采矿学课程设计-王庄煤矿新井设计.doc

1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1地理位置与交通王庄煤矿位于山西省长治市郊区故县，距市中心30公里，其地理坐标为：东经1130321，北纬361435，北距太原市230公里，南到焦作市220公里，东距邯郸市183公里。地处潞安矿区的东南部，跨长治市郊区和屯留县两个行政区。矿区东面为长治钢铁公司，本地区总人口约4万人左右，其中王庄矿1万人，长钢1.52万人。王庄煤矿与长治钢铁公司两大企业组成本区一片规模较大的煤铁工业区，与之配套的各种服务行业也比较发达。矿井对外交通有铁路专用线至长治北站14公里，与太（原）焦（作）及长（治）邯（郸）铁路相接，通往全国各地。长治北站至太原265 km，至焦作169 km，至邯郸220 km。区内高速公路有太长高速和长晋高速与国家高速网贯通。公路交通发达，208国道由北向南穿越井田，东距王庄矿约6公里，和309国道横贯矿区。矿区内各村镇均有公路相通。交通极为方便。区内人口众多，零星分布有多个村庄，厂矿居民区。与长钢集团共用一条铁路线大体东西向贯穿。王庄矿地处上党盆地西北部，属高原内部断陷堆积盆地。盆地北部黄土冲沟发育，局部有基岩出露，南部为山前斜坡地带，区内地势起伏不平，均被较厚的第四系黄土所覆盖，井田北部较高，南部较低，最大标高1025 m，最小标高890 m，最大标高相对高差为135 m左右。1.1.2矿井附近的工农业情况王庄矿位于长治市郊区，面积 289平方千米，人口约28.1万人 ，人口密度972人/km2。全区依托自然优势，形成以煤焦、铸造、建材、冶炼、化工等五大支柱产业为主的工业经济，是全市的能源小区。工业主要有采矿、冶铁、建材、食品、纺织等，其次有化肥、陶瓷、电石、玻璃器皿等地方工业。主要农作物有小麦、谷子、玉米、薯类和豆类等；经济作物有潞麻、油菜等。1.1.3水源、电力及建材来源1） 水源情况本区浅层水和地表水均无利用价值，矿井供水水源考虑取用水量丰富、水质优良的奥灰水。另外，矿井涌水排至地面经净化处理达到复用水标准后，可用于选煤厂生产和井下消防洒水，矿井水源比较可靠。2） 电力情况电力来源于漳泽电力。王庄煤矿供电系统为35 KV系统，两回路电源来自公司常村110 KV变电站，进线为LGJ-300/4 km。3） 建材情况矿井建设所需的建材，如：砖、石料、水泥、砂子等当地可满足供应；钢材、术材需由外地调进。图1.1 交通位置图1.1.4气候条件井田地处黄土高原，区域气候属暖温带半干旱大陆性气候区，年温差和日温差变化较大，夏季午间较热，晚间较凉。年日照时间长，全年日照时数为2598.6小时。蒸发量为降水量的3倍多。蒸发量：年最高蒸发量1996.3 mm，年最低蒸发量为1493.8 mm，20年平均蒸发量为1731.84mm。降水量：年最高降水量为917.00 mm，年最低降水量1986年为311.8 mm，年平均降水量为558.8 mm，全年降水量的62.5%，集中在夏季（6-8月份），秋季降水量占21.2%，春季降水量占13.5%，冬季季降水量占2.8%左右。全年雷雨最多日数1985年为44天。日最大降水量1972年7月7日达109.7 mm。历年平均相对湿度为65%。气温：年平均最低气温7.8，年平均最高气温为9.7，19年平均气温为9.15。日最高温度1972年7月5日为37.4，日最低温度1972年1月27日为29.1。风向及风速：夏季多为东南风，冬季为西北风。年平均风速为2.48 m/s。最大风速为1416 m/s。冰冻期是每年10月至次年的4月，最大冻土深度为75 cm。年最大降雪深度20130 mm，平均57.2 mm。无霜期160180 d，属半湿润地区。1.1.5水文情况王庄井田河流较少，水系为浊漳河支流，在矿区中部有一条故县小河和一条积石小河，流经井田塌陷区，属季节性河流，只有雨季才有流水。本区浅层水和地表水均无利用价值，矿井供水水源考虑取用水量丰富、水质优良的奥灰水。另外，矿井涌水排至地面经净化处理达到复用水标准后，可用于选煤厂生产和井下消防洒水，矿井水源比较可靠。1.2井田地质特征1.2.1井田地形潞安矿区位于太行山脉中段之西坡，太行山脉大致呈西北方向伸展，其最高点的标高达+1500 m以上，从大地构造而言，太行山脉中段为一大背斜构造，山之东侧陡峻，西侧平缓，山西高原即为西侧之平缓地带，地形标高渐次降至+1000到+900 m。在王庄井田内南岭村附近地区地形起伏甚大，高低悬殊有达100 m者。在王庄村附近及井田西北部地形稍为平缓。王庄矿地处上党盆地西北部，属高原内部断陷堆积盆地。盆地北部黄土冲沟发育，局部有基岩出露，南部为山前斜坡地带，区内地势起伏不平，均被较厚的第四系黄土所覆盖，井田北部较高，南部较低，最大标高943 m，最小标高858 m，最大标高相对高差为85 m左右。