河南理工大学采矿工程毕业设计

1、河南理工大学采矿工程专业2013届毕业设计1 井田概况及地质特征1.1 井田概况1.1.1交通位置张村矿位于汝州市南15km处。行政区划属汝州市小屯镇蟒川乡管辖。地理坐标东经112°4908112°5228, 北纬34°020634°0352。区内交通方便，焦枝铁路从井田东侧通过，运煤专用铁路线已从小屯火车站通至东邻的三里寨井田朝川一、二号矿井。本矿工业广场东距小屯站8km，西北距洛阳市100km，东北距郑州市150km，东南距平顶山市70km，均有柏油公路相通（图1-1）。图1-1 交 通 位 置 图1.1.2地形地貌张村井田位于汝河南岸，朝川矿区中部

2、，属低山丘陵与平原过渡区，地势西高东低，最高处土门村北标高232.85m，最低处蒋公河床标高200.85m，相对高差32m。1.13河流水系本区属淮河流域，汝河水系，流经井田内的河流有黑龙庙河和蒋公河，均自西南向东北迳流，河水流量的变化受大气降水控制，具有暴雨季节剧增，旱季锐减的特点。1、黑龙庙河：起源于矿区南侧，经黑龙庙村沿井田西侧向东北迳流，出区外于栗屹当村南流入蟒川河。1982年3月7日实测旱季流量O.0006m3/s，1983年8月12日实测洪峰流量80m3/s，地表水对矿床充水无影响。2、蒋公河：起源于矿区西南8km处的磨窝附近，流经朝川、张村等地，在井田内芦店村西与孙店河汇流，经三

3、里寨井田范湾附近时，沿二 1煤层露头流至朝川矿商业区被引入人工河道，最后出区外注入汝河。1982年5月断流，1983年8月12日实测洪峰流量251m3/s，经地下水连通试验证实，地表水对矿床充水影响不明显。3、朝川水库(安坡寺水库)：位于井田外蒋公河中游，是矿区内较为重要地表水体，控制流域面积21km2，坝高19m，坝顶长126m，总库容量194×104m3，有效库容量150×104m3，汛期发生岸壁渗漏，对矿床充水有一定的影响。1.1.4气象地震本区为大陆性干旱气候，据19571983年观测资料：历年平均气温14.2，最高气温44.6(1966年6月20日)，最低气温-1

4、8(1969年1月30日)。历年平均降水量为652.8mm，年最大降水量为1170.9mm(1964年)，年最小降水量为332.8mm(1966年)，月最大降水量328.6mm(1983年8月)，日最大降水量161.2mm(1983年8月12日)，一次最大降水量281.2mm(1983年8月5日13日)，最大积雪厚23cm(1964年2月8日)，大气降水集中在79三个月。历年平均蒸发量1834mm，最大蒸发量2250.4mm(1966年)，最小蒸发量1428.8mm(1980年)。历年平均绝对湿度12.6毫巴，最大值38毫巴(1959年8月23日)，最小为0(1967年1月16日)，历年平均相

5、对湿度66.1。冬季多西北风，夏季多东南风，最大风速24m/s，冰冻期为当年11月至翌年3月，临汝最大冻土深度约18cm。该区属大陆性季风气候，地震烈度小于六度。根据临汝县记载，1809年夏地震，汝水溢，伤人无数。1827年3月23日曾发生过地震。经国家地震局河南省物测队鉴定，前一次地震烈度小于度，后一次为有感地震。1972年5月开始对地震进行系统观测，在1972年12月2日和1973年12月1日各发生一次地震，震级为1.21.3级。本区属于三级地震区，地震烈度小于度。1.1.5矿区内工农业生产及主要建筑材料供应情况区内农业盛产小麦、玉米、棉花、花生、大豆等多种作物。矿产资源有煤炭、铝矾土、石

6、英岩、石灰岩、白云岩、花岗岩等多个品种。工业有化工、建材、轻纺、农副产品加工、采矿、机械加工等支柱行业。矿井建设所需要建材可以就地取材，也可由公路运入。1.1.6水源电源可取自处理后的井下水。双回路电源分别引自王寨变电所和朝川变电所（供电等级为110kv）。110kv变电所已经十堰电力设计所设计，土建已施工完毕，设备已订购。1.1.7生产矿井及老窑本矿南部(浅部)相邻矿井主要有渠庄煤矿、贾岭南煤矿、康元水煤矿，东部与李湾煤矿相邻。北、北东部分别与牛庄井田、三里寨井田相接。 1、李湾煤矿：位于井田东部，1970年动工，1977年投产，由朝川矿务局开办，开采二1煤层，暗斜井多水平开采、立井提升，并

7、配有斜井通风，设计年生产能力15×104t，实际生产能力13×104t左右，生产开至-100m水平。煤层厚度1.5015.00m，平均厚度4.50m左右，厚度较稳定，结构简单。由于受邻近三里寨一号井田抽排的影响，本矿涌水量不大，正常涌水量60m3/h。2、贾岭南煤矿：位于本井田南部浅部。该矿1989年动工，1995年投产，设计年生产能力3×104t，开采最低标高-100m左右，累计开采19.36×103m2，动用储量4.46×104t。揭露煤层厚度1.433.98m，平均厚度2.65m左右。由于该矿位于浅部，正常涌水量30m3/h。3、三里寨一

8、号井：位于三里寨井田浅部，1970年动工，1980年5月投产，开采二1煤。原设计年生产能力为60×104t，后改为45×104t，近年年产30×104t左右，由朝川矿务局经办，现归属平煤集团，有中央主、副井，西主、副、风井及东风井，均为斜井，多水平上山开采，开采水平-200m左右，煤层厚0.7010.OOm，平均5.OOm左右，区内构造复杂，小于10mm断层繁多，煤层底板起伏较大，构造对煤层的破坏较为严重，以至很难设计正规采区，建井期间，东风井作至+110m水平时，底板突水，涌水量380m3/h。主斜井作至+44m时，底板突水，涌水量720 m3/h。矿井排水量旱

