煤与瓦斯突出矿井毕业设计.doc

河南理工大学万方科技学院毕业设计（论文）煤与瓦斯突出矿井毕业设计目录1 引 言11.1 设计的目的与意义11.2 设计依据21.3 设计的指导思想21.4 设计的主要技术方法32 矿井概况42.1 井田概况42.1.1 位置与交通42.1.2 地形地貌52.1.3 水文52.1.4 气候52.1.5 地震62.2 井田地质特征62.2.1 地层62.2.2 构造92.2.3 煤层122.2.3.1 石炭系上统太原组122.2.3.2 二叠系142.2.4 煤层顶底板岩性及稳定性152.2.5 煤层瓦斯、自然及爆炸倾向性182.2.5.1 瓦斯182.2.5.2 煤尘192.2.5.3 煤的自燃倾向性202.2.5.4 水文地质202.3 矿井开拓、开采概况212.3.1井田境界212.3.2 矿井资源/储量212.3.2.1资源储量估算结果212.3.2.2矿井服务年限212.3.3 井田开拓222.3.3.1 井田开拓方式222.3.3.2 水平划分232.3.3.3 井田回采工艺232.4 矿井通风系统概况273 矿井瓦斯赋存情况293.1煤层瓦斯基本参数293.1.1 煤层瓦斯压力293.1.2 煤层瓦斯含量293.1.3 煤层透气性系数303.1.4 钻孔瓦斯流量衰减系数313.2 二水某层瓦斯储量313.3 二水平丁一采区瓦斯涌出量预测323.4 二水平可抽瓦斯量及可抽期373.4.1可抽瓦斯量373.4.2瓦斯抽采量计算373.4.3瓦斯抽采率383.4.4瓦斯可抽期404 瓦斯抽采的必要性和可行性论证414.1 瓦斯抽采的必要性414.1.1 规定414.1.2 通风处理瓦斯量核定424.2 瓦斯抽采的可行性425 抽采方法445.1 规定445.2 丁一采区瓦斯来源分析455.2.1 分析依据455.2.2 分析结果455.3 抽采方法选择465.3.1 本煤层瓦斯抽采方法465.3.2 邻近层瓦斯抽放方法475.3.3 采空区瓦斯抽采方法475.3.4 其它情况475.4 钻孔及钻场布置485.5 丁一采区抽采设计495.5.1 丁一采区瓦斯构成分析495.5.2 丁一采区抽采方案的确定495.5.2.1 掘进工作面瓦斯抽采495.5.2.2 回采工作面本煤层采前瓦斯抽采515.5.2.3 回风巷顶板走向高位钻孔抽采525.5.2.4 采空区埋管抽采545.6 封孔方法555.6.1 封孔材料555.6.2 封孔长度566 瓦斯抽放管路系统及设备选型576.1 抽放管路选型及阻力计算576.1.1规定576.1.2 阻力计算586.1.2.1 瓦斯抽放管径选择586.1.2.2 管路摩擦阻力计算606.1.2.3 管道局部阻力计算616.2 瓦斯抽放泵选型636.2.1 规定636.2.2 选型636.2.3 计算方法636.2.4 瓦斯泵类型656.3 辅助设备676.3.1瓦斯抽采管路附属装置686.3.2瓦斯抽采泵站主要附属设施配备707 经济概算737.1 编制依据737.2 费用概算范围737.2.1 投资范围737.2.2 概算结果737.3 技术经济分析与评价738 安全技术措施758.1 抽放系统及井下移动抽放瓦斯泵站安全措施758.2 地面抽放瓦斯站安全措施的要求758.3 抽采系统及抽采泵站的安全措施778.3.1 抽采系统安全措施778.3.2 抽采泵站安全措施778.4 安全管理措施78致 谢79参考文献801 引 言平顶山天安煤业股份有限公司六矿为一座生产矿井，是平顶山天安煤业股份有限公司的大型骨干矿井之一。该矿1958年破土动工,1970年正式投产，设计生产能力90万吨/年，2007年矿井核定年生产能力320万t，实际生产原煤329万t，井田内剩余储量服务年限为36年。现主要开采丁、戊煤层，该矿矿井井田面积29.47平方公里，工业资源/储量为23735万t，可采储量为 16202.9万t。矿井采用分区与中央并列混合式通风方式，抽出式通风方法。2005年被鉴定为突出矿井。矿井现采用立、斜井多水平混合开拓方式，开采方法均采用走向长壁下行垮落采煤法，采煤工艺为综采和综掘。为贯彻执行党和国家的“安全第一, 预防为主，综合治理”的安全生产方针和国家安全生产监督管理局制定的“先抽后采, 以风定产, 监测监控”的煤矿安全生产管理方针, 该矿已在井下安装了为回采工作面服务的移动式瓦斯抽放泵站和与其相配套的瓦斯抽放系统，抽出的瓦斯直接排放到矿井的回风系统中。随着矿井瓦斯涌出量的增大，总回风的瓦斯浓度较高，另外，井下移动泵站的管理也比较复杂。对某六矿进行瓦斯抽采设计，建立地面抽放泵站是非常必要的和可行的。