采矿工程毕业设计（论文）-荆各庄矿1.20Mta新井设计【全套图纸】.doc

中国矿业大学2011届本科生毕业设计 第195页 1 矿井概述及井田地质特征全套图纸，完整版设计，加1538937061.1矿区概况1.1.1井田位置、范围和交通位置荆各庄矿井田位于开平向斜的西北侧，中隔凤山缸窑背斜自成一盆状向斜。南北长约3.5 km，东西宽约3.4 km，北端闭合，南端开放，其轮廓恰似一直径3.5 km的亚圆形，面积约9 km2。荆各庄矿位于河北省唐山市北偏东约13公里处，南距马家沟矿6公里，距原京山铁路开平车站10公里，东距陡河发电厂4.5公里。行政区域属唐山市开平区管辖，见荆各庄矿交通位置图(图1-1)。图1-1 荆各庄矿交通位置图井田开采范围：北部、西部及南部均以12煤层冲积层下潜伏露头为界，东部及东南部以F1F3断层组为界，深部以煤12盆状向斜底- 530标高为最终深度，矿井面积约为9 km2。井田开采范围坐标见表1-1。1.1.2地形地貌本区为一平坦的冲积平原，东南面沿陡河东岸是由奥陶纪石灰岩构成的东北西南方向起伏伸展的低山丘陵。从东往西有巍山（290 m）、凤山（180 m）、小梁山（100 m）和菀豆山（38 m），由菀豆山向西南倾没于平原之下。由巍山向东北低山丘陵接连绵延，地势逐渐增高，直到青龙山标高达493.01 m。在井田北面约7 km由震旦纪灰岩构成的低山丘陵，东西方向横伏，这两条低山丘陵在井田东面的青龙山一带相汇合。低山丘陵的伸展方向与地层走向方向一致。井田内地势平坦，但北部稍高，向南低下，北部地面标高为+38.8 m（湾35孔），南端标高为23.85 m（湾补6孔），倾向陡河。 表 1-1 井田开采范围坐标表 拐点编号拐点编号拐点编号1402303772628398360769451540117579207240215776755939862777815164016857865034014757592810399182785671740201378275440081575705113996827904218402070784455399735759751240020079525194024207849063989357622513400765797152040240578167839848076517144011027957721402108781581.1.3河流水系流经本区东南边的陡河，发源于北部山区，上游由二支汇成，东支称管河，发源于丰润县福山寺管泉，西支称泉水河，发源于丰润县赵庄上水路。二支水流在双桥村北侧汇合，向南流经唐山市区，下游汇集石榴河，向南流入渤海。河北省水利厅于1965年在双桥村一带修建了陡河水库，水库大坝距井田东端的最近距离为2200 m。陡河及陡河水库虽然距井田区甚近，但是因其底下均赋存有百余米的第四纪松散沉积物，而且存在有隔水作用的粘土层，对本矿充水没有直接的影响。根据附近丹河临时观测，其流量为0.00415（1998年6月30日）1.4088（1998年7月22）m3/s，历史最高洪水标高为+39.30 m。1.1.4矿区的气候条件唐山地区气候属半大陆性，夏季炎热多雨，冬季严寒凛烈，气温变化较大。根据唐山市气象局19591999年气象料资，历年平均气温17.9 ，最高气温40.3 ，最低气温-18.3 。历年平均降水量为708.14 mm，年最大降水量为1263.8 mm。区内冬季多北风，夏季多南风，最大风速16 m/s。冰冻期为十一月至次年三月，最大冻土深度0.27 m。1.1.5水源、电源 供水水源 地面水源本矿地面水源共有三处：即东水源井、西水源井（小学校院内）和矸子山水源井。供水孔数为：东水源井两个，西水源井一个，矸子山水源井一个。以上四个供水孔均自奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层取水，水量很丰富，单位涌水量为2.33 m3/minm。由于排水设备的限制，每个供水孔排出量约为2.02.3 m3/min。目前本矿部分生活用水及工业用水取自地面水源，计6.0 m3/min。 井下水源本矿井下清水源目前有2080疏水中心。供水量为3.5 m3/min，主要取自第含水层（即煤5以上砂岩裂隙承压含水层）。原来的1331和1148放水中心水量很小已无法满足供水要求。目前2080疏水中心仍在施工，将来有希望增加井下清水源。理化检验均符合国标。工农业生产和原料及电力供应矿区内工业以煤炭为主，农业主要种植小麦、玉米、水稻，间杂有果园、菜园和苗圃等。本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥、石材需由国家计划供应外，其它砖、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。