01080177新庄矿刘乐 新庄矿

1、中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第I页目录一般部分1 矿井概况与地质特征11.11.21.3矿井概况1井田地质特征3煤层特征62井田境界和储量92.1 井田境界92.2 井田工业储量9矿井工作制度、设计生产能力及服务年限143.1 矿井工作制度143.2 矿井设计生产能力及服务年限14井田开拓16344.14.24.3井田开拓的基本问题16方案比较19矿井基本巷道235准备方式采区准备方式345.1 煤层地质特征345.2 采区巷道布置及生产系统355.3 采区车场选型设计39采煤方法426.1 采煤工艺方式426.2 回采巷道布置52井下运输557.1 概述557.2 采区运输设备选

2、择567.3 大巷运输设备选58矿井提升618.1 矿井提升概述618.2 主副井提升61矿井通风安全659.1 选择矿井通风系统659.2 采区及全矿所需风量699.3 矿井通风总阻力计算729.4 选择矿井通风设备799.5 防止特殊灾害的安全措施826789中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第II页10 设计矿井基本技术经济指标85参考文献87专题部分松软顶板稳定原理分析881 软岩巷道围岩控制原则881.1 对症下药原则881.2 塑性圈原则881.3 提高围岩自稳能力原则881.4 联合支护原则881.5 大断面及避开最大水平应力原则882软岩巷道支护实例892.1 巷道地质条

3、件与原有支护892.2 巷道破坏原因分析892. 3 巷道支护措施改进892. 4 巷道支护措施改进后的效果90支护技术923.1 支护方式的选择923.2 锚网带支护加固原理923.3 锚固形式选择923.4 合理锚杆参数的确定92深部沿空留巷的数值模拟分析944.1 模型建立944.2 巷道围岩变形与应力分布特征分析95深部沿空留巷支护井下试验975.1 沿空留巷支护设计975.2 井下监测与支护效果分析100深部沿空留巷的支护原则与建议1066.1 深部沿空留巷的支护原则1066.2 存在的问题与改进建议106结 论1087. 1 合理确定开拓布局1087. 2 优化支护设计1087.

4、3 优化巷道断面形状1087. 4 开拓巷道围岩控制主要途径10834567翻译部分英文原文110NUMERICAL SIMULATION OF COAL FLOOR FAULT ACTIVATION INFLUENCED BY MINING110中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第III页中文译文117采矿对煤层底板断层活化影响的数值模拟1171 简介1172 数值计算模型的形成1173 数值模拟结果与分析1184 结论120致谢123中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第1页1 矿井概况与地质特征1.1矿井概况1.1.1地理位置与交通新庄矿位于豫、皖两省交接的永城市东部，行政区划

5、分苗桥、茴村两乡管辖，主管部门为河南省神火集团，井田东部及北部以人为边界与安徽皖北矿务局刘桥二矿分界，西以王庄断层（F21)与葛店煤矿毗邻，南至煤层露头线。矿井范围由 11 个边界拐点连线圈定，其边界拐点坐标见表 1.11。南北长约 7.5 Km 东西宽约 3 Km，面积约 22.5 Km2。地理位置为东经 1163715，北纬 335525。表 1.11 新庄煤矿边界拐点坐标一览表 该矿西至永城市 24Km，东距安徽省淮北市 19 Km，西北 120 Km 可达京九、陇海西两主干铁路的交通枢纽-商丘车站，东北 94 Km 到津浦、陇海两铁路之枢纽徐州车站，矿区内部有专用运煤铁路与陇海铁路相连

6、，省道永淮公路从矿区穿过，矿区内公路、铁路纵横交错，四通八达，交通十分便利。优越的地理位置为煤炭市场的开发创造了得天独厚的条件。交通位置图见图 111。图1.1.1 矿井交通位置图 1.1.2地形地貌本区属于黄淮冲积平原，区内地势平坦，地面标高+30.3m 左右，井田南约 6 Km 有沱河向东注入安徽省的新汴河，中南部有王引河，最大排洪量 12.278 S/m3。1973 年 7 月 14 日最高水位：王引河+30.63m，水深 2.7m 左右；曹沟+30.42m，水深 1.96m。王引河、曹沟均属人工渠道，水位随季节变化，冬季有干涸现象。工业广场的附近一带历史最高水位标高不大于+31.69m

7、。矿区开发建设的过程中逐步完善排涝工程，内涝基本解除，地表水拐点直角坐标拐点直角坐标经 距（Y）纬 距（X）经 距（Y）纬 距（X）1394654003761960739466400375268023946584037619208394642403753820339466700376125093946328037528004394669843760200103946316037538305394662203753600113946370037554706394666403753110中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第2页对矿井开采及矿区建设没有1.1.3水系水源条件。本区属淮河水系，区

