《采矿毕业设计》word版.doc

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第67页1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1矿区地理位置与交通麻家梁位于山西省朔州市的南部，隶属朔州市朔城区管辖。地理坐标为：东经11222001122930，北纬390800391430。本矿区内没有生产矿井及小煤窑。本区交通方便，北同蒲铁路、大运公路在井田西部通过，朔黄铁路在井田西北部通过，朔州火车站北至大同129 km，南至太原226 km。公路以朔州城为中心，可通往大同、太原及周边。如图1.1所示1.1.2矿区内的工业与农业本区工业以采煤为主，发电，机械及食品加工也有一定规模。农业以玉米、黍子、高粱、土豆等粮食作物为主，粮食基本自给。区内有红旗牧厂四个分场。朔州市商业比较发达。1.1.3矿区气候条件本区属典型的大陆性气候，干燥寒冷。气温一般较低，年温差和日温差较大。年平均温度4.88.6 ，最高温度38.2 ，最低温度-32.4 ，年降雨量273.9686.9 mm，平均461.8 mm，主要集中在6、7、8三个月，可占全年降雨量的70%左右。全年降雪量20.2163.2 mm，最大积雪厚度47 cm。年蒸发量2028.92516.7 mm，一般2351 mm，约为年降雨量的45倍。本区风沙大，有风时间占全年的70%，春、冬季多西北风，平均风速3.6 m/s，最大风速2.1 m/s，故区内建造了大面积的防风林带。结冻期自每年10月下旬至翌年四月下旬，最大冻结深度1.251.5 m。1.1.4矿区的水文情况井田西侧和北侧有恢河和七里河二条常年性河流，属海河流域桑干河水系，其特点是：平时流量甚小，雨季山洪暴发而流量大增，但历时很短，最大洪峰量出现在7、8两月，最小流量在1月、12月。其他地表水体不发育。1.2井田地质特征矿区内地形平坦开阔，为厚层新生界沉积物所掩盖，地势西南高，东北低；海拔一般在10801200 m之间，最高点位于本区东南部，海拔1342 m，最低点位于东北部的恢河河床，为1060 m，相对高差270 m。面积约为62 km2图1.1麻家梁矿交通示意图1.2.1井田勘探程度井田内先后有山西省115队、甘肃物测队、江苏物测队、煤炭部水文一队和173队进行预查、普查和详查工作。1.2.2煤系地层根据钻孔揭露和井田外围出露，区内地层由老到新依次有下古生界奥陶系、上古生界石炭系、二迭系及新生界地层。现分述如下：1）奥陶系（O）广泛出露于井田南部外围，构成高山地貌。下部以灰黄、黄白色白云质灰岩为主，夹薄层状灰岩，上部深灰、灰色厚层状灰岩，夹棕色豹皮状石灰岩、泥质灰岩和绿色钙质泥岩，出露厚度约555 m。本次钻孔揭露最大厚度97.70 m，见缝合线构造，具裂隙和水蚀现象，石灰岩主要由砾屑和亮晶方解石组成。2）石炭系（C）（1）中统本溪组（C2b）平行不整合于奥陶系石灰岩侵蚀基准面之上。按岩性及发育情况可分为上下两段：下段：由本组底至本溪第二层灰岩顶部。岩性主要由两层稳定或稳定发育的铝土泥岩、石灰岩及泥灰岩组成，局部夹泥岩、透镜状砂岩及12层煤线本段厚约25 m。上段：主要由碎屑岩、泥岩、铝土质泥岩，12层薄层状石灰岩，泥灰岩以及12和13号煤层组成。本段厚约19 m。（2）上统太原组（C3t）为本区主要含煤地层，连续沉积于本溪组地层之上，依其是否含主要可采煤层，可分为上下两段。下段：由K1砂岩底至7号煤层顶板泥岩。主要由细碎屑岩、泥岩、泥灰岩和45层煤组成。9号煤层为全区稳定可采煤层。 下段厚约12 m。上段：主要由碎屑岩、泥岩、铝土质泥岩和23层煤层组成碎屑岩以K2和K3砂岩发育较好。本段厚约31 m。太原组地层，最大厚度为98.65 m，最小厚度为62.70 m，平均80.43 m。3）二迭系（P）（1）下统山西组（P1s）亦为本区主要含煤地层之一。连续沉积于太原组地层之上，按含煤性及岩性组合特征，可以K5砂岩顶为界，分为上下两段。下段：主要由粗碎屑岩、泥岩和全区稳定可采的4号煤层组成。碎屑岩以K4和K5砂岩发育较好。K4砂岩由灰白色、灰色砾岩、含砾粗砂岩、粗中细粒砂岩组成。K5砂岩由灰白色、灰色含砾粗砂岩、粗中细粒砂岩组成。为本区良好的岩性标志层之一。本段厚约35 m。上段：主要由碎屑岩、泥岩、砂质泥岩和23层薄煤层组成，岩性呈下粗上细的组合特征。