1.1 设计的目的与意义本设计是在完成本科教学的全部学习任务之后所进行的一次综合性学科设计，此次设计可以将我们所学的关于煤矿方面的专业基础知识，如煤矿地质学、煤矿开采学、通风安全学、矿井瓦斯防治、矿井灾害防治理论与技术等方面的知识进行系统性的学习和巩固，从而将我们所学到的理论知识拓展到更高一个层次。通过此次设计，我们可以进一步熟悉和掌握矿井生产的各个系统以及各个系统之间的协调关系；同时我们也可以对目前国内外煤矿行业的生产与安全有一个初步的认识与了解。通过此次设计，我们可以培养自己遇到问题独立思考的习惯，以及提升我们分析问题、解决问题的能力，可以将所学的理论知识很好地与实际生产相结合。某六矿是一个煤与瓦斯矿井，矿井瓦斯问题不仅直接威胁着矿井工作人员的生命安全，而且也间接制约着该煤矿企业经济效益的增长。而通过对该矿井进行瓦斯抽采，一方面可以在一定程度上遏制煤层瓦斯的突出，给矿井工作人员提供一个相对安全的工作环境，另一方面可以将瓦斯这种优质资源加以合理利用，给该企业带来可观的经济效益，同时也降低对环境的污染具有良好的环境效益。1.2 设计依据煤矿瓦斯抽采规范（AQ1027-2006），中华人民共和国安全生产行业标准，2006； 煤矿瓦斯抽采工程设计规范(GB50471-2008)，中华人民共和国国家标准，2008； 矿井瓦斯抽采管理规范，中华人民共和国煤炭工业部，1997；煤矿安全规程，国家煤矿安全监察局，2011；煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ1026-2006），国家安全生产监督管理总局，2006；煤炭工业矿井设计规范(GB50215-2005)，中华人民共和国国家标准，2005；防治煤与瓦斯突出规定，国家安全生产监督管理总局和国家煤矿安全监察局，2009。1.3 设计的指导思想当前和今后一个时期煤矿瓦斯治理工作，要深入贯彻科学发展观，坚持“以人为本”和“安全发展”，坚持“安全第一，预防为主，综合治理” 的安全生产工作方针和“先抽后采、监测监控、以风定产”的瓦斯治理工作方针，着力建立“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”的瓦斯治理工作体系。某六矿矿作为一个突出矿井，在结合自身开采技术条件的情况下，依靠科技进步，加大安全投入，在地面建立了永久抽放瓦斯系统和井下临时抽放瓦斯系统，多措并举，应抽尽抽，从而保证“抽、掘、采”平衡、效果达标。具体指导思想为以下几个方面：严格按照矿井瓦斯抽采的相关规定进行设计，保证矿井瓦斯抽采系统安全可靠，确保矿井安全生产；在符合规范要求，满足使用的前提下，尽可能降低成本，节省工程投资；尽量利用原有的巷道、管道，少增加开拓费用；设备、管材选型留有余地，能满足矿井改扩建后的需求；采用较先进瓦斯抽采工艺技术，且符合实际。1.4 设计的主要技术方法本次设计主要分四个阶段进行：前期对已收集矿井的相关原始资料进行整理，并借助网络工具查阅相关于瓦斯流动规律和瓦斯抽采相关方面的书籍和文献。中期开始按照大纲要求着手做毕业设计，设计内容要求真实可靠。在设计过程中要利用好网络和图书馆这两个工具，若遇到有疑问的地方要及时与指导老师进行交流或向其请教。后期对设计内容进行进一步整理和完善，并完成相关图纸的绘制任务。之后，将设计初稿交予指导老师，请其进行悉心修改并提出宝贵建议。最后，将指导老师反复修改过后的设计进行最终完善，装订成册，并对设计内容进一步熟悉，为答辩做好准备。2 矿井概况2.1 井田概况2.1.1 位置与交通工业广场位于平顶山市西北龙山南坡，距市区约8Km，有市1路、33路公交车直通矿工业广场。矿区专用铁路经井口分别在宝丰、焦店与国铁接轨。平顶山火车站向东至漯河孟庙火车站约70Km与京广线相接，向西至宝丰火车站约28Km与焦枝线相接。以平顶山市为中心，分别有高速公路、高等级公路通往许昌、郑州、南阳、洛阳等市，与临近县、乡均有公路相通，交通极为便利，见图2-1。图2-1 六矿交通位置图2.1.2 地形地貌平顶山矿区地处汝河以南、沙河以北的低山丘陵地带。自西向东有红石山、龙山、擂鼓台、落凫山、平顶山、马棚山等组成的地表分水岭，山脊呈北西走向，南坡较陡，北坡较缓。矿井位于其西部，井田内最高点龙山，标高+464.24m，最低点吴庄村，标高+128m。相对高差336.24m，工业广场及主、副井位于龙山南坡，基本为一北高南低的单面山地貌。2.1.3 水文井田内地表水体不发育，外围南部有沙河和白龟山水库，北部有汝河，均呈北西至南东流向，在岔河附近两河汇合，属淮河水系。河流流经平原区，河床宽阔，坡度平缓。沙河，最大流量为3300 m3/s，旱季流量为0.8 m3/s；汝河距井田边界9.5km，洪峰流量为3000 m3/s，旱季流量为0.28 m3/s，最高水位为标高83.79m。