采矿工程毕业设计（论文）-东欢坨矿150万吨新井设计.doc

华北科技学院毕业设计东欢坨矿150万吨新井设计 一般部分绪 论7 1 矿区概况及井田地质特征9 1.1 矿区概况9 1.1.1 井田位置及交通9 1.1.2 地形与地貌9 1.1.3 水系情况9 1.1.4 气象情况9 1.1.5 地震情况10 1.1.6 矿区工业发展现状10 1.1.7 矿区煤炭生产简况10 1.1.8 建材情况10 1.1.9 矿区水源、电源与通信情况10 1.2 井田地质特征11 1.2.1 区域地质特征11 1.2.2 地层特征11 1.2.3 水文地质13 1.3 煤层特征15 1.3.1 煤层赋存状况15 1.3.2 煤质情况16 1.3.3 基岩风化情况16 1.3.4 瓦斯、煤尘及自燃情况16 1.3.5 地温情况17 2 井田境界及储量19 2.1 井田境界20 2.1.1 井田境界的划分原则20 2.1.2划分井田的方法20 2.1.3 矿井井田境界20 2.2 井田工业储量21 2.3 井田可采储量22 2.3.1永久煤柱留设22 2.3.1矿井可采储量计算243 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限25 3.1 矿井工作制度26 3.2 矿井设计生产能力及服务年限26 3.2.1确定依据26 3.2.2 矿井设计生产能力26 3.2.3 矿井服务年限27 3.3 井型校核27 3.3.1煤层开采能力27 3.3.2辅助生产环节的能力校核27 3.3.3通风安全条件的校核274 井田开拓29 4.1 井田开拓的基本问题30 4.1.1 井硐形式、数目及配置30 4.1.2 开采水平的确定32 4.1.3 方案比较325 采区巷道布置与采区生产系统38 5.1 采区概况38 5.1.1 采区位置、边界及范围38 5.1.2 采区地质和煤质情况39 5.1.3 采区生产能力、储量及服务年限39 5.2采区巷道布置39 5.2.1 区段划分39 5.2.2 采区上山布置40 5.2.3 采区车场布置42 5.2.4 采区煤仓形式、容量及支护45 5.2.5 采区硐室简介46 5.2.6 采区工作面接续47 5.3 采区准备48 5.3.1 采区巷道的准备顺序48 5.3.2 采区巷道的断面图及支护方式48 6 采煤工艺51 6.1 采煤方法的选择52 6.2 回采工艺52 6.2.1 选择和决定回采工作面的工艺过程及使用的机械设备53 6.2.2 选择采煤工作面循环方式和劳动组织形式54 7 井下运输59 7.1 矿井生产及地质条件59 7.2 矿井运输系统59 7.2.1 运输方式59 7.2.2 运输系统59 7.3 井下主要运输设备选型验算60 7.3.1 工作面刮板输送机选型验算60 7.3.2胶带输送机选型验算66 7.4 井下辅助运输设备选型验算67 7.4.1 设备选型依据67 7.4.2 无轨胶轮车运输的优点67 7.4.3 井下辅助运输设备选型68 7.4.4 辅助运输设备选型验算68 8 矿井提升系统73 8.1 提升方式74 8.2 矿井主提升设备的选择及计算74 8.2.1矿井主提升设备的选择及计算74 9 矿井通风与安全75 9.1 通风系统的确定75 9.1.1 概 述75 9.1.2 矿井通风系统的确定76 9.1.3 主扇工作方式的确定76 9.2 风量计算和风量分配76 9.2.1 矿井风量计算的规定76 9.2.2 采掘工作面及硐室所需风量的计算77 9.2.3 矿井总供风量79 9.2.4 风量分配80 9.2.5 风量的调节方法与措施80 9.2.6 风速验算80 9.3 矿井通风阻力的计算82 9.3.1 确定全矿井最大通风阻力和最小通风阻力82 9.3.2 矿井等积孔的计算86 9.4 通风设备的选择86 9.4.1 主扇的选择计算87 9.4.2 电动机的选择87 9.4.3 反风措施87 9.5 矿井灾害防治88 9.5.1 防治瓦斯88 9.5.2 防治粉尘88 9.5.3隔爆措施89 9.5.4 防灭火8910 设计矿井基本技术经济指标90总 结93参考文献：94专题部分1 绪论99 1.1确定区段煤柱合理尺寸的意义100 1.2 国内外研究概况100 1.3 区段煤柱尺寸留设基本原则1012 煤柱稳定性分析102 2.1 区段煤柱受力分析104 2.1.1 掘巷前煤体侧向应力分布104 2.1.2 