超化煤矿毕业设计.doc

前前 言言 毕业设计是采矿工程专业本科教学中最关键 最重要的的一个环节 它由毕业实习 和毕业设计两部分组成 三个多月的时间里 在各位指导老师 各位同学的关心和帮助 下 我圆满的完成了设计工作 毕业设计是对本专业所学知识的全面复习和巩固 加深理解所学的专业知识 并系 统的熟悉矿山开采设计 建设 生产以及安全的各个环节和系统的掌握有关知识 为以 后从事矿井设计 建设 安全技术工作 技术管理工作及经营管理工作做好准备 对矿 山开采规划与设计基本知识能力进行系统的教育 对矿山开采 矿山安全筹划等知识和 技术全面 系统的应用能力的初步训练 对综合分析和解决生产实际问题的能力的培养 对矿山规划与设计基础技能 绘图技能 文字表达与计算机技能等 的全面的初步的训 练 了解矿山开采中的有关政策 法规 熟悉并能正确应用有关规定 一 编制设计的依据 本设计依据了西安科技大学能源学院采矿工程 毕业设计大纲 毕业设计指导丛 书 以及采矿工程专业的课本 采煤学 矿井设计 矿山压力及岩层控制 煤矿通风与安全 井巷施工 采矿机械及设备 等相关专业书册 同时也参考了 矿井设计指南 采矿设计手册 中国采煤方法图集 中国煤矿开拓系统图集 中国采煤法方法 中国煤矿开拓系统 等相关工具书籍 现代化亿吨矿区生产技术 以及定额指标 设备目录 标准图册等 二 设计的指导思想 严格遵守国家制定的各项有关煤炭工业安全 生产 设计 环保 建设程序等的法 律 规章制度等 按照郑煤集团总体发展思路 充分解放思想 认真分析井田的地质条 件 煤层条件 水文条件 开采技术条件和外部现状 充分利用当地的现有资源 体现 矿井设计的集中化 机械化和技术经济的合理原则 结合实际情况 科学 合理地确定 各个系统 因地制宜地积极采用先进的科学技术 先进的工艺 先进的设备和行之有效 的操作方法 提高矿井的抗灾能力 经济效益 管理水平 在保证安全生产的前提下最 大限度地降低矿井基建投资 把超化煤矿建设成系统简单 机械化程度高 安全保障能 力强 高产高效的现代化矿井 三 设计的主要特点 在设计中 我系各位老师及领导给予了我极为大力的支持 特别是指导老师范老师 更是给了我精心的指导与关怀 不厌其烦的为我讲解 化解了很多的知识重点与难点 并提出了许多宝贵的建议与意见 使我在经过设计学习后 受益匪浅 大学的学习在毕业设计中拉下帷幕 这次毕业设计是另一种新的学习的开始 我要 以此为契机 努力并且尽量完美的规划和设计我的人生 由于时间紧迫 章节繁多 加之本人水平有限 设计中难免存在不足之处 还敬请 各位老师 同学批评指正 目目 录录 前前 言言 1 第第 1 章章 井田地井田地质质概况概况 1 1 1 井田位置及交通 1 1 1 1 交通位置 1 1 1 2 地形地貌 2 1 1 3 气象及水文情况 2 1 1 4 矿区概况 3 1 2 井田境界及储量 3 1 2 1 井田境界 3 1 2 2 储量 3 1 3 井田地层及地质构造 7 1 3 1 井田地层 7 1 3 2 地质构造 7 1 4 煤层赋存特征及开采技术条件 13 1 4 1 煤层及煤质 13 1 4 2 煤层自然发火 瓦斯 煤尘及地热等 17 1 4 3 水文地质 17 1 5 井田勘探类型及勘探程度评价 18 第二章第二章 矿井设计生矿井设计生产产能力及服务年限能力及服务年限 19 2 1 矿井工作制度 19 2 2 矿井设计生产能力及服务年限 19 2 2 1 矿井设计生产能力 19 2 2 2 矿井服务年限 19 2 2 3 矿井储量 生产能力及服务年限的关系 20 第三章第三章 井田开井田开拓拓 21 3 1 井筒形式 数目及位置的确定 21 3 1 1 井筒形式的确定 21 3 1 2 井筒位置的确定 23 3 2 开采水平的划分及布置 23 3 2 1 井田内划分及开采顺序 23 3 2 2 开采水平的划分及水平标高确定 24 3 2 3 阶段运输大巷和回风大巷的布置 24 3 3 井底车场 25 3 3 1 井底车场形式选择及硐室布置 25 3 3 2 井底车场线路设计 25 3 3 3 井底车场通过能力计算 26 3 3 4 井底车场巷道断面选择和工程量计算 26 3 4 方案比较 确定开拓系统 27 第四章第四章 采矿方采矿方法法 33 4 1 盘区概况及地质特征 33 4 2 盘区的划分 33 4 3 盘区巷道布置 34 4 3 1 巷道布置 34 4 3 2 盘区硐室 34 4 3 3 盘区车场 34 4 4 盘区生产安排 35 4 4 1 盘区生产能力 35 4 4 2 采煤条带接替 36 4 5 巷道掘进 36 4 6 采煤方法 38 4 6 1 采煤方法的选择 38 4 6 2 采煤工艺设计 38 4 6 3 采煤工作面生产管理和劳动组织 40 4 6 4 采煤工作面主要技术经济指标 42 第五章第五章 矿井通矿井通风风与与安全安全 43 5 1 概述 43 5 1 1 瓦斯 43 5 1 2 煤尘 43 5 1 3 煤的自燃性 43 5 2 矿井通风 44 5 2 1 确定通风方式及通风系统 44 5 3 灾害防治及安全设备 47 第六章第六章 矿井主要矿井主要设设备备 58 6 1 提升设备 58 6 1 1 选型计算所需的原始资料 58 6 1 2 选型计算的主要内容 58 6 2 主运输设备选型 63 6 2 1 