采矿工程毕业设计李家塔煤矿1.2Mta新井设计

目 录

一般部分

1 矿井概况与地质特征 ................................................................................... 1

1.1 矿井概况 ....................................................................................................................... 1

1.1.1地理位置与交通 ..................................................................................................... 1 1.1.2地形地貌及水系 ..................................................................................................... 1 1.1.3 气象及地震 ............................................................................................................ 2 1.1.4矿井电源 ................................................................................................................. 3 1.1.5 地区经济状况 ...................................................................................................... 3 1.2 井田地质特征 ............................................................................................................... 3 1.2.1 地质构造 ................................................................................................................ 3 1.2.2地层 ......................................................................................................................... 3 1.2.3水文地质特征 ......................................................................................................... 6 1.3煤层特征 ....................................................................................................................... 9 1.3.1煤层 ......................................................................................................................... 9 1.3.2煤质、煤类与煤的用途 ....................................................................................... 11 1.3.3 煤层开采地质条件 .............................................................................................. 15

2 井田境界和储量 ......................................................................................... 16

2.1井田境界 ..................................................................................................................... 16

2.1.1井田境界及划分 ................................................................................................... 16 2.1.2井田面积 ............................................................................................................... 17 2.2矿井工业储量 ............................................................................................................. 18 2.2.1储量计算基础 ....................................................................................................... 18 2.2.2矿井工业储量计算 ............................................................................................... 19 2.3矿井可采储量 ............................................................................................................. 20 2.3.1井田边界保护煤柱 ............................................................................................... 20 2.3.2工业广场保护煤柱 ............................................................................................... 21 2.3.3大巷保护煤柱 ....................................................................................................... 21

3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 ............................................ 23

3.1矿井工作制度 ............................................................................................................. 23 3.2矿井设计生产能力及服务年限 ................................................................................. 23

3.2.1确定依据 ............................................................................................................... 23 3.2.2矿井设计生产能力 ............................................................................................... 23 3.2.3矿井服务年限 ....................................................................................................... 23 3.2.4井型校核 ............................................................................................................... 24

4 井田开拓 ..................................................................................................... 25

4.1井田开拓的基本问题 ................................................................................................. 25 4.1.1确定井筒形式、数目、位置及坐标 ................................................................... 25 4.1.2工业场地的位置 ................................................................................................... 26 4.1.3开采水平的确定及盘区划分 ............................................................................... 27 4.1.4主要开拓巷 ........................................................................................................... 27 4.1.5开拓方案比较 ....................................................................................................... 27 4.2矿井基本巷道 ............................................................................. 错误！未定义书签。 4.2.1井筒 ....................................................................................... 错误！未定义书签。 4.2.2井底车场及硐室 ................................................................... 错误！未定义书签。 4.2.3主要开拓巷道 ....................................................................... 错误！未定义书签。

5 准备方式 ..................................................................... 错误！未定义书签。

5.1煤层地质特征 ............................................................................. 错误！未定义书签。 5.1.1盘区位置 ............................................................................... 错误！未定义书签。 5.1.2盘区煤层特征 ....................................................................... 错误！未定义书签。 5.1.3煤层的含瓦斯特征 ............................................................... 错误！未定义书签。 5.1.4煤层顶底板岩石构造情况 ................................................... 错误！未定义书签。 5.1.5煤尘的爆炸性和自燃发火危险性 ....................................... 错误！未定义书签。 5.1.6 水文地质 .............................................................................. 错误！未定义书签。 5.1.7地质构造 ............................................................................... 错误！未定义书签。 5.1.8地表情况 ............................................................................... 错误！未定义书签。 5.2盘区巷道布置及生产系统 ......................................................... 错误！未定义书签。 5.2.1盘区准备方式的确定 ........................................................... 错误！未定义书签。 5.2.2盘区巷道布置 ....................................................................... 错误！未定义书签。 5.2.3盘区生产系统 ....................................................................... 错误！未定义书签。 5.2.4盘区内巷道施工方法及工艺 ............................................... 错误！未定义书签。 5.2.5盘区生产能力及采出率 ....................................................... 错误！未定义书签。 5.3盘区主要硐室 ............................................................................. 错误！未定义书签。 5.3.1盘区主要硐室 ....................................................................... 错误！未定义书签。

6 采煤方法 ..................................................................... 错误！未定义书签。

6.1采煤工艺方式 ............................................................................. 错误！未定义书签。

6.1.1盘区煤层特征及地质条件 ................................................... 错误！未定义书签。 6.1.2确定采煤工艺方式 ............................................................... 错误！未定义书签。 6.1.3回采工作面参数的确定 ....................................................... 错误！未定义书签。 6.1.4回采工作面破煤、装煤方式的确定 ................................... 错误！未定义书签。 6.1.5 工作面运输方式及运输机械 .............................................. 错误！未定义书签。 6.1.6工作面支护方式 ................................................................... 错误！未定义书签。 6.1.7各设备的主要性能及其技术特征表 ................................... 错误！未定义书签。 6.1.8回柱方法 ............................................................................... 错误！未定义书签。 6.1.9回采工艺说明及要求 ........................................................... 错误！未定义书签。 6.1.10 采煤工艺 ............................................................................ 错误！未定义书签。 6.1.11回采工作面正规循环作业 ................................................. 错误！未定义书签。 6.1.12回采工作面吨煤成本 ......................................................... 错误！未定义书签。 6.2回采巷道布置 ............................................................................. 错误！未定义书签。 6.2.1工作面巷道布置 ................................................................... 错误！未定义书签。 6.2.2巷道断面及支护形式 ........................................................... 错误！未定义书签。

7 井下运输 ..................................................................... 错误！未定义书签。

7.1井下运输原始条件 ..................................................................... 错误！未定义书签。 7.1.1煤炭运输方式 ....................................................................... 错误！未定义书签。 7.1.2辅助运输方式 ....................................................................... 错误！未定义书签。 7.1.3运输线路 ............................................................................... 错误！未定义书签。 7.2盘区运输设备 ............................................................................. 错误！未定义书签。 7.2.1盘区煤炭运输设备的选择 ................................................... 错误！未定义书签。 7.2.2盘区运输能力验算 ............................................................... 错误！未定义书签。 7.3大巷运输设备选择 ..................................................................... 错误！未定义书签。 7.3.1大巷运输设备的选择 ........................................................... 错误！未定义书签。 7.3.2类型及规格 ........................................................................... 错误！未定义书签。 7.3.3运输设备运输能力验算 ....................................................... 错误！未定义书签。

8 矿井提升 ..................................................................... 错误！未定义书签。

8.1概述 ............................................................................................. 错误！未定义书签。 8.1.1煤炭运输方式 ....................................................................... 错误！未定义书签。 8.1.2辅助运输方式 ....................................................................... 错误！未定义书签。 8.1.3运输系统 ............................................................................... 错误！未定义书签。 8.1.4主要运输大巷断面及支护方式 ........................................... 错误！未定义书签。 8.2主副井提升 ................................................................................. 错误！未定义书签。 8.2.1主井提升 ............................................................................... 错误！未定义书签。 8.2.2副井提升 ............................................................................... 错误！未定义书签。

9 矿井通风及安全技术 ................................................. 错误！未定义书签。

9.1矿井概况、开拓方式及开采方法 ............................................. 错误！未定义书签。 9.2矿井通风系统的确定 ................................................................. 错误！未定义书签。 9.2.1矿井通风系统的基本要求 ................................................... 错误！未定义书签。 9.2.2矿井通风方式的选择 ........................................................... 错误！未定义书签。 9.2.3矿井通风系统方案比较 ....................................................... 错误！未定义书签。 9.2.4盘区通风系统的要求 ........................................................... 错误！未定义书签。 9.2.5工作面通风方式的选择 ....................................................... 错误！未定义书签。 9.2.6主扇的工作方式 ................................................................... 错误！未定义书签。 9.2.7掘进通风及硐室通风 ........................................................... 错误！未定义书签。 9.2.8通风构筑物 ........................................................................... 错误！未定义书签。 9.3盘区及全矿所需风量 ................................................................. 错误！未定义书签。 9.3.1工作面所需风量的计算 ....................................................... 错误！未定义书签。 9.3.2备用面所需风量的计算 ....................................................... 错误！未定义书签。 9.3.3掘进工作面需风量 ............................................................... 错误！未定义书签。 9.3.4硐室需风量 ........................................................................... 错误！未定义书签。 9.3.5其它巷道所需风量 ............................................................... 错误！未定义书签。 9.3.6矿井总风量 ........................................................................... 错误！未定义书签。 9.3.7风量分配 ............................................................................... 错误！未定义书签。 9.4 矿井阻力计算 ............................................................................. 错误！未定义书签。 9.4.1矿井最大阻力路线 ............................................................... 错误！未定义书签。 9.4.2矿井通风阻力计算 ............................................................... 错误！未定义书签。 9.4.3矿井通风总阻力 ................................................................... 错误！未定义书签。 9.4.4 两个时期的矿井总风阻和总等积孔 .................................. 错误！未定义书签。 9.5 矿井通风设备选择 ..................................................................... 错误！未定义书签。 9.5.1选择主要通风机 ................................................................... 错误！未定义书签。 9.5.2电动机选型 ........................................................................... 错误！未定义书签。 9.6安全灾害的预防措施 ................................................................. 错误！未定义书签。 9.6.1火灾及煤层自然发火的防治措施 ....................................... 错误！未定义书签。 9.6.2预防煤尘爆炸的措施 ........................................................... 错误！未定义书签。 9.6.3预防瓦斯爆炸的措施 ........................................................... 错误！未定义书签。 9.6.4水灾的防治措施 ................................................................... 错误！未定义书签。 9.6.5避宅路线及安全出口 ........................................................... 错误！未定义书签。