1.2.2井田勘探程度王庄煤矿面积大，包括三个精查区即一区（王庄），二区（南岭），八区（崔蒙）及常村精查区的一部分。19541956年114地质队进行精查勘探并提交精查报告，从上世纪六十八十年代经过七次生产补钻及补充勘探均由114地质队进行精查勘探并提交精查报告。1.2.3井田煤系地层概述王庄井田广为第四系地层所覆盖，仅在井田的西北部有少量的基岩露。地层由老到新叙述如下：1）奥陶系中统上马家沟组（O2S）:揭露最大厚度为108.10米，岩性由深灰色，厚层状石灰岩，浅灰色白云质灰岩及石膏层组成。2）陶系中统峰峰组（O2f）该组厚度为120米，岩性由深灰色厚层状石灰岩，浅灰色白云质石灰岩组成，与下伏地层呈整合接触。3）石炭系中统本溪组（C2b）该组厚度为5.316米，平均厚10.35米，岩性以灰色铝质泥岩为主，局部夹薄层山西式铁矿与黄铁矿。与下伏地层呈假整合接触。4）石炭系上统太原组（C3t）该组厚度为97.5113米，平均厚106.20米。是本区主要含煤地层之一。其岩性主要为深灰色石灰岩、灰白色中细粒砂岩、灰色、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩及泥岩组成，夹715层煤层，其中可采与局部可采的煤层57层。属典型的海陆交互相沉积，沉积旋回结构明显。5）二叠系中统山西组（PS）该组厚度为42.568.6米，平均厚58.12米。是本区主要含煤地层之一。其岩性主要为灰白色中细粒砂岩、灰色、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩及泥岩组成，夹14层煤层，其中下部的3号煤层为全区的主要可采煤层。6）二叠系下统下石盒子组（PX）该组厚度为22.6188.8米，平均厚71.20米。顶部为一层具鲕状结构的杂色泥岩（俗称桃花泥岩），中下部为灰、灰黑色泥岩、灰白色砂岩。7）二叠系下统上石盒子组（P2S）该组厚度为13.0231.6米，平均厚74.8米。岩性以杂色泥岩为主，夹黄绿色中细粒砂岩；底部以一层灰白色厚层状中细粒砂岩与下石盒子组分界，与下伏地层呈整合接触。8）第四系（Q）厚度为69.4156.3米，平均厚113.8米。以棕黄色、浅黄色、粉质粘土为主，普遍夹25层砂岩层。底部为紫红色粘土。顶部为耕土，具大量腐植物。与下伏岩层呈不整合接触。1.2.4井田地质构造王庄井田位于潞安矿区的中部东缘，处于文王山南断层与二岗山北断层之间，总体为一走向为北西向，倾向南西的单斜构造，地层倾角一般在26，最大倾角达10。井田中褶曲宽缓，井田北部和中部，褶曲大致沿东西向展布，井田南部，以宽缓的背向斜为主，区内构造线方向近南北向，因倾向上略有起伏，加之断层的影响，使褶曲轴线呈反“S”形；井田内断层构造数量少，较大断层延伸长而等间距排列；王庄井田内陷落柱和同沉积河流冲刷发育。1）褶曲构造王庄井田内波状起伏的褶曲比较发育，大多数褶曲的两翼地层倾角较平缓，发育的规模也不尽相同，有的褶曲延伸长，有的延伸短，背斜与向斜、断层往往伴生发育，即一个区域发育有背斜，它的左右区域，就伴有向斜和断层发育；在井田的部分区段，发育有穹窿和构造盆地。另外，小型规模的向、背斜在井田内比较发育，它们的延伸长度一般小于500m。王庄井田内褶曲发育规模较大的共有13个：（1）落土沟背斜：在井田的最北界，由西向东延伸，轴向呈北东东向，向西倾斜，两翼从西向东由不对称变为对称型，背斜的倾角23，在井田内延伸1500 m左右。（2）南村向斜：由东向西发育，在由东向西延伸的过程中，向斜的两翼由平缓变为倾角逐渐增大，轴向是北东东向，向西倾斜，倾角26，向斜变为穹隆，向斜在井田内延伸1000 m左右，向斜的轴向是北西西向，倾角35；不对称形穹隆的两翼倾角为37，它的平面形态为椭圆形，长轴在800 m左右。（3）南村背斜：由西向东发育，延伸出井田的东部边界，轴向是北东东向，向西倾斜，倾角38，在向东延伸的过程中，向斜轴的倾角变小，而背斜两翼地层的倾角逐渐增大，不对称背斜在井田内延伸约2000 m。（4）石室背斜：由西向东延伸，最后尖灭；轴向是北东东向，向西倾斜，倾角25，为不对称背斜，在西部比较平缓，在东部背斜两翼地层倾角较大，最大达到了15，此背斜在西部延出井田的西边界，在井田内延伸达2000 m左右。（5）寺底向斜：由北向南延伸，南端尖灭王庄断层上，北部尖灭，轴向是北北东向，向西倾斜，倾角48，为不对称向斜，向斜两翼的地层倾角比较平缓，在井田内延伸1200 m左右。（6）寺底东古向斜：由东向西延伸，为对称型向斜，向斜向西延出井田的西部边界，向东尖灭，向斜轴向是北西西向，向西倾斜，倾角28，向斜的东部和西部比较宽缓，地层倾角小，向斜的中部地层倾角较大，东部和西部较中部平缓得多，在井田内的延伸长度大约在3200 m左右。