山西省晋城煤业集团成庄矿90万吨矿井初步设计Word文档格式.docx
《山西省晋城煤业集团成庄矿90万吨矿井初步设计Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《山西省晋城煤业集团成庄矿90万吨矿井初步设计Word文档格式.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1.1.6水源和电源
成庄矿目前生活及生产用水主要来自奥陶系岩溶地下水，受采煤的影响，地表潜水井基本上全部报废。
已施工奥陶系岩溶水源井9口，水位标高在454.70m～516.10m之间，单井供水量为2200～2800m3/d，水质优良，为HCO3·
SO4—Ca·
Mg或HCO3·
SO4—Mg·
Na型水，目前每天抽水20个小时以上，基本能满足矿区内居民生活及工业用水。
周边农村以前主要依靠第四系潜水和二叠系砂岩泉水供水，目前主要由矿区深水井供水。
供电系统：
矿井电源来自集团供电公司110KV站。
1.2井田地质特征
1.2.1地层
本井田由东向西、岩层从老到新。
现分述如下：
奥陶系中统下马家沟组（O2x）、奥陶系中统上马家沟组（O2s）、奥陶系中统峰峰组（O2f）、石炭系中统本溪组（C2b）、石炭系上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1s）、二叠系下统下石盒子组（P1x）、二叠系上统上石盒子组（P2s）、第四系（Q）。
1.2.2主要地质构造
本井田位于太行山复背斜西翼，沁水盆地东翼南端。
为阳城山字形构造体系脊柱部分南端东侧及马蹄形盾地的北侧与新华夏构造体系的复合部位。
北西向压扭性开阔背向斜褶曲伴有少数与褶曲轴向近似垂直的张性断裂和与褶曲轴向斜交的扭性断裂。
井田内构造主要为—走向北北东（北部）逐渐转折为北东向（南部），倾向北西的单斜构造。
井田内地层平缓，倾角3°
—15°
，一般在10°
以内。
本井田从地质勘探阶段到成庄矿建成投产8年来，所见断层落差均未超过20m，属小型断层。
落差小于5m的断层和小型陷落柱较为发育。
但在矿井生产过程中未发现岩浆岩活动。
总的说来，本井田构造仍属简单类。
1.2.3煤层及煤质
井田内含煤地层主要为上石炭统太原组（C3t）和下二叠统山西组（P1s）。
太原组（C3t）
K1石英砂岩（相当于晋祠砂岩）底或相当层位至K7砂岩底。
连续沉积于本溪组之上，为主要含煤地层之一。
由灰色中、细粒砂岩，灰黑色粉砂岩、泥岩，灰色粘土泥岩、石灰岩、硅质岩、菱铁矿及煤组成。
属海陆交互相沉积。
自下而上K2、K3、K5三层石灰岩普遍发育，层位稳定，是对比煤层的良好标志层。
本组共含煤10层，自下而上编号依次为：
16、15、14、13、11、9、8、7、6、5号，5号煤层薄而不稳定，属不可采煤层，其余七层煤均为不可采煤层。
全组厚77.52m-112.07m，平均91.98m，煤层总厚7.79m。
K1石英砂岩：
灰—灰白色，细粒结构，含少量泥质及星散状黄铁矿，硅质胶结，分选性良好。
沉积不稳定。
厚0m-5.43m，平均3.30m。
K2石灰岩：
深灰色、厚层状，致密坚硬，块状，性脆，裂隙充填方解石脉。
上部质纯，含有燧石条带，底部含较多的泥质、有机质及星散状黄铁矿。
靠下部常夹有薄层钙质泥岩。
含小泽蜒、似纺锤蜓及腕足类等动物化石。
厚7.10m-14.13m，平均9.85m。
位于太原组下部，为15号煤直接或间接顶板。
K3石灰岩：
为13号煤顶板。
灰—深灰色，厚层状，致密坚硬，性脆，夹少量燧石条带，含腕足类及蜓类等动物化石。
沉积稳定，厚0.20m-6.19m，平均2.80m。
K4石灰岩：
为11号煤顶板，深灰色，含泥质较多，沉积不稳定，厚0m-0.90m，平均0.49m。
K5石灰岩：
位于本组上部，为7号煤顶板。
深灰色，致密坚硬，质不纯，含星散状黄铁矿及腕足类动物化石，沉积稳定，厚1.00m～4.48m，平均2.35m。
山西组（P1s）
K7砂岩底（或相当层位的粉砂岩）至K8砂岩底，与下伏太原组呈整合接触，为主要含煤地层之一。
由灰白～灰色，中、细粒砂岩，灰黑色粉砂岩，泥岩及1～3层煤组成，其中主要煤层一层，编号3号，平均厚度6.44m，是本组唯一可采煤层。
