采矿专业专科论文38827.doc

1 目目 录录 1 目 录 引 言 .1 1 矿井概况及井田地质特征 1 1.1 采区概况.1 1.1.1 地理位置与交通1 1.1.2 地形地貌及水系1 1.2 井田地质特征.2 1.2.1 地层2 1.2.2 构造5 1.2.3 水文地质特征5 1.3 煤层及煤质.7 1.3.1 煤层7 1.3.2 煤质.8 1.4 井田勘探程度.9 2 矿井储量、年产量及服务年限12 2.1 井田境界.12 2.2 井田储量12 2.2.1 矿井工业储量12 2.2.2 矿井设计储量13 2.2.3 矿井设计可采储量14 2.3 矿井年产量及服务年限 .14 3 井田开拓17 3.1 概述17 3.1.1 矿区的开拓方式概述及评价17 3.1.2 影响矿井开拓的主要因素17 3.2 井田开拓17 3.2.1 对井田开拓中若干问题分析17 3.2.2 方案的提出18 3.3 井筒特征 .21 3.3.1 井筒断面尺寸21 3.3.2 井壁的支护材料及井壁厚度.23 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文）河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文） 2 3.3.3 井筒深度23 3.4 井底车场24 3.4.1 确定井底车场的形式24 3.4.2 线路总平面布置设计及平面24 3.4.3 副井马头门线路26 3.5 井底车场通过能力计算27 3.6 确定井底车场主要巷道断面及硐室位置27 3.6.1 主要巷道断面27 3.6.2 井底车场硐室28 3.7 开采顺序及采区、采煤工作面的配置29 3.7.1 开采顺序29 3.7.2 保证年产量的同采带区和工作面数30 3.7.3 采区工作面配置30 3.7.4 矿井产量的验算31 3.8 井巷工程量和建井工期31 4 准备方式33 4.1 采煤方法的选择33 4.2 采区巷道布置及生产系统33 4.2.1 采区走向长度的确定33 4.2.2 区段斜长及区段数目34 4.2.3 煤柱尺寸34 4.2.4 采区上下山布置34 4.2.5 采区车场形式选择34 4.2.6 采区硐室35 4.2.7 采区生产系统35 4.3 回采工艺设计35 4.3.1 概述35 4.3.2 综采工作面回采工艺设计36 5 矿井运输、提升、排水及采区供电39 5.1 矿井运输39 5.1.1 井下运输系统和运输方式的确定39 5.1.2 采区运输设备的选型39 5.2 矿井提升43 5.2.1 矿井提升的依据和资料43 目目 录录 3 5.2.2 设备型号及数量43 5.2.3 主井提升设备选型计算44 5.2.4 副立井提升容器确定45 5.3 提升钢丝绳计算选择46 5.3.1 提升钢丝绳的计算46 5.3.2 多绳摩擦式提升机的选择49 5.4 矿井排水50 5.4.1 概述50 5.3.2 水设备选型计算50 5.4.4 管道特性曲线及工况52 6 矿井通风与安全技术 .56 6.1 矿井通风系统的选择 .56 6.1.1 选择原则56 6.1.2 选择矿井主扇的工作方法57 6.1.3 选择矿井通风方式57 6.2 风量计算及风量分配 .57 6.2.1 风量计算57 6.3 全矿通风阻力计算 .60 6.3.1 计算原则60 6.3.2 计算方法60 6.3.3 计算矿井总风阻及总等积孔63 6.4 扇风机选型 .63 6.4.1 选择主扇63 6.5 瓦斯抽放系统64 6.5.1 抽放的必要性64 6.5.2 瓦斯抽放管路及抽放方法65 7 矿井安全技术措施 .66 7.1 瓦斯、煤尘爆炸的应急措施66 7.2 顶板事故的应急措施66 7.3 煤与瓦斯突出的预防措施 .66 7.3.1 开采解放层66 7.3.2 预抽煤层瓦斯67 7.4 外因火灾的应急措施67 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文）河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文） 4 7.5 发生突水、溃浆事故后的处理 .68 7.6 矿山污染防治69 7.6.1 概述69 7.6.2 矿井水处理69 7.6.3 固体废弃物处置69 7.6.4 噪声治理 .69 7.6.5 绿化措施69 7.6.6 地表塌陷及生态保护措施 .70 参 考 文 献 72 致 谢 .73 引引 言言 1 引引 言言 （一）（一） 概述概述 鹤壁六矿 3 号井是鹤煤集团规划的骨干煤矿之一。鹤壁矿区位于河南省汤阴县、 安阳县、林县之间，3 号井位于矿区中南部，鹤壁市区东 1.5km。 鹤壁六矿井田面积 16.2km2，已探明储量 1.67 亿吨，开采储量为 1.1 亿吨。 （二）（二） 编制设计的主要依据编制设计的主要依据 1、中南煤田地质勘探局 127 队 1959 年 10 月提交的河南省汤阴县鹤壁煤矿去陈 家湾勘探区地质精查报告 。 2、鹤壁矿务局地测处 1980 年 7 月提交的鹤壁矿务局第六煤矿二水平及精查区 外地质说明书 。 3、河南煤田地质公司三队 1986 年 11 月提交的河南省鹤壁煤田三、五、六矿深 部勘探区详查地质报告 。 4、鹤壁六矿 1989 年 7 月提交的鹤壁矿务局硫矿矿井地质报告 。 