采矿工程毕业设计（论文）-王洼二矿180万ta矿井初步设计

中国矿业大学银川学院毕业设计目录第一章 矿区概述及井田地质特征11.1矿区概述11.1.1矿区地理位置与交通11.1.2 矿区地形地貌11.1.3气象11.1.4水文情况31.1.5矿区概况31.2井田地质特征51.2.1地质51.2.2构造81.3煤层赋存特征81.3.1 煤层特征81.3.2煤质与用途111.3.3矿井其他开采条件191.3.2 水文地质24第二章 矿井储量、生产能力及服务年限272.1 井田境界272.2 井田储量272.2.1矿井工业储量272.2.2矿井设计储量282.2.3矿井设计可采储量292.3 矿井年储量及服务年限312.3.1矿井工业制度312.3.2矿井服务年限31第三章 井田开拓333.1 概述333.2 井田开拓333.2.1井筒343.2.2工业场地的位置353.2.3开采水平及阶段的划分363.2.4 主要开拓巷道373.2.5方案比较373.3井筒特征433.4井底车场及硐室463.4.1主要开拓巷道503.4.2巷道支护53第四章 采煤方法554.1 采煤方法的选择554.2采区巷道布置及生产系统574.2.1 采区位置574.2.2采区煤层特征574.2.3采区巷道布置的依据和要求584.2.4确定采区的运输系统594.2.5采区生产能力及采出率604.2.6采区车场选型设计624.2.7 采区主要硐室634.3采煤工艺设计644.3.1 回采工作面参数644.3.2 回采工作面破煤、装煤方式654.3.3 回采工作面支护方式704.3.4 各工艺过程注意事项734.3.5 回采工作面正规循环作业754.3.6 回采巷道布置77第五章 矿井通风与安全815.1 矿井通风系统的选择815.1.1矿井地质情况815.1.2矿井通风系统的基本要求815.1.3 矿井通风方式的确定825.1.4主要通风机工作方式选择835.1.5采区通风系统的要求845.1.6工作面通风方式选择845.1.7回采工作面进回风巷道的布置855.2全矿所需风量865.2.1 采煤工作面实际需要风量865.2.2掘进工作面需风量885.2.3硐室所需风量895.2.4矿井总风量计算905.2.5风量分配905.3 全矿通风阻力计算915.4 选择矿井通风设备995.4.1分机选型995.4.2电动机选型1015.5 防治特殊灾害的安全措施102第六章 矿井运输、提升及排水1056.1矿井运输1056.1.1 采区运输设备选择1076.1.2采区设备的选型1076.1.3 大巷运输设备选择1096.2矿井提升1106.2.1矿井提升概述1106.2.1 主井提升1116.2.2副井提升1156.3矿井排水1166.3.1 概述1166.3.2 排水设备选型计算1167 环境保护1207.1 主要污染源概述1207.2 矿山污染防治1217.2.1环境空气污染防治措施1217.2.2水污染防治措施1217.2.3固体废物污染防治措施1227.2.4噪声污染防治措施1237.2.5生态环境保护措施1238技术经济指标125参考文献126全套图 纸加扣 3346389411或3012250582第一章 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王洼二矿位于宁夏回族自治区固原市彭阳县王洼镇境内，地理坐标为东经1065610639，北纬36073611之间。根据建设方及地质勘探部门意见，王洼二矿井田范围为：上部（西部）自各煤层露头，下部（东部）到一煤+700m水平等高线，南部自煤层的剥蚀带，北部至王洼煤矿（一矿）的南部采空区边界；井田南北（走向）长约5km，东西宽约4.1km，井田面积约18.6km2。本井田西距固原市80km，南距彭阳县45km，向南120km左右至甘肃省平凉市，S203从矿区经过，并在距王洼二矿向南约10km处与G309交汇，宝中铁路在固原设有车站。矿区交通比较便利。交通位置图见图1-1-1。1.1.2 矿区地形地貌井田地形属黄土高原剥蚀丘陵区，地形复杂，东西向中间高，两边低，南高北低，植被茂盛。地形海拔标高+1720+1860m之间，井田内冲沟发育，有的沟谷深达100200m，由于井田内黄土垂直节理发育，往往于沟谷两岸形成直立陡壁，加上水流的剥蚀，沟谷纵横切割，形成黄土梁、塬、峁、谷、脊、柱等各种黄土地区的微地貌景观。地形图见图1-1-2。1.1.3气象井田属于半干旱大陆性气候，根据19912006年固原市气象站资料，固原市原州区年平均最高气温14.8（2006年），年平均最低气温0.3（1991年）；彭阳县年平均最高气温16.2（2006年），年平均最低气温0.6（1991年），极端最高35.5（1997年7月），极端最低32.3（1991年1月），昼夜温差大。