孔庄煤矿1.2mta新井设计

1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1井田位置孔庄煤矿位于江苏省徐州市西北大约80Km处，井田位于江苏省沛县和山东省微山县境内，其东为山东省微山县金源煤矿，南、北分别是江苏天能集团的沛城煤矿和上海大屯能源股份有限公司的徐庄煤矿。其主井地理坐标为东经116 5713，北纬34 5020。井田采矿登记边界东西走向长约为12.98Km，南北平均宽约为3.40Km，总面积约为44.13Km2。1.1.2交通矿区交通方便，有徐（州）沛（屯）铁路专用线，在沙塘与陇海铁路接轨，全长82.87Km，有矿区支线到达孔庄煤矿。区内公路四通八达，徐州济宁省级公路纵贯矿区南北，矿区内连通中心区和各矿的公路、铁路通畅。京杭大运河从矿区东部通过，可供100吨级机船常年航行，水路交通也较方便，详见矿区交通位置图(图11)。图1.1 孔庄矿交通位置图1.1.3矿权孔庄煤矿采矿许可证是由中华人民共和国国土资源部2000年4月29日签发的，证号为：1000000020072，矿权范围由24个拐点坐标组成，详见孔庄煤矿井田范围拐点坐标一览表（表1-1）。采矿登记面积为41.1355 Km2，开采深度为-160m至-1300m，有效期限自2000年4月至2029年4月。1.1.4自然地理孔庄井田地貌属黄淮冲积平原，为第四系地层覆盖地区，地势较平坦，地表广泛分布古黄河泛滥的砂质粘土，地形西高东低，陆地地面高程大部分在33.035.5m之间，东部昭阳湖湖底高程为32.0m左右，井田内湖堤高程为38.840.0m，历年最高洪水位为37.01m（1957年）。本区属黄河流域与长江流域过渡性气候，为季风型大陆性气候，冬季严寒干燥，夏季炎热多雨。据沛县气象站资料：历年来平均降雨量738.2mm，最大降雨量1290.1mm（2003年），最小降雨量425.9 mm（1988年），最大日降雨量为340.7mm（1971年8月9日），大气降水多集中在7、8月份，年平均蒸发量为1475.1mm。年平均气温为14.2，日最高气温为40.3（1972年6月11日），日最低气温为-15.7(1990年2月1日)。历年最大冻土层深度19.0cm（1969年），平均为12.0cm。该地区多季节风，春夏季多东南风，秋冬季多偏北风，全年以东南偏东风为主，平均风速2.1m/s，最大风速20.0m/s,湖区风力一般在5级左右，雷暴期在49月份。根据国家颁布的地震动参数区划图GB18306-2001标准，大屯矿区地震动峰值加速度处于0.05至0.10g烈度分界线附近，大部分是0.10g，部分是0.05g。 1.1.5矿区经济概况沛县为全国重要商品粮生产基地，微山湖大米为优良无公害大米，且本区工业经济发展迅速。已形成机械、食品、化工、纺织四大工业体系。沛县又是全国重要的煤炭生产基地。1.1.6水源及电源矿区内供作水源的有第四系地下水，地表的湖水和河水，水质一般较好。孔庄矿的生活用水取自第四系地下水，生产用水为井下排水经过处理后使用。矿区内水资源可靠、丰富，能满足生产建设的需要。大屯矿区现有装机容量130MW火力发电厂和24MW矸石热电厂，主要供应矿区生产和生活需要，其余部分并入徐州电网。矿井用电接自发电厂，因此用电可靠。1.2井田地质特征1.2.1区域地层本区在太古界的结晶基底上沉积了震旦系、寒武系、中下奥陶统地层。由于加里东运动影响，上奥陶统至下石炭统地层缺失，在中奥陶统的侵蚀面上，广泛沉积了中上石炭统、二叠系、侏罗白垩系（地层不全）、第三系、第四系等地层。现将地层由老至新简述如下：一、震旦系（Z）该系在徐州附近有广泛出露，下统为灰褐色泥岩、粉砂岩、石英细砂岩；中统为青灰、紫灰色泥岩、砂质泥岩及灰黑色致密状含叠层石灰岩；上统为黄绿、紫红色泥岩、砂岩、细晶白云岩、叠层石灰岩及竹叶状灰岩。与上覆地层呈整合接触。二、寒武系（）厚度大于700m，下部为紫红色页岩、砂质泥岩和细晶灰岩，上部为砾状、竹叶状、鲕状灰岩和灰深灰色结晶灰岩，产三叶虫化石。与上覆地层呈整合接触。三、奥陶系（O）区域厚度600m左右（上奥陶统沉缺），其岩性下部为白云岩、砾质白云岩、灰岩、含云灰岩、岩溶角砾岩、白云质泥岩；中部为灰岩、白云岩及白云质灰岩；上部为白云岩、灰质白云岩、灰岩、含云灰岩、豹皮状白云质灰岩、砾屑灰岩、构造角砾岩。