1、永华二矿 90 万吨安全通风设计1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 位置与交通永华能源有限公司二矿（即焦村煤矿）位于偃师市缑氏乡境内，北距偃师市区 32km，井田属于偃龙矿区郭村井田一部分。二矿与偃师市区之间有柏油公路相连，井田深部工广位于公路西测 240m。沿该公路向北 10km 可在顾县与郑洛公路相交，向北约 5km 在侯氏镇与 207 国道相连，向南 10km 与郑州至少林寺高速相连，交通便利。详见交通位置图 1-1：图 1-1 矿区交通位置图1.1.2 地形地貌及水系矿区位于嵩山山脉北麓的山前平原区，全区多被第四系覆盖，仅有零星基岩出露，地表南北向冲沟发育，总体地势南
2、高北低，最高点位于矿区 4001 孔南矿区边界处，标高 279.5m，最低点位于矿区石家寨北矿区边界处，标高174.4m，相对高差 105.1m。本区属黄河流域伊河水系。伊河位于矿区外围北部，发源于栾川县西部的伏牛山区，经嵩县、伊川、洛阳，向北东至偃师市岳滩境内与洛河汇合后称伊洛河，东流至巩义市东北的神堤渡口注入黄河。区内无河流，仅有冲沟形成的溪流（铁窑河等） ，雨天有水，雨后即干。雨季洪流沿冲沟由南向北排泄，最终注入伊河。区内无大型水库，地表水体主要为冲沟筑坝形成的小型水库以及人工开挖的小水塘，这些水体的储水来源主要为大气降水和矿井排水汇集而成。区外南部有陆浑东一干渠由西向东蜿蜒通过1.1.
3、3 气象矿区属暖温带大陆性季风气候，其特征是冬寒夏炎，春秋多风，四季分明。年降水多集中于 7、8、9 三个月，据洛阳市气象台资料，最高气温 44.2（1966 年 6 月 20 日） ，最低气温-18.2（1969 年 2 月 1 日） ，年平均气温14.5；年平均降雨量 595.8mm，年平均蒸发量 1907.8mm；最大冻土深度18cm，无霜期 204d，最大风速 21m/s。1.1.4 地震根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001） ，本区地震动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度为度。1.1.5 矿区经济概况本区工业发展相对落后，多以采矿业为主，辅以石料厂、水泥厂。农业以小麦
4、、玉米等种植业为主。1.2 井田地质特征1.2.1 井田地层根据钻孔揭露，地层由老到新有：寒武系、中下奥陶系、中上石炭本溪组、太原组、下二叠统山西组、下石盒子组、上二叠统上石盒子组、石千峰组及第四系，如图 1-2 所示。除寒武系、奥陶系地层沿矿区南部山坡边缘广泛出露外，其余均为零星出露。1）寒武系（）:主要为碳酸盐岩沉积，岩性有灰岩、白云质灰岩及白云岩。2）中、下奥陶系（O 1-2）：灰色灰岩，白云岩。3）中石炭本溪组（C 2b）：铁铝层，以铝土矿、铝土页岩组成，一般厚12m。4）上石炭太原组（C 3t）：为海陆交互相含煤沉积地层，根据其岩性组合特征分为三段，自下而上分为下部灰岩段、中部砂岩段
5、和上灰岩段。下部灰岩段一般厚 24m，由煤层及石灰岩、泥岩、砂质泥岩组成，含煤四层（一 1一4） ；中部砂岩段一般厚 40m，由深灰色中细粒砂岩、砂质泥岩组成夹薄层石灰岩，含煤三层（一 5一 7） ；上灰岩段一般厚 18m，由石灰岩、黑色泥岩、砂质泥岩、中细粒砂岩组成，含煤二层（一 8一 9） ，上部 L9 灰岩顶界与二叠系分界。5）二叠系（P ）：与石炭系整合接触，总厚 820m。（1）下二叠统山西组（P 1s）:一般厚 60m,为一套过渡相为主的含煤地层，分四段。二 1 煤段：泥砂岩及煤层组成，一般厚 17m，内含 12 层煤，其中二1 煤层为主要可采煤层；大占砂岩段：为长石石英砂岩，一般
