采矿工程毕业设计（论文）-镇城底煤矿3.0Mta新井设计【全套图纸】 .doc

中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1.1.1 1 矿矿区区概述概述 1.1.11.1.1 矿井地理位置、地形特点和交通条件概述矿井地理位置、地形特点和交通条件概述 西山煤电集团公司镇城底矿位于西山煤田西北边缘，地处古交市西北，其地理坐标 为：东经 11200001120606，北纬 375345375730， 镇城底矿交通条件较好，距古交市 11 公里，距太原市 63 公里，太佳线从井田北部 穿过，太古岚铁路从井田北部经过，并备有铁路专用线。 电源：矿区供电由屯兰变电站（110/35kv）馈出的专用铁塔架空线路 lgj- 3150,35kv，分别来自红庙变电站 i、ii 段母线。矿安装 sf7-8000/35，sf9-8000/35 型 变压器各一台，供矿所有用电设备。 农业：井田内经济作物以粮棉为主。一年两熟，夏季小麦，秋季玉米及棉花。古交 区近年来基础工业发展较快，正向着工农业共同发展的现代化中小型城市迈进。 具体见矿区交通位置图 1-1. 图图 1-11-1 镇城底楼矿区交通位置图镇城底楼矿区交通位置图 1.1.21.1.2 矿区的气候条件矿区的气候条件 古交区属暖温带大陆气候。四季分明，春多风沙，夏热多雨，秋季凉爽，冬季干寒。 年降雨最大 632.6mm，最小 172.lmm，平均 457.8mm。据太原气象台 27 年 (1951-1977) 的观测资料，年平均气温 9.4，一月份最冷，平均气温-7；七月份最热，平均气温 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 2 页 23.7。最高达 39.4，最低气温达-25.5。一般日最低气温于 10 月中旬降至 o以下， 翌年 4 月中旬方回升至 o以上。平均年降水量 462.2mm，最大 749.1mm，最小仅 216.1mm。降水量约 62%集中于 7、8、9 三个月。全年多偏北风，年平均风速 2.4 米/秒， 冬春季大，夏秋季小，最大 25 米/秒，瞬间极大风速曾出现 40.5 米/秒。最大冻土深度 77cm。 本区没有地震记录，据国家地震局震发 875 号文件划定该地区地震烈度为 6 度地震 区。 1.1.31.1.3 矿区的水文情况矿区的水文情况 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 水源：区内最大河流是汾河，它从井田的北部经雁门、成家曲由西向东流过，河床 宽约 700 米，常年流水，流量受上游的汾河水库制约，一般春季放水为农业灌溉和雨季 大量降水时流量大。河床坡度为千分之三，以侧向侵蚀为主。 区内其它较大河谷还有：天池店河、阴家沟、歇马沟、官长沟等，流向皆为北东， 汇入汾河。上述河谷多为季节性河流，日常流量很小或干涸，雨期随降雨量的大小变化。 1.2 井田地质特征 该井田位于吕梁山脉中段的东翼，属中低山区。区内沟谷纵横，切割剧烈，除山头 部分为黄土覆盖外，其余均为基岩裸露，地形较为复杂。区内地势大体显西南高，东北 低之势，最高处为西南角 531 号钻孔处，标高为 1303 米，最低处为井田的东北部的汾河 河床处，标高在 1000 米左右，相对高差一般为 150-250 米，山头及山脊处较为平缓，为 新生界黄土层覆盖。沟谷多呈“v”字形，两侧基岩裸露。 区内最大河流是汾河，它从井田的北部经雁门、成家曲由西向东流过，河床宽约 700 米，常年流水，流量受上游的汾河水库制约，一般春季放水为农业灌溉和雨季大量 降水时流量大。河床坡度为千分之三，以侧向侵蚀为主。 区内其它较大河谷还有：天池店河、阴家沟、歇马沟、官长沟等，流向皆为北东， 汇入汾河。上述河谷多为季节性河流，日常流量很小或干涸，雨期随降雨量的大小变化。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 3 页 古交区属暖温带大陆气候。四季分明，春多风沙，夏热多雨，秋季凉爽，冬季干寒。 年降雨最大 632.6mm，最小 172.lmm，平均 457.8mm。据太原气象台 27 年 (1951-1977) 的观测资料，年平均气温 9.4，一月份最冷，平均气温-7；七月份最热，平均气温 23.7。最高达 39.4，最低气温达-25.5。一般日最低气温于 10 月中旬降至 o以 下，翌年 4 月中旬方回升至 o以上。平均年降水量 462.2mm，最大 749.1mm，最小仅 216.1mm。降水量约 62%集中于 7、8、9 三个月。全年多偏北风，年平均风速 2.4 米/秒， 冬春季大，夏秋季小，最大 25 米/秒，瞬间极大风速曾出现 40.5 米/秒。最大冻土深度 77cm。 本区没有地震记录，据国家地震局震发 875 号文件划定该地区地震烈度为 6 度地震 区。 矿井给水由斜井潜水仓 3 台 d150-303 型水泵经付斜井分两路，一路供西下组、东 二系统，一路供南一、南二系统；地面供水由斜井潜水仓供水至水厂处理后进入工人村 水塔作生活用水。 电源由屯兰 110kv 变电站供出双回路 35kv 电源至矿井 35kv 变电站，再由 35kv 变电 站馈出 6kv 线 40 路，分别供给矿井生产、通风、运输、排水及生活用电等。 