采矿工程毕业设计（论文）-荆各庄矿0.9Mta新井设计【全套图纸】.doc

1 矿区概述及井田地质特征 .2 1.1 矿区概述 .2 1.2 井田地质特征 .4 1.3 煤层及煤质 .8 2 井田境界和储量 .14 2.1 井田境界 .14 2.2 矿井储量 .14 3 矿井工作制度及设计生产能力、服务年限 .19 3.1 矿井工作制度 .19 3.2 矿井设计能力 .19 3.3 矿井服务年限 .19 4 井田开拓 .20 4.1 井田开拓的基本问题 .20 4.2 矿井基本巷道 .29 5 准备方式 .37 5.1 煤层的地质特征 .38 5.2 采区巷道布置及生产系统 .39 5.3 采区车场选型 .42 6 采煤方法43 6.1 采煤工艺方式 .44 6.2 回采巷道布置 .55 7 井下运输 .58 7.1 概述 .58 7.2 采区运输设备选择 .58 7.3 大巷运输设备选择 .62 8 矿井提升 .64 8.1 概述 .64 8.2 主副井提升 .64 9 矿井通风 .66 9.1 矿井通风系统选择 .66 9.2 矿井所需风量 .77 9.3 全矿通风阻力的计算 .80 9.4 矿井主要通风机选型 .84 9.5 防止特殊灾害时期的安全措施 .89 10 矿井基本技术经济指标 .91 参考文献 .92 专题部分 .93 英文原文 .104 中文译文 .109 致 谢 .113 1 矿区概述及井田地质特征 全套图纸，完整版设计，加 153893706 1.1 矿区概述 1.1.1 井田位置、范围和交通位置井田位置、范围和交通位置 荆各庄矿井田位于开平向斜的西北侧，中隔凤山缸窑背斜自成一盆状向斜。南北 长约 3.5 km，东西宽约 3.4 km，北端闭合，南端开放，其轮廓恰似一个直径 3.5 km 的亚 圆形，面积约 9 km2。 荆各庄矿位于河北省唐山市北偏东约 13 公里处，南距马家沟矿 6 公里，距原京山铁 路开平车站 10 公里，东距陡河发电厂 4.5 公里。行政区域属唐山市开平区管辖，见荆各 庄矿交通位置图(图 1.1)。 图图 1.1 荆各庄矿交通位置图荆各庄矿交通位置图 丰润 荆各庄矿 唐山站 开平 唐山市 丰南市 沙 河 去山海关 北 去 京 唐 港 去秦皇岛 陡 河 水 库 津唐线 去天津 去遵化 钱家营矿 到站天津秦皇岛 距离125km 136km 井田开采范围：北部、西部及南部均以 12 煤层冲积层下潜伏露头为界，东南部以 F1 断层组为界，深部以煤 12 盆状向斜底- 530 标高为最终深度，矿井面积约为 9 km2。井田 开采范围坐标见表 1.1。 1.1.2 地形地貌地形地貌 本区为一平坦的冲积平原，东南面沿陡河东岸是由奥陶纪石灰岩构成的东北西南 方向起伏伸展的低山丘陵。从东往西有巍山（290 m） 、凤山（180 m） 、小梁山 （100 m）和菀豆山（38 m） ，由菀豆山向西南倾没于平原之下。由巍山向东北低山 丘陵接连绵延，地势逐渐增高，直到青龙山标高达493.01 m。在井田北面约 7 km 由震 旦纪灰岩构成的低山丘陵，东西方向横伏，这两条低山丘陵在井田东面的青龙山一带相 汇合。低山丘陵的伸展方向与地层走向方向一致。井田内地势平坦，但北部稍高，向南 低下，北部地面标高为+38.8 m（湾 35 孔） ，南端标高为23.85 m（湾补 6 孔） ，倾向陡 河。 表表 1.1 井田开采范围坐标表井田开采范围坐标表 拐点 编号 拐点 编号 拐点 编号 1402303772628398360769451540117579207 2402157767559398627778151640168578650 34014757592810399182785671740201378275 44008157570511399682790421840207078445 53997357597512400200795251940242078490 63989357622513400765797152040240578167 73984807651714401102795772140210878158 1.1.3 河流水系河流水系 流经本区东南边的陡河，发源于北部山区，上游由二支汇成，东支称管河，发源于 丰润县福山寺管泉，西支称泉水河，发源于丰润县赵庄上水路。二支水流在双桥村北侧 汇合，向南流经唐山市区，下游汇集石榴河，向南流入渤海。河北省水利厅于 1965 年在 双桥村一带修建了陡河水库，水库大坝距井田东端的最近距离为 2200 m。