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煤矿开采毕业设计说明书范本

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2020年4月19日
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第一章 矿(井)田地质概况
1.1 矿(井)田位置及交通
1.1.1 交通位置
王家山煤矿位于靖远县城北约60km,宝积山矿区西北约10km,行政区划属白银市平川区王家山镇和东升乡管辖。面积约8.3421km2,地理坐标为:东经104°48′06″～104°53′12″,北纬36°51′35″～36°53′14″。
靖远煤业有限责任公司取得王家山煤矿的采矿权,国土资源部 12月26日颁发了采矿许可证,开采深度标高为1780—850m,有效期自 12月至 12月。
王家山煤矿西北距国道309线约2.5km。铁路由白(银)～宝(积山)线的长征车站接轨,经旱平川、水泉,至煤矿工业广场有专用线。矿区内的公路、简易公路纵横交错,交通甚为方便。交通位置如图1.1

图1.1 交通位置图
1.1.2 地形地貌
矿区地处干旱区,地形复杂。地形陡峻,最高点位于栒条岘,标高2021.7m,最低点位于下红湾,标高1815.0m,相对高差206.7m,水洞沟以西基岩裸露,属剥蚀构造地貌,王家山向斜两翼形成相向的单面山,
由于沿张性构造裂隙易于向下切割侵蚀,故横向沟谷发育。随着向斜的倾没,岩层逐渐被黄土覆盖;水洞以东主要为黄土丘陵区,相对高差较小,一般20～50m。
1.1.3 气象及水文情况
矿区气候属内陆半沙漠干旱气候
㈠气温:月平均-9～24℃,最低-18～23℃,最高达35～38℃,年平均7.9～9.2℃。夏季酷热,冬季严寒,春、夏、秋季昼夜温差10～16℃
㈡降水量:年平均量在187～374mm之间,平均250mm左右.多集中于7、8、9三个月,降水量占全年的50～60%,常形成暴雨。
㈢蒸发量:年平均1439～1782mm,平均1655mm,为降水量的6.6倍。
㈣湿度:年平均55～64%,4、5月份最干燥,为41～60%,7～11月份湿度在58～75%之间。
㈤风向:除夏、秋季有东南风外,其它时间多西北风,风力2～4级,最大达6～8级,全年平均风速1～1.4m/s。
㈥每年11月至次年3月为冻结期,最大冻结深度93cm。
区内无常年流水,仅有两条砂河在每年7～9月雨季期间山洪暴发才有短暂的暂时性流水。一条是苦水峡砂河,发源于矿区东南部的小井子沟,由南向北穿过矿区中部,经胶泥崖村、大红沟、北滩,与咸水河汇合,至中卫注入黄河;另一条是孔家沟砂河,由李家坪向西流经矿区南侧,在33、107号孔附近折向西南,经石碑子沟、旱平川,流入黄河。
矿区以南的变质岩裂隙水沿F1断裂带溢出,在苦水峡砂河上游形成水质良好,但水量甚小的上升泉,最小涌水量0.175L/S,最大涌水量为1.112L/S。由于受F1断裂带中断层泥的阻滞,进入孔家沟砂河后形成地下潜流,潜水面深3～10m,对河床中分布的各个水井进行了不定期观测,水量不大,如李家坪水井的涌水量为20.39m3/d。
1.1.4矿区概况
1.矿区开发情况
王家山矿区开采历史久远,在建井时,井田浅部的小窑已具备相当规模。为了协调与地方的关系,省委、省政府先后多次从生产矿井不同位置划给地方资源2501.84万t,从1550m水平以下资源内划给地方资源储量1806.0万t。
经煤业公司调查,王家山矿区原有各类地方小煤窑(乡村、个体、其它)43个,经过多次关井压产的整顿,部分小窑已被关闭、封停,现保留24个小煤矿持有合法证件,但仍存在一证多井、超层越界、乱挖滥采、侵占大矿资源的现象。具体分布情况为:在王家山煤矿一号井周边实测有8个矿13个井口,二号井周边实测有11个矿14个井口,五号井周边有5个矿7个井口,各小煤矿的开采能力都在3万吨以上,有的能力达10万t,由于小矿开采技术条件差、回采率低,对资源破坏量非常大。
另外,井田内煤层大多为急倾斜煤层,而划出的资源均在井田浅部,使划出资源的下部形成相当数量的呆滞煤量。也使王家山煤矿生产能力、矿井服务年限等受到较大影响。
2.矿区经济情况
本区以农业为主,农产品主要有小麦、谷物、豆类等,由于干旱多风,产量均较低。
工业方面,有矿区所属各煤矿,以及矿区辅助和附属企业事业单位等,还有靖远县所属厂矿及定西陶瓷厂、煤矿等企业,国家重点建设工程靖远电厂二期工程已竣工,靖远矿区供水工程亦完工交付使用。整个靖远矿区水、电、路、通讯等都已形成系统和综合能力。
3.矿井建设和生产所需主要材料的来源
主要建筑材料,除钢材以外,水泥、砖瓦、砂石、白灰等均为本地生产,可就近购买。
4.水源、电源及劳动力来源
本矿井由靖远矿区净水厂供水。靖远矿区净水厂设在黄河北岸,取黄河水为水源,经过净化后供整个矿区。该水厂日处理水量54000m3/d,可向王家山矿井供水9900m3/d,能够满足该矿井集中生产用水。
黄河水经过、过滤、消毒等手段处理后,水质符合国家生活饮用水标准。该水总硬度约为11.8德国度,Ph值约为7.8,浊度<3度。
本矿井井下水的矿化度非常高,不宜作为生活水源,但该水能够满足灌浆用水的水质要求,因而能够用来制水泥浆。