5、河南省煤碳地质勘察研究院 2001 年 9 月提交的鹤壁煤电股份有限公司第六 煤矿矿井地质报告 。 （三）（三） 设计的指导思想设计的指导思想 1、坚持以经济效益为中心，贯彻少投入，早产出，提高效率，缩短工期和安全第 一的指导思想。 2、因地制宜，优化矿井开拓部署，做到布局合理，生产集中，系统完善，环节流 畅。 3、依靠科技进步，采用国内外成熟的先进工艺、技术和装备，提高矿井的机械化 和自动化水平。 4、坚持经济效益和社会效益并重的原则，注重生态保护和水土保持。 （四）（四） 矿井建设条件评价矿井建设条件评价 1、矿井资源条件 本井田位于河南省北部太行山东麓和华北平原的过渡地带,地貌类型属太行山前缓 丘陵地貌的一部分，地势西高东低，海拨高在 140280m 之间。该区总体构造形态为 单斜构造，构造复杂程度为简单。 二1煤层顶底板属于稳定性较好的岩层。 2、矿井建设外部条件 本矿紧邻鹤壁市区，供水、供电及人员的安置和生活等方面都比较便利，本地区 劳动力资源丰富而且相对廉价，这些都是保证矿井建设和生产的重要条件。 矿井概况及井田地质特征矿井概况及井田地质特征 1 1 矿井概况及井田地质特征矿井概况及井田地质特征 1.1 采区概况 1.1.1 地理位置与交通地理位置与交通 本矿区属于鹤壁市山城区，东经为 11410371141328，北纬 35524935 5823。位于鹤壁市东，与市区紧邻。 煤矿东距京广铁路 17km，北距安阳李珍铁路 20km，鹤壁汤阴铁路与京广铁 路相接，鹤壁至安阳、汤阴均有公路相通，交通便利（图 1-1） 。 图 1-1 鹤煤六矿 3 号井交通位置示意图 1.1.2 地形地貌及水系地形地貌及水系 矿区为丘陵地貌，地势北西高、南东低，地面标高 126.50227.70m。 矿区属海河流域卫河水系，汤河为区内唯一季节性河流，其发源于鹤壁市西中窑 头附近，经本区南部、汤阴县城、在内黄县境内注入卫河，流量 0.30.4m3/s,最大洪水 流量 1280m3（1980 年 8 月） ，最高洪水水位 140m 左右。 矿区西部大湖村汪流涧一线有三处面积不大的地表水体，其中两处为小坑塘，另 一处为汪流涧水库，面积仅为 0.04km2。本区深部边界外约 2km2的温家沟水库面积约 0.1km2，最大库容 104 万 m3，主要用于拦洪灌溉。 1.1.3 气象气象 本区属北温带大陆性干旱型季风气候，年平均气温最高 15.3（1963 年） ，最低 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文）河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文） 2 13.1（1964 年） ，一般 14.5。气温极值最高 42.3（1967 年 6 月 4 日） ，最低- 15.5（1967 年 1 月 15 日） 。 据鹤壁市气象局 1999 年至 2008 年气象资料，年降水量 371.88825.71mm，平均 635.26mm，年蒸发量 1637.42016.6mm，平均 1711.25mm，年平均相对湿度为 60.43%。 据历年统计资料，8 月至来年 2 月多为北风，最大风速 23m/s，3 月至 7 月多为南 风，最大风速 14m/s。 1.1.4 地震地震 据华北地区地震目录记载，近 600 年来，波及本区烈度达级以上的地震有 20 余 次。详见表 1-1。 1.2 井田地质特征 1.2.1 地层地层 本矿位于华北地层区豫北分区太行山小区。区内地层自老到新发育有奥陶系中统 峰峰组、石炭系中统本溪组和上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组及上统上 石盒子组、新第三系鹤壁组、第四系。其中太原组、山西组和上、下石盒子组为含煤 地层，太原组和山西组为主要含煤地层。附有井田综合柱状图 1-2。 奥陶系中统峰峰组（o2f） 矿井概况及井田地质特征矿井概况及井田地质特征 3 本组为含煤地层沉积基底，由灰色青灰色厚层巨厚层状石灰岩组成，结构致 密，含燧石，具溶蚀现象，缝合线发育，裂隙内充填方解石脉。厚度大于 10m。 石炭系（c） a. 本溪组（c2b） 为灰色深灰色泥岩、沙质泥岩、铝质泥岩，含鲕粒及黄铁矿结核。间夹粉砂岩、 细粒砂岩和不稳定一 0 煤层。本组厚 2.358.25m，平均厚 5.16m。与下伏奥陶系呈平 行不整合接触。 b. 太原组（c3t） 主要由石灰岩、深灰色泥岩、沙质泥岩、粉砂岩和薄煤层等组成，局部夹有细粒 砂岩和炭质泥岩。本组厚 30.51135.67m，平均厚 40.83m。与下伏本溪组整合接触。根 据其岩性组合，本组可分为下部石灰岩段，中部砂泥岩段和上部石灰岩段。 上段由深灰灰色、黑灰色泥岩、沙质泥岩石灰岩及一8、一9煤层组成，局部夹 细粒砂岩和粉砂岩。共含石灰岩 3 层（l7、l8、l9） ，石灰岩中含大量蜓科动物化石， 具黄铁矿结核及燧石团块。其中 l8 石灰岩厚度大，层位稳定，为全区标志层之一。该 段厚 15.1819.20m，平均厚 18.34m。 中部由深灰色黑灰色泥岩、沙质泥岩、薄层状粉砂中粒砂岩、石灰岩、煤层等 组成。含不稳定石灰岩三层（l62、l61、l5、 ）和六层不稳定煤（一72、一71、一62、一 61、一52、一51煤） 。该段厚 10.21m，平均厚 15.69m。 下段由深灰色黑灰色泥岩、沙质泥岩、中厚层状石灰岩、煤层等组成。