毕业设计（论文）-赵固二矿1.2Mta新井设计.doc

目录 1 矿区概况及井田地质特征矿区概况及井田地质特征 1 1 1 矿区概况矿区概况 1 1 1 1 地理位置与交通地理位置与交通 1 1 1 2 地形地貌及地表水系地形地貌及地表水系 1 1 1 3 气象及地震气象及地震 2 1 1 4 水源 电源情况水源 电源情况 2 1 2 井田地质特征井田地质特征 3 1 2 1 地层地层 3 1 2 2 构造构造 4 1 2 3 煤层及其顶底板岩性特征煤层及其顶底板岩性特征 6 1 2 5 水文地质特征水文地质特征 9 1 2 7 沼气 煤尘和自燃沼气 煤尘和自燃 12 2 井田境界和储量井田境界和储量 15 2 1 井田境界井田境界 15 2 1 1 井田范围井田范围 15 2 2 矿井工业储量矿井工业储量 16 2 2 1 储量计算基础储量计算基础 16 2 3 2 有关参数的确定有关参数的确定 16 2 2 3 工业储量计算工业储量计算 16 2 3 矿井可采储量矿井可采储量 17 2 3 1 安全煤柱留设原则安全煤柱留设原则 17 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 17 2 3 3 工业场地保护煤柱工业场地保护煤柱 17 错误 嵌入对象无效 错误 嵌入对象无效 图 2 3 工业场地保护煤柱 18 2 3 4 矿井永久保护煤柱损失量矿井永久保护煤柱损失量 18 3 矿井工作制度 设计生产能力及服务年限矿井工作制度 设计生产能力及服务年限 20 3 1 矿井工作制度矿井工作制度 20 3 2 矿井设计生产能力及服务年限矿井设计生产能力及服务年限 20 3 2 1 确定依据确定依据 20 3 2 2 矿井设计生产能力矿井设计生产能力 20 3 2 3 矿井服务年限矿井服务年限 21 3 2 4 井型校核井型校核 21 4 井田开拓井田开拓 23 4 1 井田开拓的基本问题井田开拓的基本问题 23 4 1 1 确定井筒形式 数目 位置及坐标确定井筒形式 数目 位置及坐标 23 4 1 2 工业场地的位置工业场地的位置 25 4 1 3 开采水平的确定及采区划分开采水平的确定及采区划分 25 4 1 4 主要开拓巷道主要开拓巷道 25 4 1 5 方案比较方案比较 25 4 2 矿井基本巷道矿井基本巷道 29 4 2 1 井筒井筒 29 4 2 2 井底车场及硐室井底车场及硐室 30 4 2 3 主要开拓巷道主要开拓巷道 32 5 1 煤层的地质特征煤层的地质特征 39 5 1 1 盘区位置及范围盘区位置及范围 39 5 1 2 盘区煤层特征盘区煤层特征 39 5 1 3 顶底板情况顶底板情况 39 5 1 4 瓦斯瓦斯 39 5 1 5 其它地质因素其它地质因素 39 5 2 盘区巷道布置及生产系统盘区巷道布置及生产系统 39 5 2 1 盘区巷道布置盘区巷道布置 39 5 2 2 盘区工作面布置及接替盘区工作面布置及接替 40 5 2 3 盘区生产系统盘区生产系统 40 5 2 4 盘区巷道掘进方法盘区巷道掘进方法 41 5 2 5 盘区生产能力及采出率盘区生产能力及采出率 42 5 3 盘区车场及主要硐室盘区车场及主要硐室 45 5 3 1 盘区车场盘区车场 45 5 3 2 盘区主要硐室盘区主要硐室 45 6 采煤方法采煤方法 46 6 1 采煤工艺方式采煤工艺方式 46 6 1 1 盘区煤层特征及地质条件盘区煤层特征及地质条件 46 6 1 2 确定采煤工艺方式确定采煤工艺方式 46 6 1 3 确定回采煤工作面的长度确定回采煤工作面的长度 47 6 1 4 工作面推进长度和推进方向确定工作面推进长度和推进方向确定 48 6 1 5 回采工作面破煤 装煤方式的确定回采工作面破煤 装煤方式的确定 48 6 1 6 采煤机的工作方式采煤机的工作方式 49 6 1 7 回采工艺回采工艺 49 6 1 8 确定回采工作面运煤方式确定回采工作面运煤方式 50 6 1 9 确定回采工作面支护方式确定回采工作面支护方式 51 6 1 10 合理采放 放顶步距 放煤方式的确定比合理采放 放顶步距 放煤方式的确定比 54 6 1 11 劳动组织和循环作业图表劳动组织和循环作业图表 54 6 1 12 工作面吨煤成本工作面吨煤成本 56 6 2 回采巷道布置回采巷道布置 57 6 2 1 确定回采巷道布置形式确定回采巷道布置形式 57 6 2 2 回采巷道支护回采巷道支护 57 6 2 3 确定回采巷道断面及其具体施工技术要求确定回采巷道断面及其具体施工技术要求 57 7 井下运输井下运输 58 7 1 概述概述 58 7 1 1 矿井设计生产能力及工作制度矿井设计生产能力及工作制度 58 7 1 2 煤层及煤质煤层及煤质 58 7 1 3 运输距离和货载量运输距离和货载量 58 7 1 4 矿井运输系统矿井运输系统 58 7 2 盘区运输设备选择盘区运输设备选择 59 7 2 1 设备选型原则设备选型原则 59 7 2 2 盘区运输设备选型及能力验算盘区运输设备选型及能力验算 59 7 3 大巷运输设备选择大巷运输设备选择 61 7 3 1 主运输大巷设备选择主运输大巷设备选择 61 7 3 2 辅助运输大巷设备选择辅助运输大巷设备选择 61 61 7 3 3 