采矿工程毕业设计（论文）-沁新煤矿3.0Mta新井设计（全套图纸）.doc

第139页中国矿业大学2012届本科生毕业设计1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 矿区地理位置 沁新煤矿位于山西省沁源县西部西部李元乡境内，东距沁源县城17km。其地理坐标为东经11210101121225，北纬363235363445。该井田为不规则的多边形。图1-1 沁新矿区交通位置图沁（源）洪（洞）公路从矿区北部通过，向东17km至沁源县城接汾（阳）屯（留）二级公路及沁（沁源）沁（沁县）铁路，距太焦线沁县火车站76 km, 距309国道张店镇54 km，距南同蒲铁路介休市100 km、平遥县城105 km，交通极为便利（见图1-1）。1.1.2地形、地貌本井田位于太岳山东源，属中、低山区。本区基本为基岩裸露区，但地层多被植被覆盖。区内山高沟深，地形复杂，最高点在井田中部摇岭湾，高程1423.6m，最低点位于井田东北部河床，高程1152.0m，相对高差271.60m。井田内沟谷发育，并呈放射状展布。1.1.3河流水系本区属沁河水系，井田内无大的河流通过，东北部沟谷水流入狼尾河，西南部沟谷水流入柏子河，均为季节性河流。井田内历年最高洪水位线1149.5m，井口均位于洪水位线以上。1.1.4 矿区气候条件本区属大陆性气候，四季分明，昼夜温差较大。据沁源县19881997年观测资料，年平均气温 8.6 ，最高气温可达35.6 （1995年7月5日），最低气温-25.8 （1990年2 月1 日）。年平均降水量 634.0 mm，年平均蒸发量为1547.2 mm，蒸发量大于降水量。结冰期为10月下旬至次年3月中旬，最大冻土深度为800 mm（1993年）。夏、秋季多东南风，冬、春季多西北风，最大风速14 m/s。1.1.5 矿区的水文情况本井田位于太岳山东源，属中、低山区。本区基本为基岩裸露区，但地层多被植被覆盖。区内山高沟深，地形复杂，最高点在井田中部摇岭湾，高程1423.6 m，最低点位于井田东北部河床，高程1152.0 m，相对高差271.60 m。井田内沟谷发育，并呈放射状展布。本区属沁河水系，井田内无大的河流通过，东北部沟谷水流入狼尾河，西南部沟谷水流入柏子河，均为季节性河流。井田内历年最高洪水位线1149.5 m，井口均位于洪水位线以上。1.2 井田地质特征1.2.1 煤系地层本矿区位于沁水煤田的西部边缘，霍山隆起的东侧。矿区内地层出露较好，区内出露的地层由西北向东南依次为下石盒子组上段，上石盒子组下段、中段，第四系更新统及全新统地层以角度不整合零星覆盖于区内各时代地层之上。现结合矿区内及附近钻孔揭露资料，对矿区内的地层自下而上分述如下：（1）、奥陶系(O)1)奥陶系中统峰峰组(O2f)为煤系地层的沉积基底。岩性主要为深灰色石灰岩、角砾状泥灰岩及泥质白云岩，下部夹似层状石膏，上部方解石细脉发育，具铁质浸染现象。（2）、石炭系(C)1)中统本溪组(C2b)与下伏峰峰组呈平行不整合接触。该组厚度12.23-25.70 m，平均19.19 m，岩性以灰、灰白色铝质泥岩、灰黑色泥岩、砂质泥岩为主夹石灰岩及薄煤层，底部多为以结核状黄铁矿为主的铁铝质岩。本组含植物化石鳞木、芦木及动物化石蜓科。2)上统太原组(C3t)为主要含煤地层之一，与下伏本溪组呈整合接触。厚度101.79-119.10 m，平均111.51 m。由泥岩、粉砂岩、砂岩及石灰岩和煤层组成。按岩性组合可将本组分为上、中、下三段，各段特征详见本节含煤地层部分。（3）、二叠系(P)1)下统山西组(P1s)为主要含煤地层之一，与下伏太原组呈整合接触，厚度44.50-54.38 m，平均50.99 m。由砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成。2)下统下石盒子组(P1x)与下伏山西组整合接触，厚度114.43122.55 m，平均117.10 m，根据岩性组合特征，可分为上、下两段：下段(P1x1) 厚度38.90-72.71 m，平均57.04 m。岩性为深灰色、灰色泥岩、粉砂岩夹浅灰色细粒砂岩，下部夹极不稳定的薄煤层，底部K8为浅灰色中细粒砂岩，层面富含炭屑及白云母片，具交错层理，局部相变为粉砂岩。上段(P1x2)厚度42.79-75.53 m，平均57.08 m，以浅灰色、灰绿色、紫红色泥岩为主夹黄绿色中细粒砂岩，底部K9为灰绿色中细粒砂岩，顶部常为紫红、灰绿色含大量菱铁质鲕粒的铝质泥岩，俗称“桃花泥岩”，是确定上石盒子组底界K10砂岩良好的辅助标志。3)上统上石盒子组(P2s)与下伏下石盒子整合接触，厚度505m左右，根据其岩性组合特征可分为上、中、下三段。