6、厚 15m，为标志层之一；香炭砂岩段：长石石英砂岩、泥岩组成，一般厚 31m；小紫斑泥岩段：由灰绿色泥岩、紫斑泥岩、灰色粉砂岩组成，一般厚 13m。（2）下二叠统下石盒子组（P 1x）: 一般厚 81m,下部砂锅窑砂岩，厚14m，为石英砂岩，底部含小砾石和泥质包体，为标志层；上部为紫色、紫色斑块状泥岩、一般厚 18m，含泥土质为标志层。（3）上二叠统上石盒子组（P 2s）:本组厚度一般为 568m，与下石盒子组为整合接触，主要由暗紫色、紫色泥岩、砂质泥岩及灰白色、灰绿色粗粒砂岩组成。（4）上二叠统石千峰组（P 2）：厚度 450m，由紫红色砂岩、泥岩、砂质泥岩组成，泥岩和砂质泥岩中含钙质及少量
7、铝土质。6）新生界（C Z）第四系（Q）:与下伏地层呈不整合接触，厚 0200m, 西厚东薄，由黄土、卵石、沙、粘土组成。1.2.2 地质构造矿区位于偃龙煤田中段，位居华北板块南部的嵩箕构造区西部, 区域构造格局受南侧的秦岭大别板缘带和东侧的郯庐断裂带的制约，构造形态受多期构造运动叠加变形。矿区位于嵩山背斜北翼，为一缓倾斜的单斜构造形态，地层走向近东西向，倾向北，倾角 1525。区内钻探、三维地震控制断层共计11 条，均属正断层，尚未发现褶曲构造，故区内构造复杂程度属中等。1）构造运动本区域曾历经嵩阳、吕梁、少林、加里东、印支、燕山、喜山构造运动，各时期的构造运动方向和强弱不一。而对含煤建造、
8、聚煤作用，煤层赋存起着控制作用，主要由“ 加里东、印支、燕山、喜山运动” 。2）主要构造特征偃龙煤田位于嵩箕构造区西部，其构造特征受区域构造格局制约。本区域历经多期构造叠加变形，形成当今主要三种构造型式组成其基本构造格局，详见构造纲要图 1-3：（1）东西向褶曲，本煤田位于嵩山复式背斜北翼。（2）切割东西向褶曲北西、北东向两组断裂，如嵩山断层、五指岭断层，矿区内的铁窑断层（F19 ） 、孙家坡断层（F22 ） 。柱 状3.64.9410.743.97厚 度(m)4.5中 粒 砂 岩砂 质 泥 岩煤 层2.1 细 粒 砂 岩4.34.0(m)6.0 深 灰 色 ， 含 有 细 条 状方 解 石
9、脉 及 海 百 合 化石 。 局 部 相 变 为 中 粒砂 岩 。3.5 石 灰 岩砂 质 泥 岩砂 质 泥 岩细 粒 砂 岩地 层年 代 累 计厚 度山西组P1Sh10.7414.7119.2121.3129.6125.613.2141.214.7649.70中 粒 砂 岩灰 灰 白 色 ， 泥 质 胶结 ， 含 星 点 状 云 母 片黑 色 粉 末 状 及 鳞 片 状 ，光 泽 暗 淡 ， 下 部 有 时含 0.2-0.5m劣 质 煤 及碳 质 泥 岩灰 灰 黑 色 ， 薄 层状 ， 含 炭 质 、 黄 铁 矿结 核 及 大 量 云 母 片深 灰 色 砂 质 泥 岩深 灰 色 砂 质 泥
10、岩灰 色 ， 泥 质 胶 结 ， 含云 母 星 点 ， 间 夹 黑 色泥 岩 薄 层深 灰 色 砂 质 泥 岩 ,夹薄 层 状 砂 岩岩 层 名 称 岩 层 描 述煤 层 黑 色 块 状 亮 煤太原组C3t灰 灰 白 色 ， 泥 质 胶结 ， 含 星 点 状 云 母 片中 粒 砂 岩 灰 灰 白 色 ， 泥 质 胶结 ， 含 星 点 状 云 母 片2.035.21图 1-2 矿井煤系地层柱状图（3）叠加东西向褶曲之上轴向北西，向东南撤开的弧形构造及滑动构造，如东部嵩山井田嵩山滑动构造。（4）地层沉积特征地层区划属华北地层区豫西地层分区嵩箕地层小区，区内地层由太古界至新生界。其中古生界奥陶系末期
11、，由于加里东运动，地壳抬升，缺失志留系、泥盆系、石炭系下统和中统；中生界三叠系末期，由印支、燕山运动地壳抬升，缺失侏罗系、白垩系地层，其余均有沉积。图 1-3 构造纲要图1.2.3 井田的水文地质特征偃龙矿区南缘的嵩山、玉带山为黄河与淮河的分水岭，矿区处于分水岭北侧的斜坡地带，雨季大气降水流向北注入伊洛河，属黄河流域。煤系地层上部被第三、四系松散地层覆盖，间接接受大气降水补给，地下水流向西北。1）主要含、隔水层（1）第三、四系砂砾石含水层主要由砂、砾石组成，第四系砂砾石含水性强，单位涌水量O.02174.2451m/s，渗透系数 O18562.1m/d，水位深度 9.9532.8m，是民井取水
