资源描述
摘 要本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。一般部分为三河尖矿1.2 Mt/a新井设计。三河尖煤矿位于江苏省徐州市北面，交通便利。井田走向（东西）长约4.31 km，倾向（南北）长约3.75 km，井田总面积为15.69 km2。主采煤层为7号煤、9号煤，平均倾角为13，煤层平均总厚为6.0 m。井田地质条件较为简单。井田工业储量为12555万t，矿井可采储量9003万t。矿井服务年限为53.6 a，涌水量不大，矿井正常涌水量为60 m3/h，最大涌水量为120 m3/h。矿井绝对瓦斯涌出量为10 m3/min，相对瓦斯涌出量为3.024 m3/t，为低瓦斯矿井。井田为立井单水平开拓。大巷采用胶带运输机运煤，辅助运输采用矿车。矿井通风方式为中央并列式通风。矿井年工作日为330 d，工作制度为“四六”制。一般部分共包括10章：1.矿区概述及井田地质特征；2.井田境界和储量；3.矿井工作制度及设计生产能力、服务年限；4.井田开拓；5.准备方式-采区巷道布置；6.采煤方法；7.井下运输；8.矿井提升；9.矿井通风与安全；10.矿井基本技术经济指标。专题部分题目是综合指数法在矿井冲击危险性评价中的应用。通过建立冲击矿压危险性评价模型，应用综合指数法对冲击矿压的危险性进行评价与预测。翻译部分所译的文章为：Study on fault induced rock bursts，主要讲述了当工作面向断层推进时，由于滑移扰动而诱发的冲击矿压。关键词：矿井设计，立井开拓，冲击矿压，断层 ABSTRACTThis design includes of three parts: the general part, special subject part and translated part.As the general part of the paper, a new design of Sanhejian mine has been completed. Sanhejian mine is situated in North of Xuzhou city of Jiangsu province. The traffic of road and railway is very convenience to the mine. The run of the minefield is 4.31 km ,the width is about 3.75 km，well farmland total area is 15.69 km2.The seven and nine are the main coal seam, and the dip angles are 13 degree. The thickness of the mine is about 6.0m in all and the geology of the coalfield is simple.The industrial reserves of the minefield are 125.55 million tons and the recoverable reserves are 90.03 million tons. The designed throughput of coal is 1.2 million tons per year, and the service life of the mine is 53.6 years. The normal flow of the mine is 60 m3 per hour and the max flow is 120 m3 per hour. The absolute outflow of gas is 10 m3/min and the relative gas emissions 3.042 m3/t as a low gas mine.Sanhejian mine is developed by vertical shaft with a single level. In main haulage way, the coal is transported by belt conveyer, and the mine car is auxiliary transportation in main rail-tunnel. The ventilation mode of the mine is center to center.