运输设备能力验算运输设备能力验算 63 一 主运输设备 63 8 矿井提升矿井提升 64 8 1 矿井提升概述矿井提升概述 64 8 2 主副井提升主副井提升 64 8 2 1 主井提升主井提升 64 8 2 2 副井设备选型副井设备选型 66 9 矿井通风矿井通风 67 9 1 矿井通风系统选择矿井通风系统选择 67 9 1 1 矿井通风系统的确定矿井通风系统的确定 67 9 1 2 矿井通风系统方案比较矿井通风系统方案比较 71 9 2 盘区通风盘区通风 72 9 2 1 采煤工作面通风类型的确定采煤工作面通风类型的确定 72 9 2 2 通风构筑物通风构筑物 73 9 2 3 采煤工作面所需风量的计算采煤工作面所需风量的计算 73 9 3 掘进通风掘进通风 75 9 3 1 局部通风方法和布置方式局部通风方法和布置方式 75 9 3 2 掘进工作面需风量的计算掘进工作面需风量的计算 75 9 4 矿井所需风量矿井所需风量 76 9 4 1 矿井实际需风量矿井实际需风量 76 9 4 2 矿井风量的分配矿井风量的分配 77 9 4 3 风速验算风速验算 77 9 5 矿井通风阻力矿井通风阻力 79 9 6 矿井通风机的选择矿井通风机的选择 81 9 6 1 矿井的自然风压矿井的自然风压 81 9 6 2 初选通风机初选通风机 82 9 6 3 电动机选型电动机选型 83 9 7 安全灾害的预防措施安全灾害的预防措施 83 9 7 1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 83 9 7 2 预防井下火灾的措施预防井下火灾的措施 83 9 7 3 防水措施防水措施 83 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 83 深井岩巷围岩控制技术现状深井岩巷围岩控制技术现状 83 1 2 1 深部开采工程现状深部开采工程现状 83 0 INTRODUCTION 83 2 DAE MODEL ELEMENTARY THEORY 83 2 1 DAEM INDICATES 83 2 2 MIURA INTEGRATION 83 3 1 THERMOGRAVIMETRY TESTS 83 TABLE 1 PROXIMATE AND ULTIMATE ANALYSIS OF83 FIG 1 TG CURVE OF THE TG AT DIFFERENT 83 3 2 HOT WEIGHTLESSNESS TRACING ANALYSIS 83 FIG 2 ACTIVATION ENERGY CURVES BY DAEM ANALYSIS 83 0 引引 言言 83 1 地下气化的热解特性地下气化的热解特性 83 2 DAE 模型的基本理论模型的基本理论 83 2 1 DAEMDAEM 的基本表述的基本表述 83 2 2 MIURA 积分法积分法 83 3 对大雁褐煤的热解过程分析对大雁褐煤的热解过程分析 83 3 1 热重实验热重实验 83 3 2 热失重曲线分析热失重曲线分析 83 4 结结 论论 83 致致 谢谢 83 1 矿区概况及井田地质特征矿区概况及井田地质特征 1 1 矿区概况矿区概况 1 1 1 地理位置与交通地理位置与交通 赵固二矿井田西南距焦作市 55km 东南距新乡市 37km 东北距辉县市 10km 与新乡市 焦作市 辉县市 获嘉县均有柏油公路相通 经薄壁至山西 省也有公路相连 井田南约 18km 有新 乡 焦 作 铁路横贯东西 距新 乡 焦 作 铁路获 嘉车站 22km 西南距焦作矿区铁路专用线赵固一矿约 6 km 井田东距京广铁路 24km 左右 吴村 辉县 新乡的 762 窄轨铁路从井田北部通过 全区地势平坦 乡村公路纵横成网 交通便利 交通位置详见图 1 1 赵固二井赵固二井 赵固一井 图 1 1 交通位置图 1 1 2 地形地貌及地表水系地形地貌及地表水系 本区属于太行山山前平原 主要由坡积 洪积和冲积洪积扇裙组成 地面 海拔标高 72m 85m 全区呈北高南低缓慢倾斜地势 坡降 4 6 地势总体 平坦 本区地表水系属海河流域卫河水系 区内河流主要有 百泉河 黄水河和 石门河 井田北部太行山区岩层裸露 沟壑深切 河谷地带有许多岩溶大泉 径流资源丰富 多数河流上游河段有水 距山口 10 20km 开始漏失和全部漏失 成为煤矿的主要充水水源 另外 为满足农业灌溉需要 还兴修了一些灌溉干 渠 1 1 3 气象及地震气象及地震 1 气象 本区属暖温带大陆性气候 四季分明 夏季炎热 冬季寒冷 春秋两季气 候宜人 年平均气温 14 1 14 9 最高气温 38 6 1976 年 6 月 最低气 温为零下 8 1 1977 年 1 月 每年 7 8 月为雨水季节 约占年降水量的 70 以 上 降水集中时往往积水成灾 亦是地下水回补的时期 年平均降水量为 580 600mm 年蒸发量为 1680 2041mm 月平均相对湿度 8 月最大 为 83 1 月最小 为 63 年平均相对湿度为 70 结冰期一般在 12 月 翌年 3 月 冻土深度为 100 150mm 积雪厚度 150 200 mm 夏季多东南风和南风 冬季多西北风和北风 年平均风速为 2 37m s 最大风速为 18m s 2 地震 河南省地震局资料记载 