采矿学课程设计-淮北石台矿

1、第一章 矿井概述及井田地质特征1.1矿区概况1.1.1矿区地理位置闸河煤田位于安徽省北部，北起徐州市以南6 km，南至濉溪县城。南北长约45 km，东西宽约48 km，面积约250 km2。石台煤矿位于闸河煤田中部偏东，西南距安徽省淮北市约15 km，东北距江苏省徐州市约40 km。其地理坐标：X=37627702770193，Y=3948929439495239南邻张庄矿，西接岱河矿和朔里矿，东以张庄向斜轴与井田相连，南北长3.3至7.5 km，东西宽2.0至4.9 km。设计面积约21.39 km2。1.1.2矿区地形地貌石台矿区地势平坦，由于山系影响，呈东北偏高，西南偏低的平原地形。矿区

2、海拔标高：+32.0至+36.5 m。石台矿区内东有闸河、拦碱河，西有龙河，河流受季节影响。闸河、龙河均由北向南流经该井田，拦碱河位于闸河西侧，为静水河。矿区东西两侧有凤凰山、关山、萝卜山、程蒋山、方房山、香山。1.1.3矿区交通条件石台矿区内有矿区专用铁路线，向南经符夹线至符离集站，北接龙海南连津浦可通往华东各工业城市。公路可直通徐州、宿州、阜阳等地区，在矿区北侧8 km可进入连霍高速公路，东临合徐高速公路，与全国构成交通网路，对外交通颇为便利，交通位置如下图1.1所示。1.1.4矿区气候条件石台煤矿位于淮北平原中部，属季风暖温带，半湿润气候。夏季炎热多雨，冬季寒冷多风，春秋两季气候暖和，年

3、平均温度14.5度，一年之中7、8月份天气最热，最高温度一般为35-40度。12月至次年2月天气最冷，最低温度一般为零下12至18度。土壤冻结深0.3 m。石台矿年平均降水量862.29 mm，降雨多集中在6至8月份的雨季。月最大降水量1500 mm。石台矿区春夏季以东南、东风为主，冬季多北风。年平均风速为3.1 m/s，其中月平均最大风速为3.7 m/s。9月份平均风速最小，为2.4 m/s。图1.1 石台煤矿交通示意图1.1.5矿区水文地质影响该井田的地表水系主要有东侧闸河、西侧龙河、闸河由北向南流经该井田，洪水位一般为+35.90 m，历年（1982年7月22日）的最高洪水位为36.58

4、6 m。拦碱河位于闸河西侧，为静水河，水位变化不大。龙河自北向南流经该井田，洪水位一般为+31.36 m，历年（1982年7月22日）的最高洪水位为32.26 m，另在龙河东侧有人工河道和塌陷积水。河流及塌陷积水均受季节控制。1.1.6其它1）供电：由马庄区域性变电所架35 Kv线路两回路通至本矿工业广场内东侧35 Kv变电所，线路总长15 km，导线型号：LGJ-70，线路电压35 kv，双回路，供全矿用电；2）供水：石台矿区所用水由塑里镇张庄村所建4口水源井，用4台300RJC185-1210型水泵，通过管路向已建成的几座蓄水池集水，供应井口及生活用水；3）通讯：机关通讯室安装1台供电式电

5、话总机JGL8，通过120门分机电话对石台地区，对井上下通讯联系；4）地震：淮北地区位于苏鲁豫皖交界地区，东有庐大断裂，西有阜阳麻城断裂，北有秦岭纬向构造带，南有宿南断裂（五河至利辛断裂）。根据全国地震烈度区划分和淮北地震局资料，石台矿区在7度范围内，以8级烈度考虑其工程建筑。1.2井田地质特征1.2.1井田的地形石台矿区地势平坦，由于山系影响，呈东北偏高、西南偏低的平原地形。矿区海拔标高：+32.0至+36.5 m。矿区范围内，因煤层地下开采，造成地表塌陷水，塌陷最深可达3.2 m，一般2.3 m。塌陷区范围约12万 km2。1）井田的勘探程度：矿井投产前，井田内共施工钻孔135个，工程量4

6、3610 m，网度为6.8个/km2，投产后共施工钻孔126个，工程量46835.95 m。见表1-1。2）普查：石台井田原属22井田的一部分，于1958至1962年由安徽省地质局325队进行普查找煤，共施工钻孔87个，工程量26577.72 m，并对其中61个钻孔进行了测井，并编制了22井田普查地质报告。3）精查：1965至1966年由原华东煤炭工业公司基本建设公司第三勘探队在闸河煤田后石台孜勘探区进行精查勘探，其中有48个钻孔17032.31 m的工程量落在现石台井田范围内，并对此48个钻孔全部进行了测井，1966年由第三勘探队提交了闸河煤田后石台孜勘探区精查地质勘探报告。表1-1 历年钻

7、探施工情况表施工日期/年钻孔数/个工程量/个施工单位备注195819628726577.72325队61个测井资料196519664817032.31皖煤三勘全部测井资料197719815713697.34局勘全部测井资料19823818084.66局勘全部测井资料19841994197315.13局勘全部测井资料1994178.09本矿全部测井资料1997117660.73局勘全部测井资料4）井田煤系地层概述：石台井田位于闸河煤田的中部，所处大地构造位置为华北淮地台鲁西隆起徐州褶断带的西侧，本区地层自上而下有第四系，二叠系，石炭系等。第四系厚32.0764.59 m，主要为松散砂和粘性土，下

