赵固一矿矿井初步设计

摘 要本设计是根据河南煤化焦煤集团赵固一矿的实际情况进行的初步设计。设计的井田面积约43.842，矿井年产180万吨，井田内煤层赋层较深，倾角较小，平均厚4.5m，地质结构简单，瓦斯涌出量相对较小，煤层无自然发火倾向，矿井涌水量大。设计采用立井开拓方式，采用条带式准备方式，采用倾斜长壁采煤方法，综合机械化的回采工艺，主要对矿井开拓方式、准备方式、采煤方法进行了初步设计，对矿井运输、通风、排水等生产系统进行了设备选型计算，对矿井各个生产系统的生产过程进行了描述，并对矿井各个生产系统和各生产环节之间的相互联系和制约关系进行了有关说明。在设计过程中，尽量采用先进的技术和设备，提高矿井的机械化装备水平和生产效率。目 录目 录1前 言11 矿区概况及井田地质特征21.1 矿区概况21.1.1、位置与交通21.1.2、地形地貌及水系21.1.3、气象及地震31.1.4、矿区经济概况31.1.5、矿区内矿井生产建设情况31.1.6、水源及电源情况31.2 地质特征41.2.1地层41.2.3、煤层与煤质61.2.4、水文地质81.2.5、其它开采技术条件121.2.6、勘探程度及矿井资源条件评述142 井田境界及储量162.1 井田境界162.1.1、矿区范围与井田划分162.1.2、井田境界162.2 井田储量172.2.1、矿井工业储量172.2.2、矿井设计储量182.2.3、矿井设计可采储量202.3 矿井设计生产能力及服务年限202.3.1、矿井设计生产能力及服务年限202.3.2、矿井工作制度213 井田开拓233.1 概述233.2 井田开拓233.3 井筒特征343.3.1井筒形式和数目的确定343.3.2井筒位置的确定343.3.3井筒用途、布置及装备353.3.4井筒施工方法393.3.5井壁结构和厚度403.4 井底车场403.5 开采顺序及采区回采工作面的配置443.6 主要开拓巷道443.6.1巷道断面及支护形式444.准备方式474.1 概述474.1.1 煤层的埋藏条件474.1.2 带曲煤层特征474.1.3 顶底板特性474.1.4 水文地质情况474.1.5 地质构造484.2准备方法484.2.1带区数目及首采带区位置484.2.2 东一带区参数484.2.3 带区巷道布置494.2.4带区生产系统494.2.5 带区内巷道掘进方法514.2.6 带区生产能力及采出率524.3带区车场选型设计535 矿井通风与安全545.1 矿井通风系统的选择545.1.1矿井概况545.1.2主要通风机工作方法的确定545.1.3矿井通风系统的基本要求555.1.4矿井通风类型的确定555.1.5带区通风系统的要求575.1.6回采工作面通风方式575.2 风量计算及风量分配595.2.1 工作面所需风量的计算605.2.2 备用面所需风量的计算625.2.3 掘进工作面需风量625.2.4 硐室需风量625.2.5 其它巷道所需风量635.2.6 矿井总风量635.2.7 风量分配645.3 全矿通风阻力计算645.3.1计算原则645.3.2确定矿井通风容易时期和困难时期655.3.3矿井最大阻力路线和通风网络图655.3.4 矿井通风总阻力705.3.5矿井通风总阻力725.3.6 两个时期的矿井总风阻和总等积孔725.4 扇风机选型735.4.1 选择主扇735.4.2电动机选型786矿井安全技术措施796.1煤尘爆炸的防治措施796.2沼气爆炸的防治措施796.3沼气与瓦斯突出的防治措施806.4矿井水灾的防治措施806.5矿井火灾的防治措施806.6矿山污染的防治816.6.1大气污染816.6.2废水排放816.6.3固体废弃物排放816.6.4噪声污染816.6.5矿山污染源的防治81参考文献81结 论82致 谢835前 言本次毕业设计是根据河南煤化焦煤集团赵固一矿矿井生产图纸和资料，并作了一些改动以后，对矿井进行的初步设计。本设计以实践教学大纲及指导书为依据，严格按照安全规程的要求，对矿井的开拓、准备、运输、提升、排水、通风等各个生产系统进行了初步设计。采矿工程毕业设计是采矿工程专业全部教学进程中的最后一个环节。作为一次综合性的知识技能考查，使学生学会自我思考、自行设计。设计的过程就是一个不断认识和学习的过程。在设计过程中，把所学的理论知识与实践经验综合起来应用。在本次设计过程中，认真贯彻矿产资源法、煤炭法煤炭工业技术政策、煤炭安全规程、煤炭工业矿井设计规范以及国家其它发展煤炭工业的方针政策，力争自己的设计成果达到较高水平。在设计过程中，依靠技术进步，采用国内外先进技术和经验，全面提高矿井机械化和自动化水平，实现“一井一面”；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，给矿井生产创造有利的条件。