张华堂田庄煤矿张华堂

1、中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第I页目录一般部分1 矿区概述及井田地质特征11.1 矿区概述11.1.1 位置与范围11.1.2 采矿权设置21.1.3 交通31.1.4 自然地理31.2 井田地质特征41.2.1 区域地质特征41.2.2 地层特征41.2.3 断层构造51.2.4 水文地质51.3 煤层特征71.3.1 含煤地层71.3.2 可采煤层71.3.3 煤层对比111.3.4 煤质122井田境界及储量152.1 井田境界152.1.1 井田范围152.1.2 开采界限152.1.3 井田尺寸152.2 工业储量162.2.1 矿井设计储量182.2.2 矿井可采储量192

2、.2.3 主要井巷保护煤柱煤量212.2.4 矿井可采储量21矿井生产能力、服务年限及工作制度223.1 矿井设计生产能力223.1.1 确定依据223.1.2 矿井设计生产能力223.1.3 井型校核223.2 服务年限233.2.1 矿井服务年限233.2.2 矿井工作制度23井田开拓244.1 井田开拓的基本问题244.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标244.1.2 工业场地的位置254.1.3 开采水平的确定及采盘区划分264.1.4 主要开拓巷道264.1.5 矿井开拓方案2634中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第II页4.2 矿井基本巷道314.2.1 井筒314.2.

3、2 井底车场及硐室344.2.3 主要开拓巷道354.2.4 巷道支护38准备方式带区巷道布置395.1 煤层地质特征395.1.1 带区位置395.1.2 带区煤层特征395.1.3 主要可采煤层顶底板岩石力学特征395.1.4 水文地质395.1.5 地质构造405.1.6 瓦斯405.1.7 地温405.2 带区巷道布置及生产系统405.2.1 带区准备方式的确定405.2.2 带区巷道布置415.2.3 带区生产系统415.2.4 带区内巷道掘进方法425.2.5 带区生产能力及采出率425.3 带区车场选型设计44采煤方法456.1 采煤工艺方式456.1.1 带区煤层特征及地质条件

4、456.1.2 确定采煤工艺方式456.1.3 回采工作面参数466.1.4 综采工作面的设备选型及配套466.1.5 回采工艺516.1.6 回采工作面支护方式526.1.7 工作面端头支护和超前支护546.1.8 各工艺过程注意事项556.1.9 循环图表、劳动组织、主要技术经济指标566.2 回采巷道布置596.2.1 回采巷道布置方式596.2.2 回采巷道参数59井下运输627.1 概述627.1.1 矿井设计生产能力及工作制度627.1.2 煤层及煤质627.1.3 运输距离和运输设计627.1.4 矿井运输系统637.2 带区运输设备选择647.2.1 设备选型原则：647.2.

5、2 带区运输设备选型及能力验算64567中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第III页7.3 大巷运输设备选667.3.1 运输大巷设备选择667.3.2 轨道大巷设备选择66矿井提升688.1 矿井提升概述688.2 主副井提升688.2.1 主井提升688.2.2 副井提升设备选型70矿井通风及安全739.1 矿井通风系统选择739.1.1 矿井基本概况739.1.2 矿井通风系统的基本要求739.1.3 矿井通风方式的选择739.1.4 矿井通风方法的选择749.1.5 带区通风系统的要求759.1.6 带区工作面通风方式的确定759.1.7 通风容易时期和通风困难时期采煤方案的确定7

6、69.2 带区及矿井所需风量769.2.1 回采工作面风量计算769.2.2 掘进工作面风量计算799.2.3 硐室需风量809.2.4 其它巷道风量计算819.2.5 矿井总风量计算819.2.6 风量分配819.2.7 通风构筑物839.3 全矿通风阻力计算839.3.1 矿井通风总阻力计算原则839.3.2 确定矿井通风容易和困难时期849.3.3 矿井最大阻力路线849.3.4 矿井通风阻力计算859.3.5 矿井通风总阻力869.3.6 矿井总风阻及总等积孔869.4 矿井通风设备选型879.4.1 通风机选择的基本原则879.4.2 通风机风压的确定879.4.3 电动机选型899

7、.4.4 矿井主要通风设备的要求909.4.5 对反风、风硐的要求909.5 防止特殊灾害的安全措施919.5.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施919.5.2 预防井下火灾的措施919.5.3 防水措施928910 设计矿井基本技术经济指标94参考文献：95中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第IV页专题部分绿色开采技术理论及可行性分析96翻译部分英文原文103中文译文113致谢120中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第1页1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 位置与范围田庄煤矿位于兖州煤田西南部，行政区划隶属济宁市高新技术开发区及邹城市管辖，北距兖州市约 30km，东距邹城

