采矿工程毕业设计论文.doc

1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1 矿井地理位置、地形特点和交通条件概述1、地理位置平顶山煤田位于河南省中西南部，分布于平顶山宝丰、襄城县、叶县、郏县、鲁山县境内，平顶山煤田有平顶山矿区和韩梁矿区组成的。平顶山矿区东起沙河、汝河交汇地带附近，南至湛河北岸、西至红石山、北至汝河，东西走向长达38公里，南北宽约10-20公里，含煤面积550平方公里。韩梁矿区位于平顶山西部，位于宝丰、鲁山县境内，走向长约18公里，宽约4公里，含煤面积80平方公里。2、地形特点平顶山煤田属华北地层区豫西分区渑池确山小区，地处汝河以南，沙河之北的伏牛山余脉低山丘陵地带，地势西北高东南低。自西向东红石山、龙山庙、擂鼓山、落凫山、平顶山、马棚山、焦赞山绵延不断，山脉呈北西走向，组成分区的地表分水岭。海拔高度一般在400600米之间。3、交通条件矿区有专用铁路与国铁京广线、焦支线相连接，国铁京广线、焦支线分别通过矿区东部和西部，孟庙铁路线通过平顶山市与京广线、焦支线相连接；东距京广线孟庙火车站70km，西距焦支线宝丰火车站28km。矿区专用铁路线与孟宝线平顶山东站相接。公路以平顶山市为枢纽，有柏油公路通向附近各县市，东与四通八达的许南公路相连，交通便利。见图1-1-1平煤集团公司十矿位于河南省平顶山市区东部，程平路何庄北，西距平顶山市区中心约6km，南距平顶山东站5km。图 1-11.1.2 矿区气候条件根据平顶山历年的气象资料，本区属暖温带大陆性半干燥季风气候，四季分明，春多风干旱，夏炎热多雨，秋晴和日照足，冬寒冷少雪。年平均降雨量794.6mm，年最大降雨量为1323.6mm（1964），最小降雨量为373.9mm（1966），雨季一般集中在79月份。历年平均蒸发量为2269.2mm，年最大蒸发量2825mm，蒸发量大于降雨量。年平均气温为15，最高气温42.6（1968.7.18），最低气温-18.8（1955.1.30）。常年风向多为北西和北东，以北西风的风速最大，为24m/s；无霜期大致190-220天，最大积雪厚度为16cm，冻土最深22cm。1.1.3 矿区水文及地震情况1、水文情况本区属于淮河上游水系。矿区地表水系不发达，沙河、汝河流经矿区的南部和北部边缘，沙河距矿区最近3.2km，最大洪峰流量3300m3/s，旱季流量0.8m3/s；汝河流经煤系之上，最大流量3000m3/s，旱季流量0.28m3/s。湛河在煤田南部自西向东流过。湛河宽50m左右，流量0.087.8m3/S；沙河宽150250m，流量0.85120m3/S。河上游为白龟山水库。井田范围发育着冲沟和季节性小溪，多数沟宽1520m，平时为干沟。井田东南部地势平坦，泄水条件不好，易积水形成小面积内涝洼地。比较大的月台河发源于尹充村冲沟，从井田中部流过，属间歇性小河。该河受大气降水补给，冬季河床干涸断流，雨季呈涓涓细水，大雨时山洪暴发，经冲沟汇入河中，汛期历史最高洪水位可达92m，最大洪峰流量8000m3/h。2、地震基本烈度平顶山位于许昌淮南震带的南缘。据国家地震烈度区域划分的意见，本区为VI级地震列度区。根据历史记载，公元前519年到公元1942年的2461年间， 许昌地区共发生地震约84次，河南省有史以来的8次大地震中，7次对本区有较大破坏。1556年1月大地震时，临汝、宝丰、郏县等地的地震列度为6度。本地区地震频繁，说明新构造活动强烈。本设计地震列度暂按6度考虑。1.1.4 矿区水源、电源、通信及供应1、水源条件矿区距市区较近，矿区西南有白龟山水库，水源充足，可实现集中供水。再者地下水有寒武系灰岩含水层，太原组下段灰岩含水层，处理后均可作为矿井生产、生活用水。2、电源条件矿区电源主要来自平顶山市电业局所辖的贾庄、肖营和孙岭变电站的110Kv和35Kv系统以及平煤集团公司所辖的谢庄110Kv变电站、月台35Kv变电站、焦庄（平八矿西风井）35kv站，。矿井电源可取自月台35Kv变电站之6Kv母线。月台变电所现有两台主变，容量为21250KVA，电压等级为35/6Kv，正常情况下两台主变同时分列运行。月台站35Kv主送电源取自贾庄220kv站。备用电源可取自焦庄（平八矿西风井）35kv站，当主送线路故障时，备用电源可通过装置自动投入。3、通信矿区己形成自动通信网络，各矿与平煤集团公司以及对外联系十分方便。通信系统包括行政管理电话、生产调度电话和井下泄露移动通信工程。电话电缆选用HUYVA20型，电话机选用本安电话机HAK-1型。4、供应情况平顶山是我国新兴的煤炭工业基地之一，主要工业有炼焦、机械、化肥、电力、纺织等，农产有小麦、豆类、玉米、烟草、棉花等。