辛置矿课程设计.doc

中国矿业大学矿业工程学院 采矿学课程设计 二 一三年七月 题题 目 目 辛置煤矿新井设计辛置煤矿新井设计 姓姓 名 名 刘青松刘青松 所在班级 所在班级 采矿采矿 1010 3 3 班班 学学 号 号 0310116903101169 指导老师 指导老师 杜计平杜计平 目 录 1 矿区概述及井田地质特征 1 1 1 矿区概述 1 1 1 1 交通位置 1 1 1 2 地形及地貌 1 1 1 3 气象及地震 2 1 1 4 矿区生产 在建矿井及小煤窑分布情况 2 1 1 5 矿区经济概况 2 1 1 6 煤炭运输现状及前景 2 1 1 7 地面建筑情况 2 1 1 8 电源及水源 3 1 2 井田地质特征 3 1 2 1 井田地质构造 3 1 2 2 水文地质 7 1 2 3 其他有益矿物 8 1 3 煤层特征 8 1 3 1 煤层 9 1 3 2 煤质 9 1 3 3 瓦斯与煤尘 10 2 井田境界与储量 10 2 1 井田境界 10 2 1 1 井田界限 11 2 1 2 井田尺寸及概况 11 2 2 矿井工业储量 11 2 2 1 矿井地质资源量计算及参数 11 2 2 2 矿业工业资源 储量计算 11 2 3 矿井可采储量 12 2 3 1 井田边界保护煤柱 12 2 3 2 断层煤柱 12 2 3 3 工业场地煤柱 13 3 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 14 3 1 矿井工作制度 14 3 2 矿井设计生产能力及服务年限 14 3 2 1 确定依据 14 3 2 2 确定矿井设计生产能力 14 3 2 3 矿井的服务年限 14 4 井田开拓 15 4 1 井田开拓的基本问题 15 4 1 1 确定井筒形式 数目 位置及坐标 15 4 1 2 工业场地的确定 17 4 1 3 开采水平的确定 17 4 1 4 开拓方案比较 17 参考文献 21 0 1 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 1 1 矿区概述矿区概述 1 1 11 1 1 交通位置交通位置 霍州矿区位于山西省临汾地区北缘 霍西煤田中部 北距太原市 209km 南距临汾市 65km 辛置井田位于霍县矿区北部 距霍州市 15km 矿区西侧有南同蒲铁路及大 运高速 公路通过 矿区交通位置见图 1 1 三门峡 洛阳 焦作 晋城 高平 长治 临汾 侯马 辛置 霍县 灵石 沁县 武乡 太谷 平遥 汾阳 去石家庄 榆次 太原 离石 垣曲 运城 辛置矿井交通位置图 图图 1 1 矿井交通位置图矿井交通位置图 310 水平西起 f1 断层 东至霍山断层 北以 310 水平回风巷与 f4 断层为界 南至北焦家 垣至珊垣村南一线以 f6 为一倾向南东的正断层 断层界 东北以 2 煤层露头为界 该水平面 积 50 45km2 走向长度为 5 15km 8 23km 平均走向长度为 6 97km 倾向宽大约为 7 23km 面位置大部分为洪洞县赵城镇南沟村 北焦垣村 仇泄村和兴唐寺乡珊垣村 下关口村 川草 凹 杏沟村等 东及东北少部分为霍州市义旺 刘家庄村等 大运高速从东部义旺村 杏沟村 西 下关口村西通过 1 1 21 1 2 地形及地貌地形及地貌 该区位于霍山西麓属黄土丘陵地貌 地形总的趋势是西高东低 以南西向沟谷为主 其两 边发育无数冲沟 切割较深 植被不发育 1 1 1 31 1 3 气象及地震气象及地震 霍州矿区位于内陆高原区 属温带大陆性气候 气温变化较大 雨量分布不均 最大降雨 量在 7 8 月份 春秋季节干燥且风沙较大 夏季受内陆干燥季风影响 炎热多雨 冬季受强 烈西伯利亚寒流侵袭 寒冷干燥 本区年平均气温 12 1 1 月份最冷 平均气温 3 6 最低气温 18 1987 年 2 月 12 日 七月份最热 平均气温 25 4 最高气温 39 2 1972 年 8 月 2 日 全年无霜期平均 197 天 最少数 150 天 最多 219 天 初霜期一般在 10 月 17 日 终霜期 在来年 4 月 1 月 最迟在 4 月 17 日 年平均降雨量 353 1mm 1972 年 最大降雨量 688 9mm 1975 年 最大月降雨量 248 3mm 最大日降雨量 137 5mm 1981 年 8 月 15 日 全年盛行偏南风和偏北风 春季以偏南风为主 其次是偏北风 夏 秋 冬三季以偏北风 为主 西南风次之 年平均风速 1 9m s 极端最大风速 18m s 年平均冻结期 66 天 冻结开始于 12 月中旬 来年 2 月中旬解冻 冻土深度平均 49 3cm 最大 67cm 最大积雪厚度 11cm 根据 中国地震动峰值加速度区划图 本区地震动峰值加速度为 0 02g 地震基本烈度八 度 1 1 41 1 4 矿区生产 在建矿井及小煤窑分布情况矿区生产 在建矿井及小煤窑分布情况 矿区北部有白龙 退沙 李雅庄三个井田 东部为 2 煤层露头 南部尚无规划的井田 本井田内小煤窑开采时间较长 数量较多 分布在井田西北部宋庄村至前河底一带 均开 采 2 煤层 大部份小煤窑因排水能力不足而停产 1 1 51 1 5 矿区经济概况矿区经济概况 霍州矿区跨越霍州 汾西 洪洞 