8、市约 25km（图 1.1）。地理坐标东经 11642 1011647 08，北纬 3523 113527 02，井田南北长约6.5km，东西宽 3.37.0km，采矿许可证批准矿区范围 25.87km2。本区东侧与杨村煤矿相邻，南侧为横河煤矿及太平煤矿，参见图 1.2。图 1.1 交通位置图 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第2页图 1.2 矿井附近煤矿分布 1.1.2 采矿权设置2008 年 9 月山东省国土资源厅审查批准授予临沂矿业集团采矿许可证，证号 C3700002008091120000874： 采矿权人：山东省田庄煤矿田庄矿地址：济宁高新技术开发区王因镇矿山名称：山东省田庄

9、煤矿经济类型：国有企业中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第3页开采方式：地下开采生产规模：120.00 万吨/年矿区面积：25.87 km2有效期限：自 2008 年 9 月 26 日至 2018 年 9 月 26 日开采深度：由-140m 至-260m 标高，共有 14 个拐点圈定。矿区范围拐点坐标详见表 1.1。表 1.1 田庄煤矿矿区范围拐点坐标表1.1.3 交通区内陆路、水路交通极为方便。东部有京沪铁路、兖石铁路、兖州滕州公路、104 国道、京福高速公路；西北有兖新铁路、327 国道、京杭大运河；南侧有邹城济宁公路。1.1.4 自然地理区内为第四系冲积平原，地形平坦，地面标高 37

10、.9243.39m，地势由东北向西南逐渐降低，坡度极为平缓。主要河流有井田东南部的泗水河，河床常年有水，河面宽 0.801.20km，最大流量可达 3380m3/s。1958 年以来，上游先后修建大量水库，中游修建分洪河道，逐年加高、加固堤坝，下游整修南四湖湖底，起到了防洪排涝作用。本区属温带季风区海洋大陆性气候。区内年平均降水量为 708.14 mm，年最大降水量 1263.8 mm（1964 年），年最小降水量 271.00 mm（1988 年），降雨点号 X 坐标 Y 坐标 点号 X 坐标 Y 坐标 1 3924000 39473000 8 3922000 39480542 2 3924

11、000 39476000 9 3921090 39480402 3 3923150 39477750 10 3919930 39478580 4 3924670 39477750 11 3919245 39479072 5 3925345 39478230 12 3917972 39476554 6 3923650 39479020 13 3917565 39475745 7 3922938 39480000 14 3918000 39475100 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第4页多集中在 78 月。历年平均气温 17.9，年平均最高气温 20.6（1964 年），年平均最低气温

12、14.1（1969 年、1984 年。冬季多北风，夏季多南风，最大风速为 16m/s（1978 年 2 月 17 日），最大积雪厚度 0.24m，最大冻土深度 0.27m。根据国家地震局、建设部、震发办（1992）160 号文“关于发布中国地震裂度区划1990和中国地震裂度区划震裂度为 7 度。1990使用规定”，兖州地1.2 井田地质特征1.2.1 区域地质特征兖州煤田为石炭二叠系全隐蔽式煤田，在区域构造位置上处于鲁西南坳陷区的东缘。兖州煤田构造形态为一轴向北东东的宽缓、倾伏向斜构造，向斜轴的北东端倾伏，南西端。整个煤田构造以发育次一级波状褶皱为主要特征，伴有为数不多的断裂。地层倾角平缓，一

13、般 39，平均 6，断裂带附近异常区最大 30，煤系和煤层沉积稳定。除杨村矿井以及曲阜区西北部 35 号孔浆岩外，其它地区尚未发现岩浆岩侵入现象。岩田庄井田位于向斜端的西南边缘部分，含煤地层赋存较浅，全区含煤地层几乎都直接伏于第四系下。矿区地层区划属华北地层区鲁西地层分区济宁地层小区，区域地层自上而下有第四系、侏罗系上统蒙阴组、二叠系下统山西组、石炭系上统太原组、石炭系中统本溪组和奥陶系中统。本区基本构造形态为一宽缓波状起伏的单斜，地层总体倾向南东，倾角 3 10，一般为 6，局部地段接近水平状态，发育有次一级的宽缓褶皱和断裂构造。井田内尚未发现岩浆侵入活动。1.2.2 地层特征田庄煤矿矿区含

14、煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组。山西组局部残存，大都遭受剥蚀，仅有个别钻孔穿见 3 煤层，故含煤地层主要为上石炭统太原组。石灰系太原组由深灰灰黑色泥岩、粉砂岩、灰色粘土岩及砂岩组成，夹薄层灰岩 10 层左右，层位稳定者为三、五、十下、十一等层灰岩，田庄煤中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第5页矿范围内，十下灰赋存稳定。本组总厚 177m，由于遭受不同程度的剥蚀，剥蚀层位最大到十下灰岩底板，井田平均厚度 97.51m。本区含煤地层全部为第四系地层覆盖，平均厚度 160.24m，土层为棕黄色粘土、粘土质砂及砂砾石。含煤地层下伏地层为石炭系本溪组及奥陶系地层。本溪组厚度 21.404

