本科采矿工程专业毕业设计说明书.doc

摘摘 要要 本设计为芦家窑煤矿新井初步设计，设计规模 1.5Mt/a。芦家窑煤矿位于山西省朔州 市平鲁区陶村乡的东侧，行政区划隶属平鲁区陶村乡管辖。井田东西长 3.6km，南北宽 3.3km，面积为 8.5827km2，主采煤层为 4-1、4-2、9、11 号煤层，平均倾角为 3，煤层 总厚度 33.5m。井田地质条件较为简单。 矿井工业资源储量为 371.595Mt。矿井设计生产能力 1.5Mt/a，矿井服务年限为 80.9a，矿井正常涌水量 35m3/h，最大涌水量 70m3/h，矿井瓦斯涌出量较低，为低瓦斯矿 井。 矿井为斜井、立井多水平开拓。大巷采用胶带输送机运煤，辅助运输采用调度绞车， 矿井通风方式为中央并列式。 矿井年工作日为 330d，工作制度为“三八”制。 本设计共包括 10 章：1.矿区概述及井田地质特征；2.井田境界和储量；3.矿井工作 制度、设计生产能力及服务年限；4.井田开拓；5.准备方式盘区巷道布置；6.采煤方 法；7.井下运输；8.矿井提升；9.矿井通风与安全；10.矿井基本技术经济指标。 关键词：关键词：斜井； 立井； 盘区； 中央并列式； 低瓦斯 设计指导思想设计指导思想 在贯彻执行国家和山西省政府有关能源开发的方针、政策及煤炭工业“规程” 、 “规 范”的前提下，以矿井资源和开采条件为基础，以科技进步为手段，以安全生产为原则， 以经济效益为中心。积极响应煤矿企业兼并重组整合政策，通过本次修改初步设计，优 化开拓方案、开采工艺，合理开发煤炭资源，提高资源回收率。充分利用矿井现有井巷 工程、设备和地面设施等，提高矿井的综合机械化水平，保证矿井的安全装备水平、安 全培训水平和安全管理水平，把芦家窑煤矿建设成为兼并重组整合后的标准化矿井。 设计主要特点设计主要特点 1. 为了保护宝贵土地资源，矿井利用现有的工业场地作为主、副井工业场地，在现 有工业场地东部 500m 处新选风井场地。利用原有场地可以充分利用已有主、副井设施及 地面已有其它设施、设备，节省投资。以主井场地为生产区，以副井场地为辅助生产区， 在回风立井处布置风井设施，充分利用现有的行政公共设施，精心做好辅助生产区的改 造和风井场地的布置。主井生产场地、辅助生产场地、行政福利生活场地占地 6.7ha，矿 井总占地 10.15ha。可满足矿井 1.5Mt/a 设计能力的需要。 2. 主斜井、副斜井、进风行人斜井、回风立井布局规范化，主斜井，净宽 4.8m，装 备带式输送机、检修轨道，担负全矿井的提煤任务，兼作进风井及安全出口。副斜井， 净宽 4.7m，装备绞车，担负全矿井的提矸、材料设备下放等辅助提升任务，兼作进风井 及安全出口。进风行人斜井，净宽 3.2m，装备架空乘人器，担负全矿井人员升降任务。 回风立井，净直径 5.0m，装备梯子间，担负全矿井的回风井任务兼作安全出口。以上四 个井筒作为矿井全部井筒，各司其职，功能明确，管理方便，形成矿井规范化开拓方式。 3. 生产集中化，以一个综采放顶煤工作面进行机械化开采，以两个综掘工作面保证 生产接续，充分体现省煤炭工业一井一面的采煤方法改革精神，为矿井提高产量、提高 效率、稳定生产创造条件。 4. 开拓系统简洁化，设计有主斜井、副斜井、进风行人斜井、回风立井。依据 4-1 号煤层的特点布置了运输巷、轨道巷、回风巷。运输系统、通风系统均清晰明确，为矿 井生产和安全管理创造了条件。并充分利用好已有工程，尽量减少工程量，缩短建井工 期。 5. 井下煤流运输连续化，运输巷装备了带式输送机，实现煤流运输连续化，用人少、 效率高，为稳产、高产，持续生产创造了条件。 6. 通风系统畅通化，矿井采用中央并列式通风方式，设置了完善通风系统构筑物， 井下各用风地点风量分配、风速均符合煤矿安全规程的要求，反风措施齐全，避灾 路线明确，主通风机、局部通风机均为高效节能风机，并采用 KJ78N 监测监控系统，实 现安全生产信息化管理，为安全生产创造条件。 