劳动力资源较充足。本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥需由国家计划供应外，其它砖、石、砂等土产材料，均由当地供应，均能满足建设需要。1.2井田地质特征1.2.1 井田地形地势以及井田的勘探程度1、地形与地势十矿井田位于平顶山煤田东部，平顶山市东北部平顶山、马棚山之间的山口以南的开阔山前冲积平原上。井田的东南部为开阔的冲积洪积平原，西北部为砂岩组成的山岭，山脊平缓，山坡陡峭，约为30，向南逐步过渡到平原。地势是西北高，东南低。西北部有平顶山，北部为马棚山，山的相对标高为360m460m，平原一般+80+100m。井田最高峰马棚山海拔462.7m。2、井田的勘探程度本井田地质勘探工作始于1953年9月，先后由中南地质局401勘探队、河南省地质局、中南煤炭工业管理局煤田地质125勘探队、126勘探队、河南省地质局五队、平顶山矿务局地质处勘探队、煤炭部129勘探队等七个单位，在该井田内进行了地质勘探工作，共施工钻孔142个，钻探进尺80700.6米。401队于1955年提交了河南省宝、叶、襄郏煤田平顶山矿区地质勘探报告，1987年一二九队提交了河南省平顶山煤田一、四、六、十矿深部扩勘地质探报告，获得A+B+C级储量30748.7万吨，远景储量39200万吨。1.2.2 井田煤系地层概述（见图1-2-1地质综合柱状图） 依据地表出露与钻探揭露，十矿井田内地层层序自下而上为：寒武纪张夏组、固山组；石炭系太原组；二叠系山西组；第三、四系。明显的从海相沉积通过海陆交互相沉积，逐渐变为陆向沉积。 地层未受区域变质和岩浆活动影响。其中石炭系太原组、二叠系山西组、石盒子组为含煤地层，含煤地层总厚度近800m。地层由老到新为：1、寒武系上统崮山组（3g）本组地层为煤系沉积基底。岩性为灰深灰色厚层状白云质灰岩，具不明显的细鲵状结构。上界是本溪组铝土质泥岩底面，钻孔揭露厚度大于50m。2、石炭系上统太原组（C3t）井田缺失下石炭统，中上石炭统也发育不全。太原组下以 底部灰岩底面与本溪组分界，上以顶部灰岩顶面或己煤底板砂岩底面与山西组分界，呈整和接触。厚4780m，平均66.28m，由煤层、灰岩、砂质泥岩及砂岩组成。含庚组煤67层，多以灰岩为顶板，煤层较薄，层位稳定，基本不可采。3、二叠系下统山西组（P1s）上以砂锅窑砂岩底面与下石盒子组分界，山西组与下伏太原组地层连续沉积，整和接触，厚80119m，平均93.70m，为石炭二叠系含煤层段。由深灰到黑色粉砂岩和泥岩、砂质泥岩及细中粗石英砂岩和煤层等组成。戊组：厚约121160m，平均142.11m，戊8、戊9-10煤普遍沉积发育，为主要可采煤层。本段底界为砂锅窑砂岩，一般为15m左右。4、二叠系上统石盒子组 (P2x)下起田家沟砂岩底界，上至平顶山砂岩底界。该组厚246370m，平均352m左右，由浅灰色中、细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及薄煤组成。含煤属不可采之列。5、二叠系上统石千峰组（P2sh）本组在井田北部平顶山、马棚山一带出露于山脊，大面积遭受剥蚀，厚度360462m，其下部为灰白色，浅肉红色巨厚层不等粒长石石英砂岩即平顶山砂岩，厚120m左右；中部有紫红色砂岩夹紫红色泥岩120160m，上部为紫红色厚层状中粗粒砂岩具暗红色铁质斑点，厚120余m，无煤层沉积。图 1-26、第四系（Q）除北部山梁有基岩裸露外，第四系松散沉积物遍布井田，与下伏地层呈不整和接触。厚度0150余m，北薄南厚。由暗黄色、棕黄色粘土、砂质粘土、含砂质粘土及砾石组成。顶部为耕植土壤。1.2.3 井田地质构造及特征1、地质构造平顶山矿区突出的地质特征是为四周凹陷所拱托的隆起，西北为宝丰、郏县凹陷带，南为叶县、漯河凹陷带，东北为襄县、临颖凹陷。凹陷与隆起之间以高角度的正断层相隔，这些凹陷带一般都有厚度较大的新生界沉积。十矿井田位于平顶山煤田东段，主体构造为一枢纽向北西倾伏的宽缓向斜构造-李口向斜。十矿矿区的主体构造为一宽缓的复式向斜，即李口向斜，并伴生着一些一级的背斜和向斜。十矿位于李口向斜南翼，处于、二级构造郭庄背斜和牛庄向斜上。根据矿区实际开采情况和地质报告，本井田无陷落柱、剥蚀带及火成岩侵入情况。井田地质构造简单，褶曲、断层不发育。2、主要断层特征矿井田位于李口向斜南西翼中东段，主体构造为向北东倾斜的单斜。（1）褶曲：A、郭庄背斜：位于北翼进风井-郭庄一线，在地表不显现，轴向与牛庄向斜平行，但收敛与展开方向与牛庄向斜相反，即背斜西北端呈封闭收敛，东南展开；背斜北翼即李口向斜南翼，向西消失于一矿28勘探线附近，东延纵贯十二矿，延伸长度6km以上，该背斜轴北距李口向斜轴3.0km。