采矿工程毕业设计（论文）-成庄煤矿二号井150万ta新井设计【全套图纸】.doc

河南理工大学2007届本科毕业设计前 言采矿工程专业毕业设计是四年大学学习的终结考核，也是这四年学习生活的一次深刻的总结。在学校教学环节安排下，通过认识实习、生产实习、毕业实习已较为全面的了解了矿井的各个生产系统，使所学的专业知识得到了实践，以此为基础进行的毕业设计，是一次由工科学生向工程技术人员转变的考验，更是一次作为工科学生是否具备工程技术人员基本素质的考察。所以设计期间，严格执行教学大纲要求，以严谨的态度力求使设计合理、完善。本设计是以山西晋城篮焰煤业股份有限公司成庄煤矿地质资料为基础，根据指导老师的具体要求进行设计的。矿井自然地质条件简单，主采3煤层，平均厚度4.5m，属厚煤层。煤层自燃性发火倾向级，为不易自燃煤层，煤尘不具有爆炸危险性，矿井瓦斯含量高，相对瓦斯涌出量为13.29m3/td，为高沼气矿井，矿井涌水量较大，正常涌水量158.4m3/h，最大涌水量395.1m3/h。井田内小断层较为发育煤层产状较为复杂，煤层局部起伏较大，在一定程度上给开采设计带来了困难。通过毕业实习现场考察学习，在收集的资料基础上，按照毕业设计大纲和设计任务要求，广泛参考煤矿矿井开采设计的有关书籍、资料和网络信息，依据煤矿设计规范、煤矿安全规程等在原则上指导煤矿矿井初步设计的有关规定和煤矿工业设备选型的要求，对晋城蓝焰煤业股份有限公司成庄煤矿二号井进行了矿井初步设计。设计中所采用的矿井开拓方式、准备方式以及回采工艺经过方案比较和验算符合自然地质条件限制，满足设计要求。所选用工业设备与矿井设计生产能力及矿井自然地质条件相匹配，能够顺利达产，满足技术上最优、经济上最省的设计原则。全套图纸，加153893706中文摘要本设计是对山西省晋城蓝焰煤业股份有限公司成庄煤矿二号井3#煤层所作的矿井初步设计。成庄煤矿二号井自然地质条件简单，3#煤层平均厚度4.5m，属厚煤层，煤层赋存稳定，埋藏浅，地质构造简单，储量丰富。矿井瓦斯涌出量大，属高沼气矿井，煤尘不具有爆炸危险性， 煤层无自然发火倾向，矿井涌水量较大。本次设计主要对矿井开拓方式、准备方式和采煤方法进行了初步设计，对矿井运输、提升、通风、排水等生产系统进行了描述和设备选型计算。设计中采用立井一水平上下山开拓，二水平暗斜井延深，盘区式准备，布置一个综采大采高走向长壁工作面，一个工作面满足150万t/a的生产要求。设计时根据现有经济技术条件，尽可能采用先进的开采技术和设备，严格执行煤矿安全规程、煤炭工业矿井设计规范中的相关规定。关键词：矿井初步设计 立井开拓 暗斜井延深 盘区开采 综采大采高工艺 2目 录1 井田概况及井田地质特征11.1井田概况11.2 井田地质特征41.3井田勘探程度162 矿井储量、年产量及服务年限182.1井田境界182.2 井田储量192.3矿井年产量及服务年限223 井田开拓243.1概述243.2井田开拓243.3井筒特征313.4井底车场343.5开采顺序及采区、采煤工作面的配置493.6井巷工程量和建井工期514 准备方式534.1概述534.2准备方式534.3综采工艺设计565 矿井运输、提升及排水615.1矿井运输615.2矿井提升675.3矿井排水766 矿井通风与安全技术826.1矿井通风系统826.2风量计算及风量分配856.3全矿通风阻力计算896.4扇风机选型906.5矿井安全技术措施947 矿山环保1017.1矿山污染源概述1017.2矿山污染的防治101后 记103致 谢104参 考 文 献105附录一英文106附录二汉译119附录三附图1271 井田概况及井田地质特征1.1井田概况1.1.1交通位置成庄煤矿二号井位于沁水煤田南翼，晋城市西北20km处，跨泽州和沁水两县。工业广场位于泽州县下村镇史村,地理坐标为北纬353411353950,东经11236061124349。太（原）焦（作）铁路由井田东10余km处通过，侯（马）月（山）铁路从西南约7km处通过。矿井有铁路专用线经古书院矿与太焦铁路接轨，距古书院矿18km。207国道（太原洛阳）在成庄矿东侧约20多km处通过，晋（城）长（治）、晋（城）阳（城）、晋（城）焦（作）、长（治）邯（郸）、太（原）长（治）高速公路已建成通车。交通极为便利。详见图1-1交通位置图。图1-1 交通位置图1.1.2地形地势本井田地形为低山丘陵区，沟谷发育。中部高，东、西部低，最高点标高为1146.5m，最低标高为691.3m，相对高差为455.2m。东部长河西岸有黄土覆盖、西部沁河东岸也有黄土覆盖，中部山区森林发育。井田内村庄位于黄土冲沟两侧或山顶低洼处有黄土覆盖的地方。河谷两侧为侵蚀堆积地形，形成河漫滩及以上的三级阶地。1.1.3气象及地震晋城市属暖温带大陆性气候。四季分明，温暖宜人，日照充足,无霜期长。据晋城市气象站资料,年平均气温11,极端最低气温-22.8（1956年1月21日），极端最高气温38.6（1967年6月4日）。