华晟荣井田勘察设计毕业论文.doc

中国矿业大学2010届本科生毕业设计 第68页华晟荣井田勘察设计毕业论文 1 矿井概况与地质特征1.1矿井概况1.1.1地理位置与交通华晟荣井田位于长治市西南20km，井田地跨长子县南漳乡、郭村乡和长治县北呈乡。其地理位置为东经11257061130028、北纬360230360450。太（原）焦（作）铁路、太（原）洛（阳）公路均从本井田穿过，太焦铁路等级为干线二级，最大输送能力4000万t。1999年，邯郸到济南的铁路邯济线开通，为华晟荣矿井的煤炭外运提供了另一条通道，由邯长线、邯济线和胶济线组成的东西方向铁路横跨京九线、京广线和京沪线这三条铁路大动脉，直达青岛前湾港和日照港。华晟荣矿井铁路专用线拟接轨站为太焦铁路的西南呈火车站，距工业广场仅1km左右，正线长仅1.6km。另外，华晟荣矿井还有公路通往太原、临汾、洛阳和长治等市。交通十分方便。矿井交通位置如图1.1所示图1.1 矿井交通位置图长晋二级公路从井田东3km处经过，该公路为长治至晋城的交通干线，路面宽12m，混合车道，运输繁忙；太焦铁路也从井田西边界外通过，是“晋煤外运”的东南部出口（铁路、公路交通情况见表1.1），此外，长治市北郊的长治飞机场是晋东南地区唯一的航空港口，每周有航班可直达北京、太原等地。表1.1 铁路、公路交通情况表铁路公路线名起止站里程（km）线名起止站里程（km）太焦线长治太原280太洛线西南呈长治20太焦线长治新乡217太洛线长治太原250邯长线长治邯郸220长临线长治临汾171长邯线长治邯郸1851.1.2地形地貌长治地区位于山西省东南部，我国第二级地理台阶的东缘，属黄土高原的一部分。本井田位于太行山中段西侧的山前地带，上党盆地南部。井田内地势平坦，地面标高一般在+925+960m之间，总体上地势为中部和西南部高，西部、北部低，井田内最高点为南部的南岭头，标高为+963.45m，最低位于西部600m处的陶清河桥，桥面标高为+933.6m，桥下河床标高为+928.5m，为高原沉陷盆地和丘陵区。1.1.3水系水源条件本区为海河流域卫河水系之浊漳河及南源陶清河支流。陶清河为区内唯一河流，由南部北岭头流入井田，往北西经西南呈流出井田。因该河上游已兴修水库，除雨季稍有积水外，几乎常年无水。该区地下水含量较丰富，当地村民生活、农田灌溉用水取之第四纪含水层。据长治市南寨井田2号孔抽水资料，单位涌水量0.0440.051L/m.s，渗透系数0.0620.067m/d。第四纪冲积层在本区厚度122.67m，水量直接受大气降水补给，水位变化幅度0.82m，奥陶统含水层水量丰富，水位标高+660m。另外，矿井以西l4km有一申村水库，库容2565万m3，也可作为矿井永久水源。由于奥陶系灰岩埋藏深400600m，申村水库较远，用其作为矿井永久水源则工程投资大，因此，本矿可考虑以第四纪含水层作为生活用水水源，矿井排水经处理后作为生产用水。1.1.4气象及地震本区属典型大陆性气候，夏季午间较热，早晚凉爽，昼夜温差较大。春、冬季多风，雨量小、气候干燥。据长子县气象站19801986年资料统计，年最大蒸发量为1986年的2002.9毫米，最小为1984年的1230.6毫米，年平均蒸发量为1554.1毫米。年最大降雨量为1980年的634.1毫米，最小为1983年的449.9毫米，年平均降雨量为516.74毫米。蒸发量为降雨量的三倍。雨季多集中在7、8、9三个月，日最大降雨量为88.7毫米。年平均温度最高为10.3，最低为9.3，日最高温度为37.2。最低温度为-19.8。年最多风向为西北风，最大风速为1416m/s，冻结期为10月至次年4月，冻土深度一般为0.60m。据1990年国家地震局对长治、高平、晋城、沁水地区地震基本烈度的划分意见，本区基本烈度划为6度。1.1.5矿区电源条件及通讯条件本地区现有三座110kV变电站。长子110kV变电站位于长子县城西关，双电源均引自长治220kV变电站，主电源导线型号为LGJ-150，线路长度22.7km；备用电源导线型号为LGJ-240，线路长度20.1km。备用电源与东牵110kV变电站共用。东牵110kV变电站主电源引自长治220kV变电站，主电源导线型号为LGJ-185，线路长度28km；备用电源由长治长子回路在长子110kV变电站外“T”接导线型号为LGJ-185，线路长度17.1km。本站为电气化铁路专用变电站，现有2台双绕组变压器，其容量均为25MVA，单母分段运行。宋村110kV变电站电源引自长子110kV变电站，导线型号为LGJ-95，线路长度10.2km，现有1台双绕组变压器，容量为10MVA，电压为110/10.5kV。矿区内有条件与长治市现有通讯设施连接建设一套完善的矿井信息系统，集通信、监控、计算机管理于一体，通讯条件可靠。1.1.6 主要建筑材料供应条件本区有国内大型煤炭工业基地潞安矿区，长期以来形成了可靠的材料供应来源，为矿井的建设提供了方便条件。