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摘 要 本设计包括三个部分 一般部分 专题部分和翻译部分 一般部分为城郊煤矿 2 4Mt a 新井设计 城郊煤矿位于河南省永城市 交通较为便利 井田东西长约 11km 南北宽约 12km 井田总面积为 92 5km2 主采煤层为二2煤层 平均 倾角为 8 煤层平均厚度为 2 95 m 井田地质条件较为简单 井田工业储量为 385 7Mt 矿井可采储量 285 6Mt 该矿井服务年限为 85 a 涌水量 不大 矿井正常涌水量为 180 m3 h 最大涌水量为 220 m3 h 矿井瓦斯涌出量较低 为低 瓦斯矿井 根据井田地质条件 提出四个技术上可行的开拓方案 方案一 立井两水平开拓 暗 斜井直接延深 岩层大巷 方案二 立井两水平开拓 石门联合暗斜井延深 岩层大巷 方案三 立井两水平开拓 暗立井延深 岩层大巷 方案四 立井两水平开拓 暗立井延 深 煤层大巷 通过粗略和详细技术经济比较 最终确定方案二为最优方案 一水平标高 500m 二水平标高 860m 由于井田面积广 因此采用分区域的通风方式 分别设立北风 井 东风井和西风井 矿井年工作日为 330d 工作制度为 三八 制 一般部分共包括 10 章 1 矿区概述及井田地质特征 2 井田境界和储量 3 矿井工作 制度及设计生产能力 服务年限 4 井田开拓 5 准备方式 带区巷道布置 6 采煤方法 7 井下运输 8 矿井提升 9 矿井通风与安全技术 10 矿井基本技术经济指标 专题部分的题目为高水 超高水充填材料在煤矿中的应用 分析了超高水材料充填开 采的方法 并举例论证了超高水材料开放式充填的开采研究 翻译部分主要内容是关于地下硐室支护系统设计的半经验方法 英文题目为 A semi empirical method for the design of support systems in underground openings 关键词关键词 立井 两水平 带区 综合机械化 蓄电池电机车 分区域式通风 超高水材料 ABSTRACT This design includes of three parts the general part special subject part and translated part The general design is about a 2 4 Mt a new underground mine design of Chenjiao Coal Mine Chenjiao mine lines in north west of Yongcheng in Henan province The traffic of road and railway is convenience to the mine The width of the minefield is 11 00 km the width is about 12 00 km well farmland total area is 92 5km2 The 22 is the main coal seam and its average dip angle is 8 degree The thickness of the mine is about 2 95m in all The proved reserves of this coal mine are 385 7 Mt and the minable reserves are 285 6Mt the service life of the mine is 85 years The normal flow of the mine is 180 m3 percent hour and the max flow of the mine is 220 m3 percent hour The mineral well gas gushes the deal lower for low gas mineral well Based on the geological conditions of the mine I bring forward four available project in technology The first is vertical shaft development with two mining levels the deep extension of blind slope and the rock tunnel the second is vertical shaft development with two mining levels the deep extension of crosscut and blind slope and the rock tunnel the third is vertical shaft development with two mining levels the deep extension of blind shaft and the rock tunnel the last is vertical shaft development with two mining levels the deep extension of blind shaft