采礦工程本科畢業(yè)設計張雙樓礦 Mta的新井設計

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1、摘 要 本設計包括三個部分：一般設計部分、專題設計部分和翻譯部分。 一般部分為張雙樓礦1.8 Mt/a的新井設計。張雙樓煤礦位于江蘇省徐州市境內，東有沛屯鐵路與隴海線相連，交通十分便利。井田走向（東西）長平均約8.23 km，傾向（南北）長平均約3.88 km，井田水平面積為31.93 km2。主采煤層一層，即7號煤層，平均傾角8.9°，厚約5.0 m。井田工業(yè)儲量為226.69 Mt，可采儲量156.51 Mt，礦井服務年限為66.9 a。井田地質條件簡單。表土層平均厚度70 m；礦井正常涌水量為320 m3/h，最大涌水量為340 m3/h；煤層硬度系數(shù)f=2.3，煤質牌號為氣煤44

2、；礦井絕對瓦斯涌出量為1.84 m3/min，屬低瓦斯礦井；煤層有自燃發(fā)火傾向，發(fā)火期3~6個月，煤塵具有爆炸危險性。 根據(jù)井田地質條件，提出四個技術上可行開拓方案。方案一：立井兩水平開采，暗斜井延深至-700 m水平；方案二：立井兩水平開采，立井延深至-700 m水平；方案三：立井兩水平開采，暗斜井延伸至-820 m水平；方案四：立井兩水平開采，立井井延伸至-820 m水平。通過技術經(jīng)濟比較，最終確定方案一為最優(yōu)方案。將主采煤層劃分為兩個水平，一水平標高-450 m，二水平標高-700 m，因井田走向大斷層將井田分為南北兩部分，井田南部為一水平服務范圍，井田北部為二水平服務范圍。 設計首

3、采區(qū)采用采區(qū)準備方式，工作面長度223 m，采用一次采全高采煤法，全部跨落法處理采空區(qū)。礦井采用“三八”制作業(yè)，兩班生產(chǎn)，一班檢修。生產(chǎn)班每班3個循環(huán)，日進6個循環(huán)，循環(huán)進尺0.6 m，日產(chǎn)量5432.16 t。 大巷采用帶式輸送機運煤，輔助運輸采用1.5 t固定箱式礦車。主井裝備一套12 t雙箕斗和一套12 t單箕斗帶平衡錘提煤，副井裝備一對3 t礦車雙層單車罐籠帶平衡錘擔負輔助運輸任務。礦井采用中央并列式通風。通風容易時期礦井總需風量4608 m3/min，礦井通風總阻力2096 Pa，風阻0.35 N·s2/m8，等積孔2.03 m2，礦井通風容易。礦井通風困難時期礦井總風量4608

4、m3/min，礦井通風總阻力2746 Pa，風阻0.46 N·s2/m8，等積孔1.74 m2，礦井通風中等困難。設計礦井的噸煤成本110 元/t。 專題部分題目是深井巷道錨桿支護技術。采用MATLAB 7.1矩陣實驗軟件來進行有關圖形的繪制。 翻譯部分是一篇關于頻率和錨固長度對超聲波在錨桿中傳播行為的影響的論文，英文原文題目為：Effects of frequency and grouted length on the behavior of guided ultrasonic waves in rock bolts。 關鍵詞：立井；上下山開采；大采高；單巷掘進；中央并列式 ABST

5、RACT This design can be divided into three sections: general design, monographic study and translation of an academic paper. The general design is about a 1.8 Mt/a new underground mine design of Zhangshuanglou coal mine. Zhangshuanglou coal mine lies in Xuzhou, Jiangsu province. As Peitun railway

6、run across the east part of the mining field connect to Longhai railway, the traffic is very convenient. It’s about 8.23 km on the strike and 3.88 km on the dip,with the 31.93 km2 total horizontal area. The minable coal seam of this mine is only 7 with an average thickness of 5.0 m and an average di

7、p of 8.9°. The proved reserves of this coal mine are 226.69 Mt and the minable reserves are 156.51 Mt, with a mine life of 66.9 a.The geological condition of the mine is relatively simple. The normal mine inflow is 320 m3/h and the maximum mine inflow is 340 m3/h. It is bituminous coal 44 with low m

8、ine gas emission rate and coal spontaneous combustion tendency, and it’s a coal seam liable to explosion. Based on the geological condition of the mine, I bring forward four available project in technology. The first is vertical shaft development with two mining levels and the extensionof inclined

9、shaft go to -700 m; thr second is vertical shaft development with two mining levels and the extensionof vertical shaft go to -700 m; the third is vertical shaft development with two mining levels and the extensionof inclined shaft go to -820 m; the last is vertical shaft development with two mining

10、levels and the extensionof vertical shaft go to -820 m. The first project is the best comparing with other three project in technology and economy.The first level is at -450 m, The second level is at -700 m,Because a major fault lies in the center of mine field, themine field is divided into the nor

11、th section and the south section, the south section is one level service scope, and the north section is two level service scope. Designed first mining district makes use of the method of preparation in mining area, the length of working face is 223 m, which uses fully-mechanized coal mining techno

12、logy, and fully caving method to deal with goaf. The working system is “three-eight”,with two teams mining, and the other overhauling. Every mining team makes three working cycle, with six working cycle everyday. Advance of working cycle is 0.6 m, and quantity of 5432.16 ton coal is makedeveryday.

