120万吨林南仓矿新井设计

1、华北科技学院毕业设计（论文） 第 1 页 共 159 页 设计总说明设计总说明 本设计包括两个部分：一般部分和专题部分。 一般部分为开滦矿务局林南仓矿新井设计，全篇共分为十个部分：矿井概括及井 田地质特征、井田境界及储量、矿井工作制度和设计生产能力、井田开拓、采区巷道 布置、采煤方法、井下运输、矿井提升、矿井通风与安全和矿井主要经济技术指标。 林南仓井田，位于河北省玉田县林南仓附近。矿井东西长约为 7000m，南北宽约为 3500m，面积为 19.25km2。井田内的可采煤层为 9 煤、12 煤，其中主采为 9 煤，该煤 层赋存稳定，平均厚度 3.50 米。倾角平均为 20，为缓斜厚煤层。井田

2、内工业储量 1.76108吨，可采储量 1.33108吨。矿井最大涌水量为 1170m3/h，相对瓦斯涌出量 2.02m3/td，属于低瓦斯矿井，煤层有煤尘爆炸危险性和自然发火现象。 林南仓矿年设计生产能力 120 万 t/a，服务年限 79.1 年。采用立井三水平开拓， 第一水平标高-450m，第二水平标高-750m，第三水平标高-900m。矿井采用单一走向长 壁综合机械化采煤法。 矿井布置一个综采工作面保证全矿井的产量，长度 180m，煤的运输采用 10t 架线 式电机车牵引 3t 固定式矿车运输。矿井的通风方式采用中央边界式通风。 专题部分为深部开采矿压与支护技术研究。 该文分析了煤矿深

3、井开采矿压控制的几个关键问题，简述了深井矿压特征，防治 对策的研究进展。最后指出该领域里令人关注的力学问题。为了适应矿井深部开采入 优化巷道布置入手，强化支护技术改革，合理组织施工，进一步提高了单进水平，保 证了采区接续，实现了效益最大化。 华北科技学院毕业设计（论文） 第 2 页 共 159 页 the brief introduction of the design this design including two parts: general part and special part. the general part is a new design of lin nan cang

4、mine in kailuan group. it has ten chapters: the outline of the mine and coalfield geology, boundary and reserves, the designed annual production capacity, service life and working area, underground transportation, lifting, ventilation and safety, the economy and technology index of the mine. the lin

5、 nan cang coal field lies in the yutian city of hebei province. the boundary of the mine runs 7.0 km from west to east and 3.5km from north to south on average. the total area of the mine is about 19.25 km2. there are two available seams:9#,12#. they buryed stably and belonging to lesser pitching co

6、al seam, with the average angle 20 degree. the industry reserves of the mine are 176 million tons and the useable 133 million tons. the average flow of the mine water is from 1170 m3/h. it is a lower gas mine. the coal dust have explosion hazard, and the seam has self-combustion tendency. the produc

7、tion annual capacity of lin nancang mine is 1.2 million tons, and its service life is 79.1 years. there are 3 levels in the mine. the first development level located at the -450m, the second is 750m and the third is 900m. the minning method is fully mechanized along the coal bed strike. there is onl

8、y one working face in the mine. the length of the face is 180m. coal is transported by the bottomdump mine car which capacity is 3t and dragged by 10 ton accumulator electrical engineering cars. the form of ventilation is the limitrophe to the coalfields center. the main content of the special subje

9、ct part is deep pressure and open pit mining this paper analyzes coal mining wells of pressure control, this paper expounds several key problems of deep pressure characteristic, the research progress of countermeasures. finally pointed out in this field at mechanical problems. in order to adapt to t

10、he mine roadway by deep mining is decorated, strengthening optimization technology reform, reasonable supporting organization construction, and further improve the level and guarantee mining in 华北科技学院毕业设计（论文） 第 3 页 共 159 页 stead of benefit maximization, realized. 目录目录 一般部分 1 矿区概述及井田地质特征.10 1.1 矿区概述

11、.10 1.2 井田地质特征 .11 1.2.1 井田地质构造 .11 1.2.2 煤系地层划分及其特征.12 1.2.3 井田水文地质.17 1.3 煤层特征 .18 1.3.1 可采煤层情况.18 1.3.2 煤的物理性质.18 1.3.3 煤的围岩特性.19 1.3.4 煤的特征.19 1.3.5 瓦斯和煤尘.21 2 井田境界及储量.22 2.1 井田境界 .22 2.1.1 井田划分依据.22 2.1.2 井田境界确定.22 2.2 井田工业储量的计算 .22 2.2.1 井田地质储量.22 2.2.2 工业储量的确定.23 2.3 井田可采储量 .23 2.3.1 永久煤柱煤量.2

12、3 2.3.2 矿井可采储量计算.26 2.3.3 矿井储量汇总表.26 3 矿井工作制度和设计生产能力.27 3.1 矿井工作制度 .27 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 .27 华北科技学院毕业设计（论文） 第 4 页 共 159 页 4 井田开拓.30 4.1 井田开拓的基本问题 .30 4.1.1 确定井筒的形式、数目、配置.30 4.1.2 确定工业广场及井口位置.31 4.1.3 确定开采水平和阶段高度.32 4.1.4 开采水平布置及井底车场的选型.33 4.1.5 采区划分及其布置.34 4.2 井田开拓设计方案比较 .35 4.2.1 开拓方案技术比较.35 4.2.2