目目 录录 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征.1 1.1 矿区概述.1 1.2 井田地质特征.3 1.3 煤层特征.7 2 井田境界和储量井田境界和储量.13 2.1 井田境界.13 2.2 资源/储量和可采储量.13 2.3 安全煤柱及各种煤柱的留设与计算.16 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.17 3.1 矿井工作制度.17 3.2 矿井设计生产能力.17 3.3 矿井服务年限.17 4 井田开拓井田开拓.18 4.1 井田开拓的基本问题.18 4.2 矿井基本巷道.21 5 准备方式准备方式-盘区巷道布置盘区巷道布置.23 5.1 盘区巷道布置.23 5.2 移交生产时的盘区数目、位置和工作面生产能力的计算.23 5.3 盘区运煤、运料、通风及排水系统.24 5.4 巷道掘进.24 5.5 矿井达产时采掘比例关系、掘进率和矸石率预计.25 5.6 井巷工程量.25 6 采煤方法采煤方法.26 6.1. 采煤方法.26 6.2 采煤工艺和主要采煤设备的选择.27 6.3 工作面支架支护顶板的基本要求.36 6.4 端头支护与超前支护.37 6.5 工作面循环数、月进度和年进度及工作面长度.38 6.6 盘区及工作面回采率.40 7 井下运输井下运输.41 7.1 运输方式的选择.41 7.2 矿车.41 7.3 运输设备选型.42 8 矿井提升矿井提升.49 8.1 主井提升设备.49 8.2 副井提升设备.51 8.3 进风行人斜井架空乘人设备.54 9 通风与安全通风与安全.56 9.1 矿井通风条件概况.56 9.2 矿井通风.56 9.3 通风设备.59 9.4 灾害预防及安全装备.61 10 主要技术经济指标主要技术经济指标.64 参考文献参考文献.66 致致 谢谢.67 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.11.1.1 交通位置交通位置 芦家窑煤矿位于山西省朔州市平鲁区陶村乡的东侧，行政区划隶属于平鲁区陶村乡。 井田西北距井坪镇 16.3km。西邻乡镇公路，并有元（子河）芦家窑铁路专线，全 长 11.02km。沿此公路和铁路向南约 5km 至朔州市与大(同)运(城)公路及北同蒲铁路线 相接，向北经大同可通往内蒙、河北，向南经省城太原通往全国各大城市，交通便利。 详见交通位置图 1.1。 1.1.21.1.2 地形、地貌地形、地貌 井田位于管涔山脉东麓，地表大部被黄土覆盖，经长期冲刷切割，呈现为低山丘陵 地貌。纵观井田地表，沟谷纵横，梁峁绵延，地形比较复杂。井田总的地势为东北高西 南低。地形最高点为东北边界处南梁顶，标高 1325m，地形最低点为井田西南边界马关河 河谷 T53 号钻孔，标高 1151.55m，最大相对高差 173.45m。 1.1.31.1.3 河流及水体河流及水体 井田属海河流域，永定河水系，桑干河支系。 井田西部边界有马关河经过，井田内大小沟谷平时基本干枯无水，唯雨季时才汇集 洪水沿沟排泄至马关河，马关河发源于平鲁县石井沟，张马营、木瓜界等地，系由泉水 汇集而成，于井田西边界由北向南流过，在担水沟一带汇入桑干河。 1.1.41.1.4 气象及地震气象及地震 井田位于晋西北黄土高原区，属温带大陆性气候。干燥、昼夜温差大，风沙多为本 区气候的主要特点。全年平均气温 4.5，一月份最冷，平均气温-12，极端最低气温- 32.4。七月份最热，平均气温 20，极端最高气温 38.2。平均年降水量 420mm，主 要集中在七、八月份，占全年降水量的 50%以上。年蒸发量 1375.62898.0mm，平均 2351mm，为年降水量的 5 倍。全年无霜期 100120 天，初霜期为九月下旬。冰冻期为十 月下旬到次年四月中旬，最大冻土深度 1.51m。 本区风沙大，八级以上大风(风速大于 17.2m/s)平均有 25 天以上。一般风沙日在 290 天以上，多集中在冬春季节。风向以西北风最多，最高风速可达 21m/s 以上。 