矿区概述及井田地质特征毕业论文.doc

中国矿业大学2012届本科生毕业设计第87页矿区概述及井田地质特征毕业论文1.1 矿区概述1.1.1 矿区地理位置、交通涡北井田位于淮北平原西部，行政区划属安徽省涡阳县管辖。井田中心南距涡阳县城4km，地理坐标东经11609581161245，北纬333053333448。濉（溪）阜（阳）铁路从井田东南约3 km处通过，该线往东北经符离集可接入津沪线，往西南经阜阳可接入京九线。井田附近在濉阜铁路上有涡阳和龙山两个车站，距井田中心分别为5km和11km。区内公路四通八达。涡阳永城公路纵贯井田东部，涡阳往阜阳、蚌埠、亳州、淮北、永城等邻近市、县均有公路相通。涡河是淮河的支流，距矿井工业场地最近处仅2km，可通行200t400t级船。由涡河经怀远可进入淮河，还可经洪泽湖于淮安转入京杭运河进入长江。因此，本区地理位置优越，交通运输方便，矿井具备铁路、公路和通航河流三种运输条件。交通位置见图1.1.1。图1.1.1 涡北矿交通位置图1.1.2 地形特征本区地势平坦，地面标高+29.49+31.80m，地势西北高东南低，地面村庄较多。1.1.3 矿区内工农业生产、建筑材料等概况井田位于淮北平原西部，以农业为主，工业欠发达。农作物主要有小麦、大豆、红薯、玉米等。井田8煤组赋存区内共有大小村庄22个，其中初期移交采区范围村庄6个，共1110户。投产工作面影响范围需搬迁村庄1个，共134户。矿井建设和生产期间应根据国家政策，有计划的妥善处理征地和迁村事宜。矿井建设中的钢材、木材、水泥等材料主要由外地供应，砖、瓦、砂、石等土产材料均可由当地解决。1.1.4 区域水源、电源本区水源充足。根据现有水文地质资料，新生界第一含水层富水性强，水质较好，可作为矿井的生活水源。矿井水经处理后，可作为矿井及选煤厂生产用水。 本区电源充沛可靠。涡阳县城南现有220/110/35kV区域变电所，其变压器容量为1120MVA+190MVA，为双回路供电方式。设计矿井供电电源引自涡阳县城南220/110/35kV区域变电所，采用35kV向矿井供电，每回线路长约14km。目前矿井供电线路已经架设完毕并供电。1.1.5 矿区气候条件本区属季风暖温带半湿润气候，气候温和，四季分明。年平均气温14.6，最高气温41.2，最低气温24。最早冻结期为11月，最迟解冻为翌年3月，最大冻土深度为0.19m。年平均风速为3.2 m/s，平均降雨量811.8mm，雨季集中在78月份。春秋季多东北风，夏季多东东南风，冬季多北西北风。1.1.6 矿区的水文情况本区内涡河及其支流武家河为长年性河流，由西北向东南流径井田西南部，涡阳县城关涡河节制闸上游最高洪水位（1963年8月7日）标高为+30.45m。区内沟渠纵横，均为人工开挖的灌溉沟渠，较大的涡新河长年有水。1.2 井田地质特征1.2.1 地层根据该安徽省涡阳县涡北井田勘探（精查）地质报告为全掩盖区，第三、四系厚度变化不大，一般在400420 m左右，古地形东高西低。区内地势平坦，潜水面较浅。本矿井内古生界岩层均隐伏于新生界松散层之下，经钻孔揭露，自下而上分别为奥陶系老虎山组、石炭系本溪组、太原组，二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组、石千峰组，第三系、第四系，见图1.2.1。各组岩性特征由老新简述如下：（1）奥陶系（O2t）老虎山组：揭露厚度10.76，为深灰色略带肉红色块状微晶白云质含泥质灰岩，含燧石结核，裂隙尤为发育。（2）石炭系（C）中统本溪组（C2b）与下伏老虎山组假整合接触。厚43.73 m，为深灰色钙质泥岩、暗紫色杂色铝质泥岩、铁铝质泥岩为主，上部夹浅灰白色生物碎屑泥晶灰岩两层。上统太原组（C3t）与下伏本溪组整合接触，厚127.70 m。根据岩性特征分段叙述如下：下段：为深灰色生物碎屑泥晶灰岩，有孔虫、瓣鳃类等动物化石。中段：浅灰色灰色细中粒石英砂岩、泥岩夹薄煤三层及生物碎屑灰岩一层。上段：灰深灰色泥晶生物碎屑灰岩5层夹深灰色泥岩及薄层细砂岩。灰岩中含较多蜓类、腕足类、珊瑚、海百合茎等动物化石。（3）二叠系（P）下统山西组（P1S）与下伏太原组整合接触。底界以太原组L1灰岩之顶为界，上界至铝质泥岩下骆驼钵砂岩之底，厚66.85108.11 m，平均厚87.76 m。由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成，含10、11两煤层（组）。下统下石盒子组（P1X）与下伏山西组整合接触。下界从骆驼钵砂岩之底，上界至3煤组下K3砂岩之底，地层厚246.73255.31 m，平均厚250.04 m，岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。