采矿工程毕业设计（论文）-新庄煤矿1.2Mta新井设计【全套图纸】.doc

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第123页1 矿区概述及井田地质特征全套图纸，加1538937061.1 矿区概述1.1.1交通位置新庄矿位于豫、皖两省交接的永城市东部，行政区划分苗桥、茴村两乡管辖，上级主管部门为河南省神火集团，井田东部及北部以人为边界与安徽皖北矿务局刘桥二矿分界，西以王庄断层（F21)与葛店煤矿广大区毗邻，南至煤层露头线，南北长约8.6Km东西宽约3Km，面积约24.08Km2。地理位置为东经1163715，北纬335525图11 交通位置图该矿西至永城市24Km，东距安徽省淮北市19 Km，西北120 Km可达京九、陇海西两主干铁路的交通枢纽-商丘车站，东北94 Km到津浦、陇海两铁路之枢纽-徐州车站，矿区内部有专用运煤铁路与陇海铁路相连，省道永淮公路从矿区穿过，矿区内公路、铁路纵横交错，四通八达，交通十分便利。优越的地理位置为煤炭市场的开发创造了得天独厚的条件。1.1.2地形特点及居民点分布本矿区处于黄淮冲积平原东部，黄河故道南缘，地势平坦，地面标高+31.0左右，相对高差13.5m。本区全被第三、四系覆盖。矿区范围内分布有大小村庄15个，大部分分布在井田边界。另外，在矿区南部有大片职工住宅区。1.1.3工农业生产和原料及电力供应永城市现有耕地面积160104亩，多属粘沙两合土。主要粮食作物有小麦、玉米、大豆、高粱、谷子等，主要经济作物有棉花、花生、芝麻、油菜和蔬菜等，是优质小麦生产基地，全国粮棉油百强县。永城市形成了建材、冶金、化工、机电、煤炭、电力、轻纺、造纸、食品、酿酒、电解铝等工业体系和优势产业；矿产资源丰富，为全国六大无烟煤生产基地，主要矿产有煤、铁、花岗岩、膨润土、高岭土、大理石、矿泉水等23种。永城市工业较为发达，电源条件好，矿区有多座电厂和变电站，可满足矿井用电。1.1.4矿区气候条件本矿区属半干燥大陆性气候，夏季炎热多雨，冬季干燥寒冷，四季气候变化分明。据永城市气象站资料，年平均气温14.2，绝对最高气温41.5(1966年7月18日)，最低气温23.4(1969年2月5日)；年平均降雨量847.66mm，年最大降雨量1518.6mm（1963年），年最小降雨量537.7mm（1966年），降雨量多集中于68月份，占全年降雨量的50%；年平均蒸发量1807.4mm，年最大蒸发量2290.4mm（1966年），结冰期一般在11月翌年3月，最大冻土深度为21cm（1977年）；夏季多东南南风，冬季多西北北风，年平均风速3.4m/s；最大风速20m/s。1.1.5矿区水文及工农业供水本区属淮河水系，区内无地表水体，自北而南有曹沟，王引河、运粮河等三条季节性小河，自西北向东南流入安徽省境内汇于淮河。因地势平坦，一般河谷宽缓，河床较浅，水流坡度很小。雨季洪水期，近河低洼地段常积水内涝成灾；据永城市水利局资料，1963年汛期，在二牛、黄饭棚、大小新庄一带积水深0.51.0m。最高洪水位31.79m。干旱季节，河水位一般低于地下水位，成为排泄地下水的渠道。永城市地下水资源丰富，新生界地下水质较好，水量水位较稳定，是理想的供水水源，可满足生产、生活用水。1.1.6自然地震据中国地震目录第二集（1960年版）记载，自公元925年以来，安徽省肖县、宿县一带微震频繁，强震不断，曾发生强烈地震38次，其中1668年郯城发生8.5级强烈地震。本区位于郯（城）庐（江）地震影响带，根据国家质量技术监督局发布的“中华人民共和国国家标准GB183062001中国地震动参数区划图（河南省部分）”本区地震动峰值加速度为0.05g，地震烈度为度。1.2井田地质特征1.2.1井田地形及勘探程度井田整体为一向北倾斜的单斜构造形态，地层倾角512，浅部倾角812，深部变缓为48，局部发育2个舒缓波状褶曲。断层较发育，以近南北向和北北东向为主，多为正断层，个别为逆断层。本区以往共完成钻探工程73孔，33378.22m，其中1974年提交精查勘探报告时共完成钻孔44个，工程量17923m；之后进行精查补充勘探和深部普查完成15孔，7601.53m；完成生产补钻和井检孔14个，7853.69m1.2.2井田煤系地层新庄煤矿属于华北地层区鲁西分区徐州小区，矿区内无基岩出露，全被新生界所覆盖。根据钻孔揭露，区内地层由老到新依次发育有奥陶系中统马家沟组；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，上统上石盒子组和新生界第三系、第四系。其中石炭二叠系为主要含煤地层。（1）奥陶系中统马家沟组（O2m）井田内仅106孔及Y21 孔揭露该组地层，其厚度大于39.93m，岩性为灰色厚层状石灰岩,质较纯，裂隙发育，具缝合线及方解石细脉。与上覆本溪组呈平行不整合接触。（2）石炭系1）中统本溪组（C2b）本组地层仅两个钻孔揭穿，厚度为8.9714.20m，平均11.58m。