采矿工程毕业设计（论文）-尚庄矿0.9Mta新井设计【全套图纸】

中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 全套图纸，加 153893706 1.1 矿区概述 1.1.1矿区地理条件矿区地理条件 (一)、地理位置 尚庄煤业有限责任公司尚庄矿位于江西省丰城市境内，东距丰城 8 千米，北距梅林 3km。矿区地理坐标位置：东径 1154229至 1154018，北纬 281630至 281215。 (二)、地形特征 该井田地处赣江流域丘陵地带，井田对应地表起伏不大，中部地势稍高，最高为 +107.0 米，最低为+26.6 米。 本区属于赣江流域低洼地带,受构造作用及岩石抗化能力强弱的制约.抗风能力强的多形 成山峰,王潘里及老山层易风化的砂泥岩常形成低缓平坦地带.由于地壳升降运动和河流 冲积作用,在赣江两岸,毛坊湖旁有洪、冲积物出露,地面平坦。 (三)、交通情况 矿内有铁路与上张支线在梅林车站相接与浙赣线相连,可达全国各地；公路与 105 国 道及昌樟高速公路相连；水路在石上码头沿赣江上可达樟树、赣州等地,下至南昌、九江 等地,交通十分便利。 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 2 页 图 1-1 尚庄煤业交通位置图 (四)、工农业生产、原料及电力供应 矿区内工业以煤炭为主，农业主要种植水稻、花生、油菜，间杂有果园、菜园和等。 本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥、石材需由国家计划 供应外，其它砖、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。 矿区已建有 110kv 区域变电所，可向本矿井供电的两回 35kv 输电线路。 (五)、气候条件 本区属亚热带季风气候。根据丰城市气象局 19602000 年气象资料，历年平均气温 17.9，最高气温 39.3，最低气温-6.3。历年平均降水量为 1624.9mm，年最大降水 量为 1736.3mm. 区内冬季多北风，夏季多南风。最大风速 6m/s。冰冻期为十一月至次年 二月，最大冻土深度 0.12m。 (六)、水文情况 矿区采用自备水源井供水，现在正使用的井眼有六个，其中工业广场二个，居民区 二个，办公大楼后二个。这些井形成两套供水系统，一是居民区至矿区的集中管路供水 系统，包括居民区及工业广场的水井，最大供水能力 800m3/h，供矿生产和小楼生活区及 居民区、后岗村生活用水。二是办公大楼后独立供水系统，最大供水能力 100m3/h，供小 区内居民生活用水。 1.2 井田地质特征 1.2.1井田煤系概述井田煤系概述 (一)、地层划分： 井田内地层自老至新有：二叠系下统茅口组（P1m） 、二叠系上统龙潭组（P2l） 、二叠 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 3 页 系上统长兴组（P2c） 、三叠系下统、第三系下统、第四系。现分述如下： 1、二叠系下统茅口组（P1m）： 上部为灰色钙质细粉砂岩，往下为灰色灰黑色块状石灰岩，节理发育，含方解石脉。 厚度不详。矿区内地表未出露。 2、二叠系上统龙潭组（P2l） ，本组自下而上分四个段： 官山段（P2l1） 浅灰色薄中厚层状细粉砂岩与细粒石英砂岩互层，夹煤层 23 层为往下为灰白色 中粗粒石英砂岩。官山段层厚 55139m，平均厚度 110m。本段与下伏地层呈假整合接 触。 老山段，自下而上分两个亚段： a、老山下亚段（P2l2-1） 泥岩，粉砂岩，细粉砂岩互层，夹钙质细砂岩，含煤四层，仅 B4可采。整个老 山下亚段厚 42m77m、平均厚度 62m。 b、老山上亚段（P2l22） 深灰色细粉砂岩、泥岩，夹细粒石英砂岩深灰色细粉砂岩。老山上亚段层厚 70147m，平均厚度 114m。本段与下伏地层呈整合接触。 狮子山段（P2l3） 浅灰色灰白色中厚厚层状细粒石英砂岩,夹深灰色细粉砂岩。水平及波状层 理为主。层厚 26m50m，平均 32m。本段与下伏地层呈整合接触。 王潘里段（P2l4） 灰色中厚层状石英细中粒砂岩、灰黑色泥岩、粉砂岩互层,含煤 17 层,可采 12 层。层厚 52m91m，平均 72m。本段与下伏地层呈整合接触。 3、二叠系上统长兴组（P2c）： 为灰白色结晶质灰岩，下部过度为隐晶质灰岩及燧石灰岩。厚度约 205m。主要分布 在矿区外（东部）第四系覆盖层下，矿区内地表零星出露。 本段与下伏地层呈假整合接触。 4、三叠系下统大冶组（T1d）： 上部为青灰色暗灰色薄厚层状隐晶质灰岩，下部为灰绿灰色、青灰色薄厚层 状泥灰岩、钙质细砂岩。厚度不详。 5、第三系下统（E）： 上部专红色至紫红色砂岩，夹灰白淡红色砾岩，下面夹灰白色砾岩及紫红色砾岩、 砂岩。厚度不详。 6、第四系（Q）： 为残坡积物或洪积层，含砾 砂土,亚粘土,底部为石英砾岩。厚度 0.666m，平均 32m。 （二） 、含煤地层 本区主要含煤地层为二叠系上统龙潭组老山下亚段，主要岩性为： 下部滨海湖泊相之浅灰色粗、细粉砂岩间夹薄层细粒砂岩、泥岩及鲕状粉砂岩。水 平波状层理。产大量羊齿类植物化石。含煤四层，其中 B4煤层位于顶部，为本区主采 煤层。层厚 25m54m，一般层厚 36m40m。 上部为泻湖海湾相之浅灰、灰色薄层钙质粉砂岩和灰岩。