8、部全部为粘土和砂质粘土。含煤地层下二叠统下石盒子组，厚度180210 m，含7、8、9号煤层。下二叠统山西组，厚度120145 m，含10号煤组，石炭系太原群厚125140 m，夹多层薄煤，没有开采价值。地质柱状图见图1.2。1.2.2井田地层特征由钻孔揭露本井田地层由老至新为石炭系、二叠系、第四系，其中石炭系、二叠系为本区含煤地质，以下分述之：1）中石炭统本溪组C2b假整合于中奥陶统老虎山组石灰岩之上，厚2238 m，一般30 m。上部以浅灰灰白色隐晶质石灰岩为主、夹紫色泥岩；下部为灰白棕色，紫色铝质泥岩。底部铁质结核较多。2）上石炭统太原组C3t与本溪组整合接触，为一套海陆交互相沉积，厚1

9、20145 m，平均137.5 m。一般由十二层灰岩及薄层海相灰色细砂岩、粉砂岩组成，含不可采薄煤7层。煤层总厚3.74 m。顶部为一层厚812 m的黑色海相泥岩，上部第一层灰岩为浅灰色结晶质，厚度稳定，一般2 m左右，是本区主要标志层（K1）之一。3）下二叠统山西组与下伏地层整合接触。为一套以砂岩、粉砂岩为主夹泥岩、煤层的过渡相沉积，厚110182 m，一般为135 m ，含6、7两个煤组，煤层总厚0.79 m ，6煤层局部可采，7煤不可采。7煤组以下主要为灰色粉砂岩，76煤组间主要为灰白色细中粒砂岩。水平层里发育，呈片状，系6煤层底部良好标志之一。6煤组以上为灰白色细中砂岩，夹粉砂岩，上部

10、1015 cm，多为灰绿色，紫红色泥岩、粉砂岩，无层理。4）下二叠统下石盒子组（P2/1xs）与山西组整合接触，厚170230 m，一般195 m，大致可分为上下段;下段为主要含煤层，厚80110 m，一般90 m，底部为浅灰灰白色铝质泥岩，无层理，层位及厚度稳定，系良好标志层（k2）之一。中部以深灰色泥岩及含菱铁质细砂岩为主，含主采煤层4煤层和局部可采煤层2、3、5煤层，煤层总厚5.37 m。上段厚80120 m，主要由灰、紫色泥岩、粉砂岩组成，局部为中细粒砂岩。底部常发育一厚度为815 m的灰白色中粒砂岩。5）上二叠统上石盒子组（P1/2ss）与下伏地层整合接触，总厚度大于663.5 m，

11、为一陆相沉积。底部为一厚1263 m，一般40 m的灰白色中粗粒砂岩。硅钙质胶结，坚硬，为区内主要标志层（K3) 图1.2 石台煤矿综合柱状图之一。下段厚230280 m，以灰绿色碎屑为主，夹杂色泥岩，含薄煤23层，煤层总厚度0.65 m，仅1煤层局部达可采厚度，无开采价值。上段厚度大于390.3 m，上部为灰白暗紫色粗巨粒砂岩，含砾石，成分复杂；下部以细碎屑岩为主，稍具鲕状结构，夹杂色斑块等。6）第四系（Q）与下伏地层不整合接触，厚2373 m，一般40 m，由北向南、由东向西渐厚。上部为棕红色、灰色粘土及砂质粘土；中部由粘土和粉砂组成，夹细、粉砂34层，厚48 m；下部为棕黄色、桔红色粘土

12、夹砾石，厚637 m ，一般23 m，岩性均一，塑性较好，分布稳定，并含大量砾石和钙质、铁锰质结核。1.2.2.1地质构造石台井田位于闸河复式向斜的中部，张庄向斜西翼，主体构造为张庄向斜。以Fj2断层为界，南部以褶曲为主，北部以断裂为主。区内岩浆侵蚀范围广泛，主要侵蚀Fj2断层以东的大部分地区。1.2.2.2褶曲井田只有一条张庄向斜，位于井田东部，轴向N326E，轴向SE倾斜，枢纽起伏，东陡西缓，东翼地层倾角4575，西翼地层倾角525，其核部地层为上石盒子组，北部因F3断层轴向呈弧形弯曲，为一不对称向斜盆地，此褶曲贯穿全井田。1.2.2.3断层井田有1、2两条大断层。1断层是正断层，倾角在3

13、050，落差1535 m；2号断层是正断层，倾角为4060，落差为2045 m。另有两条小断层，落差都在715 m。1.2.2.4岩浆侵入活动和岩溶塌陷井田内岩浆岩分布范围广泛，岩石种类以辉绿玢岩为主，次为花岗斑岩。各类岩石分布规律是：辉绿玢岩主要分布于井田东部及中部13线以东地区，花岗斑岩分布于井田13线以北，岩浆岩在煤层中呈床状、透镜状、串珠状、岩墙状及其它不规则分布，垂向上可有多层。岩浆通道主要受井田东部大的NNE向构造带控制，区内NE向大断裂两侧岩浆岩的厚度与分布范围有明显差异，井下生产中实见小断层切割岩浆岩的现象，说明岩浆侵入在断层形成之前，从Fj2及F4断层两盘岩浆岩分布情况也说明