与上覆地层呈假整合接触。四、石炭系（C）厚度180200m，平均厚190m（下石炭统缺失）。中统本溪组厚约30m，岩性主要为灰白色灰岩夹薄层泥岩；上统太原组厚约160m，为海陆交互相沉积，由泥岩、砂质泥岩、灰岩组成，夹615层煤层，其中可采煤层13层，由南往北煤层变厚，可采层数增多，灰岩层厚度逐渐变小。与上覆地层呈整合接触。五、二叠系（P）山西组：厚度70148m，平均厚110m。由灰色、深灰色砂质泥岩、泥岩、砂岩组成，含煤34层，沉积了本区主要可采煤层。下石盒子组：平均厚度100m，由灰、灰绿色砂岩，深灰色、灰黑色砂质泥岩、泥岩及杂色泥岩、砂质泥岩组成，为徐州矿区重要含煤地层。上石盒子组：厚度在200600m之间，由紫红、灰绿色泥岩、砂质泥岩和砂岩组成。局部含多层薄煤。石千峰组：厚度大于100m，由紫红色石英粗砂岩、粉砂岩组成。与上覆地层呈不整合接触。六、上侏罗、下白垩统（J3+K1）厚度数千米。下部为紫红色中砂岩、细砂岩及粉砂岩，夹两组56层砾岩；中部为灰绿色粉砂岩、细砂岩与粉砂岩互层及浅灰色砂岩和粉砂质粘土岩，含植物化石碎片和瓣鳃类动物化石，在鲁西南有辉绿岩侵入其中；上部由紫红、灰绿、灰黄色砂岩、泥岩、安山岩、玄武安山岩、安山玢岩、辉绿岩、淡水灰岩和煤线组成，含植物和淡水动物化石。该地层由山东至本区逐渐增厚。均以红色碎屑岩建造和火山碎屑建造为主要特征。与上覆地层呈不整合接触。七、第三系（R）厚度01500m，以红色砂质泥岩为主，中上部为褐色、灰绿色泥岩夹薄层石膏，偶见油页岩和煤线，与侏罗、白垩系不易区别。与上覆地层呈不整合接触。八、第四系（Q）厚度0490m。以冲积、湖积相为主。由棕黄、黄褐、灰白色粘土、砂质粘土及砂层组成，底部常有砂砾石层。1.2.2井田地质构造本区为全掩盖式煤田，属华北型石炭二叠系含煤地层，地层走向NE60，倾角416，平均14，呈浅部缓，深部陡的单斜构造。地层综合柱状图如图1-2所示。区内钻探揭露的最老地层为奥陶系（O），现将地层由老到新分述如下：(1)奥陶系（O）该层揭露最大厚度为48.30m，岩性为浅灰色，灰色，灰褐色厚层状石灰岩，白云质灰岩，隐晶质，质较纯，致密坚硬，裂隙发育且被方解石及泥质充填，与上覆地层假整合接触。(2)中石灰组本溪组（C2b）该组地层厚度为23.8746.91m，平均厚度为33.92m，该组底部主要有紫红色含铁质泥岩及铝质泥岩组成。上部以灰白色，棕褐色灰岩为主，间夹灰色，灰绿色泥岩及铝土质泥岩，与上覆地层成整合接触。(3)上石炭统太原组（C3t）该组两极厚度为137161.96m，平均厚度为154.67m。由灰黑色，灰色砂质泥岩，砂岩，灰岩及煤层组成，为一套海陆相互含煤沉积。可采煤层17、21号煤层位于本组的中下部，与上覆地层假整合接触。(4)下二叠统（P11sh）该组为区内主要含煤地层。两极厚度为92.67136.13m。平均厚度为109.29m，由灰色，深灰色砂质泥岩，泥岩，砂岩组成，含煤2层，即7、8煤层，7、8煤层为本区主采煤层，赋存于本组地层中下部。含煤总厚度为9m。与上覆地层整合接触。(5)下二叠统下石盒子组（P21sh）该组地层在安全区发育，两极厚度为187.21293.00m，平均厚度为223.5m，在西部的浅部较薄，深部较厚，由西至东有变厚的总趋势。岩性主要为杂色，灰绿色泥岩及灰白，灰绿色砂岩组成。下部一层为不稳定煤线，与上覆地层呈整合接触。(6)上二叠统下石盒子组（P12ss）本组揭露最大残厚321.56m。因其顶部与侏罗白晋的底界砾岩或第四系呈不整合接触，故厚度变化较大，且西薄东厚的总趋势。岩性为紫红，灰绿色中粗粒石灰砂岩，间杂泥岩，砂质泥岩，杂质，紫红色，灰绿色泥岩，砂质泥岩组成，间夹灰绿色细砂岩，与上覆地层不整合接触。1.2.3水文地质特征含水层：孔庄井田为黄淮冲积平原一部分，第四系地层较厚，其中3隔、4隔、5隔厚度大，隔水性能强，有效阻隔了大气降水、地表水以及第四系中上部含水层水与第四系底部含水层水、基岩地下水的水力联系。在开采山西组7、8号煤层时，主要充水含水层为第四系底含、煤层顶板砂岩、四灰含水层。表1.1矿井水文地质类型表类 别分类依据水文地质条件评价所属类型采掘破坏和影响的含水层含水层性质及补给条件底含水底含较厚，富水性较强，直接覆盖在煤层露头及基岩面上，与基岩各含水层发生水力联系，也是开采浅部煤层时的直接充水水源。