晋平煤矿315号煤层180万ta矿井初步设计.docx

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晋平煤矿315号煤层180万ta矿井初步设计

摘要

本设计所选的题目为《山西省襄垣县晋平煤业的初步设计》，根据山西省襄垣县晋平煤业提供的晋平煤业的井田概况和地质特征资料。

井田概况包括井田境界；地表的交通位置以及自然地理和水源、电源的供应情况。

地质特征资料包括地层；地质构造；煤层及煤质；煤层顶、底板情况及煤层的瓦斯/煤尘、煤的自然性；以及矿井的水文地质情况。

此次设计的目的是运用大学阶段所学的知识联系矿井生产实际进行矿井开采设计，并就本专业范围的某一课题进行较深的研究，以培养和提高学生学习分析和解决实际问题的能力，是学生走向社会工作岗位前的一次综合性能训练，也是对一个未来采矿工程高级工程技术人员的基本训练。

设计时应以当前煤矿开采发展趋势和方向，结合本煤矿的特征以综合机械化大采高采为首选采煤方法。

并合理布置开拓巷道和工作面，以简化采煤生产系统提高煤炭的利用率。

此次设计需要解决的专题是低瓦斯易自然煤层的开采，要求我们需要在采区巷道的布置上（尤其是通风的问题）及以后的生产管理上采取特殊的措施，以实现矿井的安全生产。

该矿井的设计上产能力为180万t/a。

设计过程中我们对矿井的各个系统又有了一次比较全面的认识和了解，同时在老师的辅导和帮助下也解决了一些接近的实际的问题。

使我们在掌握专业知识的同时也提高了自己以后再现实工作岗位上的能力。

关键词：

顶板管理；地质灾害；综采

学生：

任伟

2014年4月22

晋平煤矿3、15号煤层180万t/a矿井

初步设计

第一章井田概述和井田地质特征

第一节矿区概述

一、矿井地理位置及交通条件

山西襄矿晋平煤业有限公司矿井位于襄垣县城西夏店镇西北阳村附近,行政区划隶属襄垣县城关镇、九庄乡、夏店镇，距夏店镇约1.5km，太（原）～焦（作）铁路从本井田南部通过，太原～长治高速公路从井田西部通过，208国道从井田南部边界外通过，铁路专用线通至夏店火车站，可与国铁联网，交通十分便利。

山西襄矿晋平煤业有限公司前身为山西省襄垣县地方国营襄垣煤矿，2009年资源兼并重组整合后为单独保留矿井，名称核准为山西襄矿晋平煤业有限公司，2009年11月27日山西省国土资源厅换发采矿许可证（证号C1400002009111220045582），批准开采3～15号煤层，井田面积16.5594km2，生产规模1.80Mt/a，矿井低瓦斯矿井按高瓦斯矿井管理，3号煤层煤尘具有爆炸危险性，为不易自燃煤层。

该矿资源丰富，开采技术条件较好。

襄垣煤矿（以下亦称井田）位于山西省襄垣县夏店镇九庄村-白草坡村一带，东距襄垣县县城约12.0km，行政区划属襄垣县夏店镇管辖。

地理坐标为

北纬：

36°30′11″-36°34′25″,

东经：

112°54′35″-112°58′13″。

井田范围由山西省国土资源厅2007年5月换发的采矿许可证（证号为1400000722277）批准，批采3、15-3号煤层，生产规模180.00万t/a，有效期自2007年5月至2012年5月。

