潞安矿业集团五阳矿300万ta新井设计

第9页目 录一般部分11 矿区概况与井田地质特征11.1概况11.1.1地理位置与交通11.1.2地形地貌及水系11.1.3 气象及地震21.2井田地质特征31.2.1地层31.2.2构造61.2.3 水文地质特征71.3煤层81.3.1煤层81.3.2煤质、煤类与煤的用途101.4开采技术条件131.4.1煤层顶底板岩性特征131.4.2煤层瓦斯141.4.3煤尘和自燃142 井田境界和储量162.1井田境界162.1.1井田边界162.2矿井工业储量162.2.1井田勘探类型、钻孔及勘探情况162.2.2矿井工业储量的计算及储量等级的圈定172.3矿井可采储量182.3.1各种煤柱损失计算182.3.2矿井可采储量193 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限213.1矿井工作制度213.2矿井设计生产能力及服务年限213.2.1矿井设计生产能力确定依据213.2.2矿井设计生产能力213.2.3矿井的服务年限213.2.4井型校核224 井田开拓244.1井田开拓的基本问题244.1.1确定井筒形式、数目、位置及坐标254.1.2主、副井井筒位置的选择254.1.3风井位置的选择264.1.4工业广场的位置、形状和面积的确定274.1.5开拓方案及其比较274.2 矿井基本巷道324.2.1井筒324.2.2开拓巷道354.2.3井底车场及硐室365 准备方式带区巷道布置405.1煤层地质特征405.1.1带区位置405.1.2带区煤层特征405.1.3煤层顶底板405.1.4水文地质405.1.5地质构造415.1.6煤层瓦斯415.1.7煤尘和自燃415.1.8地表情况425.2 带区巷道布置及生产系统425.2.1带区准备方式的确定425.2.2带区巷道布置435.2.3带区生产系统435.2.4带区内巷道掘进方法445.2.5带区生产能力及采出率455.3带区车场选型设计475.3.1带区下部车场475.3.2带区煤仓485.3.3带区变电所486 采煤方法496.1采煤工艺方式496.1.1带区煤层特征及地质条件496.1.2确定采煤工艺方式506.1.3回采工作面参数的确定516.1.4回采工作面破煤、装煤方式516.1.5循环工艺526.1.5回采工作面支护方式536.1.6端头支护及超前支护方式556.1.7各工艺过程注意事项566.1.7回采工作面正规循环作业586.2回采巷道布置636.2.1回采巷道布置方式636.2.2回采巷道支护参数637 井下运输667.1概述667.1.1矿井设计生产能力及工作制度667.1.2煤层及煤质667.1.3运输距离和货载量667.1.2井下运输系统667.2带区运输方式选择687.2.1设备选型原则687.2.2带区运输设备选型及能力验算697.2.3采区辅助运输设备的选择717.3大巷运输设备选727.3.1主运输大巷设备选择727.3.2辅助运输大巷设备选择727.3.3运输设备能力验算748 矿井提升758.1概述758.2主副井提升758.2.1主井提升758.2.2副井提升设备选型779 矿井通风及安全809.1矿井概况、开拓方式及开采方法809.1.1矿井地质概况809.1.2开拓方式809.1.3开采方法809.1.4变电所、充电硐室、火药库819.1.5工作制、人数819.2矿井通风系统的确定819.2.1矿井通风系统的基本要求819.2.2矿井通风方式的选择829.2.3矿井主扇工作方式选择839.2.4带区通风方式的选择839.2.5工作面通风方式的选择849.3矿井风量计算859.3.1通风容易时期和通风困难时期采煤方案的确定859.3.2各用风地点的用风量和矿井总用风量879.3.3风量分配929.4矿井通风阻力计算939.4.1计算原则939.4.2矿井最大阻力路线939.4.3计算矿井摩擦阻力和总阻力：949.4.4两个时期的矿井总风阻和总等积孔969.5选择矿井通风设备979.5.1选择主要通风机979.5.2电动机选型1009.6安全灾害的预防措施1019.6.1预防瓦斯和煤尘爆炸的措施1019.6.2预防井下火灾的措施1029.6.3防水措施10210 设计矿井基本技术经济指标103参考文献105专题部分五阳矿大采高可行性分析1081引言1082大采高综采技术研究现状与发展1102.1国外研究现状1102.2国内现状1112.3大采高综采技术发展趋势1133五阳矿概况1133.1矿井地理位置1133.2矿井交通及隶属关系1143.3矿井地质条件1143.4其它1194采区概况1194.1采区在井田中的位置1194.2 