13、Main roadway makes use of belt conveyor to transport coal resource, and mine car to be assistant transport. Main shaft makes use of skip to transport coal resource, when subsidiary shaft makes use of cage to be assistant transport. In the prophase of mining the mine makes use ofcentralized ventilati

14、on method,when in the evening of mining the mine makes use ofareasventilation method. At the easy time of mine ventilation, the total air quantity is 4608 m3 per minute, the total mine ventilation resistance is 2096 Pa, the coefficient of resistance is 0.355 N·s2/m8, equivalent orifice is 2.03 m2. A

15、t the difficult time of mine ventilation, the total air quantity is about 4608 m3 per minute, the total mine ventilation resistance is 2746 Pa, the coefficient of resistance is 0.465 N·s2/m8, equivalent orifice is 1.74 m2. The cost of the designed mine is 110 yuan per ton. The monographic study is

16、bolting technology of deep well drawed by MATLAB 7.1. The translated academic paper is about effects of frequency and grouted length on the behavior of guided ultrasonic waves in rock bolts。 Keywords：shaft; up-dip and down-dip minging;large mining height;single thunnel drivage;centralized juxtapos

17、e ventilation. 目 錄 一般設計部分 1 礦區(qū)概述及井田地質特征1 1.1礦區(qū)概述1 1.2井田地質特征2 1.3煤層特征8 2 井田境界和儲量11 2.1井田境界11 2.2 礦井工業(yè)儲量13 2.3礦井可采儲量13 3 礦井工作制度、設計生產(chǎn)能力及服務年限18 3.1礦井工作制度18 3.2礦井設計生產(chǎn)能力及服務年限18 4 井田開拓20 4.1井田開拓的基本問題20 4.2 礦井基本巷道30 5 準備方式——采區(qū)巷道布置42 5.1煤層地質特征42 5.2采區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)43 5.3采區(qū)車場選型設計46 6 采煤方法50

18、6.1采煤工藝方式50 6.2回采巷道布置62 7 井下運輸66 7.1概述66 7.2采區(qū)運輸設備選擇69 7.3大巷運輸設備選擇70 8 礦井提升73 8.1概述73 8.2主副井提升73 9 礦井通風及安全78 9.1礦井通風系統(tǒng)選擇78 9.2 采區(qū)及全礦所需風量82 9.3礦井通風總阻力計算86 9.4選擇礦井通風設備95 9.5防止特殊災害的安全措施99 10 礦井基本技術經(jīng)濟指標101 專題設計部分 1 引言104 2 開采深度與巷道圍巖的變形關系104 2.1中國的研究104 2.2德國的研究105 2.3前蘇聯(lián)的研究106 3 深井

19、巷道錨桿支護的關鍵理論與技術107 3.1深井巷道錨桿支護理論基礎107 3.2深部巷道錨桿支護作用機理108 3.3深部巷道錨桿支護技術113 4 工程實例117 4.1巷道地質及生產(chǎn)條件117 4.2地應力測量118 4.3巷道圍巖穩(wěn)定性分類及計算機輔助設計118 4.4巷道支護設計118 4.5支護質量監(jiān)測120 4.6支護效果和經(jīng)濟效益分析126 5 結論126 參考文獻128 翻譯部分 英文原文130 中文譯文141 致謝149 一 般 部 分 1 礦區(qū)概述及井田地質特征 1.1礦區(qū)概述 1.1.1交通地理位置 張雙樓煤礦位于徐州市

20、西北，距徐州市約79 km，在江蘇沛縣安國鎮(zhèn)境內，東距大屯煤電公司6.5 km，南距沛縣城16.5 km，東有沛屯鐵路和隴海線相連，礦區(qū)的徐沛公路北上山東，南達上海，交通甚為便利。 圖1-1 張雙樓礦井交通位置圖 礦區(qū)（居民點）現(xiàn)狀由張雙樓、陳莊、高莊、梅廟、梅海子、油坊口、袁莊七個自然村組成，居住總人口3461人，910戶。交通位置如圖1-1。 1.1.2地形地貌和水文情況 本井田地表屬黃泛沖積平原，地面平坦，地面標高+35~+39 m，地勢西高東低，地表水系不發(fā)育，區(qū)內東緣微山湖，有徐沛河，南有豐沛河京經(jīng)杭大運河注入微山湖。 1.1.3礦區(qū)經(jīng)濟狀況 礦區(qū)工業(yè)發(fā)展迅速，已形成鑄

21、造、釀酒、繅絲、紡織、塑編、木材加工、機械制造等八大工業(yè)體系，工業(yè)產(chǎn)品100余種。張雙樓工業(yè)園區(qū)，形成了板皮加工、塑料編織、鑄造加工、機械制造四大主導產(chǎn)業(yè)。礦區(qū)農副產(chǎn)品資源豐富，有優(yōu)質小麥、“無公害水稻”、“高蛋白玉米”等糧食作物7.4萬畝，蕓豆5000 畝，黃皮洋蔥1000 畝、脫毒土豆1000 畝、東北毛茄1000 畝、越冬甘蘭1000 畝、大沙河無籽西瓜14000 畝、優(yōu)質紅富干蘋果4000 畝、桑園5000 畝。有年出欄300 萬羽的肉鴨養(yǎng)殖基地、年出欄150 萬羽的合同雞養(yǎng)殖基地、有大型的波爾山羊養(yǎng)殖基地。 1.1.4礦區(qū)電力供應 礦井110 kV主電源引自沛縣220 kV變電站

22、，備用電源引自大屯110 kV變電站，由110 kV線路送至距礦井110 kV變電站。 1.1.5礦區(qū)的氣候條件 本區(qū)屬南溫帶黃淮區(qū)，氣象具有長江流域的過渡性質，接近北方氣候特點，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨，春季有干旱及寒潮、霜凍等自然災害，但四季分明，氣候溫和。 降水量：年平均降水量811.7 mm，最大年降水量1178.9 mm，最小年降水量550 mm，降水多集中于7、8、9月份，占全年降水量的50~70%，1、2、3月份為枯水季節(jié)。 蒸發(fā)量：年平均蒸發(fā)量1873.5 mm，年最小蒸發(fā)量1273.9 mm。 氣 溫：年平均氣溫13.8 ℃，最高氣溫40.7 ℃，最低氣溫-21

