矿安全工程毕业设计（论文）-谢桥煤矿400万t新井设计（含全套CAD图纸） .doc

22中国矿业大学2007届本科毕业生论文1 井田概述及井田地质特征全套设计，联系1538937061.1 矿区概述1.1.1地理位置，地形特点：谢桥煤矿位于淮北平原西南部，行政区划属安徽省颖上县管辖。其中心南距颖上县城20km（见交通位置图），东南至风台县城约34km。地理坐标： 东经1161936116288，北纬324553324840。矿界西起f5 断层，东至f209断层；北起1煤层隐伏露头线和张集勘探区三线， 南止于17-1 煤层-1000m水平等高线及谢桥向斜轴的地面投影线。 东西走向长约11.5km，南北倾斜宽4.3km，面积约50km2。图11谢桥矿交通位置图谢桥煤矿位于淮南煤田潘谢矿区西端，潘谢公路直达井口，淮阜铁路从矿区南部通过，西有颖上陈桥公路通过，向南与颖上风台公路相接，交通较为方便。 谢桥井田属淮河冲积平原，矿区内地势平坦，区内沟渠纵横，村庄较密，地标面高+24+25m，济河两岸标高+20+22m，局部+19m。1.1.2矿区的水文情况矿区主要水系济河，上接颖河的永安闸，自西至东横贯矿区中部，向东汇入西肥河，济河以蓄水抗旱为主，兼排过多降水，在永安闸与谢桥闸之间水位标高保持在+23.50m，历史上最高洪水位为1954年7月，实测标高24.743m。1.13矿区的气候条件 本区气候温和，属季风暖温带半湿润气候，春秋温和雨少，夏季炎热多雨，冬季寒冷多风。年平均气温15.1，最高气温（1966年8月8日）41.4，最低气温（1969年1月31日）21.7；春秋季多东南、东北风，夏季盛东南风，冬季多东北西北风，平均风速为3.28m/，最大风速20m/；年平均降水量为926.33mm，雨量多集中在七、八两个月。全年蒸发量为1242.9mm， 全年无霜期214.7天，冻结期最早为11月10日（1968年），最晚可至次年3月16日（1959年）。冻土最深可达19cm（1977年1月6日）。1.1.4矿区的地震情况根据历史资料，淮南、颖上地区地震活动强度不大，以轻度破坏和有感地震为主，据颖上县志记载有感地震16次，其中，1931年在明龙山曾发生6.25级地震,震中最大烈度为7度。其它如1668年郯城8.5级地震，1917年霍山6.25级地震，1937年菏泽7级地震，均波及本区，但无较大破坏。安徽省地震局皖震发地字(84)020号文将谢桥煤矿地震基本烈度定为7度。1.2 井田地质特征1.2.1井田地形谢桥煤矿位于淮南煤田潘谢矿区复向斜中部，陈桥背斜的南翼、谢桥向斜的北翼。总体上呈一走向近东西向南倾斜的单斜构造。地层倾平缓，一般810，断层不发育，虽局部地段发育有小的褶曲，造成地层起伏，但波幅较小，地层产状总体上变化不大，单斜构造特征明显，地质构造简单。1.2.2地质构造本区地质构造简单，断层稀少，共揭露大小断层13条，其中正断层11条，逆断层2条。按断层的展布方向，可大致分为北东、北北东、近东西和北西向四个构造组合，其中又以北东向为主，偶见其它走向断层，逆断层发育较少。井田南部边界f202、f206断层为两条逆冲推覆断层，属阜风推覆构造前缘叠瓦扇的一部分，两断层间夹块一般厚100200m，有时合二为一，夹块内构造复杂，由其造成井田深部局部地段含煤地层叠置；发育于井田深部的谢桥向斜的枢纽向东部仰起，向西倾斜，使得井田东段深部近向斜轴部的煤层走向由近东西转向南东。主要断层基本情况特征如下：按其落差大小划分： 10m的5条 1025m的4条 2550m的2条 100m的2条因此，综合分析区内断层有以下特征：1 正断层较多，逆断层较少。2 小断层较多，规模较大断层较少且多为边界断层。3 以走向北东、北北东向的断层为主。 表11 谢桥矿井断层情况一览表 断层性质落差(m)走向倾向倾角()延展长度(m)f209正45110n825en6582e65736640f3正020n89ws1w65720f4正015n5264en2638w60631280f5正300600n721en6983w716800f5-1正46n20en70w743700f10正08ewn38440f11正06ews33100f14正030n38es52w65700f22正025n36en54w65940f18正010n75es15e4320019正05ewn33270f20正025n72es18e66730f21正050n38es52e65770 1.2.3 水文地质谢桥矿井处于区域水文地质分区的中偏西部之南缘，全区广为南薄北厚的第四系松散层所覆盖，其主要充水因素有：第四系松散层孔隙含水组，二迭系砂岩裂隙含水组和石炭系太原组以及奥陶系灰岩岩溶裂隙含水组三大类。