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碾沟矿矿井初步设计毕业论文碾沟矿矿井初步设计毕业论文 目目 录录 第一章 井田概况及建设条件.1 第一节 矿区概况 .1 第二节 井田地质特征 .3 第三节 煤层的埋藏特征 .14 第二章 井田境界与储量.21 第一节 井田境界 .21 第二节 地质储量的计算 .22 第三节 可采储量的计算 .24 第三章 矿井工作制度及生产能力.26 第一节 矿井工作制度 .26 第二节 矿井生产能力及服务年限 .26 第四章 井田开拓.27 第一节 井田开拓方式的确定 .27 第二节 达到设计生产能力时工作面的配备 .30 第五章 矿井基本巷道及建井计划.31 第一节 井筒、石门、与大巷 .31 第二节 井底车场 .32 第三节 建井工作计划 .35 第六章 采煤方法.37 第一节 采煤方法的选择 .37 第二节 确定采区巷道布置和要素 .38 第三节 回采工艺及劳动组织 .40 第四节 采区的准备与工作面接替 .41 第七章 井下运输及设备.44 第一节 运输系统与运输方式的确定 .44 第二节 运输设备的选择和计算 .45 第八章 矿井提升.47 第九章 矿井通风与安全.58 第一节 风量计算 .58 第二节 矿井通风系统和风量分配 .65 第三节 计算负压及等积孔 .65 第四节 选取扇风机 .66 第五节 安全生产技术措施 .69 i 第十章 经济部分.78 第一节 主要经济技术指标 .78 第二节 矿井设计概算 .81 第三节 技术经济分析与评价 .82 参考文献.84 致 谢.85 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 0 第一章第一章 井田概况及建设条件井田概况及建设条件 第一节第一节 矿区概况矿区概况 1.1.1 交通位置 井田位于清徐县清源镇后窑村、碾底村、西沟村一带，行政隶属于清徐县 清源镇管辖。其地理坐标为：东经 11215061121957，北纬 37 3843374048。 307 国道、大运(太祁段)高速公路、太原至离石高速公路从井田外东部 4.5处经过，矿区有清徐至古交公路通过，矿区距 307 国道约 6.5km，距清 徐县城约 5km，交通较为便利，交通位置图见图 1-1-1。 图 1-1-1 交通位置图 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 1 1.1.2 地形地貌 井田地处晋西黄土高原，地形复杂。地势总体东、西高，中间低的态势， 最高点位于矿井中西部的马鸣山，标高+1295.9m，最低点位于矿井中南部的沟 谷中，标高为+917.0m，最大相对高差为 378.9m。属剥蚀低中山区。岩石裸露， 沟谷纵横，较大沟谷为白石沟，呈北西-南东向从井田西南经过，主沟两侧大小 冲沟发育，多呈 V 字形，沟岸陡峻。 1.1.3 河流 矿井属黄河流域汾河水系，矿井内没有常年性河流，只有白石沟汇集沿途 泉水，可有涓涓细流，雨季时才有急湍山沿沟排泄注入汾河。 汾河位于井田东 8km 处，由北向南迳流。它发源于晋西北管涔山。迳流至 兰村入太原盆地，根据上兰村水文站观测资料，汾河最大流量 1940m3/s，最小 流量 200m3/s。多年平均年迳流量 6377105m3。具有明显的干旱区河流特点， 流量随降雨量多少变化较大。 1.1.4 气象及地震情况 本矿井地处晋西黄土高原，为温带大陆性气候，四季分明，昼夜温差大， 冬季寒冷干燥，春季干旱无雨，夏季炎热多雨，秋季温度适中。年平均气温 10.4，最高气温在七月份，平均温度 24，最低气温在一月份，平均温度- 4.9；年降水量在 249.5mm495.7mm 之间，多集中于七、八、九三个月内。 年蒸发量在 1715.6mm2047.6mm 之间；无霜期约 190 天，全年冻结期为当年 10 月中旬至次年 3 月底，最大冻土深度 0.69m，全年春、夏两季多为东南风， 秋、冬两季多为西北风，最大风速可达 28.5m/s。 根据中国地震动参数区划图(GB50011-2001)建筑抗震设计规范，本区 地震动峰值加速度为 0.15g，地震基本烈度值为 VIII 度。据记载，本县徐沟一 带曾发生过 6 级地震。 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 2 第二节第二节 井田地质特征井田地质特征 1.2.1 区域地质 1.2.1.1 区域地层 清交矿区位于太原西山煤田东部，区域上出露地层有奥陶系中统峰峰组与 马家沟组，石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组， 二叠系上统上石盒子组、石千峰组，下三叠系下统刘家沟组和第四系中上更新 统。石炭系上统太原组和二叠系下统山西组为本区含煤岩系。 1.2.1.2 区域构造 清交矿区在大致走向北东，倾向北西的单斜上发育着系列平缓褶曲，以 及北东和北东东向的正断层。 