13、经济比较.38 4.2.3 综合比较.40 4.3 矿井基本巷道 .40 4.3.1 井筒.40 4.3.2 井底车场.43 4.3.3 主要开拓巷道.45 5 采区巷道布置.50 5.1 煤层地质特征 .50 5.1.1 可采煤层情况.50 5.1.2 煤种及煤质变化.50 5.1.3 各煤层顶底板岩性.51 5.1.4 煤尘和瓦斯 .51 5.2 采区巷道布置及生产系统 .51 5.2.1 确定采区走向长度.51 5.2.2 确定区段斜长和区段数目.52 5.2.3 煤柱尺寸的确定.52 5.2.4 采区上下山的布置.52 5.2.5 区段平巷的布置.53 5.2.6 联络巷道的布置.53

14、 5.2.7 采区运输、通风运料等系统的确定.53 5.3 采区车场设计 .55 华北科技学院毕业设计（论文） 第 5 页 共 159 页 5.3.1 采区上部车场形式的选择.55 5.3.2 采取中部车场形式的选择.56 5.3.3 采区下部车场的选择及设计 .56 5.3.4 采区主要硐室的布置.62 5.4 采区采掘计划 .65 5.4.1 采区主要巷道参数确定.65 5.4.2 确定采区生产能力.70 5.4.3 计算采区回采率.71 6 采煤方法.72 6.1 采煤方法和回采工艺 .72 6.1.1 采煤方法的选择.72 6.1.2 综采工作面回采工艺设计.73 6.2 综采工作面巷

15、道布置方式 .87 7 井下运输.90 7.1 系统基本概述 .90 7.1.1 基本概况.90 7.1.2 井下运输系统.90 7.2 采区运输设备 .91 7.2.1 主运输设备.91 7.2.2 采区辅助运输.95 7.3 大巷运输设备 .97 7.3.1 矿车选择.97 7.3.2 矿用电机车的选型 .98 8 矿井提升.103 8.1 设计依据 .103 8.1.1 主井提升.103 8.1.2 副井提升 .103 8.2 主副井提升设备的选型 .104 8.2.1 小时提升量.104 8.2.2 合理的提升速度.104 华北科技学院毕业设计（论文） 第 6 页 共 159 页 8.

16、2.3 一次循环时间.105 8.2.4 一次合理提升量的确定.106 8.2.5 计算一次提升循环提升时间 tx 和所需的提升速度 vm .107 8.3 提升钢丝绳的计算 .108 8.4 提升机与天轮的选择计算 .110 8.4.1 滚筒(或摩擦轮)直径的确定.110 8.4.2 天轮的选择.110 8.4.3 提升机强度校验 .110 8.5 提升电动机的预选 .111 8.5.1 电动机功率的估算.111 8.5.2 估算电动机转数.111 8.6 提升机与井筒的相对位置 .112 8.6.1 井架高度.112 8.6.2 丝绳对摩擦轮的围包角计算.113 9 矿井通风与安全.114

17、 9.1 矿井通风系统的选择 .114 9.1.1 选择矿井通风系统的原则.114 9.1.2 选择矿井主要通风机的工作方法.115 9.1.3 选择矿井通风方式 .116 9.2 全矿所需风量的计算及其分配 .117 9.2.1 矿井风量计算原则.117 9.2.2 矿井风量计算方法.117 9.2.3 风速验算.122 9.3 全矿通风阻力计算 .124 9.3.1 矿井通风总阻力计算原则.124 9.3.2 矿井通风阻力计算.124 9.4 矿井通风设备的选择 .126 9.4.1 矿井通风设备的要求.126 9.4.2 选择主要通风机.126 9.4.3 选择电动机.129 华北科技学

18、院毕业设计（论文） 第 7 页 共 159 页 9.4.4 电费计算.130 9.5 矿井灾害防治技术 .131 9.5.1 防治瓦斯.131 9.5.2 防治煤尘 .131 9.5.3 防灭火.131 9.5.4 防治水.132 10 矿井基本技术经济指标.133 参 考 文 献.135 专题部分 1 概述.138 1.1 支承压力变化规律 .138 1.1.1 支承压力与采深的关系.138 1.1.2 采深与内应力场范围的关系.138 1.1.3 支承压力沿板传递规律.138 1.2 矿压动力现象 .139 1.3 采场矿压 .140 1.4 巷道矿压 .140 1.5 深部开采矿压控制的

19、力学问题 .141 2 深部采区轻放工作面矿压规律研究.141 2.1 工作面地质概况 .141 2.2 工作面简介 .141 2.3 测区布置及观测方法 .142 2.4 观测结果分析 .142 2.4.1 老顶破断移动规律.142 2.4.2 工作面支架与围岩的相互作用特征.142 2.4.3 工作面矿压规律.142 2.4.4 工作面矿压显现特征.143 2.5 结论分析 .143 2.5.1 直接顶与顶煤的关系.143 2.5.2 老顶来压与支架载荷.143 华北科技学院毕业设计（论文） 第 8 页 共 159 页 2.5.3 动载系数.143 2.5.4 支架阻力.144 2.5.5

20、 承压力影响范围.144 2.5.6 放煤参数.144 3 深部返修巷道矿压显现规律及控制.144 3.1 试验巷道情况 .144 3.2 返修巷道矿压显现规律及其分析 .145 3.3 小结 .147 4 深部巷道支护的研究.147 4.1 忧化巷道布置 .147 4.2 选择合理的掘进方法 .149 4.3 强化支护技求改革 .150 4.3.1 锚网喷支护.150 4.3.2 锚网及锚带网支护.151 4.4 研究施工方法，提高单进水平 .152 4.4.1 积极使用新设备.152 4.4.2 积极应用新技术.152 4.4.3 积极研究应用新的施工工艺.152 4.5 小结 .153

