火石营煤矿年产120万吨开采设计Word文件下载.docx
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1.2井田地质特征
1.2.1地层
本井田地层与开平煤田其它各矿地层基本相同，精查地质勘探揭露了第四系及上古生界地层如图1-2所示，由老到新叙述如下：
图1-2综合柱状图
1、中奥陶统马家沟组（O2）
根据区域地质资料，中奥陶统的马家沟组地层在开平煤田厚约400m，以厚层块状灰色与褐红色豹皮状石灰岩为主。
本井田钻孔揭露该地层最大厚度91.63m，顶部多呈黄褐色，溶洞裂隙发育，与上覆煤系地层呈平行不整合接触。
2、中石炭统唐山组（C2）
本层总厚度为50～60m。
底部为7m左右的“G层铝土岩”，顶部为厚约4m的唐山灰岩即K3灰岩，中间主要为灰色、深灰色的砂岩与浅灰、灰白色铝土质粘土岩，夹两层薄层灰岩即K1与K2。
3、上石炭统
（1）开平组（C31）
本组顶界为K6灰岩底，厚约60m。
主要以灰色、深灰色细砂岩、粉砂岩与粘土岩为主，夹两层海相灰岩（即K4、K5灰岩）。
（2）赵各庄组（C32）
本组顶界为9煤的细砂岩底面，厚度为60～l00m。
岩性以粉砂岩、细砂岩与砂岩为主，夹粘土岩与煤层，近底部为K6灰岩。
4、下二迭统
（1）大苗庄组（P11）
该组顶为中砂岩或细砂岩底部，厚60～l00m。
岩性以灰色、深灰色粉砂岩、细砂岩为主，局部夹粘土岩或中砂岩，
（2）唐家庄组（P12）
本组顶界为“A层铝土岩”之下的巨粗不等粒长石石英砂岩底部冲刷面，厚度为120～230m，一般厚200m左右。
5、上二迭统古冶组
由灰紫、灰绿等杂色的砂砾岩、粗砂岩、细砂岩、中砂岩、粉砂岩、粘土岩沉积交互组成。
下段含“A层铝土岩”，其底部为一杂色巨粗不等粒长石石英砂岩，与底部唐家庄组呈冲刷接触，为一套陆相碎屑沉积，厚度约560m。
6、第四系
覆盖于全井田，由北向南逐渐加厚，厚度为150～650m。
上部由各粒度的砂层、砾石层、粘土层交互组成，下部以杂色巨厚砾石层与卵石层为主，含水丰富，局部夹少量砂层或砂砾层。
1.2.2构造
本井田位于车轴山向斜两翼，车轴山向斜属开平煤田西侧的一个含煤构造，主要受新华夏系构造控制，构造线多呈北东向。
车轴山向斜为一狭长不对称向西南方向倾伏的大型含煤向斜，向斜轴走向约为N60º
E，向斜轴面向北西方向倾斜。
以向斜轴划分，其东南翼（缓倾斜翼）地层走向N30º
E，产状较缓，倾角12°
～18°
，一般14°
左右；
其西北翼（急倾斜翼）地层走向N70º
E，产状较陡，倾角65°
～80°
，一般为70°
左右。
经过精查地质勘探、二维和三维地震勘探，本井田共查明3条断层。
缓倾斜翼多发育张性、张扭性的高角度倾向或斜交正断层。
以断层性质分，正断层3条；
以控制程度分，可靠断层3条，以断层落差分，小于10m的1条，10m～20m的2条。
断层特征详见表1-2-1。
表1-2-1断层特征表
序号
断层
编号
性质
落差（m）
断层产状
控制
程度
备注
走向
倾向
倾角（°
）
3
F2′
正
0~16
N.W
N.E
62°
~72°
可靠
三维地震勘探报告提出
9
F6′
0~4
N~N.N
W
36°
~47°
17
F15
4~13
N15°
E
69°
~78°
构造地质补充报告提出
1.2.3煤层及其顶底板岩性特征
1.2.3.1煤层及煤质
（1）煤层情况：
（见表1-2-2）
表1-2-2煤的工业分析表
煤号
工业分析
胶质层厚
（m）Y
罗加指数LR
灰分（%）A
挥发份
（%）V
含硫量
（%）S
含磷量
（%）P
9#
原煤
19.90
15.9
4.03
0.0167
0～18
22.63
精煤
7.45
14.5
2.42
0.0059
本井田煤系地层属石炭二迭系地层，其中上石炭统开平组、赵各庄组及下二迭统大苗庄组为主要含煤地层。
共含煤17层，其中可采及局部可采煤层9层，煤层编号自上而下依次为5、7、8、9、11、12—1、12—2、12下、14—l煤。
可采煤层总厚度为19.7m。
本次设计的是9煤层，9煤层属于稳定可采中厚煤层。
详见煤层特征表表1-2-3。
表1-2-3煤层特征表
煤层名称
煤层厚度（m）
倾角
围岩性质
煤硬度
煤牌号
容重（t/m3）