本组为本矿主要含煤段，含4、5、6、8等四个煤组，其中8为本矿主要可采煤层。上统上石盒子组（P2S）与下伏下石盒子组整合接触。下界从K3砂岩之底，上界至平顶山砂岩之底，厚642 m。由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。泥岩、粉砂岩颜色变杂，紫色和绿色增多。含1、2、3三个煤层（组），其中3煤层为局部可采煤层。上统石千峰组（P2h）与下伏上石盒子组整合接触，揭露厚度 310 m。下段：厚约80 m。为灰白色粗粒石英砂岩夹砖红色细砂岩、粉砂岩薄层，石英含量可达8590%，含长石及重矿物，接触式、基底式胶结，填隙物主要为硅质、少量泥、钙质，局部可见泥岩角砾，厚层状，层理不发育。上段：砖红色粉砂岩为主，夹细砂岩薄层，镜下鉴定石英含量可达7585%，长石含量10%左右，含有重矿物，基底式、接触式胶结，填隙物主要为钙质，少量泥质，常见钙质结核，平行层理发育，层面含白云母片。（4）上第三系中新统本统与下伏二叠系呈不整合接触。厚度111.20147.80 m，平均为133.50 m，一般可分为三段：下段：为残坡积相沉积，岩性较杂，其厚度变化大，为011.35 m，一般厚度34 m，为深黄、灰白、灰绿及棕红色砂砾、砾石、粘土砾石、粘土质砂及钙质粘土组成，多呈半固结状。中段：为湖相沉积，岩性为灰绿色粘土和半固结及固结状灰白色泥灰岩及钙质粘土。泥灰岩坚硬有溶蚀现象，具溶孔或小溶洞。一般厚度10 m左右。上段：为湖相沉积，岩性由灰绿、灰白、灰黄色厚层粘土及砂质粘土间夹58层细砂或粘土质砂组成。粘土单层厚度大，分布稳定，质纯致密，具静压滑面。一般厚度110 m左右。上新统与下伏中新统呈整合接触，为河湖相沉积物，分为上中下三段：下段：棕黄、灰绿、灰白色中细砂及粉砂、粘土质砂间夹36层砂质粘土及粘土组成。一般厚度55 m左右。中段：棕黄及浅黄色中细砂和粉砂间夹35层粘土或砂质粘土，砂层单层厚度大，结构松散。局部夹13层薄层呈透镜状分布的砂岩（盘），钙泥质胶结，岩性坚硬。本段厚度95 m左右。上段：灰绿、浅黄、棕黄色粘土及砂质粘土夹23层细砂及粘土质砂。顶部富含钙质及铁锰质结核组成古土壤层，相当于沉积间断古剥蚀面，是第三系与第四系地层的分界线。厚度32 m左右。（5）第四系该地层假整合于上第三系之上，厚度8399 m，一般为91 m左右。1.2.2 地质构造涡北煤矿位于淮北煤田涡阳矿区的东北部，地处宿北断裂、光武固镇断裂及夏邑固始断裂和丰涡断裂所围成的菱形地块内。主体构造表现为一遭受断层（块）切割了的西倾单斜。矿井构造明显受到区域构造的制约。涡北煤矿总体上为一走向近南北，向西倾斜的单斜构造，地层倾角一般在2030。其南、北自然边界分别为F3、F3-1和刘楼断层。区内的F2、F4（纵向）和F1（横向）三条正断层将矿井分割成六个小区。区：刘楼断层F2间，F1矿井浅部边界；区：F2F4间，F1矿井浅部边界；区：F4F3-1及F3间，F1矿井浅部边界区：刘楼断层F2间，F1矿井深部边界；区：F2F4间，F1矿井深部边界；区：F4F3间，F1矿井深部边界。（1）褶皱构造本矿褶曲不甚发育，仅存在一些宽缓的波状起伏。F1断层以东的、小区，地层倾角变化不大，一般在18左右；F1断层以西的、小区，地层倾角则相对较为平缓，但沿走向也有一定的变化，北部宽缓，地层倾角在1121之间，一般在18左右。自第8勘查线向南-700 m水平以深的地段，地层倾角变陡，由21逐渐变为25，致使南部水平宽度减小，地层走向也逐步拐向西南方向。（2）断层根据涡北井田勘探（精查）地质报告，全区共发现断层6条，分别为刘楼断层、F1、F2、F3、F4、F3-1。其中刘楼断层为北部井田边界，F3、F3-1为南部井田边界。F1、F2、F4为井田内断层。刘楼断层：为矿井北部边界。正断层，走向近EW，倾向N，走向长度3 km，落差1000 m，倾角3050。断层控制严密，属查明断层。F3断层：为矿井南部边界。正断层，走向总体为NE方向，在矿井浅部逐渐转1010图1.2.1煤层地质综合柱状图向近EW方向。倾向SE，走向长度2.3 km，落差280 m，倾角70。属查明断层。F3-1断层：为矿井东南部边界。正断层，走向总体为NE方向，倾向SE，走向长度900 m，落差270 m，倾角50，南部被F3所截。为查明断层。F1断层：为分区断层。正断层，走向SN，倾向E，走向长度6 km，贯穿整个矿井。落差80250 m不等，北部较小，一般3.7 km，切割整个矿井。落差在40310 m之间，倾角为4070。属查明断层。F4断层：为分区断层。正断层，走向EW，倾向N，走向长度2200。落差在20150m，倾角70。属查明断层。（3）岩浆岩区内岩浆活动不甚强烈，仅在井田边缘有两个钻孔（61、127孔）见到。