1、华北科技学院毕业设计（论文）第 1 页 共 153 页目录一般部分第 1 章 矿区概述及井田地质特征 .71.1 矿区概述 71.1.1 交通位置 71.1.2 自然地理 81.2 井田地质特征 91.2.1 地层 91.2.2 构造 91.2.3 井田内水文地质情况 101.2.4 沼气，煤尘及煤的自燃性 .121.2.5 顶地板岩石力学性质 121.2.6 煤质，牌号及用途 .131.3.1 煤层地层 151.3.2.煤层赋存情况及可采煤层特征 171.3.3 煤层赋存状况及可采煤层特征 .201.3.4 勘探程度及可靠性 .20第 2 章 井田境界和储量 .212.1 井田境界 .212
2、.1.1 井田划分的依据 .212.1.2 开采界限 212.1.3 井田尺寸 222.2 矿井工业储量 .232.2.1 勘探类型及储量等级的圈定 232.2.2 储量等级的圈定 232.2.3 煤层最小可采厚度 232.2.4 矿井工业储量的计算 232.3 矿井可采储量 .24范各庄西矿 1.8 Mt/a 新井设计第 2 页 共 153 页2.3.1 保护煤柱储量计算 242.3.2 可采储量计算 282.3.3 井田储量汇总表 28第 3 章矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 .303.1 矿井工作制度 .303.2 矿井设计生产能力及服务年限 303.2.1 矿井生产能力的确定 3
3、03.2.2 矿井及第一水平服务年限的核算 30第 4 章 井田开拓 .324.1 井田开拓的基本问题 324.1.1 井筒形式及数目 .334.1.2 工业广场及井口位置的确定 .344.1.3 开采水平的确定及采区划分 .354.1.4 采区划分及其布置 .354.2 开拓方案比较 364.2.1 提出方案 364.2.2 技术比较 384.2.3 经济比较 414.3 矿井基本巷道 464.3.1 井筒 .464.3.2 井底车场 .504.3.3 主要开拓巷道 .51第 5 章 采区巷道布置 .565.1 煤层地质特征 565.1.1 可采煤层概况 .565.1.2 煤种及煤质变化 .
4、575.1.3 各煤层顶底板岩性 .585.1.4 煤尘和瓦斯 .58华北科技学院毕业设计（论文）第 3 页 共 153 页5.2 采区巷道布置及生产系统 595.2.1 确定采区走向长度 .595.2.2 确定区段斜长和区段数目 .595.2.3 煤柱尺寸的确定 .605.2.4 采区上山的布置 .605.2.5 区段平巷的布置 .615.2.6 联络巷道的布置 .615.2.7 采区运输、通风运料等系统的确定 .625.3 采区车场设计 635.3.1 采区上部车场形式的选择 .635.3.2 采区中部车场的选择 .645.3.3 采区下部车场的选择及设计 .645.3.4 采区主要硐室的
5、布置 .675.4 采区采掘计划 705.4.1 采区主要巷道参数确定 .705.4.3 计算采区回采率 .77第 6 章 采煤方法 .786.1 采煤方法和回采工艺 786.1.1 选择采煤方法 .786.1.2 综采工作面回采工艺设计 .796.2 综采工作面巷道布置方式 91第 7 章 井下运输 .947.1 系统基本概述 947.1.1 基本概况 .947.1.2 井下运输系统 .947.2 采区运输设备 947.2.1 主运输设备 .957.2.2 采区辅助运输 .99范各庄西矿 1.8 Mt/a 新井设计第 4 页 共 153 页7.3 大巷运输设备 1017.3.1 主要运输大巷
6、设备选择 1017.3.2 辅助运输大巷设备选择 102第 8 章 矿井提升 .1058.1 设计依据 1058.1.1 主井提升 .1058.1.2 副井提升 .1058.2 主副井提升设备的选型 1068.2.1 小时提升量 .1068.2.2 合理的提升速度 .1068.2.3 一次提升循环时间 .1078.2.4 一次合理提升量的确定 .1078.3 提升钢丝绳的选择计算 1098.4 提升机与天轮的选择计算 1108.4.1 滚筒（或摩擦轮）直径的确定 .1108.4.2 天轮的选择 .1108.5 提升电动机的预选 1118.5.1 电动机功率的估算 .1118.5.2 估算电动机
7、转数 .112第 9 章 矿井通风与安全 .1139.1 矿井通风系统的选择 1139.1.1 选择矿井通风系统 .1139.1.2 选择矿井主要通风机的工作方法 .1149.1.3 选择矿井通风方式 .1159.2 全矿所需风量的计算及其分配 1169.2.1 矿井风量计算原则 .1169.2.2 矿井风量计算方法 .1169.2.3 风速验算 .121华北科技学院毕业设计（论文）第 5 页 共 153 页9.3 全矿通风阻力计算 1239.3.1 矿井通风总阻力计算原则 .1239.3.2 矿井通风阻力计算 .1239.3.3 井总风阻及总等积孔计算 .1259.4 矿井通风设备的选择 1
8、259.4.1 矿井通风设备的要求 .1259.4.2 选择主要通风机 .1269.4.3 选择电动机 .1279.4.4 电费计算 .1289.5 矿井灾害防治技术 1289.5.1 防治瓦斯 .1289.5.2 防治煤尘 .1299.5.3 防治水 .129第 10 章 矿井基本技术经济指标 .131参考文献 .133专题部分软岩大变形巷道锚索网联合加固技术研究与应用 .1351 绪论 1362 深部软岩巷道支护理论的研究现状 .1372.1 国内研究现状 .1372.2 国外研究现状 1393 软岩巷道特征及支护原理 1404 深部软岩巷道支护原理及技术 1404.1 释放膨胀变形能 .
