采矿工程专业毕业设计.doc

河南理工大学采矿工程专业2013届毕业设计采矿工程专业毕业设计目 录1 井田概况及地质特征11.1 井田概况11.1.1交通位置11.1.2地形、地势及河流11.1.3气象及地震11.1.4地温21.2 地质特征21.2.1地质特征21.2.2煤层及煤质71.2.3瓦斯、煤尘、煤的自然性及地温141.2.4矿井水文地质类型及涌水量预测152 井田开拓192.1 井田境界及储量192.1.1井田境界192.1.2煤柱的留设192.2 矿井设计年生产能力及服务年限202.2.1矿井工作制度202.2.2矿井设计年生产能力202.2.3同时生产水平数212.2.4矿井及各水平设计服务年限212.3 井田开拓方案比选222.3.1矿井开拓方案222.3.2水平划分252.3.3大巷布置252.3.4采区划分及开采顺序262.4 井筒262.4.1井筒装备及布置262.5 井底车场及硐室302.5.1井底车场形式302.5.2井底车场硐室322.5.3道岔类型及弯道曲率半径333 大巷运输及设备353.1 运输方式的选择353.1.1运输方式的选择353.1.2主要运输巷道断面、支护方式、坡度及钢轨型号353.2 矿车353.2.1矿车型号353.2.2矿车数量计算353.3 运输设备选型373.3.1运输大巷带式输送机373.3.2辅助运输374 采区布置及装备414.1 采煤方法414.1.1采煤方法选择414.1.2工作面长度及推进度414.1.3采区及回采工作面回采率414.1.4回采工艺414.1.5顶板管理及支护444.2 采区布置454.2.1采区位置、数目及工作面生产能力454.2.2采区布置464.2.3采区生产系统474.3 采掘设备选型494.3.1工作面采煤、装煤、运煤方式及设备选型494.3.2掘进工作面组数及装备504.4 采区车场线路设计524.4.1采区车场形式选择524.4.2单向甩车绕道式中部车场设计535 通风和安全555.1 概况555.1.1煤层瓦斯含量及瓦斯涌出量555.1.2矿井通风系统设计要求555.2 矿井风量计算565.2.1通风方式及通风系统565.2.2风井数目、位置、服务范围及服务时间565.2.3掘进通风及硐室通风565.2.4矿井风量、负压及等积孔575.3 矿井通风设备选型765.3.1选择主扇765.3.2选择电动机776 井巷工程量和建井周期796.1 进度指标选取796.2 施工关键路线806.3 工期计算80致 谢82参考文献83II河南理工大学采矿工程专业2013届毕业设计1 井田概况及地质特征1.1 井田概况1.1.1交通位置裴沟煤矿位于郑州市西南35km，行政区划分隶属新密市来集镇和刘寨乡管辖。东南距新郑市26km，西北距新密市8.5km，西距郑煤集团公司所在地6km。本区南部与樊寨勘探区毗邻。郑（州）密（县）公路，新（郑）密（县）铁路，在本区北部通过。新密铁路支线直达裴沟矿主井，宋（寨）大（冶）铁路支线通过井田中部，交通极为便利。 井田交通位置见图1-1-1。图1-1-1 交通位置图1.1.2地形、地势及河流区内地势南高北低。地面标高175270m，一般为200m左右，属低山丘陵区。地表水系不甚发育，仅有纵穿井田注入双洎河的水溪。有常河、磨洞王河、杨河、韦圆河及尚滩河等。受降雨补给，均属季节性溪流。1.1.3气象及地震本区属半干旱大陆性气候，据1975年至1990年统计气象资料，年平均气温14.3，极端最高气温41.8，年平均降水量687.87mm，雨量多集中在7、8、9三个月，降水量约占全年的60%，蒸发量2067.2mm，夏季多南风，冬季多西北风，最大风速20m/s，最大冻土深度20cm，最大积雪深度20cm。区内地震烈度为56度区。1.1.4地温裴沟煤矿杨河井田在精查阶段未做测温工作，仅在9-补8孔进行抽水试验时，测得水温为19.5。邻近裴沟矿1990年矿井温度观测资料：工作面温度一般在2026之间，煤巷温度一般在2125之间，大巷温度一般在1021之间。另外，芦沟矿在生产补勘工作中，地温随深度增加而变化，近似地温梯度为1.19/100m。深度500m地温在20左右，未发现地温异常区。1.2 地质特征1.2.1地质特征一）地层本区地层出露不好，多被黄土掩盖，仅在河流两侧和深沟中，见有零星露头，地层系统由老而新有奥陶系、石炭系、二叠系、第四系。石炭系太原群和二叠系山西组上下石盒子组为含煤地层。现仅将钻孔揭露的非煤系地层扼要叙述如下：（1）奥陶系中统马家沟组（O2）由灰浅灰色石灰岩组成，致密性脆，少含黄铁矿晶体，具溶蚀现象。本组揭露厚度80.47m。（2）石炭系中统本溪组（C2）以浅灰色深灰色铝土岩为主，在其上下部常有铝土质泥岩。俗称“铁铝岩段”，全区发育。层位稳定。本组厚度2.813.2m，平均厚7m左右。