120万吨新矿井设计--本科生毕业设计.doc

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中国矿业大学2014届本科生毕业设计
第一章 矿区概况及井田地质特征
1.1 矿区概况
1.1.1 地理位置及交通条件
白洞矿井田位于大同煤田向斜中段东南侧，为大同矿区总体发展规划中的同忻联合井田白洞分区南部。本区位于大同石炭系煤田的东部，口泉河的中游，其地理位置位于大同市西南约18km处，行政隶属于大同市南郊区所辖，地理坐标为：东经113°0′49″～113°4′3″，北纬39°58′37″～40°0′42″。本井田位于塔山井田的东北部，东邻高庄村面窑沟煤矿、白洞村面窑沟煤矿；北与同忻井田毗邻；南为国投大同能源有限责任公司塔山煤矿(见图1-1-1四邻关系图)。

图1-1-1 四邻关系图

铁路：口泉铁路支线从白洞矿东南部穿过，并设有白洞站，自此向西沿口泉沟可达乔村站，向东北经平旺车站与北同蒲线及大秦线相接，南可达太原，东可至秦皇岛，并经大同北抵集宁、呼市、二连；东达北京等地。大同地区在口泉、西韩岭、湖东三地设编组站，煤炭货运及客运十分便利。
公路：井田内主要有口泉至王村公路通过，向东北经口泉至大同市通往内蒙、北京、河北各地，亦可自口泉向东交于大(同)-运(城)公路干线，直达太原等地，区内尚有若干简易公路，公路交通十分方便。交通位置见图1-1-2。