本区只有上石盒子组下段及中段大部分地层,厚度约400 m左右。下段P2s1)平均厚度212.41 m，浅灰、黄绿色、紫红色泥岩、粉砂岩、夹灰白、灰绿色中细粒砂岩。底部K10为灰白色、黄绿色中细粒砂岩，大型交错层理发育。下段P2s2)本段地层顶部缺失，厚度约190 m，底部K12为灰、灰白色中粗粒砂岩，含云母片，具大型交错层强，局部含细砾；下部为紫红色、黄绿色泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩，上部为黄绿色细粒砂岩与黄绿色、紫红色泥岩互层。（4）、第四系(Q)1)中更新统(Q2)厚度010 m，为红黄色、棕红色亚粘土、亚砂土夹古土壤及钙质结核，底部夹砂砾透镜体。2)上更新统(Q3)厚度07 m，为浅黄色亚砂土，结构疏松，具垂直节理，顶部偶夹褐色古土壤，含零星钙质结核。3)全新统(Q4)厚度05 m，上部为浅黄色砂土、亚砂土；下部为浅黄色、浅灰色分选磨圆均较差的砂砾层。地层综合柱状图如下图所示1.2.2 含煤地层本矿区含煤地层为石炭系中统本溪组、上统太原组和二叠系下统山西组、下石盒子组，其中太原组和山西组为主要含煤地层，本溪组和下石盒子所含煤层为极不稳定的薄煤层，无开采价值。现将太原组、山西组地层分述如下：（1） 石炭系上统太原组(C3t) 从K1砂岩底到K7砂岩底，厚度101.79-119.10m,平均111.51m。整合于本溪组地层之上。主要由灰色、灰黑灰色泥岩、粉砂岩、中、细粒砂岩及K2、K3、K4石灰岩和煤层组成。为本区主要含煤地层之一，共含煤10层，含煤系数平均7.61%。按岩性、岩相及沉积旋回分三段叙述如下：1)下段(C3t1) 从K1砂岩底至K2石灰岩底，地层厚度为44.24-57.63m,平均50.37m。主要为灰白色砂岩、灰灰黑色泥岩、铝质泥岩、粉砂岩及稳定可采的9+10 号及11号煤层所组成，下部夹12层不稳定的石灰岩或泥灰岩。底部K1砂岩为灰白色薄层状细中粒石英砂岩，岩性特征明显，致密坚硬，是一种良好的地层划分对比依据。 2）中段(C3t2) 从K2石灰岩底至K4石灰岩顶，地层厚度30.10-37.04m,平均33.04m。主要由三层深灰色石灰岩及灰白色砂岩、灰黑色粉砂岩、泥岩间夹二层局部可采煤层。底部为深灰色，巨厚层状致密、坚硬的K2石灰岩。含有丰富的有孔虫、蜓科、腕足类化石和燧石结核，中、下部常夹有一层灰黑色泥岩。自K2向上为灰黑色泥岩及其具波状层理的粉砂岩、细粒砂岩，多受黄铁矿浸染，其上发育有临近可采的8号煤层。 其顶板为深灰色，厚层状的K3石灰岩。K3石灰岩全区稳定，易于对比，K3至K4石灰岩间，为灰色、灰黑色的砂岩、粉砂岩和泥岩，顶部为层位稳定但不可采的7号煤层，其顶部即为深灰色、中厚层状， 致密坚硬的K4石灰岩。 3）上段(C3t3) 从K4石灰岩顶至K7砂岩底，地层厚度16.41-29.50m,平均24.58m。主要为灰黑色、黑色的泥岩、粉砂岩组成，含黄铁矿、菱铁矿结核，其间6 号煤层局部相部为炭质泥岩。本段依据岩相旋回分析，应为泻湖海湾相沉积。 （2） 二叠系下统山西组(P1s) 本组自K7砂岩底至K8砂岩底，整合于下伏地层之上。含本煤矿具有开采价值的1号、2号煤层。地层厚度44.50-54.38m,平均50.99m。岩性主要由灰白色中、细粒砂岩、灰黑色的粉砂岩、泥岩和煤层形成的45个沉积旋回所组成，依据其岩性和沉积旋回分析，属于滨海三角洲平原上的河控型沉积。其底部K7砂岩为中细粒长石石英砂岩，岩性及厚度变化较大，为滨岸沙坝沉积。其上沉积有3号薄 煤层,向上约7m左右，发育有2号煤层。此段以黑色泥岩、粉砂岩为主，夹中、细粒杂砂岩。2号煤层向上约20m左右发育有1号煤层。1号煤层之上为K8砂岩。以黑色泥岩、灰色、深灰色粉砂岩、细粒砂岩为主夹菱铁矿结核、铝质泥岩及炭质泥岩。1.2.3 水文地质特征（1） 矿井水文地质条件井田为隐伏岩溶区，位于广胜寺岩溶水系统补给径流区，西部边界及北西紧邻沟谷，由第四系松散层覆盖，井田基本由石盒子地层覆盖，区内植被覆盖条件好，有利于降水入渗，但由于地形切割强烈，易造成地下水排泄，又因区内构造简单，煤层埋深北部浅于南部，西部浅于东部，况且井田北部浅埋煤层大部采空，决定着井田煤矿床水文地质条件简单化。1） 主要含水层特征 奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层含水层包括峰峰组和上马家沟组，井田内钻孔均有不同程度揭露奥灰地层，岩芯鉴定溶隙不甚发育。沁新煤矿水源井位于本井田北沁新煤矿主斜井附近，揭露奥灰318.22 m，奥灰埋深198.90 m。岩芯鉴定峰峰组灰岩溶隙不甚发育，上马家沟组灰岩溶隙发育,钻进至该层后冲洗液出现全漏失，漏失量达45 m3/h,且岩芯采取率低，说明溶隙发育。