10 设计矿井基本技术经济指标 .................................. 错误！未定义书签。 专题部分

松软煤层回采工作面防片帮技术研究 ........................ 错误！未定义书签。

1 工作面煤壁片帮的2种破坏形式 .............................................. 错误！未定义书签。 1.1煤壁剪切破坏形式 .................................................................. 错误！未定义书签。 1.2煤壁拉裂破坏形式 .................................................................. 错误！未定义书签。 2 工作面煤壁片帮机理 .................................................................. 错误！未定义书签。 2.1工作面煤壁受力力学模型 ...................................................... 错误！未定义书签。 3 工作面煤壁片帮的数值模拟 ...................................................... 错误！未定义书签。 3.1煤壁塑性区模拟结果分析 ...................................................... 错误！未定义书签。 3.2工作面超前支承压力模拟结果分析 ...................................... 错误！未定义书签。 4 一次性采全高煤壁片帮的影响因素 .......................................... 错误！未定义书签。 4.1采高对煤壁片帮的影响 .......................................................... 错误！未定义书签。 4.2工作面支架工作状态及支承压力对煤壁片帮的影响 .......... 错误！未定义书签。 4.3煤层结构对煤壁片帮的影响 .................................................. 错误！未定义书签。 4.4工作面老顶回转角对煤壁片帮的影响 .................................. 错误！未定义书签。 4.5工作面推进方向 ...................................................................... 错误！未定义书签。 4.6煤壁片帮受回采推进度的影响 .............................................. 错误！未定义书签。 4.7停采时间对煤壁片帮的影响 .................................................. 错误！未定义书签。 5 防治工作面煤壁片帮的措施 ...................................................... 错误！未定义书签。 5.1顶梁端部结构的改进和加装防片帮板措施 .......................... 错误！未定义书签。 5.2提高工作面支架的实际初撑力和工作阻力 .......................... 错误！未定义书签。 5.3提高工作面支架初撑力 .......................................................... 错误！未定义书签。 5.4提高工作面煤体强度 .............................................................. 错误！未定义书签。 5.5加快工作面推进度 .................................................................. 错误！未定义书签。 5.6加强工作面的监测力度 .......................................................... 错误！未定义书签。 5.7割煤完毕要及时支护 .............................................................. 错误！未定义书签。 5.8提前加固地质构造地点的煤壁 .............................................. 错误！未定义书签。 5.9改进回采工艺和操作技术 ...................................................... 错误！未定义书签。 5.10尽可能采用俯斜回采 ............................................................ 错误！未定义书签。 5.11控制工作面采高 .................................................................... 错误！未定义书签。 5.12其它措施 ................................................................................ 错误！未定义书签。

翻译部分

英语原文 ......................................................................... 错误！未定义书签。 中文译文 ......................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ......................................................................................................... 33 致 谢 ............................................................................................................. 34

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1 矿井概况与地质特征

1.1 矿井概况

1.1.1地理位置与交通

李家塔煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗的东南，距伊金霍洛旗政府所在地约35 km，行政隶属于伊金霍洛旗乌兰木伦镇管辖。其地理坐标为：

北纬39°18′31″～39°23′37″ 东经110°2′50″～110°8′45″

包神铁路在本井田东侧沿乌兰木伦河通过，本矿井有运煤铁路专用线与包神铁路接轨，接轨点为乌兰木伦站。井田东侧有阿(勒腾席连镇)～大(柳塔)一级公路通过，矿井与阿～大公路间有二级公路相连，距离约2.0 km。阿～大公路与包～府、包～神省际干线公路相联接，北达东胜、包头，东到大同，南通榆林、西安，交通十分便利。

内蒙古李家塔煤矿交通位置图如图1-1-1所示。

交 通 位 置 图1：1000000′′呼和浩特市石拐矿区土默特左旗黑大河包头市′土默特右旗德胜泰黄哈′大树湾素海退水吉格斯太柳日东河沟呼斯太河喇嘛湾大路布尔陶亥东孔兑黄′达拉特旗树林召罕王爱召榆林子母哈新民堡什拉白泥井哈河壕庆河蓿亥树十二连城渠中滩台托克托县新营子川耳字壕万利镇川盐店马场壕′敖包梁德胜西巴润哈岱十准格尔旗窑沟河窑沟铜川镇曹家石湾东胜区布日都梁潮脑梁海子塔神山镇乌兰哈达暖水暖四道柳水纳西营子沙圪堵林布尔洞高勒里长滩哈岱高勒单台子准格尔召乌纳林陶亥′魏家峁′川布尔台格兰勃新庙牛大柳塔伦大路峁古城敖斯润陶亥川清哈镇乌日图高勒孤羊市塔水天峰坪长马栅楼子营偏关布连木李家塔煤矿河曲川川图 例旗、县乡、镇公路河流铁路大昌汗山老高川红碱淖中鸡河′川′ 图1-1-1 矿井交通位置图 1.1.2地形地貌及水系

本井田位于鄂尔多斯高原东部。井田内呈西南高，东北低的斜坡状地形，海拔标高一般在1144～1301 m之间，最高点位于井田南部LB3号钻孔以西，海拔标高为1322.8 m，

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最低点位于井田东部边缘呼和乌素沟中L10号钻孔，海拔标高为1142.29 m，最大高差为180 m，井田内一般标高为1250 m左右。

井田内地形起伏不大，沟谷不甚发育，井田东部由于乌兰木伦河的切割，使地形变得复杂。由于受毛乌素沙漠的影响，地面多被风积沙覆盖，形成典型的堆积型地貌。只在沟谷和较高的山峰上有基岩出露。

与本矿井有关的水系有乌兰木伦河、呼和乌素沟及其支沟。

乌兰木伦河从李家塔煤矿东侧通过，流向东南，常年有地表迳流，在陕西境内汇入窟野河后注入黄河。乌兰木伦河全长228 km，平均流量4.3 m3/s，年径流量13560×104 m3，年输砂量1740万吨，旱季流量为1.567 m3/s，1989年洪水流量需达到13900 m3/s（石圪台断面），最高洪水位标高为1157.4 m。

呼和乌素沟为李家塔煤矿北部天然界线，基本为常年溪流，流向近东西，流量随季节和气候变化很大。

以上两条河流，其两侧具树枝状支谷，均为向源侵蚀，暴雨时切割地面加剧，使其地貌复杂化。

水流汇入井田外黑岱沟，以迳流方式注入黄河。 1.1.3 气象及地震

本区气候特征，冬寒夏热温差大，秋爽多雨春风沙。全年少雨蒸发大，霜、冰期均较长，应属干燥的干沙漠高原，大陆性气候。

根据收集伊金霍洛旗气象站1975年～1987年10月气象资料，经统计结果：夏季最高气温达36.6℃(1975年7月16日)；冬季最低气温达-27.9℃(1978年2月15日)；每年降雨量多集中在7、8、9三个月；年降雨量为194.7～531.6 mm，平均364.9 mm(1975-1986年)；年蒸发量为2297.4～2833.7 mm，平均2451.3 mm(1975-1986年)；年降雨量远小于年蒸发量，是该区气候干燥的主要原因。

结冰期一般为9月底10月初开始上冻，次年四月底五月初开始解冻，冰冻期长达半年之久，最大冻土深度可达1.71 m(1977年2～3月)。该区夏季风力较小，一般为2～3级，

