采矿工程毕业设计（论文）-开滦集团范各庄东矿1.5Mta新井设计.docx

全套图纸加扣 3012250582华北科技学院 2016 届采矿工程毕业设计设计总说明本设计包括两个部分：一般部分和专题部分。一般部分为开滦集团范各庄东矿 1.5Mt/a 新井设计，全篇共分为十个部分：矿区概述及地质特征、井田境界及储量、矿井工作制度、设计生产能力及服务年限、井田开拓、采区巷道布置、采煤方法、井下运输、矿井提升、矿井通风与安全和设计矿井主要经济技术指标。范各庄东矿井田位于河北省唐山市古冶区境内。井田南北走向长 5.5km，东西最大倾斜长 3 km，井田总面积为 14.86km2,为开平煤田的一部分。本井田内的主要可采煤层有 5#煤、7#煤，主采煤层 5#煤厚 3.05m，倾角平均为 14。井田内工业储量 18230.5 万 t，可采储量 10683 万 t。矿井瓦斯相对涌出量为 0.649m3/t，瓦斯绝对涌出量为 5.89m3/min,为瓦斯矿井。水文地质条件为极复杂，矿井涌水量约为 1200m3/h。煤层有爆炸危险性，有自然发火倾向。范各庄东矿年设计生产能力 1.5 Mt/a，服务年限 54 年。采用立井两水平上山开拓，暗斜井延深至-800m 二水平。第一水平标高-510 m。矿井采用综合机械化采煤法。矿井布置一个综采工作面保证全矿井的产量，长度 180 m，煤在运输大巷的运输采用胶带输送机运输。矿井的通风方式采用中央分列式通风。专题部分是超高水材料充填开采基础理论及其工程应用。关键词：新井设计；设计生产能力；立井两水平上山开拓；中央分列式通风；- 1 -开滦集团范各庄东矿 1.5Mt/a 新井设计说明书Design General DescriptionThis design consists of two parts:the general part and the special part.The general part for Kailuan Fangezhuang mine south 1.5Mt / a new well design, which is divided into ten parts: overview of mining area and geological features, mine realm and reserves, mine system, design production capacity and service life of mine development, mining roadway layout, mining method, underground transport, mine hoist, mine ventilation and safety and design of mine main economic and technical indicators.Fan Zhuang mine field is located in the territory of Tangshan City, Guye Province, Hebei province. North and south to the long 5.5km, the biggest tilt long 3 km, the total area of 14.85km2, as part of the Kaiping coalfield. The main mining coal seam has 5# coal, 7# coal, the average thickness of 4.1m, the average angle of 14 degrees. The industrial reserve is 182.305Mt, the workable reserve is 142.445Mt. The relative emission of mine gas is 0.649 meters 3/t, and the absolute gas emission is 5.89 meters 3/min, which is a low