采矿工程毕业设计（论文）-和成煤矿0.6Mta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88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交通位置和成煤矿井田位于郑州市西南约30km处的新密市与新郑市交界处，西距新密市区约15km，行政隶属新密市曲梁乡管辖，仅东北角一小部分属新郑市小乔乡。井田南距登封商丘公路5km，西距郑（州）（新）密公路4km，并有柏油公路相通。矿区东距京广铁路约20km。区内乡、村间小柏油公路纵横交错，交通十分便利。见交通位置图1.1.1图1.1.1 交通位置示意图1.1.2自然地理概况地形井田地貌属低山丘陵区。总体地势西高东低，向东呈波状展布，标高162.1286.1米。西部有二叠系基岩局部出露形成低山，东半部多为黄土覆盖并形成丘陵、平地。井田内冲沟发育，成V型沟谷切割较深，极利于降水排泄。水文区内地表水体不太发育。东半部有三个民筑小水库，由于近年来干旱少雨，地下水位下降，均已干涸多年。在井田西南边缘有臻河由西向东经过，并在井田外近边界处筑有张湾水库，库容量约131万立方米。气象本区属亚热带向暖温带过渡的大陆性气候，四季分明，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。a.气温据新密市气象站资料（19632003），年最低气温-0.5 -15.8，年最高气温37.542，年平均气温13.715。b.降雨量历年（19632003年）年平均降水量654毫米，最大降水量1180.8毫米（1964年），最小降水量347.4毫米（1986年），雨季多集中于七、八、九三个月，其降水量占全年的60%左右。c.蒸发量年蒸发量大于年降水量，历年（19632003年）年平均蒸发量2123.0毫米，年最大蒸发量2603.8毫米，年最小蒸发量1381.6毫米。d.风向最大风速19米/秒，年平均风速为3.413.7米/秒，冬季多西北风及西风，夏季多北东及北北东风。e.冻期降雪期多在十二月下旬至次年二月上、中旬，积雪215厘米。冻结期与降雪同期或提前一个月，冻结深度620厘米。地震据中国地震动峰值加速度区划图（2001年），本区地震烈度为度区。据密县县志记载，近百年来，区内曾发生数次地震，震级不详。1976年郑州市十八里河曾发生2.8级地震，1990年登封告城一带曾发生了约3级地震。1.1.3矿区开发历史及生产建设规划井田内目前共有生产矿井1个，已闭坑矿井1个及民采旧小窑6个，均开采七4煤层，现分述如下：曲梁煤矿：位于井田中部，属原密县县办煤矿，1965年5月始建，1967年5月投产，设计能力年产9万吨，实际年产量15万吨。开采最大深度165m，采空区面积近2km，矿井于20世纪九十年代由于资源枯竭而闭坑。华豫煤矿：位于横810勘探线之间，原属村办集体企业，设计年生产能力6万吨。现已被恒业公司整合收购。旧小窑：集中分布于井田西部，有窦家洼煤矿、马寨煤矿，西土门一矿、西土门三矿等。均始建于19841985年间，多为农民个体集资办矿，年产量均在1万吨以下，开采范围很小，由于前些年煤炭市场不景气，再加上这些小窑均为无证开采，现已均被关停、封闭。1.1.4矿井建设的外部条件本区内地势起伏，人口分布不均。井田范围涉及新密市曲梁乡、白寨乡及岳阳乡三个乡镇，有煤窑沟、窦沟、瓦房店等17个自然村，1692左右户人家，6771余人。本井田所处三个乡均属农业区，传统种植主要种植作物有玉米、小麦、红薯等，兼种有油菜、花生、豆类、西瓜等经济作物。建筑材料砖、瓦、石子和料石等均可就地供应，钢材、木材和水泥等物资可经公路及铁路直接运至矿井工业场地。和成煤矿井田东北距郑州市约30km，西距新密市区约15km，井田南距登封商丘公路5km，西距郑（州）（新）密公路4km，并有柏油公路相通。区内乡、村间小柏油公路纵横交错，交通十分便利。因此，运输条件落实可靠。矿井地面建一座35kv变电站，双回35kv电源线路均引自矿井西南部7km处的观音堂110kv变电站，电源可靠。本井田内石炭系、奥陶系石灰岩岩溶水，水量丰富，水质较好，可作为矿井供水水源。另外，井下排水经处理后可作为矿井供水水源。因而，水源条件可靠。1.2井田地质特征1.2.1地层井田内除二叠系上统上石盒子组、石千峰组地层局部出露外，其余均被新生界地层覆盖。钻孔穿见的地层有奥陶系中统马家沟组，石炭系中统本溪组和上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组及上统上石盒子组、石千峰组，新近系和第四系等：奥陶系中统马家沟组（O2）地层厚度大于72.29米。岩性主要为浅灰色隐晶细晶质白云质灰岩。局部夹泥灰岩，含不规则状角砾，上部含不规则状黄铁矿。石炭系（C）仅发育有中统本溪组和上统太原组，与下伏奥陶系为平行不整合接触。