采矿工程_本科毕业设计.doc

目录目录 第一部分第一部分 南屯煤矿小槽煤开拓延深设计南屯煤矿小槽煤开拓延深设计 1 1 矿井概述矿井概述 1 1 1 1 矿区概况 1 1 2 井田地质及煤层特征 2 1 3 井田开拓方式 14 1 4 矿井延伸的必要性 15 2 2 开采范围与生产能力开采范围与生产能力 1919 2 1 开采范围及储量 19 2 2 生产能力与服务年限 20 3 3 开拓准备开拓准备 2323 3 1 水平延伸方案的选择 23 3 2 采区划分与接续 35 3 3 大巷布置 37 3 4 井筒 井底车场及硐室 38 3 5 水平接替时的技术措施 42 4 4 采区设计采区设计 4343 4 1 采区概况及地质特征 43 4 2 采区生产能力及服务年限 49 4 3 采区巷道布置 49 4 4 采煤方法及采区参数 59 4 5 采掘工作 61 4 6 工作面设备及掘进速度 68 4 7 采区巷道掘进顺序及回采工作面接续安排 71 4 8 采区车场及硐室 73 5 5 通风与安全通风与安全 7575 5 1 矿井通风 75 5 2 井下灾害预防 79 6 6 提升 通风 排水 压风设备提升 通风 排水 压风设备 8383 6 1 提升设备 83 6 2 通风设备 84 6 3 排水设备 86 6 4 压缩空气设备 89 7 7 劳动定员与主要技术经济指标劳动定员与主要技术经济指标 9292 7 1 劳动定员 92 7 2 主要技术经济指标 93 第二部分第二部分 南屯煤矿转入南屯煤矿转入 550 550 水平开采时水平开采时冲击地压预防冲击地压预防 8 8 南屯煤矿研究南屯煤矿研究冲击地压的必要性冲击地压的必要性 9494 9 9 冲击地压的影响因素冲击地压的影响因素 9696 9 1 开采深度 96 9 2 顶底板结构 97 9 3 地质构造 97 9 4 煤柱的影响 98 1010 煤的冲击倾向性研究煤的冲击倾向性研究 100100 1111 南屯矿深部开采时冲击地压的预测南屯矿深部开采时冲击地压的预测 101101 11 1 钻屑法 101 11 2 微震法 102 11 3 经验类比法 103 1212 南屯矿深部开采时冲击地压的防治南屯矿深部开采时冲击地压的防治 104104 12 1 超前松动爆破 104 12 2 钻孔卸压 104 12 3 煤层注水 105 12 4 采用合理的开拓布置和开采方式 106 1313 存在问题及今后努力方向存在问题及今后努力方向 107107 参考文献参考文献 108108 致谢致谢 109109 第一部分第一部分 南屯煤矿南屯煤矿 小槽煤开拓延深设计小槽煤开拓延深设计 摘摘 要要 本文根据对南屯煤矿资料的学习和研究 遵照 煤矿安全规程 和 煤炭工业设计规范 的要求 充分运用所学的知识 以南屯煤矿开采的 实际情况为依据 对南屯煤矿下组煤的开拓延伸进行设计 在设计中尽量 做到危险最少 效益好 把南屯煤矿建成高产高效的矿井 为我国的煤炭 生产作出贡献 本设计主要研究内容包括 1 合理的选择开拓延深的方案 2 井底车场形式的选择和主要运输大巷的布置情况 3 合理确定延伸水平的开拓方式 4 确定首采区的巷道布置方式 5 井下设备的选型 关键词 关键词 储量计算 多水平开拓 巷道布置 经济指标 1 1 矿井概述 1 11 1 矿区概况矿区概况 1 1 11 1 1 矿井的地理位置 交通矿井的地理位置 交通 南屯煤矿位于兖州煤田东南部 东临京沪铁路和 104 国道 南临邹济 公路 西北有兖新铁路 327 国道 京杭大运河 矿井距邹城车站约 8 千米 矿区专用铁路直通矿井煤仓并与京沪铁路接轨 矿区公路四通八达 区内 交通十分方便 井田位置交通示意图见图 1 1 图 1 1 井田位置交通示意图 1 1 21 1 2 矿井的地形地势及地震矿井的地形地势及地震 2 区内地形平坦 地面标高 63 40m 自东向西逐渐降低 白马河和南 沙河分别自北向南 自东向西流经井田的西部和南部 在东纪沟附近汇合 后注入微山湖 白马河全长 76km 流域面积 1052 平方米 河床宽 10 420m 属于季节性河流 最大流量 568m3 s 近几年 因疏通河道 现已 成为常年通航的河流 南沙河现为邹城市西苇水库的溢洪河道 建库以来 溢洪一次 近几年 由于雨量偏小 沙河成为了邹城市部分企业常年排泄 污水的河道 本区属于温带季风区的海洋 大陆性气候 四季分明 历年来平均气 温 17 9 日最高气温 40 3 日最低气温 18 3 最大冻土深度 0 27m 最大积雪厚度 0 24m 年平均降雨量 708 14mm 年最大降雨量 1263 8mm 年最小降雨量 268 5mm 降雨多集中在 7 至 8 月份 风向频率多 为南风及东南风 最大风速 16m s 地震烈度 7 度 1 21 2 井田地质及煤层特征井田地质及煤层特征 1 2 11 2 1 井田境界 尺寸和面积井田境界 尺寸和面积 南屯煤矿小槽煤井田边境 东以大峄山断层为界 西以马家楼断层与 里彦矿井为界 北以皇甫断层与鲍店 东滩两井为界 南以 2002 年 4 月新 调整的南屯 北宿两矿边界 6 个坐标点连线与北宿矿井为界 井田东西平均长 10 5km 南北平均宽 3 4km 面积约 35 47km2 1 2 21 2 2 