葛亭煤礦0.9Mta新井設計含5張CAD圖-采礦工程.zip
葛亭煤礦0.9Mta新井設計含5張CAD圖-采礦工程.zip,煤礦,0.9,Mta,設計,CAD,采礦工程
任務書
畢業(yè)論文題目： 葛亭礦0.9Mt/a新井設計
畢業(yè)論文專題題目：沿空留巷技術研究
畢業(yè)論文主要內容和要求：
按照采礦工程專業(yè)畢業(yè)設計大綱要求，完成一般部分葛亭礦0.9Mt/a新井設計和專題部分煤與煤層氣共采的研究進展與面臨的問題，英譯漢中文字數(shù)3000以上。
院長簽字： 指導教師簽字：
摘 要
本設計包括三個部分：一般部分、專題部分和翻譯部分。
一般部分為葛亭礦0.9Mt/a新井設計。主采煤層為3號煤，平均傾角為7.6°，煤層平均總厚為6.39m。井田地質條件較為簡單。
井田工業(yè)儲量為108.7Mt，礦井可采儲量80.176Mt。礦井服務年限為51.39a，涌水量不大，礦井正常涌水量為200m3/h，最大涌水量為360m3/h。井田中各煤層瓦斯含量一般小于0.5cm3/g，屬低瓦斯礦井。各煤層均無煤塵爆炸危險。各煤層均屬不自燃發(fā)火煤層。
井田為雙立井單水平開拓。大巷采用膠帶運輸機運煤，輔助運輸采用礦車運輸。礦井通風方式為壓入式通風，中央風井回風。
礦井年工作日為330d，工作制度為“三八”制。
一般部分共包括10章：1.礦區(qū)概述及井田地質特征；2.井田境界和儲量；3.礦井工作制度及設計生產(chǎn)能力、服務年限；4.井田開拓；5.準備方式-帶區(qū)巷道布置；6.采煤方法；7.井下運輸；8.礦井提升；9.礦井通風與安全技術；10.礦井基本技術經(jīng)濟指標。
專題部分題目是《煤 與 煤 層 氣 共 采 的 研 究 進 展 與 面 臨 的 問 題》
翻譯部分主要內容為關于從水力壓裂資料反演地應力測定，英文題目為：In situ stress determination from inversion of hydraulic fracturing data .
.
ABSTRACT
This design includes of three parts: the general part, special subject part and translated part.
The designed productive capacity is0.9 million tons percent year.The three is the main coal seam, and its dip angle is 2 and 3 degree. The thickness of the mine is about 6.39 m in all. The mine Geology quality condition is simple by Comparison.
The proved reserves of the minefield are90.46 million tons.The recoverable reserves are 68.79 million tons., and the service life of the mine is 58.79 years. The normal flow of the mine is 27907m3 percent hour and the max flow of the mine is 515.5 m3 percent hour. The mineral well gas gushes less than 1.285cm3/g, for low gas mineral well.All the coal seam have the danger of explor, and burn by itself.
The mine farmland is a single level in an inclined well to expand. The mine farmland signs the single level of well to expand for the double.The mine lane adopts the tape conveyance luck coal, assistance conveyance adoption mineral car.The well ventilated way of the mineral well is well ventilated for drawer type.
The working system “three-eight” is used in the ChengJiao mine. It produced 330d/a.
This design includes ten chapters: 1.An outline of the mine field geology; 2.Boundary and the reserves of mine; 3.The service life and working system of mine; 4.development engineering of coalfield; 5.The layout of panels; 6. The method used in coal mining; 7. Transportation of the underground; 8.The lifting of the mine; 9. The ventilation and the safety operation of the mine; 10.The basic economic and technical norms.
The special subject parts of topics is 《Coal and coal gas extraction Progress and Problems》.