“Four-six” as the working system is used in the Sanhejian mine. It produced 330d/a.The general part includes ten chapters: 1.An outline of the mine and the geology of the coalfield; 2.Boundary and the reserves of mine; 3.The service life and working system of mine; 4. Mine field exploit; 5.The layout of mining area; 6. Coal mining method; 7. Underground transportation; 8. Mine hoisting; 9.Mine ventilation and safety; 10.The basic economic and technical index.The theme of the special subject parts is “the appliance of comprehensive index method in evaluating the risk of the rock burst in mine”. The risk of rock burst has been evaluated and forecasted by the establishing of evaluation model of the risk of rock burst and the application of comprehensive index method.As the translation part, “Study on fault induced rock bursts”, which is on fault rock burst induced by slip destabilization when the working face advances to the fault, has been translated.Keywords：mine design,vertical shaft development，rock burst,fault中国矿业大学2009届本科生毕业设计第146页1 矿区概述及井田地质特征11.1 矿区概述11.2 井田地质特征31.3 煤层特征102 井田境界及储量142.1 井田境界142.2 矿井工业储量152.3 矿井可采储量193 矿井工作制度及设计生产能力、服务年限223.1 矿井工作制度223.2 矿井设计能力及服务年限224 井田开拓244.1 井田开拓的基本问题244.2 方案比较284.3 矿井基本巷道345 准备方式采区巷道布置445.1 煤层地质特征445.2 采区巷道布置及生产系统455.3 采区车场及主要硐室526 采煤方法566.1 采煤工艺方式566.2 回采巷道布置707 井下运输727.1 概述727.2 采区运输设备选择737.3 大巷运输设备选择768 矿井提升788.1 矿井提升概述788.2 主副井提升789 矿井通风及安全819.1 矿井通风系统的确定819.2 矿井风量计算849.3 矿井阻力计算899.4 选择矿井通风设备969.5 安全灾害的预防措施10110 设计矿井基本技术经济指标103综合指数法在矿井冲击危险性评价中的应用1041 概述1052 矿井冲击危险性影响因素分析1073 综合指数法评价冲击危险性研究1124 小结117参考文献118英文原文119Study on fault induced rock bursts119中文译文131关于断层诱发冲击矿压的研究131致谢1411 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 交通地理位三河尖煤矿位于徐州市沛县龙固镇境内，地处苏鲁边界，东临昭阳湖、西临丰县、北与山东省鱼台县接壤，东南距徐州市92 km、至沛县27 km，西北距鱼台县城19 km。徐济公路穿过该井田，东北至京杭大运河6 km，可进行水陆运输。大屯煤电（有限）责任公司铁路专用线通至本矿，交通较为方便（如图1-1所示）。1.1.2 地形地貌本区属黄淮冲击平原，地势平缓稍向东北倾斜。地面标高+34.3+39.98米，地面坡降一般均小于千分之一，属南四湖南端西部堆积区。1.1.3 水文情况1）湖泊：总称南四湖，1960年二级坝建成后，独山、昭阳湖为一级湖，微山湖为二级湖。 南四湖总面积为600 km2，流域面积2726 km2，历史最大汇水量107 亿m3（1957年），据南阳站观测：最高水位+36.89 m，最大蓄洪量25.6 亿m3 (1964年9月)，最低水位+32.32 m，最小蓄洪量0.57 亿m3 (1962年6月)，湖底高程+31 m，湖堤高程+39 m。2）河流：井田内河流稀少，除大沙河为天然河流外，尚有姚楼河、苏鲁河、义河、复兴河、徐沛运河等均为兴修水利人工开掘的河流。坡降均小于1/2000。河水位同于湖水位，属季节性河流，农业上用河道引水灌溉，同时地面南北、东西向的灌溉渠道纵横交错。河流状况见表1-1： 表1-1 河 流 状 况 表名 称流域面积(km2)发源地堤顶标高（m）河底标高（m）河底宽度（m）经受过最大流水量（m3/min）义河128丰沛运河39.0031.5015.0076复兴河1777砀山、玄帝庙40.5031.50135.00628苏鲁河148山东、单县39.5031.5060-7097大沙河丰县、高庄39.0034.00250-32074姚楼河39.5031.0032-60徐沛运河沛城60-803）洪水及内涝区内地面标高+34.3+39.98 m，1958年前本区经常有洪水及内涝，1957年7月南四湖湖堤决口，本区+36.50 m以下全淹，洪水持续20余日。