本段不含主要煤层，3号煤层为局部可采煤层，2号煤层为不可采煤层，1号煤层仅零星见到。本段厚约46 m。山西组地层，最大厚度107.34 m，最小厚度60.55 m，平均86.84 m，总体呈北厚南薄的变化趋势这是由于北部K4和K5砂岩比较发育，厚度较大所致。（2）下统下石盒子组（P1x）与山西组整合接触。岩性以黄绿色、灰绿色、灰黄色、灰色粗、中、细粒砂为主，砂岩岩屑含量明显增加，且多含砾。夹灰绿色、紫色、紫斑团块状砂质泥岩、泥岩、鲕状泥岩及铝土质泥岩。（3）上统上石盒子组（P2s）与下石盒子组整合接触。分布于勘探区南部及其外围。岩性以紫色、灰黄色、灰绿色砂质泥岩、泥岩为主，夹紫色、灰绿色、黄灰色粗砂岩、粉砂岩、铝土质泥岩。底部以黄白色砂岩、砂砾岩与下石盒子组分界。区内仅南部有不完整分布，钻孔揭露本组残留厚度342.93 m。（4）新生界（Kz）主要为第四系松散沉积。不整合于下伏地层之上。岩性以灰色、灰绿色、浅红色、红黄色亚砂土、砂质粘土为主，夹24层56 m厚的中细砂层，局部含12层56 m厚的砂砾层。厚度均在150300 m之间。 1.2.3井田地质特征麻家梁井田位于朔县向斜东翼南段，基本构造形态为一向西倾斜的略有起伏的单斜构造。区内地层走向在35勘探线以北总体呈NNE向，且地层倾角平缓，一般为5左右。35线以南地层走向为NNE转向NE方向，且地层倾角自西向东逐渐增大，可达30以上。在此之上发育了一些与地层走向大致平行的宽缓褶曲和大小不等的断裂构造。1.2.4井田水文地质特征朔南麻家梁井田位于神头岩溶泉域水文地质单元区内。神头岩溶泉域水文地质单元总面积5316 km2。根据地形地貌、地质构造等因素，单元边界北起阎家窑 高家堡 潘家窑一线；南到南峰 宁武南 盘道梁；西至阎家窑 暖崖 南峰；东至马邑断层、大夫庄 潘家窑一线。其中，西界南段暖崖至南峰一线为地下水分水岭。单元内水文地质条件主要受岩性、构造、地形地貌因素控制和影响。依据岩性、富水性以及地质时代差异，井田划分含、隔水层如下：（6个含水层、2个隔水层）1）含水层本区6个含水层自下而上分述如下：（1）下奥陶系岩溶裂隙含水层（O1）区内无钻孔揭露，邻近区仅有三孔不完全揭露。岩性主要为白云质灰岩、石灰岩及白云岩。以溶隙、溶洞为主要岩溶形态。富水性强，为一岩溶裂隙承压含水层。（2）中奥陶系岩溶裂隙含水层（O2m）本次勘探施工的奥灰延深孔仅3510孔揭露奥灰厚度最大为97.70 m，详查勘探时一般揭露70 m左右。本次对这一层段也没有进行详细的地层划分，但总体来看，相当于上马家沟组（O2s）和下马家沟组（O2x）上部地层，岩性以灰色、浅灰色中厚层状细隐晶质石灰岩、白云质灰岩为主，夹薄层状泥质灰岩及角砾状石灰岩。顶板埋深281.00703.00 m左右。构成整个勘探区含煤地层的基底。根据详查报告分析资料，岩溶裂隙发育，以溶隙、溶孔为主要岩溶形态。岩溶裂隙的发育具有垂向分带性，平面上也有一定的分区性。从测井资料、岩芯鉴定、漏水情况等分析对比，中奥陶系上部分为三个含水段。上含水段：分布于27162、8014号孔一带区域。发育较稳定。距O2顶板22.80 m，岩溶裂隙带厚0.6016.50 m，平均厚度5.00 m左右。据钻孔抽水实验及简易抽水实验，单位涌水量0.002150.0535 L/sm，31192孔简易抽水实验单位涌水量达3.365 L/sm。中含水段：分布于29线至37线一带。发育不稳定。距O2m顶板23.7557.00 m，岩溶裂隙带厚0.8011.20 m，平均厚度4.0 m左右。29188号孔钻进奥灰31.60 m时钻具下落0.40 m，并出现严重漏水；33199号孔揭露本含水段，由于水位较深，未做简易抽水试验，但从其水位及岩芯情况来看，其富水性很弱。下含水段：基本全井田分布，发育较稳定。距O2顶板46.60106.85 m，岩溶裂隙带厚0.6013.40 m平均厚度6.0 m左右。据钻孔抽水试验，单位涌水量1.049 L/sm。综上所述，各含水段中岩溶裂隙的发育强弱不等，富水性极不均一。据全区资料分析：下含水段富水性比上含水段要强，而上含水段又比中含水段强些。本组水位标高10591062 m。水质类型HCO3 - CaMg型水，矿化度0.30.6 g/L。上含水段与中含水段距煤层较近，对煤层开采的影响较大。由于其富水性一般较弱，部分区域可作为相对隔水层段，从而减轻了对煤层开采的影响。但奥灰水仍是下部煤层开采的主要威胁。由以前资料分析上述三个含水段之下，中奥陶系中下部的含水段分布稳定。