采矿工程毕业设计（论文）-吕家坨南矿120万吨新井设计.doc

全套图纸加153893706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吕家坨矿新井设计，全篇共分为十个部分：矿井概括及井田地质特征、井田境界及储量、矿井工作制度和设计生产能力、井田开拓、采区巷道布置、采煤方法、井下运输、矿井提升、矿井通风与安全和矿井主要经济技术指标。开滦集团吕家坨矿位于河北省唐山市古冶区境内。矿井井田南北长约3050m，东西约4810，全井田总面积为14.67km2。井田内的可采煤层为7煤层、8煤层、9煤层，煤层赋存稳定，总厚度6.89米。倾角平均为14，为缓斜厚煤层。井田内工业储量12151万吨，可采储量10885万吨。吕家坨矿年设计生产能力120万t/a，服务年限64.8年。采用立井二水平上下山开拓，第一水平标高-500m，第二水平标高-700m。矿井采用单一走向长壁综合机械化采煤法。矿井布置一个综采工作面保证全矿井的产量，长度199.5m，煤的运输采用10t架线式电机车牵引3吨底卸式矿车运输。矿井的通风方式采用中央分列式通风。关键词：立井两水平上下山开拓；走向长壁；综合机械化；中央分列式The Brief Introduction of the DesignThis design contains two parts: the general part and the dissertation part.The general part is a new design of Lvjiatuo Mine in KaiLuan coal department. It has ten chapters: the outline of the mine and the mine filed geology, boundary and reserves, the designed productive capacity and service life and working area, transportation of underground, mine lifting, mine ventilation and safety, and the economic and technologic index of the mine.The Lvjiatuo mine filed lies in the Guye city of Hebei province. The boundary of the mine filed runs 4.810km from west to east and 3.050km from north to south on average. The total area of the mine is about 14.67 km2.there is three payable seam: No.5 ,No.9and No.12, and the whole thickness of the seam is 6.89m. It is stable belong to fluty inclined, with the average angle 14 degree. The industry reserves of the mine filed are 121.51 million tons and the useable reserves are 108.85 million tons. The productive capacity of Lvjiatuo is 1.2 million tons per year, and its service life is 64.8 years. There re 2 levels in the mine. The fist development level has be located at the level of 500m and the second is 700m.The coal mining method is fully mechanized mining to the strike with sublevel caving in inclined coal seam.There is only one working face in the mine. The length of the