采礦學(xué)課程設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 邑陽井田礦區(qū)為一單斜構(gòu)造，本礦區(qū)可劃分為兩個不同的水文地質(zhì)塊段。位于 F4斷層以西地段，構(gòu)造復(fù)雜，巖溶裂隙發(fā)育，煤層賦存淺，覆蓋層薄，地表有北洺河河道穿過，因此水文地質(zhì)條件復(fù)雜。而位于 F4斷層以東地段，煤層埋藏深，覆蓋層厚，水文地質(zhì)條件相對簡單。本區(qū)開采上部煤層時，水文地質(zhì)類型屬于堅硬裂隙巖層為主的水文地質(zhì)條件簡單偏中等的礦床；如果開采下三層煤，則為以裂隙巖溶巖層為主的水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦床。含水層本區(qū)含水層自上而下依次為：第四系砂礫石及砂層、二疊系石盒子組（三段、一、二段）砂巖，山西組大煤頂板砂巖、太原組野青灰?guī)r、伏青灰?guī)r、大青灰?guī)r、奧陶系灰?guī)r，共計 7 個含水層。其中，大煤頂板砂巖、伏青灰?guī)r、大青灰?guī)r及奧灰為煤層開采時《采礦學(xué)》課程設(shè)計10的主要充水含水層，含水層特征。隔水層在各含水層之間，普遍賦存有良好的相對隔水層（以下稱隔水層） 。礦區(qū)東部覆蓋層下段普遍分布 15~70m 厚的土類（粘土、砂質(zhì)粘土、砂土）隔水層，層位較穩(wěn)定，連續(xù)性較好，可阻擋地表水及潛水向下滲漏。二疊系石盒子組（三段、一、二段）砂巖與山西組大煤頂板砂巖含水層之間，賦存有 40~50m 左右的泥質(zhì)巖層，這套巖層厚度穩(wěn)定，巖石完整。在正常情況下能夠起到良好的隔水作用。當(dāng)大煤回采塌陷后有效充水裂隙帶將會勾通石盒子組一段砂巖含水層。大煤頂板砂巖，野青灰?guī)r、伏青灰?guī)r、大青灰?guī)r各含水層之間，均賦存有 30~40m 的粉砂巖、膠結(jié)致密的細(xì)粒砂巖及裂隙不發(fā)育的巖漿巖，可視為隔水層。6 號煤下距伏青灰?guī)r 3~7m，巖性為黑色粉砂巖。因厚度小，裂隙發(fā)育，隔水性差，所以在開采 6 號煤層時，伏青灰?guī)r是坑道充水的主要含水層。大青灰?guī)r下距奧灰一般為 37m 左右，巖性主要為粉砂巖及鋁土泥巖，穿插有巖漿巖。奧灰第八段（O 28）也視為隔水層，這樣便增加了隔水層厚度。 構(gòu)造的導(dǎo)水性本區(qū)發(fā)育的構(gòu)造基本為階梯狀正斷層。煤系地層多為柔性巖石，斷層帶多為泥質(zhì)成份，斷層角礫巖有膠結(jié)現(xiàn)象，在天然狀態(tài)下的導(dǎo)水是微弱的。邑陽井田礦自建井投產(chǎn)以來，截止到 2022 年 6 月底，由于斷層因素導(dǎo)致的突水大小共 11 次，最小 ，最大為 ，但絕大多數(shù)發(fā)生在建井期間，近年來生產(chǎn)中雖有斷層揭露，均未發(fā)生明顯突水。但當(dāng)煤層與下盤大青和奧灰接觸時情況則可能相反，如郭二莊礦一坑大煤與奧灰對口接觸，造成了礦坑突然涌水。該情況說明，當(dāng)?shù)V井開拓揭露斷層時，由于失去平衡狀態(tài)，當(dāng)對應(yīng)盤含水層水壓大于斷層帶抗壓強(qiáng)度時，斷層將失去隔水作用，造成地下水充入。