8、内无地表水体，自北而南有曹沟，王引河、运粮河等三条季节性小河，自西北向东南流入安徽省境内汇于淮河。因地势平坦，一般河谷宽缓，河床较浅， 水流坡度很小。雨季洪水期，近河低洼地段常积水内涝成灾；据永城市水利局资料，1963 年汛期，在二牛、黄饭棚、大小新庄一带积水深 0.51.0m。最高洪水位 31.79m。干旱季节，河水位一般低于地下水位，成为排泄地下水的渠道。矿井用水主要分为地面用水和井下用水。地面用水主要是由二眼水源井及一座水厂来供应；井下降尘用水采用井下排水经处理后再返回井下。1.1.4气象及地震本矿区属半干燥大陆性气候，夏季炎热多雨，冬季干燥寒冷，四季气候变化分明。据永城市气象站资料，年

9、平均气温 14.2，绝对最高气温 41.5(1966 年 7 月 18 日)，最低气温23.4(1969 年 2 月 5 日)；年平均降雨量 847.66mm，年最大降雨量 1518.6mm（1963 年），年最小降雨量 537.7mm（1966 年），降雨量多集中于 68 月份，占全年降雨量的50%；年平均蒸发量 1807.4mm，年最大蒸发量 2290.4mm（1966 年），结冰期一般在 11 月翌年 3 月，最大冻土深度为 21cm（1977 年）；夏季多东南南风，冬季多西北北风，年平均风速 3.4m/s；最大风速 20m/s。冬季 12 月至翌年 3 月为降雪期，11 月至翌年 4

10、月为冻土期，最大冻土厚度为 19cm。据中国地震目录第二集（1960 年版）记载，自公元 925 年以来，安徽省肖县、宿县一带微震频繁，强震不断，曾发生强烈地震 38 次，其中 1668 年郯城发生 8.5 级强烈地震。本区位于郯（城）庐（江）地震影响带，根据国家质量技术监督局发布的“人民国家标准 GB183062001中国地震动参数区划图（河南省部分）”本区地震动峰值加速度为 0.05g，地震烈度为度。1.1.5 矿区电源条件及通讯条件永城市工业较为发达，电源条件好，矿区有多座电厂和变电站，可满足矿井用电。矿井采用双回路供电，一路来自永城电厂，另一路来自淮北渠沟变电站。原设计矿井工业场地及北

11、风井场地的 35kV 变电所 3 路进线电源分别为沱新线、葛新线和渠新线；渠新线来自淮北渠沟变电所，距离新庄矿 30km；沱新线来自永城沱滨变电所，距离新庄矿 24km。葛新线为新庄矿与葛店矿的互备用电源架空线，长度 5km。矿井35kV 架空电源线皆为 LGS-120 型。技改工程实施时，矿井工业场地的 35kV 变电所 3 路进线电源分别改为来自沱新线、新双线、新风线；沱新线来自永城沱滨变电所，距离新庄煤矿 24km；新双线为新庄煤矿与葛店煤矿双庙站的互备电源架空线路，长度为 1.8km；新风线为新庄煤矿与北风井场地的互备用电架空电源线路，长度为 4.6km。北风井场地 35kV 变电所

12、2 路进线电源分别改为来自光新风线和新风线；光新风线来自神火光明变电所，距离北风井 11.2km。矿井架空电源线沱新线为 LGJ-185 型，光新风线、新双线为 LGJX-240 型，新风线为 LGJ-120 型。1.1.6 主要建筑材料供应条件矿区位于豫东大平原上的人口稠密区，劳动力资源比较丰富。土产建筑材料砖、瓦、中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第3页石子和料石均可就地供应，钢材、木材和水泥等物资可经公路及铁路直接运至矿井工业广场。1.1.7工农业情况永城市现有耕地面积 160104 亩，多属粘沙两合土。主要粮食作物有小麦、玉米、大豆、高粱、谷子等，主要经济作物有棉花、花生、芝麻、

13、油菜和蔬菜等，是优质小麦生产基地，全国粮棉油百强县。永城市形成了建材、冶金、化工、机电、煤炭、电力、轻纺、造纸、食品、酿酒、电解铝等工业体系和优势产业；矿产资源丰富，为全国六大无烟煤生产基地，主要矿产有煤、铁、花岗岩、膨润土、高岭土、大理石、矿泉水等 23 种。1.1.8地区经济概况新庄矿位于河南省永城市，河南省重点建设的区域性中心城市。地处东经 11558 11639，北纬 33423418之间，平均海拔 33 米。市境的北、东、南及西南部分别与安徽省的砀山县、萧县、濉溪县、涡阳县、亳州市毗邻，西部和西北部与河南省的夏邑县缘连。沱河穿过西城区的北部和东城区的南部，芒砀山位于北部的芒山镇境内，