图1-1 三河尖煤矿交通地理位置示意图 1.1.4 气象与地震本区属南温带黄淮区，气象具有长江流域与黄河流域的过渡性质，接近北方气候的特点，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨。春秋常有干旱及寒潮、霜冻等自然灾害，但四季分明，气候温和。本区属于季风型大陆性气候。据沛县气象站历史资料：气温：年平均气温13.8 C，日最高气温40.70 C（1966年7月10日），日最低气温-21.3 C（1967年1月4日）。降水量：年平均降水量811.7 mm，最大年降水量1178.9 mm（1971年），最小降水量550 mm（1968年），最大日降水量340.7 mm（1971年8月9日），降水多集中于7、8月份，占全年降水量的60%。蒸发量：年平均蒸发量1623.7 mm。风向：全年以东南、偏东风为最多，年平均风速3.2 m/s。冻土：历年最大冻土深度19 cm(1969年)，平均12 cm。地震：自公元462年以来，据不完全统计，本区共记载有感地震30余次，其中影响较大的有1668年7月25日山东莒县郯城8.5级地震，1937年8月18日山东菏泽7级地震。本区属华北地震区，距郯庐断裂约100 km，该断裂总长约1000 km，为一长期活动的断裂带，亦为强地震带，郯城至新沂一带具有发生强地震的地质构造背景。地震基本烈度：1970年9月25日中国科学院中南大地构造研究室鉴定沛县地区基本烈度为七度，1977年7月国家地震局南京地震大队再次确认沛县地区基本烈度为七度。按照2000年地震等级划分新标准，三河尖煤矿地震等级为0.05G。1.1.5 水源及电源矿井生活用水取自处理后的浅层地表水，工业用水取自处理后的井下排水。矿井现有35/6KV变电所一座，该变电所双回路35KV电源由沛县孔庄110KV区域变电所不同母线引出，矿井35/6KV变电所除向本矿井井下及地面用电设备供电外，另有小部分农用外转供电。1.2 井田地质特征1.2.1 井田地质构造三河尖井田位于滕鱼背斜向西南的延伸部位，受后期构造运动的切割作用，形成了一套不完整的NE向次一级向斜构造；以龙固背斜为主体向东西两翼又伴生次一级的向背斜。又经燕山期剧烈的构造运动，产生一系列较大张性断裂，破坏了龙固背斜的完整性。按构造线方向主要可分为NE、NW、EW、NNE向四组。井田主要由吴庄向斜、张庄向斜构成，次一级小褶曲和断裂均不发育。地层倾角021。地层：三河尖井田位于丰沛煤田西北隅，属华北地层区。全区在前寒武系的结晶基底上沉积了以后的一套地层，包括寒武系、奥陶系、石炭系、二迭系、侏罗白垩系、第三系、第四系。地质综合柱状图如图1-2所示。图1-2 地质综合柱状图各地层简述如下：1）下古生界（Pz1）：奥陶系阁庄组（O2）石灰岩为棕灰浅灰（微肉红）色，厚层、块状、致密、质纯、性硬脆，具缝合线构造，夹有砾状灰岩、白云质灰岩及白云岩，偶夹灰绿色及深灰色薄层泥岩，发育不规则张裂隙，充填或半充填有方解石及钙泥质。2）上古生界（Pz2）：包括石炭系、二迭系1. 石炭系（C）：包括本溪组、太原组（1） 本溪组（C2）：厚度25.6847.60 m，平均厚度36.65 m。为一套海相沉积，岩性组合稳定，不含煤。下部为紫红紫色（含灰绿色斑块）铁质泥岩（俗称山西式铁矿）为本溪组的标志层。上部有13层灰岩，隐晶质、块状、质纯、性脆，局部含海百合茎等生物化石碎屑。夹灰绿色铝土质泥岩或硅质泥岩。假整合于O2（马家沟组）之上，以灰岩顶界与太原组（C3）分界。（2）太原组（C3）：厚度150.68189.95 m，平均165.30 m。与其下伏地层本溪组（C2）整合接触，为一套海陆频繁交替的含煤地层沉积。其主要特点有： 厚度稳定，井田内变化小。 旋回结构清楚，易与对比。 标志层明显，计有1314层石灰岩，其中四灰、十二灰为区域稳定标志层。海相泥岩中常富含菱铁质结核。本组主要由粉砂岩、泥岩、薄中厚层状石灰岩、粉细互层、中细砂岩、粘土岩及煤层组成。粉砂岩和泥岩致密性脆，常含透镜状菱铁矿结核、瘤状及星点状（柱状）黄铁矿及植物化石碎片（偶有完好者）；海相泥岩底部偶含海豆牙化石及生物碎屑。在粉细砂岩互层中具缓波状及浑浊状层理（偶有底栖动物通道）亦含植物化石碎屑。长石石英中细砂岩多为浅灰灰色，硅泥质胶结，一般较纯，分选及磨圆度尚好，时含瘤状黄铁矿、菱铁矿结核，具斜层理、波状层理及交错层理等。本组灰岩一灰、五灰、七灰、八灰、九灰、无名灰、十三灰等局部沉缺，其余各层灰岩均稳定。以薄层生物碎屑灰岩或泥灰岩（一灰）顶与山西组分界。2. 二迭系（P）井田内二迭系地层中山西组、下石盒子组、上石盒子组均有发育，总厚度约为350370 m。 （1） 山西组(P11)厚度62.76131.16 m平均116.2 m。总的为一套滨海平原三角洲温湿气候条件下的河湖沼泽、泥炭沼泽相等煤系地层沉积，主要沉积体系为河控三角洲沉积体系。主要特点： 总厚度较稳定，一般保持在90110 m之间。 旋回结构清楚，但不尽完整，有分叉合并现象。 局部地段（F2上盘浅部）受到不同程度的风化剥蚀。 含井田主要可采煤层，且有分叉合并现象。 砂岩特征明显，厚度有一定变化，对煤层有局部冲刷作用（近南北向的冲刷带）。岩比关系有砂岩加厚含煤性变差的规律。下段：厚度3050 m。 