济三矿4.0 Mt-a新井设计-济三矿边角煤煤矸置换工艺研究

第页1概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1矿区位置及交通条件兖州矿区包括兖州煤田大部和济宁煤田（东区）中部，位于山东省西南部，东经116◦30′～117◦，北纬35◦10′～35◦40′，地跨济宁市任城区、邹城市、兖州市、曲阜市和微山县等五市县区。济三煤矿位于济宁煤田（东区）中部，北距济宁市14km，东距兖州矿业集团公司所在地邹城市40km。兖（州）新（乡）铁路通过济宁市区，东与京沪线在兖州站相接，西与荷泽站与京九线相接。兖州石臼所铁路支线全长316km，在矿区中部穿过，矿区内铁路专线已建成通车，铁路运输便利。兖州、济宁、邹城的公路互为连通，四通八达，济东矿区公路横贯井田北部与高速公路联通。京杭运河流经井田西部，河宽60～80m，平均水深约2m，内河航运可由京杭运河直达江、浙；海运由石臼所港可达国内、外港口，水路运输十分便利。兖州矿区矿井分布如图1-1所示。图1-1兖州矿区矿井分布图井田内地面村庄密集，全井田受开采影响的自然村共有15个，受开采影响人数达1万人左右。同全国所有矿区一样，济三矿在矿井一投产就面临着严峻的村庄下采煤问题。并随着矿区生产的持续进行，地下开采与地面村庄搬迁之间的矛盾将越来越突出。1.1.2矿区自然地理1)地形地貌济三井田地表由湖区及滨湖平原组成，井田总面积为53km2。东部堤外为湖滨冲积平原，标高+32.53～+37.78m，地势东高西低，自然坡度为1.4‰；西部堤内为南阳湖区，标高+31.68～+35.99m。湖区东南泗河口冲积扇地形稍高，一般在+33～+35m左右。2)河流水系井田内主要河流有京杭运河、泗河、幸福河及光复河。京杭运河汛期最大流量626m3/s；光复河位于井田北部，河床宽约400m，最大流量400m3/s；泗河位于井田东部，为季节性河流。上述各河流均流入南阳湖内。湖区分布于井田西南部，为附近地表水系的汇聚地，其面积约占井田总面积的三分之二，边缘多为芦苇沼泽地，中部常年积水，水深2m左右，枯水季节小于1m。历年最低水位+32.22m。洪水期水深可达4m以上。解放后最高洪水位+36.533)气象本区为温带半湿润季风区，属海洋——大陆性气候，四季分明。年平均降雨量701.9mm，年最大降雨量1186mm，最小441.9mm。降雨多集中在七、八月份。年平均蒸发量1819.5mm，年最大蒸发量2228.2mm，最小1654.7mm。春夏多东及东南风，冬季多西北风。历年最大积雪厚度0.15m，最大冻土深度0.31m。1.2井田地质特征1.2.1井田煤系地层本井田含煤地层为二叠系山西组和石炭系太原组，煤系地层平均总厚250m。地层特征矿井综合柱状如图1-2所示。共含煤26层，可采与局部可采8层，平均总厚10.44m，含煤系数为4.2%。其中，主要可采煤层为3上、3下及16上，平均总厚为7.38m，占可采煤层总厚的7.7%；3上、3下煤层厚度较大，平均厚度达6.21m，占可采总厚的59.5%。可采煤层特征见表2-1。各主要可采煤层情况分述如下：3上煤层位于山西组中部，可采块段内的平均厚度1.72m，大部分为中厚煤层，厚度较稳定，按一定的规律变化，东薄西厚。在井田中部有两条冲刷无煤区，其中一条由北向南纵贯井田中部直至第四勘探区，延展长度10km，宽1～2km。另一条在上述冲刷带中间往东再折转向南直至煤层露头，延展长度4.5km，宽0.5～0.7km。3下煤层位于山西组下部，可采范围内的煤层平均厚度5.26m。大部分为厚煤层，厚度较稳定，呈东厚西薄的变化规律。东部陆地煤层厚度多为6～7m，个别地段则因冲刷影响发生局部变薄现象。西部湖区煤层变薄，15线以南以及C10-8号孔周围煤层受冲刷形成无煤区。6煤层位于太原组上部，平均厚度1.17m，下距三灰11m10下煤层位于太原组中部，下距12下煤层15m。该煤层东部较稳定，有可采块段，西部及南部大部不可采，为不稳定局部可采薄煤层。12下煤层位于太原组下部，下距15上煤层16m。煤层北薄南厚，南及西南部大部可采，且厚度可达1m以上，为不稳定至较稳定的局部可采薄煤层。15上煤层位于太原组中下部，下距16上煤层38m。煤层在东部陆地较好，有可采块段；西部则差，属不稳定局部可采煤层。16上煤层位于太原组下部，平均煤层厚度1.17m，属薄煤层。本煤层全区可采，厚度变化小，为稳定可采煤层。17煤层位于太原组下部，下距十三灰21m，距奥灰65m，可采范围内煤层平均厚度0.81m，属较稳定局部可采薄煤层。矿井当前开采3下煤层，其顶、底板条件如下：顶板以中砂岩、粉砂岩、细砂岩为主，厚0.60～60.00m。粉砂岩顶板主要分布在首采区的东部、中部和西部，其余较大面积顶板为砂岩。伪顶分布较零散，主要为泥岩和粉砂岩，厚0.10~0.45m，伪顶之上的直接顶板主要为中、细砂岩，厚0.90～29.65m。抗压强度平均值：粉砂岩为54MPa，细砂岩为77.2MPa，中砂岩为67.6MPa。在C5-12号孔至C6-5号孔一带主要由抗压强度较低的粉砂岩组成，划为不稳定顶板，其它主要为较稳定~稳定顶板，在C4-4、119、C10-11号孔附近，分布有坚硬顶板。底板在矿井北部多分布中等坚固的泥岩，厚0.60~4.20m；首采区中部底板为细砂岩、粉细砂岩互层，其中粉砂岩厚0.60~6.45m，粉细砂岩互层厚4.35~12.15m，湖区及南部地区为粉砂岩、砂质泥岩底板。泥岩底板为中等稳定底板，细砂岩、粉细砂岩互层底板为稳定底板，粉砂岩、砂质泥岩底板为不稳定~中等稳定底板。图1-2矿井综合柱状1.2.2井田构造1）井田构造概况本井田位于南北向的济宁地堑构造内，东西两侧分别为南北向的区域性断裂孙氏店断层和济宁断层，井田内断层受其控制以南北向断层为主。井田的构造形态，北部以宽缓褶皱为特点，往南逐渐转成北东走向，向北西倾伏的单斜构造。井田构造中等简单。井田东及东南浅部地层倾角平缓，一般小于5°，宽缓褶皱，走向多边。西及西南部，倾角一般5~9°。孙氏店支一断层两侧，因受牵引影响，在5至7勘探线处可达18°以上。2）断层井田内断层具有明显的规律性，南北向断层组，多为东升西降的正断层，因而井田地层自东向西呈台阶下降。另一组北东东至东西向的断层，分布不甚规律，个别为落差较小的逆断层。井田落差20m以上的断层共14条，其中落差在100m以上的4条(包括2条边界断层)，落差50~100m的两条，落差20~50m的8条。主要断层特征见表1-1。表1-1主要断层特征表断层名称性质落差/m断层产状区内走向长/km控制程度走向倾向倾角孙氏店断层正450北北西西70102个钻孔穿过，7个钻孔控制，5线以南已基本查明孙氏店支一断层正0~340北北西西70106个钻孔穿过，5线以北已基本探明八里铺东断层正0~60南北西707.413个钻孔穿过，控制严密，已予查明八里铺西断层正0~40北北东至南北北西7036个钻孔穿过，基本查明，断层结构复杂F8断层正0~100北北东至南北东7569个钻孔穿过，2个钻孔控制，已予查明C6-5断层正0~23南北东700.92个钻孔穿过已予查明董庄断层正35~340南北东7510仅19线控制，为推断断层C19-16断层逆0~30近南北东451.3仅19-16号孔穿过，初步控制C17-20断层正0~30北东东南东7032个钻孔穿过，基本查明北王断层正0~40近南北西7067个钻孔穿过，5线至12线及12线以南基本查明3）岩浆岩井田内普遍有燕山期的岩浆活动，呈层状侵入上侏罗统红色砂岩内。岩浆岩下距上侏罗统红砂岩底界99.30~259.00m，对煤层无影响。因此本井田内影响采区工作面布置的主要构造是断层，影响结果如下。（1）断层对采区划分的影响由于济宁三号煤矿设计巷道大部分为沿煤层掘进的巷道，落差10m以上的断层使开拓巷道长距离在岩层中，影响了工作面布置，因此10m以上的断层应作为采区边界。