采矿工程毕业设计（论文）-钱家营矿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（论文） 第47页1矿区概述及井田地质特征1.1矿井概况1.1.1井田位置、范围、地形特点和交通位置钱家营矿业分公司位于河北省唐山市丰南区钱家营镇，地理坐标为北纬3933、东经11828。矿区交通便利。矿区内有铁路与京山线古冶车站和林西矿业有限公司接轨；水路运输东有秦皇岛港，西有天津新港，南有唐山港和正在建设中的曹妃甸港；水、陆交通发达，煤炭外销十分方便。公路干线通过井田，公路交通十分方便，属京、津、唐三角区，距北京、天津均为100km。如图1.1所示。图1.1 交通位置图矿区地表为第四纪冲积平原，本地区地势平坦，井田范围内全被第四系冲积层所覆盖，地势低平，东北高，而西南低，标高介于+7+26m之间，地形坡度1/1000。东部于新古河道两侧有高度13m呈北东南西向排列的小型沙丘。地形总趋势北高南低，沙河由井田东部自东北流向西南。沙河属季节性河流，旱季有时断流，雨季流量较大。钱家营矿业分公司位于华北平原，属于平原地区，地势平坦，没有高山及丘陵。井田范围内有北阳庄、林子里、小屯、钱家营等村庄，井田西南有工人家属居住区，距工业广场约3千米。1.1.2工农业生产和原料及电力供应本井田在开平向斜东南翼的西南段，东北与范各庄矿业公司相邻，北和吕家坨矿业公司接壤。矿区内工业以煤炭为主，农业主要种植小麦、玉米、棉花，间杂有果园、菜园和苗圃等。本矿区为国内大型煤炭工业基地，长期以来形成了可靠的材料供应来源，为矿井的建设提供了便利条件。进入本矿区中央变电站的电源线共计四趟，其中2趟电网是钱家营变电站35KV输电线，接矿中央变电站馈送至一水平，另外2趟是开滦林西电厂35KV输电线，经过中央变电站馈送至一水平。1.1.3矿区气候条件矿区为大陆性季风气候，春季东风和西风交替出现，气候干燥少雨；夏、秋两季东南和南风常由海面带来潮湿空气，使矿区多雨；冬季因受西伯利亚蒙古一带冷气压影响多西北风，气候寒冷干燥。矿区内由11月至翌年3月为冻结期，冻结深度为1.0至1.5m，最高气温在零上27至37，最低气温在-29至-34，全年气温平均为零上2.0，年降水量为370mm至631mm，全年主导风向多为西北、东南，风力3至4级。全套图纸，加1538937061.1.4矿区水文情况 井田内有沙河、老牛河。沙河发源于迁安城西好树屯，汇集清凉山东麓一带山地之水向南流去，过巍峰山凤凰山间的山谷，进入开平煤田。蜿蜒于唐家庄矿业有限公司，流经吕家坨矿业公司与范各庄矿业之间，回折而向西南，穿过钱家营、宋家营、小集镇，而泄入苇泊洼地内。井田范围内有沙河自井田北部流向西南，流向与地层走向大致一致，河面开阔，水力坡度较小，仅为1%2%。冬春河水近于干涸，只排泄矿井水。夏秋流量显着增大，汛期有时泛滥，流量随上游北部山区降雨量而变化。最高水位为1.9m。工业用水和生活用水主要取自第四系冲积层水和矿井井下分流的清水，基本上形成了一套集中供水系统，矿区水资源比较丰富，可满足工业用水和生活用水的需要。1.2井田地址特征1.2.1煤系地层概述、勘探程度钱家营井田煤系地层的时代属于石炭系上统和二迭系下统，基底地层为中奥陶统马家沟组石灰岩，煤系地层总厚度约为500米，含煤十几层，煤层总厚达19.79米，含煤系数3.96%，地层特征与开平煤田其它井田基本相同。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、赵各庄组及下二叠系大苗庄组、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。见燕山南麓构造纲要图1.2所示。图1.2 燕山南麓构造纲要 钱家营井田位于开平煤田东南翼的西南段，煤系地层的时代属于石炭系上统和二迭系下统。基盘地层为中奥陶统马家沟组石灰岩。煤系地层总厚度约为500米。地层特征与开平煤田其它井田基本相同，现由老至新，从煤系的基盘奥陶系中统描述如下：1、奥陶系中统马家沟组(O2)：本组为岩性单调、质纯的碳酸盐相沉积。以厚层状，灰褐淡玖瑰色豹皮状灰岩为主，夹白云岩和薄层状白云质灰岩。后者多赋存在本组地层的上部。井田内共四个钻孔揭露了该层，最厚达95.53米。根据岩芯观察其顶部大约40米以浅部分属古风化壳，最顶部约20米风化程度甚强，常具黄褐色斑状杂色，向下逐渐减弱。裂隙及小溶洞发育，含水性强。