14、 主峰海拔高度 159 米。311 国道从中部东西贯穿境内，连霍高速公路、永登高速公路东西贯穿境内。规划中的济祁高速公路邢商永地方铁路已经招标。沱浍河复航工程 12.5 期间争取开工。全境近似椭圆，地势由西北向东南微倾，平均海拔 31.9 米，除东北有方圆 16 平方公里的芒砀山群外，大部分为平原地区，属暖温带季风性半湿润气候区，年平均气温 14.3。现辖 18 个镇、11 个乡，744 个行政村，3706 个自然村。所属乡镇有：城关镇、演集镇、酂城镇、十八里镇、高庄镇、芒山镇、薛湖镇、马桥镇、裴桥镇、陈集镇、蒋口镇、太丘镇、李寨镇、顺和镇、苗桥镇、茴村镇、卧龙镇、侯岭镇；酂阳乡、王集乡、马牧

15、乡、双桥乡、龙岗乡、刘河乡、条河乡、陈官庄乡、城厢乡、黄口乡、新桥乡。是全国六大无烟煤基地之一，华东工业的能源后方。境内有 200 多家面粉企业，也是国家唯一授予“中国面粉城”称号的城市，永城拥有两家中国 500 强企业-永城煤电控股集团和神火集团、是河南省最大的煤化工基地。 1.2井田地质特征1.2.1井田地质概况新庄煤矿属于华北地层区鲁西分区徐州小区，矿区内无基岩出露，全被新生界所覆盖。根据钻孔，区内地层由老到新依次发育有奥陶系中统马家沟组；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，上统上石盒子组和新生界第三系、第四系。其中石炭二叠系为主要含煤地层。1.2.2地层井田含煤

16、层由下至上有太原群、山西组、下石盒子组、上石盒子组。太原群（C3t）厚 134m149m，平均 138m。岩性主要由隐晶质灰岩、泥岩组成，其次为砂质泥岩及砂岩。顶部灰岩稳定，厚 2m 左右，为 K3 标志层；底部灰岩厚 13m17m， 一般 15m，以含燧石结核为主要特征，为 K2 标志层。山西组（P1S）厚 110m，由灰至灰黑色泥岩、砂质泥岩及白色细致粗粒砂岩组成。下石盒子组（P1XS）厚 73m113m，平均 108m。由砂岩、砂质泥岩组成。底部为鲕中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第4页状铝质泥岩，为 K4 标志层。上石盒子组（P2SS）厚度大于 400m，底部为 K5 砂岩标志

17、层与下石盒子组分界；上部紫色斑块泥岩夹厚层砂岩，以 K6 长石石英砂岩为较稳定的标志层。1.2.3 褶皱、断层及陷落柱（1） 褶曲前松向斜：为一向 NNW 倾伏、两翼基本对称的宽缓向斜。轴部位于 408 孔和苗 4孔一线，即前松村庄一带，向南延伸至 403 孔南部消失，向北至苗 4 孔北部消失，向斜轴线南北长约 2.1km。两翼地层倾角 812。向斜东翼与东区背斜西翼共用。轴部因受 F4 断层的切割，局部地层倾角达 15，破坏了地层的连续性。该向斜由井下巷道、钻孔及三维地震勘探控制，依据可靠。东区背斜：轴部位于本矿东部 505 孔一带，为一向 NNW 倾伏、两翼基本对称的宽缓背斜。轴线与前松向

18、斜近于平行，向南、北分别延伸至 508 孔东部及张庄与黄药店之间， 长约 1.8km。两翼地层倾角 611。背斜西翼与前松向斜东翼共用，背斜东翼向东延伸至安徽省刘桥井田。该向斜由钻孔及三维地震勘探控制，依据充分可靠。（2） 断层新庄煤矿区内发育的主要大断层 2 条。现将主要断层叙述如下：王庄断层（F21）位于王庄至池楼一线，为井田之西界。该断层略呈弯曲展布，总体走向北北东，断层面倾向北西西，倾角 70，西盘下降，东盘相对上升，为一正断层。断层落差北小南大，落差为 80m250m。在井田范围内断层走向长约 10Km，南部向黄集井田延伸，斜交于黄集断层，向北延伸情况不明。断层旁侧煤层牵引明显，并发

19、育数条与之呈极小锐角的派生次级断层。黄饭棚断层（F4），分布于井田中南部，走向北北西，断层面倾向西西南，倾角 35。北东盘上冲，南西盘相对下降，落差 35m，为一逆断层。西北端消失于张庄西部，向东南尖灭于 501 孔附近，走向约 3.9 Km。该断层切割前松向斜的轴部，破坏了向斜的横向连续性。主要地质构造特征见表 1.21表 1.21主要地质构造特征表1.2.4水文地质特征（1）概况新庄煤矿西部以走向近南北、倾向西、东盘上升西盘下降、落差 250180m 的王庄正断层为边界，造成矿井内二 2 煤层、三 2 煤层与西盘（下降盘）下石盒子组上部砂、泥岩地层相接，该断层基本上为一条阻水边界断层，以矿

