采矿工程毕业设计（论文）-济宁三号矿井4.0Mta新井设计【全套图纸】.doc

中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第185页1 矿区概况及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 交通本区交通便利，铁路、公路及水路运输均很发达（图1.1）。铁路有兖（州）新（乡）铁路通过济宁市，向东32km至兖州站，与京沪线相接；向西在菏泽东站与京九线相接，在新乡与京广线相接轨。通往日照港的兖（州）石（臼所）铁路全长316km。矿区铁路专用线与国家铁路网相连结，铁路运输四通八达。兖州、济宁、邹城的公路已成环形，济东矿区公路横贯井田北部，公路运输甚为便利。京杭运河由北向南流经井田西部，河宽6080m，平均水深5m，全年均可通航。根据水利交通部门规划，京杭运河将建成为南北水上运输的主要航道，经疏通后年通过能力为2500万t。图1.1 济宁三号煤矿交通位置1.1.2 地形地貌井田地形由南阳湖区及滨湖冲积平原组成，南阳湖区面积约占三分之二。东部为滨湖冲积平原，地势平坦，沟渠纵横。井田东部地面标高+32.53m+37.78m，地势东高西低，自然坡度0.4；泗河口冲积扇处地面高程一般在+33m+35m。井田西部为南阳湖区，根据南阳湖南阳水文站和辛店水文站历年湖水位观测资料，湖面历年平均标高为+34.25m；根据生产阶段湖区钻孔资料，湖底标高为+31.5833.35m。全套图纸，加1538937061.1.3 湖泊河流南阳湖分布于井田的西部及西南部，是附近地表水的聚积地。湖区面广水浅，中部水深2m左右，枯水季节常小于1m，偶有湖干现象出现，历年最低水位为+32.32m（1962年3月8日）。洪水季节水深可达4m以上。井田内主要河流有京杭运河、泗河、幸福河及洸府河等，它们以湖盆为中心，分别流入南阳湖。京杭运河位于井田西部，从北向南至7线西侧流入南阳湖，汛期最大流量为626m3/s（1964年9月6日），旱季流量变小乃至干涸，井田内运河的堤顶高程为+38.9m+40.1m。洸府河位于井田北部，自北向南至辛店西侧流入南阳湖，河床宽约400m，汛期最大流量400m3/s（1964年9月1日），旱季流量减小乃至干涸，井田内洸府河的堤顶高程为+34.0m+38.5m。泗河在井田东南部的辛闸村以南注入南阳湖，全长142km，流域面积2590km2，河床宽度100m1000m，每年79月最大，34月最小，最大流量3380m3/s（1957年7月24日，据鲍家店勘探区精查地质报告），最小干涸，河水涨退迅速，属季节性河流，井田内泗河的堤顶高程为+36.4m+41.5m。东南部尚有幸福河等，均为季节性河流。 1.1.4 气象本区气候温和，属温带季风区海洋大陆性气候。据济宁市气象局1959年至2007年观测资料：历年平均降雨量为696.0mm，年最大降雨量为1186.0mm（1964年），年最小降雨量为347.9mm（1988年），日最大降雨量为183.7mm（1993年8月5日）。降雨量多集中在7、8月份，春季少雨，时有春旱。年平均蒸发量为1774.4mm，年最大蒸发量为2228.2mm（1960年），年最小蒸发量为1451.1mm（1964年）。历年平均气温为13.9C，月平均最高气温为29C（1959年7月），日最高气温为41.6C （1960年6月21日），月平均最低气温为-4.1C （1967年1月），日最低气温为-19.4C （1964年2月18日），多年最低平均气温月为1月，平均气温为-2C。春、夏两季多东及东南风，冬季多西北风，平均风速为2.3m/s，最大风速为22.7m/s（1979年6月25日）。历年最大积雪厚度为0.15m；最大冻土深度为0.31m。1.1.5自然地震根据中华人民共和国国家标准中国地震动参数区划图 （GB18306-2001），本地区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g。1.2 井田地质特征1.2.1 地层系统济三井田地层区划属华北地层区鲁西地层分区济宁地层小区。在区域上，除东北部有太古界、震旦系、寒武系和奥陶系出露外，其余均被第四系覆盖。第四系之下发育有新近系、古近系、侏罗系、二叠系和石炭系。缺失上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统和三叠系等。井田综合柱状见图1.2。1.2.2 井田构造济三井田位于南北向的济宁地堑构造内，位于济宁煤田（东区）的中南部。