9、1405 软岩巷道支护技术 1416 支护现状评价及大变形软岩锚固支护机理 1426.1 支护评价 .1426.2 巷道围岩变形力学因素分析 143范各庄西矿 1.8 Mt/a 新井设计第 6 页 共 153 页6.3 锚杆对围岩弱结构的支护作用 1436.4 顶帮锚杆支护作用 1447 深井软岩巷道的主要变形特点 1458 深井围岩变形控制存在问题 1459 二次锚网索支护技术 1469.1 支护机理 .1469.2 支护方案 .14710 结语 148参考文献 .149致 谢 .151华北科技学院毕业设计（论文）第 7 页 共 153 页第 1 章 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1
10、.1.1 交通位置范各庄矿位于唐山市古冶区境内,北距古冶火车站 10.2 公里，矿内铁路与京山线古冶站和林西矿接轨，有公路干线通过井田 。井田南北走向长 5.7km，东西最大倾斜长2.57km，井田总面积为 10.98 ,为开平煤田的一部分。交通十分方便，具体见交通2km位置图 1-1。矿井地理坐标：东经 113 度 28 分，北纬 39 度 33 分，井田北部、西北部及西部与吕家坨矿相接，井田西及西南部与钱家营矿相邻，井田东部及南部以 14 煤层的基岩露头为界。井田地理位置优越，交通线四通八达。西距唐山市区 23 公里，丰南区 31 公里。西南距天津市 121.5 公里，西北距北京市 192
11、.3 公里；北距古冶 205 国道10 公里，京沈高速榛子镇入口 23 公里；南距唐港高速青坨营镇入口 16 公里，曹妃甸新区 41 公里，曹妃甸港 67 公里；东距滦县新城 26.7 公里，秦皇岛港 100 公里。东南距滦南县城 24 公里，乐亭县城 46 公里，京唐港 66 公里（以范各庄矿为中心，直线距离） 。图 1.1 开滦矿区矿井分布及交通位置平面图范各庄西矿 1.8 Mt/a 新井设计第 8 页 共 153 页1.1.2 自然地理1.井田地形、地貌该地区地貌形态属于华北平原地带。地形高差不大，地面标高平均为+25 米。范各庄西矿井田是被第四系冲积层所覆盖。地貌简单，地表平坦，地势呈
12、现北高南低，坡度 12左右，地表海拔标高+31+23m 。由于受多年开采的影响，矿区南北各有一个塌陷坑，随开采的进行而逐步扩大并有大量的积水。矿区范围内分布有村庄 1个，分布在井田东南部。2.水系流经井田的河流只有沙河，自井田北部流向西南，流向大致与地层走向一致，河面开阔，水力坡度较小，仅为 12。属季节性河流，冬春河水近于干涸，夏秋流量显著增大，汛期有时泛滥。建矿以来沙河最高洪水位 50 年一遇为 29.76 米，百年一遇为 30.49 米。因为煤系地层上覆盖着巨厚的冲积层，大气降水后大部分从地表流走，所以矿井涌水量无季节性变化，井田外沙河在冬春季河水近于干涸，只排泄矿井水，夏季流量显著增加
13、，汛期有时泛滥，历史最高洪峰水位为 29.572m。井田西面的沙河流向大致与井田地层走向平行。沙河为季节性河流，冬季河水近似干枯，只有林西、唐家庄等矿排放水流过。夏季流量显著增加，最高洪峰达142.8m3/s，流速 1.69m2/s。本矿区工业及生活用水的主要供水水源为第四系上组砂岩层水和矿井净化水。水质类型为 HCO3CaNa，矿化度 0.37g/L。供水水源的取水方式采用管状井分散取水。矿井每日排水量约为 4500 m3，全部进入污水净化站进行处理，净化水主要用于井下防水注浆、洒尘、电厂冷却、洗煤厂补充用水。3.气象情况矿区气候属于大陆季风气候，春季东风和西风交替出现，气候干燥少雨；夏秋两
14、季东南和南风交替由海面带来潮湿空气，使矿区多雨；冬季因受西伯利亚蒙古一带冷气压影响多西北风。自建井以来，多年平均降雨量为 617.45mm，降雨多集中在 79月，这三个月的降雨量为 463.79 mm。矿区气候属大陆型季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，气候变化较大，春季东风和西北风交替出现，气候干燥少雨，夏秋两季东南和南风常有海面带来的潮湿空气，使矿区多雨；冬季因受西伯利亚蒙古一带冷华北科技学院毕业设计（论文）第 9 页 共 153 页空气压的影响，多西北风，气候寒冷干燥。每年的 7、8、9 三个月降雨量占全年降雨量的 76。年平均气温 10.8C，常年最高气温37.6C，最低气温-22.
