开滦矿务局荆各庄矿120万吨新井设计.docx

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开滦矿务局荆各庄矿120万吨新井设计

设计总说明

本设计包括两个部分：

一般部分和专题部分。

一般部分为开滦矿务局荆各庄矿120万吨新井设计，全篇共分为十个部分：

矿井概括及井田地质特征、井田境界及储量、矿井工作制度和设计生产能力及服务年限、井田开拓、采区巷道布置、采煤方法、井下运输、矿井提升、矿井通风与安全和矿井主要经济技术指标。

荆各庄矿位于河北省唐山市境内。

矿井走向长度约为6.3km，倾向长度4.5km，面积为13.75m2。

井田内的主要可采煤层为9煤、11煤，该煤层赋存稳定，平均厚度2.9米。

倾角平均为9°，为近水平中厚煤层。

井田内工业储量吨，可采储量吨。

矿井平均涌水量为3300m3/h，相对瓦斯涌出量，属于低瓦斯矿井，煤层具有爆炸危险性，有自然发火现象。

荆各庄矿年设计生产能力120万t/，服务年限53.37年。

采用立井三水平开拓矿井采用走向长壁综合机械化采煤法。

矿井布置一个综采工作面保证全矿井的产量，长度160m，煤的运输采10吨用架线式电机车牵引3吨侧卸式矿车运输。

矿井的通风方式采用通风。

专题部分为“综放面顶煤冒放性影响因素”在经过多年的实践、完善与提高，并借鉴国外综放开采技术的基础上使我国的综放开采技术得到了迅速发展。

目前该技术己成为我国开采厚及特厚煤层的主要采煤方法，并运用数学理论对每个影响因素进行定性和定量研究和分析，得出综放开采的最佳条件。

关键词：

可采储量；水平；集中大巷；走向长壁；综放开采；顶煤冒放

GeneralInformationoftheDesign

Thisdesignincludestwoparts:

Generalpartandspecialsubjectpart.

ThegeneralpartisanewdesignofjinggezhuangMineinKailuancoaldepartment.Thewholearticleisdividedintotenpartstotally:

theoutlineofthemineandtheminefiledgeology,boundaryandreserves,themineworksystemthedesignedproductivecapacityandservicelife,mineexploition,minemethed,transportationofunderground,minelifting,mineventilationandsafety,andtheeconomicandtechnologicindexofthemine.

ThejinggezhuangminefiledliesintheTangshancityofHebeiprovince.Thetotalareaofthemineisabout13.75km2.therearethreemainavailableseams:

9#,11#,andthetotalthicknessoftheseamsis2.9m.Itisstablebelongtoflutyinclined,withtheaverageangle9degree.Theindustryreservesoftheminefiledaremilliontonsandtheuseablereservesaremilliontons.MinenormalChungwateris3300m3／h,relativetogas.Itisalowgassymine.Thecoaldusthaveexplosionhazard,andtheseamhascombustiontendency.

Theproductivecapacityofjinggezhuangmineis1.2milliontonsperyear,andit’sservicelifeis53years.Thereare3levelsinthemine.coalminningmethodisfullymechanizedminingtothestrikewithsublevelcavingininclinedcoalseam.

Thereisonlyoneworkingfaceinthemine.Thelengthofthefaceis160m.Coalistransportedbythe10ttramcarwiththecapacityof3T.Themethodofmineventilationinthisshiftcentralizedventilation..

ThespecialsubjectpartisCavingoftopcoalcavingfaceoftheimpactoffactors.Aftermanyyearpractices,consummationandenhancement,ourcountryhasmadethepersongetpromptdevelopmentonfull-mechanizedcavinginthebasisexploitingatechnology,s.Atpresetfull-mechanizedcavinghasbecomeourcountryexploitingtheleadingfactorminingmethodthickandfavoringacoalseamspecially.Anduntilizesthecorrespondingmathematicstheorytoconductqualitativeandthequantitativeinve-stigationandtheanalysistoeachinfluencefactor,obtainsfull-mechanizedcaving,soptimumcondition.