15、8.00m，平均 40.00m，由杂色粘土岩、灰色石灰岩、紫色铁质泥岩和铝土岩组成，偶夹煤线和薄层砂岩。厚度由南往北逐渐变薄，十四层石灰岩为乳白色含筵科和小螺化石，层位稳定，但厚度变化大；奥陶系地层厚度 450750m，据钻孔，顶部为青灰色石灰岩，质纯，夹有绿色粘土，发育。1.2.3 断层构造田庄煤矿位于兖州向斜西缘，井田构造以宽缓的波状褶曲为主，中小型构造比较发育。原划分新集、田庄二井田的马家楼断层，经三维地震勘探确定不复存在。总体评价，井田构造类型属中等复杂型。F1 断层为正断层，位于井田中间部位，鲍 53 钻孔以北为北北东走向，落差055m，以南转近南北向，落差 10110m，倾向西，倾

16、角 6575，控制延展长度 2700m。太平煤矿开采 3 煤范围内编号为 F3。井田范围内至今尚未发现岩浆侵入活动。临近的杨村煤矿多处岩浆岩侵入体，岩性为细粒橄榄辉长岩，岩浆岩沿断层、裂隙带和较弱岩层呈不规则岩墙侵入。其侵入时代与济宁煤田、滕县煤田岩浆岩侵入体相同，为燕山期产物。1.2.4 水文地质（1） 区域水文地质概况兖州矿区为一轴向北东东的不完整向斜的隐状煤田，处于山前缓倾斜平原，煤系地层基底寒武、奥陶系灰岩岩溶水富水性强，岩溶水系统边界分别为：北界：为郓城断裂，由新驿经田户屯到纸坊一线，南升北降，落差西小东大，其北侧为坳陷区，奥陶系灰岩埋深顶面 750m 以上，岩溶不发育，构成隔水边界

17、。东界：为峄山断裂，自曲阜经邹县至界河一线，东升西降，落差北小南大。东侧为泰山群变质岩及岩浆岩，构成阻水边界。南界：为地表分水岭，由九山庄经后山庄堵子山峰顶至白山一线，标高 100中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第6页321m。西界：为孙氏店断层，由杨学庄经后李庙至两城一线。东升西降，西侧奥陶系灰岩埋深大，构成相对隔水边界。区域范围内，灰岩裸露面积 247km2，分布于南部地区；覆盖区岩溶含水层面积 706km2，分布于西部及南部；埋面积 420km2，埋藏于煤田分布范围之下。岩溶水系统（水文地质单元）总面积 1373km2（参见图 5-1）。对于太原组下部煤层开采具有潜在威胁的岩溶含水

18、层，主要是中奥陶统马家沟组第六段（O2m6）。本区岩溶水天然资源量 2.75m3/s。地下水的补给以大气降水入渗和第四系垂向越流补给为主，灰岩裸露区直接接受大气降水补给，覆盖区大气降水通过第四系补给灰岩；其次为相邻岩溶水系统的侧向迳流补给，峄山断层北端苗孔红庙约 5km 地段，系统东侧寒武系灰岩通过断层导水形成侧向补给。地下水总体流向在北部为由东向西，在兖州北西转为近北南向；东部煤田为北东至南西向；南部裸露区由南向北。地下水迳流方向与主要构造线及含水层地层走向基本一致，水力坡度平缓，在迳流区及排泄区小于 0.1。天然条件下，地下水在泉土附近溢成泉水，澜源泉、泉水附近的白马河床、孙氏店断层南端的

19、两城北泉，以往均为地下水排泄区，另外，南阳湖岸及湖底的灰岩出露处也是天然排泄区；近年由于邹西水源地（10.5 万 m3/d）、兖西水源地（3.5 万 m3/d）等的兴建，地下水开采量大幅增加，人工开采成为本区岩溶地下水的主要排泄方式，王因水源地已形成地下水降落漏斗。HCO3CaMg型，矿化度小于 1000mg/L，水奥陶水的水化学特性浅部为质良好；由浅至深随着含水层埋深的增加，地下水交替条件变差，矿化度及总硬度增加，水质类型渐变为 SO4HCO 3MgNa 型。（2） 矿井充水条件1） 地表水系泗河在本井田东部约 1 公里由北向南流过，属季节性河流，除洪水期外，河床常年处于干涸状态。泗河发源于

