张双楼煤矿.Mta新井设计-村庄下煤矿开采方案优化方法研究

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1、中国矿业大学本科生毕业设计姓 名：学 号：学 院：矿业工程学院专 业：采矿工程设计题目：张双楼煤矿1.2 Mt/a新井设计专 题：村庄下煤矿开采方案优化方法研究指导教师：职 称： 讲 师 2012年 6月10日徐州中国矿业大学毕业论文任务书学院矿业工程学院专业年级采矿工程 08级学生姓名任务下达日期：2012年1月8日毕业论文日期： 2012年3月12日至2012 年6月10日毕业论文题目：张双楼煤矿1.2Mt/a新井设计毕业论文专题题目：村庄下煤矿开采方案优化方法研究毕业论文主要内容和要求：以实习矿井张双楼煤矿条件为基础，完成张双楼煤矿1.2 Mt/a 新井设计。主要内容包括：矿井概况、矿井

2、工作制度及设计生产能力、井田开拓、首采区设计、采煤方法、矿井通风系统、矿井运输提升等。专题部分，撰写一篇关于村庄下煤矿开采方案优化方法研究的专题论文。翻译部分，完成名称为“Influence of temperature on coal sorption characteristicsand the theory of coal surface free energy”的EI论文翻译一篇。院长签字：指导教师签字：摘要本设计包括三个部分：一般设计部分、专题设计部分和翻译部分。一般部分为张双楼矿1.2 Mt/a的新井设计。张双楼煤矿位于江苏省徐州市境内，东有沛屯铁路与陇海线相连，交通十分便利。井田

3、走向（东西）长平均约10.42 km，倾向（南北）长平均约3.16 km，井田水平面积为32.93 km2。主采煤层一层，即7号煤层，平均倾角24，厚约2.5 m。井田工业储量为126.59 Mt，可采储量108.30 Mt，矿井服务年限为60.88 a。井田地质条件简单。表土层平均厚度70 m；矿井正常涌水量为230.5 m3/h，最大涌水量为306.5 m3/h；煤层硬度系数f=2.3，煤质牌号为气煤44；矿井绝对瓦斯涌出量为1.84 m3/min，属低瓦斯矿井；煤层有自燃发火倾向，发火期36个月，煤尘具有爆炸危险性。根据井田地质条件，提出四个技术上可行开拓方案。方案一：立井两水平开采，一

4、水平标高-550m，暗斜井延深至-1000 m水平，岩层大巷；方案二：立井两水平开采，一水平标高-550m，暗斜井延深至-1000 m水平，煤层大巷；方案三：立井两水平开采，一水平标高-550m，暗立井延深至-1000 m水平，岩层大巷；方案四：一水平标高-550m，暗立井延深至-1000 m水平，煤层大巷。通过技术经济比较，最终确定方案一为最优方案。将主采煤层划分为两个水平，因井田走向大断层将井田分为南北两部分，井田南部为一水平服务范围，井田北部为二水平服务范围。设计首采区采用采区准备方式，工作面长度190 m，采用一次采全高采煤法，全部跨落法处理采空区。矿井采用“四六”制作业，三班生产，一

5、班检修。生产班每班3个循环，日进9个循环，循环进尺0.6 m，日产量3636.36 t。大巷采用带式输送机运煤，辅助运输采用1.5 t固定箱式矿车。主井装备一套12 t双箕斗和一套12 t单箕斗带平衡锤提煤，副井装备一对3 t矿车双层单车罐笼带平衡锤担负辅助运输任务。矿井生产初期采用中央并列式通风，后期采用分区域式通风。通风容易时期矿井总需风量3675 m3/min，矿井通风总阻力2286.84Pa，风阻0.61Ns2/m8，等积孔1.53 m2，矿井通风容易。矿井通风困难时期矿井总风量3675 m3/min，矿井通风总阻力2744.02Pa，风阻0.73 Ns2/m8，等积孔1.40 m2，

6、矿井通风中等困难。专题部分题目是村庄下煤矿开采方案优化方法研究。采用综合分析法以经济收益最大化，地表下沉最小化为最优目标建立数学模型，形成一套完整的评估体系。翻译部分是一篇关于温度对煤炭吸附特性和表面自由能影响的理论研究的论文，英文原文题目为：Influence of temperature on coal sorption characteristicsand the theory of coal surface free energy.关键词：立井；上下山开采；一次采全高；中央并列式ABSTRACTThis design can be divided into three sections

7、: general design, monographic study and translation of an academic paper.Thegeneraldesignisabouta1.2Mt/anewunderground mine design of Zhangshuanglou coal mine. Zhangshuanglou coal mine lies in Xuzhou, Jiangsu province. As Peitun railway run across the east part of the mining field connect to Longhai

