【導(dǎo)讀】中國是世界最大產(chǎn)煤國，煤炭在中國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中占有極重要的地位。業(yè)的糧食，我國一次能量消費(fèi)中，煤炭占75%以上。作為采礦專業(yè)的一名學(xué)生，我很榮幸能夠?yàn)樽鎳禾渴聵I(yè)盡一份力。上，所以顯得尤為重要。環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的敘述，并進(jìn)行了技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較。同時(shí)說明書圖文并茂，使設(shè)計(jì)的內(nèi)容更容易被理解和接受。過程中，得到了指導(dǎo)老師的詳細(xì)指導(dǎo)和同學(xué)的悉心幫助，在此表示感謝。和本人能力有限，難免有錯(cuò)誤和疏漏之處，望老師給予批評指正。本設(shè)計(jì)為煤礦礦開采設(shè)計(jì)，主要針對全礦井范圍內(nèi)煤炭開采。此設(shè)計(jì)為王家山煤礦。王家山礦五號井井區(qū)距國道309線約km，礦區(qū)對外交通便利。坦，井田走向長度3km，傾斜方向長。井田主采煤層為二號、四號。煤層，平均厚度分別為,。井田工業(yè)儲(chǔ)量為萬t，礦井可采儲(chǔ)量萬t。王家山煤礦礦井工作制度為“三八”制，一個(gè)綜采工作面保產(chǎn)。礦井主運(yùn)輸為膠帶運(yùn)輸，輔助運(yùn)輸采用架線電機(jī)車牽引t固定

　　

【正文】 之一，北翼普遍發(fā)育，南翼主要分布于 Ⅲ ～ Ⅵ 勘探線深部。 全區(qū)見 4 層煤的鉆孔共有 123 個(gè)，煤厚在 30m以上的有 12 層次， 10～ 30m 的 7l 層次，煤厚變化情況仍是西薄東厚，南薄北厚，與 2 層煤相同，且規(guī)律性更明顯。加 Ⅵ 勘 15 探線以東的淺部和中深部煤厚絕大多數(shù)大于 10m，向西向南均變薄，加 Ⅵ 勘探線以西煤厚大多小于 10m。總之，愈近煤盆地邊 緣，厚度變化愈大，短距離內(nèi)即由可采變?yōu)椴豢刹梢灾良鉁?。全區(qū)平均煤厚 。 4 層煤有幾處結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜： 一 是北翼中部 Ⅵ ～ Ⅹ 勘探線中深部們，包括 70、 54 9 1 11 8 11 48 和 19 號孔，含三至八層夾矸； 二 是 ⅩⅢ ～加 ⅩⅢ 勘探線的淺 補(bǔ) 18 256 和補(bǔ) 21 號孔，含三至七層夾桿， 三 是 ⅩⅢ ～加 ⅩⅢ 勘探線的12淺 25 2 30 13 23 203 和 182 號孔，含三至十層夾矸。其余為單一結(jié)構(gòu)或含一 至 二層夾矸。夾矸厚度一般 ～ 1m，少數(shù) 1～ 3m，個(gè)別大于 3m， 最厚達(dá)（補(bǔ) 181 號孔）。夾矸巖性為泥巖、炭質(zhì)泥巖、粉砂巖或砂 質(zhì) 泥巖，偶夾中粒砂巖。 4 層煤與 2 層煤的間距 最 小 ，最大 ，一般 25～ 60m，平均 40m。隨著地層向西超覆， 4 層煤間距逐漸變小， Ⅻ 勘探線以東由淺部向深部間距亦逐漸變??；Ⅶ 和 Ⅸ 勘探線則有淺部和深部間距較大，中深部間距較小的局部變化。 