雨季为7、8、9三个月，平均年降水量622.7mm，最小295.9mm（1965年），最大1010.4mm（1956年）。平均年蒸发量1783mm。根据中国地震烈度区划图（1990）划分：本井田属地震烈度区度区；根据中国地震参数区划图（GB18306-2001），本区所属地震动峰值加速度分区为0。1.1.4煤田开发简史及其它井田东部由于埋藏较浅,易于开采,小煤矿分布较多, 目前，在井田周边生产的地方煤矿有15座（私开矿没有，吊销采矿证及生产许可证的小煤窑1座，关闭的小煤窑1座）。这些小煤窑均开采3号煤层，现将小窑情况介绍如下：1、岳南煤矿：位于井田东北部，采矿许可证号为（1400009944640）属晋城市地方国营。开凿三个井筒（主、副、风），面积8.7km2，年产原煤24万t。2、杨庄煤矿：位于井田东部杨庄村，采矿许可证号为（1400000230869）属泽州县下村镇办煤矿。面积0.13km2，开凿2个井筒（主、副），地质储量123万t，年产原煤10万t。3、史村煤矿：位于井田东部史村，采矿许可证号为（1400000221054）属泽州县下村镇史村办煤矿。开凿2个井筒（主、副），面积0.59km2,地质储量223万t，年产原煤6万t。4、段都煤矿：位于井田东部段都村，采矿许可证号为（1400000230846），属泽州县大东沟镇段都村办煤矿。开凿2个井筒（主、副），面积1.97km2，开采3号煤层,地质储量1713万t,年产原煤21万t。5、西山联营煤矿：位于井田东南角,采矿许可证号为（1400000331858）属晋城市大东沟镇办煤矿。开凿2个井筒（主、副），面积2.128km2，开采3号煤层，地质储量1246万t，年产原煤21万t。6、峪南煤矿：位于井田东南角，采矿许可证号为（1400000230805）属晋城市大东沟镇峪南村办煤矿。开凿2个井筒（主、副），面积0.86km2，地质储量786万t，年产原煤5万t。7、郭河煤矿：位于井田西北部五盘区内，于2002年关闭，采矿许可证号为（1400000230805）属泽州县大东沟镇郭河村办煤矿。开凿2个井筒（主、副），面积0.8km2，地质储量720万t，年产原煤21万t。8、祥和煤矿：位于井田东南部，2003年采矿许可证和生产许可证被吊销。9、山西天地王坡煤业有限公司：位于井田北部矿界以外，采矿许可证号为（1400000210151）属泽州县办煤矿。开凿4个井筒（主、副、风、回收），面积11.05km2。10、南坪煤矿：位于井田东南角矿界外，采矿许可证号为（1400000230814）属晋城市大东沟镇南坪煤矿。开凿2个井筒（主、副）。11、西王庄煤矿：位于井田东南部矿界外，采矿许可证号为（1400000231043）属晋城市大东沟镇西王庄村煤矿。开凿2个井筒（主、副）。12、刘村煤矿：位于井田东部矿界外，采矿许可证号为（1400000230847）属晋城市下村镇刘村煤矿。开凿2个井筒（主、副）。13、野马煤矿：位于井田西北角矿界外，采矿许可证号为（1400000041087）属晋城市办煤矿。开凿2个井筒（主、副），面积1.92km214、西陈庄煤矿：位于井田北矿界外，采矿许可证号为（1400000230870）属泽州县办煤矿。开凿2个井筒（主、副），面积1.66km2。15、岳城联营煤矿：位于井田西南角矿界外，属沁水县。面积0.63km2。1.1.5水源和电源成庄煤矿二号井没有可作为供水水地表水，所以该矿井供水水源取用地下水，根据矿井的水文地质资料，中奥陶马家沟组石灰岩是较好的供水水源，可作为矿井建设时期和生产时期的生产生活用水。该矿工业场地附近有一座已运行的史村河35千伏变电站，变压器容量23200千伏安，电压等级为35/10千伏，主要供周围农业和地方用电。在东沟镇附近有一座220千伏变电站，变压器容量为2120兆伏安，电压等级为220/110/10千伏。从东沟220千伏安变电站引两回110千伏架空线路至成庄工业广场110千伏变电站作为成庄煤矿二号井的永久电源，线路长12公里左右。可在史村河35千伏变电站增设变压器作为成庄煤矿二号井初期施工电源。1.2 井田地质特征1.2.1 井田地层本井田由东向西、岩层从老到新。现分述如下：一、奥陶系中统下马家沟组（O2x）以中厚层状石灰岩为主，下部夹泥质灰岩和含石膏的泥质角砾状灰岩，中下部岩溶发育，呈蜂窝状小溶洞相互连通，一般可见13层，洞内可见黄褐色沉淀物。本组岩溶发育，含水丰富，是矿区水源的重要取水层段。本组厚度约为178.32m。二、奥陶系中统上马家沟组（O2s）以浅灰深灰色致密性脆的厚层状石灰岩为主，次为泥质灰岩，具方解石细脉。本组厚177.04m254.13m，平均207.96m，富水性弱于下马家沟组。三、奥陶系中统峰峰组（O2f）以深灰色坚硬致密的厚层状石灰岩及角砾状灰岩为主，砾石成分较复杂。在个别钻孔中见到顶部具薄层状黄铁矿，为本溪组沉积物。