与下伏奥陶系马家沟组呈假整合接触。（3）二叠系平顶山组（P）在本区的南部呈条带状分布。钻孔中仅有9补26孔穿过该层位。以灰白色、灰绿色中粗粒砂岩为主，硅质胶结，质地坚硬。本组厚60m。（4）二叠系土门组（P）在本区的最南部分布，底界为平顶山砂岩顶，上界止于金斗山砂岩。（5）第三系（R）灰、灰绿色泥灰岩，具溶洞。厚3050m。与下伏岩系呈不整合接触。（6）第四系（Q）顶部为黄土，具钙质结核，下部为粘土、砂质粘土夹砾石层，厚18m左右。与下伏岩系呈不整合接触。二）地质构造（1）区域构造杨河井田位于荥密大背斜南翼，为一较平缓的单斜构造，以近东西向之高角度南升北降之断裂为其特征。在区内南部116勘探线南端出现低角度的郭岗滑动构造，使二1煤层遭受铲失，地层产状走向近东西向，倾向南。倾角1025，一般为15左右。目前浅部裴沟矿生产矿井内尚未新发现较大的褶皱与断裂，仅在边界断层附近发现较多的羽毛状断层和采区落差小于10m以下的正断层90条，呈北东和北西方向排列。构造类型应属简单至中等。杨河井田除井田边界断层外，在西南部有郭岗滑动构造和东部落差大于30mF47断层存在，构造属中等（二类）。现将本区主要构造分述如下：1、油坊沟断层为杨河井田的北部边界，西端在1617勘探线间交与浮山寨断层，区内长达7.5km。断层性质为南升北降的正断层，走向北东东，倾向北，倾角70左右。落差1472m，一般为40m左右。断层在地表油坊沟中有出露，其余由钻孔进行控制，由西向东有A（139.86m见断层）15-补28，13-4、11-10、9-补3、7-4孔、4-7孔均见断层和0-补33孔（409.95m处穿过断层）。2、浮山寨断层为杨河井田的南部边界，区内东西长7.5km。断层性质为南升北降的正断层，走向北东东，倾向北。倾角70左右。落差中部大（712勘探线为144190m），东西两端小（西1316勘探线3890m，东16线，7298m）断层在地表未出露。全部由钻孔控制由西向东分别有15-补16孔（210m见断层，断层角砾岩明显），12-补12孔、9-补26孔、6-补24孔与6-补25孔间二1煤层底板标高不连续。4-补47孔、ZK1625孔（二1煤层断失）。3、F47断层分布在本区的东部。断层性质为南升北降的正断层、走向北东倾向北西，倾角70左右，落差0150m，东部落差大，向西变小，并逐渐消失，确定依据为1A-4孔与1-补29孔、2-补27孔，二1煤层底板标高不连续。付2-补38孔（513.66514.76m见断层角砾岩），付2-补39孔（250m见断层）。4、F47支断层为F47断层上的羽毛状支断层，走向北东南西向倾向南东。倾角60，为一北升南降的正断层。0-补39孔于孔深539.90558.31m见该断层，石炭系太原统L4灰岩顶与L8灰岩接触，落差50m左右，由东北向南西断距变小直至尖灭。5、滑动构造本区的滑动构造为芦店滑动构造东延部分。位于本区的南部，西起16勘探线以西，东至1勘探线以东，走向呈北西西东西展布，1614线主滑面位于二1煤层顶附近，局部与油坊沟断层、浮山寨断层复合。区内9个钻孔穿过滑动构造，主断裂面均见到二1煤层或二1煤层上部山西组与上石盒子组下段五煤组或六煤组接触，断层角砾带明显。岩石破碎，擦痕多见。二1煤层厚度被滑动构造破坏变薄直至全部铲失，尤其本区西南部外围李堂煤矿，甘寨煤矿及其南部王1、王2、王5、王6、4007、4008钻孔表现更为明显。断失地层厚度规律是浅部大，深部小。同时滑动断裂面上、下两盘的构造形态，极不协调，构成在剖面上双层结构形式。详见区域地层简表（表1-2-1）（2）井田构造矿区在大地构造位置上位于昆仑秦岭纬向构造带北亚带的东延部分，矿区夹持于荥密背斜和龙坡寨背斜之间的复式向斜构造，其展布呈近东西向，主体构造以断裂为主，次为褶皱，滑动构造在区内广泛分布是本区构造特征之一。褶皱构造特征：开阔平坦，背、向斜相间出现翼部多为断裂切割。主要褶皱由北向南依次为：荥密背斜、新密复式向斜、龙坡寨背斜。断裂构造特征：1、 以近东西向高角度的正断层为主，逆断层少见；2、 与东西向断裂相伴随的有北西向、北东向两组断裂成X型。主要断层由北向南依次为：王口断层、梁山断层、魏寨断层、七里岗断层、牛店断层、大隗断层、樊寨断层、嘧咕山关口断层等。主要滑动构造有：芦店滑动构造，大隗滑动构造，郭岗滑动构造等。勘探资料表明滑动构造主滑面位于山西组二1煤层顶板，下伏系统以山西组二1煤层以下地层组成，滑体为二1煤层以上地层、滑动构造直接影响着二1煤层赋存。表1-2-1 区域地层简表1.2.2煤层及煤质一）煤层（1）含煤性本区含煤地层系指石炭系上统太原群，二叠系下统山西组。下石盒子组及上统的上石盒子组。总厚度670m左右，含煤26层，分属九个煤组，兹由老而新叙述如下：1、石炭系上统太原群（C3）下界为本溪组铝土岩顶，上界止于L9石灰岩或相变为硅质泥岩顶，据钻孔揭露厚度5183m，平均65m，按其岩性组合特征，将太原群划分三段。 