gas mine. The hydrogeological condition is very complicated. Coal seam has the risk of explosion, there is a tendency of spontaneous combustion.The design and production capacity of 1.5 Mt/a, the service life is 51 years. The shaft two level mountain development, the first level of elevation of -540m. Coal mine used to comprehensive mechanized coal mining method.Mine layout of a fully mechanized caving face to ensure the production of the entire mine, length 240 m, coal transportation in the transport of the roadway using conveyor belt conveyor. Mine ventilation methods used central paratactic type ventilation.The special part is the basic theory and engineering application of the super high water material filling mining.Keywords：Coal mining engineering new well design；production capacity; shaft two level mountain development; central paratactic type ventilation;- 2 -华北科技学院 2016 届采矿工程毕业设计1 矿区概述及地质条件1.1 矿区概述1.1.1 交通位置开滦集团范各庄矿位于河北省唐山市古冶区境内，井田南北走向长12.25公里，东西最大倾斜长3.92公里，井田总面积为32.33平方公里。矿内铁路与林西矿和京山线古冶站接轨，北距古冶火车站10.2公里，有公路干线（迁唐线）通过井田。有季节性河流沙河流过。矿井地理坐标：东经113度28分，北纬39度33分，井田北部、西北部及西部与吕家坨矿相接，井田西及西南部与钱家营矿相邻，井田东部及南部以14煤层的基岩露头为界。井田地理位置优越，交通线四通八达，煤炭外销十分方便(图11)。图 11开滦矿区矿井分布及范各庄交通位置平面图1.1.2 地形、地貌该地区地貌形态属于华北平原地带。地形高差不大，地面标高平均为+26米。范各庄东矿井田是被第四系冲积层所覆盖。地貌简单，地表平坦，地势呈现北低南高，坡度12左右，地表海拔标高+31+23m。由于受多年开采的影响，矿区南北各有一个塌陷坑，随开采的进行而逐步扩大并有大量的积水。矿区范围内分布有村庄1个，分布在井田东南部。1.1.3 河流及水体流经井田的河流只有沙河，自井田北部流向西南，流向大致与地层走向一致，河面开阔，水力坡度较小，仅为12。属季节性河流，冬春河水近于干涸，夏秋流量显著增大，汛期有时泛滥。建矿以来沙河最高洪水位50年一遇为29.76米，百年一遇为30.49米。因为煤系地层上覆盖着巨厚的冲积层，大气降水后大部分从地表流走，所以矿井涌水量无季节性变化，井田外沙河在冬春季河水近于干涸，只排泄矿井水，夏季流量显著增加，汛期有时泛滥，历史最高洪峰水位为29.572m。- 3 -开滦集团范各庄东矿 1.5Mt/a 新井设计说明书井田西面的沙河流向大致与井田地层走向平行。沙河为季节性河流，冬季河水近似干枯，只有林西、唐家庄等矿排放水流过。夏季流量显著增加，最高洪峰达142.8m3/s，流速1.69m2/s。1.1.4 气象及地震矿区气候属于大陆季风气候，春季东风和西风交替出现，气候干燥少雨；夏秋两季东南和南风交替由海面带来潮湿空气，使矿区多雨；冬季因受西伯利亚蒙古一带冷气压影响多西北风。