1、目 录全套 CAD 图纸，联系 153893706一般设计部分1 矿井概述及井田地质特征 .11.1 矿区概述 11.1.1 矿井地理位置、地形特点和交通条件概述 11.1.2 交通位置 11.1.3 地形、地势 11.1.4 气侯条件及地震资料 21.1.5 矿区经济条件 .21.1.6 矿区水文情况 21.1.7 矿区人文情况 21.2 井田地质特征 21.2.1 井田范围 21.2.2 井田地势 31.2.3 井田勘探程度及煤系地层概述 31.2.4 井田地质构造 61.2.5 井田的水文地质特征 81.2.6 地温特性 91.3 煤层特征 91.3.1 煤层 91.3.2 可采煤层特征
2、 91.3.3 煤质 91.3.4 瓦斯、煤尘、煤的自燃性 102 井田开拓 .112.1 井田境界及可采储量 112.1.1 井田境界 112.1.2 井田储量 112.1.3 矿井设计生产能力及服务年限 142.2 井田开拓 162.2.1 矿井开拓的基本问题 162.2.2 矿井基本巷道 212.2.3 大巷运输设备选择 272.2.4 矿井提升 .313 采煤方法及带区巷道布置 353.1 煤层地质特征 353.2 带区巷道布置及生产系统 353.2.1 带区位置 353.2.2 采煤方法及工作面长度的确定 353.2.3 带区巷道布置 353.2.4 工作面接替顺序 363.2.5
3、生产系统 363.2.6 巷道掘进方法 373.2.7 带区的生产能力和带区采出率 373.2.8 带区车场 .383.3 采煤方法 403.3.1 采煤工艺方式 403.3.2 回采巷道布置 504 矿井通风 .534.1 矿井通风系统选择 534.1.1 矿井概况 534.1.2 矿井通风系统的基本要求 534.1.3 矿井通风类型的确定 534.1.4 主要通风机工作方法的确定 564.2 带区通风 574.2.1 带区通风 574.2.2 工作面通风 584.2.3 通风构筑物 604.2.4 工作面风量计算 604.3 掘进通风 624.3.1 掘进通风方法 .624.3.2 掘进工
4、作面需风量计算 634.3.3 掘进面的设计 644.4 硐室风量计算 664.4.1 井下各硐室 664.4.2 其它巷道所需风量 664.4.3 备用面所需风量的计算 664.4.4 矿井总风量计算 664.4.5 带区风量计算 674.4.6 风量分配和风速验算 684.5 矿井通风阻力计算 694.5.1 矿井通风时期和困难时期的确定 694.5.2 矿井通风阻力计算方法 734.6 矿井通风机的选择 .764.6.1 矿井的自然风压 764.6.2 初选通风机 774.7 矿井反风 804.8 概算矿井通风费用 805 矿井安全技术措施 .825.1 水灾的预防 825.2 矿井火灾
5、 .825.2.1 矿井自然发火概况 .825.2.2 矿井自然发火分析 .825.2.3 防止煤层自燃发火的预报及监测措施 .825.2.4 防灭火措施 .835.3 矿井瓦斯 .845.3.1 矿井瓦斯地质条件 .845.3.2 矿井及采区瓦斯涌出概况 .845.3.3 矿井瓦斯防治措施 .855.4 矿尘 .855.4.1 矿尘情况 .855.5 事故预防及处理计划的编制 .915.5.1 井下防爆及隔爆 .915.5.2 井下火灾的预防和处理 .92专题设计部分 .951 井口加热概述 951.1 研究背景及其意义 951.2 国内外研究现状 951.2.1 井筒防冻国内外研究现状 9
6、52 井筒防冻理论分析研究 972.1 井筒防冻的主要特点分析 972.1.1 井口房不密闭的加热方式 972.1.2 井口房密闭的加热方式 992.2 专题选型 1002.3 供暖方法及供暖系统形式 1022.4 并筒防冻空气加热量的计算 1032.4.1 计算参数的确定 1032.4.2 空气加热量的计算 1033 结论 105翻译部分 .108英文原文 .108中文译文 .113参考文献 .118致 谢 .119一般部分中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页1 矿井概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 矿井地理位置、地形特点和交通条件概述平顶山天安煤业股份有限公司二