与下伏马家沟组呈平行不整合接触。下部为紫红色铁质泥岩（古风化壳沉积），含砂质及铝土质包裹体；上部为浅灰色铝土质泥岩，含鲕粒及黄铁矿散晶，为K1 标志层。以铝土质泥岩（K1）顶界面与太原组分界。2）上统太原组（C3t）本组地层厚度94.72168.17m，平均146.90m。与下伏本溪组呈整合接触关系。主要由薄层中厚层状石灰岩、深灰灰黑色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、薄层细砂岩及薄煤层组成，是本井田的含煤地层之一。石灰岩一般1013层，自下而上依次编号为L1L13。薄煤层一般610层，多数集中于中下部，自下而上依次编号为一1一10 ，除一4 煤层局部可采外，其余均不可采。本组以其顶部的黑色海相泥岩顶面与山西组分界。根据岩性组合特点，依其岩性组合特征自下而上可明显地划分为底部砂泥岩段、下部灰岩段、中部砂泥岩段、上部灰岩段四个岩性段。（3）二叠系（P）下界起于黑色致密状海相泥岩（S1）顶。根据古生物化石组合规律及岩性特征，自下而上划分为山西组、下石盒子组、上石盒子组。各组之间以及和下伏太原组之间均为整合接触。其中山西组、下石盒子组、上石盒子组为含煤地层。根据沉积旋回、煤岩层特征及其组合规律划分为七个煤段，其中山西组为二煤段，下石盒子组划分为三五煤段，上石盒子组划分为六八煤段。1）下统山西组（P1sh）上界止于K4紫斑泥岩底面，厚度84.71136.32m，平均102.70m。与下伏太原组地层整合接触。主要由深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、中细粒砂质及煤层组成，为本井田主要含煤地层之一。含煤23层，自下而上为二1二3 ，其中二2 煤层全区普遍可采。下部为灰深灰色泥岩、砂质泥岩及中、细粒砂岩，含极不稳定薄煤1层（二1）。砂岩以石英为主，长石次之，泥质胶结，局部含黄铁矿散晶，交错层理发育；泥岩含植物化石。中部主要由粉砂岩、砂质泥岩、泥岩组成，夹薄层细砂岩，含全区稳定可采煤层二2 煤。二2 煤底板富含植物根部化石，可见波状层理及脉状层理；二2 煤顶板为砂质泥岩或中细粒砂岩（S2 ，与予西大占砂岩相当），为本区辅助标志层。上部主要由中细粒砂岩、砂质泥岩夹薄层泥岩组成。顶部为含紫色斑块泥岩、具鲕粒，俗称小紫泥岩。2）下统下石盒子组（P 1x）上界止于田家沟砂岩（K7）底面，与下伏山西组呈整合接触，厚319.31541.49m，平均厚428.16m。据其岩性特征自下而上可分为三煤段、四煤段和五煤段。3）上统上石盒子组（P 2s）自K7中粒砂岩底至“平顶山砂岩”底，地层厚约350m，与下伏下石盒子组呈整合接触。主要由灰绿色、灰色、紫花色泥岩、砂质泥岩、砂岩、煤线组成,据煤、岩层组合特征分为六、七两个煤段。井田内主要残存六煤段地层,西外缘残存有七煤段地层。（4）新生界（KZ）1）新近系（N）本系地层平均厚度16.78m，与下伏地层呈角度不整合接触。主要由弱固结半固结的灰绿色粘土、砂质粘土组成，偶夹粉、细粒薄砂层，局部可见泥钙及粉、细砂胶结的砂卵石，粘土中夹有姜石；底部常发育粘土层。顶界以上覆第四系底部的深黄色细砂层底面为界。2）第四系（Q）本系地层呈近水平状，平均厚度135.24m，与下伏上第三系呈角度不整合关系。顶部为松散的土黄色粘土；中下部以土黄色灰绿色粘土，砂质粘土及淡黄色粉、细砂层为主，局部含钙质结核及砾石，不固结或微弱固结状。粉细砂层以石英为主，长石次之，并含少量白云母碎片及暗色矿物，透水性较强。1.2.3地质综合柱状地质综合柱状如图1.2所示。1.2.4井田地质构造本矿井位于永城复式背斜东翼。地层倾向基本为NNWNNE向，倾角平缓，浅部一般610，向深部变缓为46，局部因构造变形可达15；其形态总体为向近北倾斜的单斜构造，局部发育一些次级小波状起伏。井田内褶皱构造不发育，构造以断裂为主，中南部正、逆断层均有表现，多为NE向至NNW向，少数为NNE向；北部以正断层为主，基本为NNE向至NE向。断层差/长比较小，一般小于1/50，为本井田断层的重要特点。据井下揭露及二维、三维地震勘探，井田小构造比较发育，主要为NNW向及NNENE向。本矿区构造复杂程度为中等。（1）褶曲1）前松向斜：为一向NNW倾伏、两翼基本对称的宽缓向斜。轴部位于408孔和苗4孔一线，即前松村庄一带，向南延伸至403孔南部消失，向北至苗4孔北部消失，向斜轴线南北长约2.1km。两翼地层倾角812。向斜东翼与东区背斜西翼共用。轴部因受F4 断层的切割，局部地层倾角达15，破坏了地层的连续性。该向斜由井下巷道、钻孔及三维地震勘探控制，依据可靠。2）东区背斜：轴部位于本矿东部505孔一带，为一向NNW倾伏、两翼基本对称的宽缓背斜。轴线与前松向斜近于平行，向南、北分别延伸至508孔东部及张庄与黄药店之间，长约1.8km。两翼地层倾角611。背斜西翼与前松向斜东翼共用，背斜东翼向东延伸至安徽省刘桥井田。该向斜由钻孔及三维地震勘探控制，依据充分可靠。