选型计算所需的原始资料 63 6 2 2 确定大巷运输方式及选择运输设备 63 6 3 通风设备 66 6 3 1 主扇的选择计算 66 6 4 排水设备 67 6 4 1 排水系统 67 6 4 2 管路的选择 68 6 5 压缩空气设备 69 6 5 1 设计依据 69 6 5 2 设备选型 69 6 6 供电设备选型 70 第七章第七章 环环境境保护保护 72 7 1 环境现状及地面保护物概述 72 7 2 主要污染源及污染物 72 7 3 资源开发对生态环境影响与评价 73 7 3 1 开采沉陷损害影响预测分析 73 7 3 2 开采沉陷对耕地损害的预计评价 73 7 3 3 开采对水资源的破坏影响 73 7 3 4 开采对矿区大气环境的影响 74 7 3 5 开采可能引起的地质灾害的预测 74 7 4 资源开采环境损害的控制与生态重建 74 7 4 1 控制开采引起地表建筑设施的开采方法 74 7 4 2 开采引起环境损害的控制方法与土地复垦及生态重建 75 7 5 矿区环境保护与生态重建投资估算 76 7 5 1 环境保护管理机构和监测机构的设置 76 7 5 2 环境保护投资 76 7 6 主要结论 76 第第 1 章章 井田地质概况井田地质概况 1 11 1 井田位置及交通井田位置及交通 1 1 1 交通位置交通位置 超化煤矿位于河南省新密煤田西南部 平陌 超化矿区东部 行政区划主体位于河 南省新密市超化镇申沟村 该煤矿位于郑州市西南 50 公里 新密市南约 15 公里的超化 镇境内 井田面积 8 8Km 矿区专用铁路在新郑与京广铁路接轨 畅通全国 107 国道 从矿区东部通过 矿区内公路四通八达 交通十分方便 其地理坐标为东经 113 22 47 113 27 35 北纬 34 25 09 34 26 58 超化煤矿向北直距矿务局和新密市约 12km 和 15km 向东北直距郑州市约 40km 区 内有公路直达新密 登封 郑郑和郑州等地 别外还有本矿专用铁路 宋 寨 大 冶 铁路经新密铁路与京广铁路相连 北邻 3km 处还有窄轨铁路向东通达开封 矿区北部 15km 处的豫 04 公路以及东部 40 45km 的 107 国道 京广铁路 京珠高速公路通达全国 各地 超化煤矿交通位置示意图如 1 1 所示 图图 1 11 1 超化煤矿交通位置示意图超化煤矿交通位置示意图 二 隶属关系及企业性质 郑煤集团超化煤矿隶属郑煤集团 属国有企业性质 采矿权人为郑煤集团 1 1 2 地形地貌地形地貌 本区内地形起伏不平 地势西高东低 南高北低 总体西南高 东北低 地面调程 最高在南部归心寨处 300 4m 最低在东边陈家窝处 155 5m 相对高差 144 9m 本区地貌成因类型属构造剥蚀地貌 地貌单元为丘陵 区内基岩裸露平面积约占勘查区 总平面面积的 10 其它大部为第四系松散堆 沉 积物所掩盖 因此本区也可称为松 散层半掩盖区或基岩半裸露区 1 1 3 气象及水文情况气象及水文情况 1 气象 本区属温带半干旱大陆性气候区 夏季炎热多东南风 冬季寒冷多西北风 气温 41 3 17 8 年平均 14 3 年降雨量 397 7 973mm 平均 624 35mm 7 9 月为 雨季 最大积雪深度 0 20m 最大冻土深度 0 18m 地面最大风速 22m s 地震烈度为 度 2 地形与地貌 本区北 西 南三面环山 向东开阔平坦 似一箕形盆地 山地属于秦岭山系北支 嵩山山脉之东延部分 西北部五指岭为本区最高山峰 海拔 1215 9m 由此沿矿区北侧 荥巩背斜轴部向东下降为低山丘陵 至矿区东部过渡为平原 该山脉呈东西向展布 系 黄淮一级分水岭 整体地貌矿区南北两侧为东西排列的低山区 矿区西南部和中南部的 广大地带为丘陵岗地 矿区东部京广线两侧及中部双洎河河谷地带为冲 洪积平原 3 河流 本区水系属淮河流域 区内无水库和常年性河流 仅有一条的季节性河流一麻河在 雨季从矿区西南向东北穿过矿区中部流入矿区东北部的淮河二级支流双洎河 在正常年 份或干旱季节往往断流而在矿区中部滞留并形成龟山寨泉池洼地 水量较小 其水源来 自西南上游 3km 外的老姜窝小型水库 该水库水多来自元古界变质岩裂隙水和大气降水 补给有限 本区气候属暖温带半干旱大陆性季风气候区 年平均气温 9 1 14 6 C 最高达 44 6 C 最低为 18 2 C 年降雨量 381 3 1059 6mm 平均 606 2mm 降雨多集中在 7 8 9 三个月 并常伴有雷电 年蒸发量 908 1976 2m 年平均相对湿度 60 70 风向主 要为东南向 西北向和西南向 风力在冬春季最大 达 40m s 最大积雪深度 23cm 1964 12 31 最大冻土深 20cm 1966 12 30 霜冻期 11 12 1 2 四个月 1 1 4 矿区概况矿区概况 根据全面地质资料核定超化煤矿生产能力为 120 万吨 井田开拓方式为立 斜井综 合开拓 采用伪斜走向长壁放顶一次采全厚采煤法 全部跨落法管理顶板 勘查区内主要有申沟 黄固寺 圣地庙等几个行政村 总人口约 1 万人 工业以建 材 耐火粘土 采矿 运输等为主 农业以小麦 玉米等为主 水电状况良好 区内 经济相对发达 1 21 2井田境界及储量井田境界及储量 1 2 1 井田境界井田境界 西起 32 勘查线 东到 46 勘查线的起化断层和崔庄断层交汇处 北起于樊寨断层 