井田地层及其主要特点井田地层及其主要特点 1 第四系 Q 厚 18 47 160 40m 平均 102 86m 东南薄 西北厚 分上 中 下三组 上组厚 17 15 59 00m 平均 33 46m 由棕黄色砂质粘 土及松散的粘土质长石 石英砂层和沙砾组成 局部见有灰绿色粘土质砂 底部往往见钙质结核和豆状锰铁质结核 含水丰富 中组厚 2 60 92 95m 3 平均 46 16m 由灰绿色粘土 密实的粘土质石英 长石砂砾组成 上部以 砂砾为主 透水性差 含水微弱 下组厚 0 42 31m 平均 22 24m 以厚层 的粘土质砂砾为主 夹粘土层 富水性较弱 井田东部边界处缺失下组和中组 仅发育上组 井田中部仅发育中组 和上组 西部上 中 下三组均发育 不整合于侏罗系之上 2 上侏罗系蒙阴组 J3 残厚 44 88 794 57m 由南向北增厚 为 一套红色砂岩 自上而下划分为一段 两段 三段 一段最大残厚 558 34m 由灰 灰绿 灰白色及紫红色砂岩和细粉砂岩组 成 二段厚 124 56 264 39m 由紫红色泥质中 细砂岩组成 夹数层砾岩 具缓波状层理和泥裂现象 三段厚 10 90 47 42m 10 90 47 42m 平均 26 02m 底部为 0 12 75m 厚的砾岩 砾岩成分为灰岩块 石英 泥质岩屑 该层砾岩有的地段相变 为紫红色中 粗砂岩 其上为平均厚约 20m 的灰 灰绿色砂岩与粉砂岩互层 其间夹有紫红色中 细砂岩 不整合与二迭系之上 3 二迭系 P 为本区上部煤系底层 矿井南部已遭剥蚀 仅东北部 保留较全 包括山西组 下石盒子和上石盒子组 1 上石盒子组 P2x 仅 219 孔残存 18 32m 由细砂岩和含砾粗砂 岩组成 2 下石盒子组 P1x 厚 51 87m 219 号孔 仅在井田东北部保留 较全 主要岩性为灰色含砾中 粗砂岩和灰绿色粘土岩 粘土质细砂岩 由 于古风化作用而呈灰黄色至杂质 3 山西组 P1s 厚 66 44 90 37m 平均 77 94m 是本区内主要的 含煤层段 主要由厚层砂岩 砂岩与粉砂岩互层 薄层粉砂岩 浅灰色吕 4 质泥岩及煤层组成 井田南部本组已全部剥蚀掉 主要可采煤层 3 上 3 下 层煤位于本组下部 整合于石炭系之上 4 石炭系 C 1 太原组 C2t 厚 155 75 186 02m 平均厚 170 02m 由深灰 灰 黑色泥质岩 粉砂岩 砂岩 灰岩和煤层组成 其中下部的第十下 层灰岩 和上部的第三层灰岩质纯且层位稳定 是本区的主要标志层 共含煤 18 层 主要可采煤层为 16上 和 17 层煤 局部可采的有第 6 15上18上16下 层煤 也有偶达可采的 2 本溪组 C2b 厚 45 28 67 23m 平均 57 23m 由灰绿色 紫色 铝质泥岩 铁质泥岩 铝土岩 灰色粉砂岩和石灰岩组成 中夹数层煤线 上部为具有粒状结构的第十二层灰岩和灰绿色灰质泥岩组成 第十二层灰 岩多分为两层 中部主要为灰白色质纯的第十四层灰岩 其间常出现一层 相变的粗砂岩 由西向东显著变薄 底部为紫色铁质泥岩和灰 灰绿色铝 土岩间夹不稳定薄层第十五层灰岩 由于奥陶系侵蚀面得凹凸不平 使该 层厚度变化很大 铝土岩有时为砂砾所代替 假整合奥陶系之上 5 奥陶系 为煤系底层基地 厚约 450 750m 分冶里统 O1 和马家 沟统 O2 分冶里统厚 210 330m 冶里统厚 210 330m 马家沟统厚 240 420m 灰白色灰岩为主 夹少量白云质灰岩 1 2 31 2 3 可采煤层特征及煤质可采煤层特征及煤质 本井田共含有 23 层煤 平均厚度 16 07m 可采和局部可采煤层 7 层 分别为 3上3 下 6 15 上 16 上 17 18 上 平均厚度 12 27m 自上而 下分为两组 3 上 3 下 6 煤为上组 15 上 16 上 17 18 上煤为下组 其中主采煤层 3 上 3 下 16 上 17 18 上煤为下组 其中主采煤层 3 上 3 下 16 上 17 煤全区稳定可采 平均厚度为 10 56m 其余三层为局部可 5 采 可采和局部可采煤层特征如下 1 3 上煤 位于山西组中下部 煤厚为 3 29 7 85m 平均 5 38m 下距 3 下煤 0 18 15 66m 平均 5 38m 下距 3 下煤 0 18 15 66m 3 上与 3 下煤层间距变化与层间岩性有关 层间为泥岩 粉砂岩时 层间距较少 当层间岩性相变为细砂岩时 层间距也随之增大 该层煤全区稳定可采 2 3 下煤 位于山西组下部 下距山西组底界平均为 17 59m 厚 2 00 4 15m 平均 3 22m 该层煤全区稳定可采 3 6 煤 位于太原组上部 层位稳定 结构简单 以三灰为主要标志 层 下距三灰平均 7 63m 该层煤厚度小 为 0 0 94m 平均 0 65m 近东 部局部可采 属于极不稳定煤层 4 15上煤 位于太原组中下部 第九层灰岩为其顶板 上距第八层灰 岩 10m 左右 煤厚 0 1 00m 平均厚度 0 56m 层位稳定 厚度较小 结构 简单 仅 7 勘探线以西局部可采 该层煤在井田西部相变为腐泥煤 碳质 泥岩和油页岩 厚度 0 45 2 98m 平均厚 1 76m 其下部变化很大 灰分 40 左右 含油率 5 以上 最高达 45 53 为重要的有益矿产 5 16 上煤 位于太原组下部 第十下层灰岩为其顶板 