每年11月开始冰冻，至来年三月底或四月初解冻，一般冻土深度为80cm左右，最大冻土深度为113cm，最大冻土深度持续15天（2006年）。图1-1-1 交通位置图图1-1-2 地形地貌图雨季月份为六、七、八、九四个月，集中在七、八月，多为暴雨，2006年固原市原州区年降水量426.2mm（2006年），彭阳县355.2mm，降水量50mm的天数为0天，在0.09.9mm的天数为182天，最小相对湿度4，最大水气压24.6hpa，蒸发量为1353.2mm，蒸发量为降雨量的3倍左右。风季多集中在春秋两季，风向以NNW为主，夏季多东南风，春季风最多，最大风速14.7m/s，风向NNW。1.1.4水文情况井田内较大的黄土梁为纵贯井田之王洼后梁，南自崖堡经王洼、叶腰岘至水泉子，长达10余公里，为区内南北向之分水岭，使降水沿沟由此分为东西，形成两个地面迳流系统，其西之水向西流入官厅河后往南注入茹河流入甘肃境内；其东之水向东流入甘肃境内安家川河。井田内无大的常年地表水流，除暴雨后偶有暂短急流外，一般无水，仅有少数冲沟因泉群出露形成一些小的溪流，流量不大。此外，尚有为拦截泉水而形成的范新庄水库和斩蛟头水库，为井田内人工地表水体。范新庄水库和斩蛟头水库的坝顶标高均为+1710m。1.1.5矿区概况1、固原市位于宁夏回族自治区的南部。东面与甘肃省环县、镇原县相连，南面与甘肃省平凉、华亭、庄浪、静宁等市县接壤，西部与甘肃省会宁、靖远县为邻，北部与宁夏的同心、中卫等县毗邻，辖西吉、海原、隆德、泾源、彭阳五县和原州区，固原市人民政府驻固原区。固原市南北长250km，东西宽200km，总面积16783km2，占自治区土地总面积的32.4。“九五”末全市共有124个乡（镇），其中镇18个。固原市总人口186.85万人，有汉、回、东乡、满、壮、蒙古等10个民族。其中回族88.07万人，占总人口的47.1：农业人口169.32万人，占总人口的90.62。人口密度为111人/km2。矿区位于宁夏回族自治区南部地区固原市原州区的东部，经济较为落后，座落有王洼、李寨、赵沟、罗洼四个自然村。盛产粮食作物有：冬小麦，玉米、荞麦等。果子有：杏子、苹果等。中药材有：党参、银柴胡等，野生特产有：蕨菜及鸡腿菇等。井田内较大规模的主要厂矿企业为井田内北部的王洼煤矿和井田外银洞沟煤矿。为响应国家号召，实行“退耕还林”、“退牧还草”政策，农牧民以种草植树为主，经济来源主要靠种植紫花苜蓿和马铃薯。2、周边生产矿井本井田煤层埋藏较深，在井田范围内仅有王洼煤矿（王洼煤矿）正在生产，总体规划对两矿的矿界范围已作明确划分，所以本矿和周边邻矿不会在开采中相互影响，也不存在边界纠纷。王洼煤矿是经宁夏回族自治区人民政府批准建设的区属国有地方骨干煤矿，是国家和自治区为解决宁夏南部山区人民燃料奇缺，改变固原地区燃料结构，保护山区植被，加强生态环境建设而立项筹建的，是一项扶贫性工程。1984年开工建设，1990年12月简易投产，设计生产能力为0.21Mt/a，经技术改造后，目前生产能力为0.45Mt/a。现王洼煤矿井田范围：上部自各煤层露头，下部到+1270m水平，南部自目前采空区边界，北部至精查区和普查区的分界线（X=4005500以南75m）间的一、二、三、四、五号煤层。全矿井以一对斜井开拓，井底车场为+1380m水平，主斜井为大倾角皮带与轨道合一的混合提升井，斜风井为专用回风井，目前主要开采五煤，截止2005年底，全矿井共动用五煤地质储量11.60Mt，采煤方法为走向长壁炮采分层后退式采煤法。此外，井田外北部有一个生产矿井银洞沟煤矿。位于井田外北部银洞子普查区，是经宁夏回族自治区人民政府批准建设的区属国有地方骨干煤矿。1958年建矿，2号井 1990年12月简易投产。2001年由区属管理下划彭阳县管理。设计服务年限23年，设计生产能力为0.06Mt/a，目前生产能力为0.05Mt/a。目前生产的2号井范围北部以+1450煤层底板等高线为界，南部以9煤露头为界，走向长1100m，倾向宽310m，面积0.34km2。采煤方法为走向长壁炮采分层垮落后退式采煤法。1.2井田地质特征1.2.1地质根据全国地层多重划分对比研究宁夏回族自治区岩石地层（1996年）岩石地层的划分成果，王洼矿区属晋冀鲁豫地层区（V4）、华北西缘地层分区（V41）、桌子山-青龙山地层小区（V41-2）。煤层地质柱状图见图1-2-1。井田内全部被第四系（Q）黄土所覆盖，地表无基岩出露，根据钻孔揭露井田内地层由老至新依次有：奥陶系马家沟组（O1m）；石炭系太原组（C3p1t）；三叠系上统上田组（T3s）；侏罗系中统延安组（J2y）、直罗组中统（J2z）、侏罗系上统安定组（J3a）；白垩系下统宜君组（K1y）；古近系渐新统清水营组（E3q）和第四系（Q）。各地层由老至新简述如下：1、奥陶系上统马家沟组（O1m）井田内没有出露，分布于西部边缘，浅部钻孔揭露，揭露厚度大于84.92m（西北部4孔）。