采矿工程毕业设计（论文）-丁集矿井1.8Mta新井设计【全套图纸】.doc

中国矿业大学2011届本科毕业生毕业设计 第10页1 矿区概况与井田地质特征1.1概况1.1.1地理位置与交通丁集矿井位于安徽省淮南市西北部，距淮南市洞山约50km，行政区划隶属淮南市潘集区和凤台县境内。地理坐标为东经11633161164237，北纬324726325431。全套图纸，加153893706凤台蒙城公路穿越井田中部, 且与凤台淮南等公路相接，沿凤蒙公路至凤台港与淮河水运相接，淮南阜阳铁路从井田南缘通过，矿井中心距凤台车站约10km，该车站东到蚌埠约110km，西至阜阳约100km，分别与京沪、京九铁路相接。矿区铁路专用线和矿区公路在矿井南部经过,交通极为便利，交通位置见图1-1。图1-1 丁集矿交通位置图1.1.2地形地貌及水系丁集矿井地处淮河中游，属淮河冲积平原，区内地形平坦，地面标高一般在+21+23m，西北高，东南低。架河在本区由西北流向东南，注入淮河，河床宽3040m，两岸地势低洼，雨季淮河水位上涨易成内涝。淮河水位标高一般为+15m，历史最高洪水位为+25.63m(1954年7月29日)1991年为+24.03m，两岸筑有大堤，最大堤距30003500m，右堤顶高+26.61m，左堤顶高27.11m。此外区内遍布人工开挖的渠道，用以灌溉、防洪、排涝。该地区百年一遇内涝水位标高为+24.15m。1.1.3 气象及地震本区属过渡带气候，为季风温暖带半湿润气候，季节性明显，夏季炎热，冬季寒冷。据凤台县气象局观测资料：年平均气温15.1，极端最高气温41.4(1959年8月24日)，极端最低气温-22.8 (1966年1月31日)。年平均降雨量926.3mm，最大1723.5mm(1954年)，最小471.9mm(1966年)日最大降雨量320.44mm，小时最大降雨量75.3mm，降雨多集中在6、7、8三个月，约占全年的40%。年平均蒸发量1610.14mm(水面)，最大2008.1mm(1958 年)，最小1261.2mm(1980年)。蒸发量大于降雨量，潮湿系数近似0.5。相对湿度最大78%，最小10.14%，平均为74%。初雪一般在十一月上旬，终雪在次年三月中旬，雪期72127天，最长138天，最短26天，最长连续降雪6天，日最大降雪量16cm。冻结及解冻无定期，一般夜冻日解，冻结深度412cm，最大冻结深度30cm。春季多东南风，夏季多东南及东风，秋季多东风，东北风，冬季多东北风，西北风，风速一般为2.83.5m/s，平均3.3m/s，最大风速22m/s (1978年8月8日，南风)。根据国家标准GB50011-2001建筑抗震设计规范，本区抗震设防烈度为度，设计基本地震加速度值为0.05g。1.1.4 矿井开发情况淮南煤田是我国东部最大的矿区之一，淮南矿业集团现有生产矿(公司)井9对，设计总能力22.25Mt/a，核定能力31.50 Mt/a，2005年实际产量3095万吨。矿区分为老区和新区，老矿区分布在淮河以南，开发历史较久，先后建有大通、九龙岗、新庄孜、谢一、谢二、谢三、李一、李二、毕家岗、李咀孜、孔集等11对矿井，其中大通、九龙岗、谢三、毕家岗等四对井先后已报废或并入它矿，由于生产系统复杂，资源不足等原因，一部分矿井批准破产、重组，现有生产矿(公司)为：新庄孜矿、谢一矿、谢李公司(谢二井、李一井、李二井)，孔李公司(孔集井、李咀孜井)。潘谢矿区为新区，分布于淮河以北，七十年代开始建井，现有潘一、潘三、谢桥、张集、张北五对大型生产井和潘东公司(原潘二矿)。正在建设的还有顾桥、顾北、潘北等矿井。1、水源本井田地下水资源十分丰富。新生界含水层水质均符合饮用水标准，含水组砂层较厚，水量丰富，水质优良，可作为矿井饮用水等生活用水水源；另外，矿井井下排水量较大，正常涌水量为480m3/h，经深度净化处理后也可满足矿井生产用水的要求。2、电源供电电源可靠：矿井地面设110kV变电所1座；其2回供电电源1回接自芦集220kV区域变电所，另1回接自丁集220kV区域变电所。淮南矿业（集团）公司已与淮南供电部门签订了供电协议。因此矿井供电电源可靠。3、建筑材料矿井建设所需钢材、木材、水泥及其它土产材料，均可由当地供应。4、村庄及土地占用情况本区地处冲积平原，土地比较肥沃，村庄较多，农副业生产比较发达。主要农作物有小麦、玉米及稻谷。从目前矿井开采情况来看，只要认真执行国家有关政策，合理规划和安排，采用先进的科学技术，在有关部门的协作配合下，占地和地面村庄对煤炭开采的影响问题将会得到妥善解决。1.2井田地质特征1.2.1地层本区地处黄淮平原。