呼和乌素三矿1.5Mta新井设计.docx

中国矿业大学银川学院毕业设计（论文） 前 言中国是世界最大产煤国，煤炭在中国经济社会发展中占有极重要的地位。煤炭是工业的粮食，我国一次能量消费中，煤炭占75%以上。煤炭发展的快慢，将直接关系到国计民生。作为采矿专业的一名学生，我很荣幸能够为祖国煤炭事业尽一份力。毕业设计是毕业生把大学所学专业理论知识和实践相结合的重要环节，使所学知识一体化，是我们踏入工作岗位的过度环节，设计过程中的所学知识很可能被直接带到马上的工作岗位上，所以显得尤为重要。学生通过设计能够全面系统的运用和巩固所学的知识，掌握矿井设计的方法、步骤及内容，培养实事求是、理论联系实际的工作作风和严谨的工作态度，培养自己的科学研究能力，提高了编写技术文件和运算的能力，同时也提高了计算机应用能力及其他方面的能力。该说明书为蒙发集团呼和乌素三矿1.5Mt/a新井设计，在所收集地质材料的前提下，由指导教师给予指导，并合理运用平时及课堂上积累的知识，查找有关资料，力求设计出一个高产、高效、安全的现代化矿井。本设计说明书从矿井的开拓、开采、运输、通风、提升及工作面的采煤方法等各个环节进行了详细的叙述，并进行了技术和经济比较。论述了本设计的合理性，完成了毕业设计要求的内容。同时说明书图文并茂，使设计的内容更容易被理解和接受。在设计过程中，得到了指导老师的详细指导和同学的悉心帮助，在此表示感谢。由于设计时间和本人能力有限，难免有错误和疏漏之处，望老师给予批评指正。第一章 井田概况及地质特征1.1 井田概况 1.1.1 位置与交通内蒙古蒙发煤炭有限责任公司呼和乌素煤矿位于东胜煤田补连区李家塔井田内，行政区划属内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇管辖。煤矿地理坐标为： 东 经：11006581100915； 北 纬：392120392322。矿井至乌兰木伦镇约5 km，至伊金霍洛旗政府所在地约35km，至鄂尔多斯市（东胜区）70km，鄂尔多斯市至包头市90km，至呼和浩特市330km，其间均为一级和高速公路连通。矿井交通便利。详见交通位置图1-1-1。图1-1-1 交通位置图 1.1.2 地形地貌及水系受井田东部乌兰木伦河及北部呼和乌素沟水系侵蚀作用影响，井田内地势总体南高北低，西高东低；海拔高度在1275.81126.1m之间，相对高差约149.7m，最低点处于呼和乌素沟乌兰木伦河入口处。因受毛乌素沙漠影响，地貌多为新月形沙丘。地表水系主要有乌兰木伦河及其支流呼和乌素沟，乌兰木伦河在附近由北向东，弯曲通过，流向东南，常年有地表迳流，在陕西省境内汇入窟野河后注入黄河。该河为区内最大河流，平时水期流量3.13m3/s，最大洪水流量1395m3/s（1989年7月21日），呼和乌素沟是井田北部的主要河流，基本为长年溪流，流向近东西，向东与乌兰木伦河汇合，流量随气候和季节变化很大，历史最高洪水位标高+1137m。 1.1.3 气象及地震情况该区位于鄂尔多斯高原东部，属典型的高原半干旱干旱大陆性气候特征。其特点是夏季炎热，最高气温达36.6；冬季严寒，最低气温零下29.6；平均气温6.2。昼夜温差较大。年降雨量平均194.7-531.6mm，平均为364.9mm，雨季多集中于七九月份；年蒸发量2297.4-2833.7mm，平均为2451.3mm，蒸发量明显大于降雨量，是该区气候干燥的主要原因。本区冬春季节多刮西北风，夏秋季节多刮东南风，平均风速3.2m/s，最大风力8级，最大风速达24 m/s。每年10月至翌年3月为冰冻期，最大冻土深度1.5m。依据中国地震动参数区划图（CB-18306-2001），该区地震动峰加速度值为0.05，对照烈度6度。发生强烈地震的可能性不大。 1.1.4 水源、电源等情况 本矿生产生活水源和消防用水均有科源水务公司提供。工业广场建有35kv变电所，两回供电电源均引自马家塔110kv变电站，35kv侧不同母线段，距离为5.0km。当任一回路故障停电，另一回路能担负矿井全部负荷。1.2 井田地质特征 1.2.1 区域地质 1.区域地层本区地层属华北地层区鄂尔多斯陕甘宁分区，伊克昭地层小区。全区大部分为第四系风积沙覆盖，基岩仅在乌兰木伦河、呼和乌素沟两岸出露。地层由下至上有三叠系上统延长组（T3y）；侏罗系中、下统延安组（J12y）、中统直罗组（T2z）、安定组（T2a）、侏罗系上统白垩系下统志丹群（J3-K1zh）；第三系上新统（N2）和第四系（Q4）。