层位十分稳 定 下距 17 层煤 12m 左右 煤厚 0 28 1 39m 平均厚度 0 93m 其间夹一 层厚 0 07 0 34m 碳质泥岩或碳质砂岩 煤层中含大量黄铁矿结核和黄铁矿 细晶 对煤层开采和煤质影响较大 其下距 16 下煤 7m 左右 其间岩性为 粉砂岩 中砂岩和细砂岩 6 17 煤 位于太原组下部 第是一层灰岩为其顶板 层位稳定 煤 厚 0 1 43m 平均厚 1 11m 厚度较小 结构简单 含一至二层夹矸和大量 黄铁矿结核和黄铁矿结晶 对煤层开采和煤质影响较大 在 231 号孔和丁 120 号孔变为厚达 2 23m 的腐泥岩 7 18 上煤 位于太原组的下部 上距 17 层煤 5m 左右 下距奥灰平 6 均 62 78m 左右 为极不稳定煤层 该层煤结构复杂 全区普遍分为两个分 层 其夹层为浅灰色铝质泥岩 厚 0 05 2 90m 普遍超过上分层厚度 上 分层厚 0 04 0 60m 下分层平均厚 0 50m 最厚达 1 04m 属局部可采煤层 煤层综合柱状图见图 1 2 可采和局部可采煤层特征见表 1 1 表 1 1 可采和局部可采煤层特征 7 O1 2 中 下 统 O 奥 陶 系 原 原 原 原 原 原 C2t C2b C2 上 石 炭 统 C 石 炭 系 Pz 古 生 界 P1s 山 西 组 下 二 叠 统P 二 叠 系 J3m 蒙 阴 组 J3 上 侏 罗 统 J 侏 罗 系 Mz 中 生 界 Q Kz 第 四 系 新 生 界 界 系 统 组 地 层 系 统 综 合 柱 状 原m原 一般厚度 两极厚度名 称 煤层 标志层 原m原 地 层 厚 度 岩 性 描 述 0 30 0 3 16 3下 21 十五 十四 十三 十二 18下 18上 17 十一 16下 16上 十下 15上 九灰 三 0 15 30 10 13 1 39 12 89 5 39 1 15 0 2 30 0 72 0 1 31 0 99 0 61 1 45 0 53 0 3 07 0 96 0 70 1 30 5 08 3 92 6 74 0 22 0 0 84 0 45 0 0 97 4 94 0 59 7 79 450 00 750 00 64 96 52 89 71 89 157 64 115 06 180 26 10 52 0 45 37 79 25 158 98 110 90 142 93 128 10 155 90 奥陶系 O2 采区内奥陶系揭露最大厚度54 04m O2 5孔 埋深450 80 530 31m 补充勘探施工的2个奥灰水文长观孔 O2 4和O2 6 做的单孔抽水 试验 单位涌水量q 0 003531 0 04708 L s m 渗透系数k 0 006135 2 52026 m d 水质类型为硫酸盐钙镁型 矿化度2 68 2 809 g L 本溪组 C2b 主要由灰绿色 杂色铝质泥岩 铁质泥岩 砂质页岩 灰 色粉砂岩和石灰岩组成 局部夹薄层煤线 煤线为19煤和21煤两个层位 沉积 不稳定且厚度较小 无经济开采价值 与下伏奥陶系呈假整合接触 本组主要 的含水层为十四灰 其厚度分布不均 局部地段缺失 O2 4孔附近 太原组 C2t 下组煤十三采区大多数范围为侏罗系直接与石炭系接触 因 此石炭系上部多数已遭受不同程度的风化 厚度变化不大 主要由灰黑色泥岩 灰色细砂岩 粉砂岩 褐灰色夹少量绿灰色铝质泥岩 灰至褐灰色石灰岩和 煤层 线 组成 为本区重要含煤岩系之一 共含煤18层 主要可采煤层为16 上煤 17煤 局部可采的有6煤 15上煤 18上煤 此外 16下煤也有偶达可采 的 共含灰岩12层 其中下部的第十下层灰岩和上部的第三层灰岩厚度较大 层位稳定 是本区的主要标志层 其它各层灰岩厚度不稳定 且常相变为泥岩 或粉砂岩 与下伏本溪组常以十二灰顶板为界呈整合接触 本组对该采区主要 煤层开采有威胁的含水层主要为第十下层灰岩 侏罗系 J 在采区内仅沉积上侏罗统蒙阴组 J3m 地层 具有南薄北 厚的趋势 主要由褐红色及紫红色中砂岩 细砂岩 中粗砂岩和灰色 深灰色 夹浅灰绿色砂泥岩互层 泥岩组成 底部常为一层粗砾岩 部分相变为细砂岩 与下伏地层呈角度不整合接触 第四系 Q 下组煤十三采区内第四系基本呈现由东向西逐渐增厚趋 势 厚度较大 变化小 主要由粘土 砂质粘土 粘土质砂及砂砾层组成 底部与侏罗系呈角度不整合接触 接触岩性不固定 以砂砾岩为主 二叠系山西组 P1s 采区内仅东部地段保留部分山西组地层 厚度变化较大 主要为粉砂岩 钙质胶结的细粒石英砂岩和砂质泥岩 全区内所有钻孔均缺失3煤 仅东部边界外 丁116孔 有3下煤 与下伏地层呈不整合接触 图 1 2 煤层综合柱状图 8 本区煤质稳定 各层煤均为中变质程度的气煤 山西组煤质为低硫中 灰煤 中等可选至易选 是良好的炼焦配煤和动力用煤 太远群各煤层除 15 上层煤为中灰 18 上层煤富灰外 16 上与 17 层煤为高硫低灰 除 18 上 层煤难以选择外 其余各层煤均属易选至中等可选 一 煤中有害组分分析 1 灰分 各层煤分在平面上变化不大 相邻采样点变化小于 2 但在 剖面上则具有一定规律性 即结构复杂煤层大于结构简单煤层 不稳定煤 层大于稳定煤层 薄煤层灰分的变化幅度大于厚煤层的变化幅度 2 硫分 山西组煤层为低硫煤 太原组煤层为中高至高硫煤 各层煤全 