下部灰岩段底界为一1煤层底板，上界止于L5灰岩顶，包括L1L5五层灰岩及其对应的一1一5煤层，其中一1煤层大面积可采，L4灰岩有时与L13灰岩合并。本段标志层为L13灰岩，厚17m左右。本段厚25.542m，平均厚28m，与下伏本溪组呈连续沉积。 中部砂泥岩段下界为下部灰岩段顶，上界止于L7灰岩底，包括L6灰岩和一6一7煤层，本段主要由碎屑岩、粘土岩组成。本段厚度8.518m，平均厚13m。 上部灰岩段下界为L7灰岩底，上界止于L9灰岩或硅质泥岩顶，包括L7L9三层灰岩和一8一9二层煤层，L9灰岩沿走向相变为硅质泥岩或泥灰岩，其顶面为山西组分界线。本段标志层为L7灰岩，厚度2.310.00m，平均厚7m左右。本段厚723m，平均厚14m左右。2、二叠系（P）底界为石炭系太原群L9灰岩或硅质泥岩顶，上界止于平顶山砂岩底面，与下伏地层连续沉积，含煤地层厚610m，分上、下两统八个煤组，现分别叙述如下： 二叠系下统（P1） 山西组（P）本组上界止于砂锅窑砂岩底。由深灰色灰黑色泥岩、砂质泥岩、砂岩、炭质砂岩、煤层组成含煤12层，其中二1煤层为主要可采煤层。本组的标志层有大占砂岩（SD）为灰深灰色中、细粒结构，层位稳定，但厚度变化较大，由2.315.2m，平均厚7m左右，有时直接为二1煤层顶板；香炭砂岩（SX），为浅灰灰色，细中粒结构，厚为0.517.5m，平均7m左右，在其砂岩上部有紫红色斑状泥岩和中鮞状泥岩，即俗称为“鮞状小紫泥岩”，是预见二1煤层的辅助标志。本组厚4850m，平均厚75m。 下石盒子组（P）下界为山西组顶，上界止于四煤底砂岩（SS）。由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩和煤线组成，一般不含煤层。区内仅有2-补27孔见薄煤一层。本组标志层为砂锅窑砂岩（SSh）。浅灰灰白色，中粗粒结构，厚214m，平均9m左右，在该砂岩之上为灰绿色紫红色斑状泥岩，具豆状、大鮞状结构，俗称“大紫泥岩”，是预见二1煤层的辅助标志。本组厚5995m，平均为72m，与下伏山西组呈整合接触。 二叠系上统（P2）-上石盒子组（P）据岩性特征，分上、下两段，又据煤岩层组合特征各段又分三个煤组，一般厚460m左右。 上石盒子组下段（P）下界为下石盒子组顶，上界止于田家沟砂岩底面，按粒度旋回和煤岩组合特征，分四、五、六三个煤组。本段厚169255m平均厚214m，与下伏下石盒子组呈整合接触。四煤组：上部为灰色灰绿色泥岩、砂质泥岩和灰白色中粗粒砂岩组成，泥岩中夹四3煤层，下部为灰色紫红色砂质泥岩、泥岩和中、细粒砂岩组成，泥岩中夹四1、四2煤层，均属不可采煤层。据钻孔揭露本煤组厚4979m，平均厚60m。平均7m左右，层位稳定下距二1煤层130m左右。五煤组：上部为灰色灰绿色泥岩、砂质泥岩、砂岩组成，泥岩局部具鮞状结构，夹五5五6二层煤层。其中五5煤层局部达可采。泥岩中富含植物化石夹五1、五3煤层，均属不可采煤层。本组厚5173m，平均厚63m左右。底部为中粗粒砂岩，该砂岩沿走向局部相变为砂质泥岩，厚为121m，平均厚6m左右。六煤组：上部为灰色紫红色砂质泥岩及灰绿色、中粗粒砂岩组成，中部为灰白色、灰绿色中粗粒砂岩，间夹绿色紫红色砂质泥岩、泥岩，下部为灰色灰绿色泥岩、细砂岩组成。泥岩中夹有六1六4四层煤，其中除六3煤局部达可采外，其余煤层仅显层位，本组厚69103m，平均厚90m左右。底部为中粗粒砂岩，该砂岩厚0.522m，平均厚6m左右。 上石盒子组上段（P）下界为上石盒子组下段顶，上界止于平顶山砂岩底。本段厚250m左右，与下伏地层呈连续沉积，据粒度旋回和煤岩层组合特征，分七、八、九三个煤组。七煤组：上部为棕黄色紫红色、灰色泥岩、砂质泥岩、中细粒砂岩。局部夹鮞状泥岩。下为灰紫红色砂质泥岩、泥岩、细砂岩互层。底部田家沟砂岩（St），厚117.5m，平均厚为6m左右，层位稳定，为本组良好标志之一。八煤组：上部以灰色紫红色砂质泥岩、泥岩、中细粒砂岩组成，下部为灰色泥岩、砂质泥岩、泥岩，本组厚78m。底部为灰白色灰绿色的中粒砂岩。其厚度5m左右。九煤组：上部以灰褐色青灰色泥岩、中细粒砂岩组成，中部为灰紫色黄绿色的中细粒砂岩夹薄层的砂质泥岩、泥岩。下部为浅灰色灰白色的泥岩、砂质泥岩。底部为灰白色灰绿色中粒砂岩。其厚为3m左右。（2）可采煤层本区含煤地层中，含煤九组共26层。一1、二1煤层是在本区的主要可采煤层，二1煤层全区发育，普遍可采。一1煤层大面积可采，属不稳定煤层，五5、七2、七3、七9煤层偶而可采，其余煤层均不可采。1、一1煤层赋存于太原群底部，煤厚0.382.09m，平均为1.24m，穿过该煤层见煤点19个，其中14点达可采，可采含煤系数74%。