安全工程毕业设计（论文）-淮南张集矿150万ta新井通风安全设计（含全套CAD图纸）.doc

目 录全套设计，联系153893706一 般 设 计 部 分11 矿区概述及井田地质特征21.1矿区概述21.1.1 交通位置21.1.2 地形、地势及水系21.1.3 气候条件21.1.4 水、电、建筑材料供应情况31.1.5 矿区内煤矿分布及工农业生产情况41.2 井田地质特征41.2.1 井田的勘探程度41.2.2 地层，含煤地层41.2.3 地质构造61.2.4 水文地质，开采技术条件71.2.5 地温特性71.3煤层特征71.3.1 煤层结构71.3.2 煤层的围岩性质91.3.3 煤的特征101.3.4 煤层自燃与煤尘爆炸102 井田开拓122.1井田境界及可采储量122.1.1井田境界122.1.2 井田储量122.1.3矿井设计生产能力及服务年限152.1.4井型校核162.2井田开拓162.2.1井田开拓基本问题162.2.2矿井基本巷道212.2.3大巷运输设备选择和矿井提升313 采煤方法及采区布置343.1 煤层地质特征343.2 采煤方法353.2.1采煤方法的选择353.2.2回采工作面长度及采高353.2.3 综采设备选型353.2.4采煤工艺及顶板管理393.2.5回采工作面进度及矿井生产能力的验证413.2.6回采巷道布置433.3采区、带区巷道布置及生产系统453.3.1采、带区划分453.3.2带区巷道及硐室布置463.3.3带区内工作面开采顺序和接替顺序463.3.4带区内回采工作面数的确定473.3.5带区生产系统及掘进顺序474 矿井通风504.1矿井概况504.1.1地质条件504.1.2煤质条件504.2矿井通风系统的选择504.2.1矿井通风系统的基本要求504.2.2主要通风机工作方式选择504.2.3矿井通风方式的选择514.3带区通风系统564.3.1带区通风564.3.2带区通风总要求564.3.3带区通风系统564.3.4通风构筑物564.4回采工作面通风方式574.4.1回采工作面通风系统574.4.2回采工作面上下行通风584.5掘进通风594.5.1掘进工作面所需风量594.5.2掘进通风设备选型594.5.3掘进通风技术管理和安全措施614.6矿井所需风量614.6.1 工作面所需风量计算614.6.2 备用工作面需风量计算634.6.3 掘进工作面需风量634.6.4硐室需风量644.6.5胶带机运输大巷644.6.6其他巷道644.6.7矿井总进风量644.6.8风量分配及风速验算654.6.9通风构筑物674.7 全矿井通风阻力计算674.7.1计算原则674.7.2通风容易时期和困难时期的确定674.7.3 矿井最大阻力路线724.7.4各段通风阻力774.7.5全矿通风总阻力774.7.6矿井总风阻774.7.7矿井等积孔784.8主要通风机选型784.8.1选择通风机的基本原则784.8.2矿井自然风压784.8.3选择通风机794.8.4选择电动机814.8.5 对矿井主要通风设备的要求824.8.6 矿井反风措施及装置834.8.7 概算矿井通风费用845 矿井安全技术及措施865.1张集矿安全概况865.1.1 煤层自燃状况与防治措施865.1.2 瓦斯状况与防治措施865.1.3 矿尘状况与防治措施865.2 防灭火灌浆设计885.2.1设计采面概况885.2.2火灾隐患分析885.2.3 自然发火早期预报885.2.4 管理制度895.2.5 预防性灌浆及其灌浆参数895.2.6 灌浆系统915.2.7 灌浆站制浆系统与工艺流程935.2.8 灌浆方法945.2.9 灌浆设备及设备选型955.3 矿井火灾预防处理985.3.1 预防火灾事故的措施985.3.2 救灾设施985.3.3 火灾事故处理985.4 确定重大事故发生时避灾路线98专 题 设 计 部 分1001 绪论1021.1 选题的目的和意义1021.2国内外现状分析1021.3 本论文主要研究内容1032 综掘工作面瓦斯预测技术研究1032.1张集煤矿概况1032.2 综掘工作面瓦斯涌出规律及涌出特征1052.2.1 综掘工作面瓦斯涌出特征1052.2.2 综掘工作面瓦斯涌出规律1052.3 综掘工作面瓦斯涌出来源1103 煤巷瓦斯涌出规律及其连续性积分模型1103.1 基本假设1113.2 连续性积分模型1113.2.1 单向瓦斯流场的求解1113.2.2 积分模型1143.3 煤巷掘进瓦斯涌出规律分析及其计算公式1153.4 