3号煤层井田范围由下列31个坐标点拐点连线圈定：

1．X＝4051083.00　　　　　　Y＝19672231.00

2．X＝4050293.00　　　　　　Y＝19674490.00

3．X＝4047120.00　　　　　　Y＝19674500.00

4．X＝4047120.00　　　　　　Y＝19675100.00

5．X＝4046800.00　　　　　　Y＝19675119.00

6．X＝4046789.00　　　　　　Y＝19674767.00

7．X＝4046489.00　　　　　　Y＝19674776.00

8．X＝4046502.00　　　　　　Y＝19675146.00

9．X＝4045547.00　　　　　　Y＝19675116.00

10．X＝4045534.00　　　　　　Y＝19674806.00

11．X＝4044880.00　　　　　　Y＝19674850.00

12．X＝4044884.00　　　　　　Y＝19674975.00

13．X＝4044764.00　　　　　　Y＝19674980.00

14．X＝4044792.00　　　　　　Y＝19675830.00

15．X＝4044592.00　　　　　　Y＝19675836.00

16．X＝4044606.00　　　　　　Y＝19676336.00

17．X＝4043208.00　　　　　　Y＝19676378.00

18．X＝4043158.00　　　　　　Y＝19674780.00

19．X＝4043970.00　　　　　　Y＝19673854.00

20．X＝4044120.00　　　　　　Y＝19673848.00

21．X＝4044145.00　　　　　　Y＝19674689.00

22．X＝4044254.00　　　　　　Y＝19674674.00

23．X＝4044748.00　　　　　　Y＝19674420.00

24．X＝4045238.00　　　　　　Y＝19674139.00

25．X＝4046146.00　　　　　　Y＝19674111.00

26．X＝4047221.00　　　　　　Y＝19673522.00

27．X＝4047185.00　　　　　　Y＝19672352.00

28．X＝4047685.00　　　　　　Y＝19672337.00

29．X＝4047648.00　　　　　　Y＝19671137.00

30．X＝4048728.00　　　　　　Y＝19671103.00

31．X＝4048766.00　　　　　　Y＝19672309.00

3号煤层井田为一不规则的多边形，井田南北长约7.93km，东西宽约5.28km，面积为14.3419km2。

15-3号煤层井田范围由下列21个坐标点拐点连线圈定：

1．X＝4051083.00　　　　　　Y＝19672231.00

2．X＝4050130.00　　　　　　Y＝19675023.00

3．X＝4045053.00　　　　　　Y＝19675181.00

4．X＝4045081.00　　　　　　Y＝19675821.00

5．X＝4044592.00　　　　　　Y＝19675836.00

6．X＝4044606.00　　　　　　Y＝19676336.00

7．X＝4043208.00　　　　　　Y＝19676378.00

8．X＝4043158.00　　　　　　Y＝19674780.00

9．X＝4043970.00　　　　　　Y＝19673854.00

10．X＝4044120.00　　　　　　Y＝19673848.00

11．X＝4044144.00　　　　　　Y＝19674679.00

12．X＝4044254.00　　　　　　Y＝19674674.00

13．X＝4044748.00　　　　　　Y＝19674420.00

14．X＝4045238.00　　　　　　Y＝19674139.00

15．X＝4046146.00　　　　　　Y＝19674111.00

16．X＝4047221.00　　　　　　Y＝19673522.00

17．X＝4047185.00　　　　　　Y＝19672352.00

18．X＝4047685.00　　　　　　Y＝19672337.00

19．X＝4047648.00　　　　　　Y＝19671137.00

20．X＝4048728.00　　　　　　Y＝19671103.00

21．X＝4048766.00　　　　　　Y＝19672309.00

井田为一不规则的多边形，井田南北长约7.93km，东西宽约5.28km，面积为16.71km2。

井田北部无矿，东北与七一煤矿、桃树煤矿、九庄煤矿相邻，东部与辉坡煤矿、南田漳煤矿、赵家岭煤矿相邻，西南总体与夏店煤矿相邻，其间还有范岭煤矿、向家庄联营煤矿、化岩岭煤矿。

矿井现开采3号煤层，采用斜、立井混合开拓，主斜井净宽3.2m，半圆拱断面，荒料石砌碹，倾角16°40′，净断面7.82m2，斜长480m，装备1200mm带式输送机，设行人台阶扶手，担负矿井提煤、进风、安全出口等任务；化岭斜井净宽3.6m，净断面8.40m2，倾角25°，斜长411.70m，荒料石砌碹，装备单钩串车，设行人台阶扶手，担负矿井进风、下放大件设备、安全出口任务；进风立井净直径4.0m，净断面12.56m2，垂深107.55m，荒料石砌壁，担负矿井进风任务；副立井净直径6.5m，净断面33.18m2，垂深130m，混凝土砌壁，装备双钩罐笼，担负矿井运送材料、升降人员、进风等任务，装备折返式金属梯子间，为矿井的安全出口。

