采矿工程专业论文20143.doc

目 录一般部分1 矿区概述及井田地质特征11.1矿区概述11.1.1交通位置11.1.2地形地貌11.1.3河流水系11.1.4气象及地震特征21.1.5主要自然灾害31.1.6矿井电源、水源及通讯情况31.2井田地质特征41.2.1井田地质构造41.2.2水文地质51.3煤层特征71.3.1煤层赋存条件71.3.2煤质81.3.3矿井瓦斯、煤尘爆炸及煤层自燃倾向性92 井田开拓102.1井田境界和可采储量102.1.1井田境界102.1.2矿区范围及面积102.2矿井工业储量122.2.1钻探工程量122.2.2工业储量计算122.3矿井可采储量132.3.1煤柱的留设132.3.2可采储量计算143 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限163.1矿井工作制度163.2矿井设计生产能力163.2.1矿井设计生产能力计算的依据163.2.2矿井设计生产能力确定163.2.3矿井设计生产能力计算163.2.4矿井设计生产能力校核174 井田开拓194.1井田开拓基本问题194.1.1井田开拓的地质因素194.1.2井筒形式和数目的确定194.1.3井筒位置的确定204.1.4工业场地位置、形式和面积214.1.5开采水平的确定214.1.6矿井开拓方案214.2矿井基本巷道284.2.1井筒284.2.2井底车场324.3主要开拓巷道及支护方式335 准备方式-带区巷道布置355.1煤层的地质355.1.1煤层埋藏条件355.1.2煤质情况355.2带区巷道布置及生产系统355.2.1带区数目及位置355.2.2带区走向长度的确定365.2.3确定区段和区段数目365.2.4煤柱尺寸的确定365.2.5带区上山布置375.2.6区段平巷的布置375.2.7带区内工作面的接替顺序375.2.8带区生产系统385.2.9确定带区生产能力385.2.10带区采出率395.3带区车场选型405.3.1带区上部车场选型405.3.2带区中部车场选型405.3.3带区下部车场选型425.3.4带区主要硐室426 采煤方法436.1采煤工艺方式436.1.1采煤工艺的确定436.1.2确定回采工作面长度及工作面推进方向和推进度436.1.3回采工作面破煤、装煤方式的确定446.1.4 采煤机的工作方式466.1.5 采煤其它设备选型466.1.6端头支护及超前支护方式496.1.7采煤工艺516.1.8各工艺过程安全注意事项及回采工作面吨煤成本526.1.9工作面劳动组织和作业循环图表556.2回采巷道布置576.2.1回采巷道布置方式576.2.2回采巷道参数577 井下运输597.1概述597.1.1井下运输系统597.2带区运输设备选择597.2.1设备选型原则597.2.2带区运输设备选型及能力验算617.2.3带区辅助运输设备的选择637.3大巷运输设备选择658 矿井提升688.1概述688.2主副井提升689 矿井通风719.1矿井通风系统选择719.1.1矿井概况719.1.2矿井通风系统的基本要求719.1.3通风方法的确定729.1.4确定矿井的通风方式739.1.5带区通风799.1.6工作面通风系统799.1.7矿井通风网络819.1.8通风系统立体图与网络图819.2矿井所需风量839.2.1回采面所需风量的计算849.2.2掘进工作面需风量859.2.3硐室需风量869.2.4备用工作面的需风量879.2.5其他需风量879.2.6井总风量及其分配879.3全矿通风阻力的计算909.3.1矿井通风阻力909.3.2矿井总风阻、等级孔计算949.4矿井主要通风机选型959.4.1矿井自然风压959.4.2主要通风机选型969.4.3电动机选型989.5矿井反风措施及装置999.6矿井通风费用概算1009.7矿井通风系统的综合评价10110 矿井基本技术经济指标103专题部分采空区防灭火技术综述与思考106翻译部分英文原文135中文译文141参考文献：145致 谢147一般部分1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1交通位置小峪煤矿位于朔州市怀仁县小峪镇与新家园镇之间。行政隶属朔州市怀仁县。地理坐标为东经11251301125440，北韩394801395021。井田的走向最大长度为7.12 km，最小长度为5.40 km，平均长度为6.12 km，井田的倾斜方向最大长度为4.21 km，最小长度为3.60 km，平均长度为4.02 km。