由于时间关系和设计者水平有限，设计中失误之处在所难免，敬请审阅老师给予批评指正。831 矿区概况及井田地质特征1.1 矿区概况1.1.1、位置与交通 焦作煤业(集团)有限责任公司赵固一矿位于焦作煤田东部、太行山南麓，行政区划隶属辉县市管辖，其地理坐标为东经11333001134419，北纬352309352800。井田中心东南距新乡市39km，西南距焦作市50km，东北至辉县市17km，南距获嘉县20km，其间均有公路相通。井田南距新（乡）焦（作）铁路获嘉车站21.5km，西南距焦作矿区专用铁路古汉山车站20 km。新乡至辉县吴村762窄轨铁路在井田内东西向穿过，交通十分便利。附：交通位置示意图1-1-1。交通位置示意图1-1-11.1.2、地形地貌及水系本区属于太行山前冲洪积平原，地面海拔标高75100m ，全区呈北 图1-1-1 交通位置示意高南低缓慢倾斜地势，地形简单，自然坡度58。本区属海河流域卫河水系，区内主要河流有：清水河、黄水河、石门河。矿区北部的太行山岩层裸露，接受降雨补给后在河谷地带形成许多岩溶大泉，并成为河流的发源地，多数河流上游河段有水，距山口1020km开始漏失或全部漏失，成为煤矿的主要充水水源。1.1.3、气象及地震本区属暖温带大陆性气候，年平均气温14.114.9。年平均降水量580600mm，降雨集中在七、八月份，约占年降水量的70%以上。年蒸发量16802041mm，最低气温-8.1，最高气温38.6，夏季多东南和南风，冬季多西北和北风，年平均风速2.37m/s，最大风速18m/s。河南省地震局资料记载，本区最大一次地震是1587年4月10日发生在修武县的六级地震，基本烈度为度。1.1.4、矿区经济概况本区矿产资源丰富。矿区工业以煤炭、电力、冶金、耐火材料为主，矿区农业以种植小麦、玉米、红薯等为主，经济作物主要有烟叶、花生、棉花、药材。另外，太行山区旅游业发展势头迅猛，云台山、八里沟等风景名胜全国知名，带动了地区经济的发展。矿区所在辉县市，现有耕地面积88万亩，人口75万，辖11镇15乡，534个行政村1450个自然村。1.1.5、矿区内矿井生产建设情况区内煤层被新近系、第四系巨厚冲积层覆盖，属全掩盖型煤田。煤层埋藏较深，需要特殊方法建井，建井条件复杂，故区内现无生产小井，仅有程村一座在建矿井。吴村煤矿程村矿井（在建矿井）：位于矿区西北部F14F15断层之间，与赵固一矿井田相邻。隶属辉县市管辖，建成后接替现有吴村煤矿。矿井设计规模0.45Mt/a，开采二1煤层，煤层厚度平均4.21m，倾角35，煤质属低中灰、特低硫、低磷、中高发热量的优质三号无烟煤。开采技术条件简单，属低沼、煤层不易自燃、煤尘无爆炸性，构造复杂程度为中等偏简单类型，水文地质条件为中等类型。1.1.6、水源及电源情况井田内可供选择的水源有：新近系中部承压水以及处理后的矿井井下排水。利用地下水水质易保证且处理简单，利用矿井排水符合节水政策，因此，设计中两个水源均考虑利用，建井初期生产及生活用水利用新近系砂砾石层地下水，矿井生产期间生产、生活及选煤厂洗煤用水利用处理后的矿井排水。井田周围有李固110kV变电站和冯营250MW自备电厂以及冀屯110kV变电站，相距本矿井分别为22km、27km和3km，为确保矿井供电质量及可靠性，设计利用李固110kV变电站和冯营250MW电厂作为矿井双回供电电源。1.2 地质特征1.2.1地层本区为新近系、第四系全掩盖区，钻孔揭露地层由老到新为：奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组与下石盒子组、新近系、第四系。其中石炭系上统太原组和二叠系下统山西组为主要含煤地层，地层从老到新分述如下：1、奥陶系中统马家沟组（O2m）以深灰色巨厚层状隐晶质石灰岩为主，致密坚硬，裂隙发育，多充填方解石。本组实际厚度大于400m，揭露厚度2.25-100.41m，平均21.10m。 2、石炭系中统本溪组（C2b）底部为铝质泥岩，中部为灰色砂质泥岩，上部为黑色泥岩和砂质泥岩。本组厚3.5719.05m，平均11.73m。与下伏地层呈平行不整合接触。3、石炭系上统太原组（C3t）由石灰岩、砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层组成，本组下起一2煤层底，上至二1煤层底板砂岩底，厚91.28112.90m，平均105.95m，与下伏地层整合接触。据其岩性组合特征可分为上、中、下三段：（1）、下段：自一2煤层底至L4灰岩顶，平均厚度41.12m。岩性以石灰岩、煤层为主，夹砂质泥岩、泥岩。含石灰岩3层（L2L4），多为煤层顶板，其中L2石灰岩普遍发育，为本区主要标志层，厚9.2618.46m，平均厚度14.86m。