4 層煤同 2 層煤一樣，沿走向和沿傾向均有波狀起伏變化，尤以 ⅩⅢ ～ ⅩⅣ 勘探線傾向上的變化最為明顯，因而煤層底板等高線亦相應(yīng)呈現(xiàn)波狀彎曲和疏密不勻的變化。 （ 七 ） 4 下層煤 為 4 層煤向深部分叉形 成，分布于 Ⅶ 勘探線以東， 3 8 25補(bǔ) 2 23 和淺 7號孔一線以南，愈深部，與 4 層煤的間距愈大， 4 下層煤也逐漸變薄，以至尖滅。 由西向東 4 下層煤與 4 層煤的間距逐漸加大， Ⅷ 勘探線為 ， Ⅸ 勘探線 ，Ⅻ 勘探線 ， XⅢ 勘探線 ， ⅩⅣ 勘探線 。 共有 10 個(gè)孔見 4 下層煤， 117 號孔最厚為 ，向深部很快變薄， 306 號孔僅 ，一般厚 1～ 3m，平均厚 。 結(jié)構(gòu)較簡單，除 307 號孔 (含三層夾矸 )和 117 號孔 (含兩層夾矸 )外，其余皆為單一結(jié)溝或含一層 夾矸。夾矸厚一般 ～ ，最厚為 (305 號孔，將煤層分隔為兩層不可采的薄煤 )。夾矸巖性多為泥巖或粉砂巖，偶為細(xì)砂巖。 （八） F15 斷層下盤 4 層煤 這是殘存于 F15 斷層下盤的原生沉積的 4 層謀，在削面上呈南傾的新月形，在平面上東西延伸呈微向南凸的豆莢狀，西起加 Ⅵ 勘探線，東至 ⅩⅥ 勘探線以東，長約 5 公里， 16 寬約 120～ 470m，標(biāo)高 1150～ 1650m。 全區(qū)見此層煤的鉆孔共 68 個(gè)，煤層最厚為 (121 號孔 )，最薄僅 (231 號孔 )，一般 4～ 15m。煤厚變化為西薄東厚， ⅩⅢ 勘探 線以東多為 10～ 35m，平均厚 ，以西大多數(shù) 2～ 15m，平均厚 。全區(qū)平均煤厚 。煤層厚度變化除原生沉積外，構(gòu)造影響是重要的因素，有的鉆孔煤層直接頂板就是 F15 斷層破碎帶，或離斷層帶很近，如 23 252 號孔煤層被斷層推削掉，變得很薄，甚至不可采。 煤層結(jié) 構(gòu) 在加 ⅩⅢ 勘探線以西較為簡單，除 206 號孔含七層夾矸外，大多為單一結(jié)構(gòu)或含一至二層夾矸 ； 個(gè)別含三層夾矸，以東結(jié)構(gòu)變復(fù)雜，多數(shù)孔含有三層以上的夾矸，最多的達(dá)十四層夾矸 (44 號孔 )。夾矸厚度一般 ～ ，少數(shù) ～ 2m，最厚為(121 號孔 )。夾矸巖性為炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖或泥巖。 三、煤層厚度變化原因分析 煤層厚度的變化影響因素多，比較復(fù)雜。從 4 層煤等厚線圖上可以看出有下述幾種情況： （一）厚煤帶主要賦存于北翼淺部及中深部，厚煤帶展布方向總體近東西向，反映出古構(gòu)造對原始成煤環(huán)境的潛在控制作用。 （二） 局部煤層等厚線與區(qū)域構(gòu)造線方向大致相同，呈北 60176?！?80176。西方向，局部與區(qū)域構(gòu)造線方向近直交，呈北北東方向。這可能反映 了隴西系對煤層厚度變化后期改造的影響。 （三）煤層等厚線大致平行斷層走向伸展，如 北翼的 F17 與 F18 斷層之間，又如Ⅷ勘探線以東煤層等厚線隨構(gòu)造線向北東偏轉(zhuǎn)而偏轉(zhuǎn)，又有時(shí)煤層等厚線在斷層近呈無規(guī)律的變化，這些顯然斷裂產(chǎn)生過程中，因擠壓煤層發(fā)生塑性流動(dòng)所致。 （四）煤層厚度在向斜軸部變厚（如淺 18 號孔），近背斜軸部變?。