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采矿工程-寺家庄矿井年产300万吨开拓开采及通风系统设计
寺家庄矿井年产300万吨开拓开采及通风系统设计
本文概述了寺家庄矿井年产300万吨煤矿的初步设计方案。该设计旨在最大限度地提高矿井的生产效率和安全性，确保矿工和设备在矿井中的工作环境得到最佳保障。设计方案包括矿井的地质勘探、井下巷道布置、矿井设备配置以及环境保护等内容。在地质勘探方面，本设计依据区域地质特点，进行了详尽的矿床分析和矿层分布预测，为后续工程提供了可靠的地质基础。井下巷道布置充分考虑了矿井的通风、运输和安全需求，确保了矿工和设备的顺利进出和作业。矿井设备配置方面，根据年产300万吨的生产规模，精选了先进的采矿、运输、通风等设备，以提高生产效率和降低能耗。综上所述，寺家庄矿井年产300万吨初步设计方案全面考虑了地质、工程、环境和安全等多方面因素，为矿井的高效、安全生产奠定了坚实基础。该设计为未来详细设计和实施提供了有力的指导，有望为矿井运营带来显著的经济和社会效益。
关键词：寺家庄矿井；地质特征；井田开拓
Design of 3 Million Tons/Year Mining and Ventilation System for Sijiazhuang Mine
This paper outlines the preliminary design plan for the Sijiazhuang Mine with an annual coal production capacity of 3 million tons. The design aims to maximize mining efficiency and safety, ensuring optimal working conditions for miners and equipment. It encompasses geological exploration, underground roadway layout, equipment allocation, and environmental protection. Geological exploration provides a solid foundation for subsequent engineering, based on regional geological features, with detailed deposit analysis and seam distribution predictions. The underground roadway layout considers ventilation, transportation, and safety needs, ensuring smooth access for miners and equipment. In summary, the comprehensive design addresses geological, engineering, environmental, and safety factors, laying a solid foundation for efficient and safe mining. It offers valuable guidance for detailed design and implementation, promising significant economic and social benefits for mine operations.
Key words: Sijiazhuang Mine; Geological Characteristics; Mine Field Development
目 录
本区西距登封市约22km，东北距新密市约22km。登封～大冶～新密公路从区北通过，新郑～伊川伊水寨铁路从区外东南部通过，矿区距大冶车站约2km，新郑～登封地方小铁路从本区南部边界通过，交通便利。 详见交通位置示意图1-1。
图1-1 交通位置示意图
本区为低山丘陵地形。区内地势呈西北高、东南低，最高海拔标高为418.40m，最低海拔标高为265.10m，相对高差153.30m。地面冲沟发育，有利于大气降水的迳流和排泄。
本区属淮河流域颍河水系。区内主要常年性地表水体为西施和向阳水库（紫罗池水库），位于矿区西南和中部，均为小型塘坝，几乎常年干枯，仅在大雨过后有短暂蓄水。区内季节性冲沟较发育，平时干涸无水，雨季细流潺潺，暴雨时段洪流滚滚，自北向南、自西向东流入双洎河，向东经水冶、超化、新郑、扶沟等地后又折向南，于周口市汇入颍河。
