水峪矿.docx
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水峪矿
第一章矿区概述及井田地质特征
第一节矿区概况
一、矿区的地理位置及交通条件
汾西矿业集团水峪煤矿有限责任公司,位于山西省孝义市境内，覆盖下堡镇、兑镇、柱濮镇的一部分。
南北宽约7.1km，东西长约8.4km，矿区面积约52km2。
矿区距孝义市城西20km，距介休市约42km。
地理坐标为：
东经111°35′12″-111°39′03″，北纬37°00′40″-37°07′29″。
水峪井田西与阳泉曲井田相邻，东北与高阳井田相邻，系人为井界，北至下堡河，南至兑镇河为自然边界，总体呈长方形。
矿区交通便利，南同蒲铁路介（休）西（泉）支线从矿区内穿过，矿区内设有兑镇火车站，往西至阳泉曲车站。
有孝（义）午（城）公路通过矿区往东通大运高速公路及108国道，往北至307国道与夏汾高速公路相通。
通过铁路、公路可达全国各地，见图1-1-1交通位置图。
图1-1-1井田交通位置图
第二节井田地质特征
一、地层
本矿井地层与霍西煤田汾孝矿区的地层一致，煤系地层的基底为奥陶系灰岩，在其上部沉积了石炭系、二叠系地层及第三系、第四系红黄土层，煤系地层与奥陶系为平行不整合接触。
矿区大部分地区被红黄土覆盖，在沟谷中出露有太原组、山西组、下石盒子组及上石盒子组地层，现根据勘探及生产中的有关资料由老至新叙述如下：
（一）奥陶系中统上马家沟组（O2S）
位于峰峰组之下，与峰峰组为整合接触。
勘探钻孔均未打到该组，该组地表无出露，依据区域地质资料，岩性由厚层状石灰岩、泥灰岩、白云质灰岩、白云岩等组成。
岩溶裂隙发育，平均厚度约250mm。
（二）奥陶系中统峰峰组（O2f）
地表无出露，厚度为130.96-156.10m，平均厚度为139.7m。
岩性有质地较纯的石灰岩，纯石膏及泥灰岩类纤维状石膏等组成。
（三）石炭系中统本溪组（C2b）
平行不整合于峰峰组之上，井田内无出露，部分井巷工程穿过本组地层。
主要由灰色、黑色页岩、砂质页岩、铝土页岩、石灰岩等组成，厚度为15.48-25.80m，平均厚度为18.47m。
上部局部夹薄煤一层，石灰岩1-3层，厚度变化大，层位不稳定，石灰岩中产有蜓科等动物化石；底部为夹有团块状黄铁矿的铝土泥岩，本组部分地层在宜兴大巷揭露。
（四）石炭系上统太原组（C3t）
本组由黑灰色砂岩、砂质页岩、页岩、石灰岩及煤层等组成，含煤7-12层，其中2#、9#煤层为稳定可采煤层，亦系本矿井主采煤层，3#、7#、10#煤层为局部可采煤层；石灰岩4-6层，其中K2、K3、K4三层灰岩稳定，是良好的标志层，在矿区内极易对比，但K4灰岩在矿区西北部官窑村附近相变为砂岩，本组厚度为95.10-98.94m，平均厚度为97.02m。
太原组地层一般又分为上、中、下三段。
a．太原组下段（C3t1）
K1砂岩底板起至K2石灰岩底板，厚度为26.20-37.40m，平均厚度为31.21m，由黑、灰色页岩、砂质页岩、砂岩、石灰岩、煤层等组成。
K1砂岩为太原组与本溪组分界标志层，成分为细、中粒石英，胶结良好，此层砂岩岩性坚硬，无论是在井下还是钻孔中均易于识别，K1砂岩之上有1-3层石灰岩，下层厚度一般在2m左右，上两层极不稳定，石灰岩之上是黑色页岩或砂页岩及煤层。
其中10#煤层厚度为0.67m，其上有厚度为0.5-1.2m的灰色页岩（泥岩），系9#煤层底板；9#煤层厚度为1.57m，此外10#煤层的下部有0.3-0.8m的薄煤层1-2层不稳定，9#煤层之上是K2石灰岩，其底层局部有不到1m的页岩一层，系9#煤伪顶。
b．太原组中段（C3t2）
K2石灰岩底板起至K4石灰岩顶板，厚度为44.46-54.70m，平均厚度为48.84m，有石灰岩三层，由下至上编号为K2、K3、K4石灰岩，此三层石灰岩稳定，为良好的标志层，该段岩层具有明显的沉积韵律。
7#1、7#、8#-1、8#煤层位于其间。