在裂隙中见有浅灰杂色铝土岩充填，系属石炭系中统G层铝土岩沿裂隙填入的堆积物。本组厚度约300米。2、石炭系(C)：分上、中两统，下统缺失。下界为奥陶系中统马家沟组石灰岩顶面，两者呈假整合接触。上界为煤11顶板一含海相动物化石之细粉砂岩顶面。与上复的二迭系呈整合接触。总厚一般约200米。(1)石炭系中统一唐山组(C2)：直接复于奥陶系灰岩之上。上界为唐山石灰岩(K3)顶面。一般约60米。本统地层以紫、绿灰色的粘土岩和浅灰色粉砂岩为主，仅上部可见细砂岩。本统下部厚约26米为滨海环境的湖泊相碎屑岩沉积。向上逐渐过渡到海相薄层碳酸盐和过渡相的交替沉积。形成一个逐渐递进的相序。本统标志性岩层自下而上有G层铝土岩和三个薄层灰岩。(2)石炭系上统(C3)：分上下两组。下组称开平组，上组称赵各庄组。上组是重要的含煤地层。本统一般厚约135米。3、二迭系下统(P1)：下界以煤11顶板之粉砂岩顶面，与赵各庄组呈整合接触。上界A层铝土质粘土岩顶面，部分地区有冲刷面。本统地层一般厚约300米，分上下两组。下组称大苗庄组；上组称唐家庄组。其大苗庄组是主要含煤地层。(1)大苗庄组()：上界为煤5顶板的中、细粒砂岩底面。此间为一古河床的冲刷面，常使煤5遭受剥蚀的迹象。如林88孔煤5厚度为0米，钱34厚0.11米。本组厚约70米。本组地层为过渡相粘土岩和陆相碎屑岩的交替沉积。大陆冲积相己开始出现。含煤六层，即煤9、煤8、煤7、煤、煤6和煤5。其中煤7和煤9厚度较大，为层位稳定的主要可采煤层。标志层：煤6顶板粉砂岩：深灰一黑灰色。致密，质地均一。具海百合茎及腕足类化石。含黄铁矿散晶及褐灰色泥质或菱铁质结核。层位稳定。（2）唐家庄组（）：下界为煤5顶部的中、细砂岩底面，与下伏大苗庄组呈冲刷接触，上界为A层铝土质粘土岩顶面。一般厚度220米左右。井田内局部受剥蚀。本组地层属陆相堆积，河流活动极为活跃，除了在河流期交替的短暂时期有一些滞水盆地湖相的粉砂质和泥质沉积物外，很少见有典型湖泊相的沉积物。岩性以粗碎屑砂质岩类占绝对优势。由于地壳逐渐趋向隆起，河流活跃，迁徙频繁，已不利于煤层堆积。本组地层大致可分三段。每一岩段由河床相粗碎屑物起到滞水盆地（湖）细碎屑物止，反映了三次河流活动的大周期。4、二迭系上统（P2）：分上下两组。下组称古冶组，上组称洼里组。本统厚度大于722米。（1）古冶组（）：下界为A层铝土岩顶面，呈冲刷接触。上界为淡黄色底砾岩底面。亦是冲刷接触。一般厚约430米。本组属纯陆相沉积。岩性以灰白、紫灰色中粗粒砂岩为主，间夹紫色粉砂岩和粘土岩。砂岩成份单一。泥硅质或硅质胶结。粉砂岩或粘土岩多呈团块状构造。有时含褐铁矿结核。本组中部含一层铁质粘土岩（A层），是全区主要标志层之一。该层下约4050米处粗砂岩中有同心环状层理（称李泽岗格同心环）。再下是厚层的硅质中、粗砂岩。分选性甚好。质地坚硬，俗称“磨石砂岩”。厚度一般在10米以上。本组下部的粉砂岩中，常含羊齿及苛达树等化石。（2）洼里组()：下界为底砾岩底面，上界不清，厚度大于500米。井田内钱12孔所见287米。与古冶组呈冲刷接触。本组地层岩性主要为紫色、紫红色粉砂岩间夹细砂岩，有时夹中砂岩和粘土岩。组成细带状构造。底部为暗紫色或灰绿杂色砾岩，有时相变为中粗砂岩。以石英为主，次为燧石、紫色岩屑。分选不良。泥硅质胶结。本组属陆相沉积。显示由河床相粗碎屑物湖滨波浪带或浅湖相细碎屑沉积特征。5、新生界复盖层（第三、第四）：本界地层不整合于各时代地层之上。厚度由北部钱47孔的82米往西南逐渐增厚，至钱84孔达800米，平均每公里厚度递增42米。等厚线大致呈东西方向伸展。井田西南部大致以钱73钱88钱98诸孔联线为界，此线以南，复盖层厚度均超过600米，经部分取芯鉴定，下部似有第三系沉积物，其岩性为灰绿黄绿色半固结状的砂岩，粉砂岩和粘土岩。曾送样于省公司化验室鉴定，岩样为细砂岩故未发现孢粉，无法确定其时代，暂划入新生界复盖层。本界地层由各种粒级的砂、卵石，砾石及粘土和亚粘土组成。井田范围内地势平坦，全被第四系冲积层所覆盖，地势低平。东北高、西南低，坡度13%。井田内的主要构造形态和煤层情况已基本清楚，矿井各个区域的勘探程度均属于精查，可以满足矿井开采的要求。1.2.2井田地质构造和地质变动钱家营井田位于开平向斜东南翼的南段，占据了从毕各庄向斜到刘唐保背斜约15公里长的地段。井田东端为毕各庄向斜的西翼，向西依次为王各庄马鞍形构造、小张庄向斜、南阳庄背斜、高各庄向斜。