延展较长的北西向褶曲有由庄头背斜(Z2)，伯崖头向斜(Z3)，窑儿沟向斜 (Z5)，磁窑沟背斜(Z9)等；北东东向褶曲有火山背斜(Z18)，迎南风向斜(Z24)， 碾底背斜(Z27)和后窖背斜(Z28)等。 落差较大的断层有：碾底断层(F22)，落差 60m，坡底断层(F30)，落差 50m，坪地窑断层(F33)，落差 120m，黄山底断层(F35)，落差 30m，瓦窑村断层 (F39)，落差 50m 等。 陷落柱主要分布在火山沟以东，碾沟背斜以南地区。 清交矿区西部北缘有闪长玢岩侵入。 1.2.1.3 区域含煤特征 本区主要含煤地层为山西组和太原组，含煤地层总厚 135.80m，含煤 17 层， 其中可采及局部可采煤层 10 层(02、03、1、2、3 上、4、4 下、6、7、8、9 号)， 煤层总厚 16.0m，含煤系数 11.8%。 山西组煤层以瘦煤为主，贫煤次之，太原组煤以贫煤为主，无烟煤次之。 1.2.2 矿井地质 1.2.2.1 地层 本矿区钻孔揭露及地表出露的地层有奥陶系中统峰峰组、石炭系中统本溪 组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组、二叠系下统下石盒子组、二叠系 上统上石盒子组、新生界第四系中、上更新统。现依据钻孔揭露及地表出露资 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 3 料将地层由老至新分述如下： 1、奥陶系中统峰峰组(02f) 为煤系地层沉积基底，井田内未出露。 深灰色厚层状石灰岩，间夹角砾泥灰岩、白云质灰岩。石灰岩致密、坚硬， 含方解石脉。本组厚度 117.00142.00m,平均厚度 130.00m。 2、石炭系中统本溪组(C2b) 平行不整合于奥陶系峰峰组灰岩侵蚀面之上。底部为“山西式铁矿”及 G 层铝土(矿)岩，中上部为粉砂岩、砂质泥岩夹一层石灰岩和煤线。 “山西式铁矿” 呈窝子状，不稳定。本组厚度 18.5037.00m,平均厚度 29.40m。 3、石炭系上统太原组(C3t) 为本区主要含煤地层之一，属海陆交互相沉积。 该组以 K1(晋祠砂岩)为基底，与下伏本溪组呈整合接触。Kl 砂岩为灰白色 厚层状中粒石英砂岩，含铁质，斜层理发育，厚一般约 4.30m 左右。其上岩性 为灰色、灰黑色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩夹四层石灰岩 (L1、K2(L2、L3)、 L4、L5)和中细粒砂岩。含 6 上、6、7、 7 下、8 上、8、 9、10 和 11 号 9 层煤层。其中，6、8、9 号煤层为全区稳 定可采煤层，6 上、7、8 上号煤层为较稳定不可采煤层，其余为不可采煤层。 全组平均厚度 74.10m 左右。 4、二叠系下统山西组(P1s) 连续沉积于石炭系上统太原组之上，为一套陆相碎屑岩含煤建造，为本井 田主要含煤地层之一。 由深灰色、灰黑色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩及煤层组成，底部为 K3 砂岩(北岔沟砂岩)。本组含 6 层煤层，其中 2、4、5 号为全井田稳定可采煤 层，03 号为大部可采的稳定煤层，3、5 上号为较稳定不可采煤层。 本组厚度 54.6065.80m,平均厚度 57.50m。 5、二叠系下统下石盒子组(P1x) 与山西组连续沉积。从 K4 砂岩底至 K6 砂岩底，平均厚约 86.90m，按其岩 性可分为两段。 下段：深灰灰色细砂岩、粉砂岩与砂质泥岩互层，底部为中粒砂岩(K4 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 4 砂岩，骆驼脖子砂岩)，为灰色、灰绿色，厚层状，成份以石英、长石为主，斜 层理较发育。段厚 39.2045.80m,平均 42.30m。 上段：黄绿色、灰绿色砂质泥岩、粉砂岩与浅灰色细砂岩互层，底部为灰 色粗砂岩(K5 砂岩)。段厚 40.1050.10m,平均 44.60m。 6、二叠系上统上石盒子组(P2s) 连续沉积于下石盒子组地层之上，井田内大面积出露，该组地层在井田内 厚约 290m，按其岩性可分两段。 下段：灰绿色、黄绿色砂质泥岩与细砂岩互层，间夹粉砂岩，底部为黄绿 色，厚层状中粒砂岩(K6 砂岩)，成份以长石、石英为主，分选差，泥质胶结。 段厚 160.0210.00m,平均厚度 190.00m。 中段：暗紫、兰灰、黄绿色泥岩、砂质泥岩与灰绿色细砂岩互层，间夹灰 绿色、黄绿色中粒砂岩，底部为黄绿色，厚层状中粒砂岩(K7 砂岩)。本段最大 残留厚度100m。 7、第四系中上更新统(Q2+3)： 浅灰黄色含砂粘土、砂质粘土及棕红色粘土，粘土含钙质结核，垂直节理 较发育。厚度 017.00m,平均 8.50m。 1.2.2.2 构造 井田构造形态受区域性构造碾底断层、碾底向斜、碾底背斜、黄岭断层的 影响，井田构造形态总体为走向 NE，倾向 NW 的单斜，同时伴生有次一级褶曲， 地层倾角 5-12，井田陷落柱较为发育，现据现有资料对井田构造分述如下： 1、褶曲 （1）S1 背斜，以 NW 向贯穿井田西南部，两翼倾角基本对称，为 9左右， 已被井下采掘工程所控制。 （2）S2 向斜，位于井田东北部，轴向 NW，与 S1 背斜呈现平行展布，两翼 倾角基本对称，为 7左右，已被井下采掘工程所控制。 （3）S3：位于井田东部，为涧沟向斜和后窑背斜的西部末端，轴向北东， 两翼倾角 5左右，沿 NE75方向向北东井入南峪井田。 2、断层 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 5 在井田东部原平口煤矿，井田内断层较少，仅在井田北部边沿发育有明窑 沟断层。断层倾向 SE，倾角 80，落差一般为 315m，断层上、下盘地层均为 上石盒子组下段，地面断点清晰，对井田煤层破坏不大。 碾底断层：为区域性构造，正断层，走向北东向，倾向北西，倾角 75左 右，落差 5-50m，沿井田北部穿过，将井田划分为南、北两个部分。 黄岭断层：位于井田西南部边缘，正断层，走向北东，倾向南东，倾角 75左右，落差 2.5-15m。 3、陷落柱 井田内陷落柱发育，少数地面露头可见，多数为井下揭露，分布无明显规 律。陷落柱多呈椭圆或圆形，直径 10120m，一般 3060m。 在原平口煤矿范围内，陷落柱较发育，共有大小陷落柱 37 个，直径大者上 百米，小则数米。据地表及井下资料，陷落柱内岩石成碎块状，压密度很高， 孔隙度较小，富水性均较差，就陷落柱本身不会对开采造成很大的影响，但在 开采深部煤层时，可能会成为充水通道。 在原碾沟煤矿范围内，陷落柱较发育，共发育有 6 个，少数地面露头可见， 多数为井下揭露，分布无明显规律。陷落柱多呈椭圆或圆形，直径 10-100m。 在原西沟煤矿范围内，发育 4 个陷落柱，X1 号陷落柱长轴 200m，短轴 100m 左右，另外 3 个规模较小，长轴仅 15-30m。 井田未发现岩浆岩，本井田构造复杂程度属简单类型。 4、滑坡与坡积 在井田范围内举目可见，较大者有 1 处。 后窑滑坡：位于后窑村对岸的山坡上，滑体由山岭向谷底滑动，长 1200m，宽 360m。滑体与载体均为下石盒子组，滑体岩层层序紊乱，岩石破碎。 坡积在井田沟谷两侧山坡上甚为发育，其形状各异，多为椭圆形，大小不 等，最大直径达 380m，最小为 65m，部分坡积首尾相连形成一个坡积带。为岩 石破碎崩坍堆积山坡低凹处。 除以上较大滑坡与坡积外，还有少数不少的小滑坡与坡积物，不再一一赘 述。 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 6 1.2.2.3 井田水文地质 （一）井田地表水体及河流 区内地表水属汾河水系，井田内没有常年性河流，较大沟谷均为季节性水 流，平时断续有水或干涸，雨季流量增加。 （二）井田含水层 井田的含水层自上而下有： 1、第四系砂、砾孔隙含水层 井田内第四系分布零散，其中可视作含水层的为较大沟谷中窄条带冲积物， 厚度小于 10m，含潜水。根据清徐详查勘探时抽水试验结果，单位涌水量 0.632L/s.m，渗透系数 3.58m/d，水质类型为 HCO3SO4CaMg 型，矿化度 244mg/l。 2、二叠系上、下石盒子组砂岩裂隙含水层(组) 本组含水层一般由数层中粗粒砂岩组成，其间多隔以泥岩、砂质泥岩等， 出露面积广大，但相当大一部分处于当地侵蚀基准面以上，形成透水层。据清 徐详查勘探时抽水试验结果，单位涌水量为 0.0002170.00134L/s.m，渗透系 数 0.00785m/d，水量较小，富水性弱，水质类型为 HCO3SO4CaMg 型，矿 化度 534mg/L，为软的淡水。 3、二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层(组) 本组主要含水层为中粗粒砂岩，据清徐详查勘探抽水试验结果，单位涌水 量 0.0042L/s.m，渗透系数 0.032m/d，据本次施工的 N-1 号水文孔山西组抽水 资料，单位涌水量 0.0053 L/s.m，渗透系数 0.0270 m/d，富水性较差，水质类 型为 HCO3SO4CaMg 型，矿化度 556 mg /L。 4、石炭系上统太原组砂岩、灰岩岩溶裂隙含水层(组) 为井田内主要含水层之一。由 L1、K2、L4、L5 四层石灰岩组成。据本次施 工的 N-1 号钻孔太原组抽水资料，单位涌水量 0.0054 L/s.m，渗透系数 0.0285 m/d，富水性弱，水质类型为 HCO3SO4CaMg 型，矿化度为 376 538mg/l，硬度 1.720.36 德国度，为极软一硬的淡水。 5、奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层(组) 为井田内主要含水层组之一。岩性以质纯的泥晶石灰岩为主，次为角砾状 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 7 泥灰岩、泥灰岩、白云质砂岩及石膏等。