第四系松散层厚度介于194.10485.64m之间，平均为363.95m。 总体呈南薄北厚的趋势，南部古地形起伏明显，从而出现第四系松散层孔隙含水组与煤系相接的现象。二迭系砂岩裂隙含水组本区砂岩裂隙含水组位于煤层粘土岩层，局部裂隙发育，富水性弱，补给水源贫乏，以静储量为主，各分层之间无水力联系。石炭系太原组平均厚度为103.58m，主要由泥岩，砂岩，灰岩和薄煤所组成，其中灰岩12层，平均总厚56.84m，灰岩的富水性中等，但分布不均匀，地下水处于停滞状态。奥陶系灰岩含水性不均一，略具有丰富的静储量外尚有可观的动储量，而且水位比较高。经与煤系水文地质条件基本相似的新庄孜煤矿系统地质资料相比拟，以及开采涌水量为541立方米每时；开采1煤时，太灰底鼓水参考水量为537立方米每时，其最大可能突水量为976立方米每时，第一水平开采煤层时的正常涌水量为510立方米每时,最大涌水量为618立方米每时。各含水层之间的水力联系：(一)新生界松散层含水层之间的水力联系 (1.)上部含水层组以大气降水与地表水补给为主，并受古河道侧向补给，地下水垂直循环与水平运动兼顾，水位随季节变化。 (2.)中部含水层组与上部含水层组之间为粘土类隔水层间隔，二者之间除局部地段存在越流补给因素外，一般无直接水力联系。本组地下水以缓慢的水平运动为主，储存量受区域调节，沿25煤露头附近及其以南地区，古地形隆起与基岩接触，存在互补关系。 (3.) 底部“红层”由砂岩和粘土相间组成，据水3、ix-x红层1、补红层1、补红层3，东红层1、d8红层1基本无水，又经水5、水6孔流量测井结果证明无水。因此，“红层”可作相对隔水层考虑。 (二) 二迭系煤层之间砂岩裂隙含水层，因有泥质岩类隔水层间隔，相互之间在正常情况下，无水力联系。但在断层切割处而层间水力均衡又遭破坏时，则可能导致水力联系并有突水危险。 煤系砂岩裂隙含水层与松散层孔隙含水层组之间，有厚层粘土层覆盖煤系，相互间无水力联系，但在古地形隆起砂层直接覆盖区内，按水文地质条件分析，二者之间水力联系应当密切，但据抽水试验资料分析，其联系并不是太密切，如在松散层“中含”复盖区的，八九3孔，对25煤顶板砂岩漏水段抽水结果，流量和水位均呈单一方向衰减，为补给水源不充足所致。由此可以说明基岩风化壳在漫长的沉降运动中，经过水的溶融和后来沉积物的充填泥化后，形成了隔水层，其厚度一般为13m，即所谓的强风化带。在自然条件下，限制了松散层砂层水对基岩含水层的补给作用。 在主要煤层露头范围内，被松散层中部隔水层所覆盖地区，松散层孔隙水与基岩含水层之间无水力联系。(三) 太原组灰岩含水层距1煤底板平均间距16.44m，正常状态下无水力联系，但第一水平（-610）灰岩水头压力约6.23mpa，超过1煤底板岩层的抗压强度。因此，在开采1煤层时太原组灰岩岩溶裂隙水，是1煤底板直接充水含水层，尤其是煤层与灰岩对口的断层破碎带，就成为灰岩水进入的直接通道。1.2.4 勘探程度 从煤层的厚度上来看，其中稳定煤层为10m，比较稳定煤层为13m，不稳定煤层为3m，它们分别占全区三层可采煤层总厚度的（26m）43%、46%和11%，显然厚度占优势的是较稳定煤层，再从煤层的储量上来看，稳定煤层为332.15mt，比较稳定煤层为476.37mt，不稳定煤层为82.10mt，它们又分别占全区三层可采煤层总储量（890.62mt）的37%、54%和9%，可见储量占优势的仍然是比较稳定的煤层。下页是该矿的煤层柱状图。 图1-2 谢桥矿煤层柱状图1.2.5井下岩层地温特征 本区实测井温钻井35个（有2个孔资料不能使用），其中稳态测温孔2个（九-十6、七-八6）。区内井温在垂向上正常，地温梯度一般为每百米22.5；横向上，基岩界面井温变化于20.432.3之间；-440m切面井温变化于23.334.3之间；-610m切面井温变化于25.339.6之间；-720m切面井温变化于29.441.1之间。总体变化趋势为北部温度高于南部，也就是靠近背斜轴部高于向斜轴部，如-440m水平北部l12孔(太原组终孔)温度33.5，南部八-九4孔温度仅25.2。在走向方向上两翼温度低于中部，东部略高于西部，特别是西南部温度较低。1.3 煤层特征1.3.1煤层埋藏条件 本区二迭系的石盒子组与山西组共含煤11层，煤层平均总厚33m，含煤系数为5%。