23、.3 ℃。 主導風向:全年以東南，偏東風為最多，年平均風速3.2 m/s。 本區(qū)屬季節(jié)性大陸性氣候。 1.1.6地震 自公元462年以來，根據(jù)不完全統(tǒng)計，本區(qū)共記載有感地震30余次，其中影響較大的有1968年7月25日山東莒縣郯城8.5 級地震，1937年8月1日山東菏澤7級地震等。 本區(qū)屬于華北地震區(qū)，據(jù)郯廬斷裂100 余公里，該斷裂為一長期活動的斷裂帶，亦為強地震帶，郯城至新沂一帶具有發(fā)生強地震的地質構造背景。 1.2井田地質特征 1.2.1井田的地形，井田的勘探程度 本區(qū)位于華北陸臺之東南部，在大地構造上處于魯西穹折帶（魯西臺凸）的西側，與徐蚌凹折帶（徐州臺凹）相鄰。區(qū)內

24、地形平坦，出露地層極少，僅在局部地區(qū)有前震旦系、寒武系、奧陶系等地層零星出露。 區(qū)域地層在前震旦紀的結晶基底上沉積了震旦系、寒武系、奧陶系、石炭二迭系、侏羅白堊系及新生代地層。 在區(qū)域構造上位于兩個不同的構造單元聯(lián)結處（魯西穹折帶與徐蚌凹折帶之間），前者以一系列接近經(jīng)向和緯向的斷裂為主，間有寬緩的短軸褶皺，后者以一系列北東向的緊密向斜、背斜相間而成。 圖1-2 綜合地質柱狀圖 本區(qū)的巖漿巖活動自老至新大致分為三期：即呂梁期花崗巖、燕山期中基性巖侵入以及喜馬拉雅期的玄武巖流，在煤系中以燕山期侵入體為主。綜合地質柱狀圖如圖1-2。 井田從西向東共由9條勘探線控制，共打鉆孔74個，其

25、中有瓦斯鉆孔10個，煤層自燃勘探鉆孔5個，地溫勘探鉆孔10個，井田南部及北部東半部分鉆孔分布均勻，是重點勘探區(qū)。精查地質報告基本查明了井田的煤層賦存情況、構造情況、煤質以及水文地質條件。 1.2.2井田的地質構造、最主要的地質變動 井田內地層走向、傾向、傾角，褶曲、斷層的總體發(fā)育規(guī)律等方面如下：區(qū)內呈單斜構造，局部發(fā)育有次級背向斜，地層傾角變化不大，大致在712o有一條正斷層，局部遭受巖漿侵入的影響，屬中等。 本區(qū)地層屬華北型，煤系地層為石炭、二迭系，均為第四系或侏羅-白堊系所覆蓋。區(qū)內揭露的地層有奧陶系下統(tǒng)肖縣組（未揭穿）、馬家溝組，奧陶系中統(tǒng)閣莊組、八陡組，石炭系中統(tǒng)本溪組，石炭系上

26、統(tǒng)太原組，二迭系下統(tǒng)山西組和下石盒子組，二迭系上統(tǒng)上石盒子組，侏羅-白堊系，第四系?，F(xiàn)按地層生成順序敘述如下： 奧陶系下統(tǒng)肖縣組（） 本區(qū)僅一個鉆孔揭露，最大揭露厚度125 m。巖性為灰~灰白色微帶肉紅色白云巖、灰質白云巖，夾灰黑色微晶灰?guī)r、泥礫灰?guī)r。 奧陶系下統(tǒng)馬家溝組（） 本區(qū)僅一個鉆孔揭露，全組厚度約198 m。巖性上部為灰色或成淺褐色隱晶質灰?guī)r夾薄層白云巖和含白云質灰?guī)r；下部為似豹斑狀灰?guī)r，夾泥質條帶，與下伏肖縣組地層呈整合接觸。 奧陶系中統(tǒng)閣莊組（） 本區(qū)僅個別鉆孔揭露，全組厚約113 m。巖性由淺灰、灰白或淺褐色微晶狀白云巖、灰質白云巖夾薄層泥灰?guī)r、灰?guī)r組成，與下伏馬家

27、溝組地層呈整合接觸。 奧陶系中統(tǒng)八陡組（） 本區(qū)僅個別鉆孔揭露，全組厚約25 m。由灰~棕灰色厚層狀質純隱晶質灰?guī)r夾薄層灰綠色泥巖組成。與下伏閣莊組地層呈整合接觸。 石炭系中統(tǒng)本溪組（） 本區(qū)僅少數(shù)鉆孔揭露，全組厚約20~38/29 m，為海陸交替相沉積。中、上部主要由淺灰色致密狀灰?guī)r夾灰綠色、雜色泥巖而成。下部為絳紫色泥巖及褐黃色鋁土質泥巖，偶含薄層灰?guī)r，底部為一層絳紫色鐵質泥巖與下伏奧陶系中統(tǒng)八陡組地層呈假整合接觸。產(chǎn)狀： Fusulinella bocki 薄克氏小紡錘蜓 Beedeina yangi

28、 揚氏比德蜓 Pseudowedekindellina prodixa 伸長假魏特肯蜓 Eostaffella quasiampla 似豐滿始史塔夫蜓 Chonetes of carbonifera 石炭戟貝（相似種） 石炭系上統(tǒng)太原組（） 本區(qū)大多數(shù)鉆孔揭露，全組厚約145~179/159 m，本組地層為海陸交互相沉積，沉積旋回清晰，標志層明顯。發(fā)育了薄-厚層灰?guī)r十三層及十一層薄煤，其中：一、四、十二灰是全區(qū)標志層。本組主要由灰色細、中粒砂巖，灰黑色泥巖，砂泥巖、灰?guī)r和煤組成。一

29、、二灰為生物化學巖，常具方解石晶體，四灰最厚，平均8.21 m，且含燧石；十二灰中下部富含蜓科化石及燧石。無名灰上、九灰下賦存17煤，十二灰下賦存21煤，但是不可采。底部以一層鋁質泥巖與下伏本溪組地層分界，呈整合接觸。產(chǎn)狀： Neuropteris ovata 卵脈羊齒 Taeniopteris 多脈帶羊齒 Chonetes 石炭戟貝 Lengula sp 燕海扇 Schiz