其地表出露除第三系、第四系外，仅有志丹群地层。2.区域构造及岩浆岩本区大地构造位置处于华北地台的鄂尔多斯台向斜中，褶皱断裂不发育，地层产状平缓，近于水平，为一微向南西倾斜的单斜构造，倾角13，没有发现对煤层有破坏作用的断裂构造。本区岩浆岩不发育，未发现任何岩浆活动，未发现对煤层有破坏作用的岩体和脉岩。 1.2.2 井田地质1.地 层井田大部分为第四系风积砂与黄土覆盖，基岩仅在区内较大的沟谷中零星出露，据钻孔资料揭露，井田内地层由老到新分述如下。（1）上三叠统延长组（T3y）岩性特征为灰绿、灰白色中粒石英砂岩，含较多的云母及少量的暗色矿物，中上部夹煤线或油页岩，该组地层为煤系地层的沉积基底。（2）中下侏罗统延安组（J1-2y）该组地层岩性主要为灰、灰白色砂岩及深灰色泥岩、砂质泥岩和煤组成，该组地层的上部含煤性较好，发育的煤层厚度大，层位稳定，本矿所采的3号煤层就位于延安组的中部，含煤性差,不可采，且厚度较小。该组地层平均厚度为193.46m，与下伏地层呈假整合接触。（3）中侏罗统直罗组（J2z）该组地层岩性为一套杂色的细、中粒砂岩，泥质或粘土质胶结，较疏松，含有铁质结核和硅化木。区内所有钻孔揭露，由于遭受后期剥蚀，厚度在横向上变化较大，平均为92.7m，与下伏地层呈假整合接触。（4）第三系上新统（N2）井田内零星赋存，主要岩性下部为灰色、棕黄色砾岩夹棕红色砂岩，呈半胶结状态，松散；上部为粉红色砂质粘土、亚砂土，含白云母碎片及钙质结核，该层不整合于老地层之上。（5) 第四系（Q）井田内广泛分布，不整合于老地层之上，底部为更新统马兰组黄土（Q3m），岩性为淡黄色亚砂土，柱状节理发育，含钙质结核，厚约12m；下部为更新统淤积层岩性为砂、粉砂及黑色土壤层，局部赋存；上部为全新统主要为风积沙（Q4eol），其次为河流淤积层（Q4al）及洪积层（Q4pl）。风积沙成分以细粒石英为主，在地表呈波状沙丘和新月沙丘，在区内大面积覆盖。河流淤积层以沙、粉沙或砾石层组成，分布于呼和乌素沟，不整合于老地层之上。2.构 造井田含煤地层的构造形态与区域含煤地层构造形态基本一致，总体为一向南西倾斜的单斜构造，地层倾角13，无大的褶皱，仅沿走向和倾向有微弱的波状起伏。无岩浆活动。本区构造复杂程度为类型简单构造。 1.2.3 含煤地层及含煤性1. 含煤地层 区内中下侏罗统延安组（J12y）为本井田的含煤地层。该组地层是一套内陆盆地沉积为主的含煤碎屑建造。地层纵向上有明显的差异，横向上又有一定的变化规律。依据岩性岩相特征、含煤特点及聚煤规律，将该地层分为上、中、下三个岩段，自下而上分述如下：1、下岩段（J112y） 该段位于延安组下部，岩段厚度在46.35m69.34m之间，平均58.31m，该段地层在区内埋藏较深，地表无出露。由灰色、灰白色细砂岩、粉砂岩，灰黑色砂质泥岩、泥岩及煤层组成。底部具灰白色中砂岩，局部相变为粗砂岩，成分以石英为主。该砂岩底部粗向上变细，分选中等，具大型槽状、板状交错层理，其上部地层具水平、波状层理及小型交错层理，局部泥岩中具包卷层理，含黄铁矿结核及植物化石，赋存5、6号两个煤组；煤层多而厚度小，最多可达10层，最少为6层，一般为8层；其中有4层达局部可采，具分叉、相变及尖灭现象。据岩性岩相特征，该段地层的沉积环境应以湖滨相沉积为主，煤层则发育在湖滨泥炭沼泽相中。由于成煤沉积时地壳升降较为频繁，但幅度不大，且每次成煤时间不长，故煤层层数多，厚度相对较薄。2、中岩段（J212y） 本段位于延安组中部，3号煤顶部砂岩体之下，5号煤组顶部砂岩底界面之上。全段地层厚度变化不大，最大厚度74.60m，最小厚度57.99m，平均65.38m。与下岩段地层呈连续沉积，由于埋藏较深，受上覆地层保护，地表无出露。岩性主要为深灰、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、细砂岩、泥岩及煤层组成；赋存井田内最好的22中、3号、4号两个煤组，其厚度大、变化小、层位稳定、煤质好、结构简单。这两层煤为井田内主要勘探煤层，且为煤岩层对比的可靠标志层。岩层的主要特征是粒度较细，分选较好，粘土质胶结，具水平层理和交错层理，含较多的植物化石，在3号、4号煤层间泥岩类中含有叶肢介、丽蚌等淡水动物化石，该段地层沉积环境以泥炭沼泽相为主，相对持续时间较长，有利于厚度较大稳定煤层的发育。