采矿工程毕业设计（论文）-范各庄煤矿2.4Mta新井设计

1、华北科技学院毕业设计目录全套图纸加扣 3346389411或3012250582一般部分91 矿区概述及井田地质特征111.1 矿区概述111.1.1 井田地理位置和交通111.1.2 矿区内煤矿分布及其他工业及农业生产情况111.1.3 居民点分布情况121.1.4 矿区地形特点121.1.5 矿区水文情况121.1.6 矿区气候条件121.2 井田地质特征121.2.1 区域构造及演化特征121.2.2 矿井地质构造分布规律141.2.3 井田主要构造块段的划分141.2.4 矿井地质构造分布规律151.3 煤系地层171.3.1 矿区主要地层及地质发展171.3.2 煤系地层及其层组的划

2、分171.3.3 主要标志层221.3.4 含煤岩系沉积环境241.4 煤层及煤质241.4.1 煤层结构、厚度及其变化规律251.4.2 煤岩、煤质特征271.4.3 伴生矿床291.5 煤层开采技术条件291.5.1 各主要煤层之间岩性特征291.5.2 煤层顶底板岩性和厚度分布351.5.2 煤层顶底岩石力学性质及煤层顶底板稳定性分类381.5.3 矿井瓦斯401.5.4 煤尘471.5.5 煤层自燃发火481.5.6 矿井环境地质492 井田境界和储量512.1 井田境界512.1.1 井田境界划分的原则512.1.2井田境界512.2 矿井资源/储量522.2.1 井田勘探类型522

3、.2.2 储量等级522.2.3 储量计算533 矿井工作制度、设计生产能力和服务年限573.1 矿井工作制度573.2 矿井设计生产能力及服务年限574 井田开拓604.1 开拓方案提出及技术比较604.1.1 井筒（硐）的形式、数目和位置604.1.2 工业场地位置、形状和面积614.1.3 开采水平划分624.1.4 开采水平大巷布置644.1.5 开拓延深654.1.6 技术上可行的矿井开拓方案654.2 开拓方案经济比较664.2.1 方案1与方案3比较664.2.3 方案1与方案2比较704.2.4 矿井最优开拓方案724.3 矿井基本巷道724.3.1 井筒724.3.2 井底车

4、场754.3.3 主要开拓巷道764.4 开采顺序804.4.1 沿井田走向的开采顺序804.4.2 沿井田倾向的开采顺序804.4.3 采区接续计划805 采区巷道布置及生产系统825.1 煤层的地质特征825.2 采区巷道布置835.2.1 准备方式835.2.2 采区参数835.2.3 采区上山布置845.2.4 区段平巷布置855.3 采区车场855.3.1 采区上部车场855.3.2 采区中部车场865.3.3 采区下部车场875.4 采区生产系统885.4.1 运煤系统885.4.2 通风系统885.4.3 运料排矸系统885.4.4 供电系统885.4.5 压气和供水系统895.

5、4.6 排水系统896 采煤方法906.1 采煤方法和回采工艺906.1.1 采煤方法的选择906.1.2 综采工作面回采工艺916.2 综采工作面巷道布置方式976.2.1 回采巷道布置方式简述976.2.2 回采巷道护巷方法997 井下运输1017.1 概述1017.1.1 矿井设计生产能力及工作制度1017.1.2 煤层及煤质1017.1.3 运输距离和货载量1017.1.4 矿井运输系统1017.2 采区运输设备选择1027.2.1 工作面刮板输送机的选择1027.2.2 带式输送机1087.3 大巷运输设备选型1147.3.1 矿车选择1147.3.2 矿用电机车运输设备选型设计11

6、47.3.3 列车中矿车数量的确定1157.3.4 电机车台数的计算1167.4 运输大巷运输设备1168 矿井提升1178.1 设计依据1178.1.1 主井提升1178.1.2 副井提升1178.2 主副井提升设备的选型1178.2.1 小时提升量1178.2.2 合理的提升速度1178.2.3 一次提升循环时间1188.2.4 一次合理提升量的确定1198.2.5 计算一次提升循环提升时间Tx和所需的提升速度vm1198.3 提升钢丝绳的选择计算1218.4 提升机与天轮的选择计算1228.4.1 滚筒（或摩擦轮）直径的确定1238.4.2 天轮的选择1238.4.3 提升机强度校验12

7、38.4.4 摩擦衬垫比压1248.5 提升电动机的预选1248.5.1 电动机功率的估算1248.5.2 估算电动机转数1258.6 提升机与井筒的相对位置1258.6.1 井架高度1258.6.2 尾绳环高度1269矿井通风与安全1279.1矿井通风系统选择1279.1.1 矿井概况1279.1.2 矿井通风系统的基本要求1279.1.3 矿井通风类型的确定1289.1.4 设计服务范围的确定1299.1.5 主要通风机的工作方法1299.1.6 回采工作面通风类型的确定1309.2 全矿所需风量的计算及其分配1329.2.1 采煤工作面所需风量的计算1329.2.2 掘进工作面所需风量1

8、349.2.3 硐室所需风量1359.2.4 其它巷道硐室所需风量1369.2.5 矿井总风量计算1369.2.6 风量分配1369.3 矿井通风阻力计算1389.3.1 矿井通风的两种路线阻力路线1389.3.2 矿井通风摩擦阻力计算1399.3.3 两个时期的矿井总风阻和总等积孔1409.4矿井通风设备的选择1429.4.1 选择主要通风机1429.4.2 电动机选型1459.5 矿井灾害防治1469.5.1 井下防尘1469.5.2 瓦斯的预防1469.5.3 火灾的预防1479.5.4 水灾的预防147专题部分150深井开采煤矿矿压参数研究1511 深井的定义及极限深度的确定1511.