本组厚42.79m86.13m，平均68.38m。四、石炭系中统本溪组（C2b）平行不整合于峰峰组灰岩侵蚀面之上，因受剥蚀面控制，厚度由0m9.76m。平均7.86m。以灰白色铝土质泥岩为主，夹薄层砂质泥岩及细粒砂岩，局部夹薄层灰岩，为一套以泥岩为主的泻湖海滩相沉积。底部为山西式铁矿。在井田东部边界外，有零星出露。五、石炭系上统太原组（C3t）为井田主要含煤地层之一。K1石英砂岩（相当于晋祠砂岩）底界或相当层位至K7砂岩底。与下伏本溪组成整合接触。由灰色中、细粒砂岩、灰黑色粉砂岩、泥岩、砂质泥岩、石灰岩、煤层组成。属海陆交互相沉积。自下而上K2、K3、K5三层石灰岩普遍发育，层位稳定。含煤10层，一般68层，可采2层（9、15号煤层）。本组厚77.52m112.07m，平均91.98m。在井田东部边界附近有零星出露。六、二叠系下统山西组（P1s）为井田主要含煤地层之一。K7砂岩底或相当层位的粉砂岩至K8砂岩底，与下伏太原组呈整合接触。由灰白灰色中、细粒砂岩、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成，为滨岸过渡相沉积，含煤13层，其中3号煤层为主要可采煤层。本组厚39.45m73.08m，平均49.83m。在成庄、段都、坪头一带有零星出露。七、二叠系下统下石盒子组（P1x）K8砂岩底至K10砂岩底，与下伏山西组呈整合接触。由灰色、灰绿色砂岩、砂质泥岩、泥岩组成，局部夹12层煤线及铁锰质结核。属淡水浅湖滨湖相沉积。顶部为含铝质泥岩，富含鲕粒，俗称“桃花泥岩”，层位稳定，分布广泛，是良好的标志层。K8砂岩为灰、深灰色细中粒长石石英杂砂岩。本组厚62.70m121.51m平均93.00m。八、二叠系上统上石盒子组（P2s）以K10砂岩底界与下石盒子组分界，属陆相沉积，全组厚547.60m600.49m，一般567.78m，按岩性组合可分为三段：下段（P2s1）：岩性主要由杏黄、黄绿、灰绿、紫红色细粒砂岩、砂质泥岩、泥岩组成。底部为中粗粒长石石英杂砂岩（K10），泥质胶结，具交错层理。与下伏下石盒子组呈整合接触。本段厚287.60m310.49m，平297.78m。中段（P2s2）：岩性主要由杏黄、黄绿、灰绿色粗、中、细粒砂岩，灰绿色、紫红色粉砂岩、泥岩组成，夹数层中厚层状粗粒长石石英杂砂岩。中部夹厚0m0.50m的锰铁矿层。本段厚200m230m，平均210m。上段（P2s3）：岩性主要由黄绿色、灰绿色、细粒砂岩，灰绿色、暗紫色粉砂岩及泥岩组成。为本区出露的最新岩层，全层出露不全，仅在大尖山、二尖山、方山、李街村一带有零星出露，因受剥蚀，所见厚度60.00m左右。九、第四系(Q) 沿长河各沟谷，两侧山坡及山梁均有大面积分布，角度不整合于不同岩层之上。中更新统（Q2）下部为浅红色至暗红色砂质粘土，夹铁锰质薄层，半胶结至不胶结，中部为灰黄色砂砾层，上部为红色砂质粘土，含钙质结核。厚0m23.00m，平均16.00m。与下伏地层呈角度不整合接触。上更新统（Q3）灰黄色亚砂土中夹钙质结核，垂直节理发育，孔隙度大，底部有灰黄色未经胶结的砂砾层。厚0m8.90m，平均厚5.00m。与下伏地层呈角度不整合接触。全新统（Q4）为近代河床相堆积，以砂质土，砂砾层为主，厚0m14.00m，一般为10m。本井田含煤地层沉积类型和特征与晋东南其它地区大致相同，主要煤层及标志层可以对比。因此，仍沿用晋东南地区标志层对含煤地层进行划分，其对比程度可靠。1.2.2煤层及其顶底板特征1、含煤性 井田内主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，总厚度116.97m185.15m，平均厚度141.81m，含煤11层，煤层总厚度14.23m，含煤系数10%，其中本次计算资源储量和蕴藏量的煤层有3层，总厚度11.33m。山西组厚49.83m，含煤13层，煤层总厚6.98m，含煤系数14.01%其中有2层薄煤层不可采，唯3号煤层为可采煤层，厚6.44m，可采含煤系数12.92%。2、主要可采煤层井田内主要可采煤层为3煤层，该煤层位于山西组下部，沉积稳定，上距K8砂岩34.80m左右，下距K7砂岩顶面6.12m左右，下距9号煤层44.82m左右。厚4.40m4.68m，平均4.5m。煤层倾角平均6。详见表11 可采煤层特征表。3、 煤层对比及对比评价井田内含煤地层沉积稳定，岩性组合具有一定的规律，标志层、煤层本身特征明显，这为煤层对比提供了可靠的地质依据。本井田主要采用的是标志层及层间距法进行煤层对比，特殊层段结合岩体，沉积环境分析，予以合理解释。