该井奥灰岩溶水位埋深261.40 m，标高932.40 m，混合抽水试验结果为水位降深1.90 m，涌水量为14.31 L/s，单位涌水量为7.53 L/s.m，属于富水性强的含水层，近年来水量明显减少，往东进入本井田随着奥灰埋深的增加,岩溶裂隙发育程度将随着埋深的增加而减弱。富水性也明显减弱。本井田属富水性强的岩溶裂隙含水层。 太原组薄层石灰岩岩溶裂隙含水层组该含水层组主要为K2、K3、K4三层薄层石灰岩组成。其中K2石灰岩较厚，厚4.50-10.09 m，平均7.38 m，为9+10号煤层顶板直接充水含水层，K3石灰岩平均厚7.12m，K4石灰岩平均厚7.30 m，据ZK301号钻孔岩芯鉴定溶隙较发育，消耗量均较小，是由于埋藏深度较大，接受补给条件较差，因此，属富水性弱的含水层组。 碎屑岩类砂岩裂隙含水层组该含水层组主要由K7、K8、K9砂岩组成。K7砂岩为1、2号煤层底板直接充水含水层，厚1.00-4.23 m,平均厚2.58 m，岩性以细粒砂岩为主。K8砂岩为1、2号煤层顶板直接充水含水层，厚4.63-8.22 m，平均厚6.56 m。岩性经中细粒砂岩为主。K9砂岩为1、2号煤层间接充水含水层，可通过开采裂隙与K8砂岩含水层发生水力联系，该层浅埋地带风化裂隙发育，含水性有所增强，本矿井调查，矿坑水主要来自K9砂岩，水化学类型为HCO3+K+Na）型，钻孔揭露三层砂岩岩芯裂隙不发育，除201号钻孔冲洗液消耗量稍大外，其余钻孔消耗量均很小。因此，属含水性弱的含水层组。 基岩风化壳砂岩裂隙含水层组为各个不同地质时代的岩层与第四系接触，以石盒子组砂岩为主，区内大面积出露，为本区主要含水层组之一，砂岩层可达10层，以中细粒砂岩为主，风化裂隙发育，第四系覆盖厚度不大，植被发育，有利于大气降水入渗，一般排泄条件好，本区泉水大都来自该组砂岩，流量在0.02-0.5 L/s之间，均排向沟中，地下水沿走向径流为主，垂向上存在泥岩阻隔难向下层补给。因此，含水性随埋深增加而减弱。 第四系松散岩类孔隙含水层组主要为全新统（Q4）及上新统（Q3）地层，岩性为砂土，砂砾层组成，厚0-15.00 m,结构疏松，主要接受大气降水及山前基岩裂隙水补给，受季节影响明显，含水性与埋藏厚度相关，总体为含水性较弱的含水层组。2） 主要隔水层 11号煤层以下及本溪组隔水层组主要由该地层中铝质泥岩、泥等组成，厚度约40 m，不整合于峰峰组裂隙岩溶层之上。铝质泥岩及细粒砂岩的K1石英砂岩，隔水性能好，若无构造破坏，能阻隔其上、下含水层之间的水力联系，构成奥灰含水层的直接隔水顶板。 石炭系上统太原组上段隔水层组由K7砂岩底至K4灰岩顶之间的泥岩、粉砂岩组成，该段地层厚一般24.58 m,若无构造沟通或遭受破坏，可成为2号煤层底板良好的隔水层。 二叠系砂岩含水层层间隔水层组主要由泥岩、粉砂岩等组成，呈层状分布于各砂岩含水层之间，形成平行复合结构，构造裂隙不甚发育。无构造沟通情况下构成各含水层间的良好隔水层组。4） 井田水文地质类型 2号煤层：矿井涌水量主要来自煤层顶板砂岩裂隙水，富水性较弱，矿井调查涌水量主要为大巷水，因此，根据水文地质勘探类型划分为二类一型，水文地质条件属简单类型。 9+10号煤层：矿井涌水量主要来自煤层顶板K2灰岩裂隙水，富水性较弱，邻区矿井涌水量不大，一般小于100 m3/d，区内大部分地段处于奥灰岩溶水位932.40 m以下，但由于本溪组地层隔水层存在，且奥灰峰峰组岩溶不甚发育，区内构造简单，正常情况下，奥灰岩溶水难以构成下组煤层开采的威胁。因此，水文地质条件属中等类型。 (2) 矿井涌水量2号煤层的直接充水含水层为K8砂岩，富水性弱，主要为顶板淋滤水，一般无水害威胁，但在井田浅埋地带开采2号煤层形成的导水裂隙带可以沟通上部含水层，因此在井田西部沟谷及紧邻北部采空区浅埋地带开采要注意防范浅层裂隙水沿导水裂隙涌入矿井，尤其是在雨季要严加防范，并加强井下排水设施的维护保养工作。1） 开采2号煤层矿井涌水量根据矿井规划面积，斜井开拓，井田2号煤层水文地质条件简单，初步预算矿井涌水量可获得如下结果。正常涌水量为80 m3/h，最小涌水量60 m3/h，最大涌水量140 m3/d。2） 计算公式和预测结果Q= ，、矿井涌水量、预算采用面积、水位降深表1-1 涌水量统计表计算煤层一般涌水量m3/d最小涌水量m3/d最大涌水量m3/d计算数据采用数据计算数据采用数据计算数据采用数据2号煤层1921.2219201440.5514403362.1833609+10号煤层1236.731300.00673.89670.001896.711900.001.3 煤层特征1.3.1 可采煤层本区可采煤层二层，山西组的2号、太原组9+10号煤层，现将上述各煤层分述如下：（1）2号煤层位于山西组中部，上距1号煤层15.72-27.20 m,平均间距20.45 m，1号、2号煤层间距东北部较小（101号、19号孔），中部最大（Q-1B号孔），其它则变化不大，煤层厚度1.80-2.79 m,平均2.34 m。