陡河及陡河水 库虽然距井田区甚近，但是因其底下均赋存有百余米的第四纪松散沉积物，而且存在有 隔水作用的粘土层，对本矿充水没有直接的影响。 根据附近丹河临时观测，其流量为 0.00415（1998 年 6 月 30 日）1.4088（1998 年 7 月 22）m3/s。 1.1.4 矿区的气候条件矿区的气候条件 唐山地区气候属半大陆性，夏季炎热多雨，冬季严寒凛烈，气温变化较大。根据唐 山市气象局 19591999 年气象料资，历年平均气温 17.9 ，最高气温 40.3 ，最低气温 -18.3 。历年平均降水量为 708.14 mm，年最大降水量为 1263.8 mm。区内冬季多北风， 夏季多南风，最大风速 16 m/s。冰冻期为十一月至次年三月，最大冻土深度 0.27 m。 1.1.5 水源、电源水源、电源 .供水水源 .地面水源 本矿地面水源共有三处：即东水源井、西水源井（小学校院内）和矸子山水源井。 供水孔数为：东水源井两个，西水源井一个，矸子山水源井一个。以上四个供水孔均自 奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层取水，水量很丰富，单位涌水量为 2.33 m3/minm。由 于排水设备的限制，每个供水孔排出量约为 2.02.3 m3/min。目前本矿部分生活用水及工 业用水取自地面水源，计 6.0 m3/min。 .井下水源 本矿井下清水源目前有 2080 疏水中 心。供水量为 3.5 m3/min，主要取自第含水层 （即煤 5 以上砂岩裂隙承压含水层） 。原来的 1331 和 1148 放水中心水量很小已无法满足 供水要求。目前 2080 疏水中心仍在施工，将来有希望增加井下清水源。 理化检验均符合国标。 .工农业生产和原料及电力供应 矿区内工业以煤炭为主，农业主要种植小麦、玉米、水稻，间杂有果园、菜园和苗 圃等。 本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥、石材需由国家计划 供应外，其它砖、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。 矿区已建有 110 kv 区域变电所，可向本矿井供电的两回 35 kv 输电线路。 1.2 井田地质特征 1.2.1 区域地质概况区域地质概况 开平煤田位于燕山南麓，在大地构造上位于中朝地台燕山沉降带的东南侧。燕山南 麓煤田在地质力学体系上处于天山阴山纬向构造带、新华夏系构造带和祁吕贺兰山 山字形的三个巨型构造体系的交汇部位。开平煤田受新华夏构造体系的影响，以一系列 NNE 向的褶曲及逆断层组成，北部受纬向构造的影响逐渐向南弯转成走向近东西向。煤 系地层由石炭系中统唐山组，上统开平组、赵各庄组及下二迭系大苗庄组、唐家庄组等 组成。岩性以砂岩、泥岩为主，基底地层为中奥陶系马家沟组石灰岩，分布于煤田周边 地带，与煤系地层呈不整合接触。煤田向南倾伏，其南部界限可能跨过宝坻奔城大断 层伸入另一个二级构造单元华北断陷。 开平煤田构造形式以褶皱为主，线型排列比较明显，向斜背斜多呈相间平行排列， 区内由西至东有：蓟玉向斜及其两侧的窝洛沽向斜、丰登坞背斜、车轴山向斜、卑子院 背斜、弯道山西缸窑向斜、凤山缸窑背斜、开平向斜。 褶皱为不对称状，轴面向北西倾斜，向斜轴线偏居西北翼一侧，西北翼地层急陡直 立甚至倒转，并伴有与其方向一致的逆断层及逆掩断层，断层面倾角 45以下，引捩构造 明显，次级褶皱也较为发育。东南翼一侧产状平缓，构造以次级复背、向斜构造为主， 并伴生有断层构造。背斜则相反，西北翼产状平缓，东南翼急陡，其它情况亦然。 煤田由于受东临山海关地块来自西南方向挤压力的干扰，往往发育有串珠状横向褶 皱，有的分异为独立盆形，如开平向斜西北侧的西缸窑、弯道山、西北井三个盆状向斜 的形成，其轴线方向与开平向斜走向近直交。 1.2.2 地质特征地质特征 荆各庄矿井田位于开平向斜西北侧，煤系地层的形成时代属于石炭纪和二迭纪。煤 系基底地层为中奥陶统马家沟组石灰岩，井田地层情况见表 1.2。综合柱状图见图 1.2。 本井田与开平煤田其它构造单元的地层特征基本相似，本阶段所揭露的地层有变化 的地段主要在 9 号煤层以上至 6 煤层及 12 煤层以下至 15 煤层，对其层间距及岩性作了 修改，下面按着由老至新的地层顺序进行描述。 .奥陶系中统马家沟组（O2） 本组为岩性单一质纯的碳酸盐岩相沉积，以厚层状灰褐色淡玫瑰色的豹皮状灰 岩为主，夹薄层状白云质灰岩。