1、 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页一般部分中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页一般部分 全套图纸，加 153893706第一章 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 位置与交通焦作煤业(集团) 有限责任公司赵固一矿位于焦作煤田东部、太行山南麓，行政划隶属辉县市管辖，其地理座标为东经 11333001134419，北纬 352309352800。井田中心东南距新乡市 39km，西距焦作市 50km，东北至辉县市 17km，南距获嘉县20km，其间均有公路相通。井田南距新（乡）焦（作）铁路获嘉车站 21.5km，西南距焦作矿专用铁路古汉山车站 20
2、km。新乡至辉县吴村 762 窄轨铁路在井田内东西向穿过，交通便利。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页1.1.2 地形地貌及水系本区属于太行山前冲洪积平原，地面海拔标高 75100m ，全区呈北高南低缓慢倾斜地势，地形简单，自然坡度 58。本区属海河流域卫河水系，区内主要河流有：清水河、黄水河、石门河。矿区北部的太行山岩层裸露，接受降雨补给后在河谷地带形成许多岩溶大泉，并成为河流的发源地，多数河流上游河段有水，距山口 1020km 开始漏失或全部漏失，成为煤矿的主要充水水源。1.1.3 气象及地震本区属暖温带大陆性气候，年平均气温 14.114.9。年平均降水量 580600
3、mm，降雨集中在七、八月份，约占年降水量的 70%以上。年蒸发量 16802041mm，最低气温-8.1，最高气温 38.6，夏季多东南和南风，冬季多西北和北风，年平均风速2.37m/s，最大风速 18m/s。河南省地震局资料记载，本区最大一次地震是 1587 年 4 月 10 日发生在修武县的六级地震，基本烈度为度。1.1.4 矿区经济概况本区矿产资源丰富。矿区工业以煤炭、电力、冶金、耐火材料为主，矿区农业以种植小麦、玉米、红薯等为主，经济作物主要有烟叶、花生、棉花、药材。另外，太行山中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页区旅游业发展势头迅猛，云台山、八里沟等风景名胜全国知名，
4、带动了地区经济的发展。矿区所在辉县市，现有耕地面积 88 万亩，人口 75 万，辖 11 镇 15 乡，534 个行政村1450 个自然村。1.1.5 矿区内矿井生产建设情况区内煤层被新近系、第四系巨厚冲积层覆盖，属全掩盖型煤田。煤层埋藏较深，需要特殊方法建井，建井条件复杂，故区内现无生产小井，仅有程村一座在建矿井。吴村煤矿程村矿井（在建矿井）：位于矿区西北部 F14F15 断层之间，与赵固一矿井田相邻。隶属辉县市管辖，建成后接替现有吴村煤矿。矿井设计规模 0.45Mt/a，开采二1 煤层，煤层厚度平均 5.23m，倾角 35，煤质属低中灰、特低硫、低磷、中高发热量的优质三号无烟煤。开采技术条
5、件简单，属低沼、煤层不易自燃、煤尘无爆炸性，构造复杂程度为中等偏简单类型，水文地质条件为中等类型。矿井设计一对立井开拓，井深521m，水平标高-425m。矿井于 2002 年 6 月实施井筒冻结，冻结深度 485m，为目前建成的全国最深冻结井之一，井筒于 2002 年 9 月开挖，目前该矿井已进入联合试运转阶段。1.1.6 水源及电源情况井田内可供选择的水源有：新近系中部承压水以及处理后的矿井井下排水。利用地下水水质易保证且处理简单，利用矿井排水符合节水政策，因此，设计中两个水源均考虑利用，建井初期生产及生活用水利用新近系砂砾石层地下水，矿井生产期间生产、生活及选煤厂洗煤用水利用处理后的矿井排
6、水。井田周围有李固 110kV 变电站和冯营 250MW 自备电厂以及冀屯 110kV 变电站，相距本矿井分别为 22km、27km 和 3km，为确保矿井供电质量及可靠性，设计利用李固110kV 变电站和冯营 250MW 电厂作为矿井双回供电电源。目前，双回 110kV 输电线路已架设一回至矿井工业广场，另一回正在架设，故电源落实可靠1.2 地质特征1.2.1 井田勘探程度本区以往地质工作始于 1955 年，先后由中南煤田地质局、河南煤田地质局物测队、河南煤田地质局三队和河南煤炭地质勘察研究院在本区进行过地质工作，止 2003 年 8 月，全井田以往施工钻孔 39 孔，工程量 22472.5
