伊泰集团李家梁煤矿400万t新井设计

摘 要本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。一般部分为伊泰集团李家梁煤矿400万t/a新井设计，共分10章：1.矿区概述及井田地质特征；2.井田境界和储量；3.矿井工作制度、设计生产能力及服务年限；4.井田开拓；5.准备方式-盘区巷道布置；6.采煤方法；7.井下运输；8.矿井提升；9.矿井通风与安全技术；10.矿井基本技术经济指标。伊泰集团李家梁煤矿位于内蒙古自治区东胜煤田勃牛川矿区西南部，主采煤层一层，即6号煤层，倾角13，平均厚度5.5m，煤层埋深浅，地质条件简单，煤层有自然发火倾向，发火期4060d，煤层具有强爆炸危险性。井田工业储量为43304.3万t，可采储量31591.6万t，适宜布置大型矿井，矿井设计产量400万t/a，设计服务年限为60.8a。设计矿井采用斜硐单水平开拓，前期采用中央并列式通风，后期采用两翼对角式通风。一矿一面，采煤方法为厚煤层综采一次采全高全部垮落法。煤炭运输采用钢丝绳芯胶带，辅助运输采用无轨胶轮车。矿井年工作日为330 d，每天净提升时间16 h。矿井工作制度为：实行“三八”制作业，（两班生产，一班检修），每日两班出煤。专题部分题目为三软煤层综采工作面围岩加固技术。以平煤集团五矿已1723130综采面为背景，分析了三软煤层综采工作面的围岩破碎机理，并设计了“三软煤层”工作面顶板、煤壁的加固方案。翻译部分是一篇关于渗透性影响煤的变形对甲烷的回收和二氧化碳的分离中的应用的论文。关键词：斜硐；盘区；大采高；无轨运输；混合式通风ABSTRACTThis design includes of three parts: the general part, special subject part and translated part. The general part is a new design of Lijialiang mine. Lijialiang mine lies in south of Eerduosi in NeiMenggu province. The six is the main coal seam, and its dip angle is 1 degree. The thickness of the mine is about 5.50m in all. It is bituminous coal with low mine gas emission rate and coal spontaneous combustion tendency, and its a coal seam liable to dust explosion.The proved reserves of the minefield are 433.04 million tons. The recoverable reserves are 315.95 million tons. The designed productive capacity is 4 million tons percent year, and the service life of the mine is 60.80 years. The well farmland is a single level in an inclined and calm well to expand.The working system “three-eight” is used in the Lijialiang 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 monographic study is the reinforcing plan、construction technology of three-soft surrounding rock.Designing the reinforcing plan、construction technology of three-soft surrounding rock and other improve measures.Translation part of main contentses is Deformation Dependent Permeability of Coal for Coalbed Methane (CBM) Recovery and CO2 Sequestration.Keywords：slope; panel; high seam mining; transport