岩性上部以灰至青灰色厚层灰岩为主，多含白云质夹燧石结核；中部以灰绿色、兰灰色钙质粉砂岩、泥岩为主，夹薄层灰岩，产小苏贝、正脊贝、褶脊贝、卷月贝等动物化石；下部为夹灰至深灰色厚层灰岩，坚硬具方解石脉。2、石炭系太原组（C3p1t）井田外北五公里的石节子沟内有出露。南部28孔、中部502号孔揭露，502号钻孔揭露最大厚度53.35m。属海陆交替相含煤沉积。底以灰白与紫灰绿色含铁、铝土质，具鲕状结构泥岩、砾状砂岩，平行不整合于奥陶系灰岩上。岩性为灰深灰色粉、细砂岩、薄层灰岩与灰黑色泥岩、砂质泥岩钙质泥岩互层。含煤四层，其中三层可采。煤系上部与三叠系或侏罗系地层呈超覆接触。3、三叠系上统上田组（T3s）井田内没有出露，全区发育，井田外西南部3钻孔最大揭露厚度91.55m。为一套河湖相杂色碎屑岩沉积，岩性主要为黄绿、灰绿色厚层状砂岩，夹灰、深灰色粉砂岩、泥岩及薄层含铝土质泥岩。砂岩的分选性及磨圆度中等，发育大型板状、槽状及楔状交错层理。含植物化石。为侏罗系含煤地层的基底，与奥陶系中统马家沟组呈角度不整合接触。 图1-2-1 煤层地质柱状图4、侏罗系中统延安组（J2y）井田内没有出露，全区发育。为一套内陆湖泊三角洲沉积，是井田内主要含煤地层。岩性以灰、深灰、灰黑色泥岩、粉砂岩夹炭质泥岩及煤层为主，次为浅灰、灰白色细、中、粗砂岩。5煤以上河床相的粗粒砂岩发育，一般厚1020m，最厚达48m，愈北砂岩增多变厚。其4煤上部一层灰黑色粗砂岩，以颜色黑、富含炭屑与石英细砾，质地疏松为其独有特征，分布较稳定，厚0.683.75m，为控制4煤与煤系上下各煤层对比的主要标志层。5煤至8煤间砂岩厚一般625m，最厚达43.42m，主要赋存于线北，以南多相变为中、细砂岩。8煤至9煤间赋存一层富含炭质及煤的包体为其特征的灰白色粗砂岩，零星见于各孔中，岩性与厚度变化大，时相变化为中、细、粉砂岩，多构成9煤间接顶板，对煤层对比能起一定的控制作用，但标志性差。粉砂岩及泥岩中富含锥叶蕨、枝脉蕨、苏铁、银杏、新芦木等植物化石，5煤及9煤上部偶含叶肢介动物化石。钻孔揭露最大厚度245.23m，平均厚度196.30m，地层厚度整体由中部向东西有逐渐变薄趋势，最厚点位于井田北部102号钻孔附近。底部以一层深灰色含砾砂岩及具鲕状结构粘土质泥岩超覆不整合于三叠系中统上田组和奥陶系中统马家沟组之上。5、侏罗系中统直罗组（J2z）井田内没有出露，全区发育。岩性上部以浅灰、灰白色含砾粗砂岩为主，夹紫色粘土岩和细粒砂岩；中部以浅灰绿色粘土岩及泥岩为主，夹薄层细、粗砂岩；下部为一厚层灰白、黄褐或红色含砾粗砂岩为主，俗称“七里镇”砂岩，夹中、细砂岩及泥岩，砂岩的成熟度较低，分选性差，孔隙式胶结为主，胶结疏松，多具空洞，底部泥岩中偶含少量植物化石碎片。钻孔揭露平均厚375.19m，钻孔揭露最厚点位于1003号钻孔附近，揭露最大残留厚度416.25m，地层厚度由西向东有增厚趋势。与下伏延安组含煤地层呈平行整合接触。6、侏罗系上统安定组（J3a）井田内没有出露，主要发育于井田的东部，井田内东部5个深孔揭露，钻孔揭露平均厚度157.60m，揭露最大残留厚度354.89m。为一套干燥气候条件下的河流、湖泊相红色沉积，岩性以灰褐、紫红、紫褐色粉砂岩和泥岩为主，俗称“红层”，夹灰白、灰绿色细粒砂岩、中粗粒砂岩，底部普遍有一层褐红色砂岩与下伏直罗组呈平行整合接触。7、白垩系下统宜君组（K1y）井田内没有出露，是一套近陆源区的冲、洪、坡积粗碎屑岩沉积。钻孔揭露平均73.05m，揭露最大厚度259.40m（1102号钻孔），总体为南厚北薄，东厚西薄。岩性以砾岩为主，砾石成分以灰岩，石英岩为主，次为杂色砂岩，不整合于下伏安定组之上。8、古近系清水营组（E3q）井田东部及北部沟谷中有零星出露，钻孔揭露平均厚度36.83m左右，最大厚度137.05m（502号钻孔）。岩性以红土为主，（多为砂质，粘土质泥岩）微胶结，具可塑性，局部夹粉，细砂及砂砾层，不整合于下伏老地层之上。9、第四系（Q）井田内广泛发育，以浅黄色风成黄土为主，垂直节理发育，具多孔性，中，下部夹粉，细砂，偶含砂砾，厚度随地形而异，一般厚度100150m，揭露最大厚度236.25m（101号钻孔），不整合于各地层之上。1.2.2构造井田煤系地层总体走向为NNW至NW，倾向NEE至NE，西部因在盆地边缘，由于地层、煤层由东向西超覆沉积，倾角由东向西逐渐变大。1.3煤层赋存特征1.3.1 煤层特征（一）煤系地层井田含煤地层为侏罗系中统延安组（J2y），钻孔揭露最大厚度245.23m，平均厚196.30m。含编号煤层14层，平均总厚26.42m，含煤系数为13.64%。王洼详查报告与劳沟川勘探报告中煤层自上而下编号为19煤，勘探报告经过岩煤层对比后，由于煤层大部分存在分叉合并现象，采用煤组进行编号，煤层编号为110，自上而下编号为：1、1-2、1-3、4、5、5下、6、8上、8、8-2、8-3、9、9下、10（见表1-3-1）。