后种岩石多赋存于本组地层上部。根据岩芯观察，其顶 部大约 50 m 以上部分属古风化带，最顶部 20 m 风化程度甚强，常呈土黄色，向下渐弱， 岩石呈黄灰斑状杂色。在风化壳中，溶孔溶洞发育，部分层段呈蜂窝状，时有钻具陷落 发生。含水性甚强，裂隙及孔洞内有浅灰浅黄色铝土岩充填物，这为鉴定古风化壳 的重要证据。1988 年在太平庄打水井时发现奥陶灰岩中有 0.5m 垂深溶洞，并有浅黄色充 填物。 77 粉砂岩，细砂岩，中粒砂岩。 粉砂岩，中粒砂岩。 75 灰黑色泥岩，致密块状。6.44 界 地层系统界 系统 组 柱 状 厚 度 （M） 煤 层 岩性描述 新 生 界 上 古 生 界 二 迭 系 P 下 统 225 唐 家 庄 组 P2 160 大 苗 庄 组 P1 95 下 古 生 界 石 炭 系 C2 奥 陶 系 200 600 30 | 379.1 150 23 114 8.43煤9 0.64煤10 1.26煤12 8.6K6 2.5 65 600 赵 各 庄 组 C2 60 75 65 底部为卵砾互层，中部是粘 土层，之上是卵砾互层，最上 面是沙和粘土（含有流沙层）。 含长石的中粒砂岩波状层理 下部粗、中、砂岩互层上部 细、中粉砂互层成分以石英 长石为主。 煤9顶板为粉砂岩，中粒砂 岩，成分为石英，长石胶结 为高岭土，易风化膨胀。煤 10底板为石英砂岩，顶板为 粉砂岩. 煤12底板为石英砂岩， 顶板为粉砂岩。 k4、k5岩石为石灰岩、细砂 岩、粉砂岩，泥岩。 k1、k2、k3岩石为石灰岩、 粉砂岩，泥岩。 豹皮石灰岩、灰色石灰岩、白云 质石灰岩。 图图 1.2 荆各庄矿综合柱状图荆各庄矿综合柱状图 表表 1.2 开平煤田区域地层表开平煤田区域地层表 .石炭系（C） 下界为奥陶系中统马家沟组石灰岩顶面，两者为平行不整合接触。上界为煤 11 顶板 含海相动物化石之泥岩顶面。该层与上覆的二迭系地层呈整合接触。本组一般厚度为 210 m。 .石炭系中统唐山组（C2） 直接覆盖于奥陶系石灰岩之上，上至 K3 唐山灰岩顶界面，一般厚度 75m。 本统地层以粘土岩和粉砂岩为主,各种岩石大致百分比如下:粘土岩占 42.1，粉砂岩 占 31.2，砂岩占 19.9，石灰岩占 6.8。 本组岩相变化是由滨海湖泊相碎屑沉积过渡为海相灰岩沉积，交替出现三个沉积旋 回,即：-1、-2、-3，形成一个渐进的相序。本组中含三层薄层石灰岩，均含有丰富 海相动物化石，由下而上简称为 K1、K2、K3 石灰岩。第一层灰岩 K1 出现在距奥陶灰岩 顶界面大约 38 m 处，第二层石灰岩 K2 出现在 K1 之上 12 m 处，第三层石灰岩 K3 出现 在 K2 之上大约 25 m 处，称之为唐山灰岩，该层灰岩呈浅灰褐色，中厚层状，质纯，厚 2.5 m 左右，厚度大，层位稳定，含有大量的蜓科和珊瑚化石，易于同其它岩石相区别。 .石炭系上统（C3） 分上下两组，下组称开平组 C31 ，上组称赵各庄组 C32 。上组是荆各庄矿井田重要 的含煤地层，本统地层一般厚度为 135 m。 开平组 C31： 下限为唐山灰岩 K3 顶板，呈整合接触，上限为赵各庄灰岩 K6 之顶板，亦是整合接 触。本组地层一般厚度 76.59 m，以粉砂岩为主，粘土岩含量减少，各种岩石所占的百分 比为：粘土岩 10.1，粉砂岩类占 52.6，砂岩类占 31.4，石灰岩占 2.9。岩相组合 上为浅海相薄层泥质碳酸盐岩和泻湖海湾相粉砂岩及砂岩沉积物的交替沉积。包含 I- 4、I-5、I-6 三个较大的旋回，每一旋回都是由海相石灰岩起经过渡相沉积，又覆为海相 沉积。 本组内赋存三层石灰岩，由下而上命名为 K4、K5、K6，其中 K5 石灰岩为深灰色泥 质生物碎屑岩，时而接近钙质粘土岩。特点是含灰白色的动物介壳，富集成层，与深灰 色泥质灰岩交替成细带状，形成明显的水平层理和水平波状层理，极易区别于其它石灰 岩。厚度薄但比较稳定，一般为 0.11.3 m，平均 0.55 m。在 K5 石灰岩底板，赋存三个 煤层即： 14 煤层一般厚度为 0.10.8 m,平均 0.4 m;煤 15 甲一般厚度为 0.10.5 m;煤 15 乙一般厚度为 0.14.29 m,平均 1.12 m，局部达到可采。本组比较突出的特点是出现了含 煤沉积，是典型的海陆交互相沉积序列。 赵各庄组 C32： 下限为赵各庄灰岩 K6 顶板，上限为 11 煤层顶板泥岩之顶界面。一般厚度为 60 m， 本组为重要的含煤地层。 本组地层以粉砂岩为主，其次为砂岩，各种岩石所占百分比如下：粉砂岩类 38.3，砂岩类 29.5，煤层 17.4，粘土岩 14.8。