《采矿学》课程设计 说明书Word文档格式.docx
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综合经济实力在2003年再进全省“十强”，2004年晋位全省“三强”、并跨入全国“百强”。
武安市矿藏丰富，以煤、铁为主，还有铝矾土、硫磺、云母、石棉、石膏、石英、钨等共20余种。
矿区内农业耕地多为旱地，耕地较少，地方采矿、洗选、冶炼工业是当地农民的重要经济来源。
主要农作物有小麦、玉米等，经济作物有棉花、大豆、花生等，矿藏以煤、铁、石材为主。
主要工业有煤炭、钢铁、冶炼、化工、水泥和电力。
1.2井田地质特征
1.2.1井田地质构造
郭二庄井田基本构造形态为一单斜构造，以断裂构造为主，，褶曲次之。
此外，尚有岩浆岩的侵入。
断裂方向以北北东－及北东向最为发育，以高角度正断层为主，将矿区切割成若干小型的地垒、地堑和断块。
区内伴有宽缓的褶曲及岩浆岩侵入，地质构造复杂程度属中等类型。
地层在第10地质剖面线以北近南北走向，倾向东。
第10地质剖面线以南走向转为北东，倾向南东。
地层倾角12º
～30º
，一般12～20°
。
1）褶曲
在南部沿11线有较明显的向斜，轴向约北70º
西。
其次，在F4以西的浅部地段第10及4地质剖面线附近也具有短轴向斜的特征。
2）断层
郭二庄井田内已发现大小断层共119条。
其中落差≥20m的大中型断层19条；
落差20～3m的中小型断层32条；
落差≤3m的小型断层68条（表3－1）。
中小型断层均为在2#煤层开采过程中所揭露。
断层性质均为高角度正断层，断层倾角一般为60º
～70º
断层走向主要为北北东～北东向。
总观全区，南部断层多落差大，加之岩浆岩发育，使构造趋向复杂化。
现将区内的主要断层分述如下
表1-1郭二庄井田断层数目统计表
断层类型
落差（m）
数目
条数
所占比例（%）
大中型断层
≥20
19
16.0
中小型断层
（3～20m）
20～10
8
32
26.9
10～5
13
3～5
11
小型断层
≤3m
68
57.1
合计
119
10
1.2.2水文地质
郭二庄矿区为一单斜构造，本矿区可划分为两个不同的水文地质块段。
位于F4断层以西地段，构造复杂，岩溶裂隙发育，煤层赋存浅，覆盖层薄，地表有北洺河河道穿过，因此水文地质条件复杂。
而位于F4断层以东地段，煤层埋藏深，覆盖层厚，水文地质条件相对简单。
本区开采上部煤层时，水文地质类型属于坚硬裂隙岩层为主的水文地质条件简单偏中等的矿床；
如果开采下三层煤，则为以裂隙岩溶岩层为主的水文地质条件复杂的矿床。
1、含水层
本区含水层自上而下依次为：
第四系砂砾石及砂层、二叠系石盒子组（三段、一、二段）砂岩，山西组大煤顶板砂岩、太原组野青灰岩、伏青灰岩、大青灰岩、奥陶系灰岩，共计7个含水层。
其中，大煤顶板砂岩、伏青灰岩、大青灰岩及奥灰为煤层开采时的主要充水含水层，含水层特征（见表5-6）。
2、隔水层
在各含水层之间，普遍赋存有良好的相对隔水层（以下称隔水层）。
矿区东部覆盖层下段普遍分布15~70m厚的土类（粘土、砂质粘土、砂土）隔水层，层位较稳定，连续性较好，可阻挡地表水及潜水向下渗漏。
1.3煤层特征
1.3.1煤层
本区含煤地层包括本溪组、太原组和山西组。
含煤地层总厚度200～240m，一般220m左右。
含煤16层，煤层总厚度约14.34m，含煤系数6.5％。
含煤地层由于标志层较多，层间距比较稳定，测井曲线特征明显，煤层易于对比。
可采与部分可采煤层有：
1、2、4、6、7、8、9等7层，煤层总厚度13.85m，可采煤层含煤系数5.2％，2、6、9等3层为主要可采煤层，总厚度13m。
