海孜矿课程设计Word格式.docx
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3、熟练掌握方案比较法在开拓设计中的应用；
4、提高和培养学生分析问题、解决问题的能力；
5、提高和培养学生文字编写、计算和应用CAD绘图的能力。
设计任务
1、编写开拓方案设计说明书一份
2、设计图纸部分：
开拓平面布置图、剖面图
1矿井概述及井田地质特征
1.1矿区概述
1.1.1矿井位置，范围
海孜矿位于安徽省淮北市濉溪县境内，井筒位于祁集镇。
北距淮北市约40km，东距宿县35km，如图1.1所示。
图1－1海孜矿交通位置图
矿井范围西以大刘家断层为界，东南以大马家断层为界与临涣煤矿毗邻，北至10煤层-950m水平投影线。
走向长约3.2～7km，南北宽3.4km，面积19.4km2。
1.1.2交通条件
新修矿区公路与淮北，涡阳，淮南，宿州等地的公路相接。
濉阜铁路从本矿的西北通过，临涣车站，海孜车站均距井口6～7km，矿区铁路专用线在青芦线的小湖集配站接轨。
交通十分便利。
如图1.1所示。
1.1.3地形地貌
勘探区位于淮北平原的中部，区内地势平坦，地面标高+26.5m～+28.6m，一般+27m左右，北高南低，区内沟渠纵横。
1.1.4矿区交通位置图
北距淮北市约40km，东距宿县35km，交通极为方便。
1.1.5工农业生产情况
村庄和人口稠密，浍河是区内最大地表水体，也是农业灌溉的主要水源，由于浍河沿岸的煤矿长期把未经净化的差并含有大量煤粉及其他杂质的地下水）排到河内后，造成了河废水（矿化度高、硬度大、水质水严重污染，使河水变质，无法饮用。
1.1.6矿区的水文情况
浍河流经井田西南鄣，为中型河流无堤，历年最高洪水位标高为+28.20米，洪峰流量865立方米/秒，雨季时沿河沟渠两岸几洼地形成内涝积水，水深0.5～1.2米。
区内沟渠密集，多为灌溉渠。
浍河为本区主要河流，属淮河水系，属季节性河流。
水位一般较浅，夏季水位上涨，洪水期间溢出河床，冬青两季干枯状态。
浍河发源于河南商丘，上游由东沙河与包河在临涣集附近合并而成。
自1967年开挖了新汴河后，增强了泄洪能力，目前地表水对矿床开采基本无危害。
1.1.7供水
本矿新生界第一含水层水质为上Hco3-K1Na+Mg+Ca型，pH值7.8----8.0，矿化度0.328—0.44g/l,全硬度11.8b---15.74德国度，含氟量1---1.4mg/l，水样细菌化验细菌数10---38个/ml，大肠杆菌1---14个/ml，水质较好，符合饮水标准，其它地段水质较差，不符合饮用水标准。
新生界“二含”水质变化大，有些地段不符合标准，太灰水矿化度火较高，水质为混合型水，不符合标准，经处理可以利用。
本矿井工业广场附近，最高洪水位约为+112m，东处香山降压站附近的最高洪水位约为+103m（1971年6月29日）。
1.1.8矿区气候
年平均温度：
14—15摄氏度，最高40.2摄氏度；
最低—20.6摄氏度
年平均降雨量：
1260mm，最大降雨量1420mm，
最大风速18m/s，春季多东北风，夏季多东—东南风，冬季多北—西北风
冻结期一般自每年11月中旬至次年3月下旬。
1.1.9供电
本矿位于宿县矿区西部，距淮北电厂40km，电力部已在海孜建立110/35/10kv变电站一座，该变电站以110kv送电线与淮北电厂相联，而淮北电厂与淮南电厂联网，故本矿区电源充沛可靠。
1.2井田地质特征
图1.2地质综合柱状图
1.2.1井田的地形
海孜矿总体上为一走向近东西，向南倾斜的单斜构造。