其中可采煤层三层平均总厚26m，约占全部煤层总厚的78%，8煤层为本区的主采煤层。 8煤层厚度介于47m 之间，平均6m，煤层厚度的变异系数为21%，煤层的可采性指数为100%。煤厚以5-6m的厚度段为主的约占总数的20%，其次为6-7m的厚度段，约占总数的80%。该煤层分布稳定，结构简单，仅局部遇见一层炭质泥岩夹矸，煤层顶板以砂质泥岩、泥岩为主，局部为石英砂岩；底板为泥岩、砂质泥岩。第一水平内见断层五条，首采区内见断层三条。这些断层的出现，也仅对工作面的布置具备影响。因此，8煤层的开采条件比较好。表12 谢桥煤矿可采煤层一览表 煤层编号穿层点数见煤点缺失点可采指数变异系数%两极厚度m结构造状况类稳定类型可采不可采沉缺断缺平均厚度m881410221251011.411简单稳稳定1.3.2 煤的特征一、煤质一般特征 本区主要煤层煤质稳定，煤类较单一，为qm。特低低硫分、特低低磷、中灰分煤为主、中等发热量、高熔灰分、富焦油。 二、煤的物理性质 8煤层均以半亮型煤为主，局部属半亮半暗型煤，褐色黑色，油脂弱玻璃光泽，条带状结构，夹镜煤条带及少量丝炭，条痕棕黑色，参差状断口，内生裂隙较发育。裂隙面常附有黄铁矿薄膜，性脆，易碎成块状和粉粒状，硬度小。 三、煤岩特征 镜下煤岩鉴定：有机显微组分以镜质组为主，次为丝质组，稳定组较少。镜质组包括有结构和无结构的凝胶化组分及半镜质体，颜色深灰灰色,灰度中等,突起微弱；丝质组大多为有结构的丝炭和半丝炭，颜色亮白灰白色，灰度较低，突起明显；稳定组主要是树皮、角质层和孢子体，颜色灰黑色，灰度甚高，突起较明显。成因上有较复杂的氧化条件，性质上有较高的挥发物和偏低的粘结性。 无机显微组分以粘土类矿物较多，次为碳酸盐，而氧化物较少，硫化物甚少。煤的变质阶段为，相当于煤分类的气煤。 四、煤的有害组分 水分（mad）：各可采煤层原煤水分平均值在1.291.99%之间，5煤最低为1.29%，16-1煤最高为1.99%。精煤水分与原煤相差不大。 灰分（ad）：各可采煤层原煤灰分产率平均值在15.4229.41%之间，除8、1煤属低中灰分煤外，其余各煤层均为中灰分煤。使用1.40比重液洗选后的精煤灰分平均值在6.809.33%之间，脱灰率达5468%。 煤灰成分及灰熔性（st）：煤灰成分各煤层中以酸性的sio2为主，其次为al2o3，两种成分占煤灰总量的77%以上。碱性氧化物以fe2o3为主，且以5 煤层最高，平均值为11.67%，其次为cao、mgo。由于各煤层煤灰成分未作na2o、k2o测定，故无法计算出煤灰成分的碱酸比、结渣、结污指数，但参考邻近刘庄勘探区资料，预计本区各煤层结渣、结污指数均属中等，对燃烧炉可正常出渣，管道腐蚀性较小。 灰熔融性（st）值：一般均大于1250，属高熔灰分，系因煤中酸性矿物含量较高的缘故。 硫分（st,d）：各可采煤层原煤全硫含量平均值为0.211.61%。5 煤层全硫含量0.833.13%，平均值1.61%，属中硫分煤；1煤层全硫含量0.20-4.17%，平均值1.13%，为低中硫煤；11-2、8、6、4-2煤层全硫平均值分别为0.54%、0.51%、0.71%、0.86%，属低硫分煤；17-1、16-1、13-1、7-2、7-1煤层全硫含量平均值均小于0.50%，为特低硫煤。 各种形态硫分析：从全硫含量1%的煤层中分析各种硫，1、5煤层以硫化铁硫和有机硫为主（二项数值很接近），硫酸盐硫次之，经过1.40比重液洗选后硫化铁硫较易清除，脱硫率达3134%，脱硫效果不甚理想。 磷（pd）：原煤磷含量测试数量不多，仅1、7-2、8、11-2、13-1、16-1等煤层有少数几个样品。其平均含量为0.00260.0609%，其中8 煤层最高为0.0609%（一个样），属中磷煤；13-1、16-1煤层平均含量0.01580.0415%，属低磷煤；其它煤层属特低磷煤。精煤磷含量各煤层平均值在0.00180.0285%之间，8、煤层较高，为0.0285%。据现有资料，原煤磷经洗选后脱率为871%，说明磷含量中主要是无机磷，有机磷次之。五、精煤挥发份（vdaf）各可采煤层850vdaf平均值在35.2341.77%之间，以13-1、5煤层最高，除11-2、4-2煤层小于37%外，其它各煤层精煤挥发份均大于37%，属高挥发份煤。纵向上，挥发份变化不甚明显，但随着煤层埋藏深度的增加，vdaf 逐渐降低。 六、煤的工艺性能 胶质层厚度（y）：各煤层y平均值在1015.8之间，纵向上y值变化亦不甚明显。 