图1-1-2 交通位置图
1.1.2 气象与地震及水文条件
1．气象
该区属于中温带、大陆性气候。冬季严寒，夏季炎热，气候干燥少雨，风沙严重，特点如下：
（1）气温：年气温、日气温变化显著，年温差可达60℃，日温差为11.6℃～16℃。以6、7、8三个月温度最高，月平均温度24℃～30℃，极端最高气温36.6℃；以11、12、1、2月份温度最低，月平均温度-3.2℃～-10.9℃，历年极端最低气温-21℃～-25.9℃，冬季占全年时间近一半。
（2）降水量：年降水量为247～499.2mm，降水时节强度极不均匀，以11、12、1、2、3、4六个月降水量较少，为34～61.6mm，占全年降水量的5%～21%；7、8、9三个月降水量较大，为248.9～388.6mm，占全年降水量70%以上。
（3）蒸发量：年蒸发量1539～2367.5mm，以5、6、7三个月蒸发量最大，占全年蒸发量的50%～60%，蒸发量大于降水量4～9.5倍。
（4）风力：有风日数占全年的75%以上，风向以北、北西向最多，年平均风速2.6～3.1m/s，各月最大风速17.0～30.5m/s。雁北之风沙驰名山西省，风力一般为3～5级。
（5）结冰和解冻：每年初霜日期9月底或10月初，终霜日期翌年4月底或5月初，历时半年之久。土壤冻结在11月底或12月初，冻结深度为105～186cm。
2．地震
1949年以后，直到1989年发生大同县—阳高县地震为止，除1952年10月8日22时24分在崞县发生过5.5级地震(震中烈度八度)之外,大同及周围地区地震以众多的小震形式出现，绝大多数为无感地震，没有造成什么破坏。
3．水文条件
本区属海河流域、永定河水系、桑干河支系。本矿区内主要河流为口泉河。口泉河位于大同市西南，发源于左云县水窑乡，该河自西向东横穿该井田，流域面积600km2，全长50km，河宽20～150m，坡度12.5‰，树枝状水系，径流量甚小，为渗漏性、间歇性河流。河水靠矿井排水和大气降水补给，日常径流量0～0.22m 3/s，洪峰流量为60m 3/s，最大洪峰流量为691m 3/s。（1964年5月31日实测）。
1.1.3 外部建设条件
1．水源
白洞矿生活饮用水由同煤集团统一供给，供水量3000m3/d；井下消防用水、井下酒水、筛分车间用水、绿化用水、浇洒道路、地面消防用水及生活设施用水利用矿井水，以上用水约需3500m3/d。目前侏罗系矿井排水量平均4800m3/d左右，可以满足现在和将来各方面的用水需求。
2．电源
本矿井建有35kv新白洞变电站，供电电源引自四老沟110kv变电站，为双电源供电。四老沟110kv变电站距新白洞变电站1.5km左右。
目前供电电源完全能满足矿井延深后的生产需要。
3．主要建筑材料供应条件
本区属大型煤炭基地，长期以来形成了可靠的材料供应来源，并且当地也有部分的矿用材料加工厂，为矿井的建设提供了便利条件。
1.2 井田地质特征
1．2.1井田地形及煤系地层
井田内多为黄土覆盖，基岩仅出露于沟谷底部及山脊，根据以往及补充勘探地质资料，井田内发育地层由老到新为：太古界集宁群、寒武系、奥陶系、石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组、侏罗系下统永定庄组、中统大同组、云岗组、第四系中、上更新统、全新统。
白洞矿井田位于大同煤田中、东部，经勘探及开采证实井田内赋存的煤系地层为侏罗系中统大同组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组。由于本井田批采的侏罗系煤层已经采空，二叠系山西组地层在本井田仅零星赋存于南部边缘，因此对侏罗系中统大同组地层和二叠系下统山西组不再叙述。
石炭系上统太原组(C3t)
为本区主要含煤地层，按岩性组合及沉积序列可分为三个岩段。上段在本井田顶部多受到剥蚀，岩性顶部为灰黑色、灰色、浅灰色中、粗砂岩、砂质泥岩，夹有不稳定1号煤层，中下部主要为灰白色细砂岩、粉砂岩、深灰色泥岩、砂质泥岩，含3号、5、6号煤层，以上组成太原组的第三旋回，主要以泥炭沼泽相、泛滥平原相为主。中段上部为粉细砂岩及砂质泥岩，下部为砂质泥岩及中、粗砂岩，含不稳定的7号煤层，井田局部地区夹有灰色铝土泥岩，为太原组的第二旋回，以分流间湾相、泛滥平原相为主。下段为太原组的第三旋回，为深灰色、灰黑色砂质泥岩、泥岩、细砂岩、粗砂岩、粉砂岩及8、9、10号煤层等组成，底部为一中粗石英砂岩(K2)，井田内平均厚3.07m，以河口沙坝相、泥潭沼泽相泛滥平原相为主。
太原组的沉积标志：岩石类型中粗碎屑岩较本溪组增加，粉砂岩，泥岩含量较少，煤的含量最高。其物质成分，粗碎屑岩在底部为石英砂岩，中部为石英杂砂岩，上部为长石岩屑石英杂砂岩等；泥岩以高岭石，水云母为主。以上说明太原组沉积物经历的搬运及筛选作用较本溪组变弱，主要反映了过渡相－陆相的沉积。此外根据前述的沉积构造特征、古生物标志均可以得出，太原组的沉积环境为由三角洲前缘环境向河流环境的快速过渡。其垂向岩相序列见(图3-2-1)。
本组厚53.70-106.07m，平均78.61m(见太原组地层厚度等值线图3-2-2)，含丰富的动植物化石，与下伏地层整合接触。