9、1 深井的定义1511.2 极限深度的确定1521.2.1 国外煤矿极限深度的确定1521.2.2 我国煤矿极限深度的确定：1532 深井开采矿井的现状1553 深井开采对矿压参数的影响1573.1 巷道煤岩体抗压强度与采深的关系1573.2 采深与煤层上方垮落高度的关系1583.3 采深与回采工作面前方应力峰值距离的关系1593.4 顶板煤层结构体系随采深增加对冲击地压的影响1603.5 采深与支护形式、工作面日产量的关系1614 煤矿深井巷道和采场的支护措施与研究方向1624.1 煤矿深井巷道和采场的支护措施1624.2 深井矿压的研究方向163参考文献：164致 谢165设计总说明本设计

10、包括两个部分：一般部分和专题部分。一般部分为开滦集团范各庄煤矿240万吨/年新井设计，专题部分为深井开采煤矿矿压参数的研究。一般部分全篇共分为十部分：矿井概述及井田地质特征；井田境界及储量；矿井工作制度、设计生产能力及服务年限；井田开拓；采区巷道布置；采煤方法；井下运输；矿井提升；矿井通风及安全和矿井基本经济技术指标。范各庄井田走向长度5745m；倾斜宽度最大3046.415m、最小1926.867m，平均约2500m；水平面积约14180551.71m2。主要可采煤层共三层，分别为5、7、9煤层；各倾角一般为719，平均倾角13。其中设计煤层为7煤层，该煤层赋存稳定，平均厚度5.5m。属于低

11、瓦斯矿井，煤尘无爆炸危险性和自然发火现象。矿井工业储量约2.86亿吨，可采储量约1.93亿吨。工作制度采用“三八”制即“两采一准”，矿井设计生产能力按年工作日330 d 计算，每天净提升时间为14 h。设计生产能力2.4Mt/a，服务年限57年。本设计采用立井多水平开拓，划分为两水平三阶段：一水平-150m，服务范围-150m-450m,采用立井开拓；二水平-642m，服务范围-450-750，采用暗斜井延深。井底车场采用立井梭式。主井直径6.5m，两对12t多绳箕斗提升，副井直径7.5m采用一对双层四车（1.5t）罐笼和一个双层两车（5t）罐笼提升。大巷采用底板岩石集中布置，运输大巷采用带式

12、输送机运煤，轨道大巷采用1.5t固定式矿车辅助运输。由于煤层倾角限制，本设计采用采区式准备。井田划分为四个采区，分别为北一采区、北二采区、南一采区、南二采区，其中北一采区为首采采区。根据设计要求，同时生产的采区数目为一个，一个采区一个工作面保证全矿井的产量。北一采区采区走向长度约2663.05m，阶段垂高300m，阶段斜长1333.62m；区段数5，区段斜长266.73m，区段煤柱宽度20m，区段巷道宽度5m，则工作面长度平均236.73m。采煤方法为大采高一次采全厚，采煤工艺为综合机械化采煤，采空区处理方法为全部垮落法。设计煤层7煤层厚度5.5m，工作面长度236.73 m，采煤机截深1.0

13、 m，每天进8刀，一年工作日330 天 ,工作面回采率93% ，计算出综采面的生产能力为250.94万吨，能够满足矿井设计生产能力的要求。采区主采煤层7号煤为缓倾斜厚煤层，本区段工作面采用综采，用全部跨落法处理采空区。工作面年推进长度为2663.05m。在选择工艺方式的时候遵循安全第一的原则，设计采用及时支护的工艺方式。矿井工作面一般采用端部斜切进刀，割三角煤，进刀长度30m，往返一次割两刀。本矿提升方式，主井采用箕斗提升，副井采用罐笼提升；通风方式为对角式通风，风速的验算符合要求，通风阻力经过计算合理。专题部分是深井开采煤矿矿压参数的研究。全文针对煤炭科学开采对资源储量和开采技术发展水平的要

14、求，论述了极限开采深度的概念，给出了极限深度范围。分析了随着矿井深度的不断增加，矿压显现新的特征，提出深井巷道的维护方法以及所采区的措施。 7 / 168一般部分1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 井田地理位置和交通范各庄井田位于河北省唐山市古冶区境内。矿井地理坐标：东经113度28分，北纬39度33分。井田北部、西北部及西部与吕家坨矿相接，井田西及西南部与钱家营矿相邻，井田东部及南部以14煤层的基岩露头为界，为开平煤田的一部分。图1-1 开滦矿区矿井分布及交通位置平面图井田地理位置优越，交通线四通八达。西距唐山市区23公里，丰南区31公里；西南距天津市121.5公里，西北距

15、北京市192.3公里；北距古冶205国道10公里，京沈高速榛子镇入口23公里；南距唐港高速青坨营镇入口16公里，曹妃甸新区41公里，曹妃甸港67公里；东距滦县新城26.7公里，秦皇岛港100公里；东南距滦南县城24公里，乐亭县城46公里，京唐港66公里（以范各庄矿为中心，直线距离）。矿内铁路与林西矿和京山线古冶站接轨，北距古冶火车站10.2公里。有公路干线（迁唐线）通过井田。有季节性河流沙河流过。1.1.2 矿区内煤矿分布及其他工业及农业生产情况范各庄矿北部、西北部及西部与吕家坨矿相接，井田西及西南部与钱家营矿相邻（图1-1），钱家营矿、吕家坨矿目前均为开滦生产矿井。本区是历史悠久的重工业区，