Translation part of main contentses is an topic with the name of In situ stress determination from inversion of hydraulic fracturing data .
目 錄
一般部分
1 礦區(qū)概述及井田地質特征 1
1.1礦區(qū)概述 1
1.1.1地理位置與交通 1
1.1.2地形地貌 1
1.1.3主要河流 1
1.2井田地質特征 2
1.2.1地質構造 2
1.2.2水文地質條件 3
1.2.3地溫 3
1.3煤層 4
1.3.1煤層埋藏條件 4
1.3.2煤質 5
1.3.3煤層頂?shù)装?9
1.3.4瓦斯、煤塵及煤的自燃等 9
2 井田境界和儲量 11
2.1井田境界 11
2.1.1井田范圍 11
2.1.2開采界限 11
2.1.3井田尺寸 11
2.2礦井工業(yè)儲量 12
2.2.1儲量計算基礎 12
2.2.2井田地質勘探 13
2.2.3工業(yè)儲量計算 13
2.3礦井可采儲量 15
2.3.1安全煤柱留設原則 15
2.3.2礦井永久保護煤柱損失量 15
2.3.3 礦井可采儲量 15
3 礦井工作制度、設計生產(chǎn)能力及服務年限 18
3.1礦井工作制度 18
3.2礦井設計生產(chǎn)能力及服務年限 18
3.2.1確定依據(jù) 18
3.2.2礦井設計生產(chǎn)能力 18
3.2.3礦井服務年限 18
3.2.4井型校核 18
4 井田開拓 20
4.1井田開拓的基本問題 20
4.1.1確定井筒形式、數(shù)目、位置及坐標 20
4.1.2工業(yè)場地的位置 22
4.1.3開采水平的確定及采帶區(qū)劃分 22
4.1.4主要開拓巷道 22
4.1.5方案比較 22
4.2礦井基本巷道 26
4.2.1井筒 26
4.2.2井底車場及硐室 29
4.2.3主要開拓巷道 31
5 準備方式—采區(qū)巷道布置 33
5.1 煤層地質特征 33
5.1.1采區(qū)位置 33
5.1.2采區(qū)煤層特征 33
5.1.3煤層頂?shù)装鍘r石構造情況 33
5.1.4水文地質 33
5.1.5地質構造 33
5.1.6地表情況 33
5.2采區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng) 33
5.2.1采區(qū)范圍及區(qū)段劃分 33
5.2.2采區(qū)內各種巷道的布置 33
5.2.3采區(qū)內工作面接替情況 33
5.2.4采區(qū)通風、運輸及其他系統(tǒng) 34
5.2.5采區(qū)內各種軌道的掘進方法 34
5.3采區(qū)生產(chǎn)能力及采出率 34
5.4采區(qū)車場及主要硐室 35
5.4.1采區(qū)車場選型 35
5.4.2采區(qū)主要硐室 36
6 采煤方法 38
6.1 采煤工藝方式 38
6.1.1 采煤方法的選擇 38
6.1.2 回采工作面長度的確定 38
6.1.3 工作面的推進方向和推進度 38
6.1.4 綜采工作面的設備選型及配套 38
6.1.5 各工藝過程注意事項 44
6.1.6 工作面端頭支護和超前支護 45
6.1.7循環(huán)圖表、勞動組織、主要技術經(jīng)濟指標 46
6.1.8 綜合機械化采煤過程中應注意事項 50
6.2回采巷道布置 51
6.2.1回采巷道布置方式 51
6.2.2回采巷道參數(shù) 51
7 井下運輸 52
7.1概述 52
7.1.1井下運輸?shù)脑紬l件和數(shù)據(jù) 52
7.1.2井下運輸系統(tǒng) 52
7.2礦井運輸系統(tǒng)和設備選擇 52
7.3輔助運輸方式和設備選擇 53
7.3.1選擇電機車 53
7.3.2設備選擇 53
8 礦井提升 55
8.1礦井提升概述 55
8.2主副井提升 55
8.2.1主井提升 55
8.2.2副井提升 56
9 礦井通風及安全 59
9.1礦井概況、開拓方式及開采方法 59
9.1.1礦井地質概況 59
9.1.2礦井通風系統(tǒng)的基本要求 59
9.1.3礦井通風方式的確定 59
9.1.4礦井通風方法的選擇 60
9.1.5采區(qū)通風系統(tǒng)的要求 61
9.1.6工作面通風方式的選擇 62
9.1.7回采工作面進回風巷道的布置 62
9.2礦井風量計算 63
9.2.1采煤工作面實際需風量 63
9.2.2掘進工作面需風量 64
9.2.3硐室需風量 65
9.2.4其它巷道需風量 65
9.2.6風量分配 65
9.2.7風量驗算 66
9.3礦井通風總阻力計算 67
9.3.1礦井通風總阻力計算原則 67
9.3.2確定礦井通風容易和困難時期 67
9.3.3礦井最大阻力路線 67
9.3.4礦井通風阻力計算 70
9.3.5礦井總風阻等積孔計算 72
9.4選擇礦井通風設備 73
9.4.1主要通風機選擇 73
9.4.2電動機選型 75
9.5安全災害的預防措施 76
9.5.1 瓦斯管理措施 76
9.5.2 煤塵的防治 76
9.5.3 預防井下火災的措施 76
9.5.4 防水措施 77
10 設計礦井基本技術經(jīng)濟指標 78
參 考 文 獻 79
專題部分
沿空留巷技術研究 81
1 問題的提出 81
2 國內外沿空留巷現(xiàn)狀 81
2.1國外現(xiàn)狀 81
2.2我國現(xiàn)狀 82
2.2.1無煤柱開采意義 83
2.2.2無煤柱采礦經(jīng)歷 83
2.2.3存在問題 84
3 沿空留巷頂板結構分析 85
3.1采場基本頂側向結構分析 85
3.1.1采場側向頂板結構的基本特征 85
3.1.2采場側向頂板結構穩(wěn)定性分析 86
3.2沿空留巷支護結構分析 87