小结1154 综掘工作面瓦斯涌出量分源预测1164.1数学模型的建立1164.1.1 煤壁瓦斯涌出量计算方法1164.1.2 掘进落煤瓦斯涌出量计算方法1174.1.3 掘进工作面瓦斯涌出量1174.2 综掘工作面瓦斯涌出量预测方法应用效果检验1184.3 结果分析1195 利用excel软件多元线性回归1195.1概述1195.2 回归分析1205.2.1 利用excel分析步骤1205.2.2 回归结果及其分析1205.2.3 预测检验1216 总结与展望1236.1 总结1236.2 展望124参考文献125翻 译 部 分127英文原文128中文译文136致 谢143中国矿业大学2008届本科毕业设计 第 151 页一 般 设 计 部 分1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1 交通位置张集煤矿位于安徽省淮南市凤台县城西约20km处，西部以f209断层与谢桥矿井毗邻，三线以北以1煤层露头线为界；北及东北部以f143、f109和f211断层与顾桥矿井为界；东南部以13-1煤层-1000等高线的地面投影为界；南部以谢桥古沟向斜轴为界。井田地理坐标为东经11627051163538，北纬324347324926。张集矿位于安徽省淮南煤田潘谢矿区，东以13-1煤层-1000米水平的地面投影线为界，南以谢桥向斜轴为界，西起f209断层，三线和1煤头，与谢桥煤矿相接，北至f211、f109断层与顾桥井田相邻。井田东西走向长约7km，倾向宽4.510km，平均宽9km，面积约为60km2。矿区范围拐点坐标：s1：3631320，39450430；s2：3630585，39450378；s3：3630162，39449930；s4：3630120，39450405；s5：3627711，39449805；s6：3625385，39449262；s7：3624100，39452735；s8：3623120，39455730；s9：3623035，39459270；s10：3623180，39461700；s11：3627140，39458015；s12：3629130，39455160；s13：3631760，39452225；s14：3633367，39448780；s15：3632680，39448635；s16：3631810，39449032。本井田内主要有淮南-阜阳铁路和潘-谢、凤-张公路通过。西淝河在工业广场以东2km处贯穿全境，可通百吨机帆船，凤台是较大的河港，铁运、公路运输、水运方便。具体位置见交通位置图1.1。1.1.2 地形、地势及水系本井田为淮河冲积平原的一部分，地形平坦，地面标高为+20.026.4m，西南部地势较高；东北部沿西淝河一带地势低洼，预计易形成内老区，面积可达26km2。区内水系均属淮河水系。流经井田东北部的西淝河，在井田内流长约16km。两岸筑有大堤，右堤堤顶高+26.74+27.14m，左堤堤顶标高+27.4327.63m。据凤台水利局资料，西淝河站最高洪水位+24.69m，历史上井田内最高洪水位+25.25m。区内人工沟渠综合交错，基本形成适宜农耕作的水利网络。1.1.3 气候条件本区属过渡带气候，四季分明，气候温和，据凤台县气象站资料：(1) 气温：年平均气温15.1，极端最高气温41.2，极端最低气温-22.8。(2) 降雨量：夏季最多，春季次之，秋季较少，冬季最少。年最大降雨量1723.5mm，年最小降雨量514.4mm，年平均降雨量926.3mm，日最大降雨量320.4mm，七月份降雨量最大，平均达到201.9mm，十二月份最小，平均为17.1mm。(3) 降雪：初雪一般在11月上旬，终雪在此年三月中旬，雪期7212天，最长138天，最短26天,最长连续降雪6天。图1.1张集矿地理位置图(4) 蒸发量：年平均蒸发量1653.6mm，年最大蒸发量2112.3mm，年最小蒸发量1242.9mm。(5) 地温和冻土：地面平均温度17.6，地面极端最高温度67.9，最低-24；最大冻结深度300mm。开始冻结日期最早在11月23日，最迟在1月2日。解冻日期最早在2月4日,一般夜冻日解。(6) 湿度：最大相对湿度100%，最小5%，平均74%。(7) 风：春季多东风南风，袭击多东南及东风，秋季多东南及东北风，冬季多东北、西北风。最大频率风向是东北偏东风。最大风速26m/s,平均风速3.18m/s。1.1.4 水、电、建筑材料供应情况(1) 水源情况本井田属淮河冲积平原，地形平坦，村庄较密，地面标高一般在+21+26m左右。