without track; combined ventilation 目 录一般部分1 矿井概况与地质特征11.1 矿井概况11.2 井田地质特征31.3 煤层特征62 井田境界和储量122.1井田境界122.2矿井工业储量132.3矿井可采储量133 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限173.1矿井工作制度173.2矿井设计生产能力及服务年限174 井田开拓204.1井田开拓的基本问题204.2矿井基本巷道325 准备方式盘区巷道布置425.1煤层地质特征425.2盘区巷道布置及生产系统445.3盘区车场及主要硐室506 采煤方法526.1采煤工艺方式526.2回采巷道布置627 井下运输667.1概述667.2煤炭运输方式和设备选择677.3辅助运输方式和设备选择688 矿井提升728.1矿井提升的原始数据和条件728.2主副斜硐提升729 矿井通风及安全749.1矿井通风系统选择749.2盘区及全矿所需风量789.3矿井通风总阻力计算829.4选择矿井通风设备909.5防止特殊灾害的安全措施9310 设计矿井基本技术经济指标95翻译部分1 研究目的和意义992 国内外研究现状1003 已1723130综采面生产地质条件1023.1煤层顶底板岩性1023.2地质构造与水文条件1023.3地应力1034 已1723130综采面围岩破碎机理分析1034.1地质条件对顶板完整性的影响分析1034.2顶板结构受力分析1045 三软煤层综采工作面围岩加固技术1105.1 加固方案设计1105.2 顶板、煤壁加固工艺设计1125.3 优化回采工艺和完善上端头支护措施1165.4保证设备配套以及强化设备的规范使用1195.5 应用效果前景分析1196 主要结论120翻译部分英文原文123中文译文134致 谢143一般部分1 矿井概况与地质特征1.1 矿井概况1.1.1地理位置与交通伊泰集团李家梁煤矿位于内蒙古自治区东胜煤田勃牛川矿区西南部，行政隶属准格尔旗乌日图高勒乡管辖。矿区交通以公路为主，汽车运输。距曹羊公路14.5km，经曹羊公路37km与109国道相连。矿井距包神铁路石圪台集装站40km，距唐公塔集装站148km，距包头189km，至鄂尔多斯市89km，交通运输条件比较方便。李家梁煤矿交通位置图如图1-1所示。图1-1 矿井交通位置1.1.2 地形地貌及水系工作区域位于鄂尔多斯高原东部，地表大部被风积砂覆盖，由于受水流风蚀等影响，区内沟谷纵横交错，水土流失严重，植被极不发育，具半沙漠地貌特征。区内地形基本呈东南高，西北低。海拔标高为1120.51304.6m之间，最大地形高差184.1m。区内植被不发育，是典型的高原侵蚀丘陵地貌。勃牛川由北向南从井田西界边缘通过，是区内最大的地表水体，水量随季节变化较大。其支沟各锁沟为间歇性沟溪，旱季一般干涸无水或有溪流，暴雨过后可形成洪流，由东向西流经矿区北部边缘，水流汇入勃牛川，最终注入黄河。1.1.3 气象及地震本区属于半沙漠、半干旱温带大陆性气候，其特征是太阳幅射强烈、日照丰富、干旱少雨、风大沙多，无霜期短，冬季漫长而寒冷，夏季炎热而短暂。降雨量多集中于每年7、8、9三个月，年降雨量为228.1544.1mm，年蒸发量为1875.02657.0mm,是降水量的58倍。气温最高为34.2(1975年7月),最低为-25.1(1977年1月)，年平均气温为7.2。春冬两季风力较大，一般在4级以上，最大风力可达10级，年平均风速3.5m/s,风向多为西北风。冰冻期较长，最长冻土天数为167天（1976年），最大冻土深度为2.04m（1964年3月1日）。本区位于鄂尔多斯台向斜东北缘，鄂尔多斯台向斜被认为是中国现存最完整、最稳定的构造单元。据“中国地震动参数区划图”划分，本区地震动峰值加速度为0.05g，对照原烈度6度，为弱震区，一般不会发生破坏性地震，历史上亦无破坏性记载。1.1.4 矿井电源本矿位于鄂尔多斯市伊金霍洛旗境内，行政区划属新庙镇。矿井为双回路供电。第一回路为新庙变电所10kV供电送入本矿；第二回路为伊泰集团公司自备电厂0.38kV供电送入本矿。变电所建在工业广场，副斜硐附近，变压器容量为2500kVA；井下采用移动变电站供电。矿井总装机负荷6050kw。矿井井下所选用的电气设备均具有防爆性能。随着电力负荷的赠加，对井上下供电系统进行调整，实现井上井下分别由一台变压器供电。施工电源可使用原有电源。1.1.5 地区经济状况工作区地理位置较为偏僻，多年来由于受交通条件制约，经济比较落后，居民多以从事农业为主，牧业次之，但由于土地贫瘠，可耕地少，经济不发达。