本组滨岸为过渡相沉积，在成庄、段都、坪头一带，均有零星出露。
本组厚39.45m～73.08m，平均49.83m，分上下两层段叙述如下：
（1）下段：
K7砂岩底至K砂岩底，厚20m左右，以灰色、深灰色细粒砂岩，灰黑色粉砂岩、泥岩及3号煤层组成。
3号煤层以下岩层常夹有不规则菱铁矿结核，具水平层理及不规则的水平层理，含保存不好的植物化石。
K7砂岩：
灰色、深灰色细粒砂岩，富含煤粒及暗色矿物，具缓波状层理，夹泥质包裹体，局部为中粒砂岩、粉砂岩。
厚0.35m～14.09m，平均3.98m。
3号煤层：
赋存于本段上部，结构简单、沉积稳定，为本区主要可采煤层之一。
厚4.75m～7.15m，平均厚6.44m。
（2）上段：
K砂岩底至K8砂岩底，一般厚30m左右，以灰白色中粒砂岩，灰色薄层细砂岩，灰黑色粉砂岩及泥岩组成，间夹不稳定的薄煤层1～2层。
K砂岩：
为山西组中部的一层砂岩，灰白色、中粒、钙质胶结。
斜层理，沉积稳定，厚0.36m～29.00m，平均8.04m。
其中9号煤层为本设计的主采煤层。
表1-2-1设计主要可采煤层特征表
煤层
厚度（m）
（最小～最大）
结构
（夹石数）
容重
（t/m3）
稳定
程度
可采情况
顶底板岩性
平均
顶板
底板
9
1.15～3.00
2.09
0～2
简单
1.45
较稳定
大部可采
粉砂岩
粉砂岩泥岩
煤质情况：
（见附表1-2-2）
表1-2-2煤的工业分析表
煤层名称
水分
（%）M
灰分
（%）A
挥发份
（%）V
含硫量
（%）S
含磷量
（%）P
发热量
（MJ/kg）Q
备注
9#
原煤
1.79
18.06
7.90
4.42
34.73
浮煤
1.51
6.99
5.96
1.31
0.00185
总的来讲，9、15号煤的煤岩特征和机械性能与3号煤相近。
各煤层的物理性质相似，多以亮煤，镜煤及暗煤为主，坚硬致密，层理或节理裂隙发育，但在外观上常见黄铁矿结核和晶体。
根据煤炭分类标准（GB5751-86），由于本井田9号煤层Vdaf均小于10%，故把9号煤层煤类确定为无烟煤。
从洗煤碳含量、氢含量、氧含量的平均数分别为92.42%、3.24%和2.12%，可知9号煤层属高碳、低挥发份、低氢、低氧煤，反映了此煤层变质程度很高。
以1.5比重液浮煤回收率评级，可选性属优等；
按中煤含量分类属易选煤。
1.2.4煤的综合利用
井田内3层煤的共同特点是：
灰分低，比较好选，含矸率低，含水分低，磷含量低，挥发分低，固定碳和热稳定性特高（优），抗碎率强度高，产块率高，据此凡粒度＞13mm、St，d＜1.50%的煤均可用于合成氨，是优质的化工用煤。
另外，可以试制、试销用于制造碳素纤维，活性炭、碳粒砂、炭化硅、碳黑、电石、刚玉和电极，这些项目煤的附加值可增加数倍到数十倍。
此外，本矿与阳城电厂毗邻，用于发电是最现实、最经济的选择。
粉煤还可以制成煤球、蜂窝煤等各种型煤。
1.2.5瓦斯、煤尘、煤的自燃性及地温
本矿井瓦斯相对涌出量为10.0m3/t，瓦斯绝对涌出量为189.7m3/min，属高瓦斯矿井。
据地质报告和成庄矿9号煤层测试数据，9号煤层无爆炸危险性；
据成庄矿3号煤层测试成果，自燃性发火倾向Ⅳ级，为不易自燃煤层。
但由于9号和15号煤层为高硫煤，煤堆可能会起火燃烧，因此注意减少地面堆煤量及堆积时间。
成庄矿从建矿至今在开采3号煤层时，井下温度保持在14℃～23℃之间，常年变化不大。
沁水煤田南部因无岩浆活动，地温梯度小于3℃/100m的标准，且有从长治到晋城地温梯度有增高的趋势。
根据有关资料统计，长治矿区地温梯度为1.15℃/100m，赵庄矿区1.23℃/100m，晋城矿区1.64℃/100m。
据此推算，成庄矿即使将来开采15号煤层时，井下温度也不会大于30℃，不是影响生产的重要因素。
1.2.5水文地质条件
井田位于太行山复背斜西翼，沁水煤田南端，总体为一向西倾斜的单斜构造，奥陶系——二叠系由东向西依次出露。
井田内主要含水层（组）有：
1、奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层
