伯方煤矿120万吨新井设计-基于3dsmax和vr-platform的采矿虚拟现实矿井系统开发-长壁工作面无支护水力开采研

目录一般部分11矿区概况及井田地质特征211矿区概述2111交通位置2112地形地貌2114气象地震2115矿区电源及建筑材料412井田地质特征4121井田地形概况及勘探程度4122井田地层构成4123井田地质构造7124井田水文地质713煤层特征8131煤层埋藏条件8132煤质9133瓦斯、煤尘及自燃性10134其他有益矿产102井田境界和储量1121井田境界11211井田范围及尺寸11212开采界限1122矿井储量计算11221储量计算依据11222地质储量计算12223工业储量计算1323矿井可采储量13231矿井保护煤柱留设原则13232矿井保护煤柱计算14233矿井可采储量的计算143矿井工作制度、设计服务年限及生产能力1531矿井工作制度1532矿井生产能力及服务年限15321矿井生产能力设计原则15322矿井设计生产能力及服务年限15323第一水平服务年限校核164井田开拓1741井田开拓的基本问题17411井筒形式的确定17412井筒位置的确定18413工业广场的位置20414开采水平的确定20415大巷与煤层间的关系20416采带区接替顺序20417开拓方案技术经济比较20418开拓方案综合比较2542矿井主要巷道25421井筒25422井底车场及硐室29423主要开拓巷道315准备方式带区巷道布置3451煤层地质特征34511带区位置34512带区煤层特征34513煤层顶底板情况34514水文地质35515地质构造35516地表情况3552带区巷道布置及生产系统35521确定带区巷道布置及生产系统的原则35522带区巷道布置36523带区生产系统36524带区巷道掘进方法38525带区生产能力及采出率3853带区车场选型396采煤方法4161采煤工艺方式41611带区煤层特征及地质条件41612确定采煤工艺方式42613回采工作面参数43614放顶煤参数44615工作面采出率计算45616综采放顶煤工作面的设备选型及配套45617采煤机工作方式50618放顶煤工艺流程51619工作面端头支护与超前支护536110劳动与循环组织536111工作面吨煤成本556112综合机械化采煤过程中应注意事项5762回采巷道布置58621回采巷道布置方式58622回采巷道参数587井下运输6171概述61711矿井设计生产能力及工作制度61712煤层及煤质61713运输距离和辅助运输设计61714矿井运输系统6172带区运输设备选型62721设备选型原则62722带区运输设备选型及能力校核6273大巷运输设备选型64731运输大巷设备选型64732辅助运输大巷设备选型64733运输设备能力验算668矿井提升6781矿井概况6782主斜井提升67821主斜井提升67822检修道设备6883副斜井运输699矿井通风与安全7091矿井概况70911矿井地质条件70912开拓准备方式70913开采方法70914井下硐室71915工作制和人数7192矿井通风系统的确定71921矿井通风系统的基本要求71922矿井通风方式选择71923矿井通风方法选择73924带区通风系统要求74925带区通风方式确定7493矿井风量分配75931回采工作面需风量75932备用工作面需风量76933掘进工作面需风量76934井下硐室需风量78935其他巷道需风量78936矿井总风量78937风量分配7994全矿井巷通风阻力80941矿井通风总阻力计算原则80942通风容易时期和通风困难时期最大阻力路线的确定80943计算全矿通风阻力8495矿井通风设备选型85951矿井通风机选型85952电动机选型88953对矿井通风设备要求88954反风、风硐的基本要求8896安全灾害的预防措施89961预防瓦斯和煤尘爆炸的措施89962预防井下火灾的措施89963防水措施89参考文献91专题部分92基于3DSMAX和VRPLATFORM的采矿虚拟现实矿井系统开发93翻译部分114英文原文HYDRAULICSLUICEDLONGWALLMININGWITHOUTSUPPORTS115中文译文长壁工作面无支护水力开采研究122致谢128一般部分1矿区概况及井田地质特征11矿区概述111交通位置伯方井田位于山西省高平市城区西北约7KM处的寺庄镇伯方村西，地理坐标为北纬354852355252，东经11247461125636，为沁水煤田高平矿区王报井田的一部分。太（原）焦（作）铁路由矿井井田东部通过，该铁路向南与京广、焦柳及陇海线相接，并可转运至连云港港口和石舀所港口，向北至榆次与同蒲铁路相连。公路运输向北至长治、太原，南至晋城、焦作、洛阳、郑州，西至候马。矿井距207国道15KM，并有专用铁路线987KM，专用铁路从高平车站接轨，直通矿井工业场地，交通十分方便（见图11）。112地形地貌井田位于太行山中南段西侧，西侧的王龙山，为沁水与丹沟的分水岭，北部的丹珠岭大保头山为浊漳河南源与丹河的分水线，井田内地形为西北高、东南低的低山丘陵，最高在井田中部，标高为1130M，最低在柏枝庄村东南部，标高为88135M，最大相对高差为24865M。在标高950M以上多为基岩出露，沟谷发育，沟谷呈树枝状展布，在标高950M以下，则为黄土丘陵区，黄土覆盖较厚，悬崖陡壁发育，大部分开垦为梯田，河床两岸为黄土和近代冲积层。