7、7m，完成二维地震测线 25 条，剖面长65km，物理点 3936 个。提交的成果有焦作煤田墙南 辉县地区地震勘探报告 、 河南省焦作煤田赵固矿区普查报告 。本次勘探始于 2003 年 10 月，止于 2004 年 6 月，完成钻孔 20 孔，其中一般地质孔14 孔，水文孔 6 孔，工程量 13800m，完成二维地震测线 29 条，剖面长 127km，物理点6660 个，首采区完成三维地震勘探，三维范围在 F16 与 F17断层之间，深部至 6405 孔，中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页浅部至 11901 孔，三维面积 11km2。经过钻探和物探，查明了煤层赋存条件及其开采
8、技术条件，确定了水文地质勘探类型并预算了矿井涌水量。综合历次勘探，全井田范围共施工钻孔 59 孔，平均每平方 km1.24 个钻孔，勘探方法采用了综合勘探方法，地震与钻探相互利用，互为补充，勘探工程层次分明，重点突出，尤其是井底车场及首采区进行了三维地震，大大提高了勘探精度，满足了矿井设计和生产要求。1.2.2 井田煤系地层概述 本区为新近系、第四系全掩盖区，钻孔揭露地层由老到新为：奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组与下石盒子组、新近系、第四系。其中石炭系上统太原组和二叠系下统山西组为主要含煤地层，地层从老到新分述如下：1、奥陶系中统马家沟组（O2m）以深
9、灰色巨厚层状隐晶质石灰岩为主，致密坚硬，裂隙发育，多充填方解石。本组实际厚度大于 400m，揭露厚度 2.25-100.41m，平均 21.10m。 2、石炭系中统本溪组（C2b）底部为铝质泥岩，中部为灰色砂质泥岩，上部为黑色泥岩和砂质泥岩。本组厚3.5719.05m，平均 11.73m。与下伏地层呈平行不整合接触。3、石炭系上统太原组（C3t）由石灰岩、砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层组成，本组下起一 2 煤层底，上至二 1 煤层底板砂岩底，厚 91.28112.90m，平均 105.95m，与下伏地层整合接触。据其岩性组合特征可分为上、中、下三段：（1） 、下段：自一 2 煤层底至 L4 灰岩顶
10、，平均厚度 41.12m。岩性以石灰岩、煤层为主，夹砂质泥岩、泥岩。含石灰岩 3 层（L2L4） ，多为煤层顶板，其中 L2 石灰岩普遍发育，为本区主要标志层，厚 9.2618.46m，平均厚度 14.86m。底部赋存一 2 煤层基本全区可采，一 2 煤层有分岔合并现象。（2） 、中段：自 L4 灰岩顶至 L8 灰岩底，平均厚度 39.02m。以砂岩、砂质泥岩、泥岩为主，底部常有一层中粗粒石英砂岩。灰岩 L5、L6 不稳定，有时相变为砂岩和砂质泥岩。（3） 、上段：自 L8 灰岩底至二 1 煤层底板砂岩底，平均厚度 25.81m。以石灰岩、砂质泥岩、泥岩为主，夹薄煤四层，皆不可采。含灰岩 2
11、层（L8 、L9 ） ，其中 L8 石灰岩普遍发育，厚 0.2511.0m，平均厚 7.80m，为本区主要标志层。L9 石灰岩亦较稳定。4、二叠系下统山西组（P1sh）下起二 1 煤层底板砂岩底，上至砂锅窑砂岩底，厚 66.0189.64m ，平均 77.42m，岩性由砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成，为本区主要含煤地层，含煤三层，其中二 1 煤为主要可采煤层。据其岩性特征自下而上分为二 1 煤层段、大占砂岩段、香炭砂岩段、小紫泥岩段。其中二 1 煤层段和大占砂岩段自二 1 煤层底板砂岩底至香炭砂岩底，厚48.87m，大占砂岩为中粗粒砂岩，厚 1.4918.41m，平均 9.79m，为主要标志层