20、泗水泉林，向西南于济宁三号井田入南阳湖，全长 142km，流域面积 2570km2，河床宽 1001000m，最高洪水位+45.30m，最大流量 3380m3/s，其沉积物以中、细砂为主，河水与第四系上组潜水有互补关中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第7页系，由于第四系中组的阻隔，与基岩没有直接的补给关系。2）含水层井田内含水层有：第四系上组、下组砂及砂砾层，石炭系太原组第十下层石灰岩与本溪组第十四层石灰岩，奥陶系石灰岩。直接充水含水层为太原组第十下层石灰岩；各含水层与第四系下组在露头区有直接的补给关系。3） 矿井的涌水量目前矿井的实际涌水量为 120m3/h 左右，预计矿井最大涌水量 3

21、40m3/h。1.3 煤层特征1.3.1 含煤地层田庄煤矿矿区含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组。山西组局部残存，大都遭受剥蚀，仅有个别钻孔穿见 3 煤层，故含煤地层主要为上石炭统太原组。太原组含薄煤层 2227 层，井田范围内可采和局部可采煤层为 15 上、16 上、17、18 上煤 4 层，平均纯煤总厚 6.36m，含煤系数为 2.01%。其中主要可采煤层16 上平均纯煤总厚 4.8m，占可采煤层总厚的 75.0%。其它煤层均为不可采煤层。山西组含煤 3 层，即 1、2、3 煤层，其中主要可采煤层为 3 煤层。太原组含煤 27 层，即 4、5、6、7、8 上、8 下、9、10 上

22、、10 下、11、12 上 1、12 上 2、12 中、12 下、13、14、15 上、15 下、16 上、16 下、17、18 上 1、18 上 2、18 上 3、18 中、18 下、19 煤层。其中零星可采煤层为 10 下，主要可采煤层为 15 上、16 上、17、18 上煤层， 分布于含煤地层的中部和下部。其组合特征是 10 下、15 上煤层位于含煤地层中部； 16、17 煤层相距较近且与 18 上煤层位于含煤地层下部。1.3.2 可采煤层井田含煤地层为上石炭系太原组，平均厚度 97.51m，含煤 2227 层，剥蚀后残留的煤层总厚度 4.406.32m，平均 5.33m，含煤系数 0.

23、66%。15 上、17、18 上煤为沉积不稳定的局部可采煤层，第 16 上层煤沉积稳定，为全区稳定的可采煤层，可采厚度 4.8m。其余煤层为不可采、不稳定煤层。各可采煤层的厚度、间距、结构情况详见表 1.2。中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第8页表 1.2庄煤矿可采煤层特征表（1）3 煤层分布于井田中间部位，位于山西组下部，由于该组地层遭受严重剥蚀，残存局限。下距三灰 44.2651.14 m，平均 47.70 m；距 10 下煤层 78.6688.50 m，平均 82.43 m。顶板一般为中、细粒砂岩及粉砂岩，底板为细粒砂岩、粉砂岩及粘土岩。本煤层为主要可采煤层之一，在赋存区内 5 孔

24、穿见，全部可采，可采系数为100%，全层煤厚 7.4510.76m，平均 9.64m。变异系数为 12%。纯煤厚 7.4510.46m，平均 9.41m。有夹石 02 层，厚度 0.080.38m，岩性为炭质泥岩、炭质砂岩。本煤层结构较简单，在赋存区内属稳定煤层。但不属于田庄煤矿开采范围，不参加资源储量估算。（2）15 上煤层分布于矿井东及东北部边缘一带和中西部位，赋存于太原组中部，九灰之下，上距 10 下煤层 28.5845.27 m，平均 35.08 m；下距 16 上煤层 31.7054.00 m，平均 40.43 m。煤层厚度 0.15（鲍 73）1.34m（田 11），平均 0.78

25、m。顶板为九灰，局部相变为细砂岩、粉砂岩，局部有泥岩、炭质泥岩伪顶，底板多为粘土岩，局煤层编号 厚度（m） 最小最小平均 煤层间距 最小最大平均 结构 含夹矸情况 可采性 层数 岩性 厚度 15 上 0.151.34 0.78 31.7054.00 40.29 简单 03 黄铁矿与菱铁矿结核铝质泥岩 0.1 局部可采 简单 03 黄铁矿结核,炭质砂岩、石灰岩 0.10.3 可采 16 上 4.05.2 4.8 3.139.01 6.30 简单 02 黄铁矿结核、铝质泥岩、炭质细砂岩 0.020.2 局部可采 17 0.671.34 1.02 4.357.38 6.13 复杂 14 铝质泥岩、泥