地层单位地层单位岩石名称厚 度层间距（m）岩 性 特 征P1xK8细、中粒砂岩1.3033.007.3034.8深灰色，细中粒长石石英杂砂岩P1s3煤4.404.684.5厚度大且稳定6.12K7细粒砂岩0.3514.093.98深灰色，薄层状，细粒砂岩，具波状层理1.64C3t5煤01.370.78厚度小且不稳定8.33K5石灰岩1.004.482.35深灰色，致密坚硬，含星散状黄铁矿及腕足类化石，沉积稳定21.58K上4石灰岩00.900.49深灰色，含泥质较多，沉积不稳定0.009煤0.150.600.4厚度小且较稳定19.48K3石灰岩0.206.192.80灰深灰色，厚层状，致密坚硬、性脆，偶夹燧石条带，产动物化石，沉积稳定6.65K2石灰岩7.1014.139.85深灰色，厚层状，致密坚硬，块状，性脆，含丰富的动物化石，厚度大且稳定0.615煤0.40.70.6厚度小且较稳定9.76K1细粒砂岩05.433.30灰灰白色，细粒砂岩，硅质胶结表1-1 主要标志层情况一览表 1.2.3井田及其附近的主要地质构造井田内构造主要为走向北北东（北部）逐渐转折为北东向（南部），倾向北西的单斜构造。井田内地层平缓，倾角315，一般在10以内。在此基础上发育着波幅不大两翼平缓，开阔的背向斜褶曲构造，褶曲轴向大多为北西南东向,使井田内地层呈波状起伏。伴有少数落差较小，延伸长度较短的高角度正断层。断层走向多为北东向，倾向多为北西。总的说来，本井田构造仍属简单类。1.2.4 井田构造类型井田断层较少发育且落差较小，对开采设计影响很小可以忽略不计。但该井田内煤层产状较为复杂，走向变化较大，且矿井南翼煤层起伏较大，给开采设计带来一定的困难。1.2.5 煤层及煤质特征井田内主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，总厚度116.97m185.15m，平均厚度141.81m，含煤11层，煤层总厚度14.23m，含煤系数10%，其中本次计算资源储量和蕴藏量的煤层有1层，总厚度4.5m。山西组厚49.83m，含煤13层，煤层总厚4.98m，含煤系数9.99%其中有2层薄煤层不可采，唯3号煤层为可采煤层，厚4.5m，可采含煤系数9.31%。太原组厚91.98m，含煤10层，自上而下编号为5、6、7、8、9、11、13、14、15、16号，煤层总厚4.11m，含煤系数4.47%,均为不可采煤层。现将本井田开采煤层叙述如下：3号煤层位于山西组下部，沉积稳定，上距K8砂岩34.80m左右，下距K7砂岩顶面6.12m左右，下距9号煤层44.82m左右。厚4.30m4.68m，平均4.50m，一般在4.4m以上。详见表1-2 可采煤层特征表 煤层名称煤层厚度煤层间距（m）倾角（a）围岩性质容重（t/m3）煤层结构及稳定性最小最大平均厚度顶板底板平均34.404.684.54.5下距9煤层44.82m5粉砂岩泥岩泥岩粉砂岩1.45稳定表1-2 可采煤层特征表 91.2.6 煤 质根据煤岩和煤化学特征，井田内各煤层均属中等变质的无烟煤，按“中国煤炭分类国家标准”（GB5751-86）划分煤类，并经统计，3号煤层中无烟煤三号和无烟煤二号各占一半。1、煤岩特征和机械性能总的来讲，3号煤以光亮型煤为主，半亮型煤次之，颜色呈黑色，条痕为黑色，似金属光泽，致密坚硬，具贝壳状或阶梯状断口，不染手，节理裂隙较发育，且常被方解石或黄铁矿脉充填。煤的视（相对）密度介于1.431.46g/cm3之间。由于煤本身致密坚硬，加之煤层结构简单，宏观煤岩类型为均一状结构，块状构造，再加上井田内构造简单，煤层受挤压、剪切力小，所以3号煤层成块率高。2、煤的化学组成及其特征3煤产品质地优良，性能稳定，为热稳定性好，发热量大，机械强度大、低灰、特低硫、特低挥发份、固定碳含量高、化学活性高、灰熔点高、产块率高的无烟煤。详见表1-3 煤的工业分析表 表13 煤的工业分析表 煤层名称煤牌号水分M（%）灰份A（%）挥发分V（%）含磷P（%）含硫S（%）发热量Q(J/g)3无烟煤0.562.901.6210.6922.9015.206.509.637.800.0140.420.077050.290.690.4432.1235.7634.911.2.7矿井水文地质1、水文、水系成庄井田东缘为长河冲积洪积河谷地带，井田地势西北高、东南低、东西向沟谷发育，沟谷水流注入长河。长河为沁河支流，由东北向西南从井田东缘流过 。史村河、河底河等长河支流由西北向东南注入长河（这些河流均为石盒子组泉水补给，其补给面积小）为季节性河流。长河全长约20km，两岸发育有狭窄的阶地，河谷内建有南庄水库。井田内的史村河、河底河的上游分别建有刘村，常坡两座水库。河流、水库渗漏段、地表水补给地下水。2、地下水成庄井田从水文地质单元上来讲，属延河泉域。延河泉是我省较大的岩溶大泉之一，它位于阳城县东冶乡延河村北沁河西岸。高出河面约5m，出露地层为奥陶系中统上马家沟组灰岩，泉水沿上马家沟组灰岩底部涌出，其单泉平均流量为3.1m3/s。延河泉泉口出露标高463.78m，泉水流量受降水影响大，不稳定系数为2.3。