一般可划分为三个阶地，级阶地高出河床12M，级阶地高出河床58M，级阶地高出河床1525M。113河流水系本区主要河流为丹河，纵贯井田东部边侧。较大的支流有高良河及杜寨河，高良河延入井田北部，杜寨河延入井田西南部，总的流向自西北流向东南与地形坡度基本一致。丹河常年有水，最高洪水位高出河床约335M，至南部高平高庙山断层带，全部漏失于奥陶系石灰岩中。杜寨河流量不大，至南部许家沟全部漏失于奥陶系石灰岩中。成为间歇性河流。井田以北有釜山水库，库容量为295万立方米。在井田西北枣河村有一干水库，库容量为25万立方米，井田西部的沟南村有一干水库，库容量为15万立方米。114气象地震本区属大陆性气候，平均年降水量为557MM，最大为6407MM，最小为4467MM，雨季集中在7、8、9三个月；平均年蒸发量最大为20892MM，最小为6407MM，平均为13645MM，蒸发量是降水量的25倍左右。历年最高日气温为36，七月份平均为237，最低日气温为192，一月份平均为564，全年平均气温为98，春冬多西北风，夏秋多东南风和南风，风力一般为34级，最大6级，每年10月中旬至翌年4月中旬为霜冻期，历时150180天，最大冻土深度048M。根据山西省地震基本烈度区划图说明书本区地震烈度为6度，区内没有发生过大于5级地震，仅在屯留一带发生过43级地震。高平市长治市安泽县沁水县阳城县晋城市焦作市新乡市鹤壁市安阳市洪洞县临汾市襄汾县侯马市翼城县垣曲县林州市陵川县辉县市伯方煤矿图11矿区交通位置图115矿区电源及建筑材料矿区距离北庄和马村最近，电源一回可引自北庄110KV变电站35KV母线。线路为LGJ95和LGJ70架空线，13公里；另一回35KV电源可引自马村110KV变电站35KV母线，线路为LGJ120架空线，19公里。建筑所需材料，当地市场可满足供应，除黄砂需由火车从外地调运外，其它材料均可在本地区购到，且材料价格合适，能够满足矿井建设的需要。12井田地质特征121井田地形概况及勘探程度伯方井田为原高平矿区王报井田的一部分，位于王报井田中部的高级储量区，19571959年华北煤田地质局152勘探队在王报井田进行了精查勘探，施工钻孔71个，钻探进尺为1169567M，提交了王报南精查地质报告，王报北精查地质报告经1962年复审为不合格。1964年3月以山西省煤炭工业管理局地质勘探局119勘探队为主，114、148勘探队为辅，对王报井田重新进行精查勘探，历经7个月，施工43个钻孔，钻探进尺973688M，其中水文孔2个，水文钻探进尺56076M。于1964年11月提交山西省沁水煤田高平矿区王报井田地质勘探最终报告，经复审评价为优。王报井田精查勘探采用钻探测井为主，地面物探为辅的综合勘探方法，采用1000750M的基本工程密度控制A级储量，中南部复杂地段加密工程进行必要的控制。井田内基本上为一单斜构造，走向北东，倾向北西，倾角一般小于8度，南、北构造复杂程度有别，北部褶曲少而断层多，南部断层少而褶曲多，主要可采3号煤层，全区稳定可采，将勘探类型定为一类一型较合理。精查勘探查明了井田的构造形态和复杂程度，主要褶皱得到了控制；控制了主要断层的位置和落差；查明了可采煤层的层数、层位、厚度结构和可采煤层的可采范围；详细了解了陷落柱对煤层的影响；查明了可采煤层的煤质特征及其变化情况，确定了各煤层的煤类为单一的无烟煤；查明直接充水含水层和间接充水含水层的岩性、厚度、埋藏条件、水位、水质、富水性，查明了隔水层的厚度、岩性组合，查明了直、间接充水含水层、地表水的水力联系以及地下水的补给、迳流和排泄条件，基本查明了对矿井充水影响的断层的水文地质特征；详细了解了可采煤层的顶、底板的工程地质特征。储量计算利用工程质量可靠，各级储量圈定合理。122井田地层构成根据地表出露和钻孔揭露情况，井田内发育的地层有奥陶系中统峰峰组，石炭系中统本溪组、上统太原组，二迭系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组，第四系中、上更新统、全新统，现将地层由老至新叙述如下一、奥陶系中统峰峰组（O2F）地表未出露，据部分钻孔资料，岩性为兰灰色，致密厚层状石灰岩，顶部为浅黄色的泥灰岩。二、石炭系（C）（1）中统本溪组（C2B）主要为浅灰色铝土质泥岩，局部沉积有薄煤层及黄铁矿，平均厚度为1340M。（2）上统太原组（C3T）底部以K1砂岩与本溪组分界，为井田主要含煤地层之一。厚度65119415M，平均厚度7995M。主要岩性为深灰色、黑色的泥岩、砂岩，灰、灰黑色的石灰岩和煤层。三、二叠系（P）（1）下统山西组（P1S）井田主要含煤地层之一，底部以K7砂岩与太原组分界，厚度50386053M，平均5529M。主要岩性为灰黑色的泥岩、砂岩、煤层。（2）下统下石盒子组（P1X）底以K9砂岩与山西组分界，顶以桃花色铝质泥岩与上石盒子组分界，该组厚70309447M，平均厚8754M。下段岩性主要为浅黄灰、灰黑色泥岩、粉砂岩，夹数层黄绿色中细砂岩，上段主要岩性为黄绿色的中粗及巨粒长石石英砂岩、厚层状和杏黄色的粉砂岩、泥岩、桃花色铝质泥岩。（3）上统上石盒子组（P2S）底部以一层黄绿色中细粒砂岩（K10）与下石盒子组分界，顶部多被剥蚀，最大残留厚度500M左右。从岩性、颜色可将该组分为三段下段为杏黄色、紫色粉砂岩，泥岩夹数层透镜状石英长石砂岩。