平朔煤炭工业公司安家岭一号井15Mta的新井设计

摘要本设计为平朔煤炭工业公司安家岭一号井15Mt/a的新井设计，主要是关于新矿井的建设，其中包括了井田开拓、采区设计、采煤工艺、通风安全等方面的设计。本矿井倾斜长度约为5.5km，走向长约为3.9km，在本井田内共有3层煤，且全部为厚煤层，平均厚度为17.3m，煤层平均倾角为5。本井田内可采储量为1120.13Mt，服务年限为53.34a。煤的工业牌号为气煤。本设计采用双斜井回风立井单水平集中综合开拓，大巷采用带宽为1400mm的胶带输送机运输，辅助运输采用先进的无轨胶轮车运输。采煤方法为倾向长壁采煤法，采煤工艺为综合机械化放顶煤开采，采空区处理方法为全部垮落法。本设计通过多方案比较和综合技术比较以及相应的经济比较优化设计，其中开拓方案的比较，以大量的经济数据来核算，以便使设计更加合理。同时在设计过程中，结合了矿井的地质情况、煤层的受力等情况以及国内外的先进经验对倾斜长壁综放面倾斜长度及走向长度的合理确定进行了理论分析，这样使建成的矿井更加与实际相符。关键词：倾向长壁采煤; 综合机械化放顶煤; 无轨胶轮车运输AbstractThe design for the new well design PINGSHUO Coal Industry Corporation Anjialing No.1 well 15Mt / a, according to the graduation internship at Anjialing No.1 well to collect geological conditions, mainly on the construction of new mines, including pioneering Ida mining area design, mining technology, ventilation and other safety aspects of the design. The mine inclined length of about 5.5km, to a length of about 3.9km, within the Coal Mine consists of three layers, all of which were thick seam average thickness of 17.3m, the average coal seam dip angle of 5 . Recoverable reserves in this mine field 1120.13Mt, length of service 53.34a. Industrial coal gas coal grades. This design uses dual-slope - the level of return air shaft single centralized integrated development, roadway using a bandwidth of belt conveyor transport, auxiliary transport 1400mm using advanced rubber tire vehicle to transport. Mining method tends to longwall mining method, mining process is mechanized top coal caving goaf processing method for the entire caving method.This design by multi-program comparison and comprehensive technical comparisons and corresponding economic comparison of design optimization, in which the comparison of development schemes, with plenty of economic data to account, in order to make the design more reasonable. At the same time in the design process, as well as a combination of the advanced experience of the geology of the coal seam by the force of the mine for longwall caving face inclined toward reasonable length and determine the length of the theoretical analysis, so that the completion of the mine more in line with reality.Keywords: tendency longwall mining; mechanized top coal; Trackless Tired Car Transportation1 矿区概况及井田地质特征1.1 矿区概况1.1.1 井田位置及交通安家岭一号井工矿位于安家岭露天矿的南侧，由安家岭露天矿的西排土场下的上窑采区和七里河西边的太西采区组成。