现将各煤层分述如下：
表1－3郭二庄井田可采煤层一览表
编
号
煤层
名称
统计
点数
厚度
最小-最大
平均
间距
（m）
可采
系数
变异
稳定
性
结构
煤层情况
1
小煤
51
0-1.18
0.63
15-20
20
37
极不
简单
无岩浆岩干扰,只19线以南个别点受到岩浆岩影响,煤层局部可采
2
大煤
0.55-5.96
3.64
36
94
33
较稳
定
较简
单
19线以南有岩浆岩干扰，北部基本无岩浆岩影响。
煤层稳定。
4
野青
煤
54
0-0.97
0.66
28
17
层位稳定，局部可采。
岩浆岩干扰较弱。
6
山青
50
0-1.86
0.92
18
74
不稳
煤层厚度稳定，只少数点构造影响不可采，岩浆岩影响不大，只北部云65、云34分别为顶底板
7
小青
0-1.39
0.82
30
42
较简单
局部可采，岩浆岩对本煤层稍有影响
大青
12
0-4.67
147
5
83
81
因岩浆岩干扰破坏严重，局部缺失和厚度变薄而不可采或被吞蚀
9
下
架煤
1.34-4.91
3.30
100
较复杂
1.3.2煤质
按照我国现行的煤炭分类标准《中国煤炭分类国家标准》，结合本矿区煤样的化验资料分析确定，本区煤类以高变质无烟煤为主，部分为天然焦。
其中，1、2、4、6、7等五层煤主要是无烟煤，仅个别小块段因与岩浆岩接触演变为天然焦。
太原组底部的8、9两层煤，因广泛受到岩浆侵入的影响，部分为天然焦。
表1－6各煤层主要煤质特征一览表
编号
Wad（%）
Ad（%）
Vdaf（%）
Cdaf（%）
Hdaf（%）
Ndaf（%）
Sd（%）
Pd（%）
Qg’.d（MJ/Kg）
1.44-4.42
3.13（9）
10.80-32.49
19.86（9）
2.78-7.22
5.29（9）
92.63-94.27
93.28（4）
2.30-2.88
2.62（4）
0.83-0.98
0.94（4）
0.14-0.78
0.59（7）
0.011
（1）
23.148-28.197
25.973（3）
1.43-5.04
3.28（21）
11.85-38.27
19.55（21）
2.46-9.31
5.64（21）
91.26-96.13
94.09（8）
1.40-2.82
2.26（8）
0.72-1.42
1.16（8）
0.28-1.97
0.60（18）
2.004-0.038
0.016（3）
21.651-31.914
27.931（14）
1.93-4.04
3.47（8）
14.69-24.96
19.78（8）
2.28-8.14
5.23（7）
91.09-94.89
92..99
（2）
1.43-2.25
1.84
（2）
0.89-1.27
1.08
（2）
1.95-4.92
3.00（6）
25.018-28.537
27.037（4）
2.34-5.11
3.81（7）
10.86-35.66
19.66（6）
3.432-8.19
5.75（6）
92.76-93.04
92.90（3）
1.39-2.24
1.91（3）
0.63-0.93
0.79（3）
2.39-2.84
2.59（5）
0.007
（1）
25.284-29.670
28.195（3）
1.87-8.17
3.09（11）
11.74-38.63
25.07（10）
2.23-10.07
5.16（10）
93.15-93.79
93.55（3）
1.39-2.05
1.79（3）
0.51-0.99
0.79（4）
1.20-8.43
3.09（9）
0.017-0.065
0.041
（2）
22.036-30.081