小断层较多但不影响采区的布置。（2）小断层对综采工作面生产的影响由于3上、3下煤层厚度变化较大，工作面中遇到小断层使煤层变薄，当断层带厚度小于2.00m时，工作面必须破顶板或底板推进。因此3上煤层中落差1m左右的断层、3下煤层中落差2m以上的断层均将造成破顶板或底板推进，降低了工作面进度，即产量下降，而且原煤中矸石、灰分增高，使煤的质量变差。另外，断层三角带顶板难于控制，容易造成冒顶事故，危及着安全生产。3上、3下煤层顶板砂岩局部有对煤层冲刷地段，使得煤层呈带状变薄，工作面在该段中也需破顶、底板推进，对生产影响严重。（3）断层对水文地质条件的影响程度井田东部边界为孙氏店断层，其使断层东部下盘的奥陶系石灰岩与对盘的煤系地层对接。井田内落差较大的张性断层也可能将基底的奥陶系石灰岩水导至采空区。尤其大面积开采后，地应力集中于煤柱之上，使原岩应力下导水差的断层变为导水断层的可能性更大。因此，在井田内断层将使水文地质条件变得较为复杂。1.2.3井田的水文地质特征济宁煤田处于东起峄山断层、西至济宁断层、北起长沟断层、南至凫山断层的区域水文地质单元的西部(见图1-3)。该水文地质单元面积约2000km2，东部为兖州煤田，西部为济宁煤田，北部为曹洼奥灰水源地(奥灰地下水年可开采量为7104m3/d)，南部为邹西奥灰水源地(奥灰地下水可开采量为1.3105～1.5105m3/d)。区内主要河流有泗河、京杭运河、白马河、洸府河等，自北向南流入南阳湖。东南部为寒武系灰岩裸露区，形成凫山，边缘有零星奥灰出露；北部滋阳山为奥灰零星露头。除凫山和滋阳山外，区内全部被第四系覆盖，地表水对矿井开采无影响。区域水文地质特征主要取决于边界条件、奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层、第四系孔隙含水层和粘土类隔水层这三者的水文地质特征。东界峄山断层，落差>3000m，东升西降，区内奥灰与区外前震旦变质岩系相接触；西界济宁断层，落差120～>1000m，东升西降，区内奥灰上部与区外二叠系石盒子组或上侏罗统地层相接触；南界凫山断层，落差>2000m，北升南降；北界长沟断层，落差500m，南升北降，区内奥灰与区外二叠系地层相接触。区内孙氏店断层东升西降，断层以东，有寒武系地层及震旦系地层出露，底部局部有前震旦系变质岩系；断层以西奥灰与上二叠统或上侏罗统地层相接触。图1-3区域水文地质图由上可看出，区域内奥灰受断层控制，以断层与周围不透水地层相接触，侧向补给、排泄不良。但在石灰岩中的断层带和构造裂隙，易受水溶蚀而形成含水带，因而还不能排除边界断层有垂向补给的可能性。区域范围内奥陶系灰岩具有裸露型、覆盖型、埋藏型，是一个边界条件比较明显，具有地下水循环应有的补给、径流、排泄条件在内的完整的水文地质单元。裸露区岩溶化严重，有接受大气降水和地表水补给的方便条件，地下水动态变化大，主要分布在北部滋阳山和南部凫山出露区，面积较小。覆盖区岩溶裂隙比较发育，具有经常接受第四系孔隙水补给的条件，富水性比较强。在兖州煤田之外与济宁煤田以东范围内均属覆盖区。覆盖区绝大部分属Ⅲ级富水区(1<q<10L/sm)，南部有长达30km的Ⅳ级强富水区(q10L/sm)，该富水带以北和以南的地下水均流向本区，属强径流带。埋藏区深埋于石炭—二叠系之下，不具备接受大气降水、地表水和第四系孔隙水补给的条件，富水性较弱。兖州煤田内奥灰埋藏区绝大部分属Ⅱ级中等富水区(0.1q<1L/sm)。济宁煤田内奥灰埋藏区绝大部分属Ⅰ级弱富水区(q<0.1L/sm)，但本矿井南部～泗河口井田也达Ⅱ级，个别孔(C19-7)则达Ⅲ级；许厂、代庄矿井北部为Ⅲ级，南部为Ⅱ级。兖州、济宁两煤田煤层露头之外、本溪组之下的奥灰埋藏区，富水性均可达到Ⅲ级。第四系厚度变化比较大，从0～338.76m，但规律性较清楚。大范围内东北薄、西南厚。据岩性、颜色、物性特征可划分为上、中、下三组。上组属强富水含水层，农用机井、厂矿企业供水均设置在上组；中组以隔水层为主，多为粘土、砂质粘土类；下组隔水层减少，含水层增多，富水性较中组强，但较上组弱。区域内无论是奥灰隐伏露头还是煤系隐伏露头，东部下渗条件较西部好。济宁煤田内上组煤直接充水含水层为山西组砂岩和太原组第三层石灰岩，间接充水含水层为上侏罗统砂岩含水层。山西组砂岩漏水孔率为23.8%，单位涌水量0.1301～0.4755L/sm，富水性中等；太原组第三层石灰岩漏水孔率为1.2%～14.5%，单位涌水量0.00306～0.00701L/sm，富水性较弱。下组煤直接充水含水层为太原组第十下层石灰岩，漏水孔率为4.4%～11.3%，单位涌水量为0.00101～0.1857L/sm，富水性不均匀；间接充水含水层为煤系基底奥灰含水层。含水层由上向下：第四系含水段分上、下两段(上段由粘土、砂质粘土及砂层组成；下段由砂砾、粘土质砂砾、粘土及砂质粘土等组成)、上侏罗统含水段(第一段由岩浆岩顶部及邻近砂岩；第二段由岩浆岩底部及其邻近砂岩；第三段是上侏罗统下部砾岩)、山西组3层煤顶底板砂岩、太原组第三层灰岩、太原组10下层灰岩及奥陶系石灰岩等。预计首采区3层煤顶底板砂岩涌水量为240m3/h，三灰涌水量为46m3/h，上侏罗统下部砾岩涌水量为230m3/h，合计涌水量为1.3煤层特征1.3.1煤层特征济三矿瓦斯最高含量为2.01m3/t，绝对涌出量为10m3/min，属低瓦斯矿井。各煤层均有煤尘爆炸危险性，并有自然发火倾向。本井田含煤地层为二叠系山西组和石炭系太原组，煤系地层平均总厚250m。地层特征矿井综合柱状如图1-2所示。共含煤26层，可采与局部可采8层，平均总厚10.44m，含煤系数为4.2%。其中，主要可采煤层为3上、3下及16上，平均总厚为7.38m，占可采煤层总厚的7.7%；3上、3下煤层厚度较大，平均厚度达6.21m，占可采总厚的59.5%。可采煤层特征见表1-2。各主要可采煤层情况分述如下：3上煤层位于山西组中部，可采块段内的平均厚度1.72m，大部分为中厚煤层，厚度较稳定，按一定的规律变化，东薄西厚。在井田中部有两条冲刷无煤区，其中一条由北向南纵贯井田中部直至第四勘探区，延展长度10km，宽1～2km。另一条在上述冲刷带中间往东再折转向南直至煤层露头，延展长度4.5km，宽0.5～0.7km。3下煤层位于山西组下部，可采范围内的煤层平均厚度5.26m。大部分为厚煤层，厚度较稳定，呈东厚西薄的变化规律。东部陆地煤层厚度多为6～7m，个别地段则因冲刷影响发生局部变薄现象。西部湖区煤层变薄，15线以南以及C10-8号孔周围煤层受冲刷形成无煤区。6煤层位于太原组上部，平均厚度1.17m，下距三灰11m。北部赋存较稳定，有可采块段，往南逐渐变薄直至沉缺，大部分不可采，为不稳定局部可采薄煤层。10下煤层位于太原组中部，下距12下煤层15m。该煤层东部较稳定，有可采块段，西部及南部大部不可采，为不稳定局部可采薄煤层。12下煤层位于太原组下部，下距15上煤层16m。煤层北薄南厚，南及西南部大部可采，且厚度可达1m以上，为不稳定至较稳定的局部可采薄煤层。15上煤层位于太原组中下部，下距16上煤层38m。煤层在东部陆地较好，有可采块段；西部则差，属不稳定局部可采煤层。16上煤层位于太原组下部，平均煤层厚度1.17m，属薄煤层。本煤层全区可采，厚度变化小，为稳定可采煤层。17煤层位于太原组下部，下距十三灰21m，距奥灰65m，可采范围内煤层平均厚度0.81m，属较稳定局部可采薄煤层。矿井当前开采3下煤层，其顶、底板条件如下：顶板以中砂岩、粉砂岩、细砂岩为主，厚0.60～60.00m。粉砂岩顶板主要分布在首采区的东部、中部和西部，其余较大面积顶板为砂岩。伪顶分布较零散，主要为泥岩和粉砂岩，厚0.10~0.45m，伪顶之上的直接顶板主要为中、细砂岩，厚0.90～29.65m。抗压强度平均值：粉砂岩为54MPa，细砂岩为77.2MPa，中砂岩为67.6MPa。