21、5 结论.153 参考文献.154 致 谢.155 华北科技学院毕业设计（论文） 第 9 页 共 159 页 一一 般般 部部 分分 林南仓矿 120 万 t 新井设计 第 10 页 共 159 页 1 1 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征 1.11.1 矿区概述矿区概述 开滦林南仓矿业分公司位于蓟玉煤田林南仓井田范围内，地理座标为东经 117.37，北纬 39.50。东北距玉田县 12 公里，井田范围内交通四通发达，电力充足， 北邻京哈公路，京秦铁路，紧邻唐玉宝公路旁边，京沈高速公路穿境而过，井田内有 通往下仓的铁路（矿区专用） 。西距北京 120 公里，南距天津新港 120 公

22、里，东距秦皇 岛港 190 公里，地理位置优越。林南仓矿业公司交通位置示意图(见图 1-1-1)。 图图 1-1-11-1-1 地理交通位置图地理交通位置图 本区北枕燕山余脉，距螺山峰山只有十余公里，南为华北大平原，全区被新生界 地层覆盖，区内地形平坦，地势由北向南逐渐低下，地表标高介于+1.00 米至+6.00 米 之间，区内无河流，仅井田北部有一较大积水洼地后湖，盛产芦苇，呈沼泽状态。 本区属大陆性风气候，降水多集中在 6、7、8 月份，最大年降水量 898.1 毫米， 最小年降水量 452.4 毫米。年最大蒸发量 2186.8 毫米，年最小蒸发量 1670.4 毫米。 最高气温 40.3

23、c，最低气温-22.9c，最大冻土深度 780 毫米。 林南仓井田位于河北省玉田县林南仓镇附近，地处京津唐秦中心地带，林南仓镇 位于玉田县西南部，总面积 40 平方公里，耕地 25600 亩，镇辖 21 个行政村，总人口 20492，现有私营企业 48 家，个体企业 303 家，形成了以建筑、冶金、造纸、机械化 工、运输、建材、皮革、酿酒为主的九大骨干行业。 华北科技学院毕业设计（论文） 第 11 页 共 159 页 林南仓矿业分公司的地面供水可划分为三个部分，即以东六家属区生活应用水为 主体的东六供水系统，以生产和生活供水为主的工业广场供水系统以及风井生产用水 为主的风井供水系统，它们各自称

24、为独立的系统，互不影响，不相干涉，从而构成了 林南仓矿业分公司的三大供水系统。前两个系统供水量大，对水质的要求也较高。 东六供水系统服务对象主要是居民的日常生活，日平均耗水量 150m/h，供水水源 井位于东六生活区内，距离工业广场中心 3 公里。 供电网位于林南仓镇东 5 公里，供电条件能满足生产和生活的需要。 1.21.2 井田地质特征井田地质特征 1.2.11.2.1 井田地质构造井田地质构造 林南仓煤田位于开平煤田东南翼。开平煤田位于燕山南麓，煤系地层为石炭二迭 系。开平主向斜是煤田主要构造，呈复式向斜构造。向斜的总体轴向为 ne 向。自古治 以北主向斜轴逐渐转为东西向，向斜两翼不对称

25、，西北翼地层倾角比较平缓，向北往 南发育两组轴向与主向斜轴斜角或直交的短轴倾伏褶皱构造，东南翼断层不很发育， 规模亦较小。多见于褶皱构造的轴部，正断层较多，逆断层较少。 林南仓井田的主体构造为井田北翼的塔坨向斜和南翼毕各庄区域的毕各庄向斜式， 由于开平向斜在发育过程中北部受青龙山东南构造带影响。主向斜轴在古治以北发生 偏移，呈东南向派生的南北应力场，形成次一级构造。 主要褶曲构造 褶皱为本煤田的骨干构造。 主要构造线：各向斜、背斜彼此平行相间排列，其褶皱轴线一般均作北西方向 延展。向斜均有煤系地层保护，并闭合成盆地形构造，而背斜部分煤系地层则被剥蚀。 褶皱均显不对称性，轴面向受力强烈的方向倾斜

26、。本煤田之中部即林西背斜至 黄土坎背斜为受力较强烈的上升部位，因此，轴面均有内倾之趋势，如煤田东部林南 仓、李庄子向斜之西翼地层产装较陡达 5060，而煤田西部的下仓向斜西翼地层产 状平缓，一般为 1020，东翼及东北边缘地带地层倾角则较陡，达 4560。 林南仓向斜因地处马兰裕山字型构造弧顶前缘部位，东北端受北部压力，西和 西南端受来自于李庄子向斜方向的侧压力之力偶作用，使向斜轴线呈“u”字型。 断层 林南仓矿 120 万 t 新井设计 第 12 页 共 159 页 本煤田断层多发育在受力较强烈的中部地带，即下仓向斜之东翼，李庄子向斜及 林南仓向斜西部。依据受力关系本区主要断层分以下几种：

27、压扭性断层：断层构造线一般呈北西方向，与褶皱轴线相平行，多形成与较强 烈褶曲部位。断层面倾角一般较小。约 4555。走向延长较远。 张扭兼重力性质大断层。本类断层有两组。 断层构造线一般呈北西方向与褶皱轴线相平行，断层面倾角较陡，一般在 60 左右，断距百米至数百米，如李庄子向斜中 a、b、d、e 等正断层均属此类，使李庄 子向斜形成地堑式构造。 断层构造线一般呈北东方向与褶皱轴斜交，断层面倾角 6075断距数十至数 百米，并具有继承性，第四纪仍有活动。 区内共发现大小断层 4 条，其中断距大于 30 米者有 3 条，以 f1 断层斜切井田中 央粘距 15-50 米，延伸长度 2000 米，对

