兖矿集团赵楼煤矿开采设计说明书

1 设计题目：设计题目：兖矿集团赵楼煤矿开采设计兖矿集团赵楼煤矿开采设计 专专 业：采矿工程业：采矿工程 设设 计计 人：人： （签字）（签字）:_ 指导教师：指导教师： （签字）（签字）:_ 摘要摘要 本设计根据在兖矿集团赵楼煤矿收集的各种资料结合专业知识， 对本矿3号煤层提出两个开拓方案进行比较。根据煤层地质条件最后得出采用立井开拓，且该矿井为一井一面，采煤方法为综采放顶煤。通风方式采用中央并列式。辅助运输为架线电机车，实现井下的连续快速运输。 【关键词】【关键词】:兖矿集团赵楼煤矿；综采放顶煤；中央并列式；辅助运输；架线电机车。 SUMMARYSUMMARY Basing on the various materials collected in Zhaolou Coal Mine of Yan Coal Group and combining professional knowledge, this design made a comparison of the two development plans put forward on the third coal seam. According to geological conditions of coal seam and the mine of one well with one working face, it came to a conclusion that through the mine developed by vertical shaft, the mining method with fully mechanized sublevel caving, the ventilation mode with central parallel as well as the auxiliary transportation of wiring electric locomotive, the underground continuous rapid transit was achieved. 【Keyword】:Zhaolou Coal Mine of Yan Coal Group; fully mechanized sublevel caving; central parallel; auxiliary transportation; wiring electric locomotive. 2 前前 言言 毕业设计是采矿工程专业培养计划中最后一个，也是最关键、最为重要的教学环节，是检验教学成果及学生综合能力的重要环节，在专业教育中有着十分重要的地位。本设计是在余学义教授的指导下开展进行的，其地质资料来源于兖矿集团赵楼煤矿。通过在兖矿集团赵楼煤矿的毕业实习，使我对煤矿生产现场的实际情况及工作方法有了一定的了解，并作出了本次开采设计。 本次设计是在毕业实习所收集的文字、图纸等资料的基础上,根据煤炭工业设计规范及采矿工程毕业设计大纲的要求完成的，基本上符合了有关煤炭工业设计规范的规定。 通过做本次设计，使我全面复习巩固和加深所学的专业基础知识，最终达到以下目标： 1.熟悉矿山建设、生产及安全的各个环节和系统，掌握有关知识，为今后从事矿山建设，生产及安全技术工作、技术管理工作做好更充分准备。 2.培养并掌握了矿山开采规划和设计的基本知识及能力。 3.培养了全面、系统应用矿山开采、矿山安全等知识的能力。 4.培养了综合分析和解决生产实际问题的能力。 5.培养了矿山规划与设计的基本技能包括绘图能力、文字表达 能力与计算机处理能力。 6.了解矿山开采中有关的技术政策和法规，熟悉并能正确应 用有关规定。 7.培养了科学研究和科技论文写作的基本技能。 在设计过程中，参考了大量手册和文献，从中吸收了不少有价值的经验和知识，设计进行的过程中受到余学义老师的精心指导，结合我四年来所学的知识，立足于实际，对兖矿集团赵楼煤矿进行了开拓方案比较、采区巷道布置分析、采煤方法的选择等工作，最终完成了兖矿集团赵楼煤矿的开采设计。 本次设计得以顺利完成，要特别感谢指导老师余老师，三个多月以来，余老师给了 3 我精心的指导与关怀，并提出了许多宝贵的意见及建议，使我受益匪浅，在此表示衷心的感谢。在设计过程中，我系的其他老师亦给予了大力的支持和帮助，在此也向各位老师表示衷心的感谢。在设计过程中，本人也学习了其他同学的许多经验、心得，在此对各位同学表示感谢。 由于时间紧迫内容多，本人水平有限，设计中存在的不足之处恳请各位老师及同学批评指正。 设计人：李振环 2012 年 6 月 14 日 4 目录目录 第 1 章 井田地质概况 . 8 1.1 矿井交通位置、范围及四邻关系 . 8 1.1.1 交通位置 . 8 1.1.2 地形地貌 . 9 1.1.3 气象及水文情况 . 9 1.1.4 矿区概况 . 9 1.2 井田地质及地质构造 . 10 1.2.1 地层 . 10 1.2.2 构造 . 11 1.3 矿体赋存特征及开采技术条件 . 14 1.3.1 煤层及煤质 . 15 1.3.2 瓦斯赋存状况，煤尘爆炸危险性 . 19 1.3.3 水文地质 . 19 第 2 章 井田开拓 . 26 2.1 矿井设计生产能力及服务年限 . 26 2.1.1 矿井工作制度 . 26 2.1.2 矿井设计生产能力 . 26 2.1.3 矿井设计服务年限 . 26 2.2 井田境界及储量 . 27 2.2.1 井田境界 . 27 2.2.2 资源/储量 . 28 2.3 井田开拓 . 29 2.3.1 工业场地及井口位置选择 . 29 5 2.3.2 井筒形式的确定 . 30 2.3.3 井筒数目的确定 . 30 2.3.4 井田内划分及开采顺序 . 30 2.3.5 开采水平的划分及水平标高确定 . 30 2.3.6 阶段运输大巷和回风大巷的布置 . 31 2.4 井筒 . 