2.1.4 气候区内属暖温带大陆性半湿润季风气候，夏季炎热，冬季寒冷，四季分明，据平顶山气象站历年资料：气 温：最高气温42.6（1966年7月19日），最低气温-18.8（1955年1月30日），历年平均气温为14.9。冰冻期一般为11月至次年3月，最大冻土深度140mm（1977年1月30日）。降水量：年最大降水量1461.6mm（2000年），最小降雨量373.9mm（1966年），年平均降水量742.6mm，月最大降水量481.3mm（2000年7月）。最大连续降水天数9天（1964年4月13日21日）。雨季集中在7、8、9三个月。最大积雪厚度220mm。蒸发量：年最大蒸发量2825mm（1959年），最小蒸发量1490.5mm（1964年）。月最大蒸发量408.9mm（1959年7月），月最小蒸发量40.7mm（1957年1月）。蒸发量大于降雨量。风 速：常年主要风向为北东向，最大风速24m/s，平均风速2.8m/s。2.1.5 地震据历史记载，河南省有史以来的八次地震中，七次对本区有较大的影响，其中，破坏性较大的有：1556年叶县地震和1820年4月4日许昌县东北乡发生的大地震。根据国家地震区划资料，本区属地震烈度度区。2.2 井田地质特征2.2.1 地层井田位于李口向斜的南西翼，平顶山矿区中西部，为一向北偏西倾斜的单斜构造，地表除龙山一带有二叠系上统石千峰组平顶山砂岩有出露外，大部被第四系覆盖，经钻探揭露和邻区资料，地层自下而上有：寒武系、石炭系、二叠系、三叠系和第四系。其中，寒武系构成上伏煤系地层石炭、二叠系的基底。 a 寒武系（）（1）中统徐庄组（2x）下部为灰、青灰色中厚层状泥质条带灰岩、白云质灰岩、鲕状白云质灰岩与黄绿色砂质泥岩；底部为褐色海绿石石英细砂岩；中部为灰深灰色中层状泥质条带白云质灰岩，鲕状白云质灰岩与黄绿色砂质泥岩互层；上部主要为灰深灰色厚层状灰岩，间夹绿色页岩、鲕状灰岩、致密灰岩及含海绿石砂岩和灰岩，厚50250m。（2）中统张夏组（2Zh）下部主要为灰深灰色厚层鲕状灰岩，间夹致密块状灰岩、泥质条带灰岩、豆状灰岩；上部主要为深灰色厚层状白云质灰岩、具不明显鲕状灰岩。厚60220m。（3）上统崮山组（3g）主要为灰深灰色厚层状白云质灰岩，具不明显细鲕状结构，顶部风化后呈灰黑色，钻孔揭露厚度大于30m。b 石炭系（C）（1）本溪组（C2b）底界自寒武系灰岩顶面，顶界止于太原组L7灰岩底面，厚1.016.5m，平均5.53m，上部主要为灰灰白色，具豆状及鲕状结构铝土泥岩；下部为紫褐色斑块状铝土泥岩，含黄铁矿结核，局部地段硫铁矿富集成矿。同下伏寒武系崮山组呈平行不整合接触。（2）太原组（C2t）自铝土泥岩顶面止黑色海相泥岩或L1、L2灰岩顶面，地层厚5072m，平均厚62.6m，底界自铝土质泥岩底面，顶界止于黑色海相泥岩或L1、L2灰岩顶面，主要由深灰色灰岩、泥质粉砂岩、泥岩、砂岩和煤层组成，间夹薄层菱铁质泥岩和含海绵骨针化石的硅质泥岩。含灰岩411层，常见7层；含煤513层，其中，仅一5（庚20）煤层可采。c 二叠系(P)发育地层主要有：下统山西组与下石盒子组及上统上石盒子组和石千峰组，主要由陆源沉积的砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层组成，厚860m左右，为区内主要含煤地层。（1）下统(P1)山西组(P11)底界自黑色海相泥岩或L1、L2灰岩顶面，顶界止于砂锅窑砂岩底面，主要由浅灰色细粒砂岩、粉砂岩和深灰色砂质泥岩和煤层组成。含煤45层，其中二1、二2（己1617、己15）为区内主要可采煤层。顶部常见紫斑泥岩(小紫泥岩)。厚87114m，平均厚105.3m，与下伏地层呈整合接触。下石盒子组(P12)自砂锅窑砂岩底面止田家沟砂岩底面。下部为紫红、暗紫色泥岩、粉砂岩(大紫泥岩)及细中粒砂岩；中上部为深灰色泥岩、粉砂岩、砂质泥岩、砂岩和煤层组成。含煤1220层其中可采和局部可采煤层46层。厚284311m，平均厚304.4m，与下伏地层呈整合接触。（2）上统(P2)上石盒子组(P21)自田家沟砂岩底面止平顶山砂岩底面。主要为灰灰绿色泥岩、粉砂岩、砂质泥岩、砂岩及薄煤层。含煤615层，均不可采。中部含有硅质海绵骨针岩，横向分布稳定，地表特征明显，是对比上石盒子组可靠标志之一。厚295334m，平均321m，与下伏地层呈整合接触。（3）石千峰组(P22)自平顶山砂岩底面止“小红斑”砂岩底面。下部为浅灰、灰白及肉红色中粗粒长石石英砂岩(俗称平顶山砂岩)，夹薄层粉砂及细砂岩，底部常见有510m含砾粗砂岩及0.20.3m透镜状或薄层状铁质砂岩。碎屑颗粒分选磨圆中等，粒度自下而上由粗变细，具平行和大型斜层理。