由于受地层岩性、地质构造、岩溶、地形和水文网的控制，整个泉域构成一个完整的从补给、径流到排泄的地下水流域。中奥陶统厚层石灰岩是组成延河泉域的主要含水层，沁水向斜使泉域地层构成南部向北，东西两侧向中间倾斜的储水构造。泉域的东边界为晋获断裂带；西边界为震旦系变质岩；南边界为山西与河南间的天然分水岭（老地层出露段）；北边界为寺头断层。延河泉域东邻晋城三姑泉域，东北靠长治辛安泉域、北倚洪洞广胜寺泉域，总面积为2990km2，其中奥陶系出露面积1316km2。成庄井田位于长河上游一带，在区域水文地质上，属长河径流带的中上游。井田内上、下马家沟组岩溶十分发育，有大的溶洞，据钻孔揭露，溶洞内有大的涌沙现象。岩溶地下水的补给来自东部和东北部高平一带的灰岩裸露区和浅埋区的降雨入渗补给，以及丹河上游径流灰岩区和断裂的渗漏补给。由于晋获断裂带（延河泉域东边界）以大阳为界，分为南北两段，南段为阻水断裂，北段为透水段，在高平一带为导水断裂，岩溶地下水处于分流状态，一部分地下水补给成庄地区，一部分流向三姑泉。因此，成庄井田内的岩溶地下水资源极其丰富。井田内岩溶地下水供水井出水量极其可观，单井出水量达22002800m3/d。井田内的区域地下水，除奥陶系岩溶水外，还有石炭系薄层中厚层石灰岩裂隙水和二叠系砂岩裂隙水，以及第四系冲积层孔隙水。但这部分地下水分布范围局限，一般水量不是很大。现简述如下：（一）第四系冲积层孔隙潜水主要分布于盆地及河、沟谷地带，含水量变化较大，7-9月份为富水期， 1-4月份为贫水期，靠大气降水及季节性水流补给，仅供当地人畜饮用水用。在无污染地区，水质一般良好，多为重碳酸硫酸钙镁型水，PH值7.127.8左右，总硬度181.62309.42mg/L。受污染区则水质变坏。（二）二叠系砂岩裂隙水和石炭系裂隙岩溶水，赋存于二叠系砂岩及石炭系灰岩中的裂隙岩溶中。二叠系含水层主要是厚层砂岩中裂隙含水，隔水层为底部的泥岩和砂质泥岩。在二叠系分布较广的山区，其沟谷及两岸常有下降泉出露，泉水出自砂岩层中，水量随季节性变化很大。在无污染地区水质良好，常作为当地供水水源。水源类型为重碳酸硫酸钾钠钙镁型水，PH值7.47.8，总硬度：56.16237.6mg/L，井下资料428.04mg/L。石炭系含水层分布在层位稳定，厚度大，岩溶裂隙发育程度变化较大的厚层石灰岩中，其富水性变化也很大。一般与石灰岩所处位置及岩溶发育程度有关，岩溶发育程度又与地形地貌、地质构造、地下水动力条件有关。所以，富水段多分布于盆地、沟谷及地质构造较为发育地区，区内在上覆地层厚度大于50m，且距河谷较远的地段，往往富水性很少。水质多为重碳酸硫酸钙型水，局部受煤系地层中尤其是煤中的硫分的影响，水质发生变化，多为硫酸重碳酸钙镁型水。PH值7.4，总硬度122.76309.42mg/L。（三）奥陶系石灰岩岩溶水主要赋存于中奥陶统上、下马家沟组石灰岩中，尤其赋存于下马家沟组石灰岩中。该组石灰岩厚度巨大，岩溶裂隙发育，溶蚀强烈，层位稳定，补给充分，富水性极强。地下水总的径流方向是由东北、西南、西部向延河泉水排泄带流动。富水性也是由东北、西南、西部向延河泉水排泄带渐渐变强。中南部好于其它部位。相对隔水层为中奥陶统底部之含石膏脉的泥质灰岩。水质类型属重碳酸钙型或重碳酸硫酸钙镁型水，PH值7-7.5左右，总硬度162.6441.07mg/L。井田内奥陶系峰峰组基本不含水。（一）矿井充水水源成庄矿自地质勘探到建成投产至今，井田内共施工专门水文地质孔10个，供水井9个。据这些钻孔资料及地质报告资料，井田内的水文地质特征基本清楚。现叙述如下：一、水文地质条件主要含水层（组）井田位于太行山复背斜西翼，沁水煤田南端，总体为一向西倾斜的单斜构造，奥陶系二叠系由东向西依次出露。井田内主要含水层（组）有：1、奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层井田内奥陶系中统主要由中厚层状石灰岩组成，夹薄层泥质灰岩，出露于井田东侧，峰峰组基本不含水，可视为隔水层，含水层主要为上、下马家沟组，富水性强，埋深从东北部向西南逐渐加厚，地下水总的流向为北东南西。据钻孔资料，单位涌水为0.714.22L/sm。井田东部施工的供水水源井，单井出水量为22002800m3/d，水位标高454.70m516.10m，总硬度为4261158mg/L,矿化度为0.51.5g/L,属HCO3SO4CaMg型水，是矿区的主要供水水源。相对隔水层为中奥陶统底部的含石膏脉的泥质灰岩。2、石炭系上统太原组石灰岩岩溶裂隙含水层组太原组间夹的K2、K3、K 4、K 5等石灰岩为该组主要含水层，从钻孔揭露的岩层来看，单层厚度一般为2m10m。受补给条件的限制，裂隙发育较差，一般富水性弱。K 2、K 3石灰岩单位涌水量为0.0110.058L/ sm，水位标高691.40m709.32m。K 5石炭岩深部和浅部的富水性变化很大，浅部单位涌水量为0.523.43L/sm，而深部为0.00090.007 L/sm，水位标高为750.58m847.25m。