1、采矿学课程设计说明书目 录第一章 矿区概述及井田地质特征 2第一节 矿区概述 2第二节 井田地质特征 3第三节 煤层特征 6第二章 井田境界和储量 10第一节 井田境界 10第二节 矿井工业储量 10第三节 矿井可采储量 11第三章 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 14 第一节 矿井工作制度. 14 第二节 矿井设计生产能力及服务年限 14第四章 井田开拓 15第一章 矿区概述及井田地质特征 第一节1.1矿区概述1.1.1井田位置、范围和交通位置004煤矿位于山东枣庄市腾南煤田中部，地 图1-1 矿井交通位置图1.1.2地形地貌井田内地形为自东向西南缓慢下降的滨湖冲积平原，地面标高+39
2、+43m。1.1.3河流及水系由于靠近南四湖，几乎承受鲁西南地表主要水系的来水，历史上多次泛滥成灾，如1957年遭遇百年特大洪水，导致郭河决堤和湖水泛滥，湖水水位由常年的+33m上涨到+37.01m。但本井田未受洪水淹没。1.1.4矿区气象地震本区属季风型大陆气候，历年平均气温13.5C，最高气温+40.9C，最低气温-21.8C。最大冻土深度0.28m，年平均降雨量804.3mm。全年主导风向为东南风，最大风速可达20m/s。根据山东省地震局（77）鲁震发第83号文“关于腾南矿区地震基本烈度鉴定意见”，本区地震烈度为七度。1.2井田地质特征1.2.1井田地形以及井田的勘探程度腾南煤田发现于1
3、957年底，1959年12月提出山东省腾南煤田综合普查报告 。1968年10月提出山东省腾南煤田综合详查报告。1981年11月提交腾南煤田(北区)详查地质报告。1986年9月提出腾南煤田许厂井田精查地质报告，报经全国储委审查批准1.2.2井田煤系地层概述井田内地层包括：第四系、上侏罗统蒙阴组，上二迭统上石盒子组，下二迭统下石盒子组及山西组，上石炭统太原组，中石炭统本溪组，中奥陶统及下奥陶统。地层特征自上而下分述如下：1、第四系（Q）厚122.34282.74m，平均196.77m，主要由粘土、砂质粘土、粘土质砂、砂及砂砾层组成，属河、湖泊相沉积。2、上侏罗统蒙阴组（J3m）井田内最大残厚为22
4、5.20m，大部分地区剥蚀殆尽，只在井田南部，小屯向斜的轴部少有残留。主要由砖红色粘土质细粒及中粒砂岩组成，铁、泥质胶结，结构较松散，底部常有一层不稳定的细砾岩。3、上二迭统上石盒子组（P12）井田内最大残厚为286.00m，主要保存于孙氏店支2断层以西，小屯向斜的轴部。本组主要由灰绿色砂岩及灰绿、紫红等杂色粘土岩组成。4、下二迭统下盒子组（P21）厚31.0569.80m，平均48.69m，主要由黄绿、灰、紫等杂色粘土岩、粉砂岩、灰绿色砂岩组成，属温湿、干热条件下的河流、湖泊相沉积。5、下二迭统下山西组（P11）厚59.9099.35m，平均83.67m，主要由浅灰、灰白及灰绿色砂岩，深灰、
5、灰黑色粉砂岩、粘土岩及煤层组成，组内岩性变化较大，但以砂岩为主，砂岩比率高，以过渡相沉积为主。本组共含煤3层（2、3上、3号），以3号煤层为主要可采煤层，厚度大，埋藏浅，储量丰富。6、上石炭统太原组（C3）厚141.70176.55m，平均厚162.66m，由深灰、灰黑色粉砂岩、泥岩、灰色砂岩、薄层石灰岩及煤层组成，为一典型的海陆交互相沉积，且具有多次交替的特点。本组共含灰岩11层，以三灰、十下灰厚度大，质较纯，且全井田稳定，特征明显，是煤层对比的重要标志。本组共含煤22层，主要煤层三层（1 5上、16上、17），目前不可采。7、中石炭统本溪组（C2）厚10.0063.00m，平均30.88m
6、，由北向南地层逐渐变厚。本组属海陆交互相沉积，由杂色粘土岩、粉砂岩、铝铁质泥岩及石灰岩组成。8、奥陶系中下统（O1-2）井田内所施工的钻孔，奥陶系的最大揭露厚度为123.45m，并分下统和中统。下统厚72.10m，以白云质灰岩为主；中统厚669.90m，主要为灰色及棕灰色厚层状石灰岩、豹皮灰岩，夹泥灰岩及钙质泥岩等，岩溶裂隙发育。1.2.3井田地质构造及特征1、井田地质概况本井田位于腾南煤田北部，为一全隐蔽型煤田。井田构造简单。井田内煤系地层由北向南呈阶梯式下降。主要可采煤层为3号煤层。综上所述，本井田属于构造简单和主要煤层赋存稳定到较稳定井田。1.2.4矿井水文地质特征（一）水文地质概况本井
