采矿工程本科毕业设计薛湖矿井

第145页1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1交通位置薛湖矿井位于河南省永城市北部，属永城市管辖。地理坐标为东径11617301162830，北纬340530341000。井田中心南距永城市23，西至商丘市75km，东至江苏徐州市80km，至安徽淮北市40km，分别与京九、陇海、津浦三条铁路干线有公路相连，北至陇海铁路砀山站38km，永城矿区自用铁路与京九、陇海铁路相连。连、霍高速公路从本区北缘通过，砀山永城公路从井田东部通过，井田内乡间公路纵横成网，交通便利，如图1.1。陇海铁路位于矿区北部，青（龙山）阜（阳）铁路从矿区南部通过，西部有京九铁路，由青阜线青町车站接轨的矿区铁路专用线已建成投入运营，并在陈四楼矿为薛湖矿井留有接轨位置。1.1.2地形、地貌本区位于淮河冲积平原北部，地势平坦开阔，总体为西北高，南东低。最高海拔标高+40.2m，最低+32.3m，一般+36+38m。1.1.3河流及水体本区属淮河水系，地表水体不发育，主要河流为王引河，流经勘探区东北部边界附近，最大流量为46.6m3/s，最高水位标高为+39.70m。其余均为季节性河流，雨季水位上涨，流量增大，旱季水量减少，甚至干涸无水。1.1.4气象地震本区属半干旱半湿润季风型气候，年平均降水量877.4mm，年最大降水量1518.6mm，年最小降水量为556.2mm，降水多集中于7、8、9三个月。多年平均蒸发量为1811.12mm，蒸发量大于降水量。每年七、八月最热，一、二月最冷，最高气温为+ 41.5，最低气温为-23.4，年平均气温+14.4。夏季多东南风，冬季多北、西北风，多年平均风速3.4m/s，最大风速20m/s。冰冻期为每年11月初至翌年3月底，最大冻土深度为0.21m。永城市属郯城庐江地震带影响范围，地震烈度小于6。据有关记载，公元925年以来，永城市东部安徽省境内肖县、宿县一带曾发生38次强烈地震。1668年山东郯城曾发生8.3级地震，永城市受到地震影响。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），本区位于地震烈度度区。图1.1 薛湖矿井交通位置图1.1.5矿区经济概况永夏矿区地处黄淮平原北部。矿区工业以煤炭、电力、冶金、建筑材料为主，农业以种植小麦、玉米、大豆等为主，经济作物主要有花生、棉花、芝麻等。矿井建设所需钢材、木材从外地采购，经铁路和公路直接运至工业场地，砖、瓦、沙、石及水泥均可就地供应。本区地处黄淮冲积平原的北部，土地肥沃，人口稠密，在矿区范围内分布有薛湖乡、聂四楼、候寺村、洪寨村、洪路口、洪后楼等40多个大大小小的村庄，征地和拆迁工作对矿井生产会有一定的影响。神火集团公司已建成的矿区中心居住区及机修、器材供应等辅助设施，可为矿井建设和生产提供生活服务及生产服务。1.1.6水源及电源区内第三、四系松散孔隙承压水含水层，砂层厚度大，分布稳定，富水性较好，水质符合饮用标准，可作为矿井供水水源。另外，井下排水经处理后也可作为矿井供水水源。永城市水利局对矿井生产、生活用水、取水已给予批复。本矿井供电电源双回路均来自距离矿井约41km已建成属神火集团管理的神火中心220kV变电站。1.2井田地质特征1.2.1井田地质构造本区位于区域构造永城复背斜北部仰起端、次一级构造聂奶庙背斜的北翼，总体构造形态呈一走向北西西的单斜构造，由于受东西向构造和北北东向构造的控制和影响，而使其构造形态局部复杂化。本区地层产状在西部为近南北向北西西向，向西倾斜；中部走向北西至87勘探线转为近东西向，向北倾斜，倾角在浅部为25左右，深部一般为510，沿走向及倾向均有小型起伏；62勘探线以东，受北北东向滦湖断层带影响，地层走向基本上为北50东，并发育北北东向的背、向斜构造，其北端走向转为东西，向北倾斜。本区断裂构造较发育，主要发育北东向和近东西向两组断层，均为高角度正断层，中部发育北东向和近东西向断层；西部以近东西向为主。本区发育的主要褶曲有5个，即北西向的聂奶庙背斜、薛湖向斜，近南北向的侯寺向斜和北北东向的张营背斜、徐营背斜。本区局部发育岩浆岩，主要分布在井田东部66勘探线以东及西部87勘探线以西，岩浆岩侵入范围各煤层中不同，二2煤岩浆岩侵入范围较大，可采煤层被吞蚀或部分吞蚀，残留部分也往往大部变质成不可采的天然焦。1.2.2地层永夏煤田属华北地层区鲁西分区徐州小区，新生界松散沉积物覆盖全区，为一掩盖型煤田。依据钻孔揭露，本井田发育地层自下而上分别为：中奥陶统马家沟组(O2m)、中、上石炭统本溪组(Cb)、太原组(C3t)、下二迭统山西组(P1sh)与下石盒子组(P1x)、上二迭统上石盒子组(P2S)、石千峰组(P2sh)及新近系(N)、第四系(Q)。见图1.21.奥陶系中统马家沟组（O2m）主要为浅灰、灰色隐晶质细晶质中厚厚层状石灰岩，上部含黄铁矿，岩溶裂隙较发育，本区仅有少数钻孔揭露，揭露最大厚度38.86m。2.石炭系（C）（1）石炭系中统本溪组（C2b）本组上部由灰深灰色砂质泥岩及泥岩组成，偶夹二层薄层泥灰岩；下部为灰灰白色铝土质泥岩或铝土岩，含菱铁质鲕粒，具滑感；底部有紫花色铝土泥岩，含较多的铁质鲕粒和结核。