采矿工程毕业设计（论文）-城郊矿3.0Mta新井设计（全套图纸）.docx

目 录一般部分1 矿区概况及井田地质情况11.1 矿区概述11.1.1 交通位置11.1.2地形、地貌21.1.3河流及水体21.1.4气象地震21.1.5矿区经济概况21.1.6水源及电源21.2井田地质特征21.2.1井田地质构造21.2.2地层41.2.3水文地质51.2.4地质勘探程度91.3煤层特征101.3.1煤层101.3.2煤层顶、底板121.3.3煤质121.3.4瓦斯161.3.5煤尘161.3.6煤的自燃161.3.7地温162 井田境界和储量172.1井田境界172.1.1井田境界划分的原则172.1.2井田境界172.2可采煤层172.3井田尺寸172.4矿井储量182.4.1储量计算基础182.4.2安全煤柱留设原则182.4.3矿井地质储量192.4.4矿井工业资源储量202.4.5矿井设计储量202.4.6矿井设计可采储量213 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限233.1矿井工作制度233.2矿井设计生产能力及服务年限233.2.1矿井设计生产能力及服务年限确定依据233.2.2矿设计生产能力233.2.3矿井服务年限233.2.4井型校核244 井田开拓264.1井田开拓的基本问题264.1.1确定井筒形式、数目、位置及坐标264.1.2工业场地的位置274.1.3开采水平的确定274.1.4运输大巷和井底车场的布置284.1.5矿井开拓延伸方案及阶段划分284.1.6方案比较284.2 矿井基本巷道344.2.1井筒344.2.2井底车场及硐室374.2.3主要开拓巷道385带区巷道布置435.1煤层地质特征435.1.1采区位置及范围435.1.2采区煤层特征435.1.3地质构造435.1.4顶底板特性435.1.5水文地质435.1.6地表情况435.2带区巷道布置及生产系统（见首采区巷道布置平剖面图）445.2.1带区准备方式的确定445.2.2生产系统445.2.3带区内巷道掘进455.2.4带区生产能力及采出率465.3带区车场及主要硐室475.3.1带区下部车场设计475.3.2带区主要硐室486 采煤方法496.1采煤工艺方式496.1.1带区煤层特征及地质条件496.1.2确定采煤工艺方式496.1.3回采工作面长度的确定496.1.4回采工作面的推进方向和推进度506.1.5综采工作面的设备配套506.1.6回采工作面破煤、装煤方式506.1.7回采工作面支护方式526.1.8端头支护及超前支护方式546.1.9各工艺过程注意事项556.1.8回采工作面正规循环作业和工作面成本566.2回采巷道布置576.2.1回采巷道布置方式576.2.2回采巷道参数587 井下运输607.1概述607.1.1井下运输的原始条件和数据607.1.2井下运输系统607.2煤炭运输方式和设备选择607.3大巷运输设备选型627.3.1运煤设备627.3.2辅助运输设备选择638 矿井提升658.1矿井提升概述658.2主副井提升658.2.1主井提升658.2.2副井提升679 矿井通风及安全699.1矿井通风系统选择699.1.1矿井概况699.1.2矿井通风系统的基本要求699.1.3矿井通风方式的确定699.1.4主要通风机工作方式选择709.1.5带区通风系统的要求719.1.6工作面通风方式的选择729.1.7回采工作面进回风巷道的布置729.1.8通风构筑物739.2矿井风量计算739.2.1采煤工作面实际需要风量739.2.2备用面需风量的计算759.2.3掘进工作面需风量759.2.3硐室需风量779.2.4其它巷道所需风量779.2.5矿井总风量计算779.3矿井风量分配789.3.1配风的原则和方法789.3.2配风的依据789.3.3风量分配799.4矿井通风总阻力计算809.4.1矿井通风总阻力计算原则809.4.2确定矿井通风容易和困难时期809.4.3矿井最大阻力路线809.4.4矿井通风阻力计算809.4.5矿井通风总阻力849.4.6矿井总风阻和总等积孔849.5矿井通风设备选型859.5.1矿井通风设备的要求859.5.2主要通风机的选择869.5.3电动机选型899.6防止特殊灾害的安全措施899.6.1瓦斯管理措施899.6.2煤尘的防治899.6.3预防井下火灾的措施909.6.4防水措施9010 设计矿井基本技术经济指标91参考文献93专题部分1 问题提出951.1国外围岩松动圈的研究成果961.2国内围岩松动圈支护理论的研究进展981.3松动圈巷道支护理论的基本观点1001.3.1提出围岩松动圈的支护对象1001.3.2回答了围岩支护的作用1001.3.3提出巷道支护松动圈分类及相应的支护方式1011.4松动圈支护理论的工程应用1012 