矿区内现有靖远电厂(140万kW)。王家山矿有35KV变电所。运输条件良好,矿区铁路专用线和矿区公路均已通达井口工业广场。
综上所述,本矿井的供水、供电、运输等外部建设条件良好。
5.矿藏市场供需情况
近年来,王家山煤矿利用原有小矿井的产能,大力推广综采放顶煤等采煤新技术,加之煤炭行情利好,当前已是产销两旺,利润大增(表8-7)。本矿井筛未煤全部供应靖远电厂,由于属于国家计划价,因此售价较低(128元/t),但也比1999年技改项目设计所依据的不含税综合价107.88元/t要高。至于块煤,由于供民用,当前井口售价为280～290元/t,但本矿井块煤率偏低(±1%)。
1.2 矿(井)田地层及地质构造
1.2.1 地层
王家山矿区地层主要有下志留统马营沟群(S1m)上三叠统南营儿群(T3nn),中侏罗统窑街组(J2y),中侏罗统新河组(J2x),上侏罗统苦水峡组(J3k),下白垩统河口群(K1nk)、上第三系(N)和第四系(Q)。下志留统为中生界基底地层,上三叠统常为煤系基底,中侏罗统窑街组为主要含煤地层。在矿区南部F1断层带中局部有残留的泥盆系及石炭系地层,另外,在矿区南北的外侧布有上第三系红层。
1.2.2 构造
1.断裂构造
王家山煤矿区地质构造的主要特点是:以断裂为主,褶皱为辅。但中深部区域主要为向斜构造,即王家山向斜。该向斜由中生界地层构成,向西抬起收拢,向东倾伏撒开,渐被第四系覆盖,长约10㎞,向斜轴走向北60°～70°西,局部近东西向,两翼地层产状不同,北翼地层在Ⅺ勘探线以西走向为北75°西,倾向南西,倾角25°～40°;Ⅺ勘探线以东渐转为北80°东,向南南东倾,倾角40°～60°,XV勘探线以东更陡,达60°以上;南翼地层走向为北60°西,倾向北东,倾角35°～66°,局部直立、倒转,为一南陡北缓、轴面南倾的不对称向斜。Ⅶ勘探线以西向斜轴被F21断层切断。井田内以走向断层为主,发育于井田西南部的北倾断层有F21断层,F14断层是沿次级背斜轴错断形成,西起水洞沟,至加Ⅻ勘探线以东消失,长3.5㎞,Ⅻ勘探线以西走向北80°西,以东呈近东西向,倾向南或西南,倾角67°～85°,为一高角度逆冲断层,破碎带宽2～7m,断层距10～60m,中间大,两端小。F21断层位于王家山向斜轴部,西起Ⅰ勘探线以西,大致沿向斜轴延伸,至Ⅷ勘探线以东偏向向斜轴以南,一直向东伸至矿区以外。经过矿井的这一段走向呈65°西,倾向南西,倾角80°,浅部有时直立或向北东倾,使断层呈微向北凸的弧形,南西盘向上逆冲,将王家山向斜轴切割破坏。经过矿井的这一段断距约45～100m,西小东大。
2.褶皱构造
陇西系乌鞘岭—六盘山主褶带逶迤经过靖远北部。靖远煤田便形成于褶带中古变质岩体的低洼地带。受陇西系所左右,区域主要构造形迹多呈北50°～60°西方向。有如下主要构造:
㈠松山—响泉山—黄家洼山隆褶带:走向长约80km,主体由下古生界及震旦亚界变质岩组成,总体走向北50°西。
㈡宝积山复向斜:位于松山—响泉山—黄家洼山隆褶带的南侧,为一南翼受到破坏的不完整复向斜,主轴呈北50°西方向,走向长约37km。
㈢王家山复向斜:位于松山—响泉山—黄家洼山隆褶带北侧,为一南陡北缓的不对称复向斜,主轴走向北60°～70°西。
㈣青石山半环状构造:位于宝积山矿区与红会矿区之间,由青石山西侧弧形断层及其所包围的下奥陶统变质岩花岗岩组成。
㈤北滩新生代拗陷:位于王家山复向斜以北,在王家山矿区以F15断层为界与隆褶带分开。
㈥靖远新生代拗陷:位于宝积山复向斜以南,为靖远—静宁拗陷带的一部分。
3.岩浆岩侵入
岩浆岩主要分布在矿区以南的寿石山、红会将军坟滩及崛吴山北坡,主要岩性为花岗岩和花岗闪长岩,对矿区煤系没有影响。
1.3 矿体赋存特征及开采技术条件
1.3.1 煤层及煤质
1.煤层
本区的主要含煤地层为中侏罗统窑街组(J2y),厚116m, 含煤五层,平均总厚30.67m,含煤系数26%;其次为中侏罗统新河组(J2x)第一段,平均总厚64m,含煤两层,平均总厚2.99m,含煤系数4.7%。各煤层由上到下编号为:1层煤,2上层煤,2层煤,2下层煤,3层煤和4层煤,其中,2层煤和4层煤为主要可采煤层,厚度大,较稳定,且分布面积广;3层煤为局部可采层,分布面积较大,厚度较薄,变化亦较大;其余煤层更不稳定,多呈透镜状。另外,4层煤向南由于相变,发生分叉,变薄,以至尖灭,在深部形成4下层煤;另在深部钻孔中4下层煤以下尚有1—2层透镜状煤层,偶达可采厚度以上。
煤系含煤性的变化规律比较明显:南翼不如北翼,西端不及东端。北翼西部又较东部含煤性差,Ⅶ勘探线以西含煤系数平均为17.9%,低于北翼平均数,以东平均为28.1%,高于北翼平均数。全区平均为19.7%。
(一)1层煤
位于中侏罗统新河组第一段,即第Ⅲ旋回的顶部,煤层薄而变化大,多不可采,呈透镜状。全区共有31个孔见到此层煤。达可采厚度以上的有12个孔,纯煤真厚最大1.60m,主要分布在Ⅺ-Ⅻ勘探线间,多为单一结构或含一层夹矸,最多含三层夹矸,夹矸最多小于1m,1层煤常相变为灰黑色炭质泥岩、泥岩或砂质泥岩,与2层煤的间距西小东大,ⅩⅢ勘探线以东皆在55m以上,最大的为308号孔,达113.84m,ⅩⅢ勘探线以西多在55m以下,一般30～45m,最小的为48号孔,不足30m。