掘巷后煤柱宽度方向应力分布105 2.2 影响煤柱稳定性主要因素分析106 2.2.1 载荷大小106 2.2.2 煤柱受力状态107 2.2.3 煤柱尺寸和形状107 2.2.4 煤柱与围岩的关系108 2.2.5 承载时间108 2.3 煤柱锚杆加固机理分析1083 合理煤柱尺寸确定方法109 3.1 经验公式法110 3.2 常规理论分析法110 3.3 极限平衡分析法111 3.4 数值模拟法112 3.5 现场实测法113 3.5.1 煤柱应力测试法113 3.5.2 巷道表面位移观测法114 3.5.3 围岩松动圈测试法1154 结论116参考文献：118致 谢119绪 论大学四年的学习，让我掌握了较多的专业知识，能过这次毕业设计和毕业答辩，更让我了解到了理论与实际的差距，同时也感受到了自己在专业课方面的一些不足之处。本设计为开滦集团东欢坨矿1.5Mt/a的新井设计，根据收集来的地质条件，以及指导教师所分的课题方向，本设计主要是关于新矿井的建设，其中包括了井田开拓、采区设计、采煤工艺、通风安全等方面的设计。本矿井倾斜长度约为3km，走向长约为6.1km，在本井田内共有2层煤，且全部为中厚煤层，平均厚度为3m，煤层平均倾角为20。本井田内可采储量为105.24.2Mt，服务年限为51.4a。本设计采用双立井回风立井单水平开拓，大巷采用带宽为1400mm的胶带输送机运输，辅助运输采用先进的无轨胶轮车运输。采煤方法为单一走向长壁采煤法，采煤工艺为综合机械化开采，采空区处理方法为全部垮落法。本设计通过多方案比较和综合技术比较以及相应的经济比较优化设计，其中开拓方案的比较，以大量的经济数据来核算，以便使设计更加合理。同时在设计过程中，结合了矿井的地质情况、煤层的受力等情况以及国内外的先进经验对单一走向长壁综采面倾斜长度及走向长度的合理确定进行了理论分析，这样使建成的矿井更加与实际相符。通过本次毕业设计，使我学到更多的采矿专业知识，加深了我对所学专业知识的理解和认识。更重要的是，通过做毕业设计也培养了我们个人在实践中发现问题、分析问题和解决问题的真实能力,培养我们实事求是的科学态度和严谨的工作作风，为将来在工作岗位上更好的发挥自己的能力奠定了坚实的基础。由于本人所学到的知识有限，所以在设计中难免出现些错误，希望各位老师、同学们给予批评指正。1 矿区概况及井田地质特征1.1 矿区概况1.1.1 井田位置及交通东欢坨井田位于河北省丰润县韩城与新军屯两镇之间，东距唐山市约15km。由唐山市至玉田、宝坻县的公路经过本井田。井田北有京秦铁路，东有京山和唐遵铁路，京唐高速公路和唐山市外环线公路均在矿井附近，交通便利。矿井交通位置见图1-1-1。1.1.2 地形与地貌本井田属于冲积平原地形，井田内既无山峦起伏，也无河流穿过，地形甚为平坦。北部油房庄附近地形标高为+23m，南部南曹庄附近为+2m，地形坡降为1.6，地势东北高，西南低。1.1.3 水系情况井田南端紧邻一夏秋积水的“油葫芦泊”。井田西北25km处有一泥河，平行本井田急倾斜翼浅部边界，由东北流向西南，流量较小但河床较宽，遇降雨量大时亦有泛滥发生，但影响范围较小。两岸筑有土坝及人工沟渠，对防洪有一定作用。地质报告未提供洪水水位标高，但在东欢坨村附近从未受到洪水威胁。1.1.4 气象情况本区属大陆性气候，夏季炎热多雨，冬季寒风凛冽。最高气温39.6，最低气温-21，平均气温11.1。平均降雨量为614.7mm，最大降雨量为1007.7mm，年平均蒸发量1321.1mm，平均湿度34.8%。冰冻期由每年12月至翌年3月初，冻土深度0.60.8m。积雪最小厚度40mm，最大厚度190mm。年最多风向为东风，其次为偏北风，最大风速为25ms。1.1.5 地震情况根据河北省最新颁布的地震区划图，本区地震烈度为八度。1.1.6 矿区工业发展现状矿区煤炭、钢铁、水泥、陶瓷等工业非常发达，轻工业也比较发达；农业主要以小麦、玉米、高梁及棉花等农作物为主，发展情况良好。1.1.7 矿区煤炭生产简况开滦矿区已有百余年的煤炭开采历史，是我国大型煤炭地之一，包括本矿井在内，开滦(集团)有限责任公司现共有生产矿井10个。因本井田被巨厚冲积层覆盖，除划给地方的鲁各庄区外，附近别无其它小煤矿建设或开采。1.1.8 建材情况矿井续建所需的主要建筑材料如钢材、木材、水泥、砂石等都可以在当地得到解决。1.1.9 矿区水源、电源与通信情况矿井水资源丰富，能保证生产及生活用水，水源可靠。矿井电源引自韩城220kV变电站，供电电源可靠。