夹薄层 粉砂岩和细粒砂岩。含石灰岩四层（l4、l3、l2、l1） ，石灰岩中含蜓科及蜿足类动物 化石及燧石团块，其中 l 石灰岩厚度大，层位稳定，为全区标志层之一。含煤 37 层， 其中一 11 煤层厚 02.00m，平均厚 1.35m，属大部可采煤层，一22煤层厚 01.07m，平均厚 0.72m，属局部可采煤层，其余煤层均不可采。该段厚 8.1215.36m,平均厚 10.80m。 二叠系（p） a. 山西组（p1sh） 上部为灰深灰色泥岩、沙质泥岩和鲕状铝质泥岩，含植物化石碎片夹砂岩薄层； 中部为深灰灰黑色泥岩，沙质泥岩、煤层及中细粒砂岩组成；下部为深灰色泥岩、 沙质泥岩、粉砂岩和中细粒砂岩和煤层组成。本组发育煤层有二3、二2、二1和二0煤 层，其中二1煤层为全区普遍可采的厚煤层。本组厚 76.38146.66m，平均 112.10m。 与下伏太原组呈整合接触。 b. 下石盒子组（p1x） 本组地层由灰、浅灰、灰绿色泥岩、沙质泥岩为主，局部具紫斑，产植物化石碎 片。中夹灰、灰绿灰白色中粗粒石英砂岩。本组厚 208.19342.56m，平均 269.49m。 第一岩性段：为灰紫、灰绿、灰色泥岩、沙质泥岩，局部含铝质较高，具紫斑及 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文）河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文） 4 鲕粒，产少量植物化石碎片。中部夹灰绿灰白色中粗粒石英砂岩，具斜层理。平均 厚 94.06m。 第二岩性段：为灰绿灰白色中粒石英砂岩，成分主要为石英、次为少量硅质岩 屑，分选中等，呈次棱角状，含泥岩包裹体，具波状层理，硅泥质胶结。底部含细砾。 平均厚 10.50m。 第三岩性段：为灰、紫灰、灰绿色泥岩及沙质泥岩，含铝质，具紫斑及鲕粒，产 少量植物化石碎片。中部夹灰绿灰白色中细粒石英砂岩，底部含砾石，具斜层理。 平均厚 73.01m。 第四岩性段：为浅灰青灰色中细粒石英砂岩，含少量岩屑及长石，分选中等， 次棱角状，具斜层理。含泥岩包裹体，孔隙式硅泥质胶结。层面含炭质。平均厚 6.50m。 第五岩性段：为灰色、青灰色、泥岩及沙质泥岩，含铝质，具紫斑及菱铁质鲕粒， 产少量植物化石碎片。中夹 23 层青灰色、灰绿色中细粒长石石英砂岩，具斜层理。 平均厚 71.52m。 第六岩性段：为浅灰色铝土质泥岩，致密块状，呈蜡状色泽，局部具紫斑，中下 部夹菱铁质鲕粒及豆状结核。具镜检资料，有凝灰岩和火山碎屑岩岩屑，俗称 a 层铝 土。平均厚 4.81m。 第七岩性段：为浅灰灰色泥岩，局部为深灰色，含铝质，盛产植物化石碎片。 层面含炭质，夹薄层细粒长石石英砂岩。平均厚 4.49m。 第八岩性段：为绿灰浅灰色，中细粒石英砂岩，含少量燧石和深灰色泥岩包裹体， 上部为粉砂岩，底部为砾岩，具冲涮面，硅泥质胶结，呈交错层理。称砂锅窑砂岩， 是与下伏山西组分界之砾岩。平均厚 4.60m。 c. 上石盒子组（p2s） 岩性主要为灰、灰绿色，局部夹灰紫色泥岩、沙质泥岩，灰色中粒砂岩。底部田 家沟砂岩为灰绿灰白色中厚层状中粒石英砂岩，底部含砾岩，砾径 23mm，具泥岩 包裹体及交错层理，分选性差，硅质交接。视电阻率曲线呈高祖反映，为一良好分界 标志层。该组平均厚 268.71m，与下伏石盒子组整合接触。 d. 石千峰组（p2sh） 本组平均厚 338.56m。与下伏上石盒子组整合接触。根据岩性沉积特征分为四段， 自上而下为： 一段：为灰绿、浅灰灰白色、中细粒长石岩屑砂岩和中细粒长石岩屑杂砂岩， 由 23 个分层组成，成分主要为石英、次为肉红色长石和暗色岩屑，分选较差，次棱角 状，接触式钙泥质胶结。底部颗粒较粗，含石英砾岩，局部为砾岩。含泥质包裹体。 间杂暗紫色、灰绿色泥岩、沙质泥岩。该组砂岩厚 84.16m，为一良好标志层，俗称平 顶山砂岩。 二段：为紫红、灰绿、暗紫色泥岩及沙质泥岩，含钙质及少量铝土质，局部夹薄 矿井概况及井田地质特征矿井概况及井田地质特征 5 层细粒砂岩。 三段：为紫红紫灰色中细粒石英砂岩，含少量白云母片，硅泥质胶结。具交错 层理，分选性好、含泥岩包裹体及砾石，砾径为 310mm。间夹紫红、灰绿色泥岩及 沙质泥岩。 四段：为紫红色细粒砂岩、粉砂岩，主要成分为石英、次为长石和暗色岩屑，含 泥质包裹体，具波状层理，钙泥质胶结。间夹薄层砂质泥岩。本段中下部有数层同生 砾岩，砾径 210mm。 新第三系上统鹤壁组（n2h1） 上部为褐黄、棕黄、浅棕色粘土，下部为粘土夹砾石，局部夹薄层砾石层。本系 厚 75260m，平均 155.00m。与下伏基岩呈角度不整合接触。 第四系（q） 区内为第四系广泛覆盖，岩性主要为褐黄色黄土，下部为砾石层。本系厚 2.5034.00m，平均 16m。与下伏第三层呈角度不整合接触。 1.2.2 构造构造 区域构造 鹤壁煤田位于华北古板块南缘，太行构造区西部太行断隆带，构造相对简单，伴 有发育烈度不同的褶皱。总的构造形态为走向 ns、倾向 we、倾角 1520的单斜构 造。构造线多呈雁行式、地垒、地堑构造相间出现。 井田构造 鹤煤六矿 3 号井位于鹤壁煤田东部太行断隆的东缘，总体构造形态为地层走向近 sn，倾向 we，倾角 1020 ，一般为 15左右的单斜构造。主要构造形迹为轴向近 ew、向 e 倾伏的一系列宽缓背、向斜与煤矿中部近 sn、ne 向德小型背、向斜相复合 和 we 向正断层。 