杜家沟煤田矿井建设施工组织设计.docx

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杜家沟煤田矿井建设施工组织设计

1.矿井设计基本情况

1.1矿区概述及地质特征

1.1.1矿区概述

1.交通位置

杜家沟煤矿位于杜家沟市东部、太行山南麓，行政区划隶属杜家沟市管辖。

井田中心东南距杜家沟市39km，西南距临汾市50km，东北至晋中市17km，南距获运城20km，其间均有公路相通。

交通非常便利，图1-1

图1-1交通位置图

2.自然地理

（1）、地形地貌：

杜家沟井田位于长治盆地西部，全区均为第四系黄土掩盖，地形较平缓，局部冲沟发育，为高原盆地内的河谷平原区，海拔标高为905—1034m，工业广场标高为937m。

（2）、气象：

根据屯留县历年气象资料统计，年降雨量540mm，年蒸发量为降水量的2—6.3倍，属暖温带半湿润半干燥大陆性季风气候，冰冻期为每年10月至次年4月，最大冻土深度为75厘m。

（3）、水系：

除井田南部绛河由西向东流经本井田，井田北部有阎村、常隆两座小型水库外，其它地表尚无大的水体存在。

（4）、地震：

山西省抗震工作办公室等三单位，于1979年以（79）晋抗字第1号文“关于颁发山西省地震裂度区划图及说明的通知”，将屯留县划分为6度区。

（5）、经济：

由于矿区范围内地势平坦，交通便利，土壤和水利条件较好，再加上矿产资源丰富，为当地的经济和社会发展提供了良好的条件。

随着矿区煤炭生产的快速发展，也带动了周围乡镇经济的发展，矿区间村以上的行政单位均通公路、电话和供电，并建立了学校、商业网点和医疗卫生网点，逐步形成了以矿区为中心的集镇、居民点和工商业服务网点，使矿区城镇化的水平日渐提高，成为屯留县经济文化较发达的地区之一。

3.煤矿地层

杜家沟井田均为第四系黄土所覆盖，仅于北部阎村、常隆一带有二迭系上石盒子组地层零星出露。

综合柱状图见图1-2。

根据钻孔揭露情况，将地层发育情况由老到新叙述如下：

（1）、奥陶系中统马家沟组O2m

岩性为灰色～深灰色厚层状石灰岩，局部裂缝溶洞发育，并为灰白色铝质泥岩、黄铁矿、菱铁矿等充填。

（2）、石炭系中统本溪组C2b

该组厚度1.35～13.43m，平均9.11m。

岩性以灰色块状铝土泥岩为主，局部发育灰白色中厚层状中粒砂岩、砂质泥岩以及底部山西式铁矿层。

与下伏地层假整合接触。

（3）、石灰系上统太原组C3t

本组厚度99.35～119.16m，平均厚度108.38m左右。

底部以K1砂岩与本溪组分界，顶部以K7砂岩与山西组分界，是本区的主要含煤地层之一。

主要由4～5层石灰岩及灰色砂岩、灰黑色泥岩和7～10层煤层组成。

其中15－3﹟煤层为可采煤层，厚度0～2.73m，平均厚度1.66m，但冲刷面积较大。

属典型的海陆交互相沉积，旋回结构明显，但岩性岩相较为复杂。

本组发育四层较稳定的石灰岩及一层局部发育的石灰岩。

（４）.二叠系下统山西组Ｐ1S

本组厚度40.97～97.55m，平均厚度约55.69m。

是本区主要含煤地层。

岩性主要为灰白色、灰色中、细粒石英砂岩，灰色、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩，夹1～4层煤。

其中下部的3＃煤层为主要可采煤层，厚度4.84～7.32m，平均厚度6.09m，3＃煤上部多有一层灰色细、中粒砂岩，厚度数m至十余m，为3＃煤老顶，与下伏地层太原组呈整合接触。