a.中统本溪组（C2b）井田内共有6个钻孔穿过该组地层，钻孔穿见厚度3.1735.99米，平均15.29米。岩性中上部为浅灰色含砂质泥岩、泥质粉砂岩及铝土矿透镜体，下部为浅灰色粘土岩及铝土岩。b.上统太原组（C3t，一煤组）上界止于最上层灰岩顶面，下界以一1煤层底面或与之层位相当的炭质泥岩、黑色泥岩底面，与本溪组整合接触。钻孔揭露厚度25.96145.72米，平均69.77米。为一套海陆交互相碳酸岩及碎屑岩沉积。据岩性组合特征可分为三段：下部灰岩段：厚度9.4354.29米，一般30米左右。主要由含生物碎屑泥晶灰岩及其所夹的泥岩、煤层组成，上部偶夹砂岩。本段含煤15层，其中一1煤在井田横8线以东可采。灰岩一般24层，下层厚度大且较稳定（一般1015米），并含较多的燧石团块。中部碎屑岩段：厚度17.9240.34米，平均26.34米。上部泥岩夹煤线，中部为中粗粒砂岩，具正粒序，局部为砂质泥岩夹煤线，下部为含砾粗粒砂岩。本段泥岩中夹13层煤线均不可采，局部渐变为炭质泥岩。上部灰岩段：厚度17.3139.57米，平均20米左右。其岩性主要由含燧石团块的生物碎屑泥晶灰岩、泥岩及煤层煤线组成。灰岩一般13层，最上层为L8灰岩，厚一般34米，较稳定，第三层灰岩厚度变化较大，不稳定，局部有尖灭现象。灰岩间多为泥岩及炭质泥岩。区内含煤12层，均不可采。二叠系（P）为一套过渡相碎屑岩系，井田揭露厚度大于900米。a.下统山西组（P1s，二煤组）整合于石炭系地层之上，上界止于砂锅窑砂岩（标4）的底面，厚71.23105.33米，平均91.21米。主要由砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层组成。含煤24层。其中二1煤层全区发育，为本井田主要可采煤层，其余煤层均不可采。按岩性特征，本组以大占砂岩底面为界可分为上、下两段：下段：厚度12.6245.40米，平均34.38米，上半部岩性主要为富含植物化石的深灰色灰黑色泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩及煤层（即二1煤层）等，下半部以细砂岩为主，局部相变为中砂岩或粉砂岩，底部为泥岩，炭质泥岩及薄煤层（二0煤层，均不可采）等。上段：厚度35.0274.03米，平均52.23米。上部岩性主要为灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩夹薄层细砂岩，下部为厚层的香炭砂岩和大占砂岩（标5）及二者所夹的泥岩、砂质泥岩和炭质泥岩、煤线等。香炭砂岩常为具正粒序的细中粒砂岩，层面含云母片及炭屑。大占砂岩厚度3.0117.44米，平均 7.43米，一般为显示逆粒序的中细粒砂岩，层面富含炭屑及白云母片，为二1煤层的直接标志层。b.下统下石盒子组（P1x ，三六煤组）与下伏山西组整合接触，上界止于田家沟砂岩（标2）底面，厚232.02308.55米，平均285.79米。为一套过渡相碎屑岩沉积，根据其岩性组合特征及沉积旋回，可细分为三、四、五、六4个煤组。三煤组厚34.0293.85米，平均58.93米，其岩性中上部主要为浅灰、灰、深灰色泥岩夹细砂岩，局部夹粉砂岩，下部为浅灰色泥岩、粘土岩，内含少量菱铁矿鲕粒，泥岩常含暗斑或紫班。底部为砂锅窑砂岩（标4），厚2.5113.55米，平均6.52米，灰白色、浅灰色，中粗粒结构，底部含石英及硅质岩细砾。四煤组厚37.13111.13米，平均69.91米。五煤组厚53.00127.47米，平均106.09米。六煤组厚30.4778.39米，平均50.86米。这三个煤组主要由厚层状的泥岩、砂质泥岩及砂岩组成，偶夹12层煤线。泥岩多为灰色，含紫斑及暗斑，局部含菱铁矿鲕粒及植物化石。砂岩多为中、细粒，局部有粗砂岩。其中四煤组底部的老君庙砂岩（标3）厚1.7523.52米，平均8.95米。呈灰暗灰色，细中粒为主，杂基含量高，且岩石中普遍含透镜状泥砾，砾径13厘米，长轴顺层排列。c.上统上石盒子组（P2s，七九煤组）与下伏下石盒子组整合接触，下界止田家沟砂岩底面（标2），上界止于平顶山砂岩（标1）底面，厚度254.46290米，平均279.97米，为一套过渡相碎屑岩沉积，根据其岩性组合特征及沉积旋回，可分为七、八、九3个煤组。七煤组厚102.07158.69米，平均122.03米。上部以灰色泥岩、粉砂岩为主，含植物化石。中部为深灰色泥岩，细砂岩夹煤层及煤线。其中七4煤层在横612线之间可采。下部以泥岩、砂质泥岩为主，夹薄层砂岩。底部为田家沟砂岩(标2)，其厚度一般410米，呈灰白色，中粗粒为主，正粒序，含不规则状泥砾，硅质孔隙式胶结。八煤组厚53.1892.24米，平均58.83米。九煤组厚87.50105.69米，平均99.11米。二者主要由紫斑泥岩，中粗粒砂岩组成。