30、odus sp 裂齒蛤 Schwagerina 希瓦格蜓 二迭系下統(tǒng)山西組（） 為本區(qū)主要含煤地層之一，整合于太原組地層之上，全組厚93~185/113 m。 本組地層屬過渡相沉積，含煤1~5層，其中7煤為本區(qū)主采煤層。9煤不可采。下部偶含5煤或6煤。產(chǎn)狀： Pecopteris kativenosa 厚脈櫛羊齒 Pecopteris arcuata 彎脈櫛羊齒 Sphenophyllum o

31、blongifolium 長橢圓形楔葉 Alethopteris ascendens 細脈座延羊齒 Lingula sp 舌形貝 Rhacopteris bertrandii 烈扇羊齒 二迭系上統(tǒng)上石盒子組（） 本區(qū)揭露殘留地層厚度12~175/101 m。上部由雜色泥巖、砂質泥巖為主，間夾薄層灰綠、絳紫色砂巖，內含大量鋁土質和菱鐵質鮞粒，下部由紫紅、灰綠色中粒砂巖為主，間夾雜色砂質泥巖及蛋青色薄層鋁土質泥巖、砂泥巖組成，底部為紫色或

32、灰白色中~粗粒含粒石英砂巖（奎山砂巖）與下伏下石盒子組地層呈整合接觸。 侏羅—白堊系（J—K） 本區(qū)內揭露殘留地層最大厚度509 m，平均290 m。上部由深灰、暗紫色泥巖、砂泥巖夾砂巖組成。下部由絳紫色、紫紅色砂泥巖、灰綠色細砂巖夾礫巖組成。底部常有一層較厚的絳紫色、紫紅色礫砂巖，礫石成份為石英巖、灰?guī)r等，礫徑1~6 mm，厚度變化大，局部相當為砂泥巖或砂巖，與下伏地層呈不整合接觸。 第四系（Q） 為一套松散沉積物，由粘土、砂質粘土、細中粗砂及砂礫層組成。與下伏各系地層呈不整合接觸，厚度30~80/70 m，其巖性特征： 上部：上段由棕黃、棕灰色粉砂夾薄層粘土，砂質粘土組成；下段由

33、棕黃、灰綠色粘土夾細、中粗砂層組成，粘土中常含砂姜，厚約38 m。 中部：由灰白、灰綠、土黃色細中粗砂夾灰褐色粘土，砂質粘土組成，粘土中常含砂姜及鐵錳質結核，厚約14.8 m。 下部：主要由灰白、灰綠及灰褐色粘土及鋁質粘土組成，夾2~5層細中粗砂透鏡體，厚約14.4 m。 底部常有一層砂礫層，礫石成份為石英、灰?guī)r，粒徑2~4 cm，滾圓良好，充填物為粘土及砂，厚約2.8 m。 構造：張雙樓井田是一個完整的地質構造單元，為一傾向NW，走向略有變化的單斜構造，地層傾角一般在7~12o。 井田內自東向西發(fā)育的褶曲依次為：馮家向斜、后周田背斜。分述如下： 1、馮家向斜：位于6~7勘探線，軸

34、向NE42o，兩翼不對稱，東翼地層傾角12o，西翼傾角9.0o，向斜往淺部仰起，往深部延展被F1斷層切割，經(jīng)三維地震控制程度可靠。 2、后周田背斜：位于2~3勘探線，軸向與馮家向斜平等，兩翼較對稱，地層傾角8.8o左右，向斜往淺部仰起，往深部延展被F1斷層水平扭動往W偏移，經(jīng)三維地震控制程度可靠。 3、斷層 張雙樓井田隸屬于豐沛煤田，地質構造特征受區(qū)域構造運動所控制，豐沛煤田構造特征（模式）是在特定環(huán)境中，由不同時期、不同方向張力的相繼作用，造成他們即繼承又轉化，即斷陷又隆升的伸展構造格局。F1正斷層，走向近EW向，傾向NS，傾角45~60o，落差40~60 m，延展9800 m，西部落

35、差較大60 m，而東部落差較小40 m，被F1斷層切割，控制可靠。 巖漿巖侵入最高位為山西組7煤，其巖柱主要為閃煌斑巖，閃長巖、安山巖等，其巖性、產(chǎn)狀、分布范圍及對煤層的影響以查明。 1.2.3井田的水文地質特征 張雙樓地區(qū)基巖含水層，包括煤系地層含水層和奧陶系灰?guī)r水層均有隱伏露頭，即為第四系地層直接覆蓋。雖然各含水層是來自大氣降水入滲，且第四系第一段砂巖層含水量較大，但第四系下部有一層厚達14.4 m的粘土隔水層段，底礫層多為砂泥質充填，含水性小，故其頂部可視為弱水邊界。 本地區(qū)地下水為一個四周隔水，頂部弱透水的相對封閉的水文地質單元。區(qū)內隨著礦井排水，各含水層水位持續(xù)下降，說明都在

36、消耗靜儲量，單元內部奧灰水作為水庫不斷向煤系地層含水層補給。 含水層： 1、第四系砂巖或砂礫層空隙含水層。 第四系為一套松散的沉積物，井田內厚度30~80 m，平均70 m，大體分為五段，包括三個含水層，一個弱透水層和一個隔水層組，從上至下依次為： (1) 第一段砂層空隙潛水含水層組（Ⅰ含） 本段厚6~19 m，平均為17.6 m，主要由棕黃、棕灰色粉砂、粘土質砂夾薄層粘土。砂質粘土組成。據(jù)水文孔抽水試驗資料，水質為HCO3—K+Na型，礦化度為0.75~0.84 g/l，富水性中等，是當?shù)鼐用裆畹闹饕础? (2) 第二段粘土。砂質粘土及砂層弱透水層組（Ⅱ透） 本段厚9.8~