a.断裂 本区主要影响断层有 6f6断层，另外就是西部边界断层 6f12、6f6、f40、主要参数 见下表 1-2。 表 1-2 主要地质构造特征 序号名称断层面走向倾角（）落差（m） 16f12w-e6040 26f6sw-ne6520 3f40w-e75160 1.2.3 水文地质特征水文地质特征 根据以往区域水文地质研究，本矿所处区域水文地质单元西界北起铜冶，向南经 天喜镇、鹤壁集、许家沟一线为界，为一仅南北向延伸的中奥陶统 与中石炭统的岩层 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文）河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文） 6 接触带。东部以青羊口断裂为界，南端在新村一带与西部边界相交，该边界在深部起 阻水作用。该单元北界尚未查明。本单元主要由石炭系、二叠系与新第三系碎屑岩组 成，含水组岩性主要为灰岩、砂岩和砾岩，相对隔水岩为泥岩、沙质泥岩等，是一个 以裂隙岩溶水和裂隙水为主的多层含水结构。下伏中奥陶统裂隙岩溶含水组水量丰富， 水压力高。单元内断裂发育，岩层走向近南北，向东缓倾斜。本单元与西部水文地质 单元的小南海天喜镇泉域、许家沟泉域两个二级水文地质单元由水力联系。本矿位 于该水文地质单元的中部。 地表水 区内地势西高东低，为丘陵地貌，地表被第四系黄土和第三系粘土及砾石层覆盖。 流经井田的河流有陈家湾河和寺湾河，发源于距井田 34km 的西部山区，流向由西向 东注入卫河的支流汤河。两河流域均属季节性河流，旱季河床干枯，雨季陈家湾河最 大洪水流量 702.4m.3/s，洪水位标高+134.3m，寺湾河最大洪水流量 322.5m3./s，洪水位 标高+137.6m，井田内河床基底为 5080m 第三系粘土，阻水性能极佳，使得地表水 与基岩地下水不发生水力联系，对矿床开发无影响。 含水层 根据以往勘探资料（岩性、结构、富水性、赋存特征等）及二煤层开采已来的生 产实践，将矿井范围内含水层划分成五个，分述如下： a.中奥陶统灰岩含水层 o2f灰岩含水层位于二1煤层下 102.39183.50m，矿区西部山区广泛出露，补给条 件好。区内有 20 个钻孔揭露该层，揭露最大厚度 123.4m（76 水源孔） ，据区域资料： o2f灰岩含水层厚度 397.97m。岩溶发育的大致规律是：0100m 以裂隙为主，有少量 溶洞，洞内充填有铝土质砂岩；100200m，裂隙和溶洞都不发育；200300m，岩洞 发育，以溶洞为主。该层厚度大，补给充足，富水性强，水头高，是二1煤层底板威胁 最大的间接充水水源。据 76 水源孔抽水实验资料：q=0.541l/s.m，水质类型为 hco3ca 型水。 b. 太原组下段 l2灰岩含水层 c3l2灰岩含水层位于二1煤层下 83.9135.32m，厚度一般 58.5m，是二1煤层底 板间接充水含水层。该层厚度小，补给条件一般，岩溶裂隙发育中等，富水性中等， 含岩溶裂隙承压水。据大 35 孔抽水试验资料：原始水位标高 112.86m，q=0.0146l/s.m，k=0.0978m/d，水质类型为 hco3ca 型水。 c.太原组上段 l8灰岩含水层 c3l8灰岩含水层位于二1煤层下，一般间距 2035m，因断层影响，间距最小值 出现在 76-4（8.25m） 、76 补 4（5.38m）两个孤立点位，c3l8灰岩厚度一般 3.55.5m，属二1煤层底板直接充水含水层。由于其厚度小，补给条件差，以静储量 为主，本区揭露该层的钻孔，无一孔发生漏水，裂隙不发育，富水性较弱，含岩溶裂 隙承压水。据大 46 孔抽水试验资料：原始水位标高 矿井概况及井田地质特征矿井概况及井田地质特征 7 114.37m，k=0.137m/d,q=0.0123l/s.m，水质类型以 hco3camg 型水为主。 d. 二1煤层上 60m 砂岩含水层 该层由二1煤层上 60m 范围内的中、粗粒砂岩组成，其中以 s10为主，厚度 1.528.6m，一般厚度 8.4m，是二1煤层顶板直接充水含水层。其补给条件差富水性 很弱，一般与其它含水层无水力联系，裁决揭露时均为滴水或淋水，并很快自行干枯， 因此对开采无影响。据大 35 孔资料，原始水位标高 104.12m。 e.第三、四系含水层 包括第三系砾岩中裂隙水和第四系沙砾卵石层中的孔隙潜水。以接受大气降水补 给为主，水量丰富，动态随季节变化。no 浅 22 孔抽水试验资料：原始水位标高 128.08m，k=2.72m/d，q=0.18l/s.m，水质类型以 hco3camg 型水为主。 隔水层 第三系底部粘土岩隔水层，分布广，厚度均匀，能有效阻隔第三系李岩中裂隙水 和第四系沙砾卵石层中的孔隙潜水向下渗透。 c3l8灰岩含水层与二1煤层一般间距 2035m，由砂岩和砂质泥岩、泥岩组成， 砂岩含水性差，砂质泥岩和泥岩隔水性良好，正常情况下，可以起到隔水作用。 c3t中段沙泥岩互层，隔水性良好，正常情况下，可以起到阻隔太灰上、下段两水 层的水力联系作用。 c2b铝土质泥岩厚度一般 10m 以上，泥质成分高，隔水性良好，正常情况下能有阻 隔 o2f灰岩水向矿井充水。 含水层的水力联系及断层导水性 a. 含水层间的水力联系 各含水层间因具有相对稳定的隔水层，越流补给量小。从历年来已开采区的出水 点资料看，二1煤层顶、底板砂岩和灰岩含水层出水点，出水持续时间都不太长，并自 行疏干。