自建井以来，多年平均降雨量为617.45mm，降雨多集中在79月，这三个月的降雨量为463.79 mm。矿区气候属大陆型季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，气候变化较大，春季东风和西北风交替出现，气候干燥少雨，夏秋两季东南和南风常有海面带来的潮湿空气，使矿区多雨；冬季因受西伯利亚蒙古一带冷空气压的影响，多西北风，气候寒冷干燥。每年的7、8、9三个月降雨量占全年降雨量的76。年平均气温10.8C，常年最高气温37.6C，最低气温-22.6，冻土深度0.50.7m，结冰期：11月中旬至次年的3月中旬。有地震记载以来，在唐山地区共发生有感地震约百余次，其中震级大于4.8级的有十余次，大于6级的有2次。最大一次地震发生在1976年7月28日，震级7.8级，极震区烈度11度。1.1.5 矿区经济情况区内农业以种植玉米、小麦、花生、水稻为主。业主要有水泥、煤矿、陶瓷、钢铁、发电等产业。动力资源充足。1.1.6 水源及电源本矿工业、生活用水均从地面自备深水井和井下清污分流工程取水；进入矿中央变电站的电源线计四趟，其中两趟是电网吕家坨变电站35千伏输电线，另外两趟是开滦林西电厂35千伏输电线。本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥需由国家计划供应外，其它砖、石、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。1.2 井田地质特征1.2.1 井田地质构造南翼整个区域基本上为毕各庄向斜区。毕各庄向斜及F5大断层是该区的主体构造，对区域内其它褶皱和断裂构造起着控制作用。该区域以褶皱构造和大型断层发育为主要特征。F5断层：为一巨型断裂构造。断层在本井田内的落差在200米以上，由开平煤田的东南部边缘一直延伸到唐家庄井田。该断层在井田内的走向已由O5孔、毕44孔控制，倾向NWW，倾角88。断层上盘的煤系地层与下盘的奥陶纪灰岩对接，成为井田东南部的自然边界。有资料证实，F5断层是喜马拉雅运动中滦县地块相对往北运动而形成的大型剪切构造。F5断层形成过程中派生的构造应力场对该区域的构造起着重要的控制和改造作用。- 4 -华北科技学院 2016 届采矿工程毕业设计毕各庄向斜：轴向呈N2030E。枢纽呈波状起伏，鞍部位于843孔和毕10孔之间，两侧沿轴向形成两个不同形态的小型盆地。两翼地层不对称，东北翼较缓，倾角小于10，西南翼较陡，倾角可达33，轴面略向西南倾斜。由于受F5断层的影响，向斜轴自毕36孔以南略有向北偏转。小西庄背斜：位于毕各庄风井处，是受F5断层影响形成的小型牵引倾伏短轴背斜，背斜的核部比较紧密，顶部较为舒缓。轴向NE向，SW向倾斜，与毕各庄向斜交汇于843孔至毕10孔之间，从而造成了毕各庄向斜枢纽起伏呈马鞍状。受F5断层影响，距其11001400米处发育一组断裂构造，位于毕36、847钻孔附近，由F4、F11、F12断层组成，落差2530米。由于均为单个钻孔控制，未能确定其走向和延展长度。若为F5断层的伴生构造，其走向应为NWW至NEE向，如果是F5断层的派生构造，走向则可能为NW向。该组断层对井田南部采区布置影响甚大，需在以后的生产中投入一定的勘探工程量进一步查明，以指导采区规划设计和生产。表 1-1地层划分明细表地层上下地层标志建组的地层厚度起止层位接触系统组（m）煤层标志层关系第由地面至基岩的顶四面系洼里组基岩的顶面至红砂不整合岩底面上统二古冶组由红砂岩底面至 A层铝土岩顶界面整合迭A 层铝土岩顶界面约 2701S4SA 层铁铝质系唐家庄组至 5S 煤顶板整合煤线泥岩下统大苗庄组5S 煤顶板至 11S 煤约 745S、7S、5S 底板砂岩、顶板整合8S、9S6S 底板泥岩赵各庄组由 11S 煤顶板至 K6约 8011S、12S11S 底板泥岩石灰岩顶界面整合12S 底板泥岩石上统K6 石灰岩顶界面至14S 底板铝质开平组整合约 5013S、14S泥岩、K5、炭K3 石灰岩顶界面K6系K3 石灰岩顶界面至G 层铝质泥中统唐山组整合约 69岩奥陶系石灰岩顶界K3奥陶中统假整合系- 5 -开滦集团范各庄东矿 1.5Mt/a 新井设计说明书1.3 煤层特征1.3.1 煤层煤层的结构和厚度总体上与勘探阶段一致，主采煤层煤质稳定，煤类单一。