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本科生毕业设计1 矿区概述及井田地质特征21.1矿区概述21.2 井田地质特征51.3煤层92 井田境界和储量162.1井田境界162.2 矿井储量计算162.3 矿井设计储量173 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限203.1矿井工作制度203.2矿井设计生产能力及服务年限214 井田开拓234.1 井田开拓的基本问题235 准备方式带区巷道布置415.1 煤层地质特征415.2 采（盘）区或带区巷道布置及生产系统415.3 带区车场选型设计466 采煤方法476.1 采煤工艺方式476.2回采巷道布置617 井下运输627.1概述627.2带区运输设备选择647.3大巷运输设备选则678 矿井提升688.1矿井提升概述688.2主副井提升699 矿井通风及安全719.1矿井地质、开拓、开采概况719.2矿井通风系统的确定729.3矿井风量计算769.4矿井阻力计算849.5选择矿井通风设备8910 设计矿井基本技术经济指标951 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1 矿区地理位置与交通古书院矿位于晋城市北1km处，行政区划大部属晋城市城区管辖，北端小部分在泽州巴公镇境内。其地理坐标为东经1124834- 1125256，北纬353033353415。该井田西受白马寺断层控制,北与凤凰山、王台铺井田相接, 西南为北岩井田, 东西长7km, 南北宽5km, 面积24.417km2。井田东部有太原焦作铁路经过。本矿专运线5公里与晋城北站接轨，向南于月山，新乡分别与焦枝，京广线相通。207国道从井田东侧经过，晋（城）长（治）、晋（城）阳（城）、晋（城）焦（作）、长（治）邯（郸）高速公路已建成通车；省级公路四通八达。矿井交通位置如图1-1所示。1.1.2 地形地貌及水文情况井田地表呈剥蚀的低山丘陵地貌，总的地势为西北高，东南低。地形最高点为西北部方山山顶，标高1055.45m，最低处为井田南部边界低洼处，标高716.30m，地形最大相对高差339.15m。井田西北部为低山区，有大片基岩出露，山岭连绵延展，间或有“V”字形沟谷分布。井田东南部逐渐过渡为缓坡丘陵区，地表基本为第四系黄土覆盖，在宽缓的土梁间发育有南北向和东南向的黄土冲沟，总的说来，井田地形比较复杂。井田内无常年径流的地表水系，均为季节性河流。雨季流量较大，西南部大气降水经晋城西河、古书院河、晋城东河汇入白水河经孔庄注入丹河，东北部大气降水汇入刘家川河、司徒河向东注入丹河，丹河属沁河支流。井田内较大河流为古书院河，于井田西部由北向南流过，井田内流经长度5220m，汇水面积6.556km2。河流水源为地表泉水，大气降水及矿坑排水。据古矿近年观测资料，该河南段因有矿坑排水汇入，水量大增，可达10.5107.8L/s，河流北段无矿坑排水影响，流量仅为0.060.60L/s。1.1.3气候条件本区属太行山西侧山间盆地，属暖温带大陆性气候。四季分明,温和宜人,日照充足。秋季多西北风,春夏季多东南风。年最小降水量296mm,最大降水量1010mm,平均686.10mm。降水量集中在7、8、9三个月。蒸发量一般为降水量的23倍。气温一般较高,最高达38.6,最低22.8,平均11。无霜期较长，全年约180天。冻结期为11月至次年2月，最大冻土深度一般为43cm，最大积雪厚度为21cm。风力不大，一般34级，最大6级。1.1.4地震历年地震资料及文献记载，晋城地区未发生过5级以上的破坏性地震。外围强震的波及曾对本区造成房屋倒塌，人畜伤亡。据国家建筑抗震设计规范（GB50012001），晋城市为六度地震烈度区，地震加速度值为0.05g。1.1.5水源条件古书院矿现有自备水源井6眼，分别是下平房水源井（3号）、水塔水源井（14号）、西风井水源井（15号）、东风井水源井（26号）、34号家属楼南水源井（28号）、32号家属楼东水源井（1号）。6个水源井全部采用深井潜水泵吸取中奥陶统深层水作为永久水源，日均取水量约为8000 m3，年提水量约为292万m3。古矿现供水情况地面由1号、3号、14号、28号水源井供给，井下用水由15号、26号水源井供给，并于2001年对该矿地面和井下用水进行了互联网。当地面和井下任何一方用水出现紧张时，可由另一方进行补充，从而缓解了用水紧张的状况。根据山西省煤矿设计院和晋城市水环境监测中心分析测试结果报告单，除西风井总硬度、硫酸根稍高以外，其余测定项目全部符合GB574985生活饮用水标准。1.1.6矿区经济概况整个晋城矿区跨越晋城市和阳城、沁水两县，面积为6795 km2。本区处于太行山西坡，土质比较肥沃，主要农作物有玉米、谷子、小麦和高粱，由于农田水利基本建设发展较快，亩产水平逐年提高。工业主要有冶炼、化肥、水泥、发电、农机、副食品加工及手工业等。1.1.7矿区小煤矿概况20世纪80年代90年代，在井田范围内曾开办有证矿井28座，因关闭、吊销、划出等原因，已有16座停办。现井田内保留有证矿井12座。20世纪90年代，私开矿井风起云涌。在今天范围内曾有无证私开小煤矿92座，其中9座打井未见煤，3座延伸井筒开采9号煤，其余开采3号煤层。