井田内奥灰岩溶裂隙不甚发育，井田 内有两个水文孔 J5 和 N-1，J5 号水文孔奥陶系峰峰组抽水试验单位涌水量为 0.0022 L/s.m，水位标高为+910.72m；本次施工的 N-1 号水文孔奥陶系上马家 沟组和下马家沟组混合抽水试验，水位标高为+901.76m，单位涌水量为 0.0001 L/s.m，渗透系数为 0.0002m/d。距离井田北部约 300m 的 S17 水文孔，奥灰水 位标高为+922.00m，单位涌水量 0.00014 L/s.m，约 500m 的 S31 水文孔奥灰水 位标高为+948.80m，单位涌水量 0.000325 L/s.m；距离井田东部约 1000m 的 J4 号水文孔奥灰标高为+913.98m，单位涌水量 0.061 L/s.m；井田西南部距离井 田边界约 600m 的 615 号孔奥灰标高为+919.24m， ；距离井田南部约 3000m 的 J7 号孔奥灰水位标高 798.80m，单位涌水量 9.453 L/s.m，S25 号孔水文标高为 +800.92m，单位涌水量 25.54 L/s.m。由上可知，井田内奥灰水流向为由北往 南，且井田内岩溶裂隙不发育，奥灰水位标高为+901-+910m。水质类型为 HCO3SO4CaMg 型和 SO4HCO3CaMg 型，矿化度为 280852mg/l，硬 度为 12.4137.53 德国度，为微硬一极硬的淡水。 总之，井田主要含水层中富水性均弱。 （三）主要隔水层 1、太原组泥质岩隔水层 太原组 9 号煤到本溪组顶部平均厚 25m，除底部晋祠砂岩(K1)外，是一套 以泥岩、砂质泥岩为主的地层，沉积稳定，是一重要的隔水层。 2、石炭系本溪组隔水层 石炭系中统本溪组为一套泥岩、铁铝岩、铝质泥岩为主的地层，平均厚度 约 35m，隔水性能较好。与其上部太原组隔水层一道构成了 9 号煤层与奥陶系 之间的重要隔水层。 （四）含水层的补给、径流、排泄 第四系松散岩类主要靠大气降水补给，在地形控制有利的情况下，在沟谷 中形成水泉。 石炭、二叠系的砂岩、灰岩含水层主要接受上覆松散层的入渗补给，少数 露头部位直接接受大气降水的补给，另外还有承压含水层之间的越流补给，地 下水沿层间裂隙或溶隙向南运动。 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 8 奥陶系灰岩岩溶水，区域上主要接受大气降水的补给，向南流向晋中盆地。 （五）矿井充水因素分析 1、构造对矿井充水因素影响 井田内断裂构造发育，碾底断层从井田中北部经过，该断层为区域性断裂 构造，对其附近的煤层影响较大，可形成直接或间接的充水通道。 井田东部及中西部的陷落柱发育，共有大小陷落柱 37 个，直径大者上百米， 小则数米。据地表及井下资料，陷落柱内岩石成碎块状，压密度很高，孔隙度 较小，富水性均较差，就陷落柱本身不会对开采造成很大的影响，但在开采深 部煤层时，可能会成为充水通道。 2、采空区积水 本区煤炭开采历史悠久，开采强度大，古窑和小窑采空区都不同程度的留 有一定量的积水，周边小窑技术力量较为薄弱，加上采掘图纸不全，以致于积 水面积，积水量无法计算，能够保存下来和能利用的地质及水文地质资料可靠 性低，对矿井的安全生产有一定的威胁。因此，本矿井为充水性弱的矿井，其 主要水患为采空区积水。随着今后采煤工艺的提高，采空范围的增大，将会出 现地层塌陷、地面出现裂缝，从而沟通地面水、各含水层和井下的通道，而使 矿井涌水有所增加。开采下部煤层时，上部煤层古空区积水对其开采有较大的 影响，应注意水害的防治。 （1）井田内 03、2、4、5 号煤层的直接充水含水层是山西组砂岩裂隙含水 层，间接充水含水层为下石盒子组砂岩裂隙含水层，太原组岩溶裂隙含水岩和 奥陶系中统灰岩岩溶含水层，6、8(8+9)、9 号煤层直接充水含水层为太原组灰 岩裂隙含水层，间接充水层为奥陶系中统灰岩岩溶含水层，煤层干燥后，水会 通过其顶、底板慢慢渗透，形成一定范围的积水，这是井田内采(古)空积水的 主要来源。 （2）2 号煤层开采时间较早，且整合各矿于 2006 年政策性停产，采空区 内仅存在一定范围的积水。此次碾沟煤矿对原各矿井下 2 号煤层采空区积水进 行了调查，确定了积水范围，原平口煤矿由于未开采 2 号煤层，采空区积水范 围根据山西省煤炭地质 114 勘查院地面电法工作确定。 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 9 （3）原平口煤矿开采 8 号煤层，其采空积水范围由碾沟煤业人员调查确定。 采空区积水量预测详见表 1-3-6。 