计算储量煤层为两层，即5号和7号煤层，总厚度8.15米。5#煤层：平均3.05m，除局部煤层变薄、局部受冲刷缺失外，实见煤厚、结构与勘探阶段相符合，为全区主要可采煤层。7#煤层：平均5.1m，为全区储备可采煤层。57煤层层间距最大81m，最小72m，平均间距76.2m。由北往南逐渐变薄。表 1-1各煤层容重表煤层5#7#容重(t/m3)1.361.57表 1-2 各可采煤层煤厚、层间距变化特征一览表煤 层 厚 度（m）煤 层 间 距（m）煤层最小最大最小最大变 化 规 律变 化 规 律平均平均71.995.5仅西北部煤厚在 2m 以81-723.05下，个别点煤厚偏大平均 76.2由北往南逐渐变薄123.897.66煤厚变化不大5.11.3.2 煤层顶、底板通过对钻孔所见煤层顶底板的岩层取芯情况看，各个主要煤层的顶底板的岩性基本稳定。5煤层、7煤层的顶底板岩性以粉砂岩、细砂岩为主，岩石比较完整，裂隙不发育。由于断层的破坏，使一部分煤层的顶、底板岩石遭到了严重破坏，变得比较破碎，不少钻孔遇到了漏水现象。5#煤层顶、底板 伪顶：为0.10.5m的黑色炭质泥岩，较软，常呈花斑状。 直接顶板：以深灰色粉砂岩为主，其次为灰色细砂岩和黑色泥岩，粉砂岩常夹细砂岩薄层，水平层理，含植物叶片化石，当与5-1煤层间距较小时，形成复合顶板，对顶板的管理极为不利。层厚平均为1.2m。 老顶：大部为浅灰色细中砂岩，斜层理发育，中厚厚层状，较硬，有时该层直接覆于煤层之上，采后不易冒落。层厚520m。 直接底板：大部分区域为粉砂岩，近煤处含大量植物根化石，当5、7煤层间距在80m左右时，直接底板多为黑色泥岩，顶部含根化石，底部含叶化石，同时也是7煤层- 6 -华北科技学院 2016 届采矿工程毕业设计顶板，局部区域为细砂岩。层厚平均0.6m。 间接底板：灰色细砂岩，微发褐，成分以石英为主，含少量长石；坚硬，岩性不均匀，多为深灰色粉砂岩和灰色细砂岩互层的条带状结构，平行层理，当5、7煤层间距较小时，间接底板缺失。平均层厚2.5m。 开采技术条件：5煤层伪顶分布较普遍，在掘进和回采过程中随煤体一起垮落，使原煤灰分增大。煤层直接顶、底板较为平整，绝大部分范围的顶板在煤体采出后冒落。在老顶发育区，采后不易冒落。7#煤层顶、底板 伪顶：局部发育，为0.10.4m的黑色炭质泥岩，硬度较小，斑状结构。 直接顶板：以黑色泥岩或深灰色粉砂岩为主，在距离煤层0.20.6m的位置，常含一层厚0.050.3m的灰白色鲕粒状泥岩，可以作为煤层对比的标志；林西矿至吕矿的-600二采四中方向的古河流冲刷区内，7煤层直接顶板变为灰白色中粒砂岩或细砂岩，自北向南粒度逐渐变细，成分以石英为主，含少量长石及粉砂岩包裹体，泥质胶结，遇水易风化膨胀。层厚在0.51.2m之间，平均1.0m。 间接顶板：当5、7煤层间距大于85m时，间接顶板多为深灰灰色带状细砂岩，夹粉砂岩薄层，层厚平均3.35m；当5、7煤层间距在80100m时，间接顶板多为5煤层间接底板，当5、7煤层间距小于80m时，则间接顶板多不存在，或为5煤层直接底板。 直接底板：以深灰色粉砂岩为主，其次为灰色细砂岩，局部为黑色泥岩，富含植物根化石，根化石一般较亮，层厚0.20.6m，平均0.4m。1.3.3 煤质各煤层均为腐植煤，颜色一般为黑色，条痕为深褐色或黑色。硬度及韧性较小，脆性较大，呈棱角状、参差状断口，外生裂隙发育，油脂光泽或玻璃光泽。以亮煤和暗煤为主，次为镜煤，少量丝炭。一般为半亮半暗型。各煤层的宏观煤岩类型特征参见表1-3表 1-3 煤层肉眼鉴别特征和结构特征一览表煤煤 层 结 构肉眼鉴别特征夹石层夹石厚夹石岩层类型对回采的影响变化情况数度性深黑色，玻璃光泽；以暗煤为主，含炭泥一般含两层夹石，底部有 1m 左右的随煤一起采出，相对来说东部不稳5复杂0-40.1-0.8岩或粉亮煤，条带状或层增加原煤灰份。