近几年来，随着东胜煤田大利的开发，交通运输条件有所改善，煤炭开采业正逐步成为本地区的主导产业和重要经济来源之一。区内除煤炭开采外，无其它工业企业。1.2 井田地质特征1.2.1 井田地质概况（1）区域构造东胜煤田位于鄂尔多斯台向斜东胜隆起之东南边缘地带，基本构造形态表现为一单斜构造，地层走向N25W，倾向S65W，倾角13，具有宽缓的波状起伏，断层不发育。（2）井田构造本区总体构造形态为一向南西倾斜的单斜构造，地层倾角13，未发现断层，具有宽缓的波状起伏，无岩浆岩侵入，属于构造简单地区。1.2.2 地层本区位于东胜煤田浅部露头区，受新生代地质应力的作用，使煤系地层在沟谷中裸露于地表。区内揭露地层由老至新有：三叠系上统延长组(T3y)、侏罗系中下统延安组(J1-2y)、第三系上新统(N2)、第四系(Q)，分述如下:（1）三叠系上统延长组(T3y)该组为煤系地层的沉积基底。普遍发育大型板状、槽状交错层理，是典型的曲流河沉积体系。厚度6.4023.21m，平均17.09m。（2）侏罗系中、下统延安组（J1-2y）该组为区内含煤地层，四道柳找煤区广泛出露，在本区遭受后期剥蚀后，被第四系黄土及风积砂覆盖。其岩性组合：顶部、底部主要为灰白色泥质胶结的中粗粒砂岩，顶部有时相变为砂质泥岩，底部石英含量较高，白色砂岩特征明显，可作为延安组顶底界面的标志层。中部岩性组合为一套浅灰色，风化后呈灰黄色、浅黄色的各粒级砂岩；灰色至深灰色粉砂岩；砂质泥岩；泥岩及煤层，局部含少量钙质砂岩。发育有水平纹理及波状层理。区内含3、4、5、6、6下号煤层。该地层向东南方向厚度变大，厚度80.15138.31m，平均106.92m，与下伏地层延长组呈平行不整合接触。（3）第三系上新统(N2)该组地层在区内局部残存。岩性组合为一套暗红色、褐红色砂质泥岩和泥岩，含丰富的呈层状发育的钙质结核，半胶结状。由于沉积后期风化剥蚀的作用，厚度变化较大。据钻孔揭露厚度037.00m，平均18.00m，与下伏地层呈不整合接触。（4）第四系(Q)由砾石、冲洪积砂及粘土混杂堆积而成；残坡积物及少量次生黄土分布于山梁坡脚地带，由砂、砾石组成，局部地段含少量次生黄土；据钻孔揭露厚度0.5042.87m，平均13.42m，不整合于一切老地层之上。1.2.3 褶皱及断层核实区构造形态与东胜煤田相似，其总体构造形态为一向南西倾斜的单斜构造，地层倾角13，未发现断层，具有宽缓的波状起伏，无岩浆岩侵入，构造复杂程度属于简单类型。1.2.4 水文地质特征（1）概况区内水系较为发育，基本上两面环川。南界为束会川，东界勃牛川。沟谷十分发育，多为间歇性河流，旱季一般干涸无水或有溪流，但暴雨过后可形成洪水，水流总体由北向南流入勃牛川，而后向南汇入陕西省境内的窟野河，最终注入黄河。据古城壕水文站资料，勃牛川最大洪峰流量为4810m3/s，最小流量0.003m3/s，平均流量4.03m3/s。（2）地下水的补给、迳流及排泄条件 补给条件：潜水的补给以大气降水为主，在沟谷地带也可接受地表水的补给。延安组下部含水岩组为承压水,其补给方式一方面接受上部潜水的下渗补给，另一方面则接受侧向迳流补给。 迳流条件：四道柳区地形切割强烈，故地表水及地下潜水迳流条件较好。承压水主要沿倾向或层面方向迳流。由于各地层岩性不同，各岩层的渗透性能及迳流速度有所不同，但迳流方向与区域地形及构造特征相一致。 排泄条件：松散层潜水的排泄方式主要为蒸发排泄、井泉排泄和下渗排泄。碎屑岩类承压水的排泄方式主要有井泉排泄、矿井疏干排泄和地下迳流排泄。（3）含（隔）水层特征 含水层(a)第四系（Q4）松散层潜水含水段区内松散层分布广泛，岩性以风积砂为主，局部为黄土层，厚度为042.87m，宝山区平均厚度为13.42m，乔家塔区平均厚度为23.94m，厚度变化大。该层与第三系粘土及基岩接触面有泉水出露，流量0.010.04L/S,水质为HCO3-CaMg型，矿化度0.19g/L，PH=7.3，为低矿化度淡水。(b)4号煤层底板至Q4含水岩段由延安组上部地层组成，厚度13.4363.65m，宝山区平均厚度30.58m，乔家塔区平均厚度40.68m，厚度变化较大。受风化作用孔隙、裂隙较发育，浅部地层可直接或间接接受大气降水的补给，含有少量孔隙、裂隙潜水。沟谷地带有泉水出露，流量0.030.04L/S，水质为HCO3-CaMg型，矿化度0.19g/L，PH=7.1，属低矿化度淡水。(c)46号煤含水岩段区内该层段均有分布，该段厚度27.4034.50m，宝山区平均厚度31.78m，乔家塔区平均厚度29.26m，厚度变化不大，含水微弱。相对含水的中细粒砂岩与相对隔水的砂泥岩类及粉砂岩呈互层分布，泥岩类隔水性能好。