25.179（7）
0.56-7.09
2.61（14
2.33-29.28
13.66（13）
1.83-8.01
4.76（13）
92.49-96.41
94.67（8）
0.68-2.37
1.26（8）
0.53-0.95
0.67（9）
0.72-3.90
1.68（13）
0.002-0.006
0.003（5）
22.521-32.519
28.292（12）
0.87-4.86
2.41（9）
4.41-35.65
22.82（9）
1.02-7.23
4.49（8）
93.46-95.62
94.68（5）
0.90-2.05
1.15（5）
0.44-1.02
0.70（7）
0.88-3.58
2.05（7）
0.006-0.017
0.011（3）
22.298-31.886
26.628（7）
1.3.4瓦斯
郭二庄矿从建井到投产以来，从未发生过瓦斯突出事故，矿井瓦斯在涌出形式上，均表现为普通涌出。
根据河北省煤矿安全生产监督管理办公室文件《关于邯郸矿业集团公司2005年度矿井瓦斯等级鉴定的批复》冀煤安办[2006]18号文，邯郸矿业集团郭二庄煤矿的瓦斯鉴定结果：
矿井瓦斯绝对涌出量4.20m³
/min，相对涌出量1.34m³
/t。
鉴定结果为低瓦斯矿井。
表1-8煤层瓦斯成分及含量表
项目
煤层
瓦斯成分％
两极值/平均（点数）
瓦斯含量ml/g
CH4
CO2
N2及其它
0.00～67.60
27.24（6）
0.03～12.25
3.68（6）
31.85～99.94
69.15
0.00～2.493
0.693（6）
0.000～0.206
0.08（6）
1.088～3.703
2.593（6）
本区各煤层瓦斯含量不高，但由邻区和本井田生产资料来看，局部利于瓦斯储存的地段（如背斜轴部）瓦斯可达二级，郭二庄煤矿和贺庄煤矿均为一级瓦斯矿，但局部地段可达二级。
另外，本区大部分地段有岩浆侵入，使煤层变质程度普遍增高，煤层有产生气体的条件，某些地段如果赋存条件良好，瓦斯含量可能会相对聚集，因此，在生产过程中应加强瓦斯管理，以防瓦斯聚集发生瓦斯爆炸事故。
1.3.5煤尘及煤的自燃
依据煤炭科学研究总院抚顺分院对郭二庄矿2＃煤煤尘爆炸性鉴定报告，煤样水份Wf4.70%，灰份Af7.08％，挥发份Vf4.70﹪，Vr5.35﹪，无火焰长度，鉴定结果为煤尘无爆炸性。
根据河北煤田地质研究所对矿井2号煤层煤尘爆炸性煤样鉴定报告，矿井2号煤煤样水分0.83％，干基灰分17.87％，干基无灰基挥发分5.90％，无火焰长度，鉴定结果为煤尘无爆炸性。
邻近章村井田、陶一煤矿、云驾岭煤矿等生产矿井开采上组煤均未发生过煤尘爆炸，但郭二庄煤矿下组煤补充勘探报告试验资料表明下组煤有煤尘爆炸性。
郭二庄深部扩大区勘探试验结果表明6、8、9＃煤均无煤尘爆炸性，但采样数量较少，结论有一定的片面性。
依据煤炭科学研究总院抚顺分院对郭二庄煤矿2＃煤自燃倾向煤样鉴定报告，自燃倾向等级为三类，不易自燃。
2采区、带边界及储量
井田范围内沿走向长3500m,倾向长2000m，采区西以南一采区为边界，北以北二采区为边界，井田面积为7km2，
矿井储量
1、矿井工业储量
矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质堪探煤层厚度和质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚，目前即可供的可列入平衡表内的储量。
矿井工业储量是进行矿井设计的资源依据，一般即列入平衡表面的A+B+C级储量，不包括作为D级储量的远景储量。
计算方式如下：
m2.m6为可采煤层