中段是红、黄、紫色的泥岩和几层不稳定的灰白色的砂岩。上段为葡萄紫色泥岩和巨厚黄绿色、灰白色中、粗粒石英长石砂岩互层。四、第四系（Q）（1）中、上更新统（Q2Q3）为浅红色亚粘土和淡黄色亚砂土、粉砂土，分布于低山丘陵之上的广大地区，厚度05500M，与下伏地层不整合接触。（2）全新统（Q4）为近代冲积层，分布于井田大小沟谷中，在河漫滩为砂、淤泥和砾石，在中低山傍多为坡积、残积物，厚度0500M左右。岩性描述地层单位国际性地层单位地方性地层单位地质时代柱状厚度最小最大一般标志层煤层名称界系统群组段符号新生界第三系Q4Q23上统中生界二系系10（米）05205240526809478509731450239510268183025287603485290168534062506183为近代冲积层，分布于井田大小沟谷中，在河漫滩为砂、淤泥和砾石，在中低山傍多为坡积、残积物。为浅红色亚粘土和淡黄色亚砂土、粉砂土，分布于低山丘陵之上的广大地区。下段为杏黄色、紫色粉砂岩，泥岩夹数层透镜状石英长石砂岩。中段是红、黄、紫色的泥岩和几层不稳定的灰白色的砂岩。上段为葡萄紫色泥岩和巨厚黄绿色、灰白色中、粗粒石英长石砂岩互层。下段岩性主要为浅黄灰、灰黑色泥岩、粉砂岩，夹数层黄绿色中细砂岩，上段主要岩性为黄绿色的中粗及巨粒长石石英砂岩、厚层状和杏黄色的粉砂岩、泥岩、桃花色铝质泥岩。黑色块状，以镜煤亮煤为主，结构复杂。多为粉砂岩位于山西组上部，结构简单，局部可采。泥岩或粉砂岩位于山西组中部，煤层结构简单，偶含夹矸13层，顶板岩性大多为厚层灰黑色粉砂岩及泥岩，底板为灰黑色粉砂岩或泥岩。灰黑色粉砂岩或泥岩厚层石灰岩位于太原组中部，煤层结构简单，偶含一层夹矸，顶板岩性为泥岩，局部为粉砂岩，底板为深灰、黑色泥灰岩。位于太原组底部，煤层厚度为25618M，平均厚度301M，结构较复杂，顶板岩性为厚层石灰岩，底板为灰白色粘土质泥岩。1煤煤煤9煤5煤P2SP1X下石盒子组全新统中上更新统上石盒子组山西组下统叠炭石太原组上统中统本溪组奥陶系中统峰峰组P1SC3TC2BO1F5276134岩性为兰灰色，致密厚层状石灰岩，顶部为浅黄色的泥灰岩主要为浅灰色铝土质泥岩，局部沉积有薄煤层及黄铁矿图12地质综合柱状图123井田地质构造高平矿区处于太行山背斜中南段西翼，沁水盆地东南边缘，呈走向北东，倾向北西的单斜构造，地层倾角一般为28。本井田位于高平矿区西部，即单斜下部，井田内褶皱和断层发育，南北构造特征各异。发育的褶皱如下（1）乔家沟向斜位于井田东南界处，轴向近南北，南部略偏西，东翼倾角36，西翼倾角12，向北倾伏于伯方煤矿井田内，在613、618、619号钻孔间形成盆状向斜，轴向延展长度3000M。（2）乔家沟鼻状背斜位于井田东南界外的乔家沟煤矿至613号钻孔间，轴向平行于乔家沟向斜，轴部较平缓，向北倾伏，轴向延展长度1800M。（3）柳树底向斜位于35号钻孔与柳树底村，32号与640号钻孔之间，轴向N60E，向南至杜寨村转为N30E，东翼倾角1014，西翼于639629号钻孔间产生轴向为SW向的附生背斜至吴庄一带转为轴向N36E的单斜产状。该向斜轴向延展长度3000M，在本井田内延伸长度为1000M左右。（4）伯方东背斜位于井田东界外伯方村东500M处，轴向N1020E，轴部出露中奥陶系石灰岩，西翼倾角46，东翼被寺庄甲断层破坏，呈穹窿状。（5）申头村向斜轴部位于申头村至高良村北，轴向N70W，北翼地层走向近南北向，倾角610，南翼为东西向，倾角912。发育断层如下（1）F2、F3、F4断层F2、F3走向相互平行，为北5570东，由西向东相距200300M，倾向相反构成地堑，随后合并为F4断层。F4断层自后河村南由落差812M向东至624号孔落差增大至1315M，整个断层延长3500M，井田内1800M。124井田水文地质一、含水层高平矿区位于太行山背斜西麓南段，区域水文地质单元属沁水盆地，山地丘陵水文地质分区属郭壁泉的泾流区，区域内分布着中奥陶系、石炭系、二迭系及第四系地层，按地下水埋藏条件可分为孔隙水、裂隙水和裂隙岩溶水三类。本井田内地下水类型与区域水文完全一致，井田内主要含水层为（1）奥陶系石灰岩含水层主要为奥陶系石灰岩裂隙溶洞水，在高平矿区东北部埋藏较深，至南部晋城矿区以东河谷以泉水形式出露。根据井田东北部3公里的望云井田，13号钻孔探测，水位标高为69468M。该含水层水量丰富，是良好的供水水源。（2）太原组K2、K3石灰岩含水组该含水组为石灰岩层间裂隙溶洞水，是15号煤层顶板，裂隙溶洞在浅部及断层裂隙处发育，深部很少。其中K2石灰岩富水性较强，厚度为542976M，根据抽水试验，单位涌水量为00027068L/SM，渗透系数为0271743M/D，水位标高7137776431M。（3）太原组K5、K6石灰岩含水组该含水以K5石灰岩富水性较好，厚度为319957M，单位涌水量为0010705L/SM，渗透系数为0154820M/D，水位标高7776183254M。（4）山西组K8砂岩含水组K8砂岩为3号煤层顶板，平均厚度为1039M，为层间裂隙水，单位涌水量为00005100595L/SM，渗透系数为000620535M/D，水位标高为8662289132M。（5）下石盒子基底砂岩含水层主要为层间裂隙水，大部分位于河床侵蚀面以上，据608号孔抽水试验，水量为000074L/SM，含水微弱，水位标高为97968M。