向南大致到龟山断层 开采矿种为煤炭 二 1 煤层限采标高 60 900m 二 1 煤层矿区 范围现由 2001 年河南省国土资源厅核发的 32 个拐点圈定 采矿许可证 4100000140155 有效期 2001 年 1 月至 2019 年 1 月 该区南北宽约 0 1 3 3km 东西长约 0 3 7 3km 面积 8 8km2 2006 年经河南省煤炭资源整合 省国土资源厅将超化煤矿东部划归已经 整合到郑煤集团下属的新发煤矿和蓝盾煤矿一部分 范围在经线 Y38448100 00 和 Y38448300 00 以东 两矿割去总面积约 1 6km2 1 2 2 储量储量 1 矿区的煤炭资源 郑煤集团公司是郑州矿区煤炭资源开发的主体企业 该矿区有四大煤田 千米以浅 煤炭资源量 160 亿吨 煤炭资源丰富 目前 郑煤集团公司主要开发新密煤田和登封煤 田 荥巩煤田的三李井田 计河井田 金龙井田等整合后正在技术改造 2 地质勘查 地质调查最早由李希霍芬和辛长福等人开始 后有孙建初 曹世禄等人作一般性地 质调查 解放后陆续进行了较系统的地质普查与勘探工作 主要工作单位有 开封地质 调查所 地质部 456 队 河南省工业厅地质队 密县地质队 中南煤田地质局 123 队和 127 队 煤田地质公司一队 二队和三队 以及郑州矿务局钻探队等单位 累计钻探进 尺约 50 万米 地质研究程度较高 3 区域构造 本矿区在大地构造上位于昆仑 秦岭纬向构造带北亚带的东延部分与新华夏系第 二沉降带西缘之复合部位 在地质历史发展过程中 本区经历了多次构造变动 尤其以 燕山运动最为强烈 奠定了本区基本构造格局 区域地质构造展布呈近东西向 以高角 度正断层为主 次为褶皱 地层主要是沉积岩 属华北型石炭系 二叠系含煤地层 区 内地层标志层较多 地层中富含动 植物化石 也为地层对比提供了可靠的依据 地层 分界 对比可靠 区域内以沉积矿产为主 煤炭蕴藏量丰富 4 煤炭资源及开发状况 郑州矿区包括新密煤田 新郑煤田及登封煤田和荥巩煤田 该区煤炭资源丰富 现 生产矿井多分布在新密煤田 登封煤田 基建矿在新郑煤田 登封煤田各一个 本公司 生产矿井主采煤层为二迭系山西组二 1 煤 煤层厚 0 34 37 8 米 平均 8 5 米 倾角 4 29 度 平均 10 度 地质构造 芦沟矿复杂程度为 ab 类 其余矿井为 ab 类 煤层具 有顶板软 煤层软 底板软的特性 属豫西 三软 不稳定难采煤层 2 矿井储量 井田工业储量汇总表井田工业储量汇总表 工业储量 万 t 煤层 层 别 ABA BCA B C A B A B C 备 注 二 煤 10248 3861 7633127 0191101169885313531 535115430519 595 4 矿井煤柱留设 1 井田边界煤柱 按照 煤矿设计规范 的要求 井田边界留设 20m 煤柱 矿井边界煤柱留设量为 39 44 万 t 2 井筒及工业场地保护煤柱 由于井田面积较大 为减少通风线路长度 可把工业广场布置在井田中央 本着少 投入 少占牧场的原则 作到合理规划和优化布置 1 安全煤柱按移动角采用垂直法和垂直剖面法计算 根据 建筑物 水体 铁路 及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 2007 年版的规定 工业场地 井筒保护等级为 级 围护带宽度取 20m 由于没有实测的岩层移动角参数数据 留设安全煤柱时 暂根据 建筑物 水体 铁路 及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 2007 年版 附表 5 3 及 附表 5 4 选取 表土松散层移动角取 45 岩层移动角取 70 2 设计对井田的村庄采用搬迁 工业场地 井筒等均留设了保护煤柱 井田边界 留 20m 隔离煤柱 采区边界线两侧各留设 5m 隔离煤柱 主要巷道两侧各留设 50m 保护 煤柱 断层两侧各留设 30m 煤柱 根据 建筑物 水体 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 煤柱留设所使 用的参数如下 保护煤柱的留设过程 如图 1 2 2 所示 图图 1 2 21 2 2 用垂直断面法确定工业广场下安全煤柱用垂直断面法确定工业广场下安全煤柱 1 确定受保护面积 如图 1 2 2 所示 在开拓平面图上通过建筑物的四个角分 别作平行于某煤层走向和倾斜的四条直线得矩形 abcd 在矩形的外缘上加上 15m 宽的维 护带 得受保护面积 a b c d 2 确定保护煤柱边界 通过受保护面积中心作一沿煤层倾斜方向的倾斜剖面 在这个剖面上 由维护带的边缘点 m1 n1起在表土层以 45 画两条保护线 即 m1m2 n1n2 然后在基岩中于下山和上山方向按上山移动角 61 和下山移动角 70 作保护线 与煤层相交得 n 和 k 点 则通过 n 和 k 的走向线分别为保护煤柱 的上部和下部边界 以同样的方法在平行煤层走向的剖面 上 按其走向移动角 70 作保护线 求得沿走向的煤柱边界 A B 和 C D 将 n k 和 A B C D 均绘制 到平面图上 即得保护煤柱边界 ABCD 煤柱是一个梯形 3 煤柱煤量计算 工业场地煤柱煤量 梯形面积 煤层平均厚度 每层平均密度 247500 8 5 1 45 30 5 万 t 