采矿工程毕业设计（论文）-淮北矿业集团石台煤矿1.5 Mta新井设计【全套图纸】

中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设 计 姓 名： 学 号： ：21056061 学 院： 应应 用用 技技 术术 学学 院院 专 业： 采采 矿矿 工工 程程 设计题目：石石 台台 煤煤 矿矿 1.5 Mt/a 新新 井井 设设 计计 专 题：复合复合顶顶板条件下回采巷道板条件下回采巷道锚锚杆支杆支护护技技术术 指导教师： 职 称： 副副 教教 授授 年 月 徐州 摘 要 本设计包括三部分：一般部分，专题部分，翻译部分。 一般部分为淮北矿业集团石台煤矿 1.5 Mt/a 新井设计，共分十章：矿 井概述及井田地质特征，井田境界和储量，矿井工作制度、设计生产能力 及服务年限，井田开拓，准备方式采区巷道布置，采煤方法，井下运输， 矿井提升，矿井通风及矿井基本技术经济指标。 石台矿区位于距离淮北市中心东约 15 km，矿区对外交通便利。区内地 势较为平坦，井田走向长度 7.0 km，倾斜方向长 3.5 km。面积为 21.39 km2。井田可采煤层 4#煤层厚度为 4.5 m， 。煤层倾角平均为 13。井田可采 储量为 134.61 Mt，新井设计生产能力为 1.5 Mt/a，服务年限为 64a。 石台矿工作制度为“三、八”制，一面保产。开拓方式为立井两水平 开拓，水平标高分别为-250 m，-700 m。矿井主井采用箕斗提煤，副井采用 罐笼作为辅助提升。工作面采用走向长壁采煤法，采用集中布置，工作面 斜长 196 m，采煤工艺为大采高一次采全高。运输大巷采用胶带运输，辅助 运输采用 1.5 t 固定式矿车运输。矿井采用采区式通风，主扇工作方式为抽 出式。 专题部分：复合顶板条件下回采巷道锚杆支护技术。 翻译部分：煤矿环保中的问题及对策。 关键词： 立井开拓； 综合机械化采煤工艺； 大采高； 走向长壁采煤法； 锚网梁支护。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 ABSTRACT This design contains three parts: the general part, the special part and the translated part. Huaibei mining bureau whose production capacity is 1.5Mt/a.It has ten chapters as follows: the outline of mine and mine field geology, boundary and reserves, working system and productive capacity and service life, development method of the mine, the main roadways, coal mining method and layout or roadways in working area, transportation of underground, mine lifting, mine ventilation and safety, main techniqueeconomic induces. Shitai Huaibei mining area is located in the city center from the east about 15 , outbound traffic to facilitate the mining area. Relatively flat topography of the region, the length of mine to 7.0 km, tilt the direction of long 3.5 km. An area of 21.39 km2. Mine coal seam to coal seam thickness of 4# 4.5 m,. Seam inclination averaged 13. Recoverable reserves for the mine 134.61Mt, the design production capacity of new wells 1.5Mt / a, length of service for 64 year. The working system is “3-8”. one productive places meet the requirement. The mode of development about the mine is shaft development. The mine has two levels, the first level locates in the level of 250 meters, the second in the level of 700 meters. The main shaft uses skip hoisting and the auxiliary shaft adopts cage hoisting. The working face adopts long wall retreating to the strike; its length is 196 meters. The technology of the working face is the top-coal