7、矿(以下简称二矿)位于平顶山煤田中部，属平顶山煤田。地理坐标：东经 1131630至 1131930，北纬 334500至 334600。孟 津洛 阳 市 偃 师 巩 县 荥 阳 郑 州新 密登 封 新 密 矿 区偃 龙 矿 区 中 牟新 郑荥 阳 矿 区登 封 矿 区 临 汝 禹 县 矿 区 禹 县许 昌郏 县韩 梁 矿 区 宝 丰汝 阳 长 葛襄 城平 顶 山平 顶 山 矿 区 临 颖临 汝 矿 区 平 煤 二 矿白 沙大 安 漯 河图 1.1 二矿交通位置图1.1.2 交通位置 矿区交通十分方便。铁路方面：二矿至平顶山站 4 公里，由该站往东至孟庙火车站约 70 公里与京广线相接，向西至
8、宝丰火车站约 28 公里与焦枝线相接。煤矿专用铁路通过矿内与国铁接轨；公路方面：以平顶山市为交通枢纽，有高速公路和省级公路与周围各县市相沟通。交通比较方便。1.1.3 地形、地势平顶山矿区处于低山丘陵向平原过渡的地带，地面海拔标高 200500m，呈西北高、南东低的地势，地面相应位置为落凫山脊及南坡，为南北分水岭，河流属于淮河水系，主要河流有沙河和汝河，发源于伏牛山东，自西向东分别流经煤田的南部和北部，并于中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页东部的马湾附近汇合。地面重要建筑物有平顶山电视台落凫山转播塔、油库、村庄等。平顶山煤田处于秦岭纬向构造带的东延部位，淮阳山字型构造的西翼反
9、射弧顶部，为纬向构造及淮阳山字型构造的复合部位，既受纬向构造带的控制，又受淮阳山字型构造的影响。所以，整个平顶山煤田形成了一系列北西向复式褶皱构造形态，伴随着以北西向为主的张扭及压扭性断裂和次一级的北东向张扭性断裂，控制了整个煤田的构造形态。1.1.4 气侯条件及地震资料 本矿所属区域属于大陆性半干旱气候，年蒸发量大于降雨量，夏季炎热，冬季寒冷。历年年平均气温为 15。每年 1 月平均气温最低，历年 1 月平均最低气温6。每年 7 月平均气温最高，历年 7 月平均气温 31.4。气温-18.842.6。年降雨量 373.9-1323.6mm，平均降雨量 742.6mm。雨季集中在 7、8、9
10、三个月。年蒸发量 1490.5-2825.0毫米。平均绝对湿度 13.2 毫米，平均相对湿度 67%。冰冻期一般是 11 月到次年 3 月，最大冻土深度 14 厘米。年平均风速 4.2m/s，最大风速 24 米/秒，风向北西、北北西、北东，常年主风向为北东。本区属地震烈度度区，按中国地震动参数区划图 （GB18306-2001 ）,本区属地震动峰值加速度分区为 0.05g,据历史记载，河南省有史以来的 8 次大地震中，7 次对本地区有较大的破坏。1.1.5 矿区经济条件平顶山是我国新兴的煤炭工业基地之一，主要工业有炼焦、机械、化肥、电力、纺织等，农产有小麦、豆类、玉米、烟草、棉花等。劳动力资源
11、较充足。1.1.6 矿区水文情况本区属大陆性半干燥湿度不足带，年平均降雨量为 742.73mm，雨季集中在 7、8、9三个月。井田内没有大的河流，只有季节性小溪冲沟。地表水、地下水水质量较好，能满足工农业及生活要求。农村居民饮用水基本上为地下水，城镇居民饮用水基本上为经处理后的水库水。1.1.7 矿区人文情况本地区良好的基础教育设施条件，受教育的水平比较高，本矿业集团还有自己的培训学校。集团还比较重视职工的科技文化生活，经常举办科技文化竞赛、文化晚会等文化活动，大大丰富了职工的精神生活，提高了职工的精神文化素质。1.2 井田地质特征1.2.1 井田范围 井田范围：西部浅部与三环公司、深部与四矿
12、相邻；北部以己 15 煤层-400 煤层底版中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页等高线为依据，与一矿相邻；东部与天力公司吴寨矿相邻；南部到煤层自然风化带。本井田浅部走向长 3.4km，深部走向长 4.1km，井田倾向长 1.53.6km。井田面积约12.16km。1.2.2 井田地势平顶山矿区处于低山丘陵向平原过渡的地带，地面海拔标高 130460m，呈西北高、南东低的地势，地面相应位置为落凫山脊及南坡，为南北分水岭，河流属于淮河水系，主要河流有沙河和汝河，发源于伏牛山东，自西向东分别流经煤田的南部和北部，并于东部的马湾附近汇合。二矿井田内没有大的河流，只有季节性小溪冲沟。整个
