采矿工程毕业设计崔庄煤矿15Mta新井设计.docx
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采矿工程毕业设计崔庄煤矿15Mta新井设计
一般设计部分
一般部分
1矿区概述及井田地质特征
1.1矿区概况
1.1.1交通位置
崔庄煤矿位于山东省微山县欢城镇崔庄村西，昭阳湖东畔，行政区划属山东省微山县管辖。
井田地理极值坐标为东经116°58′41″～117°01′58″、北纬34°53′03″～34°54′54″。
矿井东距京沪铁路官桥火车站15km、东距济（宁）微（山）公路仅1km；西距微山湖二级坝航运码头3.5km，并拥有自己的码头和航道，向南可达苏、皖等省，南距滕（州）沛（县）公路仅2km，矿区附近铁路、公路、水路纵横交错，四通八达，交通极为便利（见图1-1）。
图1-1交通位置示意图
1.1.2地形河流
内陆地区部分地形平坦，地面标高由+30.50～+31.50m，坡度较小，属滨湖冲积平原。
崔庄煤矿西侧最大的地表水体为昭阳湖，沿湖东岸为北东向的大运河，区内有纵横交错的排水沟，靠近运河有大面积的沼泽地，湖区常年积水，水量受大气降水的影响，涝季积水较深，旱季部分地段成为沼泽。
历年平均水位为+32.23～+34.21m，最高水位达+37.01m（1957年7月）。
1.1.3气象特征
该区气象属华北类黄河南区，为季风型过渡性气候。
具有四季分明、春季多风、夏季炎热、秋季多雨、冬季寒冷的特点。
据滕州市气象局、微山县气象站和二级坝水文站提供的资料：
（1）气温
历年平均气温为13.7℃，一月最冷，平均最低气温为-13.2℃，七月最热，最高平均气温为31.4℃，极限最低气温为-22.3℃（1967年1月3日），极限最高气温为40.5℃（1966年7月18-19日）。
（2）降 水
历年雨季一般开始于6月下旬，以7、8月份雨量最多，9月中旬结束。
历年最大降水量为1245.8mm（1964年），历年最小降水量为388.9mm（1981年）。
平均降水量为707.3mm，其中日最大降水量为230.3mm（1958年6月30日）。
（3）湿 度
近十五年平均相对湿度为69％，最小相对湿度为4％（1988年1月22日），历年最小相对湿度为1％（1962年3月23日）。
（4）蒸发量
近十五年平均蒸发量为1554.0mm，年最大蒸发量为1731.2mm（1988年），年最小蒸发量为1388.0mm（1991年）。
（5）气 压
近十五年平均气压为1009.7毫巴，最高气压为1036.3毫巴（1993年12月17日），最低气压为984.8毫巴（1993年4月23日）。
（6）风
季风带的特点是四季风向变化较大，全年以东南风为多，其次是南风和东风。
春、夏、秋三季以东南风为主，冬季以北风、西北风、东北风较多。
四月份和夏季大风较多，近十五年平均风速1.8m/s，最大风速14.3m/s（1988年1月22日），历年最大风速29m/s（1969年7月22日）。
（7）积 雪
近十五年平均积雪厚2.5cm，最大积雪厚6cm（1990年1月31日），最小积雪厚1cm（1988年12月）。
（8）冻 土
近十五年最大冻土深度为14cm（1988年12月17日），最小冻土深度为5cm（1992年），历年最大冻土深度为30cm（1963年2月5日）。
历年最早冻结日期为10月28日（1966年），历年最晚解冻日期为3月25日（1970年）。
（9）地 温
近十五年平均地温16.3℃，地面极端最高值为65.4℃（1988年7月8日），极端最低值为-18.7℃（1991年12月29日），历年地面极端最高值为68.5℃（1958年6月27日），历年极端最低值-21.4℃（1964年2月17日）。
1.1.4自然地震