28、井田影响到大，其余断层断距较小，延展长度 也较短，对井田开拓也较有影响。主要断层(见附表 1-2-1)。 表表 1-2-11-2-1 林南仓井田主要断层表林南仓井田主要断层表 断层产状 带别编号性质 走向倾向倾角 断距 （米） 延展长度 （米） 1 f正断层 n10ese75-8015-1102000 2 f正断层 n70-80ese75-8035-421800 3 f逆断层 n50-60ese70-75352000 4 f正断层 n40-50ese75201500 岩浆岩 蓟玉煤田所属三个含煤向斜均有不同程度的岩浆岩侵入。下仓向斜、李庄子向斜 火成岩遍及全区，林南仓向斜之西部有火成岩侵入，东

29、部未曾发现有岩浆岩侵入之现 象。所见岩浆岩经磨片鉴定有以下几种： 主要有辉绿岩，少量安山岩，煌斑岩和玻基橄榄玄武岩等。呈岩墙、岩枝和岩床 侵入。岩墙多呈北西或北东方向，岩床多沿煤层侵入。位于下仓向斜之北部，有一较 大的火成岩体侵入玉石炭系二叠系地层中，其岩性为安山岩，可能以岩盘形式产出。 岩浆岩的侵入时期属燕山运动晚期。 1.2.21.2.2 煤系地层划分及其特征煤系地层划分及其特征 林南仓井田煤系地层主要由石炭系、二叠系地层组成，其中包括中石炭统唐山组、 华北科技学院毕业设计（论文） 第 13 页 共 159 页 上石炭统开平组、赵各庄组、下二叠统的大苗庄组、唐家庄组。基底为经过长期剥蚀 夷

30、平的中奥陶统，上覆地层为上二叠统古冶组陆相碎屑岩。含煤建造由一套海相、过 度相、陆相地层组成。煤系地层综合柱状图(见图 1-2-1) 地 层 系 统 界 系 统 组 层 间 距/ 柱 状 名 称 厚 度 / 古 生 界 粉 细 砂 岩 粉 砂 岩 粉 砂 岩 粉 砂 岩 粉 砂 岩 粉 砂 岩 粉 砂 岩 煤 8 煤 9 粉 细 砂 岩 煤 11 细 砂 岩 炭 质 泥 岩 煤 12 0.51-22.95 6.28-20.51 5.26-21.02 8.51-30.49 0.23-2.64 0.41-3.35 0.23-2.06 1.05-8.32 2.98 9.28 14.34 13.36

31、1.55 1.86 0.90 二 叠 系 上 统 上 统 2 大 苗 庄 组 赵 各 庄 组 3.00 图图 1-2-11-2-1 煤系地层综合柱状图煤系地层综合柱状图 煤系地层各组厚度变化、岩性特征及所含标志层分述如下： 奥陶系中统马家沟组（02） 本区钻孔揭露最多者 15.89 米，岩性为浅灰灰白色石灰岩，质纯性脆，时夹 薄层状灰质粘土岩及白云质石灰岩或豹皮状灰岩。顶部有古风化壳迹象，含黄铁矿结 核，裂隙溶洞较发育，有时被铝土质充填。 石炭系（c） 上限为煤 11 顶板细粉砂岩之顶界，与上复二迭系地层呈整合接触。下限为奥陶系 石灰岩顶面，两者呈平行不整合接触。地层厚度约 200 米，分中上

32、两统，下统缺失。 石炭系中统唐山组（c2） 本统直接覆盖于奥陶系石灰岩之上，上限至第三海浸线k3石灰岩顶面，地层 厚度介于 46.0861.77 米，平均为 52 米。 林南仓矿 120 万 t 新井设计 第 14 页 共 159 页 岩性特征是：岩层颜色较浅，多为浅灰灰色，并夹有少量紫色（在 k2灰岩以 下） ，以粘土岩和粉砂岩类为主。岩石大致百分比为中粗粒砂岩占 10.74，细砂 岩占 3.56，粉砂岩占 19.71，粘土岩占 56.62，煤层占 0.59，石灰岩占 8.78。层理不明显，粘土岩一般呈团块状构造，植物化石保存较少，在石灰岩及其 顶板细粉砂岩中，富含海相动物化石，菱铁质鲕粒及

33、结核发育，并含有黄铁矿结核和 散晶。除部分粘土岩外，在一般岩层中皆含不同程度的钙质。 本统岩相组合特征是:下部厚约 25 米为滨海湖泊大相的碎屑岩沉积，向上逐渐转 为浅海薄层灰岩相和过渡相的交替沉积，构成三个完整的小旋回。每个旋回一般由浅 海沉积（第 i1旋回为滨海湖泊）起，经过渡相，终止于浅海灰岩相。 标志性岩层： k3 至 k4之间有：深灰色浅海相粉沙岩或粘土岩，细腻质纯性脆，含腕足类珊瑚等 动物化石，为石 k3灰岩直接顶板。一般厚度 9 米左右。 k4 至 k5之间有：浅灰色细中粒沙岩：成分以石英为主，次为少量岩屑等，分 选及滚圆度中等，拟质孔隙式胶结，夹碳质层纹，显水平层理和缓波层理状