76采区可采煤层1194.3 76采区构造揭露情况1194.3 76水文地质条件1204.4开采煤层顶底板岩性、节理裂隙1215采区开采条件工艺性评价1215.1评价因素结构指标体系1225.2评价因素隶属函数1265.3评价因素权重1295.4综合评价模型1315.5采区综采评价等级分类1326大采高可行性评价1327 600工作面设备选型与配套1337.1液压支架选型1337.2采煤机选型1347.3 刮板输送机选型1367.4平巷设备选型1377.5其他设备选型1378结论138参考文献139翻译部分英文原文141中文译文151致 谢157 一般部分 第198页1 矿区概况与井田地质特征1.1概况1.1.1地理位置与交通潞安矿区地处山西省东南部沁水煤田东部边缘中段，地跨长治市、潞城市、襄垣县、屯留县、长子县。山西省潞安环保能源开发股份有限公司隶属的五阳煤矿位于潞安矿区北东部边缘，属襄垣县管辖之内。太（原）焦（作）铁路纵贯矿区东部。邯（郸）长（治），太（原）焦（作）铁路在长治北站交会。太（原）焦（作）线北接石太、同蒲线，南接陇海线。矿区至太原，长治，邯郸，洛阳等地都有汽车相通，交通极为方便。长治到各周边主要城市铁路距离见表1-1；长治市交通位置见图1-1。表1-1 到周边主要城市铁路距离名称起至站距离/km太（原）焦（作）线长治太原280太（原）焦（作）线长治新乡217邯（郸）长（治）线长治邯郸220五阳矿是潞安矿区最北部的一对大型矿井。行政区隶属襄垣县所辖，矿井范围北以西川断层为界，南以文王山北断层为界，西起勘探区边界，东至3#煤层露头及小窑边界，南北宽约6.2km，东西长约8.6km，井田面积约为53.32km2，该矿距襄桓车站3.5km，距长治市45km，太焦线穿越矿区，交通方便。区内地势属丘陵，落差不大。地面标高一般+910m左右。1.1.2地形地貌及水系潞安矿区位于太行山中段西侧，长治盆地西部。隶属的五阳井田位于矿区东北部。纵观其地貌特征，属黄士高原的低山丘陵地带，地势较为平坦，呈南高北低，西高东低。大多为黄士所覆盖，局部零星出露中奥陶系地层及二迭系地层，冲沟发育。最高点位于本区文王山北断层附近，海拔标高为+945.50m，最低点位于漳河河谷，海拔标高+854.00米，最大高差为91.50米。图1-1长治市交通位置图本区主要河流为浊漳河南源和西源，属于海河水系漳河流域。浊漳河由南向北经过矿区南部边缘，其支流有洚河，岚水河和青河等。浊漳河西源由西向东流经矿区北缘，其支流有淤泥河。浊漳河南源流入漳泽水库与其支流汇合，再向北与西源汇合。南、西二源汇合绕过五阳至襄桓城东与浊漳北源汇合。浊漳河河床宽70110 m，长年流水，流量为1m3/s。而矿区内基本无地表河流。1.1.3 气象及地震该区属温暖带大陆气候。年平均气温8.9，月平均最低气温-6.9(一月)，最高气温22.8(七月)。年降雨量为414917mm，年平均为583.9mm。年蒸发量为1493.81996.3mm，年平均为1731.84mm。降雨量多集中在7、8、9三个月。日最大降雨量为109.7mm(1972年7月7日)。风向多为西北风，最大风速1420m/s。冻士期为每年十一月至次年四月，最大冻士层深度为55cm。据（79）晋抗字第十号文“关于颁发山西省地震烈度区划分及说明书的通知”，襄垣为6烈度区。1.2井田地质特征1.2.1地层1）区域地层潞安矿区位于泌水煤田中东部边缘，多数为第四系沉积覆盖，据以往地质资料和邻区的地质资料将区域地层发育情况由老到新简述如下：（1）奥陶系下统O1本组厚度为65210m，一般厚度130m。中上部为灰色中厚、巨厚层状白云岩，下部为泥质白云岩夹竹叶状白云岩。与下伏地层为整合接触。（2）奥陶系中统下马家沟组O2X本组厚度多为37210m，一般厚度120m，中上部为青灰色中厚、巨厚状石灰岩，下部为角砾泥灰岩和铝质灰岩。（3）奥陶系中统上马家沟组O2S本组厚度170310m，一般厚度230m，中上部为灰色白云质泥灰岩、泥质灰岩，灰黑色中厚层状豹皮灰岩。下部为灰绿色泥灰岩或角砾状泥灰岩。（4）奥陶系中统峰峰组O2f本组厚度0176m，一般厚度120m。岩性为浅灰色中厚层状豹皮灰岩，灰白色白云岩夹灰黑色中厚层状灰岩。与下伏地层整合接触。（5）石炭系中统本溪组C2b该组厚度235m，一般厚度20m。岩性以铝土泥岩为主，并发育有石灰岩，少量砂岩，夹有煤线。底部有山西式铁矿透镜体赋存。与下伏层呈平行不整合接触。（6）石炭系上统太原组C3t本组厚度80150m，一般厚度100m，为主要含煤地层之一。