根据山东省地震局（77）鲁震发字第83号文《对滕南矿区地震基本裂度鉴定意见》核定为7度区。
1979年7月滕州市地震办公室提供“枣庄市、滕州市、微山县，根据中国科学院出版的全国地震裂度区划图，定为7度区，动峰值加速度值为0.1g”。
1.1.5水源
本区第四系含水层，储水丰富，水位浅，水质优良，可做矿井的供水水源。
1.1.6电力供应
东距本矿约6km处有欢城区域变电所（110kv）110千伏线路分别引自夏庄变电所、杜庙变电所及大屯电厂。
本矿所需双回路电源均引自该变电所，供电电源可靠。
1.2井田地质特征
1.2.1地层
腾南煤田属腾县背斜南翼，为一断裂发育的宽缓褶皱区。
地层属华北型沉积，除奥陶系及其以前地层在煤田外围有零星出露外，其余皆隐伏于第四系地层之下。
现将各地层自上而下简述如下；
（1）第四系
厚度57.16～112.42m，平均77.56m。
呈东北薄，向西南增厚的趋势。
岩性主要由粘土、砂质粘土、粘土质砂及粗、中、细砂组成。
上部含砂3～8层，砂层粒度以中砂、细砂为主，矿物成份以石英、长石为主，粘土质含量低，结构松散。
中部含砂2～6层，砂层粒度以细砂、中砂为主，矿物成份以石英、长石为主，粘土质含量较低，结构较松散。
下部含砂2～3层，砂层粒度以细砂、中粗砂为主，矿物成份以石英为主、次为风化长石为主，含大量粘土质，结构较致密。
与下伏基岩呈不整合接触。
（2）中上侏罗统三台组
最大揭露残厚216.50m，上部以红色砂岩，砂砾岩为主，砂岩成分以石英为主，其次为长石，含有少量的白云母，中下部以砾岩、砂砾岩为主，砾石的大小不一，次棱角状，分选性差，铁硅质孔隙式胶结，较坚硬，裂隙较发育。
与下伏地层呈不整合接触。
（3）下二叠统石盒子组
地层保留不全，钻孔揭露残厚0.00～175.20m，岩性主要由灰白色粗、中、细粒砂岩和灰黑色泥岩及杂色泥岩等组成。
中部含1～2层柴煤，厚度较小，但层位较稳定，为本组的标志层；底部为灰绿色厚层状含砾中、粗粒砂岩，矿物成分以石英为主，次为长石，含暗色矿物；砾石多由石英、燧石和少量石灰岩块组成。
该层砂岩厚度一般在8.00m左右，上距柴煤60m左右，下距3上煤层75m左右，为本组地层对比的主要标志。
与下伏地层呈整合接触。
（4）下二叠统山西组
厚度96.00～119.40m，平均107.48m，由杂色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、中、细粒砂岩及煤层组成，共含煤2层，其中：
3上煤层厚度0～6.57m，平均4.06m；3下煤层厚度0～5.17m，平均3.30m，3上、3下煤层局部地段沉缺，但层位稳定，结构较简单，为主要可采煤层。
本组地层上部主要以中、细粒砂岩为主，砂岩主要成分为石英、长石，并含白云母及其它矿物，多为泥、钙、铁质胶结，分选性、磨圆度较好；中部亦以中、细粒砂岩为主，局部砂质泥岩、泥岩较多；下部以泥岩、砂质泥岩、粉、细粒砂岩为主。
与下伏地层呈整合接触。
（5）上石炭统太原组
厚度156.58～168.35m，平均161.56m，为海陆交互相含煤沉积。
沉积旋回结构明显，地层厚度及岩性组合稳定，主要由泥岩、砂质泥岩、粉、细粒砂岩、石灰岩和煤层组成，泥岩、砂质泥岩和粉砂岩多为深灰～灰黑色、致密，贝壳或平坦状断口，常含星散状、团块状黄铁矿及结核状菱铁矿，产植物碎片化石，中、细粒砂岩多为灰、灰绿色，成分以石英、长石为主，含少量云母片及炭屑，分选中等，磨圆度较好，夹泥质条带及泥质包体，常见波状层理、小型交错层理，层面产大量植物碎片化石及炭屑。
共含煤17层，多为薄煤层，其中可采或局部可采煤层为12下、16、17煤层。
（6）中石炭统本溪组