（2）断层1）主要断层新庄煤矿区内发育的主要断层3条，除F4为逆断层外，其余均为正断层。矿区发育的主要断层详见表1.1。表1.1 主要断层特征及控制情况一览表断层名称代号性质产状落差长度（km）控制工程可靠程度走向倾角倾角黄饭棚断层F4逆断层NNWNEE400153.0二2煤11051、11091等工作面风、机巷及东翼轨道、皮带巷揭露，三维地震剖面有明显反映，408、403、501等钻孔穿过。可靠F25正断层NENNENW70770204.3二维地震SL01、SL03、SL04 、SL05、SL07、SL09及SL11测线和三维地震控制可靠屈庄断层F27正断层NNESEE700253.7631孔及3238孔穿见，二2 煤21111、21111下工作面巷道揭露；深部二维地震SL03、SL05及SL07测线及三维地震控制可靠图1.2地质综合柱状图1.2.5井田水文地质新庄煤矿西部以走向近南北、倾向西、东盘上升西盘下降、落差250180m的王庄正断层为边界，造成矿井内二2煤层、三2煤层与西盘（下降盘）下石盒子组上部砂、泥岩地层相接，该断层基本上为一条阻水边界断层，但葛店煤矿1999年发生突水事故后，水位大幅度下降，影响到新庄煤矿东邻淮北刘桥二矿之长观孔太灰水位下降了20m，说明太灰含水层之水压差显然增大后，造成了王庄断层局部导水。矿井东部与刘桥二矿间为一条人为边界，实际上新庄、刘桥二矿同处于一个统一的水文地质单元内。矿井南部边界为煤层露头线，属于一个弱补给边界。矿井北部边界属于无限边界。含水层矿井各含水层（组）基本与区域含水层相一致，按其储水空间，水力性质及富水性可分为三大类，对主要可采煤层井巷充水的主要含水层（组）共有九层（组）。（1）新生界松散孔隙水含水组矿井内新生界松散沉积物以冲积、湖积为主，沉积旋回稳定，由砂、含砾砂及粘土、砂质粘土等组成；受古地形控制其沉积厚度在南部135155m，中南部稍薄约130m，中北部最厚为160180m，第四系各含水组（含含）其含水砂层的粒度自上而下有变粗的趋势；其水交替速度、迳流条件和富水性则有自上而下由强变弱的规律；水质则自上而下逐渐变差，矿化度相应地逐渐增高。（2）二迭系砂岩裂隙承压水含水层（组）K5砂岩与三2煤顶板砂岩裂隙含水组：指三2煤层顶板以上至四煤段下部K5砂岩，含水组主要由36层细粒砂岩组成，累厚9.8662.55m，平均33.25m，含水层垂直裂隙较发育，裂面多充有方解石脉或硅质薄膜，构造带岩芯较破碎。K5砂岩抽水试验资料，水位标高114.40m，单位涌水量0.0610.172L/sm，渗透系数0.5090.9814m/d，水化学类型为SO4HCO3K+Na，矿化度2.62g/L。三2煤顶板60m范围内砂岩含水层平均厚度18.74m，为三2煤顶板直接充水含水层，钻孔抽水试验资料：水位标高+26.71m，单位涌水量0.031L/sm，渗透系数0.0855m/d，水化学类型为SO4ClHCO3K+Na，矿化度1.628g/L。含水组属中等偏弱含水层。地下水主要接受侧向迳流补给，迳流迟缓，部分充入三2煤巷道，部分排出界外。二2煤层顶板砂岩裂隙含水组：含水段从二2煤层顶板至三1煤层底板，厚约87m，含水层为其间的细、中粒砂岩，以细粒砂岩为主，共发育砂岩含水层28层，其中比较稳定的仅23层，含水层累厚4.2650.80m，平均20.00m。二2煤层顶板60m范围内砂岩含水层平均厚度7.46m，为二2煤顶板直接充水含水层。含水层裂隙不很发育，仅局部发育有垂直裂隙，裂面充有硅质或钙质，岩芯较破碎。据钻孔的抽水试验资料，单位涌水量0.0515L/sm，渗透系数0.4604m/d；水化学类型为SO4HCO3K+Na，矿化度2.557g/L。含水组富水性弱，主要接受断层水补给，亦有少量属侧向迳流而来，矿区地下水迳流微弱，主要排泄途径为向二2煤井巷充水，亦有少量迳流出界外。（3）灰岩岩溶裂隙承压水含水层（组）太原组上段灰岩岩溶裂隙含水组：由L7灰岩底界至K3灰岩顶界的L7L13共七层灰岩组成，其中L7L9（或L8L10）三层灰岩全区发育且稳定，含水层累厚13.2152.99m，平均26.01m。上距二2煤层间距55.29m。含水层属于生物碎屑灰岩，含有较多燧石团块或结核，其裂隙较发育，多被不规则网状方解石脉充填，裂缝中偶见方解石晶体，岩溶不发育，偶见小溶洞。钻孔抽水试验原始水位标高+10.27+10.61m，单位涌水量0.0004613.690L/sm，渗透系数0.0022416.839m/d，水化学类型为SO4HCO3K+Na及SO4K+NaCa型水，矿化度2.273.77g/L。含水组属于强富水含水层，但富水性不均一，各单层灰岩间无稳定的隔水层存在，各层间水力联系密切。地下水主要接受东部的侧向迳流补给，在南部隐伏露头区亦会接受上覆孔隙含水层的少量补给，自然状态下也会接受下伏岩溶水（太灰下段及奥灰水）的少量越流补给，但在矿井强排水时（如突水、放水试验等），本含水层水位大幅下降，其越流补给量亦会显著增加。