岩性由灰黑色、灰色泥质岩，砂岩，发育46层石灰岩，含煤1015层，底部为灰白色中厚层状砂岩（K1）。与下伏地屋呈整合接触。（7）二叠系下统山西组P1sh该组厚度为36135m，一般厚度60m，为主要含煤地层之一。岩性灰黑色、灰色泥质岩，灰白色中、细粒砂岩及煤层组成。发育14层煤。底部以K7灰白色中或细粒砂岩为界。与下伏地层呈整合接触。（8）二叠系下统下石盒子组P1X该组厚度4878m，一般厚度65m。顶部为杂色鲕状铝土质泥岩（桃花泥岩），中部为浅灰色中粒、细粒砂岩，下部为杏黄色砂岩、泥岩、灰色泥岩，偶夹煤线，底部灰白色中、细粒砂岩（K8）。与下伏地层呈整合接触。（9）二叠系上统上石盒子组P2s该组厚度400550m，一般厚度520m，上部为杂色砂岩及紫红色泥岩，中部为杂色砂岩、泥岩及黄绿色中粒砂岩、灰色泥岩，下部为紫色、杂色、黄绿色泥质岩组成，底部为灰白色厚层状中粗粒砂岩、灰绿色砂岩（K10）。与下伏地层呈整合接触。（10）二叠系上统石千峰组P2sh该组厚度22217m，一般厚度150m。岩性以黄绿色厚层状中、粗粒砂岩与紫红色泥岩互层，上部发育有淡水灰岩及薄层石膏层。仅在屯留井田西部有2个钻孔完整接露，最大厚度192m。与下伏地层呈整合接触。（11）三叠系下统刘家沟组T1l本组厚度为115595m，一般厚度400m。岩性主要由浅灰、紫红色薄中厚层状中细粒砂岩和紫色泥岩组成。仅在屯留井田有2个钻孔见及，最大厚度53.39m。与下伏地层呈整合接触。（12）三叠系下统和尚沟组T1h本组厚度130475m，一般厚度250m。岩性主要由紫灰色砂岩和紫红色泥岩组成。与下伏地层呈整合接触。（13）三叠系中统二马营组T2er地层一般厚度600m。岩性主要由紫红色泥岩，砂质泥岩、浅绿色厚层状粗砂岩组成。与下伏地层呈整合接触。（14）三叠系中统铜川组T2t本组厚度一般为55m。上部为红色砂质泥岩，夹细粒砂岩，下部为紫色、灰绿色厚层状中粒砂岩和灰绿、灰紫色砂质泥岩。与下伏地层呈整合接触。（15）三叠系上统延长组T3y本组厚度30138m，一般厚度50m。岩性由紫红、灰绿色中厚层状中、细粒砂岩，粉砂岩，泥岩夹淡水灰岩组成。与下伏地层整合接触。（16）上第三系N本组厚度5268m。岩性以棕红色粘土、砂质粘土为主，底部为砾石，在武乡县张村为厚层状灰绿、灰黑色粘土，粉砂与薄层泥岩互层，并夹油页岩。与下伏地层呈角度不整合接触。（17）第四系Q本组厚度0300m。岩性为棕黄、淡黄色亚粘土，含砂质粘土，亚砂土夹钙质结核及近代冲积层砂、砾石及泥土组成。与下伏地层呈角度不整合接触。2）井田地层本井田广为第四系黄土所覆盖，局部地带有二叠系石盒子组地层，零星出露，据以往地质资料和新近资料，将本井田地层发育情况由老到新叙述如下：（1）奥陶系中统上马家沟组O2s井田钻孔揭露最大厚度为99.27m，岩性为深灰色巨厚层状石灰岩，浅灰色白云质灰岩、泥灰岩。局部夹石膏层。石灰岩呈豹皮状，含珠角石、腹足类，有孔虫等化石，分布于井田南部文王山北断层下。（2）奥陶系中统峰峰组O2f该组厚度为120m左右，岩性为浅灰、深灰色厚层状石灰岩，灰色厚层状白云质灰岩，夹灰色中厚层状泥灰岩。与下伏地层呈整合接触。（3）石炭系中统本溪组C2b该组厚度3.529.92m，平均8.5m。岩性以灰色块状铝土泥岩为主，局部发育灰白色中厚层状细粒石英砂岩，灰色砂质泥岩，底部为山西式铁矿层。有时见及不稳定的薄煤层或煤线。井田东南郭庄附近有出露。与下伏地层呈假整合接触。（4）石炭系上统太原组C3t本组厚度89.2139m，平均厚度103m。是本区的主要含煤地层之一。岩性主要为灰、灰黑色石灰岩，灰、灰白色细粗粒石英砂岩，灰、灰黑色粉砂岩，砂质泥岩、泥岩，夹815层煤，其中可采煤层17层。泥岩多含铁质结核及植物化石碎片，致密坚硬；砂岩有时常相变为砂质泥岩及泥岩。本组发育四层较稳定的石灰岩及一层局部发育不稳定的石灰岩，属典型的海陆交互相沉积，旋回结构明显，且岩性岩相较为复杂。与下伏地层呈整合接触。（5）二叠系下统山西组P1sh本组厚度59.2085.85m，平均厚度约70m。是本区主要含煤地层，岩性主要为灰白、灰色中细粒石英砂岩，灰、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩互层，含植物化石碎片，含煤14层。其中下部的3#煤层为主要可采煤层，平均厚度5.80m，底部以一层灰白色中厚层状细或中粒石英砂岩（K7）与太原组分界，为滨海三角洲沉积。与下伏地层呈整合接触。（6）二叠系下统下石盒子组P1x本组厚度83.46151.90m，平均厚度约110m。