12、。大占砂岩距二 1 煤层 4.8310.6m，平均 6.27m。本组与下伏太原组地层整合接触。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页5、二叠系下统下石盒子组（P1X）据区内钻孔揭示，仅保留本组下部三、四煤段地层，下起砂锅窑砂岩底，上至基岩剥蚀面，保留厚度 0.90131.00m，平均 42.43m。本组与下伏山西组地层整合接触。6、新近系、第四系覆盖于上述各时代地层之上，由坡积、洪积与冲积形成的粘土、砂质粘土、砾石及砂层等组成。厚 366.68m（7202 孔）808.10m（6810 孔） ，平均 480.02m，且由北而南、由西向东逐渐增厚。中国矿业大学 2012 届本科生毕
13、业设计 第 7 页1.2.3 地质构造中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 8 页井田总体构造形态为一走向北西、倾向南西、倾角 26，局部 8的单斜构造。受区域构造控制，本区构造特征以断裂为主，发育的断层以 NE 向为主。NE 向断层延伸长、落差大、频度高，由西北向东南把整个井田切割为阶梯状长条形断块，且具多期活动性，造成断层两带新生界地层厚度相差较大； 详见主要断层特征表 1-2-1。井田内没有岩浆岩活动。主要断层特征表表 1-2-1产 状 控 制 工 程地 震T1、T 2 断点 级别组别断层名称及编号断层位置走向倾向倾角（度）落差（m）区内长度(km) 测线条A B穿见或控制钻孔控
14、制程度耿村断层F15西北边界NE SE 6575 50160 10.5 23 11 105202、52-1可靠毛屯断层F16井田中部NE SE 6575 15150 11.5 19 14 66006、6806、6805可靠北东向百泉断层F17东南边界NESESW6075 130520 16 29 15 1012001、12202、12001、12206中东部可靠西部略差北西向峪河断层F20西南边界NWSW 70 300700 2.544-3、4403控制差中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 9 页1.2.4、水文地质、区域水文地质特征焦作煤田地处太行山复背斜隆起带南段东翼，其北部为太
15、行山区，天然水资源量38541 万 m3/a，山区出露的石灰岩面积约 1395km2，广泛接受大气降水补给，补给量26.28 m3/s。区内寒武系、奥陶系石灰岩岩溶裂隙发育，为地下水提供了良好的储水空间和径流通道，岩溶地下水总体流向在峪河断裂以北（含赵固一矿井田）为 SE、SW 向，以南为 NW 向，一般在断裂带附近岩溶裂隙发育，常常形成强富水、导水带，如凤凰岭断层强径流带，朱村断层强径流带、方庄断层强径流带等。统计资料显示，岩溶地下水动态大致经历了三个阶段，即：五十年代中期到六十年代中期的基本天然状态；六十年代中期到七十年代末期的平水期过量开采状态；七十年代末到二十世纪初的枯水期过量开采状态
16、，各期数据变化详见表 1-2-2。总的来看，如果没有丰水年的降水补给，区域岩溶地下水平衡状态基本已被打破，水位连年下降已成定势。焦作煤田岩溶地下水变化历时统计表 表 1-2-2 水文年 年代 历时（年） 降雨量（mm） 排水量（m3/s ） 水位降低（m） 最低水位（m） 水位年变幅(m)丰水期 5264 12 826.1 1.501 100 816平水期 6577 13 711.87 4.694 9.0 91 5.8枯水期 7886 8 662.3 9.939 6.0 85 6.2、井田水文边界条件及水文地质勘探类型赵固勘探区北东向断层发育，自西而东有、F15、F16 、F17 断层，呈近平
17、行展布，将区内煤层分割成多个断块，诸断块由西而东呈阶梯状逐级下降，埋深加大，加上勘探区最西部九里山断层为区域性导水大断层，其余北东向断层亦均为导水断层，故本区西北部成为供水边界和主要来水方向；东南部边界应属疏水边界；南部峪河断层(F20) 落差300700m，使本区煤层底板灰岩含水层与邻区新生界地层对接，成为本区一条横向阻水边界。北东部为煤层及灰岩隐伏露头区，由于断层切割，使得奥陶系、太原组灰岩含水层在此成为一个复杂的含水系统，天然状态下北东部露头地带不是来水方向，但是人工疏排时有回补矿区的可能，因此应视为一自然边界。太原组上段 L8 石灰岩为二 1 煤层主要充水含水层，综合边界条件和矿区构造