本区最大一次地震是 1587 年 4 月 10 日发生在修 武县的六级地震 按照 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 附录 A 我国 主要城镇抗震设防烈度设计基本地震加速度和设计地震分组 划分 本矿井所 在地区辉县市抗震设防烈度为 8 度 设计基本地震加速度值为 0 20g 1 1 4 水源 电源情况水源 电源情况 1 水源情况 井田内可供选择的水源有 新近系中部承压水以及处理后的矿井井下排水 本矿井涌水量大 初期 690m 水平正常涌水量 1562 55m3 h 利用矿井排水符 合节水政策 且该区用地下水水质易保证且处理简单 设计中两个水源均考虑 利用 建井初期生产及生活用水利用新近系砂砾石层地下水 项目生产期间生 产 生活用水利用处理后的矿井排水 水源可靠 2 电源情况 对本矿井有供电可能的电源主要有赵固一矿 110kV 变电站 李固 110kV 变 电站和冯营电厂 三处电源均辖属焦作煤业 集团 有限责任公司 电源有保 证 李固 110kV 变电站位于该矿井正西方向约 28km 处 其一回 110kV 电源引自 焦作市电业局管辖的韩王 220kV 变电站 另一回 110kV 电源引自九里山 110kV 变电站 线路导线型号均为 LGJ 120 线路长度分别为 11km 15km 主变容量 为 2 25MVA 110kV 母线为单母线分段接线 目前该站最大负荷约 5MW 冯营电厂位于该矿井正西方向约 33km 处 装机容量 2 50MW 电厂以发电 机 变压器组单元接入电厂 110kV 配电装置 以两回 110kV 线路在韩王 220kV 变 电站与系统并网 出两回 110kV 线路至九里山 110kV 变电站 为赵固一矿预留 一个 110kV 间隔 备用一个 110kV 间隔 赵固一矿 110kV 变电站位于本矿井西北方向约 6 5km 处 其两回 110kV 电 源分别引自冯营电厂和李固 110kV 变电站 线路导线型号均为 LGJ 185 线路 长度分别为 27km 和 22km 主变容量为 2 31 5MVA 110kV 母线为单母线分段 接线 1 2 井田地质特征井田地质特征 1 2 1 地层地层 1 区域地层 赵固二矿井田地层区划属华北地层区太行小区 据区域出露及钻孔揭示 区域地层由前震旦系 震旦系 寒武系 奥陶系 石炭系 二叠系 第三系 第四系等地层组成 缺失奥陶系上统 志留系 泥盆系 石炭系下统 侏罗系 和白垩系地层 2 井田地层 赵固二矿井田属第四系 第三系全覆盖区 据钻孔揭露 本区赋存地层主 要有奥陶系中统马家沟组 石炭系中统本溪组和上统太原组 二叠系下统山西 组和下石盒子组 第三系 第四系 其中石炭系上统太原组和二叠系下统山西 组为主要含煤地层 地层从老到新分述如下 奥陶系中统马家沟组 O2m 以深灰色 灰色厚层状隐晶质石灰岩为主 致密坚硬 裂隙发育 多充填 方解石 本组实际厚度大于 400m 揭露厚度 6 32 51 85m 平均 15 24m 与 下伏地层呈假整合接触 石炭系中统本溪组 C2b 底部为铝质泥岩 中部为灰色砂质泥岩 上部为黑色泥岩和砂质泥岩 本 组厚 4 48 12 63m 平均 7 70m 与下伏地层呈平行不整合接触 石炭系上统太原组 C3t 由石灰岩 砂岩 砂质泥岩 泥岩和煤层组成 为本区主要含煤地层 据 其岩性组合特征可分为上 中 下三段 地层厚度 79 11 105 91m 平均 94 79m 与下伏本溪组地层整合接触 二叠系下统山西组 P1sh 下起太原组 L9 石灰岩顶界面 上至砂锅窑砂岩底界面 地层厚度 65 34 96 50m 平均厚 77 47m 与下伏太原组整合接触 由砂岩 砂质泥岩 泥岩及煤层组成 为本井田主要含煤地层 根据其岩性特征自下而上分为二 1 煤层段 大占砂岩段 香炭砂岩段 小紫泥岩段 二 1 煤层段 自太原组 L9 灰岩顶界面至大占砂岩底 厚 21 76m 以含菱 铁质泥岩 条带状砂岩及煤层组成 含煤 4 层 二 0 二 1 二 2 二 3 其中 二 1 煤层为本井田主要可采煤层 厚 4 73 6 77m 平均 6 16m 底部为细 中 粒砂岩 多夹泥质条带 具波状 透镜状层理 称 二 1 煤层底板砂岩 为一 辅助标志层 大占砂岩段 自大占砂岩底至香炭砂岩底 含 1 3 层砂岩 厚 26 36m 下部为中 粗粒长石 石英砂岩 大占砂岩 层面含较多白云母碎片及炭质 具交错层理 局部含泥质团块 平均厚 7 46m 为主要标志层 上部为深灰色 砂质泥岩 泥岩 香炭砂岩段 自香炭砂岩底至小紫泥岩底 含 1 2 层砂岩 厚 18 50m 由中细粒砂岩及砂质泥岩 泥岩组成 下部的香炭砂岩为深灰色细粒长石石英 砂岩 含泥质包体与菱铁质团块 厚 7 08m 上部的泥岩及砂质泥岩呈灰 黑 灰色 产植物叶部化石 小紫泥岩段 自小紫泥岩底至砂锅窑砂岩底 属本组顶部 厚 10 85m 岩 性以紫灰色泥岩为主 含铝质及菱铁质假鲕 局部夹深灰色砂质泥岩 二叠系下统下石盒子组 P1x 下石盒子组地层直接沉积于下伏山西组地层之上 下起砂锅窑砂岩底 上 至基岩剥蚀面 受风化剥蚀 该组地层井田内保留不全 井田内 31 个钻孔 有 5 个钻孔在二 1 煤层露头外 其余 26 个钻孔仅 15 个钻孔揭露有该组地层 