向西逐渐过渡到井田中部的单斜区，此单斜构造向西南延展约10公里，又开始出现褶曲：邻近的称李新庄向斜，向西依次紧密排列着刘唐保背斜、深港向斜。1、断层构造主要断层情况如下：钱家营井田为全掩盖型，钻探为勘探过程中的主要手段。勘探结果表明，本井田构造型式以宽缓的褶曲为主，以伴生的断层为辅。施工的基岩钻孔中揭露出只有一组以F0断层为主的大断层，该断层为高角度正断层。详见下表1-1。表1-1 断层发育及落差表顺序名称断层面走向倾角落差（m）性质1F0南北6060正2F1南北6513逆2、褶区构造本井田的褶曲部位分布在东北、西南两端，褶曲轴线都具有向东、向北凸出的弧形特征，而且都有向北撒开向南收敛的趋势，所以就构成了旋扭构造中的“帚状构造”型式。东北端的称“林子里帚状构造”西南端的称“刘唐保帚状构造”。它们都是由压性结构面（褶曲轴面）构成的，外旋层在东侧做逆时针扭动的旋扭构造。1.2.3井田水文地质特征钱家营矿业分公司与吕家坨矿业公司、范各庄矿业公司相连，同处于开平向斜的东南翼，冲积层较厚，在建井工程的施工中未发现岩溶陷落柱，现将地层中各含水层及其特征简述如下：1、新生界第四系含水层:新生界地层由东北部100m10m至西边界过800m厚，有5个含水层组，主要为砂、卵砾石富含孔隙水，含水层间由粘土和亚粘土组成隔水层。底部砾、卵石含水层含水性较强，是煤系含水层的主要补给来源。从第四系冲积层与基岩接触关系图上分析第三隔水层以黄褐、棕黄色粘土及轻亚粘土为主，厚度为110米，局部尖灭，即第水文地质剖面附近无沉积，第三隔水层下赋存2530m厚，D（第三承压）含水层，在小屯、学各庄、后赞公庄一线分布，与基岩直接接触，岩性为中、粗砂、砾砂和卵砾石所组成，含水性较强，q=0.117公升/秒米，该含水层在钱矿东北部分布，面积约占1015%左右。底部卵石层E含水层（第五含水层）占据整个钱营矿的50%、即基岩面上复盖的含水层主要为第五含水层，根据原一一六队和新绘制的水文地质剖面图，将第三隔水层之下又分为五个隔水亚层，即1.2.3.4.5层，详见第四系冲积层与基岩接触关系图。五个隔水亚层将第五含水层又分成五个亚含水层。首采所掘的巷道主要集中在1隔水层与E2含水层（第2分层）下分布。实践证明E含水层含水性是很强的，其单位涌水量q=1.016-1.385公斤/秒米。岩性主要为细、中、粗砂和砂砾、卵砾石等组成，如果卵砾石中充填有粘土质时，含水性显着变弱。由于与基岩接触，厚度变化甚大，且基岩面由于钻孔所限，控制不严，采煤时要严格注意冲积层防水煤柱线。2、古生界煤系地层含水层：根据建井和邻近生产矿井实践，煤系地层可划分为五个含水层均为不同粒度的砂岩组成。相邻含水层间有粘土岩或煤层相隔，自上而下简述如下：（1）A层至基岩风化带：距可采煤层较远，对回采无明显影响，但在建井过程中却不容忽视。（2）煤5至A层间的含水层：为充水性较强的含水层，煤5至煤3段，如果砂岩层在裂隙或构造发育地段则含水性较强，否则含水性就明显减弱。A层底板砂岩总厚24.0米左右，是一个较强的含水层，主要以裂隙水为主。总之，煤5至A层含水层是一个很强的含水层。在建井过程中，该水层被揭露后，在水文曲线图上出现了第二个高峰值，占矿井总涌水量的3040%。（3）煤12煤5之间。含水层：是可以疏干的含水层，主要为7煤层顶板砂岩含水性较强。（4）煤14煤12之间含水层：为矿井主要的含水层，矿井排水有50%以上是该层涌出的。因矿井的主要巷道、运输、回风及采区集中上山是在煤12层底布置的，该层以30余米厚的中、粗砂岩为主，出水形式主要为裂隙水。（5）G层矾土至煤14之间为弱含水层：K3石灰岩接近冲积层时，含水性增强，建井期间该段实见资料甚少。煤系地层中相邻含水层间均有粘土岩或煤层相隔。地下水以层间流动为主，正常情况下越层的水力联系甚弱。矿井排水8090%为煤5顶板至A层矾土及煤14煤12两个含水层之涌水，出水形式主要为断层裂隙水。3、古生界奥陶系灰岩含水层：本层为岩溶、裂隙发育，含水性强的承压含水层。是煤系地层的基底，煤12-1距奥灰顶界面约180m左右。特别是煤系地层下部50-70米段，几乎全部为隔水的粘土岩和粉砂岩组成。阻隔了奥陶系灰岩与煤系地层的水力联系。在勘探和建井过程中虽未发现岩溶陷落柱存在，在取奥灰水的几个钻孔中虽未取得丰富的岩溶水，但在今后生产过程中，一定应高度警惕奥灰水通过地质构造弱带而突入。