衡过程中，某些断层可能 会由不导水转变为导水。 经综合分析预计矿井的正常涌水量为140m3/h，最大涌水量为230m3/h。 1.3 煤层特征煤层特征 1.3.1 煤层煤层 本区含煤地层包括石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子 组和上统上石盒子组，其中山西组二煤组和太原组一煤组为本区主要含煤地层。含煤地 层总厚805.29m，含煤22层，总厚10.71m，含煤系数1.33%。可采煤层厚8.83m，可采含煤 系数1.1%。详见表1-4： 表表1-4 含煤地层含煤特征表含煤地层含煤特征表 含煤地层 煤层厚度 (m) 含煤地层厚度 (m) 含煤系数 (%) 备注 上石盒子组0268.710 下石盒子组0269.490 山西组7.62112.16.8含煤4层,其中二1煤全区可采 太原组3.07121.832.52含煤17层,均不可采 本溪组0.0233.160.06含一0煤层不可采 合计10.71805.291.33共含煤22层 1.3.2 煤层顶底板煤层顶底板 本区可采煤层主要为山西组二1煤层。其特征详见表1-5。 表表1-5 可采煤层及顶底板岩层特征表可采煤层及顶底板岩层特征表 煤厚(m)围岩性质 序号名称 最小最大 平 均 倾角 顶板底板 煤 牌 号 硬 度 容重 煤层结 构及稳 定性 1二14.7213.517.511 黑色泥岩 或砂质泥 岩 泥岩或 砂质泥 岩 贫 瘦 煤 31.38 条带状 稳定 二1煤层位于二叠系下统山西组的下部，层位稳定，其顶板为黑色泥岩或砂质泥岩， 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 11 页 老顶为细中粒砂岩（俗称大占砂岩），为本区良好标志层；煤层底板为泥岩或砂质泥 岩，老底为灰色细中粒长石石英砂岩。 1.3.3 煤质及工业用途煤质及工业用途 1 . 物理性质 二1煤：黑色，条痕为褐色或黑灰色，强玻璃金刚光泽。以粉状、碎块状煤为主，夹 少量块状煤。视密度1.38t/m3，真密度1.48t/m3，孔隙率6.8%。 2 .煤岩特征 二1煤：宏观煤岩类型以半亮型及半暗型次之。据镜下鉴定，二1煤层有机组分含量平 均为90.4%，其中镜质组、半镜质组为80.6%，占有机组分的89.2%，并以镜质组为主，镜 质组多呈均匀无结构镜质体，偶见木镜质体，呈微透镜状，有时分布有矿物及丝炭碎片， 胞腔结构明显而完整。半镜质组结构呈不均匀状，偶显团粒状，并有较强的反射力。半 丝质组和丝质组为9.8%，占有机组分的10.8%。具有明显的木质结构，胞腔中常充填有粘 土矿物及少量微粒状硫铁矿，方解石、石英颗粒偶尔见及，镜质组平均最大反射率（R max）为1.612.21%，平均1.86%。无机组分含量为9.6%，并以粘土类为主，占无机组分 85.4%，其次为碳酸盐和氧化物，硫化物和其它含量甚微。 3 .工业用途 二1煤层为低灰、特低硫、低磷，低挥发分、较高软化温度灰和高流动温度灰、特高 热值贫瘦煤；主要用途可作为动力用煤、民用燃料、炼焦配煤。 1.3.4 瓦斯瓦斯 对本矿进行过详查地质勘查，二1煤层采样深度279.7996.8m，瓦斯成分均在85%以 上，属沼气带无疑。瓦斯甲烷含量10.6427.66mL/g，平均17.76 mL/g。见表1.3-3。二1煤 层瓦斯具有如下特征：煤层厚度大且稳定，煤化程度较高，镜质组+半镜质组含量达77.48%， 镜质组大反射率1.98%，属贫瘦煤，这是生成大量甲烷气体的物质基础，煤层埋藏深，其 围岩多数低透气性岩层，成为煤层瓦斯的封闭条件。 表表1-6 钻孔二钻孔二1煤层瓦斯分析结果表煤层瓦斯分析结果表 瓦斯成份 (%) 瓦斯含量 (mL/g)钻孔号 止煤深 度 (m)CO2N2CH4CO2N2CH4 O2 (%) Aad (%) 样重 (g) 686-1603.65.811.7092.490.690.2111.090.938.22357 686-7568.61.761.5696.680.190.1710.640.447.56371 686-11666.03.212.3594.440.260.197.450.7714.30308 686-16651.42.753.1794.080.430.4914.580.9011.24316 2-1907.31.451.8496.710.230.3015.430.6514.92440 2-27496.35.510.5793.921.180.1219.920.2915.43375 4-2787.62.351.0996.560.280.1311.660.4529.13385 