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 10 表 1-2-1 采空区积水量预测表 煤矿 名称 煤 层 号 积水 区编 号 积水区 积水面积 (m2) 积水量 (万 m3) 计算公式 巷道 18000.5 2-1 采空区 16000.01 巷道 82002.30 洛池煤 矿 2-2 采空区 314000.26 巷道 54001.51 2-3 采空区 273000.23 巷道 22000.62 西沟煤 矿 2-4 采空区 83000.07 巷道积水量计算公式： 积水量=巷道长度巷高巷宽 2-5 采空区 1742001.3 2-6 采空区 198000.12 2-7 采空区 1252000.75 2-8 物探积 水区 3174006.24 碾沟煤 矿 2 号 小计 72280013.91 8-1 采空区 2947008.13 8-2 采空区 95000.1 8-3 古空区 240600015.87 平口煤 矿 8 号 小计 271020024.10 采空区积水量计算公式： 积水量= cos 系数回采率煤厚采空面积 为煤层倾角 古空区回收率 0.10，采空区回采率 0.4，积水 系数 0.3，倾角取 5 合计 343300038.01 通过表 1-2-1 可知，井田内 2 号煤层有 8 处采空积水，范围为 722800m2， 积水量为 13.91 万 m3；8 号煤层有 3 处采(古)空积水，范围为 2710200m2，积水 量为 24.10 万 m3；采(古)空区总的积水量为 38.01 万 m3。 井田内古空区为重叠古空区，上下煤层贯通，使上部煤层采空区积水流入 或渗入到下部煤层，此次积水量预测在 8(8+9)号煤层上，矿井在开采到古空区 附近开采时应注意探放水。 （4）根据井田开拓方案，当开采 4、5、6、8(8+9)、9 号煤层，采用全部 冒落管理顶板时，根据三下采煤规程冒裂带最大高度计算公式可求得顶板 冒落带(H1)、导水裂隙带(H2)的高度。计算公式如下： H1=A12.2 H2=A25.6 式中，A1=100m/(4.7m+19.0)，A2=100m/(1.6m+3.6)， m 为开采煤层累积厚度。详见下表 1-3-7。 表 1-2-2 井田内各煤层冒落带及导水裂隙带高度 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 11 煤层号煤层厚度(m)煤层间距(m) 冒落带高度 H1 (m) 导水裂隙带高 度 H2(m) 2 0.85-3.40 2.38 5.7-10.126.5-37.7 11.00-23.00 18.20 4 0.69-2.97 1.63 3.9-8.320.7-31.9 4.97-10.23 7.62 5 0.40-2.50 1.54 3.7-8.119.8-31.0 7.90-16.80 12.46 6 0.28-2.28 1.57 3.8-8.220.1-31.3 32.20-45.90 36.37 8(8+9) 1.40-6.20 3.64 7.9-12.333.0-44.2 9 0.97-6.81 2.99 0-10.80 5.87 6.8-11.230.1-41.3 通过上表可以看出，当开采 4、9 号煤层时，其采空形成的冒落带高度大于 2 号与 4 号、8(8+9)号与 9 号的煤层间距，因此对上方 2、8(8+9)号煤层采空区 积水如不及时探放，会随顶板垮落而下泄，形成灾害。 当开采 5、6、8(8+9)号煤层时，其采空形成的导水裂隙带高度大于 4 号与 5 号、5 号与 6 号、6 号与 8(8+9)号煤层间距，因此对 4、5、6 号煤层采空区积 水如不及时探放，会随导水裂隙带进入下部煤层巷道，形成灾害。 3、奥灰岩溶水充水因素 本井田奥灰水位标高在+901m-+910m，根据井田内各煤层底板等高线可知井 田南部 2、4、5 号煤层局部块段和全井田的 6、8(8+9)、9 号煤层均位于奥灰岩 溶水水位之下，存在带压开采。 2、4、5 号煤层带压开采分布图如下： 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 12 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 13 奥灰水突水可能性计算如下： 9 号煤底板最低点在井田南部，标高为+685m，低于奥灰水位 225m。计算公 式如下： Ts=P/M 其中： Ts突水系数(MPa/m)； P隔水层承受的静水压力(MPa)； M底板隔水层有效厚度(m)。 9 号煤层距奥灰界面平均 60m，即 9 号煤层最低底板标高+685m 以下的本溪 组底部与奥灰界面处承受的最大静水压力 910685+60285(m)水柱。 则 9 号煤层突水系数： Ts2859.8103/(60)106=0.047MPa/m。 从计算结果看出，9 号煤层底板承采的突水系数为 0.047Mpa/m，小于受构 造破坏块段的临界突水系数 0.06MPa/m。 由此可以看出，在无导水构造沟通的情况下突水可能性小。但由于井田内 有碾底断层、黄岭断层的存在，要密切注意各含水层之间水力联系，在开采到 构造和陷落柱附近时必须加强防范。 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 14 (六)水文地质类型 山西组 2-5 号煤层上部下石盒子组含水层为直接充水含水层，富水性弱， 下部太原组灰岩、砂岩岩溶裂隙含水层和奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层为 间接充水含水层，奥灰岩溶水位局部低于 2-5 号煤层底板标高，太原组 6、8 号 以及 9 号煤层直接充水含水层为太原组薄层石灰岩岩溶裂隙含水层，间接充水 层为奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层，其水位标高+901m-+910m，高于 9 号煤 层底板标高最大为 225m，2、4、5、6、8、9 号煤层处于带压开采。