全区可采煤层2层（5、8），大部可采煤层2层（1、9），局部可采煤层3层（1-2、5下、8-2）、不可采煤层7层（1-3、4、6、8上、8-3、9下、10）。可采煤层平均总厚25.42m，可采含煤系数12.95%（见表1-3-2）。各可采煤层的厚度（见表1-3-3）。表1-3-1 煤层编号变化情况一览表详查一二三四五六精查1煤组45煤组611-21-3455下6详查七八九精查8煤组9煤组108上88-28-399下10表1-3-2 含煤地层含煤系数统计表含 煤层 段地层 厚度煤层 厚度含煤 系数可采 厚度可采含 煤系数含编号煤层第三段31.023.8712.48%3.6211.67%1、1-2、1-3第二段100.1620.9420.91%20.3620.33%4、5、5下、6、 8上、 8、8-2、8-3第一段20.081.618.05%1.447.17%9、9下、10延安组196.3026.4213.64%25.4212.95%14层表1-3-3 井田可采煤层厚度计统计表煤 层1煤1-2煤5煤5下煤8煤8-2煤9煤合计93.79 36.07 737.03 45.78 439.70 29.49 51.52 平均2.18 1.09 10.68 0.85 6.11 1.09 1.61 最大4.97 2.35 18.07 2.38 13.78 2.06 3.94 最小0.44 0.34 6.38 0.17 0.51 0.17 0.11 见煤点数43336954722732可采见煤点362269267019220.801.50715020115101.503.5018706195103.508.0012069051028.00005902200（二）煤层描述各煤层的风化无煤区范围随着煤层的埋深而逐渐减少，其中1煤面积最大3.55km2，9煤面积最小0.30km2。1、1煤组1煤组为全区大部可采煤层，剖面上位于第三含煤段，平面上由南向北逐渐分叉为1煤和1-2、1-3煤，在直罗组沉积之前，由于剥蚀作用，部分区域变薄直至消失。1煤：上距直罗组底部平均间距3.05m，在合并区内全部可采，分布面积23.46km2，可采面积16.47km2，煤层厚度0.444.97m，平均2.18m，可采厚度0.804.97m，平均3.00m，属厚煤层，含夹矸14层，夹矸岩性以泥岩、粉砂岩为主，煤层结构复杂，对比可靠，属较稳定煤层。1-2煤：在分叉区内大部可采，分布面积15.43km2，可采面积8.72km2，可采厚度0.802.35m，平均1.09m，煤层厚度由分叉区至北部逐渐变薄，分叉区内南厚北薄，西厚东薄，局部含12层夹矸，夹矸岩性为泥岩、粉砂岩，结构简单，属较稳定煤层。2、5煤组5煤组剖面上位于第二含煤段上部，由5煤和5下煤组成，部分见煤钻孔中两者间距小于0.80m。5煤：井田内全部可采，分布面积25.05km2，可采面积22.34km2，煤层厚度6.3818.07m，平均10.68m，在L2联络线以东、第34勘探线之间，见煤钻孔厚度均大于15m，煤层厚度特别稳定，巨厚煤层，煤层厚度总体由东向西变薄，中部小隆起的作用，第57勘探线浅部煤层沉积较薄，往南北方向变厚，第8勘探线以南，出现大面积的风氧化带，煤层结构简单，一般含夹矸3层，最多6层，岩性主要为泥岩和炭质泥岩，煤层对比可靠，属稳定煤层。5下煤：局部可采，分布面积18.98km2，可采面积9.83km2，可采范围主要分布在井田的北部地区，煤层厚度0.172.35m，平均0.85m，属薄煤层，煤层厚度由北往南逐渐变薄，直至在南部消失，东西向从201402号孔连线上，逐渐往西、往东变薄，直至不可采。煤层结构简单，含夹矸13层，夹矸岩性以泥岩为主。对比可靠，属较稳定煤层。3、8煤组8煤组剖面上位于第二含煤段的下部，为全区主要可采煤层，平面上由南向北、由西向东分叉为8上煤、8煤、8-2煤和8-3煤，在第57勘探之间，由于小隆起，煤层从中间向南、向北、向西变薄，在第9勘探线以南，在井田西南角存在大片的无煤区。8煤：井田内全部可采，分布面积24.17km2，可采面积22.93km2，煤层厚度0.5113.78m，一般8m左右，平均6.11m，厚度变化不大。厚煤层，煤层厚度由西向东有变薄的趋势，但煤层厚度总体变化较小。大部分含夹矸68层，最多12层，夹矸厚度0.051.38m，平均0.29m，个别点的夹矸大于0.80m，夹矸基本稳定，全区可对比细分夹矸岩性主要为泥岩、炭质泥岩，结构极复杂。在第9勘探线以南存在大片的无煤区，由于煤层从东向西超覆沉积，在盆地的西边缘煤层变薄，上部煤层的覆盖，在西部边缘没有露头，对比可靠，属稳定煤层。8-2煤：分叉区内局部可采，分布面积14.20km2，可采面积5.14km2，煤层厚度0.172.06m，平均1.09m，薄煤层，煤层厚度由南向北、由东向西逐渐变薄，与8煤间距逐渐增大。