由801、802、8014三孔井资料分析，岩溶裂隙带厚0.52.2 m，富水性强，但由于距煤层较远，其间又有非含水层段的阻隔，对煤层开采无较大影响。（3）上石炭系裂隙含水层（C3t）厚度为61.6198.65 m，平均79.32 m。岩性主要为细中粒砂岩，成份以石英、长石为主。分选差，泥硅质胶结，全区普遍发育。9号煤层上部发育一层较稳定的砂岩，局部构成9号煤层的直接顶板，裂隙发育一般，富水性弱。抽水试验单位涌水量0.00162 L/sm，水位标高1065.14 m，水质类型为HCO3-Na型水，矿化度0.50.7 g/L，为一裂隙承压弱含水组。（4）早二迭系下部裂隙含水层（P1s）厚度为61.22102.06 m，平均81.34 m。其中以位于4号煤层上下的K5、K4砂岩比较稳定，厚度较大，岩性主要为细 粗粒砂岩及砂砾岩，成份以石英为主，长石次之，分选中等，硅泥质胶结，K5砂岩在局部构成4号煤层的直接顶板。其它砂体厚度变化大，层位多不稳定，裂隙发育一般，富水性弱。抽水试验单位涌水量0.00351 L/s.m，水位标高1068.64 m，水质类型为HCO3-Na型水，矿化度0.40.7 g/l，为一裂隙承压弱含水组。上述两含水组在煤层开采时将向矿井直接充水，但由于富水性弱，补给条件较差，含水体较为封闭，故对煤层开采无较大影响。（5）新生界中、下部孔隙含水层厚度20.3242.7 m，平均119.69 m，埋深36.30153.70 m。全区分布，构成基岩直接盖层，此组分为三个含水段：上含水段：厚16.80139.30 m，含水层段平均厚20.22 m。发育稳定。岩性为细粗砂及砂砾石组成，分选中 差。详查勘探27166号孔揭露该段，抽水试验单位涌水量0.00756 L/s.m，水位标高1079.87 m，水质类型HCO3-NaCa型水，矿化度0.455 g/L。中含水段：厚0123.60 m，含水层段总厚083.85 m，平均19.33 m，发育较稳定。岩性以细、中砂为主，分选中 差。详查勘探33211号孔揭露上含水段和中含水段，抽水试验单位涌水量0.0333 L/s.m，水位标高1072.93 m，水质类型HCO3-MgNa及HCO3Cl-CaNa型水，矿化度0.4100.637 g/L。下含水段：厚0114.80 m，含水层段总厚076.80 m平均28.18 m，发育不稳定，以细、中砂为主，夹少量砾石层，分选差，其底部有一层发育不稳定的粘土、亚粘土层，厚055.60 m。新生界中下部抽水试验孔3510揭露3个含水段，单位涌水量0.0117 L/s.m，水位标高1173.59 m，水质类型HCO3-Ca Mg。（6）新生界上部孔隙含层厚36.30153.70 m，平均厚84.50 m。岩性为细 粗砂、砂砾石层及砂土、粘土、亚粘土组成，全区分布。富水性强 中等，为一孔隙潜水含水组。有供水意义。2）隔水层（1）中石炭系碎屑岩隔水组（C2b）本组即本溪组地层，厚度26.7263.71 m，平均43.19 m。埋深227.36793.91 m。岩性以泥岩、砂岩为主，夹煤线和泥灰岩，底部发育不稳定铁矿层。其中泥岩、铝土质泥岩、粉砂岩等厚度占全组厚度60%以上，泥灰岩、泥质灰岩岩溶裂隙不发育。本组厚度呈现由北向南变薄趋势，全区来看，本溪组地质为一较稳定的隔水组，隔水性能力较好。（2）二迭系中下部碎屑岩隔水层（P2s+P1x）厚度0414.88 m，平均188.25 m。岩性以泥岩为主，砂岩次之，并夹砂质泥岩、砂砾岩和铝土岩。砂岩成份以石英为主，长石次之。全组粒度自下而上逐渐变细，粉砂岩、泥岩、砂质泥岩、铝土质泥岩占该组厚度的60%以上，裂隙不甚发育，富水性很弱，是一相对隔水组，隔水性能良好。本矿井正常涌水量为304 m3/h，最大涌水量为464 m3/h，预测奥灰最大突水量为2087 m3/h，1.3煤层特征1.3.1可采煤层井田可采煤层有4、5、6、8、9、9下、11号共8层煤。其中4号和9号煤层为全区可采煤层，其储量分别约占本区总储量的30%和55%，其余为局部可采煤层。1）4号煤层4号煤层位于山西组下部，是本区主采煤层之一，下距9号煤层约65 m。厚度1.3511.09 m，平均6.32 m，可采系数100%，结构较简单，一般含23层夹矸，夹矸岩性以泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩为主，也有高岭质泥岩及粉砂岩，厚度变化较大，一般在0.5 m以下，个别点夹矸大于最低可采厚度，夹矸层位不稳定。