井田内沟塘较少，西淝河流经本井田东北部，河道较窄，为泄洪、农灌用的季节性河流。因此本矿井供水水源取自地下水，地下水又分水源井供水水源和矿井水供水水源。中央区工业场地生活用水、居住区生活用水及北风井工业场地生产、生活用水均由水源井共给；中央区工业场地生产及生活洗涤用水由矿井水供给。(2) 电源情况矿井地处潘谢矿区西部，按潘谢矿区总体规划，矿区设两座220kv变电所，东部设芦集220kv变电所；西部在矿井东南方距本矿井约7km处设张集220kv变电所，两座220kv变电所内均安装一台120mva变压器，本地区为华东主要的能源基地，电力充足。(3) 建筑材料目前石料及石灰可由临近凤台县供应, 砖瓦可就地供应一部分,其它建筑材料如水泥、木材、钢材均从外地运入。水泥、钢材淮南可供应一部分，其它材料可有淮南、凤台县转运至场地，一般由卡车运输。1.1.5 矿区内煤矿分布及工农业生产情况 淮南煤矿开采历史悠久。远在明万历年间就有民窑开采。到清末共有土窑120 多处.1909 年开始，在大通建立第一座矿井,1928 年在九龙岗开矿。新中国成立以后，淮南煤矿发展很快。五、六十年代，生产能力迅速提高到800 多万吨，1960 年产量达1614 万吨，成为当时全国五大煤矿之一。现有9 对生产矿井，6 对在建矿井。矿区内工业结构以采矿、建材、化工、冶炼、机械制造、纺织、轻工为主。本区地表平坦，土壤肥沃，为方田化高产农业区，主要农作物有小麦、玉米、豆类和棉花。劳动力来源广，可满足建设需要。1.2 井田地质特征1.2.1 井田的勘探程度精查勘探工作对井田内的地质构造形态、主要断层、褶曲已基本查明，并对采区的煤层和构造加密了控制，煤层对比清楚，井下各开采技术条件已查明或基本查明，各级储量比例满足规范要求，并对水文地质特征做了研究论证，勘探成果基本满足了设计要求。1.2.2 地层，含煤地层本区地处黄淮平原。淮南煤田位居广阔的平原之中，全部被第四系覆盖，唯有煤田南北两翼边缘的低山残丘，出露前震旦系变质岩、震旦、寒武、奥陶系等古老地层。井田地层全系钻探揭露。（1） 奥陶系中下统（o1+2）+19孔揭露石炭、奥陶系界面，穿过石灰岩50.39m终孔。所见石灰岩由浅灰、浅紫红色灰岩、白云质灰岩组成，隐晶致密细晶结构，夹角砾状灰岩和紫红、灰绿色页岩，水平、缓波状层理，下部裂隙溶洞发育。（2） 石炭系上统太原组（c3）综合区内六-七1、十19、水217孔资料，太原组厚104114m。由1112层灰岩、生物碎屑灰岩、泥灰岩与泥岩、砂岩组成，含不稳定薄煤层34层，不可采。太原组假整合于奥陶系之上。根据厚度和岩石组合，太灰可分为四个岩段：底部铝铁质泥岩段：厚10m，含砾。下部灰岩段（十一、十二灰）：厚33m，十一、十二灰共厚20m，集中于底部。 中部灰岩段（五十灰）：厚34m，灰岩占54%，单层厚1.55m。上部灰岩段（一四灰）：厚33m，二、三、四灰总23m，集中在下部，3、4灰单层厚810m。（3） 二叠系（p）底部以海相泥岩与太原组分界。二叠系总厚980m，分上统下统四个组，其中山西组、上、下石盒子组为含煤地层，厚720m，含煤32层，总厚36.09m，含煤系数为5.0%,可分7个含煤段。上部石千峰组为非含煤地层。1） 二叠系下统山西组（p1sh）第一含煤段：厚65m，含可采煤层一层，含煤系数为10.75%。底部为灰黑色海相泥岩，其上是砂泥岩互层，中部以中、粗砂岩为主，局部含砾及泥质包体，时而冲刷煤层，上部为粉砂岩、砂质泥岩。2） 二叠系下统下石盒子组（p1x）第二含煤段：厚128m，含煤811层（编号49煤），其中可采煤层6层，含煤系数10.22%。底部为中粗砂岩，具冲刷特征，是与下伏山西组的分界，其上鲕花状斑泥岩或铝质泥岩是全区标志层。3） 二叠系上统上石盒子组（p2s）地层厚527m，分五个含煤段： 第三含煤段：厚103m，含煤系数3.85%。底部砂岩是上、下石盒子组的分界；下部以砂岩、石英砂岩为主，夹砂质泥岩，少有花斑，局部见炭质泥岩（10煤层位）；中部以泥岩、砂质泥岩为主，常见鲕粒结构；中上部含煤三层，其中11-2煤为主采煤层，上部为砂质泥岩夹细中砂岩， 第四含煤段：厚74m，含煤系数8.22%。底部以灰白色细中砂岩与第三含煤段分界，其上为紫红灰绿色含鲕花斑泥岩，通常称“大花斑”，是全区标志层；中上部以泥岩类为主，夹砂岩，含煤6层（1215煤），其中13-1煤是主要可采煤层。 第五含煤段：平均厚110m，含煤系数2.12%。