8、 railway, the traffic is very convenient. Its about 10.42 km on the strike and 3.16 km on the dip,with the 32.93 km2 total horizontal area. The minable coal seam of this mine is only 7 with an average thickness of 2.5 m and an average dip of 24. The proved reserves of this coal mine are 126.59 Mt an

9、d the minable reserves are 108.30 Mt, with a mine life of 60.88 a.The geological condition of the mine is relatively simple. The normal mine inflow is 230.5 m3/h and the maximum mine inflow is 306.5 m3/h. It is bituminous coal 44 with low mine gas emission rate and coal spontaneous combustion tenden

10、cy, and its a coal seam liable to explosion.Based on the geological condition of the mine, I bring forward four available project in technology. The first is vertical shaft development with two mining levels ,the first level is -550m and extensionof dimly inclined shaft go to -1000 m,using rock gall

11、ery; the second is vertical shaft development with two mining levels.,the first level is -550m and extensionofdimly inclined shaft go to -1000 m,using coal gallery; the third is vertical shaft development with two mining levels,the first level is -550m and the extensionof dimly ivertical shaft go to

12、 -1000 m,using rock gallery; the last is vertical shaft development with two mining levels,the first level is -550m and the extensionof dimly ivertical shaft go to -1000 m,using coal gallery.The first level is at -550 m, The second level is at -1000 m,Because a major fault lies in the center of mine

13、 field, themine field is divided into the north section and the south section, the south section is one level service scope, and the north section is two level service scope.Designed first mining district makes use of the method of preparation in mining area, the length of working face is 190 m, whi

14、ch uses fully-mechanized coal mining technology, and fully caving method to deal with goaf. The working system is “four-six”,withthree teams mining, and the other overhauling. Every mining team makes three working cycle, with nine working cycle everyday. Advance of working cycle is 0.6 m, and quanti

15、ty of 3636.36 ton coal is makedeveryday.Main roadway makes use of belt conveyor to transport coal resource, and mine car to be assistant transport. Main shaft makes use of skip to transport coal resource, when subsidiary shaft makes use of cage to be assistant transport. In the prophase of mining th

16、e mine makes use ofcentralized ventilation method,when in the evening of mining the mine makes use ofareasventilation method. At the easy time of mine ventilation, the total air quantity is 3675 m3 per minute, the total mine ventilation resistance is 2286.84 Pa, the coefficient of resistance is 0.61

17、 Ns2/m8, equivalent orifice is 1.53 m2. At the difficult time of mine ventilation, the total air quantity is about 3675 m3 per minute, the total mine ventilation resistance is 2744.02 Pa, the coefficient of resistance is 0.73 Ns2/m8, equivalent orifice is 1.40 m2. The monographic study is about rese

18、arching the better way to extract the coal under village .The translated academic paper is about the influence of temperature on coal sorption characteristicsand the theory of coal surface free energy.Keywords：shaft; up-dip and down-dip minging;all mining height;centralized juxtapose ventilation.目 录

19、ABSTRACT一 般 部 分1 矿区概述及井田地质特征11.1矿区概述1矿区地理位置1矿区气候条件、水文情况11.2井田地质特征2煤系地层2水文地质特征51.3煤层特征9可采煤层9煤的特征92 井田境界与储量112.1井田境界112.2矿井储量计算11构造类型11矿井工业储量11矿井可采储量13工业广场煤柱14风井保护煤柱153矿井工作制度、设计生产能力及服务年限163.1矿井工作制度163.2矿井设计生产能力及服务年限16矿井设计生产能力16井型校核164 井田开拓184.1井田开拓的基本问题18井筒形式的确定18井筒位置的确定20工业广场的位置20开采水平的确定21矿井开拓方案比较214

20、.2矿井基本巷道27井筒27开拓巷道27井底车场及硐室275 准备方式采区巷道布置355.1煤层地质特征35采区位置35采区煤层特征35煤层顶底板岩石构造情况35水文地质35地质构造35地表情况365.2采区巷道布置及生产系统36采区位置及范围36采煤方法及工作面长度的确定36确定采区各种巷道的尺寸、支护方式及通风方式36煤柱尺寸的确定36采区巷道的联络方式37采区接替顺序37采区生产系统37采区内巷道掘进方法38采区生产能力及采出率385.3采区车场选型设计39确定采区车场形式39采区主要硐室布置416 采煤方法426.1采煤工艺方式42采区煤层特征及地质条件42采煤工艺方式的确定42回采工

21、作面参数42综采工作面的设备选型及配套42各工艺过程注意事项49工作面端头支护和超前支护50循环图表、劳动组织、主要技术经济指标51综合机械化采煤过程中应注意事项556.2回采巷道布置55回采巷道布置方式55回采巷道参数567 井下运输587.1概述58井下运输设计的原始条件和数据58运输距离和货载量58矿井运输系统587.2采区运输设备选择59设备选型原则：59采区运输设备选型及能力验算597.3大巷运输设备选型60主运输大巷设备选择60辅助运输大巷设备选择60运输设备能力验算628 矿井提升638.1矿井提升概述638.2主副井提升63主井提升63副井提升设备选型659 矿井通风及安全68