煤层各煤组含煤情况表（表1-2-2）。 表1-2-2 各煤层情况一览表 地层系统煤组煤层情况主要煤层主要煤层的稳定性及可采情况层数编号上石盒子组（P）上段（P）九煤组0未见煤层八煤组0未见煤层七煤组6七2七4（分叉七、七、七）七2、七、七4、七不稳定，局部达可采下段（P）六煤组3六2六4六3极不稳定，偶尔可采五煤组4五1、五3、五5、五6、五3极不稳定，仅五3煤局部可采四煤组2四2、四3极不稳定，不可采下石盒子组（P）三煤组1三2仅2-补27孔煤厚0.55m山西组（P）二煤组2二1（分叉二）二、二1仅6-补25孔煤厚6.40m，煤层较稳定，全区基本可采太原群(C3)一煤组8一1（分叉一）一3、一4、一5、一6、一7、一8一5、一1仅3-补21孔达可采，煤厚0.87m，普遍发育，大面积可采，3-补17孔、1-补28孔、8-补6孔、9-补3孔均不可采一1煤上距二1煤65m左右，下距奥陶系马家沟灰岩7m左右。一1煤层厚度变化大，煤体形态为大的透镜似层状，应属不稳定（三型）煤层。2、二1煤层赋存于山西组下部，煤厚0.8123.39m，平均为7m左右，穿过该煤层见煤点47个，其中45个达可采，可采含煤系数为96%，煤层顶板有时为大占砂岩，直接压煤，多数为砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩，煤层底板为深灰色泥岩，间接底板为砂质泥岩或细砂岩。二1煤上距大占砂岩6m左右，距砂锅窑砂岩65m左右，距大紫泥岩73m左右，下距L9灰岩7m左右，距一1煤65m左右。二1煤层在本区总的变化趋势为中部厚，向东西方向变薄，中部510线煤厚为822m，特厚点位于7-补4孔，煤厚达23.39m，5线以东多数煤厚为46m。10线以西靠油坊沟断层，煤厚46m，向西南煤层突然变薄，煤厚仅有24m，15-补30孔出现不可采点，煤厚0.59m，为滑动构造铲后造成。浅部生产矿井，发现煤厚由东向西，呈厚薄相间变化，厚煤带呈北西南东向展布，煤厚0.6525.86m，一般7m左右，尚未发现不可采区，仅在西部18采区，有一定范围的不可采区，煤层为较稳定型。二1煤层：煤厚沿走向、倾向均有变化，煤体为似层状层状，应属较稳定（二型）煤层。3、影响一1煤层和二1煤层厚度变化的原因浅析： 沉积基底起伏引起煤层厚度的变化一1煤层间接底板奥陶系马家沟灰岩，岩溶地形影响，在凹处煤厚1.262.09m，凸处煤厚00.38m。二1煤层直接底板起伏不平，造成煤厚变化，煤层在底板下凹部位煤层厚，上凸部位煤层薄。 成煤后期构造滑动断层对二1煤层厚度的破坏本区低角度郭岗滑动断层，使二1煤层变薄，直至全部铲失。如14、15、16勘探线14-补14、15孔、15-补16、30、31孔，16-补32孔，煤厚分别为6.66、6.68、2.17、0.59、1.92、0，造成0.5km2范围的薄煤带。通过主要煤层厚度变化初浅分析认为：一1煤层主要受原生沉积基底起伏所控制，二1煤层主要受成煤环境和后期构造滑动断层的控制。二）煤质（一）煤的物理性质和煤岩类型1、煤的物理性质二1煤层：颜色为灰黑黑色，条痕色为灰至棕黑色、多为松散粉末状，少为块状，局部受滑动构造的影响呈鳞片状，具均一状和不清晰的条带状结构，半亮全亮型，玻璃、油脂光泽，参差状及不规则断口，节理发育。煤易燃、微烟。无膨胀现象，硬度小、性脆、易碎。一1煤层颜色及条痕色为黑色，呈块状、粉末状为全亮型，具透镜状，条带状结构，玻璃光泽，贝壳状断口，具明显擦痕和星散状黄铁矿，硬度较大。不易碎。2、煤岩类型根据浅部裴沟井田样品镜下鉴定：二1煤层煤岩组分，以凝胶化物质为主，占87.44%。丝炭化物质次之，占1.64%，矿物质更次。按镜质组所占比例，二1煤显微煤岩类型为半亮型煤。一1煤层煤岩组分同二1煤层一样，以凝胶化物质为主，占81.64%，丝炭化物质次之，占9.95%，矿物质更次，占8.46%，一1煤层显微煤岩类型为光亮型煤。（二）煤的化学性质和煤的工艺性能1、煤的化学性质 主要煤质特征本井田共采煤芯样37个，其中二1煤层33个，一1煤层4个，通过各种项目的分析化验，主要煤质指标见表1-2-3。 煤的有害组分 灰分二1煤层：原煤灰分12.3031.58%，平均16.69%为中灰煤，经1.4 比重液洗选后，平均灰分为7.06%，降灰率一般为50%左右。一1煤层：原煤灰分7.1929.24%，平均16.05%，为中灰煤，经1.4比重液洗选后，平均灰分为8.72%，降灰率一般为50%左右。 