7、田水文地质单元特征主要有两点：1、井田内间接充水含水层和直接充水含水层属富水中等的含水层，有的含水层通过断层与井田外奥灰对接，使该含水层受到强富水的奥灰水补给，局部区段由于断层的作用，使间接充水含水层变为直接充水含水层。2、奥灰是含水丰富并且具有侧向补给条件的含水层，具有源源不断地各含水层提供水源的能力，17煤层底板与奥灰顶界面组成压盖隔水层，在正常条件下可以阻止奥灰水底鼓，但在间距小、遇断层错动变薄、岩层破碎地段则不具备抵抗奥灰水底鼓，因此开采时将受到奥灰底鼓水的威胁。井田水文地质条件属于中等类型，下组煤含水层富水性中等，补给条件良好。（二）含水层与隔水层井田内主要含水层有第四系，3号煤层顶
8、底板砂岩、三灰、十下灰及奥灰含水层，第四系除为含水层外，还是良好的隔水层。影响下组煤开采含水层主要十下灰及奥灰。石盒子组及奥灰压盖岩层均是良好的隔水层。图1-2 综合柱状图1.2.5矿井涌水量经精查补充勘探资料计算并参照相邻矿井实际涌水量资料，根据补充地质报告审查意见；本矿井正常涌水量为100m3/h，最大涌水量为360m3/h。1.3煤层特征1.3.1可采煤层特征可采煤层煤质特征表：表1-1 可采煤层煤质特征表煤层水份灰份挥发份全硫磷3号原煤0.68-3.282.46 (12)原煤11.58-39.3422.72 (12)原煤37.92-48.1140.94 (11)原煤0.61-1.701
9、.12 (12)原煤0.002-0.0080.004 (5)精煤1.85-2.922.49 (12)精煤11.58-39.3422.72 (12)精煤38.69-41.8640.38 (12)精煤0.60-1.200.92 (10)精煤0.001-0.0033号发热量粘结指数Qb,ad20.50-29.5667.8-88.476.7 (8)Qgr,d20.46-30.15表1-2 可采煤层控制情况一览表煤层名称穿过钻孔个数参与评价的点点数可采点数不可采点数沉缺点数冲刷点数断薄断缺点数可采性指数3号20719013214441769.47%1.3.2煤层围岩性质3号煤层：顶部为灰白色细砂岩，中央
10、薄层深灰色泥岩，形成明显的沉积韵律和条带状层理，沿走向及倾向层位稳定，易于辨认，是控制该煤层的良好辅助标志。有个别地段相变为砂质夹薄层泥岩，但其条带状层理仍然显而易见。有的地段厚度变薄多为二煤组沉积发育所致。煤组煤层一般厚度（m）煤层结构顶底板岩性稳定性可采程度倾角（）容重（t/m3）夹石层数夹石厚度顶板底板山西组三0.88-6.38无夹石泥岩、砂质泥岩有时为砂岩泥岩和砂质泥岩稳定可采5左右，近露头处变陡，为12左右1.426.0表1-3 可采煤层特征表1.3.3煤的特征1.煤的物理性质和煤岩特征(一)煤的物理性质该矿井各可采煤层均为黑色，黑褐、褐黑条痕色的软中等坚硬煤层。煤的硬度(坚固性系数
11、)平均1.68，山西组煤层硬于太原组煤层，煤的最大硬度达1.90(3上煤层)，其物性特征见下表。可采煤层特征表：项 目煤 层光 泽硬度真密度视密度断 口裂 隙3号玻璃、沥青、油脂1.731.461.35参差状、棱角状较发育(二)宏观煤岩特征煤层的宏观煤岩组分多以亮煤为主，暗煤次之，含有镜煤条带及透镜体。山西组煤丝炭含量比太原组煤多，以细条带或线理状分布于煤层中。煤岩类型以半亮型煤为主，半暗型煤次之。线理状宽条带状结构，层状构造。2.煤的化学性质和工艺性能(一)煤的工业分析指标及其变化规律灰份：煤层原煤灰份平均值均为低灰。用洗选的方法脱除煤中矿物杂质，以降低灰份的效果明显。挥发份：山西组煤层的精