厚109.23134.95m，平均122.8m。在龙山分水岭一带有出露，节理裂隙发育，岩石较破碎；中上部主要为砖红色砂质泥岩及砂岩，具有绿色斑点。砂岩呈球状风化，层面上富含细小白云母片，具波状及包卷状层理，与下伏地层呈整合接触。（4）三叠系刘家沟组（T11l）自“小红斑”砂岩底面止第四系不整合面。下部主要为褐红色厚层状中至粗粒石英砂岩，夹钙质粉砂岩，砂岩中含有大量红色斑点（俗称小红斑砂岩），具大型交错层理，层面上常见波痕、雨痕等构造；中上部主要为褐红色砂质泥岩、粉至细砂岩及砾屑灰岩，砂质泥岩中含有大小不一的砾石。砾屑灰岩呈透镜状或薄层状夹于砂质泥岩中，具水平和波状层理。与下伏地层呈整合接触，厚度大于280m。d 第四系(Q) 主要为黄土、粘土、亚粘土及砾石层，厚030m，平均10.2m。与下伏地层呈角度不整合接触。2.2.2 构造井田位于李口向斜西南翼，锅底山正断层的北东盘。受其影响，井田基本为一向北东缓倾斜的单斜构造，地层倾角812，一般10左右，褶皱与断裂构造均较简单。2.2.2.1褶皱大型褶皱不发育，仅见煤层沿走向的的波状起伏，以及由断层旁侧伴生的次级宽缓褶皱，相对较大的有山庄向斜。该向斜位于井田西南部锅底山断层附近47-8、46-7孔至46-10孔一线，轴向北西35，延伸约1900m。南翼较陡，倾角20左右，靠近锅底山断层，煤层倾角增大；北翼较缓，倾角12左右，为一不对称的斜歪宽缓褶皱构造。据47和46勘探线揭露，向斜核部四（戊）煤段至二（己）煤段地层厚度显著增大。2.2.2.2 断层经勘探和采掘生产揭露，井田内落差15m以上的断层共8条，见表2-1。（1）锅底山正断层（F1）为矿区控制性主干构造，西起十一矿，经五矿与六矿，三矿与七矿之间及平顶山市区，向东延至八矿南部，呈NW-SE向展布，断层走向大致同李口向斜平行。断层面倾向SW，为NE盘抬升，SW盘下降的正断层，落差沿走向60220m不等，倾角3070，一般为5060。据五矿-220m石门揭露，断层带宽45m，带内填隙物主要为灰白色铝土质泥岩，中夹砂砾岩透镜体，断层倾角60，落差100m。断层带封闭性好，不含水、不导水。表2-1 主要断层特征一览表断层编号位 置断层产状()落 差(m)延展长度（m）控制程度倾 向倾 角锅底山正断层井田西南部2052355060602207000可靠山庄一号逆断层井田西南部2302355705803600可靠山庄二号逆断层井田西南部230240405151150可靠马沟正断层井田西南部2607815301350基本可靠F2正断层井田西南部200210507030601100基本可靠F1-1正断层井田西南部220225587370100800可靠F1-2正断层井田西南部1902406045900基本可靠刘家正断层井田北东部2606520601400基本可靠该断层经本矿井南部通过，走向在47线以南为312，47线以北渐转为350。断层面倾向南西，倾角5870，落差70220m。井田西南缘延伸7000m，构成本井田西南部同五矿的自然边界。该断层由49-13、46-6、46-7、46-8、44-11、45-17和43-20等钻孔直接揭露，由49-14、44-12、48-7和43-9等钻孔控制。位置与落差，依据充分可靠，见图2-2。图2-2 锅底山及旁侧断层发育特征剖面图（2）山庄一号逆断层位于井田西南边缘，锅底山断层的北东侧，并与其大致平行。走向320325，延伸约3600m。断层面倾向南西，倾角570，落差580m。沿断层面,倾角上缓下陡，落差上小下大特征显著，在四3（戊8）煤层断层面倾角附近变缓，止五2（丁56）煤层底板尖灭（见图2-2）。该断层由46-10、46-12和47-18等钻孔实际揭露，由46-9和46-13孔控制，控制程度可靠。在断层破碎带，可见有糜棱岩、破碎角砾岩及压扁和圆化的构造透镜体存在。（3）山庄二号逆断层位于井田西南边缘，一号逆断层和锅底山断层之间，走向320330，延伸长约1150m，倾向南西，倾角40左右，落差515m。该断层具有一号逆断层特征，沿断层面，落差上部小，下部大，并消失于五2（丁56）煤层底板（见图2-2）。主要由46-9、46-10、46-21、46-7、47-12和47-8等孔揭露，依据充分可靠。（4）马沟正断层位于井田西南部，锅底山断层的北东侧，与锅底山正断层走向大致一致，走向350，倾向260，倾角78，落差1530m，延伸长1350m。断面清晰，破碎带宽7m，带内可见构造角砾岩及具明显劈理化现象。该断层在马沟村附近出露良好，有1307和1308号地质点和48-19、47-5孔控制，位置及落差基本可靠。