32 2.4.1 井筒断面设计 . 32 2.4.2 井筒参数确定 . 35 2.5 井底车场 . 35 2.5.1 井底车场形式选择及硐室布置 . 35 2.5.2 井底车场通过能力计算 . 37 2.5.4 井底车场巷道断面选择和工程量计算 . 38 2.6 方案比较、确定开拓系统 . 38 第 3 章 大巷运输及设备 . 40 3.1 大巷运输方式选择 . 40 3.1.1 大巷煤炭运输方式选择 . 40 3.1.2 大巷辅助运输方式选择 . 40 3.2 矿车 . 42 3.2.1 矿井车辆配备 . 42 3.3 运输设备选型 . 43 3.3.1 电机车选型 . 43 3.3.2 带式输送机选型 . 43 第 4 章 采区布置及装备 . 44 4.1 采区布置 . 44 4.2 采区的划分 . 44 4.3 采煤方法 . 47 6 4.4 采区巷道布置 . 52 4.5 巷道掘进与掘进机械化 . 55 4.6 工作面设备确定 . 56 4.7 劳动组织 . 57 4.8 技术经济指标分析 . 58 第 5 章 矿井通风与安全 . 59 5.1 拟定矿井通风系统 . 59 5.2 矿井通风容易与困难时期的通风阻力计算 . 64 5.3 计算矿井总风量 . 65 5.4 矿井通风设备的选型 . 67 5.5 计算矿井通风等积孔 . 70 5.6 概算矿井通风费用 . 70 5.7 预防瓦斯、火、矿尘、水和顶板等事故的安全技术措施 . 72 5.7.1 瓦斯管理措施 . 72 5.7.2 煤尘的防治 . 73 5.7.3 预防井下火灾的措施 . 73 5.7.4 预防井下水灾的措施 . 73 5.8 矿井下安全避险“六大系统” . 74 第 6 章 矿井提升、运输、排水、压缩空气设备选型 . 76 6.1 矿井提升设备选型 . 76 6.2 主运输设备选型 . 78 6.3 矿井排水设备选型 . 80 6.4 压缩空气设备选型 . 81 第 7 章 环境保护 . 83 7.1 环境现状及地面保护物概述 . 83 7 7.2 主要污染源及污染物 . 84 7.3 资源开发对生态环境影响与评价 . 84 7.4 资源开采环境损害的控制与生态重建 . 85 7.5 矿区环境保护与生态重建投资估算 . 86 7.6 主要结论 . 87 致 谢 . 88 参考文献 . 89 8 第第 1 1 章章 井田地质概况井田地质概况 1.1 矿井交通位置、范围及四邻关系矿井交通位置、范围及四邻关系 1.1.11.1.1 交通位置交通位置 赵楼井田位于郓城县城东南约22km，巨野县城西13km。所确定的6个拐点坐标圈定，南北长约3km，东西宽约5km，面积15km2。地理坐标：东经11547301155900，北纬352130352700，行政区划归郓城县、巨野县管辖。 区内交通十分便利（图 1-2），兖（州）新（乡）铁路及 327 国道自井田南部经过，自龙固集车站向东 102km 至兖州过京沪线可直达石臼港，向西约 40km 经菏泽过京九铁路至新乡与京广线接轨。日（照）东（明）高速公路从郭屯和赵楼井田边界上通过，并与京福高速公路相连，可直达济宁、菏泽、徐州等地。327 国道至井田南部经过。井田内主要有郓城至赵楼的郓赵公路、巨野至鄄城的 053 省道从井田中部穿过。井田东部 68km处有京杭运河通过，该运河向南至杨州与长江相通，可通航至苏、浙、沪一带。 图 1-2 矿井地理 9 1.1.21.1.2 地形地貌地形地貌 本区属黄河冲洪积平原，地形平坦，地势略呈现西北高东南低，地面标高为+42.12+45.69m，平均44.03m，自然地形坡度为2。地面平坦对工业广场和井口位置的选择没有影响。开采前村庄均已搬迁无需留保护煤柱。 1.1.31.1.3 气象及水文情况气象及水文情况 本区气候温和，四季分明，属温带半湿润季风区海洋大陆性气候。本区气象资料统计年份为：19502007 年，具有四季分明，春旱多风，夏热多雨，晚秋又旱，冬长干冷多北风的特点，年平均气温 14.8，月平均最低气温-5.2（1998 年 1 月），月平均最高气温 32.4（1998 年 7 月），日最高气温 42.4（1966 年 7 月 19 日），日最低气温-18.7（1957 年 1 月 2 日），常年平均气温最低月为 1 月份，平均为-1.8。降雨多集中在 69 月，年平均降雨量 694.70mm，最小 363.9mm（1966 年），最大 1219.5mm（1964年），日最大降雨量 223.0mm（1975 年 9 月 19 日）。年最大蒸发量 1381.30mm（1966年），年最小蒸发量 226.40mm（1964 年）。年平均风速 3.3m/s。霜期一般在 10 月下旬至次年 4 月上旬；最大积雪厚度 0.15m，最大冻土深度 0.35m。 矿区旁边只有两条季节性河流，流量也较小，并且由于开采深度较大对河流影响较小故不用考虑河流的问题。 1.1.41.1.4 矿区概况矿区概况 1.矿区开发情况 赵楼煤矿为新建矿井，无老窑和火区。矿井 2009 年正式建成。 在层域上，煤系下部的奥陶系灰岩岩溶普遍发育，煤系地层中太原组第三灰岩和第十下灰岩为岩溶发育层位，其中，第三灰岩溶，裂隙发育，第十下灰岩裂隙发育且局部有溶蚀现象。 2.矿区经济情况 由于是新开的矿井当地政府对矿井的扶持力度很大，本矿井对当地的经济也有很大的影响。 3.矿井建设和生产所需要的主要材料均来自当地， 当地的一些材料已经能满足矿区生 10 产的需要。 4.水源主要来自于黄河的支流，电源来源于菏泽发电厂和济宁发电厂的共同供电。 5.矿井所采的煤大部分为焦煤。在市场十分走俏，在山东价格大约是 1000 元/t。 1.2 井田地质及地质构造井田地质及地质构造 1.2.11.2.1 地层地层 在区域上，本区地层区划属华北地层区鲁西地层分区，区内多被第四系覆盖，基岩出露甚少，煤系基底为寒武、奥陶系，缺失奥陶系上统、志留系、泥盆系、石炭系下统、三叠系、侏罗系和白垩系等地层。