20、区中部 NNE 向永城背斜轴部为轴心，向东西两翼至二 2 煤层露头线为界，南北长约 30km，东西宽平均约 7km，面积约 200230km2，为太原组灰岩，奥陶系灰岩和寒武系灰岩的隐伏露头区。在永城背斜轴部从柏山惠、候岭经永城市至大孟庄一线为岩溶含水层的浅埋区，上覆新生界地层 50 200m；背斜西翼较宽阔，岩溶含水层埋深约 100300m，背斜东翼较狭窄，含水层埋深约100180m。矿井东部与刘桥二矿间为一条人为边界，实际上新庄、刘桥二矿同处于一个序号名称断层性质断层面走向断层面倾向倾角（）落差（m）1王庄断层正断层北北东北北西701802502黄饭棚断层逆断层北北西西西南3525中国矿业

21、大学 2012 届本科生毕业设计第5页统一的水文地质单元内。矿井南部边界为煤层露头线，属于一个弱补给边界。矿井北部边界属于无限边界。（2）含水层矿井各含水层（组）基本与区域含水层相一致，按其储水空间，水力性质及富水性可分为三大类，对主要可采煤层井巷充水的主要含水层（组）共有九层（组）：新生界松散孔隙水含水组：矿井内新生界松散沉积物以冲积、湖积为主，沉积旋回稳定，由砂、含砾砂及粘土、砂质粘土等组成；受古地形控制其沉积厚度在南部 135155m， 中南部稍薄约 130m，中北部最厚为 160180m，可划分为三个含水组。第四系上部孔隙潜水含水组（）：含水层埋深小于 20m，潜水位标高+25.73+

22、31.69m，一般为+29m； 单位涌水量 0.1366.713L/sm，渗透系数 1.2156.532m/d；第四系中部孔隙承压水含水组（）：含水层埋深在 2066m，水位标高+29.83m，单位涌水量 0.671L/sm，渗透系数 4.633m/d；第四系下部孔隙承压水含水组（）：含水层埋深在 66134m，水位标高+29.28m，单位涌水量 0.00798L/sm，渗透系数为 0.0565m/d，二迭系砂岩裂隙承压水含水层（组）：K6 砂岩裂隙含水组（K6）：累厚 6.3046.75m，平均 31.12m，水位标高110.87m，单位涌水量 0.0960.942L/sm，渗透系数 0.2

23、015 3.481m/d；K5 砂岩与三 2 煤顶板砂岩裂隙含水组（）：累厚 9.8662.55m，平均 33.25m，水位标高114.40m，单位涌水量 0.0610.172L/sm，渗透系数 0.5090.9814m/d，二 2 煤层顶板砂岩裂隙含水组（）：含水层累厚 4.2650.80m，平均 20.00m。单位涌水量0.0515L/sm，渗透系数 0.4604m/d；灰岩岩溶裂隙承压水含水层（组）：太原组上段灰岩岩溶裂隙含水组（）：水位标高+10.27+10.61m，单位涌水量 0.0004613.690L/sm，渗透系数 0.0022416.839m/d，太原组下段灰岩岩溶裂隙含水组

24、（）：水位标高+30.00m，单位涌水量 1.216L/sm， 渗透系数 4.73m/d，中奥陶统马家沟组灰岩岩溶裂隙含水层（）：水位标高+30.28m， 单位涌水量 0.0633L/sm，渗透系数 1.77m/d，（3）主要隔水层新生界孔隙水含水组间隔水层：、含水组间隔水层为粘土及砂质粘土，隔水层主要赋存于第四系中部含水段之上部，厚度几米到十几米含与含间隔水层主要为粘土，在含水段的顶部发育有 23 层粘土、砂质粘土、粘土组合的稳定隔水层新近系底部粘土、砂质粘土隔水层，主要为致密、细腻的湖积粘土，平均厚约 17m，隔水性能良好二迭系砂岩裂隙水各含水组间隔水层：K6 与 K5 砂岩裂隙含水组间的