；Topcoalcaving;；Topcoalcavingcharacteristics

一

般

部

分

1矿区概述及井田地质特征

1.1矿区概述

1.1.1交通位置

荆各庄矿位于河北省唐山市北偏东约13km处，南距马家沟矿6km，距原京山铁路开平车站10km，东距陡河发电厂4.5km。

行政区域属唐山市开平区管辖，如图1-1（开平/北京;吕家坨/吕各庄）

1.1.2地形和、地貌

荆各庄矿矿区为一平坦的冲积平原，东南面沿陡河东岸是由奥陶纪石灰岩构成的东北－西南方向起伏伸展的低山丘陵。

从东往西有巍山（＋290m）、凤山（＋180m）、小梁山（＋100m）和菀豆山（＋38m），由菀豆山向西南倾没于平原之下。

由巍山向东北低山丘陵接连绵延，地势逐渐增高，直到青龙山标高达＋493.01m。

在井田北面约7km为由震旦纪灰岩构成的低山丘陵，东西方向横伏，这两条低山丘陵在井田东面的青龙山一带相汇合。

低山丘陵的伸展方向与地层走向方向一致。

井田内地势平坦，但北部稍高，向南低下，北部地面标高为+38.8m（湾35孔），南端标高为＋23.85m（湾补6孔），倾向陡河。

1.1.3水系及气候

流经本区东南边的陡河，发源于北部山区，上游由二支汇成，东支称管河，发源于丰润县福山寺管泉，西支称泉水河，发源于丰润县赵庄上水路。

唐山属半大陆性地区气候，夏季炎热多雨，冬季严寒凛烈，气温变化较大。

1.1.4水源

大气降水：

本区大气降水一般集中在7、8、9月份。

据1979～2007年气象资料统计：

年降水量最大值为899.6mm（1987年），最小值为317.45mm（1997年），平均值为596.85mm。

地表水系：

河北省水利厅于1965年在双桥村一带修建了陡河水库，水库大坝距井田东端的最近距离为2200m。

陡河水库积水量最大值为314.6万吨，陡河水库积水量最小值为21.6万吨，

1.1.5电源

本矿主要电源为贾安子110千伏区域变电所35千伏母线引出，导线为LGJ---120型。

1.2地层特征

井田地层特征荆各庄井田煤系主要由石炭系上统和二叠系下统组成，含煤地层总厚约450m，共含大小煤层十九层，煤层总厚达25.3m，含煤系数5.7%，其中可采煤层共四层，9、11、12-1和12-2煤，总厚度16.22m，可采含煤系数3.6%，可采煤层集中在赵各庄组和大苗庄组，表1-1。

