采矿毕业设计180万t.docx
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采矿毕业设计180万t
1矿区概述及井田地质特征
1.1矿区概述
1.1.1位置与交通
赵固二矿井田西南距焦作市55km，东南距新乡市37km，东北距辉县市10km，与新乡市、焦作市、辉县市、获嘉县均有柏油公路相通，经薄壁至山西省也有公路相连。
井田南约18km有新（乡）～焦（作）铁路横贯东西，距新（乡）～焦（作）铁路获嘉车站22km，西南距焦作矿区铁路专用线赵固一矿约6km，井田东距京广铁路24km左右，吴村—辉县—新乡的762窄轨铁路从井田北部通过。
全区地势平坦，乡村公路纵横成网，交通便利。
交通位置详见图1-1-1。
赵固一井
图1-1-1交通位置图
图1-1-1
1.1.2地形与河流
本区属于太行山山前平原，主要由坡积、洪积和冲积洪积扇裙组成，地面海拔标高+22m～+35m，全区呈北高南低缓慢倾斜地势，坡降4%～6%，地势总体平坦。
本区地表水系属海河流域卫河水系，区内河流主要有：
百泉河、黄水河和石门河。
井田北部太行山区岩层裸露，沟壑深切，河谷地带有许多岩溶大泉，径流资源丰富，多数河流上游河段有水，距山口10～20km开始漏失和全部漏失，成为煤矿的主要充水水源。
另外，为满足农业灌溉需要，还兴修了一些灌溉干渠。
1.1.3气象及地震
1、气象
本区属暖温带大陆性气候，四季分明，夏季炎热，冬季寒冷，春秋两季气候宜人。
年平均气温14.1～14.9℃，最高气温38.6℃（1976年6月），最低气温为零下8.1℃（1977年1月）。
每年7～8月为雨水季节，约占年降水量的70%以上，降水集中时往往积水成灾，亦是地下水回补的时期。
年平均降水量为580～600mm。
年蒸发量为1680～2041mm。
月平均相对湿度8月最大，为83%，1月最小，为63%，年平均相对湿度为70%。
结冰期一般在12月～翌年3月，冻土深度为100～150mm，积雪厚度150～200mm。
夏季多东南风和南风，冬季多西北风和北风，年平均风速为2.37m/s，最大风速为18m/s。
2、地震
河南省地震局资料记载，本区最大一次地震是1587年4月10日发生在修武县的六级地震。
按照《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）附录A《我国主要城镇抗震设防烈度设计基本地震加速度和设计地震分组》划分，本矿井所在地区辉县市抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g。
1.1.4矿区经济概况
焦作矿区矿产资源丰富，已探明的矿藏达20种，主要有煤、大理石、花岗岩等。
焦作矿区含焦作、济源2个煤田，含煤面积1660km2，-1500m以浅煤炭资源储量约7750.38Mt。
矿区初步形成了煤炭、电力、耐火材料、冶金、机械、化工等工业生产体系。
矿区农业以种植小麦、玉米、红薯等为主，经济作物主要有烟叶、花生、棉花、药材。
赵固二矿所在辉县市，现有耕地面积88万亩，人口75万，辖11镇15乡，534个行政村1450个自然村。
“十一五”期间，河南省将加快构建和发展以郑州为中心，包括洛阳、开封、新乡、焦作等城市在内的城市密集区，中原城市群发展构想是突出重点，建设郑州都市圈，建设城市产业走廊、现代服务业中心和现代农业示范带，都给赵固矿区开发带来良好的发展机遇。
矿井建设所用的水泥、砂石等材料可由当地生产，钢材、木材等需由外地运入。
另外，该区人口比较密集，劳动力资源丰富。
1.1.5水源及电源
㈠水源情况
井田内可供选择的水源有：
新近系中部承压水以及处理后的矿井井下排水。
本矿井涌水量大400m3/h利用矿井排水符合节水政策，且该区用地下水水质易保证且处理简单。