本组地层厚1623m，平均厚19m，与下伏马家沟组呈平行不整合接触。（2）石炭系上统太原组（C3t）由薄中厚层状石灰岩、泥岩、砂质泥岩、砂岩组成，含薄煤34层，据区内钻孔揭露,未见到可采煤厚点。全组共含石灰岩911层，单层一般厚35m，厚者可达14m。本组地层厚135142m，平均139m。与下伏本溪组呈整合接触。3.二叠系（P）（1）二叠系下统山西组（P1sh）该组为本区主要含煤地层，即二煤段。自二1 1煤底板砂岩至下石盒子组底鲕状铝土质泥岩（K4）底，由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、砂岩组成。含煤34层，分布于中下部，其中二2煤是本区主要可采煤层。本组地层厚68109m，平均92m，与下伏太原组呈整合接触。（2）二叠系下统下石盒子组(P1x)自K4鲕状铝土质泥岩底至K7中粒砂岩底，为本区主要含煤地层之一。由泥岩、铝土泥岩、砂岩、粉砂岩与煤层组成。本组地层平均厚404m，与下伏山西组呈整合接触。据煤、岩层组合特征可分为三、四、五三个煤段。（3）二叠系上统上石盒子组（P2s）自K7中粒砂岩底至“平顶山砂岩”底，主要由灰绿色、灰色、紫花色泥岩、砂质泥岩、砂岩、煤线组成，地层厚约350m，与下伏下石盒子组呈整合接触。据煤、岩层组合特征分为六、七两个煤段。（4）二叠系上统石千峰组（P2sh）本区石千峰组地层揭露极少，地层厚度不详。区内仅发育石千峰组第一段地层，以灰灰白色，厚层状，中粗粒石英砂岩为主，夹有灰绿色细砂岩及粉砂岩。该段地层厚107121m，平均114m，与下伏上石盒子组地层呈整合接触。4.新生界（KZ）（1）新近系（N）新近系下部（N1）：属河湖相沉积，厚度180250m，与下伏各地层呈角度不整合接触，可分为上下二段。下段（N1 1）：以土黄、棕黄、灰绿色粘土、亚粘土为主。底部普遍发育一层灰白色，俗称“钙质层”的亚粘土，含14层粉砂、细砂，厚度变化幅度为030m，呈透镜体状。该段地层厚35127m，平均90m，埋藏深度280300m。上段（N2 1）：由浅黄、棕黄色中细砂、图1.2 地质综合柱状图亚砂土和灰黄、灰绿色亚粘土、粘土组成，含钙质和铝土质。砂层松散,单层厚度大,粒度粗,泥质含量少,砂层510层，厚度60100m。该段地层厚110160m，平均135m。埋藏深度165300m。新近系上部（N2）：属河湖相沉积，厚度4573m，平均厚60m。主要由土黄、灰黄、棕黄、亚粘土、粘土夹砂层透镜体组成，富含大小不一的砾石与姜结石。本段地层以高可塑性粘土为主，砂层一般24层，厚度625m，埋藏深度100165m。（2）第四系（Q）更新统（Q13）：属冲洪积相沉积，厚度4678m，平均厚65m，与下伏新近系地层呈整合接触。以土黄、黄褐、浅黄色亚粘土为主，夹亚砂土及粉砂、细砂透镜体。含砂层37层，厚度1235m，亚粘土中姜结石富集。埋藏深度35100m。全新统（Q4）：属冲积相沉积，厚度一般为2030m，平均厚25m。由灰黄、土黄色亚砂土夹灰黄、褐黄色亚粘土、粘土组成,含小砾石及姜结石,薄层粉、细砂层呈透镜体状,亚粘土中夹12层灰褐色含腐植质的“黑土”，含大量田螺、蜗牛化石。1.2.3水文地质薛湖井田位于永城复背斜西翼北段，处在区域径流区带。F112正断层落差 90m，切割聂奶庙背斜轴部，使区外东部背斜轴部相对富水区的奥陶系地层与区内煤系地层对接，应为勘探区的供水边界；西部为太原组灰岩深埋区，灰岩顶面埋深在1000m以下，岩溶发育程度随深度减弱，地下水径流迟缓，但考虑到灰岩顶面1000m深度距离首采区较远，可视为无限边界；北部亦为太原组灰岩深埋区，灰岩顶面埋深在1000m以下，相对较封闭，可作为相对隔水边界。南部为聂奶庙背斜轴部的灰岩隐伏露头区，但新生界隔水层的覆盖，客观上削弱了上部灰岩含水层的富水程度，因此为无限边界。井田内无常年流水河流，王引河在勘探区东北边界穿过，1956年实测最大流量46.6m3/s，最高水位标高39.70m，平时水量较小。位于勘探区中、西部的白河、韩沟两条暂时性水流，自北向南注入沱河，旱季经常干枯无水。地表水体距离煤层垂直距离一般大于400500m，并且有巨厚新生界阻隔，因此地表水对煤层开采无影响。区内含水层自上而下划分为：新生界含水层（组）；基岩风化带含水层；二叠系下石盒子组、山西组砂岩含水层；石炭系太原组上段灰岩含水层；石炭系太原组下段灰岩含水层；奥陶系灰岩含水层。共计六个含水层，描述如下：（1）新生界含水层（组）新生界松散岩类含水层西部厚，东部薄，厚度110.67m445.10m，平均值358.08m。主要砂层含水层埋藏深度分别为第四系全新统035m和新近系含水层150300m。全新统含水层属潜水，孔隙水储存较为稳定，补给迅速。含水层埋藏深度一般2535m，地下水位较浅，一般34m，单位涌水量q1.582.55 l/sm，渗透系数k6.3611.88m/d，富水性强。动态受季节影响变化明显，水位年变化幅度2.222.67m，水质良好，直接受大气降水的补给，地下水循环交替条件好，动态变化幅度大。新近系含水层属深层承压水。