表1-1地层特征

地层关系

地层厚度（m）

所含煤层

可采煤层

系

统

组

层数

煤层

二叠系

下统

唐家庄

145.4

1～2

小煤线

无

大苗庄

90.36

5、6、7、8、9-1、9-2、10

9-2

石炭系

上统

赵各庄

60.00

11、煤线、12-1、12-2、121/2

11、12-1、12-2

开平

76.59

14、15、16

无

中统

唐山

75.00

煤线

无

1）唐家庄组

二迭系下统。

上部止于Ａ层顶板，下伏大苗庄组，厚度约270米。

岩性以粗～中砂岩为主，细砂岩次之，下部粉砂岩和泥岩比较发育，间夹１～４层薄煤线。

岩石颜色由下部的深灰、浅灰往上变为灰和紫红色，均属于陆相沉积。

从煤系地层形成过程来看，地壳运动在中石炭世、下二迭世是以上升为主，上升幅度由小到大，由缓慢上升到直线上升。

从岩相来看，为近海相－－过渡相－－大陆相。

从成煤环境看，则为滨海平原到内陆湖泊。

正是由于地壳运动由弱到强，从海相逐渐转为陆相，在这种地壳相对稳定时期，才沉积了本井田的可采煤层。

2）大苗庄组

上限为5煤顶板的中粗粒砂岩底界面，此层位受古河流冲刷，冲蚀的下切深度并不相同，在井田西部不仅5煤受剥蚀，6、7、8煤、均受不同程度的影响。

下限为11煤顶板粘土岩之顶界面。

本组含煤6层即：

5、6、7、8、9、10煤，其中可采煤层一层即9煤，是荆各庄矿的主采煤层，其它8煤、10煤局部可采。

3）赵各庄组

下限为赵各庄灰岩K6顶板，上限为11煤顶板泥岩之顶界面。

一般厚度为60m，本组为重要的含煤地层。

自沉积赵各庄灰岩K6之后，海水大规模后退，而每次海进的幅度都比较小。

该阶段沉积环境相对稳定，是成煤的最好时期。

本组含煤层5层，即：

12-1/2煤、12-2煤、12-1煤、12-1煤上煤线、11煤。

其中12-2煤、12-1煤、11煤三层可采。

4）开平组C31：

下限为唐山灰岩K3顶板，呈整合接触，上限为赵各庄灰岩K6之顶板，亦是整合接触。

本组一般厚度76.59m，以粉砂岩为主，粘土岩含量减少。

5）唐山组

直接覆盖于奥陶系石灰岩之上，上至K3唐山灰岩顶界面，一般厚度75m。

本统以粘土岩和粉砂岩为主。

本组中含三层薄层石灰岩，均含有丰富海相动物化石，由下而上简称为K1、K2、K3石灰岩。

第一层灰岩K1出现在距奥陶灰岩顶界面大约38m处，第二层石灰岩K2出现在K1之上12m处，第三层石灰岩K3出现在K2之上大约25m处，称之为唐山灰岩，该层灰岩呈浅灰褐色，中厚层状，质纯，厚2.5m左右，厚度大，层位稳定，含有大量的蜓科和珊瑚化石，易于同其它岩石相区别。

1.2.1地质构造

本井田为一向斜盆形隐蔽有限煤田。

除东南端外，周边向内倾斜。

一般在350~500之间。

西部有达600以上者。

井田中部则产状平缓。

本井田含煤部分是一个直径3.5公里左右的亚园轮廓。

1）褶曲

亚园向斜的“平底”具有波曲性。

最深中心偏居西南部。

大致以湾39孔为中心。

在煤层等高线上呈现西部较挤。

东部疏宽。

南部纯园。

向北变窄。

作南北拉长。

曲线中部西湾的园心不完整闭合状。

在盆心东异波状起伏。

使东端又相对凹下造成一个南北稍长的椭圆向斜。

2）断裂

区内共发现大小断层7。

主要断层产状要素一览表表1—2：

表1—2主要断层产状要素一览表

编号

断层性质

走向

倾向

倾角

落差（m）

水平移距（m）

逆掩断层

北350~600东

南东

150

13～14

逆掩断层

北350~600东

南东

300

10～15

逆掩断层

北350~600东

南东

200

12～16

正断层

北600东

北西

250

10～15

逆断层

北450东

北西

150

10～15

逆断层

北550东

北西

150

5～14

正断层

北500东

北西

250

11～15

1.2.2水文地质

1）井田内含水层特征表1—3:

表1—3井田内含水层特征

含水层编号

层位

含水层性质

含水层厚度（m）

单位涌水量（米/秒）

渗透系（米/昼夜）

东翼

西翼

东翼

西翼

东翼

西翼

Ⅰ

奥陶系

裂隙溶洞-无压转承压

11.59-30.10

6.70-31.00

2.06

2.039

10.083

12.284

Ⅱ

K3--K6

裂隙-承压

11.83-17.48

6.94

0.652

0.094

5.184

1.348

Ⅲ

K6-煤12

裂隙-承压

9.37-25.00

3.95-16.89

1.96

0.076

12.92

0.806

Ⅳ

煤9-煤7

裂隙-承压

9.42

7.44-7.91

0.194

0.044

2.300

0.638

Ⅴ

煤5以上60米

裂隙-承压

4.18-26.72

12.65-38.10

1.354

0.365

7.154

2.321

煤5上60-100米

裂隙-承压

8.40

15.00

0.177

0.262

2.059

1.722

Ⅵ

风化带

裂隙孔隙承压

8.39-15.76

12.97-23.20

0.043

0.091

0.354

0.47

Ⅶ

底部卵砾石层

孔隙-承压

4.38-31.42

21.48

2.397

0.877

11.645

4.877

Ⅷ

中部卵石层

孔隙-承压

25.70

8.377

42.95

上部砂砾层

孔隙-承压

18.30-20.9

0.804

4.158

浅部砂层

孔隙-潜水

17.60-22.40

0.537

1.352

注：

Ⅴ（风化带）层位，对比为北异（东异栏）和南异（西异栏）

2）地下水补给、径流、排泄条件

荆各庄矿区为一平坦的冲积平原，东南面沿陡河东岸是由奥陶纪石灰岩构成的东北－－西南方向起伏伸展的低山丘陵。

矿井的岩溶较发育，含水层水通过岩溶裂隙进入矿井。

地下径流以扩散流为主，动态变化相对稳定，年变幅小，常具多年周期性变化，局部发育溶孔溶隙及小管道共同组成的强含水段或强径流带。

岩溶地下水的排泄通过地下径流的的方式流入河流，另外矿上的疏排水使矿井的排泄能力得到很大的提高。

3）矿井用水量

矿井初期正常涌水量；55m3/min，突然涌水，初期最大涌水量80m3/min。

后期最大100m3/min。

1.3煤层特性

1.3.1可采煤层情况

煤系地层总厚度450m。

共含大小19层。

其中按可采厚度计共11层。

即煤5、煤6、煤7、煤8、煤9、煤10、煤11、煤12顶、煤12底、煤121/2、煤15、平均煤层总厚度22.5m。

其中主要可采煤层有煤9、煤11主采煤层厚度特征表1-4：

表1-4煤层厚度特征表

煤层

煤厚与倾角

采区

东翼采区

西翼采区

南翼采区

厚度（m）

2.4～3.5

（3.4）

1.2～3.5

（2.8）

2.5～3.2

（3）

倾角（°）

3～14

（7）

4～13

（8）

4～14

（6）

厚度（m）

1.37～3.22

（2.74）

1.89～3.24

（3.19）

1.8～3.06

（2.43）

倾角（°）

3～16

（10）

6～15

（11）

3～14

（9）

1）煤9：

为矿井的主采煤层，厚度为2.4～3.5m，平均厚度为3m。

煤层为黑色、条带状构造，玻璃光泽，以亮煤为主，间夹暗色条带，局部含丝炭，偶含黄铁矿膜，半亮～光亮型，煤层的容重为1.44t/m3。

2）煤11：

井田内厚度自0.37～4.22m，平均1.62m。

倾角为3°～16°，平均为10°，黑色块状～条带状构造，玻璃光泽，以亮煤为主，夹镜煤及亮煤条带，含黄铁矿结核，光亮型煤，含夹矸一层，但夹石分布不稳定，在东翼采区1114掌见到厚度达0.5m的泥岩夹矸，褐红色，易碎,具油脂光泽。

煤层的容重为1.42t/m3。

1.3.2煤层的围岩的性质

1）煤9

伪顶：

暗灰色泥岩或粉砂岩，厚0～0.08m，随采随落，区内大部分缺失。

直接顶：

灰色粉砂岩，有明显水平层理或波状层理，块状，含有丰富的植物叶片化石，偶见浅褐色结核，厚度变化较大，极不稳定，厚0～3.86m，平均1.97m。

老顶：

灰白色中砂岩，夹粉砂岩，厚层状；岩石成分为石英及泥质岩屑，次为暗色燧石，并含有紫红色的矿物细粒；胶结物为高岭土质基底式胶结，占30％，极易风化，遇水澎涨，厚10.43～39.2m，平均12.00m。

底板：

灰黑色泥岩，致密块状，断口呈贝壳状或参差状，含菱铁质结核及黄铁矿散晶体，结核大小不一，扁球状成层状分布，含少量植物根化石，厚4.51～8.60m，平均6.44m。

2）煤11

直接顶：

灰黑色泥岩，块状，致密细腻，贝壳状断口，含菱铁质透镜状结核及黄铁矿聚集体,含海相动物化石（在西翼1210、1214采到完整的动物介壳化石）层厚3.96～9.47m,平均6.65m。