地里座标为东经1123311245，北纬39233937。行政区划隶属于山西省朔州市平鲁区。矿区南边有大（同）运（城）公路和北同蒲铁路通过，朔（州）平（鲁）二级公路南接大运公路沿七里河北上通过井田中部到平鲁城区，矿井工业场地距朔州市城区17km，距平朔生活区15km；安家岭露天矿和安太堡露天矿铁路专用线均接轨于北同蒲铁路的大新车站，专用线长分别为9公里和11公里，矿井的交通运输条件十分便利。矿区北到大同123km，南至太原226km。1.1.2 地形与地貌本区地貌为典型的黄土高原地貌，黄土广布、沟壑纵横、地形支离破碎，水土流失严重。地表标高11801511m，一般在12501350m。井田内地势以七里河河谷为山间谷地、地表较低，向东西两侧地表增高，多以冲沟、陡坎形成黄土梁峁地形，相对高差在100300m。1.1.3 水系情况区内主要河流有七里河、马关河和马营河，七里河在矿区西侧、马关河在矿区中部、马营河在矿区东边，均从西北流向东南，其中七里河与马关河穿越矿区，在朔州平原注入桑干河。七里河发源于平鲁区井坪西南的窑子沟，全长37km，汇水面积181km2，河床坡度3%，原清水流量80150L/S。由于安太堡露天煤矿建设，1984年在七里河上游细水村坝截流，使河水改道经井坪向东北注入马营河。马关河发源于平鲁区石井沟、张马营一带，全长约31km，汇水面积151km2，清水流量80150L/S，最高洪峰流量80.23m3/s。1.1.4 气象情况本区气候分区属中温带季风气候区域，为典型的大陆性季风气候。其特点是冬季严寒、夏季凉爽、春季风大。年平均气温4.87.5，极端最低气温-32.4，极端最高气温37.9。图1.1.1 安家岭一号井交通位置图年平均风速2.34.7m/s，最大风速20m/s，一年中除夏季风速相对较小外，其他月份平均风速都在4m/s以上。年平均八级以上大风日数都在35天以上。风向多为东南风。年平均降水量449mm，最低195.6mm，最高757.4mm，7、8、9三个月降水量占全年的75%。初霜期最早为9月14日，终霜期为次年5月，最晚为6月7日。结冰日期最早为10月18日，解冻日期最晚为来年4月21日，最大冻土深度1.31m，最大积雪厚度26cm。1.1.5 地震情况根据GB50011-2001建筑抗震设计规范附录4划分，矿区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速值为0.15g。地震分组为第一组。1.1.6 矿区工业发展现状平朔安家岭一号井工矿所在的矿区为山西省平朔矿区，该矿区自开发建设以来，已形成生产原煤15mt/a的安太堡露天煤矿和10mt/a安家岭露天煤矿；入洗原煤达20mt/a的安太堡洗煤厂和入洗原煤达24mt/a的安家岭洗煤厂及年装车外运商品煤达70mt的安太堡铁路专用线和安家岭铁路专用线等项目。安太堡露天煤矿与安家岭露天煤矿的外部设施（水、电、路、征地、迁村等）均已完成。两矿分别建成了110kV变电站以及取自刘家口水源地的供水工程和各自的配水厂，其它辅助设施均已齐备。1.1.7 小窑开采情况井田内除上窑采区西北角有一端帮小窑正在开采外，井田内目前尚无其它小窑，但井田周边目前仍有多处生产小窑。1.1.8 建材情况矿井建设中的大宗建筑材料如水泥、砖瓦、沙石、白灰等均可就地解决，钢材、木材需从外地调运。1.1.9 矿区水源、电源与通信情况平朔矿区目前建有两处水源地，即刘家口水源地和耿庄水源地。刘家口水源地已经建成投入供水多年，主要向矿区供水，运行良好，其设计供水量为27000m3/d，扣除目前两矿区设计工业用水量18000m3/d，尚余9000m3/d。朔州境内现有五座火力发电厂，总装机容量为2448MW，朔州电网主要由220kV、110kV、35kV三个电压等级的变电站和电力线路组成，主供电源点为神头一电厂。平朔矿区内现建有二座110/35kV变电站，分别为安太堡110/35KV变电站和安家岭110/35kV变电站。安太堡110kV变电站以35KV电压供1#井用电负荷用电，安家岭110kV变电站以35KV电压供1#井及配套选煤厂用电负荷用电。目前，平朔矿区安家岭露天矿、安太堡露天矿已建成投产，已有500门电话站和700门电话站各一座。