涡北煤矿12 Mta新井设计 浅析深井巷道的围岩变形破坏机理与支护技

1、中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： 学 号： 学 院： 矿业工程学院 专 业： 采矿工程 设计题目： 涡北煤矿1.2 Mt/a新井设计 专 题：浅析深井巷道的围岩变形破坏机理与支护技术指导教师： 职 称： 教 授 2012年6月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 矿业工程学院 专业年级 采矿工程2008级 学生姓名 任务下达日期：2012年1月8日毕业设计日期：2012年3月12日 至 2012年6月8日毕业设计题目： 涡北煤矿1.2 Mt/a新井设计毕业设计专题题目： 浅析深井巷道的围岩变形破坏机理与支护技术毕业设计主要内容和要求：以实习矿井涡北煤矿条件为基础，完成涡北煤矿1.2

2、Mt/a新井设计。主要内容包括：矿井概况、矿井工作制度及设计生产能力、井田开拓、首采区设计、采煤方法、矿井通风系统、矿井运输提升等。结合煤矿生产前沿及矿井设计情况，撰写一篇关于深井巷道围岩变形破坏机理与支护技术的专题论文。完成IEEE的会议记录中与采矿有关的科技论文翻译一篇，题目为“NAVIGATION AND CONTROL OF CONTINUOUS MINING SYSTEMS FOR COAL MINING”，论文3325单词。院长签字： 指导教师签字：摘 要本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。一般部分为涡北煤矿1.2 Mt/a新井设计。涡北煤矿位于安徽省涡阳县境内，东南

3、有濉阜铁路，西南有京九铁路，交通便利。井田走向长度约6 km，倾向长度约3.2 km，面积约19 km2。主采煤层为8号煤层，平均倾角为21，平均厚度为7.37 m。井田工业储量为14405.9万t，可采储量为8346.9 万t，矿井服务年限为53.5 a。矿井正常涌水量为320 m3/h，最大涌水量为360 m3/h。矿井相对瓦斯涌出量为6.96 m3/t，属于低瓦斯矿井。根据井田地质条件，提出四个技术上可行的开拓方案。通过技术经济比较，最终确定方案一为最优方案，一水平标高-700 m，二水平标高-1000 m。设计首采区采用采区准备方式，工作面长度172 m，采用综采放顶煤采煤法，矿井年工

4、作日为330 d，工作制度为“四六制”。大巷采用胶带输送机运煤，辅助运输采用1.5 t固定矿车运输。矿井通风方式为中央并列式。专题部分题目：浅析深井巷道的围岩变形破坏机理与支护技术。专题中提出了目前国内外对深井巷道支护的研究现状，以及当前深井巷道支护的主要形式。通过对深井回采巷道与软岩巷道进行模拟实验来分析不同支护方式控制深井巷道围岩变形破坏的机理。翻译部分题目：NAVIGATION AND CONTROL OF CONTINUOUS MINING SYSTEMS FOR COAL MINING，采煤中的导航和连续开采控制系统。关键词：涡北煤矿；立井；采区；放顶煤采煤法；中央并列式通风；深井巷

5、道ABSTRACTThis design can be divided into three sections: general design, monographic study and translation of an academic paper.The general design is about a 1.2 Mt/a new underground mine design of Guobei coal mine.Guobei coal mine lies in Guoyang County, Anhui province with the Jingjiu railway runi

6、ng in the southeast and Suifu railway running in the southwest of the mine field, so the traffic is convenient.Its about 6 km on the strike and 3.2 km on the dip, with the 19 km2 total horizontal area.The minable coal seam is 8 with an average thickness of 7.37 m and an average dip angle of 21.The p

7、roved reserves of this coal mine are 144.059 Mt and the minable reserves are 83.469 Mt, with a service life of 53.5 a. The normal inflow of water is 320 m3/h and the maximum inflow of water is 360 m3/h. The relative gas emission rate is 6.96 m3/t, the mine belongs to low gas mine. Based on the geolo

8、gical conditions of the mine, four available projects are put forward in technically. Finally the project whose first level is at -700 m and the second level is at -1000 m is the best one compared with the other projects in technology and economy.The designed first mining district uses the method of

9、 the mining district preparation.The length of working face is 172 m, which uses fully-mechanized coal caving mining method. The working system is “four-six” which produces 330 day per year.The Main roadway makes use of the belt conveyor to transport coal resource, and 1.5t fixed box wagon to be ass

