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含CAD图纸+文档 钱家营矿 课程设计 CAD 图纸 文档

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采矿学课程设计说明书学院：矿业工程学院班级：设计者：学号：指导教师：设计日期：目录第一章 矿区概述及井田地质特征31.1矿区概述31.1.1交通位置31.1.2地形地貌31.1.3气象及地震31.1.4地表水文情况31.1.5水源及电源41.2井田地质特征51.2.1井田地质构造51.2.2煤系地层及其层组划分71.2.3 水文地质101.2.4 其它有益矿物111.2.5地质勘探程度111.3煤层特征111.3.1煤层的结构、厚度和一般特征111.3.2可采煤层及局部可采煤层稳定性121.3.3煤层对比131.3.4煤质141.3.5瓦斯161.3.6煤尘及煤的自然发火16第二章 井田境界和储量172.1井田境界172.2 矿井工业储量182.2.1矿井地质资源量：182.2.2矿井工业资源/储量：182.2.3 矿井设计资源/储量：182.3矿井可采储量19第三章 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限223.1矿井设计生产能力及服务年限223.1.1 矿井设计年生产能力：223.1.2 第一水平服务年限：223.2矿井工作制度22第四章 井田开拓244.1 井筒形式244.2 工业场地244.3 开采水平及井筒延伸方案：244.3.1 开拓方案的提出244.3.2方案比较25参考文献：311 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1交通位置钱家营矿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。矿区内有铁路与京山线古冶车站和林西矿业有限公司接轨，铁路交通方便有公路干线通过井田，公路交通十分方便，属京、津、唐三角区，距北京、天津均为100km。见图1-1。1.1.2地形地貌本地区地势平坦，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726m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。1.1.3气象及地震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。根据开滦矿务局地震办公室1991年5月31日提供的钱家营矿区地震基本烈度评定报告，钱家营矿区地震基本烈度为七度。1.1.4地表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。夏秋流量显著增大，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。图1.1 交通位置图1.1.5水源及电源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。进入本矿区中央变电站的电源线共计四趟，其中2趟电网是吕家坨变电站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。1.2 井田地质特征1.2.1井田地质构造1.2.1.1井田大中型构造特征1、区域构造概况钱家营井田位于开平煤田之开平向斜的东南翼，开平煤田位于燕山南麓，受新华夏系构造的控制，是一个北东向的大型复式含煤向斜构造。它包括了开平向斜、车轴山向斜、荆各庄向斜和西缸窑向斜四个含煤构造。开平向斜为一大型不对称向斜构造，轴向在南部为北东40，到北部古冶以东逐渐转成近东西向，其西北翼地层陡立至倒转，东南翼地层平缓而多褶曲，自北而南有杜军庄背斜、吕家坨背斜、范各庄向斜、毕各庄向斜、南阳庄背斜、高各庄向斜、李辛庄向斜、刘唐保背斜和深港向斜等褶曲，它们的轴向都与主向斜斜交，构成了“边幕式”褶曲。2、井田大中型构造特征1)钱家营井田东端为毕各庄向斜西翼和小张各庄向斜西翼，向西依次为南阳庄背斜、高各庄向斜，再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12公里，又开始出现褶曲，自东向西依次为李辛庄向斜、刘唐保背斜。井田西端为深港向斜东翼。2)井田内褶曲线性排列明显，如南阳庄背斜，延展长度达7公里，长宽比为3:1。各褶曲轴向都与主向斜轴（开平向斜）斜交。