K2石灰岩厚度为6.85-13.7m，平均厚度为11.50m，为厚层深灰色石灰岩，其中有条带状及团块状黑色燧石，石灰岩下部常有一层灰色的页岩，厚度为1.0m左右，石灰岩中产有较为丰富的海相动物化石。
K3石灰岩厚度为4.20-8.25m，平均厚度为5.55m，距K2石灰岩约19m左右，亦为深灰色石灰岩，含燧石情况与K2石灰岩相似，石灰岩中也产有海相动物化石。
K4石灰岩厚度为2.70-6.80m，平均厚度为3.78m，距K3石灰岩约10m左右，亦为深灰色石灰岩，一般不含燧石，在官窑附近露头上所见此层石灰岩在短距离内相变为黄色细粒砂岩。
c．太原组上段（C3t3）
自K4石灰岩顶板起至K7砂岩的底板为止，平均厚度为22.55m。
4#、5#、6#薄煤层位于其间，在露头上所见的一般为黑色页岩、砂岩，性脆、节理发育，其中常夹有条带状铁质页岩。
（五）二叠系下统山西组（P1S）
K7砂岩底板起至K8砂岩底板为止，全层厚度为31.82-59.52m，平均厚度为42.20m，亦为矿区内重要含煤地层之一，与下覆太原组地层在本区内为整合接触，出露于水峪井田各沟谷中。
K7砂岩为一层灰白色石英砂岩，一般厚度在1-2m，胶结良好，在露头上一股呈白色细、中粒砂岩，全区不稳定常尘灭，不易对比。
山西组中共有煤层4层，即1#、2#、3#-1、3#，只有2#煤层稳定可采，为本矿井主采煤层，3#煤层为局部可采，1#、3#-1煤层均为不可采煤层。
山西组岩性由灰白、灰黑色页岩、砂质页岩及砂岩组成，岩性变化较大，下部多为砂页岩，上部则砂岩较少，页岩中常夹有菱铁矿结核，风化后成为铁锈色。
（六）二叠系下统下石盒子组（P1X）
K8砂岩起至K10砂岩底板，上部为黄绿页岩、砂岩及细、中粒砂岩，中部以黄绿色中、粗粒厚层砂岩为主，夹黄色、黄灰色页岩、砂质页岩。
K9砂岩为黄绿色粗砂岩，成份以石英长石为主，泥质胶结，下部为黑灰色页岩、砂质页岩夹薄层细砂岩，底部有厚度为0.5m以下薄煤1-3层，煤层不稳定常尖灭。
K8砂岩为黄色中粒砂岩，成份以石英长石为主，泥质胶结，厚度变化大。
本组地层厚度为95.00-132.00m，平均厚度为121.00m。
（七）二叠系上统上石盒子组（P2s）
K10砂岩起至K11砂岩底板，主要位于井田中南部，由紫红色、紫绿杂色页岩、砂质页岩夹黄绿色石英长石砂岩组成，K10砂岩一般为黄绿色中、粗粒砂岩，泥质胶结，本组地层厚度为235.50-326.70m，平均厚度为281.54m，与下覆下石盒子组为整合接触。
（八）第三系上新统（N2）
一般分为上、下两部分，该统下部仅在本区东北部偏城村南部其出露，岩性以三层砾岩为主，各层砾岩之间为未胶结的微红色、黄色粉砂岩、细砂岩、砂质粘土等组成，各层砾石厚度一般在1-3m，砾石成份以石灰岩为主，砾石的直径一般为1-10cm，钙质胶结良好，与下覆地层呈不整合接触，厚度为9.29-26.16m；该统上部为红色砂质粘土，与下覆地层呈不整合接触，厚度一般在10-20m左右。
（九）第四系（Q）
井田内可分为中更新统（Q2）、上更新统（Q3）及全新统（Q4），由砂质土、黄土、次生黄土、现代河流冲积层等组成，平均厚度为36.69m，不整合覆盖于各不同地层之上，其厚度变化较大。
井田内地层对比的方法主要以钻孔的勘探资料为主，将各标志层、煤层加以对比，在巷道实际揭露的资料中经验证、对比比较合理，能够指导生产、服务生产，整个井田对比可靠。
图1-2-1井田综合地质柱状图
第三节煤层的埋藏特征
一、煤层的赋存特征：
走向、倾向及倾角、埋藏深度等在井田内的变化特征
矿区南北跨越旺家垣井田、交子里井田及水峪井田，西与阳泉曲井田、瓜沟井田相邻，东邻高阳井田、宜兴井田，北以下堡河为自然边界，南以4098000纬线与交子里井田相接，矿区总体呈长方形。
井田的走向方向约为8.4km，平均走向长度为8.1km，倾斜方向约为7.1km，井田的平均水平宽度为7.04km，煤层的平均倾角约为7°。