平朔矿区生活区也已初步形成，现有8000门电话站一座，基本上能够满足矿区现阶段对外通信联络的需求。矿区至朔州市电信局已架设一条长约26km的长途光缆线路，可为矿区开发提供通信服务。1.2 井田地质特征1.2.1 区域地质特征平朔矿区位于宁武煤田北端。地表大都被新生界覆盖，仅沟谷中有零星石炭二叠系地层出露，煤田基地为一套古老的变质岩系，在煤田东缘及东北缘寒武系和奥陶系地层出露。地层厚度26003500m。煤田形态为南北走向的聚煤盆地，石炭系、二叠系和三叠系地层沿煤盆地周围呈环状出露，局部有侏罗系地层，地表广泛分布第三系和第四系。1.2.2 地层特征根据井田内岩层出露及钻探所得资料，本井田地层由老至新为：A 奥陶系中统马家沟组（O2）顶界至山西式铁矿之底。钻孔揭露最大厚度284m，未见底。主要岩性为暗灰及褐灰色结晶灰岩、泥晶灰岩、白云质灰岩夹薄层状白云岩，上部及下部均夹有浅灰色薄层状泥灰岩。据薄片鉴定，泥晶灰岩为典型的泥晶结构。结晶灰岩呈不明显的角砾状结构，角砾为介形虫、三叶虫等生物碎屑，亮晶方解石胶结。还有硫化物及假象白云石个体。B 石炭系a 中统本溪组（C2b）顶界为K2砂岩之底，底部山西式铁矿与奥陶系上马家沟组呈平行不整合接触。厚度3155m，平均39m，中部厚、东西两侧薄。主要岩性为灰色及深灰色砂质泥岩、粉砂岩及12层铝质泥岩，底部为山西式铁矿，中夹12层深灰色石灰岩及一层浅灰色中细砂岩。上部有时夹有一层不稳定煤线。本组两层石灰岩，下层（K1）全区稳定，厚度也大；上层（L）较薄，有尖灭现象。b 上统太原组（C3t）顶界为K3砂岩之底，底界K2砂岩之底与下伏本溪组呈整合接触。厚度68109m，平均80m。主要岩性为深灰色及灰黑色砂质泥岩、泥岩、石灰岩及浅灰色砂砾岩。含高岭石粘土矿（岩）68层，呈透晶体分布。含煤710层，其中可采23层。为本区主要含煤地段。C 二迭系a 下统山西组（P1S）顶界为K4砂岩，底界K3砂岩之底与下伏太原组连续沉积。厚4189m，平均56m。其太原组顶部4号煤层厚而稳定，可作为K3砂岩对比的辅助标志层。故山西组底界地层对比可靠。顶界标志层不明显，可靠性较差。主要岩性为深灰色砂质泥岩、泥岩及浅灰色砂砾岩。含叠锥灰岩23层，高岭石粘土矿（岩）46层，煤24层，但均不可采。K3砂岩为浅灰色厚层状中、粗粒砂岩，底部常有砂砾岩，含炭屑及煤屑，正粒序，薄片鉴定为长石岩屑石英杂砂岩或岩屑石英杂砂岩。岩屑为酸性石英脉岩、细粒花岗岩，成分成熟度较低，分选性较好，颗粒为次圆一次棱角状。结构成熟度中等。杂基主要是高岭石，偶见水去母。本组中上部还有12层厚层状中、粗砂岩或含砾粗砂岩，薄片鉴定为岩屑杂砂岩或含砾岩屑杂砂岩。岩屑为酸性化的碳质岩屑，还有来源于火山岩的石英碎屑及少量碱性长石，重矿物有石棉石等，杂基为细粒高岭石，胶结物为放射状玉髓。b 下统下石盒子组（P1X）顶界K6砂岩之底，底界K4砂岩之底与下伏山西组连续沉积。厚6595m，平均76m。岩性下部为灰色砂质泥岩、泥岩及具鲕状结构之铝质泥岩夹灰黄色中细砂岩，有时夹煤线，上部为灰黄色有时具灰紫色斑块之砂质泥岩、粉砂岩。c 上统上石盒子组（P2S）底界K6砂岩之底与下伏下石盒子组连续沉积。全区顶界出露不全，厚42m。岩性为灰紫色与黄绿色砂质泥岩、泥岩及粉砂岩互层。中夹灰黄色中砂岩，底部K6砂岩为灰黄色巨厚状粗砂岩、底部夹砂砾岩透晶体，厚10余米。D 新生界上第三系上新统保德组（N2B）岩性为深红色粘土和亚粘土互层，中夹数层钙质结核。厚1025m，平均15m。E 新生界第四系a 下、中更新统午城组（Q1W+Q21）岩性为浅黄色夹棕红色粘土夹古土壤层，含钙质结核，厚13m左右。b 上更新统马兰组（Q3M）岩性为黄土状亚沙土及亚粘土（马兰黄土）。厚约12m。c 全新统（Q4）冲洪积层，岩性为亚沙土夹砂砾石层。厚311m，平均6m。矿井综合地质柱状图及矿井地层一览表分别如图1.1.2和表1.1.1所示。图1.1.2 安家岭一号井工矿综合地质柱状图表1.1.1 矿井地层一览表地质年代（地层单位）岩层总厚度/m岩层组成及特征含煤层数及厚度备注 代 纪 世古生代奥陶纪中奥陶世284 主要岩性为结晶灰岩、泥晶灰岩、白云质灰岩夹薄层状白云岩不含煤层未见底古生代石炭纪中石炭世3155 39 底部与奥陶系中统呈平行不整合接触，主要岩性为泥岩、砂岩及山西式铁矿偶有不稳定煤线古生代石炭纪上石炭世68109 80 底部与石炭纪中统呈整合接触，主要岩性为泥岩、石灰岩及砂砾岩，含高岭石粘土矿 含煤710层，可采23层，总厚度30m主要含煤岩层古生代二迭系下二迭世84137 105 底部与石炭系上统连续沉积，主要岩性为砂质泥岩、泥岩及砂砾岩，含叠锥灰岩层，高岭石粘土矿 含煤24层，偶有煤线煤层均不可采古生代二迭系上二迭世42 底部与二迭系下统连续沉积，岩性为砂质泥岩、泥岩及粉砂岩互层，中夹灰中砂岩不含煤层新生代上第三系上新世1025 15 岩性为深红色粘土和亚粘土互层，中夹数层钙质结核不含煤层新生代第四系更新世25 岩性为粘土夹古土壤层、黄土状亚沙土及亚粘土，含钙质结核不含煤层新生代第四系全新世311 6 冲洪积层，岩性为砂砾岩不含煤层1.2.3地质构造平朔矿区位于宁武煤田的北端，东（洪涛山）、北（骆驼山）、西（黑驼山）三面环山。