矿区已建有110 kv区域变电所，可向本矿井供电的两回35 kv输电线路。1.2井田地质特征1.2.1区域地质概况开平煤田位于燕山南麓，在大地构造上位于中朝地台燕山沉降带的东南侧。燕山南麓煤田在地质力学体系上处于天山阴山纬向构造带、新华夏系构造带和祁吕贺兰山山字形的三个巨型构造体系的交汇部位。开平煤田受新华夏构造体系的影响，以一系列NNE向的褶曲及逆断层组成，北部受纬向构造的影响逐渐向南弯转成走向近东西向。煤系地层由石炭系中统唐山组，上统开平组、赵各庄组及下二叠系大苗庄组、唐家庄组等组成。岩性以砂岩、泥岩为主，基底地层为中奥陶系马家沟组石灰岩，分布于煤田周边地带，与煤系地层呈不整合接触。煤田向南倾伏，其南部界限可能跨过宝坻奔城大断层伸入另一个二级构造单元华北断陷。见燕山南麓构造纲要图1-2。开平煤田构造形式以褶皱为主，线型排列比较明显，向斜背斜多呈相间平行排列，区内由西至东有：蓟玉向斜及其两侧的窝洛沽向斜、丰登坞背斜、车轴山向斜、卑子院背斜、弯道山西缸窑向斜、凤山缸窑背斜、开平向斜。褶皱为不对称状，轴面向北西倾斜，向斜轴线偏居西北翼一侧，西北翼地层急陡直立甚至倒转，并伴有与其方向一致的逆断层及逆掩断层，断层面倾角45以下，引捩构造明显，次级褶皱也较为发育。东南翼一侧产状平缓，构造以次级复背、向斜构造为主，并伴生有断层构造。背斜则相反，西北翼产状平缓，东南翼急陡，其它情况亦然。图1-2燕山南麓构造纲要图煤田由于受东临山海关地块来自西南方向挤压力的干扰，往往发育有串珠状横向褶皱，有的分异为独立盆形，如开平向斜西北侧的西缸窑、弯道山、西北井三个盆状向斜的形成，其轴线方向与开平向斜走向近直交。1.2.2地质特征开平煤田位于燕山南麓，在大地构造上位于中朝地台燕山沉降带的东南侧。燕山南麓煤田在地质力学体系上处于天山阴山纬向构造带、新华夏系构造带和祁吕贺兰山山字形的三个巨型构造体系的交汇部位。开平煤田受新华夏构造体系的影响，以一系列NNE向的褶曲及逆断层组成，北部受纬向构造的影响逐渐向南弯转成走向近东西向。煤系地层由石炭系中统唐山组，上统开平组、赵各庄组及下二叠系大苗庄组、唐家庄组等组成。岩性以砂岩、泥岩为主，基底地层为中奥陶系马家沟组石灰岩，分布于煤田周边地带，与煤系地层呈不整合接触。煤田向南倾伏，其南部界限可能跨过宝坻奔城大断层伸入另一个二级构造单元华北断陷。见图1.2燕山南麓构造纲要图。荆各庄矿井田位于开平向斜西北侧，煤系地层的形成时代属于石炭纪和二叠纪。煤系基底地层为中奥陶统马家沟组石灰岩，井田地层情况见表1.2。 本井田与开平煤田其它构造单元的地层特征基本相似，本阶段所揭露的地层有变化的地段主要在9号煤层以上至6煤层及12煤层以下至15煤层，对其层间距及岩性作了修改，下面按着由老至新的地层顺序进行描述。奥陶系中统马家沟组（O2）本组为岩性单一、质纯的碳酸盐岩相沉积，以厚层状灰褐色淡玫瑰色的豹皮状灰岩为主，夹薄层状白云质灰岩。后种岩石多赋存于本组地层上部。根据岩芯观察，其顶部大约50 m以上部分属古风化带，最顶部20 m风化程度甚强，常呈土黄色，向下渐弱，岩石呈黄灰斑状杂色。在风化壳中，溶孔溶洞发育，部分层段呈蜂窝状，时有钻具陷落发生。含水性甚强，裂隙及孔洞内有浅灰浅黄色铝土岩充填物，这为鉴定古风化壳的重要证据。1988年在太平庄打水井时发现奥陶灰岩中有0.5m垂深溶洞，并有浅黄色充填物。石炭系（C） 下界为奥陶系中统马家沟组石灰岩顶面，两者为平行不整合接触。上界为煤11顶板含海相动物化石之泥岩顶面。该层与上覆的二叠系地层呈整合接触。本组一般厚度为210 m。 石炭系中统唐山组（C2）直接覆盖于奥陶系石灰岩之上，上至K3唐山灰岩顶界面，一般厚度75m。本统地层以粘土岩和粉砂岩为主，各种岩石大致百分比如下:粘土岩占42.1，粉砂岩占31.2，砂岩占19.9，石灰岩占6.8。本组岩相变化是由滨海湖泊相碎屑沉积过渡为海相灰岩沉积，交替出现三个沉积旋回，即：-1、-2、-3，形成一个渐进的相序。本组中含三层薄层石灰岩，均含有丰富海相动物化石，由下而上简称为K1、K2、K3石灰岩。第一层灰岩K1出现在距奥陶灰岩顶界面大约38 m处，第二层石灰岩K2出现在K1之上12 m处，第三层石灰岩K3出现在K2之上大约25 m处，称之为唐山灰岩，该层灰岩呈浅灰褐色，中厚层状，质纯，厚2.5 m左右，厚度大，层位稳定，含有大量的蜓科和珊瑚化石，易于同其它岩石相区别。表1-2 开平煤田区域地层表 石炭系上统（C3）分上下两组，下组称开平组C31 ，上组称赵各庄组C32 。上组是荆各庄矿井田重要的含煤地层，本统地层一般厚度为135 m。 开平组C31： 下限为唐山灰岩K3顶板，呈整合接触，上限为赵各庄灰岩K6之顶板，亦是整合接触。本组地层一般厚度76.59 m，以粉砂岩为主，粘土岩含量减少，各种岩石所占的百分比为：粘土岩10.1，粉砂岩类占52.6，砂岩类占31.4，石灰岩占2.9。