褶曲多呈不对称状：背斜东南翼倾角较大，一般20左右；西北翼倾角平缓，一般10左右；向斜则相反，东南翼倾角缓，西北翼倾角大。3)井田构造以褶曲为主，断裂为辅，断层以倾向或斜交为主，且大中型断层多伴生在褶曲轴部和褶曲区与单斜区过渡带。1.2.1.2井田主要构造描述1、南阳庄背斜1)特征：长轴状背斜，轴向在南阳庄附近呈近南北向，到岭上庄附近急剧转成近东西向，呈向东北方向凸出的弧形，两翼不对称，西翼倾角10左右，东翼倾角20左右。往深部褶曲幅度变小，于煤12的-1100m底板等高线附近趋于消失。褶曲浅部发现有F4、DF4、DF4三条大型逆断层。2)控制程度：延展长度达7公里，褶曲浅部煤12的-700底板等高线以浅有16个地面钻孔，井下钻探、巷探和二维地震、瞬变电磁等物探方法进行综合探测控制，背斜形态得到了较好的控制，而深部仅有钱46、钱101、钱85三个地面孔控制，背斜形态控制不严密，有大中型断层伴生的可能，影响工作面的布置甚至影响采区的合理划分，有待进一步探测控制。2、高各庄向斜1)特征：井田中深部构造，轴向北80西，南翼倾角10左右，北翼13左右，轴部伴生有F11逆断层和F17正断层。2)控制程度：延展长度约3.5公里。钱77、钱81、钱45、钱9、钱40和钱水19共6个地面钻孔控制，向斜深部控制较差。3、李辛庄向斜轴向北40西，两翼不对称，东北翼倾角12左右，西南翼20左右。延展长度超过4公里，钱78、钱86、钱88共3个钻孔控制，向斜形态控制不严密，其中钱78孔揭露向斜轴部有3断层（落差31m），当然还有其它大中型断层伴生的可能，严重影响着采区的正常划分，采区设计前必须进一步及时勘探查明。4、刘唐保背斜轴向北75西，东北翼倾角20左右，西南翼倾角13左右，此背斜褶幅比两侧向斜大，在煤层底板等高线图上，可见呈“舌状”向主向斜内拱出。与李辛庄向斜相似，东南部较紧闭，而向深部较宽缓。其西部为深港向斜。延展长度超过15公里，仅褶曲深部有钱93、钱94、钱95和钱96共4个孔控制，背斜控制极不严密，且有大中型断层伴生的可能，采区设计前必须进一步勘探控制。5、主要断层到1998年年底井田内共有187个地面钻孔，查出断层26条，其中落差5030m的断层4条，3010m的断层10条，10m以下的断层11条，落差不明者1条，详见表1和附表一。表 1.1 钱家营井田断层概况表项 别落 差（m）5030301010合计条 数35513其中正断层34512逆断层01011.2.1.3对井田内大中型构造的认识勘探及采掘实践表明：井田内主要褶曲都伴生有大中型断层，尤其褶曲轴部和褶曲区与单斜区过渡带断层密集，断层落差较大，远离这些区域断层规模和密度较小。以南阳庄背斜浅部为例，其轴部伴生有F4、DF4A、DF4B三条逆断层（落差依次为32m、18m、12m），同时在大中型断层两侧还有较宽的断层影响带，中小型断裂发育，煤层顶板稳定性极差，如F4逆断层仅下盘影响带宽约100200m，不仅影响了采区工作面的合理布置，而且极大影响了工作面高产高效采掘。1.2.1.4矿井地质构造复杂程度评定以上论述表明，钱家营井田大中型断层不多且很少互相切割交叉，地层产状变化不大，有少量宽缓褶皱，大中型构造复杂程度应属类。1.2.2煤系地层及其层组划分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500m。含煤十几层，煤层总厚达19.79m，含煤系数3.96%，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95.53m。根据岩芯观察其顶部大约40m以浅部分属古风化壳，最顶部约20m风化程度甚强，常具黄褐色斑状杂色，向下逐渐减弱。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300m。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200m。(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60m。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26m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，上组称钱家营组。上组是重要的含煤地层。本统一般厚约135m。3、二迭系下统(P1)：下界以煤11顶板之粉砂岩顶面，与钱家营组呈整合接触。