1.1.7 井田邻近煤矿概况及评述西南呈井田东与长治县经纺煤矿为界，北、西、南三面为潞安矿区规划的高河、辛庄、下霍三井田（规划能力均为400万吨）。长子县内现有生产井集中在东南部地区，主要矿井有市营慈林山矿和县营色头矿。慈林山煤矿：立井开拓，开采3煤层，开采水平+913m，1957年投产，原设计能力为30万t/a，现达50万t/a。采煤方法为分层走向长壁式单体液压支柱支护，金属网假顶、全部垮落式采煤法。井田面积为18km2，其北区陷落柱发育，一般长轴为10m左右，最大为40多米，而南区只见一个陷落柱。色头煤矿：立井开拓，开采3煤层，开采水平+920m，1942年建矿，1975年扩建新区。设计生产能力为35万t/a，现达40万t/a。采煤方法为单体液压支柱支护，金属网假顶，全部垮落式采煤法。工作面长度为120m，井田面积 11.4km2。已见9个陷落柱，其长轴多为3060m。经纺矿：长治县县营矿，立井开拓，设计生产能力30万t/a。临近矿井生产实践表明，该区具有良好的煤层开采条件，同时由于该矿井北、西、南三面为潞安矿区规划的高河、辛庄、下霍井田，其东部为县营经纺煤矿，所以周边矿井对于华晟荣矿井不会造成太大影响。1.1.8 地区经济概况华晟荣矿井地跨长治市长子县和长治县。长治市下辖十三个县、区（长治、潞城、屯留，长子、壶关、平顺、黎城、武乡、襄垣、沁县、沁源县、城区、郊区）面积13896 km2，人口307.6万人。1998年，长治市工业总产值达到275亿元，粮食总产量149亿kg，农民人均纯收入2100元，财政收入达到13.0亿元。长子县总面积1029 km2，辖5镇18乡399个行政村，人口35万人，是全市最大的一个城郊县，1998年，全县工业总产值5.16亿元，农业总产值2.98亿元，主要农业产品为粮食（玉米、高粱、谷子，小麦和豆类等）、蔬菜、线麻、油料等，全县工矿企业主要有煤矿、化工（化肥、橡胶）、建材（水泥、砖）、冶金和机械加工业。长治县国土面积483 km2，辖4镇16乡，254个行政村，人口31.7万人，2000年全县工业总产值达到6.77亿元，全县建成了洗衣机厂、经坊煤矿、锅炉厂、起重设备厂、通用机械厂、金晶药业公司等一批骨干企业，形成了煤炭、家电、机械制造、化轻四大主导产业；全县乡镇企业总产值达到22.89亿元，营业收入达到15.86亿元，为农民提供人均收入1600元。1.2井田地质特征1.2.1井田地质概况本区地处华北古板块内部，属于典型的板内构造。长治矿区位于华北断块区吕梁太行断块沁水块坳东部次级构造单元沾尚武乡阳城NNE向凹褶带中段，晋获断裂带西侧，主体部分叠加长治新裂陷，井田位于新裂陷的中南部。沁水块坳是山西省最大的四级构造单元，其范围与沁水煤田范围相当。块坳是一个被断裂围限的矩形断块，主体部分出露二叠系、三叠系地层，相对于周缘构造单元而言，沁水块坳较稳定。作为沁水块坳与太行山块隆分界的晋获断裂带对区域构造格局的形成和发展具有重要的控制作用。晋获断裂带是一条区域性的大断裂，该带北起河北省获鹿，向南经左权县清城、桐峪县，潞城市区，长治市东侧，高平市东，延伸至晋城市以南，黎城以北，逆冲断裂保存完好，黎城至庄头断层段，新生代发生反向运动，沿断裂带西侧发育一组向西倾斜的正断层，形成了长治断陷盆地。长治新裂陷叠加于中生代沾尚武乡阳城凹褶带之上，是东深西浅的箕形盆地，北部以NEE向文王山地垒为界，南部被NEE向的庄头断层所限，向西逐渐翘起，盆地内充填上第三系上新统至第四系黄土层，最大厚度近300m。1.2.2地层井田内及其外围广为第四系黄土覆盖。井田内地层从新至老有第四系（Q）、二叠系上统上石盒子组（P2s）、二叠系下统下石盒子组（P1x）、二叠系下统山西组（P1S）、石炭系上统太原组（C3t）、石炭系中统本溪组（C2b）、奥陶系中统峰峰组（Q2f）。主要标志层：山西组主要标志层为3煤层，该层层位及厚度稳定，煤层结构简单。另一主要标志层为太原组下部之K2石灰岩，层位稳定，厚度较大，厚度为5.7810.64m，平均厚度7.37m，富含动物化石。14号煤上距K2石灰岩00.50m。现根据钻孔资料将区内地层分述于下：（1）、奥陶系中统（O2）：为本区含煤地层之基底，区域钻孔揭露其最大厚度为261.31m。1）上马家沟组（O2s）：最大揭露厚度70m左右，岩性主要为灰色中、厚层状石灰岩，夹泥质灰岩及白云质灰岩。2）峰峰组（O2f）：厚161.82200m，平均厚165.80m，底部以石膏层与下付地层整合接触。下部为深灰色中厚层状石灰岩、泥灰岩、浅灰色白云质灰岩，具方解石脉，溶洞发育，底部含层状及脉状石膏；中部为深灰色角砾状灰岩、石灰岩、泥灰岩及浅灰色白云质灰岩，呈互层状；上部为灰深灰色石灰岩，中厚层状，致密，具方解石脉。（2）、石炭系中统本溪组（C2b）：为灰深灰色铝土质泥岩、粘土质泥岩及砂质泥岩，含鲕粒，偶夹煤层及薄层石灰岩。底部具一层铁质粉砂岩或铁质泥岩，含黄铁矿结核，并有丰富的植物根、茎化石。最小厚度3.20m，最大厚度为29.60m，平均厚度10.25m。