face is 199.5m. The transport equipment in the main entry is 3t drop-bottom car which is towed by trolley locomotive.The ventilation mode of this mine is central unattached mode.Keywords:shaft two levels upward and downward development; the strike longwall; comprehensive mechanization; central unattached mode目 录 设计总说明11矿区概况及井田地质特征81.1矿区概况81.1.1 地理位置，企业性质，隶属关系，地形地貌，交通情况81.2 井田地质特征81.2.1地质特征81.2.2构造地质91.2.3 水文地质111.2.4 开采技术条件121.3煤层特征121.3.1煤层埋藏条件122井田境界及储量142.1井田境界142.2矿井工业储量142.2.1井田勘探类型142.2.2储量等级142.2.3工业储量计算142.3矿井可采储量152.3.1保护煤柱储量计算152.3.2可采储量计算192.3.3井田储量汇总表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确定依据213.2.2 矿井设计生产能力213.2.3 矿井服务年限214.井田开拓234.1 井田开拓的基本问题234.1.1 井筒形式及数目234.1.2 工业广场及井口位置的确定254.1.3 开采水平的确定及采区划分254.1.4 采区划分及其布置264.2 开拓方案比较274.2.1提出方案274.2.2技术比较284.2.3经济比较304.2.4 综合比较354.3 矿井基本巷道354.3.1 井筒354.3.2 井底车场384.3.3 主要开拓巷道405 采区巷道布置455.1 煤层地质特征455.1.1 可采煤层概况455.1.2 煤种及煤质变化465.1.3 各煤层顶底板岩性465.1.4 煤尘和瓦斯475.2 采区巷道布置及生产系统475.2.1 确定采区走向长度475.2.2 确定区段斜长和区段数目485.2.3 煤柱尺寸的确定485.2.4 采区上下山的布置495.2.5 区段平巷的布置495.2.6 联络巷道的布置495.2.7 采区运输、通风运料等系统的确定505.3 采区车场设计515.3.1 采区上部车场形式的选择515.3.2 采区中部车场的选择515.3.3 采区下部车场的选择及设计525.4 采区采掘计划575.4.1 采区主要巷道参数确定575.4.2 确定采区生产能力635.4.3 计算采区回采率646 采煤方法656.1 采煤方法和回采工艺656.1.1 选择采煤方法656.1.2 综采工作面回采工艺设计666.2 综采工作面巷道布置方式777 井下运输807.1 系统基本概述807.1.1 基本概况807.1.2 井下运输系统807.2 采区运输设备817.2.1 主运输设备818 矿井提升938.1 设计依据938.1.1 主井提升938.1.2 副井提升938.2 主副井提升设备的选型948.2.1 小时提升量948.2.2 合理的提升速度948.2.3 一次提升循环时间948.2.4 一次合理提升量的确定958.3 提升钢丝绳的选择计算968.4 提升机与天轮的选择计算978.4.1 滚筒（或摩擦轮）直径的确定978.4.2 天轮的选择988.5 提升电动机的预选988.5.1 电动机功率的估算98减速器传动效率，单机传动0.92，双机传动=0.85；998.5.2 估算电动机转数999 矿井通风与安全1009.1 矿井通风系统的选择1009.1.1 选择矿井通风系统1009.1.2 选择矿井主要通风机的工作方法1029.1.3 选择矿井通风方式1029.2 全矿所需风量的计算及其分配1049.2.1 矿井风量计算原则1049.2.2 矿井风量计算方法1049.2.3 风速验算1089.3 全矿通风阻力计算1109.3.1 矿井通风总阻力计算原则1109.3.2 矿井通风阻力计算1109.3.3 井总风阻及总等积孔计算1129.4 矿井通风设备的选择1129.4.1 矿井通风设备的要求1129.4.2 选择主要通风机1139.4.3 