本段多呈青灰色、灰绿色，以泥岩、砂质泥岩为主，夹细砂、砂泥岩互层。底部以石英砂岩、细中砂岩与第四含煤段分界，其上有14层紫红棕黄色花斑泥岩，称“小花斑”。中部含煤45层（1617煤）。 第六含煤段：平均厚110m，含煤系数1.99%。以灰色、青灰色、灰绿色泥岩类为主，夹细中砂岩。中下部含煤4层（1821煤），18煤底部常见铝质泥岩或鲕状花斑泥岩，1920煤间有13层薄层硅质岩，富含海绵骨针。 第七含煤层：平均厚130m，含煤系数1.12%。以灰色岩性为主，少见青灰色。由泥岩、粉砂岩、砂岩组成，含劣质煤5层（2225煤），而且常相变为炭质泥岩。4） 二叠系上统石千峰组（p2sh）地层厚度260m。为一套杂色非含煤地层，由灰色、灰绿色，紫红色泥岩、粉砂岩、中细砂岩、含砾石砂岩组成，多紫红色花斑泥岩。底部为灰白浅红色含砾中粗砂岩与上石盒子组分界。二叠系的沉积环境是从陆表海海湾发展而来的下三角洲平原沉积，经历了海湾充填、树枝状、网状河体系，转入河口湾海湾环境，进而发展到上三角洲平原、陆相冲积平原沉积。（4） 三叠系（t）是一套红色碎屑岩，由棕红、紫红色砂岩、粉砂岩、泥岩组成。厚度不详。与下伏石千峰组呈整合接触。（5） 第三系（r）中新统：分上下两段。下段为强隔水组，厚069.55m，平均37m。由灰绿色棕红色粘土组成，局部夹泥灰岩薄层和薄层砂层透镜体，底部有029.21m碎石层；上段为弱含水组，厚0119.18m，平均63.00m。总体以灰绿、褐黄、赭红等杂色粘土为主，夹多层砂体，与粘土交互成层，砂体因相变而发育不等，分布不均。本统遇基岩古潜山缺失。上新统：厚95180m，平均厚130m。以浅灰绿色、灰黄色粗中砂为主，次为细砂、粉砂，夹多层灰绿色粘土，偶尔有细砂岩盘，含水丰富。（6） 第四系（q）更新统（q1q3）：平均厚97m，以灰黄色、浅灰色细、中砂为主，夹多层粘土、砂质粘土，粘土层厚度变化大，含铁猛结核；上部夹青灰色淤泥；底部砂层为棕色锈黄色，富含铁猛结核，与下伏上新统分界明显。更新统是区内主要供水水源。全新统（q4）：厚1528m，平均20m。以土黄色砂质粘土为主，夹不稳定细粉砂薄层。在1520m褐灰色砂质粘土中，富含有机质和大量螺蚌贝壳碎片。1.2.3 地质构造（1） 井田基本构造形态张集煤矿位于谢桥向斜北翼，地处陈桥背斜的东南倾伏端，总体形态呈扇形展布的单斜构造，地层走向呈不完整的弧形转折。西段地层走向在北西75左右，中段急转东西，北东方向，至北段大致向正北延伸。地层倾角平缓稳定，中央石门以西为10左右，以东25，工业场地以南至向斜轴一般为15，局部30，并有明显的波状起伏。（2） 断层矿井北部边缘及煤矿主体是一组以北西向为主的正断层，北部边缘断层走向大致平行于陈桥背斜轴，呈树枝状发育。往南，断层走向逐渐向南偏转。总体上，断层围绕着背斜的转折端，组成了放射状的断裂系统，显示出背斜在褶皱隆起过程中的张裂性质；在变位特征上，该组正断层大多向南倾斜，呈现出由北向南逐渐下降的阶梯式组合。矿井南缘向斜的深处，是与推覆构造有关的一组逆冲或反冲断层，平面上，它们大体平行于向斜轴和阜风断层伸展，是推覆断裂的分枝，垂向上，呈波状及铲式形态。1.2.4 水文地质，开采技术条件张集矿井范围内均被新生界松散层所覆盖，主要充水因素为新生界松散层孔隙含水组、二迭系砂岩裂隙水组和石炭系太原组灰岩岩溶裂隙水三部分组成。煤系砂岩裂隙含水层富水性弱，以静储量为主，上部为新生界粘土类隔水层覆盖，仅局部有新生界砂层水渗入补给，并受煤系地层渗透性控制，故除1煤以外，张集矿井属简单水文类型；1煤底板太原组灰岩为直接充水含水层，局部岩溶发育，水文地质条件属于中等偏复杂型。张集煤矿坑充水水源由三部分组成，采掘工作面充水水源主要为煤层顶板砂岩裂隙水。（1） 新生界砂层水新生界底部砂砾层直接覆盖在煤系之上，发生渗透补给。然而，张集煤矿新生界底部一般均以粘土为主，隔绝了新生界中部砂层和下部弱含水组与基岩的联系。唯有中部水203孔附近的16煤露头以南古地形隆起地带，砂层与基岩直接接触，产生渗透补给，但接触带远离主要煤层，对矿坑充水影响甚微。（2） 煤系砂岩裂隙水是矿坑直接充水水源，裂隙发育极为不均，出水大小差异悬殊，钻孔抽水q=0.000950.039l/s.m，抽水试验结果和生产矿井实际涌水量，均表明煤系砂岩裂隙水弱，并以储存量为主，矿床水文地质条件为简单类型，但在穿过坚硬砂岩层时，须提防储存水量突然溃出。（3） 石灰岩岩溶裂隙水1煤层与石炭系顶部灰岩平均距离16.60m，第一水平-600m灰岩水头压力为62.5kg/cm3，在自然状态下，无水流补给矿坑。