根据已有资料分析，岩浆岩的侵入时代应属于燕山期，岩浆岩对井田内煤层、煤质影响的可能性较小。（4）岩溶塌陷通过三维地震勘探在勘探区内没有发现直径大于30 m的陷落柱。1.2.3 水文地质（1）新生界松散层含、隔水层（组）井田内煤系地层均被新生界松散层所覆盖。松散层厚度受古地形所控制，总体趋势是自东向西逐渐增厚，两极厚度378.80445.40m，平均厚度为404.28m。按其岩性组合及区域资料对比，自上而下可划分为四个含水层（组）和三个隔水层（组）。第一含水层（组） 底板深度在31.3035.40m之间，平均为33.66m，含水砂层厚度为14.8526.00m，平均20.85m。该层（组）主要由浅黄色细砂、粉砂及粘土质砂，夹23层薄层状砂质粘土组成。据供水总结抽水试验资料：水位标高27.1329.22m，q=0.5341.536L/sm，富水性中等。矿化度0.2990.747g/L，水质类型为HCO3-K+NaMgCa型水。第一隔水层（组）底板深度45.6052.60m，平均为48.35m。隔水层厚6.4013.50m，平均厚度10.10m。由浅黄色及浅棕黄色粘土及砂质粘土，夹13层粉细砂及粘土质砂，富含钙质结核及铁锰结核。分布稳定，隔水性能较好。第二含水层（组）底板深度86.3097.10m，平均91.39m。含水层厚度12.0028.50m，平均为20.50m，由浅黄色细砂、粉砂及粘土质砂，夹58层砂质粘土或粘土组成。据供水总结抽水试验资料：水位标高24.4628.01m，q=0.0990.564L/sm，富水性弱中等。矿化度0.8301.51g/L，水质类型为HCO3-K+NaMg型和SO4HCO3CL-K+Na型水。第二隔水层（组）底板深度116.40142.30m，平均为121.48m。隔水层厚度12.8046.50m，平均为22.70m，由棕黄、灰黄及棕红色砂质粘土及粘土，夹13层细砂及粘土质砂组成。分布稳定，隔水性能好。第三含水层（组） 底板深度为260.20297.60m，平均269.70m，含水层厚度69.50124.10m，平均厚100.60m，由深黄、棕黄、棕红、灰白色中砂、细砂、粉砂及粘土质砂，夹58层粘土或砂质粘土组成。顶板一般夹有12层细砂岩（盘），在195225m有12层厚粘土可把该含水层组分为上下两段：上段砂层较厚，一般大于50m，含水较丰富；下段砂层较上段薄，一般为2040m，砂层泥质含量高，含水性比上部差。据供水总结抽水试验资料：上段水位标高14.5622.31m，q=0.4910.8901L/sm，富水性中等。矿化度为0.7911.245g/L，水质类型为HCO3CLK+Na型和HCO3CLSO4K+Na型。经矿泉水指标测试结果，本层水中锶、碘、偏硅酸达到饮用天然矿泉水标准；下段水位标高22.61m，q=0.232L/s.m。矿化度为1.245g/L，水质属HCO3K+Na型，但水的矿化度、氟含量及色度多项指标超过生活饮用水标准，该层水不宜饮用。第三隔水层（组）底板深度在374.80442.20m，平均为403.23m，隔水层厚59.90125.90m，平均厚度93.90m，由灰绿、棕红、灰白色粘土、砂质粘土及钙质粘土，夹410层粉细砂及粘土质砂组成。底部在612线之间有泥灰岩分布，其厚度1.4032.30m，平均厚10.59m。该层组为井田内重要隔水层（组），使其上部的地表水及一、二、三含地下水与下部四含及煤系砂岩裂隙水无直接水力联系。第四含水层（组） 该含水层（组）直接覆盖在煤系地层之上，其厚度变化主要受古地形控制，含水层厚度011.35m，平均厚3.43m，其岩性较复杂，多为半固结及固结状砾石及粘土质砂组成。本矿第四含水层（组）分布极不稳定，只是在局部地段呈透镜状分布。据抽水试验资料，水位标高33.312m，q=0.0327L/sm，富水性弱。矿化度3.16g/L，水质类型为CLSO4K+Na型。（2）基岩含、隔水层（段）12煤组隔水层（段）该层段主要由泥岩、粉砂岩及14层薄层状砂岩组成。一般隔水层厚5080m。岩性致密完整，裂隙不发育，钻探揭露仅在48孔的2煤组上中砂岩发生漏水，漏水孔率占3%，该层段隔水性能较好。3煤上下砂岩裂隙含水层（段） 含水层厚5.0028.50m，平均厚度17.25m。由中、细粒砂岩夹少量泥岩及粉砂岩组成。该层段砂岩裂隙程度发育不均一，钻探揭露仅在46孔发生漏水，漏水孔率占2.6%，富水性弱。45煤组隔水层（段）该隔水层段主要由灰色泥岩、粉砂岩、煤层及24层细粒砂岩组成。隔水层厚3080m，一般厚度为60m，岩性致密，裂隙不发育，钻探揭露仅在12孔4煤组下砂岩漏水，漏水孔率占2%，隔水性能好。