矿化度为0.450.65g/L，属HCO3CaMg型水。建井初期，井巷揭露K2、K3、K 4、K 5等石灰岩时，均有涌水、一次最大涌水量为152.51m3/h。隔水层：本溪组广泛发育有铝土泥岩，其层位稳定。厚度一般为7.86m，是良好的隔水层，既可阻隔上部各含水层水下漏，也可阻挡奥灰岩溶承压水向上部含水层充水3、二叠系山西组、石盒子组砂岩裂隙含水层山西组以K砂岩为主要含水层，富水性弱。石盒子组地层出露于井田西部，以K8、K10、K12、K13等砂岩为主要含水层，裂隙较发育，富水性较好。2005年4月该矿施工的两个水文孔（东坡、段河）钻孔抽水试验成果见表1-4。 表1-4 东坡、段河钻孔抽水试验成果表 水文孔地点抽水层位抽水试验段（m）含水层厚度（m）影响半径（m）渗透系数（m/d）单位涌水量（L/sm）段河石盒子组石盒子组43.10189.0871.7347.350.02890.020山西组43.10264.0786.2856.580.02490.024东坡石盒子组53.50288.1670.1498.790.05240.042石盒子组山西组288.16380.2393.9874.320.04580.042上述资料表明，山西组砂岩裂隙含水层之间因为有厚的泥岩、砂质泥岩相隔，水力联系差，富水性弱。水质类型为HCO3K+Na型水，矿化度为0.310.55g/L。而石盒子组砂岩裂隙含水层虽然各砂岩层之间夹有多层砂质泥岩，泥岩作为隔水层，但由于埋藏极浅，钻孔在施工过程中，消耗量急剧增加，孔内不返水，砂岩裂隙发育。地下水的补给来源主要为侧向补给。其水质类型为HCO3K+Na型水，矿化度为0.310.61g/L。4、第四系冲积层孔隙含水层及风化带裂隙含水层第四系孔隙水主要分布于长河、史村河河谷中，砂砾层厚约10m，富水性较强，据水井简易抽水资料，单位涌水量为0.2284.64L/sm。但受季节影响、变化较大、富水期为79月份，贫水期为14月份。基岩风化带裂隙含水层受风化裂隙发育程度的影响，据钻孔揭露资料，井田内浅部较发育，越往深部发育程度越差，风化带下部的厚层泥岩、泥质砂岩裂隙不发育，作为隔水层，阻隔了上部风化带裂隙含水层与下部石盒子组含水层之间的水力联系。厚约27.70m38.23m，单位涌水量为0.0560.109L/s m，渗透系数0.1270.25m/d，影响半径为15.82m36.48m，属HCO3K+Na型水，矿化度0.29 g/L。需要特别指出的是：石炭系中统本溪组底部铝土泥岩和各不同时代的砂质泥岩、泥岩等，在发育良好、厚度稳定，不受构造破坏区域，均为良好的隔水层。（二）井田内地质构造的水文地质特征井田内大中型断层（落差大于20m）从勘探阶段到成庄矿建成投产至今尚未发现。但小型断层较为发育，尤其是落差小于5m的小型高角度（6075）正断层较为发育。这些断层虽然导水性弱，但在井田西部煤层带压开采区，可能成为奥灰岩溶水进入巷道和采掘工作面的导水通道。因此在井田西部各煤层带压开采区开拓生产时应引起高度重视。同时也要注意这些小断层在一定条件下也可能成为各含水层之间的导水通道。因此在开拓生产时应注意和预防断层导水事故的发生，必须在断层附近采取有力措施，以防止断层把各含水层之水导入矿井。井田内陷落柱较发育，从勘探阶段到成庄矿建成投产至2004年底共发现陷落柱95个，由此说明本井田陷落柱较为发育。但陷落柱分布无规律，以中、小型圆形及椭圆形为主，与围岩呈锯齿状接触，长短轴之比一般为13。它属奥灰岩溶塌陷所致，对煤层破坏程度较大，在其周围煤岩层中形成许多裂隙及小型断层。为构通奥灰岩溶水和各含水层之水创造了良好的通道。在井田西部煤层带压开采区陷落柱有导通奥灰水的可能，应引起高度的注意。因此在煤层带压开采区，应采取探水前进、留设防水煤柱等措施，防止透水事故的发生，确保安全生产。二、充水因素长河由东北向西南从井田东缘流过。井田东南部的史村河、河底河等长河支流由西北向东南注入长河。井田内沟谷纵横，松散层广泛分布，蓄水能力强，第四系潜水丰富。另外，刘村、常坡二座水库也分别建在史村河、河底河上游。由于井田东部煤层抬高导致煤层埋藏较浅，在井田东部3号和9号煤层出现露头，在井田东部边缘处不远15号煤层也出现露头。3号煤层距地表隔水层厚度变薄，地表水对3号煤层的开采具有较大威胁。因此在开采露头附近的煤层时要防止水害发生，确保安全生产。井田西部常店河属于季节性河流，在雨季要注意防洪，经常观测地表裂缝塌陷，及时填堵，防止地表水贯入矿井。3煤层充水因素：1地表水回采3煤层时，工作面会受到地表水的威胁，造成工作面涌水量增大，地表水主要有塌陷裂隙导致地表沟谷第四系砂砾石层形成的潜水、地表河流、地表水体等。特别是在雨季地表水相对富集。根据成庄矿20002004年矿井涌水量统计，其涌水量之峰出现在9-12月份，最大涌水量出现在12月份为395m3/h。