其中在九煤组上部偶见一层炭质泥岩或煤线。d.上统石千峰组下界止于平顶山砂岩底面，厚度大约595.04米。下段(P2sh1)：厚度约432.36米。底部为灰白色长石石英砂岩，即平顶山砂岩（标1），厚度40.9361.83米，平均49.58米，中粗粒结构，硅质基底式胶结，致密坚硬。下部、中部为浅灰色、紫红色、灰色泥岩与泥质粉砂岩、粉砂岩，夹浅灰色细砂岩，偶夹同生砾岩，上部为灰黄色，青灰色，粉砂岩夹同生砾岩，顶部为青灰色细砂岩。上段（P2sh2）：钻孔穿见厚度最大162.68米，岩性为紫红色中细粒石英砂岩、粉砂岩及砂质泥岩等。发育平行层理，铁硅质基底式胶结。e.新近系(N)与下伏地层呈角度不整合接触。主要分布在井田东半部，厚度变化较大，0237.82米。其岩性主要为钙质泥岩、钙质粘土岩夹粉砂岩及砂砾岩。底部常发育一层砾岩，砾石成分多为紫红色细砂岩及灰白色长石石英砂岩，钙泥质胶结。f.第四系(Q)第四系厚度0.0033.29米，上部为灰黄色、土黄色，粘土质砂土，上部含粉砂，向下粉砂逐渐减少，下部为棕红色粘土，含钙质结核，底部含砾石，大小混杂，磨园度较好。详见井田综合柱状图表表1.2.1。1.2.2地质构造井田位于五指岭白寨背斜东端之南翼，密县新郑复向斜之北翼，岗亚腰断层（F10）和梁山断层（F12）之间的地垒构造上，其基本构造形态为一向东倾伏的宽缓背斜。褶曲白石沟井田位于F10与F12之间的地垒构造上，构造形态为一个开阔的背斜，轴部位于SK1ZK1109ZK908ZK408一线，轴向呈近东西方向，向东倾伏，两翼基本对称，分别倾向北北东和南南东，倾角1020度左右。横4线以东有较大变化。断裂除井田边界断层F10、F12外，在井田东部发育有牛奎寨滑动构造（F11）。另外据地震物探资料解释在井田内还发育有DF1、DF6二条小断层。a.岗亚腰断层（F10）：为井田南部边界断层，西起红椿树沟，经糖房、煤窑沟、王臣沟向东延伸，区内长8.5km。横4线以西和横0线以东均叉为两支。西段走向285，东段走向90，中部呈弧形南凸，倾向180195，倾角6080。断距255530m，为北升南降的正断层。该断层地表无露头,被TC1揭露，并有七个钻孔穿见。地震勘探中，有16条地震测线控制。表1.2.1 井田综合柱状图表(局部)该断层已达到严密控制程度。b.梁山断层（F12）：为井田北部边界断层，是区域性断裂，西起严家堂，经梁山，到红椿树沟进入本区，又经驼腰洼、孟岗口、至翟家寨出矿区继续向东延伸，全长15km以上，区内长8.5km。总体走向90，局部有波状弯曲，倾向北，倾角5065落差320600m左右。为南升北降的张性正断层。该断层在区内地表有三处出露，深部有九个钻孔穿见。地震勘探中，有16条地震测线控制。该断层已达到严密控制程度。c.牛奎寨滑动构造（F11）位于井田东部，西起横4线，向东延伸出勘查区，区内东西长约3km，南北宽0.61km，面积约2.5km。可能只是整个大面积滑动构造西南边缘的一少部分，向北被F12断层错断。从钻孔资料和地震物探资料分析，勘查区内滑动构造面位于二1煤层上部，滑面没有影响到二1煤层。目前，该构造在勘查区内已被4个钻孔控制。d.地震物探解释的小断层通过二维地震物探工作，井田内共发现小断裂构造2条。这些小断层均为南升北降的正断层，最大落差1880m，对二1煤层的连续性具有一定的破坏作用，但均在先期开采地段外围。各小断层具体情况见表1.2.1。表1.2.1 地震物探解释小断层情况一览表断层编号位置可靠性长度(米)走向(度)倾向(度)倾角(度)最大落差（米）断层性质DF1井田西北角横12线以西较可靠1300803507018正断层DF6横0线到东2线间可靠1750330607045正断层1.2.3煤层本井田内含煤岩系为石炭系上统太原组、二叠系下统山西组，下石盒子组和上统上石盒子组，含煤地层平均总厚度726m，分为9个煤组，含煤23层。其中二1煤层为井田主要可采煤层，一1、七4煤层为局部可采煤层，其余均不可采。煤层平均总厚度5.97m，含煤系数0.86%。可采和局部可采煤层赋存情况如下：二1煤层二1煤层位于二叠系下统山西组下部，层位稳定，其厚度0.4612.74m ，平均4.11m，一般厚35m，厚度变化系数78.5%，煤层结构较简单，一般无夹矸，局部见一层夹矸，个别地段见二层夹矸，夹矸厚0.021.97m。二1煤层厚度在井田内有一定的变化，但也具有一定的规律性，厚煤带分布在先期开采地段东半部ZK1007、ZK908、ZK808一带（7.8612.74m），在井田东部ZK008ZK208处是另一个厚煤带分布区（6.4011.29m）。薄煤带主要分布在井田西端及东部北侧一带（0.461.51m）。七4煤层七4煤层位于二叠系上统上石盒子组中下部，上距平顶山砂岩平均240.51m，下距二1煤层约392m，层位稳定，横612线之间及横2线以东区段可采。