13、平顶山煤田形成了一系列北西向复式褶皱构造形态，伴随着以北西向为主的张扭及压扭性断裂和次一级的北东向张扭性断裂，控制了整个煤田的构造形态。1.2.3 井田勘探程度及煤系地层概述井田的勘探程度：全区经过普查、详查、精查勘探及使用综合勘探的精查补充勘探后，使完成勘探线 7 条，平均间隔 500m；钻孔 60 个。根据勘探情况，矿区的地质条件已基本清楚。井田位于平顶山煤田中部，井田范围内基本为由南向北倾斜的单斜构造，井田内出露的地层有：寒武系，石炭系、二叠系、第三系、第四系。其中井田内含煤地层有太原组、山西组、下石盒子组和上石盒子组的下段。煤系下伏地层为石炭系本溪组的铝土泥岩。上覆地层为上石盒子组上段
14、的平顶山砂岩。含煤地层中泥岩、页岩和细碎屑岩所占比例较大，储气性较好。现将区内含煤地层分述如下：1.煤系下伏地层寒武系（）1）中统徐庄组（2x）下部灰、青灰色中厚层状泥质条带灰岩、白云质灰岩、鲕状白云质灰岩与黄绿色砂质泥岩，底部为褐色海绿石石英细砂岩；中部灰深灰色中层状泥质条带白云质灰岩，鲕状白云质灰岩与黄绿色砂质泥岩互层；上部为灰深灰色厚层状灰岩，间夹绿色页岩、鲕状灰岩、致密灰岩及含海绿石砂岩、灰岩。厚 50250m 。2）中统张夏组（2Zh）下部为灰深灰色厚层鲕状灰岩，间夹致密块状灰岩、泥质条带灰岩、豆状灰岩；上部为深灰色厚层状白云质灰岩、具不明显鲕状灰岩。厚 60220m 。3）上统固山
15、组（3g）灰深灰色厚层状白云质灰岩，具不明显细鲕状结构，顶部风化后呈灰黑色，产三叶虫化石。钻孔揭露厚度50m。2.石炭系上统太原组（C3t）为含煤地层第一含煤段，底界以铝土泥岩与下伏地层成平行不整合接触。顶界止于本组 L1 灰岩顶面或泥灰岩之上的黑色海相泥岩之顶。厚度 4780m，平均厚 66.28 米。由煤层、灰岩、泥岩、砂质泥岩及砂岩组成。含灰岩 411 层，常见 7 层。依据岩性组和特征可划分为四段，即：底部铝土泥岩段；下部灰岩段；中部砂泥岩段和上部灰岩段。1）底部铝土泥岩段：厚 3.812.2m，平均厚 5.53m。由浅灰色乳白色铝土泥岩组成，具豆状及鲕状结构；下部夹紫褐色斑块，含黄铁
16、矿集合体及大量黄铁矿结核，局部中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页地段硫铁矿富集。铝土泥岩品位差，价值不大，显然系风化富集而成。2）下部灰岩段：厚 1434m，平均 20.69m。由四层浅灰深灰色生物碎屑泥晶灰岩间夹砂质泥岩组成。灰岩中盛产动物化石，一蜓科居首，珊瑚、腕足类、海百合，苔藓虫及孔虫次之。3）中部砂泥岩段：厚 1653m，平均厚 28.83m。在本区不十分发育。有灰深灰色砂质泥岩、中细粒砂质及不稳定的生物碎屑灰岩和 24 层极不稳定薄煤层组成。砂岩层面上富含白云母碎片，泥岩中含完整植物化石。4）上部灰岩段：厚 3.220.00m，平均厚 11.23m。由 14 层深
17、灰色生物碎屑泥晶灰岩、砂质泥岩、细粒石英砂岩及 13 层不稳定薄煤层组成。L3 和 L4 灰岩常合并出现，含大量燧石结核及燧石条带。L1 灰岩极不稳定，有时相变为泥灰岩或砂质泥岩，其顶界构成太原组与山西组分界。灰岩中含蜓科、海百合茎、介形虫、腕足类等动物化石。砂质泥岩及粉砂岩中含动物化石。鉴于上述化石组合，本区太原组相当华北聚煤盆地北带和中带的中上部。上下两段以灰岩为主，而中段砂质泥岩居首，与北、中带不同。其生物组合和岩性面貌都与豫东两淮煤田相似，体现了华北聚煤盆地南带的特征。3.二叠系（P）1）下统（P1 ）（1）山西组（P11 ）：厚 80119m，平均厚 93.70m。山西组地层与下伏太
18、原组地层连续沉积，为石炭二叠系含煤地层第二含煤层。下部由深灰黑色粉砂岩和泥岩、砂质泥岩及细中粒石英砂岩和煤层等组成。以大占砂岩为界，山西组分为上、下两部分：下部主要由灰色、深灰色泥岩、砂质泥岩、细砂岩和煤组成。含煤 34 层,从下至上为己 17、己 16、己 15、己 14 煤层。己 17 煤层的底板由深灰灰黑色泥岩及浅灰色粉砂岩组成。己煤层底板砂岩主要分布在井田的东部。其厚度向东有增厚的趋势。己 16 煤层顶板为深灰色砂质泥岩,含豆状、瘤状菱铁矿结核及星点状黄铁矿,泥质鲕粒。该砂岩具水平层理、波状层理、压扁状层理、透镜状层理、羽状交错层理。以上沉积特征显示,该段地层是潮坪沉积环境的产物。山西
