采矿工程毕业设计（论文）-张小楼煤矿1.5Mta新井设计（全套图纸）.docx

全套图纸，加153893706目 录普通部分1 矿区概述及井田地质特征11.1 矿区概述11.1.1 矿区地理位置11.1.2 井田范围11.1.3 矿区经济状况及矿区电力供应21.1.4 矿区气候条件21.1.5 矿区水文情况21.1.6 地震31.2 井田地质特征31.2.1 井田的地层总述31.2.2 井田地层31.2.3 井田地质构造71.2.4 区域水文地质71.3 煤层特征91.3.1 煤层赋存情况91.3.2 煤层的围岩性质91.3.3 煤的特征101.3.4 瓦斯突出性121.3.5 煤层及煤层的自燃121.3.6 地温122 井田境界和储量132.1 井田境界132.2 矿井地质储量132.2.1 矿井地质资源量142.2.2 矿井工业储量152.3 矿井可采储量162.3.1 井田边界保护煤柱162.3.2 断层保护煤柱162.3.3 采区及盘区边界保护煤柱162.3.4 井筒保护煤柱162.3.5 大巷保护煤柱162.3.6 工业广场保护煤柱172.3.7 矿井可采储量183 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限203.1 矿井工作制度203.1.1 矿井设计生产能力203.1.2 井型校核204 井田开拓224.1 井田开拓的基本问题224.2 井筒形式、位置、数目的确定224.2.1 井筒的形式224.2.2 井筒位置的确定234.2.3 井筒数目244.3 矿井采（盘）区划分244.4 工业场地的位置244.5 开采水平的确定244.6 矿井开拓方案比较254.6.1 提出方案254.6.2 技术比较254.6.3 详细经济比较304.7 矿井基本巷道334.7.1 井筒334.7.2 开拓巷道334.7.3 井底车场及硐室335 准备方式采区巷道布置425.1 煤层地质特征425.1.1 采区位置425.1.2 采区煤层特征425.1.3 煤层顶底板岩石构造情况425.1.4 水文地质425.1.5 地质构造425.1.6 地表情况425.2 采区巷道布置及生产系统425.2.1 采区准备方式的确定425.2.2 采区巷道布置435.2.3 采区生产系统455.2.4 采区内巷道掘进方法455.2.5 采区生产能力及采出率465.3 采区车场选型设计475.3.1 确定采区车场形式475.3.2 采区主要硐室布置476 采煤方法506.1 采煤工艺方式506.1.1 采区煤层特征及地质条件506.1.2 确定采煤工艺方式506.1.3 回采工作面参数516.1.4 综放工作面设备选型及配套516.1.5 采煤机的工作方式536.1.6 采煤工作面支护方式546.1.7 端头支护及超前支护方式576.1.8 各工艺过程注意事项586.1.9 放顶步距、放煤方式和采放比596.1.10 回采工作面正规循环作业及主要技术经济指标596.1.11 综合机械化采煤过程中应注意事项656.2 回采巷道布置666.2.1 回采巷道的布置666.2.2 回采巷道参数667 井下运输687.1 概述687.1.1 井下运输的原始条件和数据687.1.2 矿井运输系统687.2 采区运输设备的选择697.2.1 矿井运输设备选型应遵循以下原则：697.2.2 工作面及顺槽运输设备选型697.2.3 上山运输设备选型707.3 大巷运输设备选择717.3.1 确定大巷的运输方式717.3.2 确定大巷运输设备728 矿井提升758.1 概述758.2 主副井提升758.2.1 主井提升系统758.2.2 副井提升设备选型769 矿井通风及安全技术799.1 矿井设计概况799.1.1 矿井概况799.1.2 开拓方式799.1.3 开采方法809.1.4 工作制、人数809.2 矿井通风系统的确定809.2.1 矿井通风系统的基本要求809.2.2 矿井通风方式的选择819.2.3 矿井主要通风机工作方式选择829.2.4 采区通风系统的要求829.2.5 工作面通风方式的选择839.3 矿井风量计算849.3.1 采煤工作面所需风量的计算849.3.2 备用面需风量的计算859.3.3 掘进工作面需风量859.3.4 硐室需风量869.3.5 其它巷道所需风量869.3.6 矿井总风量869.3.7 风量分配879.4 矿井阻力计算889.4.1 矿井最大阻力路线889.4.2 矿井通风阻力计算939.4.3 矿井通风总阻力949.4.4 两个时期的矿井总风阻和总等积孔959.5 选择矿井通风设备969.5.1 选择主要通风机969.5.2 电动机选型989.6 安全灾害的预防措施999.6.