26、岩、灰质泥岩 0.020.13局部可采 18 上01.410.38中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第9页部相变为粉砂岩、中细粒砂岩。本煤层为局部可采煤层。（3）16 上煤层本煤层为主要可采煤层。位于太原组下部，十下灰之下，上距 15 上煤层 31.7054.00 m，平均 40.43 m，下距 17 煤层 3.139.01 m，平均 6.30 m。煤层厚度 4.0（田 16）5.2m（鲍69），平均 4.8m。顶板为石灰岩（十下），局部相变为泥岩、粘土岩，局部有泥岩伪顶，底板一般为粘土岩，局部相变为粉砂岩、泥岩。原田庄井田内有 30 个钻孔穿过，有效点 28 个，可采点 28 个，按点数

27、计算可采系数 100，全层煤厚变异系数为 16.69%。纯煤厚 4.05.2m，平均 4.8m，为厚煤层。煤层结构简单，有夹石 13 层，厚度 0.10.3m，岩性为炭质砂岩、黄铁矿结核、炭质泥岩。本煤层属稳定可采煤层。原新集井田内有 62 点穿过层位，见正常煤 58 点，风化 4 点，断缺 1 点，断薄 1 点。在 45 个正常见煤点中，全部可采，按点数及面积计算的可采系数均为100%，煤厚变异系数为 12%。纯煤厚 4.05.22 m，平均 4.82m，为厚煤层。有夹石 02 层，厚度 0.020.17 m，岩性为泥岩、粘土岩、黄铁矿、炭质砂岩、炭质泥岩。本煤层结构较简单，属稳定可采煤层。

28、（4）17 煤层分布于整个矿区范围，位于太原组下部，十一灰之下，上距 16 上煤层 3.13 9.01 m，平均 6.30 m，下距含煤地层底界、十二灰顶 11.9423.73m，平均 16.56 m。煤层厚度 0.44（新 12）1.35m（SZK06），平均 1.00m。顶板为十一灰，局部相变为粉砂岩、细砂岩，多含有泥岩伪顶，底板一般为粘土岩，局部相变为页岩。原田庄井田有 31 点穿过，有效点 27 个，其中可采点 26 个，因工程质量差不能用的点 1 个，断缺点 2 个，可采系数 0.96，全层煤厚变异系数为 17.16%。纯煤厚 0.351.34m，平均 1.02m，为薄中厚煤层。绝大

29、部分见煤点煤厚大于0.8m，有夹石 12 层，厚度 0.020.20m，岩性为炭质砂岩、铝质泥岩、黄铁矿。本煤层结构较简单，为局部可采煤层。原新集井田有 62 点穿过层位，见正常煤 60 点，风化 1 点，断薄 1 点，断缺中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第10页1 点。在 60 个正常见煤点中，全部可采，按点数及面积计算的可采系数均为 100%， 全层煤厚变异系数为 16%。纯煤厚 0.631.35m，平均 0.97m，为薄中厚煤层。有夹石 02 层，厚度 0.020.20m，岩性为泥岩、粘土岩、黄铁矿、炭质砂岩。本煤层结构较简单，为局部可采煤层。（5）18 上煤层主要分布于田庄井田，

30、位于太原组底部，一般为 2 个分层，含 14 层夹石， 为复杂结构煤层，上分层厚度为01.41m，平均厚度0.38m；下分层厚度00.3m。上下分层间夹石层厚度为 0.751.98m，岩性为泥岩或粉砂岩、铝质泥岩。全井田共有 31 个钻孔穿过煤层，有效点共 30 个，其中可采点 8 个，不可采点 22 个， 断缺点 1 个，可采性指数为 0.26。煤层结构复杂，含夹石 14 层，夹石岩性为炭质砂岩、黄铁矿结核层，厚度为 0.020.13m。为极不稳定局部可采煤层。可采范围仅在娘娘庙村以北至 9勘探线附近及马家楼支二断层一带，面积很小。本煤层结构复杂，为不稳定的局部可采煤层。煤层顶板为泥岩或砂质

31、泥岩、粉砂岩或铝质泥岩，上距 17 煤底板平均 6.13m， 易受 17 煤开采影响和破坏。底板为铝质泥岩、泥岩，局部为细砂岩或中砂岩。该煤层未设计开采。中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第11页图 1.3 综合地质柱状图 1.3.3 煤层对比本区含煤地层内，标志层明显，易于进行煤层对比，主要可采煤层对比可靠。井田内可以利用的主要标志层如下：（1） 石灰岩太原组石灰岩发育，其中三灰及十下灰厚度最大，全区稳定分布，具有较好的区域对比意义，在整个兖州煤田范围可进行跟踪对比。(2) 铝质泥岩铝质泥岩在层位对比中具有重要地位，可以作为标志层的为 16 上煤底板铝质泥岩、17 煤底板铝质泥岩、18