M=hAΓ
式中h—煤层厚度，m;
A—煤层面积，m2;
Γ—煤层容重，t/m3
（1）m2煤层矿井工业储量为
M2=h2AΓ2
=3.54×
0.7×
107×
1.35
=3.3×
107t
=3300（万吨）
（2）m6煤层的矿井工业储量为
M6=h6AΓ6
=8×
=7.56×
107t
=7560（万吨）
总储量M=M1+M2=9380（万吨）
2、矿井设计储量
矿井设计储量是指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，建筑物需要留设的保护煤柱等永久性煤柱损失后的储量。
井田境界煤柱损失，可按设计矿井一侧，按20m留设，由于存在10m厚的风化带，采区边界留10m的保护煤柱。
ZC=M－P
式中ZC—矿井设计储量，万吨
M—工业储量
P—永久煤柱损失量
对m1煤层：
井田境界煤柱损失p1=3.54×
3000×
1.35×
20×
2+3.54×
（2600－40）×
2=105（万吨）
对m2煤层：
井田境界煤柱损失p2=8×
2+8×
2=237.6（万吨）
井田境界煤柱损失p=105+237.6=342.6（万吨）
矿井设计储量ZC2=M2－P=2557.4（万吨）
ZC6=M6－P=6137.4（万吨）
ZC=Z2+Z6=8694.8（万吨）
3、矿井设计可采储量
矿井设计可采储量是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、下山保护煤柱量后乘以采区采出率的储量。
工业场地保护煤柱的计算
表1-2矿井工业场地占地指标
井型与设计能力（万吨/年）
占有面积指标（公顷/10万吨）
240~300
0.7~0.8
120~180
0.9~1
45~90
1.2~1.3
9~30
1.5
备注：
占地面积指标中、小型井取大值，大型井取小值
工地场地占地面积=设计生产能力×
占地指标面积
设计生产能力300万吨/年，则工业广场占地面
S=30×
0.8=0.24KM2
假设工业场地为长方形，则长宽比例为4：
1，即长为800m,宽为203m，按照《建筑物、水体及主要巷道煤柱留设与压煤开采规程》，用垂线法计算工业场地煤柱损失如下：
通过上图可算得工业场地煤柱损失
P=500（万吨）
设计可采储量Zk=（M－P）C
Zk—设计可采储量，万吨
M—工业储量，万吨
P—永久煤柱损失量，万吨
C—采区采出率，厚煤层取75%，中厚煤层取80%，薄煤层取85%，本设计可取cm2=80%，cm6=75%
Zk2=（M2-P）×
C=（2900-500）×
0.8=1920万吨
Zk6=（M6-P）×
C=（6480-500）×
0.75=4485万吨
3采区、带区巷道布置
3.1采区煤层地质特性
2号煤为本区主要可采煤层，基本全区可采，煤层厚度0.55～5.94m，平均厚度3.54m。
含夹矸1-2层，通常煤层下部含1层粉砂岩夹矸，厚0.08～0.82m，平均夹矸厚0.26m。
于第12地质剖面线向南局部地段岩浆岩侵入煤层顶板或底板，使煤层变薄，但仍然可采。
区内穿过2号煤层层位钻孔61个。
其中：
断失点8个；
岩浆岩侵入煤层顶板1个（可采），侵入煤层底板1个（可采）；
正常可采点48个，纵观全区厚度无明显变化。
煤层可采性指数94％，煤层厚度变异系数33％，属较稳定煤层。
煤层倾角为17º
局部顶底板为细粒砂岩。
岩浆岩局部侵入，对煤层影响不大。
6号煤层，煤层厚度3.0～8.2m，平均厚度8m。
大部可采，煤层结构简单。
区内穿过6号煤层层位钻孔60个，其中：
断失点7个；
岩浆岩吞噬点1个，岩浆岩侵入煤层顶板2个（均尚可采）；