19、组上部自下而上有大占砂岩、香炭砂岩和小紫泥岩为其标志层。大占砂岩为灰色细中粒长石砂岩，以泥质及钙质胶结，层面上有大量的白云母片为其特征，发育楔形交错层理和羽状交错层理，是受潮汐影响的三角洲沉积体系的产物；香炭砂岩为灰灰白色中厚层状、细粗粒长石石英砂岩，碎屑颗粒分选性和磨圆度均较好，硅质及硅质胶结，具槽状和板状交错层理，属三角洲体系分流河道的沉积物。（2）下石盒子组（P12 ）：总厚 252365m，平均厚 308.67m。依据岩性和含煤特征分为戊、丁、丙煤段： 戊段煤（P12-1）：厚 121160m，平均厚 142.11m。由深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩和灰灰白色细中粒砂岩及煤层等组成。含煤
20、59 层，可采 2 层。戊 10 煤与戊 8 煤层全区普遍沉积发育，为本区主要可采煤层。戊10 煤层常与戊 9 煤层分叉合并，其它诸煤层为不稳定的薄煤或炭质泥岩。总的趋势由西往东煤层层数逐渐增多。本段底界为砂锅窑砂岩，厚度 1.228m，一般 15m 左右，灰白色到浅灰色，顶部略中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页带绿色，厚层状，中粗粒砂岩，由下向上粒度变细，底部含有泥砾及泥质包体，与下伏地层冲刷接触。其上为大紫泥岩，由紫色斑块泥岩、灰绿色粉砂质泥岩组成，厚 25m 左右，紫色泥岩具有明显的鲕状及豆状结构和斑块、团块状构造，常夹有灰绿色少量紫斑、黑斑的粉砂岩。 丁段煤（P12-
21、2）:厚度 6194m，平均厚 75.23m。灰深灰色砂质泥岩、粉砂岩及灰白色、浅灰色中细粒石英砂岩、长石岩屑石英砂岩和煤层组成。含煤 39 层，其中丁 6 煤为本区主要可采煤层之一。其平均厚度2.81m，伪顶为灰深灰色砂质泥岩或泥岩，伪底伪深灰色砂质泥岩或炭质泥岩。煤段的上、下均具紫斑泥岩，并富含菱铁质细鲕粒。 丙段煤（P12-3）：厚度 70.50110.50m，平均厚 91.33m。深灰色砂质泥岩、泥岩及浅灰灰白色细至中粒长石岩屑石英砂岩和煤层组成。含煤 25 层，其中丙 3 煤层沉积稳定，普遍发育，除 4345 勘探线之间及 29 勘探线以东地段相变为炭质泥岩或尖灭外，其余地段均可采。
22、煤段上、下部泥岩中常见紫斑，并含有菱铁枝鲕粒。其顶界止于田家沟砂岩（K8）之底，生产动、植物化石。2）上统（P2 ）（1）上石盒子组（P21 ）该组厚度 246370m，平均厚 316.29m。岩性为灰色、绿黄色泥岩与粉砂岩互层，夹砂岩多层，砂岩为细中粗粒石英砂岩，中粒岩屑及石砂岩等。主要含薄煤 1025 层，煤层基本都不可采，底界为田家沟砂岩。其中部含海绵骨针化石的硅质泥岩三层。盛产动物化石。（2）平顶山组（P22 ）：厚度 109.23134.95m，平均厚 121.57m。近于东西方向展布，覆盖于矿区。岩性坚硬，硅质胶结，不易风化，形成平行于地层走向的第二排山脊，常以独特的单面山地貌出露
23、，为填图的良好宏观标志。本区平顶山、落凫山等低山即为本组组成。平顶山砂岩为灰白色或浅肉红色，巨厚层状，中粗粒长石石英砂岩。矿物成分单纯，主要为石英（含量 7080）和长石（含量 2030） ，并由电气石、镐石、磷灰石等。粒径 0.51.00mm 为主。中上部夹灰绿色、绿黄色粉细砂岩及砂质泥岩，并含少量植物化石碎屑，底界常有 0.20.3m 铁质透镜体或薄层，在剖面上，粒度具有自下而上变细的规律。磨圆度较好，部分为次棱角状。岩性较稳定。具水平及大型斜层理。与下伏地层呈冲刷接触。（3）石千峰组（P23 ）：厚度 126.21131.30m，平均 127.54m。由砖红紫褐色砂质泥岩及细砂岩组成，具
24、绿色斑点，夹黄色透镜状砂质泥岩。砂岩常呈球状风化。层面上富含细小白云母片。垂直裂隙发育，具波状及包卷层理。4.三叠系（T）刘家沟组（T11）1）刘家沟组一段小红斑砂岩段（T11-1）：厚度 4048m ，平均厚 44.25m。以褐红色厚层状中粗粒石英砂岩为主，夹钙质粉砂岩，分选中等，次圆状，含大量红色小斑点，故名为小红斑砂岩。斑点为铁质，风化厚，形成凹坑。具大型交错层理、波状锲形及混浊层理，层面上常见雨痕和波痕，并与下伏地层明显接触。在本层段中发现脊椎动物化石。2）刘家沟二段砾屑灰岩段（T11-2）：厚度 2030m ，平均厚 26.50m。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页