15、6，冻土深度 0.50.7m，结冰期： 11 月中旬至次年的 3月中旬。4.水电供给情况我矿工业、生活用水均从地面自备深水井和井下清污分流工程取水；进入矿中央变电站的电源线计四趟，其中两趟是电网吕家坨变电站 35 千伏输电线，另外两趟是开滦林西电厂 35 千伏输电线。本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥需由国家计划供应外，其它砖、石、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。1.2 井田地质特征1.2.1 地层1.范各庄煤田区域地层表 1-1表 1-1 范各庄煤田区域地层系 统 组 含煤性 厚度(米) 岩性第四系219.5主要由砂、粘土、卵石组成二 迭 系下白垩统 大苗庄组
16、含煤两层即 7、8煤69.4由砂岩、粉砂岩煤和泥岩组成石炭系 上侏罗统 赵各庄组 含煤一层12 煤86.4由砂岩、粉砂岩、煤组成奥陶系 中统 无煤层 岩云1.2.2 构造1）区域构造范各庄西矿 1.8 Mt/a 新井设计第 10 页 共 153 页范各庄井田位于开平煤田的东南翼。开平煤田位于燕山南麓，煤系地层为石炭二迭系。开平主向斜是煤田的主要构造骨架，呈复式向斜构造。向斜的总体轴向为 NE向，自古冶以北主向斜逐渐转为东西向。2）井田构造(1) 褶曲 范各庄井田的主体构造为井田北翼的塔坨向斜和南翼毕各庄区域的毕各庄向斜，是由于开平向斜在发育过程中北部受青龙山东西构造带影响，主向斜轴在古冶以北发
17、生偏转呈东西向而派生出的南北应力场形成的次一级构造。(2) 断层 井田内共有两条断层， F5 走向东- 西，F6 走向东南西北，两条倾角都较大，都属于正断层。 （详见断层一览表 1-2）表 1-2 断层一览表名称 性质 断层面走向 倾向倾角（） 落差（m） 影响范围F0 正断层 南北 东西 679 036 较大F1 逆断层 南北 东西 61 04 较小F2 逆断层 南北 东西 59 03.5 较小1.2.3 井田内水文地质情况57 煤层间砂岩裂隙承压含水层，79 煤层间砂岩裂隙承压含水层。抽水试验结果，单位涌水量为 180.6m3/h，渗透系数为 0.0121.725/昼夜。水质类型变化较大，
18、为重碳酸-钠钙镁型。范各庄西矿井田水文地质情况复杂，煤系上下各有一个含水层，上为冲积层强含水层，其为厚度不等的卵石层，下有一黏土层有隔水作用；下为奥灰含水层。它们之间联系密切，以煤层露头线为联系，相互沟通，煤层地质有两个含水层：5S 顶板砂岩含水层和 12S-14S 砂岩组含水层，它们是矿井的主要出水来源。矿井涌水量为 39t/min，矿井最大涌水量为 720m3/h。矿井涌水量无季节性变化，不受大气降雨的直接影响。因为煤系地层上覆盖着巨厚的冲积层，大气降雨后，大部分从地表流走，少部分渗入地下，首先形成潜水，然后再慢慢地向下渗透到底部卵砾石层，形成孔隙承压水。通过基岩隐伏露头补给煤系地层，然后
19、经构造和裂隙渗入巷道和采空区，变成矿井涌水。华北科技学院毕业设计（论文）第 11 页 共 153 页地表水体与第四系冲积层中的潜水层水量呈互补关系。在雨季地表水体水位高于潜水层水位，地表水补给潜水；在旱季地表水体水位低于潜水位，潜水补给地表水。地表水体和大气降水一样，在正常情况下，只是通过渗透补给冲积层底部卵砾石含水层，间接补给煤系地层。（1）地下含水层及其特征在煤系地层中，对矿井直接充水的含水层是 5 煤层顶板砂岩裂隙承压含水层、512 煤层间砂岩裂隙承压含水层和 1214 煤层间砂岩裂隙承压含水层。5 煤层顶板砂岩裂隙承压含水层：该层在 5 煤层顶板以上，平均厚度约 74.4 米，岩性主要