底部赋存一2煤层基本全区可采，一2煤层有分岔合并现象。（2）、中段：自L4灰岩顶至L8灰岩底，平均厚度39.02m。以砂岩、砂质泥岩、泥岩为主，底部常有一层中粗粒石英砂岩。灰岩L5、L6不稳定，有时相变为砂岩和砂质泥岩。（3）、上段：自L8灰岩底至二1煤层底板砂岩底，平均厚度25.81m。以石灰岩、砂质泥岩、泥岩为主，夹薄煤四层，皆不可采。含灰岩2层（L8 、L9），其中L8石灰岩普遍发育，厚0.2511.0m，平均厚7.80m，为本区主要标志层。L9石灰岩亦较稳定。4、二叠系下统山西组（P1sh）下起二1煤层底板砂岩底，上至砂锅窑砂岩底，厚66.0189.64m，平均77.42m，岩性由砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成，为本区主要含煤地层，含煤三层，其中二1煤为主要可采煤层。据其岩性特征自下而上分为二1煤层段、大占砂岩段、香炭砂岩段、小紫泥岩段。其中二1煤层段和大占砂岩段自二1煤层底板砂岩底至香炭砂岩底，厚48.87m，大占砂岩为中粗粒砂岩，厚1.4918.41m，平均9.79m，为主要标志层。大占砂岩距二1煤层4.8310.6m，平均6.27m。本组与下伏太原组地层整合接触。5、二叠系下统下石盒子组（P1X）据区内钻孔揭示，仅保留本组下部三、四煤段地层，下起砂锅窑砂岩底，上至基岩剥蚀面，保留厚度0.90131.00m，平均42.43m。本组与下伏山西组地层整合接触。6、新近系、第四系覆盖于上述各时代地层之上，由坡积、洪积与冲积形成的粘土、砂质粘土、砾石及砂层等组成。厚366.68m（7202孔）808.10m（6810孔），平均480.02m，且由北而南、由西向东逐渐增厚。1.2.2、地质构造井田总体构造形态为一走向北西、倾向南西、倾角26，局部12的单斜构造。受区域构造控制，本区构造特征以断裂为主，发育的断层有NE向、NW向和近EW向三组，其中以NE向为主。NE向断层延伸长、落差大、频度高，由西北向东南把整个井田切割为阶梯状长条形断块，且具多期活动性，造成断层两盘新生界地层厚度相差较大；NW向和EW向断层多被NE向断层切割，近EW向断层多在NE向断层之间发育。全井田内共发育断层条，其中落差100m的4条（F15、F16、F17、F20）。井田内没有岩浆岩活动。详见主要断层特征表1-2-1。表1-2-1 主要断层特征表组别断层名称及编号断层位置产 状落差（m）区内长度(km)控 制 工 程控制程度走向倾向倾角地 震穿见或控制钻孔测线条T1、T2断点 级别AB北东向耿村断层F15西北边界NESE65755016010.52311105202、52-1可靠毛屯断层F16井田中部NESE65751515011.5191466006、6806、6805可靠百泉断层F17东南边界NESESW60751305201629151012001、12202、12001、12206中东部可靠西部略差北西向峪河断层F20西南边界NWSW703007002.544-3、4403控制差1.2.3、煤层与煤质、煤层井田含煤地层为石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组。含煤地层总厚237.53m，划分5个煤组段，含煤21层，煤层总厚11.41m，含煤系数4.80%。山西组和太原组为主要含煤地层，山西组下部的二1煤层和太原组底部的一2煤层为主要可采煤层，其余煤层偶尔可采或不可采，可采煤层总厚9.51m。二1煤层：赋存于山西组下部，上距大占砂岩4.8310.6m，平均6.27m，距砂锅窑砂岩49.175.33m，平均58.20m；下距L8灰岩24.0839.89m，平均31.94m，其层位稳定。井田内计有38孔穿过二1煤层，全部可采，煤层厚度1.217.10m，平均5.29m，其中煤厚3.58.0m的钻孔36个，占见煤钻孔的94.7%。煤厚变异系数0.22，标准差1.18，可采性指数100%，属全区可采的稳定型厚煤层。二1煤层厚度变化小，且变化规律明显。井田南西部厚度较小，一般3.84.15m，其余块段除断层边缘零星分布有4点煤厚小于4m外，绝大多数点煤层厚度均稳定在5.56.96m。初期采区统计见煤点22个，煤层厚度3.926.96m，除去一个最厚点和一个最薄点，平均煤厚6.14m。38个钻孔中有24孔见二1煤层有夹矸，其中夹矸1层者有16孔，2层有5孔，3层有3孔，夹矸厚度0.050.42m，多为炭质泥岩和泥岩，故煤层结构简单。二1煤层赋存标高-330-780m，埋藏深度410860m。2、一2煤层：赋存于太原组底部，上距二1煤层106.96121.47m，平均116.26m，下距奥陶系顶界面3.5719.05m，平均11.73m。