（５）.二叠系下统下石盒子组Ｐ1x

本组厚度44.2～78m，平均厚度约59.55m。

连续沉积于山西组地层之上，顶部为一层紫红、紫灰等杂色含鲕粒的厚层状铝质泥岩或砂质泥岩（俗称桃花泥岩），中下部为灰色泥岩，砂质泥岩，灰色、灰白色石英砂岩。

底部以一层灰白色厚层状中、粗、细粒石英砂岩Ｋ8与山西组分界。

（６）.二叠系上统上石盒子组Ｐ1sh

本组厚度309.8～408.31m，平均厚度约353.87m。

岩性为紫红色、紫灰等杂色泥岩或砂质泥岩，灰色、灰白色、黄绿色细、中、粗粒石英砂岩。

底部以Ｋ10砂岩与下石盒子组分界。

与下伏地层呈整合接触。

（７）.第四系Ｑ

厚度31～64.9m，平均约43.13m。

是本区的主要覆盖层，岩性为棕黄色、浅黄色亚粘土，含砂质粘土，夹姜石、砂砾层，顶部为耕植土，与下伏地层呈角度不整合接触。

4.井田构造特征

杜家沟井田位于潞安矿区中部，构造以褶曲为主，地层走向近南北，向西倾斜，倾角3°～6°。

东部以单斜为主，伴有近东西向波状起伏；西部为近南北向褶曲。

断层不发育，井田范围内尚发育有四条落差20～30m和两条落差5～10m的小中型断层。

现分述如下：

1、F1断层：

为1011号钻孔所见，推断走向北20°西，倾向南西，倾角60°，为上盘上升的逆断层。

1011号钻孔545m见破碎带，Ｋ2石灰岩重复，15-3号煤层重复，显属三个逆断裂所致，总落差30m，延长1500m。

2、F2断层：

走向北80°东，倾向北西，倾角70°，为常22、2012、2013、517号钻孔控制。

常22号钻孔缺失3号煤层以下至K5石灰岩以上的一段地层，据测井曲线解释，461m有破碎带，落差30m。

2012号钻孔深421m见破碎带，K10至3号煤层的间距和邻近钻孔相比缩短15m，向西延至2013号钻孔附近尖灭，向东延至517号钻孔附近尖灭，全长3.5公里，为正断层。

3、F64断层：

位于杜家沟以北，走向北50°东，倾向南西，落差10m，为上石盒子组地层露头所显示，推断延长500余m，为正断层。

4、Ｆ65断层：

位于Ｆ64断层以南，走向北75°东，倾向南西，落差5m，为上石盒子组地层露头所显示，推断延长500余m，为正断层。

5.井田水文地质条件

杜家沟井田在精查勘探阶段，仅对2012号钻孔基岩风化带段进行了抽水试验和1063号钻孔277～287.10m上石盒子组涌水段做了涌水试验，水文地质工作量较少。

结合区域水文地质特征，杜家沟井田初步划分了11个含水层，即奥陶系灰岩为1号含水层，太原组K2、K4、K5灰岩分别为2、3、4、5号含水层，山西组K7砂岩为6号含水层，3号煤层顶板砂岩为7号含水层，下石盒子组K8砂岩为8号含水层，上石盒子组基岩风化带为9号含水层，第四系下更新统为10号含水层，第四系中更新统为11号含水层。

85年10月14日，矿务局地质队在主、副井之间补打1个检查孔，该检查孔采用流量测井新技术，通过测量钻孔中垂向水流的变化来划分含水层的位置，基岩风化带以下共探明含水层11个，比精查报告多4个。