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春、冬两季风力较大，常在4级以上，最大风力可达10级。风向多为西北。风速一般为3.3 m/s，最大风速可达24 m/s(1979年11月11日)。

据《中国地震动峰值参数区划图》(GB13086-2001)及内蒙古自治区地震局、内蒙古自治区建设厅文件(内震发[2004]40号)，内蒙古自治区地震局建设厅关于旗县(市区)执行抗震设防要求的通知，本矿所属地区地震动峰值加速度为0.05 g，对照烈度6度。 1.1.4矿井电源

李家塔煤矿现已形成35 kV架空线路双回路供电电源，一回电源引自布尔台110 kV变电站，该站主变容量为50000 kVA变压器和8000 kVA变压器各一台，有110 kV、35 kV和10kV三个电压等级，距本矿7.1 km，现有负荷不足4000 kVA。引入本矿导线为LGJ-120；另一回电源引自松定霍洛110 kV变电站，该变电站主变容量为2×31500 kVA，有110 kV、35 kV和6 kV三个电压等级，距本矿7.8 km。现有负荷不足5000 kVA，引入本矿的导线为LGJ-120。矿井地面已形成35 kV变电所一座，主变容量为2×5000 kVA。 1.1.5 地区经济状况

本区属牧业为主农业为辅的牧区，煤炭资源丰富，煤炭开采是当地经济发展的支柱产业，煤炭开发对当地经济发展的提高人民生活水平起重要作用，所产煤炭质量好，远销国内外，煤炭开发具有广阔的发展前景。

1.2 井田地质特征

1.2.1 地质构造

李家塔煤矿位于鄂尔多斯台向斜东胜隆起之东南边缘地带，基本构造形态为单斜构造，本井田主采3号煤层地层，走向基本为N30°W，倾向S60°W，倾角1～3°，井田内没有大、中型断层，没有褶皱，但煤层底板有极其宽缓的波状起伏，没有火成岩侵入体，井田构造简单。 1.2.2地层

井田内基岩分布在切割较深的沟谷内。由于多被第四系风积沙和黄土层覆盖，仅在呼和乌素沟的支沟内有志丹群出露，而直罗组、延安组没有出露。根据地层露头和钻探资料汇总，井田范围内赋存地层由老至新有：上三迭系延长组（T3y），中、下侏罗统延安组（J1～2y），中侏罗统直罗组（J2z），上侏罗～下白垩统志丹群（J3-K1zh）和第四系（Q）。现分述于下：

1）上三迭统延长组（T3y）

该组地层由于埋藏过深而地表无出露，只根据钻孔对该组地层顶部的揭示，其岩性特征：主要为灰绿色中粒砂岩，其次为粗砂岩和细砂岩。砂岩成份以石英为主，长石次之，含较多的白云母及少量的暗色矿物，粘土质胶结，较疏松。层理不明显，分选较好，局部含植物化石。该组为煤系地层的基底。顶部常保留有风化壳的产物。由于钻孔穿透其顶部地层不深。故厚度不详。

2）中、下侏罗统延安组（J1-2y）

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该组地层为井田内含煤地层，钻孔资料揭露，其岩性主要为灰色、灰白色细砂岩，粉砂岩及深灰色砂质泥岩，其次为灰白色中、粗粒砂岩和黑色泥岩及煤层。按其岩性特征和含煤性大致可分三个岩段，现分述如下：

① 下岩段（J1-2y1）

从5煤组顶部砂岩以下到延长组顶部风化壳以上。该段地层在井田内埋藏较深，地表无出露，依据钻孔资料，其岩性主要由灰色、灰白色细砂岩，粉砂岩，灰黑色砂质泥岩，黑色泥岩和煤层组成。赋含5、6两个煤组。底部具灰～灰白色中砂岩，局部相变为粗砂岩，成分以石英为主，长石次之，泥质胶结，具大型槽状交错层理。

该段地层在井田内厚度变化不大，最大厚度69.34 m，最小厚度46.35 m，平均为58.31 m。与下伏地层延长组呈假整合接触。

② 中岩段（J1-2y2）

该段地层位于3号煤顶部砂岩之下，5号煤组顶部砂岩底界面之上。全井田发育。由于埋藏较深，受上覆地层保护，致使地表无出露。因此，依据钻孔揭示资料，其岩性主要为深灰～灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、细砂岩、泥岩和煤层组成。赋含最好的3、4号煤层，厚度大，变化甚小，层位稳定，煤质好，结构简单。两层煤既是井田内最主要勘探对象，又是煤岩层对比的最佳标志层。本段地层中含有较多的植物化石和少量的淡水动物化石。底部具一厚层状灰白色中、细粒砂岩，局部可相变为砂质泥岩和粗砂岩，含较多的炭屑和铁质结核。全段地层厚度变化不大，最大厚度74.60 m，最小厚度57.99 m，平均为63.38 m。与下岩段地层呈连续沉积。

③ 上岩段（J1-2y3）

位于3号煤层顶部砂岩底界面以上，2号煤组顶部砂岩底界面之下。该段地层因被上覆地层及第四系风积沙所掩盖，没有出露。结合钻孔资料，其岩性由灰白色中细粒砂岩、粉砂岩、粗砂岩、砂质泥岩和煤层组成。该段赋含2号煤组，厚度变化较大，且分叉变薄现象频繁。底部为灰白色、黄绿色细砂岩、中砂岩、粉砂岩，局部相变为粗砂岩。 该段地层泥岩类具小型波状、水平层理，砂岩类具槽状及板状交错层理，含植物化石。地层由于东部受剥蚀厚度变化较大，据较完整的20个孔统计，最大厚度为69.30 m，最小厚度47.21 m，平均厚度56.61 m。与下伏中段地层为整合接触关系。

综合延安组三段地层特征：相对颜色为浅、深、浅，相对岩性粒度为粗、细、粗。含煤性中段最佳，其次是上段，下段虽含煤层很多，但其厚度小而变化较大，可采面积也小，均为局部可采煤层或不可采煤层。

延安组地层总厚：据20个完整孔统计，最大厚度195.38 m，最小厚度121.82 m，平均为178.30 m。总的来看厚度变化是东部薄而西部厚。

该组地层含较多的植物化石和少量的淡水动物化石。 3）中侏罗统直罗组（J2z）

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该组地层没出露，资料乃来自钻孔。岩性为一套杂色的细、中粒砂岩、砂质泥岩、粉砂岩，颜色为灰白、灰黄、灰兰、灰绿、灰紫等。砂岩成份以石英、长石为主，泥质或粘土质胶结，较疏松，暴露地表易风化破碎。含铁质结核，局部富集。底部为厚层状灰黄色中、粗粒砂岩。全组地层厚度变化较大，相变频繁，据18个完整钻孔统计，最大厚度106.28 m，最小厚度14.64 m，平均厚度60.46 m。与下伏延安组地层呈假整合接触。上部安定组地层在井田内因冲刷而缺失。

4）上侏罗～下白垩统志丹群（J3～K1zh）

地面出露于呼和乌素沟支沟两侧，在井田内主要分布在西部，其岩性为厚层状杂色砾岩，含砾粗砂岩，上部具杂色中、细粒砂岩等。砾石成份以花岗岩、花岗片麻岩、石英岩等组成。泥质胶结，分选差，磨圆中等，具大型斜交层理，为典型的河床相沉积。本群地层受剥蚀厚度变化很大。据13个钻孔资料统计，最大厚度106.27 m，最小厚度4.94 m，平均厚度49.77 m。与下伏地层直罗组呈不整合接触。

5）第四系（Q）

广布矿区。底部为更新统（Q3aL1）马兰黄土；岩性为淡黄色亚沙土，呈柱状节理发育，含钙质结核。下部更新统淤积层（Q3aL2）：岩性为沙、粉砂及黑色土壤层。更新统地层地面出露甚少。

上部全新统（Q4）：主要为风积沙（Qed4），其次为河流淤积层（Q4dl）及洪积层（Q4pl）。风积沙成份以细粒石英为主，在地表呈波状沙丘和新月形沙丘，分布甚广，约占井田面积的90%以上。河流淤积层的岩性：以沙、粉沙或砾石层分布于呼和乌素沟。另外有残积（Q4cl）和坡积层（Q4dl）零星分布。