湖下区域底含水接近疏干。中等7煤层顶板砂岩水含水性弱，以静储量为主，易疏干，在露头处接受底含水补给，在有些断层附近接受四灰水补给，补给量较差，对矿井安全无威胁。简单四灰水井田内多次揭露，浅部裂隙发育，含水性较强，越往深部裂隙发育越差，含水性也较差。目前6采区-150总回出水点已干枯，-375大巷出水量37m3/h,含水层在露头区接受第四系底含水补给，补给条件较好。中等单位涌水量q/ls-1m-1底含水0.076-0.226中等7煤层顶板砂岩水K5号孔：0.06简单四灰水K17号孔：0.536 20-39号孔:0.258中等矿井涌水量/m3h-1年平均185中等最 大345开采受水害影响程度采掘工程受水害影响，但一般不威胁矿井安全中等防治水工作难易程度防治水工作易于进行，防治效果较好，没有发生水害事故中等本井田从投产至今，开采的只是山西组的7、8号煤层，对煤层开采影响较大的含水层主要是7煤顶板砂岩含水层、太原组L4（四灰）含水层和第四系底含。今后很长一段时期内，矿井还只开采山西组7、8号煤层，开采活动主要集中在湖下，因此，各含水层水文地质参数的选用以及各含水层防治水的难易程度均以湖下为首选，经过对影响含水层的富水特性、补给条件、单位涌水量以及矿井涌水量和防治水的难易程度等因素综合评定，孔庄矿矿井的水文地质条件为中等（中煤总生字1992第57号批复结果也是类），详细情况见表1.1。矿井涌水量：矿井充水水源分析,矿井涌水主要包括第四系底部含水层水、石盒子组分界砂岩水、煤层顶板砂岩裂隙水、四灰水、防尘注浆水，其中第四系底部含水层水12.5m3/h，占6.6%，石盒子组分界砂岩水25m3/h,占13.2%,煤层顶板砂岩裂隙水75.5m3/h，占39.8%，四灰水62m3/h,占32.6%，防尘注浆水16m3/h,占8.4%，合计2006年底矿井涌水量为190m3/h。1.2.4其它有益矿物井田内有益矿产有铝土矿、菱铁矿、石灰岩、煤层及顶底板、夹矸中的稀有分散元素等，根据钻孔采样化验资料可知只有个别样品达到工业品位的要求，均没有工业开采的价值。1.3煤层特征1.3.1煤层概况井田内主要含煤地层有石炭系太原组及二叠系山西组。山西组含煤4层，其中7、8煤层为本区的主要可采煤层。太原组含煤13层，其中17煤层为局部可采的不稳定煤层，21煤层为全区磕碜的较稳定煤层。各可采煤层分述如下：(1)7号煤层：位于山西组中下部，是主要可采煤层之一。煤层厚度为0.286.46m，平均厚度5.00m，夹矸一般为13层，少数为45层，夹矸岩性多为岩浆岩。(2)8号煤层：位于山西组底部，上距7号煤层4.1740.18m，下距太原组顶界一般厚度为17.26m，厚度0.295.96m，平均厚4.00m，往深部及东部夹矸较少，煤层结构简单。(3)17号煤层：位于太原组中部，上距8号煤层底板一般厚度约100m，厚度0.191.30m，平均厚度0.86m，厚度变化不大，总体形势为西薄东厚。(4)21号煤层：位于太原组的下部，上距17号煤约50m，厚度0.181.68m，平均厚度0.92m，煤层结构较为复杂，在岩浆岩石侵入区夹矸岩性多为岩浆岩，夹矸层数一般23层。各可采煤层特征见表1.2。表1.2 各主要可采煤层特征表 单位：m煤层最小最大平均厚度顶板岩性底板岩性夹矸两极厚度层数夹矸岩性层 间 距区 间间 距72.006.525.00砂质泥岩、泥岩、细砂岩砂质泥岩、泥岩、细砂岩0.051.9712泥岩砂质泥岩炭质泥岩岩浆岩772.2180.295.964.00砂质泥岩、 泥岩、细砂岩砂泥岩、泥岩0.141.0812泥岩砂质泥岩炭质泥岩岩浆岩7816.12170.191.300.86泥岩、炭质泥岩石灰岩、泥岩0.100.6412泥岩岩浆岩817101.58210.181.680.92石 灰 岩砂质泥岩、泥岩、细砂岩0.140.9412砂质泥岩泥岩岩浆岩细砂岩172150.00表1.3 各 煤 层 煤 质 特 征 