南部为担水沟断层及朔县普查区毗邻。矿区仍以宁武向斜为主干构造，伴生次一级褶曲：有芦子沟背斜、白家辛窑向斜、二铺背斜，以及近南北方向的下窑子向斜，除下窑子向斜斜交于宁武向斜外，其余褶曲依次排列在宁武向斜的西翼。本井田位于平朔矿区西南部，处于二铺背斜和白家辛窑向斜之间，主要受芦子沟背斜、二铺背斜、白家辛窑向斜控制和影响，区内地层产状平缓，倾角一般在010，局部达12左右。A 褶曲白家辛窑向斜：位于本区西南部，从安太堡区东部开始，往南偏西经上窑子村南，太西村进入峙峪区西部。向斜轴走向N40E，延伸6750m，两翼地层倾角约5左右。二铺背斜：位于本区西北部，北东从安太堡区1213号钻孔起，经二铺煤矿、曹庄村井入太西区。北斜走向N45E，延伸4000m，两翼倾角约5左右。芦子沟背斜：位于矿区中部、本区东部，背斜轴北端走向N30W，从平凡城区322钻孔，往南经木瓜界、芦子沟村至前安家岭村附近，背斜轴向转为N45E，向西南经马鞍山村，下黑水沟村北直插峙峪区西南角，延展11250m，两翼地层产状平缓，倾角一般在10以下或近似水平。B 断层井田内上窑区无发现断层，太西采区详查勘探共查出落差大于10m的断层3条，分别为F30、F25、F19，F30为正断层，位于井田西部边缘，伸入井田内很短，不影响井田开发；F25为正断层，位于井田的东南侧，是本井田与石崖湾井田的界线；F19为逆断层，仅贯入井田南部一角，对井田开发影响甚微。各断层特征如表1.1.2所示。表1.1.2 矿井主要断层一览表序号断层名称性质走向倾向落差/m延展长度/m1F9正N3080ESE153017002F25正N4070ESE4015001.2.4 水文地质井工矿井田位于马关河西勘探区的西南部，属缓坡状丘陵区，大面积为黄土覆盖。植被稀少，水土流失严重，地势西高东低。平朔矿区内沟谷遍布，七里河从井田西部流过，向南转折东汇入桑干河。七里河发源于平鲁窝窝会及黄石崖附近，原来全长35km，流域面积181km2，1984年开发安太堡露天矿，于上游细水村经人工改道后，向北流入大沙沟，汇入马营河。河流改道后，潜水流被截，同时又受到近年来沿河小煤矿疏排水的影响，现在故河道及其潜流断流。井田内沟谷基本干涸无水，汇水面积不大。A 主要含水层a 奥陶系岩溶裂隙含水层奥陶系石灰岩是煤系地层的基底，是煤层的间接充水含水层。矿区奥陶系岩溶水属神头泉域。神头泉群位于勘探区东南30km，泉口标高+1048.0m+1058.08m，流量6.858.84m3/s。矿区奥灰水水位在+1050+1100m之间，奥陶系下马家沟组下亮甲山组岩溶裂隙比较发育，属强富含水层，而上马家沟组富水性较弱，仅局部裂隙发育，富水性差。b 石炭系太原组砂岩含水层该含水层是影响区内煤层开采的主要含水层，分为上下两段。下段为11号煤下部为K2砂岩，岩性为中粉砂岩、砂质泥岩，其含水层厚519.5m，平均10m左右，钻孔单位涌水量0.030.171L/sm，为弱富水带，局部为中等富水；上段为58号煤层的砂岩带层位，区内水位标高为+1134.22+1335.51m，抽水孔单位涌水量0.0150.041L/sm，渗透系数0.120.72m/d，属弱含水层，该组含水层是开采9、11号煤层充水的主要因素。c 二叠系山西组砂岩裂隙含水层为区内影响4号煤层开采的主要含水层，含水层为砂岩，属裂隙含水层。较稳定的砂岩有23层，厚度变化均较大，以K3砂岩最厚并较稳定，砂岩裂隙发育，大部钻孔冲洗液漏失，水柱低或形成干孔，说明本区内本组砂岩充水空间亦很发育，透水性良好，但大多不含水，或富水性很弱。根据钻孔抽水资料，单位涌水量0.00510.771L/sm，渗透系数0.0553.34m/d，属弱含水层，局部为中等富水含水层，含水段岩性变化大，胶结好，是4号煤层顶板的直接充水含水层。B 主要隔水层a 石炭系本溪组泥岩隔水层区内11号煤层至奥陶系灰岩的隔水层主要为石炭系中统本溪组的地层，主要由灰浅灰色粘土岩、铝土质泥岩组成，平均厚40m左右，隔水性能良好，是奥灰水与煤系地层间的重要隔水层。b 二叠系石盒子组泥岩隔水层石盒子组地层主要由泥岩、砂质泥岩、细粉砂岩组成，夹少量中粗砂岩，特别是在下方石盒子组顶部及上石盒子组下部各有一层分布全区且厚度稳定的铝土质泥岩，是煤系地层上部较好的隔水层，本隔水层极为有效阻止上部裂隙向下渗 透补给煤系地层中的含水层。c 上第三系隔水层第三系中上部的粘土厚度稳定，分布全区，从而隔绝了第四系孔隙含水层与下伏地层的水力联系。C 矿井涌水量预测通过对邻近几个地方矿井的生产实际调查，井下涌水量多为4050m3/h。