煤矿铁路专用线向东14公里与北同蒲线的宋家庄车站相接，铁路编组站在小峪口山前冲击平原上，由编组站到宋家庄车站向北在大同与京包线相接，向南至朔州和太原。从井田有混凝土公路向东10公里与大（同）-运（城）二级公路相通，交通便利。本区距各大城市距离见表1-1-1，表1-1-1:怀仁至各大城市距离地名大同包头北京太原原平公里424934243131891.1.2地形地貌本区位于大同煤田东北部，属于高原地带的山岳地区，煤田的西北边缘为近期喷发的玄武岩组成的牛心山，西及西南部为管涔山，东为口泉山，南部与朔州平原相接，其间呈一带状的向斜盆地。井田内地形复杂，沟谷切割剧烈，地形高峻，区内最高点尖子山海拔为1635.7m，最低点小峪口公路桥河床1155m，相对高度为480m。1.1.3河流水系本区属海河流域，永定河水系，桑干河支系。区内河谷以小峪沟为主，水系纵横交错，于小峪村分两支，一支为大东沟（车道沟），源于北部睡佛寺山，老婆山分水岭，为扇状水系，区内全长约8.6km，坡度0.024。上游冲沟中有细小的泉水出露，水量时有时无极不稳定，日常流量1.641.96l/s，山涧短时洪流为0.544m3/s。另一支为大西沟，源于西北山疙瘩、睡佛山分水岭一带，全长约7.7km，坡度0.027,为扇状水系，平时径流时有时无，短时洪流为1.37m3/s。图1-1-1 小峪矿交通位置图图1-1-1 小峪矿交通位置图1.1.4气象及地震特征本区属中温带半干旱大陆气候，据怀仁县气象站19721980年资料：1、气温：各月年平均气温6.98.2，各月平均气温9.622，季温和日夜温差显著，自当年十一月起至翌年三月，为寒冷冰冻时间，冻结深度为1.5m，月平均气温14.22.7，自四月起温度回升，五九月气候温暖，月平均气温6.723.3，极端最高气温31.536.6，极端最低气温2126.3，平均日温差1.2314.8。2、降水量：年降雨量244564.9mm，年平均降雨量379.5mm，一般为313.5448.1mm，多集中于69月，占全年降雨量65%86%，历年各月日最大降雨量87mm，历年各月日一小时最大降雨量33.9mm，历年各月最大降雨量259.3mm，最高洪水位为300mm，降雨最多日数12.8天。3、蒸发量：年蒸发量1883.52367.5mm，以5、6、7三个月蒸发量最大，占全年蒸发量的50%60%，蒸发量大于降水量49.5倍。4、风力：各月年平均风速2.83.3m/s，全年多在36月的风速最大，次数最多，时间最长，日数3.37.9天。最大风速20.3m/s，多为西风、西北风，各月沙暴日数以36四个月最多。5、结冰和解冻：每年初霜日期9月底或10月初，终霜日期翌年4月底或5月初，历时半年之久。土壤冻结在11月底或12月初，冻结深度为105186cm。6、地震：根据山西省地震局【78】省震字第29号文关于颁发山西省地震基本烈度区划图及说明的通知，怀仁县地震基本烈度为78级。1.1.5主要自然灾害主要自然灾害有顶板事故、水灾、火灾、煤尘爆炸、瓦斯积聚。1.1.6矿井电源、水源及通讯情况1、供电电源小峪矿井现有一座35/6kv中央变电所，35kv电源一回引自怀仁110kv，一回引自王坪110kv。变压器总装机容量12500kva，变压器两台，一台运行，一台备用。2、供水水源小峪口外山前平原潜水水量充沛，水质好，是主要的供水水源。本矿在小峪口己有六口深水井，出水量200m3/h，大东窑也有一口深水井，出水量150m3/h。3、通讯生产公司调度系统原有的电话通讯设施安装于1989年，由于使用时间长，造成维修和使用过程中的难度较大。为使生产调度人员及时了解全矿的生产情况，迅速地进行调度指挥，因此小峪矿于 2004年投资17.34万元购买了国营834厂ddk6m160门数字程控交换机，并配置了相关材料，于2004年12月29日开始机架安装和线路整理，于2005年元月5日正式开通运行。1.2井田地质特征1.2.1井田地质构造1、地层小峪煤田位于大同向斜的南东边缘，为一向西北倾斜的单斜构造，地层走向n2040e，边缘陡立，向内逐渐变平缓，地层倾角一般310，地质构造简单，地层出露地层完整，但断层及岩墙较多。本区出露地层由老至新有：（一）、上太古界五台群的花岗片麻岩；（二）、寒武系粉砂岩、泥灰岩、白云岩、鲕状灰岩等，厚度540余米；（三）、奥陶系灰岩厚度40余米；（四）、石炭系由陆土泥岩、陆土岩、泥岩、沙泥岩、砂砾岩、砂岩、煤层组成，所含煤层为本区主要开采对象，自下而上有：10、9、8、5、51、41、3、2号八层煤，地层厚度一般108m；（五）、二迭系，主要有砂岩、砂砾岩、砂质泥岩、泥岩，夹有煤层。