二、煤层的层数、各煤层的最小、最大和平均厚度，各煤层之间的最小、最大和平均间距
本井田内含煤地层系上古生界石炭系太原组及二叠系山西组，含煤岩系总厚度为138.34m，共含煤12层，其中可采煤层总厚度为9.2m，含煤系数为9.5%，太原组平均厚度为97.02m，含煤8层，其中可采煤层平均厚度为1.57m，含煤系数为9.6%。
山西组平均厚度为41.32m,含煤4层，其中可采煤层平均总厚度为7.63m，含煤系数为9.0%。
从分布特征看，太原组可采煤层9#是全井田内稳定可采薄煤层，3#、7#、10#局部可采，煤层变化较小，但没有经济利用价值。
山西组可采煤层2#是全井田内稳定可采厚煤层，详细情况见煤层特征一览表，见表1-3-1。
表1-3-1水峪煤矿可采煤层特征一览表
煤层编号
煤层厚度
（m）
煤层间距
（m）
夹矸层数
稳定程度
可采情况
顶底板特性
最大－最小
顶板
底板
平均
2#
5.92-11.49
1-6
稳定
全区可采
砂岩
页岩
7.63
5.55-21.25
3#
0.10-1.75
13.4
0
不稳定
局部可采
页岩
砂岩
0.83
33.73-35.0
7#
0.20-1.23
34.19
0
不稳定
局部可采
页岩
砂岩
0.67
29.45-45.3
9#
1.1-1.93
38.33
0
稳定
全区可采
K2石灰岩
泥岩
1.57
5.52-11.54
10#
0.20-1.23
8.53
0
不稳定
局部可采
砂岩
铝土泥岩
0.67
井田内可采煤层5层，倾角3°-11°，平均倾角为7°，煤质较硬。
（三）瓦斯、煤尘和煤的自燃发火性
1、瓦斯
本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量为0.5m3/t，CO2相对涌出量为3.17m3/t。
2、煤尘及煤层自燃
煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数为21%。
煤层具有自燃发火倾向，最短发火期为6个月。
第二章井田境界和储量
第一节井田境界
一、井田境界
（一）井田范围
矿区南北跨越旺家垣井田、交子里井田及水峪井田，西与阳泉曲井田、瓜沟井田相邻，东邻高阳井田、宜兴井田，北以下堡河为自然边界，南以4098000纬线与交子里井田相接，矿区总体呈长方形。
（二）开采界限
井田内含煤地层为上古生界石炭系太原组及二叠系山西组总厚度为138.34m，含煤12层，可采煤层2层，分别为2#、9#煤层，其中主采煤层为2#煤层。
其它煤层做为后期储备资源开采，矿井设计只针对2#煤层。
（三）井田尺寸
井田的走向方向约为8.4km，平均走向长度为8.1km，倾斜方向约为7.1km，井田的平均水平宽度为7.04km，煤层的平均倾角约为7°。
井田的水平面积按下式计算：
S=H*L
式中：
S——井田的面积，km2；
H——井田的水平宽度，km；
L——井田的平均走向长度，km。
则，井田的水平面积为：
S=7.04*8.1=57.02（km2）
井田的赋存状况示意图见图2-1-1。
图2-1-1井田赋存状况示意图
第二节地质储量的计算
一、矿井工业储量
（一）储量计算基础
1、根据水峪井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算；
2、依据《生产矿井储量管理规程》：
煤厚，能利用储量最低可采厚度为0.7m，暂不能利用储量厚度为0.6m；煤的灰份指标，能利用储量灰份最高不大于40%（含40%），暂不能利用储量灰份最高不大于50%（含50%），超过51%则不计储量；
3、依据国务院过函（1985）5号文件《关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问题的批复》内容要求：
禁止新建煤层含硫份大于3%的矿井。
硫份大于3%的煤层储量列入平衡表外的储量；
4、储量计算厚度：