3、上岩段（J312y） 本段位于延安组上部，为3号煤层顶部砂岩底界面以上至2号煤组顶部砂岩底界之下层位。该段地层地表无露头，钻孔最大厚度为69.30m，最小厚度47.21m，平均厚度为58.22m。与下伏中段地层为整合接触。岩性以灰白色中细粒砂岩、粉砂岩、粗砂岩、砂质泥岩及煤层组成。赋含2号煤组，厚度变化不大。底部为灰白色、黄绿色细砂岩、中砂岩、粉砂岩，局部相变为粗砂岩，泥岩类具小型波状、水平层理。砂岩类具槽状及板状交错层理，含植物化石。该段地层沉积环境以河流相曲线河道、河漫滩泥炭沼泽相为主。2.含煤性井田内主要有可采煤层三层，分别为2、3、4、5-1和5-2煤层。煤层均为全局可采，煤层稳定程度属稳定类型。综合柱状图和各煤层基本特征见图1-2-1和表1-2-1。 图1-2-1 综合柱状图表1-2-1 呼和乌素煤六矿各煤层特征一览表煤层 编号煤层厚度(m)层间距(m)可采性评价对比可靠程度稳定程度2-2中4.453.954.08（25）全区可采可靠稳定9.1910.7610（16）36.485.37 5.98（19）全区可采可靠稳定33.5026.8130.22（18）44.033.153.5（18）全区可采可靠稳定37.4929.33 33.88（18）5-1下2.200.65 1.17（18）大部可采可靠较稳定16.6410.25 13.12（14）5-21.350.25 0.81（14）局部可采可靠不稳定 1.2.4 水文地质特征1.矿区水文地质矿井位于鄂尔多斯高原东部，为半干旱、半沙漠地区。井田内风积沙遍布，北部及东部边缘多为波状沙丘，中部及西南部多为平沙地，地势较为平缓。呼和乌素沟和补连沟为井田内较大沟谷，基本为长年溪流，流向由西至东流量随季节变化较大。井田外部东北方向呼和乌素沟口，由北向南有乌兰木伦河通过，呼和乌素河在此汇入乌兰木伦河结束。井田内含水特征如下：(1)第四系孔隙含水层主要分布在井田北部呼和乌素沟内，呈现带状分布，由于受流水的侧向冲蚀作用，两岸厚度变化较大。岩性上部为沙土层及中、细砂，下部为粗砂及砂砾层，平均厚度10.88m，该层孔隙发育，受地表水及侧向补给，含水较丰富。该层全区发育，上部主要是风积沙层，由中、细砂及沙土组成。下部为松散沉积物，主要由残积物、坡积物组成。该层分布面积广，约占全区的70%以上，极易接受大气降水的补给。故该层含有一定量的地下水，但在地形切割处，地下水不利于储存，多属透水层。在沟底及低洼处常有地下水渗出，或以泉的形式流出，流量0.0622.172L/s，水质为HCO3Ca型水，矿化度0.2g/L。(2)上侏罗下白垩统志丹群（J3-K1zh）孔隙含水岩组主要分布在井田的西部，岩性为杂色厚层砾岩，含砾粗砂岩及中、细砂岩等，砾石成份以花岗岩、花岗片麻岩、石英岩为主，泥质胶结，较疏松，具大型交错斜层理。由于受风化作用，上部孔隙、裂隙较发育，在露头处砂岩与砂质泥岩接触面有泉水出露，流量0.0390.828L/s。该层厚度变化较大，平均厚度为49.77m，砂岩类为该段相对含水层；砂质泥岩、粉砂岩为相对隔水层，但该层多被剥蚀，切割，仅局部起隔水作用。(3)中侏罗统直罗组中下侏罗统延长组（J2z-J1-2y）孔隙、裂隙含水岩组该岩组为本区含煤地层，全区发育，地表出露很少，仅见于补连沟沟口。可划分为直罗组2号煤层顶含水岩层、2号煤层4号煤层顶之间含水层、4号煤上三叠统延长组（T3y）之间含水层三个含，岩性主要为灰绿色中、粗粒砂岩，矿物成份主要为石英、长石。该段为本区煤系地层基底，钻孔揭露最大厚度67.96m，据邻区资料，该段含有承压水、涌水量为0.079L/sm，渗透系数为0.0037m/d。2.地下水的补给、及开采影响井田内地下潜水除接受大气降水补给，在局部地段还接受地表水补给，如呼和乌素沟内第四系冲洪积层，可直接接受地表水的补给，地下潜水与地表水都受该区降水的控制。承压水因补给源较远，且无统一的补给区，受该区降水补给较小，迳流途径长，水源贫乏。井田内地下水迳流与排泄主要受区域构造及地形控制，第四系潜水一般与地形坡向一致，具有多向性，沿松散层孔隙边渗透，边向低处迳流，在低洼处及沟底排泄出来，汇集成溪，排泄于区外。基岩潜水沿裂隙运动，在沟谷切割处排泄于地表。而深部承压水则沿节理、裂隙顺层运动，因岩石致密，裂隙不发育，迳流速度缓慢。综上所述，本区构造位置处于鄂尔多斯台向斜之东南边缘，构造形态基本为一向南西倾斜的单斜构造。地层倾角13，无断层及大的褶曲，地质构造简单。