32、上煤层底板铝质泥岩。(3) 煤层山西组下部赋存 3 煤，层位稳定，煤厚多在 7m 以上，在未剥蚀的残留地区， 是煤层对比的可靠标志。(4) 煤层顶板中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第12页石灰岩与煤层的特殊组合关系可作为对比的重要标志，井田内十下灰与 16上煤层、十一灰岩与 17 煤层、九灰与 15 上煤层等为石灰岩与煤层直接接触，灰岩为煤层的直接顶板，这种特殊的煤岩层组合关系成为煤层对比的重要标志。(5) 杂色铁铝质泥岩中奥陶统与上石炭统间为一区域性假整合面，在华北地区广泛发育，界面上沉积了一套杂色铝质泥岩、铝土岩，相当于华北其它地区的 G 层铝土岩和山西式铁层，标志十分明显，易于对比

33、。1.3.4 煤质(1) 物理性质和煤岩特征本区煤层为灰黑色黑色，条痕黑褐色，弱玻璃玻璃光泽，贝壳状或平坦状断口。以镜煤、亮煤为主，为细条带状，内生外生裂隙发育，裂隙常被黄铁矿、方解石充填。视密度在垂直地层剖面中，由上往下有减少之趋势。太原群煤岩组分以镜质组为主，丝质组次之，角质组最少。(2) 煤的化学性质及工艺性能1) 化学特征一般煤质特征本区煤层均属气煤，变质程度从上到下逐渐加深，是很好的炼焦配煤。原煤灰分除 l8 上煤层外（平均 27.21%），其余煤层均属中等灰分。各煤层均为特低磷低磷、高硫、中特高热值煤。主要煤质指标（表 1.3） 水分（Ma,d）自上而下逐渐降低，原煤水分含量为 1

34、.522.05。灰分（Ad）原煤灰分除 18 上煤含量较高外（平均 27.21%），其余煤层均值 13.26 15.36%，为低中灰煤。各层煤的灰成分均属酸性化合物，其灰碴是酸性（表 1.4）。煤的灰成分中 SiO2+Al2O3 的含量直接影响到煤灰熔融温度，区内煤灰熔融性软化温度（ST）11381144，为较低软化温度灰。按煤灰成分的碱酸比计算结碴指数为 1.101.55，属于中等。中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第13页表 1.3煤层煤灰成分测试成果汇总表硫分（St,d）太原组各煤层原煤全硫均大于 3，属高硫分煤，且在平面上（横向上）变化较小，在垂向上的总趋势为由上而下增高，脱硫系数

35、采用各层煤成果汇总成果，各层煤硫酸盐硫含量极少，以黄铁矿硫为主，有机硫次之。脱硫的难易程度主要取决于有机硫与黄铁矿的相对比例，以及黄铁矿在煤中的赋存状态。由于有机硫含量较高，而黄铁又多呈散状或细脉浸染状赋存，因此脱硫较难，脱硫后多为中高硫煤，十八上煤仍为高硫分煤。磷除 18 上煤层为低磷分煤以外，其余各煤层平均值均小于 0.010%，为特低磷煤。挥发分（Vdaf）太原组各煤层浮煤挥发分平均在 44.3744.74%，均为高挥发分煤，呈现由上而下逐渐增大趋势。太原组 3 煤为 38.12。煤的元素分析主要由碳、氢、氧、硫等元素组成（表 4-3）。碳：是煤中有机质的主要成分，也是煤中含量最多的元素

36、，平均含量 81.9083.09%；氧：各煤层中氧的含量比较稳定，平均 9.5610.85%；氢：各层煤中氢的含量稳定，平均 5.825.99%；氮：各层煤中氮的含量稳定，平均值在 1.261.43%。煤层编号SiO2 (%)Al2O3 (%)TiO2 (%)Fe2O3 (%)CaO (%)MgO (%)SO3 (%)15 上41.3513.770.6421.909.750.869.1316 上31.9312.260.4715.7519.831.3813.801732.9410.940.4522.7915.001.1013.3918 上22.8213.3521.6523.153.737.05中

37、国矿业大学 2011 届本科毕业设计第14页表 1.4各可采煤层元素分析平均含量汇总表2） 工艺性能发热量：各煤层原煤发热量（Qgr,d）平均 22.7830.43MJ/kg，除 18 上煤为中热值煤外，其余均为特高热值煤。发热量随挥发份的增加而增加，随灰分的增加而减少。结焦性：各煤层坩埚粘结性为 6，胶质层厚度（Y）1723mm，结焦性较好。烧焦性：由低温干馏试验焦油产率，各层煤均属高油煤。16 上、17 煤的浮煤平均灰分分别为 4.30%和 4.39%，均小于 5%，可考虑用氢化法提炼焦油。气化性：据邻近煤田相对应的煤层试验资料表明，16 上、17 层煤为强结碴，CO2 反应性当试验温度在

