采矿学课程设计参考Word下载.docx

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1.1.4气象及地震情况

1）气象

该区属于暖温带、大陆性季风气候。

冬季严寒少雪，春季干燥多风，夏、秋季雨量集中，四季分明，昼夜温差大，日照充足。

据安徽省气象局近四十年资料统计：

（1）气温：

年均9.5℃，最低气温在1月份，平均-7℃，极端最低气温-27.5℃；

最高气温在7月份，平均23.7℃，极端最高气温39.4℃。

（2）降水量：

年降水量平均495.9mm，年降水量最大749mm，年降水量最小216.1mm，日降水量最大183.5mm。

每年7、8、9三个月降水量占全年降水量60%左右。

（3）蒸发量：

年平均蒸发量1849.3mm，年最高蒸发量2080.0mm，年低蒸发量1427.5mm。

（4）风力与风速：

年平均风速2.5m/s，多西北风，极端最大风速18.7m/s。

最大4月份，平均风速3.3m/s，7、8、9月份最小平均风速1.8～2m/s。

（5）结冰和解冻：

每年初霜日期10月上旬，终霜日期翌年4月中旬，历时半年之久。

土壤冻结在11月底或12月初，冻结深度为80cm。

2）地震

根据安徽省地震局｛78｝省震字第29号文，地震设防烈度为6°

～7°

。

1.1.5电源和水源

1.供水水源

矿井由煤矿110kV变电站供电，现有35／6kV变电站两座，6kV开闭所两座，两个变电站均采用双回路供电，两回路电源均来自煤矿110kV变电站相应电压等级的不同母线段，煤矿110kV变电站已与电力系统电网联网，矿井电源供电可靠。

2.供电电源

本区浅层水和地表水五利用价值，矿井供水水源取自水量丰富、水质优良的奥灰水，利用神井泵抽至地面。

另外，矿井涌水排至地面经处理达到复用标准后也可用于矿井生产。

两部分水可满足井下生产要求。

1.1.6其他情况

淮北市为一工业城市，在矿区东部有热点厂、纺织厂、砖瓦厂等工厂，市区北部有太原钢铁厂。

矿区内除煤矿外，还有石膏厂、水泥厂、石渣厂、石灰厂、硫磺厂等工厂。

沿山边一带开采石灰岩，黄铁矿，石膏矿等矿。

矿区内居民绝大多数为煤矿工人，食品及劳动力均需外地供应。

建筑木材及坑木非常缺乏，必须外地支援。

1.2井田地质特征

1.2.1含煤地层及地质构造

1.含煤地层

本井田主要含煤地层为石二叠系下统煤组：

从K5砂岩底至K6砂岩底。

是本井田主要含煤地层。

由灰、浅灰色砂岩，深杰、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩及黑色泥岩为主体，含4、3、3上、2、1、03、02、01号8层煤，其中2号为主要可采煤层。

全组厚34.35－88.34m，平均63.59m，由东向西有逐渐增厚的趋势。

该组地层沉积时脱离了海侵的影响，转入了过渡相，陆相沉积，地壳活动的不均衡，造成岩相变化很大，旋回结构不甚明显，煤层对比比较困难。

2号煤层为本组发育最好的一层煤，层位稳定，全井田可采，上距K6砂岩30m左右，对比较易；

1号煤下距2号煤4m左右部分可采，但未算入井田地质储量。

02号煤层位于本组上部，上距K6砂岩6m左右，常含1-2层夹石，顶板多为砂质泥岩，富含植物化石，而区别于本组其他煤层基本不可采。

01号煤层直接覆于K6砂体之下或间距很小基本不可采。

03号煤层位于02号煤层与1号煤层之间，主要依据层间距及层序确定其层位，但02号煤与2号煤之间只有一层煤时，究竟是03号煤还是1号煤，尚需进一步确定，03号煤也基本不可采。

主采煤层柱状图见图1—2。

2.地质构造

本井田位于西山煤田东北隅，受新华夏系泰山式扭性断裂的影响，其构造形迹西部受马兰向斜，东部受边山大断裂（风声河断层、圪撩沟断层），南部受003煤矿断裂带，北部受赛庄－王封断裂的制约。