10、istant transport. The type of the mine ventilation system is juxtaposition ventilation.The monographic study is a brief analysis of the mechanism of rock deformation failure and support technology of the deep mine roadway, in which I list the researchstatusof the roadway support and the mian support

11、 pattern in deep mine. The principle of controlling the failure and deformation of surrounding rocks the deep mine when using different support pattern is analysed though the simulation experiment on mining roadway and soft rock roadway in the deep mine. The translated academic paper is Navigation a

12、nd control of continuous mining systems for coal mining.Keywords: Guobei coal mine; Vertical shaft; Mining area; Coal caving mining; Center Juxtapose ventilation; Deep mine roadway 目 录一般部分1矿区概述及井田地质特征11.1矿区概述11.2井田地质特征31.3煤层特征72 井田境界及储量102.1井田境界102.2矿井工业储量102.3矿井可采储量133 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限163.1矿井工作制度

13、163.2矿井设计生产能力及服务年限164 井田开拓184.1矿井开拓的基本问题184.2矿井基本巷道305 准备方式采区巷道布置415.1煤层地质特征415.2采区巷道布置及生产系统415.3采区车场选型设计456 采煤方法476.1采煤工艺方式476.2回采巷道布置577 井下运输607.1概述607.2采区运输设备选择617.3大巷运输设备选择648 矿井提升668.1概述668.2主副井提升669 矿井通风及安全709.1矿井地质、开拓、开采概况709.2矿井通风系统的确定709.3矿井风量计算739.4矿井通风阻力计算809.5选择矿井通风设备849.6特殊灾害的预防措施8910 设

14、计矿井基本技术经济指标90参考文献91专题部分浅析深井巷道的围岩变形破坏机理与支护技术921 引言922 深井巷道支护研究现状及存在问题932.1深井巷道的研究进展932.2深井巷道矿压显现的研究现状932.3国内外在深井巷道支护方面的研究现状942.4深井巷道支护存在的问题953 深井巷道围岩变形破坏机理及支护研究963.1巷道变形破坏机理分析963.2深井巷道支护机理964 深井回采巷道支护相似模拟研究994.1概述994.2矿区工程地质条件和开采条件994.3回采巷道相似模拟试验设计994.4相似模拟试验结果分析1004.5相似模拟试验结论1035 深井软岩巷道围岩变形破坏及耦合支护数值

15、模拟研究1045.1软岩巷道围岩控制理论研究的发展和现状1045.2软岩的工程特征及力学属性1045.3深井软岩巷道破坏机理与特点1065.4深井软岩巷道的支护1075.5巷道耦合支护作用数值模拟研究1075.6模拟试验结论1106 结论1116.1深井巷道围岩变形破坏机理1116.2深井巷道支护技术111参考文献113翻译部分 英文原文114中文译文123致 谢1301矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1井田位置及交通涡北井田位于淮北平原西部，行政区划属安徽省涡阳县管辖。井田中心南距涡阳县城 4 km，地理坐标东径11609581161245，北纬333053333448。井田东西

16、宽约2.7 km，南北长约5.5 km，面积约15 km2。濉（溪）阜（阳）铁路从井田东南约3km处通过，该线往东北经符离集可接入津沪线，往西南经阜阳可接入京九线。井田附近在濉阜铁路上有涡阳和龙山两个车站，距井田中心分别为5 km和11 km。区内公路四通八达。涡阳永城公路纵贯井田东部，涡阳往阜阳、蚌埠、亳州、淮北、永城等邻近市、县均有公路相通。涡河是淮河的支流，距矿井工业场地最近处仅2 km，可通行200 t400 t级船。由涡河经怀远可进入淮河，还可经洪泽湖于淮安转入京杭运河进入长江。因此，本区地理位置优越，交通运输方便，矿井具备铁路、公路和通航河流三种运输条件。交通位置见图1-1-1。地

17、形地貌与水文情况本区地势平坦，地面标高+29.49+31.80 m，地势西北高东南低，地面村庄较多。涡河及其支流武家河为长年性河流，由西北向东南流径井田西南部，涡阳县城关涡河节制闸上游最高洪水位（1963年8月7日）标高为+30.45 m。区内沟渠纵横，均为人工开挖的灌溉沟渠，较大的涡新河长年有水。气候条件本区属季风暖温带半湿润气候，气候温和，四季分明。年平均气温14.6 ，最高气温41.2 ，最低气温24 。最早冻结期为11月，最迟解冻为翌年3月，最大冻土深度为 0.19 m。年平均风速为3.2 m/s，平均降雨量811.8 mm，雨季集中在78月份。春秋季多东北风，夏季多东东南风，冬季多北