1.2．2地质构造
本区位于大同煤田的中东部，区内地层基本上呈向北倾斜的单斜，地层倾角1º-5º，内部有一些缓波状的起伏，东北部为一向北倾伏的向斜。井田内目前尚未发现有落差较大的断层，区内上部侏罗系煤层在白洞矿开采中，共揭露落差较大、延伸较长的断层1条。白洞矿在石炭系建井及试生产过程中共揭露落差大于1m 的断层1条。在开采3号煤层时结露的其它较多的断层落差均在1m以下，而且很多断层只断开煤层，顶底板均未错断，属层间断层，故未将其下延。至此，白洞石炭系井田内目前共有断层2条，未见有陷落柱，地质构造简单。
1．断层
F1断层：位于井田中西南部，走向N30ºE，倾向S60ºE，倾角69º，落差12m，为西一盘区上升的正断层，延伸长度1057.61m，该断层为开采侏罗系煤层揭露，推延到石炭系煤层的断层。
F2断层：位于井田的北部中央，断层走向N12ºE，倾向S80ºE，，倾角67º，落差6.5m,为西一带区上升的正断层，延伸长度927.76m。
2. 褶曲
本井田内地层平缓，地层总体向北倾斜，倾角一般1º-5º，区内呈缓慢上升或下降，褶皱没有发育。
3．岩浆岩
大同石炭二叠系煤田中，岩浆活动主要是印支期的煌斑岩，以岩床的形式侵入煤系地层，对煤层破坏性大。在白洞井田内的勘探钻孔中目前尚未发现有煌斑岩侵入。区外的白15号钻孔中，见有煌斑岩侵入8号煤层，8号煤层中有4层，单层厚度0.13-0.81m。煌斑岩侵入处煤层受到烘烤变质，成为天然焦及其它变质煤，前者失去了工业价值，后者灰份增加，挥发份降低，发热量减少，难以洗选，其价值受到了极大的影响。
4．断层、褶曲、岩浆岩对煤层开采的影响
（1）断层
大同石炭二叠系煤田，经受了印支期、燕山期、喜山期三次构造运动。由于受上述三期应力的作用，其构造形迹会发生继承、交接和转化作用，因而其中发育的断裂构造应较侏罗系地层的断裂构造复杂。而在白洞矿井田内无大的断裂构造，3号煤层已大面积开采，现井田内共发现落差大于1m的断层2条，其中有1条(F1)为侏罗系揭露下延至石炭系，另外1条为建井及生产中揭露，断层中落差最大的为F1，落差12m，为侏罗系揭露的断层，对煤层开采、工作面的布置会造成一定的影响。F2断层为开采3号煤层揭露，最大处落差6.5m，给煤层开采也造成困难，同时对煤层工作面的布置也会造成影响，但给顶板维护带来困难。总之，白洞矿井田内断层对煤层的开采影响不大。
（2）褶曲
井本田大部分地区的地层产状平缓，这种平缓的波状起伏构造对煤层的破坏作用不大，对煤层的开采也不会带来不利影响。
（3）岩浆岩
白洞矿井田内目前尚未发现岩浆岩以岩床形式的侵入。在8101、8103、8105、8107工作面发现了辉绿岩岩墙(βμ1)，以岩墙的形式侵入，岩墙宽9m，近直立状，由近SN向向北在8101工作面转为N25 ºE向，岩墙侵入处两侧的煤层均受其烘烤，发生焦化变质。使煤层的灰分明显上升，挥发份大幅度下降，工业用途受到极大的影响。据白洞矿井下观测，岩墙对两侧煤层破坏的宽度一般3-5m。可见，岩墙对煤层的破坏作用轻微。
1.2.3 水文地质
白洞矿井东界外为石灰岩出露区，区内石灰岩为石炭系煤系地层的基底，岩溶水位标高1010～1040m，石炭系可采煤层均为带压开采，本区位于岩溶水水文地质单元补给—迳流区。
1. 含水层的分布与特征
（1）奥陶系石灰岩含水层
奥陶系地层构成了本区煤系的基底，埋深300-550m，顶界标高770-890m，总体为一向斜构造，地层60m以上在本矿的中南部为粉砂质泥岩与灰岩互层，含水性极弱，北部钻孔揭露灰岩虽然破碎，但多属闭合裂隙，含水小，灰界顶界60m以下为主要含水层段，单位涌水量为0.03-0.086L/s·m。井田石灰岩含水层由于主要接受东部露头灰岩区大气降水的补给，补给量有限，井田石灰岩含水层富水性弱。
（2）太原组含水层
太原组含水层主要分布在5号煤层与8号煤层之间的砂岩带，岩性为不同粒级的砂岩，厚度15-20m，3号煤层与5号煤层之间砂岩少见，即使有砂岩赋存大部分为粉砂岩，太原组含水层由于埋藏深，岩石胶结致密，地下水的补给条件差，含水层富水性弱。
（3）山西组含水层
山西组地层仅分布于本矿南部，含水层富水性弱。
（4）永定庄组含水层
永定庄组地层在本区内广泛分布，上部为紫红色的泥岩夹砂岩，下部为厚层状的砂岩，砂砾岩，砂岩厚80-150m，是太原组3号煤开采时的直接充水含水层。永定庄组砂岩以钙质胶结为主，质硬，在裂隙发育地段，可以是良好的含水层，无裂隙处，含水性极弱。永定庄组含水层总体属于富水性弱的含水层，局部构造发育段，属于富水性中等的含水层，由于补给条件差，矿井排水主要消耗的是静储量。
2．矿井水文地质类型
白洞矿井位于大同煤田中东缘地段，总体为一轴向北东的向斜构造，地表黄土广布，为低山丘陵地貌。本区为双纪煤系，上部为侏罗系含煤地层，下部为石炭系含煤地层。侏罗系大同组煤层大部分已采空，在本区的东北部向斜的轴部有采空区积水赋存；永定庄组、山西组、太原组含水层是开采煤层的直接充水含水层，含水层的富水性弱，矿井涌水量一般小于3000m3/d；太原组下伏奥陶系岩溶裂隙含水层是煤系下伏间接充水含水层，灰岩含水层补给条件差，灰岩含水层岩溶发育弱，含水层富水性弱。虽然主采煤层3、5、6、8、9号煤层属于带压开采煤层，即使存在局部奥灰突水问题，其突水量也不会很大。本区5号煤层厚度大，煤层采后导水裂隙带将沟通东北部14号煤层的采空区积水，由于侏罗系采空积水范围较为清楚，开采5号煤层前，通过打探放水孔将采空区的水放掉，采空区积水的治理是比较容易的。