变化规律西厚东薄，变化不大，煤层结构简单，在Q-1B、Q-2号孔各含一层夹矸，其余均不含夹矸，煤层顶底板为泥岩、砂岩或粉砂岩。该煤层全井田可采，厚度变化系数（变异系数）13%，因此，属稳定可采煤层。（2）9+10号煤层位于太原组下段顶部，上距3号煤层62.20-82.63 m,平均71.06 m，与3号煤层间距西北厚、东南薄。10号煤层在东北部101号、19、202号孔钻孔厚度为1.02-1.40 m,平均1.23 m，变化不大,在其它钻孔均与9号煤层合并,厚度2.04-3.16 m,平均2.64 m,厚度Q-1号、Q-2号、302号孔相差无几，82号孔最大，201号孔最小，分叉、合并及厚度变化。煤层结构简单，在分叉区10号煤层无夹矸，合并区9+10号煤层含1-2层夹矸。煤层顶板合并区为石灰岩，分叉区为泥岩或粉砂岩，底板为泥岩或粉砂碉，西部为细粒砂岩。该煤层全井田可采，厚度变化系数（变异系数）合并区为15%，因此，属稳定可采煤层。1.3.2 煤的特征（1）化学性质及工艺性能 1）2号煤层水分（Ad）：原煤0.60-0.86%，平均0.73%，浮煤0.55-0.62%，平均0.59%。灰分（Ad）：原煤10.99-17.25%，平均14.12%，浮煤4.17-5.15%，平均4.66%。挥发分（Vdaf）：浮煤15.87-17.83%，平均16.85%。全硫（St,d）：原煤0.33-0.40%，平均0.37%，浮煤0.36-0.38%，平均0.37%。磷（Pd）：原煤平均0.008%。发热量（Qgr,d）：原煤29.32-32.23 MJ/kg，平均30.78 MJ/kg。粘结指数（GR.I）：浮煤平均87。胶质层厚度(Y)一般大于10 mm。根据煤炭质量分级GB/T15224.1.2.3和中国煤炭分类国家标准GB5751-86，该煤层属特低灰、特低硫、特高热值、特强粘结的焦煤，是很好的炼焦用煤。表1-2 主要可采煤层特征表煤层号煤层厚度（m）煤层间距（m）夹石层数顶板岩性底板岩性稳 定可采程度最小-最大平均最小-最大平均21.80-2.792.3420.454.50-11.360-1泥岩、砂岩泥岩、砂岩稳定可采9+101.02-1.501.332.24-3.162.8471.0617.83-22.800-2石灰岩、泥岩泥岩、粉砂岩稳定可采 2）9+10号煤层水分（Ad）：原煤0.40-0.96%，平均0.70%，浮煤0.41-0.64%，平均0.51%。灰分（Ad）：原煤14.03-25.23%，平均17.97%，浮煤6.69-7.53%，平均7.10%。挥发分（Vdaf）：浮煤15.00-17.30%，平均15.83%。全硫（St,d）：原煤2.90-4.26%，平均3.39%，浮煤1.85-2.10%，平均1.98%。磷（Pd）：原煤0.006-0.007%，平均0.007%。发热量（Qgr,d）：原煤30.80-30.83MJ/kg，平均30.82MJ/kg。粘结指数（GR.I）：浮煤9-54，平均26。胶质层厚度(Y):一般在5.0mm左右。根据煤炭质量分级GB/T15224.1.2.3和中国煤炭分类国家标准GB5751-86，该煤层属低灰、高硫、特高热值、弱粘结-中强粘结性的瘦煤和贫瘦煤，一般作动力用煤。 （ 2）煤质特征及工业用途2号煤层属低灰、低硫、高热值、强粘结性的焦煤，易洗选是很好的炼焦配煤。（3）煤的可选性2000年沁新煤矿详查补充勘探时，在本矿采取2号煤层煤样，进行了简易筛分浮沉试验，其结果叙述如下：煤的筛分浮沉试验：煤的筛分试验共分13-6、6-3、3-0.5、0.5-0四个粒度级及煤粉。筛分结果见表3-2-2。煤的浮沉试验在13-6、6-3、3-0.5、0.5-0 mm粒级进行，其结果浮煤产率主要集中在1.3-1.4比重级内，详见表1-3。 