（7）寺底东古背斜：向东向西延伸，西部延伸出井田的西边界，东部发育为对称型背斜，背斜的轴向呈北西西向，向西倾斜，倾角28，背斜由西向东延伸的过程中越来越开阔，在井田内延伸达3200 m左右。（8）崔蒙向斜：由东向西延伸，向斜变为局部的穹窿，穹窿的平面形态为椭园形，它的长轴达800 m左右，向斜的东部比西部平缓；向斜为不对称型，轴向呈北西西向，向西倾斜，倾角26，在井田内延伸达3150 m左右。背斜两翼较平缓。（9）新安庄背斜：由西向东延伸，西从新安庄开始发育，向东一直延伸出井田的东部边界，背斜的西部两翼地层较东部发育平缓，轴向呈北东东向，向西倾斜，倾角26，为不对称背斜，在井田延伸达4000 m。（10）积石向斜：由东向西发育，为对称型褶曲，轴向呈北西西向，向西倾斜，斜角38，东部开始发育，向西延伸出井田边界，井田内延伸长度达2850 m。（11）积石背斜：在东部F110断层基本上为背斜的轴向线，背斜由西向东发育，西部比较平缓，东部地层被断层截断，轴向呈北东东向，向西倾斜，倾角38；为不对称背斜，背斜的东西部都延伸出井田的边界线，在井田内背斜的延伸长度达到了4250 m。（12）岭上向斜；由东向西发育，东部开始发育，向西延伸出井田的西边界，轴向呈北东东向，向西倾斜，倾角38，向斜在东部开始发育时两翼地层比较平缓，到西部时，向斜两翼地层倾角变大，最大达到了15左右；向斜在井田内延伸长度达到了4000 m左右，为对称型向斜。（13）岭上南背斜：由东向西发育，轴向呈北东东向，向西倾斜，倾角26，为对称型背斜，背斜整体上发育比较平缓，东西部发育都延伸出井田的边界，由西向东发育，在井田内延伸长度达6000 m左右，是井田内延伸长度最大的褶曲，它发育在刘家畛断层的北部。表1.1 王庄井田褶曲发育特征汇总表序号褶曲名称轴向两翼倾角倾伏方向发育方向井田内延伸长度（m）1落土沟背斜北东东23向西由西向东1500 对称2南村向斜北西西26向西由东向西1000不对称3南村背斜北东东38向西由西向东2000不对称4石室背斜北东东25向西由西向东2000不对称5寺底向斜北北东48向南由北向南1200 不对称6寺底东古向斜北西西28向西由东向西3200 对称7寺底东古背斜北西西28向西由东向西3200 对称8崔蒙向斜北西西26向西由东向西3150 不对称9新安庄背斜北东东26向西由西向东4000 不对称10积石背斜北西西38向西由东向西2850 对称11积石背斜北东东38向西由西向东4250 不对称12岭上向斜北东东38向西由东向西4000 对称13岭上南背斜北东东26向西由西向东6000 对称2）断裂构造到目前为止，井田内已揭露大小断层3条，全为正断层，而且断层面的倾角均较大，大多在6675之间，个别断层的断层面倾角小于50；其中落差大于10米的断层有F 114、王庄断层、故县断层，这些断层在井田内均延伸较长，甚至贯穿整个井田东西区域，而且在井田内呈一定间隔分布，对井田的中小型断裂起着主导作用，现将其特征及揭露地点分述如下：（1）F 114断层：走向7494，倾向164184，倾角6570，落差H=1.8515 m；断层的走向局部发生弯曲变化,断层的落差中间较小,向东落差达到7.15 m,向西落差达到了15 m，该断层在东、西两个方向都还伸出了井田边界，在井田内延伸达3850 m。（2）王庄断层：位于井田的中北部。断层的走向整体上是NWW向，但实际上断层的走向发生波浪状变化，断层的落差东部大，西部相对小，东部落差H=3042 m，西部落差H=1820 m，断层面倾角为7080。该断层贯穿井田的东西边界，井田内延伸长度达5000 m左右。（3）故县正断层：位于井田的中部，断层的走向变化较大，在N7095W间变化，倾角7080，断层的倾向随走向由NNE变为NNW，断层的落差H=2048 m，断层穿越井田的东、西边界，向西延伸至常村井田内。在西边界处，据王89孔，该孔发现两条断层，落差分别为17 m和21 m，倾向相同，应是断层发生分叉现象。断层向东部井田外延伸呈逐渐尖灭迹象，在王庄井田内共延伸4000余米。3）陷落柱构造本井田内仅有局部出现陷落柱现象，且未导通含水层。4）岩浆岩图 1.2 综合柱状图本井田没有岩浆岩侵入现象。表1.2 王庄井田断层发育特征汇总表断层性质走向倾向落差（m）位置井田内延伸长度（m）倾角F 114正74941641841.8515井田北部32866575王庄断层正NWW106NNE1842井田中北部35297080故县断层正85110NNENNW2048井田中部362470805）构造对采掘影响及对煤层、煤质的影响在井田北部、中部，沿王庄断层、故县断层和两条断层密集带造成部分区域储量损失，工作面的布置受到断层的制约，工作面小且不利于回采，在大巷穿过时需采取措施，且此后断层对大巷的维护亦可能有影响。