表1-2-3 主要煤质指标见项目煤层Mad（%） Ad(%)Vdaf(%)Qbad(J/g)Qgrad(MJ/Kg)Std(%)二1煤原煤0.531.5312.3031.5812.8717.16282703086234.7335.670.240.520.95(15)16.69(15)14.16(14)30366(3)35.52(6)0.49(4)精煤0.611.344.479.6311.3713.01327263586836.1636.800.340.501.04(11)7.06(11)12.18(9)33915(3)36.28(5)0.38(5)一1煤原煤0.381.327.1929.2413.1816.5635.0436.153.405.910.78(4)16.05(4)14.99(4)35.64(3)4.77(4)精煤0.571.213.7317.0612.4315.3836.2236.512.774.310.81(4)8.72(4)13.74(4)36.39(3)3.80(4)灰成分分析据原裴沟井田取样分析：Al2O3二1煤为34.22%，一1煤为27.52%；SiO2二1煤30.05%，一1煤37.52%。煤灰熔融性的软化温度（T2）二1煤为1400，一1煤为1338，均属高熔灰分。 硫分从表1-2-3上，可以看出：二1煤层原煤全硫为0.240.52%，平均为0.49%，属特低硫低硫煤，精煤全硫平均0.38%，一1煤原煤全硫3.45.91%，平均4.77%，属高硫煤。精煤全硫平均3.80%。2、煤的工艺性能 煤的结焦性根据浅部裴沟井田对二1、一1煤层胶质层和干埚粘结性测定结果，不具结焦性。 煤的气化本井田未作煤气化取样试验。但从二1煤层煤质化验综合成果汇总表1-2-3可看出：在气化指标上灰分低、硫分低、高灰熔点、化学活性好。块煤太少，若粉煤加工成型，还可以达化肥工业的要求。三）煤的元素组分和煤的筛分试验1、煤的元素组分根据裴沟井田二1、一1煤层精煤元素分析成果Cr为89.1291.12%，说明煤的变质程度属高变质煤，但Hr含量均大于4%，故煤种为贫煤。详见表1-2-4。 表1-2-4裴沟井田煤层元素分析成果 项目煤层Cr（%）Hr（%）Nr（%）Or+Sr备注二1煤91.124.321.522.80一1煤89.124.041.004.982、煤的筛分试验浅部裴沟矿于1986年采二1煤层大样一个，由郑煤集团煤质处化验室进行筛分试验，筛分粒级为7个级别，样重5262.1kg，其筛分粒级、数量及质量。1.2.3瓦斯、煤尘、煤的自然性及地温一）瓦斯裴沟煤矿现在矿井的相对瓦斯涌出量为6.25 m3/t，绝对瓦斯涌出量为25.75 m3/min。按高瓦斯矿井进行管理。根据河南省煤炭工业局豫煤安2006251号河南省煤炭工业局关于2004年度国有重点煤矿瓦斯等级鉴定结果的批复，郑煤集团裴沟矿井相对瓦斯涌出量为6.25m3/t，绝对瓦斯涌出量为25.75 m3/min，采区或一翼最大相对涌出量7.46m3/t。省局批复等级：高瓦斯矿井。本设计按高瓦斯矿井设计。二）煤尘据裴沟井田资料，煤尘爆炸性指数为18.1%。具有爆炸性，但裴沟矿自投产以来尚未发生过煤尘爆炸事故。根据2002年4月3日煤炭科学研究总院重庆分院关于郑煤集团裴沟煤矿二1煤层煤尘爆炸性鉴定报告，该矿井二1煤层的火焰长度20mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉量40%，鉴定结果为有煤尘爆炸危险性。三）煤的自然发火倾向杨河井田在勘探过程中，未进行煤的自燃趋势的试验工作，仅采用毗邻生产矿井的有关资料，对煤的自燃趋势和引起自燃的因素作出评价。煤的自燃发火期为2-6个月。发生煤的自燃因素很多，不但决定煤本身的物化特性、煤岩自燃成分，但其主要原因是：在生产过程中对安全工作的某些环节重视不够；灭火灌浆设备未能充分发挥作用；没有严格执行煤矿安全规程的有关规定；对已采工作面该回收的未及时回收，该封闭的未及时封闭而造成的。据2002年4月8日煤炭科学研究总院重庆分院关于郑煤集团裴沟煤矿二1煤层自燃倾向等级鉴定报告，该矿井二1煤层自燃等级为类，属不易自燃煤层。四）可采煤层顶、底板（1）二1煤层顶、底板二1煤层的直接顶板为泥岩或砂质泥岩，厚0.817.5m，一般厚为67m，老顶为中细粒长石石英砂岩（大占砂岩），厚2.315.2m，平均厚7m左右，伪顶板为炭质泥岩，随回采而垮落，老顶视厚度大小，回采后不立即垮落，待一段时间垮落。二1煤层底板为泥岩或砂质泥岩，局部夹炭质泥岩，厚1.514m，平均为6m左右，测定垂直抗拉强度为0.094.25Mpa/cm2，一般起不到隔水作用，有时造成煤层底板突水和底鼓。特别是与其下部石炭系太原群之石灰岩发生水力联系，开采时应注意防止水患。（2）一1煤层顶、底板一1煤层顶板为L1-3石灰岩，层位稳定，厚2.6518.46m，平均厚13.20m，致密坚硬，一般不随回采垮落。钻孔遇裂隙有漏水现象，应注意水患。其底板为铝土质泥岩或铝土岩，厚2.813.20m，平均7m左右，一般起不到隔水作用。1.2.4矿井水文地质类型及涌水量预测1）区域水文地质郑州矿区基本构造形态为一宽缓的西窄东宽的较为完整的复向斜构造，向斜轴近东西，西端抬起，东端倾没。