18、控水特点分析，本区二 1 煤层水文地质勘探类型为第三类第二亚类第二型，即以底板进水为主的岩溶充水条件中等型矿床。、井田主要含水层及隔水层1、含水层、中奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层由中厚层状白云质灰岩、泥质灰岩组成，本区揭露最大厚度 100.79m，一般揭露厚度812m，含水层顶板埋深 437.26834.61m，上距 L2 灰岩一般 19m，距二 1 煤层一般中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 10 页118.26142.58m，正常情况下不影响煤层开采，但在断裂构通情况下对矿井威胁大。该含水层在古剥蚀面的岩溶裂隙发育，钻孔漏失量 12m3/h，12203 孔抽水单位涌水量 0.226
19、l/s.m，渗透系数 0.701m/d，稳定水位标高 87.01m。、太原组下段灰岩含水层由 L2、L3 灰岩组成，其中 L2 灰岩发育较好，厚度由西向东、由浅而深变厚，一般厚 15m，最厚 18.98m(7203)。据 18 个钻孔统计，遇岩溶裂隙涌漏水钻孔 3 个，占揭露总孔数的 16.7%，涌、漏水钻孔主要分布在断层两侧和附近，6809 孔涌水量 4.0m3/h，区内近似水位标高+86.2m 。区外 6002 孔抽水单位涌水量 1.090l/s.m，渗透系数 9.87m/d，为富水性较强的含水层。该含水层直接覆盖于一 2 煤层之上，上距二 1 煤层89.27104.36m，为二 1 煤层
20、间接充水含水层。、太原组上段灰岩含水层主要由 L9、L8、L7 灰岩组成，其中 L8 灰岩发育最好，据揭露该层灰岩含水层的 34个孔统计，含水层厚度一般 811m，平均 8.75m，最厚 11.50m（7603 孔） ，灰岩岩溶裂隙较发育，连通性较好，在倾向上好于走向。统计漏水 6 孔，占揭露总孔数的 17.65%，漏水钻孔主要分布在古剥蚀面、北东面断层及露头附近，漏水量 0.1212.0 m3/h。钻孔抽水单位涌水量 0.5507L/s.m，渗透系数 9.8210.94m/d，水位标高 87.9288.85m ，比前两年水位升高 36m，为中等富水含水层。 PH 值为 7.78.35。该含水
21、层上距二 1 煤层 24.0839.89m，平均 31.94m，为二 1 煤层底板主要充水含水层。L8 灰岩含水层天然与人工流场图见图 1-2-1。、二 1 煤顶板砂岩含水层主要由二 1 煤顶板大占砂岩和香炭砂岩组成，厚度一般 2.867.99m （113 层）,揭露 34 孔未发生涌、漏水现象。井检 1 孔抽水单位涌水量 0.000736l/s.m，渗透系数0.00858m/d，水位标高 84.51m，属弱富水含水层。、风化带含水层由隐伏出露的各类不同岩层组成，厚度 1550m，一般 2035m ，除石灰岩风化带含水层富水性较强外，其它砂岩、砂质泥岩等岩层属弱含水层到隔水层，局部为弱透水层。
22、11901 孔抽水，单位涌水量 0.0000826L/sm，渗透系数1.12m/d。、新近系中底部砂砾石含水层新近系中部存在 13 层中、细砂，含乘压水，井检 1 孔抽水单位涌水量 0.393 l/s.m，渗透系数 2.082 m/d，水位标高 87.61m，属中等富水含水层，PH 值为 7.82。本井田范围内，新近系底部未见砂砾石层（俗称“底含” ）含水层，底部砾石为古河床相，主要分布在勘探区西、东部，由砾石、砂砾石组成，呈半固结状态，其渗透率介于含水与弱透水之间，属弱富水含水层，对矿床影响不大。、第四系含水层主要由冲积砾石和细至中粗砂组成，级配差别大，多位于中上段。普查区西部山前多为砾卵石
23、层，含水层埋藏较浅，厚度 5.016.1m ，含水丰富；中、东部多为砂、砾石含水层，多层相间分布，调查含水层厚度 11.735.95m ，富水性较强。区内民用机井简易抽水试验，单井单位涌水量 14.38l/s.m；水位标高 75.5783.64m ，pH 值呈中性。由中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 11 页于含水层埋藏浅易受环境污染，所采三组水样的大肠菌群、细菌总数均严重超标。2、隔水层、本溪组铝质泥岩隔水层系指奥陶系含水层上覆的铝质泥岩层、局部薄层砂岩和砂质泥岩层，全区发育，厚度 2.8028.85m，分布连续稳定，具有良好的隔水性能。、太原组中段砂泥岩隔水层系指 L4 顶至