6-2860.22.834.4392.740.711.1123.170.2512.73340 10-1628.13.093.3993.520.440.4813.220.3622.51313 16-3762.51.645.3593.010.431.4124.550.4539.40277 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 12 页 18-5279.74.376.8188.821.001.5520.231.5015.01272 18-6996.82.650.6096.750.760.1627.660.497.29283 9-1709.82.691.2596.060.410.1914.570.6614.39446 此外，详查阶段对煤与瓦斯突出危险性亦做了一些测试工作。经测定二1煤瓦斯放散 初速度1636，煤的坚固性系数0.300.47，煤与瓦斯突出危险性指标K值为3656，大 于突出的临界值15，二1煤应属具煤与瓦斯突出危险煤层。 河南省鹤壁煤田三、五、六矿深部勘探区详查地质报告审批决议书【河南煤炭工业 局88豫煤基字第380号】，同意六矿深部为煤与瓦斯突出危险的矿井。 1.3.5 煤尘煤尘 在详查地质勘查中对二1煤的煤尘爆炸危险性进行测定，测定结果：二1煤有煤尘爆 炸危险性，见表1-7。 表表1-7 煤尘爆炸性鉴定结果表煤尘爆炸性鉴定结果表 工业分析(%)爆炸性试验 试样 编号 采样地点 MadAadVadVdaf 火焰长度 (mm) 最低岩粉量 (%) 爆炸性 结 论 2008-115-5 2115 下顺槽 0.6521.0622.2828.6610030 有煤尘爆 炸性 22-1-二1分122-1孔1.2216.1616.144570 有煤尘爆 炸性 22-1-二1分422-1孔1.1210.5815.075570 有煤尘爆 炸性 1.3.6 煤的自燃煤的自燃 在详查地质勘查中对二1煤的自燃发火进行测定，22-1孔3个煤分层的燃点温度：原样 分别为380、382、386；氧化样分别为377、381、384；还原样分别为385、 386、391；，属不易自燃。委托煤科总院抚顺分院瓦斯通风防火实验中心对二1煤进 行煤自燃发火的测试，自燃等级为，测定结果见表1-8。 表表1-8 煤的自燃倾向等级鉴定报告表煤的自燃倾向等级鉴定报告表 工业分析(%)试样 编号 采样地点 MadAadVdafSt,d 密度 （t/m3） 自燃 等级 2008-135 2115 下顺槽 0.708.8417.200.301.40 1.3.7 地温地温 本区仅在深部详查阶段进行过地温测试工作，区内无地温异常现象。本区恒温带深 度2530m，恒温带温度1718。地温梯度0.39/100m（41孔）2.67/100m（101 孔），平均地温梯度为1.12/100m。二1煤层底板温度为20.3833.39，91孔、101 孔二1煤层底板温度分别为31.9、33.39，在其附近形成面积约0.1km2的一级高温区， 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 13 页 其他地区二1煤层底板温度小于31属常温区。 深部91孔、101孔附近出现的一级高温区，其范围控制程度不高，原因尚不清楚， 可能受断层影响或受区域深层岩浆活动的影响，还有待于今后工作进一步查明。随着采 掘的逐步加深，岩溶裂隙不发育，至使深部地下水循环减慢，地下水对围岩的热对流和 扰动近于停止，因而深部地温梯度较高。随着矿井进一步向深部开拓，在今后的生产施 工中要进一步加强降温措施。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 14 页 2 井田境界和储量井田境界和储量 2.1 井田境界 本井田南起张庄向斜轴与八矿为界，西部以一矿为界，北部以北纬 355823边界 （井田平面图上显示为 79000 线）与三矿为界，东部至-800m 煤层底板等高线。 井田南北走向 6.8km，东西倾斜宽 2.7km，井田面积 17.6km2。 2.2 矿井储量 2.2.1 矿井工业储量矿井工业储量 根据地质勘探情况，将矿体划分为 A、B、C、D 四个块段，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 2-1。 图图 2-1 地质块段划分地质块段划分 由图计算各块段面积分别为： Sa=5.9（km）2； Sb=6.1（km）2； Sc=5.6（km）2； Zi= SiMiri/cos 式中：Zi各块段储量，万 t； Si各块段的面积，m2； Mi各块段内煤层的厚度，m； Ri各块段内煤的容重，均为 1.38t/m3； 各块段内煤层的平均倾角。 