岩性变化较大，顶部为紫红、紫灰色等杂色含鲕粒厚层状铝质泥岩，砂质泥岩（俗称桃花泥岩）。中、底部为灰白、灰色石英砂岩为主（K8）。与下伏地层呈整合接触。（7）二叠系上统上石盒子组P2s本组厚度一般在300m左右。岩性由紫红、紫灰等杂色泥岩或砂质泥岩及灰、灰白和黄绿色石英砂岩组成。为半干热气侯条件下，冲积平原沉积。与下伏地层呈整合接触。（8）第四系Q其厚度080.17m，平均约32.73m。是本井田主要覆盖层，岩性为棕黄、浅黄色亚粘土，含砂质粘土，夹姜结石层，局部有砾石，顶部为植耕土，近漳河一带为古河床及河漫滩沉积。与下伏地层呈不整合接触。1.2.2构造1）区域地质构造潞安矿区处于我国东部新华夏构造体系第三隆起带中段，即太行山段。在这个一级隆起带上发育有二级隆起与凹陷，由东向西有晋（城）获（鹿）断褶带，武（乡）阳（城）凹褶带等，它们彼此平行呈雁行排列。总体延伸方向为北2030东，局部地段因受其它构造体系的影响略偏北，现简述如下：（1）晋（城）获（鹿）断褶带北起河北省的获鹿，向南经昔阳县的皋落各和顺县的表城、左权县、黎城县的拐镇、芳泉、泽城、潞城市的西井、南委泉、西柏会和长治市的东侧，一直向南延伸经高平市至晋城市以南，长约250km，宽2050km，总体走向呈北25东复式背斜。（2）武（乡）阳（城）凹褶带主要展布于和顺、左权、屯留、阳城一线以西；圣山、樊寺山、泌源、安泽一线以东的广大区域内。总体为一复式向斜。主要构造形迹是由二迭纪，三迭纪岩层组成的一系列彼此平行的褶皱，规模较小，一般长2030km，最长40km，均系平缓开阔的褶曲，两翼倾角多为10，最大达20。向斜较背斜更为开阔。其次是局部地段发育的压性断裂，一般为高角度正断层，其延伸方向均为北25东。潞安矿区处于武阳凹褶带中段，晋获断裂西侧。晋获断裂对矿区构造格局的形成和发展具有重要的控制作用。矿区主体构造线方向与晋获断裂带一致，呈北北东北东东向。沿南北方向分别以文王山地垒和二岗山地垒为界分为北、中、南段。北段南部文王山北断层与西川断层之间，由宽缓褶曲和正断层组成的北东东向的构造带，五阳井田位于该构造带内，北以西川断层为界，南以文王山北断层为界。2）井田构造五阳井田处于上述二级构造带之间，受晋获断褶带的控制和武阳凹褶带的影响主要形成低级，低序次的构造。本井田的基本构造特征为：向南西倾伏宽缓褶曲，伴有大中型、高角度正断层和次一级的小型断裂，构造线方向大致为北东东和北东方向褶曲；地层总体倾向南西，倾角一般为10。矿井构造特征是：宽缓褶曲相伴生大，中型角度正断层和次级小型断裂。构造线方向多为南北方向，褶曲主要是天仓向斜，呈北东纵贯矿井中央，两翼倾角一般10左右，局部达到20，幅达200m，与其相伴生的次级褶曲有崔村向斜，大郝沟向斜，十字道背斜，五阳背斜。其轴向大致与天仓向斜一致。只是规模上，幅度上都远小于天仓向斜。与褶曲相伴生较大的构造主要有控制矿井范围的西川断层，文王山北断层及发育在矿井内的南丰断层，走向多呈北东方向。矿井内无陷落柱。1.2.3 水文地质特征本区主要河流为浊漳河南源和西源，属于海河水系漳河流域。浊漳河由南向北经过矿区南部边缘，其支流有洚河，岚水河和青河等。浊漳河西源由西向东流经矿区北缘，其支流有淤泥河。浊漳河南源流入漳泽水库与其支流汇合，再向北与西源汇合。南、西二源汇合绕过五阳至襄桓城东与浊漳北源汇合。浊漳河河床宽70110 m，长年流水，流量为1m3/s。而矿区内基本无地表河流。矿井涌水量一般为400m3/h左右。井田内共有11个含水层：为灰岩裂隙溶洞含水层；为砂岩裂隙含水层；为风化壳及砂砾孔隙含水层。矿井涌水主要来源于煤层顶板以上各含水层。通过回采后形成的导水裂隙带和冒落带涌入矿井。矿井水PH值为78，属于弱碱性。各含水层分布见含水层情况表1-3。表1-3 含水层情况表名称代号厚度岩性水位标高QL/S.mKm/d原始现在溶洞水厚质灰岩688.53686.560.2070.841.76裂隙溶洞水L1灰岩751.53686.560.30.00260.00460.007裂隙溶洞水L2灰岩761.52686.560.30.00120.0056裂隙溶洞水L3灰岩761.52686.560.00120.0056裂隙溶洞水L4灰岩856.53686.560.00120.0056裂隙溶洞水S3砂岩856.530.07140.132裂隙溶洞水S4砂岩856.530.07140.132裂隙溶洞水S5砂岩856.530.07140.132裂隙溶洞水砂岩856.530.07140.132裂隙溶洞水砂岩856.530.07140.132潜水风化壳冲积层872.530.31851.1121.3煤层1.3.1煤层井田内的煤层主要分布在二叠系下统的山西组和石炭系上统太原组。