井田仅有一吴坊断层，其余在中部有较小的波状起伏。
吴坊断层倾角为40°
～60°
，落差为0～25m。
地层倾角10°
～15°
，平均倾角为12°
。
在平面上西部缓，东部陡；
在剖面上具有中部陡，浅部和深部缓之特点。
海孜矿岩浆活动较为强烈，1～10煤层均有不同程度的岩浆侵入，其中矿井中、西部侵入5煤层位的火成岩（俗称赵庙岩体）沿走向绵延6.5km,钻井揭露最大厚度169m。
地质综合柱状图如图1.2所示。
1.2.2井田煤系地层概述
煤系地层全为第四系、第三系松散层覆盖，松散层平均厚度约199m，与煤系地层呈不整合接触。
第四、三系松散层属黄淮平原的冲积层，自上而下分为4个含水层（组）和3个隔水层（组）。
其中，第4含水层直接位于煤系地层之上。
煤系地层为石炭二迭系下统山西组，下石盒子组。
含煤9组，主要煤层有3、4、7、8、9、10等6层，其中10煤层为本矿井设计的主采煤层，煤层平均厚度为8m。
10煤层为稳定煤层，其余煤层在20勘探线以西和15勘探线以东为不稳定，20勘探线～15勘探线间为极不稳定。
各可采煤层特征见表1.1。
由于中组煤（7、8、9）厚度分布不稳定，为了保证矿井产量和正常效益，矿井以10煤层为主采煤层，因此本矿井设计主要为10煤层的开采设计。
1.2.3井田的水文地质特征：
1．地表水：
矿区内的最大地表水体是浍河，它从本矿西南部穿过，河水自西北流向东南。
浍河属淮河支流，为季节性河流，河床蜿延曲折，宽50～150m，深3～5m，两岸有人工河堤，每年7～9月为雨季，一般流量5～10m3/s,枯水季节为每年10月至次年3月，干旱严重季节甚至断流。
历史上浍河最高洪水位为24.5m，据近几年水文资料记载，1984年丰水期最高洪水位祁县闸上游达20.75m,下游达20.70m。
1978年枯水期最低水位祁县闸上、下游河干，1973年至1985年平均水位祁县闸上游水位标高17.72m,下游16.07m。
历年最大流量：
1965年临涣865m3/s,1954年固镇1340m3/s；
历年最小流量：
临涣、固镇均为零；
历年平均流量：
1973年至1985年临涣7.85m3/s,固镇23.2m3/s。
自1968年12月新汴河挖成后,区内再也没有发生洪水灾害,目前地表水对煤矿开采和矿区建设没有危害。
2．含隔水层特征
（一）新生界松散层含、隔水层（组）
根据其岩性组合特征及其区域水文地质剖面对比，自上而下可划分为四个含水层（组）和三个隔水层（组）。
（1）第一含水层（组）
底板埋深31m左右，含水层总厚15～20m，29-30线北东厚度可达30m左右。
上部近地表0.5m左右为褐黑色耕植土壤,埋深3～5m,富含钙质结核和铁锰质结核。
中、下部由土黄色粉砂、粘土质砂、细砂夹薄层粘土及砂质粘土组成，富水性中等，据孔抽水试验资料，水位高17.32m,q=0.57l/s.m,T=70.1156m2/d,
k=2.9094m/d,矿化度0.356g/l,全硬度12德国度,水质为重碳酸钾钠镁钙水。
（2）第一隔水层（组）
底板埋深48m左右，隔水层总厚8～14m左右，由灰黄色及浅黄色粘土、砂质粘土组成，夹2～3层薄层砂和粘土质砂。
可塑性较好，塑性指数为15.6～21.00,分布稳定，隔水性较好。
本组在局部粘土变薄地段，具有弱透水性，构成一含与二含之间的越流水文地质条件。
（3）第二含水层（组）
底板埋深88m左右，含水层总厚10～25m左右，厚度变化大，由浅黄色细砂、粉砂及粘土质砂组成，含水层中夹粘土层一般3～5层，组成一复合含水组，以河间阶地沉积物为主，砂层不发育，多呈薄层状，富水性弱，而河漫滩沉积地带砂层较发育，富水性中等。