第四系厚度为0～20.81 m，平均14.51 m。不整合于志丹群、直罗组和延安组地层之上。

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李家塔煤矿综合柱状图层 岩 石 名 称 及 岩 性 描 述 厚累计深度煤 层 编 号柱状图尺标 (m)(m)1:200160粗粒砂岩：灰白色，石英为主，次之长石，含云母，分选性良好，磨圆中等，巨厚层状构造，泥质胶结为主，局部为钙质胶结，偶夹煤线。13.30170.10170砂质泥岩：灰色及黄灰色，块状构造，参差状断口，致密，有擦痕，偶夹煤线。2.10172.20煤：黑色，条带状结构，以暗煤为主，夹亮煤，镜煤细—中条带，层理发育，节理发育，半暗型。6.20178.403180砂质泥岩：灰色和深灰色，致密，块状构造，参差状断口，含植物化石，偶夹粉砂岩薄层，有擦痕。6.47184.87粉砂岩：浅灰色，发育波状层理，和斜层理，含植物化石，上部粗粒砂质为主，向下细粉砂质及泥质增多。1906.33191.20粉砂岩：浅灰色，石英为主，含云母，以粗粉砂质为主，夹灰色泥质条带及薄层，发育波状层理，局部呈紊乱状层理，含植物化石，含云母，泥质胶结。煤：黑色，以暗煤为主，略淡型。5.650.40196.85197.254上

1.2.3水文地质特征

1）概况

李家塔煤矿位于东胜煤田的东南部，属半干旱大陆性气候，夏季炎热，冬季寒冷，昼夜温差较大，年蒸发量大于降水量。井田地形基本呈西南高，北东低的斜坡状地形，最高点位于井田南部LB3号钻孔以西，海拔标高为1322.8 m，最低点位于井田东部边缘考考乌素沟中L10号钻孔处，海拔标高为1142.29 m，最大高差为180 m，井田内一般标高在1250 m左右。

本区属黄河水系，井田附近较大的河流为东乌兰木伦河，从井田外东部由北向南经过，常年有地表迳流，流量随季节变化较大。井田内较大的沟谷为考考乌素沟，由西向东沿井田北部边缘延伸至东乌兰木伦河，基本为常年有地表溪流，流量随季节变化较大，最高洪水位标高在井田范围内由西至东为1200～1150 m。次一级沟谷是圪丑庙沟和郭家渠沟，均为考考乌素沟支沟，旱季多为干沟，雨季可形成地表溪流和洪流，井田内所有地表水均经考考乌素沟汇入乌兰木伦河，最终注入黄河。

井田地表大部分被第四系及第三系松散层覆盖,形成典型的堆积地貌。基岩仅零星出露于井田西部、西南部和井田最北部，出露地层为上侏罗～下白垩统志丹群（J3～K1zh）和侏罗系中统直罗组（J2z）。由于强烈的向源侵蚀作用，致使井田内冲沟较为发育，多呈树

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枝状分布，也是排泄矿区地表水和地下潜水的主要通道。

2）含（隔）水层特征 （1）松散岩类含隔水层特征

主要由第四系全新统表土及风积砂（Q4eol）、冲洪积层（Q4al+pl）、上更新统马兰组黄土（Q3m）及第三系上新统（N2）红土组成。

① 第四系风积砂（Q4eol）：主要分布于各沟谷边坡及地形较高的平缓处，由于受风力作用，经常无规律移动，堆积成砂垅或砂丘，矿物成分多为石英颗粒。风积砂一般不含水，为透水层，在沟掌地形低洼处有水渗出。

② 第四系冲洪积层（Q4al+pl）：主要分布于考考乌素沟中，井田内其它沟谷也有零星分部，由洪积砂砾、砾石和冲洪积砂土、泥土混杂堆积构成，该层局部含水性较好。 ③ 马兰组黄土（Q3m）：井田内均有分布，为土黄色轻亚砂土，含粘土质，垂直节理发育，含大量钙质结核，该组一般不含水。

井田内钻孔揭露第四系厚度0.50～71.96 m，平均17.29 m，该层可直接接受降雨补给，但地形切割强烈，富水性弱。

④ 第三系红土（N2）：井田内零星分布，岩性上部为粉红色砂质粘土、亚砂土，含白云母碎片及钙质结核；下部为灰色、棕黄色砾岩夹棕红色砂岩，呈半胶结状态，松散。该层上部隔水性较好，下部含水微弱。井田内有3个钻孔揭露该层，厚度1.00～39.18 m，平均14.86 m。

（2）碎屑岩类含隔水层特征

① 侏罗系上统～白垩系下统志丹群（J3～K1zh）：零星出露于井田西部、西南部和井田最北部，由于受后期冲刷剥蚀，致使地层西厚东薄，南厚北薄，在井田东北部一带造成缺失。井田内22个钻孔揭露该层，厚度5.15-109.88 m，平均43.73 m。地层岩性以巨厚层状紫红色砂岩、砂砾岩、含砾粗砂岩为主，其次为中、细粒砂岩及砂质泥岩。岩石成分：砾岩为花岗岩，花岗片麻岩，石英岩等；砂岩以石英、长石为主。均以泥质胶结，较松散，分选差，磨圆度中等，具大型斜交层理，为典型河床相沉积。该层段砂岩类为相对含水层，砂质泥岩为相对隔水层，但该层多被剥蚀、切割，仅局部起隔水作用。

② 侏罗系中统安定组（J2a）：地表未见出露，由于受后期冲刷剥蚀，厚度变化较大，在井田东北角一带缺失该组地层。井田内20个钻孔揭露该层，厚度10.32～116.00 m，平均51.42 m。岩性为一套紫红、砖红、黄棕色中细粒砂岩夹灰紫色砂质泥岩，底部为浅黄色，向上变为浅紫色的巨厚层状砂岩。该层含水微弱。

③ 侏罗系中统直罗组（J2z）：该组地层在井田最北部零星出露，岩性为一套杂色的细、中粒砂岩，粉砂岩，砂质泥岩，局部夹粗砂岩和含砾粗砂岩。上部以灰紫、灰黄为主，下部以灰绿、灰兰为主。砂岩成分以石英、长石为主，泥质或粘土质胶结，较疏松，岩心暴露地表易风化破碎，尤其砂质泥岩。井田内34个钻孔揭露该层，厚度1.80～112.45 m，平均46.09 m。该层含水微弱。

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④ 中下侏罗统延安组（J1-2y）：该组为本井田的含煤地层,全井田均有分布，地表未见出露。岩性为灰色、深灰色粉砂质泥岩、泥岩、灰白色砂岩、灰色细砂岩、粉砂岩及黑色炭质泥岩、煤等组成。该组地层厚度为29.76-227.00 m，平均161.29 m。

本组地层为一套以内陆盆地沉积为特征的碎屑岩含煤建造。依据其岩性、岩相及含煤特征，将该组地层划分为上、中、下三个岩段。自下而上分述如下：

A、 上岩段（J1～2y 3）：本段位于延安组上部，即2-1煤顶界至3号煤顶砂岩。岩性以灰白色的各粒级石英砂岩为主，局部有砂质泥岩、泥岩及煤组成。本段地层中，含有大量的植物化石碎片，发育水平层理、斜层理及小型波状层理。砂岩中偶见槽状层理，该岩段发育2号煤组，其中2-2中上、2-2中煤为本井田的主要可采煤层之一。

B、 中岩段（J1～2y2）：本段位于延安组的中部，即3号煤顶部砂岩底至5-1上煤顶部砂岩底。本段底部以灰白～灰黑色的粉砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤组成，局部发育有各粒级的砂岩。大部发育斜层理、水平层理及小型波状层理。该段地层中发育3、4两个煤组，其厚度大、分布广，虽然存在不同程度的变薄、尖灭现象，但其变化规律明显，是本矿的主要可采煤层。

C、 下岩段（J1～2y 1）：该段位于延安组下部，岩性中上部为一套灰至灰黑色的砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤组成的含煤沉积物，其中砂岩的厚度较小，且连续性较差、发育有槽状交错层理。其底部主要为一套灰白色的粗、中粒砂岩，局部相变为含砾粗砂岩。岩石成分以石英为主，具有明显的正粒序韵律，发育水平层理、波状层理及小型交错层理，碎屑的圆度，分选性较好。该段地层中赋存5、6两个煤组。为本矿的主要可采煤层。 本次施工的LB8号钻孔抽该组及以上地层水，抽水试验结果：单位涌水量q=0.00450～0.00491 L/s·m，含水层属弱富水性。水位标高1173.61～1175.52 m，水质为HCO3～Ca·Mg型水；矿化度0.23～0.24g/L，属低矿化度淡水；PH值7.9，属中性水。

⑤ 三叠系上统延长组（T3y）：该组为煤系地层基底，井田内无出露，钻孔内所见岩性一般为灰绿色中粒砂岩，其次为粗砂岩和细砂岩等。砂岩成分以石英为主，长石次之，含白云母及暗色矿物，粘土质胶结，层理不明显，分选性较好。有21个钻孔揭露该层，揭露厚度2.00～35.80 m，平均12.64 m。地层含水情况不清。