22、9.1矿井地质、开拓、开采概况68矿井地质概况68矿井通风系统的基本要求68矿井通风方式的确定68主要通风机工作方式选择69采区通风系统的要求70工作面通风方式的选择71回采工作面进、回风巷道的布置719.2矿井风量计算72采煤工作面实际需要风量72备用面需风量的计算73掘进工作面需风量73硐室需风量74其他巷道所需风量74矿井总风量74风量分配749.3矿井通风总阻力计算75矿井通风总阻力计算原则75确定矿井通风容易和困难时期75矿井通风阻力计算77矿井通风总阻力80总等积孔819.4选择矿井通风设备81选择主要通风机81电动机选型849.5安全灾害的预防措施85预防瓦斯和煤尘爆炸的措施85

23、预防井下火灾的措施85防水措施8610 设计矿井基本技术经济指标87参考文献88专 题 部 分村庄下煤矿开采方案优化方法研究901 村庄下压煤开采的现状及存在问题911.1村庄下开采的现状及意义91发展我国村庄下开采技术的意义91建筑物下采煤在国外的应用91我国村庄下采煤的回顾921.2村庄下开采存在的问题931.3对“三下”压煤的对策及经济效果分析942 优化方法952.1优化方法的发展95历史回顾95优化技术的不断完善953 村庄下开采技术993.1地表移动对建筑物的影响99地表移动对建筑物和构筑物的影响和损害99建筑物破坏程度与地基变形的关系99迁村建房101建抗变形结构新村101原有建

24、筑物的加固与维修101地面疏水、建村、种养综合治理1023.3减小地表移动变形的采矿措施102条带法开采102协调开采104部分开采法106间歇开采106背向对称开采107其它开采措施1073.4减缓地表移动变形的充填措施107采空区充填法开采1074村庄下煤矿开采方案的优化模型1094.1建立优化模型的总体思路1094.2优化方法的选择110建立模型的优化方法110经济评价方法1114.3模型的建立1124.4对模型的综合评价1145 对模型应用的程序和方法说明1155.1建筑物下开采的依据和可行性条件1155.2选择开采方法的技术原则1155.3采煤方法选择的影响因素1155.4选择开采方

25、法的程序1175.5技术比较和经济评价1176 艾友矿106采区村庄下开采方案优化1186.1艾友煤矿106采区地质采矿条件118采区位置、范围与邻区关系、井上下对照关系及勘探情况118相邻采区（101采区）地质、水文地质情况概述118地质构造及煤层产状118煤层及煤层顶、底板岩性119地表情况1196.2艾友煤矿106采区开采方案设计1196.2.1 106采区村庄下开采的可行性119开采方案设计说明120地表下沉变形计算方法及计算参数选取120地表变形及建筑物损坏程度和分布121地表建筑物的损坏赔偿预算及处理意见121系统综合分析1227结论125翻 译 部 分英文原文128中文译文137

26、致 谢147一般部分1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述矿区地理位置张双楼煤矿位于徐州市西北，距徐州市约79km，在江苏沛县安国镇境内，地理座标：东经11645181165227,北纬344656344905。井田内有矿到大屯镇公路6.5km，并与徐州-沛县公路相接，北上山东，南下徐州甚为便利；另有矿井铁路专用线4.0km，通过徐沛铁路与陇海线、符夹线相连；矿井东有京杭大运河，南有丰沛运河，交通十分方便，如图1-1所示。图1-1张双楼矿交通位置示意图矿区气候条件、水文情况本区属北温带黄淮区，气象具有长江流域的过渡性质，接近北方气候的特点，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨。春季常有干旱及寒潮、霜冻

27、等自然灾害，但四季分明，气候温和。据沛县气象站资料：降水量：年平均降水量811.7mm，最大年降水量1178.9mm（1977年），最小降水量550mm(1968年 )，最大日降水量340.7mm（1971年8月9日），降水多集中于7、8、9月份，占全年降水量的5070，1、2、3月份为枯水季节。蒸发量：年平均最大蒸发量1873.5mm（1968年），最小蒸发量1273.9mm（1985年）。风向：全年以东南，偏东风为最多，年平均风速3.2m/s。气温：年平均气温13.8，日最高气温40.70（1996年7月18日），日最低气温-21.3（1967年1月4日）。河流：区内地表水系较为发育，东缘