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300m，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(P11 )：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0m，钱34厚0.11m。本组厚约70m。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(P11 )：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220m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722m。(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430m。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4050m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10m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500m。井田内钱12孔所见287m。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82m往西南逐渐增厚，至钱84孔达800m，平均每公里厚度递增42m。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600m，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。1.2.3 水文地质1、大气降水矿区年降水量在350-800mm之间，由于巨厚冲积层的存在，阻隔了大气降水与矿坑涌水之间的联系，矿井涌水量基本不受季节影响。2、地表水系矿区地表水系主要包括沙河、老牛河、幸福河、矿井采动塌陷积水坑以及一些人工排水灌溉沟渠。矿井采动塌陷坑积水量随开采面积的扩大而增加，到1997年末最大积水量为3344971m3。所有地表水体均直接补给潜水 层，但与煤系含水层均无直接水力联系。根据矿井开采以来涌水量观测数据分析，地表水与矿井涌水量无联系。3、矿井直接充水含水层及其主要特征。矿井直接充水含水层包括第含水层(煤12底至煤14顶砂岩裂隙含水层)、第含水层(煤5底至煤12顶砂岩裂隙含水层)、第含水层(煤5顶板砂岩裂隙含水层)。(1) 第含水层煤12至煤14砂岩裂隙含水层，含水性中等，局部较强，是矿井主要充水水源之一。该含水层主要参数为：单位涌水量0.0197-0.0566 l/s.m，渗透系数0.15010.707m/d，目前井田内观测到的最低水位为-480m(钱水24)，其水质类型为重碳酸钠型或硫酸钠钙型，矿井揭露该含水层长时间涌水后沉淀黄褐色胶状物质。(2) 第含水层煤5底至煤12顶砂岩裂隙含水层，含水性弱，工作面揭露时只出现局部滴、淋水现象，单位涌水量为0.0160.0584 l/s.m，渗透系数为0.1541.742m/d，水质类型为重碳酸钠型。(3) 第含水层煤5顶至A层砂岩裂隙含水层，从煤5向上依次分为三段(VA、VB、VC)，含水性中等，局部较强，是矿井主要充水水源之一，已采工作面中最大涌水量达2.1m3/min(1375东工作面)，该含水层主要参数为：VA段单位涌水量为0.06030.228 l/s.m，渗透系数为4.526m/d。第含水层水质类型为重碳酸钠型或硫酸重碳酸镁钠型，工作面揭露该含水层涌水后沉淀乳白色胶状物质。4、矿井间接充水含水层及其主要特征矿井间接充水含水层包括第含水层(奥陶系灰岩岩溶含水层)、第含水层(煤14到K3含水层)、第含水层(A层至基岩顶界面含水层)、第含水层(冲积层含水层)。(1) 第含水层奥陶系灰岩岩溶含水层，该含水层含水丰富，单位涌水量为2.146 l/s.m，渗透系数为182.714m/d，其水质类型为硫酸重碳酸钙镁型。在井田范围内，奥陶系灰岩距煤12-1在140180m左右，此范围地层由粘土岩、薄层灰岩、砂岩互层组成，正常情况下奥陶系灰岩含水层水对采掘开工程不构成直接威胁。(2) 第含水层煤14至K3(唐山灰岩)含水层，含水性弱，单位涌水量为0.0455 l/s.m，渗透系数0.261 m/d，水质类型为硫酸钙镁型。(3) 第含水层A层至基岩顶界面砂岩裂隙含水层，含水性弱，单位涌水量为0.040.0196 l/s.m，渗透系数为0.02480.211m/d，水质类型为重碳酸钠钙型或重碳酸钠型。