井田内奥陶系中统主要由中厚层状石灰岩组成，夹薄层泥质灰岩，出露于井田东侧，峰峰组基本不含水，可视为隔水层，含水层主要为上、下马家沟组，富水性强，埋深从东北部向西南逐渐加厚，地下水总的流向为北东—南西。
据钻孔资料，单位涌水为0.7～14.22L/s·
m。
井田东部施工的供水水源井，单井出水量为2200～2800m3/d，水位标高454.70m～516.10m，总硬度为426～1158mg/L,矿化度为0.5～1.5g/L,属HCO3·
Mg型水，是矿区的主要供水水源。
相对隔水层为中奥陶统底部的含石膏脉的泥质灰岩。
2、石炭系上统太原组石灰岩岩溶裂隙含水层组
太原组间夹的K2、K3、K4、K5等石灰岩为该组主要含水层，从钻孔揭露的岩层来看，单层厚度一般为2m～10m。
受补给条件的限制，裂隙发育较差，一般富水性弱。
K2、K3石灰岩单位涌水量为0.011～0.058L/s·
m，水位标高691.40m～709.32m。
K5石炭岩深部和浅部的富水性变化很大，浅部单位涌水量为0.52～3.43L/s·
m，而深部为0.0009～0.007L/s·
m，水位标高为750.58m～847.25m。
矿化度为0.45～0.65g/L，属HCO3—CaMg型水。
建井初期，井巷揭露K2、K3、K4、K5等石灰岩时，均有涌水、一次最大涌水量为152.51m3/h。
隔水层：
本溪组广泛发育有铝土泥岩，其层位稳定。
厚度一般为7.86m，是良好的隔水层，既可阻隔上部各含水层水下漏，也可阻挡奥灰岩溶承压水向上部含水层充水
3、二叠系山西组、石盒子组砂岩裂隙含水层
山西组以K砂岩为主要含水层，富水性弱。
石盒子组地层出露于井田西部，以K8、K10、K12、K13等砂岩为主要含水层，裂隙较发育，富水性较好。
山西组砂岩裂隙含水层之间因为有厚的泥岩、砂质泥岩相隔，水力联系差，富水性弱。
水质类型为HCO3—K+Na型水，矿化度为0.31～0.55g/L。
而石盒子组砂岩裂隙含水层虽然各砂岩层之间夹有多层砂质泥岩，泥岩作为隔水层，但由于埋藏极浅，钻孔在施工过程中，消耗量急剧增加，孔内不返水，砂岩裂隙发育。
地下水的补给来源主要为侧向补给。
其水质类型为HCO3—K+Na型水，矿化度为0.31～0.61g/L。
4、第四系冲积层孔隙含水层及风化带裂隙含水层
第四系孔隙水主要分布于长河、史村河河谷中，砂砾层厚约10m，富水性较强，据水井简易抽水资料，单位涌水量为0.228～4.64L/s·
但受季节影响、变化较大、富水期为7～9月份，贫水期为1～4月份。
基岩风化带裂隙含水层受风化裂隙发育程度的影响，据钻孔揭露资料，井田内浅部较发育，越往深部发育程度越差，风化带下部的厚层泥岩、泥质砂岩裂隙不发育，作为隔水层，阻隔了上部风化带裂隙含水层与下部石盒子组含水层之间的水力联系。
厚约27.70m～38.23m，单位涌水量为0.056～0.109L/s·
m，渗透系数0.127～0.25m/d，影响半径为15.82m～36.48m，属HCO3—K+Na型水，矿化度0.29g/L。
需要特别指出的是：
石炭系中统本溪组底部铝土泥岩和各不同时代的砂质泥岩、泥岩等，在发育良好、厚度稳定，不受构造破坏区域，均为良好的隔水层。
1.3地质勘探程度
本井田精查地质勘探报告综合了历次勘探结果．对本井田主要褶曲，断层等基本探明，控制了地层变化规律．可采煤层的赋存特征，水文地质条件及煤质牌号，煤层分析资料基本可靠，勘探程度能满足设计生产之要求．
2矿井储量、年产量及服务年限
2.1井田境界
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。
一般井田境界划分的原则有如下几条：
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、以相邻矿井井田境界煤柱为界；
4、人为划分井田时：
煤层倾角较小，特别是近水平煤层时，用一垂直面来划分井田境界；
在倾斜或急倾斜煤层中，沿煤层倾斜方向，以主采煤层底板等高线为准的水平面划分井田。
根据以上原则以及本矿井的实际情况，矿区内的煤层倾角较小，地质构造简单，故采用垂直面法来划分井田境界。
本设计井田范围北以人为划分为界，南至寺河井田北界，东以煤层露头及小窑为界，西以人为划分为界，东西长约5.7km，南北宽约3.9km，面积22.20km2。