矿井可采储量汇总表矿井可采储量汇总表 工业储量为 1 1543 亿吨 可采储量为 9525 6 万吨 3 矿区自然灾害情况 随着开采活动向深部转移 自然灾害的威胁越来越严重 瓦斯 瓦斯压力和瓦斯涌出量逐渐增大 矿井瓦斯等级上升非常快 瓦斯治理难度明显 增大 大平 告成 超化已经由高瓦斯矿井转化为煤与瓦斯突出矿井 裴沟为高瓦斯矿 井 其余矿井为低瓦斯矿井 随着开采深度的进一步增加 瓦斯危害将更加严重 设计损失水 平 别 煤 层 别 工业储量 A B C 吨 工业 场地 井田 境界 断层 开采 损失 其他 损失 合计 可采储量 万吨 备 注 一 层 二 1 煤 11543051 9 5 30504 37 5 39440 00 10602 250 46218 75 6954956 5 4749851 9 5 9525 6 万 吨 水害 超化 芦沟两矿水文地质为复杂类型 其余各矿为中等类型 目前 各矿井煤层 底板石炭系 L1 3 灰岩和奥陶系灰岩等承压含水层水位高于开采标高 属带压开采 加 上实行放顶煤开采工艺以后 对老空积水规律认识不够清楚 特别是井田范围内小煤窑 乱挖滥采 防御老空水灾害难度很大 地质补勘工程欠账较多 地质测量和探放水手段 落后 煤尘 煤质松软易成粉末状 且孔隙率低 注水困难 生产过程中产尘量较大 特 别是综采放顶煤工作面的防尘问题是一项技术难题 煤尘具有爆炸危险 煤层自燃发火 期 2 6 个月 矿山压力显现越来越明显 以上因素是制约安全生产稳定健康发展的主要问题 1 31 3井田地层及地质构造井田地层及地质构造 1 3 1 井田地层井田地层 地层总体近东西走向 局部有变化 倾向南 采掘中不断发现有小断层和褶曲 构 造复杂程度中等 煤层较稳定 普遍可采 但煤厚变化较大 煤厚 0 37 8m 正常煤厚 5 10m 之间 煤层偶含夹矸 局部结构复杂 含夹矸 2 4 层 总体结构简单 煤层顶板 主要为砂质泥岩和泥岩岩 其次为中细粒砂岩 底板主要为砂质泥岩和泥岩 易于管理 矿井来水以底板 L7 8 灰岩水为主 近年年平均矿井涌水量正常约 500m3 h 最大 706 1m3 h 2004 年相对瓦斯涌出量 6 48m3 t 2005 年发现 200m 以下煤层有动力现 象 现按煤与瓦斯突出矿井管理 机械通风 1 3 2 地质构造地质构造 本工作面地质构造复杂 煤层整体上呈现一单斜构造型态 煤层底板产状为 140 200 8 25 但在送巷时揭露了 13 条断层 其中一条逆断层 受构造影响 煤层底板产状及煤层厚度变化均较大 工作面断层情况 超化井田位于荥 密大背斜南翼的平陌 超化矿区东部 呈一大的单斜构造 区内 构造以高角度近东西的走向正断层为主 伴有逆断层及宽缓褶曲 区内构造类型中等 一 地质构造及煤层特征 1 构造特征 超化矿区总体构造为夹持于新密复向斜西南翼的次一级平陌 超化向斜东段 本区 叫张沟向斜 主体位其北翼 地层走向总体近东西向 南北对倾 倾角变化范围在 4 45 之间 北缓南陡 伴有三组 近 EW NW 和 NE 向 多条断裂构造 主要的构造方向 为近东西向 其次为北东和北西向 较大的 中型和大型 断层 断距 40m 主要有 龟山断层 杨台逆断层 超化断层 河西断层 樊寨断层 小司沟断层和崔庄断层 7 条 另有 20 多条小断层 该区含煤地层沿走向和倾向均有一定变化 地层产状南北对倾 总体为一不完整 不对称 紧密向斜 即张沟向斜 矿区主体在其北翼 受三组 近 EW NW 和 NE 向 断层切割和破坏 南翼还受滑动构造和破坏影响 因此 该区构造复杂程度为中等构造 地质填图 钻探 地震和矿井生产中未发现区内有岩浆岩 超化煤矿位于平陌 超化勘探区的东部 其总体构造为夹持于新密复向斜西南翼的 次一级平陌 超化向斜东段 本区叫张沟向斜 主体位于其北翼 地层走向总体近东 西向 南北对倾 倾角变化范围在 4 45 之间 北缓南陡 伴有三组 近 EW NW 和 NE 向 多条断裂构造 主要的构造方向为近东西向 其次为北东和北西向 较大的 中型 和大型 断层 断距 40m 主要有龟山断层 杨台逆断层 超化断层 河西断层 樊 寨断层 小司沟断层和崔庄断层 7 条 另有 20 多条小断层 另外龟山断层南还发育滑 动构造 1 断裂 龟山断层 区域上位于风后岭背斜北翼和新密复向斜南翼转化带一线 本区位于井田 南部张沟向斜核部 近东西走向 地表在韩家寨 黄寨 白龙庙 灰徐沟一线 纵贯本 区南部边缘 区域延长约 15Km 倾向北 倾角 58 70 左右 南升北降 正断层 区 域断距 200 500m 本区断距 300 410M 超化煤矿南部断距最大 向东西两端变小 它影响该矿区的划分 同时因富水 断距大等原因 将对断层两边特别是南部煤层的开 采带来十分不利的影响 同时又成为矿区南部边缘富水 导水的边界和通道 也是矿区 地下水的南部补给边界 杨台逆断层 位于矿区西南 地面无出露 地下断失二 1 煤层交面线发端于超化煤矿 35 勘探线与龟山断层交汇处 向西大致沿二 1 煤层露头经王岗东坡向西出区 区内延长 约 2Km 近东西走向 北升南降 倾向北 倾角 10 40 区内逆差约 160 190m 东 小西大 3204 孔见九煤组后又重复到 P2SH2 地层 3202 孔见三煤组后又重复到 P2S 组 地层 该断层控制基本可靠 它影响该矿区的划分 同时因断距大等原因 