综上所述：根据《煤矿防治水规定》，白洞井水文地质类型划分为中等类型。
3. 井田涌水量
预测开采3号煤层时，矿井涌水量平均值为1423.42m3/d。
最大涌水量可根据以往矿井涌水量最大值与平均值的比值进行预测。
2002～2008年矿井涌水量最大涌水量与平均涌水量的比值为1.12～1.26，取最大值，则开采3号煤层时，最大矿井涌水量为1719.31m3/d。
1.3 煤层特征
1.3.1 煤层埋藏
大同煤田为双纪煤田，即侏罗纪煤层和石炭二叠纪煤层重叠赋存。区域含煤地层为中生界侏罗系中统大同组、古生界二叠系下统山西组、石炭系上统太原组。
侏罗系大同组为一套内陆河湖沼泽相沉积，由各种粒级的砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层沉积而成。煤层多、间距近、煤层分叉合并较为普遍，地层厚度一般234m，煤层总厚度26m，其中可采煤层14～21层，含煤系数11%，属弱粘结煤，原煤灰分10％左右，发热量一般为33MJ/kg，为优质动力用煤。
二叠系下统山西组为一套内陆河流相沉积建造，由一套灰、深灰、灰白色、灰黄色中粗砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、煤层组成。地层厚度一般45m，含山1、山2、山3、山4四层煤，其中仅山4号煤层局部可采，煤层总厚0～15.85m，平均厚6.80m，含煤系数15％。
石炭系上统太原组为网状河到泥炭沼泽相的沉积类型，为过渡相含煤建造。主要由灰、灰白色砂岩，灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层组成。地层厚度0～130m，一般85m左右。共含煤10余层，煤层总厚0.11～51.13m，一般15-25m，平均20.26m，含煤系数达23.8％。煤类主要为气煤，局部为1/3焦煤和弱粘煤。原煤灰分一般为24.12%～28.67％，全硫除8号煤层大于1％外，其余均小于％。发热量一般为19.74 ～21.82MJ/kg。主要用于动力用煤，洗选后还可作为炼焦配煤。
本区煤层埋藏深度较深，没有煤层露头，煤样化验资料未发现有风氧化现象。
1.3.2 煤层条件
1．煤层
井田内赋存中生代侏罗系大同组、二叠系山西组和石炭系上统太原组煤层，由于由于本井田批采的侏罗系煤层已基本采空，二叠系山西组地层在本井田仅零星赋存于南部边缘，石炭系上统太原组煤层是本次工作研究的对象，石炭系上统太原组地层厚53.70～106.07m，一般厚为78.61 m，主要可采煤层分布较稳定，该组在本井田内共含煤10层，煤层平均总厚为21.90 m，含煤系数27.9 %，其中可采煤层为3、5、6、8、9号5层，其它为薄而不稳定，仅零星赋存，工业价值不大。
区内太原组5个可采煤层分述如下:
（1）3号煤层
位于太原组上部，上距K3标志层0-9.90 m，平均5.40 m，井田南部、南东部赋存可采，向北西遭受冲刷变薄为零，有时直接位于永定庄组K8砂岩之下，含0-5层夹矸，一般2-3层。井田内煤层厚度0～1.37m，平均0.68m，赋存区内属稳定煤层，可采性差。顶板岩性炭质泥岩、细砂岩，底板为炭质泥岩。
（2）5号煤层
为太原组最厚一层煤，位于本组中上部，上距3号煤9.30-13.28m,平均11.84m。除井田西北部遭受剥蚀外，均有赋存并可采，煤层厚度4.1-4.9m，平均4.53m，含0-5层夹矸，属稳定型，顶板岩性炭质泥岩、高岭质泥岩，底板为炭质泥岩。
（3）6号煤层
上距5号煤层1.66～13.83m，平均5.52m，井田大部赋存，可采范围在中东部，向北西与南部变薄,属较稳定的大部可采煤层，煤层厚度0-5.45m，平均2.29m，煤层结构简单，含夹矸0-4层，顶板岩性为炭质泥岩、高岭质泥岩，底板为炭质泥岩、粉砂岩。
（4）8号煤层
上距6号煤层平均27.23m，8号煤层广泛分布于全井田，可采范围位于井田中部，煤层厚度0-6.41m，平均2.83 m，向南东变薄至不可采，煤层结构简单，含夹矸0-4层，属较稳定型煤层，顶板为高岭质泥岩、粗粒砂岩，底板为炭质泥岩、细砂岩。
（5）9号煤层
上距8号煤层0.99～16.57m，平均7.31m。井田内煤层厚度0.42-7.20m，平均2.48m。煤层结构简单，含夹矸0-4层。广泛赋存于全井田，仅3个钻孔不可采，且都位于井田边部。区内煤层厚度变化不大，富煤带位于井田中部，属稳定煤层。煤层顶板为炭质泥岩、细砂岩，底板为炭质泥岩或粉砂岩。
各煤层特征见表1-3-1
煤 层 特 征 表
表1-3-1
煤层号
煤层厚度
最小~最大
层间距
最小~最大
岩 性
夹矸
稳定性
可采性
顶板
底板
平均
平均
3
0-1.37
0.68