产多量海相动化石。此层 为下老山亚段顶部标志层。水平层理。层厚 7m27m，一般层厚 8m22m。 1.2.2井田地质构造特征井田地质构造特征 尚庄矿位于尚庄背斜东南翼，井田基本构造形态为走向 N45o70oE ，倾向 SE 的单斜 构造，地层平缓，倾角 1024o，自东向西由 10o增大到 24o。主要构造以断裂褶皱为主， 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 4 页 区内次级褶曲发育，主要有后港和尚庄背斜，大牛山和牙岭向斜。本井田内主要断层有： 采区西部有两条条逆断层 F1、F2，F1断层长约 410m,倾角 52o，落差约为 40m 左右； F2 断层长约 2550m,倾角 50o，落差约为 95m 左右。采区中部有一条逆断层 F3，长约 1350m,倾角 64o，落差约为 2530m。 32m 含砾 砂土,亚粘土,底部为石英砾岩 066 第 四 系 地层厚度地层代号 Q 地层单位 第三系下统E 不祥 上部专红色至紫红色砂岩，夹灰白淡红色砾 岩，下面夹灰白色砾岩及紫红色砾岩、砂岩。 T1d 不祥 三 叠 系 下 统 大 冶 组 上部为青灰色暗灰色薄厚层状隐晶质灰岩，下部 为灰绿灰色、青灰色薄厚层状泥灰岩、钙质 细砂岩。 灰白色结晶质灰岩，下部过度为 隐晶质灰岩及燧石灰岩。 P2c 二 叠 系 上 统 长 兴 组 205m 龙 潭 组 王 潘 里 段 P21472m 灰色中厚层状石英细中粒砂岩、灰黑色泥岩、 粉砂岩互层,含煤17层,可采12层。 P213 狮 子 山 段 32m 2650 浅灰色灰白色中厚厚层状细粒石 英砂岩,夹深灰色细粉砂岩。 老 山 段 老 山 上 亚 段 P212 114m 70147 深灰色细粉砂岩、泥岩，夹细粒石 英砂岩深灰色细粉砂岩。 老 山 下 亚 段 官 山 段 P211 P2121 110m 55139 P1m 不祥 茅 口 组 二 叠 系 下 统 泥岩，粉砂岩，细粉砂岩互层，夹钙质细砂岩， 含煤四层，仅B4可采。 浅灰色薄中厚层状细粉砂岩与细粒石英 砂岩互层，夹煤层23层为往下为灰白色 中粗粒石英砂岩。 上部为灰色钙质细粉砂岩，往下为灰色灰黑 色块状石灰岩，节理发育，含方解石脉。 老 山 下 亚 段 P2121 泥岩，粉砂岩，细粉砂岩互 层，夹钙质细砂岩，含煤 四层，仅B4可采。 14m 1018 B6 0.2m 00.4 8m 010 B5 0.43m 00.9 10m 12m 1016 18m 1223 B4 4.5m 0.67.2 B3 0.4m 00.7 尚庄煤业矿井地层综合柱状图 示意图 岩 性 描 述 图 1-1 综合柱状图 1.2.3井田水文地质特征井田水文地质特征 1、含水地层 矿井水文地质条件较简单，主要为顶板砂岩及断层裂隙水，水量较小矿井水文地质 类型为类矿井，矿井充水因素主要有：表土层含水层，长兴灰岩（喀斯特地貌型）富 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 5 页 含水层，老山、官山砂岩含水层及茅口炭岩含水层等四大含水层，其中以长兴灰岩及茅 口炭岩水量较大，但均离 B4煤层较远对 B4煤层开采无直接影响，老山、官山砂岩水直接 影响 B4煤层开采，但一般水量较小。区内主要含水层为： 第四系含水层，可分为： 残土积透水层：分布于仙姑岭南北坡上，透水性较好，直接受降雨影响，分第四 系含水岩层补给区。 近代冲积含水层：含水微弱，水位埋藏深度一般为 13 米。 红土含水层：分布较普遍，透水性极差，水位埋藏深度为 35 米。 流砂砾石含水层：含水较丰富，渗透系数一般为 1.6 米/天。 红土砾石含水层：分布于本区北坑一带，在山坡部分一般不含水，深度一般为 1020 米。 长兴灰岩裂隙喀斯特含水组，水量较大，但对 B 煤组开采无直接影响，一般不够 成威胁。 老山和官山含水组：主要为砂岩裂隙水，富水性较弱。 茅口灰岩裂隙喀斯特含水组，位于煤系地层下部 110 多米，对 B 煤层开采无直接 影响。 2、矿井涌水量 矿井正常涌水量为 917.52m3/d，矿井最大涌水量为 2660.4m3/d。 3、矿井水 PH 值：78。 1.3 煤层特征 1.3.1煤层埋藏条件煤层埋藏条件 尚庄矿区含煤层属二迭系乐平统龙潭组，含煤地层层位有：官山层、老山层和王潘 里层。其中官山层、含煤二层称为“A 煤组” ，老山层含有煤 4 层称“B 煤组” ，王潘里层 含煤 21 层，称“C 煤组” 。 含 A 煤组的官山层，总厚度为 110 m。原报告记述：A 煤组在梅仙岭矿区有 16/CK116 钻孔贯穿，但未见煤，有打掉煤可能。与乐平地区该同层位对比，认为可能有煤两层， 而定名为 A1及 A2煤层。在我矿井田范围内二、三水平开拓延伸巷道中的官山层上部，B4 煤层以下约 70 m，和 50 m 处均发现极不稳定的两层 00.1 m 的煤线，把它们分别定名 为 A1和 A2煤层。 老山层，位于官山层上部，总厚度 240 m 左右。老山层中的 B 煤组有煤四层，命名 为 B3、B4、B5及 B6，其中仅 B4煤层可采为本区主要可采煤层， B5煤层局部可采。B 煤组 地层结构简单、稳定，标志层明显易认别，煤层对比较简单，老山层含煤系数 1.04%。 王潘里层位于狮子山之上,含有 C 煤组,有煤 21 层,由下而上依次定名为：C7、C8、C9- a、C9-b、C10C25及 C26，仅 C23C26煤层可采，C18煤层局部可采。