28、微山湖（又称南四湖），大沙河从北向南横穿井田西部，东有徐沛河，区外南有丰沛河经京杭大运河注入微山湖。微山湖历史最高洪水位+37.46m。 本区属于季风型大陆性气候。1.2井田地质特征井田范围：东起F1大断层，西到F2断层，南自太原组21煤层露头线，北到-1200m水平7煤层底板等高线。井田走向长10.42 km，倾斜宽3.16 km，面积约32.93km2,43个拐点坐标，水平标高为-200m-1200 m。煤系地层矿区内主要可采煤层为7、9、17、21煤，煤层结构简单至较简单，煤层厚度变化规律明显，7、9煤为大部分可采的较稳定中厚煤层，17煤为大部分可采的较稳定薄煤层，21煤为全区可采的较稳

29、定薄煤层，17煤在27勘探线之间受火成岩的侵蚀，局部变为天然焦。本区属华北型地层，煤系地层为石炭、二迭系，均为第四系或侏罗白垩系所覆盖。区内揭露的地层由老到新有奥陶系下统肖县组（未揭穿）、马家沟组，奥陶系中统阁庄组、八陡组，石炭系中统本溪组，石炭系上统太原组，二迭系下统山西组和下石盒子组，二迭系上统上石盒子组，侏罗白垩系，第四系。现按地层由老到新顺序叙述如下：（1）奥陶系下统肖县组本区仅一个钻孔揭露，最大揭露厚度125m。岩性为灰灰白色微带肉红色白云岩、灰质白云岩，夹灰黑色微晶灰岩、泥砾灰岩。（2）奥陶系下统马家沟组本区仅一个钻孔全层揭露，全组厚度约198m。岩性上部为灰色或呈浅褐色隐晶质灰岩

30、夹薄层白云岩和含白云质灰岩；下部为似豹斑状灰岩，夹泥质条带，与下伏肖县组地层呈整合接触。（3）奥陶系中统阁庄组本区仅个别钻孔揭露，全组厚约113m。岩性由浅灰、灰白或浅褐色微晶状白云岩、灰质白云岩夹薄层泥灰岩、灰岩组成，与下伏马家沟组地层呈整合接触。（4）奥陶系中统八陡组本区仅个别钻孔揭露，全组厚约25m。由灰棕灰色厚层状质纯隐晶质灰岩夹薄层灰绿色泥岩组成。与下伏阁庄组地层呈整合接触。（5）石炭系中统本溪组本区仅少数钻孔揭露，全组厚约2038/29m，为海陆交替相沉积。中、上部主要由浅灰色致密状灰岩夹灰绿色，杂色泥岩组成。下部为绛紫色泥岩及褐黄色铝土质泥岩，偶含薄层灰岩，底部为一层绛紫色铁质泥

31、岩与下伏奥陶系中统八陡组地层呈假整合接触。（6）石炭系上统太原组本区大多数钻孔揭露，全组厚145179/159m，本组地层为海陆交互相沉积，是本区主要含煤地层之一，沉积旋回清晰，标志层明显。发育了薄-厚层灰岩十三层及十一层薄煤，其中：一、四、十二灰是全区标志层。本组主要由灰色细、中粒砂岩，灰黑色泥岩，砂泥岩、灰岩和煤组成。（7）二迭系下统山西组为本区主要含煤地层之一，整合于太原组地层之上，全组厚93185/113m。本组地层属过渡相沉积，即由泻湖海湾波浪带泻湖海湾滨海沼泽相组成，沉积旋回明显，大体可分为三个沉积旋回，含煤15层，其中7、9煤为本区主采煤层，到2009年年末，7煤储量7020.4

32、万吨、9煤储量9847.8万吨，合计16868.2万t。 （8）二迭系下统下石盒子组为本区含煤地层之一，全组厚161247/220m。本组为内陆湖泊沼泽相沉积。由杂色泥岩、砂泥岩间夹灰白灰绿色粉细砂岩等组成，底部为一厚层状浅灰灰白色中细粒砂岩，局部为粗粒砂岩（柴砂）。（9）迭系上统上石盒子组本区揭露残留地层厚度12175/101m。由杂色泥岩、砂质泥岩为主，间夹薄层灰绿、绛紫色砂岩，内含大量铝土质和菱铁质鲕粒。（10）侏罗-白垩系本区内揭露残留地层最大厚度509m（13-2孔），平均290m。由深灰、暗紫色泥岩、砂泥岩夹砂岩组成。下部由绛紫色、紫红色砂泥岩、灰绿色细砂岩夹砾岩组成。图1-2综合

33、地质柱状图水文地质特征本矿区从标高-200 m至-1200m进行钻孔水文监测，井巷工程标高至地表。根据钻探及测井、抽（注）水试验、简易水文观测、水文长观孔及巷道、工作面实际揭露的水文地质资料，对本矿主要含水层水文地质特征叙述如下：含水层：（1）第四系砂岩或砂砾层孔隙含水层第四系为一套松散沉积物，井田内厚度196319m，平均250m，大体分为五段，包括三个含水层，一个弱透水层组和一个隔水层组，从上至下依次是：1）第一段砂层孔隙潜水含水层组（I）：本段厚3146m，平均38m，主要由棕黄、棕灰色粉砂、粘土质砂夹薄层粘土、砂质粘土组成。粘土、砂粘土中常含砂姜。据水文1、水文2和副检孔对I、II段混