9.30-13.28
11.84

1.66-13.83
5.52

13.12-50.52
18.03

0.99-16.57
7.31
炭质泥岩
细砂岩
炭质泥岩
0～5层
较简单
大部可采
稳定
5
4.1-4.9
4.53
炭质泥岩
高岭质泥岩
炭质泥岩
0～5层
较简单
大部可采
稳定
6
0-5.45
2.29
炭质泥岩
高岭质泥岩
炭质泥岩
粉砂岩
0～4层
较简单
大部可采
较稳定
8
0-6.41
2.83
高岭质泥岩
粉粒砂岩
砂质泥岩
细砂岩
0～4层
简单
大部可采
较稳定
9
0.42-7.20
2.48
炭质泥岩
细砂岩
炭质泥岩
粉砂岩
0～4层
简单
大部可采
稳定

1.3.3 煤层围岩性质
1．煤层顶、底板岩性特征
（1）3号煤层
伪顶：岩性为炭质泥岩，厚度0.2～0.5m，随巷道揭露塌落。
直接顶：直接顶岩性为泥岩、炭质泥岩、高岭岩、粉砂岩，薄层状，水平或波状层理，性软，厚度2-5m，以双层结构和复层结构占的比例大，由北至南层数增加，由2层渐增为3-4层。
老顶：3号煤层分布区均有老顶分布，岩性为中细砂岩、粗砂岩和砂砾岩，厚度1.6-12.00m，白2001-5、白2001-4、9802、洞5、白2008-4号孔连续以北、老顶直接覆盖在煤层上。砂岩、砂砾岩为中厚—厚层状，泥质、钙质胶结，软—坚硬。
底板：岩性主要为泥岩、砂质泥岩、高岭质泥岩、炭质泥岩等泥岩类，局部为粉砂岩，厚度0.60-5.44m，质软。
（2）5号煤层
伪顶：零星分布于白2000-4、白2002-2、白2008-4钻孔，厚度0.2-0.4m，岩性为炭质泥岩。
直接顶：分布于四10、白28、9802、洞5、白2008-3、白52连线以南，岩性为高岭质泥岩、砂质泥岩、泥岩和粉砂岩，薄层状，水平层理，质软，厚度1.2-6.00m，白2008-3、洞5、白2002-3、白2002-4、白2003-1连线以东，岩层主要为单层结构，局部为双层，三层结构，连线以西以复层结构为主，具由东至西结构复杂的特征。
老顶：分布于四10、白28、9802、白2008-3、白2008-4、白52号孔连线以北，老顶直接覆盖在煤层上，岩性以砂岩为主，其次为中砂岩，粗砂岩，由东至西粒级变粗，厚层状，以泥质胶结为主，半坚硬，厚度1.3～11.0m。
底板：岩性以泥岩、砂质泥岩、高岭质泥岩为主，局部为粉砂岩，中细砂岩，厚度0.6～6.12m。
（3）6号煤层
顶板以直接顶为主，仅白2002-3号孔有老顶分布，岩性为细砂岩，直接顶岩性为高岭质泥岩、泥岩、粉砂岩，岩层结构简单，多数为单位，局部有2层，3层结构类型，岩石质软，厚度0.8～5.2m。
底板岩性主要为泥岩，高岭质泥岩，粉砂岩，局部为炭质泥岩，中砂岩、砾岩，底板以软弱岩石为主，厚度0.5～5.91m。
（4）8号煤层
直接顶：岩性以粉砂岩、砂质泥岩为主，其次为炭质泥岩、砂砾岩、厚度0.42-6.6m，薄层状，水平层理，波状层理，质软—半坚硬，顶板结构简单，多数为单层结构。
老顶：8号煤层赋存范围均有老顶分布，西部白28、白2003-5、白2008-5及东部白2002-1、白2002-3、白2002-5、白2008-4、白49、白50、洞5号孔，老顶与煤层直接接触，东部靠近煤层剥蚀区，岩性以砾岩、砂砾岩为主，厚层状，泥质胶结，半坚硬，西部岩性为不同粒级的砂岩，矿物成分以石炭、长石为主，钙泥质胶结，半坚硬—坚硬，厚度1.0～8.2m。
底板：岩性以粉砂岩、高岭岩为主，其次为泥岩、砂质泥岩、局部为中砂岩、质软—半坚硬，厚度0.8～7.3m。
（5）9号煤层
直接顶：分布于井田的东西两侧，中部缺直接顶，直接顶岩性主要为粉砂岩、高岭岩，其次为泥岩、炭质泥岩，薄层状，水平层理和波状层理，质软—半坚硬，厚度0.7-5.93m，西部岩层结构以单层为主，东部以双层为主。
老顶：岩性以粗砂岩、砂砾岩为主，其次为细砂岩，井田的中部和东北角老顶直接覆盖在煤层上，砂砾岩多为泥质胶结；粗砂岩为钙质、泥质胶结，中厚层—厚层状，具交错层理，半坚硬—坚硬，厚度2.0～8.0m。
底板：岩性为泥岩、粉砂岩、炭质泥岩、高岭质泥岩、砂质泥岩，质软，厚度0.3～4.8m。
2．煤层顶、底板物理力学性质
（1）顶板岩石物理力学特征
井田及外围共有14个钻孔做了物理力学试验，其中井下5个，其分布见(图1-2-24)。由表5-1-1分析，由于沉积环境，埋深、岩石的矿物成分、结构、构造、胶结类型的差异，岩石的物理力学性质不尽相同，对于同一煤层而言，砂岩类：细颗粒的岩石总体比粗颗粒的岩石强度高，抗压强度以30-50MPa者居多，个别的小于30MPa或者在70-100MPa之间，泥岩类一般属于软岩，抗压强度多数小于20MPa。从埋深来看，同一粒级的砂岩类，粗砂岩、细砂岩，粉砂岩抗压强度没有明显的规律性，砂砾岩抗压强度变化不大，一般在30MPa左右，中砂岩具有由浅至深抗压强度变小的规律，如3号煤层中砂岩抗压强度在70-80MPa之间，8号煤层在40-50MPa之间，9号煤层在30MPa左右。
（2）底板岩石的物理力学性质
底板岩性总体强度不高，泥质岩类抗压强度多小于30MPa，粉砂岩、碎屑高岭岩强度要高些，可达到中等坚硬程度，抗压强度在40-60MPa之间。
3．工程地质评价
煤层底板物理力学性质一览表
表1-3-2
煤层号
孔号
岩石名称
抗压强度
MPa
抗拉强度
MPa
抗剪强度
MPa
真密度
Kg/m
视密度
Kg/m
3
白2003-1
高岭岩
17.0
1.28