走向300310，与李口向斜基本平行，两翼不对称，南西翼倾角58，北东翼倾角527，在-320m标高附近倾角最大，轴部稍缓。背斜南东端扬起，北西端倾伏，倾伏角46，脊斜轴稍有起伏，呈鼻状构造。丁、戊组煤层同产状，己组煤层波状起伏，在轴部常产生小褶皱。在背斜西北端被郭庄逆断层切断，断层与褶曲轴交角1020。由于背斜倾伏端和扬起端相对推移，背斜轴线产生了“S”型弯曲。 B、牛庄向斜：位于牛庄东工人镇一线，规模与郭庄背斜近似，两轴间距0.50.6Km，褶曲轴面平行，两翼对称，北东翼倾角58，南西翼倾角510。轴部宽缓，南东端仰起，北西端倾伏，倾伏角4，略显起伏，呈箕形构造。牛庄向斜北西段倾伏端在牛庄逆断层南西盘，断层走向与向斜轴交角1015。向斜南东扬起端向斜轴可能被F2逆断层切断，断褶交角1030。向斜倾伏端和扬起端相对推移，轴线产生“S”型弯曲。（2）断层 F2逆断层：位于井田东部牛庄向斜扬起端南侧，系钻孔所见的推断断层。断层走向270300，倾向北东，推断落差30m，所见长度1.5km左右，有分支断层。在断层前缘有与断层走向垂直的近南北向若干个小褶曲。断层向西，在相应部位有落差8m左右的正断层存在，这应是其伴生断层。1.2.3 矿井水文地质特征 1、井田含水层与隔水层及水质井田有灰岩岩溶裂隙含水层、砂岩裂隙含水层和松散岩类孔隙含水层。隔水层有泥岩、砂质泥岩、粘土岩和松散岩类粘土。A、寒武系中上统灰岩岩溶裂隙含水层与隔水层 寒武系中上统灰岩岩溶裂隙含水层为煤系基底含水层，上统崮山组白云质灰岩，平均厚68m，溶洞裂隙发育程度低，含水性较弱，单位涌水量0.00072.27L/s.m。渗透系数0.0009m/d，水质类型HCO3-CaNa、HCO3-CaMg，HCO3-Ca。中统张夏组鲕状灰岩，厚56124m，裂隙溶洞发育，含水性强，单位涌水量0.0027948L/s.m。寒武系下统馒头组和中统毛庄组巨厚的泥岩、泥灰岩、砂质泥岩为隔水层，阻隔了与下伏辛集组石英砂岩和震旦系石英岩含水层的水力联系。B、石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层组与隔水层本溪组、太原组平行不整合于寒武系崮山组灰岩古风化壳上，本溪组铝土质泥岩隔水层厚度小而不均，难于阻隔上下含水层水力联系。太原组灰岩七层，总厚41.Om，上部灰岩段含水层厚16.8m，上距已17煤层10m左右。钻孔单位涌水量0.005318.0081L/s.m，渗透系数0.016863.13m/d，区域资料表明岩溶发育标高一般在-180m以上，局部在-440m深处也有岩溶现象。L2灰岩含水丰富；L4灰岩含水层夹于中部砂泥岩隔水层中，厚度小且不稳定，多为透镜体，岩溶发育程度差，含水性差。中部砂泥岩段厚24m，阻隔上、下灰岩段的水力联系。下部灰岩段含水层包括两层灰岩，厚19.8m，单位涌水量0.00003512.842L/s.m，渗透系数0.00013829.761m/d。一矿、二矿、七矿、八矿井下钻孔揭露最大出水量达237.8m3/h。 目前井田范围内水位降至-159m以下。太原组灰岩水质为HC03-Ca，弱矿化度之淡水，PH值8.08.3，硬度1.3013.34德国度。C、戊组煤层顶板砂岩含水组与隔水层 从下石盒子组戊组顶板到丁组底板，其间主要有戊组老顶砂岩含水层(即D煤底板砂岩)和丁煤底板砂岩含水层，总厚20m左右。各厚10m左右，中间被厚近20m的原D煤段砂泥岩隔水层分开。含水组单位涌水量0.01110.0119L/s.m，渗透系数0.0520.054m/d 由于厚度小，含水性差，属弱含水层。含水层隐伏露头接受第四系底砾石含水层补给。 D、第四系底部砾石含水层第四系底部砾石层厚010m，由北而南变厚，覆盖于基岩上，岩性为砾石夹粘土，属坡积、洪积物，砾石层之上为含钙质结核粘土隔水层。第四系潜水硬度11.3511.85德国度，水质类型HCO3-Ca，PH=7.27.9，为淡水，无色无味，适于饮用。2、井田水文地质类型属中等型水文地质条件矿井。3、井田充水因素分析（1）充水水源 地下水煤层顶、底板含水层是矿井的直接充水水源。戊组煤层顶板含水层厚度小，富水性弱，在矿井涌水量中所占比例小，己组顶、底板含水层是矿井直接充水的主要水源。寒武系崮山组和石炭系太原组下段石灰岩含水层为主要补给水源。通过断层带对己组煤层顶、底板含水层进行补给，或通过断层破碎带直接造成矿井充水或突水。大气降水大气降水是地下水的补给来源，也是矿井充水的补给来源。地表水平东湖和湛河与开采煤层之间有巨厚的隔水层，加上其附近断裂构造不发育，因此，其对矿井充水充水可能性较小。