与下付地层为平行不整合接触。（3）、石炭系上统太原组（C3t）：为一套海陆交互相含煤地层，含煤512层，且下部煤层发育较好，具石灰岩68层，该组可分为三段：一段（C3t1）：自K1砂岩底至K2石灰岩底，最小厚度7.38m，最大厚度为28.80m，平均厚18.23m，以深灰灰黑色泥岩为主，夹粘土质泥岩、钙质泥岩、泥灰岩，局部夹粉砂岩，本段含煤23层，其中14可采煤层、15煤局部可采煤层。二段（C3t2）： 自K2石灰岩底至K4灰岩顶，最小厚度30.20m，最大厚度为43.86m，平均厚33.24m，以深灰色灰黑色泥岩、砂质泥岩，夹细粒砂岩、粉砂岩，含灰岩45层，夹煤3层，均不可采。三段（C3t3）：K4灰岩底至K7砂岩底，最小厚度43.17m，最大厚度为70.29m，平均厚53.38m，为灰深灰色泥岩、砂质泥岩，夹粉砂岩及细粒砂岩，见灰岩23层，含煤57层，其中9为局部可采煤层。（4）、二叠系下统山西组（P1s）：为本区主要含煤地层之一，有砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成，最小厚度44.40m，最大厚度为61.30m，平均厚度56.83m，底部以K7砂岩与下付地层分界，本区主要可采的3煤层就位于本组下部，此外该组上部尚有不可采的1、2煤层。（5）、二叠系下统下石盒子组（P1x）：由砂岩、粉砂岩及铝质泥岩组成，平均厚度65.89m。底部的K8砂岩为中、细粒砂岩或粉砂岩，中厚层状，层理发育，含炭屑，夹煤纹，局部见泥质包体和条带。本组中、上部为灰白色、略带淡绿色的中、粗粒砂岩、泥岩、砂质泥岩等，层理较发育。本组顶部为灰绿色、紫红色铝制泥岩，俗称“桃花泥岩”，以富含菱铁质鲕粒，色杂为其特征，厚度一般10m左右。（6）、二叠系上统上石盒子组（P2s）：本组地层保存不全，以往钻孔揭露的最大厚度为334.50m，由杂色砂、泥岩组成，底部以K10砂岩与下石盒子组分界。本组分为三段，下段（P2s1）：以灰绿色、紫红色砂质泥岩、泥岩为主，夹灰绿色中厚层状细、中、粗粒砂岩；下段平均厚度151.68m。中段（P2s2）：以灰白到灰绿色厚层状中、细粒砂岩为主，并与灰黄色、灰绿色、紫红色砂质泥岩构成互层，砂岩中发育层理，分选较差，磨圆度中等。中段平均厚92.28m。上段（P2s3）：以褐黄色、灰黄色、紫红色砂质泥岩、泥岩为主，夹长石杂砂岩及粉砂岩，上段厚85.95m。（7）、第三系上新统（N2）：一般为褐红、砖红、灰棕色及黄色的粘土、亚粘土夹砂层，并含砾石层，与下覆地层呈角度不整合接触，平均厚6.25m。（8）、第四系（Q）：广泛分布，最大厚度为236.85m。为灰黄色、棕黄色亚砂土，含较多钙质结核。 下更新统（Q1）：主要为棕红、褐红、灰绿色沙质粘土，下部常夹数层黄色中、粗砂土层。砂质粘土中常见螺类动物碎片，底部为砾石层。厚0.00175.63m，平均134.59m。中更新统（Q2）：上部为棕黄色、灰黄色沙质粘土，下部棕红色、棕黄色含砂粘土、粘土、含砂粘土。含较多钙质结核，底部为砾石层。厚0.0039.59m，平均厚27.47m。上更新统（Q3）：褐黄色、灰黄色砂质粘土、砂质粘土，夹细砂层底部常含砾石，分布于河流一级阶地。厚0.0060.47m，平均厚27.47m。全新统（Q4）：灰色淤泥、灰黄色沙质粘土，各种粒级的砾和砾石，仅分布于现化河床及河漫滩。1.2.3褶皱、断层及陷落柱西南呈井田位于长治南详查区中南部，地层起伏与区域构造总体一致，为一走向北北东，向南倾斜的单斜构造，并伴有一系列北东走向的褶曲及断裂构造。井田内主要构造形迹如下：（1）、褶曲1）上村向斜：自看寺断层，往南西经景家沟、王家岭、上村，至西南呈，全长6km。井田内长约1.6km，轴向总的为北40东。东翼地层倾角稍大，为7左右。2）北张村背斜：自北呈往南西经朔村西、北张村南东延至区外，全长8.4km。井田内长约4.8km，与朔村向斜平行展布，轴向与其基本一致。北段极为平缓开阔，南段两翼地层倾角较大，可达10。3）朔村向斜:经北呈、朔村、须村至董沟消失，全长8km，井田长约4.8km，南部为苏店断层所截。北段轴向为北45东，南段为南11度西，呈一向北凸起的“弓”形。轴部平缓开阔，两翼对称。倾角一般小于4，仅南段可达5以上。4）北岑北海东背斜：自北岑头东、往南西，在须村和辉河间倾伏。全长3.9km，井田内长约1km，轴向为北35东。轴部宽缓。两翼倾角稍大，可达6。（2）、断层朔村正断层：北东端与长治断层斜交，往南经苏店、六家村、朔村延至井田内尖灭。全长15.2km，井田内长约2.5km。断层走向为北55东左右，倾向北西，倾角70。（3）、陷落柱 在本地区本井田内多年的勘探中，尚未发现过有陷落柱的出现，同时从没有发现过火成岩体痕迹。综上所述，本井田构造总体属简单构造类型。1.2.4水文地质特征（1）、概况井田位于辛安泉域南部长治盆地水文地质单元内。北至人头山，西至云梦山，南至雨中山，东到太行山麓隔水层隆起地带。