总体为，地层走向大致北西－南东，向南西倾斜，倾角3°

－12°

，一般5°

左右。

井田内的断层、褶曲、陷落柱对煤矿正常生产都有不同程度的影响。

现将井田内主要构造分述如下：

（1）断层

井田内主要断层为北东及东东向高角度正断层，与主要褶曲轴向大体一致。

落差大于20m的大型断层有003煤矿中部断层。

其余多为落差2m左右，延伸短，平行排列的小断层，形成阶梯状或地垒、地堑构造。

井下所见小断层甚多，是由许多近似平行，落差一般在2m左右的小断层组成，走向北东，其延伸长度，长者千余米，短者百余米，对生产影响小。

（2）褶曲

煤矿井田在石千峰向斜为主体的控制下，伴生次一级短轴褶曲，形成井田内部的基本构造形态，褶曲两翼地层平缓，其形态地表不易察看。

从煤层底板等高线图上看，在石千峰向斜北翼的次一级褶曲，其轴向都表现为北北东或大致南北向，两翼不对称，在向斜南翼的次一级褶曲由于受煤矿断裂还的影响，其走向表现为北东、北北东向，与煤矿断层、石千峰向斜大致平行。

（3）陷落柱

煤矿矿陷落柱较多，但比较小，对生产影响不不大。

（4）节理

地面裸露岩层，节理比较发育，从调查测量结果来看，梅洞沟、沟东梁一带，以北15°

东和北75°

西两组较为发育，在马圪台附近以北55°

东和北30°

西两组较为发育，其北东一组与003煤矿断层近似平行，且北东组有切割北西组的现象，这四组节理面都表现为平直、紧闭、倾角大的特点，有些节理面充填钙质薄膜，表现为较规则的棋盘格式构造，从构造形态和力学性质分析，两对X形节理为两组共轭扭裂面所组成。

（5）滑坡

井田内沟谷切割剧烈，地形复杂，相对高差大，故易于滑坡的形成。

在虎峪沟、四达沟、小虎峪沟、南峪沟皆有所见，其形态各异，大小不等，多呈扇形，滑移岩体大者宽350m，长200m。

煤系地层多为较松软的岩石组成，长期风化剥蚀作用，裂隙发育，上覆岩层在层间水及重力作用下失去平衡，产生塌落或整体下滑形成滑坡体，它对工程建筑影响很大。

值得注意的是，滑坡、乱石堆积和陷落柱有时共生，很难区分，陷落柱常有潜伏于滑坡和乱石堆积之下者。

（6）岩浆岩

003煤矿井田无岩浆活动。

1.2.2水文地质条件

井田内地层出露自东而西由老到新依次为奥陶系中统、石炭系中、上统、二叠系、三叠系下统。

主要含水岩组有奥陶系中统马家沟组、峰峰组，石炭系上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组。

其中上马家沟组富水性强，峰峰组局部富水性强，其余富水性弱。

1.奥陶系中统

奥陶系中统在井田内揭露最厚174.44m，结合井田外围资料可看出奥陶系中统分为峰峰组（厚约120m），上、下马家沟组（厚300－350m），地层全厚500m左右。

2.峰峰组

峰峰组分下下两段。

上段：

岩性以深灰、灰色厚层状石灰岩为主，夹黄、灰白色泥灰岩，顶部为古风化壳充填物，厚一般小于70m；

下段：

为泥质灰岩夹石膏层，厚约60m。

上段灰岩岩溶裂隙发育，岩溶多呈峰窝状、串珠状、局部可见溶洞。

在矿区其标高邮于你于奥灰水承压水位而含水，含水层在风化壳下20m至下段第一层泥灰岩石膏带之间。

由于岩溶发育不均――造成富水性差异，导致不同地段水位、水量相差很大，甚至无统一承压面，单位涌水量在1－5L/s.m之间，水位标高802.8m，煤田西部高者可达1311.0m，但在003煤矿井田的局部山于其标高高于奥灰承压水位而不含水。