9、季663.22m3/h，雨季1939.64m3/h，平均约1050m3/h。该矿属低沼气矿，煤层顶板岩体质量分类为类，生产设备较为完善。4、三里寨二号井：位于三里寨井田浅部，原由朝川矿务局经办，现归属平煤集团，开采四3、五2煤。1970年建井，1978年投产，原设计年生产能力30×104t，后改为45×104t，现年生产能力45×104t，有主、副、风井三口，为斜井多水平连续上山开采，四3煤厚03.OOm，平均厚1.90m；五2煤厚1.002.OOm，平均厚1.80m，中上部常有夹矸一层。区内发育一定数量的小断层，但对采区的布置影响不大。本矿属低沼气矿井，矿井涌水

10、量在16.03m3/h(旱季)至53.13m3/h(雨季)之间，水文地质条件较为简单。1.2 地质特征1.2.1地层井田内揭露地层有寒武系崮山组；石炭系本溪组、太原组；二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组、石千峰组；第三系、第四系。其中上石炭统太原组、下二叠统山西组、下石盒子组、上二叠统上石盒子组为含煤地层，按先后沉积时序分述如下：1、上寒武统崮山组(3g)井田的西南部山区和朝川矿区的东南部均有大面积的出露。岩性为灰色、浅灰色微带浅红色白云岩、白云质灰岩，厚层状，局部见紫红色条带，夹泥质灰岩，底部白云质灰岩具细鲕状结构，风化表面呈灰黑色为其特征。厚129.76162.71m，平均146.24m

11、，与下伏地层整合接触。2、石炭系(C)包括中统本溪组(C2b)和上统太原组(C3t)。(1)中统本溪组(C2b)岩性主要为浅灰色、灰绿色局部紫红色铝土质泥岩及铝质岩，具鲕状及豆状结构，含较多黄铁矿结核，致密块状，常夹12层透镜状或鸡窝状赤铁矿。本层岩性稳定，但厚度变化较大，与下伏崮山组地层呈不整合接触。厚1.1711.65m，平均6.50m。(2)上石炭统太原组(C3t)主要由灰、深灰色石灰岩、泥岩、砂质泥岩、砂岩和煤层组成，依其岩性组合可分为三个岩性段。下部灰岩段，由L1L2两层深灰色生物碎屑泥晶石灰岩、砂质泥岩和薄煤层(一l、一2)组成，其中一1煤层局部可采。石灰岩中主要含蜓类化石。Ll、

12、L2发育较差，局部相变为泥灰岩或砂质泥岩。厚7.309.80m，平均8.75m。中部砂泥岩段，由灰色、深灰色砂质泥岩、泥岩夹薄层灰岩组成。夹2层不稳定薄煤层(一3、一4)。含轮叶、瓣轮叶植物化石。厚4.327.60m，平均6.20m。上部灰岩段，主要由24层深灰色生物碎屑细晶灰岩、泥质灰岩、砂质泥岩、泥岩及23层薄煤层(一7、一8、一9、一10)组成，厚8.1012.80m，平均11.20m。其中一8煤层较稳定，属大部可采煤层，其顶板为深灰色厚层状硅质灰岩(L7)，常夹一薄煤层(一9)，岩性致密坚硬，含较多的黑灰色燧石结核及燧石条带。层位稳定，厚度变化不是很大。厚4.5011.50m，平均6.

13、91m。与下伏本溪组呈整合接触。3、二叠系（P）包括下二叠统山西组(P1s)、下石盒子组(P1x)、上二叠统上石盒子组(P2s)和石干峰组(P2sh)。(1)下二叠统(P1)包括山西组(Pls)和下石盒子组(P1x)，厚度296.58434.40m，平均364.19m。山西组(P1s)二煤段：主要由浅灰色、深灰色细中粒岩屑石英砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层组成，含煤四层(二0、二1、二2、二3)，其中二l煤层为井田主要可采煤层。二1煤层底板为深灰色砂质泥岩，夹细砂岩条带，含黄铁矿结核及透镜状菱铁质结核，厚3.007.00m，分布稳定。下部夹二0煤层。二3煤层之上为浅灰色中粒长石石英砂岩，具大型板状

14、交错层理，层面富含炭质和云母片，厚度14m左右。大占砂岩之上为灰深灰色砂质泥岩、泥岩和灰色泥质胶结细中粒长石石英砂岩，俗称香炭砂岩，该砂岩不甚稳定，有时与大占砂岩合并，偶夹12层煤线(二2、二3)。该段含科达、羊齿类植物化石较多。厚度47.7175.78m，平均56.43m，与下伏太原组地层呈整合接触。下石盒子组 (P1x)：下起砂锅窑砂岩(K2)底界面，上止于田家沟砂岩(K7)底界面，共有三、四、五、六四个煤段组成，含煤612层，其中四3、五2煤为大部可采煤层，四2、五3煤为局部可采煤层。厚248.07358.63m，平均307.76m，与下伏山西组地层呈整合接触。a三煤段：按岩性组合划分为