淮南煤田位居广阔的平原之中，全部被第四系覆盖，唯有煤田南北两翼边缘的低山残丘，出露前震旦系变质岩，震旦、寒武、奥陶系等古老地层。丁集井田属全隐蔽含煤区，地层由下而上依次有奥陶系、石炭系、二叠系、第三系和第四系。一）奥陶系中下统(O1+2)根据邻区资料，所见石灰岩由浅灰、浅紫红色灰岩、白云质灰岩组成，隐晶致密细晶结构，夹角砾状灰岩和紫红、灰绿色页岩，水平、缓波状层理，下部裂隙溶洞发育。二）石炭系1、中统本溪组(C2)根据邻区资料，本溪组平均厚3.05m。主要为浅灰绿色铝铁质泥岩及泥岩，含较多黄铁矿。本溪组假整合于奥陶系之上。2、石炭系上统太原组(C3)太原组平均厚96.75m。由13层灰岩、生物碎屑灰岩、泥灰岩与泥岩、砂岩组成，含不稳定薄煤层7层，不可采。太原组整合于本溪组之上。三）二叠系二叠系平均总厚1002.72m，分上、下统四个组，其中山西组、上、下石盒子组为含煤地层，平均厚742.72m，含煤29层，总厚27m，含煤系数为3.6%，可分7个含煤段。上部石千峰组为非含煤地层。底部以灰岩与太原组分界。二叠系整合于太原组之上。1、二叠系下统山西组(P1sh)第一含煤段：平均厚83.54m，含1、3二层可采煤层，含煤系数为5%。底部为灰黑色海相泥岩，1煤下以细砂岩为主，互层状，水平层理，缓波状层理发育，3煤上以细中砂岩为主。次为粗砂岩，局部含砾及泥质包体，时而冲刷煤层，上部为粉砂岩、砂质泥岩。2、二叠系下统下石盒子组(P1x)第二含煤段：平均厚130.40m，含煤9层(49煤组)，其中可采煤层5层， 4-1、4-2、5-1、72、8煤为主采煤层，含煤系数10.5%。底部为中粗砂岩，是与下伏山西组的分界，其上为泥岩和花斑状泥岩，全区稳定，是煤层对比的主要标志层，4煤与5煤之间粉细砂岩互层极为发育。5煤层顶底多薄层状砂泥岩互层。3、二叠系上统上石盒子组(P2S)地层平均厚527m，分五个含煤段：（1）第三含煤段：平均厚100m，含煤3层，编号为11煤组，其中11-2煤为主采煤层，含煤系数2.48%。底部砂岩是上、下石盒子组的分界；下部以砂岩、石英砂岩为主，夹砂质泥岩，少有花斑；中部以泥岩、砂质泥岩为主，常见含菱铁鲕粒及椭球状菱铁结核并有花斑状泥岩；中上部含煤三层，上部为砂质泥岩夹细中砂岩。（2）第四含煤段，平均厚115m，含煤4层，编号是1215煤，其中13-1煤是主要可采煤层，含煤系数3.7%。下部以中细砂岩、石英砂岩为主，其上为紫红色含鲕花斑状泥岩，分布稳定，为主要对比标志层，中部为煤组层位，由泥岩和煤层组成，中上部以泥岩类为主，夹砂岩，内有23层泥岩。（3）第五含煤段，平均厚75m，含煤45层，编号为16、17煤, 不可采，含煤系数1.5%。本段多呈青灰色、灰绿色，以泥岩、砂质泥岩为主，夹细砂、砂泥岩互层。底部以石英砂岩、细中砂岩与第四含煤段分界，其上有14层花斑泥岩。（4）第六含煤段：平均厚90m，含煤4层，编号为1821煤，均为不稳定薄煤层，含煤系数0.83%。岩性以青灰色砂质泥岩为主，下部以中厚层状细中砂岩为主，夹薄层状泥岩。1819煤间夹有13层薄层硅质海绵岩及硅质泥岩，煤层底部具鲕状铝质泥岩。（5）第七含煤段：平均厚90m，含煤4层，编号为2225煤层，均属不稳定不可采煤层，常尖灭或相变为炭质泥岩，含煤系数0.3%。下部以灰绿色砂岩或砂质泥岩组成，中部以砂岩为主，上部以深灰色砂质泥岩为主，夹薄层状砂岩。4、二叠系上统石千峰组(P2sh)地层平均厚度260m。为杂色非含煤地层，由泥岩、粉砂岩、中细砂岩、含砾石砂岩组成。底部为含砾中粗砂岩与上石盒子组分界。四）三叠系(P)是一套红色碎屑岩，由棕红、紫红色砂岩、粉砂岩、泥岩组成。厚度不详。与下伏石千峰组呈整合接触。五）第三系(R)1、下第三系(E)厚0180.75m。分布在井田西北部，由一套紫红色为主的杂色砂砾岩组成，砾石成分以石英砾岩和各级石英砂岩为主，胶结物为泥质和粉砂质。2、上第三系(N)中新统(N11)：厚0110.55m，以中细砂、含泥质的砂砾层、粘土砾石及薄层粘土、砂质粘土组成，直接覆盖在煤系之上。中新统(N12)：厚32.2131m，以粘土和砂质粘土为主，全区分布稳定。上新统(N2)：厚105.50192.22m，以细中砂为主，含少量砾石。六）第四系(Q)平均厚103.45133.60m，平均110m。下部以灰黄色松散中、细砂夹多层砂质粘土和粘土，含铁猛结核；上部由土黄夹青灰色薄层细粉砂和砂质粘土，富含砂礓和铁猛结核与蚌壳碎片。1.2.2构造本区位于淮南复向斜中北部，井田东段为潘集背斜西缘，井田西段为陈桥背斜东翼与潘集背斜西缘的衔接带。潘集背斜轴及地层走向近东西展布。井田北部为宽缓背斜，形态较为完整，两翼地层倾角1015；背斜南翼为井田主体部分，总体为一单斜构造。