16、矿产资源丰实，工业基础坚实，煤炭、耐火粘土、石英砂岩、水泥灰岩、煤矸石等矿藏储量大，开采价值高。 区内大中型企业较多，主要产品有煤炭、钢铁、水泥、焦化、耐火材料、陶瓷、医药、纺织、服装为主，经济发达。 农业前景广阔，水浇地、高效益菜地、果园、养殖水面均有分布，开发潜力非常大。1.1.3 居民点分布情况本区内居民点大都为农业村庄。自北向南有，周庄子、汀上、范各庄、范矿工房区、后仁里、张家庄户、大赤口、小刘庄、甘义庄、小岳各庄、小李庄、毕各庄、后程各庄、王喜庄、史庄子等。除务农外，部分居民在范各庄、吕家坨、林西、唐家庄等矿工作。范各庄矿大部分员工及其家属居住在范矿工房区，工房区有银行、邮局、派出所

17、、医院、学校、公交、超市等公共服务设施。1.1.4 矿区地形特点本区为广阔平原，被第四纪冲积层所掩覆。冲积层在井田北部较薄，约在50米左右，南部渐厚，范57孔达到152米，向南则更厚。冲积层多由粘土质层、沙层、卵石层所组成。1.1.5 矿区水文情况井田西有沙河，其流向大致与煤系地层走向平行，为季节性河流。地面标高北部约34米，南部约22米，平均坡度12，地势平坦，间有几个小土丘，比高不大，所占面积也很小，靠近沙河则多有沙崮。1.1.6 矿区气候条件本区气候属于暖温带半湿润季风型大陆性气候。具有冬干、夏湿、降水集中、季风显著、四季分明等特点。年平均气温11.2，年平均降雨量605.97mm，集中

18、于7、8月，冬季盛吹西北风，夏季受海洋暖湿气团影响，盛吹偏南风，春秋两季是冬季风和夏季风的过渡季节，风向多变。1.2 井田地质特征1.2.1 区域构造及演化特征开滦矿区位于燕山南麓，区内包括开平煤田的开平主向斜和车轴山向斜2个含煤构造，为华北断块的一部分，因此区域构造特征及地应力分布都受到华北断块构造的控制。由于受加里东运动的影响，中朝地台自中奥陶世以后一直处于上升状态，至早石炭世仍未接受沉积，因此开平煤田也缺失了从中奥陶统至下石炭统的各地层。矿区主体构造形态为开平复式向斜构造，向斜东北端抬升封闭，西南端开口呈半封闭性的构造盆地，面积约800平方公里。向斜的总体轴向为北东向，自古冶以北主向斜轴

19、逐渐转为东西向(图1-2)。图1-2 开平煤田构造纲要图开平复式向斜构造两翼不对称，西北翼地层倾角比较大，局部地层倒转，发育落差及走向长度较大的逆断层或逆掩断层；东南翼地层倾角比较平缓，由北往南发育两组轴向与主向斜轴斜交或直交的短轴倾伏褶皱构造：一组由杜军庄背斜、黑鸭子向斜、吕家坨背斜、塔坨向斜、毕各庄向斜及南阳庄背斜等组成；另一组出现在宋家营以南，由李新庄向斜、刘唐堡背斜组成，其规模不如前者。东南翼较缓，地质条件较为简单，断层发育程度较西北翼明显要低，且以张性、张扭性的高角度斜交正断层为主。区域地质演化史比较复杂，在古生代至中三叠世接受地台型沉积；基底由太古界的单塔子群和迁西群组成。岩石主要

20、是各类片岩、角闪岩、片麻岩、石英岩等。出露厚度达万余米，加上隐伏部分可达两万余米，但在开滦矿区范围内出露较少，主要分布在东北部山区。盖层由震旦系、古生界、中生界的石英岩、白云岩、石灰岩、砂岩、页岩、安山岩、泥灰岩和煤系地层组成，总厚度一万多米。盖层多数埋藏于松散地层之下，只少数出露于北部山区。由于受加里东运动的影响，华北地区自中奥陶世以后一直处于上升状态，至早石炭世仍未接受沉积，中石炭纪后地壳缓慢下沉，接受了一套海陆交互相含煤沉积。含煤岩系主要为中石炭统唐山组，上石炭统开平组和赵各庄组，下二叠统的大苗庄组、唐家庄组。三叠纪晚期，构造环境发生变化，断裂作用使得中国整个东北部分形成裂谷型（断陷）盆

21、地。在侏罗纪晚期，由于受燕山运动的影响，在北西一南东向挤压应力场作用下形成北东南西向的褶皱并使得古生代地层产生逆冲作用，并形成今日区内的含煤岩系构造基底以及较大范围内分布的剥蚀面。始新世（5千万年）以后，构造环境再次发生较大变化，主要表现为华北盆地由于板内裂谷作用发生张开。开滦矿区位于华北断块的北缘及燕山的山前地带，在第四纪（2百万年）后才开始快速沉降，并接受第四系沉积，厚度由北向南增厚，最大可达1000米，这些沉积物以不整合的形式直接覆盖于古生界含煤岩系之上。以上事实说明，该区在含煤岩系沉积后地壳经历了沉积抬升到新生代又快速沉降的过程。1.2.2 矿井地质构造分布规律范各庄井田位于开平向斜东