15、三个差异明显的岩性段：底部砂锅窑砂岩段、下部大紫泥岩段及上部含煤段。煤层赋存于上部含煤段，共含煤7层，通常12层，岩性主要由灰深灰色泥岩、砂质泥岩夹细、中粒砂岩组成。厚度79.21107.06m，平均99.19m。 b四煤段：底部起于K4砂岩底界，顶部止于四、五煤段分界砂岩底界，岩性主要由灰深灰色泥岩、砂质泥岩夹细、中粒长石岩屑石英砂岩和煤层组成。常见四2、四3煤层，其中四3煤层、四2煤层，为井田局部可采煤层，四2煤厚01.63m，平均0.70m；四3煤厚1.224.20m，平均厚2.64m。该段含植物化石，厚度43.9059.30m，平均55.10m。c五煤段：顶界止于五、六煤段分界砂岩(K

16、6)底界面，由浅灰色中、细粒石英砂岩、长石岩屑砂岩、灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩组成，底部四、五煤段分界砂岩为浅灰灰白色中粒长石石英砂岩、岩屑长石石英砂岩。该段含煤8层，可采煤层和大部可采煤层主要发育在煤段中、上部，一般12层(五2、五3)。五2煤层厚02.26m，平均1.25m；五3煤层厚02.17m，平均厚1.01m。该段厚度45.1474.60m,平均61.87m。d、六煤段：岩性由浅灰色细中粒长石岩屑石英砂岩，灰绿色、暗紫色、紫斑状泥岩及深灰色砂质泥岩、粉砂岩和煤层组成，含煤13层，其中六2煤相对较发育，厚01.97m，平均厚0.29m，局部地段偶尔可采。本段厚度80.66m117.61

17、m，平均厚91.60m。下部为浅灰色灰白色粗粒厚层状长石石英砂岩(K6)硅质胶结为主，底部含砾。岩性基本稳定，16勘探线以西较为发育，一般厚度在8m左右。下距五3煤约20m左右，上距六2煤约50m左右，可作为标志层。砂岩之上大部地段为一层厚约10m左右的紫红色、灰绿色紫斑状泥岩，含铝质，具鲕状结构。西部较稳定。中部砂岩较多，六2煤层下基本为一套灰色细中粒砂岩夹薄层砂质泥岩，距煤层底约5.00m左右，大部地段发育一层厚5.00m左右的细砂岩与砂质泥岩互层，具水平及缓波状层理。含舌形贝动物化石。上部以灰色砂质泥岩、粉砂岩及紫斑泥岩为主，夹薄层细中粒长石石英砂岩。含猫眼鳞木、单网羊齿等植物化石。(2

18、)上二叠统(P2)包括上石盒子组(P2s)和石干峰组(P2sh)。上石盒子组(P2x)，下起田家沟砂岩(K7)底界面，上止于平顶山砂岩底界面，共有七、八、九三个煤段组成，常见煤24层，除七4煤零星可采外，大部均不可采。该组厚132.28188.59m，平均厚175.00m，与下伏地层整合接触。a、七煤段：顶部止于七、八煤段分界砂岩底界面。底部砂岩(K7)由灰色中细粒中厚层状长石石英砂岩组成，硅泥质胶结，底部含砾。该岩层往上50m左右含煤34层，其中七4煤局部可采，厚02.47m，平均0.70m。含煤段主要为深灰色泥岩、砂质泥岩，含舌形贝动物化石，含煤段上部为紫斑泥岩夹薄层细粒砂岩。该段厚70.

19、0090.00m，平均厚80.00m。b、八煤段：顶部止于八、九煤段分界砂岩底界面。含煤23层，均不可采，大部分为炭质泥岩所代替。本段的主要标志是含有34层薄层硅质泥岩，硅质泥岩灰黑色，薄层状，致密坚硬；菱形节理十分发育，含硅质成分高，且含大量海绵骨针，称海绵岩，标志明显，全井田分布稳定，是对比该煤段良好标志层。该段厚50.0070.OOm，平均厚60.OOm。c、九煤段：顶部止于平顶山砂岩底界面。底部与八煤段分界为灰色厚状中、粗粒长石石英砂岩，泥质胶结为主，较疏松，底部含砾。具波状及大型板状交错层理。层位较稳定，常相变为砂质泥岩。中部为灰深灰色泥、砂质泥岩，偶见煤层层位(炭质泥岩)。上部以绿

20、灰色、紫灰色砂质泥岩夹薄层细粒砂岩，含少量紫斑和菱铁质鲕粒，常见准脉羊齿、剑形辨轮叶等植物化石，该段厚30.0040.OOm，平均厚35.OOm。石千峰组(P2sh)a、平顶山段(平顶山砂岩P2shl)：岩性为浅灰色、灰白色略带浅红色、厚层状中粒长石石英砂岩，主要成分为石英，含量占90以上，含少量钾长石和岩屑，分选中等，硅质胶结。坚硬、垂直裂隙发育。中下部间夹薄层灰色泥岩，顶部间夹薄层细砂岩及带紫红色砂质泥岩。该段岩性稳定，厚度变化不大，为良好的标志层。厚度73.90108.97m,平均厚度94.70m。b、石千峰段(P2sh2+3)：井田内揭露该组地层较少，厚度不详。紫红色砂质泥岩夹薄层细、

21、中粒砂岩，板状交错层理发育，含较多的钙质结核。局部间夹薄层灰绿色泥岩及褐红色砾岩。4、第三系(R)仅在井田南部见到，岩性为紫红色砂砾岩和弱固结粘土相间，底部为5m左右的底砾岩。田于受燕山运动的影响，有岩浆岩侵入，主要为灰绿色和紫色安山岩，矿物成分以中性斜长石为主，次为绢云母、绿泥石等，斑状结构。其次为辉石橄榄玄武岩。地层揭露太少，厚度不详。5、第四系(Q)分布河谷冲积平原地带。由厚层黄土、红色土壤、亚粘土、姜结石、砾石层和山麓地带的残积、坡积物及冰积砾石卵石等组成。厚度030m。1.2.2构造1、区域构造汝州煤田地处秦岭嵩山东西向构造体系和秦岭大别山北西向构造体系的交合部位，嵩淮弧形构造带的西