蒲县 4 县市 四个县面积为 4706km2 农业总播种面积 1737598 亩 粮食作物以小麦 谷子 玉米 高梁为主 经济作物有棉花及油料 主要工矿企 业有电厂 地方小煤窑 化肥厂 陶瓷厂 建材厂 水泥厂 橡胶厂等 随着霍县矿区的建设 和发展 逐步形成采煤 选煤 机修 砖瓦 混凝土预制件等矿区企业 1 1 61 1 6 煤炭运输现状及前景煤炭运输现状及前景 目前 本矿区生产的精煤供太钢及 中煤供霍州电厂 本矿井扩建后的原煤烘给辛置矿井选煤厂和辛置选煤厂入选 1 2 精煤 硫分 1 灰分 10 5 供太钢 临钢 洪洞焦化厂及首钢 武钢使用 中煤可就地供应霍州电厂及中 煤电厂 精煤销售前景良好 并具有较强的竞争力 1 1 71 1 7 地面建筑情况地面建筑情况 本井田范围内的地面建筑主要是村庄 这些村庄中一些小规模的零散住户采用有偿搬迁 一些较大成规模的村庄预留保护煤柱 矿井改建投产后 位于首带区的仇泄村采用预留保护煤 柱的方式 2 1 1 81 1 8 电源及水源电源及水源 电源 本矿由北村 35 6kv 区域变电所供电 目前装机容量 1 10000 1 7500kv a 重庆煤 矿设计研究院在矿区总体中建议增容为 1 10000 1 1500kva 能满足矿井生产所需 水源 本矿水源井选择在郭庄泉附近 奥灰上升泉 7 9m3 s 与南下庄矿共用 水泵房内 安有深井泵 5 台 日排水量可达 30000m3 水质较好 供水水源可满足矿井及民用之需 1 21 2 井田地质特征井田地质特征 1 2 11 2 1 井田地质构造井田地质构造 一 地层 本区第四系中更新统 q2 黄土大面积覆盖 在沟谷两侧零星出露上第三上新统 n2 地 层 现根据钻孔揭露结合区域地层将该区地层分述如下 1 奥陶统峰峰组 o2f 为含煤地层的沉积基底主要由深灰色巨厚层状石灰岩组成 与上覆地层呈平行不整合接触 2 中石炭本溪组 c2b 1 12 钻孔揭露厚度为 18 91m 主要由灰黑色泥岩 粉沙岩及薄层石灰岩组成 底部为山 西式铁矿 3 上石炭统太原组 c3t 灰白色铝纸泥 为本区主要含煤地层 k1砂岩至 k7砂岩底 厚度 75m 左右 由黑色 灰黑泥岩 粉砂岩 灰白色砂岩 灰色石灰岩及煤层组成 其中 5 9 10 11 煤层为稳定可采煤层 4 下二叠统山西组 p1s 为本区主要含煤地层 k7砂岩底至 k8砂岩底 厚度 21 00 34 85m 平均 26 35m 底部 k7 砂岩为灰白色中 细粒砂岩 石英为主 次圆状 分选中等 孔隙式胶结 层面含炭质及 百云母片 裂隙较发育 厚度 3 80 4 66m 平均 4 19m 下部由灰 灰黑色泥岩 粉沙岩火 灰白色砂岩及薄层菱铁矿组成 中部所含 2 煤层厚度大 含 0 1 层夹石 结构简单 为大部 稳定可采煤层 上部以灰 深色泥岩 粉沙岩夹砂岩 含 1 2 层不可采薄煤层 泥岩 粉沙 岩中含大量植物化石 5 下二叠统下石盒子组 p1x 本组地层按岩性特征分为上 下两段 1 下段 p1x1 k8 砂岩底至 k9 砂岩底 厚度 23 13 58 80m 平均 41 98m 由灰色 深灰色泥岩 粉沙岩夹 灰白色细 中粒砂岩及薄煤线组成 顶部一般发育 薄层含铝泥岩 底部 k8 砂岩为灰白色细 中粒砂岩 石英为主 次圆状 分选中等 层面含炭屑及白云母片 波状层理 厚度 0 02 15 80m 平均 3 81m 2 上段 p1x2 k9砂岩底至 k10砂岩底 厚度 34 67 81 85m 平均 51 23m 由灰绿色泥岩 粉沙岩 铝质 泥岩及灰色中 细砂粒岩组成 顶部铝质泥岩紫红色与灰绿色相间 具铁质鲕粒 底部 k9砂岩 为灰白色中 粗粒砂岩 石英为主 次圆状 分选中等 孔隙式胶结 含泥质包裹体 厚度 3 1 20 4 60m 平均 2 52m 6 上二叠统上石盒子组 p2s 本组地层按岩性特征分为下 中 上三段 1 下段 p2s1 k10砂岩底至 k12砂岩底 厚度 151 80 202 75m 平均 176 17m 以黄绿色 灰绿色粉沙 岩泥岩为主 夹灰绿色 紫色泥岩及灰绿色细砂岩 底部 k10砂岩为中粒砂岩 浅灰绿色 以 石英为主 长石次之 次圆状 分选中等 孔隙式胶结 厚度 4 80 10 88m 平均 8 22m 2 中段 p2s2 k12砂岩底至 k13砂岩底 本段只有 1 135 1 141 钻孔揭露 厚度平 183 50m 以紫 红色 黄绿色粉沙岩 泥岩为主 夹数层中 细粒砂岩 底部 k12砂岩为灰白色 黄绿色中 细粒长石石英砂岩 交错层理 3 上段 p2s3 k13砂岩底至 k14砂岩底 一般厚度 80 120m 灰绿色 紫红色泥岩 粉沙岩 中粒砂 岩为主 夹灰绿色细粒沙岩及薄层状砂质泥岩 铝质泥岩 上部含燧石结核 底部 k13 砂岩为 灰绿色中粗粒砂岩 泥质胶结 底部含细砾 7 上二叠统石干峰组 p2s3 以往钻孔揭露最大厚度 41 34m 以紫红色 浅红色粉沙岩 泥岩为主 灰红色细粒砂岩 泥岩中含钙质结核 8 第三系上新统 n2 由棕红 棕黄 灰绿色粘土 亚粘土 钙质结核 砂砾石层等组成 与下伏地层不整合接 触 9 第四系 q 中更新统 q2 为灰黄色亚粘土夹多层红褐色古土壤层 含钙质结核 上更新统 q2 为灰黄色亚砂土 亚粘土及砂砾岩 全新统 q4 