王潘里总厚度 72m 左右， 它的含煤系数为 3.01%。 1.3.2煤层群特征煤层群特征 虽然 C 煤组中有三层可采煤层，但不属于我矿开采对象故开采掘工程揭露，资料不 详而不作评述。而 B 煤组中仅 B4煤层可采，为我矿开采煤层，本章仅叙述 B4煤层的情况： B4 煤层为半亮型条带状结构暗煤，位于老山层下部，下距官山层 35 m 左右，煤厚 4.05.6 m,平均 4.5 m 左右。B4煤层呈层状稳定分布，结构简单，顶底部有 0.10.2 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 6 页 m 厚的硬煤分层。在近顶底 0.2 m 左右，均含有一层 00.05 m 左右炭质岩夹矸，层位比 较稳定。 表 1-1 煤层特征表 煤层名称倾角（度） 煤层平均厚度 (m) 结构稳定程度 B510150.43简单较稳定 B410234.5复杂稳定 1.3.3煤层的围岩性质煤层的围岩性质 B4煤层为半亮型条带状结构暗煤，位于老山层下部，下距官山层 35 m 左右。B4煤层 呈层状稳定分布，结构简单，层位比较稳定。 B4煤层的顶底板岩性，对于正确判断地质构造,提供准确的采掘工程资料，指导矿井 安全生产关系密切,现描述如下： （1）伪顶：岩性为炭质粉砂岩或炭质页岩，一般厚 00.4 米，呈深灰色，薄层状 态,较破碎，随巷道掘进垮落。 （2）直接顶：为灰黑色粉砂岩，厚度 23 米，呈水平层理，层理清晰,偶夹薄层状 细砂岩薄层. （3）老顶：为浅灰色石英细砂岩及粗粉岩，裂隙较发育，层面见小颗粒透明状晶体,硬 度较大,往上夹深灰色薄层状页岩,含小块菱铁矿结核.厚度 7.0 米。 （4）伪底：为鳞片状灰黑色炭质泥岩，遇水膨胀,易底鼓。厚 00.3 米。 （5）直接底：为暗灰色及浅灰色泥岩，呈中厚层状,见根部化石及少量菱铁矿结 核,岩石较硬,抗压强度大,预计岩石普化系数 34.5 之间,往下见不发育的 B3煤层一般 00.2m 左右.含丰富植物化石，遇水膨胀，厚 2.03.0m。 （6）老底：为灰黑色泥质砂质粉砂岩，呈厚层状，含较多的煤线和黄铁矿线理，水 平层理清晰，含大量的植物叶片化石。 1.3.4煤的特征煤的特征 （一）物理性质和煤岩特征 （1）物理性质 煤层为灰黑黑色具条带状结构，以半暗至半亮为主，含光亮煤条带，具玻璃光泽。 性脆，碾压易碎成粉末。煤层顶部含有黄铁矿结核，有时呈透镜状夹层，煤比重为 1.4 t/m3。 （2）宏观煤岩特性 宏观煤岩成分以亮煤、暗煤为主，镜煤次之，丝炭很少见到； 宏观煤岩类型以半亮煤、半暗煤为主，其次为光亮煤和暗淡煤。 （3）微观煤岩特性 B4煤层为原地生成的腐植煤，其煤含岩组可分为：凝胶化物质、角质化物质、树皮 及矿物质。它的显微组分较齐全，显微煤岩结构为条带状。我们还引用原报告对 B4煤层 煤岩组分的显微结构的百分含量列表如下： 表 1-2 显微镜组分含量表（%） 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 7 页 煤层名称镜煤组木质镜煤碎片基质水质镜片丝煤组矿物质 B454.1827.365.798.284.05 煤中无机组分以粘土矿物为主，其次是黄铁矿，少量方解石、菱铁矿、石英等。粘 土矿物呈分散状、条带状、小团块状分布于煤中。黄铁矿呈微粒状、莓球状、块状或充 填状产出。 （4）煤的反射率及煤变质 煤的镜质组最大反射率（Ro max）为 1.22%-1.61%，随煤层层位降低而增大，变质阶段 达阶段，即焦煤阶段。 （二）化学性质、工艺性能及煤类 煤层主要煤质特征表如下表所示。 表 1-3 煤层主要煤质特征表 原煤化验指标 煤组 名称 煤层 名称 煤 种 煤质 牌号 水份 Md （%） 灰份 Ad （%） 挥发份 Vdaf （%） 硫份 St （%） 磷份 Pd （%） 发 热 量 （MJ/Kg） B 煤组 B4 焦 煤 JM0.7517.6920.841.780.04631.23 （1）化学性质 1）灰份（Ad） 原煤灰份 11.25%24.58%，平均在 17.69%；精煤灰份 3.28%7.69%，平均 5.82%。 2）硫份（St,d） 原煤全硫 0.82%3.54%，平均 1.78%。精煤全硫 0.54%1.25%，平均 0.93%。 3）煤中有害元素、有用元素 有害元素 磷：原煤磷含量 4 号煤层 0.012%0.090%，平均 0.045%；精煤磷含量 4 号煤层 0.010%0.044%，平均 0.026%。 有用元素 煤中有用元素见下表 B4煤灰份成分分析表中所示。 表 1-4 B4煤灰份成分分析表 SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOSO3FeS2 4.69453.2739.431.960.5330.6370.46 4）元素分析 B4 煤层的主要元素有：C、H、O、N、P、S 等。元素的占有比率如下表所示。 表 1-5 煤层元素分析表 CHONPS 89.294.783.321.580.04610.93 （2）工艺性能 表 1-6 给出了煤层钻孔的化验单。 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 8 页 表 1-6 B4煤层钻孔化验单 煤 名 称 牌号水份灰份固定炭 可燃性 挥发份 硫份发热量收缩度胶质层 B4K0.7517.69%65.03%20.08%1.78% 7476 卡 15.01%14.24% 1）粘结指数 煤层粘结指数 70.0103，平均 93。 