6煤组顶板砂岩裂隙含水层（段） 含水层厚3.5021.00m，平均厚度9.95m，由中、细粒砂岩夹泥岩及粉砂岩组成，该层段一般裂隙不发育，钻探揭露无漏水现象。8煤组顶、底板砂岩裂隙含水层（段)含水层厚3.5040.00m，平均厚度为21.43m，由浅灰色中细粒砂岩为主，夹泥岩和粉砂岩组成，裂隙不甚发育，钻探揭露时无漏水现象。据71、92两孔抽水试验资料：水位标高27.67533.564m，q=0.0080.0065L/sm。矿化度0.5373.365g/L，水质类型为HCO3K+NaCaMg、CLSO4K+Na型水。该含水层段水质差，补给水源有限，迳流条件差，富水性弱，以储存量为主。8煤组下隔水层（段）隔水层厚17.2666.41m，一般30m左右，以铝质泥岩、泥岩和粉砂岩为主夹少量砂岩，裂隙不发育，钻孔揭露时无漏水现象，隔水性能较好。1011煤间砂岩裂隙含水层（段）该段主要以中、细粒砂岩和砂泥岩互层夹少量泥岩和粉砂岩组成。含水层厚17.4053.96m，平均厚度为32.77m，裂隙一般不发育，富水性弱，钻孔揭露时无漏水现象。11煤下隔水层（段）该段以泥岩及粉砂岩为主，隔水层厚度为7.6319.77m，平均厚度为14.49m，岩性致密完整，钻孔揭露时无漏水现象，能起一定隔水作用。太原组石灰岩岩溶裂隙含水层（段）本井田据61孔资料，太原组厚度127.70m，由灰岩、泥岩、粉砂岩、砂岩和煤层组成。含灰岩7层，厚度52.60m，占组厚41.2%。其中L3、L4、L12层灰岩单层厚度大且分布稳定，为主要含水层段。L1灰上距112煤平均间距为14.49m，是开采112煤层时底板进水直接充水含水层（段）。灰岩岩溶裂隙发育不均一，一般浅部较发育，向深部逐渐减弱。个别孔（44）有漏水现象，漏水孔率占2.4%，据892和邻区漏水37号抽水试验资料：水位标高27.1734.599m，q=0.02860.287L/sm，富水性弱中等，水质类型为CLSO4K+Na型和SO4HCO3K+NaMg型。本溪组隔水层（段） 该段以钙质、铝质和铁铝质泥岩为主，夹23层薄层状灰岩，隔水层厚度为36.72m，岩性致密完整，钻探揭露时无漏水现象，具有一定的隔水作用。1.2.4 断层的富水性及导水性断层破碎带岩性较混杂，主要以泥岩、粉砂岩及少量砂岩，挤压揉皱现象严重，但钻探揭露时均未发生漏水。断层的富水性弱，导水性差。1.2.5 水文地质条件分类的综合评定本井田应属以裂隙充水矿床为主，底板进水岩溶充水矿床为辅，水文地质条件简单中等。1.2.6 矿井涌水量经计算，矿井正常涌水量282m3/h，最大涌水量395m3/h。1.2.7 其他有益矿物各煤层及其夹矸、伪顶、底均作了光谱半定量分析，无明显富集带，未发现达到最低工业品位的微量元素。1.2.8 地质勘探程度本井田勘探经历了找煤、普查、详查、精查四个阶段，勘探面积约19km2。勘探采用了高分辨率数字地震技术与钻探、数字测井相结合的综合方法，对井田可采煤层构造形态及主要褶曲、断裂、煤层厚度、储量、煤质、水文地质条件及其它开采技术条件已查明或基本查明。因此本井田地质勘探程度较高，高级储量比例大，勘探工程质量较好，分析准确、资料齐全。井田精查地质报告经中国煤田地质总局批准，国土资源部矿产咨源储量评审中心给予认定，设计认为基本可以满足矿井设计、生产建设建要。1.3 煤层特征1.3.1 煤层本井田二叠纪含煤地层，总厚约990m，含煤2030余层，煤层总厚约2026m。上石盒子组下部含1、2、3三个煤组，多为薄煤层。下石盒子组含4、5、6、8等四个煤组，为井田主要含煤段。山西组下部含10、11二个煤组，煤层薄。全井田可采和局部可采的有32、62、63、8、112等五层煤层，总厚度10.10m，占煤层总厚的44%，其中8为主要可采的较稳定煤层，总厚度10.00m，占可采煤层总厚的73%；其它为不稳定的局部可采煤层。（1）32煤层位于上石盒子组下部，为本组唯一可采煤层。煤层厚0.221.75m，平均0.88m，可采指数58%。结构简单，部分见煤点具一层夹矸，夹矸为炭质泥岩或泥岩。F26断层以北厚约0.91.10m，仅个别点不可采，厚度变化不大，可采区连续，趋向于较稳定煤层。F26断层以南煤层厚度变化较大，可采区零星分布。F22断层以东，32煤层仅个别点达可采厚度，无利用价值。F22断层以西厚度一般为1.00m左右，但南部和北部各有一个不可采区。因此，32煤层为局部可采的不稳定煤层。煤层顶、底板以泥岩为主，并有少量粉砂岩和细砂岩。（2）62煤层位于下石盒子组下部，上距32煤层平均间距为211.25m，煤层厚01.66m，平均0.58m，可采指数30%。结构简单，少数见煤点具一层夹矸，夹矸为炭质泥岩。F26断层以北煤层厚度薄，均为可采；F26断层以南煤层厚度在临界可采附近，可采区零星分布，因此，62煤层为局部可采的不稳定煤层。