and the coal tunnel The second project is the best comparing with other three projects in technology and economy The first mining level is 500m the second mining level is 860m Taking into account the wide of Ida s area so the type of mine ventilation is Sub regional ventilation and north air shaft east air shaft and west air shaft The working system three eight is used in the chenjiao mine It produced 330 d a This design includes ten chapters 1 An outline of the mine field geology 2 Boundary and the reserves of mine 3 The service life and working system of mine 4 development engineering of coalfield 5 The layout of panels 6 The method used in coal mining 7 Transportation of the underground 8 The lifting of the mine 9 The ventilation and the safety operation of the mine 10 The basic economic and technical norms The title of Special section is the application of super high water material in the coal mine Analysis of the super high water material fills mining method and an example for research on using super high water material during open back fill mining The title of translation part is A semi empirical method for the design of support systems in underground openings Keywords shaft two mining levels strip district fully mechanized mining Battery Locomotive Sub regional ventilation super high water material 目 录 一般部分一般部分 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 1 矿区概述 1 1 1 1 矿区地理位置与交通 1 1 1 2 矿区气候条件 1 1 1 3 水文条件 2 1 1 4 自然地震 2 1 2 井田地质特征 2 1 2 1 井田地质特征 2 1 2 2 井田地质构造 4 1 2 3 水文地质 5 1 3 煤层特征 6 1 3 1 煤层埋藏条件 6 1 3 2 煤层围岩性质 7 1 3 3 煤的特征 7 1 3 4 其它开采地质条件 8 2 井田境界与储量井田境界与储量 9 2 1 井田境界 9 2 1 1 井田范围 9 2 1 2 开采界限 9 2 1 3 井田尺寸 9 2 2 矿井工业储量计算 10 2 2 1 储量计算依据 10 2 2 2 矿井工业储量 11 2 3 矿井可采储量 11 2 3 1 安全煤柱留设原则 11 2 3 2 矿井永久保护煤柱损失量 11 3 矿井工作制度 设计生产能力及矿井工作制度 设计生产能力及服务年限服务年限 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 矿井设计生产能力及服务年限确定依据 14 3 2 2 矿设计生产能力 14 3 2 3 矿井服务年限 14 3 2 4 井型校核 15 4 井田开拓井田开拓 16 4 1 井田开拓的基本问题 16 4 1 1 确定井筒形式 数目 位置及坐标 16 4 1 2 工业场地的位置 18 4 1 3 开采水平的确定 18 4 1 4 井底车场和运输大巷的布置 18 4 1 5 矿井开拓延深及深部开拓方案 19 4 1 6 开采顺序 19 4 1 7 方案比较 19 4 2 矿井基本巷道 28 4 2 1 井筒 28 4 2 2 井底车场及硐室 29 4 2 3 主要开拓巷道 31 4 2 4 巷道支护 32 5 准备方式准备方式 带区巷道布置带区巷道布置 38 5 1 煤层地质特征 38 5 1 1 带区位置 38 5 1 2 带区煤层特征 38 5 1 3 煤层顶底板岩石构造情况 38 5 1 4 水文地质 38 5 1 5 地质构造 38 5 1 6 地表情况 38 5 2 