地下巷道及硐室松动圈支护理论1022.1松动圈厚度研究现状1032.1.1 实测法研究现状1032.1.2 理论解析法的研究现状1042.1.3 数值计算应用研究现状1082.2 地下硐室应力分布1082.2.1 无压硐室围岩重分布应力1082.2.2 有压硐室围岩重分布应力计算1112.3 围岩的破坏形式1113 回采巷道支护技术研究现状1143.1 巷道围岩支护形式1143.2 存在的问题1164 巷道支护与围岩作用机理1174.1巷道支护理论及方法1174.2 回采巷道支护形式与参数合理选择1204.2.1 回采巷道支护形式合理选择1204.2.2 回采巷道支护参数合理选择1215结论分析1235.1 结论1235.2 存在的问题及展望123参考文献124翻译部分英文部分126中文部分135致 谢143一 般 部 分中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第42页1 矿区概况及井田地质情况1.1 矿区概述1.1.1 交通位置城郊矿井田位于河南省永城市境内，覆盖城关乡、城厢乡的全部及侯岭、双桥、十八里、将口乡的一部分。南北长约6.371Km，东西宽约11.334Km，勘探面积约60平方公里。北临陈四楼井田（已建井投产），南接新桥井田（已精勘），地理坐标为：东经11617/30116025/21北纬33053/5234000/35井田范围北起F6断层，南至F20断层，西起F2断层，东至煤层隐伏露头。井田内地势平坦、交通方便。永城市西北至陇海铁路商丘东站约95公里，夏邑东站62公里；东北至京沪铁路徐州车站约100公里，东南至宿州车站月75公里，距京九铁路的亳州车站55公里，且均有柏油公路相通。乡村之间公路相通。图1.1 城郊矿井交通位置图1.1.2地形、地貌本区位于淮海冲积平原北部，地势平坦开阔，总体为西北高，南东低。最高海拔标高+40.2m，最低+32.3m，一般+34+37m。1.1.3河流及水体本区属淮河水系，地表水体不发育，主要河流为井田内的人工河流沱河。该河枯水季节关闸后抬高了上游水位，用于农灌，下游长期少水，只是在洪水季节开闸放水，排洪泄涝。平均年流量一般为12m3/s，雨季最大流量384m3/s，最高洪水位标高为34.79m，最低水位标高为30.07m。1.1.4气象地震本区属半干旱半湿润季风型气候，年平均降水量877.4mm，年最大降水量1518.6mm，年最小降水量为556.2mm，降水多集中于7、8、9三个月。多年平均蒸发量为1811.12mm，蒸发量大于降水量。每年七、八月最热，一、二月最冷，最高气温为+41.5，最低气温为-23.4，年平均气温+14.4。夏季多东南风，冬季多北、西北风，多年平均风速3.4m/s，最大风速20m/s。冰冻期为每年11月初至翌年3月底，最大冻土深度为0.21m。永城市属郯城庐江地震带影响范围，地震烈度小于6。据有关记载，公元925年以来，永城市东部安徽省境内肖县、宿县一带曾发生38次强烈地震。1668年山东郯城曾发生8.3级地震，永城市受到地震影响。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），本区位于地震烈度度区。1.1.5矿区经济概况永夏矿区地处黄淮平原北部。矿区工业以煤炭、电力、冶金、建筑材料为主，农业以种植小麦、玉米、大豆为主，经济作物主要有花生、棉花、芝麻等。矿井建设所需钢材、木材从外地采购，经铁路和公路直接运至工业场地，砖、瓦、沙、石及水泥均可就地供应。本区地处黄淮冲积平原的北部，土地肥沃，人口稠密，在矿区范围内分布有城关乡、城厢乡等多个小村庄，征地和拆迁工作对矿井生产不会有一定影响。永煤集团公司已建成的矿区中心居住区及机修、器材供应等辅助设施均可为矿井建设和生产提供生活服务及生产服务。1.1.6水源及电源区内第三、四系松散孔隙承压水含水层，砂层厚度大，分布稳定，富水性较好，水质符合饮用标准，可作为矿井供水水源。另外，井下排水经处理后也可作为矿井供水水源。永城市水利局对矿井生产、生活用水、取水已给予批复。本矿井供电电源双回路均来自城郊110KV变电站不同的两个母线段。1.2井田地质特征1.2.1井田地质构造在区域构造体系中，本区位于华北台块东南隅、山东台背斜徐蚌凹折带中；秦岭-昆仑纬向构造带东段北支的南侧，新华夏系第二沉降带的东侧。城郊矿井田位于北北东向的永城隐伏背斜的西翼中段，北北东向断层构造居主导地位，其次是近东西向构造，局部发育有北西向构造。总体构造特征是以宽缓褶皱为主，伴随一定数量的断裂构造，且多集中在背、向斜两侧。井田东南部地层走向为北北东向，南部由于两组不同方向构造的复合而呈马鞍状，中部、北部由于受小褶曲的影响，呈波状起伏，走向变化较大。地层产状总趋势向南西西方向倾斜，地层倾角一般在815，个别地段（东南部蒋阁向斜一带）达2030。褶皱和断裂构造呈北北东向和近东西展布。本区处于华北板块南部，嵩杞构造区东缘永夏断隆带。