结构复杂，含夹矸14层，夹矸厚度0.061.10m，平均厚0.28m，岩性以泥岩为主，对比可靠，属不稳定煤层。4、9煤组9煤组在剖面上位于第一含煤段上部，上距8煤组18.8777.99m，平均43.21m平面上在井田的北部由南向北分叉为9煤和9下煤，由于煤层从东向西沉积，基本沉积在了L2联络线以东地区，沉积区内没有煤层露头，西边界煤层沉积在延安组以前的老地层之上，在南部903钻孔未见煤层，从钻孔资料在平面和剖面分析由于特厚砂体冲刷作用造成无煤区。9煤：在合并区内全部可采，分布面积18.16km2，可采面积14.80km2，煤层厚度0.113.94m，一般3m左右，平属中厚煤层，煤层厚度由西向东逐渐变厚，局部含12层夹矸，煤层结构简单，对比可靠，在合并区内属稳定煤层。根据煤层赋存特征，本设计仅对5煤层进行开采设计。1.3.2煤质与用途1、煤的物理性质及煤岩特性1）物理性质井田内各可采煤层，物理性质变化不大。煤的颜色均为黑色，条痕为褐黑色，沥青和弱沥青光泽，参差状、贝壳状断口，内外生裂隙发育，裂隙多被方解石和黄铁矿充填，煤中常见结核状、星散状黄铁矿。煤为条带状结构，层状构造（见表1-2-6）。各可采煤层平均真密度为1.481.55t/m3，平均视密度为1.351.41t/m3。2)煤岩特征煤的宏观煤岩成分，各可采煤层以暗煤为主，亮煤次之，夹镜煤条带和丝炭薄层。宏观煤岩类型为半暗煤和半亮煤（见表1-3-4）。2、煤的变质阶段、变质类型及变化规律井田可采煤层镜质组最大反射率（Rmax）为0.4480.477，表明井田煤的变质程度较低。垂向上，自上而下各煤层镜质组最大反射率有逐渐增大的趋势，说明井田煤随着煤层埋藏深度的加深，变质程度加大，属区域变质类型。表1-3-4 煤的主要物理性质和宏观煤岩类型一览表煤层主 要 物 理 性 质结 构构造宏观煤岩特征颜色条痕光 泽断 口裂 隙煤岩成分煤岩 类型1黑色褐黑色沥青参差状内外生裂隙育，裂隙充填方解石。条带状层状暗煤为主，亮煤次之，夹镜煤条带。半亮型 半暗型1-2黑色褐黑色沥青参差状内外生裂隙发育，裂隙充填方解石。条带状层状暗煤为主，亮煤次之，夹镜煤条带，含少量丝炭半亮型 半暗型5黑色褐黑色沥青参差状贝壳状内外生裂隙发育，裂隙充填方解石和黄铁矿。条带状层状暗煤为主，亮煤次之，夹镜煤条带和丝炭层。半亮型 半暗型5下黑色褐黑色沥青参差状内外生裂隙发育，裂隙充填方解石。条带状层状暗煤为主，夹镜煤条带，含少量丝炭半暗型8黑色褐黑色沥青参差状贝壳状内外生裂隙发育，裂隙充填方解石和黄铁矿。条带状层状暗煤为主，夹镜煤条带，含少量丝炭半暗型8-2黑色褐黑色沥青参差状外生裂隙发育，裂隙充填方解石。条带状层状暗煤为主，夹镜煤条带。半暗型9黑色褐黑色沥青参差状阶梯状外生裂隙发育，裂隙充填方解石和黄铁矿。条带状层状暗煤为主，亮煤次之，夹镜煤条带。半亮型 半暗型3、煤的化学性质1）元素组成煤的可燃质由多种碳、氢化合物和其它有机质组成，其主要化学元素为碳、氢、氧、氮、硫。煤的元素组成特点如下：碳（Cdaf）：各可采煤层，原煤碳含量为75.4578.10%，平均为76.95%，浮煤碳含量为76.9978.16%，平均为77.62%。各可采煤层碳含量变化很小。氢（Hdaf）：各可采煤层，原煤氢含量为4.234.69%，平均为4.40%，浮煤氢含量为4.755.22%，平均为4.89%。氮（Ndaf）：各可采煤层，原煤氮含量为0.831.17%，平均为0.98%，浮煤氮含量为0.941.15%，平均为1.03%。氧（Odaf）：各可采煤层，原煤氧含量为15.1917.53%，平均为16.42%，浮煤氧含量为15.1016.00%，平均为15.44%。井田各可采煤层煤的元素组成特点是，碳、氧含量相对较高，氢含量适中，原煤碳氢比为16.4618.16，浮煤碳氢比为14.7516.35。2）工业分析（1）水分各可采煤层，原煤空气干燥基水分（Mad）在1.9311.32%之间变化，煤层平均为7.299.01%，浮煤空气干燥基水分在2.4713.40%之间变化，煤层平均为7.68%。垂向上，上下各煤层水分平均含量变化不大。水平方向上，井田西部煤的水分含量较高，自西向东水分有降低的趋势。（2）灰分井田原煤灰分（Ad）产率在4.6730.85%之间变化，以特低灰和低灰煤为主，局部为中灰煤，零星高灰煤（按国标GB/T15224.1-2004分级），各可采煤层，原煤灰分为11.0215.56%，均属低灰煤（Ad为10.0116）煤层。浮煤（1.4比重液浮选）灰分产率在3.078.71之间变化，各可采煤层为4.584.94%，脱灰率为58.4468.25%。垂向上，自上而下各可采煤层灰分有逐渐增高的趋势。水平方向上，井田自西向东煤的灰分含量逐渐降低。