由中细砂层、粉砂、亚砂土组成，含深层孔隙承压水，砂层厚度大，一般60100m，赋存稳定，地下水径流方向自西北流向东南，水位标高34.5735.57m，单位涌水量0.1291.31 l/sm，渗透系数1.702.07m/d，该含水层因第四系更新统和新近系上部隔水层的阻隔，正常情况下，浅层水和大气降水难于垂直下渗补给，据邻区资料，地下水动态变化不大，年变幅度较小，不易受污染，矿化度1.1291.390g/l，总硬度98.32118.02，氯化物含量203g/l，水化学类型为HCO3ClSO4Na型，PH值8.08.2。（2）基岩风化带含水层区内117个钻孔简易水文地质观测统计，漏水孔18个，占总数的15.4%。8016孔山西组二2煤层顶板风化带抽水，单位涌水量0.000388 l/sm，渗透系数0.00182m/d，富水性较弱，水位标高29.90m。（3）下石盒子组、山西组二2煤顶、底板砂岩裂隙承压含水组由中粒、细粒砂岩组成，厚度915m，砂岩致密，裂隙不发育，单位涌水量为0.000007580.00195 l/sm，渗透系数k0.00007430.0121m/d，属弱富水含水层。二2煤底板有一层中细粒砂岩，厚度一般8m左右，没有进行抽水试验，区域上该层也具有一定富水条件，其富水程度较弱。（4）太原组上段灰岩岩溶裂隙承压含水组由56层灰岩组成，厚度17.5525.85m，平均22.13m，太原组顶部L12（K3）灰岩呈薄层状，平均厚度1.30m，全区揭露该层钻孔97个，其中漏水孔1个。L8灰岩厚度较大，赋存稳定，一般厚度10m。灰岩致密完整，岩溶裂隙不发育，单位涌水量0.000004660.000865 l/sm，渗透系数k0.00004410.00580m/d，水位标高详查期间33.1036.38m、勘探期间-1.15-10.87m。抽水后水位恢复时间很长，难于达到抽前静止水位，显示该层富水性弱，渗透性能差，径流迟缓，地下水以静储量为主。考虑到岩溶裂隙发育的不均一性，靠近浅部和断层附近，含水层的富水性会有所增强。（5）太原组下段灰岩岩溶裂隙承压含水组由五层灰岩组成，厚度14.98m，其中L2灰岩沉积厚度大，赋存稳定，灰岩埋深一般在-500m以下，裂隙被充填，岩溶裂隙不发育，渗透性能差，8705孔抽水时q0.000984L/sm，K0.000960m/d，属弱富水含水层。（6）奥陶系灰岩岩溶裂隙水含水层揭露最大厚度38.86 m，富水程度不详，区域资料显示，该层单位涌水量为0.008433.152 l/sm，但本区奥陶系埋藏较深,岩溶裂隙发育程度相对较低。1.2.4地质勘探程度本区勘查工作始于1957年，先后有安徽325队、省建委地勘公司三队、中南煤田地质局物探普查队、煤炭部煤田地球物理勘探队、河南省地质十一队、煤炭工业部一二九队等单位在本区进行过勘探工作。煤炭部一二九队于1978年至1981年在薛湖勘探区进行了详查地质勘探，并于1981年11月提交了河南省永夏煤田薛湖勘探区详查地质报告，1982年4月煤炭部第一勘探公司以82煤勘地字第122号文审查批准了该报告。累计施工钻孔124个，工程量87772.51m，其中水文钻探6孔，工程量3524.46m；完成测井121孔，82168实测米；采取各种样品480个，钻孔稳定流抽水试验10次，完成二维模拟地震测线30条，139.71km，物理点4957个。井田勘探报告由河南省煤炭地质勘查研究院2004年2月提交，2004年4月国土资源部以国土资储备字【2004】061号文审查备案。勘探采用地震（全区二维、首采区三维）、瞬变电磁、钻探与数字测井及采样化验相结合的综合勘查方法，地质勘查类型为中等构造复杂程度、较稳定煤层稳定程度。完成地质钻孔12个，工程量9559.2m，其中水文孔2个，工程量1747.39m，抽水3层次；测井12孔，9358.95m；二维地震测线28条，长121210m，物理点3091个；三维地震4.35km2，物理点3967个；瞬变电磁测线38条，物理点1008个；1:10000水文地质测绘82km2。全区范围内共施工钻孔136个，工程量97331.71m，平均每平方公里2.47个钻孔。通过勘查，查明了井田地层层序和各时代地层岩性及物性特征；查明了井田构造形态，产状变化，二2煤层底板等高线已严密控制；井田内各可采煤层的层位、厚度、结构及其变化规律、稳定性和可采范围已经查明，煤层对比依据充分、结果可靠；主要可采煤层二2煤层的物理性质、煤岩特征、化学性质及其变化规律等已经查明，并确定了煤类及分布范围和岩浆岩侵入范围；查明了可采煤层顶、底板充水含水层与隔水层的性质及分布规律和井田地下水的补给、径流、排泄条件，对矿井充水因素进行了分析；对可采煤层瓦斯含量、赋存特征、分带情况及影响地质因素等已详细了解；对煤层煤尘爆炸危险性及自燃发火倾向作了评述；查明了井田地温状况及地温梯度；资源储量估算结果基本可靠。本井田勘查程度已达到勘探阶段的要求，可以作为矿井设计和生产建设的依据。1.3煤层特征1.3.1煤层本区煤层赋存于石炭二叠系含煤岩系，含煤岩系分四组七个煤段，含煤地层总厚度993.0m，共含煤13层，煤层总厚度7.27m，含煤系数0.73%。下二迭统山西组和下石盒子组含主要可采煤层二2煤。煤层特征见表1.1。