设计中两个水源均考虑利用，建井初期生产及生活用水利用新近系砂砾石层地下水，项目生产期间生产、生活用水利用处理后的矿井排水。
水源可靠。
㈡电源情况
对本矿井有供电可能的电源主要有赵固一矿110kV变电站，李固110kV变电站和冯营电厂。
三处电源均辖属焦作煤业（集团）有限责任公司，电源有保证。
李固110kV变电站位于该矿井正西方向约28km处，其一回110kV电源引自焦作市电业局管辖的韩王220kV变电站，另一回110kV电源引自九里山110kV变电站，线路导线型号均为LGJ-120，线路长度分别为11km，15km。
主变容量为2×25MVA，110kV母线为单母线分段接线，目前该站最大负荷约5MW。
冯营电厂位于该矿井正西方向约33km处，装机容量2×50MW，电厂以发电机-变压器组单元接入电厂110kV配电装置，以两回110kV线路在韩王220kV变电站与系统并网，出两回110kV线路至九里山110kV变电站，为赵固一矿预留一个110kV间隔，备用一个110kV间隔。
赵固一矿110kV变电站位于本矿井西北方向约6.5km处，其两回110kV电源分别引自冯营电厂和李固110kV变电站，线路导线型号均为LGJ-185，线路长度分别为27km和22km。
主变容量为2×31.5MVA，110kV母线为单母线分段接线。
1.2井田地质特征
1.2.1地层
赵固二矿井田属第四系、第三系全覆盖区。
据钻孔揭露，本区赋存地层主要有奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组和上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组、第三系、第四系，其中石炭系上统太原组和二叠系下统山西组为主要含煤地层。
1.2.2含煤地层
井田内含煤地层为石炭系上统太原组、二叠系下统山西组和下石盒子组。
含煤地层共含煤19层，煤层总厚度10.83m。
含煤地层总厚278.63m，分5个煤组段，含煤系数为3.89%。
山西组和太原组为主要含煤地层，煤层总厚度10.71m，地层总厚172.26m，含煤系数为6.22%。
山西组下部的二1煤层为主要可采煤层，太原组底部的一21、一22煤层为大部可采煤层，其余煤层偶见可采点或不可采，可采煤层总厚8.91m，可采含煤系数为5.17%。
1.2.3构造
三、构造
1、区域构造
焦作煤田位于华北板块南部，太行构造区的太行断隆东侧之南缘，南邻开封断陷，东邻汤阴断陷。
太行断隆区是在隆起构造背景下形成的伸展构造型式，以高角度正断层为主体，形成地堑、地垒、掀斜断块等组合形态。
焦作煤田总体为走向北东、倾向南东、倾角一般<20°的单斜构造形态，构造以断裂为主，局部发育次级褶曲。
断裂主要有NE、NW、EW向三组断裂，且以NE向断裂为主。
三组断层交织成网，将煤田分割成大小不等的断块，NW向和EW向断裂构成井田群的分界，而NE向断裂则构成单个井田的分界。
区域构造见图1-2-1。
2、井田构造
井田总体形态为一走向NW，倾向SW，倾角一般4°～10°的单斜构造。
受区域构造控制，井田内构造特征以断裂为主，局部发育小幅度次级褶曲。
见井田构造纲要图1-2-2。
较明显的褶曲有3个背斜和1个向斜，使二1煤层底板等发生不同程度的扭曲，部分煤层底板等高线表现为马鞍状。
发育的断层有NE向、NW向和近EW向三组，其中以
NE向为主（占72％），近EW向次之（占20％），局部发育NW向断层（8％）。
赵固二井
图1-2-1区域构造图
全井田共发育断层2条，其中落差大于等于100m的1条；落差大于等于50m、小于100m的1条。
主要断层描述如下：
⑴百泉断层（F17）：
为井田北部边界断层，向西南、东北延伸出区外，区内延展长度8km。
为正断层，整体走向为北东，局部近东西。