岩相组合主要是泻湖海湾相和泥岩 沼泽相交替沉积，同时在泻湖海湾相之后出现有湖滨三角洲相。 自沉积赵各庄灰岩 K6 之后，海水大规模后退，而每次海进的幅度都比较小。该阶段 沉积环境相对稳定，是成煤的最好时期。本组含煤层 5 层，即：煤 12-1/2、煤 12、12-1 煤层、煤 12-1 上煤线、11 煤层。 .二迭系下统 P1 界系统组代号厚度(m) 新生界 第四系 Q0-890 二上统洼 里 组P222800 上迭古 冶 组P21346 古系下统唐家庄组P12180 生大苗庄组P1179 界石上统赵各庄组C3274 炭开 平 组C3170 系中统 C2 65 奥中统马家沟组O2345 下陶下统亮甲山组O12115 系冶里组O11203 古凤山组3368 寒上统长山组3248 生武崮山组3182 系中统2120 界下统馒头组12150 景儿峪组11263 元震上统迷雾山组Z2w1200 古旦杨庄组Z2y400 界系下统高于庄组Z1k600 大红峪黄崖关组Z1T+H450 太古界 前震旦Ar -不整合- 唐山组 -平行不整合- _ _ _ _ _ _ _ _ _ 五台群 下界为 11 煤层顶板之泥岩顶面，为整合接触。上界为层矾土质粘土岩之顶板，井 田内该层大部分被冲蚀掉。本统地层一般厚度为 235.76 m，分上下两组，上组称唐家庄 组，下组称大苗庄组，其中大苗庄组是重要的含煤地层。 1.2.3 地质构造地质构造 .褶曲构造 荆各庄矿井田自身即为一个盆状向斜，向斜轴线偏居西侧，近南北延伸，中部略向 西呈弧形弯曲，并向南偏东倾伏，倾伏角约 56。向斜轴线西侧地层产状急陡，而东 侧则较为舒缓，同时向斜边缘较之中部地层产状陡。这种构造特征直接影响了井田不同 区域断裂构造的性质和发育程度。在井田东部有一舒缓横向褶皱,轴线方向 N43E,长 700 m,宽 300 m，两翼倾角 510。 在井田中南部有一小型背斜，轴线方向 N40E，长 600 m 以上，背斜西部一翼产状 较陡，倾角 2560，东部则地层较舒缓，倾角 1525。 .断裂构造 断裂构造是井田最为重要的构造形式，它不但构成了井田边界，而且直接影响采区 的划分，同时在井田范围内广泛存在，是采掘生产和井巷工程所要解决的最主要的地质 问题。由于井田向斜西陡、东缓，边缘陡、中部缓的不对称性，造成井田范围内断裂构 造的性质、分布、发育程度具有较大的分异。总体上讲,向斜轴线以西区域内以逆断层为 主，且多为冲断层，构造复杂；而向斜轴线以东则以张性正断层为主,逆掩断层次之，冲 断层极为少见，构造条件亦相对简单。同时受区域应力作用,断裂构造在延伸展布上亦存 在一定规律,按其走向大致可分为四组： .走向呈 NNE 到 NE 向的逆断层 这类断层分布密度大，极易成组出现，倾角 2075之间，断层面呈平滑微波状， 擦痕明显，断层泥厚 25 cm，牵引构造十分明显，并常有派生褶曲发育，延伸长度 200 m1300 m，主要分布在井田西翼边缘地带,具有代表性的断层有 F5、F7、F1F3 组等。 .走向 NEE 向的正断层 这组正断层主要分布在井田向斜轴部及井田西部地带，断层面倾角多在 60以下，断 裂面张开，层面不平整，多为断层泥充填，断层延伸长度 1001100 m，具有代表性的断 层有 F4 等。 .F1F3 断层组 这是三条密集平行排列的逆断层，位于井田南部，构成了井田的天然边界，三者均 为逆掩断层，走向 3560，倾角南东,断层面倾角 3546，累计落差 70145 m，延 伸长度 3500 m。这组断层在地质及水文地质方为重要的是它沟通了上下含水层的水力联 系，使邻近区域内水文地质条件复杂化。该断层主要由四条地质剖面和 15 个地面钻孔控 制，其防水煤柱范围内仍是井巷工程禁区。 面对井田起着十分重要的作用，断层带附近地层被断褶得错综复杂，支离破碎，其 两侧延续到相当范围，裂隙节理丛生，使地层更具有强充水性。断层参数见表 1.3。 表表 1.3 断层特征表断层特征表 名称落差/m倾角/走向长度/m F17014535463500 1.2.4 地温地温 据详查勘探资料，本区地温梯度为 0.94 /100 m，横温带在 50100 m 左右，地温 变化范围在 11.5017.00 之间，属地温正常区。 1.3 煤层及煤质 1.3.1 煤层赋存条件煤层赋存条件 井田煤系主要由石炭系上统和二迭系下统地层组成，煤系地层总厚度约 450 m，共含 大小煤层 19 层，煤层总厚度 25.3 m，含煤系数为 5.7,其中 9#煤为可采煤层，平均总厚 度 8.43 m。