采矿工程毕业设计（论文）-焦煤赵固一矿矿井2.4Mta新井设计【全套图纸】.doc

全套图纸，加153893706一般部分中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第111页1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1井田交通位置焦作煤业(集团)有限责任公司赵固一矿位于焦作煤田东部、太行山南麓，行政区划隶属辉县市管辖，其地理座标为东经11333001134419，北纬352309352800。井田中心东南距新乡市39km，西南距焦作市50km，东北至辉县市17km，南距获嘉县20km，其间均有公路相通。井田南距新（乡）焦（作）铁路获嘉车站21.5km，西南距焦作矿区专用铁路古汉山车站20 km。新乡至辉县吴村762窄轨铁路在井田内东西向穿过，交通十分便利。1.1.2地形及地貌本区属于太行山前冲洪积平原，地面海拔标高75100m ，全区呈北高南低缓慢倾斜地势，地形简单，自然坡度58。1.1.3河流及水体本区属海河流域卫河水系，区内主要河流有：清水河、黄水河、石门河。矿区北部的太行山岩层裸露，接受降雨补给后在河谷地带形成许多岩溶大泉，并成为河流的发源地，多数河流上游河段有水，距山口1020km开始漏失或全部漏失，成为煤矿的主要充水水源。1.1.4气象及地震本区属暖温带大陆性气候，年平均气温14.114.9。年平均降水量580600mm，降雨集中在七、八月份，约占年降水量的70%以上。年蒸发量16802041mm，最低气温-8.1，最高气温38.6，夏季多东南和南风，冬季多西北和北风，年平均风速2.37m/s，最大风速18m/s。河南省地震局资料记载，本区最大一次地震是1587年4月10日发生在修武县的六级地震，基本烈度为度。1.1.5工农业生产和主要建材供应矿区农业以种植小麦、玉米、红薯等为主，经济作物主要有烟叶、花生、棉花、药材。本区矿产资源丰富。矿区工业以煤炭、电力、冶金、耐火材料为主。本矿井建设期间，所需主要建筑材料砖、瓦、砂、石等建材当地或邻近地均有生产，钢材、木材、高标号水泥等可由外地购入，满足矿井建设的需要。1.1.6水源及电源水源条件：新近系中部承压水以及处理后的矿井井下排水。利用地下水水质易保证且处理简单，利用矿井排水符合节水政策，因此，设计中两个水源均考虑利用，建井初期生产及生活用水利用新近系砂砾石层地下水，矿井生产期间生产、生活及选煤厂洗煤用水利用处理后的矿井排水。电源条件：井田周围有李固110kV变电站和冯营250MW自备电厂以及冀屯110kV变电站，相距本矿井分别为22km、27km和3km，为确保矿井供电质量及可靠性，设计利用李固110kV变电站和冯营250MW电厂作为矿井双回供电电源。目前，双回110kV输电线路已架设一回至矿井工业广场，另一回正在架设，故电源落实可靠。1.2井田地质特征1.2.1井田地层本区为新近系、第四系全掩盖区，钻孔揭露地层由老到新为：奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组与下石盒子组、新近系、第四系。其中石炭系上统太原组和二叠系下统山西组为主要含煤地层，地层从老到新分述如下：1、奥陶系中统马家沟组（O2m）以深灰色巨厚层状隐晶质石灰岩为主，致密坚硬，裂隙发育，多充填方解石。本组实际厚度大于400m，揭露厚度2.25-100.41m，平均21.10m。 2、石炭系中统本溪组（C2b）底部为铝质泥岩，中部为灰色砂质泥岩，上部为黑色泥岩和砂质泥岩。本组厚3.5719.05m，平均11.73m。与下伏地层呈平行不整合接触。3、石炭系上统太原组（C3t）由石灰岩、砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层组成，本组下起一2煤层底，上至二1煤层底板砂岩底，厚91.28112.90m，平均105.95m，与下伏地层整合接触。据其岩性组合特征可分为上、中、下三段：（1）、下段：自一2煤层底至L4灰岩顶，平均厚度41.12m。岩性以石灰岩、煤层为主，夹砂质泥岩、泥岩。含石灰岩3层（L2L4），多为煤层顶板，其中L2石灰岩普遍发育，为本区主要标志层，厚9.2618.46m，平均厚度14.86m。底部赋存一2煤层基本全区可采，一2煤层有分岔合并现象。