地层走向呈波状曲线变化，断层发育，以走向逆断层为主，井田东段有岩浆岩侵入影响煤层；井田西段位于陈桥背斜东翼与潘集背斜西部的衔接带，总体构造形态为走向南北，向东倾斜的单斜构造，地层倾斜平缓，倾角515，并有发育不均的次级宽缓褶曲和断层。 本井田地层走向变化和构造特征，取决于区域构造背景，受潘集、陈桥背斜的控制。潘集、陈桥背斜均为北西走向，然而它们呈错位排列，轴位错开约6km。潘集、陈桥背斜的排列形式，构成了背斜南翼地层走向呈北西南北北西的“S”形态。1.2.3 水文地质特征岩浆岩呈岩盘状以露头形式出露于井田东部，分布在潘集背斜轴部及其两侧，消失于二十线，东西长2300m，南北宽12002000m。岩体上覆松散层，下伏煤系地层，在煤系中呈岩床和岩脉产出，侵入于4煤20煤层位，且由东向西侵入层位逐渐增高。钻孔所见岩体最大厚度为145.55m。岩性为细晶岩和正长斑岩，绝对年龄1.1亿年，属燕山期产物。煤层受其影响发生变质，局部为天然焦、无烟煤、贫煤，局部煤层被岩体全部吞蚀，亦有变薄者。岩体主要影响11-2和8煤层，对中下部煤层影响甚微。1.3煤层1.3.1煤层（一）含煤性二叠系除上部石千峰组为非含煤段，其它地层为含煤段，总厚718m，含煤段的可采煤层集中分布在煤系下段350m内，即可采煤层集中分布在二迭系下部，13-1煤至太原组一灰之间的层段中，含定名煤层29层，总厚约26.53m，含煤系数为3.7%。含其中可采煤层9层，平均可采总厚21.22m，占煤层总厚的77%。其它不可采煤层不稳定，常见尖灭或以炭质泥岩出现在层位上。共分七个含煤段，以第一、二、四段含煤最富。煤系中上部第5、6、7含煤段有煤层11层，总厚2.2m，内含局部可采煤层。然而，这些煤层大多质差、层薄、结构复杂，变化大，常尖灭或被炭质泥岩替代，为不稳定煤层，目前难以利用。（二）可采煤层表1-1 可采煤层特征表煤层煤层厚度(m)含夹矸层数煤层结构可采范围稳定性最小最大平均11-21.445.053.4912较简单全区可采稳定11-2煤厚度0.446.05m，平均煤厚3.49m。一般厚34m，除十七14外，全区可采，煤层厚度变化小，变化规律明显（厚度突变点均为构造煤），煤层结构较简单，局部有12层夹矸，井田东部局部煤层被岩浆岩侵蚀，煤质变化很小，变异系数24.68%，属稳定煤层，先期地段稳定程度较其它地段好。顶板砂质泥岩，富含植物化石，底板为泥岩或砂质泥岩，煤层上下各有12层薄煤，分别为11-2、11-3煤，均不可采。煤层下部30m处有一层花斑状砂质泥岩，是对比11-2煤层依据之一，对比可靠。是本区主要可采煤层。1.3.2煤质、煤类与煤的用途本井田为中中低变质的气煤和1/3焦煤各煤层均属中灰分煤，各煤层为特低低硫、特低低磷、中中高热值，高熔难熔灰分，富油高油。是较为理想的炼焦配煤或动力用煤。原煤水分：各煤层原煤空气干燥基水分平均值为1.622.04%，3煤最小，4-1煤最大。灰分：各煤层原煤干燥基灰分平均值在16.5328.20%之间，7-2煤最高，3煤层最低，根据GB/T 15224.12004，各煤层均属中灰煤。硫分：各煤层原煤全硫平均值在0.310.93%之间，通过与各煤层干燥基高位发热量折算后的基准发热量干燥基全硫平均值在0.280.88%之间，其中13-1、11-2、3煤属特低硫煤，其余煤层均属低硫煤。磷：各煤层原煤磷平均含量在0.0040.028%之间，除13-1、3煤层属低磷分煤外，其余煤层均属特低磷煤。11-2煤层煤质特征见表1-2。表12 主要可采煤层主要煤质指标一览表煤层项目11-2原煤水分Mad (%)最小-最大0.86-2.86平均-点数1.77(33)原煤灰分Ad(%)最小-最大14.53-37.34平均-点数22.21(33)浮煤灰分Ad(%)最小-最大2.84-11.75平均-点数8.53(32)浮煤挥发分Vdaf(%)最小-最大8.57-38.37平均-点数35.77(32)原煤发热量Qbd(MJ/Kg)最小-最大20.85-34.83平均-点数26.90(25)Qgrd(MJ/Kg)最小-最大20.77-34.43平均-点数26.54(21)结 论高热值煤原煤全硫(%)最小-最大0.16-0.68平均-点数0.41(27)折算后全硫 (%)最小-最大0.14-0.64平均-点数0.39(21)原煤磷(%)最小-最大0.003-0.026平均-点数0.010(9)焦油产率Tarad (%)最小-最大8.33-13.00平均-点数10.09(14)浮煤GRI最小-最大0-86.4平均-点数70.4(21)胶质层Y (m/m)最小-最大8.5-16.0平均-点数12.0(29)视密度丁集1.41顾桥1.40ST()最小-最大1400-1500平均-点数1464(11)1.4开采技术条件1.4.1矿井涌水本区含水层(组)由新生界松散层砂层孔隙水、二叠系砂岩裂隙水和石炭系太原组及奥陶系石灰岩岩溶裂隙水三部分组成。 