20、为中、细砂岩及粉砂岩。该层裂隙发育，含水较丰富。采掘过程中大都表现为淋滴水，局部表现为涌水现象。该含水层在井田东部、西南部隐伏露头区与第四系冲积层底部砾石含水层直接接触，并接受其补给。在井田北部、西部分别与吕家坨矿、钱家营矿相连。整个含水层在井田范围内具有典型的裂隙水特点，节理裂隙较为发育，充水及导水性较好，含水较为丰富，单位涌水量为 0.328 升秒米，渗透系数为 0.339 米昼夜，水质类型为重碳酸钙镁钠型或重碳酸钠型，属软水。512 煤层间砂岩裂隙承压含水层：该含水层由几层互不联系的含水亚层组成，主要有 57 煤层间砂岩裂隙承压含水层，79 煤层间砂岩裂隙承压含水层，911 煤层间砂岩裂
21、隙承压含水层、1112 煤层间砂岩裂隙承压含水层。其中以 57 煤层间砂岩裂隙承压含水层和 911 煤层间砂岩裂隙承压含水层富水较强。该含水层在井田东部露头区接受第四系冲积层含水层的补给，煤层采掘过程中充水形式为顶板淋滴水和底板缓慢渗水，目前主要消耗其静储量。另外，7 煤层采出后，通过回采冒落裂隙带接受上部 5 煤层顶板砂岩裂隙承压含水层的补给。据抽水试验结果，单位涌水量为0.00220.845 升秒米，渗透系数为 0.0121.725 米昼夜。水质类型变化较大，为重碳酸钠钙镁型，重碳酸钙型，重碳酸、硫酸钙镁型，属软水，局部矿化度较高。121 4 煤层间砂岩裂隙承压含水层：该段平均厚度约 60
22、 米左右，岩性主要为中、粗砂岩、含砾粗砂岩。中部的一层含砾粗砂岩，裂隙发育、含水丰富，当开拓巷道通过该层时大多表现为裂隙出水。范各庄西矿 1.8 Mt/a 新井设计第 12 页 共 153 页该含水层在井田东部、西南部与第四系冲积层底部卵砾石含水层直接接触，并接受其补给；在井田北部、西部分别与吕家坨矿、钱家营矿相连。在井田范围内，该含水层接受奥陶系灰岩含水层的补给，其补给途径大多是通过岩溶陷落柱、导水断层及导水裂隙等。由于构造发育的不均一性，导致了该含水层在井田范围内富水性的不均一。在井口区及北翼，由于岩溶陷落柱及导水构造较为发育，1214 煤层间砂岩组含水层与奥灰岩溶水联系密切，含水较为丰富
23、，不易疏干。该含水层据范 45 孔抽水试验结果单位涌水量为 0.845 升秒米，渗透系数为1.725 米昼夜。水质类型为重碳酸钙镁型，局部为重碳酸钙镁钠型和重碳酸钠型，属软水。（2）地质构造对矿井充水的影响范各庄西矿井田煤系地层下部以奥陶系石灰岩为基底，上部有巨厚冲积层覆盖。井田北部为单斜构造，南部为向斜构造，有良好的储水条件，地下水极易沿岩层的孔隙、裂隙集中而达到饱和，其结果使所有含水层均为承压状态。经钻孔实测奥陶系石灰岩含水层水压在-310 水平为 3.03.3 兆帕，在-490 米水平为 4.85.0 兆帕。突水与构造密切相关，断裂构造规模和力学性质以及区域内断裂构造的复杂程度是发生突水
24、的重要因素。1.2.4 沼气，煤尘及煤的自燃性 矿井瓦斯等级：低瓦斯矿井矿井瓦斯绝对涌出量：0.73 米 3/分钟矿井瓦斯相对涌出量：0.12 米 3/吨天煤尘爆炸指数为 41.38%，各层均属于很自燃性煤，发火等级为 1。1.2.5 顶地板岩石力学性质表 1-3 井田内各煤层顶底岩石力学性质及分类表煤层 顶底板 岩性厚度（米）特征及赋存情况5 伪顶 粉砂01.3岩石破碎，夹多层煤线，南三剖面以南出现煤线华北科技学院毕业设计（论文）第 13 页 共 153 页直接顶 粉砂 3.0水平层理，层理面附大量植物化石，富含泥质结核，成细层状或串珠状分布。老顶 砂岩 4.0 硅质胶结，局部含钙质。直接底