（3）挥发分（Vdaf）井田原煤挥发分产率为32.0750.15%，煤层平均为37.1640.28%，浮煤挥发分产率为33.4345.65%，煤层平均为36.5939.61%，按MTT/T849-2000标准分级，属中高和高挥发分煤。垂向上，1煤组煤层挥发分较高，向下各煤层挥发分降低但变化不大。水平方向上，井田自西向东由高挥发分煤向中高挥发分煤变化。（4）固定碳(FCd)各可采煤层原煤固定碳平均为51.3454.71%，浮煤固定碳平均为57.4260.29%，属中等固定碳煤。3）硫（1）全硫（St，d）井田原煤全硫含量在0.312.98%之间变化，以中硫煤和低硫煤为主，局部和零星分布中高硫煤或特低硫煤（按GB/T155224.2-2004国标分级），各可采煤层硫分含量为1.131.49%，均为中硫煤层（St，d: 0.911.50%）。浮煤全硫含量在0.262.96%之间变化，各可采煤层为0.711.20%，脱硫率为7.2037.17%。各可采煤层硫分特征见表1-3-5。垂向上，上部1、1-2煤层硫分含量较高，向下的各煤层硫分含量降低，且变化不大。水平方向上，井田自西向东，由中硫煤向低硫煤变化，局部和零星分布特低硫煤和中高硫煤。（2）各种形态硫原煤各种硫以硫化铁硫（Sp，d）和有机硫（So，d）为主，硫酸盐硫（Ss，d）很低。硫化铁硫为0.162.15%，各煤层为0.450.79%。有机硫为0.021.33%，各煤层为0.490.78%。硫酸盐硫为0.010.37%，各煤层为0.020.07%。浮煤各种硫以有机硫为主，为0.222.75%，各煤层为0.660.92%。浮煤硫酸盐硫、硫化铁硫很低，分别为0.010.10 %、0.020.24%，各煤层分别为0.020.04%、0.070.13%。垂向上和水平方向上，有机硫的变化与全硫类似。井田可采煤层出现浮煤有机硫比原煤高的现象，主要是煤中难以脱除的有机硫相对富集所致。4）有害元素井田对各可采煤层煤中磷、氯、砷有害元素进行了测试。（1）磷分（Pd）：表1-3-5 可采煤层硫分特征表原煤磷分含量为0.0010.091%，属特低磷低磷分煤（按MT/T562-1996标准分级），各可采煤层为0.0130.037%，均属低磷煤层。浮煤磷分含量为0.0040.066%，各煤层为0.0120.029%。垂向上，自上而下各可采煤层磷含量有逐渐增高的趋势。水平方向上，井田绝大部分区域为低磷分煤，零星分布有特低磷分煤。（2）氯（Cld）：原煤氯含量为0.0040.038%，属特低氯煤（按MT/T597-1996标准分级），各煤层为0.0170.019%。浮煤氯含量为0.0400.845%，比原煤平均增加1323倍，其原因是做浮煤试验用的氯化锌溶液中的氯滞留在浮煤中所致。（3）砷（Asd）：原煤砷含量为111g/g，可采煤层平均为13g/g，属一、二级含砷煤（按MT/T803-1999标准分级），浮煤砷含量为111g/g，煤层平均为12g/g。井田各可采煤层砷含量较低，符合酿造食品加工业用煤砷含量不得超过8g/g的要求。4、煤的工艺性能1）煤的发热量原煤干燥基高位发热量（Qgr，d）各可采煤层为25.0726.85MJ/kg，按煤炭发热量分级标准（GB/T15224.3-2004）分级，井田9煤层为中热值煤，其它可采煤层均属高热值煤(见表1-3-6)。各可采煤层原煤干燥基低位发热量（Qnet，d）为24.2325.98MJ/kg。井田原煤经浮选后，浮煤干燥基高位发热量为29.5230.14MJ/kg，浮煤干燥基低位发热量为28.5229.19MJ/kg。2）煤的粘结性井田煤的焦渣特征为12，煤不具粘结性。3）煤的气化指标（1）煤对CO2的反应性当温度在900时，井田煤对二氧化碳的还原率平均为62.3%；当温度在950时，井田煤对二氧化碳的还原率平均为78.1%。井田煤对二氧化碳具有较高的反应性，说明井田煤在气化和燃烧过程中反应速快，效率高。（2）抗碎强度各可采煤层煤的跌落试验表明，大于25mm的煤平均占试样总重量的7691%，属高强度煤（见表1-3-7）。表1-3-6 各可采煤层发热量及分级表煤层原煤 (MJ/kg)浮煤 (MJ/Kg)分级Qgr，dQnet，dQgr，dQnet，d121.7229.1620.8228.2329.1430.7528.2329.76高热值煤26.36(35)25.48(35)29.82(22)28.85(22)1-221.3029.1020.3528.1928.6730.2827.5929.23高热值煤25.83(9)24.94(9)29.52(6)28.52(6)5 