为现代河流沉积的砂 砾 粘土等物质 本次施工的 26 个钻孔 新生界 q n 厚度 78 457 09m 二 含煤地层 本区含煤地层有下二叠统下石盒子组山西组及上石炭统太原组 下石盒子组中所含煤层不 具开采价值 山西组和太原组为本区的主要含煤地层 山西组和太原组地层总厚 113 75m 含 煤 8 层 煤层总厚 12 48m 含煤系数 11 其中可采煤层 6 层 可采煤层总厚 11 68m 现将 主要含煤地层叙述如下 1 上石炭统太原组 c3t 本组地层按岩性特征可分为上 中 下三段 1 下段 c3t1 k1砂岩至 k2石灰岩底 钻孔揭露厚度 17 80m 岩性特征 底部 k1石英砂岩为灰白色硅 质胶结 中 粗粒 其上为黑色泥岩 粉砂岩夹砂质泥岩 11 煤 10 煤间 上部常为灰白 色中粒砂岩 下部为粉砂岩和泥岩 含植物化石 10 煤 9 煤间为黑色泥岩 9 10 11 煤 层稳定可采 2 中段 c3t2 k2石灰岩底至 k4石灰岩顶 钻孔揭露厚度 32 60m 岩性特征 k2石灰岩为灰色 含蜿及 4 腕足类化石 具裂隙且被方解石脉充填 含燧石结核 k2石灰岩至 k3石灰岩间自上而下 由灰 色粉砂岩及深灰色细粒砂岩组成 顶部为 8 煤层 k3 石灰岩常含泥质 富含动物化石 上部 由灰 灰黑色粉砂岩及 7 煤层组成 富含植物化石 k4石灰岩一般泥质含量较高 多为泥灰 岩 厚度变化大 易相变 钻孔相变为 k5中粒砂岩 厚度达几十米 3 上段 c3t3 k4石灰岩顶至 k7石灰岩底 厚度 24 35m 岩性特征 下部由灰黑色粉砂岩 泥岩夹砂岩 组成 上部由黑色泥岩 砂质泥岩及 5 6 可采煤层组成 2 下二叠统山西组 p1s k7砂岩底至 k8砂岩底 厚度 21 00 34 85m 平均 26 35m 下部由灰黑色泥岩 粉砂岩 和灰白色中 细粒砂岩组成 含少量植物化石 中部夹 2 煤层 煤层厚度 1 30 4 20m 平 均 3 33 m 2 煤层之下普遍有一薄层菱铁矿 上部由泥岩和吵岩互层夹薄煤层 底部砂岩为灰 白色 中 细粒砂岩 石英为主 泥质胶结 分选中等 交错层理 三 地质构造 本区位于霍西煤田中南部 其构造体系处于祁吕贺山字型构造前弧东翼 吕梁山经向隆起 之东 霍山经向隆起之西 受其控制 310 水平北部主要构造方向为北东向 倾向南西 中部 南部主要构造方向近东西向 倾向南 地层倾角 1 118 钻孔南西月 8 左右 霍 3 钻孔附近为 6 左右 东北部 k4断魂以东为 2 左右 其余大部为 3 7 总体为一宽缓的背向斜 轴向倾向 nw 本次勘探未发现陷落柱 本区未见有岩浆岩侵入 5 图图 1 2 综合柱状图综合柱状图 地 层 系 统 累厚 米 层厚 米 最小 最大 平 均 柱 状 1 500 代 号 岩层名称及岩性描述 界 系 统组 全 新 统 上 更 新 统 上 中 更 新 统 更 新 统 上 二 叠 系 上 统 上 石 盒 子 组 石 炭 系 上 统 现代冲积层 低部为砾石 粉砂石 浅灰黄色 底部为砾石层 中灰一层黑色土壤层 赤峪村附近 发现打击良好的石器数件 粉砂土 砾层 浅灰黄色 赤上部含有古土壤 底部为砾石层 粉砂土 浅灰黄色 其中由一侵蚀面分为上下两部分 上部 以浅黄色细粉质土为主 夹3 4层发育较好的 古土壤 低部常见有以古石灰为主的砾石层 与其下 所有较老地层不整合接触 铜川侵蚀体 下部 黄色 浅棕黄色细粉质土 致密 中夹11 14层稍显红色的古土壤 砂质黏土 深棕黄色 致密 块状 夹3 5层古土壤 每层古土壤下均见有 灰白色钙质结核层 全层自北向南增厚 于下跑蹄以南低部见砾石层 粘土 上部 棕黄色 以粘土为主 也有变为砂质粘土 局部含砾石与中部是 一整合接触 有砾石 中部 棕色灰质粘土 含砾石 下部 灰白色淡水灰岩 泥灰岩 泥岩 粘土砂层 横向变化大 与下状基岩 为不整和接触 泥岩 砂岩 泥岩 棕黄色为主 局部灰黄色 紫色及黄绿色 呈条带 砂岩 不稳定 常变为砂质泥岩 粗砂岩 深绿色 以石英为主 颗粒明显 层间含砾石 顶部含铁质结构 含砾石 顶部含铁质结构 泥岩 砂岩 黄绿 灰绿 米黄色 上部为泥岩 带紫色斑点 含薄层铝土泥岩及铁錳矿层 中部为砂岩 石英质 下部较粗 中上部渐细 含云母片 斜层理发育 由南 向北变薄 节理发育含水 下部为泥岩 断层口光滑软 局部带紫色斑点 中夹细粒砂岩 砂质泥岩煤线 中细砂岩 灰白色 以石英为主 含云母绿色及黑色矿物 中夹有泥岩透 镜体 在横向上常有中粒砂岩变为细粒砂岩 砂岩泥岩 砂质泥岩互层 灰 灰黑色 顶部 粉砂岩 以石英为主 中部 泥岩 粉砂质泥岩 细砂岩互层 砂岩 第 四 系 丁 村 组 萨拉 乌苏 组 新 生 界 离 石 黄 土 下更 新统 五城 黄土 保 德 组 第 三 系 下 石 盒 子 组 二 叠 系 下 统 二 叠 系 上 古 生 界 山 西 组 太 原 组 石 炭 系 煤 半亮型煤为主 煤质优良 是低硫肥煤 煤层稳定 大部分在2 5 4 0m之间 砂岩 灰白色 石英为主 中细粒 煤 光亮型和半亮型 厚度变化大 属不可采煤层 泥岩粉砂岩互层 深灰色 局部含一层不稳定薄煤层6a 煤层 24 00 38 00 38 00 228 40 240 40 297 40 355 10 362 85 423 55 433 50 491 