ㄈ?249 號孔），亦是在褶曲過程中煤層發(fā)生塑性流動(dòng)的結(jié)果。煤層在露頭附近變薄，如淺 17 號孔、 131號孔等，主要是后期風(fēng)化的結(jié)果。隨著中 — 下侏羅統(tǒng)地層向西、向南超覆，煤層厚度變薄，間距變小，含煤性變差，是受古地理環(huán)境制約，靠近煤盆地邊緣，地形抬高，成煤條件不好的反映。 （五）個(gè) 別地段由于成煤物質(zhì)供應(yīng)不足，發(fā)生相變，如南翼 168 號孔煤層頂、底板 17 都是 炭質(zhì)泥巖，只有 厚的煤，而四周的鉆孔卻都在可采厚度以上，又如 150 號孔2 層煤厚煤灰分達(dá) %，都是相變所致。根據(jù)礦井揭露資料，在五號礦井以西， 20m以下小斷層較發(fā)育，造成煤層錯(cuò)斷較多，對礦井開采影響較大。東部受小斷層的影響較小。 根據(jù)淺部生產(chǎn)礦井對 4 煤層的揭露，在四號井中西部，引起煤層變薄的主要原因是古河流沖刷；沖刷面積達(dá)這部分面積的 70%， 2 煤層遭受沖刷較 4 煤層嚴(yán)重。 一、物理性質(zhì) 各 煤 層 的物理性質(zhì) 基本相 似 ：黑色，條痕黑色 或 深棕色；具瀝青光澤和弱玻璃光澤；易燃，焰長，煙濃；焦渣略膨脹，微熔融 或不 熔融。 宏觀煤巖成分以半亮煤為主，半暗煤次 之 ，垂直層面可見絲炭、鏡煤、亮煤、暗煤互相交替，呈現(xiàn)出較清楚的條帶狀結(jié)構(gòu)及層狀構(gòu)造。具貝殼狀斷口，內(nèi)生裂隙較發(fā)育，易破碎。 有機(jī)顯微煤巖組分： 以 絲質(zhì)組含量 略占優(yōu)勢 ，鏡質(zhì)組含量 次之 ，穩(wěn)定組含量 1 層煤最大為 %。礦物總含量為 ～ %，以粘土組和碳 酸鹽組礦物為主，氧化物組和硫化組次之。 煤的變質(zhì)程度：鏡煤平均最大反向率為 ～ %，屬煙煤第Ⅱ變質(zhì)階段（表 32） 二 、煤的化學(xué)性質(zhì) 和工藝性能 （ 一 ） 1 層煤 原煤分析水分 （ Mad） 最小為 %，最大 %，平均 %。原煤干 基 灰分 （ Ad）最小為 %，最大 %，平均 %。 全硫 （ St,d） 最小為 %%，平均 %。 該層煤屬中灰、低硫煤。 （ 二 ） 2 層煤 原煤分析水分 （ Mad）： 向斜北翼：沿走向從西向東逐降低，沿傾向（中部剖面）由北向南呈波形遞減，北翼平均為 %。向斜南翼：沿走向從西向東逐降低，南翼平 18 均為 %。全區(qū)表現(xiàn)為南低北高，東低西高的特點(diǎn)，平均 為 %。 原煤干 基 灰分 （ Ad）： 向斜北翼：沿走向從西向東呈波狀遞減；沿傾向由北向南，呈波狀遞增。北翼平均為 %。向斜南翼：沿走向西低東高；沿傾向南低北高，南翼平均為 %。全區(qū)平均為 %，屬低 中 灰煤。 全硫 (St,d)和 磷 (Pd) 全區(qū)變化不大，均較穩(wěn)定。全硫最小 %～ %，平均為 %，屬特低硫煤。磷含量最小為 %，最大 %，平均 %，屬低磷煤。 煤的發(fā)熱量：原煤 為 MJ/kg， 為 MJ/kg。 浮 煤 為 MJ/kg,為高熱值煤。 煤灰成分及灰熔 融性 全區(qū) 2 層煤灰成分以 SiO2 和 Fe2O3 為主，其次為 CaO、 Al2O MgO，含量分別 占%， %， %， %， %。 灰熔 融性：軟化溫度（ ST） :北翼最小 1105℃ ，最大 1400℃ ，平均 1268℃ ；南翼最小 1141℃ ，最大 1261℃ ，平均 1183℃ 。