在矿区南翼为西部寒武系裸露的残丘和薄层第四系覆盖的槽形谷地，北翼为第四系松散层补给，以及少量的山前坡间补给。矿区内部是一个以李口向斜为主体构造的地下水盆地，向斜两翼沿走向均为西高东低。地下水的迳流方向由西北流向东南，由此形成了矿区地下水的一个特点，西区动储量大，东区静储量大，而且越向东越突出。（2）充水通道充水通道有底板灰岩岩溶裂隙；顶板砂岩裂隙；断层带。北翼背斜部分，因受张力，岩层破坏大，裂隙多，断层多，是本矿容易出水地点，因而此段内开掘巷道，应尽量布置在己组煤层顶板；如必须穿己组煤层底板的巷道，要采取探放水措施。1.2.4 矿井涌水量经精查补充勘探资料计算并参照相邻矿井实际涌水量资料，根据补充地质报告审查意见；本矿井正常涌水量为300m3/h,最大涌水量为560m3/h。1.3 煤层特征1.3.1 可采煤层特征井田含煤地层有石炭系上统太原组、二迭系下统山西组、下石盒子组和上统上石盒子组。含煤岩系总厚度800m左右，含煤44层，煤层总厚度30.7242.21m，含煤系数3.44.7%。自上而下为甲，乙、丙、丁、戊、己、庚七个煤组。井田甲、乙、丙煤组无工业开采价值。甲1、乙2、丙3零星达到可采厚度，属高灰高硫劣质煤，由于埋藏浅，只有小窑开采。最下部庚组煤薄，仅庚20局部可采，且为高硫煤。戊煤组：属二叠系下石盒子组，上距丁组煤6080m，下距己煤组160180m。包括、戊9、戊10、戊11、戊12、戊13，可采煤层为、戊9-10。可采戊组煤层上距丁6煤层90m左右，煤层由东南向西北逐渐变薄，绝大多数厚度在2.153.78m之间，仅在西北隅煤厚小于0.8m，为煤层不可采区。戊9-10煤层是主要的开采煤层，煤厚在3.257.07m之间，一般煤厚为5.2m左右，与煤相似，由东南向西北逐渐变薄。戊11煤层仅西南角局部可采，煤厚1.31.7m，因本煤层富含夹矸，煤质欠佳，沉积不稳定，为非主采煤层。与戊9之间有两层夹矸，厚48m，夹矸间有一煤线（0.10.2m），戊9与戊10中间含一层夹矸，夹矸厚度多在00.3m左右，仅个别地方达0.7m。戊10与戊11间砂岩沉积不稳定在17m之间，直接顶为致密泥岩，水平层理发育，厚5.40m，向上为17.94m的砂质泥岩，再向上为灰绿色细砂岩，厚约20.95m。可采煤层特征表 表1-1煤层名称煤层厚度（m）倾角（）稳定性硬度夹矸厚（m）容重（t/m3）顶板岩性底板岩性戊82.153.783.35013稳定中硬01.36泥岩，砂质泥岩，砂岩灰色泥岩，砂质泥岩戊9-103.257.075.2013稳定中硬00.71.36泥岩，砂质泥岩，细砂岩灰色粒土泥岩1.3.2煤层围岩性质煤层顶底板岩由为砂岩、粉砂岩、砂质泥岩及泥岩互层组合，煤组煤层直接顶板大多数为砂质泥岩或泥岩，老顶一般为砂岩，少有伪顶，伪顶岩性为炭质泥岩。各煤层均以砂质泥岩及泥岩为直接底板，靠东部个别煤层直接底板有粉砂岩及砂岩。除己15煤层底板遇水膨胀外，其它煤层底板一般不底鼓，易管理。据钻空岩芯物理力学试验结果表明，其砂岩的抗压强度平均5749.7104Pa、粉砂岩为4704104Pa、砂质泥岩为3941.6104Pa及泥岩为4385.5104Pa，各类岩石抗压强度平均2940104Pa，属中等稳定顶板范畴。1.3.3 煤的特征1、煤质戊组煤各分层特征：为硬质块状半暗半亮煤，厚2.153.78m，平均3.35m，灰份21.7232.91%，挥发份30.5935.65%，胶质层厚度为28.938mm属肥煤。戊9-10厚3.257.07m一般为5.2m，煤层顶底有0.7m左右块状硬煤，中间为软煤，其灰份16.8829.94%，挥发份26.2135.01%，胶质厚度2139mm。戊11厚度不稳，本井田范围内大多不可采，该层复杂含薄层夹矸多。灰份3438%，挥发份32%，胶质厚20mm。己组煤各煤层特征：己15-16，下距己17为020m，一般为7m左右，单独存在煤厚为2.267.14m，西部较薄2.263.2m，一般为2.6m，平均5.5m。灰份10.7217.61%，挥发份21.7129.3%，胶质层厚度为1540，牌号为肥煤或焦煤。A、灰分：煤层灰分大体上按煤层层位自上而下逐渐减小，上部的丁、戊组煤为中灰一中高灰煤；下部的己、庚组煤为低中灰煤。 B、硫分：庚组煤为高硫煤，且主要为有机硫，难于洗选除去。丁、戊、己组煤原煤全硫大都小于1%，属于特低低硫煤。 C、发热量：发热量由上部煤组至下部煤组逐渐增高的变化趋势，上部的丁、戊组煤为中热值煤，下部的己组煤为中-高热值煤。发热量与灰分之间有着极好的负相关关系，通过回归分析，求得原煤发热量与原煤灰分之间的回归方程式为：丁组：Q=-0382A+34995；戊组：Q=-0392A+35532。