厚度一般在38m左右，为浅海相沉积，一般不含煤，岩性由铁、铝质泥岩、石灰岩和泥岩组成，底部常以一层灰绿～紫红色的铁铝质泥岩为对比标志层；中部第十四层石灰岩，乳白～灰色，致密质纯，常有黄铁矿结核，裂隙、溶洞较发育；顶部第十二层石灰岩，灰～深灰色，局部含黄铁矿，裂隙发育，充填有方解石脉，产海相动物化石。
（7）奥陶系马家沟组
厚约750m，钻孔最大揭露厚度52.26m，主要为灰～灰白色厚层状石灰岩及白云质灰岩，夹薄层泥灰岩。
1.3煤层特征
1.3.1煤层特征及煤质
（1）煤层特征
井田含煤地层为山西组、太原组，平均残厚269.04m，共含煤19层，由上而下依次为山西组3上、3下煤层；太原组6、7、9、10、11、12上上、12上、12下、14、14下、15上、15下、16、17、18上、18中、18下煤层。
煤层平均总厚度13.18m.，含煤系数4.90％。
其中可采或局部可采者5层，即山西组3上、3下煤层、太原组12下、16、17煤层，可采或局部可采煤层平均总厚度10.01m，可采含煤系数3.72％。
各可采或局部可采煤层厚度、层间距、结构、可采性指数、厚度变异系数、稳定性等特征详见表1-1。
（2）煤质及用途
本井田各煤层煤质稳定，工业牌号单一。
属中等变质程度的气煤和肥煤。
挥发分和胶质层厚度变化至上而下逐步增大。
山西组为低灰、低硫煤，太原群为低-中灰、中-富硫煤。
各煤层含磷量均很低。
可选性为易选煤。
精煤回收率为优等。
山西组煤可为良好的炼焦或配焦用煤，太原群煤亦可做配焦煤。
各煤层均具有较高的发热量、高灰熔点，可做良好的动力用煤。
（煤质特征表1-2）
1.3.2地质构造
井田总体构造形态为一向北倾斜的单斜构造，伴有宽缓的次级褶皱（崔庄背斜、柴里向斜），断裂构造较发育，截止目前已发现落差大于等于10m的断层共1条。
井田内落差小于10m的小断层较发育，走向一般为北东向，少量为北西向，落差一般多在3～5m左右，对煤层开采影响较大。
井田地质构造复杂程度属中等类型。
（断层特征表1-3）。
表1-1崔庄煤矿可采或局部可采煤层特征一览表
煤层编号
3上
3下
12下
16
17
全
井田
两极
厚度
0～6.57
0～5.17
0～1.25
0.71～1.47
0.27～1.05
平均
厚度
4.06
3.30
0.90
1.25
0.50
可
采区
两极
厚度
0.60～6.57
0.60～5.17
0.60～1.25
0.71～1.47
0.60～1.05
平均
厚度
4.17
3.49
1.12
1.25
0.83
极值层间距
1.98～25.42
84.43～119.52
48.14～63.03
2.86～5.77
平均层间距
10.17
98.63
55.24
3.62
可采性指数
1.00
0.95
0.83
1.00
0.22
变异系数（%）
31.25
38.66
25.52
15.04
26.77
煤层稳定性
较稳定
较稳定
较稳定
稳定
极不稳定
煤层结构
较简单
简单
较简单
较简单
简单
可采性
大部可采
大部可采
大部可采
大部可采
局部可采
表1-2崔庄煤矿主要煤质指标一览表
煤层
3上
3下
12下
16
17
工
业
分
析
水分
Ｍａｄ
（％）
原
0.59～2.19
1.50（10）
1.09～3.42
1.65（11）
0.53～2.50
1.28（11）
0.48～2.24
1.19（10）
0.90～1.33
浮
1.40～2.39
1.91（10）
1.28～2.68
1.91（11）
1.12～2.52
1.95（11）
1.09～2.10
1.53（10）
0.79～2.22
1.44（6）
灰分
Ａｄ
（％）
原
10.91～18.83
16.19（10）
8.71～15.06
11.44（11）
13.57～22.78
18.16（11）
5.62～17.30
12.28（10）
12.50～22.26
16.50（6）
低中灰
浮
5.30～7.38