18、西北风。地震情况根据中国地震动参数区划图（GB183062001），本区地震烈度为度。矿区经济概况井田位于淮北平原西部，以农业为主，工业欠发达。农作物主要有小麦、大豆、红薯、玉米等。矿井建设中的钢材、木材、水泥、等材料主要有外地供应，砖、瓦、砂、石等土产材料均可由当地解决。井田中心距涡阳县城仅4 km，为本矿井建设和生产、居民生活等依托城市提供了便利条件。区域电源本区电源充沛可靠。涡阳县城南现有220/110/35 kV区域变电所，其变压器容量为1120 MVA+190 MVA，为双回路供电方式。设计矿井供电电源引自涡阳县城南220/110/35 kV区域变电所，采用35 kV向矿井供电，每回

19、线路长约14 km。目前矿井供电线路已经架设完毕并供电。水源本区水源充足。根据现有水文地质资料，新生界第一含水层富水性强，水质较好，可作为矿井的生活水源。矿井水经处理后，可作为矿井及选煤厂生产用水。拆迁征地问题井田8煤组赋存区内共有大小村庄22个，应根据国家政策，有计划的妥善处理征地和迁村事宜。图1-1-1 涡北煤矿交通位置图1.2井田地质特征7.37图1-2-1 煤层柱状图地层特征本矿井内古生界岩层均隐伏于新生界松散层之下，经钻孔揭露，自下而上分别为奥陶系考虎山组、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。各组岩性特征如图1-2-1由老到新简述如下

20、：1）奥陶系（O2t）老虎山组：揭露厚度10.76 m，为深灰色略带肉红色块状微晶白云质含泥质灰岩，含燧石结核，裂隙尤为发育。2）石炭系（C）（1）中统本溪组（C2b） 与下伏老虎山组假整合接触。厚43.73 m，为深灰色钙质泥岩、暗紫色杂色铝质泥岩、铁铝质泥岩为主，上部夹浅灰白色生物碎屑泥晶灰岩两层。（2）上统太原组（C3t）与下伏本溪组整合接触，厚127.70 m。根据岩性特征分段叙述如下：下段：为深灰色生物碎屑泥晶灰岩，有孔虫、瓣鳃类等动物化石。中段：浅灰色灰色细中粒石英砂岩、泥岩夹薄煤三层及生物碎屑灰岩一层。上段：灰深灰色泥晶生物碎屑灰岩5层夹深灰色泥岩及薄层细砂岩。灰岩中含较多蜓类、

21、腕足类、珊瑚、海百合茎等动物化石。3）二叠系（P）（1）下统山西组（P1S）与下伏太原组整合接触。底界以太原组灰岩之顶为界，上界至铝质泥岩下骆驼钵砂岩之底，厚66.85 108.11 m，平均厚87.76 m。由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成，含10、11两煤层（组）。（2）下统下石盒子组（P1X）与下伏山西组整合接触。下界从骆驼钵砂岩之底，上界至3煤组下K3砂岩之底，地层厚246.73255.31 m，平均厚250.04 m，岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。本组为本矿主要含煤段，含4、5、6、8等四个煤组，其中8为本矿主要可采煤层。（3）上统上石盒子组（P2S）与下伏下石盒子组整合接触。下

22、界从K3砂岩之底，上界至平顶山砂岩之底，厚约642 m。由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。泥岩、粉砂岩颜色变杂，紫色和绿色增多。含1、2、3三个煤层（组），其中3煤层为局部可采煤层。（4）上统石千峰组（P2h）与下伏上石盒子组整合接触，揭露厚度大于310 m。下段：厚约80 m。为灰白色粗粒石英砂岩夹砖红色细砂岩、粉砂岩薄层，石英含量可达85 90%，含长石及重矿物，接触式、基底式胶结，填隙物主要为硅质、少量泥、钙质，局部可见泥岩角砾，厚层状，层理不发育。上段：砖红色粉砂岩为主，夹细砂岩薄层，镜下鉴定石英含量可达75 85%，长石含量10%左右，含有重矿物，基底式、接触式胶结，填隙物主要为钙质，