经检验，回归方程高度显著。从回归方程式中可以看出：当灰分每变化1%时，热值波动0.380.41MJ/kg。 D、胶质层厚度(Ymm)。：本区煤的胶质层厚度值较大，反映了煤的粘结性较好，丁、戊、己组煤属于中强强粘结性煤，庚组煤属于强粘结性煤。 E、煤灰的成分及煤灰熔融性软化温度：煤灰成分以硅铝含量为主，占80%以上，煤灰软化温度普遍较高。1）戊8煤层：原煤发热量约27.05MJ/kg，为特高热值煤。2）戊9煤层：原煤发热量约27.49MJ/kg，为特高热值煤。3）戊10煤层：原煤发热量约27.06MJ/kg，为特高热值煤。6、煤的用途。2、煤的类别牌号本区煤质稳定，根据井田内各煤层挥发份、粘结指数、胶质层最大厚度，结合中国煤炭分类国家标准（GB575286），对照中国煤炭分类简表：井田可采煤层煤类为气煤、1/3焦煤、肥煤和焦煤、可供动力用和炼焦用煤。戊8煤层为富灰、1/3焦煤、肥煤，戊9-10煤层为中灰、1/3焦煤，其共同为低硫、磷，具中等发热量、极难选的煤类，宜作动力用煤。其煤质分析见表1-2。煤质特征表 表1-2 项目煤层灰分（%）挥发分（%）水分（%）S（%）发热量（KJ/kg）工 业牌 号戊827.1134.401.170.3424.23FM1/3JM戊9-1025.0633.971.160.3426.861/3JM3、戊组煤（戊8、戊9-10）的物理特征主要以半暗型煤，其次为半亮型煤。黑色，条痕为棕黑色，弱玻璃光泽，以暗煤、亮煤为主，镜煤和丝炭含量很少，一般呈透镜状和线理状结构、层状结构。据筛分试验结果表明，原煤自然粒度粉煤占45.76%，视密度1.45 t/m3。散煤视密度0.88t/m3，硬度为2。经火焰试验认为其易燃、长焰、烟浓、体积膨胀，焦渣疏松。煤中有机显微组分占69-87%，无机显微组分13-31%，在有机显微组分中镜质组含量54-85%，灰-灰白色以基质镜质体为主，少量均质镜质体和结构镜质体，惰性组含量为12.43%，白色-亮黄白色的粗粒体和丝质体，常见半丝质体，稳定组含量3-9%，深灰色小孢子体、角质体、栓质体及树脂体等。无机显微组分中主要有粘土类、黄铁矿、方解石等。石英和粘土矿物多为基质镜质体和粗粒体所胶结，属原生矿物质。方解石和黄铁矿呈脉状分布在裂隙中，应属原生矿物质。4、戊组煤（戊8、戊9-10）的化学特征见表1-3-3。1）戊8煤层：原煤灰分产率26.95%，属中灰煤，经洗选煤的灰分产率下降2-3倍，浮煤的灰分产率10.88%。2）戊9煤层：原煤灰分产率16.96%，属低中灰煤，经洗选煤质明显提高，灰分产率9.02%。3）戊10煤层：原煤灰分产率27.35%，属中灰煤，经洗选煤质大有提高，灰分产率9.43%。5、煤层硫、磷、氯、砷、氟含量本井田煤层：原煤全硫含量0.33-0.48%，属特低硫煤，经洗选全硫含量又有所下降。含磷量大都低于0.01%，属特低磷煤。仅戊10煤在肥煤区出现低磷煤点。氯的含量各煤层均小于规定指标在（规定0.3%），实际最大0.22%。砷的含量各煤层一般都低于规定标准（8PPM），但丁6、己17、庚20煤层中的砷含量不甚稳定，有时大大超过规定。氟的含量以庚20煤层最高（最高达209.7PPM），其次为：丁6、己16、己17。根据本矿的煤质情况及当地市场的需求，本矿生产的原煤和经加工的块煤主要用于电厂、热电厂和分散客户，可主要作为电力、船舶、锅炉用煤及其他工业用煤，另外还可作为良好的炼焦用煤。7、煤的容重经过化验分析得出戊煤为1.36t/m3，己煤为1.36t/m3。硬度中硬,普氏硬度为23。各煤层煤质化学分析主要指标特征表 表1-3煤层编号煤样类别原 煤煤炭分类 Ad%St,d%Qb,dMJ/kg粘结指数（G）膨胀度（b）两极值平均值两极值平均值两极值平均值两极值平均值两极值平均值戊8煤芯样21.9732.5427.4（20）0.210.800.35（18）23.1428.0525.69（12）5110383.8（18）64387211（6）QM煤芯样22.4635.4428.07（19）0.20.470.33（17）21.8527.5424.23（7）92.510294.6（16）106198147（7）1/3JM戊9煤芯样10.3721.6216.960.360.500.4223.1428.0527.4978.510193.8（28）81258135（8）1/3JM戊10煤芯样17.4236.8525.71（30）0.191.010.34（30）25.1328.2726.82（9）83.510395.2（15）35196139（4）1/3JM煤芯样18.2229.1823.22（16）0.230.640.4（16）25.1529.1527.49（9）8410599.8（14）113648259（7）FM8、瓦斯本井田在勘探阶段，马棚山及高皇庙矿区共采了19个钻孔瓦斯样，其中马棚山矿区14个，高皇庙矿区5个。