（4）第二隔水层（组）
底板埋深111m左右,隔水层总厚10～16m，由棕黄色、浅棕红色粘土及砂质粘土组成，夹2～3层透镜状砂及粘土质砂，可塑性好，塑性指数16.9～27.6，分布稳定，隔水性好。
本组局部厚度小于10m，含钙质结核的砂质粘土具有透水性，构成二含与三含之间的越流水文地质条件。
（5）第三含水层（组）
底板埋深199m左右，含水层总厚55～70m，在26-27线之间含水层总厚可达90m左右。
全层厚度大，分布稳定，水平性强，在埋深145～170m左右有1～2层10～20m左右的厚粘土层把含水层（组）分为上、下两部分。
上部：
由浅红色、灰白色中、细砂和粘土质砂组成，砂层中含泥质少，夹3～4层粘土，含水层厚30～40m左右，分布稳定，局部在埋深120～140m左右，有1～2层薄层中细砂岩（盘），偶见有溶蚀现象，据水3和26-2711孔抽水试验资料，水位标高19.40～19.79m,q=0.78～0.87l/s.m,T=233.497～257.1955m2/d,k=6.4139～6.768m/d,矿化度0.662～0.776g/l,全硬度16.42～21.04德国度,水质为重碳酸钾钠镁水和重碳酸硫酸钾钠镁水,富水性中等。
下部：
由灰黄色、灰绿色细砂、粉砂及粘土质砂组成，砂层中含泥质较多，夹2～3层粘土，含水层厚25～30m左右，分布稳定。
据水2孔抽水试验资料，水位标高19.22m,q=0.14l/s.mT=143.566m2/d,k=4.587m/d,矿化度1.113g/l,全硬度31.44德国度,水质为硫酸重碳酸钾钠镁钙水。
从抽水试验恢复水位资料来看，富水性较上部弱。
（6）第三隔水层（组）
底板埋深在332m左右，隔水层总厚80～100m左右，最薄处在小张家潜山顶，厚度亦有31.90m。
由灰绿色、棕黄色粘土组成，夹多层薄层粘土质砂和粉细砂，质纯细腻，塑性指数16.9～35.9,可塑性强，有膨胀性，局部地段在埋深220～245m,有1～2层透镜状含泥质较多的粉砂、粘土质砂,且具有清晰的水平层理,中上部含铁锰质结核,下部含钙质团块,底部含较多钙质结核和铁锰质结核。
本组分布稳定，水平稳定性强，在古潜山地带直接与基岩接触，隔水性良好，是矿内重要隔水层（组），它阻隔了地表水、一含、二含、三含的地下水与四含和煤系地层的水力联系。
（7）第四含水层（组）
直接与煤系地层接触，两极厚度0～59.10m,平均厚度35～40m,由于受古地貌形态的制约,矿内中部偏西为一近南北向谷口冲洪积扇,其东西两侧为残坡积～漫滩沉积,第四含水层组主要分布在此范围内,在古潜山附近和29-30线以东无四含分布,属四含缺失区。
谷口冲洪积扇由砾石、砂砾、粘土砾石、砂、粘土质砂组成，夹多层薄层粘土或砂质粘土。
含水层总厚35～50m，钻探揭露有补295、补296、25-269、2614、26-2718、构4和2715孔漏水。
据24-258、补302、补303、补306、和26-275孔抽水试验资料：
水位标高19.00～21.75m，q=0.034～0.219l/s.m，T=107.68～161.8m2/d，k=0.114～3.282m/d，富水性中等，矿化度1.458～1.582g/l，全硬度31.52～44.15德国度，水质为硫酸氯化钾钠钙镁水。
残坡积～漫滩沉积的富水性较谷口冲洪积扇弱，钻探揭露时未发现漏水，据291孔抽水试验资料，水位标高20.71m，q=0.100l/s.m，k=0.855m/d，矿化度1.418g/l,全硬度27.96德国度，水质为硫酸重碳酸钾钠水。
残坡积～漫滩沉积与风化剥蚀区的分界线为四含的隔水边界。