矿井工业场地建有110kV变电站，双回路运行。1.2 井田地质特征1.2.1 区域地质特征本井田位于车轴山向斜两翼，车轴山向斜属开平煤田西侧的一个含煤构造，主要受新华夏系构造控制，构造线多呈北东向。车轴山向斜为一狭长不对称向西南方向倾伏的大型含煤向斜，向斜轴走向约为N60E，向斜轴面向北西方向倾斜。以向斜轴划分，其东南翼(缓倾斜翼)地层走向N30E，产状较缓，倾角1225，一般20左右；其西北翼(急倾斜翼)地层走向N70E，产状较陡，倾角6580，一般为70左右。经过精查地质勘探、二维和三维地震勘探，本井田共查明41条断层。缓倾斜翼多发育张性、张扭性的高角度倾向或斜交正断层，急倾斜翼多发育走向压性逆断层。以断层性质分，正断层35条，逆断层6条；以控制程度分，可靠断层11条，较可靠断层15条，可靠程度较差断层15条；以断层落差分，小于10m的9条，10m20m的11条，20m30m的6条，30m50m的8条，大于50m的7条。1.2.2 地层特征本井田地层与开平煤田其它各矿地层基本相同，精查地质勘探揭露了第四系及上古生界地层，由老到新叙述如下： A中奥陶统马家沟组(O2)根据区域地质资料，中奥陶统的马家沟组地层在开平煤田厚约400m，以厚层块状灰色与褐红色豹皮状石灰岩为主。本井田钻孔揭露该地层最大厚度91.63m，顶部多呈黄褐色，溶洞裂隙发育，与上覆煤系地层呈平行不整合接触。B中石炭统唐山组(C2)本层总厚度为5060m。底部为7m左右的“G层铝土岩”，顶部为厚约4m的唐山灰岩即K3灰岩，中间主要为灰色、深灰色的砂岩与浅灰、灰白色铝土质粘土岩，夹两层薄层灰岩即K1与K2。C上石炭统(1) 开平组(C31)本组顶界为K6灰岩底，厚约60m。主要以灰色、深灰色细砂岩、粉砂岩与粘土岩为主，夹两层海相灰岩(即K4、K5灰岩)。含煤45层，其中141煤是古生代煤系地层最下部一个较稳定的可采煤层。(2) 赵各庄组(C32)本组顶界为9煤与11煤之间的细砂岩底面，厚度为60l00m。岩性以粉砂岩、细砂岩与砂岩为主，夹粘土岩与煤层，近底部为K6灰岩。本组含11煤、121煤、122煤、12下煤四层可采煤层。D下二迭统(1) 大苗庄组(P11)该组顶为5煤顶板的中砂岩或细砂岩底部，厚60l00m。岩性以灰色、深灰色粉砂岩、细砂岩为主，局部夹粘土岩或中砂岩，含5煤、6煤、7煤、8煤、9煤五层煤，其中8煤、9煤为稳定可采煤层。(2) 唐家庄组(P12)本组顶界为“A层铝土岩”之下的巨粗不等粒长石石英砂岩底部冲刷面，厚度为120230m，一般厚200m左右。E上二迭统古冶组由灰紫、灰绿等杂色的砂砾岩、粗砂岩、细砂岩、中砂岩、粉砂岩、粘土岩沉积交互组成。下段含“A层铝土岩”，其底部为一杂色巨粗不等粒长石石英砂岩，与底部唐家庄组呈冲刷接触，为一套陆相碎屑沉积，厚度约560m。F第四系覆盖于全井田，由北向南逐渐加厚，厚度为150650m。上部由各粒度的砂层、砾石层、粘土层交互组成，下部以杂色巨厚砾石层与卵石层为主，含水丰富，局部夹少量砂层或砂砾层。1.2.3地质构造本井田位于车轴山向斜两翼，车轴山向斜属开平煤田西侧的一个含煤构造，主要受新华夏系构造控制，构造线多呈北东向。车轴山向斜为一狭长不对称向西南方向倾伏的大型含煤向斜，向斜轴走向约为N60E，向斜轴面向北西方向倾斜。以向斜轴划分，其东南翼(缓倾斜翼)地层走向N30E，产状较缓，倾角1225，一般20左右；其西北翼(急倾斜翼)地层走向N70E，产状较陡，倾角6580，一般为70左右。经过精查地质勘探、二维和三维地震勘探，本井田共查明41条断层。缓倾斜翼多发育张性、张扭性的高角度倾向或斜交正断层，急倾斜翼多发育走向压性逆断层。以断层性质分，正断层35条，逆断层6条；以控制程度分，可靠断层11条，较可靠断层15条，可靠程度较差断层15条；以断层落差分，小于10m的9条，10m20m的11条，20m30m的6条，30m50m的8条，大于50m的7条。断层特征详见表1-2-1。号断层编号断层性质断层落差(m)断层产状控制程度备注走向倾向倾角（）15F13正915N57WN.W52较可靠构造地质补充报告提出16F14正10N5WS.W64较可靠构造地质补充报告提出17F15正413N15EN.W6978可靠构造地质补充报告提出31F29正12N20ES.E62较可靠构造地质补充报告提出36F34正2025N86ES.E71较可靠构造地质补充报告提出1.2.4 水文地质1、地下水赋存条件与径流特点第四系底部卵砾石层孔隙水、石炭二迭系砂岩裂隙水与奥灰岩溶水组成本井田承压水力系统。