屯兰矿新井初步设计

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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1地理位置屯兰矿位于山西省古交市西南6Km，距太原市60Km，区内有四条公路与外相通：太原一陕西佳县公路由井田北缘通过;文水开栅一古交线沿原平川通过；清徐一古交线沿大川河通过；岔口一古交线沿屯兰川通过。国铁太古岚铁路沿井田北缘通过，屯马铁路支线由本井田中部工业广场通过，交通便利。屯兰矿交通地理位置图如图1.1.1。图1.1.1 屯兰矿交通地理位置图1.1.2地形与地貌井田位与吕梁山东翼，属中低山区，地形切割强烈，沟谷纵横，以山地地形为主，仅在大河谷中分布有宽约200600米的冲积-洪积平原。全区地势西南

2、高东北低，最高处在大东磨上附近，标高1400米；最低处在古交镇附近汾河河床，标高970米。相对高差一般150250米。1.1.3气候和地震本区属我国北方大陆性半干旱气候。四季分明，春多风沙，夏热多雨，秋季凉爽，冬季干寒。据寨上水文资料，年降水量最大632.6mm，最小172.1 mm，年平均457.8mm，全年降水量约60集中于7、8、9三个月。据太原气象台观测资料，最高气温39.4，最低气温达-25.5，年均气温9.4。全年多偏北风，年平均风速24ms，最大冻土深度7 7 cm。据山西地震局资料，古交区地处6度地震基本烈度区，而位于断陷盆地的太原市区为7度区。据记载太原市区发生的地震最高为5

3、级，太原以南的清徐一带曾发生过6级地震。1.1.4水源和电源矿井永久水源取自汾河上游的汾河水库。矿井电源取自屯兰ll0kv区域电站。1.1.5矿区水文屯兰井田位于西山煤田的西北部，水文地质条件复杂，全区带压开采，煤层最大带压达4.54Mpa。本区内河主要有汾河及支流屯兰河、原平河、大川河。汾河自西向东流经本区北缘，其支流屯兰河、原平河及大川河分别自南向东或自南向北流经本区，在北缘注入汾河，河谷宽400600米。汾河流量受上游水库控制，最大流量673m3/h。汾河支流平时流量仅每秒十几升，雨季则可形成具有破坏性的洪流。其它次一级的小沟谷多为季节性河谷，平时干涸或仅仅有涓涓细流。1.2井田地质特征

4、1.2.1地层本区仅出露有山西组顶部及以上地层，据钻孔揭露，其地层由老至新依次有：奥陶系中统马家沟组(02)，石炭系中统本溪组(C2b)，石炭系上统太原组(C3t)，二迭系下统山西组(P1s)，二迭系下统下石盒子组(P1x)，二迭系上统上石盒子组(P2s)，二迭系上统石千峰组(P2 s h)，第三系、第四系地层。1.2.2地质构造本区位于西山煤田北部，地层走向北西，倾向南西，倾角215，呈NNE向SSW倾伏的波浪状单斜构造。较大褶曲少见，但次一级小型波状褶曲发育。断层较多，且成组出现。1、褶皱构造本区大的褶曲不甚发育，比较明显的有井田西部边缘的鲜则背斜、元家山向斜以及东南部的东大岭向斜。而在井

5、下生产中实际揭露次一级小型背一向斜相当发育。鲜则背斜：位于井田西部边缘，其轴部北起八字山村西南，南至七福沟，轴向大体呈南北方向，全长约5公里。轴部出露最老为上二迭统上石盒子组地层。两翼倾角49。元家山向斜：位于鲜则背斜以东，并与之平行，其轴北起元家山村东，南到姬家庄村以西，大体呈南北方向，全长约3.8公里。两翼倾角613。轴部出露多为上二迭统石千峰组地层。东大岭向斜：位于井田东南部，其轴南起东大岭村东，向北东30延伸，到72号钻孔附近消失，其中部轴向变为北东60，全长5公里。两翼倾角410。由于沿轴部覆盖面积较大，所以地面不够明显。2、断裂构造井田内断层发育，均属高角度正断层。根据屯兰勘探区精