在C5-12号孔至C6-5号孔一带主要由抗压强度较低的粉砂岩组成，划为不稳定顶板，其它主要为较稳定~稳定顶板，在C4-4、119、C10-11号孔附近，分布有坚硬顶板。底板在矿井北部多分布中等坚固的泥岩，厚0.60~4.20m；首采区中部底板为细砂岩、粉细砂岩互层，其中粉砂岩厚0.60~6.45m，粉细砂岩互层厚4.35~12.15m，湖区及南部地区为粉砂岩、砂质泥岩底板。泥岩底板为中等稳定底板，细砂岩、粉细砂岩互层底板为稳定底板，粉砂岩、砂质泥岩底板为不稳定~中等稳定底板。表1-2各主要可采煤层情况煤层名称全井田厚度/m可采范围平均厚度/m煤层间距/m煤层结构稳定性顶底板岩性最小/最大/平均最小/最大/平均夹石层数结构顶板底板3上0/5.80/1.211.7217.92/59.50/34.840～3简单较稳定粉砂岩粘土岩、粉砂岩3下0/9.69/5.005.260～3较简单较稳定粉砂岩及砂岩粉、细砂岩23.57/52.29/35.0060/1.39/0.440.690～1简单不稳定粉砂岩及泥岩粉砂岩37.21/60.05/49.9210下0/1.52/0.580.700～1简单不稳定同上细砂岩9.31/22.48/15.3412下0/1.96/0.620.950～1简单不稳定~较稳定同上粘土岩、泥岩9.87/27.06/16.4515上0/1.30/0.650.730～1简单不稳定石灰岩粘土岩28.50/54.59/38.1216下0.66/1.94/1.171.170～3较简单稳定同上粉砂岩及粘土岩2.32/11.09/5.02170.26/1.34/0.790.810～2较简单较稳定～不稳定同上粘土岩1.3.2煤质一、煤的物理性质和煤岩特征(一)煤的物理性质井田内八层可采煤层均为黑色、黑褐条痕色的软～中等坚硬煤层。煤的硬度(坚固性系数)平均1.04，山西组煤层硬于太原组煤层，煤的最大硬度达1.89(3上煤)，单轴抗压强度为5.19～12.54MPa(3下煤)。各煤层的物性特征见表1-3(据精查报告)。表1-3各煤层的物性特征表项目煤层光泽硬度真密度视密度断口裂隙3上沥青～玻璃1.351.461.38贝壳、参差状较发育3下玻璃1.041.441.36参差、阶梯、贝壳状较发育6玻璃～沥青1.451.3510下玻璃、油脂1.411.37阶梯、贝壳状12下玻璃0.871.401.37贝壳、阶梯状15上玻璃、沥青、油脂0.931.391.34参差、贝壳状16上玻璃～油脂0.991.391.31阶梯、贝壳状发育17玻璃、沥青、油脂1.041.361.30阶梯、参差、贝壳状发育(二)宏观煤岩特征各煤层的宏观煤岩组份多以亮煤为主，约占60%，暗煤约占30%。含有镜煤条带和透镜体。山西组煤丝炭含量比太原组煤多，以细条带或线理状分布于煤层中。煤岩类型以半亮型煤为主，半暗型煤次之。细—中条带状结构，层状构造，部份具块状构造。(三)显微煤岩特征各煤层显微煤岩组分及镜煤反射率见表1-4(据精查报告)。在有机显微煤岩组份中，凝胶化组份占74%，山西组煤层凝胶化组分含量低于太原组煤，丝炭化组份高于太原组煤层。稳定组分太原组煤层低于山西组煤层。无机组份以粘土矿物为主，占总量的72%，其次为氧化物、碳酸盐和硫化物。表1-4各煤层显微煤岩组分及镜煤反射率表煤层组分(%)3上3下610下12下15上16上17镜质组52.9357.9957.3280.3484.9273.9279.4680.81半镜质组15.3016.2520.754.882.977.427.457.55半丝质组21.3121.7414.187.616.1012.728.708.45丝质组3.353.763.913.892.915.055.725.13稳定组13.078.8811.107.157.6510.446.564.44无机总量10.0910.518.807.928.266.444.136.58粘土类8.519.27.404.446.942.792.293.75氧化物0.710.480.290.800.500.500.660.82碳酸盐0.900.870.490.660.611.420.540.48硫化物0.330.280.622.171.101.860.641.53Romax0.7560.7290.6700.6870.7310.7010.6900.644二、煤的化学性质和工艺性能(一)煤的工业分析指标及其变化规律1．灰份井田内各可采煤层的原煤平均灰份产率均为低中灰，原煤灰份的变化范围27.12～3.28%。1.4比重级精煤灰份，3上、3下、6、10下和12下煤为低灰，15上、16上和17煤为特低灰，变化范围1.88～8.82%。精煤回收率66.64%。用洗选的方法脱除煤中矿物杂质，以降低灰份的效果明显。2．挥发份山西组煤层的精煤挥发份产率(Vdaf)平均38.60%，比太原组煤层低5.73%，除3上煤个别点较小外，其余均大于35%，为高挥发份煤。特别是太原组10下、15上、16上和17煤，最低挥发份大于42%，最高49.55%，煤化程度较高。3．发热量山西组原煤分析基弹筒发热量(Qb，ad)28.28MJ/kg。变化范围23.87～31.90MJ/kg。太原组除12下煤层较低外，其余均大于29MJ/kg，变化范围在25.11～32.94MJ/kg间。煤的发热量与灰份关系密切，灰份每增加1%，发热量约降低0.42MJ/kg。4．硫份山西组煤层硫份主要为低硫。太原组6煤为中高硫，12下煤为低中硫，其余煤层均为高硫。原煤硫份中，山西组煤的有机硫比黄铁矿硫的含量高0.05%，太原组煤中，6、10下、12下、15上煤黄铁矿硫占59%，有机硫占40%。16上、17煤则以有机硫为主，黄铁矿硫次之。由于有机硫的增大，给煤的洗选带来较大困难。在四个主采煤层中，精煤有机硫份均比原煤有所增高，各煤层的全硫、黄铁矿硫和有机硫的脱硫系数见表1-5。表1-5各煤层的全硫、黄铁矿硫和有机硫的脱硫系数表煤层项目3上3下610下12下15上16上17脱硫系数全硫0.150.160.260.340.270.440.230.30黄铁矿硫0.570.460.620.810.71有机硫-0.09-0.060.03-0.080.11(二)煤的元素分析1．元素组份井田内煤层属于同一变质阶段，煤的元素组成差别不大，碳含量平均82.55～83.83%，氢含量平均5.41～5.87%，氮含量平均1.35～1.68%。各煤层元素组分见表1-6。表1-6各煤层元素组分表项目煤层元素组份(%)CdafHdafNdafOdaf+Sdaf3上83.835.471.449.263下83.615.411.559.43683.745.651.529.0710下82.605.871.609.9312下83.245.671.689.5815上83.365.741.509.4016上82.555.691.3510.411782.705.761.3710.172．其它有害元素井田内除6、10下、12下煤为低磷外，其余煤层磷的含量级别为特低。脱磷系数见表1-7。表1-7脱磷系数见表煤层3上3下610下12下15上16上17脱磷系数0.480.200.230.690.180.600.250.57主采煤层的砷含量为0～7.5mg/kg，均在8mg/kg以下，符合酿造和食品工业用煤要求。氟的含量约为25mg/kg。(三)煤的灰成份及其特征各煤层的灰成份主要由二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛等酸性矿物组成，酸性矿物总量与煤的灰份产率关系密切，并按煤层顺序呈自上而下变小的规律。山西组煤层的灰熔融性(ST)均大于1250℃，为高熔～难熔灰份，太原组煤层均为以低熔为主的低～高熔灰份。井田内四个主采煤层共做八个灰粘度样，经综合分析认为，煤在作为工业锅炉用时，小于50、100、250泊的排渣温度应大体上符合表1-8。