比照邻近矿井崔家岭矿、西易矿井等实际涌水量情况，考虑采后冒落、大面积沉陷而导致上覆各含水层的水通过裂隙泄漏等因素，预测矿井正常涌水量150m3/h，最大涌水量180m3/h。该井田水文地质特征如表1.1.3所示。表1.1.3 矿井水文地质一览表序号含水层名称含水层赋存状况补给水来源含水层厚度/m隔水层厚度/m抽水试验结果备注单位流水量 /Ls-1渗透系数1奥陶系岩溶裂隙含水层 位于煤系地层的基底神头泉域142400.010.020.150.24 是煤层的间接充水含水层2石炭系太原组砂岩含水层 下段岩性为砂岩、砂质泥岩，上段为58号煤层砂岩带层位地下水519.5 10500.030.0710.120.72 9号煤层充水主要因素3二叠系山西组砂岩裂隙含水层由数层较稳定的砂岩组成，厚度变化均较大，砂岩裂隙发育地下水822.5 14600.00510.77110.0553.34 4号煤层主要含水层1.3 煤层特征1.3.1 煤层赋存状况本区主要含煤地层为石炭系上统太原组。共含煤九层，自上而下编号为4、5、6、7、9、10、11、12号煤层。其中4、9、11号煤层发育普遍、层位稳定、分布面积大、为本区主要可采煤层，其余煤层厚度小、仅零星分布、局部可采。本区煤质性脆、坚硬，风化后疏松，严重风化呈泥状，抗压强度降低。A 4号煤层位于太原组顶部，埋藏深度为105165m，为上组煤主要可采煤层，全区稳定可采。厚12.3816.2m，平均15.3m。4煤结构简单，层理裂隙发育，煤质较软，f系数为11.6。顶板多为粉砂岩或砂质泥岩，有时为泥岩；底板多为泥岩、砂质泥岩，有时为细砂岩或高岭岩。B 9号煤层为下组煤主要可采煤层，埋藏深度150200m，全区稳定可采。厚16.519.76m，平均厚度18.5m。9煤厚度变化无规律可循，顶部多与8号煤合并，底部常与10煤合并。结构复杂，含夹矸12层，岩性多为砂质泥岩及炭质泥岩，亦有高岭石及粉砂岩。顶底板均为泥岩或炭质泥岩，前者有时为高岭石，后者有时为砂质泥岩。9煤和4煤层间距30.7747.55m，平均36.98m。C 11号煤层位于下组煤底部，全区稳定可采，上距9号煤21.2353.25m，平均35.42m，煤厚15.519.7m，平均18.3m。11煤顶板多为泥质灰岩，有时有0.100.30m的泥岩或细砂岩伪顶，底板大多为中、细砂岩，有时为泥岩及砂质泥岩。结构简单，一般含夹矸2层，为砂质泥岩。1.3.2 煤质情况本区4、9、11煤主要为气煤，仅有个别块段为弱粘结煤，长焰煤。4煤灰分含量25%左右，多属中、高灰煤。9煤灰分含量小于25%，以中灰为主。11煤灰分含量一般大于25%，最高为39.74%，以高灰煤为主，亦有少量中灰煤。4煤硫分小于1%，属低硫、特低硫煤。9煤硫分0.513.77%，平均2.00%，属中硫及高硫煤。11煤硫分一般大于2.5%，最高为5.19%，以中高硫煤为主，高硫煤次之。各煤层磷含量皆小于0.05%，属低磷和特低磷煤。原煤弹筒发热量为29.0MJ/kg33.04MJ/kg，挥发分37%46.52%，全区煤均可作动力用煤。1.3.3 基岩风化情况安太堡二号勘探区西部基岩风化厚度为2040m，东部为40m左右。岩层风化受构造控制，风化面随构造呈波状起伏，在陷落或构造裂隙发育的地段，风化深度加大。本区岩层抗风化能力差，泥岩、砂质泥岩及粉砂岩，自钻孔取出后放置数天至十余天就风化崩解，呈团块状，失去原来的物理力学性质。山西组、太原组的砂岩类，多为泥质胶结，风化后呈粉状，手搓即碎，物理力学强度大大降低。1.3.4 瓦斯、煤尘及自燃情况根据周边小煤矿瓦斯涌出情况，本次设计按低瓦斯矿井考虑。但根据详查地质报告，瓦斯含量有向老窑采空区、煤层附近、矿区东南部煤层埋深地区增高的趋势，生产中应予以注意。根据4、9煤层的采样鉴定结果，4煤挥发分43.23%，9煤挥发分45.06%，煤尘具有爆炸危险性。根据4、9煤层自燃的采样结果，4煤的吸氧量0.68cm3/g，9煤的吸氧量0.48cm3/g，煤层均具有自燃倾向性，自燃倾向性等级为级。1.3.5 地温情况根据地质勘探结果，本区无热害为地温正常区。4号煤层埋深134.25359.05m，平均270.31m（底板深度），地温为9.613.5，平均12；9号煤层埋深125.32403.56m，平均302.12m（底板深度），地温为9.514.2，平均12.5。地温梯度1.72/100m。第 13 页 共 113 页2 井田境界及储量2.1 井田境界2.1.1 井田境界的划分原则在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田个部分都能得到合理的开发，井田境界的划分要符合下列原则：（1）井田范围、储量、煤层赋存及开采条件要与矿井生产能力相适应。对生产能力较大的矿井，尤其是机械化程度较高的现代化大型矿井，应要求井田有足够的储量和合理的服务年限并为矿井发展留有余地，以满足矿井长远发展的要求。