顶板以泥岩及砂岩为主，底板以泥岩、高岭质泥岩为主。煤层层位稳定，厚度有一定变化，总体而言，应属全区可采的稳定煤层。2）9号煤层9号煤层位于太原组下部，本区主采煤层之一，下距10煤层约25 m。厚度2.4918.18 m，平均11.96 m，可采系数100%，一般含夹矸35层，岩性以泥岩、炭质泥岩及高岭质泥岩为主，夹矸厚度变化较大，多在0.30 m以下。顶板岩性以泥岩、砂岩为主，底板以泥岩为主。煤层层位稳定厚度因局部地方分叉有一定的变化，但规律性强，故9号煤层应属全区可采的稳定煤层。1.3.2煤的特征1）煤的物理性质矿区内各煤层一般呈黑色，以沥青光泽为主，次为玻璃光泽，摩氏硬度22.5左右，具有韧性，内生裂隙不很发育，参差状断口、贝壳状断口及阶梯状断口。4号煤以半亮型煤和半暗型煤为主，9号煤层为半亮型 半暗型煤，光亮煤较少，条带状线理状结构，多具水平层理。2）煤的化学性质（1）4号煤原煤水分4.23%，浮煤水分3.97%；原煤灰分产率平均为26.99%，经1.4密度液洗选后降至7.57%；原煤挥发分平均为39.60%，浮煤挥发分平均为41.00%。原煤全硫平均为0.46%，洗选后平均为0.67%。原煤磷平均为0.026%。碳含量80.25%，氢含量为5.37%，原煤发热量（Qnet,d）平均为21.99 MJ/kg。煤灰成分以SiO2、Al2O3为主，CaO、Fe2O3次之，灰熔融性软化温度（ST）平均为1456 oC， 属较高软化温度灰煤。粘结指数为10.9。此煤为中灰、特低硫 低硫、低磷、中热值发热量的长焰煤。（2）9号煤层原煤水分3.81%，浮煤水分3.59%，原煤灰分产率平均为23.14%，经1.4密度液洗选后降至6.29%，原煤挥发分平均为40.71%，浮煤挥发分平均为41.06%。原煤全硫平均为1.71%，洗选后平均为1.28%，经洗选后脱硫率可达25.15%。原煤磷平均为0.039%。碳含量81.05%，氢含量为5.36%，原煤发热量（Qnet,d）平均为23.60 MJ/kg。煤灰成分以SiO2、Al2O3为主，Fe2O3 、CaO次之，灰熔融性平均为1421oC， 属较高软化温度灰煤。粘结指数为19.3。此煤为中灰、低中硫、低磷、中高热值的长焰煤。3）煤的工艺性能（1）发热量本区各可采煤层的原煤高位干发热量（Qgr,d）22.4724.97 MJ/kg，原煤干基低位发热量为（Qnet，d）20.7523.87 MJ/kg；浮煤干燥基高位发热量（Qgr, d）为29.4131.04 MJ/kg，属于中高热值煤。（2）结焦性据平朔露天矿精查报告中二铺矿对4、9、11号煤层单孔铁箱炼焦试验结果，焦炭的抗碎性及耐磨性较差，不宜单独炼焦。（3）低温干馏（Tar,d）矿区内各煤层均做了低温干馏（Tar,d）试验，测试结果表明各煤层焦油产率均大于7%，一般为7.2011.66之间，属富油煤。 各煤层的可磨性一般在57.6767.00之间，可磨性较好。（4）热稳定性（TS+6）本次勘探阶段对3、4、5、6、92、9号煤层的热稳定性做了测试，测试结果表明：各煤层的热稳定性（TS+6）均大于70%，属高热稳定性煤。4）煤的可选性矿区4、9号煤层均系扣除+2.0沉矸后，按灰分10%时0.1含量法评定， 4号煤层130.5 mm粒度级0.1含量大于40%，均属极难选，9号煤层130.5 mm粒度级的0.1含量变化较大，其可选性变化也较大，从易选极难选都有。若按灰分13%时的0.1含量法评定，4号煤层绝大部分简选样的130.5 mm粒度的0.1含量仍大于40%，仍属极难选；9号煤层大部分简选样的130.5 mm粒度级的0.1含量小于30%，属易选较难选，与灰分10%时相比，可选性等级降了两个级别。即9号煤层的可选性优于4号煤层。1.3.3其他有益矿产1）伴生微量元素各煤层中锗平均含量一般在0.54.9 ug/g之间，镓平均含量在12.125.5 ug/g之间，铀含量平均在5.810.4 ug/g之间，钍平均含量在1.123.4 ug/g之间，钒平均含量0.0140.025%之间，均未达到工业品位的要求。2）铝土矿对区内铝土质泥岩进行采样化验结果表明：SiO2含量平均为47.13%，Fe2O3含量平均为3.37%，Al2O3含量平均为27.01%，SiO2:Al2O3为1.7%，达不到SiO2/Al2O3比值的最低边界品位1.8；Al2O3含量达不到40%边界品位，均未符合工业用铝矿床的基本要求。