煤层顶、底板以泥岩为主，并有少量粉砂岩。（3）63煤层位于下石盒子组下部，上距62煤层0.928.96m，平均3.58m，煤层厚01.21m，平均0.53m，可采指数24%。结构简单，少量见煤点具一层夹矸，夹矸为炭质泥岩。F25断层以北煤层厚度薄，均不可采；F25断层以南可采区零星分布，因此，63煤层为局部可采的不稳定煤层。煤层顶板以泥岩为主，底板一般为泥岩，少量粉砂岩或细砂岩。（4）8煤层位于下石盒子组下部，上距63煤层平均间距29.01 m。全区大部可采，煤类单一。因此8煤层为较稳定煤层。煤层顶板以泥岩为主，粉砂岩、细砂岩次之，粉砂岩、细砂岩下常发育泥岩伪顶，底板一般为泥岩。煤层最大厚度10.5m，最小厚度9.98 m，平均厚度10.0m。（5）112煤层位于山西组下部，上距8煤层平均间距为103.03m，煤厚01.58m，平均为0.74m，可采指数41%。结构简单，少量见煤点具一层夹矸，夹矸为泥岩或炭质泥岩。112煤层厚度较薄，见煤点厚度一般均在临界可采附近，为局部可采的不稳定煤层。煤层顶板以泥岩为主，粉砂岩次之，底板一般为粉砂岩。1.3.2 煤层顶、底板32煤层：顶板以泥岩为主，有少量粉砂岩和细砂岩；底板为泥岩。62煤层：顶板以泥岩为主，并有少量粉砂岩；底板为泥岩。63煤层：顶板以泥岩为主，有少量粉砂岩；底板一般为泥岩。8 煤层：顶板以泥岩为主，粉砂岩、细砂岩次之；当顶板为粉砂岩、细砂岩时，常发育有泥岩和炭质泥岩伪顶；底板一般为泥岩。112煤层：顶板以泥岩为主，有少量粉砂岩；底板一般为粉砂岩。1.3.3 煤质本井田除32、63煤层伴有FM外，其余均为我国稀缺的优质JM。8煤层均为中高发热量、中等挥发分、中等偏强粘结性的优质JM。8各煤层煤质特征见表1-3-2。1.3.4 瓦斯本矿煤层瓦斯风化带深度为基岩界面下垂深120130m，即水平深度-500m。根据采样测试32、8煤层最大甲烷含量分别为6.85和15.8ml/g.daf，属低瓦斯范畴。但据2003年10月中煤国际工程集团南京设计研究院编制的涡北矿井初步设计说明书计算结果，矿井相对瓦斯涌出量为6.77m3/t，矿井绝对涌出量为29m3/min，根据煤矿安全规程，本矿井为低瓦斯矿井。1.3.5 煤尘及煤的自燃各煤层之煤尘燃烧时均有一定长度的火焰，最大火焰长度可达250mm，各煤层爆炸指数1.2828.03%。因此，各煤层均存在爆炸危险性。根据测试结果，32煤层为不自燃；62煤层属不易自燃不自燃；8煤层为很易自燃不自燃； 112煤层属易自燃不自燃。表1-3-1 煤层特征表 煤层名称厚 度（m）层间距（m）煤 层 结 构稳定性顶 底 板 岩 性矸石层数结 构顶 板底 板32211.2502简 单不稳定泥岩及粉、细砂岩泥岩及粉、细砂岩6201简 单不稳定泥岩及粉砂岩泥岩及粉砂岩3.586301简 单不稳定泥 岩泥岩及粉、细砂岩29.01802简 单较稳定泥岩及粉、细砂岩泥 岩103.0311202简 单不稳定泥岩及粉砂岩粉 砂 岩 项 目煤 层水 分Mad (%)灰 分Ad (%)挥发分Vdaf (%)碳Cdaf (%)氢Hdaf (%)氮Ndaf (%)全 硫St,d (%)磷Pd (%)发热量Qb,d(MJkg)粘结指数GR01胶质层厚度Y（mm）煤 类32原煤FM(11)1/3JM(1)精煤62原煤JM(10)精煤63原煤FM(1)JM(3)精煤81原煤JM(31)精煤82原煤PS(1)JM(32)精煤112原煤FM(1)JM(7)精煤表1-3-2 煤层煤质特征表2 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1 井田范围涡北矿井井田范围：南起F3断层及其分支F3-1断层，北至刘楼断层；东起太原组第一层灰岩顶界面的隐伏露头线，西止于32煤层-1000 m等高线的地面投影线。勘探范围内煤层埋深-400-1000 m，-1000 m以深煤层尚未勘探。由于-1000 m以深煤层单独建井从技术经济方面考虑不成立，因此其范围和储量应划属本井田，作为本井田的接续储量。2.1.2 开采界限本矿为石炭二叠纪含煤地层。石炭系煤层薄、不稳定、煤质差，并且顶板多为石灰岩，水文、工程地质条件复杂，暂不作勘查对象。二叠纪含煤地层，总厚约990 m，含煤2030层，煤层总厚2026 m。上石盒子组下部含1、2、3三个煤组，多为薄煤层。下石盒子组含4、5、6、8等四个煤组，为矿井主要含煤段。山西组下部含10、11两个煤组，煤层薄，煤分层少。可采的有32、62、63、8、112等五层煤层，可采煤层平均总厚10.10 m，其中8煤层为主要可采的较稳定煤层，平均厚度10.0 m。2.1.3 井田尺寸井田南北长5.626.53 km，平均6 km左右。东西宽2.333.71 km，平均3.2 km左右。