全区41孔中，14孔穿见，全区可采，揭露煤厚1.385.68m，平均3.62m。煤层结构简单较复杂，一2煤局部分叉为一21、一22、一23，分叉后下部两层煤属局部可采或偶尔可采煤层。由于一2煤下距奥陶系灰岩仅有11.73m，其直接顶板又为L2强灰岩含水层，处于两强含水层之间，水文地质条件极复杂，且煤质属中灰、高硫煤，属政策限采煤层，未列为勘探对象，设计暂不考虑开采。、煤质二1煤以块煤为主，夹有少量粒状煤。块煤强度大，坚硬，钻孔煤芯资料统计，块煤产率平均约为89.7%，平面分布大致有自西向东、从北向南逐渐增高的趋势。视密度1.46。二1煤原煤灰分为10.0315.59%，平均12.77%，属低中灰煤；原煤硫分为0.280.49%，平均0.38%，属特低硫煤形态以有机硫为主，次为硫化铁硫；磷含量为0.027%，为低磷煤。原煤挥发份产率5.7111.18%，平均7.93，水分1.33%，原煤恒容低位干燥基发热量28.7331.50MJ/kg，平均29.90MJ/kg。二1煤属高强度煤，抗碎强度平均为68.6%65，可磨性指数为3440，属难磨煤。二1煤属弱结渣性，高熔灰分煤。综上所述二1煤层为低中灰、特低硫、低磷、高熔融性、高强度、弱结渣性，不易破碎的高发热量三号无烟煤。其块煤产率较高，块煤可做化工造气，末煤可用作高炉喷吹、动力或民用燃料。1.2.4、水文地质、区域水文地质特征焦作煤田地处太行山复背斜隆起带南段东翼，其北部为太行山区，天然水资源量38541万m3/a，山区出露的石灰岩面积约1395km2，广泛接受大气降水补给，补给量26.28 m3/s。区内寒武系、奥陶系石灰岩岩溶裂隙发育，为地下水提供了良好的储水空间和径流通道，岩溶地下水总体流向在峪河断裂以北（含赵固一矿井田）为SE、SW向，以南为NW向，一般在断裂带附近岩溶裂隙发育，常常形成强富水、导水带，如凤凰岭断层强径流带，朱村断层强径流带、方庄断层强径流带等。统计资料显示，岩溶地下水动态大致经历了三个阶段，即：五十年代中期到六十年代中期的基本天然状态；六十年代中期到七十年代末期的平水期过量开采状态；七十年代末到二十世纪初的枯水期过量开采状态，各期数据变化详见表1-2-2。总的来看，如果没有丰水年的降水补给，区域岩溶地下水平衡状态基本已被打破，水位连年下降已成定势。表1-2-2 焦作煤田岩溶地下水变化历时统计表水文年年代历时（年）降雨量（mm）排水量（m3/s）水位降低（m）最低水位（m）水位年变幅(m)丰水期526412826.11.501100816平水期657713711.874.6949.0915.8枯水期78868662.39.9396.0856.2、井田水文边界条件及水文地质勘探类型赵固勘探区北东向断层发育，自西而东有F14、F15、F16、F17、F18、F19六条断层，呈近平行展布，将区内煤层分割成多个断块，诸断块由西而东呈阶梯状逐级下降，埋深加大，加上勘探区最西部九里山断层为区域性导水大断层，其余北东向断层亦均为导水断层，故本区西北部成为供水边界和主要来水方向；东南部边界应属疏水边界；南部峪河断层(F20)落差300700m，使本区煤层底板灰岩含水层与邻区新生界地层对接，成为本区一条横向阻水边界。北东部为煤层及灰岩隐伏露头区，由于断层切割，使得奥陶系、太原组灰岩含水层在此成为一个复杂的含水系统，天然状态下北东部露头地带不是来水方向，但是人工疏排时有回补矿区的可能，因此应视为一自然边界。太原组上段L8石灰岩为二1煤层主要充水含水层，综合边界条件和矿区构造控水特点分析，本区二1煤层水文地质勘探类型为第三类第二亚类第二型，即以底板进水为主的岩溶充水条件中等型矿床。、井田主要含水层及隔水层1、含水层、中奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层由中厚层状白云质灰岩、泥质灰岩组成，本区揭露最大厚度100.79m，一般揭露厚度812m，含水层顶板埋深437.26834.61m，上距L2灰岩一般19m，距二1煤层一般118.26142.58m，正常情况下不影响煤层开采，但在断裂构通情况下对矿井威胁大。该含水层在古剥蚀面的岩溶裂隙发育，钻孔漏失量12m3/h，12203孔抽水单位涌水量0.226 l/s.m，渗透系数0.701m/d，稳定水位标高87.01m。、太原组下段灰岩含水层由L2、L3灰岩组成，其中L2灰岩发育较好，厚度由西向东、由浅而深变厚，一般厚15m，最厚18.98m(7203)。据18个钻孔统计，遇岩溶裂隙涌漏水钻孔3个，占揭露总孔数的16.7%，涌、漏水钻孔主要分布在断层两侧和附近，6809孔涌水量4.0m3/h，区内近似水位标高+86.2m。区外6002孔抽水单位涌水量1.090l/s.m，渗透系数9.87m/d，为富水性较强的含水层。