6、查地质报告，发现落差5米以上断层66条，其中落差30米以上7条，100米以上4条，断层走向以北东3565者居多，占三分之二。这些断层均有明显的成组出现的特点，区内分布有两组，每组有46条落差10米以上的断层，常常伴生许多成束的小断层，走向北东，大多带有压扭性质。 3、陷落柱 区内陷落柱比较发育，屯兰井田从建井至2005年底，井下共揭露陷落柱90个。陷落柱在平面上呈带状分布，柱体形态多呈椭圆扁圆或不规则圆形，剖面上多呈反漏斗状，陷落角多为6080度。柱体内岩块杂乱无序，一般胶结松散，呈半胶结状态。从井下揭露陷落柱情况来看，长轴直径一般3050米，最大达100米以附兰矿构造纲要图。1.2.3井田水

7、文地质特征井田自上而下有四个含水层组，即：第四系砂砾含水层组，石盒子组砂岩含水层组，太原组薄层灰岩含水层组和奥陶系灰岩含水层组。1、第四系砂砾含水层：主要赋于屯兰河、原平河、大川河及汾河等河谷中，主要由砾石及砂层组成，富含潜水，冲积层一般厚1015米，渗透性好，主要靠大气降水及地表水补给，区内冲积层的水位在地表下0.87米，上游深，下游浅，水位标高9901030米，单位涌水量为2.5-104升秒米，渗透系数为40.696.68米日，水质HCO3SO2CaMg型，矿化度为245310毫克升。该含水层水与下部含水层联通性差，仅北一盘区右翼、南二盘区左翼接受其侧向补给。2、石盒子组砂岩含水层组：本组

8、厚层砂岩较多，以中一粗粒砂岩为主，含水性分布不均，在靠近屯兰河，原平河及汾河两侧，由于长期受地表河滩潜水的侧向补给，含水性相对较好。本组砂岩在沟谷中出露较多。风化带最大涌水量为0.026升秒米，渗透系数为0.000440.13米日，水位标高993.131042.92米，水质为HCO3-S04(C1)水，矿化度为250561毫克升。该含水层水横向联通性差，分布不均，沿屯兰河两侧含水量较大，工作面回采后通过采空区涌入巷道，为上组煤出水的主要水源。3、太原组薄层灰岩含水层组：由L1、K2、L4三层石灰岩组成，其中以K2最厚，平均厚2.8米，岩性纯，为主要含水层；L1平均厚1.96米，不甚稳定，岩性又

9、常为泥灰岩，含水性较差。由于埋藏较深，裂隙、岩溶均不发育，透水性及含水性随之也差，其单位涌水量为0.182-4.07升秒米，渗透系数为0.166-15.96米日，水位标高为964.18-1038.19米。由于灰岩较薄，以裂隙水形式存在，含水量较小，对矿井生产威胁不大。4、奥陶系中统含水层组：岩性一般以石灰岩为主，裂隙及岩溶发育，富水性强，区内可分为峰峰组含水层、上马家沟含水层和下马家沟含水层。(1)峰峰组含水层：本组为峰峰组上段，岩性以层状灰岩为主，方解石含量较高，平均厚约70米，它位于奥灰顶部，距煤层底板最近，是潜在的直接突水含水层，对煤矿安全生产构成威胁，但其岩溶发育和富水性很不均匀，呈明

10、显的块段性，不同钻孔中的水位标高相差很大，甚至无统一地下水位，它与上马家沟组含水层中间存在隔水层，两者之间的水力联系很不均匀。(2)L马家沟含水层：是本区最主要的含水层组，它与下马家沟组一起组成奥灰岩溶含水主体。该组主要由较纯的灰岩和白云质灰岩组成，厚度大，平均为270米，为岩溶的主要发育层，导水性好、水位很平缓，水位标高为878.4922.8米。(3)下马家沟组含水层：主要由灰岩、花斑灰岩组成，平均厚度110米，方解石含量较多，岩溶较发育，其富水性弱于上马家沟含水组，而强于峰峰组含水层，在古交镇以东至本区以外地区，富水性较好。峰峰组、上马家沟组及下马家沟组含水统称为奥灰水，其岩溶发育，富水性