带区巷道布置及生产系统 38 5 2 1 带区准备方式的确定 38 5 2 2 带区巷道布置 39 5 2 3 带区生产系统 40 5 2 4 带区生产能力及采出率 40 5 3 带区车场选型计算 42 5 3 1 带去车场形式 42 5 3 2 带区车场的调车方式 42 5 3 3 带区主要硐室布置 42 6 采煤方法采煤方法 44 6 1 采煤工艺方式 44 6 1 1 带区煤层特征及地质条件 44 6 1 2 确定采煤工艺方式 44 6 1 3 回采工作面参数 44 6 1 4 回采工艺及工作面设备选型 45 6 1 5 采煤工作面支护方式 48 6 1 6 端头支护及超前支护方式 49 6 1 7 各工艺过程注意事项 50 6 1 8 回采工作面正规循环作业 52 6 2 回采巷道布置 53 6 2 1 回采巷道布置方式 53 6 2 2 回采巷道参数 53 7 井下运输井下运输 58 7 1 概述 58 7 1 1 井下运输设计的原始条件与数据 58 7 1 2 运输距离和货载量 58 7 1 3 井下运输系统 58 7 3 大巷运输设备选型 62 7 3 1 运煤设备 62 7 3 2 辅助运输设备选择 62 8 矿井提升矿井提升 64 8 1 矿井提升概述 64 8 2 主副井提升 64 8 2 1 主井提升 64 8 2 2 副井提升 66 9 矿井通风及安全矿井通风及安全 68 9 1 矿井通风系统选择 68 9 1 1 矿井概述 68 9 1 2 矿井通风系统的确定 68 9 1 3 带区通风系统的确定 70 9 1 4 矿井通风容易与困难时期的确定 71 9 2 带区及全矿所需风量 72 9 2 1 采煤工作面实际需风量 72 9 2 2 掘进工作面实际需风量 75 9 2 3 硐室需风量 76 9 2 4 其它巷道需风量 76 9 2 5 矿井所需总风量 76 9 2 6 风量分配及风速验算 77 9 3 全矿通风阻力的计算 78 9 3 1 矿井通风总阻力计算原则 78 9 3 2 矿井最大阻力路线 78 9 3 3 矿井通风阻力计算 78 9 3 4 矿井通风总阻力 79 9 4 矿井通风设备选型 80 9 4 1 主要通风机选型 80 9 4 2 电动机选型 84 9 4 3 主要通风机附属装置 84 9 5 3 预防井下火灾的措施 86 9 5 4 预防井下水灾的措施 86 10 设计矿井基本技术经济指标设计矿井基本技术经济指标 88 参考文献 89 高水 超高水充填材料在煤矿中的应用高水 超高水充填材料在煤矿中的应用 90 1 绪论 90 1 1 现今煤炭市场发展前景 90 1 2 煤矿开采过程中的出现的压煤问题 90 2 充填技术的发展及问题 91 2 1 充填技术的发展利用 91 2 2 充填技术研究现状 91 2 3 充填开采的技术特点 92 2 4 充填开采技术原理 93 3 高水 超高水充填材料简介 94 3 1 高水充填材料 94 3 2 超高水充填材料 95 3 3 超高水材料充填系统 95 3 4 超高水材料充填开采方法 96 4 开放式开采覆岩控制研究与分析 101 4 1 工作面基本情况 101 4 2 超高水材料采空区开放式充填法简介 102 4 3 影响充填开采效果的主要因素 102 4 4 覆岩控制机理及效果分析 103 3 工作面观测 104 4 采空区充填材料的渗透和固结效果观测 104 5 采空区充填率 106 6 充填开采对瓦斯涌出的影响 106 结论 106 参考文献 107 英文原文 107 A Semi empirical Method for the Design of Support Systems in Underground Openings 107 1 Introduction 107 2 Proposed Semi Empirical Design Method 109 3 Comparison of Empirical and Proposed Design Criteria 113 4 Design of Anchors in the Walls of Caverns in Non Squeezing Ground Fig 7 115 5 Application of Semi Empirical Design Criteria 116 6 Experience in Poor Rock Conditions 118 7 Special Situations 118 8 Conclusions 121 References 121 中文译文 123 关于地下支护系统设计的半经验方法关于地下支护系统设计的半经验方法 123 1 引言 123 2 半经验井下支护系统设计方法的提出 124 3 经验设计标准与建议的设计标准之间的比较 126 4 非挤压岩层中硐室墙体的锚固设计 图 7 129 5 半经验法设计准则的应用 132 6 在恶劣岩石条件中的经验 132 7 特殊情况 133 8 结论 134 参考文献 134 致致 谢谢 136 一 般 部 分 1 矿区概述及井田地质特征 1 1 矿区概述 1 1 1 矿区地理位置与交通矿区地理位置与交通 城郊井田位于河南省永城市境内 覆盖城关乡 城厢乡的全部及侯岭 双桥 十八里 将口乡的一部分 南北宽约 12km 东西长约 11km 勘探面积约 103km2 矿井北临陈四楼 