据历史记载，平鲁区于 1407 年 6 月 9 日和 1958 年 9 月 5 日曾发生两次 5.5 级地震。 据中国地震动峰值加速度区划图 （GB18306-2001 图 A-1）井田地震动峰值加速度为 0.10g。本区地震烈度 7 度。 1.1.51.1.5 矿区经济概况矿区经济概况 朔州市是山西省北部地区的政治、经济、文化中心，交通枢纽的新型城市之一，全 市现辖朔城区、平鲁区两区，山阴县、应县、怀仁县、右玉县四县，全市总人口约 180 万，农业人口占 60%左右，朔州市有蒙、满、回、藏、苗、朝鲜少数民族，汉族人口约占 99%。 朔州市以能源为主，次为农业，第一、第二产业为该市的主要产业，年增长率较快， 第三产业完成增长率形势可观，城镇居民人均可支配收入逐年增长，农民年均收入在 2000 元以上，居民消费价格总水平上涨幅度控制在 1%左右，总之朔州市以能源为主要产 业而发展的势态非常看好。 1.1.61.1.6 水源和电源水源和电源 1. 水源情况 该矿工业场地内，有水源井 3 眼，取自第四系砂砾层水，其供水量约为 2200m3，可 满足矿井生活用水需求。生产用水取自经过处理的井下排水。 2. 电源情况 在工业场地建有一座 35/10.5kV 变电站，杏园 110kV 变电站出两回 35kV 线路作为主 供电源，导线型号均为 LGJ-120 mm2，长度均为 10.5km；另外由西家寨 35kV 变电站出一 回 10kV 线路作为矿井的保安电源，导线型号为 LGJ-120mm2，长度为 2km。 1.1.71.1.7 矿井生产及建设概况矿井生产及建设概况 芦家窑煤矿始建于 1981，1986 年 5 月建成投产。批准开采 4、8、9、11 号煤层，4 号煤层在井田内分叉为 4-1、4-2 号煤层，曾开采 4-1、9 号煤层，矿井设计生产能力为 0.45Mt/a。2006 年山西省煤炭资源整合和有偿使用工作领导组办公室以“晋煤整合办核 200619 号文”核准朔州市平鲁区煤炭资源整合有偿使用工作方案 ，芦家窑煤矿为 单独保留矿井。2007 年 5 月，山西省国土资源厅为该矿颁发了新采矿许可证。山西省煤 炭工业局晋煤行发2007115 号文“关于右玉县元堡子乡教场坪煤矿等矿井进行机械化 采煤升级改造的批复”批准芦家窑煤矿机械化升级改造，生产能力从原 0.45Mt/a 扩建为 0.90Mt/a。山西省煤炭工业局先后批复了矿井地质报告、升级改造初步设计及开工报告。 芦家窑煤矿自开工建设以来，截止 2009 年 9 月，按原批准设计，各项工程按计划进 展顺利，施工现状如下： 1.井巷工程 新掘主斜井井筒、井底煤仓、一盘区大巷新掘工程及改造工程、一水平主变电所、 主排水泵房、水仓、井下消防材料库及等候硐室均已施工完毕。 2.土建工程 主、副斜井井口房、筛分捡矸车间、带式输送机栈桥、锅炉房、35kV 变电所、10kV 配电室、机修车间、综采设备库、器材库、矿井办公楼、浴室、灯房、调度室、行政办 公楼、单身宿舍及餐厅均已施工完毕。 3.安装工程 主井带式输送机、副井绞车及架空乘人器、回风井主通风机、井下大巷带式输送机 均已安装完毕，其它设备已定货，部分已到货。 山西省煤矿企业兼并重组整合工作领导组办公室晋煤重组办发200936 号文“关 于朔州市平鲁区煤矿企业兼并重组整合方案（部分）的批复” ，该矿属单独保留矿井，生 产能力由 0.9Mt/a 增加到 1.5Mt/a；山西省煤炭工业厅晋煤办基发200983 号文“关于 加快兼并重组整合煤矿改造建设工作的安排意见” ，芦家窑煤矿属于已批准机械化升级改 造在建矿井。 1.1.81.1.8 四邻关系四邻关系 芦家窑矿西邻芦西煤矿，南邻杨涧煤矿，东邻歇马关、小芦家窑煤矿，北邻西家寨 煤矿、一半岭煤矿。经调查，各矿均未发现越界越层开采现象。： 1.2 井田地质特征 1.2.11.2.1 井田地质构造井田地质构造 井田位于宁武煤田北端，井田范围无基岩出露，地表全被黄土覆盖，根据井田范围 内地层及钻孔揭露情况并结合详查资料，对井田地层由老到新分述如下： 1. 