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施999.6.2 预防井下火灾的措施1009.6.3 防水措施10010 设计矿井基本技术经济指标101参考文献103专题部分1 前言1051.1 冲击矿压简介1051.1.1 冲击矿压概念1051.1.2 影响冲击矿压的主要因素及冲击矿压的显现特征1051.1.3 冲击矿压现象具有以下显现特征:1061.1.4 国内外冲击矿压概况1061.2 微震检测系统1072 张小楼矿概况1082.1 矿井概况1082.2 冲击矿压显现1092.3 95206工作面位置1103 微震规律综述1113.1 95206工作面附近及下山区域微震频次统计分析1113.2 95206工作面附近及下山区域微震时序分析1123.3 矿震空间演化规律1204 工作面及下山附近危险性分析1224.1 构造的影响1224.1.1 褶曲1224.1.2 断层1234.2 上覆煤层停采线及煤柱的影响1235 结论123参考文献125翻译部分英文原文127中文翻译135致 谢140一般部分中国矿业大学2012届本科生毕业论文 第142页1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 矿区地理位置庞庄煤矿张小楼井位于徐州市西北铜山县柳新镇和刘集镇境内，距徐州市区13km。东邻江苏天能集团柳新煤矿，西邻徐州矿务集团夹河煤矿，南邻庞庄井。（交通位置见图 11）。其地理坐标:东经：117213117631北纬：341946342320矿区铁路专用线在夹河站与陇海线和夹符线相连，矿井东邻京福高速公路，东距京杭大运河8km，徐沛公路从井田内穿过，交通十分便利。图 11庞庄煤矿张小楼井交通位置示意图1.1.2 井田范围南部（浅部）以F1断层与庞庄井田为界，北部（深部）至京福高速公路保护煤柱线；东部以苏煤司基（87）第252号文规定的西1、西2和西3三个座标点的连线及其延长线与柳新井田为界，西部以苏煤司基（84）第579号文规定点连线与夹河井田深部为邻。整个井田东西长约4.80km、南北宽约3.53km，井田面积16.54km2。开采深度为-280m-1300m。1.1.3 矿区经济状况及矿区电力供应矿区工业发展迅速，已形成铸造、酿酒、缫丝、纺织、塑编、木材加工、机械制造等八大工业体系，工业产品100余种。庞庄煤矿工业园区，形成了板皮加工、塑料编织、铸造加工、机械制造四大主导产业。矿区农副产品资源丰富，有优质小麦、“无公害水稻”、“高蛋白玉米”等粮食作物7.4万亩，芸豆5000亩，黄皮洋葱1000亩、脱毒土豆1000亩、东北毛茄1000亩、越冬甘兰1000亩、大沙河无籽西瓜14000亩、优质红富干苹果4000亩、桑园5000亩。有年出栏300万羽的肉鸭养殖基地、年出栏150万羽的合同鸡养殖基地、有大型的波尔山羊养殖基地。该矿现有35kV矿井变电所一座，位于地面新工业广场东北角，矿井变电所双回路35kV架空电源线路均引自徐州矿务集团柳新110/35/6kV区域变电所，其中柳一楼（一）路：线路导线型号为LGJ-185，线路全长为3.1km，全线设架空避雷线；柳一楼（二）路：线路导线型号为LGJ-185，线路全长为3.3km，全线设架空避雷线。所内设有两台主变压器，型号为SF7-10000/35，主变容量为10000kVA，主变运行方式为一台工作一台备用，满足目前矿井生产能力的供电要求。1.1.4 矿区气候条件本区属南温带黄淮区，气象具有长江流域与黄河流域的过渡性质，接近北方气候的特点，入冬和回春均较旱，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨。春季常有干旱及寒潮、霜冻等自然灾害，但四季分明，气候温和。降水表现为集中度高，年变化大，形成春季易旱，盛夏易涝的气候特点。土地最大冻结深度29mm，每年冻结期在十一月上旬至翌年三月下旬解冻，全年风向频率多为东南偏东风，四季风向变化较大，春夏多东南风，秋冬多偏北风，年平均风速3.2m/s，最大风速20m/s。据沛县气象站历史资料：气温：年平均气温13.8C，日最高气温40.70C（1966年7月18日），日最低气温-21.3C（1967年1月4日）。降水量：年平均降水量811.7mm，最大年降水量1178.9mm（1977年），最小降水量550mm（1968年），最大日降水量340.7mm（1971年8月9日），降水多集中于7、8月份，占全年降水量的60%。蒸发量：年平均最大蒸发量1873.5mm（1968年），最小蒸发量1273.9mm（1985）。本区属于季风型大陆性气候。1.1.5 矿区水文情况本井田地表属黄泛冲积平原，地面较为平坦，地面标高+37+39m，地势西高东低，井田内地表水体主要为塌陷区积水，其次有拾新河和拾屯河。