A 块段储量：Za =5.910000008.51.38/0.98=7061.94（万 t） B 块段储量：Zb =6.110000008.51.38/0.98=7301.33（万 t） C 块段储量：Zc =5.610000008.51.38/0.98=6605.17（万 t） 经计算：核实获得工业储量为 20968.44 万 t 2.2.2 矿井设计储量矿井设计储量 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 15 页 矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱和已有的地面建 筑物、构筑物需要留设的保护煤柱等永久性煤柱损失量后的储量；井田边境煤柱：井田 边境保护煤柱在井田边境留设 20m 的保护煤柱，西边的边界煤柱以 30m 留设，则其煤柱 损失量为：Q 边=662.87 万 t 井田及工业场地保护煤柱的计算： 按规范规定，年产 180 万 t/a 的大型矿井，工业场地占地面积指标为 1.2 公顷10 万 吨。 故可算得工业场地的总占地面积： S=1.218=21.6 公顷=216000 m2。 工业广场占地面积为 480450m2,平面形状为矩形。煤层地质条件为：煤层倾角 12，煤层在受保护范围内中央的埋深 H0=640m，地面标高 140m，煤层地板标高- 500m，松散层厚 50m，此处煤厚 8.5m。 查的本井田各参数如下： 45 55 73 其中：表土层移动角； 煤柱上山移动角； 走向方向移动角； 煤柱下山移动角； 煤层倾角； 用垂直剖面法留设工业广场保护煤柱如图 2-2 所示： 图图 2-2 工业广场保护煤柱工业广场保护煤柱 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 16 页 作图求出工业广场保护煤柱损失为 Q 工保=1198.54 万吨 断层的保护煤柱为： Q 断265.34 万 t 保护巷道煤柱与其它损失煤柱为 956.961 万 t 故矿井的设计开采储量 Q 可： Q 设Q 工Q 边Q 断=20968.44662.87265.3420040.23 万 t Q 可（Q 设1198.54956.961）*7513413.55 万 t 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 17 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 矿井设计规范第 2.2.3 条规定：“矿井设计生产能力按年工作日 330d，每日净提 升 16h”计算。每日两班作业，综采工作面可采用每日三班作业，每班工作八小时。 根据本矿井的实际情况，本矿采用“三八制”作业方式，这种制度适合本矿采掘作业的特点，有利 于保护工人的健康，提高工时利用率，提高设备和工作面的 利用率。搞好安全生产，稳定和提高采掘 队，因此，本矿设计生产实行“三八制”作业方式。 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 本矿井田精查补充勘探后获得的地质储量为 20040.23 万 t，而实际开采储量为 13413.55 万 t，因此，储量丰富，而且井田内煤层赋存稳定，地质构造，及水文地质条件 简单，开采技术条件较好，煤层生产能力大。 同时，鹤壁矿务局的各矿实际生产能力都在 150 万 t 以上，各矿均为机械化采煤，并 取得较好的技术经济效果，该局已积累了管理大型矿井的经验。另外考虑到矿井有增产 的可能，故本矿初步设定为 180 万 t/a。 矿井服务年限按下式计算： T= KA ZK 式中： T矿井设计服务年限，a； 矿井可采储量，Mt；ZK =13413.55Mt K Z A矿井设计年产量，Mt/a；A=1.8 Mt/a K储量备用系数，K=1.31.5。K=1.3 T=13413.55/(1.4*180)=57.3a 根据大型矿井的矿井设计服务年限为 50a 以上，而本矿的服务年限大于 50a，故符合 建立大型矿井。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 18 页 4 井田开拓 4. 