因此，采掘過程中對落差較大的斷層應(yīng)保留適當(dāng)?shù)拿褐⒓訌?qiáng)防探水工作。 煤層特征 煤質(zhì)按照我國現(xiàn)行的煤炭分類標(biāo)準(zhǔn)《中國煤炭分類國家標(biāo)準(zhǔn)》 ，結(jié)合本礦區(qū)煤樣的化驗(yàn)資料分析確定，本區(qū)煤類以高變質(zhì)無煙煤為主，部分為天然焦。各煤層煤質(zhì)主要特征。（一）煤的物理性質(zhì)各煤層均為濱海沼澤沉積的腐植煤。具有典型高變質(zhì)無煙煤的特征。外觀呈黑、灰黑或鋼灰色，似金屬光澤，反射率高達(dá) 15%以上，階梯狀或次平坦?fàn)顢嗫冢粻罱Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，比重和硬度均較大，變質(zhì)程度愈高，塊度愈佳。《采礦學(xué)》課程設(shè)計11天然焦呈鋼灰色，略染手，堅硬塊狀，與焦炭近似，但孔隙度低，鏡下觀察見有氣孔和花紋構(gòu)造。（二）煤的主要化學(xué)特征由于煤的變質(zhì)程度高，視密度均大于 ，用密度 的浮選液浮不出浮煤，各項化驗(yàn)和測定均為原煤樣。 瓦斯邑陽井田礦從建井到投產(chǎn)以來，從未發(fā)生過瓦斯突出事故，礦井瓦斯在涌出形式上，均表現(xiàn)為普通涌出。根據(jù)河北省煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)督管理辦公室文件《關(guān)于邯鄲礦業(yè)集團(tuán)公司 2022 年度礦井瓦斯等級鑒定的批復(fù)》冀煤安辦[2022]18 號文，邯鄲礦業(yè)集團(tuán)邑陽井田煤礦的瓦斯鑒定結(jié)果：礦井瓦斯絕對涌出量 179。/min，相對涌出量 m179。/t。鑒定結(jié)果為低瓦斯礦井。2022 年 5 月至 2022 年 5 月，山東省煤田地質(zhì)局第三勘探隊和第二勘探隊在邑陽井田煤礦深部擴(kuò)大區(qū)進(jìn)行勘探，分別對 2 號煤層采取了 6 孔 6 個瓦斯樣，現(xiàn)場解吸無氣。分析結(jié)果表明：其瓦斯(CH 4)成分和含量最高分別為 %和 ，二氧化碳(CO 2)成分和含量最高為 %和 ，氮?dú)?N 2)成分和含量最高為 %和。2 號煤層屬于瓦斯 N2帶，瓦斯含量低，平均含量分別為 。煤層瓦斯成分以氮?dú)鉃橹鳎螢槎趸肌⒓淄闅怏w；瓦斯含量普遍低，應(yīng)屬瓦斯風(fēng)化帶。煤層瓦斯成分及含量表 瓦斯成分％兩極值/平均(點(diǎn)數(shù))瓦斯含量 ml/g兩極值/平均(點(diǎn)數(shù))項 目煤 層CH4 CO2 N2及其它 CH4 CO2 N2及其它2～ 67.60（ 6）～ （ 6）～ 9～ 2.493（ 6）～ 0.206（ 6）～ 03（ 6）本區(qū)各煤層瓦斯含量不高，但由鄰區(qū)和本井田生產(chǎn)資料來看，局部利于瓦斯儲存的地段（如背斜軸部）瓦斯可達(dá)二級，郭二莊煤礦和賀莊煤礦均為一級瓦斯礦，但局部地段可達(dá)二級。另外，本區(qū)大部分地段有巖漿侵入，使煤層變質(zhì)程度普遍增高，煤層有產(chǎn)生氣體的條件，某些地段如果賦存條件良好，瓦 斯 含 量 可 能 會 相 對 聚 集 ， 因此，在生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)瓦斯管理，以防瓦斯聚集發(fā)生瓦斯爆炸事故。