煤的结焦性：试验焦在大连化工厂发生炉进行造气试验结果，焦炭熔点高（不易结疤），活性好（易制气），强度高（耗焦量低），因此可作为良好的气化用煤，亦可作中小高炉的冶金焦。 低温干馏：各煤层焦油平均产率（tar,ad）在7.9011.79%之间，以5煤层最高，11-2煤层最低，属富油煤；半焦产率为74.5380.64%。 燃烧性：各煤层原煤干燥基弹筒发热量（qb,d）平均值在23.5929.32mj/kg 之间，且以1 煤最高，7-1煤最低。 由于各煤层中硫分含量较低，故对高位发热量影响较小。通过计算，各煤层干燥基恒容高位发热量qgr,d平均值在23.5429.17mj/kg，之间，比原煤弹筒发热量相应减少约0.3%。减去水的蒸发热，得出各煤层的干燥基恒容低位发热量qnet,d为19.5224.56mj/kg。若按mt15%计算各煤层的qnet,ar值：17-1、16-1、7-1煤小于17.00 mj/kg ，属中低热值煤；其余各煤层均在17.0021.00mj/kg之间，属中热值煤。因此，本矿以中热值煤为主。五，煤的瓦斯及自燃特征 瓦斯本区根据8煤层瓦斯采样资料，计算出各水平吨煤瓦斯涌出量如下表所示： 表13 各水平吨煤瓦斯涌出量表 水 平吨煤瓦斯涌出量（m3/t）-610m以上12.28-610720m6.54-720m 以下8.35(二) 煤尘与自燃 本区各煤层挥发分均大于35%，所有煤层均有煤尘爆炸危险。本区除个别煤层属不自燃外，其余各煤层均属于易自燃很易自燃的煤层。（三）煤的瓦斯性及相对瓦斯涌出量（1）、瓦斯含量及其分布规律 1、瓦斯含量的垂直分布从瓦斯含量等值线图和相关分析表明，瓦斯含量在垂向上的变化比较明显：在同一深度范围内，8煤层较小。在同一煤层中，其瓦斯含量随着煤层埋深的增加而增大，但递增的梯度由浅至深变小。从-400m至-900m平均梯度为：8煤层1m3/t/80m。2、瓦斯含量同上伏基岩厚度的相关性（1）、瓦斯含量随煤层埋藏深度（煤层上覆基岩盖层厚度）的增加而增大，这是普遍的规律。由于本井田范围内，松散层厚度起伏较大，造成同一煤层相同埋深点的上覆基岩盖层厚度相差比较大，故不能直接采用煤层现代埋深与瓦斯含量进行相关分析，而必须采用瓦斯含量与煤层的上覆基岩盖层厚度之间的相关分析方法。 （2）、控制瓦斯含量大小的主要地质因素是地质构造。本矿在构造上总体为一向南倾斜的单斜构造，构造条件较为简单，无控制瓦斯分布的主要构造。同时，从全矿井现有瓦斯含量测试成果看，东三采区瓦斯含量较小，但数据较少，尚不能作此结论。因此，划分不出瓦斯分布单元，全矿井作为一个瓦斯单元区考虑。（3.） 集气式测试成果与解吸法测试成果相比，基本相近，没有偏小的现象。因此，对集气式测试成果值未采用1.2的修正系数。（ 4） 同一钻孔两个测试样，舍去偏小的一个值；回归分析时舍去离散程度大的个别值，实际利用测试成果：8 煤层12个。（ 5.）通过瓦斯含量与上覆基岩厚度的相关分析，建立如下关系式图表(图13)：8煤层：q=3.0719(h)-12.87 n=12 r=0.8505：q-瓦斯含量，h-煤层上覆基岩厚度8 煤层瓦斯含量与上覆基岩厚度关系式所得r的绝对值0.8776、0.8505，分别大于其临界值（显著性水平0.05）0.443和0.576。所以，瓦斯含量与煤层上覆基岩厚度有显著的相关关系。 当显著性水平为0.05时，由关系式推算出的瓦斯含量误差q，经统计计算为：8煤层2.66 m3/t。图13煤层瓦斯含量于上覆岩层厚度关系图3、瓦斯风化带 据瓦斯成分的垂直分布，确定瓦斯风化带深度。从图13中可以看出：co2带、co2-n2带n2-ch4带界限不明显。根据n2成分30%，ch4成分50%，并结合ch4含量划分两大带，在距基岩顶界面110m之内为瓦斯风化带。（二）、矿井瓦斯涌出状况图14煤层瓦斯成分分带图1、井巷揭煤与瓦斯谢桥矿井在建井期间按“双突”管理的煤层有8、。巷道在揭露上述层煤时，均编制专门的防突设计，按“规程”规定，进行探煤、测压、排放瓦斯及放震动炮等步骤。2、煤与瓦斯突出危险性测试成果（结果如何？）本次收集了建井期间、投产以来通风部门在井下采样测试取得的资料，同时利用了补充勘探钻孔采样测试成果，进行区域预测。根据综合分析，可以得出谢桥矿的煤的自燃倾向性比较严重，自然发火期为13个月，煤尘爆炸危险性较强，其爆炸指数为38。（煤层倾角？）2 井田开拓2.1井田境界及可采储量2.2.1.井田境界 本井田境界东以f209断层与张集矿井相接，西至f5断层与刘庄勘探区为邻，南以谢桥向斜轴或17-1煤层-1000米等高线的地面投影线为界，北至1煤层露头线或张集勘探区三线。 