底部为灰深灰色海相泥岩、砂质泥岩，多含植物化石碎片；中部发育9煤层，9煤层局部遭受冲刷，造成局部地段缺失或不可采；上部为灰白色长石、石英细粒砂岩，泥质硅泥质胶结，局部较硬，常含页块状泥岩、粉砂岩包体，菱铁矿结核及菱铁质条带（由鲕粒显示），炭泥质条纹、镜煤透镜体及炭化植物化石碎屑等，该层砂岩厚度变化大，最厚达39.7 m，对9煤影响较大。中段：厚度平均40 m。底部为灰色泥岩、砂质泥岩，富含植物化石；中部发育7煤层；上部为灰白色中粗粒砂岩，硅硅泥质胶结，分选中等，富含菱铁质鲕粒条带。上段：厚度3045 m。以灰灰绿色泥岩为主，夹中细粒砂岩，多含植物化石碎片，偶含不稳定薄煤层（6煤层），上部杂色岩层渐增，反映古气候由潮湿向干燥的转变过程。本组与下伏地层太原组（C3）呈整合接触。（2）下石盒子组（P12）：保留厚度0296.4 m，一般厚度220 m。主要特点有： 总厚度较徐州煤田（铜山县）相对较小，含煤性差（井田内仅有12个见煤点，均不可采），此乃受区域南北沉积分异特征的控制而造成。 紫红色地层逐渐增多，反映出内陆干燥的气候条件渐占主导地位的趋势。 砂岩较厚且频繁出现，说明冲积相在本组内很发育。按岩性组合，大致可分为三段：下段：厚约65 m。底部为灰绿色浅绿色含砾中粗粒砂岩（俗称分界砂岩）厚度3.643.8 m，平均15 m，全区分布稳定，常含有石英燧石小砾及泥岩包体，泥硅质胶结，局部含菱铁鲕粒，夹有杂色泥岩、灰色粉砂岩，部分为双层结构（夹粘土质粉砂岩、细砂岩），对下伏山西组杂色泥岩有一定的冲刷作用，为井田的主要标志层。上部为灰色含紫红色斑点的砂质泥岩夹有灰绿色细砂薄层，常含24个煤层或层位（俗称柴煤）厚度均小于0.31 m。中段（柴砂段）：厚约60 m；以灰绿色中细砂岩为主，局部为石英砂岩，有时含砾石及粉砂岩包体或菱铁质鲕粒，具斜层理、交错层理及韵律分选层理等，夹粉砂岩及粘土岩，层位尚稳定，厚度变化大。底部常发育一层较稳定的含砾中粗砂岩（俗称柴砂），为本组较稳定的标志层。上段：厚约95 m，以杂色泥岩、灰绿色粘土岩为主，夹数层薄层细粒砂岩。泥岩中多含植物化石。本组底部以分界砂岩与下伏地层山西组整合接触。（3） 上石盒子组（P21）保留厚度0101.90 m，其底部一层通称为奎山砂岩，保留厚度066.5 m，以浅灰、浅褐灰或浅肉红色石英砂岩为主，铁硅质胶结，局部特硬，常为中粗粒，分选及磨圆度较好，含石英细砾及泥岩碎块，具韵律分选层理，多呈双层结构。此层在张庄向斜较发育，东部仅少数钻孔有保留，吴庄区由东向西增厚，由南向北变薄。奎山砂岩为井田主要标志层，也为上、下石盒子分界。个别钻孔其上还残有杂色泥岩、粉砂岩或长石、石英砂岩等。与上覆KJ地层不整合接触，为井田煤系地层最上部标志层。3）中生界（MZ）侏罗白垩系（KJ）保留厚度15.85762.25 m，区内由于受断块升降和剥蚀的影响，厚度变化较大，每一断块内，由南向北增厚，由东向西变化不大，略有增厚的趋势，与煤系地层大致吻合，局部有变化。该层总厚度1200 m以上，此套地层是干燥气候条件为主的内陆盆地型沉积。自下而上大致分为四段：第一段：紫褐色砂岩段，厚度170353 m，平均250 m。以紫红、紫褐色中细砂岩、含砾砂岩为主，夹薄层粉砂岩、砂质泥岩。砾石成分以石英岩为主，少见岩浆岩及灰岩砾。中上部夹煤线或煤屑。第二段：杂色砂质泥岩段，厚度227380 m，平均250 m。以灰绿夹紫红等杂色砂质泥岩为主，夹薄层粉细砂岩，偶见砾石及石膏团块。第三段：灰色粉砂岩、泥岩段，厚度大于130 m。以深灰灰绿色粉砂岩、泥岩为主，含石膏。第四段：杂色含砾砂泥岩段，主要分布于F24以南，厚度大于576.49 m。中下部以紫褐、灰绿等杂色砂质泥岩、泥岩与砾岩互层为主，砂质泥岩中含有砾石，砾石成份以玄武岩为主，其次为砂岩、灰岩。上部以紫红色夹灰绿色斑点的砂质泥岩为主，夹砂岩薄层。与下伏煤系地层呈不整合接触。对煤系地层的保留起一定保护作用。上多被第四系覆盖。4）新生界（KZ）1. 第三系（E）：井田内主要分布于F24以南，最大揭露厚度为90.16 m。底部为棕红色砾岩，砾石成分砂岩、砂质泥岩；中上部以棕红色砂质泥岩为主，夹砂岩薄层，含灰岩、砂岩、砂泥岩砾。与下伏地层呈不整和接触。2. 第四系（Q）：厚度184.70262.75 m，一般厚度220 m，由东向西逐渐增厚，按成因时代分为全新统及更新统。全新统厚1846 m，主要由黄泛淤积的黄褐色粉砂组成。下部为湖积淤泥，富含淡水螺壳，底部以簿层砖红色粘土与更新统分界。上更新统厚度约65 m，由黄褐灰绿色富含砂姜及铁锰质结核的砂质粘土夹河流相中、粗砂组成。砂层总厚度20 m左右，共310层。中下更新统厚约130 m左右，灰绿色为其特征，由厚层粘土夹多层中、粗砂组成。砂层总厚2763 m，计13层，底部有一层不稳定的含粘土砂砾。与下伏地层不整和接触。断层：孙氏店正断层（F1）：为区域性大断层，位于井田中部并贯穿井田，将三河尖井田分为南北两翼。断层走向东西，倾角60，落差90390 m。1.2.2 水文地质三河尖煤矿位于半封闭的滕县背斜储水构造单元的西南侧，地下水流向由东北向西南方向，地下水主要通过东部峄山断层进水口得到基岩补给及滕县背斜轴部奥陶系灰岩溶隙直接接受第四系底部含水层组的补给。该储水构造单元由东往西水文条件逐渐变为简单。矿井主要含水层有：1）第四系底部砂砾孔隙含水层该含水层富水性中等，直接覆盖于基岩之上，与基岩各含水层在风氧化带部位发生水力联系。2）侏罗白垩系底部砾岩裂隙含水层主要分布在各井田的深部，富水性较弱，局部偏强。