下部含主要可采煤层山4号，上部夹不稳定煤层山1、山2、山3号薄煤层。厚度一般360余米；（六）、白垩系为中粗砾岩，灰绿色，区內零星分布，厚度0.8m左右；（七）、第四系为风积层，由黄色亚砂土、亚粘土组成，垂直节理发育、疏松，含少量钙质结核和小砾石，一般厚7m左右。2、地质构造（一）褶皱：本区位于大同向斜的南东翼。区内发育北东向的，与主向斜轴平行的次级褶皱小峪向斜和背斜。向斜轴走向40-45，向南西方向倾伏。背斜轴平行向斜轴，北西翼产状6-10。褶曲沿吴家窑东山村小峪煤矿一线展布，延展长度约6km，向斜在小峪煤矿上石盒子组下部地层中表现为轴部平缓开阔的箱状褶曲。(二)、断层：区内出露之断层落差大于10m的有四条，最大落差为47m，均为正断层。对巷道布置及回采工作有一定的影响。主要断层特征见表1-2-1表1-2-1：主要断层特征表编号出露地点性质走向倾向倾角延伸长度(m)f11小峪煤矿至蔡家洼沟东一带正ne288421241960f12青羊沟东南一带正ne12470124815f13大河湾至张家沟南正nw124124611242110f14二道洼至阳圪塔北正nww1241241241244112427451.2.2水文地质井田内除第四纪冲积孔隙水及风化壳含水量较丰富外，其下伏中生界、古生界地层岩石固结坚实，裂隙少，岩石一般不含水或含水微弱，水文地质条件简单。地下水主要靠大气降水含水，冲积层、风化壳距地表近，易接受补给。岩石裂隙不发育，含水补给条件差，含水性很弱，又因井田地势高峻，沟谷切割剧烈，排水条件好。水质类型为hco3so4-camg水，固形物6mg/l。全硬度19.97。，ph值为7.4，水质较好，对建筑材料和设备腐蚀性较小。矿井正常涌水量4060m3/h，最大涌水量为90m3/h。下图为井田地质综合柱状图1-2-1 图1-2-1井田地层综合柱状1.3煤层特征1.3.1煤层赋存条件该井田内赋存中生代侏罗系大同组、二叠系山西组和石炭系上统太原组煤层，本设计开采为石炭系上统太原组煤层。太原组含煤地层，厚32.13m220.92m，一般厚175.90m，由灰、灰白、灰黑色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层等组成。砂岩以灰黑色为主，成份主要为石英，次为长石和岩屑，胶结较好，磨圆度中等，多为次圆和次棱角状，含有较为丰富的植物化石。太原组在该井田内共含煤7层（2、3、5、6、7、8、9），煤层总厚2.6012.12m，平均厚8.94m，含煤系数16.3% 。其中可采和局部可采煤层为3、9号煤，其它为薄而不稳定煤层，工业价值不大。1、煤层情况区内太原组可采煤层分述如下。（1）3号煤层：位于太原组上部，煤厚06.40m，平均厚6.5m，含有15层夹石，为简单结构，分布于本区大部，北部西部有无煤区，属于较稳定煤层。（2）9号煤层：煤厚06.82m，平均厚3.85m，结构较简单，局部含夹石，大部可采，仅在本区南部及北部有两个面积很小的不可采区分布。属较稳定煤层。开采煤层特征见表1-3-1表1-3-1煤层特征表层号煤层厚度最小最大层间距最小最大岩 性夹矸稳定性及可采性顶板底板平均平均306.41.3015.75炭质泥岩、细砂岩炭质泥岩15较稳定大部可采2.15908.8217.31炭质泥岩、细砂岩炭质泥岩、粉砂岩04稳定可采3.852、煤层顶底板情况各煤层顶底板岩性：石炭系上部煤层的顶板受到山西组不同程度的冲刷，岩性变化大，而且35、56、89煤层之间局部为近距离煤层，层间距变化亦较大。（1）3号煤层：顶板一般为灰黑色炭质泥岩，细砂岩、砂质砾岩，有时相变为灰白色砾岩，局部发育有伪顶，岩性为炭质泥岩。底板为炭质泥岩。（2）9号煤层：顶板厚1.3716.53m，平均7.89m。为深灰色炭质泥岩，或灰褐色细砂岩。底板为炭质泥岩或粉砂岩。1.3.2煤质1、物理性质本区山4、2、3、51、5号煤层，大多数以弱玻璃光泽为主，8、9号煤层大多数以玻璃光泽为主。各可采煤层均为黑色，阶梯参差状断口，比重一般在1.4左右，个别略高。除8、9号煤层出现叶片状结构外，大多数以条带状结构为主。各可采煤层宏观特征均以半暗淡半光亮型为主，个别为暗淡型及光亮型，内生裂隙发育。从全区来看，各可采煤层均属低变质阶段，除在辉绿岩、煌斑岩岩墙两侧12m内煤层发生接触变质外，一般变化很小，基本属同一变质阶段。2、化学性质（1）水分：原煤空气干燥基水分两极值在0.373.56%，各煤层水分平均含量一般在1.50%左右。