全井田东西走向长11.5km，南北倾斜宽4.3km，面积50平方公里。关于井田境界，原初步设计根据两淮总部总工设字（79）110号文，东部境界暂以七西线与七八线之间为界（井田走向长比方案设计缩短3.5km）。但在原设计中将东部以f209断层为界，不设-700m辅助水平的开拓补充方案。通过对本矿地质资料的分析，谢桥矿有-700m以下开采的条件，基本可以延伸道-900m左右，为井田的长远发展奠定了条件。 谢桥矿井田的煤层赋存条件比较好，断层少，倾角小，变异系数不大，下面是该矿的煤层状况示意图。 图21谢桥矿井田赋存示意图井田可采储量的计算方法有经纬网格法和煤层平均厚度乘以面积再乘煤的容重两种方法，一般来说，经纬网格法比较准确，其适用性也较强，但比较麻烦，一般运用于条件较复杂的情况，由于谢桥矿的煤层赋存条件较好，厚度稳定，煤层变异系数很小，所以决定采用第二种方法。 由煤层柱状图计算可知，可采煤层的总厚度为6m，倾角10，可采面积50平方公里，计算出矿井工业储量。工业储量按下式计算：zc=yms/ cos10 (式21)式中zc-煤的工业储量，吨，y-煤的容重，吨/米3，m-煤的厚度，米m=6米，s-井田面积，m2则zc=（650容重）/cos10=（6501.4）/0.9848=426.48mt由于该矿产状较好，故其高级储量符合煤炭工业设计规范的要求。2.1.2 可采储量（1）井田的勘探类型从煤层的厚度上来看，其中稳定煤层为7m，比较稳定煤层为3m，不稳定煤层为4m，它们分别占全区1层可采煤层总厚度的（14m）50%、21%和29%，显然厚度占优势的是较稳定煤层，再从煤层的储量上来看，稳定煤层为366mt，比较稳定煤层为153.72mt，不稳定煤层为205.28mt，它们又分别占全区可采煤层总储量（366mt）的37%、54%和9%，可见储量占优势的仍然是比较稳定的煤层。（2） 储量的级别的划分 构造划分本区内含煤地质倾角平缓，产状变化很小，断层稀少，又无岩浆侵入或影响，属于一类简单的构造。划分个级储量采用的钻探工程线距为：a级1000m、b级2000m、c级4000m。综合划级采用就低不就高的原则，通过对区内构造和煤层的单项分析，构造划级所采用的工程线距。因此综合划级以煤层的稳定程度为主，但在具体划定块段储量计算边界时，综合底板等高线或勘探线等条件，适当调整储量划分边界线。全矿的工业储量（a+b+c）426.48mt，其中a 级储量200 mt，b级储量140 mt，a+b级储量340mt，占a+b+c级储量的79.7%。方案一第一水平（风氧化带下限-700m）工业储量（a+b+c）300mt，第二水平（-700m-900m）储量为126.48mt，第二水平以下是122.58 mt。方案二第一水平（风氧化带下限-700m）工业储量（a+b+c）277.65mt，第二水平（-700m-850m）储量为148.73mt，第二水平以下是157.14mt见表2-2、表2-3。全矿井的可采储量为322.71 mt。其中-700以上的工业储量为277.78mt，a级134.72mt，b级储量99.06mt，a+b级237.78mt，c级储量98.26 mt。a级占a+b+c级的40.6%，a+b级占a+b+c级的70.4%。煤炭工业设计规范规定大型矿井中的高级储量a+b级应占a+b+c级的50%以上，一水平内的a+b级储量占a+b+c级储量的比例不少于70%，其中a级储量占本水平的储量的比例不少于40%。由此可知，该矿的高级储量符合煤炭工业设计规范的要求。（3）保护煤柱储量计算煤柱的留设在一般情况下，保护煤柱应根据受保护面积边界和移动角值进行圈定。移动角值按建筑物下列允许变形值确定：倾斜 i=3mm/m曲率 k=0.210-3/m水平变形 =+2mm/m对于必须留保护煤柱的建筑物和构筑物，当其形状规则，且长轴于煤层走向或倾向平行时，宜用垂直剖面法圈定保护边界；当保护对象形状复杂，且又于煤层走向斜交时，宜用垂线法确定圈定保护边界；同时应用上述两种方法确定保护煤柱边界时，其重叠部分为受护对象的最合理保护煤柱；当圈定延伸形建筑物或基岩面标高变化较大情况下的保护煤柱时，宜用数字标高投影法。图22保护煤柱内有断层或立井穿过断层时保护煤柱留设方法当有断层时，由上图可以看出，要留的保护煤柱要大些，由于谢桥矿立井没有穿过断层的现象，故如上图所示，采用无断层时的煤柱线。根据谢桥矿的产量设计及其煤田赋存特征，可以确定谢桥矿的工业广场的面积为40公顷。下面是工业广场的保护煤柱示意图。