正常可采点37个，不可采点12个，尖灭点1个。
煤层可采性指数74％，煤层厚度变异系数32％，属不稳定煤层。
顶底板岩性为粉砂岩。
由于多煤层开采，生产能力较大的厚煤层故选用煤层群共用上下山联合准备方式，布置集中上山。
为增加运输能力采用双运输大巷，三条上山，设置专用通风巷道。
运输上山，轨道上山，专用回风巷，均布置在煤层中，
3.2.1
上山间相互位置
采区上山之间在层面上需要保持一定的水平距离，采用两条岩石上山布置，其间距一般为20～25m；
采用三条岩石上山布置，两条上山的水平距离可缩小到10～15m。
上山间距过大时，上山间的联络巷道长度增大，若是煤层上山，还要相应增大煤柱宽度。
上山间距过小，则不利于保证施工质量和上山维护，也不利于利用上山间的联络巷道做采区机电硐室，而且中部车场布置困难。
3.3.1采区上部车场
采区上部车场是采区上山与采区上部区段平巷和阶段回风大巷之间的一组巷道和硐室的总称。
按轨道上山与上部区段回风平巷或回风石门的链接方式不同，上部车场分为平车场，甩车场，转盘车场三类。
根据煤层赋存条件及运输方式选用甩车场，轨道上山以倾斜的甩车道与区段回风平巷或石门相连，绞车房位于阶段回风大巷或采区回风石门标高以上。
在轨道平巷中设存车线和调车线，甩车场使用方便、安全、可靠、效率高、劳动量小。
对于煤层轨道上山，可减少岩石工程量，甩车场具有通过能力大，调车方便。
缺点是绞车房布置在回风巷标高以上，当上部为松软的风化带时，绞车房维护比较困难，而且绞车房回风有一段下行风，通风条
件较差。
如图:
3.3.2采区中部车场
采区中部车场是上下山与中部区段平巷连接处的一组巷道和硐室的总称。
采区中部车场一般为甩车场，无极绳运输或近水平煤层条件下小绞车运输时为平车场，双翼采区轨道上山和运输上山沿同一层位时，为避免车场与运输上山交叉，必须开掘绕道，可采用甩入绕道的甩车场形式。
如图：
3.3.2采区下部车场
采区下部车场是采区上山与阶段运输大巷相连接的一组巷道和硐室的总称。
大巷采用矿车运煤时，采区下部车场由装车站线路和辅助运输下部车场线路组成。
装车站是煤炭从采区上山到运输大巷的转运站由空车和重车存车线和装车点构成，辅助运输提升车场一般为平车场。
3.4采区采掘接替计划
3.4.1采区主要巷道参数确定
1）巷道掘进速度
根据邻近矿井或条件类似矿井所达到的巷道掘进速度和施工队伍的技术管理水平分析研究确定巷道掘进速度。
不同机械化程度的巷道掘进速度不宜低于《煤炭工业矿井设计规范》规定。
如表5.7：
表5.7平巷掘进速度
掘进机械化程度
巷道煤岩类别
月进度/m
综合机械化掘进机组
400
半煤岩
250
钻爆法
200
150
液压、凿岩台车机械化作业线
岩
120
气腿凿岩机械化作业线
80
2）轨道上山断面
轨道上山是布置在煤层中的半圆拱形式的半煤岩巷，支护方式采用锚网+喷射混凝土支护，其中布置900m轨道，采用综合掘进机组进行施工，月进度为250m/月。
断面及其特征见表5.8：
表5.8轨道上山巷道断面特征表
围岩类别
断面/m2
掘进尺/mm
喷射厚度/mm
锚杆（mm）
净周长/m
净
掘
宽
高
型式
外露长度
排列方式
间排距
锚深
规格L*φ
煤巷
11.5
13.6
4200
3700
树脂
菱形
800
1500
1500×
13.1
3）运输上山断面
运输上山是布置在岩石中的半圆拱形式的岩巷，支护方式采用锚网+喷射混凝土支护，其中布置胶带输送机，采用液压、凿岩台车机械化作业线进行施工，月进度为120m/月。
图5.9轨道上山断面
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