1.3.2煤层顶、底板二2煤直接顶板以砂质泥岩粉砂岩为主，细粒、中粒砂岩顶板次之，厚度一般510m。老顶为细粒、中粒砂岩，厚度2.3519.7m。直接底板主要为砂质泥岩、粉砂岩，厚度0.7632.73m，一般1.1812.71m，岩石致密，分布连续稳定。顶、底板抗压强度细粒砂岩以上的一般46.8130.2 MPa，砂质泥岩、粉砂岩15.8757.3 MPa、泥岩12.446.27 MPa；顶底板抗拉强度细粒砂岩以上的一般1.15.77 MPa、砂质泥岩、粉砂岩0.504.8 MPa、泥岩0.572.1 MPa。可见砂质泥岩、粉砂岩、细粒砂岩的强度指标较高，泥岩强度偏低。井田内大部分区段二2煤顶板岩石力学强度较高，完整性较好，属易于管理的顶、底板。在断层发育处，岩石原生结构遭到破坏，裂隙较发育，强度降低容易造成冒顶及片帮，需在采掘生产中加以注意。1.3.3煤质1.煤的物理性质本区二2煤层为黑灰黑色，少量钢灰色，似金属光泽，均一状条带状结构，性脆，具贝壳状及参差状断口，层状构造，裂隙较发育，大都有松散易碎的碎裂煤及粉粒煤。二2煤层不同煤类WY、PM、TR的视密度分别为1.45t/m3、144 t/m3、1.66 t/m3； 亮型煤，该煤的顶部普遍发育一层0.50.7m左右的光亮型、质地坚硬的块状煤，中部和下部多为粉粒煤。显微煤岩特征：镜下鉴定，本区各煤层的有机组分均以镜质组为主，半镜质组、惰质组次之。表1.1 煤层特征表煤组煤层煤层厚度（m）煤层结构顶底板特征稳定性倾角（度）备注最小-最大平均夹矸层数夹 矸厚度(m)顶板底板二煤组二20-4.772.2310.02-0.52砂质泥岩或砂岩砂质泥岩和粉砂岩较稳定5-15全区基本可采3.煤的化学性质（1）水分（Mad）可采煤层原煤平均分析基水分为：二2煤贫煤0.511.77%,平均1.01%；无烟煤0.564.02%，平均1.54%。天然焦0.433.23%，平均1.39%。（2）灰分（Ad）可采煤层原煤平均干燥基灰分为：二2煤贫煤9.7929.21%，平均16.91%；无烟煤9.2817.42%，平均14.39%，属低中灰煤。天然焦15.7236.67%，平均24.61%。原煤经1.4或1.5比重液洗选后，各煤层浮煤灰分可下降10%左右，二2煤下降79%。二2煤一般5060%。（3）全硫（St.d）可采煤层全硫平均含量一般均小于1.0%，多在0.40.6%之间。二2煤贫煤0.281.14%，平均0.36%；无烟煤0.280.67%，平均0.49%，属特低硫煤。天然焦0.322.28%，平均1.02%。（4）挥发分（Vdaf）原煤挥发分其变化与煤中矿物质含量变化密切相关。二2煤无烟煤浮煤挥发分平均8.51%，贫煤11.63%。天然焦浮煤挥发分平均8.5%。4.煤中的有害元素（1）磷：各煤层的磷含量在0.01%以下，属特低磷煤层。（2）砷：砷的含量很低，一般为24 mg/kg，为一级含砷煤。（3）氯：氯的含量很低，0.008%以下。（4）氟：二2煤一般为3040 mg/kg。（5）铬：二2煤一般为1320 mg/kg。（6）汞：汞的含量0.20.4 mg/kg。（7）硒：硒的含量一般为12 mg/kg，极个别点在35 mg/kg。（8）铅：二2煤一般为1015 mg/kg。5.煤的工艺性能（1）元素分析各煤层原煤干燥无灰基碳的含量89.4393.52%，含量较稳定，氮的含量为1.01.4%，氧、硫之和含量23%。（2）发热量（Qnet.v.d）二2贫煤原煤发热量27.5429.68MJ/Kg，平均28.47 MJ/Kg；无烟煤原煤发热量28.7629.43MJ/Kg，平均29.10MJ/Kg。天然焦原煤发热量一般为18.1426.34MJ/Kg，平均22.70MJ/Kg。（3）简易可选性二2煤煤层分别进行不同级别的简易筛分及浮沉试验，筛分结果二2煤具有一定的块煤率。原浮沉试验，采用中煤含量法，用1.5比重级，进行简易筛分及浮沉试验，二2煤可选性评价结果，属中等可选极难选煤（4）其它工艺性能热稳定性：二2煤贫煤、无烟煤其热稳定性属于中等较高热稳定性煤，达到固定床煤气发生炉用煤和化工用煤指标。灰成分、灰熔融性：各煤层煤灰中以SiO2和Al2O3为主，两者含量占7080%，其次是CaO，一般含量47%；Fe2O3含量57%；MgO的含量在2.0%左右，；SO3的变化范围在2.04.0%；KaO和Na2O的含量在0.51.0%左右。煤和天然焦的灰熔融性（ST）均大于1350，属难熔灰分。可磨性：用哈特葛罗夫法测定，可磨性系数测定结果，二2煤属易磨煤。结渣性：二2煤结渣性试验，结渣性属中等弱结渣煤。6.煤类采用中国煤炭分类国家标准GB575186对二2煤进行分类，二2煤主要以贫煤为主，有少量无烟煤和天然焦。煤类分布：二2煤以薛湖红寨红前楼一线，北为贫煤，南为无烟煤，而位于东、西的大洪庄、后陆湾、徐营、张路口为天然焦。7.煤的工业利用途径本区二2煤以半亮型煤为主，碎块状居多，为低中灰、特低硫、特低磷、中高发热量、热稳定性良好、难熔灰分的贫煤贫煤可作气化、动力和民用煤；无烟煤除可作动力和民用外，块煤可作化工原料，经过一定加工，粉状煤可供高炉喷吹燃料，而少量的贫瘦煤经洗选后其精煤可作配焦用煤。8.