东西两侧分别为南北向的区域性断裂孙氏店断层和济宁断层，井田内断层则以受此区域性断裂控制的南北向断层为主。井田的褶曲形态北部以宽缓褶曲为特点，往南逐渐转成北东向、向北西倾伏的单斜构造。（1） 褶曲经资源勘探、地震探测、建井时期开拓，由钻孔资料、地震解释资料证实，井田内发育褶曲构造，在煤层底板等高线图上显示出褶曲的基本形态，但由于地层倾角不大，褶曲幅度较小，因而褶曲宽缓。井田内褶曲构造基本特点：发育于井田东部的褶曲，多数延展较短，褶曲轴向以北北西向为主，基本平行、等距分布，与孙氏店断裂基本平行或以较小的交角斜交。发育于井田北部的褶曲，其幅度较大，褶曲轴向呈东西向展布。发育于井田东南部的褶曲呈北西或北西西向展布。井田地层总体倾角平缓，褶曲构造不甚发育，褶曲幅度不大。形态较为明显的褶曲自北向南。图1.2 地层综合柱状（2）井田断层八里铺东断层：正断层，走向NS向，倾向W，倾角70，最大落差80m，延伸长度7408m，长差比129.1。该断层发育在井田中部偏东，落差大延伸长。由多个钻孔和物探控制，为控制可靠断层。F8断层：正断层，走向NNW，倾角70，最大落差110m，延伸长度4876m。该断层在井田中部偏东，落差大延伸长。由多个钻孔控制，为可靠断层。（3）岩浆岩井田内普遍有燕山期的岩浆活动，呈层状侵入于上侏罗统红砂岩内，侵入层位较为稳定，主要在上侏罗统第三段的中下部，厚度1.10174.95m，平均96.49m。总体上东部薄，西部厚。岩性以橄榄辉长岩为主，也有角闪辉长岩等。（4）陷落柱到目前为止，井田内尚未发现岩溶陷落柱。1.2.3 水文地质概况济宁煤田内上组煤直接充水含水层为山西组砂岩和太原组第三层石灰岩，间接充水含水层为上侏罗统砂岩含水层。山西组砂岩漏水孔率为23.8%，单位涌水量0.13010.4755L/sm，富水性中等；太原组第三层石灰岩漏水孔率为1.2%14.5%，单位涌水量0.003060.00701L/sm，富水性较弱。下组煤直接充水含水层为太原组第十下层石灰岩，漏水孔率为4.4%11.3%，单位涌水量为0.001010.1857L/sm，富水性不均匀；间接充水含水层为煤系基底奥灰含水层。济宁三号煤矿位于区域水文地质单元的西部偏南、济宁煤田东区的中南部。井田内对矿井生产有影响的含水层自上而下主要有第四系砂砾孔隙含水层；上侏罗统砂砾岩孔隙裂隙含水层；山西组3上煤顶部砂岩裂隙含水层、3下煤顶板砂岩裂隙含水层；太原组第三、十下层石灰岩岩溶裂隙含水层；奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。其中，3煤顶底部（包括3上煤顶部和3下煤顶板）砂岩裂隙含水层、太原组第三、十下层石灰岩溶裂隙含水层是直接充水含水层，局部地段上侏罗统砂砾岩孔隙裂隙含水层底部处于导水裂隙带发育高度范围内对开采产生直接影响。第四系砂砾含水层浅部接受大气降水和地表水的直接补给作用，上侏罗统砂砾岩含水层可通过越流形式获得上覆第四系水的补给，煤系各含水层则可在其露头处接受上覆含水层的补给或通过东部孙氏店断层可能获得奥灰水的补给。预计3下煤顶底部砂岩涌水量平均为196.8m3/h，最大涌水量为266.7m3/h。1.2.4 其他有益矿产锗在煤中最高含量为17.2mg/kg，达不到工业品位。镓在上部煤层中含量较高，3上煤含量最高为18mg/kg，低于冶金、电子工业对煤层中镓的工业品位要求。放射性元素铀，按伴生铀矿的工业品位要求为0.02%，本井田各煤层均达不到其要求。钍矿床和伴生状态钒，工业品位对ThO2和V2O5要求含量0.1%，本井田煤的钍、钒含量均达不到要求。上述稀有元素虽未能达到各工业品位之要求，但在煤的加工和综合利用过程中不应忽视，要注意在煤灰、煤尘、烟灰中加强稀有元素的回收和利用。1.2.5 地质勘探程度济宁煤田发现于1957年，1965年至1968年由原华东煤炭基建公司第二勘探队和物测队进行了详查勘探，于1968年10月提出了济宁煤田综合详查报告。1980年至1981年由山东煤田地质公司一、二、三勘探队和物测队进行了济宁煤田（东区）总体详查，于1981年11月提出了山东省济宁煤田（东区）总体详查地质报告。1981年至1983年由山东煤田地质公司勘探三队进行了精查勘探，于1983年11月提出了济三井田精查地质报告，该报告曾被国家地质局评为优质报告。普、详、精查共施工钻空236个，其中水文孔19个，抽水试验19次。勘探总投资11144613元。每平方公里2.15个钻孔，其中初期采区每平方公里5.2个钻孔。1.3 煤层特征1.3.1 总体特征济三井田主要含煤地层为石炭二叠系的太原组和山西组，平均厚280.92m，可采及局部可采煤层有3上、3下、6、10下、12下、15上、16上及17煤共8层，平均总厚10.46m，含煤系数为3.72%。