1、新生界松散层含隔水层(组)井田内松散层厚346.75m563.80m，其厚度变化随古地貌形态由东南向西北增厚。基本沿古地形向西北倾斜，局部地段稍有起伏，唯东南部十五13孔处出现一古丘。松散层自上而下可分为三个含水层(组)、一个隔水层(组)。2、下第三系砂砾岩含水组钻探揭露厚度0180.75m，底板埋深414.07737.85m，主要分布在井田的西北部。东部有十九7、十九9两孔见砂砾岩，厚度小、分布范围有限。砂砾岩以石英岩砾和各级石英砂岩砾为主，胶结物为泥质及粉砂质，砂砾岩裂隙不发育。据邻区单孔抽水成果，q=0.0196L/s.m，富水性弱，正常情况下对矿坑充水无影响。3、二叠系砂岩裂隙含水层(组)和隔水层(组)含水层岩性以中、细砂岩为主，局部为粗砂岩和石英砂岩，分布于可采煤层及泥岩之间，岩性厚度变化均较大，分布又不稳定。据简易水文地质观测，全泵量漏水均在砂岩内，区内三次抽水试验，水位标高9.8526.68m,q=0.0006760.0342 l/s.m，k=0.002260.207m/d，水温1726，矿化度为1.0912.145g/l，全硬度为3.395.22德国度，水质类型HCO3Cl-Na。综上所述，煤系的富水性取决于砂岩裂隙的发育程度、开启大小和延展长度，而裂隙发育的不均一性导致煤系富水性有很大差异。按钻孔单位涌水量，本区煤系富水性弱，从抽水QS曲线向“疏干”方向变化，停抽后，水位恢复缓慢，表明是以储存量为主的不均一裂隙含水层(组)。4、二叠系底部隔水层(组)二叠系底部1煤层距太原组灰岩距离为24.0237.47m, 平均30.11m,主要由泥岩、粉砂岩、砂泥岩互层组成，局部夹细砂岩，正常情况下，对太原组灰岩水能起一定隔水作用。5、太原组灰岩岩溶裂隙含水层太原组灰岩在本区埋藏较深，背斜轴部一般埋藏在-830m以下，远离第一水平的先期开采地段。据区域资料，地层总厚约100110m，含灰岩13层。除第3、4、12等三层灰岩较厚外，其余均为薄层灰岩。灰岩岩溶裂隙发育不均一，一般在背斜轴部岩溶发育，但多被方解石充填。简易水文未发现漏水和明显消耗。十九4孔抽水资料，水位标高22.11m，q=0.244L/s.m , k=1.81m/d, 水质类型Cl-K+Na，矿化度2.425g/L,水温31.5。富水性中等。6、奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层本区无钻孔揭露，综合邻区资料，钻探最大揭露厚度56.89m，岩性致密呈厚层状，岩溶裂隙不发育，水位标高20.5624.60m，q=0.003690.0348L/s.m , k=0.0340.11m/d，矿化度2.302.4g/L,全硬度4.39德国度,水温2329。水质类型Cl-K+Na。从区域性资料分析，奥陶系灰岩岩溶裂隙在中下部比较发育，因岩溶裂隙发育不均一，各处富水性有一定差异，潘谢矿区奥灰富水性表现为弱中等。7、岩浆岩含水层岩浆岩呈岩盘状以露头出露在井田东部，分布在潘集背斜轴部及浅部断层密集区。岩体上覆松散层下部含水层（组），下伏煤系地层。岩性为细晶岩，钻孔揭露最大厚度145.55m，上部风化裂隙发育，沿裂隙面有水锈色。据邻区抽水资料，水位标高19.95219.668m，q=0.004760.0412L/s.m , k=0.02740.0494m/d,矿化度1.8262.504g/L, 水质类型ClSO4Na+K型水,富水性弱。8、地下水的补给途径和含水层之间的水力联系本区地下水运动，因受含水层（组）埋藏条件不同，表现在地下水补给、迳流和排泄条件有明显差别。（1）新生界松散层含水层上部含水层上段因埋藏浅，浅层地下水运动既有层间水平流动，又有垂直方向交替比较明显。以大气降水和地表水补给为主，雨季时河流侧向补给，水位随季节变化。排泄方式主要是人工开采及蒸发，旱季亦可补给河流。下段地下水迳流方式为侧向层间迳流。补给来源主要是侧向和上段含水层（组）越流补给。排泄方式主要是人工开采和侧向迳流排泄。中部含水层（组）因上部无明显隔水层存在，天然状态下，上、中含水层（组）存在水力联系；地下水以缓慢的层间迳流为主，储存量受区域调节。下含水层（组）之上有厚层粘土隔水层存在，与中含水层（组）无水力联系，其本身以储存量为主，水平运动缓慢。下含直接覆盖基岩各含水层（组）之上，与基岩含水层有一定水力联系。（2）二叠系砂岩裂隙含水层煤系砂岩分布在煤层和泥质岩石之间，砂岩厚度小，分布不稳定，又有煤层和泥质岩石相隔，断层带一般含水性弱，导水性差，因此砂岩之间无水力联系。