(二)2上层煤
位于中侏罗统新河组第一段的下部,分布比较集中,主要发育于南翼Ⅵ勘探线以西和北翼东部的ⅩⅢ和加ⅩⅢ勘探线间及西端Ⅱ勘探线以西,在北翼的281、59、46、264和255号孔尚有零星分布。全区见2上层煤的有32个孔,煤厚0.11m(109号孔)—6.32m(294号孔),纯煤厚度达可采厚度以上的有18个孔,其中最厚4.27m。2上层煤与2层煤的间距在南翼和北翼西端为6.93m(透3号孔)—28.19m(77号孔),平均15.73m,北翼东部为5.00m(浅6号孔)—13.73m(129号孔),平均9.64m。多为单一结构,少数含一至二层夹矸,夹矸最厚为1.12m(浅6号孔),最薄的仅0.99m(40号孔),岩性为泥岩、砂质泥岩或粉砂岩。
(三) 2层煤
赋存于中侏罗统窑街组顶部,为本井田最主要的可采煤层,分布面广,厚度巨大,煤层比较稳定。煤厚变化规律性比较明显,南薄北厚,西薄东厚。这一部分煤层结构的变化情况是:ⅩⅢ勘探线以东多含二至四层夹矸,少数含一层,个别有五层夹矸,共同的特点是,夹矸多在煤层上部,下部常为单一的巨厚煤分层,ⅩⅢ勘探线以西多为单一结构或含一至二层夹矸,少数含三至五层夹矸,个别的结构较为复杂,如21号孔有七层夹矸,37号孔有八层夹矸,夹矸最厚为8.15m(273号孔),大多0.20～2.00m,少数2～5m。夹矸岩性多为粉砂岩、泥岩或炭质泥,偶为细砂岩。另外,古河流冲刷是造成四号井中部以西厚度变化的主要原因。
从底板等高线图及剖面图上清楚地反映出,2层煤不但沿走向有波状起伏变化,同样,沿倾向亦有明显的起伏变化,致使底板等高线蜿蜓变曲,疏密不匀,这显然是岩、煤层在构造变动过程中受挤压而产生的形态变化。
(四) 2下层煤
位于中侏罗统窑街组上部,呈透镜体状,很不隐定,全区仅有11个钻孔见到此层煤,多零星分散且不可采,只北翼Ⅷ～Ⅸ勘探线的4个钻孔尚较集中。纯煤厚度达可采厚度以上的有5个孔:98、11、70、36和260号孔。其中,98号孔最厚达5.8lm,但很快即变薄、尖灭。除个别孔含一两层外m外,其余皆为单一结构。夹矸岩性为泥岩及粉砂岩。与2层煤间距一般8～18.50m,西部透7号孔最小为3.57m。
(五) 3层煤
位于中侏罗统窑街组中部,煤层厚度变化较大,不太稳定,为局部可采煤层,发育于XI勘探线以西,共有60个钻孔见此层煤,最厚的是307号孔,达21．27m,最薄为170号孔,仅0．11m。总的变化趋势为南薄北厚,西薄东厚。南翼虽然局部煤层较厚,但迅速变薄,尖灭,被无煤区分割成几块,无煤区和不可采区面积占一半以上,北翼煤层分布较普遍,各见煤点大多达可采厚度以上。西薄东厚的变化更为明显:南翼36号孔以东的几个见煤孔煤厚都大于3m,纯煤厚都达可采厚度以上,以西的12个见煤孔,仅有4个孔煤厚大于2m;北翼Ⅶ～Ⅸ勘探线深部为厚煤带,包括47、112、98、11、68、307、306共8个钻孔,占据面积宽约0.5～1公里,长约2公里,平均煤厚11.92m,这一厚煤带以西约700m处的1l4号孔则是个无煤区,Ⅶ勘探线以西钻孔的煤厚都小于3m。另外,北翼浅部近露头部分可能由于风化等原因,存在一条薄煤带,煤厚多在1m以下。全区平均煤厚3.33m。
(六) 4层煤
赋存于中侏罗统窑街组的下部,为矿区主要可采煤层之一,北翼普遍发育,南翼主要分布于Ⅲ～Ⅵ勘探线深部。
全区见4层煤的钻孔共有123个,煤厚在30m以上的有12层次,10～30m的7l层次,煤厚变化情况仍是西薄东厚,南薄北厚,与2层煤相同,且规律性更明显。加Ⅵ勘探线以东的浅部和中深部煤厚绝大多数大于10m,向西向南均变薄,加Ⅵ勘探线以西煤厚大多小于10m。总之,愈近煤盆地边缘,厚度变化愈大,短距离内即由可采变为不可采以至尖灭。全区平均煤厚14.79m。
4层煤有几处结构比较复杂:一是北翼中部Ⅵ～Ⅹ勘探线中深部们,包括70、59、47、98、11、113、82、117、48和19号孔,含三至八层夹矸;二是ⅩⅢ～加ⅩⅢ勘探线的浅4、补181、20、256和补21号孔,含三至七层夹杆,三是ⅩⅢ～加ⅩⅢ勘探线的129、浅5、258、23、302、139、235、203和182号孔,含三至十层夹矸。其余为单一结构或含一至二层夹矸。夹矸厚度一般0.20～1m,少数1～3m,个别大于3m,最厚达13.73m(补181号孔)。夹矸岩性为泥岩、炭质泥岩、粉砂岩或砂质泥岩,偶夹中粒砂岩。
(七)4下层煤
为4层煤向深部分叉形成,分布于Ⅶ勘探线以东,37、82、254、补21、23和浅7号孔一线以南,愈深部,与4层煤的间距愈大,4下层煤也逐渐变薄,以至尖灭。
由西向东4下层煤与4层煤的间距逐渐加大,Ⅷ勘探线为13.10m,Ⅸ勘探线22.30m,Ⅻ勘探线22.71m,XⅢ勘探线21.3m,ⅩⅣ勘探线30.81m。
共有10个孔见4下层煤,117号孔最厚为7.58m,向深部很快变薄,306号孔仅0.62m,一般厚1～3m,平均厚3.18m。
结构较简单,除307号孔(含三层夹矸)和117号孔(含两层夹矸)外,其余皆为单一结沟或含一层夹矸。夹矸厚一般0.50～2.00m,最厚为2.38m(305号孔,将煤层分隔为两层不可采的薄煤)。夹矸岩性多为泥岩或粉砂岩,偶为细砂岩。
2.煤质