已发现的陷落柱也有同样的影响。从从已有的煤质资料分析，王庄井田内未发现煤质的变化受构造发育规律的影响。1.2.5井田水文地质特征王庄井田现主开采3号煤层的直接含水层为和含水层，即煤层顶板砂岩和K8砂岩，富水性较弱，奥灰水位大部分高于3号煤层底板标高，属带压开采，而且该区陷落柱和断层发育，称为奥灰水突出的通道。矿井水文地质条件中等。下煤组，奥灰富水性强，水压高，而且隔水层较薄，最薄仅20 m，下组煤矿井水文地质条件应属复杂类型。1）含水层矿区自下而上有四个含水层组：中奥陶统岩溶裂隙含水层组，上石炭统太原组薄层含水层组、二叠系砂岩裂隙含水层组与新生界松散层孔隙含水层组。（1）奥灰岩溶裂隙含水层为区内主要含水层组，厚度500600 m, 除在区域东部，东北部有大面积出露外，还在文王山及二岗山地垒办有零星出露。岩性自下而上在潞安矿区分为三组六段，即下、上马家沟组与峰峰组，每组又划分上下两段。下段一般由厚层灰岩和花斑灰岩组成，为主要含水层段；上段多由白云质角砾岩和泥质灰岩组成，富水性较差，为弱含水层段。但弱含水层段的某些地段由于构造影响，裂隙岩溶发育，渗透性较好，成为沟通上下含水层段的通道，故奥陶系灰岩各含水层组既有各自的特点，又存在密切的水力联系，组成一个复杂的裂隙岩溶统一含水体。对开采太原组15煤层底板突水有威胁的是中奥灰峰峰组，岩性主要为厚层状石灰岩及泥灰岩组成，裂隙溶洞较发育，底部夹石膏层条带。据钻孔揭露，其上段之上部岩溶裂隙不太发育，钻进中冲洗液消耗量较小，进入该组15-30 m深度以后，冲洗液消耗量开始增大。而下段的中上部岩溶裂隙较发育。矿区内除西部深埋区以外，奥灰含水层普遍赋存岩溶地下水。富水性较强地段，主要分布于矿区东部和靠近大断层附近。中奥灰岩深裂隙含水层富水性是不均一的，膏溶作用强度和深度、岩溶发育程度及连通性是影响富水性强弱的主要因素。本区奥灰水渗透系数为0.84300 m/d，水位标高+630+670 m，据钻孔揭露灰岩埋深达400 m时，岩溶仍相当发育。水质较好，属HCO3-CaMg型与HCO3SO4-CaMg型。（2）上石炭统太原组薄层灰岩含水层组。自下而上为K2、K3、K4、K5灰岩含水层，各含水层特征见表1.3：表1.3 太原组各灰岩含水层特征表含水层号平均厚 （m）冲洗液消耗(m3/h)水位标高（m）水质特征与3煤间距（m）K52.200.108+697.70HCO3SO4-Na30K43.220.094+686.56HCO3SO4-Na72K33.410.155+676.40HCO3SO4-Na80K27.420.111+664.40HCO3SO4-Na91（3）二叠系砂岩裂隙含水层组。自下而上为山西组与太原组分界砂岩含水层()、3煤顶板砂岩含水层()，下石盒子与山西组分界砂岩含水层()。它们的平均厚度分别为3.55 m. 5.11 m. 3.99 m，裂隙较发育，但钻进中冲洗液消耗量不大，分别为0.120. 0.135. 0.158 m3/h，水质类型属HCO3Cl-Na型，水位标高+700.24+707.73 m。基岩风化带裂隙含水层()，其风化裂隙发育程度是受岩性及构造影响的，裂隙发育深度一般在基岩面以下5080 m。在安昌断层附近，裂隙发育深度可达基岩面以下100120 m，含水相当丰富。据扩区0501孔抽水试验资料，渗透系数0.016 m/d，水位埋深64.25 m，其标高+852.38 m，水质类型属HCO3CL-Na型。（4）新生界松散层孔隙含水层组。由第三系与第四系两部分组成。第三系分布在松散层底部，仅在区内部分地段分布，厚度026.32 m，主要由粘性土组成，局部地段含砂，含水性较差，可起局部隔水作用。第四系厚度109.35203.93 m，由粘土、含砂粘土，粉砂、细砂、中砂、粗砂及砂砾等组成，分别构成大小不等的透镜体，并形成包含若干个含水层与隔水层的含水层组，其含水性和透水性则由砂与砂砾层的发育裎度而定。2）隔水层自下而上总体可划分为三个隔水层组：（1）本溪组隔水层，层厚1.2030.46 m，平均11.34 m。岩性以粘土泥岩和铝土泥岩为主，夹泥岩和砂质泥岩，裂隙不发育，透水性差，抗压、抗剪及抗拉强度较低，为奥灰含水层顶部较好的隔水层。（2）上下石盒子组隔水层，层厚48.30361.30 m，平均318.64 m。岩性由泥岩、砂质泥岩夹砂岩构成，很少有裂隙发育，为山西组项部的相对隔水层。（3）新生界底部隔水层，主要由第三系的粘土透镜体，局部包含第四系底部的粘土透镜体构成，厚度变化较大，结构疏松，含水性较弱，为一相对隔水层组。此外，在山西组和太原组中所含的泥岩及砂质泥岩，在局部地段也起着作用。