该断层倾向南东～南西，断面呈舒缓波状，倾角60～75，北西盘上升、南东盘下降，落差130-150m，西南段落差大，中间落差小，向北东又逐渐变大，切断二1煤层露头，在中部并发育分支断层F17-1。
该断层中部和东部控制程度高，西部控制程度较差。
⑶南云门断层（F18）：
位于井田中南部，走向整体为NE向，在测区西南角转为近EW向，为正断层，倾向SE，倾角48°～75°，区内延展长度4300m，最大落差90m，从西南到东北落差逐渐减小。
此断层为控制可靠断层。
1.2.4水文地质
㈠区域水文地质特征
焦作煤田地处太行山复背斜隆起带南段东翼，其北部为太行山区，天然水资源量38541万m3/a，山区出露的石灰岩面积约1395km2，广泛接受大气降水补给，补给量26.28m3/s。
区内寒武系、奥陶系石灰岩岩溶裂隙发育，为地下水提供了良好的储水空间和径流通道，岩溶地下水总体流向在峪河断裂以北（含赵固一矿井田）为SE、SW向，以南为NW向，一般在断裂带附近岩溶裂隙发育，常常形成强富水、导水带，如凤凰岭断层强径流带，朱村断层强径流带、方庄断层强径流带等。
统计资料显示，岩溶地下水动态大致经历了三个阶段，即：
五十年代中期到六十年代中期的基本天然状态；六十年代中期到七十年代末期的平水期过量开采状态；七十年代末到二十世纪初的枯水期过量开采状态，各期数据变化详见表1-2-16。
水文年
年代
历时（年）
降雨量（mm）
排水量（m3/s）
水位降低（m）
最低水位（m）
水位年变幅（m）
丰水期
52~64
12
826.1
1.501
100
8~16
平水期
65~77
13
711.87
4.694
9.0
91
5.8
枯水期
78~86
8
662.3
9.939
6.0
85
6.2
焦作煤田岩溶地下水变化历时统计表
表1-2-16
总的来看，如果没有丰水年的降水补给，区域岩溶地下水平衡状态基本已被打破，水位连年下降已成定势。
1、含水层
⑴奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层
由中厚层状石灰岩、泥质灰岩组成，本区有9孔揭露该层，最大揭露厚度67.30m，含水层顶板埋深725.86～991.50m，在古剥蚀面的附近岩溶裂隙发育。
普查期间和本次勘探，都没有涌漏水孔，13202孔抽水单位涌水量0.00189l/s.m，渗透系数0.00333m/d，稳定水位标高82.00m，水化学类型为HCO3—Ca.Mg型，矿化度0.309g/l。
该层距二1煤一般109.12～126.03m，正常情况不影响煤层开采，断裂沟通情况下对矿井威胁大。
邻区北部赵固一矿的L8群孔抽水试验时，12203孔奥陶系含水层水位出现了小幅下降，反映了含水层之间的水力联系。
⑵太原组下部灰岩含水层
由L2、L3灰岩组成，其中L2灰岩发育较好，厚度由东向西、由浅而深变厚，一般10.01～14.68m，据10个钻孔统计，遇岩溶裂隙涌漏水钻孔4个，涌、漏水钻孔主要分布在断层附近，邻区6002孔抽水单位涌水量1.090l/s.m，渗透系数9.87m/d，为富水性较强的含水层。
该含水层直接覆盖于一22煤层之上，为该煤层直接充水含水层。
上距二1煤层85.58～104.57m，正常情况对二1煤层没有影响。
⑶太原组上部灰岩含水层
主要由L9、L8、L7灰岩组成，其中L8灰岩发育最好，据揭露该层的30个钻孔统计，L8含水层厚度一般6.77～14.78m，L9灰岩厚度0.7～2.58m，两层灰岩岩溶裂隙较发育，单位涌水量0.0005～0.059l/s.m，渗透系数0.0036～0.648m/d。
该含水层水位标高80.49～84.97m，为富水程度中等含水层。
水化学类型较多，有HCO3.SO4—Ca.Mg、HCO3.SO4—Mg.Ca、Cl.HCO3—Ca.K+Na.Mg型，矿化度为0.303～0.625g/L，PH为7.73～8.46，基本上为中性。