表煤层编号项目781721原煤灰分/Ad%7.15-25.9114.36(107)6.33-40.3212.64(75)10.83-29.2218.38(17)3.50-29.1112.91(24)全硫/St,d%0.17-1.290.54(92)0.10-2.380.96(58)0.77-4.172.70(13)1.36-7.23.20(22)磷/Pd%0.0039-0.0430.0177(32)0.0029-0.0430.0126(20)0.005-0.0150.010(2)0.002-0.0150.0084(4)发热量Qb,d24.8-32.429.22(81)24.0-32.229.64(51)26.9-30.930.34(11)20.4-34.330.20(20)b,daf33.0-34.034.00(48)31.7-35.434.4(37)34.3-37.235.40(9)33.3-36.535.40(19)焦油产率/%9.75-14.0011.59(27)8.40-14.3011.10(18)11.04-15.9013.68(4)11.47-12.9112.19(2)精煤灰分/d%4.36-9.246.38(105)3.61-10.055.53(69)3.06-12.238.20(17)1.29-9.684.01(26)挥发分/daf%35.11-39.5335.78(86)32.77-41.4736.60(69)36.31-51.9043.52(17)33.89-49.4641.12(25)胶质层指数/m/m8.3-19.013.8(70)10.0-24.014.2(66)15.0-15.528.7(14)11.0-50.030.6(22)粘结指数/.66.5-92.084.0(58)75.8-94.084.5(45)80.0-103.098.0(9)70.0-105.094.9(17)碳/C%79.97-86.8684.92(31)75.80-93.5085.38(36)83.80-85.1884.60(6)83.43-86.9785.12(12)氢/H%5.11-5.825.46(33)5.14-5.785.47(29)5.63-5.985.93(6)5.29-6.275.68(12)氮/N%1.28-1.641.45(26)1.31-1.651.44(27)1.37-1.591.47(6)1.22-1.521.37(12)氧+硫/O+S%6.75-9.037.52(14)6.12-8.717.29(21)6.76-8.938.22(5)5.99-9.867.83(12)煤类QM、1/3JM1/3JM、QMQF 、QMQF表1.4 勘探时各可采煤层瓦斯测定汇总表煤层号瓦斯自然成分/%瓦斯含量/cm3/g可燃质CH4CO2N2CH4CO2N27微量87.5740.89(11)3.2317.187.95(11)9.0488.5746.61(11)微量4.0381.15(11)0.0860.890.16(11)81.7983.752.35(7)2.8910.105.83(7)14.8988.7141.27(7)0.043.641.67(7)0.080.1920.13(7)1778.6178.61(1)3.693.69(1)17.7017.70(1)3.4373.437(1)0.1780.178(1)212.348.8225.56(3)5.9610.857.66(3)44.2586.8566.53(3)0.020.7110.47(3)0.10.1450.12(3)1.3.2煤层赋存状况本井田勘探类型从整体来说为二类一型，构造发育中等，主要可采煤层7、8号煤层，为稳定型和较稳定型煤层。煤层对比是在充分利用各工程点资料的基础上，结合测井曲线反映的岩层物性特征及所含的动植物化石种属差异等方面进行综合对比的，井田内各岩层物性特征明显，标志层多而稳定，易于辨认，煤层对比可靠。1.3.3煤质从本井田的煤质指标来看，煤质较稳定，煤质的挥发分产率和胶质层厚度自上而下递增。7、8号煤层属于高挥发分、中高高发热量、低灰、特低硫、低磷、富焦油、强粘结性、中等偏低变质的煤，简易可选性为易选极易选。17号煤层属于高挥发分、高发热量、中灰、中富硫、特低磷、高焦油煤。21号煤层属于高挥发分、高发热量、低灰、富硫、特低磷、高焦油煤。各煤层煤质特征见表1.31.3.4瓦斯根据本井田在历次勘探以及生产过程中的瓦斯采集工作，井田内各煤层的瓦斯含量与瓦斯成分的变化都较大（见表1.4）。2006年孔庄矿测定矿井瓦斯相对涌出量0.77m3/t,绝对涌出量值1.84m3/min；矿井CO2相对涌出量3.01m3/t,绝对涌出量值0.92m3/min。