选择电动机1149.4.4 电费计算1159.5 矿井灾害防治技术1159.5.1 防治瓦斯1159.5.2 防治煤尘1169.5.3 防治水11610 矿井基本技术经济指标118参 考 文 献120冲击地压预测与防治技术研究1221冲击地压简述1232冲击地压分类1232.1常见的几种冲击状态1232.2冲击地压的分类1241.2.1按失稳原因分类1241.2.2按工程原因分类1243冲击地压的发生机理、因素与条件1243.1冲击地压的发生机理1253.2矿井影响冲击地压发生的因素1253.3冲击地压发生的条件1264 冲击地压的预测1274.1冲击地压的预测综述1274.2 电磁辐射法冲击地压预测技术研究1294.2.1煤体破坏的地磁辐射现象1294.2.2电磁辐射法预测冲击地压观测原理1314.2.3电磁辐射法预测冲击地压的计算方法1314.2.4电磁辐射仪的功能特点1325 冲击地压的防治技术1335.1冲击地压防治原理1335.2冲击地压的防治1355.2.1降低应力的集中程度1355.2.2改变煤层的物理力学性能1365.3防治措施1386结论138参考文献：139致 谢140一般部分1矿区概况及井田地质特征1.1矿区概况1.1.1 地理位置，企业性质，隶属关系，地形地貌，交通情况开滦矿务局吕家坨矿位于河北省唐山市古冶区境内，西距唐山18km，北距古冶9km。地理坐标为东经11824，北纬3940。矿区交通便利。古吕钱公路南接唐港公路，北通205国道，津唐、唐港、京沈高速公路正在修建；矿区铁路专线吕古铁路和吕陡铁路与京山线接轨；水路运输东有秦皇岛港，西有天津新港，南有新近建成的京唐港；水、陆交通发达，煤炭外销十分方便(见图11)。矿区地表为第四纪冲积平原，地面标高介于+22+31m之间。地形总趋势北高南低，沙河由井田东部自东北流向西南。沙河属季节性河流，旱季有时断流，雨季流量较大，最高洪水位+30m。境内有村庄18个。主要农作物有小麦、玉米和水稻。采矿活动引起地表沉陷，使矿井周围形成塌陷坑。1.2 井田地质特征1.2.1地质特征吕家坨矿煤系地层属于典型的华北区石炭二叠纪含煤岩系，其上界为唐家庄组A层铁铝质粘土岩顶面，下界为唐山组G层铁铝质粘土岩底面。根据两个钻孔实际控制，煤系地层厚度分别为480.35m和486.26m，按分组段厚度累计，煤系地层厚度为489m。由此可见，沉积补偿作用明显，煤系地层厚度变化不大。煤系基底为奥陶系中统马家沟组灰岩，本矿钻孔揭露最大厚度为160m，邻区资料证实，该组厚度400m左右，与煤系地层呈假整合接触。矿井浅部奥灰岩溶发育，深部逐渐减弱。其风化形成的G层铁铝质粘土岩构成煤系第一个标志层。煤系地层之上为的古冶组和洼里组，从少数取芯钻孔揭露情况看，古冶组以杂色粉、细砂岩和浅灰灰绿色粗砂岩为主，向上部紫色粉细砂岩逐渐增多。洼里组则以浅紫、暗紫和紫红色泥岩中、粗砂岩为主，偶见浅灰色砂岩层。洼里组以河床相底砾岩底面作为与古冶组的分界面。矿区地表被第四系冲积层所覆盖，盖层厚度由东北向西南逐渐增厚，与基岩呈角度不整合接触。1.2.2构造地质吕家坨井田以褶皱构造为主。井田内自北而南依次发育有黑鸭子向斜、吕家坨背斜、吕家坨向斜、毕各庄向斜、南阳庄岭上背斜、小张各庄向斜等五个主要褶曲构造。黑鸭子向斜轴作为吕、林井田技术边界。吕家坨背斜为矿井的主体构造，约占井田面积的70%，其中深部还发育有次一级的褶曲构造。在井田南部，吕家坨背斜、毕各庄向斜、南阳庄岭上背斜、小张各庄向斜等褶曲构造复合，形成了董各庄盆地构造区和王各庄马鞍形构造区。主要褶曲构造：吕家坨背斜：是井田的主体构造，浅部紧闭，深部相对较宽缓，在平面上呈现为上小下大的扇形形态，延展长度约6000米。背斜的枢纽在矿井8号剖面线附近，由浅至深枢纽呈弧形，倾伏方向为263288，倾伏角825。背斜转折部构造复杂，发育有次一级的褶曲构造，如-600二采向斜、-600二采四中背斜、-800二采背斜等，受其影响，煤岩层产状变化大，断裂构造发育，井田内86%的中型断层分布在此区域，且小型断层亦也很发育。在吕家坨背斜轴附近，沿断层有岩浆岩侵入开采煤层，在5、7、12煤层形成面积不等的三个岩浆岩床。在井田东翼819与范56钻孔的联线附近，岩浆岩侵入形成了两至三条高角度岩脉。背斜两翼构造较为简单。吕家坨背斜主体形态虽基本控制，但伴生和次生的小型褶皱及小型断层，成为影响矿井正常生产的重要地质因素。长期以来普遍认为，吕家坨背斜浅部紧密，构造复杂；深部宽缓，构造比较简单。