22、南翼南段，南北走向延伸12.25公里，东西斜长平均3.92公里，总面积32.33平方公里。范各庄井田主体构造为井田北翼的塔坨向斜和南翼的毕各庄向斜，主要受开平向斜在发育过程中北部受青龙山东西构造带影响，为主向斜轴在古冶以北发生偏转呈东西向而派生出的南北应力场形成的次一级构造（图1-2）。塔坨向斜轴线总体呈东西向，枢纽呈弧形向北凸出。受塔坨向斜影响，往南伴生发育了北二背斜和井口向斜，并在轴部附近产生了小型断层，落差较小。毕各庄向斜轴线总体呈北西向，枢纽呈马鞍状起伏较大，沿轴线形成两个小型盆地。井田内较大的断裂构造主要分布于毕各庄向斜区域的南部边缘，其中一组是以F5正断层为主的断层带，走向呈北北东

23、向，落差达200余米，造成煤系地层与奥陶系灰岩对接，成为开平煤田的边界；另一组是以F4、F11、F12断层组，落差在2530米。另外在井田中部发育有FO断层为主的断裂构造带，走向为南北向。1.2.3 井田主要构造块段的划分本井田所揭露的地质构造，总体来看，区内褶皱轴线短，以断裂构造为特征（图1-3），在塔坨向斜区和毕各庄向斜区构造比较复杂，形成的断裂构造多与区域构造应力场有关，有明显的规律性。中部单斜区构造相对比较简单，同时随着井田开发往深部延深，构造发育越来越复杂，断层落差增大，断层面形式多样化，特别是F0断层及伴生构造的存在对生产的影响也越来越大。图1-3范各庄井田构造纲要及构造单元划分图

24、根据构造样式和特征，范各庄井田划分为三个构造区（图1-3），即井田北部的塔坨向斜区，中部单斜构造区和南部的毕各庄向斜区。1.2.4 矿井地质构造分布规律范各庄井田的主体构造为井田北翼的塔坨向斜和南翼毕各庄区域的毕各庄向斜。塔坨向斜位于范各庄井田北端，北翼为急倾斜，与外围吕家坨背斜相连；南翼经由短轴舒缓的北二背斜与井口向斜，并过度成西倾的井田中段单斜区。毕各庄向斜位于井田南端，轴向NW，两翼不对称，东南端为断层所截。（a） (b)(c) (d)图1-4 范各庄井田主采煤层底板等高线图（a）5煤层；（b）7煤层；（c）9煤层；（d）12煤层）1.3 煤系地层1.3.1 矿区主要地层及地质发展范各庄

25、井田位于开平向斜盆地内。开平向斜是华北的一个小规模的古生代含煤断陷盆地。矿区地层区划属华北地层区，基底由太古代变质杂岩和元古界的变质岩系及花岗岩系组成；下古生界地层与下伏上元古界清白口群平行不整合接触。大地构造发展经历了太古代早元古代的基底发展阶段、古生代三叠纪的盖层发展阶段和中新生代的“活化”阶段。早元古代末期发生的吕梁运动，使包括本区在内的整个华北地区完全拼合成一个坚硬而稳定的地块，形成了本区的结晶基底；中元古代以来处于相对隆升状态；古生代的沉积盖层发育较为完整。区域范围主要地层有：太古界（A）；上元古界震旦系（Z）；古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系和新生界第四系等地层，其中石炭系、二

26、叠系为煤系地层。本地区地层缺失奥陶系上统、志留系、泥盆系和石炭系下统，使石炭系中统的唐山组地层直接覆于奥陶系中统的马家沟石灰岩之上。开滦矿区地质发展与整个华北板块相一致，中奥陶世受加里东期构造运动的影响，整体抬升并经过长期的剥蚀作用，形成准平原化地貌。到中石炭世海西期构造运动，又开始下沉并接受沉积了石炭二叠纪地层。在这期间地壳虽有几次波动，但没有造成明显的沉积间断。印支期构造活动表现在三叠纪末纪，华北板块内部开始强烈分异，只有在鄂尔多斯盆地保留了完整的三叠纪地层外，其它地区均强烈上升，多数地区剥蚀到二叠纪地层。燕山期构造活动是本区最强烈的一次，褶皱、断裂、岩浆活动均达到了顶峰期。使完整、连续的

27、华北石炭二叠纪巨型聚煤盆地被分割成十数个大小不一的含煤区。喜马拉雅期构造活动继承了燕山期的作用特征，强度大、形式多、岩浆活动强烈，尤以张性深断裂发育为特征，形成一系列断陷盆地。在断陷盆地的两侧形成正性断裂带，进一步破坏了煤层的完整性，并可能成为煤层气和地下水的通道。1.3.2 煤系地层及其层组的划分范各庄矿勘探和开发揭示出的地层自上而下有：第四系、二叠系、石炭系、奥陶系。范各庄井田煤系地层主要由石炭系、二叠系地层组成，煤系地层包括中石炭统唐山组，上石炭统开平组、赵各庄组，下二叠统的大苗庄组、唐家庄组。范各庄井田地层划分如表1-1和图1-5所示。1)奥陶系上马家沟组：中统。厚度152307米，岩