岩相组合上为浅海相薄层泥质碳酸盐岩和泻湖海湾相粉砂岩及砂岩沉积物的交替沉积。包含-4、-5、-6三个较大的旋回，每一旋回都是由海相石灰岩起经过渡相沉积，又覆为海相沉积。 本组内赋存三层石灰岩，由下而上命名为K4、K5、K6，其中K5石灰岩为深灰色泥质生物碎屑岩，时而接近钙质粘土岩。特点是含灰白色的动物介壳，富集成层，与深灰色泥质灰岩交替成细带状，形成明显的水平层理和水平波状层理，极易区别于其它石灰岩。厚度薄但比较稳定，一般为0.11.3 m，平均0.55 m。在K5石灰岩底板，赋存三个煤层即： 14煤层一般厚度为0.10.8 m，平均0.4 m;煤15甲一般厚度为0.10.5 m;煤15乙一般厚度为0.14.29 m，平均1.12 m，局部达到可采。本组比较突出的特点是出现了含煤沉积，是典型的海陆交互相沉积序列。赵各庄组C32： 下限为赵各庄灰岩K6顶板，上限为11煤层顶板泥岩之顶界面。一般厚度为60 m，本组为重要的含煤地层。本组地层以粉砂岩为主，其次为砂岩，各种岩石所占百分比如下：粉砂岩类38.3，砂岩类29.5，煤层17.4，粘土岩14.8。岩相组合主要是泻湖海湾相和泥岩沼泽相交替沉积，同时在泻湖海湾相之后出现有湖滨三角洲相。自沉积赵各庄灰岩K6之后，海水大规模后退，而每次海进的幅度都比较小。该阶段沉积环境相对稳定，是成煤的最好时期。本组含煤层5层，即：煤12-1/2、煤12、12-1煤层、煤12-1上煤线、11煤层。其中煤12可采。二叠系下统P1下界为11煤层顶板之泥岩顶面，为整合接触。上界为层矾土质粘土岩之顶板，井田内该层大部分被冲蚀掉。本统地层一般厚度为235.76 m，分上下两组，上组称唐家庄组，下组称大苗庄组，其中大苗庄组是重要的含煤地层。1.2.3地质构造褶曲构造荆各庄矿井田为一个盆状向斜，向斜轴线偏居西侧，近南北延伸，中部略向西呈弧形弯曲，并向南偏东倾伏，倾伏角约56。向斜轴线西侧地层产状急陡，而东侧则较为舒缓，同时向斜边缘较之中部地层产状陡。这种构造特征直接影响了井田不同区域断裂构造的性质和发育程度。在井田东部有一舒缓横向褶皱，轴线方向N43E长700 m，宽300 m，两翼倾角510。在井田中南部有一小型背斜，轴线方向N40E，长600 m以上，背斜西部一翼产状较陡，倾角2560，东部则地层较舒缓，倾角1525。1.2.4地温据详查勘探资料，本区地温梯度为0.94 /100 m，横温带在50100 m左右，地温变化范围在11.5017.00 之间，属地温正常区。1.3煤层及煤质1.3.1煤层赋存条件井田煤系主要由石炭系上统和二叠系下统地层组成，煤系地层总厚度约450 m，共含大小煤层19层，煤层总厚度25.3 m，含煤系数为5.7，其中可采煤层共两层，即12#煤、9#煤，平均总厚度15.93 m。可采煤层集中在赵各庄组和大苗庄组。各煤层具体分布见表1-3。表1-3 煤系地层含煤情况 地层关系地层厚度（m）所含煤层可采煤层系统组层数煤层名称二叠系下统唐家庄组145.41-2小煤线无大苗庄组90.3685,6,7,8,9（1），9（2），109（2）石炭纪上统荆各庄组60.00511，煤线，12-1,12-2,12-1/211,12-1,12-2开平组76.59314,15,16无中统唐山组75.001煤线无 1 采煤层厚度 9#煤层：为矿井的主采煤层，厚度为0.0017.67 m，平均厚度为9.53m。煤层为黑色、条带状构造，玻璃光泽，以亮煤为主，间夹暗色条带，局部含丝炭，偶含黄铁矿膜，半亮光亮型。煤层的容重为1.44 t/m3。区内煤层厚度变化较大，最厚点在西翼采区湾36孔，各采区煤层厚度变化见表1. 5。本煤层一般含23层夹矸，多为炭质页岩。在井田西翼采区及轴东采区有厚层夹矸，岩性为褐红色泥岩粉砂岩细砂岩或浅褐色砂岩，厚度达0.51.0m，在平面上呈透镜状，分布范围不大，主要在盘地边缘及F3断层组附近，夹矸之上有1.53.7m左右的煤，之下有5.0m左右的煤。夹矸变厚处煤层厚度明显变薄，且上分层煤往往尖灭于煤层顶板，因此，在施工中必须注意：下分层煤是主要煤层。表1-4 各煤层厚度与倾角采区北一采区北三采区南二采区南四采区厚度（M）5017.619.216.19.188.566.09.588.55.08.2倾角（）0298033160161003016可采煤层结构变化井田内共有可采煤层四层，即： 9煤层、12煤层。在矿井开采过程中，揭露的煤厚点越来越多，通过全面的统计分析，对其稳定性有了更加全面的了解，现将其稳定性分析分述如下：根据9煤层开采情况，选取了134个煤厚点进行统计分析，确定煤9的稳定程度见表1-5。井田内各采区地质条件不同，煤层的稳定性也不尽相同，各采区煤层厚度稳定性统计见表1-6。