22、端。区内构造复杂，发育了多种不同类型的构造形式，构成了汝州煤田的构造骨架。汝州煤田在多期构造的干扰下，使区内构造更加复杂，表现形式如下：嵩淮弧形构造总体方向为北西近东西向，它由一系列压性、压扭性断裂、褶皱和古生带凸起及中生带凹陷组成，主要断层有刘洼、黄庄、石灰窑等正断层及涧山、温泉、杨山等逆断层和北西向展布的汝州向斜、李口向斜，加之被断层所破坏了的一些不明显的背斜。北东向构造体系区内也十分明显，它以压性、压扭性断裂为主，褶皱次之。主要断层有武庄、大张、大喇湾、李寨等正断层，一般特点是断层呈直线延长，对其它构造体系的断层和褶皱有相当的切穿破坏能力，使北西或近东西向构造有明显的截接。煤系地层的走向

23、也大至呈北西向展布，局部地段由于多种构造运动的影响，产生近东西和北东向走向。2、井田构造朝川矿区张村井田位于汝州向斜的南翼，应属弧形状构造的弧顶。1318勘探线地层走向东西，倾角1020°，13勘探线以东为弧形状构造的东翼；18勘探线以西为弧形状构造的西翼。东翼在1312勘探线之间地层走向8095°，倾角10°左右。12勘探线以东地层走向为3540°，倾角15°左右。西翼1820勘探线之间地层走向60°，倾角1417°左右，20勘探线以西走向120°，倾角1517°。1.2.3煤层本区含煤地层属上石炭统太

24、原组和二叠系山西组与上、下石盒子组。煤系地总厚571.18m，分为九个煤段，含煤约34层，煤层总厚11.94m，含煤系数为2.1左右。其中二1、四3煤是全区主要可采煤层，一8、五2煤为大面积可采煤层，四2、五3为局部可采煤层，七4、六2煤仅有个别孔可采。一8煤上距二1煤15.5028.00m，一般在21.24m左右，一8煤层为黑色粉状及粒状煤，结构单一，仅个别点有泥岩夹矸，层位稳定，顶板为厚层状燧石灰岩，底板为泥岩或砂质泥岩。该煤层厚度较稳定，大部可采，一般在1.00m左右。二l煤上距砂锅窑砂岩(K2)65.00m，下距太原组顶部灰岩或泥岩3.5012.00m，一般在8.00m左右。顶板除少数

25、孔为粉砂岩和砂质泥岩外，大部分为大占砂岩直接压煤，底板为砂质泥岩或泥岩。二l煤为黑色粉状及粒状煤，性脆，煤质好，结构简单，少部分钻孔含夹矸，夹矸主要为炭质泥岩。该煤为主要可采煤层，全区发育，厚度大，但沿倾向和走向都有一定的变化。四2煤位于下石盒子组下部，上距四3煤0.006.00m，一般在5.OOm左右，为局部可采煤层，煤为黑色，粉状块状煤，煤质不好。煤层顶板大部分为泥岩或砂质泥岩，在17勘探线以东煤层中均有炭质泥岩或泥岩夹矸，17勘探线以西煤层结构较简单，为单一煤层，底板大部分为泥岩，少数为砂质泥岩，个别孔为细粒砂岩。该煤层除在22勘探线以西有较大面积可采外，在22勘探线以东基本上只有零星分

26、布的小范围可采。煤厚0.003.33m，平均0.63m，在可采范围内煤厚0.703.33m，平均为1.12m。四3煤位于下石盒子组下部，下距二1煤140.00178.00m，平均159.75m。煤为黑色，层状结构，以暗煤为主。煤层厚度大，仅次于二1煤，结构较复杂。煤厚0.426.82m。不可采点呈零星分布。为较稳定型煤层。五2煤该煤层位于下石盒子组中部，下距四3煤55.5078.50m，一般在65.OOm左右，该煤以粉状暗煤为主。直接顶板大部分为泥岩和砂质泥岩，煤层结构简单，厚度比较稳定，大部可采，少数点煤层中上部有炭质泥岩的夹矸。全区除12勘探线以东、24勘探线以西、23勘探线的深部有较大面

27、积不可采外，井田内的不可采点为零星分布，属较稳定煤层。在可采范围内煤厚从0.702.26m，平均1.48m。五3煤该煤层位于下石盒子组中部，下距五2煤0.006.00m左右。煤为黑色粉末状，煤质差，煤层结构简单，在118勘探线两侧少数孔有炭质泥岩夹矸。煤层顶板大部分为泥岩或砂质泥岩，底板为细砂岩或砂质泥岩。该煤层在22勘探线以东到14勘探线之间浅部较为发育，为局部可采煤层，属较稳定到不稳定煤层。可采范围内煤厚0.702.76m，平均1.22m。1.2.4煤质1、煤质及牌号井田赋存的六层可采煤层从上到下依次为五3、五2、四3、四2、二1、一8煤，其中位于下石盒子组的五3、五2、四3、四2等煤层均

28、为黑色，条痕褐黑色、沥青光泽，层状构造，节理发育，阶梯状断口，具条带状和线理状结构。煤的结构复杂，煤层中常伴有薄层状、透镜状炭质泥岩或泥岩，尤其是四3煤层的顶、底部，普遍有一层0.100.50m的夹矸，光泽暗淡，比重大，灰份高，有时煤、矸肉眼难分。位于山西组中下部的二l煤呈黑色，油脂光泽，均一状，局部具条带状和鳞片状，较疏松，内外生裂隙较发育，硬度仅12度，比重小，脆度大，煤的原生结构受后期构造影响，遭受破坏，成为构造煤。二1煤呈碎块状，易成粉状，据生产大样筛分结果表明大于13mm级占31.59，末煤为67.86。粉煤占58.14。位于太原组的一8煤呈层状，条带状构造，内生裂隙发育，充填钙质和