井田水平面积按下式计算： S=H*L式中 S井田的水平面积，m2 H井田的平均水平宽度，m； L井田的平均走向长度，m；井田面积约19.2 km2。2.2 矿井工业储量2.2.1 储量计算基础本次储量计算是按照煤、泥炭地质勘查规范DZ/0215-2002要求的工业指标进行资源储量计算，炼焦用煤最低开采厚度为0.7 m，最高灰分不得超过40%，最高硫分不得超过3%；储量计算厚度：夹矸厚度不大于0.05 m时，与煤分层计算，复杂结构煤层的夹矸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；井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状变化不打，勘探工程分布比较均匀，本次储量计算只针对主采8煤层，采用地质块段的算术平均法。煤层容重:主采煤层8煤层平均容重为1.40 t/m3。2.2.2 井田地质勘探本井田历经找煤、普查、详查、精查四个阶段，勘探面积约19.2 km2。本次估算资源储量钻探工程基本线距见表2-2-1。 2.2.3 工业储量计算本勘探区主采煤层为8煤层，采用地质块段法来划分储量块，根据等高线和钻孔的疏密程度以及储量级别划分，井田块段划分如图2-2-1，用算术平均法求得各块段的储量，地质资源储量即为各块段储量之和。本煤层倾角一般在1328之间，平均倾角为20，采用煤层垂直厚度及煤层水平投影面积估算储量，估算公式如下：Zi = SiMiRi10-6（式2.2.1）式中：Zi各块段地质资源储量储量，Mt；Si各块段的真实面积，m2；Mi各块段煤层的厚度，m ；Ri各块段内煤的容重，取平均值为1.40 t/m3。由上式可计算出各块段的地质资源储量见表2-2-2。表2-2-2各块段资源储量表块段编号水平面积(m2)倾角（）厚度（m）真实面积（）储量（Mt）A2190833.5023 10.00 2385686.4943.39B779310.427 10.00976751.4523.54C2135220.70 2310.00 2308862.80 32.32 D1843147.0016 10.00 1912933.80 26.78 E403618.00 1610.00 419239.29 9.87F767175.50 12 10.00 285093.92 8.99G2984246.002610.003320277.8946.48H1695503.601610.001766057.8724.73 计算得矿井工业资源储量为192.92 Mt。2.3 矿井可采储量2.3.1 安全煤柱留设原则（1）工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不留设保护煤柱。本设计不考虑地面村庄；（2）各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定。用表土层移动角和岩层移动角确定工业场地保护煤柱；（3）维护带宽度：工业广场维护带宽度取15 m；（4）落差超过100 m的断层保护煤柱宽度50 m，井田境界煤柱上下各为20m。2.3.2 矿井永久保护煤柱损失量（1）井田边界保护煤柱井田上部边界为风氧化带，下部边界为人为边界，上下边界保护煤柱均留20 m宽。井田南北边界为落差很大的断层，东西井田边界留设50 m宽，则井田边界保护煤柱损失量为548.11万t。（2）断层保护煤柱井田范围内共有两条断层，每条断层的落差均超过100 m，根据地质报告及生产矿井实际经验，确定断层上、下盘煤柱均留设50 m宽，则断层保护煤柱损失量为1240.85万t。（3）工业广场保护煤柱本矿井设计年生产能力为1.8Mt/a。根据煤矿设计规范中若干文件修改决定的说明中第十五条，工业场地占地面积为21.6公顷，取420450 m2的矩形。保护煤柱尺寸由垂直剖面法作图确定，如图2.3.1。经计算并除去与断层重合的部分工业场地保护煤柱损失量为1848.22万t。图2.3.1 工业场地保护煤柱（4）井筒保护煤柱 主、副井以及风井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，故井筒的保护煤柱均为零。各种保护煤柱损失量见表2-3-1。表2-3-1 保护煤柱损失量煤 柱 类 型损失量 /万t井田边界保护煤柱548.11断层保护煤柱1240.85工业广场保护煤柱1848.22合 计3637.182.3.3 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：（式2.3.1）式中：Zk矿井可采储量，Mt；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，Mt； C采区采出率，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；地方小煤矿不小于0.7。