北京科技大学 安全工程 毕业设计

目录

一般设计部分

1 井田概况及地质特征 (1)

1.1井田概况 (1)

1.1.1交通位置 (1)

1.1.2自然地理 (1)

1.1.3气象与地震 (1)

1.1.4矿区井田邻近生产矿井情况 (2)

1.1.5矿井水源、电源及通信情况 (2)

1.1.6环境状况 (2)

1.1.7煤矿发展 (2)

1.1.8扎赉诺尔煤业公司 (3)

1.1.9其它地面建筑情况 (3)

1.2地质特征 (3)

1.2.1地质构造 (3)

1.2.2井田地质 (3)

1.2.3水文地质条件 (4)

1.2.4矿井涌水量 (7)

1.2.5其它开采条件 (7)

1.3煤层及煤质 (8)

1.3.1煤层 (8)

1.3.2煤质 (8)

1.3.3 瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃 (11)

1.4地质勘探程度 (11)

1.4.1地质勘探报告的编制情况 (11)

1.4.2地质构造对开采影响的分析 (11)

1.4.3煤层对比的可靠性和稳定性分析及对开采的影响 (11)

1.4.4水文地质、沼气等级、煤质分析资料的精确度 (12)

2 井田开拓 (13)

2.1井田境界及储量 (13)

2.1.1井田境界 (13)

2.1.2矿井储量 (13)

2.2矿井设计生产能力及服务年限 (17)

2.2.1矿井工作制度 (17)

2.2.2设计生产能力 (17)

2.2.3矿井服务年限 (18)

2.3井田开拓 (19)

2.3.1井田开拓的基本问题 (19)

2.3.2确定井筒形式、数目、位置 (20)

2.3.3井筒位置的确定 (21)

2.3.4确定开采水平的数目、位置和标高 (21)

2.3.5方案的提出 (22)

2.3.7 矿井基本巷道 (27)

3 采煤方法及带区巷道布置 (38)

3.1煤层的地质特征 (38)

3.1.1煤层顶、底板特征 (38)

3.1.2煤层的瓦斯、水文地质特征 (39)

3.2 带区巷道布置及生产系统 (40)

3.2.1 带区巷道布置 (40)

3.2.2 带区生产系统 (41)

3.2.3 带区内巷道掘进方法 (43)

3.2.4 带区生产能力和采出率 (43)

3.3采煤方法 (45)

3.3.1 采煤工艺方式 (45)

3.3.2采煤工艺方式 (46)

3.3.3工作面参数的确定 (48)

3.3.4回采工作面破煤、装煤方式 (49)

3.3.5回采工作面运煤方式、主要采煤机械选型 (50)

3.3.6工作面支护方式及采空区处理 (54)

3.3.7端头支护及超前支护方式 (55)

3.3.8工作面的顶板管理 (56)

3.3.9采煤工艺 (57)

3.3.10劳动组织和循环作业图表 (58)

3.3.11回采工作面吨煤成本 (60)

4矿井通风 (64)

4.1矿井通风系统选择 (64)

4.2采区通风 (68)

4.2.1采煤工作面通风类型的确定 (68)

4.2.2工作面风流方向的选择 (69)

4.2.3通风构筑物 (70)

4.3掘进通风 (70)

4.3.1 局部通风方法和布置方式 (70)

4.4矿井所需风量 (73)

4.4.1 矿井所需总风量 (73)

4.4.2风量分配 (75)

4.5矿井通分阻力 (76)

4.5.1矿井最大阻力路线 (78)

4.5.2 总风阻和等积孔计算 (83)

4.6 矿井主要通风机选型 (83)

4.6.1自然风压 (83)

4.6.2主要通风机分压、风量 (85)

4.6.3电动机选型 (89)

4.7 矿井主要通风机选型 (90)

4.7.1矿井反风的目的和意义 (90)

4.7.2矿井反风设施布置、方法及安全可靠性分析 (90)

4.8概算矿井通风费用 (91)

4.9 阻止特殊灾害事故的安全措施 (93)

4.9.1预防自燃 (93)

4.9.2 预防瓦斯爆炸的措施 (93)

4.9.3 预防煤尘爆炸的措施 (94)

4.9.4 预防井下火灾的措施 (94)

4.9.5粉尘的综合防治 (95)

4.9.6 预防井下水灾的措施 (95)

5 矿井安全技术措施 (97)

5.1 矿井安全技术概括 (97)

5.1.1矿井瓦斯涌出概况 (97)

5.1.2矿井粉尘及防治措施 (97)

5.2矿井火灾 (97)

5.2.1矿井自燃发火的分析 (97)

5.3事故预防及处理计划的编制 (107)

专题部分

1 绪论 (111)

1.1引言 (111)

1.2安全管理中的几个基本概念 (111)

1.3安全管理的发展历史及现状 (112)

1.3.1 安全管理的发展 (112)

1.3.2 国内安全管理的研究现状 (113)

1.4煤矿风险管理的现状及分析 (113)

1.5煤矿安全管理研究的目的与意义 (114)

1.6专题主要研究内容 (115)

2 煤矿主要危险源辩识与风险分析 (116)

2.1煤矿主要危险源的辩识理论和特点 (116)

2.1.1危险源理论及分类 (116)

2.1.2煤矿危险源系统结构组成 (117)

2.1.3煤矿危险源辩识与分析中的特点 (118)

2.2煤矿危险源的辨识方法分析和选择应用 (119)

2.2.1煤矿危险源辨识方法和选择 (119)

2.2.2铁北矿主要危险源辩识 (120)

2.3煤矿主要危险源的风险分析 (123)

2.3.1煤矿危险源安全的相对性 (123)

2.3.2人－机－环境系统模型理论 (124)

2.3.3铁北矿人－机－环系统风险分析 (127)

3煤矿风险评价 (130)

3.1风险评价概述 (130)

3.2煤矿风险评价方法分析及其选择 (133)

3.2.1风险评价方法分类与分析 (133)