井田内地势相对平缓，地表大部分被第四系风积沙及松散沉积物所覆盖，易于接受大气降水的补给，但地形切割普遍，储水条件较差，一般为透水层，而含水量较小。浅部基岩受剥蚀与风化作用，孔隙、裂隙比较发育，岩石较疏松，随深度增加裂隙减弱。煤系地层各可采煤层顶底板岩石致密、坚硬，直接充水含水层q0.01L/sm，单位涌水量为0.0003160.000147L/sm，渗透系数为0.0007110.00314m/d。地层含水微弱，涌水量一般不大。水文地质类型应属以大气降水为主，孔隙、裂隙岩层的简单类型。即一类一型。对矿井涌水量，根据呼和乌素煤矿提供的数据，根据呼和乌素1矿和2矿提供数据，在对其煤层开采时采用矿坑实测涌水量为7080m3/d。 1.2.5 煤 质1.物理性质该区煤呈黑色，条痕褐黑色。各煤层在垂直序列中其上下呈暗淡或弱沥青光泽，沿层面丝炭富集部位呈丝绢光泽，参差及阶梯状断口，在镜煤条带中可见贝壳状断口，性脆。由于煤岩组份的不同各煤层一般呈细条带宽条带状结构，层状构造，在暗淡型煤中可见块状构造，裂隙发育，并充填有黄铁矿、方解石薄膜，各煤层结核含量不同，一般为黄铁矿、粘土质及菱铁矿结核。煤层致密坚硬，比重一般在1.421.52t/m3，容重1.30t/m3左右，燃点在300左右，燃烧试验为剧燃，残灰呈灰白色粉状。2.煤岩特征(1)宏观煤岩特征宏观煤岩成份2、3、4、5、煤组由亮煤、暗煤、镜煤、丝炭组成。丝炭含量高是本区各煤层的一个主要特点。(2)显微煤岩特征区内各煤层主要以镜煤、丝炭、粘土矿物、稳定组份及基质和各种矿物杂质组成。各煤层有机显微组分中镜质组一般为42.1-65.8%，半镜质组5.6-16.4%，丝质组24.4-39.0%，稳定组0.7-3.2%，有机质总量91.3-98.8%。2.煤的变质程度本区主要可采煤层镜煤最大反射率测试结果：2-2中煤层Rmax=0.3680.525，3号煤层Rmax=0.3670.584，4号煤层Rmax=0.3800.495，均属第变质阶段，为低变质烟煤（1号）。3.煤的化学性质、工艺性据煤质化验分析，本区可采煤层2、3、4号、，煤层灰份含量均较低，为特低灰煤。原煤灰分产率（Ad）4.0736.31%，平均在8.2612.92%；洗煤2.296.72%，一般3.034.22%；原煤水分（Mad）3.8413.37%，平均在4.897.58%；洗煤4.3510.29%，平均在5.887.45%；挥发分（Vdaf）31.1438.68%，平均33.1235.69%。各煤层均属特低硫、特低磷煤。各煤层煤质特征详见表1-2-2。区内主要可采煤层软化温度（ST）4号煤大于1250为90%，小于1250为10%，说明本区煤有相当一部分属于低熔灰份范围。经过对可采煤层的简易可选性试验，煤的可选性能属易选至极易选煤。煤层、夹矸及顶底板中微量元素锗、镓、钒、等含量均很低，无利用价值。 综上所述，本井田各可采煤层均为特低灰、低硫、低磷，中高发热量不粘煤，属低变质程度的烟煤（1号），是良好的动力用煤和气化用煤，具有广泛的开发利用价值。表1-2-2 主要可采煤层煤质特征表34第二章 井田储量生产能力及服务年限2.1 井田境界 2.1.1 井田境界的划分原则 在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田整个部分都能得到合理的开发，井田境界的划分要符合下列原则：1）井田范围、储量、煤层赋存及开采条件要与矿井生产能力相适应。对生产能力较大的矿井，尤其是机械化程度较高的现代化大型矿井，应要求井田有足够的储量和合理的服务年限并为矿井发展留有余地，以满足矿井长远发展的要求。2）必须要保证煤田有合理尺寸。为便于合理安排井下生产，井田走向长度应大于倾向长度。要结合矿井的开采技术和机械装备情况，合理地安排井田走向长度，以保证矿井较好的经济效益，一般小型矿井1500m；中型矿井4000m；大型矿井7000m。3）充分利用自然条件、地质条件划分井田。例如可以利用大的断层作为井田边界，或在河流、国家铁路、城镇等下面进行开采存在问题较多或不够经济需留设安全煤柱时，可以此作为井田边界，即降低了煤柱损失又减少了技术上的困难。4）合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井之间的关系。划分井田边界时，通常把煤层倾角不大，沿倾斜很宽的煤田分成浅部和深部两部分，一般应先浅后深先易后难分别开发建井以节约初期投资。