14、了这一点。到目前为止尚未发现岩浆顺断层侵入的例证。1.2.3水文地质根据以往勘探阶段的简易水文观测，抽水实验成果及生产中实际水文地质资料的分析，将井田自上而下划分为6个含水组和2个隔水层。1.2.3.3主要含水层特征1）第四系全新统孔隙含水组以粉砂、细砂为主，砂层厚度48 m，中间被砂质粘土或粘土砂层分隔成34层，多呈透镜状分布，水力性质为承压水，地表以下56 m为潜水。砂层含水组钻孔单位涌水量为q=0.24 ml/s，渗透系数k=12 m/d，水质类型为HCO3-CL-Ca-Mg型。2）风氧化带含水组以风化砂岩裂隙为主，厚度15 m左右。该组富水性大小与基岩露头的岩性、裂隙发育程度有关。一水

15、平生产时，浅部突水点水量较大，就是受到风氧化带水的影响。3）石盒子组上段裂隙含水组以中粗粒砂岩为主，顶部为一厚层粗砂岩（K3），裂隙较发育，钻孔揭露时有漏水现象，漏失量13 t。4）石盒子组下段（3煤）裂隙含水组以中、细砂岩为主，砂岩厚度1545 m，一般在25 m左右，从3煤层顶板第一层砂岩到铝质泥岩间的砂岩所组成。3煤层顶板砂岩分布不稳定，多数为粉砂岩、细砂岩互层。该含水组砂岩裂隙不发育，富水性较弱。钻孔单位涌水量q=0.0000850.0624 ml/s.m，渗透系数k=0.000470.202 m/d，水质类型属于CL-Na或CO-CL-Na型。5）山西组裂隙含水组（6煤层含水组）以中

16、、细粒砂岩为主，厚度1550 m，一般25 m左右，为6煤层的直接顶板，裂隙不发育，富水性弱，钻孔单位涌水量q=0.077 ml/s.m，水质类型属于HCO-SO-Ca-Mg型水。该组水量较为丰富，水质量好，是工业广场和工人村饮用水的水源。1.2.3.3主要隔水层特征及隔水性能1）第四系更新统隔水层以粘土、砂质粘土及粘土、砂质粘土夹砾石或者钙质结核组成，厚度637 m，一般23 m，该层分布较为稳定，而且粘塑性好，同时又与砾石或钙质胶结紧密，隔断了风氧化带含水组和全新统孔隙含水组之间的水力联系。2）山西组底部隔水层以黑色泥岩、粉砂岩及泥岩互层为主，厚度在25 m左右，岩性致密，隔水性能较强，分

17、布较稳定，为太原组与山西组之间的良好的隔水层。1.2.3.3各含水组之间的水力联系从上述各含水组、隔水层的划分可见，水量较为丰富的含水组有三个：第四系全新统孔隙含水组、石盒子组中上段裂隙含水组和太原组裂隙岩溶含水组。第四系全新统孔隙含水组受大气降水和地表水的影响比较大，地表水和大气降水是该含水组的主要补给水源，但由于在全新统含水组与基岩之间有更新统隔水层，这样就隔断了全新统含水组与以下各含水组之间的水力联系，所以大气降水及地表水对煤系地层没有直接影响。石盒子组上段裂隙含水组的水量为静储量，没有外界补给水源，随着出水时间的增长，而被逐渐疏干。太原组灰岩岩溶含水组富水性很强，水压较大，但有太原组顶

18、部黑色泥岩隔水层，隔断了灰岩水与上部各含水组之间的水力联系。灰岩水对3煤层开采是没有影响的，但在该矿后期开采6煤层时，太灰水应该引起注意。1.2.3.4矿井涌水量矿井生产初期涌水量：90.8246.9 t/h，平均涌水量110 t/h。随开采范围和深度的增加，涌水量有增大的趋势。在生产初期（19761983），涌水量增大的比较明显，但在19841988年，涌水量反而减少，估计是砂岩水补给不足的缘故。1）断层导水情况该矿井揭露的断层大都为正断层，说明形成断层的应力为拉应力。该矿井的断层导水性差异很大，Fj2断层是该井田的一条落差2045 m的正断层，该断层沟通了4煤层顶底板砂岩裂隙含水组，但在实

19、际揭露时，并没有大的断层水出现。2）矿井水文地质类型从上述内容可知，该矿井主要充水岩层是受采掘破坏或影响的4煤层顶底板砂岩裂隙含水组，含水组充水裂隙稍发育，补给条件一般。采掘工程有时受水害影响，但不威胁矿井安全，防治水工作易于进行。根据煤炭部一九八四年五月颁发的煤矿水文地质类型分类依据，该矿井水文地质类型属于中等型。1.3煤层特征 煤层埋藏条件：走向沿西南-东北方向，倾向沿东南方向，倾角平均为14，煤层露头深度为50m，煤层风化带深度为50m。1.3.1地层的含煤性概述井田内含煤地层为石炭二叠系，以二叠系下石盒子组为主，山西组次之，区内煤系地层总厚113 m，含煤22层，其中以4煤层主采，1、