将对断层南部煤层的开采带来不利的 影响 在水文上它成为矿区西南边界的一条阻水边界 超化断层 位于井田北部 地表在葛庄 纪窝一线 区内延长约 2Km 向东西两端伸 出区外 近东西走向 南升北降 正断层 倾向北 倾角 55 65 断距 65 110m 东大西小 它影响矿区划分 对开采北部煤层不利 但却是矿区北部接受西部岩溶水和超花泉 群地下 地表水的富水断层和导水通道 对矿井水的赋存和疏排起重要作用 河西断层 位于矿区北部边缘 地表发端于 4001 孔附近向西经西风井向河西村延伸 近东西走向 北升南降 正断层 倾向南 倾角约 60 断距 30m 4 号水井与 1 号水 井二 1 煤层不连续 控制程度差 该断层也可看成是樊寨断层的支断层 对开采北部煤层不利 樊寨断层 位于矿区最北部 大部分在区外 地表在 4001 孔和周家窝一线 向东西 两边延伸 近东西走向 南升北降 正断层 倾向北 倾角 65 区域断距 120 400m 本区断距 120 140m 西小东大 有 4 号水井 4001 孔和 1 号水井揭露 控制基本可靠 樊寨南断层 位于东风井 西风井一线 延长约 0 7Km 北西走向 西南升东北降 正断层 倾向北东 倾角 60 断距 0 20M 向北西尖灭 该断层也可看成超化支断 层 对开采北部煤层不利 小司沟断层 位于矿区中南部 地表在 39 补 14 孔和 41 补 26 孔一线 延长约 1 4Km 近东西走向 北升南降 正断层 倾向南 倾角 40 50 断距 0 40m 向东 西两边尖灭 39 补 14 孔缺失部分 P1X 地层 41 补 23 孔也有揭露 23 轨道和回风下山 等巷道也有揭露 崔拐断层 位于矿区东南部 地表在 42 付 补 31 孔和 44 付 补 21 孔一线 延长约 0 8Km 近东西走向 北升南降 正断层 倾向南 倾角约 60 断距 0 17m 向东西 两边尖灭 该断层降低该区附近煤炭资源储量类别 影响 23 采区采煤工作面布置 崔庄断层 位于矿区东南部边缘 地面在白龙庙 崔庄 蓝盾煤矿 竹园沟 陈家窝 一线 延长约 2 7KM 北东走向 东南升西北降 正断层 倾向北西 倾角约 55 断 距 0 45m 西边尖灭 向东交于超化断层 该断层降低该区附近煤炭资源储量类别 成 为矿区地下水的东南补给边界 其它正断层 如 F3 F 东 DF4 DF5 DF6 FS1 FS18 等矿井揭露和二维 三维地 震查明的小断层 它们大多分布在矿井深部的 21 采区和 23 采区 这些小型构造对采区 和采煤工作面的布置和采煤方法的选择有着至关重要的破坏作用 特别对综采工作面的 破坏性更大 因此在开采时应加以重视 2 褶皱 张沟向斜 该向斜近东西向横贯矿区南部 为平陌 超化向斜之东段 夹持于南部的 风后岭背斜和北部的超化背斜之间 总体走向近东西 地面向斜轴之枢纽迹线在韩沟 张沟 圣地庙 龟山寨南坡 崔庄一线 并略向北东偏转 图幅内从西到东延长约 6KM 南北宽约 1 2Km 长宽比约 6 1 3 1 应为一紧密向斜 该向斜在本区西部和中 部两翼产状是北陡南缓 轴面向北倾斜 倾角 70 左右 东端 即 23 采区三维地震所 称 崔庄向斜 两翼是南陡北缓 轴面近直立或微向南倾斜 从西到东轴面呈麻花状 总体看应为一斜歪向斜 该向斜向西倾伏 向东扬起 说明该向斜为倾伏向斜 同时该 向斜大致沿其轴部由龟山正断层切割破坏 其北翼又有杨台逆断层切割破坏 所以该向 斜又为一不完整向斜 超化背斜 矿区西北部位于其东部倾伏端 受其影响 矿区西北部地层和二 1 煤层走 向皆发生东偏北的偏转 倾角变缓成 21 4 该背斜为一向东略偏北倾伏的宽缓平卧背 斜 核部地层由 O2M 和 3CH 等碳酸岩盐岩组成 南翼和东部倾伏端由煤系组成 其它小褶曲 在超化煤矿工业广场 3 号水井 6 号水井 2 号水井和水仓等处 以及 21051 21071 等采区均发现煤岩层有倾斜 倒转等小褶曲现象 并不同程度伴生有小的 断层等现象 3 滑动构造 区内发育的滑动构造为新庄滑动构造 在 2004 2006 年的超化井田外围煤详查时 即发现该滑动构造 西部发端于 28 线 向东到超化煤矿的龟山正断层 地表浅部沿南 部的新庄断层伸展 深部向北交于龟山断层 滑动方向由南向北 该滑动系统可进一步 分为上部的滑体 中部的滑面和下部的滑床三部分 滑体地层主要由二叠系上统地层组 成 滑面主要沿上 下石盒子组 山西组地层软性岩层 特别是二 1 煤层 见 36 剖面 附近滑动并形成一定厚度的断层破碎带 滑面倾向北 倾角 5 30 不等 上陡下缓 滑床主要由奥陶系和寒武系刚性地层组成 局部保留有二 1 煤层 34 线以西 本区 3607 孔及外围的 3404 3405 孔均见该滑动构造 控制基本可靠 总之 本区含煤地层沿走向和倾向均有一定变化 地层产状南北对倾 总体为一不 完整 不对称 紧密向斜 即张沟向斜 矿区主体在其北翼 受三组 近 EW NW 和 NE 向 断层切割和破坏 南翼还受滑动构造和破坏影响 构造复杂程度中等构造 4 构 造煤发育及分布特征 构造软煤是在构造应力作用下 煤层遭受了韧性变形 从而形成与原生煤结构 构 造迥异的构造煤 严重破坏的构造煤的主要特点是 煤体强度低 使得发动突出的应 力临界值大幅度降低 煤的孔隙结构发生变化 瓦斯的放散速度加快 特别是突出发 动后 煤很容易被粉碎 瓦斯放散速度更快 软煤分层的应力敏感性强 