38、 900950时，各层煤的 CO2 分解率（a）均小于 6%。煤层编号 浮煤分析（%） 碳 （Cdaf） 氢 （Hdaf） 氮 （Ndaf） 氧 （Odaf） 15 上 83.09 5.92 1.43 9.56 16 上 82.64 5.82 1.28 10.26 17 82.83 5.82 1.28 10.07 18 上 81.90 5.99 1.26 10.85 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第15页2井田境界及储量2.1 井田境界田庄煤矿位于兖州煤田西南部，行政区划隶属济宁市高新技术开发区及邹城市管辖，北距兖州市约 30km，东距邹城市约 25km。 2.1.1 井田范围地理坐标

39、东经 11642101164708，北纬 352311352702，本区东侧与杨村煤矿相邻，南侧为横河煤矿及太平煤矿。 2.1.2 开采界限井田含煤地层为上石炭系太原组，平均厚度 97.51m，含煤 2227 层，剥蚀后残留的煤层总厚度 4.408.32m，平均 7.13m，含煤系数 0.66%。15 上、18 上煤为沉积不稳定的煤层，第 16 上为全区稳定的可采煤层，可采总厚 4.8m。其余煤层为不可采、不稳定煤层。 开采上限：15 上号煤层以上无经济可采煤层。 下部边界：17 号煤层以下无经济可采煤层。 2.1.3 井田尺寸井田南北长约 5km，东西宽 47.0km，采矿许可证批准矿区范围

40、 25.78km2。 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第16页井田赋存状况示意图如图 2.1。 图 2.1 井田赋存状况示意图 2.2 工业储量工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探厚度与质量均合乎开采要求，目前可供开采利用的列入平衡表内的储量。矿井的地质资源量=探明的资源量 331+控制的资源量 332+推断的资源量333；探明的资源量 331=经济的基础储量 111b+边际经济的基础储量 2M11+次边际经济的资源量 2S11；探明的资源量 332=经济的基础储量 122b+边际经济的基础储量 2M22+次边际经济的资源量 2S22；矿井工业储量=111b+122b+2M11+2M2

41、2+333k。田庄矿为满足井田开发建设总体设计和开采设计的需要，现需对矿井进行综合评价。本井田参加储量估算的煤层为 16 上，为全区稳定可采煤层。 16 上号煤层工业储量计算： 根据地质勘探情况，将矿体划分为 A、B、C3 三个块段，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。块段划分中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第17页如图 2.2 图 2.2 井田分块示意图 由图计算各块段面积分别为： SA= 6.5km2；SB=4.6km2；SC= 7.3km2；SD= 7.5km2； 井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量由煤层面积、厚度及容重

42、相乘所得，其计算公式一般为：Q=SM/cos（2.1）式中：Q为井田工业储量，万 t；S井田面积，km2；M煤层平均厚度，m；煤的容重，t/m3，取为 1.3t/m3煤层平均倾角，；中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第18页表 2.116 煤层地质储量计算 2.2.1矿井设计储量矿井设计储量为矿井工业储量减去计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建（构）筑物煤柱等永久煤柱损失量的储量。（1） 永久煤柱损失量 1）井田境界煤柱可按下列公式计算ZLbMr(2 .2)式中：Z边界煤柱损失量，t；L边界长度，m；b边界煤柱宽度， 20 m。则井田的边界煤柱为：Z=27355*20*4.8*1

43、.4=3.677Mt2）断层煤柱井田内有一条落差较大的断层，即 F1，倾角 70 度，落差为 050m。由于矿井赋存较浅，瓦斯涌出量低，因此断层保护煤柱统一按 30m 留设，即断层两侧各留 30m 的保护煤柱。断层保护煤柱量分别为：F1 保护煤量：38632 304.81. 4=155.744 万 t。断层保护煤量为：155.744 万 t煤层 块段 倾角/() 块段面积/km2 煤厚/m 容重/t/m3 储量/Mt 煤层工业储量/Mt 16# A 5.4 7.3 4.8 1.3 45.6 161.59 B 7.3 4.6 4.8 1.3 28.58 C 4.4 6.5 4.8 1.3 40.

44、61 D 3.9 7.5 4.8 1.3 46.81 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第19页3）防水煤柱的留设由于基岩上面普遍发育着一层隔水性能良好的灰色及深灰色粘土、砂质粘土，厚约 20m 左右，隔水性能良好，区内地表水体一般不与其下伏各含水层发生水力联系。各含水层之间均有一定厚度的隔水岩层。含水层水位各不相同，说明其无水力联系。因此，无需留设防水煤柱。2.2.2矿井可采储量矿井设可采储量为矿井设计储量减去工业场地和主要井巷煤柱煤量后乘以采区回采率后得到的储量。（1） 工业广场保护煤柱煤量本矿井设计年生产能力为 150 万 t/a。工业场地占地面积指标见表 2.2。按煤矿设计工业规范