20、2、3、5、6、7煤层零星或局部可采，煤层总厚9.51 m，含煤系数为0.84 %。1.3.2主要煤层特征1）二叠系上石盒子组煤层1#煤层该煤层位于K3砂岩之上10.623.4 m，一般15 m左右，距3煤层之上190230 m，一般210 m左右，井田内共有86个钻孔穿过其层位。井田内见煤点共12个，煤厚0.141.09 m，平均0.65 m，变异系数为60 %。1煤层为极不稳定的薄煤层，仅见零星可采点。2）二叠系下石盒子组（1）2#煤层该煤层位于K2铝质泥岩之上3555 m，一般为45 m，下距3煤层15 m左右，井田内共有195个钻孔穿过其层位，见煤点95个，占49 %，煤厚0.131.

21、07 m，平均煤厚0.55 m，可采点只有11个，占见煤点的12 %，可采点平均煤厚0.96 m。为极不稳定零星可采之薄煤层。煤层局部受岩浆侵蚀影响变为天然焦。（2）3#煤层该煤层位于2煤层之上，位于K2铝质泥岩之上3045 m，一般38 m左右，井田内共有196个钻孔穿过其层位，其中见煤点达92个，见煤点占46%.煤层厚0.00.74 m，平均煤厚0.45 m，可采系数0.07 %，可采范围内煤层变异系数为86.5 %，3煤层为极不稳定的薄煤层，仅见零星可采点。（3）4#煤层 该煤层为井田内主要可采煤层，主要分布于井田23线以南，其次是12线中部，井田内共有196个钻孔穿过其层位，其中见煤点

22、192个，占97.9 %，煤层厚4.35.7 m，平均煤厚4.5m，可采指数为0.92 %，煤层结构简单复杂。可采范围内煤层变异系数为17.7 %，为较稳定的厚煤层，是本矿的主要可采煤层。（4）5#煤层该煤层位于K2煤层之上13 m左右，而在971孔等附近仅6 m左右，主要分布于井田东北部、西南部和东部。井田内穿过5煤层位的钻孔有190个，其中见煤点176个，占94.3 %，煤层厚1.72.9 m，平均煤厚2.2m，煤层结构复杂。可采指数为0.91 %，变异系数为18.9 %，属稳定局部可采中厚煤层。3）二叠系山西组煤层本煤层含6煤，其中6煤组为局部可采煤层。6煤层位于山西组中部，K1灰岩之上

23、5565 m，一般60 m，主要分布于井田的西南部，其次是井田北部，井田内有112个钻孔穿过其层位，见煤点仅62个，占55 %，煤层厚0.102.08 m，平均煤厚0.66 m，达可采者20个，占32 %，煤层结构简单，由于古河流冲刷，使煤层变薄或尖灭。6煤层平均厚为0.41 m，可采指数为0.19 %，变异系数为89.6 %，属极不稳定局部可采薄煤层。4）石炭系太原组煤层区内控制钻孔较少，共计7个钻孔，且资料不全，仅有3个钻孔穿过太原组地层，其余只穿过2灰或3灰，就见煤情况简述如下：井田内共含太原组煤层7层，煤厚0.20.79 m，在3灰、89灰、12灰下均有个别见煤点，煤厚分别为0.73

24、m、0.96 m和0.73 m，其余皆为不可采煤层。煤层结构简单，但因该组煤层埋深大，地压高，就现有生产技术条件，煤层开采经济价值不大。1.3.3煤层顶底板1#煤层：顶底板多为泥岩、粉砂岩。2#煤层：顶板为泥岩或粉砂岩，其上以灰白色中细粒长石、石英砂岩为标志，底板为泥岩。3#煤层：顶板一般为泥岩或粉砂岩，夹有薄层细砂岩，局部顶板为细砂岩，底板为泥岩。4#煤层：顶板一般为泥岩、砂质泥岩，部分为细砂岩，底板为泥岩。5#煤层：顶板为厚中、细砂岩或条带状泥质胶结的细砂岩，底板为泥岩。6#煤层：顶板为中厚层的中、细粒砂岩，底板为波纹状的条带状沙岩。各可采煤层特征见表1-2。表1-2 可采煤层特征表煤层及

25、标志层煤层结构稳定程度顶板岩性底板岩性层间距范围平均值可采性1简单极不稳定泥岩粉砂岩泥岩10.6-23.3814.78不可采 K3130-189.41159.62煤层简单极不稳定泥岩粉砂岩粉砂岩 泥岩5.55-25.1015.51不可采3煤层简单复杂极不稳定泥岩泥岩不可采4煤层简单稳定砂岩泥岩泥岩11.2-30.79可采5煤层简单较稳定泥岩粉砂岩泥岩 粉砂岩2.27-17.87 9.3局部可采K2铝质泥岩54.3-91.5071.9461煤层简单极不稳定粉砂岩砂岩粉砂岩条带状砂岩2.8214.246.06局部可采62煤层简单极不稳定粉砂条带状砂岩泥岩粉砂岩30局部可采7煤层简单极不 稳定粉砂岩