3）隔水层对含水层的隔水作用基岩风化带发育深度一般在50-80 m，这对于基岩面垂深大于180 m的地段，3煤开采后的导水裂隙带将不会达到基岩风化带含水层，加之石盒子组泥岩隔水层的阻隔，若无特殊构造导通，上覆松散含水层及基岩风化带含水层，对3号煤层的矿井充水，一般不会有较大的危险。本区3号煤层部分处于中奥灰含水层的区域水位下，其煤层底板标高最低为+275 m，与奥灰区域水位（+670 m）相差近400 m，而煤层与中奥灰之间相距130m左右，其间有本溪组隔水层、太原组及山西组所含的泥岩砂质泥岩隔水层，能起到很好的隔水作用，在没有沟通的情况下，不会构成底板的突水危险。15号煤层全都处于中奥灰含水层区域水位以下，其底板最低点标高为+161.17 m，与奥灰区域水位有近500 m的水头差。煤层底板与奥灰顶面间距在20 m左右，最薄处为15.19 m，另外考虑到奥灰顶部一定厚度相对隔水层，因此在底板较薄弱地带将存在底板突水的可能性。4）井田涌水量根据地质报告提供的矿井涌水量计算结果，结合邻近矿井涌水量情况，预计王庄矿井达到1.2 Mt/a设计生产能力时，正常涌水量为140 m3/h，最大涌水量为180 m3/h。1.3煤层特征1.3.1煤层赋存条件王庄井田3号煤层的走向近南北、倾向西。井田走向长度44004700 m，平均4550 m；水平宽度33204890 m，平均4110 m。井田水平面积14600000 m 2，平均倾角是3。1.3.2含煤地层本区含煤地层为下二叠统山西组（P1S）和上石炭统太原组（C3t）下二叠统山西组（P1S）厚50.7870.58 m，平均 59.00 m，灰黑色，深灰色中、细粒石英杂砂岩与泥岩、粉砂岩，含煤13层，编号为1、2、3号,中下部的3号煤为全区稳定的厚煤层。上石炭统太原组（C3t），厚63.85151.86 m，平均105.24 m，含煤712层，编号从5、6、7、8、9、10、11、12、13、15-1、15-2和15-3号,下部含煤性好。平均总厚度为13. 75 m，含煤系数7. 39%，其中计算储量煤层3层（3#、15-1#、15-3#）平均总厚度8.62 m，可采含煤系数5.07%。1）不可采煤层1号煤层，平均厚度0.39 m。为不可采煤层。2号煤层分布较广，最小厚度0.07 m，最大厚度0.73 m，平均厚度0.27 m。为不可采煤层。5号煤层，最小厚度0.13 m，最大厚度0.50 m，平均厚度0.33 m。为不可采煤层。6号煤层，最小厚度0.30 m，最大厚度0.85 m，平均厚度0.52 m。为不可采煤层。7号煤层，最小厚度0.20 m，最大厚度065 m，平均厚度0.38 m。为不可采煤层。8号煤层，最小厚度0.20 m，最大厚度0.50 m，平均厚度0.38 m。11号煤层分布较广，最小厚度0.02 m，最大厚度1.13 m，平均厚度0.47 m。只有几个孔厚度超过0.80 m，为不可采煤层。12号煤层露，最小厚度0.25 m，最大厚度0.80 m,平均厚度0.47 m。为不可采煤层。13号煤层分布较广，根据176个钻孔统计，最小厚度0.05 m，最大厚度1.74 m，平均厚度0.59 m.只有几个孔厚度超过0.80 m，为不可采煤层。2）可采及局部可采煤层井田内可采及局部可采煤层有6层（3号,9号，10号,15-1号, 15-2号，15-3号）,煤层总厚度12.2 m。3号煤层，为主要开采煤层，厚5.727.79 m，平均厚度6.62 m，含夹矸0-5层，总厚01.18 m，结构一般较简单，夹石成份多为炭质泥岩或泥岩。煤层走向近南北，倾向西，倾角2-6,属近水平煤层。该煤层厚度变异系数10.59。其可采指数Km，故该煤层属“稳定煤层”。9号煤层，在扩区编号为8-2号煤层（114队编号），最小厚度为0.06 m，最大厚度2.05 m，平均厚度0.68 m。局部可采。由于主要指标Km0.6, 辅助指标35%55%，评价其煤层稳定性为“不稳定煤层”到“极不稳定煤层”。10号煤层，在扩区编号为9号煤层（114队编号），该煤层分布较广，最小厚度0.10 m，最大厚度2.85 m，平均厚度0.81 m。该煤层局部可采。该煤层的可采性指数Km=0.43，煤层厚度变异系数=67.54%。由于主要指标Km0.6，且辅助指标55%，故评价其煤层稳定性为“极不稳定煤层”。151煤层，旧称3号煤，本地俗称“二节煤”，上距K底板6.86 m，据173个钻孔统计，煤层厚度0.192.30 m，平均厚度0.82 m，在潞安矿区为主要可采煤层之一，含夹矸，该煤层在井田北部分布较多，在井田中部，部分地区呈东西向条带被河流冲刷破坏了煤层的完整性，多呈零星分布，在扩区，大部分地区均无该层煤。15-2煤层，旧称2号煤，本地俗称“底节煤”，上距15-1煤1.74 m，下距15-3煤层底板2.86 m，一般不含夹矸，偶见0.20.4 m厚的夹矸，煤层厚度0.042.10 m，平均厚度0.63 m，煤层的顶底板均为泥岩或砂质泥岩，局部为粉砂岩或炭质泥岩。