第四系底部卵砾石层超覆所有基岩含水层露头，由于露头无冲积或残积成因的粘土之类阻隔，所以卵砾石含水层与基岩含水层尤其是与大面积隐伏的奥灰含水层水力联系密切。裂隙水赋存于向斜盆地内的石炭二迭系粗、中细粒级砂岩地层。裂隙密集，多为张开，宽度大于lmm，实见有20mm以上者，产状近于直立。孔段单位出水量或单位吸浆量普遍高于相邻的开平向斜井田。奥灰岩溶水产于煤系基底厚度400m以上的白云质和灰质地层之中。历年少量勘探已表明其透水性与富水性强于区内其它所有含水层。特别指出的是，砂岩裂隙水以层状径流进行自身循环的同时，通过贯穿层间的裂隙网络，发生垂向水力联系。这一特点在5煤以上和12-2煤以下砂岩居多的地层中尤为显著。在自然状态下，5煤以上的各个含水层段水位、水化、水温一致，并显示第四系底部卵砾石层水的水源背景；12-2煤以下的各个含水层段尽管透水性强弱不等，但水位、水化、水温与奥灰水趋近，尤其是14-1煤至G层铝土岩层段，几乎与奥灰水一致。2、煤系含水层与隔水层(1) 煤系含水层以水源为背景，按水位、水化、水温的连续性及钻孔抽水流场反映，将煤系含水层分为三组八段。1） 以第四系底部卵砾石水为补给水源的A层5煤强含水组本组法线厚度在-500m水平主石门一线约280m，划分三个层段：a、A层下80m中等含水段；b、A层下80m5煤顶100m强含水段；c、5煤顶100m强含水段。2) 5煤12-2煤层间弱含水组本组厚度110m125m，划分二个层段：a、5煤12-l煤弱含水段；b、12-1煤12-2煤弱含水段。3) 以底部卵砾石水为水源的12-2煤底板强含水组和奥灰水本组厚度约140m155m，划分三个层段：a、12-2煤14-1煤强含水段；b、14-1煤K3强含水段；c、K3G层富水性极不均一的含水段。(2) 煤系隔水层1) A层铁铝质粘土岩；2) 5煤12-2煤层间沉凝灰岩，各类泥岩；3) G层铝土质粘土岩。3、矿井涌水量预计本矿井从1995年以来的涌水量变化可看出，矿井涌水量具有逐渐衰减的变化规律。根据矿方实际统计资料，1995年矿井涌水量约50m3min， 1999年矿井涌水量为30.74m3min，2004年矿井实际涌水量为28.9m3min。本矿井水文地质条件比较复杂，比较准确的预计矿井涌水量有一定难度，本矿井历次设计中均对矿井涌水量进行了预计，但结果不尽一致。本次设计根据开滦煤业公司水文地质部门对矿井涌水量的批复，结果如下：-500水平：Q正常=35.4m3/min，Q最大=50.5m3/min；-690水平：Q正常=36.7m3/min ，Q最大=52.4m3/min。根据会议纪要所确定的原则，以上水量预计结果可作为本次设计的依据。需要指出的是，以上预计水量不包括-950m至-1200m水平以浅的涌水量。 本矿井设计由于毕业设计需要，需要采用下山开采，遂改为3m3/min，180m3/h,水文地质条件比较简单。1.3 煤层特征1.3.1 煤层赋存状况本井田煤系地层属石炭二迭系地层，其中上石炭统开平组、赵各庄组及下二迭统大苗庄组为主要含煤地层。共含煤17层，其中可采及局部可采煤层9层，煤层编号自上而下依次为5、7、8、9、11、121、122、12下、14l煤。可采煤层总厚度为19.7m。5、7、141煤为局部可采煤层，8、9、11、121煤为稳定可采煤层。8、9煤大部分地段为厚煤层，11、121、122煤为中厚煤层，12下煤为薄煤层。可采煤层特征见表1-2-2。煤层号煤层厚度（m）煤层间距（m）煤层结构最大最小平均一般最大最小平均夹石层数夹石厚度（m）91.4710.464.103.04.04.5718.779.6210.030.920.20110.254.452.181.942.410.050.410.17煤层号顶底版岩性稳定性煤的容重（t/m3）顶板底版9粘土岩或粉沙岩粉沙岩或粘土岩稳定1.3511粘土岩、粉沙岩、细纱岩粉沙岩或粘土岩1.351.3.2 煤质情况主要可采煤层均属较高挥发份的气煤，煤种单一，以气煤号、号、号为主，肥气煤号、号甚少。原煤灰份：5煤最低，为12.37；8、9、11、121、122、12下煤平均灰份介于1320之间；7、141煤平均灰份介于2027；其中141煤灰份最高，为27。原煤硫份：5、7、8、9煤含量在1以下，属低硫煤；11、121、141煤含量在12，属中硫煤；12下煤含量在23，属富硫煤。