張雙樓煤礦2.4Mta新井設計【含CAD圖紙+文檔】
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摘 要
本設計包括三個部分：一般設計部分、專題設計部分和翻譯部分。
一般部分為張雙樓礦2.4 Mt/a的新井設計。張雙樓煤礦位于江蘇省徐州市境內，東有沛屯鐵路與隴海線相連，交通十分便利。井田走向（東西）長平均約7.61 km，傾向（南北）長平均約3.02 km，井田水平面積為22.98 km2。主采煤層一層，即7號煤層，平均傾角22°，厚約9.0 m。井田工業(yè)儲量為316.89 Mt，可采儲量218.61 Mt，礦井服務年限為65.06 a。井田地質條件簡單，表土層平均厚度250 m；礦井正常涌水量為320 m3/h，最大涌水量為340 m3/h；煤層硬度系數f=2.3，煤質牌號為氣煤44；礦井絕對瓦斯涌出量為1.84 m3/min，屬低瓦斯礦井；煤層有自燃發(fā)火傾向，發(fā)火期3~6個月，煤塵具有爆炸危險性。
根據井田地質條件，提出四個技術上可行開拓方案。方案一：立井兩水平開采，一水平-550 m，立井延深至-950 m水平；方案二：立井兩水平開采，一水平-550 m，暗斜井延深至-950 m水平；方案三：立井三水平開采，一水平-500 m，二水平-750 m，立井延伸至-1000 m水平；方案四：立井三水平開采，一水平-500 m，二水平-750 m，暗斜井延伸至-1000 m水平。通過技術經濟比較，最終確定方案二為最優(yōu)方案。將主采煤層劃分為兩個水平，一水平標高-550 m，二水平標高-950 m，因井田走向大斷層將井田分為南北兩部分，井田南部為一水平服務范圍，井田北部為二水平服務范圍。
設計首采區(qū)采用采區(qū)準備方式，工作面長度168 m，采用綜采放頂煤采煤法，全部跨落法處理采空區(qū)。礦井采用“三八”制作業(yè)，兩班半生產，半班檢修。生產班每班2個循環(huán)，日進5個循環(huán)，循環(huán)進尺0.8 m，日產量7272.7 t。
大巷采用帶式輸送機運煤，輔助運輸采用1.5 t固定箱式礦車。主井裝備一套16 t雙箕斗和一套16 t單箕斗帶平衡錘提煤，副井裝備一對1 t礦車雙層四車罐籠帶平衡錘擔負輔助運輸任務。礦井采用中央并列式通風。通風容易時期礦井總需風量7410 m3/min，礦井通風總阻力1388.6 Pa，風阻0.11 N·s2/m8，等積孔3.44 m2，礦井通風容易。礦井通風困難時期礦井總風量7410 m3/min，礦井通風總阻力2605.05 Pa，風阻0.17 N·s2/m8，等積孔2.81 m2，礦井通風中等困難。設計礦井的噸煤成本120 元/t。
專題部分題目是礦井熱害產生的原因、危害及其防治措施。
翻譯部分是一篇關于巖石的抗拉強度實驗，數值模擬和分析研究的論文，英文原文題目為：Experimental, numerical and analytical studies on tensile strength of rocks。
關鍵詞：立井開拓；暗斜井延深；采區(qū)布置；放頂煤；中央并列式
ABSTRACT
This design can be divided into three sections: general design, monographic study and translation of an academic paper.
The general design is about a 2.4 Mt/a new underground 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 railway, the traffic is very convenient. It’s about 7.61 km on the strike and 3.02 km on the dip,with the 22.98 km2 total horizontal area. The minable coal seam of this mine is only 7 with an average thickness of 9.0 m and an average dip of 22°. The proved reserves of this coal mine are 316.89 Mt and the minable reserves are 218.61 Mt, with a mine life of 65.06 a.The geological condition of the mine is relatively simple. The normal mine inflow is 320 m3/h and the maximum mine inflow is 340 m3/h. It is bituminous coal 44 with low mine gas emission rate and coal spontaneous combustion tendency, and it’s a coal seam liable to explosion.
Based on the geological condition of the mine, I bring forward four available project in technology. Option One: Shaft two-level mining, a level of -550 m, vertical shaft deep to the -950 m level; Option II: vertical shaft two-level mining, a level of -550 m, dark inclined deep to the -950 m level; Option III:shaft mining of three levels, a level of -500 m, the level of -750 m vertical shaft extends to the -1000 m level; program four: vertical shaft three levels of exploitation, a level of -500 m, -750 m, the second level, dark inclined shaft extends to the-1000 m level. The first project is the best comparing with other three project in technology and economy. The first level is at -550 m, The second level is at -950 m, Because a major fault lies in the center of mine field, the mine 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 168 m, which uses fully-mechanized coal mining technology, and fully caving method to deal with goaf. The working system is “three-eight”,with two teams mining, and the other overhauling. Every mining team makes three working cycle, with six working cycle everyday. Advance of working cycle is 0.8 m, and quantity of 7272.7 ton coal is maked everyday.
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 the mine makes use of centralized ventilation method,when in the evening of mining the mine makes use of areas ventilation method. At the easy time of mine ventilation, the total air quantity is 7410 m3 per minute, the total mine ventilation resistance is 1388.6 Pa, the coefficient of resistance is 0.115 N·s2/m8, equivalent orifice is 3.44 m2. At the difficult time of mine ventilation, the total air quantity is about 7410 m3 per minute, the total mine ventilation resistance is 2605.05 Pa, the coefficient of resistance is 0.175 N·s2/m8, equivalent orifice is 2.81 m2. The cost of the designed mine is 120 yuan per ton.