镇城底矿西北与地方资源相邻，多为年产 10 万吨以下的乡办矿、村办矿及社会办矿， 均为斜井开拓，刀柱式开采；西南为马兰矿，是山西西山煤电股份有限公司在古交的第 四对大型矿井，并建有与生产相匹配的洗煤厂，该矿设备先进，煤质优良，机械化程度 高，是国有现代化矿井；东及东南为屯兰矿，是山西西山煤矿总公司在古交市开发建成 的第五对大型矿井，生产能力 400 万吨，并有与之配套的洗煤厂，是全国高产高效矿井； 北部以汾河为界，汾河对岸是太原市煤气化公司炉峪口矿年产 50 万吨。 本井田以肥煤、焦煤为主，煤的变质程度在水平分布上是由南向东北逐渐加深，牌 号是由肥煤逐渐过渡为焦煤。在剖面上是自上而下变质程度逐渐加深，上组煤以肥煤为 主，下组煤以焦煤为主。有害杂质的分布是上组煤含硫低，下组煤含硫高。灰分含量上 各层煤从上到下两头高，中间低。本井田的煤为优质肥焦煤，可用于化工、冶金、发电 等工业及民用。 1.2.11.2.1 矿区地质特征矿区地质特征 本井田精查地质勘探报告综合了历次勘探结果,对本井田主要褶曲,断层等基本探明, 控制了地层变化规律,可采煤层的赋存特征,水文地质条件及煤质牌号,煤层分析资料基本 可靠,勘探程度能满足设计生产之要求。 附区域地层划分及主要特征表 1-1 煤田和井田的地质构造及其相互关系属新华夏构造体系次一级多字型构造盆地的一 部分,又位于祁吕贺山字型构造东翼内带的中部.阳曲-孟县纬向亚带(即 3750-38 20之间)西南端,太岳山经向构造北延处的东侧。按构造形迹特征及其组合规律，初步 将西山煤田划分为三个构造体系，即经向构造，新华夏构造以及施枢构造。经向构造展 布煤田向泰山式断裂展布在经向构造以东，呈带呈束出现,煤田西北,东南有帚状构造展示。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 4 页 表表 1-1 区域地层划分及主要特征表区域地层划分及主要特征表 地层系统代号厚度（m）主要岩性 全新 统 q4030 主要以沙砾为主，砾石成分为砂岩、石 灰岩、混杂沙土，分选不好，与下伏基岩呈 不整合接触。 第 四 系 上更 新统 马兰组q3020 为黄灰色黄土，与下伏基岩呈不整合接 触，与 o2呈平行不不整合接触。 中更 新统 离石组q2030 为淡红色粘土，砂质粘土，中下部含磊 量钙质结核，本组多与保德组同地赋存，不 整合覆盖在下伏岩层之上。 新 生 界 第 三 系上新 统 保德组n2b055 底部为砾石、砾石成分以石灰岩、变质 岩为主，上部为鲜红色粘土，含粉砂、细砂 成分较多，夹 2-3 层粘土，灰色中厚层状长 石、石英砂岩，不整合覆盖在下伏岩层之上。 中统 二马营 组 t2er5073 灰色中厚层状长石、石英砂岩，上部夹 紫色泥岩、砂质泥岩。 和尚沟 组 t1h151167 底部为含砾砂岩。其上为紫红色、褐红 色砂质泥岩、泥岩夹细砂岩。 中 生 界 三 迭 系 下统 刘家沟 组 t11452475 砖红色、紫红色中细粒砂岩及薄一中厚 层状紫色、紫红色粉色砂岩互层，夹有紫红 色砂质泥岩。粉砂岩层理发育。 石千峰 组 p2sh115 紫红色中厚层状中、细粒石英长石砂岩 与青灰，砖红色砂质泥岩、粉砂岩互层，顶 部夹数层结核状、扁豆状淡水灰岩。紫红色 中厚层状中、细粒石英长石砂岩与青灰，砖 红色砂质泥岩、粉砂岩互层，顶部夹数层结 核状。 中统 上石盒 子组 p2s400 岩性以灰绿色、黄绿色，紫色 ，葡萄紫 色砂质泥岩、泥岩为主，夹有灰白色粗一中 粒砂岩。含二层锰铁矿结核。与下伏基岩呈 不整合接触。 下石盒 子组 p1x110 上部为灰色、灰绿色、灰黄色泥岩、碎 屑岩互层，下剖夹 1-3 导层煤线，底部以骆 驼脖砂岩。与下伏基岩呈不整合接触。 二 迭 系 下统 山西组p1s45 为一套泥质岩、碎屑夹煤层的沉积， 01、02、03、1-4 号煤赋存于本组中，是主要 含煤地层之一，底部以北岔沟与下伏基岩呈 不整合接触。 上统太原组c3t104 由灰黑色泥岩、砂岩、粉砂岩、4-6 层石 砂岩、6-8 层煤组成，6、7、8、9 号煤赋存 其中，是主要含 煤地层之一，底部以晋祠砂 岩与下伏基岩呈不整合接触。 石 炭 系 中统本溪组c2b35 与下伏基岩呈不整合接触，底部为透镜 状山西式铁矿和铝土岩，其上由砂岩、砂质 岩、泥岩、石灰岩（半沟灰岩）及煤线组成。 古 生 界 奥 陶 系 o580 分下统和中统，与下伏岩系连续沉积。 为灰色，兰灰色石灰岩、黄褐色泥灰岩、白 云质灰岩互层产出。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 5 页 井田位于马兰向斜东翼，受新华夏系泰山式断裂的控制，大面积地质走向北西 30- 60 度，倾向南西，倾角膜 2-10 度，基本呈一伴有宽缓波状褶皱的单斜构造。断层多分 布在井田的西北部，呈地垒地堑赋存。 本井田位于西山煤田西北部,按山西省构造体系的划分,太原西山煤田属新华夏构造体 系次一级多字型构造盆地的一部分,又位于祁吕贺山字型构造东翼内带的中部.阳曲-孟县 纬向亚带(即 3750-3820之间)西南端,太岳山经向构造北延处的东侧。按构造形迹 特征及其组合规律，初步将西山煤田划分为三个构造体系，即经向构造，新华夏构造以 及施枢构造。经向构造展布煤田向泰山式断裂展布在经向构造以东，呈带呈束出现,煤田 西北,东南有帚状构造展示。 井田位于马兰向斜东翼，受新华夏系泰山式断裂的控制，大面积地质走向北西 30- 60 度，倾向南西，倾角膜 2-10 度，基本呈一伴有宽缓波状褶皱的单斜构造。