庙凹回风立井净直径4.0m，净断面12.56m2，垂深330m,荒料石砌壁，担负矿井的回风任务，装备折返式金属梯子间，为矿井的安全出口。

根据煤层赋存特征，设一个水平开采3号煤层，水平标高+780.00m。

基本沿井底东西向布置集中运输巷、西轨道巷到井田西边界，沿西边界布置+780.00水平运输大巷，沿井田中央南北向布置集中运输下山、集中轨道下山、集中回风下山，垂直集中运输下山、集中轨道下山、集中回风下山布置采区运输下山、采区轨道下山、采区回风下山，垂直采区运输下山、采区轨道下山、采区回风下山布置工作面运输顺槽、回风顺槽。

开采区域为105采区、106采区，采煤方法为走向（倾斜）长壁采煤法，全部垮落法管理顶板。

装备综采放顶煤液压支架，一次采全高，在105采区布置一个综采放顶煤工作面，106采区布置一个综采放顶煤工作面。

105采区工作面采用ZF2800/16/24B型放顶煤液压支架支护顶板，MG170/410-WD型采煤机割煤,SGZ630/220型刮板输送机运煤，SZB730/75型刮板转载机转载，DTL100/50/2×160型带式输送机运煤，回风顺槽用JD-25型型调度绞车运输。

106采区工作面采用ZF4200/17/28B型放顶煤液压支架支护顶板，MGTY200/500—1.1D采煤机割煤，SGZ764/400型可弯曲刮板输送机运煤，SGZ764/160型刮板转载机转载，DSL100/50/2×160S型带式输送机运煤，回风顺槽用JD-25型型调度绞车运输。

矿井通风方式为中央分列式，风机工作方法为抽出式。

矿井总风量125m3/s，其中主斜井进风10m3/s；副立井进风40m3/s；进风立井进风10m3/s；化岭斜井进风65m3/s；庙凹回风立井回风125m3/s。

由于井田南部已形成部分采空区，加之村庄、铁路压煤较多，使得这个采区无法布置长壁综采工作面，根据煤层赋存条件及开采现状，南采区采用水力开采采煤法。

为合理开采井田南部煤炭资源，保证矿井安全生产，根据长治市煤炭工业局长煤局行发[2010]88号“关于襄矿晋平煤业有限公司南采区变更通风系统的批复”，整个矿井通风方式由中央分列式变更为分区式通风，进、回风井筒由四进一回（主斜井、副立井、化岭斜井、进风立井进风，庙凹立井回风）变更为三进两回（主斜井、副立井、化岭斜井进风，庙凹立井、原进风立井回风）。

变更通风系统后，矿井总需风量由125m3/s增至170m3/s，主斜井进风由10m3/s增至20m3/s，副立井进风由40m3/s增至85m3/s，化岭斜井进风65m3/s不变，庙凹立井回风125m3/s（不变），原进风立井回风45m3/s。

总进风量增加后，西轨道巷与+780水平大巷联络巷设调节风门，庙凹回风立井通风阻力变化不大。

山西襄矿晋平煤业有限公司矿井位于襄垣县城西夏店镇西北阳村附近,行政区划隶属襄垣县城关镇、九庄乡、夏店镇，其地理坐标为:

东径112°54′58″-112°58′15″，北纬36°30′09″-36°34′28″。

井田东西宽约5.1m,南北长约8.0km,面积16.5594km2。

该矿距夏店镇约1.5km，太（原）～焦（作）铁路从本井田南部通过，太原～长治高速公路从井田西部通过，208国道从井田南部边界外通过，铁路专用线通至夏店火车站，可与国铁联网，交通十分便利。