22.4529.221.628.2429.3530.5428.3729.55高热值煤26.85(142)25.98(142)29.85(95)28.89(95)5下23.6029.6022.7728.6729.6530.9628.6530.01高热值煤26.47(13)25.6(13)30.14(12)29.19(12)820.429.0819.5528.1429.1431.2228.1630.27高热值煤26.26(120)25.4(120)29.91(85)28.95(85)8-222.6629.6821.8028.7129.5830.5328.6229.59高热值煤25.93(15)25.06(15)30.01(12)29.06(12)表1-3-7 煤的抗碎强度煤层号25mm（%）分级煤层号25mm（%）分级17593高强度煤87495高强度煤85(3)88(17)1-27878高强度煤8-28888高强度煤78(1)88(1)57796高强度煤98496高强度煤87(23)91(4)5下5596高强度煤(3)煤的热稳定性井田煤的热稳定性测试表明，大于6mm残焦（TS+6），各可采煤层为53.671.7%，属中等高稳定性煤。本区煤在燃烧或气化过程中不易破碎，保持煤原有粒度的性能较好。(4)煤灰熔融性井田各可采煤层煤灰熔融性煤灰较低软化温度灰占2070%，中等软化温度灰占3080%，个别煤层较低软化温度灰占11.76%，较高软化温度灰占5.005.88%。井田煤灰软化温度一般为11231350，属较低中等软化温度灰。各可采煤层煤灰流动温度平均为12501304，煤灰属较低中等流动温度灰。煤灰熔融性是动力用煤和气化用煤的重要指标，是固态排渣炉、液态排渣炉重要设计参数，也是判断灰分结渣的重要数据之一。煤灰熔融性取决于煤灰成分的组成比例，井田可采各煤层灰成分中，酸性氧化物平均为35.6850.36%，平均为42.66%，含量不高，碱性氧化物为38.4248.16%，平均为43.11%，含量相对较高，软化温度（ST）与流动温度（FT）温差为2237，温差较小，这些表明井田煤在熔炉中燃烧煤灰较易软化、流动。(5)煤灰的结渣指数和沾污指数结渣是指附集在燃烧炉的耐火砖壁上及其它暴露壁面上的熔渣。沾污是指煤灰中粘附在锅炉的对流管束、过热器和加热器上面的碱性成分。用结渣指数和沾污指数判别煤灰结渣沾污程度。井田煤灰结渣和沾污指数如下。结渣指数（SF）煤灰的碱酸比干基全硫碱酸比 （Fe2O3+CaO+MgO+Na2O+K20）/（SiO2+AL2O3+TiO2）沾污指数（RF）煤灰的碱酸比氧化钠结渣倾向：各可采煤层结渣指数为0.861.79，属中高度结渣倾向，表明煤在燃烧过程中附集在耐火砖壁上及其它暴露壁面上的粘附性较大。沾污程度：各可采煤层沾污指数为1.243.13，均属严重沾污程度（1.0）。表明井田煤在燃烧过程中煤灰中粘附在锅炉的对流管束、过热器和加热器上面的碱性成分程度严重。（6）煤的结渣性煤的结渣性是反映煤灰在气化或燃烧过程中成渣的特性，其测定接近工业条件，比灰熔融性能更好地反映煤灰的结渣特性。用大于6mm灰渣占总质量的百分比，根据2003年版煤炭化验手册中结渣性强度区域图进行评价，井田各煤层煤均属弱结渣性煤。煤的结渣性受煤灰成分和煤灰含量双重因素的影响，井田各可采煤层煤灰熔融性软化温度一般为11231350，软化温度灰较低中等，据此煤应具有中等结渣性，但是井田各可采煤层灰分为10.7915.56%，灰分含量较低致使煤的结渣率降低，为弱结渣性煤。（7）煤灰粘度煤灰粘度是指煤灰在高温熔融状态下的流动特性，是液态排渣炉重要设计参数。井田主要可采煤层煤灰粘度测试结果表明，在弱还原环境中，当温度在13001400时，各煤层煤的灰粘度为16.0026Pa.s。（8）可磨性（HGI）井田各可采煤层原煤哈氏可磨性指数为5477，根据GB/T2565-1998标准分级，属较难磨中等可磨煤。4)煤的焦油产率井田原煤焦油产率（Tar）各可采煤层为5.606.33%，浮煤焦油产率（Tar）各可采煤层为4.66.3%。各煤层焦油产率低于工业低温干馏用煤（7%）要求。5、煤类根据中国煤炭分类国家标准，以体现煤化程度的浮煤干燥无灰基挥发分（Vdaf）产率为依据，参考煤的焦渣特征，确定井田各可采煤层煤的种类。井田各可采煤层浮煤挥发分为33.1145.65%，焦渣特征为12，属低变质不具粘结性的长焰煤和不粘煤，详见表1-3-8。井田各可采煤层均有长焰煤和不粘煤分布，以挥发分37%为界，划分长焰煤和不粘煤的分布范围。6、煤的风氧化带的确定井田煤层总体是自西向东向下倾伏，南部因后期褶曲翘起剥蚀，煤层风氧化带主要分布在井田西部和南部。从井田南部的1号钻孔和西北角的57号钻孔资料（以往地质勘查）来看，57号孔的5、6煤层和1号孔的9号煤层自基岩面以下垂深分别为6.81m、15.71m和22.88m，煤均为煤华（没有化验）。勘查报告以1号和57号孔煤华为证，参考一般规律推定井田浅部煤层风氧化带深度下限为自基岩面垂深30m。西南部煤层下盘的风化剥蚀地段风氧化带深度下限的确定参照煤层对比后有层位的以层位底板下垂深15m，有煤层残留的以残留煤层底板下垂深10m。