开滦钱家营矿毕业设计.doc

目 录 1 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 矿区概况 1 1 1 1 井田位置 范围和交通位置 1 1 1 2 地形地貌 2 1 1 3 矿区的气候条件 2 1 1 4 河流水系 3 1 1 5 水源与电源 3 1 2 井田地质特征 5 1 2 1 井田地质概况 5 1 2 2 井田大中型构造特征 5 1 2 3 井田内各主要构造块段的划分 5 1 2 4 岩浆岩 9 1 2 5 水文地质 11 1 3 煤层赋存条件与特征 12 1 3 1 煤层的结构 厚度和一般特征 12 1 3 2 煤质变化 15 1 3 3 瓦斯 16 2 2 井田境界和储量井田境界和储量 17 2 1 井田境界 17 2 2 矿井工业储量 17 2 2 1 储量计算的步骤 17 2 2 2 工业储量计算 18 2 3 矿井可采储量 20 2 3 1 安全煤柱 20 2 3 2 矿井永久保护煤柱损失量 21 2 3 3 矿井可采储量 23 3 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 23 3 1 矿井工作制度 23 3 2 矿井设计生产能力及服务年限 23 3 2 1 矿井设计生产能力的确定 24 3 2 2 矿井服务年限的确定 25 4 4 井田开拓井田开拓 26 4 1 井田开拓的方案 26 4 1 1 工业场地位置 形式和面积 30 4 1 2 开采水平的确定及采区划分 30 4 1 3 大巷布置 30 4 2 开拓方案 31 4 2 1 开拓方案的提出 31 4 3 矿井基本巷道 42 4 3 1 井筒 42 4 3 2 井底车场及硐室 45 4 3 3 井底车场铺轨 49 4 3 4 主要开拓巷道 50 5 5 准备方式采区巷道布置准备方式采区巷道布置 55 5 1 煤层的地质特征 55 5 1 1 煤层埋藏条件 55 5 1 2 煤质与地质情况 55 5 2 采区巷道布置及系统 56 5 2 1 确定采区走向长度 56 5 2 2 煤柱尺寸的确定 57 5 2 3 确定采区巷道布置与参数的确定 57 5 2 4 采区上山布置 58 5 2 5 联络巷道的布置 59 5 2 6 生产系统 59 5 2 7 采区内巷道掘进方法 60 5 2 8 采区各种主要巷道的断面和支护方式 61 5 2 9 确定采区采出率与工作面生产能力 65 5 3 采区车场选型设计 66 5 3 1 采区车场的的定义 66 5 3 2 采区车场的作用 66 5 3 2 采区车场形式的选择 66 5 3 4 采区主要硐室 68 6 6 采煤方法采煤方法 71 6 1 采煤工艺方式 71 6 1 1 采煤方法 71 6 1 2 确定采煤工艺方式 72 6 1 3 工作面主要参数的确定 73 6 1 4 采煤工艺及控顶设计 74 6 1 5 采煤工作面支护方式 77 6 1 6 回采工作面吨煤成本 79 6 1 7 采煤工作面正规循环作业 80 6 2 回采巷道布置 82 6 2 1 回采巷道布置方式 82 6 2 2 回采巷道参数 82 7 7 井下运输井下运输 86 7 1 概述 86 7 2 采区运输设备选择 86 7 2 1 采区运煤设备的选择 86 7 2 2 采区辅助运输设备的选择 88 7 3 大巷运输设备选择 88 7 3 1 主要运输大巷运输设备 88 7 3 2 辅助运输大巷设备选择 89 8 8 矿井提升矿井提升 90 8 1 概述 90 8 2 主副井提升 90 8 2 1 提升方式 90 8 2 2 主井提升 90 8 2 3 副井提升设备选型 92 9 9 矿井通风矿井通风 93 9 1 矿井通风系统选择 93 9 1 1 矿井概况 93 9 1 2 通风方法的确定 93 9 1 3 确定矿井的通风方式 94 9 1 4 采区通风 95 9 1 5 工作面通风系统 96 9 1 6 矿井通风网络 97 9 1 7 通风系统立体图与网络图 98 9 2 矿井所需风量 102 9 2 1 回采面所需风量的计算 102 9 2 2 掘进工作面需风量 103 9 2 3 硐室需风量 105 9 2 4 其它巷道所需风量 Qd 106 9 2 5 矿井总风量及其分配 106 9 3 全矿通风阻力的计算 107 9 3 1 矿井通风阻力 107 9 3 2 两个时期的矿井总风阻和总等积孔 111 9 4 矿井主要通风机选型 112 9 4 1 矿井自然风压 112 9 4 2 主要通风机选型 113 9 4 3 电动机选型 116 9 4 4 矿井主要通风设备的配置及要求 117 9 5 防止特殊灾害时期的安全措施 118 1010 设计矿井基本技术经济指标设计矿井基本技术经济指标 119 专题部分专题部分 矿井安全防护分析与应用矿井安全防护分析与应用 122 1 矿井含水井田概况 122 2 煤层顶板主要的含水地层 122 3 井田水文地质情况分析 124 4 煤层顶板水的防治方法 125 5 煤矿突水系统分析 128 6 矿井防水闸门的施工管理 138 7 带压矿井应急排水系统和防水闸门 140 8 矿井排水的处理与利用 143 9 结束语 145 翻译部分翻译部分 ResearchResearch onon