二、地形地势及水系

山西襄矿晋平煤业有限公司矿井位于晋东南高原中段东部边缘，太行山西麓。

井田

内大部分地段为第四系黄土覆盖。

纵观全井田地貌特征为中等切割至轻微切割的低山丘陵类型，是一系列黄土梁、冲沟组成的典型的黄土侵蚀地貌。

地势大体西北高，东南低，最高点在井田西北角，海拔为1080.50m，最低点位于井田东南角，海拔为892.80m，相对高差187.70m。

井田内季节性河流为漳河上游小分支，向西汇入漳河，属海河流域漳河水系。

三、气象及地震

本区为大陆性气候。

襄垣气象站历年观测资料表明：

降水量为433.20～814.30mm，平均532.80mm。

降水多集中在7、8、9三个月。

蒸发量为1515.00～1914.70mm，平均1768.10mm，蒸发量为降水量三倍多。

历年最低气温-29.1℃，最高气温38.1℃，平均9.5℃。

平均相对湿度64%。

主导风向为西北风，最大风速为18m/s。

冻土深度0.82m。

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）（2008年版）和《中国地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2001图A1）,本区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g。

四、矿井生产建设概况

批准山西襄矿晋平煤业有限公司矿井开采3～15号煤层。

本矿于1947年建井，1949年正式投产，经过几次技术改造，实现了综合机械化采煤。

矿井生产能力达到2.40Mt/a。

采用主斜井、副立井混合开拓。

工作面采用壁式综采放顶煤采煤方法，主运输大巷采用架线电机车、带式输送机运输。

五、水源和电源

1．电源条件

山西襄矿晋平煤业有限公司矿井在副立井工业场地设有10kV变电所一座，采用双回路供电。

一回10kV电源引自襄垣弘升发电厂10kV线路，导线型号LGJ-185mm2，线路长度1.5km；另一回10kV电源引自襄垣诚丰发电厂10kV线路，导线型号LGJ-185mm2，线路长度2.0km导线型号LGJ-185mm2，线路长度2.0km。

电源可靠，供电质量有保证。

2．水源条件

目前煤矿用水水源为第四系含水层，本矿在襄垣盆地西北阳河湾处凿有深井三眼，作为矿井供水水源，一号井出水量为40m3/h，二号井出水量为50～60m3/h，三号井出水量为50～70m3/h，，日出水量3000m3以上，水源可靠，水量有保证，能满足矿井生产及生活用水需求。

井下消防洒水采用矿井排水作为供水水源，矿井105、106采区正常涌水量为120m3/h，最大涌水量为190m3/h，南采区正常涌水量40m3/h，最大涌水量80m3/h，可满足井下消防洒水的需要。

第二节井田地质特征

一、地层

井田位于沁水煤田中部东缘，井田广为第四系黄土覆盖，仅在冲沟及河床两岸有零星基岩出露。

出露地层为二叠系上统上石盒子组、下统下石盒子组和山西组。

井田地层由老到新有奥陶系中统峰峰组（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.奥陶系中统峰峰组（O2f）

上部为灰～深灰色致密坚硬石灰岩，具波状层理，裂隙溶蚀较为发育。

中部为灰～深灰色石灰岩。

2.石炭系中统本溪组（C2b）

上部为灰色泥质岩、砂质泥岩，含星散状黄铁矿，含植物化石碎片。

局部地段中部常有薄层状泥晶石灰岩和薄煤层，顶部常见高岭石泥岩，下部为深灰色、灰色铝土质泥岩夹砂质泥岩。

偶夹薄煤层，具块状层理、水平层理及透镜状层理。

厚度4.00～31.77m,平均为10.99m。

3.石炭系上统太原组（C3t）

主要由粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、石灰岩及煤层组成。

有5层石灰岩，下部灰岩稳定，往上稳定性较差，相反下部煤层较上部煤层稳定。

石灰岩下部发育稳定煤层，砂岩普遍发育，但中部砂岩发育好，厚度大且稳定，层理类型复杂，动植物化石极为丰富，厚度82.70～141.45m,平均115.61m。

4.二叠系下统山西组（P1s）

主要由砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层组成。

砂岩一般不稳定，常呈似层状或透镜状。

主要煤层发育在中下部,植物化石丰富。

厚度48.33～71.89m,平均56.13m。

5.二叠系下统下石盒子组（P1x）

主要由砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、铝质泥岩组成。

顶部为灰绿、灰、紫红色之含铝质泥岩，俗称“桃花泥岩”，该层较为稳定，是确定K10分界砂岩之良好辅助标志；中上部主要为中细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩互层；中下部主要为灰～浅灰色中细粒砂岩，局部为粉砂岩、粗砂岩,偶见煤线或薄煤层；底界K8砂岩为中细粒砂岩一般呈灰～浅灰色，本组厚43.30～85.10m,平均厚60.87m。