塌陷区积水:积水区常年水位+34.3m；雨季最高水位+36.25m（1982年7月22日）。拾屯河:从矿区南部露头自西向东入丁万河，全长13Km。为季节性河流。拾新河:1977年12月铜山县在矿区中部自西北向东南人工开挖而成，常年积水，水深56m，河床不连续且与塌陷区积水连成一片。除上述地表水体外，尚有零星的鱼塘和纵横交错的排水沟渠分布。因此，矿区地表水系较为发育。1.1.6 地震徐州地区地震烈度为7度，根据1956年科学出版社资料，徐州地区地震记录始于公元522年，讫于1937年，即1415年间发生地震21次。其中破坏性地震占了37次。影响较大的有1502年10月17日地震，坏城垣民舍；1668年7月25日山东莒县郯城8.5级地震，1937年8月1日山东渮泽7级地震。本区属华北地震区，距郯庐断裂约100km，该断裂带为一长期活动的强地震带。1.2 井田地质特征1.2.1 井田的地层总述徐州煤田位于中朝准地台山东隆起区的南端，徐州复背斜的西端。若按地质力学划分：是秦岭东西向构造带的北支和新华夏第二隆起带的交汇部位，其东侧紧邻郯庐大断裂。故本区是几个大构造带的交汇地，构造复杂。区内盖层发育，属北方型。中生代印支-燕山运动对本区影响甚大，使本区地层发生褶皱、断裂并伴有岩浆活动。 徐州复背斜由多个相间排列的背、向斜组成。自东南向西北分别是：棠张集向斜、大许家背斜、贾汪向斜、徐州背斜、闸河向斜、肖县背斜、九里山向斜等。每一个背、向斜由更次一级的背、向斜组成复式背、向斜。就单一褶曲而言，一般北翼较缓，南翼较陡，局部直立甚至倒转，并伴生有与褶曲轴大致平行的高角度逆断层、逆掩断层出观。区域地层沉积缺失奥陶系上统、志留系、泥盆系及石炭系下统，除震旦系与寒武系、奥陶系与石炭系呈假整合接触关系，第四系与其它各时代的地层呈不整合接触关系外，其它各地层皆呈整合接触关系。徐州地区的岩浆岩活动大致分为三期：即晚元古代未的辉绿岩类侵入，燕山中晚期的中酸性-中基性岩浆岩活动、燕山晚期喜山期的基性-超基性岩浆岩活动。在徐州复背斜的分布大体沿桃山集-徐州-贾汪一线以东出露的全为基性岩；该线以西出露的主要为中性-中酸性-酸性火成岩，这正是利国铁矿和斑井铜矿的成矿母岩。本井田的太原组地层及邻区的垞城矿太原组地层亦见有煌斑岩、辉绿岩类的岩墙、岩脉侵入，而井田西北部的张集矿则见有大面积的中酸性火成岩。1.2.2 井田地层地层层序：井田内无基岩出露，据钻孔和井田以外露头所见，由老到新排序为寒武系、奥陶系、石炭系及第四系。简述如下：1、寒武系()本系厚8401100m。钻孔中未见，仅在矿区外围群山中出露，是徐州复背斜轴部的主要组成部分，假整合于震旦系之上，以含砾砂岩、页岩、豹皮状灰岩、各种泥质灰岩、白云质灰岩及少量白云岩组成。2、奥陶系（O1+2）本系厚391618m。仅见于少数钻孔，揭露的最大厚度为139.97m。是复背斜构造的两翼的主要组成部分，也是煤系地层的沉积基底。只发育下统和中统，缺失上统。整合于寒武系之上，与薄厚层状白云岩为主，夹特厚层豹皮状灰岩或白云质灰岩，局部夹钙质页岩或砾岩。3、中石炭统本溪组（C2）本组厚15.7730.30m，平均为24.4m。本组假整合于中奥陶统阁庄组之上，为一套海陆交互相含煤沉积岩系所组成，是中奥陶统之后，整体上升，长期遭受风化剥蚀被夷平的基础上广泛海侵的浅海沉积，岩性自上而下为：（1）下部为紫色铁质泥岩，含铁不均匀（相当于华北山西式铁矿层位），灰色或灰绿色泥岩，厚度较小，约6.0m。（2）中部为灰白、浅灰灰黄色铝土质泥岩为主（相当于华北层铝土矿层位），厚度约5.0m。（3）上部为浅灰色中厚厚层状灰岩为主，含黄铁矿，夹透镜状薄层泥岩，厚度约15.0m。4、上石炭统太原组（C3）本组厚123.55192.86m，平均为152.01m。为本区主要含煤地层之一，整合于本溪组地层之上，为海陆交互相沉积。一般含有薄厚层灰白色石灰岩十三层，间夹灰色泥岩、砂质泥岩及灰色薄层细中粒砂岩。各层灰岩中常见蜓科。腕足类及海百合等化石。5、下二迭统山西组（P11）本组厚91.32145.0m，平均为116.13m为本区主要含煤地层之一，整合于太原组地层之上，为近海河湖沼泽相沉积，主要由灰深灰色泥岩、砂质泥岩、灰灰白色细中粒砂岩组成。含煤二八层，其中7和9煤比较稳定，大部分可采。在煤层上下部的泥岩中，常含有保存较完整的植物化石。常见的有栉羊齿、楔叶木、鳞木、芦木、丁氏蕨等。6、下二迭统下石盒子组（P12）本组厚193.17295.88m，平均为228.31m。整合于山西组地层之上。为内陆湖泊沼泽相沉积。主要由灰灰绿色和灰深灰色泥岩、杂色泥岩、灰色砂质泥岩，有时为砂质泥岩和砂岩相间排列的砂泥岩互层、灰白色细中粒砂岩，常能见到保存较完好的植物化石，主要有各类羊齿、鳞木和轮木。