地下水的主要排泄途径为矿井排水，亦有少量地下水越过边界，迳流出界外。含水组为二2煤层底板间接充水含水层，是矿井突水的主要含水层，对矿井生产造成严重威胁。隔水层主要隔水层（段）（1）二迭系砂岩裂隙水各含水组间隔水层二2煤底板隔水层（段），上起二1煤层底板下止K3顶界，厚41.5565.75m，平均厚55.29m。隔水段中上部为一套厚约40m以泥岩为主夹23层中、细砂岩地层组合；下部为C3t顶部厚约15m的海相泥岩与山西组底部的深灰色泥岩组合而成的联合隔水层（段），其中上部所夹之中细砂岩增加了隔水段的抗压强度，下部致密海相泥岩组合又提高了隔水段的防渗性能，形成一套理想的隔水段。（2）岩溶裂隙含水层间的隔水层太原组中段砂泥岩层隔水段：上起L7灰岩底界下止L4灰岩顶界面，厚约30m。由一套泥岩、砂质泥岩、细砂岩及煤线等地层组合而成，有时其中部夹二层薄层灰岩（L5、L6）；本段层位较稳定，它隔断了太原组上、下段岩溶裂隙水间的水力联系。本溪组铝土质泥岩隔水层：厚1.6410.98m，平均厚6.31m。本隔水层属于区域隔水层，正常情况下大范围内隔水效果较好。但由于厚度变化大，在其厚度变薄或尖灭处，隔水效果大大降低，在构造交汇及构造复合部位隔水层裂隙较发育，将会导致、含水层间产生一定水力联系。边界断层的导水性黄饭棚逆断层（F4）：该断层走向NNW，倾向NEE，倾角40，落差40m。断层破碎带较宽，其中北段在钻孔揭露时有漏水现象，断层向NNW延伸到矿井中部东西向构造带处尖灭，放水试验时亦发现无阻水现象，推测断层北段是导水的井田涌水量据矿井地质资料，井田最大涌水量为300m3/h，正常涌水量为252m3/h。1.3煤层特征1.3.1煤层埋藏条件本区属秦岭纬向构造之东延伸部分，与新华夏系反复接合。在区内形成永城背斜。背斜轴在芒山柏山一线，呈东北15方向，在永城葛店至安徽百善一带形成帚状构造。新庄井田构造属百善帚状构造的一部分。因而，其构造形态亦受帚状构造所控制。地层倾向北北西至北北东，倾角810，向深部倾角变缓为45，其规律是：在-200m水平以上为12左右；在-200m-650m水平逐渐变为54。沿走向的倾角变化是：走向的倾向变化和沿倾向的倾角变化，形成了次一级的舒缓状褶曲，其轴向与区域形态一致，即由北北西至近于北。整个井田为单斜构造。1.3.2可采煤层特征本井田煤系地层总厚760m，含煤27层。其中可采煤层为山西组二2煤、下石盒子组的三2、三3、三5煤，共计四层。其中二2煤层为本设计的主采煤层。矿井主要可采煤层二2煤赋存于山西组中下部，上距K4铝质泥岩35.0m。煤层厚度3.24.50m，平均4.2m，煤层偶含1层夹矸，结构简单，为全区可采厚煤层。区内煤层赋存底板标高-130-835m，埋深161m867mm。二2煤层煤类为无烟煤，煤层层位稳定，结构简单，为全区可采中厚煤层，厚度变化较小。主要煤层特征表见表1.2表1.2 可采煤层特征表煤组煤层一般厚度（m）煤层结构顶底板岩性稳定性可采程度倾角（）容重（t/m3）夹石层数夹石厚度顶板底板下石盒子组三501.90普遍含一层夹石一般为0.3m左右泥岩或砂质泥岩泥岩较稳定局部不可采5左右，近露头处变陡，为10左右1.431.11三301.70一般含一层夹石厚0.3m左右泥岩泥岩不稳定局部可采5左右，近露头处变陡，为10左右1.431.01三202.80无夹石砂岩泥岩和砂质泥岩较稳定可采5左右，近露头处变陡，为10左右1.431.83山西组二20.884.43无夹石泥岩、砂质泥岩有时为砂岩泥岩和砂质泥岩不稳定可采5左右，近露头处变陡，为10左右1.431.3.3煤层围岩性质（1）二2煤层顶板：二2煤层老顶直接压煤的钻孔26个，占46%，岩性为中细粒石英砂岩，硅质胶结，致密坚硬，厚度2.2013.71m，平均5.74m。岩芯呈长柱状，据304孔试验，单向抗压强度737kg/cm2，顶板为稳定坚硬类型。但在断层附近裂隙发育，强度降低，开采时可能出现坍塌、掉块。见煤层伪顶的钻孔17个，占30%，岩性为炭质泥岩或泥岩，厚0.150.70m，采煤后即剥落，属于不稳定型顶板。直接顶与煤层直接接触的钻孔13个，占24%，岩性主要为泥岩或砂质泥岩，厚39m，裂隙不发育,岩芯多呈柱状，属于中等稳定类顶板。（2）二2煤层煤层底板：除少数钻孔见0.20.5m厚的伪底外，其它钻孔均发育砂质泥岩或泥岩直接底，以及粉砂岩或砂质泥岩老底。其分层厚度较大，大部分属于松软类底板。综合所述，二2煤层顶、底板稳定、容易管理。1.3.4物理性质及煤的特征（1）物理性质本井田二2、三2、三3及三5煤均呈灰黑色，略带钢灰色，金刚似金刚光泽，灰黑色条痕，阶梯状，参差状断口，条带状、线理状结构，层状及块状构造，其中二2煤层上、下部多呈块状，中部为粒状或粉状（2）煤岩特征二2煤：以亮煤为主，镜煤次之，暗煤及丝炭含量较少，属光亮型煤。外生裂隙发育。镜煤内生裂隙发育。煤层原生结构大部分因构造作用而破坏，裂隙面纵横交错。煤层底部之暗煤中分布有黄铁矿晶粒,顶部裂隙中充填有方解石脉。