4、矿井涌水量：据矿井地质资料，矿井正常涌水量为220 /h，最大涌水量为570 /h。1.2.4地温据详查勘探资料，本区地温梯度为0.94 /100 m，恒温带在50100 m左右，地温变化范围在11.5017.00 之间，属地温正常区。1.3煤层特征1.3.1煤层埋藏条件钱家营矿区煤系地层主要由石炭系，二迭系地层组成,其中包括中石炭统唐山组、上石炭统开平组、赵各庄组，下二迭统的大苗庄组、唐家庄组。基底为经过长期剥蚀夷平的中奥陶统，上覆地层为上二迭统古冶组陆相碎屑岩。含煤建造由一套海相、过度相、陆相地层组成。1.3.2煤层群特征钱家营井田位于开平煤田之开平向斜东南翼的西南段。开平煤田位于燕山南麓，煤系地层为石炭二迭系。全井田共有7个可采煤层，其中7、8、9、12煤层全井田范围可采，5、6、11煤层为局部可采煤层。3、各可采煤层特征表1-2 表1-2 煤层特征表 煤层名称煤 层 厚 度最小最大平均（点数）与上一煤层间距最小最大平均（点数）发 育 情 况煤 层 结 构稳 定 性煤503.931.42(98)17.8848.75时而变薄出现不可采地段,钱34、47、51、18、64及林88孔附近均不可采.19号剖面以西(乙区)稳定性好,厚1.392.00米.一般为单一结构,时有夹石12层.不稳定一水平西翼大部分不可采,东翼仅局部变薄不可采.煤72.157.173.4(113)23.56(83)0.2017.39沉积稳定为井田内主要可采可采煤层之一.复结构,含夹石23层,为炭质粘土岩或粘土岩.稳定煤803.391.25(95)6.34(94)1.2311.31不可采地段,主要在第7剖面以东;吕53孔钱44、16、51孔和林88孔等及中部的钱64附近不可采.第21号剖面以西至井田边界煤7、8合区.一般为单一结构,时有夹石12层.多为粉砂岩或为粘土岩.不稳定一水平大部分不可采,且煤层厚度变化较大,目前本煤层尚无回采工作面.煤90.354.402.20(101)6.26(95)4.4718.12为井田内较稳定,可采的中厚煤层,向北和东方向有变薄的趋势.钱55孔和苗4孔附近出现不可采地段.单一结构,时有夹石12层.较稳定一水平生产实践发现,煤层厚度变化不大,但煤层沉积基底不平,局部顶底板小断层密集,煤层完整性受到极大破坏.煤1102.230.78(105)10.69(95)2.7734.26不可采面积较大,主要在第3号剖面以东.中部钱26、60、73等孔附近均系零星不可采地段单一结构，时有夹石1层极不稳定一水平仅局部可采煤12-10.396.412.99(105)15.24(90)为井田内中厚厚煤层,向北至吕家坨区有变薄趋势.一般为单一结构,时有夹石12层.较稳定煤层厚度局部变化较大井田内共有可采煤层四层，其富存情况及特征如下：7煤层为简单结构煤层，煤层厚度2.157.17m，平均3.4m，厚度变化尚有规律，西北薄，东南厚。属全部可采煤层。顶底板均为粉砂岩。煤岩类型以半亮型和半暗淡型煤为主，中间12层暗淡型煤，底部为光亮型煤。煤层中节理裂隙发育，棱角状断口。煤的硬度f=0.40.9，容重1.4。8煤层为简单结构煤层，厚度03.39m，平均1.25m，为部分可采煤层。顶板为粉沙岩，底板为粉细砂岩。煤岩类型以光亮型和半光亮型为主，中间夹有透镜状的半暗淡型煤，煤层内生节理发育。煤的硬度f=0.30.8，容重1.56。9煤层为简单结构煤层。煤层厚度0.354.4m，平均2.2m，为全部可采煤层。顶底板均为粉细砂岩。煤岩类型以光亮型为主，内生节理发育，玻璃光泽。煤的硬度f=0.40.7，容重1.4。12煤层为单一结构中厚煤层。煤厚0.396.41m，平均厚度2.1m，为全部可采煤层，顶板为粉细砂岩，底板为粉砂岩。煤岩类型以光亮型为主，夹有薄层半光亮型煤。内生节理发育，贝壳状断口，油脂光泽。煤的硬度f=0.3，容重1.51。1.3.3煤层的围岩性质1、煤7 伪顶为粘土岩或粉砂岩，厚约0.2米，直接顶以粉砂岩为主，局部为细砂岩，厚约4.0米，底板以粉砂为主，局部为粘土岩，与煤8合区地段为炭质粘土岩，厚约2.50米，东部顶板有古河流冲刷。顶底板较坚固。2、煤8 伪顶为粘土岩，直接顶为粉砂岩，局部为细砂岩，厚度约为3米，伪顶较软，底板为粘土岩和粉砂岩，局部为细砂岩，坚固性好，厚约2.5米。3、煤9 伪顶和直接顶一般均为粘土岩，厚3.0米，局部为粉砂岩，厚4.0米，底板为细砂岩，局部为粘土岩，厚约2.5米，顶底板岩石坚固性较好。