supportsupport bearingbearing andand toptop coalcoal stabilitystability ofof fullyfully mechanizedmechanized cavingcaving faceface inin deepdeep minemine 148 深部综放开采顶煤稳定性与支架深部综放开采顶煤稳定性与支架承承载研究载研究 154 一 般 部 分 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1 1 矿区概况 1 1 1 井田位置 范围和交通位置井田位置 范围和交通位置 钱家营矿业分公司位于河北省唐山市丰南区钱家营镇 地理坐标为北 39 33 东经 118 28 位于华北平原 属于平原地区 地势平坦 没有高山及 丘陵 井田范围内有北阳庄 林子里 小屯 钱家营等村庄 井田西南有 工人家属居住区 距工业广场约 3 千米 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 见钱家营矿 交通线路图 如下图 1 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 2 页 1 1 2 地形地貌地形地貌 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 7 26m 之间 地形坡度 1 1000 东部于新古 河道两侧有高度 1 3m 呈北东 南西向排列的小型沙丘 1 1 3 矿区的气候条件矿区的气候条件 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 河流水系河流水系 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 1 1 5 水源与电源水源与电源 1 矿井供水现状及存在的问题 1 矿井供水现状 矿井供水主要包括生活用水和生产用水两部分 生活用水主要分为工 业广场生活用水和工房区生活用水 生产用水分为井下生产用水和地面生 产用水 工业广场生活用水主要取自冲积层中部卵砾石承压含水层 部分取自 净化矿井水 主要用于洗澡用水 到目前为止 工业广场共施工冲积层水源 井 14 口 正在使用的有 5 口 其余均已报废 可供水量为 2 8 3 5m3 min 水质符合国家饮用水标准 工房区生活用水取自冲积层中部以及底部卵砾石承压含水层 工房区 已累计施工水源井 10 口 正在使用的有 3 口 其余水井均已报废 包括 3 口 水质不符合饮用水标准的奥陶系石灰岩岩溶含水层水源井 供水量为 3 3m3 min 水质符合国家饮用水标准 井下生产用水取自冲积层底部卵砾石含水层以及矿坑水 矿井为井下 生产供水在东风井工业广场先后施工水源井 7 口 正在使用的只有一口 其余均已报废 供水能力为 0 6 0 7m3 min 水质良好 另外 东风井井筒 涌水和 300 水平回风大巷涌水中的一部分 约 0 5m3 min 西风井筒及井底 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 3 页 车场涌水 0 3m3 min 以及 600 水平东西大巷涌水的部分 约 0 5m3 min 均 被用作生产使用 总供水能力达约 2 0m3 min 地面生产用水主要取自净化矿坑水 主要供洗煤厂 营运科 供应科 以及服务公司等单位使用 见下表一 矿井总的用水情况 矿井总的用水情况矿井总的用水情况 表一表一 2 矿井供水中存在的问题 矿井供水存在的问题主要有以下几个方面 一 水源井成井质量低 使用寿命短 建矿以来矿井共施工水源井 31 口 仍在使用的仅有 9 口 水井涌砂量大 平均使用寿命只有 2 3 年 二 矿井供水缺乏统一的管理和规划 三 浪废现象严重 四是用水决策缺乏科学论证 如矿坑水的利用问题 井下生产用水问题 锅炉用水问题等 分割法国风格 2 矿井供水设想 目前矿区供水能力可以满足生活 生产的需要 预计近十年内矿区用 水量不会有大的变化 总的来说 矿区生活饮用水必须取自第四系冲积层 矿坑水可以根据具体情况尽可能加以利用 必须根据水井使用寿命定期补 充打新的水井 或采用先进工艺处理恢复已报废的水井 使矿井供水能力 始终满足矿区生产 生活需求 3 矿坑水利用 目前矿井已建成矿坑水处理厂 可对矿井水进行一级处理和二级处理 目前对矿井对矿坑水全部进行一级处理 进行二级处理的矿井水约 2 0 3 0m3 min 主要供洗澡以及地面生产使用 矿井水中剩余部分全部排 用 途 地 点 取水 层位 供水能 力 m3 min 目前供 水量 m3 min 水质情况 工 房区 冲积 层 3 3 3 83 0 符合国家饮用水标 准 冲积 层 2 8 3 52 0 符合国家饮用水标 准 生 活 用 水 工 业 广 场 矿坑 水 5 01 5 2 0水质一般 地 面 矿坑 水 4 8 或更 大 0 5 0 6水质一般 冲积 层 0 6 0 70 6 符合国家饮用水标 准 生 产 用 水 井 下矿坑 水 1 30 3 0 4水质一般 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 4 页 入老牛河 