6.27（10）
3.36-6.74
4.68（11）
5.79～9.31
7.73（11）
1.66～5.70
4.04（10）
4.03～6.31
5.18（6）
挥发分
Ｖdaf
（％）
原
35.86～41.00
37.79（10）
33.74～37.39
35.95（11）
40.74～43.46
42.02（11）
44.57～48.22
45.61（10）
44.40～47.32
45.76（6）
浮
36.31～40.87
38.38（10）
33.62～39.39
36.80（11）
40.74～43.97
42.46（11）
44.60～47.32
45.89（10）
44.80～48.63
46.65（6）
高挥发分
全硫
Ｓｔ,ｄ
（％）
原
0.44～1.08
0.68（9）
0.59～1.44
0.92（10）
1.38～4.68
2.47（10）
3.13～7.03
4.15（10）
3.17～7.41
5.30（6）
低硫分
中高硫
高硫分
浮
0.42～0.70
0.57（5）
0.68～0.85
0.78（3）
1.42～1.93
1.62（4）
2.29～3.27
2.93（6）
3.11
（1）
磷
Pｄ
（％）
原
0.0060～0.046
0.0229（7）
0.003～0.0218
0.0086（7）
0.001～0.006
0.004（7）
0.0008～0.0085
0.0034（7）
0.0010～0.0080
0.0065
（2）
低磷
特低磷
浮
0.0038～0.004
0.0039
（2）
0.0014～0.003
0.0022
（2）
0.002
（1）
0.006
（1）
Qb,ad
（MJ/Kg）
27.22～29.43
28.41（8）
27.96～30.69
29.57（8）
25.56～29.22
27.29（8）
26.87～32.96
30.13（8）
26.51～29.41
28.43（5）
高热值
软化温度ＳＴ（℃）
1327～>1500
1400（5）
1270～1395
1335（4）
1270～1360
1298（5）
1172～1270
1212（5）
胶质层厚度Ｙ（mm）
10.0～16.0
12.7（10）
9.0～15.5
12.0（11）
11.5～26.0
19.7（11）
27.0～35.5
31.0（10）
26.0～36.0
29.4（6）
焦油产率
Ｔar.d（％）
8.84～12.18
10.67（5）
10.30～11.84
11.16（4）
10.76～13.64
12.16（6）
12.49～16.48
14.28（4）
16.35
（1）
粘结指数（Ｇ）
62～82
75（10）
60～89
75（11）
83～99
96（11）
99～112
102（10）
99～115
103（6）
煤类
气煤
1/3焦煤
气煤
1/3焦煤
气肥煤
气煤
气肥煤
气肥煤
1.3.3水文地质
崔庄煤矿西侧最大的地表水体为昭阳湖，沿湖东岸为北东向的大运河，区内有纵横交错的排水沟，靠近运河有大面积的沼泽地，历年最高洪水位为+37.01m。
西北部的田岗断层在湖下向南西延伸，由于第四系粘土层的隔水作用，阻止了地表水沿断层渗入井下。
田岗断层下盘的奥陶系石灰岩，富水性很强，抬起后，可通过和煤系含水层对口接触补给煤系含水层。
1、含水层
区内主要含水层自上而下分布有：
第四系砂层、上侏罗统砾岩，山西组3煤顶部砂岩、太原组第三、第十下层石灰岩，奥陶系石灰岩。
现分述如下：
（1）第四系砂层含水层
第四系覆盖全区，厚度57.16～112.42m，平均77.56m。
呈东北薄，向西南增厚的趋势。
根据岩性和富水性特征分上下两组。
上组由黄褐色粘土、砂质粘土、砂层等组成。
一般厚30m。