34、，岩石成 分比较单纯，易于煤系地层中的沙岩相区别。位于井筒西北部常相变为粗砂岩，厚度 达 20 米左右（至煤 17 以上） ，风井以东见薄，井相变为细砂岩，一般厚度 5 米左右。 灰深灰色粘土岩：有时稍发褐色，质软，含铝土质和凌铁质结核，富含植物根 化石，成团块状构造（为煤 14 直接底板） ，一般厚度在 3 米左右。 k5 至 k6之间有深灰色细粉砂岩：致密而细腻，性脆质地均一。富含黄铁矿石结核， 底部见有少量海百合等动物化石，为 k5灰岩之直接顶板。一般厚度 7.5 米左右。 深灰色粉砂岩和灰色细砂岩互层带：以前者为主，显条带状，具水平层理及缓波 状层理，含植物化石碎片和较完整的假蛋形翅羊

35、齿等植物化石。 灰色细砂岩，致密坚硬，泥至孔隙基底式胶结，具水平层理和缓波状层理， 时为煤 12 下直接底板，以坚硬为特征，易与其他砂岩相区别，一般厚度 4 米左右。 赵各庄组 地层厚度 74.4179.41 米，平均 55 米。 岩性特征是：浅灰深灰色。以粉砂岩为主，但比开平组为少，而厚层状中粒 砂岩相对增多。岩石大至百分比为，中粗粒砂岩占 12.9，细砂岩占 12.4，粉砂岩 占 44.14粘土岩占 9.9，煤层占 19.73，其它站 0.93。植物化石以翅羊齿类居 多，一般赋存在煤 11 顶板粉砂岩和煤 11煤 12 之间粉砂岩两个化石带内。 华北科技学院毕业设计（论文） 第 15 页

36、共 159 页 岩相组合特征是以滨海湖泊相为主，并有泻湖海湾相，湖滨波浪带相、湖泊三角 洲相等沉积。本组地层可划分为三个完整的小旋回。海退相序地层厚度为 36 米，海进 相序地层厚度为 19.13 米说明地壳处于缓慢的波浪式上升。 且升降幅度较小，比下部 唐山组和开平组地层更接近于大陆性趁机环境亦相对比较稳定，有利于煤层的形成。 所以在每个小旋回的中上部均有泥炭沼泽沉积相，赋存有主要可采煤层（煤 11 煤 12） 及不稳定的不可采煤层（煤 14） 标志性岩石及化石带有： 煤 12 下顶板下粉砂岩：深灰黑灰色，细腻含炭质及黄铁矿散晶，棕褐色条 痕，贝壳状断口，富含腕足类，瓣鳃类和海百合等动物化石

37、，一般厚度在一米左右。 煤 11 至煤 12 之间的粉砂岩：近煤 12 处为深灰色细粉砂岩频繁交替出现，显条 状带外观，其下岩性渐细，底部为细粉砂岩或粘土岩，致密而细腻，质地均一纯净， 细水平层理明显，井田西北部为浅灰银灰色，而东南部则渐变为深灰色，岩性标 志，易于对比，厚度 16 米左右。 煤 12 顶板粉砂岩：深灰色，岩性致密，质地均一，具水平层理及缓波层理。采 集有假蛋翅羊齿、开平翅羊齿、直脉翅羊齿类、星轮木、纤细轮木、长方楔叶、芦木 苛达树等化石，为本组植物化石富集层之一,厚度一般在 5 米左右。 煤 11煤 12 之间粗砂岩：浅灰色，成分以石英、岩屑、燧石为主（以含较多 燧砾为特征，

38、易与其他煤层间砂岩相区别） 。分选较差，滚圆度为半园状。泥质孔隙 基底式胶结，局部含钙质。具水平层理、斜层理、交错层理等。全区沉淀稳定（特 别是井田西部） ，仅局部地段相变为细砂岩。一般厚度约 12 米。 煤 11 顶板细粉砂岩：呈灰深灰色，致密，显水平层理及缓波状层理，含菱 铁质结核，采集有星轮木、楔叶木、细羊齿、苛达树等化石，亦为本组植物化石富集 层之一，一般在 4 米左右。 二叠系（p） 板湖泊相细粉砂岩之顶界，与下伏地层呈整合接触。上限为第四系松散沉积物， 呈不整合接触。在井田内保留地层最大厚度约 560 米。 二叠系下统（p1） 上限为 a 层铝土直粘土岩顶界，于上统呈整合接触。本统

39、地层厚度约为 278 米， 分上、下两组。上组称为唐家庄组，下组称为大苗庄组，其中大苗庄组是主要含煤地 层之一。 林南仓矿 120 万 t 新井设计 第 16 页 共 159 页 标志性岩层及化石带： 煤 9 顶板细粉砂岩：呈灰深灰色，致密，具细水平层理及层庄菱铁质结核。 采集有星形轮木、细羊齿、芦木。苛达树，东方尼式苏铁等植物化石，为本组化石富 集层之一。一般厚度在 3 米左右。 煤 8 底板砾状粉砂岩：呈浅灰色，局部含钙质。具有大量灰绿、灰白色粘土岩 块。该层随 82尖灭而消失。在井筒附近厚度增大，常为煤 9 直接顶板。但凡为煤 9 直接顶板时，煤 9 则变薄或不可采。该层一般厚度 4 米

40、左右。 煤 7 顶板细粉砂岩粘土岩：为灰黑色，岩性细腻。性脆，呈菱角状及贝壳 状断口，富含菱铁质结核及黄铁矿细晶。采集有腹足类、斧足类、腕足类、海百合等 动物化石，为本区最上一次海侵。该层可能相当于开平煤田煤 6 顶板。一般厚度 3 米 左右。 煤 6 顶板粉砂岩：呈深灰色，欠均匀，有堆砾现象，加灰色细砂岩薄层，局部 显水平层理及缓波状层理。采集有假蛋形翅羊齿、带羊齿、楔叶木、轮木、苛达树、 细羊齿等化石，为本组植物化石富集层之一，一般厚度 6 米左右。 煤 5 至煤 6 之间中粒砾岩：呈浅灰绿色，成分为石英、岩屑、长石、燧石等。 分选较差。滚圆度中等，泥质孔隙基底式胶结，夹炭层纹 及煤化物质