25、为褐红色砂质泥岩和钙质粉砂岩，夹数层砾屑灰岩，钙质粉砂岩中含有滚圆状及次滚圆状同围岩成分相同的砾石。砾屑灰岩中含大量肾状、球状等钙质内碎屑，有的呈双圈异化颗粒，具波状及混浊层理。由于厚度小，加上坡积物覆盖，地质填图时将其与T11-1 合并。3）刘家沟三段大红斑砂岩段（T11-3）：厚度不详。本段相当于金斗山砂岩，为褐红色、厚层状中粗砾石英砂岩，分选中等，次圆状次棱角状，铁、硅质胶结，富含大个铁质红斑点，杂乱分布，风化后形成大小不均的凹坑，具大型斜层理、缓波状层理、水平层理及混浊层理。层面上呈见波浪痕和雨痕以及泥裂、虫孔等构造。图 1.2 山西组层状图中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第
26、 7 页1.2.4 井田地质构造平顶山煤田位于秦岭纬向构造带的东延部分和淮阳山字型西北翼反射弧的顶端，为纬向构造及淮阳山字型构造的复合部位，既受纬向构造带的控制，又受淮阳山字型构造的影响。所以整个平顶山煤田形成了一系列北西向复式褶皱构造形态，伴随着北西向为主的张扭及压扭性断裂和次一级的北东向张扭性断裂，控制了整个煤田的构造形态。区域上为一断块隆起,区内为一复式向斜,发育次级褶皱及两组断层。本区经历了印支、燕山早期、燕山晚期及喜马拉雅山四次构造运动。煤田构造变形受秦岭褶皱带演化的控制,煤田内均发育有由秦岭造山带指向地台内部的逆冲推覆构造。表 1.1 构造运动及其地质建造构造运动 运动特点 构造格
27、架 备注中岳运动北东南西向挤压前震旦系形成北西南东向的褶皱基底怀远运动、加里东运动两次抬升 缺失奥陶系至中石灰系地层加里东运动、印支运动相对稳定 形成晚石生代含煤地层印支运动 抬升 缺失侏罗系、白垩系地层燕山运动 隆起、拗陷 北西南东向褶皱和断裂 伴随有岩浆活动喜马拉雅山运动 拗陷 新生代沉积井田内构造简单，褶皱一般不发育。井田位于李口向斜西南冀，区内主要地质构造有：十矿倾伏向斜，郭庄背斜，牛庄逆断层，原十一矿逆断层，二矿逆断层等。井田内小断层较发育。1.褶皱郭庄背斜位于井田中部，戊七上山和戊七扩大区之间，背斜轴被原十一矿逆断层切割。背斜轴向为 30310，延展长度 6000m 左右。背斜由南
28、东向北西方向倾伏，倾角为 46。两翼不对称，南西翼倾角 58，北东翼较陡，煤层倾角 527。2.断层1.)二矿逆断层位于井田西南部，走向 90145，倾向 055，倾角 2550，井田内由东向西落差增大，且随深度增加落差变大。落差 520m ，延展长度 5Km 左右。2)锅底山断层锅底山断层位于李口向斜的南西翼,呈北西南东向展布,其主断面倾向南西,呈上陡下缓的犁形，是矿区内最大的断层，断距 170220m ，局部 8085m 。断裂带控制着两盘中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 8 页煤系地层的沉积厚度、岩性和含煤性。聚煤期后的断层为继承性活动，表现为上盘相对下降、下盘相对上升,并发
29、生过强烈的扭动，断层两侧煤层受到牵引，层带发育角砾岩、断层泥，局部有平直光滑的断面，断层性质有张性也有扭性，断层两侧有派生的次级断层。图 1.3 平顶山矿区构造分布图1.2.5 井田的水文地质特征1.地表水地表水系较简单。平顶山煤田位于河南省西部，伏牛山区以北，为一地垒形构造，其北西，南东，北东和南部边界受到数千米以上的郏县断层，洛岗断层，襄郏断层和鲁叶断层的切割，形成相对独立的水文地质单元，煤田四周为数百米的第四系沉积物。矿区中部以红石山、龙山、擂鼓台、落凫山、平顶山、马棚山组成本区的地表分水岭，最高点擂鼓台 506 米，北东部首山、灵武山以三叠系砂岩和平顶山砂岩组成弧山，西南部寒武系灰岩零
30、星出露，组成残丘，岩溶发育，为大气降水的渗入提供了有利条件，地势西高东低，中部的低山和残丘之间为西窄东宽的槽形谷地，为冲积物和坡积物复盖，向东逐渐增厚。沙河和汝河流经矿区的南部和北部边缘，沙河距矿区最近 3.2 公里，最大洪峰流量 3300 立方米/秒，旱季流量 0.8 立方米/秒，汝河流经煤系之上，最大流量 3000 立方米/ 秒；旱季流量 0.28 立方米/秒，矿区即是两河的分水岭，两河又是本区的泄水带，河床下部为数百米的第四系沉积物，河水与煤系无水力联系。都 堂 向 斜向 斜九 里 山 断 层九 矿 七 矿五 矿N十 一 矿 3km六 矿 牛 庄 逆 断 层 十 二 矿四 矿 牛 庄 背