15-3号煤层，旧称1号煤，本地俗称“四节煤”，位于太原组底部，上距15-2号煤1.3 m左右，厚度变化在0.204.58 m，平均厚度1.72 m，煤层结构较复杂，有1-3层泥岩或炭质泥岩夹矸，局部夹矸较厚。煤层顶底板为泥岩、炭质泥岩。煤层层位全局稳定，大部可采，冲刷带仅限南部，从厚度变化来看，从南向北煤厚逐渐变小，中南部略有变薄趋势。表1.4 可采煤层特征表煤层391015-115-215-3厚度最小3.160.060.100.190.040.20最大7.872.052.852.302.104.58平均6.620.680.810.820.631.72夹矸05层01层03层偶见偶见03层可采性指数（km）10.320.430.510.260.91厚度变异系数（）10.59%48.85%67.54%36.57%49.87%34.55%稳定程度稳定煤层不稳定煤层不稳定煤层不稳定煤层不稳定煤层较稳定煤层可采性全区可采局部可采局部可采局部可采局部可采大部分可采表1.5 煤层间距表煤层最小间距（m）最大间距（m）平均间距（m）3922.3119.3248.799105.7951.619.111015-134.8893.6448.4415-115-20.612.632.415-215-31.716.144.511.3.3可采煤层围岩性质1）3号煤层顶底板围岩性质直接顶板为砂质泥岩、泥岩、局部为粉砂岩，厚010.75 m，单轴抗压强度为17.9756.86 MPa，抗剪强度为1.477.27 MPa。老顶为中粒砂岩、细粒砂岩，厚1.1013.60m。单轴抗压强度为65.3092.38 MPa，抗剪强度为10.3212.85 MPa。裂隙发育，呈张开状，无充填物充填。煤层上覆岩性，从直接顶到老顶为软弱坚硬型，坚硬坚硬型，上部覆岩为软弱坚硬相间平行复合结构。岩层倾角为311。直接底板为炭质泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，厚度05.33 m。其下部为细粒砂岩和中粒砂岩。单轴抗压强度71.8787.27 MPa，抗剪强度为3.928.25 MPa。表1.6 3号煤层力学试验结果表煤层岩石名称平均单向抗压强度（MPa）平均抗拉强度（MPa）平均抗剪切强度（MPa）内摩擦角（）顶板中粒砂岩92.384.8812.853848细粒砂岩65.303.4510.32粉砂岩56.862.50砂质泥岩35.751.816.48泥岩17.970.581.47底板细粒砂岩87.273.718.25中粒砂岩85.905.81砂质泥岩71.873.473.92细粒砂岩72.903.502）15号煤层顶底板围岩性质直接顶板为砂质泥岩、泥岩、局部为粉砂岩，厚2.554.40 m，老顶为K2石灰岩，厚度为4.699.14 m，煤层上覆岩性，从直接顶到老顶为软弱坚硬，上部覆岩为软弱坚硬相间平行复合结构，岩层产状310，局部受断层影响可达到35。 表1.7 15号煤层力学试验结果表煤层岩石名称平均单向抗压强度（MPa）平均抗拉强度（MPa）平均抗剪切强度（MPa）内摩擦角（）顶板粉砂岩36.451.645.48石灰岩87.273.4319.27底板泥岩28.921.824.983341细粒砂岩59.553.247.461.3.4煤的特征1）煤的工业分析表1.8 视密度、真密度统计表煤层315-115-215-3比重（g/cm3）容重（g/cm3）表1.9 各煤层煤质化验结果表项目化验结果煤层315-115-215-3工业分析水分Mad %原煤浮煤灰分Ad %原煤浮煤挥发分Vdaf %原煤续表1.9 各煤层煤质化验结果表项目化验结果煤层315-115-215-3工业分析挥发分Vdaf %浮煤全硫Std %原煤浮煤发热量Qb %原煤煤的热稳定性：3号煤经测试下Tw+6为89. 6%，Ts-1为0.9%，热稳定性好。煤对二氧化碳反应性：950；3号煤二氧化碳还原率为7.010.1%，反应性属低等，15-3号煤层二氧化碳还原率为25. 5%，反应性亦属低等。煤的结渣性：经对3号煤取样测试，鼓风强度0.1 m/s时，结渣率为36. 6747. 28%。鼓风强度0.3 m/s时，结渣率为50. 9553. 20%。可见，本区3号煤属强结渣煤。煤的可磨性：经取样测试，3号煤哈氏可磨性指数为92.099.3，15-1号煤层为90.2，15-2号煤层为80.3，15-3号煤层为65.4。2）各煤层的牌号及其用途3号煤层：为低中灰、特低磷-中磷、特低硫-低中硫、高发热量、高熔灰分之贫煤（PM），部分为贫瘦煤（PS）。化学反应性低等，强结渣，浮煤回收率中等。