硫在平面上变化不大 剖面上从上往下有逐渐增高的趋势 山西组煤层的硫化铁硫和有机硫均低于 0 4 且有机硫高于硫化铁硫 太原组煤层硫化铁硫 有机硫均大于 1 且有机硫小于硫化铁硫 3 磷分 各煤层均属低磷至特磷磷煤 精煤磷分低于 0 01 煤质特征见表 1 3 二 煤质评价 1 原煤灰分除第 18 上层煤的灰分较高外 其余煤层的平均灰分一般为 10 16 各煤层的发热量 灰熔点高 为良好的动力用煤 下组煤硫分高 除作为动力用煤外 还可作为化工用煤 2 除第 3 层煤符合炼焦用煤要求外 其它各层煤经洗选后 硫分仍较高 故不宜单独炼焦 3 除第 18 上层煤难洗选外 其它各层煤属易至中等可选 若混合洗选 可选 1 45 作分离比重 这样既可提高洗煤效率 又可扩大下组煤的应用范 围 1 2 41 2 4 地质构造地质构造 南屯煤矿位于兖州向斜的南翼 为一倾向北东倾角 3 度到 15 度的单斜 构造 东西北三面而分别北峰山断层 马家楼断层及皇甫断层所截 井田 9 内次一级褶曲及小断层发育 属于兖州煤田中构造较为简单类型井田之一 1 断层 井田内断层较少 且多分布在井田边界和东北部 除峰善断层落差较 大以外 其余断层落差均在 20 70m 左右 断层特征见表 1 1 2 褶曲 矿井生产与勘探中揭露和控制的褶曲 大部分为中小宽缓褶曲 但井 田东部经地震勘探后发现有较大幅度褶曲 褶曲主要有 1 丁 36 号孔附近背斜 呈 北 40 东的方向 位于 4 至 5 勘探线之间 长 500 余米 地层倾角变陡 幅度达 15m 由于后期的剥蚀作用 致使该孔 附近出现 3 煤剥蚀无煤带 2 178 补 47 丁 14 丁 21 号附近的向背斜构造 轴向北 40 东 轴向 长约 4100m 位于井田南部 6 线 井田东部边界之间 总跨度约 1200m 幅 度约 40m 由钻孔控制 他是造成井田南部出现剥蚀无煤带的主要原因 3 西部 9 13 勘探线之间的多个小背 向斜相间排列 倾角 2 3 局部倾向相反 产状变化大 褶曲其短轴 宽缓的特点 幅度一般在 5 到 15m 4 14 勘探线附近的鼻状结构 为兖州倾伏向斜的次级构造 是受同挤 压力作用后 遭受剥蚀的结果 使第 3上 3下 层煤西部露头附近呈鼻状构 造 但 3下煤以下的太原组地层比较完整 说明构造向深部逐渐消失 5 补 19 孔的背斜构造 由 补 19 孔控制 上组煤为一背斜构造 幅度 约 20m 6 219 号孔附近向斜 轴向近东西向 轴线长 1100m 并被 F103 断层 切割 跨度 100m 是本井田内幅度最大的褶曲 由二维和三维地震线控制 7 丁 16 丁 19 号孔附近向斜和背斜 两者轴向一致 呈 北 60 东方 向 轴向长约 1200m 被 103 断层所截 位于 1 3 勘探线之间 总跨度约 10 600m 幅度约 65m 由二维和三维地震线控制 8 补 39 丁 45 补 38 号孔附近向斜 位于井田东北部 4 6 线之间 轴 线呈近东西向且落有弯曲 长约 1500m 左右 褶曲幅度小 约为 30m 9 丁 26 丁 145 号孔之间向斜 位于 6 8 线间的南部 轴线东西向 长 1000m 左右 褶曲幅度小 约为 30m 一采区东部向斜构造 轴向北 20 西 宽约 340m 幅度 30m 为一短轴 倾伏褶曲 主要断层特征表见表 1 2 11 表 1 2 主要断层特征表 序 号 断层 名称 走向倾向倾角 落差 m 力学 性质 延展及控制程度 1 皇甫 逆断层 北东东北西60 6 150 水平丁 155 号孔 2 皇甫之 一断层 北东东北西60 6 150 水平丁 134 与 127 号孔穿过 3 皇甫之 二断层 北东东北西60 10 13 水平 丁 133 与丁 132 丁 127 与丁 128 号孔控制 4 21 号孔 逆断层 北东东北西60 0 28 水平 21 号孔穿过 8309 切眼 3 个井下钻孔控制 5 峄山 断层 近南北西 推定 80 1500 垂直力 为主 2 4 5 电剖面控制 201 号孔穿过 另有电 5 电 8 电 45 号孔控制 6 峄山之 一断层 北 20 西西80 30 垂直力 为主 丁 1 号孔 7 峄山之 二断层 北 30 西西80 50 74 垂直力 为主 178 和丁 18 号孔 8 1 号井 东断层 北 30 西北东80 25 44 垂直力 为主 174 补 3 号孔穿过 丁 20 与丁 23 和丁 19 与丁 29 号孔控制 9 1 号井东 之一断层 北西北东80 16 垂直力 为主 229 号孔 10 1 号井东之 二断层 北西北东80 60 垂直力 为主 丁 15 丁 23 丁 16 丁 29 号孔控制 11 马家楼 断层 北 45 西南西80 60 75 平移丁 29 号孔 12 八采区 东断层 北 45 西北东 64 82 50 近水平 8311 三条探巷 井下 86 6 86 7 86 9 86 10 号 孔及地面补 16 补 22 12 补 26 号孔控制 1 2 51 2 5 田水文地质条件田水文地质条件 1 含水层特征 含水层自上而下为第四系上 下组砂岩 砂砾岩 侏罗系红层 二迭 系山西组 3 层煤顶板砂岩 石炭系太原组三灰 十下层灰岩 本溪群十四 层灰岩和奥陶系石灰岩 简述如下 第四系上 下组砂岩 砂砾岩 上组煤厚 11 19 