奥陶系中统上马家沟组（O2s） 为含煤岩系基底，埋于井田深部，在井田外马营河东侧有零星出露，本组厚 180m 左 右，主要为青灰深灰色石灰岩、白云岩及白云质灰岩，夹有灰黄色泥岩、泥质灰岩和 钙质泥岩。与下伏地层平行不整合接触。 2. 石炭系中统本溪组（C2b） 在井田范围内无出露资料，根据邻区钻孔资料揭露，本溪组厚度 33.8244.12m，平 均 38.00m，主要由灰色、灰白色砂岩、砂质泥岩及泥岩组成，中部一般有 2 层石灰岩， 其中下部一层比较稳定，定为标志层 K1。底部常见山西式铁矿，呈鸡窝状赋存，在其中 发育有一层铝土泥岩，最大厚度可达 78m，中上部可见 12 层不稳定的薄煤线。 3. 石炭系上统太原组（C3t） 井田主要含煤地层，据钻孔揭露，本组厚度 78.3593.30m，平均厚 86.00m。主要由 灰白色、灰色砂岩、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩和 8 层煤层组成，分别 4-1、4- 2、5、6、7、8、9、11 号煤层，其中 4-1、8、9、11 号煤层为稳定可采，4-2 号煤层为较 稳定煤层，其余为不稳定不可采煤层。底部有平均 5.20m 厚的中粗砂岩，为 K2 标志层， 与下伏地层呈整合接触。 4. 二叠系下统山西组（P1s） 井田含煤地层之一，岩性主要由灰色、灰白色砂岩、灰黑色泥岩、砂质泥岩和粉砂 岩组成，中下部发育 13 层薄煤层，分别为 1、2、3 号煤层，均为不稳定不可采。底部 砂岩（K3）为灰白色细-中粒砂岩，局部相变为粉砂岩，直接覆盖于 4 号煤层之上，与下 伏太原组融合接触。该组厚度 61.4078.60m，平均 72.00m。 5. 二叠系下统下石盒子组（P1x） 本组主要为灰黄色及淡黄色厚层状中粗砂岩，间或与青灰色砂质泥岩、泥岩互层， 砂岩岩性变化及厚度变化均较大，胶结疏松，上部为紫色、灰绿色相混的杂色泥岩，俗 称为“桃花泥岩” ，是上下石盒子组分界的良好辅助标志，中部常夹 13 层硬质或软质 耐火粘土，砂质泥岩及泥岩中常含植物化石，底部有一层不稳定的粗砂岩或含砾砂岩 （K4） ，本组厚度 73.04105.00m，平均 84.00m。 6. 二叠系上统上石盒子组（P2s） 本组岩性以黄绿色及暗紫色砂质泥岩、泥岩为主，其间为主，其间夹薄层状黄绿色 粗砂岩，其粒度不均，分选较差，易风化为砂砾。底部含中砂岩（K5） 。由于地层剥蚀， 本井田仅赋存下部地层。残留厚度 9.27102.00m，平均 72.00m。 7. 上第三系上统静乐组（N2j） 岩性为棕红色粉砂质粘土，内含黑色铁锰质斑点，下部含钙质结核。本组厚度 09m，平均 5.00m。 8. 第四系中上更新统（Q2+3） 主要为中上更新统黄土层，广泛分布于井田各处。上部为上更新统淡黄色亚砂土， 多为耕地，垂直节理发育。下部为中更新统浅红色亚粘土，砂质粘土，含多层钙质结核。 该统厚度 1.6041.00m，平均 15.00m 左右。 9. 第四系全新统（Q4） 主要为近代河床沉积物，其岩性由砂、亚砂土及不同程度的砾石组成，分布于马关 河床及阶地上，厚 08m，平均 5.00m。 综合地质柱状图如图 1.2 所示。 断层： 井田位于区域构造宁武向斜东翼，井田总体为一宽缓的向斜构造，向斜轴位于井田 西部边缘，轴倾伏于 S，地层走向由东向西为 NW-SE 向，倾向 NE。地层倾角多在 15之间变化。 井田内在勘探时期发现断层 2 条，4-1 号煤层井下开采时发现断层 1 条，现将断层分 述如下： F1：位于井田西南 T53 孔附近，走向 NW，倾向 NE，倾角 65，落差 15m，井田内 延伸长度 160m。 F2：位于井田东南部边缘，走向 NW，倾向 NE，倾角 70，落差 6m，井田内延伸 长度 330m。 F采 1：位于井田西北部，走向 NW，倾向 SW，落差 1.8m，井田内延伸长度约 100m 左右，未发现陷落柱及火成岩侵入体，总体构造属简单类。 1.2.21.2.2 井田水文地质井田水文地质 1. 