31、 斜锅 底 山 断 层正 断 层背 斜三 矿 二 矿 逆 断 层辛 店 正 断 层八 矿李 口 向 斜一 矿 郭 庄 背 斜 武 山 向 斜白 石 山 背 斜白 石 沟 断 层中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 9 页2.含水层及隔水层：己组煤层顶板砂岩裂隙承压含水层，以中、粗粒砂岩为主，钙质胶结。裂隙发育，补给条件差，以静储量为主，根据一，四，六矿外勘探报告及吴寨矿地质报告。该含水层 K=0.0576m/d，q=0.0183L/sm.己组煤层底板灰岩岩溶裂隙承压含水层（L2） ，以灰岩为主，岩溶裂隙发育，补给水源主要来自基岩风化带和南部灰岩裸露区接受大气降水补给，浅部含水丰富，-1
32、30 水平以下含水条件较差，含水层厚度 810m.各含水层之间均赋存有良好的隔水层，在正常情况下，可起到一定的隔水作用。1.2.6 地温特性本井田地温梯度 2.8C/100m 推测。依据吴寨矿地质报告本采区地温 3242.6C，属地温异常区，所以应在深部开采时应采取相应的降温措施。1.3 煤层特征1.3.1 煤层本井田含煤地层分属上石炭统太原组、二叠系山西组和上、下石盒子组，自上而下划分为丙煤段、丁煤段、戊煤上段、戊煤中段、戊煤下段、己煤段、庚煤段等七个煤段。煤系平均总厚度 779.41m，含煤 60 余层，常见 43 层，煤层总厚 26.84m，含煤系数 3.4%左右，其中可采煤层为己组煤的
33、己 15、己 16、己 17 煤层和戊组、丁组和庚组局部可采煤层。现将本设计中可采及局部可采煤层分述如下：1.己 15 为本井田主要开采煤层之一，位于山西组下部，己 16 煤层之上。井田范围内分布不均匀，厚度为 2.515.4m ，平均煤厚 7.8m，总体趋势呈东南厚，西北薄的趋势。局部含泥岩夹矸 12 层，煤层厚度频率最大的区间为 2.89.2 m ，其可开采性指数为 92%，煤厚变异系数为 33%，煤层结构比较简单，属于中厚层稳定可采煤层。2.己 17 煤己 17 煤为本井田主要开采煤层之一，位于山西组己煤段下部，伪顶为炭质泥岩，厚0.202.00m，直接顶板就是己 16煤的直接底板，为深
34、灰色砂质泥岩或泥岩，局部为砂岩。下距太原组顶部灰岩 435m，其间距变化规律为西小东大，距己 16煤层 012.36m，一般为 2.55m。煤层厚度为 2.53.6m，平均厚度为 3.2m，个别地段含一层泥岩夹矸。己 17煤层厚度变化总的规律为西厚东薄，南厚北薄。1.3.2 可采煤层特征可采煤层特征如下表：表 1.2 可采煤层特征表厚度（m） 与下层间距 （m）最小最大 最小最大煤层号平均顶板岩性 底板岩性平均中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 10 页2.15.4 18.7328.78己 157.5深灰色粉砂岩、细砂岩、砂质泥岩灰色泥岩23.32.53.6 40.3272.55己
35、173.2灰色泥岩、砂质泥岩 泥岩、粉砂岩62.211.3.3 煤质本区煤质稳定，根据井田内各煤层挥发份、粘结指数、胶质层最大厚度，结合中国煤炭分类国家标准（GB575286） ，对照中国煤炭分类简表，本矿区各煤层特性如下：己 15 煤层：主要为半亮型煤，煤呈黑色，玻璃光泽，性脆易碎呈碎粒状及粉末状；其他化验指标：A：35.3629.52。 V：32.4234.23Q：27.7223.92MJ/ S：0.480.77粘结性 45，煤种牌号 1/3 焦煤。己 17 煤层：主要为半亮型煤为主，煤为黑色。玻璃光泽，亮煤为主，性脆松软，易呈粉末状。 其他化验指标：S：0.662.96 ，A ：12.8
36、116.12%，Q：29.07 30.99MJ/，煤种牌号为肥煤。煤的用途：根据本矿的煤质情况及当地市场的需求，本矿生产的原煤和经加工的块煤主要用于电厂、热电厂和分散客户，可主要作为电力、船舶、锅炉用煤及其他工业用煤。煤的容重：经过化验分析得出己煤容重为 1.36t/m3。1.3.4 瓦斯、煤尘、煤的自燃性1.煤层瓦斯己组煤在-50 -300 之间瓦斯相对涌出量为 2.575.41 m/td，瓦斯绝对涌出量为1.25 m/min 区内变化趋势为浅部向深部有增大的趋势，是按低瓦斯采区管理的。根据平顶山煤业集团公司吴寨矿矿井地质报告和一、四、六矿深部勘探报告鉴定成果分析，对同一煤层，由南向北，CH