图23谢桥矿工业广场保护煤柱压煤示意图根据煤炭工业设计规范要求：断层煤柱尺寸的大小取决于断层性质，断距，含水情况，落差很大的短断层。落差大于50m断层一侧煤柱不小于30m，20m50m断层的一侧留10m15m的煤柱，小于20m的小断层一般可以不留设煤柱。大于50m的断层有2条，20m50m的断层有5条，小于20m的断层有10条。按规范的要求计算全矿井断层煤柱为10.87mt。本矿井设计只对1煤层进行开采设计，边界露头线为-450m，该煤层平均厚度为6m，-900m以下的煤炭储量尚未探明，作为矿井的远景储量。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=smr/cos10 （式2-2）其中：zg矿井的工业储量； s 井田的倾斜面积，50平方公里； m煤层的厚度，6m； r 煤的容重，1.4t/m；则：zg=505.151.4/cos =426.48mt1）边界煤柱可按下列公式计算 z=lbmr （式23） 其中：z边界煤柱损失量； l边界长度 b边界宽度；断层边界取50m，人为划定边界取20m m煤层厚度；6m r煤的容重：1.4t/m 由此可以计算出谢桥矿煤田的断层压煤10.87mt。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/10万吨。本矿井设计生产能力为400万吨/年，所以取工业广场的尺寸为500m800m的长方形。煤层的平均倾角为10，工业广场的中心处在井田走向的中央，倾向中央偏于煤层中上部，其中心处埋藏深度为-610m，该处表土层厚度为341m，主井、副井，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15m(实际工业广场的面积为530m830m)。本矿井的地质掉件及冲积层和基岩层移动角见表2-1。 表2-1 岩层移动角 广场中心深度/m煤层倾角/煤层厚度/m冲击层厚度/m61010634145757570.6由此根据上述以知条件，画出如图2-1-1所示的工业广场保护煤柱的尺寸：图图 24 工业广场保护煤柱由图可得出保护煤柱的尺寸为：s=梯形面积=（上宽+下宽）高/（2cos10） （式24）=2.64k 则：工业广场的煤柱量为：z=smr （式25）式中：z-工业广场煤柱量； s -工业广场压煤面积:2.64k； m -煤层厚度: 6m； r -煤的容重:1.4 t/m则：z=2.6461.410-4 =22.17mt可以看出工业广场的保护煤柱压煤较多，但考虑到矿井井型，及开采方式，这个量还是可取的。3)铁路保护煤柱 本井田中有潘谢铁路的一段(l=5.69km),属于级保护铁路，所以应取两侧围护带的宽度为两边各20m，并根据岩层移动角原理来计算保护煤柱的长度： 表2-1 岩层移动角 煤层倾角/煤层厚度/m围护带宽度/m1062045757570.6在-350m等高线附近做剖面：铁路保护煤柱量为：z=lbmr （式26） 其中：z铁路保护煤柱量； l边界长度：5.69km b边界宽度； m煤层厚度；6m r煤的容重：1.4t/m则 z=(177+154) 5.6961.4 =1.58mt为保证一定的富余量，分别取170m和200m，则实际铁路保护煤柱量为： z=(170+200) 5.6961.4 =1.77mt 4）矿井的可采储量矿井的可采储量按下式计算： z=( zg-p)c （式27）其中：z-矿井的可采储量；万t zg-矿井的工业储量，426.48mt； 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 c -采区采出率，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，本矿取0.85则： zk=426.48-断层-工广-铁路0.85 =（426.48-10.87-22.17-1.77）0.85=332.91mt2.1.3 矿井设计生产能力及服务年限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，确定本矿井设计生产能力按年工作日330天计算，“四六”制作业（三班生产，一班检修），每日三班出煤，净提升时间为16小时。一、矿井设计生产能力因为本井田储量丰富，主采煤层赋存条件简单，瓦斯涌出量大，井田内部无较大断层，生产能力大，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400万吨/年。