该含水层上距二1煤层9.10～16.22m，为二1煤层底板主要充水含水层。
⑷二1煤顶板砂岩含水层
主要由二1煤顶板大占砂岩和香炭砂岩组成，厚度一般10m左右，细粒砂岩以下级的厚度15～40m，所揭露钻孔均未发生涌、漏水现象，据测井资料统计砂岩渗透系数k<0.12m/d，一般为k=0.0043～0.078m/d，属弱富水含水层。
12751孔抽水单位涌水量0.0013l/s.m，渗透系数0.0055m/d，校正后的渗透系数为0.021m/d。
水位标高67.78m。
水化学类型HCO3—K+Na.Ca型，矿化度0.425g/L，属弱富水含水层，PH为7.94。
⑸风化带含水层
由隐伏出露的各类不同岩层组成，厚度15～50m，一般20～35m，13151孔抽水单位涌水量0.135l/s.m，属中等强度含水层。
局部为弱透水层（K<1.12m/d）。
2、隔水层
⑴本溪组铝质泥岩隔水层
指奥陶系含水层上覆的铝质泥岩层、局部薄层砂岩、砂质泥岩层，全区发育，厚度4.5～12.63m，分布连续稳定，但该层厚度较薄，开采时应引起注意。
⑵太原组中段砂泥岩隔水层
系指L4顶至L7底之间的砂、泥岩、薄层灰岩及薄煤等岩层，该层段总厚度35.22～48.90m，平均厚度43.00m，以泥质岩层为主体，总体为隔水层，为太原组上下段灰岩含水层之间的主要隔水层。
⑶二1煤底板砂泥岩隔水层
指二1煤底板至L9顶板之间的砂泥岩互层段，以泥质类岩层为主，表现为隔水性。
该段总厚度为9.1～17.27，平均厚度12.84m左右；分布连续稳定，是良好的隔水层段，但在高压水状态下的隔水性能有待研究。
⑷第三系泥、泥质隔水层
由一套河湖相沉积的粘土、砂质粘土组成，厚度500～1180m，呈半固结状态，隔水性良好，可阻隔地表水、浅层水对矿床的影响。
（5）矿井涌水量预算
勘探报告对二1煤层顶、底板充水含水层进行了抽水试验，共抽水9层次，其中奥灰1层次、太原群上段5层次，煤层顶板1层次，利用抽水参数用解析法预算-800m水平和-950m水平正常涌水量分别为1963.15m3/h、2266.03m3/h。
利用邻近古汉山和辉县吴村煤矿实际涌水资料用比拟法预算-800m水平和-950m水平正常涌水量分别为1835.07m3/h、1970.13m3/h。
公式法预算与比拟法预算结果比较接近，但预算的涌水量还存在差距。
报告利用3个单孔抽水试验经过井损的校正后的参数进行计算，反映了二1煤层底板灰岩含水层的实际情况。
因此用这些参数计算的矿井涌水量具有一定合理性。
但由于抽水钻孔较少，代表性差，可靠性不高。
古汉山煤矿开采面积暴露的条件不够充分，-450m水平，降深270m，揭露的顶板含水层面积较小，因此用古汉山煤矿资料评价赵固二井的矿井涌水量，略显欠缺；吴村矿开采时间较长，开采水平-300m，降深390m，有一定的代表性，虽然用古汉山、吴村两个已知矿井相比拟时，存在底板实际涌水量与计算结果上存在1.13系数；而勘探揭示的赵固二矿位于深部，岩溶含水层的富水程度较一矿有降低，因此，用吴村矿预算二矿水量较为适宜。
设计采用地质报告推荐的利用吴村煤矿实际涌水资料比拟计算的矿井涌水量，即-800m水平为1835.07m3/h、-950m水平为1970.13m3/h，最大涌水量按正常值的1.3倍计算，计算的矿井最大涌水量-800m水平为2385.59m3/h、-950m水平为2561.17m3/h。
根据建设单位建议和意见，处于安全角度出发考虑,矿井排水系统按-950m水平涌水量进行计算。
矿井初期开采排水水平为-682m，-682m排水水平以上服务年限为13.8a。
根据地质报告采用的计算方法（比拟法），结合-682m排水水平以上的开采范围，预测-682m水平以上矿井正常涌水量为1562.55m3/h.