(d) 延长组（T3y）含水岩段该层全区分布，且厚度大，为煤系地层基底。本次钻孔揭露最大厚度23.21m，岩性为不同粒度的灰绿及绿色砂岩，含孔隙、裂隙承压水，富水性不强，与煤系地层联系不大。 隔水层(a) 第三系（N2）粘土：主要分布在本区北部及东部，厚度20.0037.00m，平均厚度28.50m。岩性为浅红色含砂泥质粘土，粘性大，松软未胶结，含少量砾石，一般不含水。(b) 6号煤至延长组（T3Y）顶含水岩段的隔水层：区内该段均有分布，厚度10.9559.99m，横向厚度变化大。含水层的岩性以灰白色中、细砂岩为主，多为泥质胶结，较致密，含水层富水性弱。本段隔水层岩性主要为砂质泥岩，隔水性能好，较稳定。（4）充水因素分析矿坑充水是影响矿井正常开采的主要因素，区内可构成矿坑充水的水源主要有大气降水、地表水及地下水。 大气降水根据伊金霍洛旗气象局资料，本区历年平均降水量为374mm，降水多集中在79月份。大气降水除大部分地表迳流外，少部分渗入地下。本区受大气降水影响的主要是4号和6号煤层，由于局部煤层沿沟谷出露或顶板较薄，大气降水可直接通过第四系松散层直接或间接渗入煤层中，使矿坑充水。 地表水束会川流经矿区西南边缘，实测流量1.348m3/s（2004年9月18日）。勃牛川位于井田东侧，为常年地表径流（冰冻期冻结），水流注入黄河。地表水对区内6号煤开采构不成较大危害。但矿井井巷系统形成后，地表水体将可能改变原有天然流场，将排泄区域的地表水及地下水变为补给区，会导致地下水的富集。因此，开采时应对汇水洼地引起注意。 地下水(a)潜水：潜水受地形地貌控制，随降雨量多少及季节变化显著，一般滞后于雨季，水量多集中在12月份至来年13月份，开拓时应注意季节变化的影响。(b)承压水：区内地质构造简单，地层平缓，相对含水的砂岩类岩层不同深度的分布在各地层中，接受上部潜水的下渗补给。随着深度的增加，含水岩层的透水性能减弱。各含水层之间水力联系差，各煤组间无水力联系。（5）矿井涌水量根据水文地质工作勘探报告，矿井正常涌水量为30m3/h，最大涌水量为60m3/h。（6）水文地质类型本区最低侵蚀基准面位于束会川，区内各煤层均位于其上，地形有利于自然排水，直接充水含水层主要为延安组（J1-2y）孔隙、裂隙岩层，补给源以大气降水为主，含水层富水性弱，钻孔单位涌水量q0.1L/sm。因此，本区水文地质类型为第第类第一型，即孔隙裂隙充水矿床、水文地质条件简单型。1.3 煤层特征1.3.1 煤层本区煤系地层为中、下侏罗统延安组，自上而下赋存为五个煤层，即3、4、5、6、6下号煤层，其中4、6号煤层可采，其它为不可采煤层。煤层特征一览表见表1-1。表1-1 煤 层 特 征煤号煤层厚度夹矸岩性煤层间距最小最大最小最大顶板夹矸底板最小最大平 均平均/层数平 均32.453.150.30砂质泥岩、粉砂岩泥岩细砂岩、泥岩2.8014.1517.3540.401.2000.75细砂岩、砂质泥岩泥岩粉砂岩15.750.680.50/221.0523.0550.230.450粉砂岩泥岩、细砂岩21.750.3242.4264.806.200.25细砂岩泥岩粉砂岩、泥岩5.5013.676下0.680粉砂岩细砂岩(1) 4号煤层该煤层位于延安组的中部，基本全区发育，煤层厚度为0.41.20m，平均厚度0.68m，由东南向西北煤层逐渐变厚。一般不含夹矸，结构简单，部分可采，属于较稳定煤层。(2) 6号煤层该煤层位于延安组的下部，全区发育，煤层厚度为4.806.20m，平均厚度5.50m。煤层倾角13,一般不含夹矸，结构简单，基本全区可采，属于稳定煤层。1.3.2煤质、煤类与煤的用途（1）物理性质勘查区内煤呈黑色、条痕褐黑色，弱沥青沥清光泽，内生裂隙较为发育，并具水平、垂直两组节理，其中垂直节理较为发育。节理中常充填方解石、黄铁矿薄膜。参差状断口，条带状结构，层状构造。4号煤层真比重1.381.48，平均1.40；6号煤层真比重1.401.49，平均1.45。（2）化学性质 水分（Mad）本区4号煤层原煤水分1.76%7.48%，平均5.56%； 6号煤层原煤水分4.39%9.20%，平均7.73%。 灰分（Ad）4号煤层原煤灰分平均17.71%； 6号煤层原煤灰分平均12.82%。 挥发分（Vdaf）本区内各可采煤层挥发分产率（Vdaf）较高，4号煤层原煤挥发分产率34.32%35.69%，平均34.80%；浮煤挥发分产率33.61%35.03%，平均34.49%。6号煤层原煤挥发分产率32.69%36.47%，平均34.42%；浮煤挥发分产率31.83%35.15%，平均34.11%。 微量元素可采煤层中锗平均含量0.25%3.85%；钒平均含量0.0011.16%。