【正文】 中國礦業(yè)大學（北京）2011級本科生畢業(yè)設計礦井設計施工組織設計畢業(yè)論文1 礦井概述及井田地質(zhì)特征該煤礦位于朔州市平魯區(qū)東南約16km，陶村鄉(xiāng)西家寨村附近，行政區(qū)劃屬平魯區(qū)陶村鄉(xiāng)管轄，其地理坐標為東經(jīng)112176。25′02〞—112176。25′58〞，北緯39176。26′43〞—39176。28′13〞。井田位于管涔山脈東麓，地表全部為黃土覆蓋，經(jīng)長期沖刷切割，呈現(xiàn)為中山地貌?？v觀井田，溝谷縱橫，梁峁綿延，地形比較復雜。井田總的地勢為西高東低。地形最高點為西南部邊界處山梁，地形最低點為井田東南邊界處。本井田東部外有鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路通過，與神頭一二發(fā)電廠相距17km，并在馬關河東（距本礦400m左右）有蘆西洗煤廠外運鐵路專線及蘆家窯鐵路專線，沿此公路和鐵路向南約10km至朔州市，與大（同）運（城）公路及北同蒲鐵路朔黃鐵路相接，向北經(jīng)大同可通往內(nèi)蒙、河北，向南經(jīng)省城太原通往全國各大城市，交通運輸較為便利。見交通位置圖。礦區(qū)內(nèi)有一處村莊，位于首采面西側約100m，對首采面開采會有一定影響。要求建設單位采取一切措施，給予經(jīng)濟補償，使其搬遷。如暫不能搬遷，首采工作面可向西進行調(diào)整。后期待住家搬遷后再行開采。朔城區(qū)地下資源豐富，有煤、石灰?guī)r、高嶺土、鐵、錳、云母等，工業(yè)以采煤為主。本井田內(nèi)除該礦生產(chǎn)井口外，沒有其它生產(chǎn)小煤礦開采。本井田東鄰蘆家窯煤礦，西鄰為安家?guī)X露天礦，礦區(qū)西北與本礦相鄰的白西溝煤礦，已于2002年關閉。東北方向有西家寨煤礦（見井田四鄰分布示意圖112）：（一）西家寨煤礦：位于本井田東北，為朔州市平魯區(qū)村辦煤礦，于1989年建礦，批準開采4號煤層，現(xiàn)開采41號煤層。礦井設計生產(chǎn)能力15萬t/a,核定生產(chǎn)能力15萬t/a。據(jù)山西省煤炭工業(yè)局以晉煤行發(fā)[2007]115號文批復，該礦機械化采煤升級改造后建設規(guī)模為90萬t/a。該礦采用一對斜井開拓，井口位于井田南部邊界附近。主斜井為提升井，主要擔負提煤、兼做進風井。副井主要負責回風兼負責下料和人員上下。主井提升方式為皮帶，大巷運輸為皮帶。通風方式為中央并列抽出式，主扇風機型號為BK54№10/30KW2。支護方式為：大巷為木棚架支護，工作面用錨桿點支護。該礦屬低瓦斯礦井,井下涌水量不大，其正常涌水量60m3/d，采用水泵集中向地面抽排。本礦采煤方式為短壁式，炮采落煤，自然垮落法管理頂板，該礦現(xiàn)在井田西南部開采，(m2)。（二）蘆家窯煤礦該礦為朔州市平魯區(qū)地方國營煤礦，于1981年動工興建，1996年5月正式投產(chǎn)，批準開采太原組11號煤層，4號煤層井田內(nèi)分叉為442號煤層，現(xiàn)開采49號煤層，礦井設計生產(chǎn)能力30萬t/a，根據(jù)2002年山西省煤炭工業(yè)管理局晉煤規(guī)[2002]686號文件核定生產(chǎn)能力為45萬t/a，現(xiàn)實際生產(chǎn)能力為30萬t/a。據(jù)山西省煤炭工業(yè)局以晉煤行發(fā)[2007]115號文批復，該礦機械化采煤升級改造后建設規(guī)模為90萬t/a。該礦采用斜井開拓，采煤方法為短壁式，支護采用木棚、帶帽點柱及鐵錨桿支護，回采工作面采用放炮落煤，耙煤機耙煤，大巷采用皮帶運輸，主井采用箕斗提升，通風采用中央并列抽出式，主井進風，副井回風，兩臺主風機，型號為472N020B，風量為2478m3/min，掘進工作面采用局扇通風，供電方式為雙回路。，為低瓦斯礦井，井下灑水系統(tǒng)采用靜壓灑水，開采41號煤層，礦井正常涌水量為360m3/d，最大為720m3/d。開采9號煤層礦井涌水量為48—72m3/d。采用兩臺水泵排水。自然發(fā)火期為6個月。