现已全部关闭取缔。这些小煤矿的乱采乱挖掘，给该矿造成了严重的破坏，截止2000年底，小煤矿破坏3号煤地质储量1802.25万吨，破坏井田面积2.04。其中有证矿井越界开采破坏储量1167.05万吨，私开矿破坏储量635.2万吨。小煤矿的非法开采，不但破坏了国家的煤炭资源，缩短了该矿服务年限，给国家造成不可挽回的经济损失，而其严重威胁矿井的安全生产，给该矿造成种种不安全隐患。图1-1 矿井交通位置图1.2 井田地质特征1.2.1地质构造受区域构造影响，本井田地质构造以宽缓褶曲为主，地层倾角28，伴生一条大型边界断层和一些落差不大的小型断层和陷落柱，叙述如下：1.褶曲根据地表露头和井下巷道揭露，本井田内共发育大小褶曲20条，其中向斜10条，背斜10条，分述如下：(1)二仙掌向斜(S1): 于白马寺逆断层东侧,轴向NE1520，南起晋普山井田，经北岩井田，进入本井田，其轴部在本井田大致沿古补71号孔-142号孔-137号孔-补43号孔东延伸，向北于二仙掌村东伸入凤凰山井田，全长20000m。西翼陡而狭，倾角9-26，东翼平缓，倾角6-8，受白马寺逆断层上升盘牵引成为极不对称的向斜。(2)石城沟背斜（S2）：轴向NE1520，南起寨上，经北岩井田东部，进入本井田，其轴部在本井田大体沿古72号孔-古78号孔-补18号孔-04号孔-补67号孔-166号孔方向延伸，背斜全长5000m，东翼倾角812，西翼倾角68。(3)方山向斜（S3）：轴部沿张岭村东-牛山村东-杨庄-老王圪套方向延入凤凰山井田，纵贯古书院、凤凰山两井田，轴向由NW15向北转为NE15，东翼倾角6-8, 西翼倾角8-12，全长12000m。(4)S4向斜：位于井田北部S2背斜东侧，轴向NE15，沿补33号孔-凤010号孔方向向北延伸，两翼倾角4-7左右，基本对称，全长2000m。(5)S5背斜：位于井田北部S4向斜东侧，轴向NE20，沿古补79-古补73-09号孔方向延伸，两翼倾角48，全长2300m。(6)S6向斜：位于井田西南部，轴向近南北，大致沿古补2-02号-65号孔西方向向南延伸，全长2000m以上。两翼倾角平缓，为5-8左右。(7)S7背斜：位于井田西南部，S3向斜西侧，轴向NW5，轴部沿立风井-65号孔方向向南延伸，东翼倾角48，西翼倾角68，全长2000 m以上。(8)S8背斜：位于井田南部S3向斜东侧，轴向NW30，轴部沿6号孔 - 169号孔西方向延伸，全长约1700 m，两翼倾角612，基本对称。(9)S9向斜：位于井田南部太平仙村西S8背斜东侧， 轴向NW45，延伸长度1650m，两翼倾角815。(10)S10背斜：位于井田南部，轴向NW70，轴部沿屋厦村南-庄沟村南方向延伸，背斜全长2000 m，两翼倾角815。(11).S11向斜：位于井田南部，S10背斜北侧，轴向NW70，轴部沿屋厦村北 - 庄沟村北方向延伸，全长2300 m，两翼倾角710。(12).S12背斜：位于井田中部谷坨村南，轴向NE20-65，轴部沿补13-补19-228号孔方向延伸，全长2000 m，两翼倾角510。(13).S13向斜：位于井田中部S12背斜北侧，轴向NW75，延伸长度约1200 m，两翼倾角810。(14).S14背斜：位于井田中部，轴向NE60-83，轴部沿119号孔-补46号孔南-441号孔南方向延伸，全长2600 m，两翼倾角810。(15).S15背斜：位于井田东部，轴向NW60转NE2065，轴部沿补65号孔-442号孔-洪1号孔-133号孔-227号孔呈弧形延伸，全长4500 m，两翼倾角610。(16).S16向斜：位于井田东部河东村东，轴向NE40，轴部沿洪5号孔-140号孔-201号孔方向延伸，全长2500 m，两翼倾角610。(17).S17背斜：位于井田东部河东村西，轴向NE40，轴部沿209号孔-古补84号孔-204号孔方向延伸，长度2500 m，两翼倾角58。(18).S18向斜：位于井田东部S17背斜两侧，轴向NE25，轴部沿208号孔西-洪6号孔方向延伸，全长约1000 m，两翼倾角610。(19)S19背斜：位于井田东北角，轴向NE40，轴部沿古补77号孔-大4号孔-补37号孔方向延伸，全长1000 m，两翼倾角58。(20)S20向斜：位于井田东北角S19背斜西侧，轴向NE40，轴部沿大2号孔-1156号孔-445号孔方向延伸，全长约1000 m，两翼倾角79。井田褶曲延伸长度均在1000m以上，幅度基本均在3060m之间。按褶曲长度和幅度分类，井田褶曲大、中、小型均有分布。但从褶曲两翼紧闭程度分类，由于井田内褶曲两翼夹角均大于120，按照矿井地质工作手册（1986）中分类标准，井田褶曲均属平缓褶曲。一般说来，单斜构造和平缓褶曲对综采影响不大。2.断层井田较大断层为西北边界处的白马寺逆冲断层，井田内地表未见其它断层，井下3、9号煤层中开采中共发现124条小型断层（3号煤层65条，9号煤层59条）从开采揭露情况看，未发现3、9号煤层各断层存在上下对应关系，均为层间错动的小断层。绝大多数断层落差在2.50m以下，仅个别达5.609.40m，因属层间断层，对15号煤层开采影响太大，这里不再叙述。现将井田西北边界处的白马寺逆冲断层叙述如下：白马寺逆冲断层：为井田西北部的自然边界，地表断层处大部都被黄土覆盖,据局部出露点观测资料,断层走向N1525E，倾向NW，倾角70，断距20-40m，该断层属区域较大断层，由南部晋普山区延至本井田，延伸长度20km以上。