各煤层的物理性质基本相似:黑色,条痕黑色或深棕色;具沥青光泽和弱玻璃光泽;易燃,焰长,烟浓;焦渣略膨胀,微熔融或不熔融。
宏观煤岩成分以半亮煤为主,半暗煤次之,垂直层面可见丝炭、镜煤、亮煤、暗煤互相交替,呈现出较清楚的条带状结构及层状构造。具贝壳状断口,内生裂隙较发育,易破碎。
有机显微煤岩组分:以丝质组含量略占优势,镜质组含量次之,稳定组含量1层煤最大为4.8%。矿物总含量为4.1～8.2%,以粘土组和碳酸盐组矿物为主,氧化物组和硫化组次之。
煤的变质程度:镜煤平均最大反向率为0.602～0.60%,属烟煤第Ⅱ变质阶段。
1.3.2 瓦斯赋存状况、煤尘爆炸危险性。煤的自然性及地温情况
1.煤层自然发火
据矿井调查,2层煤自燃发火期为2-5个月,4煤层自燃发火期为4-6个月。地面堆积煤4～5个月,雨季经过3个月便自燃发火。
2.瓦斯
2、3、4层煤中每克可燃物中CH4含量均不大于1 ml/g,根据历年的鉴定资料, 王家山为低瓦斯矿井。据王家山矿提供的资料, 1990年以来矿井绝对涌出量0.4～1.35 m3/min,相对涌出量0.13～0.68 m3/ t.d。
3.煤尘
据井田六个钻孔中采取的8个煤尘爆炸样品试验结果 ,2、4层煤的煤尘均有爆炸性,爆炸指数为24%～36.33%,采煤时应采取相应预防措施。
4.地温
在两个孔作了近稳态测温,在一个孔(308号孔)作了简易测温。308号孔100m以上地温较低,100m处地温明显升高,100m以下则缓缓上升,至780～800m处地温梯度又有较大变化。据此判断,100m处可视作恒温点(地温平均15.5℃),100m以上为变温带,因受冬季低气温影响,故地温较低,至100m恒温点处地温明显跳升,100m以下进入增温带,地温逐渐增高。603m处测得的平均地温为34℃,由此算得308号孔地温梯度为2.2℃/100m。780～800m恰为2层煤(738.25～786.50m)底板,这一段地温梯度的变化可能是受煤层影响之故。
上述地温梯度资料表明,本区属地温正常区。当前矿井开采范围内也未发现地温异常。
1.3.3 水文地质
1.含水层
Ⅰ含水层,包括4层煤以下的中～下侏罗统和上三叠统地层。前者由泥、钙质胶结层状砾岩、砂岩夹粉砂岩组成,属裂隙不发育的裂隙含水层,37号孔的单位涌水量为0.00114L/S·m ,渗透系数0.00584m/d,水位高程1797.49m。北翼厚11.81m,其中夹层厚0.57m,南翼6.68m。后者由厚层状泥质胶结的中至粗粒砂岩夹粉砂岩及泥岩组成,属裂隙不发育的裂隙含水层。上三叠统厚度百余米,与上覆侏罗系底部含水层呈10度左右的角度不整合接触,没有隔水层相隔,二者有着密切的水力联系,故把它们划属同一含水层。四号井井筒位于该含水层中,单位巷长涌水量0.003 L/S·m 。
Ⅱ含水层,位于2层煤底板泥岩、粉砂岩的底界至一隔水层顶界,以粗粒砂岩为主,中至细粒砂岩次之,夹3层煤、泥岩及粉砂岩。砂岩泥质胶结,较坚硬,裂隙不发育。水温和地温相同,没有异常。北翼平均厚23.55m,纯含水层厚18.26m;南翼平均厚度36.36m,其中纯含水层厚25.80m,夹层厚10.56m。
Ⅲ含水层,位于二隔水层的顶界至中侏罗统第三组油页岩段的底界,由巨厚的砾岩、粗砂岩、中粒砂岩、泥岩、粉砂岩组成。砾岩、砂岩泥钙质胶结,较坚硬,裂隙发育。裂隙以构造裂隙为主,风化带以上则风化裂隙发育。在该层段钻进冲洗液明显减少或全部消耗。这一现象北翼常见,特别是中部和西部,几乎孔孔”漏水”。水温和地温相同,没有异常。
2.隔水层
Ⅰ隔水层,由4层煤及其顶、底板泥岩组成,隔水性良好。北翼平均厚32.75m,4层煤位于该层的中部,煤层上下的隔水地层平均厚分别为8.04m及1.83m:南翼平均厚5.88m,煤层尖灭。该隔水层沿走向变化不大,但沿倾向由北向南逐渐变薄。
Ⅱ隔水层,由2层煤及其顶、底板泥岩、粉砂岩组成,隔水性良好。北翼平均厚33.10m,2层煤顶板除局部有隔水层外,多数与上覆Ⅱ含水层直接相接;底板局部无隔水层,多数有隔水层,其平均厚3.66m。该隔水层沿走向变化不大,沿倾向由南向北逐渐增厚。
3.断层对矿井涌水影响:
1、F21断层 ,为南倾逆冲走向断层,断距东大西小。断层破碎带宽32m,以黑色高含粘土的断层泥夹断层角砾岩组成,是隔水断层。Ⅲ勘探线285号孔于581m穿过破碎带,宽15m,由裂隙发育的岩石组成,是地下水的富带。
2、F17断层,是一组南倾逆掩断层,破碎带宽数米至数十米,高含粘土,为隔水断层。F17断层以北发育一个剖面上的”入”字形构造,煤层被一系列走向断层所切割、破坏,”入”字形构造的主干断裂又与边缘断层相切割,构造复杂;煤层由于受断层影响,厚度变化较大,有时正常煤层与断层为相混杂交接。F2断层以南部分的岩、煤层受构造变动强烈破坏,F2与F22断层之间的煤层仅大致能对比,变化很大,F22与F1断层之间的岩、煤层是已遭彻底破坏,煤层无法对比,实为一巨大挤压破碎带,但这两部分面积不足20%。
1.4 矿(井)田勘探类型及勘探程度评价
本矿井总体为一不对称向斜构造,南翼陡,北翼缓,F17与F12断层之间,除轴部被F21断层所切外,其余断层较少,形态完整,属中等构造,主要可采的2、4层煤分布面积大,全区可采或大部分可采,厚度变化有一定的规律,结构多较简单,局部复杂,属较稳定型煤层。这一部分占本矿井面积80%以上。