由此说明在无断层影响下，区内 c3l8、c3l2和 o2f间屋水力联系。 b. 断层导水性评价 f40、f44断层带使奥灰与二1煤层及 c3l8灰岩对接，马庄及建设两小矿在此带附近 发生奥灰突水淹井并向本矿区透水，足以说明此带导水、富水性极佳，也是本区地下 水的主要补给通道。在 f618附近的 10-1 孔 c3l8漏水，且形成局部一级高温区，说明该 断层具有一定导水性，深部高温水沿此带向上顶托排泄。根据生产实践所揭示，区内 nne、ne 方向断层导水性好，当断层落差较大沟通 c3l2和 o2f灰岩时，将形成富水带， 给开采带来威胁。勘探阶段所进行的断层抽水试验揭示的断层导水性、富水性差，属 天然状态下情况。而在生产条件下，因开采而导致原始平衡被打破，在形成新的平衡 过程中，某些断层可能会由不导水转变为导水。 经综合分析预计矿井的正常涌水量为 240m3/h，最大涌水量为 450m3/h。 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文）河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文） 8 1.3 煤层及煤质 1.3.1 煤层煤层 本区含煤地层包括石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒 子组和上统上石盒子组，其中山西组二煤组和太原组一煤组为本区主要含煤地层。含 煤地层总厚 805.29m，含煤 22 层，总厚 10.71m，含煤系数 1.33%。可采煤层厚 8.83m，可采含煤系数 1.1%。详见表 1-3。 表 1-3 含煤地层含煤特征表 含煤地层 煤层厚度 (m) 含煤地层厚度 (m) 含煤系数 (%) 备注 上石盒子组0268.710 下石盒子组0269.490 山西组7.62112.16.8 含煤 4 层,其中 二1煤全区可 采 太原组3.07121.832.52 含煤 17 层,均 不可采 本溪组0.0233.160.06含一0煤层不 可采 合计10.71805.291.33共含煤 22 层 本区可采煤层主要为山西组二1煤层。其特征详见表 1-4。 二1煤层位于二叠系下统山西组的下部，层位稳定，其顶板为黑色泥岩或砂质泥岩， 老顶为细中粒砂岩（俗称大占砂岩） ，为本区良好标志层；煤层底板为泥岩或砂质泥 岩，老底为灰色细中粒长石石英砂岩。 1.3.2 煤质煤质 物理性质 二1煤：黑色，条痕为褐色或黑灰色，强玻璃金刚光泽。以粉状、碎块状煤为主， 夹少量块状煤。视密度 1.38t/m3，真密度 1.48t/m3，孔隙率 6.8%。 表 1-4 可采煤层及顶底板岩层特征表 煤厚(m)围岩性质序号 名称 最小最大平均 倾角 顶板底板 煤牌 号 硬度容重 1二14.7213.518.120 黑色 泥岩 或砂 质泥 泥岩 或砂 质泥 岩 贫瘦 煤 1二1 矿井概况及井田地质特征矿井概况及井田地质特征 9 岩 煤岩特征 二1煤：宏观煤岩类型以半亮型及半暗型次之。据镜下鉴定，二1煤层有机组分含 量平均为 90.4%，其中镜质组、半镜质组为 80.6%，占有机组分的 89.2%，并以镜质组 为主，镜质组多呈均匀无结构镜质体，偶见木镜质体，呈微透镜状，有时分布有矿物 及丝炭碎片，胞腔结构明显而完整。半镜质组结构呈不均匀状，偶显团粒状，并有较 强的反射力。半丝质组和丝质组为 9.8%，占有机组分的 10.8%。具有明显的木质结构， 胞腔中常充填有粘土矿物及少量微粒状硫铁矿，方解石、石英颗粒偶尔见及，镜质组 平均最大反射率（rmax）为 1.612.21%，平均 1.86%。 无机组分含量为 9.6%，并以粘土类为主，占无机组分 85.4%，其次为碳酸盐和氧 化物，硫化物和其它含量甚微。 表 1-5 煤的工业分析表 序 号 名 称 牌 号 水分 （ ） 灰分 （） 挥发 分% 含硫%含磷%胶质层 厚 （m） 发热量 （mj/kg） 1二1贫 瘦 煤 0.28 1.75 7.70 33.38 12.92 19.64 0.610. 62 0.0160.0 3 010.5 0 14.9633.7 3 1.4 井田勘探程度 鹤壁煤田早在 1950 年就由当时的平原省工业厅探矿队进行过初步勘探，其范围仅 限于当时的鹤壁一、二井田（今鹤壁一矿）和小西天矿附近。1953 年初，鹤壁矿井由 省营改为中央国营，拉开了矿区大规模建设的序幕，大规模的地质勘探工作由此开始。 “一五”期间，先后在陈家庄、杨家庄、校场、梁峪、罗村、陈家湾等井田进行了勘探， 提交供建井用精察地质报告 7 个，共探明能利用储量 5.08 亿吨。与鹤壁六矿相关的地 质勘探情况如下： 1957 年，中南煤田地质勘探局 127 勘探队在陈家湾区普查地质报告的基础上，直 接对该区进行精查勘探，勘探手段为钻探，勘探范围：浅部为二1煤层露头，深部至- 300m 等高线，北以 f40断层为界，勘探面积 4.2km2。于同年 10 月提交了陈家湾勘探 区地质精查报告 ，提交二1煤层 a2+b+c1级储量 5831.68 万吨。 1959 年，河南省煤田地质局 103 勘探队提交了后营地质精查报告 ，勘探区范围 为 f70断层、陈家湾河及 f47断层为界，南以 f45 断层为界，北为 f40断层，东至煤层 底板-550m 等高线。走向长 6.5km，倾向宽 0.61.4km，面积 6.6km2。