3）充水因素分析

（1）大气降水：本区气候干旱，降水稀少，年蒸发量是降水量的5～8倍，降水多集中在7、8、9三个月，且地形切割强烈，地形、地貌均不具备储水条件，易形成集中排泄，渗入地下很少。但矿井开采时应对沟谷地带，引起高度重视，提前做好防御工作，以免雨季地表水顺裂隙带或井口灌入矿井。

（2）地质构造：本井田地层平缓，地层倾角＜10°，其构造轮廓为一平缓的单斜构造。无断层及岩浆岩侵入，构造简单，故因构造引起矿井大量充水的可能性较小。

（3）地下水：煤系地层为沉积碎屑岩，钻孔抽水试验单位涌水量q=0.00450～0.00491L/s·m，渗透系数K=0.00718～0.00802 m/d，含水层属弱富水性，加之矿区内沟谷发育，切割较深，浅部地下水多沿沟谷渗出。深部地层由于地下水补给贫乏，形成了静水

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压力大，水头高，水量小，以静储量为主要储水条件的地下水，造成矿井大量充水的可能性较小。

（4）地表水：东乌兰木伦河是流经本井田附近较大的地表水，经调查分析，对本井田构不成危害。考考乌素沟是流经本井田北部边缘较大的溪流，雨季易暴发洪水，虽然洪水历时短促，也应提前做好防御工作，避免洪水灌入矿井。在该沟谷附近开采时，地表水将可能成为矿井充水的主要因素，应引起注意。

（5）老窑积水：据调查，李家塔煤矿南邻补连塔煤矿，北侧是霍洛湾煤矿，其间没有废弃的老窑。但在本矿井开采过程中，应加强对本矿井周边矿井的监察工作，不可越界开采，防止矿区附近有废弃的老窑及相邻矿井开采时带来的不良隐患。

4）矿井涌水量预算

本次设计LB8号钻孔为专门水文孔，对煤系及以上地层进行抽水试验。现以LB8号钻孔抽水试验资料为依据，对李家塔煤矿主要开采的3号煤层，先期开采范围进行矿井涌水量预算。

本次计算采用的解析“大井”法，是假设“大井”（即巷道系统）已经形成，是整个矿井开采到中后期阶段时的涌水量，可以认为是开采过程中的最大涌水量。

“比拟”法是利用已有生产矿井已开采范围及涌水量，再根据设计矿井开采面积计算未来生产矿井的涌水量，计算结果比较接近于生产矿井的正常涌水量。故本次涌水量计算参数基本可靠，方法正确。

根据井田勘探报告，采用稳定流“大井法”预测矿坑涌水量，设计采用本次“大井”法计算的涌水量为1994 m3/d，即最大涌水量为83 m3/h，作为未来生产矿井最大疏干排水的设计依据。矿井正常涌水量参照“比拟”法计算的涌水量1249 m3/d，即正常涌水量为52 m3/h。

5）水文地质类型

本井田附近较大的地表水是东乌兰木伦河，流量随季节变化较大，经调查分析，对本井田构不成危害。井田内较大的沟谷为考考乌素沟，基本为常年有地表溪流，流量随季节变化较大，雨季易暴发洪水，虽然该沟位于井田北部边缘，但在该沟谷附近开采时，地表水将可能成为矿井充水的主要因素，应引起注意。井田地形有利于自然排水，地质构造简单，地层平缓，无断层及岩浆岩侵入。浅部新生界松散层被沟谷切割严重，含水较弱。煤系地层为沉积碎屑岩，含有少量裂隙水，因地下水补给贫乏，钻孔单位涌水量小于0.01 L/s·m，矿井直接充水含水层富水性较弱。

综合分析，本区水文地质勘探类型为二类一型，即以裂隙含水层为主的水文地质条件简单的矿床。

1.3煤层特征

1.3.1煤层

1）含煤地层

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井田内主要含煤地层为中下侏罗统延安组（J1-2y），该组地层厚度为29.76-227.00 m，平均厚度为161.29 m，全井田发育，由于遭受剥蚀，厚度有一定变化。据岩性、岩相组合特征及含煤性分析，将该组地层细化为3个岩段，自下而上为：下岩段J1-2y1（含5、6煤组）、中岩段J1-2y2（含3、4煤组）和上岩段J1-2y3（含2煤组）三个岩段。 该组地层含煤11～17层，具有对比意义的14层。即2-1、2-2上、2-2中上、2-2中、2-2下、3上、3、4上、4，可采6层，不可采4层。3煤为全部可采煤层；2-2中上、2-2中、4为大部可采煤层；2-2上、3上为局部可采煤层，其余煤层为不可采煤层。中上部煤层发育较好，厚度较大，含煤性较好；下部煤层发育较差，煤层较薄，且连续性差。单孔煤层总厚度为1.93～19.23 m，平均为13.41 m，平均含煤系数为8.31%，含煤性较好。

总体上井田东部比西部含煤性较好。 2）可采煤层

井田内可采煤层有：2-2上、2-2中上、2-2中、3上、3、4、共六层，现自上而下分述如下：

1、2-2上煤层

位于延安组上岩段的上部，见煤钻孔26个，可采见煤点9个，与2-2中上煤层间距为3.51～24.40 m，平均11.06 m；煤层厚度0～1.75 m，平均0.75 m；，不含夹矸，可采区仅为矿区东部一角，为不稳定煤层。

2、2-2中上煤层

位于延安组上岩段的中上部，主要分布于井田中部，见煤钻孔27个，可采见煤点22个，煤层厚度为0～3.65 m，平均1.57 m，煤层由西北向东南有变薄的趋势；与2-2中煤层间距为5.35-16.26 m，平均8.69 m；很少有夹矸，顶底板岩性主要为砂质泥岩；大部可采，为较稳定煤层。

3、2-2中煤层

位于延安组上岩段的中部，分布甚广，见煤钻孔39个，可采见煤点31个，层位稳定，与2-2下煤层间距为7.61～17.30 m，平均为10.41 m；煤层厚度为0～4.78 m，平均1.78 m，厚度变化较大，但规律性明显，夹矸0～1层，结构简单，顶底板岩性主要为砂质泥岩、粉砂岩。大部可采，为较稳定煤层。

4、3上煤层

位于延安组中岩段的上部，主要分布于井田的西北角，见煤钻孔9个，可采见煤点8个，煤层厚度0～2.45 m，平均1.70 m，结构简单，与3号煤层间距6.24～19.23 m，平均14.56 m。局部可采，为不稳定煤层。

5、3号煤层

为井田内最主要可采煤层。位于延安组中岩段的中上部，见煤钻孔37个，可采见煤点

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37个，与4号煤层间距为21.44～35.34 m，平均28.65 m，煤层厚度2.07～6.47 m，平均5.29 m；结构简单，含夹矸0～2层，厚度0～0.75m，平均0.27 m，岩性为砂质泥岩、泥岩、炭泥岩；呈薄层状；顶板岩性为砂质泥岩、粉砂岩，底板为砂质泥岩、泥岩、砂质粘土岩等。

该煤层南部厚，向北变薄，全井田可采，厚度变化小，层位稳定，为稳定煤层。 6、4号煤层

为本井田第二主要可采煤层，位于延安组中岩段的下部，见煤钻孔33个，可采见煤点27个，与5-1上煤层之间距为21.20～33.49 m，平均27.15 m；煤厚0～3.95 m，平均2.25 m，煤层结构简单，一般不含夹矸，局部含1～2层，岩性为砂质泥岩、泥岩，厚度为0～0.90 m，平均0.28 m，顶板岩性为砂质泥岩、泥岩、粉砂岩，底板岩性为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩。

该煤层因受河口沉积环境的影响，在西北角b245、LB4号钻孔无煤，ZK1513、b244、159、Hh18、B104、LB1号钻孔不可采，其余地区，层位稳定，为较稳定煤层。

该煤层全井田赋存，大部可采，层位稳定，厚度变化小，为稳定煤层。 井田内煤层情况详见各煤层基本特征表1-2-1。

表1-2-1 主要可采煤层井田各煤层基本特征一览表 岩段 煤组 煤层号 2-1 上岩段 2 2-2上 2-2下 3上 3 中岩段 4 3 煤层厚度 最小～最大 平均（m） 0～0.38 0.33(3) 0～1.75 0.75(26) 1.78(39) 0～1.50 0.66(14) 0～2.45 1.70(9) 2.07～6.47 5.29(37) 0～0.73 0.45(16) 2.25(33) 0.71(9) 与下伏煤层间距 最小～最大 平均（m） 8.10～20.69 10.28 3.51～24.40 7.61～17.30 10.41 23.80～34.24 28.54 6.24～19.32 14.56 21.69～33.50 28.38 4.80～15.91 21.20～33.49 可采范围 不可采 局部可采 不可采 局部可采 全井田可采 稳定性 不稳定 不稳定 不稳定 不稳定 稳定 4上 不可采 不稳定 1.3.2煤质、煤类与煤的用途