（5）锅底山一号分支隐伏正断层（F2）位于锅底山正断层和二号逆断层之间，走向290300，延伸长1100 m，倾向南西，断层面上陡下缓，由70渐变为50，落差3060 m。该断层由47-7钻孔揭露，控制程度基本可靠。（6）F1-1正断层为锅底山断层的分支断层，走向310335，延伸长约800 m，倾向西南，断层面上陡下缓，由73渐变为58，落差70100 m。由47-14钻孔揭露，47-7钻孔控制，控制程度可靠。（7）F1-2正断层为锅底山断层的分支断层，走向280330，延伸约900m，倾向南西，倾角60左右。落差45m。主要由45-17和45-6等钻孔控制，控制程度基本可靠。（8）刘家正断层位于井田西北部，走向350，倾向260，倾角65，落差2060m，延伸长1350m。主要由45-13、44-37、44-22、38-26和37-29等孔控制，控制程度基本可靠。2.2.3 煤层区内含煤岩系为石炭系太原组、二叠系山西组、下石盒子组和上石盒子组，其中以太原组、山西组和下石盒子组含煤为主，见图2-3。2.2.3.1 石炭系上统太原组(C2t)主要由灰岩、砂质泥岩、泥岩、砂岩及煤层组成，厚5072m，平均62.6m。含灰岩411层，常见7层（由上至下为L1L7），灰岩中富含蜓科、珊瑚、腕足类、海百合、苔藓虫、孔虫动物化石及燧石结核或燧石条带，多数灰岩构成煤层直接顶板；含煤513层，其中，仅一5（庚20）煤层可采。依据沉积旋回与岩性特征划分为：下部灰岩段、中部砂泥岩段和上部灰岩段。（1）下部灰岩段，厚1828m，平均22.5m。由4层浅灰深灰色生物碎屑泥晶灰岩间夹砂质泥岩和煤层组成。常见L5L7灰岩3层，含煤35层，其中，L5灰岩之下一5（庚20）煤层，沉积较稳定，达到可采厚度。（2）中部砂泥岩段：厚1429m，平均20.6m。主要由灰深灰色砂质泥岩、中细粒砂岩及不稳定的生物碎屑灰岩和24层极不稳定薄煤层组成。砂岩层面上富含白云母碎片，泥岩中含植物化石。图2-3 煤系地层综合柱状图（3）上部灰岩段：厚1331.5m，平均厚19.5m。主要由14层深灰色生物碎屑泥晶灰岩、砂质泥岩、细粒石英砂岩及13层不稳定薄煤组成。其中，L2灰岩较稳定，含大量燧石结核及燧石条带；L1泥灰岩极不稳定，有时相变为砂质泥岩或泥岩，其顶界构成太原组与山西组分界。灰岩中含蜓科、海百合茎、介形虫、腕足类等动物化石，砂质泥岩及粉砂岩中含动物化石。2.2.3.2 二叠系（P）a 下统（P1）（1）山西组（P11）本组为石炭二叠系含煤地层的第二含煤段，与下伏太原组地层连续沉积，顶界为砂锅窑砂岩的底界面，厚87114m，平均105.3m，以大占砂岩为界，分为上、下两部分：下部：主要由灰至深灰色泥岩、砂质泥岩、细砂岩和煤组成。含煤34层，其中，二1、二2（己1617、己15）煤，为区内主要可采煤层之一。煤层底板主要为深灰灰黑色泥岩及浅灰色粉砂岩，砂岩底板主要分布在井田的东部，顶板为深灰色砂质泥岩,含豆状、瘤状菱铁矿结核及星点状黄铁矿和泥质鲕粒。砂岩具水平、波状、压扁状和透镜状及羽状交错层理。由以上沉积特征显示，该段地层应属潮坪沉积环境的产物。上部：自下而上主要有大占砂岩、香炭砂岩和小紫泥岩构成。大占砂岩，为灰色细中粒长石砂岩，泥质及钙质胶结，层面上有大量白云母片，楔形与羽状交错层理发育，其岩性和层位均较稳定，是确定二（己）煤段煤层的良好标志层；香炭砂岩，为灰灰白色中厚层状细粗粒长石石英砂岩，碎屑颗粒分选性和磨圆度均较好，硅质胶结，具槽状和板状交错层理。顶部泥岩具鲕状结构，含有褐紫色斑点或团块，俗称小紫泥岩。（2）下石盒子组（P12）自砂锅窑砂岩底面止田家沟砂岩底面。主要由灰灰白色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、紫红色泥岩、细中粒砂岩及煤层组成。含煤1221层，其中主要可采煤层4层，大面积可采3层。由丰富的舌形贝化石表明，本组应属三角洲平原沉积。地层厚284311m，平均304.4m，与下伏地层呈整合接触。依据岩性和含煤特征自下而上分为四、五和六（戊、丁和丙）三个煤段：四（戊）煤段（P12-1）：主要由深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩和灰灰白色细中粒砂岩及煤层等组成，厚121160m，平均142.11m。含煤59层，可采2层。四2和四3（戊910和戊8）煤为本区主要可采煤层之一。底部砂锅窑砂岩，厚1.228m，一般15m左右，为灰白浅灰色，顶部略带绿色厚层状中粗粒岩屑长石石英砂岩，自下而上粒度由粗变细，底部含有泥砾及泥质包体。其上为大紫泥岩，由紫色斑块泥岩、灰绿色粉砂质泥岩组成，厚5.7525m，具有明显的鲕状及豆状结构和斑块、团块状构造，常夹有灰绿色少量紫斑、黑斑粉砂岩，层位及横向分布稳定，是确定下石盒子组的良好标志。