镜下鉴定二2煤以有机组分为主，占90.08%，其次为无机物质，为9.92%，见表4.21。有机组分以镜质组为主，反射光下呈灰白色，不具突起；其次为惰质组和壳质组，突起较高。镜质组物质常胶结着惰质组或壳质组物质。无机组分以粘土矿物为主，常表现为侵染状，薄层状及透镜状；碳酸盐含量较少。1.3.5煤的工业用途本矿区二2煤属低水、低灰、特低硫、特低磷，高热值、高热稳定性、中等可磨、中等结渣、中等软化温度，易选之无烟煤三号。本矿煤炭是良好的氮肥用煤和民用燃料，以及水泥、火电、砖瓦、食品等工业用煤。块煤可用制造合成氨半水煤气，粉煤可用为悬浮床气化炉用煤；洗选精煤可用为烧结矿用煤及高炉喷吹用煤，还可用开启式电石炉生产电石用煤。1.3.6煤的含瓦斯性二2煤层：采样深度在289.80m781.69m，CH4成分为10.0896.48%，CH4含量0.14ml/g15.79 ml/g。历年瓦斯相对涌出量CH4为1.01m3/t5.06m3/t，CO2为0.95m3/t4.30m3/t；瓦斯绝对涌出量CH4为0.7221.81m3/min，CO2为0.7414.91m3/min；相对涌出量和绝对涌出量大致呈随着开采深度的增加而增大的趋势。历年瓦斯鉴定、本矿井均为低沼气矿井。1.3.7煤尘的爆炸性据2005年煤炭科学研究总院抚顺分院井下煤样煤尘爆炸性测试结果，见表6.210。本矿二2、三2煤均为不爆炸煤层。1.3.8煤的自然发火倾向本矿各煤层着火温度（T1）为389405，还原样与氧化样燃点差（T）一般为318；另外，本矿及邻矿自生产以来，从未发生过煤层自燃现象。由此可见，本矿各煤层不具有自燃倾向。2 井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田划分的依据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有：1、井田范围内的储量，煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相适应；2、保证井田有合理尺寸；3、充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等；4、合理规划矿井开采范围，处理号相邻矿井间的关系。2.1.2井田范围煤矿东部及北部以人为边界与安徽省皖北矿务局刘桥二矿分界，西以王庄断层（F21）与葛店煤矿毗邻，南至煤层露头线。井田东西长约3km，井田平均水平宽度为2.8km，南北长约8.6km，面积24.08km2。开采深度标高为-140-820m。层的倾角最大为12，最小为4，东部平均为5。图2.1 井田境界示意图2.2矿井工业储量2.2.1储量计算基础1.根据新庄井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算；2.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0.8m，原煤灰分不大于40%。计算暂不能利用储量的煤层厚度为0.5m；3.依据国务院过函（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的储量；4.储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05m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；5.井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。6.煤层容重：1.43t/m3。2.2.2井田地质勘探1996年6月1997年5月，河南煤田地质局物探测量队在完成矿井二2煤13采区三维地震、深部扩大区二维地震勘探的基础上，全面收集井田地质勘探资料、矿井开采资料，采用钻探、地震勘探与地球物理测井等资料互相验证、相互补充的综合分析方法，于1997年5月编制完成了河南省永城矿务局新庄煤矿矿井地质报告。原矿井地质报告对井田的地质条件进行全面系统地分析研究，取得了如下成果：按区域地层划分方案，重新确定了太原组与山西组以K3 灰岩之上的一层黑色海相泥岩（S1）之顶面为分界。根据地震勘查资料，并结合钻孔和矿井开采资料，对井田构造进行了全面分析，特别是对深部构造形态和F21 、F7 、F106、 F26 及、F27等断层有了更确切的认识。对主采煤层二2 及三2 煤、部分可采煤层三5 煤及局部可采煤层三3 煤的层位、厚度、结构及厚度变化规律进行了分析。确定二2 、三2 煤全区稳定或较稳定，结构简单、平均厚度分别为2.73m和1.87m；三5 煤全区层位比较稳定，仅部分可采，常含一层夹矸，平均厚度1.33m；三3 煤不稳定，局部可采，平均厚度0.79m。对二2 、三2煤 的煤质特征进行了分析评价，确定二2 煤属中低灰、特低硫、较高发热量之易选三号无烟煤；三2 煤为中灰、较高发热量之中等难选煤三号无烟煤；三5 、三3 煤属多为富灰、中高发热量之三号无烟煤。