1）物理性质

本矿煤层呈黑色、条痕褐黑色。各煤在垂直序列中其上下呈暗淡或弱沥青光泽，中部

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呈沥青光泽，参差及阶梯状断口，在镜煤中可见贝壳状断口，性脆，由于煤岩组分的不同各煤层一般呈细条带～宽条带结构，层状构造，在暗淡型煤中可见块状构造。裂隙发育，并充填有黄铁矿与方解石薄膜，各煤层结核含量不同，一般为黄铁矿、粘土质和菱铁矿结核。煤层致密坚硬，真密度一般在1.42～1.52 t/m3，视密度1.30 t/m3左右，燃点300°C左右，燃烧试验为剧燃，残灰灰白色、粉状。

2）化学性质 ⑴ 水分（Mad） ① 原煤水分

2-2上煤层其值为4.33～10.73%，平均7.73%；2-2中上煤层其值为2.94～12.66%，平均7.37%；2-2中煤层其值为2.26～11.30%，平均6.76%；3上号煤层其值为3.09～12.10%，平均7.15%；3号煤层其值为2.35-11.37%，平均6.26%；4号煤层其值为2.81～10.94 %，平均5.93%；

② 浮煤水分

2-2上煤层其值为4.44～10.60%，平均7.18%；2-2中上煤层其值为3.34～13.17%，平均7.69%；2-2中煤层其值为3.09～12.10 %，平均7.15%；3上号煤层其值为2.36～11.41%，平均6.93 %；3号煤层其值为2.96～12.10%，平均7.05 %；4号煤层其值为3.55-11.78%，平均6.64 %；

⑵ 灰分（Ad）

井田内主要可采煤层据GB/T15224.1～2004国家标准划分为特低～低灰煤，具体详述如下：

2-2中煤层：原煤灰分产率为5.43～22.90%，平均10.53%；为低灰煤(LA)；区内特低灰煤、低灰煤相间出现，LB２号孔有零星片中灰煤。浮煤的灰分产率为2.53～5.54%，平均3.83%，洗选后减灰效果较好。

3上煤层：原煤灰分产率为5.84～18.34%，平均9.45%；为特低灰煤(SLA)；浮煤的灰分产率为3.48～7.53%，平均4.95%，洗选后减灰效果较好。

3号煤层：原煤灰分产率为4.71～21.19%，平均8.87%；为特低灰煤(SLA)；全井田以特低灰煤为主，其次为低灰煤，LB３号孔附近为中灰煤。浮煤的灰分产率为2.66～5.54%，平均3.52%，洗选后减灰效果较好。

4号煤层：原煤灰分产率为4.71～23.33%，平均9.62%；为特低灰煤(SLA)；东南部为特低灰煤，西南部特低灰煤、低灰煤相间出现，LB２、LB６、LB９、LB11四个孔附近有零星中灰煤。浮煤的灰分产率为2.29～14.42%，平均4.18%，洗选后减灰效果较好。

（3）挥发分（Vdaf）

井田内各主要可采煤层根据MT/T849～2000煤炭行业标准划分为。

2-2上煤层原煤挥发分产率为28.76～34.50%，平均30.53%；浮煤的挥发分产率为

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29.44～33.92%，平均31.76%，为中高挥发分煤(MHV)。

2-2中上煤层原煤挥发分产率为27.36～38.48%，平均32.08%；浮煤的挥发分产率为28.32～36.36%，平均31.79%，为中高挥发分煤(MHV)。

2-2中煤层原煤挥发分产率为29.09～41.54%，平均33.87%；浮煤的挥发分产率为30.59～40.55%，平均33.88%，为中高挥发分煤(MHV)。

3号煤层原煤挥发分产率为29.09～36.96%，平均35.29%；浮煤的挥发分产率为30.93～38.67%，平均34.93%，为中高挥发分煤(MHV)。

4号煤层原煤挥发分产率为31.88～39.51%，平均35.70%；浮煤的挥发分产率为30.63～37.83%，平均34.93%，为中高挥发分煤(MHV)。

（4）有害元素 (a)全硫（St.d）

井田内各煤层硫成分含量进行了测定，硫成分含量以硫铁矿硫(Sp.d)为主，一般为0.33～1.06%；有机硫(So.d)一般为0.00～0.03%；硫酸盐硫(Ss.d)含量一般为0.15～0.28%。通过对各煤层硫成分含量测定，硫铁矿硫(Sp.d)含量较高，对煤层洗选脱硫较为有利。

(b)磷（Pd）

2-2上煤层磷含量原煤为0.000～0.024%，平均为0.010%，为特低磷分煤(SLP)。 2-2中上煤层磷含量原煤为0.001～0.009%，平均为0.004%，为特低磷分煤(SLP)。 2-2中煤层磷含量原煤为0.001～0.005%，平均为0.002%，为特低磷分煤(SLP)。 3号煤层磷含量原煤为0.000～0.008%，平均为0.002%，为特低磷分煤(SLP)。 4号煤层磷含量原煤为0.001～0.023%，平均为0.006%，为特低磷分煤(SLP)。 （c）砷（As）

各主要可采煤层原煤砷含量值在1～4ppm之间，相当于0.01～0.04×10～4之间，据MT/T803～1999煤炭行业标准确定为一级含砷煤(ⅠAs)，2-2上煤层为5ppm，为二级含砷煤(ⅡAs)，符合食品工艺燃烧用煤之需求。

3）工艺性能

（1）工艺分析及发热量

井田内主要可采煤层根据GB/T15224.3～2004国家标准划详见各主要可采煤层煤质特征一览表(表1-2-2)。

表1-2-2 各主要可采煤层煤质特征一览表 煤层 洗编号 选 2-2上 原

代表 数值 极小极大平均工业分析 % 焦渣 发热量(MJ/kg) St.d Qgr.QnetQb.d Mad Ad Vda型号 f d .d 17.316.74.33 6.20 28.72 0.417.36 2 1.61 29.62 28.67 30.38 10.713.234.53 12.83 30.50 2 1.28 27.19 25.49 27.62 7.73 4 3 1 6 6 7 PM GR评.I 价 90 BN390 1 90 中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文） 第14页

浮 原 2-2中上 浮 原 2-2中 浮 原 3 浮 点数 极小极大平均点数 极小极大平均点数 极小极大平均点数 极小极大平均点数 极小极大平均点数 极小极大平均点数 极小极大平均点数 点数 9.00 4.44 10.60 7.18 9 2.94 12.66 7.37 21 3.34 13.17 7.69 19 2.26 11.36.76 0 30 3.09 12.10 7.15 27 2.35 11.36.26 33 2.96 12.17.05 33 24 9.00 2.98 11.04 5.19 9 5.90 26.99 11.87 21 2.13 6.91 4.41 19 5.43 22.910.50 3 30 2.53 5.54 3.83 27 4.71 21.18.87 33 2.66 35.24.49 33 24 8.00 29.44 52.49 33.98 9 27.36 38.48 32.08 19 28.336.32 6 31.79 19 29.09 41.533.84 7 28 30.59 40.55 33.88 27 29.09 36.935.233 30.938.634.933 24 8 2 2 2 9 2 2 2 19 2 2 2 18 2 2 2 28 2 2 2 27 2 2 2 33 2 2 2 33 24 8.00.20 8 1.27 0.55 0.27 1.32 0.60 19 0.10.56 5 0.28 12 0.22 1.80.77 7 24 0.18 0.39 0.28 16 0.28 1.30.529 0.10.30.221 20 8.00 29.36 30.52 29.93 22.72 30.81 27.53 17 29.930.88 1 30.45 3 24.43 30.428.32 0 24 29.80 31.30 30.56 8 24.19 30.428.730 30.131.130.810 9 4.00 28.37 28.37 28.37 1 22.09 30.03 26.61 14 29.029.94 1 29.53 23.53 29.527.15 0 16 28.86 30.52 29.77 6 23.48 29.527.723 29.030.229.97 8 8.00 28.17 29.68 28.93 2 22.83 30.90 27.74 17 30.030.85 9 30.53 24.52 30.528.53 9 26 29.86 31.38 30.73 8 24.30 30.528.931 30.631.231.010 9 1 89 91 90 2 83 87 86 4 83 89 87 3 76 91 81 5 83 87 85 3 80 83 81 5 1 0.00 0.0 0 0.08.00 0 BN3 1 0 0 0 14 0 0 BN30 1 12 0 0 0 16 BN3 1 0 0 0 18 12 ⑵ 煤的低温干馏