本次勘探采用 了钻探与电测井相结合的勘探方法，获得储量 8883.7 万 t。后武汉煤矿设计院及有关单 位根据陈家湾勘探区地质精查报告及后营地质精查报告资料情况，按照煤炭 工业部的建议和意见，决定将两勘探区储量合并，以扩大鹤壁六矿的设计能力。随后， 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文）河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文） 10 河南省煤炭地质局 103 勘探队又补充施工一孔（后 13 孔） ，孔深 579.01m，终孔层位为 c3l8灰岩，并在原后营地质精查报告的基础上，于 1959 年 9 月提交了陈家湾井 田深部地质补充报告 ，共提交二1煤层 a2+b+c1 级储量 6149.71 万 t，其中 a2+b 级 储量 624 万 t，1963 年 2 月，河南省矿产储量委员会对该报告进行复审，认为本报告质 量低劣，只能作为普查找煤报告，应重新勘探。复审后降低了煤炭储量级别，核实二1 煤层 c1 级储量 127.8 万 t，c2级储量 1927.7 万 t，地质储量为 4186.5 万 t。 1983 年 2 月，鹤壁矿务局地测处对本矿南翼进行生产补勘，其范围上至-170m 水 平，下至-450m 水平，南至六、八矿边界，北至中央轨道下山，面积约 1.6km2。提交 了六矿南翼生产补充勘探报告 。 19831986 年，河南煤炭地质三队对原三、五、六矿深部进行详查，其范围西起 原三、五、六矿深部边界（三、六矿为-350m，五矿为-400m 煤层底板等高线） ，东止- 880m 煤层底板等高线，南以张庄向斜轴与八矿分界，北到中山断层 f3，面积约 21km2。勘探方法采用钻探与测井相结合的综合勘探方法，同时进行了 1：10000 的地 质填图，最终提交了河南省鹤壁煤田三、五、六矿深部勘探区详查地质报告 ，获得 总储量 24753.32 万 t，其中二1煤层储量 21469.35 万 t。该报告 1988 年 5 月由河南煤 炭工业管理局审查批准。 下 系 2s 268.71 组 子 盒 石 244.59306.91 子 盒 石 下 组 1xp 208.19342.56 灰色青灰色厚层巨厚层状石灰岩组 岩溶较发育。此层灰岩稳定， c p 组 统 系 陶 奥 系 炭 石 p 界 cc -80m 统 西 山 269.49 组 粉、细粒砂岩。 铝质泥岩，含鲕粒及黄铁矿结核。间夹 浅灰色、灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩、 组成。 段 下 42.34 3 1 峰 峰 3tc 组 原 太 中 统 上 p1sh 上 段 段 中 43.69 35.80 33.16 统 中 组 溪 本 c2b2 112.10 76.38146.66 30.2146.11 3t 1 c c23t 3t 3 c 35.1849.20 26.3558.25 28.1240.36 层状粉砂中粒砂岩、石灰岩、煤层等 具岩溶裂隙，但不很发育。 由深灰色黑灰色泥岩、砂质泥岩、薄 地层综合柱状图 岩 性 描 述 石层中的孔隙潜水。 中的裂隙承压水和第四系砾 本含水组包括新第三系砾岩 第三、四系含水组： 水文地质特征 2n 二 p 段 三 段 四 峰 千 石 组 上 统 二 n 系 古 zk 界 n12h 32sh 155.00 p42sh95.18 p 段 2sh 255.7699.99 69.66 44.70135.69 89.56 壁 鹤 新 上 三 第 生 新 地层系统 第 四 系 q 界系统组段 16.00 2.5034.00 平均厚度 最小最大 地层厚度(m) 柱 状 75.1260.58 84.16 p 段 一 上 组 2sh2sh 1 p 77.9888.26 缝合线发育，裂隙内充填方解石脉。 成，结构致密，含燧石，具溶蚀现象， 要含水层。 岩溶发育，此层灰岩稳定，为 ozpo2fo2100.00 岩性主要为褐黄色黄土，下 部为砾石层。 上部为褐黄、棕黄、浅棕色 粘土，下部为粘土夹砾石， 局部夹薄层砾石层。 紫红色细粒砂岩、粉砂岩 ，间夹薄层沙顶泥岩。本 段中下部有数层同生砾岩 ，砾径2、10mm 紫红、紫灰色中细粒石英砂 岩，含泥岩包裹体及砾石， 砾径3、10mm。间夹紫红色 、灰绿色泥岩及沙质泥岩。 紫红、灰绿、暗紫色泥岩及 沙质泥岩，局部夹薄层细粒 砂岩。 、 、 、 灰、 、 、 、 灰白色中厚层状中粒石英砂 岩，俗称田家沟砂岩。 为灰色、青灰色、泥岩及沙 质泥岩，含铝质，具紫斑及 菱铁质鲕粒，产少量植物化 石碎片。中夹青灰色、灰绿 色中细粒长石石英砂岩。底 部为灰绿、 、 、 、3、2、1、0、 、1、 、 、 主 为主。 由深灰、灰色、黑灰色泥岩、沙质泥岩和 石灰及一9、一8煤层组成，局部夹杂细粒砂 岩和粉砂岩。其灰岩厚度大，层位稳定。 图 1-2 地层综合柱状图 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文）河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文） 11 2 矿井储量、年产量及服务年限 2.1 井田境界 本井田南起井田平面图上显示为 75000 线与八矿为界，西部以-60 煤层地板等高线 为界，北部以 f40断层与五矿为界，东部至-300m 煤层底板等高线，边界有 17 个拐角 点见表格 2-1 井田南北走向 4.2km，东西倾斜宽 3.6km，井田面积 16.2km2。 