断层多分 布在井田的西北部，呈地垒地堑赋存。 近代冲积层，分布于河谷，一般厚 10-20m 由复以砂质粘土的砾，砂层组成。 三、地质构造 1.褶曲 本井田小型波状褶曲发育，明显的较大断层有三条：鲜则背斜，元家山向斜，起特 征见表： 表表 1-21-2 背斜表背斜表 序号名称位置轴向算作延伸长度 1 鲜则背斜井田西部边缘sn 向 5 2 元家山向斜鲜则背斜以东sn 向 3.8 3 东大岭向斜井田东南部 ne30605 2.断层 本井田内断层较多，均属于高角度正断层。断距 5 米以上者有 66 条，其中断距 30 以上者有 7 条，100 米以上者有 4 条，最大断层距达 180 米。走向以 ne3565 者居多占 三分之二。本井天断层赋存有以下规律。 层成组出现。本井天共出现两组，每组断距 10 米以上者 46 条，并伴生许多成 束出现的小断层，走向为 ne 方向，组距 25003000 米。 断层断距一般为北东方向大，向南方向变小，带有压扭性质为起特点。 绝大多数断层走向为北东 3565 度，均为高角度正断层。 3.节理 本区节理与断层发育之处，节理相应发育。按方向分主要两组，一组北东 50 度，另 一组北西 35 度，节理交角近于垂直，因而被切割的岩块近似正方形，形成细格状棋盘格 式构造。 4.滑坡及陷落 发育于河谷两侧和山坡地带，屯兰河和原平河两岸更为发育，鹿壮后一个大滑坡东 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 6 页 西延伸近 1.5 千米。滑坡分布较广，但影响深度不大。 1.2.21.2.2 矿区的水文地质情况矿区的水文地质情况 太原西山东山地区和太原盆地构成一个完整的水文地质单元，三者之间有着一定的 水力联系，东、西山地区地下水向太原盆地汇集，除部分水量由大泉排泄外，其余部分 向南运移。但由于彼此之间构造格局的不同，边界条件的差异，各自又为次级独立的水 文地质单元，镇城底矿井田就处在太原西山地下水系统的补给迳流区。 镇城底矿井田地下水可分为四种类型:奥陶岩溶裂隙水；汾河及大沟谷中第四系冲积 层的孔隙水；石炭二迭系风化裂隙潜水及石炭二迭系薄层灰岩，砂岩裂隙承压水。其中 以奥陶系石灰岩岩溶裂隙水为主。我矿组织专业人员对我矿水文地质条件进行综合分析， 根据各种不同水源、水害的危害程度制定不同的针对性措施，确保矿井安全生产。 （参见 奥灰水等水压线图） 1.奥陶系中统含水层组：本组在井田内大多埋藏较深，岩性以石灰岩为主，泥灰岩、 角砾状泥灰岩次之。石灰岩及泥灰岩为含水层，以前者含水性较好。由于角砾状泥灰岩 位于侵蚀面下 30 余米，由次生石膏和泥质所胶结，裂隙及岩深溶极不发育，可视为隔水 层。 2.太原群石灰岩含水组：由 l1、k2、l4 三层石灰组成，其段距约 20 米。k2 最厚，平均 2.8m 岩性纯，为主要含水层：l1 厚 1.96m 不稳定，岩性为泥灰岩，因 之含水性差，本组埋藏较深，裂隙、岩溶均不发育透水性及含水性均差，水位标高为 964.18-1038.19m。 3.山西组砂岩含水组：以 k3 和 2 号、4 号煤间砂岩组成，埋藏较深，极少出露，含 水性差，水位标高 964.04m。沟谷中源于本组的下降泉较多，但流量小，并随降雨季节 而变化，最大泉流量 0.61m/s，所以本组含水性很差，并且愈深愈差。本组水位标高最高， 为 993.13-1042.92m。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 7 页 图图 1-21-2 镇城底矿水文地质图镇城底矿水文地质图 4.石盒子组砂岩含水组：以厚层砂岩为主，出露范围较广，但一般含水性差，只是 风化裂隙带砂岩含水性及透水性较好。沟谷中源于本组的下降泉较多，但流量小，并随 降雨季节而变化，最大泉流量 0.61m/s，所以本组含水性很差，并且愈深愈差。本组水位 标高最高，为 993.13-1042.92m。 5.第四系全新统砂砾含水层，由砾石及砂层组成，厚约 10-15m，渗透性强，易接受 降水及地表水补给故富含潜水。如汾河冲积层，水位一般小于 2m.q0.87- 9.321/smk9.38-53.08m/d，屯兰河冲积层以姬家庄往下游水量丰富： q2.510.41/smk40.6-96.68m/d 水位一般 5m 以内，姬家庄至鹿庄间潜流泄出量可达 851/s 水质良好，属 hco3so4camg 型矿化度 245-310mg/l。 1.2.31.2.3 瓦斯、煤尘和煤的自燃瓦斯、煤尘和煤的自燃 二采区采煤工作面绝对瓦斯涌出量最大为 1.2m/min，掘进工作面瓦斯涌出量最大 为 0.3m/min，在南四采区开拓工作面送巷过程中，瓦斯涌出呈增大趋势，而且南四采 区与高瓦斯矿井屯兰矿相邻，预计南四采区的瓦斯涌出较大。 镇城底矿煤尘具有爆炸性，2004 年 8 月经西山煤电有限责任公司测试中心进行煤尘 爆炸性鉴定，结果为：3#煤层的煤尘爆炸指数为 32.20%；8#煤层的煤尘爆炸指数为 26.31%。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 8 页 镇城底矿开采的煤层为 8#煤和 3#煤，3#煤层为三类，为有可能自燃发火的煤层；8# 煤层为二类，易自燃发火的煤层。 