该断层属边界断层，且断层东侧部分资源已划归南坪煤矿开采，故白马寺断层对本矿将来开采15号煤层基本无影响。3.陷落柱井下3、9号煤层开采中先后发现陷落柱23个（X1-X23），大小各异，长轴长度在2090m之间，短轴长度在1350m之间。陷落柱纵断面呈倒漏斗，水平断面多呈椭圆形或近圆形，柱体内充填物杂乱无章，岩块大小不等，具棱角状，岩块挤压紧密，柱体内一般无水。 陷落中心与围岩界线清晰， 陷壁角一般多为75左右。1.2.2井田地层概述井田位于沁水煤田南部晋城矿区，地层出露中等，基岩分布面积约占三分之一，主要分布于井田北部、西北部山梁及沟谷零星地段，新生界覆盖面积约占三分之二，主要分布在井田南部，东部的丘陵、低洼地带及沟谷两侧。奥陶系灰岩为媒系地层之基底。根据钻孔和地质填图，将井田内地层由老至新分述如下：（1）奥陶系中统（O2）仅出露于白马寺逆断层西侧上升盘，断层附近山势陡立，走向NNESSW，出露厚度约150 m，其岩性接近顶部多为角砾状岩石，砾岩成分复杂，风化后成黄色，为峰峰组（O2f），其下为深灰色，质纯而性脆，并含方解石脉的厚层状灰岩，为上马家沟组（O2S）。（2）石炭系（C）中统本溪组（C2b）大部分出露于白马寺逆断层之东侧下降盘西部边缘，由含铝质较高的红色及灰白色泥岩组成，中夹薄层砂质泥岩，细砂岩。底部为山西式铁矿。本溪组厚0.70 m13.32 m，平均4.25 m，于下伏奥陶系呈平行不整合接触。上统本溪组（C3t）出露于白马寺断层东侧，为井田主要含煤地层之一。由黑深灰色砂质泥岩、灰黑色砂岩、石灰岩和煤层等组成。底部有一层鲕状结构砂质泥岩，全组厚51.23 m88.23 m，平均77.76 m，于下伏地层呈整合接触。（3）二叠系（P）下统山西组（P1s）为惊天内主要含煤地层之一。井田内出露较多，但均零星不完整。以灰白色砂岩为主，中夹灰色及深灰色泥岩、砂质泥岩及煤层。底部为一层不太稳定的中粒砂岩。本组厚38.02 m81.21 m，平均54.48 m，与下伏地层整合接触。下统下石盒子组（P1x）主要出露在井田内较高的山腰处，由灰色的细中粒砂岩，灰白色的砂质泥岩和泥岩组成。风化后多呈灰绿色或黄绿色，底部为一层厚5 m左右的中粗粒长石石英砂岩，为与山西组的分解，俗称骆驼脖子砂岩。在其顶部有一层铝土质泥岩或含铝质的砂质泥岩，见铁质侵染，具鲕状结构，风化后鲕粒脱落成小孔，地面易识别，其颜色鲜明，呈桃红色，俗称桃花泥岩。为与上石盒子组分界的辅助标志层。本组厚20.07 m118.60 m，平均53.86 m。上统石盒子组（P2s）主要分布于井田北部的白马寺山、方山、二仙掌等地的较高处。岩性以灰黄色砂质泥岩为主，夹较厚的黄绿、紫红、蓝紫色砂岩和黄色泥岩组成。下部为一层不稳定的中粗粒石英砂岩。井田内钻孔揭露厚度可达197.88 m，于下伏地层呈整合接触。（4）第三系上新统（N2）为深红色粘土，含沙量较多，可见褐铁矿黑色斑点，含钙质结核35层，该层脱水晒干后变的坚硬。在井田中部，北部丘陵地带零星出露，厚度08 m，于下伏不同时代地层不整合接触。（5）第四系（Q）分布范围较广，于地形起伏相一致，厚度由山梁向边坡递增，最厚达49.53 m，沉积物以红土、黄土为主，冲击物位沙砾层。中更新统（Q2）位于黄土之下，分布于丘陵高低，一般为赤红及紫酱色，可塑性强，腻滑似醋，在红土底部因受水解作用形成大量的钙质结核。上更新统（Q3）主要为黄土，多分布于沟谷两侧，构成二级阶地，其厚度变化不一，一般5 m20 m，土质致密。全新统（Q4）为砂卵石、沙石堆积的现代重基层，厚度不一，主要分布于现代河谷中的河漫滩。1.2.3水文地质条件东部丹河是沁河的一条最大支流，发源于高平市赵庄北之丹朱岭，流经高平市、泽州县，在河南省沁阳县北金村汇入沁河。河流总长120km，流域面积3620km2。丹河上游修建有水库多座，其中任庄水库容积最大，控制流域面积1240 km2，库容总量可达8400万m3。另外，还有其它小型水库多座。任庄水库以南至水东间为丹河河水渗漏河段，地表水补给地下水。西部沁河主干发源于沁源县北绵山东泉岭，流经沁源、安泽、沁水、阳城、泽州县境内，于河南省武陟县南部汇入黄河。古书院井田位于丹河中上游地带，居丹河西岸。晋城矿区地下水属三姑泉域地下岩溶水系统，位置在泉域中上部径流带。三姑泉为散泉，较大泉眼有石青泉、马尾泉、郭壁泉、土坡泉、白洋泉、小会泉、乡北泉、水掌泉等。泉水总流量20世纪80年代以前在1.210m3/s左右，平均3.45m3/s。三姑泉域西北边界以丹河流域分水岭为界;东北部可溶岩区以地形、地下分水岭为界;东部可溶岩区以夺河-黄金窑马圈一带地形、地下分水岭和太行山东部的众多小型地下分水岭与焦作泉域分界；西边界南段以高平晋城断裂带为界，北段主要以地表分水岭为界，局部与延河泉域沟通；西南边界为晋城小山字型构造前弧的西段，该段东西向地堑构造有一定阻水作用。总之，泉域边界基本与丹河流域边界一致，面积约2813.48km2。地理范围包括晋城城区、高平、陵川、泽州等县市。泉水补给方式：1.东部大面积裸露可溶岩区降水入渗补给；2.西部砂岩区地表径流线状渗漏补给，包括任庄水库以下至小会，河水入渗及任庄水库漏水，据统计资料，日均漏失量5926.8m3。