3）二叠系上石盒子组底部奎山砂岩裂隙含水层以中粗粒砂岩为主，厚度较大、稳定、坚硬，裂隙发育，富水性中弱。4）二叠系下石盒子组底部分界砂岩裂隙含水层以中粗粒砂岩为主，裂隙发育，富水性中弱。5）二叠系山西组7、9煤顶底板砂岩裂隙含水层组该含水层组为开采7、9煤层时的直接充水含水层。据抽水资料： 7煤顶板砂岩：q=0.00010.006 l/s.m k=0.0010.02 m/d 9煤顶板砂岩：q=00.07 l/s.m k=01.54 m/d结合临近生产矿井涌水量资料看：该含水层组矿井涌水量不大，一般不超过150 m3/h。富水性弱，以静储量为主，突水时来得快，去得也快，逐步变成淋水或干涸状态。6）石炭系太原组石灰岩岩溶裂隙含水层组以四灰、无名灰、十二灰为主要含水层，其中四灰厚度大，岩溶裂隙不发育，分布稳定，水量较小，水头压力不高。据抽水资料：=0.00030.007 l/s.m k=0.031.23 m/d太原组四灰含水层为矿井开采山西组煤层时的间接充水水源。预计矿井疏放水最大涌水量80150 m3/h，稳定水量为2080 m3/h。无名灰、十二灰为开采太原组煤层时的直接充水含水层，厚度较大，分布较稳定，裂隙不发育。综上所述，三河尖井田为水文地质条件简单型矿井。预计矿井涌水量一般为60 m3/h，最大涌水量为不超过120 m3/h，因此在矿井开采中基本不受水害影响。1.2.3 其他有益矿物1）在侏罗白垩系地层中，有极薄的纤维状石膏赋存，但无工业利用价值。2）煤样化验结果显示，可采煤层中含有锗、镓两种微量元素，经定量分析发现，其含量未达到工业品值，见表1-2。表1-2 可采煤层锗、镓元素定量分析表煤层项目791721锗（ppm）1.008.233.49 3)1.5111.665.83（4）1.13.02.5（2）0.1镓（ppm）6.016.010.33(3)8.012.010.0（3）73.04.03.5（3）1.2.4 地质勘探程度三河尖井田从1957年至今，由169煤田地质勘探队、江苏省煤田地质勘探公司物探队、江苏省煤田地质勘探公司勘探二队、四队和徐州矿务局地质勘探工程处在本区进行多期地质勘探工作，共施工地震详查测线51条，总测长121.57 km，地震测线49条，测长105.67 km。地质钻孔179个，工程量134000.01 m。1.3 煤层特征1.3.1 煤层三河尖井田主要含煤地层为石炭系、二迭系，包括两个含煤组，即太原组、山西组。下二迭统山西组（P11）为一套近海河湖、泥炭沼泽相沉积，主要为河控三角洲沉积，是井田内主要的含煤地层。主要由中细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩及少量粗砂岩、含砾砂岩、杂色泥岩、薄厚煤层组成。以中细砂岩为主体，本组厚62.76131.16 m，平均116.20 m，主要可采煤层为7、9煤，位于本组中下部。上石炭统太原组（C3）为一套海陆交替相沉积，为区域主要含煤地层。地层标志明显、沉积规律十分清楚，旋回结构突出，海相沉积与陆相沉积交替出现，厚层薄层石灰岩与薄层煤交替，其间夹有泥岩、砂岩砂泥岩沉积层，石灰岩1314层，煤层816层。本组厚度150.68189.95 m，平均165.30 m。主要煤层有17和21煤，位于本组中下部。区内主要可采煤层共有两层，自下而上依次为9、7煤，倾角721，一般13。现分述如下（可采煤层层间距见表1-3）：山西组9煤：最厚为3.25 m，平均煤厚3 m。三河尖勘探区：F1下盘属稳定的可采厚煤层；F1上盘属全部可采的稳定中厚煤层。吴庄勘探属大部分可采的稳定的中厚煤层。刘庄勘探区属全部可采的较稳定中厚煤层。井田内综合评定9煤属全部可采的稳定的中厚煤层。山西组7煤：最厚为3.35 m，平均煤厚3 m。三河尖勘探区：F1下盘属稳定的可采厚煤层；F1上盘属全部可采的稳定中厚煤层。吴庄勘探属大部分可采的稳定的厚煤层。刘庄勘探区属全部可采的较稳定厚煤层。井田内综合评定7煤属全部可采的稳定的中厚煤层。表1-3 各主要可采煤层与标志层层间距表煤层及标志层层间距（m）备注最小值最大值平均分界砂岩34.783.08567煤052.2289煤14.640.525一灰1.3.2 煤质情况本区煤质特征与附近的徐州及鲁西南地区各煤田的石炭二迭系煤层煤质相似，均属高等植物生成的腐植煤类，煤的炭化是受区域变质的影响。即由于含煤建造受上覆岩层的静压力和地热的长期作用而引起煤的变质。本区煤质牌号基本无变化，山西组7、9煤均为气煤。各煤层煤质特征见表1-4。表1-4 各煤层煤质特征表煤层编号Ma.d(%)Ad(%)Vdaf(%)坩埚粘结性17St.d(%)Pd(%)Qgr.ad7原煤0.603.89 1.879.0339.15 15.699.7242.4037.25160.231.520.750.00218.4129.3427.06精煤0.893.11 2.034.1610.08 6.4734.842.738.11460.490.750.6629.1431.5029.739原煤0.394.45 2.046.5444.83 17.231.3444.8237.25160.254.491.090.0003111.6631.2525.83精煤0.952.82 2.174.008.13 6.434.842.737.61160.531.240.7231.511.3.3 煤层顶底板条件1）7煤顶底板岩性及类型该煤层直接顶板以灰至深灰色粉砂岩为主，厚度012.8 m，局部相变为粘土岩，泥岩；岩性致密，常含菱铁矿结核，富含植物化石。