37、15.4 m，平均為10.4 m，主要由黃褐色，棕褐色及灰綠色粘土、砂質粘土組成，常夾2~6層細砂，粘土質砂，局部為中粗粒砂，砂層犬牙交錯，總厚度為1~4.9 m，平均為3.3 m約占本段厚度的31.7%；本段可視為弱透水層組。 (3) 第三段砂層孔隙承壓水層組（Ⅲ含） 本段厚13~26.2 m，平均為24.8 m，由灰白、灰綠、土黃色、中、粗砂及粘土質砂夾薄層粘土、砂質粘土組成，粘土總厚度3.2~4.8 m，平均為3.52 m，占本段厚度的23.8%。據(jù)流量測井資料k=2.106 m/d。本層水是目前張雙樓礦區(qū)的工業(yè)和生活水源。據(jù)水源井取水和水質資料，出水量大于60 m3/h。水質類型為

38、SO4-K+Na。本層屬于富水性中等含水層組。 (4) 第四段粘土隔水層組（Ⅳ隔） 本段厚度12.7~16.3 m，平均14.4 m，井田內東薄西厚，總體上比較穩(wěn)定，主要灰白、灰綠及灰褐色粘土、砂質粘土組成，局部夾2~5層砂層透鏡體。該層作為隔水層組，對控制上部1含、3含垂直向下入滲補給5含起到了抑制作用。 (5) 第五段砂礫層承壓含水層組（Ⅴ含） 本段常稱作底礫層，厚0~7.8 m，平均為2.8 m，井田東部普遍發(fā)育，西部有大面積缺失。其上部以灰黃色含礫粗砂或粘土質砂為主。下部以雜色砂礫為主，夾不穩(wěn)定薄層粘土，礫石成分主要為石英砂，粒徑2~4 cm，滾圓良好，隙間充填物為粘土及砂，含

39、量達50~60%。本層屬于中等含水層。 2、二迭系砂巖裂隙含水層 二迭系地層包括上石盒子組（12~175/101 m）、下石盒子組(165~247/220 m)、山西組(93~185/112 m)，總厚度433 m，主要由泥巖、砂質泥巖加沙巖石組成。砂巖含水層據(jù)其厚度和富水情況主要由上石盒子組底部奎山砂巖、下石盒子組中部砂巖、下石盒子組底部分界砂巖，下部7、9煤頂砂巖含水層。 (1) 第一段、上石盒子組底部奎山砂巖裂隙承壓水含水層 厚10.22~41.7 m，平均為21.63 m，分布廣泛。立井井筒揭露該層時用水量達126 m3/h，富水性中等。由于該含水層距離7煤較遠，對井田煤層開采

40、無直接充水影響。 (2) 第二段下石盒子組中部砂巖裂隙承壓含水層 厚14~49.1 m，平均為34.00 m。分布在6線以西。主井井筒揭露該層時用水量達104 m3/h，富水性中等。該含水層對礦井煤層開采無直接影響。 (3) 第三段下石盒子組底部分界砂巖裂隙承壓水層。 厚2.76~26.60 m，平均為11.06 m。分布在7線以西。主井接露時用最大涌水量70~80 m3/h，副井清理斜巷揭露時最大用水量69.4 m3/h，富水性小。據(jù)水位觀測資料，-500 m水平以上該含水層以呈半疏干狀態(tài)。 3、山西組下部砂巖裂隙承壓含水層 7煤頂板砂巖含水層，厚度1.20~39.60 m，平均

41、為18.93 m，為7煤老頂或直接頂。據(jù)抽水試驗資料q=0.0026 L/(m·s)，k=0.0014 m/d。綜合勘探和生產(chǎn)揭露情況分析，富水性屬小~中等，水質類型為SO4-Ca(K+Na)型，礦化度為3.186~4.544 g/L。本層為開采7煤直接充水含水層。 礦井的歷年涌水量的變化范圍為20~340 m3/h，水文地質屬于簡單型，全井田最大涌水量為340 m3/h，正常涌水量為320 m3/h。 1.3煤層特征 1.3.1煤層埋藏條件 走向：東西走向。傾向：北偏西。傾角及其變化：7~12°。煤層的露頭深度：-211 m。風化帶深度：-218 m。 1.3.2煤層群的層數(shù) 本

42、區(qū)主要含煤地層為石炭二迭系，其中：石炭系太原組（C3t）、二迭系山西組（P11），總厚度272 m，含煤16層，平均累計厚度9.30 m，含煤系數(shù)3.40%。 含主要可采煤層1層，平均總厚度5.0 m。 山西組：本組厚113 m，含煤1~5層，平均累計厚度6.63 m，含煤系數(shù)3.5%，含主要可采煤層1層，即7煤，平均總厚度5.0 m。 太原組：本組厚159 m，含煤9-11層，平均累計厚度3.70 m，含煤系數(shù)3.3%，無可采煤層。 1.3.3煤層的圍巖性質 7煤頂板多為泥巖、砂泥巖，底板多為灰色粉砂巖。煤層頂?shù)装寰唧w情況見表1-1。 表1-1

43、 煤層頂?shù)装迩闆r一覽表 頂?shù)装? 名稱 巖石 名稱 厚度(m) 特性描述 基本頂 細砂巖 8.57 淺灰~淺灰白色，有厚脈櫛羊齒化石。 直接頂 砂泥巖 4.55 灰色，含長橢圓形楔葉化石。 直接底 砂泥巖 4.19 深灰色，含少量動物化石及黃鐵礦，偶夾鈣質透鏡體。 基本底 細砂巖 24.69 灰白色，致密堅硬，以石英長石為主，鈣質膠結，斜層理為主。 1.3.4煤的特征 本區(qū)7煤呈油脂~半暗淡光澤，鱗片狀及厚薄不等的條帶狀結構，硬度II~III，內生裂隙發(fā)育，性脆易碎，為光亮~半暗型煤。7煤容重測定值1.31~1.55，煤礦采用1.