岩溶水动力场：在泉域东侧地下水以5.56的水力坡度向中部集中，在晋城以北（包括本井田）广大区域内，水力坡度1，晋城以南，泉域地下水进入排泄区，水力坡度变陡，为8.7。中部水力坡度较小，区域面积巨大，约100km2，地下岩溶水丰富。据25号水源井2000年观测资料，水位标高580m，出水量可达2000 m3/d。区域地下水，除上述深部奥灰岩溶水外，还有中上部石炭系薄层中厚层石灰岩裂隙岩溶水和二叠系砂岩裂隙水及第四系松散层孔隙水。第四系松散层水属潜水，其余大都属承压水。仅当位于浅部风氧化带时，因层间隔水性遭受破坏而呈风化裂隙潜水存在。含水层段的划分：1、奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层组主要赋存于奥陶系上统上、下马家沟组石灰岩中。该二组石灰岩厚度巨大，岩溶裂隙发育，溶蚀强烈，层位稳定，补给充分，富水性极强。地下水总的径流方向是自东北、北部向南流动，富水性也由北向南渐渐变好。中部好于北部，南部好于中部。相对隔水层为中奥陶统上部峰峰组石炭系泥灰岩和底部之含石膏脉的泥质角砾灰岩。岩性致密，岩溶裂隙不发育，可起到相对隔水作用。水质类型属HCO3Ca型或HCO3SO4CaMg型水，PH值77.5左右，总硬度162.6441.07mg/L。中奥陶统混合抽水单位涌水量一般为0.655L/s.m，最大可达1523L/s.m。2、石炭系灰岩岩溶裂隙含水层组石炭系含水层分布在层位稳定、厚度大、岩溶裂隙较为发育的厚层石灰岩中，其富水性变化也很大。一般与石灰岩所处位置及岩溶发育程度又与地形地貌、地质构造、地下水动力条件有关。所以，富水地段多分布于盆地、沟谷及地质构造较为发育地区。区内在上覆地层厚度大于50m，且距河谷较远的地段，往往富水性很小。水质多为HCO3SO4CaMg型水，局部受煤系地层中尤其是煤硫分的影响，水质发生变化，多为SO4CO3CaMg型水。PH值7.4，总硬度122.76309.42mg/L。3、二叠系砂岩裂隙含水层组二叠系含水层主要是厚层砂岩裂隙含水，在二叠系分布较广的山区，其沟谷及两岸常有下降泉出露，泉水出自砂岩层中，水量随季节变化很大。在无污染地区，水质良好，常作为当地供水水源。水质类型为HCO3SO4KNaCaMg型水，PH值7.47.8，总硬度：56.16428.04mg/L。4、第四系砂砾孔隙含水层主要分布于盆地及河、沟谷地带，含水量软弱，靠大气降水及季节性水流补给，仅供当地农村人、畜用水。在无污染地区，水质一般良好，多为HCO3SO4Ca型水，PH值7.127.8左右，总硬度181.62309.42mg/L。上述4个含水层组，在一定的地质条件下会发生水力联系。如地质构造发育导通各含水层时，或相对隔水层较薄弱、缺失时，各含水层之间会有互相补给情况发生。多数情况是上层水补给下层水，只有下部含水层水头高于上层含水层水头，且有联系渠道时，才有可能发生下层地下水补给上层水的情况。1.2.5井田的勘探程度该区正规勘探工作始于上世纪50年代，1956年华北每天地质勘探局普查一队提交由白马寺去普查报告，古书院井田包括与该普查区，今天内有4个普查孔，进尺549.58m。精查由华北煤田地质局152队于1957年完成，精查阶段，本矿井田内共施工钻孔53个，总进尺5281.39 m。1958年7月建矿时，由114队又进行了精查补充勘探，共施工44个钻孔，进尺4421.48 m，其中潞安地质大巷检查孔9个，进尺866.36 m，并提交由生产补充勘探报告。在矿井的生产阶段，又陆续进行了补充勘探，截止2002年底，古书院井田共施工173个钻孔，总进尺27886.50 m。1.3煤层1.3.1煤层埋藏条件古书院井田含煤地层为太原组和山西组。煤系地层总厚123.68142.04m，平均厚132.24m。共含煤12层，煤层平均总厚11.01m，含煤系数约8.3。其中石炭系太原组平均厚度77.76m，含煤9层，煤层平均总厚4.83m，含煤系数6.2。二叠系山西组平均厚度54.48m，含煤3层，煤层平均总厚6.18m，含煤系数11.3。井田含煤地层共含可采煤层3层，即山西组3号煤层和太原组9、15号煤层，综合柱状图如图1.3.1所示 1.3.1综合柱状图1.3.2可采煤层1.3号煤层：井田可采煤层之一，位于山西组下部。下距K5灰岩26.5m左右，距9号煤层50m左右。煤层厚2.817.67m，平均5.73m左右，夹石一般12层，最多可达5层，多见于中下部，煤层厚度变化不大，全区稳定可采。到目前为止，3号煤层已将近采完。其伪顶为黑色泥岩或炭质泥岩，直接顶板多为灰黑色的砂质泥岩或粉砂岩，老顶多为灰色厚层状砂岩，底板一般为灰黑色砂质泥岩或炭质泥岩。2.9号煤层：位于太原组中部的K4上灰岩之下。下距15号煤层28m左右。煤层厚1.201.92m，平均1.50m，厚度变化不大。煤层顶板为K4上灰岩，厚1.00m左右，有时相变为砂质泥岩。底板为灰黑色泥岩，结构简单，全井田稳定可采。该矿现正开采此煤层。3.15号煤层位于太原组下部，上距9号煤层28m左右，平均3.50m，厚度无明显变化规律。该煤层个别点因夹石增厚而不可采（119号孔）。煤层结构大部简单。含夹石02层，局部结构复杂，夹矸最多达5层，夹石厚度多在0.50m以下。其直接顶板为K2灰岩，厚度9.00m左右。底板以黑灰色泥岩、铝土质泥岩。该煤层全区可采，属稳定煤层。