3.2.1沿空留巷支護結構的概念及特征 87
3.2.2沿空留巷支護結構穩(wěn)定性的關鍵因素分析 88
3.3 沿空留巷典型條件頂板結構實例分析 89
3.3.1 淮南礦業(yè)集團顧橋煤礦1115（1）工作面 90
3.3.2 皖北煤電集團臥龍湖煤礦103工作面 90
3.3.3 沿空留巷頂板結構實例分析 91
4 沿空留巷適用條件 92
4.1 沿空留巷變形分析 94
4.2 巷旁充填體變形量預計 97
4.3 采空區(qū)充填支護技術 99
4.3.1巷旁充填技術 99
4.3.2條帶充填技術 104
5 結論 104
翻譯部分
英文原文 107
中文譯文 115
致 謝 123
一
般
部
分
1 礦區(qū)概述及井田地質特征
1.1礦區(qū)概述
1.1.1地理位置與交通
葛亭煤礦中心距濟寧市14km，105國道(北京-珠海)從本礦井東1.97 km處通過，327國道(一級公路)從礦區(qū)南部橫貫東西，兗州、濟寧、鄒城的公路已成環(huán)形，并與104國道相連，公路運輸極為便利。
淄博礦業(yè)集團有限責任公司葛亭煤礦位于濟寧煤田西北部，行政區(qū)劃屬濟寧市任城區(qū)二十里鋪鎮(zhèn)及長溝鎮(zhèn)管轄?！蹲筒┑V業(yè)集團有限責任公司葛亭煤礦采礦許可證》(證號為3700000420299)批準的礦井范圍，共由14個拐點圈定，極值地理坐標為東經(jīng)116°28′30"～116°32′30"，北緯35°29′30"～35°32′30"，南北長4～4.5km，東西寬4～6km，面積為20.8863km2，開采上、下限標高-200～-900m。
1.1.2地形地貌
本井田內為沖積、湖積平原，地形平坦，地勢呈東北略高，西南稍低，地面標高為+37.04～+41.28m，平均高程為+38.00m，自然地形坡度為0.7‰。
葛亭煤礦主、副井口標高均為+40.00m。工業(yè)廣場地坪標高+39.5m。
1.1.3主要河流
井田內河流稀少，水系不甚發(fā)育，僅有農(nóng)灌排澇的溝渠。礦井以西有京杭大運河，汛期有記錄的最高洪水位標高為+36.67m，最大流量為626m3／s（1964年9月6日），枯水季節(jié)河水減少甚至斷流。京杭大運河在該礦井西南4km處向南注入南陽湖。南陽湖有歷史最高湖水位標高為+36.86m（1957年7月15日）。礦井井口標高為+40m，高于區(qū)內地表水體歷史最高洪水位。本礦130、230采區(qū)回采后形成了地面塌陷積水區(qū)。130采區(qū)地表形成一較大區(qū)域積水區(qū)，面積323268m2，平均水深1.5m，積水量484902m3。230采區(qū)地表形成四片較小區(qū)域積水區(qū)，總面積189467m2，平均水深1.0m，積水量189467m3。
圖1.1 葛亭礦交通位置圖
1.2井田地質特征
1.2.1地質構造
本礦井位于濟寧煤田(東區(qū))北部。構造發(fā)育受東西向及南北向區(qū)域構造控制。早期主要為北東～北東東向褶曲，因受南北向斷層影響，發(fā)生扭曲，被改造為北東東～東西向褶曲,形態(tài)已不完整。晚期主要表現(xiàn)為南北向褶曲。全礦井明顯表現(xiàn)為一近南北向的向斜褶曲，褶曲翼部傾角較陡,軸部較緩,因受南北向、近東西向及北東向三組斷層的切割，被分解為幾個地塊,形態(tài)不完整。區(qū)內斷裂構造主要發(fā)育近南北向斷層，由于受南北兩側東西向構造帶的控制，亦有東西向斷層；另外，北西向斷層數(shù)量較少，落差小，延展短。
（一）褶曲
礦井整體上為一構造盆地 ，四周高、中間低，由于斷層切割，形態(tài)已不完整。地層傾角西部較緩，一般為4～15°；東部較陡，大多10°以上，局部地段大于30°。該區(qū)由于受多期構造運動的影響，形成了一系列的不同級別、不同方向的褶曲。主要褶曲為南張向斜、東部的N6-9向斜及西部的S8-1向斜、黨莊向斜、崔莊向斜；其次有錢海向斜、錢海西向斜及魏堂東南背斜、錢海西背斜。
（二）斷層
本礦井地質報告在原建井地質報告基礎上，經(jīng)生產(chǎn)補充勘探資料分析和井下工程驗證，井田內共揭露落差大于10m的斷層87條，其中，落差大于等于100m斷層12條，大于等于50m小于100m的斷層15條，大于等于30m小于50m的斷層19條，大于等于10m小于30m的斷層41條；落差小于10ｍ的斷層共349條，其中，建井、生產(chǎn)期間3煤層開拓、開采巷道揭露129條，16煤層開拓、開采巷道揭露163條。延深區(qū)（東、西塊段）三維地震勘探發(fā)現(xiàn)57條。
本礦井位于濟寧煤田(東區(qū))北部，區(qū)域性大斷裂對礦井內的斷層起著明顯的控制作用，礦井內斷層不論是在方向上還是在形成時間、形成次序上均與區(qū)域斷裂一致，具有區(qū)域斷裂的特點。本礦井斷層分為近南北向、北東向、東西向和北西向四組。
1.2.2水文地質條件
區(qū)域內地表水系發(fā)育，南四湖大部分在區(qū)內，泗河、白馬河自東北向西南流入南陽湖。第四系屬沖積、洪積地層，全區(qū)第四系厚度變化較大，從0～338.76m，大范圍內東北薄、西南厚。第四系按其富水性、沉積物特征的不同可分為上、中、下三組。區(qū)域范圍內奧陶系石灰?guī)r具有裸露型、覆蓋型、埋藏型，形成了不同的補給、逕流、排泄區(qū)。
奧灰埋藏區(qū)分布于兗州煤田、濟寧煤田，其特點是深埋于石炭二迭系之下，不具備接受大氣降水、地表水、第四系孔隙水補給條件。兗州煤田之下絕大部分屬Ⅱ級（單位涌水量0.1～1.0L/s.m）富水性含水層區(qū)，局部為Ⅲ級（單位涌水量1.0～10.0L/s.m）強～極強富水性含水層區(qū)。濟寧煤田之下大部分是Ⅰ級（單位涌水量<0.1L/s.m）弱富水性含水層區(qū)，濟寧三號煤礦南部、許廠煤礦為Ⅱ級中等富水性含水層區(qū)，岱莊煤礦北部為Ⅲ級強富水性含水層區(qū)。