本井田除2煤组外，其它各煤层均属富油煤，因此可进行低温干馏提炼焦油。制取树脂胶用以制作胶合板和柴油。其半焦和气体又是合成氨和一系列化工产品的重要原料和气液体燃料。

⑶ 煤的气化

据煤芯样试验结果，当温度为950℃时，煤对CO2还原率在21.6%~28.6%，反应性差，不适合作气化用煤。煤的热稳定性等级为好。

⑷ 煤灰成分、灰熔融性

煤灰成分以SiO2为主，占32.45%～59.30%，其次为Al2O3，占26.66%～46.99%，Fe2O3含量0.43%~12.00%，CaO含量0.55%~13.21%，SO3占0.09%~8.17%。MgO、TiO含量在2%以下。

煤的软化温度（ST）一般在1500 ℃以上，属难熔灰分，个别点在1400～1500 ℃之间，为高熔灰分。

中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文） 第15页

⑸ 粘结性

各煤层浮煤粘结指数在0～14，平均5～7。焦渣类型3～5，平均4，煤的粘结性差。 4）煤的可选性

勘查工作在L3、LB5、LB8号钻孔中采取了简选样，根据所采的简选样试验结果表明：顶、底、矸遇水后有轻微的泥化现象，对煤的洗选无影响。

5）煤质及工业用途评价 （1）动力用煤

本井田为低灰或特低灰、低硫或特低硫、中高或高或特高发热量煤是良好的动力用煤。适用于民用燃烧、火力发电、工业锅炉、蒸气机车、船舶等。尤以建立坑口电厂见效迅速。同时本井田煤还可以烧制石灰石、砖瓦、玻璃等其它建筑材料。

（2）气化用煤

本井田煤由于化学反应性好，热稳定性好，煤的抗碎强度大是良好的工业气化用煤，即以发生炉煤气（供玻璃厂等）以及燃气发电、工业和民用，提高热的总和利用率，有利于减少环境污染，减轻运输力，弥补流体燃料和化工原料的不足。

（3）水煤浆

除上述工业用途外，本井田煤还可制备水煤浆。中国矿院北京研究生部1984年对神木煤进行了水煤浆的可行性研究，其研究结果认为该煤种是代油的良好煤种。用于制备代油煤粉与水煤浆是可行的。

1.3.3 煤层开采地质条件 1）瓦斯

各煤层瓦斯含量为0.02～0.14 ml/g，属低级瓦斯矿井。主采煤层3号煤层：甲烷值1.25-12.10%，平均为5.36%，属氮气带。纵观全矿，瓦斯含量深部略高于浅部，由于地形切割较多，因此各煤层均属于瓦斯风化带。瓦斯含量不超过0.25 m3/t，属瓦斯等级低级区。在生产过程中应加强瓦斯监测，以防局部区域瓦斯富集，发生瓦斯爆炸事故。

2）煤尘

根据邻区煤尘爆炸性试验结果，其火焰长度均大于400（m/m），加岩粉量大于50%，煤尘有爆炸性危险。

3）煤的自燃

本矿各煤层的燃点还原样308～327 ℃，原煤样燃点298～312 ℃，氧化煤样276-299℃，△T为17～51 ℃，氧化程度为13.33～53.38%。按照煤的自燃倾向等级分类，本矿各煤层均为易自燃煤。

4）地温

根据本区钻孔地温测量结果，以及邻区资料，无地温异常，开采无地热危害。

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2 井田境界和储量

2.1井田境界

2.1.1井田境界及划分

在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则为：

⑴井田范围内的储量，要与煤层赋存情况、开采条件和矿井生产能力相适应； ⑵保证井田有合理尺寸；

⑶充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等； ⑷合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。

中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文） 第17页

李家塔煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗的东南，距伊金霍洛旗政府所在地约35km，行政隶属于乌兰木伦镇管辖。其地理坐标为

北纬39°18′31″～39°23′37″ 东经110°02′50″～110°08′45″

本井田北东以呼和乌素沟、霍洛湾煤矿为界，西、南与呼和乌素井田、补连塔煤矿毗邻，南北长约5 km，东西宽约6 km，呈近似的直角三角形。

根据国土资源部2001年颁发的采矿许可证（证号：1000000140170），李家塔煤矿由8个拐点坐标圈定（见表2-1-1）

井田拐点及相邻矿井关系见图2-1-1。

表2-1 井田境界拐点坐标

序号 1 2 3 4 2.1.2井田面积

X 4358815 4361561 4361930 4362220 Y 37418642 37423968 37422395 37419720 序号 5 6 7 X 4363575 4363650 4363390 Y 37419300 37418495 37418380 李家塔井田面积为16.3522 km2，开采标高由1325 m至915 m，涵盖了李家塔井田勘探地质报告中所有的可采煤层。

经查对在李家塔煤矿16.3522 km2的面积内，包括原李家塔井田面积9.1952 km2、呼和乌素井田面积6.89 km2，新增面积0.267 km2。井田赋存状况如2-1图：

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6581070106010507合并后的井田南北平均长5 km，东西平均宽6 km，面积16.3522 km2，呈近似的直角三角形。

1）井田面积

井田面积计算见公式2-1。 S?（L?H）/2 （2-1） 式中：

L——井田走向平均长度，5 km；

H——井田倾向水平平均长度，6 km；

2.2矿井工业储量

2.2.1储量计算基础

（1）本设计中所有地质资料作为初步设计的依据，勘探钻孔很密集。根据地质勘探资料可以很准确的判断煤层的分布情况，井田勘探类型属于精查。111b储量等级

井田范围内绝大部分勘探钻孔密集，煤层层位、厚度、结构及其变化情况和煤质及其变化情况已经查明。

（2）依据《煤炭资源地质勘探规范》关于化工、动力用煤的标准：计算能利用储量的煤层最低可采厚度为0.8 m，原煤灰分不大于40%。计算暂不能利用储量的煤层厚度为0.7—0.8 m；

（3）依据国务院过函（1998）5号文《关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问题的批复》内容要求：禁止新建煤层含硫份大于3%的矿井。硫份大于3%的煤层储量列入平衡表外的储量；

（4）储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05 m时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹石总厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度；

（5）井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，

1030103041050340101060210201图2-1 井田赋存状况图

中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文） 第19页

采用地质块段的算术平均法。

（6）煤层容重：3号煤层容重为1.28 t/ m3 。 2.2.2矿井工业储量计算

根据内蒙古自治区煤田地质局151勘探队2007年1月提交的《内蒙古自治区东胜煤田李家塔煤矿补充勘探报告》，本设计主要针对3号煤层进行设计。

由于煤层产状、厚度、煤质比较稳定，本次储量计算采用地质块段法，即以块段面积乘以块段平均煤厚和煤层视密度，即得该块段的储量。根据地质勘探情况，将矿体划分为A、B、C三个块段，在各块段范围内，用算术平均法求得每个块段的储量，煤层总储量即为各块段储量之和。

本井田范围内分别有2-2上、2-2中上、2-2中、3上、3、4六个可采，可采煤层中3号煤层厚度最大，平均厚度为5.29 m，且埋藏浅，储量丰富，是本井田地首采煤层，主采煤层。本设计主要针对3号煤层进行开采设计。

658107106010507

表2-2 煤层地质储量计算

煤层

块段

倾角/(°)

块段面积

2/km

平均煤厚/m

容重3

/t/m

煤层总储量

储量/Mt

/Mt

103010300A4105031040106010702BC10201图2-2 3号煤层赋存示意图

3

A B C

2 1 1.5

6.32 6.79 3.24

5.29 5.29 5.29

1.28 1.28 1.28

48.5 52.1 24.9

125.5

根据《煤炭工业设计规范》，求得以下各储量类型的值： （1）矿井地质资源量

矿井地质资源量可由以下等式计算：

Zz?m?F?? （2-1）

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式中： Zz——矿井地质资源量，Mt； m——煤层平均厚度，5.29 m；

?——煤容重，1.28 t/m3。

将各参数代入（2-1）式中可得表2-2，所以地质储量为三个块段之和： Zz=125.5（Mt） （2）矿井工业储量

根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%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%的是经济的基础储量，30%的是边际经济的基础储量，则矿井工业资源/储量由式计算。