均无工业利用价值。 有害元素(a)全硫（St.d）煤中全硫含量很低，可采煤层平均含量0.22%0.42%。数值变化小，为特低硫煤。洗选后全硫含量有所降低，平均含量0.21%0.35%。(b)磷（Pd）煤中磷含量很低，平均含量0.006%0.024%，洗选后平均含量0.002%0.013%。综上所述，本区煤层有害成分低，属低中灰分、特低硫、特低磷低磷的不粘煤。（3）工艺性能 发热量(a)干基弹筒发热量（Qb.d）可采煤层干基弹筒发热量原煤平均值为26.1230.73MJ/Kg ，数值变化小，洗选后发热量增高，浮煤平均值为30.2030.98MJ/Kg。(b) 干基低位发热量（Qnet.d）可采煤层干基低位发热量原煤平均值为25.3429.84MJ/Kg ，数值变化小，洗选后发热量增高，浮煤发热量平均值为29.1529.98MJ/Kg。 粘结性和结焦性煤的粘结指数，自由膨胀序数，胶质层最大厚度，奥亚膨胀度均为零，焦块熔合状况为“粉状胶结”，葛金焦型为“A”，少数为“B”，焦渣特征为II类，表明区内煤的粘结性弱，结焦性差。 气化性能(a) 热稳定性据邻区勃牛川普查地质报告，区内6号煤层热稳定性中等。(b)煤对CO2的反应性据本区B2号孔煤样测试结果得知：煤对CO2的反应性好，在1000时还原率仅达61.3%62.6%。在900以下增长较快，900以上增长缓慢。 低温干馏煤的低温干馏产物以半焦为主，其次为焦水，焦油产率和气体损失。各煤层焦油产率平均含量为5.38%6.87% ，各煤层均为富油煤。经统计焦油产率和元素分析中的氢、氮呈正相关，和碳、氧多为负相关。 煤灰成分及熔融性区内煤灰成分组成复杂，且变化大。主要成分为SiO2，平均值为46.43%，AL2O3：18.26%；Fe2O3:7.31%；CaO:12.21%；SO3:9.83%；MgO、TiO2含量低，一般在3%以下。本区煤的煤灰熔融性（ST）一般在11001250之间，属低软化温度灰（LST）较低软化温度灰（RLST）。（4）煤的可选性可选性评定须预先拟定一个洗选后的灰分值，依据国际GB/T16417-1996煤炭可选性评定方法（0.1含量法）可选性进行评定。从可选性试验成果表中看，当洗选后灰分（Ad%）在6.0%时属难选。（5）煤质本区煤质具有以下特征： 煤变质程度低，煤层为低变质的不粘煤，变质程度为烟煤第阶段。 煤层有害成分低，低中灰分、低硫分、特低磷低磷分煤。 属高热值煤。 粘结性差，焦渣类型为2号，煤中微量元素含量低。 煤的气化性能好，煤层均为含油煤。（6）煤类根据中国煤炭分类国家标准（GB575186），区内各煤层胶质层最大厚度和粘结指数为零，透光率在73%左右，原煤挥发分（Vdaf）平均值为29.76%36.47%，本区属于不粘煤。（7）煤的用途区内各可采煤层有害成分低，属低中灰、低硫、特低磷低磷、高热值不粘煤，是良好的民用和动力用煤，适用于火力发电，各种工业锅炉等，也可在建材工业、化学工业中用焙烧材料。粉煤加粘结剂成形还可制作煤砖、煤球、蜂窝煤等。1.3.3 煤层开采地质条件（1）煤层顶底板情况从钻孔岩石试验结果看，细粒岩石比粗粒岩石抗压、抗剪强度大，各类岩石抗压强度小于30MPa的占88.9%，岩体完整性多为较完整。因此，基岩大都属于软弱半坚硬岩层，工程地质条件属中等。煤层的综合柱状图如图1-2所示。（2）瓦斯根据矿井瓦斯鉴定结果，矿井总回风巷瓦斯绝对涌出量为0.14m3/min，相对涌出量为1.008m3/t，本矿为低沼气矿井。（3）煤尘爆炸及煤的自燃根据对煤的自燃、煤尘爆炸作专项鉴定，各煤层火焰长度均大于400mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉量为80%，有爆炸危险性。煤层具有自然发火倾向，自然发火期4060d。（4）地温根据邻区勃牛川普查区钻孔简易地温测量结果，最大地温梯度1.6/100m，平均1.2/100m，小于3/100m，无地温异常。（5）放射性及其它有害气体本区经各勘探阶段，对钻孔测井及大量的煤、岩样品测试，均未发现有放射性异常和大量有害气体。（6）地压本区煤层埋藏较浅，地压较小，无异常地压。图1-2煤层地质综合柱状2 井田境界和储量2.1井田境界2.1.1 井田境界及划分李家梁井田包括伊泰公司的神山井田和李家梁井田以及富华井田，三井田合并开发。整个井田由8个拐点圈定。井田境界拐点坐标见表2-1。