26、砂岩砂岩201.3.4煤质1）煤质概述区内煤层因受区域变质影响及岩浆侵入接触变质影响，煤类以焦煤为主，其次为贫煤、瘦煤、无烟煤；煤层部分受岩浆侵蚀严重，成为天然焦。2）各煤层分述（1）2#煤层2煤层受岩浆侵入影响范围很小，除个别孔（构1孔等）受岩浆侵蚀影响变质程度增高为瘦煤外，其余一般为焦煤。2煤黑色发亮，油脂光泽，属光亮型煤，其性脆，参差状、贝壳状断口。属低硫、低磷、中等灰分、粘结性和结焦性较好的煤层，可作为炼焦用煤。（2）3#煤层3煤层以焦煤为主，其次有肥煤、贫煤、瘦煤、无烟煤等，另有大面积的天然焦。（3）4#煤层以焦煤为主，其次是瘦煤。焦煤在井田广泛分布，其物理性质和煤岩特性：黑色发亮、

27、光亮型、油脂光泽，煤岩成分以亮煤和镜煤为主，其中夹有暗煤和丝炭的透镜体，一般条带结构不明显，近似均一结构，内生裂隙发育，脆度较大，机械强度小，易于破碎，常具贝壳状断口。瘦煤仅分布于井田西部边缘及1线中部，厚度不足0.7 m，其余为焦煤。灰分（Ad）中灰为主，灰分Ad=6.8155.10 %，平均22.38 %，一般23.5 %。发热量（Qb.d）：Qb.d=13.8936.77 MJ，平均29.26 MJ。磷（Pg）：小于0.0044 %.灰渣：SiO2+AL2O383 %贫煤和瘦煤在区内分布较少，厚度较小，一般位于岩浆岩和天然焦附近，灰分为23.2727.62 %，硫含量低，磷含量小于0.0

28、5 %，原煤发热量为27.0925.17 MJ/Kg，可作为动力煤。无烟煤和天然焦质硬、容重大，平均在1.8 t/m以上，着火点高。主要分布于井田东部，在井田的东部边缘也有分布。灰分Ad=23.6327.41 %，挥发分Vdaf=5.987.2 %；发热量Qb.d=22.6925.27 MJ/Kg.粘结性丧失，可作为民用或化工用煤。（4）5#煤层以焦煤为主，仅12个钻孔见有肥煤和瘦煤，灰分Ad=13.148.79%；平均27.38 %，井田西部一般在20 %以下，其余一般在25 %以上；挥发分Vdaf=21.428.62 %，平均25.62 %；发热量Qb.d=21.9224.28 MJ/Kg

29、。有害杂质含量低，属中灰煤，可作为炼焦用煤。（5）6#煤层6煤层变质程度较低，仅14-2孔见有岩浆侵入，煤类为无烟煤和低级天然焦，其余大部分为焦煤。可采部分以焦煤为主，灰分Ad=11.6933.57 %；平均18.16 %，挥发分Vdaf=18.828.05 %，平均20.07%；发热量Qb.d=23.5531.79 MJ/Kg。平均28.97 MJ/Kg.。大部分为中灰，少数为富灰（13线）间，低硫、低磷。1.3.5瓦斯赋存1）矿井瓦斯等级石台煤矿-450 m水平以上相对瓦斯涌出量在4.3 m/t.d以下，绝对瓦斯涌出量为16 m/min，预计-450m-700 m水平瓦斯相对涌出量有增大现

30、象，但相对涌出量10 m/t.d。根据煤矿安全规程规定属底瓦斯矿井。1.3.6煤的自燃和煤尘爆炸性1）煤的自燃倾向对井田内主要可采4、5煤层都做过煤的自燃倾向评定，其评定方法以煤的自燃倾向为依据，见下表1-3。表1-3 煤的燃点测定表煤层号孔号样品厚（m）样品止深（m）燃点氧化程度（%）等级自燃倾向原样氧化样还原样4煤20-10.97100.1337337237566自燃发火4-11.16336.6136536137366有可能自燃发火4-11.81338.42359359362100有可能自燃发火11-11.4877.2936536136950自燃发火11-11.8179.135935437

31、069有可能自燃发火11-10.9380.0333832434430有可能自燃发火5煤2-41.33632.336936837275自燃发火2）煤尘爆炸性对4、5煤层均做过煤层爆炸性测定及煤尘爆炸性指数计算，见下表1-4，表1-5。表1-4 煤层爆炸性测定表煤层号孔号评价方法火焰长度cm混岩量%有无爆炸危险4煤11-120-5055-65有8-320-5055-65有5煤2-430-5070有11-430-5070有表1-5 煤尘爆炸指数计算表煤层号孔号爆炸性指数有无爆炸危险4煤46-125有8-224有5煤4621有12-221有从上表可知：煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数为21%。煤层具有自燃

32、发火倾向，发火期为810个月。第二章 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1 井田境界划分的原则井田划分应根据地质构造、储量、水文、煤层赋存状态、煤质分布规律、开采技术条件、矿井生产能力和开拓方式，并结合地貌地物等因素，进行技术经济比较后确定。在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则有：（1）与矿井的生产能力相适应；（2）尽量利用自然条件；（3）要有合理的尺寸和足够的储量；（4）统筹兼顾，照顾全局；（5）留有余地；（6）直（折）线原则。2.1.2 井田境界井田的走向长度：最大值 8.0km；最小值 3.5km；平均值 6.7