煤层结构及稳定性
最大～最小平均
平均可采厚度
顶板
底板
1
1.47～10.46
4.10
12
粘土岩或粉沙岩
粉砂岩获粘土
气煤
肥煤
1.35
稳定
1.2.3.2顶底板及其特性
本井田地层与开平煤田其它各矿地层基本相同，精查地质勘探揭露了第四系及上古生界地层，由老到新叙述如下：
（2）赵各庄组（C32）
（2）唐家庄组（P12）
1.2.4水文地质特征
1.2.4.1地表水特征
第四系底部卵砾石层孔隙水、石炭二迭系砂岩裂隙水与奥灰岩溶水组成本井田承压水力系统。
第四系底部卵砾石层超覆所有基岩含水层露头，由于露头无冲积或残积成因的粘土之类阻隔，所以卵砾石含水层与基岩含水层尤其是与大面积隐伏的奥灰含水层水力联系密切。
裂隙水赋存于向斜盆地内的石炭二迭系粗、中细粒级砂岩地层。
裂隙密集，多为张开，宽度大于lmm，实见有20mm以上者，产状近于直立。
孔段单位出水量或单位吸浆量普遍高于相邻的开平向斜井田。
奥灰岩溶水产于煤系基底厚度400m以上的白云质和灰质地层之中。
历年少量勘探已表明其透水性与富水性强于区内其它所有含水层。
特别指出的是，砂岩裂隙水以层状径流进行自身循环的同时，通过贯穿层间的裂隙网络，发生垂向水力联系。
1.2.4.2煤系含水层与隔水层
（1）煤系含水层
以水源为背景，按水位、水化、水温的连续性及钻孔抽水流场反映，将煤系含水层分为三组八段。
1）以第四系底部卵砾石水为补给水源的A层
本组法线厚度在-500m水平主石门一线约280m，A层下80m中等含水段；
本组厚度约140m～155m，K3～G层富水性极不均一的含水段。
（2）煤系隔水层
1）A层铁铝质粘土岩；
3）G层铝土质粘土岩。
根据会议纪要所确定的原则，以上水量预计结果可作为本次设计的依据。
1.2.5沼气煤层和自燃
根据“冀煤安办（2004）4号文“关于2004年度矿井瓦斯等级鉴定结果的批复”，火石营矿井瓦斯绝对涌出量为0.211m3／min，瓦斯相对涌出量为0.142m3／t，采区最大瓦斯相对涌出量为0.270m3／t。
随着开采向深部延伸，瓦斯涌出量可能会增大，届时要及时进行瓦斯等级鉴定。
本矿井煤尘具有爆炸性，爆炸指数40.7％～43.4％。
9、11、12-1煤易自燃，9煤自然发火期为8～12个月，11、12-1煤自然发火期为3～6个月。
地温正常，无热害沼气、煤尘和自燃
1.2.6煤质、煤的牌号与用途
主要可采煤层均属较高挥发份的气煤，煤种单一，以气煤Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号为主，气煤Ⅰ号、Ⅱ号甚少。
故主要叙述9煤的煤质：
原煤灰份：
9煤平均灰份介于13％～20％之间；
原煤硫份：
9煤含量在1％以下，属低硫煤；
原煤磷份：
各煤层原煤含磷量不一，无明显变化规律，其它各煤层磷含量均大于0.01％。
煤的工业分析表见表1－2－4。
表1－2－4煤的工业分析表
牌号
水分（％）M
灰分（％）A
挥发分（％）V
含硫量（％）S
发热量MJ/Kg
Q
2
4
5
6
7
8
1.06
13-20
9.63
0.47
29.67
动力煤
1.2.7地质勘探程度
为了顺利开发火石营井田，更好地满足煤矿建设和生产需要，国家和建设单位都投入不少资金对井田进行了多次勘探。
勘探工作经历了普查（1956年）、精查（1978年）、二维地震补充勘探（1992年）、水文地质补充勘探（1993年）和采区三维地震补充勘探等勘探阶段。
随着历次勘探工作的深入及矿井投产后的实际揭露，对矿井水文地质条件和煤层赋存情况也有了更进一步的认识，为设计部门和生产单位更准确地核实矿井储量、确定矿井生产能力及搞好采区接替提供了更可靠的依据，勘探成果基本满足设计及生产需要。
2井田境界
2.1划分原则
井田境界应根据地质构造、储量、水文、煤层赋存情况、开采技术条件、开拓方式及地貌、地物等因素，进行技术分析后确定。
一般以下列情况为界：
1．以大断层、褶曲和煤层露头、老窑采空区为界；
2．以山谷、河流、铁路、较大的城镇或建筑物的保护煤柱为界；
3．以相邻的矿井井田境界煤柱为界；
4．人为划分井田境界。
2.2井田范围
火石营煤矿井田境界，东部以F2断层为边界；
西南至，南部到-160m煤层露头，北部至9煤层-500m底版等高线，井田平均走向长度为6.1km。