3.2.2煤矿风险评价方法的选择 (133)

4煤矿风险控制及企业安全文化 (135)

4.1风险控制概述 (135)

4.1.1风险控制的基本原则 (135)

4.1.2风险控制的对策措施和方法 (136)

4.1.3煤矿风险控制方法的选择 (137)

4.2煤矿风险控制系统 (138)

4.3铁北矿安全管理预防措施 (139)

4.4铁北矿安全管理、灾害处理和应急措施 (141)

4.5煤矿企业安全文化研究 (144)

4.5.1企业安全文化建设的原则和要求 (144)

4.5.2企业安全文化的作用 (145)

4.5.3铁北矿企业安全文化建设的发展状况 (145)

4.5.4铁北矿安全文化建设的基本内容 (146)

翻译部分

5专题总结 (148)

英文原文 (150)

中文译文 (155)

参考文献 (159)

致谢 (161)

一般部分

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1 井田概况及地质特征

1.1井田概况

1.1.1交通位置

铁北煤矿位于扎赉诺尔煤田西翼北部位置。地理坐标：东经117°44′01 ″-117°49′58″；北纬49°25′38 ″-49°28′45″。行政区属内蒙古自治区满洲里市东湖区，西距满洲里29km，东距海拉尔160km，至哈尔滨908km。

本矿交通方便，矿井西南侧有滨洲铁路通过，南偏西2.2km处有国铁扎赉诺尔车站，矿井有专用铁路线与滨洲铁路连接，301国道横贯矿区，至各旗县、市有公路相通。

1.1.2自然地理

该区位于大兴安岭西坡之内蒙古高原，地势虽高但地势平坦，相对高差不超过20～30m，最高绝对标高＋580m（区外），一般标高544m，煤田四周低山所环，而山势多为缓坡状，15～30o左右。

扎赉诺尔煤田内水体颇多，且纵横交错，以克鲁伦河为最大，还有乌尔逊河和东北部的海拉尔河、木得那亚河。木得那亚河虽小，弯曲蜿蜒勘探区以西，过去与达赉湖相通，1958年和1971年相继在铁路大桥、沙子山进行堵截及新开河的竣工，达赉湖水稍减，消除达赉湖对矿区的威胁。

1.1.3气象与地震

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本区属大陆性气候，冬寒夏热，温差变化较大，结冰期长达7个月，年平均气温一般在0.2～－2℃。地下冻层一般在2.5～3.0m。降雨量多集中在6、7、8月份，其它月份很少。积雪厚度一般在5～12cm。蒸发量以4至9月份最大，年蒸发量一般在1200～1500mm，和降雨量对照大大超过，为降雨量5～6倍。风向以5、7、8月份大多为东北风，全年以西南风为多，其次西北、东南风。风速一般2～5m/s，最大风速20m/s，风力一般2～3级，最大为8级。并以1、2、12月共3个月为最小，3、4、5、11月共4个月为最大。根据呼伦贝尔盟地震局图件表明，本区为6度震区，地震动峰值加速度（g）为0.05。

1.1.4矿区井田邻近生产矿井情况

扎赉诺尔矿区现有六座生产矿，分别为灵泉煤矿、灵北煤矿、灵东煤矿、铁北煤矿、通大公司、光明煤业、灵鹿煤矿（在建矿井）铁南煤矿（规划建设）。

2011年底矿区核定生产能力16Mt/a。

2011年底各生产矿的设计能力分别为：灵泉煤矿2.4Mt/a，铁北煤矿3.0Mt/a，灵北煤矿0.66Mt/a（由0.45Mt/a和0.21Mt/a两个井组成）,灵东煤矿5.0Mt/a,通大公司2.4Mt/a,光明煤业3.0Mt/a。

在煤炭工业发展的同时，矿区其它工业也相应得到发展，现矿区有灵泉热电厂和根据矿区资源建设的达赉湖渔业公司、砖瓦厂、啤酒厂，以及为矿区服务的辅助附属企业。

1.1.5矿井水源、电源及通信情况

(1)水源

铁北煤矿地面水源来自扎煤公司秃尾山二水源，供水水源可靠。

(2)电源

铁北煤矿35KV输电线路分别接自扎赉诺尔矿区总控制站和前哨变电所，送电导线、距离分别为LGJ-120 10.84km和LGJ-120 3.62km。

(3)通信

外部有线通信和移动通信都已经具备。

1.1.6环境状况

本矿区位于呼伦贝尔大草原，地表呈丘陵构造，地形简单，地貌单元属冲击平原。境内水资源丰富，湖沼星罗棋布，地表水对污染物的稀释能力较强，环境容量很大。矿区原有自然景观为辽阔草原，植被在中国植被区划分中属于温带草原大兴安岭森林草原地带。由于人类活动及自然灾害的影响，草原植被已遭到破坏，局部出现了沙化迹象。

矿区土壤以黑土为主，有机质氮、磷含量均较高，养分条件较好。矿区草甸土存在着不同程度的盐渍化现象。在已消失的湖泡区及蝶形低洼地，盐渍化较重，地表层有明显的灰白色的盐碱斑。

1.1.7煤矿发展

2011年以来，在我国经济发展速度总体逐步放缓的情况下，煤炭经济依然保持了较好的发展势头，截至2011年11月底，全国煤炭产量累计34.62亿吨，同比增长11.6%，煤炭销量累计29.53亿吨，同比增长12%，煤炭行业工业增加值同比增加16.6%，高于全国工业增加值14%近2.6个百分点，成为增长最快的工业行业之一。陕西省2011年生产煤炭达4.05亿吨，位居全国第三。其中，陕西榆林市煤炭产量达2.8 亿吨，比前年增长了11.8%。这一产量约

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占陕西全省产量的70% ，陕西省榆林市依然占据全国第二产煤大市的位置。煤炭经济的健康发展，为全国经济发展提供了强大而稳定的能源支撑，为国家的能源安全作出了贡献。国家选择了13个煤炭资源条件好的区域，作为国家大型煤炭基地，蒙东地区就是其中之一。