本区断裂构造极为发育，可分为近东西、北东、北西向三组，以高角度正断层为主，属纬向构造体系，裂隙发育，对地下水的贮存、阻隔、运移均起到控制作用。2）含水层与隔水层根据岩性和含水性及与采掘工程关系，井田地层可划分为三个主要含水层和四个主要隔水层： 含水层 奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层：由奥陶系马家沟组灰岩组成，灰色、质纯、致密、性脆、厚层，钻孔揭露厚度为80.47m。1991年的水位标高为163.38163.51米，水位比1984年下降了1330米，水质类型HCO3-Ca.Mg型水，矿化度0.45克/升；上距二1煤80米左右，上距一1煤2.813.2米，平均7米。根据裴沟煤矿井下孔-2水文观测孔和地面11-补75孔水文观测孔，目前奥陶系灰岩含水层水位标高为+101.44m+108.56m。 石炭系太原组灰岩岩熔裂隙含水层（A组）主要指几层薄层灰岩含水层，即L7-8、L5、L1-3灰岩，现分述如下：L7-8灰岩：为深灰色灰岩，厚3.4215.96m，平均10.02m，溶蚀裂隙发育，钻孔多漏水；水质类型HCO3-Mg.Ca型水，矿化度0.4930.524克/升，1984年2月油坊沟以南9-补8孔抽水试验，q0.2522升/秒.米，k2.5884米/日，水位标高+114.996米；说明L7-8灰岩岩溶裂隙发育不均匀，其富水性及透水性差异较大，该含水层上距二1煤1.514.0m，平均6m。L5灰岩：厚34m，据4-5孔抽水试验资料q0.00955升/秒.米，k0.00693米/日，上距二1煤17.055.0m，平均33.0m。L1-3灰岩：厚2.6518.46m，平均厚13.20m，据4-5孔抽水试验资料，q0.00690.0129升/秒.米，k0.02110.715米/日。水质类型HCO3-Mg.Ca型水，矿化度0.493克/升。L1-3灰岩含水层距奥灰含水层较近，是奥灰水补给L7-8灰岩含水层的桥梁和通道。目前太原组L1-3灰岩含水层，水位标高为+103m。 二1煤顶板砂岩裂隙含水层（B组）由二1煤顶34层灰白及灰色，中细、中粗粒砂岩组成，俗称大占砂岩、香炭砂岩。厚度为11.2972.98m，平均37.13m，浅部裂隙较发育，深部较致密、坚硬，裂隙不发育，含水性弱。据以往抽水试验资料，q0.00990.04升/秒.米，k0.02770.143米/日，水位标高+184.79+190.75米，水质类型HCO3-Na.Ca型水，矿化度0.47克/升，下距二1煤0.817.5m，平均6m。 隔水层 一1煤层底板隔水层深灰色炭质泥岩、泥岩和灰白、浅灰色铝土岩，厚2.813.2m，平均7m左右，厚度变化很大，基本上起不到隔水作用。 L7-8与L1-5灰岩间砂质泥岩段隔水层灰色、深灰色砂质泥岩、泥岩互层，中夹L6灰岩。厚度为8.518.0m，平均厚13m左右，为较好的隔水层。在采掘中应加以保护，以防止该层遭受破坏时，L1-3灰岩水通过导水裂隙补给L7-8灰岩含水层。 二1煤层底板隔水层灰深灰色砂质泥岩、泥岩互层。厚约1.514m，平均6m，自西向东呈起伏形态，东部局部为零，位于L7-8灰岩含水层之上。据等厚线可以看出隔水层薄处则含水层厚，煤厚与隔水层厚基本上同步变化。在南、北边界断层附近及西南部滑动构造部位隔水层薄，中部则较厚。 二1煤层顶板隔水层灰深灰色砂质泥岩、泥岩，厚度约0.817.5m，平均6m。因采后垮落，且厚度变化大，在工作面范围内相当大的区段内起不到隔水作用。3）断裂构造的水文地质性质 油坊沟断层为一南升北降的正断层，走向北东东，倾向北，倾角6070左右，落差1472m，一般为40m左右。南盘寒武系、奥陶系灰岩、白云质灰岩与北盘的石炭系太原组灰岩相对接，该断层以南的9-补8孔、6-补24孔的L7-8灰岩水水位因浅部矿井疏放，而比正常值下降了3070m；9-补3孔穿过油坊沟断层，断层带大量漏水。说明该断层为一导水断层。 浮山寨断层为一南升北降的正断层，走向北东东，倾向北，倾角6070左右，落差西部小。向东有增大趋势，中部约150m左右，东部350m左右。该断层以南的15-补16孔O2灰岩水水位因18采区出水点疏放下降2m多，足可说明该断层为一导水断层。 F47断层为南升北降的正断层，走向北东东，倾向北西，倾角70左右。从1A-4孔、1-补29孔、2-补27孔资料来看，过断层时均未见漏水，说明该断层为阻水断层。4）矿床充水因素分析 地表水区内较大的地表水体为磨洞王水库，库容约100万米3，下距二1煤层顶北部为204m，中部394m，南部452m。因冒落带，导水裂隙带发育不到库底，且其间有多层泥岩、砂质泥岩隔水层，所以对采煤构不成威胁。 