69 10m 平均厚 53 97m 主要由棕色砂质粘土与松散的粘土质长石 石英沙砾层组成 下 部偶见灰绿色 含水丰富 单位涌水量为 1 411 2 0221 s m 属孔隙水 对矿井开采基本无影响 下组厚 0 42 31m 平均厚 22 24m 仅发育井田中 西部 东部缺失 由灰绿色 局部黄绿色的粘土质岩 砂砾 沙层及砂质 粘土组成 富水性弱 单位涌水量 0 0030971 s m 对矿井开采基本无影响 侏罗系红层 为一套红色砂岩层 属孔隙 裂隙含水层 单位涌水量 0 0 1861 s m 该层水赋存极不均匀 裂隙发育层段 一般含裂隙水 甚至 会形成富水段 而在裂隙不发育段内 含水较少 甚至起隔水作用 该层 水对小槽煤开采不会有影响 3 煤顶板砂岩 是目前矿井开采 3 层煤时主要充水含水层 厚度 3 28 39 54m 平均厚 13 80m 主要为中细砂岩 为裂隙承压含水层 单位 涌水量问哦 0 00203 0 0381 s m 第三层石灰岩 厚 3 42 7 73m 平均 5 45m 灰白至深灰色 为裂隙 承压含水层 单位涌水量 0 000303 0 1801 s m 井田西北部和东部富水性 较好 据 1998 年 J3 24 号水文孔三灰稳定水位观测资料及矿井北石门 西 13 大巷 中央泄水巷等揭露点的涌水资料 三灰水位已由精查期的 37 72 40 23 下降到 295 679 350m 以下 白马河风井检查孔水位已下 降到三灰顶板以下 已不具有承压性 故三灰水补给不良 易于疏干 第十下层石灰岩 厚 3 31 9 03m 平均 5 21m 静储量大 动储量小 浅部为洞穴水 深部为裂隙水 井田西部富水性好 该层是第 16 上层煤的 直接顶板 故是小槽煤开采的直接冲水含水层 根据临近北宿 落陵 唐 村煤矿开采经验 该含水层对矿井充水具有初期大 后期小 深部疏水浅 部干等特点 另外由于浅部矿井的开采 水压标高已降低 据北宿煤矿资 料 290m 水平以上已基本疏干 第十四层石灰岩 厚 0 30 14 79m 平均厚 0 30 17 79m 本身富水性 不大 属溶洞裂隙承压水 但距奥灰很近 因构造等原因与奥灰往往有水 力联系 1986 年 11 月混合井检查孔对该层灰岩抽水试验 单位涌水量为 0 01022 s m 水压标高为 29 234m 奥陶系石灰岩 厚 450 750m 上部裂隙发育 局部有溶洞 属溶洞裂 隙承压水 水压标高为 27 34m 2 断层导水性 边界断层导水性 据精查期资料 井田边界的峰山断层 皇甫断层均为 若透水性断层 西部马家楼断层为导水断层 但据现在的资料 东部峰山 断层也为导水断层 井田内断层的导水性 井田内断层较少 东部断层发育较密 三维地震 对断层的导水性进行了初步研究 认为落差大于 30m 的断层都具有横向导 水性 从断层力学性质上考虑 走向近南北向的断层应为张性断层 其导 水性可能性要大 有的断层使三灰 十下灰 奥灰等与煤层对接 甚至含水 层间直接对接 它们之间均有补给关系 3 封闭不良钻孔对不良水文地质条件的影响 井田内共有封闭不良或封闭情况不明的钻孔 11 个 已启封 4 个 这些 14 钻孔穿过三个以上甚至井田内所有含水层 对矿井生产构成潜在威胁 封 闭不良钻孔的存在 在井田内水文地质条件进一步复杂化 4 小槽煤开采水平涌水量预计 由于南屯矿小槽煤水文地质资料少 其水文地质特征没有查明 尤其 是对小槽煤开采具有较大威胁的十四灰鹤奥灰水未作详细分析 故小槽煤 开采水平涌水量准确难度较大 本设计根据集团公司有关文件和邻近矿井 开采小槽煤时的涌水量 对南屯煤矿小槽煤开采水平涌水量预计如下 根据兖州矿务局兖矿局基字第 44 号文 关于南屯矿井建设计补充修改 资料的函 第二条规定 南屯矿井 440m 水平小槽煤涌水量预计 460m3 h 南屯煤矿于 2000 年 12 月编制的 矿井地质报告 预计小槽煤正常涌水 量为 75 m3 h 最大涌水量为 225 m3 h 另外 目前北宿煤矿 290m 水平正常涌水量为 45 m3 h 最大涌水量 89 m3 h 而北宿与南屯两井田为同一个水文地质单元 所不同的是南屯煤矿小 槽煤位于北宿煤矿深部 正常情况下 南屯煤矿小槽涌水量较北宿矿大 综上所述 设计充分考虑到南屯煤矿小槽煤赋存条件及地质特征等多 方面因素 预计小槽煤开采水平正常涌水量为 250 m3 h 最大涌水量为 500 m3 h 需要说明的是 奥灰富水性较强 是将来小槽煤开采的主要防治水对 象 故深部开采时 为防止底板奥灰突水 保证回采安全 在对奥灰水采 用疏水降压 注浆加固的同时 还要建立一套完善的防水患工程 1 2 61 2 6 瓦斯 煤尘及煤的自然性瓦斯 煤尘及煤的自然性 该矿属地低沼气矿井 根据各煤层取样化验结果 煤尘爆炸指数高达 44 48 61 37 故煤尘具有爆炸性强 火焰长的特点 生产过程中必须高度 重视 各煤层均有自然发火倾向 特别是 3 上和 3 层煤极易自然 太原群 煤层虽有自然发火倾向 但在兖州矿区至今尚无先例 15 1 31 3 井田开拓方式井田开拓方式 1 3 11 3 1 井田开拓方式井田开拓方式 井田采用为立井多水平上山开拓 分为 350 和 440 两个开采水平 1 3 31 3 3 井筒情况井筒情况 南屯煤矿采用立井开拓 大槽煤分 350m 和 440m 