28、性致密均一，以泥晶质为主，无颗粒，局部具有水平层理和石膏假晶，下部云斑灰岩或深灰色厚层状泥晶-微晶云斑灰岩，局部夹薄层亮晶沙屑，灰岩含腕足及三叶虫薄屑及头足类化石。局部地段岩相变成杂色角砾屑云灰岩。与煤系地层呈假整合接触。下马家沟组：中统。厚度150307米，蠕虫状微晶白云岩，又称蠕虫灰岩，含三叶虫，腕足棘皮等生物碎屑及腹足类化石，其下部为白云岩，蠕虫灰岩和豹斑灰岩，本统白云岩较多，伴有石膏条带和石膏假晶，底部多层泥晶角砾岩屑灰岩，角砾成分为灰岩，白云岩等。亮甲山组：下统。厚度135260米，以细晶白云岩，竹叶状灰岩，豹皮状选层灰岩组成，上部小的岩溶较发育，含三叶虫头足类和腕足类化石。冶里组：

29、下统。厚度6993米，以条带状灰岩，竹叶状灰岩，小豹皮状云斑灰岩组成，含腹足类化石，下部层面见少量菱铁矿和碱石。下与寒武系地层整合接触。2)石炭系唐山组：中统。直接覆于奥陶系灰岩之上，与奥陶系地层呈假整合接触，平均厚度约67.3米。岩性以粉砂岩、泥岩为主，细砂岩次之，底部为鲕状铝土质泥岩(G层)，含K1、K2、K3三层灰岩，以K3灰岩发育较好，层位稳定，厚度为2.426.34米，称为唐山灰岩。本组含13层不稳定的薄煤线。开平组：上统。上部止于赵各庄灰岩(K6)顶板，下起唐山灰岩顶板，本组平均厚度约51.9米。岩性以细砂岩和粉砂岩为主，泥岩次之，含K4、K5、K6三层质地不匀的薄层灰岩和一层局部

30、可采的14煤层。本组比唐山组颜色较深，多呈深灰色，泥岩显著减少，含砂量增加，植物化石增多，黄铁矿结晶体和菱铁矿结核均较发育。赵各庄组：上统。上部以11煤层顶板为界，下伏开平组，平均厚度约83.7米，为主要含煤地层之一。岩性以粗砂岩、中砂岩和粉砂岩为主，泥岩次之。含二至三层可采煤层，即11煤、12煤、12半煤。岩性与开平组相比颗粒变粗，接近陆相沉积。3)二叠系大苗庄组：下统。上部止于5煤层顶板，下伏赵各庄组，平均厚度约61.4米。本组以深灰、黑灰色粉砂岩和泥岩为主，青灰色中砂岩次之，为主要含煤地层之一。含可采煤层四层，即5煤、7煤、8煤、9煤。6煤层分布普遍，但不可采。植物化石的种属显著增多。唐

31、家庄组：下统。上部止于A层顶板，下伏大苗庄组，平均厚度约224.5米。岩性以粗中砂岩为主，细砂岩次之，下部粉砂岩和泥岩比较发育，间夹14层薄煤线。岩石颜色由下部的深灰、浅灰往上变为灰绿和紫红色，均属于陆相沉积。古冶组：上统。下起A层顶板，上至A0层底，平均厚度约122.9米。岩性主要由中粗砂岩组成，夹少量泥岩、粉砂岩。泥岩、粉砂岩层多呈紫色、紫灰色，砂岩多呈灰 色、青灰色，局部夹浅黄色、紫色等杂色。在粉砂岩夹层中含少量植物化石。古冶组地层只保留在范各庄区域的主井、毕2孔、毕23孔至毕37孔一线以西，毕各庄区域大部分被剥蚀掉。与下伏唐家庄组整合接触。洼里组：上统。受地层剥蚀影响，洼里组地层只保留

32、在井田内范各庄区域范井5孔至951孔一线以西，平均厚度约139.7米。岩性主要由中粗砂岩、细砂岩、粉砂岩组成。粉砂岩及泥岩夹层多呈紫色、棕红色，砂岩多呈灰白色、青灰色，局部夹杂色。底部发育一层厚度约45米的紫色铁铝质泥岩，称其为A0层，分布比较稳定、广泛，为井田最上部的第一层较为重要的标志层。与下伏的古冶组整合接触。4)第四系冲积层整个范各庄井田均为第四系冲积层所覆盖。冲积层主要由粘土层、砂层及卵砾石层组成，中上部多粘土及砂质粘土层，下部多粗砂及卵砾石层。与下伏地层呈角度不整合接触。冲积层厚度变化较大，厚度54424米，由北往南逐渐增厚。在范各庄区域厚度沿东西向变化较小，南北向变化较大；而在毕

33、各庄区域基岩面出现近南北向的山沟和山脊，冲积层厚度在两个方向上变化均较大。冲积层底部卵砾石层比较发育，局部厚度可达33.5米。在井田内的大部分区域，卵砾石层直接沉积于基岩面之上。底砾层是煤系地层上部的重要承压含水层，是煤系地层中含水层的补给水源。表1-1 范各庄矿井田地层划分表地质时代建组起止层位地层关系厚度（米）含煤性主要特征系统组第四系由地表至基岩面不整合整合整合整合整合整合整合假整合164.6主要由砂、粘土、卵石组成二叠系上统洼里组A0层底面至基岩面139.7不含煤主要由中粗砂岩、细砂岩、粉砂岩组成。古冶组A0层底面至A层顶面122.9不含煤主要由中砂岩、粉砂岩组成下统唐家庄组A层顶面至