（二）二迭系主要可采煤层（组）间含、隔水层（段）
煤系地层砂岩裂隙不发育，即使局部地段裂隙稍发育，但亦具有不均一性，其富水性弱，不能明显划分含、隔水层（段）的界线，仅根据煤系地层岩性组合特征和主要可采煤层（组）的赋存条件，划分如下含、隔水层（段）。
3煤（组）上、下砂岩裂隙含水层（段）
主采煤层32煤的直接顶、底板一般为泥岩。
煤下35m左右有浅灰色细～中粒砂岩（K3砂岩）分布，厚度0～20m左右，变化较大，本段含水层总厚9.5～35.5m,平均25m,裂隙较发育，钻孔揭露有补284，24-2510和补308孔漏水。
据25-267和2712两孔抽水试验资料，水位标高15.22～18.27m，q=8.5×
10-4～4.7×
10-3l/s.m，T=1.2087m2/d，k=0.002～0.0508m/d，矿化度0.801～0.817g/l，水质为重碳酸氯化钾钠水和重碳酸硫酸氯化钾钠水。
从抽水试验的涌水量、水位降深、水质及恢复水位资料分析，本含水层（段）地下水补给条件极差，地下水以储存量为主，水量具有衰减疏干趋势。
（三）矿井涌水量
本矿井最大涌水量为314m3/时，正常涌水量为200m3/时。
1.3煤层特征
1.3.1煤层埋藏条件
走向近东西，倾向南北，南高北低，倾角10—19度左右。
风氧化带：
以-200m等高线为界，并有一部分风氧化带；
煤层的露头深度：
本矿井设计只对10煤层进行开采设计，边界露头线为-200m，-1000m以下的煤炭储量尚未探明，作为矿井的远景储量。
1.3.2煤层群的层数
本区二叠系含煤地层共含1～9煤层（组），主要煤层有3、4、7、8、9、10其中10煤层为本矿井设计的主采煤层，煤层平均厚度为8m。
10煤层：
位于9煤层下平均110米左右，其厚度两极值为7.23～8.64米,平均8米，煤层结构简单，为较稳定的主要可采煤层。
煤层顶底板岩性以泥岩为主，局部为粉砂岩或细砂岩。
煤层顶底板的稳定性以原煤炭科学院牛锡绰提出的分类方案为依据认为：
粉砂岩属不稳定-中等稳定型，泥岩属不稳定型。
1.3.3瓦斯，煤尘及自燃
1）瓦斯
根据以前矿井瓦斯等级鉴定，本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量较小，约为3.281m3/t,所以本矿井通风工作比较简单。
2）煤尘和煤的自燃
10煤具有煤尘爆炸危险和自燃发火危险，煤尘爆炸指数为38%。
2井田境界和储量
2.1井田境界
2.1.1井田四周境界
矿井范围西以大刘家断层为界，东南以大马家断层为界，与邻涣矿毗邻，南至-1000m水平投影线，呈类似梯形。
走向长度为3.8-6.5km，平均走向长度为5.7km，南北宽3.6km。
煤层倾角为12-19度，平均倾角为14度，水平面积为18.2175平方公里，倾斜面积为18.86平方公里。
本矿的井田境界以下列标高来确定；
东：
以大马家断层为界；
西：
以大刘家断层为界；
北：
南：
以10煤-1000m底版等高线为界。
2.1.2开采上限的确定
可采煤层10煤的开采上限为:
导水断裂带的高度一般为：
H=100ΣM（1.6ΣM+3.6）±
5.6
其中：
H----导水断裂带高度；
ΣM----可采煤层厚度之和，8m。
则：
H=100×
8/（1.6×
8+3.6）±
=48.7±
5.6（m）
2.1.3井田长度
走向:
近东西,长约3.8-6.5m
倾向:
南北,宽约3.6km
水平面积：
18.2175平方公里
倾斜面积：
18.86平方公里。
2.2矿井工业储量与矿井可采储量
2.2.1井田勘探类型,钻孔及勘探线分布情况,储量等级的圈定