两个开采水平 开采 大槽煤时 整个矿井共有 4 井筒 即主井 副井 中央风井和白马河风井 1 3 41 3 4 井底车场井底车场 井筒与水平轨道运输大巷距离较远 矿井采用立井立式环形井 底车场见图 1 3 图 1 3 立井立式环形井底车场 1 3 51 3 5 井田开采程序 回采方法井田开采程序 回采方法 开采顺序按照由近到远 由易到难 先浅部后深部的顺序进行 后退 式回采 16 1 41 4 矿井延深的必要性矿井延深的必要性 1 4 11 4 1 延深的必要性延深的必要性 南屯煤矿是兖州矿区第一对投产的大型化矿井 也是兖州矿区第一对 以开采山西组 3 层煤即大槽煤为主的矿井 矿井原设计生产能力 150 万 t a 1973 年 12 月 26 日移交生产 1978 年矿井实际生产原煤 157 5 万 t 达到并超过矿井设计生产能力 矿井于 1986 年进行改扩建设计 扩建后矿 井设计生产能力为 240 万 t a 南屯煤矿从投产至今一直开采大槽煤 在大槽煤巷道布置及回采工艺 等方面积累了丰富的经验 为矿区发展做出了较大的贡献 由于矿井对大 槽煤开发强度较大 特别是进入九十年代以来 随着开采技术和工作面水 平的提高 矿井产量大幅度增加 导致大槽煤储量递减较快 截止 2001 年 底大槽煤地质储量 14579 5 万 t 工业储量 10978 8 万 t 可采储量 7657 9 万 t 占可采储量的 75 7 按目前开采强度 在村庄搬迁的情况下 大槽 煤服务年限仅为 11 年 由此可见 从保证矿井持续稳定发展的角度来看 小槽煤开拓必须提到议事日程上来 1 4 21 4 2 延深水平地质资料的可靠程度延深水平地质资料的可靠程度 1 目前小槽煤勘探程度及存在的问题 小槽煤勘探程度 南屯煤矿小槽煤井田面积 35 47km2 井田内施工至小槽煤钻孔计 93 个 平均每平方公里 2 62 个钻孔 主要断层及褶曲已基本控制 煤层和煤质特 征基本清楚 存在的问题 钻孔分布不均 井田西部 东部及深部钻孔较少 储量级别较低 控 制程度较差 小槽煤构造控制程度相对较差 17 小槽煤水文地质资料缺乏 其水文地质特征没有查明 尤其是对小槽 煤开采有较大威胁的十四灰和奥灰水未作详细分析 由于存在以上问题 故今后还需作大量的补勘工作 以满足将来不同设 计阶段和矿井安全生产的需要 1 4 31 4 3 补勘探的要求补勘探的要求 1 前期补勘工程 前期补勘以查清小槽煤水文地质特征 初期采区构造及提高初期采区 储量等级为目的 补勘工程如下 1 补水文孔 6 个 编号为 14 1 14 2 14 3 O 1 O 2 O 3 其中 14 1 14 2 14 3 终孔位置为十四灰岩 O 1 O 2 O 3 终孔位置以进入 奥灰 30m 为准 14 1 与 0 1 14 2 与 0 2 14 3 与 0 3 各一组 分别位于 工业广场 中央风井工厂及白马河工厂 此六个钻孔除表土段采用无芯钻 进外 基岩部分全部取芯 且在施工时不仅要作简易水文观测 同时必须 对十下 灰岩 十四灰和奥灰进行单独抽水试验 此六个水文观测孔钻探工 程量约为 3200m 2 补地质钻孔及定向孔 5 个 初期十三采区面积约 3 23km2 已有钻孔 5 个 且均位于采区东部 采 区储量级别大部分为 c 级 为满足设计和生产要求 需补地质钻孔 2 个 以提高采区储量级别 为准确确定十三采区上山方位和层位 需补定钻孔 3 个 3 对初期十三采区进行物探 查清内部构造 十四会和岩溶发育状况 及边界断层位置 为设计和生产服务 4 对于十一采区西部进行井下物探 查清大槽煤已揭露的一采区西部 断层在小槽煤中是否存在 以便于小槽煤十一采区工作面布置 2 后期补勘工程 井田西部 东部及深部钻孔较少 控制程度较差 届时根据初期采区 18 实际揭露煤层情况和构造情况再作必要的补充地质勘探工作 1 4 41 4 4 设计的依据和设计特点设计的依据和设计特点 1 设计的主要依据 1 华东煤炭工业基本建设公司第二勘探队 1965 年 5 月编制的 山东 省兖州煤田丁村勘探区精查地质报告 2 南屯煤矿地质测量科编制的 兖州矿务局南屯煤矿矿井地质报告 3 兖矿集团有限公司南屯煤矿 2000 年 12 月编制的 矿井地质报告 4 2001 年 10 月 15 日 集团公司关于 南屯 北宿煤矿边界调整及南 屯小槽煤开拓方案审查若干意见 5 建筑物 水体 铁路及主要井巷煤柱留设于压煤开采规程 6 煤炭工业矿井设计规范 2 设计的主要特点 1 充分利用 432m 水平已完成的小槽煤开拓巷道 合理进行开拓部署 初期巷道工程量较少 2 根据矿井目前辅助运输方式 同时针对小槽煤采区运输巷道断面小 矸石量较大等特点 对辅助运输方式进行了论证 合理选择辅助运输设备 3 在井下设有矸石转换系统和脏杂煤处理系统 简化了地面生产系统 减少了工程投资 4 在小槽煤储 装 运及煤的洗选加工等方面充分利用了现有地面生 产系统 以较少的技术改造获得较高的经济效益 5 设计对各生产系统的生产能力留有较大的富裕系数 为小槽煤高产 高效创造有利条件 19 2 2 开采范围与生产能力开采范围与生产能力 2 12 1 开采范围及储量开采范围及储量 2 1 12 1 1 延深水平的境界延深水平的境界 南屯煤矿小槽煤井田边境 东以大峄山断层为界 西以马家楼断层与 里彦矿井为界 