定，西部稳定且厚砂 岩状构造，硬度较度大。大。深黑色，具光亮的一般不含夹石，但玻璃光泽；以亮煤在二采四中区域常7为主，次为镜煤和简单一般无含一层 0.05m 的炭暗煤，条带状构质泥岩造，硬度中等。- 7 -开滦集团范各庄东矿 1.5Mt/a 新井设计说明书1.3.4 瓦斯全矿井瓦斯绝对涌出量为 5.89 米 3/min，相对涌出量为 0.649 米 3/t，二氧化碳绝对涌出量为 22.349 m3/min，相对涌出量为 3.918m3/t，矿井瓦斯等级为瓦斯矿井。1.3.5 煤尘及煤的自燃通过对 19992008 年部分工作面进行煤尘爆炸指数采样抽查发现：煤尘爆炸指数的平均值为 42.89，较 19931997 年的采样煤尘爆炸指数平均值 37.74提高 5.15 个百分点，最高值已达 81.19。采空区的碎煤和煤柱与空气接触而氧化生热，在散热条件下不畅的情况下，氧化生成的热量大于向四周逸散的热量，致使煤的温度逐渐升高，达到煤的燃点时，就会发生煤的自燃。范矿各煤层均有自燃倾向性。但从投产至今只有 12 煤层发生过 8 次火灾。- 8 -华北科技学院 2016 届采矿工程毕业设计2 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1 井田划分依据1）在井田划分时，它保证各井田合理的尺寸和境界，使煤的各部分得到合理性开发。井田划分的范围、储量、煤层赋存及开采条件与矿井生产能力相适应。对于现代化大型矿井，要求井田有足够储量和合理服务年限，生产能力小的矿井可小些。同时考虑到矿井发展余地，井田范围应适当的划的大些。本设计生产能力为 150 万吨/a，属于大型矿井。因此，在划分井田范围时，应与矿井设计生产能力相适应。2）保证井田有合理的尺寸。通常情况下，为合理安排井下生产，井田走向长度应大于倾斜长度。如井田长度过短，则难以保证矿井各个开采水平有足够的储量和合理的服务年限，矿井接替紧张。井田走向长度过长，又会给矿井通风，井下运输带来不便。根据实际地质情况，并参照我国煤矿的实践经验，选择一个合理的尺寸。3）合理划分矿井开采范围，处理相邻矿井关系。划分矿井边界时，通常把煤层倾角不大，沿倾斜延展很宽的煤田，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。4）选择好井口与工业广场位置划分应考虑井筒与工业广场位置的选择，使有利于井田开拓和采区布置，有利于矿井建设施工和工业场地布置。2.1.2 井田范围范各庄东矿井田东部、西部、南部、北部以人为划分井田边界线为界。东北部以冲积层下潜伏露头以下垂深 250m 处氧化风化带为界，深部以煤 7 盆状向斜底-800 标高为最终深度。2.1.3 井田尺寸井田的走向平均长度为 5.5km，井田的倾斜平均长度为 3km。煤层的倾角最大为 17，最小为 10，平均为 14，井田平均水平宽度 3.2km。井田的水平面积按下式计算：S=HL（2-1）式中：S井田的水平面积，m；（根据等高线划分为 5 个部分）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=S1S2S3S4S5=14.86km- 9 -开滦集团范各庄东矿 1.5Mt/a 新井设计说明书图 2-1井田赋存状况示意图2.2 矿井工业储量2.2.1 储量计算基础1）根据开滦集团范各庄矿区井田地质报告提供的煤层储量计算图计算。2）依据煤、泥炭地质勘查煤炭资源量估算指标中无烟煤为：煤层最低可采厚度为 0.8m，最高灰分为 40%。最高硫分为 3%，最低发热量为 22.1MJ/kg。3）储量计算厚度：加石厚度不大于 0.05m 时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的加石总厚度不超过每分层厚度的 50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度。4）井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，采用分段块段的算术平均法。