(4) 第含水层第四系冲积层孔隙含水层，在井田范围内冲积层厚度由东北部80余米向西南变厚至800余米，由砂、粘土、卵砾石互层组成，由上往下共分五个含水层组，其中第四承压含水层（E）与煤系地层直接接触，其厚度变化为0130m，西南部最厚达270m，含水性较强，单位涌水量为1.0161.385 l/s.m，渗透系数为8.30120.626 m/d，水质类型为重碳酸钙型或重碳酸钙镁型，受矿井开采影响，其水位由建井前的+10m左右下降至目前的-30余米（最深达-60余米）。1.2.4 其它有益矿物境内矿产资源丰富，主要有煤、铁、石灰石、耐火粘土等。1.2.5地质勘探程度钱家营矿井田面积35.6km2，补勘14个地面孔，工程量6551.22m；井下地质孔7724.2m；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。1.3 煤层特征1.3.1煤层的结构、厚度和一般特征井田内可采和部分可采煤层共8层，计有煤5、煤6-1/2、煤7、煤8、煤9、煤11、煤12-1、煤12-2。其中主要可采煤层为煤7、煤9、煤12-1，均属复结构的中厚厚煤层。详见表1-2。表1-2 钱家营井田可采煤层沉积特征表煤层名称煤 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1.392.00m.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71.667.175.2(113)23.56(83)0.2017.39沉积稳定为井田内主要可采煤层之一.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90.355.202.20(101)6.26(95)5.2718.12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(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1.3.2可采煤层及局部可采煤层稳定性建井至今我矿一水平回采煤层集中于煤5、煤7、煤9、煤12-1。煤8仅局部可采，且煤厚变化较大、煤层灰分较高，伪顶发育。煤11绝大部分不可采，均属极不稳定煤层。已采工作面稳定性评价指标如下：表1-3 工作面煤层稳定性评价表57912煤 厚0.53.01.61.67.1750.63.22.20.65.23.2可采指数0.971.00.970.99变异指数22.2418.8627.4328.69综合评定稳定稳定较稳定较稳定对井田煤层稳定性结合一水平采掘情况和精查勘探结论评价如下：井田内煤7为稳定煤层，煤9、煤12-1为较稳定煤层，煤5、煤8为不稳定煤层，煤11属极不稳定煤层。井田内稳定和较稳定煤层储量占全井田储量的77.2%。矿井地质规程规定稳定和比较稳定煤层储量占全矿井储量的6080%，则煤层稳定程度属类，据此钱家营井田煤层稳定程度属类。1.3.3煤层对比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500m，含煤十几层，煤层总厚达19.79m，含煤系数3.96%，地层特征与开平煤田其它井田基本相同。1、标志层:(1) G层铝土岩：沉积在奥陶系灰岩的古风化壳上。上部常为浅灰色，下部时为浅灰、灰白和紫色。岩性致密，细腻有滑感。具分布不均匀的菱铁质鲕粒。含黄铁矿结核及散晶体。全区稳定，总厚平均5m。(2) 1 石灰岩：灰深灰色略具褐色，质地较纯，富含海百合茎及腕足类等化石含黄铁矿结核。层位稳定，厚度平均 1.50m。下距奥陶系顶面约30m。(3) 2 石灰岩：深灰黑灰色，有时微发褐色，致密，质地较纯。层面有时附沥青质。含海百合茎及腕足类化石。层位较稳定，厚度平均约1.15m，下距K1约15m。(4) 3 石灰岩（唐山石灰岩）：浅灰褐色，中厚层状，质纯坚硬。含大量筵科、珊瑚、海百合茎和腕足类等化石。并含豆状黄铁矿结核及沥清质膜。厚度较大，层位稳定，是煤系地层中沉积幅度较大的一次灰岩沉积，厚度平均 3.58m。下距2约15m。(5) 4 石灰岩：褐灰色，致密，坚硬，质不纯。富含海白合茎及腕足类及筵科化石。偶见黄铁矿散晶。层位不稳定，常相变为浅海相粉砂岩。厚度平均1.39m。下距3约20m。(6) 5 石灰岩：灰深灰色，含泥质的生物碎屑石灰岩，时而相变为钙质粉砂岩。本层灰岩常为煤14-1直接顶板或间接顶板。厚度度平均为1.15m。下距4石灰岩约30m。