但在开采1煤层，地压失去平衡以后，1煤底部岩石将会因超过强度极限而破裂，引起底鼓，导致灰岩水突入坑道。尤其在断层由煤系切入灰岩，或者断层使煤层与灰岩直接对口，突水机率会大为增加。淮南老区矿井1煤底板突水当为前鉴，而且与奥灰水也有密切联系，补给水源丰富，谢桥矿钻孔抽水单位涌水量为0.017411.673l/s，富水性中等偏强。所以，在开采1煤层时，可按偏复杂类型矿床考虑，开采前必须进行疏水降压，确保安全。1.2.5 地温特性据有关资料推测，本区恒温带深度为30m,温度为16.8。地温梯度一般以3.0/百m为主，属地温异常区。各煤层第一水平大部分块段地温高于31，处于一级热害状态，局部块段大于37，进入二级热害范围。1.3煤层特征1.3.1 煤层结构以单一煤层为主，部分有12层夹矸，个别有4层。张集井田11-2、7-1、6、1等煤层一半以上有夹矸，夹矸多是炭质页岩或粘土岩；总的看煤层结构属于简单较简单，部分教复杂。兹将本区计算储量的煤层及其对比简述如下：(1) 20煤层：不稳定，在张集发育较好，大部分可采，可采面积占总面积的71%，煤层厚度变化大，最大厚度6.19米，最小0米，平均1.56米。东部的深部多不可采。顶底板岩性主要为粘土岩，砂质粘土岩，部分为细中砂岩，个别顶板有炭质页岩。煤层结构简单，少数有一层夹矸，个别23层。该煤层对比主要依据岩性特征多有青灰色，灰绿色和18、19、20煤层组合关系，其中20煤层爱本组最厚且相对较稳定，并结合其下23米左右18煤层附近常有含铝粘土岩及薄层燧石层，煤层对比基本可靠。(2) 17-1煤层：不稳定，张集井田可开采面积为73%。张集井田深部多不可采。煤层厚度变化较大，变异系数68.07%，厚度4.320米，平均1.05米，73%集中在0.602.00米之间。煤层顶底板岩性主要是砂质粘土岩于粘土岩，个别有细砂岩或炭质页岩等。煤层结构简单。按16、17煤层组合特点和含大云母片砂岩互层、海豆芽化石及16-1煤层下的花斑状粘土岩标志层，煤层对比基本可靠。(3) 13-1煤层：为主要可采稳定煤厚层。张集井田厚6.402.20米，平均4.44米，有95%厚度变化在3.306.00米之间，变异系数17.40%煤层结构比较简单，局部有12层夹矸。顶底板已粘土岩为主，部分灰质页岩。在十四、十五线浅部、七线附近，顶板中有砂岩或石英砂岩 。依照其煤层稳定且厚及电测曲线形态和煤组上下有花斑状粘土岩标志层，煤层对比可靠。(4) 13-1下煤层：为13-1分叉煤层，距13-1一般1米左右，平均煤层厚度0.97米，四线以东，六线五六线，以及七线以西与13-1合并，合并区面积张集为51%。顶板多为炭质页岩，部分为粘土岩，底板以粘土岩为主。(5) 11-2煤层：为主要可采煤层。张集井田煤厚4.230.78米，平均2.85米，在1.703.80米 区间的占94%，变异系数21.81%，为稳定煤层。煤层结构简单较复杂，张集井田66%的点有12层夹矸。夹矸大多是炭质页岩，少数为粘土岩。顶底板岩性多以粘土岩类为主，七线以西有砂岩顶板。根据煤层组合，结构和煤层本身特点，以及顶板有丰富植物化石及电测曲线形态，煤层对比是可靠的。(6) 9-1煤层：不稳定，张集井田变异系数54%，井田大部分可采，可采面积占总面积的88%，平均煤厚1.11米。结构简单。顶底板岩性为粘土岩类，少数为砂岩。该煤层对比从属于8煤层，一般位于8煤层上16米左右，顶板常有化石富集。(7) 8煤层：为主要可采煤层，张集井田煤厚5.530.88米，平均3.30米。一般厚度集中在24米占92%，变异系数21.54%。该煤层结构简单，局部含1层夹矸。顶底板岩性绝大多数为粘土岩，少数有砂岩。顶板为砂岩的主要集中在五线附近。8煤层是第二个含煤段上部的主要厚煤层，顶板富含植物化石，电测曲线形态明显，于上下主要煤层间距稳定，对比可靠。(8) 7-2煤层：张集不稳定，变异系数为67.20%。张集井田平均煤厚0.79米，可采面积虽达50%，但多数分散，仅为局部可采。煤层结构单一，顶底板以粘土岩为主。顶板局部有细砂岩。对比从属于煤组，基本可靠。(9) 7-1煤层：不稳定，但大部分可采。张集井田平均煤厚1.08米，变异系数66.40%。煤层结构简单。张集井田58%见煤点有夹矸，多数为1层，少数2层。顶底板以粘土岩、砂质粘土岩为主。(10) 6煤层：张集井田发育较好，是主要可采煤层，厚度5.160.67米，平均2.42米。厚度1.904.50米的点占89%，变异系数25.69%。