《采礦學(xué)》課程設(shè)計12 煤塵及煤的自燃依據(jù)煤炭科學(xué)研究總院撫順分院對邑陽井田礦 2＃ 煤煤塵爆炸性鑒定報告，煤樣水份%，灰份 Af ％，揮發(fā)份 ﹪， Vr ﹪，無火焰長度，鑒定結(jié)果為煤塵無爆炸性。根據(jù)河北煤田地質(zhì)研究所對礦井 2 號煤層煤塵爆炸性煤樣鑒定報告，礦井 2 號煤煤樣水分 ％，干基灰分 ％，干基無灰基揮發(fā)分 ％，無火焰長度，鑒定結(jié)果為煤塵無爆炸性。鄰近章村井田、郭二莊煤礦、顯德汪煤礦等生產(chǎn)礦井開采上組煤均未發(fā)生過煤塵爆炸，但郭二莊煤礦下組煤補(bǔ)充勘探報告試驗(yàn)資料表明下組煤有煤塵爆炸性。邑陽井田深部擴(kuò)大區(qū)勘探試驗(yàn)結(jié)果表明 9 ＃ 煤均無煤塵爆炸性，但采樣數(shù)量較少，結(jié)論有一定的片面性。依據(jù)煤炭科學(xué)研究總院撫順分院對邑陽井田煤礦 2＃ 煤自燃傾向煤樣鑒定報告，自燃傾向等級為三類，不易自燃。2 采區(qū)、帶邊界及儲量 采區(qū)邊界本井田煤層為緩傾斜煤層，井田境界采用垂直劃分法，本井田劃分的原則有：1) 井田范圍儲量、煤層賦存及開采條件要與礦井生產(chǎn)能力相適應(yīng)；2) 保證井田有合理的尺寸；3) 充分利用現(xiàn)有的自然條件劃分井田；4）合理規(guī)劃礦井的開采范圍，處理好相鄰礦井之間的關(guān)系。根據(jù)以上規(guī)則和礦區(qū)總設(shè)計任務(wù)書的要求，結(jié)合煤層的賦層情況，地質(zhì)構(gòu)造，開采技術(shù)條件，并保證各井田都有合理的尺寸和邊界。《采礦學(xué)》課程設(shè)計13圖 井田境界示意圖 井田形狀呈一個規(guī)則的長方形，東西寬 5km，南北長 ，面積 。邑陽煤礦井田境界示意圖如圖 所示。 采區(qū)工業(yè)儲量本礦井設(shè)計只對 2 號煤層、6 號煤層和 7 號煤層進(jìn)行開采設(shè)計，本次儲量計算是在精查地質(zhì)報告提供的 1：5000 煤層底板等高線圖上計算的，儲量計算可靠。井田范圍內(nèi)的煤炭儲量是礦井設(shè)計的基本依據(jù)，煤炭工業(yè)儲量是由煤層面積、容重及厚度相乘所得，其公式一般為：Zg=S/cosα Mγ 式 式中，Zg——采區(qū)的工業(yè)儲量；S——采區(qū)的水平面積， ；α——煤層平均傾角，7 號煤層取 12176。；M——煤層的厚度，2 號煤層平均厚度 ， 7 號煤層平均厚度 ；γ——煤的容重，煤層 。全礦總計：Zg=S/cosα Mγ=176。(+2)= 采區(qū)可采儲量 永久煤柱留設(shè)為確保地面建筑物及工程設(shè)施和井下開采的安全，設(shè)計對井筒、大巷、工業(yè)場地、鐵路、公路、井田境界、構(gòu)造等留設(shè)安全煤柱，嚴(yán)格按《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》的要求進(jìn)行采煤設(shè)計。1)井田邊界煤柱本井田境界屬人為邊界，根據(jù)《煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范》的要求按 50 留設(shè)煤柱。