表 2-1 边界拐角点坐标 拐角点编号xy拐角点编号xy 13975000515498103980903519435 23974785518875113982000518990 33974825518451123979465518060 43975000518878133979300517738 53976558519258143978930517370 63977991520078153978625516735 73978769520413163977305515883 83979625520395173976475515890 93981055520441 2.2 井田储量 2.2.1 矿井工业储量矿井工业储量 计算储量的工业指标 根据煤炭工业部颁发的生产矿井储量管理规定规定，计算储量的煤层工业指 标如下： a.最低开采厚度在煤层倾角小于 25时取 0.80m，2545时取 0.70m； b. 最高灰分指标为 40； c.夹矸剔除厚度，0.05m。 储量级别 根据矿井地质条件类别，即地质构造中等，二1煤层稳定较稳定类型，结合井田 生产补探的实际工程网度，本次储量计算采用小于 375m 工程网度圈定 a 级储量，以 不大于 750m 工程网度圈定 b 级储量，小于 1500m 圈定 c 级储量。落差大于 20m 断层 两侧 3050m 级公园广场和井筒保护煤柱作为永久煤柱储量。地质和水文条件复杂及 控制程度较差的区段作为尚难利用储量。 储量块段划分 矿井储量、年产量及服务年限矿井储量、年产量及服务年限 12 划分各级储量块段原则上以相应控制程度的勘探线，煤层底板等高线，构造线等 分界，对于小而孤立的块段，虽达 a 级或 b 级，未单独划分。倾角相差较大，划分为 不同块段。 储量计算方法 在计算储量时，由于矿区内煤层倾角的变化范围一般介于 1520之间，采用斜 面积和真厚度，采用的计算公式为： dmasqcos 式中： 储量 万 tq 平面积 m2s 煤层平均倾角 m煤层平均真厚，m d容重 ， 均采用 1.38 t/m3 dmasqcos =162000008.11.3815cos =17222.07 万 t 经计算：核实获得工业储量为 17222.07 万 t 表 2-2 矿井工业储量汇总表 工业储量(万 t) 煤层 名称 aba+bca+b+c 备 注 二1煤层6725.222746.929472.147749.9317222.07 2.2.2 矿井设计储量矿井设计储量 矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱和已有的地面 建筑物、构筑物需要留设的保护煤柱等永久性煤柱损失量后的储量；井田边境煤柱： 井田边境保护煤柱在井田边境留设 20m 的保护煤柱，北部的断层边界煤柱以 30m 留设， 则其煤柱损失量为：q 边=209.92 万 t、q 断=163.27 万 t。 井田及工业场地保护煤柱的计算： 按规范规定，年产 150 万 t/a 的大型矿井，工业场地占地面积指标为 0.9 公顷10 万吨。 故可算得工业场地的总占地面积： s=0.915=13.5 公顷=135000 m2。 根据垂直剖面可计算工业广场的保护煤柱的留设：计算如下所示： 工业广场占地面积为 450300m2,平面形状为矩形。煤层地质条件为：煤层倾角 11，煤层在受保护范围内中央的埋深 h0=340m，地面标高 140m，煤层地板标高- 200m，松散层厚 30m，此处煤厚 8.1m。 查的本井田各参数如下： 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文）河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文） 13 45 55 73 其中：表土层移动角； 煤柱上山移动角； 走向方向移动角； 煤柱下山移动角； 煤层倾角； 用垂直剖面法留设工业广场保护煤柱如下图所示： 作图求出工业广场保护煤柱损失为 q 工保=554.74 万吨 保护巷道煤柱与其它损失煤柱为 1205.54 万 t 故矿井的设计开采储量 q 可： q 设q 工q 边q 断=17222.07209.92163.2716848.88 万 t q 可（q 设554.741205.54）7511316.3 万 t 2.2.3 矿井设计可采储量矿井设计可采储量 矿井设计储量减去工业场地保护煤柱、矿井井下主要巷道及上、下山保护煤柱煤 量后乘以采区回采率的储量。 2.3 矿井年产量及服务年限 矿井设计规范第 2.2.3 条规定：“矿井设计生产能力按年工作日 330d，每日净 提升 16h”计算。每日三班作业，综采工作面可采用每日四班作业，每班工作六小时。 根据本矿井的实际情况，本矿采用“四六制”作业方式，这种制度适合本矿采掘作业的 特点，有利于保护工人的健康，提高工时利用率，提高设备和工作面的 利用率。搞好 安全生产，稳定和提高采掘队，因此，本矿设计生产实行“四六制”作业方式。 矿井设计生产能力的确定。