23、少量泥质，常见钙质结核，平行层理发育，层面含白云母片。4）上第三系（1）中新统本统与下伏二叠系呈不整合接触。厚度111.20 147.80 m，平均为133.50 m，一般可分为三段：下段：为残坡积相沉积，岩性较杂，其厚度变化大，为0 11.35 m，一般厚度3 4 m，为深黄、灰白、灰绿及棕红色砂砾、砾石、粘土砾石、粘土质砂及钙质粘土组成，多呈半固结状。中段：为湖相沉积，岩性为灰绿色粘土和半固结及固结状灰白色泥灰岩及钙质粘土。泥灰岩坚硬有溶蚀现象，具溶孔或小溶洞。一般厚度10 m左右。上段：为湖相沉积，岩性由灰绿、灰白、灰黄色厚层粘土及砂质粘土间夹58层细砂或粘土质砂组成。粘土单层厚度大，分

24、布稳定，质纯致密，具静压滑面。一般厚度110 m左右。（2）上新统与下伏中新统呈整合接触，为河湖相沉积物，分为上中下三段：下段：棕黄、灰绿、灰白色中细砂及粉砂、粘土质砂间夹3 6层砂质粘土及粘土组成。一般厚度55 m左右。中段：棕黄及浅黄色中细砂和粉砂间夹3 5层粘土或砂质粘土，砂层单层厚度大，结构松散。局部夹1 3层薄层呈透镜状分布的砂岩（盘），钙泥质胶结，岩性坚硬。本段厚度95 m左右。上段：灰绿、浅黄、棕黄色粘土及砂质粘土夹2 3层细砂及粘土质砂。顶部富含钙质及铁锰质结核组成古土壤层，相当于沉积间断古剥蚀面，是第三系与第四系地层的分界线。厚度32 m左右。5）第四系该地层假整合于上第三系

25、之上，厚度83 99 m，一般为91 m左右。 地质构造涡北井田位于淮北煤田涡阳矿区的东北部，地处宿北断裂、光武固镇断裂及夏邑固始断裂和丰涡断裂所围成的菱形块内。井田主体构造表现为一遭受断层（块）切割了的西倾单斜，明显受到区域构造的制约。井田地质构造复杂程度属中等类型，局部中等偏复杂。1）断层根据涡北井田勘探（精查）地质报告，全区共发现断层5条。刘楼断层：为矿井北部边界。正断层，走向近EW，倾向N，走向长度大于3 km，落差大于1000 m，倾角30 50。F1断层：正断层，走向SN，倾向E，走向长度大于5.5 km，贯穿整个矿井。落差66 290 m不等，北部较小，一般小于100 m，最小为

26、80 m，向南变大，最大 290 m。断层倾角变化也较大，在30 75之间，局部呈舒缓波状，由北向南倾角逐渐增大，造成无煤带水平宽度在70 250 m之间，一般为150 m左右。F2断层：正断层。走向总体近EW。走向长度约3 km，贯穿井田倾向。落差20150 m，浅部小，深部大，断层倾角45 70。F3断层：正断层，走向总体近EW。走向长度约3 km，贯穿矿井倾向。落差100350 m，倾角40 -70。F4断层：正断层，位于井田南部边界，走向总体近EW，在浅部逐渐变成近SN，走向长度约3 km，落差大于270 m，倾角50。2）岩浆岩区内岩浆活动不甚强烈，仅在井田边缘有两个钻孔见到。根据已

27、有资料分析，岩浆岩的侵入时代应属于燕山期，岩浆岩对井田内煤层、煤质影响的可能性较小。1.2.3水文地质淮北煤田位于安徽省淮北平原的北部，为新生界松散层覆盖的全隐蔽煤田。在地貌单元上属华北大平原的一部分，除濉溪、肖县和埇桥区北部符离集徐州一带为震旦、寒武、奥陶系等基岩裸露的剥蚀低山，残丘和山间谷地外，其余地区皆为黄、淮河冲积平原。区内河渠纵横，河流较多，多属淮河水系。1）主要水文地质条件（1）地表水本矿范围内的地表水均属淮河水系，主要地表水系为涡河、武家河、涡兴河等。涡河是淮河北岸的一级支流，流经本矿西南边界，由西北流向东南汇入淮河。涡河常年水深1 2 m，汛期4 8 m，3年、5年、10年一遇