3.马家沟组

（1）上马家沟组：

岩性以厚层质纯石灰岩为主，夹薄层泥质灰岩、白云质灰岩，底部貂皮灰岩为相对隔水层，全组厚200m左右。

浅部岩溶裂隙发育，岩溶呈串珠状、峰窝状，有中小溶洞，由于富水而成为西山煤田及本矿最要主要的含水组。

单位涌水量0.0004－138.91L/s.m，一般0.4－9L/s.m，渗透系数为70.11m/d，水位标高779－826m。

（2）下马家沟组（O2X）：

岩性以灰岩、泥灰岩、白云质灰岩为主，厚约110m左右且富水。

在煤田东部补给区岩溶裂隙发育，深部不发育，单位涌水量0.26－14.56L/s.m，渗透系数1.43－17.48m/d。

4.石炭系上统

石炭系上统太原组由砂质泥岩、泥岩、砂岩、煤、石灰岩组成，厚88m左右。

自上而下东大窑灰岩（L5）、斜道灰岩（L4）、毛儿沟灰岩（K7）、庙沟灰岩（L1）、晋祠砂岩（K1）等含水层。

根据勘探混合抽水试验结果，单位涌水量0.0009－0.03L/s.m，渗透系数0.00132－0.32m/d，钻探进入毛儿沟灰岩时冲洗液消耗量明显增大。

井下揭露太原组含水层时，局部揭露点有滴水现象，但水量很小，说明该岩组含水性徽弱。

5.二叠系下统

（1）山西组：

由砂质泥岩、泥岩、煤、砂岩组成，地层厚64m左右。

底部北岔沟砂岩为含水层，灰白色，以中粗粒石英、长石为主，含砾，泥质胶结，交错层理，节理发育，一般厚5－22m，钻孔抽水试验结果，单位涌水量0.000077L/s.m，渗透系数0.0004m/d，井下揭露点大都无水。

北岔沟砂岩含水性微弱。

（2）下石盒子组：

由砂质泥岩、泥岩、砂岩组成。

底部骆驼脖砂岩与下石盒子组下下段分界砂岩K7为含水层。

骆驼脖砂岩：

灰白色，以中粒石英、长石为主，泥质胶结，厚0.80－20.70m，钻孔抽水试验结果，单位涌水量0.00047L/s.m，渗透系数0.0036m/d，含水性微弱。

K7砂岩：

黄绿色，以中粗粒石英、长石为主，钙质胶结，厚约1m，抽水试验无水。

井田与煤层有直接水力联系的各含水层所含地下水全是基岩裂隙水，从抽水试验结果看，各含水量单位涌水理均小于0.1L/s.m，含水微弱，表明003煤矿矿水文地质条件简单。