风井各翼和各采区的瓦斯和二氧化碳相对涌出量均小于10m3/t，瓦斯和二氧化碳绝对涌出量均小于40m3/t。根据屯煤电司2006262号文件的意见，井田内各煤层瓦斯含量较低，属低瓦斯矿井。1.3.5煤尘及煤的自燃本区各可采煤层挥发分产率都较高，加之矿井水文地质条件中等偏复杂，矿井涌水量小，使部分区段都呈干燥状态。煤尘样爆炸指数数据表明（表1.5），矿井各煤层都具有煤尘爆炸危险性。本井田区域内各煤层变质程度属中等偏低，故燃点也较低。根据屯煤电司2006262号文件的意见，孔庄矿井煤层的自燃发火期为612个月，煤层自燃倾向性为三类，自燃危险等级为级自燃矿井。表1.5 煤尘爆炸指数统计表编号取样地点取样时间煤层编号煤层爆炸指数结论04-16采区七煤2004.8.29七36.65有爆炸危险04-23采区八煤2004.8.29八41.29有爆炸危险04-33采区七煤2004.8.29七36.54有爆炸危险04-43采区七煤2004.8.29七37.64有爆炸危险2井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田范围矿井西以人为划定边界为境，东以田岗断层为界，南以山东腾南煤田相接，北至-850m水平投影线，走向长度2.935.81km，平均4.24km，倾向为2.133.80km，平均2.92km，煤层倾角平均为14，浅部缓深部陡。井田面积为13.14km2。本矿的井田境界以下列标高来确定：东部：以田岗断层为界；西部：以11号勘探线为界；南部：以-150m等高线以上风氧化带为界；北部：以至-850m水平投影线为界。2.1.2开采界限井田内含煤地层为上石炭统太原群及下二叠统山西组，总厚123.38m，含煤11层。可采煤层4层，分别为7、8、17、21号煤层。其中主采煤层为3、4号煤层，17、21号煤层由于被焦化，作为后期储备资源开采。矿井设计只针对7号煤层。开采上限：7号煤层以上无可采煤层。下部边界：17号煤层以下有21号煤层为不稳定煤层，大部分被焦化，失去了工业价值。2.1.3井田尺寸井田的走向最大长度为5.81km，最小长度为2.93km，平均长度为4.24km。井田倾斜方向的最大长度为3.80km，最小长度为2.13km，平均长度为2.92km。煤层的倾角最大为16，最小为9，平均为14，井田平均水平宽度为4.10km。井田的水平面积按下式计算：S = H L （2.1）式中： S井田的水平面积，m2；H井田的平均水平宽度，m；L井田的平均走向长度，m。则，井田的水平面积为：S = 4.24 2.92= 12.38 km22.2矿井工业储量2.2.2矿井工业储量计算本矿井可采煤层为7、8号煤层，设计煤层主要是7煤，-1000m以下的煤炭储量尚未探明，可以作为矿井远景储量。 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。根据地质勘探情况，将矿体划分为A、B两个块段，煤层总储量即为各块段储量之和。A块段面积和B块段面积分别为：Sa= 3.66 km2、Sb= 9.48k m2。按下式计算：Zg = SMr （2.2）式中： Z各块段储量，Mt；S各块段的面积，m2；M各块段内煤层的厚度，m；r各块段内煤的容重，均为1.35t/m3。则矿井煤层工业储量：Zg = SMr =（3.66+9.48）91.35 =159.65 Mt2.3矿井可采储量2.3.1安全煤柱留设原则(1)工业场地、井筒留设保护煤柱，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线法确定。用岩层移动角确定工业场地、村庄煤柱。岩层移动角为70，表土层移动角为45；(3)维护带宽度：风井场地20m，村庄10m，其他15m；(4)断层煤柱宽度50m，井田境界煤柱宽度为50m；(5)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，工业场地占地面积指标见表2.1。表2.1 工业场地占地面积指标井 型（万t/a）占地面积指标（公顷/10万t）240及以上1.01201801.245901.59301.82.3.2矿井永久保护煤柱损失量(1)井田边界保护煤柱井田边界保护煤柱留设30m宽，各边界保护煤柱损失量为：东部以长约4600m的F1断层为界。