糧食作物主要有小麥、莜麥、高粱、谷子、黍、玉米、綠豆、山藥等；主要經(jīng)濟作物有胡麻、葵花、甜菜、小茴香和各種蔬菜。藥用植物分布較廣，主要有黃芪、黨參、柴胡、甘草、麻黃、遠志等。礦井建設所需鋼材、木材從外地采購，經(jīng)公路直接運至工業(yè)場地，磚、瓦、砂、石及水泥均可就地供應。在副井工業(yè)場地新建35/10kv變電所1座。導線型號為LGJ120mm2。電源可靠，供電質(zhì)量有保證。第二電源引自杏園110kv變電站，位于礦井工業(yè)場地東約8km，導線型號LGJ120mm2，電源可靠，供電質(zhì)量有保證。兩回電源線路分列運行，一回工作，一回（帶電）備用。當一回線路故障時，另一回仍能保證全礦井負荷用電。電源線路采用砼門型桿架空引來。井田位于晉西北黃土高原區(qū)，屬溫帶大陸性氣候。干燥，晝夜溫差大，風沙多為本區(qū)氣候的主要特點?！?，一月份最冷，平均氣溫12℃，℃。七月份最熱，平均氣溫20℃，℃?！饕性谄?、八、九月份，占全年降水量的50%以上。冰凍期為十月下旬到次年四月中旬。本區(qū)風沙大，八級以上大風（）平均有25天以上。一般風沙日在290天以上，多集中在冬春季節(jié)。風向以西北風最多，最高風速可達21m/S以上。井田東部邊界外約百米有馬關河經(jīng)過，井田內(nèi)大小溝谷平時基本干枯無水，唯雨季時才匯集洪水沿溝排泄至馬關河，馬關河發(fā)源于平魯縣石井溝、張馬營、木瓜界等地，由泉水匯集而成，流量受季節(jié)性影響，為季節(jié)性河流，沿井田東邊界由北向南流過，于小平易鄉(xiāng)東一帶匯入桑干河，屬海河流域桑干河水系。河川徑流以降雨、泉水補給為主， m3/s～ m3/s，7月～ m3/s，含沙量較大。馬關河在現(xiàn)主井、主井、本礦井口位于歷年洪水位之上。目前礦井生活用水取自附近村莊淺層水井，屬第四系砂礫層水，水質(zhì)尚好，水量尚可滿足礦井生活用水要求。礦井排水，經(jīng)凈化處理，懸浮物含量為140mg/L＜150 mg/L，＜，PH=7，大腸菌群為2個/L＜3個/L，可作為井下消防降塵用水水源。升級改造后，供水量不足時，本設計擬在礦區(qū)內(nèi)開鑿深井一眼，井深550 m，日涌水量預計為500 m3，作為礦井永久性供水水源，為礦區(qū)生產(chǎn)、生活及消防提供用水。建設單位已辦理取水許可證，年取水量17萬立方米。水量基本有保證。井下排水是非常寶貴的水資源，設計考慮到本地的缺水現(xiàn)狀，本著充分利用井下排水資源的原則，優(yōu)先考慮將井下排水經(jīng)過處理作為井下消防灑水水源，。井田位于區(qū)域構造馬關河向斜西翼，為簡單的單斜構造，局部發(fā)育有寬緩的向背斜。地勢總體走向為北東，傾向南東，地層傾角2176。10176。之間變化。根據(jù)三維地震勘探報告，在首采工作面位置附近采區(qū)位置有29條斷層和2個陷落柱。其中南部位置陷落柱1在4號煤層直徑約75m,在9號煤層直徑約115 m,平面成不規(guī)則橢圓狀，范圍延伸至奧灰，導致在該塊段巖層富水，是巷道透水的主要原因；北部位置陷落柱2在4號煤層直徑約65m，在9號煤層直徑約80m, 平面成不規(guī)則橢圓狀，范圍延伸至奧灰，可能導致在該塊段巖層富水。井田范圍地表大面積被黃土覆蓋，零星出露有上石盒子組地層，根據(jù)井田范圍內(nèi)出露地層及鉆孔揭露情況并結合詳查報告資料，對井田地層由老到新分述如下：（一）奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組（O2s）為含煤巖系基底，埋于井田深部，在井田外馬營河東側有零星出露，本組厚180m左右，主要為青灰一深灰色石灰?guī)r、白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r，夾有灰黃色泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r和鈣質(zhì)泥巖。與下伏地層平行不整合接觸。