同时也避免浅深部井形成复杂的压茬关系，给开采带来困难。浅部矿井井型及范围可比深部矿井小，但是当需加大开发强度时应考虑给浅部矿井发展留有余地，不使浅部矿井过早地报废。 2.1.2划分井田的方法1）按地质构造划分井田。2）按煤层赋存条件划分井田。3）按煤质、煤种分布规律划分井田。 4）按地形、地物界限划分井田。5）按伴生有益矿产富集带或其他开采技术条件划分井田。6）人为划分井田。 2.1.3 矿井井田境界 井田北部是乌兰露天煤矿，东部是王家坡煤矿，西部是李家塔煤矿，南部是神东公司补连塔煤矿，生产能力为2000万吨/年，采煤工艺为综合机械化采煤工艺。并在井田在北部有呼和乌素河、东北部有阿达线公路、东部有神东铁路。目前各矿与本矿之间无越界开采情况发生。周边各矿井对呼和乌素3矿的安全生产均无影响。矿区范围由6个拐点圈定，各拐点坐标见表2-1-1。表2-1-1井田境界拐点坐标表拐点编号XY拐点编号XY137460680.34367956.9 437465489.64368141.1237461209.74368321.5537465489.64365775.1337464892.34368303.3637460800.94365775.1开采标高： 1122m1080m 井田为一不规则的六边形，井田走向长4.4km，倾向长为2.3km,井田面积为10.05.km2。矿井井田边界如图2-1-1所示：由于井田境界是以周边矿井划分的井田境界，将来井田扩大的可能性不大。 缺图 图2-1-1 呼和乌素6矿井田边界2.2 井田储量 2.2.1.矿井工业储量本矿井对2、号煤层、3号煤层和4号煤层进行开采设计，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。如表2-2-1所示：表2-2-1矿井工业储量汇总表煤 层名 称工业储量（万t）备注ABA+BCA+B+C2号煤层1520.252280.383800.631628.845429.473号煤层599.17898.751497.923466.174964.094号煤层164.06246.09410.153468.043878.19总结2283.483425.225708.708563.0514271.75 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，其公式为2-1所示： Zg=S/cosM （2-1） 式中：Zg矿井的工业储量； S井田的水平面积，10.05km2； 煤层平均倾角，2号、3号、4号煤层均取2； M平均煤层的厚度，2号煤层4.08m、3号煤层5.98 m、4号煤层3.5m； 煤的容重，2号、3号、4号煤层均为1.30t/m3。全矿总计： Zg=S/cosM =10.05cos2（4.08+5.98+3.5）1.3 =177.2Mt 2.2.2 井田设计储量为确保地面建筑物及工程设施和井下开采的安全，设计对井筒、大巷、工业场地、铁路、公路、井田境界、构造等留设安全煤柱，严格按建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程的要求进行采煤设计。1.井田境界煤柱本井田境界属人为边界，根据煤炭工业设计规范的要求按20m留设煤柱。边界煤柱可按下列公式2-2计算： ZbLbBM （2-2） 式中：Zb边界煤柱损失量，Mt； Lb边界总长度，13505 m； B煤柱宽度，境界煤柱设为20 m。境界煤柱总压煤量： ZbLbBM =1350520（4.08+5.98+3.5）1.30 = 4.76Mt2.工业广场煤柱按照煤矿工程设计暂行规定简化矿井工业场地设施缩小占地，减少压煤的要求，矿井工业场地（包括选煤厂）围墙内用地面积指标如表2-2-2所示。表2-2-2 矿井工业场地围墙内用地面积指标井型（Mt/a）占地指标/ha/0.1Mt）2.4及以上0.70.81.21.8 0.91.00.450.91.21.30.090.31.5呼和乌素三矿矿井设计工业广场面积由表2-2-2确定。结合本井田周边矿井类似围岩的情况，参照神东地区的实测资料，按松散层移动角55、岩层移动角45留设安全煤柱。本矿井设计年产180万t，则工业广场占地面积为S=（10/10）*1.0=18.0公顷=180000m2。则工业广场设计成长500,宽360m的矩形。主、回风井筒均位于工业场地内，副井位于井田之外。