12、煤挥发份产率(Vdaf)为38.69%，比太原组煤层低5.50%， 3号煤层极个别点较小。发热量：山西组原煤分析基弹筒发热量(Qb，ad)平均为27.95MJ/kg。变化范围20.5030.63MJ/kg。太原组煤层均大于29MJ/kg，变化范围24.5333.40MJ/kg。煤的发热量与灰份关系密切，灰份每增加1%，发热量约降低0.42MJ/kg。硫份： 3号煤层为低硫，有机硫与黄铁矿硫含量二者相等。主要可采煤层的精煤有机硫均比原煤有机硫有所增高，由于有机硫的增大，给煤的洗选带来较大困难。(三)煤的灰成份及其特征各煤层的灰成份主要由二氧化硅、三氧化二铝、二氧化钛等酸性矿物组成，酸性矿物占煤灰
13、成份的66%以上，其中3号煤层为80.42%，太原组煤层平均为54.10%，酸性矿物总量与煤的灰份产率关系密切，山西组煤层属粘土质灰份，太原组煤层属钙铁质灰份。山西组煤层的煤灰熔融性(ST)均大于1250，为高熔难熔灰份，太原组煤层均为以低熔为主的低高熔灰份。(四)煤的工艺性能煤的结焦性：山西组煤层的胶质层厚度8.517.0mm，粘结指数为43.588.4，自由膨胀序数为3.56.5，罗加指数为55.878.5，葛金焦型CG型，为中等粘结性煤。太原组煤层粘结性指标均比山西组煤层高，随着煤化程度的加深，太原组煤的粘结性逐渐加强，为强粘结性煤。炼油性：山西组煤层焦油产率8.8612.91%，为以富
14、油为主含少量高油的煤层。太原组煤层均为高油煤。气化性：本区3号煤层二氧化碳分解率较清楚地表明，3号煤层的试验温度900950的二氧化碳分解率均小于60%，3号煤层升温至1050时可达到74.5%。 可磨性：主要可采煤层的可磨性系数变化在5464之间，说明主要可采煤层容易磨碎。3.煤的工业用途评述根据本区上述煤质特征，对煤的工业用途做如下评述。(一)炼焦用煤山西组煤层均以气煤(QM45)为主，灰、硫、磷等有害成分低，结焦性能好，成焦率较高，通过洗选可以生产多种级别的冶炼用炼焦精煤，配以其它煤类炼焦效果更好。(二)动力燃料用煤山西组煤发热量均大于25MJ/kg，灰熔融性均大于1250，灰、硫、挥发
15、分均符合主要锅炉用煤的要求，是优质动力燃料用煤。太原组煤由于硫分大于2.0%，灰熔融性小于1250， 故不完全符合交通运输及一般工业锅炉用煤的要求。但做为其它某些工业燃料用煤还是可用的。若与山西组煤配合使用，可以起到扬长避短的作用，充分发挥资源的经济效益。(三)气化、液化用煤区内各煤层固定碳均小于65%，为高挥发分煤，由于粘结性能好，热稳定性能差(粘结)，化学活性差(900950时a60%)，故不宜于固定床和沸腾床煤气发生炉用煤。粉煤悬浮床气化炉对煤质要求不严，特别是太原组煤高硫、低熔融性、强粘结气煤、气肥煤，均可适用于K-T炉气化用煤的要求。1.3.4煤层瓦斯及煤尘情况1.瓦斯3号煤层： C
16、H4成分为10.0896.48%，CH4含量0.14ml/g15.79 ml/g。历年瓦斯相对涌出量CH4为1.01m3/t5.06m3/t，CO2为0.95m3/t4.30m3/t；瓦斯绝对涌出量CH4为0.7221.81m3/min，CO2为0.7414.91m3/min；相对涌出量和绝对涌出量大致呈随着开采深度的增加而增大的趋势。历年瓦斯鉴定、本矿井均为低沼气矿井。2.煤尘各煤层的火焰长度均大于200mm，扑灭火焰的岩粉量在6095%之间，可燃基挥发分一般都大于37%，灰分小于15%，根据挥发分(Vdaf)和固定碳(FCd)计算的煤尘爆炸性指数，山西组煤层为44.06%。故煤层均有煤尘爆
17、炸危险性。3.煤的自燃本井田煤层的原样着火温度在325349之间。还原样和氧化样的着火点之差(T)在241之间，从不易自燃到最容易自燃均有，但以较容易自燃为主。1.3.5地温和地压1、地温矿井及附近各煤矿、井田无有恒温带资料，亦无近似稳态测温，则以气象站历年来观测地面平均16.8代替恒温带深度（O2m）和温度16.8。矿井平均地温梯度值最高为4.28/100m（309孔），最低为2.17/100m（508孔），平均2.64/100m，平均地温梯度有自北（浅部）向南（深部）逐渐降低的趋势。总之欢城矿井属于地温正常而稍偏低的负异常区。 2、地压 （1）各测试孔的最小主应力，最大主应力、临界破碎应力