从钻孔分析看，瓦斯含量甚低，沼气含量一般在0.230.68ml/g，最高为1.46ml/g。二氧化碳含量一般0.010.04ml/g，最高0.07ml/g。 A、煤层瓦斯压力和瓦斯含量近期在井田地面布置了十几个测试瓦斯压力钻孔，比较成功的有7个钻孔，测试结果：戊9-10煤层标高-307.5m，垂深495m，瓦斯压力13个大气压；在相应地点取煤样做吸附试验戊9-10煤层瓦斯含量值为12.77m3/t；戊9-10垂深508m，瓦斯含量值13.10m3/t等。一般情况下，同一煤层，瓦斯压力和瓦斯含量随煤层埋藏深度增加而增大。但是由于目前测试资料有限，因此瓦斯梯度难以计算。同一煤层瓦斯涌出量亦随开采深度增加而增大。因此在开采条件相同情况下，同一煤层瓦斯含量与瓦斯涌出量有一比值关系，从而可按煤层瓦斯含量预测相应区煤层瓦斯涌出量。如戊9-10煤层瓦斯相对涌出量与瓦斯含量通过计算比值为1.6622.206。B、煤层瓦斯预测 根据防治煤与瓦斯突出细则第22条，预测煤层突出危险性中的单项指标为煤层瓦斯压力P0.6Mpa时为具有突出危险煤层。戊9-10煤层实测瓦斯压力均已超过单项指标值。 区内各主要可采煤层CH4平均含量为0.0390.124cm3/g可燃质；CO2各煤层平均含量为0.3460.503cm3/g可燃质。各主要可采煤层瓦斯自然成分以N2为主占64.9177.24；CO2次之，19.2833.62，CH4含量仅占3.389.11。全矿井相对瓦斯涌出量为1.0m3/t.d，绝对瓦斯涌出量为3.73m3/min，根据2001版煤矿安全规程，因系钻孔采样，测定结果低于实际瓦斯含量，参考邻区一、二、三、四、八矿瓦斯资料，设计矿井时定为二级瓦斯矿井。9、煤尘及其爆炸性根据勘探资料，本矿各煤层煤尘爆炸指数为33.0348.38，其中丁组煤33.9839.38：戊组煤37.5238.09，己组煤33.0341.01，属存在煤尘爆炸危险的煤层。1997年平煤(集团)公司通风管理中心实验室，对各主要可采煤层煤尘爆炸性鉴定结果，仍为存在煤尘爆炸性危险的煤层。10、煤的自燃性根据近十年(19881997年)内邻矿发火次数统计，计算出百万吨发火率为0.092，煤层自燃发火期戊组煤4个月，丁组煤和己组煤为1个月。主要可采煤层自燃倾向等级为易自燃煤层。所以设计中应该提高采掘速度，合理安排回采与掘进之间的关系，尽量减少煤巷空闲情况的出现，采空区要求封闭严实，以防止余煤的自燃。1.3.3 地温和地压1、地温 本次统计补勘钻孔29个，对深部18个孔进行了测温，测温数据可靠。根据中科院地质所与集团公司对平顶山矿区进行的地温分析，确定矿区恒温带深度在25m左右，温度17.2。根据十矿井由内的测温孔资料分析，十矿井田恒温带深度2530m，温度17.1 。 钻孔测温数据的校正 井田内的测温钻孔为简易测温孔，采用中性点法校正测温孔的岩石温度，中性点采用经验法求得，中性点的深度为钻孔深度的0.60.66倍，温度为实测温度。孔底的原始温度为实测温度加1.2。 戊10煤层底板地温状况 根据钻孔测温资料和井下巷道测温资料分析，戊10煤层底板的温度为25.844.3，地温趋势为自南向北随深度增加而相应升高，煤层等温线与煤层底板等高线的展布趋势基本一致，戊10煤层底板标高约-600m以浅至-350m为一级高温区(3137)，约-600m以下深度为二级高温区(37)。 影响井田地温的原因 平顶山煤田为一地垒构造，中间的基岩相对抬升，四周被高角度正断层切割后下降，被高热阻的第四系冲积层覆盖，大地热流相对集中于中间的基岩，形成典型的基底抬高型地热异常区。平顶山矿区的地温梯度平均在3.23.5/1OOm，十矿井田正处于平顶山矿区主体构造李口向斜南翼，马棚山位于井田中部，马棚山南北两侧均覆盖有第四系冲积层，南侧较厚，北测较薄。因此，井田地温受李口向斜大地热流侧向作用和南北两侧的冲积层的热阻大、大地热流相对集中两种因素的影响。 2、地压 地压与开采深度有关。根据临矿实测，埋深超过600m，顶板压力加大、底鼓强、巷道变形快、维护周期短。地压与构造部位有关，即边界条件变化大的部位地压大， 地压是客观存在，其防治方法第一是埋深超过600m决不能跳采，第二是地质条件变化大部位加强支护。75-13孔进行了井温的测定，成果如下： 井温测定表 表1-4孔深（m）6007008009001000温度（C）25.426.7283033根据资料数据可知由于矿井开采深度大，温度过高，所以应在深部开采时应采取相应的降温措施。