井田 南接新桥井田 地理坐标为 东经 116 17 30 116 25 21 北纬 33 53 52 34 00 35 井田内地势平坦 交通方便 永城市西北至陇海铁路商丘东站约 95km 夏邑东站 62km 东北至京沪铁路徐州车站约 100km 东南至宿州车站约 75km 距京九铁路的亳州车站 55km 且均有柏油公路相通 乡村之间公路相通 见图 1 1 图 1 1 城郊矿交通位置图 1 1 2 矿区气候条件矿区气候条件 本区地处中纬 34 附近 属半干旱 半湿润季风型气候 蒸发量大于降雨量 干湿差 大 四季分明 年平均气温 14 3 日最高气温 41 5 日最低气温为 23 4 年平均降 水量 962 9mm 年最大降水量 1518 6mm 年最小降水量 556 2mm 大气降水量多集中在 7 8 月份 可占全年降水量的 50 以上 年蒸发量 1808 9 城郊矿 勘探区 公 路 铁 路 图 例 宿县 淮北市 涡阳 茴村 薛湖 徐州市 商丘市 砀山 芒山 亳州 夏邑 永城市 顺和 33 00 20 40 34 00 20 40 117 00 116 00 117 00 116 00 33 00 20 40 34 00 20 40 省 南 河 江 苏 省 省 徽 安 山 东 省 夏季多东南风 冬季多西北风 平均风速 3 4m s 最大风速 20 m s 降雪期和冰冻期为 11 月至翌年 3 月 冻土深度一般 10cm 左右 最大 19cm 1 1 3 水文条件水文条件 城郊井田内地表水系不发育 仅有淮河支流的沱河从本区北 中部自西向东流过 沱 河源于商丘北侧响河 雨季流量剧增 旱季干涸无水 属季节性河流 实测最高洪水位标高 34 79m 1963 年 8 月 9 日 年平均水位标高 30 39m 最大流 量 384m3 s 1963 年 8 月 9 日 年平均流量一般为 1 2m3 s 其上游永城市段常年关闸蓄 水 致使下游断流无水 1 1 4 自然地震自然地震 按照 中国地震烈度区划图 1990 的使用规定 永城地区受地震影响不大 地震 烈度小于 6 度 经河南省地质局建议 对于特别重要的工程和建筑物 可提高一度设防 1 2 井田地质特征 1 2 1 井田地质特征井田地质特征 本井田位于淮河冲积平原北部 地面自然标高在 31 34m 之间 地形微向东南倾斜 地势平坦 精查地质报告基本查明了井田的煤层赋存情况 构造情况 煤质以及水文地质条件 本井田属华北上古生界聚煤区 为新生界沉积物所掩盖 据钻孔揭露下伏地层由老至 新有 中下奥陶统 O1 2 中上石炭统 C2 3 及二叠系 P 柱状图见图 1 2 1 中下奥陶统 O1 2 本地层主要由灰色厚层状石灰岩 砾状石灰岩 豹皮状石灰岩以及白云质灰岩所组成 灰岩主要特征是质纯而致密 具多组极为发育的裂隙 被方解石岩脉充填 在井田内只有 少数钻孔揭露本地层 揭露最大厚度为 117 6m 2 石炭系 C a 中石炭统本溪组 C2 本组地层下部主要为灰色铝土质泥岩 厚度一般为 6m 上 部主要为深灰色 灰色铝土质泥岩 灰色砂质泥岩以及一层不稳定的石灰岩 厚度 6 20m 一般厚 14m b 上石炭统太原组 C3 本组为一套典型的海陆交互沉积岩系 主要由 12 15 层 薄 中厚石灰岩 泥岩 砂质泥岩 铝土质泥岩 砂岩以及 4 5 层薄煤线交互沉积而成 厚度 130 147m 一般 137m 3 二叠系 P a 下二叠统山西组 P1 本组主要由砂岩 砂质泥岩 泥岩以及 1 3 层煤 二煤组 所组成 厚度 82 120m 平均厚度 96m b 下二叠统下石盒子组 P2 本组主要由深灰色 灰色泥岩 铝土质泥岩 砂质泥 岩 砂岩及 4 6 层煤 三煤组 组成 厚度 45 95m 平均厚度 84m c 上二叠统上石盒子组 P21 本组地层厚约 729m 主要由灰色砂质泥岩 铝土质 泥岩 砂岩以及 6 9 层薄煤线交互而成 图 1 2 综合水文地质柱状图 d 上二叠统石千峰组 P22 本组地层主要由平顶山砂岩段 泥灰岩性和石膏钙核段 表层为耕植土 以褐黄 棕黄色粘土 砂质粘土为主 夹黄色粉细砂 灰色砂土 少见钙质结核或锰染现象 以黄色 灰褐色 粉砂 细砂与褐黄色 灰绿色粘土 砂质粘土及少 量砂土交替沉积 局部有中砂 粘性土厚度大于砂性土 含少量 钙 铁质结核 以黄色 浅黄色 细 中砂为主 褐色 灰绿色粘土 砂质粘土及 砂土 呈交替沉积 粘性土类多具透镜状 富含钙 铁 锰质结核 细砂层局部有钙质砂岩沉积 厚度一般在0 1 0 3米 为成岩或半 成岩状 上中部以杂色粘土为主 夹砂质粘土及少量砂土 含钙 铝成份高 局部有石膏晶体 砂层厚度变化大 与粘性土交互沉积 粘性土沉 积厚度大于砂性土 底部局部有次生碳酸盐沉积 灰白色 具透明 不稳定 有溶蚀现 象 由灰绿色砂岩和紫红色泥岩组成 夹薄层灰绿色砂质泥岩 K 标志层 由细砾岩 粗粒砂岩 中粒砂岩和细砂岩组成 石英含 量80 长石 粘土矿物5 岩屑10 胶结物粘土矿物 硅质物 孔隙式胶结 分选中等 9 含水砂层1 3层 1 2层沉积稳定 以粉 细砂为主 直接受大气降水 补给 循环交替强烈 单位涌水量 0 87 2 88升 秒 米 渗透系数57 66 123 2米 日 水化学类型为HCO CaMg 型 矿化度0 85 1 15克 升 3 含水砂层1 4层 1 2层沉积稳定 以粉细 中砂为主 以水平侧向补 给为主 垂直越流入渗减弱 具承 