（2）灰分：原煤灰分较高，属中灰分富灰分ag=24.1730.00%。（3）挥发分：挥发分一般在37.0138.98%。（4）全硫分：全硫含量在上下煤层中差异较大，上部山4、2、3、5号煤全硫含量一般在0.50%左右，并以有机硫为主，原煤经过洗选后，全硫含量反而略有上升。下部8、9号煤层原煤全硫含量增高到2.072.31%，并以硫化铁为主，原煤经过洗选全硫含量明显下降，一般为0、8%。（5）发热量：发热量一般为19.1330.46mj/kg。纵观太原组煤层从上到下，灰份、全硫含量逐渐增大，挥发份变化不大，精煤回收率在7.676.28%之间，属于低中等。精煤灰分大多小于10%，全硫大多小于1%，挥发份为3741%，胶质层厚度在1920mm之间，故多为气煤与肥气煤。矿井原煤煤质化验结果和精煤煤质化验结果分别见表1-3-2、1-3-3。从上述煤质资料及经济效益考虑，主要可作动力用煤及工业锅炉和民用燃煤，也可用于气化和炼焦配煤。此外，煤的含油率较高，变质程度低，可考虑作液化用煤。表1-3-2煤质化验表项目煤层号ad%vdaf%st.d%qgr.daf(mj/kg)318.0134.2938.1940.480.61.0232.6534.2226.86(5)39.41(5)0.74(5)33.42(5)914.4428.9736.2540.550.412.2023.1628.1622.24(9)38.27(9)0.99(9)25.09(3)表1-3-3精煤煤质化验表 项目煤层ag%vdaf%st.d%y(mm)精煤回收率（%）37.25-9.5337.31-41.050.51-0.6914.517.549.698.1538.6640.57495.10-11.2733.30-41.760.46-0.9113-2027.95-68.157.7037.900.6549.531.3.3矿井瓦斯、煤尘爆炸及煤层自燃倾向性1、瓦斯根据地质报告和生产实践，本矿瓦斯含量不大，属低沼气矿井。但从本矿历年来生产情况来看，沼气含量是逐年增加的，最低为2.33m3/t，最高为5.14m3/t。二氧化碳含量也同样增加，最低为3.30m3/t，最高为6.48m3/t。矿井内未发生过沼气突出和爆炸事故，但却发生过因通风不良造成瓦斯局部超限致使职工窒息死亡事故。故随着煤层开采深度的加深，瓦斯含量有逐渐增高的趋势，应采取相应的安全措施。2、煤尘煤尘爆炸指数为3341%，属有煤尘爆炸危险的矿井。应采取有效防尘洒水措施。3、煤的自燃煤层有自燃发火倾向。井下现已有发火区两处，自燃发火期为1224个月。采空区需要灌浆防火或灌浆灭火工作。4、矿井煤与瓦斯突出危险性根据山西煤田地质勘探115队2005年5月提交的山西省大同小峪井田煤炭资源勘探地质报告，该井田的煤层不存在煤与瓦斯突出的危险性。2 井田开拓2.1井田境界和可采储量2.1.1井田境界1、井田范围在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则有：（1）井田范围内的储量，煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相适应；（2）保证井田有合理尺寸；（3）充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等；（4）合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。本井田位于大同矿务局总体发展规划中的，根据以上原则，按矿区内统一划分的井田边界，井田总体呈长方形。2、开采界限本井田的主要含煤地层由老至新为：太古界集宁群、寒武系、奥陶系马家沟组、石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组、第四系中、上更新统、全新统。本设计涉及的含煤地层为石炭系太原组，太原组含煤地层，厚32.13m220.92m，一般厚75.90m，由灰、灰白、灰黑色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层等组成。砂岩以灰黑色为主，成份主要为石英，次为长石和岩屑，胶结较好，磨圆度中等，多为次圆和次棱角状，含有较为丰富的植物化石。太原组在该井田内共含煤7层（2、3、5、6、7、8、9），煤层总厚2.6012.12m，平均厚8.94m，含煤系数16.3% 。其中可采和局部可采煤层为3、9号煤，其它为薄而不稳定煤层，工业价值不大。开采上限：9号煤层以上无可采煤层。下部边界：人为划分的下部井田边界。