caving mining. Flexible belt conveyor is used in the coal transportation., the auxiliary transportation uses 1.5t solid car. Mine ventilation using mining area, the main fan for the work out of style. the special part: Composite under the condition of roadway roof bolting technology the translated part: Problems and countermeasures of environmental protectlon in coal mines Keywords: vertical shaft development; fully-mechanized coal winning technology; large mining height; longwall mining on the strike; Roof bolting with bar and wire mesh. 目 录 一般部分一般部分 1 1 井田概述及井田地质特井田概述及井田地质特征征.1 1.1 矿区概况.1 1.2 井田地质特征.3 1.3 煤层特征9 2 井田境界和储量井田境界和储量.15 2.1 井田境界.15 2.2 矿井工业储量.15 2.3 矿井可采储量19 3 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限矿井工作制度、设计生产能力及服务年限.22 3.1 矿井工作制度.22 3.2 矿井设计生产能力及服务年限.22 4 井田开拓井田开拓.24 4.1 井田开拓的基本问题.24 4.2 矿井基本巷道.33 5 5 准备方式准备方式采区巷道布置采区巷道布置.44 5.1 煤层的地质特征.44 5.2 采区巷道布置及生产系统.45 5.3 采区车场选型.53 6 6 采煤方法采煤方法.56 6.1 采煤工艺方式.56 6.2 回采巷道布置.74 7 7 井下运输井下运输.79 7.1 概述.79 7.2 采区运输设备的选择.86 7.3 大巷运输设备选择86 8 8 矿井提升矿井提升.88 8.1 概述.88 8.2 主副井提升.88 9 9 矿井通风及安全技术矿井通风及安全技术.91 9.1 通风系统.91 9.2 采区通风.93 9.3 全矿通风阻力的计算.103 9.4 通风机选型.106 9.5 矿井灾害防治措施.110 10 设计矿井基本技术经济指标设计矿井基本技术经济指标.117 专题部分专题部分.119 复合顶板条件下回采巷道锚杆支护复合顶板条件下回采巷道锚杆支护.120 1T313 工作面地质概况.120 2 基本支护思想.122 3 锚杆支护理论.124 4T313 工作面巷道锚网索支护参数的确定.128 5 矿压检测方案.143 6 结论.144 参考文献参考文献.145 翻译部分翻译部分.146 英语原文147 中文翻译153 致致 谢谢.157 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 一 般 部 分 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 第 1 页 1 井田概述及井田地质特征 1.1 矿区概况 本部分将主要介绍石台矿区井田地质特征，包括矿井地层特征、可采 煤层特征、主要断层、综合地质柱状图等内容。 1.1.1 井田位置及范围井田位置及范围 闸河煤田位于安徽省北部，北起徐州市以南 6 km，南至濉溪县城。南 北长约 45 km，东西宽约 48 km，面积约 250 km2。 石台煤矿隶属安徽省淮北矿业集团有限公司，位于闸河煤田中部偏东， 西南距安徽省淮北市约 15 km，东北距江苏省徐州市约 40 km。 石台井田地理坐标：X=3762770 至 3770193，Y=39489294 至 39495239。南北长 3.3 至 7.5 km，东西宽 2.0 至 4.9 km。设计面积约 21.39 km2。 1.1.2 地形地貌地形地貌 石台矿区地势平坦，由于山系影响，呈东北偏高，西南偏低的平原地 形。矿区海拔标高：+32.0 至+36.5 m。 石台矿区内东有闸河、拦碱河，西有龙河，河流受季节影响。闸河、 龙河均由北向南流经该井田，拦碱河位于闸河西侧，为静水河。矿区东西 两侧有凤凰山、关山、萝卜山、程蒋山、方房山、香山。 1.1.3 交通条件交通条件 石台矿区内有矿区专用铁路线，向南经符夹线至符离集站，北接龙海 南连津浦可通往华东各工业城市。公路可直通徐州、宿州、阜阳等地区， 在矿区北侧 8 Km 可进入连霍高速公路，东临合徐高速公路，与全国构成交 通网路，对外交通颇为便利，交通位置如下图 1.1 所示。 1.1.4 自然地理自然地理 石台煤矿位于淮北平原中部，属季风暖温带，半湿润气候。夏季炎热 多雨，冬季寒冷多风，春秋两季气候暖和，年平均温度 14.5 度，一年之中 7、8 月份天气最热，最高温度一般为 35-40 度。12 月至次年 2 月天气最冷， 最低温度一般为零下 12 至 18 度。土壤冻结深 0.3 m。 石台矿年平均降水量 862.29 mm，降雨多集中在 6 至 8 月份的雨季。月 最大降水量 1500 mm。 石台矿区春夏季以东南、东风为主，冬季多北风。