45、，占地面积指标应为 1.2 公顷/10 万 t。占地面积为 151.218.0 公顷=18.010 4m2。故设计工业广场的尺寸为 450400m 2 的矩形，面积为：18.010 4m2。表 2.2工业场地占地面积指标表工业广场位置处的煤层的平均倾角为 1.5，工业广场的中心处在井田储量中央，该处表土层厚度为 15m，地面标高约为+170m。主井、副井、地面建筑物均在工业广场内。工业广场按中型矿井 II 级保护，留围护带宽度为 15m。本矿的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表 2.3。井型（万 t/a） 占地面积指标（公顷/10 万 t） 240 及以上 1.0 120-180 1.2 45

46、-90 1.5 9-30 1.8 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第20页表 2.3矿井地质条件及冲积层和基岩层移动角由此根据上述已知条件，画出如图 2.3 所示的工业广场保安煤柱的尺寸，并由图得出保护煤柱的尺寸为：图 2.3 工业广场保护煤柱示意图 工业广场保护煤柱的面积为：503506.1240则工业广场压煤为：Q1SMr/cos(2.3)50.44.81.4 / cos1.5338.77 万 t广场中心深度 煤层倾角 煤层厚度 冲积层厚度 冲积层移动角 走向移动角 下山移动角 上山移动角 m M m 220 1.5 3.8 15 45 72 70 66 中国矿业大学 2011 届本

47、科毕业设计第21页2.2.3 主要井巷保护煤柱煤量由于矿井设计开采结束时要对大巷煤柱进行回收，因此大巷保护煤柱不计入永久煤柱损失量。 2.2.4 矿井可采储量矿井的可采储量 Zk 按下式计算：Zk=( ZsP) C(2.4)式中：Zs矿井设计储量，P 工 业 广 场 、 断 层 、 边P=338.77+155.744+617.61=1108.3 万 t界 及 主 要 井 巷 煤 柱 煤 量 ，C采区回采率，厚煤层不低于 0.75；中厚煤层不低于 0.80；薄煤层不低于 0.85。设计开采的 2#煤层属厚煤层，采区回采率取为 0.75。则计算可采储量为：Zk=( ZsP2) C =（161.59

48、-11.08）0.75 =105.46Mt由此可得本矿井的可采储量为 105.46Mt。中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第22页3矿井生产能力、服务年限及工作制度3.1 矿井设计生产能力3.1.1 确定依据第 2.2.1 条规定：矿井设计生产能力应根据资源煤炭工业矿井条件、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。矿井设计生产能力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（

49、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。3.1.2 矿井设计生产能力本井田煤层厚度大部分比较稳定，属中厚；煤层平均倾角小，属近水平煤层。因地质构造简单，同时煤田范围较大，开采技术好的矿井适合布置大型矿井。但本井田面积较小，煤炭储量较少，按照煤炭工业矿井矿井的服务年限，初步确定矿井的设计生产能力为 150 万 t/a。的要求并考虑3.1

50、.3 井型校核下面按矿井的实际煤层开采能力，各辅助生产环节的能力，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 矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力，根据本设计第四章（矿井开拓）与第六章（采煤方法）的设计可知，该矿由于煤层地质条件较好，2#煤厚度较大，布置一个综采工作面完全可以达到本设计的产量。（2）辅助生产环节的能力校核 中国矿业大学 2011 届本科毕业设计第23页本矿井为大型矿井，开拓方式为立井开拓，主井提升容器为一对 6t 底卸式提升箕斗，运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤一律用胶带输送机运到采区煤仓，运输能力也很大，自动化程度较高。

51、辅助运输采用双层罐笼，大巷辅助运输采用 600mm 轨距的 1.5t 固定车厢式矿车，同时本矿井井底车场调车方便，通过能力大，满足矸石，材料和人员的调动要求。所以各辅助生产环节完全可以达到设计生产能力的要求。（3）通风安全条件的校核 本矿井无煤尘爆炸性，瓦斯含量低，属于低瓦斯矿井。水文地质条件简单， 在副井中铺设两趟水管路可以满足排水要求。矿井采用对角式通风，有专门的风井，可以满足要求。3.2 服务年限3.2.1 矿井服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。矿井可采储量 Z k 、设计生产能力 A 矿井服务年限 T 三者之间的关系为：TZ k /（AK ）（3-1）式中：T矿井服务年限，a；Zk矿井可采储量，万 t； A设计生产能力，万 t； K矿井储量备用系数，取 1.3。T=105.46/（1.31.5 ）=54.08a50a（2.5）矿井为单水平开采，所以不需要验证水平服务年限可见，本矿井的设计服务年限符合规定。3.2.2 矿井工作制度按照煤炭工业矿井的规定，参考关于煤矿中若干条文修改决定的