部分被中粗砂岩冲刷代替，中粗砂岩成份以长石、石英为主，厚度2.725 m，平均 m，灰灰白色，以中粒为主，硅泥质泥质胶结，颗粒分选磨圆度中等，常含泥岩、粉砂岩包体；夹有菱铁矿结核细条带（鲕粒显示）、炭泥质条纹及镜煤透镜体等，示韵律分选及斜层理等，厚度变化较大。7煤直接顶为粉砂岩时，该层为煤层老顶。底板多为深灰色粉砂岩，厚度020.3 m，平均4 m，上部有时有一层粘土岩，或相变为泥岩；水平层理，含植物化石。局部为粉细砂岩互层，厚度2.018.5 m，平均7 m，浅灰深灰色，厚度不均，变化较大，常被砂岩代替，夹菱铁矿条带；与上、下层过渡接触。直接底为粉砂岩时，该层为煤层老底。砂岩抗压强度53.90178.5 MPa，单项抗拉强度2.437.11 MPa。粉砂岩抗压强度30.5691.80 MPa，故该煤层顶板属中等难冒顶板。2）9煤层顶底板及类型该煤层直接顶板多为灰白灰色，中细粒砂岩；厚度4.9243.01 m，平均17.16 m，泥质硅泥质胶结，局部较硬，分选及磨圆度中等，含泥岩、粉砂岩、镜煤包体、菱铁矿瘤状结构及颗粒，具断续斜层理、交错斜层理等。此层为该矿煤系地层的标志层；常使9煤部分受到冲刷。局部9煤直接顶为粉砂岩、泥岩互层，厚度05 m，深灰色，岩性致密，受其上中细砂岩影响，厚度变化较大。个别地点为岩浆岩。该煤层底板以粉砂岩为主，厚011.13 m，平均4 m，顶部时有薄层粘土岩，含细砂岩条带，具缓波状水平层理，富含植物化石，局部为深灰色浅灰色中细粒砂岩，厚度3.2739.8 m，平均15 m，局部相变为粉细砂岩互层或粉砂岩，具缓波状、浑浊状层理，含菱铁矿质结核及植物化石碎片等，厚度变化较大。中砂岩抗压强度53.82131.2 MPa，单项抗拉强度3.515.1 MPa。粉砂岩抗压强度19.3198.00 MPa，故该煤层顶板属难中等冒落顶板。1.3.4 瓦斯井田内，共采集23个瓦斯样，其中7煤6个，9煤5个。 各煤层瓦斯含量测定结果见表1-5。表1-5 煤层瓦斯含量测定表 单位：cm3/g可燃质煤层CH4CO2N2C2H6C3H8I-C4H10n-C4H10700.1670.01060.1530.42800.32500.0620.019500.0900.0285900.3490.0930.1340.3090.19700.0380.01900.0380.019从表1-5可以看出：各煤层CH4平均含量0.01060.093 cm3/g可燃质；平均0.053 cm3/g可燃质，小于0.1 cm3/g可燃质。但局部地段有富集现象（10-2孔CH4含量达0.349 cm3/g可燃质）；CO2平均含量0.1970.325 cm3/g可燃质；平均0.266 cm3/g可燃质。表1-6 可采煤层钻孔瓦斯含量自然成分统计表（%）煤层CH4CO2N2C2H6C3H8I-C4H10n-C4H10709.341.9958.8619.3513.69776.0791.0382.63202.420.7103.920.9589059.5112.3883.3722.2611.68830.2992.7174.57804.920.98401.910.382从表1-6可以看出：各主要可采煤层自然瓦斯成分以N2为主，占74.57882.632；CO2次之，占11.66814.008；CH4仅占1.99512.388。根据本区钻孔瓦斯测定资料，三河尖煤矿属低瓦斯矿井。1.3.5 煤尘及煤的自燃根据煤尘爆炸性试验指标，各煤层煤样火焰长度及岩粉含量均为零，属于无煤尘爆炸危险性煤层。根据三河尖井田（精查）勘探地质报告提供的资料，井田内各煤层均为不易自燃煤层。2 井田境界及储量2.1 井田境界2.1.1 井田范围东部边界：以F2正断层、F24正断层为界。西部边界：以经线39475643为界。南部边界：为432号、475号、468号钻孔之连线。北部边界：以-1000 m各煤层底板等高线为界。2.1.2 开采界限三河尖井田主要含煤地层为石炭系、二迭系，包括两个含煤组，即太原组、山西组，含煤22层。可采煤层两层，自下而上依次为9、7煤。矿井设计只针对7、9煤。开采上限：7号煤层以上无可采煤层。下部边界：9号煤层以下亦无可采煤层。2.1.3 井田尺寸本设计井田最大走向长4.93 km，最小走向长3.49 km，平均走向长4.31 km。井田倾斜方向的最大长度为3.76 km，最小长度0.99 km，平均倾斜长3.75 km。水平宽度3.64 km。煤层的最大倾角为21，最小倾角为7，平均为13。井田的水平面积按下式计算：S=HL 式2.1式中：S 井田的水平面积，km2； H 井田的平均水平宽度，km； L 井田的平均走向长度，km。则井田的水平面积为：SHL3.644.31=15.69 km2井田赋存状态示意图如图2-1所示。 图2-1 井田赋存状态示意图2.2 矿井工业储量2.2.1 储量计算的步骤矿井储量是矿井开发和各项建设工作的客观基础条件，因此，对储量的圈定与计算必须以十分认真的态度，严肃对待。为保证储量具有足够的可靠性，在进行矿井储量技术时，应按照下列步骤进行。1）原始资料的检查储量是确定矿井生产能力的基础。