表1-8小于50、100、250泊的排渣温度表煤层灰粘度3上3下16上、17<250泊160013801330<100泊162514401390<50泊164014901500根据煤灰的化学成份计算确定的结焦指数和结渣指数(表1-9)表明，各煤层的结污类别属低的；结渣类别3上、3下煤属低的，16上、17煤结渣类别属严重的。表1-9结焦指数和结渣指数表煤层3上3下16上17①酸性矿物总量(SiO2+Al2O3+TiO2)%81.6270.9653.2951.56②碱性矿物(Fe2O3+CaO+MgO+K2O+Na2O)%15.6623.0836.2539.19③碱酸比②/①0.190.320.680.76④Na2O含量%0.390.550.270.19⑤结污指数③×Na2O0.080.180.180.14⑥结污类别低的低的低的低的⑦结渣指数③×St，d0.130.192.482.77⑧结渣类别低的低的严重的严重的(四)煤的工艺性能1．煤的结焦性山西组煤层的胶质层厚度15.5～7.0mm，粘结指数89.6～60.8，为中等粘结性煤。随着煤化程度的加深，太原组煤的粘结性遂渐加强，胶质层厚度32.5～11.0mm，粘结指数101.0～70.4，为强粘结性煤。从煤的成焦率和低温干镏的半焦产率和焦渣特征看(表1-10)，各煤层具有良好的结焦性能，可作为良好的炼焦配煤。表1-10各煤层的结焦性能表煤层项目3上3下610下12下15上16上17GR·I74.074.284.190.689.491.295.195.1焦渣待征5～65～65～66～75～66～76～75～7成焦率(%)73.874.97069.371.070.370.868.3半焦率(%)74.474.370.368.671.469.969.068.32．炼油性山西组煤层焦油产率9.08～13.48%，为以富油为主含少量高油的煤层。太原组除12下煤含有较少富油点外，其余全部为高油煤。3．气化性各煤层二氧化碳分解率(表1-11)较清楚地表明，3上、3下、17煤的各温度分解率相差不大，16上煤分解率均比上述三层煤低。试验温度900～950C的二氧化碳分解率均小于60%。表1-11各煤层二氧化碳分解率表单位：%温度C煤层8509009501000105011003上7.213.927.046.466.176.63下5.910.621.540.564.376.316上4.86.311.624.047.463.5175.010.422.445.471.283.2山西组煤大于6mm灰渣的结渣率6.17～39.63%，3上煤为中等结渣煤，3下煤为以中等到强结渣煤为主的中等～难结渣煤。太原组16上、17煤的结渣率多大于25%，为强结渣煤，因此给气化和部分工业锅炉用煤带来较大困难。主采煤层的结渣性汇总资料见表1-12。表1-12主采煤层的结渣性汇总资料表单位：%流速m/s煤层0.10.20.33上23.619.724.03下18.423.426.116上25.342.559.01724.436.351.14．可磨性主采煤层的可磨性系数变化在50～67之间(表1-13)，说明主采煤层容易磨碎，且太原组煤的易碎性比山西组煤好。表1-13可磨性系数变化情况表煤层3上3下16上17可磨性系数HGI50～5953(4)55～6760(6)59～6260(3)59～6160(2)(五)煤的分类按中国煤炭分类标准(GB5751-86)，以精煤挥发分产率(Vdaf)和粘结指数(GR.I)为主要指标结合胶质层厚度(Ymm)和奥亚膨胀度(b)为辅助指标，本区煤类划分结果为：3上、3下、6、10下、12下煤以QM45为主，3上、3下煤零星分布有QM44和1/3JM35；10下、15上煤有QF46点出现；16上煤以QM45为主，QF46次之；17煤以QF46为主，QM45次之。三、煤的可选性井田内共采32个煤层点样做组孔和单孔简易可选试验10件，其中3上煤3件，3下煤5件，16上、17煤各1件，具体采样钻孔见表1-14。表1-14可选试验采样钻孔表煤层钻孔样号(钻孔)3上C3-1081选3上(C4-9、C6-9、C8-1)C8302(C5-15、C6-14、C8-7、C8-11)3下C3-10、C6-1、C6-9、C10-480群选3下(C2-1、C3-3、C4-3、C7-2、C9-5、C12-2)16上81简选16上(C4-7、C5-11、C8-12、C8-1、C8-4、C9-11、C10-1)1781简选17(C4-7、C5-11、C5-12、C8-1、C8-4、C9-11、C10-1)(一)原煤筛分各主要可采煤层的简选试验一般按13～6、6～3、3～0.5、<0.5mm四级进行筛分，求得各级粒度级别的产率和质量(表1-15)，3下煤群孔可选性试验入筛煤重56kg，原样自然级筛分+50～-0.5mm共七级进行筛分。因为煤芯样的自然粒度在钻进过程中受到不同程度的破坏，所以样品的代表性就有一定局限。(二)煤粉筛分与浮沉煤粉一般分为七个粒度筛分，各级产率累计占全样的9.6%，灰分18.88%。在各级小筛分产率中40～80网目两粒级占全样的57%(见表1-16)。煤粉浮沉以-1.4级精煤为主，山西组煤层占60%以上，太原组煤层占70%以上(表1-17)。表1-15各级粒度级别的产率和质量表煤层粒度(mm)3上3下16上17产率Ad产率Ad产率Ad产率Ad13～637.8517.3146.1512.7346.8914.3544.4010.466～326.7316.4122.6611.6221.3111.8621.7411.223～0.524.2216.6222.1213.2122.59104024.9311.34<0.511.2019.709.0618.179.2119.238.9321.93合计100.0017.17100.0012.86100.0013.38100.0011.87表1-16煤粉筛分各级产率情况表煤层(mm)3上3下16上17产率(%)Ad(%)产率(%)Ad(%)产率(%)Ad(%)产率(%)Ad(%)20～404.7916.134.6413.736.2510.0411.7213.5040～6033.4716.5836.9815.3940.1711.7041.5215.7560～8020.3117.9120.2615.4220.3116.2618.9422.3680～1007.0314.636.8520.148.7522.285.3529.20100～1202.8121.193.2220.435.6523.082.0226.33120～20014.3722.9012.5020.635.4031.508.5934.41<20017.2225.0015.5519.7713.4629.9211.5629.41合计10019.1810017.8599.9917.61100.0020.89表1-17煤粉浮沉情况表项目浮煤比重3上3下16上17产率%Ad%产率%Ad%产率%Ad%产率%Ad%-1.337.786.9133.757.0671.175.1764.105.931.3～1.428.139.0027.139.048.9610.149.6810.011.4～1.513.4217.1317.0715.173.7617.315.2617.341.5～1.64.4025.986.5225.081.8227.432.4524.981.6～1.84.2937.234.8437.132.6032.962.5231.77+1.811.9876.2310.6866.0811.6977.6215.9972.47合计10019.3110017.91100.0015.67100.0018.68(三)原煤浮沉原煤浮沉除80群选3下煤样-1.3～+2.0比重级内增加1.35、1.45两种比重液，按九个级别进行浮沉试验外，其余各样均采用六个级别进行测定。