5) 煤层体积质量：5 号煤层的体积质量为 1.36t/m，7 号煤的体积质量为 1.57 t/m。2.2.2 井田地质勘探根据勘探的性质和时间，范各庄井田的勘探工作可分为六个阶段：开平煤田早在公元 1400 年前后即被发现，并相继开采。从 19 世纪末叶开采规模才逐渐扩大。解放前，开滦企业大权操在英、日帝国主义和国内资本家手里，虽在矿区周围打过一些钻孔，但为量很少，对煤田的远景评价无大补助。地质填图工作过去亦作过一些，但仅限于煤盆西北翼露头地带，地质点全用目测标定，精度较差。开平煤田地层划分，曾经中外学者多人研究，如赵亚曾、葛利普、孙云铸、俞建章、马涤吾等，现时仍采用马涤吾式的划分作为基础。- 10 -华北科技学院 2016 届采矿工程毕业设计1953 年开始大规模勘探，由前开滦煤矿总管理处基本建设处地质勘测科负责，先在开平煤盆地东端开始。同年年底由林西西部技术边界线开始用钻探方法进行找矿勘探，到 1955 年已查明吕家坨勘探区并提交精查地质报告。根据已知推未知的方法，1956 年起在开平煤盆地周围施行地球物理探矿。目前在车轴山及玉田地区经钻探证实，发现新的含煤地带。1955 年 4 月，由开滦勘探队在吕家坨区以追踪走向勘探法越过沙河对范各庄勘探区进行普查勘探，采用“追踪走向勘探法”找煤，先后施工范 31、范 32、范 33、范 34、范 35、范 44、范 42、范 36、范 37 九个钻孔，同年 6 月 27 日以（56）地地字 370 号函向煤炭部地质勘探总局报送“范各庄勘探区普查报告及详精查勘探设计说明书”。1956年 5 月开始对范各庄勘探区进行详精查勘探，1957 年合并毕各庄勘探区进行详精查勘探。至 1957 年 6 月，共施工地面钻孔 25 个，共进尺 13588.38 米，冲积层水文孔 8 个，共进尺 418.6 米，平均每平方公里有钻孔 2.3 个，总投资 640756.88 元，获得储量 A2+B+C1 级 234884 千吨。1957 年 12 月提交精查地质报告。普查阶段末期和详精查阶段所打钻孔除个别孔外，都经电测井校正。孔深误差的校正一般不超过 1。钻孔歪斜测量全用氟酸蚀刻玻璃管方法，在详精查阶段所打钻孔并用电测法校正。1958 年 8 月，开滦范各庄矿开始破土建井，1964 年 10 月正式移交生产。1974 年毕各庄区划入范各庄井田，地质储量增加将近一倍。截至 1975 年，根据生产需要，井上下补充勘探钻孔、水文观测孔及岩石冒落孔等，共进尺 10483 米*。1977 年至 1987 年，在井田北翼和南翼边界地区，共施工地质钻孔 21 个，尺 13226.21 米，施工水文地质钻孔 37 个，进尺 19251.36 米。（资料来源：中国统配煤矿总公司、开滦矿务局、范各庄矿，开滦矿务局范各庄矿地质报告书 1979-1989，1989 年 9 月 17 日）1987 年至 1998 年，施工地面钻孔 5 个，进尺 2737.35 米，井下地质孔 201 个，进尺 13237.17 米；地面水文地质勘查孔 13 个，进尺 8055.14 米，井下水文孔 210 个，进尺 22496 米。根据综合水文地质条件，确定矿井地质条件的类别为：-abcdeg。1987 年至 1998 年，完成了矿井重点延伸工程 2-1 皮带、三水平井底车场、3-2 皮带巷的综合水文地质勘探。引进了高精度采区三维地震勘探技术，完成了二水平南三至南四采区、三水平南一至南二采区的三维地震勘探，合计 4.12 平方公里，取得了较好效果。2.2.3 工业储量计算井田储量的计算公式：Z=SMii/cos（2-2）式中:煤层倾角,（）i煤容重, t/m3- 11 -开滦集团范各庄东矿 1.5Mt/a 新井设计说明书Mi煤层的总厚度, mS井田面积,所以 Z=（S1/ cos10S2/ cos13S3/ cos17S4/ cos11S5/ cos12）（5.11.573.051.36）=18.23107t2.3 井田可采储量2.3.1 永久煤柱储量要计算井田可采储量，首先要确定各种永久煤柱损失。永久煤柱一般是指保护工业广场和井筒的工业广场煤柱，井田境界和大断层两侧的井田境界煤柱和断层煤柱，以及保护地面建筑物、河流、铁路等而留设的保护煤柱等。