煤柱损失：46003091.35/cos1410-6=1.72Mt南部以风氧化带为界，长约2500m。煤柱损失：25003091.35/ cos1410-6=0.93Mt西部以长约2100m的人为边界为界.煤柱损失：21003091.35/ cos1410-6=0.80Mt北部以7号煤-850m水平投影线为界，长约5900m。煤柱损失：59003091.35/ cos1410-6=2.22Mt边界煤柱损失共有：1.72+0.93+0.80+2.22=5.67Mt(2)断层保护煤柱断层煤柱留设50m宽，则各断层保护煤柱损失量为：F1断层作为边界。煤柱已算。F2断层：443950291.35/ cos1410-6=5.56Mt(3)工业广场保护煤柱工业广场按级保护留围护带宽度15m，工业广场面积由表2.1确定，取15公顷。则工业广场保护煤柱压煤量为：12.02Mt。(4)井筒保护煤柱主、副井井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，风井井筒保护煤柱在大巷保护煤柱范围内，故井筒保护煤柱损失量为0。各种保护煤柱损失量见表2.2。煤 柱 类 型储 量（Mt）井田边界保护煤柱5.67断层保护煤柱5.56工业广场保护煤柱12.02井筒保护煤柱0合 计23.252.3.3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，可按下式计算：Zk = （Zg-P）C （2.5）式中： Zk矿井可采储量，Mt；P保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断层等留设的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；地方小煤矿不小于0.7。则，矿井设计可采储量：Zk =（159.65-23.25）0.75=102.30 Mt 。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第223条规定，矿井设计生产能力宜按年工作日为330d算，每天净提升时间宜为16h。确定本矿井设计生产能力按年工作日330d算，工作制度采用“三八制”，两班生产，一班检修，每日两班出煤，净提升时间为16h3.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1确定依据煤炭工业矿井设计规范第221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得太大；(2)开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市），交通（铁路、公路、水运），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；(3)国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤中煤质、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，反之则缩小规模。3.2.2矿井设计生产能力孔庄矿地质构造简单，储量丰富，煤层赋存稳定。主采7、8号煤层，平均厚度9m，开采储量103.88Mt，瓦斯小、涌水量也不大，采用综合机械化开采方法。按照矿井设计规范规定，将矿井生产能力定为1.2Mt/a。3.2.3验算矿井服务年限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)煤层开采能力孔庄矿矿区7、8号煤层为厚煤层，煤层倾角为14，地质构造简单，赋存较稳定，根据现代化矿井的一矿一井一面的发展模式，可以布置一个综采工作面的同时具有一个准备工作面来保产。(2)辅助生产环节的能力校核本矿井设计为大型矿井，开拓方式为立井开拓，主井提升容器为一对12t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带式输送机运到采区煤仓，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危险，瓦斯含量低，属低瓦斯矿井，水文地质条件较简单。