1.3 煤层特征 本井田含煤地层为华北型石炭、二叠系含煤建造。主要含煤地层为太原组和山西组。 本井田内可采及局部可采煤层 7 层，分别为 2 上、3、8、10 下、15 上、16 上、17 煤。 3 煤为本井田最重要的可采煤层，容重 1.35t/m3，煤厚 5.3312.17 米，平均厚 8.75 米， 为全区可采的稳定煤层；8 煤，煤厚 6.017.01 米，平均厚 5.61 米，为全区可采的稳定 煤层；其它 5 层煤由于硫分大于 3%，其储量已划为暂不能利用储量。本井田煤层以 3 煤和 8 煤为主，煤层稳定性为d。 1.3.11.3.1 可采煤层特征可采煤层特征 本井田含煤地层为华北型石炭、二叠系含煤建造。主要含煤地层为太原群和山西组。 含煤地层平均总厚为 249m，共含煤 2426 层，煤层平均总厚度 29.82m。含煤系数为 7.9%。其中可有可采煤层 7 层，厚为 24.95m，主要可采煤层分述如下： （1）2 上煤：位于山西组中上部。距山西组顶界 1539m，平均 25m，煤厚 0- 1.07m，平均 0.61m，厚度变化较大。可采点多分布在 3 线以南及 13 线至 16 线之间；未 发现有夹石，直接顶板常为厚 35m 的泥岩或砂质泥岩；老顶为灰白色中粒砂岩；底板 多为厚 46m 的砂质泥岩，有时相变为粘土岩和细砂岩，下距 3 煤 32m。属结构简单部 分可采不稳定煤层。 （2）3 煤：是本区最重要的可采煤层。位于山西组的下部，距山西组底界 10m 左 右，距三灰 50m 左右；厚度 5.3312.17m，平均 8.75m，层位稳定，厚度变化不大，全 区可采。结构简单，有 7 个钻孔发现有夹石，厚 0.031.25m。直接顶板为深灰色，厚 3m 左右的砂质泥岩，有少数孔伪顶为泥岩。老顶是灰白色含黑色矿物较多的中粒砂岩， 底板为 57m 的且有清楚波状层理及生物扰动构造的细砂岩，常相变为灰黑色的砂质泥 岩，有时为泥岩。 （3）8 煤：位于太原群上部。属中厚煤层：厚 6.017.01 m，平均 6.61 m。厚度变 化大，除 30-1 孔和 13-2 孔发现有 0.25 和 0.06m 厚的泥岩夹矸外，其余各孔无夹矸。顶 底板多为深灰色的砂质泥岩，9 线至 14 线间顶板多为中、细砂岩，底板往往相变为细砂 岩和粉砂岩。8 煤上距 3 煤 40m 左右；下距三灰 10m 左右，为结构简单全区可采的较稳 定煤层。 （4）10 下煤：位于太原群中部，上距五灰和三灰各为 16m 及 34m 左右，煤厚 01.1m，平均 0.67m。属薄煤层，煤厚变化较大，可采点主要分布在 15 勘探线至 f5 断 层之间，全区仅仅 5 个孔发现有夹石，夹石厚度均在 0.050.15m，顶板多为深灰色的 细砂岩或中砂岩，有时逆变成砂质泥岩，厚度约 3.5m。10 下煤属结构简单，部分可采 的较稳定煤层。 （5）15 上煤：薄煤层，位于太原群中下部，煤厚 01.46m，平均 0.76m。可采点 主要分布在 9 线至 14 线间-800 水平以浅和 4 线以南，26 线以南深部多数钻孔未达层位 或受构造破坏而断失，因而煤层控制程度较差。全区 9 点发现含有泥岩或砂质泥岩夹石 一层，厚 0.040.5m。煤层顶板为一薄层泥灰岩（九灰） ，厚 01.82m，往往为砂质泥 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 9 页 岩所代替，底板为比较厚的灰色细、中砂岩。厚 10m 左右，含炭屑和植物化石，下距十 一灰岩 28m 左右。为简单结构，局部可采的不稳定煤层。 （6）16 上煤：位于太原九下部，薄煤层。煤厚 01.61m，平均 0.8m，厚度变化较 小，全区大部分可采。不可采点主要分布在 15 线以东、26 线以南，-1000m 以深的钻孔 多未达层位，控制程度较差。含夹石 12 层，厚 0.10.2m，直接顶板为十下灰岩，上 距 3 煤 160m 左右，底板多为厚 2m 左右的灰黑色铝土质的泥岩，局部变成深灰色彩的 砂质泥岩。15 线以东大部可采，煤层本身层位稳定，厚度变化近于稳定，为结构较复杂 的较稳定煤层。 （7）17 煤：位于太原群下部，上距十下灰 14m 左右，层位稳定，全区大部分可采。 煤层厚 0.281.3m，平均 0.9m，14 线以东由于构造复杂，煤层常被断薄，26 线以南及- 1000m 以深钻孔多未达层位，控制较差。含夹石 12 层，厚 0.050.19m。顶板十一灰 为薄层灰岩，一般厚 1m 左右，不稳定，常相变为粉砂岩或泥岩。底板为浅灰色具鲕状 结构的泥岩。17 煤属结构较复杂、大部分可采的较稳定稳定煤层。 主要可采煤层顶板经采样实验，气力学性质见表 1-2-1 表表 1-21-2 主要可采煤层顶板特征表主要可采煤层顶板特征表 煤层顶板 类别 顶板冒落性能岩性岩块实验单向抗压强度 （104pa） 3中等冒落的砂质泥岩、细砂岩、泥岩4811.89476.6 8中等冒落的砂质泥岩、细砂岩、泥岩4811.89476.6 1.3.21.3.2 煤的特征煤的特征 井田内各煤层为多种用途煤种，即可以做为炼焦配煤，又可做为各种动力及民用燃 料用煤。 山西组煤层属半暗型煤，条带状结构，层理不明显，本组可采煤层 2 上煤层属中灰， 特低硫、特低磷、高发热量、高熔灰份煤，易洗选一号气煤。3 号煤为低灰，特低硫、 低磷、低砷、高发热量、高熔灰份易洗，优等回收率的二号气煤。 