含水层 奥陶系石砂岩岩溶裂隙含水层 岩性以浅灰色、灰色区厚层状石灰岩为主，局部为薄层状硅质灰岩及泥灰岩，岩溶 发育极不均匀，区外东北部 X1 钻孔揭露灰岩 272.25m 来看，岩溶分段发育明显，其四个 岩溶发育段分别是： 247.14247.34m、402.60402.90m、412.40412.70m、430.60430.95m。岩溶发育呈 豆状、鲕状，连通性中等，裂隙发育，单位涌水量 q：0.01375L/s.m，渗透系数 K：1.3275m/d，静止水位 1065m。高于 4-1、4-2、8、9、11 号煤层底板，使全部煤层为 带压开采煤层。水化学类型为 HCO3-SO42-k+Na+Ca2+Mg2+。 石炭系上统太原组层间砂岩裂隙含水层 含水层主要为 9 号煤以上的砂岩带，这是太原组下段 9 号和 11 号煤层开采的主要顶 板充水含水层。本组含水层埋藏较深，胶结致密，节理、裂隙不发育，又因其间有泥岩 作为相对隔水层，因此，本区太原组砂岩裂隙含水层一般富水性弱，邻区 X1 号水文孔对 山西组、太原组抽水试验，其单位涌水量 q:0.01701L/sm，更说明了这一点。该含水层 仅在靠近补给区的埋藏区局部达到中等程度。 二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层 该组稳定砂岩 2-3 层，厚度变化较大，以 K3 砂岩厚度较为稳定，K3 砂岩为灰色厚 层状中、粗砂岩，底部常夹有砂砾岩，砂岩裂隙发育，大部分钻孔冲洗液漏失或形成于 孔，水化学类型一般为型。据邻区 X1 号水文孔对山西组、太原组抽水试验，其单位涌水 量 q:0.01701L/sm，富水性弱。 基岩风化壳含水层组 主要由上下石盒子组风化砂岩、砂质泥岩等组成。上下石盒子组由 24 层中、粗砂 岩组成，总厚约 40m 左右。本井田东部 T53、T59、T65、T66 号孔探至该层位时水涌出 地表，T66 号静止水位标高 1154.38m。涌水量 2.339L/S。井田及其周边有多处泉水出露， 流量 0.0140.68L/s，其水质类型为，矿化度 224.29mg/L，PH=7.5，总硬度为 7.85 德国 度。富水性中等。 第四系冲积层含水层 分布在河床中，由砂、砾石组成，洪积层中的地下水由两岩基岩渗出水及地表补给， 水量较丰富。 2. 隔水层 主要为本溪组，据邻区 X1 于 T53 号钻孔资料，其厚度为 33.8244.12m，其中泥质 岩岩性致密，细腻，具有良好的隔水性能，为阻隔奥灰岩溶水与上部含水层水力联系的 重要隔水层。其次，相间于山西组、太原组各砂岩含水层之间厚度不等的泥岩，粘土岩 亦可起到一定的层间隔水作用。 3. 矿井充水类型 井田位于宁武煤田北中部宁武向斜轴部，地表覆盖薄，属典型的低山丘陵地貌，黄 土覆盖率低，植被稀少，降水少且强度集中，不利于大气降水的入渗补给，区内无常年 地表水体，地表泄水条件良好；井田内煤层属于深部开采煤层；目前仅采 4 号煤层，矿 井涌水量小于 100m3/h；防治水工作较易进行。采掘工程受水害影响，井田内无古空区， 4-1 号煤层采空区大部分位于井田中部的上山部分，除见有少量渗透水外，无大量的采空 区积水。目前对煤矿开采不构成大的威胁；据区域灰岩岩溶水位标高 1065m，高于井田 内所有煤层底板，全井田煤层均为带压开采煤层。井田内 4、8 号煤层其突水系数小于 0.06MPa/m，正常地段灰岩水不对其构成威胁，属水文地质条件简单类型。井田内 9 号煤 层最大突水系数 0.092MPa/m，11 号煤层最大突水系 0.138MPa/m，灰岩水对其开采构成 威胁，属水文地质中等类型。 4. 矿井充水因素分析 1）地表水对矿井充水影响 马关河位于芦家窑西部边界，河面开阔，河道松散层厚度 8m 左右，虽平水期流量较 小，但洪水期流量不容忽视，河道松散层及风化层总厚度 31.4239.36m，平均 35.41m； 河床附近 4-1 号煤层煤层埋深 145.82217.34m，煤厚 5.415.06m；8 号煤层埋深 190.70265.94m，煤厚 1.651.96m，9 号煤层埋深 208.08283.81m，煤厚 13.5715.58m，11 号煤层埋深 215.94292.47m，煤厚 3.266.06m，其 4-1 号煤层上覆 未风化基岩厚度为 100172m。 