为良好的动力用煤，贫瘦煤可作为炼焦配煤。15-1号煤层：为低中灰一高灰、低中硫一高硫、高发热量、高熔灰分之贫煤(PM)。浮煤回收率中等。由于全硫高，主要作为动力用煤。15-2号煤层：为中灰一中高灰、低中一高硫、高发热量、高熔灰分之贫煤(PM)。浮煤回收率低等，化学反应性低等。由于全硫、灰分高，主要作为动力用煤。15-3号煤层：为低中灰一高灰、特低硫一高硫、高发热量、高熔灰分之贫煤(PM)。浮煤回收率低等，化学反应性低等。由于全硫、灰分高，主要作为动力用煤。3）矿井瓦斯矿井瓦斯绝对涌出量为16.28 m3 /min,相对涌出量为2.69 m3 /t；二氧化碳绝对涌出量为31.14 m3 /min,相对涌出量为2.32 m3/t，属瓦斯矿井。4）矿井煤尘爆炸性及自燃性王庄煤矿煤尘爆炸性：煤尘具有爆炸性，火焰长度15 mm。煤尘自燃倾向性属不易自燃，等级。煤尘云爆炸下限20 g/ m3，煤尘云最低着火温度810，煤尘层最低着火温度290 。全矿井平均粉尘浓度14.2 mg/ m3，其中煤尘14.5 mg/ m3,水泥尘1.3 mg/ m3。5）矿井地温特征王庄矿恒温带的深度大约在2050 m，中性点在30 m左右。恒温带的温度变化范围为9.513.2 ，平均地温11.2 。地温梯度平均每百米为0.7 ,未发现地温异常。在实际生产中，井下气温正常，未发现地温异常区。因此，王庄矿地温为低温正常区。2 井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田境界本矿井在矿界北有漳村矿，东北为石圪节矿，西北为常村矿。具体井田境界由以下6点坐标连线圈定, 各个拐点的经纬坐标见表2.1。表2.1 井田境界拐点坐标表点号经度（X）纬度（Y）138410600.004019450.00238407700.004017300.00338408400.004015700.00438411100.004015700.00538412700.004017450.00638413400.004019450.002.1.2可采煤层根据煤、泥炭地质勘查规范(DZ/T 0217-2002)的规定：煤层最低可采厚度为0.70 m，煤层灰分 40 %。本矿井3号煤层，为主要开采煤层，厚5.727.79 m，平均厚度6.54 m，含夹矸05层，总厚01.18 m，结构一般较简单，夹石成份多为炭质泥岩或泥岩。煤层走向近南北，倾向西，倾角26，属近水平煤层。该煤层厚度变异系数Y10.59。其可采指数Km1，故该煤层属稳定煤层。2.1.3储量计算基础1）根据王庄井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算；2）依据煤炭资源地质勘探规范关于化工、动力用煤的标准：计算能利用储量的煤层最低可采厚度为0.8 m，原煤灰分不大于40%。计算暂不能利用储量的煤层厚度为0.70.8 m；3）依据国务院过函（1998）5号文关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问题的批复内容要求：禁止新建煤层含硫份大于3%的矿井。硫份大于3%的煤层储量列入平衡表外的储量；4）储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05 m时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹石总厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度；5)井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。6)煤层容重：3号煤层容重为1.4 t/m3。2.1.4工业储量计算由于15号煤层距离奥灰岩较近，受承压水威胁，开采难度大，不经济。在这里只计算主采煤层3号煤层的工业储量。矿井工业储量利用下式计算：Z=mrS/cos (2.1)式中:m 各块段煤层平均厚度，m；r 煤层容重，3# 为1.4 t/m3；S 各块段水平面积，km2； 各块段煤层倾角;根据地质勘探结果，按照倾角不同以及储量等级不同，井田大致划分为6块，分块图见图2.1。分块计算地质资源量见表2.2。图2.1 块段划分图表2.2 矿井地质资源量分块等级煤厚（m)倾角（）水平投影面积（km2）容重（t/m3）储量（Mt）A111b6.843.211.430.81B111b6.2482.681.423.73C111b5.9101.741.414.64D111b6.31.82.121.418.71E111b6.7521.781.416.91F111b6.962.863.071.429.95总储量（Mt）134.752.2矿井设计储量ZsZgP1 （2.2）式中： Zs矿井设计储量，Mt； Zg矿井的工业储量，Mt；P1断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建筑煤柱等永久煤柱损失量之和，可按矿井工业储量的3%计算。