1.1.8扎赉诺尔煤业公司

1902 年建矿，先后经历了东清铁路办矿、沙俄资本家办矿和日伪统治时期，1945 年回到人民怀抱， 1958 年设立扎赉诺尔矿务局，原属中直大一型煤炭企业。 1998 年下放到内蒙古自治区管理， 1999 年改制为扎赉诺尔煤业有限责任公司， 2007 年回归中央直属企业中国华能集团，隶属华能呼伦贝尔能源公司管理。

经过多年的开发建设，公司采煤机械化程度已达 100 ％（井工矿以先进的综采放顶煤工艺为主），并积累了丰富的开采经验，有一大批高技能的技术工人、优秀的专业技术人员和管理人员，同时具有呼伦贝尔地区规模最大、装备最先进的机械加工修理、地质勘查测绘等领域的设备设施和相关专业人才，为企业的发展提供了雄厚的人力资源和技术装备保证。曾先后为大雁、伊敏、宝日希勒、内蒙古西部的乌达、海渤湾、河南省的永夏等矿区输送了大批专业技术和管理人才。

1.1.9其它地面建筑情况

扎赉诺尔矿区是具有百年开发历史的老矿区，矿区行业门类齐全，建筑材料如水泥、预制构件、砖瓦等均能生产，部分建筑材料需就近外购,满足矿井建设的需要。

1.2地质特征

1.2.1地质构造

地层

自下而上分述如下：

(1)前寒武系变质岩组：分布于嵯岗附近，以绿色片岩、花岗片麻岩为主，夹石灰岩，厚度不详，与上伏地层接触关系不详。

(2)上古生代石炭--二迭系变质岩组：分布于煤田东部阿尔公—双山子一带，呈弧岛分布，岩石以变质砂岩，石灰岩为主，厚度不详，与上覆地层接触关系不详。

(3)侏罗系上统兴安岭群：兴安岭火山岩组分布于煤田四周，上部以凝灰质砂岩、玄武安山岩为主，下部以流纹岩、粗面岩为主，厚度不详。

(4)白垩系下统扎赉诺尔群：分布范围东以阿尔山～双山子一带，西至矿区边缘山地，向南延伸至达赉湖，北至中苏边界，面积为1035km2，煤系地层厚度1100m以上，本区按东北地层表划分为伊敏组和大磨拐河组，系由一整套砂岩、泥岩、砂质泥岩、砂砾岩及煤层组成，为本区主要含煤地层。

(5)第四系厚10～25m，最厚达60m，以砂、砂砾为主，中夹粘土层，本系曾发现披毛犀、猛犸象等古脊椎动物化石，并做过详细研究。

1.2.2井田地质

1区域构造：

扎赉诺尔煤田位于大兴安岭西坡的海拉尔高平原西部，在大地构造单元上，属新华夏系第三沉降带海拉尔沉降区扎赉诺尔凹陷北部，东邻差岗隆起，西邻额尔古纳隆起带，早白垩

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世含煤组沉积在前寒武纪古老花岗片麻岩，花岗岩和上古生代石炭、二迭系变质岩组成的一个构造盆地内，盆地走向呈北北东—南南西向延伸。由于煤田形成后，受地壳运动影响较小，所以构造比较简单，以断层为主，并有小型挠曲，呈缓波状起伏。

2井田构造

井田位于向斜盆地西翼北部，地质构造简单，基本为一单斜构造，伴有一些以走向断层和斜交断层为主的正断层，褶曲不发育，无火成岩侵入。地层倾角由盆地边缘至深部由陡变缓，由于地层倾角的不协调性，使得深部向斜轴部附近的Ⅰ层群在向斜倾伏端收敛的要快，所以Ⅰ层群急剧向东偏斜，走向呈NE78°～SE75°，倾向SE～SW，倾向1.5°～ 5°,而Ⅱ层群走向则呈NE41°～70°，倾向SE，倾角一般5°～7°，最大达9°，使得Ⅰ层群和Ⅱ层群在走向上呈由南向北的喇叭状。

区内断层总共有6条，落差最大不超过60m，现分述如下：

(1)F8断层：

此断层从邻区灵泉露天采空区延伸至本区，位于井田17～15线的浅部，走向NE70°～81°，倾向SE，倾角60°，走向长1300m，控制可靠。

(2)F64断层

该断层走向NE38°，倾向NW，倾角58°，落差7～9m，走向长500m，控制程度较差。

(3)F47断层

位于14～13线中部，走向NE53°，倾向SE，倾角58°～60°，落差0～36m，走向长950m，控制可靠。

(4)F48断层：位于15～9线间，走向NE40°～51°，倾向SE，倾角55°～60°，落差0～55m，走向长2000m，控制可靠。

(5)F21断层：

位于13～17线间，走向NE43～47°，倾角SE，倾角55～60°，落差0～60m，走向长在区内延伸2800m，控制可靠。

(6)F22断层：

位于13～7线间，走向NE36～47°，倾角NW，倾角60°，落差0～42m，控制较可靠。

井田内断层的性质为正断层，属中等偏简单构造区。

岩桨岩

在煤田四周山区火成岩分布比较广泛，其中在东部主要为古生代海西期花岗岩及中生代燕山期中酸性火成岩，在西部主要为中生代燕山期中-酸性火成岩，在煤田内部无火成岩侵入体。

1.2.3水文地质条件

铁北井田煤系地层之上覆盖有10～24m的第四纪砂层，砂层饱水时具有流沙性质，且潜水位较高，一般距地表2.5～3.0m左右，与第四纪砂层呈不整合接触的煤系地层，其浅部受风化影响而较破碎，由此组成煤系浅部风化带，故第四纪潜水位与煤系地层地下水水力联系密切。