区域东南部地势高峻，出露一套碳酸岩盐类地层，呈南北向长条状分布，含岩溶裂隙水，向西地势逐渐降低。区域范围内主要河流为浊漳河，属海河水系。浊漳河分南、北、西三源。南源发源于长子县的发鸠山，长104km。西源发源于沁县漳源以北，长80km。南源和西源在襄樊县甘村附近汇合，并向北东东流至襄樊县小蛟村，又汇合发源于榆社县三县坝、流长116km的北源，汇合后向东南流经44km至辛安村再折向东流，在平顺县下马塔以东出省境。流域面积省境1174km2，晋东南区为10037km2，年径流量为12.7亿m3。（2）、含水层井田内主要含水层由老到新叙述如下：1）中奥陶统峰峰组灰岩岩溶裂隙含水层，埋深450m以下，水量丰富，水位标高663.21658.08m。2）上石炭统太原组K2、K3、K4、K5石灰岩裂隙含水层，除K2裂隙稍发育外，其它层岩溶裂隙不发育，冲洗液钻孔消耗在0.03211.45m3/h之间。3）下二叠系山西组K7砂岩、3煤顶板砂岩裂隙含水层，K7裂隙稍发育，冲洗液钻孔消耗量0.0689.664m3/h，3煤层顶板砂岩裂隙局部发育，冲洗液钻孔消耗量0.0357.04m3/h。4）下二叠系下石盒子组K8砂岩裂隙含水层，含水性弱。冲洗液钻孔消耗量0.05711.784m3/h。5）基岩风化带裂隙含水层，一般风化深度为3050m，冲洗液钻孔消耗量为0.1162.778m3/h。据长治市南寨井抽水资料，单位涌水量0.18680.2313l/sm。渗透系数0.570.64m/d。6）第四纪冲积洪积孔隙含水层，厚22.28112.67m，含水性由砂、砂砾层发育程度而定，南寨井资料单位涌水量0.0440.051l/sm。渗透系数0.0620.067m/d。水量受大气降水影响明显，水质为重碳酸盐硫酸盐钙型水。3煤层主要充水含水层和太原组各含水层，如无沟通，没有明显的水力联系，3煤层直接充水含水层为顶板砂岩裂隙含水层，含水较弱，又井田内地质构造较为简单，其水文地质类型属简单类型。15煤层直接充水含水层为K2K5石灰岩裂隙含水层，但水量也不大。15煤层距奥灰平均间距仅16.62m，且煤层位于奥灰水静水位标高以下60280m，一般160m左右，水力压头大，加上断裂、陷落构造，奥灰水进入坑道的可能性很大，故其水文地质条件列为中等复杂型。本井田勘探时未对断层带作抽水试验，开采3煤靠近断裂构造和陷落柱时应引起足够注意。（3）、主要隔水层1）太原组一段及本溪组隔水层组该层主要由具有塑性的铝质泥岩、粘土质泥岩及砂质泥岩等组成，位于15煤层底板与峰峰组顶界之间，层厚12.65-21.55m。该层组裂隙一般不发育，透水性差，隔断上下含水层的水力联系，隔水性能良好。2）太原组及山西组泥岩、砂质泥岩隔水层组该层组主要由泥岩、砂质泥岩等组成。厚度变化较大，仅在不同地段起局部隔水作用。3）上石盒子组及下石盒子组含水层之间的隔水层组该层组主要由泥岩、砂质泥岩组成。呈层状分布于各砂岩含水层之间，形成平行复合结构，阻隔上下各砂岩含水层间的水力联系。（4）、井田充水因素开采山西组3煤层时，充水主要来自煤层顶板砂岩裂隙含水层，由于开采时形成的导水裂隙，沟通导水裂隙带内及其它裂隙含水层，主要以顶板淋水方式向矿井充水；后期开采15煤层时，直接充水含水层为K2灰岩裂隙岩溶含水层。且15煤层位于奥灰水位标高以下，受采动破坏影响，隔水层变薄，加之奥灰水较高的水头压力，使15煤层矿床开采，实际上已成为岩溶裂隙水充水矿床。故在开采时应对其突水的可能性作进一步研究，并采取相应的安全措施。1）褶皱引起充水：在背向斜转折端，裂隙相对较发育有利于地下水的富集，当掘进至附近时，可能引起矿井突水。2）断层充水：井田内断层断距虽然不大，但断层破碎带可沟通含水层之间的水力联系，可引起采煤时侧向矿井充水。3）陷落柱充水：陷落柱产生的裂隙可沟通各含水层之间的水力联系，可引起采煤时向矿井侧向充水。3煤层底板突水系数计算见表1.2表1.2 3煤层底板突水系数计算表孔号底板标高/m底板水头压力/MPa隔水层厚度/m突水系数/Ts301584.530.723144.800.005302615.470.419126.770.003321598.580.585129.460.005西部底板等高线最低标高150.002.041125.000.016（5）、矿井涌水量预测矿区在生产时，正常涌水量200m3/h，最大涌水量280 m3/h。（6）、矿井供水水源1）松散层孔隙水含水较丰富，是当地农业和民用水的主要水源，为避免引起与农业争水的矛盾，一般不宜作为矿井建设的永久性水源。2）基岩风化带水含水性较好，富水差异性大，经取样分析，水质较好，可作为暂时水源。3）上下石盒子组砂岩裂隙水含水性较好，富水性不均一，经取样分析，水质较好，可作为暂时水源。4）奥陶系中统石灰岩岩溶水根据区域资料，奥陶系中统上马家沟组岩溶裂隙发育，含水丰富，经取样分析，水质较好，一般可作为矿井建设的永久性供水水源，但存在富水性不均一现象，在选取该含水层作为水源地时，应作进一步的工作。