本矿井田精查补充勘探后获得的地质储量为 17222.07 万 t，而实际开采储量为 11316.3 万 t，因此，储量丰富，而且井 矿井储量、年产量及服务年限矿井储量、年产量及服务年限 14 倾向剖面 a-a 走向剖面 b-b 图 2-1 工业广场保护煤柱 田内煤层赋存稳定，地质构造，及水文地质条件简单，开采技术条件较好，煤层生产 能力大。 同时，鹤煤集团的各矿实际生产能力都在 90 万 t 以上，各矿均为机械化采煤，并 取得较好的技术经济效果，该集团已积累了管理大型矿井的经验。另外考虑到矿井有 增产的可能，故本矿初步设定为 150 万 t/a。 表 2-3 矿井可采储量汇总表 矿井设计储量（mt）开采水平 永久煤柱设计煤柱损失 开采 水平 煤层 名称工业储量 断层边界 设计 储量工业 场地 井下巷 道 可采储 量 二1 17222.07 163.27 209.92 16848.88 554.74 1205.54 11316. 3 合计二1 17222.07 163.27 209.92 16848.88 554.74 1205.54 11316. 3 矿井服务年限按下式计算： 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文）河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文） 15 t= ka zk 式中： t矿井设计服务年限，a； 矿井可采储量，mt；zk =11316.3 mt k z a矿井设计年产量，mt/a；a=150 mt/a k储量备用系数，k=1.31.5。k=1.4 t=11316.3 /1.4150=54a 根据大型矿井的矿井设计服务年限为 50a 以上，而本矿的服务年限大于 50a，故符 合建立大型矿井。 井田开拓井田开拓 16 3 井田开拓 3.1 概述 井田开拓设计是研究确定由矿井地面进入煤层(或矿体)通达地下开采区的主要井巷 布置和开掘工程。它要保证矿井生产时开采、掘进、运输、提升、通风安全、排水和 动力供应等各系统能正常高效的运行。开拓设计关系列整个矿井的生产技术面貌和长 远发展，直接影响基本建设时的建设工程量、工期、投资、质量和矿井投入生产后能 否尽快达产、高产高效及安全生产等。开拓设计编制的主要依据是经国家批推的矿区 总体规划和勘探(糟查)地质报告以及有关的基础资料。独立的矿井开拓设计要有批准的 可行性研究报告和勘探(精查)地质报告以及有关的基础资料。 开拓设计的内容一般包括：开拓方式(开拓并简的形式)；井筒位置及数量；开采水 平的划分及上下山开采；主要巷道布置；采区划分和开采顺序（矿井延深及技术改造） 。 3.1.1 矿区的开拓方式概述及评价矿区的开拓方式概述及评价 矿区内从南到北现有为十矿，八矿，诗湾矿，六矿，五矿，三矿，二矿和十矿九 对矿井。矿区内井田开拓方式多采用立井多水平上下山开拓，设置和不设置辅助水平 以及大巷布置方式的不同来划分，可分为水平之间立井联接，暗斜井联接，集中大巷 和分组集中大巷，水平之间设置辅助水平等四种类型。运输方式为皮带输送机。 3.1.2 影响矿井开拓的主要因素影响矿井开拓的主要因素 矿井开拓方式主要受煤层埋藏深度和煤层倾角的影响，表土层厚度，瓦斯涌出量 水文地质情况等地质因素，也影响井田开拓方式的选取。 本矿井埋藏深度 60300m，煤层倾角平均为 15局部为 921，为缓倾斜煤层。 表土层厚度为 40110m，瓦斯相对涌出量一般在 20 m3/t 左右，绝对瓦斯涌出量一般 在 40 m3/min 左右，煤层无瓦斯突出危险，属于高瓦斯矿井。矿井正常的涌水量一般， 为 240m3/h。 3.2 井田开拓 3.2.1 对井田开拓中若干问题分析对井田开拓中若干问题分析 井田内划分及开采水平数目 本井田走向 4.2km，倾向长约 3.6km,倾斜方向划分两个阶段，采用多水平上山开 采，一水平标高为160m，二水平标高为300m，沿走向划分若干采区。 井筒形式：数目及位置 a. 井筒形式 本井田开采煤层为二1煤层，煤层赋存稳定，为缓倾斜煤层，地质构造简单。在技 术上，适合于立井或综合开拓。 b. 井筒的数目 河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文）河南理工大学成人高等教育毕业设计（论文） 17 采用立井开拓时，开凿一队提升井筒（即主井和副井）和一个风井。主井主要用 来提升煤炭，副井用作升降材料，人员，矸石和进风，排水。 c. 井筒位置的选择 本井田的走向效长，倾向较短，煤层赋存稳定，所有井筒开凿在井田中央有利于 运输通风。 运输大巷和总回风巷的布置与煤层间的联系 a. 运输大巷的布置与煤层间的联系 由于本矿井只采二1煤，主要运输大巷在煤层底板岩石中，运输大巷距煤层 20m , 采用进风行人巷与运输斜巷相连，而采用运料回风斜巷与回风斜巷相连。 b. 总回风巷的布置及其与煤层的联系 本井田采用走向长臂采煤法开采，井田划分为各个采区，各采区回风巷直接与总 回风巷相连，总回风巷布置在井田西部边界。 3.2.2 方案的提出方案的提出 开拓方案 1:立井两水平上山开拓（加延伸井筒） 本井田地质结构简单，顶板坚固稳定矿山压力又不大采用立井上山开拓，煤向下 运输，运输能力大，运输费用较低；井下涌水可直接流入井底水仓，排水系统简单， 通风也较容易。立井主副井深分别为 316m、301m。立井多水平上山开拓系统剖面图 见图 3-1 开拓方案 2: 立井加暗斜井多水平开拓 由于本井田煤层为缓倾斜煤层，煤层赋存稳定，