则矿井设计可采储量： Mt3 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（2005年版）的相关规定，确定本矿井设计生产能力按年工作日330天计算，三八制作业（两班生产，一班检修），每日两班出煤，每班工作8小时，净提升时间为16小时。3.2 矿井设计生产能力及服务年限3.2.1 确定矿井设计生产能力的主要因素（1）资源/储量资源/储量是井田范围内供开采的煤炭资源的数量。它是确定矿井设计生产能力基础，以保证有足够的矿井和水平服务年限。（2）地质和开采条件地质和开采条件是确定矿井设计生产能力的基本条件。根据我国矿区生产建设实践和经验，对于煤田范围广阔、储量丰富、地质构造简单、煤层生产能力大、开采技术条件好的矿区，宜建设大型矿井。对于煤层赋存深、构造较简单、储量丰富、冲击层厚度打且含水丰富，井筒需用特殊施工方法凿井时，宜建设大型矿井。对于地形地貌复杂、构造简单、储量丰富、煤层生产能力较大的矿区，因井筒、工业场地的选择和布置比较困难，以建设大型矿井为宜。对于地质构造复杂、储量不很丰富、煤层生产能力不打或者储量较丰富，但多为薄煤层、开采条件较差的矿区，宜建设中小型矿井。（3）技术与管理水平技术装备是提高矿井生产能力的技术手段。矿井设计生产能力的基础是采煤工作面的单产和数目。当前，中国普通机械化采煤面单产水平为30 60万t/a；普通综合机械化采煤面单产水平为90150万t/a；大功率高产高效综采面单产水平300万t/a以上。管理水平对矿井设计生产能力发挥有着重要作用。世界在确定矿井设计生产能力时，对技术装备与管理水平应充分考虑科学技术进步的因素。（4）矿井与水平服务年限为发挥投资效益和保证矿井正常生产接替与稳定发展，矿井与第一开采水平的设计服务年限不应小于表3-2-1的数值。表3-2-1 矿井及第一开采水平服务年限矿井设计生产能力（Mt/a）矿井设计服务年限（a）第一开采水平服务年限（a）煤层倾角453.0及以上60351.22.45025202515200.450.94025152010153.2.2 矿井设计生产能力涡北煤矿井田储量丰富，煤层赋存较稳定，煤质为优质焦煤，交通运输便利，市场需求量大。确定涡北矿井设计生产能力为1.8 Mt/a。3.2.3 服务年限（1）矿井服务年限矿井可采储量Zk、设计生产能力A矿井服务年限T三者之间的关系为：（式3.2.1）式中:T矿井服务年限，a；Zk矿井可采储量，Mt；A设计生产能力,Mt；K矿井储量备用系数，取1.3。则，矿井服务年限为：T= 117.42/（1.81.3）= 50.12（a）符合表表3-2-1煤炭工业矿井设计规范（2005年版）中规定的服务年限。（2）第一水平服务年限矿井第一水平可采储量Zk1 = 59.21Mt， 则第一水平服务年限T1为： 符合表3.2.2煤炭工业井设计规范（2005年版）中规定的服务年限。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、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。开拓设计内容一般包括：开拓方式；井筒位置及数量；开采水平的划分及上下山开采；主要巷道布置；采区划分和开采顺序；矿井延深及技术改造。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。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的形式有三种平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井最复杂。各种井筒形式优缺点及适用条件见表4-1-1。本矿井煤层倾角为1327，平均为20，为缓倾斜煤层；水文地质情况比较简单，涌水量小；地势平坦，表土层厚，因此平硐和斜井在技术上不具有可行性，只能采用立井的井筒形式。2）井筒位置的确定井筒位置的确定原则：有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门工程量少。（1）有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村或不迁村。（2）井田两翼储量基本平衡。（3）井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层。