（二）石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）在井田范圍內(nèi)無出露資料，根據(jù)鉆孔資料，－，主要由灰色、灰白色砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖組成，中部一般有2層石灰?guī)r，其中下部一層比較穩(wěn)定，定為標志層K1。底部常見山西式鐵礦，呈雞窩狀賦存，在其上發(fā)育一層品位較高的鋁土泥巖，最大厚度可達7—8m，中上部可見1—2層不穩(wěn)定的薄煤線。（三）石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）井田主要含煤地層，據(jù)鉆孔揭露，—。主要由灰白色、灰色砂巖、灰黑色粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖和7層煤層組成，分別4411號煤層，其中411號煤層為穩(wěn)定可采，42號煤層為零星可采煤層，5號煤層為不穩(wěn)定不可采。（四）二疊系下統(tǒng)山西組（P1s）井田含煤地層之一，巖性主要由灰色、灰白色砂巖、灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖組成，中下部發(fā)育13層薄煤層，分別為3號煤層，均為不穩(wěn)定不可采。底部砂巖(K3)為灰白色細－中粒砂巖，局部相變?yōu)榉凵皫r，本組與下伏太原組整合接觸?！?。（五）二疊系下統(tǒng)下石盒子組（P1x）本組主要為灰黃色及淡黃色厚層狀中粗砂巖，間或與青灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖互層，砂巖巖性變化及厚度變化均較大，膠結硫松，交錯層理，中部常夾1—3層硬質(zhì)或軟質(zhì)耐火粘土，砂質(zhì)泥巖及泥巖中常含植物化石，底部有一層不穩(wěn)定的粗砂巖或含礫砂巖（K4），—。（六）二疊系上統(tǒng)上石盒子組（P2s）本組巖性以黃綠色及暗紫色砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，其間夾薄層狀黃綠色粗砂巖，其粒度不均，分選較差，易風化為砂礫。底部含中砂巖（K5）。由于地層剝蝕，本井田僅賦存下部地層。殘留厚度0—。（七）第四系上更新統(tǒng)（Q3）主要為上更新統(tǒng)黃土層，廣泛分布于井田各處。為上更新統(tǒng)淡黃色亞砂上，多為耕地，垂直節(jié)理發(fā)育?！?。（八）第四系全新統(tǒng)（Q4）主要為近代河床沿積物，其巖性由砂、亞砂土及不同程度的礫石組成，分布于馬關河河床及階地上，厚0—8m。（一）井田含水層井田內(nèi)沒有專門水文孔，據(jù)井田西部露天煤礦603 1107號孔(東距井田2000m左右)鉆孔注水試驗資料成果及白蘆—西家寨井田內(nèi)307號鉆孔資料（距本井田北部邊界1km左右），將本井田含水層劃分如下：1．第四系沖積層孔隙含水層分布在井田東部馬關河河床中，由砂、礫石組成，沖積層中的地下水由兩岸基巖滲出水及大氣降水補給，水量較豐富。2．二疊系上統(tǒng)上石盒子組砂巖裂隙含水層組井田內(nèi)有出露，含水層由中—粗粒厚層砂巖組成，膠結疏松，該組出露泉水較多，一般為小泉，—（太佐溝），鉆孔探至本組時鉆孔經(jīng)常漏水。水質(zhì)為HCO3—MgCa型至HCO3—NaCa型，—，PH=—，—13德國度。3．二疊系下統(tǒng)下石盒子組砂巖裂隙含水層組井田內(nèi)無出露，井田外局部有少量出露，為基巖風化殼主要組成層位，由2—4層中、粗粒砂巖組成，總厚約40m左右。礫石成分為燧石，泥質(zhì)膠結，疏松，分選較差，鉆孔消耗量不大，富水性較弱。地表出露泉水在東部太佐河白土窯中，— L/s。4．二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水層該組穩(wěn)定砂巖23層，厚度變化較大，以K3砂巖厚度較為穩(wěn)定，K3砂巖為灰色厚層狀中、粗砂巖，底部常夾有砂礫巖，砂巖裂隙發(fā)育，大部分鉆孔沖洗液漏失或形成干孔，抽水試驗，，水化學類型HCO3Mg﹒Ca型，，為硬質(zhì)淡水。