年平均风速为 3.1 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 第 2 页 m/s，其中月平均最大风速为 3.7 m/s。9 月份平均风速最小,为 2.4 m/s。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 第 3 页 图 1.1 石台煤矿交通示意图 1.1.5 水文地质水文地质 影响该井田的地表水系主要有东侧闸河、西侧龙河、闸河由北向南流 经该井田，洪水位一般为+35.90 m，历年（1982 年 7 月 22 日）的最高洪水 位为 36.586 m。拦碱河位于闸河西侧，为静水河，水位变化不大。龙河自 北向南流经该井田，洪水位一般为+31.36 m，历年（1982 年 7 月 22 日）的 最高洪水位为 32.26 m，另在龙河东侧有人工河道和塌陷积水。河流及塌陷 积水均受季节控制。 1.1.6 其它其它 1）供电：由马庄区域性变电所架 35 kV 线路两回路通至本矿工业广场 内东侧 35 kV 变电所，线路总长 15 km，导线型号：LGJ-70，线路电压 35 kV，双回路，供全矿用电； 2）供水：石台矿区所用水由塑里镇张庄村所建 4 口水源井，用 4 台 300RJC185-12 10 型水泵，通过管路向已建成的几座蓄水池集水，供应井 口及生活用水； 3）通讯：机关通讯室安装 1 台供电式电话总机 JGL8，通过 120 门分 机电话对石台地区，对井上下通讯联系； 4）地震：淮北地区位于苏鲁豫皖交界地区，东有庐大断裂，西有阜阳 麻城断裂，北有秦岭纬向构造带，南有宿南断裂（五河至利辛断裂） 。根据 全国地震烈度区划分和淮北地震局资料，石台矿区在 7 度范围内，以 8 级 烈度考虑其工程建筑。 1.2井田地质特征 1.2.1 井田的地形井田的地形 石台矿区地势平坦，由于山系影响，呈东北偏高、西南偏低的平原地形。 矿区海拔标高：+32.0 至+36.5 m。 矿区范围内，因煤层地下开采，造成地表塌陷水，塌陷最深可达 3.2 m，一般 2.3 m。塌陷区范围约 12 万 km2。 1）井田的勘探程度： 矿井投产前，井田内共施工钻孔 135 个，工程量 43610 m，网度为 6.8 个/ km2，投产后共施工钻孔 126 个，工程量 46835.95 m。见表 1.1。 2）普查： 石台井田原属 22 井田的一部分，于 1958 至 1962 年由安徽省地质局 325 队进行普查找煤，共施工钻孔 87 个，工程量 26577.72 m，并对其中 61 个钻孔进行了测井，并编制了 22 井田普查地质报告。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 第 4 页 3）精查： 1965 至 1966 年由原华东煤炭工业公司基本建设公司第三勘探队在闸河 煤田后石台孜勘探区进行精查勘探，其中有 48 个钻孔 17032.31 m 的工程量 落在现石台井田范围内，并对此 48 个钻孔全部进行了测井，1966 年由第三 勘探队提交了闸河煤田后石台孜勘探区精查地质勘探报告 。 表 1.1 历年钻探施工情况表 4）井田煤系地层概述： 石台井田位于闸河煤田的中部，所处大地构造位置为华北淮地台鲁西 隆起徐州褶断带的西侧，本区地层自上而下有第四系，二叠系，石炭系等。 第四系厚 32.0764.59 m，主要为松散砂和粘性土，下部全部为粘土和砂质 粘土。含煤地层下二叠统下石盒子组，厚度 180210 m，含 7、8、9 号煤 层。下二叠统山西组，厚度 120145 m，含 10 号煤组，石炭系太原群厚 125140 m，夹多层薄煤，没有开采价值。地质柱状图见图 1.2。 1.2.2 井田地层特征井田地层特征 由钻孔揭露本井田地层由老至新为石炭系、二叠系、第四系，其中石 炭系、二叠系为本区含煤地质，以下分述之： 1）中石炭统本溪组 C2b 假整合于中奥陶统老虎山组石灰岩之上，厚 2238 m，一般 30 m。上 部以浅灰灰白色隐晶质石灰岩为主、夹紫色泥岩；下部为灰白棕色，紫 色铝质泥岩。底部铁质结核较多。 2）上石炭统太原组 C3t 与本溪组整合接触，为一套海陆交互相沉积，厚 120145 m,平均 137.5 m。一般由十二层灰岩及薄层海相灰色细砂岩、粉砂岩组成，含不可 采薄煤 7 层。煤层总厚 3.74 m。顶部为一层厚 812 m 的黑色海相泥岩， 上部第一层灰岩为浅灰色结晶质，厚度稳定，一般 2 m 左右，是本区主要 施工日期/年钻孔数/个工程量/个施工单位备注 195819628726577.72325 队61 个测井资料 196519664817032.31皖煤三勘全部测井资料 197719815713697.34局勘全部测井资料 19823818084.66局勘全部测井资料 19841994197315.13局勘全部测井资料 1994178.09本矿全部测井资料 1997117660.73局勘全部测井资料 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 第 5 页 标志层（K1）之一。 3）下二叠统山西组 与下伏地层整合接触。为一套以砂岩、粉砂岩为主夹泥岩、煤层的过 渡相沉积，厚 110182 m，一般为 135 m ,含 6、7 两个煤组，煤层总厚 0.79 m ,6 煤层局部可采，7 煤不可采。7 煤组以下主要为灰色粉砂岩，76 煤组间主要为灰白色细中粒砂岩。水平层里发育，呈片状，系 6 煤层底部 良好标志之一。