(7) 6 石灰岩（钱家营石灰岩）：深灰色，质不纯、含硅质，富含海白合茎及腕足类化石。裂隙多被方解石脉充填，并可见黄铁矿散晶，厚度平均为1.00m。有时被上部三角洲相冲刷，下距5石灰岩约15m 。(8) 煤12-1顶板腐泥质粘土岩：灰黑色，条痕褐色。岩性极细，均一，油脂光泽，具贝壳状断口，含黄铁矿薄膜。海相动物化石富集于该层顶部粉砂岩中。其上部为含钙质的粉砂岩，仅井田中部及西南部明显。层位较稳定，本水平西部不具腐泥质。(9) 煤11顶板腐泥质粘土岩：黑色，条痕棕褐色。质纯而均一，油脂光泽，平坦状及贝壳状断口，本水平东部发育，西部相变为粘土岩。(10) 煤6 顶板粉砂岩：深灰灰黑色，致密，质地均一，具海白茎及腕足类化石。含黄铁矿散晶及褐灰色泥质或菱铁质结核。层位稳定。(11) A层铝土岩：淡青、浅灰和紫红色为主。岩性致密，性脆，细腻，具鲕状均造。常夹粉砂岩薄层，层位较稳定，但厚度变化大，一般3 10m，局部被顶板河床相砂岩所冲刷。2、物性特征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。表1-4 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5黑色玻璃光泽亮煤为主，暗煤较少，偶见丝炭。光亮半亮层状及片状。粉状1.01.3具粘土岩微薄层煤7灰黑色及灰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。半亮暗淡同上。块状1.01.4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1.01.4具黄铁矿散晶1.3.4煤质1、 煤层中有害成分（见表1-5）表1-5 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51.0810.7931.6884.380.760.007854926FM70.9323.5132.0885.450.610.071816325QF，FM1/3JM81.0120.7733.5783.690.680.034825332QF，FM1/3JM，JM90.9118.3431.2883.841.330.016830131QF，FM110.8913.3134.7184.372.710.013831434FM12-10.9316.5832.4583.921.390.021837630FM1) 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%。2、煤层发热量、粘结性指数等，见表8。3、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，见表9，今后补勘应加强煤质化验工作。4、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。表1-6 近期钱家营采动煤层煤质化验情况一览表煤层名称灰分（%）煤 灰 成 分（%）煤种牌号取祥地点原生生产SiO2AL2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OTiO2SO254.8234.2241.2535.304.007.101.420.120.221.364.321/3焦13521153W718.7434.5047.6340.801.862.841.240.100.161.511.581/3焦13751275912.2536.0352.8429.173.721.631.770.150.261.081.951/3焦辅293129212-19.6633.039.0832.5913.975.171.780.150.150.994.54肥煤辅22212231.3.5瓦斯精查中对矿井瓦斯等级没能做出确切评价，只是据邻矿资料进行了预测：-700以浅二级沼气，二级CO2矿井；-700以深属三级沼气矿井。目前-600水平随采掘深度增加，发现瓦斯经常超限，二水平采掘前，应及时对矿井瓦斯等级做出确切评价，为采掘风量合理设计提供依据。1.3.6煤尘及煤的自然发火1、依据煤层取样，经实验室大管状煤尘爆炸性鉴定仪鉴定，本矿井煤尘爆炸指数为5.219.81%，煤尘无爆炸危险性。2、煤的自然发火情况经测定煤9和煤12-1有自燃发火倾向，投产后曾在一采煤12-1巷道发生煤层自燃现象。3、地温井田内共有38个钻孔进行了地温测量，其中-600水平有17个，-850水平4个，-1050水平11个，-1050水平以深6个。