含煤地层为石炭系和二叠系，其中二叠系下统含煤地层发育较好，煤炭资源较为丰富。 本井田为全隐蔽的华北型石炭二叠系煤田，煤系以奥陶系为基底，沉积了石炭系上统本溪组、二叠系下统太原组、山西组及石盒子组，其上被新近系和第四系所覆盖。主要含煤地层为太原组和山西组（图2-1）。现对各组地层分述如下。 山西组厚0119.90m，平均63.81m，上部以泥岩、粉砂岩为主，夹中砂岩，局部有灰绿色粗砂岩或细砂岩；中、下部以中、细砂岩为主，夹薄层泥岩、粉砂岩。以交错层理为主，次为斜层理、水平层理、波状层理。见泥岩、粉砂岩包裹体，含2、3（3上、3下）煤层，3（3下）煤层为主要可采煤层。 3（3下）煤层底板由上而下颗粒变细、泥质增多，具波状、混浊状层理，见底栖动物通道。 太原组属海陆交互相沉积，厚132.30245.23m，平均厚178.65m。全区厚度稳定，旋回结构明显，韵律清晰，含12层石灰岩和22层煤，各旋回具明显的岩性、物性组合特征标志，易于对比。该组从上到下可分为三段。 三灰段包括4煤顶界面至六灰顶界面， 以粉砂岩、 泥岩为主， 夹细砂岩与粉砂岩互层、灰岩和煤层。三灰厚0.809.84m，平均6.67m，全区稳定，呈浅灰深灰色，厚层状，局部顶底含泥质，具缝合线构造，局部含燧石结核，含丰富的海百合茎、蜓科及少量的腕足类化石。 八灰段包括六灰顶界面至15下煤底界面，以泥岩、粉砂岩、细砂岩及粉、细砂岩互层为主，夹石灰岩和煤层。以八灰、九灰较稳定。八灰为主要标志层，厚0.754.99m，平 11 均2.82m，灰至灰褐色，显晶质，局部含燧石结核，含海百合茎、腕足类化石，为14煤层的顶板，局部被砂岩代替，含15上局部可采煤层。 1.2.2 1.2.2 构造构造 井田内不同方向的断层和褶皱相互交织，构成了一幅较为复杂的构造图像，但在井图 2-1 地层综合柱状 12 田的不同区域范围内构造发育的复杂程度存在一定差异，依据区域构造演化分析的思路和方法，井田构造在平面上的分布和剖面上的组合还是有一定规律性可寻的。 1.断裂构造 赵楼井田的断裂构造主要为正断层性质， 仅发现毕垓和Fz14井田规模的两条逆断层，其次有 Fd69 和 G-47 两条次级逆断层。毕垓和 Fz14 断层分别位于井田的中部和东南部、走向分别为 NNE 和 NE 向，代表了井田中两组主要断裂方向，并且其分布也与该方向的正断层相一致，造成了力学解释上的矛盾。由前述的区域构造演化可知，本区具有复杂的构造演化史，不同的构造时期，区域构造应力场作用的方向和性质发生了根本性的转变。印支运动以近 NS 向挤压为主要特征，但由于本区距离板块碰撞带相对较远，挤压作用不是很强烈，仅造成地层的微弱褶皱和在局部形成近 EW 向的逆断层，Fz14 断层可能正是这一构造作用的结果，局部还可能形成近 NS 向正断层的发育，如姚庄和 Fd12 等断层。由于受到后期的改造作用，Fz14 断层走向发生偏转而成为 NE 向逆断层。燕山期，区域上以 NWSE 向挤压作用为典型特征， 从而导致了井田内 NE 断层的强烈发育， 这些断层在在形成之初应为具有挤压性质的逆断层。燕山末期至喜马拉雅早期发生了区域性的 NWWSEE 向的强烈伸展，并对矿井构造发育产生了极为深刻的影响，导致了断裂性质的转变， 尤其在 NNE 向断层组中表现的更为显著， 普遍发生由逆转为正的负反转作用，即由逆断层转变为拉张性质的正断层。Fz14 断层则是一个特例，由于后期的正断层断距可能小于早期的逆断层断距，现今依然表现为逆断层性质。 2.褶皱构造 井田中按照构造发育的尺度可以明显的分为井田尺度的规模较大的井田构造（断层断距或落差一般大于 50m）和次级小构造（断层断距或落差一般小于 30m）两个级别，断层的走向主要有 NE、NNE、NW 和近 NS 四组。井田断裂构造是控制矿井构造格局的主体构造，并且控制了次级小断层的发育和分布，往往在大断层的附近次级小断层发育较为强烈，使井田构造进一步复杂化。 属于井田规模的断裂构造主要有 NE 向的陈庙和 F20 等断层， NNE 向的主要为康垓、Fz18 和 F29 等断层以及近 NS 向的毕垓和田桥等断层；其中，以 NE 向断层最为发育，井田范围内发育较为普遍，但东部断裂的间距相对较小，表明东部的构造较西部相对要 13 复杂一些，NE 向断层主要发育于井田的东南部，其它区域不发育，而近 NS 向断层仅在局部发育，也可能是 NNE 向断裂构造受到改造的结果。由此可见，NNE 向断裂构造是井田内最为重要的一组断裂，应予以高度重视。 井田内褶皱轴向主要有 NE、NNE 和 NW 向三组，主要为 NW 和 NE 向两组，规模较大，发育较为普遍。NW 向褶皱主要发育于井田的西部，并且褶曲轴呈现向 E 突出的弧形；NE 向褶曲主要发育于井田的东部，在井田的东南部由于受到断裂构造的切割，褶皱轴的连续性受到破坏。 3.陷落柱 赵楼井田不同期次、不同走向和不同倾向的断裂构造在不同的区域发育程度是不同的，在剖面组合上也各具特色，但主体剖面组合型式为堑垒相间型组合。 堑、垒相间型是赵楼矿井中发育较为普遍的一种断裂组合形式，表现为走向近于一致的正断层，由于相临断层相向或相背倾斜，从而在剖面上形成了堑、垒相间的构造组合。这种构造组合在第 9 勘探线地质剖面图上较为特征（参见附图 17） ，由西向东依次出现 130 孔处的地垒、C-51 孔地堑、沈庄与 F22 断层间的地垒以及 Fz14-1 与 Fz18 断层间的地堑，再向东，依次出现向西倾斜的 F33 和赵河东断层，它们与如 Fz18 断层共同组成了阶梯状断层组合，东部边缘被田桥正断层所限制。由此可见，不同的构造型式主要决定于同组断层的倾向及其相互关系。该剖面图上显示出毕垓逆断层与同方向的正断层具有较好的协调性，另外，地层宽缓的 NE 向褶曲也反映了 NWSE 向的挤压应力作用，表明该组断层在演化过程中可能经历了由逆到正的性质反转。 