41、，以颜色易 与下部砾岩相区别，一般厚度 4 米左右。 煤 5 顶板粉砂岩：呈灰绿色，岩性较均一。采集有星轮木、长方楔叶、芦木、 带羊齿、苛达树等植物化石，亦为本组植物化石富集层之一。一般厚度 3 米左右。 二叠系上统（p2） 保存有古冶组（p12）地层，最大厚度约 300 米。本组属陆相沉积，河床相粗碎屑 砂质岩居多。岩石大致百分比为，中粗粒砂岩占 46.06，细砂岩占 0.388，粉砂岩 占 45.69，粘土岩占 7.87。 本组地层大致可分为六段（即六个中粗粒砾岩带和六个粉砂岩粘土岩带） 。每 一岩段皆有河床相中、粗粒砾岩起，至湖泊相或湖沼相细碎屑岩（粉砂岩或粘土岩） 止。反映了六次河流活

42、动的巨周期（详见地层综合柱状图） 。 岩性特征，中粗粒砾岩皆为灰白灰紫色。成分为石英、燧石、岩屑、长石等。 分选及滚圆度均不好，夹炭质层纹及紫色条带，显大型直线形斜层理。粉砂岩一般以 灰紫色为主，褐铁矿结核发育，显花斑状结构，呈团块状构造。植物化石少，一般多 赋存在上部铝土质粘土岩以下 30 米至 a 层以上 40 米之间的粉砂岩中。采集有细羊齿、 华北科技学院毕业设计（论文） 第 17 页 共 159 页 楔叶木、轮木等植物化石。 标志性岩层有： a0层铁质粘土岩：紫红色，岩性致密，性脆质地均一，呈角状断口，含豆状铁 质结核及鲕粒，平均厚度 5 米，该层底板紫灰或灰白色粗砾岩极为标志，易于对

43、比。 上部铝土质粘土岩：灰紫色，致密、细腻，有滑感，含铁质结核及鲕粒，显花 斑状结构，平均厚度 4.53 米。本层顶板至上部铁质粘土岩间均为紫灰紫色粗砾岩 （或含砾粗砾岩） ，于 a 层至 a0层之间砂岩相似，但该层颜色较紫。 上部铁质粘土岩：岩性与 a0层铁质粘土岩颇为相似，但该层更为细腻据仓补 17 化验结果 sio2为 37.28ae203为 24.87。fe2o3为 13.50，烧失量为 13.56，平 均厚度为 5.69 米。 第四系松散沉积物 主要由粘土曾、砂层、砾石层极少量卵石层所组成。一般 70 米以浅砂层或砾石层 较多，深部则以粘土层为主。冲击层底部之卵石层在北部及东北部较发

44、育，厚达 30 米 以上。在较稳定的两层粘土层之中（埋藏深度 70110 米和 120220 米）富含淡 水动物介壳，为良好的对比标志及隔水层。第四系厚度变化较大，由井田北部的 143.78 米至东南部达 434 米以上。 1.2.31.2.3 井田水文地质井田水文地质 矿区年降水量在 350mm-800mm 之间，由于冲积层的存在，阻隔了大气降水与矿坑 涌水之间的联系，矿井用水量基本不受季节的影响。 矿区地表水系主要包括后湖。矿井采动塌陷坑积水量随开采面积的扩大而增加。 所有地表水均直接补给潜水层。 矿井直接充水含水层包括：第三含水层（煤 12 底至煤 4 顶砂岩裂隙含水层） 、第 四含水层

45、（煤 5 至煤 12 顶砂岩裂隙含水层） 、第五含水层（煤 5 顶板砂岩裂隙含水层） 。 矿井间接含水层包括第一含水层、第二含水层、第五含水层、第六含水层。其特 征见表 1-2-2。 表表 1-2-21-2-2 含水层划分表含水层划分表 含水层编号含水层名称 含水层富存 情况 单位流水量渗透系数水质类型 林南仓矿 120 万 t 新井设计 第 18 页 共 159 页 1 第一含水层含水丰富 2.146 升/秒 *米 182.714 米/ 昼夜 重碳酸钙镁 型 2 第二含水层含水性弱0.0455 升/ 秒*米 0.261 米/昼 夜 硫酸钙镁型 3 第三含水层 含水性中等， 局部较强 0.01

46、970.05 66 升/秒*米 0.15010.7 7 米/昼夜 重碳酸钠型 4 第四含水层含水性弱 0.0160.058 4 升/秒*米 0.1541.742 米/昼夜 重碳酸钠型 5 第五含水层 含水性中等， 局部较强 0.06030.22 8 升/秒*米 4.526 米/昼 夜 重碳酸钠型 6 第六含水层含水性弱 0.040.0196 升/秒*米 0.02480.21 1 米/昼夜 重碳酸钠型 1.31.3 煤层特征煤层特征 1.3.11.3.1 可采煤层情况可采煤层情况 井田内可采和局部可采煤层共四层，即煤 8、煤 9、煤 11、煤 12、 。其中主要可采 煤层共有 2 层。即：煤 9