全區(qū) 平 均為 1247℃ ， 屬較低軟化溫度 灰煤。 2 層煤直接頂、底板含炭質(zhì)巖石及煤矸石 的測定結(jié)果是：水分 (Mad)～ %，灰分（ Ad） ～ %，全硫（ St,d)～ %，發(fā)熱量 0～ MJ/kg，平均 ，揮發(fā)分（ Vr） ～ %。摻入煤內(nèi)，將增加煤的灰分，降低煤的發(fā)熱量，造成洗選上的困難和運(yùn)輸上的負(fù)擔(dān)。由于發(fā)熱量太低，小于 ，故其利用價(jià)值不大。 全區(qū) 2 層煤屬低灰、特低硫、低磷煤。 （ 三 ） 3 層煤 原煤分析水分（ Mad） ： 其含量變化，除靠近斷層帶和風(fēng)化帶鉆孔外，一般的情況是，隨灰分的增高而降低，并呈現(xiàn)出 北高南低、西高東低的規(guī)律。全區(qū)平均 %。 原煤干 基 灰分（ Ad） ： 北翼：沿走向從東向西，沿傾向從南向北均呈波狀遞減之勢?？拷鼣鄬鱼@孔灰分含量普遍增高。 Ad 的兩極值為 ～ %，平均為 %。南翼：沿走向從西向東，沿傾向由南向北均呈波狀遞增，其兩極值為 ～ %，平均 %。全區(qū) 3 層煤平均灰分為 %，屬低 中 灰煤。 全硫與磷的含量 19 全硫（ St,d） :北翼平均為 %，南翼平均為 %，全區(qū)最 低 %，最高 %，平均為 %，屬低硫煤。 磷（ Pd） :全區(qū)兩極值為 ～ %，平均為 %，屬中磷煤。 煤灰成分與灰 融性 灰分以 SiO2 為主，次為 Al2O Fe2O CaO 和 MgO，其含量分別 占 %， %，%， %和 %。 灰熔 融性 ：軟化溫度 （ ST）為 1222℃ ，屬 較低軟化溫度 煤。 全區(qū) 3 層煤屬低 中 灰、低硫、中磷 煤。 （ 四 ） 4 層煤 原煤分析水分（ Mad） ： 全區(qū)無大的變化，兩極值為 ～ ，平均為 %。 原煤干 基 灰分（ Ad） ： 總的特點(diǎn)是，沿走向從西向東，沿傾 向從北向南，均有遞增現(xiàn)象 。 向斜北翼：西部一般灰分的含量在 8%左右，東部由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜而灰分逐漸增高。向斜南翼 4 層煤僅局部分布， 102 號孔灰分為 %。全區(qū)灰分兩極值為 ～ %，平均為 %，屬低 中 灰煤。 全硫（ St,d）與磷（ Pd） 全區(qū)全硫與磷含量的變化規(guī)律是：沿走向從西向東，沿傾向從北向南，均隨灰分的增高而增高。全硫：兩極值為 ～ %，一般 ～ %，平均為 %，屬低硫煤。磷：最小 %，最大 %，平均 %，屬低磷煤。 煤 的發(fā)熱量：原煤 為 ， 為 。 浮 煤 為 MJ/kg,為特高熱值煤。 煤灰成分與灰熔 融性 全區(qū)灰成分均以 SiO2 和 Al2O3 為主， Fe2O3 和 CaO 為次， MgO 含量較低。軟化溫度 ST 為 1196℃ ，屬 較低軟化溫度灰煤。 全區(qū) 4 層煤為低灰、低硫、低磷煤。 三、 煤的工業(yè)用途 評價(jià) （ 一 ） 2 層煤 選擇部分鉆孔煤芯樣進(jìn)行了低溫干餾實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果：熱解水為 %，焦油產(chǎn)率 20 為 %，半焦為 %，氣體 %。焦油產(chǎn)率不 足 7%，故不適合用于低溫干餾。 