倾向长度为1.8km。
井田面积为12.1km2。
井田境界如图2-2-1。
图2-2-1井田境界
3矿井储量、生产能力、服务年限
3.1井田储量
矿井储量是指矿井井田边界范围内，通过地质手段查明的符合国家煤炭储量计算标准的全部储量，又称矿井总储量。
它不仅反映了煤炭资源的埋藏量，还表示了煤炭的质量。
本井田采用块段法计算的各级储量，块段法是我国目前广泛使用的储量计算方法之一。
块段法是根据井田内钻孔勘探情况，由几个煤厚相近钻孔连成块段。
根据此块段的面积，煤的容重，平均煤厚计算此块段的煤的储量，再把各个经过计算的块段储量取和即为全矿井的井田储量。
3.1.1矿井工业储量
矿井工业储量是勘探（精查）地质报告提供的“能利用储量”中的A、B、C三级储量之和，其中高级储量A、B级之和所占比例应符合表3－1－1的规定。
由煤层底板等高线及储量计算图上提供的资料可计算出来设计矿井工业储量汇总表见3－1－2。
表3-1-1工业储量汇总表
地质开采条件
储量级
别比例（％）
简单
中等
复杂
大型
中型
小型
田内A+B级储量占总储量的比例
40
35
25
20
15
第一水平内A+B级储量占本水平储量的比例
70
60
50
30
不作具体规定
第一水平内A级储量占本水平内储量的比例
不要求
表3－1－2矿井工业储量汇总表
工业储量（万吨）
A
B
A+B
C
A+B+C
9煤层
2631
836
3467
3120
6857
符合
总计
3.1.2矿井设计储量
矿井设计储量为矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱和已有的地面建筑物、构筑物需要留设的保护煤柱等永久煤柱损失量。
而在该井田范围内只有煤田境界煤柱和断层煤柱。
可暂时按工业储量的5％－7％计入，本设计取5％，故：
＝
－P
式中：
Z
——矿井设计储量；
——矿井工业储量；
P——永久煤柱损失量，可暂按工业储量的5％－7％计入，本设计取5％；
由此：
矿井设计储量Z
＝6857×
（1－7％）
＝6377.02万吨
3.1.3矿井设计可采储量
矿井设计可采储量为矿井设计储量减去工业场地保护煤柱、矿井井下主要巷道及上下山保护煤柱后乘以采区回采率所得到的储量。
各种主要巷道的保护煤柱及可采储量见表3－1－3；
矿井工业广场地保护煤柱留设见图3－1－1；
工业广场保护煤柱设计计算参数见表3－1－4。
表3－1－3矿井可采储量汇总表
开采水平
煤层
名称
工业储量（A+B+C）
（万吨）
矿井设计储量（万吨）
矿井可采储量（万吨）
永久性煤柱
损失
设计储量
设计煤柱损失
可采储量
境界
工业广场
井下巷道
其他
Ⅰ
79.5
109.47
6668.03
124.8
166.2
无
6377
表3－1－4工业广场保护煤柱设计参数表
煤层倾角（°
）（°
煤厚（m）
Φ（°
γ（°
β（°
δ（°
埋深（m）
14
45
75
69
370
图3－1－1工业广场保护煤柱计算图
3.2矿井年储量及服务年限
3.2.1矿井工业制度
根据设计大纲规定以及结合矿井实际情况。
规定该设计矿井年工作日为330天，每日三班工作，每日工作8小时，每日净提升时间数为16小时。
3.2.2矿井服务年限
初步设定该矿井设计年产量为1.2Mt/a，根据公式：
T——矿井服务年限，年；
Z——矿井可采储量，万吨；
A——矿井生产能力，万吨/年；
K——储量备用系数，K=1.3～1.5，此处取1.3。
由此验算服务年限如下：
T=Zk/（A×
k）=6377.02/（120×
1.3）=41年＞40年
符合要求。
4开拓运输方案
4.1概述
4.1.1开拓方式选择
原矿井采用的是立井开拓方式，暗斜井延伸。
由于火石营煤矿井田表土层薄，地势平稳，所以采用立井开拓。
立井开拓的适应行很强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制。
立井的井筒短、提升能力大、对辅助提升特别有利。
对于煤层赋存较深、表土层厚、水文情况比较复杂、井筒需要特殊法施工或多水平开采急斜煤层的矿井，一般都应该采用立井开拓。
4.1.2影响立井开拓的主要因素分析