矿井工业储量可用下式计算：

Zg?Z111b?Z122b?Z2M11?Z2M22?Z333k （2-2）

Z式中 g——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； Z333——推断的资源量；

k——可信度系数，取0.7~0.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，k值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存较稳定的矿井，k取0.7。该矿取0.8。

Z111b?Zz*60%*70%?52.7Mt Z122b?Zz*30%*70%?26.4Mt Z2m11?Zz*60%*30%?22.6Mt Z2m22?Zz*30%*30%?11.3Mt Z333k?Zz*10%*k?10Mt

Z?123Mt因此将各数代入式2-2得：g

F——煤层底面面积，16.35 km2；

2.3矿井可采储量

2.3.1井田边界保护煤柱

井田边界保护煤柱要按李家塔煤矿实际情况取20m，则用公式2-3计算井田边界保护煤柱损失。

Pj?H?L?m?r （2-3）

式中：

H——井田边界煤柱宽度20 m； L——井田边界长度，19992 m； m——煤层厚度，5.29 m； r——煤层容重，1.28·m-3； Pj——井田边界保护煤柱损失，万t。 代入数据得：

中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文） 第21页

Pj＝20?19992?5.29?1.45?0.0001＝3.06 Mt

2.3.2工业广场保护煤柱

工业广场的占地面积，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，工业场地占地面积指标见表2-2。

表2-3 工业场地占地面积指标

井型 （Mt） 2.40及以上 1.20～1.80 0.45～0.90 0.09～0.30 占地面积指标 （公顷/10万t） 1 1.2 1.5 1.8 矿井井型设计为1.2 Mt/a，因此由表2-2可以确定本设计矿井的工业广场为14公顷，长、宽分别为400 m，350 m。工业广场所在位置煤层倾角为2 °，主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》第14条和第17条规定工业广场属于Ⅱ级保护，需要留设15 m宽的围护带。本矿井的地质条件及冲积层和基岩移动角见表2-3。

表2-4 地质条件、冲积层及岩层移动角 煤层倾角 （°） 2 煤层厚度 （m） 5.29 ?/(°) 45 δ/(°) 70 γ/(°) 70 β/(°) 70 工业场地保护煤柱如图2-2所示，则工业场地保护煤柱面积为0.14km2。 则

由工业广场保护煤柱图2-1，可得出保护煤柱的尺寸计算公式见2-4： S?梯形面积＝（上宽?下宽）?高/2/cos2? （2-4） 将数据代入式2-4得：

S?(830?864)?896/2/cos2? ?0.76km2

则工业广场的煤柱量计算见公式2-5：

Zi?S?M?R (2-5) 式中：Zi——工业广场煤柱量； S ——工业广场压煤面积；0.76 km2 将数据代入式2-5得：

Zi?0.76?5.29?1.45?5.82 Mt 2.3.3大巷保护煤柱

取大巷保护煤柱的宽度为50 m，煤柱最终按50%回收。计算可得大巷保护煤柱总量为：3.40 Mt

矿井的永久保护煤柱损失量汇总表见表2-3。

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表2-4 保护煤柱损失量 煤 柱 类 型 井田边界保护煤柱 工业广场保护煤柱 大巷保护煤柱 合 计 储 量（万t） 306 582 340 1228 mm1m2nn1n1q1q2q3qkk1k2k3IIAaBa'd'qbb'nc'cCII图2-3 工业广场保护煤柱

ImdDIk

矿井设计可采储量 Zk?(Zg?P)C

式中 Zk——矿井设计可采储量；

P——工业场地和主要井巷煤柱损失量之和，按矿井设计资源/储量的2%算；

C——采区采出率，厚煤层不小于75%；中厚煤层不小于80%；薄煤层不小于

85%。此处取0.8。

Z?(Zg?P)C?(123?12)?0.8?88.8则：k（Mt）

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3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限

3.1矿井工作制度

根据《煤炭工业矿井设计规范》GB50215-2005中2-23条规定，矿井设计生产能力宜按年工作日330 d计算，每天净提升时间宜为18小时。矿井工作制度 “三八制”作业，二班生产，一班检修。

3.2矿井设计生产能力及服务年限

3.2.1确定依据

《煤炭工业矿井设计规范》第2.2.1条规定：矿井设计生产能力应根据资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经多方案比较或系统优化后确定。

矿区规模可依据以下条件确定：

（1）资源情况：煤田地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设大型矿井。煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿区规模定得太大；

（2）开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市），交通（铁路、公路、水运），用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等。条件好者，应加大开发强度和矿区规模，否则应缩小规模；

（3）国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤中煤质、产量等）的预测是确定矿区规模的一个重要依据；

（4）投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大矿区规模，反之则缩小规模。 3.2.2矿井设计生产能力

本矿井井田范围内煤层赋存简单，地质条件较好，主采煤层可采厚度5.29 m，煤层平均倾角2°，属近水平煤层，适合布置大型矿井。因此，确定本矿井设计生产能力为120万t/a。

3.2.3矿井服务年限

矿井服务年限必须与井型相适应。

矿井可采储量Zk、设计生产能力A矿井服务年限T三者之间的关系为：

T?Zk/(A?K)

式中：T——矿井服务年限，a；

Zk——矿井可采储量，8880万t；

A——设计生产能力，120万/a； K——矿井储量备用系数，取1.3，

（3-1）

确定井型时需要考虑备用系数的原因是，矿井各生产环节有一定的储备能力，矿井

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投产后，产量迅速提高；局部地质条件变化，使储量减少；有的矿井由于技术原因，使采 出率降低，从而减少了储量。

将数据代入式3-1得，矿井服务年限为：

T?8880/(120?1.3)?56a 3.2.4井型校核

按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：

（1）煤层开采能力

井田内3号煤层为主采煤层，平均煤厚5.29 m，为厚煤层，赋存稳定，厚度基本无变化。煤层倾角平均2°，地质条件简单，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个大采高综采综放工作面。

（2）辅助生产环节的能力校核

设计的矿井为特大型矿井，开拓方式为主斜井、副斜井、立风井混合开拓方式。主斜井安装带式输送机，工作面生产的原煤经胶运顺槽胶带输送机转载至胶运大巷胶带输送机，再运输达井底煤仓上口，井底煤仓下口卸煤至主斜井胶带输送机，由主斜井胶带输送机运至地面。大巷辅助运输及顺槽辅助运输采用无轨胶轮车运输，运输能力大，调度方便灵活。

（3）通风安全条件的校核

本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量极低，。矿井采用中央并列式通风，抽出式负压通风方法。副井进风，主井进少量的风，回风大巷回风。工作面采用府斜下行式U型通风（一进一回），通过第九章的通风设计知可以满足通风需要。

（4）矿井的设计生产能力与服务年限相适应，才能获得好的技术经济效益。《煤炭工业矿井设计规范》给出了井型和服务年限的对应要求，见表3-1。

表3-1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限 矿井设计生产能力（万t/a） 600及以上 300～500 120～240 45～90 9～30

矿井设计服务年限（a） 70 60 50 40 各省自定 第一开采水平服务年限（a） 煤层倾角 <25° 40 35 30 25 煤层倾角 25°～45° — — 25 20 煤层倾角 >45° — — 20 15 中国矿业大学2014届本科生毕业设计（论文） 第25页

4 井田开拓

4.1井田开拓的基本问题

井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。

井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需认真研究。 1) 确定井筒的形式、数量和配置，合理选择井筒及工业场地的位置； 2) 合理确定开采水平的数目和位置； 3) 布置大巷及井底车场； 4) 确定矿井开采程序，做好开采水平的接替； 5) 进行矿井开拓延伸、深部开拓及技术改造； 6) 合理确定矿井通风、运输及供电系统。

本井田构造形态总体为一向南西倾斜的单斜构造，倾向2-5°左右，倾角一般1～3°，开采标高由1050 m至1070 m，本井田达到勘探程度，地质构造简单，水文地质条件简单，资源可靠，井田内未发现断层及岩浆岩侵入，主要可采煤层赋存稳定，确定井田构造复杂程度属简单型。但井田内煤层瓦斯含量低，煤尘具爆炸性，属容易自燃煤。应该加强防范措施。

确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则：

（1) 贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造条件。在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。

（2) 合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。 （3) 合理开发国家资源，减少煤炭损失。

（4) 必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态。

（5) 要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综掘机械化、自动化创造条件。

（6) 根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。

4.1.1确定井筒形式、数目、位置及坐标

1）井筒形式的确定

井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下它们之中，平硐最简单，斜井次之，立井最复杂。

① 平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分储量大致能满足同类井型水

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