原煤磷份：各煤层原煤含磷量不一，无明显变化规律，11、121、141煤含量小于0.01，属含磷量较低的煤层；其它各煤层磷含量均大于0.01，其中7煤磷含量达0.03，高于炼焦用煤的要求。1.3.3 基岩风化情况安太堡二号勘探区西部基岩风化厚度为2040m，东部为40m左右。岩层风化受构造控制，风化面随构造呈波状起伏，在陷落或构造裂隙发育的地段，风化深度加大。本区岩层抗风化能力差，泥岩、砂质泥岩及粉砂岩，自钻孔取出后放置数天至十余天就风化崩解，呈团块状，失去原来的物理力学性质。山西组、太原组的砂岩类，多为泥质胶结，风化后呈粉状，手搓即碎，物理力学强度大大降低。1.3.4 瓦斯、煤尘及自燃情况根据“冀煤安办（2004）4号文“关于2004年度开滦集团公司矿井瓦斯等级鉴定结果的批复”，东欢坨矿井瓦斯绝对涌出量为0.211m3min，瓦斯相对涌出量为0.142m3t，采区最大瓦斯相对涌出量为0.270 m3t。随着开采向深部延伸，瓦斯涌出量可能会增大，届时要及时进行瓦斯等级鉴定。根据现有资料，-690m水平以浅按低瓦斯矿井设计。本矿井煤尘具有爆炸性，爆炸指数40.743.4。9、11、12-1煤易自燃，9煤自然发火期为812个月，11、12-1煤自然发火期为36个月。地温正常，无热害。1.3.5 地温情况根据地质勘探结果，本区无热害为地温正常区。4号煤层埋深134.25359.05m，平均270.31m（底板深度），地温为9.613.5，平均12；9号煤层埋深125.32403.56m，平均302.12m（底板深度），地温为9.514.2，平均12.5。地温梯度1.72/100m。2 井田境界及储量2.1 井田境界2.1.1 井田境界的划分原则在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田个部分都能得到合理的开发，井田境界的划分要符合下列原则：（1）井田范围、储量、煤层赋存及开采条件要与矿井生产能力相适应。对生产能力较大的矿井，尤其是机械化程度较高的现代化大型矿井，应要求井田有足够的储量和合理的服务年限并为矿井发展留有余地，以满足矿井长远发展的要求。（2）必须要保证煤田有合理尺寸。为便于合理安排井下生产，井田走向长度应大于倾向长度。要结合矿井的开采技术和机械装备情况，合理地安排井田走向长度，以保证矿井较好的经济效益，一般小型矿井1500m；中型矿井4000m；大型矿井7000m。（3）充分利用自然条件、地质条件划分井田。例如可以利用大的断层作为井田边界，或在河流、国家铁路、城镇等下面进行开采存在问题较多或不够经济需留设安全煤柱时，可以此作为井田边界，即降低了煤柱损失又减少了技术上的困难。（4）合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井之间的关系。划分井田边界时，通常把煤层倾角不大，沿倾斜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。同时也避免浅深部井形成复杂的压茬关系，给开采带来困难。浅部矿井井型及范围可比深部矿井小，但是当需加大开发强度时应考虑给浅部矿井发展留有余地，不使浅部矿井过早地报废。2.1.2划分井田的方法A 按地质构造划分井田。B 按煤层赋存条件划分井田。B 按煤质、煤种分布规律划分井田。C 按地形、地物界限划分井田。D 按伴生有益矿产富集带或其他开采技术条件划分井田。E 人为划分井田。2.1.3 矿井井田境界根据上述原则，结合东欢坨矿区井田的实际情况，本井田境界的确定为：西部以F1断层为界；东部以F3断层为界，下部以-700水平为界。井田参数如下：井田走向长度：6.1km 倾斜长度：3km勘探面积：18.3 km2东欢坨矿井田境界示意图如图1.2.1所示。图1.2.1 东欢坨矿井田边界示意图2.2 井田工业储量本矿井设计只对9号煤层和11号煤层进行开采设计，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。井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量是由煤层面积、容重及厚度相乘所得，其公式一般为：Zg=S/cosM 式1.2.1式中，Zg矿井的工业储量；S井田的水平面积，18.3km2； 煤层平均倾角，9、11号煤层取20；M煤层的厚度，9号煤层3.5m，11号煤层2m；煤的容重，9号煤层1.35t/m3，11号煤层1.35t/m3。