2 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限21 矿井工作制度根据煤炭工业设计规范规定矿井年工作日定为330天。矿井日净提升时间确定为14小时。由于本矿井采用了联合集中布置，且煤层埋深较大，因此大部分巷道布置在岩石中，为了减少提升人员时间，增加副井的提矸时间；以及采区走向较长导致个人上下班时间较长，生产设备先进，工人劳动强度低等因素，设计认为采用“四六”工作制，其中三班采煤，一班准备，每班工作6小时最为合理。22 矿井设计生产能力及服务年限2.2.1确定依据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。矿井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，应加大矿井规模，建设大型矿井。煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿井规模定得太大；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），交通条件（铁路、公路、水运），用户销量，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井规模；否则应缩小规模；3、国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤质、产量等）的预测是确定矿井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井规模，反之则缩小规模。2.2.2 矿井设计生产能力的确定本矿井的生产能力主要考虑了以下几点：1、生产强度与地质条件的符合，本矿井地质构造简单，储量丰富，煤层赋存稳定，倾角不大，煤层属于中厚煤层，变化不大；2、矿井生产能力与工业储量符合煤炭工业设计规范要求；3、当地煤炭市场需求情况，目前煤炭市场供不应求，本矿井的煤质属于市场紧缺煤种；4、开采条件较简单，技术装备先进，且地处中原交通运输便利。鉴于以上因素，宜建大型矿井。故确定本矿井的年设计生产能力为300万t/a。2.2.3矿井及第一水平的服务年限根据矿井实际的地层和煤层特征，本矿井主采戊8煤层和戊9-10煤层，赋存稳定。采用立井开拓，第一水平标高为-320。矿井服务年限的计算公式：T=Zk/（AK） （3-1）式中 T为水平服务年限，a;Zk矿井可采储量，23089.5万t；A矿井设计年生产能力，300万t；K矿井备用系数，取1.3。由上式计算得出矿井服务年限的服务年限为59a。同理根据式3-1计算得出第一水平服务年限为32.3a。根据煤炭工业设计规范要求，生产能力在300万t以上的矿井其服务年限在60a以上，第一水平的服务年限不小于30a。考虑目前煤炭市场供需情况，为尽快收回前期投资，矿井服务年限定为59a。亦能基本满足其设计要求。3 井田开拓31 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、开采技术的诸多条件，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，减少煤炭埙失。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。3.1.1 确定井筒形式，数目，位置及坐标1、井筒形式的确定本矿井煤层倾角不大，部分为近水平煤层；表土层薄，平均25m,无流沙层；水文地质情况比较简单，涌水量较小；区内地势平坦，井筒不需要特殊施工,；煤层浅部埋深78m,但煤层倾向较长，煤深部埋深1100m,不适用斜井与平峒开拓。因此可采用立井开拓，延伸可采用立井延伸或采用暗斜井延伸方案或为一水平开采。根据本矿井的实际情况,经后面方案比较确定井筒形式为双立井开拓。2、井筒数目的确定：因现代设计要求一矿一面高产高效矿井，本矿井采用一对主、副立井和一个回风立井。主井提煤，副井运料。由于矿井走向小于倾向长度，而且矿井开采深度大，为便于后期通风，采用中央并列式通风。考虑后期通风困难时期在今天北部边界外另外建设一个回风井。3、井筒位置的确定井筒位置的确定原则：有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门工程量少；有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村或不迁村；井田两翼储量基本平衡；井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层；工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山、低洼和采空区，不受崖崩滑坡和洪水威胁；工业广场宜少占耕地，少压煤；距水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。