浅部与松散层下部含水层（组）有一定水力联系。开采浅部煤层时，下部含水层（组）地下水通过基岩风化带垂直渗入补给矿井。（3）太原组灰岩岩溶裂隙含水层（组）太原组第一层灰岩距1煤层底板平均间距30.11m ，天然状态下无水力联系，开采水平达-826m ，水头压力达8.3Mpa ，开采条件下远远超过1煤层下隔水层（组）岩石的抗压强度。特别是受断层的影响，1煤层与灰岩之间隔水层（组）厚度变小或与灰岩对口，有可能对煤系砂岩进行补给和造成灰岩突水。9、矿床水文地质类型本区在留设防水煤柱（一般80m）条件下，因灰岩水头压力大，可能以底板突水方式进入矿坑，水文地质条件中等。10、矿井充水因素分析本井田与潘集生产各矿的水文地质特征基本相同，矿井充水水源由三部分组成。新生界砂层水本区新生界松散层下部含水层（组）直接覆盖在煤系之上，天然条件下，下含水通过煤系基岩风化带垂直渗透补给。补给量大小与风化带岩性和渗透性大小有密切关系。煤系砂岩裂隙水是矿坑直接充水水源，区内砂岩裂隙发育极为不均，富水性差异较大，抽水试验成果和生产矿井出水点水量变化趋势，均表明煤系砂岩裂隙水弱，但在穿过坚硬砂岩层时，须提防储存水量突然溃出。11、矿井涌水量初步预计丁集矿井第一开采水平-826m，中前期不开采1、3煤层，不涉及灰岩水的问题。经过计算开采413-1煤层时，矿井正常涌水量448m3/h，最大涌水量586m3/h ，设计考虑井筒淋水和防火灌浆用水，矿井正常涌水量480m3/h，最大涌水量620m3/h。1.4.2煤层顶底板岩性特征1、可采煤层顶底板岩石力学特征可采煤层顶底板一般为泥岩、砂质泥岩为主，厚度小，抗压强度19.6058.70MPa，单向抗拉强度1.042.21MPa，易坍塌冒落。粉砂岩平均抗压强度72.34MPa，单向抗拉强度0.634.60MPa，砂泥岩互层抗压强度48.9082.50MPa，11-2煤顶板砂岩抗压强度37131.1MPa，单向抗拉强度1.24.93MPa。岩性较为致密坚硬，强度较高，不易坍落。顶底板工程力学性质均属不稳定稳定类型。矿床工程地质条件为中等类型。可采煤层顶、底板岩性、厚度统计见表1-3。表1-3 可采煤层顶、底板岩性、厚度统计表 岩性煤层炭质泥岩泥岩砂质泥岩粉砂岩11-2顶板0.31-0.500.27-4.791.21-6.370.93-4.72底板0.15-0.950.27-7.540.95-6.494.552、矿床工程地质类型矿床是以碎屑岩组为主的坚硬半坚硬层状岩类矿床。煤层直接顶、底板以泥岩、砂质泥岩为主，特别是顶底板为碳质页岩、含碳泥岩，厚度小，抗压强度低，多属软岩，稳定性差。粉砂岩和砂泥岩互层属中等坚硬岩类，细砂岩、细中砂岩胶结良好，岩石坚硬致密，抗压强度高，稳定性好，工程地质条件良好。矿床浅部基岩风化带岩体质量差，断层带岩石破碎，均属软弱结构面，综上所述，本井田矿床工程地质条件为中等类型。1.4.3煤层瓦斯根据地质报告，瓦斯测试最大值分别为： 11-2煤层12.85m3/t燃(三3孔-827.16m)、8煤层13.67m3/t燃(二十三14孔-914.75m)，瓦斯测试成果见表1-4。表1-4 瓦斯测试成果表煤层水平(m)瓦斯成分(%)瓦斯含量(m3/t)N2CH4+C2H6CO2CH4+C2H6CO211-2-826m以浅16.72-57.2137.71-76.123.38-8.100.53-5.980.07-0.3527.56(6)66.94(6)5.45(6)2.91(6)0.21(6)-826m以深0.19-55.803.54-98.201.61-59.700.05-12.850.08-2.2120.92(9)65.99(9)13.09(9)5.46(9)0.90(9)1.4.4地热全井田恒温带深度为30m，温度为16.8。地温梯度为2.303.60/100m，平均为3.07/100m。深度每增加32.57m，地温增加1，属地温异常区。各煤层底板温度与煤层埋深成正比，且相关性较好（见表1-5）。-800m地温均在41以上，为二级热害区。表1-5 主要煤层底板温度与深度关系表煤层回归方程点数相关系数11-2T=18.202-0.0291H180.8338式中：T-煤层底板温度；H-煤层底板标高11-2煤层：测温深度552.26998.46m，底板温度32.4848.28。一级高温区( 31)在-440m以下，-646m水平将达到二级高温区( 37)，-800m水平平均地温为41.48。 