表1-3 沁新煤矿2号煤层简易筛分试验报告统一编号9940004送样单位144井田沁新煤矿煤层名称2来样编号QK-2-1钻孔号沁新煤矿粒度(mm)产物名称产率质量Qgr,v,d(MJ/kg)质量(kg)占全样(%)筛上累计(%)占13-0.5(%)Mad(%)Ad(%)St.d(%)13-6煤2.60028.9528.95034.080.559.000.2833.4916-3煤2.60028.9557.90034.070.548.710.3033.4163-0.5煤2.43027.0684.96031.850.568.080.3333.7170.5-0煤1.35015.0399.9900.619.330.3633.22113-0.5小计煤7.63084.97100.000.558.610.3013-0合计煤8.980100.000.568.720.31备注1.3.3 煤层开采技术条件（1）煤层顶底板情况2号煤层顶板为泥岩，局部出现细粒砂岩，厚度为0-0.50 m，平均1.46 m,为一套质软、易碎裂隙发育中等的泥岩；底板为一套质较硬，裂隙不太发育的泥岩，厚度为1.40-9.80 m，平均5.29 m。2号煤层顶板在西部为块状、坚硬、裂隙不发育的中细粒砂岩，厚度为0.90-3.20 m，平均2.05 m，在其它地区为粉砂岩,含砂泥岩、炭质泥岩，均质较硬，裂隙较发育，厚度为2.07-13.00 m，平均6.60 m；底板为一套质较硬,裂隙较发育的细粒砂岩或砂质泥岩,厚度为0.50-5.20 m，平均3.31 m。（2）瓦斯据山西省煤炭工业厅文件晋煤瓦发2010746号“关于长治市2009年度 30万吨及以上（含30万吨）矿井瓦斯等级鉴定结果的批复”，该矿井2009年度瓦斯绝对涌出量24.2 m3/min，瓦斯相对涌出量3.49 m3/t，为低瓦斯矿井。（3）煤尘爆炸与煤的自燃根据国家煤及煤化工产品质量监督检验中心2011年6月3日对本矿井2号煤层鉴定结果：；2号煤层煤的吸氧量为0.81 cm3/g，自燃倾向性等级为III级，自燃倾向性为不易自燃。2 井田境界和储量2.1井田境界沁新煤矿位于山西省沁源县西部西部李元乡境内，东距沁源县城17 km。煤层的倾角最大为10，最小为2，平均为6，井田平均水平宽度为6.28 km。井田水平面积为16.63（km2）。井田赋存情况示意图如下2-1： 图2-1 井田赋存情况示意图2.2 矿井储量计算2.2.1储量计算基础（1） 根据薛湖煤矿井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算。（2） 储量计算厚度：夹矸厚度不大于0.05m，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹矸厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤分层厚度作为储量计算厚度。（3）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，采用地质块段的算术平均法。（4）煤层体积质量：二2煤层体积质量为1.5 t/m3。2.2.2 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。（3）断层煤柱宽度40 m，井田境界煤柱宽度50 m。（4）维护带宽度：风井场地20 m，村庄10 m，其它15 m。（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书中第十五条，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(Mt/a)占地面积指标（ha/0.1Mt）2.4及以上1.01.21.81.20.450.91.50.090.31.82.2.3矿井地质储量矿井主采煤层为2号煤层，采用地质块段法。 图21 地质块段划分 根据地质勘探情况，将矿体划分为、五个块段，在各块段范围内，用算术平均法球的每个块段的储量，煤层地质总储量即为各块段储量之和，块段划分如图2.2所示。2号煤层的地质储量为4.31亿t，具体的储量计算过程如下表22。 表22 矿井地质储量计算表块号倾角 ()平面面积（m2）煤层面积（m2）煤厚（m）容重（t/m3）储量（Mt）2号15458672146042427.41.551.1070928218131722027547.41.524.4505733299245029942747.41.533.2364444591521559296597.41.565.8192156234867823576507.41.526.169929+10号15458672146042428.51.558.7040928218131722027548.51.528.0851133299245029942748.51.538.1769944591521559296598.51.575.6031556234867823576508.51.530.06004即矿井2号煤层地质资源储量为431.41 Mt。根据井田内的钻孔布置，在矿井地质资源储量中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推断的（333）。