本区以气煤为主，有部分气肥煤，属炼焦配煤。煤层倾角一般在6以下。其中主要可采煤层为3上、3下及16上、17煤，平均总厚8.02m，占可采煤层总厚的76.67%。以3上、3下煤两层厚度较大，平均厚度达7.71m，占可采煤层总厚的58.4%，且埋藏浅，位于含煤地层上部，是先期开采的主要对象。1.3.2 各可采煤层特征济三井田含可采煤层8层，现分述各可采煤层厚度与可采特征。（1）3上煤位于山西组中部，上距B层铝土岩71.93m，下距3下煤34.41m。煤层厚度05.80m，平均1.21m。大部为中厚煤层，煤层厚度不稳定，并呈现一定的规律变化，存有自东向西逐渐增厚的趋势。在井田的中部有冲刷无煤区，分布规律较为清楚。呈现二个条带，一个呈北北东方向纵贯井田的中部，在井田内延展长度10km，宽12km；另一个是在上述冲刷带中部，长约4.5km，宽0.51.7km。其冲刷规律表现为冲刷区内大部冲刷无煤；以外则保存煤层的原生厚度，一般都在0.902.56m之间，无变薄过渡带。煤层结构简单，含不稳定的夹矸03层，夹矸岩性一般为炭质泥岩、炭质粉砂岩、粉砂岩及泥岩等。煤厚变异系数（g）57.9%，可采性指数（km）0.71，为不稳定煤层。（2）3下煤位于山西组下部，下距6煤35.82m。煤层厚度5.697.23m，平均6.50m。大部为厚煤层，煤层厚度较稳定，呈现东厚西薄的规律变化。煤层结构简单，含不稳定的夹矸03层，夹矸岩性一般为炭质泥岩、炭质粉砂岩、粉砂岩及泥岩等。煤厚变异系数（g）38.9%，可采性指数（km）0.92，属可采的较稳定煤层。但在井田内不同地区，3下煤稳定性稍有差异，东部为较稳定至稳定煤层，西区为较稳定煤层。（3）6煤位于太原组上部，下距三灰11.74m；距10下煤50.02m。煤层厚度01.39m，平均0.54m。为薄煤层，北部稍好，有可采块段；往南逐渐变薄直至沉缺，大部不可采。煤层结构简单，含不稳定的夹矸01层，夹矸岩性一般为炭质泥岩、炭质细砂岩、细纱岩、粉砂岩及泥岩等。可采性指数（km）0.09，煤厚变异系数（g）28.6%，可采性很差，为局部可采的极不稳定煤层。（4）10下煤位于太原组中部，下距12下煤15.44m。煤层厚度01.43m，平均0.62m。为薄煤层，该煤层东部稍好，有可采块段。煤层结构简单，含不稳定的夹矸01层，夹矸岩性一般为炭质泥岩、炭质细砂岩、粉砂岩及泥岩等。可采性指数（km）0.20，煤厚变异系数（g）34.9%，为局部可采的极不稳定薄煤层。（5）12下煤位于太原组中下部，下距15上煤16.62m。煤层厚度01.68m，平均0.66m。为薄煤层，煤层北薄南厚，南及西南部大部可采，且厚度可达1m以上。煤层结构简单，含不稳定的夹矸01层，夹矸岩性一般为炭质泥岩、粉砂岩、泥岩及黄铁矿等。可采性指数（km）0.46，煤厚变异系数（g）50.9%，为局部可采的极不稳定煤层。（6）15上煤位于太原组中下部，下距16上煤37.50m。煤层厚01.60m，平均0.62m。为薄煤层，东区煤层稍好，有可采块段；西区则差。煤层结构简单，含不稳定的夹矸01层，夹矸岩性一般为炭质泥岩、粉砂岩及黄铁矿等。可采性指数（km）0.33，煤厚变异系数（g）34.2%，为局部可采的极不稳定煤层。（7）16上煤位于太原组下部，下距17煤5.17m。煤层厚度0.601.94m，平均1.14m。为薄煤层。煤层结构简单，含夹石03层，夹矸岩性多为炭质泥岩、炭质粉砂岩、炭质细砂岩、粉砂岩、泥岩及黄铁矿等。可采性指数（km）0.98，煤厚变异系数（g）17.6%，为全区可采的稳定煤层。（8）17煤位于太原组下部，下距十三灰22.05m，距奥灰65.84m。煤层厚度01.34m，平均0.77m。为薄煤层。煤层结构简单，含夹石02层，夹矸岩性多为炭质泥岩、炭质粉砂岩、炭质细砂岩、粉砂岩、钙质细砂岩及黄铁矿等。可采性指数（km）0.75，煤厚变异系数（g）19.9%，为大部可采的较稳定煤层。各可采煤层特征见表1.11.3.3 煤层的围岩性质 （1）3上煤顶板主要为灰白色粉砂岩，厚0.3227.35m，局部有厚0.504.39m的粉砂岩与细砂岩直接顶和厚0.160.65m的泥岩或粉砂岩伪顶。岩性、厚度变化较大，为浅水三角洲平原分流河道沉积，其横向变化也比较大，分布特点是呈现透镜状。粉砂岩抗压强度平均为54MPa，普氏硬度为6.3，根据顶板岩性和抗压强度，参考岩层厚度、层理、构造、裂隙和硬度等综合指标，将3上煤顶板划为不稳定中等稳定顶板。底板以泥岩、粉砂岩为主，抗压强度31.048.3MPa，多为不坚固岩石。