表 1-5 井田煤层稳定性统计表（9#煤） 煤层厚度（M）统计点数变异系数（r）可采指数煤层稳定性0.0017.679.5313435.82%0.98较稳定采区名称煤层厚度（M）统计点数变异系数（r）可采指数煤层稳定性北三采区5.017.619.217123.37%1稳定北一采区6.19.189.568131.52%1较稳定南四采区6.09.589.53260.73%0.96不稳定南二采区5.08.29.51563.80%1不稳定表1-6 各采区煤层厚度稳定性统计表（9#煤） 1.3.2煤质煤的物理性质煤层的物理特性见表1-7：表1-7 主要煤层物理特征表 颜色光泽煤岩成分煤岩类型结构和构造矿物结核容重(t/m3)9#煤层黑色玻璃光泽以亮煤为主，间夹暗煤条带，局部含丝炭膜。光亮半光亮条带状构造偶含黄铁矿膜1.442 可采煤层的煤质概况煤层煤质特征表见表1-8。表1-8 可采煤层煤质特征表 项目煤层灰分（Ad）%挥发分（Vdaf）%原煤全硫（St.d）%原煤含磷（Pd）%发 热 量（Qnet.v.ad）MJ/Kg煤932.8543.440.50.0080.02321.35煤灰成分：以二氧化硅+三氧化二铝为主，其中二氧化硅的含量43.65%，三氧化二铝含量为36.22%，其次为三氧化二铁，其含量为4.79%，氧化钾含量为2.67%，氧化镁含量为1.62%，氧化钙含量为1.20%。灰熔融性软化温度（ST）1500 ，属难熔灰分。 工艺性能煤的热稳定性。据详查勘探取样测试，9号煤TS+6为56.2087.75%，平均77.01%；12号煤TS+6为81.5089.40%，平均86.03%，均属于热稳定性好的煤层。煤对CO2的反应性。经本矿取样试验并参考详查勘探资料，950 时，9号煤CO2还原率为9.4028.50%，平均17.77%。12号煤CO2还原率为17.6024.50%，平均19.65%，均属反应性低的煤层。煤的可磨性。据补充勘探9号钻孔煤芯煤样试验结果并参考详查勘探试验资料，12号煤哈氏可磨指数（HGI）为63.8091.80%，平均78.40%。12号煤可磨指数为53.8073.20%，平均63.00%，均属于可磨性较好的煤层。煤的结渣性。据详查报告资料，当鼓风强度0.30m/s时， 9号煤灰的结渣率为6.4211.98%，平均8.36%。12号煤灰的结渣率为7.309.78%，平均8.92%，均属弱结渣煤。煤的可选性据详查勘探采取钻孔简易分选样进行筛浮试验，用0.1含量法评价，结果为：9号煤：假定精煤灰分为11.00%，则0.1含量为4.5824.86%，平均11.68%，可选性为易选。假定精煤灰分为11.50%，0.1含量为3.5620.68%，平均9.29%，可选性为易选。12号煤：假定精煤的灰分为11.00%，则0.1含量为4.8035.07%，平均19.60%，可选性为易选。假定精煤的灰分为11.50%，则0.1含量为3.5031.50%，平均17.09%，可选性为易选。煤类和工业用途井田内各煤层均属气煤类，小牌号为气煤1号和气煤2号，根据9号煤铁箱试验结果，煤的结焦性能较差，块度小，抗碎性及抗磨性能较差，不适于单独炼焦之用，但可以考虑作配焦用煤；煤的焦油含量较高，属富油煤高油煤，可考虑煤的综合利用。由于煤的发热量均在18.0124.18 MJ/Kg，可作为动力用煤。1.3.3区域水文地质区域水文地质概况荆各庄矿井田位于开平向斜的西北侧，中隔凤山缸窑背斜自成一盆状向斜。流经本区东南边的陡河，发源于北部山区，上游由二支汇成，东支称管河，发源于丰润县福山寺管泉，西支称泉水河，发源于丰润县赵庄上水路。二支水流在双桥村北侧汇合，向南流，经唐山市区，下游汇集石榴河，向南流入渤海。河北省水利厅于1965年在双桥村一带修建了陡河水库，水库大坝距井田东端的最近距离为2200 m。陡河及陡河水库虽然距井田区甚近，但是因其底下均赋存有百余米的第四纪松散沉积物，而且存在有隔水作用的粘土层，对本矿充水没有直接的影响。荆各庄矿的水文地质条件属复杂型，有八个含水层，自下而上分别为：奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压含水层（） K2K6砂岩裂隙承压含水层（） K6煤12砂岩裂隙承压含水层（）煤9煤7砂岩裂隙承压含水层（）煤5以上砂岩裂隙承压含水层（）风化带裂隙、孔隙承压含水层（）第四系底部卵石孔隙承压含水层（）第四系中上部砂卵砾孔隙承压和孔隙潜水含水层（） 其中与矿井生产较密切的为、。井田地表河流井田地表河流主要为陡河，发源于发源于北部山区，上游由二支汇成，东支称管河，发源于丰润县福山寺管泉，西支称泉水河，发源于丰润县赵庄上水路。经在大戴庄所设观测站观测：夏季最高水位为+19.5 m，冬季水位介于+16 m+17 m，河水最高水位约低于本区地形的最低高度10 m左右。根据19891998年东翼塌陷坑观测资料统计，积水量最大值为263.5万t，积水量最小值为21.6万t，东翼塌陷坑随着采、掘活动逐年加大，但积水对矿井涌水量无影响，对矿井安全生产无威胁。