4、煤12 伪顶为腐泥质粘土岩，厚约0.5米，直接顶在中部和东部为腐泥质粘土岩，西部为粘土岩，厚0.60.7米，平均1.0米，底板以粉砂岩为主，厚约2.0米。（地质柱状图见图1.3）1.3.4煤的特征煤种分布井田以肥煤为主，气煤次之，焦煤甚少。井田煤种分布特征具明显的分带规律。由浅部向深部，煤的变质程度逐渐增高，其排列依次为气煤、肥煤至焦煤。条带大致呈北5060东向延展。其中以肥煤条带最宽，延展最长，所占面积最大，为井田的主要煤种。气肥、肥气煤及气煤分布于井田的南及西南边缘浅部。第15号剖面以西至井田边界，因精查取芯钻孔较少，煤种确定尚需进一步做工作。另外，目前各采动煤层化验结果表明，煤种多为1/3焦。煤质变化井田内煤的物理性质、煤质及煤岩等特征沿走向及倾向变化均不大，但井田西部（钱5、钱19、钱23、钱补13、钱补17及钱水27孔一带）局部因受火成岩影响，煤层变成天然焦。钱家营井田各煤层均属腐植质煤，通过肉眼鉴定，颜色一般为黑色；条痕褐灰色；呈眼球状断口；呈条带状粒状及片状结构，少数为粉状。煤岩组分以亮煤为主，镜煤及丝炭少见，煤岩类型一般为光亮型，次为半暗型。详见表1-3。表1-3 钱家营井田各主要可采煤层物理特征一览表煤层颜色光泽煤岩组分煤岩类型结构构造块度硬度容重其它煤7灰黑色弱玻璃光泽亮煤暗煤夹镜煤条带。光亮半暗层状及块状碎块1.51.4性脆具黄铁矿散晶煤8黑色弱玻璃或金钢光泽亮暗煤偶见丝炭。半亮暗淡层状及块状块状11.4具黄铁矿散晶煤9黑色玻璃光泽亮煤为主，暗煤次之，具镜煤条带及丝炭。光亮半暗颗粒状结构，块状构造碎块11.4具黄铁矿散晶煤12-1黑色玻璃光泽亮煤为主，暗煤及丝炭少量。光亮型块状碎块11.3具黄铁矿结核3煤层中有害成分1) 灰分原煤： 煤5、煤11分别为10.79%，10.31%属于低灰；煤7、煤8、煤9、煤12-1分别为23.51%，20.77%，18.34%，16.58%，属于中灰。精煤：煤5、煤8、煤9、煤11、煤12-1在10%以内，为5.037.94%，煤7为12.62%。2) 硫分原煤：煤11为2.71%属富硫煤，其它煤层为0.611.39%属低硫煤。精煤：经洗选后煤7，煤8比原煤略有升高，其它煤层除煤11降幅较大外略有降低，含量为0.661.45%，属低硫煤。3) 形态硫煤11，煤12-1以黄铁矿为主，其余煤层以有机硫为主。4) 磷勘探中化验成果多为单孔单样，仅供参考。煤7、8略高，分别为0.071%、0.034%，其它煤层为0.0070.021%。洗选后各煤层平均值低于0.015%。4、其它开采条件该矿井的瓦斯等级为：低瓦斯矿井，矿井瓦斯绝对涌出量：0.72m3/分钟，矿井二氧化碳绝对涌出量：33.73m3/分钟，矿井瓦斯相对涌出量：0.12m3/td，矿井二氧化碳相对涌出量：5.45m3/td煤层自然发火期： 12煤层为自然发火煤层，发火期为11个月。5、煤层发热量、粘结性指数等，见表1-4。表1-4 钱家营井田各主要可采煤层工业指标一览表煤层WrAgVrCrSgQPgQY工业牌号70.9323.5132.0885.450.610.071816325QF，FM1/3JM81.0120.7733.5783.690.680.034825332QF，FM1/3JM，JM90.9118.3431.2883.841.330.016830131QF，FM12-10.9316.5832.4583.921.390.021837630FM图1.3钱家营矿井田地层综合柱状图2 井田境界与储量2.1井田境界2.1.1井田边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：1）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；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，处理好相邻矿井间的关系。2.1.2井田范围井田西部以范各庄矿业公司、吕家坨矿业公司的技术边界为界，南部以-550m等高线为界，东部以落差为60米的正断层F0为界，北部以各煤层-1350m等高线为界。井田平均走向长8.5km，倾向长度为3.5km，面积约27.57km2。