压性 单位涌水量1 07升 秒 米 渗透系数1 62米 日 水化学类型 为HCO Na 水矿化度0 83克 升 3 含水砂层6 11层 4 6层沉积稳定 厚度大 以细 中砂为主 夹粗砂 层 以水平侧向补给为主 径流较 滞缓 具承压性 静储量消耗大 补排区不一致 单位涌水量1 12 1 45升 秒 米 渗透系数1 3 2 81米 日 矿化度 1 0克 升左右 水化学类型为 HCO SO Ca水 34 含水砂层0 7层 1 2层沉积稳定 以细 中砂为主 夹粉砂或粗砂 底 部次生碳酸盐岩具封闭水 但含水极弱 以水平侧向补给为主 径流滞缓 据 陈四楼井田资料 单位涌水量 0 15 0 56升 秒 米 渗透系数 0 72 3 60米 日 矿化度1 90 2 12克 升 水化学类型 为SO Na水 本井田未作抽水试验 4 岩性描述水 文 地 质 特 征 地层系统组 段 煤层及标志层 穿见厚度 米 两极值 平均值 名 称 名 称 两极值 平均值 米 厚 度 岩性柱状 1 1000 界系统 组段 新 生 界 第 全 新 统 一 更 新 统 一 上 新 统 一 中 新 统 N 四 系 新 第 三 系 石 千 峰 组 173 64残厚 0 33 03 13 86 55 58 113 65 80 16 3 43 33 13 17 38 1 20 19 59 8 27 45 20 79 50 59 76 27 18 48 90 34 17 151 69 192 97 171 57 76 10 170 16 99 41 含水层 厚 度 两极值 平均值 米 P2sh 含 水 组 代 号 1 2 3 4 100 04 综 合 水 文 地 质 柱 状 图 1 K9 59 18 146 69 组成 欢度为 706m 井田内仅有少数几个钻孔揭露 此地层为不连续地层 4 上第三系 N 本地层属河湖相沉积 a 中新统 本组厚度 30 145m 平均厚度 101m 主要由米黄 褐黄色中细砂岩 粉砂 粘土质砂及砂质粘土组成 b 上新统 N2 本统厚 37 88m 平均厚 70m 主要由砂质粘土夹褐黄细砂 粉砂 及粘土质砂组成 5 第四系 a 更新统 本组厚度 22 48m 平均厚度 33m 主要有粉 细砂 粘土 局部为粘 土 b 全新统 本组厚度 14 32m 平均厚度 21m 上部为黄色粘土质砂为主 下部为 土黄 褐黄粉细砂 1 2 2 井田地质构造井田地质构造 城郊井田位于北北东向的永城隐伏背斜的西翼中段 北北东向断层构造居主导地位 其次是近东西向构造 局部发育有北西向构造 总体构造特征是以宽缓褶皱为主 伴随一 定数量的断裂构造 且多集中在表现明显的背 向斜两侧 晚古生代中基性岩浆岩活动比 较强烈 并对煤层有一定的破坏作用 图 1 3 城郊井田构造纲要图 1 2 3 水文地质水文地质 1 含水层 隔水层及其特征 井田内主要有 9 个含水层组 4 个隔水层组 其中 新生界 4 个含水层组 1 个隔水 层组 二叠系石盒子组 1 个含水层组 1 个隔水层组 二叠系山西组 1 个含水层组 1 个 隔水层段 石炭系太原群 2 个含水层组 1 个隔水层段 奥陶系中下统 1 个含水层组 a 第四系全新统松散孔隙潜水含水层 此层厚 21m 左右 砂岩较发育 单位涌水量 0 152 4 167 10 3 s m2 渗透系数 0 654 23 06m d 水位受大气降水影响 属强含水层 b 第四系全新统松散孔隙承压水含水层 此层厚 33m 左右 中砂层厚 21m 单位涌 水量 0 594 10 3 s m2 属中等含水层 c 上第三系上部松散孔隙承压水含水层 此层厚 70m 左右 单位涌水量 0 198 0 468 10 3 s m2 渗透系数为 0 476 0 87m d 属中等含水层 d 新生界底部隔水层 此层厚 31m 左右 其中粘土层厚 25m 可塑性好 分布广泛 且稳定 为一良好隔水层 在 16 线以北变薄 起不到隔水作用 F21 斜 背 窑 斜 向 庄 屈 二2 F2 陈 楼 向 斜 陈 四 楼 柏窑 堂 F12 二2 井田边界 二2煤层露头 正断层 向斜轴 背斜轴 斜 背 岗 马 斜 向 阁 蒋 马岗 F14 F1 F17 F5 蒋阁 F20 F7 F2 F28 斜 向 庄 莫 小 小莫庄 F4 F3 屈庄 洪岗 F4 柏 F16 F3 F6 F9 曹楼 曹楼断陷 F30 城 郊 向 斜 永 城 四 里 禅 禅 里 四 堂 向 斜 背 岗 洪 N 四 e 下石盒子组三煤组顶板砂岩裂隙承压水含水组 此组厚 45m 左右 含水层为中 细砂岩 单位涌水量 0 000431 0 0399 10 3 s m2 渗透系数为 0 00616 0 361m d 属弱 等含水层 f 山西组二2煤层顶板砂岩裂隙承压水含水组 此组厚 52m 左右 含水层为中 细砂 岩 单位涌水量 0 000367 0 0804 10 3 s m2 渗透系数为 0 00172 0 0338m d 属弱等含 水层 g 石盒子与山西组间隔水层 下石盒子组三煤组顶板砂岩含水层 山西组二 2煤层顶 板砂岩含水层之间有厚 38m 的泥岩 砂质泥岩 铝土岩 且分布稳定 起到了良好的隔水 作用 h 山西组与太原群间隔水段 二2煤层底板太原组之间有 50m 左右的细 粉砂岩和 泥岩 岩石致密 为良好的隔水层 i 太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水含水组 