25、 粉砂 0.51.0 含大量植物根化石。煤老底 细砂 2.03.0 水平层理，分布稳定。伪顶 泥岩 0.52.5一般在 1.0 米以下，岩性破碎，局部增厚可达 2.5 米，相变为粉砂岩或细砂岩。直接顶粉砂岩2.43.5水平层理，含植物化石。井田中部厚度增大至 68 米，北翼及深部局部被冲蚀掉。老顶中砂岩0.56.0硅质胶结，坚硬。北翼及深部局部直接沉积于煤层上。直接底粉砂岩0.52.5南一石门以北厚度小于 1.0 米，松软破碎，含大量植物根化石，同时 8 煤层顶板，北翼局部缺失，直接为 8 煤层，即7、8 煤层合群。南二石门以南逐渐增厚。7煤老底 细砂 02.5 层状结构，南二石门以南逐渐增厚
26、。伪顶 无伪顶。直接顶 粉砂 4.0含炭质成分及菱铁矿结核，小断层、节理十分发育，比较破碎。老顶 细砂 4.5水平层理，层理面附炭质薄膜，分布稳定。直接底 粉砂 2.0 局部缺失。顶部含大量植物根化石。9煤老底 细砂 3.0硅质胶结，坚硬，局部相变为粉砂岩。范各庄西矿 1.8 Mt/a 新井设计第 14 页 共 153 页1.2.6 煤质，牌号及用途井田各煤层由腐植煤构成。其宏观煤岩组分以亮煤为主，暗煤次之，镜煤和丝炭较少；其煤岩类型以半亮型煤和半暗型煤为主，光亮煤较少，具条带状-线状层理。显微煤岩组分以镜质组占绝对优势。井田内各主要可采煤层的煤种均为结焦性良好的 1号、2 号肥煤和气肥煤。赋
27、存于陆相大苗庄组的 5 煤、7 煤、8 煤、9 煤则灰分较高，发热量较低，但煤的含硫量低。均属于难选或非常难选煤。表 1-4 原煤工业分析综合表1灰分 Ag（%）硫分 S（%）挥发分 Vr（%）发热量（大卡/克）灰熔融性煤质牌号 备注10.7820.870.530.9834.0339.20404079025煤层15.82 0.74 36.94 5901135015001、2 号肥煤为主，局部气肥煤26.7238.290.430.5827.7336.80552076527煤层31.09 0.47 29.86 60601、2 号肥煤为主，局部肥焦煤和气肥煤在井田东南翼煤层结构复杂，夹石增厚，灰分增
28、大。24.1731.701.052.4430.6338.71460076309煤层28.80 1.63 35.10 6016117015001、2 号肥煤南翼煤层下部夹石层增厚，灰分增加。华北科技学院毕业设计（论文）第 15 页 共 153 页表 1-5 精煤工业分析综合表 项 目 5 煤层 7 煤层 9 煤层水分 Wf （%） 0.97 0.80 0.87灰分 Ag （%） 5.41 10.02 14.86挥发分 Vr （%） 38.16 28.18 32.17粘结性 7-8 6-8 7硫分 S （%） 0.66 0.65 1.13工业分析发热量 QT（卡/克）8013 7623 7729碳
29、 Cr 86.25 87.84 86.71氢 Hr 5.63 5.14 5.33氮 Nr 1.56 1.67 1.54氧 Or 4.98 4.77 5.45硫 Sr 0.63 0.66 1.69横向厚度（mm） 32.19 19.58 8.43纵向厚度（mm） 23.56 24.55 31.53曲线类型 之 字 之 字 之 字煤 质 牌 号 2 肥气 1 肥煤 2 肥煤1.3.1 煤层地层范各庄井田煤系地层主要由石炭系、二迭系地层组成，其中包括中石炭统唐山组，上石炭开平组、赵各庄组，下二迭统的大苗庄组、唐家庄组。(1)唐山组 该组地层属于石炭系中统，直接覆于奥陶系灰岩之上，与奥陶系地层呈假整合
30、接触，平均厚度约为 56 米。岩性以粉砂岩、泥岩为主，细砂岩次之，底部为土质泥岩。(2)开平组 属于石炭系上统， 上部赵各庄灰岩顶板，下起唐山灰岩顶板，本组厚度约为 52 米。岩性以细砂岩和粉砂岩为主，泥岩次之。本组比唐山组颜色较深，多范各庄西矿 1.8 Mt/a 新井设计第 16 页 共 153 页呈深灰色，泥岩显著减少，含砂量增加，植物化石增多，黄铁矿结晶体和菱铁矿结合较发育。(3)赵各庄组 属于石炭系上统，上部以 11 煤层顶板为界，下伏开平组，厚度约为 86 米，为主要含煤层之一，岩性以粗砂岩、中砂岩和粉砂岩为主，泥岩次之。（4）大苗庄组 属于二迭系下统，厚度约为 67 米。本组以深灰