矿井通风采用中央并列式通风，可以满足通风的要求。本井田内存在两个大断层，已经查到且导水性很差，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与矿井的可采储量相适应，以保证矿井有足够的服务年限。矿井可采储量Zk、设计生产能力A矿井服务年限T三者之间的关系为：T= Zk/(AK) （3.1）式中: T矿井服务年限，a；Zk矿井可采储量，Mt；A设计生产能力,万t；K矿井储量备用系数，取1.4。则，矿井服务年限为：T =102.3/(1.21.4) = 60.89 a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每个生产环节有一定的储备能量，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。(5)第一水平服务年限校核矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，保证有足够的服务年限，满足煤炭工业矿井设计规范要求，见表3.1。由本设计第四章井田开拓可知，第一水平开采范围为-150-400m，结合本矿井的实际情况，确定第一水平的可采储量为44.67Mt，则第一水平的服务年限的计算公式为： T1=44.67/（1.21.4）=26.6a满足要求。表3.1 我国各类井型的矿井和第一水平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456.00及以上70353.005.0060301.202.40502520150.450.90402015154井田开拓4.1井田开拓的基本问题4.1.1井田开拓的内容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。4.1.2确定井田开拓方式的原则确定开拓问题，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。4.1.3井田开拓方式井田开拓方式有多种，而井筒形式是井田开拓方式中最重要的标志。(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。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。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少，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。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、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。本矿井煤层倾角中等，平均14，为缓倾斜煤层；表土层中含有粘土层，但隔水性能好，大气降水，地表水等地面水系对矿井开采没有太大影响；水文地质情况比较简单，涌水量小；因此可采用立井开拓或斜井开拓。但综合各方面的因素考虑最终选择了双立井开拓。(2)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。根据以上确定原则，结合井下开拓布置及地面要求，本着尽可能节省建设投资，缩短建井工期，为矿井提供最有利的生产条件，以获得最佳的经济效益，特别是初期的经济效益，把主副井井筒设在井田中央靠近煤层的上部。4.1.4工业广场的位置、形状和面积工业广场的选择主要考虑以下因素：尽量位于储量的中心，使井下有合理的布局;占地要少，尽量做到不搬迁村庄；尽量布置在地质条件比较好的区域，同时工业广场的标高要高于历年最高洪水位；尽量减少工业广场的压煤损失。根据以上原则及表2.1工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为14.4公顷，形状为矩形，长边平行于井田走向， 长为400m,宽为360m。4.1.5确定开采水平数目、位置和垂高1)开采水平及阶段的划分原则： (1)要有合理的阶段斜长，指在采用合理的回采工艺及合理的工作面参数、采区巷道布置及生产系统、一定的采区设备条件下所能达到的阶段斜长。