该含水层直接覆盖于一2煤层之上，上距二1煤层89.27104.36m，为二1煤层间接充水含水层。、太原组上段灰岩含水层主要由L9、L8、L7灰岩组成，其中L8灰岩发育最好，据揭露该层灰岩含水层的34个孔统计，含水层厚度一般811m，平均8.75m，最厚11.50m（7603孔），灰岩岩溶裂隙较发育，连通性较好，在倾向上好于走向。统计漏水6孔，占揭露总孔数的17.65%，漏水钻孔主要分布在古剥蚀面、北东面断层及露头附近，漏水量0.1212.0 m3/h。钻孔抽水单位涌水量0.5507L/s.m，渗透系数9.8210.94m/d，水位标高87.9288.85m，比前两年水位升高36m，为中等富水含水层。PH值为7.78.35。该含水层上距二1煤层24.0839.89m，平均31.94m，为二1煤层底板主要充水含水层、二1煤顶板砂岩含水层主要由二1煤顶板大占砂岩和香炭砂岩组成，厚度一般2.867.99m（113层）,揭露34孔未发生涌、漏水现象。井检1孔抽水单位涌水量0.000736l/s.m，渗透系数0.00858m/d，水位标高84.51m，属弱富水含水层。、风化带含水层由隐伏出露的各类不同岩层组成，厚度1550m，一般2035m，除石灰岩风化带含水层富水性较强外，其它砂岩、砂质泥岩等岩层属弱含水层到隔水层，局部为弱透水层。11901孔抽水，单位涌水量0.0000826L/sm，渗透系数1.12m/d。、新近系中底部砂砾石含水层新近系中部存在13层中、细砂，含乘压水，井检1孔抽水单位涌水量0.393 l/s.m，渗透系数2.082 m/d，水位标高87.61m，属中等富水含水层，PH值为7.82。本井田范围内，新近系底部未见砂砾石层（俗称“底含”）含水层，底部砾石为古河床相，主要分布在勘探区西、东部，由砾石、砂砾石组成，呈半固结状态，其渗透率介于含水与弱透水之间，属弱富水含水层，对矿床影响不大。、第四系含水层主要由冲积砾石和细至中粗砂组成，级配差别大，多位于中上段。普查区西部山前多为砾卵石层，含水层埋藏较浅，厚度5.016.1m，含水丰富；中、东部多为砂、砾石含水层，多层相间分布，调查含水层厚度11.735.95m，富水性较强。区内民用机井简易抽水试验，单井单位涌水量14.38l/s.m；水位标高75.5783.64m，pH值呈中性。由于含水层埋藏浅易受环境污染，所采三组水样的大肠菌群、细菌总数均严重超标。2、隔水层、本溪组铝质泥岩隔水层系指奥陶系含水层上覆的铝质泥岩层、局部薄层砂岩和砂质泥岩层，全区发育，厚度2.8028.85m，分布连续稳定，具有良好的隔水性能。、太原组中段砂泥岩隔水层系指L4顶至L7底之间的砂岩、泥岩、薄层灰岩及薄煤等岩层，该层段总厚度28.9453.25m，以泥质岩层为主体，为太原组上下段灰岩含水层之间的主要隔水层。、二1煤底板砂泥岩隔水层系指二1煤底板至L8灰岩顶之间的砂泥岩互层，以泥质类岩层为主。该段的总厚度为24.0839.89m，平均31.94m，其分布连续稳定，是良好的隔水层段，但遇构造处隔水层变薄，隔水性明显降低。、新近系泥质隔水层由一套河湖相沉积的粘土、砂质粘土组成，厚度215571m，呈半固结状态，隔水性良好，可阻隔地表水、浅层水对矿床的影响。、矿床充水因素分析1、地表水和新生界孔隙水距二1煤层间距大，其间有366594m粘土相隔，对矿床无充水意义。表土段底部在本井田未见“底含”分布，勘探区西、东部存在的底部砾石层多被粘土胶结，其渗透率介于含水与弱透水之间，属弱富水，对矿床影响不大，但在基岩厚度较薄处应引起重视。2、二1煤层顶板砂岩裂隙含水层富水性弱，易疏排。3、太原组上段灰岩含水层为二1煤层底板直接充水含水层，其水量较丰富，水头压力大，补给强度中等。正常情况下，由于二1煤层底板隔水层（2440m）的存在，不会造成直接充水，但在构造断裂带和隔水层变薄区，底板灰岩含水层具充水威胁。4、本井田北东向断裂构造较发育，断层均为导水断层，富水性强，对开采威胁大。5、井田北浅部灰岩隐伏露头地带，汇集了丰富的岩溶裂隙水，未来矿井大降深排水时，会形成回流，成为二1煤层充水水源。、预算矿井涌水量勘探报告对二1煤层顶、底板充水含水层进行了抽水试验，共抽水9层次，其中奥灰1层次、太原群上段4层次，顶板1层次，利用抽水参数用解析法预算全矿井和-450m水平正常涌水量。另外，利用邻近古汉山和辉县吴村煤矿实际涌水资料用比拟法预算全矿井和-450m水平正常涌水量。总体认为，公式法预算与比拟法预算结果比较接近，但还存在有差距，主要原因勘探报告认为是古汉山矿井下暴露条件还不够充分，而吴村煤矿开采水平较浅。故勘探报告推荐以解析法计算的涌水量结果，最大涌水量按正常值的1.251.35倍计算，故赵固一矿预算涌水量为： 正常涌水量 最大涌水量全矿井 900 m3/h 1200 m3/h设计利用全矿井涌水量作为井底主排水设备选型的依据。