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 4 电源配置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 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 井田地质概况井田地质概况 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 1 2 2 井田大中型构造特征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 3 井田内各主要构造块段的划分井田内各主要构造块段的划分 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 500 米 含煤十几层 煤层总厚达 19 79 米 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 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 5 页 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 53 米 根据岩芯观察其 顶部大约 40 米以浅部分属古风化壳 最顶部约 20 米风化程度甚强 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 300 米 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 200 米 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 60 米 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 26 米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 上组称赵各庄组 上组是重要的含煤地 层 本统一般厚约 135 米 3 二迭系下统 P1 下界以煤 11 顶板之粉砂岩顶面 与赵各庄组呈整合接触 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 300 米 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 0 米 钱 34 厚 0 11 米 本 组厚约 70 米 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 220 米左右 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 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 6 页 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 722 米 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 430 米 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 40 50 米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 10 米以上 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 500 米 井田内钱 12 孔所见 287 米 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 82 米往西 南逐渐增厚 至钱 84 孔达 800 米 平均每公里厚度递增 42 米 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 600 米 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 图图 1 3 钱家营煤矿地层综合柱状图钱家营煤矿地层综合柱状图 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 7 页 图图 1 3 煤层柱状图煤层柱状图 唐 家 庄 组 迭 深灰色 上部略粗夹细砂岩 向下渐变为致密 均一 纯净 具贝壳状断口和平坦状断口 局 部含海百合茎和海豆芽等化石 偶见植物化石 含黄铁矿散晶及菱铁矿结核 煤质好 光亮型 块状 厚度变化不大 为井 田最上可采煤层 较稳定 一般为单一结构 粉砂岩 界 统 系 生 煤5 6 1 5 2 6 9 度厚 岩性 状柱 述描 Q 中细砂岩 灰色 常夹薄层粉砂岩 具条带状 构造 清晰的水平缓波状层理 局部为含钙中 砂岩 含菱铁质结核 粉砂岩 深灰色 较粗糙 具不明显的水平层 理 略显条带状 含假蛋形翅羊齿 细羊齿等 植物化石 为化石带之一 常相变为细中砂岩 局部含植物根化石 1P古 220 下 二 2 13 7 25 9 18 5 粉沙岩 中细砂 岩 上 冲积层自北部钱47孔厚82 00米 