18、在垂直方向上随着深度增加而增大，这与岩体应力分布的规律相一致，反映岩体结构较为完整。（2）对于同一层位，在走向上越接近向斜轴部应力越集中，沿岩层倾向上应力变化不明显，这也验证了构造的展布规律。（3）对于完整性底板在未扰动前测得最大主应力众数为7.5MPa，最小主应力众数为6.2MPa，应力差1.3MPa；采动后的扰动最大主应力众数为7.26MPa，最小主应力众数为5.6MPa，应力差1.62MPa，说明采动使底板的应力降低，特别对最小主应力影响更大。（4）在条件相同情况下，底板破碎时测得应力比底板完整的应力低。第二章 井田境界和储量第一节 井田境界2.1井田的走向长度2.44.8km，平均3.
19、8 Km2.2倾斜长度2.13.8km，平均3.3 km2.3井田的水平面积12520799.521m第二节 矿井工业储量2.1矿井生产能力选定为45万t/a。2.2矿井的工业储量、设计可采储量（1）1、矿井地质资源储量 Zz=Hm1 cos5 式中： Zz- 采区工业储量，万t； H-井田的水平面积，12520799.521m； - 煤的容重 ，1.42t/m3； m1- K1煤层煤的厚度，为6.0米；Zz=12520799.5216.01.42cos5=106.7Mt （2）矿井工业资源/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
20、质，在探明的和控制的资源量中，70%是经济的基础储量，30%是边际经济基础储量，则矿井工业资源储量由下式计算： 式中 矿井工业资源/储量； 探明的资源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；控制的资源量中经济的基础储量；推断的资源量；可信度系数，取0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存较稳定的矿井，取0.7。该式取0.8。Z111b=10667.721260%70%=4480.4429万tZ222b=10667.721230%70%=2240.2215万tZ2m11=10667.721260%30%=192
21、0.1898万tZ2m22=10667.721230%30%=960.09万tZ333k=10667.721210%0.8=853.42万tZg=10454.3642万t第三节 矿井可采储量矿井设计资源储量 式中： - 设计资源储量, 万t； - 工业储量，万t； -断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建筑煤柱等永久煤柱损失量之和。1、井田边界保护煤柱损失 由CAD量得煤矿井田边界长12877.841m，在井田边界处留20m的保护煤柱，则井田边界保护煤柱损失为：P11=12877.841206.01.42=172.534万t2、断层保护煤柱损失井田中有两个断层，需在断层两边各留25m宽的保护
22、煤柱，由CAD可量得断层长度为4211.017m，则断层保护煤柱损失为：P12=4211.01725261.42=176.863万t= P11+ P12=349.397万tZs=10104.9672万t工业广场的煤柱本矿的设计生产能力取45万t，工业广场的面积为1.5平方公顷/10万t，所以取工业广场的尺寸为360m370m的长方形。工业广场所在位置煤层倾角为5，其中心埋藏深度为-350m，该处表土层厚度为100m，主副井、地表建筑物均布置在工业广场内。维护带宽度按20m计算。本矿井的地质条件及基岩和松散层移动角见下表。由图可知工业场地煤柱量为： Zi=SMR (2-3)式中：Zi-工业场地煤
23、柱量，万t; S-工业场地压煤面积，547543.75m。则Zi=1.42547543.756=459.951万t表2-1 工业场地占地面积指标井 型（万t/a）占地面积指标（公顷/10万t）240及以上1.0120-1801.245-901.5表2-3-1 岩层移动角广场中心深度/m煤层倾角/煤层厚度/m松散层厚度/m/-35056.010045757571采区设计可采储量 Zk=（Zg-P1P2）C 式中： Zg- 工业储量，万t；Zk=（10454.3462-349.397459.951）0.75=7233.75465万t第三章 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 第一节 矿井工作制度