The monographic study is Mine heat damage to the causes of hazards and control measures.
The translated academic paper is about Experimental, numerical and analytical studies on tensile strength of rocks.
Keywords：vertical development; inside slope development; arrangements with the
district; caving; Central para
目錄
一般部分
1 礦區(qū)概述及井田地質特征 1
1.1礦區(qū)概述 1
1.1.1礦區(qū)地理位置 1
1.1.2礦區(qū)氣候條件 1
1.1.3礦區(qū)的水文情況 2
1.2井田地質特征 2
1.2.1地層 2
1.2.2構造 4
1.2.3水文地質特征 4
1.3煤層特征 7
1.3.1煤層埋藏條件 7
1.3.2煤層群的層數 7
1.3.3煤層的圍巖性質 7
1.3.4煤的特征 7
2 井田境界與儲量 10
2.1井田境界 10
2.1.1井田范圍 10
2.1.2開采界限 10
2.1.3井田尺寸 10
2.2井田地質勘探 10
2.3礦井地質儲量 11
2.3.1儲量計算基礎 11
2.3.2礦井地質儲量計算 11
2.4井田可采儲量 13
2.4.1安全煤柱留設原則 13
2.4.2礦井永久保護煤柱損失量 13
2.4.3礦井可采儲量 15
3 礦井工作制度、設計生產能力及服務年限 16
3.1礦井工作制度 16
3.2礦井設計生產能力及服務年限 16
3.2.1礦井設計生產能力 16
3.2.2井型校核 16
4 井田開拓 17
4.1井田開拓的基本問題 18
4.1.1井筒形式的確定 18
4.1.2井筒位置的確定采（帶）區(qū)劃分 20
4.1.3工業(yè)場地的位置 20
4.1.4開采水平的確定 21
4.1.5礦井開拓方案比較 21
4.2礦井基本巷道 29
4.2.1井筒 29
4.2.2井底車場及硐室 33
4.2.3大巷 35
4.2.4巷道支護 39
5準備方式—采區(qū)巷道布置 40
5.1煤層地質特征 40
5.1.1采區(qū)位置 40
5.1.2采區(qū)煤層特征 40
5.1.3煤層頂底板巖石構造情況 40
5.1.4水文地質 40
5.1.5地質構造 40
5.2采區(qū)巷道布置及生產系統(tǒng) 41
5.2.1采區(qū)準備方式的確定 41
5.2.2采區(qū)巷道布置 41
5.2.3采區(qū)生產系統(tǒng) 43
5.2.4采區(qū)內巷道掘進方法 44
5.2.5采區(qū)生產能力及采出率 44
5.3采區(qū)車場選型設計 46
5.3.1確定采區(qū)車場形式 46
5.3.2采區(qū)主要硐室布置 47
6 采煤方法 49
6.1采煤工藝方式 49
6.1.1采區(qū)煤層特征及地質條件 49
6.1.2確定采煤工藝方式 49
6.1.3回采工作面長度的確定 50
6.1.4工作面的推進方向和推進度 51
6.1.5回采工作面破煤、裝煤方式 51
6.1.6綜采工作面的設備選型及配套 51
6.1.7采煤機的工作方式 65
6.1.8移架方式 66
6.1.9移運輸機方式 66
6.1.10放煤方式 67
6.1.11采煤工藝 68
6.1.12各工藝過程注意事項 68
6.1.13工作面端頭支護和超前支護 69
6.1.14循環(huán)圖表、勞動組織、主要技術經濟指標 70
6.1.15綜合機械化采煤過程中應注意事項 75
6.2回采巷道布置 75
6.2.1回采巷道布置方式 75
6.2.2回采巷道參數 76
7 井下運輸 78
7.1概述 78
7.1.1礦井設計生產能力及工作制度 78
7.1.2煤層及煤質 78
7.1.3運輸距離和輔助運輸設計 78
7.1.4礦井運輸系統(tǒng) 78
7.2采區(qū)運輸設備選擇 79
7.2.1設備選型原則： 79
7.2.2采區(qū)運輸設備選型及能力驗算 80
7.3大巷運輸設備選 80
7.3.1主運輸大巷設備選擇 80
7.3.2輔助運輸大巷設備選擇 80
7.3.3 運輸設備能力驗算 83
8 礦井提升 84
8.1礦井提升概述 84
8.2主副井提升 84
8.2.1主井提升 84
8.2.2副井提升設備選型 87
9 礦井通風及安全 89
9.1礦井地質、開拓、開采概況 89
9.1.1礦井概況 89
9.1.2開拓方式 89
9.1.3開采方法 89
9.1.4變電所、充電硐室、火藥庫` 90
9.1.5工作制、人數 90
9.2礦井通風系統(tǒng)的確定 90
9.2.1礦井通風系統(tǒng)的基本要求 90
9.2.2礦井通風方式的選擇 90
9.2.3礦井通風方法的選擇 91
9.2.4采區(qū)通風系統(tǒng)的要求 92