17 496 29 500 11 503 37 521 52 0 30 00 24 00 9 16 00 12 00 0 163 13 57 70 0 9 20 91 7 75 0 28 129 26 60 70 1 8 23 28 9 95 31 12 93 40 57 67 2 5 4 00 3 80 0 11 25 3 82 0 90 19 9 5 12 14 00 56 40 134 40 57 00 k8 2 k7 3 k5 砂质泥岩 砂质泥岩互层 灰 灰黑色 顶部 粉砂岩 以石英为主 中部 泥岩 粉砂质泥岩 细砂岩互层 砂质泥岩 k6粗砂岩 灰白色 石英为主 535 60 535 13 18 15 13 61 0 47 563 57 27 97 6 1 断层 1 霍山正断层 为区东部边界断层 走向 ne 倾向 nw 下采出露奥陶系地层 落差大约 1200m 2 f1 正断层 为 310 水平西部边界断层 走向 ne 倾向 nw 北端落差 30m 南端落差 100m 3 k2 正断层 位于区西部 在 310 水平之外 紧邻 310 水平总回风 走向 nee 倾向 se 落差为 50m 4 k3正断层 为 310 水平首带区轨道苍揭露断层 区内走向 ne 倾向 se 落差为 6 10m 5 f4正断层 为 310 水平回风巷揭露断层 走向 ne 倾向 se 分析落差 1 18 钻孔附近为 90m 向北 东方向减小为 60m 向南西方向直至西部边界 f1断层减小到 20m 6 f5 正断层 为霍 3 钻孔揭露煤层 东部走向 nw 倾向 sw 中部走向近东西向 倾向 s 西部走向 ne 倾向 se 据分析东部落差为 45m 西部落差为 20m 7 f6 正断层 为 310 水平南部边界断层 走向近东西向 西部转为 ne 向 倾向 s 推测落差为 20m 综上所述 井田总体构造为一宽缓的背向斜 倾角 3 7 左右 个别地方倾角稍大 除边界 及附近断层外 未发现陷落柱 本区未见有岩浆岩侵入 因此 310 水平构造属简单类 1 2 21 2 2 水文地质水文地质 一 区域水文地质 辛置井田地貌形态位于临汾盆地的北缘 东为霍山 最高峰老爷顶标高 2347m 由山麓向西 为倾斜黄土塬 东部边缘区属于霍山山前洪积扇下部地带 向西由于黄土冲沟的切割为沟梁相 间的地形 其排列方向大致为东西向 形成东部山区 中间丘陵台塬 向西为地势最低的河谷 地带 这就决定地下水的总流向 由东向西向汾河汇集 总的来说 地下水埋深沿流向方向由 深变浅 各种沟有大小不等泉水出露 基岩含系统的裂隙含水系统和岩溶含水系统 在东部及 南部与山前洪积扇含水层接触 接受其潜水的补给 地下水册东向西径流通过深部循环向西北 方向径游戏到郭庄排泄 郭庄泉位于霍州南 7km 处郭庄村的汾河谷中 山若干散泉形成的泉群 流量为 6 20m3 s 1990 年 泉水标高 516 521m 泉域面积 5000km2左右 井田位于泉的南约 6km 处 二 矿井水文地质 本次补勘主要目的层为 2 煤层 于主要对该区 2 煤层及以上地层进行揭露 且未布设专 门水文地质钻孔 水文地质方面公对上覆第三 四系冲击层和 2 煤层之上 k8砂岩进行分析 1 含水层 1 二叠系下统下石盒子组底部 k8砂岩裂隙含水层 k8位于下石盒子组底部 区内厚 0 20 15 80m 平均 4 09m 岩性为灰白色中细粒砂岩 多为钙质胶结 属 2 煤层直接充水含水层 东部和西部较厚 变化较大 中部则变薄 且变 化不大 层位稳定 全井田分布 裂隙发育程度不同 钻孔消耗量观测为 0 01 0 03m3 h 1 140 钻孔消耗量较大 也只有 0 12m3 h 因此 砂岩为含水性较弱裂隙含 7 水层 分析与钻进所用浓泥浆有关 据矿 310 水平现巷道揭露情况 出水水源为顶板淋水 出 水量小于 20m3 h 基岩风化带不超过 50m 未来开采 2 煤层后 上部孔隙 裂隙水会沿着风 化裂隙和塌陷裂隙进入矿坑 增大矿坑出水量 2 基岩古风化事裂隙含水层 据本次勘查钻孔岩芯鉴定 厚度不超过 50m 主要于煤层浅埋藏地带通过风化顶板直接入 渗到矿坑 煤层浅埋藏地带对 k8含水层产生补给 一般在留设基岩风化带防护煤柱的基础上 主要形成对 k8含水层的补给 因此 基岩古风化带裂隙水量属 k8出水量的组成部分 对矿坑 不会产生充水危险 3 第四系中更新统砂砾层孔隙 裂隙含水层 据本次钻孔测井资料 各钻孔下部均以砂砾层为主 间夹粉砂土 粘土 砾石层厚度不 均 说明冲积砂砾层层位不稳定 水平和垂向分布均差异巨大 空间上呈不连续展布 且与霍 山山麓补给区关系复杂 呈连续和不连续状态 补给存在巨大差异 从而决定了各层砂砾石含 水层含水性不含水和含水的不均一性 钻孔消耗量观测发现 第四系地层中 不同层段其消耗 量大不相同 有开孔消耗较大 有在中段消耗量变大 有的接近基岩段消耗量增大 消耗量变 化存在圈套差异 该含水层可视为一含水层组 主要于下部通过导水裂隙带和基岩风化带垂向 入渗矿坑 并成为矿坑总涌水量的组成部分 其水量尚缺乏宣的资料 但对矿坑不会产生充水 危险 孔隙水 主要分布于各沟谷和河床底部部 以砂砾及砾石为主要含水层 含水性视分布和 厚度不同而有很大差异 汾河谷则成为富水区段 单位涌水量为 2 0 