雨季为6、7、8三个月，涌水量滞后2-4个月。雨季是矿井防治水工作的重点。23煤层上覆砂岩裂隙水3煤层的顶板二叠系山西组，石盒子组砂岩富水性较好，尤其是三、四盘区西部，上覆砂岩富水性好。当巷道开拓时，由于压力释放，上覆岩层裂隙水会沿导水裂隙渗透入工作面，造成顶板淋水较大，但一般过一段时间后均会疏干。当回采造成大面积塌陷时，会造成采煤工作面涌水量加大。3老窑、小窑采空区和本矿采矿区积水老窑、小窑采空区和相邻矿井由于开采时间久远，局部很可能积水比较严重。但是它们的积水情况和涌水量大小目前尚不清楚。截止2004年底成庄矿已回采了24个工作面，部分工作面内含有大量积水见3号煤层充水性图（附图10-1），积水主要集中在一盘区、二盘区和三盘区东部，采空区范围见3号煤层采掘工程平面图（附图13-1），采空区范围面积共计8.43km2，积水面积约80738m2,积水量约14200m3。当工作面布置到这些采空区附近时，由于受到采动影响，积水会沿煤层顶板、煤帮、裂隙、裂缝和小型断层渗入或导入工作面。因此当工作面掘进到这些地段时，必须制定严格的探放水措施。确保不发生透水事故。4奥灰承压水当3煤层开拓生产到井田西部带压开采区之后，由于小型高角度正断层、陷落柱同井田东部一样比较发育，它们都有可能把奥灰水导入矿井，所以，需采取井上下勘探、三维地震勘探、井下坑透、巷道探查等措施，查清井田西部小型高角度正断层的具体位置、大小和性质，以及采取留足隔离防水煤柱，构筑挡水墙、挡水阀门等措施，防止突水事故的发生。3 、井田水文地质类型本井田内分布于长河、史村河、河底河、常店河河谷中的第四系砂砾岩层，接受大气降雨及河水直接补给，补、径、排条件相对较好。地下水流向由东北向西南，水力坡度为1.2%10%。石炭、二叠系含水层地下水的补、径、排条件较差，富水性不均，浅部接受补给条件相对较好。奥陶系岩溶地下水极其丰富，补、径、排条件很好。井田内以单斜构造为主，各含水层之间均有泥质岩类的隔水层存在，使各含水层间无直接的水力联系。但在断层、陷落柱以及采煤引起的裂隙、裂缝、塌陷和封闭不严的钻孔存在的部位，各含水层之间存在着水力联系。煤层主要充水含水层为太原组灰岩及山西组砂岩，其富水性均较弱。综上所述，依据原煤炭工业部矿井水文地质规程第2章第4条规定，成庄矿井水文地质类型应属简单中等类型。但在开采井田西部带压开采区煤层时奥灰水可以通过断层、陷落柱与煤层沟通进入矿井。或者由于局部煤层底板隔水层厚度薄而引起的煤层底板突水，因此在开采井田西部带压开采区开采煤层时矿井水文地质条件变为复杂。1.2.8其他开采条件1、瓦斯矿井瓦斯相对、绝对涌出量分别为13.29m3/t.，145.97m3/min。，属高瓦斯矿井2、煤尘与自燃据地质报告和成庄矿3号煤层测试数据，3号煤层无爆炸危险性；虽然煤尘无爆炸性，但是，煤尘是井下生产环节中一种极其有害的物质，它在一定条件下会引起燃烧，爆炸，甚至危害生产人员的健康，因此在煤矿生产中必须高度重视煤尘的防治。据成庄矿3号煤层测试成果，自燃性发火倾向级，为不易自燃煤层。但由于9号和15号煤层为高硫煤，煤堆可能会起火燃烧，因此注意减少地面堆煤量及堆积时间。3、地温沁水煤田南部因无岩浆活动，地温梯度小于3/100m的标准，且有从长治到晋城地温梯度有增高的趋势。根据有关资料统计，长治矿区地温梯度为1.15/100m，赵庄矿区1.23/100m，晋城矿区1.64/100m。据此推算，成庄矿即使将来开采15号煤层时，井下温度也不会大于30，不是影响生产的重要因素。4、地压成庄矿3号煤层最大埋深532.83m（310号钻孔），一般埋深300m左右，在井田东部有3号和9号煤层露头出现，在井田东部边界外附近有15号煤层露头出现，15号煤层上距3号煤层84m左右，最大埋深616.20m（310号钻孔），且3、9、15号煤层均有坚硬的老顶或直接顶，因而，该矿矿山压力不会很大，给选择支护创造了有利的条件。1.3井田勘探程度1.3.1井田及其邻区勘探经过 井田及其邻区在精查勘探阶段，先后由地质部中南地质局晋城勘探队（401队）、煤炭部中南地质局126队、省局平顶山勘探队、晋城技术部钻探队、晋城矿务局钻探队、晋城矿务局地测处等进行勘探。现分述如下： 1、本区勘探工作是在晋城矿区详探的基础上，进一步推测向东发展的新区，其勘探网布置密度以750m500m圈A级储量，以1500m1000m圈B级储量，以3000m1000m圈C级储量。勘探深度大多为200-300米。鉴于本区构造简单，煤层稳定，结构简单，煤质变化亦有规律，顶底板岩性也变化不大，野猪岭逆断层和高庄-郭庄背斜基本控制。于1957年3月提交了地质勘探报告。完成钻探工程量35孔。2、在401队和126队勘探工作的基础上，省局晋城勘探队、晋城技术部钻探队、晋城矿务局钻探队、晋城山矿务局地测处等于1958-1965、65-79年、79-90年在本区进行补勘，勘探深度分别为500-600m，700-800，800-1000m，共完成补勘工程量106孔，计34568.71米。