通过勘探，可得出井田内水位标高799-826m，可以肯定003煤矿矿井田可采煤层全部位于奥灰水位之上。

2010年前矿井预计吨煤含水系数0.371-0.70m3，年涌水量预计113.1-210.0万m3，日排水量3050-5750m3。

1.3煤层特征

1.3.1煤层特征

煤组含01－3号煤等7层，煤层总厚7.71m，地层厚度63.59m，含煤系数12.1%。

1.1号煤层

位于煤组上部，上距03号煤约5m，下距2号煤4m左右。

井田东北部尖灭，南部也有3小片尖灭区。

见煤点厚度0.20－1.10m，平均0.55m，井田内厚度多小于0.5m，可采区位于井田东部，可采面积5.3Km2。

不含夹石，结构简单。

顶板多为砂质泥岩、泥岩，少数为中细粒砂岩及粉砂岩。

底板为细粒砂岩、砂质泥岩，局部为中粒砂岩、粉砂岩用泥岩。

煤层变异系数40%，可采系数19%，现未算入可采煤层。

2.2号煤层

位于煤组中部，上距骆驼脖砂岩（K6）30md左右，煤厚1.02－4.04m，平均2.88m。

总体上看，东部厚，西部薄，厚度变化明显。

西部厚度多小于2m，最薄为杜93－2号孔，厚1.02m。

东部厚度大于3m，最厚为36号孔，厚达4.04m，东南角局部厚度小于3m。

一般不含夹石，局部含1－2层，厚度多小于0.3m，岩性为中细粒砂岩、粉砂岩，结构简单。

顶板多为砂质泥岩、泥岩，局部为中细粒砂岩、粉砂岩，底板为中细粒砂岩、砂质泥岩，局部为泥岩、砂岩和炭质泥岩。

煤层变异系数33%，可采系数100%，本层属全井田稳定可采煤层。

1.3.2煤质

1.物理性质

各煤层均为黑色，玻璃光泽，断口为贝壳、参差状、内生裂隙及外生裂隙均发育，以条带状结构为主，亦有线理状、透镜状结构。

构造有层状、块状构造。

2.化学性质

各煤层原煤灰分平均什16.46－36.83%，2号煤低。

2号煤层原煤硫分以在0.50－1.00%之间。

2号煤层原煤挥发分平均值15.00－22.11%。

煤中碳元素含量平均值90.45－91.58%。

氢元素含量平均值4.16－4.70%。

氮元素含量平均值1.22－1.51%。

煤层原煤高位发热量平均值23.51－29.40MJ/Kg。

煤层胶质层厚度0－8.9mm。

煤层煤质特征如下：

2号煤为低中灰、低硫的瘦煤、贫瘦煤，煤质变化中等；

各煤层煤灰成分酸性矿物均在80%以上，因而其灰熔融性（ST）为难熔灰或难熔灰和少量高熔灰。

图1-2主采煤层附近综合柱状图

1.3.3瓦斯、煤尘、煤的自燃性用地温

1.瓦斯

矿井绝对瓦斯涌出量由12.40m3/min增加到99.40m3/min，矿井瓦斯绝对涌出量一般均在90－105m3/min之间；

矿井瓦斯相对涌出量先降后升，2004年矿井瓦斯鉴定结果为：

绝对瓦斯通出量124.14m3/min，相对瓦斯涌出量17.65m3/t，属高瓦斯矿井但2#煤层瓦斯量相对较低。

井下瓦斯测定资料表明，矿井内短轴褶曲和中、小型断裂多为挤压性封闭构造，透气性差，瓦斯含量较其它部位高；

而在陷落柱附近，因其结构松散、孔隙发育，透气性好，往往将临近煤岩层沟通，使矿井瓦斯涌出量高于其它部位。

矿井生产能力分布不均衡，导致区域瓦斯绝对涌出量与相对涌出量也不尽相同。

即产量大的区域，绝对涌出量大，相对涌出量小，反之则相反。

随着煤层开采深度的增加，煤层瓦斯含量、矿井瓦斯涌出量均有所增加。

生产中实测资料表明，开采深度每下降100m，矿井瓦斯相对涌出量增加2m3/t左右。

2.煤尘和煤的自燃

本矿历年测定的煤尘爆炸指数在12.5－19.28%之间，表明本矿煤尘具有爆炸性。

煤尘爆炸性试验表明各煤层煤尘均有爆炸性。

自燃倾向鉴定表明各煤层均为二类自燃，介于易自燃和难自燃之间。

所作的燃点试验表明，2号煤层为正常煤，未氧化，均为不易自燃。

3.地温

经计算，井温梯度1.44°

C/100米。

据采掘证实，采掘工作面温度与季节有关，冬季为10°

C，夏季为20°

C，春秋两季一般为10－16°

C。

勘探和采掘过程中均未发现地温异常，从目前情况看，井田应属地温正常区。

2.储量计算

2.1井田面积及可采煤层确定

2.1.1井田范围确定原则

本井田煤层为缓倾斜煤层，井田境界采用垂直划分法，本井田划分的原则有：

1）井田范围储量、煤层赋存及开采条件要与矿井生产能力相适应；

2）保证井田有合理的尺寸；

3）充分利用现有的自然条件划分井田；

4）合理规划矿井的开采范围，处理好相邻矿井之间的关系。

2.1.2开采煤层

本井田主要含煤地层为石二叠系下统组，全组厚34.35－88.34m，平均63.59m，由东向西有逐渐增厚，组内共有1号，2号，3号三层煤层，其中2号为主要可采煤层。

煤厚1.02－4.04m，平均2.88m。

本设计主要针对2号可采煤层。

2.1.3井田面积

矿井田南北长约10km，东西宽约5.2km，根据煤层等高线图计算本井田总面积

=52826323

煤层平均倾角为α=5°

故井田实际面积S=

/cosα=52625303/cos5=52826323

2.2井田储量计算

2.2.1储量计算基础

1、根据井田地质勘探报告提供的煤层储量图计算；

2、依据《煤炭资源地质勘探规范》关于化工、动力用煤的标准；

计算能利用储量的煤层最低可采厚度为0.8m，原煤灰分不大于40%。

计算暂不能利用储量的煤层厚度为0.7—0.8m。

3、依据国务院函（1998）5号文《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：

夹石厚度不大于0.05m时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹石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，采用地址块段的算术平均法。