井田含水层矿井直接充水含水层荆各庄矿直接充水含水层有K2K6砂岩裂隙承压含水层（）、K6煤12砂岩裂隙承压含水层（）、5煤层以上砂岩裂隙承压含水层（）。 a.K2K6砂岩裂隙承压含水层 该含水层位于石炭系中统唐山组的K2灰岩和石炭系上统赵各庄组的K6灰岩之间，厚度100 m，岩性以粉砂岩和细砂岩为主。岩石胶结物多为钙泥质。本层岩石裂隙非常发育，且以倾向裂隙为主，宽度较大，多呈直立密集分布。该含水层在垂向上以K6灰岩、15煤层底板、16煤层底板含水较丰富。 本含水层单位涌水量为 0.0050.083 m3/min.m，平均为 0.032 m3/min.m，渗透系数为1.2967.816 m/d ，平均为3.486 m/d ，属于含水丰富的含水层。水质类型为HCO3-Ca2+Mg2+型淡水，总硬度为9.12德国度，PH=7.89。 b.K6煤12砂岩裂隙承压含水层 该含水层位于石炭系上统赵各庄组的K6至煤12-2底板之间，厚度20 m，岩性以砂岩和粉砂岩为主，岩石胶结物多为硅质，垂直层面的构造裂隙很发育，裂隙充填物多为钙质。 本含水层单位涌水量为0.0020.206 m3/min.m，平均为0.042 m3/min.m，渗透系数为0.25319.793 m/d，平均为6.360 m/d ，属于含水丰富的含水层。水质类型为HCO3-Ca2+Mg2+型淡水，总硬度为12.27德国度，固型物含量为241 mg/l，PH=7.85。 c.煤5以上砂岩裂隙承压含水层该含水层位于二叠系下统的大苗庄组的煤5唐家庄组上界。岩性以粉砂岩及砂岩为主，其中中粗砂岩含水最丰富。砂岩胶结物多为钙、硅、泥质。本层岩石裂隙非常发育，且以倾向裂隙为主，宽度较大，多呈直立密集分布。在勘探期施工的钻孔中，几乎所有钻孔过本层时均消耗冲洗液，消耗量大于5 m3/h的钻孔占总数的58，而且漏水严重的分布在井田东部和南部地区，其余地段冲洗液消耗量较小，我矿在19871996年施工的钻孔当钻至本层时，冲洗液漏失现象也很严重，常有不回水现象。因此可知本含水层裂隙发育。 在煤5以上60 m厚，为一河床相砂岩，与下伏地层呈冲刷接触，在井田西部和中部直接冲刷至煤5或煤6，甚至冲刷至煤7或煤8，本段单位涌水量为0.0070.117 m3/min.m，平均为0.052 m3/min.m，渗透系数为1.9858.945 m/d ，平均为4.952 m/d ，其水质特征为：HCO3-Ca2+Mg2+型淡水，硬度为7.8612.64德国度，固形物含量234297 mg/l，PH=8.08.4。 本含水层是矿井顶板突水的直接水源，是威胁矿井生产的主要含水层，特别是对煤9的开采影响最大。d.石炭系太原组灰岩裂隙岩溶含水层。该含水层主要有K2、K3、K4、K5灰岩，据钻孔揭露：K2灰岩厚4.888.09 m，裂隙岩溶发育，消耗水量：20.76 m3/h；K3灰岩厚2.44.88 m，局部裂隙岩溶发育，消耗水量：24.15 m3/h；K4灰岩厚0.251.35 m，有缺失现象，最大消耗水量：12.12 m3/h；K5灰岩厚3.176.52 m，裂隙岩溶发育，最大消耗水量：11.59 m3/h。单位涌水量为0.004516.84 L/s.m，渗透系数0.02438.43 m/d，水质属于HCO3-Ca、Na型，矿化度1.254 g/L。该含水层水位标高+681.43+687.75 m。e.二叠系山西组K7砂岩和3号煤层顶板砂岩裂隙含水层。K7砂岩2.002.90 m，最大消耗水量24.75m3/h，单位涌水量为0.00320.079 L/s.m，渗透系数0.020 m/d。水质属于HCO3-Ca、Na型，矿化度1.251.37 g/L。3号煤顶板砂岩：与3号煤直接接触，厚1.156.96 m，平均3.80 m，裂隙较为发育，最大消耗水量为95 3/h，为3号煤直接含水层。f.二叠系下石盒子组K8砂岩：厚4.008.43 m，最大消耗水量：20.13 m3/h，单位涌水量为0.079 L/sm，水质属于HCO3-Ca、Na型。g.基岩风化裂隙带。在河床与沟谷低洼处发育深度为70100 m，在山麓边坡一带风化深度不足50 m，一般透水性好而含水性差。该层最大消耗水量为20.13 m3/h，邻区资料表明其单位涌水量为0.580.62 L/sm。h.新生界冲积-洪积松散层。厚025.29 m，平均8.75 m，单位涌水量0.0941.55 L/s.m，渗透系数0.464.60 m/d。水质属于HCO3-Ca、Mg或HCO3-Ca型，矿化度0.280.7 1g/L。为当地工农业用水主要取水层。主要岩性为亚粘土、亚砂土、砂、砂砾石，包括若干单个含水层及隔水层。 矿井充水因素分析矿井充水水源矿井主要充水水源有：含水层水、断层水、老空水。含水层水矿井含水层充水水源有煤5以上砂岩裂隙承压含水层水、9煤层7煤层砂岩裂隙承压含水层水、K612煤层砂岩裂隙承压含水层水、K2K6砂岩裂隙承压含水层水。