（6）风化裂隙水风化深度一般为2550M，砂岩含水层，石灰岩裂隙潜水，以大气降水和地表水为其补给来源，流量随地形变化很大，据43号、50号水文孔抽水试验，单位涌水量为05950638L/SM，渗透系数为0535505M/D。（7）第四系孔隙潜水含水层主要为第四系砂、砂砾层孔隙水，分布于丹河、杜寨河河谷的冲积层，为当地居民和农业灌溉用水的主要水源。据伯方村一带水井简易抽水试验，单位涌水量为0094155L/SM，渗透系数为0457460M/D。二、隔水层（1）本溪组隔水层位于15号煤层与奥陶系界面之间，为铝质泥岩、粘土岩隔水层，厚度变化大，裂隙不发育，隔水性能一般。（2）太原组隔水层太原组含水层之间均有稳定的隔水层，以泥岩、粉砂岩为主，裂隙不发育，隔水性能良好。（3）山西组隔水层由山西组的粉砂岩、泥岩、煤层组成多层隔水层，层位稳定，厚度大，为良好的隔水层。三、矿井充水条件及各含水层的水力关系本井田地层由东向西倾斜，丹河及其支流自西北流向东南，横切煤系上覆地层，且东北部和局部地段断层横贯河床，给矿床充水带来复杂因素，但井田内地形为西北高东南低，河谷切割很多，坡度较大，成为良好的天然排水网，又因煤系及其上覆地层有良好的隔水层，特别是第四系底部沉积有广泛的红土层，挡住了地面河水及其上部含水层的下渗，使水文地质条件趋于简单，给矿井开采带来有利条件。由于煤系其上覆地层为石灰岩、砂岩、泥岩互层，各含水层均有其独立的水文地质特征，在正常情况下，不会发生水力联系，且含水层埋藏愈深，隔水层愈厚，富水性愈弱，给矿井开采疏干创造了极为有利的条件。13煤层特征131煤层埋藏条件本井田内主要含煤地层为二迭系下统山西组和石炭系上统太原组，含煤地层总厚平均为13524M，共含煤15层，其中可采煤层4层，煤层总厚度为1442M，可采煤层总厚度为1127M，含煤系数为833，下石盒子仅含12层不稳定的煤线。山西组含煤地层平均厚度为5529M，含煤4层，编号为1、2、2下、3号，煤层总厚为77M，其中2号、3号煤为可采煤层，可采煤层厚度741M，含煤系数为1340。太原组含煤地层平均厚度为7995M，含煤11层，编号为5、7、8、9上、9、10、11、12、13、15、15下，煤层总厚为622M，其中9号、15号煤为可采煤层，可采煤层厚度为386M，含煤系数为43。2号煤层位于山西组上部，厚度为0102M，平均厚度068M，结构简单，局部可采。2号煤层与3号煤层间距为1830M，平均2284M。煤层顶板大多为粉砂岩，底板为泥岩或粉砂岩。煤层可采性指数（KM）为044M，煤层厚度变异系数（R）为27，属极不稳定煤层。3号煤层位于山西组中部，距9号煤层4852M，一般4925M左右，煤层厚度528760M，平均厚度为55M，煤层结构简单，偶含夹矸13层，顶板岩性大多为厚层灰黑色粉砂岩及泥岩，底板为灰黑色粉砂岩或泥岩。煤层可采性指数（KM）为1，厚度变异系数（R）为247，属稳定煤层。9号煤层位于太原组中部，距15号煤层3240M，平均3346M，煤层厚度为0116M，平均085M，煤层结构简单，偶含一层夹矸，顶板岩性为泥岩，局部为粉砂岩，底板为深灰、黑色泥灰岩。煤层可采性系数（KM）为083，厚度变异系数为27，属极不稳定煤层。15号煤层位于太原组底部，煤层厚度为25618M，平均厚度301M，结构较复杂，顶板岩性为厚层石灰岩，底板为灰白色粘土质泥岩。煤层可采性指数（KM）为1，厚度变异系数为23，属稳定煤层。各可采煤层特征详见表11。表11可采煤层特征表含煤地层煤层编号厚度（M）最小最大平均厚度间距（M）最小最大平均结构稳定性可采性备注20012068简单极不稳定局部可采183023山西组3528760673简单稳定全区可采偶含夹矸13层4852492590116085简单极不稳定局部可采偶含夹矸1层太原组152506183013403346简单稳定全区可采132煤质本井田各可采煤层均呈灰黑黑色，条痕色为黑褐色，金属半金属光泽，内生裂隙中等发育，参差状断口，具有均一状结构，夹亮煤条带，块状粒状构造，煤层层理不明显，煤的真密度145150，视密度140145，摩氏硬度1525，质较软，污手。3号煤层底部煤质较软易碎，9、15号煤层含黄铁矿结核多。各可采煤层主要煤质指标见表12。表12可采煤层主要煤质指标类别水分MAD灰分AD挥发分VDAF全硫STD发热量MJ/KG煤类煤层编号最小最大平均最小最大平均最小最大平均最小最大平均最小最大平均202417010913022157169788717871097030085042231331142926无烟煤30211431099032590167543219051154025057035255631833060无烟煤905814711610593044189083212941016245451208239330262960无烟煤15024135077843282716417701339976234822458284931602943无烟煤133瓦斯、煤尘及自燃性据王报井田地质报告提供，勘探中于608、612、622、643号四个钻孔取3号、15号煤瓦斯样试验，从试验结果分析“井田内各可采煤层瓦斯含量均低”。周边井田开采3号煤层经鉴定均为低瓦斯煤层。3号煤层煤尘爆炸性试验结果为火焰长度为0，属无爆炸危险性煤层。