东南部分布有厚0.100.55m的泥岩、铝质岩伪底。底板为不稳定底板。（2）3下煤顶板以中砂岩、粉砂岩、细砂岩为主，厚0.4860.00m。粉砂岩顶板主要分布在井田的东部、中部和西部，其余较大面积顶板为砂岩。伪顶分布较零散，主要为泥岩和粉砂岩伪顶，厚0.100.45m，伪顶之上的直接顶板主要为中、细砂岩，厚0.7429.65m。抗压强度平均值：粉砂岩为54MPa，细砂岩为77.2MPa，中砂岩为67.6MPa。在C5-12号孔至C6-5号孔一带主要由抗压强度较低的粉砂岩组成，划为不稳定顶板，其它主要为较稳定稳定顶板，在C4-4、119、C10-11号孔附近，分布有坚硬顶板。表1.1 井田可采煤层特征煤层名称厚度最小最大平均（点数）结构稳定性夹石可采情况层数岩性厚度（m）3上05.801.21（194）简单不稳定03炭质泥岩、炭质粉砂岩、粉砂岩、粘土岩、泥岩、0.06大部可采3下5.697.236.5（213）简单较稳定03泥岩、粉砂岩、粘土岩、炭质泥岩、炭质粉砂岩0.074大部可采601.390.54（136）简单极不稳定01泥岩、粉砂岩、细砂岩、炭质泥岩、炭质细砂岩、粘土岩0.017局部可采10下01.430.62（152）简单极不稳定01炭质泥岩、粉砂岩、泥岩、炭质细砂岩0.001局部可采12下01.680.66（130）简单极不稳定01泥岩、粉砂岩、炭质泥岩、黄铁矿0.03局部可采15上01.600.62（169）简单极不稳定01炭质泥岩、黄铁矿、粉砂岩0.001局部可采16上0.601.941.14（171）简单稳定03炭质泥岩、粉砂岩、黄铁矿、泥岩、炭质粉砂岩、炭质细砂岩0.03全区可采1701.340.77（174）简单较稳定02粉砂岩、炭质泥岩、炭质粉砂岩、炭质细砂岩、黄铁矿、钙质细砂岩0.02大部可采底板在矿井北部多分布中等坚固的泥岩，厚0.406.65m；首采区中部底板为细砂岩、粉细砂岩互层，其中粉砂岩厚0.6011.90m，粉细砂岩互层厚0.6013.32m，南部地区为粉砂岩、砂质泥岩底板。泥岩底板为中等稳定底板，细砂岩、粉细砂岩互层底板为稳定底板，粉砂岩、砂质泥岩底板为不稳定中等稳定底板。（3）6煤顶板以深灰色粉砂岩、泥岩、粉细砂岩互层为主，局部为厚2.955.00m的细砂岩。粉砂岩顶板厚0.8011.80m，泥岩顶板厚0.6212.99m，粉细砂岩互层顶板厚2.5213.98m。参考济宁二号煤矿6煤的物理力学性质测试资料，本矿井6煤顶板为不稳定中等稳定顶板。底板以灰色深灰色粉砂岩为主，其次为细砂岩，厚0.6013.60m。局部分布有泥岩或粉砂岩伪底。为中等稳定底板。（4）10下煤顶板以灰色粉砂岩为主，次为泥岩和砂质泥岩，厚0.5717.55m，岩性较均一，为中等稳定顶板。底板以灰色细砂岩为主，次为灰色粉砂岩，厚0.6012.21m。局部分布有厚度不超过0.60m的泥岩或铝质泥岩伪底。为中等稳定底板。（5）12下煤顶板以泥岩为主，次为粉砂岩，厚0.658.95m，局部分布有泥岩或炭质泥岩伪顶。为不稳定顶板。底板以粘土岩、泥岩为主，次为粉砂岩。在13、14线以南，泥岩、铝质泥岩厚度变薄，成为伪底，直接底板为第八层石灰岩，石灰岩厚02.70m。石灰岩底板为稳定底板，泥岩底板为不稳定底板，泥岩遇水易变软膨胀，不利于支护。（6）15上煤顶板为第九层石灰岩，厚03.05m，局部相变为泥岩或粉砂岩。石灰岩下常有0.070.26m的泥岩或粉砂岩伪顶。石灰岩顶板为稳定顶板，泥岩、粉砂岩顶板为不稳定顶板。底板以细砂岩、泥岩、粉砂岩为主，厚0.6019.30m。局部分布有厚0.100.60m 的泥岩或铝质泥岩伪底，其直接底多以细砂岩为主，次为粉砂岩和中砂岩。（7）16上煤顶板为十下灰，厚3.408.15m，平均4.85m。局部分布厚0.080.12m的泥岩伪顶。十下灰抗压强度平均为111.3MPa，最大达187.2MPa，普氏硬度大于10，属极坚固岩石。16上煤顶板为稳定顶板。底板在矿井北部多为铝质泥岩和粉砂岩，铝质泥岩厚0.503.41m，粉砂岩厚0.563.60m；南部多为泥岩，厚0.363.54m。泥岩底板遇水易变软膨胀，不利于巷道支护。（8）17煤顶板以薄层十一灰为主，厚03.25m，部分地段相变为粉砂岩、砂质泥岩，厚0.324.54m。石灰岩顶板为稳定顶板，粉砂岩顶板为中等稳定顶板。底板以铝质泥岩为主，厚0.604.49m，次为泥岩和粉砂岩。泥岩底板遇水易变软膨胀，不利于支护，若再遇顶板相变处，则会使支护条件更加恶化。