25、隔水层（段） 厚逾百米，尤其四 1四 3 煤层间近 80m 段内全部为泥岩、砂质泥岩地层组合含与 含间的隔水层有二段，上段为三 1 煤三 4 煤间厚约 30m 的泥岩夹煤地层组合，下段为四煤段底部厚约 6.50m 的铝土质泥岩隔水层二 2 煤底板隔水层（段），上起二 1 煤层底板下止 K3 顶界，厚 41.5565.75m，平均厚 55.29m。隔水段中上部为一套厚约 40m 以泥岩为主夹 23 层中、细砂岩地层组合；下部为 C3t 顶部厚约 15m 的海相泥岩与山西组底部的深灰色泥岩组合而成的联合隔水层（段）岩溶裂隙含水层间的隔水层：太原组中段砂泥岩层隔水段：厚约 30m。由一套泥岩、砂质泥

26、岩、细砂岩及煤线等地层组合而成，有时其中部夹二层薄层灰岩（L5、L6）本溪组铝土质泥岩隔水层：厚 1.6410.98m，平均厚 6.31m。（4）、井田充水因素 砂岩裂中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第6页隙水的充水通道：含水层的构造裂隙，断层破碎裂隙带，褶皱轴部及转折端的碎裂裂隙等都可成为顶板含水层的充水通道；此外回采放顶后，顶板陷落造成的导水裂隙带属于再生的导水通道，且后者的导水能力比前者更强。岩溶裂隙水的充水通道：在井田的构造带上（包括断裂构造和褶皱构造），尤其是转折部位、复合部位、尖灭端等受多期构造运动改造，构造破碎裂隙带相当发育，成为岩溶地下水向矿井突水的主要通道；采面回采初

27、期，因采空处应力释放后引起地应力的重新分布，第一次来压的张应力，会使得原闭合的裂隙被拉张开，形成新的导水通道，往往该导水通道的突水作用更强、更猛，威胁更大。此外，应防范封闭不良钻孔，尤其是含水层贯通，突入巷道。太灰含水层的钻孔形成导水通道，使上下各（5）矿井涌水量 预测矿区在生产时，正常涌水量 200 m3 / h ，最大涌水量 280 m3 / h 。次采用大井法和比拟法预算矿井正常涌水量结果见表 1.22。最大涌水量按正常涌水量的 1.5 倍。表 1.22新庄矿井涌水量预算结果表（6）矿井供水水源 大气降水与地表水：大气降水与地表水仅与第四系上部孔隙潜水含水层（含）具有直接的水力联系。矿井

28、范围上覆新生界地层 130180m，由含层层垂直下渗补给充水含水层的量微乎其微，所以认为大气降水和地表水不属于矿井的充水水源。地下水：煤层顶板的砂岩裂隙地下水是矿井前期生产中的主要充水水源，该水源对矿井的充水强度主要受顶板砂岩裂隙发育程度及构造带岩层破碎程度等控制导水因素的影响，充水性不猛烈，充水量有限，对矿井生产不造成威胁；但是 K6、K5 砂岩裂隙含水层垂直裂隙较发育，富水性较强，对井筒建设具有一定威胁，须加以提防。二 2 煤层下伏灰岩岩溶裂隙地下水，富水性强,且水压高,一旦向二 2 煤层井巷突水均来势猛,水量大,对安全生产造成极大威胁,应高度提防,预先积极采取各种防范措施。1.3煤层特征

29、1.3.1主采煤层及其围岩性质本井田煤系地层总厚 760m，含煤 27 层。其中可采煤层为山西组二 2 煤、下石盒子组的三 2、三 3、三 5 煤，共计四层。二 2 煤山西组含煤系数 3.24，下石盒子组含煤系数 3.3。共划六个煤组：一煤组位于太原群，含煤多达 10 层，一般 57 层；二煤组位于山西组中部，含煤最多 4 层，一般 2 层；三煤组位于下石盒子组，最多 7 层，一般 25 层；四煤组位于上石盒子组下部，含煤最多 3 层，一般 2 层；五、六煤组均位于上石盒子组中部，五煤组含煤最多 3 层，六煤组含煤 1 层。普遍可采者二 2 煤及三 2 煤层，局部可采者 4 煤，三 3、三 5

30、 煤层局部不可采。余者偶见可采点，多属不可采煤层。其中二 2 煤层为本设计的主采煤层，平均厚度 4.23m。井田构造简单，煤层间距及厚度稳定，标志层明显。预算煤层预算方法进水方式涌水量（m3/h）全矿涌水量（m3/h）计算值采用值正常最大二 2 煤大井法顶 板37018513752063底 板15861190比拟法全 井9279309301395中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第7页二 2 煤层：顶部为灰白色细砂岩，中央薄层深灰色泥岩，形成明显的沉积韵律和条带状层理，沿走向及倾向层位稳定，易于辨认，是控制该煤层的良好辅助标志。有个别地段相变为砂质夹薄层泥岩，但其条带状层理仍然显而易见。