保 留厚度 22 79 177 83m 平均 89 67m 分两个煤段 即三煤段 四煤段 三煤段 由砂质泥岩 细粒砂岩及鲕状铝质泥岩组成 下部为中 粗粒长 石 石英砂岩 砂锅窑砂岩 具交错层理 硅质胶结 为一主要标志层 中部 为砂质泥岩 含紫色斑块及菱铁质鲕粒 俗称大紫泥岩 也是标志层之一 上 部为砂质泥岩 泥岩夹细粒砂岩 具波状层理 四煤段 主要由灰色 浅灰色中细粒砂岩 含紫斑泥岩 砂质泥岩组成 顶部风化 局部裂隙较发育 本煤段下起于四煤底砂岩 本组与下伏山西组地层整合接触 第四系 第三系 Q R 由坡积 洪积与冲积形成的褐红 紫灰及杂色粘土 砂质粘土 砾石 砂 层等组成 井田内钻孔揭露厚度 427 30 8801 孔 946 37m 12605 孔 平 均 666 25m 且由北而南 自西向东逐渐增厚 另外 本井田较大的断层具有 多期活动性 断层两侧新生界厚度差别较大 3 含煤地层 井田内含煤地层为石炭系上统太原组 二叠系下统山西组和下石盒子组 含煤地层共含煤 19 层 煤层总厚度 10 83m 含煤地层总厚 278 63m 分 5 个煤 组段 含煤系数为 3 89 山西组和太原组为主要含煤地层 煤层总厚度 10 71m 地层总厚 172 26m 含煤系数为 6 22 山西组下部的二 1 煤层为主 要可采煤层 其余煤层偶见可采点或不可采 可采煤层总厚 6 67m 可采含煤 系数为 5 17 1 2 2 构造构造 1 区域构造 焦作煤田位于华北板块南部 太行构造区的太行断隆东侧之南缘 南邻开 封断陷 东邻汤阴断陷 太行断隆区是在隆起构造背景下形成的伸展构造型式 以高角度正断层为主体 形成地堑 地垒 掀斜断块等组合形态 焦作煤田总 体为走向北东 倾向南东 倾角一般 20 的单斜构造形态 构造以断裂为主 局部发育次级褶曲 断裂主要有 NE NW EW 向三组断裂 且以 NE 向断裂 为主 三组断层交织成网 将煤田分割成大小不等的断块 NW 向和 EW 向断 裂构成井田群的分界 而 NE 向断裂则构成单个井田的分界 2 井田构造 井田总体形态为一走向 NW 倾向 SW 倾角一般 4 10 的单斜构造 受区域构造控制 井田内构造特征以断裂为主 局部发育小幅度次级褶曲 井 田构造纲要见图 1 2 较明显的褶曲有 3 个背斜和 1 个向斜 使二 1 煤层底板等发生不同程度的 扭曲 部分煤层底板等高线表现为马鞍状 发育的断层为 NE 向 落差大于等 于 500m 的 1 条 落差大于等于 100m 小于 500m 的 1 条 落差大于等于 0m 小于 50m 的 4 条 主要断层描述如下 百泉断层 F17 为井田北部边界断层 向西南 东北伸出区外 区内延 展长度 8km 为正断层 整体走向为北东 局部近东西 该断层倾向南东 南 西 断面呈舒缓波状 倾角 60 75 北西盘上升 南东盘下降 落差 130 520m 西南段落差大 中间落差小 向北东又逐渐变大 切断二 1 煤层 露头 在中部并发育分支断层 F17 1 该断层中部和东部控制程度高 西部控 制程度较差 F17 1 断层 位于井田西北部 走向 NE 倾向 SE 倾角 65 75 区内延展长度约 3600m 最大落差 170m 为控制可靠断层 该断层东端尖灭于 12603 孔和 7501 孔之间 南云门断层 F18 位于井田中南部 走向整体为 NE 向 在测区西南角 转为近 EW 向 为正断层 倾向 SE 倾角 48 75 区内延展长度 4300m 最大落差 730m 从西南到东北落差逐渐减小 此断层为控制可靠断层 石庄断层 F19 位于勘探区的南部边界断层 向东向西均伸出区外 区内延展长度 1 2km 为正断层 整体走向为北东 倾向南东 倾角 60 75 北西盘上升 南东盘下降 落差 190 210m 为可靠断层 FS3 断层 位于井田东北部 整体走向北东 倾向南东 倾角 70 最 大落差 25m 延展长度 2 2km 由北东向南西落差逐渐变小 向北东延出三维 区外 三维区内延展长度 800m 为控制可靠正断层 EF9 断层 位于井田北部 FS3 断层的南边 走向 NE 倾向 NW 倾角 70 区内延展长度 1 5km 最大落差 15m 由西向东落差逐渐增大 为控制 可靠断层 新 柱 状 1 2000 岩 性 描 述 标 志 层 号 称 代名 组 煤 大最 M 一般 累深 地质时代 组系 界 最小 厚度 界 生 三6 三5 三4 三3 三2 三1 三7 三 煤 K4组 二 煤 层 二2 K2 一 一10 一9 一8 一7 一6 一5 一 一3 一2 一1 煤 组 家马 组沟 中奥 陶系 组 太 原 组 西 山 下 石 盒 子 组 系 炭 石 上 系 合于太原组之上 厚度一般在112 21米左右 层组成 泥岩为深灰色 致密 上部含铝质及不甚发育的 交错层理发育 含炭质条带或泥岩块 砂岩为灰 灰白色 细中粒结构 以石英长石为主 含少量暗色矿物 层面有云母 片 含菱铁矿2 3层 但层位不稳定 中下部含二1 二3三层煤 其中二2煤层稳定可采为本区 主要勘探对象之一 厚度变化2 00 4 50米 平均厚度为 Plagizamitesoblongifolias长椭圆叶 斜似查半亚 本组连续沉积于山西组之上 上以K 砂岩底板为界 岩呈灰黑色 含植物化石 砂岩为灰色 含少量云 岩性主要由泥岩 砂岩 