煤层结构较简单，张集52%的见煤点有12层夹矸，个别有4层。依据煤层组合及间距等特征，煤层地比可靠。(11) 4-2煤层：张集井田不稳定，中深不多不可采，不可采面积占54%，属于局部可采煤层。厚度4.150米，平均1.10米，变异系数88.07%，不可采频率33.8%煤层结构较简单，有3336%的见煤点有12层夹矸。顶板以粘土岩为主，部分为砂岩或粉砂岩，底板为粘土岩。依据煤层组合，顶板多薄层状砂页岩，以及4-1煤层下10米左右有厚415米的花斑状粘土岩或银灰色、乳灰色铝质粘土岩标志层，煤层对比基本可靠。4-1煤层距离1煤层一般在74米左右，最大间距98米，最小56米。(12) 1煤层：是主要可采稳定厚煤层，六线以西深部局部冲刷或变薄。 张集井田最大厚度10.22米，除1点冲刷为0以外，最小2.82米，平均7.44米，变异系数25.99%，厚度6.00900米占84%。煤层结构简单较复杂。张集井田71%的点有12层夹矸，个别34层。煤层顶板张集以粘土岩类为主。底板多为粘土岩。1煤层是本区最厚单一煤层，顶部有厚层砂岩，底板有富含云母的砂页岩互层及灰黑色海相粘土岩，电测曲线特征明显，易于识别，对比可靠。1.3.2 煤层的围岩性质主要可采煤层顶板以泥岩、砂质泥岩为主，其次为粉砂岩和细砂岩，底板以泥岩、砂质泥岩为主，局部有粉细砂岩、细砂岩。主要可采煤层顶板泥岩、砂质泥岩抗压强度较低，易坍塌冒落。粉细砂泥岩抗压强度介于砂质泥岩与细砂岩之间，细砂岩由于岩性致密坚硬，抗压强度高，顶板不易坍塌。底板岩性主要为泥岩、砂质泥岩，抗压强度较低，岩性多松散且易破碎，在巷道或工作面局部可能产生底鼓，粉细砂岩底板抗压强度较高，一般不宜发生底鼓现象。 1.3.3 煤的特征各层煤均为黑色，主要煤层以粉状为主，局部为块状，弱玻璃光泽油脂光泽，粉状煤疏松，易染手，块状煤较硬，内生裂隙发育，局部有黄铁矿薄膜充填。煤岩成分亮煤为主，次为暗煤，夹镜煤条带，少量丝炭，属于半亮型半暗型。 20、17-1、9-1、7-1、4-2煤层，块状为主没，暗淡油脂光泽、暗煤为主，含亮煤和镜煤细条带，结构均一，属于半暗型暗淡型。各煤层的物理特性见表1-1。1.3.4 煤层自燃与煤尘爆炸 按照煤的自燃倾向等级分类表标准，本区煤的自燃倾向性为：13-1下 和9-1煤层为很容易自燃不易自燃；7-2和4-2煤层为很易自燃不易自燃；7-1煤层为很易自燃；其他煤层均以不自燃为主。而根据邻近生产矿井生产资料，目前开采煤层均有自然发火危险，一般发火期36个月，其中以8、11-2、13-1煤层自燃性较强。 根据淮南生产矿井的鉴定资料和本井田煤质资料的对比、分析结果，本井田各层煤尘均为强爆炸性。表1.1 各煤层物理性质特征物理性质煤层名称颜色结构光泽煤岩成分煤岩类型20黑色块状、片状为，粉末状次之。暗淡光泽弱玻璃光泽暗煤为主，含少量亮煤镜煤细条带。半暗型暗淡型17-1黑色块状为主， 粉状局部鳞片状次之。油脂光泽暗淡光泽暗煤为主，局部含亮煤夹少量镜煤细条带半暗型暗淡型13-1黑色上部块状为主，结构均一质硬，中下部粉末状为主。油脂光泽弱玻璃光泽亮煤为主，夹暗煤和镜煤细条带半亮型半暗型13-1下黑色粉末状为主，含块状，局部呈块状。暗淡光泽油脂光泽暗煤为主，含亮煤镜煤细条带半暗型暗淡型局部半亮型11-2黑色大部分粉状，局部块状,结构均一。油脂光泽亮煤为主，含暗煤，夹少量镜煤细条带半亮型半暗型9-1黑色块状为主，局部质硬，少量粉末。暗淡光泽油脂光泽暗煤为主，含亮煤和镜煤细条带半暗型局部半亮型8黑色粉末状为主，块状次之，有时含少量片状。油脂光泽弱玻璃光泽亮煤为主，含暗煤，夹少量镜煤细条带和丝炭半亮型半暗型7-2黑色块状为主， 粉末状次之。暗淡光泽弱玻璃光泽暗煤为主，含少量亮煤镜煤细条带半亮型暗淡型7-1黑色块状为主， 局部粉末状。暗淡光泽弱油脂光泽亮煤、暗煤为主，含少量镜煤细条带暗淡型半暗型6黑色粉末状为主，有时含小块状和片状。暗淡光泽油脂光泽上暗煤为主，含亮煤少量镜煤；下亮煤为主含暗煤半暗型半亮型4-2黑色块状为主，局部粉状和片状。油脂光泽亮煤、暗煤为主，含少量镜煤细条带和丝炭半暗型半亮型1黑色粉末状为主，上部有时呈块状。油脂光泽弱玻璃光泽亮煤为主，含镜煤和暗煤条带和少量丝炭半亮型局部半暗型2 井田开拓2.1井田境界及可采储量2.1.1井田境界本设计井田西部以f209断层与谢桥矿井毗邻，三线以北以1煤层露头线为界；北及东北部以f143、f109和f211断层与顾桥矿井为界；东南部以13-1煤层-1000等高线的地面投影为界；南部以谢桥古沟向斜轴为界。