中新代时期由于太平洋板块向欧亚板块俯冲，形成了郯庐断裂系，本井田近邻该断裂系，区域构造格架严格受其控制。和本区和华北地台区一样，经过多次构造运动，于燕山期形成了现在的构造格局。区内以北北东-北东向构造为主体，东西向（近东向西）构造次之，局部地段亦发育有北西向构造，伴随有岩浆岩活动。永城煤田煤系地层的展布形态，受上述两组构造的严格控制。1.褶皱永城隐伏背斜是区内最大的褶皱构造，表现明显，为控制永城煤田的主体构造。北端由豫、皖接界的芒砀山一带延入本区。在区内展布于永城市东的丁集、演集、柏山一带，呈北东1015方向延伸，有向北倾伏之趋势，向南继续延伸进入安徽省境内。北部转折端被北西西方向的太平集断层所截。轴部由于受断层的影响，形成地垒状抬升，有寒武、奥陶系灰岩组成，并伴有酸性-基性岩浆岩侵入。两翼由石炭二叠纪含煤岩系组成，产状平缓，倾角一般为1020，东翼稍陡，轴面稍向西倾。背斜东翼有西往东有茴村勘探区，内含车集井田，葛店煤矿，新庄煤矿，在往东是安徽省的刘桥煤矿；背斜西翼由南往北有新桥勘探区，内含新桥井田、城郊井田、陈四楼井田、顺和井田及薛湖勘探区，在往西是蒋口普查找煤区。背斜西翼在城郊勘探区内有一系列呈雁行排列的向斜和背斜，自南东至西北依次为蒋阁向斜，陈四楼向斜，柏窑背斜，曹楼向斜，张庄向斜等，与永城隐伏背斜轴一致，属于与永城隐伏背斜同期形成的次一级构造。近东西向褶曲相对不甚发育，自南向北依次有郏城双桥向斜、胡桥薛湖背斜、太平集火店向斜、孔庄芒山背斜等较大的平缓、开阔隐伏褶曲。2.断层北北东向北东向断层自东向西较大的有：王庄断层、葛店断层、刘河断层、F37与F38断层、薛湖断层、F2（城郊井田边界断层）等；近东西向断层较大的有F20断层（城郊井田与新桥井田边界断层）F8断层与F132断层。区内大断层一般为高角度正断层，由于后期多次活动，明显错断到新生界地层中。井田内断裂构造不甚发育，落差大于百米者为数不多。在井田范围内，仅有大小断层20条，平均每平方公里0.19条，在20条断层中，最大的落差大于100m的有8条，50100m的有5条，3050m的有5条小于30m的有2条。井田内走向北北东的断裂构造占主导地位，近东西向的也比较发育，其他方向的断层则不甚发育。按照精查报告结论，构造类型为二类，根据地震补勘及井巷工程实际揭露地质资料证实，矿井地质条件与原精查地质报告相符。3.岩浆岩井田岩浆岩主要集中在31勘探线以北F4断层移动与陈四楼井田毗邻处，井田内影响较大的是三4、三22煤层，尤以三22煤层为甚，多集中在F4、F6、F14三条断层限定的范围之中。岩浆岩的侵入破坏了煤层结构及稳定性，对煤层、煤质都有一定程度的影响。1.2.2地层永城煤田的区域地层属华北地层区，鲁西分区，徐州小区。上奥陶至下石炭统，三叠系至古新统缺失。井田地层基本和区域地层相一致，根据钻孔揭露自下而上可分为奥陶统，中、上石炭统，二叠系和新生界。由老至新叙述如下：1.中奥陶统（O2）在井田内穿见最大厚度达490.42m，可能包括部分下奥陶统。2.中石炭统、本溪组（C2b）主要由铝土泥岩组成，厚度4.5411.42m，平均厚度8.21m。3.上石炭统太原组（C2t）由较稳定的薄厚层状灰岩、泥岩、砂质泥岩组成，局部夹有铝土泥岩。含煤最多时达10层，单煤层厚度0.180.75m，平均厚度0.40m。本组厚度135.70159.20m，平均厚度145.82m。所含灰岩911层，自下而上编号L1L11。其中L2、L8、L11厚度稳定，其余各层为较稳定和不稳定。4.下二叠统山西组（P1S）主要由泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤层组成，厚度72.40130.10m，平均102.54m，含煤3层，位于该组中部的二2煤层为本井田的主要可采煤层。5.下二叠统上石盒子组由泥岩、砂质泥岩和砂岩、铝土泥岩及煤层组成，厚度45.03105.00m，平均69.63m，含煤57层，其中三1、三22、三4为可采煤层，是井田内又一重要的含煤地层。6.上二叠统上石盒子组由泥岩、铝土泥岩、中细粒砂岩组成，本组平均厚度747.59m，分为四段。7.上二叠统石干峰组主要由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩组成，夹有紫斑泥岩和砂岩。8.第三系中新统：厚度76.10170.16m，平均厚度99.41m，底部局部有次生炭酸岩沉积，中上部以粘土为主，夹亚粘土及少量砂土。上新统：厚度151.69192.97m，平均厚度171.57m，以细、中砂为主，与粘土、亚粘土交替沉积。9.第四系更新统：厚度45.2079.50m，平均厚度59.76m，由粉砂、细砂与粘土、亚粘土及少量亚砂土组成，局部见有中砂。粘性土厚度大于砂性土。全新统：厚度27.1848.90m，平均厚度34.17m，以粘土、亚粘土为主，夹细砂及亚粘土。