29、黄铁矿细脉，并常见有星点状及结核状黄铁矿分布。各煤层视密度见表1-1。表1-1 视密度采用表煤层编号五3五2四3四2二1一8采用视密度1.451.501.501.501.351.45煤的化学性质(采样分析结果):原煤分析基水分(Mt) 0.650.99空气干燥基灰分（Aad）五3、五2、四3、四2等煤层为25.7930.82，属中中高灰煤；二l煤层原煤平均灰分为14.26，属中低灰分煤层；一8煤平均灰分15.94，属中灰煤层。原煤空气干燥基挥发分(Vad) 五3煤为17.3738.25，平均26.67；五2煤为19.7236.10，平均25.79；四3煤为20.6938.43，平均29.67；

30、四2煤为21.3338.55，平均30.82；二1煤为9.6628.58，平均14.26；一8煤为10.8529.74，平均15.94。空气干燥基全硫(S) 五3、五2、四3、四2等煤层的原煤全硫平均值均在0.5以下，属特低硫煤层；二1煤硫分最高点达2.79，平均1.32，属低中硫煤层；一8煤硫分最高点达6.67，平均3.89，属特高硫煤层。原煤弹筒发热量(Qnet.v.ar) 四、五煤段为24.5126.12MJ/kg，二1、一8煤平均为31.19MJ/kg。已查明井田内煤层属中变质烟煤，其中二1、一8煤为焦煤，五3、五2、四3、四2煤属肥煤。2、煤的用途五3、五2、四3、四2等煤层为中中高

31、灰，特低硫，特低磷，中发热量，属很难选的肥煤，本可作配焦用煤，只因其灰分高，又不易洗选，适合作动力用煤和民用煤。二1煤层属低灰分，低中硫，特低磷，高发热量，易选中等可选，通过武钢焦化厂进行200公斤小焦炉单种煤炼焦试验表明焦炭是优质的，具有良好的抗碎性和耐磨性。可作为炼焦用煤。一8煤虽是焦煤，但含有机硫太高，虽经洗选，精煤硫分仍在3左右，由于硫分对冶炼危害极大，故不易作炼焦用煤，但可作动力煤和民用煤。1.2.5水文地质朝川矿区为一弧形单斜构造，弧顶向南，其西翼、南缘、东部由中寒武统毛庄组、下寒武统馒头组页岩、泥岩组成，构成相对隔水边界。北侧刘洼正断层落差千米，下盘寒武系灰岩与上盘三叠系地层对接

32、，形成阻水边界，整个矿区属于一个基本封闭的水文地质单元，张村井田位于矿区中部，与相邻的三里寨井田、黑龙庙井田、蜈绍窝普查区、牛庄井田同属一个水文地质单元，受一矿排水影响，井田内寒武系灰岩地下水水位大幅度下降，其水文地质条件与三里寨井田相似。1、主要含水层水文地质特征与水文地质勘探类型的划分山西组二l煤层上部平顶山砂岩和第四系含水层组单位涌水量大于0.1L/(s.m)，二1煤底部为寒武系白云质灰岩含水层(组)，上距二1煤层底板55.34m。二1煤顶部是以砂岩裂隙水为主，是二l煤顶板直接充水含水层。二1煤底板以岩溶含水层为主，水文地质勘查类型为第三类第二亚类第三型。2、主要隔水层（1）中统本溪组隔

33、水层位于寒武统崮山组之上，岩性主要为浅灰色、灰绿色局部紫红色铝土质泥岩及铝质岩，具鲕状及豆状结构，含较多黄铁矿结核，致密块状，常夹12层透镜状或鸡窝状赤铁矿。本层岩性稳定，但厚度变化较大，与下伏崮山组地层呈不整合接触。厚1.1711.65m，平均6.50m。（2）太原组中部隔水层中部砂泥岩段，由灰色、深灰色砂质泥岩、泥岩夹薄层灰岩组成。夹2层不稳定薄煤层(一3、一4)。含轮叶、瓣轮叶植物化石。厚4.327.60m，平均6.20m。（3）三煤段隔水层按岩性组合划分为三个差异明显的岩性段：底部砂锅窑砂岩段、下部大紫泥岩段及上部含煤段。煤层赋存于上部含煤段，共含煤7层，通常12层，岩性主要由灰深灰色

34、泥岩、砂质泥岩夹细、中粒砂岩组成。厚度79.21107.06m，平均99.19m。3、地下水补给、迳流与排泄条件矿区南部寒武系灰岩、白云岩出露面积15.Okm2，构成补给区，大气降水通过灰岩露头渗入补给是地下水的主要补给来源，朝川水库汛期发生岸壁渗漏也是地下水获得补给的另一种途径。24勘探线以东，岩溶水水位未降落之前的原始流场中，地下水迳流方向先由南向北再向东于鲁新庄及小屯街附近，顶托排泄到第三系、第四系地层中，由于朝川一矿、二矿、蜈绍窝矿、黑龙庙矿、李湾等矿井长期排水，原始流场已经改变，局部地段补排关系逆转，小屯街附近第四系透过第三系缺失部位补给灰岩水，地下水由东向西迳流，是矿区内岩溶地下水