28、流量分别为1100 m3/s、1500 m3/s、1800 m3/s。（2）新生界松散层矿内煤系地层均被新生界松散层所覆盖。松散层厚度受古地形所控制，总体趋势是自东向西逐渐增厚，两极厚度378.80 445.40 m，一般厚度为400 m左右。按其岩性组合及区域资料对比，自上而下可划分出四个含水层（组）和三个隔水层（组）。第一含水层（组）底板深度在31.30 35.40 m之间，一般为33.66 m左右。含水砂层厚度为14.8526.00 m，一般为20.85 m左右。顶部近地表0.5 m左右为褐灰色耕植土，埋深在57 m处富含钙质结核和铁锰质结核。该层（组）主要由浅黄色细砂、粉砂及粘土质砂，

29、夹23层薄层状砂质粘土组成。第二含水层（组）底板深度86.3097.10 m，一般为91.39 m左右。含水层厚度12.00 28.50 m，一般为20.50 m左右，由浅黄色细砂、粉砂及粘土质砂，夹5 8层砂质粘土或粘土组成。该含水层（组）砂层单层厚度小，变化大，一般砂层不发育。第三含水层（组）底板深度为260.20 297.60 m，一般为270 m左右，含水层厚度69.50 124.10 m，一般为100 m左右，由深黄、棕黄、棕红、灰白色、中砂、细砂、粉砂及粘土质砂，夹5 8层粘土或砂质粘土组成。（3）基岩含水层二叠纪地层含水层叠纪地层岩性主要由泥岩、粉砂岩及砂岩所组成，并以泥岩和粉砂

30、岩为主。砂岩裂隙一般不发育，即使局部地段裂隙较发育，也具有不均一性，且抽水试验水量较小。8煤组顶、底板砂岩裂隙含水层（段）含水层厚3.50 40.00 m，平均厚度21.43 m，由浅灰色中细粒砂岩为主，夹泥岩和粉砂岩组成，裂隙不甚发育，钻探揭露时无漏水现象。2）矿井涌水量设计结合地质报告所提矿井涌水量，并参考邻近矿井估算，取矿井正常涌水量320 m3/h，考虑井筒淋水及消防洒水、黄泥灌浆等生产工艺中增加的水量，确定矿井最大排水量为360 m3/h。1.3煤层特征煤层本井田二叠纪含煤地层，总厚约990 m，含煤2030余层，煤层总厚约2026 m。上石盒子组下部含1、2、3三个煤组，多为薄煤层

31、。下石盒子组含4、5、6、8等四个煤组，为井田主要含煤段。山西组下部含10煤组，煤层薄。1）可采煤层全井田可采和局部可采的有3、6、8、10等四层煤层，总厚度9.86 m，占煤层总厚的44%，其中8 煤为主要可采的较稳定煤层，总厚度7.37 m，占可采煤层总厚的75%；其它为不稳定的局部可采煤层。3煤层：位于上石盒子组下部，为本组唯一可采煤层。煤层厚0.221.75 m，平均0.88 m，可采指数58%。结构简单，部分见煤点具一层夹矸，夹矸为炭质泥岩或泥岩。32煤层为局部可采的不稳定煤层。煤层顶、底板以泥岩为主，并有少量粉砂岩和细砂岩。6煤层：位于下石盒子组下部，上距3煤层平均间距为211.2

32、5 m，煤层厚01.66 m，平均0.76 m，可采指数30%。结构简单，少数见煤点具一层夹矸，夹矸为炭质泥岩。6煤层为局部可采的不稳定煤层。煤层顶、底板以泥岩为主，并有少量粉砂岩。8煤层：位于下石盒子组下部，上距6煤层平均间距38.16 m，煤层厚7.067.68 m，平均7.37 m，可采指数100%。结构简单，煤层为较稳定煤层。煤层顶板以泥岩为主，粉砂岩、细砂岩次之，粉砂岩、细砂岩下常发育泥岩伪顶，底板一般为泥岩。煤层特征见表1-3-110煤层：位于山西组下部，上距8煤层平均间距为17.7 m，煤厚01.58 m，平均为0.85m，可采指数41%。结构简单，少量见煤点具一层夹矸，夹矸为泥

33、岩或炭质泥岩。煤层顶板以泥岩为主，粉砂岩次之，底板一般为粉砂岩。表1-3-1 8煤层特征表 煤层容重(t/m3)顶底板岩性煤层倾角（）煤厚（m）最小/最大 /平均最小/最大 /平均81.4泥岩及粉、细砂岩14/28/217.06/7.68/7.372）主要可采煤层顶底板力学性质本井田可采煤层3、6、8、10顶板以泥岩为主，其次是粉砂岩，局部细、中砂岩。底板以泥岩为主，其次粉、细砂岩。主要可采煤层8煤顶板泥岩抗压强度11.325.6 MPa，岩石力学强度较低，变形模量小，遇水易泥化膨胀、崩解，煤层顶板极易坍塌、冒落，开采过程中容易放顶。细、中砂岩抗压强度39.0159.0 MPa，抗拉强度1.5