二、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）矿井开采能力校核谢桥矿矿区8号煤层为厚煤层，煤层平均倾角为10地质构造简单，赋存较稳定，根据现代化矿井的一矿一井两面的发展模式，可以布置两个综采工作面的同时具有两个准备工作面来保产。（2）辅助生产环节的能力校核本矿井为大型矿井，开拓方式为立井开拓，主井提升容器为两对40吨底卸式提升箕斗，提升能力可以达到设计井型的要求，工作面生产原煤一律用胶带输送机运到主井煤仓，运输能力很大，自动化程度很高，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具有爆炸性瓦斯含量高，属于高瓦斯矿井，水文地质条件较简单。矿井通风采用混合式通风抽出式通风，有专门的风井回风，可以满足通风的要求。本井田内存在的断层，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）储量条件校核井田的设计生产能力应于矿井的可采储量相适应，以保证矿井有足够的服务年限。矿井服务年限的公式为：t=zk/(ak) （式28）其中：t -矿井的服务年限，年； zk-矿井的可采储量，332.91mt； a -矿井的设计生产努力400万吨/年； k -矿井储量备用系数，取1.35。则： t=332.911/（41.35） =61.65年60年即本矿井的开采服务年限符合规范的要求。注：确定井型是要考虑备用系数的原因是因为矿井每个生产环节有一定的储备能力，矿井达产后，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，从而减少储量，为保证有合适的服务年限，确定井型时，必须考虑备用系数。根据400万吨以上特大型矿井的服务年限大于60年的要求,是符合煤炭工业设计规范的规定。2.2井田开拓2.2.1井田开拓的基本问题（1）地质条件对开采的影响 新生界松散层厚度大（194.10485.64m，平均363.95，南薄北厚）； 煤层埋藏深（-380-1000m），储量多； 煤层层数少（可采煤层层），地层倾角815，产状平直； 井田面积大（50km2）地势平坦（+24+25）； 煤层沼气含量比较大，地温比较高；在特厚表土层的条件下，设计确定采用立井，主要石门和集中大巷开拓方式。（2）井筒的形式、位置、数目及工业场地的位置、形状、面积选择 开采单一煤层的开采方式有四种方式，下面就是示意图：127中国矿业大学2007届毕业生论文图25 单一煤层的开拓示意图a单水平上下山开拓 b多水平上下山开拓c多水平下山开采 d多水平混合开采由于本矿8煤层埋藏深，倾角小，厚度大，故可以考虑a，b，d三种方式，而多水平下山开拓由于开拓方式复杂，故首先被否定。本井田走向储量中心基本位于八东线3孔附近，此处表土厚341.3m，地面自然标高+22.0m左右，位于内涝区与济河之间，距济河河堤仅250m，属于洪水淹没区，且南仅500m即为落差达335m的f202断层。在该处无法布置工业场地。因此本矿井井口难于布置在井田储量中心位置。综上所述，方案二位于济河附近，地势低，易受洪水威胁，井筒表土厚，工业场地压煤量大，没有明显优点。方案一虽然井筒位置偏西，第一水平井底车场岩性稍差，但具有工业场地开阔、地势高，井筒表土层薄，工业场地压煤量少，工广不迁村庄，第一水平储量大，井巷工程量较小，地面铁路较短。为了减少投资（井筒、迁村、工广填高、铁路等），少压煤，增加建井可靠性， 方便工业场地设施布置和铁路进线，设计推荐方案一。即主、副井，中央风井及工业场地选择在八线于-950m交点西北方向60m处。本次设计根据井田形态，资源赋存特点，表土层厚，地质构造，建井条件、地面村庄对开采的影响，确定采用立井开拓方式即主井、副井、中央风井、西风井。工业场地的面积为40公顷即800m（倾向）500m（走向），加上工业场地四周各留15m的保护带那么工业场地的面积为830m（倾向）530m（走向），西风井地面场地为：60（倾向）m50（走向）m。 方案一，井口位于八线于-950m交点西北方向60m处，表土层厚282m，工业场地地势平坦、开阔，自然标高+25.3+25.6m，一水平标高-700m。井底车场8煤的顶板，采用两翼对角式通风。方案二，井口位于八线于-800m交点西北方向200m，表土层厚282m，工业场地地势平坦、低洼，自然标高+22.9+23.6m，第一水平标高-700m，第一水平井底车场8煤的底板,第二水平标高-850m，采用混合式通风。