因此，首先对计算储量用的各类原始地质资料进行全面的研究和审核。2）确定勘探类型并选择不同储量级别的勘探密度当对勘探工程作出可靠性的评价以后，应根据规范中对勘探区的构造复杂程度及煤层稳定程度，确定勘探类型与选择不同储量级别的勘探密度，以此编制储量计算平面图。3）确定不同储量级别的边界线按照不同的煤层，参照其勘探类型规定的各级储量计算所需要的勘探密度，结合设计矿井的具体地质条件，分别确定其不同储量级别的边界线。4）选择储量计算的方法根据地质构造、煤层变化、勘探工程等情况，结合煤矿设计的具体要求，选择合理的储量计算方法，以保证计算出的储量可靠，满足设计要求。2.2.2 井田地质勘探本井田地质勘探类型为精查，属详细勘探。1974年1976年，江苏省煤田地质勘探四队、二队在三河尖勘探区进行精查勘探，共施工钻孔85个，工程量60270.54 m，提交了江苏省三河尖勘探区精查地质报告（最终）。1977年1月4月，江苏省煤田地质勘探公司物测队曾在吴庄水坑洼地区进行地震详查勘探，使用DZ-701模拟地震仪，30HZ检波器。并于1977年6月提交了吴庄水坑洼地区地震详查报告。井田范围内钻孔分布：井田内南部边界附近和东部及西部边界附近，钻孔布置较少，其他区域钻孔分布比较均匀，勘探详细。井田南部边界附近、西部边界附近以及东部边界附近属332级储量，断层附近属333级储量，其他区域为331级储量。高级储量占99%，符合煤炭工业设计的规范要求。井田内7煤层最小可采厚度2.65 m，最大可采厚度为3.35 m，平均3.0 m；9煤层最小可采厚度2.56 m，最大可采厚度为3.25 m，平均3.0 m。2.2.3 工业储量计算1）地质资源储量矿井主采煤层为7煤和9煤，采用地质块段法划分储量块。根据地质勘探情况将矿体划分为甲、乙、丙、丁、戊、己六个块段（如图2-2所示），在各个块段内用算术平均法求得各块段的储量，煤层储量为各块段储量之和。 图2-2 地质块段划分图计算公式：Zi=Ssicos iMii1000000 式2.2式中：Zi 各块段储量，Mt； Ssi 各块段水平面积，m2； i 各块段的平均倾角，； Mi 各块段内煤层厚度，m； i 各块段内煤的容重，t/m3。矿井地质储量计算结果见表2-1。表2-1 三河尖煤矿地质储量计算表序号煤厚(m)容重(t/m3)水平面积（m2）倾角（）真实面积（m2）地质储量（Mt）甲6.31.41947752.65212087005.718.41乙5.61.43850874.14143961212.531.06丙5.71.41172059.70111192477.49.52丁6.41.42686764.17142767140.424.79戊6.11.42949449.61123016086.125.76己6.21.42060346.44162141019.618.58总计15164941.6128.11地质资源储量中各类储量分类表见表2-2。表2-2 矿井地质/资源分类表地质资源储量 254.79 Mt60%30%10%探明的控制的推断的80%20%80%20%Z333Z111bZ2M11Z122bZ2M2261.4915.3730.757.6912.812）工业资源/储量矿井工业资源储量是指地质资源量经可行性评价后，其经济意义在边际经济以上的基础储量的内蕴经济的资源储量乘以可信度系数之和。矿井工业资源/储量按下式计算：Zg=Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333k 式2.3式中：Zg 矿井工业资源/储量，Mt； Z111b 探明的资源量中经济的基础储量，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，本矿井煤层赋存中等稳定，取0.8。根据表2-2中数据可知：Zg=61.49+30.75+15.37 +7.69 +12.810.8=125.55 Mt2.3 矿井可采储量2.3.1 安全煤柱计算矿井可采储量时，必须要考虑以下损失：1）工业广场保护煤柱：工业场地、井筒、水库等均留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星的村庄不留设保护煤柱；2）井田境界煤柱损失；3）采煤方法所产生的煤柱损失和断层煤柱损失；4）建筑物、河流、铁路等压煤损失；5）其他损失。本井田中永久煤柱损失主要有：工业广场保护煤柱、井田境界煤柱损失和断层保护煤柱等。保护带、维护带的划分原则：1）各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定。2）维护带宽度：风井场地20 m，村庄10 m，其他15 m。3）断层煤柱宽度30 m，井田境界煤柱宽度20 m。煤矿设计规范中若干条文修改决定的说明中第十五条关于减少广场占地问题中，工业场地（包括选煤厂）占地面积指标应控制在表2-3的范围内。表2-3 工业场地占地面积指标明细表井型/Mta-1占地面积指标/104m2（0.1Mt）-12.4及以上1.01.21.81.20.450.091.50.090.31.82.3.2 矿井永久保护煤柱损失量1）井田边界保护煤柱井田边界保护煤柱留设20 m宽，则井田边界保护煤柱损失量为3.0960 Mt。