2604
3号底板孔
泥岩
32.01
3.87

2240
6号底板孔
炭质泥岩
19.46
2.29
2.66

7号底板孔
炭质泥岩
18.87
2.61

2200
5
2008-2
高岭岩
25.6-48.5
35.7

7号底板孔
炭质泥岩
17.12
2.3
2.34

6
Tx203
粉砂岩
62.7
33.1-85.7
2.19
1.54-2.80
10.41
5.40-17.36
2816
2796
8
Tx203
粉砂岩
47.8
41.8-51.8
2.47
2.2-2.61
7.8
5.54-11.76
2634
2609
9
白2003-2
高岭质泥岩
16.3
5.5
12.22

煤层顶板工程地质分类方案
表1-3-3
顶板分类
一类
无周期来压顶板
二类
有周期来压顶板
三类
周期来压强烈顶板
四类
软弱破碎顶板
五类
坚硬砂岩顶板
六类
石灰岩顶板
分类依据
Rc＜20MPa
Km＞2
Km=0.4-2
Km＜0.4
Rc＜10MPa遇水泥化或崩解碎裂
直接顶为坚硬砂岩
Rc＞60MPa
直接顶为石灰岩
Rc＞50MPa
Rc=-30 MPa
Km＞3
Km=0.8-3
Km＜0.8
Rc=30-40 MPa
Km＞4
Km=1.2-4
Km＜1.2
Rc＞40 MPa
Km＞5
Km=1.6-5
Km＜1.6