葛亭煤礦位于區(qū)域水文地質單元的西北部，奧灰屬Ⅱ級中等富水性含水層區(qū)。從2002年到2010年，整個礦井的涌水量最大為515.5 m3/h，最小為43.9 m3/h。
1.2.3地溫
本礦井地溫測量18個孔，其中近似穩(wěn)態(tài)測溫2個孔。據(jù)資料分析，本區(qū)屬地溫正常區(qū)。在生產(chǎn)過程中至今未發(fā)生地溫異?，F(xiàn)象。
1、恒溫點的確定
本礦區(qū)未做專門恒溫點(帶)的確定工作，根據(jù)鄰近的唐口井田2個長期地溫觀測孔，結合區(qū)域構造情況和本礦井已有測溫資料,綜合分析確定本礦井恒溫帶深度60m、溫度16.5℃。
2、資料應用原則
利用近似穩(wěn)態(tài)測溫孔資料作出的“井液靜止時間與井溫恢復關系曲線”進行簡易測溫資料校正。根據(jù)校正后的地溫資料計算目的層的溫度值，同時參考簡易測溫數(shù)據(jù)進行有效的分析研究。
近似穩(wěn)態(tài)測溫資料不進行校正，成果直接利用。
3、垂向地溫變化
本礦井平均地溫梯度1.49℃/100m。非煤系地層平均地溫梯度為1.47℃/100m，煤系地層平均地溫梯度1.53℃/100m。煤系地層的平均地溫梯度高于非煤系地層平均地溫梯度，這是因為煤系地層巖性比較復雜，熱導率的“各向異性”比較明顯，致使煤系地層總的熱導率低。
4、平面地溫變化
3、16煤層均有隨深度增加溫度增大的趨勢，表現(xiàn)在向斜軸部高，兩翼低，總體上為中南部地溫高，向北變低。
綜上所述，本礦井平均地溫梯度為1.49℃/100m，屬地溫正常區(qū)。3、16、17煤層均處于無高溫熱害區(qū)。
1.3煤層
1.3.1煤層埋藏條件
煤層走向為東西走向，北高南低，走向長度為4km，傾向長度3km，平均傾角為5，其中中部及下部煤層更加平緩，傾角一般為4度，上煤層傾角較大，有11度左右。
本礦井含煤地層為下二疊統(tǒng)山西組、石炭系上統(tǒng)太原組和中統(tǒng)本溪組。其中本溪組僅局部賦存薄煤層，無經(jīng)濟可采價值，故不詳述。山西組和太原組為主要含煤地層，松散層平均厚244.63m。共含煤層27層,平均總厚12.95m，含煤系數(shù)為5.6％，可采煤層3、16、17，平均總厚8.50m；其中以3煤層最厚，最大厚度9.61m，全區(qū)平均6.39m，占可采煤層總厚的75％，是本礦井的主采煤層。
本礦井下二疊統(tǒng)山西組含煤5層，即1、2(2上、2下)、3上、3煤層。太原組含煤22層,即4、5、6、7、8上、8下、9、10上、10中、10下、11、12上、12中、12下、14、15上、15下、16、17、18上、18中、18下煤層。其中3、16、17煤層全區(qū)大部分可采，按煤層在含煤地層中的位置，可采煤層分成上、下兩組。上組煤為3煤層，下組煤為16、17煤層。各煤層的厚度、結構、穩(wěn)定性及間距變化情況見可采煤層控制情況一覽表(表1.3.1)表(表1.3.2)5上煤層在區(qū)內有部分可采點，但分布面積較小，均不足其賦存面積的1/3，故作為不可采煤層，不參加資源儲量估算。
表1.3.1煤層控制情況一覽表
煤層
名稱
穿過鉆孔個數(shù)
可采點
不可
采點
斷缺
斷薄
天然焦
吞蝕點
斷層煤
風化
可采性
指數(shù)
參與評價點數(shù)
可采
不可采
3
70
41
8
5
4
5
1
6
0.87
53
16
75
55
11
6
1
2
0.90
61
17
77
54
3
12
3
3
1
1
0.86
63
表1.3.2煤層特征一覽表
煤層
名稱
煤 層
夾 石
全區(qū)厚度(m)
最小～最大
平均(點數(shù))
結構
穩(wěn)定性
煤厚變異系數(shù)（%）
可采性指數(shù)
間距(m)
最小～最大
平均(點數(shù))
層數(shù)
主要巖性
3
0．57～9.61
6.39(51)
簡單
較穩(wěn)定
26.04
0.87
110.70～189.10
156.84(23)
0-2
泥 巖
粉砂巖
16
0.00～3.14
1.20(61)
簡單
較穩(wěn)定
28.86
0.90
0-2
炭質細
砂 巖
粉砂巖
6.53～13.32
10.29(56)
17
0.00～1.51
0.99(60)
簡單
穩(wěn)定～
較穩(wěn)定
14.16
0.86
0-1
泥 巖
炭質泥巖
本礦井含可采煤層共3層，現(xiàn)分述如下：
1、3煤層
為礦井主要可采煤層，位于山西組中下部，上距2煤層9.83～40.60m,平均22.18m，下距太原組海相泥巖4.17～22.06m,平均11.43m；下距16煤層110.70～189.10m,平均156.84m；煤層厚度0.57～9.61m,平均6.39m；可采性指數(shù)0.87, 煤厚變異系數(shù)26.04%，屬較穩(wěn)定煤層。煤層中一般不含夾石,個別孔中見1～2層夾石, 巖性為泥巖或粉砂巖,煤層結構簡單。8線以北因受巖漿巖侵入，變成天然焦，變薄或吞蝕，天然焦可采面積1.46km2，平均1.53m。頂板主要為粉砂巖、泥巖,少數(shù)為中、細砂巖,底板主要為泥巖,粉砂巖,少數(shù)為粉、細砂巖互層。
2、16煤層
位于太原組下部，十下灰為其直接頂板,下距17煤層6.53～13.32m,平均10.29m；煤層厚度0.00～3.14m，平均1.20m，可采性指數(shù)0.90, 煤厚變異系數(shù)28.86%，屬較穩(wěn)定煤層。一般含一層夾石，少數(shù)含2層夾石，夾石巖性多為炭質砂巖，炭質粉砂巖，少數(shù)為泥巖，煤層結構簡單。F7斷層以東被巖漿巖侵入，變?yōu)樘烊唤够蛲涛g，可采范圍內平均厚度1.24m，可采面積約14.84km2。頂板主要為石灰?guī)r，偶有泥巖、炭質泥巖偽頂，底板主要為泥巖，粉砂巖，少數(shù)為細砂巖。
3、17煤層