太原统煤层以半亮型煤为主，层里分界明显，在层理面及裂隙中，常见方解石及黄 铁矿薄膜。太原群中可采煤层属低灰、富硫、高发热量、粘结性较强，灰熔点较低、易 选、可与低硫煤做配焦煤，属二、三号气煤。 3 号煤层有 7 个钻孔发现有夹石，厚 0.031.25m，容重为 1.35t/m3，煤层硬度指数 f=23 范围。 8 号煤层在 30-1 孔和 13-2 孔发现有 0.25 和 0.06m 厚的泥岩夹矸外，其余各孔无夹 矸。 1.3.31.3.3 瓦斯瓦斯 本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯鉴定结果为矿井 ch4=2.54m3t、co2 =4.45m3t，根 据煤矿安全规程第 133 条之规定，镇城底矿为低瓦斯矿井。无煤和瓦斯突出现象。 1.3.41.3.4 煤尘煤尘 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 10 页 据煤芯煤样爆炸性实验：煤尘爆炸指数 36.41%,故各煤层均有爆炸性危险。且随开 采深度的增加煤尘爆炸指数为上升趋势。 1.3.51.3.5 煤的煤的自燃自燃 据煤芯煤样测定结果，自燃发火等级为 ii 类，各煤层都有程度不同的自然发火倾向。 山西组煤自燃发火的倾向不大，太原群煤均存在自燃发火的可能性，特别是 16（上）煤 自燃发火的倾向更大，根据邻矿资料，本区各煤层均应按有自燃发火倾向考虑。 据矿实际生产资料统计发火期一般在36月，最短发火期为48天。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 11 页 2 井田境界和储量 2.1 井田境界 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、要充分利用自然条件划分，在可能的条件下，应尽量利用地形、地物、地质构造、 水文地质以及煤层特征等自然条件，以减少煤柱损失，提高资源采出率，充分保护地面 设施； 2、要有与矿区开发强度相适应的井田范围，要保证井田范围与矿井生产能力相适应， 有足够的储量和服务年限及合理的尺寸； 3、照顾全局，处理好与临矿的关系； 4、直线原则，井田的划分应尽量采用直线或折线，有利于矿井的设计和生产管理工 作的开展。 根据以上划分原则，以及考虑到镇城底煤矿煤田内地质构造等原因，本井田在能满 足生产开发强度的前提条件下，不但要考虑了自然条件原因，而且要考虑到矿区的整体 规划，故将镇城底煤矿的井田范围：西以太岚路东侧煤柱线及屯兰矿煤柱线，即 z1z8、z12z17 各点连成为界，东至 f33 断层，北以 f18 断层及 d1d5 各点连成 与单家村煤矿为界，南以 31 勘探线及-1200 米煤层地板等高线为界，井田东西走向 6.5km，南北宽 25km，井田面积约 16.62km2。 2.2 储量计算 2.2.12.2.1 矿井地质资源量矿井地质资源量 (1)把整个井田划分为三块地质块段如图 2-1: 图图 2-1 地质储量计算分块图地质储量计算分块图 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 12 页 （2）各地质块段面积、平均倾角、煤厚见表 2-1 表表 2-12-1 3#3#煤地质资源储量计算表煤地质资源储量计算表 储量 块号 倾角 （） cos 平面面积 （m2） 煤层面积 （m2） 煤厚 （m） 容重 （t/m3） （万 t） i90.9988 4516092.29 4521743.29 8.75 1.35 5341.31 ii100.9985 6241090.17 6250733.89 8.75 1.35 7383.68 iii100.9985 5868502.78 5877570.77 8.75 1.35 6942.88 合计16625685.2 16650047.9 19667.87 号地质块段平均倾角为 9o; 1 号地质块段平均倾角为 10o; 号地质块段平均倾角为 10o; 在图上量取其面积分别为： s =4516092.29m ； 1 2 s =6241090.17m ； 2 2 s =5868502.78m 。 3 2 矿井地质储量: zz= s h 其中：s煤层的面积，m2； h煤层平均厚度，m； r煤的容重，取 1.35 t/m . 3 a煤层平均倾角 代入上式可得：3 号煤的地质储量为 zz3 =19667.87 万 t；8 号煤的地质储量为 zz8 =14857.67万 t 所以，可得矿井的地质储量为 34525.54 万 t 。 表表 2-22-2 8#8#煤地质资源储量计算表煤地质资源储量计算表 储量 块号 倾角 （） cos 平面面积 （m2） 煤层面积 （m2） 煤厚 （m） 容重 （t/m3） （万 t） i90.9988 4516092.29 4521743.29 6.611.35 4034.98 ii100.9985 6241090.17 6250733.89 6.611.35 5577.84 iii100.9985 5868502.78 5877570.77 6.611.35 5244.85 合计16625685.2 16650047.9 14857.67 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 13 页 2.2.22.2.2 矿井工业资源矿井工业资源/ /储量储量 矿井工业资源/储量按式（2-1）计算： zg= z111b + z122b+ z2m11+ z2m22+ z333k （2-1） 式中： zg矿井工业资源/储量； z111b探明的资源量中经济的基础储量； z122b控制的资源量中经济的基础储量； z2m11探明的资源量中边际经济的基础储量； z2m22控制的资源量中边际经济的基础储量； z333推断的资源量； k可信度系数，取 0.7-0.9，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。 