31、有的地段厚度变薄多为二煤组沉积发育所致。平均厚度 4.23m。主要煤层特征表见表 1.31。表 1.31可采煤层特征表1.3.2煤的特性（1）煤种 本井田内各煤层为无烟煤。 （2）物理性质本井田二 2、三 2、三 3 及三 5煤均呈灰黑色，略带钢灰色，似光泽，灰黑色条痕，阶梯状，参差状断口，条带状、线理状结构，层状及块状构造，其中二 2 煤层上、下部多呈块状，中部为粒状或粉状；三 2 煤层大部分为块状，中、下部少数为粒状或粉状；三 3、三 5 煤层均为以粉状为主，次为粒状及碎块状。（3）化学性质灰分（Ad）：二 2 煤以低灰煤为主，其次为中灰煤；三 2 煤为中灰煤，三 3 煤为中高灰煤；三 5

32、 煤多为高灰煤，局部为中灰煤。全硫（St，d）：本矿各可采煤层的原煤硫分含量低而且分布稳定， 为 0.241.07%。二 2、三 2 煤属特低硫煤；三 3 煤属低硫煤；三 5 煤属低中低硫煤。磷（Pd）：二 2 煤原煤磷含量一般0.01%，属特低磷煤；三 2 煤原煤磷含量多数0.01%，少数0.01%，应属低特低磷煤；三 5 煤原煤磷含量一般介于 0.01%0.05 之间，属低磷煤， （4）工艺性能水分（Mad）：本矿各可采煤层水分（Mad）除个别钻孔超过 2%外，其余均为 1%左右，属低水分煤。发热量：基弹筒发热量（Qb,ad）：二 2、三 2 及三 5 煤分别为 29.22、28.03、1

33、9.27MJ/kg。原煤可燃基弹筒发热量（Qb,daf）：二 2、三 2 、三 3 及三 5 煤层分别为 34.78、33.98、33.79 及 33.30MJ/kg。二 2、三 2 煤应属高热值煤，三 3、三 5 煤应属中热值煤。本矿二 2、三 2煤层发热量高的原因主要为：一是灰分较低，二是煤层中氢元素含量较高；三 3、三 5煤组煤层一般厚度（m）煤层结构顶底板岩性稳定性可采程度倾角（）容重（t/m3）夹石层数夹石厚度顶板底板下石盒子组三 501.90普遍含一层夹石一般为0.3m左右泥岩或砂质泥岩泥岩较稳定局部不可采5左右，近露头处变 陡，为 10 左右1.431.11三 301.70一般含

34、一层夹石厚0.3m左右泥岩泥岩不稳定局部可采5左右，近露头处变 陡，为 10 左右1.431.01三 202.80无夹石砂岩泥岩和砂质泥岩较稳定可采5左右，近露头处变 陡，为 10 左右1.431.83山西组二 20.884.43无夹石泥岩、砂质泥岩有时为砂岩泥岩和砂质泥岩不稳定可采5左右，近露头处变 陡，为 10 左右1.43中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第8页煤层发热量相对较低，主要是灰分偏高所致。热稳定性：据邻区试验结果，见表 4.26， 本矿西侧葛店煤矿的煤层属高热稳定性煤，推测本矿与其相似。煤灰熔融性：本矿二 2、三 2 煤层煤灰中难熔氧化物含量较高，分别为 71.24%和

35、 78.80%，煤灰熔融性软化温度（ST）分别为 1345和 1370,二 2 煤应属中等软化温度灰，三 2 煤应属较高软化温度灰。抗碎强度：据西邻葛店煤矿二 2 煤作落下法试验，结果大于 25mm 级产率为 34.48%， 应属低强度煤。结渣性：二 2 煤结渣率为 7.78%。所以二 2 和三 2 煤应属中等结渣性煤。三 3 与三 5 煤与三 2 煤煤质相近，亦应属中等结渣性煤。（5）煤的工业用途二 2、三 2 煤层主要为低中灰、特低硫、低磷、高发热量、高熔点灰份贫煤，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。三 3、三 5 煤层为中灰、富

36、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，精煤回收率为用煤。1.3.3瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃，硫份高，主要作动力二 2 煤层：采样深度在 289.80m781.69m，CH4 成分为 10.0896.48%，CH4 含量0.14ml/g15.79 ml/g。三 2 煤层：采样深度为 202.05m527.12m，CH4 成分为 0.42%95.43%，CH4 含量0.03ml/g10.33ml/g。该矿各煤层瓦斯成分和含量具有随着煤层埋深的增加而相对增大的趋势，在空间位置中，由上至下，由浅至深，瓦斯成分和含量亦相应增大的特点。本矿自南向北煤层埋藏由浅变深，瓦斯含量