24、L7 底之间的砂岩、泥岩、薄层灰岩及薄煤等岩层，该层段总厚度28.9453.25m，以泥质岩层为主体，为太原组上下段灰岩含水层之间的主要隔水层。、二 1 煤底板砂泥岩隔水层系指二 1 煤底板至 L8 灰岩顶之间的砂泥岩互层，以泥质类岩层为主。该段的总厚度为 24.0839.89m，平均 31.94m，其分布连续稳定，是良好的隔水层段，但遇构造处隔水层变薄，隔水性明显降低。、新近系泥质隔水层由一套河湖相沉积的粘土、砂质粘土组成，厚度 215571m ，呈半固结状态，隔水性良好，可阻隔地表水、浅层水对矿床的影响。、矿床充水因素分析1、地表水和新生界孔隙水距二 1 煤层间距大，其间有 366594m
25、 粘土相隔，对矿床无充水意义。表土段底部在本井田未见“底含”分布，勘探区西、东部存在的底部砾石层多被粘土胶结，其渗透率介于含水与弱透水之间，属弱富水，对矿床影响不大，但在基岩厚度较薄处应引起重视。2、二 1 煤层顶板砂岩裂隙含水层富水性弱，易疏排。3、太原组上段灰岩含水层为二 1 煤层底板直接充水含水层，其水量较丰富，水头压力大，补给强度中等。正常情况下，由于二 1 煤层底板隔水层（2440m ）的存在，不会造成直接充水，但在构造断裂带和隔水层变薄区，底板灰岩含水层具充水威胁。4、本井田北东向断裂构造较发育，断层均为导水断层，富水性强，对开采威胁大。5、井田北浅部灰岩隐伏露头地带，汇集了丰富的
26、岩溶裂隙水，未来矿井大降深排水时，会形成回流，成为二 1 煤层充水水源。、预算矿井涌水量正常涌水量 最大涌水量 全矿井550.3 m3/h 650.6 m3/h1.3 煤层特征1.3.1 煤层井田含煤地层为石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组。含煤地层总厚中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 12 页237.53m，划分 5 个煤组段，含煤 21 层，煤层总厚 11.41m，含煤系数 4.80%。山西组和太原组为主要含煤地层，山西组下部的二 1 煤层和太原组底部的一 2 煤层为主要可采煤层，其余煤层偶尔可采或不可采，可采煤层总厚 9.51m。1、二 1 煤层：赋存于山西组下部，上距大
27、占砂岩 4.8310.6m ，平均 6.27m，距砂锅窑砂岩 49.175.33m，平均 58.20m；下距 L8 灰岩 24.0839.89m ，平均 31.94m，其层位稳定。井田内计有 38 孔穿过二 1 煤层，全部可采，煤层厚度 1.217.10m ，平均 5.29m，其中煤厚 3.58.0m 的钻孔 36 个，占见煤钻孔的 94.7%。煤厚变异系数 0.22，标准差1.18，可采性指数 100%，属全区可采的稳定型厚煤层。二 1 煤层厚度变化小，且变化规律明显。井田南西部厚度较小，一般 3.84.15m，其余块段除断层边缘零星分布有 4 点煤厚小于 4m 外，绝大多数点煤层厚度均稳定
28、在5.56.96m。初期采区统计见煤点 22 个，煤层厚度 3.926.96m，除去一个最厚点和一个最薄点，平均煤厚 6.14m。38 个钻孔中有 24 孔见二 1 煤层有夹矸，其中夹矸 1 层者有 16 孔，2 层有 5 孔，3 层有 3 孔，夹矸厚度 0.050.42m，多为炭质泥岩和泥岩，故煤层结构简单。二 1 煤层赋存标高-320-760m。2、一 2 煤层：赋存于太原组底部，上距二 1 煤层 106.96121.47m ，平均 116.26m，下距奥陶系顶界面 3.5719.05m，平均 11.73m。全区 41 孔中，14 孔穿见，全区可采，揭露煤厚 1.385.68m，平均 3.
29、62m。煤层结构简单较复杂，一 2 煤局部分叉为一 21、一 22、一 23，分叉后下部两层煤属局部可采或偶尔可采煤层。由于一 2 煤下距奥陶系灰岩仅有 11.73m，其直接顶板又为 L2 强灰岩含水层，处于两强含水层之间，水文地质条件极复杂，且煤质属中灰、高硫煤，属政策限采煤层，未列为勘探对象，设计暂不考虑开采。1.3.2 煤质二 1 煤以块煤为主，夹有少量粒状煤。块煤强度大，坚硬，钻孔煤芯资料统计，块煤产率平均约为 89.7%，平面分布大致有自西向东、从北向南逐渐增高的趋势。视密度1.46。二 1 煤原煤灰分为 10.0315.59%，平均 12.77%，属低中灰煤；原煤硫分为0.280.