1.3煤层特征1.3.1煤层本区含煤713层，煤层总厚13.2317.37m，含煤系数9.15%。主要可采煤层四层，为石炭系上统太原组15、14、9煤层和二叠系下统山西组3煤层。（1）3煤层煤层位于二叠系山西组下部，为上煤组，厚5.906.80m。平均厚度6.51m，煤层稳定，顶板一般为泥岩、砂质泥岩，底板为砂质泥岩、细粒砂岩。一般夹矸1层，厚0.250.4m，属结构简单至较简单煤层。（2）9煤层煤层位于石炭二叠系太原组中部，下距14号煤层31.5040.30m，平均35.12m。煤层厚度0.352.00m，平均1.13m，顶板为泥灰岩，底板为粉砂岩、细粒砂岩，为不稳定型局部可采煤层。（3）14煤层煤层位于石炭系太原组下部，下距15号煤层3.935.85m，平均4.64m。煤层厚度为0.301.25m，平均0.55m，顶板为泥岩、石灰岩（K2），底板为砂质泥岩。属稳定可采煤层。（4）15煤层煤层位于太原组下部，煤层厚度2.534.02m，平均2.95m，夹矸17层，一般夹矸23层，顶板为砂质泥岩，底板为泥岩、铝土泥岩，属不稳定局部可采煤层。且煤层位于奥灰水静水位标高以下60280m，一般160m左右，水力压头大，加上断裂、陷落构造，奥灰水进入坑道的可能性很大，故其水文地质条件列为中等复杂型。各煤层情况统计见表1.3。表1.3 煤层厚度、结构特征表煤层厚度/m结 构层间距/m稳定性煤的容重35.906.80/6.51夹石1层（0.250.4m）稳定1.4790.352.00/1.13夹石1层（0.20.4m）53.6276.54/61.44不稳定1.57140.301.25/0.55无31.5040.30/35.12稳定1.49152.534.02/2.95一般夹石23层3.935.85/4.64不稳定1.401.3.2主采煤层的围岩性质3煤层直接顶板为砂质泥岩、泥岩，局部为粉砂岩，厚0.869.35m，结构松软，吸水易软化，强度较低，岩相变化大。老顶为中细粒砂岩，厚2.5516.50m，岩相变化大。真密度2657kg/m3，视密度2640kg/m3，含水率0.29%，为半坚硬岩坚硬岩。3煤层直接底板为砂质泥岩、泥岩，局部为粉砂岩，厚0.306.31m。老底为灰色中厚厚层状细粒砂岩，厚1.054.83m，岩相变化大，为半坚硬坚硬岩。垂向上为软弱坚硬软弱坚硬的相间复合结构，平面上岩相变化大，3煤层顶、底板工程地质条件复杂。钻孔柱状图见附录。3煤层顶、底板岩石物理力学性质试验结果见表1.4：表1.4 岩石物理力学性质试验成果表层位岩石名称饱和抗压强度/MPa自然抗压强度/MPa软化系数3煤层顶板细粒砂岩29.5粉砂岩5.413.70.39砂质泥岩9.714.70.663煤层底板砂质泥岩4.610.70.43粉砂岩12.020.30.591.3.3煤的特性（1）、煤种本井田内各煤层以贫煤为主，少部分为无烟煤，煤质变化总的趋势具有东高西低的特点，亦即浅部煤层的变质程度低于深部。（2）、煤的物理性质井田内3104、3105、3303钻孔采样对3煤层进行了显微煤岩鉴定，见表1.5。表1.5 3煤层显微组分定量统计一览表煤层有机组分/%无机组分/%镜质组最大反射率R0max/%镜质组惰质组壳质组粘土类硫化铁类碳酸化盐类其他小计381.691.68.418.43.69.60.300.30.80.604.59.91.8692.00986.713.36.30.67.01.9243煤层为黑色、条痕为深黑色黑色，断口参差状阶梯状，块状及粉状，玻璃金刚光泽，内生裂隙较发育。由镜煤、亮煤及暗煤组成，以亮煤为主，暗煤次之，夹镜煤条带，细中条带结构，属半亮光亮型煤。其镜煤最大反射率（Romax）值为1.8592.009%，相当贫煤至无烟煤变质阶段。9、14煤层为黑色、条痕黑色，断口参差状阶梯状，玻璃金刚光泽，以亮煤为主，暗煤次之，夹镜煤条带，细条带状结构，含黄铁矿结核及散晶，属半亮光亮型煤。15煤层：黑色，块状为主，夹部分粉状，半暗型煤，玻璃光泽，含黄铁矿结核，最大反射率（Romax）为2.032.045%，其变质阶段相当于贫煤。（3）、化学性质及工艺性能煤的工艺性能：煤的化学反应性，3煤二氧化碳还原率为21.828.8%，分解率56.164.1%，化学反应性一般为中等。15煤二氧化碳还原率为9.4%，分解率为82.7%，化学反应性属低等，煤的结渣性（3304孔、3号煤）鼓风速度0.1m/s时，结渣率为24.46%。0.3m/s时，结渣率大于25%，故3煤属强结渣煤。在不同温度下煤层对CO2反应性试验结果见表1.6。表1.6 3、15煤对CO2反应性试验结果表 温度CO2还原率%8008509009501000105011003煤层10.718.228.237.646.956.215煤层4.39.521.037.058.373.282.7综合煤质特征：原煤灰份、硫份由浅至深有逐渐增高之趋势，水份、磷份、发热量变化不大，碳元素含量均在88%左右，各主要煤层灰份SiO2+Al2O3在70%以上，精煤回收率，3煤层为40.13%，15煤层小于40%（平均29.5%），可选性属低等。