7、上二迭统上石盒子组（P21）本组厚45.52603.13m，平均为532.68m。整合于下石盒子组地层之上，为炎热气候条件下的内陆河湖沼泽相沉积，其岩性组合特征大体可分为下、中、上三段，岩性自上而下为：（1）下段：本段厚约86.0m。浅灰灰白色，有时呈灰绿色的含砾中粗砂岩、灰绿色泥岩、杂色泥岩、灰色砂质泥岩、浅灰灰色细中粒砂岩。含砾的粗砂岩，分选差，以长石、石英碎粒为主，长石多高岭土化，呈蜂窝状，俗称硅山砂岩，具大型板状交错层理或槽状交错层理，含黄绿色泥岩包体，块状构造，为本组与下伏下石盒子组分界之标志层，本层砂岩平均厚17.12m。（2）中断：以紫红、灰绿、灰深灰色泥岩、杂色泥岩、灰色及杂色砂质泥岩、灰白色细中粒砂岩为主。砂质泥岩具鲕状结构，其中部偶含12层薄煤（下距硅山砂岩约250m），本段厚约370.0m。（3）上段：为紫红色、灰绿色、杂色泥岩，其间夹数层薄中厚层细中粒砂岩。砂岩常含长石晶体碎粒及泥岩碎屑。本段厚约77.0m。8、上二迭统石千峰组（22）本组厚352.52m，本组地层揭露不全，其中最大厚度为352.52m，整合于上石盒子组地层之上。本组地层为炎热气候条件下的内陆河湖相沉积。以灰绿色或肉红色、浅紫色中粗粒砂岩为主，夹绛紫色泥岩、砂质泥岩。中粗粒砂岩具粒序层理，常含砾石及肉红色钾长石碎粒，少见海绿石。本组底部常有一层浅紫红色含砾粗粒砂岩（俗称上界砂岩）与下伏上石盒子组分界。此层粗砂岩平均厚16.11m。9、第四系（Q）区内厚度52.7124.0m，平均78.0m，不整合于各地层之上，主要由砾石、砂礓、粘土、亚粘土、粉砂土和腐植土组成。井田范围内由东南向西北逐渐增厚。地质综合柱状图如图 12图 12地质综合柱状图1.2.3 井田地质构造张小楼井田位于徐州煤田九里山向斜中段张小楼背斜北翼。该背斜仅在13-115线的露头部位有所显露，其核部为奥陶系中统地层。F1号逆断层基本沿背斜轴部切割，因此形成一个不完整背斜，南翼仅残存很少山西组、太原组煤系地层。北翼保存相对较完整，但也被几条大中型断层纵横切割，略显破碎。该井田整体呈一走向北东、倾向北西上陡下缓的铲式单斜构造，浅部地层倾角一般在2440、深部地层倾角515。13-116-1勘探线间浅部露头部位的煤层分别被落差20.0m以上的F18、F15、F14、F0、K3、K1、K6等断层切割，破坏了浅部单斜构造形态。深部则表现为两个宽缓的向斜和两个宽缓的背斜。截止目前，区内尚未发现有火成岩侵蚀。1、褶曲除浅部13-115线间的露头部位发育的、被F1断层沿轴部切割的背斜（称张小楼破背斜）以外，在-1000m以下，K1断层以东有一向斜构造和一背斜构造，分别称为东翼深部向斜和东翼深部背斜。K1断层以西有一向斜构造和一背斜构造，称为西翼深部向斜和西翼深部背斜。2、断层本井田内断裂构造较为发育，浅部更显复杂。已揭露的大中型断层共15条：F0、F1、F2、F14、F15、F16、K1、K2、K3、K5、K6及F1-1、F1-2、庞5、RF1（F号断层为勘探时所发现，K号断层为采掘工程所揭露，RF断层为三维地震勘探解释断层）。从断层走向看，大致可分两组：一组为北东向断层，其走向大致与张小楼破背斜轴向一致，基本可视为走向断层，这组断层有F0、F1、F2 、F14、F15、F16、F1-1、F1-2、庞5、RF1、K3、K6；另一组为北西向断层，大体与浅部背斜轴向相正交或斜交，基本上可视为倾向断层。3、陷落柱钻探及采掘活动中至今尚未发现有陷落柱，另据三维高分辨地震勘探资料显示：深部地震勘探区未发现直径大于10m的陷落柱。1.2.4 区域水文地质含水层：1、第四系砂岩或砂砾层空隙含水层第四系为一套松散的沉积物，井田内厚度52.7124.0m，平均78.0m，大体分为五段，包括三个含水层，一个弱透水层和一个隔水层组，从上至下依次为：（1）第一段砂层空隙潜水含水层组（含）本段厚619m，平均为17.6m，主要由棕黄、棕灰色粉砂、粘土质砂夹薄层粘土。砂质粘土组成。据水文孔抽水试验资料，水质为HCO3K+Na型，矿化度为0.750.84g/l，富水性中等，是当地居民生活的主要水源。（2）第二段粘土。砂质粘土及砂层弱透水层组（透）本段厚9.815.4m，平均为10.4m，主要由黄褐色，棕褐色及灰绿色粘土、砂质粘土组成，常夹26层细砂，粘土质砂，局部为中粗粒砂，砂层犬牙交错，总厚度为14.9m，平均为3.3m约占本段厚度的31.7%；本段可视为弱透水层组。（3）第三段砂层孔隙承压水层组（含）本段厚1326.2m，平均为24.8m，由灰白、灰绿、土黄色、中、粗砂及粘土质砂夹薄层粘土、砂质粘土组成，粘土总厚度3.24.8m，平均为3.52m，占本段厚度的23.8%。据流量测井资料k=2.106m/d。本层水是目前张双楼矿区的工业和生活水源。