煤层厚02.08m，可采区内煤层厚0.82.08m，一般厚12m。结构较简单，一般不含夹矸，局部含一层夹矸。本层煤在横612线之间已开采多年，资源已接近枯竭。横2线以东由于埋藏较深，目前还未开采。主采煤层顶底板岩层主要特征见表1.2.2。表1.2.2 主采煤层顶底板岩层主要特征表煤层可采厚度（m）平均厚度（m）倾角（）顶板底板容重（t/m3）稳定性二10.4612.744.11219泥岩或砂质泥岩泥岩1.53较稳定1.2.4煤质二1煤层煤岩特征为黑灰黑色，金刚光泽及似金属光泽，多呈粉末状及鳞片状，疏松易碎。原煤灰分平均18.31%，全硫0.3%，磷0.0372%，发热量28.23MJ/kg。为特低硫、中磷、低中灰、高发热量无烟煤，属易选到中等可选煤。七4煤层煤岩特征为灰黑，金刚光泽，条带状结构，局部呈粉末状及鳞片状，薄层状及块状构造。原煤灰分32.15%，全硫0.82%，磷0.0071%，发热量22.87MJ/kg，属低硫、中磷、中高高灰之无烟煤。1.2.5水文地质含水层及隔水层特征a.含水层第四系（Q）孔隙水含水层井田内分布广泛，主要由上更新统下段风积黄土和中更新统上段冲积黄土组成，岩性为粘质砂土和砂质粘土，厚度042.23m，疏松多孔，垂直节理发育，富水性弱，除沟谷低洼处尚有少量地下水赋存外，其它地段民井均已干涸。新近系（N）砂岩孔隙水含水层主要分布于横6线以东地段，多被第四系松散层覆盖，沟谷中有零星出露，岩性主要有18层砂岩、砂砾岩和数层泥岩，钙质泥岩组成，砂砾岩单层最大厚度38.81m，总厚平均23.88m。砂岩、砂砾岩多固结疏松，孔隙发育，富水性弱中等，由于砂泥岩互层，地下水多具承压性，水位标高135.30199.75m，机井单位涌水量0.06251.6475l/sm，渗透系数1.133032.621m/d，水化学类型为HCO3-Ca型，矿化度340630mg/l。该岩组总厚度0184.17m。二叠系上统（P2）砂岩裂隙水含水层（组）石千峰组（P2sh）砂岩裂隙水含水组：在横8线以西、背斜北翼地段，地表有零星出露，其岩性组成主要为中粒砂岩，局部夹泥岩粉细砂岩等，钻孔揭露的厚度最大393.05米。钻孔揭露到该层时多发生漏水，漏失量12m/h，漏水钻孔占30.8%，水位标高170.01206.20m，水化学类型为HCO3-Ca型，矿化度390430 mg/l，井田内本含水组富水性弱。上石盒子组（P2s）砂岩裂隙水含水组：井田内多被上覆地层覆盖，在横10线以西沟谷中尚有零星出露，含水层由545层细、中、粗粒砂岩组成，厚12.3470.29m。本组地层总厚250.00400.00m。砂岩与泥岩互层多构成无明显水力联系的含水层（组）。钻孔岩心裂隙率一般05条/米，裂隙力学性质多属扭性，次为张性。井田内仅3个钻孔在穿见该组时漏水，漏失量一般2.05.4m3/h，漏水深度相差较大，漏水标高在180.00220.00m之间，其富水性弱，水化学类型为HCO3-CaMg型，矿化度350880mg/l。二叠系下统（P1）砂岩裂隙水含水组本含水组包括下石盒子组（P1x）和山西组（P1s）。在地表无出露，总厚380m左右。含水层由218层细、中、粗粒砂岩组成，累计厚度109.89121.37m，平均117.43m。为二1煤层顶板直接充水含水层。由于其地表无出露，埋藏深，裂隙不发育，因此其富水性弱。井田内的26个钻孔中仅ZK407、ZK807两孔在本统中发生漏水。石炭系上统（C3）灰岩岩溶裂隙水含水层埋藏深度一般500700m，最大深度753.46m，最浅367.77m。由35层生物灰岩及燧石团块灰岩组成。井田内的26个钻孔中，除ZK010一孔断失外，其余25个钻孔均揭露到本层，其中13个钻孔揭穿石炭系。据钻孔资料，灰岩多集中于上、下两段，中段为泥岩、砂岩等。上段灰岩12层，厚度1016m，平均13m；下段23层灰岩，厚1322m，平均厚16m。本组灰岩总厚1638m，平均29m。为二1煤层底板充水的主要因素之一。上段灰岩距二1煤层底板约13.06m，下段灰岩距二1煤层底板约46.5m。揭露厚度一般15.00m，其中有4个钻孔揭露厚度大于40m，揭露最大厚度73.53m。奥陶系中统（O2）灰岩岩溶裂隙水含水层埋藏深度一般在580m以深，最浅454m，由白云质灰岩组成，井田内有12个钻孔揭露到该层，因其埋藏较深，又处在地下水的迳流与排泄区的交接处，地下水交替迟缓，岩溶不发育，钻孔中岩心溶蚀不明显，揭露到该层时，仅ZK东210一孔发生漏水现象，漏失量1.8mg/l，漏水标高188.32m。据ZK1207孔抽水试验资料，钻孔单位涌水量为0.0193l/sm，渗透系数0.0722m/d，水位标高177.96m，富水性弱中等，水质类型为HCO3-MgCa型和HCO3-CaMg型，矿化度460600mg/l。根据地层综合柱状图中显示，本含水层距二1煤层底板约100m左右。