位于太原組下部，距太原組底界8.63～18.20m，平均13.15m。煤層厚度0.00～1.51m，平均0.99m，可采性指數(shù)0.86, 煤厚變異系數(shù)14.16%，屬穩(wěn)定～較穩(wěn)定煤層。部分含一層夾石，夾石多為泥巖、炭質泥巖，少數(shù)為粉砂巖，煤層結構簡單。礦井北部N10-1、N10-2、N9-6三孔受斷層影響，造成局部不可采，F(xiàn)7斷層以東被巖漿巖侵入，變?yōu)樘烊唤够蛲涛g，可采面積約13.91km2，可采范圍內平均厚度1.00m。頂板主要為石灰?guī)r、泥巖、粉砂巖，底板主要為泥巖。
1.3.2煤質
一、煤的物理性質和煤巖特征
1、煤的物理性質
本礦井各可采煤層均為黑色、黑褐、褐黑條痕色的軟～中等堅硬煤層。煤的硬度(堅固性系數(shù))平均0.87，山西組煤層硬于太原組煤層，煤的最大硬度達1.40(3煤層)，天然焦硬度1.53，各煤層主要物性特征見表1.3.3。
2、宏觀煤巖特征
3、16煤層宏觀煤巖組分多以亮煤、暗煤為主，夾少量鏡煤條帶及絲炭；17煤層以亮煤為主,次為暗煤,夾少量鏡煤、絲炭條帶。山西組煤絲炭含量比太原組煤多，以線理狀分布于煤層中。煤巖類型以半亮型煤為主, 次為半暗型煤。中～寬條帶狀結構。
4、顯微煤巖特征
各煤層顯微煤巖組分及鏡煤反射率見表1.3.4在有微煤巖組分中，凝膠化組分平均占69%,山西組煤層凝膠化組分含量低于太原組煤層；絲炭化組分則相反；穩(wěn)定組分山西組煤層略高于太原組煤層，各煤層都不同程度地含有少量腐泥基質條帶。無機組分以粘土礦物為主，粘土類山西組煤層高于太原組煤層，占總量的51～85%，其次為碳酸鹽、氧化物和硫化物。本礦井鏡煤最大反射率變化在0.615～3.775％區(qū)間,各煤層變質程度屬Ⅱ～Ⅸ階段的低～高變質煤,但均以Ⅱ階段的氣煤、氣肥煤為主。由于巖漿的侵入,使局部煤層煤由低變質階段煙煤變質為中、高變質階段的焦煤、貧煤、無煙煤,甚至天然焦。
表1.3.3 各煤層主要物性特征表
項目
煤層
光澤
硬 度
真密度
視密度
斷口
裂隙
3
玻璃
油脂
0.81～1.40
1.01(9)
1.42～1.66
1.47(17)
1.30～1.53
1.38（23)
階梯狀
參差狀
較發(fā)育
16
玻璃
瀝青
0.28～0.83
0.66(4)
1.38～1.49
1.43(8)
1.28～1.42
1.36（14)
階梯狀
參差狀
發(fā) 育
17
玻璃
油脂
0.48～0.86
0.67(2)
1.37～1.54
1.44(8)
1.26～1.43
1.34（16)
階梯狀
參差狀
發(fā) 育
二、煤的化學性質
1、煤的工業(yè)分析指標及其變化規(guī)律(見表1.3.5-1.3.6)
（1）灰分：各煤層原煤灰分平均值均屬低中灰，3煤層變化于低中灰～中灰之間；16、17煤層變化于低灰～中灰之間，原煤灰分的變化范圍7.13～27.84%。3、16、17煤層均以低中灰為主，3煤層北部天然焦區(qū)為中灰、中高灰；16煤層在北部及西北部有中灰零星分布；17煤層東北部及N5-3、N6-1孔周圍為中灰；16、17煤層有特低灰零星分布。-1.4密度級浮煤灰分3煤層為低灰，16、17煤層為特低灰，變化范圍2.14～14.90%，浮煤回收率變化在50～77%之間。用洗選的方法脫除煤中礦物雜質，以降低灰分的效果較明顯。
表1.3.4各煤層顯微煤巖組分及鏡煤反射率表
煤層
項目(％)
3
16
17
鏡 質 組
50.4
72.4
75.4
半鏡質組
12.9
2.2
3.1
絲 質 組
3.2
1.7
2.4
半絲質組
15.3
5.4
7.3
穩(wěn) 定 組
8.2
7.0
4.4
腐 泥 組
0.17
0.08
0.53
無機總量
9.5
10.0
6.7
粘 土 類
8.1
5.8
3.4
碳酸鹽類
0.9
1.0
0.6
氧化物類
0.1
0.8
0.9
硫化物類
0.4
3.4
1.8
反射率R0max
1.084
0.751
0.736
（2）揮發(fā)分：各煤層浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率(Vdaf)平均值均大于35%,為高揮發(fā)分煤。山西組煤層的浮煤揮發(fā)分產(chǎn)率比太原組煤層相對低4.86%。太原組煤層煤化程度相對山西組煤層略高。
（3）發(fā)熱量：山西組煤層原煤分析基彈筒發(fā)熱量平均為27.71MJ/kg,變化于22.26～29.64MJ/kg之間,太原組煤層平均值均大于28.18MJ/kg；恒容干基低位發(fā)熱量為22.46～30.76MJ/kg，各煤層均屬中高熱值～特高熱值煤，發(fā)熱量高低與灰分值呈反比關系。
（4）硫分：3煤層原煤硫分均小于1.0％,為特低～低硫煤，且以硫化物硫為主,次為有機硫。西北部硫分偏低，為特低硫，東南部、南部大面積為低硫。16、17煤層硫分變化于中高硫～高硫之間，平均為高硫煤。太原組煤層原煤硫分以硫化物硫為主，次為有機硫；而浮煤硫分則以有機硫為主，次為硫化物硫。本區(qū)太原組煤層有機硫含量相對較高，由于有機硫的增大，給煤的洗選帶來較大困難。硫化物硫在洗選過程中有較好的脫硫效果。各煤層的全硫、硫化物硫，有機硫脫硫系數(shù)（見表1.3.7）
2、煤的元素分析
（1）元素組分：本礦井各煤層受巖漿巖影響均出現(xiàn)不同變質階段的煤,未受巖漿巖影響的煤,其元素組成差別不大。其特點是碳含量高,在82.01～85.18%之間，平均82.95%；氫含量在4.89～5.91%之間，平均5.47%；氮含量在1.13～1.72%之間；氧含量在9.01～11.32%之間。受巖漿巖體影響的煤層，煤的元素組成差別較大，煤的變質程度越高，碳含量越高，氫含量越低，氮含量變化不明顯，氧含量也明顯降低。太原組煤層元素硫含量高于山西組。
表1.3.5 穩(wěn)定煤層主要煤質指標一覽表
煤 層
項目
3
16
17
水分
Mad
(%)
原煤
1.13～3.27