（2）、中段：自L4灰岩顶至L8灰岩底，平均厚度39.02m。以砂岩、砂质泥岩、泥岩为主，底部常有一层中粗粒石英砂岩。灰岩L5、L6不稳定，有时相变为砂岩和砂质泥岩。（3）、上段：自L8灰岩底至二1煤层底板砂岩底，平均厚度25.81m。以石灰岩、砂质泥岩、泥岩为主，夹薄煤四层，皆不可采。含灰岩2层（L8 、L9），其中L8石灰岩普遍发育，厚0.2511.0m，平均厚7.80m，为本区主要标志层。L9石灰岩亦较稳定。4、二叠系下统山西组（P1sh）下起二1煤层底板砂岩底，上至砂锅窑砂岩底，厚66.0189.64m，平均77.42m，岩性由砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成，为本区主要含煤地层，含煤三层，其中二1煤为主要可采煤层。据其岩性特征自下而上分为二1煤层段、大占砂岩段、香炭砂岩段、小紫泥岩段。其中二1煤层段和大占砂岩段自二1煤层底板砂岩底至香炭砂岩底，厚48.87m，大占砂岩为中粗粒砂岩，厚1.4918.41m，平均9.79m，为主要标志层。大占砂岩距二1煤层4.8310.6m，平均6.27m。本组与下伏太原组地层整合接触。5、二叠系下统下石盒子组（P1X）据区内钻孔揭示，仅保留本组下部三、四煤段地层，下起砂锅窑砂岩底，上至基岩剥蚀面，保留厚度0.90131.00m，平均42.43m。本组与下伏山西组地层整合接触。6、新近系、第四系覆盖于上述各时代地层之上，由坡积、洪积与冲积形成的粘土、砂质粘土、砾石及砂层等组成。厚366.68m（7202孔）808.10m（6810孔），平均480.02m，且由北而南、由西向东逐渐增厚。1.2.2地质构造井田总体构造形态为一走向北西、倾向南西、倾角26，局部12的单斜构造。受区域构造控制，本区构造特征以断裂为主，发育的断层有NE向、NW向和近EW向三组。NE向断层延伸长、落差大、频度高，由西北向东南把整个井田切割为阶梯状长条形断块，且具多期活动性，造成断层两盘新生界地层厚度相差较大；NW向和EW向断层多被NE向断层切割，近EW向断层多在NE向断层之间发育。井田范围内落差100m的3条（F15、F16、F17），10050m的3条（F23、F25、DF37），50m20m的4条（DF46、DF48、F24、F28、DF13、DF45）1.2.3 地温据详查勘探资料，平均地温梯度0.7/百米，二1煤层底板温度15.818.2，全区二1煤层无热害，地温正常。1.3煤层及煤质1.3.1煤层赋存条件井田含煤地层为石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组。含煤地层总厚237.53m，划分5个煤组段，含煤21层，煤层总厚11.41m，含煤系数4.80%。山西组和太原组为主要含煤地层，山西组下部的二1煤层为主要可采煤层，其余煤层偶尔可采或不可采，可采煤层总厚9.51m。1、二1煤层：赋存于山西组下部，上距大占砂岩4.8310.6m，平均6.27m，距砂锅窑砂岩49.175.33m，平均58.20m；下距L8灰岩24.0839.89m，平均31.94m，其层位稳定，属全区可采的稳定型厚煤层。二1煤层厚度变化小，且变化规律明显。井田南西部厚度较小，一般3.84.15m，其余块段除断层边缘零星分布有4点煤厚小于4m外，绝大多数点煤层厚度均稳定在5.56.96m。初期采区统计见煤点22个，煤层厚度3.926.96m，除去一个最厚点和一个最薄点，平均煤厚6.14m。二1煤层赋存标高-330-780m，埋藏深度410860m。多为炭质泥岩和泥岩，故煤层结构简单。1.3.2煤质二1煤以块煤为主，夹有少量粒状煤。块煤强度大，坚硬，钻孔煤芯资料统计，块煤产率平均约为89.7%，平面分布大致有自西向东、从北向南逐渐增高的趋势。视密度1.46。二1煤原煤灰分为10.0315.59%，平均12.77%，属低中灰煤；原煤硫分为0.280.49%，平均0.38%，属特低硫煤形态以有机硫为主，次为硫化铁硫；磷含量为0.027%，为低磷煤。原煤挥发份产率5.7111.18%，平均7.93，水分1.33%，原煤恒容低位干燥基发热量28.7331.50MJ/kg，平均29.90MJ/kg。二1煤属高强度煤，抗碎强度平均为58.6%。二1煤属弱结渣性，高熔灰分煤。综上所述二1煤层为低中灰、特低硫、低磷、高熔融性、弱结渣性的高发热量三号无烟煤。