3号煤层煤样的自燃倾向性测试结果为吸氧量为10484CM3/G，煤层自燃发火等级为级，属不易自燃煤层。且周围矿井开采3号煤层没有自然发火记录。134其他有益矿产井田内除煤以外的有益矿产以铝土矿为主，尚有粘土矿、黄铁矿和石灰岩，分散元素和放射性矿物在煤和岩石中的含量极微。二叠系铝土矿，位于下石盒子组顶部，即K11出露于相枝庄、后河、越家山、伯方矿及柳树底一带，全层厚814M，地面呈鲜艳的紫约、灰黄色带，称桃花色铝质泥岩，肉眼鉴定其品位变化大，一般上部质量较佳，厚480M，中部则多以铁铝混合岩，表面风化后，有黑色的锰铁矿壳皮。石炭系铝土矿，位于本溪组底部，厚度和品位变化较大，厚311M，上部色灰白质纯，下部深灰色呈鲕状，有的地方被砂岩取代。另外15号煤层内伴生黄铁矿，3号煤层顶、底板中V2O5含量较高，达00390051，可考虑提取。2井田境界和储量21井田境界211井田范围及尺寸井田地理坐标为北纬354852355252，东经11247461125636。根据山西省国土资源厅2004年11月为该矿换发的1400000421264号采矿许可证，北部与高良煤矿以F7、F8断层为天然界线，东、南、西以下列7个坐标点依次连线圈定（1）X532256，Y3956904（2）X531217，Y3955408（3）X531217，Y3952744（4）X535880，Y3952744（5）X535880，Y3955205（6）X535597，Y3956110（7）X535533，Y3956904井田东西长度最大467KM，最小350KM，平均450KM。井田南北长度最大397KM，最小246KM，平均360KM。煤层倾角最大，最小，平均。825井田面积为1775KM2。212开采界限本井田内主要含煤地层为二迭系下统山西组和石炭系上统太原组，含煤地层总厚平均为13524M，共含煤15层，其中可采煤层4层。由于2号煤层平均厚度只有068M、2下号煤层平均厚度只有085M而且赋存极不稳定，15号煤层平均全硫458属高硫煤，因此2号、2下号和15号煤层列为次边际经济（2S21、2S22）储量。井田主要开采3号煤层。22矿井储量计算221储量计算依据（1）煤炭地质资源地质勘探规范煤炭资源指标中无烟煤指标为煤层最低可采厚度08M，最高灰分40，最高硫分3，最低发热量221MJ/KG。（2）储量厚度计算夹矸厚度不大于005M时，与煤层合并计算；复杂结构煤层的夹矸厚度不超过每分层厚度的50时，以各煤层的总厚度作为储量计算厚度。（3）本矿井设计对3号煤层进行开采设计。煤层情况3号煤层平均厚度673M，密度145T/M3。（4）井内主要煤层稳定厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探平均时可以采用地质块段的算术平均法。本次储量计算是在精查地质报告提供的15000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征，将矿体划分为若干块段，在圈定的块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量。煤层总储量即为各块段储量之和，每个块段内至少应有一个以上的钻孔。块段划分如图21所示。图21井田赋存情况示意图222地质储量计算根据煤炭工业设计规范，求得以下各储量类型的值矿井地质储量计算公式见式2101ZZMF（21）式中矿井地质资源量，MT；Z煤层平均厚度，M；煤层底面面积，M3；F煤容重，T/M3。将各参数代入式（21）中可得表21，所以地质储量为ZZ14255（MT）表213号煤层地质储量计算编号容重T/2煤厚/M倾角/面积/2储量/MT总储量/MTA145550224176891928B145550560705744841C145550535049342795D14555034135920329814255E145550616803171340223工业储量计算根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60探明的，30控制的，10推断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70的是经济的基础储量，30的是边际经济的基础储量，则矿井工业资源/储量由式22计算。ZGK（22）Z111Z122Z2M11Z2M22Z333式中ZG工业储量，MT；探明的资源量中经济的基础储量，；Z111控制的资源量中经济的基础储量，；Z122探明的资源量中边际经济的基础储量，；Z2M11控制的资源量中边际经济的基础储量，；Z2M22推断的资源量，；Z333K可信度系数，取0709。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，值取09；地质构造复杂、煤层赋存较稳定的矿井，取07。该式取08。5987（MT）1607BZ2994（MT）232566（MT）MZZ1283（MT）1140（MT）310ZKK因此将各数代入式22得13970（MT）GZ23矿井可采储量231矿井保护煤柱留设原则（1）工业广场、井筒留设煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱。工业广场占地面积指标见表22。（2）各类保护煤柱按垂直剖面法或垂线法确定。