根据上述各可采煤层顶底板岩石特征分析认为：3上、3下、10下、16上、17煤为中等稳定稳定顶板，6、15上煤为不稳定稳定顶板，12下煤为不稳定顶板；3上、3下、6、10下煤底板以粉砂岩、泥岩为主，为中等稳定底板，12下、15上、16上、17煤底板以泥岩为主，为不稳定底板。1.3.4 煤的物理性质和煤岩特征（1）煤的物理性质井田内八层可采煤层均为黑色、黑褐条痕色的软中等坚硬煤层。煤的硬度（坚固性系数）平均1.04，山西组煤层硬于太原组煤层，煤的最大硬度达1.89（3上煤），单轴抗压强度为5.1912.54MPa（3下煤）。各煤层的物性特征见表1.2（据精查报告）。表1.2 各煤层的物性特征项目煤层光泽硬度真密度视密度断口裂隙3上沥青玻璃1.351.461.38贝壳、参差状较发育3下玻璃1.041.441.36参差、阶梯、贝壳状较发育6玻璃沥青1.451.3510下玻璃、油脂1.411.37阶梯、贝壳状12下玻璃0.871.401.37贝壳、阶梯状15上玻璃、沥青、油脂0.931.391.34参差、贝壳状16上玻璃油脂0.991.391.31阶梯、贝壳状发 育17玻璃、沥青、油脂1.041.361.30阶梯、参差、贝壳状发 育（2）宏观煤岩特征各煤层的宏观煤岩组份多以亮煤为主，约占60%，暗煤约占30%。含有镜煤条带和透镜体。山西组煤丝炭含量比太原组煤多，以细条带或线理状分布于煤层中。煤岩类型以半亮型煤为主，半暗型煤次之。细-中条带状结构，层状构造，部份具块状构造。（3）显微煤岩特征各煤层显微煤岩组分及镜煤反射率见表1.3。在有机显微煤岩组份中，凝胶化组份占74%，山西组煤层凝胶化组分含量低于太原组煤，丝炭化组份高于太原组煤层。稳定组分太原组煤层低于山西组煤层。无机组份以粘土矿物为主，占总量的72%，其次为氧化物、碳酸盐和硫化物。表1.3 各煤层显微煤岩组分及镜煤反射率煤层组分（%）3上3下610下12下15上16上17镜质组52.9357.9957.3280.3484.9273.9279.4680.81半镜质组15.3016.2520.754.882.977.427.457.55半丝质组21.3121.7414.187.616.1012.728.708.45丝质组3.353.763.913.892.915.055.725.13稳定组13.078.8811.107.157.6510.446.564.44无机总量10.0910.518.807.928.266.444.136.58粘土类8.519.27.404.446.942.792.293.75氧化物0.710.480.290.800.500.500.660.82碳酸盐0.900.870.490.660.611.420.540.48硫化物0.330.280.622.171.101.860.641.53Romax0.7560.7290.6700.6870.7310.7010.6900.644（4）煤的化学性质和工艺性能灰份井田内各可采煤层的原煤平均灰份产率均为低中灰，原煤灰份的变化范围27.123.28%。1.4比重级精煤灰份，3上、3下、6、10下和12下煤为低灰，15上、16上和17煤为特低灰，变化范围1.888.82%。精煤回收率66.64%。用洗选的方法脱除煤中矿物杂质，以降低灰份的效果明显。挥发份山西组煤层的精煤挥发份产率（Vdaf）平均38.60%，比太原组煤层低5.73%，除3上煤个别点较小外，其余均大于35%，为高挥发份煤。特别是太原组10下、15上、16上和17煤，最低挥发份大于42%，最高49.55%，煤化程度较高。发热量山西组原煤分析基弹筒发热量（Qb，ad）28.28MJ/ kg。变化范围23.8731.90MJ/kg。太原组除12下煤层较低外，其余均大于29MJ/kg，变化范围在25.1132.94MJ/kg间。煤的发热量与灰份关系密切，灰份每增加1%，发热量约降低0.42MJ/kg。硫份山西组煤层硫份主要为低硫。太原组6煤为中高硫，12下煤为低中硫，其余煤层均为高硫。原煤硫份中，山西组煤的有机硫比黄铁矿硫的含量高0.05%，太原组煤中，6、10下、12下、15上煤黄铁矿硫占59%，有机硫占40%。16上、17煤则以有机硫为主，黄铁矿硫次之。由于有机硫的增大，给煤的洗选带来较大困难。在四个主采煤层中，精煤有机硫份均比原煤有所增高。煤的结焦性山西组煤层的胶质层厚度15.57.0mm，粘结指数89.660.8，为中等粘结性煤。随着煤化程度的加深，太原组煤的粘结性遂渐加强，胶质层厚度32.511.0mm，粘结指数101.070.4，为强粘结性煤。从煤的成焦率和低温干镏的半焦产率和焦渣特征看（表1.4），各煤层具有良好的结焦性能，可作为良好的炼焦配煤。