向西南部井田 边缘逐渐加厚 至钱84孔达800 00米 平均每 公里厚度递增42米 冲积层主要由不同粒度的 砂层为主 中间夹有薄层粘土层 砂层以浅灰 灰白 灰黄为主 粘土则以黄褐色为主 一般厚 度为270米 界 系 四生 82 800 270 冲积层 第新 组统系界 1 500 最小 最大 一般 米 名 称 地层系统性岩煤岩层 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 8 页 1 2 4 岩浆岩岩浆岩 一 岩浆岩的分布 建井以来 井巷工程尚未遇到岩浆岩体 但地面补充勘探钻孔又有新 的发现 钱补3 钱补13 钱水27 钱补17共四个孔揭露了岩浆岩 使得井 田内发现岩浆岩的钻孔达到了九个 各钻孔情况见表 6 钱家营矿井田见岩浆岩钻孔情况一览表钱家营矿井田见岩浆岩钻孔情况一览表 表表 6 孔 号 与 孔位 钻孔坐 标 见火 成岩 深 度 厚 度 侵 入层位 岩浆 岩特征及 围岩蚀变 备 注 钱 补3 六 采区 X 380884 3 Y 85741 5 Z 14 69 335 48 368 98 33 5 0 基 岩面上 5 6 米 斑状 结构 岩浆 岩上部围岩 为杂色砾岩 下部为浅色 角砾岩 均 含有大量火 成岩成分 钱 补13六 采区 X 381585 9 Y 85870 1 Z 15 53 465 00 465 40 0 26 0 40 煤 6 煤 7 之间 距 7 煤 26 79 米和 11 09 米 岩浆 岩比重较轻 隐晶质结构 具气孔构造 可见粉砂岩 捕虏体及次 物方解石充 气填气孔内 形成杏仁构 造 含 FeS 晶体 钱 水27六 采区 X 381554 5 Y 85393 3 Z 16 09 553 09 554 84 1 75 距 7 煤 31 31 米 相 当于煤 5 层位 岩浆 岩为辉绿岩 比重较大 以暗色矿物 为主 钱 18 X 381564 1 煤 7 底 2 8 709 8 710 1 米 未 见火成 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 9 页 八 采区 Y 84928 2 Z 15 19 米处岩石发绿 有方解石细 脉及斑点并 有小气孔 已焦化的小 薄煤线 FeS 岩 钱 19 六 采区 X 381853 5 Y 85647 0 Z 15 90 598 54 598 86 607 93 608 03 0 32 煤 7 上 8 37 米 黑灰 色辉绿岩 为古相喷出 岩 具杏构 造 火成岩 上部 0 12 米和其下 0 03 米煤 7 变成天然焦 煤 9 下缺 失煤 11 此处外 定为 F20 钱 5 八 采区 X 382283 2 Y 85771 8 Z 16 30 0 23 煤 9 煤 9 变成天然焦 具气孔构造 内有大量方 解石脉充填 未 取上火 成岩 煤 9 处 为 F19 钱 补17 八 采区 X 382155 5 Y 85023 6 Z 16 62 827 73 829 23 1 50 煤 12 1 中 部 岩浆 岩为辉绿岩 煤上分层 0 6 米及下 分层上部 1 8 米均已 变成天然焦 钱 21 一 采区 X 383762 1 Y 89014 2 Z 18 58 231 84 233 35 1 51 煤 5 下 8 米 灰绿 色已风化 呈脉状分岔 围岩为细砂 岩 无变质 现象 所夹 粘土岩有烘 烤和龟裂现 象 钱 23 X 382283 2 0 10煤暗绿 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 10 页 十 二采区 Y 8571 85 Z 16 30 12 1 下 2 2 米 色 只有方 解石脉 钻 孔煤12 1 处 定F25 煤 12 1 下13 米定F24 平面分布上 这些钻孔集中分布于矿井西翼 9 11 号剖面之间 七个 钻孔 即六采中部和其倾斜下方八采区中部 另两个孔 钱21孔位于一采 区 钱23位于 850 暗立井以北 540 米 侵入层位集中于煤系地层的煤 12 附近到煤 5 附近 其中钱补17的煤 12 钱5孔的煤 9 钱19孔的煤 7 全 部变成天然焦 并且由西南向东北 沿地层倾向 侵入层位由浅而深 煤 5 附近到煤 12 附近 二 岩浆岩复杂程度评定井田内仅局部区域受到岩浆岩侵入影响 预 计对八采区影响极大 侵入层位多变 部分煤层局部失去开采价值 岩浆 岩复杂程度属 类 1 2 5 水文地质水文地质 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 3344971 立方米 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 升 秒 米 渗透系数 0 150 10 707 米 昼夜 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 0 016 0 0584 升 秒 米 渗透系数为 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 11 页 0 154 1 742 米 昼夜 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 0603 0 