影响设计矿井开拓方式的主要因素包括精查地质报告所确定的煤层自然产状、构造要素、顶底板条件、冲积层结构、地形以及水文地质条件等。
其中以煤层赋存深浅和冲积层的水文地质条件对开拓方式的影响最大。
4.2井田开拓
4.2.1对井田开拓中若干问题分析
4.2.1.1井田开拓方式
由于本井田地势平坦，表土层薄，地势平稳，所以采用立井开拓。
并按照工业广场少压煤，至少不压好煤和井下生产费用较低的原则确定了主、副井筒位于井田南部的井田走向的中央。
同时由于在井田走向中央有一个14m的断层需要留有一定的保护煤柱，故可考虑包工业广场保护煤柱和断层保护煤柱留设在一起，这样可以节省50m的保护煤柱。
为了避免采用箕斗井通风时封闭井塔困难，决定开凿一个风井。
并采取中央边界式通风，风井位于南部煤层露头处，这样由于煤层露头处的煤不采，风井就不需要留设保护煤柱，减少了煤柱的损失。
同时为了减少煤柱损失和大巷维护条件，把运输大巷设在煤层底版下垂距为30m的岩层中。
根据火石营井田9#煤层赋存条件和设计规范的有关规定，本井田划分为1-2个水平，阶段内采用采区式准备。
水平划分及位置在后面的方案中进行详细说明。
4.2.1.2井硐形式、数目及其配置
⑴.井硐形式选择
由于火石营井田地势平坦，表土层薄，地势平稳，所以采用立井开拓。
立井开拓井筒短、提升能力大、提升速度快，通风有效断面大，能够满足矿井通风的需要。
⑵井筒数目
因为火石营井田为低瓦斯矿井,前面已经确定采用立井开拓方式，故只需开凿一对提升井筒和一个风井即可。
后期可以在下一水平的上方东西边界开设一个风井用于第二水平的回风。
⑶井筒位置选择
根据地形和地质条件，从首先满足第一水平的开采，缩短贯通距离，减少井巷工程量考虑，将主、副井筒设置在井田走向的中央处。
该处的地质构造清楚、简单、开采条件好。
4.2.1.3运输大巷和总回风巷的布置
为了减少煤柱损失和便于维护巷道，将运输大巷布置在距离煤30m处的9煤层底版岩石中。
布置岩石大巷时应避免在松软、吸水膨胀、易风化饿岩石中布置，同时还应避开支撑压力的不利影响。
4.2.2方案的提出及技术比较
根据前述各项决定，本井田在技术上可行的开拓方案有下列三种：
⑴立井两水平，见图4－2－1；
图4－2－1立井二水平立井延伸开拓
⑵立井单水平上下山，见图4－2－2；
图4－2－2立井单水平上下山开拓
⑶立井一水平加暗斜井二水平延伸，见图4－2－3。
图4－2－3立井-水平加暗斜井二水平延伸开拓
从以上方案的简图可以对方案Ⅰ和方案Ⅲ进行比较，Ⅱ方案的生产系统均简单可靠，但是由于Ⅱ方案适用于煤层倾角小于12
的煤层，而9煤层的倾角为14
大于12
，所以用单水平上下山开采有很大的困难，而且下山采煤巷道等都不容易维护，故不宜用此方案。
余下的Ⅰ、Ⅲ两个方案均属技术上可行的方案，水平服务年限也均符合要求（中型矿井第一水平服务年限应大于20年，故确定其阶段斜长分别为1000和800m）。
两者相比，虽然方案Ⅲ的总投资要比方案Ⅰ高些，但是其初期投资较少，因此两方案要通过经济比较才能够确定其优劣。
4.2.3方案经济比较
由于方案Ⅰ和方案Ⅲ在第一水平内的准备方式和采煤方法都完全相同，方案比较法在对不同的开拓方案进行比较时，一些相同的部分可以不进行比较，于是我们在对方案Ⅰ和方案Ⅲ两个方案进行比较时，可以只将两个方案中有差。
表4－2－1基建工程量
时期
项目
方案Ⅰ
方案Ⅲ
早期
主井井筒/m
340+20
副井井筒/m
340+5
井底车场/m
13430+111400
主石门/m
880
/
运输大巷/m
1500
后期
160
900
13430+11140
1760
别的基建工程量、基建费用、生产经营费用及费用汇总表分别计算汇总于表4－2－1、表4－2－2、表4－2－3和表4－2－4。
通过费用汇总表在经济上来比较两方案的优越。
表4－2－2费用汇总表
方案
费用/万元
百分率/％
基建工程费
829.98
100
1084.89
130.7
生产经营费
1596.53
1994.46
124.9
总费用
2426.51
3079.35
126.9
从前面表格中的计算可以看出，方案Ⅲ的总费用要比方案Ⅰ的高出26.9％，很明显方案Ⅰ要比方案Ⅲ优越的多，故决定采用方案
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