在有导水构 造沟通的情况下，局部存在奥灰岩溶水底板突水的可能，因此井田内 2、4、5、6、8、9 号水文地质类型属于中等型。 (七) 矿井涌水量预算 1、开采上组煤时的矿井涌水量 井田内上组煤包括 03、2、4、5 号煤层，原西沟煤矿开采 2 号煤层，生产 能力为 15 万 t/a，其开采时矿井正常涌水量 10m3/d，最大涌水量为 30 m3/d。 则当矿井生产能力达到 120 万 t/a 时，由比拟法预算矿井正常涌水量为 80 m3/d，最大涌水量为 240 m3/d。 2、开采下组煤时的矿井涌水量 井田内下组煤包括 6、8、9 号煤层，原平口煤矿开采 8 号煤层，正常涌水 量 260m3/d，最大涌水量为 360m3/d。主要为古空积水流入或渗入，生产能力为 13 万 t/a。使用比拟法，当生产能力达到 120 万 t/a 时。经预算矿井正常涌水 量在 2400m3/d 左右，最大涌水量 3323m3/d。 第三节第三节 煤层的埋藏特征煤层的埋藏特征 1.3.1 煤层及煤质 1.3.1.1 含煤地层 井田内含煤地层主要为石炭系上统太原组与二叠系下统山西组。 1、石炭系上统太原组(C3t) 为井田主要含煤地层，属海陆交互相沉积，按岩性特征及岩相组合为三段： （1）下段(C3t1)：从 K1 砂岩(晋祠砂岩)底至 K2 灰岩(毛儿沟灰岩)底，由 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 15 深灰色、灰黑色粉泥岩、砂质泥岩与煤层互层，间夹石灰岩(L1 灰岩，即庙沟 灰岩)及细砂岩。底部 K1 砂岩(晋祠砂岩)为中粒砂岩，成份以石英、长石为主， 分选性较好，硅质胶结。含煤 5 层，即 8 上、8、9、10 和 11 号煤层，其中， 8(8+9)、9 号为本井田稳定可采煤层，8 上号煤层为较稳定不可采煤层，其余为 不可采煤层。 （2）中段(C3t2)：从 K2 灰岩(毛儿沟灰岩)底至 L4 灰岩(斜道灰岩)顶，深 灰色海相石灰岩为主，间夹砂质泥岩、粉砂岩及薄煤层(7 号及 7 下号)。海相 石灰岩含生物碎屑化石，7 号煤层为较稳定不可采煤层，7 下号为不稳定不可采 煤层。 （3）上段(C3t3)：从 L4 灰岩(斜道灰岩)顶至 K3 砂岩(北岔沟砂岩)底，黑 灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩为主，间夹 6 上、6 号煤层及泥灰岩(L5 灰岩，即 东大窑灰岩)。其中 6 号为全井田稳定可采煤层，6 上号为较稳定不可采煤层。 2、二叠系下统山西组(P1s) 连续沉积于石炭系上统太原组之上，为一套陆相碎屑岩含煤建造，为本井 田主要含煤地层之一。 由深灰色、灰黑色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩及煤层组成，底部为 K3 砂岩(北岔沟砂岩)。本组含 6 层煤层，其中 2、4、5 号为全井田稳定可采煤 层，03 号为大部可采的稳定煤层，3、5 上号为较稳定不可采煤层。 本组厚度 54.60-65.80m，平均厚度 57.80m。 1.3.1.2 含煤性 井田内含煤地层为石炭系上统太原组及二叠系下统山西组，含有 03 号、2 号、3 号、4 号、5 上号、5 号、6 上号、6 号、7 号、7 下号、8 上号、8 号、9 号、10 号和 11 号煤层，其中 2 号、8 号、9 号为全区可采的稳定煤层，4 号、 5 号、6 号为大部可采的稳定煤层，03 号为大部可采的较稳定煤层，其余为不 稳定、不可采煤层。 煤系地层总厚度 135.60m，煤层总厚 18.70m，地层含煤系数 13.80%；可采 煤层总厚 14.68m，可采煤层含煤系数 10.83%。其中太原组地层总厚 78.10m， 煤层总厚 10.84m，地层含煤系数 13.88%；可采煤层总厚 8.20m，可采煤层含煤 系数 10.50%；山西组地层总厚 57.50m，煤层总厚 7.86m，地层含煤系数 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 16 13.67%；可采煤层总厚 6.48m含煤系数 11.27%。 1.3.1.3 可采煤层 井田内可采煤层为 03 号、2 号、4 号、5 号、6 号、8 号、9 号煤层。 03 号煤层：位于山西组中上部，为本区的主要可采煤层之一。上距 K4 砂 岩 11.0015.20m，平均 12.00m。煤厚 0.001.76m，平均 0.93m，属薄煤层， 结构简单，含 01 层夹石，为大部可采的较稳定煤层。根据清交勘探区详查报 告，本煤层已被采空或破坏，无利用价值。 2 号煤层：位于山西组中部，为本区的主要可采煤层之一。