2）胶质层厚度 煤层胶质层厚度 13.5 mm40.0 mm，平均 25.1 mm。 3）发热量 原煤平均低位发热量 27.548 MJ/kg31.681 MJ/kg，平均高位发热量 29.238 MJ/kg 34.602 MJ/kg。本区煤均为中高位发热量煤。 4）煤对 CO2的反应性 在温度为 950时，各层煤对 CO2的还原率为 4.1%15.4%。 5）煤的灰份特性 SiO2产率 3.42%5.217%，Al2O3产率 28.30%42.91%，Fe2O3产率 30.50%58.16%，CaO 产率 0.33%10.13%，MgO 产率 0.22%4.78%，SO3产率 0.06%4.53%，TiO2产率 0.64%1.99%，P2O5产率 0.04%0.53%，Na2O 产率 0.14%1.06%，K2O 产率 0.14%1.47%，Mn2O 产率 0.000%0.120%。 煤灰的熔融性（ST） ，各煤层均大于 1450，属难熔灰。 （3）煤类 按现行中国煤炭分类标准（GB5751-86） ，本井田煤的主要分类指标为 Vdaf（900） 、 G，辅助指标为 y。据此，对本井田煤的煤类划分结果，4 号煤以 JM（焦煤）为主，有少 量 SM（瘦煤） 、FM（肥煤） 。 1.3.5煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量 本井田各煤层瓦斯成分以 CH4为主，其次为 N2、CO2及 C2C8。同一煤层从井田东 部向西部随煤层埋深增加，CH4含量呈增大的趋势。不同煤层，在同一钻孔，气含量垂向 变化不很明显。根据煤层瓦斯成分百分含量对瓦斯带分级，井田煤层多处于瓦斯氮气 沼气带，局部处于沼气带。 从倾向上来看，随着开采深度的增加，瓦斯涌出量相应增加，瓦斯梯度 12 m/(m3t)。 从走向上看，瓦斯赋存呈现西、中高，东翼低的规律。 在矿井地质条件分类时，瓦斯地质条件定为类，矿井相对瓦斯涌出量 17.57 m3/吨， 绝对瓦斯涌出量 11.30 m3/min。 1.3.6煤的自燃与爆炸煤的自燃与爆炸 （一）自燃发火倾向性 （1）B4 煤层自燃发火倾向性属易自燃 1988 年尚庄在做无煤柱试验开采期间，曾鉴定了 B4煤层的自燃倾向性。采用了两种 办法： 1）亚硝酸钠与煤样混合后，测定煤的着火温度，人工还原和氧化煤样的着火温度的 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 9 页 差值，作为鉴定煤自燃倾向性的指标； 2）测定煤的吸氧量，其原理是用一定数量的煤在恒温定时条件下，置于密闭容器内 吸收氧，根据吸收氧量的多少，来鉴定煤的自燃倾向性程度。 （2）发火原因分析 1）B4 煤层是属于自燃倾向性很大的主焦煤，水份灰份较低，挥发份和含硫量较多， 易氧化自燃，伪顶属一类极易自燃发火； 2）由于弧岛式开采,煤术漏风； 3）工作面的煤有时未采干净，伪顶冒落，工作面两道放顶不严，有时工作面推进缓 慢，使采空区长期处于漏风供氧状态中； 4）位于压区的煤柱压酥，增加了邻近采空区的漏风； 5）矿井防治自燃发火措施不够完善，检测手段较落后。 鉴定分析表明，B4 煤层属级易自燃发火，自燃发火期为 46 个月。 （二）煤尘爆炸 原勘探报告按斯宽基公式 式(1-1)%100 CC C CV V K 计算得 KB4=21.83，KB4为煤尘挥发份爆炸性指数（V 挥发份，C 固定碳） 。 在开采过程中，抚顺煤研所对全局煤层爆炸指数试验,得 K 为 2425，根据规定大于 15 就有爆炸危险，确定我矿有煤尘强烈爆炸性危险。 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 10 页 2 井田境界和储量 2.1 井田境界 2.1.1矿界范围矿界范围 尚庄矿 1978 年申报采矿登记，由 115 号点控制(见表 2-1)。 表 2-1 尚庄矿开采范围角点坐标一览表 点号点号点号 1392415947756389695861351139561588545 2391990946107390520851651239440091595 3392010936158391180847801339417791070 4391095931459392448846601439401091465 53902509221010393758847301539291591970 2.1.2井田边界井田边界 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为： 1)井田范围内的储量，要与煤层赋存情况、开采条件和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。 尚庄矿业公司北接丰龙矿业公司，南、东分别与尚二和八一矿业公司相邻，其边界 坐标见表 2-2、2-3、2-4。 