煤层风化带深度根据煤的物理化学性质的改变，区内煤层的风化带深度为自基岩往下垂深约20m左右。1.3.4瓦斯据本区二2煤层瓦斯成分分析，煤层底板-600m以浅地带，沼气成分最高占70%，一般小于20%，个别点氮气达60%，二氧化碳20%，甲烷含量在5ml/g以下，属瓦斯风化带；-600m以深地带沼气成分占8095%之间，甲烷含量在5 ml/g以上。瓦斯风化带内瓦斯含量一般在1.764.46ml/g之间；进入沼气带，沼气含量则有所增加，煤层底板-600-800m瓦斯含量6.1517.59 ml/g；800m以深最高达19 ml/g（714孔，孔深813.2m）。瓦斯逸散初速度（P）、煤的坚固性系数（f），钻孔储层压力测试（P）等的测定结果见表1.2。1.3.5煤尘区内各煤层多数为粉粒状煤，开采时易产生大量的煤尘，钻孔煤样煤尘爆炸性试验，二2煤煤尘爆炸指数均大于10%，可采煤层煤尘有爆炸性。煤尘爆炸性试验结果见表1.3。1.3.5煤的自燃本区煤样测试结果，还原样着火点与氧化样着火点（T0）均小于25，各煤层均应属不易自燃煤层。着火点试验结果见表1.4。表1.2 各可采煤层P、p、f测定结果表煤层孔号深度（m）瓦斯含量（ml/gr）pfP等温吸附孔隙率（%）a值b值二271-4813.2019.7110.390.240.9235.220.06563.9271-2772.706.6871-3805.307.3773-3785.8913.735.900.271.0135.120.0803.9573-4801.5017.5975-2701.6011.559.310.2335.880.068273-1695.709.4610.030.231.1630.390.0903.3870-1810.5011.868.350.2439.770.05913.3884-1964.6711.936.140.2271-1700.306.153.70.411.0935.400.05475-1562.406.664.60.320.777017754.800.037106556.054.467217672.217220774.758.427228861.877.817708599.378.297709683.889.207805480.991.768210844.208.988212933.8011.288705468.548708655.079.018711931.2912.101.3.6地温参考我国东部地区一些资料，估算恒温带的深度为25m，恒温带温度16.5。地温梯度为2.22.79/hm，低于3/hm，故本区属地温正常区。井田内二2 煤底板埋深3401037m，底板温度2543，存在、级高温区。正常地温区基本上在94勘探线以东二2煤层底板-550m水平以浅，占井田面积的15.57%；级高温区主要分布在94线以东二2煤层底板-550-850m水平之间，占井田面积41.22%。基本上先期开采地段和首采区均在级高温区内。734、7288两孔之间存在地温偏低现象；级高温区主要分布在二2煤层底板-850m水平以深的范围，占井田面积43.20%表1.3 煤尘爆炸性试验结果表孔号层 位煤 类爆 炸 指 数结 论火焰长度（mm）加岩粉量（）73-4二2PM520有73-1二2PM530有71-3二2PM1240有70-1二2WY320有表1.4 着火点试验成果表煤层钻孔煤类着火点试验结 论原煤样（）还原样（）氧化样（）T0（）二2734PM36437235220不自燃731PM40841240111不自燃713PM39639938613不自燃7215PM38639238210不自燃7422PM3953973943不自燃7718PM3963993945不自燃8711PM3893923857不自燃701WY4044103955不自燃2 井田境界和储量2.1井田境界井田范围东起66勘探线，西部和北部基本以二2煤底板-1050m水平的铅直面为边界，南部分别以煤层露头线和万庙断层 (F122)为界2.2可采煤层本区煤层赋存于石炭二叠系含煤岩系，含煤岩系分四组七个煤段，含煤地层总厚度993.0m，共含煤13层，煤层总厚度7.27m，含煤系数0.73%。下二迭统山西组和下石盒子组含可采煤层二2煤层及局部可采煤层三3煤层和三22煤层。其中主采煤层为二2煤，三3煤和三22煤由于较薄作为储备资源开采。矿井设计只针对二2煤层。开采上限：三煤以上无可采煤层。下部边界: 二2煤以下无可采煤层。2.3井田尺寸井田的平均走向长度为11.49km。井田的倾斜方向的最大长度7.07km，最小长度4.62km，平均5.85km。煤层的倾角最大15，最小为5，平均为10。井田的平均水平宽度5.76km。井田的水平面积按下式计算： S=HL （2.1）式中 S井田的水平面积，; H井田的平均水平宽度，m； L井田的平均走向长度，m；则井田的水平面积为S=11.495.76=66.18（k）井田赋存状况示意图如图2.1所示。图2.1 井田赋存状况示意图2.4矿井储量2.4.1储量计算基础（1） 根据薛湖煤矿井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算。