35、的一种重要补给来源。4、矿井涌水量计算根据2004年5月“平煤公司朝川矿矿井地质报告”14-92水文观测孔及井下测定证实，一井水位标高为-120m。矿井排水量的大小主要与大气降水相关，但随降深增加已经不明显，今后即使是水平延深，初始水量会稍有增加，但是很短时间内水位降落漏斗将处于相对稳定状态，矿井排水量不会增大，有关水量计算见表1-2。表1-2 一矿与张村井田新建矿井预算涌水量一 矿张村井田新建矿井两矿井正常两矿井最大开采水平正 常涌水量(m3/h)最 大涌水量(m3/h)开采水平正 常涌水量(m3/h)最 大涌水量(m3/h)总涌水量(m3/h)总涌水量(m3/h)-10150800-150

36、5707606302010-10120700-25063013706302070-2008611900二1煤-250m水平正常涌水量为630m3/h，最大涌水量1370 m3/h。1.2.6工程地质条件矿区开采五2、四3煤层规模较大的有朝川二矿、孙店煤矿及贾岭小窑，煤层直接顶板为砂质泥岩，老顶普遍有一层砂岩，采煤过程中，直接顶板易于冒落，巷道采用0.5m顶距切顶支护，压力比较稳定，未出现大的冒顶现象。回采区采用木支护外，有时预留保安煤柱，对岩石破碎的地段则以密柱式切顶加固，煤层底板一般不出现底鼓，实践证明，各矿煤的顶、底板比较稳定，易于管理。开采二1煤层的有朝川一矿、贾岭南矿、渠庄等矿井。据了

37、解，煤层直接顶板普遍为一层厚层状中粒砂岩(大占砂岩)，仅局部地段为一层0.11.00m的砂质泥岩，开采过程中，砂质泥岩易于冒落，采用全部全部垮落法管理顶板方式是可行的。底板由于支护受力不均，局部出现有轻微的底鼓。不过随着开发强度的扩大，煤层底板暴露面越广，压力释放均匀，很少发生底鼓现象。1.2.7其它开采技术条件1、瓦斯张村矿井及毗邻各矿于1985年11月进行了矿井瓦斯鉴定工作，瓦斯相对涌出量都在10m3/t以下，均属低瓦斯矿井。详见表1-3。表1-3 生产矿井相对瓦斯涌出量表生产矿井开采煤层产量(万吨)开采水平煤种掘进及间采工作面CHd浓度()相对矿井瓦斯涌出量m3t(天)矿井瓦斯等级朝川一

38、矿五2、四318-10焦东翼：0.12西翼：1.74东翼：0.12西翼：1.74低瓦斯朝川二矿五2、四325±0肥0.207.75低瓦斯李湾矿井二113±0焦最高0.207.75低瓦斯渠庄矿井二17+50焦0.060.130.84低瓦斯蜈绍窝矿井二16-38焦0.030.200.50低瓦斯孙店矿井五26+60肥0.10左右0.25低瓦斯从钻孔取样和邻区生产矿井实测，均表明煤层瓦斯赋存量不大，尤其是二1煤层更低，原勘查和补勘两阶段测定CH4含量绝对值相差悬殊，但均属瓦斯煤层。2、煤尘井田内煤层松散，易成粉末，据对煤芯样及朝川一矿测定结果，各煤层煤尘均有爆炸性。3、煤的自燃各煤

39、层属中变质的烟煤，试验结果表明，本井田二1煤层的AT为35，自燃倾向等级为类，属不易自燃煤层，而且在邻区蜈绍窝煤矿主井+60m水平处也曾发生过煤的自燃现象。五2煤自燃倾向等级为类，属不易自燃煤层；五3、四2煤自燃倾向等级为类，属不易自燃煤层。在开采过程中，应采取相应措施，防止煤层自燃。4、地温本矿区恒温带深度为30m，温度为16.2，平均地温梯度为1.18/100m，属地温梯度偏低区。从测温资料看，井田内800m深处的原始岩温，一般不会达到一级高温区标准。1.2.8存在问题1、矿井浅部小窑和老空区是十几年前调查结果，项目实施前要重新进行详细地调查，掌握小窑确切的开采边界、范围、老窑情况等，一方

40、面留足防水煤柱，另一方面要边掘边探。必要时也可调整采掘工作面布置，确保安全生产。2、矿区内历次勘探单位较多，资料移接不全，许多封孔质量无法查找和评定，因此生产中穿越主要含水层的钻孔应注意预防突水的可能性。2 井田开拓2.1 井田境界及储量2.1.1井田境界井田面积11.7km2，走向4.7km，倾向2.22.7km,平均2.4km。煤层倾角1218，平均14。井田境界应根据地质构造、储量、水文、煤层赋存情况、开采技术条件、开拓方式及地貌、地物等因素进行技术分析后确定。一般以下列情况为界：（1）以大断层、褶曲和煤层露头、老窑采空区为界；（2）以山谷、河流、铁路、较大的城镇或建筑物的保护煤柱为界；

41、（3）以相邻的矿井井田境界为界；（4）人为划分井田境界时，煤层倾角较小，特别是近水平煤层时，用以垂直面来划分井田境界；在倾斜或急倾斜煤层中，沿煤层倾斜方向，常以主采煤层底板等高线为准的水平面划分井田。2.1.2矿井储量2.1.2.1矿井工业储量矿区内二1煤层属焦煤，煤层倾角小于25°，根据煤、泥炭地质勘查规范（DZ/T02152002），最低可采厚度为0.80m；能利用储量见煤点最高灰分（Ad）为40%，煤层见煤点原煤最高硫分（St,d）为3%，最低发热量（Qnet,d）22.1MJ/kg。矿井总储量是指井田技术边界范围内经过钻孔，巷探，物探及地质填图等手段，查明符合煤炭储量计算标准