表 2-2 尚庄、丰龙井田技术边界 点号点号点号 139304591916539430991380939452490658 2394010914706394372915091039467290204 3394175910707394401916021139497989506 4394223911838394408912641239612587795 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 11 页 表 2-3 尚庄、尚二井田技术边界 点号点号点号 139234594749539169694352938980092590 2391990946206391097931431038891292384 3392018944227390537926051138801092071 439192494422839025492217 表 2-4 尚庄、八一井田技术边界 点号点号点号 138935087160238831090125338761391712 438800091712 井田走向最大长度 6.32km，最小 5.35km，平均长度 5.8。倾斜长度最大 2.19， 最小 1.70，平均长度 1.95，面积为 11.152，开采深度由-50m 至-600m 标高。 -350 -300 -400 -450 -500 -550 -150 -200 -250 -150 -200 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -550 -250 -300 -350 -400 -600 -50 -100 -150 -200 -600 -100 -50 -450 -550 -500 图 2-1 井田赋存状况示意图 2.2 矿井工业储量 2.2.1勘探说明勘探说明 (1).钻探工程量 19781988 年，共施工井上下各类钻孔 78 个，累计进尺 10246.54m。其中地面勘探 工程有 16、18、19、36、39、43、44 和 47 号共 8 个补充勘探钻孔，工程量 7461.23 米。 （详见表 2-5） 表 2-5 尚庄矿 19781988 年钻探工程量表 钻孔地质孔水文孔工程孔合计 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 12 页 类型地面补勘井下生产地面供水探放水孔注浆孔各类 数量(个) 832462171 进尺() 7461.232114.7126871467183810246.54 2.2.2工业储量计算工业储量计算 井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，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： ZgS M R 式（2-1) 式中：Zg矿井的工业储量； S 井田的倾斜面积，11.15km2； M 煤层的厚度，4.5m； R 煤的容重，1.4t/m3； 本矿只有 B4煤层具有开采价值，采用块段法计算工业储量。 根据地质勘探情况，将矿体划分为 3 个块段（见图 2-1） ，在各块段范围内，用算术 平均法求得每个块段的储量，求得煤层总储量之和。B4煤层储量计算表见 2-6。 地质块 段号 块段投影面 积(m2) 平均倾角 () 块段实际面 积(m2) 平均厚 度(m) 煤层容重 (t/m3) 块段储量 (t) 11686102.315.51749739.54.01.49798541.2 25210305.917.85472266.64.81.436773631.6 34255521.315.54407707.94.71.429002718 总计11152918.516.3116297144.575574890.8 表 2-6 尚庄煤矿 B4 煤层储量计算表 2.3 矿井可采储量 2.3.1井田安全煤柱井田安全煤柱 （一）安全煤柱留设原则 （1）工业场地、井筒留保护煤柱，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； （2）各类保护煤柱按垂直断面法或垂直法确定。用岩层移动角确定工业场地、村庄 煤柱，岩层移动角为 75，表土层移动角为 45； （3）维护带宽度：风井场地 20 m，村庄 10 m，其他 15 m； （4）断层保护煤柱留舍的原则：落差大于 50 m 的断层，两侧各留 50 m 的煤柱；落 差大于 20 m 不大于 50 m 的断层，两侧各留 30 m 煤柱；落差大于 10 m 不大于 20 m 的断 层，两侧各留 20 m 煤柱；落差小于 10 m 的断层不留设断层煤柱； （5）井田境界煤柱宽度为 50 m； （6）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，工业场地占地面积见表 2-7。 表 2-7 工业场地占地面积参考表 井型（Mt/a）占地面积指标（公顷/0.1Mt） 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 13 页 2.4 及以上 1.0 1.21.8 1.2 0.450.9 1.5 0.090.3 1.8 （二）矿井永久煤柱损失量 各类永久煤柱包括井田边界保护煤柱、断层保护煤柱、工业广场保护煤柱、风井保 护煤柱，具体留设如下： （1）断层保护煤柱 井田 F1 大断层落差达 95m，断层附近裂隙发育，伴生羽状小断层较多，断层上下盘 各留 50 m 的保护煤柱。F3 断层落差 26 米，根据留设原则断层上下盘各留 20m 的保护煤 柱。则断层的煤柱损失量为 2.87Mt。 （2）井田边界保护煤柱 东南西北各方按规定井田边界保护煤柱留设 50 m。由下式公式可以计算出保护煤柱 的煤量。 式(2-4) cos MbL Pi 式中：P井田边界保护煤柱量； L边界长度； b边界宽度，(矿井边界宽度取 50 m)； M煤层平均厚度，矿井煤层的平均厚度为 4.50 m； 煤的平均容重，矿井取 1.40 t/m3; 各块段内煤层的倾角，各块段平均倾角依序为：15.5、17.8、15.5。 则， t 6 . 952913 50.15cos 1.4050 . 4 50 1 . 2915 1 P t 9 . 1652201 8 . 17cos 1.4050. 450 0 . 4994 2 P t 5 . 2530413 5 . 15cos 1.4050 . 4 50 9 . 7740 3 P 井田边界保护煤柱损失量为： t 5135529 321 PPPP （4）工业场地保护煤柱 本矿设计井型 A0.9Mt/a，按照煤矿设计规范矿井工业场地占地指标规定，每 10 万吨受护面积为 1.5 公顷，则本矿井工业广场面积为 13.5 万平方米，加上一定的围护 带，本工业广场面积为 15 万平方米。 根据煤炭工业设计规范规定：取工业广场的尺寸为 300*500 的长方形。 如果按照设计要求，将工业广场放在井田得储量中心，则 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 14 页 图 2-2 工业广场保护煤柱图 通过中的面积查得，压煤水平面积为 419000.5m2，平均角度为 16.3，经计算留保 护煤柱面积为 436547.4m2，压煤 2.75Mt。 结合实际，把工业广场部置在储量的中心，有利于井田的开拓和部署，压煤少，便 于集中管理。 各类保护煤柱损失量见表 2-8 所示。 表 2-8 保护煤柱损失量 煤柱类型储量（Mt） 井田边界保护煤柱 5.14 断层保护煤柱 2.87 工业场地保护煤柱 2.75 合计 10.76 2.3.2矿井可采储量矿井可采储量 矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可以按下式计算： 式(2-7)CPZZ gk )( 式中：Zk矿井可采储量，Mt； Zg矿井工业储量，Mt； P 永久保护煤柱损失量，Mt； 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。 则，矿井的可采储量为： MtZk85.518 . 0)76.1057.75( 45 45 70 63 mn m1 n1 45 45 75 75 161,7 m2 n? kl k1 l1 k2 l2 k3 l3 D C d c b a A B 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 15 页 矿井储量汇总表见表 2-4 所示。 表 2-9 可采储量计算 1 工业储量/Mt保护煤柱损失量/Mt可采储量/Mt 275.5710.7651.85 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 16 页 3 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 d，工作 制度采用“四六制” ，每天四班作业，其中三班生产，一班检修，每班工作 6 h。矿井每 昼夜净提升时间 18 h。 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 3.2.1确定依据确定依据 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 确定。 矿区规模可依据以下条件确定： （一）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； （二）开发条件 包括矿区所处地理位置、交通、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； （三）国家需求 对国家煤炭需求量的预测是确定矿区规模的一个重要依据； （四）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矿井设计生产能力矿井设计生产能力 KT Z A k 式中：ZK设计可采储量，Mt /a； T服务年限；根据煤矿设计规范新建矿井设计服务年限下限 40 年的 要求，T 取 40 年； K储量备用系数，取 1.3； 因此：Mt/a.。997 . 0 3 . 140 85.51 KT Z A k 3.2.3矿井服务年限矿井服务年限 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 17 页 (一)、根据煤层赋存情况和矿井设计可采储量，按煤矿设计规范新建矿井设 计规定，将矿井设计生产能力 A 定为 0.9 Mt/a，再计算矿井服务年限： KA Z T k 式中：T矿井的服务年限，a； Zk矿井的设计可采储量，Mt； A矿井设计生产能力，Mt/a； K矿井储量备用系数，取 K=1.3。 则，矿井的服务年限为： a3 .44 3 . 19 . 