1.2.3水文地质井田基本为四周受断层切割，造成相对的隔水边界，形成一个与外部水利联系微弱，补给不足的水文地质单元。地表水体沱河是井田内最大的人工河流。该河枯水季节关闸后抬高了上游水位，用于农灌，下游长期少水，只是在洪水季节开闸放水，排洪泄涝。平水年流量一般为12米3/秒，雨季最大流量384米3/秒，最高洪水位标高为34.79米，最低水位标高为30.07米。矿井目前正常涌水量576m3/h，矿井水文地质条件类型属于中等类型。根据含水层、隔水层在垂直序列上的沉积特征，自上而下划分为四个含水组，九个含水层段，并对风氧化带和断层破碎带含水性、导水性分别加以阐述如下：1.三、四系孔隙含水组本组分为四段：1）第四系全新统孔隙潜水含水段（I1）约埋深为3050米以浅，砂层有13层，以粉细砂岩为主，厚度1.219.59米，平均8.27米。呈北西南东向带状分布，单层厚度变化大，分布不稳定，在井田内砂层为中间厚、向东、西两侧逐渐变薄，具明显的似曲流沙坝特征，剖面上为似透镜状。地下水流向南东，直接受大气降水补给，与沱河为互补关系，在上游大体上平水期与枯水期浅层地下水补给地表水，洪水期地表水补给地下水。这种互补关系又受地面高差，及沟渠切割地势所控制，即沱河河床以北受地下水补给，河床以南又补地下水，下游多为地下水补给河水，但补给量不大。该含水段循环交替强烈，富水性具差异性。隔水层为致密第粘性土、夹亚砂土，与砂层交互沉积。底部粘性土厚度为1.144.24米，平均为12.56米，与下部含水层相隔。该层地下水水位标高为30.6929.75米，变化幅度受大气降水直接影响，由于近年气候偏干旱，地下水位具明显的下降趋势。单位涌水量0.872.28升/秒.米，渗透系数53.66123.2米/日，水化学类型为HCO3-CaMg型水，矿化度0.581.15克/升，水温15160C。是民用和农灌的主要水源。2）第四系更新统孔隙承压含水段（I2）约埋深为90110米，砂层14层，以粉细、中砂为主，砂层厚度3.4333.13米，平均17.38米，井田内砂层为东、西两向变薄，中间较厚或呈透镜状，具冲击沙洲沉积特征。底部隔水层为致密的粘性土，厚度4.0556.30米，平均17.46米据永城啤酒厂提供水井资料，单位涌水量1.07升/秒.米，渗透系数1.62米/日，水位标高23.85米，水化学类型为HCO3-Na型水，矿化度0.8克/升，水温19.50C。3）第三系上新统孔隙承压含水段（I3）约埋深为240270米，砂层611层，以细、中砂为主，夹粗砂层，厚度55.58113.65米，平均80.16米，沉积稳定、连续、厚度大，在井田内呈中间厚，向东、西方向变薄的趋势，具现代沙洲沉积特征。钻孔揭露多处有漏水现象。隔水层为粘性土、致密、含钙质结核，厚度为1.2573.00米，平均14.32米，比较稳定。地下水以水平侧向补给为主，径流滞缓，流向大致为北西流向南东。静储量消耗大，在33线一带，1976年以前为自流带，而今下降为负水头。垂直越流甚微，以开采为排泄途径。据井田内2204（2）孔及生产供水井资料，单位涌水量1.121.45升/秒.米，渗透系数1.32.81米/日。水位标高30.9021.75米，水化学类型为HCO3SO4-Na型水，次为HCO3SO4-Ca型水，矿化度1.01.3克，水温180C。是本区主要工业用水水源。4）新第三系中新统孔隙含水段（I4）埋深约自240270米至基岩面，砂层07层，有两层沉积较稳定，多呈透镜状砂体。以细、中砂为主，夹粉砂或粗砂。砂层厚度为033.03米，平均13.86米，在井田内砂层呈东薄西厚的趋势，在2109孔至3128孔一带缺失。具湖泊沉积特征，地下水流向与现代一致。底部见有次生碳酸盐，已成岩，呈透镜状，具蜂窝状溶蚀现象，弱含水，封闭性好。厚度为025.49米。据2403（2）孔抽水结果，单位涌水量为0.001升/秒.米，渗透系数为0.003米/日，水位标高17.43米，水化学类型为SO4-Na型水，矿化度4.2克/升，在本区未作含水层看待。隔水层为粘性土夹亚砂土，含钙质及钙质结核或石膏晶体是与风氧化带相隔的良好隔水层，厚度约2.5135.00米，平均44.29米，局部地段砂层透镜体直接与风氧化带接触含封闭水。该含水段本井田未作抽水试验，据相邻的陈四楼井田6201（2）、1212二孔资料，单位涌水量0.150.56升/秒.米，渗透系数1.723.6米/日，水位标高31.9335.08米，水化学类型为SO4-Na型水，故水量中等，水质也佳，不宜作为民用，农灌及工业用水水源。地下水流向自西北向东南，以水平侧向补给为主，据6406（2）孔（在陈四楼井田内）长期观测资料证实，该段地下水高水位期在每年2月份。低下水位期在1112月份，近几年有处于大幅度下降的趋势，下降幅度（自1985年2月1987年12月）3.13米，平均年下降幅度1.10米。明显的反映出地下水径流滞缓，补给不足。2.