b.隔水层上二叠统泥岩隔水层主要由上石盒子组泥岩、砂质泥岩组成，总厚度约占该组的三分之二，单层最大厚度大于50m，岩石完整，隔水性好。下二叠统山西组下部泥岩隔水层由二1煤层、底板泥岩、砂质泥岩组成，底板厚1030m，平均厚13.06m，在井田内相对较稳定，为二1煤层底板主要隔水层。但若遇断层或在相对较薄地段隔水性能变差，易使下部岩溶水进入二1煤层。上石炭统中段泥岩、砂岩隔水层上石炭统中段的泥岩、砂岩占本组总厚三分之二，岩石完整，裂隙不发育，可视为相对隔水层。厚度大约46.5m.中石炭统本溪组含铝岩系隔水层由铝土岩、粘土岩、泥岩等组成，厚度3.1735.99m，平均厚15.29m，最大厚度35.99m，相对较稳定。但在该层相对薄弱段或构造破碎段隔水性能变差，石炭系岩溶裂隙水含水层易与下部的奥陶系岩溶裂隙含水层发生水力联系，对开采二1煤层构成威胁。井田水文地质条件本井田二1煤层水文地质类型为三类二亚类二型，即岩溶充水、底板进水，水文地质条件中等的矿床，其主要依据是：a.二1煤层顶板充水因素分析二1煤层顶板含水层主要由第四系松散层孔隙含水层、新近系砂岩裂隙含水层、二叠系砂岩裂隙含水层组成。邻近矿井芦沟煤矿二1煤层顶板砂岩裂隙水井下少见，单点涌水量316m3/h，仅占矿井总涌水量的1%，这说明井田内二1煤层顶板含水层富水性弱，对开采二1煤层影响较小。b.二1煤层底板充水因素分析该含水层主要由石炭系灰岩组成，据西邻芦沟煤矿井下排水资料，二1煤层底板石炭系灰岩岩溶裂隙水涌水量650850m3/h，占总涌水量8085%，由此说明，井田二1煤层的主要充水来源为石炭系灰岩岩溶裂隙水。ZK1109孔全孔岩芯较破碎，过二1煤仅3.0m左右就见石炭系，且岩心较破碎，这又为石炭系灰岩岩溶水涌入二1煤层提供了通道。ZK010孔，石炭系断失，使得奥陶系白云质灰岩岩溶裂隙水成为二1煤层直接底板充水的重要因素之一。c.断裂构造对开采二1煤层的影响 井田南北边界由F10、F12、二条正断层组成，使得井田内二1煤层与四周二叠系弱含水层相接，因此井田二1煤层开采时受周围含水层的影响较小。从钻孔穿见断层时的漏水情况和ZK1207、ZK1007在断层带的抽水情况看，断层带的富水性亦不强，但由于断层带的富水性不均匀，且断层为区域性断层，规模较大。因此，断裂构造对开采二1煤层有一定的影响。d.地表水体对开采二1煤层的影响井田内及其附近虽有几座小型水库，除张湾水库、曲梁水库常年有水外，其余水库库容较小，且干旱时干涸，对井田无影响；曲梁水库距井田较远，对井田影响不大。张湾水库虽在井田边界且有F10断层从其上部穿过，但F10断层地表露头远高于张湾水库水位，且自身导水能力差，因此，井田内地表水体对开采二1煤影响也不大。矿井预计涌水量根据勘探报告，全矿井的正常涌水量为865.16m3/h，最大涌水量为1470.77m3/h，以此作为设计依据。1.2.6开采技术条件煤层顶底板二1煤层直接顶板为泥岩或砂质泥岩，厚0.8513.62m，平均厚5m。分布不稳定，抗压强度低。由于断裂发育，在近断层带处泥岩力学强度远低于正常值。老顶为细中粒砂岩（大占砂岩），砂岩主要成分为石英，次为长石，胶结类型为孔隙式或基底式，胶结物为泥质，厚1.0912.87米，平均厚6米，力学强度大。在断裂发育地段，砂岩裂隙密度达310条/米，钻孔岩芯呈块状，岩石力学强度低于正常值。二1煤层底板主要为泥岩，局部为细砂岩。厚1.8136.93m，一般厚21.40m。属半坚硬岩石类。据ZK1108岩石力学试验资料，在饱和状态下，抗压强度51.4MPa，干燥状态下抗垃强度5.82MPa，比重272g/cm3，吸水率0.30%。瓦斯根据勘探报告提供的瓦斯资料，经测定：二1煤中瓦斯含量相差较大，最小1.595毫升/克燃（ZK208），最大为16.991毫升/克燃（ZK1107），具有一定的规律性。井田二1煤层瓦斯自然组分以CH4为主，多在50%以上，最大达95.49%（ZK008）。瓦斯分带规律明显，沼气带分布于井田东半部南侧二1煤层埋藏较深部位，西部及浅部均为氮气沼气带。白石沟井田瓦斯含量1.6016.99m3/t，一般小于10m3/t，局部（ZK1107、ZK908和东南角ZK410、ZK008）瓦斯含量大于10m3/t。故本矿井按高瓦斯矿井设计。煤尘无爆炸性。各煤层均无自然发火倾向。地温矿区内恒温带深度为46.67m，恒温带温度为17.39。井田内测温钻孔地温梯度值在1.632.28/100m之间，平均为2.0/100m。1.3井田勘探程度河南省地质勘查开发局第二地质勘查院于2004年8月提交了河南省新密市白石沟井田煤炭勘探报告，详细查明了井田地质、水文地质及工程地质特征，详细查明了井田边界断层及井田内小断层的发育情况，特别是先期开采地段内构造特征，二1煤层厚度、结构及煤质变化情况。计算了可采煤层储量。