2.1.2矿区范围及面积井田的走向最大长度为7.12 km，最小长度为5.40km，平均长度为6.12 km。井田的倾斜方向最大长度为4.21 km，最小长度为3.60 km，平均长度为4.02 km。煤层的倾角最大为12，最小为1，平均为4。井田的水平面积按下式计算：shl 式（2-1）式中： s井田的水平面积，km2；h井田的平均水平宽度，km；l井田的平均走向长度，km；则井田的水平面积为：s=6.124.02/cos4=24.66km2 。本次储量计算是在精查地质报告提供的1：10000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠，井田面积24.60km2。图2-1-1井田边界及煤层赋存状况示意图2.2矿井工业储量1）储量计算基础（1）根据小峪井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算；（2）依据煤炭资源地质勘探规范关于化工、动力用煤的标准：计算能利用储量的煤层最低可采厚度为0.8m，原煤灰分不大于40%。计算暂不能利用储量的煤层厚度为0.70.8m；（3）依据国务院过函（1998）5号文关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问题的批复内容要求：禁止新建煤层含硫份大于3%的矿井。硫份大于3%的煤层储量列入平衡表外的储量；（4）储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05m时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹石总厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度；（5）井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。（6）煤层容重：3号煤层容重为1.4t/m3，9号煤层容重为1.4t/m3。2.2.1钻探工程量井田地质勘探井田地质勘探类型为精查，属详细勘探。井田范围内钻孔分布，井田内北部边界附近和西部及东部边界附近，钻孔布置较少；其它区域钻孔分布比较均匀，勘探详细。井田内北部边界附近、西部边界附近以及东部边界附近属b级储量，断层附近属c级储量，其它区域为a级储量。高级储量占99.6%，符合煤炭工业设计规范要求。3号煤层厚度平均为2.15m，9号煤层厚度平均为3.85m。2.2.2工业储量计算井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，矿井主采煤层为9号煤层以及3号煤层，采用算术平均法。即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=smr 式（2-2）其中：zg矿井的工业储量，t；s井田的倾斜面积，km2；m煤层的厚度，m；r煤的容重，t/m3，取r=1.4t/m3。zg=24.60106/cos40（2.15+3.85）1.4= 207.1648mt其中：9煤层：z3g=24.60106/cos403.851.4 = 132.9307mt3煤层：z5g=24.60106/cos402.151.4 = 74.2341mt2.3矿井可采储量2.3.1煤柱的留设1、安全煤柱留设原则(1)工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不留设保护煤柱，搬迁井田内地表的小村庄；(2)各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定。用岩层移动角确定工业场地、村庄煤柱；(3)维护带宽度：风井场地20m，其他15m；(4)断层煤柱宽度30m，井田境界煤柱宽度为20m；(5)工业场地占地面积，根据煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明中第十五条，工业场地占地面积指标见表2-3-1。表2-3-1工业场地占地面积指标井型（mt/a）占地面积指标（公顷/0.1mt）2.4及以上1.01.2-1.81.20.45-0.91.50.09-0.31.8以指标规定小峪矿工业场地计算为：（1）占地面积指标取：1.2公顷/0.1mt（2）面积计算：1.2mt1.2公顷/0.1mt=14.4公顷2、矿井保护煤柱量(1)边界断层保护煤柱边界保护煤柱损失量可按下列公式计算p=lbmr 式（2-3-1）其中：p边界煤柱损失量，m；l边界保护煤柱宽度，m；b边界长度，m；m煤层厚度，m；r煤的容重，t/m3，取r=1.4 t/m3。