第二章 井田开拓
2.1 井田境界及储量
2.1.1 井田境界
王家山煤矿位于靖远县城北约60km,宝积山矿区西北约10km,行政区划属白银市平川区王家山镇和东升乡管辖。面积约8.3421km2,地理坐标为:东经104°48′06″～104°53′12″,北纬36°51′35″～36°53′14″。
矿区地处干旱区,地形复杂。地形陡峻,最高点位于栒条岘,标高2021.7m,最低点位于下红湾,标高1815.0m,相对高差206.7m,水洞沟以西基岩裸露,属剥蚀构造地貌,王家山向斜两翼形成相向的单面山,由于沿张性构造裂隙易于向下切割侵蚀,故横向沟谷发育。随着向斜的倾没,岩层逐渐被黄土覆盖;水洞以东主要为黄土丘陵区,相对高差较小,一般20～50m。
2.1.2 估算范围及工业指标
一、计算范围
本次资源储量计算范围以靖远煤业有限责任公司已取得王家山煤矿采矿许可证的登证范围为准,其边界拐点坐标见采矿许可证。计算边界以登记范围内各煤层的可采范围为界。深度范围由1800m至850m标高。
二、工业指标
本煤矿为非炼焦用煤,根据<煤、泥炭地质勘查规范>DZ/T045- 附录E,确定工业指标如下:
1、最低可采厚度:倾角大于45°的煤层,最低可采厚度采用0.60m。对于部分倾角在25°～45°之间的煤层本应采用0.70m。原地质报告中对倾角25°～45°之间的煤层最低可采厚度采用0.6m,本次复核时按0.7m做了修改。
2、最高灰分(Ad)40%。
3、最高硫分(St,d)3%。
4、最低发热量(Qnet.d)17MJ/kg。
2.1.3 资源储量估算方法与参数确定
一、储量计算方法
各煤层均在煤层底板等高线及储量计算图上进行,以煤层底板等高线、勘探线、断煤交线、井田边界、采空区边界及可采边界线作为块段划分界线,分块段、分水平计算储量。储量计算公式如下:
块段储量=块段平面积÷块段倾角余弦×块段平均厚度×容量
二、计算参数
㈠容重
在重新对比煤层的基础上用各采样点(包括小窑及钻孔)的容重数据计算求得。其中,1层煤只有305号孔有容重资料;2下层煤采用2层煤资料;4下层煤采用4层煤资料。见表2.1