结合精查地质报告及检查孔资料，杜家沟井田共发育含水层15个，各含水层情况见表1-1，现分述如下：

表1-1各含水层情况表

含水层编号

层位及岩性

层厚（m）

水位标高（m）

单位涌水量（l／s、m）

渗透

系数（m/d）

含水

性质

15

第四系中更新统表土

埋深5—10m

受大气降水影响

潜水

14

第四系下更新统砂土

36－60

927.29－943.74

1.31－16.66

孔隙水

13

基岩风化带

50

943.13

0.046—0.086

裂隙水

12

上石盒子组上部中、粗砂岩

4.00

914.52

0.0556

1.21

裂隙水

11

上石盒子组中部细、中砂岩

10.74

915.322

0.071

0.27

裂隙水

10

上石盒子组中部中砂岩

10.49

909.322

0.253

3.88

裂隙水

9

Ｋ10粗砂岩

4.4－12

864.922

－0.58

2.05

裂隙水

8

Ｋ8细、中砂岩

0—19.68

裂隙水

7

3号煤顶板砂岩

7.50

786.242

0.043

0.26

裂隙水

6

Ｋ7中、粗砂岩

9.80

786.242

0.0108

0.097

裂隙水

5

Ｋ5石灰岩

1.13

含混抽水

裂隙水

4

Ｋ４石灰岩

3.63

0.055

裂隙水

3

K3石灰岩

2.51

0.0017

裂隙水

2

K2石灰岩

2.62—11.60

王庄16号孔为714

0.0005－0.916

裂隙溶洞水

1

中奥陶统马家沟组灰岩

500—600

714－720

岩溶水

1号含水层：

中奥陶统马家沟组灰岩，共分八段，区域水位标高690m左右，岩溶含水性表现为“上弱下强”的特点，为丰富含水层，岩溶埋藏标高约300～500m，预计杜家沟井田水位标高在660m左右。

2号含水层：

太原组K2石灰岩，层厚2.62～11.60m，覆于15号煤层组之上，水位标高714m，含水性不均，个别地段含水丰富，一般属较弱含水层。

3号含水层：

太原组K3石灰岩，层厚2.51m，裂隙一般不发育，为弱含水层。

4号含水层：

太原组K4石灰岩，层厚3.63m，为较弱含水层。

5号含水层：

太原组K5石灰岩，裂隙不发育，为较弱含水层。

6号含水层：

山西组K7砂岩，层厚9.80m，裂隙不发育，为较弱含水层。

7号含水层：

山西组3号煤层顶板砂岩，层厚约7.5m，裂隙不发育，为较弱含水层。

8号含水层：

下石盒子组底部K8砂岩，层厚0～19.68m，厚度变化较大，为较弱含水层。

9号含水层：

上石盒子组底部K10砂岩，厚4.4～12m，矿区普遍发育，水位标高约865m，承压206.72m水柱高，由于该含水层厚度较大，面积广，具有良好的多年调节性能，承压水动态比较稳定，为较丰富含水层。

10号、11号含水层：

为上石盒子组中部的两层砂岩。

在主、副井检查孔中，10号含水层深207.31m，厚10.49m，11号含水层深187.50m，厚10.74m。

这两个含水层是两个连续沉积旋回的含水层，它们中间是半隔水层，可以通过半隔水层的顶底板获得相互补给，因此，这两个含水层均为较丰富含水层。

12号含水层：

上石盒子组上部的一层中、粗粒砂岩，主、副井检查孔深118.6m，厚4.0m，一般为较丰富含水层。

13号含水层：

为基岩风化带，厚50m左右，由破碎泥岩、砂岩组成，水位标高934.13m，含水较丰富，风井筒施工中，该含水层造成突水，最大涌水量达280m3/h。

14号含水层：

第四系下更新统，厚36～60m，以粉砂、细砂、粘土质砂、砂砾层组成，为孔隙水，水位标高927.29～943.74m，为丰富含水层。

15号含水层：

第四系中更新统，水位埋深5～10m，多为农村生活用水，含水性较弱，受大气降水影响明显。

杜家沟井田各可采煤层均处于深埋区，属于深部井田，煤系内及以上邻近基岩含水层，远离露头区，与地表水体和第四系含水层无水力联系，地下水补给条件差，含水层富水性弱。

本井田主要可采煤层为3号煤和15-3号煤。

3号煤的主要充水含水层为其上覆的砂岩裂隙含水层；15-3号煤主要充水含水层为上覆太原组石灰岩的岩溶含水层。

根据上述矿床主要充水含水层的含水空间特征，充水方式及水文地质条件的复杂程度，井田矿床水文地质类型可划分为两类：

山西组3号煤层开采时，水文地质类型为第二类第一型，即水文地质条件简单的顶板直接充水的裂隙充水矿床。

6.瓦斯、矿井涌水情况

矿井正常涌水量608.2

，矿井最大涌水量678.4

，井型为大型井，年设计生产能力4.00Mt，矿井为高瓦斯矿井。

矿井2004年瓦斯等级鉴定为高瓦斯矿井，矿井瓦斯绝对涌出量48.22m3/min，相对涌出量4.89m3/t。

根据矿井地质情况表明，矿井瓦斯涌出量与煤层深度基本成正比关系，选择通风系统主要考查矿井开采技术条件和开拓开采设计，同时尽可能地减少井巷工程量和通风运营费，设备运输及维修费等经济问题。