9.2.5采區(qū)通風方式的確定 92
9.2.6回采工作面進回風巷道的布置 93
9.2.7掘進通風及硐室通風 94
9.3礦井風量計算 94
9.3.1通風容易時期和通風困難時期采煤方案的確定 94
9.3.2各用風地點的用風量和礦井總用風量 94
9.3.3風量分配 101
9.4礦井阻力計算 102
9.4.1計算原則 102
9.4.2礦井最大阻力路線 102
9.4.3計算礦井摩擦阻力和總阻力 102
9.4.4兩個時期的礦井總風阻和總等積孔 106
9.5選擇礦井通風設備 108
9.5.1選擇主要通風機 108
9.5.2 電動機選型 112
9.6通風設施、防漏風和降低風阻措施 112
9.6.1通風設施 112
9.6.2防止漏風措施 112
9.6.3降低風阻措施 112
9.7反風方式及反風設施 113
9.8安全災害的預防措施 113
9.8.1粉塵災害防治 113
9.8.2瓦斯災害防治 114
9.8.3礦井防滅火 114
9.8.4礦井防治水 114
9.8.5井下其它災害防治 115
9.8.6礦井集中安全監(jiān)測監(jiān)控 116
9.8.7礦井安全檢測及其它裝備 116
9.8.7礦山救護隊及保健設施 116
10 設計礦井基本技術經濟指標 117
參考文獻 118
專題部分 119
礦井熱害產生的原因、危害及其防治措施 120
0 引言 120
1 問題的提出 120
2 國內外研究現(xiàn)狀 122
2.1礦井熱害的概念 122
2.2煤礦安全規(guī)程規(guī)定及熱害等級的劃分 122
2.2.1圍巖的原始溫度測定 122
2.2.2礦井熱害等級劃分 122
2.2.3《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定 122
2.3國內外礦井熱害情況概述 123
3 礦井熱源及其定量分析 124
3.1基本概念及其概述 124
3.1.1地表空氣 125
3.1.2流體的自壓縮（或膨脹） 125
3.1.3圍巖傳熱 126
3.1.4機電設備的放熱 126
3.1.5運輸中煤炭及矸石的散熱 126
3.1.6熱水的散熱 127
3.1.7其他熱源 127
3.2以永川煤礦熱害為例分析 127
3.2.1礦井熱源調查 128
3.2.2空氣壓縮熱 128
3.2.3圍巖散熱 128
3.2.3機電設備散熱 129
3.2.4煤炭及矸石運輸散熱 129
3.2.5其他熱源 130
3.2.6礦井熱源分析 131
4 礦井熱害產生的原因 133
4.1礦井高溫產生的原因 133
4.2礦井高濕產生的原因 134
5 礦井熱害的危害 134
5.1高溫的危害 134
5.2高濕的危害 135
6 礦井熱害的防治措施 135
6.1加強教育和管理 135
6.2非制冷空調降溫 136
6.2.1采用通風降溫 136
6.2.2隔離、減少熱源 137
6.2.3冰冷降溫 138
6.2.4人體防護服 138
6.2.5采用合理的開拓方式降溫 138
6.2.6采用充填采礦法降溫 138
6.2.7采用個體防護措施 138
6.2.8其他降溫措施 138
6.3制冷空調降溫 139
6.3.1基本概念及其概述 139
6.3.2以兗煤菏澤能化公司趙樓煤礦為例分析 142
7 展望 147
7.1超深井開采 147
7.2超高溫礦井開采 147
7.3井下地熱利用探討 148
7.3.1傳統(tǒng)地熱利用 148
7.3.2井下地熱的主要熱源 148
7.3.3井下地熱利用的可能方向 148
結論 149
翻譯部分 152
英文原文 153
EXPERIMENTAL, NUMERICAL AND ANALYTICAL STUDIES ON TENSILE STRENGTH OF ROCKS 153
1 Introduction 153
2 Experimental study 156
2.1 Indirect tension tests 156
2.2 Direct tension tests 157
3 2D FEM modeling of Brazilian disk specimens 159
3.1 Stress distributions in a disk loaded by a loading arc 160
4 Conclusions 165
References 166
中文譯文 168
巖石的抗拉強度實驗，數值模擬和分析研究 168
1簡介 168
2實驗研究 170
2.1間接張力試驗 170
2.2直接拉伸實驗 172
3二維有限元建模的巴西圓盤試件標本 173
3.1在磁盤上的應力分布加載加載弧 174
4結論 178
參考文獻： 180
致謝 182
一
般
部
分
第263頁
1 礦區(qū)概述及井田地質特征
1.1礦區(qū)概述
1.1.1礦區(qū)地理位置