由于井田南部边界距矿区专用铁路很近，故为便于地面运输及工业广场布置，主井井筒位置布置方案也可以选择在井田中部偏南边界附近。经后面方案比较，为方便管理和减少压煤损失确定将主、副、风井筒位置均设在井田中央工业广场内。4、设计井筒位置坐标见下表：井筒坐标 表3-1坐标XY主井38440308.33837378855.467副井38440317.43537378992.245风井38440386.36037378699.4183.1.2 确定工业广场位置、形状及面积1、工业场地的选择主要考虑以下因素：（1）、尽量位于储量中心，使井下有合理的布局避免单翼开采，节省运输及通风费用；（2）、占地尽量要少，减少压煤，且交通方便；（3）、工业场地的标高要高于矿区历年最高洪水位； （4）、主副井筒布置在地质条件较好的区域，确保井筒及井底车场的围岩稳定。（5）、综合考虑矿井的前期及后期生产，在保证总体工程量小的前提条件下，尽量减少初期投资。2、根据以上原则，结合本矿实际情况，工业场地的位置应布置在马棚山南麓平缓的山坡上，2324勘探线之间，郭庄背斜上。此处地质资料详细，位于储量中心，整个矿井的运输费用最省，没有村庄干预；充分利用地形，减少工业广场煤柱压煤损失；另外此处地面标高高于历年的最高洪水位；井底车场及井筒围岩均稳定。因此此处是最佳位置。即井田中部，主、副井井口附近。3、根据煤炭设计规范要求，工业场地的形状和面积：根据表2.1工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为30公顷，形状为矩形，长边垂直于井田走向，南北长为600m, 东西宽为500m。图3-13.1.3 确定阶段参数根据本井田条件及矿井设计规范有关规定，本井田倾斜长度较长，可划分为23个水平56个阶段；阶段内宜采用采区或带区布置方式，又因本井田走向长度较短，每个阶段根据实际情况划分为一个采区。初步划定阶段主要参数见表3-1-2：阶段主要参数 表3-2阶段数目 /个区域划分阶段斜长/m水平垂直/m出煤量/万t阶段服务年限/a区段数目 /个区段斜长/m出煤量/万t5南翼101532028958.652035791308195363810.86 218606.3北817.36237968.811902005174.415.45238103514161505577.616.66236929.66南翼101532028958.652035791308195363810.86218606.3 北翼968225386411.54242970.910002504099.212.25200822.6810401504368135208873.610201004233.612.65204846.723.1.4 确定煤层间联系方式本矿主采煤层为戊8煤、戊9-10煤，各煤层厚度均匀，煤层间距相差不大，平均20m， 适用于集中联合布置，两煤层平均厚度为（3.35+5.2）m，赋存稳定，煤层厚度变化不大，煤质硬度不太大f=2-3。故两层煤采用石门联合开拓集中布置。矿井开拓大巷布置在岩层中，留大煤柱护巷，大巷间距50m。一条辅助运输石门，一条胶带回风石门共两条石门大巷。为便于在巷道交叉时架设风桥等构筑物，辅助运输石门和主运输石门距煤层底板一定距离掘进。大巷基本保持与煤层水平垂直方向布置，巷道坡度不随煤层而起伏,一般保持千分之三，胶带石门大巷上仓段局部15。3.1.5 确定开拓延深及深部开拓布置方案第一水平布置三个上山和一个下山。本井田走向长度较短，为了节省开拓工程量，矿井各水平不设置水平大巷，直接用石门联接采区上下山，上下山均靠近布置。即立井多水平上下山石门联合开拓。第二水平采用上下山布置，上山于第一水平的下山对应布置，利用一水平的下山回风，同时为了减少掘进工程量，二水平的上下山均靠近布置，共用采区煤仓，开采下山时利用岩石上山回风。3.1.6 确定开采水平间、采区间、煤层间接替顺序井田主采煤层为戊8煤层和戊9-10煤层。两煤层距离较近，但因戊9-10煤层瓦斯较大，一个采区内前期先采戊8煤层，作为戊9-10煤层的解放层，后期根据实际情况严格执行瓦斯管理制度、措施再开采戊9-10煤层。煤层倾角平变化不大，为013，有部分近水平煤层，为实现高产高效，故设计为两个水平开采。在第一水平开采25年后开拓第二水平，一水平生产能力：可采储