地下水 本区近于新密复向斜轴部，为区域地下水的迳流区，接受来自西、北部的补给，矿床主要直接充水含水层为L7-8灰岩，主要补给水源为O2灰岩水。9-补8孔水位标高+114.996m（1986年）。比疏放前下降3070m。由此表明对L7-8灰岩水水位影响远达30004000m以上，由于油坊沟断层以北长期疏放L7-8灰岩水，使得该层水对矿井生产构不成严重的威胁。 奥灰水是矿井充水的主要威胁，在岩层层位正常的情况下，不会轻易突出。但是，由于油坊沟、浮山寨两断层皆为南升北降的正断层，两条断层导水性均较好。在受断层影响，油坊沟断层及浮山寨断层北盘的L7-8灰岩与南盘的O2灰岩对接或相距很近，相当多部位两盘O2灰岩未完全错开，这就使得O2灰岩组成了煤系基底强大的统一含水体，且厚度大，岩溶裂隙发育，尤其在0-100m水平更为发育，其中含有丰富的高压岩溶裂隙水。 区内一系列近东西向正断层的作用，使得O2灰岩水不仅保留水平运动的良好条件，而且增强了垂直运动的途径，断层增大了矿井充水的机率。5、杨河井田涌水量根据地质勘探报告提供的杨河井田涌水量参数，杨河井田正常涌水量2200 m3/h，最大涌水量3300 m3/h。2 井田开拓2.1 井田境界及储量2.1.1井田境界郑州煤炭工业（集团）有限责任公司裴沟煤矿，位于新密煤田中东部，F22断层的南部，行政区划分隶属新密市来集镇和刘寨乡管辖。井田范围包括裴沟井田、杨河井田及樊寨井田。井田境界北以F22断层为界，南以樊寨断层和二1煤层-600m底板等高线为界，东以38457000经线为界，西以秦沟断层和二1煤层露头为界。裴沟煤矿形状近长方形，裴沟煤矿东西长8.0km，南北宽3.5km，井田面积26.5km2。表2-1-1 裴沟煤矿地质储量表 储量级别煤层编号地 质 储 量（kt）331332333合计二171761.520617.567446.2159825.2本井田共有地质储量159825.2kt(111b+122b+333)，其中111b（331）类71761.5kt，占44.9%，122b（332）类11861.9kt，占12.9%，333类67446.2kt，占42.2%。详见表2-1-12.1.2煤柱的留设1、边界煤柱：井田边界煤柱按30m留设。2、断层煤柱：裴沟煤矿杨河井田范围内，主要有井田北部的油坊沟断层，落差1472m，一般为40m左右；井田南部的浮山寨断层，落差中部大，144190m，东西两端小，3890m；在本区东部的F47断层，落差0150m，东部落差大，向西变小，并逐渐消失。3、井筒煤柱：本矿井采用立井开拓，主井、副井均需穿过二1煤层，按原煤炭部制定的规定，保安煤柱为井筒外推20m，作为围护带宽度，然后再按角45、=取72、取70斜放到煤层。4、工业场地保护煤柱的计算：按规范规定：年产150万t/a的中型矿井，工业场地占地面积指标为1.2公顷/10万t。故可算得工业场地的总占地面积：S=1.215=18公顷=180000m2。根据垂直断面法可计算工业工场保护煤柱的留设，计算如下所示：工业广场占地面积为200270m，平面形状为梯形。煤层地质条件为：煤层倾角=17，煤层在保护范围中央处的埋藏深度H0=765m，松散层厚度45m，煤层厚度7m。图2-1-1 用垂直断面法计算工业广场保护煤柱上图中，梯形ABCD的面积即工业场地煤柱的压煤面积，经计算可得，工业场地共压煤859.6万吨。2.2 矿井设计年生产能力及服务年限2.2.1矿井工作制度矿井年工作日330天，每天三班作业，两班出煤，一班准备。日净提升时间16小时。2.2.2矿井设计年生产能力设计认为本矿井设计生产能力按1.5Mt/a考虑是恰当的，主要原因分析如下。一）矿井储量及服务年限本井田2号煤层有可采储量127860.2kt。若储量备用系数取1.3，按现有可采储量计算，矿井1.5M t/a能力时可服务65.6a，达到“设计规范”的要求，因此，矿井有建1.5M t/a的资源条件。二）开采条件及采煤工作面生产能力井田内批准开采的煤层，可采煤层为二1、一1煤层煤层，该二1煤层厚度厚0.8023.39m，平均7m，属厚煤层。其煤层较稳定，结构简单，一般不含或含12层夹石，煤层倾角820。本区水文地质条件简单，开采条件较好，根据国内生产水平，一个综采工作面生产能力达1.5M t/a是比较可靠的。三）从矿井建设投资分析，其两种井型的井巷工程量基本相同，矿井总投资也基本相同，若矿井生产能力为1.2M t/a，不能充分发挥综采工作面的优势，势必造成机械设备能力的浪费。四）本井田主要可采煤层二1、一1煤层的成因均属腐植煤类型，煤质较稳定。二1煤层属特低硫低硫、高熔难熔、中灰、贫煤；一1煤层为富高硫、高熔、中灰贫煤。发热量大于29.4MJ/kg，可作为动力用煤和民用煤。目前市场供不应求，煤炭售价较高，应适当加大其开发力度，提高矿井投资效益。