（4）工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山、低洼和采空区，不受崖崩滑坡和洪水威胁。工业广场宜少占耕地，少压煤。（5）距水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。综合以上因素，结合矿井实际情况，提出本矿井主副井、风井井筒坐标如下：主井井筒中心位置：X：3714913.96，Y：39424967.25；副井井筒中心位置：X：3715006.12，Y：39425017.23；风井井筒中心位置：X：3714959.84，Y：39424980.37。4.1.2 工业场地工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中部。工业场地的形状和面积：本矿井煤质为优质炼焦配煤，井田内留有较多的断层煤柱，为了尽量减少煤柱损失，在符合相关规定的情况下，尽量使工业场地面积小。根据工业场地占地面积规定，确定地面工业场地的占地面积为21.6公顷，形状为矩形，长边平行于井田走向，长为450 m,宽为420m。表4-1-1 井筒形式优缺点及适用条件井筒形式优缺点适用条件优点缺点平硐1、煤由平硐直接外运，运输环节少，设备少，系统简单，费用低；2、地面工业广场建筑和设施简单；3、不需留工业广场煤柱；4、井内不设井底车场，水自流，无水仓，排水费用低；5、施工条件好，掘进速度快。平硐标高以上有足够储量的山岭地带应优先采用。斜井1、井筒施工工艺、施工设备和工序简单，掘进快，单价低；2、地面设施和装备简单；3、井底车场设施和装备简单；4、延深方便，生产和延深相互干扰小；5、采用胶带机主斜井能力大,不受长度限制；6、初期投资少。1、井身长，绞车（串车）提升能力受限制；2、通过井筒的各种管线长，通风、动力供应、排水等生产经营费较高；3、井筒维护工程量大；4、对地质条件适应性差。适应大中小矿井；煤层埋藏浅 ；表土层不厚，水文地质条件简单，不需特殊施工井筒的煤层。立井1、同样采深条件下，井身短，通过井筒的各种管线短；2、提升速度快，机械化程度高，易自动控制；对辅助提升有利，人员提升快；对深井开采有利；3、井筒断面大，通风阻力小，提升、排水、动力供应等生产经营费用低；4、井筒易维护；5、对各种地质条件适应性强，技术可靠，不受煤层倾角、CH4、水文等限制。1、井筒施工复杂：需较高技术、较多设备、速度慢、成本高；2、井筒装备复杂，基建投资大；3、井筒延深困难，生产和延深相互干扰。煤层埋藏深、表土厚或水文情况复杂，井筒需特殊施工；开采煤层受倾角、厚度、CH4、水文等条件限制；多水平开采的急斜煤层；凡不适合斜井、平硐及综合开拓方式时，均可采用立井开拓4.1.3 开采水平井田主采煤层为8号煤层，煤层倾角1327，平均为20，为缓倾斜煤层；煤层基岩露头线-350 m，埋藏最深处-1000 m，垂直高度达650 m。根据煤炭工业矿井设计规范（2005年版）规定，缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高为200350 m，因此宜采用多水平开采。南北走向断层F1贯穿整个井田，并且落差较大，因此宜将F1断层之上沿-700m划分为一个水平，阶段垂高满足要求。标高在-700m以下的部分划分为一个或两个水平。4.1.4 主要开拓巷道本矿8号煤层顶底板均为泥岩，煤厚平均10.0m，煤的硬度小，裂隙非常发育，而大巷的服务年限较长，若采用煤层大巷，则维护困难，费用高且大巷煤柱损失多。因此不适宜将大巷布置在煤层中，选用岩石大巷。根据采矿工程设计手册（2005年版）岩石大巷以布置在距煤层底板1030m的岩性好的岩层中。距8煤层底板30m处为细砂岩，围岩岩性好，适合将大巷布置在这一层位。岩石大巷优点是巷道维护条件好，维护费用低，巷道施工能够按要求保持一定方向和坡度；便于设置煤仓；可不留（或少留）护巷煤柱，煤的损失少；安全条件好。在煤层底板中布置三条大巷，分别为轨道大巷和运输大巷和回风大巷，大巷间距30m。4.1.5 方案比较（1）提出方案根据以上分析，提出以下四种在技术上可行的开拓方案，分述如下：方案一：立井两水平开拓，暗斜井延深。主、副井井筒均为立井，第一水平设在-700m，上山开采，部分地方上下山开采；第二水平采用暗斜井延深至-1000 m，上山开采。大巷布置在煤层底板的岩层中，距离煤层底板30 m左右。采用中央并列式通风，如图4.1.1。图4.1.1 方案一 立井两水平开拓，暗斜井延深1主井 2副井 3风井方案二：立井两水平开拓，立井直接延深。主、副井井筒均为立井，第一水平设在-700 m，上山开采，部分地方上下山开采；第二水平采用立井直接延深至-1000 m，上下山开采。大巷布置在煤层底板的岩层中，距离