33、km。井田的倾斜长度：最大值 4.1km；最小值 1.9km；平均值 2.8km。井田的水平宽度：3.2km，井田的水平面积：21.39km2。2.2 矿井工业储量矿井工业储量是指地质资源量中探明的资源量331和控制的资源332，经分类得出的经济的基础储量111b和112b、边际经济的基础储量2M11和2M22，连同地质资源量中推断的资源量333的大部。所给煤层底板等高线图上的储量均设定为经济的储量和边际经济的储量，并设定70%为经济的储量，30%为边际经济的储量。在圈定的资源/储量估算边界范围内，划分计算块段时应考虑一下主要因素：（1）煤层埋藏条件；（2）煤层厚度；（3）地质构造；（4）地质

34、可靠程度；（5）保安煤柱。根据煤矿工业设计规范，求得以下各类型储量的值：2.2.1矿井地质资源量根据划分块段考虑的主要因素，大致将石台矿去井田划分为10个块段，如图2-1所示：估算资源/储量的基本公式为Q=100SMd （2-1）式中Q块段的煤炭资源/储量，万t；S块段内煤层的真面积，km2；M块段内煤层的平均厚度，m；d块段内煤的视密度，t/m3。图2-1 石台矿区井田计算储量块段划分示意图将各参数代入式（2-1）中计算得表2-1，所以地质储量为：ZZ=20806 万t表2-1 煤层地质储量计算煤层块段倾角()块段面积（km2）煤厚（m）容重（t/m3储量（Mt）煤层总储量（Mt）总储量（M

35、t）4#1142.094.581.413.81145.52208.062141.724.581.411.373131.524.581.410.004131.514.581.49.945131.904.581.412.506142.134.581.414.087132.904.581.419.088142.484.581.416.399142.114.581.413.9410143.764.501.424.415#1418.982.201.460.2460.246#143.890.411.42.302.302.2.2矿井工业储量根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，设定100%为探明储量。根据煤层厚

36、度和煤质，在探明的资源量中，70%的是经济的基础储量，30%的是边际经济的基础储量，则矿井工业资源/储量由式（2-2）计算。矿井工业资源/储量按下式计算：Zg=Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333k (2-2)式中 Zg矿井工业资源/储量； Z111b探明的资源量中的经济的基础储量； Z122b控制的资源量中的经济的基础储量； Z2M11探明的资源量中边际经济的基础储量； Z2M22控制的资源量中边际经济的基础储量； Z333推断的资源量； K可信度系数，取0.70.9，地质构造简单、煤层赋存稳定取0.9；地质构造复杂、煤层赋存不稳定取0.7。 因此将各数代入式2-2得：2

37、08.06（Mt）2.3 矿井可采储量计算矿井可采储量时，在矿井工业储量的基础之上，必须考虑以下损失：（1）井田边界煤柱；（2）矿井工业场地煤柱；（3）地面建筑物、防水和河流等安全煤柱；（4）采煤方法所产生煤柱损失和断层保护煤柱；（5）其他各种损失。2.3.1 各种煤柱损失计算（1）井田边界煤柱井田边界煤柱根据矿井实际情况，边界煤柱尺寸留设50米。则井田边界煤柱损失为（2）断层煤柱井田范围内共有4条断层，1号断层落差1535米，2号断层落差2045米，3号断层落差510米，4号断层落差715米。根据断层特征，1#、3#、4#断层煤柱留设30m，2#断层煤柱留设50米，则断层两侧所留设煤柱之和为

38、 （3）工业广场煤柱根据煤炭工业设计规范，不同井型与其对应的工业广场面积见表2-2。本矿井设计生产能力为1.2Mt/a，参照表2-2所取。工业广场外形定为长方形，尺寸为300m400m。表2-2 工业场地占地面积指标井 型（万t/a）占地面积指标（公顷/10万t）240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.8工业广场位置所处煤层的平均倾角为14，工业广场的中心处在井田走向的中央、倾向中央偏于煤层中上部，其中心处埋藏深度为-250m，该处表土层厚度为40m，主井、副井、地表建筑物均布置在工业广场内。根据煤炭工业矿井设计规范，工业场地地面受保护面积应包括受保护对象及围护带，围

39、护带宽度应为15m。参照采矿工程设计手册，地面建筑物的保护级别及围护带宽度见表2-3。工业广场按级保护留围护带，宽度为15m。表2-3建筑物、构筑物保护煤柱的围护带宽度建筑物和构筑物保护等级围护带宽度（m）2015105参考相关资料，本矿井的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-4。表2-4 岩层移动角广场中心深度/m煤层倾角煤层厚度/m冲积层厚度/m-350144.584045757565由此根据上述已知条件，画出如图2-2所示的工业广场保护煤柱的尺寸：图2-2 工业广场保护煤柱示意图由图可得出保护煤柱的尺寸。主采煤层为4#煤层，其他为局部可采，保护煤柱主要计算4#煤层的保护煤柱。通过Aut