按照现行开采规程规定，主、回风井筒保护煤柱以岩层边界角圈定，工业场地保护面积包括工业场地内工业厂房、服务设施和围护带，煤柱按岩层移动角圈定。由于主副井分散要需加强安全管理工作。本设计矿井的工业场地位于井田境界之外，所以实际无压煤，故工业场地保护煤柱为0万吨。 3.大巷保护煤柱矿井各煤层分别设主运大巷、辅助运输大巷、回风大巷，其辅运大巷布置在煤层中，主运大巷和回风大巷布置在各煤层顶板中，其回风大巷高出主运大巷一定高度，各巷道在空间上垂直布置，设计中大巷两侧各留设30 m煤柱。 2.2.3 矿井可采储量计算求得各种煤柱的储量损失后，可按下式2-3计算矿井可采储量： Z=(Zg-P)C （2-3） 式中：Z矿井可采储量，Mt； Zg矿井工业储量，Mt； P各种煤柱储量损失之和; C采区回采率，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。 本矿井主采煤层属厚煤层，因此C取0.75。大巷保护煤柱损失量：P1=3.4 5Mt；条带保护煤柱损失量：P2=5.36 Mt各种煤柱储量损失之和P=3.45+5.36=8.81Mt则计算可采储量为： Z=(Zg-P)C =(177.28.81)0.75 =126.3Mt由此可得本矿井的可采储量为126.3Mt，回采率为75%。矿井实际可采储量回采率经计算为93.8%，大于75%，所以满足煤矿工业设计规范的要求，既符合要求。 矿井可采储量汇总如表2-2-3 表2-2-3矿井可采储量汇总表煤层名称工业储（A+B+C)（万t）矿井设计储量(万t)矿井可采储量(万t)永久煤柱损失设 计储 量设计煤柱损失可 采储 量断层煤柱境界煤柱工业场地煤柱井下巷道煤柱4号煤层5429.470131.705297.770203.855093.925-1煤层4964.090120.424843.670186.384657.295-2煤层3878.19094.073784.120145.603638.52合计14271.750346.1913925.560535.8313389.732.3 设计生产能力及服务年限 2.3.1 矿井工作制度煤炭工业矿井设计规范规定：“矿井设计生产能力按工作日330d计算。每天四班作业，每天净提升时间为16h。”因此，确定矿井设计年工作日为330d，工作制度采用“四六制”，每天四班作业，三班生产，一班准备，每班工作6h，掘进按三班生产作业。矿井每昼夜净提升时间为16h。 2.3.2 矿井设计生产能力及服务年限 1）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、外部建设条件、国家对煤炭资源配置及市场需求、开采条件、技术装备、煤层及采煤工作面生产能力、经济效益等因素，经多方案比较后确定。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的太大。（2）开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近大城市及老矿区）、交通（铁路、公路、水运）、用户、供电、供水、建筑运料及劳动力来源等。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（包括煤种、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，反之应缩小规模。 2) 矿井设计生产能力本井田交通方便,通信快捷,水源充足,电源可靠,劳动力丰富,建材供应充分,具有建设大型矿井良好的外部条件。设计开采煤层赋存稳定，煤层厚度大部分比较稳定，煤层平均倾角小，属近水平煤层。从煤层赋存条件看,本矿井适合建设大型矿井。 3）矿井服务年限矿井可采储量Zk、设计生产能力A和矿井服务年限T三者之间的关系为公式2-4： （2-4） 式中：Z矿井可采储量，Mt； A设计生产能力，Mt； T矿井服务年限，a； K矿井储量备用系数，取1.4；则矿井设计服务年限为： =126.3(1.81.4) =50.2a50a上述计算符合煤炭工业矿井设计规范要求（见表2-3-1）。