42、要求的全部储量。矿井总储量包括能利用储量和不能利用储量，根据对煤层的勘探和研究查明程度，能利用储量又分为工业储量和设计损失量。工业储量包括可采储量和设计损失储量。本井田采用地质块段法和等高线法计算各级储量， 地质块段法是根据井田内钻孔勘探情况，由几个厚度相近的钻孔连成块段，根据此段的面积、煤的容重、平均厚度计算此块段的煤的储量，再把各个计算的块段储量取和即为全矿井的井田储量。储量圈定原则：（1）圈定储量块段的边界线采用断煤交线、地质勘探线、见煤点连线、采区边界线、煤层底板等高线、薄煤带边界线及永久煤柱边界线。（2）跨越已查明落差20m的单个断层圈定A,B,C,D储量时，在断层两侧各留3050m

43、断层煤柱为C级储量。落差小于10m的断层可不留煤柱。（3）自煤层露头线向深部垂深+30m以浅范围划为风氧化带，不估算储量。（4）在无煤、薄煤区，用内插法求得可采边界线。（5）井田边界向内2030m留作边界煤柱。 储量计算公式：Q=S×M×D 式中：Q计算块段的储量万t；S计算块段煤层的真（斜）面积，万m3；M计算块段煤层的平均煤厚m；D计算块段煤层平均视密度，t/m3储量计算原始参数的测定和计算：1、平面积：利用KP-90N数字式求积仪，在储量计算图上测量平面积，每个块段面积必须测定两次，每次重复测量三次，测得三次读数之差不超过35后取其平均值作为该块段的平面积当煤层倾角小

44、于15°时，采用水平投影面积计算储量，大于15°时，采用斜面积计算储量。2、当煤层倾角小于15°时，采用铅直厚度计算储量，大于15°时，采用真厚度计算储量。3、根据实际揭露资料或利用煤层底板等高线计算每个块段的倾角，取其平均值作为该块段的煤层平均倾角。4、煤层中夹矸的单层厚度不大于0.05m,当其混入煤中后，全层灰分或发热量指标仍符合要求，此时煤与夹矸厚度合并为采用厚度。矿井工业储量是勘探（精查）地质报告提供的“能利用储量”中的A、B、C三级储量之和，其中高级储量A、B级之和所占比例应符合表21的规定。表21 矿井高级储量比例地质开采条件储量级别比例（）

45、简单中等复杂大型中型小型大型中型小型中型小型井田内A+B级储量占总储量的比例4035253540202515第一水平内A+B级储量占本水平储量的比例70604060503040不作具体规定第一水平内A级储量占本水平内储量的比例4030153020不作具体规定不要求经计算矿井工业储量9612万吨，如表2-2所示：表2-2 矿井工业储量汇总表煤层名称工业储量(wt)备 注ABA+BCA+B+C二1煤层3487.42883.66371324196122.1.2.2矿井设计储量矿井设计储量为矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱和已有的地面建筑物、构造物需要留设的保护煤柱等永久煤柱

46、损失量。井田境界煤柱在井田边界留设30m的保护煤柱。Zs = Zg - P式中：Zs 矿井设计储量；Zg 矿井工业储量；P永久煤柱损失量矿井设计储量 Zs 9612 - 347=9265万t2.1.2.3矿井设计可采储量矿井设计可采储量为矿井设计储量减去工业场地保护煤柱、矿井井下主要巷道及上下山保护煤柱后乘以采区回采率所得到的储量。对于必须留设保护煤柱的建筑物和构筑物，当其形状规整，且长轴与煤层走向或倾向平行时，宜采用垂直断面法圈定保护边界。本井田工业广场采用垂直断面法留设工业广场保护煤柱。工业广场保护煤柱设计参数见表2-3：表2-3 工业广场保护煤柱设计参数表煤层倾角（°）煤厚（m

47、）（°）（°）（°）（°）埋深（m）14°645706270430工业广场保护煤柱如图2-1所示。 图2-1 工业广场保护煤柱计算图采区采出率，厚煤层不低于0.75，中厚煤层不低于0.8，薄煤层不低于0.85，本井田取0.75。矿井储量汇总如下表所示：表2-4 矿井可采储量汇总表煤层名称工业储量(A+B+C)(万t)矿井设计储量（万t）矿井可采储量（万t）永久性煤柱损失设计储量设计煤柱损失可采储量断层煤柱防水煤柱井田境界煤柱工业广场井下巷道其他二19612003479265498871685916经计算，矿井设计可采储量5916万吨。2.2 矿

48、井设计生产能力及服务年限2.2.1矿井工作制度矿井设计规范第2.2.3条规定：矿井设计生产能力按年工作日330d，每天净提升16h计算，每天三班作业，综采工作面可采用每日四班作业，每班工作六小时。根据设计规范要求及结合本矿实际情况，设定该矿井年工作日330天，日提升16小时，采用“三八”作业制，两班生产，一班准备。2.2.2设计生产能力及服务年限初步设定该矿井设计年产量为0.9Mt/a，根据公式：T Zk /AK式中：T矿井服务年限，年；Zk矿井可采储量，万t；A矿井生产能力，万t/年；K储量备用系数，K=1.31.5，根据本矿井实际情况，取1.5。由此验算服务年限如下：T Zk/A×

49、;K=5916/（90×1.5）=44年按设计规范规定，各井型的服务年限见表2-5：表2-5 各井型的服务年限表井型矿井设计生产能力（Mt/a）新矿井服务年限（a）改扩建后矿井服务年限（a）大型3.05.01.22.460505040中型0.450.904030小型0.30及以下各省煤炭厅自定同左经验算，本井田服务年限符合设计要求。2.3 井田开拓方案比选2.3.1设计矿井开拓的主要影响因素影响设计矿井开拓方式的主要因素包括精查地质报告、所确定的煤层自然产状、构造要素、顶底板条件、冲积层结构、地形以及水文地质条件等。其中以煤层赋存深浅和冲积层的水文地质条件对开拓方式的影响最大。本矿井