6 煤组以上为灰白色细中砂岩，夹粉砂岩，上部 1015 cm，多为灰绿色，紫红色泥岩、粉砂岩，无层理。 4）下二叠统下石盒子组（P2/1xs） 与山西组整合接触，厚 170230 m,一般 195 m，大致可分为上下段;下 段为主要含煤层，厚 80110 m,一般 90 m，底部为浅灰灰白色铝质泥岩， 无层理，层位及厚度稳定，系良好标志层（k2）之一。中部以深灰色泥岩 及含菱铁质细砂岩为主，含主采煤层 4 煤层和局部可采煤层 2、3、5 煤层， 煤层总厚 5.37 m。上段厚 80120 m,主要由灰、紫色泥岩、粉砂岩组成， 局部为中细粒砂岩。底部常发育一厚度为 815 m 的灰白色中粒砂岩。 5）上二叠统上石盒子组（P1/2ss） 与下伏地层整合接触，总厚度大于 663.5 m，为一陆相沉积。底部为一 厚 1263 m，一般 40 m 的灰白色中粗粒砂岩。硅钙质胶结，坚硬，为区内 主要标志层（K3)之一。下段厚 230280 m，以灰绿色碎屑为主，夹杂色泥 岩，含薄煤 23 层，煤层总厚度 0.65 m，仅 1 煤层局部达可采厚度，无开 采价值。上段厚度大于 390.3 m，上部为灰白暗紫色粗巨粒砂岩，含砾 石，成分复杂；下部以细碎屑岩为主，稍具鲕状结构，夹杂色斑块等。 6）第四系（Q） 与下伏地层不整合接触，厚 2373 m，一般 40 m，由北向南、由东向西渐 厚。上部为棕红色、灰色粘土及砂质粘土；中部由粘土和粉砂组成，夹细、 粉砂 34 层，厚 48 m;下部为棕黄色、桔红色粘土夹砾石，厚 637 m , 一般 23 m，岩性均一，塑性较好，分布稳定，并含大量砾石和钙质、铁锰 质结核。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 第 6 页 6 6 7 1 2 K1 （M） 最小-最大 煤层厚度 一般 标志 层 煤层 最小最大 （M） 编号 岩 性 描 述 水 文 特 征 备 注 一般 界系 统 组 下 生 界 中 统 本 溪 组 奥 陶 系 22-38 30 120-145 137.50 太 原 组 上 统 石 炭 系 山 西 组 45-60 50 65-100 75 下 统 下 石 盒 子 组 23-46 33 5.00 （K） 4 5 152-200 165 K 3 系 下石盒子砂岩含水组（3煤含水组） 以细-中粒砂岩为主，由2煤层顶板第一层 砂岩到铝土 泥岩间的砂岩厚度16-45米， 一般为25米，3煤顶砂岩分 布不稳定，多 数为薄层粉砂岩、砂质泥岩，该含水组砂 岩裂隙不发育，钻孔单位涌水量0.00005 -0.00624升/秒 米，水质为CL-NA型或CL- HCO-NA型。 山西组砂岩含水组（6煤含水组） 以细砂岩为主，砂岩厚度15-50米， 一般25米，为6 煤层直接顶板砂岩，裂隙 不发育，钻孔单位涌水量 0.0773公升/秒 米。 般25米，下部泥岩厚度8-12 米，岩性致密，隔水性能 强，分布稳定， 是一良好隔水层。 山西组底部隔水层 以粉砂岩，砂质泥岩，泥岩组成，厚 度20-40米一 山西组灰岩含水组 以灰岩裂隙，溶洞为主的含水组，灰 岩厚度55-60 米，自上而下共12层，3、4、 12层较厚，单层厚度最 大者达15-25米，2 -4层灰岩露水，裂隙，溶洞一般在 浅部盆 地边缘较发育，富水性强， 向深部逐渐减 弱， 钻孔单位涌水量0.003-2.23公升/秒米， 水质类型为 HCO-SO-MG-NA型水，水量较为丰 富，水质良好，是矿主要供水水源。 34 以灰、灰绿色富含菱铁质鲕子的泥岩、粉砂岩为主，局部 为灰灰白色细中粒砂岩，本段含煤2-3个层位（4号煤）。 富含完整的植物化石Calamites sp（芦木 ）Annularia sp（轮叶） Annularia mucronata schenk（短尖头轮叶） Lobatannularia ensifolia（Halle）（剑形瓣轮叶） l-sinensis（Halle）（中国瓣轮叶） Sph nophllum sp（楔叶） s-sino-corcanum yabe（中国楔叶） Gigantopteris exgy nicotianaefolia schenk Pecopteris sp（栉羊齿）。 Neuropteris sp（脉羊齿）等。 2煤层（7）以上常为紫夹灰黄色含菱铁质鲕状泥岩，中 部以深灰色泥岩及含菱铁质细砂岩为主，底部为湖泊相浅灰 色铝土泥岩（K2）。 含2、4、5三个煤组，为主要含煤段。产植物化石 Annulara stellata（s）wood（星状轮叶） Gigantopteris sp（大羽羊齿） G affnicotianuefolia schenk（稍象烟叶大羽羊齿） pecopteri sp（栉羊齿） parcuata Halle（弯脉栉羊齿） Plagiozamites Oblongifolius Halle（长椭圆扭羽叶） lobatannularia lingulata Halle（舌形瓣轮叶）。 6煤组（10）以上以灰白色细中粒砂岩为主，夹粒砂岩， 6-7（11）煤组间由砂、泥岩互层及细中粒砂岩组成，7煤 组以下主要为灰色粉砂岩。本段含6、7两个煤组，其中6煤组 6-1、6-2煤层为局部可采煤层，7煤组有12个层位，均不可 采。 