在原始应力 状态下渗透率很低 有利于瓦斯瓦斯保存 容易形成高瓦斯压力梯度 一定厚度的构造 软煤的存在是发生突出的必要条件 本矿所采二 1 煤层受滑动构造影响大部为构造煤 本次重点研究二 1 煤的分布规律 及影响因素 本区二 1 煤层厚 0 34 37 8m 平均厚 8 5m 二 1 煤总体应属巨厚煤层 张沟向斜 的存在 使煤层沿走向和倾向均存在一定变化 总体近东西走向 龟山正断层以北的主 体区总体倾向南 倾角 4 45 龟山断层以南倾向北 倾角 14 19 矿区内 93 个钻孔 中未到二 1 煤钻孔 2 个 断失二 1 煤钻孔 4 个 见二 1 煤钻孔 87 个 在 87 个见煤点中 不可采点 4 个 约占总见煤孔数的 4 6 见煤孔数占 95 4 不可采点面积约占总含 煤面积的 1 87 个见煤点中 不可采煤层占 4 点 薄煤层 1 点 中厚煤层 15 点 厚 煤层 9 点 特厚煤层 15 点 巨厚煤层 43 点 属中厚煤层 该区二 1 煤层厚薄变化规律性不明显 存在短距离内突然增厚或变薄现象 厚煤带 主要分布在矿区中深部 3702 观 4 补 14 42 补 13 9 孔一带 其长轴方向多为北西 南东向 深部相对为薄煤带 分析原因主要与原始沉积有关 但也受后期构造影响 深部煤层多受断层切割影响而相对变薄 郑州矿区主要包括新密煤田 登封煤田和荥巩煤田 受历次大地构造运动的影响 特别是受印支晚期至燕山期昆仑 秦岭造山运动的影响 煤系地层受到南北向挤压破坏 晚白垩世以后 受华北陆块板块运动影响 联合造山后的松弛作用 挤压被拉张所取代 郑州矿区较为发育的滑动构造均属于该构造应力场作用的结果 在多次强烈构造运动的 作用下 郑州矿区所主采的二 1 煤层受到严重的挤压 揉搓和剪切破坏 形成了厚煤层 全层构造煤 区内煤层赋存及瓦斯分布很不稳定 大小构造形迹遍布 属典型的 三软 不稳定难采煤层 所蕴含的煤与瓦斯突出灾害较为严重 2 煤田演化及瓦斯地质规律 1 煤田构造演化 煤田在区域构造上位于华北地块南缘 中生代及其之前属于华北型的地壳结构 中 生代以来 受着秦岭 大别山造山带构造的控制与改造 因此又属于秦岭造山带北缘逆 冲推覆构造系 其位于豫西渑池 义马 宜阳 鲁山 舞阳逆冲推覆构造带的东北侧 印支期至燕山早 中期 受秦岭造山带隆起强烈推挤作用 形成主体为一系列北西 向展布的挤压断裂 褶皱构造 燕山早 中期 如同华北板块一样 受太平洋库拉板块 北北西向俯冲 在原来北西向构造的基础上 又形成了一系列的北北东 北东向的挤压 断裂 褶皱构造 但规模和发育程度都弱于北西向构造 嵩山背斜 箕山背斜 颖阳 芦店向斜 以及控制大平井田的北东向展布的大冶向斜 周山 吴庄逆断层都是此期形 成的 发生在晚侏罗世 早白垩世的裂陷活动和晚白垩世 早第三纪的裂陷活动 北西向 构造表现为伸展运动背景下的差异升降活动 新密煤田由原来的北西向展布的逆冲推覆 构造反转为正断层 形成为一系列北西 南东向展布为主的正断层所夹的地堑 地垒 掀斜构造 太平洋板块对华北板块俯冲方向改变 加上印度板块对华北板块挤压应力增强 使 得华北板块不断向东向太平洋方向蠕散 华北板块处于引张 裂陷 伸展的地球动力学 背景 北北东 北东向断裂表现为右旋拉张的受力状态 沿着太行山 武陵山北北东向 的重力梯级带横跨秦岭造山带的部位 形成了一系列 NNE SN 的新生代陆相断陷盆地横 切先期所有构造 在豫西煤田形成了一系列北北东 北东向展布的裂陷带 有利于瓦斯 释放 1 41 4煤层赋存特征及开采技术条件煤层赋存特征及开采技术条件 1 4 1 煤层及煤质煤层及煤质 一 煤层情况 1 煤层赋存情况 本井田煤层赋存较稳定 煤层产状变化较大 倾角为 4 29 具体表现为东部陡 西部缓 煤层平均厚度约 8 5m 最厚可达 17m 以上 最薄约 4m 特别是在 38445000 至 38445400 坐标线之间 煤层较厚 均在 10m 以上 煤层受构造的影响也较为破碎 松软 2 煤层编号及煤质 本工作面所采的煤层为山西组二 1 煤 呈黑色粉末状 硬度低 松软 属中灰 低 硫 高发热量 贫瘦煤 工作面煤层结构复杂 含有 1 2 层夹矸 厚度多在 0 05m 至 0 2m 之间 对煤质有一定影响 二 煤层顶板 附煤层综合柱状图 1 伪顶 炭质泥岩 厚度为 0 2m 岩性特征 局部发育 2 直接顶 泥岩 厚度为 5 4m 岩性特征 深灰色 含植物化石碎片 3 老顶 砂质泥岩 砂岩 厚度为 25 78m 岩性特征 灰色砂质泥岩及中粒砂岩 三 煤层底板 1 直接底 泥岩 厚度为 12 04m 岩性特征 深灰色 含植物根部化石 2 老底 砂质泥岩及灰岩 岩性特征 石炭系太原组地层 四 煤层特征 本区含煤岩系为石炭 二叠系 含煤岩组由下至上依次为石炭系上统太原组 二叠 系下统山西组和下石盒子组及上统上石盒子组 依岩性和含煤性不同划分为九个含煤组 段 太原组习惯上称一煤组 山西组习惯上称二煤组 下石盒子组包括三 四 五 六计 4 个煤段 上石盒子组包括七 八 九计 3 个煤段 含煤地层总厚约 667 95m 含 煤 23 层 煤层总厚约 12m 含煤系数 1 80 可采煤层总厚 10 92m 仅据本矿区钻孔 揭露 其中山西组二 1 煤层全区发育 为本区开采煤层 见下表 1 4 1 二 1 煤层厚 0 34 37 8 m 平均 8 5m 煤层倾角 4 29 