华北科技学院安全工程毕业设计讲解Word文件下载.docx
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3.石炭系上统太原组（C3t）
为一套海陆交互相含煤沉积，是本区主要含煤地层之一。
其岩性主要为细砂岩、砂质泥岩、泥岩、石灰岩、煤层及炭质泥岩，富含植物化石及贝壳类海相动物化石。
本组厚度76.27—87.93m，平均82.10m，与下伏本溪组呈整合接触。
含9、10、12、13号煤层及煤线，其中12、13号煤层为全井田可采煤层，其余为不可采煤层。
该组地层在井田东南部沟谷有局部出露。
4.二叠系下统山西组（P1s）
为一套陆相（河湖、沼泽相）含煤沉积，主要岩性为灰白色中粒长石石英、泥岩及煤层。
由于后期被剥蚀，井田东部局部出露，地层厚度32.85—70.20m，平均厚度49.85m，与下伏太原组呈整合接触。
含7、8号煤层，其中8号煤层为稳定可采煤层，7号煤层为不可采煤层。
5.二叠系下统下石盒子组（P1x）
岩性由浅灰绿色、灰黄色、灰色、杂色各粒级砂岩、砂质泥岩及泥岩组成，该组地层最大残留厚度为107.55m。
6.上第三系上新统（N2）
岩性下部为钙质胶结的砂砾层，上部为棕红色亚粘土夹砾石及钙质结核，地层厚度0—90.00m，平均厚度为45.00m。
不整合于覆盖于基岩之上。
7.第四系中上更新统（Q2+3）
不整合下伏地层之上，岩性为土黄色亚砂土、亚粘土组成，质地均一，结构疏松，具垂直节理及大孔隙，下部局部含砾石层，厚度0—110.00m，平均为50.00m。
主要分布于山坡和梁顶上。
1.3.2井田构造
本井田位于河东煤田北部，黄河东岸，总体为平缓的单斜构造，地层走向近南北向，倾向西，地层倾角10°
～13°
左右。
井田内发现1条正断层，目前未发现陷落柱，无岩浆岩侵入。
F1正断层：
该断层位于井田的北部，走向近南北，倾向西，落差为10m，倾角70°
，在井田内延伸长度约1300m。
总之，本井田构造简单，属一类。
1.3.3矿井水文地质
1.地表水流
井田内无地表水体及常年性河流，在井田西部13km处有黄河流过，其支流南河沟河在井田北部由东向西流过并汇入黄河。
2.主要含水层
（1）奥陶系碳酸盐岩岩溶水含水层
该含水层含水丰富，据2009年6月由保德县钻井勘探股份公司在副井工业广场内施工一深水井（X：
4291429，Y：
19510569，H：
1006），井深442.40m，出水量为32m3/h，降深17.5m，揭露奥灰247.40m，水位标高838.70m，埋深167.30m，水样化验结果PH值7.8，总硬度40，单位涌水量3.704L/s·
m，水质类型为HCO3-Ca·
Mg型，富水性强。
由此推测本井田内奥灰水位标高为837～840m。
（2）石炭系太原组裂隙水含水层：
据邻近桥头煤矿详查勘探时进行的混合抽水试验，单位涌水量为0.009L/s.m，渗透系数为0.0264m/d，水质类型为重碳酸钙钠型水，碱度为7.3509mg/l，硬度为22.6849德国度，PH值为7.31，该组为弱富水性含水层。
（3）二叠系山西组砂岩裂隙水含水层：
据邻近桥头煤矿详查勘探时进行的混合抽水试验，单位涌水量为0.552l/s.m，泉水水质较好，矿化度0.228g/l，该组为中等富水性含水层。
（4）二叠系下石盒子组砂岩裂隙水含水层组
该含水层富水性弱，泉水流量0.01～1L/s，水化学类型为HCO3-Ca.Mg型，矿化度0.23～0.48g/L，PH值7.3～8，总硬度6～17.8德国度。
（5）新生界松散岩类孔隙水含水层：
第四系黄土广泛分布于本区，在与基岩接触处有泉水出露，流量不大，河流相堆积物零星分布于沟谷中，透水性强；
该含水层富水性受大气降水影响，局部富水性好，泉水流量可达1L/s，矿化度0.268g/L。
3.井田内主要隔水层
（1）石炭系上统太原组底部及石炭系中统本溪组隔水层
主要由塑性的泥岩、铝质泥岩或粉砂质泥岩组成，一般厚度变化较大。
区域范围内阻隔其下伏含水层对上覆煤层开采的影响。
（2）二叠系砂岩含水层层间隔水层
主要由具塑性的泥岩、铝质泥岩组成，单层厚度一般大于2m，呈层状分布于各含水层之间，阻隔其上、下含水层之间的水力联系。
4.主要含水层的补、径、排条件
地下水的补给主要靠大气降水的补给，其次为地表水。
第四系黄土和上第三系卵砾石孔隙水靠当地降水渗透补给，并就地排泄于河道与沟谷。
石炭二叠系地层出露在井田东部河谷中，砂岩层间裂隙水除在其裸露区接受大气降雨补给外，还接受地下水补给，其排泄以泉和人工开采排泄外，同时由东向西运移，经本区排向下游。
寒武奥陶系灰岩岩溶水在其裸露区接受大气降雨和地表水的渗透补给，本区位于天桥泉域的东南径流区，由东南经本区向西北方向运移，排向黄河。