扎赉诺尔煤田内地表水体颇多，这些地表水体中以克鲁伦河最大，乌尔逊河次之，此两条河都由南往北注入达赉湖，而达赉湖水由于在908大桥和沙子山堵截，及新开河开挖基本消除了对井田的威胁，而对扎赉诺尔煤田威胁最大的是海拉尔河。新开河蛇曲穿过铁北井田西部的木得那亚河残体，当夏季水位上涨时，海拉尔河河水蔓延，而新开河和木得那亚河的

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残留水体具有较大的水压，向第四纪层渗透，补给地下水。含水层特征

(1)冲积孔隙含水层

第四纪冲积孔隙含水层广布全区，由粉砂、细砂、粘土、砂砾、砾石组成。厚度10-24m 。最大厚度29.92m 。水质类型为重炭酸一氯一钙镁钠水。现根据其岩性、含水性和水力性质的不同，分述如下：

1）上部细砂、粉砂含水层

该层分布于表土层以下，由细砂、粉砂夹粘土透镜体组成。一般厚度6.34-16.08m ，最大厚度27.92m ，由浅而深，由南往北有增厚现象。该层透水性较差，据邻区62-3号孔，水位标高+541m ，单位涌水量0.3-0.5L/s.m ，导水系数56.77m 2/d 。而露天坑排水疏干单位长度涌水量为0.63m 3/d 。推定影响半径为320m ，渗透系数为7.2m/d ，该层水力性质为潜水。

2）下部砂砾、砾石含水层：

该含水层由砂砾、砾石组成，分布于细、粉砂层下，煤系地层之上。厚度变化较大，一般1.00-5.15m ，最大7.46m ，由浅而深逐渐变薄。据58-6号孔，水位标高+542m ，单位涌水量0.35-0.78L/s.m ，导水系数544.772m 2/d 。水力性质为半承压水，和煤系风化带有水力联系。

(2)孔隙裂隙含水层

扎赉诺尔群上部伊敏组和下部大磨拐河组的含水层都已探明，都是以煤层孔隙裂隙含水为主，含水性呈现垂直分带的特点，现描述如下：

1）煤层为主要含水层，上下都由弱含水层所围闭，含水量以风化裂隙带水为最大。

2）矿井涌水量以静储量的消耗为主，水量随采掘深度的增加而逐渐减小。

3）断层带的含水特征：

从邻区断层带的抽水试验资料证明，含水层中的断层带含水性增大，如62-215号孔F6断层抽水结果，导水系数为13951.058m 2/d ，单位涌水量为2.6-3.3L/s.m ，比63-159孔Ⅱ2-Ⅱ3煤层含水层抽水结果的导水系数619.766m 2/d 、单位涌水量2.0-4.45L/s.m 要大。而弱含水层中的断层则起隔水作用。另外在实际矿井开采过程中，遇到断层也有类似情况，如灵泉十一井，在五采区遇到F7时没水，在五采中间上山遇到F10时也没水，而在六采运输道遇到F33时，水量却有增大现象。

4）煤层群含水层

本井田内孔隙裂隙水的分布较为普遍，成为煤层及围岩含水的主要特征。因主含水层为煤层，为方便起见，把含水层命名和煤层命名统一起来，现按不同煤层群分述如下：

①Ⅰ号煤层群含水层：

分布于井田的南半部，以粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩为主，夹薄层砂质泥岩及煤层。厚112.32m 。其中Ⅰ1-Ⅰ3煤层段为主要含水段，厚度46.04m 。煤层的厚度为9.2m ，煤层占该含水层段总厚的20%。

据58-4号钻孔水文资料，其单位涌水量0.67-0.77L/s.m ，导水系数100.768m2/d 。水位标高+543m 。

②Ⅱ号煤层群含水层：

分布于Ⅰ号煤层含水层以下，Ⅱ号煤层群与Ⅲ、煤层群之间的大厚泥岩之上，是以Ⅱ号煤层裂隙含水层为主的承压含水层。该层根据岩性及透水性的不同，可分三段，现分述如下：

ａⅡ号煤层群顶板含水砂岩段：

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该段由粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩组成，厚度70.31—72.29 m。据62-2号孔水文资料，风化裂隙带单位涌水量0.3L/s.m，导水系数33.518m2/d。水位标高540m（原始）。

bⅡ2-Ⅱ3煤层含水层：

以中、细粒砂岩及煤层为主，夹泥岩、砂质泥岩薄层，一般厚度42.95 –103.74m，最大厚度114.98m。煤层的总厚度为8.6-37.48m，煤层占含水段总厚的31%。该含水段由南向北，由浅而深有变厚现象，水位标高，单位涌水量和导水系数随深度的增大而减小。

cⅡ号煤层底板砂岩含水段：

由细砂岩、粉砂岩组成，局部夹有薄煤层，总厚度12.68-57.19m，由浅而深厚度增大。据邻区62-1号孔水文资料，风化带下段单位涌水量0.115-0.452 L/s.m，导水系数24.567m2/d。该段比Ⅱ号煤层群顶板砂岩含水性要小，水位标高532m（原始）。

从上述可知Ⅱ2-Ⅱ3煤层为主要含水层，上下部由弱含水层所围闭。另外，根据Ⅱ号煤层群抽水资料的统计，抽水段内当煤层所占百分比增大时，单位涌水量，导水系数增大，充分证明了煤层是井田内的主要含水层。地下水和第四纪冲积孔隙含水层，通过断裂和煤层露头发生水力联系。水质类型为重碳酸-硫酸-钾钠镁水。PH值最小5.8，最大7.4,一般7.0-7.2，稍呈碱性。

③Ⅲ、Ⅳ号煤层含水层：

分布于大厚泥岩段之下，由粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩及煤层组成。厚度124.11-200.13m。根据岩性可分三段：上段Ⅲ1煤层及顶底板砂岩含水段，厚度