1) -550水平温度变化在16.630.6之间，一般为2026.7。地温梯度在0.553.5/100m，一般在1.42.9/100m。2) -850水平温度变化在18.534之间，平均22.5，西翼深部钻孔钱56钱59钱65一带为地温高梯度区（近2/100m），呈条带状与地层走向基本一致，钱59和钱60钻孔一带地温高达30，向深部地温增加，向浅部地温减小。地温等值线自西向东，由北东向到7号剖面以东弯转成近南北向。2 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1 井田范围钱家营矿井位于钱家营矿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。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726m之间。井田形状及范围如图2.1所示。图2.1 钱家营矿井田形状及范围2.1.2 井田尺寸根据钻孔勘测可知井田的走向、倾向长度（包括最大、最小、平均值），井田的水平宽度及井田的水平面积见表2-1-1。煤层倾角平均为8水平面积计算公式如下：式中 表2-1-1 井田境界名称最大值最小值平均值走向长度11.8 km9.4km10.6km倾向长度8.5km4.4km6.45km水平宽度6.45km水平面积68.37 km22.2 矿井工业储量2.2.1 矿井地质资源量井田走向长度约11800m，倾斜长约6450m，井田中有7号层煤可采.倾角均在8度左右。煤层厚度最大为7.17m，最小为1.6m，平均为5m。容重为1.4.2.2.2 矿井工业资源储量所给煤层地板等高线图上的储量均设为经济的储量和边际经济的储量，并设定70%为经济的储量，30%为边际经济的储量。则矿井功业资源/储量由式(2-1)计算。井田倾斜长度平均为6450m。煤层标高从-250到-1450。所以将井田分为4个阶段。每一阶段垂高跨度300m，所以第一阶段（-250-550）工业资源/储量：第二阶段（-550-850）工业资源/储量：第三阶段（-850-1150）工业资源/储量：第四阶段（-1150-1450）工业资源/储量：2.3 矿井可采储量2.3.1 井田边界和工业场地煤柱根据钱家营矿的实际情况，鉴于本井田大部分边界为断层边界，按照煤矿安全规程的有关要求，井田边界内侧暂留30m宽度作为井界煤柱，则井田边界保护煤柱的损失按下式计算。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，34100m；m煤层厚度，5m；r煤层容重，1.4t/m3；代入数据得：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2-3-1。表2-3-1 工业广场占地面积指标表井型/Mta-1占地面积指标/ha0.1Mt-12.4及以上1.01.21.81.20.450.91.50.090.31.8矿井井型设计为3.0Mt/a，因此由表2-3-1可以确定本设计矿井的工业广场为0.1km2。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20m宽的围护带。本设计选定工业广场长为440m，宽为290m，新生界厚度由北部钱47孔的82m往西南逐渐增厚，至钱84孔达800m，平均每公里厚度递增42m。等厚线大致呈东西方向伸展,平均600m，结合本矿井的地质条件及冲积层和基岩移动角（表2-3-2）采用垂直剖面法计算工业广场的压煤损失.表2-3-2 地质条件及岩层移动角煤层倾角/煤层厚度/m广场中心深度/m/85.0-60045686566采用垂直剖面法计算所得各主采煤层工广保护煤柱面积及压煤量见下表2-3-3：表2-3-3 各煤层工广煤柱压煤量计算表煤层厚度/m工广煤柱面积/m压煤量/t7#58874546212178求得工业广场总压煤量为：6200万t采用垂直剖面法计算工业广场压煤示意图如图2-3-1所示图2-3-1 工业广场保护煤柱计算示意图2.3.2断层保护煤柱井田7#煤层现已查明两条断层，即F4和DF4A，两条断层皆可靠且可控制，故其两侧各留30 m保护煤柱，则其煤柱损失可由下式求得： （2-4）式中：Pf煤柱损失，t；Li断层长度，m；m13-1#煤层厚度，m；煤层容重，t/m3。已知t/m3，m，代入（2-4）可得：2.3.3风井保护煤柱按照建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程（2000版）中参数计算，取东西风井工业场地为100m100m，同样采用垂直剖面法计算东西风井压煤量为：320万t。