邊界煤柱可按下列公式計算：Zjb＝ LjbbMγ 式 式中，Z jb——邊界煤柱損失量， Mt；《采礦學(xué)》課程設(shè)計14Ljb——邊界總長度，3400m；B——煤柱寬度，人為邊界煤柱 50m，斷層煤柱 30m。煤柱總壓煤量：Zjb＝ LjbBMγ=340050(+2)=2) 采區(qū)邊界煤柱采區(qū)邊界煤柱的作用是將兩個相鄰采區(qū)隔離，以防止萬一發(fā)生火災(zāi)、水害和瓦斯涌出時相互蔓延；避免從采空區(qū)大量漏風(fēng)。采區(qū)邊界煤柱一般寬約 10m 左右。Zcb=LcbBMγ 式 式中，Z cb——采區(qū)邊界煤柱損失量，Mt；Lcb——采區(qū)邊界總長度，3878m。Zcb= LcbBMγ=320010(+2)= 礦井可采儲量計算求得各種煤柱的儲量損失后，可按下式計算礦井可采儲量：Z=(ZgP)C 式 式中，Z——礦井可采儲量，Mt；Zg——礦井工業(yè)儲量，Mt；P——各種煤柱儲量損失之和，P=Z jb＋Z cb＋=＋=；C——采區(qū)回采率，厚煤層不低于 ，中厚煤層不低于 ，薄煤層不低于。本礦井主采煤層屬厚煤層，因此 C 取 。則計算可采儲量為：Z=(ZgP)C=(－)=54Mt由此可得本采區(qū)的可采儲量為 54Mt。3 采區(qū)巷道布置 煤層地質(zhì)特征 可采煤層情況采區(qū)內(nèi)主要可采煤層為煤 7。7 煤層為簡單結(jié)構(gòu)的中厚煤層，煤層厚度變化不大。煤層的賦存狀態(tài)較好，有利于采區(qū)巷道的布置。《采礦學(xué)》課程設(shè)計15 煤種及煤質(zhì)變化各煤層均為濱海沼澤沉積的腐植煤。具有典型高變質(zhì)無煙煤的特征。外觀呈黑、灰黑或鋼灰色，似金屬光澤，反射率高達(dá) 15%以上，階梯狀或次平坦?fàn)顢嗫冢粻罱Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，比重和硬度均較大，變質(zhì)程度愈高，塊度愈佳。天然焦呈鋼灰色，略染手，堅硬塊狀，與焦炭近似，但孔隙度低，鏡下觀察見有氣孔和花紋構(gòu)造。 其他開采技術(shù)條件1．瓦斯邑陽井田礦從建井到投產(chǎn)以來，從未發(fā)生過瓦斯突出事故，礦井瓦斯在涌出形式上，均表現(xiàn)為普通涌出。分析結(jié)果表明：其瓦斯(CH 4)成分和含量最高分別為 %和，二氧化碳(CO 2)成分和含量最高為 %和 ，氮?dú)?N 2)成分和含量最高為 %和 。2 號煤層屬于瓦斯 N2帶，瓦斯含量低，平均含量分別為。煤層瓦斯成分以氮?dú)鉃橹鳎螢槎趸肌⒓淄闅怏w；瓦斯含量普遍低，應(yīng)屬瓦斯風(fēng)化帶。2．煤的自然發(fā)火情況依據(jù)煤炭科學(xué)研究總院撫順分院對邑陽井田礦 2＃ 煤煤塵爆炸性鑒定報告，煤樣水份%，灰份 Af ％，揮發(fā)份 ﹪， Vr ﹪，無火焰長度，鑒定結(jié)果為煤塵無爆炸性。 采區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng) 確定采區(qū)走向長度根據(jù)沿井田走向有無大的地質(zhì)變化，如斷層，無煤帶，傾角變化很大等地質(zhì)條件，利用這些地質(zhì)變化帶劃分采區(qū)，確定走向長度。若沒有地質(zhì)地質(zhì)條件限制時，采區(qū)走向長度應(yīng)從技術(shù)上可行和經(jīng)濟(jì)上有利的原則來確定。