31、、黑灰色粉砂岩和泥岩为主，青灰色中砂岩次之，为主要含煤地层之一。含可采煤层 2 层，即 7 煤、8 煤。植物化石的种类显著增多。（5）唐家庄组 属二迭系下统。上部止于层顶板，下伏大苗庄组，厚度约 270米。岩性以粗中砂岩为主，细砂岩次之，下部粉砂岩和泥岩比较发育，间夹层薄煤线。岩石颜色由下部的深灰、浅灰往上变为灰和紫红色，均属于陆相沉积。范各庄井田煤系地层的形成过程均属于近海型沉积。其中石炭系的唐山组、开平组和赵各庄组属于海陆交互相沉积，二迭系的大苗庄组和唐家庄组属于近海陆相沉积。整个煤系地层厚度、煤层层数、旋回结构明显清晰，易于对比。从相旋回的特征分析，中石炭世地壳升降运动频繁，引起大面积的
32、海侵和海退，沉积了一套海陆交互相地层。由于地壳运动短暂而频繁，不宜泥炭堆积，故没有形成可采煤层。在这时期地形比较平坦，海侵和海退范围广泛，沉积了三层薄层灰岩，即1、2、3 灰岩。中石炭世地层厚度较薄，约为 56 米，相旋回结构清晰，易于对比。晚石炭世地层以缓慢上升为主，聚煤作用活跃，海相地层逐渐减少，过渡相地层增多，且出现河流冲积相沉积。在晚石炭世早期地壳运动还比较频繁，且很不稳定，沉积了三层薄层灰岩，即4、5、6 灰岩，到后期地壳运动趋于稳定，适宜植物生长与堆积形成了本井田的可采煤层，即 11、12 煤层和局部可采煤层 12 半煤层、14 煤层。晚石炭世厚度约为138 米，相旋回结构比较清楚
33、。早二迭世地壳运动仍以上升为主，上升幅度由小渐大，海退范围逐渐扩大，沉积了一套近海陆相地层，湖泊、沼泽遍布，沉积了四层稳定和较稳定可采煤层（5、7 、8、9 煤层） 。到二迭世中晚期，气候由温润转向干燥，不宜植物的生长。中期只形成薄煤层，到晚期聚煤作用已进入尾声。下二迭统地层厚度约为 337 米。表 16 范各庄矿井田地层划分简表 地 质 时 代 建 组 起 止 层 地 层 厚 度 含 煤 性 主 要 特 征华北科技学院毕业设计（论文）第 17 页 共 153 页系 统 组 触 关第 四 地 表 至 基 岩 219.5主 要 由 砂 、卵 石 组 成 。上统古 冶 组红 色 砂岩 底 面 至
34、A层 顶 面120.0 不 含 煤主 要 由 中 砂岩 、 粉 砂 岩组 成唐 家 庄A 层 顶面 至 5 煤 层顶 面269.7 煤 线 4-5中 砂 岩 、 粉砂 岩 组 成二迭系下统大 苗 庄5 煤 层 顶 板 至11 煤 层 顶 板69.45、 7、9 煤由 砂 岩 、 粉砂 岩 、 煤 和泥 岩赵 各 庄组11 煤 层顶 板 至 K6 灰岩 顶 面86.411、 12、 12 半煤由 砂 岩 、 粉砂 岩 、 煤 组成上统开 平 组K6 灰 岩 顶 面至 K3 灰 岩51.7 13 层粉 砂 岩 、 泥岩石炭系 中统唐 山 组K3 灰 岩 顶 面至 奥 陶 灰 岩顶55.8不 稳 定
35、薄 煤 线以 粉 砂 岩 为主奥 陶中统开 平 组不 整整 合整 合整 合整 合整 合假 整合由 灰 岩 、 白云 岩 等 组 成范各庄西矿 1.8 Mt/a 新井设计第 18 页 共 153 页1.3.2.煤层赋存情况及可采煤层特征井田内共三层可采煤层，厚度及一般特征描述如下：5 煤层：5 煤层为简单结构煤层，煤层厚度 3.05m，厚度变化尚有规律，西北薄，东南厚。均在可采范围，为较稳定煤层。煤岩类型以光亮型煤为主，间夹半亮型煤。内生节理发育，性脆。煤的硬度 f=0.30.5，密度 1.36 克/厘米 3。5 煤与下伏的 6 煤间距 810 米，与 7 煤层的间距 2943 米，平均 32.