1.2.5地质勘探程度
本井田面积约20km2，先后施工钻孔247个，平均每平方公里3.8个钻孔，在前期开采的3上煤层赋存范围内，每平方公里平均4.6个钻孔。
抽水39次，测井钻孔245个，采取瓦斯样67个，煤样426个，合计各种样品1865个。
井田内的地质构造形态。
主要褶曲和断层均基本查清，特别是3下煤层赋存区控制程度高，煤层对比基本清楚，对煤质、煤层特征及开采条件均基本查明，水文地质条件基本搞清。
勘探程度较高，所提资料可满足设计要求
1.3煤层特征
1.3.1可采煤层
井田含煤地层为石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组。
山西组和太原组为主要含煤地层，山西组下部的二1煤层和太原组底部的一22、一21煤层为主要可采煤层，其余煤层偶尔可采或不可采。
1、二1煤层
赋存于山西组下部，上距砂锅窑砂岩（Ss）45.64～81.25m，平均60.18m；下距L8石灰岩19.65～40.24m，平均27.01m，层位稳定。
煤层直接顶板以砂质泥岩、泥岩为主，间接顶板为细~粗粒砂岩（大占砂岩）；底板多为砂质泥岩和粉砂岩，局部为细粒砂岩，偶见炭质泥岩。
区内共施工31孔，其中露头外5孔（7601、8003、8201、8801、8803），未达到二1煤层位1孔（8001），断失二1煤层3孔（7603、12601、13602），实际有22孔穿过二1煤层位，煤层厚度4.73～6.77m，平均6.16m，煤层厚度主要集中在6.00m~6.50m之间（详见图1-2-3）。
图1-2-3煤层厚度分布直方图
井田内见煤的22个钻孔中，有12个钻孔含夹矸，其中含3层夹矸的1孔（12803），含2层夹矸的1孔（13601），其余10个钻孔含1层夹矸。
夹矸厚度0.10～0.53m，平均厚度0.19m。
夹矸多为泥岩，居于煤层中下部。
煤层总体结构较简单。
二1煤层厚度大，变化小，结构比较简单，煤质变化很小，煤类单一，层位稳定，全区可采。
二1煤层平均煤厚6.16m，可采性指数Km=1，标准差s=0.51，变异系数r=8.27%，属稳定型厚煤层。
见二1煤层等厚线图1-2-4。
2、一22煤层
赋存于太原组底部，上距二1煤层98.67～110.72m，平均104.95m，下距奥陶系顶界面8.13～16.28m，平均11.35m。
煤层直接顶板为石灰岩，局部为泥岩和砂质泥岩；底板多为泥岩或砂质泥岩，局部为砂岩，偶见炭质泥岩伪顶、伪底，层位稳定。
煤层厚度0.29～1.79m，平均1.21m，煤厚有一定变化。
夹矸1～2层，夹矸厚度0.25～0.41m，平均厚度0.34m。
夹矸多为泥岩，居于煤层中部。
煤层总体结构比较简单。
一22煤层结构比较简单，煤质变化很小，煤类单一，层位稳定，从厚度来看全区大
部可采。
一22煤层平均煤厚1.21m，可采性指数Km=0.78，标准差s=0.46，变异系数r=38.01%，属较稳定型中厚—薄煤层。
3、一21煤层
赋存于太原组底部，上距二1煤层101.72～113.55m，平均108.27m，下距奥陶系顶界面4.48～12.63m，平均7.70m。
煤层直接顶板为泥岩和砂质泥岩，局部为砂岩；底板多为本溪组铝质泥岩，局部为砂质泥岩，偶见炭质泥岩伪顶、伪底，层位稳定。
煤层厚度0.64～3.06m，平均1.54m，煤厚有一定变化。
夹矸1～3层，夹矸厚度0.10～0.50m，平均厚度0.23m。
夹矸多为泥岩，居于煤层中部。
一21煤层结构简单—较复杂，煤质变化很小，煤类单一，层位稳定，全区大部可采。
一21煤层平均煤厚1.54m，可采性指数Km=0.9，标准差s=0.61，变异系数r=39.61%，属较稳定型中厚－薄煤层。
从厚度来看，一21煤层、一22煤层均属可采煤层，但由于一21煤层、一22煤层下距奥陶系灰岩仅有10m左右，其直接顶板又为L2灰岩（强含水层），处于两强含水层之间，水文地质条件极复杂，且煤质属中灰、高硫煤，为环保政策限采煤层，因此在目前条件下设计暂不考虑开采。