37、亦由小变大，瓦斯分带明显由于地质条件的差异，使下部的二 2 煤瓦斯含量高于上部的三 2 煤层。三 3 煤和三 5 煤为局部可采煤层，采样点较少，今后工作中应进一步了解煤层瓦斯赋存情况。据 5 个钻孔二 2、三 2、三 3、三 5 煤尘爆炸性试验结果，见表 6.29，其中两个钻孔二 2、三 2 煤具有煤尘爆炸性危险，另外 3 个钻孔不具有煤尘爆炸性危险。另据 2005 年煤炭科学研究总院抚顺分院井下煤样煤尘爆炸性测试结果，见表 1.32。本矿二 2、三 2 煤均为不爆炸煤层。和煤的自然倾向测定结果表本矿各煤层着火温度（T1）为 389405，还原样与氧化样燃点差（T）一般为318；另外，本矿及邻

38、矿自生产以来，从未发生过煤层自燃现象。由此可见，本矿各煤层不具有自燃倾向。本矿二 2 煤为三类不易自燃煤层。采样地点二 2、煤-700m 水平东轨道巷二 2、煤-600m 水平东翼21011 工作面三 2、煤轨道暗斜井煤尘爆炸性测定结果不爆炸不爆炸不爆炸煤的自然倾向测定结果三类不易自燃三类不易自燃三类不易自燃中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第9页2井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田境界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） 要充分利用自然条件划分，在可能的条件下，应尽量利用地形、地物、地质构造、

39、水文地质以及煤层特征等自然条件，以减少煤柱损失，提高资源采出率，充分保护地面设施；（2） 要有与矿区开发强度相适应的井田范围，要保证井田范围与矿井生产能力相适应，有足够的储量和服务年限及合理的尺寸；（3） 照顾全局，处理好与临矿的关系；（4） 直线原则，井田的划分应尽量采用直线或折线，有利于矿井的设计和生产管理工作的开展。根据以上划分原则，以及考虑到矿区煤田内地质构造强度大等原因，本井田在能满足生产开发强度的前提条件下，主要考虑了自然条件原因，将井田四周境界定为：井田范围由以下 11 个坐标点依次连线圈定，详见表 1.11。 井田边界如图 2.1 所示：图 21 新庄矿井田边界本井田形态呈不规

40、则的多边形，南北长约 7.5Km 东西宽约 3Km，面积约 22.5Km2。2.2井田工业储量2.2.1储量计算基础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；控制的资源量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+2M22+333k。中国矿业大学 2012 届本科

41、生毕业设计第10页2.2.2井田勘探程度井田内的地质构造形态主要褶曲和断层以及煤层赋存条件已查清；井田水文地质条件已基本查明，所提资料基本满足设计要求。2.2.3矿井工业储量计算普遍可采者二 2 煤层，局部可采者 4 煤，三 3、三 5 煤层局部不可采。余者偶见可采点，多属不可采煤层。二 2 煤层平均厚度 4.23m，其中二 2 煤层为本设计的主采煤层。1 矿井地质资源量由于煤层产状、厚度、煤质比较稳定，倾角变化比较大，为使储量计算更加精确，本次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容重，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 四个块段，如图 2-1

42、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 22 工业储量计算示意图块段水平面积为 5.38km2，倾角为 2.6，两煤平均厚度之和 4.20m； 块段水平面积为 8.54km2，倾角为 5，两煤平均厚度之和 4.07m； 块段水平面积为 7.24 km2，倾角为 8，两煤平均厚度之和 4.19m； 根据地质勘探报告，二 2 煤层的容重为 1.5 t/m3。矿井工业储量利用下式计算：Zz = m r S cos(a )（2-1）式中: Zz矿井工业储量，Mt；m 各块段煤层平均厚度，m；r 煤层容重，t/m3；S 各块段水平面积，km2； 各块段煤层

43、的倾角, ；把各块段的数值带入式 2-1 得：各块段工业储量值。见表 2.21表 21序号 厚度/m 面积/km容重/t/m 倾角/ 余弦值 资源量/mt 4.20 5.38 1.5 2.6 0.999 33.93 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第11页则矿井工业储量：ZZ总=ZZ + ZZ + ZZ 2 矿井工业资源/储量= 133.78Mt根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%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/储量为： = 133.78 60% 70% =

44、 56.1876Mt Z111b Z122b= 133.78 30% 70% = 28.0938Mt Z2 M 11 = 133.78 60% 30% = 24.0804Mt Z2 M 22 = 133.78 30% 30% = 12.0402Mt 由于地质条件简单，k 在 0.8 以上取值。 Z333k = 133.7810% k = 10.7024Mt Zg = Z111b + Z122b + Z2M11 + Z2M 22 + Z333k = 131.1044Mt 3 保护煤柱留设（1） 井田边界保护煤柱 根据新庄矿井田实际情况，其井田边界保护煤柱宽度取 50 m，其中井田南部为煤层风化带