47、 和煤 12，其余绝大部分不可采。 1.3.21.3.2 煤的物理性质煤的物理性质 8 煤层为复杂结构煤层，含有 1-2 层泥浆，粉砂岩夹石。煤岩类型以亮型为主，界 限明显，内生节理发育，玻璃光泽。平均厚度 0.8 米，该煤层为不稳定煤层。 9 煤层为复杂结构煤层，有夹石 1-2 层，层位稳定，全井田可采，局部相变为炭质 泥岩，平均厚度为 3.94。采性指数为 0.95， ，煤厚变异指数为 0.8，该煤层为稳定煤层。 11 层为复杂结构煤层，有夹石 1-2 层，厚度、岩性均变化较大，该煤层只在 f1 断 层西北及北侧和井田东南角可采，其他部位变尖或尖灭，平均厚度为 0.9 米，可采性 指数为

48、0.73，煤厚变异指数为 0.812，该煤层为极不稳定煤层。 12 层为结构简单厚煤层，煤层局部有夹石 1-2 层，层位较稳定，平均煤厚为 2.08 采性指数为 0.98，煤厚变异系数为 0.431，该煤层为稳定煤层。 他们的结构、厚度及特征见表 1-3-1。 华北科技学院毕业设计（论文） 第 19 页 共 159 页 表表 1-3-11-3-1 可采煤层特征表可采煤层特征表 煤层厚度/m 序 号 煤层名称 最小最大平均 层间距 /m 倾角 /() 硬度容重 稳定 性 1 8 煤 0.61.20.8180.4-0.71.47 不稳 定 2 9 煤 3.04.23.9200.3-1.11.4 稳

49、定 3 11 煤 0.71.10.9160.4-0.71.48 不稳 定 4 12 煤 2.03.52.21 25 20 22 200.4-0.91.4 较稳 定 1.3.31.3.3 煤的围岩特性煤的围岩特性 林南仓矿煤层顶底板岩性变化大，围岩岩石力学性质差异明显。 煤 9 顶板：灰浅灰色泥质粉砂岩，致密、细腻、性脆、易碎，有滑腻感，断 口和裂隙面发育，具水平层理，局部含菱铁质结核含芦木、星轮木、苛达树等化石。 层厚 3.0 米，直接顶垮落步距 3.6 米，老顶来压步距 16.8 米，顶板数类级。 煤 9 底板：深灰色粘土岩，细腻、光滑，有贝壳状断口，并含有大量根化石， 岩石软、易风化，层厚

50、 2.0 米。 煤 11 顶板：条带状灰色粉砂岩，致密，显水平层理及缓波状层理，并含有 大量的菱铁质结核，薄层，岩石大部分为碎块状，层面含有方解石膜，该层含有星轮 木、楔叶木、细羊齿、芦木、柯达木苛达木等植物化石，层厚 04 米，通过回采过 的工作面观测，直接顶初次垮落步距 46 米，老顶初次来压步距 3 米，老顶周期来压 步距 1012 米，顶板属 1 类 1 级。 煤 12 顶板：灰色粉砂岩，厚 5.0 米，致密、坚硬、呈条带状，灰、灰白、褐 色相间，有时附着绿色物质，层理呈水平或缓波状，泥质胶结，含有丰富的植物叶化 石，初次垮落步距 1416 米，老顶初次来压步距为 32 米，老顶周期来

51、压步距 1012 林南仓矿 120 万 t 新井设计 第 20 页 共 159 页 米，顶板属类级。 煤 12 底板：灰深灰色细砂岩，厚度 2.0 米，层状产出，岩石较硬，为钙质 或菱铁质胶结，全井田发育较好。 1.3.41.3.4 煤的特征煤的特征 煤的物理特征 林南仓井田内各煤层均属腐植煤，煤层颜色一般为深黑色，条痕黑褐色或黑色带 有褐色。呈较亮的似玻璃光泽，硬度和韧性较大，脆性较小，煤岩组分以亮煤和暗煤 为主，次为镜煤，丝炭少见。各煤层物理特征见表 1-3-2。 表表 1-3-21-3-2 煤层物理特性煤层物理特性 特征 煤层 颜色光泽煤岩组分煤岩类型 煤的结构和 构造 块度 黄铁矿结

52、核 煤 8深黑色 玻璃状光 泽 镜煤亮煤 和暗煤 半亮型 条带状，层 状结构 粉-碎块 状 含 煤 9深黑色 较亮的似 玻璃状光 泽 镜煤亮煤 和暗煤 半亮型 条带状，透 镜状结构， 层状结构 粉-碎块 状 含 煤 11深黑色 较亮的似 玻璃状光 泽 以亮煤和 暗煤为主 少量镜煤 半暗型 条带状，层 状结构 粉-碎块 状 少量 煤 12深黑色 光亮的似 玻璃状光 泽 镜煤亮煤 和暗煤 半亮型 条带状，透 镜状结构， 层状结构 粉-碎块 状 含 煤化学分析：原煤工业分析见表 1-3-3。 表表 1-3-31-3-3 可采煤层原煤工业分析综合表可采煤层原煤工业分析综合表 项 目 煤 层 灰分 ag

53、(%)硫分 s(%) 挥发分 vr(%) 发热量(卡/ 克) 煤质牌号 华北科技学院毕业设计（论文） 第 21 页 共 159 页 8 11.38-35.52 15.77 1.53-3.38 2.13 29.75-33.83 32.16 5200-7572 7137 2 号肥煤为主，局部肥焦煤 9 24.17-31.70 28.80 1.05-2.44 1.63 30.63-38.71 35.10 4600-7630 6016 1、2 号肥煤 11 11.38-35.52 15.77 1.53-3.38 2.13 29.75-33.83 32.16 5200-7572 7137 2 号肥煤为主