表1-4 各煤层层位及特征表地层单位煤层编号厚度(M)层间距(m)发育程度层位稳定性可采性开采状况备注山西组P1sh1#局部不稳定局部8.862#偶尔不稳定不可采18.273#全区稳定可采主采26.20太原组C3t6#局部稳定局部5.438#局部不稳定偶尔10.379#局部不稳定局部9.3310#局部不稳定局部12.2611#局部较稳定偶尔3.8012#局部稳定局部7.6014#大部稳定局部23.5015-1全区稳定局部1.7215-2大部稳定局部1.9015-3全区稳定局部共含煤13层，包括可采煤层1层，局部及偶尔可采12层，总厚度13.31m，含煤系数8.17%；其中，3#煤层为采矿证批准开采的煤层，煤层厚度2.227.90m，平均5.80m，可采含煤系数5.07%。煤层倾角为315平均倾角为9，煤质的硬度为f=0.81.5，属软煤。各煤层层位及特征见表1-4。1.3.2煤质、煤类与煤的用途1）煤的物理性质和煤岩特征（1）煤的物理性质3#煤为黑色，细中条带状结构，层状构造，条痕色为黑色，强玻璃光泽，裂隙较发育，呈阶梯状或贝壳状断口。经取样测试3#煤视相对密度为1.351.45；平均视密度为1.40，散密度为849950kg/m3；安息角为37.237.3；磨檫角为2024。（2）煤岩特征宏观煤岩特征3#煤岩组分以亮煤为主，暗煤次之，夹少量镜煤及丝炭条带。煤岩类型以半亮型为主，半暗型次之。显微煤岩特征煤层的显微煤岩资料不多，根据南-14号孔煤芯样，3#煤的显微煤岩特征：有机组分以镜质组为主，惰质组次之，无机组分以粘土类为主，见硫化铁类，粘土类呈透镜状、浸染状，硫化铁类的黄铁矿呈颗粒状，偶见次生方解石。显微煤岩组分见表1-5。2)煤的化学性质及有害、微量元素（1）煤的化学性质水分（Mad）3#煤层原煤水分0.19%1.41%，平均0.80%，浮煤水分0.24%2.24%，平均0.90%。表1-5显微煤岩组分鉴定表孔号煤层有机组分/%无机组分（%）镜质组半镜质组惰质组合计粘土类硫化铁合计南-143#87.31.611.195.93.50.64.1灰分（Ad）3#煤层原煤灰分较稳定，一般在1316%，仅少数点大于20%，依据GB/T15224.1-2004煤炭质量分级（灰分）标准，3#煤层属低灰煤。煤层经浮选后灰分下降幅度较大，降灰率为38%。挥发分（Vdaf）五阳煤矿3#煤层挥发分产率Vdaf在12.64%19.99%之间，平均15.79%，在垂向上随着煤层埋藏深度的增加，挥发分产率逐渐降低。硫分（St,d）依化验数据分析3#煤层原煤全硫含量小于0.5%，依据GB/T15224.2-2004煤炭质量分级（硫分）标准，用煤层发热量数据折算干燥基全硫为0.29%。依据该标准进行煤的硫分分级：3#煤属特低硫煤。发热量（Qgr,v,d）影响煤的发热量主要是水分和灰分。3#煤层原、浮煤高位发热量分别为30.71MJ/Kg和31.99MJ/Kg，依据GB/T15224.3-2004煤炭质量分级（发热量）标准，3#煤属特高热值煤。元素分析煤中的碳、氢元素是煤质分析的基本指标。3#煤层元素中以碳元素（Cdaf）为主，占91%以上，次为氢（Hdaf）元素，占4%左右，氮元素（Ndaf）和氧+硫元素（Odaf +St,daf）为少量。3#煤层的浮煤元素分析见表1-6。（2）煤的有害、微量元素有害元素煤层原煤有害元素仅有硫和磷，硫在前面已有叙述。磷分析数据相对较少，结果见表1-6。按MT/T562-1996标准，对煤中磷含量分级：3#煤属低磷分煤。表1-6磷元素分析统计结果表煤层磷Pd（%）浮 煤 元 素 分 析 （%）磷分分级碳Cdaf氢Hdaf氮Ndaf氧+硫Odaf +St,daf3#0.0100.0140.012(3)86.6191.7390.70(25)3.974.833.97(25)1.384.022.91(25)1.406.391.99(25)低磷分煤煤层中及顶、底板和夹矸有害元素：汞、氯、镉、铬、铅、硒在以后的生产过程中应增加测试，作出对环境污染程度的评价。微量元素煤层微量元素没有测试结果，在以后的生产中应该加强测试工作，并作为是否有综合利用价值的评价。3）煤的工艺性能（1）煤灰成分3#煤层煤灰成分以二氧化硅和三氧化二铝为主，占7086%，三氧化二铁、氧化钙和三氧化硫次之，占1229%，氧化镁占0.701.46%，氧化钠和氧化钾占0.481.87%。（2）煤灰熔融性3#煤灰熔融性试验结果见表1-7，按MT/T853-2000煤灰熔融性分级标准，3#煤灰属较高软化温度灰。