17.49-47.35m，由细砂岩、粉砂岩、泥岩、砂质泥岩及煤层组成，由南往北变厚，煤层厚度5.36-6.25m。中段Ⅲ2-Ⅲ3煤层及顶板砂岩含水段，厚度22.77 –38.16m，由中砂岩、细砂岩、砂质泥岩及薄煤层组成，煤层厚度1.5-1.85m。下段Ⅳ号煤层群及顶底板砂岩含水段，厚度83.85-112.32m，以粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩为主，夹薄层砂质泥岩及煤层，厚度由南向北变薄，煤层总厚度5.25-12.79m，据邻区64-265孔和64-240孔水文资料，深度100m 左右亚风化带单位涌水量0.01-0.10 L/s.m，导水系数1.793-3.144m2/d。本含水层为承压含水层，有较高的承压水头。如56-1孔涌水高出地表29.4m，水位标高差异较大，由532m至574m，相差42m，含水性也有垂直分带性，至227.9-560.7m单位涌水量减小到0.0006L/s.m。

该含水层因有大厚泥岩相隔（大厚泥岩160m），故和Ⅱ号煤层群含水层无水力联系。

隔水层特征

Ⅰ～Ⅱ隔水层

该层分布于Ⅰ3煤层底板砂岩底界和Ⅱ2煤层顶板砂岩顶界之间，厚度97-163m。由砂质泥岩和砂岩的互层组成，当岩层未破坏时，起着隔水作用，一旦被破坏，将有水砂潜入。水质类型为重碳酸-钾钠型水。它隔绝了Ⅰ煤层群和Ⅱ煤层群的水力联系。

Ⅱ-Ⅲ层群间隔水层

即大厚泥岩层。厚110-210m，平均165m，全区普遍稳定发育，由浅入深厚度增加。其岩性特征是：遇水膨胀，隔水性能好。它隔断了Ⅱ-Ⅲ煤层群间的水力联系。

Ⅲ1-Ⅳ1隔水层

由泥岩、粉砂质泥岩组成。厚度一般为40-155m，平均91m，该层由浅入深厚度增大，间

中国矿业大学2012届本科生毕业设计第7页

夹Ⅲ2、Ⅲ3两层透镜体含水层，厚度均不大。

Ⅳ层群下至基底砾岩隔水层

由砂质泥岩，泥岩组成，厚度不均。发育较差，浅部不存在，向深部有增厚的趋势。

地下水补给排泄条件：

本区是大陆性气候，降雨量较小，而蒸发量又大于降雨量的5-6倍，所以降水对地下水的补给不良。地下水的主要来源有：

(1)地面水的补给：

区内地形低洼，坡度小，易于积水，不易排泄，形成了木得那亚河的天然积水条件，而木得那亚河积水区又与Ⅱ层群煤层露头毗连。所以地面水与地下水联系密切，直接威胁着井田的开发。另外还存在着海拉尔河夏季涨水漫延，反灌铁北地形低洼处形成季节性水泡子，并逐步补给地下水。再者新开河和废河道通过井田，当水位上涨时，河水有较大的水压，向第四纪层渗透，补给井田地下水。

(2)地下水的补给：

第四纪冲积孔隙含水层直接复盖于煤系地层之上，直接补给煤系地层地下水，但因第四纪冲积孔隙含水层又以细砂含水层为主，而细、粉砂含水层含水量较小，透水性较差，所以，第四纪层水对井田开发影响不大。

(3)、地下水的排泄条件：

由於区内地势平坦，地形低洼，坡度较小，只有百分之一至千分之一，甚至更小，所以地下水的排泄条件是很差的。

1.2.4矿井涌水量

1充水因素：

充水因素分析：1)煤层含水顶板破碎淋水，2)断层导水，3)钻孔封闭不良或没封闭渗水和突水， 4)上部老采区沿裂隙断层渗水。

2涌水量的预计：

扎赉诺尔煤业有限责任公司地测处提供：

矿井330以上正常涌水量: 230m3/h 最大涌水量: 330m3/h

一采区正常涌水量: 596.2 m3/h 最大涌水量: 710.5 m3/h

二采区正常涌水量: 883 m3/h 最大涌水量: 1146.6 m3/h

1.2.5其它开采条件

1瓦斯、煤尘、煤的自燃

煤层瓦斯涌出量： 2005年度瓦斯鉴定，CH4相对涌出量为0.427m3/t ，CO2相对涌出量为0.766m3/t；CH4绝对涌出量为4.15 m3/min， CO2绝对涌出量为7.66m3/min，为低沼气、低二氧化碳矿井。

煤尘爆炸指数51.12%，煤尘有爆炸倾向。

2地温

中国矿业大学2012届本科生毕业设计第8页

井田内恒温带深度为73m,恒温温度为4.3℃,100m地温梯度为3.2℃,矿井目前或者深部开采都不会出现热害问题。

3煤层顶、底板

井田内Ⅱ2a顶板为细砂岩或粉砂岩，底板为粉砂岩,均为软岩，单向抗压强度值较低，易冒落，遇水软化。

1.3煤层及煤质

1.3.1煤层

本区含煤地地层为白垩系下统扎赉诺尔群伊敏组和大磨拐河组，含煤地层总厚度为600～950m，属陆相沉积。分两个煤组，上部为伊敏组，下部为大磨拐河组，本矿井开采Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三个煤层组，井田可采煤层总厚度为20.11m。