二叠系裂隙承压含水组II本组分三个含水层段1）上石盒子组裂隙承压含水段（II1）含水层岩性以细、中粒砂岩为主，少见粗粒砂岩，与隔水性较好的泥岩、砂质泥岩呈交替沉积、砂岩122层，厚度2.0114.77米，平均26.14米。K6、K5是该段主要含水砂岩，厚度变化大，其中：K6厚度0.5049.16米，平均13.12米；K5厚度0.7534.90米，平均9.6米，据钻孔揭露，裂隙比较发育，大部分地段漏水或严重漏水，漏失量达170200升/分。由于K5距三煤组比较近，又在影响范围内（30多米），因此对K5砂岩段进行了专门抽水试验。距0008抽水结果，单位涌水量0.041升/秒.米。渗透系数0.757米/日，水位标高29.30米，水化学类型为SO4-Na型水，矿化度2.1克/升，水温250C。该段水以沿裂隙水平运移为主，富水性中等，但各处不均。2）下石盒子组裂隙承压含水段（II2）该段是三煤组直接充水岩层，可见砂岩07层，以细粒砂岩为主，局部有中、粗粒砂岩，厚度033.06米，平均14.31米。沿断层带两侧部分钻孔有漏水现象，漏失量最大达200升/分。大部分地段裂隙不发育，也不漏水。据2403（1）孔抽水试验：单位涌水量0.008升/秒，渗透系数0.053米/日，水位标高30.73米。水化学类型为SO4-Na型水，矿化度3.3克/升，水温240C。从2403（1）孔长期观测资料看，1981年最高水位标高32.08米，到1987年下降到29.60米。处于平缓下降状态，年平均下降幅度为0.38米，至今没有回升趋势，说明以消耗静储量为主。沿裂隙水平侧向补给不足，径流滞缓，对矿床排水很有利，易于疏干。3）山西组裂隙承压含水组（II3）该段是二2煤层直接充水岩层，可见砂岩113层，厚度8.0476.44米，平均36.80米，煤层顶板以上砂岩09层，厚度042米，平均15.14米。以细粒砂岩为主，局部有中粒砂岩，其间为泥岩、砂质泥岩或粉砂岩交替沉积并起相对隔水作用。沿断层两侧部分钻孔揭露，二2煤顶板砂岩有漏水现象。漏失量100200升/分。裂隙较发育，但多被泥质或方解石脉充填。据2007孔、0116孔、3514孔抽水试验：单位涌水量为0.0010.005升/秒.米，渗透系数0.0010.027米/日，水位标高29.8127.34米，水化学类型为SO4-Na型水，矿化度3.44.5克/升，水温19240C。地下水补给为本层水平运移，动态变化据0426孔（陈四楼井田）长期观测资料，自1985年5月至1987年12月，一直处于缓慢下降趋势，年平均下降幅度为0.53米，总下降幅度1.39米，至今未见回升迹象。据永城煤田葛店井田1965年2202主孔抽水：水位标高31.04米，河南地质矿产局地质十一队在1983年生产补钻中施工的抽水试验孔16补2、16补3，测得水位标高顶板为+0.94米，底板为-20.99米，正是由于矿山开采十多年来的排水结果，使顶板水位下降达30.10米，底板下降达52.11米，这充分说明了该充水岩层富水性极弱，径流几乎处于停滞状态，随着矿山开采排水而大量消耗静储量，易于疏干。在调查期间的长观民井1、2、3、6号与19年前未开矿前的民井129、150、159、101号观测资料相比较，前后水位标高相近似，这说明矿井长期排水进行疏干对上部潜水动态无影响，同时也证实大气降水对二2煤层无直接补给作用。3.石炭系太原组岩溶裂隙承压含水组（III）本组是二2煤底板间接充水岩层，全段有灰岩11层，总厚40.4076.22米，平均53.47米，上段（L11L8）厚17.529.34米，平均21.74米；中段（L7L4）厚7.224.08米，平均15.24米；下段（L3L1）厚12.620.59米，平均19.09米。其次为砂岩，有16层，厚1.9133.29米，平均13.50米。与泥岩均为互层沉积，以L10、L8、L4、L2灰岩沉积稳定、厚度大。岩溶裂隙发育不均一，裂隙多为4070度，随深度增加而减弱，且多被方解石脉充填或半充填，部分钻孔揭露各层灰岩不同程度都有漏水现象，最大漏失量达200升/分。富水性受岩溶裂隙发育程度、地下水运动、可溶盐成分等因素所控制。井田内石炭系灰岩埋深大，上有（p1s）泥岩不透水层相隔，形成深层储水构造，具强承压性、富水性中等到强,从实际揭露情况分析，城郊井田的北翼2、4采区石炭系灰岩富水性中等，东翼112（1）采区石炭系灰岩富水性较强。从灰岩化学成分看，CaO含量为405287%，SiO2含量为0.3523.12%，属微溶的碳酸盐类岩石。由于受区域地质构造的控制，地下水水平运移较滞缓，补给不足，交替性不佳，水化学类型多为SO4-Na型水，水质差，水温也较高。上段灰岩：其中K3（L11）厚度0.233.26米，平均1.64米。上距二2煤底板为13.5085.61米，平均50.36米，一般情况下对二2煤层威胁不大，但当受断裂构造、垂向裂隙较发育地段，如2204、2306及2015孔均为断层穿见孔，1采区2101工作面位于马岗背斜轴部，垂向裂隙极其发育，巷道在掘进过程发生几处煤层底板突水。