砂质泥岩及煤层互层 泥 底部K4标志层为灰白色 具鲡状结构 厚度 平均厚度为 米 本组含煤 层 其中二 为主要勘 探对象之一厚度 米 平均为 米 三 与三 煤局部可采 三 与三 煤结构复杂为偶尔 可采 三 三 层薄不稳定 无经济价值 Cordaites Prlnlipadis Gern H B Gein首要柯达特 含化石 sphenophyllum Sp楔叶 Gigantoptems 顶部以铝土泥岩 K4 之底板与下石盒子组分界 正 岩性特征 主要由泥岩 砂质泥岩与砂岩互层及煤 3 08米 含化石 Pecopteris Sp栉羊齿 鲕粒 下部含植物化石较多 砂质泥岩为灰色成灰黑色 母 含菱铁矿 层 品位虽高 但层薄不稳定 sp大羽羊齿 Anhniaria Gracite Scews Halle纤细轮叶 二3 K3 K1 图 1 2 钻孔综合柱状图 1 2 3 煤层及其顶底板岩性特征煤层及其顶底板岩性特征 井田含煤地层为石炭系太原组 二叠系山西组和下石盒子组 山西组和太 原组为主要含煤地层 山西组下部的二 1 煤层为主要可采煤层 其余煤层偶尔 可采或不可采 1 二 1 煤层 赋存于山西组下部 上距砂锅窑砂岩 Ss 45 64 81 25m 平均 60 18m 下距 L8 石灰岩 19 65 40 24m 平均 27 01m 层位稳定 煤层直接顶板以砂 质泥岩 泥岩为主 间接顶板为细 粗粒砂岩 大占砂岩 底板多为砂质泥岩 和粉砂岩 局部为细粒砂岩 偶见炭质泥岩 区内共施工 31 孔 其中露头外 5 孔 7601 8003 8201 8801 8803 未达到二 1 煤层位 1 孔 8001 断失 二 1 煤层 3 孔 7603 12601 13602 实际有 22 孔穿过二 1 煤层位 煤层厚 度 4 73 6 77m 平均 6 16m 煤层厚度主要集中在 6 00m 6 50m 之间井田内见 煤的 22 个钻孔中 有 12 个钻孔含夹矸 其中含 3 层夹矸的 1 孔 12803 含 2 层夹矸的 1 孔 13601 其余 10 个钻孔含 1 层夹矸 夹矸厚度 0 10 0 53m 平均厚度 0 19m 夹矸多为泥岩 居于煤层中下部 煤层总体结 构较简单 二 1 煤层厚度大 变化小 结构比较简单 煤质变化很小 煤类单一 层 位稳定 全区可采 二 1 煤层平均煤厚 6 16m 可采性指数 Km 1 标准差 s 0 51 变异系数 r 8 27 属稳定型厚煤层 见二 1 煤层等厚线图 2 一 22 煤层 赋存于太原组底部 上距二 1 煤层 98 67 110 72m 平均 104 95m 下距 奥陶系顶界面 8 13 16 28m 平均 11 35m 煤 层直接顶板为石灰岩 局部为泥岩和砂质泥岩 底板多为泥岩或砂质泥岩 局部为砂岩 偶见炭质泥岩伪顶 伪底 层位稳定 煤层厚度 0 29 1 79m 平 均 1 21m 煤厚有一定变化 夹矸 1 2 层 夹矸厚度 0 25 0 41m 平均厚度 0 34m 夹矸多为泥岩 居于煤层中部 煤层总体结构比较简单 一 22 煤层结构比较简单 煤质变化很小 煤类单一 层位稳定 全区大部 可采 一 22 煤层平均煤厚 1 21m 可采性指数 Km 0 78 标准差 s 0 46 变异 系数 r 38 01 属较稳定型中厚 薄煤层 3 一 21 煤层 赋存于太原组底部 上距二 1 煤层 101 72 113 55m 平均 108 27m 下距 奥陶系顶界面 4 48 12 63m 平均 7 70m 煤层直接顶板为泥岩和砂质泥岩 局部为砂岩 底板多为本溪组铝质泥岩 局部为砂质泥岩 偶见炭质泥岩伪顶 伪底 层位稳定 煤层厚度 0 64 3 06m 平均 1 54m 煤厚有一定变化 夹矸 1 3 层 夹矸厚度 0 10 0 50m 平均厚度 0 23m 夹矸多为泥岩 居于煤层中 部 一 21 煤层结构简单 较复杂 煤质变化很小 煤类单一 层位稳定 全区 大部可采 一 21 煤层平均煤厚 1 54m 可采性指数 Km 0 9 标准差 s 0 61 变异系数 r 39 61 属较稳定型中厚 薄煤层 从厚度来看 一 21 煤层 一 22 煤层均属可采煤层 但由于一 21 煤层 一 22 煤层下距奥陶系灰岩仅有 10m 左右 其直接顶板又为 L2 强灰岩含水层 处 于两强含水层之间 水文地质条件极复杂 且煤质属中灰 高硫煤 为环保政 策限采煤层 因此在目前条件下设计暂不考虑开采 主要煤层特征表见表 1 4 煤质 1 煤的物理性质及煤岩特征 二 1 煤以块煤为主 夹有少量粒状煤 灰黑至黑灰色 条痕为灰黑色 似 金属光泽 以贝壳状断口为主 局部为参差状 内生裂隙发育 块煤强度大 坚硬 据钻孔煤芯资料统计 块煤产率达到 80 视密度 1 52 二 1 煤宏观煤 岩组分以亮煤为主 暗煤次之 含少量丝炭透镜体 宏观煤岩类型属光亮型 半亮型 2 煤的化学性质 主要可采煤层钻孔煤芯煤样分析成果见表 1 2 3 3 煤类 依椐中国煤炭分类国家标准 GB5751 86 以浮煤干燥无灰基挥发份 Vdaf 氢 Hdaf 含量为主要指标 辅以镜质体最大反射率进行确定 本区二 1 煤煤类属无烟煤二号 判定指标见表 1 5 表 1 3 井 田 煤 层 特 征 表 结构情况 可采厚度 m 煤层间距 m 两极值两极值 煤层 编号 一般值一般值 夹矸层数类型 