根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推断的。 根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%的是经济的基础储量，30%的 是边际经济的基础储量， z111b=34525.54 60% 70% =14500.73 z122b=34525.54 30% 70% = 7250.36 z2m11=34525.54 60% 30% = 6214.60 z2m22=34525.54 30% 30% = 3107.30 由于地质条件简单，k 取值 0.9 z333 k =34525.54 10% k = 3107.30 即：zg= z111b + z122b+ z2m11+ z2m22+ z333k = 34180.29 万 t 2.2.32.2.3 矿井设计资源矿井设计资源/ /储量储量 矿井设计资源/储量按式（2-2）计算： zs = ( zg - p1 ) （2-2） 式中 zs矿井设计资源/储量； p1断层煤柱 pd、井田边界煤柱 pb、地面建筑物煤柱等永久煤柱损失量之和； 断层煤柱损失量 pd 的计算： pd=sh =251654.878.751.35=297.27 万 t 其中，s表示断层边界煤柱面积，m2，直接在平面图上量取得； 井田边界煤柱损失量 pb 的计算： pb3=blh =3018298.238.751.35 =757.71 万 t pb8=blh =3018298.236.611.35 =572.40 万 t pb=1330.11 万 t 其中， b表示井田边界煤柱宽度，m，本设计留设 50m； 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 14 页 l表示井田边界煤柱周长，m，在平面图上量取 矿井设计资源/储量按式（2-2）计算： zs=(zg-p1)= 34180.29-297.27-1330.11=32552.91 万 t 注：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.维护带宽度：风井场地 20m，村庄 10m，工业广场保护煤柱 20m； 4.根据经验井田边界保护煤柱留 30m，断层保护煤柱的留设按落差大于 50m 时，断 层两侧各留 40m，落差小于 50m 时，两侧各留 30m。本矿井井田内的两条大断层的落差 均小于 50m，因此在两侧各留 30m 的保护煤柱。 表表 2-1 煤柱尺寸煤柱尺寸 煤柱种类煤柱宽度（m）备注 勘探境界0 可采境界0 两井田之间40各留 20 米 火成岩体边界线参照变质区范围 断层做两矿井境界断层两侧各留 30指不含承压水断层 露头线垂深不大于 20丘陵山地，覆盖层不含水 断层境界30断层不含承压水 2.2.42.2.4 矿井设计可采储量矿井设计可采储量 矿井设计可采储量按式（2-3）计算： zk=(zs-p2)c （2-3） 式中 zk矿井设计资源/储量； p2工业场地 pg、主要井巷煤柱损失量之和 ph； 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%。 （1）工业广场煤柱损失量 pg 的计算： 工业广场保护煤柱：矿井的设计生产能力为 3mt/a。根据上述规定，工业场地的占 地面积应为 30 公顷。取南北长 600m，东西长 500m 的矩形布置工业场地，工业广场布 置在井田的中央。工业场地及风井场地保安煤核算的岩移角量参数，经对有关矿区调查， 科研部门征求意见并参考邻近矿井实测资料，确定为：本地区表土移动角 45，岩层移 动角为 75，上山移动角 75，下山移动角 65。 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中第十五 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 15 页 条，工业场地占地面积指标见表 2-2 表表 2-2 工业场地占地面积指标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 t） 240 及以上1.0 120-1801.2 45-901.5 9-301.8 根据建筑物，水体，铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程第 72 条：工业广场围 护宽度为 15m。 