7、煤的工业利用途径井田煤是良好的动力、液化、气化、煤化工等用煤。表1-3-8 各可采煤层煤的分类煤层浮煤挥发分Vdaf (%)焦渣特征 (1-8)煤类134.7243.212不粘煤31（BN) 长焰煤 (CY)38.07(28)2(28)1-236.8445.6512不粘煤31（BN) 长焰煤31 (CY)39.87(10)2(10)5 33.4340.112不粘煤31（BN) 长焰煤 (CY)37.15(141)2(141)5下34.8638.7312不粘煤31（BN) 长焰煤 (CY)36.59(13)2(13)833.1141.1512不粘煤31（BN) 长焰煤 (CY)37.22(122)2(122)8-234.7239.1812不粘煤31（BN) 长焰煤 (CY)37.35(16)2(16)1.3.3矿井其他开采条件1 .瓦斯1）王洼煤矿瓦斯情况王洼煤矿位于本井田内，该煤矿已开采多年，经测试，甲烷（CH4）最大相对涌出量为0.99m3/t，二氧化碳（CO2）最大相对涌出量为1.99m3/t，甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）最大相对涌出总量为2.98 m3/t，属低瓦斯矿井。该矿井开采多年来，未发生过瓦斯爆炸和瓦斯突出现象。2）地质勘查的瓦斯情况勘查报告利用王洼地区以往地质勘查的20件瓦斯样的测试资料，结合勘探所做的瓦斯试验结果进行瓦斯评述。煤芯瓦斯测试综合结果表明:井田各可采煤层瓦斯含量，甲烷（CH4）为0.000.20ml/g，二氧化碳（CO2）为0.050.23ml/g，瓦斯总含量（CH4+CO2）最大值为0.23ml/g。井田各可采煤层自然瓦斯成分：甲烷为0.0110.87%，二氧化碳为2.5187.66%，氮气（N2）为11.7596.40%。各可采煤层瓦斯分带基本属二氧化碳氮气带。井田各煤层瓦斯含量及成分与煤层埋藏深度关系不大，垂向上1煤层与9煤层一般相距150m左右，上下煤层的瓦斯含量及成分并无大变化。平面上沿煤层倾向和走向，瓦斯含量及成分无明显变化。井田煤为变质程度较低的长焰煤和不粘煤，煤层瓦斯的含量较低。各煤层在成煤变质过程中形成大量裂隙、节理，加之煤层的上、下岩层大部分为河流相沉积，岩性较粗，孔隙较大，均不利于瓦斯的储存。尽管井田煤层瓦斯含量较低，王洼煤矿均属低瓦斯矿井，多年来没有发生过瓦斯爆炸事故，但也不能忽视矿井开采过程中瓦斯安全工作，王洼二矿建成后，随着开采深度的增加，瓦斯也有递增的可能。因此，在以后的开采中应及时对各工作地点瓦斯进行监测，加强瓦斯管理，预防瓦斯相对聚集，浓度升高，导致瓦斯爆炸。3）煤层气（即瓦斯）开采利用评述对各可采煤层采取煤芯瓦斯样进行测试，各可采煤层甲烷（CH4）含量最大值为0.23ml/g，瓦斯总含量（CH4+CO2）最大值为1.07ml/g。王洼煤矿甲烷（CH4）相对涌出量最大0.99m3/t，相对瓦斯总涌出量最大2.98m3/t。瓦斯含量较低（尤其是甲烷含量低），不具备单独开采价值。2、煤尘爆炸性勘探报告试验结果表明：井田各可采煤层煤的火焰长度一般大于400mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量为3090%，平均为81%，均属有爆炸性危险的煤。煤尘爆炸性指数及评定：煤尘爆炸性指数=Vdaf /（Vdaf+ FCd）。按此公式计算，区煤的尘爆炸指数为21.4939.19%，依据评定指标：当煤尘爆炸指数大于10%时，煤尘具有爆炸性危险。王洼煤矿测试的煤尘有爆炸性结果为火焰长度大于400mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量为55%，煤尘爆炸指数36.98%，鉴定结果为煤尘有爆炸性危险。3、煤的自燃井田还原煤样燃点（T1）与氧化样燃点(T3)之差T为3339，原煤样燃点（T2）与氧化样燃点(T3)之差T一般大于10，井田煤为长焰煤和不粘煤，变质程度低、挥发分高，煤易吸氧氧化，使着火点降低引起煤的自燃。结合煤质特点，综合确定各煤层的自燃倾向性，井田各可采煤层的煤均属易自燃煤。王洼煤矿煤的自燃发火期为1.52.5个月。地面煤堆、井下煤柱与封闭老巷的残留煤，经低温氧化均能引起自燃。在井下应采取经常清理浮煤，老巷封闭，隔绝空气等办法防止煤的自燃，井上煤堆则采用泥皮封闭或盖土等办法防止煤的自燃。4、地温地质报告根据各测温钻孔计算出各主要可采煤层的底板温度。利用插值法，做出了1、5、8煤层底板地温等值线图，5、8煤层底板地温等值线图详见图1-2-89。由两煤层底板温度等值线图可看出，两层煤在井田内不同程度的存在热害区， 5煤层的一级高温区面积约4.5km2，二级高温区面积约2.5km2；8煤层的一级高温区面积约6.6km2，二级高温区面