4.岩浆岩侵入 井田内有中性岩浆岩侵入体侵入山西组煤系地层中，对3（3下）煤层及煤质均有不同程度的影响。 区内岩浆岩侵入层位均至 3 煤层，并以沿 3 煤层顶、底板顺层侵入或穿插于 3 煤层之中为主，因而对 3 煤层影响较大，使井田东北部 3 煤层约 26km2变质为天然焦或煤焦混合。 5.剥蚀 本区域无剥蚀现象。 14 1.3 矿体赋存特征及开采技术条件矿体赋存特征及开采技术条件 组别 断层名称 断层 性质 断层 落差 断层产状 走向 倾向 倾角（） 延展长度（m） N N E 向 陈庙断层 正 50-115 NNE-NEE NWW-NW 70 6800 Fz18 正 15-100 NNE-NE NWW-NW 70 9800 康垓断层 正 0-75 NNE SEE 45 5000 Fd47 正 3-40 NNE-NE NWW-NW 70 4000 Fd86 正 8-23 NNE SEE 70 950 Fd51 正 0-20 NNE-NE NWW-NW 70 50 F15 正 0-20 NNE SEE 70 2100 Fd72 正 0-17 NNE SEE 70 270 Fd16 正 0-16 NNE W 70 830 Fd48 正 5-12 NNE NWW 70 1500 Fd38 正 0-11 NNE SEE 70 360 Fd27 正 0-10 NE-NNE NW-SWW 70 1070 Fx9 正 0-10 NNE-NE NWW-NW 70 400 Fd68 正 0-9 NNE NWW 70 290 15 1.3.11.3.1 煤层及煤质煤层及煤质 1.煤层 井田含煤地层为山西组与太原组，这两组地层平均总厚242.46m，含煤25层。其中山西组含煤1层；太原组含煤9层（15上、15中、15下、16上、16下、17、18上、18中、18下）。煤层平均总厚21.29m，含煤系数8.8 %。可采及局部可采煤层（2、3上、3（3下）、15上、16上、16下、17）平均总厚13.24m，占煤层总厚的62.2%，其中3（3下）煤层平均厚5.15m，占可采煤层总厚的38.9%，是主采及首采煤层。大部、局部可采煤层的厚度、结构、稳定性及间距变化情况如表4-1。 表4-1 可采、局部可采煤层一览表 煤层 煤 层 夹 石 全区厚度（m） 可采范围厚度（m） 层 间 距 （m） 结 构 稳 定 性 可 采 性 煤厚 变异 系数（%） 层 数 岩性 名称 两极值 平均值 两极值 平均值 3 010.33 5.15 3.2011.79 7.92 简单 较稳定 局部 48.03 04 炭质泥岩 122.91 15上 01.23 0.76 0.701.23 0.88 简单 较稳定 大部 24.72 01 泥岩 26.54 16上 02.23 0.96 0.701.23 1.38 简单 较稳定 局部 62.93 01 细砂岩 5.89 16下 01.13 0.69 0.751.13 0.95 简单 较稳定 局部 30.00 01 炭质泥岩 2.26 17 01.25 0.79 0.791.25 0.99 简单 较稳定 大部 31.08 02 泥 岩 粉砂岩 16 2.煤质 原煤灰分平均值，3 煤层属中灰分； 3煤层以有机硫为主，硫化铁硫次之。 3煤层均为中磷分。 各煤层主要煤质指标一览表 煤层 项目 3 水分 Mad （%） 原煤 1.022.49 精煤 0.742.15 灰分 Ad （%） 原煤 11.7936.12 精煤 5.6410.28 挥发分 Vdaf （%） 原煤 35.5639.53 精煤 34.4238.55 全硫 St，d （%） 原煤 0.361.08 精煤 0.320.65 磷 Pd （%） 原煤 0.0030.07 精煤 0.0040.062 发热量 Qb，ad （MJ/kg） 原煤 21.2730.35 精煤 31.1233.29 元 素 分 析 Cdaf 精煤 83.8886.39 Hdaf 精煤 5.275.64 Ndaf 精煤 1.391.76 焦油产率 8.5012.90 17 灰熔融性 12601400 粘结指数 6896 胶质层厚度 9.521.6 煤 类 QM45（2） 1/3JM35（8） 煤层 项目 15上 16上 16下 17 水分 Mad （%） 原煤 0.911.59 1.17（6） 0.973.12 1.70（9） 0.901.72 1.36（4） 1.023.17 1.52（7） 精煤 0.701.50 1.13（6） 0.713.23 1.58（9） 1.011.47 1.26（4） 0.953.18 1.46（7） 灰分 Ad （%） 原煤 7.7028.63 10.11（6） 7.2928.78 13.26（9） 9.0512.08 10.43（4） 6.8882.75 24.24（7） 精煤 5.247.49 6.43（6） 3.288.89 6.25（9） 5.697.46 6.80（4） 3.488.72 5.19（7） 挥发分 Vdaf （%） 原煤 36.6440.99 38.79（6） 7.9638.86 33.47（9） 35.3939.74 37.74（4） 20.9241.16 33.85（7） 精煤 36.8541.65 38.57（6） 9.1838.66 33.81（9） 35.5740.54 38.28（4） 18.3539.62 32.78（7） 全硫 St，d （%） 原煤 1.984.31 3.12（6） 0.494.46 2.68（6） 3.023.65 3.36（4） 0.527.36 3.97（6） 精煤 1.622.17 1.83（6） 0.332.99 2.27（6） 1.893.20 2.62（3） 0.352.9 2.23（6） 18 磷 Pd （%） 原煤 0.0030.022 0.010 （5） 0.0030.049 