張雙樓煤礦位于徐州市西北，距徐州市約79km，在江蘇沛縣安國鎮(zhèn)境內，東距大屯煤電公司6.5 km，南距沛縣城16.5km，東有沛屯鐵路和隴海線相連，礦區(qū)的徐沛公路北上山東，南達上海，交通甚為便利。
地理座標：東經116°45′18″~116°52′27″，北緯34°46′56″~34°49′05″。主、副井井口標高+38.5m。
礦區(qū)（居民點）現(xiàn)狀由張雙樓、陳莊、高莊、梅廟、梅海子、油坊口、袁莊七個自然村組成，居住總人口3461人，910戶。交通位置如圖1-1。
1.1.2礦區(qū)氣候條件
本區(qū)屬南溫帶黃淮區(qū)，氣象具有長江流域的過渡性質，接近北方氣候的特點，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨。春季常有干旱及寒潮、霜凍等自然災害，但四季分明，氣候溫和。
據沛縣氣象站資料
（一）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50~70％，1、2、3月份為枯水季節(jié)。
（二）蒸發(fā)量：年平均最大蒸發(fā)量1873.5mm（1968年），最小蒸發(fā)量1273.9mm（1985年）。
（三）風向：全年以東南，偏東風為最多，年平均風速3.2 m/s。
（四）氣溫：年平均氣溫13.8℃，日最高氣溫40.70℃（1996年7月18日），日最低氣溫-21.3℃（1967年1月4日）。
本區(qū)屬于季風型大陸性氣候。
1.1.3礦區(qū)的水文情況
本井田地表屬黃泛沖積平原，地面平坦，地面標高+38~+39m，地勢西高東低，地表水系不發(fā)育，區(qū)內東緣微山湖，有徐沛河，南有豐沛河經京杭大運河注入微山湖。
1.2井田地質特征
1.2.1地層
張雙樓煤礦地層屬華北型，煤系地層為石炭、二迭系，均為第四系或侏羅—白堊系所覆蓋。區(qū)內揭露的地層有奧陶系下統(tǒng)肖縣組（未揭穿）、馬家溝組，奧陶系中統(tǒng)閣莊組、八陡組，石炭系中統(tǒng)本溪組，石炭系上統(tǒng)太原組，二迭系下統(tǒng)山西組和下石盒子組，二迭系上統(tǒng)上石盒子組，侏羅—白堊系，第四系。由老至新概述如下：
（1）奧陶系（O）
地層厚度461m，為肖縣組（O1x）、馬家溝組（O1m）、閣莊組（O2g）和八陡組（O2b）。
①下統(tǒng)肖縣組（O1x）
本區(qū)僅一個鉆孔揭露，最大揭露厚度125 m。巖性為灰~灰白色微帶肉紅色白云巖、灰質白云巖，夾灰黑色微晶灰?guī)r、泥礫灰?guī)r。
②下統(tǒng)馬家溝組（O1m）
本區(qū)僅一個鉆孔全層揭露，全組厚度約198m。巖性上部為灰色或呈淺褐色隱晶質灰?guī)r夾薄層白云巖和含白云質灰?guī)r；下部為似豹斑狀灰?guī)r，夾泥質條帶，與下伏肖縣組地層呈整合接觸。
③中統(tǒng)閣莊組（O2g）
本區(qū)僅個別鉆孔揭露，全組厚約113m。巖性由淺灰、灰白或淺褐色微晶狀白云巖、灰質白云巖夾薄層泥灰?guī)r、灰?guī)r組成，與下伏馬家溝組地層呈整合接觸。
④中統(tǒng)八陡組（O2b）
本區(qū)僅個別鉆孔揭露，全組厚約25m。由灰~棕灰色厚層狀質純隱晶質灰?guī)r夾薄層灰綠色泥巖組成。與下伏閣莊組地層呈整合接觸。
（2）石炭系（C）
地層厚度188m，為本溪組和太原組。
①中統(tǒng)本溪組（C2b）
本區(qū)僅少數鉆孔揭露，全組厚約20~38/29m，為海陸交替相沉積。中、上部主要由淺灰色致密狀灰?guī)r夾灰綠色，雜色泥巖組成。下部為絳紫色泥巖及褐黃色鋁土質泥巖，偶含薄層灰?guī)r，底部為一層絳紫色鐵質泥巖與下伏奧陶系中統(tǒng)八陡組地層呈假整合接觸。產：
Fusulinella bocki 薄克氏小紡錘蜓
Beedeina yangi 揚氏比德蜓
Pseudowedekindellina prodixa 伸長假魏特肯蜓
Eostaffella quasiampla 似豐滿始史塔夫蜓
Chonetes of carbonifera 石炭戟貝（相似種）
②上統(tǒng)太原組（C3t）
本區(qū)大多數鉆孔揭露，全組厚145~179/159m，本組地層為海陸交互相沉積，是本區(qū)主要含煤地層之一，沉積旋回清晰，標志層明顯。發(fā)育了薄-厚層灰?guī)r十三層及十一層薄煤，其中：一、四、十二灰是全區(qū)標志層。本組主要由灰色細、中粒砂巖，灰黑色泥巖，砂泥巖、灰?guī)r和煤組成。一、二灰為生物化學巖，常具方解石晶體，四灰最厚，平均8.21m，且含燧石；十二灰中下部富含蜓科化石及燧石。無名灰上、九灰下賦存17煤，十二灰下賦存21煤，為本區(qū)主要可采煤層。底部以一層鋁質泥巖與下伏本溪組地層分界，呈整合接觸。產：
Neuropteris ovata 卵脈羊齒
Taeniopteris 多脈帶羊齒
Chonetes 石炭戟貝
Lengula sp.燕海扇（未定種）
Schizodus sp.裂齒蛤（未定種）
Schwagerina 希瓦格蜓
（3）二疊系（P）
①下統(tǒng)山西組（P1s）