图2.1井田赋存状况示意图2.2矿井工业资源储量2.2.1钻探工程量建井以来，共补勘14个地面孔，工程量6551.22米；井下地质孔7724.2米；坑透 63个工作面，二维地震线长26450米，三维地震面积2.94平方公里以及磁偶源、井下红外、地质雷达、煤厚仪、镨218、钋210、二维地震、瑞利波、槽波、音频电透视探测等工作。2.2.2工业储量计算本设计只作7煤层。边界露头线为-1000-1200 m为远景开发。本次矿井储量计算是在精查地质报告提供的1：5000的煤层底板等高线上计算的，储量计算可靠。7煤层，采用块段法计算工业储量。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得每个块段的储量。煤层总储量即为各块段储量之和，每个块段内至少应有一个以上的钻孔。煤层储量的计算公式为：Q1=S1M1R1Q2=S2M2R2Qn=SnMnRnQ=Q1+Q2+Q3+Qn （公式2-1）式中 Q1、Q2Qn分别为各块段的储量，万t ;S1 、S2 Sn分别为各块段的面积，M1 、M2 Mn分别为各块段内煤层的厚度，mR1 、R2 Rn分别为各块段内煤层的容重，t/块段的面积S必须采用真面积（即煤层斜面积）。用煤层底板等高线上的水平投影面积换算成真面积。（公式2-2） 式中 S真面积，;S水平投影面积，;i煤层倾角，采用块段内的平均倾角，（）煤层厚度M应采用其厚度的平均值，即根据计算面积内各见煤点的厚度，均换算成真厚度（垂直层面方向的厚度），而后用算术平均法进行计算。（公式2-3）式中 Mi煤层真厚度的平均值，m； n参加计算的见煤点数（地段中的钻孔数）； Mi+Mi+MiMi该地段中各见煤点的煤层真厚度，m； 根据地质勘探情况，将矿体划分为7个块段（见图2.2），在各块段范围内，用算术平均法求得每个块段的储量，煤层总储量之和。7煤层储量计算表见2-1表2-1 开滦钱家营矿业公司7#煤储量计算表 地质块段 位号块段投影面积(M2)块段等高线平均水平距离（M)平均倾角()块段实际面积(M2)平均厚度(M)煤层容重(T/M3)块段储量(T)A3970313.3725311.18 4047115.93.261.418471036.97B1836296.6520513.7 1890070.834.271.411298843.42C3303225.9219814.17 3406884.964.241.420223269.12D2146356.0619714.25 2214494.34.191.412990223.56E5309469.2823512.01 5428287.443.621.427510560.75F5958791.1223611.96 6091011.683.811.432489456.3G2813150.8427410.34 2859590.313.721.414892746.33总计25337603.2425937455.42137876136.5图2.2地质块段划分图2.3矿井可采储量2.3.1煤柱的留设矿井可采储量=（矿井工业储量永久煤柱损失）矿井回收率。计算矿井可采储量时，必须要考虑以下损失：1）工业广场保护煤柱；2）井田境界煤柱损失；3）采煤方法所产生的煤柱损失和断层煤柱损失；4）建筑物、河流、铁路等压煤损失；5）其它损失。本井田中永久煤柱损失主要有：工业广场保护煤柱、井田境界煤柱损失和断层保护煤柱等。根据钱家营矿业公司周围矿井实际经验和依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程之相关条款规定，部分煤柱的留设方法如下，见表2-2表2-2 煤柱留设方法名 称留 设 方 法工业广场工业广场维护带宽度为15 m井田边界边界煤柱50 m断 层边界断层煤柱每侧50 m井田内部每册30m大 巷大巷煤柱每侧30 m1）边界煤柱可按下列公式计算Z=LbMR （公式2-4）式中： Z边界煤柱损失量； L边界长度； b边界宽度； M煤层厚度； R煤的容重。7煤层1.4 t/m3边界煤柱损失计算统计如表2-3。 表2-3 钱家营矿边界煤柱损失表 煤层-550等高线边界-1300等高线边界钱范吕技术边界F0断层边界合计7煤层（万t）208.92140.0379.6885.38581.332）工业广场煤柱留设根据煤炭工业设计规范，工业场地占地指标如表2-4。