五（丁）煤段（P12-2）：主要由灰深灰色砂质泥岩、粉砂岩及灰白色、浅灰色中细粒石英砂岩、长石岩屑石英砂岩和煤层组成，厚4180m，平均63.8m。含煤39层，其中五2（丁56）煤层为本区主要可采煤层之一。煤段的上、下部均具紫斑泥岩，并富含菱铁质细鲕粒。六（丙）煤段（P12-3）：顶界止于田家沟砂岩底面，主要由深灰色砂质泥岩、泥岩及浅灰灰白色细至中粒长石岩屑石英砂岩和煤层组成，厚98.5133m，平均100.5m。含煤25层，其中六2（丙3）煤层沉积稳定，达到可采厚度。煤段上、下部泥岩中常见紫斑，并含有菱铁质鲕粒。2.2.4 煤层顶底板岩性及稳定性煤层顶底板稳定性取决于岩石的岩性、结构及物理力学性质，见表2-2。由表中可以看出，砂岩与灰岩抗拉强度最大，其次为砂质泥岩，泥岩相对较低。表2-2 煤层顶、底板岩石物理力学性质试验结果一览表项目名称砂 岩粉砂岩砂质泥岩灰 岩泥 岩物 理性 质比 重2.692.762.563.192.563.412.522.7容 重2.492.702.563.342.513.092.632.702.492.63含水量(%)0.471.200.301.500.302.770.82.34孔隙率(%)1.094.51.504.902.2011.71.99.10软化系数0.450.940.210.750.400.66力 学性 质抗压强度(kb/cm2)1631174294702160624111129314585580.7480.0402.2118.6447.5抗拉强度(kg/cm2)22.251.017.838.012.834.245.593.115.026034.7326.223.172.319.3抗剪强度(kg/cm2)30.063.034.040.041.635.535.0六2（丙3）煤层：顶板主要为砂质泥岩，老顶为浅灰色细粒石英岩屑砂岩，局部可见深灰色泥岩或炭质泥岩伪顶；直接底板为灰深灰色砂质泥岩或泥岩，老底为浅灰色细粒长石岩屑砂岩，属较稳定性顶底板。泥岩或炭质泥岩伪顶地段，不易管理，易随煤冒落。五22（丁5）煤层：顶板主要为砂质泥岩，厚1.06.0m，一般0.5m；老顶为灰白色中粒砂岩，岩石致密坚硬，厚10m左右；局部可见炭质泥岩伪顶，厚0.050.3m；底板为泥岩或砂质泥岩，厚23m。属较稳定性顶底板。炭质泥岩伪顶地段，易随煤冒落，不易管理。五21（丁6）煤层：直接顶板为泥岩和砂质泥岩，厚01.5m，一般为0.5m；老顶为中细粒砂岩，厚510m。直接底板为泥岩与砂质泥岩，局部为细砂岩，厚23m。顶底板较平整，属稳定性顶底板，五2（丁56）煤层：直接顶板为砂质泥岩和泥岩，老顶为砂质泥岩或细中粒砂岩，局部可见炭质泥岩或泥岩伪顶；直接底板为泥岩与砂质泥岩，局部为细砂岩。顶底板均较平整，属稳定性顶底板。遇泥岩或炭质泥岩伪顶时，易随煤冒落，不易管理。见表2-3。表2-3 五2（丁56）煤层顶底板特征项 目岩石名称及特征厚度（m）两极值平均顶板直接顶板深灰色砂质泥岩和泥岩0.53.01.8老 顶灰色细砂岩1.04.03.4伪 顶炭质泥岩或泥岩底板直接底板灰及深灰色泥岩和砂质泥岩1.03.02.5老 底灰色粉砂岩，局部为泥岩1.03.02.2四3（戊8）煤层：直接顶板主要为砂质泥岩，局部为泥岩，老顶为细中粒砂岩。直接底板为泥岩和砂质泥岩，老底为中粒砂岩。顶底板均较平整，属中等稳定性顶底板，见表2-4。表2-4 四3（戊8）煤层顶底板特征项 目岩石名称及特征厚度（m）顶 板直接顶板深灰色砂质泥岩或泥岩0.544.0老 顶灰色细中粒砂岩，具条带状层理1.42.49底 板直接底板灰深灰色泥岩和砂质泥岩1.045.12老 底深灰灰绿色，中粒砂岩，较坚硬01.0四21（戊10）煤层：直接顶板为砂质泥岩和细砂岩，厚0.77.8m；直接底板为泥岩，厚23m。顶底板较平整，但较松软，顶板易垮落，底板易底鼓，属中等稳定性。四2（戊910）煤层：直接顶板为砂质泥岩和砂岩，老顶为砂质泥岩，局部可见泥岩伪顶；直接底板为泥岩，老底为砂质泥岩。顶板较平整，底板较松软，属较稳定性顶底板，见表2-5。表2-5 四2（戊910）煤层顶底板特征项 目岩石名称及特征厚度（m）顶 板直接顶板灰白色中粒砂岩和砂质泥岩3.28.5老 顶深灰色块状砂质泥岩02.1伪 顶深灰色块状砂质泥岩00.2底 板直接底板灰色泥岩，较松软0.81.7老 底深灰色砂质泥岩，较松软0.51.72.2.5 煤层瓦斯、自然及爆炸倾向性2.2.5.1 瓦斯煤层瓦斯含量根据矿方提供资料：六矿丁5-6煤层瓦斯含量为3.6611.5 m3/t，平均瓦斯含量为7.6 m3/t；戊8煤层瓦斯含量为6.28.0m3/t，平均瓦斯含量7.1 m3/t；戊9-10煤层瓦斯含量为10.314.9m3/t，平均瓦斯含量12.6 m3/t。