4-1 号煤裂隙带最大高度计算： 公式一： m M M H42.586 . 5 6 . 327.126 . 1 27.12100 6 . 5 6 . 36 . 1 100 裂 公式二： mMH06.801027.12201020 裂 式中：H 裂4-1 号煤采后形成的裂隙最大高度； M4-1 号煤的最大采厚，12.27m； 按 4-1 煤层厚度计算其导水裂隙带高度 80.06m，不沟通马关河与井下的水力联系。 2）采空区积水 采空区形成以后，由于煤层埋藏浅采空后易产生大量的地面塌陷及地面裂缝，在地 形低洼地段，汇集降水形成的暂时性洪流顺开采裂隙进入采空区，经过多年后，形成相 当可观的采空区积水，由于地形、采空时间等原因，采空区积水量大小不一。采空区积 水对下部煤层开采影响不可忽视。该矿曾开采 4、9 号煤层，据调查，井田内无古空区， 4-1 号煤层采空区大部分位于井田中部的上山部分，除见有少量渗透水外，无大量的采空 区积水。目前对井田开采不构成威胁。 3）底板突水性分析 底板突水主要指煤系地层下伏含水层水由于煤层开采引发底鼓变形破坏以致进入矿 井，对煤层开采造成危害。对本矿而言，煤系地层下伏主要含水层有砂岩裂隙含水层与 岩溶裂隙含水层。砂岩裂隙含水层正常地段由于节理裂隙不发育，一般富水性弱。故下 面主要分析岩溶裂隙含水层的突水性。 矿井底板灰岩岩溶水突水是在地质、水文地质、工程地质等方面的自然因素和采矿 活动等人为因素影响下发生的。岩溶水的突水能力取决灰岩水的水头压力、富水性、构 造破坏程度等因素。控制上述因素阻碍其突水的主要为隔水层厚度、采矿活动对隔水层 的破坏程度。这些因素中，最主要的是构造、岩溶水的水头压力及隔水层厚度。井田内 未进行过专门的水文地质试验，据邻区水文地质资料，灰岩水位 1086.71m，4、8、9、11 号煤层均位于灰岩水位之下，灰岩水位高于 4-1 号煤层底板 46.71166.71m，高于 4-2 号 煤层 56.71171.71m，高于 8 号煤层 81.71216.71m，高于 9 号煤层 101.71221.71m， 高于 11 号煤层 106.71236.71m。 井田内开采 4-1 号煤层时，其等效隔水层厚度 86.87m，据突水系数公式： Ts=P/(MCp) 式中：Ts突水系数，MPa/m； P隔水层底板所能承受的最大静水压力，MPa； M底板隔水层厚度，m； Cp煤层开采时对底板扰动破坏的深度 m，取经验值 16m。 计算得出 Ts0.022MPa/m。 在井田内开采 4-2 号煤层时，其等效隔水层厚度 80.49m，据突水系数公式计算得出 Ts0.027MPa/m。 在井田内开采 8 号煤层时，其等效隔水层厚度 57.57m，据突水系数公式计算得出 Ts0.053MPa/m。 在井田内开采 9 号煤层时，其等效隔水层厚度 40.7m，据突水系数公式计算得出 Ts0.092MPa/m。 在井田内开采 11 号煤层时，其等效隔水层厚度 33.55m，据突水系数公式计算得出 Ts0.138MPa/m。 经计算，4-1、4-2、8 号煤层底板最低处奥灰突水系数分别为 0.022MPa/m，0.027MPa/m、0.053MPa/m，小于构造破坏地段临界突水系数经验值 0.06MPa/m，4-1、4-2、8 号煤层开采处于安全区域之内。9、11 号煤层底板最低处奥灰突 水系数分别为 0.092MPa/m，0.138MPa/m，大于构造破坏地段临界突水系数经验值 0.06MPa/m，小于正常地段的临界突水系数经验值 0.15MPa/m，采取安全防范措施可以开 采的过渡区域。 6. 矿井涌水量 根据地质报告预测，矿井正常涌水量 35m3/h，最大涌水量 70m3/h。 