（2） 储量计算厚度：夹矸厚度不大于0.05m，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹矸厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤分层厚度作为储量计算厚度。（3）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。（4）煤层体积质量：二2煤层体积质量为1.51t/m3。2.4.2 安全煤柱留设原则（1）工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不留设保护煤柱。（2）各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定，用岩层移动角确定工业场地，村庄煤柱。（3）断层煤柱宽度40m，井田境界煤柱宽度50m。（4）维护带宽度：风井场地20m，村庄10m，其它15m。（5）工业场地占地面积，根据煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明书中第十五条，工业场地占地面积指标见表2.1。表2.1 工业场地占地面积指标井型(Mt/a)占地面积指标（ha/0.1Mt）2.4及以上1.01.21.81.20.450.91.50.090.31.82.4.3矿井地质储量矿井主采煤层为二2煤层，采用地质块段法。根据地质勘探情况，将矿体划分为、四个块段，在各块段范围内，用算术平均法球的每个块段的储量，煤层地质总储量即为各块段储量之和，块段划分如图2.2所示。图2.2 地质块段划分由图计算各块段面积分别为：块段：S= 13722851，平均角度9。 块段：S= 6170913，平均角度12。 块段：S= 16266557，平均角度10块段：S= 23025808，平均角度7。煤的平均容重为：R平均=1.51t/ m3。煤的平均厚度为：H煤厚=2.23m。按下式计算：Z= SR平均H煤厚/cos（） （2.2）式中 Z各块段储量，Mt； S各块段面积，； R平均煤的平均容重，t/ m3 H煤厚煤的平均厚度，m； 各块段煤层平均倾角，。通过计算各块地质资源储量分别为： 块段：Z=46.78Mt； 块段：Z=21.24Mt；块段：Z=55.62Mt；块段：Z=78.12Mt；则二2煤层总的地质储量为：Z= Z+Z+Z+Z=46.78+21.24+55.62+78.12=201.76Mt。2.4.4矿井工业资源储量矿井工业资源储量按下式2.3计算: Zg=Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333k （2.3）式中 Zg矿井工业资源储量，Mt； Z111b探明的资源量重经济的基础储量，Mt； Z122b控制的资源量中经济的基础储量，Mt； Z2M11探明的资源量中边际经济的基础储量，Mt； Z2M22控制的资源量中边际经济的基础储量，Mt；Z333推断的资源量，Mt；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.根据本矿实际条件，地质构造中等，煤层赋存较稳定，故取0.8。根据勘探地质报告，本矿井地质资源分类如下表2.2所示：表2.2 地质资源分类表 地质资源储量探明的资源储量控制的资源储量推断的资源量经济的基础储量边际经济的基础储量经济的基础储量边际经济的基础储量推断的储量111b2M11121b2M2233360%30%10%则矿井工业资源储量为： Zg=Z60%+Z30%+Z10%0.8=0.98201.76=197.72Mt。2.4.5矿井设计储量矿井设计储量按下式2.4计算： Zs=（Zg-P1） （2.4）式中 Zs矿井设计资源储量，Mt； P1断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建筑物、地面构筑物煤柱等永久煤柱损失量之和，Mt；按照煤矿安全规程规定，由本矿井实际情况取井田境界煤柱为50m，断层保护煤柱为40m，则保护煤柱量如下表2.3所示：表2.3 保护煤柱压煤量名称面积（）比重（t/ m3）煤厚（m）压煤量（Mt）井田境界煤柱1444528 1.51 2.235.04断层F122煤柱3157601.10断层F115煤柱4501741.57则矿井设计资源量为：Zs=（Zg-P1）=197.72-5.04-1.10-1.57=190.01Mt。2.4.6矿井设计可采储量矿井设计可采储量按下式2.5计算： Zk=(Zs-P2)C (2.5)式中 Zk矿井设计可采储量，Mt； P2工业场地和主要煤柱损失之和，Mt； 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%。本矿二2煤厚2.23m，属于中厚煤层，故取0.8。（1）工业场地煤柱井筒及工业广场煤柱按岩层移动角留取。