在石溝 2 號小窯采樣進(jìn)行氣化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在 1240℃ 時(shí)，煤灰粘度值為 77 泊，完全可以滿足液態(tài)排渣爐的要求；據(jù)結(jié)渣性實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果屬難結(jié)渣。故可考慮用于氣化用煤。 煤的粘結(jié)性為 13，羅加指數(shù)為 ，膠質(zhì)層 Y 值為 0，粘結(jié)指數(shù)為 0。 此外，根據(jù)工業(yè)分析表明， 2 層煤屬低灰、低硫、低磷的不粘結(jié) 煤 ，又具較 高 熱值，故為優(yōu)質(zhì)的動(dòng)力用煤，同時(shí)亦可考慮作氣化用煤。 （二） 4 層煤 對兩個(gè)鉆孔煤樣進(jìn)行了低溫干餾實(shí)驗(yàn)，測驗(yàn)結(jié)果為：熱解水 %，焦油產(chǎn)率%，半焦 %，氣體 %，焦油產(chǎn)率雖超過 7%，但仍不算高，故用于低溫干餾價(jià)值不大。 在花豹灣斜井采氣化樣測試結(jié)果，表明化學(xué)活性強(qiáng)，熱穩(wěn)定性及機(jī)械強(qiáng)度 和 灰分、揮發(fā)分、全硫含量及煤灰熔 融性 均符合固定層發(fā)生爐氣化用煤的要求，因此可考慮用于固定層發(fā)生爐氣化用煤這一方向。但由于樣品化驗(yàn)資料有限，如考慮用做氣化用煤，還需進(jìn)一步做生產(chǎn)規(guī)模實(shí)驗(yàn)方可正式確定。 煤的粘結(jié)性為 13，羅加指數(shù)為 ，膠質(zhì)層 Y 值和粘結(jié)指數(shù)均為 0。 4 層煤屬低灰、低硫、低磷的不粘結(jié)，又具 特高 熱值，故為優(yōu)質(zhì)的動(dòng)力用煤，同時(shí)亦可考慮作氣化用煤。 1 層、 2 上層 、 3 層、 4 下層、 F15 斷層下盤 4 層煤的煤質(zhì)與 4 層煤近似，未專門進(jìn)行工藝性能的采樣實(shí)驗(yàn)，它們的工藝性能與工業(yè)用途可參考 4 層煤資料 。 四、煤的風(fēng)化和氧化 根據(jù)勘探和小窯調(diào)查資料，本區(qū)風(fēng)氧化帶下限為 1750m標(biāo)高以上，位于采空區(qū)范圍內(nèi)，故本井田內(nèi)主要可采的 2 煤層和 4 煤層已不存在風(fēng)氧化煤。其它局部可與煤層風(fēng)氧化帶范圍雖未采動(dòng)，但已遭到破壞，故不再評述。 瓦斯賦存狀況、煤塵爆炸危險(xiǎn)性、煤的自燃性及低溫情況 1. 煤的自燃發(fā)火 21 據(jù)礦井調(diào)查， 2 層煤自燃發(fā)火期為 25 個(gè)月， 4 煤層自燃發(fā)火期為 46 個(gè)月。 地面 堆積 煤 4～ 5 個(gè)月，雨季經(jīng)過 3 個(gè)月便自燃發(fā)火。 2. 瓦斯 （一）勘探資料 在勘探過程中，主要對 2 層煤和 4 層煤進(jìn)行了瓦斯測定， 1 層煤、 2 上層煤、 3 層煤和 4 下層煤只在個(gè)別鉆孔采樣作了瓦斯測定。 1 層煤在 305 號孔采兩個(gè)樣測定結(jié)果：瓦斯成分中 CH4 為 %， CO2 為 %，N2 為 %；每克可燃物中 CH4 含量為 。 2 上層煤在 102 號孔采樣測定結(jié)果，瓦斯成分中 CH4 為 %， CO2 為 %，N2 為 %；每克可燃物