煤层露头标高为-350m，深部标高-750m，井田东西走向长约7公里，倾斜长约4.510公里，平均宽9千米，面积约为61km2。2.1.2 井田储量（1）储量计算井田储量应分煤层计算,计算公式为： zc =sh /cosa (2.1)式中 zc井田工业储量，万t；s煤层面积，m2； h煤层厚度，m；计算煤层煤的密度，t/m3；a煤层平均倾角。由于设计开采的煤层倾角约为30100,平均为80，为近水平煤层，井田面积约为37，175，446m2,煤的密度取为1.4m3/t于是得 zc=371754463.321.4/0.99=17453.7万吨在矿井开采过程中，实际能够采出的煤只是工业储量的一部分，能够采出的这部分储量称为可采储量。可采储量可用下式来计算：zk=(zc-p)c （2.2）式中 zk井田可采储量，万 t；p永久性煤住损失，万 t；(永久煤柱损失系指矿井开采期间不允许进行回采的煤柱损失，它包括保护工业广场、井筒、建筑物、铁路、超高压输电线，以及为了矿井安全生产而留设的井田境界、断层、河流、湖泊等隔离煤柱。)c采区回采率，国家规定采区回采率一般不应小于：厚煤层75%，中厚煤层80%，薄煤层85%。（2）保护煤柱储量损失计算1）工业广场保护煤柱表2.1 工业场地占地面积指标井型(mt/a)占地面积指标(公倾/mt)2.40、3.00781.20、1.809100.45、0.9012130.09、0.3015根据上表煤矿矿井设计手册工业广场占地指标，本设计矿井为150万吨的大型矿井，工业广场的占地指标取1.0公顷/10万吨，则其总占地面积为： s =150万吨1.0公顷/10万吨=15公顷=150000m2 图2.1 工业广场保护煤柱取设计工业广场的长宽分别为400和375m，并按一级保护留围护带15m。则工业广场的煤柱损失可由下列计算得到。用垂直断面技术做工业广场保护煤柱的面积具体过程如下：查得该设计矿井的地质条件及冲积层和基岩移动角值如表2.2。表2.2 矿井的地质条件及冲积层和基岩移动角值井筒深度(m)倾角（）煤层厚度（m）冲积层厚度（m）（）（）（）（） 67083.3232535707065（1） 通过建筑物中心，沿煤层倾斜方向做剖面，把建筑物及维护带投影到剖面上，由维护带边缘点 m、n，做冲积层移动角，与基岩面相交于m1、n1点然后由m1点做上山移动脚，由n1点做下山移动角分别交于煤层底板m2及n2点，再将m2、n2点投到平面图上得m 、n点，通过m n分别作与煤层走向平行的直线即为安全煤柱在下建筑物中心，山方向和上山方向的边界线。（2） 通过建筑物中心，沿煤层走向做剖面，把建筑物及围护带投影到剖面上得k、l两点，由k、l两点作冲击层移动角与基岩面交于k1l1，再由k1、l1点作走向移动角分别交煤柱上边界于k2、l2点，下边界线于k3、l3点，再将k2、l2及k3、l3点转投到平面图上，与 由剖面所确定的煤柱边界线投影相交于a、b、c、d四点，连接a、b、c、d即为所求的安全煤柱边界。由上图得到ab=1314m cd=1643m,通过 计算梯形的高h=1654米，工业广场煤柱的面积： s=h(ab+cd)/2=1654(1314+1643)/2=2445439 m2则工业广场煤柱损失量：q1=sm=24454393.321.4=1136.6万吨2）矿井边界煤柱本设计井田均留设25m边界煤柱，经测算可知井田边界总长度为26251m，计算边界煤柱储量损失为：q2=lam （2.3） 式中：l边界煤柱长度，26251m； a煤柱宽度，m； m煤柱厚度，m； 煤的容重，1.4 t/m3 所以，q2=26251253.321.4=305万吨3） 断层煤柱表2.3 主要断层参数断层名称f226fs5f217fd 6f220fs203h/m2132501708035311角度300 500550 600500 650600400 650600700长度/m356917235096119232642638长度总计/m17482本设计在断层两边各留15米的保护煤柱，计算断层保护煤柱损失为：q3=lbm （2.4） 式中 l断层长度，m；b保护煤柱宽度，m；m煤的厚度，m；煤的容重，1.4 t/m3 则q3=17482(152)3.321.4=243.8万吨4）巷道保护煤柱 巷道长约10000m，两边各留宽为100m：q4=lmb=100003.322001.4=929.