则：Zs= 133.42-133.420.03=129.41 Mt2.3矿井可采储量矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算：Zk（ZsP2）C （2.3）式中： Zk矿井设计可采储量，Mt； Zs矿井设计储量，Mt；P2工业场地和主要井巷煤柱损失量之和，按矿井设计储量的2%算；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；则：Zk=（129.41129.410.02）0.8=101.46 Mt王庄矿井保护煤柱损失主要为保护工业场地、井田境界、断层等留设的永久保护煤柱。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。岩层移动角为70左右，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) 50 m断层煤柱宽度30 m，井田境界煤柱宽度为20 m；5) 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条，工业场地占地面积指标见表2.3。2.3.1地面工业广场保护煤柱根据煤炭工业设计规范不同井型与其对应的工业广场面积见表2.3。第5-22条规定：工业广场的面积为0.81.1平方公顷/10万吨。表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）240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.8本矿井设计生产能力为120万吨/年，所以取工业广场的尺寸为360 m400 m的长方形。煤层的平均倾角为3，工业广场处在井田的中央，其中心处埋藏深度为337 m，该处表土层厚度为89 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松散层和基岩层移动角由于无全面观测，参照五阳煤矿的实测资料确定，见表2.4。表2.4 岩层移动角广场中心深度/m煤层倾角煤层厚度/m松散层厚度/m33736.548945727068由此根据上述以知条件，保护煤柱根据上述参数，采用垂线法计算。画出如图2.2所示的工业广场压煤计算示意图。图2.2 工业广场保护煤柱由图可得出保护煤柱的尺寸为：由CAD量得梯形的面积为581769.7247 m2 S煤=S/cos=581769.7247/cos3= 582568.11 m2则工业广场的煤柱量为：Z=S煤MR (2.4)式中：Z工业广场煤柱量，万吨；S工业广场压煤面积，m2；M煤层厚度，3号煤6.54 m；R煤的容重，1.40 t/m3；则：Z= 582568.116.541.4010-6=5.33 Mt2.3.2断层及边界保护煤柱边界保护煤柱宽度取20m，断层为50m故取保护煤柱宽度30m。边界煤柱可按下列公式计算ZLbMr (2.5)式中：Z边界煤柱损失量，t；L边界长度，m；b边界宽度m；则井田边界煤柱为：15162.2/cos3206.541.4=2.78 Mt；断层保护煤柱在图上量取计算为：3150.7/cos3 306.541.4=0.87 Mt。因此：各种保护煤柱损失量见表2.5。表2.5 保护煤柱损失煤 柱 类 型储 量（Mt）井田边界保护煤柱2.78断层保护煤柱0.87工业广场保护煤柱5.33合 计8.98则矿井可采储量计算：Zk（ZsP2）C （2.6）式中：Zk矿井设计可采储量，Mt；Zs矿井设计储量，Mt；P2工业场地和主要井巷煤柱损失量之和，按矿井设计储量的2%算；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；则：Zk=（129.41129.410.02）0.8=101.46Mt3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范相关规定，确定矿井设计年工作日为330 d。考虑到采用综采低位放顶煤一次采全厚的采煤方法，首选三班作业，既可增加采煤时间，又可保证机器充分的检修时间。故工作制度采用“三八制”，即每天三班作业，两班生产，一班准备，每班工作8 h。矿井每昼夜净提升时间为16 h。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