可采程度稳定性 4 73 6 77 二1 6 1698 67 110 72 0 3比较简单全区可采稳定 0 29 1 79104 95 一22 1 212 83 3 05 0 2比较简单大部可采较稳定 0 64 3 062 94 一21 1 54 0 3 简单 较 复杂 大部可采较稳定 表 1 4 二1煤层主要煤质特征表 水分 Mad 灰分 Ad 挥发分 Vdaf 发热量 Qgr v d MJ kg 硫分 St d 磷分 10 6 Pt 0 37 4 2111 37 18 655 28 10 9127 74 31 570 28 0 460 004 0 089 1 54 21 13 78 21 7 37 21 30 03 21 0 34 21 0 035 16 表 1 5 二1煤层煤类确定结果表 指 标 特 征 煤层 VdafHdaf R 焦渣特征类别符号 二1 4 85 9 13 5 55 17 2 72 3 33 2 90 17 2 47 3 46 2 99 7 2无烟煤二号WY2 4 煤的工艺性能 抗碎强度 可磨性 煤的热稳定性 二 1 煤抗碎强度 可磨性 煤的热稳定性测定结果见表 1 6 煤对二氧化碳反应性及结渣性 试验温度为 950 时 二 1 煤对二氧化碳还原率为 29 5 39 8 随着温度 的增高 煤对 CO2 的还原率 增大 根据实验结果 二 1 煤结渣强度属弱结渣性 表 1 6 抗碎强度 可磨性指数 热稳定性测试结果表 可磨性指数热 稳 定 性 抗碎强度试验 煤层 HGI分级TS 6TS6 3TS 3 平均残 焦率 分级SS分级 二1 26 77 39 7 难磨煤 65 0 85 1 79 7 4 13 9 15 3 14 6 3 0 7 1 0 0 9 3 89 6 91 0 90 5 3 较高热 稳 定性煤 57 6 87 4 77 5 6 高强度煤 熔融性 二 1 煤煤灰成分以二氧化硅和三氧化二铝为主 二者含量为 61 70 78 86 次为氧化钙 含量为 1 13 18 88 三氧化二铁含量为 4 01 7 95 三氧化硫含量为 3 24 6 09 氧化钾和氧化钠合计含量为 0 99 2 42 二 1 煤灰中难熔的二氧化硅和三氧化二铝含量较高 其软化温度 在 1350 1500 之间 二 1 煤层属较高软化温度灰 中等流动温度灰 5 煤的工业利用方向 二 1 煤层各项指标分级情况见表 1 7 表 1 7 二1煤层各项指标分级统计结果表 灰分硫分发热量磷分砷 抗碎 强度 可磨 性 热稳 定性 灰熔 融性 结渣 性 可选 性 低中 灰 特低 特高热 值 低磷 一级 含砷 高强 度 难磨 较高 热稳 定性 较高 软化 温度 弱 较难 选 易 选 本区二 1 煤为低中灰 特低硫 低磷 一级含砷 较高软化温度 较高热 稳定性 高强度 弱结渣性易选 较难选的无烟煤 其块煤产率较高 可作化 工用煤 合成氨 高炉喷吹 动力配煤 水煤浆用煤 粉煤可作动力或民用燃 料 动力配煤 6 煤的风 氧化带深度 根据钻孔的岩石资料统计 风 氧化带厚度为 14 70m 左右 1 2 5 水文地质特征水文地质特征 1 区域水文地质特征 焦作煤田地处太行山复背斜隆起带南段东翼 其北部为太行山区 天然水 资源量 38541 万 m3 a 山区出露的石灰岩面积约 1395km2 广泛接受大气降水 补给 补给量 26 28 m3 s 区内寒武系 奥陶系石灰岩岩溶裂隙发育 为地下 水提供了良好的储水空间和径流通道 岩溶地下水总体流向在峪河断裂以北 含赵固一矿井田 为 SE SW 向 以南为 NW 向 一般在断裂带附近岩溶裂 隙发育 常常形成强富水 导水带 如凤凰岭断层强径流带 朱村断层强径流 带 方庄断层强径流带等 2 井田主要含水层及隔水层 1 含水层 奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层 由中厚层状石灰岩 泥质灰岩组成 本区有 9 孔揭露该层 最大揭露厚度 67 30m 含水层顶板埋深 725 86 991 50m 在古剥蚀面的附近岩溶裂隙发育 普查期间和本次勘探 都没有涌漏水孔 13202 孔抽水单位涌水量 0 00189l s m 渗透系数 0 00333m d 稳定水位标高 82 00m 水化学类型为 HCO3 Ca Mg 型 矿化度 0 309g l 该层距二 1 煤一般 109 12 126 03m 正常情况不影响煤层开采 断裂沟通 情况下对矿井威胁大 邻区北部赵固一矿的 L8 群孔抽水试验时 12203 孔奥陶 系含水层水位出现了小幅下降 反映了含水层之间的水力联系 太原组下部灰岩含水层 由 L2 L3 灰岩组成 其中 L2 灰岩发育较好 厚度由东向西 由浅而深 变厚 一般 10 01 14 68m 据 10 个钻孔统计 遇岩溶裂隙涌漏水钻孔 4 个 涌 漏水钻孔主要分布在断层附近 邻区 6002 孔抽水单位涌水量 1 090l s m 渗透系数 9 87m d 为富水性较强的含水层 该含水层直接覆盖于一 22 煤层之 上 为该煤层直接充水含水层 上距二 1 煤层 85 58 104 57m 正常情况对二 1 煤层没有影响 太原组上部灰岩含水层 主要由 L9 L8 L7 灰岩组成 其中 L8 灰岩发育最好 据揭露该层的 30 孔统计 L8 含水层厚度一般 6 