0.019（5） 0.004（2） 0.0060.037 0.020（5） 精煤 0.0030.014 0.005（4） 0.0010.031 0.013（5） 0.003（2） 0.0040.024 0.012（5） 发热量 Qb，ad （MJ/kg） 原煤 28.7633.01 31.35（6） 27.8833.09 31.45（6） 31.3233.82 32.49（4） 27.8033.41 30.64（7） 精煤 33.1634.20 33.53（6） 31.1534.81 33.10（6） 33.0733.26 33.19（3） 308734.65 33.25（7） 元 素 分 析 （%）Cdaf 精煤 84.1387.44 85.01（5） 83.4586.81 85.46（6） 85.5986.38 85.98（2） 83.7986.86 85.47（5） Hdaf 精煤 5.395.76 5.45（5） 5.195.63 5.38（6） 5.355.57 5.46（2） 5.375.81 5.50（5） Ndaf 精煤 1.451.60 1.58（5） 1.341.56 1.46（6） 1.391.56 1.48（2） 1.401.58 1.45（5） 焦油产率 Tar，d（%） 13.3515.47 14.70（3） 8.8012.70 11.45（4） 4.9512.70 8.82（2） 8.3013.70 11.69（5） 灰熔融性 ST（） 11401200 1180（3） 11901360 1257.5（4） 12201300 1260（2） 11101350 1202（5） 粘结指数 GR.I 94102 98（6） 77102 96（6） 96105 102（4） 75102 96（6） 胶质层厚度 Y（mm） 35.544.5 39.68（4） 13.044.0 32.64（5） 42.048.0 44.9（4） 12.043.0 35.8（5） 煤 类 QF46（4） FM36（2） FM36（4） QF46（1） QF46（1） QF46（3） FM36（1） FM36（3） QF46（2） QM（1） 19 1.3.2 1.3.2 瓦斯赋存状况，煤尘爆炸危险性，煤的自燃性及地温情况瓦斯赋存状况，煤尘爆炸危险性，煤的自燃性及地温情况 1. 煤层自燃发火 无自燃发火倾向。 2.瓦斯 在勘探期间，仅对3煤层采取11层点瓦斯样，分析结果表明：其甲烷（CH4）成分和含量最高分别为0.26%和0.003cm3/g燃，二氧化碳（CO2）成分和含量最高为5.60%和0.129cm3/g燃（Z-2号孔）该井田瓦斯含量普遍偏低，应属瓦斯风化带范围。由于区内各煤层埋藏较深，又有岩浆岩侵入，局部煤的变质程度有所增高，因此，在生产过程中应加强瓦斯管理，以防瓦斯聚集发生瓦斯爆炸事故。在建井过程中测得的回风中瓦斯含量极低，矿井平均瓦斯浓度0.02。三个煤巷风速400m3min，绝对涌出量0.24 m3min。岩石中游离瓦斯的含量很低，如大巷风量8470.57min/m3，瓦斯仅0.01%。 3.煤尘 各煤层煤芯煤样的煤尘爆炸性试验结果表明，火焰长度在140700mm之间，扑灭火焰的岩粉量变化在4875%之间，可燃基挥发分一般在35%左右，根据挥发分和固定碳计算的煤尘爆炸指数变化在3642%间，故各煤层均有煤尘爆炸危险性。 4.地热 井田共有31个钻孔（普查3个、精查25个、补勘3个）进行了测温工作，结果表明， 井田内非煤系地层平均地温梯度1.85/100m，煤系地层平均地温梯度2.76/100m；全区地温梯度1.512.92/100m，平均2.20/100m，即地热增温率为1/45.45m，煤系基底广泛分布着奥陶系石灰岩含水层，据揭露奥灰Z-7号钻孔近似稳态测温资料统计，地温梯度一般为1.8/100m。 在平面上， 3煤层底板地温基本上与煤层底板等高线平行， 即煤层埋藏越深温度越高。但同一深度，由于所处构造部位不同以及受其它地质因素影响不同，地温梯度也就不同，如在背斜轴部，温度略有增高（图6-1）。 总之， 矿井3煤层底板温度大部分处于二级高温区， 井田西部及北部处于一级高温区。 1.3.3 1.3.3 水文地质水文地质 区域范围东起峄山断层，西至聊考断裂，北起汶泗断层，南至凫山断层，东西长约 20 160km，南北宽约80km，面积10000余km2（图5-1）。 区域地表水系发育，鄄郓河、洙赵新河、万福河自西向东穿越本区流入南阳湖，京杭运河自北向南流经本区，光府河、泗河和白马河自东向西流入南阳湖。区内多为黄河冲、洪积平原，仅在区域中部及东南有小面积低山、丘陵。京杭运河以东，沉积颗粒粗，地下径流较强；运河以西，松散层颗粒细，径流变弱，由东向西水质变差。嘉祥西部、巨野、郓城等地地势低洼，潜水位浅，蒸发强烈，潜水浓缩盐化，局部形成盐碱地。 1.含水层 区域内煤系地层直接充水含水层为山西组3煤层顶、底板砂岩裂隙含水层、太原组三灰和十下灰岩溶裂隙含水层，在部分矿井内，侏罗系砂岩亦为直接充水含水层（如南屯矿等）。3砂含水层厚度3060m，一般约40m，区域内钻孔最大单位涌水量0.504L/s.m，巨野煤田单位涌水量0.0252L/s.m；三灰含水层厚度比较稳定，平均约5m，兖州、济宁煤田三灰钻孔最大单位涌水量0.480L/s.m，巨野煤田单位涌水量0.1338L/s.m；上述两含水层为开采上组煤的直接充水含水层。十下灰含水层厚度平均约5m，济宁煤田钻孔最大单位涌水量为0.484L/s.m，巨野煤田单位涌水量0.2617L/s.m；是开采下组煤的顶板进水含水层。 第四系下组、新近系底部砂、砾层孔隙含水层，为各基岩含水层的补给水源。第四系厚度变化较大，为0338.76m，但规律性较强，大范围内东北薄、西南厚。据其颜色、岩性及其物性特征，可分为上、中、下三组。上组属强富水含水层，钻孔单位涌水量可达2.928L/s.m，为工农业用水的主要水源。