含植物化石 Pecopteris arcata Halle（弯脉栉羊齿） Sphenopteris cf taiyuanenss Halle（象太原楔羊齿） Alethopteris norinii Halle（那林真羊齿） taeniopteris multinerris weiss（多脉贷羊齿） lepidodendron posthumi jetct（博茨须鳞木） Cordaites principalis（Germ）HBGein（首要科达狄） Tingia hamaguchii Kon no（口丁氏蕨） Emplectopteridium alatum Kawasakii（翅状准羊齿） 由12层石灰岩及薄层海相灰色细砂岩与粉砂岩组成，底部 为含铝质泥岩，石灰岩厚度大于8米者有3、4、12层，其中4灰 最厚（1520米），含燧石的石灰岩有4、9、10、12层。 本组含煤7层，一般薄而不稳定，不可采，其中9、12灰下的 煤层稍好，顶部1灰为标志层（K1），顶部第一层灰岩含化石丰 富有： Dictyoclstus taiguanensis（太原网格长身贝） Linoproductus Simensis（西门线纹长身贝） Overtonia SP（欧尔通贝） ？Marginifera SP（？围胥贝）以及海百合菜等。 底部几层灰岩含化石有： Aronia SP Ouasifusulima longissima（hoeller） Schiuagerina Valide lee Pseudoschuagerina SP 本组石灰岩一般为灰灰白色，隐晶质、致密，灰岩间为紫 色泥岩，灰岩；下部为灰白棕色、紫色铝质泥岩，底部含铁质 结核较多，石灰岩含化石有： Pusulina Cylindrica Fusulina bocki等。 以棕黄、灰褐色厚层石灰岩为主，夹薄层 状泥灰岩，顶部数层稍含燧石结核。 地层系统 岩 性 柱 状 1：1000 2 0.13-1.07 0.51 4.3-5.7 4.5 1.7-2.9 2.2 2 间距 图 1.2 石台煤矿地质柱状图 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 第 7 页 1.2.2.1 地质构造地质构造 石台井田位于闸河复式向斜的中部，张庄向斜西翼，主体构造为张庄 向斜。以 Fj2 断层为界，南部以褶曲为主，北部以断裂为主。区内岩浆侵蚀 范围广泛，主要侵蚀 Fj2 断层以东的大部分地区。 1.2.2.2 褶曲褶曲 井田只有一条张庄向斜，位于井田东部，轴向 N326E，轴向 SE 倾 斜，枢纽起伏，东陡西缓，东翼地层倾角 4575，西翼地层倾角 525，其核部地层为上石盒子组，北部因 F3 断层轴向呈弧形弯曲，为 一不对称向斜盆地，此褶曲贯穿全井田。 1.2.2.3 断层断层 井田有 1、2 两条大断层。1 断层是正断层，倾角在 3050，落差 1535 m；2 号断层是正断层，倾角为 4060，落差为 2045 m。另 有两条小断层，落差都在 715 m。 1.2.2.4 岩浆侵入活动和岩溶塌陷岩浆侵入活动和岩溶塌陷 井田内岩浆岩分布范围广泛，岩石种类以辉绿玢岩为主，次为花岗斑 岩。各类岩石分布规律是：辉绿玢岩主要分布于井田东部及中部 13 线以东 地区，花岗斑岩分布于井田 13 线以北，岩浆岩在煤层中呈床状、透镜状、 串珠状、岩墙状及其它不规则分布，垂向上可有多层。 岩浆通道主要受井田东部大的 NNE 向构造带控制，区内 NE 向大断裂 两侧岩浆岩的厚度与分布范围有明显差异，井下生产中实见小断层切割岩 浆岩的现象，说明岩浆侵入在断层形成之前，从 Fj2 及 F4 断层两盘岩浆岩 分布情况也说明了这一点。到目前为止尚未发现岩浆顺断层侵入的例证。 1.2.3 水文地质水文地质 根据以往勘探阶段的简易水文观测，抽水实验成果及生产中实际水文 地质资料的分析，将井田自上而下划分为 6 个含水组和 2 个隔水层。 1.2.3.3 主要含水层特征主要含水层特征 1）第四系全新统孔隙含水组 以粉砂、细砂为主，砂层厚度 48 m,中间被砂质粘土或粘土砂层分 隔成 34 层，多呈透镜状分布，水力性质为承压水，地表以下 56 m 为 潜水。砂层含水组钻孔单位涌水量为 q=0.24 ml/s，渗透系数 k=12 m/d， 水质类型为 HCO3 -CL -Ca-Mg型。 22 2）风氧化带含水组 以风化砂岩裂隙为主，厚度 15 m 左右。该组富水性大小与基岩露头的 岩性、裂隙发育程度有关。一水平生产时，浅部突水点水量较大，就是受 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 第 8 页 到风氧化带水的影响。 3）石盒子组上段裂隙含水组 以中粗粒砂岩为主，顶部为一厚层粗砂岩（K3）,裂隙较发育，钻孔揭 露时有漏水现象，漏失量 13 t。 4）石盒子组下段（3 煤）裂隙含水组 以中、细砂岩为主，砂岩厚度 1545 m，一般在 25 m 左右，从 3 煤层 顶板第一层砂岩到铝质泥岩间的砂岩所组成。3 煤层顶板砂岩分布不稳定， 多数为粉砂岩、细砂岩互层。该含水组砂岩裂隙不发育，富水性较弱。钻 孔单位涌水量 q=0.0000850.0624 ml/s.m，渗透系数 k=0.000470.202 m/d，水质类型属于 CL -Na 或 CO-CL -Na 型。 2 3 5）山西组裂隙含水组（6 煤层含水组） 以中、细粒砂岩为主，厚度 1550 m，一般 25 m 左右，为 6 煤层的直 接顶板，裂隙不发育，富水性弱，钻孔单位涌水量 q=0.077 ml/s.m，水质类 型属于 HCO -SO-Ca-Mg型水。该组水量较为丰富，水质量好，是工 3 2 4 22 业广场和工人村饮用水的水源。 