本區(qū)主要含煤地層之一，整合于太原組地層之上，全組厚93~185/113m。本組地層屬過渡相沉積，即由瀉湖海灣波浪帶~瀉湖海灣~濱海沼澤相組成，沉積旋回明顯，大體可分為三個沉積旋回，含煤1~5層，其中7、9煤為本區(qū)主采煤層。現(xiàn)將巖性分旋回自下而上分述如下：
第一旋回：厚21m?；液谏Ｏ嗄鄮r，深灰色砂泥巖，灰白色細粒砂巖、9煤。海相泥巖，致密性脆，含少量動物化石及黃鐵礦，偶夾鈣質透鏡體，頂部常呈砂泥巖，9煤沉積較穩(wěn)定。
第二旋回：厚34m。灰白色厚層中~細粒砂巖，灰色砂泥巖，7煤。7煤沉積較穩(wěn)定。
第三旋回：厚58m。灰色砂泥巖，淺灰~淺灰白色細~中粒砂巖，深灰色砂泥巖，泥巖。本旋回下部偶含5煤或6煤。產：
Pecopteris kativenosa 厚脈櫛羊齒
Pecopteris arcuata 彎脈櫛羊齒
Sphenophyllum oblongifolium 長橢圓形楔葉
Alethopteris ascendens 細脈座延羊齒
Lingula sp.舌形貝（未定種）
Rhacopteris bertrandii 裂扇羊齒
②下統(tǒng)下石盒子組（P1xs）
為本區(qū)含煤地層之一，全組厚161~247/220m。本組為內陸湖泊沼澤相沉積。上段由雜色泥巖、砂泥巖間夾灰白~灰綠色粉細砂巖等組成，底部為一厚層狀淺灰~灰白色中細粒砂巖，局部為粗粒砂巖（柴砂）。下段由灰色或灰綠色夾紫紅色斑點泥巖，砂泥巖及灰色砂巖組成，局部發(fā)育有1~2層薄煤，均不可采，底部為一層灰白~灰綠色中粗粒砂巖（俗稱分界砂巖），全區(qū)穩(wěn)定，為本區(qū)對比標志層，本組地層與下伏山西組地層呈整合接觸。產：
Cladophlebis sp.枝脈蕨（未定種）
Sphenophyllum oblongifolium 長橢圓形楔葉
Pecopteris arcuata 彎脈櫛羊齒
Lingula sp.舌形貝（未定種）
Chiropteris kawasakii 脊掌蕨
③上統(tǒng)上石盒子組（P2SS）
本區(qū)揭露殘留地層厚度12~175/101m。上部由雜色泥巖、砂質泥巖為主，間夾薄層灰綠、絳紫色砂巖，內含大量鋁土質和菱鐵質鮞粒，下部由紫紅、灰綠色中細粒砂巖為主，間夾雜色砂質泥巖及蛋青色薄層鋁土質泥巖、砂泥巖組成，底部為紫色或灰白色中~粗粒含礫石英砂巖（奎山砂巖）與下伏下石盒子組地層呈整合接觸。產：
Lobatannularia ensifolia 劍形瓣輪葉
Sphenopteris tenuis 纖弱楔羊齒
Lobatannularia multifolia 多葉瓣輪葉
Chiropteris reniformis 腎掌蕨
（4）侏羅-白堊系（J-K）
本區(qū)內揭露殘留地層最大厚度509m（13-2孔），平均290m。上部由深灰、暗紫色泥巖、砂泥巖夾砂巖組成。下部由絳紫色、紫紅色砂泥巖、灰綠色細砂巖夾礫巖組成。底部常有一層較厚的絳紫色、紫紅色含礫砂巖，礫石成份為石英巖、灰?guī)r等，礫徑1~6mm，厚度變化大，局部相變?yōu)樯澳鄮r或砂巖，與下伏地層呈不整合接觸。
（5）第四系（Q）
為一套松散沉積物，由粘土、砂質粘土、細中粗砂及砂礫層組成。與下伏各系地層呈不整合接觸，厚度196~319/250m，在井田走向上由東北向西南增厚，傾向上中深部最薄，向兩側逐漸增厚，其巖性特征：
上部：上段由棕黃、棕灰色粉砂夾薄層粘土，砂質粘土組成；下段由棕黃、灰綠色粘土，砂質粘土夾細、中粗砂層組成，粘土中常含砂姜，厚約90m。
中部：由灰白、灰綠、土黃色細中粗砂夾灰褐色粘土，砂質粘土組成，粘土中常含砂姜及鐵錳質結核，厚約74m。
下部：主要由灰白、灰綠及灰褐色粘土、砂質粘土組成，夾2~5層細中粗砂透鏡體，厚約72m。
底部常有一層砂礫層，礫石成份為石英、灰?guī)r，礫徑2~4cm，滾圓良好，充填物為粘土及砂，厚約14m。
1.2.2構造
全井田共發(fā)現(xiàn)3條斷層，皆為正斷層。按斷層落差分：最大落差大于等于100m的1條，小于100m而大于等于50m的1條，小于50m大于等于30m的1條。斷層的延展方向以北西西和北西向為主，次為北東向。
本井田構造復雜程度屬簡單類型。
1.2.3水文地質特征
張雙樓地區(qū)基巖含水層，包括煤系地層含水層和奧陶系灰?guī)r水層均有隱伏露頭，即為第四系地層直接覆蓋。雖然各含水層是來自大氣降水入滲，且第四系第一段砂巖層含水量較大，但第四系下部有一層厚達14.4m的粘土隔水層段，底礫層多為砂泥質充填，含水性小，故其頂部可視為弱水邊界。
本地區(qū)地下水為一個四周隔水，頂部弱透水的相對封閉的水文地質單元。區(qū)內隨著礦井排水，各含水層水位持續(xù)下降，說明都在消耗靜儲量，單元內部奧灰水作為水庫不斷向煤系地層含水層補給。
圖1-2 綜合地質柱狀圖
含水層：
(1) 第四系砂巖或砂礫層空隙含水層。
第四系為一套松散的沉積物，井田內厚度30~80m，平均70m，大體分為五段，包括三個含水層，一個弱透水層和一個隔水層組，從上至下依次為：