中国矿业大学2011届本科毕业生毕业设计 第14页2 井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田边界丁集井田境界：东起十五线与潘三、潘四(潘北)煤矿相邻，西至11-2煤层露头线；北起F27、F81-1断层，南至F87断层及13-1煤层-1000m等高线地面投影线。东西走向长410km，南北倾向宽47km。面积48.62km2。本井田共含煤29层，煤层总厚27m。其中可采煤层共有9层，分别为13-1、11-2、4-1、 8、5-1、4-2、3、7-2、1煤层，平均总厚为21.22m。13-1、11-2煤层为主要可采煤层，平均总厚6.05m。因11-2煤层全区可采，煤层厚度变化小，变化规律明显（厚度突变点均为构造煤），煤层结构较简单，故本设计矿井仅考虑11-2#煤。2.2矿井工业储量2.2.1矿井储量计算基础1、根据本矿的井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算； 2、根据煤炭资源地质勘探规范和煤炭工业技术政策规定：煤层最低可采厚度为0.70m，原煤灰分40%； 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。2.2.2矿井地质储量计算由地质勘探可知该井田共有一层煤为11-2#，故矿井主采煤层为11-2#煤层。矿区井田地质图如图2.1所示。在1：10000的开拓图上1mm2表示100m2。煤容重取1.4t/m3，煤层倾角平均5，煤厚平均为3.49m。工业储量的计算见下式： 式中： Zc工业储量，万t；S井田面积，km2；M煤层平均厚度，3.49m；r煤的平均容重，1.4t/m3；煤层平均倾角，5；故工业储量为：则矿井地质储量：2.2.3矿井工业储量计算矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探，煤层厚度与质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚，目前可供利用的可列入平衡表内的储量。矿井工业储量是进行矿井设计的资源依据，一般也就是列入平衡表内的储量。矿井工业储量：地质资源量中探明的资源量331和控制的资源量332，经分类得出的经济的基础储量111b和122b、边际经济的基础储量2M11和2M22，连同地质资源量中推断的资源量333的大部，归类为矿井工业储量。储量的分配探明储量、控制储量、推断储量按6：3：1 分配，经济基础储量、边际经济基础储量按90%、10% 分配,次边际经济基础储量不计。表2-1 矿井工业储量计算表 单位：万t煤层111b122b2M112M2233311-212898.766449.381433.20716.602388.66Zg=111b+122b+2M11+2M22+333k本矿井工业资源/储量包括111b、122b、331、332和大部分333。为使确定的333的大部分更趋合理，本次对可信度系数k的取值按照首先考虑井田的构造复杂程度，然后再结合各可采煤层的稳定性的原则，经综合分析均取0.8.Zg=12898.76+6449.38+1433.20+716.60+2388.660.8=23408.87万t2.3 矿井可采储量2.3.1井田边界煤柱根据丁集矿的实际情况，井田边界煤柱取20m，则可根据下式计算边界煤柱损失量： （2-2）式中：P井田边界保护煤柱损失，万t； H井田边界煤柱宽度，20m； L井田边界长度，28537.6229m； m煤层厚度，煤层平均厚度为3.49米； r煤层容重，煤层容重为1.4t/ m3 ；代入数据可得：2.3.2工业广场煤柱工业广场的占地面积，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。表2-2 工业广场占地面积指标表井型（Mt/a）占地面积指标（ha/0.1Mt）2.4及以上1.01.21.81.20.450.91.50.090.31.8矿井井型设计为1.8Mt/a，按煤矿设计工业规范，占地面积应为21.6hm2，本设计工业广场取22.5hm2，长、宽分别为500m和450m，工业广场布置在井田储量的中央位置。建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程第14条和第17条规定工业广场属于级保护，需要留设20m宽的围护带，表土层移动角45，基岩移动角=70，=-0.5（为煤层倾角），=70圈定保护煤柱。工业广场围护带宽度为20m，根据垂直剖面法所作的工业广场保护煤柱的尺寸计算，可以得出，工业广场保护煤柱压煤量为668.56万t。