388 1l s m 而在中部含 水层因厚度变薄 含水性明显减弱 向东为洪积扇含水层 含水性逐渐增大 孔隙水不会对矿 坑产生充水危险 2 隔水层 2 煤层至地表水之间的隔水层 是山致密的泥岩 粉砂岩组成 厚度一般几十米或达到百 米以上 其间夹有砂岩含水层 均被泥岩 粉砂岩隔水层阻断水力联系 因此 2 煤层与其以 上含水层 风化裂隙水及地表水一般不发生水力联系 2 煤层之下至 k 吵岩段 主由泥岩和粉 砂岩组成 起到很好的隔水作用 2 煤层不会与下部含水层发生水力联系 3 水文地质类型 k8砂岩为 2 煤层顶板直接充水含水层 一般裂隙不甚发育 含水性较弱 因此 水文地 质条件为简单类型 三 矿井充水因素分析 主要可采 2 煤层以顶板 k8砂岩充水分为 其次是开采过程中产生的塌陷裂隙带 局部地 带基岩厚度变薄于基岩风化带及上部砂岩含水体发生水力联系 补给 k8砂岩含水层而进入巷道 四 矿井涌水量 根据霍州煤电集团辛置煤矿提供的资料 南区 310 水平预计 2 煤层涌水量 250 350m3 h 地质报告未提正常和最大涌水量 公有预计涌水量 1 2 31 2 3 其他有益矿物其他有益矿物 位于井田本溪群下部的山西式铝土矿 井田南部铝土矿质量低劣 无经济 北部南垣井田资料 质量较 好 局部质量符合作耐火材料 但埋藏深无开采价值 8 1 31 3 煤层特征煤层特征 1 3 11 3 1 煤层煤层 本井田内含 煤地层自上而下有二叠系山西组和石炭系太原群 开采煤层 6 煤层总厚度 9 14m 东区二叠系地层被肃蚀 井田稳定可采为 2 9 10 11 煤层 本次设计只考虑开采 2 煤层 可采煤层特征见表 1 2 2 煤层发育情况及煤层顶底板岩性特征简述如下 2 煤层 位于山西组中部 上距 k8 砂岩 7 11m 煤层厚充 1 30 4 20 平均 3 33m 中部含 0 2 层夹矸 夹矸厚度 0 0 55m 平均 0 18m 层位稳定 厚度变化不大 煤层结构简单 为稳定可采煤层 顶板岩性主为泥岩 少量砂岩 砂质泥岩 底板岩性主为泥岩 次为粉砂岩 少量砂岩 砂质泥岩 在 1 97 钻孔附近出现小范围的不可采区 应属 f4 断层影响所致 2 煤层为全水平可采的稳定煤层 2 煤层整体由东向西增厚 1 131 煤厚只有 1 30m 其直接底板为破碎带 分析可能为小怕层面影响到煤厚变化 煤的风氧化 该区东北角 2 煤层露头 根据煤矿开采的实际情况 煤的风氧化界线圈定 原则为由煤层露头向区内水平推算 200m 1 3 21 3 2 煤质煤质 一 物理性质 2 煤层呈油脂光泽 科带一线理状结构 主要由亮煤组成 含少量净煤和丝煤的线理及透 镜体 属半亮型煤 断口平坦状 节理发育中等 半坚硬 二 化学性质 1 工业分析 1 水分 2 煤层原煤空气干燥基水分含量介于 0 26 1 78 之间 平均 0 18 浮煤空气干燥基水 分含量介于 0 30 1 33 之间 平均 0 71 2 灰分 2 煤层原煤干基灰分介于 11 65 20 71 之间 平均 16 97 属低中灰煤 浮煤干基灰分 介于 4 89 10 45 之间 平均 7 60 3 挥发分 浮煤干燥无灰基挥发分介于 27 60 37 24 之间 平均 32 33 2 有害元素 1 硫 2 煤层原煤干基全硫含量介于 0 28 0 87 之间 平均 0 45 属特低硫煤 浮煤干基全 硫含量介于 0 31 0 665 之间 平均 0 43 2 磷 2 煤层原煤干基磷含量介于 0 007 0 028 之间 平均 0 017 属低磷煤 3 砷 2 煤层煤砷含量极微 小于或等于 1ppm 9 4 氟 2 煤层原煤氟含量介于 84 168ppm 平均 107ppm 5 氯 2 煤层原煤氯含量介于 0 038 0 083 平均 0 061 三 煤的工艺性能 1 煤的发热量 2 媒层原煤干燥无灰基弹筒发热量介于 28 650 36 180mj kg 之间 平均 29 260mj kg 该 煤层属高热质煤 2 煤的粘结性及结焦性 2 煤层粘结指数介于 83 98 之间 平均 89 胶质层最大厚度介于 19 5 32 0mm 平均 24 0mm 焦炭特征为完全熔合状态及 之山型 和 山型 体积曲线类型 则该煤层具有较强的粘 结性和良好的结焦性 四 煤类及工业用途 1 煤类 根据 中国煤炭分类国家标准 gb5751 86 划分 2 煤层精煤干燥无灰基挥发介于 27 60 37 24 之间 粘结指数介于 83 98 之间 胶质层最大厚度介于 19 5 32 0mm 之间 则该煤层可划分为肥煤 1 3 焦煤 气煤和焦煤 2 工业用途 2 煤层属低中灰 特低硫 低磷 高热质 强粘结性 是很好的煤炼焦用煤 1 3 31 3 3 瓦斯与煤尘瓦斯与煤尘 一 瓦斯 1 矿井瓦斯 据煤矿瓦调查结果 辛置矿南区 360 水平 2004 年瓦斯调查结果为 绝对瓦斯涌出量为 6 20m3 t d 属低瓦斯矿井 但在生产过程中要加强通风 以防瓦斯聚集 引起爆炸 2 煤层瓦斯 本次补勘在钻孔中均取了 2 煤层瓦斯样 测试结果 甲烷含量介于 0 00 4 50ml 平均为 0 88 g 可燃煤 属低沼气 但也有个别点达到高沼气 自然瓦斯成分中甲烷含量为 0 00 89 53 平均为 49 66 二氧化碳含量为 0 