根据煤层厚度、煤质以及其它煤层赋存情况，在探明的和控制的资源量中，85%是经济的基础储量(111b和112b)，10%是边际经济的基础储量(2M11和2M22)，5%是次边际经济的资源量(2S11和2S22)。则矿井工业资源/储量Zg计算如下：Z111b=431.4160%85%220.02Z112b=431.4130%85%110.01Z2M11=431.4160%10%25.88Z2M22=431.4130%10%12.94Z2S11=431.4160%5%12.94Z2S22=431.4130%5%6.47由于地质条件简单，煤层赋存稳定，故可信度系数k取为0.9。Z333k=431.4110%0.938.83故工业储量为：ZgZ111bZ112b+Z2M11+Z2M22+Z2S11Z2S22Z333k427.10（Mt）2.2.4 矿井可采储量矿井设计资源储量按式（2-3）计算：式中矿井设计资源/储量断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建筑煤柱等永久煤柱损失量之和。按矿井工业储量的3%算。则：414.29（Mt）矿井设计可采储量式中矿井设计可采储量；工业场地和主要井巷煤柱损失量之和，按矿井设计资源/储量的2%算；C采区采出率，厚煤层不小于75%；中厚煤层不小于80%；薄煤层不小于85%。此处取0.85。则：304.50（Mt）2.2.5工业广场煤柱根据煤炭工业设计规范不同井型与其对应的工业广场面积见表2-3。第5-22条规定：工业广场的面积为0.8-1.1平方公顷/10万吨。本矿井设计生产能力为300万吨/年，所以取工业广场的尺寸为400m750m的长方形。煤层的平均倾角为10度，工业广场的中心处在井田走向的中央，倾向中央偏于煤层中上部，其中心处埋藏深度为-260m，该处表土层厚度为30m，主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按级保护留维护带，宽度为15m。本矿井的地质掉件及冲积层和基岩层移动角见表2-4。表2-3 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1.0120-1801.245-901.59-301.8表2-4 岩层移动角广场中心深度/m煤层倾角煤层厚度/m冲击层厚度/m-28067.43045757565由此根据上述以知条件，画出如图2-1所示的工业广场保护煤柱的尺寸：由图可得出保护煤柱的尺寸为：由于两层煤，需算两个保护煤柱。由CAD量的梯形的面积是：610025m2 S4煤=605424/cos7=610025m2则：工业广场的煤柱量为：Z工=SMR式中： Z工-工业广场煤柱量，万吨； S -工业广场压煤面积，； M -煤层厚度，2煤7.4 m，； R -煤的容重, 1.5t/m3。则： Z4煤=6100257.41.510-4 =677(万吨)图2-1 工业广场保护煤柱3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度按照煤炭工业矿井设计规范中规定，参考关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明，确定本矿井设计生产能力按年工作日330天计算，四六制作业（三班生产，一班检修），每日三班出煤，净提升时间为16小时。3.2矿井设计生产能力及服务年限(1）矿井设计生产能力因为本井田设计丰富，主采煤层赋存条件简单，井田内部无较大断层，比较合适布置大型矿井，经校核后确定本矿井的设计生产能力为300万吨/年。(2)井型校核下面通过对设计煤层开采能力、辅助生产能力、储量条件及安全条件等因素对井型加以校核。1）矿井开采能力校核沁新矿2、9+10煤层均为厚煤层，煤层平均倾角为4.5度，地质构造简单，赋存较稳定，但矿井瓦斯含量及涌水相对较大，考虑到矿井的储量可以布置两个综放工作面同采可以满足矿井的设计能力。2）辅助生产环节的能力校核矿井设计为特大型矿井，开拓方式为双斜井单水平开拓，主斜井采用胶带输送机运煤，副斜井采用轨道辅助运输，运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤经顺槽胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，再经主斜井胶带运输机提升至地面，运输能力大，自动化程度高。副井运输采用绞车双钩串车提升、下放物料，能满足大型设备的下放与提升。大巷辅助运输采用无轨胶轮车运输，运输能力大，调度方便灵活。