本区属大陆性半干旱型季风气候区。夏、秋两季炎热多雨，冬、春两季寒冷干燥。年降雨量416.50～1102.90mm，一般600～800mm；降雨多集中在7～9月份，约占全年降雨量的65%。年平均气温14.2℃，七月份最热，历年最高气温高达44.6℃；元月份最冷，历年最低气温达-18.2℃。最大冻土深度为20cm。
春、夏、秋三季以东北风、东风为主，冬季以西北风为主，冬、春季风力较大，最大风速可达20m/s。
据河南省地震局资料，登封市及邻近地区近期未发生过大的破坏性地震。历史上有记载的较大地震有6次均波及本区，并造成较大损失。七十年代中期曾发生过3次2.5级以上有感地震，未造成损失。
根据国家质量技术监督局发布的《中国地震参数区划图》（GB18306-2001），登封市及其附近地区的地震动峰值加速度g值为0.05，对应的地震基本设防烈度值为Ⅵ度。
矿区内以往未进行过地温测试工作，西邻登封煤田在详查阶段进行了地温测试工作，据“登封煤田详查勘探地质报告资”本区恒温带深度确定为20m，温度为16.8℃，地温梯度为1.504℃/100m。矿区内二1煤层底板最低标高为－245m，故推算区内最高地温为20.18℃，小于一级高温区下限温度（31℃）。因此，推测本矿区内属地温正常区，矿坑深部回采时不会出现地温高温热害问题。
本区周围无生产矿井，在矿区东北部分布有少量老窑。
在矿区东北部煤层露头附近有5个老窑（010～014号），均开采二1煤层，开采时间为1932年～1934年间，开采范围小，分别为东西15～20m，南北8～15m，开采深度小于30m，煤厚一般1.50～2.00m。在矿区南部（西施村断层以南）分布有9个老窑（002～009号、049号），这些老窑开采时间、开采范围均不同。
本区位于登封市大冶镇，当地经济以农业为主，主要农作物有小麦、玉米、谷类等，工业主要为煤炭资源开发。区内村庄有西施村、张家门、王楼等。
矿井建设所需要的建材，可就地取材，也可由公路运入。
（1）水源
该矿地面及井下用水水源现取自已有机井，出水量约40 m3/h，水质水量均能满足扩建后矿井用水量。
（2）电源
现寺家庄矿井为双回路电源，一路来自登封市自备电厂，供电电压等级10kv，供电距离2km，供电线路导线型号为LGJ－95；一路来自大冶35kv变电站，电压等级10kv，供电距离2km，供电线路导线型号为LGJ－95，矿井的供电电源可靠。
本区区域地层划分属华北地层区豫西～豫东南分区嵩箕小区，主要发育地层为寒武系、奥陶系中下统、石炭系中、上统、二叠系、第四系和古近系，其中石炭系和二叠系为主要含煤地层。
该区位于嵩山背斜与荟翠山背斜之间的新密向斜西端南翼。区域基本构造形态为轴向近东西向的复式背斜，且断裂构造较发育，主要有近东西向、北西向、北东向三组，以正断层为主，并伴有少量逆断层。
区域矿产以煤矿床为主，主要可采煤层为赋存于山西组下部的二1煤层，为发育稳定，普遍可采的厚煤层，太原组底部的一1煤层为大部可采煤层。
区内基岩大部被第四系覆盖，仅在矿区西部及北部和南部有零星出露。据钻孔揭露，发育地层有奥陶系中统马家沟组（O2m）、石炭系中统本溪组（C2b）、上统太原组（C2t）、二叠系下统山西组（P1sh）、下石盒子组（P1x）、上石盒子组（P2s）和第四系（Q），现由老至新分述如下：
（1）奥陶系
①奥陶系中统马家沟组（O2m）
为煤系地层沉积基底，在区外南北两侧有零星出露。以浅灰色石灰岩为主，隐晶质结构，局部夹泥质灰岩及薄层泥岩，上部具溶蚀现象及缝合线，下部夹角砾状灰岩。钻孔揭露最大厚度为60.94m。
（2）石炭系（C）
①中统本溪组（C2b）
在区外南北两侧有零星出露，以浅灰色铝土质泥岩为主，局部为铝土矿，具鲕状和豆状结构，含黄铁矿结核及团块，局部呈层状出现。在HG曲线上呈下低上高的异常反映，主要是该组地层中镓元素含量较高所致。该层铝土质泥岩是对比一1煤层的主要标志层。本组厚度为3.36～31.66m，平均9.36m，以滨海泻湖相沉积为主。
②上统太原组（C3t）
为区内主要含煤地层之一，由灰、深灰色中～厚层状石灰岩、深灰色泥岩、砂质泥岩、砂岩和煤层组成，厚64.07～106.98m，平均75.09m。共含煤7层，仅底部的一1煤层为大部可采煤层，其它煤层均不可采。
自太原组底界至L4石灰岩顶界，主要由灰～深灰色石灰岩、黑色泥岩、砂质泥岩和煤层组成，含石灰岩4层（L1～L4），常合并为1～2层，中夹泥岩或砂质泥岩薄层，具燧石团块和黄铁矿结核，含蜓类、介形类、海百合、腕足类等动物化石及其碎屑，其中L1石灰岩特征明显，在DLW曲线上异常挺拔直立，宽大园滑，为本区一良好标志层，局部与L2石灰岩合并，厚度为3.79～15.00m，平均11.21m。本段含煤3层（一1、一3、一4），其中一1煤层为大部可采煤层，一3、一4煤层不可采。该段石灰岩与泥岩和煤层DLW曲线呈高低相间，曲线组合形态似“高山峡谷”状，为区内主要物性标志层。本段厚度为4.96～39.61m，平均13.16m。