据水源井取水和水质资料，出水量大于60m3/h。水质类型为SO4-K+Na。本层属于富水性中等含水层组。（4）第四段粘土隔水层组（隔）本段厚度12.716.3m，平均14.4m，井田内东薄西厚，总体上比较稳定，主要灰白、灰绿及灰褐色粘土、砂质粘土组成，局部夹25层砂层透镜体。该层作为隔水层组，对控制上部1含、3含垂直向下入渗补给5含起到了抑制作用。（5）第五段砂砾层承压含水层组（含）本段常称作底砾层，厚07.8m，平均为2.8m，井田东部普遍发育，西部有大面积缺失。其上部以灰黄色含砾粗砂或粘土质砂为主。下部以杂色砂砾为主，夹不稳定薄层粘土，砾石成分主要为石英砂，粒径24cm，滚圆良好，隙间充填物为粘土及砂，含量达5060%。本层属于中等含水层。2、二迭系砂岩裂隙含水层二迭系地层包括上石盒子组（12175/101m）、下石盒子组(165247/220m)、山西组(93185/112m)，总厚度434m，主要由泥岩、砂质泥岩加沙岩石组成。砂岩含水层据其厚度和富水情况主要由上石盒子组底部奎山砂岩、下石盒子组中部砂岩、下石盒子组底部分界砂岩，下部7、9煤顶砂岩含水层。（1）第一段、上石盒子组底部奎山砂岩裂隙承压水含水层厚10.2241.7m，平均为21.63m，分布广泛。立井井筒揭露该层时用水量达126m3/h，富水性中等。由于该含水层距离7煤较远，对井田煤层开采无直接充水影响。（2）第二段下石盒子组中部砂岩裂隙承压含水层厚1449.1m，平均为34.00m。分布在6线以西。主井井筒揭露该层时用水量达104m3/h，富水性中等。该含水层对矿井煤层开采无直接影响。（3）第三段下石盒子组底部分界砂岩裂隙承压水层。厚2.7626.60m，平均为11.06m。分布在7线以西。主井接露时用最大涌水量7080m3/h，副井清理斜巷揭露时最大用水量69.4m3/h，富水性小。据水位观测资料，-500m水平以上该含水层以呈半疏干状态。隔水层：1、第四段粘土隔水层组（隔）本段厚度52.7124.0m，平均78.0m，井田内东薄西厚，总体上比较稳定，主要由灰白、灰绿及灰褐色粘土、砂质粘土组成，局部夹25层砂层透镜体。该层作为隔水层组，对控制上部含、含水垂直向下入渗补给含起到了抑制作用，其良好的隔水性能对阻碍基岩含水层接受第四系上部水及大气降水的补给起到了关键的作用。2、石炭系本溪组砂泥岩隔水层组本组地层厚20.9038.35m，平均28.61m，主要为杂色泥岩、砂泥岩夹灰岩、铝土泥岩及灰岩组成。据水补4-1孔抽水试验资料q=0.007L/s.m，K=0.005m/d，水质类型为SO4-Ca(K+Na)型，矿化压4.038g/L；Z25孔流量测井资料q=0.269L/s.m，K=5.701m/d，5-4孔流量测进资料反映几乎无水，说明本溪组富水性微弱，局部含水，因而本组与太原组底部十三灰以下泥岩、砂泥岩段（厚11.5020.07m平均14.43m）一起可视为隔水层组。矿井的历年涌水量的变化范围为60118m3/h，水文地质属于简单型，全井田最大涌水量为160m3/h，正常涌水量为76m3/h。1.3 煤层特征1.3.1 煤层赋存情况本矿井赋存煤层自上而下为：7、9。各煤层特征(见表 11)，表 11庞庄煤矿张小楼井赋存煤层情况一览表煤层号穿过点数可采点数不可采点数缺失点数两极厚度平均值(m)可采指数变异系数煤层稳定程度717160139.556.001.007%稳定91414002.204.623.001.003%稳定7煤层为本矿区主采煤层之一。厚度39.55m，平均厚度6m，局部有0.2m左右的夹矸1层，夹矸岩性主要为页岩，偶尔也可见砂页岩；煤层倾角025；7煤上距分界砂岩43.9660.46m，平均间距52.27m左右；7煤下距9煤间距8.1713.85m，平均间距10.00m；煤层可采性指数Km1.00，变异系数7。直接顶为灰白色砂质页岩或中细粒砂岩，厚度0.2029.77m，平均厚5.81m老顶多为砂质页岩或中细粒砂岩；直接底为深灰色砂质页岩，偶见中细粒砂岩或粉砂岩，厚度0.5525.23m，平均厚度7.58m。综合评价7煤为稳定的中厚煤层。9煤层为本矿区主采煤层之一。9煤上距7煤间距8.1713.85m，平均间距10.00m；9煤下距太原组一灰间距24.128.9m，平均间距25.3m左右；煤层厚度2.204.62m，平均厚度3m；煤层倾角025；煤层可采性指数Km1，变异系数3。直接顶板多为灰白色细粒砂岩或砂页岩互层，厚度6.4333.78m，局部有0.30.6m厚的页岩伪顶；直接底板多为页岩或砂页岩，偶见粉砂岩，厚度0.596.08m，1.49m。综合评价9煤为稳定的中厚煤层。1.3.2 煤层的围岩性质表 12 7号煤层顶底板岩性顶底板名称岩石名称厚度（m）岩 性 特 征老 顶砂 岩6.28灰白色中细粒砂岩，无节理，层理发育。