中组以粘土、砂质粘土为主，属隔水层组。下组富水性较中组强，但较上组弱，钻孔单位涌水量最大可达2.147L/s.m。区内东部砂层渗透性较好，为煤层开采时基岩含水层的补给水源之一。西部下组可分为上、下两段，上段富水性较强，下段以粘土、砂质粘土为主，底部常见湖相沉积的含钙粘土，使得下组水的下渗能力变差。 新近系地层在巨野煤田厚264.40600.03m，平均510.42m，由北向南，由东向西逐渐增厚。由粘土类隔水层和砂砾层含水层相间沉积而成。据钻探取芯、测井资料及有关地震剖面综合解释成果，可分为上、下两段。上段：厚165.40 410.92m，平均346.82m。含水的中、细砂层与隔水的杂色粘土、砂质粘土相间沉积，砂层厚度较大，较松散，富含 21 孔隙水。下段：厚76.00268.90m，平均163.60m。以厚层粘土为主，粘土呈杂色，比重大，常见白色高岭土层或石膏团块。砂层以灰白、棕黄色的中、细砂为主，砂质不纯，多含粘土成分，该层段底部一般为厚层粘土、砂质粘土层，部分地段为砂、砂砾层直接覆盖在下伏地层之上。据邻区梁宝寺井田L-16号孔抽水试验资料，抽水层段砂层累厚9.57m，单位涌水量0.3831L/s.m，富水性中等，水质类型为SO4-Ca.Mg型，矿化度3.56g/L，水质较差。 奥陶系灰岩为煤系基底含水层，在区域范围内其含水性具明显垂直分带性，浅部岩溶发育，含水丰富，属强含水层，向深部岩溶发育程度降低，含水性逐渐减弱。济宁煤田北部的许厂、代庄、何岗、唐口、葛亭及巨野煤田梁宝寺、郭屯、龙固等井田下组煤与奥灰间距较小，不足以抵抗奥灰水压力，奥灰水成为采下组煤的底板进水直接充水含水层。单元内各含水层的水文地质特征见表5-1。 奥灰隐伏区内岩溶普遍发育，区域上已有邹西、曹洼、嘉祥三个水源地。区域范围内，奥灰裸露补给区主要集中在凫山背斜丘陵区、滋阳山及嘉祥隆起区。 凫山丘陵区有约200km2寒武系灰岩裸露， 北部有零星奥灰出露， 形成岩溶水补给区，接受大气降水和地表水补给后顺岩层倾斜方向由南向北流向邹西水源地。兖州西部的滋阳山一带亦有小面积奥灰出露，成为补给区。此外，区域外曲阜境内有约100km2的寒武系、奥陶系灰岩出露，在区外东北部形成补给区。补给区地下水沿曲阜水源地流向曹洼水源地，再南下流向邹西水源地，与北流的岩溶水汇合，形成强径流带，至南阳湖畔两城附近呈泉群出露，成为泄水区。邹西水源地大部分地段为奥灰级（单位涌水量大于10L/s.m）富水区，水位变化较降雨迟后20天左右，与降水补给关系密切。目前邹西水源已开发，供水量10万m3/d，供水区域地下水位呈逐年下降趋势；曹洼水源地奥灰富水性为级（单位涌水量为110L/s.m），补给条件比邹西水源地差，供水水量约3万m3/d。 嘉祥隆起区有约100km2的寒武、奥陶系灰岩出露，在区域中部形成岩溶水补给区，接受大气降水后，沿地势向周围缓慢径流流向隐伏区。其中奥陶系灰岩出露区主要分布在兖（州）新（乡）铁路两侧，出露区至葛亭井田一带为奥灰隐伏区，这一带有希望成为新的水源地。 22 区域单元内含水层水文地质特征表 含水层 名称 煤矿（井田） 名称 孔号 底深 （m） 单 位 涌水量 （l/s.m） 水质类型 富水性 第四系下组砂层 兖州兴隆庄 A35 187.95 1.514 HCO3-Na.Ca 强 济宁三号 Q下-1 161.10 0.045 HCO3.SO4Ca.Mg 弱 新近系底部砂层 巨野梁宝寺井田 L16-3 309.63 0.3831 SO4Ca.Mg 中 巨野郭屯井田 J-10 611.40 0.1717 SO4Na.Ca 中 巨野赵楼井田 Z-11 654.58 0.0004 SO4.ClNa 弱 侏罗系下部砂砾岩 兖州东滩 东44 174.71 0.155 HCO3.SO4Na 中 济宁三号 C6-15 476.25 0.1293 SO4Ng 中 山西组砂岩 兖州南屯 J102 485.95 0.0415 HCO3.SO4Na 弱 济宁二号 10-8 545.70 0.01753 HCO3-Na 弱 巨野梁宝寺井田 L4-5 713.21 0.0252 SO4Na 弱 巨野郭屯井田 J-10 713.16 0.0074 SO4Na 弱 巨野赵楼井田 Z-15 785.24 0.0020 SO4Na 弱 太原组三灰 兖州兴隆庄 兴13 233.62 0.513 HCO3-Na 中 济宁三号 C9-4 562.50 0.00306 HCO3-Na 弱 巨野梁宝寺井田 L4-12 632.50 0.1338 SO4Na 中 巨野郭屯井田 J-17 783.60 0.0268 SO4Na 弱 巨野赵楼井田 Z-4 830.10 0.1230 SO4Na 中 太原组十下灰 兖州兴隆庄 兴220 190.51 0.139 HCO3-Ca.Na 中 23 济宁三井田 C13-8 205.28 0.00101 SO4.HCO3Ca.Mg.Na 弱 济宁代庄 A10-14 511.58 0.05135 SO4Ca.Na 弱 巨野梁宝寺井田 L4-9 440.10 0.0378 SO4Na 弱 巨野郭屯井田 239 814.50 0.2617 SO4Ca.Na 中 巨野赵楼井田 251 834.99 0.0001866 SO4Na.Ca 弱 奥灰 兖州兴隆庄 兴18 460.54 3.463 SO4Ca.Mg 强 济宁代庄 19-5 694.90 0.653 SO4Ca 中 济宁泗河口 C17-9 560.34 0.1706 HCO3.SO4Ca.Mg 中 巨野梁宝寺井田 L16-1 772.76 0.845 SO4Ca.Mg.Na 中 巨野郭屯井田 J-7 952.15 0.0990 SO4Ca 弱 巨野彭庄井田 X-5 713.60 0.8715 SO4Ca 中 2.隔水层 隔水层有第四系、新近系粘土类隔水层；上二叠统泥岩、粉砂岩、铝土岩等隔水层；下二叠统杂色泥岩、粉砂岩隔水层，太原组泥岩、粉砂岩类隔水层；本溪组铁铝质泥岩。