所以发生突水的可能性是存在的，对这些部位应在开采中给以注意，防止突水。其中L8灰岩：厚4.1016.95米，平均10.49米，厚度大，较稳定。岩溶裂隙较发育，据化学分析，该层灰岩CaO含量在52.5652.87%，高于其他层灰岩。SiO2含量在0.30.73%，低于其他层灰岩。L8上距K3（L11）一般平均在30米左右，期间又有泥岩、砂质泥岩相隔，基本无水力联系，一般不宜造成突水。但在井田内局部地段，如F4断层以西，L8灰岩高于东部二2煤层，又如0225孔穿见断层，L8灰岩距二2煤层只有6.82米。故通过F4断层也有突水的可能性。地下水动态变化，据6201（1）孔（位于陈四楼井田）长期观测资料：高水位期约在每年的2月份，低水位期大致在79月份，由于今年来气候偏干旱，地下水位变化自1986年4月后处于大幅度下降状态。总下降幅度为2.43米，年平均为1.46米，说明远方补给也显不足。石炭系灰岩与下伏奥陶系灰岩，在井田东部偏北二2煤层露头处，直接接触，沿裂隙发生水力联系是可能的。井田边界F20断层南奥陶系灰岩上升，在断层北3514孔石炭系上段灰岩进行抽水试验的同时，观测断层南3505孔奥陶系灰岩水位，几无变化，说明二者无水力联系，可认为F20断层在自然状态下不导水。4.奥陶系灰岩裂隙承压含水组（）奥陶系灰岩在井田内揭露最大厚度489.42米（002孔）穿见钻孔11个，具厚层状岩溶裂隙随垂深增加而减弱，发育不均，承压性受各处静水压力控制，强弱不一。富水性差异也大，自远方大气降水补给而水平运移到本区，补、排、径不一致，循环交替条件较好。据3326孔抽水试验：单位涌水量0.19升/秒.米，渗透系数0.38米/日，水位标高30.73米（灰岩穿见厚度48.97米）。水化学类型一般为HCO3SO4-Na型水，矿化度1.1克/升，水温220C。5.风氧化带裂隙含水性基岩风氧化带最大垂深40.42米，最小4.79米，平均18.80米。风化裂隙被粘土状残积物充填，对新生界底部砂岩水下渗或侧向渗透有一定的阻止作用，本层富水性极弱，径流处于停滞状态。在与煤层露头接触部位（如0005孔处）有垂渗的可能性，但影响不大。据2204孔抽水试验：单位涌水量0.002升/秒.米，渗透系数0.019米/日，水位标高30.60米，水化学类型为SO4-Na型水，矿化度0.9克/升，水温260C。6.断层破碎带含水性与导水性井田有7条边界断层，总共查明大小断层20条（57个断点）断层破碎带岩性为断层泥和断层角砾岩。岩石硬度低，固结程度很差，裂隙不发育。穿见断层钻孔均无漏水现象，而在接近断层两侧的漏水钻孔却有34个，占全部漏水钻孔的33%，漏水层位主要为P1x、P2s（个别孔为P1s）。说明主断层两侧次一级构造裂隙较为发育，也是巷道和工作面突水的主要通道，同时增加开采煤层时顶、底板管理的难度，应予以引起高度的注意，要留足够的断层保护煤柱。据井田内断层带抽水结果，以及与邻近井田断层带的抽水资料对比，建井时过F14断层，落差近50米，含水性较弱，导水性差。本区断层带含水性极弱，导水性也差，可视为相对的隔水层。但由于有断层的存在，毕竟破坏了上下含水层的天然隔水性能，特别是在开采二2煤层通过断层破碎带时，应该引起高度的重视，防止灰岩水（静水压力大）顺断层或断层两侧次一级构造、主要导水裂隙造成突水。本井田断层富水性微弱，具有一定的隔水性能，一般情况下不会发生大的导水威胁。综上所述，本井田是一个与外部水力联系微弱，补给不足的较完整的独立水文地质单元，开采煤层远离地表水体，无充水影响，简洁充水岩层“灰岩”，虽然单位涌水量较大，局部在断层处有与煤层对接的可能性，如留好煤柱，远离断层，一般是不会突水的。本矿井水文地质、工程地质条件属中等类型。矿井正常涌水量376m3/h。1.2.4地质勘探程度永城煤田自1957年被地质局三二五队发现以来，先后有多家地质勘探单位进行过地质勘探、物探工作,涉及城郊矿井的勘探工作主要有：1.1959年3月11月，原河南煤田地质局一七队开展普查工作，于同年11月提交了河南省永城煤田陈集普查地质报告，初步查明了勘探区的基本构造轮廓。2.1976年1982年，河南省地矿局十一队开展详查工作，于1983年4月提交了河南省永城煤田城郊煤田详查地质报告，基本查明了井田构造形态，控制了井田内大的断层，煤层露头，并对含煤地层进行了划分。3.1957年1984年，先后有河南省地矿局物探队等四家单位在永城煤田开展了电法、地震勘探工作。受仪器、方法和资料处理手段等方面的限制，资料利用价值不高。4.1992年10月1993年3月，河南煤田地质局物探测量队在城郊矿井面积约32Km2的首采区（第03与第36地质勘探线之间）进行了二维高分辨地震补充勘探，同年8月提交了河南省永夏矿区城郊矿井初级采区地震补充勘探报告，查明了区内落差大于10米的断层，控制了二2煤层隐伏露头位置，地质效果明显。