井田边界断层煤柱按经验值30m的宽度留置，西北部f1为4.24km，f2为2.06 km，f3为3.88 km，f4为4.12 km，总长度为：14.30km。井田的边界断层保护煤柱为：p1=14.3010330（3.85+2.15）/cos41.4=3.6124mt其中九煤层为：2.3.80mt三煤层为：1.2944mt(2)煤层露头的安全防水煤柱本井田无须留设安全防水煤柱，p2为0。(3)人为边界保护煤柱人为边界按照20m留置，北部、东南、西南部边界为人为边界，长度为分别为0.38km、1.24km、3.96km、2.36km，总长度为：7.94km。p3=7.9410320（3.85+2.15）/cos41.4 =1.3372mt其中九煤层为：0.8581mt三煤层为：0.4792mt(4)井田内断层保护煤柱井田内断层f5较小，可直接采过，不计保护煤柱，p4=0。(5)工业广场保护煤柱工业广场按级保护留围护带宽度20m，工业广场面积由表2-3-1确定，取14.4公顷，为边长380m的矩形。工业广场保护煤柱如图2-3则工业广场保护煤柱p5=7.8275mt；其中九煤层：4.4057mt三煤层：3.4218mt2.3.2可采储量计算综合以上计算，则矿井的可采储量按下式计算：zk=(zg-p) c 式（2-3-2）其中：zk-矿井的可采储量，mt；zg-矿井的工业储量，mt；p-保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留设的永久煤柱损失量，t； c-采区采出率,九煤层为75，三煤层为80%。现在分煤层计算可采储量：九煤层 z9 = (zg9-p9) c9=（13293.07-1225.02）75%= 91.5004mt三煤层 z3= (zg3-p3) c3=（7423.41-780.24）80%=53.1454mt则：zk = z9+z3= 91.50.04+53.1454=144.6458mt即矿井可采储量为144.6458mt。图2-3工业广场保护煤柱表2-3-2 保护煤柱损失量煤 柱 类 型损失量（mt）边界断层保护煤柱3.6124人为边界保护煤柱1.3372工业广场煤柱7.8275大巷保护煤柱7.2754合 计20.05253 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相关规定，确定矿井设计年工作日为330天，工作制度采用“三八制”，每天三班作业，两班生产，一班准备，每班工作8小时。矿井1每昼夜净提升时间为16小时。3.2矿井设计生产能力3.2.1矿井设计生产能力计算的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矿井设计生产能力确定小峪井田储量丰富，煤层赋存稳定，顶底板条件好，断层褶曲少，倾角小（4度），厚度变化不大，开采条件较简单，技术装备先进，经济效益好，煤质为优质动力煤，交通运输便利，市场需求量大，宜建大型矿井。确定小峪矿井设计生产能力为1.2mt/a。矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、开采条件、设备供应及国家需煤等因素确定。3.2.3矿井设计生产能力计算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： 式（3-2-1）式中: t矿井服务年限，a；zk矿井可采储量，mt；a设计生产能力,mt；k矿井储量备用系数，取1.4；则，矿井服务年限为：t =144.6458/1.21.4 =86.1a符合煤炭工业矿井设计规范要求。3.2.4矿井设计生产能力校核下面按矿井的实际矿井开采能力，及辅助生产环节的能力、储量条件及安全条件等因素对井型进行校核。(1)矿井开采能力校核矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力，根据本设计矿井开拓及后面采煤方法可知，该矿井由于煤层地质条件好，主采煤层9煤层厚3.85m，可布置一个一次采全高工作面保产，煤层开采能力能满足矿井设计生产能力。(2)辅助生产环节的能力校核本设计的矿井年产1.2mt/年，为大型矿井，开拓方式为立井两水平开拓。主井采用1对20 t底卸式提升箕斗，提升能力大，能满足提升方面的要求。大巷采用胶带输送机运煤，运输能力很大，自动化程度很高，原煤外运没有问题。