0 85.51 KA Z T k (二)、计算矿井服务年限时，考虑矿井投产后，可能由于地质损失增大、采出率 降低和矿井增产的原因，使矿井服务年限缩短，设置了备用储量，应为： Zb=) 1( K K Zk 式中：K储量备用系数，取 1.3； Zb=11.97Mt/a 在备用储量中，估计约有 50为采出率过低和受未预知地质破坏影响所损失的储 量。因此实际采出量约为： 51.85-（11.9750）=45.87Mt 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 18 页 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、位置及其互相联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式，需要对技术可 行的几种开拓方案进行技术经济比较，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要认真研究。 （一）确定井筒的形式、数量和配置，合理选择井筒及工业场地的位置； （二）合理确定开采水平的数目和位置； （三）布置大巷及井底车场； （四）确定矿井开采程序，做好开采水平的接替； （五）进行矿井开拓延伸、深部开拓及技术改造； （六）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开拓方案。在解决开拓问题时，应遵循下列几个原则： （一）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； （二）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； （三）合理开发国家资源，减少煤炭损失； （四）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； （五）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； （六）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、位置确定井筒形式、数目、位置 （一）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。 （1）平硐开拓受地形埋藏条件的限制，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，且便于布置工业广场和引进铁路，上山部分储量大致能满足同类型井 型水平服务年限的要求。 （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，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受矿井底板含水层的威胁；主提升 胶带输送机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 助提升能力小、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 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 19 页 水层、流沙层施工技术复杂。 （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。 矿井主采 B4煤层倾角小，平均倾角为 16.3，为缓倾斜煤层；煤层地板等高线约为 -50-600m，表土层薄，无流沙层；水文地质情况比较简单，涌水量小，因此可采用斜 井开拓或立井开拓。 （二）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。 井田中偏东部有条 F3断层，可以利用断层煤柱来充当井筒和工业广场的煤柱；因此 井筒位于井田中部可以减少煤柱损失量。主采 B4号煤层在井田北部埋深最浅，井筒位于 井田北部井筒短，基建费用少，压煤少，便于地面运输及工业广场布置，因此主井井筒 位置布置于井田走向中央，井田倾向的中上部。 4.1.2工业场地的位置工业场地的位置 工业场地的位置选择在主、副井井口附近。根据井筒位置，工业广场的布置于井田 走向中央，井田倾向的中上部。 工业场地的形状和面积：根据表 2-7 工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占 地面积为 13.5 公顷，根据实际情况形状为长方形，长为 500 m，宽为 300 m，面积为 419001m2。 4.1.3开采水平的确定及采区划分开采水平的确定及采区划分 开采水平划分依据及原则：开采水平的划分将影响矿井建设时期的技术经济指标， 影响建井初期工程量，影响基建投资。所以，开采水平的划分要合理。其所遵循的原则 如下： （一）具有合理的阶段斜长 合理的阶段斜长要便于煤炭的运输，便于辅助提升，方便行人。同时还要考虑要有 合理的区段数目。 （二）要有利于采区的正常接替 为保证矿井均衡生产，一个采区开始减产，另一个新的采区应投入生产，必须提前 准备好一个新采区。所以，一个采区的服务年限应大于一个采区的开拓准备时间。由此 可见，阶段斜长越长，采区储量多，采区的服务年限就越长，越有利于采区的接替。 