（2）必须要保证煤田有合理尺寸。为便于合理安排井下生产，井田走向长度应大于倾向长度。要结合矿井的开采技术和机械装备情况，合理地安排井田走向长度，以保证矿井较好的经济效益，一般小型矿井1500m；中型矿井4000m；大型矿井7000m。（3）充分利用自然条件、地质条件划分井田。例如可以利用大的断层作为井田边界，或在河流、国家铁路、城镇等下面进行开采存在问题较多或不够经济需留设安全煤柱时，可以此作为井田边界，即降低了煤柱损失又减少了技术上的困难。（4）合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井之间的关系。划分井田边界时，通常把煤层倾角不大，沿倾斜很宽的煤田分成浅部和深部两部分，一般应先浅后深先易后难分别开发建井以节约初期投资。同时也避免浅深部井形成复杂的压茬关系，给开采带来困难。浅部矿井井型及范围可比深部矿井小，但是当需加大开发强度时应考虑给浅部矿井发展留有余地，不使浅部矿井过早地报废。2.1.2划分井田的方法A 按地质构造划分井田。B 按煤层赋存条件划分井田。B 按煤质、煤种分布规律划分井田。C 按地形、地物界限划分井田。D 按伴生有益矿产富集带或其他开采技术条件划分井田。E 人为划分井田。2.1.3 矿井井田境界安家岭一号井工矿井田位于安家岭露天矿矿坑的南侧，井田北部以安家岭露天矿4、9、11煤台节为界；西及西北以邻近的崔家岭、潘家窑、施西矿为界；东部以安家岭露天矿胶带输送机道东侧煤柱为界；东和东南以石崖湾、大东沟、葫芦堂矿为界；南部以黑水沟、陶卜洼矿为界。井田形状呈一个不规则的多边形，东西宽4.25.8km，南北长3.54.2km，面积21.47km2。安家岭一号井工矿井田境界示意图如图1.2.1所示。图1.2.1 安家岭一号井工矿井田边界示意图2.2 井田工业储量本矿井设计只对4号煤层何9号煤层进行开采设计，本次储量计算是在精查地质报告提供的1：5000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量是由煤层面积、容重及厚度相乘所得，其公式一般为：Zg=S/cosM 式1.2.1式中，Zg矿井的工业储量；S井田的水平面积，21.47km2；煤层平均倾角，4、11号煤层取5，9号煤层取6；M煤层的厚度，4号煤层15.3m，9号煤层18.5m，11号煤层18.3m；煤的容重，4号煤层1.45t/m3，9号煤层1.41t/m3，11号煤层1.42t/m3。对于4号煤层：Zg(4)=S/cosM=21.47/cos515.31.45=481.12Mt对于9号煤层：Zg(9)=S/cosM=21.47/cos618.51.41=565.70Mt对于11号煤层：Zg(11)=S/cosM=21.47/cos518.31.42=563.56Mt全矿总计：Zg=Zg(4)+Zg(9)+Zg(11)=481.12+565.70+563.56=1610.38Mt2.3 井田可采储量2.3.1永久煤柱留设为确保地面建筑物及工程设施和井下开采的安全，设计对井筒、大巷、工业场地、铁路、公路、井田境界、构造等留设安全煤柱，严格按建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程的要求进行采煤设计。A 井田境界煤柱本井田境界属人为边界，根据煤炭工业设计规范的要求按20m留设煤柱。边界煤柱可按下列公式计算：ZbLbbM 式1.2.2式中，Zb边界煤柱损失量，Mt；Lb边界总长度，18940m；B煤柱宽度，人为边界煤柱20m，断层煤柱50m。对于4号煤层：Zb(4)LbBM=189402015.31.45=8.40Mt对于9号煤层：Zb(9)=LbBM=189402018.51.41=9.88Mt对于11号煤层：Zb(11)=LbBM=189402018.31.42=9.84Mt煤柱总压煤量：Zb=Zb(4)+Zb(9)+Zb(11)=8.40+9.88+9.84=28.12MtB 断层煤柱经测算，断层保护煤柱按50m留设。则断层保护煤柱损失：Zd=LdBM 式1.2.3式中，Zd断层煤柱损失量，Mt；Ld断层煤柱总长度，3200m。本井田保留两条断层，断层保护煤柱损失计算如下：对于4号煤层：Zd(4)LdBM=320050215.31.45=7.10Mt对于9号煤层：Zd(9)=LdBM=320050218.51.41=8.34Mt对于11号煤层：Zd(11)=LdBM=320050218.31.42=8.32Mt煤柱总压煤量：Zd=Zd(4)+Zd(9)+Zd(11)=7.10+8.34+8.32=23.76MtC 工业广场煤柱主、副、回风井筒均位于工业场地内，按照现行开采规程规定，主、副、回风井筒保护煤柱以岩层边界角圈定，工业场地保护面积包括工业场地内工业厂房、服务设施和围护带，煤柱按岩层移动角圈定。