1.井田的勘探程度：
地质精查阶段在区内查出褶曲2个、断层15条（不含龙王庙勘探区内的F16和F20）。
地震补勘阶段在补勘范围内查出褶曲一个，组合断层45条，其中落差5m以下的为22条。
本次在原地质精查报告的基础上，结合建井地质资料，对地震补勘所组合的断层进行了充分研究，考虑到二维数字地震的分辨能力和测线网度的限制，对地震所发现的落差小于5m的小断层一般未予组合利用，对落差较大的断层在确认存在断点的基础上进行了合理组合，全区共查出褶曲2个，断层20条。
查出的褶曲为魏庙层以南的马湾向斜及魏庙断层以北浅部的圩东背斜。
在查出的20条断层中，按断层性质分：
正断层13条，逆断层7条。
按断层走向分：
走向北东或北北东的断层9条，走向北西的断层5条，走向近南北的断层4条，走向近东西的断层2条。
2.地质储量和工业储量:
根据<
<
安徽省淮北煤田宿县矿区海孜井田精查地质报告>
>
设计对井田范围内的可采煤层进行分析和复算海孜矿井工业储量的计算：
本次储量计算是在精查地质报告提供的1：
10000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。
井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量是由煤层面积、容重及厚度相乘所得，其公式一般为：
Zg=S×
M×
R
Zg——矿井的工业储量；
S——井田的倾斜面积，18.86平方公里；
M——煤层的厚度，8m；
R——煤的容重，1.35吨/立方米；
Zg=18.68×
100×
8×
1.35
=20368.8（万吨）
3.可采储量（Zk）
矿井可采储量（Zk）是矿井设计的可以采出的储量，即
式中P——保护工业广场、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留置的永久煤柱损失量；
本设计中涉及的主要永久煤柱损失主要有：
工业广场保护煤柱、断层保护煤柱、井田边界保护煤柱。
本设计中工业广场保护煤柱为：
2）工业广场煤柱
根据《煤炭工业设计规范》第5-22条规定：
工业广场的面积为0.8-1.1平方公顷/10万吨。
本矿井设计生产能力为180万吨/年，所以取工业广场的尺寸为300m×
500m的长方形。
煤层的平均倾角为14度，工业广场的中心处在井田走向的中央，倾向中央偏于煤层中上部，其中心处埋藏深度为-500m，该处表土层厚度为199m，主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。
工业广场按Ⅱ级保护留维护带，宽度为15m。
本矿井的地质掉件及冲积层和基岩层移动角见表2-1。
表2-1岩层移动角
广场中心深度/m
煤层倾角
煤层厚度/m
冲击层厚度/m
ф
δ
γ
β
527
14
8
199
45
76.8
68.4
由此根据上述以知条件，画出如图2-1所示的工业广场保护煤柱的尺寸：
图2-1工业广场保护煤柱
由图可得出保护煤柱的尺寸为：
S=梯形面积=（上宽+下宽）×
高/（2×
cos14）---式2-3
=1047536.6㎡
则：
工业广场的煤柱量为：
Zi=S×
R
式中：
Zi----工业广场煤柱量；
S----工业广场压煤面积，1047536.6㎡；
M----煤层厚度，8m；
R----煤的容重。
Zi=1047536.6×
1.35×
10-4
=1131.34（万吨）
1）边界煤
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