34、合抽水试验资料，q=0.5842.327L/s.m、K=2.2797.40m/d。水质类型为HCO3K+Na型，矿化度0.750.84g/L，富水性中等强，是当地居民生活的主要水源。2）第二段粘土、砂质粘土及砂层弱透水层组：（II透）本段厚4168m，平均52m，主要由黄褐、棕褐及灰绿色粘土、砂质粘土组成，常夹26层细砂、粘土质砂、局部为中粗粒砂，砂层犬牙交错，总厚度524.5m，平均15.3m约占本段厚度29.4；粘土中常含砂姜和铁锰质结核。本段可视为弱透水层组,它与I含之间水力联系较密切，没有明显的分界。3）第三段砂层孔隙承压含水层组（III含）：本段厚5199m，平均74m，由灰白、灰绿

35、、土黄色细、中、粗砂及粘土质砂夹薄层粘土、砂质粘土组成，粘土层总厚度725m，平均17.6m，占本段厚度的23.8。据Q1孔流量测井资料K=2.106m/d。本层水是目前张双楼矿工业和生活用水源。据水源井取水和水质资料，出水量大于60m3/h。水质类型为SO4-K+Na型，矿化度1.031.39g/L。第五段砂砾层承压含水层组本段常称作底砾层，厚039m，平均14m，井田内东部普遍发育，西部有大面积缺失。其上部以灰黄色含砾粗砂或粘土质砂为主；下部以杂色砂砾为主，夹不稳定薄层粘土，砾石成份主要为石英岩，砾径24cm，滚圆良好，隙间充填物为粘土及砂，含量达5060，据Z15、风检2、水补1孔抽水资

36、料q=0.0570.439L/s.m.，K=2.093.558m/d；ZSG-1、ZSG-2、ZSG-5、水19孔底砾与风化带混合注水资料q=0.00190.0616L/s. m，K=0.00480.158m /d，水质类型为SO4-Ca（k+Na）型，矿化度2.1743.628g/L，属富水性中等的含水层，与奥灰和太原组灰岩侧向补给的作用相比，底砾层对矿井基岩含水层真的直接补给作用，只占次要地位。（2）二迭系砂岩裂隙含水层二迭系地层包括上石盒子组（12 175/101m ）、下石盒子组（165 247/220m）、山西组（93 158/112）,总厚度433m，主要是由泥岩、砂质泥岩夹砂岩石

37、组成。砂岩含水层据其厚度和富水情况主要是上石盒子组底部奎山砂岩、下石盒子中部砂岩（柴砂）、下石盒子组底部分界砂岩、下部7、9煤顶砂岩含水层。1）上石盒子组底部奎山砂岩裂隙承压含水层厚10.22 41.7m，平均21.63m。有23个钻孔漏水，分布广泛。主井井筒揭露该层时涌水量达126m3/h,富水中等。由于该含水层距离7煤较远，对井田内煤层开采无直接充水影响。2）下石盒子组中部砂岩（柴砂）裂隙承压含水层厚14 49.1m，平均34.00m。有11个钻孔漏水，分布在6线以西。主井井筒揭露该层时涌水量达104 m3/h，富水中等。该含水层对矿井煤层开采无直接影响。3）下石盒子组底部分界砂岩裂隙承压

38、水层厚2.76 26.60m，平均11.06m。有9个钻孔漏水，分布在13线以西。据ZSG-2孔注水试验资q=0.033L/s.m，K=0.43m/d；主井井筒揭露时最大涌水量7080m3/h；副井清理斜巷揭露时最大涌水量69.4 m3/h，富水性小。水质类型为SO4-Ca.(K+Na)型，矿化度3.143.93g/L，是开采7煤层间接充水层，据ZSG-2孔水位观测资料，-500m水平以上该含水层已呈半疏干状态，分界砂岩下距山西组7煤平均约60m，在开采导水裂隙带范围以外，因此对7煤开采的充水影响也相当微弱。4）山西组下部砂岩裂隙承压含水层7煤层顶层砂岩含水层厚1.2039.60m,平均18.