现通过-600及-800水平采矿工程揭露的大量地质资料来看，吕家坨背斜中深部次级褶曲构造发育，断层密集，且相互切割并伴有岩浆岩侵入，对煤层破坏严重，构造形态较浅部更加复杂。吕家坨向斜：位于吕家坨背斜的东南，延展长度约3000米，其枢纽在范75-1、吕44、2、837地面孔的联线位置附近，展布方向大致与吕家背斜轴平行，向斜构造浅部位于吕家坨矿境内，向中深部延展进入吕家坨矿。吕矿境内向斜轴倾伏方向为285245左右；倾伏角在浅部较大，中深部较小，并略有起伏，在-600七采下车场附近形成一幅度不大的盆地构造；两翼煤岩层产状不对称，西北翼较陡，倾角3055，东南翼平缓，倾角316；中型以上断裂未见，仅有小型断层零星展布。该向斜控制程度较可靠，对采区和工作面的合理布置有一定影响。毕各庄向斜：位于井田东南部，在本井田内延展长度约5000米，其枢纽在吕38、吕52、钱12、吕39地面钻孔的联线附近，呈弧形展布，西北段倾伏方向变化在90150之间，东南段倾伏方向变化在330350之间，长短轴之比为1.37，形成一构造盆地。盆地中心相应地表为董各庄，故称董各庄盆地。盆地中心12煤层最深标高约-1210米。该向斜东北翼较缓，一般515；西南翼较陡，一般1020。向斜西北部断层发育，落差32米的F7逆断层及落差310米的F14正断层即在此部位。该向斜构造的主体形态基本控制，但向斜西北部控制程度不足，对矿井延深工程影响较大。南阳庄-岭上背斜：与毕各庄向斜平行发育，在本井田范围内延展约2700米，其枢纽在22号、21号地面孔的联线附近，倾伏方向约为340，倾伏角约为2，两翼煤岩层倾角变化在49之间。该背斜在本井田内控制程度较差，预计将影响采区的合理划分。到目前为止，井田内可能出现的大型构造已基本得到了 形成的断裂构造多与区域构造应力场有关，有明显的规律性。同时随着井田开发往深部延深，构造发育越来越复杂，断层落差增大，断层面形式多样化，对生产的影响也越来越大。 ， 表1-1 矿井主要断层表序号名称性质断层面走向落差1F1正断层NNE2002F0正断层NNE451.2.3 水文地质该井田主要煤系含水层为：第为奥陶系灰岩含水层组，第为唐山灰岩含水层组，第为1214煤层砂岩含水层组，第为7煤层顶板含水层组，第为5煤层顶板含水层组，第为古冶组砂岩含水层，第为第四系冲击层含水组。其中第、含水层组对矿井涌水量影响较大，为直接充水含水层组，其它为间接充水含水层组。矿井总涌水量10 m3/min。根据开滦矿务局统一的含水层划分标准，将区内的地层划分为七个含水层见下表。其中，、含水层对矿井涌水量影响较大，为直接充水含水层，其它为间接充水含水层。其主要特征如下：表12 含水层划分含水层所处层位含水层厚含水层岩性含水性水质特征编号名称第四系冲积层含水层组第四系冲积层34卵石，粗、中细沙弱中等上HCO3-Cl-Ca2+Mg2+下HCO3-Ca2+Mg2+古冶组砂岩含水层组二迭系上统古冶组130粗、中砂岩中等5煤层顶板含水层组二迭系下统唐家庄组190砂岩中等HCO3-SO42-Na+Ca2+7煤层顶板含水层组二迭系下统大苗庄组30砂岩弱HCO3-Ca2+Mg2+1214煤层砂岩含水层组石炭系上统赵各庄组60石灰岩砂岩弱强上HCO3-Na+Ca2+下HCO3-SO42-Ca2+Na+唐山灰岩含水层组石炭系中统唐山组19石灰岩中等HCO3-SO42-Ca2+Mg2+奥陶系灰岩含水层组奥陶系中统马家沟组420石灰岩极强HCO3-Ca2+Mg2+1.2.4 开采技术条件本井田煤炭储量比较丰富，井田内主要可采煤层共有3层，即：7煤层、8煤层、9煤层。三煤层均赋存稳定，其中7煤层厚度较大，平均厚度3.05m，比较适合于大采高开采，给矿井高产创造了有利条件； 8煤层、9煤层厚度相对薄一些，8煤层平均厚度1.93m，9煤层平均厚度1.91m。矿井开采技术条件方面的不利因素：井田内断裂构造发育，主要煤层局部节理和裂隙发育，矿山压力显现比较明显，对支护带来不利影响，矿山压力大和断裂构造发育是本矿井地质条件的显著特点，对采、掘、开影响较大。1.3煤层特征1.3.1煤层埋藏条件矿井井田位于开平向斜东南翼中段，井田主体构造为吕家坨背斜。吕家坨背斜轴近东西，向西倾伏，深部逐渐开阔，形成一扇面形状，北翼与黑鸭子向斜南翼相邻，南部与南阳庄岭上背斜相接，地层倾角浅部稍大约1025，深部变缓，约5左右。井田的平均走向长度为4.81km，平均倾向长度为3.05km，井田面积为14.67km2。