11、极强，水位高，水压大，全区可采煤层均带压开采。严重威胁着矿井安全生产，影响着矿井的发展规划，是矿井防治水的主要任务。突水系数及涌水量：1、突水性屯兰矿全井田带压，但隔水层相对较完整，其厚度符合安全要求，另外奥灰顶部有1020米厚的充填带，相对增大了隔水强度，因此，采取一定的有效的防治水措施进行带压开采是可行的。从突水系数分析来看，2#煤层全区安全可采，8#煤层突水系数达到0.72 Kgfcm2m，超过水文地质规程0.6 Kgfcm2m的规定，8#煤层有部分区域处于危险区。经对8#煤突水系数进行分析，煤层底板标高低于56 8.3米区为危险区，标高568.3，718.9米为过渡区，大于718.9米

12、为安全区。危险区主要集中在屯兰矿南四、南五盘区。通过对危险区进行疏水降压，来提高开采的安全程度。2、矿井历年涌水量总之，从理论上分析，2#煤层开采是安全的，但区内大中型断层及陷落柱切割，使煤层失去连续性，又因采动破坏使地压发生变化，这些不利因素的相互作用，大大增加了突水的可能，因此，2#煤层的开采也不能够完全排除突水的可能，在生产中切不可麻痹大意。1.3煤层特征 本区煤系地层为山西组和太原组，共含煤13层，煤系地层平均总厚约166米，煤层平均总厚15.7米，含煤系数10。二迭系下统山西组含02#、03#、1#、2#、3#、4#、4下#七层煤层，称为上组煤，煤系地层平均总厚44.58米，煤层平均

13、总厚度为5.32米，含捧系数11.9。石炭系统太原组主要含煤6#、7#、8#、8a#、9#、10#六层，称为下组煤，煤系地层平均总厚度为122.43米，其中煤层平均总厚度为5.98米，含煤系数4.9。 1.3.1煤层特征1、02#煤层：位于K4砂岩下15米，北部发育不好，仅有两个“孤岛式的可采区，向南逐渐增厚，大致在455、7.T19、T64、T55等钻孔连线以南形成大面积的可采区，其中仅43孔为尖灭点，可采范围近乎占总面积的一半。可采区内厚度比较稳定，一般厚1.0米左右，多为薄煤层，局部为中厚煤层，最厚可达2.32米，常有夹石1-2层，顶底板多为砂质泥岩、泥岩或粉砂岩。本层在屯兰井田为不稳定

14、煤层，往南至邻区变成稳定的主要煤层。2、03#煤层：可采范围南北向分布，西至 T7号孔，东至边界。煤层分布连续性差，可采区内常有“孤岛”式的下可采区和尖灭区，可采范围基本同02#煤层，但连续性比后者差。可采区内为薄煤层，厚度一般不超过1.0米，最厚1.03米、大部结构简单，偶有矸石一层。顶底板绝大多数为砂质泥岩或细砂岩。属不稳定煤层3、1#煤层：仅在井田西北缘独立存在，其范围约占全区的十分之一，其余均为与2#煤层合并区。独立分层内大多不可采，仅在西部边缘有近两平方公里的可采区。可采区内厚度多为0.60一0.70米，最大1.13米，结构简单。本层与2#煤层的间距最大3.87米，上与03#煤层间距

15、变化很大，个别点合并。顶底板以砂质泥岩为多，其次为粉砂岩、细砂岩。属不稳定型。4、2#层：厚度1.455.22米，基本为中厚煤层_结构复杂，有夹石13层。虽然厚度变化大，最厚可为最薄的三倍，但有规律可寻，即1#煤与2#煤的合并线是本煤层厚度变化最大的地方，在合并区厚度最大，独立区厚度最小，因而形成东西两侧厚度小，中部厚度大。436钻孔一带为厚度最大地段。顶板以砂质泥岩和泥岩为主，次为细砂岩及炭质泥岩，底板以炭质泥岩为主，次为砂质泥岩。此层煤虽上与1#煤、下与3#煤合并，并且厚度变化大，但有规律，并且都可采，仍不失为稳定型煤层。5、3#煤层：在西南、南及东部独立存在，其余均与2#煤合并，二者相距