直接顶砂(页)岩5.2灰黑色砂页岩，局部为灰白色细粒砂岩。伪 顶页 岩00.8灰黑色泥质页岩。直接底砂页岩2.68灰黑砂页岩，内有结核结构。老 底砂 岩9.81灰色细中粒砂岩，层理发育。表 13 9号煤层顶底板岩性顶底板名称岩石名称厚度（m）岩 性 特 征老 顶砂页岩2.68灰黑砂页岩，内有结核结构。直接顶砂岩9.81灰色细中粒砂岩，层理发育，垂直裂隙发育。伪 顶直接底砂页岩5.62灰黑色，局部含砂较少， f=4。老 底砂质页岩19.42深灰色，致密少见植物化石，f=5。1.3.3 煤的特征1、物理性质7煤：黑黑褐色，呈油脂半暗淡光泽，鳞片状及厚薄不等的条带状结构，条痕呈褐色，硬度 ，不规则断口，内生裂隙发育，性脆易碎，为光亮半暗型煤。9煤：与7煤物理性质相似。镜下鉴定结果：条带状结构明显，局部能看到有丝炭物质所组成的线理结构。有机组份主要有丝炭物质组成，有少量凝胶化物质及角质分子。表 14可采煤层原煤实测及矿采用容重统计表煤层79测定值1.311.551.241.49矿采用值1.361.372、煤层化学性质、工艺性能（1）化学性质表 15可采煤层煤芯煤样工业分析成果表水份Mad(%)灰份Ad（%）挥发份Vdaf(%)硫份St，d(%)77原煤精煤99原煤精煤1）煤的挥发份（Vdaf）区内各主要可采煤层原煤挥发份平均在36.0449.01%之间，均为高挥发份煤，挥发份最小为9煤，最大为7煤，挥发份值最高平均在49.01%左右(见表 15)。从表中可看出太原组煤层挥发份高于山西组煤层挥发份。注：在29勘探线间，由于受到火成岩侵入，Z9、Z64、Z12、Z20、Z18孔挥发份值仅为2.9412.44%，平均9.64%，已变质为天然焦。2）水份（Mad）区内各可采煤层原煤水份在0.553.98之间变化，7煤和9煤相差不大。3）灰份（Ad）区内各可采煤层原煤灰份产率13.2617.94，区内煤层以低中灰煤为主。据各煤层煤芯煤样统计结果：9煤为低灰煤，7煤为中灰煤。各煤层精层煤平均灰份产率为4.528.58%，均属特低煤。说明原煤中外在灰份较多，精选后大部份可剔除掉，另外，因火成岩侵入造成局部煤层变质为天然焦，以及采样过程中泥浆或夹矸的混入也是造成部分煤样灰份增高的原因。4）硫（St，d）区内各可采煤层平均含硫量变化较大，7、9煤原精煤含硫量在量0.520.67均为特低硫煤。5）灰份及灰融性、灰渣特征区内各主要可采煤层煤灰成份及灰渣均以SiO2和Al2O3为主，属于酸性。（2）元素分析区内各主要可采煤层碳、氢含量基本稳定，干燥无灰基碳含量（Cdaf）平均在83.6284.60%之间，最小为7煤，最大为9煤；干燥无灰基氢含量（Hdaf）平均在5.275.50%之间，最小为9煤，最大为7煤；干燥无灰基氮含量（Ndaf）平均1.42%；干燥无灰基氧含量（Odaf）平均在8.949。53%之间。表 16可采煤层元素分析统计表煤层煤种Cdaf(%)Hdaf(%)Ndaf(%)Odaf(%)7气煤9气煤1.3.4 瓦斯突出性本矿井属低瓦斯矿井，矿井瓦斯相对涌出量3.35m3/t，绝对瓦斯涌出量为11.32m3/min。二氧化碳相对涌出量为1.94m3/t，绝对涌出量为6.29m3/min。随着开采深度的加深，瓦斯涌出量有增加的趋势不明显。1.3.5 煤层及煤层的自燃本井田内各煤层均没有自燃发火倾向和爆炸危险，自投产以来没有发生过煤层自燃和爆炸现象。1.3.6 地温地温梯度在2.252.81C/100m之间，平均为2.52C/100m，属于地温正常区，但在-750m以下区域，地温普遍达到30C以上，深部甚至达到40C，今后在这些区域从事采掘活动时，要采取相应的降温措施，以保障作业人员的身体健康。各开采煤层的瓦斯成分、含量；煤的自燃趋势及煤尘爆炸危险性、煤层顶底板物理力学性质以及地温梯度、地温变化等情况已基本查明。2 井田境界和储量2.1 井田境界南部（浅部）以F1断层与庞庄井田为界，北部（深部）至京福高速公路保护煤柱线；东部以苏煤司基（87）第252号文规定的西1、西2和西3三个座标点的连线及其延长线与柳新井田为界，西部以苏煤司基（84）第579号文规定点连线与夹河井田深部为邻。整个井田东西长约4.80km、南北宽约3.53km，井田水平面积16.54km2。开采深度为-280m-1300m。且整个井田内煤层倾角变化较大。其赋存状况见下图 21张小楼矿井田赋存状况示意图2.2 矿井地质储量本矿区煤层倾角变化较大，浅部煤层倾角较大，深部煤层倾角较小， 除井田中央有一大段层对生产有一定影响外，井田内部其余大断层均位于井田边界，对生产影响甚微。褶曲方面深部存在两个向斜和背斜，结构简单，为中等构造地区。矿井工业储量是指在井田范围内，经地质勘探，煤层厚度和质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚。本次储量计算是在精查地质报告提供的1：5000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。张小楼煤矿主采煤层是3和9煤层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，每个块段内至少应有一个以上的钻孔。块段划分如图 22所示。图 22张小楼煤矿块段划分示意图根据煤炭工业设计规范，求得以下各储量类型的值：2.2.1 矿井地质资源量矿井地质资源量可由以下等式计算：ZZ=mF （2-1）式中：ZZ矿井地质资源量，Mt；m煤层平均厚度，m；F煤层底面面积，km2；煤容重，t/m3。将各参数代入（2-1）式中可得表 21，所以地质储量为：ZZ=211.74（Mt）表 21煤层各分块储量煤层块段倾角/()块段面积/km2煤厚/m容重/t/m3储量/Mt煤层总储量/Mt总储量/Mt720.462.566.001.3620.90140.81211.7419.781.336.001.3610.8420.843.116.001.3625.4125.112.376.001.3619.384.104.986.001.3640.667.902.906.001.3623.63920.462.563.001.3710.5370.9319.781.333.001.375.4620.843.113.001.3712.8025.112.373.001.379.764.104.983.001.3720.487.902.903.001.3711.902.2.2 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： （2-2）式中： Zg矿井工业资源/储量； 探明的资源量中经济的基础储量；控制的资源量中经济的基础储量；探明的资源量中边际经济的基础储量；控制的资源量中经济的基础储量；推断的资源量；可信度系数，取0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存较稳定的矿井，取0.7。该式取0.7。88.93（Mt）44.47（Mt）38.11（Mt）19.06（Mt）14.82（Mt）因此将各数代入式2-2得：=205.39（Mt）2.3 矿井可采储量2.3.1 井田边界保护煤柱根据张小楼矿的实际情况，鉴于本井田上部边界为断层边界，按照煤矿安全规程的有关要求，井田边界内侧暂留25m宽度作为井界煤柱，则井田边界保护煤柱的损失按下式计算。 （2-3）式中：P井田边界保护煤柱损失，万t。H井田边界煤柱宽度，25m；L井田边界长度，15628m；m煤层厚度，m；r煤层容重，7煤1.36t/m3，9煤1.37t/m3；代入数据得：P=4.78Mt2.3.2 断层保护煤柱张小楼矿内部已查明只有一个大断层，即F16，可靠且可控制，故其两侧各留25m保护煤柱，则其煤柱损失可由下式求得： （2-4）式中：Pf煤柱损失，t；m煤层厚度，m；煤层容重，t/m3，7煤1.36t/m3，9煤1.37t/m3。代入数据得：2.3.3 采区及盘区边界保护煤柱根据张小楼煤矿的实际情况，边界两侧各留25m的保护煤柱，则采区及盘区边界保护煤柱损失量为12.45Mt2.3.4 井筒保护煤柱主井、副井及风井保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，故井筒保护煤柱为损失量为0。2.3.5 大巷保护煤柱大巷保护煤柱已包括在采区及盘区边界煤柱内，故大巷保护煤柱损失量为0。2.3.6 工业广场保护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 22。本矿井设计生产能力为1.5万吨/年，所以取工业广场的尺寸为360m500m的长方形。煤层的浅部平均倾角为20，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-600m，该处表土层平均78.0m，主井、副井、风井及地表建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15m。本矿井的地质掉件及冲积层和基岩层移动角见表 23。表 22井型与其工业广场面积对应表井 型（万t/a）占地面积指标（公顷/10万t）240及以上1.01201801.245901.59301.8表 23矿井的地质条件及冲积层和基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-600206，37845757565根据表 23条件，画出如图23Error! Reference source not found.