50、埋藏深度220m820m，表土层厚40m，赋存标高±0m-600m，埋藏深，煤厚0.536.96m m，平均煤厚6m，属厚煤层，煤层倾角12°18°，平均倾角14°，为缓倾斜煤层，矿井最大涌水量1370m³/h，正常涌水量630 m³/h，涌水量大，相对瓦斯涌出量7.75 m³/t，属瓦斯矿井。井田内煤层赋存比较稳定，无较大构造。2.3.2井田开拓2.3.2.1对井田开拓中若干问题分析（1）井田内划分井田划分阶段时，阶段要有合理地斜长，以利于运输、通风、巷道维护等。倾角16°及以下煤层、瓦斯含量低、涌水量小时，应采

51、用上下上开采相结合的方式。阶段内采区划分应考虑沿走向有无大的地质构造变化，如断层、无煤带、倾角变化较大等，若有可用这些地质变化作为采区边界。如没有地质条件限制时，采区划分应综合考虑技术经济的合理性，确定最优方案。结合本矿实际情况，划分为两个水平，一水平标高-300，二水平标高-600，第一水平服务年限符合要求，沿走向划分两个采区。（2）井硐形式、数目井硐形式的选择应根据煤层赋存条件、地形、水文地质、冲积层组成和厚度、井型、设备供应、施工条件等因素来考虑。斜井与立井相比的优点：井筒掘进技术和施工设备比较简单，掘进速度快，地面工业建筑，井筒装备，井底车场及硐室比立井简单，一般无需大型提升设备，初期

52、投资少，建井周期短，钢材消耗量小。胶带输送机提升增产潜力大，改扩建比较方便，容易实现多水平生产，并能减少井下石门长度。斜井缺点：在自然条件相同时，斜井要比立井长得多。围岩不稳固时，斜井井筒维护费用高，采用绞车提升时，提升速度低，能力小钢丝绳磨损严重，动力消耗大，提升费用高，当井田斜长较大时，采用多段绞车提升，转载环节多，系统复杂，更要多占用设备和人力。由于斜井较长，沿井筒敷设管路，电缆所需的管线长度较大。斜井通风风路较长，对瓦斯涌出量大的大型矿井，斜井井筒断面小，通风阻力过大，可能满足不了通风的要求，不得不另开专用进风或回风的立井并兼做辅助提升。当表土为富含水的冲积层或流砂层时,斜井井筒掘进技

53、术复杂,有时难以通过。适用条件 ：煤层赋存较浅，垂深在200m以内，煤层赋存深度为0500m，含水砂层厚度小于2040m，表土层不厚，水文地质情况简单的煤层。井筒不需要特殊方法施工的缓倾斜及倾斜煤层。本井田区内为低山丘陵与平原过度地带，地势起伏不大，较为平坦，煤层埋藏深，表土层厚，缓倾斜煤层，结合本井田实际地质情况，采用立井开拓方式。本矿井采用立井开拓方式，主副井一对，走向4.7km，走向较长，采用两翼对角式通风方式，开凿两个风井。（3）井筒位置的选择井筒位置的选择应首先满足第一水平的开采，缩短贯通距离，减少井巷工程量，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门工程量少；有利于首

54、采区布置在井筒附近的富煤阶段，避免首采区迁村；工业场地布置应尽量不压或少压煤，尤其不压好煤，以便为首采区创造较好的条件；井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层；工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山、低洼和采空区，不受崖崩滑坡和洪水威胁。本井田走向较长，主副井布置在井田中央，有利于通风和运输，减少井巷工程量，本井田采用的两翼对角式通风系统，风井布置在井田两翼的上部边界。（4）大巷布置本井田只采二1煤，煤层赋存稳定，走向较长，煤质强度低，底板条件相对顶板更适宜布置大巷，故轨道、运输大巷布置在煤层底板岩层中。布置岩石大巷时，应选择稳定、较厚且坚硬的

55、岩层，避免在松软、吸水膨胀、易风化的岩石中布置，根据本矿井的实际情况，轨道大巷布置在距煤层底板20m处。2.3.2.2方案提出和技术比较由于本井田涌水量大，使用下山开采在技术上的困难比较多，故阶段内均采用上山开采，不采用单水平上下山的开拓方案。根据上节所述，现提出三种技术上可行的方案：方案一：立井开拓，暗斜井延伸，两水平上山，一水平-300，二水平-600， 图2-2 开拓方案一剖面图两翼对角式通风。如图2-2所示：方案二：立井开拓，立井延伸，两水平上山，一水平-300，二水平-600，两翼对角式通风。如图2-3所示：图2-3 开拓方案二剖面图方案三：立井开拓，第二水平立井延伸，第三水平暗斜井

56、延伸，三水平上山开采，一水平-200，二水平-400,三水平-600，两翼对角式通风。如图2-4所示： 图2-4 开拓方案三剖面图首先进行方案一和方案二比较，两方案的生产系统均简单可靠，方案一需多打暗斜井（1158×2）和暗斜井上下部车场，方案二需多延伸立井（300×2），阶段石门1250m,立井井底车场1450m，运输大巷（2450×2），考虑到方案三相应的增加了井筒和石门的运输、提升、排水的环节，生产系统较为复杂，因此排除方案三。 方案一和方案二两个方案均属技术上可行的方案，水平服务年限也均符合要求（中型矿井第一水平服务年限应大于20年）。所以两方案要经过经济比较才能够确定其优劣。2.3.2.3方案的经济比较方案比较法在对不同