表2-4 工业场地占地指标 井 型大 型 井公顷/10万t中 型 井公顷/10万t小 型 井公顷/10万t占地指标0.801.101.301.802.002.50注：（1）占地指标中包括围墙内铁路站线的占地面积；（2）井型小的取大值，井型大的取小值；（3）在山区占地指标可适当增加；（4）附近矿井有选煤厂时，增加的数值为同类矿井占地面积的3040%；（5）占地指标单位中的10 万t指矿井的年产量。工业场地的布置应结合地形、地物、工程地质条件及工艺要求，做到有利生产，方便生活，节约用电。根据上述规定，本井田工业场地占地面积S取值如下：S=（0.80+0.30）120/10=13.2公顷=132000 m经计算工业广场的面积为13.2公顷，为方便矿井工业场地的布置取面积为13.5公顷，由于长方形便于布置地面建筑，所以初步设定工业广场为长方形，即长方形长边为450m，短边为300 m。本矿井地质条件及冲击层和基岩移动角见表2-5。表2-5 岩层移动角 广场中心深度煤层倾角煤层厚度冲积层厚度mmm-850123.410045757575用作图法求出工业广场保护煤柱量，工业广场保护煤柱留设见图2.3。由此根据上述已知条件，画出如图2.3所示的工业广场保护煤柱的尺寸，并由图可得出保护煤柱的尺寸为：S=梯形面积=(上宽+下宽)高/（2cos12） （公式2-5）S=(876.04+1018.31) 1096.61/ 2cos12=1062046.5m2则：工业广场的煤柱量为： Z=SMR （公式2-6）式中： Z工业广场煤柱量； S工业广场面积； M煤层厚度； R煤的容重。则：Z=1062046.53.41.4=505.53万t 3）断层保护煤柱由于井田深部富含奥灰水，是矿井深部开采的主要突水水源，因此必须留设合适的防水煤柱防止矿井突水。故在断层两侧预留30 m保安煤柱。图2-3 断层1 则留设断层保安煤柱量断层1：Zd1=101089.81/ cos123.41.4=49.2万t4)大巷保护煤柱大巷宽为5 m，大巷煤柱两侧保护煤柱宽度为30 m，则大巷保护煤柱损失量为368.24万t。5)矿井保护煤柱损失量如表2-6所示。图2.3 垂线法计算工业广场保护煤柱边界示意图表2-6 保护煤柱损失量煤柱类型储量/万t井田边界保护煤柱581.33井田内断层保护煤柱49.2工业场地保护煤柱505.53大巷保护煤柱368.24合计1514.32.3.2 可采储量计算本矿平均煤厚为3.4 m，矿井回收率取80%。经计算矿井工业储量为13787.61 万t，全矿永久煤柱损失为1514.3 万t，则矿井可采储量=(13787.61-1514.3) 0.8=9818.65万/t。表2-7 矿井储量计算结果矿井名称煤层工业储量/万吨可采储量/万吨钱家营矿713787.619818.653 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3.1.1 矿井年工作日数的确定按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井设计生产能力按年工作日330 天计算。所以，本矿井设计年工作日数为330 天。3.1.2 矿井工作制度的确定矿井工作制度设计采用“三八”工作制，即二班采煤，一班准备，每班净工作时间为8 h。3.1.3 矿井每昼夜净提升小时数的确定按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井每昼夜净提升时间16 h。这样充分考虑了矿井的富裕系数，防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或改扩建。因此本矿设计每昼夜净提升时间为16 h。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、外部建设条件、回采对煤炭资源配置及市场需求、开采条件、技术装备、煤层及采煤工作面生产能力、经济效益等因素，经多方案比较后确定。矿区规模可依据以下条件确定：（1）资源情况：煤层地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设大型矿井。井田地质条件复杂，储量有限，则不能把矿区的规模定的太大。（2）开发条件：包括矿区所在的地理位置、交通、用户、供电、供水、建设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；否则应该缩小规模。