39、93m，为7煤老顶或直接顶板。据133孔抽水试验资料q=0.0029L/s. m, K=0.0014m /d；7106工作面-345m材料道最大突水量83.5m3/h，半月后稳定在40m3/h左右；7107工作面多次发生突水，单点最大突水量458m3/h，综合勘探和生产揭露情况分析，富水性属小中等，水质类型为SO4-Ca(K+Na)型，矿化度3.1864.544g/L。本层为开采7煤直接充水含水层。 9煤顶板砂岩含水层厚2.4349.17m，平均25.69m，为9煤直接顶板，井田内东薄西厚，有13个钻孔漏水，其中13-2孔层位深度1226.641241.61m。水质类型为SO4-Ca(K+Na

40、)型，矿化度3.0013.836g/L。据西风检2孔注水试验q=0.00012L/s.m。西一轨道上山上部车场-260m揭露砂岩含水层时最大涌水量160 m3/h，东运输上山-310m揭露时最大涌水量25 m3/h，二月后均衰减为零。综合勘探和生产揭露情况分析，砂岩裂隙发育，含水性较好，因此对9煤回采时充水影响较大。 9煤底板砂岩含水层厚017.8m，平均7.55m，据水文3号孔抽水试验资料q=0.0232L/s.m，K=0.14m/d；水质类型为SO4-Ca(K+Na)型，矿化度3.472g/L。西轨道返坡点-270m揭露时最大涌水量160 m3/h，10天后衰减为20 m3/h；西三大巷-

41、500m揭露砂岩含水层时最大涌水量70m3/h,半月后递减。山西组下部砂岩裂隙含水层，据放水试验揭示同层异处连通性差。（3）石炭系太原组灰岩岩溶裂隙承压含水层太原组地层为一套海陆交替相沉积，井田厚度158.64m，其中含薄层灰岩14层，总平均厚度34.20m，占21.6。各层灰岩厚度及层间距见表1-1、各层灰岩发育情况见表1-2、钻孔揭露各层灰岩时漏水情况见表1-3、四灰不同水平漏水情况见表1-4。据各灰岩的富水程度及与煤层开采的关系程度，对太原组主要灰岩含水层分述如下：1）太原组上部四灰灰岩岩溶裂隙承压含水层四灰厚4.8011.69m平均8.21m，上距9煤38.867.5m,平均48.91

42、m；下距17煤40.6160.03m，平均53.55m。据西风检孔抽水试验资料q=0.566L/s.m，K=5.98m/d；5-4和5-12孔流量测井资料q=0.7600.879L/s.m，K=9.493213.0732m/d；ZSG-6、ZSG-9和水2孔注水试验资料q=0.07890.299L/s.m。水质类型为SO4-Ca(K+Na)型，矿化度3.3923.584g/L。富水性属中等。四灰岩溶裂隙发育，局部见溶洞，钻孔漏水率高，据统计漏水率随埋深增加而减少，结合放水试验和西风井排水试验分析，四灰-500m以上同层异处水力联通性较好。-350m以上四灰岩溶发育，为强岩溶发育带，-350m-

43、550m为中等岩溶发育带，-550-650m为岩溶弱富水带，-650m基本属于岩溶发育的底界。-750m大巷沿着四灰层位掘进了2000m以上，只有-750m东大巷局部地段出过水，最大水量50m3/h，2个月衰减为20 m3/h。四灰位于9煤底板，距离9煤平均40m左右，对9煤开采存在潜在突水威胁。表1-1太原组各层灰岩厚度及层间距统计表灰岩编号厚度(m)层间距(m)岩性特征备注最小-最大平均最小-最大平均一01.300.513.6814.278.96泥岩、砂泥岩、砂岩二03.621.84岩溶发育4.6912.129.11泥岩、砂泥岩、砂岩三01.100.539.0613.5011.64泥岩、砂

44、泥岩四4.8011.698.21岩溶发育1.5717.249.13泥岩、砂泥岩五05.611.29时为泥岩0.4011.114.40泥岩、砂泥岩六1.746.723.73夹薄层灰岩0.774.232.71泥岩七0.765.072.456.8014.6910.68泥岩、砂泥岩、砂岩八06.002.070.296.891.78泥岩九05.252.022.6312.715.79泥岩、砂泥岩、火成岩无名05.692.212.8724.8410.53泥岩、砂泥岩、砂岩十05.652.8913.9745.3830.37泥岩、砂泥岩、砂岩十一01.40.560.271.150.59泥岩十二2.547.934

45、.88岩溶发育2.1310.474.02砂岩、泥岩十三02.551.0111.5020.0714.43泥岩、砂岩、铝土合计34.2表1-2太原组各层灰岩发育情况统计表灰岩编号一二三四五六七八九无十十一十二统计点121115113120101104108113111113111113116见灰点101114211209110310610810899108103116缺失点201920101253143100统计点160.98109.911.84.42.7122.78.80表1-3 太原组各层灰岩钻孔漏水情况统计表灰岩编号一二三四五六七八九十十一十二十三十四统计点10111421120911031