34、94.04 MPa，岩石较坚硬致密，抗压强度高，顶板不易坍塌。8煤底板泥岩抗压强度9.735.6 MPa，抗拉强度0.683.40 MPa，力学强度低，岩石受压易破碎，局部可能产生底鼓。粉砂岩抗压强度为34.163.2 MPa，细砂岩抗压强度55.281.0 MPa，岩石坚硬完整，不易发生底鼓现象。按煤炭部试用煤层顶、底板工程地质分类方案（建议），可将本井田煤层顶板分为二类，底板分为一类。煤质本井田除3、6煤层伴有FM外，其余均为我国稀缺的优质JM。8煤层为中高发热量、中等挥发分、中等偏强粘结性的优质JM。8煤层为低中灰、特低硫、低磷煤。各煤层煤质特征见表132。开采技术条件1）瓦斯根据矿井精

35、查地质报告提供的资料， 3、8煤层最大甲烷含量分别为6.85、和6.96 m3/t，平均含量依次是2.58、2.47 m3/t，属贫甲烷范畴。但根据淮北矿区生产矿经验，矿井生产期间瓦斯较勘探期间有升高趋势。地质报告未对各煤层的煤与瓦斯突出危险性作出评价。2）煤尘各煤层煤尘燃烧时均有一定长度的火焰，最大火焰长度（3煤）可达250 mm，一般需通入2595%的岩粉方能抑制发火。因此，各煤层煤尘均存在爆炸危险性。根据煤炭科学研究总院重庆分院煤尘爆炸性鉴定报告，8煤火焰长度65 mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉量为75%；根据淮北矿业集团公司卫生防疫站粉尘检验报告，粉尘分散度如下：2 um为46.560.5

36、%；2 um5 um为28.545%；5 um10 um为510%；10 um为15.5%。粉尘中游离Sio2含量煤巷为0.251.47%，岩巷为7.3712.05%。3）煤的自燃以还原样与氧化样着火点温度之差T13评价煤的自燃发火倾向，大部分样品T13在20 以内。3煤层属不自燃；8煤层为很易自燃不自燃，属自燃煤层。根据煤炭科学研究总院重庆分院煤自燃倾向性等级鉴定报告表，8煤层T13为34 ，自燃倾向性分类为三类，不易自燃，最短自燃发火期为77天。4）地温本区恒温带深度为30m，恒温带温度为17.1 ，地温梯度为1.883.33 /百米，平均为2.75 /百米，增温率为36.3 m/，属地温

37、正常区。5）地压地质报告未对本矿井发生冲击地压的可能性进行评价。表1-3-2 煤层煤质特征表 项 目煤 层水 分Mad (%)灰 分Ad (%)挥发分Vdaf (%)碳Cdaf (%)氢Hdaf (%)氮Ndaf (%)全 硫St,d (%)磷Pd (%)发热量Qb,d(MJkg)粘结指数GR01胶质层厚度Y（mm）煤 类3原煤FM(11)1/3JM(1)精煤6原煤JM(10)精煤8原煤JM(31)精煤10原煤FM(1)JM(7)精煤2 井田境界及储量2.1井田境界井田范围涡北矿井井田境界为：南起F4断层，北至刘楼断层；东起太原组第一层灰岩顶面的隐伏露头线，西止于3煤层1000 m水平等高线的

38、地面投影线。平面上呈一不规则的矩形，南北长约5.5 km，东西宽约2.7 km，面积约15 km2。井田南部边界F4断层落差大于280 m、北部边界刘楼断层落差大于1000 m，受该两条边界大断层切割，本井田成为独立井田。勘探范围内煤层埋深3801000 m，1000 m以深煤层尚未勘探。由于1000 m以深煤层单独建井从技术经济方面考虑不成立，因此，其范围和储量应划属本井田，作为本井田的接续储量。井田最大走向长度约为6600 m，最小走向长度约为3900 m，井田走向长度的平均值约为5500 m。井田最大倾斜长度约为3100 m，最小倾斜长度约为1900 m，井田倾斜长度的平均值月为2700