1.2.3.3 主要隔水层特征及隔水性能主要隔水层特征及隔水性能 1）第四系更新统隔水层 以粘土、砂质粘土及粘土、砂质粘土夹砾石或者钙质结核组成，厚度 637 m，一般 23 m，该层分布较为稳定，而且粘塑性好，同时又与砾石或 钙质胶结紧密，隔断了风氧化带含水组和全新统孔隙含水组之间的水力联 系。 2）山西组底部隔水层 以黑色泥岩、粉砂岩及泥岩互层为主，厚度在 25 m 左右，岩性致密， 隔水性能较强，分布较稳定，为太原组与山西组之间的良好的隔水层。 1.2.3.3 各含水组之间的水力联系各含水组之间的水力联系 从上述各含水组、隔水层的划分可见，水量较为丰富的含水组有三个： 第四系全新统孔隙含水组、石盒子组中上段裂隙含水组和太原组裂隙岩溶 含水组。第四系全新统孔隙含水组受大气降水和地表水的影响比较大，地 表水和大气降水是该含水组的主要补给水源，但由于在全新统含水组与基 岩之间有更新统隔水层，这样就隔断了全新统含水组与以下各含水组之间 的水力联系，所以大气降水及地表水对煤系地层没有直接影响。 石盒子组上段裂隙含水组的水量为静储量，没有外界补给水源，随着 出水时间的增长，而被逐渐疏干。 太原组灰岩岩溶含水组富水性很强，水压较大，但有太原组顶部黑色 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 第 9 页 泥岩隔水层，隔断了灰岩水与上部各含水组之间的水力联系。灰岩水对 3 煤层开采是没有影响的，但在该矿后期开采 6 煤层时，太灰水应该引起注 意。 1.2.3.4 矿井涌水量矿井涌水量 矿井生产初期涌水量：90.8246.9 t/h，平均涌水量 110 t/h。随开采范 围和深度的增加，涌水量有增大的趋势。在生产初期（19761983） ，涌水 量增大的比较明显，但在 19841988 年，涌水量反而减少，估计是砂岩水 补给不足的缘故。 1）断层导水情况 该矿井揭露的断层大都为正断层，说明形成断层的应力为拉应力。该 矿井的断层导水性差异很大，Fj2 断层是该井田的一条落差 2045 m 的正 断层，该断层沟通了 4 煤层顶底板砂岩裂隙含水组，但在实际揭露时，并 没有大的断层水出现。 2）矿井水文地质类型 从上述内容可知，该矿井主要充水岩层是受采掘破坏或影响的 4 煤层 顶底板砂岩裂隙含水组，含水组充水裂隙稍发育，补给条件一般。采掘工 程有时受水害影响，但不威胁矿井安全，防治水工作易于进行。根据煤炭 部一九八四年五月颁发的煤矿水文地质类型分类依据，该矿井水文地质类 型属于中等型。 1.3 煤层特征 1.3.1 地层的含煤性概述地层的含煤性概述 井田内含煤地层为石炭、二叠系，以二叠系下石盒子组为主，山西组 次之，区内煤系地层总厚 113 m，含煤 22 层，其中以 4#煤层主采， 1、2、3、5、6、7 煤层零星或局部可采，煤层总厚 9.51 m，含煤系数为 0.84 %。 1.3.2 主要煤层特征主要煤层特征 1）二叠系上石盒子组煤层 1#煤层 该煤层位于 K3 砂岩之上 10.623.4 m，一般 15 m 左右，距 3 煤层之 上 190230 m，一般 210 m 左右，井田内共有 86 个钻孔穿过其层位。井田 内见煤点共 12 个，煤厚 0.141.09 m，平均 0.65 m，变异系数为 60 %。1 煤层为极不稳定的薄煤层，仅见零星可采点。 2）二叠系下石盒子组 （1）2#煤层 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 第 10 页 该煤层位于 K2 铝质泥岩之上 3555 m，一般为 45 m，下距 3 煤层 15 m 左右，井田内共有 195 个钻孔穿过其层位，见煤点 95 个，占 49 %， 煤厚 0.131.07 m，平均煤厚 0.55 m，可采点只有 11 个，占见煤点的 12 %，可采点平均煤厚 0.96 m。为极不稳定零星可采之薄煤层。煤层局部受 岩浆侵蚀影响变为天然焦。 （2）3#煤层 该煤层位于 2 煤层之上，位于 K2 铝质泥岩之上 3045 m，一般 38 m 左右，井田内共有 196 个钻孔穿过其层位，其中见煤点达 92 个，见煤点 占 46%.煤层厚 0.00.74 m，平均煤厚 0.45 m，可采系数 0.07 %，可采范围 内煤层变异系数为 86.5 %，3 煤层为极不稳定的薄煤层，仅见零星可采点。 。 （3）4#煤层 该煤层为井田内主要可采煤层，主要分布于井田 23 线以南，其次 是 12 线中部，井田内共有 196 个钻孔穿过其层位，其中见煤点 192 个，占 97.9 %，煤层厚 4.35.7 m，平均煤厚 4.5m，可采指数为 0.92 %，煤层结 构简单复杂。可采范围内煤层变异系数为 17.7 %，为较稳定的厚煤层， 是本矿的主要可采煤层。 (4) 5#煤层 该煤层位于 K2 煤层之上 13 m 左右，而在 971 孔等附近仅 6 m 左右， 主要分布于井田东北部、西南部和东部。井田内穿过 5 煤层位的钻孔有 190 个，其中见煤点 176 个，占 94.3 %，煤层厚 1.72.9 m，平均煤厚 2.2m， ，煤层结构复杂。可采指数为 0.91 %，变异系数为 18.9 %，属稳定局 部可采中厚煤层。 3）二叠系山西组煤层 本煤层含 6#煤，其中 6#煤组为局部可采煤层。6#煤层位于山西组中部， K1 灰岩之上 5565 m，一般 60 m，主要分布于井田的西南部，其次是井 田北部，井田内有 112 个钻孔穿过其层位，见煤点仅 62 个，占 55 %，煤层 厚 0.102.08 m，平均煤厚 0.66 m，达可采者 20 个，占 32 %，煤层结构简 单，由于古河流冲刷，使煤层变薄或尖灭。