36、2 米，由北往南逐渐变薄。7 煤层：7 煤层为复杂结构厚煤层。煤厚 6.1m。煤层厚度由北往南逐渐变薄，煤岩类型以半亮型和半暗淡型煤为主，中间夹 12 层暗淡型煤，底部为光亮型煤。煤层中节理裂隙发育，棱角状断口。煤的硬度 f=0.40.9，密度 1.57 克/ 厘米 3。7 煤与下部 8煤层间距变化较大，间距 015 米。在井口区 7、8 煤层合群，往南间距逐渐增大，在井田北翼 7、8 煤层间距为 0.30.5 米。9 煤层:9 煤层为复杂结构的中厚煤层。煤层厚度 1.8m。含有 12 层泥岩、粉砂岩夹石，夹石分布广泛，变化较大，由北往南逐渐增厚，由 0.1 米至 0.9 米，9 煤层厚度的变
37、化较大，多是由于煤层底板起伏变化较大和煤层顶板小型断层比较发育造成。煤岩类型以光亮型为主，下层以半亮型为主，界线明显。内生节理发育，玻璃光泽。煤的硬度 f=0.40.7，密度 1.51 克/厘米 3。与下伏 11 煤层间距 5.321.0 米，平均 9.3 米。华北科技学院毕业设计（论文）第 19 页 共 153 页范各庄西矿 1.8 Mt/a 新井设计第 20 页 共 153 页表 1-7 煤层综合柱状图表 、164.5139.72P12.95P16.P2124.71P6.3528.54.C83.653251.903.67.3.20.8571.3O254-216. 0-15.39780.-6
38、4.925192.7-40.514.8-158.6547-.-685-74.619、,54、2,、. 、,、-、-、-、-、,、,、.、-、56789、-、12,、,、;、-、-、K65413、0.m、K321-G、 、24-3681.9A、0-19.573、28.5、35.9-21.674、.-85、12、3.-107.26812、.4-25、3.9-16014、K3-、2.6-895K3、G45.83-1.96O2、60-8、 、 、 A0、A、 、 56、 78、 91、 2(/)、(k6) 13、 4、5(k)、2(1)、() 、2C3C2、P、1、华北科技学院毕业设计（论文）第 21
39、 页 共 153 页1.3.3 煤层赋存状况及可采煤层特征本井田共有可采煤层三层，从上到下依次为 5、7 和 9 煤层。煤层倾角平缓，倾角一般为 914。煤层埋藏较浅，一般在-150-700 米，煤层总厚度 11.6 米，煤层层间距不大。具体参数及相关特征见煤层特征表 1-5 和煤层综合柱状图表 1-4。表 1-8 可采煤层特性一览表煤厚（m） 围岩最大最小煤层名称 平均层间距（m）倾 角 顶板 底版 煤的牌号硬度（f）容重t/m31.856.1654.4015 砂岩 细砂岩1、2 号肥煤为主，局部气肥煤0.30.5 1.360.32.64746.32.6 中砂岩细砂岩1、2 号肥煤为主，局部
40、肥焦煤0.40.9 1.571.058.3293.20.138.9914细砂岩 细砂岩2 号肥煤为主，局部气肥煤0.40.7 1.511.3.4 勘探程度及可靠性在范各庄井田范围内进行过大量 的精查工作。除以往工作量外最后一次在精查区内又探了 100 个钻孔，基本上搞清了本井田的煤层赋存情况和主要地质构造情况。但由于地质构造复杂和勘探的水平所限，有一部分地质构造是推定的，控制程度还是有较大摆动。根据本地区断裂的一般规律，在大断层附近还有较多的小的断裂没有控制，这些都需要在生产过程中予以注意，有的孔斜较大，对构造的推定有一定的影响。表 1-9 煤层稳定性分析成果表煤层 可采性指数km(%)厚度变
41、异系数r（）综合评价5 79.4 50.7 不稳定7 100 25.3 较稳定9 98.3 28.8 较稳定范各庄西矿 1.8 Mt/a 新井设计第 22 页 共 153 页第 2 章 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1 井田划分的依据1）在井田划分时，它保证各井田合理的尺寸和境界，使煤的各部分得到合理性开发。井田划分的范围、储量、煤层赋存及开采条件与矿井生产能力相适应。对于现代化大型矿井，要求井田有足够储量和合理服务年限，生产能力小的矿井可小些。同时考虑到矿井发展余地，井田范围应适当的划的大些。本设计生产能力为 180 万 t/a,属于大型矿井。因此在划分井田范围时，应与该生产能力相适
42、应。2）保证井田有合理的尺寸。通常情况下，为合理安排井下生产，井田走向长度应大于倾斜长度。如井田长度过短，则难以保证矿井各个开采水平有足够的储量和合理的服务年限。造成矿井接替紧张。井田走向长度过长，又会给矿井通风，井下运输带来不便。根据实际地质情况，并参照我国煤矿的实践经验，选择一个合理的尺寸。3）合理划分矿井开采范围，处理相邻矿井关系。划分矿井边界时，通常把煤层倾角不大，沿倾斜延展很宽的煤田，分成浅部和深部两部分。一般应先浅后深，先易后难，分别开发建井，以节约初期投资。4）选择好井口与工业广场位置划分应考虑井筒与工业广场位置的选择，使有利于井田开拓和采区布置，有利于矿井建设施工和工业场地布置