各煤层具体分布见表 1.4。 .可采煤层厚度 9#煤层：为矿井的主采煤层，厚度为 0.0017.67 m，平均厚度为 8.43 m。煤层为黑 色、条带状构造，玻璃光泽，以亮煤为主，间夹暗色条带，局部含丝炭，偶含黄铁矿膜， 半亮光亮型。煤层的容重为 1.44 t/m3。区内煤层厚度变化较大，最厚点在西翼采区湾 36 孔。 表表 1.4 煤系地层含煤情况煤系地层含煤情况 地层关系所含煤层 系统组 地层厚度 （m）层数煤层名称 可采煤层 唐家庄组145.412小煤线无 二迭系下统 大苗庄组90.3685,6,7,8,9(1),9(2)，109(2) 赵各庄组60.00511,煤线,12-1,12-2,12-1/2无 上统 开平组76.59314,15,16无石炭系 中统唐山组75.001煤线无 本煤层一般含 23 层夹矸，多为炭质页岩。在井田西翼采区及轴东采区有厚层夹矸， 岩性为褐红色泥岩粉砂岩细砂岩或浅褐色砂岩，厚度各采区达 0.10.4m，在平面上 呈透镜状，分布范围不大，主要在盘地边缘及 F3 断层组附近，夹矸之上有 1.53.7m 左 右的煤，之下有 5.0m 左右的煤。夹矸变厚处煤层厚度明显变薄，且上分层煤往往尖灭于 煤层顶板，因此，在施工中必须注意：下分层煤是主要煤层。 .可采煤层结构变化 井田可采煤层为 9 煤层。在矿井开采过程中，揭露的煤厚点越来越多，通过全面的 统计分析，对其稳定性有了更加全面的了解，现将其稳定性分析分述如下： 根据 9 煤层开采情况，选取了 134 个煤厚点进行统计分析，确定煤 9 的稳定程度见 表 1.5。 表表 1.5 井田煤层稳定性统计表（井田煤层稳定性统计表（9#煤）煤） 煤层厚度（M）统计点数变异系数（r）可采指数煤层稳定性 0.0017.67 8.43 13435.82%0.98较稳定 1.3.2 煤质煤质 .煤的物理性质 煤层的物理特性见表 1.6： 表表 1.6 主要煤层物理特征表主要煤层物理特征表 颜色 光泽煤岩成分煤岩类型结构和构造矿物结核 容重 (t/m3) 9#煤层黑色 玻璃 光泽 以亮煤为主，间夹暗煤条 带，局部含丝炭膜。 光亮半 光亮 条带状构造 偶含黄铁 矿膜 1.44 .可采煤层的煤质概况 煤层煤质特征表见表 1.7。 表表 1.7 可采煤层煤质特征表可采煤层煤质特征表 灰 分（Ad） % 挥发分 （Vdaf） % 原煤全硫（St.d） % 原煤含磷（Pd） % 发 热 量 （Qnet.v.ad） MJ/Kg 煤 932.8543.440.50.0080.02321.35 煤灰成分：以二氧化硅+三氧化二铝为主，其中二氧化硅的含量 43.65%，三氧化二铝 含量为 36.22%，其次为三氧化二铁，其含量为 4.79%，氧化钾含量为 2.67%，氧化镁含 量为 1.62%，氧化钙含量为 1.20%。灰熔融性软化温度（ST）1500 ，属难熔灰分。 .工艺性能 .煤的热稳定性。 据详查勘探取样测试，9 号煤 TS+6 为 56.2087.75%，平均 77.01%；属于热稳定性 好的煤层。 .煤对 CO2的反应性。 经本矿取样试验并参考详查勘探资料，950 时，9 号煤 CO2还原率为 9.4028.50%，平均 17.77%。属反应性低的煤层。 .煤的可磨性。 据补充勘探 9 号钻孔煤芯煤样试验结果并参考详查勘探试验资料，9 号煤哈氏可磨指 数（HGI）为 63.8091.80%，平均 78.40%。属于可磨性较好的煤层。 .煤的结渣性。 据详查报告资料，当鼓风强度 0.30m/s 时， 9 号煤灰的结渣率为 6.4211.98%，平 均 8.36%。属弱结渣煤。 .煤的可选性 据详查勘探采取钻孔简易分选样进行筛浮试验，用0.1 含量法评价，结果为： 9 号煤：假定精煤灰分为 11.00%，则0.1 含量为 4.5824.86%，平均 11.68%，可选 性为易选。假定精煤灰分为 11.50%，0.1 含量为 3.5620.68%，平均 9.29%，可选性为 易选。 特 征 煤 层 项 目 煤 层 .煤类和工业用途 井田内各煤层均属气煤类，小牌号为气煤 1 号和气煤 2 号，根据 9 号煤铁箱试验结 果，煤的结焦性能较差，块度小，抗碎性及抗磨性能较差，不适于单独炼焦之用，但可 以考虑作配焦用煤；煤的焦油含量较高，属富油煤高油煤，可考虑煤的综合利用。由 于煤的发热量均在 18.0124.18 MJ/Kg，可作为动力用煤。 1.3.3 区域水文地质区域水文地质 .