①第一段砂層空隙潛水含水層組（Ⅰ含）
本段厚6~19m，平均為17.6m，主要由棕黃、棕灰色粉砂、粘土質砂夾薄層粘土。砂質粘土組成。據水文孔抽水試驗資料，水質為HCO3—K+Na型，礦化度為0.75~0.84g/l，富水性中等，是當地居民生活的主要水源。
②第二段粘土。砂質粘土及砂層弱透水層組（Ⅱ透）
本段厚9.8~15.4m，平均為10.4m，主要由黃褐色，棕褐色及灰綠色粘土、砂質粘土組成，常夾2~6層細砂，粘土質砂，局部為中粗粒砂，砂層犬牙交錯，總厚度為1~4.9m，平均為3.3 m約占本段厚度的31.7%；本段可視為弱透水層組。
③第三段砂層孔隙承壓水層組（Ⅲ含）
本段厚13~26.2 m，平均為24.8 m，由灰白、灰綠、土黃色、中、粗砂及粘土質砂夾薄層粘土、砂質粘土組成，粘土總厚度3.2~4.8 m，平均為3.52 m，占本段厚度的23.8%。據流量測井資料k=2.106m/d。本層水是目前張雙樓礦區(qū)的工業(yè)和生活水源。據水源井取水和水質資料，出水量大于60 m3/h。水質類型為SO4-K+Na。本層屬于富水性中等含水層組。
④第四段粘土隔水層組（Ⅳ隔）
本段厚度12.7~16.3 m，平均14.4 m，井田內東薄西厚，總體上比較穩(wěn)定，主要灰白、灰綠及灰褐色粘土、砂質粘土組成，局部夾2~5層砂層透鏡體。該層作為隔水層組，對控制上部1含、3含垂直向下入滲補給5含起到了抑制作用。
⑤第五段砂礫層承壓含水層組（Ⅴ含）
本段常稱作底礫層，厚0~7.8 m，平均為2.8 m，井田東部普遍發(fā)育，西部有大面積缺失。其上部以灰黃色含礫粗砂或粘土質砂為主。下部以雜色砂礫為主，夾不穩(wěn)定薄層粘土，礫石成分主要為石英砂，粒徑2~4 cm，滾圓良好，隙間充填物為粘土及砂，含量達50~60%。本層屬于中等含水層。
(2) 二迭系砂巖裂隙含水層
二迭系地層包括上石盒子組（12~175/101 m）、下石盒子組(165~247/220 m)、山西組(93~185/112 m)，總厚度433 m，主要由泥巖、砂質泥巖加沙巖石組成。砂巖含水層據其厚度和富水情況主要由上石盒子組底部奎山砂巖、下石盒子組中部砂巖、下石盒子組底部分界砂巖，下部7、9煤頂砂巖含水層。
第一段、上石盒子組底部奎山砂巖裂隙承壓水含水層
厚10.22~41.7 m，平均為21.63 m，分布廣泛。立井井筒揭露該層時用水量達126 m3/h，富水性中等。由于該含水層距離7煤較遠，對井田煤層開采無直接充水影響。
②第二段下石盒子組中部砂巖裂隙承壓含水層
厚14~49.1 m，平均為34.00 m。分布在6線以西。主井井筒揭露該層時用水量達104 m3/h，富水性中等。該含水層對礦井煤層開采無直接影響。
③第三段下石盒子組底部分界砂巖裂隙承壓水層。
厚2.76~26.60 m，平均為11.06 m。分布在7線以西。主井接露時用最大涌水量70~80 m3/h，副井清理斜巷揭露時最大用水量69.4 m3/h，富水性小。據水位觀測資料，-500 m水平以上該含水層以呈半疏干狀態(tài)。
(3) 山西組下部砂巖裂隙承壓含水層
7煤頂板砂巖含水層，厚度1.20~39.60 m，平均為18.93 m，為7煤老頂或直接頂。據抽水試驗資料q=0.0026 L/(m·s)，k=0.0014 m/d。綜合勘探和生產揭露情況分析，富水性屬小~中等，水質類型為SO4-Ca(K+Na)型，礦化度為3.186~4.544 g/L。本層為開采7煤直接充水含水層。
礦井正常涌水量是320m3/h，最大涌水量是340 m3/h。
1.3煤層特征
1.3.1煤層埋藏條件
走向：東西走向。傾向：北偏西。傾角及其變化：17~28°。煤層的露頭深度：-211 m。風化帶深度：-218 m。
1.3.2煤層群的層數
本區(qū)主要含煤地層為石炭二迭系，其中：石炭系太原組（C3t）、二迭系山西組（P11），總厚度272 m，含煤16層，平均累計厚度9.30 m，含煤系數3.40%。
含主要可采煤層1層，平均總厚度9.0m。
山西組：本組厚113 m，含煤1~5層，平均累計厚度6.63 m，含煤系數3.5%，含主要可采煤層1層，即7煤，平均總厚度9 m。
太原組：本組厚159 m，含煤9-11層，平均累計厚度3.70 m，含煤系數3.3%，無可采煤層。
1.3.3煤層的圍巖性質
7煤頂板多為泥巖、砂泥巖，底板多為灰色粉砂巖。煤層頂底板具體情況見表1.1。
表1-1煤層頂底板情況一覽表
頂底板名稱
巖石名稱
厚度(m)
特性描述
基本頂
細砂巖
8.57
淺灰~淺灰白色，有厚脈櫛羊齒化石。
直接頂
砂泥巖
4.55
灰色，含長橢圓形楔葉化石。
直接底
砂泥巖
4.19
深灰色，含少量動物化石及黃鐵礦，偶夾鈣質透鏡體。
基本底
細砂巖
24.69
灰白色，致密堅硬，以石英長石為主，鈣質膠結，斜層理為主。
1.3.4煤的特征