（一） 工业广场保护煤柱受保护面积边界是由受保护建筑物和主要井筒的边界向外加上一部分备用量即维护带确定的。受保护建筑物边界一般不是直接以被保护建筑物的外边界为准，而是取平行于煤层走向或倾斜方向的与受保护建筑物外缘相连的直线所围成的面积，作为受保护建筑物的边界。地面建筑物和主要井筒的保护煤柱是从受保护的边界起，按基岩移动角 、 和 及表土层移动角 所做的保护平面与煤层的交线来确定。煤层群开采时，应采用重复采动条件下的移动角值。基岩移动角和表土层移动角如图 2-2 示。图 2-2 岩层移动角示意图安全煤柱的留设与计算一般用垂直断面法求得。煤柱的留设的计算方法与步骤如下：a确定受保护面积如图所示，在开拓平面图上通过建筑物四个角分别做平行与煤层走向和倾斜的四条直线，得矩形 abcd。在矩形的外缘加上 20m 宽的维护带，得受保护面积 abcd。- 12 -华北科技学院 2016 届采矿工程毕业设计-断面-断面围护带层煤向方轴长的物筑建图 2-3 用垂直断面法确定建筑物下安全煤柱b确定受保护煤柱通过受保护面积中心作一沿煤层倾斜剖面 1 在这个剖面上，由维护带的边缘点 m1，n1 起在表土层以 =45 划两条保护线，即 m1m2，n1n2。然后在基岩中在下山和上山方向按上山移动角 =76和下山移动角 =61作保护线，与煤层相交得 n和 k，则通过 n和 k的走向线分别为保护煤柱的上部和下部边界。以同样的方法在平行煤层走向的剖面2，按走向移动角 =70作保护线，得沿走向的煤柱边界 AB和 CD，将 nk和 AB，CD均绘制在平面图上，即得保护煤柱边界 ABCD。煤柱是一个梯形。c煤柱煤量计算工业场地煤柱煤量=梯形面积煤层平均厚度煤层平均密度工业广场面积的取值，依据设计井型大小按煤矿设计规范中煤矿工业广场占地指标所列数值的规定选取。表 2-1工业广场占地指标井型（万吨/年）指标（公顷/10 万吨）4006000.450.62403000.70.81201800.91.045901.21.3注：指标中小井取大值，大井取小值- 13 -开滦集团范各庄东矿 1.5Mt/a 新井设计说明书本矿井井型为 150 万吨/年，工业广场占地面积为：150101.01000015km设计工业广场形状为长方形，长为 500 m, 宽为 300m。矿井的表土层厚度为 80 米，煤层平均倾角 14，= 70，=61，=76，冲击层移动角 45，围护带宽度为 20m。经计算得：梯形高度h=1581.89m梯形上底AB=1181.6m梯形下底CD=1905.2m得S 底=1/2（1181.6+1905.2）1581.89=244.025 万 m工业广场保护煤柱煤量= 梯形面积煤层平均厚度煤层平均密度所以计算得 总工业场地煤柱量30.71106t (二) 断层保护煤柱根据采矿工程设计手册，为保护矿井的安全生产，本井田无特大的断层，只有一些较小断层，所有断层长度总为 2950m，断层两侧各留设 30m 的保护煤柱。断层保护煤柱煤量断层长度煤柱宽度煤层厚度煤的平均密度：故计算得断层保护煤柱煤量 2.15106t。（三）边界保护煤柱根据井田边界的地质情况，井田边界防水安全煤柱为 50m，防水煤柱约长为 11050m，则留设井田边界防水安全煤柱的储量为 7106t。2.3.2 矿井可采储量计算矿井可采储量的计算公式为：Z（ZcP）C（2-3）式中:Z矿井可采储量Zc矿井工业储量P各种永久煤柱煤量损失之和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 Z（180.2310630.7110671062.15106）80%1.0683108t所以设计矿井可采储量为 1.0683108t。- 14 -华北科技学院 2016 届采矿工程毕业设计3 矿井工作制度和设计生产能力3.1 矿井工作制度矿井设计生产能力按工作日 330 d 计算。每天 3 班，两班生产，一班检修。每天的提升时间为 16 小时。随着社会进步和劳动制度改革，目前综采多采用四六制，每班工作六小时，三班出煤一班检修，以缩短煤矿工人的辅助劳动时间，以减轻工人的劳动强度。