分述如下。 1、第四系粘土层 以灰绿、棕黄色粘土、砂质粘土为主，厚58.60155.46m，占全层段的75%左右；塑性指数12.518.1。位于第四系的下部，厚度大，稳定性较好，尤其是第四系底部多为一层含铁锰质结核及姜结石的粘土层，属冲积河湖相沉积，其隔水层性能良好。 2、新近系下段 以粘土、砂质粘土为主，占地层总厚的70%左右，由上而下固结程度渐增，局部钙质粘土层呈坚硬状态，据Z-7孔及验证孔系统的物理力学取样测试，底部近百米段粘土塑性指数18.531.1，凝聚力0.100.416MPa，为软硬塑性具备的粘土、砂质粘土隔水层；粘土中常夹有柱状或板状石膏晶体，富含蒙脱石矿物，易膨胀，钻进中钻孔常常发生缩径 24 现象，说明该层段粘土更具有隔水性。 井田内第四系、新近系内的粘土层分布广泛，厚度稳定，隔水层性能良好，从而使得各砂层间的水力联系不密切。 3、二叠系石盒子组隔水层 与二叠系石盒子组含水层交错分布，中下部隔水层岩层增多，主要为杂色泥岩和粉砂岩，局部夹有厚层状砂岩透镜体，由于隔水层的厚度较大，隔水性能良好，进一步阻隔了上部含水层向直接充水含水层的补给。 4、17 煤层下伏隔水层组 由17煤层底板至奥灰顶界面之间岩层组成的隔水层组，包括17煤层至本溪组顶界之间的泥岩、粉砂岩、本溪组泥岩，及铝土岩、薄层灰岩，共同组成一个较好的隔水层组，压盖在奥灰之上。奥灰顶至17煤层底板的间距为34.0040.71m，平均36.56m；由于其厚度小、而埋藏深，难以抵抗奥灰水底鼓压力，因此，奥灰水将对开采下组煤构成较大的威胁。 除上述隔水层组外，含煤地层中的泥岩、粉砂岩占地层的比例较大，它们的隔水性能较好，阻隔了各含水层间的水力联系。 3.老窑积水对矿井生产的影响 矿井周围，不存在小煤矿和老窑，因此不存在老窑水问题。矿井内煤层采后的老空水，是煤层顶底板采动裂隙带内砂岩裂隙水释放后残余的动水，积存于采空区低洼处的水体以及巷道内不能自溢出的老硐水。老空（老硐）水害隐患的部位，为同一煤层相邻斜上方采空区或上覆煤的老空内积水，在其下侧掘巷或下部回采时，易发生透水、溃水的危险。 4.断层对矿井涌水的影响 断层导水性包括两方面， 其一是断层两盘含水层的水是否通过断层带发生水平补给；其二是断层同一盘含水层地下水能否通过断层带或附近裂隙发生垂直补给。决定断层是否导水的主要因素是断层的力学性质、断层两盘含水层接触关系及断层带充填物的胶结程度。据部分矿井的实际生产资料表明，隔水层中的断层不导水，断层两侧含水层与含水层相对接时才具有导水性.如兖州矿区杨庄等矿井开采16、17煤层时，所发生的几次突 25 水事故，均是由于断层使16、17煤层与奥灰间距变小且对盘是强含水层所致，其表现为涌水量大而不易疏干。 根据13个揭露断点的钻孔统计，均未发现泥浆消耗量有明显的增大和漏失现象，这从一个侧面反映了断层带不富水的特征。但是从基岩含水层漏水钻孔分布特征看，一般漏水点均位于含水层隐伏露头及断层附近，说明在大的断层附近，常伴生一些次级小断层，岩石较破碎，裂隙发育。因此，大断层两侧、端点及交汇部位常形成相对富水区。这点在矿井生产中也得到了证实，如济宁三号井建井期间，井下揭露的断层数量较多，揭露落差最大的断层为八里铺东断层，垂直断距58m，断层带宽0.5m，断层无水，其它断层绝大多数无水，仅少数断层有淋水现象。说明断层本身富水性弱，但大断层两侧富水性相对增强。 断层导水性还与地下水的水力变化有关。如滕北矿区1988年以前尚未全面开发，但各基岩含水层水位都大面积下降，且不同含水层降幅不一，显然是受同一水文地质单元内大屯、滕南矿区的长期排水影响所致。因此，在矿井长期排水的作用下，较大的水头差使断层发生导水。 综上所述，一条断层是否导水主要取决于断层的活动性和两盘含水层的对口情况。据此分析，井田内的主要边界断层-田桥断层西升东降，使井田内的煤系含水层与对盘的二叠系地层对口，对盘无强含水层，因此可能是阻水的。井田内H100m的断层，使三灰、十灰与奥灰接近和对口接触时，断层则可能导水。 目前，赵楼煤矿已在井下揭露了 F16 断层（落差 7.8m）、F5 断层（落差 1.3m）、F10 断层（落差 4m）、FZ14 断层（落差 10m）、F14 断层（落差 0.8m）、F15 断层（落差 0.4m），这些断层揭露均未发生出水现象，表明本矿小断层导水性较差。 1.4 井田勘探类型及勘探程度评价井田勘探类型及勘探程度评价 1.依据构造形态.断层和褶曲的发育情况以及受岩浆岩影响程度，该井田的构造复杂程度为中等构造。 2.依煤层厚度.结构及其变化和可采情况，煤层稳定程度划分为较稳定煤层。 26 第第 2 2 章章 井田开拓井田开拓 2.1 矿井设计生产能力及服务年限矿井设计生产能力及服务年限 2.1.12.1.1 矿井工作制度矿井工作制度 按我国现行规定，设计矿井年工作日为 330d，井下生产人员“四六”制，井上工作人员“三八”制，其中井下三班生产一班检修，每班工作 6 小时，每天净提升时间 16 小时。 2.1.22.1.2 矿井设计生产能力矿井设计生产能力 根据本矿井的资源条件（包括储量.煤层赋存条件.开采技术条件.矿井地质构造.水文地质等），开发条件（包括地理位置.交通运输.水源.电源.建筑材料等），社会经济发展和市场形势的要求，结合国内外综合机械化矿井生产管理现状以及开采技术的发展，预可行性研究报告及可行性研究报告中对矿井设计生产能力提出了 0.45Mt/a 和.0.6Mt/a 两个方案进行了分析比较和论证，设计推荐矿井设计生产能力 0.45Mt/a（330d，16h）方案。 2.1.32.1.3 矿井设计服务年限矿井设计服务年限 按现行煤炭工业矿井设计规范的规定，采用 1.4 的储量备用系数，本矿井上组煤设计计算服务年限为 51.2a。 