夹砂2～3层，局部达5层。
砂层累厚10m左右，富水性强。
据邻矿蒋庄煤矿上组砂层抽水资料：
单位涌水量为1.449L/s.m，静止水位标高+38.34m，水质类型为HCO3-Ca.Na型水，矿化度0.312g/L。
下组由砂质粘土，铁锰结核粘土，粘土质砂及砂砾层组成。
一般厚40m，夹砂2～3层，砂层累厚14m左右。
砂层厚度变化大，多呈透镜体，相变频繁，富水性较弱。
据周边蒋庄矿下组砂层抽水资料：
单位涌水量为0.00816L/s.m，静止水位标高为+37.03m，水质类型为HCO3-Ca型水，矿化度为0.386g/L；2003年10月湖区2003-2号孔抽水资料：
单位涌水量为0.6057L/s.m，静止水位标高为+30.14m，水质类型为HCO3.SO4-Ca.Na型水，矿化度为0.483g/L。
（2）上侏罗统砾岩
上侏罗统地层主要分布在东北部，南部仅零星出露。
残厚0～216.50m，其中砾岩厚0～143.40m，一般30～60m。
砾石主要成分为石灰岩、石英岩块，砾径2～7cm，钙铁质胶结，裂隙发育，但不均一。
全区揭露砾岩的钻孔有29个，7孔漏水，漏水率为24.1%，漏水深度普遍在-80m以上，富水性较强。
水85-4号孔抽水资料：
单位涌水量为0.3945L/s.m，水位标高+16.83m，水质类型为硫酸钠钙型水，矿化度为0.685g/L。
因距煤层较远，3上煤层“两带”高度影响不到上侏罗统砾岩，在正常条件下，对矿井无充水影响。
（3）山西组3煤顶部砂岩（为煤3上、煤3下顶部砂岩统称）
本层除局部为3煤直接顶板，均为老顶。
两层总厚度为15.04～58.23m左右。
以中粒砂岩为主，砂质、泥质胶结。
钻进过程中有7个钻孔漏水，漏水标高除一孔在-323m外，均在-200m水平以上。
补给条件较差，含水性弱。
据钻孔抽水资料：
单位涌水量0～0.727L/s.m，精查及补勘阶段水位标高为-44.39～+38.05m，据2003年湖区水文补勘资料水位标高-108.08m（2003-1号孔），水质类型为HCO3.SO4-Ca.Na型水，矿化度为1.149～3.514g/L。
为3上煤层的直接充水含水层。
（4）太原组第三层石灰岩
深灰色厚层状石灰岩，质较纯，含泥质和燧石结核，结构致密。
厚度7.10～9.80m，一般7～9m。
裂隙发育，但不均一。
一般在断层带附近裂隙发育，水量大。
另外，浅部比深部裂隙发育，富水性强。
根据抽水资料：
单位涌水量为0.011～1.06L/s.m，水质类型为HCO3-Na.Ca型水，矿化度为0.273g/L。
（5）太原组第十下层石灰岩
浅灰至深灰色，结构致密，局部含泥质。
厚3.43～7.38m，一般5m左右。
裂隙发育不均，一般含少量裂隙且被方解石充填。
钻探过程中有3孔漏水，漏失量2.730～6.422m3/h。
据抽水资料：
单位涌水量0.000908L/s.m。
水质类型为SO4-Ca.Na型水，矿化度为3～4.63g/L。
十下灰为16煤直接顶板，是开采16煤时矿井充水主要水源，但由于埋藏较深，补给条件不良，含水性较弱。
（6）奥陶系石灰岩
灰白～深灰色，质纯，结构致密。
区内最大揭露厚度为49.89m。
裂隙岩溶发育（裂隙宽度2～11mm），含水丰富。
水85-2号孔抽水资料：
单位涌水量为0.1387L/s.m，矿化度为3.828～4.9g/L，水质类型为SO4-Ca.Mg型水。
2、隔水层
第四系上下组之间有一层稳定的粘土隔水层，厚3.05～13.80m。
粘土质纯，可塑性强，隔水性能好，阻隔了地表水、第四系水与第四系下组含水层的水力联系。
正常情况下，下石盒子组杂色泥岩、灰色粉砂岩阻隔了侏罗系砾岩含水层对煤系地层的影响。
区内17煤层局部可采。
16煤层距奥灰约60m，其中本溪组厚度一般40m。