按照煤矿工程设计暂行规定简化矿井工业场地设施缩小占地，减少压煤的要求，矿井工业场地(包括选煤厂)围墙内用地面积指标如表1.2.1所示。表1.2.1 矿井工业场地围墙内用地面积指标表井型（万t/a）占地指标（公顷/10万吨）4006000.450.62403000.70.81201800.91.045901.21.3安家岭露天矿1998年开工建设，2001年6月试生产，目前选煤厂、维修车、铁路、公路、供电、供水、通讯等设施均已建成。为充分利用安家岭露天矿已建成的公用设施以及现有工业场地已征土地，井工矿工业场地宜采用与安家岭露天矿工业场地联合布置，设计工业广场的尺寸为680880m2的长方形，面积为60104m2。结合本井田周边矿井类似围岩的情况，参照大同地区的实测资料，按松散层移动角45、岩层移动角60留设安全煤柱。参考煤矿特殊开采方法确定工业广场的保护等级为级，因其保护带的宽度为20m，应用垂直剖面法计算工业广场保护煤柱的留设宽度，其具体作法如图2.2.2所示。经过作图可知工业广场留设煤柱的形状为梯形，计算并测得该梯形的上边长度为785m，下边长度为890m，高为1045m。则梯形的面积为：S=(a+b)h/2 式1.2.4式中，S工业广场留设梯形煤柱面积，m2；a梯形煤柱上边，m；b梯形煤柱下边，m；h梯形煤柱高，m。图2.2.2 工业广场保护煤柱计算示意图将数据带入式1.2.4得：S =(a+b)h/2=（785+890）1045/2=87.52104工业广场的保护煤柱量为：Q=SM 式1.2.5式中，Q保护煤柱量,Mt。对于4号煤层，工业广场煤柱损失为：Q(4)=SM=87.521041.4515.3=19.42Mt对于9号煤层，工业广场煤柱损失为：Q(9)=SM=87.521041.4118.5=22.83Mt对于11号煤层，工业广场煤柱损失为：Q(11)=SM=87.521041.4218.3=22.74Mt工业广场总压煤量：Q=Q(4)+Q(9)+Q(9)=19.42+22.83+22.74=64.99Mt主、副、回风井筒保护煤柱小于工业场地保护煤柱，因此，煤柱边界以工业场地煤柱边界圈定。D 大巷保护煤柱矿井主要大巷均布置在4、9号煤层中，设计在大巷两侧各留设50m煤柱。2.3.2矿井可采储量计算求得各种煤柱的储量损失后，可按下式计算矿井可采储量：Z=(Zg-P)C 式1.2.6式中，Z矿井可采储量，Mt；Zg矿井工业储量，Mt；P各种煤柱储量损失之和，P=ZbZdQ=28.1223.7664.99=116.87Mt；C采区回采率，厚煤层不低于0.75，中厚煤层不低于0.80，薄煤层不低于0.85。本矿井主采煤层属厚煤层，因此C取0.75。则计算可采储量为：Z=(Zg-P)C=(1610.38116.87)0.75=1120.13Mt由此可得本矿井的可采储量为1120.13Mt。分煤层储量汇总表如表1.2.2所示。表1.2.2 井田储量汇总表煤层名称工业储量/Mt永久煤柱损失/Mt采区回采率可采储量/Mt工业场地煤柱境界煤柱断层煤柱合计4号煤层481.1219.428.407.1034.920.75334.659号煤层565.7022.839.888.3441.050.75393.4911号煤层563.6522.749.848.3240.90.75392.063矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1 矿井工作制度煤炭工业矿井设计规范规定：“矿井设计生产能力按工作日330d计算。每天3班作业，每天净提升时间为20h。”因此，确定矿井设计年工作日为330d，工作制度采用“三八制”，每天三班作业，三班半生产，半班准备，每班工作8h，掘进按三班生产作业。矿井每昼夜净提升时间为20h。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、外部建设条件、国家对煤炭资源配置及市场需求、开采条件、技术装备、煤层及采煤工作面生产能力、经济效益等因素，经多方案比较后确定。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的太大。2）开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近大城市及老矿区）、交通（铁路、公路、水运）、用户、供电、供水、建筑运料及劳动力来源等。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（包括煤种、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，反之应缩小规模。3.2.2 矿井设计生产能力本井田交通方便,通信快捷,水源充足,电源可靠,劳动力丰富,建材供应充分,具有建设大型矿井良好的外部条件。