6 煤层平均厚为 0.41 m，可采指 数为 0.19 %，变异系数为 89.6 %，属极不稳定局部可采薄煤层。 4）石炭系太原组煤层 区内控制钻孔较少，共计 7 个钻孔，且资料不全，仅有 3 个钻孔穿过 太原组地层，其余只穿过 2 灰或 3 灰，就见煤情况简述如下：井田内共含 太原组煤层 7 层，煤厚 0.20.79 m，在 3 灰、89 灰、12 灰下均有个别见 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 第 11 页 煤点，煤厚分别为 0.73 m、0.96 m 和 0.73 m，其余皆为不可采煤层。煤层 结构简单，但因该组煤层埋深大，地压高，就现有生产技术条件，煤层开 采经济价值不大。 1.3.3 煤层顶底板煤层顶底板 1#煤层：顶底板多为泥岩、粉砂岩。 2#煤层：顶板为泥岩或粉砂岩，其上以灰白色中细粒长石、石英砂岩为 标志，底板为泥岩。 3#煤层：顶板一般为泥岩或粉砂岩，夹有薄层细砂岩，局部顶板为细砂 岩，底板为泥岩。 4#煤层：顶板一般为泥岩、砂质泥岩，部分为细砂岩，底板为泥岩。 5#煤层：顶板为厚中、细砂岩或条带状泥质胶结的细砂岩，底板为泥岩。 6#煤层：顶板为中厚层的中、细粒砂岩，底板为波纹状的条带状沙岩。 各可采煤层特征见表 1.2。 表 1.2 可采煤层特征表 煤层及 标志层 煤层 结构 稳定 程度 顶板 岩性 底板 岩性 层间距范围 平均值 可采性 1简单 极不 稳定 泥岩 粉砂岩 泥岩 10.623.38 14.78 不可采 K3 130189.41 159.6 2 煤层简单 极不 稳定 泥岩 粉砂岩 粉砂岩 泥岩 5.5525.10 15.51 不可采 3 煤层 简单 复杂 极不 稳定 泥岩 泥岩不可采 4 煤层简单稳定 砂岩 泥岩 泥岩11.230.79可采 5 煤层简单 较 稳定 泥岩 粉砂岩 泥岩 粉砂岩 2.2717.87 9.3 局部 可采 K2铝质 泥岩 54.391.50 71.94 61煤层简单 极不 稳定 粉砂岩 砂岩 粉砂岩条 带状砂岩 2.8214.24 6.06 局部 可采 62煤层简单极不粉砂条带泥岩粉砂30局部 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 第 12 页 稳定状砂岩岩可采 7 煤层简单 极不 稳定 粉砂岩 砂岩 砂岩20 1.3.4 煤质煤质 1）煤质概述 区内煤层因受区域变质影响及岩浆侵入接触变质影响，煤类以焦煤为 主，其次为贫煤、瘦煤、无烟煤；煤层部分受岩浆侵蚀严重，成为天然焦。 2）各煤层分述 （1）2#煤层 2 煤层受岩浆侵入影响范围很小，除个别孔（构 1 孔等）受岩浆侵蚀影 响变质程度增高为瘦煤外，其余一般为焦煤。2 煤黑色发亮，油脂光泽，属 光亮型煤，其性脆，参差状、贝壳状断口。属低硫、低磷、中等灰分、粘 结性和结焦性较好的煤层，可作为炼焦用煤。 （2）3#煤层 3 煤层以焦煤为主，其次有肥煤、贫煤、瘦煤、无烟煤等，另有大面积 的天然焦。 （3）4#煤层 以焦煤为主，其次是瘦煤。焦煤在井田广泛分布，其物理性质和煤岩 特性：黑色发亮、光亮型、油脂光泽，煤岩成分以亮煤和镜煤为主，其中 夹有暗煤和丝炭的透镜体，一般条带结构不明显，近似均一结构，内生裂 隙发育，脆度较大，机械强度小，易于破碎，常具贝壳状断口。瘦煤仅分 布于井田西部边缘及 1 线中部，厚度不足 0.7 m,其余为焦煤。灰分（Ad）中 灰为主，灰分 Ad=6.8155.10 %，平均 22.38 %，一般 23.5 %。发热量 （Qb.d）：Qb.d=13.8936.77 MJ，平均 29.26 MJ。磷（Pg）：小于 0.0044 %.灰 渣：SiO2+AL2O383 % 贫煤和瘦煤在区内分布较少，厚度较小，一般位于岩浆岩和天然焦附 近，灰分为 23.2727.62 %，硫含量低，磷含量小于 0.05 %，原煤发热量 为 27.0925.17 MJ/Kg，可作为动力煤。 无烟煤和天然焦质硬、容重大，平均在 1.8 t/m 以上，着火点高。主要 3 分布于井田东部，在井田的东部边缘也有分布。灰分 Ad=23.6327.41 %， 挥发分 Vdaf=5.987.2 %；发热量 Qb.d=22.6925.27 MJ/Kg.粘结性丧失，可 作为民用或化工用煤。 （4）5#煤层 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 第 13 页 以焦煤为主，仅 12 个钻孔见有肥煤和瘦煤，灰分 Ad=13.148.79%；平均 27.38 %，井田西部一般在 20 %以下，其余一般在 25 %以上；挥发分 Vdaf=21.428.62 %，平均 25.62 %；发热量 Qb.d=21.9224.28 MJ/Kg。有害杂质含量低，属中灰煤，可作为炼焦用煤。 （5）6#煤层 6 煤层变质程度较低，仅 14-2 孔见有岩浆侵入，煤类为无烟煤和低级 天然焦，其余大部分为焦煤。可采部分以焦煤为主，灰分 Ad=11.6933.57 %； 平均 18.16 %，挥发分 Vdaf=18.828.05 %，平均 20.07%；发热量 Qb.d=23.5531.79 MJ/Kg。平均 28.97 MJ/Kg.。大部分为中灰，少数为富灰 （13 线）间，低硫、低磷。 