俗称“大窑煤” ， 上距 03 号煤层 7.0010.80m，平均 9.00m。煤厚 0.853.40m，平均 2.38m， 属中厚煤层，结构简单，含 01 层夹石。为全井田可采的稳定煤层，顶板为砂 质泥岩，底板为细砂岩。由于长期的开采，古空区范围较大，本煤层已基本被 采空。 4 号煤层 ：位于山西组中部，俗称“二夹煤” ，上距 2 号煤层 11.00 23.00m，平均 18.20m。煤厚 0.692.97m，平均 1.63m，属中厚煤层，结构简 单，含 02 层夹石。为大部可采的稳定煤层，顶板为砂质泥岩或细砂岩，底板 为泥岩或砂质泥岩。 5 号煤层 ：位于山西组中下部，上距 4 号煤层 4.9710.23m，平均 7.62m。煤厚 0.402.50m，平均 1.54m，属中厚煤层，结构简单，含 01 层夹 石。为井田内大部可采的稳定煤层，顶板为砂质泥岩或细砂岩，底板为泥岩或 砂质泥岩。 6 号煤层：位于太原组上部。上距 L5 灰岩 1.203.20m，平均 1.91m。煤 厚 0.282.28m，平均 1.57m，属中厚煤层，结构复杂，含 0-3 层夹矸，为井田 内大部可采的稳定煤层。顶板为泥岩或砂质泥岩。底板为砂质泥岩或粉砂岩。 8(8+9)号煤层：位于太原组中下部，为本区的主要可采煤层之一。俗称 “中带” ，上距 6 号煤层 32.2045.90m，平均 36.37m。煤厚 1.406.20m，平 均 3.64m，属厚煤层，结构复杂，含 04 层夹石，为井田内可采的稳定煤层， 顶板为炭质泥岩、粉砂岩，底板为泥岩或砂质泥岩。 9 号煤层：位于太原组下部，为井田的又一可采煤层。俗称“四尺” ，上距 8 号煤层 010.90m，平均 5.87m。煤厚 0.976.81m，平均 2.99m，属中厚煤 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 17 层，结构简单，含 01 层夹石。为井田内可采的稳定煤层，顶板为泥岩，底板 为砂质泥岩。见可采煤层特征表表 1-3-1。 表 1-3-1 可采煤层特征表 地层 煤层 号 煤层厚度 (m) 最小最大 平均 煤层间距(m) 最小最大 平均 煤层结 构 (夹矸数) 可采 性 稳定 性 顶板 岩性 底板 岩性 03 0.001.76 0.93 简单 (01) 大部 可采 较稳 定 7.00-10.80 9.00 2 0.853.40 2.38 简单 (01) 全区 可采 稳定砂质泥岩细砂岩 11.00-23.00 18.20 4 0.692.97 1.63 简单 (02) 大部 可采 稳定 砂质泥岩、细 砂岩 泥岩、砂质泥 岩 4.97-10.23 7.62 山西 组 5 0.402.50 1.54 简单 (01) 大部 可采 稳定 砂质泥岩、细 砂岩 泥岩、砂质泥 岩 7.90-16.80 12.46 6 0.282.28 1.57 复杂 (03) 大部 可采 稳定 砂质泥岩、细 砂岩 砂质泥岩、粉 砂岩 32.20-45.90 36.37 8 (8+9) 1.406.20 3.64 复杂 (04) 全区 可采 稳定 炭质泥岩、粉 砂岩 泥岩、砂质泥 岩 0-10.90 5.87 太原 组 9 0.976.81 2.99 简单 (01) 全区 可采 稳定泥岩砂质泥岩 1.3.1.4 煤层对比 井田内含煤地层空间展布稳定，层位亦相对稳定，煤层及层间距变化不大， 易于对比。 2 号煤层：位于山西组中上部，K4 砂岩之下。上距 K4 砂岩 20m 左右，下距 K3 砂岩 22m 左右。为 K3 砂岩与 K4 砂岩间较稳定的全区可采的薄一中厚煤层。 K3 砂岩与 K4 砂岩层位稳定，易于识别，为煤层对比的依据。 4 号煤层：位于山西组中下部，下距 5 号煤层 4.9710.23m，平均 7.62m，厚度比较稳定，灰分较高。 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 18 5 号煤层：位于山西组中下部，下距 K3 砂岩 15m 左右，K3 砂岩层位稳定， 易于识别，为该煤层对比的可靠标志层。 6 号煤层：位于太原组上部，上距 L5 灰岩 2m 左右，L5 灰岩层位稳定，易 于识别，为该煤层良好的对比标志层。 8(8+9)号煤层：位于太原组中下部，上距庙沟灰岩(L1)2m 左右，庙沟灰岩 为全区稳定的海相生物碎屑灰岩，易于识别，为煤层对比的可靠标志层。同时 8 号煤层本身层位稳定，结构简单中等，厚度变化不大，全区稳定可采，这 些均为该煤层对比提供了参考。 9 号煤层：位于太原组的下部，上距庙沟灰岩(L1)12m 左右，庙沟灰岩为全 区稳定的海相生物碎屑灰岩，易于识别，为煤层对比的可靠标志层。同时本井 田 9 号煤层与 8 号煤层间距一般在 0-10.90m，平均 5.87m，这亦为该煤层对比 提供了依据。 1.3.1.5 煤质 据西山煤田清交矿区清徐勘探区详查地质报告资料及巷道见煤点煤的 送样资料，将各煤层物理性质及煤岩特征叙述如下。 