浮沉试验汇总资料列于表1-18。根据表1-3-18资料对比分析，本井田山西组煤层的简选资料基本一致，各级浮煤主要集中在1.3～1.4比重级内，-1.4精煤产率约占70%，灰份小于8.05%。(四)煤层顶板及夹石与可选性井田内各可采煤层顶板岩石分别做可溶性试验97件，汇总资料表明，各煤层底板易泥化，而顶板均较底板次之。在各种岩性中，铝质泥岩极易泥化，泥岩、粉砂岩次之，依两粒级在三分钟时间内溶解的含量数据评价四个主采煤层顶板及夹石的可溶性，由易至难依次为3上煤底板、3下煤夹石、17煤底板、3下煤底板、16上煤底板、3上煤顶板、17煤底板、3上煤顶板、17煤顶板、3下煤顶板、16上煤顶板。表1-18浮沉试验汇总资料表比重级项目-1.31.3～1.41.4～1.51.5～1.61.6～1.8+1.8合计3上产率%12.0352.7316.015.695.328.22100.00Ad%5.148.0515.8324.8336.3469.1916.443下产率%8.4061.9516.034.853.834.94100.00Ad%3.907.0414.2122.8633.1256.8412.1516上产率%63..814.74.43.14.010.0100.00Ad%2.78.618.627.239.668.613.117产率%56.925.15.32.53.07.2100.0Ad%3.78.716.622.730.560.911.1(五)煤的可选性评价主采煤层各分选比重±0.1含量见表1-19。由于煤的浮选产率主要集中在-1.3、1.3～1.4两级中，3上、3下煤采用1.6比重级，16上、17煤采用1.5比重级洗选均为极易选煤。采用1.5比重级分选山西组煤，1.4比重级分选16上煤，均为中等可选。表1-19主采煤层各分选比重±0.1含量表沉矸未除沉矸(%)扣除沉矸(%)煤层分选比重3上3下16上173上3下16上171.364.7670.3578.582.070.5674.0187.288.31.468.7477.9819.130.474.8982.0321.232.71.521.7020.887.57.823.6421.968.38.41.68.356.764.94.29.17.125.64.31.75.323.834.03.05.84.034.43.2四、煤的工业用途评述根据本井田上述煤质特征，对煤的工业用途做如下评述。(一)炼焦用煤山西组气煤，灰、硫、磷等有害成份低，结焦性能好，成焦率较高，通过洗选可以生产多种级别的冶炼用炼焦精煤，配以其它煤种炼焦效果更好。太原组气煤、气肥煤有害组份硫含量高，结焦性能比山西组煤强。资源开发若能考虑上、下煤按比例配采，混合(洗选)使用，不仅可以降低煤的硫份，而且还可以降低煤的灰份，增强粘结性，使之符合炼(冶金)焦用煤的要求。另外，采用近年来试验的“缚硫焦”新工艺，太原组煤精煤的平均硫含量也可以使之符合炼制冶金焦的要求。(二)动力燃料用煤山西组煤发热量大于27MJ/kg，灰融熔性均大于1250℃，灰、硫、挥发份均符合主要锅炉用煤的要求，是优质动力燃料用煤。太原组12下煤硫含量低，灰融熔性高，可与山西组煤同样使用。其余五层煤由于硫份大于2%，灰融熔性低于1250℃，交通运输及一般工业锅炉用煤的要求不完全符合，但作为其它某些工业燃料用煤还是可用的。若与山西组煤配合使用，可以起到扬长避短的作用，充分发挥资源的经济效用。(三)气化、液化用煤井田内各煤层由于粘结性能好，热稳定性能差(粘结)，化学活性差(900～950℃时a<60%)，不宜于固定层和沸腾层煤气发生炉用煤。粉煤悬浮床气化炉对煤质要求不严，特别是太原组高硫、低融熔性、强粘结气煤、气肥煤，均可适用于K—T炉气化用煤的要求。各煤层的焦油产率(Td)虽然大于7%，但由于粘结性强(Y>9mm)，热稳定性差，故不宜于使用低温干镏法进行炼油，可燃基挥发份均大于35%，山西组煤碳氢比15.38，太原组煤碳氢比14.07～14.82，均小于规定指标，符合氢化法炼油的要求。2井田境界和储量2.1井田境界济三煤矿座落在济宁市郊区、微山湖畔，南有微山岛，北依济宁市，西邻微山湖，东望历史明城、旅游圣地曲阜、泰安。矿区地势平坦，地理位置优越，交通畅通，运输便利。井田东以孙氏店断层为界；西以各煤层的-1000m等高线为界；北以3910000纬线与济二井田分界；南以3900000纬线与第四勘探区分界。井田南北走向长6.8~7.7km，平均长度为7.6km,东西倾斜宽6.2~7.1km，井田的水平宽度为6~7km，面积约53km2。井田边界拐点坐标如表2-1。表2-1井田边界拐点直角坐标表点号XY备注点号XY备注B1391000039461140北部边界，与济宁二号煤矿相邻B10390128039474210东南部边界，与泗河煤矿相邻B2391000039471030B11390214539473485B3391000039471255B12390133039470485B3391000039471255东部边界B13390061539469470B4390800039471255B14390000039469325B5390700039472595B14390000039469325南部边界B6390600039473040B15390000039460645B7390500039473505B15390000039460645西部边界B8390400039473885B16390200039462270B9390280039474215B17390400039462270B10390128039474210B18390600039462675B19390800039462270B1391000039461140本井田含煤地层为二叠系山西组和石炭系太原组，煤系地层平均总厚250m。地层特征矿井综合柱状如图2-2所示。共含煤26层，可采与局部可采8层，平均总厚10.44m，含煤系数为4.2%。其中，主要可采煤层为3上、3下及16上，平均总厚为7.38m，占可采煤层总厚的7.7%；3上、3下煤层厚度较大，平均厚度达6.21m，占可采总厚的59.5%。开采上限：3上煤层以上无经济可采煤层。下部边界：16上煤层以下无经济可采煤层。2.2矿井工业资源储量2.2.1资源勘探概述1)资源储量估算范围参加资源储量估算的煤层有3上、3下、6、10下、12下、15上、16上、17煤共8层。估算范围为采矿许可证及采区分界线界定的济宁三号煤矿全区范围，东起孙氏店支断层—东部风氧化带，西至3上煤-1000m底板等高线垂切，北起3910000纬线，南至3900000纬线(其直角坐标控制点见第一章表1-2)。开采上、下限标高为-440m～-1020m。资源储量估算截止日期为2007年12月31日。2)工业指标本区以气煤为主，有部分气肥煤，属炼焦配煤。煤层倾角一般在15°以下。根据《煤、泥炭地质勘查规范》(DZ/T0217-2002)的规定：煤层最低可采厚度为0.70m，煤层灰分40%。3)资源储量类别划分方法依据国家标准《固体矿产资源/储量分类》(GB/T17766-1999)、《煤、泥炭地质勘查规范》(DZ/T0217-2002)，本区地质报告的资源储量分类依据是经济意义、可行性评价程度和地质可靠程度。本区构造复杂程度为中等类型，各主要煤层的稳定程度为：3上为不稳定煤层，6、10下、12下和15上煤为极不稳定煤层，3下和17煤为较稳定煤层，16上为稳定煤层。根据《煤、泥炭地质勘查规范》表D.1、表D.2的规定，结合济宁三号煤矿实际情况，并考虑十八和八采区实施了三维地震勘探的因素，各煤层的复杂程度及本次各类资源储量估算所采用的钻探工程控制程度见表2-2。本区资源储量的按地质可靠程度分为探明的、控制的和推断的三类，按经济意义分为经济的、次边际经济的、边际经济的和内蕴经济的四类。