井田赋存状况示意图如图1-2所示。图1-2 井田赋存状况示意图煤层特征吕家坨井田设计开采煤层有3层，即二迭系下统大苗庄组的7、8、9煤层，7、8、9煤层基本全部可采。各煤层的厚度、层间距及其变化规律见表，煤层的肉眼鉴别特征结构、夹石层数、厚度、岩性及其对回采的影响见下表。表1-3 可采煤层特征表煤层名称煤层厚度（m）层间距（m）倾角（）煤层牌号硬度容重稳定性最小最大平均7煤层2.733.393.0520141、2号肥煤0.30.51.36较稳定8煤层1.492.351.93151、2号肥煤0.40.71.51较稳定309煤层1.552.211.91132号肥煤0.31.11.42较稳定表14 煤层顶底板情况表煤层顶底板岩性厚度特征及赋存情况7煤层伪顶粉砂岩01.3岩石破碎，夹多层煤线，南三剖面以南出现煤线直接顶粉砂岩3.0水平层理，层理面附大量植物化石，富含泥质结核，成细层状或串珠状分布。老顶砂岩4.0硅质胶结，局部含钙质。直接底粉砂岩0.51.0含大量植物根化石。老底细砂岩2.03.0水平层理，分布稳定。老底细砂岩02.5层状结构，南二石门以南逐渐增厚。8煤层伪顶无伪顶。直接顶粉砂岩4.0含炭质成分及菱铁矿结核，小断层、节理十分发育，比较破碎。北三石门以北相变为细砂岩。老顶细砂岩4.5水平层理，层理面附炭质薄膜，分布稳定。直接底粉砂岩2.0局部缺失。顶部含大量植物根化石。井田中部较厚。老底细砂岩3.0硅质胶结，坚硬，局部相变为粉砂岩。9煤层伪顶无伪顶。直接顶泥岩1.02.5炭质含量很高，呈腐泥质泥岩，褐色条痕，分布比较稳定，与老顶之间存在明显层见滑动。南四以南炭质成分逐渐减少成致密泥岩。老顶粉砂岩4.0致密，块状结构。含结核，顺层呈串珠状分布。直接底粉砂岩0.30.6南二石门以北较薄，松软含化石。南二至南五较厚，岩石完整，为灰色块状结构。直接顶粉砂岩3.0灰色，含大量结核，顶部含大量根化石。老底砂岩为巨厚砂岩。2井田境界及储量2.1井田境界吕家坨矿北与林西矿业公司为邻，东与范各庄矿业分公司为邻，南与钱家营矿业分公司为邻，井田范围内全区可采煤层为7、8、9煤共3层煤，井田的平均走向长度为4.81km，平均倾向长度为3.05km，井田面积为14.67 km22.2矿井工业储量 2.2.1井田勘探类型本设计中所有地质资料作为初步设计的依据，勘探钻孔很密集。根据地质勘探资料可以很准确的判断煤层的分布情况，井田勘探类型属于精查。2.2.2储量等级吕家坨矿井田范围内绝大部分勘探钻孔密集，煤层层位、厚度、结构及其变化情况和煤质及其变化情况已经查明。煤层对比可靠，属于A级储量。2.2.3工业储量计算矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探，煤层厚度与质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚，目前即可供利用的可列入平衡表内的储量。矿井工业储量即A+B+C级储量。井田范围内全区可采煤层为7、8、9煤共3层煤。其中，7煤平均厚度为3.05m，8煤平均厚度为1.93m，9煤层平均为1.91m，可采煤层总厚为6.89m。1）计算数据的求取（1）投影面积：以1：5000煤层底板等高线图为基础，划分储量计算块段，块段形状规则的以几何图形求面积的方法计算，不规则的，则用AutoCAD在计算机上求得。（2）煤层厚度及倾角：按生产矿井储量管理规程要求，计算块段储量使用的煤厚及倾角是工程揭露的控制该块段见煤点的煤厚及倾角平均值。（3）容重：计算块段储量所用的容重根据取样测定数据，见表2-2。表2-1 各煤层容重表煤层7煤层8煤层9煤层容重1.361.511.42（4）设计回采率：根据生产矿井储量管理规程规定，本设计矿井各煤层的回采率数据如表2-3。表2-2 各煤层回采率数据表煤层7煤层8煤层9煤层回采率80%80%80%2）储量计算公式：按生产矿井储量管理规程规定储量计算采用公式为：（1）块段地质储量=斜面积x煤厚x容重（2）块段可采储量=（Q1-P）x（1-n）x K式中：Q1工业储量； P永久煤柱储量； n地质及水文地质损失系数； K设计采区回采率（3）煤层地质储量=该煤层各块段地质储量之和（4）水平地质储量=该水平各煤层块段地质储量之和（5）煤层可采储量=该煤层各块段可采储量之和（6）水平可采储量=该水平各煤层块段可采储量之和（7）全矿地质储量=各煤层地质储量之和=各水平地质储量之和（8）全矿可采储量=各煤层可采储量之和=各水平可采储量之和依据勘探钻孔见煤厚度，采用地质块段法计算。