1.2.5、其它开采技术条件、瓦斯本区以往地质工作二1煤层集气式采瓦斯样5个，解吸法采瓦斯样3个，本次地质勘探解吸法采瓦斯样9个，采样深度421.2815.3m，并进行了瓦斯成分、含量测定，测定结果见表1-2-3。 表1-2-3 二1煤层瓦斯测试结果表煤层统计结果瓦斯成分（%）瓦斯含量（ml/gr）O2（%）煤质分析（%）CO2CH4N2CO2CH4N2自然加热MadAd二1最大值30.3782.9690.420.779.964.3014.286.182.3539.10最小值1.420.0010.590.240.000.381.070.240.364.90平均值15.4026.1458.460.512.021.315.891.830.9414.15点数13131314141413141414由上表可知，二1煤层瓦斯成分中以N2为主，占58.46%，CH4成分占26.14%，通常情况下，瓦斯成分中CH4成分小于80%，称为瓦斯风化带，本井田CH4成分远小于80%，二1煤层处在CH4成分极小的瓦斯风化带之中。瓦斯含量中CH4含量在09.96ml/g，二1煤层15个瓦斯取样点测试，除1孔（11807）含量9.96ml/g外，余下14个孔最高CH4含量4.93ml/g，其中有7孔CH4含量小于0.1ml/g，平均2.02ml/g，煤层中CH4含量较低。据此判定，未来矿井生产应属低瓦斯矿井。分析本井田瓦斯较低的原因是：井田构造以断裂为主，断裂构造具有多期活动性，使煤系地层经历了长期暴露和强裂剥蚀，原始含气量降低，加之煤层上覆基岩残留较薄，覆盖松散地层巨厚，断层形成的断块和张性裂隙较发育，为瓦斯逸散又提供了通道，从而造成本井田瓦斯普遍较低。、煤尘爆炸性测定5个点8个样，无火焰产生，二1煤鉴定无煤尘爆炸危险性。、煤的自燃倾向测定5个点8个样，还原样与氧化样着火点温度之差为916，均小于25，故二1煤层属不易自燃煤层。、地温赵固勘探区普查阶段进行了8个孔简易测温，最大测温深度760m（4403孔），最高温度20.4（11602），平均地温梯度0.7/百米，二1煤层底板温度15.818.2，全区二1煤层无热害，地温正常。、顶、底板工程地质条件1、新生界冲积层条件新生界平均厚度480.02m，上部第四系为一山前冲积沉积，第四系底部为冲、洪积卵石层，富水程度较强；下部新近系大部分为粘土、粉砂质粘土，其次为中、细砂，部分受上覆土层自重压力影响，部分呈半固结状态。粘土、粉砂质粘土抗压强度0.1472.373MPa，内聚力0.00390.481 MPa，塑限10.622.7%，膨胀率1.1535.03%，孔隙比0.310.65，含水量9.421.2%。2、煤层顶板基岩保留层条件煤层顶板基岩主要为山西组和下石盒子组地层，厚度一般大于30m，不足30m的范围：在F16断层以北分布于11201孔东侧；F16和F17之间分布有三处，一是1220511901孔一线，宽度8001500m，第二处是7304孔至F17之间，第三处是煤层露头附近，宽度200500m。总体趋势是由东向西逐渐增厚，煤层顶板基岩厚度小于30m范围多为破碎状态，结构疏松，30m以下基本保留原岩特征。3、煤层顶、底板工程地质条件二1煤顶板：直接顶厚度一般36m，岩石完整性与稳定性均较好，顶板易于管理。岩性有砂质泥岩及粉矿岩、泥岩和少部分砂岩。分布情况为：F16F17块段中部（含首采区）和F15F16块段浅部6004孔以浅，直接顶为砂质泥岩和粉砂岩，11602孔和11902孔周围直接顶为砂岩，其余范围包括F16F17块段浅部和整个井田深部均为泥岩顶板。按面积统计，砂岩顶板占5，粉砂岩和砂质泥岩占35，泥岩占60。砂质泥岩抗压强度8.523.2MPa，属半坚硬岩类。零星分布的伪顶厚0.30.5m，随采随落。老顶多为812m中粗粒砂岩（大占砂岩），局部相变为砂质泥岩，吸水后抗压强度16.479.9MPa，岩石坚硬、稳定性较好。二1煤底板：底板以泥岩、砂质泥岩为主，二1煤下部到第一层石灰岩之间厚度8.3227.8m，一般1015m，底板岩层总体完整性较好，但部分泥岩底板有泥化现象。与顶板大占砂岩相对应，底板有中细粒砂岩，厚7.8m左右。4、巷道围岩稳定性评价（1）岩石RQD指标统计：首采区内4个孔统计结果以中等差为主，其他区域5个孔统计RQD指标中等好为主。分析首采区指标低的原因是这些钻孔多数靠近断层分布。（2）泥岩和砂质泥岩吸水后强度明显降低，泥岩干燥状态下抗压强度2430MPa，吸水后3.912.8MPa，砂质泥岩干燥状态下强度1336MPa，吸水后624MPa。但在长达1030天的岩石浸水试验观测中，各类岩块没有泥化、崩解现象，显示了顶底板岩石遇水变化不大的特点。