表2-3-1 我国各类井型的新建矿井设计服务年限矿井设计生产能力/Mta-1矿井设计服务年限/a第一开采水平服务年限/a煤层倾角25煤层倾角2545煤层倾角456.0及以上70353.05.060301.22.4502520150.450.9040201515 2.3.3 井型校核下面按矿井的实际煤层开采能力，各辅助生产环节的能力，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，根据本设计第三章（矿井开拓）与第四章（采煤方法）的设计可知，该矿由于煤层地质条件较好，各煤层厚度较厚，根据现代化矿井“一矿一区一面”的发展模式，布置一个一次采全高工作面完全可以达到本设计的产量。 2）辅助生产环节的能力校核本矿井为大型矿井，开拓方式为斜井立井混合开拓，主斜井提升设备为带宽为1.2m的胶带输送机将提升的生产的原煤直接运往洗煤厂，副斜井辅助运输设备是无轨防爆胶轮车，运输能力大，调度方便灵活，该矿的运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤用顺槽胶带输送机运到带区煤仓，再经主斜井胶带输送机运至地面洗煤厂，运输能力大，自动化程度高。所以各辅助生产环节完全可以达到设计生产能力的要求。 3）通风安全条件的校核本矿井有煤尘爆炸危险，瓦斯含量低，属于低瓦斯矿井。水文地质条件中等，在主井中铺设两趟水管路可以满足排水要求。矿井前期采用中央并列式通风，后期采用对角式通风；有专门的回风大巷和风井，可以满足要求。辅运大巷和主运大巷进风，回风大巷回风，工作面采用后退式U型通风，通过通风设计知可以满足通风需。第三章 井田开拓3.1 概述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。本矿井开拓方式的确定，主要考虑到以下因素：地形起伏不大，属于山地丘陵地区；煤层埋深较浅，且表土层不厚；该井田位于阿达线公路西南侧，交通运输方便；本矿井为低瓦斯矿井。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。3.2 井田开拓 3.2.1 确定井硐形式、位置及数目1）井硐形式的确定目前我国井筒一般为立井、斜井和平硐三种形式，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。（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，井筒延深施工方便，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，提升深度有限，辅助提升能力小；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层需用特殊法施工，技术比较复杂。（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。本井田煤层倾角平均为2，为近水平煤层；埋藏深度5395m；地表到煤层平均厚度为53m，无流沙层；水文地质情况简单，涌水量少；井筒不需特殊法施工，因此可采用斜井开拓或立井开拓。经后面方案比较可确定井筒形式为“双斜井回风立井”综合开拓。2）确定工业广场及井口位置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，石门工程量要尽量少； （2）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； （3）井田两翼储量基本平衡； （4）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； （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威胁； （6）工业广场宜少占耕地，少压煤； （7）水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。由于阿达线公路从井田东北部边界穿过，为便于地面辅助运输及合理利用，主副斜井可以布置在井田边界，以便于地面运煤，也可以将主副井布置于井田中央附近。经方案比较确定主副斜井均布置于井田边界中央，且工业场地不压煤。工业场地位置主副井井口附近，工业场地的形状和面积根据工业场地占地面积指标，结合本区现有工业基础设施，确定地面工业场地的占地面积为15公顷，形状为500m300m的矩形。3）井筒数目根据开拓布置，新建矿井前期布置三条井筒，即主斜井、副斜井和回风立井。