39、 m。开采界限上统上石盒子组：下界从K3砂岩之底，上界至平顶山砂岩之底，厚约642 m。含1、2、3三个煤层（组），其中3煤层为局部可采煤层。下统下石盒子组：井田内主要含煤地层为下界从骆驼钵砂岩之底，上界至3煤组下K3砂岩之底，地层厚246.73 255.31 m，平均厚250.04 m，含4、5、6、8等四个煤组，其中8为本矿主要可采煤层。下统山西组：底界以太原组灰岩之顶为界，上界至铝质泥岩下骆驼钵砂岩之底，厚66.85 108.11 m，平均厚87.76 m。由砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成。开采上限：3号煤层以上无经济可采煤层。下部边界：10号煤层以下无经济可采煤层。2.2矿井工业储量地质

40、资源储量由于地质报告编制为新的煤、泥炭勘探规范实施以前编制的，新的规范实施后，未进行储量套改，故本设计仍按原地质报告列出各级储量。储量计算基础1）本井田地质报告储量计算范围：各煤层南起F4断层，北至刘楼断层，浅部以煤层风氧化带底界线为界，深部至各煤层1000 m水平等高线。2）工业指标：井田内以焦煤为主，并有少量肥煤，按煤炭资源地质勘探规范的规定，最低可采厚度为0.70 m，各可采煤层最高可采灰分不大于40%。3）计算方法：本区为一单斜构造，地层产状变化不大，倾角一般为25左右，因此，采用地质块段法直接在煤层底板等高线图上计算煤层储量，各块段储量由块段平面积、平均煤厚、地层倾角的正割值、煤层视

41、密度四种参数求得。4）风氧化带深度：风化带界线不单独分出，和氧化带合并。风氧化带下限是根据煤质的化验结果所确定的，即按松散层底界下垂深30 m圈定，风氧化带范围内不计算储量。5）煤层容重：采用煤芯煤样进行视密度和灰分产率的平行测定经线性回归计算求得。详见表211。表2-2-1 各煤层容重表 煤层36810容重（t/m3）1.421.461.401.40本勘探区主采煤层为8煤层，采用地质块段法来划分储量块，根据等高线和钻孔的疏密程度将矿体划分为ABCDEF等6个块段，井田块段划分如图2-2-1，用算术平均法求得各块段的储量，地质资源储量即为各块段储量之和。本煤层倾角一般在14 30之间，平均倾角

42、为22，采用煤层垂直厚度及煤层水平投影面积估算储量，估算公式如下： (2-1) 式中：各块段地质资源储量储量，万t；各块段的真实面积，m2；各块段煤层的厚度，取平均值为7.37 m；各块段内煤的容重，取平均值为1.40 t/m3。由上式可计算出各块段的地质储量见表2-2-2表2-2-2 各块段的工业储量 序号平均倾角/（）平均厚度/m容重/tm-3水平面积/m2实际面积/m2地质资源储量/万tA237.371.402185960.52374740.92450.26B287.371.40782032.5870090.9897.76C257.371.402096914.52313689.22387

43、.26D197.371.4019313472042632.52107.59E147.371.4013035281343433.71386.15F217.371.4049500935302267.35470.88矿井的地质资源储量为ABCDEF块段的总和：Z = ZA+ ZB+ ZC+ ZD+ ZE+ ZF=14699.9 （万t）根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%推断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%的是经济的基础储量，30%的是边际经济的基础储量，矿井工业储量可用下式计算：即 (2-2)式中： 矿井工业资源/储量； 探明的资源量中经济的

44、基础储量；控制的资源量中经济的基础储量；探明的资源量中边际经济的基础储量；控制的资源量中经济的基础储量；推断的资源量；可信度系数，取0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存较稳定的矿井，取0.7。本井田地质构造复杂程度属中等类型，局部中等偏复杂、煤层赋存稳定，因此k值取0.8。=14699.960%70%=6173.96（万t）=14699.930%70%=3086.98（万t）=14699.960%30%=2645.98（万t）=14699.930%30%=1322.99（万t）=14699.910%0.8=1175.99（万t）矿井的工业储量 =6

45、173.96+3086.98+2645.98+1322.99+1175.99=14405.9（万t）图2-2-1 块段划分示意图2.3矿井可采储量1）安全煤柱留设原则（1）工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不留设保护煤柱；（2）各类保护煤柱按垂直剖面法确定，用表土层移动角、岩层移动角、下山移动角、走向移动角确定工业场地、村庄煤柱；（3）维护带宽度：风井场地20 m，村庄10 m，其他15 m；（4）断层煤柱宽度，根据地质报告及生产矿井开采经验，确定一般断层煤柱留设原则为：对于落差大于100 m的断层，两侧各留50 m煤柱；井田境界煤柱宽为20 m；（5）工业