12、的主要水源。第三系底部的砾石，含水性较弱。（2）二 1 煤顶板砂岩含水层由山西组的大占砂岩和下石盒子组的砂锅窑砂岩组成，大占砂岩厚1020m，砂锅窑砂岩厚 1030m，砂岩均为裂隙承压水，但含水性弱，是二 1煤顶板直接充水含水层，易于疏排。（3）二 1 煤层底板隔水层介于二 1 煤层与太原群上段灰岩之间，岩性由泥岩、砂质泥岩组成，厚520m，一般 8.43m，其层位稳定，有一定隔水能力。（4）太原群上段灰岩含水层由 L6L 8 灰岩组成，其中 L7 灰岩发育完整，厚度大，层位稳定，一般厚512m，平均 7m 左右。全区（偏桥、郭村、夹沟）共有 134 个钻孔揭露该含水层，仅 8 个孔漏水，占
13、5.97%，含水性极不均一。该含水层含水较弱，单位涌水量 O0040.9641m/s，距二 1 煤层底板 20m 左右，是二 1 煤层底板直接充水含水层。（5）太原群下段灰岩含水层由 L1L 4 灰岩组成，厚度 1018m，一般 12m，全区 46 个钻孔揭露，有9 个孔漏水，占 1957%。本井田范围 4902 孔于孔深 405406m 穿见溶洞，其岩溶发育不均，含水性较上段灰岩强。（6）本溪组铝土质泥岩隔水层由铝土岩和铝土质泥岩组成，厚度 410.8m，其层位稳定，岩性致密，节理裂隙不发育，隔水能力强，正常情况下，可阻隔太原群灰岩和中奥陶系灰岩之间的水力联系。（7）奥陶系灰岩含水层由隐晶质
14、灰岩组成，揭露厚度一般 46m 左右，岩溶裂隙发育不均，含水性与透水性亦有差异，单位涌水量 O009761.0741m 3/s，渗透系数O0123.711m/d，矿区南部广泛出露，直接受大气降雨补给。2）水文地质条件和矿井涌水量井田水文地质条件中等，主要充含水层为底板灰岩岩溶裂隙承压水。根据河南省煤田地质二队于 2009 年 7 月提供的河南永华能源有限公司一、二、三矿涌水量预算情况说明 ，河南永华能源有限公司二矿正常涌水量为207m3/h，最大涌水量为 306m3/h。3）井下地温特性根据河南永华能源有限公司焦村煤矿西段二 1 煤层资源储量核查报告 ，钻孔测温资料中测温深度 350560m，
15、平均测温深度 455m，测定结果见表 1-1。表 1-1 地温梯度值表6805 孔 6809 孔深度（m） 地温梯度 /100 深度（m） 地温梯度 /100560 0.99/100 350 1.67/100地温梯度值在 0.99/1001.67 /100m，平均地温梯度为 1.33/100m。1.3 煤层特征1.3.1 煤层埋藏条件偃龙矿区含煤地层主要有太原群、山西组、下石盒子组及上石盒子组，属于多煤组多煤层地区，共含煤五组 13 层煤，煤层总厚 10.72m，含煤系数 1.25%。郭村内仅二 1 煤层为主要可采煤层，其它煤层均为不可采或局部可采。从井田钻探看，构造不发育，仅在井田东部边界有
16、一断层存在，沿该断层形成了宽大的无煤区，所以断层对开采无影响。1.3.2 煤层围岩性质如表 1-2 所示。根据核查区内的钻孔资料，二 1 煤层位于山西组下部，下距下二叠系石盒子组 1220m，全层厚 09.5m，平均厚 4.5m。本区内有 2 块较大无（薄）煤带，煤层厚度变化较大。煤层结构简单，含夹矸一层，局部二层。夹矸厚 0.20.6m，岩性以炭质泥岩、泥岩和砂质泥岩。表 1-2 二 1 煤层特征表特征名称 特征 单位煤层名称 二 1煤层厚度 4.5 m稳定性 稳定可采性 可采倾角 18 容重 1.4 t/m 3煤层牌号 民用或动力老顶 砂质泥岩顶板直接顶 岩性 砂岩直接底 炭质泥岩底板老底
17、 岩性 砂质泥岩1.3.3 煤的特征1）煤的物理性质二 1 煤层呈深黑色，条痕黑色，玻璃光泽，具参差状及土状断口，煤岩成份以亮煤为主，暗煤次之，间夹少量镜煤线理条带及微量丝炭，呈镶嵌状及条带状分布，宏观煤岩类型多为半亮型。煤层多具粉状及鳞片状结构，层状构造，裂隙发育，充填物多为高岭土及碳酸盐类矿物。2）煤的化学性质因煤岩有机物质较高，故灰分较低。二 1 煤平均灰分为 16.87%左右，常见值在 1018%之间，为中灰分煤层。煤灰成分以二氧化硅和三氧化二铝为主。原煤全硫含量较低，其变化范围在 1.00%以下，平均为 0.53%左右，属低硫煤。磷的含量在 0.0010.038%之间，平均 0.01