本區(qū)7煤呈油脂~半暗淡光澤，鱗片狀及厚薄不等的條帶狀結構，硬度II~III，內生裂隙發(fā)育，性脆易碎，為光亮~半暗型煤。7煤容重測定值1.31~1.55，本礦采用1.36。煤質穩(wěn)定，各主要指標變化很小，為中變質程度的氣肥煤。可作為電力、船舶、鍋爐用煤及其它工業(yè)用煤，并且可作為良好的煉焦配煤。煤層具體特征見表1-2、1-3、1-4、1-5。
表1-2 煤層特征表
項目
特性描述
煤層厚度
8.6~10.4m，加權平均厚度為9.0m，為厚煤層
煤層傾角
17~28°，平均22°，為傾斜煤層
煤層硬度系數
f＝2.3
表1-3 可采煤層元素分析統(tǒng)計表
煤層
煤種
Cdaf(%)
Hdaf(%)
Ndaf(%)
Odaf(%)
7
氣煤
81.39~84.81
83.62(21)
5.02~5.77
5.50(21)
0.68~1.50
1.42(21)
8.34~11.59
9.53(21)
表1-4 可采煤層煤芯煤樣工業(yè)分析成果表
煤層
發(fā)熱量(MJ/kg)
Qb.ad
Qgr.d
Qnet.d
7
原煤
19.90~31.06
27.19(33)
20.24~32.08
27.79(33)
0.68~1.50
1.42(10)
精煤
29.32~31.55
30.82(6)
30.75~31.85
30.68(6)
29.05~31.83
30.46(6)
表1-5主要煤質指標分級一覽表
煤層
精煤揮發(fā)份
原煤灰分
原煤含硫
原煤發(fā)熱量
粘結性
數碼
Ad
熔融性
7
38.15
中灰
高~難溶
特低
中高
中等
44
瓦斯：區(qū)內先后共采集了10個瓦斯鉆孔，瓦斯含量測定成果見表1-6和表1-7。
表1-6 可采煤層鉆孔瓦斯含量測定成果統(tǒng)計表
煤層
CH4(m3/g)
C02(m3/g)
N2(m3/g)
C2H6(m3/g)
備注
7
0.1
0.169~1.74
0.507(7)
0.01
表1-7可采煤層鉆孔瓦斯自然成分統(tǒng)計表
煤層
CH4(%)
C02(%)
N2(%)
C2H6(%)
備注
7
2.94~1.74
4.11(2)
10.6~50.45
26.21(8)
44.28~89.35
72.75(8)
0.05
全礦井相對瓦斯涌出量0.77m3/(t·d)，絕對瓦斯涌出量3.73 m3/min，按照《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，日產一噸煤瓦斯涌出量在10 m3以下的礦井為低瓦斯礦井，本礦為低瓦斯礦井。
煤塵：本區(qū)綜采，機掘的最大最小煤塵濃度和平均濃度為337.8 mg/m3、136.8 mg/m3、189.4 mg/m3，煤塵爆炸性指數在43%左右，均屬于有煤塵爆炸危險性煤層。
煤的自燃傾向：區(qū)內共采取5個煤層自燃傾向試驗樣本，煤層自燃傾向試驗成果見表1-8。
表1-8 煤層自燃傾向試驗成果表
煤層
采樣點數
T1
T2
T3
△T(1-3)
煤的自燃傾向系數
7
5
336~370
346(5)
327~343
332(5)
319~339
327(5)
9~44
20(5)
不易自燃
井田內煤層的自燃發(fā)火期一般為3~6個月，為不易自燃煤層。
地溫：井田內在地面進行了10個地質鉆孔的測溫工作，其中近似穩(wěn)態(tài)測溫孔2個，其它均為簡易測溫孔。地溫梯度及相同深度巖溫對比見表1-9。
表1-9地溫梯度及相同深度巖溫對比表
深度
-300 m
地溫(℃)
-500 m地溫(℃)
-800 m地溫(℃)
-1000 m地溫(℃)
地溫梯度(℃/100 m)
地溫率
(m/℃)
變化范圍
21.8~23.5
24.0~25.7
27.4~29.1
29.6~31.3
2.25~2.81
36.6~44.3
平均
23.0
24.8
28.1
30.8
1.12
39.8
2井田境界與儲量
2.1井田境界
2.1.1井田范圍
東部邊界：東起F1大斷層；西部邊界：由第1勘探線控制；南部邊界：由第9勘探線控制；北部邊界：北到-800m水平7煤層底板等高線。
2.1.2開采界限
井田內含煤地層為上石炭統(tǒng)太原群及下二疊統(tǒng)山西組，總厚123.38m，含煤4層。可采煤層2層，為7號、9號煤層。礦井設計只針對7號煤層。
開采上限：7號煤層以上無可采煤層。下部邊界：7號煤層以下無可采煤層。
2.1.3井田尺寸
井田的走向最大長度為7.618km，最小長度為7.600km，平均長度為7.609km。井田傾斜方向的最大長度為3.420km，最小長度為2.619km，平均長度為3.020km。煤層的傾角最大為28.6°，最小為17°，平均為22°。井田的水平面積按下式計算：
（2-1）
式中：
S ——井田的水平面積，km2；
H——井田的平均水平寬度，km；
L——井田的平均走向長度，km。
井田的水平面積為：
S=7.609×3.020=22.98 (km2)
井田賦存狀況示意圖如圖2-1。
圖2-1 井田賦存狀況示意圖
2.2井田地質勘探
井田南部鉆孔分布均勻，地質勘探類型為精查，北部的東半部分鉆孔分布均勻，為詳細勘探區(qū)，西半部鉆孔較少，為普查區(qū)。