矿井一水平开采Ⅱa煤层，该煤层赋存稳定、结构简单，倾角5°左右，属近水平煤层。各可采煤层特征及其变化规律详见表1-2-1。

1.3.2煤质

井田内可采煤层煤类为褐煤。

(1)物理性质：

区内煤质牌号单一，褐黑色，煤岩类型为暗淡型，含丝炭较多，暗淡光泽，断口平滑或呈参差状，贝壳状，层状或块状构造。

表1-2-1 可采煤层特征表

煤层名称

煤层厚度

最薄～最厚/平均

（M）

至上煤层

间距

平均（M）

夹石层

数

稳定性/可采

性

煤的容

重

顶底板岩性

顶板底板

Ⅱ2a0.35～16.0/5.93 5 稳定/可采 1.25 泥岩泥岩

Ⅱ2b 0.05～2.33/1.15 6.8 1 不稳定/可采 1.2 泥岩泥岩

Ⅱ2c 0.20～4.9/1.72 10.25 2 不稳定/可采 1.2 泥岩泥岩

Ⅱ3a 0.35～6.3/2.05 21.75 2 不稳定/可采 1.2 泥岩泥岩

Ⅱ3b1 0.1～1.85/0.72 4.2 0 不稳定/可采 1.2 泥岩泥岩

Ⅱ3b2 0.8～19.93/4.99 3.4 2 稳定/可采 1.2 泥岩泥岩

Ⅱ3c0.2～5.36/1.98 8.9 2 不稳定/可采 1.2 泥岩泥岩

Ⅲ1 2.05～7.6/5.27 180.0 1 不稳定/可采 1.2 泥岩泥岩

Ⅲ1-2 1.0～2.28/1.72 1 不稳定/可采 1.2 泥岩泥岩

Ⅳ1 1.1～8.35/3.94 142.87 1～4 不稳定/可采 1.2 泥岩泥岩

Ⅳ3 1.03～6.3/2.51 39.95 1～5 不稳定/可采 1.2 泥岩泥岩

(2)煤的化学性质：见表1-2-2。

煤层水份12..9%以上，挥发份41.74%，未粘结，分析基发热量平均为20.97 MJ/Kg，为一典型褐煤。本区煤呈黑褐色，条痕褐色，弱沥青光泽，断口多呈平坦状、贝壳状及参差状，性脆易碎，易风化，可见龟裂现象。见有不发育的内生裂隙。煤的结构常以条带状为主，线理状、透镜状次之。煤的构造多为水平层理；煤的硬度系数为2.5，长焰煤视密度

中国矿业大学2012届本科生毕业设计第9页

为1.25～1.33g/cm3，平均为1.29g/cm3。真密度为1.47～1.62g/cm3，平均为1.53g/cm3。褐煤视密度为1.28～1.37g/cm3，平均为1.31g/cm3。真密度为1.54～1.63g/cm3，平均为1.58g/cm3。

褐煤的化学性质

1)煤的水分（Mad）：一般在6.90%～12.29%之间，平均为10.17%。

2)煤的灰分（Ad）：一般在6.38%～24.04%之间，平均为14.23%。Ⅱ

1

煤为中灰煤。

3)挥发分（Vdaf）：一般在39.71%～45.01%之间，平均为42.52%。

4)全硫（St,d）：一般在0.24%～0.61%之间，平均为0.39%。属特低硫煤。

5)磷分(Pd):一般在0.004%～0.026%之间,平均为0.013%。Ⅱ

1

煤属中磷煤。

6)粘结指数（GRI）：均为0。

7)透光率（PM）：一般在23%～45%之间，平均为33%。

8)发热量（Qb,ad）：一般在19.65MJ/Kg～23.96MJ/Kg之间，平均为21.72MJ/Kg。

9)恒湿无灰基高位发热量（QGW-A.GN）：一般在21.49MJ/Kg～22.60MJ/Kg之间，平均为22.12MJ/Kg。

长焰煤的化学性质

1)煤的水分（Mad）：一般在5.20%～9.06%之间，平均为7.19%。

2)煤的灰分（Ad）：一般在9.18%～22.40%之间，平均为14.20%。Ⅱ

31+2、Ⅱ

3

煤为低灰煤。

3)挥发分（Vdaf）：一般在40.94%～45.71%之间，平均为41.91%。

4)全硫（St,d）：一般在0.14%～0.47%之间，平均为0.32%。属特低硫煤。

5)磷分（Pd）：一般在0.007%～0.065%之间，平均为0.02%。属低磷煤。

6)粘结指数（GRI）：最小为0，最大为3，一般多为0。

7)透光率（PM）：一般在54%～68%之间，平均为62%。

8)发热量（Qb,ad）：一般在23.19MJ/Kg～24.96MJ/Kg之间，平均为24.32MJ/Kg。

9)恒湿无灰基高位发热量（QGW-A.GN）：一般在23.38MJ/Kg～26.15MJ/Kg之间，平均为24.63MJ/Kg。

(3)煤炭产品用途

井田内煤层属中灰、低硫、低磷煤层，工业牌号为褐煤，主要做为动力用煤、化工用煤。

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第10页

地层单位

界系统组段地层

代号新

生界

第四系

煤

层编号最小-最大平均M

柱状

岩性描述

Q

中

生

罗

侏

上

组

敏上

部煤

段

砂

泥岩

段

下

部

含

煤

段

J 3第四系地层，广泛分布于全区，以不整合覆盖煤系地层之上，由一些末胶结松散沉积物组成。下部由冲积相砂、砂砾，粘土及亚粘土。上部由风成砂、亚粘土及腐植土组成。

本段含煤地层主要由浅湖相、沼泽相、

泥炭沼泽相及河相所组成，其岩性以浅灰、灰绿色的粉砂岩，灰白-淡灰绿色的中细粒砂岩为主，夹砂砾岩及泥岩薄层，局部地段砂砾岩较为发育，含Ⅰ煤层段煤层。煤层大部可采或局部可采。地层厚度一般100-150米。

本段地层以河流相与湖泊相沉积物为主，其岩性以浅灰-灰绿色粉砂岩泥岩及时灰白色砂岩为主，局部为含砾砂岩或砂砾岩。地层变化规律是两翼薄，向斜中心最厚，由两翼向盆地中心地层厚度逐渐增大。本段地层浅部厚约130米，到向斜中心厚度可达185米，与下伏含煤段为整合接触。