2.3.4大巷保护煤柱取大巷保护煤柱的宽度为30m计算可得大巷保护煤柱总量为：107万t综上，矿井的永久保护煤柱损失量汇总见表2-3-4表2-3-4 永久保护煤柱损失量煤柱类型储量/万t井田边界保护煤柱716.1断层保护煤柱230.5大巷保护煤柱107东西风井保护煤柱320工业广场保护煤柱6200合计7573.62.3.5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： （2-6）式中：Zk 矿井可采储量，t；Zg 矿井的工业储量，47859万t；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，7573.6万t；C带区采出率；根据煤炭工业矿井设计规范2.1.4条规定：矿井的采出率，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。本设计矿井7煤层厚度为5m，属于厚煤层，且为主采煤层，因此带区采出率选择0.75。则代入数据得矿井设计可采储量：表2-3-5 矿井设计储量总汇表煤柱类型储量/万t矿井工业储量47859煤柱损失量7573.6矿井设计资源/储量30214.053 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2.2.3条规定，矿井设计宜按年工作日330d计算，每天净提升时间宜为16h。矿井工作制度采用“三八制”作业，采用三采三准作业方式。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、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。矿区规模可依据以下条件确定：（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。3.2.2矿井设计生产能力本矿井井田范围内煤层赋存简单，地质条件较好，首采煤层平均厚度5m，煤层平均倾角8，属缓水平煤层，易于发挥工作面生产能力。全国煤炭市场需求量大，经济效益好。结合本矿区的煤炭储量，确定本矿井设计生产能力为3Mt/a。3.2.3矿井服务年限矿井可采储量、设计生产能力和矿井服务年限三者之间的关系为：T=Zk/(AK) （3-1）式中：T 矿井服务年限，a；ZK 矿井可采储量，302.14Mt；A 设计生产能力，3Mt/a；K 矿井储量备用系数。矿井投产后，产量迅速提高，矿井各生产环节需要有一定的储备能力。例如局部地质条件变化，使储量减少；或者矿井由于技术原因，使采出率降低，从而减少了储量。因此，需要考虑储量备用系数。煤炭工业矿井设计规范第2.2.6条规定：计算矿井及第一开采水平设计服务年限时，储量备用系数宜采用1.31.5。结合本设计矿井的具体情况，矿井储量备用系数选定为1.5。把数据代入公式3-1得矿井服务年限：3.2.4井型校核按矿井的实际煤层开采能力，运输能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：（1）煤层开采能力的校核井田内7煤层为首采煤层，煤厚5m，为厚煤层，赋存稳定，厚度基本无变化。煤层倾角平均8，地质条件简单，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个综采大采高工作面来满足井型要求。（2）运输能力的校核矿井设计为大型矿井，开拓方式为立井单水平开拓。井下煤炭运输采用钢丝绳芯胶带输送机运输，工作面生产的原煤经胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，运输连续、能力大，自动化程度高，机动灵活；井下矸石、材料和设备采用轨道运输，运输能力大，调度方便灵活。（3）通风安全条件的校核矿井采用两翼对角式通风系统，抽出式通风方式，东西两翼各布置一个回风井，可以满足通风要求。（4）储量条件的校核根据煤炭工业矿井设计规范第2.2.5条规定：矿井的设计生产能力与服务年限相适应，才能获得好的技术经济效益。井型和服务年限的对应要求见表3-2-1。表3-2-1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力万/ta-1矿井设计服务年限/a第一开采水平服务年限煤层倾角45600及以上7035300500603012024050252015459040201515930各省自定由上表可知：煤层倾角低于25，矿井设计生产能力为35Mt/a时，矿井设计服务年限不宜小于60a，第一开采水平设计服务年限不宜小于30a。