北以皇甫断层与鲍店 东滩两井为界 南以 2002 年 4 月新 调整的南屯 北宿两矿边界 6 个坐标点连线与北宿矿井为界 2 1 22 1 2 延深水平的尺寸和面积延深水平的尺寸和面积 井田东西平均长 10 5km 南北平均宽 3 4km 面积约 35 47km2 2 1 3 延深水平的地质储量 可采储量及开采损害 截至 2001 年底 南屯煤矿保有地质储量 28452 6 万 t 工业储量 19100 2 万 t 可采储量 13940 2 万 t 其中 3上和 3下层煤地质储量 14579 5 万 t 工业储量 10987 8 万 t 可采储量 7657 9 万 t 下面就矿井 小槽煤储量作一具体分析 小槽煤地质储量 10864 1 万 t 其中 15上层煤 507 2 万 t 16上层煤 3982 7 万 t 17 层煤 4924 2 万 t 18上层煤 1450 0 万 t 小槽煤工业储量 8112 4 万 t 其中 15上层煤 45 8 万 t 16上层煤 3107 8 万 t 17 层煤 3968 0 万 t 18上层煤 990 8 万 t 永久煤住包括断层煤柱 井田边界煤柱 工广煤柱 中央风井工广煤 柱 白马河风井工广煤柱 村庄和铁路专用线一律不留保安煤柱 八采区 东断层 一号井东断层和 21 号孔断层各留 50m 煤柱 南部预备宿井田边界 煤柱按兖州矿务局 92 兖煤局地字第 77 号文由北宿一侧留设 北部皇甫 断层留设 50m 煤柱 西部马家楼断层留设 50m 煤柱 永久煤柱总计为 721 4 万 t 小槽煤设计储量为 7391 0 万 t 其中 15上层煤 43 3 万 t 16上层煤 2792 7 万 t 17 层煤 3606 0 万 t 18上层煤 949 0 万 t 20 小槽煤开采损失按 15 计算 可采储量 Zk Zc P C 8112 4 721 4 x0 85 6282 3 万 t Zk 矿井的可采储量 Zc 矿井的工业储量 P 矿井开采的煤柱损失 C 采出率 可采储量为 6282 3 万 t 其中 15上层煤 36 8 万 t 16上层煤 2373 8 万 t 17 层煤 3065 1 万 t 18上层煤 806 6 万 t 可采储量中 三下压煤 达 4085 4 万 t 故经济可采储量为 2196 9 万 t 矿井小槽煤储量分析见表 2 1 表 2 1 南屯煤矿小槽煤储量分析表 单位 万 t 能利用储量可采储量 其中 储量 煤层 地质 储量 A B C D A B CDA B 永久 煤柱 设计 储量 开采 损失计 其中 三下 压煤 暂不 能利 用储 量 15 上 507 245 845 8045 82 543 36 536 825 1461 4 16 上 3982 73107 83107 802139 7315 12792 7418 92373 81559 1874 9 174924 23968 03968 002628 4362 03606 0540 93065 12069 1956 2 18 上 1450 0990 8990 80249 041 8949 0142 4806 6432 1459 2 下 组 煤 合 计 10864 18112 48112 405062 9721 47391 01108 76282 340852751 7 21 2 22 2 生产能力与服务年限生产能力与服务年限 2 2 12 2 1 矿井工作制度矿井工作制度 年工作日 300 天 每天 3 班作业 日净提升时间 14h 2 2 22 2 2 矿井设计生产能力与服务年限矿井设计生产能力与服务年限 由于小槽煤煤层较薄 且中间含有炭质页岩夹矸和大量硫化铁结核 机械化开采难度较大 目前仍采用炮落机装的采煤工艺 工作面单产相对 较低 近两年 随着开采技术和管理水平的提高 北宿 杨村煤矿小槽煤工 作面单产已由过去 15 万 t a 提高到 30 40 万 t a 设计通过对矿井采掘关 系 对拉工作面生产能力 技术管理水平等诸多因素综合分析 认为小槽 煤设计生产能力为 100 万 t a 比较合适 目前 矿区正在着手研究 含硬 夹矸薄煤层机械化开采 这一难题 若获得成功 小槽煤工作面单产将达 到 50 60 万 t a 届时小槽煤生产能力可大幅度提高 由于目前南屯矿大槽煤储量较少 工作面接续较为紧张 开采难度愈 来愈大 为此 设计认为在大 小槽煤同时生产期间矿井设计生产能力为 240 万 t a 适合似的 在大槽煤结束后全部转入小槽煤生产时 矿井设计生 产能力为 100 万 t a 适合似的 南屯煤矿大槽煤目前装备一个放顶煤综采工作面和一个大功率高产高 效综采工作面 工作面单产已达 250 300 万 t a 能力 近几年 矿井实际 生产原煤已超过 400 万 t a 考虑到今后大槽煤开采难度愈来愈大等特点 设计按小槽煤投产前及大小槽煤同时生产期间矿井生产能力为 400 万 t a 全部转入小槽煤生产后 矿井生产能力为 100 万 t a 计算 取小槽煤储量 备用系数 1 4 大槽煤储量备用系数 1 3 经计算矿井服务年限约为 59 5 22 万 t 其中大槽煤服务年限为 18 5a 小槽煤服务年限为 43 9a 小槽煤服务年限的计算 T KP k Z a 43 9 年 4 1100 3 6282 T 