表2.1 各煤层容重值一览表
煤层
名称
1层
2上层
2层
2下层
3层
4层
4下层
F15下盘
4 层
北翼
南翼
容 重
(吨/m3)
1.54
1.35
1.35
1.35
1.36
1.38
1.35
1.35
1.38
㈡煤层块段平均厚度
采用各块段相邻钻孔参与储量计算的纯煤真厚的算术平均值。对有夹矸煤层的采用厚度,按以下方法确定:
1、煤层中单层厚度小于0.05m的夹矸,与煤分层合并计算采用厚度。
2 、煤层中夹矸厚度等于或大于煤层最低可采厚度时,煤分层应分别视为独立煤层,分别估算(或不估算)资源/储量;夹矸厚度小于煤层的最低可采厚度,且煤分层厚度均等于或大于夹矸厚度时,将上下煤分层厚度相加,作为采用厚度。
3、结构复杂煤层和无法进行煤分层对比的复煤层,当夹矸的总厚度不大于煤分层总厚度的1/2时,以各煤分层的总厚度作为煤层的采用厚度;当夹矸的总厚度大于煤分层总厚度的1/2时,仍按上述1、2条处理。
㈢块段平均倾角
根据煤层底板等高线平面图上相邻两等高线的水平宽度确定。
㈣块段平面积
在煤层底板等高线图上用求积仪量取,每块段均量三次,读数不超过”3”时,求其平均值,算出平面积。
2.1.4 资源／储量
1、矿井地质资源储量:
王家山煤矿资源储量如表2.2
表2.2 王家山煤矿地质资源储量汇总表
煤层编号
地质资源量(万吨)
合 计
111b
122b
2M11
2M22
2S22
1层