77 14 78m L9 灰岩厚度 0 7 2 58m 两层灰 岩岩溶裂隙较发育 单位涌水量 0 0005 0 059l s m 渗透系数 0 0036 0 648m d 该含水层水位标高 80 49 84 97m 为富水程度中等含水层 水化学类型较多 有 HCO3 SO4 Ca Mg HCO3 SO4 Mg Ca Cl HCO3 Ca K Na Mg 型 矿化度为 0 303 0 625g L PH 为 7 73 8 46 基本上为中性 该含水层上距二 1 煤层 9 10 16 22m 为二 1 煤层底板主要充水含水层 二 1 煤顶板砂岩含水层 主要由二 1 煤顶板大占砂岩和香炭砂岩组成 厚度一般 10m 左右 细粒砂 岩以下级的厚度 15 40m 所揭露钻孔均未发生涌 漏水现象 据测井资料统 计砂岩渗透系数 k 0 12m d 一般为 k 0 0043 0 078m d 属弱富水含水层 12751 孔抽水单位涌水量 0 0013 l s m 渗透系数 0 0055m d 校正后的渗透系数 为 0 021m d 水位标高 67 78m 水化学类型 HCO3 K Na Ca 型 矿化度 0 425g L 属弱富水含水层 PH 为 7 94 风化带含水层 由隐伏出露的各类不同岩层组成 厚度 15 50m 一般 20 35m 13151 孔抽水单位涌水量 0 135 l s m 属中等强度含水层 局部为弱透水层 K50a 即本矿井的开采服务年限符合规范的要求 3 2 4 井型校核井型校核 按矿井的实际 煤层开采能力 辅助生产能力 储量条件及安全条件等因 素对井型进行校核 1 煤层开采能力 井田内二2煤层平均厚度为 6 16 m 为厚煤层 赋存稳定 厚度变化不大 根据现代化矿井 一矿一井一面 的发展模式 2 辅助生产环节的能力校核 矿井设计为大型矿井 开拓方式为双立井单水平开拓 主井采用箕斗提煤 副井采用罐笼提升 井下采用无轨胶轮车辅助运输 运煤能力和大型设备的下 放可以达到设计井型的要求 工作面生产的原煤经顺槽胶采输送机到大巷胶采 输送机运到井底煤仓 再经主井箕斗提升至地面 运输能力大 自动化程度高 3 通风安全条件的校核 矿井有煤尘爆炸危险性 但瓦斯涌出量小 属低瓦斯矿井 矿区前期采用 中央并列式通风 风井布置于井田中央 可以满足通风要求 后期采用中央边 界式通风 风井布置于井田边界 布置东风井和西风井 4 矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应 保证有足够的服务 年限 满足 煤炭工业矿井设计规范 要求 见表 3 1 表 3 1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限 第一开采水平服务年限 a 矿井设计生产 能力 Mt a 矿井设计服务 年限 a 煤层倾角 45o 6 0 及以上7035 3 0 5 06030 120 24050252015 45 9040201515 9 30各省自定 4 井田开拓井田开拓 4 1 井田开拓的基本问题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 位置及其互相联系和配合称为开拓方式 合理 的开拓方式 需要对技术可行的几种开拓方案进行技术经济比较 才能确定 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题 具体有下列几个问题需要认 真研究 1 确定井筒的形式 数量和配置 合理选择井筒及工业场地的位置 2 合理确定开采水平的数目和位置 3 布置大巷及井底车场 4 确定矿井开采程序 做好开采水平的接替 5 进行矿井开拓延伸 深部开拓及技术改造 6 合理确定矿井通风 运输及供电系统 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开拓方案 在解决开拓问题时 应遵循下列几个 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 发展采煤机械化 综掘机械化 自动化创造条件 6 根据用户需要 应照顾到不同煤质 煤种的煤层分别开采 以及其它 有益矿物的综合开采 4 1 1 确定井筒形式 数目 位置及坐标确定井筒形式 数目 位置及坐标 井筒位置的确定原则 影响井口与工业场地位置选择的主要因素 1 地面地形条件 本井田属于太行山山前平原 主要由坡积 洪积和冲积洪积扇裙组成 地 面海拔标高 72 85m 全区呈北高南低缓慢倾斜地势 坡降 4 6 地势总体平 坦 地势变化不大 对井田开拓影响不大 2 井田形态 本井田被 F17 F18 F19 三个 NE 向的断层切割 形成两个阶梯状长条形 自然块段 呈两个倾斜条带展布 为减少工业场地压煤 保持上 下山盘区的 完整性 矿井工业场地宜沿块段倾斜边缘浅部布置 开拓布置宜尽量同时兼顾 两个块段 3 覆盖层厚度 井田内钻孔揭露第三 四系覆盖层厚度 427 30 m 8801 孔 946 37m 12605 孔 平均 666 25m 且由北而南 自东向西逐渐增厚 因此 井口尽可能选择在井田的东北部 在满足井下开拓部署合理的前提条件下 按 照国内目前的实际施工技术水平 尽可能使井筒穿过较薄的第三 第四系冲积 覆盖层 