方案三，井口位于线八-350m交点北方向250m，表土层厚247m，工业场地地势平坦，开阔，自然标高+23.424m，第一水平标高-400m，第一水平井底车场位于8煤底，然后向下延伸。该方案是下行开采，出煤早，见效快，但后期较困难，故被首先否定。 表22 8煤赋存状况表 煤层工业储量氧化带至回采上限储量防水煤柱断层煤柱8426.47.175.643.37现在对前两个方案的优缺点分析如下：方案一主要优点：主、副井口附近表土比较薄，其厚度约282m；工业场地开阔、地势比较高，自然标高约25m，不受洪水威胁、工业场地附近村庄比较少，除需局部迁移个别零星房屋外，基本上不迁村庄，且工业场地有发展余地。工业场地压煤比较少，特别是压煤少（14.25mt）；铁路进线方便，地面铁路长度比方案二要短，到居住区也比较近。方案一主要缺点：矿井两翼储量比相差比较大，东翼占60%，西翼占40%，井口位置略偏西；第一水平井底车场位于8煤顶板，井底车场岩性比方案二要差一些。方案二主要优点： 第一水平井底车场位于8煤的底板，多为砂岩，便于巷道支护； 工业场地靠近济河，地势低； 工业场地压煤量大，为28.25mt。 地面铁路比方案1长，到居住区距离比方案一也远；两个方案井口位置详细比较，如表21：（3）确定工业场地地位置和面积。根据以上的分析及计算，可知工业场地的位置位于八线于-950m交点西北方向60m处，形状为530830m2的矩形。（4）确定的数目开采水平及标高 回采上限标高的确定 防水煤岩柱的计算与留设 松散层含、隔水层的分布及特点 上部含水组厚43.9075.70m，平均63.93m，全井田均有分布，其下有厚8.68m45.00m，平均厚28.63m的中部隔水段。上部含水组与中部含水段一般无直接水力联系。中部含水段厚98.60216.70m，平均厚176.90m，全井田均有分布富水性强。在井田南部，沿25煤层露头以南古地形隆起处，中部含水段直接覆盖于基岩上。下部含水段厚094.40m，平均厚50.57m其顶板有粘土层分布，比较稳定，可起相对隔水作用。该段富水性弱中等。 安全煤柱留设的依据从上述松散层的分布及特点可以看出，对煤系地层有影响的含水层主要为下部含水段，因此，除在十线6733孔附近隔水层缺失地段留设防水煤柱外，其他地段一般只留防砂煤柱。 计算结果 根据“建筑物，水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程”中的相应规定的计算公式计算，防水煤柱计算高度一般为5080m，防砂煤柱计算高度一般为1027m。 回采上限标高确定 由于计算的防砂煤柱高度均小于风氧化带的深度，以及基岩面标高的变化比较大等因素，为使回采工作面巷道避开煤层风氧化带的影响和便于巷道布置与生产管理，根据采区布置情况，在一定范围内选用同一标高，作为煤层的回采上限。按表中所列的回采上限，防水煤柱的实际高度一般为7080m，防砂煤柱的实际高度一般为3060m。表23 井口位置方案比较表 序号比较项目单位方案方案一方案二1井口位置/井口位于八线于-950m交点西北方向60m处井口位于八线于-800m交点西北方向200m2工业场地地面地形地貌/地势平坦、开阔、无村庄、河流地势平坦、有村庄、位于洪水淹没区3工业场地原始标高m+25.825.61+22.9123.104主井井筒表土厚m281.75282.55工业场地煤柱（其中一水平）mt26.0128.56第一水平标高m-700-7007主井井筒可达最深标高m-900-8508第一水平井底车场层位8煤的底板8煤的顶底、板9达产时井筒个数个4410达产时采区惯通距离m16332.122121.3511第一水平可采储量mt426.48320.5812达产时井巷工程量mt29356.533076.05 水平划分 运输水平的标高，主要是根据水平储量及服务年限、阶段垂高及斜长、井底车场岩性等因素确定。第一水平标高，还要考虑采区的合理配采与接替条件。按上述原则，对本井田的水平划分如下： 方案一：全矿井划分为1个水平，实行上下山开采。计算服务年限为62年。方案二：全矿井划分为2个水平，第一水平为上山开采、第二水平为上下山开采。第一水平标高为-700m，垂高为729m，计算服务年限为62年。（5） 采区划分、采区储量及开采顺序 采区划分与采区储量 根据井田形态，地质构造、煤层赋存特点及开采方式，设计对开采水平的采区划分，考虑了二个方案。方案一：第一水平划分为东