5.1988年11月由河南省地质矿产厅地质十一队提交的河南省永城煤田城郊煤田详查地质报告经河南省矿产储量委员会“豫储决字（1989）09号”文批准。6.2000年10月2001年7月，河南省煤田地质局物测队开展了河南省永城煤电（集团）城郊矿东112采区三维高分辨地震勘探工作。7.2000年11月10日永城煤电集团城郊矿与中国矿业大学、中国煤田地质总局物探研究院签订了永夏矿区城郊矿北三维三分量地震勘探合同书。中国矿业大学（北京）、中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院编制了河南省永城煤电（集团）城郊矿北三维三分量地震（3D3C）勘探设计。8.2001年1月6日2月28日中国矿业大学、中国煤田地质总局物探研究在现场历时近两个月完成了三维三分量地震数据采集任务，2001年3月完成数据处理，2001年6月完成地震地质解释与成图，2001年8 月提交了河南省永城煤电（集团）有限责任公司城郊矿北三维三分量地震（3D3C）勘探报告。该井田历经29勘探，施工钻孔335个，总进尺191546.11m，平均每平方公里3.3个。其勘探类型确定合理，勘探工程间距适宜，勘探工程量充足，可满足相应级别储量的控制要求。对含煤地层作了较深入的研究和探讨，地层对比清楚，初步查明了岩浆岩的岩性、侵入层位、分布范围及对煤质影响。对井田边界断层除F9外，其他断层控制严密，第一水平内落差大于30m的断层、背向斜及煤层产状已经查明。查明了主要可采煤层的层数、厚度、结构及可采范围；煤层对比可靠。水文地质查明了井田内含水层组的水文地质条件，预计矿井涌水量的计算方法合理。对煤层顶板、底板、瓦斯、煤尘、自燃、地温等开采地质条件作了大量的研究工作，结论可靠。储量计算方法和选用的各种参数合理，储量计算结果可靠。综上所述，设计认为该井田已达到精查勘探的要求，可以作为矿井设计及建设的依据。1.3煤层特征1.3.1煤层本井田含煤地层自下而上为上石炭统太原组，下二叠统山西组、下石盒子组，上二叠统上石盒子组，含煤情况差别较大。太原组含煤110层，称一煤组，单层煤层厚度0.180.75米，平均厚度0.4米，井田内钻孔未见可采点，煤层总厚度2.17米，含煤系数1.5%。上石盒子组四煤组、五煤组含煤总层数分别为3层、4层，平均总厚度分别为1.13米、1.19米，含煤系数分别为0.8%、0.5%，可采层数为零，钻孔揭露一般为煤线或碳质泥岩。下石盒子组，称为三煤组，含煤7层，其中3层煤为较稳定可采层，一层为局部可采，山西组含煤3层，称为二煤组，其中一层稳定可采。山西组和下石盒子组为井田主要含煤地层，平均厚度172.17米，含煤性好，平均煤层总厚度10.21米，含煤系数5.93%，并分述如下：1.山西组（P1S）下起K3标志层顶，上至K4标志层K4底。主要由泥岩、砂质泥岩、砂岩和煤层组成。厚度72.4130.10米，平均102.54米，含煤3层，赋存于该组中部的二2煤层为本井田的主要可采煤层。二2煤层以下主要由灰色砂岩、黑色泥岩、灰黑色砂质泥岩、碳质泥岩和薄煤层（二1煤）组成。下段主要由厚层黑色泥岩、砂质泥岩组成。层单稳定，含有少量的动物化石碎片和硅质菱铁矿结核。上段主要为薄层状砂岩，水平层理较发育，层面含碳质及白云母片。称为“叶片状砂岩”。相当于豫西的“大占砂岩”，两淮的“叶片状砂岩”。厚度一般15米左右，层位稳定，分布广，距二2煤一般5米左右，局部为煤层直接底板。二2煤层以上主要为砂岩、砂质泥岩、泥岩加不稳定的薄煤层（二3煤），总体表现为下细上粗的特点，偶见薄层菱铁矿，中部为一层中粗粒长石石英砂岩，称为“豆腐渣砂岩”，长石岩榍含量较高，分选性、磨圆度较差，泥质胶结，胶结疏松，易于辨认。2.下石盒子组（P1S）下起K4标志层底，上至K5标志层底。主要由深灰色、灰色泥岩，砂质泥岩和浅灰色砂岩，鲕铝土泥岩及煤层组成，厚度45.03105.00米，平均69.63米，含煤7层，其中3层煤为较稳定可采层，一层为局部可采，是该井田又一重要含煤地层。底部以K4标志之底山西组分界。K4为灰浅灰色鲕状铝土泥岩含大量菱铁质鲕粒，局部夹紫红色斑块及黑灰色斑点，厚度1.4331.5米，平均10.60米，广泛发育，层位稳定，易于对比。其厚度变化：在00线一带较厚，一般在15米左右蒋阁向斜附近较薄，大部分小于10米；其余地带厚度在10米左右物性特征是视电阻率幅值较高自然伽码幅值为（50110r），高峰一般发育在K4上部与视电阻率高峰幅值相对应。自然伽码异常，厚度在2米左右曲线界面清晰。为井田的重要标志层。本组下部为砂泥岩段，砂岩发育，见大量交错层理，泥岩富含植物化石碎片；中部以泥岩，砂质泥岩为主，砂岩大部分分布于原分流河道的位置上；含煤57层，其中3层通过勘探可采；各煤层间距较小，一般在7米左右，岩性以泥岩、砂质泥岩为主，少量细中粒砂岩，煤层段泥岩含有大量植物化石碎片及丰富的根座化石，菱铁质鲕粒在局部层段比较密集，水平层理发育。