228 升 秒 米 渗透系数为 4 526 米 昼夜 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 升 秒 米 渗透系数为 182 714 米 昼夜 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 140 180m 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 升 秒 米 渗透系数 0 261 米 昼夜 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 04 0 0196 升 秒 米 渗透系数为 0 0248 0 211 米 昼夜 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 0 130 米 西南部最厚达 270 米 含水性较强 单位涌水量为 1 016 1 385 升 秒 米 渗透系数为 8 301 20 626 米 昼夜 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 10 米左右 下降至目前的 30 余米 最深达 60 余米 1 3 煤层赋存条件与特征 1 3 1 煤层的结构 厚度和一般特征煤层的结构 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 煤 7 煤 8 煤 9 煤 11 煤 12 1 煤 12 2 其中主要可采煤层为煤 5 煤 7 煤 9 煤 12 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 12 页 均属复结构的中厚 厚煤层 详见表 1 2 表表 1 2 钱家营井田可采煤层沉积特征表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 5 5 28 6 96 6 1 17 88 48 75 为井田上部最可采 煤层 一般为单 一结构 时 有夹石 1 2 层 稳定 煤 7 1 50 7 17 3 24 113 23 56 83 0 20 17 39 沉积稳定为井田内 主要可采 煤层之一 复结构 含 夹石 2 3 层 为炭质 粘土岩或 粘土岩 稳定 煤 8 0 3 39 1 25 95 6 34 94 1 23 11 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 1 2 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 9 0 35 4 40 2 20 101 6 26 95 4 47 18 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 1 2 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 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 13 页 1 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 03 7 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 61 1 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 66 1 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 1 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 0 007 0 021 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 三 煤种分布与煤质变化 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 50 60 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 断层密集 煤层完整性 受到极大破 坏 煤 11 0 2 23 0 78 105 10 69 95 2 77 34 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 0 39 6 41 2 99 105 15 24 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 1 2 层 较稳定 煤层厚度局 部变化较大 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 14 页 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 1 3 2 煤质变化煤质变化 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 1 煤层中有害成分 见表 1 3 表表 1 3 