表1.4 各煤层的结焦性能煤层项目3上3下610下12下15上16上17GRI74.074.284.190.689.491.295.195.1焦渣待征5656566756676757成焦率（%）73.874.97069.371.070.370.868.3半焦率（%）74.474.370.368.671.469.969.068.3炼油性山西组煤层焦油产率9.0813.48%，为以富油为主含少量高油的煤层。太原组除12下煤含有较少富油点外，其余全部为高油煤。气化性3上、3下、17煤的各温度分解率相差不大，16上煤分解率均比上述三层煤低。试验温度900950C的二氧化碳分解率均小于60%。山西组煤大于6mm灰渣的结渣率6.1739.63%，3上煤为中等结渣煤，3下煤为以中等到强结渣煤为主的中等难结渣煤。太原组16上、17煤的结渣率多大于25%，为强结渣煤，因此给气化和部分工业锅炉用煤带来较大困难。可磨性主采煤层的可磨性系数变化在5067之间，说明主采煤层容易磨碎，且太原组煤的易碎性比山西组煤好。1.3.5 瓦斯根据地质部门报告，矿井瓦斯相对涌出量为0.2510.67m3/t，绝对涌出量为2.816.807m3/min，矿井CO2相对涌出量为0.421.48m3/t，绝对涌出量为6.9111.447m3/min，本矿井属于低瓦斯矿井。本井田虽属隐蔽含煤区，但由于煤层在成煤时期原始生成的瓦斯量遭到大量排放，残留在煤中的瓦斯很小。煤系地层沉积后，又受到长期各种风化营力作用的影响，特别是在各煤层露头附近和浅部地区，煤层瓦斯遭受风化更重，因此，形成了以氮气二氧化碳带为主，次为氮气沼气带，也有少量氮气带和混合带的瓦斯风化带。1.3.6 煤尘勘探时期测试资料，各煤层的火焰长度均大于380mm，扑灭火焰的岩粉量3590%，原煤可燃基挥发份平均值都大于37%，根据挥发份（Vdaf）和固定碳计算的煤尘爆炸指数，山西组煤38.21%，太原组煤44.26%。各煤层均有煤尘爆炸危险性。1.3.7 煤的自然发火情况勘探时期测试资料，各煤层的原样着火温度在322353C间。还原样和氧化样的着火点之差（DT）143C，从不易自然发火到很易自然发火的煤均有。3上、12下煤为（）极易自燃不自燃煤层；3下煤为（）易自燃不自燃煤层；6、17煤为（）易自然发火不自然发火煤层；10下煤（）为不易自燃煤层；15上、16上煤层为（）易自然发火不易自燃煤层。故本井田各煤层均有自然发火倾向，为保证生产安全，按级自然发火煤层进行防范。2 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1 井田范围济宁三号煤矿位于山东省济宁市任城区境内。根据国土资源部2000年9月22日颁发的采矿许可证（证号：1000000020131），井田边界共有19个拐点坐标圈定（见表2.1），开采上、下限标高为+38m-1300m。东以孙氏店断层为界；西以3上煤的-1000m等高线垂切至各煤层为界；北以3910000纬线与济宁二号煤矿相毗邻；南以3900000纬线与王楼煤矿分界；东南以16上煤-350m等高线、C16-1和 C15-2号孔连线与泗河煤矿分界（图2.1）。表2.1 井田边界拐点直角坐标点号XY备注点号XY备注B1391000039461140北部边界，与济宁二号煤矿相邻B10390128039474210东南部边界，与泗河煤矿相邻B2391000039471030B11390214539473485B3391000039471255B12390133039470485B3391000039471255东部边界B13390061539469470B4390800039471255B14390000039469325B5390700039472595B14390000039469325南部边界B6390600039473040B15390000039460645B7390500039473505B15390000039460645西部边界B8390400039473885B16390200039462270B9390280039474215B17390400039462270B10390128039474210B18390600039462675B19390800039462270B13910000394611402.1.2 开采界限井田内主要含煤地层自上而下分别为山西组和太原组。山西组厚度为81.73146.36m，平均110.74m，含煤4层，分别为1、2、3上和3下煤，可采煤层2层（3上、3下煤）。