煤质的工业分析见表1.7、1.8、1.9。表1.7 各煤层煤质化验工业分析Mad/%Ad/%Vdaf/%St，d/%Pd/%Qgr，v，d MJ/kg3原0.381.700.9313.0624.6917.0913.4316.3014.940.230.460.290.0200.0470.03027.25030.75029.491浮0.501.560.865.5510.736.7112.6913.9813.290.200.450.320.0050.0370.01831.25032.77631.97715原0.321.860.9220.1230.5425.0412.9717.3714.903.396.895.330.0040.0360.01823.17025.84924.283浮0.372.380.934.9410.426.9110.3513.3711.763.005.134.000.0020.0250.01331.46032.66232.061表1.8 元素分析（浮煤） 元素煤层Cdaf/%Hdaf/%Odaf/%Ndaf/%3煤层90.4891.5791.294.174.374.292.174.252.771.521.671.5915煤层87.0387.7088.783.824.124.001.812.931.000.921.051.00表1.9 煤灰成分分析结果 成分煤层SiO2+Al2O3+TiO2/%Fe2O3+CaO+MgO/%ST/视（相对）密度浮煤回收率/%3煤层77.2783.5379.5110.4616.0113.9113371.361.371.3731.5775.2145.7315煤层73.0482.1778.9512.8321.1015.6413971.409.1257.6935.55（4）、煤的工业用途3煤层主要为低中灰、特低硫、低磷、高发热量、高熔点灰份贫煤，部分为无烟煤，精煤回收率、化学反应性均属中等，强结渣，为优良之动力用煤。并可考虑作化工和气化用煤。15煤层为中灰、富高硫、低磷、高发热量、高熔点灰份贫煤，部分为无烟煤。由于化学反应性低，精煤回收率为低等，硫份高，主要作动力用煤。煤层发热量汇总见表1.10。表1.10 3、15煤层发热量汇总表煤层号Qgr，v，d（MJ/kg）Qb.d（MJ/kg）3煤层原煤27.25030.75025.3131.0029.49129.40精煤31.25032.77633.3031.97715煤层原煤23.17025.84924.2127.8424.28326.03精煤31.46032.66232.0611.3.4瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃（1）、瓦斯瓦斯含量由东往西增加，由浅部往深部递增，3、15煤层甲烷含量不高，铁路以东3煤层为瓦斯风化带，15煤大部为瓦斯风化带。本井田瓦斯含量见测定结果汇总表1.11。综合上述结果，本井田3、15煤层按低瓦斯考虑。表1.11 3、15煤层瓦斯含量测定结果汇总表煤层编号甲烷含量（ml/gdaf）甲烷成份（%）3煤层01.70.72060.5524.9115煤层0.077.722.472.586.2844.77对可采煤层钻孔瓦斯含量测定成果统计见表1.12表1.12 可采煤层钻孔瓦斯含量测定成果统计表煤层编号甲烷含量ml/gdaf瓦斯成分CH4/%CO2/%N2/%C2HxC8Hx/%3煤层0.211.410.5210.4035.6825.121.275.023.0412.4082.7037.350.00015煤层0.077.783.724.0188.4752.991.884.222.789.4195.0944.580.000（2）、煤尘爆炸与煤的自燃据地质资料显示：3煤层有煤尘爆炸危险性，15煤层其火焰长度420mm，扑灭火焰的岩粉量为50%70%，15煤层具有煤尘爆炸危险性，；据长治勘探区详查地质报告采样做煤的自燃趋势试验结果，3煤层还原样与氧化样燃点之差为35，据此评定，3煤层属不易自燃煤层，15煤层还原样与氧化样燃点之差为1450，15煤层属自燃煤层。（3）、地温根据大范围的钻孔井温测量资料，本区为地温正常区，平均地温梯度：500m以内为1.15/hm，500m以外为1.45/hm，综合分析认为地恒温带深度约2040m，温度14.7。2 井田境界和储量2.1井田境界华晟荣矿整个井田有六个拐点组成，各拐点的经纬坐标见表2.1。表2.1 井田境界拐点坐标表点号纬度（X）经度（Y）点号纬度（X）经度（Y）139961681968099043991680196803332399447019681001539916801967537933993934196802636399604019676841自1988年开始，先后有几家煤田地质队在该区进行了地质工作，1988年地质部山西办事处114地质队进行过普查，提交山西省长治勘探区详查地质报告经山西煤炭工业管理局1988年第8801号文审批。