本报告根据《济宁三号煤矿资源储量检测报告》(2003年度)(2005年2月，山东省国土资源厅审查批准)，将本区资源储量共分为九类，即111、122、111b、122b、2M11、2M22、2S11、2S22和333。边界煤柱为次边际经济的，探明的划为2S11，控制的划为2S22；断层煤柱为控制的次边际经济的资源量，划为2S22；-1000m以下的为次边际经济的资源量，划为2S22；煤厚0.6～0.7m的资源量为表外储量，划为333。表2-2各煤层稳定程度类型及各类资源储量估算所采用的钻探工程控制程度煤层煤层稳定程度钻探工程基本线距(m)探明的控制的3上不稳定500500～10003下较稳定10001000～20006极不稳定37510下极不稳定37512下极不稳定37515上极不稳定37516上稳定10001000～200017较稳定500500～1000各煤层资源储量分类原则如下：1．3上、3下煤：正常块段探明的经济基础储量划为111b，控制的经济基础储量划为122b；“三下”压煤均为探明的经济基础储量，划为111b。2．16上、17煤：正常块段为边际经济基础储量，探明的划为2M11，控制的划为2M22；“三下”压煤为边际经济的，探明的划为2M11，控制的划为2M22。3．12下煤：煤层薄、厚度变化大，开采技术条件差，均为控制的边际经济的储量，划为2M22。4．6、10下、15上煤：煤层薄、厚度极不稳定，开采难度大，为次边际经济煤层，全部划为2S22。5．厚度0.6～0.70m的煤层单独估算资源储量，根据旧规范列为表外资源量，根据新规范则列为333。根据煤炭工业技术政策，结合矿井生产实际情况，本次全区各煤层可采储量(111)及预可采储量(122)计算原则如下：3上煤正常块段111b、122b按可采系数80%分别计算可采储量(111)和预可采储量(122)；3下煤正常块段111b、122b按可采系数75%分别计算可采储量(111)和预可采储量(122)。其它各煤层6、12下、15上、16上、17煤没有可采储量(111)和预可采储量(122)。另外，根据周边的许厂煤矿、古城煤矿的“三下”压煤采用条带开采的实际情况，3煤(包括3上和3下煤)“三下”压煤计算储量(111)时，由111b乘以30%后再乘以各煤层的采区回采率得出，即3上煤：111b乘以30%后再乘以80%即24%；3下煤：111b乘以30%后再乘以75%即22.5%。2.2.2钻探1996年11月至1997年6月，兖州矿务局冻结地质队施工了主检、副检和风检3个井筒检查孔，共完成工程量1958.75m，抽水10次。提交了《济宁三号井井筒检查钻孔施工地质报告》，为三个井筒的设计、施工提供了较详实的地质、水文地质、土工试验成果、岩石物理力学实验成果以及各种土壤参数和抽水试验成果等资料。1997年6月至10月，为了掌握井筒附近不同含水层水位动态变化，以及时采取合理的防止井筒破坏措施，济宁三号煤矿委托兖矿集团地质工程公司施工了P1-1、J3-1、Q下-1孔三个水文观测孔，完成工程量1075.82m，抽水2次，提交了钻孔施工总结、钻孔综合柱状图及水质化验成果资料。1996年，为了观测3下煤在采动过程中侏罗系红层水位动态变化，分析矿井涌水水源，调查3下煤顶板砂岩、侏罗系红层分段富水性及富水特征，在一采区范围内由兖州矿业(集团)地质工程公司施工了J3-2、J3-3和J3-4孔三个水文长期观测孔，完成工程量1261.74m，抽水3次。生产时期(1998年12月以来)，为了进一步查明井田地质特别是构造、煤层被冲刷侵蚀情况，以及查明井田水文地质特征，在全井田进行了生产勘探。全井田共施工钻孔55个，即S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17、S18、S19、S20、S21、S22、S23、S24、S25、S26、S27、S28、S29、S30、S31、S32、S33、S34、S35、S36、S37、S38、S39、S40、S41、S42、S43、S44、S45、S46、S49、P1-2、P1-3、J3-5、J3-6、J3-7、Q下-2、Q下-3、Q下-4，总工程量47198.69m。另外，在孙氏店断层以东施工了O2-1孔，工程量281.00m。生产勘探工程全部由兖矿集团东华建设有限公司施工，施工严格按照矿方提出的要求进行，在每个钻孔完成后均提交了施工总结报告，钻孔质量较高。截止到目前，在井田内(不包含孙氏店断层以东的钻孔)共施工钻孔298个(表2-3)，平均2.84个/km2；总工程量214165.67m，平均2038.70m/km2。其中资源勘探时期234个，平均2.23个/km2，工程量162670.67m，平均1548.51m/km2。表2-3各阶段钻探工程量表(不包含孙氏店断层以东的钻孔)勘探阶段钻孔数(个)工程量(m)施工时间施工单位综合详查1712266.401967～1968原华东二队总体详查+精查217150404.271979～1983山东煤田地质勘探公司第一、二、三勘探队建井94296.311996～1998兖州矿务局冻结地质队兖矿集团地质工程公司生产勘探5547198.691998～目前兖矿集团东华建设有限公司合计298=SUM(ABOVE)214165.672.2.3矿井工业储量1)储量计算本勘探区主采煤层为3上.3下和16上煤层，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ABCDE五个块段，井田块段划分如图2-1，用算术平均法求得各块段的储量，矿井地质资源储量即为各块段储量之和。煤层倾角一般在1º~9º之间，平均倾角为5º，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：Zi=100Si×Mi×Ri/cosαi（2-1）式中：Zi——各块段地质资源储量，万t；Si——各块段的在煤层地板等高线的投影（水平）面积，km2；Mi——各块段3上.3下和16上煤层的平均厚度之和，m；Ri——各块段内煤的容重，取平均值为1.30t/m3；αi——各块段内煤的煤层平均倾角，°；由上式可计算出各块段的地质储量见表2-4。表2-4各块段的地质资源储量序号平均倾角

αi/（°）平均厚度之和Mi/m容重Ri/t•m-3水平面积

Si/km2真实面积

/km2地质资源储量Zi/万tA47.381.410.3110.3310673B24.824.824980.02C46.686.76922.44D314.414.4214898.7E1117.7318.06118661所以矿井地质资源是各块段储量之和：即：Z=ZA+ZB+ZC+ZD+ZE≈561.35（Mt）其中探明的60%、控制的30%、推断的10%，探明的包括111b和2M11，控制的包括122b和2M22，推断的为333，矿井各级储量分类见表2-5。表2-5矿井地质资源储量分类表矿井地质资源储量/Mt探明的控制的推断的60%30%10%80%20%80%20%100%111b2M11122b2M22333268.4567.11134.2233.5655.93矿井工业储量是指地质资源量经可行性评价后，其经济意义在边际经济及以上的基础储量的内蕴经济的资源储量乘以可信度系数之和,计算公式如下：Zg=111b+122b+2M11+2M22+333k（式中：Zg——矿井工业资源/储量，Mt；111b——探明的资源量中的经济的基础储量，Mt；122b——控制的资源量中的经济的基础储量，Mt；2M11——探明的资源量中的边际经济的基础储量，Mt；2M22——控制的资源量中的边际经济的基础储量Mt；333——推断的资源量，Mt；k——可信度系数，取0.7~0.9，井田地质构造简单、煤层赋存稳定k值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存不稳定k值取0.7，本井田地质构造中等简单、煤层赋存稳定，因此k值取0.8。