近期钱家营采动煤层煤质化验情况一览表近期钱家营采动煤层煤质化验情况一览表 煤层WrAgVrCrSgQPgQY工业牌号 51 0810 7931 6884 380 760 00785496FM 70 9323 5132 0885 450 610 07181635 QF FM1 3J M 81 0120 7733 5783 690 680 03482532 QF FM 1 3JM JM 90 9118 3431 2883 841 330 01683011QF FM 110 8913 3134 7184 372 710 01383144FM 120 9316 5832 4583 921 390 02183760FM 1 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 03 7 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 61 1 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 66 1 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 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 15 页 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 0 007 0 021 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 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 50 60 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 1 3 3 瓦斯瓦斯 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 2 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 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 16 页 2 井田境界和储量 2 1 井田境界 境界的划分原则 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 部分都能到合理的开发 煤田范围划分为井田的原则为 1 井田范围内的储量 要与煤层赋存情况 开采条件和矿井生产能 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 钱家营井田大部位于河北省丰南市境内 北部边缘属唐山市 井田东 北部和北部分别与范各庄井田和吕家坨井田相邻 矿井走向长 8 243 公里 倾斜长 3 926 公里 面积为 32 36 平方公里 精查勘探批准范围深部为各煤 层 1200 底板等高线 西部至 27 号剖面线 面积约 67 平方公里 本井田东至钱吕 钱范井田边界 西至 27 号剖面线 浅部起于各煤层 风氧化带以下 即由基岩面而下垂直 30 米不计算储量 深部至各煤层 1200 米煤层底板等高线 2 2 矿井工业储量 2 2 1 储量计算的步骤储量计算的步骤 为保证储量具有足够的可靠性 在进行矿井储量技术时 应按照下列 步骤进行 1 原始资料的检查 储量是确定矿井生产能力的基础 因此 首先对计算储量用的各类原 始地质资料进行全面的研究和审核 2 确定勘探类型并选择不同储量级别的勘探密度 当对勘探工程作出可靠性的评价以后 应根据规范中对勘探区的构造 复杂程度及煤层稳定程度 确定勘探类型与选择不同储量级别的勘探密度 以此编制储量计算平面图 3 确定不同储量级别的边界线 按照不同的煤层 参照其勘探类型规定的各级储量计算所需要的勘探 密度 结合设计矿井的具体地质条件 分别确定其不同储量级别的边界线 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 17 页 4 选择储量计算的方法 根据地质构造 煤层变化 勘探工程等情况 结合煤矿设计的具体要 求 选择合理的储量计算方法 以保证计算出的储量可靠 满足设计要求 根据 83 煤生字第 1275 号文颁发的 生产矿井储量管理规程 中第 二章第一节第八条确定各级储量的条件中有关规定要求及参照开滦矿务局 1991 年颁发的 开滦矿务局生产矿井储量管理规程实施细则 和国家颁发 的各种法规等作为确定各级储量的主要依据 本井田内共含煤 8 层 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 5 煤 7 煤 9 均属复结构的中 厚 厚煤层 其余为不可采煤层 本设计只设计 5 号煤层 2 2 2 工业储量计算工业储量计算 按原煤炭工业部颁发的 生产矿井储量管理规程 规定的一般地区储 量计算标准执行 即最低可采厚度采用 0 7m 各煤层原煤灰分不大于 40 根据储量计算公式 地质学基础 中矿大出版社 陈昌荣主编 地质 块段法地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征 