华晟荣煤矿始建于2002年，矿区面积为19.8km2，同年该矿为了安全生产的需要，特委托山西煤炭地质114勘查院（资格证号：1420051110066）在先期开采地段施工3个钻孔，并提交山西省沁水煤田长子县地方国营华晟荣煤矿生产补充勘探地质报告。2.2矿井工业储量2.2.1储量计算基础（1）根据本矿的井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算；（2）根据煤炭资源地质勘探规范和煤炭工业技术政策规定：煤层最低可采厚度为0.70m，原煤灰分40%；（3）依据国务院过函（1998）5号文关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问题的批复内容要求：禁止新建煤层含硫份大于3%的矿井。硫份大于3%的煤层储量列入平衡表外的储量；（4）储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05m时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹石总厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度；（5）井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。2.2.2矿井地质勘探井田西部、东部钻孔分布均匀，地质勘探类型为精查，北部钻孔分布均匀，为详细勘探区，南部的东半部份钻孔较少，为普查区。井田内西部以及断层北部大部分属111b级储量，断层附近及露头附近属122b级储量，其它区域为333级储量。高级储量占94.25%，符合煤炭工业设计规范要求。3煤层最小可采厚度为5.9m，最大可采厚度为6.80 m，平均6.51m。2.2.3矿井工业储量计算由地质勘探知，本矿井可采煤层有四层，分别为3、9、14和15煤层。但是9煤层和15煤层赋存不稳定，同时15煤硫份高，属于自燃煤层，同时15煤层位于奥灰水位标高以下，受采动破坏影响，隔水层变薄，加之奥灰水较高的水头压力，使15煤层矿床开采，实际上已成为岩溶裂隙水充水矿床，开采投资大，而14煤层属于薄煤层，因此本设计主要是对3煤层进行设计。矿区井田地质图如图2.1所示。图2.1 华晟荣煤矿地质图由于煤层产状、厚度、煤质比较稳定，本次储量计算采用地质块段法，即以块段面积乘以块段平均煤厚和煤层视密度，即得该块段的储量。根据地质勘探情况，将矿体划分为A、B、C、D、E、F六个块段，华晟荣煤矿储量计算块段划分如图2.2所示，在各块段范围内，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。 图2.2 华晟荣煤矿储量计算块段划分图A块段水平面积为7.378km2，倾角为2.72，3煤平均厚度6.6m；B块段水平面积为2.886km2，倾角为3.07，3煤平均厚度6.5m；C块段水平面积为4.534 km2，倾角为3.77，3煤平均厚度6.5m；D块段水平面积为2.264 km2，倾角为4.2，3煤平均厚度6.4m；E块段水平面积为0.432km2，倾角为8.75，3煤平均厚度6.1m；F块段水平面积为2.258 km2，倾角为6.45，3煤平均厚度6.3m；矿井工业储量利用下式计算：式中:m 各块段煤层平均厚度，m；r 煤层容重，3为1.47t/m3；S 各块段水平面积，km2； 各块段煤层的倾角；把各块段的数值带入式2-1得：则矿井工业储量：2.3矿井可采储量2.3.1井田边界保护煤柱根据华晟荣矿的实际情况，井田边界保护煤柱取30宽，则井田边界保护煤柱的损失按下式计算。式中：P井田边界保护煤柱损失，万t。H井田边界煤柱宽度，30m；L井田边界长度，18563m；m煤层厚度，3煤层平均为6.51m， r煤层容重，3为1.47t/m3； 代入数据得：2.3.2工业广场保护煤柱工业广场的占地面积，根据煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明中第十五条，工业场地占地面积指标见表2.2。表2.2 工业广场占地面积指标表井型（Mt/a）占地面积指标（ha/0.1Mt）2.4及以上1.01.21.81.20.450.91.50.090.31.8矿井井型设计为1.8Mt/a，因此由表2-2可以确定本设计矿井的工业广场为21.6公顷。取工业广场的尺寸为400 m500 m的长方形。工业广场所在位置煤层倾角为4，其中心处埋藏深度为-350 m，该处表土层厚度为70 m，主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程第14条和第17条规定工业广场属于级保护，需要留设15m宽的围护带。