同时还要根据上述问题思考是否要灌浆、煤层注水及抽放瓦斯等。

矿井困难时期通风量为160m3/s，容易时期通风量为162m3/s。

7.煤层特征

（1）、煤系地层：

含煤地层为下二迭系山西组及上石炭系太原组，含煤地层总厚163.36m，含煤10～17层，煤层总厚11.25m，含煤系数为6.9％。

山西组厚54.10m，含主要可采煤层3号煤层，煤层平均厚度6.09m，含煤系数11.20％，山西组顶底部、局部发育不稳定薄煤层1～3层，一般均不可采。

（2）、可采煤层：

3号煤层：

位于山西组的中下部，以其本身厚度大、层位稳定为重要对比标志，上距Ｋ8砂岩22.42～43.30m。

平均31.67m，下距Ｋ7砂岩顶面2.70～18.85m，平均12.98m，煤层对比非常可靠。

煤层厚度4.84～7.32m，平均厚度6.09m，结构简单，夹石1～3层，夹石厚0.1～0.3m，仅个别孔（1009号孔）夹石变厚达0.75m。

该煤层控制研究程度较高，符合规范要求，为稳定型全井田范围内可采煤层。

煤层特征见表1-2。

表1-2煤层特征表

煤层编号

厚度（m）

间距（m）

结构

（夹石层数）

稳定

程度

可采

情况

顶板

岩性

底板

岩性

最大—最小

平均

最大—最小

平均

3

4.84～7.32

6.09

87.15～154.08

112.22

0-3

稳定

全井田可采

粉砂岩

细、中　　　　　　砂岩

a.煤的物理性质：

各煤层均为黑色层状，光亮型煤及暗淡型煤相间，条带状构造明显，玻璃光泽，参差状断口，节理裂隙为薄膜状黄铁矿或方解石充填。

经测定，煤的比重3号煤层在1.41～1.58之间，15-3号煤层在1.52～1.74之间。

b.煤的化学性质：

3号煤层：

洗煤挥发分10.68～14.00％，平均12.61%，由东向西有规律的递减。

原煤灰分9.19～25.86%，平均15.75%，洗煤灰分4.48～11.88%，平均6.99%，一般下分层比上分层灰分高。

磷：

0.004～0.034%，平均0.021%。

原煤全硫0.26～0.39%，平均0.33%，洗煤全硫略高，因煤中含有机硫较多，洗煤后不能降低，但煤中最高含硫量为0.39%，属低硫。

干燥无灰基发热量34.6～365.0MJ/kg，平均35.8MJ/kg。

煤灰矿物成份分析结果二氧化硅37.04～53.52%，三氧化二铝23.13～39.66%，灰熔点（T2）1348～1500℃。

按煤质分级指标，属低灰～中灰、低硫、低磷、高发量、高熔点灰分之贫煤。

工业用途：

原煤是优质的动力用煤，另外还可以加工成十四级混煤、洗块煤、喷吹煤等品种，应用前景良好。

c.可选性评价：

（1）、筛分试验：

筛分试验分为13～0.5mm和小于0.5mm两级进行，由试验结果可知，13～0.5mm粒度级煤占全样的42.74%，小于0.5mm粒度级煤占全样的57.26%。

（2）、浮沉试验：

简易可选性的浮沉试验分为＜1.3、1.3～1.4、1.4～1.5、1.5～1.6、1.6～1.8、1.8～2.0、＞2.0等比重级进行，经试验，3#煤浮煤产率主要集中在＜1.30、1.30～1.40两个比重级内。