（3）断层发育处，岩石原生结构遭到破坏，裂隙发育，强度降低。1.2.6、勘探程度及矿井资源条件评述1、勘探程度评述本区以往地质工作始于1955年，先后由中南煤田地质局、河南煤田地质局物测队、河南煤田地质局三队和河南煤炭地质勘察研究院在本区进行过地质工作，止2003年8月，全井田以往施工钻孔39孔，工程量22472.57m，完成二维地震测线25条，剖面长65km，物理点3936个。提交的成果有焦作煤田墙南辉县地区地震勘探报告、河南省焦作煤田赵固矿区普查报告。本次勘探始于2003年10月，止于2004年6月，完成钻孔20孔，其中一般地质孔14孔，水文孔6孔，工程量13800m，完成二维地震测线29条，剖面长127km，物理点6660个，首采区完成三维地震勘探，三维范围在F16与F17断层之间，深部至6405孔，浅部至11901孔，三维面积11km2。经过钻探和物探，查明了井田构造形态、井田边界断层、先期开采地段大于等于30m断层，首采区落差大于5m断层，查明了煤层赋存条件及其开采技术条件，确定了水文地质勘探类型并预算了矿井涌水量。综合历次勘探，全井田范围共施工钻孔59孔，平均每平方公里1.24个钻孔，勘探方法采用了综合勘探方法，地震与钻探相互利用，互为补充，勘探工程层次分明，重点突出，尤其是井底车场及首采区进行了三维地震，大大提高了勘探精度，满足了矿井设计和生产要求。2、矿井资源及开采条件评述本井田资源可靠，储量丰富，煤层属稳定型厚煤层，倾角26，大部分区域属近水平煤层，煤质属低中灰、特低硫的优质无烟煤。煤层瓦斯小，属低瓦斯矿井，煤尘无爆炸性，煤层不易自燃，地温正常，煤层开采技术条件较简单，井田构造和水文地质条件中等，矿井开采条件较好，但建井条件较为复杂，煤系地层上覆巨厚冲积层，需要冻结法凿井，冻结深度达575m，虽然冻结深度较深，但通过冻结凿井技术攻关井筒已顺利建成。2 井田境界及储量2.1 井田境界2.1.1、矿区范围与井田划分本井田位于赵固矿区内。赵固矿区位于焦作煤田东部，矿区西南以峪河断层(F20)及二1煤-1100m底板等高线为界，西及西北部以耿村断层（F15）为界，北及东北部以一1煤层露头为界，东部以S90勘探线为界，东西长约8.4km，南北宽2.510km，矿区面积43.84km2。由于受构造影响，整个矿区煤田沿走向被北东向发育的F15、F16、F17三组断层切割成块段，块段之间煤层上下错断50500m，最小者为F16断层50150m左右，最大者为F17 及F17-1断层达500m，各块段煤层赋存深度自西北向东南呈阶梯状逐级下降。考虑到F17 及F17-1断层断距较大，整个矿区建一对矿井开发，井下巷道不仅穿越断层多、风险大、不安全，而且井下水平多、开拓部署困难，在断裂构造较发育的条件下，全矿区建一个矿井，其开发强度过大，中、后期保产困难，技术经济不合理。鉴于此，根据矿区地质条件和煤层分布情况，全矿区规划为两对矿井，两矿井之间以F17断层为界，F17断层以西为赵固一矿，F17断层以东为赵固二矿，矿区先期勘探开发赵固一矿。2.1.2、井田境界赵固一矿井田西北起F15断层，东南止F17断层，东北起二1煤层隐伏露头，西南止F20断层和F17断层西段。走向长2.05.5km，倾斜宽9.511.0km，井田面积约43.84km2。具体二1煤层井田范围由24个坐标点控制，详见井田范围二1煤层拐点坐标一览表2-1-1。表2-1-1井田范围二1煤层拐点坐标表序号XY序号XY13924075.57384723083638459591.8223923401.0338471196.30143917338.9838460576.1633921683.93384685674038462625.4343922116.9238468139.81163917779.5038465903.4453923102.4438468345.10173917809.2738466181.1863924922.5138467872.37183918267.0938467394.2873924035.1438466128.96193919187.1038468684.5883922437.7538464760.75203919710.3338468888.2693921059.3338462661.30213920780.8838471339.27103921057.8738463014.51223921026.1538471743.72113918578.3138459117.88233922561.3838473640.41123917715.3638459113.96243923240.3138473339.732.2 井田储量矿井储量是指矿井井田边界范围内，通过地质手段查明的符合国家煤炭储量计算标准的全部储量，又称矿井总储量。