需要考虑煤的运输、辅助运输和行人等因素。(2)要有合理的区段数目，为保证采区正常的生产和接替，就需要有合理的区段数目，它从一个侧面反映了阶段斜长的要求。要保证采区内的工作面的正常接替，区段数目多一些比较有利，但是这样采区斜长过大，对辅助运输和煤炭的运输以及行人等都有不利的影响。所以选用一个合理的区段斜长是很重要的。(3)要有利于采区的正常接替，为保证矿井的均衡生产，一个采区开始减产，另一个采区应开始投入生产。阶段斜长大时，采区储量就大，服务年限就长，吨煤的开拓准备工程量也少。(4)要保证开采水平有足够的储量和合理的服务年限，这是水平划分的最重要的部分，对于年设计产量1.2Mt的矿井来说，第一水平的服务年限应不少于25年。(5)水平高度在经济上有利，从技术和经济统一的观点来说，技术上合理的水平垂高能获得较好的经济效果，可以通过经济的比较方法选择有利的水平垂高，经济比较的项目包括：水平范围内的开拓工程量和掘进费用、井巷维护费、煤炭提升费、排水费等，如果采区巷道布置类型和参数不同，还应该比较采区的巷道掘进、维护及煤的运输费用。根据比较的结果综合考虑技术、管理、安全等因素，从而获得合理的水平高度。2)水平及阶段的划分本井田主采煤层为7号煤层，煤层赋存稳定，平均厚度5m，结构简单，煤种单一；煤层倾角变化为720，平均为14，浅部缓深部陡。井田走向长度最大为5.81km，最小值为2.93km，平均长度为4.13km，倾斜长度最大值为3.80km，最小值为2.13km，平均值为2.92km。考虑到技术和经济的合理性，根据本井田条件和设计规范相关规定，本井田可划分为23个水平，阶段内准备方式以采区为主，局部可以采用带区式。4.1.6开拓方案确定（1）提出方案根据以上分析，现提出以下四种在技术上可行的开拓方案，分述如下：方案一：立井两水平，立井延伸至二水平，一水平上山开拓，二水平上下山开拓。如图4-1。方案二：立井两水平，暗斜井延伸至二水平，一水平上山开拓，二水平上下山开拓。如图4-2。方案三：立井三水平上山开拓。如图4-3。方案四：立井三水平，暗斜井延伸至三水平，全部上山开拓。如图4-4。（2）技术比较对以上叙述的四种方案所需费用粗略估算如表4-2所示。表4.2 各方案粗略估算费用表方案一方案二基建费用/万元立井开凿22003000010-41200主暗斜井开凿8651050010-4908.3副暗斜井开凿8651150010-4994.8石门400800010-4320石门330800010-4264井底车场1000900010-4900斜井车场（300+500）900010-472小计2420小计2239.1生产费用/万元立井提升1.250750.63310.540477.2斜井提升1.250750.8654.825285.7斜井提升0立井提升1.250750.4337.218986.2石门运输1.250750.44.8111717.2石门运输1.250750.333.817656.9排水（立井）1902436550.751.52510-412881.4排水（立斜）1902436550.75（0.8172+1.466）10-419285.8小计65075.8小计71214.6合计费用/万元67495.8费用/万元73453.7百分率100.00%百分率108.83%方案三方案四基建费用/万元立井开凿24003000010-42400主暗斜井开凿16691050010-41752.5副暗斜井开凿16691150010-41919.4石门1587800010-41269.6石门0井底车场21000900010-41800井底车场1300900010-41170小计5469.6小计4841.9生产费用/万元立井提升1.2（26840.633+23910.833）10.546502.5暗斜井提升1.2（26840.835+23911.669）4.835894.7石门运输1.2（26840.40+23911.187）4.8122578.4石门和立井运输1.2（2684+2391）（0.333.81+0.4339.2）31917.1排水1902436550.751.52510-412881.4排水1902436550.75(0.8172+1.466) 10-419285.8小计81962.3小计87097.6合计