1.4煤层
1.4.1含煤性
井田内含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，现将其含煤性自上而下叙述如下：
1.太原组（C3t）
本组地层为井田内主要含煤地层之一，地层厚度平均82.10m，含9、10、12、13号煤层，其中13号煤层为全区稳定可采煤层，12号煤层为全区基本可采的稳定煤层，其余为不可采煤层。
煤层平均总厚度为14.43m，含煤系数17.58%，可采煤层总厚度为14.27m，可采系数为17.38%。
2..山西组（P1s）
本组地层厚度平均49.85m，主要岩性为灰白色中粒长石石英、泥岩及7、8号煤层，其中8号煤层为井田稳定可采煤层，7号煤层为不可采煤层，煤层平均总厚度为2.86m，含煤系数5.74%，可采煤层总厚度为2.77m，可采系数为5.56%。
1.4.2可采煤层
井田内共有3层可采煤层，分别为8、12、13号煤层，现根据井田内利用钻孔资料及8、13号煤层井下采掘巷道揭露情况对可采煤层分述如下：
（见可采煤层特征表1—1）。
1．8号煤层
位于山西组中下部，煤层厚度2.12～3.65m，平均2.77m，煤层结构简单，含0～1层夹矸，其直接顶板为泥岩、砂质泥岩，底板为泥岩、砂质泥岩，因煤层埋藏浅，在井田中东部由钻孔控制、井田东南部井下采掘过程中揭露，煤层遭受风氧化，在ZK4403号钻孔附近被剥蚀。
该煤层为赋煤区稳定可采煤层。
2．12号煤层
位于太原组中上部，上距8号煤层为35.25m，煤层厚度0.61～1.68m，平均1.12m，煤层结构简单，不含夹矸，其直接顶板为砂质泥岩、泥岩，底板为砂质泥岩、泥岩。
由于井田中东部及东南部有小面积被剥蚀，该煤层为大部可采的稳定煤层。
3．13号煤层
位于太原组中下部，上距12号煤层为7.96m，煤层厚度11.85—14.45m，平均13.15m，煤层结构复杂，含2-4层夹矸，其直接顶板为泥岩、砂质泥岩，底板为泥岩、砂质泥岩。
由于井田中东部及东南部有小面积被剥蚀，该煤层为赋煤区稳定可采煤层。
表1-1可采煤层特征一览表
含煤地层
煤层号
煤层厚度（m）
煤层间距（m）
结构
（夹矸数）
稳定性
可采性
顶板岩性
底板岩性
最小-最大
平均
山西组
8
2.12-3.65
2.77
25.95-59.80
35.25
简单
（0-1）
稳定
赋煤区可采
泥岩、砂质泥岩
太原组
12
0.61-1.68
1.12
（0）
大部可采
砂质泥岩、泥岩
3.90-10.15
7.96
13
11.85-14.45
13.15
复杂
（2-4）
1.5其他开采技术条件
1.5.1瓦斯涌出量
山西忻州神达王庄煤业有限公司2009年度8号煤层矿井瓦斯相对涌出量12.5m3/t，绝对涌出量31.6m3/min；
为高瓦斯矿井。
1.5.2煤尘爆炸性
表1-2各煤层煤尘爆炸性测试成果表
测试编号
煤层爆炸
火焰长度（m）
抑制煤尘爆炸最低岩粉用量（%）
有无爆炸性
1004688
20
50
有
1004682
10
40
1004689
根据表中数据，井田内8、12、13号煤层均有煤尘爆炸性。
因此，在今后开拓、生产中应注意洒水防尘，定期清理巷道壁浮尘，以杜绝煤尘爆炸事故的发生。
1.5.3煤的自燃倾向性
表1-3各煤层煤尘自燃倾向性测试成果表
吸氧量cm3/g
自燃等级
自燃倾向
0.59
Ⅱ
自燃
0.51
0.63
根据表中数据，井田内8、12、13号煤层均属自燃煤层。
因此，建议本矿在今后的开采中一定要注意浮煤的清除和采空区的密闭，防止发生煤的自燃。
2.井田开拓
2.1井田境界
2.1.1井田范围
井田范围由以下7个拐点连线圈定：
（一）1980年西安坐标系（国家6°
带）
1、X=4290886.00Y=19511876.00
2、X=4290038.00Y=19511876.00
3、X=4290038.00Y=19509899.00
4、X=4291444.00Y=19509899.00
5、X=4291469.00Y=19510032.00
6、X=4295712.00Y=19510032.00
7、X=4295712.00Y=19511636.00
井田形状为一不规则多边形，东西宽1.977km，南北长5.674km，井田面积10.0724km2，批采8~13号煤层。
（二）1954年北京坐标系
1、X=4290934Y=19511947
2、X=4290086Y=19511947
3、X=4290086Y=19509970
4、X=4291492Y=19509970
5、X=4291517Y=19510103
6、X=4295760Y=19510103
7、X=4295760Y=19511707
2.1.2井田尺寸