据太原组岩性组合、沉积特征及生物组合规律，在晚石炭世，本区为滨海地带，上段和下段的碳酸盐建造，标志着开阔的陆表海环境，中段的碎屑岩沉积则为海水动荡退出时形成的海湾潮坪环境，薄煤层则反映短期的泥炭沼泽相，沉积旋回显示海陆交替环境。
太原组与下伏本溪组为整合接触。
（3）二叠系（P）
本区二叠系厚度为548.40m，分为下统山西组、下石盒子组和上统上石盒子组，共含煤23层，其中二1煤层为本区主要可采煤层，其它煤层均不可采。
①下统山西组（P1sh）
自L9石灰岩（局部相变为菱铁质泥岩）顶至砂锅窑砂岩底，为一套灰～深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及中细粒砂岩为主组成的含煤地层，即二煤组。厚65.31～90.17m，平均79.90m，与下伏太原组为整合接触。根据其岩性组合特征可分为四段。
自L9石灰岩（局部相变为菱铁质泥岩）顶至大占砂岩（Sd）底。由深灰色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细中粒砂岩和煤层组成，具水平层理、脉状层理和透镜状层理，含菱铁质结核和黄铁矿散晶，富含植物根部化石及有机质条带。本段下部为二1煤层底板砂岩（Se），厚2.22～5.98m，平均4.19m，岩性为深灰色细、中粒砂岩，局部为粉砂岩，具波状层理和交错层理，物性特征明显，在DLW曲线上呈中高幅值，HGG、HG曲线呈低密度、低伽玛值反映，为本区主要标志层之一。本段含二1煤层，为全区普遍可采煤层。本段厚度为12.20～28.78m，平均23.29m。
②下统下石盒子组（P1x）
本组厚度为217.87～320.04m，平均242.85m，由灰色泥岩、砂质泥岩、铝土质泥岩和砂岩组成，与下伏山西组为整合接触。据其沉积特征可分为三、四、五、六4个煤组。
（4）第四系（q）
以黄土层、砾石层为主，局部为黄土夹砾石，松散，透水性强。厚度为1.48～26.45m，一般10～20m，与下伏各时代地层为角度不整合接触。
本区构造以褶曲为主，主体构造为一轴向86～110°，向西倾伏的的向斜构造（西施村向斜），并伴有1条逆断层，构造复杂程度属简单构造。
（1）褶曲
①西施村向斜
为本区的主体构造，轴部位于矿区中部，轴向86～110°，向西倾伏，倾伏角8～10°，在矿区西部被大路南断层切割，延伸长度大于3km。两翼倾角北缓南陡，北翼地层走向114～132°，倾向204～222°，倾角11～24°；南翼地层走向66～72°，倾向246～253°，倾角18～27°。该向斜由补3、补8钻孔和采掘工程揭露，已查明。
②吴家门背斜
轴部位于矿区北部，轴向75～86，向西倾伏倾伏角9～16°，在矿区西部被大路南断层切割延伸长度大于2km。北翼地层走向50°左右，倾向320°，倾角14°左右；南翼地层走向114～132°，倾向204～222°，倾角11～24°。该向斜轴部由采掘工程揭露，已查明。
（2）断层
①紫罗池逆断层
位于矿区中部，延伸长度0.4km，为逆断层，其北盘下降，南盘上升，落差0～20m。断层走向90～95°，倾向0～5°，倾角60°左右。该断层由0301孔揭露，已查明。
表1-1主要地质构造特征
序号 | 名称 | 断层性质 | 走向 | 倾向 | 倾角 (Ø°) | 落差 | 位置及 范围 |
1 | 紫罗池断层 | 逆断层 | 90～95° | 0～5° | 60°左右 | 0～20m | 矿区中部 |
（1）煤层发育情况
本区含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组、下石盒子组，含煤地层总厚672.24m，共计含煤30层，煤层总厚16.16m，含煤系数为2.40%。其中赋存于山西组下部的二1煤层和太原组底部的一1煤层为主要可采煤层，可采煤层总厚4.69m，可采含煤系数0.70%。
（2）可采煤层
二1煤层
赋存于山西组下部，上距大占砂岩（Sd）0～5.76m，平均2.82m，距香炭砂岩16.15～23.39m，平均18.60m，距砂锅窑砂岩（Ssh）35.68～60.38m，平均45.37m；下距二1煤层底板砂岩（Se）0.98～2.81m，平均1.64m，距L8石灰岩11.30～18.08m，平均13.70m，距L1石灰岩64.80～76.07m，平均71.87m，为本区主要可采煤层。煤层埋深34～658m，底板标高为+280～-240m。区内钻孔和矿井采掘工程揭露该煤层，厚度为0.30～13.71m，平均3.1m，具南北部薄中部和西部厚的变化趋势。煤层结构简单，仅局部含一层厚0.15m的黑色泥岩夹矸。
二1煤层顶板为灰黑色泥岩及砂质泥岩，含大量植物化石；底板为灰黑色泥岩及砂质泥岩。
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