37、4 含量随埋藏深度增加有增加的趋势，相邻的一矿己 15 煤层相对瓦斯涌出量 46 m3/td，是按高沼区域管理的，四矿东翼己三采区己 16，己 17 煤层标高在-364 -496 米之间，瓦斯相对涌出量 12.11 m3/td，也是按高瓦斯突出区管理。2.煤尘煤尘及其爆炸性：根据吴寨矿矿井地质报告和一，四，六矿深部勘探资料：己 15 煤层在岩粉含量 80时，火焰长度 600（m/m）,爆炸性指数 27.75（计算值） ，己 17 煤层在岩粉含量 8090时，火焰长度 80650（m/m ）,爆炸性指数 30.685（计算值） ，二矿己组煤层爆炸性指数测量结果 3839，煤层为 30，上述测定表
38、明，开采煤层定为有煤尘爆炸性危险，故生产中应采取有效的预防措施，以保证安全生产。中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 11 页3.煤的自燃性煤层基本为肥煤和 1/3 的焦煤，己 16 煤层着火温度原样为 355368 ，还原样 370，煤层还原样燃点和氧化样燃点差值 t =6，属四类不易自然煤层，从现有资料和实际生产来看，己组煤层可定为无自然发火煤层庚组煤层应定为有自然倾向性发火煤层，自然发火期为 68 个月，但在设计中也应该提高采掘速度，合理安排回采与掘进之间的关系，尽量减少煤巷空闲情况的出现，采空区要求封闭严实，以防止余煤的自燃。2 井田开拓2.1 井田境界及可采储量2.1.1 井
39、田境界在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则有：1）要充分利用自然条件划分，在可能的条件下，应尽量利用地形、地物、地质构造、水文地质以及煤层特征等自然条件，以减少煤柱损失，提高资源采出率，充分保护地面设施；2）要有与矿区开发强度相适应的井田范围，要保证井田范围与矿井生产能力相适应，有足够的储量和服务年限及合理的尺寸；3）照顾全局，处理好与临矿的关系；4）直线原则，井田的划分应尽量采用直线或折线，有利于矿井的设计和生产管理工作的开展。根据以上划分原则，以及考虑到平顶山矿区煤田内地质构造强度大等原因，本井田在能满足生产开发强度的
40、前提条件下，不但要考虑了自然条件原因，而且要考虑到矿区的整体规划，故将平顶山矿区二矿井田四周境界定为：西部浅部与三环公司、深部与四矿相邻；北部以己 15 煤层-400 煤层底版等高线为依据，与一矿相邻；东部与天力公司吴寨矿相邻；南部到煤层自然风化带。本井田浅部走向长 3.6 km，深部走向长 4.1 km，平均长 3.8 km，井田倾向长 1.53.6 km，平均 3.2 km，井田面积 12.16km2。 根据勘探资料可知煤层在-400m 以下向北部延深，深部是一无限煤田。2.1.2 井田储量1.工业储量中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 12 页区内赋含煤层数目较多，在目前的经济
41、技术条件下，除己 15、己 17 煤层外，其它煤层均无开采利用价值。本设计只针对己 15 煤层、己 17 煤层。工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探厚度与质量均合乎开采要求，目前可供利用的列入平衡表内的储量，即 A+B+C 级储量。本设计采用求积仪法结合算术平均法计算工业储量：（1）利用求积仪法测得井田水平面积为 12.16 km2。（2）用算术平均法计算矿井工业储量：Zg=S（M+M1）/cos （2-1）式中：Zg工业储量，Mt；S井田面积， m2；M己 15 煤层平均厚度，7.5m；M1己 17 煤层平均厚度，3.2m;己 15、17 煤的平均容重， 1.36t/m3；己 15、17
42、煤层平均倾角，7；Tg=0.119；cos7=0.9925 。故工业储量为： Zz =12.1610.71.36/cos7 =178.3(3)根据地质勘探资料显示，其中高级储量为：150Mt，约占工业储量的 85%，符合设计要求。2.矿井可采储量 1)计算可采储量时，必须要考虑以下储量损失： (1)工业广场保安煤柱；(2)井田境界煤柱损失；(3)采煤方法所产生煤柱损失和断层煤柱损失；(4)建筑物、河流、铁路等压煤损失；(5)其它各种损失。2)各种煤柱损失计算(1)本矿井开采时，由于村庄稀疏且规模较小，开采初期时无影响，在后期开采时宜采用搬迁解决；井田内无铁路河流影响；并且井田内没有较大的断层和