2.1.4 矿井储量、设计生产能力和服务年限的关系 T=Zk/A*K=128.849/0.45*1.4=51.2a 式中 A矿井设计生产能力，Mt/a; Zk矿井可采储量 T矿井设计服务年限，a； K储量备用系数。 煤炭工业矿井设计规范的规定，采用 1.4 的储量备用系数，本矿井上组煤设计计算服务年限为 51.2a。 27 2.2 井田境界及储量井田境界及储量 2.2.12.2.1 井田境界井田境界 （1）根据已批准的巨野总体规划，本矿井井田边界为东起天桥断层，西至 18 煤层露头；南起陈庙断层及第一勘探线。 （2）“采矿许可证”规定的井田境界。在“采矿许可证”上，井田的平面范围一般用乖点坐标表示，开采深度用高程表示，拐点坐标为下表 井田拐点坐标一览表 点 号 坐 标 点 号 坐 标 X（m） Y（m） X（m） Y（m） 1 3924997.13 2039175.00 4 3915088.47 20390171.13 2 3925040.08 2039163.91 5 3917861.44 20390204.99 3 3925045.00 2039152.16 6 3917815.98 20393992.19 28 （3）南北走向长度约 2.35km，东西倾斜宽度约 4.79km，井田面积约 11.25k 2.2.22.2.2 资源资源/ /储量储量 1.煤炭工业矿井设计规范关于矿井资源储量的相关规定 煤炭工业矿井设计规范低 2.1.1 条规定：“矿井预可行性研究应根据批准的井田详查或者勘探地质报告进行，可行性研究和初步设计应根据批准的井田勘探地质报告进行，且必须经认真分析研究后，对勘探程度、资源可靠性、开采条件及经济意义等做出评价。” 煤炭工业矿井设计规范第 2.1.2 条规定：矿井预可行性研究，可行性研究和初步设计，应分别根据井田详查和勘探地质报告提供的“推断的”、“控制的”、“探明的”资源量，按国家现行标准固体矿产资源/储量分类GB/T17766 及煤、泥炭地质勘查规范DZ/T0215 划分矿井资源/储量类型，计算“矿井地质资源量”、“矿井工业资源/储量”、“矿井设计资源/储量”和“矿井设计可采储量”。 划分矿井资源储量类型及计算矿井资源储量的具体规定见 煤炭工业矿井设计规范 在矿井可行性研究和初步设计中，资源储量另行及计算如下： （1）矿井地址资源量。矿井地址资源量为勘探地质报告提供的查明煤炭资源的全部，包括 331、332、333. （2）矿井工业资源储量。 矿井工业资源储量按下式计算。 Zg=111b+122b+2M11+2M22+333k 式中 k可信度系数，取 0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井 k 值取 0.9；地质构造复杂、煤层赋存不稳定的矿井，k 值取 0.7。 2.矿井资源储量的计算 (1)地质储量 精查地质勘探范围内，按最小煤层可采厚度 0.7m 计算，全井田弓获得 A+B+C+D 级储量 87581.3 万 t，其中煤的储量 60456.1 万 t，天然焦 27125.2 万 t；由于天然焦灰分较高、发热量较低、勘探程度较低、煤层结构复杂、开采难度大，故划为暂不能利用储量。 29 待天然焦利用价值提高，开采技术解决之后，可充分考虑利用天然焦问题。 在能利用储量中 A+B+C 级工业储量 22888.1 万 t，A+B 级 13885.9 万 t。 （1）工业储量 能利用的地质储量中 A+B+C 级储量为本矿井的工业储量。工业储量为 22888.1 万 t。 （2）矿井设计储量 设计储量=工业储量断层煤柱井田边界煤柱 1、断层煤柱 断层防水煤柱留设原则： 按断层落差大小两侧各留 50m；落差100m 的断层两侧留设 100m；落差50100m的断层两侧留设 50m； 落差3050m 的断层两侧各留 30m； 落差2700t/h 能够满足设计输送能力。 传动滚筒选1400mm，速比 I=28，CS750KS4 台，最大传递功率 741kW。 选用低速逆止器 DSN130X2 台，单台额定逆止力矩 130kNm，共两台。 选用液压盘式制动器 SHI106 型，单台额定制动力矩 83.2kNm，共两台。 拉紧装置选用液压绞车拉紧形式，拉紧位置设在靠近头部，选用 Y500J（02-200） ，泵站 4.0kW，绞车电机 7.5kW。 44 第第4 4章章 采区布置及装备采区布置及装备 4.1 采区布置采区布置 1.初期采区布置 根据初期采区补充勘探地质报告，由于初期开采范围中西部发现断层 FZ14，落差为070m，向东部落差变小至尖灭，走向为北东，倾向东，区内延展长度约为 2800m 为可靠断层。 采区中下部发现一断层群，其中从 05 米的断层到 055m 的断层大大小小有 7 条断层。这些断层的发现基本全部打乱了原来设计的首采区。 方案：沿工业场地保护煤柱东侧，南北走向打三条大巷，在大巷中部打三条巷道，一条皮带巷，一条辅助运输巷，一条专门的回风巷。做两翼开采一边的工作面长度为200m，工作面推进长度为 1200m。接续工作面为 FZ14 断层南部的一块用条带开采，最后接续的是 FZ14 断层北部的一块厚煤层。以此分为三个采区。 此方案的优点： 1.中部大巷布置在工业场地保护煤柱之内，大巷保护煤柱与公广保护煤柱合二为一，减少了资源损失； 2.投产工作面距离井口位置较近，有利于缩短矿井投产工期。 4.2 采区的划分采区的划分 1.采区的划分，针对首采区位置提出两个布置方案。 方案一：沿工业场地保护煤柱东侧，南北走向打三条大巷，在大巷中部打三条巷道，一条皮带巷，一条辅助运输巷，一条专门的回风巷。做两翼开采一边的工作面长度为200m，工作面推进长度为 1200m。接续工作面为 FZ14 断层南部的一块用条带开采，最后接续的是 FZ14 断层北部的一块厚煤层。以此分为三个采区。 方案二：紧邻 FZ14 断层保护煤柱南侧、从中部向东西两侧布置三条倾斜的大巷。辅 45 助运输大巷兼进风巷，胶带机大巷少量进风，回风大巷专门