62.6
62.6
2上层

140.9
140.9
2层
10060.5
3131.9

37.9

13230.3
2下层

83.8
83.8
3层
1891.4
687.5

101.1
2680
4层
8620.9
968.4
201.4
117.3

9908
4下层
427.8
106.7

534.5
F15下盘4层
1900.3

1900.3
合计
22900.9
4894.5
201.4
155.2
388.4
28540.4
王家山煤矿保有资源储量28540.4万吨,具体如下:
不粘煤:
探明的经济基础储量(111b)22900.9万吨,
控制的经济基础储量(122b)4894.5万吨,
探明的边际经济基础储量(2M11)201.4万吨,
控制的边际经济基础储量(2M22)155.2万吨,
控制的次边际经济基础储量(2S22)325.8万吨。
长焰煤:
控制的次边际经济基础储量(2S22)62.6万吨。
2、矿井工业资源/储量
根据王家山煤矿提供的地质资料及矿井工业资源／储量计算方法,矿井工业资源／储量为:
=111b+122b+2M11+2M22+333k
=22900.9+4894.5+201.4+155.2
=28152万t
另外,煤矿构造复杂程度类型为简单,煤层赋存为较稳定～极不稳定,取可信度系数为k=0.8。
3、矿井设计(可采)资源/储量
靖远煤业公司王家山矿区属靖远煤田的一部分,位于其北部,走向长约8KM,倾斜宽约3.5KM,面积约8.3421km2 。井田的东西两端均为地方煤矿,矿区以南为由变质岩组成的中低山区,海拔2200-2500米,由西到东有卡拉玛山、响泉山等,巍然矗立,较矿区高出200-500米,矿区以西、以北属黄土丘陵区,水洞沟以东部分地貌上与矿区缓缓相连,逐渐降低。煤层倾角,ａ＝37.5度。
2.2 矿井设计生产能力及服务年限
2.2.1 矿井工作制度
1、根据煤炭工业矿井设计规范第2.2.3条规定:”矿井设计生产能力为330d,每天净提升时间为16h。”
2、矿井地面工作人员采用”三八”工作制,井下工作人员也采用”三八”工作制,两采一检修。
2.2.2 矿井设计生产能力
服务年限的验算:由
T=/(K×A)
其中:
T—矿井的服务年限(年)
—矿井的可采储量(万t)
K—矿井储量备用系数,K取1.4
A—矿井生产能力(万t/年)
T=12778.3/(1.4×180)=50.7(年)>50年
符合规程规定,故本矿井的生产能力为180万t合理。
2.3 井田开拓
2.3.1 工业场地及井口位置选择
1、工业场地位置:
方案Ⅰ:主、副井布置在加Ⅶ勘探线右侧
优点:1.场地位于井田储量中心,王家山附近,井下运营费用低;地面开阔比较平坦,填挖工程量小;2.工业场地两侧煤层倾 角较小的煤层储量分布均匀,有利于矿井稳定生产;3.场地工程地质条件好,高速公路从附近经过,交通方便;4.紧靠矿区铁路集配站。
缺点:距离大倾角煤层较远,井下运输距离长,运营费用高,不易开采;
方案Ⅱ:将主、副斜井布置在Ⅶ和加Ⅶ勘探线中间
优点:1.主、副井场地联合布置,管理方便,占地少;2.由于布置在煤层倾角较大的地方,故工业广场压煤量较少,能够减少煤炭的损失。
缺点:1.距离铁路,公路较远,需专门修建铁路、公路;2.由于该地区断层在倾向,和走向上均有断层,井筒的维护困难。
由上面方案的比较可看出方案Ⅰ比喻案Ⅱ更优越些,因此设计决定工业场地采用方案Ⅰ。
2.3.2 井筒形式的确定
王家山矿区井田里,主要可采煤层埋藏较浅,主要可采煤层倾角平均为37.5°,主要可采煤层赋存条件稳定,水文地质条件简单,涌水量不大。,煤层沿倾斜长度不大,井田为简单的向斜构造,主要可采的2、4层煤分布面积大,全区可采或大部分可采,厚度变化有一定的规律,结构多较简单,局部复杂,属较稳定型煤层。这一部分占本矿井面积80%以上,故主要采取该向斜煤层构造缓倾斜部分,在这种条件下,沿矿体布置井筒比较简单且合理;在选择斜井与立井时,经过选择,应选用斜井比较合理.原因有下:
a.矿体赋存较浅
b.井田范围较适中,矿井生产能力一般:180万t/a
c.安装胶带运输设备担负主提开任务
2.3.3 井筒数目的确定
考虑到矿井地面运输及工业场地位置,设计主副斜井井筒位于井田北部将主、副斜井布置在Ⅶ和加Ⅶ勘探线中间,主斜井采用双钩箕斗提升,副斜井采用串车提升,且由于中部煤层距地表近,有部分露头,因此风井设在中部边界,主副斜井井筒两侧,与回风大巷相连接。因此,本矿井设计有三个个井筒,主副井筒各一个,一个风井。主井担负全矿井的煤炭运输及进风任务,副井担负运人运料的任务。
2.3.4 井田内划分及开采顺序
1. 本矿缓倾斜部分煤层赋存稳定,倾角适中,适合综合开采。该井田煤层在倾斜长平均为1.56KM,故在倾角较小的煤层走向上分为三个水平即:
1800~1500为一个水平,该阶段斜长为492.8m
1500~1200为第二个水平,该阶段倾斜长为328.5m
1200~850为第三个水平,该阶段倾斜长为246.4
对于东部倾角大于40°的煤层和F21断层处布置伪斜上山单独进行开采
2.采区划分的原则
①本矿缓倾斜部分煤层赋存稳定,倾角适中,适合综合开采,因此采区走向长按 ～3000米考虑;
②急倾斜部分由于开采时间较晚,其采区走向长度可较短,一般不大于1000米;③缓倾斜部分上下煤层采用走向长壁开采,在每个阶段沿煤层底板布置运输大巷和轨道大巷;
④急倾斜部分采用伪倾斜柔性支护开采。
3.采区划分
从上到下分三个水平,每个水平按从左到右分为三个采区,共分了九个采区。
4.采区接替
矿井初期投产采区一个,开采缓倾斜煤层第一阶段的第一采区,全矿井投产采区一个,开采后期布置第二采区以相接替。
2.3.5 开采水平的划分及水平标高的确定
1800~1500为一个水平,该阶段斜长为492.8m
1500~1200为第二个水平,该阶段倾斜长为328.5m
1200~850为第三个水平,该阶段倾斜长为246.4
对于东部倾角大于40°的煤层和F21断层处布置伪斜上山单独进行开采
2.3.6 阶段运输大巷和回风大巷的布置
根据井田走向长约8000米,倾向约3500米,工业场地选择的位置及初期巷道准备及水平垂高的合理性,将井田划分为三个水平,即1500水平、1200水平、850水平。在1500水平布置运输大巷兼做进风巷和轨道大巷,在井田上部边界开掘回风大巷为第一阶段服务。在1100水平布置运输大巷和轨道大巷,该阶段的运输大巷和轨道大巷为下一阶段服务。把第一阶段的运输大巷作为下一阶段的回风大巷。
由于井筒两边地质状况相似,故在井筒两边巷道布置方式相同,1500水平上部一回风大巷,下部为运输大巷和轨道大巷,兼做下一阶段的回风大巷。1200布置运输大巷和轨道大巷,为第二阶段服务。
2.4 井筒特征
由前章确定的开拓方案可知第主、副、风井都为斜井,一般来说,井筒横断面形状有圆形、矩形两种,但圆形断面的斜井服务年限长,承压性能好,通风阻力小,维护费用少及便于施工的特点,因此,主、副斜及风井均采用圆形断面。井筒断面尺寸,主要是根据提升容器的种类、数量及外形尺寸;井筒装备的类型、规格、最小允许间隙;井筒的用途、管路、电缆、梯子间的平面尺寸来确定。
2.4.1 主井
本矿井采用斜井开拓,矿井的年产量为130万t。主井主要用于提煤。采用刚性罐道斜井提煤箕斗进行煤炭提升型号为JDG-9/110×4。井筒采用钢筋混凝土支护;井壁厚度350mm,壁后充填厚度80mm。井筒装备有方形钢管罐道和罐道梁,井深970m。主井井筒断面布置见图2.1