太原组厚度为71.00190.30m，平均170.18m，含煤层22层，分别为4、5、6、8上、8下、9、10上、10下、11 、12上、12中、12下、14、15上、15下、16上、16下、17、18上、18中、18下和19煤，其中6、10下、12下、15上、16上和17煤等6层煤层为可采或局部可采煤层。其中主采煤层为3下煤，3上、6、10下、12下、15上、16上和17煤由于煤层较薄，作为后期储备资源开采。矿井设计只针对3下煤层。图2.1 济宁煤田东区井田划分开采上限：3下煤层以上有3上煤层为不稳定可采煤层，但煤层较薄，列入后期储备资源量。下部边界：17号煤层以下无可采煤层，作为下部边界。2.1.3 井田尺寸井田的倾向方向最大长度为7.95km，最小长度为5.35km，平均长度为7.51km。井田的走向方向的最大长度为7.7km，最小长度为0.98km，平均长度为7.60km。井田的水平面积按式（2.1）计算：S = H L （式 2.1）式中： S井田的水平面积，m2；H井田的平均水平宽度，m；L井田的平均走向长度，m。则，井田的水平面积为：S = 7.51 7.6 = 57.08（km2）2.2 储量计算2.2.1 储量计算基础（1）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。根据矿井设计指南储量计算的原则：圈定面积时，原则上以相应控制程度的勘探线，煤层底板等高线（煤层倾角大时）及主要构造线为界。煤层倾角小于15时，面积取水平投影面积，煤层厚度按铅垂厚度计算；煤层倾角大于15时，面积以倾斜面积（即真面积）计算，厚度以煤层真厚度计算；煤层倾角小于60时，则应采用立面投影图计算。由于本矿区属于近水平煤层，所以计算时按水平投影面积计算储量。（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0.70.8m。（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。3号煤层容重为1.36t/m3。2.2.2 井田地质勘探井田地质勘探类型为精查，属详细勘探。1981年至1983年，济宁三号煤田由山东煤田地质公司勘探三队进行了精查勘探，于1983年11月提出了济三井田精查地质报告，该报告曾被国家地质局评为优质报告。属A级储量。2.2.3 地质储量计算矿井主采煤层为3下煤层，采用地质块段法。根据地质勘探情况，将矿体划分为1、2、3、4、5五个块段，在各块段范围内，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。块段划分如图2.2。图2.2 块段划分由图计算各块段面积分别为：S1= 9.99 km2；S2= 6.97 km2；S3= 6.99 km2；S4= 27.33 km2；S5= 4.05 km2。按式（2.2）计算：Zi = SiM/100 （式2.2）式中：Zi各块段储量，Mt；Si各块段的面积，万m2；M煤层的平均厚度，取6.50m；块段内煤的容重，平均为1.36t/m3。块段1储量：Z1 = 9.996.501.36 /100= 88.40（Mt）；块段2储量：Z2= 6.976.501.36/100 =61.95（Mt）；块段3储量：Z3 = 6.996.501.36/100 = 62.46（Mt）；4块段储量：Z4 =27.336.501.36/100 = 241.93（Mt）；5块段储量：Z5= 4.056.501.36/100 =36.09（Mt）。则3下煤层地质储量：Zz =Z1+Z2+Z3+ Z4+ Z5 =88.40 + 61.95+ 62.46+241.93+36.09 =490.84（Mt）2.2.4 矿井工业储量矿井工业储量按式（2.3）计算： Zg =Z111b + Z122b + Z2M11 + Z2M22+ Z333k （式2.3）式中： Zg矿井工业资源/储量；Z111b探明的资源量中经济的基础储量；Z122b控制的资源量中经济的基础储量；Z2M11探明的资源量中边际经济的基础储量；Z2M22控制的资源量中边际经济的基础储量；Z333推断的资源量；k可信度系数，取0.70.9，地质结构简单、煤层赋存稳定取0.9；地质结构复杂、煤层赋存不稳定取0.7。根据钻孔布置，在矿井的地质资源量中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推断的。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（2.3）计算。