（3）煤的粘结性3#煤层粘结性指标试验结果见表1-7。表1-7煤层粘结性指标试验结果表 煤层胶质层粘结指数GRI奥阿膨胀度/%焦渣特征X/mm）Y（mm）融合 状况体积 曲线收缩度a膨胀度b3#13.039.023.8(55)0.014.85.7(71)凝结的平滑下降0.760.027.5(18)12(1)仅收缩274(39)3#煤层浮煤胶质层最大厚度（Y）值为014.8，曲线类型多为平滑下降型，部分平滑斜降型或微波型，煤层熔合情况多为凝结，少量为部分融合融合。3#煤层粘结指数（GRI）为0.760.0，煤层的塑性及结焦性较差。（4）低温干馏低温干馏数据表明：3#煤低温焦油产率（Tar）平均值为1.84%，为含油煤，并且低温干馏试验后半焦型号3#煤为AE，多为BD，这说明3#煤粘结性较弱，结焦性也较弱，且很脆易碎，3#煤层不易作低温干馏用煤。（5）热稳定性（TS+6）3#煤热稳定性为79.597.5%，平均值为90.1%，按MT/T560-1996煤热稳定性分级标准，3#煤层属高热稳定性煤。（6）煤的抗碎强度（SS）、可磨性指数（HGI）3#煤层的抗碎强度为71.9%，为高强度煤；其可磨性指数为109128，平均为120，按MT/T852-2000可磨性指数分级标准，3#煤层属极易磨煤。（7）煤的可选性经试验，假定浮煤灰分为10.0%时，3#煤可选性属中等可选；假定浮煤灰分为9.0%时，3#煤可选性属较难选中等可选。按照GB/T16417-1996国家标准，3#煤层可选性等级属中等可选。4）煤类的确定及煤类分布（1）煤类的确定煤层按中国煤炭分类GB5751-86标准，以浮煤干燥无灰基挥发份（Vdaf）、粘结指数（GRI）、胶质层最大厚度（Y）值，辅以奥阿膨胀度（b）和焦渣特征（CRC）确定煤类。3#煤以瘦煤和贫瘦煤为主，次为贫煤。（2）煤类的分布在平面的分布上3#煤以瘦煤和贫瘦煤为主，次为贫煤。5）煤的工业用途评述根据各煤层的煤质特征和煤的化学工艺性质对煤的工业用途评述如下：3#煤为低灰、特低硫、低磷、特高热值、较高软化温度灰、极易磨、高热稳定性中等易选的贫煤、贫瘦煤、瘦煤。其中贫煤可广泛用于电力、冶金、高炉喷吹、气化、化工、建材等行业；贫瘦煤、瘦煤可作炼焦配煤。煤的工业用途综合评价见表1-8。表1-8煤的工业用途综合评价煤层指标项目Ad(%)St,d(%)Pd(%)Qgr,d(MJ/kg)ST()HGIS+6可选性工业用途3#数值14.920.290.01230.71141712071.9中等可选优质动力用煤，炼焦配煤等。分级低灰煤特低硫煤低磷分煤特高热值煤较高软化温度灰极易磨煤高热稳定1.4开采技术条件1.4.1煤层顶底板岩性特征3# 煤顶板可大致分为：伪顶、直接顶及老顶，局部直接顶与老顶合并；而直接底和老底稳定，只局部发育有伪底。该井田顶、底板为一套砂岩、泥岩与砂质泥岩互层岩性。对于五阳煤矿采区，以前的地质工作者做了大量工作，根据煤炭部关于缓倾斜煤层工作面顶板分类方案，基本上将井田顶板定性为级类顶板。3# 煤层泥岩顶板的平均单向抗压强度为38.651.9 MPa，细粒砂岩顶板的平均单向抗压强度为57.074.1MPa；而3#煤层泥岩底板的单向抗压强度为30.656.4MPa，平均单向抗拉强度为2.23MPa；砂质泥岩底板的平均单向抗压强度为38.9MPa；细粒砂岩底板的单向抗压强度为57.668.2MPa，平均单向抗拉强度为2.522.56MPa。煤层的埋深及顶底板岩层见综合柱状图1-2。1.4.2煤层瓦斯本矿井煤层瓦斯绝对涌出量为1.205.43m3/min，相对涌出量为0.210.94m3/t，因此本矿井属于低瓦斯矿井。1.4.3煤尘和自燃3#煤类为焦煤，瘦煤和贫煤。煤的脆性较大，在机械化采煤程度高的今天，采煤作业过程中容易形成大量的煤尘。对3#煤层的取样试验，反向火焰长度为550mm，一般为10mm左右；爆炸指数为17.6321.45%，一般为1819%，属于危险型矿井。3#煤层的自燃倾向性等级鉴定结果表明属于不自燃发火煤层。生产矿井测量井下温度16左右，按地温为1/100m，属于地温正常矿井。图1-2 综合柱状图2 井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田边界五阳矿是潞安矿区最北部的一对大型矿井。行政区隶属襄桓县所辖，矿井范围北以西川断层为界，南以文王山北断层为界，西起勘探区边界，东至3#煤层露头及小窑边界。矿井开采的上限标高+850m，矿井南北走向长度最长为6.4km，最短为4.8km，平均长度约为6.2km；东西倾向最短约为8.0km，最长约为10.4km，平均长8.6km。