图2.1 主井井筒断面布置
2.4.2 副井
副井井筒也采用斜井形式,井筒主要用于提料、运人、提升设备、矸石、通风、排水。圆形断面,井筒内装备选择罐笼型号为GDG1.5/6/2/4型1.5t矿车双层四车罐笼。副井内除装备罐笼外,还设有梯子间作为安全出口,并设有管子道,井筒采用钢筋混凝土支护;井壁厚度450mm,壁后充填厚度100mm。井深950m。副井井筒断面见图2.2

图2.2 副井井筒断面布置
副井风速校核:

式中:——经过井筒的风速,m/s;
——经过井筒的风量,m3/s;
——井筒净断面积,m2;
——井筒的有效断面系数,圆形井取0.8;
——<安全规程>规定的允许最大风速;
由此:

=4.92m/s<8m/s
因此井筒选择符合要求。
2.4.3 风井
风井内布置梯子间,作为紧急出口。井壁厚350mm,充填50mm。风井井筒断面布置如图2.3

图2.3 风井井筒断面布置
风井:

2.4.4 井筒参数的设计
表2.3 井筒坐标表
井筒名称
用途
坐标
井筒倾角(度)
井筒长度(米)
井筒断面(㎡)
支护材料
净
掘
主井
运煤、进风
X=40838.9
Y=184841.5
25°
789.9
17.9
23.1
料石砌碹
副井
运料,和行人.下设串车
X=40838.9
Y=184842.1
25°
789.9
19.2
25.5
料石砌碹
风井
回风井
X=40838.9Y=184842.7
25°
789.9
19.6
26.4
料石砌碹
2.5 井底车场
2.5.1 井底车场形式的选择及硐室的布置
1.井底车场的形式的选择:
井底车场首先必须保证矿井生产所需要的运输能力,并应满足矿井不断持续增产的需要。为此,井底车场的设计经过能力应大于矿井生产能力30～50﹪。其次,调车安全、简单、方便,弯道及交叉点少操作安全,符合规程、要求规范井巷工程量小,建设投资少、速度快、时间短,便于维护,生产成本低,施工方便,有利于各井筒间、井底车场巷道与主要巷道间迅速贯通,从而缩短建设时间。
从矿车在井底井场内的运行特点看,井底车场有两大类,即环形式和折返式。本矿井采用立井开拓,煤层属于急倾斜煤层,根据本矿的设计生产能力为180万t,1.5t固定式矿车,轨型为24kg/m,电机车型号为XK8－6/110A,主要用于辅助运输,运煤采用皮带输送机,地面布置及生产系统,井筒的