区域水文地质概况 荆各庄矿井田位于开平向斜的西北侧，中隔凤山缸窑背斜自成一盆状向斜。流经 本区东南边的陡河，发源于北部山区，上游由二支汇成，东支称管河，发源于丰润县福 山寺管泉，西支称泉水河，发源于丰润县赵庄上水路。二支水流在双桥村北侧汇合，向 南流，经唐山市区，下游汇集石榴河，向南流入渤海。河北省水利厅于 1965 年在双桥村 一带修建了陡河水库，水库大坝距井田东端的最近距离为 2200 m。陡河及陡河水库虽然 距井田区甚近，但是因其底下均赋存有百余米的第四纪松散沉积物，而且存在有隔水作 用的粘土层，对本矿充水没有直接的影响。 荆各庄矿的水文地质条件属复杂型，有八个含水层，自下而上分别为： .奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层（） .K2K6 砂岩裂隙承压含水层（） .K6煤 12 砂岩裂隙承压含水层（） .煤 9煤 7 砂岩裂隙承压含水层（） .煤 5 以上砂岩裂隙承压含水层（） .风化带裂隙、孔隙承压含水层（） .第四系底部卵石孔隙承压含水层（） .第四系中上部砂卵砾孔隙承压和孔隙潜水含水层（） 其中与矿井生产较密切的为、。 .井田地表河流 井田地表河流主要为陡河，发源于发源于北部山区，上游由二支汇成，东支称管河，发 源于丰润县福山寺管泉，西支称泉水河，发源于丰润县赵庄上水路。经在大戴庄所设观 测站观测：夏季最高水位为+19.5 m，冬季水位介于+16 m+17 m，河水最高水位约低于 本区地形的最低高度 10 m 左右。 根据 19891998 年东翼塌陷坑观测资料统计，积水量最大值为 263.5 万吨，积水量 最小值为 21.6 万吨，东翼塌陷坑随着采、掘活动逐年加大，但积水对矿井涌水量无影响， 对矿井安全生产无威胁。 .井田含水层 .矿井直接充水含水层 荆各庄矿直接充水含水层有 K2K6 砂岩裂隙承压含水层（） 、K6煤 12 砂岩裂 隙承压含水层（） 、5 煤层以上砂岩裂隙承压含水层（） 。 a.K2K6 砂岩裂隙承压含水层 该含水层位于石炭系中统唐山组的 K2 灰岩和石炭系上统赵各庄组的 K6 灰岩之间， 厚度 100 m，岩性以粉砂岩和细砂岩为主。岩石胶结物多为钙泥质。本层岩石裂隙非常发 育，且以倾向裂隙为主，宽度较大，多呈直立密集分布。该含水层在垂向上以 K6 灰岩、 15 煤层底板、16 煤层底板含水较丰富。 本含水层单位涌水量为 0.0050.083 m3/min，平均为 0.032 m3/min，渗透系数为 1.2967.816 m/d ，平均为 3.486 m/d ，属于含水丰富的含水层。水质类型为 HCO3- Ca2+Mg2+型淡水，总硬度为 9.12 度，PH=7.89。 b.K6煤 12 砂岩裂隙承压含水层 该含水层位于石炭系上统赵各庄组的 K6 至煤 12-2 底板之间，厚度 20 m，岩性以砂 岩和粉砂岩为主，岩石胶结物多为硅质，垂直层面的构造裂隙很发育，裂隙充填物多为 钙质。 本含水层单位涌水量为 0.0020.206m3/min.m，平均为 0.042 m3/min.m，渗透系数为 0.25319.793 m/d，平均为 6.360 m/d ，属于含水丰富的含水层。水质类型为 HCO3- Ca2+Mg2+型淡水，总硬度为 12.27 德国度，固型物含量为 241 mg/l，PH=7.85。 c.煤 5 以上砂岩裂隙承压含水层 该含水层位于二迭系下统的大苗庄组的煤 5唐家庄组上界。岩性以粉砂岩及砂岩为 主，其中中粗砂岩含水最丰富。砂岩胶结物多为钙、硅、泥质。本层岩石裂隙非常发育， 且以倾向裂隙为主，宽度较大，多呈直立密集分布。在勘探期施工的钻孔中，几乎所有 钻孔过本层时均消耗冲洗液，消耗量大于 5 m3/h 的钻孔占总数的 58，而且漏水严重的 分布在井田东部和南部地区，其余地段冲洗液消耗量较小，我矿在 19871996 年施工的 钻孔当钻至本层时，冲洗液漏失现象也很严重，常有不回水现象。因此可知本含水层裂 隙发育。 在煤 5 以上 60 m 厚，为一河床相砂岩，与下伏地层呈冲刷接触，在井田西部和中部 直接冲刷至煤 5 或煤 6，甚至冲刷至煤 7 或煤 8，本段单位涌水量为 0.0070.117 m3/min.m，平均为 0.052 m3/min.m，渗透系数为 1.9858.945 m/d ，平均为 4.952 m/d ， 其水质特征为：HCO3-一 Na+一 Ca2+型淡水，硬度为 7.8612.64 德国度，固形物含量 234297 mg/l，PH=8.08.4。 