3）通风安全条件的校核本矿井煤尘具有爆炸性瓦斯含量相对较高，属于高瓦斯矿井，水文地质条件较简单。矿井通风采用对角式通风，矿井达产初期对首采只需先建一个风井即可满足矿井的通风需求，后期再建一个风井，可以满足整个矿井通风的要求。本井田内存在若干小断层，已经查到且不导水，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于矿井的可采储量相适应，以保证矿井有足够的服务年限。矿井服务年限的公式为：T=Zk/(AK) （3-1）其中：T -矿井的服务年限，年； Zk-矿井的可采储量，304.50 Mt； A -矿井的设计生产努力，300万吨/年； K -矿井储量备用系数，取1.4。则： T=304.50100/（3001.4） =72.5（年）既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矿井每个生产环节有一定的储备能力，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。 表3-1 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限表矿井设计生产能力（万t/a）矿井设计年限（a）第一水平设计服务年限煤层倾角45600及以上7035300-5006030120-2405025201545-90402015154 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系列巷道进入媒体，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。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；合理确定开采水平的数目和位置；布置大巷及井底车场；确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；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，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。4.1.1确定井筒形式井筒形式有三种：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。具体见表4-1。4.1.2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； 表4-1 井筒形式比较井筒形式优点缺点适用条件平硐1运输环节和设备少、系统简单、费用低。2工业设施简单。3井巷工程量少，省去排水设备，大大减少了排水费用。4施工条件好，掘进速度快，加快建井工期。5煤炭损失少。受地形影响特别大有足够储量的山岭地带斜井与立井相比：1井筒施工工艺、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。2地面工业建筑、井筒装备、井底车场简单、延深方便。3主提升胶带化有相当大提升能力。能满足特大型矿井的提升需要。4斜井井筒可作为安全出口。与立井相比：1井筒长，辅助提升能力小，提升深度有限。2通风线路长、阻力大、管线长度大。3斜井井筒通过富含水层，流沙层施工复杂。井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质条件简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。立井1不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地质等自然条件限制。2井筒短，提升速度快，对辅助提升特别有利。3当表土层为富含水层的冲积层或流沙层时，井筒容易施工。4井筒通风断面大，能满足高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井需风量的要求。1井筒施工技术复杂，设备多，要求有较高的技术水平。2井筒装备复杂，掘进速度慢，基建投资大。对不利于平硐和斜井的地形地质条件都可考虑立井。4.1.2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。