勘探报告提交的各项地质资料能够满足矿井设计的要求，可以作为矿井设计的依据。井田位于五指岭白寨背斜东端之南翼，密县新郑复向斜之北翼，岗亚腰断层（F10）和梁山断层（F12）之间的地垒构造上，其基本构造形态为一向东倾伏的宽缓背斜。轴向呈近东西方向，向东倾伏，两翼基本对称，分别倾向北北东和南南东，倾角1020度左右。井田南北边界为断层、井田内发育2条小规模的正断层。东部有滑动构造（对二1煤层无影响）。井田构造复杂程度应为中等。本区内可采煤层共三层。其中二1煤层为井田主要可采煤层，一1、七4煤层为局部可采煤层。一1煤埋藏较深，厚度小，且含硫高，属国家政策禁采煤层；并且顶底板水文地质条件复杂，开采条件不好，必然增加开采成本。七4煤层局部可采，远距二1煤层近400m，并且已被小煤窑开采多年，仅剩深部和个别边角地段可采，初期开采效益差，故本次设计暂不考虑开采一1；七4煤层资源量作为后备储量，后期可以考虑在深部建小井开采。主要可采煤层二1煤层除井田东北缘不可采外（0.46米），其余煤层均可采，厚度0.8512.74m，一般35m，平均4.11m。厚度变化系数78.5%。煤层结构简单，一般无夹矸或个别有12层夹矸。且煤质变化较小，因此煤层的稳定程度应属较稳定类型。本区内煤层煤质较好，主采煤层二1煤层不易自燃，无煤尘爆炸危险。并且煤层厚度大，层位稳定，煤层结构简单，顶底板条件较好，易于管理。但本矿井为高瓦斯矿井，矿井涌水量较大，开采中需采取相应对策。报告存在的不足和建议：普详查阶段钻孔封闭质量较差，煤矿开采时应制定针对措施，以防造成矿井水患。勘探报告中未做煤的坚固性系数、瓦斯放散初速度、煤层瓦斯压力等参数测定。建议建设单位委托有资质的部门进行鉴定，对矿井煤与瓦斯突出的危险性做进一步分析研究。2 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1井田范围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：以梁山断层（F12）为界；南：以岗亚腰断层（F10）为界；东：以牛奎寨滑动构造为界；西：以煤田地质勘探中地质勘探线为界。由于本井田地质构造中等，煤层起伏变化不大，本设计将以煤层赋存角度不同切割成三个块段，分别记为A块、B块、C块。井田面积总面积为A、B、C三个块段之和，故井田总面积：S=SA+SB+SC=2767985+6087232+5075513=13930748m2=13.93km2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。2.1.2井田尺寸井田走向长度为0.62.2km，倾斜长度为8.4km，面积约14 Km2。2.2 矿井地质资源量2.2.1储量计算基础矿井储量是矿井开发和各项建设工作的客观基础条件，因此，对储量的圈定与计算必须以十分认真的态度，严肃对待。为保证储量具有足够的可靠性，在进行矿井储量技术时，应按照下列步骤进行。 原始资料的检查储量是确定矿井生产能力的基础。因此，首先对计算储量用的各类原始地质资料进行全面的研究和审核。 确定勘探类型并选择不同储量级别的勘探密度当对勘探工程作出可靠性的评价以后，应根据规范中对勘探区的构造复杂程度及煤层稳定程度，确定勘探类型与选择不同储量级别的勘探密度，以此编制储量计算平面图。 确定不同储量级别的边界线按照不同的煤层，参照其勘探类型规定的各级储量计算所需要的勘探密度，结合设计矿井的具体地质条件，分别确定其不同储量级别的边界线。 选择储量计算的方法根据地质构造、煤层变化、勘探工程等情况，结合煤矿设计的具体要求，选择合理的储量计算方法，以保证计算出的储量可靠，满足设计要求。2.3 矿井工业资源/储量矿井地质储量是勘探地质报告中提供的111b、122b、333三级储量之和；矿井工业储量是勘探地质报告中提供的333级储量（乘以可信度系数0.8）、111b、122b之和。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：矿井计算的煤层为二1、七4煤层。井田内钻探工程基本线距，对矿井储量进行计算。储量计算结果详见表2.3.1、表2.3.2。表2.3.1 块段储量计算表煤 层资源储量类型查 明动 用保 有备 注二1(121b)14001400(122b)25762576(333)38663866小计78427842七4(111b)381381(122b)115115(333)324324小计820381439全井田(111b)381381(121b)14001400(122b)26912691(333)41904190合计86623818281块段编号块断面积（m2）煤层厚度（m）煤层倾角（）煤层容重（t/m3）工业储量（万t）备注井田边界46524.43.965.101.532.83断层DF1118316.61.2556.361.5322.86断层F127919992.826.461.53330.49断层DF6234715.43.434.741.53123.60断层F1011310872.8615.91.53514.65表2.3.2 井田边界及断层保护煤柱计算表矿井工业储量：Q工业=1400+2576+38660.87068.8（万t）。