根据公式2-2及表2-2-3中的数据计算得矿井工业储量为548.08Mt。此储量为可采煤层的工业资源储量。2.3矿井可采储量2.3.1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φ、上山移动角γ、下山移动角β、走向移动角δ确定工业场地、村庄煤柱；（3）维护带宽度20m，风井场地50m，其他15m；（4）断层煤柱宽度50m，井田边界煤柱宽度20（5）工业场地占地面积，根据《煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明书》中第十五条，工业场地占地面积指标见表2-6。经计算工业广场占地面积取500×800m表2-6工业场地占地面积指标井型(Mt/a)占地面积指标（ha/0.1Mt）2.4及以上1.01.2～1.81.20.45～0.91.50.09～0.31.82.3.2矿井永久保护煤柱损失量1）井田边界保护煤柱根据实际情况，本井田留设的边界保护煤柱宽度为20m，有断层作为本井田边界的地方，不再重复留设保护煤柱。所以边界煤柱损失Zb为：Zb=22051×20×7.38×1.4=4.56Mt2）断层保护煤柱本井田存在三条大断层，需在断层两侧各留设50m的保护煤柱，以确保安全开采。断层保护煤柱损失Zd为：Zd=(2×(2420+5590)+6662)×50×7.38×1.4=11.72Mt3）工业广场保护煤柱本矿井设计生产能力为4.0Mt/a，工业广场尺寸为500×800mZg=S×M×R×10-6（2-3）式中：Zg——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，m；R——煤层的容重，取平均值为1.40t/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φ=45°、上山移动角γ=76°、下山移动角β=86°、走向移动角δ=76°，工业广场保护煤柱示意图如图2-2。因此：S=（1498+1571）×1104/（2×cos11°）=1.73km2Zg=1.73×7.38×1.4=17.87Mt4）主要井巷煤柱主要井巷煤柱是指大巷保护煤柱，大巷中心距离为50m，大巷两侧的保护煤柱宽度各位50m，井田倾向长度为6.965km。布置三条大巷，则大巷保护煤柱压煤量为(4×50+15)×(6569-1104)×7.38×1.4=12.14Mt综合以上内容，保护煤柱损失量见表2-7。表2-7保护煤柱损失量序号煤柱类型储量/Mt1井田边界保护煤柱4.562断层保护煤柱11.723工业广场保护煤柱17.874井筒及大巷保护煤柱12.143）矿井设计资源储量根据《采矿专业毕业设计文件》规定，矿井设计资源储量可按下式计算：Zs=Z-P1（2-4）式中：Z——矿井工业资源储量，Mt；P1——井田边界和断层保护煤柱，Mt；则有Zs=548.08-4.56-11.72=531.8Mt4）矿井设计可采储量矿井设计可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算：Zk=（Zs-P2）×C（2-5）式中：Zk——矿井设计可采储量，Mt；P2——工业广场保护煤柱、井筒及大巷保护煤柱，Mt；C——采区采出率，厚煤层不小于0.75；中厚煤层不小于0.8；薄煤层不小于0.85；本设计煤层属厚煤层，因此采区采出率取0.80。则有：Zk=(531.8-30.01)×0.8=401.43Mt矿井储量汇总表见表2-8。表2-8矿井储量汇总表煤层地质资源储量/Mt工业资源储量/Mt设计资源储量/Mt设计可采储量/Mt3上.3下.16上.煤层561.35548.08531.8401.433矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度本矿井设计年工作日为330天。每天四班作业，其中三班生产、一班检修。每班工作6h，每天净提升时间16h。3.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1矿井设计生产能力确定依据《煤炭工业矿井设计规范》第2.2.1（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。济三井田储量丰富，煤层赋存较稳定，地质条件为中等简单，煤层为厚度变化不大的缓倾斜煤层，煤质为较好，交通运输便利，市场需求量大，宜建大型矿井。确定济三矿井设计生产能力为4.0Mt/a。3.2.2矿井设计生产能力的确定本井田煤层倾角平均在50左右。其中主要以3下煤层为主采煤层。可采范围内3下煤层平均厚度5.26m左右。该矿井的可采煤层水文地质条件比较简单，煤层厚度变化不是特别大，故适合综合机械化开采，一次采全高。根据矿井实际的地层和煤层特征，本矿井主采3下层煤，赋存稳定。矿井服务年限必须与井型相适应。根据本井田煤层赋存情况、井田水文地质情况及我国煤矿矿井井型分类。表3-1井型分类序号井型矿井设计生产能力（万吨/年）备注1大型矿井120、150、180、240、300、400、500及以上2中型矿井45、60、903小型矿井30推荐矿井设计生产能力为4.0Mt/a。理由如下：（1）本井田的主采煤层都属于厚煤层，水文地质条件较好；（2）移交首采区的煤层条件适宜综合机械化开采，应充分发挥综采设备的潜力。因此矿井生产能力不宜过小；（3）在设备相同，工程量相仿的情况下，矿井生产能力越大，生产效率越高，矿井的综合经济小效益越好；（4）我国目前对煤炭的需求量急剧上升，本矿井煤炭除小部分本地消费外，大部分主要运往南方发达地区，以弥补煤炭需求缺口。3.2.3矿井服务年限根据《煤炭工业设计规范》矿井服务年限中规定：表3-2我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力

（Mt／a）矿井设计服务年限（a）第一开采水平设计服务年限（a）煤层倾角

＜25°煤层倾角

25°～45°煤层倾角

＞45°6.0及以上70353.0～5.060301.2～2.450252015<0.940201515矿井服务年限的计算公式：T=（式3-1）式中:T——矿井服务年限，a；Zk——矿井可采储量，Mt；A——设计生产能力,Mt；K——矿井储量备用系数，取1.5；则，矿井服务年限为：T=401.43×106/400×104×1.4=72a由上式计算得出矿井的总服务年限为72年。根据《煤炭工业矿井设计规范》要求，矿井的服务年限满足要求。由本设计第四章井田开拓可知，矿井是单水平开采，水平在-860m，水平服务年限即为全矿井服务年限，为51年。即本设计第一水平的服务年限符合矿井设计规范的的要求。4井田开拓4.1矿井开拓的基本问题井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。1）井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需认真研究。（1）确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置；（2）合理确定开采水平的数目和位置；（3）布置大巷及井底车场； （4）确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；（5）进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；（6）合理确定矿井通风、运输及供电系统。2）确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则：（1）贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造条件。