（3）国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤种、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 矿井生产能力的确定由于钱家营矿井田范围较大，煤炭储量丰富，地质构造较简单，煤层生产能力大，开采技术条件好，初步确定矿井生产能力为120万t/a。3.2.3 矿井及第一水平服务年限的核算矿井的服务年限必须与井型相适应。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 我国各类井型的新建矿井和第一水平设计服务年限矿井的生产能力矿井设计服务年限第一开采水平服务年限/a/Mta/a煤层角度356.0及以上7035-3.05.16030-1.22.4502520150.450.9040201515矿井可采储量Zk、设计生产能力和矿井服务年限三者之间的关系为： T=Zk/(AK) （公式3-1）式中： T矿井的服务年限，a；Zk矿井的可采储量，万t；K矿井储量备用系数，取K=1.3；A矿井设计生产能力，万t/a。由第二章计算结果可知：矿井可采储量为9818.65万t，则矿井服务年限为 T=9818.65/（1201.3）=62.94a50 a第一水平服务年限的计算公式为：T=Zk/(AK) （公式3-2）式中： T第一水平的服务年限，a；Zk第一水平的可采储量，万t；K矿井储量备用系数，取1.3；A矿井设计生产能力，万t/a。根据矿井开拓布置，利用块段法再次计算出矿井第一水平可采储量为4983.17万t，所以第一水平的服务年限为： T1=4153.17/（1201.3）=26.6225 a经过矿井及第一水平服务年限的核算，二者均符合煤炭工业矿井设计规范之规定，因此最终确定矿井的生产能力为120万t/a。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。钱家营矿井田内主要可采煤层为7号煤层，煤层倾角约12左右。瓦斯和水涌出量均不大，属简单地质构造。4.1.1 井筒形式及数目的确定一般情况下，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。综合钱家营井田实际情况：1）表土层较厚，且风化严重；2）地处平原，地势平坦，地面标高平均为+10 m左右，煤层埋藏较深，距地面垂深在-550-1300 m之间。因此，斜井及平峒均不适用于本矿。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；在开采深度相同的条件下，立井的优势体现在井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利；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该矿的实际情况，确定井筒的形式为立井。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。副风井安装梯子间，作为一个安全出口。考虑到钱家营井田范围较大，矿井通风方式经过比较后确定为混合式通风（具体比较情况见第九章），初期在井口中部边界靠上的中间位置开一个回风井，后期在井田东翼和西翼边界各掘一个风井，风井安装梯子间，作为回风井并兼作安全出口。4.1.2 井筒位置的确定井筒是井下与地面出入的咽喉，是全矿井的枢纽。井筒位置的选择对于建井期限、基本建设投资、矿井劳动生产率以及吨煤生产成本都有重要影响，因此，井筒位置一定要合理选择。选择井筒位置时要考虑以下主要原则：1）有利于井下合理开采（1）井筒沿井田走向的有利位置当井田形状比较规则而储量分布均匀时，井筒沿井田走向的有利位置应在井田的中央；当井田储量分布不均匀时，井筒应布置在井田储量的中央，以形成两翼储量比较均衡的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网络较短，通风阻力小。应尽量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采的不利局面。（2）井筒沿煤层倾向的有利位置在倾向上井筒宜布置在中偏上的位置，同时考虑到减少煤损，尽量让工业广场保护煤柱圈住一些影响生产的地质构造和断层。2）有利于矿井初期开采选择井筒位置要与选