6.二叠系上统上石盒子组（P2s）

出露于本井田的北部，由杂色中细粒砂岩、泥岩组成，根据岩性可分为上、中、下三段。

上段：

紫红色、黄绿色、灰绿色之泥岩夹细砂岩及粉砂岩，厚度一般168.00m。

中段：

上部为紫色、绿灰色泥岩，夹含砾粗砂岩、中细粒砂岩，中下部为浅灰色、紫红色之粗砂岩与泥岩互层及灰色、灰绿色、紫色泥岩，局部为含砾粗砂岩，厚度一般为137.00m。

下段：

上部为灰绿色、紫色砂质泥岩夹中细粒砂岩；中部为绿灰、浅灰色中砂岩夹细砂岩；下部为灰色、灰褐色灰岩夹细砂岩。

厚度一般159.00m。

7.第四系（Q）

中更新统（Q2）：

广泛分布，为黄色、浅红色粉砂土、砂质粘土夹两层或数层钙质结核。

厚度1.00～60.00m，一般为40.00m。

全新统（Q4）：

为淡黄、灰黄色砂砾层及砂和砂土等。

厚度0～40.19m,一般为20.10m。

第三节煤层的埋藏特性

一、含煤地层

1.太原组（C3t）

为本井田主要含煤地层之一，厚度87.20～141.45m，一般为115.61m。

含煤15层，含煤系数6.9%，煤层为5、6、7、8-1、8-2、9上、9、11、12-1、12-2、13、14、15-1、15-2、15-3号。

据夏店详查勘探区井田内施工钻孔揭露，中上部5、6、7、8-1、8-2、9上、9、11、12-1、12-2、13号煤层属局部发育，不稳定，零星可采；中下部14、15-2号煤层为零星可采煤层，不具工业价值；底部的15-1号煤层为局部开采煤层，15-3号煤层为全井田可采煤层。

2.山西组（P1s）

山西组含煤3层，分别是1、2、3号煤层，其中1、2号煤层零星分布，层位不稳定，在全井田均不可采，不具工业开采价值；3号煤层层位稳定，全井田可采，结构简单，为山西组主要可采煤层。

二、构造

1.区域构造

本井田位于沁水盆地东翼中段，晋～获褶断带和武乡～阳城凹褶带之间，总体形态为一走向NNE，倾向NW的单斜构造。

2.井田构造

井田内主要由两个轴向近SN向平行的宽缓的褶曲构成，褶曲轴平面形态呈“S”型或弧型。

井田内地层总体走向为NW,中北部地层（即东坡断层以北）倾向N，南部（东坡断层以南）倾向S，倾角4°～15°。

主要构造如下：

1）前袁家沟向斜：

位于井田东部，北起区外南姚村南，经刘家沟村西、北坡、孙家庄、向家庄至霍村西止，平面呈“S”形，总体展布轴向近SN向，两翼倾角5°～15°，为一不对称向斜。

2）后袁家沟背斜：

位于井田西部，北起区外南姚村南,向南经翼家岭、九庄、化岩岭村西至范脓岭村西止，轴向近南北，平面亦呈“S”形，两翼倾角4°～15°，东翼较陡，西翼较缓。

矿井开采揭露断层三条，编号为F1、F2、F4（F3为勘探阶段揭露的东坡断层）。

陷落柱两个，编号为X1、X2。

综上所述，本井田为发育宽缓的褶曲构造，构造类型为简单～中等。

三、煤层、煤质及其它有益矿产

1．煤层

井田内批准开采3～15号煤层。

本次设计只针对井田南采区3号煤层。

1）3号煤层

位于山西组，煤层稳定，厚度大，煤层厚度4.06～6.21m,平均5.64m。

煤层下部含夹矸一层,厚度0.05～0.50m,岩性为泥岩及砂质泥岩。

顶板岩性主要为粉砂岩、砂质泥岩及泥岩,局部为细砂岩；底板岩性主要为砂质泥岩、泥岩、粉砂岩。

2）15-3号煤层

位于太原组近底部，全区发育，厚度稳定，厚度1.15-1.65m,平均1.37m,煤层结构简单，煤层顶板一般为泥岩，局部为砂质泥岩，细砂岩，底部为砂质泥岩，局部为泥岩、粉砂岩、细砂岩、属稳定性煤层。