45、，近乎无水，故不留边界保护煤柱，则用下式计算井田边界保护煤柱损失。 Pj = H L m g cos0.000001 （2-3） 式中： H 井田边界煤柱宽度，m； L 井田边界煤柱长度，m； m 煤层厚度，m； g 煤层容重，t/m3； 煤层平均倾角； Pj 井田边界保护煤柱损失，Mt。 已知 H =50 m， L =11969 m， g =1.5 t/m3 ， m =4.23 m， =5 ， 因此代入（2-3），可得： Pj =5011969 4.231.5/cos5 0.000001 = 3.81Mt （2） 断层保护煤柱 井田现已查明 2 条断层，即 F4 和 F21。因可靠且可控制，

46、故其两侧各留 30 m 保护煤柱，则其煤柱损失可由下式求得： Pf = H L mg 30 / cosa 0.000001 （2-4） 式中： Pf 断层保护煤柱损失，Mt； H 宽 度 L长度，m；m 煤层厚度，m；g 煤层容重，t/m3。已知 L=11896m， g =1.5 t/m3，m=4.23 m，=5，代入（2-4）可得： 4.07 8.54 1.5 5 0.996 52.35 4.33 7.24 1.5 8 0.990 47.50 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第12页Pf = 11896 4.231.530 / cos5 0.000001=2.27（ Mt ）（3）工

47、业广场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工业场地占地面积表本矿井设计生产能力为 1.50 Mt/a 所以取工业广场的尺寸为 400 m450 m 的长方形。主井、副井地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按级保护留维护带宽度为m。本矿井的地质掉件及冲积层和基岩层移动角见表 2.3。15表 2-3新庄矿井田地质条件及岩层移动角（）图 2-3 垂直剖面图煤层厚度/m煤层倾角围护带宽度/m表土层移动角j4.2351545走向移动角上山移动角下山移动角746774井型/万 ta-1占地面积/公顷（10 万 t）-124

48、01.01201801.245901.59301.8中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第13页由此可得工业广场保护煤柱面积：S = 0.5 H(L1 + L2 )式中 S 工业广场保护煤柱平面面积，m 2；H 梯形面的高，m；L1 煤柱上边长度，m；（2-5）L2 煤柱下边长度，m。已知 H =1022 m， L1 =977 m， L2 =1027m，代入公式（2-5）可得：S = 0.5 922(934 + 980) = 1024044m2所以煤柱损失量：Pg = 6.28Mt（4）井筒保护煤柱井筒布置在工业广场中央，包括在工业广场保护煤柱中，不再累计。总上，可汇总永久保护煤柱损失量如

49、表 2-4：表 2-4永久保护煤柱损失量4 矿井设计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：Zk = (Zg - P)C式中： Zk 矿井可采储量，Mt；（2-7）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，Mt；C 采区采出率，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。则矿井设计可采储量为：Zk = (131.1-12.36) 0.85=100.93Mt煤柱类型储量/Mt井田边界保护煤柱3.81断层保护煤柱2.27工业广场保护煤柱6.28合计12.36中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第14

50、页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相关规定，确定设计矿井年工作日为 330 d，工作制度采用“三八制”。每天四班作业，每班工作 8 小时，其中两班生产，一班准备。矿井每昼夜净提升时间为 16 h。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

51、区规模定的太大。（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矿井设计生产能力新庄矿井田储量丰富，煤层赋存稳定，顶底板条件好，断层、褶曲少，倾角小，厚度变化不大，开采条件较简单，技术装备先进，经济效益好，煤质为优质无烟煤，交通运输便利，市场需求量大，宜建设

52、大型矿井。故确定新庄矿矿井设计生产能力为 1.5 Mt/a。3.2.3矿井服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。矿井设计可采储量 Zk、设计生产能力 A 矿井服务年限 T 三者之间的关系为：T = Zk /( A K )( 3-1 )式中T矿井服务年限，a；Zk矿井设计可采储量，万 t；A设计生产能力，万 t；K矿井储量备用系数，取 1.3则矿井服务年限为：T =100.93 / (1.51.3) = 51.76a根据煤炭工业矿井设计规范中对新建矿井设计服务年限规定如表 3-1。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计第15页表 3-1 新建矿井设计服务年限由表 3-1 知，矿井设计服务年限符合煤炭工业矿井设计规范要求。井型校核按矿井的实际煤层开采能力、辅助生产能力、储量条件及安全条件等因素对井型进3.2.4行校核：（1） 煤层开采能力：井田内煤层平均 4.23m，为厚煤层，赋存稳定，厚度变化不大。根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个综采放顶煤工作面。（2） 辅助生产环节的能力校核：矿井设计为大型矿井，开拓方式为主斜井副立井单水平。主斜井采用胶带机运煤，副立