2.43(26)
0.74～3.20
1.92(24)
1.28～3.92
2.05(22)
浮煤
0.72～3.20
2.35(26)
0.82～3.12
1.93(23)
1.26～3.13
2.05(22)
灰分
Ad
(%)
原煤
12.03～20.26
14.02(24)
9.83～27.84
17.17(24)
7.13～27.83
14.92(22)
浮煤
5.66～14.90
7.01(26)
2.64～7.83
4.91(23)
2.14～6.44
3.45(22)
揮發(fā)分
Vdaf
(%)
原煤
8.55～39.51
34.03(26)
9.39～45.48
39.75(24)
9.71～47.54
41.18(22)
浮煤
6.50～40.60
35.76(26)
8.44～45.91
40.11(24)
6.47～47.11
41.17(22)
全硫
St,d
(%)
原煤
0.19～0.82
0.56(26)
2.23～7.32
4.77(24)
2.45～5.86
4.13(21)
浮煤
0.32～0.58
0.45(23)
1.75～2.64
2.38(21)
1.87～2.71
2.24(21)
磷
Pd
(%)
原煤
0.003～0.035
0.019(17)
0.001～0.014
0.005(14)
0.004～0.033
0.017(12)
浮煤
0.003～0.022
0.014(14)
0.001～0.009
0.003(13)
0.002～0.015
0.007(13)
發(fā)熱量
Qb,ad
(MJ/kg)
原煤
22.26～29.64
27.71(26)
24.41～31.55
28.18(21)
23.63～31.74
28.77(21)
浮煤
30.11～31.58
30.93(8)
31.41～32.21
31.85(6)
31.72～34.16
33.22(8)
（2）其它有害元素：3 、17煤層原煤屬特低～低磷煤，平均為低磷，16煤層為特低磷。經(jīng)1.4比重液洗選，3煤層為低磷，16、17煤層為特低磷，脫磷系數(shù)（見表1.3.8）氯在各煤層中的最高含量為0.08％，作為煉焦或鍋爐燃燒用煤不會腐蝕鍋爐及爐壁。砷在各煤層中的最高含量為7μg/g，不超過釀造和食品工業(yè)小于8μg/g的要求。銅、鉛、鋅的最高含量分別為315、380、1018μg/g，均符合工業(yè)用煤要求。
表1.3.6 穩(wěn)定煤層主要煤質指標一覽表(續(xù))
煤 層
項目
3
16
17
元
素
分
析
(%)
Cdaf
浮煤
82.36～91.98
84.33(22)
82.01～87.95
83.75(18)
82.29～90.75
83.67(12)
Hdaf
浮煤
2.80～5.78
5.09(22)
4.41～5.91
5.42(18)
4.39～5.74
5.48(12)
Ndaf
浮煤
1.54～1.78
1.60(19)
1.38～1.60
1.44(18)
1.13～1.72
1.44(12)
焦油產(chǎn)率
Tar,d(％)
6.0～15.0
11.9(18)
11.9～16.6
14.3(17)
11.8～18.2
15.4(16)
灰熔融性
ST(℃)
1360～>1400
>1380(11)
1120～1260
1170(10)
1100～1400
1190(10)
粘結指數(shù)
GR.I
0～82
65(26)
0～100
83(24)
0～101
87(22)
膠質層厚度
Y(mm)
0.0～15.5
12.3(25)
0.0～30.5
22.9(24)
0.0～34.0
24.1(22)
煤 類
QM45(20)
QM44(1)
QM43(1)
1/3JM35(1)
RN22(1)
WY02(1)
WY03(1)
QF46(13)
QM45(7)
1/3JM35(1)
RN32(1)
PM11(1)
WY03(1)
QF46(14)
QM45(6)
PM11(1)
WY02(1)
表1.3.7 脫硫系數(shù)一覽表
煤層
脫硫系數(shù)
3
16
17
全 硫(St,d)
0.19
0.50
0.46
硫化物硫(Sp,d)
0.59
0.84
0.77
有 機 硫(So,d)
-0.26
-0.14
-0.26
表1.3.8 脫磷系數(shù)一覽表
煤 層
3
16
17
脫 磷 系 數(shù)
0.30
0.40
0.59
3、煤的灰成分及其特征
3煤層的灰成分主要以酸性的二氧化硅、三氧化二鋁為主，這兩種成分占煤灰的76％以上，16煤層的灰成分也以酸性的二氧化硅、三氧化二鋁為主，其次為堿性的三氧化二鐵、氧化鈣、氧化鎂等成分。17煤層酸性、堿性成分相差不大。山西組煤層的灰熔融性(ST)均大于1250℃,為高熔～難熔灰分；太原組煤層灰熔融性(ST)平均值小于1250℃,為以低熔為主的低～高熔灰分。根據(jù)煤灰成分計算，結污指數(shù)各煤層均低，結渣指數(shù)山西組煤層低，太原組煤層嚴重。
三、煤的風化和氧化
本礦井東部、西部及北部各煤層均在第四系底界下出現(xiàn)隱伏露頭，對沿煤層露頭線附近的取煤點，均詳細鑒定了宏觀煤巖特征及物性特征，并增測了確定煤的風氧化帶的指標。根據(jù)揮發(fā)分產(chǎn)率、粘結性、發(fā)熱量、碳、氧、氧化程度、硫化物硫、腐植酸、焦油產(chǎn)率、灰分、真密度等指標綜合分析確定風氧化帶。根據(jù)煤層露頭附近的T03－3、N5－4、N5－10、N5－12、N6－2、N7－8、N8－3、N8－10、N9－1、N10－4、N11－1、N12－1等孔的巖石物理特征的鑒定,基巖風氧化帶深度為4.60～25.10m，平均11.64m。
四、煤的工業(yè)用途評價
根據(jù)本礦井上述煤質特征，對煤的工業(yè)用途如下：
1、煉焦用煤2、動力燃料用煤3、氣化、液化用煤
1.3.3煤層頂?shù)装?