井田內斷層南部以及斷層北部東大半部分屬111b-1級儲量，斷層附近及露頭附近屬122b級儲量，其它區(qū)域為111b-2級儲量。高級儲量占94.15%，符合煤炭工業(yè)設計規(guī)范要求。7號煤層平均可采厚度為9.0m。
2.3礦井地質儲量
2.3.1儲量計算基礎
（1）根據本礦的井田地質勘探報告提供的煤層儲量計算圖計算；
（2）根據《煤炭資源地質勘探規(guī)范》和《煤炭工業(yè)技術政策》規(guī)定：煤層最低可采厚度為0.70m，原煤灰分≤40%；
（3）依據國務院過函（1998）5號文《關于酸雨控制區(qū)及二氧化硫污染控制區(qū)有關問題的批復》內容要求：禁止新建煤層含硫份大于3%的礦井。硫份大于3%的煤層儲量列入平衡表外的儲量；
（4）儲量計算厚度：夾石厚度不大于0.05m時，與煤分層合并計算，復雜結構煤層的夾石總厚度不超過每分層厚度的50%時，以各煤分層總厚度作為儲量計算厚度；
（5）井田內主要煤層穩(wěn)定，厚度變化不大，煤層產狀平緩，勘探工程分布比較均勻，采用地質塊段的算術平均法。
2.3.2礦井地質儲量計算
礦井可采煤層為7煤。由于礦井井田形狀規(guī)整，本區(qū)礦井儲量采用網格法，將井田分為A、B、C、D、E、F六個塊段（根據等高線疏密程度劃分面積小塊）具體分塊情況見圖2.2井田地質儲量計算面積劃分示意圖，根據每個面積小塊的等高線水平間距和高差計算出面積小塊的煤層傾角，用CAD命令計算面積小塊的水平面積，由此可計算得出每個塊段的不同儲量，礦井地質總儲量即為各塊段儲量相加之和。
圖2-2 礦井塊段劃分圖
由式2-2及礦井塊段劃分圖，得各塊段地質儲量計算見下表2-1：
根據《煤炭工業(yè)設計規(guī)范》，求得以下各儲量類型的值：
（1）礦井地質資源量
礦井地質資源量可由以下等式計算：
（2-2）
式中：
——礦井地質資源量，Mt；
——煤層平均厚度，m；
——煤層底面面積，km2；
——煤容重，1.36t/m3；
——各塊段煤層的傾角。
將各參數代入（2-2）式中可得表2-1，所以地質儲量為：
表2-1 煤層地質儲量計算
煤層
塊段
傾角/(°)
塊段面積/km2
煤厚/m
容重/t/m3
儲量/Mt
煤層總儲量/Mt
7
A
25.0
3.37
9.0
1.36
47.52
312.89
B
18.3
7.54
9.0
1.36
101.50
C
19.0
2.07
9.0
1.36
27.97
D
23.4
2.15
9.0
1.36
29.93
E
28.6
3.47
9.0
1.36
50.51
F
17.0
4.15
9.0
1.36
55.46
（2）礦井工業(yè)儲量
根據鉆孔布置，在礦井地質資源量中，60%探明的，30%控制的，10%推斷的。根據煤層厚度和煤質，在探明的和控制的資源量中，70%的是經濟的基礎儲量，30%的是邊際經濟的基礎儲量，則礦井工業(yè)資源/儲量由式計算。
礦井工業(yè)儲量可用下式計算：
（2-3）
式中：
——礦井工業(yè)資源/儲量；
——探明的資源量中經濟的基礎儲量；
——控制的資源量中經濟的基礎儲量；
——探明的資源量中邊際經濟的基礎儲量；
——控制的資源量中經濟的基礎儲量；
——推斷的資源量；
——可信度系數，取0.7~0.9。地質構造簡單、煤層賦存穩(wěn)定的礦井，值取0.9；地質構造復雜、煤層賦存較穩(wěn)定的礦井，取0.7。該式取0.8。
因此將各數代入式2-2得：
2.4井田可采儲量
2.4.1安全煤柱留設原則
1．工業(yè)場地、井筒留設保護煤柱，對較大的村莊留設保護煤柱，對零星分布的村莊不留設保護煤柱；
2．各類保護煤柱按垂直斷面法或垂線法確定。用巖層移動角確定工業(yè)場地、村莊煤柱。巖層移動角為75°，表土層移動角為45°；
3．維護帶寬度：風井場地20m，其它15m；
4．斷層煤柱寬度50m，井田境界煤柱寬度為40m；
2.4.2礦井永久保護煤柱損失量
1．井田邊界保護煤柱
井田邊界保護煤柱留設30m寬，則井田邊界保護煤柱損失量為9.345Mt。
2．斷層保護煤柱
斷層F1煤柱留設50m寬，則斷層保護煤柱損失量為：9.416Mt。
3．工業(yè)廣場保護煤柱
根據《煤炭工業(yè)設計規(guī)范》不同井型與其對應的工業(yè)廣場面積見表2-3。第5-22條規(guī)定：工業(yè)廣場的面積為0.8-1.1平方公頃/10萬噸。礦井井型設計為2.4Mt/a，因此由表2-3可以確定本設計礦井的工業(yè)廣場為0.24km2。本設計取0.83的系數，則工業(yè)廣場的面積約為0.2km2。工業(yè)廣場屬于Ⅱ級保護，需要留設15m寬的圍護帶。本設計選定工業(yè)廣場長為500m，寬為400m，新生界松散層厚度196~319m，平均250m，結合本礦井的地質條件及沖積層和基巖移動角（表2-4）采用垂直剖面法計算工業(yè)廣場的壓煤損失。
表2-3 工業(yè)場地占地面積指標
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