Z111b=490.8460%70%=206.15（Mt）；Z122b =490.8430%70%=103.08（Mt）；Z2M11 =490.8460%30%=88.35（Mt）；Z2M22=490.8430%30%=44.18（Mt）。根据本井田的地质条件，k取0.8。Z333 k=490.8410%k=39.27（Mt）Zg =Z111b + Z122b + Z2M11 + Z2M22+ Z333 k=206.15+103.08+88.35+44.18+39.27=481.02（Mt）。2.2.5 矿井设计储量矿井设计资源/储量可按式（2.4）计算：Zs = （Zg-P1） （式2.4）式中： Zs矿井设计资源/储量，Mt；P1断层煤柱、井田境界煤柱等永久煤柱损失量之和，Mt。矿井设计资源/储量按式（2.4）计算，其中P1按矿井工业资源/储量的3%估算，则：Zs =481.02 -481.02 3%=466.59（Mt）。2.2.4 矿井设计可采储量矿井设计可采储量可按式（2.5）： Zk =（Zs-P2）C （2.5）式中： Zk矿井设计可采储量； Ps工业场地和主要井巷煤柱损失量之和；C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%。矿井设计可采储量按式（2.5）计算，其中P2按矿井设计资源/储量的2%估算，则：Zk =（466.59 -466.59 2%）75%=342.94（Mt）。矿井储量汇总表见表2.3。表2.2 矿井储量汇总地质储量（Mt）工业储量（Mt）设计储量（Mt）设计可采储量（Mt）490.84481.02466.59342.943 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。岩层上山移动角=75，下山移动角=65，表土层移动角=45；（3）维护带宽度为15m； （4）断层煤柱宽度50m，井田境界煤柱宽度为50m；（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2.3。工业广场保护煤柱绘制见图2.3。表2.3 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1.01201801.2续表2.3 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）45901.59-301.8图2.3工业广场保护煤柱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 矿井设计生产能力济宁三号井田储量丰富，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，交通运输便利，市场需求量大，宜建大型矿井。确定济宁三号矿井设计生产能力为4.0Mt/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： T=ZKA*K （式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 =342.94/（41.4）= 61.24a；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3下煤层平均6.5m，为特厚煤层，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，可以布置一个放顶煤工作面保产。（2）辅助生产环节的能力校核矿井设计为特大型矿井，开拓方式为立井单水平开拓。工作面生产的原煤经顺槽胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，再经主井箕斗提升至地面，运输能力大，自动化程度高。副井提升采用罐笼车提升、下放物料，能满足大型设备的下放与提升。大巷辅助运输采用无轨胶轮车运输，运输能力大，调度方便灵活。（3）通风安全条件的校核瓦斯涌出量小，属低瓦斯矿井。矿井采用中央并列式通风，设一条回风大巷，前期即可以满足通风需要。由于井田范围大，后期仍需在井田西部设置一个风井。（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，见表3.1。表3.1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力（Mt/a）矿井设计服务年限（a）第一开采水平服务年限（a）煤层倾角456.0及以上70403.05.060351.22.4503025200.450.90402520154 井田开拓4.1 井田开