岩性为铁质泥岩、薄层石灰岩和粘土岩。
正常情况下开采16煤层时不会受奥灰水的威胁。
3、断层导水性
崔庄井田范围内主要断层6条，除田岗断层位于矿井中部外，其余均为边界断层。
从目前掌握的资料分析：
有导水可能的断层2条，导水可能性较小或不导水的断层2条，仍不清楚需待查明的断层2条。
目前矿井防治水重点，首先要查明区内小断层的分布，预测突水的可能，必要时可疏水降压形成合理的水头梯度，使各含水层上下的隔水层发挥自己的隔水作用，确保矿井安全。
4、充水因素分析及涌水量预测
在综合研究崔庄煤矿水文地质资料的基础上，针对目前的现状，归纳出与矿井充水相关的以下几条因素：
（1）大气降水与矿井涌水量的关系
收集了从1987～2007年矿区降水量及1989～2007年矿井涌水量资料，通过对比，矿井涌水量与同期降水量无明显关系。
（2）湖水对采煤的威胁程度
1982～1987年微山湖东南岸殷庄煤矿进行湖下采煤的试验研究成功以来，姚桥、徐庄、孔庄、等煤矿都相继开始了湖下采煤，二十几年的生产实践证明在微山湖下采煤是安全的。
（3）太原组第三层石灰岩水对3下煤层的底鼓影响
太原组第三层石灰岩距3下煤层底板34.62～65.73m，平均43.61m。
预计安全隔水层临界值平均厚度在38.92m（包括煤层底板破坏系数8米在内），在正常条件下三灰水对3下煤层无底鼓影响。
由于构造原因，造成个别点三灰与3下煤层间距断薄时（如85-5、89-6号孔）须注意防范三灰水。
（4）钻孔封闭质量对矿井充水的影响
封闭不良的钻孔，人为地加强了各含水层之间的水力联系，使其直接充水含水层的补给条件得到改善，增大了补给量，对煤矿开采具有更大的威胁。
多年来，对封孔的要求标准极不统一，使评价封孔质量难度较大。
特别是湖区钻孔的封闭质量的评价，由于湖区取封难度大，封闭不良钻孔对矿井充水威胁程度高，对湖区钻孔的封闭情况应进行详细的核实，必要时进行取封验证。
（5）断层对矿井充水的影响
田岗断层局部导水，断层下盘奥陶系灰岩水通过断层补给煤系各含水层；高庙断层具有一定导水性；其它断层导水性弱或强有待于进一步查明。
但从主要充水含水层的水位下降幅度来分析，断层的导水性都不是很强，井田各充水含水层获得的动储量有限。
（6）煤层开采时的充水含水层
开采3煤层时的充水含水层包括3煤层顶底砂岩含水层及底部三灰含水层；开采12下煤层时的主要充水含水层有太原组薄层灰岩五灰、七灰、八灰及九灰；开采16、17煤层时主要充水含水层为十下灰岩含水层。
矿井涌水量；矿井充水主要来源是地层至3层煤顶板砂岩、三灰、十灰根据临近煤矿目前开采的实际情况。
结合地质部门提供的涌水量，预计矿井正常涌水量为504m3/h。
最大涌水量为600m3/h。
1.3.4瓦斯、煤尘和自然发火
（1）瓦斯；
据钻孔瓦斯测量资料，各煤层瓦斯含量均小于1cm3/g，临近矿井柴里煤矿1977年测定CH4相对涌出量为3.812m3/t，CO2相对涌出量为8.466m3/t，本井靠近柴里煤矿，地质情况基本类似，故地质部门根据柴里矿历年及1977年审定的等级，本矿CH4相对涌出量为4.03m3/t，确定本矿井为低瓦斯矿井。
（2）煤尘；
井田中钻孔煤芯样的煤尘测定结果，表明各可采煤层都有爆炸危险性，矿井生产中应注意防尘。
据崔庄煤矿2004年3月煤尘爆炸性鉴定报告（3采区3上煤层），抑制煤尘爆炸最低岩粉量为85%，有煤尘爆炸性危险。
（3）煤的自燃
由于矿井范围内对煤层燃点的试验样少，参考蒋庄井田资料，见表1-4。
表1-4可采煤层燃点试验测定结果表
煤层
钻孔（个）
△T（℃）
自燃发火结论（等级）
3上
2
16
不易自燃发火（Ⅲ）
3下
2
7～11
不易自燃发火（Ⅲ）
12下
2
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