2.4 矿井设计资源/储量矿井工业储量减去设计计算的断层保护煤柱、井田边界保护煤柱和已有的地面建筑物、构筑物需要留设的保护煤柱等永久煤柱损失量后的储量。计算公式如下：矿井设计储量=工业储量永久煤柱损失永久煤柱包括井田境界、断层、铁路桥、村庄保护煤柱；永久煤柱的留设：断层保护煤柱根据勘探报告，井田内共有4条断层，其中F10、F12为区域性断层，分别为井田的南北边界；F11为滑动构造（牛奎寨滑动构造），DF1、DF6为地震物探推测断层，没有钻孔控制。F10、F12、F11三条主要断层的富水性均较差。设计沿各主要断层均留设有防水煤柱。根据经验公式计算防水煤柱宽度： 式中： L防水煤柱宽度，m； M煤层厚度或采高，m； A安全系数，一般取12.5； P隔水层所承受的水压，MPa； Kp煤的抗张强度，MPa。根据计算，断层防水煤柱宽度为5080m。根据和成矿井的实际情况，并参见表2.1、表2.2，本井田范围内断层保护煤柱损失煤量为： Q断层=22.86+330.49+123.60+514.65=991.6万t井田边界保护煤柱的留设井田边界保护煤柱均留设20m。则总的损失煤量为: Q断层=2.83万t故：矿井设计储量=工业储量永久煤柱损失村庄保护煤柱本井田地貌属低山丘陵区。由于地形较复杂，冲沟发育，故限制了村庄发展。井田内虽然村庄较少，但相对比较集中。设计将位于井田中部较为集中的煤窑沟、窦沟、窦沟北岗等几个村庄与工业广场结合考虑，统一留设煤柱。其余井田内村庄均按搬迁考虑。2.5 矿井设计可采储量矿井设计储量减去工业场地保护煤柱、井下主要巷道及上、下山保护煤柱后乘以采区回采率即为矿井设计可采储量。矿井设计可采储量计算公式如下：矿井设计可采储量=（矿井设计储量保护煤柱损失）采区回采率保护煤柱为：工业场地、主要巷道保护煤柱。工业场地保护煤柱留设按规范规定，年产60万t/a的中型矿井，工业场地占地面积指标为1.2公顷/10万t。故可算得工业场地的总占地面积： 可知工业场地占地72000m2，其沿倾向短边为200m，走向长边为360m由于部分村庄保护煤柱与工业广场保护煤柱一起留设，故设其沿倾向短边为800m，走向长边为900m,根据建筑物级别围护带宽取20m，工业广场处煤层倾角=7.53，煤层埋藏深度Ho=484.5m，松散层厚h=40m，根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程规定和郑州地区其他矿井的经验数据，各参数选取如下：表土层移动角：50上山移动角： =70下山移动角： =70-0.6走向移动角： =70根据垂直剖面法计算工业广场保护煤柱，计算见图2.2.1所示。经计算，梯形ABCD的面积为二1煤层保护煤柱压煤面积，则S=1665798.81m2。则保护煤柱压煤量为： 万t式中: S保护煤柱面积，m2； M煤层厚度，m； 煤层容重，t/m3。 煤层倾角，。图2.5.1 垂直剖面法留设保护煤柱矿井井下主要巷道及上下山保护煤柱留设根据本设计开拓方案知，主要巷道均为岩巷，西翼大巷间距留设30m，暗斜井和东翼大巷间距留设40m，两侧各留设30m保护煤柱，暗斜井两侧各留设40m。矿井设计可采储量矿井储量汇总见表2.5.1。表2.5.1 矿井储量汇总表煤层名称工业储量（万t）矿井设计储量矿井可采储量煤柱损失设计储量设计煤柱损失可采储量断层境界工业场地井下巷道回采率二17068.8991.62.836074.371156.88555.2880%3489.7683 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1 矿井工作制度矿井设计年工作日为330d，每天3班作业，其中2班生产，一班准备，每天净提升时间为16h。3.2 矿井设计生产能力及服务年限矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、处理、开采条件、设备供应以及国家需煤等因素确定。参考煤矿设计手册各类井型井田的特征，初步确定矿井设计生产能力为0.6Mt/a。矿井服务年限按下式计算：式中：T矿井服务年限，a Z矿井可采储量，Mt A矿井生产能力，Mta K储量备用系数，取1.4.则:按矿井设计规范规定，井型为0.6Mt/a的新建矿井服务年限不得小于40年。经计算矿井服务年限为41.5年，满足设计规范规定的服务年限 。4 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、通风、排水、和动力供应等生产系统。