本段地层由湖泊相、沼泽相、泥炭沼

泽相及间夹河流相沉积物所组成。其岩性以细、粉砂岩为主夹泥岩，并有中、粗粒砂岩多次交替出现，局部有时变粗为砂砾岩，含炭质泥岩及厚煤层，含煤5-6层。本段是全区最有经济价值的含煤段。以煤层稳定、厚度大、低灰、低磷、低硫为特征。煤系地层分布规律是：向斜中心部位地层最厚，向两翼逐渐变薄。而煤层的分布规律总的是：煤层最厚部位置往往是靠近向斜中心西侧最厚，西翼由西往东煤层逐渐变厚，至东翼煤层有分叉变薄。 本段可采煤层平均厚37.98米，地层厚一般100-280米，平均厚约230米。可采含煤系数达16.5%。与下伏大磨拐河组上部泥岩段为假整合接触。

Ⅰ

2

Ⅰ1

Ⅱ2-2

3

Ⅰ2-1

Ⅱ含

部

中

伊

可采煤层地层厚度

1.00-3.65

2.06(61)

1.04-4.553.43(77)

1.02-4.58

2.58(72)

3.63-19.381

4.50(75)

10.92-27.10

20.69(75)

y

16-27

100-150

130-185

100-280

铁北矿综合柱状图

中国矿业大学2012届本科生毕业设计第11页表1-2-2煤层主要煤质指标

煤层煤

类

原煤工业分析净煤工业分析

Ⅱ2a 褐

煤

Mt（%）Ad（%）

Vdaf

（%）

Qnet,d

MJ/Kg

St,d

(%)

Ad

(%)

Vdaf

(%)

Qnet,ad

(%)

St,d

(%)

31.20 12.49 42.10 20.97 0.27 9.73 41.92 22.27 0.29

1.3.3 瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃

（1）瓦斯

与本矿井邻近生产井均为低瓦斯矿井。本井勘探阶段采集了6个孔13个瓦斯测试结果，根据井筒检查钻瓦斯鉴定资料，L3孔Ⅱ煤瓦斯含量总计为0.53ml/g。因此，本井按低瓦斯矿井设计。

（2）煤尘

根据褐煤层、长焰煤层的煤尘爆炸测试结果，均有爆炸性。与本井邻近生产矿井爆炸指数为42.9%，具有爆炸危险性。因此，本井煤尘有爆炸危险性。

（3）煤的自燃

Ⅱ煤属不容易自燃煤层，根据井田内着火点的测试结果，Ⅱ煤层大于305°C。故本井Ⅱ煤属不容易自燃。

（4）地温

本井无地温危害。

1.4地质勘探程度

1.4.1地质勘探报告的编制情况

井田勘探程度和勘探基本网度

(1)井田勘探程度：属精查阶段。

(2)勘探基本网度：本区属构造较简单，煤层较稳定，因此，勘探线基本线距，浅部为400-600m，深部为800-1100m，共布置11条线，并以16、13、10、8作为主导剖面线，对Ⅱ层群煤层进行重点控制，而对Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ层群煤层进行适当的控制。

1.4.2地质构造对开采影响的分析

本区位于向斜盆地西翼北部，区内构造简单，基本为一单斜构造，伴有一些以走向断层和斜交断层为主的正断层，褶曲不发育，无火成岩侵入。区内断层总共有六条，落差最大不超过60m，分别为述F8、F64 、F47、F48、F21、F22断层，大部为控制可靠和较可靠，区内断层的性质多为正断层，本井田应属中等偏简单构造区。对矿井的开采有力。

1.4.3煤层对比的可靠性和稳定性分析及对开采的影响

井田内地层岩性和物性标志明显，规律性强，可以分层对比，煤层对比方法：采取标志层，层间距、层群组合、煤层自身特征待综合对比。

井田划分四个煤层群，每个煤层群均有三个以上煤层组成，且煤层都相邻很近，比较集中，但各层群之间差异较大。本矿井主要可采煤层，Ⅱ2a为结构简单--较复杂的煤层，

中国矿业大学2012届本科生毕业设计第12页

Ⅱ3ｂ为结构较简单的厚煤层，煤层稳定性好有利于布置综采工作面。

由上述本井田煤层对比依据可靠，对比准确，层位清楚，其厚度、深度、结构、可作为储量计算的依据，并能用以正确推断构造，确定其性质、产状、落差。

1.4.4水文地质、沼气等级、煤质分析资料的精确度

(1)水文地质：铁北井田煤系地层之上覆盖有10～24m的第四纪砂层，砂层饱水时具有流沙性质，且潜水位较高，一般距地表2.5～3.0m左右，与第四纪砂层呈不整合接触的煤系地层，第四纪潜水位与煤系地层地下水水力联系密切。

铁北井田内有一条水体为新开河，新开河穿过铁北井田西部，当夏季水位上涨时，海拉尔河河水蔓延，新开河水体具有较大的水压，向第四纪层渗透，补给地下水。使得本区水文地质情况比较复杂。

(2)沼气等级：煤层瓦斯涌出量： 2005年度瓦斯鉴定，CH4相对涌出量为0.583m3/t ，CO2相对涌出量为0.669m3/t；CH4绝对涌出量为 1.2594 m3/min， CO2绝对涌出量为1.6459m3/min，为低沼气、低二氧化碳矿井。

煤尘爆炸指数51.12%，煤尘有爆炸倾向。

(3)煤质分析：区内煤质单一，褐黑色，煤岩类型为暗淡型，含丝炭较多，暗淡光泽，断口平滑或呈参差状，贝壳状，层状或块状构造，硬度2.5,水份12..9%以上，挥发份42.10%，未粘结，分析基发热量平均为20.97MJ/kg，为一典型褐煤。

中国矿业大学2012届本科生毕业设计第13页

2 井田开拓

2.1井田境界及储量

2.1.1井田境界

2001年12月21日由国土资源部发放采矿许可证（证号1000000140167），确定本矿井井田境界由7个拐点组成，井田南北走向长约7.21km，东西倾斜宽约4.19km，面积30.21km2。井田境界拐点坐标见表2-1-1。