夹矸厚度不大于0.05m时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹矸总厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度；
5、井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法；
6、煤层容重：
2#煤层容重为1.37t/m³；9#煤层容重为1.35t/m³。
（二）井田地质勘探
井田内东部边界附近、北部边界附近属C级储量；南部边界附近及北部边界一部分属于B级储量；其余区域为A级储量，高级储量占80%，符合煤炭工业设计规范要求。
煤层最小可采厚度为0.6m。
2#煤层最小可采厚度为5.92m，最大可采厚度为9.49m，平均厚度为7.63m。
第三节可采储量的计算
一、工业储量计算
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。
2#煤层工业储量计算：
根据地质勘探情况，将矿体划分为A、B、C三个块段，在各块段范围内，用算术平均法求得各个块段的储量，煤层总储量即为各块段储量之和。
块段划分如图2-3-1所示。
图2-3-1地质块段划分图
由图计算各块段面积为：
Sa=21.80Km2；
Sb=14.20Km2；
Sc=9.00Km2。
2#、9#煤层工业储量按下式计算：
Zg=S*M*γ/cosα
式中：
Z——各块段储量，万t；
S——各块段的面积，Km2；
M——各块段内煤层的厚度，2#煤层平均厚度为7.63m，9#煤层厚度为1.57m；
γ——各块段内煤的容重，2＃煤为1.37t/m³和9＃煤层为1.35t/m³；
α——2#、9#煤层平均倾角，取7°。
A块段储量：
Za2=21.80*7.63*1.37/cos7°=22958.89（万t）
Za9=21.80*1.57*1.35/cos7°=4655.21（万t）
B块段储量：
Zb2=14.20*7.63*1.37/cos7°=14954.87（万t）
Zb9=14.20*1.57*1.35/cos7°=3032.29（万t）
C块段储量：
Zc2=9.00*7.63*1.37/cos7°=9478.44（万t）
Zc9=9.00*1.57*1.35/cos7°=1921.88（万t）
则，2#煤层工业储量为：
Zg2=Za2+Zb2+Zc2=47392.20（万t）
9#煤层工业储量为：
Zg9=Za9+Zb9+Zc9=9609.38（万t）
矿井工业储量为：
Zg=Zg2+Zg9=57001.58（万t）
二、矿井可采储量
（一）矿井永久保护煤柱损失量
各类永久煤柱包括井田边界保护煤柱、断层保护煤柱、工业广场保护煤柱、风井保护煤柱，具体留设如下：
1、井田边界保护煤柱
井田边界保护煤柱留设20m宽。
Pi=l*b*M*γ/cosα
式中：
P——井田边界保护煤柱煤量，万t；
l——边界长度，取l=27.36Km；
b——边界宽度，b=20m；
M——煤层平均厚度，2＃煤层平均厚度为7.63m和9＃煤层平均厚度为1.57m；
γ——煤的平均容重，2＃煤为1.37t/m³和9＃煤为1.35t/m³；
α——煤层平均倾角，取7°。
则，P2=27.36*20*7.63*1.37/cos7°=576.29（万t）
P9=27.36*20*1.57*1.35/cos7°=116.85（万t）
井田边界保护煤柱损失量为：
P=P2+P9=693.14（万t）
2、断层保护煤柱
按照断层保护煤柱留设的原则本井田的所有断层不留舍保护煤柱。
3、工业场地保护煤柱
工业场地按II级保护留设维护带宽度15m，工业场地面积由表2-3-1确定，取30公顷。
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。