16、一般1.0米左右，最大1.64米，隔以炭质泥岩或泥岩，形成明显的组合特征。独立区内靠东界和南界处不可采，可采范围约占全区的十分之三。、为薄煤层，厚度一般小于1.0米，最大1.85米，大多结构简单，偶有夹石一层。顶板大多为炭质泥岩，底板以砂质泥岩、泥岩为主。属不稳定煤层。6、4#煤层：上距3#煤多小于10米。中部发育不好，分布有大片尖灭区和不可采区，其范围大致为420、T24、7、T19、T42、410等钻孔圈定，其中仅在T30、T34号钻孔一带有小片可采区。环绕上述范围几乎全为可采区，仅在189、106孔一带为不可采区，可采范围占全区的十分之七。虽然可采范围较大，但全面来看分布连续性差。采区内

17、厚度一般12米，以薄煤层为主417与5号孔连线以北，由于与4下。煤合并而变厚，为厚煤区。最厚可达3.54米，其次在南部及东南部厚度也较大。常有夹石13层，为复杂结构煤层。顶板以泥岩、炭质泥岩为主，其次为细砂岩，底板以砂质泥岩为主。属不稳定型煤层。7、4下#煤：在相邻矿井镇城底矿及西曲矿界内与4#煤合并，延至本区417、5号孔以南又分开独立存在。紧接合并区分布有面积6平方公里多的东西条带状可采区，可采区内厚度变化很大，最大为2.40米。可采区以南多为尖灭区。本层与4#煤的间距变化较大，多数在10米以内。结构简单，局部有夹石一层。顶底板多为砂质泥岩和粉砂岩。属不稳定煤层。8、6#煤：位于K3下1.

18、215.7米。417、T50、T48等个孔连线成的弧线以西为大片可采区(其中仅T31孔为不可采区)，占全区的一半，以东绝大部分为不可采区，仅T5 5、188及458孔附近分别有一个小块可采区。采区，内厚度一般12米，最大1.91米，西南部厚度大，北部、东部厚度小。本层顶板多为含炭量较大的炭质泥岩。底板以砂质泥岩和粉砂岩为主。结构较复杂，多有一层夹石，属于较稳定型煤层。9、7#煤：直接顶为L4灰岩，其间有时隔以零点几米的炭质泥岩或泥岩，全区仅有T38、132、135三孔为不可采点，T38为临界可采。总的来说，煤层厚度变化为全区最小者，为薄煤层，绝大多数0.71.0大1.08米，结构也简单，仅小部

19、分有夹石一层，属稳定型煤层。10、8#煤：顶板为L1灰岩，有时相变为泥灰岩，层厚02.64米，平均1.59米；底板以粉砂质泥岩、粉砂岩为主，局部相变为细砂岩或中砂岩。上距2#煤5888米，平均厚73米煤层厚度1.1 55.81,平均厚3.45米，为中厚煤层，厚度变化较大，变化规律明显，即厚度与8#9#煤间距成反比。8#、9#煤间距变化大，为33 15米，最大的地段为T12到457孔的南北条带，宽10002000米，另有457至T52孔的分支小条带。在此间距大的条带内8#煤最薄，两侧厚度逐渐增大。总的来看西部大于东部，其厚度变化是沉积盆地不均衡沉降的结果。本层结构复杂，一般有23层夹石，最多4层

20、，属于稳定型煤层。11、8a#煤：西部小面积与8#煤合并，合并线大致在424、426、445、T43等孔附近，以东独立区，紧接合并区有两个可采区，可采面积约5平方公里，可采区内基本为薄煤层，一般厚0.60-0.80米最厚130米，结构复杂，有夹石12层。顶板大多为砂质泥岩，底板为炭质泥岩。属不稳定型。12、9#煤：全区仅位于西北角的428钻孔附近不可采，其余厚度多为1.502米，最大2.88米，以中厚煤层为主，极小面积的薄煤层主要分布于西北角。厚度变化不大，最厚处位于西部，一般有夹石12层，最多3层，结构复杂。顶板以灰黑色粉砂质泥岩、粉砂岩为主，局部相变为炭质泥岩、泥岩等。底板为粉砂岩、粉砂质