其中9煤层开采受煤5以上砂岩裂隙承压含水层和9煤层7煤层砂岩裂隙承压含水层水的影响，一、二水平开拓工程受K612煤层砂岩裂隙承压含水层和K2K6砂岩裂隙承压含水层水的影响。断层水断层水作为充水水源主要是通过断层导通含水层水而形成的。断层的性质及围岩的破坏程度是断层充水的主要因素。张性正断层、落差大、围岩破坏严重便形成了良好的断层充水条件。充水通道充水通道主要是岩石的孔隙、裂隙、断层。 孔隙、裂隙通道矿井孔隙主要发育在第四系冲积层中，而裂隙发育在基岩里。其中后者与矿井生产关系较密切。矿井的岩石裂隙较发育，且多为张性裂隙，倾角大于70，是含水层水进入矿井的主要通道。断层荆各庄矿断层可分为两大类：正断层和逆断层。除F1F3断层外，大多数逆断层由于其结构面为压性面，比较紧密，导水性较差。而正断层却与之相反，由于其结构面属张性，较松散，易导水，F1F3断层组 虽为逆断层，但破碎带宽达250 m，使其附近地层被错动得支离破碎。通过15个穿过该断层带的钻孔简易水文观测表明；有60的孔发生冲洗液严重漏失现象，漏失量达7.8 m3/h，对湾42、湾水5进行抽水实验：单位涌水量为0.001 m3/min.m和0.056 m3/min.m，渗透系数为0.388 m/d和11.222 m/d 。因此足以证明该断层导水，富水性较强（已留有防水煤柱）。综上，荆各庄矿水文地质条件为中等复杂类型。 矿井涌水量根据本矿水文地质条件和及邻区实际生产状况，确定本矿井最大涌水量为9.5 m3/min，一般为3.73 m3/min。1.3.4瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃根据（燃化部72燃煤开字第91号文）确定：矿井瓦斯等级为低瓦斯矿井，并有煤尘爆炸危险。瓦斯涌出量，自燃发火期，煤尘爆炸指数见表1-9。 表1-9 瓦斯、煤尘及自燃发火情况表 矿井 名称沼气(CH4)二氧化碳（CO2）煤层自燃倾向性煤尘爆炸指数V（%）相对涌出量m3/t绝对涌出量 m3/min相对涌出量m3/t绝对涌出量m3/min荆各庄矿0.393.381.275.561.52.854.959.24极易自燃38.4264.22 井田境界和储量2.1井田境界2.1.1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为：井田范围内的储量，要与煤层赋存情况、开采条件和矿井生产能力相适应；保证井田有合理尺寸；充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等；合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。根据以上原则和荆各庄矿采矿登记，采矿许可证“地采证煤字1990第107号”批准的井田开采范围确定本井田境界有七个拐点连线圈定。七个拐点坐标见表1.1。荆各庄矿井田位于开平向斜的西北侧，中隔凤山缸窑背斜自成一盆状向斜。南北长约3.5 km，东西宽约3.4 km，北端闭合，南端开放，其轮廓恰似一直径3.5 km的亚圆形，面积约9平方公里。2.1.2开采边界扩大的可能性根据地质资料，北部、西部及南部均以12#煤层冲积层下潜伏露头为界，东部及东南部以F3断层为界，深部以12#煤层盆状向斜底- 530标高为最终深度，因此由上可知没有开采边界扩大的可能。2.2矿井储量根据（83）煤生字第1275号文颁发的生产矿井储量管理规程中第二章第一节第八条确定各级储量的条件中有关规定要求及参照开滦矿务局1991年颁发的开滦矿务局生产矿井储量管理规程实施细则和国家颁发的各种法规等作为确定各级储量的主要依据。本井田内共含煤19层，其编号自上而下分别为：1、2、3、5、6、7、8、9、10、11、12号煤，资源储量包括9、10号煤。但是本设计只做9号煤层，其余煤层本设计不做讨论。2.2.1储量计算基础工业指标的确定依据煤炭工业矿井设计规范有关规定，储量计算中厚度、灰分指标要求见表2-1。 其他计算依据根据荆各庄矿井田地质详查勘探报告和1998年6月补充勘探提供的煤层资料计算。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0.80 m，原煤灰分不大于40%。计算暂不能利用储量的煤层厚度为0.700.80 m。依据国务院（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储量。表2-1 储量计算厚度、灰分指标 储量类别能利用储量尚难利用储量煤 种炼 焦用煤非炼焦用褐煤炼焦用煤非炼焦用褐煤最低可采厚度/m缓斜煤层（0-25）0.700.800.800.400.600.70倾斜煤层（25-45）0.600.700.700.400.500.60急斜煤层（45）0.500.600.600.400.400.50最大灰分40%50%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。