46、061081089910810311683漏失点52505021642444080漏失率521.9041.72.25.83.81.93.73.73.706.90表1-4 太原组四灰不同水平钻孔漏水情况统计表深度-200m-300m-300m-400m-400m-500m-500m-600m-600m-700m-700m-800m-800m以下合计统计点20241615181318124漏水点18167230450漏失率9066.743.713.316.7022.2402）太原组中部八灰、九灰、无名灰灰岩岩溶裂隙承压含水层组八灰厚06.0m，平均2.07m，九灰厚05.25m，平均2.02m，是

47、17煤老顶；无名灰岩厚05.49m，平均2.21m，为17煤直接底板，为开采17煤的直接充水水源。钻孔揭露该层组时，漏水率为1.94.0%，说明岩溶不发育。九灰q=0.0964L/s.m，k=3.255m/d；无名灰岩q=0.229L/s.m，K=6.282m/d，富水性属小-中等。3）太原组下部十二灰灰岩岩溶裂隙承压含水层十二灰厚2.547.93 m，平均4.88m，为21煤直接顶板。钻孔揭露该层时漏水率6.9%，反映岩溶裂隙不甚发育。据8723、8722孔抽水试验资料q=0.0340.423L/s.m，K=0.74811.468m/d,Z25孔测井资料反映几乎无水,分析其富水性属小中等。十

48、二灰是21煤开采时的直接充水水源。（4）奥陶系灰岩裂隙岩溶承压含水层井田内奥陶系地层包括八陡组、阁庄组、马家组和肖县组地层。其顶部八陡组厚22.7830.13m，平均25.49m，由棕灰色隐晶质灰岩夹绿色泥岩组成，裂隙不发育，细小裂隙被方解石充填，井田内9个孔揭露该层时均未漏水，5-4孔流量测井资料反映涌水量为零，说明该组灰岩富水性极小，可视为隔水层段。奥陶系灰岩含水层主要指的是阁庄组、马家沟组灰岩含水层。1）阁庄组灰岩岩溶裂隙承压含水层本组厚105.5121.16m，平均113.33m由灰白、灰黄或肉红色白云岩、灰质白云岩夹泥岩、灰岩组成，裂隙较为发育，见溶洞。据8707、水补3孔抽水试验资

49、料q=0.4892.299L/s.m，K=0.3214.83Lm/d；5-4孔流量测井资料反映涌水量近于零，水质类型为SO4-Ca型，矿化度4.1324.133g/L，富水性属中等。2）马家沟组灰岩裂隙岩溶承压含水层井田内有一个孔（8707孔）全层揭露该组地层，厚198.53m，上部为隐晶质灰岩夹薄白云岩和白云质灰岩，下部为似豹斑状灰岩夹泥质灰岩条带。岩溶裂隙发育，岩溶多呈蜂窝状，局部直径达1.30m。据8707、水8、水23-1孔抽水试验资料，q=1.1382.981L/s.m，k=0.5451.70m/d，水质类型为SO4-Ca型，矿化度3.1124.082g/L。属于中等强含水层。隔水层

50、:（1）第四段粘土隔水层组本段厚度57129m，平均72m，井田内东薄西厚，总体上比较稳定，主要由灰白、灰绿及灰褐色粘土、砂质粘土组成，局部夹25层砂层透镜体。该层作为隔水层组，对控制上部I含、III含水垂直向下入渗补给含起到了抑制作用，其良好的隔水性能对阻碍基岩含水层接受第四系上部水及大气降水的补给起到了关键的作用。（2）石炭系本溪组砂泥岩隔水层组本组地层厚20.9038.35m，平均28.61m，主要为杂色泥岩、砂泥岩夹灰岩、铝土泥岩及灰岩组成。据水补4-1孔抽水试验资料q=0.007L/s.m，K=0.005m/d，水质类型为SO4-Ca(K+Na)型，矿化压4.038g/L；Z25孔流

51、量测井资料q=0.269L/s.m，K=5.701m/d，5-4孔流量测进资料反映几乎无水，说明本溪组富水性微弱，局部含水，因而本组与太原组底部十三灰以下泥岩、砂泥岩段（厚11.5020.07m平均14.43m）一起可视为隔水层组。本矿井最大涌水量为306.5m3/h，正常涌水量为230.5m3/h。1.3煤层特征可采煤层目前，张双楼煤矿主采山西组7、9煤层，太原组17、21煤层暂未开采，本设计只针对7号煤层，7号煤层特征见表1-5。本区7煤呈油脂半暗淡光泽，鳞片状及厚薄不等的条带状结构，硬度IIIII，内生裂隙发育，性脆易碎，为光亮半暗型煤。7煤容重测定值1.311.55，煤矿采用1.42。