2.2井田储量
2.2.1矿井工业储量
利用地质块段法和算术平均法计算本设计矿井工业储量。
计算说明：
1 参与计算的煤层为9号煤层。
2 井田内钻探工程基本线距，对A级储量，要求线距为750～1000m
B级储量要求为1500～2000m，C级为3000～4000m。
由此计算得出
矿井工业储量Q=22.20×
106×
2.09×
1.45/0.997＝6747.95（万吨）
表2-2-1矿井工业储量汇总表
工业储量（万t）
A
B
A+B
C
A+B+C
9#
1889.426
809.754
2699.18
4048.77
6747.95
总计
2.2.2矿井设计储量
矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田边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后的储量。
计算公式如下：
矿井设计储量=工业储量－永久煤柱损失
永久煤柱包括井田境界、断层、铁路桥、村庄保护煤柱；
井田范围内的地面上没有村庄、铁路桥等地面建筑物、构筑物，主要分布的是农田，在此不用考虑地面建筑物保护煤柱的留设问题。
井田内由于地质构造简单，不存在大的断层和发育的含水裂隙，因此无需留设断层和防水保护煤柱。
永久煤柱的留设，只考虑边界煤柱的留设。
井田境界煤柱的留设：
井田境界煤柱均留设20m。
总的损失煤量为
Q境＝115.5（万吨）
故矿井设计储量=工业储量－永久煤柱损失
＝6747.95－115.5
＝6632.45（万吨）
2.2.3矿井设计可采储量
矿井设计储量减去工业场地保护煤柱、井下主要巷道及上、下山保护煤柱处理后乘以采区回采率的储量。
矿井设计可采储量计算公式如下：
矿井设计可采储量=（矿井设计储量－保护煤柱损失）×
采区回采率
保护煤柱为：
工业场地、风井场地、主要巷道保护煤柱。
因工业场地、矿井井下主要巷道等煤柱损失与井田开拓方式、采煤方法有关，其煤柱损失量待第三章井田开拓、第四章采煤方法确定后才能够确定。
为了便于利用矿井可采储量初步确定矿井井型，上述永久煤柱损失与工业场地、井下主要巷道煤柱损失等可暂按工业储量的5-7%计入。
采区回采率=（6747.95-6747.95×
6%）×
85%
=5391.6（万吨）
井筒及工业场地保护煤柱留设：
按规范规定，年产0.9Mt/a的中型矿井，工业场地占地面积指标为1.3公顷/10万吨。
故可算得工业场地的总占地面积：
S=1.3×
9=11.7公顷=1.17×
105m2
可知工业场地占地m2，设其沿倾向边长为390m，走向边长为300m。
根据建筑物级别围护带宽取20m。
又知矿区安全系数k=250，故安全深度Hδ=m×
k=2.09×
250=522.5m（式中2.09m为采高）。
由井筒深小于安全深度可知，立井井筒和工业场地只需留一个总的安全煤柱。
各种保护煤柱损失量及可采储量见表2-2-2。
矿井工业广场保护煤柱设计计算参数见表2-2-3；
矿井工业广场保护煤柱留设见图2-2-1。
表2-2-2矿井可采储量计算表
工业储量（A+B+C）
（万t）
矿井设计储量（万t）
矿井可采储量（万t）
永久煤柱损失
设
计
储
量
设计煤柱损失
可采储量
断层煤柱
境界煤柱
构筑物煤柱
其他煤柱
工业场地煤柱
井下巷道煤柱
115.5
6632.45
97.95
17.43
5539.50
表2-2-3工业广场保护煤柱设计参数表
煤层（º
）
煤厚（m）
埋深（m）
Φ（º
）
γ（º
β（º
δ（º
4
330
45
72
70
根据垂直剖面法计算工业广场保护煤柱，计算如下图2-2-1所示.经计算梯形ABCD的面积为保护煤柱压煤面积，经计算为S=m2。
保护煤柱压煤量为：
Q=S×
M×
γ=×
1.45/cos4°
=t=97.95万吨
式中:
S—保护煤柱面积，m2；
M—煤层厚度，m；
γ—煤层容重，t/m3。
图2-1垂直剖面法留设保护煤柱
2.3矿井年产量及服务年限
2.3.1矿井工作制度
矿井年工作日330天,每天三班作业;
两班采煤,一班准备检修.每天净提升时间为16小时.