3煤層頂板主要為粉砂巖、泥巖,少數(shù)為中、細砂巖,底板主要為泥巖,粉砂巖,少數(shù)為粉、細砂巖互層。16煤層頂板主要為石灰?guī)r，偶有泥巖、炭質泥巖偽頂，底板主要為泥巖，粉砂巖，少數(shù)為細砂巖。17煤層頂板主要為石灰?guī)r、泥巖、粉砂巖，底板主要為泥巖。
1.3.4瓦斯、煤塵及煤的自燃等
本礦各煤層瓦斯含量低，瓦斯(甲烷)含量和成分最高為1.285cm3/g。屬于低瓦斯礦井。根據(jù)精查階段鉆孔取樣分析，各煤層的煤塵爆炸性試驗結果表明，煤塵爆炸指數(shù)變化在38～45%之間，各煤層均有煤塵爆炸危險性。3、16煤層均為自燃煤層，自燃傾向等級均為Ⅱ類；3煤層自燃發(fā)火31～91天，最短發(fā)火期31天，16煤層自燃發(fā)火47～111天，最短發(fā)火期47天。
2 井田境界和儲量
2.1井田境界
2.1.1井田范圍
在煤田劃分為井田時，要保證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開發(fā)。煤田范圍劃分為井田的原則有：
1）井田范圍內的儲量，煤層賦存情況及開采條件要與礦井生產(chǎn)能力相適應；
2）保證井田有合理尺寸；
3）充分利用自然條件進行劃分，如地質構造（斷層）等；
4）合理規(guī)劃礦井開采范圍，處理好相鄰礦井間的關系。
淄博礦業(yè)集團有限責任公司葛亭煤礦位于濟寧煤田西北部，行政區(qū)劃屬濟寧市任城區(qū)二十里鋪鎮(zhèn)及長溝鎮(zhèn)管轄。《淄博礦業(yè)集團有限責任公司葛亭煤礦采礦許可證》(證號為3700000420299)批準的礦井范圍，共由14個拐點圈定，極值地理坐標為東經(jīng)116°28′30"～116°32′30"，北緯35°29′30"～35°32′30"，南北長1.5～3.5km，東西寬2.5～4.5km，面積為9.682km2，開采上、下限標高-310～-710m。采礦許可證有效期限10年,自2004年9月至2014年9月。
2.1.2開采界限
本礦井含煤地層為下二疊統(tǒng)山西組、石炭系上統(tǒng)太原組和中統(tǒng)本溪組。其中本溪組僅局部賦存薄煤層，無經(jīng)濟可采價值，故不詳述。山西組和太原組為主要含煤地層，平均總厚244.63m。共含煤層27層,平均總厚12.95m，含煤系數(shù)為5.6％，可采煤層3、16、17，平均總厚8.50m；其中以3煤層最厚，最大厚度9.61m，全區(qū)平均6.39m，占可采煤層總厚的75％，是本礦井的主采煤層。
下部邊界：人為劃分的下部井田邊界。
2.1.3井田尺寸
井田走向長度最小0.1km，最大4.3km，平均長約2.3km；傾向平均長約2.31km，本次儲量計算是在精查地質報告提供的1：5000煤層底板等高線圖上計算的，儲量計算可靠，井田水平面積9.719km2。
圖2.1葛亭井田煤層賦存狀況示意圖
2.2礦井工業(yè)儲量
2.2.1儲量計算基礎
1.根據(jù)葛亭井田地質勘探報告提供的煤層儲量計算圖計算；
2.依據(jù)《煤炭資源地質勘探規(guī)范》關于化工、動力用煤的標準：計算能利用儲量的煤層最低可采厚度為0.7m，天然焦最低可采厚度仍延用建井報告的標準，即椐本礦井開采技術條件，天然焦最低可采厚度為1.5m，不直接與巖漿巖接觸的天然焦最低可采厚度定為1m；原煤灰分小于40%。
3.依據(jù)國務院過函（1998）5號文《關于酸雨控制區(qū)及二氧化硫污染控制區(qū)有關問題的批復》內容要求：禁止新建煤層含硫份大于3%的礦井。硫份大于3%的煤層儲量列入平衡表外的儲量；
4. 凡夾石厚度≥0.05m者予以剔除；夾石厚度＜0.05m者，煤和夾石合并計算厚度。
夾石厚度≤0.7m，且上、下煤分層厚度大于夾石厚度時，則上、下煤分層合并計算儲量。若上、下煤分層中有小于夾石厚度者，則將此煤分層剔除。
凡夾石厚度＞0.7m，且上、下煤分層厚度均可采，一般作為獨立煤層，只采用厚度較大的分層參加估算；
5. 區(qū)內各可采煤層煤質較穩(wěn)定，生產(chǎn)過程中未再進行視密度的測定，本次用2007年核實報告中的視密度值（見表2.1.1）。
表2.1.1 穩(wěn)定煤層視密度一覽表
煤層名稱
3
16
17
備注
視密度（g/cm3）
氣煤1.38
氣肥煤1.36
肥煤1.34
6.煤層容重：3號煤層容重為1.47/m3，16層容重為1.43/m3，17容重為1.44/m3
2.2.2井田地質勘探
全礦井共獲得A+B+C+D級煤炭儲量10588.3萬t，另有天然焦573.9萬t。該報告已分別于1997年9月和1997年12月經(jīng)中國煤田地質總局和山東省礦產(chǎn)資源委員會審查批準。礦井內各勘探階段鉆探工程量詳見表2.2.1。
表2.2.1 礦井內各勘探階段鉆探工程量表
勘探階段
合 計
找 煤
普 查
精 查
鉆孔個數(shù)
80
6
5
11
58
施工時間
1965～1967
1983～1984
1987～1988
1988～1997
工程量(m)
44460.77
3245.01
2124.97
6757.50
32333.29
2.2.3工業(yè)儲量計算
（1）、礦井地質資源量
Z=A××
礦井地質資源量=井田傾斜面積×平均厚度×容重
塊段劃分如圖2-2所示：
水平投影面積（㎡）
煤層傾角（° ）
平均煤層厚度（m）
A1=1254668
3.7
8.40
A2=759887
8.9
1.26
A3=1534599
4.2
7.65
A4=650648
11.1
8.13
A5=2620202
11.0
5.21
A6=2714888
6.9
7.22
圖2-2
礦井地質資源量：
Z1=A1 / cos3.7 ×8.40×1.47=1552.5000 萬t