矿井瓦斯涌出量依据近几年瓦斯等级鉴定结果，见表2-6、2-7。矿井瓦斯相对与绝对涌出量：一水平分别为5.489.0m3/t和4.418.41m3/min；二水平分别为7.0514.25m3/t和29.8352.81m3/min；全矿井为4.4913.01m3/t和30.2487.61m3/min，2005年起，确定为瓦斯突出矿井。煤层瓦斯赋存与涌出特征垂向上，煤层瓦斯含量与矿井瓦斯涌出量从上部煤层至下部煤层有逐渐增大趋势，二水平明显高于一水平。水平方向上，同一煤层，随煤层埋藏深度的增加，煤层瓦斯含量与矿井瓦斯涌出量逐渐增大。由于受构造、煤层厚度、顶板岩性和煤层结构等因素影响，煤层瓦斯含量与矿井瓦斯涌出量存在明显的不均衡性和分区分带性。受区域构造应力场影响，区内发育的小断层，以压性或压扭性为主，透气性差，在遇断层时，瓦斯涌出量有明显增大趋势，尤其北西向断层较显著。表2-6 矿井瓦斯涌出量鉴定等级汇总表 涌出量年度矿井一水平二水平涌出量等级涌出量等级涌出量等级相对m3/t绝对m3/min相对m3/t绝对m3/min相对m3/t绝对m3/min20046.8034.24低5.484.41低7.0529.83低20058.0952.51突7.568.41低8.2044.1高20069.3054.47突8.036.33低9.5048.14高200713.0152.81突8.457.35低14.2545.46高表2-7 分煤层瓦斯涌出量测定结果一览表煤层名称瓦斯涌出量20032004200520062007五2相对（m3/t）5.06.847.779.25绝对（m3/min）18.2431.3626.532.45四3、四2相对（m3/t）2.2311.5611.1111.4436.91绝对（m3/min）16.021.1527.9720.362.2.5.2 煤尘一二九队在深部扩勘期间，对井田五、四（丁、戊）煤段煤层煤样进行了煤尘爆炸性试验，见表2-8。试验结果表明，火焰长度70750mm，需岩粉量7080%，结论是具有强烈爆炸性。矿井于1976年11月13日曾发生过煤尘爆炸事故。依据2006年矿井对生产煤层煤样鉴定结果，爆炸性指数：五（丁）煤段煤层为37.0738.50%，四（戊）煤段煤层为36.0337.62%，均属具有煤尘爆炸危险性煤层。表2-8 煤尘爆炸试验结果一览表煤 层 名 称测 试 项 目爆 炸 指 数（计算值）结 论火焰长度（mm）岩粉量（%）五2100730509037.78有四34708538.31有四270400708037.39有2.2.5.3 煤的自燃倾向性区内各煤层属低中变质程度的烟煤，测得煤的着火点温度一般在368360，经对五、四（丁、戊）煤着火点测试表明，属不易自燃煤层。生产期间对煤层煤样测试结果，亦属不易自然煤层，见表2-9。表2-9 煤的自燃发火试验一览表煤层名称着 火 点 温 度（）T13自然发火期推 测自燃倾向原 样氧 化 样还 原 样五235235833935735836031036不 自 燃四3368367370336不 自 燃四2361365357362362367536不 自 燃2.2.5.4 水文地质矿井位于平顶山矿区东部水文地质单元的中深部，地表水体不发育。矿井开采的五和四（丁和戊）煤段各煤层，煤层埋藏深度1401100m，由于受地形地貌和上伏砂泥岩地层的影响，大气降水补给地下水的条件较弱。经采掘生产揭露表明，矿井主要充水水源为煤层顶板砂岩含水层水，次为回采工作面集聚的老空水，由于砂岩孔隙裂隙含水层弱富水性，通常以滴、淋水形式进入矿井，极少构成突水，矿井实测正常与最大涌水量（19972006年）分别为121.0m3/h和154.9m3/h，预测矿井正常与最大涌水量分别为162.0m3/h和186.0m3/h，对矿井安全生产构不成威胁，属水文地质条件简单矿井。随着矿井开采面积的扩大，深度的增加，顶板水威胁不大，矿井水的防治应着重是老空水。2.3 矿井开拓、开采概况2.3.1井田境界自投产以来，井田边界曾多次进行调整，大致范围，北（深部）与郏县、东与一矿、四矿、西与原五矿井田以人为边界毗邻，南及西南以锅底山正断层与现五矿井田为界。井田东西长约7.3km，南北宽约7.6km，面积38.07km2。确切边界依据中华人民共和国国土资源部2001年4月颁发的采矿许可证及某集团优化边界控制的坐标点范围为准，见表2-10。2.3.2 矿井资源/储量2.3.2.1资源储量估算结果优化井田范围：截至2006年底，保有资源储量，共计36819.9万t，其中：探明和控制的经济基础储量（111b122b），共计23735万t；探明与控制的边际与次边际内蕴资源量（2S11和2S22），共计394.7万t；推断的资源量（333），共计10999.0万t；预测的资源量（334）共计1691.2万t。