它不仅反映了煤炭资源的埋藏量，还表示了煤炭的质量。块段法是根据井田内钻孔勘探情况，由几个煤厚相近钻孔连成块段。根据此块段的面积，煤的容重，平均煤厚计算此块段的煤的储量，再把各个经过计算的块段储量取和即为全矿井的井田储量。2.2.1、矿井工业储量矿井工业资源储量计算：Zg=Z111bZ122bZ2M11Z2M22Z333k式中 Zg矿井工业资源储量，万t； Z111b探明的资源量中经济的基础储量，万t； Z122b控制的资源量中经济的基础储量，万t； Z2M11探明的资源量中边际经济的基础储量，万t； Z2M22控制的资源量中边际经济的基础储量，万t； Z333k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，因本井田地质构造简单、煤层赋存稳定，故取0.9。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，则矿井工业资源储量由上式计算：Z111b=33959.78460%70%=14263万tZ122b=33959.78430%70%=7131.55万tZ2M11=33959.78460%30%=6112.76万tZ2M22=33959.78430%30%=3056.38万t由于地质条件简单，k取0.9。Z333k=33959.78410%0.9=3056.38万tZg= Z111bZ122bZ2M11Z2M22Z333k=142637131.556112.763056.8+3056.8 =33620.912.2.2、矿井设计储量设计储量Zs=Zgp1p2pn （2-2-1）Zg工业储量，万t;p1井田边界煤柱损失，万t;p2断层边界煤柱损失，万t;pn永久保护煤柱，如村庄、公路、铁路等保护煤柱损失1 煤柱留设方法根据赵固一矿和矿周围矿井实际经验和依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程之相关条款规定，部分煤柱的留设方法如下，见表2-2-1。 表2-2-1 煤柱留设方法 名 称留 设 方 法工业广场根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程第72条：工业广场维护带宽度为20m井田边界边界煤柱50m断 层井田内断层煤柱每侧40m2 断层煤柱及井田边界煤柱损失各煤柱损失煤量见表2-2-2。表2-2-2 各煤柱损失煤量见表 煤柱名称煤柱损失量/万t2号煤井田边界1711.75断 层344.83总 计2056.6断层煤柱及井田边界煤柱损失为2056.6万t3工业广场煤柱留设根据赵固一矿矿和赵固一矿周围矿井实际经验和依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程之相关条款规定，工业广场维护带宽度为20m 。根据煤炭工业设计规范，工业场地占地指标如下表2-2-3。 表2-2-3 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）井 型（万t/a）占地面积指标（公顷/10万t）240及以上1.045-901.5120-1801.29-301.8注：1.占地指标中包括围墙内铁路站线的占地面积；2. 在山区，占地指标可适当增加；3. 附近矿井有选煤厂时，增加的数值为同类矿井占地面积的3040%；4. 占地指标单位中的10万t指矿井的年产量。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240万t/年。根据上述规定，工业场地的占地面积应为24公顷。由于长方形便于布置地面建筑，所以初步设定工业广场为长方形，即长方形长边为600m，短边为400m；工业广场布置在井田的中上部。煤层平均倾角4，表土层移动角=48，走向基岩移动角：=70，上山基岩移动角：=70 ，下山基岩移动角：=67。用作图法求出工业广场保护煤柱量。采用垂直断面法计算保护煤柱边界如图2-2-1所示。图2-2-1工业广场保护煤柱梯形面积S=（上底+下底）高1/2=（685.9+720.35）863.970.5=607478.91m2所以：工业广场保护煤柱煤量P3：P3SM式中：S工业广场保护煤柱面积，607478.91m2；M煤层厚度，4.5m；煤的容重，取1.46t/m3。P34Mt 2.2.3、矿井设计可采储量矿井设计可采储量按式(2-2)计算：Zk=(ZsP2）C (2-2-2)式中： Zk矿井设计可采储量； P2工业场地和主要井巷煤柱损失量之和； 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 %。