岩层移动角参照周围矿区的观测记录，伯方井田岩层移动角取72,70，表土层移动角取45。其中，由第四章开拓巷道布置可知，为便于工作面布置，工业广场沿地理南北方向布置，即受护边界与煤层走向方向夹一锐角60，根据采矿工程设计手册P331要求“当受护边界与煤层走向斜交时，应根据基岩移动角求得垂直于受护边界方向即伪倾斜方向的上山方向移动角和下山方向移动角。再确定保护煤柱。”查诺谟图得72,70。（3）维护带宽度工业场地、风井场地20M，村庄10M，其他15M。（4）断层煤柱宽度30M，井田边界煤柱宽度20M。表22工业广场占地面积指标井型/MTA1占地面积指标/HA01MT124及以上1012181204509150090318232矿井保护煤柱计算（1）井田边界保护煤柱井田边界保护煤柱留设20M。则井田边界煤柱面积为495239M2，井田边界保护煤柱损失煤量为395MT。（2）断层保护煤柱断层保护煤柱留设30M。断层保护煤柱面积289829M2，断层保护煤柱损失煤量为231MT。（3）工业广场保护煤柱工业广场保护等级定为国家级，维护带宽度取20M；井型为12MTA1，以12HA01MT1标准工业广场面积为144HA（144000M2），工业广场为300M500M的长方形，工业广场保护煤柱见图22，工业广场煤柱面积403208M2，工业广场煤损失煤量为322MT。图22工业广场保护煤柱示意图233矿井可采储量的计算根据生产矿井储量管理规程要求，可采储量计算公式见式22。（P）C23式中矿井可采储量，MT；矿井工业储量，MT；P保护工业广场、井田边界等永久煤柱损失量，MT；C采区采出率，对于厚煤层取075。则矿井可采储量为（P）C（13970948）0759760MT3矿井工作制度、设计服务年限及生产能力31矿井工作制度按照煤炭工业矿井设计规范中规定，参考关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明，确定本矿井生产按年工作日330天计算，三八制作业（两班生产，一班检修），每日两班出煤，净提升时间16H。32矿井生产能力及服务年限321矿井生产能力设计原则影响矿井生产能力的主要因素有矿井储量条件；矿井地质条件；采煤工艺与技术装备水平；矿山经济及社会因素。随着科技机械水平的进步，提高装备水平、提高工作面单产和单进水平、减少同采采区和工作面个数成为建设高产高效矿井的途径和方向。322矿井设计生产能力及服务年限1矿井设计生产能力因为本井田设计丰富，主采煤层赋存条件简单，井田内部无较大断层，比较合适布置大型矿井，经校核后确定本矿井的设计生产能力为120MT/A。2井型校核下面通过对设计煤层开采能力、辅助生产能力、储量条件及安全条件等因素对井型加以校核。（1）矿井开采能力校核伯方煤矿3号煤层平均厚度55米，为厚煤层，煤层平均倾角为5度，地质构造简单，赋存较稳定，矿井瓦斯含量及涌水小，布置一个工作面即可满足矿井的设计能力。（2）生产及辅助环节的能力校核本矿井为大型矿井，由第四章可知开拓方式为主斜副立井岩石大巷开拓，主井采用胶带连续运输，工作面生产原煤一律用带式输送机运到采区煤仓，运输能力很大，自动化程度很高，提升能力可以达到设计井型的要求，原煤外运不成问题。辅助运输采用罐笼，同时本设计的井底车场调车方便，通过能力大，满足矸石、材料及人员的调动要求。所以辅助生产环节完全能够满足设计生产能力的要求。（3）通风安全条件的校核本矿井煤尘不具有爆炸性、瓦斯含量相对较低，属于低瓦斯矿井，水文地质条件较简单。矿井通风采用中央并列式通风，井田面积1775KM2，经第九章计算可知，矿井生产建一个风井即可满足整个矿井通风的要求。本井田内存在若干小断层，已经查到且不导水，不会影响采煤工作。所以各项安全条件均可以得到保证，不会影响矿井的设计生产能力。（4）储量条件校核伯方井田储量丰富，煤层赋存稳定，顶底板条件好，断层褶曲少，倾角小，厚度变化不大，开采条件较简单，经济效益好，煤质为无烟煤，交通运输便利，市场需求量大，宜采用先进装备，建设大型矿井。井田的设计生产能力应与矿井的可采储量相适应，以保证矿井有足够的服务年限。参照大型矿井服务年限的下限（大于50A）要求，T取60A，储量备用系数取14，则矿井设计生产能力A为AZK/TK（31）式中T矿井的服务年限，A；ZK矿井的可采储量，万T；A矿井的设计生产能力，万T/A；K矿井储量备用系数，取13。则A9760/6014116MT/A根据煤层赋存情况和矿井设计可采储量，按煤炭工业矿井设计规范规定，将矿井设计生产能力A确定为12MT/A，再计算矿井服务年限TZK/AK（32）则T976/（1214）5809A323第一水平服务年限校核伯方井田煤层总垂高为300M，总斜长近4000M，煤层倾角小,可以采用单水平开拓，一水平服务年限即为矿井总的服务年限。煤炭工业矿井设计规范规定年产120MT/A的大型矿井，矿井服务年限应不小于50年，对于煤层倾角小于25的矿井，第一水平设计服务年限应不小于25年。详见表31。表31各类井型的新建矿井和第一水平设计服务年限第一水平设计服务年限煤层倾角矿井设计生产能力（MT/A）矿井设计年限A4560及以上7035305060301224502520150450940201515由本设计第四章井田开拓可知，矿井是单水平上下山开采，水平在780M，一水平服务年限即为全矿井服务年限，为5809年。