23 07 平均为 5 22 氮气含量为 6 22 99 99 平均为 44 97 则该煤层中瓦斯成份主要为氮气和甲烷 瓦斯分带有二氧化碳 氮气带 氮气 沼气带和沼气带 中部钻孔一线为二氧化碳 氮气带 该线两侧为氮 气 沼气带 在 310 水平划定范围的南 北两侧边界处分布有一定范围的沼气带 特别是在 北侧 310 水平总回风巷开拓过程中一定要加大通风量 防止瓦斯聚积 二 煤尘 煤尘爆炸性及煤的自燃倾向性未做取样试验 根据 2 煤层煤样化验结果 按上式计算爆炸指数 结果为 36 44 所以 2 煤层具爆炸性危险 100 100 admad vdaf 10 2 2 井田境界与储量井田境界与储量 2 12 1 井田境界井田境界 2 1 12 1 1 井田界限井田界限 在煤田划分为井田时 要保证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 煤田划分 为井田的原则 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 褶曲 等 4 合理规划矿井开采范围 处理好相邻矿井的关系 2 1 22 1 2 井田尺寸及概况井田尺寸及概况 霍州矿区位于山西省临汾地区北缘 霍西煤田中部 北距太原市 209km 南距临汾市 65km 辛置井田位于霍县矿区北部 距霍州市 15km 310 水平西起 f1 断层 东至霍山断层 北以 310 水平回风巷与 f4 断层为界 南至北焦家 垣至珊垣村南一线以 f6 为一倾向南东的正断层 断层界 东北以 2 煤层露头为界 走向长度 为 5 15km 8 23km 平均走向长度为 6 97km 倾向宽大约为 7 23km 该水平面积 50 45km2 本井田内含煤地层自上而下有二叠系山西组和石炭系太原群 开采煤层 6 煤层总厚度 9 14m 东区二叠系地层被肃蚀 井田稳定可采为 2 9 10 11 煤层 本次设计只考虑开采 2 煤层 2 煤层位于山西组中部 上距 k8 砂岩 7 11m 煤层厚充 1 30 4 20 平均厚度 3 33m 煤层倾角为 7 2 22 2 矿井工业储量矿井工业储量 2 2 12 2 1 矿井地质资源量计算及参数矿井地质资源量计算及参数 矿井地质资源量计算公式一般为 zz s m cos 式 2 1 其中 zg 矿井地质资源量万 t s 井田水平面积 km2 m 煤层的厚度 m 煤的容重 t m3 煤层倾角 煤 层 容 重 表 单位 t m3 煤层2 容重 1 35 因此矿井地质资源量为 zz 50450000 3 3 1 35 cos3 7 22933 78 万 t 2 2 22 2 2矿业工业资源矿业工业资源 储量计算储量计算 根据钻孔布置 在矿井地质资源量中 60 探明的 30 控制的 10 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 则矿井工业储量可用下式计算 11 zg g z11b 11b z122b122b z2m112m11 z2m22m22 z333333 2 1 式中 zg g 矿井工业资源 储量 z11b 11b 探明的资源量中经济的基础储量 z122b 122b 控制的资源量中经济的基础储量 z2m11 2m11 探明的资源量中边际经济的基础储量 z2m22 2m22 控制的资源量中经济的基础储量 z333 333 推断的资源量 k 可信度系数 取0 7 0 9 地质构造简单 煤层赋存稳定的矿井 k值取0 9 地 质构造复杂 煤层赋存较稳定的矿井 k取0 7 该式取0 8 z11b 11b 22933 78 60 70 9632 19万t z122b 122b 22933 78 30 70 4816 09 万 t z122b 122b 22933 78 60 30 4128 08 万 t z2m22 2m22 22933 78 30 30 2064 07 万 t z333 333k 22933 78 10 0 8 1834 70 万 t 故 zg g z11b 11b z122b122b z2m112m11 z2m22m22 z333333 9632 19 4816 09 4128 08 2064 07 1834 70 22475 13 万 t 2 32 3 矿井可采储量矿井可采储量 计算矿井设计资源 储量需要考虑断层煤柱 井田边界保护煤柱 地面建筑物煤柱等永久煤柱的损失量 之和 2 3 12 3 1 井田边界保护煤柱井田边界保护煤柱 根据超化矿的实际情况 井田边界保护煤柱取 30宽 则井田边界保护煤柱的损失按下式计算 m 2 2 rmlhp 式中 p 井田边界保护煤柱损失 万 t h 井田边界煤柱宽度 30m l 井田边界长度 28965 m m 煤层厚度 二1煤层平均为 3 3m r 煤层容重 二1煤为 1 35t m3 代入数据得 tp万12 3871035 1 3 32896530 4 2 3 22 3 2 断层煤柱断层煤柱 12 按断层落差大小两侧各留一定水平宽度的安全煤柱 具体留设方法见表 2 4 表表 2 12 1 断层保护煤柱留设方法断层保护煤柱留设方法 断层落差 h留设尺寸 h 50m 50m 30m h 50m 30m h 