这些用于开拓的井下巷道的形式、位置、数目及相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。井田开拓主要研究如何布置开拓巷道问题，具体有下列几个问题需要认真研究。1、正确的确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置；2、正确的确定矿井的生产能力，合理确定开采水平的数目和位置；3、正确地布置运输、回风大巷，井底车场及其它硐室；4、正确划分阶段、盘区和采区，合理确定阶段高度和开采水平的数目；5、正确确定矿井开采顺序及其配采关系，做好采区和开采水平的接替，以保证矿井的均衡生产；6、进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；7、合理确定矿井通风、运输及供电系统。确定开拓问题，需要根据国家政策，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、合理集中开拓布署，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井筒的形式、位置井田内划分及开采水平数目及标高：根据煤层赋存状况，煤层倾角219，一般510，为缓倾斜煤层。井田走向较短，倾向长度较长且部分高差较大，将井田直接划分为采区。矿井布置一个采煤工作面，首采用单一走向长壁后退式采煤法，综合机械化大采高放顶煤，全部垮落法管理顶板。部分采区工作面采用倾斜长壁后退式，煤层大于3.5m的采用放顶煤开采。水平标高的确定：为了有利于整个矿井的开拓布置和首采工作面的投产，减少初期投资，缩短建井工期，设计第一水平标高为-280m。井筒形式、数目及位置的确定a.井筒形式的选择该井田地势比较平坦。可采煤层埋藏较浅，开采深度在-150-550m，煤层倾角为219左右，一般为510。第一水平决定采用立井带区式开拓方式，局部为上下山开拓。这样井筒短，提升速度快，提升能力大，投资回收期短。b.井筒数目矿井采用立井开拓时，一般只开凿一对提升井筒（主、副井），风井的个数应根据安全生产、通风需要和一井多用的原则合理确定。本矿井为高瓦斯矿井，设计开采前期采用一对主、副井提升，一个中央风井回风的开拓方式。矿井前期采用中央并列式通风，考虑矿井后期回风线路较长等因素，矿井后期在东翼断层保护煤柱处开拓一个风井供投产采区回风，后期矿井为中央边界式通风。c.井筒位置的选择井筒位置的选择应首先满足第一水平的开采、缩短贯通距离，减少井巷工程量。在一般情况下，井筒位置应选择在井田中央或最小货载运点上。选择井筒位置既要力求做到对井下开采有利，又要注意使地面合理布置，还要有利于井筒的开掘和维护。设计考虑地质构造因素，使工业场地保护煤柱和断层保护煤柱尽可能重合，以及充分考虑矿井断层及背斜煤层的开采合理性，确定将井筒位置布置在井田的中西部，使工业广场保护煤柱与村庄保护煤柱合并。本井田地貌属低山丘陵区。井田西部有二叠系基岩局部出露形成低山，东半部多为黄土覆盖并形成丘陵、平地。井田内冲沟发育，成V型沟谷切割较深。故将工业广场不受洪水威胁。主要运输大巷和总回风大巷的布置及与煤层间的联系方式a.开采水平大巷的布置本设计设计煤层为二1煤层，煤层赋存具有连续性。根据主、副井落底水平位置及标高，确定主、副井和采区采用大巷直接联系。b.水平大巷位置的选择坚持矿井高产高效的原则，减少矿井开拓时间，缩短投资期，综合矿井地质条件，二1煤层平均煤厚为4.11m，顶底板岩性较差，决定第一水平轨道、运输和回风大巷均布置在-280m水平岩层中；第二水平轨道、运输和回风大巷均布置在-420m水平岩层中。4.1.2工业广场位置、形状的确定一、工业场地的位置工业场地，是指矿井地面工业生产的场所，包括生产指挥机构在内。工业场地位置的选择一般要注意以下几个方面：1、尽量使工业场地位于井田中部，两翼储量大致平衡，使井下运输、通风、开采更为合理。2、工业场地应尽量不压煤或少压煤，少占耕地。有利于工业场地布置成长方形，其长边垂直于走向。工业场地保护煤柱应尽量利用防水煤柱或其他煤柱。3、工业场地应充分利用地形，有良好的工程地质条件，应避免开高山、低洼和采空区，不受岩崩、滑坡和洪水威胁。尽量避开深挖、高填工程。4、矿井铁路专用线路布置合理，线路短，尽量避免或减少反响运输等。二、工业广场形状和面积根据生产工艺要求，工业场地需建的主要建(构)筑物有主副井井塔、副井井口房、装车仓、转载点、胶带走廊、通风机房、锅炉房、矿车修理及铆焊车间、综合修理车间、地下返煤地道、筛分车间、驱动站、井下水处理站、生活水处理站、生活蓄水池及泵房等，根据井上下实际情况，尽量减少工业广场压煤，合理紧凑布局，确定工业广场形状为矩形。根据“三下开采规程”规定，设计确定工业场地按