1 概述 4.1.1 井田开拓的基本问题井田开拓的基本问题 井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓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，需要对技术可 行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需认真研究。 1.确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置； 2.合理确定开采水平的数目和位置； 3.布置大巷及井底车场； 4.确定矿井开采程序，做好开采水平的接替； 5.进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造； 6.合理确定矿井通风、运输及供电系统。 确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比 较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则： 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.必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。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状态。 5.要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采煤 机械化、综掘机械化、自动化创造条件。 6.根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综 合开采。 4.1.2 矿区的开拓方式概述及评价矿区的开拓方式概述及评价 矿区内现有生产矿井 9 对，分别为二矿，三矿，四矿，五矿，六矿，七矿，八矿， 九矿，和十矿。矿区内井田开拓方式多采用立井多水平上下山开拓，设置和不设置辅助 水平以及大巷布置方式的不同来划分，可分为水平之间立井联接，暗斜井联接，集中大 巷和分组集中大巷，水平之间设置辅助水平等四种类型。运输方式为皮带输送机。 4.1.3 影响矿井开拓的主要因素影响矿井开拓的主要因素 矿井开拓方式主要受煤层埋藏深度和煤层倾角的影响，表土层厚度，瓦斯涌出量水 文地质情况等地质因素，也影响井田开拓方式的选取。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计(论文) 第 19 页 本矿井埋藏深度 360930m，煤层倾角平均为 11局部为 921，为缓倾斜煤层。 表土层厚度为 130180m，瓦斯相对涌出量一般在 20 m3/t 左右，绝对瓦斯涌出量一般在 40 m3/min 左右，并有瓦斯突出危险，属于高瓦斯突出矿井。矿井正常的涌水量一般，为 140m3/h。 4. 2 井田开拓 4.2.1 对井田开拓中若干问题分析对井田开拓中若干问题分析 1 .井田内划分及开采水平数目 本井田走向 6.5km，倾向长约 2.4km,倾斜方向划分两个阶段，采用多水平上下山开采， 一水平标高为380m，二水平标高为680，沿走向划分若干采区。F1断层北面的区域与 主煤田隔开，专门考虑其采区划分。 2 .井筒形式：数目及位置 (1)井筒形式 本井田开采煤层为二1煤层，煤层赋存稳定，为缓倾斜煤层，地质构造简单。在技术 上，适合于立井或综合开拓，由于埋藏较深采用立井开拓。 (2)井筒的数目 采用立井开拓时，开凿一队提升井筒（即主井和副井）和一个风井。主井主要用来 提升煤炭，副井用作升降材料，人员，矸石和进风，排水。 (3)井筒位置的选择 本井田的走向效长，倾向较短，煤层赋存稳定，所以井筒开凿在井田中央有利于运 输通风。 3 .运输大巷和总回风巷的布置与煤层间的联系 (1) 运输大巷的布置与煤层间的联系 由于本矿井只采二1煤，主要运输大巷在煤层底板岩石中，运输大巷距煤层 20m ,采 用进风行人巷与运输斜巷相连，而采用运料回风斜巷与回风斜巷相连。 (2) 总回风巷的布置及其与煤层的联系 本井田采用综采放顶煤法开采，井田划分为各个采区，各采区回风巷直接与总回风 巷相连，总回风巷布置在井田西部边界。 4.2.2 方案的提出方案的提出 1.开拓方案 1:立井两水平上下山开拓 由于本井田煤层为近水平煤层，煤层赋存稳定，采用立井开拓，不受自然条件的限 制，井筒短，提升速度快，提升能力大，有利于辅助提升。副井井深为 425m，用于运人， 材料，设备，矸石，兼作进风和排水。主井井深为 440m，用于提升煤炭。准备方式为采 区式。沿煤层的走向布置回风大巷；石门布置在煤层底板岩石中，与大巷相连。运输大 巷，条带运输巷皆采用皮