技術(shù)上的因素主要考慮區(qū)段巷道的運(yùn)輸維護(hù)和供電問題。經(jīng)濟(jì)上有利的采區(qū)走向長度，應(yīng)是與采區(qū)走向有關(guān)的巷道掘進(jìn)、維護(hù)、運(yùn)輸?shù)鹊膰嵜嘿M(fèi)用最低的長度。根據(jù)我國煤礦實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)：對于緩傾斜和傾斜煤層，如果開采條件好，采掘機(jī)械化程度較高，區(qū)段集中巷采用帶式輸送機(jī)。生產(chǎn)能力較大的采區(qū)，其走向長度為 10001500 米。綜合機(jī)械化開采，采區(qū)單面布置時，走向長度一般不小于 1000 米；雙面布置時，走向長度不小于 2022 米。普通機(jī)械化開采時，一般為12001500 米。《采礦學(xué)》課程設(shè)計16本設(shè)計先開采西南方向的西一采區(qū)，其內(nèi)沒有大的地質(zhì)變化，采用綜合機(jī)械化開采，采區(qū)內(nèi)平均走向長度 4700 米。井田內(nèi)沒有大的地質(zhì)變化，采用綜合機(jī)械化開采，采區(qū)走向長度為 1000 米。 確定區(qū)段斜長和區(qū)段數(shù)目使用走向長壁采煤法的采區(qū)，區(qū)段斜長等于回采工作面長度加上區(qū)段平巷和護(hù)巷煤柱的寬度。區(qū)段平巷寬度，根據(jù)巷道斷面的確定，這里取 4 米。采用沿空掘巷，不留護(hù)巷煤柱。首采采區(qū)斜長為 1400m,工作面長度暫定為 300m，區(qū)段平巷寬度為 40m,則區(qū)段斜長為：300＋240＝380 m，一個采區(qū)區(qū)段數(shù)目為 1400/380＝3 個。 煤柱尺寸的確定為了使采區(qū)內(nèi)各種煤層巷道保持良好狀態(tài)，有時留設(shè)一定的煤柱。如留設(shè)開采水平運(yùn)輸大巷、上下山、總回風(fēng)巷、區(qū)段平巷，以及采區(qū)邊界煤柱和大斷層煤柱等。目前，煤柱尺寸主要根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來確定。緩傾斜及傾斜煤層煤柱參考尺寸見表 。邑陽礦北礦井采區(qū)實(shí)行無煤柱開采，區(qū)段平巷不留煤柱，采區(qū)上山一側(cè)需留 20m 煤柱。采區(qū)下山和采區(qū)邊界不留煤柱，大巷布置在巖層中也不留煤柱。表 采區(qū)煤層巷道護(hù)巷煤柱尺寸巷道類別薄及中厚煤層巷道一側(cè)/m厚煤層巷道一側(cè)/m備注水平大巷 20～30 20～50主要回風(fēng)大巷20 左右 20～30采區(qū)上下山 20 左右 30～40區(qū)段平巷 8～20 15～20采區(qū)傾角較大時，煤柱尺寸可小一些采區(qū)邊界 3～10 目前常不留邊界煤柱較大斷層 10～15 到 30～50 根據(jù)斷層具體情況而定 采區(qū)上下山的布置對于單一厚煤層和聯(lián)合布置的采區(qū)，一般應(yīng)將上山布置在煤層底版巖層中，但在下部煤層的底版巖層距涌水量特大的巖層很近，不能布置上山，或者當(dāng)上山只為開采上部煤層服務(wù)，而開采下部煤層便