表2-1 井田境界拐点坐标点号纬距（X）经距（Y）点号纬距（X）经距（Y）143663403745038054353837.537448050243621203745025064354071.437453102.334358996374484207436250037454205.444356630.337447809.684366468.834454443.72.1.2 井田面积合并后的井田南北平均长12.14km，东西平均宽4.47km，面积54.30km2，（1）井田走向和倾向尺寸李家梁井田走向最大长度约为12.48km，最小约为11.20km，平均约为12.14km；井田的倾斜长度最大为5.65km，最小约为4.01km，平均为4.47km。（2）井田面积井田面积计算见公式2-1。 （2-1）式中：井田走向平均长度，12.14km；井田倾向水平平均长度，4.47km；井田内煤层平均倾角，1；井田面积，km2。将数据代入式2-1得： km22.2矿井工业储量2.2.1井田勘探类型本设计中所有地质资料作为初步设计的依据，勘探钻孔很密集。根据地质勘探资料可以很准确的判断煤层的分布情况，井田勘探类型属于精查。2.2.2储量等级李家梁井田范围内绝大部分勘探钻孔密集，煤层层位、厚度、结构及其变化情况和煤质及其变化情况已经查明。煤层对比可靠，属于A级储量。2.2.3矿井工业储量计算可采煤层中6号煤层厚度最大，平均厚度为5.50m，且埋藏浅，储量丰富，是本井田地首采煤层，主采煤层。本设计主要针对6号煤层进行开采设计。矿井工业储量计算见式2-2。 （2-2）式中：m煤层平均厚度，5.50m；r煤层容重，1.45tm-3；s井田面积，54.30km2。将数据代入式2-2可得：Z=43304.3万t2.3矿井可采储量2.3.1矿井永久保护煤柱损失量（1）井田边界保护煤柱井田边界保护煤柱按李家梁煤矿实际情况取30m，则用公式2-3计算井田边界保护煤柱损失。 （2-3）式中：井田边界煤柱宽度，30m；井田边界长度，34061m；煤层厚度，5.5m；煤层容重，1.45tm-3；井田边界保护煤柱损失，万t。代入数据得：814.9万t（2）工业广场煤柱根据煤炭工业设计规范第5-22条规定：工业广场的面积为0.8-1.1平方公顷/10万t。本矿井设计生产能力为500万t/a，所以取工业广场的尺寸为400 m1000 m的长方形。工业广场所在位置煤层倾角为1，其中心处埋藏深度为54m，该处风积沙层厚度为15m，主斜硐、副斜硐，地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按级保护留维护带，宽度为15 m。本矿井的地质条件及冲积层和基岩移动角见表2-2。表2-2 岩层移动角广场中心深度/m煤层倾角/煤层厚度/m风积沙层厚度/m/-5415.51545707570由工业广场保护煤柱图2-1，可得出保护煤柱的尺寸计算公式见2-4： （2-4） 将数据代入式2-4得：则工业广场的煤柱量计算见公式2-5： (2-5)式中：Zi工业广场煤柱量； S 工业广场压煤面积；0.545 km2将数据代入式2-5得：Zi434.6万t矿井的永久保护煤柱损失量汇总表见表2-3。表2-3 保护煤柱损失量煤 柱 类 型储 量（万t）井田边界保护煤柱747.6工业广场保护煤柱434.6合 计1182.2图2-1 工业广场保护煤柱2.3.3 矿井可采储量矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按式2-6计算： （2-6）式中： 矿井可采储量，万t； 矿井的工业储量，43304.3万t；保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断层等留设的永久保护煤柱损失量，万t；C采区采出率，厚煤层不小于0.75；中厚煤层不小于0.8；薄煤层不小于0.85；地方小煤矿不小于0.7。则代入数据得：矿井设计可采储量：Zk =（43304.3-1182.2）0.75=31591.6万t矿井储量汇总表见表2-4：表2-4 矿井储量汇总煤层工业储量（Mt）（A+B）/（A+B+C）永久煤柱损失（Mt）矿井设计储量（Mt）设计开采损失（Mt）设计可采储量（Mt）6433.0100%11.8421.2105.3315.93 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范GB50215-2005中2-23条规定，矿井设计生产能力宜按年工作日330 d计算，每天净提升时间宜为16小时。矿井工作制度 “三八制”作业，两班生产，一班检修。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、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经多方案比较或系统优化后确定。