44、42。煤質穩(wěn)定，各主要指標變化很小，為中變質程度的氣肥煤?？勺鳛殡娏Α⒋?、鍋爐用煤及其它工業(yè)用煤，并且可作為良好的煉焦配煤。煤層具體特征見表1-2、1-3、1-4、1-5。 表1-2 煤層特征表 煤 層 厚 度 4.8~5.2 m，加權平均厚度為5.0 m，為厚煤層 煤 層 傾 角 7~12°，平均8.9°，為緩傾斜煤層 煤層硬度系數(shù) f＝2.3 表1-3 可采煤層元素分析統(tǒng)計表 煤層 煤種 Cdaf(%) Hdaf(%) Ndaf(%) Odaf(%) 7

45、 氣煤 81.39~84.81 83.62(21) 5.02~5.77 5.50(21) 0.68~1.50 1.42(21) 8.34~11.59 9.53(21) 表1-4 可采煤層煤芯煤樣工業(yè)分析成果表 煤層 發(fā)熱量(MJ/kg) Qb.ad Qgr.d Qnet.d 7 原 煤 19.90~31.06 27.19(33) 20.24~32.08 27.79(33) 0.68~1.50 1.42(10) 精 煤 29.32~31.55 30.82(6) 30.75~31.85 30.68(

46、6) 29.05~31.83 30.46(6) 表1-5 主要煤質指標分級一覽表 煤層 精煤揮發(fā)份 原煤灰分 原煤含硫 原煤發(fā)熱量 粘結性 數(shù)碼 Ad 熔融性 7 38.15 中灰 高~難溶 特低 中高 中等 44 瓦斯：區(qū)內先后共采集了10個瓦斯鉆孔，瓦斯含量測定成果見表1-6和表1-7。 表1-6 可采煤層鉆孔瓦斯含量測定成果統(tǒng)計表 煤層 CH4(m3/g) C02(m3/g) N2(m3/g) C2H6(m3/g) 備注 7 0.1 0.169~1

47、.74 0.507(7) 0.01 表1-7 可采煤層鉆孔瓦斯自然成分統(tǒng)計表 煤層 CH4(%) C02(%) N2(%) C2H6(%) 備注 7 2.94~1.74 4.11(2) 10.6~50.45 26.21(8) 44.28~89.35 72.75(8) 0.05 全礦井相對瓦斯涌出量0.77 m3/(t·d)，絕對瓦斯涌出量1.84 m3/min，按照《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，日產(chǎn)一噸煤瓦斯涌出量在10 m3以下的礦井為低瓦斯礦井，本礦為低瓦斯礦井。 煤塵：本區(qū)綜采，機掘的最大最小煤塵濃度和平均濃

48、度為337.8 mg/m3、136.8 mg/m3、189.4 mg/m3，煤塵爆炸性指數(shù)在43%左右，均屬于有煤塵爆炸危險性煤層。 煤的自燃傾向：區(qū)內共采取5個煤層自燃傾向試驗樣本，煤層自燃傾向試驗成果見表1-8。 表1-8 煤層自燃傾向試驗成果表 煤層 采樣點數(shù) T1 T2 T3 △T(1-3) 煤的自燃傾向系數(shù) 7 5 336~370 346(5) 327~343 332(5) 319~339 327(5) 9~44 20(5) 不易自燃 井田內煤層的自燃發(fā)火期一般為3~6個月，為不易自燃煤層。 地溫

49、：井田內在地面進行了10個地質鉆孔的測溫工作，其中近似穩(wěn)態(tài)測溫孔2個，其它均為簡易測溫孔。地溫梯度及相同深度巖溫對比見表1-9。 表1-9 地溫梯度及相同深度巖溫對比表 深度 -300 m地溫(℃) -500 m地溫(℃) -800 m地溫(℃) -1000 m地溫(℃) 地溫梯度(℃/100 m) 地溫率 (m/℃) 變化范圍 21.8~23.5 24.0~25.7 27.4~29.1 29.6~31.3 2.25~2.81 36.6~44.3 平均 23.0 24.8 28.1 30.8 1.12 39.

50、8 2 井田境界和儲量 2.1井田境界 2.1.1井田范圍 東部邊界：云蓋山二礦； 西部邊界：棗園礦業(yè)； 南部邊界：云蓋山正斷層； 北部邊界：云蓋山二礦。 2.1.2開采界限 據(jù)生產(chǎn)礦井開采和鉆孔揭露資料，該礦區(qū)含煤地層為石炭—二疊系，主要含煤地層厚約700m，含煤50余層，煤層總厚約10.77m。本區(qū)主要可采煤層為山西組二1煤層，礦井設計只針對二1煤層。 開采上限：二1煤層以上無可采煤層。 下部邊界：二1煤層以下無可采煤層。 2.1.3井田尺寸 井田的走向最大長度為6.68 km，最小長度為6.62km，平均長度為6.65km。 井田傾斜方向的最大長度為2.71

51、km，最小長度為2.57 km，平均長度為2.64 km。 煤層的傾角最大為15°，最小為4°，平均為10°。 井田的水平面積按下式計算： S=H×L （2-1） 式中： S——井田的水平面積，m2； H——井田的平均水平寬度，m； L——井田的平均走向長度，m。 井田的水平面積為： S=6.65×2.64 =17.56 (km2) 井田賦存狀況示意圖如圖2-1。 圖2-1井田賦存狀況圖 2.2 礦井工業(yè)儲量 2.2.1儲量計算基礎 本次儲量計算是按照《煤、泥炭地質勘查規(guī)范》DZ/0215-2002要求的工 業(yè)指標進行資源儲量計算。 1、最低可采

52、厚度為0.60 m。 2、最高可采灰分不大于40%。 3、最低發(fā)熱量不低于17.0 mJ/kg。 4、最高硫分不大于3%。 5、煤層容重：7號煤層容重為1.42 t/m3。 2.2.2井田地質勘探 井田南部鉆孔分布均勻，地質勘探類型為精查，北部的東半部分鉆孔分布均勻，為詳細勘探區(qū)，西半部鉆孔較少，為普查區(qū)。 井田內斷層南部以及斷層北部東大半部分屬111b-1級儲量，斷層附近及露頭附近屬122b級儲量，其它區(qū)域為111b-2級儲量。高級儲量占94.15%，符合煤炭工業(yè)設計規(guī)范要求。 7號煤層最小可采厚度為4.8 m，最大可采厚度為5.2 m，平均5.0 m。。 2.2.3工業(yè)儲