2）断层保护煤柱由于本井田断层落差太大，考虑到断层落差与断层破碎带成正相关，设计决定断层保护煤柱留设50 m宽，则断层保护煤柱损失量为3.2031 Mt。3）工业场地保护煤柱工业场地的布置应结合地形、地物、工程地质条件及工艺要求，做到有利生产，方便生活，节约用电。经设计验算，矿井的设计生产能力为1.2 Mt/a。根据上述规定，由表2-3确定，工业场地的占地面积应为14.4104 m2。但是考虑到近些年来建筑技术的提高，建筑物不断向空间发展，所以，工业广场的面积都由缩小的趋势。本设计取0.60的系数，则工业广场的面积为0.0864 km2。长轴定为300 m，短轴定为288 m。即取工业广场需要保护的尺寸为：长宽=300288=86400 m2的矩形布置工业场地，工业广场布置在井田的中部偏西。7煤层平均倾角13，松散层厚度约为80 m，松散层移动角=45，上覆岩层的边界角=74，下山移动角=78-0.78=67，上山移动角=69-0.4=63。工业广场按级保护留维护带，宽度为15 m。工业广场保护煤柱如图2-3所示，则工业广场保护煤柱压煤量为：6.7150 Mt。4）大巷保护煤柱：由于本矿井选用联合布置，大巷全部采用岩石大巷，故大巷保护煤柱损失量为0。5）井筒保护煤柱：主、副井井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，风井井筒布置在井田边界以外，故井筒保护煤柱损失量为0。各保护煤柱损失量见表2-4。表2-4 保护煤柱损失量煤柱类型损失量（Mt）井田边界保护煤柱3.0960断层保护煤柱3.2031工业场地保护煤柱6.7150大巷保护煤柱0井筒保护煤柱0合 计13.0141 图2-3 工业场地保护煤柱2.3.3 矿井可采储量矿井可采储量=（矿井工业储量-永久煤柱损失）矿井回收率即：Zk=(ZgP)C 式2.4式中：Zk 矿井可采储量； P 保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留置的永久保护煤柱损失量； C 采区采出率，厚煤层不小于0.75，中厚煤层不小于0.80，薄煤层不小于0.85，地方小煤矿不小于0.70。代入数据，得Zk(125.5513.0141)0.8 90.0287 Mt3 矿井工作制度及设计生产能力、服务年限3.1 矿井工作制度由煤炭工业矿井设计规范相关规定，矿井的设计年工作日330d，工作制度采用“四六制”，每天四班作业，三班生产，一班检修，每班工作6小时。矿井每昼夜净提升时间为16个小时。3.2 矿井设计能力及服务年限3.2.1 确定依据由煤炭工业矿井设计规范第221条规定：矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、开采条件、设备供应及国家需煤等因素确定。矿区规模可依据以下条件确定：1）资源情况：矿井地质构造简单，储量丰富，煤层赋存稳定，开采条件优越，应将矿井定为较大的井型；煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿井规模定的太大；2）开发条件：包括矿区所处的地理位置，交通是否便利，用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等；3）国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤质、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 矿井设计生产能力由地质资料可知：本井田储量丰富、地质结构简单、煤层稳定、开采技术条件好，有足够的条件建成大型矿井，结合本井田的工业储量和开采储量最终选定矿井设计生产能力1.2 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： TZk（AK） 式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 矿井储量备用系数，取1.4。则矿井服务年限为：T = 90.0287/(1.21.4) = 53.6 a服务年限符合要求。3.2.4 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因素对井型进行校核：1）煤层开采能力井田内有7、9号煤层可采，平均煤厚均为3.0 m，为中厚煤层，赋存稳定，厚度基本无变化。煤层倾角平均13，地质条件简单，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个综采工作面。2）辅助生产环节的能力校核本设计的矿井为大型矿井，开拓方式为双立井单水平开拓。主井采用箕斗提升，提升能力大，能满足提升方面的要求；副井采用双层罐笼提升，保证人员和材料的运输；大巷采用强力胶带输送机运煤，运输能力也能达到要求，且机械化程度高。井底车场调车和通过能力均能满足要求，各辅助生产环节都能满足要求，不会影响生产能力。3）通风安全条件的校核本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量很低，但煤尘具有爆炸危险，煤炭有自然发火倾向。矿井采用中央分列式通风。辅助运输大巷进风，煤炭运输大巷回风，工作面采用后退式U型通风，通过第九章的通风设计知
展开阅读全文