将矿体划分为若 干块段 在圈定的块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量 煤 层总储量即为各块段储量之和 应当指出 每个块段内至少应有一个以上 的钻孔 块段的面积 S 必须采用真面积 即煤层斜面积 用煤层底板等高线上的水 平投影面积换算成真面积 123 123 cos n i i MMMM n nnnn n s s a QSM QQQQQ 式中 s 真面积 m2 水平投影面积 m2 s 煤层倾角 采用块段内的平均倾角 i a Mi 块段煤层的平均真厚度 m 煤层厚度 M 应采用其厚度的平均值 即根据计算面积内各见煤点的厚 度 均换算成真厚度 垂直层面方向的厚度 而后用算术平均法进行计算 M M M M 123n M i n 公式 2 1 公式 2 2 公式 2 3 公式 2 4 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 18 页 式中 Mi 煤层真厚度的平均值 m n 参加计算的见煤点数 地段中的钻孔数 M1 M2 M3 Mn 该地段中各见煤点的煤层真厚度 m i 块段内煤层容重 t m3 煤层储量的计算公式为 公式 2 5 1 111 QSM 公式 2 6 2 222 QSM 公式 2 7 n nnn QSM 123 n QQQQQ 式中 分别为各块段的储量 万 t 1 Q 2 Q n Q 分别为各块段的面积 m2 1 S 2 S n S 分别为各块段内煤层的厚度 m M1M2Mn 分别为各块段内煤层的容重 t m3 1 2 n 在比例尺 1 10000 等高距为 50m 的煤层底板等高线图上采用 CAD 的 面积测量功能 直接测量出投影面积 m2 见图 2 2 储量计算示意图 矿井 主采煤层为 5 号煤层 主采 5 号煤层工业储量计算采用地质块段法 根据 地质勘探情况 将矿体划分为 13 个块段 如图 2 2 按下式计算 Zi Si Mi i 公式 2 8 式中 Zi 各块段的储量 Mt Si 各块段的真实倾斜面积 k m2 Mi 各块段内煤层的厚度 m i 各块段内煤的容重 t m3 由图计算各块段面积分别为 表表 2 1 煤炭地质储量计算表煤炭地质储量计算表 储量计算表 表 2 2 储量计算表 块 段 标 号 投影 面积 M2 平 均 倾 角 实际 面积 M2 平均 厚度 M 煤层 容重 T M3 块段 储量 MT 平均 厚度 M 块段总 储量 MT 井田 面积 M2 110 3 工 作 78275 04 85 14 0 0 8367 133 18 6 21 4474 706 1288 55 34155 422 72 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 19 页 面 110 4 工 作 面 1 27213 79 29 15 0 0 1314 0140 96 6 161 44116 56 平均 倾角 实际井 田面积 M2 井田 储量 MT 110 5 工 作 面 11069 293 5 6 13 0 0 1135 5461 45 5 951 4497 2914 00 325977 35 59 300 02 所以 全矿可以利用的总共储量是 300 02Mt 本井田储量级别为各个 段块级相加 因此 本矿的工业储量应该是 288 55Mt 2 3 矿井可采储量 2 3 1 安全煤柱安全煤柱 计算矿井可采储量时 必须要考虑以下损失 1 工业广场保护煤柱 工业场地 井筒 水库等均留设保护煤柱 对较 大的村庄留设保护煤柱 对零星的村庄不留设保护煤柱 2 井田境界煤柱损失 3 采煤方法所产生的煤柱损失和断层煤柱损失 4 建筑物 河流 铁路等压煤损失 5 其他损失 本井田中永久煤柱损失主要有 工业广场保护煤柱 井田境界煤柱损 失和断层保护煤柱等 保护带 维护带的划分原则 1 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 用裂隙角确定水库煤柱 2 维护带宽度 风井场地 20m 村庄 10m 其他 15m 3 断层煤柱宽度 30m 井田境界煤柱宽度 20m 煤矿设计规范中若干条文修改决定的说明 中第十五条关于减少广 场占地问题中 工业场地 包括选煤厂 占地面积指标应控制在表 2 3 的范 围内 工业场地占地指标工业场地占地指标 表表 2 3 井 型 大 型 井 公顷 10 万 t 中 型 井 公顷 10 万 t 小 型 井 公顷 10 万 t 占地指标0 80 1 101 30 1 802 00 2 50 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 井田边界保护煤柱 中国矿业大学 2009 届本科毕业设计 第 20 页 由于本矿涌水量比较大并且根据本矿井实际地质条件本着安全生产的 原则井田边界保护煤柱适当加大留设 50m 宽 则井田边界保护煤柱损失量 为 Z1 3 18Mt 2 工业场地保护煤柱 工业场地的布置应结合地形 地物 工程地质条件及工艺要求 做到 有利生产 方便生活 节约用电 经设计验算 矿井的设计生产能力为 4 0Mt a 根据上述规定 由表 2 1 确定 占地面积指标取 1 0 公顷 0 1 Mt 工 业场地的占地面积应为 40 公