（3）、可选性评价：

采用±0.1含量法评价，假定精煤灰分为10%时，精煤理论产率为92%，理论分选比重为1.76，±0.1含量为2%。

假定精煤灰分为9%、精煤产率为89%、理论分选比重为1.54，±0.1含量为6%。

经试验，3#煤层可选性等级属极易选。

8.其他有益矿产

与煤共生的其他有益矿产有铝土矿、黄铁矿等，位于本溪组中部或底部，肉眼鉴定，一般品位不高，并多和粉砂岩成互层状。

经取样化验，三氧化二铝36.38%～17.71%，二氧化硅41.93～56.70%，铝硅比值小于1，达不到铝矿石的工业品位要求。

黄铁矿、菱铁矿多以结核状夹于铝土岩中，一般厚仅数十厘m，达不到可采厚度。

另对煤层中的分散及放射性元素锗、镓等进行分析，一般达不到工业要求。

1.2井田开采

1.2.1井田边界

本井田南部及北部均为人定边界东临王庄煤矿，西临屯留煤矿，井田面积51.8k㎡。

AB

C

D

表1-3拐点坐标表

1.2.2井田储量

表1-4煤层资源储量汇总表（单位：

万吨）

煤号

煤种

111b

2M11

331

332

333

合计

3

PM

36785.4

3925.5

0

0

554.9

41265.8

（1）、杜家沟井田地质勘探程度达到勘探，详细查明了煤层的地质特征及开采技术条件，可靠程度为探明；目前正在开采，可行性评价为可行性研究；煤炭市场较好，产品供不应求，经济意义为经济的。

根据矿产资源储量套改技术要求（GB/T17766-1999），开采范围均圈定为探明的（可研）经济基础储量，编码为111b。

（2）、跨越断层圈定探明的（可研）经济基础储量时（111b）。

在断层两侧各划出50m的范围圈定为探明的内蕴经济资源量，编码为333。

（3）、村庄、高速公路、水体、工业广场等保护煤柱的块段，圈定为探明的（可研）边际经济基础储量，编码为2M11。

（4）、无法布置正规工作面的小块段、边角煤圈定为探明的（可研）边际经济基础储量，编码为2M11。

矿井年产量及服务年限:

矿井设计每年工作日为330天，每天提升16h，井下实行三、八制，每天二班生产，一班检修，每班工作八小时。

矿井设计服务年限：

（1-1）

T------矿井设计服务年限，a；

------矿井可采储量，Mt；

Ａ---矿井设计年产量，Mt/a；

Ｋ----储量备用系数，这里取１.４；

则服务年限Ｔ＝36785.4/（400×1.4）＝65.6a＞60a，符合建大型矿井的要求，即此矿井设计年生产能力为4.00Ｍｔ，服务年限为65.6ａ。

1.3井田开拓

1.3.1概述

1.矿区内生产矿井开拓方式

采用立井开拓，矿井采用中央竖井，煤层分组采区上、下山联合布置的开拓方式，中央并列式通风，井田设三个井筒：

主井、副井、风井。

地面标高+937m。

全矿井划分为两个水平，第一水平标高+520m，第二水平标高+470m，主要运输大巷布置在3号煤层下约30m岩层中，开采3号煤层的浅部条带，第二水平主要开采3号煤层的深部条带，由于煤层倾角较小，地质条件稳定，划分为带区开采，采用倾向长壁采煤。