老顶：

浅灰色～灰白色细砂岩，块状，钙质基底式胶结，成分以石英为主，易风化，厚度不稳定，一般在0.65～8.23m之间，平均2.69m。

直接底：

灰～灰白色带褐色泥岩或粘土质粉砂岩,泥质胶结，块状构造，含大量植物根化石，厚0.53～3.87m，平均1.85m。

1.4

特

煤征

层

颜色

光泽

煤岩成分

煤岩类型

煤的结构

和构造

矿物结核

和包体

容重（t/m3）

黑色

玻璃光泽

以亮煤为主，间夹暗煤条带局部含丝炭膜

半亮-光亮型

带条状构造

偶含黄铁矿

1.44

黑色

玻璃光泽

以亮煤为主，夹有镜煤及暗煤条带

光亮型

块状构造，局部呈条带状构造

含黄铁矿膜及薄膜

1.42

1.4.2煤的化学分析

1）硫份:

各煤层全硫平均含量为0.25％～3.66％,其中煤9含量均低于1％，属低硫煤；煤11含硫量最高为3.66％，平均为3.07％，属富硫煤，其所含硫量分为：

黄铁矿硫占59％，有机硫占36％，硫酸盐硫占2.5％。

2）磷份：

磷份平均含量最大0.0825％，最小0.008％，其中煤11为特低磷煤，煤9、为低磷煤。

3）发热量：

各可采煤层发热量变化范围在18.01～24.18MJ/kg之间，各煤层发热量由大至小排列为：

煤11～煤9（Ⅰ）～煤9（Ⅱ、Ⅲ）。

一般情况是煤层灰分高的发热量低，而煤层灰分低的其发热量高。

矿井中煤11、煤9一分层发热量最高，而煤9二三分层发热量较低，且相差不大。

1.5煤层的稳定性

井田内共有可采煤层四层，煤9、煤11为较稳定煤层。

1.5.1煤的含瓦斯性

008年8月对瓦斯涌出量根据测定的基础数据，分析计算得出鉴定结果，本矿属低瓦斯等级。

1.5.2

1.5.3煤层自然发火性情况及煤尘爆炸性情况表1-6：

表1-6煤层自然发火性情况及煤尘爆炸性情况表

煤层名称

煤层自然倾向性鉴定结果

自燃

最短自然发火期（月）

8-12

煤尘爆炸性鉴定结果

有爆炸性

煤尘爆炸指数

25.37～44.17

38.85～44.12

荆各庄井田位于开平向斜的西北侧，中隔凤山－－缸窑背斜自成一盆状向斜，井田范围东起于庄、西止马庄，南自刘官屯，北至沈庄－－小佛头一线，以荆各庄为圆心略成一个南北长约3.5km，东西宽约3.4km，北端闭合、南端开放的亚圆形轮廓，井田面积9平方公里。

井田北部、西部及南部均以煤12-2冲积层下潜伏露头为界，东部及东南部以F3断层为界，深部以煤12-2盆状向斜底-530标高为最终深度，矿井面积约为9km2，根据采矿登记，采矿许可证“地采证煤字[1990]第107号”批准的井田开采范围坐标见表2-1。

表2-1井田开采范围坐标表

拐点编号

402303

77262

398360

76945

401175

79207

402157

76755

398627

77815

401685

78650

401475

75928

399182

78567

402013

78275

400815

75705

399682

79042

402070

78445

399735

75975

400200

79525

402420

78490

398935

76225

400765

79715

402405

78167

398480

76517

401102

79577

402108

78158

平坦的冲积平原

井田划分为三个开采水平，即一水平，标高－314m，垂高154m，斜长1850m；二水平，标高－368m，垂高148m，斜长1650m，三水平标高430m，垂高70m，斜长1000m。

图3：

方案3立井单水平加斜井开拓

四个方案的粗略比较如下表4－2

表4－2矿井开拓延伸布置方案粗略比较

项目

方案1

方案2

基建费用/万元

立井开凿

主井

36.9×66796×10－4+8×161866×10－4

＝392.57

立井开凿

主井

45.4×66796×10－4+8×161866×10－4

＝438.43

副井

36.4×87051×10－4+8×226226×10－4

＝519.6

副井

44.9×87051×10－4+8×226226×10－4

4＝512.64

石门开凿

253.2×44098×10－4

＝1116.55

石

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