1.3.4瓦斯，煤层及自燃1）瓦斯各煤层瓦斯成分CH4小于50%，N2大于50%，瓦斯含量CH4小于1 ml/g，CO2少量，因此本区处于瓦斯风氧化带内的氮气沼气带。采用分源预测法对矿井瓦斯涌出量进行了预测。预测结果为：综采放顶煤工作面瓦斯相对涌出量为0.575 m3/t，顺槽综掘面及大巷综掘面绝对瓦斯涌出量分别为0.883 m3/min、0.521 m3/min。全矿井相对瓦斯涌出量为1.41 m3/t，绝对瓦斯涌出量为36 m3/min。矿井相对瓦斯涌出量小于10 m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于40 m3/min，根据煤矿安全规程第一百三十三条，本矿井属于低瓦斯矿井。区内的银洞山矿开采情况表明区内4、9号煤层瓦斯含量均很小。虽然本区在先期开采时期瓦斯涌出量不大，但随着矿井开采深度的延深，采煤工作面的增大，煤炭产出量增加等因素，矿井瓦斯涌出量将有可能随之增加，故在开采生产中应加强瓦期管理，确保安全生产。2）煤尘区内各煤层的挥发分均在37%以上，对区内各煤层做了35个点煤尘爆炸试验，测试结果见表1.1。表1.1 各煤层煤尘爆炸成果表煤 层 编 号345692911合计有爆炸的点数21034212235加岩粉量（%）50.058.856.780.075.065.480.0从表中可知，各煤层无论点多与少，均有爆炸性，扑灭火焰所需最低岩粉量为50.080.0%，因此在开采时应引起足够的重视，采取除尘、防爆、隔爆等措施，以确保矿井安全生产。3）自燃4号煤层有1个不易自燃点，9号煤层有2个不易自燃点和1个不自燃点外，其余都为易自燃和很易自燃的煤，据银洞山矿资料，4、9号煤层的自燃等级均为级。煤层自燃的后果严重，它不仅直接影响生产，还会引起瓦斯、煤尘爆炸，因此应引起足够的重视，提前予以防范。4）地温普查勘探阶段，进行了8个孔的简易井温测量工作，结果为0.5 /100m，为地温正常区。在朔南详查区内5个钻孔中的部分孔段进行了简易井温的测量工作，同时利用了详查区6个普查钻孔的测温资料。资料表明：在这11个测温孔中，测深最大孔为37034孔，最下测点深度625 m，温度为12.6 ；16222孔的最下测点深度为525 m，温度值为19.2 ，是区内最高温度点。其它各孔的最下测深点在280625 m之间，最下测点温度值在1114.95 之间。按井段温度变化差最大值计算，各孔的近似地温梯度仍在0.5/100，最大为1 /100m（16222孔），本次勘探对3510孔简易井温测量，结果为：探测深度750 m，温度为12.6 ，地温递度为0.5/100m。按每百m不超过3 为正常区界线，属正常地温区。2 井田境界和储量2.1井田境界麻家梁位于山西省朔州市的南部，隶属朔州市朔城区管辖。井田南北长约10.2 km，东西宽约6.2 km，面积62 km2。2.2矿井储量计算2.2.1构造类型井田地质构造简单，本井田总体构造形态为一向西倾斜的并略有起伏的单斜构造，存在个别较大断层，全区地层除东南角倾角较陡之外，大部分地段倾角平缓，未发现岩浆岩侵入，确定了构造复杂程度为简单2.2.2矿井工业储量矿井工业储量是指在井田范围内，经地质勘探，煤层厚度和质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚。根据煤、泥炭地质勘查规范DZ/T0215-2002，长焰煤煤层最低可采厚度0.8 m，气煤最低可采厚度0.7 m，最高灰分40%，最高硫分3%，长焰煤最低发热量17 MJ/kg。储量计算厚度、灰分指标见表2.1表2.1 储量计算厚度、灰分指标储量类别能利用储量尚可利用储量煤的种类炼焦用煤非炼焦用煤褐煤炼焦用煤非炼焦用煤褐煤最低可采厚度/m缓斜煤层（025）0.70.70.80.50.60.7倾斜煤层（2545）0.60.70.70.40.50.6急斜煤层（45）0.50.60.60.40.40.5最低灰分/%4050本矿井设计对4，9煤层进行开采设计，它们的厚度分别为6.32 m、11.96 m，均为全区可采的稳定煤层。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。4煤层和9煤层，采用块段法计算工业储量。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2.1所示。