6、煤层容重：

2号煤层容重为1.32m3/t。

2.2.2井田地质勘探

根据勘探程度及矿井生产需要划分各级储量。

各级储量相对应的孔距，是根据矿井地质构造和煤层稳定程度，按照《固体矿产资源/储量分类》国家标准规定的。

本井田属简单构造，煤层属稳定—较稳定、不稳定型两类。

新《固体矿产资源/储量分类》方案考虑了三个因素，一是经济意义、二是可行性评价、三是地质可靠程度。

即用三维的概念进行了分类将我国的矿产资源/储量分为三大类十六种类型。

矿产资源经过矿产勘查所获得的不同地质可靠程度和经相应的可行性评价所获不同的经济意义，是固体矿产资源/储量分类的主要依据。

将地质可靠程度、经济意义和可行性研究阶段作为分类的三维轴，则查明的矿产资源可以得到不同矿产资源和储量的组合。

总体上可以将矿产资源分为储量、基础储和资源量三大类储量是指基础储量中的经济可采部分，依据地质可靠程度和可行性评价阶段不同可以分为2种类型。

即111、122两类。

基础储量是查明矿产资源的一部分，分为111b、122b、2M11、2M22四种类型。

资源量是指查明矿产资源的一部分和潜在矿产资源。

2.2.3矿井地质资源量

井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据。

该井田煤层倾角一般在5°

左右，井田范围内全区可采煤层为2号煤。

共计平均厚度为2.88m。

故采用水平投影面面积及铅垂厚度的地质块段法计算储量，其计算公式为

Za=S×

M×

Γ（2-1）

式中

Za—矿井地质储量，万t；

S—井田面积，

；

M—煤层平均厚度，m；

Γ—煤的容重，t/

代入

Za=52826323×

2.88×

1.32=20082.45495万t

2.2.4矿井工业资源/储量

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。

根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推断的。

根据煤层厚度和煤质在探明的和控制的资源量中，70%是经济的基础储量，30%是边际经济的基础储量，则矿井工业资源/储量由式（2-2）计算

20082.45495×

60%×

70%＝8434.631万t

30%×

70%＝4217.315万t

30%＝3614.841万t

30%＝1807.420万t

由于地质条件简单，k在0.8以上取值

k=20082.45495×

10%×

k=1606.596万t

Zg=

+

k（2-2）

Zg—矿井工业资源/储量

—探明资源储量中经济的基础储量

—控制的资源量中经济的基础储量

—探明的资源量中边际经济的基础储量

—控制的资源量中边际经济的基础储量

—推断的资源量

Zg=8434.631+4217.315+3614.841+1807.420+1606.596

=19680.803万t

2.2.5矿井设计资源/储量

矿井设计资源/储量按照式（2-3）计算，其中P1按矿井工业资源/储量的3%估算，则

Zs=Zg－P1（2-3）

Zs—矿井的设计资源储量

P1—断层煤柱，防水煤柱，井田境界煤柱，地面建构筑物煤柱等永久煤柱损失量之和

Zg—矿井工业资源

Zs=19680.803－19680.803×

3%

=19090.378万t

2.3井田的可采储量

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。

③.维护带宽度：

风井场地20m，村庄10m，其他15m。

④.断层保护煤柱留设的原则:

落差>

50m的断层，两侧各留50m的煤柱；

20m～≤50m的断层，两侧各留30m煤柱；

10m～≤20m的断层，两侧各留20m煤柱；

落差<

10m的断层不留设断层煤柱。

⑤.井田境界煤柱宽度为50m。

⑥.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2-1：

2.3.2矿井永久保护煤柱损失量

1、工业广场煤柱

根据《关于煤矿设计规范中若干条文修改的决定（试行）》之规定：

井型在180万t/a及以上，占地面积指标为1.2公顷/10万t。

本矿井暂定设计见表2-1

表2-1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

据此，确定工业广场占地面积为24公顷，工业广场的形状为长方形，长720m,宽300m。

又根据《煤炭工业矿井设计规范》之规定，工业广场属二级保护，其围护带宽度为15m。

因此，加上围护带，工业广场需要保护的尺寸为：

长×

宽=750×

330=247500

根据垂直剖面法作图，如图2.2所示。

由此根据上述已知条件，画出如图2-2所示的工业广场保安煤柱的尺寸，并由图量出保安煤柱的尺寸为：

S=长方形面积=长×

宽

=434×

854

=37.06（万

）

则工业广场的煤柱量为：

工业广场煤柱量=长方形面积×

总煤厚×

容重

工广保护煤柱=37.06×

1.32=142.94（万t）

2、矿井边界煤柱

矿井边界煤柱人为留设,本矿一侧留设50m保护煤柱。

边界煤柱损失量为:

P=L×

A×

γ（2-4）

式中P—边界煤柱损失量,万t;

L—边界煤柱长度,m;

A—煤柱的宽度,取50m