矿井总面积约为53.32m2。由于本矿井的煤层倾角为煤层倾角为315，平均倾角为9，属于缓倾斜煤层，除去井田内有一大的断层影响，煤层赋存基本稳定。2.2矿井工业储量2.2.1井田勘探类型、钻孔及勘探情况自1957年以来，先后有17个单位施工钻孔241个，总进尺113297.54m。现分述如下：普查阶段的勘探工作：1）长治市地质队19571959年在李石门一带施工钻孔3个，进尺是1064.80m。2） 原省工业厅在1957年在漳河沟南施工3个岩芯孔，进尺是952.16m。3）原山西省第一工业厅第一勘探总队561队于1957年1月10月，在黄土岗一带施工15个钻孔，总进尺是4316.55m。提交过精查报告的勘探工作：1）山西煤田3队于1968年1月12月在云架岭井田的精查报告重施工75个钻孔，有31个在本井田，进尺是17865.22m，可采煤层的取样率是17.87。2）煤炭部一二九队于1975年1月11月编制显德旺井田的精查报告中施工135个钻孔，有17个在本井田，共进尺是6270.09m，岩芯取样率仅6.77，可采煤层的取样率是79.75。生产补充勘探：1）本局地质队于1962年1982年在井田内施工80个钻孔，共进尺是37783.19m，岩芯总取样率57.15，可采煤层的取样率是57.59，基本为全取芯，岩性描述内容较多。2）煤田二队于1981年9月到1982年6月完成7个钻孔，进尺4214.07m，全取芯有2个孔，其余的是煤系取芯，分层细致，描述详细，内容较多，满足了生产矿井的需要。地质冶金部门的勘探资料：1）山西地质局十二队于1970年12月1977年4月，在井田西北角施工22个钻孔，进尺12187.46m，终可到奥灰，平均岩芯取样率42.9，但是分层较粗，描述简单。2）冶金部门施工钻孔冶金五一七队于1968年4月1979年3月在李石门一带施工14个水源孔，在云架岭周围施工奥灰水文观测孔20个，总进尺十11609.41m。冶金五一八队于1965年1969年在西南部及西北部施工2个观测孔，5个水源孔，总进尺是3599.42m。吉林冶金608队于1973年11月1974年元月在云架岭一带施工2个观测孔，进尺是880.57m，全孔取芯，描述简单，煤系资料可以参考。山西冶金217队于1973年12月1974年2月在井田的西南部施工2个观测孔进尺1118.42m。仅有简单的分层记录，岩性没有描述，煤层资料只能参考。华北冶金勘探公司520队在罗义村南施工找矿孔1个，进尺717.65m，终孔为火成岩，层位不清。2.2.2矿井工业储量的计算及储量等级的圈定五阳矿总体范围较大，煤层较厚。可采煤层3#平均厚度为5.80m，井田内有最大落差为90米的南丰断层，煤层倾角平均=9，大部分标高位于+850+200m之间。煤层平均容重1.4t/m3。在1：10000的开拓图上1mm2表示100m2。煤容重取1.4t/m3，煤层倾角平均9，煤厚平均为5.8m。工业储量的计算见下式：式中： Zc工业储量，万t；S井田面积，km2；M煤层平均厚度，5.80m；r煤的平均容重，1.4t/m3；煤层平均倾角，9；故工业储量为：2.3矿井可采储量计算可采储量时，必须要考虑以下储量损失：1）工业广场保护煤柱；2）井田边界煤柱损失；3）采煤方法所产生煤柱损失和断层煤柱损失；4）建筑物、河流、铁路等压煤损失；5）其它各种损失。2.3.1各种煤柱损失计算1）工业广场煤柱损失本矿井设计年生产能力为300万t/a，按煤矿设计工业规范，占地面积应在3000.8/103001.1/10之间，即2433hm2之间，本设计工业广场取30hm2，长、宽分别为600m和500m，工业广场布置在井田储量的中央位置。3#煤层倾角9，五阳矿工业广场地面标高+870m，松散层厚度为50m，移动角=45，上覆岩层的边界角=75，下山移动角=66.6，上山移动角=70。工业广场围护带宽度为20m，根据垂直剖面法所作的工业广场保护煤柱的尺寸计算，如图2-1所示：保护煤柱的水平面积：则工业广场压煤为：2）井田边界保留的边界煤柱井田边界长为32440m，煤柱留宽30m，则井田边界压煤量为：3）断层保护煤柱由于断层落差较大，贯穿整个井田，长度为4370m，断层两边各留煤柱50m，则断层保护煤柱损失为：4）永久保护煤柱总量为：图2-1工业广场保护煤柱2.3.2矿井可采储量可采储量的计算公式为：式中： Z矿井可采储量，万t；Zc矿井工业储量，万t；Q永久煤柱损失，万t；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。