本矿井工业场地的面积为30公顷，由于长方形便于布置地面建筑，所以初步设定工业广场为长方形，即长方形长边为600m，短边为500m。
本矿井地质条件及冲击层和基岩移动角见表2-3-2所示。
表2-3-2矿井地质条件及冲击层和岩层移动角
广场中心深度
煤层倾角
煤层厚度
冲积层厚度
Φ
δ
γ
β
m
°
m
M
o
o
o
o
-445
7
7.63
230
45
75
75
75
工业广场保护煤柱的尺寸为：
Si=梯形面积=（上宽+下宽）*高/（2*cos7°）
S2=（808.76+856.98）*732.87/（2*cos7°）=614969.32㎡
S9=（853.19+904.44）*779.44/（2*cos7°）=690127.67㎡
则，工业广场的煤柱量为：
Zi=S*M*γ
式中：
Zi——工业广场煤柱量，万t；
S——工业广场面积，㎡；
M——煤层厚度，m；
γ——煤的容重，2＃煤为1.37t/m³和9＃煤为1.35t/m³。
则，Z2=614969.32*7.63*1.37=642.83（万t）
Z9=690127.67*1.57*1.35=146.27（万t）
工业场地保护煤柱损失量为Z=Z2+Z9=789.10（万t）
4、大巷保护煤柱
大巷中心距离为25m，大巷两侧的保护煤柱宽度各为40m，则大巷保护煤柱损失量为254.63万t。
5、井筒保护煤柱
主、副井井筒以及风井井筒保护煤柱均在工业广场保护煤柱范围内，故井筒保护煤柱损失量为0，各种保护煤柱损失量见表2-3-3所示。
表2-3-3保护煤柱损失量表
煤柱类型
储量（万t）
井田边界保护煤柱
693.14
工业广场保护煤柱
789.10
大巷保护煤柱
254.63
井筒保护煤柱
0
合计
1736.87
（三）矿井可采储量
矿井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
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为ZK=（57001.58-1736.87）*0.75=41448.53（万t）
矿井储量汇总见表2-3-4所示。
表2-3-4矿井储量汇总表
煤层
工业储量（万t）
（A+B）/（A+B+CV）
永久煤柱损失
（万t）
矿井设计储量
（万t）
设计可采储量
（万t）
A
B
C
2
22958.89
14954.87
9478.44
80%
1430.30
47392.20
34471.42
9
4655.21
3032.29
1921.88
80%
306.57
9609.38
6977.11
合计
27613.79
17987.16
11400.32
1736.87
57001.58
41448.53
根据《矿井设计指南》中关于矿井井型与矿井设计的高级储量比例之规定，本矿井的储量符合煤炭设计规范的要求。
第三章矿井工作制度及生产能力
第一节矿井工作制度
根据《煤炭工业矿井设计范围》相关规定，确定矿井设计年工作日为300d，工作制度采用“四六制”，每天四班作业，其中三班生产，一班检修，每班工作6h。
第二节矿井生产能力及服务年限
一、矿井设计生产能力
峪矿井田储量丰富、煤层赋存稳定、顶底板条件好、断层褶皱少，倾角小、厚度变化不大、开采条件简单、技术准备先进、经济效益好、煤质为优质焦煤、交通运输便利、市场需求量大，易建大型矿井。
由此，确定水峪矿设计生产能力3.0Mt/a。
二、矿井服务年限
矿井服务年限必须与井型相适应。
矿井服务年限的计算公式为：
T=Zk/A*K
式中：
T——矿井的服务年限，a；
Zk——矿井的可采储量，万t；
A——矿井设计生产能力，万t/a。
K——矿井储量备用系数，取K=1.3；
则，矿井的服务年限为：
T=41448.53/300*1.3=106a
2#煤层的服务年限为：
T2=34471.42/300*1.3=88a
三、井型校核
矿井的实际、煤层开采能力、辅助生产能力、储量条件及安全条件等因素对井型进行校核。