根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程有关规定和永城地区其他矿井的经验数据，各参数选取如下：表土层移动角：40上山移动角： 70 下山移动角： 70-0.7 走向移动角： 76 保护煤柱根据上述参数，采用垂线法计算。所做的工业广场保护煤柱如图2.3所示：经块段法得： S=2508857 并且已知： R平均=1.51 t/ m3 H煤厚=2.23m =12由公式2.1可得保护煤柱压煤量为： Z=25088571.512.23/cos(12)=8.64Mt（2）主要井巷煤柱主要井巷煤柱是指大巷保护煤柱，大巷中心距离为60m，大巷两侧的保护煤柱宽度各位60m，井田走向长度为11.49km。布置两条大巷，则大巷保护煤柱压煤量为360114902.231.51/cos(12)=7.38Mt由上得P2=8.64+7.38=16.02Mt。则由公式2.5计算可得矿井设计可采储量为： Zk=(Zs-P2)C=（190.01-16.02）0.8=139.20Mt矿井储量汇总见表2.4：表2.4 矿井储量汇总表煤层地质资源储量矿井工业储量永久煤柱损失量矿井设计储量设计开采损失矿井设计可采储量二2201.76Mt197.72Mt7.71Mt190.01Mt16.02Mt139.20Mt合计201.76Mt197.72Mt7.71Mt190.01Mt16.02Mt139.20Mt图2.3 工业广场保护煤柱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，确定矿井设计年工作日为330d，工作制度采用“四六制”，每天四班作业，三班生产，一班准备，每班工作6h。矿井每昼夜净提升时间为16h。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、外部建设条件、回采对煤炭资源配置及市场需求、开采条件、技术装备、煤层及采煤工作面生产能力、经济效益等因素，经多方案比较后确定。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（包括每种、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，反之缩小规模。3.2.2矿井设计生产能力矿井设计生产能力确定主要从以下几方面进行分析论述。1从设计生产能力和服务年限关系比较1.50Mt/a、1.80Mt/a和2.40Mt/a三个生产能力方案，其服务年限分别为71.38a、59.48a和44.61a。生产能力1.80Mt/a比较适中。2主要开采煤层为二2煤层为矿井开采对象，煤层厚度平均2.23m，一般倾角515，顶底板条件好，易于管理，是较理想的高产煤层。3从市场需求分析，矿井地处缺煤的华东地区，煤炭需求紧张，宜加大矿井设计生产能力。4从经济效益分析，由于井田内表土层厚、井筒深，建设费用高，所以应尽可能提高矿井生产能力，减少吨煤投资，提高经济效益。生产能力1.80Mt/a，井巷工程和投资与生产能力1.5Mt/a相差不大，吨煤投资低。而生产能力2.4Mt/a需要二个综采工作面同时生产保产，二个工作面宜分布在二个带区内，需增加一个带区，增加工程量大，投资高。综合比较，生产能力1.50Mt/a，矿井服务年限偏长，矿井投资与生产能力1.80Mt/a相差不大，工作面没有达到最大能力，限制了工作面单产，相应吨煤投资高，经济效益差；生产能力2.40Mt/a，矿井服务年限偏短，按矿区目前生产水平，矿井保产需要二个工作面，需投产东、西翼二个带区，井巷工程量大，投资高；生产能力1.80Mt/a，服务年限适中，矿井保产、达产容易，有较长的稳产年限，收支比大，可获得较好经济效益，因此矿井设计生产能力推荐1.80Mt/a。1.50Mt/a、1.80Mt/a和2.40Mt/a三个生产能力方案比较见表3.1。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和矿井服务年限T三者之间的关系为： T=Zk/AK (3.1)式中 T矿井服务年限，a； Zk矿井可采储量，Mt； A设计生产能力，Mt； K储量备用系数，取1.3。则矿井服务年限为：T =139.20/（1.81.3）=59.48a符合现煤炭工业矿井设计规范要求。3.2.4井型校核按煤矿的实际煤层开采能力、辅助生产能力、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。井田内二2煤层平均2.23m，为中厚煤层，赋存稳定，厚度变化不大。根据井田形状分为两翼开采，前期首采区在一翼，布置一个综采工作面，保证达产。（2）辅助生产环节的能力校核。（3）通风安全条件的校核。矿井煤尘有爆炸危险性，瓦斯涌出量大，属煤尘爆炸性高瓦斯矿井，须采取除尘和预抽瓦斯措施。（4）矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，保证足够的服务年限，满足煤炭工业设计规范要求，见表3.2。