对井田水文地质条件、矿井充水因素进行了分析，确定二2 煤水文地质类型为三类二型，即水文地质条件中等的矿床，在-600m水平以浅太原组灰岩水一般不会发生突水或底鼓，但遇较大的张性断层和-600m水平以深，太组灰岩水将对矿井生产形成威胁；三2 煤水文地质类型为二类一型,即水文地质条件简单的矿床。计算-500m水平以浅三2 煤层顶板涌水量为806m3/h、二2 煤层顶板涌水量为848m3/h及二2 煤层底板涌水量为1736m3/h。对主采煤层的、底板工程地质特征进行了评价。二2 煤层顶、底板稳定，容易管理；三2 煤层顶板比较稳定，底板稳定，均容易管理。根据钻孔瓦斯测试资料及矿井瓦斯鉴定资料，确定该矿井属低瓦斯矿井，二2 煤-500、三2 煤-450m以浅为瓦斯风化带，以深为沼气带,煤层瓦斯含量有随煤层埋深增大而增高的变化的趋势。确定二2 、三2 煤均为无煤尘爆炸性和无自燃倾向。本区为正常地温区,浅部局部地温异常地温梯度3/100m，二2 煤-500m水平以深有高温区。采用地质块段法和等高线法相结合的方法进行了储量计算。共获得二2、三2、三3、三5煤累计探明储量12965万吨，其中二2 煤动用储量441万吨；保有储量A+B+C级12524万吨，其二2煤保有储量A+B+C级6694万吨；三2 煤保有储量A+B+C级5016万吨；三3 煤保有储量C级139万吨；三5 煤保有储量675万吨。2.2.3面积计算矿井主采煤层为二2煤层，采用地质块段法。煤层面积计算，根据地质勘探情况，将矿体划分为五个块段，在各块段范围内，用算术平均法求得每个块段的面积，煤层总面积即为各块段面积之和。块段划分如图2.表2.1新庄煤矿二2煤层储量计算表地质块段号块段投影面积(m2)平均倾角（）弧度块段实际面积(m2)平均煤厚（m）容重(t/m3)块段储量(t)12920224.7660.1046666672936293.7954.21.4317635380.532731551970.1221111117370401.2344.11.4343212662.4432984676.4750.0872222222996065.8564.21.4317994371.5345102308.7260.1046666675130385.0434.31.4331546737.6355606647.7840.0697777785620324.7364.21.4333755670.37总计23929376.7324053470.66144144822.5图2.2块段划分2.3矿井可采储量2.3.1安全煤柱留设原则1.工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不留设保护煤柱；2.各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定。用岩层移动角确定工业场地、村庄煤柱。岩层移动角为73、66、74，表土层移动角为45；3.维护带宽度：工业广场维护带20m；4.断层煤柱宽度50m；5井田境界煤柱宽度为50m；6露头为50m；7表土平均厚度为31m；5.工业场地占地面积，根据煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明中第十五条，工业场地占地面积指标见表2.2。则将工业广场定为长450m，宽300m。表2.2 工业场地占地面积指标井 型（万t/a）占地面积指标（公顷/10万t）240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.82.3.2 矿井永久保护煤柱面积损失1.井田边界保护煤柱井田边界保护煤柱留设50宽，则井田边界长22239m保护煤柱面积损失量为1118074平方米。2.断层保护煤柱断层煤柱留设50m宽，则断层保护煤柱面积损失量为：1041807平方米。3.工业广场保护煤柱工业广场按级保护留围护带宽度20m，工业广场面积由表2.2确定，取13.5公顷。工业广场保护煤柱如图图23。则工业广场保护煤柱面积损失为：1163392平方米。图2.3工业广场保护煤柱4.井筒保护煤柱主、副井井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，风井井筒保护煤柱在大巷保护煤柱范围内，故井筒保护煤柱损失量为0。各种保护煤柱损失量见表2.3。表2.3 保护煤柱损失量煤 柱 类 型面积（平方米）井田边界保护煤柱1118074断层保护煤柱1041807工业广场保护煤柱1163392井筒保护煤柱0合 计33232732.3.3 矿井可采储量矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算：Zk = （Zg-P）C （2.5）式中：Zk矿井可采储量，万t；P保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断层等留设的永久保护煤柱损失量，万t；C采区采出率，厚煤层不小于0.75；中厚煤层不小于0.8；薄煤层不小于0.85；地方小煤矿不小于0.7。