30、49% ，平均 0.38%，属特低硫煤形态以有机硫为主，次为硫化铁硫；磷含量为0.027%，为低磷煤。原煤挥发份产率 5.7111.18%，平均 7.93，水分 1.33%，原煤恒容低位干燥基发热量 28.7331.50MJ/kg，平均 29.90MJ/kg。二 1 煤属高强度煤，抗碎强度平均为 68.6%65，可磨性指数为 3440，属难磨煤。二 1 煤属弱结渣性，高熔灰分煤。综上所述二 1 煤层为低中灰、特低硫、低磷、高熔融性、高强度、弱结渣性，不易破碎的高发热量三号无烟煤。其块煤产率较高，块煤可做化工造气，末煤可用作高炉喷吹、动力或民用燃料。二 1 煤风氧化带推定为基岩面以下垂深 10m
31、。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 13 页1.3.3 顶、底板工程地质条件1、新生界冲积层条件新生界平均厚度 480.02m，上部第四系为一山前冲积沉积，第四系底部为冲、洪积卵石层，富水程度较强；下部新近系大部分为粘土、粉砂质粘土，其次为中、细砂，部分受上覆土层自重压力影响，部分呈半固结状态。粘土、粉砂质粘土抗压强度0.1472.373MPa，内聚力 0.00390.481 MPa，塑限 10.622.7%，膨胀率 1.1535.03%，孔隙比 0.310.65，含水量 9.421.2%。2、煤层顶板基岩保留层条件煤层顶板基岩主要为山西组和下石盒子组地层，厚度一般大于 30m，不
32、足 30m 的范围：在 F16 断层以北分布于 11201 孔东侧；F16 和 F17 之间分布有三处，一是1220511901 孔一线，宽度 8001500m，第二处是 7304 孔至 F17 之间，第三处是煤层露头附近，宽度 200500m。总体趋势是由东向西逐渐增厚，煤层顶板基岩厚度小于 30m 范围多为破碎状态，结构疏松，30m 以下基本保留原岩特征。3、煤层顶、底板工程地质条件二 1 煤顶板：直接顶厚度一般 36m，岩石完整性与稳定性均较好，顶板易于管理。岩性有砂质泥岩及粉矿岩、泥岩和少部分砂岩。分布情况为：F16F17 块段中部（含首采区）和 F15F16 块段浅部 6004 孔以
33、浅，直接顶为砂质泥岩和粉砂岩， 11602 孔和11902 孔周围直接顶为砂岩，其余范围包括 F16 F17 块段浅部和整个井田深部均为泥岩顶板。按面积统计，砂岩顶板占 5，粉砂岩和砂质泥岩占 35，泥岩占 60。砂质泥岩抗压强度 8.523.2MPa，属半坚硬岩类。零星分布的伪顶厚 0.30.5m，随采随落。老顶多为 812m 中粗粒砂岩（大占砂岩） ，局部相变为砂质泥岩，吸水后抗压强度16.479.9MPa，岩石坚硬、稳定性较好。二 1 煤底板：底板以泥岩、砂质泥岩为主，二 1 煤下部到第一层石灰岩之间厚度8.3227.8m，一般 1015m，底板岩层总体完整性较好，但部分泥岩底板有泥化现
34、象。与顶板大占砂岩相对应，底板有中细粒砂岩，厚 7.8m 左右。1.3.4 主采煤层的特征一、煤质资料矿井主采二 1 煤。1、煤的物理性质二 1 煤为灰黑至黑灰色，条痕为灰黑色，似金属光泽，以贝壳状断口为主，局部为掺差状。以块煤为主，夹有少量粒状煤，块煤强度大，坚硬。视密度平均 1.46，真密度平均 1.65。二 1 煤宏观煤岩组分以亮煤为主，暗煤次之，含丝炭透镜体，属光亮型半亮型。1.3.5 煤的化学性质和工艺性能（1）灰分中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 14 页本矿区二 1 煤灰分（Ad）为 10.0315.59，平均 12.77，为低中灰分煤。（2）硫分 二 1 煤原煤硫分
35、（St，d）为 0.280.49，平均 0.38，为特低硫煤。硫成分以有机硫为主，次为硫化铁硫，硫酸盐硫很少，经洗选后全硫含量变化不大。（3）水分二 1 煤原煤水分（Mad）为 0.553.91，平均 1.33。（4）挥发分二 1 煤原煤挥发分（Vdaf）为 5.1711.18，平均 7.93。浮煤挥发分产率平均值为 5.88。（5）发热量二 1 煤原煤恒容干燥基高位发热量（Qgr，v，d）为 28.2232.08 MJ/kg，平均30.36MJ/kg。原煤恒容干燥基低位发热量（Qnet，v，d）为 28.7331.50 MJ/kg，平均29.90MJ/kg。浮煤恒容干燥基低位发热量（Qnet