18、4%属低、中磷煤。灰分、硫分、磷分沿走向、倾向变化不明显，规律性不强。3）煤种及变质特点根据对原煤可燃基挥发分和镜煤平均最大反射率的测试结果，挥发分为3.86%。镜煤平均最大反射率（Rmax）为 5.84%，煤的变质程度应属无烟煤VII2 变质阶段。4）煤的可选性由于本区煤层比重大，按国际使用 1.4 或 1.5 比重液洗选，精煤回收率特低，一般洗不出精煤。5）煤的特征及工业用途根据GB575186煤炭分类标准，以浮煤干燥无灰基挥发分（ Vdaf）值、粘结指数（G）值，胶质层最大厚度（Y）值为主要指标，辅以镜煤最大反射率值、焦渣特征，结合区域煤类分布特征以及根据煤质化验结果综合，二 1 煤层属
19、低中灰、低硫、低磷、低砷、高熔粉状无烟煤，以动力和民用煤为主。6）瓦斯、煤尘、煤的自燃性根据永华二矿历年瓦斯等级鉴定及实际瓦斯涌出情况，井田煤的瓦斯含量高，详见表 1-3：表 1-3 永华二矿历年瓦斯等级鉴定及 2010 年实际瓦斯涌出情况表瓦斯等级鉴定年份 绝对涌出量（m3/min） 相对涌出量(m3/t) 瓦斯等级2006 2.32 6.09 低2007 5.91 12.78 高2008 7.03 14.11 高2009 6.61 14.75 高2010 6.72 14.87 高7）煤尘、煤的自燃倾向性及煤尘爆炸危险性根据煤炭科学研究总院重庆分院于 2004 年对永华二矿煤样测定结果，二1
20、 煤属无爆炸危险性的煤层，煤层自燃等级为三类，属不易自燃煤层。2 井田开拓2.1 井田境界与可采储量2.1.1 井田境界1）本矿井东面以 F22 断层为界，西面以 45 勘探线为界，南面以煤层露头为界，北至-560m 煤层底板等高线。划定范围走向长约 4.2km，倾斜宽度3.6km，面积约 15.12km2。2）矿井工业储量的计算：矿井工业储量是指地质勘探工作根据煤层的可采厚度和质量指标确定为符合开采条件的储量，可用下式表示：Zg SMR （2-1）式中：Zg矿井的工业储量；S 井田的倾斜面积，15.12km 2；M 煤层的厚度，4.5m；R 煤的容重，1.40t/m 3；则：Zg=15.12
21、10000004.51.4=95.256 Mt2.1.2 可采储量1）工业广场煤柱矿井设计生产能力为 90 万吨/年，取工业广场的尺寸为 300m500m 的长方形。煤层的平均倾角为 18，工业广场的中心处埋藏深度为 560m，主井、副井、地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按 I 级保护留维护带，宽度为20m。本矿井的地质条件、冲积层和基岩层移动角见表 2-1。表 2-1 岩层移动角广场中心深度（m）煤层倾角（）煤层厚度（ m）冲击层厚度（m）（） （ ） （） （）560 18 4.5 18 45 75 75 60根据上述以知条件，画出如图 2-1 所示的工业广场保护煤柱的尺寸： BAC
22、Dbadc 45040-图 2-1 工业广场保护煤柱保护煤柱梯形面积为：S =(上宽+下宽) 高/(2cos18) =717856.52m 2 (2-2)工业广场的煤柱量为： Zi=SMR (2-3)式中： Zi工业广场煤柱量；S 工业广场压煤面积，717856.52 m2；M 煤层厚度，4.5m；R 煤的容重， 1.4t/m3。则： Zi=717856.524.51.410-4= 4.522Mt2）断层煤柱本矿井内只有井田东部边界有 F22 断层。根据采矿工程设计手册推荐，防水煤柱宽度按如下经验公式推算：（2-4）pKMAL3式中 L煤柱宽度,mM煤层厚度或采高, 4.5mP隔水层所承受的水压,取 23MPaKp煤的抗张强度,取 0.2MPaA安全系数（2.55） ，设计取 3。经计算，L 7090m。由于 F22 断层处于无（薄）煤带，故 F22 断层不压煤。