Z2=A2 / cos8.9 ×1.26×1.47=142.4615萬t
Z3=A3/ cos4.2 ×7.65×1.47=1730.3803萬t
Z4=A4 / cos11.1 ×8.13×1.47=792.4200萬t
Z5=A5 / cos18.0 ×5.21×1.47=2110.0051萬t
Z6=A6 / cos6.9 ×7.22×1.47=2902.4406萬t
Zz=Z1+Z2+Z3+Z4+Z5+Z6=9230.2075萬t
（2）、礦井工業(yè)儲量
根據(jù)鉆孔布置，在礦井的地質資源量中，探明的資源量（60%），控制的資源量（30%），推斷的資源量（10%）。
根據(jù)煤層厚度和煤質，在探明和控制的資源量中，70%的是經(jīng)濟的基礎儲量，30%的是邊際經(jīng)濟的基礎儲量，則礦井工業(yè)資源／儲量計算如下：
礦井工業(yè)儲量可用下式計算：
Z111b=9230.2075×60%×70%=3876.687（萬t）
Z122b=9230.2075×30%×70%=1938.344（萬t）
Z2M11=9230.2075×60%×30%=1661.437（萬t）
Z2M22=9230.2075×30%×30%=830.719（萬t）
——可信度系數(shù)，取0.7～0.9。地質構造簡單、煤層賦存穩(wěn)定的礦井，值取0.8；地質構造復雜、煤層賦存不穩(wěn)定的礦井，取0.7。該式取0.9。
Z333k=9230.2075*10%*0.8=738.417（萬t）
因此： Zg= Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333k
=9045.604（萬t）
2.3礦井可采儲量
2.3.1安全煤柱留設原則
1.工業(yè)場地、井筒留設保護煤柱，對較大的村莊留設保護煤柱，對零星分布的村莊不留設保護煤柱，本井田內地表沒有村莊。
2.各類保護煤柱按垂直斷面法或垂線法確定。用巖層移動角確定工業(yè)場地、村莊煤柱。巖層移動角為70°，表土層移動角為41°；
3.維護帶寬度：風井場地20m，其他15m；
4.斷層煤柱寬度30m，井田境界煤柱寬度為20m；
5.工業(yè)場地占地面積，根據(jù)《煤礦設計規(guī)范中若干條文件修改決定的說明》中第十五條，工業(yè)場地占地面積指標見表2.1。
表2.2.1 工業(yè)場地占地面積指標
井 型（萬t/a）
占地面積指標（公頃/10萬t）
240及以上
1.0
120-180
1.2
45-90
1.5
9-30
1.8
以指標規(guī)定城郊礦工業(yè)場地計算為：
占地面積指標?。?.5公頃/10萬t
面積計算：90萬t × 1.5公頃/10萬t = 13.5公頃
2.3.2礦井永久保護煤柱損失量
表2.2.2 保護煤柱損失量
煤 柱 類 型
儲 量（萬t）
井田邊界保護煤柱
489.2
斷層保護煤柱
182.81
工業(yè)廣場保護煤柱
485.67
井筒保護煤柱
0
合 計
848.48
2.3.3 礦井可采儲量
礦井設計資源/儲量，按礦井工業(yè)儲量的3%估算，則有：
ZS=Zg-Zg×3%=9045.604-9045.604×3%=8774.236（萬t）
礦井設計可采儲量，P2按礦井設計資源/儲量的2%估算，則：
Zk =（Zs－P2）×C =（8774.236-8774.236×2%)×80%=6879.001（萬t）
（1）井田邊界保護煤柱
根據(jù)葛亭礦井田實際情況，其井田邊界保護煤柱寬度取30 m，用下式計算井田邊界保護煤柱損失。
=×××／cosα×0.0001
式中：——井田邊界煤柱寬度，m；
——井田邊界煤柱長度，m；
——煤層厚度，m；
——煤層容重，t/m3；
α——煤層平均傾角；
—— 井田邊界保護煤柱損失，萬t。
已知=30 m，=13866 m，=1.47 t/m3，=8.0m，α=10°，因此代入可得：
=30138668.01.47／cos10°×0.0001=489.2（萬t）
（2）斷層保護煤柱
斷層兩側各留20 m保護煤柱，則其煤柱損失可由下式求得：
Pf =L×××20 /cosα×0.0001
式中：——斷層煤柱損失，萬t；
L ——斷層長度，m；
——斷層附近煤層厚度，m；
——煤層容重，t/m3。
已知L=5000m，=1.47 t/m3，m=6.0 m，α=10°，代入可得：
5000×1.47×6.0×20/cos10°×0.0001=89.6（萬t）
（3）工業(yè)廣場的占地面積，根據(jù)《煤礦設計規(guī)范中若干條文件修改決定的說明》中第十五條，工業(yè)場地占地面積指標見表2-1。
表2-1工業(yè)廣場占地面積指標表
井型（Mt/a）
占地面積指標（ha/0.1Mt）
2.4及以上
1.0
1.2-1.8
1.2
0.45-0.9
1.5
0.09-0.3
1.8
礦井井型設計為0.9Mt/a，因此由表2-1可以確定本設計礦井的工業(yè)廣場為9公頃=13.5104m2。設計工業(yè)廣場的尺寸為450300m的矩形。
表2-2 巖層移動角
廣場中心深度/m
煤層平均傾角
煤層厚度/m
松散層厚度/m
ф
δ
γ
β
-399.4
5°
2.5
90
41°
66°
70°
64°
由CAD作圖可確定工業(yè)廣場及其保護煤柱如圖2-3所示：
工業(yè)廣場附近煤層厚度平均為1.0m，煤層平均傾角4°，水平投影面積:
式中: ——工業(yè)廣場保護煤柱平面面積，m 2；
——梯形面的高，m；
——煤柱上邊長度，m；
——煤柱下邊長度，m。
已知=912.8 m，=864.8 m，=1016 m，代入公式可得：
=0.5912.8（864.8+1016）=8583
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