本矿井的地质条件及冲积层和基岩移动角见表2.3。表2.3 地质条件、冲积层及岩层移动角广场中心深度/m煤层倾角/煤层厚度/m风积沙层厚度/m/335046.517045737575工业广场压煤计算示意图如图2.3所示：图2.3 工业广场压煤计算示意图根据以上条件和方法，通过vb绘图软件可以计算出，工业广场的保护煤柱在3煤层所占面积为60.95万m2，损失量为580.71万t。2.3.3断层和井筒保护煤柱我国井工开采时断层保护煤柱留设经验汇总见表2.4。表2.4 断层保护煤柱留设方法断层落差H留设尺寸H50m50m30mH50m30mH30m不留设煤柱由于本井田内东南部的断层落差为25m30m，因此根据以往的开采经验不需要留设断层保护煤柱；同时主副井筒在工业广场内，不需要另外留设保护煤柱；矿井的永久保护煤柱损失量汇总表见表2.5。表2.5 永久保护煤柱损失量保护煤柱形式损失量（t）井田边界保护煤柱532.93工业广场保护煤柱580.71断层和井筒保护煤柱0合计1113.642.3.4矿井可采储量矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算： 式中：Zk 矿井可采储量，； Zg 矿井的工业储量，188.95Mt；P 保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断层等留设的永久保护煤柱损失量，万t；C 采区采出率。根据煤炭工业矿井设计规范2.1.4条规定：矿井的采出率，厚煤层不小于0.75；中厚煤层不小于0.8；薄煤层不小于0.85。本设计矿井3煤层厚度为6.11m，15煤层厚度5.05m，均属于厚煤层，因此采区采出率选择0.75。则代入数据得矿井设计可采储量：3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范2.2.3条规定，矿井设计宜按年工作日330天计算，每天净提升时间宜为16小时。矿井工作制度采用“三八制”作业，两班生产，一班检修。3.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1确定依据煤炭工业矿井设计规范第2.2.1条规定：矿井设计生产能力应根据资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经多方案比较或系统优化后确定。矿区规模可依据以下条件确定：（1）资源情况：煤田地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设大型矿井。煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿区规模定得太大；（2）开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市），交通（铁路、公路、水运），用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等。条件好者，应加大开发强度和矿区规模，否则应缩小规模；（3）国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤中煤质、产量等）的预测是确定矿区规模的一个重要依据；（4）投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大矿区规模，反之则缩小规模。3.2.2矿井设计生产能力本矿井井田范围内煤层赋存简单，地质条件较好，首采煤层平均厚度6.51m，煤层平均倾角24，属近水平煤层。全国煤炭市场需求量大，经济效益好。结合本矿区的煤炭储量，确定本矿井设计生产能力为1.8Mt/a。3.2.3矿井服务年限矿井可采储量、设计生产能力和矿井服务年限三者之间的关系为：式中：T 矿井服务年限，a；ZK 矿井可采储量，13336.02万t；A 设计生产能力，180万t/a；K 矿井储量备用系数。矿井投产后，产量迅速提高，矿井各生产环节需要有一定的储备能力。例如局部地质条件变化，使储量减少；或者矿井由于技术原因，使采出率降低，从而减少了储量。因此，需要考虑储量备用系数。煤炭工业矿井设计规范第2.2.6条规定：计算矿井及第一开采水平设计服务年限时，储量备用系数宜采用1.31.5。结合本设计矿井的具体情况，矿井储量备用系数选定为1.3。把数据代入公式3-1得矿井服务年限：本矿井设计只有一个水平，因此，第一水平服务年限也是56.9a。3.2.4 井型校核按矿井的实际煤层开采能力，运输能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：（1）、煤层开采能力的校核井田内3煤层为首采煤层，煤厚6.51m，为厚煤层，赋存稳定，厚度基