即本设计第一水平的服务年限符合矿井设计规范的的要求。4井田开拓41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。井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需认真研究（1）确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置；（2）合理确定开采水平的数目和位置；（3）布置大巷及井底车场；（4）确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；（5）进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；（6）合理确定矿井通风、运输及供电系统。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，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。本井田开拓方式的选择，主要考虑到以下几个因素（1）煤层走向在井田范围内变化较大，对开拓影响较大。（2）井田中部的一条断层较大，几乎将井田分为两部分，对井田的开拓、回采均有较大影响。（3）煤层埋深较浅，煤层底板距地面最近40多米，最远300多米。（4）煤层瓦斯小、无自燃发火，硬度系数1525，对开拓影响小。（5）本矿井水文地质条件简单，无大的地表水系和水体。411井筒形式的确定（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。具体见表41。表41井筒形式比较井筒形式优点缺点适用条件平硐1、运输环节和设备少、系统简单、费用低。2、工业设施简单。3、井巷工程量少，省去排水设备，大大减少了排水费用。4、施工条件好，掘进速度快，加快建井工期。5、煤炭损失少。受地形影响特别大有足够储量的山岭地带斜井与立井相比1、井筒施工工艺、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。2、地面工业建筑、井筒装备、井底车场简单、延深方便。3、主提升胶带化有相当大提升能力。能满足特大型矿井的提升需要。4、斜井井筒可作为安全出口。与立井相比1、井筒长，辅助提升能力小，提升深度有限。2、通风线路长、阻力大、管线长度大。3、斜井井筒通过富含水层，流沙层施工复杂。井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质条件简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。立井1、不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地质等自然条件限制。2、井筒短，提升速度快，对辅助提升特别有利。3、当表土层为富含水层的冲积层或流沙层时，井筒容易施工。4、井筒通风断面大，能满足高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井需风量的要求。1、井筒施工技术复杂，设备多，要求有较高的技术水平。2、井筒装备复杂，掘进速度慢，基建投资大。对不利于平硐和斜井的地形地质条件都可考虑立井。本矿井煤层赋存稳定构造简单，倾角为28，为近水平煤层；表土层平均厚约30M，在标高950M以上多为基岩出露，无流沙层，水文地质情况中等简单，涌水量不大。因此可以考虑采用斜井开拓。412井筒位置的确定井筒位置选择要有利于减少初期井巷工程量，缩短建井工期，减少占地面积，降低运输费用，节省投资；要有利于矿井的迅速达产和正常接替。因此，井筒位置的确定原则（1）沿井田走向的有利位置当井田形状比较规则而且储量分布均匀时，井筒的有利位置应在井田走向中央；当井田储量呈不均匀分布时，应布置在储量的中央，以形成两翼储量比较均匀的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网路较短，通风阻力小。（2）井筒沿井田倾斜方向的有利位置井筒位于井田浅部时，总石门工程量大，但第一水平及投资较少，建井工期短；井筒位于井田中部时，石门较短，沿石门的运输工程量较小；井筒位于井田的下部时，石门长度和沿石门的运输工作量大，如果煤系基底有含水量大的岩层不允许井筒穿过时，它可以延深井筒到深部，对开采井田深部及向下扩展有利。从井筒和工业场地保护煤柱损失看，井筒愈靠近浅部，煤柱尺寸愈小，愈近深部，煤柱尺寸愈大。因此，一般井筒位于井田倾向方向中偏上的位置。（3）有利于矿井初期开采的井筒位置尽可能的使井筒位置靠近浅部初期开采块段，以减少初期井下开拓巷道的工程量，节省投资和缩短建井工期。（4）地质及水文条件对井筒布置影响要保证井筒，井底车场和硐室位于稳定的围岩中，应尽量使井筒不穿过或少穿过流沙层，较大的含水层，较厚冲积层，断层破碎带，煤与瓦斯突出的煤层，较软的煤层及高应力区。（5）井口位置应便于布置工业广场井口附近要布置主，副井生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统间互相连接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地面平坦，高差不能太大，尽量避免穿过村镇居民区，文物古迹保护区，陷落区或采空区，洪水浸入区，尽量避免桥涵工程，尤其是大型桥涵隧道工程。