34、五煤顶面224.5含煤线45层主要由中砂岩、粉砂岩组成大苗庄组5煤层顶板至11煤层顶板61.35含煤六层可采四层即5、7、8、9煤由砂岩、粉砂岩、煤和泥岩组成石炭系上统赵各庄组11煤层顶板至K6灰岩顶面83.7含煤三层可采的即11、12、12半由砂岩、粉砂岩、煤组成开平组K6灰岩顶面至K3灰岩顶面51.9含煤13层，14煤局部可采主要为粉砂岩、泥岩、夹三层分布不稳定的灰岩中统唐山组K3灰岩顶面至奥陶灰岩顶面67.3含13层不稳定薄煤线以粉砂岩为主，细砂岩次之，间夹三层灰岩，底部为G层铝钒土岩奥陶系中统由灰岩、白云岩等组成图1-5 范各庄井田地层综合柱状图1.3.3 主要标志层范各庄井田内煤系地

35、层中发育的主要标志层分布如表1-2所示。自上而下依次叙述如下：表1-2 范各庄井田主要标志层表地质时代标志层名称厚度（米）稳定性主要特征系统组二叠系下统唐家庄组A层铝铁质泥岩8.3稳 定紫红色，含铝质成分较多。大苗庄组5煤层底板砂岩2.2稳 定层理明显，层间清晰。6煤层底板泥岩4.7稳 定铝质成分，含鮞状结构。石炭系上统赵各庄组11煤层顶板粉砂岩8.3稳 定含泥质结核，贝壳状断口。12煤顶板腐泥质页岩2.2稳 定炭质成分很高开平组K6石灰岩0.6不稳定局部被粉砂岩代替K5石灰岩0.7较稳定黑褐色厚度变化大14煤层底板泥岩6.6稳 定有鮞状结构中统唐山组K3石灰岩3.2稳 定含海相动物化石G层铝

36、质泥岩11.5稳 定鮞状结构明显，铝成分较高。（1）A层铝铁质泥岩为煤系地层最上部的一个标志层，分布普遍、稳定，紫红色，质硬性脆，有鲕状结构，节理发育。与A0层相比，颜色较A0层深，A层比重较大，含铝质成分多，断口为参差状。（2）5煤层底板砂岩大部分为中细砂岩，青灰色，硅质胶结，层理明显，为水平波状层理，层间隙清晰，含少量云母亮星片，层面平坦。主要成分为石英，其次为长石和少量的黑色矿物。节理发育，断口平坦。（3）6煤层底板泥岩 为灰色或浅灰色，岩性较软，具鲕状结构，分布稳定。断口为参差状，灰白色条痕，局部含少量的植物根碎屑和泥质豆状结核。其下部细砂岩，含微量钙质成分。（4）11煤层顶板粉砂岩为

37、黑色的粉砂岩，呈贝壳状断口，局部含少量的动物化石，大部分含土黄色条带状泥质结核。井田南四石门以南变为炭质成分较高的泥岩。分部普遍、稳定。（5）12煤层顶板腐泥质页岩灰黑色，炭质成分较高，褐色条痕，油质光泽贝壳状断口。含大量土黄色豆状泥质结核，局部含动物化石。裂隙面夹黄铁矿薄膜和散晶，为第七海浸线。分布较广，只在南四石门以南炭质成分有所减少，变为致密的泥岩。（6）K6灰岩又称赵各庄灰岩，本井田分布不稳定，局部被钙质成分较高的深灰色粉砂岩代替，深部较稳定。岩性较坚硬，质纯、性脆，裂隙被方解石脉充填，含大量的黄铁矿晶体。（7）K5灰岩分布较稳定，局部被钙质成分较高的粉砂岩代替。为褐灰色，含少量海相动

38、物化石和黄铁矿薄膜。距14煤层0.82.1米。（8）14煤层底板泥岩为灰色鲕状结构明显的软泥岩，局部含杂乱的植物根化石和少量的铝质成分，参差状断口，节理发育，裂隙面附有黄铁矿薄膜和散晶。（9）K3灰岩又称唐山灰岩，褐灰色，分布稳定，厚度变化不大，一般2.63.2米。岩性较硬，质纯性脆，含大量的黄铁矿散晶和海相动物化石。顶板为深灰色粉砂岩，底部为较软的泥岩，含杂乱的植物根化石。（10）G层铝质泥岩紫灰色和紫红色，鲕状结构明显，分布稳定，厚度变化很大。含铝质成分较高，有光滑感。直接覆盖在奥陶灰岩之上，是做为耐火产品的好材料。1.3.4 含煤岩系沉积环境华北石炭-二叠纪沉积处于海陆交互型、基底平坦、

39、领域开阔的陆表海聚煤环境。范各庄井田石炭-二叠系含煤地层形成于海陆交互相沉积环境。其中石炭系的唐山组、开平组和赵各庄组属于海陆交互相沉积，二叠系的大苗庄组和唐家庄组属于近海陆相沉积。整个煤系地层厚度、煤层层数、旋回结构明显清晰，易于对比。从相旋回的特征分析，中石炭世地壳升降运动频繁，引起大面积的海侵和海退，沉积了一套海陆交互相地层。由于地壳运动短暂而频繁，不宜泥炭堆积，故没有形成可采煤层。在这时期地形比较平坦，海侵和海退范围广泛，沉积了三层薄层灰岩，即K1、K2、K3灰岩。中石炭世沉积地层厚度较薄，约为67米，相旋回结构清晰，易于对比。晚石炭世地层以缓慢上升为主，聚煤作用活跃，海相地层逐渐减少