图2.1 块段划分示意图根据煤炭工业设计规范，求得以下各储量类型的值：1）矿井地质资源量矿井地质资源量可由以下等式计算： （2-1）式中：矿井地质资源量，Mt；煤层平均厚度，m；煤层底面面积，m3；煤容重，t/m3。将各参数代入（2-1）式中可得表2.2，所以地质储量为：表2.2 煤层地质储量计算煤层块段倾角/块段面积/km2煤厚/m容重/t/m3储量/Mt煤层总储量/Mt总储量/Mt4#11.5216.586.321.44150.95564.911632.0523.2122.186.321.44202.1735.718.276.321.4475.6441.1213.756.321.44126.1656.591.096.321.449.999#11.5216.5811.961.44285.651067.1423.2122.1811.961.44382.5935.718.2711.961.44143.1441.1213.7511.961.44236.8556.591.0911.961.4418.912）矿井工业储量根据钻孔布置，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/储量由式计算。矿井工业储量可用下式计算： （2-2）式中： 矿井工业资源/储量； 探明的资源量中经济的基础储量；控制的资源量中经济的基础储量；探明的资源量中边际经济的基础储量；控制的资源量中经济的基础储量；推断的资源量；可信度系数，取0.70.9。本矿井各主采煤层均为较稳定煤层、地质构造简单，即是局部可采煤层在其可采范围内赋存相对也比较稳定，地质构造简单，因此可信度系数取0.9。因此将各数代入式2-2得：2.2.3矿井可采储量矿井设计资源储量按式（2-3）计算： （2-3）式中：矿井设计资源/储量。断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建筑煤柱等永久煤柱损失量之和。按矿井工业储量的3%算。则： 矿井设计可采储量式中：矿井设计可采储量；工业场地和主要井巷煤柱损失量之和，按矿井设计资源/储量的2%算；C采区采出率，厚煤层不小于75%；中厚煤层不小于80%；薄煤层不小于85%。此处取0.75。则： 2.2.4工业广场煤柱根据煤炭工业设计规范不同井型与其对应的工业广场面积见表2.2。第5-22条规定：工业广场的面积为1.0 hm2/10万t。本矿井设计生产能力为8.0 Mt/a，所以取工业广场的尺寸为1000 m800 m的长方形。煤层的平均倾角为小于5，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410 m，该处表土层厚度为220-280 m，主井、副井、中央风井、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15 m。本矿井的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2.4。表2.3 工业场地占地面积指标井 型/万ta-1占地面积指标/hm210万t-1240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.8表2.4 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/m-55056.32、11.9626555726972由此根据上述以知条件，画出如图2.2所示的工业广场保护煤柱的尺寸：图2.2 工业广场保护煤柱由于两层煤，需算两个保护煤柱。由CAD量的两个梯形的面积分别是：2120625.92 m2和2236312.58 m2 则：工业广场的煤柱量为： 式中： Z工工业广场煤柱量，万t； S工业广场压煤面积，m2； M 煤层厚度，4煤6.32 m，9煤11.96 m； R煤的容重， 1.44 t/m3。则： 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规定和国务院国发200518号文精神要求，矿井设计年工作日330 d，每天四班作业，其中：井下三班生产、一班准备，“四六”制作业；净提升时间为16 h。3.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1矿井设计生产能力因为本井田设计储量丰富，主采煤层赋存条件简单，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8.0 Mt/a。