本设计中，煤层倾角低于，设计生产能力为3Mt/a，矿井服务年限为67，符合煤炭工业矿井设计规范的规定。4 井田开拓4.1 井筒形式由于井田位于平原地带，又被第四系巨厚冲击层覆盖，所以选用立井开拓方式，又由于瓦斯浓度高所以选用一个主井，一个副井，一个通风井，主、副井位于工业场地中央，标高为-700。通风井位于井田边界处，标高在-400。4.2 工业场地工业场地选取矩形，面积为5001000m2，按井下生产费用较低的原则，工业场地位置大致位于井田中央靠上，避开断层的位置。4.3 开采水平及井筒延伸方案：4.3.1 开拓方案的提出 由于该井田瓦斯很大，而且据邻矿资料进行了预测：-700以浅二级沼气，二级CO2矿井；-700以深属三级沼气矿井。目前-600水平随采掘深度增加，发现瓦斯经常超限。所以根据技术及煤炭工业设计规范要求，以人身安全为重，不能用上下山开采，应该以上山开采为主。 又由于该井田倾角相差较大，大部分倾角大于13度，最大达到19.5度，并且所占比例不小，所以排除盘区和带区开采，应以采区开采为宜。由此基础提出以下四个开拓方案：方案一：三个开采水平上山开采，二水平到三水平立井延伸方式：方案二：三个开采水平上山开采，二水平到三水平暗斜井延伸方式。 方案三：四个开采水平上山开采，三水平到四水平立井延伸方式。 方案四：四个开采水平上山开采，三水平到四水平暗斜井延伸方式。4.3.2方案比较 4.3.2.1 方案一与方案二的区别在于第二水平到第三水平使用暗斜井延伸还是直接延伸立井。两方案的生产系统都比较简单可靠。两方案对比，第一方案需要多开立井井筒（2300）、阶段石门（1720m）和立井井底车场，并相应的增加了井筒和石门的运输、提升、排水费用。第二方案则多开暗斜井井筒（倾角110，21772m）和暗斜井的上、下部车场；并相应的增加了斜井的提升和排水费用。对两方案的基建费和生产费粗略估算如下表：方案方案一方案二基建费/万元立井开凿2300300010-4=180主暗斜井开凿1772105010-4=186.1石门开凿800187310-4=149.8副暗斜井开凿1772115010-4=203.8井底车场100090010-4=90上下斜井车场90090010-4=81小计419.8小计470.9生产费/万元立井提升1.221179.1340.61.7=25923.26暗斜井提升1.221179.1341.770.98=44084.791石门运输1.221179.1341.90.76=36699.203立井提升1.221179.1340.552.04=28515.59立井排水1262436528.090.310-4=930.139排水（斜、立井）1262436528.09(0.12+0.24)10-4=1116.2小计63552.602小计73716.581总计费用万元63972.402费用万元74187.481百分率100%百分率115.97%经过计算，方案一和方案二对比，方案一比方案二费用低一些，两者费用相差15.97%，相差挺大，又考虑到方案一的提升、排水工作环节少，人员上下较方便，结构简单，而且石门虽然长，但其坚固、稳定，又因为方案二中未计入暗斜井上、下部车场的石门的运输费用，以及方案一采用立井直接延伸在通风方面优于方案二，特别对于这样的高瓦斯矿井，通风很关键，综合因素考虑选用方案一。4.3.2.2 方案三与方案四的区别在于第三水平到第四水平是用立井直接延伸还是用暗斜井延伸，粗略比较如下：方案方案三方案四基建费/万元立井开凿2200300010-4=120主暗斜井开凿1532105010-4=160.9石门开凿800167310-4=133.8副暗斜井开凿1532115010-4=176.2井底车场100090010-4=90上下斜井车场90090010-4=81小计343.8小计418.1生产费/万元立井提升1.217257.060.41.6=13253.422暗斜井提升1.217257.061.530.8=25347.17石门运输1.217257.061.70.6=21122.64立井提升1.217257.060.52.02=20915.557立井排水1262436522.440.310-4=743.051排水（斜、立井）1262436522.44(0.12+0.2)10-4=792.6小计35119.113小计47055.327总计费用万元35462.913费用万元47473.427百分率100%百分率133.86%经过计算，方案三和方案四对比