1、煤层开采能力
井田内2#煤层平均厚度为7.63m，为特厚煤层，赋存稳定，厚度变化不大。
根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个大采高工作面保产，现采用综采放顶煤技术开采。
2、辅助生产环节的能力校核
矿井设计为大型矿井，开拓方式为双立井单水平开拓，主井采用箕斗提煤，副井采用罐笼提升、井下采用轨道辅助运输，运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。
工作面生产的原煤经顺槽胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，再经主井箕斗提升至地面，运输能力大，自动化程度高。
副井运输采用罐笼提升、下放物料，能满足大型设备的下放和提升。
通风安全条件的校核
矿井有煤尘爆炸危险性，但瓦斯涌出量小，属低瓦斯矿井。
矿区采用中央并列式通风，风井布置于井田中央，可以满足通风要求。
3、矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，保证有足够的服务年限，满足《煤炭工业矿井设计规范》要求，见表3-2-1。
表3-2-1我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限
矿井设计生产
能力（万t/a）
矿井设计服务
年限（a）
第一开采水平服务年限（a）
煤层倾角
<25°
煤层倾角
15°-45°
煤层倾角
>45°
600及以上
80
40
-
-
300-500
70
35
-
-
120-240
60
30
25
20
45-90
50
25
20
15
9-30
各省自定
第四章井田开拓
第一节井田开拓方式的确定
一、确定开拓方式的主要原则
井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。
这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其互相联系和配合称为开拓方式。
合理的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方案进行技术经济比较，才能确定。
井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需要认真研究。
1、确定井筒的形式、数量和配置，合理选择井筒及工业场地的位置；
2、合理确定开采水平的数目和位置；
3、布置大巷及井底车场；
4、确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；
5、进行矿井开拓延伸、深部开拓及技术改造；
6、合理确定矿井通风、运输及供电系统。
二、确定井筒形式、数目
本矿井煤层倾角小，平均倾角为7°，为近水平煤层；表土层薄，无流沙层；水文地质情况比较简单，涌水量小，因此可采用斜井开拓或立井开拓。
经后面方案比较确定井筒形式为双立井。
三、工业场地的位置
工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中央。
工业场地的形状和面积：
根据工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为30公顷，形状为矩形，长边平行于井田走向，长为600m，宽为500m。
四、开采水平的确定及带区划分
井田主采煤层为2#煤层。
9#煤层由于含硫量高，近期暂不开采，后期根据需要可延伸井筒方式开采9#煤层，本设计只针对2#煤层。
2#煤层倾角平缓，平均倾角为7°，为近水平煤层，故设计为单水平开采。
水平标高为+720m
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