注：Rc为直接顶岩石单轴抗压强度；km为直接顶厚度∑h与采高(一般取2-3m)的比值，即km=。
按上述分类方案：3号煤顶板属于Ⅱ类，6号煤层属于Ⅰ类或Ⅱ类，5号煤层、8号煤层、9号煤层属于Ⅱ类顶板。
1.3.4 煤质特征与用途
1. 物理性质
各可采煤层以弱玻璃光泽为主，少数玻璃光泽或沥青光泽，结构有层状和均一状，块状构造，差参状断口，内生裂隙较发育，裂隙中充填碳酸盐类矿物。视密度在1.30t/m3～1.63t/m3，平均在1.44 t/m3～1.48 t/m3，真密度在1.44 t/m3～1.77 t/m3，平均在1.56 t/m3～1.65 t/m3。
宏观煤岩按平均光泽类型划分，多以半亮型煤为主，半暗型煤为辅。半亮型煤以亮煤为主，与暗煤以条带状分布，中夹细条带状或线理状镜煤；半暗型煤中暗煤较多，与亮煤以条带状分布。8、9号煤含有星散状黄铁矿和黄铁矿结核
2. 煤类
根据《中国煤炭分类国家标准(GB5751—86)》划分。各煤层测定的1.4密度级浮煤挥发分(Vdaf)绝大多数大于37.00％，粘结指数(GR.I)值绝大多数大于35， 胶质层最大厚度(Y)值低于25mm，一般在10-15mm之间，本区各煤层煤类均以气煤为主；有零星1/3焦煤、1/2中粘煤、弱粘煤。
3. 工业用途评价
本区各煤层总体煤质：
3号煤为中灰-高灰，以中灰为主；高挥发分；低硫-中高硫，低热值-高热值，以中热值为主，煤类为气煤。
5号煤为低灰-高灰，以中灰为主；高挥发分、特低硫-中高硫，以低硫为主；低热值-高热值，以中热值为主；煤类为气煤。
6号煤为中灰-高灰，以高灰为主；中高挥发分-高挥发分；特低硫-中高硫，以低硫为主；低热值-高热值，以中热值为主；煤类为气煤。
8号煤为中灰-高煤，以中灰为主；中高挥发分-高挥发分；低硫-高硫，以中高硫为主；低热值-高热值，以低热值为主；煤类为气煤。
9号煤为低灰-高煤，以中灰为主；中高挥发分-高挥发分；低硫-中高硫，以中高硫为主；低热值-高热值，以中热值为主；煤类为气煤。
此外各煤层的有害元素含量低，含油，化学反应性低，中等粘结性，煤灰难熔或高熔，煤的可选性差，煤的工业用途主要是动力用煤，也可作为气化用煤和炼焦配煤，还可考虑作液化用煤。
1.3.5 瓦斯、煤尘及煤的自燃、地温
1．瓦斯
3、5、6、7、8号煤瓦斯含量中CH4含量均小于1.00ml/g·可燃煤，最高0.56ml/g·可燃煤，9号煤CH4含量最高1.38ml/g·可燃煤。CO2含量最大0.85ml/g·可燃煤； 瓦斯成分中CH4成分最大占61.20%，CO2最高占33.12%，各煤层瓦斯主要以氮气为主，甲烷和二氧化碳含量低，全区均处于瓦斯风化带之内，属于氮气-甲烷带。
全矿井的瓦斯相对涌出量为 0.60m3/t，二氧化碳相对涌出量为8.58m3/ t；瓦斯绝对涌出量为 1.35m3/min，二氧化碳绝对涌出量为19.11m3/min。本区虽然瓦斯含量低，但瓦斯的赋存受地质因素和地质条件影响较大，因此瓦斯赋存常有不均衡的一面，在将来的开采当中也会因采掘面的不断扩大瓦斯涌出量随之增高，以后还必须重视瓦斯的监测及预防，确保生产安全。
2．煤尘
本区内施工钻孔煤芯样煤尘爆炸危险性测试，大部分火焰长度在30mm以上，有部分甚至火焰长度大于400mm，加岩粉量多在50%-60%，部分在80%以上，鉴定结论均为有爆炸危险性。
3．煤层自燃倾向性
自燃倾向性检测各煤层吸氧量在0.53-0.60 cm3/g，自燃等级为Ⅱ级，倾向性属于自燃，另有燃点测定结果(见表1-2-33)，原样燃点在341-362℃，氧化样燃点在319-357℃，还原样燃点在352-372℃，自燃倾向性等级为Ⅱ级，也属于自燃发火的煤层。据调查一般贮煤露天堆放6-12个月就有自燃发生。

第二章 井田开拓
2.1 井田境界与资源/储量
2.1.1 井田境界
白洞矿井田位于大同煤田向斜中段东南侧，为大同矿区总体发展规划中的同忻联合井田白洞分区南部。
本区位于大同石炭系煤田的东部，口泉河的中游，其地理位置位于大同市西南约18km处，行政隶属于大同市南郊区所辖，地理坐标为：东112°59′51″～113°04′03″，北纬39°58′28″～40°00′01″。
井田四邻关系为：东邻高庄村面窑沟煤矿、白洞村面窑沟煤矿；北与同忻井田毗邻；南为国投大同能源有限责任公司塔山煤矿。
井田南北宽2000～3100m，东西长4577～6975m，面积约为18.72km2。勘查深度从840-1000标高，本次设计开采5号煤层。
其范围由以下7个拐点组成，井田境界拐点座标见表2-1-1。

井田境界拐点座标表
表2-1-1
点号
经距(Y)
纬距(X)
点号
经距(Y)
纬距(X)
1
547796.000
4429895.549
5
542357.129
4430746.470
2
548463.628
4433000.000
6
543361.440
4430388.635
3
543271.410
4433000.000
7
544241.066
4429895.549
4
542367.305
4431726.100