30m不留设煤柱 综合考虑断层平均留 30m 保护煤柱 则断层保护煤柱量为 z 5150 30 3 3 1 35 2 137 66 万 t 2 3 32 3 3 工业场地煤柱工业场地煤柱 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 表表 2 22 2 工业广场占地面积指标表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 0 1 2 1 81 2 0 45 0 91 5 0 09 0 31 8 矿井井型设计为 1 8mt a 因此由表 2 2 可以确定本设计矿井的工业广场为 18 1 2 21 6 104m2 取 工业广场的尺寸为 500 m 432m 的长方形 工业广场所在位置煤层倾角为 3 7 其中心处埋藏深度为 300m 该处表土层厚度为 297 m 主井 副井 地表建筑物均布置在工业广场内 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 15m 宽的围 护带 本矿井的地质条件及冲积层和基岩移动角见表 2 3 表表 2 32 3 地质条件 冲积层及岩层移动角地质条件 冲积层及岩层移动角 煤层倾 角 煤层厚 度 m 风积沙 层厚度 m 3 73 34045737575 工业广场压煤计算示意图如图 2 3 所示 13 图图 2 32 3 工业广场保护煤柱示意图工业广场保护煤柱示意图 根据以上条件和方法 可以求出工业广场所占煤柱面积为 161 83 cos7 163 04 万 m2 则工业广场的保护煤柱量为 i zsmr 2 3 式中 zi 工业广场煤柱量 万 t m 煤层平均厚度 m s 工业广场压煤面 km 则 z 163 04 3 3 1 35 726 34 万 t 矿井的可采储量按下式计算 zk zg p 式 2 7 c 式中 zk 矿井的可采储量 mt zg 矿井的工业储量 mt p 保护工业场地 井筒 井田境界 断层 河流 湖泊 建筑物等留设的永久煤柱损失量 c 采区采出率 厚煤层不低于 0 75 中厚煤层不低于 0 80 薄煤层不低于 0 85 本矿取 0 75 则 zk 22475 13 387 12 137 66 726 34 0 80 100 170mt 3 3 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 3 13 1 矿井工作制度矿井工作制度 error error nono bookmarkbookmark namename given given 按照 煤炭工业设计规范 规定 矿井设计生产能力按年工作日 330d 计算 每天净提升时间为 18 h 矿井采用 四六 制工作制度 三班生产一班检修 每班工作六个小时 3 23 2 矿井设计生产能力及服务年限矿井设计生产能力及服务年限 14 3 2 13 2 1 确定依据确定依据 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 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 23 2 2 确定矿井设计生产能力确定矿井设计生产能力 本矿井井田储量丰富 煤层赋存稳定 煤层属中厚煤层 厚度变化不大 煤层倾角小 平均 倾角 3 7 为近水平煤层 开采条件较简单 交通运输便利 市场需求量大 宜建大型矿井 初步确定本矿井的设计生产能力为 1 8mt a 3 2 33 2 3 矿井的服务年限矿井的服务年限 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 百万 t a 设计生产能力 百万 t k 矿井储量备用系数 取 1 4 则 矿井服务年限为 z zk a k 170 1 8 1 40 67 5a 符合 煤炭工业矿井设计规范 要求 4 4 井田开拓井田开拓 4 14 1 井田开拓的基本问题井田开拓的基本问题 井田开拓是指在一个某井田范围内 为矿井和开采水平服务所进行的巷道布置及开掘工程 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 要技术上可行 经济上合理 生产上安全高效 井田开拓的内容包括 井筒形式 数目 位置 开采水平划分 大巷布置 准备方式等 开拓问题解决的好坏 关系到整个矿井生产的长远利益 关系到矿井的基建工程量 初期 投资和建设速度 从而影响矿井经济效益 因此 在确定开拓方式是要遵循以下原则 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 k z t a k 15 4 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的状态 5 要适应当前国家的技术水平和设备供应情况 应为采用新技术 新工艺 发展采煤机 械化 综合机械化 自动化创造条件 6 根据用户需要 应照顾到不同媒质 煤种的煤层分别开采 以及其它有益矿物的综合 开采 4 1 14 1 1 确定井筒形式 数目 位置及坐标确定井筒形式 