1.3.2对井田范围内以往精查勘探工作的评价 1、主要成绩 钻孔取煤质量较好，煤芯采取率平均为82 %，其中126队施工的钻孔质量较好，煤芯采取率平均为93%，煤厚均经测井验证。对于过去煤芯采取质量不高的见煤点也大部分进行了测井验证，因此报告中采用的煤厚可作为储量计算的依据。 查明井田构造形态，对-300米以上落差近于30米的断层位置有钻孔控制。 对主要可采煤层在井田的中浅部的赋存情况已基本查明，煤层露头控制严密，对比依据可靠。 对主要可采煤层煤质基本查明，其中对己组煤评定为低灰、低硫、低磷的优质炼焦用煤的结论是可靠的。 井田水文地质条件基本查明，所评价的井田水文地质条件属复杂类型有一定依据。 对有关矿井设计所需要的开采技术条件作了部分专门试验工作，并有一定程度的了解，报告中提供的煤层风化带深度及煤尘爆炸性等资料可作为矿井设计的依据。2、存在问题 最终精查地质报告自始至终回避论及本区的勘探类型及确定勘探线基本线距的依据，按750米的基本线距，在走向上对构造及煤层的控制程度略偏低。 在勘探线方向上布孔不够合理，其一是深孔过少而又不深，因而对井田深部的构造和煤层的了解和控制程度低；其二是未充分考虑多煤组的特点，半截孔较多，对下部煤组的控制程度低于上部煤组。 未根据勘探类型对煤层和构造的控制要求分级别计算储量，按现行规范衡量，对其提交的精查储量约有30%应为D级远景储量。130河南理工大学2007届本科毕业设计2 矿井储量、年产量及服务年限2.1井田境界井田境界应根据地质构造、储量、水文、煤层赋存情况、开采技术条件、开拓方式及地貌、地物等因素，进行技术分析后确定。一般井田境界划分的原则有如下几条： 一、按自然境界划分1、按地质构造因素划分：利用煤田地质构造作为划分井田的自然境界，即利用大断层、褶曲轴线、岩浆岩侵入带、古河床冲刷带等地质构造划分井田。2、按煤层赋存形态划分：为了有利矿井生产管理、巷道布置和减少采煤方法的多样性，常将产状不同的煤层区域划分为不同井田。3、按煤层组与储量分布情况划分：根据煤层组（煤层）与储量分布情况划分井田，在煤层生产能力高、储量多且集中的区域多划分建设大型、特大型矿井；在煤层生产能力低、储量少且分散的区域，一般多划分建设中小型矿井。以相邻矿井井田境界煤柱为界；4、按煤种、煤质分布规律划分：在煤种、煤质变化比较大的矿区。为了保证煤种、煤质和减少同一矿井煤种的种类，减少因分采分运与加工而造成的生产系统与设施的复杂性，可利用煤种、煤质的分界线作为井田划分的境界。5、按地形地物界线划分：当地面有河流、铁路、城镇等需要留设保安煤柱时，应尽量利用此类保安煤柱线作为井田境界，以降低煤炭损失，减少开采技术困难。二、按人为境界划分1、按水平标高（煤层底板等高线划分）：沿煤层倾角划分井田，常以煤层底板等高线（单煤层）或水平标高（煤层群）划分。2、按地质钻孔连线划分：地质钻孔连线划分，可用在煤层倾斜方向或走向方向上，应用时注意为井田开采创造较好的开采条件。3、按经纬线划分：以经纬线划分井田，可用在煤层走向上和煤层倾向上，是常用的人为境界划分方法。4、按勘探线划分：以煤田地质勘探中某地质勘探线作为井田划分的人为境界。根据以上原则以及本矿井的实际情况，确定本设计井田范围为：北：以纬线3945000为界；南：以寺和煤矿井田边界为界；东：以经线516750为界；西：以经线513250为界。由于本井田地质构造较简单，煤层赋存稳定，埋藏浅。受断层的影响小。本设计按井田的勘探程度拟将成庄井田划分六个块段，分别记为A块、B块、C块、D块、E块、F块。井田面积总面积为五个块段之和，故井田总面积S=SA+SB+SC+SD+SE+SFSF=4.251+5.892+4.787+3.069+2.870+2.684=23.553km2。注：计算面积使用的是AutoCAD2004的面积计算程序。所计算得的面积为投影水平面积，除以煤层倾角的余弦值，换算成井田的面积。2.2 井田储量2.2.1矿井工业储量矿井工业储量是勘探地质报告中提供的“年利用储量”中的A、B、C、三级储量之和，其中高级储量A、B级之和所占比例应符合规定。对于地质开采条件简单的大型矿井，井田内A+B级储量占总储量的比例为40%；第一水平内A+B级储量占本水平储量的比例为70%;第一水平内A级储量占本水平储量的比例为40%。利用地质块段法和算术平均法计算本设计矿井工业储量。计算说明：参与计算的煤层为3#煤层。井田内钻探工程基本线距，对A级储量，要求线距为7501000 mB级储量要求为15002000 m，C级为30004000 m。储量计算结果详见表2-1。表2-1 3#煤层储量计算表块段编号块段平面积（m）煤层厚度（m）煤层倾角（）保有工业储量（万t）备注A4080812.54.7862945.74A5657788.14.563844.85A4596512.74.5863