43、。2.1.2 开采界限井田煤系地层主要由石炭系、二迭系地层组成，其中包括中石炭统唐山组，上石炭统开平组、赵各庄组，下二迭统的大苗庄组、唐家庄组。含煤 14 层，可采煤层 3 层，分别为 5、7、9 煤层。其中主采煤层为 5 号煤层，7、9 煤层为后期储备资源开采。矿井设计只针对 5 号煤层。开采上限：5 煤层以上没有可采煤层。华北科技学院毕业设计（论文）第 23 页 共 153 页下部边界：9 煤层以下没有可采煤层。2.1.3 井田尺寸井田赋存状况示意图如图 2-1 所示。回 风 大 巷采 区 回 风 石 门上 山 绞 车 房采 区 上 部 车 场区 段 回 风 平 巷区 段 运 输 平 巷溜
44、 煤 眼采 区 中 部 车 场采 区 变 电 所轨 道 上 山运 输 上 山采 区 煤 仓采 区 下 部 车 场运 输 大 巷 154320987654321下 部 车 场 绕 道 09876主 井副 井井 底 车 场主 石 门 采 煤 工 作 面范 各 庄 南 矿 180万 吨 矿 井 开 拓 平 面 图图 2-1 井田赋存状况示意图井田的平均走向长度为 5.7km，平均倾向长度为 2.57km。煤层的最大倾角为160，最小倾角为 70，平均为 130。井田的水平面积按下式计算：S=n S式中 S井田的水平面积， m2;图 2-1 中单方格面积，m;n 图 2-1 中单方格的个数则井田的水平
45、面积为：S=59250000 =14.75（2 ）井田的真面积按下式计算：=S/ azSCos式中 井田的真面积，m2;zSS井田的水平面积， m2;a 煤层的倾角范各庄西矿 1.8 Mt/a 新井设计第 24 页 共 153 页由于煤层倾角集中在 13 度,经纬网方格大约为 59 格 每个经纬网方格的面积为S=500500=250000 。2m则井田的真面积为：=59250000/Cos 13=15.1（ ）zS2km2.2 矿井工业储量2.2.1 勘探类型及储量等级的圈定1）井田勘探类型根据矿井勘探情况，其勘探类型为类型。2）钻孔及勘探线分布全区经过普查、详查、精查勘探及使用综合勘探的精查
46、补充勘探后，使完成钻孔145 个，地震物理点 3466 个，平均每平方公里有 2.13 个，地震物理点 23.9 个，共计工程量为 10621.27m，其中水文钻孔 3 个，为 1865.61m。2.2.2 储量等级的圈定根据对煤矿床的勘探，研究程度和煤炭工业建设的需要，将煤炭储量划分为A、B、 C、D 四级。本矿井煤质稳定，煤类单一，水文地质条件中等，煤系中无岩浆岩破坏活动，因此储量级别的划分主要依据对地质构造和煤层的控制、研究程度。邻近不可采边界的块段均不圈定高级储量；断层煤柱不圈定高级储量，一律降为 C 级储量；2.2.3 煤层最小可采厚度该井田煤层倾角均小于 15，各煤层经洗选后均能达
47、到炼焦用煤要求，根据生产矿井储量管理规程的规定，确定煤层的最小可采厚度为 1.3 m。2.2.4 矿井工业储量的计算矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探，煤层厚度与质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚，目前可供利用的可列入平衡表内的储量。矿井工业储量一般即 A+B+C 级储量。华北科技学院毕业设计（论文）第 25 页 共 153 页井田范围内全区可采煤层为 5 煤、7 煤和 9 煤共 3 层煤。其中，5 煤平均厚度为3.05m， 7 煤平均厚度为 6.1m，9 煤平均厚度为 1.8m，可采煤层总厚为 10.6m。矿井的工业储量根据经纬网网格法来计算。经过计算，得出井田范围内有 59 个经
48、纬网格，煤层倾角没有较大的变化，在 7 到 15 左右。矿井工业储量的计算公式如下：= M gZzS式中： 矿井工业储量，t； 井田的真面积，zS2kmM煤层平均厚度；煤的平均容重，t/ ；3由于有 5，7，9 三层可采煤层则各煤层的工业储量为：5 煤层的工业储量为： = 15.13.051.361000000 = 6.26 （t ）5gZ 7107 煤层的工业储量为： = 15.16.11.571000000 = 14.46 （t ）79 煤层的工业储量为： = 15.11.81.511000000 =4.10 （t ）9g 710则矿井的工业储量为：= + + gZ5g79gZ= 6.26
49、 + 14.46 + 4.1010710710= 2.48 (t)82.3 矿井可采储量2.3.1 保护煤柱储量计算要计算井田可采储量，首先要确定各种永久煤柱损失。永久煤柱一般是指保护工业广场和井筒的保护煤柱，井田境界和大断层两侧的井田境界煤柱和断层煤柱，以及范各庄西矿 1.8 Mt/a 新井设计第 26 页 共 153 页保护地面建筑物、河流、铁路等而留设的保护煤柱等。1）工业广场保护煤柱受保护面积边界是由受保护建筑物和主要井筒的边界向外加上一部分备用量即维护带确定的。受保护建筑物边界一般不是直接以被保护建筑物的外边界为准，而是取平行于煤层走向或倾斜方向的与受保护建筑物外缘相连的直线所围成的面积，作为受保护建筑物的边界。地面建筑物和主要井筒的保护煤柱是从受保护的边界起，按