2.1.2 工业资源/储量
1．地质资源/储量
本井田范围内18.72km2的石炭系太原组共5层煤层，即3、5、6、8、9号煤层。
本次设计开采5号煤层，由于其它煤层平均厚度较薄，煤层赋存不稳定，而且5号煤层的储量能够满足服务年限的需要，故只设计5号煤层。由于该煤层地质构造简单，煤层倾角变化不大，且煤层厚度分布比较均匀，故采用块段法估算其面积。其中5号煤层估算面积及其标高见表2-1-2。
5号煤层估算面积及标高
表2-1-2
煤层号
资源/储量估算面积（m2）
最小标高—最大标高
5
18.72
840-1000
储量计算的工业指标为煤层厚度不小于最低可采厚度0.70m，绝对干燥灰分不大于40%，原煤硫分(St,d)不大于3%。
5号煤层倾角大约为3°，煤层平均厚4.53m，其容重约为1.43。
经计算，全区地质资源资源/储量121.43Mt。
根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%是经济的基础储量，30%是边际经济的基础储量，则矿井的工业资源/储量由式(2-3-1)计算。
Zg=Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333k (2-3)
式中： Zg——矿井工业资源/储量；
Z111b——探明的资源量中经济的基础储量；
Z122b——控制的资源量中经济的基础储量；
Z2M11——探明的资源量中边际经济的基础储量；
Z2M22——控制的资源量中边际经济的基础储量；
Z333k——推断的资源量。
Z111b＝121.43×60%×70%＝51.00 Mt
Z122b＝121.43×30%×70%＝25.50Mt
Z2M11＝121.43×60%×30%＝21.86 Mt
Z2M22＝121.43×30%×30%＝10.93 Mt
由于地质条件简单，k取0.8。
Z333k＝121.43×10%×k＝162.8×10%×0.8=9.72 M t
Zg＝Z111b＋Z122b＋Z2M11＋Z2M22＋Z333 k
＝51.00+25.50+21.86+10.93+9.72
＝119.01 Mt
因此，矿井的工业储量约为119.01Mt。
2.2.3 矿井设计可采储量
矿井设计储量为工业储量减去设计计算的断层煤柱、冲积层防水煤柱、井田境界煤柱以及已有地面建筑物、构筑物需要留设的保护煤柱等永久煤柱。
1、井田边界保护煤柱
根据煤矿的实际情况，人为井田边界保护煤柱取20m，断层井田边界保护煤柱取20m，则井田边界保护煤柱的损失按下式计算：
（式2-3）
式中：
P——井田边界保护煤柱损失，Mt。
H——井田边界煤柱宽度，人为边界20 m，；
L——井田边界长度，人为边界18760.2 m
m——煤层厚度，5号煤层平均厚度为4.53 m，
r—— 煤层容重，5号为1.43 t/m3；
代入上式得
20×18760.2×4.53×1.43=2.43Mt
2断层和井筒保护煤柱
根据地质报告中提供的断层情况，落差5～8m的断层留设10m的煤柱，落差8～15m的断层，留设20m的煤柱，落差大于15m的断层留设30m的煤柱。如在生产过程中发现断层情况与地质报告不符时，可根据实际情况适当调整煤柱留设尺寸。
全井田共两条断层，一条落差12米，长1057.61m，留设20米宽煤柱，一条落差6.5米，长927.76m，留设10米宽煤柱。
故共留设断层煤柱0.39Mt。
主副井筒都在工业广场内，不需留设保护煤柱。
3、工业广场保护煤柱
根据《煤炭工业设计规范》不同井型与其对应的工业广场面积见表2-3。第5-22条规定：工业广场的面积为0.8～1.1平方公顷/10 Mt。本矿井设计生产能力为1.2 Mt/a，所以取工业广场的尺寸为420 m×350 m的长方形。煤层的平均倾角为3°，工业广场处在井田的中央，其中心处埋藏深度为+910m，该处表土层厚度为60 m左右，主井、副井、地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按Ⅱ级保护留维护带，宽度为20 m。本矿井的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-4。
表2-3 工业场地占地面积指标
井 型（万t/a）
占地面积指标（公顷/10万t）
240及以上
1.0
120-180
1.2
45-90
1.5
90-30
1.8
表2-4 岩层移动角
广场中心深度/m
煤层倾角
煤层厚度/m
表土层厚度/m

ф

δ

γ

β
+910
3°
4.53
60
45o
75o
75o
75o

图2-2 工业广场压煤计算

由图可得出保护煤柱的尺寸为：
由CAD量得梯形的面积为： S=478720.08 m2 （包括围栏面积）
则：工业广场的煤柱量为：
式中：P工——工业广场煤柱量，MT；
S ——工业广场压煤面积，m2；
M ——煤层厚度，5号煤4.53 m；
R ——煤的容重，1.43 t/m3；
则： 478720.08×4.53×1.43=3.10 Mt
综上，矿井的永久保护煤柱损失量汇总见表4-5

表4-5 永久保护煤柱损失量汇总
保护煤柱形式
损失量(MT)
井田边界保护煤柱
2.43
断层保护煤柱
0.39
工业广场保护煤柱
3.10
合计
5.92
=115.51 Mt
3、矿井可采储量
矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算：
(式2-4)
式中：ZK——矿井设计可采储量，Mt；
Zg