对于9号煤层：Zg(9)=S/cosM=18.3/cos203.51.35=92.97Mt对于11号煤层：Zg(11)=S/cosM=18.3/cos202.01.35=53.12Mt全矿总计：Zg=Zg(9)+Zg(11)=92.97+53.12=146.09Mt2.3 井田可采储量2.3.1永久煤柱留设为确保地面建筑物及工程设施和井下开采的安全，设计对井筒、大巷、工业场地、铁路、公路、井田境界、构造等留设安全煤柱，严格按建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程的要求进行采煤设计。A 井田境界煤柱本井田境界属人为边界，根据煤炭工业设计规范的要求按20m留设煤柱。边界煤柱可按下列公式计算：ZbLbBM 式1.2.2式中，Zb边界煤柱损失量，Mt；Lb边界总长度，18940m；B煤柱宽度，人为边界煤柱20m。对于9号煤层：Zb(9)=LbBM=18940203.51.35=1.79Mt对于11号煤层：Zb(11)=LbBM=189402021.35=1.02Mt煤柱总压煤量：Zb=Zb(9)+Zb(11)=1.79+1.02=2.81MtB 断层煤柱经测算，断层保护煤柱按30m留设。则断层保护煤柱损失：Zd=LdBM 式1.2.3式中，Zd断层煤柱损失量，Mt；Ld断层煤柱总长度，9800m。本井田保留两条断层，断层保护煤柱损失计算如下：对于9号煤层：Zd(9)=LdBM=9800303.51.35=1.38Mt对于11号煤层：Zd(11)=LdBM=98003021.35=0.79Mt煤柱总压煤量：Zd=Zd(4)+Zd(9)+Zd(11)=1.38+0.79=2.17MtC 工业广场煤柱主、副、回风井筒均位于工业场地内，按照现行开采规程规定，主、副、回风井筒保护煤柱以岩层边界角圈定，工业场地保护面积包括工业场地内工业厂房、服务设施和围护带，煤柱按岩层移动角圈定。按照煤矿工程设计暂行规定简化矿井工业场地设施缩小占地，减少压煤的要求，矿井工业场地(包括选煤厂)围墙内用地面积指标如表1.2.1所示。表1.2.1 矿井工业场地围墙内用地面积指标表井型（万t/a）占地指标（公顷/10万吨）4006000.450.62403000.70.81201800.91.045901.21.3东欢坨矿设计工业广场的尺寸为320520m2的长方形，面积为15104m2。结合本井田周边矿井类似围岩的情况，参照唐山地区的实测资料，按松散层移动角45、岩层移动角60留设安全煤柱。参考煤矿特殊开采方法确定工业广场的保护等级为级，因其保护带的宽度为20m，应用垂直剖面法计算工业广场保护煤柱的留设宽度，其具体作法如图2.2.2所示。经过作图可知工业广场留设煤柱的形状为梯形，计算并测得该梯形的上边长度为1112m，下边长度为1295m，高为1070m。则梯形的面积为：S=(a+b)h/2 式1.2.4式中，S工业广场留设梯形煤柱面积，m2；a梯形煤柱上边，m；b梯形煤柱下边，m；h梯形煤柱高，m。图2.2.2 工业广场保护煤柱计算示意图将数据带入式1.2.4得：S =(a+b)h/2=（1112+1295）1070/2=128.77104工业广场的保护煤柱量为：Q=SM 式1.2.5式中，Q保护煤柱量,Mt。对于9号煤层，工业广场煤柱损失为：Q(9)=SM=128.771041.353.5=6.08Mt对于11号煤层，工业广场煤柱损失为：Q(11)=SM=128.771041.352=3.48Mt工业广场总压煤量：Q=+Q(9)+Q(11)=6.08+3.48=9.56Mt主、副、回风井筒保护煤柱小于工业场地保护煤柱，因此，煤柱边界以工业场地煤柱边界圈定。D 大巷保护煤柱矿井主要大巷均布置在11煤层底板中，不需要留设保护煤柱。2.3.1矿井可采储量计算求得各种煤柱的储量损失后，可按下式计算矿井可采储量：Z=(Zg-P)C 式1.2.6式中，Z矿井可采储量，Mt；Zg矿井工业储量，Mt；P各种煤柱储量损失之和，P=ZbZdQ=2.812.179.56=14.54Mt；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。本矿井主采煤层属中厚煤层，因此C取0.80。则计算可采储量为：Z=(Zg-P)C=(146.0914.54)0.80=105.24Mt由此可得本矿井的可采储量为105.24Mt。分煤层储量汇总表如表1.2.2所示。