36、，v，d）为 32.1933.63 MJ/kg，平均33.18MJ/kg。（6）元素组成二 1 煤原、浮煤元素分析结果见表 711。二 1 煤以碳元素为主，其次为氢元素。表 711原煤（） 浮煤（）煤层Cdaf Hdaf Ndaf O+Sdaf Cdaf Hdaf Ndaf Q+Sdaf二 1 93.37 3.15 1.09 2.39 93.93 3.10 1.09 1.88（6）有害元素二 1 煤有害元素氟、氯、砷含量较低。磷含量平均为 0.027，属低磷煤；氯含量平均为 0.011，属特低氯煤；砷含量属一级砷煤；煤中氟、硒有害元素的含量低于顶、底板及夹矸，铅则反之。煤中有害元素的含量经浮选
37、后均有所下降，而顶、底板及夹矸中氯、砷、镉、铬、汞元素含量高于煤层。因此，应加强煤炭洗选，降低有害元素含量。3、工艺性能（1）抗碎强度与可磨性二 1 煤抗碎强度 SS 平均值为 68.60，为高强度煤；可磨性指数 HGI 为 34，为难磨碎煤。（2）煤灰成分与煤灰熔融性二 1 煤煤灰成份以硅、铝氧化物为主，约占 71.01，次为氧化钙、三氧化二铁和三氧化硫，约占 22.05。经对二 1 煤灰熔融性测试分析，煤灰中难熔的硅、铝氧化物含量较高，软化温度 ST 大于 1376，属高熔灰分煤。（3）煤的结渣性二 1 煤结渣性试验表明二 1 煤属弱结渣性煤。（4）热稳定性二 1 煤热稳定性试验结果表明二
38、 1 煤属于高热稳定性煤，可作为合成氨和高炉喷吹用煤。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 15 页（5）泥化特征二 1 煤泥化试验结果表明二 1 煤顶板无明显泥化现象，夹矸煤有轻微泥化现象，底板部分有明显泥化现象。因此井下开采时应加强对煤层夹矸及底板管理。4、煤类依据中国煤炭分类国家标准GB5751-86 ，由于二 1 煤浮煤 Vdaf 为 5.88，Hdaf为 3.10，Rmax 为 2.71，焦渣特性为 2，因此确定为无烟三号煤（WY3） 。1.3.6 瓦斯本区以往地质工作二 1 煤层集气式采瓦斯样 5 个，解吸法采瓦斯样 3 个，本次地质勘探解吸法采瓦斯样 9 个，采样深度 4
39、21.2815.3m，并进行了瓦斯成分、含量测定，测定结果见表 1-2-3。由表 1-2-3 可知，二 1 煤层瓦斯成分中以 N2 为主，占 58.46%，CH4 成分占26.14%，通常情况下，瓦斯成分中 CH4 成分小于 80%，称为瓦斯风化带，本井田 CH4 成分远小于 80%，二 1 煤层处在 CH4 成分极小的瓦斯风化带之中。瓦斯含量中 CH4 含量在09.96ml/g，二 1 煤层 15 个瓦斯取样点测试，除 1 孔位于井田最深部（11807）含量9.96ml/g 外，余下 14 个孔最高 CH4 含量 4.93ml/g，其中有 7 孔 CH4 含量小于 0.1ml/g，平均 2.
40、02ml/g。根据 CH4 含量按照最新颁发的矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ 行业标准） ，预测未来矿井生产相对瓦斯涌出量 5.06m3/t，绝对瓦斯涌出量 30m3/min，矿井应属低瓦斯矿井。矿井建设到目前为止，已掘进煤巷数千米，巷道瓦斯涌出量很小，实测仅有0.30.4m3/min。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 16 页二 1煤层瓦斯测试结果表表 1-2-3 瓦斯成分（% ）瓦斯含量（ml/g r）O2（%）煤质分析（%）煤层统计结果 CO2 CH4 N2 CO2 CH4 N2 自然加热Mad Ad最大值30.37 82.96 90.42 0.77 9.96 4.30 14.