平均 10 顶 底板岩 性均为砂质泥岩及泥岩 厚度一般 1 0 2 0m 顶 底板及煤厚相对较稳定 受区域性 滑动构造影像 煤层及顶 底板滑面发育 易冒落 在井田边界及边界断层附近煤层厚 度变化比较大 煤层可采指数为 95 变异指数为 60 6 属极不稳定煤层 豫西 三软 不稳定煤层 表表 1 4 11 4 1 超化煤矿含煤岩组煤层发育情况统计表超化煤矿含煤岩组煤层发育情况统计表 地层系统煤 组 段 常见主要煤层 系 统 组名称厚 度含煤煤层编煤厚穿过见煤可采性 层数编号号 m 孔数孔数 九煤 段 73 301 八煤 段 75 871 上 统 上石 盒子 组 P2s七煤 段 82 333 七 1 七 七 3 七 2 0 3 24 0 60 2210 局部可 采 六煤 段 74 151 六 1 五煤 段 69 873 五 1 五 2 五 3 四煤 段 70 492 四 1 四 2 下石 盒子 组 P1x 三煤 段 74 701 三 1 二 叠 系 下 统 山西 组 P1s 二煤 组 73 032 二 0 二 1 二 1 0 19 37 8 8 50 8787 全区可 采 石 炭 系 上 统 太原 组 C3t 一煤 组 74 219 一 1 一 9 一 1 0 2 90 1 04 2320 大部可 采 合计9 个 667 9 5 23132117 1 煤的物理性质及煤岩特征 二 1 煤受构造影响 该煤多呈粉末状 少量鳞片状 金刚光泽 宏观煤岩类型为半 亮型或光亮型煤 煤的视密度 1 45t m3 视电阻率在 80 315 cm 之间 2 煤的化学性质 1 灰分 Ad 二 1 煤原煤灰分 Ad 8 50 27 30 平均 14 86 介于 10 01 16 00 16 01 29 00 两区间 据 GB T15224 1 2004 标准 动力用煤 应 属低 中灰煤 总体属低灰煤 二 1 煤煤灰熔融性软化温度 ST 平均为 1240 1400 总体大于 1250 1350 据 MT T853 1 2000 标准 应属中等软化温 度灰 MST 2 全硫 St d 二 1 煤原煤全硫 St d 0 14 2 05 平均 0 45 折算后 的干燥基全硫 St d 基准发热量 24 00 实测发热量 29 85 实测干燥基全硫 0 45 0 36 0 50 据 GB T15224 2 2004 标准 动力煤中无烟煤和烟煤硫分 分级 总体属特低硫煤 3 磷 Pd 二 1 煤原煤磷 Pd 0 011 0 038 平均 0 022 介于 0 010 0 050 区间 按 MT T562 1996 标准确定 总体为低磷分煤 4 挥发分 Vdaf 二 1 煤浮煤干燥无灰基挥发分 Vdaf 两极值为 10 47 15 26 平均 12 90 介于 10 00 20 00 之间 据 MT T849 2000 标准 应 属低挥发分煤 5 元素组成 二 1 煤的元素组成主要为碳 氢 氧 氮 硫 表 1 4 2 表表 1 4 21 4 2 二二 1 1 煤元素分析结果汇总表煤元素分析结果汇总表 浮 煤 元 素 分 析 CdafHdafNdafOdaf Sdaf H C 90 31 92 2 1 91 36 9 4 05 4 44 4 29 9 1 22 1 79 1 58 9 2 24 3 28 2 81 9 0 047 6 发热量 Qgr v d 二 1 煤原煤干基恒容高位发热量 Qgr v d 两极值 24 06 32 49MJ kg 平均 29 85 MJ kg 40 点 29 60 MJ kg 因此据 GB T15224 3 2004 标准 该煤应属特高热值煤 3 煤类及工业用途 依据现行的 中国煤炭分类国家标准 GB5751 86 浮煤干燥无灰基挥发分 Vdaf 及 粘结指数 G 胶质层最大厚度 Y 等为划分指标 二 1 煤层干燥无灰基挥发分 Vdaf 两极值为 10 47 15 26 平均 12 90 胶质 层最大厚度 Y 值为 0mm 焦渣特征为 1 4 未测试粘结指数 据此判定本区二 1 煤应属 贫煤 PM 数码 11 二 1 煤属低灰 特低硫 低磷 低挥发分 特高热值煤粉煤 同时具有中等软化温 度灰 据此 本区二 1 煤层适宜火力发电及沸腾层发生炉用煤和民用型煤 矿区内开采煤层为二 1 煤层 二 1 煤层赋存于二叠系下统山西组下部大占砂岩之下 距上部大占砂岩一般 6 39m 砂锅窑砂岩约 60m 距下部 L7 8 石灰岩一般 12 07m 该煤 层位较稳定 因张沟向斜的存在 煤层沿走向和倾向均存在一定变化 总体近东西走向 龟山正断层以北的主体区总体倾向南 倾角 4 45 龟山断层以南倾向北 倾角 14 19 总体应属厚煤层 二 1 煤层含结构真厚 0 34 37 8m 平均厚 8 5m 全区可 采 该煤层大部分不含夹矸 偶含一层夹矸 局部结构复杂 2 4 层夹矸 总体应为简 单结构煤层 顶板岩性多为砂质泥岩和细粒砂岩等 夹矸分布不稳定 常具有短距离内 尖灭的现象 底板岩性几乎全为泥岩和砂质泥岩 偶有炭质泥岩 粉砂岩和石灰岩等 二 1 煤层在矿区内被上覆岩层全部掩盖 无煤层露头 埋藏较深 全区埋藏深度约为 60 1050m 标高 埋深约 110 1250m 该区二 1 煤层厚薄变化规律性不明显 总之 该区二 1 煤层钻孔和巷道揭露见煤点 较多 煤层厚度 结构及其可采范围等查明程度较高 