21、泥岩，有时相变为细砂岩。属稳定型煤层。13、10#煤：煤厚0.101.40米，平均厚0.59米。仅在西部有近9平方公里的可采区，其范围大致在T40号钻孔以北，T17号钻孔以西，其余大多为尖灭区，仅在毗邻可采区处分布有小面积不可采区，其中有数个孤立可采点。可采区基本为薄煤层，厚度多小于1米，最大1.40米，常有夹石12层。顶板以砂质泥岩为主，其次为细砂岩、粉砂岩，底板多为砂质泥岩。属不稳定型煤层。1.3.2变化规律1、本井田煤层灰分以7#煤最低，1#煤最高。灰分含量的规律大致有两点：(1)厚度不大并且变化较大的不稳定煤层灰分高；厚度变化很小的稳定煤层灰分低；(2)厚度较大的煤层灰分中等。2、本区

22、煤层硫分一般是陆相的山西组低于海陆交互相的太原组，前者多以低硫为主，后者多以中、低硫为主，高硫比例增大。1.3.3煤质本区煤层埋藏较深，主要有变质程度较高的肥煤、焦煤、瘦及贫煤，其中焦煤为主，瘦煤次之，肥煤、贫煤极少。井田内焦煤储量占总储量的61.1 %。瘦煤占26.7，肥煤占11.1，贫煤极少且只分布在9#煤层。 煤质特征1、2#煤层：有肥煤、焦煤、瘦煤三种牌号，以焦煤为主，瘦煤次之，肥煤最少。原煤灰分7.6 8-34.38%，以中灰为主，低友及高灰都较少，洗煤多低于10。原煤硫分多低于1，最高2.40，以低硫占绝对优势。洗煤硫分多低于0.5。磷含量一般小于0.01。显微煤岩类型以亮煤为主。

23、显微煤岩组份以凝胶化组份为主，丝炭化一般在2325之间。2、8#煤：有肥、焦、瘦三种牌号，以焦煤为主，约占60，肥煤极少，约占2。原煤灰分6.4338.54，以中灰为主，洗煤灰分大多数在8左右，最大为23.16。原煤硫分最大6.81，以中硫为主。原煤含磷一般0.002左右，最大0.0347。煤岩类型以暗亮煤为主。煤岩组份以凝胶化组份为主，丝炭化组份多在1825间。矿物含量中等，一般1115，成分以粘土类为主，黄铁矿次之。1.3.4瓦斯、煤尘及煤的自燃性煤管局晋煤基字(1984)第1070号文瓦斯涌出量为12m3t，属高瓦斯矿井。根据实际揭露煤层情况，瓦斯等级鉴定全矿井绝对瓦斯涌出量为183.1

24、0 m3min，相对瓦斯涌出量为23.31m3t。煤炭科学研究院重庆分院对屯兰矿2#煤层12209轨道巷(大块)和8#煤28101工作面(大块)煤样进行煤尘爆炸性实验，结果为煤尘具有爆炸性，2#煤尘爆炸指数为19.38，8#煤尘爆炸指数为24.78。山西省煤炭工业局综合测试中心对屯兰2#煤层和8#煤层煤样进行煤尘爆炸性和自燃倾向性鉴定，结果为煤尘具有爆炸性，煤层自燃倾向性属I类，属容易自燃发火煤层。第二章 井田境界和储量2.1井田境界屯兰煤矿位于太原地区古交市西南，距古交市城区约6公里，行政区划属古交市管辖。本井田北东以汾河南岸最高洪水位线为界，东以大川河西岸最高洪水位线为界，东南以王芝茂断层