但考虑年推进度要求，本矿井计划采用“三八”工作制度。按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井每昼夜净提升时间 16 小时。这样充分考虑了矿井的富裕系数，防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或改扩建。因此本矿设计每昼夜净提升时间为 16 小时。3.2 矿井设计生产能力及服务年限对于储量丰富，地质构造简单，煤层生产能力大，开采技术条件好的矿区宜建设大型矿井。当煤层赋存深，表土层厚，冲积层含水丰富，井筒需要特殊施工时，为扩大开采范围降低吨煤成本，建设大型矿井较为合理。对煤层生产能力大，地形地貌复杂的矿区，工业广场不易选择和布置，为避免过多的地面工程，井型应当定大一些，储量不丰富，煤层生产能力不大，或为薄煤层，或地质构造复杂，或有煤与瓦斯突出危险，宜建中小矿井。由于本矿井煤层赋存较深，表土层较厚，且储量丰富，没有煤与瓦斯突出危险。因此，可以设计为大型矿井。综合考虑各方面因素，初步确定本矿井的设计生产能力为 150 万吨/年。1）校核矿井煤层的开采能力是否满足设计生产能力的要求矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力，本矿井计划用一个采区的一个高产、高效工作面保证全矿井的产量。主采煤层厚度 3.05m，工作面长度 180m，采煤机截深 0.8m，每天进 8 刀，一年 330 d，工作面采出率 95%，则综采工作生产能力1803.050.883301.3695%149.8058 万吨由于掘进出煤约占矿井产量的 10%，等于 15 万吨。149.8058+15=164.8058150 万吨每年。故能够满足矿井设计生产能力的要求。2）校核各种辅助生产环节的能力根据后面矿井运输提升部分的设计可知，矿井的各种辅助运输能力都能满足矿井生产能力的要求。3）校核储量条件矿井的设计生产能力应与矿井储量相适应，以保证矿井有合理的服务年限。新建矿- 15 -开滦集团范各庄东矿 1.5Mt/a 新井设计说明书井及水平服务年限见表 3-1。表 3-1矿井及水平服务年限矿井设计生产矿井设计服务第一水平设计服务年限/a煤层倾角煤层倾角煤层倾角能力（Mt/a）年限（a）025254545906.0 及以上70353.05.060301.22.4502520150.450.940201515矿井服务年限可用下式计算：T = Z/AK（3-1）式中:T矿井设计服务年限，aZ矿井可采储量，万 tA矿井设计生产能力，万 t/aK储量备用系数，这里取 1.3对于本矿井T = 1.0683108 /（1.51061.3）= 54.787 a50a同理可计算出第一水平的服务年限为 27.4a25a.设计规范规定：150 万 t/a 大型矿井的服务年限不小于 50a，开采倾角 025煤层的矿井，第一水平服务年限不小于 25a。经校核储量条件满足设计生产能力的要求。4）校核安全条件本矿井瓦斯涌出量较小，全矿井瓦斯相对涌出量为 0.052.0256m3/t，为低瓦斯矿井。煤尘爆炸指数为 38.41-42.84%，具有强大的爆炸性，随着开采深部的增加，煤层爆炸性增强。初个别区域外，煤层均属容易自然发火的煤层，其发火期短，属于 I 级自然发火矿井。煤与瓦斯突出及冲击地压危险性小。涌水量很大。根据以上条件，本矿采用中央分列式通风，工作面采用 U 型通风。矿井涌水量大，在副井中铺设四趟排水管道满足排水的要求。煤自燃的预防，可在开拓、回采工艺、巷道布置、监测等方面来采取措施。综上所述，本矿井的设计生产能力为 1.50Mt/a。- 16 -华北科技学院 2016 届采矿工程毕业设计4 井田开拓开拓设计是矿井设计的关键，它直接关系到矿井的布局，关系到矿井长远的技术经济效益，关系到安全生产。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、位置及其相关练习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