上部为细、中粒砂岩与砂质泥岩及薄煤层多旋回交替出现，砂岩层呈透镜体状，近南北向展布，分布面积较小。砂泥岩互层，局部可见细砂岩。本组的厚度变化和沉积环境有关，分流河道沉积厚度较大，其两侧分流间弯的沉积厚度较小。本井田共含煤1523层，其中可采煤层5层，（参见煤层情况一览表），分别为山西组的二2煤层下石盒子组的三1、三22、三4、三5。井田主采煤层为二2煤层。二2煤层赋存于山西组的中部。至上部K4标志层底平均距离52.02米；与下部K3标志层平均距离49.10米，层位稳定，可采厚度0.87.68米，平均厚度5.50米；煤层大面积表现为单层结构，仅在个别钻孔中见到双层结构，且分布零星夹矸为泥岩，厚度小、范围小。表1.1 煤层情况一览表含 煤 地 层煤 组名 称含煤段平均厚度（米）含 煤 情 况系统组总层数平 均厚 度（米）含煤系数可采层数可采煤层编 号二叠系上二叠统上石盒子组五煤组245.1541.190.5%0无四煤组130.8931.130.8%0无下二叠统下石盒子组三煤组69.6371.672.0%0三4三22三1山西组二煤组102.5435.54.8%1二2石炭系上石炭统太原组一煤组145.82101.171.5%0无1.3.2煤层顶、底板二2煤直接顶板以砂质泥岩粉砂岩为主，细粒、中粒砂岩顶板次之，厚度一般510m。老顶为细粒、中粒砂岩，厚度2.3519.70m。直接底板主要为砂质泥岩、粉砂岩，厚度0.7632.73m，一般1.1812.71m，岩石致密，分布连续稳定。顶、底板抗压强度细粒砂岩以上的一般46.80130.20MPa，砂质泥岩、粉砂岩15.8757.30MPa、泥岩12.4046.27MPa；顶底板抗拉强度细粒砂岩以上的一般1.105.77MPa、砂质泥岩、粉砂岩0.504.80MPa、泥岩0.572.10MPa。可见砂质泥岩、粉砂岩、细粒砂岩的强度指标较高，泥岩强度低。井田内大部分区段二2煤顶板岩石力学强度较高，完整性较好，属易于管理的顶、底板。在断层发育处，岩石原生结构遭到破坏，裂隙较发育，强度降低容易造成冒顶及片帮，需在采掘生产中加以注意。1.3.3煤质井田内个可采煤层均以高变质年轻的无烟煤为主，次为天然焦及少量的贫煤。煤的物理性质、煤岩特征和煤类基本相符。1.物理性质各无烟煤均为黑灰灰黑色，少量呈铅灰色；似金光泽（或金刚光泽）条痕为灰黑色黑色；脆度大，内生裂隙中等发育，少数裂隙被次生碳酸岩矿物所充填。二2煤层上部多呈块状，层状构造，脆度较小；中下部常为碎屑状及块状，脆度较大，易碎，煤质较上部差；可见贝壳状断口，视电阻率在30-130.M之间；视比重为1.47。三煤组各煤层多为粉末状，层状构造，块状较小；常见参差状及贝壳状断口；视电阻率在15-65.M之间；视比重略高于二2煤层，三1、三22、三4煤层分别为1.54、1.49、1.50。各煤层的天然焦呈灰色钢灰色，条痕黑色，纯者为似金属光泽、坚硬，气孔及裂隙发育，煤层的结构构造均被破坏。视比重高于同煤层的煤。形态上多呈块状，有时可见粒状。块状焦的裂隙常被次生的碳酸岩矿物所充填。燃烧时燃点高、无焰、常有轻微热爆性，并伴随有响声。2.煤岩类型二2煤层宏观煤岩特征，二2煤层以亮煤、镜煤为主，暗煤次之，丝炭少量。镜煤呈薄层状或小透镜状与亮煤及暗煤组成条带状结构。属半亮及光亮型煤。镜下鉴定，有机质含量占77.389.60%。其中以凝胶化物质为主，占有机质的8498%，丝炭组分次之，占有机质的216%。无机质占粘土矿物为主，占无机质含量的8293%；硫化物类、碳酸盐类、氧化硅类含量较少。二2煤层中的镜煤最大反射率为2.977%，平均反射率为2.648%；二2煤层的无烟煤测得显微硬度平均值为35.5。3.化学性质1）水分井田内各可采煤层中无烟煤和贫煤，原煤水分一般在0.52%之间，少量小于0.5%，极少数大于2%，属于低水分煤。在煤层露头附近因风化作用，煤的水分可增加到37%。三1煤层局部露头附近，水分可达16%以上。天然焦的水分和同层的无烟煤相近。2）挥发分各煤层无烟煤及贫煤的精煤可燃基挥发分产率分别在7.88.39%、10.4110.74%之间。但在煤层露头附近，因受风化作用挥发分产率有不同程度的增加。三煤组的贫煤、无烟煤挥发分产率略高于二2煤层。这和它的变质程度较低、埋深较浅、后期岩浆岩侵入有关。二2煤层的天然半焦挥发分产率8.88%，三4的天然焦为8.15%，都明显降低。3）煤的元素组成各煤层中不同煤类的Cr、Hr元素含量差异不大均以碳元素为主，含量在9193%之间，氢元素含量无烟煤为3.783.93%，贫煤在4.05%以上，天然焦变化明显，在1.383.85%之间。其它元素含量极少。从碳、氢元素含量来看，它反映了无烟煤、贫煤、天然焦的变质特征。如二2煤层无烟煤变质程度高于贫煤，故碳元素含量高；而天然焦变质程度有高于无烟煤，则碳元素含量也略高于无烟煤。三煤组的天然焦在形成过程中，由于岩浆内的无机质组分大量进入，使碳元素相对降低。元素煤类