煤层厚度变化情况详见厚度等值线图。编图时对个别厚度、结构异常变化孔点，其煤层厚度值未于采用。如补57号孔和补25号孔煤层厚度分别为4.76m和0.90m，与相邻钻孔相差太大，且质量均不合格，故编图中均未采用其厚度。又如北1号孔煤层夹矸增厚为2.23m，与周围钻孔相比，情况特殊，因其质量不合格，编图中亦未采用。可采煤层特征见表41。煤层号煤层厚度（m）最小最大平均夹石层数最少最多一般层间距（m）最小最大平均变异系数稳定程度可采指数可采性32.817.675.73051245.6456.1249.618稳定1全区可采91.201.921.5002013稳定1全区可采25.1038.6728.5152.564.783.50050224稳定1全区可采1.3.3煤岩特征和煤质（1）物理性质3号煤层为黑灰色，金属光泽，贝壳状断口，致密坚硬，均一条带状结构，由亮煤和镜煤组成，宏观煤岩类型为光亮型，普氏硬度系数为1。9号煤层为灰黑色，玻璃光泽，致密，性脆，由暗煤和亮煤组成，条带状结构，阶梯状断口，可见黄铁矿结核或呈星散装赋存于煤层中。宏观煤岩类型为半光亮型，单向抗压强度为20.2 Mpa，单向抗拉强度为0.86 Mpa，抗剪强度为3.34Mpa，普氏硬度系数为2.05。15号煤层我黑色，油脂光泽，以暗煤为主，夹镜煤条带，平坦状断口，条带状结构，块状结构，煤中富含黄铁矿结核，宏观煤岩类型为半暗淡型。（2）化学性质各煤层原煤水分一般在11.5之间，洗煤后，3号煤水分有所下降，15号煤稍有增高，原煤灰分产率从上至下，呈递增之趋势，3号煤为低低中灰煤，9号煤我低中灰煤，15号煤为低中中高灰煤。硫分以3号煤最低，属特低低硫煤，9号煤为特低高硫，以中硫煤为主。在井田南部补66孔周围有一高硫地。垂向上，煤中的硫分自上而下增加。经统计，三层煤的灰分变化标准差均小于1，硫分变化标准差3号煤小于0.5，9、15号煤则大于0.8。3号煤层煤质变化小，9、15号煤层煤质变化大。煤中的元素组成以碳为主，约占93%，其次为氢约占3，说明煤化程度较高。（3）工艺性能煤的粘结性和结焦性：各主要可采煤层的坩埚粘结性多为1，少数为2或3，胶质层y值为0，其粘结性亦为0，其结焦性很弱。发热量：各煤层可燃基发热量一般均大于30MJ/kg左右，属于高发热量之煤层。煤灰熔融性：煤灰成分以SiO2和Al2O3为主，其软化温度ST均大于1250，为高熔灰分煤。低温干馏：勘探阶段曾作此试验，结果均无油。抗碎强度：精查期间，对3号煤进行了试验，大于25mm的煤块在80以上，表明其抗碎强度高。（4）煤类的确定及用途依据中国煤炭分类国家标准（GB575186）划分，本井田主要可采煤层精煤挥发分大于3.5小于6.5，y值为0。G值亦为0，因而煤类为无烟煤二号，其划分依据是准确可靠的。 3号煤低低中灰、特低低硫，9号、15号煤经洗选后若将其灰分控制在14.5，硫分控制在1以下，是良好的动力用煤、炼焦配煤以及化工用煤的原料。表1-4 可采煤层煤芯煤样煤质特征 煤层项目356915M%水分原0.75-4.072.26(32)0.68-4.121.83(23)0.88-3.901.82(84)0.81-3.762.00(34)0.52-4.571.88(74)精0.49-3.201.75(32)0.52-3.641.88(23)0.49-3.361.70(24)0.48-3.801.90(32)0.41-3.751.57(73)A%灰分原12.21-20.9916.98(32)13.51-30.3919.73(23)14.49-28.3520.24(24)9.95-36.4119.12(34)9.21-34.3919.80(74)精0.93-9.596.71(32)5.57-10.117.24(23)5.15-9.887.31(24)3.96-9.916.87(32)3.05-14.155.79(73)V%挥分原0.80-9.727.25(32)5.51-9.567.23(23)6.42-12.517.85(24)5.82-12.077.34(34)5.14-15.247.98(74)精4.88-7.255.68(32)4.83-5.905.39(23)4.31-6.325.53(24)4.33-6.585.70(32)4.17-6.275.17(73)S%硫原0.28-0.400.32(12)1.74-5.733.29(6)0.48-2.761.40(9)0.86-5.821.98(11)1.82-6.483.17(37)精0.33-0.380.35(8)0.59-1.010.88(5)0.50-0.920.70(7)0.63-1.140.76(10)1.44-3.052.01(36)P%磷原精0.005-0.0560.0284(6)0.002-0.0120.0067(2)0-0.00090.0009(1)0.001-000 10.0012(2)0.001-0.0020.007(2)Qb(MJ/kg).34.1-35.29034.65834.34-35.2934.98534.1-35.3234.50833.78-35.2334.46230.3-35.17734.223元素分析C %92.87-93.6293.31(7)93.6593.65(1)94.0894.08(1)92.75-94.0593.43(5)90.41-93.6992.54(15)H %2.63-3.142.98(7)0-2.862.86(1)0-2.622.62(1)2.88-3.142.96(5)2.49-3.572.87(15)O %1.91-2.712.23(7)0-2.032.03(1)0-1.931.93(1)1.34-2.221.76(5)0.10-2.651.34(15)N %1.06-1.161.10(7)0-0.820.82(1)0-0.830.83(1)0.98-1.101.02(5)0.65-2.510.99(15)精煤回收率 %33.41-72.9651.86(23)7.50-78.1149.48(18)14.28-70.7341.75(16)12.00-73.3351.39(24)21.73-70.6746.07(49)1.3.4煤层顶底板15号煤层直接顶板为K2石灰岩，厚7.5411.38m，平均9.00m左右，深灰色，致密坚硬，顶部含似层状燧石条带，全区稳定，据2007年补充勘探采取钻孔岩芯顶板样试验单向抗压强度53.6212.9MPa,平均101.6Mpa；单向抗拉强度2.26.1MPa，平均为4.0 Mpa，抗剪强度5.716.0MPa，平均13.2Mpa，属坚硬型顶板。另外，零星分布有泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩伪顶，一般厚度0.502.00m。（顶板岩性分布情况详见附图14）。直接底板为泥岩，平均厚度约2.75m，其下部为本溪组的铝土泥岩，平均厚度约4.25m，属软弱型。单向抗压强度12.158.4 Mpa，平均28.3 Mpa；单向抗拉强度0.72.0 Mpa，平均1.4Mpa；抗剪强度1.96.6 Mpa，平均4.2Mpa。吸水率为2.3，膨胀率为0.68，软化系数平均0.59。岩层吸水性强，从而降低了底板的稳定性，给今后开采带来一定困难。表1-2 可采煤层稳定程度定量统计表煤层号煤层厚/m最小最大平均可采性指数标准差变异系数厚度分级稳定性32.827.625.731000.900.15厚稳定91.201.921.501000.190.13中厚稳定150.743.271.90970.730.37中厚较稳定表1-3 煤层顶底板岩石物理性质层位岩石名称物理特征比重（A）容重（湿）/t/m3含水量/M%抗压强度/kg/cm2抗剪强度/kg/ cm2抗拉强度/kg/ cm2干燥状态饱和状态3号煤顶板砂质泥岩2.752.691.58451298793号煤底板砂岩2.752.621.04588090959号煤顶板砂岩2.652.531.206333371329号煤底板砂岩2.692.571.544412437615号煤层顶板砂岩2.712.650.33103382125918915号煤层底板粉砂岩2.982.910.882591401.3.5煤的工业用途评述按照中国煤炭分类国家标准（GB5751-86）进行划分，以浮煤挥发分（Vdaf）测定值为主要分类指标，浮煤氢（Hdaf）含量为辅助指标划分煤类。15号煤层煤类大部为无烟煤二号（WY2），局部为无烟煤三号（WY3）。15号煤层为特低灰高灰分、低硫高硫、低热值特高热值的无烟煤。经洗选后是良好的动力用煤以及化工用煤的原料1.3.6瓦斯、煤尘和煤的自燃该矿建井初期，各地质报告按保安规程划分为级瓦斯矿井，多年生产3号煤层测得：矿井沼气涌出量一般小于1.9 m3/t，按保安规程划分应属于低瓦斯矿井，在一些特殊构造点，也曾发生过瓦斯涌出。近年来随着9号煤开采，矿井瓦斯涌出量有增大的趋势，但按煤矿安全规程低140条规定，古书院矿扔属低瓦斯矿井。煤尘经鉴定无爆炸性，据相邻矿井（王台辅）鉴定，9号、15号两煤层为易自燃煤。见表1-5。表1-5 瓦斯涌出量及煤层爆炸性年度绝对量m3/min相对量m3/t煤层煤层最短发火期备注CH4CO2CH4CO2爆炸指数%有无爆炸性199626.8821.324.613.667.22无无低瓦斯199733.3110.465.855.357.22无无低瓦斯19998.825.53低瓦斯200027.4523.185.424.647.22无无低瓦斯200119.921.943.173.497.22无无低瓦斯200222.5020.644.352.847.22无无低瓦斯中国矿业大学2011届本科生毕业设计2 井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田范围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）井田范围内的储量，煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相适应；2）保证井田有合理尺寸；3）充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等；4）合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。根据以上原则，矿西以白马寺断层为界，北与凤凰山、王台辅井田相接，西南为北岩井田，南边边界为风氧化带，东与椿树投煤矿，馆前煤矿、永兴煤矿相隔。2.2 矿井储量计算2.2.2 矿井工业储量由地质勘探知，本矿井可采煤层有三层,为3#、9#、15#煤层。