表3.1 矿井设计生产能力方案比较表比较项目1.50Mt/a1.80Mt/a2.40Mt/a服务年限全矿井71.38a59.48a44.61a同时生产工作面个数开采二2煤一综一综二综同时生产带区开采二2煤112井巷工程量井筒1470m/6435万元1470m/6435万元1470m/6435万元井底车场2477m/1570万元2477m/1570万元2477m/1570万元主要运输大巷3500m/7733万元3500m/7733万元3500m/7733万元采区6000m/7583万元6000m/7583万元9000m/11375万元合计23321万元23321万元27128万元井巷吨煤投资（元/吨）155 129 113 表3.2 我国各类井型的新建矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力/Mt/a6.0及以上矿井设计服务年限/a第一开采水平服务年限/a煤层倾角25煤层倾角2545煤层倾角456.0及以上70353.05.060301.22.4502520150.450.90402015154 井田开拓4.1井田开拓的基本问题井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入媒体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需认真研究。1、确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置；2、合理确定开采水平的数目和位置；3、布置大巷及井底车场；4、确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；5、进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；6、合理确定矿井通风、运输及供电系统。确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则：1贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造条件。在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，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合理开发国家资源，减少煤炭损失。4必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态。5要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、综掘机械化、自动化创造条件。6根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。4.1.1确定井筒形式、数目、位置及坐标1、井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井最复杂。平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长辅助提升能力少，提升深度有限；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技术复杂。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，掘进速度慢，基本建设投资大。本矿井煤层倾角小，平均10，为缓倾斜煤层；表土层较厚，无流沙层；水文地质情况比较简单，矿井涌水量较大；井筒需要特殊施工，因此只能采用立井开拓，经后面比较确定井筒形式为立井两水平（位于井田中央）。2、井筒位置的确定井筒位置的确定原则：有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门工程量少；有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村或不迁村；井田两翼储量基本平衡；井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层；工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山、低洼和采空区，不受崖崩滑坡和洪水威胁；工业广场宜少占耕地，少压煤；距水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。由于井田西部边界距侯月铁路很近，故为便于地面运输及工业广场布置，主井井筒位置布置方案也可以选择在井田西部边界附近。经后面方案比较确定主、副井筒位置在井田中央。4.1.2工业场地的位置工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中央。工业场地的形状和面积：根据表2.1工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为21.6ha，形状为矩形，长边垂直于井田走向， 长为540m,宽为400m。4.1.3开采水平的确定及采盘区划分井田主采煤层为二2号煤层，其它煤层均不可采。设计中针对二2号煤