公式如下：Q = 式中：Q工业储量，万t；Si块段水平投影面积，m2；Mi块段内钻孔见煤厚度的均值，m；A块段内煤层的平均倾角，度；计算出的矿井工业储量为12151.00万t。2.3矿井可采储量2.3.1保护煤柱储量计算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保护煤柱，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。1）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2-1所示。图2-1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：(1)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15m宽的维护带，得受保护面积abcd。图2-2 用垂直断面法确定建筑物下安全煤柱(2)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度划两条保护线，即m1m2，n121n2。然后在基岩中在下山和上山方向按上山移动角=75和下山移动角=64.6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=75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。(3)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关于煤矿设计规范中若干条文修改的决定（试行）之规定选取。表2-3 工业场地占地面积指标井型/Mta-1占地面积指标/ha（0.1Mt）-12.4及以上1.01.21.81.20.450.91.50.090.31.8本矿井井型为120万吨/年，工业广场占地面积为：120101.2100001.44105 m2设计工业广场形状为长方形，长为490 m, 宽为300m。矿井的表土层厚度为50米，煤层平均倾角14，=75，=50，=10，冲击层移动角45，围护带宽度为15 m。表2-4 地表层移动角及岩层移动角地表层厚度（m）()()()()5045757050经计算得：梯形高度h=1050m；梯形上底AB=610m；梯形下底CD=760m，得 S底=0.5（610+760）1050=719250m2。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 7煤层工业场地煤柱量7192503.051.362967196t8煤层工业场地煤柱量7192501.931.512089349t9煤层工业场地煤柱量7192501.911.422018430t故 总工业场地煤柱量7074975t2）断层保护煤柱根据有关规定，为保证矿井的安全生产，断层两侧各留30m保护煤柱。该矿区的断层总长为3700m。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则断层保护煤柱储量约为：23700306.891.40=2294370t3）边界保护煤柱根据有关规定，边界煤柱留20m。本井田边界长度为15918m，则边界保护煤柱储量为：15918206.891.40=3290251t4）村庄保护煤柱根据煤炭工业设计规范补充规定，为保证安全，村庄下必须留设保护煤柱。但是村庄已迁出，无需留村庄保护煤柱。5）保护煤柱总的储量损失为：7074975+2294370+3290251=12659596t表2-5 保护煤柱损失量煤柱类型占用储量/t 工业广场保护煤柱7074975 断层保护煤柱2294370 井田边界保护煤柱3290251 村庄保护煤柱0 合 计126595962.3.2可采储量计算可采储量由下公式计算： 式中：Zg-矿井工业储量，万t； P-保护煤柱损失储量，万t； C-采区回采率，取85%。