辅助运输采用1.5t矿车运输，运输能力大。井底车场采用卧式车场，调车方便，通过能力大，满足矸石、材料及人员的运输要求。因此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瓦斯相对涌出量为0.7m3/t，属于低瓦斯矿井，煤层的挥发份在33.546.14%之间，灰分在12.9240.17%之间。经计算各煤层的煤尘爆炸指数在41.7264.57%之间，存在着煤尘爆炸的危险性。矿井通风在第一水平初期时采用中央并列式通风，通风系统简单，有专门的风井回风，可以满足矿井通风的要求。水文地质条件简单，涌水量为60 m3/h，无突水危险。(4)第一水平服务年限校核由本设计的储量计算得出，第一水平的可采储量即为九煤层可采储量91.5004mt，那么第一水平的服务年限的计算公式为：t=zk1/(ak) 式（3-2-2）其中：t 矿井第一水平的服务年限，a；zk1矿井第一水平的可采储量，mt ；a 矿井的设计生产能力，1.2mt/a；k 矿井储量备用系数，取1.4。则：t =91.5004/(1.21.4)= 54.5 a 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限如表2.3所表示。表3-2不同矿井设计生产能力时矿井服务年限矿井设计生产能力矿井设计服务年限第一水平设计服务年限煤层倾角（mt/a）（a）456.0及以上703530253.05.0603025201.22.4502520150.450.940201515由表3-2可知，矿井的开采服务年限完全符合规范的要求，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。其中包括确定，主、副井和风井的井筒形式、深度、数量、位置、阶段高度、大巷位置、采（带）区划分以及开采顺序与通风运输系统。4.1井田开拓基本问题4.1.1井田开拓的地质因素(1)井田地处低山丘陵区，地形不很复杂。(2)矿井瓦斯含量低（0.7m3/t），矿井容易达到通风安全要求。(3)井田所采9号煤层赋存平缓，地质构造简单，其顶、底板为细中粒砂岩，厚层状泥岩，局部为砂质泥岩或落层状泥岩，抗压强度较大 ，岩石的完整性，稳定性较好，顶板易于管理，底板虽有发生底鼓的可能性，但是如果管理恰当的话，不影响巷道布置，开采条件比较好，对矿井使用现代化设备、建设高产高效矿井有利。4.1.2井筒形式和数目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：斜井井筒长辅助提升能力少，提升深度有限；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。对于小峪矿的来说，由于煤层埋藏深度大，不能建斜井。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。根据自然地理条件、技术经济条件等因素，综合考虑小峪矿的实际情况：（1）表层土较厚，淮河冲积形成，风化严重；（2）地面标高平均+1430m左右，煤层埋藏较深，距地面垂深在400600m之间；（3）矿井年设计生产能力为1.2mt/a，为大型矿井。该矿井采用立井开拓为宜。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，在本井田的上部设立主副井井筒各一个。主井用来提升原煤，副井用来运送人员、材料、矸石及通风等。本矿井的瓦斯含量不大，属于低瓦斯矿井，矿井通风容易，全矿采用中央并列式通风。同时考虑到井田走向较长，为了减少通风阻力，设计的大巷的断面面积较大，以保证矿井的正常通风。4.1.3井筒位置的确定(1)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，石门的工程量要尽量少；(2)有利于首采采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区要尽量少迁村或不迁村；(3)井田两翼的储量基本平衡；(4)井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破坏带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层；(5)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的威胁；(6)工业场地宜少占耕地，少压煤；(7)水源、电源较进，矿井铁路专用线短，道路布置合理。