41、28 6.18 2.35 39.10最小值1.42 0.00 10.59 0.24 0.00 0.38 1.07 0.24 0.36 4.90平均值15.40 26.14 58.46 0.51 2.02 1.31 5.89 1.83 0.94 14.15二1点数 13 13 13 14 14 14 13 14 14 14分析本井田瓦斯较低的原因是：井田构造以断裂为主，断裂构造具有多期活动性，使煤系地层经历了长期暴露和强裂剥蚀，原始含气量降低，加之煤层上覆基岩残留较薄，覆盖松散地层巨厚，断层形成的断块和张性裂隙较发育，为瓦斯逸散又提供了良好通道，从而造成本井田瓦斯普遍较低。1.3.7 煤尘爆炸性
42、测定 5 个点 8 个样，无火焰产生，二 1 煤鉴定无煤尘爆炸危险性。1.3.8 煤的自燃测定 5 个点 8 个样，还原样与氧化样着火点温度之差为 916，均小于 25，故二1 煤层属不易自燃煤层。1.3.9 地温赵固勘探区普查阶段进行了 8 个孔简易测温，最大测温深度 760m（4403 孔） ，最高温度 20.4（11602） ，平均地温梯度 0.7/百米，二 1 煤层底板温度 15.818.2，全区中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 17 页二 1 煤层无热害，地温正常。第二章 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1 矿区范围与井田划分本井田位于赵固矿区内。赵固矿区位于焦作煤
43、田东部，矿区西南以峪河断层(F20) 及二 1 煤-1100m 底板等高线为界，西及西北部以耿村断层（ F15）为界，北及东北部以一 1煤层露头为界，东部以石庄断层(F9)为界，东西长约 23km，南北宽 2.510km ，矿区面积 161.17km2。由于受构造影响，整个矿区煤田沿走向被北东向发育的 F15、F16、F17 及 F17-1、F18 、F19 五组断层切割成四个块段，块段之间煤层上下错断 50500m，最小者为 F16 断层 50150m 左右，最大者为 F17 及 F17-1 断层达 500m，各块段煤层赋存深度自西北向东南呈阶梯状逐级下降。考虑到 F17 及 F17-1 断
44、层断距较大，整个矿区建一对矿井开发，井下巷道不仅穿越断层多、风险大、不安全，而且井下水平多、开拓部署困难，在断裂构造较发育的条件下，全矿区建一个矿井，其开发强度过大，中、后期保产困难，技术经济不合理。鉴于此，根据矿区地质条件和煤层分布情况，全矿区规划为两对矿井，两矿井之间以 F17 断层为界，F17 断层以西为赵固一矿， F17 断层以东为赵固二矿，矿区先期勘探开发赵固一矿。2.1.2 井田境界赵固一矿井田西北起 F15 断层，东南止 F17 断层，东北起二 1 煤层隐伏露头，西南止 F20 断层和 F17 断层西段2.1.3 井田尺寸井田的最大走向长度 5.5 km，最小长度 2.1km，平
45、均长度 3.8km。井田倾斜方向的最大水平长度 11km，最小水平长度为 9.5km，平均水平长度为 10.5 km。煤层的倾角最大为 6，最小 2，平均为 4 。井田的水平面积按下式计算：S = S 1 + S2 式中： S井田的水平面积， m2；S 1 井田上部的水平面积， m2；中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 18 页S2 井田下部的水平面积， m2；H井田的平均水平长度，m；L井田的平均走向长度，m。则井田的水平面积为：S9.62+10.32.1 40.8 (km2)2.1.3 矿井地质资源/储量采用地质块断法计算矿井地质资源量，地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征
46、，将矿体划分为若干块段，在圈定的块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量。煤层总储量即为各块段储量之和，每个块段内至少应有一个以上的钻孔。煤层储量的计算公式为：（公式 2-2-1） 1Q、 2 分别为各块段的储量，万 t ；n、 分别为各块段的面积，m2；S、 分别为各块段内煤层的平均厚度；M、 分别为各块段内煤层的容重，容重取 1.46 t/m3，12n块段的面积 S 必须采用真面积（即煤层斜面积） 。用煤层底板等高线上的水平投影面积换算成真面积。地质勘探情况，将矿体划分为 5 个块段（见图 2-1-1） ，在各块段范围内，用算术平均法求得每个块段的储量，煤层总储量之和。矿井地质资源储量
47、表地质块段区域平均倾角（）块段实际面积平均厚 度 煤层容重 块段地质储量1 4 6.38 4.5 1.46 41.92 4 7.52 5.5 1.46 60.383 8 7.9 4.5 1.46 51.911QSM22nn123.nQ中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 19 页4 4 7.3 6 1.46 63.945 4 13.64 6.1 1.46 121.47综合上述各个块段的煤炭总和：地质资源储量为 Zg=339597840t。2.1.4 工业储量计算矿井工业资源储量计算：Zg=Z111bZ 122bZ 2M11Z 2M22Z 333k式中 Zg矿井工业资源储量，万 t；Z1
48、11b探明的资源量中经济的基础储量，万 t；Z122b控制的资源量中经济的基础储量，万 t；Z2M11探明的资源量中边际经济的基础储量，万 t；Z2M22控制的资源量中边际经济的基础储量，万 t；Z333k推断的资源量；k可信度系数，取 0.7-0.9，地质构造简单、煤层赋存稳定取 0.9；地质构造复杂、煤层赋存不稳定取 0.7，因本井田地质构造简单、煤层赋存稳定，故取0.9。根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推断的。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，则矿井工业资源储量由上式计算：Z111b=33959.78460%70%=14263 万 tZ122b=33959.78430%70%=7131.55 万 tZ2M11=33959.78460%30%=6112.76 万 tZ2M22=33959.78430%