1、煤的物理性质 各煤层煤的物理性质基本相同，颜色为黑色、黑灰色，条痕为棕黑色、褐 黑色，玻璃及强玻璃光泽，内生裂隙发育，断口呈参差状、不规则状，容重 1.351.40t/m3，硬度中等，一般为 2-3。 2、煤岩特征 （1）宏观煤岩类型 各煤层煤的宏观煤岩特征相近，一般以亮煤为主，次为暗煤、镜煤，少量 丝炭。宏观煤岩类型主要为半亮型和光亮型，半暗型次之，少量暗淡型。一般 呈条带状、线理状结构，均一状结构次之；层状构造为主，块状构造次之。 （2）煤岩特征 据清交矿区清徐勘探区详查地质报告资料，2 号煤有机组分中镜质组 为 92.5%，惰质组为 7.5%，为微镜惰煤，无机组分以粘土质为主，硫化物及氧 化硅少量，占总组分的 15.6%；4 号煤有机组分中镜质组为 93.0%，惰质组为 7.0%，为微镜惰煤，无机组分以粘土质为主，硫化物及氧化硅少量，占总组分 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 19 的 22.4%；5 号煤有机组分中镜质组为 92.8%，惰质组为 7.2%，为微镜惰煤，无 机组分以粘土质为主，硫化物及氧化硅少量，占总组分的 18.0%；8 号煤有机组 分中镜质组为 90.9%，惰质组为 9.1%，为微镜惰煤，无机组分以粘土质为主， 硫化物及氧化硅少量，占总组分的 12.0%；9 号煤有机组分中镜质组为 92.1%， 惰质组为 7.9%，为微镜惰煤，无机组分以粘土质为主，硫化物及氧化硅少量， 占总组分的 15.2%。 1.3.2 其他开采技术条件 1.3.2.1 煤层顶底板工程地质特征 2 号煤层顶板以泥质岩类为主，底板以砂质岩为主；4 号煤层顶板一般为砂 质泥岩为主。底板一般为砂质泥岩和泥岩；5 号煤层顶板多为砂质泥岩，底板 多为泥岩；6 号煤层顶板多为泥岩和炭质泥岩，底板为细砂岩和泥岩；8 号煤层 顶板多为炭质泥岩和砂质泥岩，底板多为细砂岩和泥岩；9 号煤层顶板为泥岩 和砂质泥岩，底板以泥岩为主。各煤层顶底板岩石物理力学实验成果见表 1-3- 2。 表 1-3-2 煤层顶底板岩石物理力学实验成果表 煤层 编号 顶底板 单向抗压强度 (MPa) 单向抗拉强度 (MPa) 抗剪强度 (MPa) 岩石 名称 顶板 6.563.11.24.0 砂质泥岩 2 号 底板 17.762.22.210.0-26.0 细砂岩 顶板 67.1 4 号 底板 4.763.02.510.3-15.6 细砂岩 顶板 100.3 砂质泥岩 5 号 底板 109.8-126.82.33.010.0-35.1 泥岩 顶板 32.7 砂质泥岩 6 号 底板 40.884.62.86.711.6 泥岩 顶板 27.3 炭质泥岩 8 号 底板 27.882.32.14.313.6 泥岩 顶板 31.068.3 砂质泥岩 9 号 底板 24.8112.61.12.45.928.5 粉砂岩 1.3.2.2 瓦斯 （1）钻孔瓦斯 据本次地质报告钻孔采取的瓦斯测试记过：2 号煤层瓦斯中 CH4 含量 0.13ml/gdaf，占瓦斯成分的 3.09%，CO2 占 0.38%，N2 占 96.53%，为氮气带； 太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书 20 4 号煤层瓦斯中 CH4 含量 3.08 ml/gdaf，占瓦斯成分的 37.30%，CO2 含量 0.07 ml/gdaf，占瓦斯成分的 1.90%，N2 占 60.74%，为氮气甲烷带；5 号 煤层瓦斯中 CH4 含量 0.02-0.09 ml/gdaf，占瓦斯成分的 0.00%，CO2 含量 0.01-0.07ml/g，占瓦斯成分的 0.08%-2.61%，N2 占 97.39%-98.83%，为氮气带； 8 号煤层瓦斯含量中 CH4 含量 0.78-1.89 ml/gdaf，占瓦斯成分的 6.58%- 19.03%，CO2 含量 0.02-0.34 ml/gdaf，占瓦斯成分的 1.58%-29.91%，N2 占 63.51%-98.42%，为二氧化碳氮气带和氮气带；9 号煤层瓦斯含量中 CH4 含量 2.65 ml/gdaf，占瓦斯成分的 36.95%，CO2 含量 0.01 ml/gdaf，占瓦斯成 分的 0.17%，N2 占 62.86%，为氮气甲烷带。 （2）矿井瓦斯 根据山西省煤炭工业局晋煤安发200612 号文件，关于太原市 254 座煤矿 2005 年瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定的批复，本井田内整合前各煤矿开采 2 号和 8 号煤层，均为高瓦斯矿井，其周边相临煤矿如清徐县东于煤矿、清徐县 平太煤矿等也为高瓦斯矿井。 根据山西省煤炭工业局晋煤安发200612 号文批复，2005 年度原太原市清 徐县平口煤矿 8 号煤层绝对瓦斯涌出量为 10.71m3/min,相对瓦斯涌出量为 27.6m3/t,二氧化碳绝对涌出量为 1.55 m3/min,相对涌出量为 3.99m3/t,为高瓦 斯矿井。太原市清徐县西沟煤矿 2 号煤层瓦斯绝对涌出量为 3.68m3/min,瓦斯相 对