53、量計算 礦井主采煤層為7號煤層，采用地質塊段法來劃分儲量塊。 根據(jù)地質勘探情況，將礦體劃分為11個塊段，在各塊段范圍內，用算術平均法求得每個塊段的儲量，煤層總儲量即為各塊段儲量之和。塊段劃分如圖2-2。 各塊儲量計算見表2-1。 2.3礦井可采儲量 2.3.1安全煤柱留設原則 1、工業(yè)場地、井筒留設保護煤柱，對較大的村莊留設保護煤柱，對零星分布的村莊不留設保護煤柱； 2、各類保護煤柱按垂直斷面法或垂線法確定。用巖層移動角確定工業(yè)場地、村莊煤柱。巖層移動角為75°，表土層移動角為40°； 3、維護帶寬度：風井場地20 m，其它15m； 4、斷層煤柱寬度50 m，井田境界煤柱寬度

54、為20 m； 5、工業(yè)廣場煤柱：根據(jù)《煤炭工業(yè)設計規(guī)范》第5-22條規(guī)定：工業(yè)廣場的面積為0.8~1.1平方公頃/10萬t。 圖2-2 井田塊段劃分圖 表2-1 井田塊段儲量計算表 塊段標號 傾角(°) 平均厚度(m) 容重(t/m3) 面積(m2) 儲量(Mt) K1 4 4.0 1.43 3004898.648 17.6213 K2 7 4.0 1.43 2395815.177 14.8099 K3 12 4.0 1.43 3671712.320 26.7242 K4 15 4.0 1

55、.43 3313494.540 28.1869 K5 7 4.0 1.43 4342511.640 26.8435 K6 15 4.0 1.43 951540.207 8.0945 總面積 17679972.5 總儲量 122.2803 工業(yè)儲量：Zg=K1+K2+K3+K4+K5+K6 =122.2803(Mt) 2.3.2礦井永久保護煤柱損失量 1、井田邊界保護煤柱 井田邊界保護煤柱留設20m寬，則井田邊界保護煤柱損失量為1.3599Mt。 2、斷層保護煤柱 斷層煤柱留設50 m寬，則斷層保護煤柱損失量為：3.

56、8445Mt。 3、工業(yè)廣場保護煤柱 本礦井設計生產(chǎn)能力為0.9Mt/a，取工業(yè)廣場的尺寸為400 m×500 m的長方形。工業(yè)廣場所在位置煤層傾角為8.9°，其中心處埋藏深度為-450 m，該處表土層厚度為70 m，主井、副井，地表建筑物均布置在工業(yè)廣場內。工業(yè)廣場按Ⅱ級保護留維護帶，寬度為15 m。本礦井的地質條件及沖積層和基巖層移動角見表2-2表2-2 巖層移動角 廣場中心深度(m) 煤層傾角 (°) 煤層厚度(m) 沖積層厚度 (m) ф(°) δ(°) γ(°) β(°) -450 8.9 5.0 7

57、0 40 75 75 68 圖2-3 工業(yè)廣場保護煤柱 由此根據(jù)上述已知條件，畫出如圖2-3所示的工業(yè)廣場保護煤柱的尺寸：由圖可得出保護煤柱的尺寸為： S=(上寬+下寬)×高/(2×cos8.9°) (2-2) =(1051+984)×868/(2×cos8.9°) =0.893953 (km2) 則工業(yè)廣場的保護煤柱量為： Zi=S×M×R (2-3) 式中：Zi——工業(yè)廣場煤柱量，Mt； M——煤層平均厚度，m； S——工業(yè)廣場壓煤面，0.894 km2。 Zi＝893953×5.0×1.42 =6.3471 (Mt) 4、井筒保護煤柱 主、副井井

58、筒保護煤柱在工業(yè)廣場保護煤柱范圍內故井筒保護煤柱損失量為0。風井布置在工業(yè)廣場中心，煤柱損失為0。 表2-3 保護煤柱損失量 煤 柱 類 型 儲量(Mt) 井田邊界保護煤柱 7.6617 斷層保護煤柱 4.0033 工業(yè)廣場保護煤柱 6.3471 井筒保護煤柱 0 合 計 18.0121 2.3.3 礦井可采儲量 礦井可采儲量是礦井設計的可以采出的儲量，可按下式計算： Zk=(Zg-P)×C （2-4） 式中：Zk——礦井可采儲量，Mt；

59、 P——保護工業(yè)場地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大斷層等留設的永久保護煤柱損失量，Mt； C——采區(qū)采出率，厚煤層不小于0.75；中厚煤層不小于0.8；薄煤層不小于0.85；地方小煤礦不小于0.7。 Zk=(226.6891-18.0121)×0.75 =156.5078 (Mt) 礦井儲量匯總表見表2-4。 表2-4 礦井儲量匯總表 煤層 工業(yè)儲量（Mt） 111b/（111b+122b） 永久煤柱損失(Mt) 設計開采損失（Mt） 礦井設計儲量（Mt） 設計可采儲量（Mt） 111b-1 111b-2

60、122b 7 159.26 54.16 13.27 94.15% 18.01 57.27 207.49 156.51 3 礦井工作制度、設計生產(chǎn)能力及服務年限 3.1礦井工作制度 根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》相關規(guī)定，確定礦井設計年工作日為330 d，工作制度采用“三八制”，每天三班作業(yè)，二班生產(chǎn)，一班準備，每班工作8 h。礦井每晝夜凈提升時間為16 h。 3.2礦井設計生產(chǎn)能力及服務年限 3.2.1確定依據(jù) 《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》第2.2.1條規(guī)定：礦井設計生產(chǎn)能力應根據(jù)資源條件、開采條件、技術裝備、經(jīng)濟效益及國家對煤炭的需求等因素，經(jīng)多方案比較或系統(tǒng)優(yōu)化后確