2.3.3断层保护煤柱井田11-2#煤层现已查明一条断层，即F117，且F117其两侧各留30 m保护煤柱，则其煤柱损失可由下式求得： （2-3）式中：Pf煤柱损失，t；Li断层长度，m；m11-2#煤层厚度，m；煤层容重，t/m3。已知t/m3，m，代入（2-5）可得： Pf =341.03万t。2.3.4大巷保护煤柱取大巷保护煤柱的宽度为20m计算可得大巷保护煤柱总量为：175.34万t。2.3.5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： （2-4）式中：Zk 矿井可采储量，万t；Zg 矿井的工业储量，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；根据煤炭工业矿井设计规范2.1.4条规定：矿井的采出率，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。本设计矿井13煤层厚度为3.49m，属于中厚煤层，且为首采煤层，因此采区采出率选择0.80。则代入数据得矿井设计可采储量： 中国矿业大学2011届本科毕业生毕业设计 第76页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2.2.3条规定，矿井设计宜按年工作日330d计算，每天净提升时间宜为16h。矿井工作制度采用“三八制”作业，两班生产，一班检修，每班工作8h。应当指出，随着生产的发展，将来可实行每天四班作业，其中三班生产一班检修，增加净提升时间，以充分发挥设备潜力，提高矿井经济效益。3.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1矿井设计生产能力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矿井设计生产能力本矿井井田范围内煤层赋存简单，地质条件较好，首采煤层平均厚度2.49m，煤层平均倾角5-8，属缓倾斜煤层，易于发挥工作面生产能力。全国煤炭市场需求量大，经济效益好。结合本矿区的煤炭储量，确定本矿井设计生产能力为1.8Mt/a。3.2.3矿井的服务年限矿井可采储量、设计生产能力和矿井服务年限三者之间的关系为： （3-1）式中：T 矿井服务年限，a；ZK 矿井可采储量，175.56Mt；A 设计生产能力，1.8Mt/a；K 矿井储量备用系数。矿井投产后，产量迅速提高，矿井各生产环节需要有一定的储备能力。例如局部地质条件变化，使储量减少；或者矿井由于技术原因，使采出率降低，从而减少了储量。因此，需要考虑储量备用系数。煤炭工业矿井设计规范第2.2.6条规定：计算矿井及第一开采水平设计服务年限时，储量备用系数宜采用1.31.5。结合本设计矿井的具体情况，矿井储量备用系数选定为1.3。把数据代入公式3-1得矿井服务年限：3.2.4井型校核按矿井的实际煤层开采能力，运输能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：（1）煤层开采能力的校核井田内11煤层为首采煤层，煤厚3.49m，为中厚煤层，赋存稳定，厚度基本无变化。煤层倾角平均5-7，地质条件简单，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个大采高工作面来满足井型要求。（2）运输能力的校核矿井设计为大型矿井，开拓方式为立井两水平开拓。井下煤炭运输采用钢丝绳芯胶带输送机运输，工作面生产的原煤经胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，运输连续、能力大，自动化程度高，机动灵活；井下矸石、材料和设备采用轨道运输，运输能力大，调度方便灵活。（3）通风安全条件的校核矿井采用两翼对角式通风系统，抽出式通风方式，东西两翼各布置一个回风井，可以满足通风要求。（4）储量条件的校核根据煤炭工业矿井设计规范第2.2.5条规定：矿井的设计生产能力与服务年限相适应，才能获得好的技术经济效益。井型和服务年限的对应要求见表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万t/a矿井设计服务年限a第一开采水平服务年限煤层倾角45600及以上7035300500603012024050252015459040201515930各省自定由上表可知：煤层倾角低于25，矿井设计生产能力为1.22.4Mt/a时，矿井设计服务年限不宜小于50a，第一开采水平设计服务年限不宜小于25a。本设计中，煤层倾角低于，设计生产能力为1.8Mt/a，矿井服务年限为75.02a，符合煤炭工业矿井设计规范的规定。