1.2.31.2.3 地质勘探程度地质勘探程度 井田位于宁武煤田平朔矿区东南部，1966 年 67 月，山西省 115 队在该井田施工一 个钻孔(6 号孔)进尺 359.27m，质量合格。1978 年 10 月1979 年 2 月，省煤勘三队在杨 涧煤矿扩大区进行详查勘探，在本井田内施工两个钻孔(Y13、Y14)，进尺 669.32m，质量 合格，同年该队普查组在井田南部进行了万分之一地质测量，所填绘的地质图达到优良 级。1980 年 11 月1981 年 4 月山西省 228 队在马关河详查范围内陶村区进行勘探，井 田内及周边施工了三个钻孔(T53、T58、T59)，进尺 870.15m。钻孔质量均达到甲、乙级 标准。 1981 年 5 月1981 年 11 月，由山西省 228 煤田地质勘探队在本井田内进行勘探， 施工钻孔分别为 P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8 号孔，钻孔质量均达到甲级，并提交 有山西省平鲁县芦家窑煤矿地质资料 。 1.3 煤层特征 1.3.11.3.1 含煤性含煤性 井田内赋存的主要含煤地层为太原组、次要含煤地层为山西组，现将各含煤地层的 含煤性分述如下： （1）山西组(P1s) 本组含煤 3 层，为 1、2、3 号煤层，均属不稳定、不可采煤层，煤层平均总厚 0.80m，本组平均厚度为 72.00m，含煤系数 1.0% （2）太原组(C3t) 为井田主要含煤地层，共含煤 8 层，自上而下分别为 4-1、4-2、5、6、7、8、9 和 11 号煤层，其中 4-1、8、9、11 号煤层为全区稳定可采煤层，4-2 号为较稳定的可采煤层， 5、6、7 号煤层不稳定不可采煤层，煤层平均总厚 34.44m，本组平均厚度为 86.00m，含 煤系数为 40.00%。 1.3.2 煤层 井田主要可采煤层 4-1、4-2、8、9、11 号煤层，现分述如下： （1）4-1 号煤层 赋存于太原组顶部，井田内分叉为 4-1、4-2 号煤层，4-1 号煤层厚度 5.1012.27m， 平均 9.37m，属全区稳定可采煤层。可采性指数 1，厚度变异系数 24.19%，该煤层结构复 杂，一般含夹矸 04 层，夹矸厚度 0.100.60m，岩性多为高岭岩、炭质泥岩和砂质泥 岩。4-1 号煤层直接顶板为中细砂岩或泥岩，局部为泥岩、砂质泥岩，有时有炭质泥岩伪 顶。底板为砂岩、局部为砂质泥岩。 （2）4-2 号煤层 位于 4-1 号煤层之下，为 4 号煤层分叉煤层，上距 4-1 号煤层底 4.736.89m，平均 5.80m，煤厚 0.304.73m，平均 3.51m，属稳定大部可采煤层。可采性指数 0.86，厚度变 异系数 39%，结构简单，仅 T53、T58（区外）两钻孔不可采，顶板为泥岩或细砂岩，底 板为中砂岩。 （3）8 号煤层 位于太原组中下部，上距 4-2 号煤 13.9235.49m 平均 21.07m，煤厚 0.761.96m， 平均 1.62m，结构简单，为稳定可采煤层。可采性指数 1，顶板为泥岩，底板为砂质泥岩。 （4）9 号煤层 位于太原组下部，上距 8 号煤层 0.768.15m 平均 2.79m。煤层厚度 13.5716.69m，平均 15.03m，为全区稳定可采煤层，可采性指数为 1，厚度变异系数为 14%。该煤层结构复杂，含夹矸 16 层。夹矸岩性多为泥岩、炭质泥岩。底板为中、细 砂岩，顶板为泥岩、砂质泥岩。 （5）11 号煤层 位于太原组底部，上距 9 号煤层 1.9810.41m，平均 4.11m。煤层厚度 3.266.06m，平均 4.61m。为井田稳定可采煤层，可采性指数 1，厚度变异系数 5%，该 煤层结构简单，含夹矸 03 层，夹矸岩性为高岭岩或炭质泥岩。该煤层直接顶板为泥灰 岩或中细砂岩，底板为中细砂岩或砂质泥岩。 详见煤层特征见表 1.3。 