但是3#煤层和9#煤层已基本采完，因此本设计主要是对15#煤层进行设计。本次储量计算是在精查地质报告提供的1：5000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。煤层的倾角最大为10，最小为2，近水平，平均为4。井田的赋存状况见图2-1。A段水平面积为8.48 km2，倾角为4；B块段水平面积为2.70km2，倾角为6；C块段水平面积为1.89km2，倾角为6；D块段水平面积为7.49km2，倾角为5。根据地质勘探报告，15#的容重为1.46 t/m3全矿井煤层的倾斜面积为：S=S1+S2+S3+S4 =8.48/ Cos4 +2.70/ Cos6 +1.89/ Cos6 +7.49/ Cos5 =20.63 km2矿井工业储量利用下式计算：Zg =S M R （2-1）式中: 矿井工业储量，Mt；M 煤层平均厚度，m；R 煤层容重，t/m3； 各块段倾斜面积，km2；把各块段的数值带入式2-1,则矿井工业储量：Zg=SMR= 20.633.501.46=105.42 Mt其中111b+2M11大约占60%，122b+2M22大约占30%，333k大约占10%。2.3 矿井设计储量矿井设计储量为矿井工业储量减去计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建（构）筑物煤柱等永久煤柱损失量的储量。2.3.1保护煤柱留设原则井田内部的保护煤柱包括井田边界保护煤柱、矿井工业广场保护煤柱、断层保护煤柱、井筒及巷道等其他一些防沙防水煤柱。保护煤柱留设原则：（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。岩层移动角为72，表土层移动角为45；（3）维护带宽度：风井场地20 m，村庄10 m，其他15 m；（4）断层煤柱宽度30 m，井田边界煤柱宽度为20 m；（5）工业广场占地面积，根据煤矿工业设计规范第5-22条规定：工业广场的面积为1.2平方公顷/10万t。表2-2 工业场地占地面积指标井 型/万t/a占地面积指标/公顷/10万t240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.82.3.2 永久煤柱损失量（1）井田境界煤柱 （2-2）式中：边界煤柱损失量，t；边界长度，m；边界宽度，断层边界50 m，人为边界20 m。煤的容重，取平均容重1.38t/m3；煤层平均厚度，m；井田边界保护煤柱留设20m宽，则井田边界保护煤柱损失量为：20201201.463.50=206.45万t。（2）防水煤柱的留设由于煤层顶底板状态较好，致密性较好，井田范围内又无较大水系，区内地表水体一般不与其下各含水层发生水力联系，并且各含水层之间均有一定厚度的隔水岩层。含水层水位各不相同，说明其无水力联系。因此，无需留设防水煤柱。（3）工业广场保护煤柱本矿井设计生产能力为120万t/a，取工业广场的尺寸为360 m400 m的长方形。工业广场所在位置煤层倾角为2，其中心处埋藏深度为-226 m，该处表土层厚度为30 m，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15 m。本矿井的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-3。表2-3 岩层移动角广场中心深度/m煤层倾角()煤层厚度/m表土层厚度/m()()()()-27523.53045727065 图2-4 工业广场保护煤柱由此根据上述已知条件，画出如图2-4所示的工业广场保护煤柱的尺寸：由图可得出保护煤柱的尺寸为：S=(上宽+下宽)高/(2cos2.2) (2-3)=（590+572）654/(2cos2）=379742.53m2则工业广场的保护煤柱量为： Q3=SMR （2-4）式中： Q3工业广场煤柱量，万t； M煤层平均厚度，m； S 工业广场压煤面，m2。 则： Q3=379742.53 3.51.46=194.01万t（4）井筒、大巷保护煤柱本矿井设有两回风井筒，每个井筒留有100m100m的保护煤柱。大巷保护煤柱宽度为50m，大巷长约为5600m。所以，井筒、大巷保护煤柱留设量为：Q4=（2100100+4503200）3.51.46=204.27万t（5）井筒保护煤柱主、副井及后期风井井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，初期风井布置在风氧化带内，而风氧化带未计入储量中，故井筒保护煤柱损失量为0。各种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储量/万t井田边界保护煤柱206.45工业广场保护煤柱194.01大巷保护煤柱204.27合计604.73矿井设计储量按下式计算：Zs=Zg-P1 （2-5）式中： Zs矿井设计储量，万t；Zg矿井工业储量，万t；P1断层、防水、井田边界、地面建（构）筑物等永久煤柱煤量，万t。