46、广场占地面积，根据煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明中第十五条，工业场地占地面积指标见表2-3-1表2-3-1 工业场地占地面积指标 井型（万t/a）占地面积指标（公顷/10万t）240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.82）矿井永久保护煤柱损失量（1）井田边界保护煤柱井田边界保护煤柱留设20 m宽，则井田边界保护煤柱损失量为316.32 万t。（2）断层保护煤柱断层煤柱一侧留设50 m，断层保护煤柱为1423.89 万t。（3）工业广场保护煤柱本矿井设计生产能力为120 万t/a，工业广场面积为14.4公顷，即320450 m按照煤柱留设原则中岩层移动角，采用垂

47、直剖面法按下式计算： (2-3)式中：Z工业广场煤柱量，Mt；S工业广场煤柱真实面积，m2；M煤层平均厚度取7.37 m；R煤层的容重，取平均值为1.40 t/m3。利用垂直剖面法得到工业广场保护煤柱的水平投影面积，有表土层移动角=55、上山移动角=65、下山移动角=75、走向移动角=75，工业广场保护煤柱示意图如图2-3-1。经计算工业广场保护煤柱损失量为1536.5 万t。图2-3-1 垂直剖面法留设工业场地保护煤柱（4）井筒及大巷保护煤柱 主副井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，矿井主要大巷均布置在煤层底板的岩层当中，无需留设保护煤柱，故井筒和大巷的保护煤柱均为零。矿井设计资源储量按下

48、式计算： (2-4)式中：矿井设计资源/储量 断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建筑煤柱等永久煤柱损失量之和。矿井设计可采储量 (2-5)式中：矿井设计可采储量； 工业场地和主要井巷煤柱损失量之和。 C采区采出率，厚煤层不小于75%；中厚煤层不小于80%；薄煤层不小于85%。此处取0.75。经计算各种将矿井各种储量绘制于表2-3-2表2-3-2 矿井各种储量汇总 矿井的地质资源储量Z14699.9万t矿井的工业资源储量Zg14405.9万t矿井设计资源储量Zs12665.7万t矿井设计可采储量Zk8346.9万t3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计

49、规范相关规定，确定矿井设计年工作日为330 d，工作制度采用“四六制”，每天四班作业，三班生产，一班准备，每班工作6 h。矿井每昼夜净提升时间为16 h。3.2矿井设计生产能力及服务年限矿井设计生产能力确定依据煤炭工业矿井设计规范第条规定：矿井设计生产能力应根据资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经多方案比较或系统优化后确定，矿区规模可依据以下条件确定：1）资源情况：煤田地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设大型矿井；2）开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市），交通（铁路、公路、水运），用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等。条件好者，应加

50、大开发强度和矿区规模；否则应缩小规模；3）国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤中煤质、产量等）的预测是确定矿区规模的一个重要依据；4）投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大矿区规模，反之则缩小规模。矿井设计生产能力涡北井田储量丰富，煤层赋存较稳定，地质条件为中等类型，煤层为厚度变化不大的缓倾斜煤层，煤质为国内稀缺的优质焦煤，交通运输便利，市场需求量大，宜建大型矿井。确定涡北矿井设计生产能力为120 万t/a。矿井服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。根据煤炭工业矿井设计规范要求，见表3-2-1，矿井设计生产能力在1.2 2.4 Mt/a范围之内，矿井设计服务年限应大于

51、50 a，煤层倾角小于25第一开采水平服务年限应大于25 a。矿井可采储量Zk、设计生产能力A矿井服务年限T三者之间的关系为： (3-1)式中：T矿井服务年限，a；Zk矿井设计可采储量，万t；A矿井设计生产能力，万t/a；K矿井储量备用系数，取1.3。则矿井服务年限为：T = 8346.9/（1201.3）= 53.5（a）大于50 a符合煤炭工业矿井设计规范要求。由本设计第四章井田开拓可知，矿井是两水平上下山开采，经计算第一水平可采储量为4924.15 万t，所以第一水平服务年限T1为：T1 = 4924.15/（1201.3）= 31.5（a）大于25 a符合煤炭工业矿井设计规范要求。表3-