则，矿井设计可采储量： Zk=( 24053470.66-3323273)1.434.20.8= 99.60（Mt）3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范相关规定，确定矿井设计年工作日为330天，工作制度采用“三八制”，每天三班作业，两班生产，一班准备，每班工作8小时，矿井每昼夜净提升时间为16小时。3.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1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。矿区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，应加大矿区规模，建设大型矿井。煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿区规模定得太大；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（铁路、公路、水运），用户，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区规模;否则应缩小规模；3.国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤中煤质、产量等）的预测是确定矿区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区规模，反之则缩小规模。3.2.2矿井设计生产能力新庄井田储量丰富，煤层赋存稳定，顶底板条件好，断层褶曲少，倾角小，厚度变化不大，开采条件较简单，技术装备先进，经济效益好，媒质为优质无烟煤，交通运输便利，市场需求量大，宜建大型矿井。确定新庄矿井设计生产能力为1.2Mt/a。3.2.3矿井服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。矿井可采储量Zk、设计生产能力A矿井服务年限T三者之间的关系为： （3.1）式中: T矿井服务年限，a； Zk矿井可采储量，Mt； A设计生产能力, Mt； K矿井储量备用系数，取1.4； 则，矿井服务年限为： T = 99.60/(1.21.4) = 59.29 a符合煤炭工业矿井设计规范要求。3.2.4井型校核按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：1.煤层开采能力井田内二2煤层平均4.2m，为厚煤层，赋存稳定，厚度变化不大。根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个综采工作面保产。2.辅助生产环节的能力校核矿井设计为中型矿井，开拓方式为立井两水平加暗斜井开拓，主立井采用箕斗提煤，副立井采用罐笼提升，运输能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤经区段运输巷到运输上山再到运输大巷，再经主立井箕斗提升至地面，提升能力大，自动化程度高。副井提升罐笼提升、下放物料，能满足大型设备的下放与提升。大巷辅助运输采用矿车运输，运输能力大，爬坡角度大。3.通风安全条件的校核矿井煤尘无爆炸危险性，瓦斯涌出量不大，属低瓦斯矿井。矿井采用中央分列式通风，回风石门回风，可以满足通风需要。4.矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，保证有足够的服务年限，满足煤炭工业矿井设计规范要求。4 井田开拓41 井田开拓的基本问题井田开拓是在总体设计已经划定的井田范围内，根据精查地质报告和其它补充资料，具体体现总体设计合理原则，将主要巷道由地表进入煤层，为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程。其中包括确定，主、副井和风井的井筒形式、深度、数量、位置、阶段高度、大巷位置、采（带）区划分以及开采顺序与通风运输系统。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。4.1.1确定井硐形式、数目、位置及坐标（一）井筒形式的确定井筒的形式有立井、斜井和平峒三种。斜井适用于井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质情况简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。