25、为界，西与西南以F38断层与425号、454号、448号、446号、T38号、451号钻孔连线为界，北西以风坪岭断层北东段为界，南北长约4.08km，东西宽约5.26km，面积20.24km2。根据中华人民共和国国土资源部2004年11月4日颁发给屯兰矿的采矿许可证（副本）证号1000000420045，矿界由以下17个拐点坐标圈定。2.2井田的工业储量2.2.1井田的工业储量在本设计中，只对2#、8#煤层进行储量计算，参加储量计算的均为可采煤层。依据勘探钻孔资料，将矿体分划分为A、B、C三个块段，在各块段内，用算术平均法求得每个块段的平均煤层厚度，然后求得各块段储量。地质断块法计算见公式2-

26、1。 （2-1）式中 Q工业储量，Mt；块段水平投影面积，m2；块段内钻孔见煤厚度的均值，m；块段内煤的容重，t/m3。经计算，各块段储量以及井田总储量见表2.2.1。表2.2.1各块段及井田工业储量煤层项目ABC合计/万t2#煤厚/m2.93.33.4储量/万t1380.41795.24277.27452.88#煤厚/m3.23.23.2储量/万t1489.61702.43936.87128.8总计/万t14581.62.3保护煤柱损失量及可采储量计算2.3.1保护煤柱损失量保护煤柱损失量包括：井田边界煤柱损失、断层煤柱损失、河流煤柱损失、井筒保护煤柱损失和地面建筑物、构筑物等永久保护煤柱损

27、失。因为本设计采用河流下采煤，并把井筒布置在工业广场内及井田境界保护煤柱范围内，因此根据本井田的实际情况以及本设计的方案安排，本井田只进行井田边界煤柱损失、断层保护煤柱损失、工业广场煤柱损失以及大巷保护煤柱损失。（1） 井田边界煤柱损失量本井田边界长度约为18.15km，根据井田边界的地质情况，井田边界留设20m宽煤柱。则可得：2#煤层井田边界煤柱损失量：Pj2=18.151000203.31.36=162.9（万t）8#煤层井田边界煤柱损失量：Pj8=18.151000203.21.33=154.5（万t）井田边界煤柱总损失量：Pj= Pj2 + Pj8 = 317.4（万t）（2） 断层保

28、护煤柱损失量根据煤矿矿井采矿设计手册（以下简称手册）规定，断层破坏了岩层的完整性，在没有掌握断层各区段的导水性时，应把整个断层作为导水断层对待。断层防水煤柱不得小于20m。本设计中，共有三条较大断层，分别为：F1:H=4.060 L1=650mF2:H=5.070 L2=875mF3:H=4.070 L3=500m由于不清楚断层性质，煤层两侧各留设30m保护煤柱。则可得：2#煤层断层保护煤柱损失量：Pd2=23.31.36（650+875+500）30=33.3（万t）8#煤层断层保护煤柱损失量：Pd8=23.21.33（650+875+500）30=31.6（万t）断层保护煤柱总损失量：Pd

29、= Pd2 + Pd8 = 64.9（万t）（3） 工业广场保护煤柱损失量工业广场占地面积，根据煤矿设计规范中若干条文修改决定的说明中第十五条，工业广场占地面积指标按级保护，围护带宽度15m确定，由于本井田设计井型为1.50Mt/a，故工业广场面积取18公顷，工业广场长450m，宽400m。用岩层移动角确定工业广场煤柱，冲积层移动角 =45，基岩移动角 =72，工业广场保护煤柱，则可得：2#煤层工业广场压煤量：Pg2=675.25727.633.31.36=220.5（万t）8#煤层工业广场压煤量：Pg8=725.94778.323.21.33=240.5（万t）工业广场总压煤量：Pg= Pg2 + Pg8 = 461（万t）（4） 大巷保护煤柱损失量本设计只有回风大巷布置在煤层中，运输大巷和轨道大巷布置在煤层底板中，故只需留设回风大巷保护煤柱。大巷两侧保护煤柱宽度50m，回风大巷长度约为5150m，则可得：2#煤层回风大巷保护煤柱损失量：Ph2=25051503.31.36=231.1（万t）8#煤层回风大巷保护煤柱损失量：Ph8=25051503.21.33=219.2（万t）回风大巷保护煤柱总损失量：Ph= Ph2 + Ph8 =450.3（万t）2.3.2矿井可采储量12