表 1.3 可采煤层特征一览表 煤层厚度煤层间距顶底板岩性煤 层 号 最小-最大 平均(m) 最小最大 平均(m) 结构 (夹矸数） 稳 定 性 可采 性 顶板底板 4-1 5.1012.27 9.37 复杂 （0-4） 稳 定 全区 可采 中粗 砂岩 泥岩 泥岩 细砂岩 4-2 4.736.89 5.80 8 0.304.73 3.51 较简单 （0-2） 较 稳 定 大部 分可 采 泥岩 细砂岩 粗砂岩 8 13.9235.4 9 21.07 11 0.761.96 1.62 简单 （0-2） 稳 定 全区 可采 砂质 泥岩 砂质泥岩 0.768.15 2.79 9 13.5716.6 9 15.03 复杂 （1-6） 稳 定 全区 可采 泥岩 砂质 泥岩 泥岩 砂质泥岩 11 3.266.06 4.61 1.9810.41 4.11 较简单 （0-3） 稳 定 全区 可采 泥岩 泥灰岩 中细砂岩 砂质泥岩 1.3.21.3.2 煤层顶、底板煤层顶、底板 （1）4-1 号煤层 直接顶板为中细砂岩或泥岩，厚度 4.0014.39m，裂隙发育，属中等坚硬顶板，有 时有 0.020.05m 炭质泥岩伪顶，易垮落，有时局部为 1.50m 左右，砂质泥岩顶板，底板 为砂岩、局部为砂质泥岩，厚度 5.77m 左右，质散。据采掘实践，顶底板易于管理。 （2）4-2 号煤层 直接顶板为砂岩、泥岩，厚 4.416.89m，属中等冒落顶板，底板为中砂岩、砂质泥 岩。 （3）8 号煤层 直接顶板为泥岩、砂质泥岩，厚 15.8235.49m 属中等冒落顶板，底板为砂质泥岩， 少数为泥岩。 （4）9 号煤层 直接顶板为细砂岩、砂质泥岩，厚 0.768.15m，裂隙发育，属中等冒落型顶板，底 板为泥岩或砂质泥岩，厚度 1.9810.41m，平均 4.24m。据岩石力学试验数据，9 号煤层 顶板为泥岩时，其含水率 1.038.05%，平均 3.45%；孔隙率 0.8121.90%，平均 8.15%；抗压强度 1818.5Mpa，平均 18.3Mpa；底板砂质泥岩、粉细砂岩时，含水率 0.561.10%，平均 0.88%；孔隙率 3.506.90%，平均 5.60%；抗压强度 7077.1Mpa， 平均 73.5Mpa。 （5）11 号煤层 直接顶板为泥岩或泥灰岩，厚 1.004.00m，裂隙发育，属中等冒落型顶板，底板为 粉砂岩、砂质泥岩。据岩石力学试验数据，顶板为泥炭岩时，含水率 0.399.24%，平均 2.72%；孔隙率 2.2042.10%，平均 12.90%。抗压强度 0.9119.2Mpa，平均 73.8Mpa。 底板为粉细砂岩时，其含水率 0.330.74%，平均 0.50%；孔隙率 0.507.50%，平均 3.81%；抗压强度为 59.183.5%Mpa，平均 66.8Mpa。 1.3.31.3.3 煤质煤质 （1）物理性质和煤岩特征 各煤层的物理性质相近，一般为黑色深黑色，条带状结构较多，少数均一结构， 块状构造。弱玻璃光泽或沥青光泽，断口多为不规则状，少数有贝壳状或阶梯状，致密 坚硬，内生裂隙较发育并充填碳酸盐矿物，8、9、11 号煤层可见硫铁矿结构或颗粒。4- 1、4-2、8、9、11 号煤层视密度分别为 1.46t/m3、1.45t/m3、1.31t/m3、1.40t/m3、1.34t/m3。 宏观煤岩类型按平均光泽划分，各煤层以半光亮型煤或半暗型煤为主。半光亮型煤 以亮煤较多，暗煤次之，少量的镜煤呈细条带状，丝炭呈透镜状。半暗型煤以暗为主， 亮煤为辅，镜煤呈细条带状或线理状，丝炭呈透镜状。暗淡型煤仅在局部分布，特征以 均一状暗煤为主夹线理状煤或透镜状丝炭，比重较大，韧性较大。光亮型煤较少，以宽 条带状亮煤为主，细条带状镜煤、暗煤为辅，丝炭以透镜状分布。 显微煤岩特征，根据东露天详查地质报告资料，有机显微组分特征各煤层均以镜质 组含量最高，平均在 49.454.1%。其次为惰质组，含量平均在 23.4-31.0%。壳质组含量 平均在 11.913.4%。镜质组以 9 号煤层最高，最低 11 号煤层；惰质组以 11 号煤最高 31.0%，9 号煤层最 23.4%，各煤层的各有机组分大于 5%，显微煤岩类型属于微三合煤。 镜