则矿井设计储量为：Zs= 10542-206.4=10335.6万t矿井设计可采储量按下式计算：Zk=（Zs-P2）C （2-6）式中： Zk矿井设计可采储量，万t；Zs矿井设计储量，万t；P2工业场地、井下主要巷道、井筒等保护煤柱煤量，万t；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；地方小煤矿不小于0.7。则矿井设计可采储量为：Zk=（10335.6-204.27）0.8=8105.064万t3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度按照煤炭工业矿井设计规范中规定，参考关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明，确定本矿井设计生产能力按年工作日330天计算，四六制作业（三班生产，一班检修），每日三班出煤，净提升时间为16小时。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，则不能将矿区规模定得太大；（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矿井设计生产能力古书院矿井储量丰富，煤层赋存稳定，顶底板条件好，断层较多但均为较小断层，褶曲较多，但煤层倾角较小，厚度变化不大，开采条件较简单，技术装备先进，经济效益好，交通运输便利，市场需求量大，宜建大型矿井。确定古书院矿井设计生产能力为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和矿井服务年限T三者之间的关系为：（3-1）式中： T矿井服务年限，a；Zk矿井可采储量，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=8105.064/（1201.3）=51.96（a）大于50 a，符合煤炭工业矿井设计规范要求。由第四章可知采用立井单水平开拓，所以矿井服务年限即为水平服务年限，故无需验证第一水平服务年限是否满足要求。注：确定井型是要考虑备用系数的原因是因为矿井每个生产环节有一定的储备能力，矿井达产后，产量迅速提高，局部地质条件变化，使储量减少，有的矿井由于技术原因使采出率降低，从而减少储量，为保证有合适的服务年限，确定井型时，必须考虑备用系数。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15#煤层平均3.5 m，为中厚煤层，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，可以布置一个综采面保产。（2）生产环节的能力校核矿井设计为中型矿井，开拓方式为立井单水平开拓，主井采用一对9 t箕斗提煤，副井装备双层四车加宽罐笼一对，井下主运大巷采用胶带运输，辅运大巷采用，运煤能力和辅助运输能力可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤经平巷胶带输送机运至上山或大巷胶带输送机直接到井底煤仓，由主井提升至地面。主运辅运都能满足要求。（3）通风安全条件的校核矿井煤尘无爆炸危险性，相对瓦斯涌出量为1.9 m3/t，较大，须采取预抽瓦斯措施。矿井初期采用中央边界式通风，布置三条上山，一条专用回风上山，后期采用中央并列式通风，在工业场地内新开一风井，设三条大巷，一条专用回风大巷，可以满足通风需要。（4）矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，保证有足够的服务年限，满足煤炭工业矿井设计规范要求，见表3-1。表3-1 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限表矿井设计生产能力（万t/a）矿井设计年限（a）第一水平设计服务年限煤层倾角45600及以上7035300-5006030120-2405025201545-90402015154 井田开拓4.1 井田开拓的基本问题井田开拓是指在一个某井田范围内，为矿井和开采水平服务所进行的巷道布置及开掘工程。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，要技术上可行，经济上合理，生产上安全高效。井田开拓的内容包括：井筒形式、数目、位置，开采水平划分，大巷布置，准备方式等。开拓问题解决的好坏，关系到整个矿井生产的长远利益，关系到矿井的基建工程量、初期投资和建设速度，从而影响矿井经济效益。因此，在确定开拓方式是要遵循以下原则:（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）、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的状态。（5）、要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，应为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综合机械化、自动化创造条件。（6）、根据用户需要，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采
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