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井道进入煤体，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、数量、位置及其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。本矿井开拓方式的确定，主要考虑到以下因素：1）主采煤层为缓倾斜煤层（平均倾角5）；2）表层土较厚，平均为400m，风化不太严重； 3）地势起伏不平，地面标高平均830m左右，煤层埋藏较深，距地面垂深在6001000m之间，平均为800m左右；4）本矿井为低瓦斯矿井；5）矿井年设计生产能力为180万t/a，为大型矿井。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确定井筒形式、数目、位置及坐标1）井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井最复杂。（1）平硐开拓受地形及埋藏条件限制，只有在地形条件合适，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，上山部分储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。（2）斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长，提升深度有限，辅助提升能力小；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技术复杂。（3）立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深相同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为有利；当表土层为富含水层或流沙层时，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，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，基本建设投资大。综上所述，丁集煤矿11-2煤层平均埋深800m，且井田面积较大，因此适合本矿的开拓方式只有立井开拓。4.1.2主、副井井筒位置的选择根据下文开拓方案及其比较可知本矿井采用立井单水平开拓，本设计在选择井口位置时主要依据以下原则：工业场地应尽量靠近地质构造简单、块段完整且储量丰富的块段，以利于首采盘区位置选择和首采工作面布置，并尽量减少初期工程量，减少投资，缩短建井工期；工业场地尽量避开村庄、道路、沟渠等；井筒、井底车场尽量避开断层、陷落柱等构造带；井底车场巷道特别是主要硐室的岩性要好；场地尽量少压煤，特别是少压开采条件较好的煤；井位的确定兼顾分区划分的合理性；工业场地尽量布置在开阔地带，并尽量靠近已有的公路及铁路，尽量减少铁路、公路、供电线路的长度，以降低工程造价；井田两翼储量基本平衡。1）井筒沿井田走向方向的有利位置本井田形状比较对称，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，通风阻力较小。2）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。为了减少工业广场所压煤柱，使铁路煤柱和工业广场保护煤柱有一部分重合会减少保护煤柱的面积。所以工业广场可布置在铁路附近，并且可以保证在井田走向的中央。3）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。4）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。综合以上四方面的因素，结合矿井实际情况，提出本矿井井筒布置位置如下：主井井筒中心位置：经距66233.42，纬距36854.97，副井井筒中心位置：经距66296.11，纬距36904.36。4.1.3工业广场的位置、形状和面积的确定工业场地的选择主要考虑以下因素：1）尽量位于储量中心，使井下有合理的布局；2）占地要少，尽量做到不搬迁村庄；3）尽量布置在地质条件较好的区域，同时工业场地的标高要高于最高洪水位；4）尽量减少工业广场的压煤损失。根据以上原则和本矿井的实际情况，工业广场与主副井筒布置位置相同，其面积及保护煤柱的大小详见第二章第三节内容，工业广场面积22.5hm2，定为500m540m的矩形。4.1.4开采水平的确定及