井田形状为一不规则多边形，东西宽1.977km，南北长5.674km，井田面积10.0724km2。
2.2井田工业储量
2.2.1矿井储量
资源/储量估算，共获得兼并后8、12、13号煤层保有资源/储量194.78Mt，其中探明的（可研）经济基础储量（111b）147.84Mt，（111b）占总资源/储量76%，控制的（可研）经济基础储量（122b）39.12Mt，探明的及控制的（可研）经济基础储量（111b+122b）186.96Mt，占总资源/储量96%，推断的内蕴经济资源量（333）7.82Mt，内含蹬空区储量为0.55Mt。
详见表2-1各煤层地质资源/储量汇总表。
表2-1各煤层地质资源/储量汇总表单位：
Mt
煤层
资源/储量
111b
总量
（%）
111b+122b
122b
333
蹬空区
111b+122b+333
小计
17.98
3.38
1.47
21.36
22.83
79
94
9.32
4.61
0.74
0.48
0.07
0.55
14.41
15.22
61
95
120.54
30.65
5.54
151.19
156.73
77
96
总计
147.84
38.64
7.75
186.96
194.78
76
2.2.2工业储量计算
全井田探明的基础储量（111b）、控制的基础储量（122b），连同推断的内蕴经济资源量（333）乘以可信度系数（取0.7~0.9），归类为矿井工业资源/储量。
矿井工业资源/储量＝111b＋122b＋333k（2-1）
式中：
k——为可信度系数，本矿井构造简单，煤层赋存稳定，因此k取0.9。
故本矿井工业资源/储量＝111b+122b+333×
0.9
＝147.84+（38.64-0.48）+（7.75-0.07）×
＝192.91Mt。
2.3矿井可采储量
2.3.1安全煤柱留设原则
1.工业场地、井筒留保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不留设保护煤柱。
2.各类保护煤柱按垂直断面法或垂直法确定。
用岩层移动角确定工业场地、村庄煤柱。
岩层移动角为700，表土层移动角为450。
3.维护带宽度：
风井场地20m，工业广场20m。
4.井田境界煤柱宽度为20m。
5.工业场地占地面积，根据《煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明》中第十五条，工业场地占地面积见表2-2。
表2-2工业场地占地面积指标
井型（万t）
占地面积指标（公顷/10万t）
240及以上
1.0
120-180
1.2
45-90
1.5
9-30
1.8
2.3.2矿井设计储量
井田边界保护煤柱留设20m宽，则井田边界保护煤柱损失量为：
650t。
设计资源/储量：
矿井工业资源/储量减去井田境界煤柱等永久煤柱储量后的储量。
经计算，矿井设计资源/储量180.36Mt。
矿井设计储量汇总表见表2-3。
表2-3矿井设计储量计算表单位:
煤层
编号
工业资源/储量
永久煤柱损失
设计
储量
井田边界
村庄
断层及风氧化带
22.68
1.08
0.02
1.96
3.06
19.62
14.05
0.43
0.06
0.3
0.79
13.26
156.18
4.99
0.68
3.03
8.7
147.48
合计
2.3.3矿井可采储量
矿井设计可采储量：
矿井设计资源/储量减去工业场地煤柱、井巷煤柱的资源/储量后乘以采区回采率（根据设计规范，薄煤层采区回采率取85%，中厚煤层采区回采率取80%，厚煤层采区回采率取75%）后的储量，即：
Zk=（Zs－P）·
C（2-2）
式中Zk——矿井设计可采储量，kt；
Zs——矿井设计储量，kt；
P——保护煤柱，kt；
C——采区回采率。
根据以上计算，矿井可采储量为111.14Mt。
可采储量详见表2-4。
表2-4矿井设计可采储量计算表单位：
开采煤柱损失
开采
损失
设计可
采储量
工业场地及井筒
大巷
采空区
边界
2.7
1.02
0.12
3.84
2.45
13.33
1.39
0.78
2.24
1.75
9.27
20.8
11.35
0.94
33.09
25.85
88.54
安全煤柱的留设和计算方法：
井田内需留设保护煤柱的有：
工业场地、井筒、大巷、断层及风氧化带煤柱、防水煤柱、地面村庄。
（1）井下大巷煤柱留设
（2-3）
S1——巷道保护煤柱的水平宽度，m；
H——巷道的最大垂深，m；
M——煤层厚度，m；
f——煤的强度系数。
大巷之间及大巷两侧各留设30m。
（2）地面建（构）筑物煤柱留设