61、定。 礦區(qū)規(guī)模可依據(jù)以下條件確定： 1、資源情況：煤田地質條件簡單，儲量豐富，應加大礦區(qū)規(guī)模，建設大型礦井。 2、開發(fā)條件：包括礦區(qū)所處地理位置（是否靠近老礦區(qū)及大城市），交通（鐵路、公路、水運），用戶，供電，供水，建筑材料及勞動力來源等。條件好者，應加大開發(fā)強度和礦區(qū)規(guī)模；否則應縮小規(guī)模； 3、國家需求：對國家煤炭需求量（包括煤中煤質、產(chǎn)量等）的預測是確定礦區(qū)規(guī)模的一個重要依據(jù)； 4、投資效果：投資少、工期短、生產(chǎn)成本低、效率高、投資回收期短的應加大礦區(qū)規(guī)模，反之則縮小規(guī)模。 3.2.2礦井設計生產(chǎn)能力 張雙樓井田儲量豐富，煤層賦存穩(wěn)定，頂?shù)装鍡l件好，斷層褶曲少，傾角小，厚度變

62、化不大，開采條件較簡單，技術裝備先進，經(jīng)濟效益好，煤質為優(yōu)質氣~肥煤，交通運輸便利，市場需求量大，宜建大型礦井。 確定張雙樓礦井設計生產(chǎn)能力為1.8 Mt/a。 3.2.3礦井服務年限 礦井服務年限必須與井型相適應。 礦井可采儲量Zk、設計生產(chǎn)能力A礦井服務年限T三者之間的關系為： T=Zk/(A×K)（3-1） 式中：T——礦井服務年限，a； Zk——礦井可采儲量，Mt； A——設計生產(chǎn)能力，Mt； K——礦井儲量備用系數(shù)，取1.3。 則礦井服務年限為： T=156.51/(1.8×1.3) =66.9 (a) 符合《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》要求。 第一水平礦井保護

63、煤柱損失見表3-1。第一水平工業(yè)儲量為99.8383 Mt，所以第一水平服務年限T1為： T1=(99.84-11.96)×0.75/(1.3×1.8) =28.2 (a) 符合《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》要求。 表3-1 保護煤柱損失量 煤 柱 類 型 儲量（Mt） 井田邊界保護煤柱 3.6075 斷層保護煤柱 2.0013 工業(yè)廣場保護煤柱 6.3471 井筒保護煤柱 0.0000 合 計 11.9560 3.2.4井型校核 按礦井的實際煤層開采能力，輔助生產(chǎn)能力，儲量條件及安全條件因素對

64、井型進行校核： 1、煤層開采能力 井田內7煤平均厚度5.0 m，為厚煤層，賦存穩(wěn)定，厚度變化不大。根據(jù)現(xiàn)代化礦井“一礦一井一面”的發(fā)展模式，可以布置一個大采高工作面保產(chǎn)。 2、輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能力校核 礦井設計為大型礦井，主立井采用箕斗運煤，副立井采用罐籠輔助運輸，運煤能力和大型設備的下放可以達到設計井型的要求。工作面生產(chǎn)的原煤經(jīng)平巷膠帶輸送機到大巷膠帶輸送機運到井底煤倉，再經(jīng)主立井提升至地面，運輸能力大，自動化程度高。副井運輸采用罐籠提升、下放物料，能滿足大型設備的下放與提升。大巷輔助運輸采用架線電機車運輸，運輸能力大，調度方便靈活。 3、通風安全條件的校核 礦井煤塵具有爆炸危險性

65、，瓦斯涌出量小，屬低瓦斯礦井。礦井采用中央并列式通風，可以滿足通風需要。 4、礦井的設計生產(chǎn)能力與整個礦井的工業(yè)儲量相適應，保證有足夠的服務年限，滿足《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》要求。 4 井田開拓 4.1井田開拓的基本問題 井田開拓是指在井田范圍內，為了采煤，從地面向地下開拓一系列巷道進入煤體，建立礦井提升、運輸、通風、排水和動力供應等生產(chǎn)系統(tǒng)。這些用于開拓的井下巷道的形式、數(shù)量、位置及其相互聯(lián)系和配合稱為開拓方式。合理的開拓方式，需要對技術可行的幾種開拓方式進行技術經(jīng)濟比較，才能確定。 井田開拓主要研究如何布置開拓巷道等問題，具體有下列幾個問題需認真研究。 1、確定井筒的形式、數(shù)目

66、和配置，合理選擇井筒及工業(yè)場地的位置； 2、合理確定開采水平的數(shù)目和位置； 3、布置大巷及井底車場； 4、確定礦井開采程序，做好開采水平的接替； 5、進行礦井開拓延深、深部開拓及技術改造； 6、合理確定礦井通風、運輸及供電系統(tǒng)。 確定開拓問題，需根據(jù)國家政策，綜合考慮地質、開采技術等諸多條件，經(jīng)全面比較后才能確定合理的方案。在解決開拓問題時，應遵循下列原則： 1、貫徹執(zhí)行國家有關煤炭工業(yè)的技術政策，為早出煤、出好煤高產(chǎn)高效創(chuàng)造條件。在保證生產(chǎn)可靠和安全的條件下減少開拓工程量；尤其是初期建設工程量，節(jié)約基建投資，加快礦井建設。 2、合理集中開拓部署，簡化生產(chǎn)系統(tǒng)，避免生產(chǎn)分散，做到合理集中生產(chǎn)。 3、合理開發(fā)國家資源，減少煤炭損失。 4、必須貫徹執(zhí)行煤礦安全生產(chǎn)的有關規(guī)定。要建立完善的通風、運輸、供電系統(tǒng)，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)條件，減少巷道維護量，使主要巷道經(jīng)常保持良好狀態(tài)。 5、要適應當前國家的技術水平和設備供應情況，并為采用新技術、新工藝、發(fā)展采煤機械化、綜掘機械化、自動化創(chuàng)造條件。 6、根據(jù)用戶需要，應照顧到不同媒質、煤種的煤層分別開采，以及其它有益礦物的綜合開采