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 20 页 （三）经济上有利的水平垂高 我国多年的生产建设实际表明，开采水平垂高过小，将造成严重的采掘失调。合理 的加大开采水平垂高，可以增加水平储量和服务年限，有利于集中生产，提高开采水平 的生产能力，减少开采水平和同时生产的水平数目。故在运输、通风、排水、巷道维护 等技术条件能够达到的情况下，可以适当加大水平垂高，减少水平数目。 本设计只针对井田主采煤层 B4煤层。B4煤层倾角平缓，平均倾角为 16.3o，为缓倾斜 煤层；由于井田走向太长，属于高瓦斯矿，开采水平设在-350,采取上、下山开采,轨巷 布置在煤层中，运输巷布置在岩层中。 4.1.4主要开拓巷道主要开拓巷道 4 号煤层平均厚度为 4.50 m，赋存稳定，底板起伏不大，为缓倾斜煤层，煤层厚度 变化不大，但煤质硬度中等。考虑到矿井服务年限较长，为便于在巷道后期维护，将运 输、轨道大巷布置在煤层底板岩层中，大巷间距 30 m，沿-350 水平方向上下布置，巷道 坡度随煤层而起伏，一般 2o3o。井底车场采用通过式井底车场。 4.1.5开拓方案概述开拓方案概述 一、方案一（立井单水平上下山开采）：井口及工业广场布置在井田中上部，主、 副采用立井开拓。主、副井地面标高 +30m+32m，主、副井落底至-350m 水平设环形通 过式车场。风井的倾斜角度为 28，井底车场与下山采用石门连接。 二、方案二（斜井单水平上下山开采）：井口及工业广场布置在井田中部，主、副 井采用斜井开拓。主、副井地面标高+30m+32m，且主井倾斜角度为 20，副井倾斜角 度为 18，主、副井落底至-350m 水平设环形通过式车场。井底车场与下山采用石门连 接。 三、方案三（主立副斜单水平上下山开采）：井口及工业广场布置在井田之内的场 地，主井采用立井开拓，副井采用斜井开拓。主、副井地面标高+30m+32m，副井落底 至-350m 水平设通过式车场，主井落底至-350m 水平与井底车场采用石门连接，副井的倾 斜角度为 18，风井的倾斜角度为 28，井底车场与下山采用石门连接。 四、方案四（立井双水平上山开采）：井口及工业广场布置在井田中部，主、副井 采用立井开拓，主、副井地面标高3032m，采用双水平上山开采，第一水平设在- 350m，第二水平设在-550m，主、副井落底至两水平与井底车场采用石门连接。 附各方案示意图。 中国矿业大学 2010 届本科毕业设计第 21 页 方案一：立井单水平上下山开采 方案二：斜井单水平上下山开采 方案二：斜井单水平上下山开采 方案四：立井双水平上下山开采 + 33 0 -150 - 50 -100 -200 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -550 -600 + 33 0 -150 - 50 -100 -200 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -550 -600 + 33 0 -150 - 50 -100 -200 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -550 -600 + 33 0 -150 - 50 -100 -200 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -550 -600 + 33 0 -150 - 50 -100 -200 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -550 -600 + 33 0 -150 - 50 -100 -200 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -550 -600 + 33 0 -150 - 50 -100 -200 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -550 -600 + 33 0 -150 - 50 -100 -200 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -550 -600 图 4-1 开拓方案比较图 4.1.6开拓方案比较开拓方案比较 开拓方案的技术比较： 以上所提出四个方案在大巷布置方面均相同，区别在于井筒形式和水平上、部分基 建费用、生产费用不同。 方案一：主、副井采用立井，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，缺点有井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，掘 进速度慢，基建投资大。 方案二：主、副井采用斜井，斜井运输能力比立井大，可以满足特大型矿井主提升 的需要，施工简单，发生事故有利于人员迅速撤离，缺点是运输距离长，压煤量大。 方案三：主井是立井，副井是斜井，部分具备了前两个方案的优缺点。 方案四：主、副井采用立井，采用双水平，都是上山开采，有利于采区开采，辅助 运输能力大，缺点是开拓施工难度大，巷道施工量大，费用高。 （一） 、建井工期方面：方案一比方案二、方案三、方案四的井巷贯通距离短，斜井 开拓技术简便，但贯通距离长。主斜副立开拓又不利于集中管理。立井双水平开拓费用 最高。因此相对建井工期短，投产快，采用立