40、，过渡相地层增多，且出现河流冲积相沉积。在晚石炭世早期地壳运动还比较频繁，且很不稳定，沉积了三层薄层灰岩，即K4、K5、K6灰岩，到后期地壳运动趋于稳定，适宜植物生长与堆积形成了本井田的可采煤层，即11、12煤层和局部可采煤层12半煤层、14煤层。晚石炭世沉积地层厚度约为136米，相旋回结构比较清楚。早二叠世地壳运动仍以上升为主，上升幅度由小渐大，海退范围逐渐扩大，沉积了一套近海陆相地层，湖泊、沼泽遍布，沉积了四层稳定和较稳定可采煤层(5、7、8、9煤层)。到晚二叠世，气候由温润转向干燥，不宜植物的生长。中期只形成薄煤层，到晚期聚煤作用已进入尾声。早二叠世沉积地层厚度约为286米。从煤系地层形

41、成过程来看，地壳运动在中石炭世、早二叠世是以上升为主，上升幅度由小变大，由缓慢上升到直线上升。从岩相上看，为近海相过渡相大陆相。从成煤环境看，则为滨海平原到内陆湖泊。正是由于地壳运动由弱到强，从海相逐渐转为陆相，在这种地壳相对稳定时期，才沉积了本井田的可采煤层。1.4 煤层及煤质煤层是矿井开采的对象，是自然界中由植物遗体转变而成的成层可燃沉积矿产，由有机质和混入的矿物质所组成。煤层作为含煤岩系的有机组成部分，在含煤岩系中常常赋存于一定的层位，与其它共生的岩石类型构成特定的沉积序列。由于受煤层形成时基底构造、原始成煤环境、后期冲刷作用和构造作用的影响，造成不同采区、工作面的煤层厚度不同，或出现增

42、厚、变薄现象。当煤层厚度小于实际开采高度时，在工作面煤壁表现为破顶或破底，给综采设备维护带来困难；当煤层厚度大于工作面实际开采高度并放顶煤时，由于煤层松软，极易造成漏顶，给顶板管理造成困难。因此，了解煤层厚度及其变化和煤质分布，对于采区的合理布置，采煤方法的正确选择，储量的准确计算，煤炭资源的充分回收等都具有重要的意义。1.4.1 煤层结构、厚度及其变化规律井田内基岩被新生界所覆盖，含煤地层为石炭二叠系，共含煤层17-20层。根据含煤情况及旋回特征，可将石炭二叠系含煤部分划分为五个含煤段，分别为中石炭统唐山组，上石炭统开平组、赵各庄组，下二叠统的大苗庄组和唐家庄组（表1-1和图1-5），本区主

43、要可采煤层位于上石炭统赵各庄组和下二叠统的大苗庄组中，即下二叠统的大苗庄组的5、7、9煤层，上石炭统赵各庄组的11、12、12半煤层。井田内的可采煤层及一层局部可采煤层的结构、厚度及其变化规律如下：5煤层：5煤层为简单结构煤层，煤层厚度平均3.0米，厚度变化尚有规律，西北薄，东南厚，如图1-6（a)。煤岩类型以光亮型煤为主，间夹半亮型煤。内生节理发育，性脆。煤的硬度f=0.30.5，密度1.36 克/厘米3。5煤与7煤层的间距2943米，平均32.57米，由北往南逐渐变薄。（a） （b） (c)图1-6 煤层厚度分布图（a）5煤层；(b)7煤层；(c)9煤层7煤层：7煤层为复杂结构厚煤层。煤厚

44、平均5.5米。煤层中夹有23层炭质成分含量很高的粉砂岩夹矸(俗称老碴)，中间一层厚度较大，约0.4米，广泛发育、比较稳定。煤层厚度由北往南逐渐变薄，煤层厚度变化规律如图1-6(b)所示。在毕区S7剖面以南煤厚多在3.0米以下，且受到F4F12大型断裂构造带的影响。煤岩类型以半亮型和半暗淡型煤为主，中间夹12层暗淡型煤，底部为光亮型煤。煤层中节理裂隙发育，棱角状断口。煤的硬度f=0.40.9，密度1.57克/厘米3。7煤与下部9煤层间距变化较大，间距平均18.25米。9煤层:9煤层为复杂结构的中厚煤层。煤层厚度平均4.6米。含有12层泥岩、粉砂岩夹石，夹石分布广泛，变化较大，由北往南逐渐增厚，由

45、0.1米至0.9米，煤层厚度变化规律如图1-6（c）所示，9煤层厚度的变化较大，多是由于煤层底板起伏变化较大和煤层顶板小型断层比较发育造成。煤岩类型以光亮型为主，下层以半亮型为主，界线明显。内生节理发育，玻璃光泽。煤的硬度f=0.40.7，密度1.51克/厘米3。与下伏11煤层间距5.321.0米，平均9.3米。1.4.2 煤岩、煤质特征井田各煤层由腐植煤构成。其宏观煤岩组分以亮煤为主，暗煤次之，镜煤和丝炭较少；其煤岩类型以半亮型煤和半暗型煤为主，光亮煤较少，具条带状-线状层理。显微煤岩组分以镜质组占绝对优势。井田内各主要可采煤层的煤种均为结焦性良好的1号、2号肥煤和气肥煤。煤质受沉积环境的影

46、响，各煤层变化较大，赋存于赵各庄组的11煤、12煤煤质较好，灰分低，发热量高，但煤的含硫量高； 赋存于陆相大苗庄组的5煤、7煤、8煤、9煤则灰分较高，发热量较低，但煤的含硫量低。均属于难选或非常难选煤。各煤层的原煤工业分析和洗精煤工业分析见表1-3和表1-4。表1-3原煤工业分析综合表项目灰分 Ag （%）硫分 S （%）挥发分 Vr （%）发热量 （大卡/克）灰熔融性煤质牌号备注5煤层10.7820.870.530.9834.0339.2040407902135015001、2号肥煤为主，局部气肥煤15.820.7436.9459017煤层26.7238.290.430.5827.7336.