43、构造，因此煤柱损失只需考虑工业广场保安煤柱损失及井田边界煤柱损失。工业场地保护煤柱本矿井设计年生产能力为 150 万 t/a，按煤矿设计工业规范 ，本设计工业广场取 14 公顷，长、宽分别为 400m、350m，煤柱设计依据 2000 年版建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规定 ，确定地面受保护范围及其保护对象，确定二矿工业广场受保护对象的保护等级为级,其围护带宽度为 15m。工业场地的布置应结合地形、地物、工程地质条件及工艺要求，做到有利生产，方便生活，节约用电。表2.1 工业场地占地面积指标井型（万 t） 占地面积指标（公顷/10 万 t）240 及以上 1.0120-180
44、1.2中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 13 页45-90 1.59-30 1.8本矿井地质条件及冲击层和基岩移动角见表 2.2。表2.2 岩层移动角广场中心深度 煤层倾角 煤层厚度 冲积层厚度 M M M -445 7 7.63 230 50 60 60 60用作图法求出工业广场保护煤柱量，工业广场保护煤柱留设见图 2.1。由此根据上述已知条件，画出如图 2-1-1 所示的工业广场保护煤柱的尺寸，并由图可得出保护煤柱的尺寸为：Si=梯形面积=(上宽+ 下宽) 高/（2cos7 ） （2-2）S=0.28 km2则：工业广场的煤柱量为：Z=S（ M+M1） （2-3）式中：Zi工业
45、广场煤柱量；S工业广场面积；M15#煤层厚度；M117#煤层厚度；煤的容重。则：Z= 407.5(万 t)图2.1(2)井田境界煤柱损失；以及大巷煤拄损失。井田边界保护煤柱, 煤柱留设：井田浅部，既矿区边界南部有风化带留设 50m 煤柱；5065 5650 5063 50 63中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 14 页井田东部、西部、北部都与其他矿井相临，故各留边界煤柱 20m；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：P1=lb(M+M1)/cos （2-4）式中：P 井田边界保护煤柱煤量，万 t；l边界长度,Km；b边界宽度, m；M煤层平均厚度，15煤层
46、平均厚 7.5 m；M1煤层平均厚度，17煤层平均厚 3.2 m；煤的平均容重，1.36t/m 3；煤层平均倾角，7。15、17#煤层= 407.5(万 t)南部多出 30 米，以及煤柱损失15、17#煤层=3.8（30+100 ）10.71.36/cos7o=567.8(万 t)则井田边界保护煤柱损失量为：P1=975.3(万 t)(3).断层保护煤柱根据实际经验，断层按性质、落差大小及其对煤层破坏程度，断层煤柱留设如下：落差50 m 的断层，两侧各留 50 m 的煤柱；落差20 m50 m 的断层，两侧各留 30 m 煤柱；落差10 m20 m 的断层，两侧各留 20 m 煤柱；落差10
47、m 的断层不留设断层煤柱。井田内的所有断层都10 m，因此不需要留设断层煤柱。(4)井筒保护煤柱主、副井井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，故井筒保护煤柱损失量为 0。表2.3 保护煤柱损失量煤柱类型 储量（万 t）井田边界保护煤柱 975.3工业广场保护煤柱 407.5风井保护煤柱 0合 计 1382.83.可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可以按下式计算：Zk=(Zg-P)*C （2-5）式中：Zk矿井可采储量，万 t；Zg矿井工业储量，万 t；P永久煤柱损失煤量，万 t；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。则，矿井的设计可采储量:Zk=（17830-1382.8 ）x0.75=12335.4 万 t。2.1.3 矿井设计生产能力及服务年限煤炭工业矿井设计规范第 2.2.1 条规定：矿井设计生产能力应根据资源条件、开中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 15 页采条件、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。煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将