52、煤质稳定，各主要指标变化很小，为中变质程度的气肥煤。可作为电力、船舶、锅炉用煤及其它工业用煤，并且可作为良好的炼焦配煤。表1-5 可采煤层特征表煤层倾角/。厚度/ m变异系数%稳定类型顶、底板主要岩性最大最小平均最大最小平均717-27242.539较稳定顶板多为泥岩、砂泥岩，底板多为灰色粉砂岩煤的特征煤的物理性质见表1-6。表1-6主要煤质指标分级一览表煤层精煤挥发份原煤灰分原煤含硫原煤发热量粘结性数码Ad熔融性738.15中灰高难溶特低中高中等44瓦斯：区内先后共采集了10个瓦斯钻孔，瓦斯含量测定成果见表1-7和表1-8。全矿井相对瓦斯涌出量0.77m3/(td)，绝对瓦斯涌出量1.84m

53、3/min，按照煤矿安全规程规定，日产一吨煤瓦斯涌出量在10m3以下的矿井为低瓦斯矿井，本矿为低瓦斯矿井。表1-7可采煤层钻孔瓦斯含量测定成果统计表煤层CH4(m3/g)CO2(m3/g)N2(m3/g)C2H6(m3/g)备注70.10.1691.740.507(7)0.01表1-8可采煤层钻孔瓦斯自然成分统计表煤层CH4(%)C02(%)N2(%)C2H6(%)备注72.941.744.11(2)10.650.4526.21(8)44.2889.3572.75(8)0.05煤尘：本区综采，机掘的最大最小煤尘浓度和平均浓度为337.8mg/m3、136.8mg/m3、189.4mg/m3，煤

54、尘爆炸性指数在43%左右，均属于有煤尘爆炸危险性煤层。煤的自燃倾向：区内共采取5个煤层自燃倾向试验样本，煤层自燃倾向试验成果见表1-9。表1-9煤层自燃倾向试验成果表煤层采样点数T1T2T3T(1-3)煤的自燃倾向系数75336370346(5)327343332(5)319339327(5)94420(5)不易自燃井田内煤层的自燃发火期一般为3-6个月，为不易自燃煤层。地温：井田内在地面进行了10个地质钻孔的测温工作，其中近似稳态测温孔2个，其它均为简易测温孔。地温梯度及相同深度岩温对比见表1-10。表1-10地温梯度及相同深度岩温对比表深度-300 m地温()-500 m地温()-800

55、m地温()-1000 m地温()地温梯度(/100 m)地温率(m/)变化范围21.823.524.025.727.429.129.631.32.252.8136.644.3平均23.024.828.130.81.1239.82 井田境界与储量2.1井田境界张双楼煤矿位于徐州市西北，距徐州市约79km，在江苏沛县安国镇境内，地理座标：东经11645181165227,北纬344656344905。井田范围：东起F1大断层，西到F2断层，南自太原组21煤层露头线，北到-1200m水平7煤层底板等高线。井田平均走向长度为10.42km，平均倾斜宽为3.16 km，平均倾角为24度，水平面积约32.

56、93km2。2.2矿井储量计算构造类型煤层内倾角为17-27，褶曲与断层均较发育，无岩浆活动，为中等构造地区，属于第二类。2.2.2矿井工业储量矿井工业储量是指在井田范围内，经地质勘探，煤层厚度和质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚。本矿井设计对7煤层进行开采设计，其厚度变化范围为1.7-3.5m，平均为2.5m。本次储量计算是在地质报告提供的1：5000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。7煤层采用块段法计算工业储量。地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征，将矿体划分为若干块段，在圈定的块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量。煤层总储量即为各块段储量之和，每个块段内至少应有一个

57、以上的钻孔。块段划分如图2-1所示。根据煤炭工业设计规范，求得以下各储量类型的值：（1）矿井地质资源量矿井地质资源量可由以下等式计算：（2-1）式中：矿井地质资源量，Mt；煤层平均厚度，m；煤层底面面积，m2；煤容重，t/m3。将各参数代入（2-1）式中可得地质储量为：图2-1 块段划分示意图表2-1煤层地质储量计算煤层块段倾角/()块段面积/km2煤厚/m容重/t/m3储量/Mt煤层总储量/Mt7#122.74.382.51.4216.86129.17223.42.922.51.4211.29319.05.822.51.4221.85426.24.252.51.4216.82523.63.3

58、22.51.4212.86620.83.762.51.4214.28727.34.272.51.4217.06822.54.722.51.4218.15（2）矿井工业储量根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%推断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%的是经济的基础储量，30%的是边际经济的基础储量，则矿井工业资源储量由下式计算。（2-2）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；控制的资源量中边际经济的基础储量；推断的资源量；可信度系数，取0.70.9。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。本设计取0.8。将各数代入式2-2得：2.2.3矿井可采储量矿井设计资源储量按式（2-3）计算：（2-3）式中：矿井设计资源储量断层煤柱、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。按矿井工业储量的3%算。则：矿井设计可采储量：（2-4）式中：矿井设计可采储量；工业场地和主要井巷煤柱损失量之和，按矿井设计资源储量