本含水层是矿井顶板突水的直接水源，是威胁矿井生产的主要含水层，特别是对煤 9 的开采影响最大。 d.石炭系太原组灰岩裂隙岩溶含水层。 该含水层主要有 K2、K3、K4、K5 灰岩，据钻孔揭露： K2 灰岩厚 4.888.09 m，裂隙岩溶发育，消耗水量：20.76 m3/h； K3 灰岩厚 2.44.88 m，局部裂隙岩溶发育，消耗水量：24.15 m3/h； K4 灰岩厚 0.251.35 m，有缺失现象，最大消耗水量：12.12 m3/h； K5 灰岩厚 3.176.52 m，裂隙岩溶发育，最大消耗水量：11.59 m3/h。 单位涌水量为 0.004516.84 L/s.m，渗透系数 0.02438.43 m/d，水质属于 HCO3- Ca、Na 型，矿化度 1.254 g/L。该含水层水位标高+681.43+687.75 m。 e.二迭系山西组 K7 砂岩和 3 号煤层顶板砂岩裂隙含水层。 K7 砂岩 2.002.90 m，最大消耗水量 24.75m3/h，单位涌水量为 0.00320.079 L/s.m，渗透系数 0.020 m/d。水质属于 HCO3-Ca、Na 型，矿化度 1.251.37 g/L。 3 号煤顶板砂岩：与 3 号煤直接接触，厚 1.156.96 m，平均 3.80 m，裂隙较为发育， 最大消耗水量为 95m3/h，为 3 号煤直接含水层。 f.二迭系下石盒子组 K8 砂岩：厚 4.008.43 m，最大消耗水量：20.13 m3/h，单位涌 水量为 0.079 L/sm，水质属于 HCO3-Ca、Na 型。 g.基岩风化裂隙带。 在河床与沟谷低洼处发育深度为 70100 m，在山麓边坡一带风化深度不足 50 m， 一般透水性好而含水性差。该层最大消耗水量为 20.13 m3/h，邻区资料表明其单位涌水量 为 0.580.62 L/sm。 h.新生界冲积-洪积松散层。 厚 025.29 m，平均 8.75 m，单位涌水量 0.0941.55 L/s.m，渗透系数 0.464.60 m/d。水质属于 HCO3-Ca、Mg 或 HCO3-Ca 型，矿化度 0.280.7 1g/L。为当地工农业用 水主要取水层。主要岩性为亚粘土、亚砂土、砂、砂砾石，包括若干单个含水层及隔水 层。 .矿井充水因素分析 矿井充水水源 矿井主要充水水源有：含水层水、断层水、老空水。 .含水层水 矿井含水层充水水源有煤 5 以上砂岩裂隙承压含水层水、9 煤层7 煤层砂岩裂隙承 压含水层水、K612 煤层砂岩裂隙承压含水层水、K2K6 砂岩裂隙承压含水层水。其 中 9 煤层开采受煤 5 以上砂岩裂隙承压含水层和 9 煤层7 煤层砂岩裂隙承压含水层水的 影响，一、二水平开拓工程受 K612 煤层砂岩裂隙承压含水层和 K2K6 砂岩裂隙承压 含水层水的影响。 .断层水 断层水作为充水水源主要是通过断层导通含水层水而形成的。断层的性质及围岩的 破坏程度是断层充水的主要因素。张性正断层、落差大、围岩破坏严重便形成了良好的 断层充水条件。 充水通道 充水通道主要是岩石的孔隙、裂隙、断层。 .孔隙、裂隙通道 矿井孔隙主要发育在第四系冲积层中，而裂隙发育在基岩里。其中后者与矿井生产 关系较密切。 矿井的岩石裂隙较发育，且多为张性裂隙，倾角大于 70，是含水层水进入矿井的 主要通道。 .断层 荆各庄矿断层可分为两大类：正断层和逆断层。除 F1F3断层外，大多数逆断层由 于其结构面为压性面，比较紧密，导水性较差。而正断层却与之相反，由于其结构面属 张性，较松散，易导水，F1 断层组 虽为正断层，但破碎带宽达 250 m，使其附近地层被 错动得支离破碎。通过 15 个穿过该断层带的钻孔简易水文观测表明；有 60的孔发生冲 洗液严重漏失现象，漏失量达 7.8 m3/h，对湾 42、湾水 5 进行抽水实验：单位涌水量为 0.001 m3/min.m 和 0.056 m3/min.m，渗透系数为 0.388 m/d 和 11.222 m/d 。因此足以证明 该断层导水，富水性较强（已留有防水煤柱） 。 综上，荆各庄矿水文地质条件为中等复杂类型。 .矿井涌水量 根据本矿水文地质条件和及邻区实际生产状况，确定本矿井最大涌水量为 230 m3/h， 一般为 120 m3/h。 1.3.4 瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃 根据（燃化部72燃煤开字第 91 号文）确定：矿井瓦斯等级为低瓦斯矿井，并有煤 尘爆炸危险。