表表 2-3 建筑物保护等级与围护带宽度建筑物保护等级与围护带宽度 建筑物保护等级 围护带宽度/m2015105 工业广场煤柱损失的计算公式如下： pg=sm/cos （2-2） 式中 pg永久煤柱损失煤量，mt； s33#煤层煤柱的面积，2104847 m2； s88#煤层煤柱的面积， 2178207 m2； m煤层平均厚度,m； 煤的平均容重，t/m3，取 1.35； 煤层平均倾角，取 7。 则，代入公式可得： pg =（16048478.75+16782076.61）1.35/cos7 =3418.19 万 t （2）主要大巷保护煤柱 ph计算： ph = bl13.36 1.35 式中 b 表示煤柱宽度，本设计主要大巷保护煤柱为 30m。l 为大巷保护煤柱总长度， 在平面图上量取，其中有和工业广场保护煤柱、边界保护煤柱重合的地方，所以只量取 不重合的。 主要大巷保护煤柱 ph计算： ph = bl13.361.35= 304114.2613.361.35 =222.61 万 t 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 16 页 矿井设计可采储量按式（2-3）计算： zk=(zg-p2)c =( 32552.91-3418.19 -222.61) 0.85 =24575.29 万 t 图图 2-2 工业广场保护煤柱设计图工业广场保护煤柱设计图 8 8 8 8 8 8 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 17 页 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 由煤炭工业矿井设计规范第 223 条规定,矿井的年工作天数为 330 天，采煤实行 “三八制” ，两班半生产半班检修。每昼夜净提升小时数为 16 小时。 3.2 矿井设计能力 3.2.13.2.1 矿井设计生产能力的确定矿井设计生产能力的确定 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。 古交矿区是国家重点生产炼焦基地，已探明的煤碳地质储量达到一个新的水平 45 亿 吨。 另外本区兴建了炉峪口和嘉乐泉两对矿井，用来生产煤气秋出中焦煤。随着矿区 煤碳工业的发展，本区的钢铁、化肥、水泥等工业以及制砖业、烧石业、采矿业都在逐 步壮大。 农业以产小麦、玉米、高梁、谷子为主,河滩地可产一部分蔬菜。该区人少地多,劳 动力资源充足。 针对镇城底矿区地质构造简单，储量丰富，煤层赋存稳定，开采条件优越，开采条 件简单，技术装备先进，经济效益好，矿区交通便利，生活条件优越，供电、供水方便， 宜建大型矿井。 本矿区靠近工业较发达的华东工业区，交通运输便利，工业物资供应及煤炭运销条 件较好，电源、水源可靠，建筑材料大多可以就地解决，环境保护已采取措施，矿区及 附近居民均以农业为主，劳动力富余，具备了矿井建设的各种有利条件。 结合本矿实际和当前技术水平，为了更好的发挥煤炭资源的经济效益，采用综合机 械化放顶煤的开采方法。本矿储量丰富，按照矿井设计规范规定，将该矿井生产能力预 定为 3.0 mt/a。 3.3 矿井服务年限的确定 3.3.13.3.1 矿井服务年限的计算矿井服务年限的计算 矿井设计生产能力定为 3.0 mt，根据设计可采储量、井型与服务年限之间的相适应 关系得： 矿井的设计服务年限 t 可按下式计算： （3.1） 式中： t矿井服务年限，a； 矿井可采储量，mt； k z a矿井生产能力，mt/a； k储量备用系数，根据煤层赋存情况及水文、构造分析，并与邻近矿比较，煤层 的实际揭露不会变化太大，因此设计取储量备用系数 k=1.30。 ka z t k 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 18 页 由前面计算可知：zk=245.75 mt，则： t=245.75/ (3.01.3) =63 a60a 按设计手册规定：新建矿井设计生产能力 3.0-5.0 mt/a 的大型矿井服务年限应 大于 60a。本设计服务年限为 63 a，是符合要求的。 3 号煤层为主采煤层是矿井第一开采水平，按设计手册规定：新建矿井设计生 产能力 3.0-5.0 mt/a 的大型矿井为缓倾斜煤层的第一水平服务年限应大于 25a。3 号每 层的可采储量为 139.51mt，则其第一水平服务年限为： t=139.51/ (3.01.3) =35.77 a25a 本设计第一水平的服务年限为 35.77a，是符合要求的。 参照煤炭工业矿井设计规范 ，我国各类井型和第一水平服务年限见表 3-1。 表表 3-1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限 第一开采水平服务年限（a）矿井设计 生产能力 （万 t/a） 矿井设计 服务年限 （a） 煤层倾角 45 600 及以上7035 3005006030 12024050252015 459040201510 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 19 页 4 井田开拓 4.1 井田开拓的基本问题 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。本矿井开 拓需要考虑的因素是： 1.镇城底矿区为在建的新矿区,规划开发有西曲和东曲,马兰(在建)及屯兰五对矿井, 总设计规模为 1650 万 t/a。