万吨 （2.5）5) 其他永久煤柱损失（包括水平煤柱，采区煤柱，隔离煤柱，地质构造带煤柱等煤柱损失）按约占工业储量的5%计算如下：q5=17453.7万吨5%=872.7万吨 （2.6）矿井设计永久煤柱损失储量计算如下表2.4表2.4 煤柱储量损失统计煤层工业储量/万吨永久煤柱储量损失回采率%可采储量/万吨工广煤柱/万吨境界煤柱/万吨巷道保护煤柱/万吨断层煤 柱/万吨其 他煤 柱/万吨合计/万吨11-217453.71136.6305929.6243.8872.73487.78011172.8由式子（2.2）得：zk=(zc-p)c=(17453.7-3487.7) 0.8=11172.8万吨 2.1.3矿井设计生产能力及服务年限（1） 矿井工作制度矿井年平均工作日为300天。采用“三八制”其中两生产，一班检修，每班工作8小时，日净提升16时。（2） 矿井设计生产能力矿井服务年限、年产量和储量之间的关系可用下式表示 （2.7）式中 矿井设计服务年限，；矿井设计生产量，10-2mt/；储量备用系数，1.21.4。（此系数是为了避免井田局部地质变化，造成储量减小，致使矿井服务年限缩短设置的。地质构造简单的井田区小值，反之取大值。）本设计井田可采储量为11172.8万吨，设计年生产能力为150万吨，储量备用系数取1.2代入式中可得：（年） 经上式计算得出的矿井服务年限大于60年，符合煤矿矿井设计手册有关规定。2.1.4井型校核按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：1. 煤层开采能力井田内11-2号煤层平均3.32m，为厚煤层，赋存稳定，厚度变化不大。根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个综采工作面保产。2. 辅助生产环节的能力校核矿井设计为大型矿井，开拓方式为立井单水平开拓，可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤经顺槽胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，再经主井提升至地面，生产能力大，自动化程度高。3. 通风安全条件的校核矿井煤尘有爆炸危险性，瓦斯涌出量大，属高瓦斯矿井，须采取预抽瓦斯措施。矿井初期采用中央并列式通风，设一条回风大巷，后期若有必要在东区布置一个风井，满足通风需要。2.2井田开拓2.2.1井田开拓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。（1） 地质条件对开采的影响本井田面积大，主要可采煤层赋存稳定，厚度较大，倾角平缓，开采条件较好，大部分适合综机开采。煤层埋藏较深，11-2煤层的煤层露头为-350m，煤层顶底板岩石稳定，没有较大的含水层。-600m水平以上没有煤与瓦斯突出威胁。 （2） 确定井筒形式、数目、位置平硐，斜井，立井是目前煤矿普遍采用的三种形式，它们各自有各自的特点。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井则较复杂。但遇到具体情况时，应从自然地理条件，技术条件，经济条件等各方面综合考虑。井筒位置与井筒的形式、用途有密切的联系，井筒形式确定后需要正确选择其位置，但不少情况是井筒形式和位置一起确定。1） 确定井筒的形式井筒形式有三种：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。平硐开拓受地形和煤层赋存条件限制，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。本矿井煤层倾角小，平均8，为近水平煤层，煤层露头-350m，不能用这种开拓方式。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；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技术复杂，井筒的维护也比较困难，而且维护量大，保护煤柱的损失也比立井的大；最重要的是本矿井开采11-2煤层为高瓦斯煤层，瓦斯涌出量大，需要良好的通风效果，采用斜井开拓，通风路线长，阻力大，不利于瓦斯的排出，因此，本设计排除斜井开拓方式。如果采用斜井和立井联合开拓，与立井开拓相比，除去上述斜井的一些缺点外，还要多开一个井底车场，并且运输环节多，生产系统复杂化，地面井口分散，难于管理。这种开拓方式也不合理。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