小槽煤的服务年限 Zk 小槽煤的可采储量 P 转入小槽煤生产后 矿井的生产能力 K 取小槽煤储量备用系数 1 4 23 3 3 开拓准备开拓准备 3 13 1 水平延深方案的选择水平延深方案的选择 3 1 13 1 1 开拓延深设计原则开拓延深设计原则 为了选择出技术上和经济上都比较合理的下组煤开拓延深方案 本设 计遵循下列设计原则 严格遵循 煤炭工业设计规范 煤炭工业技术政策 煤矿安全 规程 等文件的有关规定 尽量减少岩石巷道 减少工程投资 充分利用现有井巷 设施及设 备 减少临时辅助工程量 降低投资 积极采用新技术 新工艺和新设备 在新水平选择更为合适的采煤 方法 先进的采掘技术和设备 改革矿井井田开拓和采区准备方式 加强生产管理 延深的组织管理和技术管理 施工和生产紧密结合 协调一致 尽量减少延深对生产的影响 尽可能减少新旧水平的同时生产时间 在经济合理的情况下 尽量提高煤炭采出率 延长矿井的服务年限 充分考虑矿井的生产现状 实际技术水平的特点 3 1 23 1 2 影响开拓延深的主要因素影响开拓延深的主要因素 南屯煤矿上组煤划分为 350m 和 460m 两个水平 采用立井开拓方式 下组煤的开拓延深方案的选择需要考虑以下几个因素 充分利用南屯煤矿现有的工业场地 井筒 大巷等工程 以减少投 资 缩短建设工期 条件适宜时 考虑采用倾斜长壁采煤法 推进长度 减少工作面搬家次数 3 1 33 1 3 水平标高的确定水平标高的确定 24 1 标高确定的原则 有利于井田开拓布置及首采区巷道布置 初期井巷工程量少 基建投资少 建井工期短 矿井有较好的初期 效益 井底车场巷道及主要硐室位于较好的岩层中 有利于施工和维护 2 标高的确定 综合考虑煤层围岩条件 为节省井巷工程量 并有利于下组煤首采区 巷道布置 设计井底车场确定在 432m 水平 3 1 43 1 4 水平划分水平划分 根据下组煤煤层地质条件 结合目前的开采技术水平 设计将小槽煤 划分为 432m 和 550m 两个开采水平 两水平之间设计用一组暗斜井即主 副 回风暗斜井联络 432m 水平主要服务于矿井西翼 550m 水平主要服 务于矿井东翼 本设计只对于 432m 水平进行研究 3 1 53 1 5 下组煤开拓延深方案下组煤开拓延深方案 1 提出开拓延深方案 煤矿位于兖州向斜的南翼 为一倾向北东倾角 3 15 的单斜构造 东西北三面分别被峄山断层 马家楼断层及皇甫断层所截 井田内次一级 褶曲及小断层发育 属兖州煤田中构造较为简单类型 350m 水平和 440m 水平担负大槽煤开采任务 对于下组小槽煤开采现提出三个开采方案 方案一 混合井方案 副井附近新打一混合井 小槽煤主 副提升均有混合井担负 担负运 煤提矸任务 混合井主提升装载水平和副提升装载水平均设在 432m 此外 小槽煤开采计划两个水平 432m 水平为主水平 另设一个 550m 水平以供 深层煤的开采 回风由混合井进风 经 432m 水平轨道大巷 轨道上山 工 作面 回风上山 432m 水平回风大巷 西翼总回风上山至白马河风井排出 地面 方案一平 剖面示意图如图 3 1 3 2 所示 25 方案二 倾向暗斜井方案 本方案设计采用轨道暗斜井 回风暗斜井 皮带暗斜井三条暗斜井 分别担负辅助提升 升降人员和主提升等任务 井底标高 432m 井底车场 布置在 16上煤底板中 三条暗斜井均采用按煤层倾向布置 倾角约为 12 左右 其中轨道暗斜井长 395m 回风暗斜井长 400m 皮带暗斜井长 390m 另外通过新打的回风斜巷与白马河风井联络 来解决回风问题 方案二平 剖面示意图如图 3 3 3 4 所示 方案三 延深原有主 副井方案 本方案采用延深主井 副井 主井和副井分别担负延深水平的运煤与 升降人员 运输材料等任务 方案三平 剖面示意图如图 3 5 3 6 所示 26 图 3 1 方案一平面图 27 16 煤 17煤 混合井副井主井 主石门井底车场 460轨道大巷 皮带大巷 回风大巷 7 煤仓 370m装载水平 上仓皮带巷 图 3 2 方案一剖面图 28 图 3 3 方案二平面图 29 图 3 4 方案二平面图 30 图 3 5 方案三平面图 31 16上 17 皮带大巷 460轨道大巷 回风大巷 主石门 副井主井 井底车场 图 3 6 方案三剖面图 32 2 比较并确定延深开拓方案 1 技术比较 延深开拓方案技术比较见表 3 1 表 3 1 延深开拓技术方案技术比较表 方案一方案二方案三 优点 1 延深与生产相互干扰少 可大大提高生产能力 2 充分利用了已经开拓好 的巷道 减少工程量 3 为矿井小槽煤进一步开 采提供工程支持 1 利用暗斜井延深 生产 与延深互相干扰少 2 暗斜井的位置 方向 倾角以及提升方式均可不 受原有井做主井 系统简 单且能筒的限制 3 暗斜井力打 可充分利 用原有井筒能力 4 相对费用较低 初期 工程量小 投产快 1 可充分利用原有设 备和设施 2 提升系统单一 运 转环节少 经营费低 管理较方便 缺点 增加了井底工程量 还需要改造地面生产系统 总的基建工程投资大 采用暗斜井增加了提 升运输环节和设备 通风 系统较复杂 不利于维护 1 原有井筒同时担负 生产和延深任务 施工 与生产相互干扰 矿井 将短期停产 2 接井时技术难度大 矿井将短期停产 3 两个井筒的施工组 织复杂 4 深井筒需