5．石炭系上統(tǒng)太原組層間砂巖裂隙含水層含水層主要為9號煤以上的砂巖帶，這是太原組下段9號和11號煤層開采的主要頂板充水含水層。本組含水層埋藏較深，又因其間有泥巖作為相對隔水層，不易接受上覆含水層越流和大氣降水滲入，補給條件差。含水層一般為極弱富水程度，只在靠近補給區(qū)的埋藏區(qū)局部達到中等程度，單位涌水量q=。滲透系數(shù)為k=。本組含水層對礦床充水甚微。該含水層水化學特征明顯不同于其上覆含水層組，為弱堿性，富含鈣鎂離子的重碳酸型或重碳酸、硫酸型的微硬低礦化水，其水溫10℃－15℃，高于上覆含水層組水溫，表明其循環(huán)深度較大，循環(huán)條件較差。6．奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙含水層位于平朔礦區(qū)東南部，奧灰?guī)r溶普遍發(fā)育，富水性強，水質(zhì)優(yōu)良，為弱堿性，微硬至硬的低礦化度，水化學類型為HCO3—CaMg型水。主要含水層位是上馬家溝組（O2s）和下馬家溝組（O2x）。，漏失量15m3/h，巖石裂隙發(fā)育，裂隙面粗糙，無充填物，局部可見直徑2cm的溶蝕空洞，中、下部為淺黃色的豹皮灰?guī)r和泥灰?guī)r，巖石比較完整，據(jù)該孔注水試驗資料，，。另據(jù)井田外北部西家寨井田內(nèi)307號鉆孔，。推測本井田奧灰水位標高為1060m左右，巖溶水向東南徑流至神頭泉排泄。（二)井田隔水層主要為本溪組，－，其中泥質(zhì)巖巖性致密，細膩，具有良好的隔水性能，為阻隔奧灰?guī)r溶水與上部含水層水力聯(lián)系的重要隔水層。其次，相間于山西組、太原組各砂巖含水層之間厚度不等的泥巖，粘土巖亦可起到一定的層間隔水作用。（三)含水層的補給、徑流、排泄條件第四系孔隙含水層主要接受大氣降水的補給，向地表及下伏基巖風化殼含水層排泄。基巖風化殼含水層，主要接受大氣降水及溝谷處地表水的補給，局部可以得到第四系孔隙水的補給，通過裂隙向下伏巖層入滲，由于溝谷的切割，局部又以泉的形式排泄。煤系地層各含水層接受上伏含水層的補給順層運移，若無構造溝通或人為破壞，則各含水層相對獨立，水力聯(lián)系差，地下水主要以層間運移為主。下伏奧灰?guī)r溶含水層在灰?guī)r裸露區(qū)接受大氣降水的補給，巖溶水向東南徑流至神頭泉排泄。 （四）礦井涌水量預算該礦開采41號煤層，實際生產(chǎn)能力20萬t/a， m3/h（230m3/d），（），（）。該礦2005年前開采9號煤層時，井下涌水量最小為1m3/h（24m3/d），最大為2m3/h（48m3/d），（36m3/d）。根據(jù)涌水量比擬法，預算當?shù)V井生產(chǎn)能力達到設計生產(chǎn)能力120萬t/a時的礦井涌水量：計算公式為：Q=P/P0Q0 式中：P0——為現(xiàn)礦井生產(chǎn)能力，萬t；Q0——為現(xiàn)礦井涌水量，m3/d；P——為擴大后的生產(chǎn)能力，萬t；Q——為擴大后的涌水量，m3/d。若41號煤層升級改造后生產(chǎn)能力達到120萬t/a時，（230m3/d），（878m3/d），（518m3/d）。加上井筒正常涌水量為230m3/d，41號煤層升級改造后生產(chǎn)能力達到120萬t/a時，則礦井涌水量預計正常為748m3/d，( 32m3/h)，最大為1108m3/d，(47m3/h)。若9號煤層生產(chǎn)能力達到120萬t/a，則井下正常涌水量預計為216m3/d，最小為144m3/d，最大為288m3/d。加上井筒正常涌水量為230m3/d，9號煤層生產(chǎn)能力達到120萬t/a，則礦井正常涌水量預計為446m3/d，最小為374m3/d，最大為518m3/d。今后在煤層開采中由于采空面積不斷擴大，井下涌水量會有所增加，并考慮已有采空區(qū)積水，井下黃泥灌漿溢水，采用正常涌水量40 m3/h，最大涌水量60m3/h設計。井田主要可采煤層411號煤層，井田內(nèi)批準開采411號煤層，（見表11），現(xiàn)分述如下：1．41號煤層賦存