屯兰井田内无生产小煤窑,仅在井田的北角古交镇附近有几 处很小。与四邻井田比较，本井田由于煤层埋藏较深，受小煤窑开采破坏程度最低，是 井田开发的有利条件之一。 2.本井田位于西山煤田西北部,按山西省构造体系的划分,太原西山煤田属新华夏构 造体系次一级多字型构造盆地的一部分,又位于祁吕贺山字型构造东翼内带的中部.阳曲- 孟县纬向亚带(即 3750-3820之间)西南端,太岳山经向构造北延处的东侧。按构 造形迹特征及其组合规律，初步将西山煤田划分为三个构造体系，即经向构造，新华夏 构造以及施枢构造。经向构造展布煤田向泰山式断裂展布在经向构造以东，呈带呈束出 现,煤田西北,东南有帚状构造展示。 3.井田位于马兰向斜东翼，受新华夏系泰山式断裂的控制，大面积地质走向北西 30-60 度，倾向南西，倾角膜 2-10 度，基本呈一伴有宽缓波状褶皱的单斜构造。断层多 分布在井田的西北部，呈地垒地堑赋存。 4.本矿井 3 号煤层赋存稳定，结构单一，地质条件简单，煤层倾角平均 7，平均 厚度 8.75 m，全区可采，为稳定煤层。结构简单，有 7 个钻孔发现有夹石，厚 0.031.25m。直接顶板为深灰色，厚 3m 左右的砂质泥岩，有少数孔伪顶为泥岩。老顶 是灰白色含黑色矿物较多的中粒砂岩，底板为 57m 的且有清楚波状层理及生物扰动构 造的细砂岩，常相变为灰黑色的砂质泥岩，有时为泥岩。 5.本井田为一波浪单斜构造，煤层倾角 35 度，地质构造复杂程度属于第二类构造 中等，褶曲不发育，鲜则背斜在西部边缘，对开采的影响教小；井田西南部地质构造复 杂，除东大岭向斜构造外还有小断层。 针对以上本设计采取以下措施： 主要运输巷道避免放在向斜轴部，采煤以综采为主，各采煤面平行于煤层布置，不 至于因断层切割使综采工作面频繁搬迁等。这些构造虽给局部开菜采带来一定困难，但 对整个井田的开发影响不大。 4.1.14.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标确定井筒形式、数目、位置及坐标 （一）井筒形式的确定 井筒的形式有立井、斜井和平峒三种。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井 最复杂。平峒开拓系统简单，施工方便，适用于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，上山部分的储量大致能满足同类井型水平服务年限要 求，其受地形埋藏条件限制较大。斜井开拓是利用直通地面的倾斜井巷作为主副井的开 拓方式，相比较立井开拓，井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度快，井 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计 第 20 页 筒施工单价低，初期投资少，井筒延伸施工容易，对生产干扰少，不易受底板含水层的 威胁。缺点是斜井井筒长、辅助提升能力少，提升深度有限，对采用串车提升的斜井， 井筒的倾角不宜大于 25。 立井开拓的适应性较强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制； 对于相同深度的矿井，立井的井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利， 而且立井的井筒断面较大，通风阻力小，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量 的要求，对深井更为有利；当表土层为富含水的冲积层或流沙层时，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，立井更能兼顾井田浅部和深部不同 产状的煤层。 （二）工业广场及井筒位置的确定 井筒是井下与地面出入的咽喉，是全矿井的枢纽。井筒位置不但要与地面生产系统、 工业场地布置相匹配，还要与开拓方式要相互协调。井筒的位置不仅直接影响建设和生 产初期的综合技术经济效益，并且对整个矿井生产期间都有重大影响，因此，井筒位置 一定要合理选择。 选择井筒位置时需要考虑以下主要因素和原则： 1.井下条件 在井田走向方向的储量中央或靠近中央位置使井田两翼可采储量基本平衡；在井田 倾斜方面：采用单水平开采时考虑上、下山合理的长度，井筒与运输大巷靠近，与井底 车场形成一体；多水平开拓时，要考虑各水平石门工程量总和最下的同时，首先考虑第 一水平的开采；开拓方式和井口位置选择时要考虑与初期移交达产采区的位置不能太远； 井筒应尽量避开或少穿地质及水文复杂的地层或地段；尽量减少井筒及工业场地煤柱数 量，特别是要少压或不压前期开采条件好的煤层。 2.地面条件 井筒位置应选在比较平坦的地方；井口标高满足防洪设计标准；井口要避开可能会 发生地面滑坡、岩崩、雪崩、泥石流等危险地区；工业场地要少占或不占良田且必须符 合环境保护的要求；井口位置要与矿区总体规划的交通运输、供电等布局相协调。 本矿井走向长度较大地势平坦,主副井筒布置在储量中央,且两井筒的地面标高大于 历年最高洪水位标高，该处地势平缓开阔，且有公路至拟新建井口附近，在其附近建立 主斜井地面工业场地。 主井、副井及回风井均布置在煤系地层二叠系上统龙潭组相对隔水层内。矿区地质 构造简单，稳定性较好。 设计储煤场布置在主井西南面，临时矸石堆放场布置