此组厚 32m 左右 全井田发育稳定 岩 溶裂隙最为发育 单位涌水量 0 125 0 793 10 3 s m2 渗透系数为 0 801 4 904m d 水 量相对丰富 但不急条件不良 属中等含水层 j 太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水含水组 此组厚 24m 左右 单位涌水量 0 121 1 216 10 3 s m2 渗透系数为 0 703 7 473m d 水量大 属中等含水层 k 太原组上段与下段间隔水层段 太原组上段灰岩含水组与下段灰岩含水组之间主 要由泥岩 砂质泥岩及粉砂岩组成 为良好的隔水层 h 奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水含水组 此组厚度不详 单位涌水量 0 00843 0 704 10 3 s m2 渗透系数为 0 0561 1 878m d 岩溶裂隙发育不均 富水性明显差异 属中等 强含水层 2 矿井涌水量 地质报告中预计矿井涌水量 正常 180m3 h 最大 220m3 h 3 井田水文地质类型 本井田主要开采下石盒子组三煤组和山西组二 2煤层 三煤组以岩层裂隙水为主 水 文地质条件简单 二2 煤以底板岩溶裂隙水为主 水文地质条件属中等类型 1 3 煤层特征 1 3 1 煤层埋藏条件煤层埋藏条件 本井田的主要含煤地层有下二叠统山西组 P1s 及下石盒子组 P1 x 两组煤系地层 总厚度平均 172 17m 煤层总厚度平均 10 21m 总的含煤系数为 5 93 下二叠统山西组 P1s 含二煤组 由 1 3 个分层组成 分层编号从下至上分别为二1 二2 二3 煤层平 均总厚度为 3 94m 含煤系数为 3 8 下石盒子组 P1x 含三煤组 由 4 7 个分层组成 分层编号从下至上分别为三1 三2 三3 三4 三5 三6及三7 煤层总厚度为 3 72m 含煤系数为 9 0 井田内二2煤层为可采煤层 详见 煤层情况一览表 表 1 1 煤层情况一览表 煤 组 煤 组 号 煤层 编号 煤厚 最小 最大 平 均 m 夹 矸 层 数 可 采 情 况 含 煤 系 数 煤层稳定性 二 煤 组 二2 0 32 7 68 2 95 0 1 可采 3 8 稳定 1 3 2 煤层围岩性质煤层围岩性质 二2煤层赋存于山西组的中部 至上部 K4标志层底平均距离 52 02 米 与下部 K3标志 层平均距离 49 10 米 层位稳定 可采厚度 0 8 7 68 米 平均厚度 2 95 米 煤层大面积 表现为单层结构 分布零星夹矸为泥岩 厚度小 范围小 煤层顶板多为泥岩 砂质泥岩 局部为砂岩 底板为泥岩 砂质泥岩和砂岩 因其是在广阔平坦潮坪上形成 故厚度稳定 结构简单 由于后期改造及冲刷作用 岩浆活动等 对煤层的原生厚度 结构和稳定造成 一定的影响 但影响程度和范围较小 二 2煤层以下主要由灰色砂岩 黑色泥岩 灰黑色砂质泥岩 碳质泥岩和薄煤层 二 1煤 组成 下段主要由厚层黑色泥岩 砂质泥岩组成 层单稳定 上段主要为薄层状砂 岩 水平层理较发育 层面含碳质及白云母片 厚度一般 15 米左右 层位稳定 分布广 距二2煤一般 5 米左右 该层砂岩为煤层直接底板 成分以石英为主 二2煤层以上主要为砂岩 砂质泥岩 泥岩加不稳定的薄煤层 二3煤 总体表现为 下细上粗的特点 中部为一层中粗粒长石石英砂岩 称为 豆腐渣砂岩 1 3 3 煤的特征煤的特征 二 2煤层宏观煤岩特征 二2煤层以亮煤 镜煤为主 暗煤次之 丝炭少量 镜煤呈 薄层状或小透镜状与亮煤及暗煤组成条带状结构 属半亮及光亮型煤 镜下鉴定 有机质 含量占 77 3 89 60 其中以凝胶化物质为主 占有机质的 84 98 丝炭组分次之 占 有机质的 2 16 无机质占粘土矿物为主 占无机质含量的 82 93 硫化物类 碳酸 盐类 氧化硅类含量较少 二2煤层中的镜煤最大反射率为 2 977 平均反射率为 2 648 二2煤层的无烟煤测得显微硬度平均值为 35 5 1 煤的容重 煤的实体容重二2煤 1 4t m3 2 煤的工业分析及用途 二2煤层属低灰分 特低硫 特低磷 高发热量 易选的优质无烟煤 可采煤层中贫煤数量较少 除它的发热量量稍高于无烟煤外 其它煤质特征与无烟煤 相似 二 2煤层为无烟煤 首先可作为化工用煤 包括气化用煤及发生炉煤气用煤和化肥用 煤 其次作为动力用煤及民用燃料等 表 1 2 主采煤层的煤质特征 煤 层 编 号 煤 质 牌 号 原 煤 精 煤 Ad St d Qnet ad MJ kg Ag Vr Cc Hr 二 2 W Y 8 64 35 67 14 41 178 0 14 1 05 0 498 8 20 7 32 4 28 5 155 2 50 11 53 6 23 147 5 62 9 86 7 80 145 91 03 95 29 92 76 98 3 24 4 20 3 78 101 TR 13 32 15 01 14 35 4 0 10 1 00 0 49 8 29 6 30 4 29 9 4 3 97 8 96 6 58 4 10 03 10 72 10 41 5 90 52 91 70 91 23 3 3 94 4 19 4 05 3 1 3 4 其它开采地质条件其它开采地质条件 1 煤层顶底板 二2煤层直接顶 底板多为细中粒砂岩 厚层状泥岩 