以减少井筒冻结费用和施工难度 4 地质构造 井田断裂构造较发育 井口位置应距断层保持一定的安全距离 使井底车 场巷道硐室位于稳定岩层内 以利于井巷支护和施工安全 5 底板岩层含水性 二 1 煤层底板含水岩层主要由 L9 L8 L7 L2 和奥陶系灰岩组成 其中 太原组上部含水层的 L8 灰岩发育最好 L8 含水层厚度一般 6 77 14 78m L9 灰岩厚度 0 7 2 58m 两层灰岩岩溶裂隙较发育 为富水程度中等含水层 该 含水层上距二 1 煤层 9 10 16 22m 为二 1 煤层底板主要充水含水层 L2 灰岩发育较好 厚度由西向东由浅而深变厚 一般 10 01 14 68m 为 富水性较强的含水层 上距二 1 煤层 85 58 104 57m 正常情况对二 1 煤层没 有影响 奥陶系灰岩层距二 1 煤层一般 109 12 126 03m 正常情况不影响煤层开采 断裂沟通情况下对矿井威胁较大 由于煤系地层底板含水丰富 根据矿区生产经验 矿井宜将井底车场巷道 及硐室布置在煤层顶板岩层中 6 顶板岩性 二 1 煤层伪顶主要为 0 5m 的泥岩 炭质泥岩 本区仅零星分布 一般随 采随落 直接顶板厚度一般 1 6 5 m 以泥岩顶板为主 属中等 较坚硬岩类 稳定性较好 老顶多为厚度 0 94 19 85m 平均 7 46m 的粗 中 细粒砂岩 大占砂岩 岩石坚硬 稳定性较好 由于煤层顶板泥岩岩性较差 不宜布置井底车场及硐室 故只能将井底车 场及硐室布置在顶板大占砂岩中 井口位置的选择必须考虑能将井底车场布置 在泥岩厚度小而大占砂岩厚度大且稳定的区域中 从煤层顶板砂岩 泥岩厚度 分布图上来看 井田东北部 7501 孔 FS11 断层附近 有一块段泥岩较薄而大 占砂岩厚度大于 10m 的层位适合布置井底车场巷道及硐室 7 顶板基岩厚度 从井田内 23 个见煤钻孔来看 二 1 煤层上覆基岩厚度最大为 253 8m 7305 号孔 最小为 23 27m 8004 号孔 平均厚度 122 74m 变化趋 势由浅而深逐渐增厚 为了保证系统简单 主井装载系统尽可能布置为水平上装载方式 为了确 保主井装载系统位于稳定岩层内 井口位置要求煤层上覆基岩厚度尽可能大于 120m 由于井底车场及硐室只能布置在煤层顶板岩层中 如果没有足够厚的煤 层顶板基岩 会对井底车场的装载系统布置带来较大的影响 8 减少压煤 井田范围内由于覆盖层较厚 井筒及工业场地压煤范围较大 井位选择应 尽可能使工业场地保护煤柱与浅部防水煤柱及断层煤柱重合 减少压煤损失 增加可采储量 4 1 2 工业场地的位置工业场地的位置 工业场地的位置选择在主 副井井口附近 即井田北部边界 工业场地的形状和面积 根据表 2 1 工业场地占地面积指标 本矿井工业场 地的面积为 134 km 本矿井地质条件及冲击层和基岩移动角见表 2 2 所示 4 1 3 开采水平的确定及采区划分开采水平的确定及采区划分 本井田煤层倾角多在 6 以内 本矿井井底落底水平标高为 630m 根据 煤炭工业设计规范 规定 针对于本矿井的实际条件 对于本矿井开采水平 的确定 可划分为一个水平 4 1 4 主要开拓巷道主要开拓巷道 二1煤层平均厚度为 6 16 m 赋存稳定 底板起伏不大 为近水平煤层 煤层厚度变化不大 且煤质硬度较大 考虑到矿井服务年限较长 故矿井开拓 大巷布置在煤层底板岩层中 大巷间距 30 m 由于矿井瓦斯涌出量小 布置一 条主运输大巷 一条辅助运输大巷和一条回风大巷 共三条 为便于在巷道交 叉时架设风桥等构筑物 辅助运输大巷和主运输大巷沿底板岩层掘进 4 1 5 方案比较方案比较 根据第三章所核算矿井及水平服务年限 全矿井服务年限为 74 26 1 提出方案 方案一 方案特征 主 副 风井井筒及矿井工业场地布置在井田内浅部 井口地 面标高 77m 左右 主 副 风井井筒落底标高 580m 井筒穿过冲积层厚度为 520 550m 顶板基岩厚度 含风化带 110m 左右 顶板泥岩厚度 12 5m 大占砂岩厚度 5 0m 工业场地保护煤柱损失资源量 12 75Mt 方案二 方案特征 主 副 风井井筒及矿井工业场地布置在井田内浅部 小罗召 东北 400m 左右 距 7501 号钻孔 550m 左右 井口地面标高 77m 左右 主 副 风井筒落底标高 630m 井筒穿过冲积层厚度为 530 540m 顶板基岩厚度 含风化带 180m 左右 顶板泥岩厚度 0 5m 大占砂岩厚度 12 0m 由于工业广场在煤层之外 所以工 业场地保护煤柱损失资源量为 0 方案三 方案特征 主 副 风井井筒及矿井工业场地布置在井田内中部 井口地 面标高 77m 左右 主 副 风井筒落底标高 750m 井筒穿过冲积层厚度为 730m 顶板基岩厚度 含风化带 90m 左右 工业 场地保护煤柱损失资源量为 0 各方案优缺点 方案一 主要优点 表土层厚度 520 550m 相对较薄 冻结投资小 顶板基岩厚 度 110m 落底标高 580m 井筒深度较小 投资较低 距大断层较远 井底车 场受构造影响小等 主要缺点 顶板泥岩厚度大 砂岩厚度小 对车场巷道及硐室布置有一定 影响 压煤量大 广场煤柱 12 75Mt 对浅部首采区影响较大 排水难度较大 排水费用较高 投资较高 方案二 主要优点 工业场地不压煤 井筒落底标高 626m 表土层厚度 530