2.影响井田开拓方式的主要因素

（１）、本矿井范围内有几个比较大的村庄，所以使广场煤柱与村庄煤柱合二为一，要避免首采区迁村。

（２）、矿井井田形状呈长方形，井田倾向长度7ｋｍ，走向长度7.4ｋｍ。

（３）、井田地质条件简单，但瓦斯涌出量较大，其中北部比南部大，西部比东部大。

４、煤层倾角小，平均2˚，煤层厚度较厚，平均6m。

3.井田开拓

综合考虑影响井田开拓的因素，对设计中次要先于解决，则主要矛盾是井田内划分，开采水平的数目和设置，运输大巷的设置。

先行确定的有：

井筒形式、数目、位置，井底车场等。

本井田表土层很厚，宜采用立井，开凿一对立井和一个风井。

1）技术可行方案

综合考虑本矿井影响开拓的主要因素，提出了以下三个方案：

第一方案：

在+520水平开凿大巷，在大巷两侧直接布置带区工作面，采用倾斜长壁采煤。

当第一水平开采即将结束时，采用暗斜井延伸达到第二水平，即+470水平，在第二水平布置大巷，在大巷两侧布置带区工作面，主要开采3号煤层的深部。

第二方案：

采用立井单水平开采，在+500水平开凿大巷，然后在大巷两侧直接布置带区工作面，开采整块煤田。

第三方案：

采用立井两水平开采，在+520水平开凿大巷，在大巷两侧布置工作面，当第一水平开采即将结束时，直接延伸立井到达第二水平，开掘大巷，然后布置带区工作面。

方案1立井单水平加暗斜井

方案二立井单水平

方案三立井两水平

2）技术比较

从以上方案的简图可以对方案1和方案2进行比较，二方案的生产系统均简单可靠，由于本井田范围很大，方案2虽然可以节省一段暗斜井，但需要的井筒深度较深，对于初期建井不利，同时布置的工作面走向很长，大约4000m，给掘进和通风带来很大的麻烦，对于初期投资要求很大，方案一虽然需要暗斜井延伸，但是布置的带区长度合理，建井初期投资较少，出煤较快，同时由于井田东部煤层较浅，瓦斯含量少，开采容易。

综合考虑，方案1要优于方案2，所以使用方案1。

余下的1、3两个方案均属技术上可行的方案，水平服务年限也均符合要求（中型矿井第一水平服务年限应大于20年，两者相比，虽然方案Ⅲ的总投资要比方案Ⅰ高些，但是其初期投资较少，因此两方案要通过经济比较才能够确定其优劣。

方案一和方案二的区别在于第二水平是用暗斜井开拓还是直接延伸立井，两方案的生产系统较简单可靠。

两方案对比，第3方案需多开立井井筒，阶段石门和立井井底车场；并相应的增加了井筒和石门的运输，提升，排水费用。

而方案1则多开暗斜井和暗斜井的上下车场，并相应的增加了斜井的提升和排水费用。

粗略估算表明：

两方案的方案费用相差不大。

方案一的提升、排水工作的环节少，人员上下方便。

3）方案经济比较

由于方案Ⅰ和方案Ⅲ在第一水平内的准备方式和采煤方法都完全相同，方案比较法在对不同的开拓方案进行比较时，一些相同的部分可以不进行比较，于是我们在对方案Ⅰ和方案Ⅲ两个方案进行比较时，可以只将两个方案中有差别的基建工程量、基建费用、生产经营费用及费用汇总表分别计算汇总于表1-5、表1-6、表1-7、表1-8中。

通过费用汇总表在经济上来比较两方案的优越。

表1-5基建工程量

时期

项目

方案3

方案1

早期

主井井筒/m

417+30

417+30

副井井筒/m

417+5

417+5

井底车场/m

300+560

300+560

运输大巷/m

1840

1840

后期

主井井筒/m

50

3800

副井井筒/m

50

3800

井底车场/m

300+560

300

主石门/m

3500

/

运输大巷/m

1800

1800

表1-6基建费用表

方案

项目

方案3

方案1

工程量/m

单价/元/m

费用/万元

工程量/m

单价/元/m

费用/万元

早期

主井井筒

447

3754

167.80

447

3754

167.80

副井井筒

422

4081

172.45

422

4081

172.45

井底车场

860

1100

94.6

860

1100

94.6

运输大巷

1840

900

165.6

1840

900

165.6

小计

600.45

600.45

后期

主井井筒

50

3754

18.7

3800

1000

380

副井井筒

50

4081

73.46

3800

1100

418

井底车场

860

1100

94.6

300

1100

33

主石门

3500*2

900

5600

/

/

/

运输大巷

1200

900

108

1200

900

108

小计

1014.76

939

共计

1615.1

1539

表1-7生产经营费用

项目

方案3生产经营费用/万元

项目

方案1生产经营费用/万元

石门运输

1.2×4945.05×0.80×0.31=1797.7

暗斜井运输

1.2×4915.05×0.87×0.48=2463

提升

1.2×4915.05×0.5×0.85=2506.7

提升

1.2×4915.05×0.275×1.02=1654.4

排水

3942000×27.9×0.35×10-4＝3882.3