24、按照煤炭工业矿井设计规范中规定，参考关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明，确定本矿井设计生产能力按年工作日330天计算，净提升时间为16小时，矿井工作制度，三八制，两班半采煤，半班准备，每日三班出煤。第一节 矿井设计生产能力及服务年限核算矿井服务年限 (公式1-3)式中： T-采区服务年限，a;A-生产能力，90万t；-矿井设计可采储量；K-储量备用系数，取1.4。 由于只有一个开采水平，所以第一水平服务年限符合煤炭工业设计规范的规定。第四章 井田开拓4.1井田开拓的基本问题4.1.1确定井筒形式、数目、位置及坐标1. 井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井，由于欢城煤矿出去平原地带，
25、煤层埋深较大，所以井筒形式采用立井。 4.1.2 确定工业场地位置工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中部偏上。工业场地的形状和面积：根据工业场地占地面积规定，1.0公顷/10万t，确定地面工业场地的占地面积为13.5公顷，形状为矩形，长边平行于井田倾向，长为375 m，宽为365 m。4.1.3 确定开采水平及划分采带区由于煤层倾角较小，且垂高、埋深较小，故采用单水平上下山开采，水平标高为-400m，将整个井田划分为四个部分：中部采区、东翼带区、北翼带区、西翼采区、南一带区、南二带区。其北翼带区、西翼采区、中部采区部分采用上下山开采。4.1.4 主要开拓巷道1运输大巷的布置由于运输大
26、巷要为上下山采区的开采服务，服务年限较长，且煤层的顶底板均为粉砂岩，为便于维护和使用，且不受煤层开采的影响，将水平大巷布置在距煤层底板大约20 m处的岩层中，岩层大巷其优点是巷道维护条件好，维护费用低，巷道施工能够按要求保持一定方向和坡度；便于设置煤仓。2井底车场的布置采用立井开采，井底车场要为整个水平服务，服务时间较长，故要布置在较坚硬的岩层中。本矿井将井底车场布置位置选择在煤层底板中，煤层底板为坚硬的岩层中，维护费用较低。4.2 开拓方案比较 4.2.1 三种开拓方案简述三种方案均采用立井单水平上下山开拓方式，三种方案存在以下不同：方案一采用岩石大巷布置，中央并列式通风方式。见图41方案二
27、采用煤层大巷布置，中央并列式通风方式。见图42方案三采用岩石大巷布置，中央对校式通风方式。见图43三种方案的部分剖面图见下图：图41图42图434.2.2 开拓方案详细经济比较表4-1建井工程量期间项目方案一方案二方案三初期主井井筒/m508483508副井井筒/m485471485风井井筒/m496496496岩石大巷/m1462+146201462+1462煤层大巷/m01462+14620后期风井井筒/m00476表42生产经营工程量项目方案一项目方案二项目方案三维护大巷/万 ma0维护大巷/万 ma1.2262292412.38=104.25维护大巷/万 ma0表43基建费项目方案一方
28、案二方案三工程量/m单价/元费用/万元工程量/m单价/元费用/万元工程量/m单价/元费用/万元初期主井井筒5083000152.44833000144.95083000152.4副井井筒4853000145.54713000141.34853000145.5风井井筒4963000148.84963000148.84963000148.8岩石大巷2924800233.92080002924800233.92煤层大巷080002924700204.6808000小计686.62639.68686.62后期风井井筒0300000300004763000142.8小计142.8合 计686.62639.68829.42表44生产经营费项目方案一方案二方案三工程量/万 ma单价/元ma费用/万元工程量/万 ma单价/元ma