井田境界拐点坐标

表2-1-1

序号编号纬距（3）经距（Y）

1 69 5483325.00 39557635.00

2 68 5480165.00 39560380.00

3 71 5477535.00 39556800.00

4 72 5478745.00 39555387.00

5 59 5477970.00 39554848.00

6 61 5478493.00 39554230.00

7 67 5480090.00 39553202.00

2.1.2矿井储量

中国矿业大学2012届本科生毕业设计第14页

1储量情况

(1)经济可采储量范围

根据国土部国土资储备字[2006]13号“关于《内蒙古自治区满洲里市扎赉诺尔煤田铁北煤矿资源储量核实报告》矿产资源储量评审备案证明”，批准的铁北矿井资源储量为990.59Mt，由I煤组和Ⅱ煤组组成。其中331级储量为630.50Mt，332级储量为360.09Mt。

I煤组埋藏浅，风化裂隙发育，煤层厚度一般2～3m，顶底板岩层松软，顶底板难于管理，且I煤组上部无完整的隔水层。如果开采Ⅰ煤层群，冒落带和裂隙带高度将波及到第四系含水砂层，存在突水可能，鉴于Ⅰ煤层群水文地质条件复杂，地质报告批复提出Ⅰ煤层群暂不开采，储量划为暂不能利用储量。经分析，设计同意地质报告批复，故将I煤组划为暂不开采煤层，储量列为非经济可采储量。需说明的是：I、Ⅱ煤组平均距离为209.93m，I煤组位于Ⅱ煤开采后的弯曲下沉带，I煤组破坏程度较小，存在回采可能，因此，建议在水文地质条件等影响因素满足回采要求的情况下，可考虑在回采Ⅱ煤后，再回采I煤组。

综合分析，确定Ⅱ煤层为本井的可采煤层，储量列为经济可采储量。

（2）煤炭资源量估算指标

煤层最低可采厚度采用：褐煤≥1.50m，长焰煤≥0.80m，硫分<3%，灰分<40%。

（3）矿井资源储量计算

1）矿井地质资源量

批准的铁北井地质资源储量为1090.59Mt，包括Ⅰ煤组的Ⅰ

1、Ⅰ

2

、Ⅰ

3

煤层和Ⅱ煤层。

Ⅰ煤组煤种均为褐煤，资源储量149.23Mt，其中Ⅰ

1资源储量33.31Mt；Ⅰ

2

资源储量

75.22Mt；Ⅰ

3

资源储量40.70Mt。

Ⅱ煤组煤种有褐煤、长焰煤，资源储量780.19Mt，其中褐煤资源储量600.00Mt，长焰煤资源储量180.19Mt。

参与矿井工业资源储量计算的煤层为Ⅱ煤层，经计算，工业资源储量。

本矿区属于缓倾斜煤层，对于缓倾斜煤层：

Z

G

=S3M3D （2-1-1）

公式中：

Z

G—————

工业储量，Mt；

S———井田面积，km2；

；

M———煤层厚度，m；

D———煤的容量，取1.4t/m3

2）依据上述公式计算结果如下：

Ⅱ

1

煤层工业储量：

Z

G1

=30.2139.9531.4=420.8(Mt)

Ⅱ

2

煤层工业储量：

Z

G2

=30.2138.4931.4=359.39(Mt)

矿井工业储量：

Z G =Z

G1

+Z

G2

=420.8+359.39= 780.19(Mt)

矿井设计资源储量=矿井工业资源储量-永久煤柱损失。

中国矿业大学2012届本科生毕业设计第15页

二井田境界煤柱损失量

井田安全煤柱

1安全煤柱留设原则

（1）工业场地、井筒留保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不留设保护煤柱；

（2）各类保护煤柱按垂直断面法或垂直法确定。用岩层移动角确定工业场地、村庄煤柱，岩层移动角为75°，表土层移动角为45°；

（3）维护带宽度：风井场地20 m，村庄10 m，其他15 m；

（4）断层保护煤柱留舍的原则：落差大于50 m的断层，两侧各留50 m的煤柱；落差大于20 m不大于50 m的断层，两侧各留30 m煤柱；落差大于10 m不大于20 m的断层，两侧各留20 m煤柱；落差小于10 m的断层不留设断层煤柱；

（5）井田境界煤柱宽度为30 m；

（6）工业场地占地面积，根据《煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明》中第十五条，工业场地占地面积见表2-1。

2矿井永久保护煤柱损失量

各类永久煤柱包括井田边界保护煤柱、断层保护煤柱、工业广场保护煤柱、风井保护煤柱，具体留设如下：

(1)边界煤柱损失量

γ?

L

＝ (2-1-2)

Z

b

?M

?

b

式中：

Z――边界煤柱损失量；

b

L――边界长度，为边界煤柱周长；

b――边界宽度，30m；

M――煤层厚度，8.49m；

γ――煤的容重，1.40 t/m3。

经计算边界煤柱损失量=185.12Mt

经计算，矿井设计资源储量为=780.19-185.12=595.78（Mt）

矿井永久保护煤柱损失量

(2)工业场地煤柱

根据扎煤公司提供的资料，新生界第四系地层岩层移动角45°，侏罗系地层岩层移动角75°。

工业场地占地面积指标表表2.1

井型（万t）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

9-30 1.8

中国矿业大学2012届本科生毕业设计第16页

本矿井工业场地的面积为30公顷，由于长方形便于布置地面建筑，所以初步设定工业广场为长方形，即长方形长边为600 m，短边为500 m。用作图法求出工业广场保护煤柱量。

γ?

Z＝ (2-1-3)

S

?M

式中：

Z――边界煤柱损失量，Mt；

e

km；

S――工业广场面积，2

M――煤层厚度，m；

γ――煤的容重，1.403

t。

/m

经计算工业场地煤柱量为26.03Mt。

(3)主要大巷煤柱

根据扎煤公司生产矿井实际情况及开拓部署，主要大巷煤柱留60m煤柱，煤柱量为30.46Mt。

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