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 具体见表 4 1 本矿井煤层倾角小 平均 3 7 为近水平煤层 表土层厚约 297m 无流沙层 水文地质情 况简单 涌水量较小 井筒不需要特殊施工方法 因此需采用立井开拓 表表 4 1 井筒形式比较井筒形式比较 井筒形式优点缺点适用条件 平硐 1 运输环节和设备少 系统简单 费用低 2 工业设施简单 3 井巷工程量少 省去排水设备 大大减少了 排水费用 4 施工条件好 掘进速度快 加快建井工期 5 煤炭损失少 受地形影响特别大 有足够储量的 山岭地带 斜井 与立井相比 1 井筒施工工艺 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 2 地面工业建筑 井筒装备 井底车场简单 延伸方便 3 主提升胶带化有相当大提升能力 能满足特 大型矿井的提升需要 4 斜井井筒可作为安全出口 与立井相比 1 井筒长 辅助提 升能力小 提升 深度有限 2 通风线路长 阻 力大 管线长度 大 3 斜井井筒通过富 含水层 流沙层 施工复杂 井田内煤层埋 藏不深 表土 层不厚 水文 地质条件简单 井筒不需要特 殊法施工的缓 斜和倾斜煤层 立井 1 不受煤层倾角 厚度 深度 瓦斯和水文地 质等自然条件限制 2 井筒短 提升速度快 对辅助提升特别有利 3 当表土层为富含水层的冲积层或流沙层时 井筒容易施工 4 井筒通风断面大 能满足高瓦斯 煤与瓦斯 突出的矿井需风量的要求 1 井筒施工技术复 杂 设备多 要 求有较高的技术 水平 2 井筒装备复杂 掘进速度慢 基建投资大 对不利于平硐 和斜井的地形 地质条件都可 考虑立井 2 井筒位置的确定 井筒位置选择要有利于减少初期井巷工程量 缩短建井工期 减少占地面积 降低运输费 16 用 节省投资 要有利于矿井的迅速达产和正常接替 因此 井筒位置的确定原则 1 沿井田走向的有利位置 当井田形状比较规则而且储量分布均匀时 井筒的有利位置应在井田走向中央 当井田储 量呈不均匀分布时 应布置在储量的中央 以形成两翼储量比较均匀的双翼井田 可使沿井田 走向的井下运输工作量最小 通风网路较短 通风阻力小 2 井筒沿井田倾斜方向的有利位置 井筒位于井田浅部时 总石门工程量大 但第一水平及投资较少 建井工期短 井筒位于 井田中部时 石门较短 沿石门的运输工程量较小 井筒位于井田的下部时 石门长度和沿石 门的运输工作量大 如果煤系基底有含水量大的岩层不允许井筒穿过时 它可以延伸井筒到深 部 对开采井田深部及向下扩展有利 从井筒和工业场地保护煤柱损失看 井筒愈靠近浅部 煤柱尺寸愈小 愈近深部 煤柱尺寸愈大 因此 一般井筒位于井田倾向方向中偏上的位置 3 有利于矿井初期开采的井筒位置 尽可能的使井筒位置靠近浅部初期开采块段 以减少初期井下开拓巷道的工程量 节省投 资和缩短建井工期 4 地质及水文条件对井筒布置影响 要保证井筒 井底车场和硐室位于稳定的围岩中 应尽量使井筒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 煤与瓦斯突出的煤层 较软的煤层及高应力区 5 井口位置应便于布置工业广场 井口附近要布置主 副井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 连接 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 尽量避免穿过村 镇居民区 文物古迹保护区 陷落区或采空区 洪水浸入区 尽量避免桥涵工程 尤其是大型 桥涵隧道工程 6 井口应满足防洪设计标准 附近有河流或水库时要考虑避免一旦决堤的威胁及防洪措施 由于本井田倾角平缓 厚度变化小 且距离东部国道近 故把井筒置于井田中央 即工业 场地之中 3 井筒数目 为了满足井下煤炭的提升 需设置一主井 辅助提升及进风设置一副井 因为用主井回风 存在主井漏风严重的问题 所以不安排主井进回风 井田面积较大 表土层厚度大 不宜用边 界式通风 因此设置中央回风井 用于前后期回风 共计三个井筒 4 1 24 1 2 工业场地的确定工业场地的确定 工业场地的位置选择在主 副井井口附近 工业场地的形状和面积 根据表 2 3 工业场地占地面积指标 确定地面工业场地的占地面 积为 21 6 公顷 形状为矩形 长边垂直于井田走向 根据制图规范 1 10000 的图按500m x432 m绘制 4 1 34 1 3 开采水平的确定开采水平的确定 根据井田条件和 煤炭工业设计规范 的有关规定 设置 2 个水平 水平划分的依据 1 是否有合理的阶段斜长 2 阶段内是否有合理的带区数目 3 要保证开采水平有合理的服务年限和足够的储量 17 4 要使水平高度在经济上合理 井田内所采煤层为 2 号煤层 设计中针对 2 号煤层倾角平缓 平均倾角为 3 7 为近水平煤层 设计为 两个水平开采 矿井可采储量 170mt 设计矿井生产能力为 1 8mt a 4 1 44 1 4 开拓方案比较开拓方案比较 1 提出方案 方案一 立井一水平开拓 方案二 立井两水平暗斜井延深 方案三 立井两水平直接延深 2 方案二和方案三比较 表表 4 2 方案二与方案三粗略估算费用表方案二与方案三粗略估算费用表 单位 万元