表1.2.2 井田储量汇总表煤层名称工业储量/Mt永久煤柱损失/Mt采区回采率可采储量/Mt工业场地煤柱境界煤柱断层煤柱合计9号煤层92.976.081.791.389.250.8074.3811号煤层53.123.481.020.795.290.8042.293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330d计算。每天3班作业，每天净提升时间为18h。”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18h。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 矿井设计生产能力本井田交通方便,通信快捷,水源充足,电源可靠,劳动力丰富,建材供应充分,具有建设大型矿井良好的外部条件。本井田设计开采煤层赋存稳定，煤层厚度大部分比较稳定，属中厚煤层(3.0m)，煤层平均倾角小，属缓倾斜煤层。从煤层赋存条件看,本矿井适合建设大型矿井。随着经济的发展,本矿所处的唐山地区对煤炭的需求越来越大,加之本地区煤质好,市场竞争力强,销售市场广阔,售价高,故无论从国家利益还是企业经济利益考虑,都应该加大本矿井的开发强度。综合以上分析，从矿井的外部建设条件,资源条件,开采技术条件以及良好的市场前景看,本设计认为矿井规模150万t/a是比较合理的。3.2.3 矿井服务年限矿井可采储量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1.3.1式中：Z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=105.24(1.51.4)=51.4a3.3 井型校核下面按矿井的实际煤层开采能力，各辅助生产环节的能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核。3.3.1煤层开采能力矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力，根据本设计第四章（矿井开拓）与第六章（采煤方法）的设计可知，该矿由于煤层地质条件较好，各煤层厚度较厚，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，布置一个一次采全高综放工作面完全可以达到本设计的产量。3.3.2辅助生产环节的能力校核本矿井为大型矿井，开拓方式为双立井开拓。工作面生产的原煤用顺槽胶带输送机运到带区（采区）煤仓，再经主斜井胶带输送机运至地面洗煤厂，运输能力大，自动化程度高。所以各辅助生产环节完全可以达到设计生产能力的要求。3.3.3通风安全条件的校核本矿井有煤尘爆炸危险，瓦斯含量低，属于低瓦斯矿井。水文地质条件中等，在副井中铺设两趟水管路可以满足排水要求。矿井采用中央并列式通风，有专门的回风大巷和风井，可以满足要求。辅运大巷和主运大巷进风，回风大巷回风，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。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。本矿井开拓方式的确定，主要考虑到以下因素：A 地形起伏较大，属于山地丘陵地区；B 煤层埋深较浅，且表土层不厚；C 本矿井所采煤炭资源为安家岭露天矿边角煤，露天矿洗煤厂、专用铁路等各种工业设施建设比较完善；D该井田位于井坪公路西北侧，交通运输方便；E 本矿井为低瓦斯矿井。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：A 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。B 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。C 合理开发国家资源，减少煤炭损失。D 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。E 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。F 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。