厚度一般大于 5m 局部为砂 质泥岩或落层状泥岩 抗压强度一般大于 600kg cm2 岩石的完整性 稳定性较好 顶板 易于管理 底板一般不易发生底鼓 2 瓦斯 煤尘等 井田中各煤层沼气含量一般小于 0 5cm3 g 属低沼气矿井 各煤层均无煤尘爆炸危险 各煤层均属不自燃发火煤层 3 地温 井田内地温仅随深度的增加而增加 井田的平均地温梯度为 2 67 100m 从地温梯 度看 浅部地温梯度较高 深部地温梯度较低 从二 2煤层地温等值线图上看出 等温线与煤层底板等高线基本平行 煤层 500m 以 浅的地温一般低于 30 600m 以深的地温除井田东南部小面积低温区外 一般为一级高 温区 2 井田境界与储量 2 1 井田境界 城郊井田位于河南省永城市境内 覆盖城关乡 城厢乡的全部及侯岭 双桥 十八里 将口乡的一部分 矿井北临陈四楼井田 南接新桥井田 地理坐标为 东经 116 17 30 116 25 21 北纬 33 53 52 34 00 35 2 1 1 井田范围井田范围 在煤田划分为井田时 要保证各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 煤田范围划分为井田的原则有 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 等 4 合理规划矿井开采范围 处理好相邻矿井间的关系 根据以上原则 矿井井田范围井田范围北起 F6断层 南至 F20断层 西起 F2断层 东 至煤层隐伏露头 2 1 2 开采界限开采界限 本井田的主要含煤地层有下二叠统山西组 P1s 及下石盒子组 P1x 两组煤系地层 总厚度平均 172 17m 煤层总厚度平均 10 21m 总的含煤系数为 5 93 下二叠统山西组 P1s 含二煤组 由 1 3 个分层组成 分层编号从下至上分别为二1 二2 二3 煤层平 均总厚度为 3 94m 含煤系数为 3 8 下石盒子组 P1x 含三煤组 由 4 7 个分层组成 分层编号从下至上分别为三1 三2 三3 三4 三5 三6及三7 煤层总厚度为 3 72m 含煤系数为 9 0 井田二2煤层为可采煤层 开采上限 二2煤层以上无可采煤层 下部边界 二2煤层以下无可采煤层 2 1 3 井田尺寸井田尺寸 井田东西长约为 11km 南北长 112km 煤层最小倾角 1 最大倾角 15 平均倾角 8 本次储量计算是在精查地质报告提供的 1 5000 煤层底板等高线图上计算的 储量计 算可靠 井田面积 92 5km2 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 论文 第 10 页 图 2 1 井田二2煤层赋存状况示意图 2 2 矿井工业储量计算 2 2 1 储量计算依据储量计算依据 1 根据城郊煤矿井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算 2 依据 煤炭资源地质勘探规范 关于化工 动力用煤的标准 计算能利用储量的煤 层最低可采厚度为 0 8m 原煤灰分不大于 40 计算暂不能利用储量的煤层厚度为 0 7 0 8m 3 依据国务院过函 1998 5 号文 关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问题 的批复 内容要求 禁止新建煤层含硫份大于 3 的矿井 硫份大于 3 的煤层储量列入平 衡表外的储量 4 储量计算厚度 夹石厚度不大于 0 05m 时 与煤分层合并计算 复杂结构煤层的夹 石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 5 井田内主要煤层稳定 厚度变化不大 煤层产状平缓 勘探工程分布比较均匀 采 用地质块段的算术平均法 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 论文 第 11 页 6 煤层容重 二2煤为优质无烟煤 其容重均为 1 40t m3 2 2 2 矿井工业储量矿井工业储量 本矿井的主采煤层为二煤 其厚度为 2 95 m 因此在计算工业储量时只针对这层煤 对于其它不可采煤层不予以计算 本设计的储量计算是在精查地质报告提供的 1 5000 煤层底板等高线图基础上计算出 来的 因此计算数据真实可靠 井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据 煤炭工业储量是由煤层面积 容重及 厚度相乘所得 其公式一般为 Zg S M cos 2 1 式中 Zg 矿井的工业储量 S 井田的倾斜面积 M 煤层的厚度 煤的容重 本矿井为 1 4 t m3 煤层倾角 工业资源储量 Zg 92 5 2 95 1 4 cos8 385 7Mt 2 3 矿井可采储量 2 3 1 安全煤柱留设原则安全煤柱留设原则 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 2 各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定 用岩层移动角确定工业场地 村庄煤柱 岩层移动角为 70 表土层移动角为 41 3 维护带宽度 风井场地 20m 村庄 10m 其他 15m 4 根据经验井田边界保护煤柱留 50m 断层保护煤柱的留设按落差大于 