所示的工业广场保护煤柱的尺寸：由图可得出保护煤柱的尺寸为：由于两层煤，需算两个保护煤柱。由CAD量的两个梯形的面积分别是：1km2和1.02km2.。S7煤=1/cos21=1.02km2S9煤=1.02/cos21=1.04km2则：工业广场的煤柱量为：Z工=sm （2-5）式中：Z工工业广场煤柱量，Mt；s工业广场压煤面积，km2；m煤层厚度，7煤6m，9煤3m；煤的容重， 7煤1.36t/m3，9煤1.37t/m3。则： Z7煤=1.0261.36=8.32MtZ9煤=1.0431.37=4.27MtZ工=8.32+4.27=12.59Mt表 24保护煤柱损失量煤柱类型损失量/Mt井田边界保护煤柱4.78断层保护煤柱4.32采区及盘区边界保护煤柱12.45井筒保护煤柱0大巷保护煤柱0工业广场保护煤柱12.59合计34.14图 23工业广场保护煤柱示意图2.3.7 矿井可采储量矿井设计资源储量按式（2-6）计算： （2-6）式中：Zs矿井设计资源/储量断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建筑煤柱等永久煤柱损失量之和。则：矿井设计可采储量 （2-7）式中：矿井设计可采储量；工业场地和主要井巷煤柱损失量之和；采区采出率，厚煤层不小于75%；中厚煤层不小于80%；薄煤层不小于85%。此处取0.80。则：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，参考关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明，确定本矿井设计生产能力按年工作日330天计算，四六作业（三班生产，一班检修），每日三班出煤，净提升时间为16小时。3.1.1 矿井设计生产能力因为本井田煤炭蕴藏丰富，主采煤层赋存条件简单，除井田中央有一大段层对生产有一定影响外，井田内部其余大断层均位于井田边界，对生产影响甚微。比较合适布置大型矿井，经校核后确定本矿井的设计生产能力为1.5Mt /a。3.1.2 井型校核下面通过对设计煤层开采能力、辅助生产能力、储量条件及安全条件等因素对井型加以校核。1、矿井开采能力校核张小楼矿7煤为中厚煤层，9煤为厚煤层，煤层倾角为021，浅部煤层倾角较大，为缓倾斜煤层。深部煤层倾角较小。为近水平煤层。地质构造简单，赋存较稳定，矿井瓦斯含量及涌水相对较小，因为本矿两层主采煤层为近距离煤层，适合与集中布置同时开采，投产初期，在首采区可设上下两个工作面积即可达产。2、辅助生产环节的能力校核本矿井为大型矿井，开拓方式为立井开拓，主井提升容器为套16t带平衡锤的箕斗，提升能力可以达到设计井型的要求，工作面生产原煤一律用带式输送机运到采区煤仓，运输能力很大，自动化程度很高，原煤外运不成问题。辅助运输采用罐笼，同时本设计的井底车场调车方便，通过能力大，满足矸石、材料及人员的调动要求。所以辅助生产环节完全能够满足设计生产能力的要求。3、通风安全条件的校核本矿井瓦斯含量较低且煤层不具自燃性，属于低瓦斯矿井，水文地质条件较简单，井田面积小，矿井通风采用中央并列式通风，矿井只需建一个中央风井即可满足矿井的通风需求。本井田内存在若干小断层，已经查到且不导水，不会影响采煤工作。所以各项安全条件均可以得到保证，不会影响矿井的设计生产能力。4、储量条件校核井田的设计生产能力应于矿井的可采储量相适应，以保证矿井有足够的服务年限。矿井服务年限的公式为：T=Zk/(AK) （3-1）其中：T矿井的服务年限，年；Zk矿井的可采储量，137Mt；A矿井的设计生产努力，150万吨/年；K矿井储量备用系数，取1.4。则：T=137100/（1501.4）=65.24（年）既本矿井的开采服务年限符合规范的要求。注：确定井型是要考虑备用系数的原因是因为矿井每个生产环节有一定的储备能力，矿井达产后，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，从而减少储量，为保证有合适的服务年限，确定井型时，必须考虑备用系数。5、第一水平服务年限校核由本设计第四章井田开拓可知，矿井是立井两水平集中大巷上下山开拓，第一水平水平位于-600m，第一水平服务年限经计算为26.8年25年，即本设计第一水平的服务年限符合矿井设计规范的的要求。表 31矿井设计服务年限矿井设计生产能力/Mta-1矿井设计服务年限/a第一水平设计服务年限/a煤层倾角45600及以上7035-3005006030-120240502520154590402015154 井田开拓4.1 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、