在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。（2）合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。（3）合理开发国家资源，减少煤炭损失。（4）必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态。（5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综掘机械化、自动化创造条件。4.1.1井筒形式，数目，位置及坐标确定1、井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井最复杂。平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带输送机有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长、辅助提升能力小，提升深度有限；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技术复杂。立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深相同的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为有利；当表土层为富含水层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产状均特别复杂的井田，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，基本建设投资大。井筒形式的选择：根据本矿井的实际情况：区内地势平坦；煤层埋深较大。不适用平峒和斜井开拓，所以，确定采用立井开拓（主井装备箕斗）。为方便管理将主井、副井及中央风井布置在工业广场内。2、井筒位置的确定井筒位置的确定原则：有利于第一水平的开采，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；有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村或不迁村；井田两翼储量基本平衡；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；工业广场宜少占耕地，少压煤；距水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。经后面方案比较确定主、副井筒位置在井田中央。4.1.2工业场地的位置工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中央。工业场地的形状和面积：根据表2.1工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为40ha，形状为矩形，长边沿着井田走向，长为800m,宽为500m。4.1.3开采水平的确定井田主采煤层为3下煤层,设计中针对3下煤层。3下煤层倾角平缓，为3°～9°，平均5°，为近水平煤层，故设计为立井单水平开采。水平标高-860m。3下煤层生产能力：可采储量为286.11Mt，服务年限为51a。4.1.4主要开拓巷道3下煤层平均厚度为5.26m，赋存稳定，底板起伏不是很大，为近水平煤层，煤层厚度变化不大，煤质硬度中等。矿井辅助大巷、运输大巷布置均布置在煤层中，大巷间距50m。4.1.5方案比较1提出方案根据以上分析，现提出以下四种在技术上可行的开拓方案，分述如下：方案一：立井单水平开拓(大巷沿东西方向布置，工业广场在井田中央偏右)。主、副井井筒均为立井，布置于井田中部偏右。辅助大巷采用无轨胶轮车运输。辅助大巷和运输大巷均布置在煤层中，沿底板掘进，回风大巷布置在煤层中沿顶板掘进。如图4-1。方案二：立井单水平开拓(大巷沿东西方向布置，工业广场在井田中央偏左)。主、副井井筒均为立井，布置于井田中部偏左。辅助大巷采用无轨胶轮车运输，辅助大巷和运输大巷均布置在煤层中，沿底板掘进，回风大巷布置在煤层中沿顶板掘进。如图4-2。方案三：立井单水平开拓（大巷沿南北方向布置，工业广场在井田中央偏右）。主、副井井筒均为立井开拓，布置于井田中央，辅助大巷采用无轨胶轮车运输，辅助大巷和运输大巷布置在煤层中，沿底板掘进，回风大巷布置在煤层中沿顶板掘进。如图4-3。方案四：立井单水平开拓（大巷沿南北方向布置。工业广场在井田中央偏左）。主、副井井筒为立井开拓，布置于井田中央，辅助大巷采用无轨胶轮车运输，辅助大巷和运输大巷布置在煤层中，沿底板掘进，回风大巷布置在煤层中沿顶板掘进。如图4-4。2技术比较以上所提四个方案区别在于井筒位置和水平不同，及部分基建、生产费用不同。方案一、二主、副井井筒形式相同。方案一、二主、副井均为立井，立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深相同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为有利。方案一、二区别在于井筒位置不同，方案一的井筒位置在井田中央偏右，方案二的井筒位置在井田中央偏左，方案二的井筒比方案一的井筒长。经过以上技术分析、比较，再结合粗略估算费用结果（见表4.1），在方案一、二中选择方案一：立井单水平开拓（工业广场在井田中央偏右）。方案三、四的主、副井井筒位置和水平不同。方案三、四主、副井均为立井，立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深相同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为有利。方案三、四区别在于井筒位置不同，方案三的井筒位置在井田中央偏右，方案四的井筒位置在井田中央偏左，方案四的井筒比方案三的井筒长。经过以上技术分析、比较，再结合粗略估算费用结果（见表4.1），在方案三、四中选择方案三：立井单水平下山开拓。表4-1各方案粗略估算费用表(单位：万元)方案一和方案二粗率估算费用方案方案一方案二基建费/万元立井开凿表土段2×185×2.26601=838.42表土段2×185×2.26601=838.42基岩段2×690×0.99672=1375.47基岩段2×760×0.99672=1515.01小计2213.892353.43生产费/万元立井提升1.2×28611×0.875×1.6=48066.481.2×28611×0.945×1.6=51911.80立井排水516×24×365×51×0.4=9221.13516×24×365×51×0.4=9221.13小计57287.6161132.93总计费用/万元59501.563486.36百分率100%106.70%方案三和方案四粗率估算费用方案方案三方案四基建费/万元立井开凿表土段2×185×2.26601=838.42表土段2×185×2.26601=838.42基岩段2×690×0.99672=1375.47基岩段2×760×0.99672=1515.01小计2213.892353.43生产费/万元立井提升1.2×28611×0.875×1.6=48066.481.2×28611×0.945×1.6=51911.80立井排水516×24×365×51×0.4=9221.13516×24×365×51×0.4=9221.13小计57287.6161132.93总计费用/万元59501.563486.36百分率100%106.70%经过以