3.2.2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）外运能力区内公路星罗棋布，外围铁路四通八达、运力有潜可挖，铁路专用线修建方便，两种井型外运均有保证。经过调研，北同蒲铁路和朔黄铁路对矿井两种井型均有可靠的保证。2）营销环境矿井生产的煤炭为长焰煤，低硫中灰，属动力用煤，尤其对口电煤市场，当前及今后较长时间国内电煤需求量较大、加之用户落实，两种井型的煤炭销售均不成问题。3）建井条件煤层埋藏深、表土层厚度大、施工难度大，井型宜大不应小，建8.0 Mt/a井型比6.0 Mt/a井型合适。4）资源量/储量井田内储量丰富、资源可靠，建8.0 Mt/a井型比6.0 Mt/a井型有优势。5）从采矿技术发展水平看，当前采掘设备能力均能满足8.0 Mt/a井型或6.0 Mt/a井型要求。6）煤层赋存条件初期开采的4号煤层赋存稳定、厚度大、生产能力大、倾角缓，目前技术条件下，装备两个放顶煤综采面容易保证矿井8.0 Mt/a的井型。7）工作面单产能力初采区域4号煤层巨厚，采用的放顶煤综采工艺并配上现代化的掘锚机和综掘成套设备开采，其单产能力达到4.0 Mt/a没有问题。故矿井装备两个带区，配置两套综采放顶煤和四套综掘面可保证矿井8.0 Mt/a井型。8）井巷工程量8.0 Mt/a井型时初期井巷工程量与6.0 Mt/a井型时初期井巷工程量相当，工程投资与建井工期相当，建8.0 Mt/a井型较合适。综合上述分析，矿井设计生产能力定为8.0 Mt/a是可行的、合理的。3.2.3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)其中：T 矿井的服务年限，年；Zk-矿井的可采储量，1151.93 Mt；A 矿井的设计生产能力，8.0 Mt/a；K 矿井储量备用系数，取1.3。则：既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。4）第一水平服务年限校核由本设计第四章井田开拓可知，本矿井为两水平开拓，第一水平的可采储量为：Zk1=398.26 Mt。则第一水平服务年限为：不同矿井设计生产能力时矿井服务年见表3.1。从中得本设计第一水平的服务年限符合矿井设计规范的的要求。表3.1 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限表矿井设计生产能力/万ta-1矿井设计年限/a第一水平设计服务年限/a煤层倾角小于252545大于45600及以上7035300-5006030120-2405025201545-90402015154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。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。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；合理确定开采水平的数目和位置；布置大巷及井底车场；确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；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：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。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。合理开发国家资源，减少煤炭损失。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。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。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）井田交通便利，地面平坦开阔，土地贫瘠，利于工业场地选择及布置。2）煤层埋藏深达400600 m，表土层较厚（达150300 m），从煤层埋藏深度及施工角度考虑，宜采用立井开拓方式。