54、，局部气肥煤 12 26.72-38.29 31.09 0.43-0.58 0.47 27.73-36.80 29.86 5520-7652 6060 1-2 号肥煤为主，局部肥焦煤 和气肥煤 1.3.51.3.5 瓦斯和煤尘瓦斯和煤尘 瓦斯 瓦斯的相对涌出量在 0.050.56 米 3/吨天，二氧化碳的相对涌出量 3.1812.18 米 3/吨天，属于低级瓦斯矿井。瓦斯涌出量见表 1-3-4。 表表 1-3-41-3-4 矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量 绝对涌出量(m3/min)相对涌出量(m3/td) 矿井瓦斯等级 瓦斯(ch4) co2 瓦斯(ch4) co2 低 0.7333.730.1

55、25.45 煤的自燃发火情况 本矿各煤层均有自燃倾向，其中 9 煤层发火期最短为 11 个月，最长为 25 个月，矿 井发火等级定为四级。 林南仓矿 120 万 t 新井设计 第 22 页 共 159 页 2 2 井田境界及储量井田境界及储量 2.12.1 井田境界井田境界 2.1.12.1.1 井田划分依据井田划分依据 在井田划分时，保证各井田合理的尺寸和境界，使煤的各部分得到合理性开发。 井田划分的范围，储量，煤层赋存及开采条件应与矿井生产能力相适应。对于现代化 大型矿井，要求井田有足够储量和合理服务年限，生产能力小的矿井可小些。同时考 虑到矿井发展余地，井田范围应适当的划的大些。本设计生

56、产能力为 120 万 t/a,属于 大型矿井。因此在划分井田范围时，应与该生产能力相适应。 保证井田有合理的尺寸。通常情况下，为合理安排井下生产，井田走向长度应 大于倾斜长度。如井田长度过短，则难以保证矿井各个开采水平有足够的储量和合理 的服务年限。造成矿井接替紧张。井田走向长度过长，又会给矿井通风，井下运输带 来不便。根据实际地质情况，并参照我国煤矿的实践经验，选择一个合理的尺寸。 合理划分矿井开采范围，处理相邻矿井关系。划分矿井边界时，通常把煤层倾 角不大，沿倾斜延展很宽的煤田，分成浅部和深部两部分。一般应先浅后深，先易后 难，分别开发建井，以节约初期投资。 选择好井口与工业广场位置。划分

57、应考虑井筒与工业广场位置的选择，使有利 于井田开拓和采区布置，有利于矿井建设施工和工业场地布置。 2.1.22.1.2 井田境界确定井田境界确定 根据埋深及井田构造情况，本矿井井田境界确定如下： 根据以上确定的井田境界，林南仓井田西部以 11 号勘探线为界，其余均为自然露 头。该矿地处平原，地面标高+6 米左右，井田走向长 7 千米，倾向宽 3.5 千米，面积 s 为 19.25 平方千米。 2.22.2 井田工业储量的计算井田工业储量的计算 2.2.12.2.1 井田地质储量井田地质储量 井田储量的计算公式： 华北科技学院毕业设计（论文） 第 23 页 共 159 页 z=sm/cos （2

58、-2-1） 式中 煤层倾角,（） 煤容重, t/m3 m煤层的总厚度, m s井田面积, 所以 z=1.9251079.071.4/cos20 =2.23108吨 2.2.22.2.2 工业储量的确定工业储量的确定 本井田内考虑到煤 8、煤 10、煤 11 绝大部分不可采，目前情况下，暂定煤 9、煤 12 为可采煤层，而这两层煤的厚度分别为 3.94m 和 2.21m。 所以工业储量为 zc 1.925107（3.941.40+2.211.40）/cos20 1.76108吨 2.32.3 井田可采储量井田可采储量 2.3.12.3.1 永久煤柱煤量永久煤柱煤量 要计算井田可采储量，首先要确定

59、各种永久煤柱损失。永久煤柱一般是指保护工 业广场和井筒的工业广场煤柱，井田境界和大断层两侧的井田境界煤柱和断层煤柱， 以及保护地面建筑物、河流、铁路等而留设的保护煤柱等。 工业广场保护煤柱 受保护面积边界是由受保护建筑物和主要井筒的边界向外加上一部分备用量即维 护带确定的。受保护建筑物边界一般不是直接以被保护建筑物的外边界为准，而是取 平行于煤层走向或倾斜方向的与受保护建筑物外缘相连的直线所围成的面积，作为受 保护建筑物的边界。 地面建筑物和主要井筒的保护煤柱是从受保护的边界起，按基岩移动角 、 和 及表土层移动角 所做的保护平面与煤层的交线来确定。煤层群开采时，应采用重 复采动条件下的移动角

60、值。 基岩移动角和表土层移动角如图 2-3-1 所示。 林南仓矿 120 万 t 新井设计 第 24 页 共 159 页 图图 2-3-12-3-1 岩层移动角示意图岩层移动角示意图 安全煤柱的留设与计算一般用垂直断面法求得。 煤柱的留设的计算方法与步骤如下： a确定受保护面积 如图所示，在开拓平面图上通过建筑物四个角分别做平行与煤层走向和倾斜的四 条直线，得矩形 abcd。在矩形的外缘加上 15m 宽的维护带，得受保护面积 abcd。 -断面-断面 建筑物的长轴方向 煤层 围护带 图图 2-3-22-3-2 用垂直断面法确定建筑物下安全煤柱用垂直断面法确定建筑物下安全煤柱 b确定受保护煤柱