所以本矿井的可采储量为：本矿井为+650m和+200m二水平开拓，主采3#煤层，平均倾角9，为缓倾斜煤层，矿井的储量表见表2-1。 表2-1 矿井储量汇总表 万t煤层工业储量（A+B）/（A+B+C）永久煤柱损失矿井设计储量设计开采损失设计可采储量3#44131100%19704216112511316203 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度本矿井年工作日为330天，采用“三八”工作制，即二班采煤，一班检修，每班工作8小时。根据煤炭设计规范，矿井日净提升确定为16小时。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、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矿井设计生产能力矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、开采条件、设备供应及国家需煤等因素确定。五阳矿的实际情况：地质构造相对较简单，储量丰富，煤层赋存较稳定，为缓倾斜煤层（倾角9），两水平开拓，主采3#煤层，平均厚度为5.8m；瓦斯和水涌出量较小，采用综采放顶煤的开采方法。所以根据以上条件和五阳煤矿的最初设计，确定本矿井的年设计生产能力为300万t。3.2.3矿井的服务年限根据矿井实际的地层和煤层特征，本矿井主采3#层煤，平均厚度5.8m，平均倾角9，赋存较稳定，为两水平开拓。水平服务年限的计算公式：式中：T水平服务年限，a；Z可采储量，31620万t；A矿井设计年生产能力，300万t；K矿井备用系数，取1.4。所以矿井的服务年限为：第一水平服务年限为：第二水平服务年限为：水平储量及服务年限见表3-1表3-1 水平储量及服务年限名称储量(万吨）服务年限（年）第一水平1524836.3第二水平1637239.03.2.4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3#煤层为主采煤层，煤厚5.8m，为厚煤层，赋存稳定，厚度基本无变化。煤层倾角315，平均9，地质条件简单，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个综采放顶煤工作面。2）生产环节的能力校核设计的矿井为大型矿井，开拓方式为立井两水平开拓。主井采用箕斗运输煤炭，工作面生产的原煤经顺槽胶带输送机运达运输大巷，再由运输大巷胶带输送机运达井底，井底设置煤仓，经箕斗运输至地面，运输能力大，自动化程度高；副井采用罐笼运输人员和材料。运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。大巷辅助运输及顺槽辅助运输采用矿车，调度方便灵活。3）通风安全条件的校核本矿井属于低瓦斯矿井。煤尘具有一定爆炸性危险。水文地质条件简单，涌水量较小（平均400 m3/h）。矿井采用分区对角式通风，辅助运输大巷进风，煤炭运输大巷回风，工作面采用后退式U型通风，通过第九章的通风设计知可以满足通风需要。井田内断层较少，只有一个较大的断层，对于开拓有一定的影响，但是，对于影响生产的小断层较少。所以，各项安全条件均可得到保证，不会影响矿井的年生产能力。4）矿井的设计生产能力与服务年限相适应，才能获得好的技术经济效益。煤炭工业矿井设计规范给出了井型和服务年限的对应要求。矿井可采储量31787万t，矿井服务年限75.3a，其中第一水平服务年限36.3a，符合煤炭工业矿井设计规范的要求。4 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井道进入煤体，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：1）主采煤层为缓倾斜煤层（平均倾角9）；2）表层土较薄，平均为50m，风化不太严重； 3）地势起伏不平，地面标高平均+910m左右，煤层埋藏较浅，距地面垂深在100700m之间，平均为400m左右；4）本矿井为低瓦斯矿井；5）矿井年设计生产能力为300万t/a，为大型矿井。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：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，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别