40、oCAD量得梯形面积为：S4#=331514.80/cos14=341664.70m2则，工业广场所压煤柱量为：Z工=SMR式中 Z工工业广场煤柱量，万t； S 工业广场压煤面积； M 煤层厚度，4#煤层平均煤厚4.58m； R 煤的容重，1.4t/m3。则 Z工=341664.70m24.581.4 =2318994 =231.90（万t）2.3.2 矿井可采储量 矿井设计资源/储量按式（2-3）计算： （2-3）式中 Zs矿井设计资源/储量； P1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之和。按矿井工业资源/储量的3%估算；则 （Mt）矿井设计可采储量式中 Z

41、k矿井设计可采储量，Mt； P2工业场地和主要井巷煤柱损失量之和，按照矿井设计资源/储量的2%估算； C采区采出率，厚煤层不小于75%；中厚煤层不小于80%；薄煤层不小于85%。此处取75%。 则井田煤炭储量分布见表2-5：表 2-5 井田煤炭储量分布煤层名称水平号工业 储量(万t)永久煤柱损失(万t)总计损失(万t)可采储量(万t)工业广场 保护煤柱断层 煤柱边界 煤柱4# 煤层一（-250m）5099154.6155.1467.82377.564721.44二（-400m）945377.30232.56332.06641.928811.085# 煤层60.2460.24合计14612231

42、.90387.70399.881019.4813592.76由计算所得，矿井实际可采储量Zk=135.92Mt 4#、5#煤层各水平工业资源/储量、设计资源/储量和设计可采储量计算结果如表2-5所示。第三章 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1 矿井工作制度煤炭工业矿井设计规范中规定，矿井设计生产能力宜按年工作日300d计算，每天净提升时间宜为14h。充分考虑矿井的富裕系数，防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或矿井的改扩建，确定矿井每昼夜净提升时间为14h。矿井工作制度设计采用“四六”工作制，即三班采煤、一班准备，每班净工作时间6h。3.2 矿井设计生产能力及服务年限矿井设计生产能力

43、是煤矿建设和生产的主要指标，在一定程度上综合反映出矿井的生产技术面貌。影响矿井生产能力的主要因素：（1）储量条件：储量是矿井建设的重要依据，取决于井田面积、可采煤层层数和厚度。矿井生产能力应与井田的储量相适应；（2）地质条件：地质条件涉及断层、褶曲、煤层厚度及其稳定性、煤层倾角、围岩性质、岩浆岩侵入程度、瓦斯及水文条件；（3）采煤工艺与矿井技术装备水平：采煤工艺的技术层次与装备技术水平及其合理应用程度，决定工作面单产高低和矿井的开采强度；（4）矿山经济及社会因素；3.2.1矿井设计生产能力本井田储量丰富，主采煤层4#煤层赋存条件简单，煤层结构简单，属于稳定煤层。煤层平均厚度4.58m，属厚煤层

44、，地质构造简单，煤与瓦斯无突出危险，属低瓦斯矿井。煤层倾角为14，顶底板岩性较好，瓦斯及水文条件简单，适合机械化开采，生产能力大。矿井共工业储量为，可采储量为，依据井田地质条件和煤层赋存特征，确定本矿井的设计生产能力为1.2Mt/a。3.2.2 井型校核（1）矿井开采能力校核石台煤矿4#煤层平均煤厚4.58m，属厚煤层。煤层平均倾角14，地质构造简单，赋存较稳定，瓦斯及水文地质条件简单。根据煤炭工业矿井设计规范中规定，矿井设计生产能力为1.2Mt/a，矿井同时生产的采区个数为12个。考虑到矿井储量布置一个综采工作面，工作面长度定为160m，可以满足矿井的设计生产能力。（2）辅助生产环节的能力校

45、核本矿井设计生产能力为1.2Mt/a，属于大型矿井，开拓方式为立井开拓，主井提升容器为两套16t单箕斗带平衡锤提升，提升能力可以达到设计井型的要求，工作面生产原煤用胶带输送机运到采（带）区煤仓，运输能力较大，操作简单且自动化程度较高。辅助运输采用罐笼，矿井井底车场调车方便，通过能力大，可以满足材料、矸石及人员的调动要求。综上所述，辅助生产环节完全能够满足设计生产能力的要求。（3）通风安全条件的校核本矿井瓦斯涌出量相对较低，属于低瓦斯矿井，水文地质条件简单，煤尘具有爆炸性。矿井通风采用对角式通风，通风可以达到矿井需求。井田范围内共有4条断层，对开拓有一定影响，留设断层煤柱，保证矿井生产安全条件。

46、3.2.3 矿井设计服务年限矿井的设计生产能力与设计服务年限在数学上成反比。为了获得好的技术经济效果，要求两者相适应，实现矿区均衡生产，充分发挥附属企业的效能，避免出现矿井接续紧张。井田的设计生产能力应与矿井的可采储量相适应，以保证矿井有足够的服务年限。为了保证设计矿井在生产期间有足够的储量和服务年限，设置储量备用系数。矿井开采过程中实际服务年限缩短的主要原因是：（1）矿井增产，因矿井各生产环节设计时就有一定的富裕能力，矿井投产后，产量多要超过设计生产能力；（2）地质损失增加，设计煤层露头风化带降低，煤层变薄，断层增多，岩浆岩侵入，火灾和小窑开采，都会使可采储量减少；（3）采出率降低，受地质构