1.3.5 瓦斯赋存瓦斯赋存 1）矿井瓦斯等级 石台煤矿-450 m 水平以上相对瓦斯涌出量在 4.3 m/t 以下，绝对瓦斯 涌出量为 16 m/min,预计-450m-700 m 水平瓦斯相对涌出量有增大现象， 但相对涌出量45 6.0 及以上6035- 3.05.05030- 1.22.440252015 0.450.930 201515 0.090.3各省自定 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 第 26 页 4 井田开拓井田开拓 4.1 井田开拓的基本问题 井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向井下开拓一系列巷 道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。 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，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。 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需 认真研究。 1）确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置； 2）合理确定开采水平的数目和位置； 3）布置大巷及井底车场； 4）确定矿井开采程序，做好开采水平的接替； 5）进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造； 6）合理确定矿井通风、运输及供电系统。 确定开拓问题，需要根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多 条件，经全面比较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循以 下原则： 1）贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，在保证生产可靠和安全的 条件下减少开拓工程量；节约基建投资，加快矿井建设； 2）合理集中部署，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）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新 工艺、发展采煤机械化、综掘机械化、自动化创造条件。 4.1.1 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 1）井筒形式的确定 井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单斜井 次之，立井最复杂。 中国矿业大学 2009 届本科生毕业设计（论文） 第 27 页 平硐开拓受地形埋藏条件限制，只有在地形条件下合适，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 储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。 斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单， 掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、 井底车场及硐室都比立井简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易 受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型 矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一旦发生透水事故等， 人员可迅速从井筒撤离。缺点是:斜井井筒长期辅助提升能力少，提升深度 有限；通风线路长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙 层施工技术复杂。 立井开拓与不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自燃条件的限 制，在采深相同的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅 助提升特别有利，井筒断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需 风量的要求、且阻力小，对深井开拓极为有利；当表土层为富含水层或流 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，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工技术 复杂，需要设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢， 基本建设投资大。 2）井筒位置确定原则: 井筒是井下与地面出入的咽喉，是全矿井的枢纽。井筒位置的选择对 于建井期限、基本建设投资、矿井劳动生产率以及吨煤生产成本都有重要 影响，因此，井筒位置一定要合理选择。 选择井筒位置时要考虑以下主要原则： （1）有利于井下合理开采； （2）尽量不压煤或少压煤； （3）有利于掘进与维护； （4）便于布置地面工业场地。 另外，井口标高应高于历年的最高洪水位；还要考虑风向的影响，防 止污染。总之，选择井筒位置要统筹井田全局，兼顾