2.3.2矿井设计生产能力及服务年限
矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、处理、开采条件、设备供应以及国家需煤等因素确定。
参考《煤矿设计手册》各类井型井田的特征，初步确定矿井设计生产能力为0.9Mt/a。
矿井服务年限按下式计算：
T＝Z/KA
式中：
T——矿井服务年限，a
Z——矿井可采储量，Mt
A——矿井生产能力，Mt／a
K——储量备用系数，取1.4.
则T=5391.6/（1.4×
90）=42.8a
按设计规范规定，井型为0.45～0.9Mt/a的新建矿井服务年限不得小于40年。
经计算后的矿井服务年限为41.6年，可知满足设计规范规定的服务年限。
3井田开拓
3.1概述
3.1.1原开拓方式概述及评价
成庄矿于1989年12月20日开工建设，于1997年9月19日正式验收移交投产，原设计生产能力400万t/a，设计服务年限94年。
矿井现开采3号煤层，采用斜井、主井混合开拓方式，综合机械化开采，采煤方法为走向长壁、综合机械化、全垮落开采工艺，井筒向两翼推进的采区前进式开采。
矿井目前矿井通风方式为分区式通风。
实践证明了所采用的开拓方式及准备方式的正确性。
3.1.2影响设计矿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。
下面主要介绍对开拓有影响的地质因素：
1、本井田内地质属简单类型，井田范围内煤层赋存稳定，地质构造简单，无大断层。
而且煤层不具有爆炸危险性，煤层无自燃倾向。
2、煤层赋存较深。
3、本矿煤层瓦斯涌出量大，矿井涌水量较大。
3.2井田开拓
3.2.1自然地质条件
由地质报告知，该井田煤层倾角平均为4°
，平均厚度2.09m，单一开采9#煤层，煤层赋存稳定，地质构造简单，无大断层，矿井涌水量较大。
瓦斯涌出量大。
煤层走向长度长，倾斜长度较长。
1、井田内划分及开采水平数目及位置：
根据煤层赋存状况，煤层倾角4°
，为倾斜煤层。
井田走向长，倾向的高差较小，可将井田直接划分为带区，采煤工作面沿煤层倾向推进。
即采用倾斜长壁采煤法。
由于井田地质条件，走向长度不受规定限制。
水平标高的确定：
为了有利于整个井下开拓布置带区的开采，减少岩石工程量，减少初期投资，缩短建井工期，设计单水平开采，标高为+540m。
2、井筒形式、数目及其配置
（1）井筒形式的选择
该井田内北部为山地。
可采煤层埋藏深，煤层倾角变缓，为4°
左右。
决定采用立井开拓方式。
这样井筒短，提升速度快，提升能力大。
立井开拓的适应性很强，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。
（2）井筒数目
采用立井开拓时，一般只开凿一对提升井筒（主、副井），风井的个数应根据安全生产、通风需要和一井多用的原则合理确定。
本设计矿井为高瓦斯矿井，煤层赋存深，考虑经济因素，矿井初期可设一个风井为全矿服务，后期可另外建设一个风井。
并采取边界式通风，
（3）井筒位置的选择
井筒位置的选择应首先
升级会员 