综上所述，从矿井的储量及投资、市场方面分析，并考虑矿井开采范围可以向东和南部延伸，矿井的服务年限还有增加的可能。为减少不必要的投资损失。矿井设计生产能力为1.5M t/a是比较合理的。2.2.3同时生产水平数根据本井田煤层赋存条件及开拓布置，井田划分为-580m和-1060m两个水平。按确定的矿井1.5M t/a生产能力以一个采煤工作面生产，即可达到设计生产能力，因此矿井同时生产水平数为一个。2.2.4矿井及各水平设计服务年限矿井及水平设计服务年限按下式计算： (2-1)式中：T矿井或水平设计服务年限（a）；Z矿井或水平设计可采储量（kt）；1.3储量备用系数；A矿井设计年生产能力（1500kt/a）矿井设计服务年限计算见表2-2-1。表2-2-1 矿井设计服务年限表矿井或水平设计可采储量（kt）储量备用系数设计服务年限（a）一水平（-580m）83109.11.342.6二水平（-1060m）44751.11.323全区127860.21.365.6经计算，全矿井设计服务年限为65.6a。其中：一水平（-580m）42.6a。2.3 井田开拓方案比选2.3.1矿井开拓方案1)方案的提出开拓方案1：立井两水平开拓本井田的地质构造复杂，地形标高一般在+185m左右，埋藏比较深，由一水平向二水平开凿暗斜井，提高其运输能力，主井紧邻运输大巷采用立式环形井底车场，降低建井初期投资费用，所以提出立井加暗斜井两水平上下山开拓。暗斜井1283m，内设输送机。立井主、副井深分别为765m、765m。图2-3-1 立井两水平开拓系统剖面图开拓方案2：主立井副斜井两水平开拓由于本矿井大面积为第四系黄土覆盖，采用主立井副斜井开拓，井筒掘进技术和施工设备比较简单，掘进速度快，但由于埋深较大，斜井的掘进距离较远，副斜井井深为1431.55m。主立井深为605m，用于提升煤炭。准备方式为采区式。沿煤层的走向布置回风大巷，运输大巷和轨道大巷。图2-3-2 主立井副斜井两水平开拓系统剖面图开拓方案1和开拓方案2的方式不同，通过技术比较，不能确定，故要进行经济比较，才能确定方案。开拓方案1和开拓方案2的后期工程量相同，所以只比较前期。各方案比较费用表及工程量见表2-3-1、表2-3-2、表2-3-3表2-3-1 建井工程量表项 目方案一方案二初期主井井筒(m)765605副井井筒(m)7651431井底车场(m)200200主石门(m)680运输大巷(m)33353335后期主井井筒(m)00副井井筒(m)00暗斜井(m)12831624井底车场(m)200200主石门(m)680运输大巷(m)36673531表2-3-2 基建费用表项目方案一方案二工程量m单价（元/m）费用万元工程量m单价（元/m）费用万元主井井筒765321272457.71605321271943.68副井井筒765321272457.721431221273166.37暗斜井1283207012655.931624157012531.73井底车场20012237244.7420012237244.74石门681001368.090120130运输大巷3667127184663.693667127184663.69小计12547.8912827.97表2-3-3 费用汇总表方案方案一方案二项目费用/万元百分率（）费用/万元百分率（）初期建井费12547.8912012827.97148.7生产经营费17384.69105.818564.63106.8总费用33450.4710038902.21100经过经济比较可知，方案一的费用为33450.47万元，方案二的费用为38902.21万元，方案一不论是建井费用还是生产经营费用均低于方案二，其比较结果确定为方案一，即采用立井两水平上下山开拓开采。2)井口位置选择根据本井田的开采现状和地质特征以及煤层赋存条件，在裴沟煤矿的开采范围内，本井田的东部，受F47正断层的断裂构造影响，西南部，受浮山寨断层组与韩家门断层的断裂，经现场踏勘，矿井井口及工业场地现布置在井田北部较为开阔地带，本矿井大面积为第四系黄土覆盖，便于井口及工业场地的选择。现井口及工业场地井口位置虽然位于井田北部，不在井田储量中心附近，但由于下述原因，设计认为其井口及工业广场位置是合理的。（1）现井口及工业场地位于煤层浅部，且地面标高约为+185m左右，较井田内其他地带（地形标高一般在+220m左右）低，有利于矿井初期采用立井开拓。（2）现井口及工业广场距铁路和公路距离较近，减少辅助设施建设，且交通运输较为便利。3)开拓方案本矿井主、副井井口标高+185m。井筒直径5.0m，采用6t多绳摩擦式提煤箕斗进行煤炭提升。担负全矿井的煤炭提升任务，兼作进风井；副井井筒净直径5.0m，装备一对1.0t单层双车普通罐笼，担负矿井西翼11、12生产采区的人员升降、提矸、下料等辅助提升任务，兼作进风井；中央立风井，净