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得太大；（2）开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市），交通（铁路、公路、水运），用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等。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（包括煤中煤质、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，反之则缩小规模。3.2.2矿井设计生产能力本矿井井田范围内煤层赋存简单，地质条件较好，主采煤层可采厚度5.5 m，煤层平均倾角13，属近水平煤层，适合布置大型矿井。因此，确定本矿井设计生产能力为400万t/a。3.2.3矿井服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。矿井可采储量Zk、设计生产能力A矿井服务年限T三者之间的关系为： （3-1）式中：矿井服务年限，a；矿井可采储量，31591.6万t；设计生产能力，400万t；矿井储量备用系数，取1.3，确定井型时需要考虑备用系数的原因是，矿井各生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，产量迅速提高；局部地质条件变化，使储量减少；有的矿井由于技术原因，使采出率降低，从而减少了储量。将数据代入式3-1得，矿井服务年限为：3.2.4井型校核按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：（1）煤层开采能力井田内6号煤层为主采煤层，煤厚5.5 m，为厚煤层，赋存稳定，厚度基本无变化。煤层倾角平均13，地质条件简单，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个大采高综采工作面。（2）辅助生产环节的能力校核设计的矿井为特大型矿井，开拓方式为斜硐单水平开拓。主斜硐采用钢丝绳芯胶带运输机运输煤炭，工作面生产的原煤经顺槽胶带输送机运达运输大巷，再运输大巷胶带输送机运达井底，井底不设置煤仓，直接经主斜硐钢丝绳芯胶带运输机运输至地面，运输能力大，自动化程度高；副斜硐采用无轨胶轮车运输人员和材料。运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。大巷辅助运输及顺槽辅助运输采用无轨胶轮车运输，运输能力大，调度方便灵活。（3）通风安全条件的校核本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量极低，但煤尘具有强爆炸危险，煤炭有自然发火倾向，发火期40-60天。矿井投产前期采用中央并列式通风，后期采用两翼对角式通风。辅助运输大巷进风，煤炭运输大巷回风，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）矿井的设计生产能力与服务年限相适应，才能获得好的技术经济效益。煤炭工业矿井设计规范给出了井型和服务年限的对应要求，见表3-1。表3-1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力（万t/a）矿井设计服务年限（a）第一开采水平服务年限（a）煤层倾角45600及以上7040300500603512024050302520459040252015930各省自定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：（1) 主采煤层为近水平煤层；（2) 煤层埋深浅，薄基岩，厚风积沙；（4) 矿井涌水量不大，不威胁生产；（5) 本矿井为低瓦斯矿井；（6) 本矿地表为鄂尔多斯高原丘陵地区，沟谷纵横。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：（1) 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。（2) 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。（3) 合理开发国家资源，减少煤炭损失。（4) 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。