煤层稳定程度可属较稳定煤层 1 4 2 煤层自然发火 瓦斯 煤尘及地热等煤层自然发火 瓦斯 煤尘及地热等 煤层具有自然发火倾向 煤层自然发火等级为三级 为不易自燃煤层 煤的自燃 煤层具有自燃现象 其最短自燃发火期为 72 天 瓦斯含量 依据矿井瓦斯等级鉴定结果 矿井相对瓦斯涌出量为 6 75m3 t 矿井绝 对瓦斯涌出量为 28 93m3 min 瓦斯分布不均匀 高瓦斯区呈条带状分布 2005 年经重 庆分院鉴定为突出矿井 煤尘爆炸指数 经煤尘爆炸指数鉴定 我矿煤尘爆炸指数为 17 58 煤尘具有爆炸危 险性 煤尘情况 煤尘具有爆炸危险性 地温 地压 本工作面地温 地压均正常 1 4 3 水文地质水文地质 本井田受龟山断层的影响 大量奥陶系灰岩水通过龟山断层东段补给井田内各含水 层 井田内的主要含水层分别为 奥陶系灰岩含水层 石炭系灰岩含水层和二叠系砂岩 含水层 原鉴定矿井水文地质条件中等 根据矿井深部区实际揭露情况分析 水文地质 条件趋于复杂 1 51 5 井田勘探类型及勘探程度评价井田勘探类型及勘探程度评价 井田勘探类型为一类一型 1 勘探程度 二 1 煤层 勘探程度和研究程度较高 达到了精查要求 2 勘探程度评价 1 本次工作本着滚动式开发原则及设计主要目的层为二 1 煤层 故对本区西部部分 D 级储量和太原组各可采煤层未进行进一步工程控制 今后生产过程中应注意研究这些 地段的煤层赋存情况 煤质及其变化规律和工程地质特征 2 矿山建设初期应进行采区地震 进一步控制构造 以免隐伏构造导水及底鼓现象 的发生 防止奥灰突水 发生事故 第二章第二章 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 2 12 1矿井工作制度矿井工作制度 本矿井设计年工作日为 330 天 每天三班作业 两班采煤一班准备 每日净提升时 间为 16 小时 2 2 2 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 2 2 1 矿井设计生产能力矿井设计生产能力 设计确定矿井设计生产能力为 120 万吨 年 且认为是合理的 由于本矿井的采煤机截深取 0 8 米 每天进刀数为 4 刀 工作面长度为 120 米 平 均煤厚为 8 5 米 煤的容重为 1 45kg m 故由公式 A O L MS r CT A 矿井生产能力 煤的容重 L 工作面长度 M 煤层厚度 S 采煤机截深 oc 回采率 取 93 T 年工作日 N 每天进刀次数 日正规循环率 所以 A 120 8 5 0 8 4 1 45 0 93 0 9 330 130 7 万吨 故设定年生产能力为 120 万吨 2 2 2 矿井服务年限矿井服务年限 矿井服务年限设计确定为 56 7 年 工业储量为 1 1543 亿吨 可采储量为 9525 6 万吨 由于此次设计针对二 1 煤层进行 故二 1 煤层的服务年限为 T KA ZK T 矿井服务年限 a ZK 五号煤层可采储量 万 t A 矿井生产能力 万 t a K 储量备用系数 一般取 1 4 由上述公式计算的矿井服务年限为 T 9525 6 120 1 4 56 7 年 矿井生产能力核对表矿井生产能力核对表 煤矿 矿井服务年限 矿山 规模 矿井生产能力 万 t a 缺煤地区非缺煤地区 300 400 400 50 60 大 型 120 150 180 24 0 40 50 中型45 60 90 30 40 小型9 15 21 30 20 30 与核对表对照 符合要求 2 2 3 矿井储量 生产能力及服务年限的关系矿井储量 生产能力及服务年限的关系 根据矿井的开拓部署 设计仅考虑二 1 煤层的开采 按储量计算矿井服务年限 T Z KA 式中 T 矿井服务年限 a Z 矿井设计可采储量 Mt A 矿井设计生产能力 Mt a K 储量备用系数 取 1 4 T 9525 6 1 4 120 56 7a 即按矿井设计可采储量计算服务年限为 56 7a 设计矿井生产能力为 1 20Mt a 第三章第三章 井田开拓井田开拓 3 13 1井筒形式 数目及位置的确定井筒形式 数目及位置的确定 3 1 1 井筒形式的确定井筒形式的确定 根据井田开拓设计的主要技术原则 结合矿井的工业场地位置 煤层的赋存条件 矿井生产能力及目前的装备水平等因素 确定各井筒的形式及功能如下 超化矿煤层赋存深度大致为 200 600 米 埋藏较深 从地质条件来看 井筒形式可采用立井或斜井 斜井与立井相比 井筒掘进技术和施工设备比较简单 掘进速度快 地面工业建筑 井筒装备 井底车场及硐室都比立井简单 一般无须大型提升设备 同类井型的斜井提 升绞车也较立井需用的绞车型号小 因而初期投资少 建井期短 采用胶带输送机斜井 开拓时 可以布置中央采区 利用主副斜井兼作中央采区的上山 从而可节约初期建井 工程量 加快矿井建设 胶带斜井可以同时为几个采区提煤 这对上下水平过渡时期的 提煤或多水平同时生产的提煤都有利 当矿井许增产而扩大提升能力时 更换胶带机也 是比较容易的 与立井相比 斜井的缺点是 在自然条件相同时 斜井要比立井长的多 围岩不稳 固时 斜井井筒维护费用高 采用绞车提升时 提升速度较低 能力较少 钢丝绳磨损 严重 动力消耗大 提升费用较高 当井田斜长较大时 采用多段绞车提升 转载环节 多 系统复杂 更要多占用设备