平峒适用于地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分的储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。综合新庄煤矿的实际情况：（1）表土层较厚，平均为140m，且风化严重；（2）地处平原，地势平坦，地面标高平均为+31m左右，煤层埋藏较深，距地面垂深在-140-800m之间。因此，斜井及平峒均不适用于新庄矿。由于立井开拓的适应性较强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制；在采深相同的条件下，立井的井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利；井筒的断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的的要求，且阻力小，对深井更为有利；当表土层为富含水的冲积层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产状均特别复杂的井田，能兼顾井田浅部和深部不同产状的煤层。因此，综合以上因素并结合新庄矿的实际情况，确定井筒的形式为立井。 本矿井煤层倾角小，平均5，为近水平煤层；水文地质情况比较简单，涌水量较小；井筒不需要特殊施工，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。经后面方案比较确定井筒形式为双立井开拓，两水平开采。本矿井采用一对立井开拓：主立井采用箕斗提煤；副立井采用罐笼提升矸石，升降人员、设备、材料，且兼作进风井。副井安装梯子间，作为一个安全出口。考虑到新庄井田范围较大，矿井通风方式经过比较后确定为中央并列式通风（具体比较情况见第九章），在井田南翼和北翼各掘一个风井，即南风井和北风井，每个风井均安装梯子间，作为回风井并兼作安全出口。（二）井筒位置的确定（1）井筒沿井田走向方向的有利位置本井田形状基本上成不对称的梯形，储量分布比较均匀，故井筒的有利位置应在井田走向的储量中央，以形成两翼储量比较均匀的双翼井田，可以使井田走向的井下运输工作量最小，通风网路较短，通风阻力小。（2）井筒沿井田倾斜方向的有利位置立井开拓时，立井井筒位于井田倾斜方向的中部略靠上时，可以使石门长度较短，沿石门的运输工作量较小。从井筒和工业场地保护煤柱损失看，井筒愈靠近浅部，煤柱的尺寸愈小。（3）有利于矿井初期开采的井筒位置应尽可能使井筒位置靠近浅部初期开采块段，以减少初期井下开拓工程量，节省投资和缩短建井工期。（4）尽量不压煤或少压煤合理布置井筒确定井筒位置，要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱。为了保证矿井投产后的可靠性，在确定井筒位置时要使地面工业场地尽量不压首采区煤层。（5）地质及水文地质条件对井筒布置的影响要保证井筒、井底车场及硐室位于稳定的围岩中，应使井筒尽量不穿过或少穿过流沙层、较大的含水层、较厚冲积层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层、较软煤层及高应力区。（6）井口位置应便于布置工业场地井口附近要布置主、副生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统间互相联接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地面平坦，高差不能太大，专用线短，工程量小及有良好的技术条件。（7）井筒井口位置的标高应高于当地的历年最高洪水位。综上所述，由于本井田地形平坦，表土较厚，且有流沙层，所以，确定采用立井开拓（主井设箕斗），并按表土层较薄，井下生产费用较低的原则确定了井筒位于井田走向中部表土层较薄处。4.1.2工业场地的位置工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中部。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13.5公顷，形状为矩形，长边平行于井田走向， 长为450m,宽为300m。4.1.3开采水平的确定及采带区划分井田主采煤层为二2号煤层，设计中只针对二2煤层。二2煤层倾角平变化较大，为415，大部分近水平煤层，由于井田走向较短，倾斜较长，故设计立井两水平加暗斜井开拓。第一水平标高-360m，采区式开采。二2煤层生产能力：可采储量为99.60Mt，服务年限为59.29a。4.1.4主要开拓巷道二2煤层平均厚度为4.2m，赋存稳定，煤层厚度变化不大，煤质硬度不太大。故矿井开拓大巷布置在岩层中，留大煤柱护巷，实行跨大巷采大巷间距50m。为满足回风需要，单独在井田边界设回风立井。布置一条轨道大巷，一条运输大巷共两条大巷，为便于在巷道交叉时架设风桥等构筑物，轨道大巷和运