本井田所采煤炭资源为安家岭露天矿边角煤，设计开采煤层赋存稳定，煤层厚度大部分比较稳定，属厚煤层(14.1m)，煤层平均倾角小，属近水平煤层。从煤层赋存条件看,本矿井适合建设大型矿井。随着经济的发展,本矿所处的晋西北地区对煤炭的需求越来越大,加之本地区煤质好,市场竞争力强,销售市场广阔,售价高,故无论从国家利益还是企业经济利益考虑,都应该加大本矿井的开发强度。综合以上分析，从矿井的外部建设条件,资源条件,开采技术条件以及良好的市场前景看,本设计认为矿井规模1500万t/a是比较合理的。3.2.3 矿井服务年限矿井可采储量Zk、设计生产能力A和矿井服务年限T三者之间的关系为：T= 式1.3.1式中：Z矿井可采储量，Mt；A设计生产能力，Mt；T矿井服务年限，a；K矿井储量备用系数，取1.4。则矿井设计服务年限为：T=1120.13(151.4)=53.34a3.3 井型校核下面按矿井的实际煤层开采能力，各辅助生产环节的能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核。3.3.1煤层开采能力矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力，根据本设计第四章（矿井开拓）与第六章（采煤方法）的设计可知，该矿由于煤层地质条件较好，各煤层厚度较厚，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，布置一个一次采全高综放工作面完全可以达到本设计的产量。3.3.2辅助生产环节的能力校核本矿井为特大型矿井，开拓方式为斜井立井混合开拓，主斜井提升设备为带宽为1.6m的胶带输送机将提升的生产的原煤直接运往洗煤厂，副斜井辅助运输设备是无轨防爆胶轮车，运输能力大，调度方便灵活，该矿的运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤用顺槽胶带输送机运到带区（采区）煤仓，再经主斜井胶带输送机运至地面洗煤厂，运输能力大，自动化程度高。所以各辅助生产环节完全可以达到设计生产能力的要求。3.3.3通风安全条件的校核本矿井有煤尘爆炸危险，瓦斯含量低，属于低瓦斯矿井。水文地质条件中等，在副井中铺设两趟水管路可以满足排水要求。矿井采用中央并列式通风，有专门的回风大巷和风井，可以满足要求。辅运大巷和主运大巷进风，回风大巷回风，工作面采用后退式U型通风，通过第九章的通风设计知可以满足通风需要。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。本矿井开拓方式的确定，主要考虑到以下因素：A 地形起伏较大，属于山地丘陵地区；B 煤层埋深较浅，且表土层不厚；C 本矿井所采煤炭资源为安家岭露天矿边角煤，露天矿洗煤厂、专用铁路等各种工业设施建设比较完善；D该井田位于井坪公路西北侧，交通运输方便；E 本矿井为低瓦斯矿井。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：A 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。B 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。C 合理开发国家资源，减少煤炭损失。D 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。E 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。F 根据用户需要，应照顾到不同媒质、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 井硐形式、数目及配置A 井硐形式的确定目前我国井筒一般为立井、斜井和平硐三种形式，一般情况下，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平服务年限要求。(2)斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简单，井筒延深施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长，提升深度有限，辅助提升能力小；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层需用特殊法施工，技术比较复杂。(3)立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深相同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极