详见可采煤层特征表1。

2．煤质特征

3号煤层：

原煤水分1.41%,灰分13.41%～22.68%,平均18.84%;原煤硫分0.36%,挥发分14.38%。

3号煤为低～中灰、特低硫、低磷、高熔灰分、高热值的贫煤，为优质动力用煤。

15-3号煤层：

原煤水份1.32%,灰份25.60%～33.9%,平均28.54%;原煤硫分1.02%,洗煤磷为0.02385%。

15-3号煤为中～中高灰、低中硫、低磷，高热值之贫煤，为动力用煤。

表1可采煤层特征表

煤层名称

煤层厚度

（m）

煤层结构

顶底板岩性

稳定性

倾角

（度）

容重

t/m3

夹石

层数

夹石厚度（m）

顶板

底板

3号

4.06～6.21

1

0.05-0.5

粉砂岩、砂质泥岩及泥岩

砂质泥岩、

泥岩、粉砂岩

稳定

4～15

1.35

5.64

15号

1.15-1.65

1.37

泥岩、局部砂质泥岩、细砂岩

砂质泥岩

稳定

1.44

第四节水文地质

一、水文地质

本区域处于沁水盆地中段东部的漳河水系，其范围东部为太行山脉，向西至沁县北西漳河的西源，南起长子南的漳河南源，北止于武乡县之漳河北源。

大体上构成一个完整的水文地质单元，也是晋东南区域水文地质一个重要组成部分。

区域南部、中部、北部主要为一套巨厚的二叠系碎屑岩沉积，构成广泛的层间孔隙水分布，南部和东南部大面积出露的碳酸盐岩，又为岩溶水的发育奠定了基础，而一系列褶曲带构成的新生代盆地，由于表层堆积了厚度不等的松散沉积物，又为区域孔隙水的分布创造了条件。

区域地形与构造一致，补给及径流条件有利，为地下水的富集以及地下水的承压自流提供了有利条件。

1．地表水

本井田内有季节性河流，雨季时有水，旱季无水，其流量不大，与煤层及下部含水层基本无水力联系。

2．含水岩层

1）中奥陶统石灰岩含水层

为煤系地层下伏的主要含水层。

本组岩层由于岩溶发育之不均一，因而地下水变化幅度大，富水性因地而异。

奥灰静止水位标高680.00m，上马家沟灰岩是主要富水含水层，水化学类型为重碳酸、硫酸盐一钙、镁型水。

2）上石炭统太原组灰岩含水层

井田内普遍发育，厚度一般为7.28m,系14、15号煤层之顶部岩层。

q值平均为0.004L/（m.s）；K值为0.0052～0.016lm/d，水位标高818.59～820.24m，属于富水性弱含水层。

水质为重碳酸盐—钾+钠型水，矿化度0.510～0.741g/L。

3）下二叠统山西组K7砂岩水层

分布范围大，岩性为中～细粒砂岩层，厚度一般为3.05m，距上部3号煤层一般为12.80m,裂隙不发育。

q值为0.005L/（m·s）,K值为0.0067m/d,恢复水位值60.94m,水位标高909.71m,属于富水性弱的含水层。

水质类型为重碳酸盐～钾+钠型水，矿化度0.784g/L。

4）下二叠统山西组3号煤层顶部砂岩含水层

分布较普遍，厚度1.72～15.33m,一般6.68m。

裂隙不发育，岩性为中～细粒砂岩。

单位涌水量q值为0.00287L/（m.s）,K值为0.269m/d，恢复水位值为26.45m，水位标高为845.64m，属于承压微弱的含