47、造和采矿技术影响，实际采出率达不到设计要求。按矿井可采储量、设计生产能力，并考虑储量备用系数计算矿井服务年限。矿井可采储量Zk、设计生产能力A和矿井设计服务年限T三者之间在数学上的关系如式（3-1）所示。 （3-1）式中 T矿井的服务年限，年； Zk矿井的可采储量，135.92Mt； A矿井的设计生产能力，1.20Mt/a； K矿井储量备用系数，矿井设计一般取1.31.5，取1.4。则： T=135.92/（1.21.4） =80.90 a根据2005年发布的煤炭工业矿井设计规范对各类井型的矿井和水平的设计服务年限给出的下限值要求，见表3-1所示。表3-1 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限表

48、矿井设计生产能力/Mta-1矿井设计年限/a第一水平设计服务年限/a煤层倾角456.00及以上70353.00-5.0060301.20-2.40502520150.45-0.9040201515经过校核，本矿井的开采服务年限符合煤炭工业矿井设计规范的要求。3.2.4 第一水平的服务年限 根据矿井地质构造及煤层赋存条件，初步确定本矿井采用立井开拓，多水平上下山开采，一水平设在-250m，参照表2-5，一水平可采储量47.21Mt，计算可得第一水平服务年限为28.10年，符合煤炭工业矿井设计规范对第一水平服务年限的要求。第四章 井田开拓4.1 井田开拓的内容及开拓方式分类井田开拓为整个矿井和各水

49、平开采进行的总体性的井巷布置、工程实施和开采部署。井巷布置和工程实施包括设计和开掘由地表通达采区、盘区或带区的各种井巷。开采部署是对井田内各开采煤层的开采方法和顺序做出总体性的安排。井田开拓解决的是矿井全局性的生产建设问题，是矿井开采的战略部署。4.1.1井田开拓的内容井田开拓所要解决的问题是，在一定的矿山地质和开采技术条件下，根据矿区总体设计的原则规定，对矿井开拓巷道和生产系统的技术方案做出抉择，对井田内各部分煤层的开采做出原则性安排，主要内容是：（1）井田内的再划分，划分阶段、开采水平、采区、盘区或带区，确定水平高度、水平数目、水平位置标高和阶段斜长；（2）确定井筒（硐）位置及工业场地位置

50、；（3）确定井筒（硐）形式、数目、功能、装备、断面、支护、深度及配置；（4）确定井底车场形式、能力、线路和硐室；（5）确定运输大巷和总回风道位置、数目、装备、断面、支护、方向和坡度；（6）开掘井筒、井底车场、主石门、运输大巷、总回风道、采区石门等为全矿或开采水平服务的开拓巷道；（7）确定各煤层、各采区、盘区或带区的开采顺序、采掘接替和配采方式；（8）确定并实施开拓延深方案；（9）确定技术改造和改扩建方案。4.1.2 确定井田开拓方式的原则确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质和开采技术等诸多条件，经全面比较后确定。在解决开拓问题时，应遵循以下原则。（1）贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，

51、在保证生产可靠和安全的前提条件下，减少开拓工程量，尤其是减少初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。（2）合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。（3）合理开发资源，减少煤炭损失。（4）贯彻执行煤矿安全生产的有关规定，建立完善的生产系统，是主要井巷保持在良好的使用和维护状态。（5）适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综合机械化、自动化创造条件。4.1.3 影响井田开拓方式的因素本矿井进行井田开拓，主要涉及以下几个因素：（1）井田中部有一条南北走向的大断层，倾角6580，落差为2045m，将会对矿井开拓布置产生重要影响；（2）

52、煤层埋藏较浅，最深处至-850m。表土层不厚，地表地势平坦，地面海拔标高为：+32.0m至+36.5m。4.2 井田开拓方式井田开拓方式可分为立井开拓、斜井开拓、平硐开拓、综合开拓及多井筒分区域开拓。井筒（硐）形式与开采水平数目、上下山开采和不同的大巷布置方式交叉组合，形成多种类型的井田开拓方式，而井筒（硐）形式是井田开拓方式中最重要的标志。4.2.1 井筒形式的确定井筒形式有三种：立井、斜井、平硐。井筒（硐）是井下与地面出入的咽喉，是全矿井生产的枢纽。井筒（硐）形式选择，对于建井期、基建投资、矿井劳动生产率以及吨煤生产成本都有重要影响。立井、斜井和平硐三种井筒（硐）形式各有特点，在一般情况下

53、，立井最为复杂，斜井次之，平硐最为简单。现对三种井筒（硐）形式进行比较，分析其优缺点及适用条件。（1）立井开拓的特点与应用立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制。在采深相同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利。井筒断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为有利。当表土层为富含水层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工。对地质构造和煤层产状均特别复杂的井田，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平；井筒装备复杂，成井速度较慢，开凿费用较高，基本建设投资大。立井开拓应用的一般原则是：对冲积层厚、水文地质条件复杂的矿井，多水平开采急（倾）斜煤层的矿井，以