按探明和控制的经济基础储量，计算可采储量共计16202.9万t。采矿许可证范围：截至2006年底，保有资源储量，共计15266.6万t，其中，探明和控制的经济基础储量（111b122b），共计12506.3万t；探明与控制的边际与次边际内蕴资源量（2S11和2S22），共计394.7万t；推断的资源量（333）共计295.0万t；按探明和控制的经济基础储量，计算可采储量共计7649.3万t。2.3.2.2矿井服务年限按2007年年核定生产能力320万t计算，考虑1.4的备用系数，矿井剩余服务年限：优化和采矿许可证范围，分别为36.17年和27.92年。若进一步提高深部工程控制程度，增加可采资源储量，服务年限将可延长20年左右。表2-10 各煤段边界拐点坐标一览表五（丁）煤段拐点编号XY拐点编号XY137443803842900018373945038430345237444303842850019374065038431255337444203842788020374288038431942437442453842789521374304038432912537442503842752522374268838434020637444603842750023374365038434350737444603842644524374381538434000837439453842693725374398538433500937435003842700026374403038433000103743000384270502737439503843250011374250038427145283743835,3843250012374200038427325293743835384320001337415003842769030374392538431000143741255384280003137439853843000015374097538428500323744115384300001637406103842900033374426538429500四（戊）煤段1374421038429000223739797384298992374429038428500233739860384299583374434538427875243739912384298904374415038427895253739970384299655374406038427455263740030384300126374435538427400273739786384305887374446438426403283740650384312558374379038426860293742430384318069374350038426940303742453384326561037430003842698531374222138433872113742500384271153237433253843425012374150038427595333743500384338601337411903842800034374364038433500143740805384286153537437053843300015374046038429000363743655384325001637400003842939037374361038432000173739500384297203837436153843150018373925538430000393743660384310001937390003843037540374375038430500203739220384304084137439053843000021373931038430200423744105384295002.3.3 井田开拓2.3.3.1 井田开拓方式本井田为隐蔽型井田，煤层埋藏深度较大，地质条件复杂，采用斜井开拓工程量较大，建井工期较长，投资较高，故采用立、斜井多水平混合开拓方式。2.3.3.2 水平划分矿井目前分两个水平开采，一水平标高为-100 m，采用中央立井、主石门、集中大巷开拓，上下山开采；二水平标高为-440 m，采用皮带主斜井、轨道暗斜井、副立井、主石门、集中大巷开拓，上下山开采。现为一、二水平同时生产，共有丁四、丁一、丁二、戊二四个生产采区，其中丁四采区为一水平（目前已进入残采期），由丁四风井回风，戊二、丁一、丁二采区为二水平，戊二风井承担戊二采区的回风，北山风井承担整个丁一、丁二采区的回风。2.3.3.3 井田回采工