（5) 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。（6) 根据用户需要，应照顾到不同煤质、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确定井筒形式、数目、位置及坐标（1）井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井最复杂。 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。 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，井筒延伸施工方便，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、流沙层施工技术复杂。 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，对深井开拓极为有利；当表土层为富含水层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产状均特别复杂的井田，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，基本建设投资大。由于矿井位于鄂尔多斯高原东部，地表大部被风积砂覆盖，典型的高原侵蚀丘陵地貌，煤层埋深浅。根据矿井提升的需要与本矿的地质条件及煤矿安全规程的规定，确定采用斜硐单水平开拓。设立主副斜硐各一个主斜硐用来运输煤炭，副斜硐用来运送人员、材料、设备及通风等。本矿井瓦斯涌出量小，矿井采用盘区式开采，但由于井田面积大，通过第九章的比较，前期采用中央并列式，后期采用两翼对角式的通风方式。（2）井筒位置的确定井筒位置的确定原则： 有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门工程量少； 有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村或不迁村； 井田两翼储量基本平衡； 井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层； 工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山、低洼和采空区，不受崖崩滑坡和洪水威胁； 工业广场宜少占耕地，少压煤； 距水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。依据本矿实际条件，井田西翼为边-弓公路，从井田西翼东井田东翼全部为丘陵高原地区，考虑到考虑布置在储量中心和尽量减少工广压煤的原则，确定把主副斜硐的选址定在井田西翼中部偏北的一个地势平缓地区。4.1.2工业场地的位置工业场地的位置选择在主、副平硐井口附近。工业场地的形状和面积：根据工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为40公顷，形状为矩形，长1000 m,宽400 m。为了减少边角煤，长边垂直于井田保护煤柱线。4.1.3开采水平的确定及盘区划分本矿井内煤层标高从1095 m到1145m，垂直高度约为50m。煤层平均倾角1，属近水平煤层。同时本矿地质条件简单，井型大，应尽量采用先进的技术提高效益，所以决定采用盘区布置方式，并增加盘区的推进长度，减少工作面的搬家次数，设计将矿井分为三个盘区。首采盘区位于井田北部，约占井田面积的40左右，工业储量为12636万t，服务年限为31.0年。4.1.4主要开拓巷道由于本井田煤层平均厚度达5.5 m，盘区服务年限长，且煤层等高线平缓，适合布置煤层大巷，大巷间煤柱宽50m。大巷布置沿煤层掘进，为便于在巷道交叉时架设风桥等构筑物，以及考虑到无轨胶轮车行走嗦需要的地面条件，辅助运输大巷沿底板掘进，主运输大巷和回风大巷沿顶板掘进。其优点是巷道掘进速度快，缩短矿井的准备期，矿井尽快投产。4.1.5开拓方案比较（1）提出方案根据以上分析及矿井的实际情况，现提出以下四种在技术上可行的开拓方案，分述如图4-14-4。方案一：主副平硐在井田西翼见煤，见煤后在井田西翼沿走向布置三条煤层大巷，同时掘首采面的顺槽，不设盘区煤仓及井底煤仓，原煤直接从工作面运出斜硐到达地面。方案二：主副平硐在井田西翼见煤，见煤后在井田西翼沿走向布置三条岩层大巷，同时掘首采面盘区下部车场及顺槽，在首采面运煤顺槽与运煤大巷的接头煤层中设首采盘区的煤仓。方案三：主副平硐在井田中央见煤，见煤后在井田中央沿走向布置三条煤层大巷，同时掘首采面的顺槽，在首采面运