（6）井口应满足防洪设计标准附近有河流或水库时要考虑避免一旦决堤的威胁及防洪措施。由于本井田倾角平缓，厚度变化小，且距离东部国道近。故把井筒置于井田中央，即工业场地之中。本矿井走向长度较大地势平坦，主副井筒布置在该方向储量中央，且两井筒的地面标高大于历年最高洪水位标高。伯方煤矿采带区划分见图41。图41伯方煤矿采区布置图413工业广场的位置工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中央下部。工业场地的形状和面积根据工业场地占地面积指标，井型为1215MTA1的井田以12HA01MT1标准计算，所以工业广场面积为144HA（1440000M2），工业广场为300M500M的长方形。414开采水平的确定本矿井煤层倾角为28，主采煤层为3号煤层，煤层倾向长度较大达4000余米。若采用单水平布置，水平标高为772M,上下山开采；若采用双水平布置，则一水平布置在800M，二水平布置在700M，一水平上山开采，二水平上下山开采。415大巷与煤层间的关系本矿运输大巷和轨道大巷均布置在煤层底板岩石中，通过车场和岩石反坡与开采煤层相连，两大巷之间每隔一段距离用联络巷连接，运输大巷用带式输送机运煤，并兼作回风大巷；轨道大巷承担着整个矿井的进风、运料、行人、排水、排矸。416采带区接替顺序根据煤层的地质条件，尽量以井田内断层为采区边界，将井田内煤层划分为北一带区、南二带区、北三带区、南四带区、北五带区、南六带区。考虑到中三带区距离井底车场比较近，初期工程量小，投产快；而且为下山开采对生产有利，所以将中三带区作为首采区。采区带区间的接替顺序为南四带区北三带区南六带区北五带区南二带区北一带区。由于煤层较厚，采用沿空掘巷，在采空区上覆岩层尚未垮落稳定前，不能沿空掘巷，工作面接替采用跳采方式。双翼带区接替顺序为两翼工作面跳采。417开拓方案技术经济比较根据上述各项分析对比，最终确定开拓方案有以下四种方案斜井单水平煤层大巷开拓（图42）方案立井单水平煤层大巷开拓（图43）方案斜井单水平岩层大巷开拓（图44）方案斜井两水平岩层大巷开拓（图45）图42斜井单水平煤层大巷开拓图43立井单水平煤层大巷开拓图44斜井单水平岩层大巷开拓图45斜井两水平岩层大巷开拓方案、方案的区别是立井开拓和斜井开拓的区别。立井开拓需要开凿立井井筒和立井井底车场，斜井开拓需要开凿斜井井筒和斜井井底车场。表42开拓方案与开拓方案粗略估算费用方案项目方案方案表土段2601264721041518表土段（23181754）469441041912立井开凿基岩段（150160）838721042600斜井开凿基岩段（61824386）516711045456井底车场1000450761044508上下斜井车场800450761043608基建费用/万元小计8618小计10976立井提升1299600221642071主斜井提升129960079804240058立井排水452436558090281046411斜井排水452436558090321047327生产费用/万元小计48482小计47385费用65381费用58361总计百分率112百分率100经比较可知，方案优于方案。方案和方案的区别是一水平开拓和两水平开拓的区别。二水平开拓需要开凿二斜井井筒和斜井井底车场。表43开拓方案与开拓方案粗略估算费用方案项目方案方案前期基建费用/万元9648516711044985前期基建费用/万元900516711044650基建费用/万元后期基建费用/万元0后期基建费用/万元6788516711043507小计4985小计8157总计百分率100百分率1636经比较可知，方案优于方案。经过上面比较可知在伯方矿井田的地质条件下斜井开拓更优，下面对方案斜井单水平煤层大巷开拓和方案斜井单水平岩层大巷开拓进行详细比较。方案、中，区别在于大巷的布置位置。方案中大巷布置在岩层中，这样就导致岩石掘进量高，开拓费用增加，开拓准备时间增加，但其优点突出维修费用低，可以定向取直，有利于辅助运输工具的使用，安全性高，保护煤柱少。有利于提高煤炭采出率。方案中，轨道大巷布置在煤层中，掘进容易，速度快，费用低；开拓准备时间短。但后期的维护费用较高；保护煤柱损失大。对方案初期建井费用和生产费用进行比较，详见表44表46。表44方案斜井开拓（煤巷）详细费用计算表项目数量（M）基价（元）费用（万元）小计（万元）表土段2324694410891主斜井开凿基岩段618516713193342824表土段175469448215副斜井开凿基岩段438516712263230847井底车场煤巷800450763606119376胶带大巷460037570172822大巷开凿（煤巷）轨道大巷460042633196112368934初期建井费用（万元）小计（万元）478665系数煤量（万T）提升长度（KM）基价斜井提升1299600798042400583涌水量时间（H）服务年限（A）基价排水458760580903247385系数煤量（万T）平均运距（KM）基价大巷运输129960125035522900系数大巷长度M维护时间单价大巷维护124600X25