50m 时 断 层两侧各留 40m 落差小于 50m 时 两侧各留 30m 本矿井主要断层除个别几条落差小于 50m 外 多数断层落差均大于 50m 5 工业场地占地面积 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 1 表 2 1 工业场地占地面积指标 井型 万 t a 占地面积指标 公顷 10 万 t 240 及以上 1 0 120 180 1 2 45 90 1 5 9 30 1 8 2 3 2 矿井永久保护煤柱损失量矿井永久保护煤柱损失量 1 边界保护煤柱按下式计算 Z L b M 2 2 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 论文 第 12 页 式中 Z 边界煤柱损失量 L 井田边界长度 b 保护煤柱宽度 M 煤层厚度 煤的容重 根据经验井田边界保护煤柱留 50m 断层保护煤柱的留设按落差大于 50m 时 断层两 侧各留 40m 落差小于 50m 时 两侧各留 30m 本矿井井田内的几条大断层的落差多数大 于 50m 因此在两侧各留 40m 的保护 其余两侧留设 30m 的保护煤柱 井田边界保护煤柱 Z L b M 41579 3 50 2 95 1 4 858 62 万 t F48断层保护煤柱 4000 23 2 30 2 95 1 4 99 52 万 t F3断层保护煤柱 10243 34 2 40 2 95 1 4 338 43 万 t F4断层保护煤柱 10907 45 2 40 2 95 1 4 360 12 万 t F14断层保护煤柱 4200 45 2 30 2 95 1 4 104 76 万 t F5断层保护煤柱 5000 34 2 40 2 95 1 4 165 63 万 t F11断层保护煤柱 4000 45 2 30 2 95 1 4 99 21 万 t 井田西部大断层保护煤柱 8050 54 2 30 2 95 1 4 199 81 万 t 2 工业广场保护煤柱 根据 煤炭工业设计规范 第 5 22 条规定 工业广场的面积为 0 8 1 1 平方公顷 10 万 吨 本矿工业广场面积取 1 平方公顷 10 万吨 故工业广场面积为 24 公顷 本矿井设计生 产能力为 240 万吨 年 所以取工业广场的尺寸为 400m 600m 的长方形 煤层的平均倾角 为 8 5 工业广场的中心处在井田走向的中央 倾向中央偏于煤层中上部 其中心处埋 藏深度为 485m 该处表土层厚度为 220m 主井 副井 地表建筑物均布置在工业广场内 工业广场按 级保护留维护带 宽度为 15m 本矿井的地质条件及冲积层和基岩层移动角 见表 2 2 表 2 2 岩层移动角 广场中心深度 m 煤层倾角 o 煤层厚度 m 冲击层厚度 m 485 8 5 2 95 220 41 70 70 65 8 由此根据上述以知条件 画出如图 2 2 所示的工业广场保护煤柱的尺寸 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 论文 第 13 页 图 2 2 工业广场保护煤柱 通过计算求得工业广场保护煤柱 1525432 04 2 95 1 40 cos8 5 638 91 万 t 井田保护煤柱永久损失量见表 2 3 表 2 3 保护煤柱损失量 煤柱类型 储量 万吨 井田边界保护煤柱 858 62 井田断层保护煤柱 1367 52 工业广场保护煤柱 638 91 2 3 3 矿井可采储量 矿井可采储量可按下式计算 2 3 式中 Zk 矿井的可采储量 万 t Zg 矿井的工业储量 万 t P 保护工业场地 井筒 井田境界 河流 湖泊 建筑物等留设的永久煤柱损 失量 万 t 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 本矿井为中厚煤层 因此取 0 80 井田保护煤柱永久损失量 P 858 62 1367 52 638 91 2865 05 万 t 矿井可采储量 Zk 385 7 28 65 0 8 285 64Mt 20 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 680 720 kg ZZP C 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 论文 第 14 页 3 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 按照 煤炭工业矿井设计规范 中规定 矿井设计生产能力宜按工作日 330 天计算 每天净提升时间宜为 16 小时 参考 关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明 本矿 井作业采取 三八 工作制 每日两班生产 出煤 一班检修 每日提升时间为 16 小时 3 2 矿井设计生产能力及服务年限 3 2 1 矿井设计生产能力及服务年限确定依据矿井设计生产能力及服务年限确定依据 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 矿设计生产能力矿设计生产能力 本矿井井田储量丰富 煤层赋存稳定 顶底板条件好 煤层属中厚煤层 厚度变化不 大 煤层倾角小 平均倾角