井田内各煤层特征见表1-2-2。
井田煤层特征表
表1-2-2
煤层
编号
可采厚度
（m）
煤层间距
（m）
结构情况
可采程度
稳定性
夹矸层数
类型
两极值
两极值
一般值
一般值
二1
4.73～6.77
0～3
比较简单
全区可采
稳定
6.16
98.67～110.72
一22
0.29～1.79
104.95
0～2
比较简单
大部可采
较稳定
1.21
2.83～3.05
一21
0.64～3.06
2.94
0～3
简单～较复杂
大部可采
较稳定
1.3.2煤的物理性质
二1煤以块煤为主，夹有少量粒状煤，灰黑至黑灰色，条痕为灰黑色，似金属光泽，以贝壳状断口为主，局部为参差状。
内生裂隙发育。
块煤强度大，坚硬。
据钻孔煤芯资料统计，块煤产率达到80%。
视密度1.52。
二1煤宏观煤岩组分以亮煤为主，暗煤次之，含少量丝炭透镜体。
宏观煤岩类型属光亮型～半亮型。
1.3.3煤的风化和氧化
二1煤层主要煤质特征表
表1-2-3
水分
Mad
%
灰分
Ad
%
挥发分
Vdaf
%
发热量
Qgr,v,d
MJ∕kg
硫分
St,d
%
磷分（×10-6）
Pt
%
0.37～4.21
11.37～18.65
5.28～10.91
27.74～31.57
0.28～0.46
0.004～0.089
1.54（21）
13.78（21）
7.37（21）
30.03（21）
0.34（21）
0.035（16）
二1煤层煤类确定结果表
表1-2-4
煤层
指标特征（%）
焦渣特征
类别
符号
Vdaf
Hdaf
R
二1
4.85~9.13
5.55（17）
2.72~3.33
2.90（17）
2.47~3.46
2.99（7）
2
无烟煤二号
WY2
。
抗碎强度、可磨性指数、热稳定性测试结果表
表1-2-5
煤层
可磨性指数
热稳定性（%）
抗碎强度试验
HGI
分级
TS+6
TS6-3
TS-3
平均残焦率
分级
SS
分级
二1
26~77
39（7）
难磨煤
65.0~85.1
79.7（4）
13.9~15.3
14.6（3）
0.7~1.0
0.9（3）
89.6~91.0
90.5（3）
较高热稳定性煤
57.6~87.4
77.5（6）
高强度煤
二1煤层各项指标分级统计结果表
表1-2-6
灰分
硫分
发热量
磷分
砷
抗碎强度
可磨性
热稳定性
灰熔
融性
结渣性
可选性
低中灰
特低
特高热值
低磷
一级含砷
高强度
难磨
较高热稳定性
较高
软化温度
弱
较难选~易选
1.3.5瓦斯含量
煤层瓦斯成分含量测试结果表
表1-2-11
煤层
采样
地点
上覆有效地层厚度（m）
煤层
厚度
（m）
瓦斯成分（%）
瓦斯含量（mL/g.r）
O2（%）
煤质分析（%）
CO2
CH4
N2
CO2
CH4
N2
自然
加热
Mad
Ad
二1
7305
253.8
6.35
0.31
15.36
0.20
0.50
8006
121.81
5.41
9.24
7.83
82.93
0.50
0.52
0.23
5.49
0.52
2.03
15.45
12201
170.26
5.59
28.50
0
71.50
0.37
0.00
0.93
3.15
1.58
1.00
14.83
13601
99.71
5.74
15.41
75.98
8.61
1.33
7.05
6.68
0.98
2.60
2.73
34.81
12603
163.83
6.63
3.53
81.25
15.23
0.66
15.11
2.83
0.88
0.69
0.96
11.35
12605
95.14
6.01
10.52
42.57
46.91
1.01
4.09
4.51
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