瓦斯涌出量，自燃发火期，煤尘爆炸指数见表 1.8。 表表 1.8 瓦斯、煤尘及自燃发火情况表瓦斯、煤尘及自燃发火情况表 沼气(CH4)二氧化碳（CO2） 矿井 名称 相对 涌出量 m3/t 绝对 涌出量 m3/min 相对 涌出量 m3/t 绝对 涌出量 m3/min 煤层自燃倾向性 煤尘爆炸指数 V （%） 荆各庄矿0.393.381.275.561.52.854.959.24极易自燃38.4264.2 2 井田境界和储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田境界井田境界 在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到 合理的开发。煤田范围划分为井田的原则为： .井田范围内的储量，要与煤层赋存情况、开采条件和矿井生产能力相适应； .保证井田有合理尺寸； .充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等； .合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。 根据以上原则和荆各庄矿采矿登记，采矿许可证“地采证煤字1990第 107 号”批准的 井田开采范围确定本井田境界有七个拐点连线圈定。七个拐点坐标见表 1.1。 荆各庄矿井田位于开平向斜的西北侧，中隔凤山缸窑背斜自成一盆状向斜。南北 长约 3.5 km，东西宽约 3.4 km，北端闭合，南端开放，其轮廓恰似一直径 3.5 km 的亚圆 形，面积约 9 平方公里。 2.1.2 开采边界扩大的可能性开采边界扩大的可能性 根据地质资料，北部、西部及南部均以 12#煤层冲积层下潜伏露头为界，东部及东南 部以 F3 断层为界，深部以 12#煤层盆状向斜底- 530 标高为最终深度，因此由上可知没有 开采边界扩大的可能。 2.2 矿井储量 根据（83）煤生字第 1275 号文颁发的生产矿井储量管理规程中第二章第一节第 八条确定各级储量的条件中有关规定要求及参照开滦矿务局 1991 年颁发的开滦矿务局 生产矿井储量管理规程实施细则和国家颁发的各种法规等作为确定各级储量的主要依 据。 本井田内共含煤 19 层，其编号自上而下分别为： 1、2、3、5、6、7、8、9、18、19 号煤，其中 9 号煤为主要可采煤层，其余煤层本 设计不做讨论。 2.2.1 储量计算基础储量计算基础 .工业指标的确定 依据煤炭工业矿井设计规范有关规定，储量计算中厚度、灰分指标要求见表 2.1。 .其他计算依据 .根据荆各庄矿井田地质详查勘探报告和 1998 年 6 月补充勘探提供的煤层资料计算。 .依据煤炭资源地质勘探规范关于化工、动力用煤的标准：计算能利用储量的 煤层最低可采厚度为 0.80 m，原煤灰分不大于 40%。计算暂不能利用储量的煤层厚度为 0.700.80 m。 .依据国务院（1998）5 号文关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问题的 批复内容要求：禁止新建煤层含硫份大于 3%的矿井。硫份大于 3%的煤层储量列入平 衡表外储量。 .储量计算厚度：夹石厚度不大于 0.05 m 时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的 夹石总厚度不超过每分层厚度的 50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度。 .井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平稳，勘探工程分布比较均匀， 采用地质块段的算术平均值。 表表 2.1 储量计算厚度、灰分指标储量计算厚度、灰分指标 储量类别能利用储量尚难利用储量 煤 种 炼焦 用煤 非炼 焦用 褐煤 炼焦 用煤 非炼 焦用 褐煤 缓斜煤层（025）0.700.800.800.400.600.70 倾斜煤层（2545）0.600.700.700.400.500.60 最低可采 厚度(m) 急斜煤层（45）0.500.600.600.400.400.50 最大灰分40%50% 2.2.2 工业储量计算工业储量计算 根据储量计算公式（地质学基础中矿大出版社 陈昌荣主编） 地质块段法 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