综上，为便于地面运输及工业广场布置，主井井筒位置布置方案也可以选择在井田西部边界附近。考虑以上井筒位置确定原则，并结合矿井实际情况，最终确定主、副井筒位于井田的中央，有利于减少矿井保护煤柱损失；同时，也便于以后三号煤延深开采。风井井口位置的选择应在满足通风条件的前提下，与提升井筒的贯通位置最短，并利用各种煤柱以减少保护煤柱的损失。本矿井采用中央风井回风，故将风筒布置在工业广场保护煤柱内，从而减少了煤柱的损失。综合以上因素，结合矿井实际情况，提出本矿井井筒布置位置如下：表4-1-1井筒位置坐标井筒名称xyz副井441970054256001450主井442000054255101450风井4419620542546014504.1.4工业场地位置、形式和面积工业场地的选择主要考虑以下因素：（1）尽量位于储量中心，使井下有合理的布局；（2）占地要少，尽量做到不搬迁村庄；（3）尽量布置在地质条件较好的区域，同时工业场地的标高要高于最高洪水位；（4）尽量减少工业广场的压煤损失。考虑以上因素和本矿井的实际情况，工业广场与主副井筒布置位置相同，工业广场面积14.4公顷，定为380m380m的矩形。4.1.5开采水平的确定本矿井工业广场标高+1450m，煤层埋藏最深处达+650m，垂直高度达800m，根据煤炭工业设计规范规定，缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高为200350m，针对于本矿井的实际条件，决定煤层的阶段垂高为210m左右。对于本矿井开采水平的确定，可考虑划分为两个水平。第一水平标高为+1050m，第二水平标高为+840m。延深方式既可以选择立井延深，也可以选择暗斜井延深。大巷可以采用全岩巷布置，也可采用全煤巷布置，考虑到此矿井服务年限比较长，为了减少维护费用我们大巷开拓采用全岩巷布置。4.1.6矿井开拓方案本井田开拓方式的选择，主要考虑到以下几个因素：（1）本井田煤层埋藏较深，煤层可采线最浅处在+1250，最深处到 +900m，区内新生界松散沉积物广泛分布，厚度一般为100m左右。（2）煤层倾角较小，平均倾角只有4，为近水平煤层，并且下部煤层更加平缓。可采用带区布置，也可采用盘区布置。（3）可采煤层为9号煤和3号煤，9号煤平均厚度3.85 m， 3号煤平均厚度2.15m，总厚度6.0 m，两煤层间距为210m左右。（4）本矿地表地势较平坦，且多为农田，无大的地表水系和水体，平均标高为+1430m。综上，提出以下四个方案：方案一：立井两水平，直接延深，带区布置方案二：立井两水平，暗斜井延深，带区布置方案三：主斜副立两水平，主副井均立井延伸，带区布置方案四：主斜副立两水平，主井直接延伸，副井暗斜井延伸，带区布置四开拓方案的开拓示意图见图4-1所表示。图4-1开拓方案比较示意图(一)技术比较以上所提出四个方案大巷布置及水平数目均相同，区别在于井筒开拓方式的不同和井筒形式的不同，及部分基建、生产费用不同。方案一、二、三、四井筒形式不同。方案一、二主副井均为立井，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。主要缺点是井筒施工技术复杂，需用设备较多，要求有较高的技术水平，掘进速度慢，基建投资大。方案三、四均为主斜副立综合式，斜井的运输能力比立井大，有相当大的运输提升能力，可满足特大型矿井的需要；斜井井筒也可作为安全出口，井下一旦发生事故，人员也可从主斜井迅速撤离。如上所述，斜井开拓具有许多优点，大型斜井以胶带斜井做主井，在技术上经济上均很优越，但副斜井的辅助提升比较困难，通风也不利(特别是开采深部煤层时，斜井分段提升辅助环节多，能力小；而且通风线路长、阻力大、风量小，不能满足生产要求）而立井作为副井能弥补这方面的不足。方案一:立井两水平直接延深开拓表4-1-2项 目数量(10m)基价(元)费用(万元)费用(万元)基建费用(万元)主井开凿表土段4.50 13587061.14 582.30 基岩段51102187521.15 副井开凿表土段4.516695775.13 685.53 基岩段49.6123065610.40 井底车场软岩10040800408.00 408.00 一水平石门软岩6.62690017.75 17.75 斜巷软岩116.233504389.32 389.32 小计2082.90 生产费用(万元)立井提升系数煤量(万t)提升高度(km)基价(元/t.km)11470.78 1.211125.450.5371.6排水涌水