3）地层产状稳定、倾角平缓（局部地段除外），褶皱构造宽缓，利于综合机械化开采及井下运输。4）断裂构造数量较多、落差较大、延展较长，但走向有规可循，对开拓开采有一定影响。5）首采煤层厚度大、基本无压茬关系。6）煤层瓦斯含量低，地温正常，但煤层易自燃、具煤尘爆炸危险性。7）奥灰岩含水层富水性强、水位高、水头压力大，全井田各煤层均处于“带压”开采区域，开拓布置时应尽量减少对煤层底板岩层的破坏。4.1.1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4.1。该地层富水性较丰，流砂层厚度56 m。根据煤层埋藏深度及井筒穿过岩层特征，从井筒长度及施工角度考虑，本矿井不适合于采用斜井开拓方式，设计采用立井开拓方式，采用立井开拓便于穿过表土层及流砂层。本矿井煤层倾角小，平均小于5，为近水平煤层；表土层较厚约260 m，因此井筒需要特殊施工冻结法建井。 表4.1 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。2）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。3）井筒数目初期开凿主立井、副立井中央风井三个井筒。其中：主立井担负矿井煤炭提升任务辅助进风兼安全出口；副立井担负矿井全部辅助提升任务兼进风井及安全出口；中央风井担负矿井初期回风任务兼安全出口。三个回风立井分别位于后期井田边界上，采用边界式通风系统。4.1.2井筒位置的确定采（带）区划分1）井筒位置的确定原则（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。2）井筒位置的确定本矿井走向长度较大地势平坦，主副井筒布置在储量中央，且两井筒的地面标高大于历年最高洪水位标高。具体带区划分如图4.1。图4.1 带区划分图4.1.3工业场地的位置工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中部。工业场地的形状和面积：根据表2.3工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为8公顷，形状为矩形。根据制图规范1：10000的图按800 m1000 m绘制。4.1.4开采水平的确定本矿井主采煤层为4，9号煤层，其它煤层属急薄且不稳定煤层，近期暂不开采可作为后备储量。4，9号煤层属缓斜煤层，平均倾角小于5，煤层无露头，两层煤间距约为65 m，故分为两水平开采，一水平开采4号煤层；二水平开采9号煤层。 4.1.5矿井开拓方案比较（1）提出方案下面讨论矿井的通风方式及准备方式，根据矿井的基本情况提出以下四种技术上可行的开拓方案。如图4.24.5方案一：立井开拓，初期设置主井、副井、中央风井三个井筒。井田东、西两翼采用全带区式布置方式，共分为七个带区，轨道大巷、胶带机大巷和回风大巷皆为煤层大巷，辅助运输大巷与胶带大巷布置沿4号煤层底板布置，回风大巷沿4号煤层顶板布置。延伸方式采用立井直接延伸。如图4.2方案二：立井开拓，初期设置主井、副井、中央风井三个井筒。井田东、西两翼采用全带区式布置方式，共分为七个带区，轨道大巷、胶带机大巷和回风大巷皆为煤层大巷，辅助运输大巷与胶带大巷布置沿4号煤层底板布置，回风大巷沿4号煤层顶板布置。延伸方式采用暗斜井延伸。如图4.3方案三：立井开拓，井底车场布置在4号煤层底板岩石中，轨道大巷、胶带机大巷和回风大巷皆为煤层大巷，辅助运输大巷与胶带大巷布置沿4号煤层底板布置，回风大巷沿4号煤层顶板布置。井田南、北两翼采用全带区式布置方式，共分为七个带区，如图4.4所示；方案四：立井开拓，井底车场布置在4号煤层底板岩石中，轨道大巷、胶带机大巷和回风大巷皆为煤层大巷，辅助运输大巷与胶带大巷布置沿4号煤层底板布置，回风大巷沿4号煤层顶板布置。井田北翼采用带区布置，划分两个带区，南翼采用盘区开拓，分为四个盘区，如图4.5所示；图4.2 方案一：立井直接延伸布置图4.3 方案二：暗斜井延伸布置图4.4 南翼带区布置图4.5南翼盘区布置（2）粗略经济比较四种方案进行详细的经济比较步骤较多，因此，把相近的方案一和方案二，方案三和方案四先分开分别进行粗略的经济比较，选出经济上有明显优势的方案进行下一步的详细经济比较。粗略经济比较见表4.24.5表4.2 立井延伸粗略估算费用表方案立井延伸基建费/万元立井延伸357987710-4=168.9井底车场38703