则，Zk=（12151-1265.96）85%=10885.04万t2.3.3井田储量汇总表在井田内水平煤层工业储量和可采储量汇编成表，见表2-6： 表2-6 井田储量计算表煤层名称工业储量/t永久煤层损失量/t采区回采率可采储量/tA+B+C工业场地煤柱边界煤柱断层煤柱合计7煤层5125210023671961078604730646417644685%397143068煤层4841100023893491050588732600417253785%376026949煤层4662126023184301011748705516403569485%36197731总计1215100007074975329025122943701265959685%1088557313.矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1 矿井工作制度煤炭工业矿井设计规范规定：“矿井设计生产能力按工作日330 d 计算。每天4班作业，每天净提升时间为16 h。”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。矿井每昼夜净提升时间为16h。3.2 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。3.2.2 矿井设计生产能力吕家坨南井田储量丰富，煤层赋存稳定，厚度变化不大，顶底板条件好，倾角小，技术装备先进，经济效益好，交通运输便利，宜建大型矿井。又考虑井田褶曲断层较发育，确定吕家坨南矿井设计生产能力为120Mt/a。3.2.3 矿井服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。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： T= 式中：Zk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： T=108.86(1.21.4)=64.8a同理可计算出第一水平的服务年限为 31.2a。符合煤炭工业矿井设计规范要求。 表3-1 我国各类井型的新建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25煤层倾角2545煤层倾角456.0及以上70353.05.060301.22.4502520150.450.90402015154.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些列巷道进入煤体，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、位置及其相互关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广场的位置。（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）必须贯彻执行煤炭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，是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、自动化创造条件。（6）根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其他有益矿物的综合开采。4.1.1 井筒形式及数目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。平硐开拓受地形及埋藏条件限制，要求地形条件合适，即在煤层赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地区，且便于布置工业广场和引进铁路，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，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，人员可以迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长，辅助提升能力小，提升深度有限；通风线路长，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，立井井筒比斜井井筒容易施工；对地质构造和煤层产状都比较复杂的井田，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。