4.1.3工业场地的位置（1）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，石门的工程量要尽量少；2）有利于首采采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区要尽量少迁村或不迁村；3）井田两翼的储量基本平衡；4）井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破坏带、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的威胁；6）工业场地宜少占耕地，少压煤；7）水源、电源较进，矿井铁路专用线短，道路布置合理。(2）工业场地的形状和面积根据表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30 ha，形状为矩形， 长为600 m,宽为500 m。4.1.4开采水平的确定及采盘区划分设计中针对二号煤层。二号煤层倾角平缓，为38，平均5，为近水平煤层，故设计为立井一水平开采。一水平标高-550 m，主要开采方式为带区式开采，二水平标高-850 m，主要开采方式为带区式开采。二2号煤层生产能力：可采储量为139.20 Mt，服务年限为 59.48 a。4.1.5 矿井开拓方案比较（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，如图，分述如下：方案一：斜井单水平盘区开拓主副井均为斜井，布置于井田中央，大巷布置在煤层中方案二：主斜副立单水平开拓斜井提煤运输能力大，立井辅助运输能力大，为此提出主井采用斜井开拓，副井采用立井开拓,大巷布置在煤层中方案三：斜井单水平带区开拓主副井均为斜井，布置于井田中央，大巷布置在煤层中方案四：立井单水平开拓主副井均为立井，布置于井田中央，大巷布置在煤层中 图4-1 方案三：斜井单水平带区开拓 图4-2 方案一：斜井单水平盘区开拓 图4-3 方案一：斜井单水平盘区开拓 图4-4 方案三：斜井单水平带区开拓 图4-5 方案四：立井单水平开拓 图4-6 方案二：主斜副立单水平开拓（2）技术比较方案一、二、三主井为斜井，斜井的运输提升能力比立井大，有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒也可作为安全出口，井下一旦发生事故，人员也可从主斜井迅速撤离。方案四主井为立井，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，主要缺点是井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，掘进速度慢，基建投资大。方案三副井为立井，立井辅助提升能力大、系统简单、通过风量大、技术经济效果好的优点。本矿井为3.0Mt大型矿井，煤层埋深浅，井筒不穿过富含水层、流沙层，不需要特殊施工。（3）粗略经济比较 表4-2 方案一：斜井单水平开拓费用类别数量（m）基价（元）费用（万元）费用合计（万元）初期基建费用 （万元）主井开凿表土段1095210.356.79 437.19 基岩段8714367.4380.40 副井开凿表土段925341.0 49.14 371.51 基岩段7224465322.37 井底车场岩巷10004218.0 421.80 421.80 小计1230.50 生产费用(万元)立井提升系数煤量（Mt）提升高度（km）基价（元）费用（万元）1.2304.50.980.4215039.86 排水涌水量（m3/h）时间（h）服务年限（年）基价（元）费用（万元）80876073.030.42136.23 小计17176.09 合计18406.60 表4-3 方案二：主斜副立单水平开拓费用类别数量（m）基价（元）费用（万元）费用合计（万元）基建费用（万元）主井开凿表土段1095210.356.79 437.19 基岩段8714367.4380.40 副井开凿表土段3031205.0 93.62 411.63 基岩段24512980.2318.01 石门岩巷2804218118.10 118.10 井底车场岩巷11004218.0 463.98 463.98 小计1430.90 生产费用（万元）立井提升系数煤量（Mt）提升高度（km）基价（元）费用（万元）1.2304.50.980.4215039.86 排水涌水量（m3/h）时间（h）服务年限（年）基价（元）费用（万元）80876072.50.42120.73 小计17160.59 合计18591.49 表4-4 方案四：立井单水平开拓费用类别数量（m）基价（元）费用（万元）费用合计（万元）基建费用（万元）主井开凿表土段3021022.663.07 366.10 基岩段25511883.7303.03 副井开凿表土段3031205.0 93.62 547.92 基岩段35012980.2454.31 石门岩巷228421896.17 96.17