地面工业广场、村庄、已有的建（构）筑物等煤柱的留设按《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的有关规定留设，按其实际占用范围并考虑其保护等级的维护带宽度而圈定，地面建筑均按Ⅱ级保护，围护带宽度20m，安全煤柱留设按垂直剖面法计算，表土层及基岩厚度参照实际揭露及邻近钻孔资料确定。
表土段移动角取45°
，基岩段岩层水平移动角δ取72°
上山移动角γ取72°
，下山移动角β取72°
～0.8α（α为煤层倾角）。
（3）其他煤柱留设
井田边界留设20m煤柱；
防水煤柱留设30m煤柱；
风氧化带留设20m煤柱；
根据相关经验公式计算，确定断层留设50m煤柱。
2.4矿井工作制度、设计生产能力及服务年限
2.4.1矿井工作制度
矿井设计年工作日330d，井下采用“四六”工作制，即每天四班作业，三班生产，一班检修，日净提升时间16h；
地面采用“三八”工作制。
矿井没昼夜净提升小时数的确定
按照《煤炭工业矿井设计规范》规定：
矿井每昼夜净提升时间14小时。
这样充分考虑了矿井的富裕系数，防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或改扩建。
因此本矿设计每昼夜净提升时间为14小时。
2.4.2矿井设计生产能力及服务年限
《煤炭工业矿井设计规范》第2.2.1条规定：
矿井设计生产能力应根据资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经多方案比较或系统优化确定。
矿区规模可依据以下条件确定:
1、资源情况：
煤田地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设大型矿井。
煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿区规模定得太大；
2、开发条件：
包括矿区所处地理位置，交通，用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等。
条件好者，应加大开发强度和矿区规模，否则应缩规模；
3、国家需求：
对国家煤炭需求量的预测是确定矿区规模的一个重要依；
4投资效果：
投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大矿区规模，反之则缩小规模。
由于王庄矿井田范围大，煤炭储量丰富，地质构造较简单，煤层生产能力大，开采技术条件好，应建设大型矿井，初步确定矿井生产能力为120万t/年。
2.4.3矿井服务年限
矿井服务年限按下式计算：
T=Zk/（K·
A）（2-4）
式中T——矿井服务年限，a；
Zk——设计可采储量，111.14Mt；
A——设计生产能力，1.2Mt/a；
K——储量备用系数，取K=1.4；
矿井服务年限：
T＝111.14/（1.4×
1.2）=66.15（a）。
2.5井田开拓
2.5.1井田再划分
（1）采区划分
可采煤层为8号,12号,13号煤层，每个煤层都分为成8个采区，分别为北一采区，北二采区，南一采区和南二采区。
（2）水平划分
矿井批准可采煤层为8、12、13号煤层，8号煤层距12号煤层平均间距35.24m，12号煤层距13号煤层平均间距7.96m，故考虑矿井布置四个水平开采，其中8号煤层布置两个水平，第一水平标高726m，在8号煤层中部，第二水平布置在8号煤层下部，水平标高552.6m；
12、13号煤层联合布置水平，在13号煤层中部布置第三水平，水平标高648.5m，在13号煤层下部布置第四水平，水平标高475.1m。
2.5.2开拓方案比较
方案一：
立井开拓
主、副井均采用立井开拓，布置于井田中央，大巷布置在煤层底板下方的岩石中，全岩巷。
方案二：
斜井开拓
主、副井均采用斜井开拓，布置于井田中央，大巷布置在煤层底板下的岩石中。
全岩巷。
方案三：
主斜副立开拓
主井采用斜井开拓，副井采用立井开拓。
大巷布置在煤层底板下的岩石中，按煤层底板等高线分段取直掘进。
方案四：
主、副井均采用斜井开拓，布置于井田边界，大巷布置在煤层底板下的岩石中，全
岩巷。
图2-1开拓方案比较
表2-5各方案粗略估算费用表
方案项目
方案一立井开拓
方案二斜井开拓
基建费
/万元
主立井
开凿
344×
1.04=357.76
主斜井
1367.75×
0.355=485.55
副立井
1.067=367
副斜井
风井开凿
275×
1.02=280.5
井底车场
1200×
0.14819×
1.05=186.72
1000×
1.05=155.60
1223.18
1407.2
方案三主斜副立单水平开拓（井田中央）
方案四斜井单水平开拓（井田边界）
0355=485.55
1
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