综合吕家坨南煤矿的实际情况：（1）表土层较厚，平均为50m，且风化严重；（2）地处平原，地势平坦，地面标高平均为+29m左右，煤层埋藏较深，距地面垂深在250900m之间。（3）井田范围内煤层倾角719，平均14，为缓倾斜煤层。因此，斜井开拓和平峒开拓均不适用于吕家坨南矿，确定井筒形式为双立井。2）井筒数目确定 采用斜井或立井开拓时，新建矿井一般要开凿一对井筒，满足提升和辅助运输的需要并满足矿井通风和施工的需要。风井的个数是根据通风系统要求以及安全生产的需要合理确定的。若采用主井通风，用箕斗或胶带输送机井筒做风井时，应符合煤矿安全规程的规定。 吕家坨南矿为新建矿井，且瓦斯涌出量低，综合考虑后确定布置 1 个主井、1 个副井、1 个风井。4.1.2 工业广场及井口位置的确定1）工业广场及井口位置的确定（1） 对初期开采有利，即储量必须可靠，井巷工程量省，建井工期较短。（2） 应使井田两翼储量大致平衡，即井筒应位于储量中心，利于井下运输、通风和开采系统布置，减少生产经营费用。（3）尽量不占良田、少占农田。充分利用地形地貌布置工业广场，以便使地面生产系统合理，便于与外界沟通，使运输方便。（4） 井筒应尽量避免穿过流沙层、较大含水层、较厚的冲积层、有煤和瓦斯突出的煤层以及较大面积的采空区和大断层，以减少施工困难，并尽量少压煤。（5） 工业广场和井筒应有良好的工程地质条件，不受洪水、岩崩、泥石流、滑坡及森林火灾的威胁。通过以上分析，考虑到吕家坨南矿实际情况：南北方向短，东西方向长及井田断层褶曲的影响。为了减少煤柱损失，缩短煤炭外运距离，减少运输费用，平衡井田两翼的运输和通风系统，吕家坨南矿工业广场和主、副井井口布置在井田中央，对于本矿井井田中央也大致是井田储量中央。2）风井位置的确定风井位置应根据通风系统合理选择（1）采用中央边界式通风系统时，主、副井筒设在井田中央，风井设在井田上部边界中央。 （2）采用中央并列式通风系统时，进、回风井并列在工业广场内。一般可利用其一井筒进风，另一井筒回风，主副井筒相距3050m。大型矿井相距可达60100m，并在井田上部边界附近设安全出口，如果矿井水文地质条件简单，无突水危险时，且主副井筒均能上下人员，也可以单独设置安全出口。 （3）采用对角式通风系统时，风井设在井田两翼上部边界。 （4）采用分区式通风系统时，回风井设在各采区的上部边界。 根据吕家坨南矿的生产实际，为保证井下生产时有足够的风量，本矿井开采前期采用中央边界式通风，风井设在井田北部边界。4.1.3 开采水平的确定及采区划分开采水平的确定是矿井设计的关键，它直接关系到矿井的基本建设投资及生产经营费用，是矿井开拓的重要参数。开采水平高度根据煤层赋存条件、生产技术水平及水平 接替等因素综合考虑确定。设计时从以下几个方面进行分析论证：（1）是否有合理的阶段斜长；（2）阶段内是否有合理的区段数目；（3）要保证开采水平有合理的服务年限和足够的储量。（4）要使水平高度在经济上合理。其中开采水平有合理的服务年限很重要，必须符合规范规定，水平高度可按表41选取。41 矿井阶段垂高表井型缓倾斜、倾斜煤层急倾斜煤层大、中型矿井200350100250小型矿井8012060100井田范围内可采煤层为7煤层、8煤层和9煤层，其中7煤层和8煤层间距20m，8煤层与9煤层相距30m，采用集中布置方式。通过后面的技术经济比较确定采用立井两水平上下山开拓，其中第一水平标高为500，阶段垂高分别为250m、200m；第二水平标高为700m，阶段垂高200m。4.1.4 采区划分及其布置采区划分应遵循以下原则：(1)采区宜双翼布置，当受地质条件限制时，或在安全上有特殊要求时，可以单翼布置。采区走向长度的确定应以技术上可行、经济上合理为原则。(2)开采煤层群时，宜集中或分组布置采区。煤层群分组时，应根据具体的矿山地质和开采技术条件，综合考虑技术经济上的合理性。在矿山地质条件方面，应将层间距较近的煤层化为一组，但要适当注意个煤层的倾角、厚度、顶底板岩性的一致性以及地质构造方面的情况，以利于开采。根据我国经验，当煤层间距小于2030m时，适合采用联合布置采区；煤层数多、可采总厚度大时，采用联合布置更为有利。关于开采水平范围内的采区布置问题，应考虑：矿井初期开采的采区，应尽量布置在井筒附近，贯彻先进后远、采区前进式开采的原则，逐步向井田边界扩展；应优先考虑布置中央采区的可能性；主、副井和风井的贯通距离应尽量缩短；对倾角小于16的煤层，采用上下山同时布置采区；初期开采的采区，应尽量布置在高级储量内。在井田范围内，采区的开采顺序，一