井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平稳，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均值。2.2.2工业储量计算根据储量计算公式（地质学基础中矿大出版社 陈昌荣主编）地质块段法地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征，将矿体划分为若干块段，在圈定的块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量。煤层总储量即为各块段储量之和，应当指出，每个块段内至少应有一个以上的钻孔。块段的面积S必须采用真面积（即煤层斜面积）。用煤层底板等高线上的水平投影面积换算成真面积。式2-4式2-3式2-1式2-2 式中 s真面积，m2; 水平投影面积，m2 ; 煤层倾角，采用块段内的平均倾角，（。） Mi块段煤层的平均真厚度，m;煤层厚度M应采用其厚度的平均值，即根据计算面积内各见煤点的厚度，均换算成真厚度（垂直层面方向的厚度），而后用算术平均法进行计算。式2-5 式中 煤层真厚度的平均值，m； n参加计算的见煤点数（地段中的钻孔数） 该地段中各见煤点的煤层真厚度，m； 块段内煤层容重，t/m2。 煤层储量的计算公式为： . 、. 分别为各块段的储量，万t ; 、. 分别为各块段的面积，m2 、. 分别为各块段内煤层的厚度，m 、分别为各块段内煤层的容重，t/m2。本井田内主要可采煤层为9#煤层，其平均厚度为9.53 m由上式计算结果见表2-2：图2-1 块段划分图表2-2 开滦荆各庄矿煤9储量计算表地质块段号块段投影面积 (M2)平均倾角 ()块段实际面积 (M2)平均厚度 (M)容重 (T/M3)块段储量 (T)a1569432.49251724651.099.471.4423518721.98b2217904.8811.252263168.259.631.4431383806.75c2897445.2010.252956576.749.541.4440616268.62d1301456.2316.251355683.579.481.4418506707.55总计9.53114025504.90平均15.69故全矿井共获得能利用储量11402.55万t，本井田储量级别均为111b+121b+122b级，因此矿井工业储量为11402.55万t 。2.2.3可采储量计算矿井可采储量=（矿井工业储量-永久煤柱损失）矿井回收率。计算矿井可采储量时，必须要考虑以下损失：工业广场保护煤柱；井田境界煤柱损失；采煤方法所产生的煤柱损失和断层煤柱损失；建筑物、河流、铁路等压煤损失；其他损失。本井田中永久煤柱损失主要有：工业广场保护煤柱、井田边界煤柱损失、风氧化带煤柱损失、大巷保护煤柱等。根据王台铺矿和长平井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2-3。表2-3 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15m风氧化带风氧化带50m井田边界边界煤柱30m断 层断层煤柱每侧20m大 巷大巷煤柱每侧30m(1)工业广场煤柱留设表2-4 工业场地占地指标井型（万t）占地面积指标（公顷/10万t）240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.8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。本井田工业广场井型指标取1.2，并且没有选煤厂，由上可得到本井田工业场地占地面S值。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。本井田工业广场井型指标取1.2，并且没有选煤厂，由上可得到本井田工业场地占地面S值。S=1.2120/10=14公顷=140000 m由于荆各庄矿采用中央并列式的通风方式，而又将风井与主井、副井布 置在同一个工业广场内，故本矿井扩大工业场地的面积为14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240 m 600m 。查地质资料，根据地质岩性，参照地质资料，确定地层移动角=45，=70，=3572。用作图法求出工业广场保护煤柱量。工业广场保护煤柱留设见图2.1。由作图法求得荆各庄矿工业场地煤柱损失：9#煤层：1147.52万t。 (2)井田边界保护煤柱：井田边界保护煤柱的留设宽度为30m，井田的边界长为3389m，所以煤柱损失为10.17万t。(3)风氧化带长6776.39m，所以煤柱损失为33.88万t。(4) 井筒及大巷位于工业广场范围内所以煤柱损失为0。图2-1 工业广场煤柱留设图可采储量计算表2-5 煤柱损失量表煤柱名称煤柱损失量/万t9号煤井田边界10.17工业广场1147.52风氧化带33.88矿井的回收率没有具体规定，一般为不低于60%，结合本矿实际情况，为了充分利用煤炭资源，参照采区回采率9#煤层，所以矿井回收率取75%。经计算矿井9号煤层工业储量为11402.55万t，全矿永久煤柱损失为1191.57万t；则矿井可采储量=（11402.55 -1191.57）0.75=8649.67万t，矿井储量计算结果见下表2-6所示。表2-6 储量总汇表矿井名称煤 层工业储量/万t可采储量/万t荆各庄矿911402.558649.673 矿井工作制度及设计生产能力、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，矿井设计年工作日330 d，每日3班工作，每班工作8 h，2班半生产，半班检修；掘进3班作业；昼夜净提升时间为16 h。3.2矿井设计能力3.2.1矿井设计生产能力的确定矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、开采条件、设备供应及国家需煤等因素确定。针对荆各庄矿井的实际情况：地质构中等复杂，储量丰富，煤层赋存较稳定，开采条件优越，主要可采煤层为9号煤层。9号煤层平均厚度9.53m，井田内各煤层均属气煤类，小牌号为气煤1号和气煤2号，根据9号煤层铁箱试验结果，煤的结焦性能较差，块度小，抗碎性及抗磨性能较差，不适于单独炼焦之用，但可以考虑作配焦用煤；煤的焦油含量较高，属富油煤高油煤，可考虑煤的综合利用。由于煤的发热量均在18.0124.18 MJ/Kg，可作为动力用煤。矿井沼气相对涌出量为:0.393.38 m3/t，绝对涌出量为1.275.56 m3/min；二氧化碳相对涌出量为1.52.85 m3/t，绝对涌出量为4.959.24 m3/min。煤尘具有爆炸危险，煤尘爆炸指数为38.4264.2。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，采用综合机械化采煤放顶煤的采煤工艺。本矿储量中等丰富，按照矿井设计规范规定，将该矿井生产能力预定为1.20Mt/a。3.3矿井服务年限3.3.1矿井服务年限的确定矿井的设计服务年限T可按下式计算：式3-1式中 T矿井服务年限，a；ZK矿井可采储量，万t；A矿井生产能力，万t/a；K储量备用系数（1.31.5），本矿井由于地质条件属中等偏简单，因此取1.36。由前面计算可知：ZK=8649.67万t得：T=8649.67/ (1.36120) 53 a即本煤矿的服务年限约为53 a50a。由以上计算可知：荆各庄矿矿井服务年限满足规定要求，矿井生产能力120万t/a符合要求。3.3.2第一水平的服务年限表3-1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力（万t/a）矿井设计服务年限（a）第一开采水平服务年限（a）煤层倾角45600及以上7035300500603012024050252015459040201515根据矿井开拓布置，第一水平开采可采储量为： 4300.25万t。所以第一水平的服务年限为：T=Z/(AK)4300.25/(1.36120)26.34 a25a。结合目前我国煤炭行业的实际情况和随着采煤技术及社会生产力的发展和，一水平服务年限符合当前实际并且满足煤炭工业矿井设计规范要求。4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，从地面向地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、位置及其互相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。确定井筒的形式、数量和位置，合理选择井筒及工业场地的位置；合理确定开采水平的数目和位置；布置大巷及井底车场；确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；进行矿井开拓延伸、深部开拓及技术改造；合理确定矿井通风、运输及供电系统。确定开拓问题，需根据国家政策，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，应遵循下列原则：(1)贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造