其中主斜井担负井下煤炭提升并兼作矿井入风井和安全出口；副斜井作为全矿矸石、材料、设备及人员辅助运输提升井，同时兼入风井和安全出口；回风立井作为全矿专用回风井兼作安全出口。 3.2.2 开采方式的确定井田开采煤层为4号、5-1号、5-2号煤层，煤层平均倾角为2的近水平煤层，且4号煤煤层顶板距5-2号煤煤层底板平均间距42m左右，采用集中运输大巷的布置方式。集中运输大巷布置在5-2号煤层底板，回风大巷布置在5-2号煤的煤层顶板中。煤层中均设有主运大巷、辅运大巷和回风巷，主井与集中运输巷通过井底车场相连，集中运输大巷通过进风行人斜巷和带区煤仓与各煤层主运大巷相连，采用胶带输送机运输；煤层中的辅运大巷均通过石门与副井相连，采用无轨胶轮车运输；回风大巷之间通过回风立井联系。首采煤层为4号煤层，由于是大工作面，布置一个工作面就能满足设计能力的要求。 3.2.3矿井开拓方案的确定根据第二章计算的矿井储量，第三章所核算服务年限。加上认真分析，现对该矿井提出以下五种开拓方案，分述如下：方案一：双立井开拓主副井筒均为立井，布置于井田中央，第一水平布置在中部的4号煤层，第二水平布置在5-1号煤层,5-2号煤层设置辅助水平，辅助运输采用无轨防爆胶轮车，大巷布置在煤层中，主运大巷和回风大巷沿底板掘进，辅运大巷沿顶板掘进。独立风井回风，位于井田中央呈中央并列式通风，内设排水管路，兼作安全出口，如图3.2.1所示。图3.2.1 方案一立井集中单水平开拓1-主井；2-副井；3-风井方案二：主斜副立综合开拓斜井提煤运输能力大，为此提出主井采用斜井开拓，副井采用立井开拓。大巷布置在煤层中，主运大巷和回风大巷沿底板掘进，辅运大巷沿顶板掘进，局部半煤岩及岩巷。独立风井回风，位于井田中央呈中央并列式通风，内设排水管路，兼作安全出口，如图3.2.2所示。 图3.2.2 方案二主斜副立单水平集中开拓 1-主井；2-副井；3-风井方案三：双斜井开拓（井筒位于井田中央）主、副井井筒均为斜井开拓，布置于井田中央，主运大巷、辅运大巷和回风大巷布置在岩层中布置在煤层中，沿煤层底板掘进。独立风井回风，采用中央并列式，内设排水管路，兼作安全出口，如图3.2.3所示。图3.2.3 方案三主斜副立单水平集中开拓1-主井；2-副井；3-风井方案四：双斜井开拓（井筒位于井田边界中央）主、副井井筒均为斜井开拓，布置于井田边界中央，主运大巷布置在煤层中，沿煤层底板掘进，辅运大巷和回风大巷布置在岩层中，其中回风大巷在煤层顶板中，辅运大巷在底板中。独立风井回风，位于井田中央呈中央并列式通风，内设排水管路，兼作安全出口，如图3.2.4所示。 图3.2.4 方案四双斜井开拓(井筒位于井田中央) 1-主井；2-副井；3-风井方案五：双斜开拓双回风立井（井筒位于井田边界东北部）主、副井井筒均为斜井开拓，布置于井田中央东北部边界，集中运输大巷布置在5-2号煤层底板中、回风大巷布置在5-2煤层顶板岩层中，沿煤层顶板掘进。其中集中大巷通过进风行人斜巷煤层主运大巷相联系。独立风井回风，矿井初期采用中央并列式，后期在带区中央开一回风立井，呈对角式通风，内设排水管路，兼作安全出口，如图3.2.5所示。 图 3.2. 5方案五 斜井单水平集中开拓（井筒位于井田东北部）1-主井； 2-副井；3、 4-风井 1）开拓方案技术比较根据煤层地质情况，考虑井田范围较大、埋藏较浅、井型较大。主井为立井很难满足提升要求，副井采用立井不能满足矿井的大型设备的运输，而且立井建设费用高，井底车场复杂。依据以上因素，采用立井开拓在技术上不可行，因此，方案一舍弃。根据煤层赋存情况，埋藏较浅且倾角较小，为近水平煤层。方案二提出采用主斜井副立井开拓形式，主井能满足提升要求，但副井很难满足提升要求，不能满足矿井大型设备的运输。在技术方面，增加了难度，施工困难；并且井口分散增加了管理难度。依据以上因素，采用主立井副斜井开拓在技术上不可行，因此，方案二舍弃。方案三采用主、副井井筒均为斜井开拓，布置于井田中央，主运大巷、辅运大巷和回风大巷布置在岩层中布置在煤层中，沿煤层底板掘进。但这样布置工业场地压煤，煤炭可采储量减少，在经济上不可行，因此，方案三舍弃。开拓方案经济比较，其他二个方案费用粗略经济估算：见表3-1表3-2 表3-1 方案四粗略经济估算方案四：双斜井开拓（井筒位于井田边界中央）项 目计算单价费运（万元）备注基 建费 运（万元）主井开凿420.8115010-448.392倾角16副井开凿951105010-499.85倾角7立风开凿116300010-43