47、80552076521、2号肥煤为主，局部肥焦煤和气肥煤在井田东南翼煤层结构复杂，夹石增厚，灰分增大。31.090.4729.8660609煤层24.1731.701.052.4430.6338.7146007630117015001、2号肥煤南翼煤层下部夹石层增厚，灰分增加。28.81.6335.16016表1-4 精煤工业分析综合表 项目5煤层7煤层8煤层9煤层11煤层12煤层工业分析水分Wf （%）0.970.80.830.870.680.72灰分Ag （%）5.4110.027.8514.865.198挥发分Vr （%）38.1628.1831.6332.1733.1329.9粘结性7

48、月8日6月8日7月8日77月8日7月8日硫分S （%）0.660.650.871.1321.31发热量QT（卡/克）801376237872772980637891碳Cr86.2587.8487.0186.7186.887.08氢 Hr5.635.145.295.335.45.16氮 Nr1.561.671.661.541.431.5氧 Or4.984.774.585.453.73.38硫 Sr0.630.660.671.692.721.81横向厚度（mm）32.1919.5811.048.436.256.59纵向厚度（mm）23.5624.5530.7931.5339.8135.15曲线类型

49、之 字之 字之 字之 字山 字山 字煤 质 牌 号2肥气1肥煤1肥煤2肥煤1肥煤2肥煤煤层的原生灰分在井田范围内并无大的差异，但原煤的生产灰分却呈现逐渐上升的趋势，个别工作面的生产灰分则达到了4050以上。造成原煤生产灰分增加的主要原因：一是生产管理过程中的产品质量意识差，产煤中人为混入大量矸石；二是由于个别煤层特殊的赋存条件，如存在伪顶、夹矸，或出现局部薄煤等。生产工艺不合理，出现采伪顶，夹石，破底板等，形成的大量矸石混入煤中；三是煤层不能合理配采，7煤、8煤、9煤等高灰分煤层集中生产，造成全矿井原煤生产灰分增高，发热量降低。1.4.3 伴生矿床根据范各庄矿多年采探资料，在井田范围内，目前还

50、没有发现具有一定经济品位，达到可采标准的伴生矿床，但在采矿及选煤过程中，可以把与煤伴生的有益矿产做为副产品进行回收和综合利用，其中主要是洗矸和黄铁矿。（1）洗矸：洗矸是选精煤过程中的副产品，其主要成分是粘土类矿物。由于其与煤伴生，含碳量较高，因而有一定的发热量，可以供沸腾炉燃用，也可以做为自燃砖的配料，以节约煤炭用量。（2）黄铁矿：黄铁矿是制取硫磺和硫酸的原料，范各庄矿井田范围内黄铁矿主要与石炭系上统煤层相伴生，可以探索通过选矿对黄铁矿进行回收和综合利用的途径。1.5 煤层开采技术条件1.5.1 各主要煤层之间岩性特征范各庄井田石炭-二叠系含煤地层形成于海陆交互相沉积环境。其中石炭系的唐山组、

51、开平组和赵各庄组属于海陆交互相沉积，二叠系的大苗庄组和唐家庄组属于近海陆相沉积。各主要煤层之间岩层岩性主要为中、细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、石灰岩和薄煤层所组成(图1-7和表1-5)。(a)(b)(c)(d)图 1-7 沉积断面图（N1勘探线；S2勘探线；S4勘探线；S6勘探线）表1-5 主要可采煤层层间岩性百分率统计表 层段砂岩+粉砂岩%泥岩%煤(线)%层间距m上下5煤-第四系0.60-100.0073.670.00-99.4025.900.00-3.740.244.06-621.22224.257煤至5煤10.54-99.3866.310.00-88.5230.550.00-5.641

52、.7422.47-53.3832.579煤至7煤0.00-100.0056.660.00-88.5834.180.00-38.268.008.31-38.4618.2512煤至9煤4.65-95.3653.550.00-84.4742.450.00-13.912.8017.87-75.4432.2914煤-12煤1.67-99.1580.240.00-90.3117.170.00-8.011.0233.73-79.3461.38表中：最小最大平均统计表明（如表1-5所示）：(1)5煤上覆岩层（5煤顶板至第四系）厚度平均为224.25米，中、细砂岩和粉砂岩平均占73.67 %，泥岩平均占25.90%，煤平均占0.24%；平面上的变化如图1-8所示。(2)7煤上覆岩层（7煤顶板至5煤之间）厚度平均为32.57米, 中、细砂岩和粉砂岩平均占66.31 %，泥岩平均占30.55%，煤平均占1.74%；平面上的变化如图1-9所示。(3)9煤上覆岩层（9煤至7煤之间）厚度平均为18.25米, 中、细砂岩和粉砂岩平均占56.66%，泥岩平均占34.18%，煤平均占8.00%；平面上的变化如图1-10所示。从岩性统计可以看出，本区含煤岩系沉积岩