4.1.1 井硐形式、数目及配置A 井硐形式的确定目前我国井筒一般为立井、斜井和平硐三种形式，一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井最复杂。(1)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。(2)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，井筒延深施工方便，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，提升深度有限，辅助提升能力小；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层需用特殊法施工，技术比较复杂。(3)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。本井田煤层倾角平均在18-20，为缓倾斜煤层；埋藏深度-450m；水文地质情况简单，涌水量少；井筒不需特殊法施工，因此可采用立井开拓。经后面方案比较可确定井筒形式为双立井开拓。B 确定工业广场及井口位置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，石门工程量要尽量少；(2)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；(3)井田两翼储量基本平衡；(4)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；(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威胁；(6)工业广场宜少占耕地，少压煤；(7)水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。经过通过以上原则分析考虑，确定主副井布置于井田中央偏上部。工业场地位置主副井井口附近，工业场地的形状和面积根据表2.2.1所列工业场地占地面积指标，结合安家岭露天矿现有工业基础设施，确定地面工业场地的占地面积为15公顷，形状为320520m2的矩形。表2.2.1工业场地占地面积指标井型（万t/a）占地指标（公顷/10万吨）4006000.450.62403000.70.81201800.91.045901.21.3 4.1.2 开采水平的确定本井田主采煤层为9、11号煤层，两组煤平均间距10m左右。考虑到阶段斜长需满足要求，第一阶段设为-250m,第二阶段为-450m,水平设置在-380水平。4.1.3 方案比较A 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：立井单水平集中开拓（中央并列式通风）主副井筒均为立井，布置于井田中央，主水平布置在11煤层下部-380水平，主运输大巷采用皮带运输，辅助运输采用无轨防爆胶轮车，大巷布置在岩层中，运输大巷、轨道大巷和回风大巷沿底板掘进。独立风井回风，位于井田中央呈中央并列式通风，内设排水管路，兼作安全出口，如图1.4.1所示。方案二：立井单水平集中开拓（对角式通风）主副井筒均为立井，布置于井田中央，主水平布置在11煤层下部-380水平，主运输大巷采用皮带运输，辅助运输采用无轨防爆胶轮车，大巷布置在岩层中，运输大巷、轨道大巷和回风大巷沿底板掘进。独立风井回风，采用对角式通风，内设排水管路，兼作安全出口，如图1.4.2所示。方案三：立井直延双水平开拓(井筒位于井田中央)主、副井井筒均为立井开拓，布置于井田中央，大巷布置在岩层中，运输大巷、轨道大巷和回风大巷沿底板掘进。独立风井回风，位于井田中央呈中央并列式通风，内设排水管路，兼作安全出口，如图1.4.3所示。方案四：立井暗斜井延伸双水平开拓立井开拓到一水平，暗斜井延伸至二水平。大巷布置在岩层中，运输大巷、轨道大巷和回风大巷沿底板掘进。独立风井回风，位于井田中央呈中央并列式通风，内设排水管路，兼作安全出口，如图1.4.4所示。 图1.4.1 方案一立井单水平开拓（对角式通风） 图1.4.2 方案二立井单水平开拓（中央并列式通风） 图1.4.3 方案三立井直延双水平开拓 图1.4.4方案四立井暗斜井延伸双水平开拓 B 技术比较方案一和方案二的区别在于回风方式不同，方案三和方案四的区别在于二水平延伸方式不同，方案一二与方案四的区别在于水平数目不同，在此先比