1.3.3区域水文地质、区域水文地质特征焦作煤田地处太行山复背斜隆起带南段东翼，其北部为太行山区，天然水资源量38541万m3/a，山区出露的石灰岩面积约1395km2，广泛接受大气降水补给，补给量26.28 m3/s。区内寒武系、奥陶系石灰岩岩溶裂隙发育，为地下水提供了良好的储水空间和径流通道，岩溶地下水总体流向在峪河断裂以北（含赵固一矿井田）为SE、SW向，以南为NW向，一般在断裂带附近岩溶裂隙发育，常常形成强富水、导水带，如凤凰岭断层强径流带，朱村断层强径流带、方庄断层强径流带等。统计资料显示，岩溶地下水动态大致经历了三个阶段，即：五十年代中期到六十年代中期的基本天然状态；六十年代中期到七十年代末期的平水期过量开采状态；七十年代末到二十世纪初的枯水期过量开采状态，各期数据变化详见表1.1。总的来看，如果没有丰水年的降水补给，区域岩溶地下水平衡状态基本已被打破，水位连年下降已成定势。焦作煤田岩溶地下水变化历时统计表 表1.1 水文年年代历时（年）降雨量（mm）排水量（m3/s）水位降低（m）最低水位（m）水位年变幅(m)丰水期526412826.11.501100816平水期657713711.874.6949.0915.8枯水期78868662.39.9396.0856.2、井田水文边界条件及水文地质勘探类型赵固勘探区北东向断层发育，自西而东有F15、F16、F17、F18、F19六条断层，呈近平行展布，将区内煤层分割成多个断块，诸断块由西而东呈阶梯状逐级下降，埋深加大，加上勘探区最西部九里山断层为区域性导水大断层，其余北东向断层亦均为导水断层，故本区西北部成为供水边界和主要来水方向；东南部边界应属疏水边界；南部峪河断层(F20)落差300700m，使本区煤层底板灰岩含水层与邻区新生界地层对接，成为本区一条横向阻水边界。北东部为煤层及灰岩隐伏露头区，由于断层切割，使得奥陶系、太原组灰岩含水层在此成为一个复杂的含水系统，天然状态下北东部露头地带不是来水方向，但是人工疏排时有回补矿区的可能，因此应视为一自然边界。太原组上段L8石灰岩为二1煤层主要充水含水层，综合边界条件和矿区构造控水特点分析，本区二1煤层水文地质勘探类型为第三类第二亚类第二型，即以底板进水为主的岩溶充水条件中等型矿床。、井田主要含水层及隔水层1、含水层、中奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层由中厚层状白云质灰岩、泥质灰岩组成，本区揭露最大厚度100.79m，一般揭露厚度812m，含水层顶板埋深437.26834.61m，上距L2灰岩一般19m，距二1煤层一般118.26142.58m，正常情况下不影响煤层开采，但在断裂构通情况下对矿井威胁大。该含水层在古剥蚀面的岩溶裂隙发育，钻孔漏失量12m3/h，12203孔抽水单位涌水量0.226 l/s.m，渗透系数0.701m/d，稳定水位标高87.01m。、太原组下段灰岩含水层由L2、L3灰岩组成，其中L2灰岩发育较好，厚度由西向东、由浅而深变厚，一般厚15m，最厚18.98m(7203)。据18个钻孔统计，遇岩溶裂隙涌漏水钻孔3个，占揭露总孔数的16.7%，涌、漏水钻孔主要分布在断层两侧和附近，6809孔涌水量4.0m3/h，区内近似水位标高+86.2m。区外6002孔抽水单位涌水量1.090l/s.m，渗透系数9.87m/d，为富水性较强的含水层。该含水层直接覆盖于一2煤层之上，上距二1煤层89.27104.36m，为二1煤层间接充水含水层。、太原组上段灰岩含水层主要由L9、L8、L7灰岩组成，其中L8灰岩发育最好，据揭露该层灰岩含水层的34个孔统计，含水层厚度一般811m，平均8.75m，最厚11.50m（7603孔），灰岩岩溶裂隙较发育，连通性较好，在倾向上好于走向。统计漏水6孔，占揭露总孔数的17.65%，漏水钻孔主要分布在古剥蚀面、北东面断层及露头附近，漏水量0.1212.0 m3/h。钻孔抽水单位涌水量0.5507L/s.m，渗透系数9.8210.94m/d，水位标高87.9288.85m，比前两年水位升高36m，为中等富水含水层。PH值为7.78.35。该含水层上距二1煤层24.0839.89m，平均31.94m，为二1煤层底板主要充水含水层。L8灰岩含水层天然与人工流场图见图1-2-1。、二1煤顶板砂岩含水层主要由二1煤顶板大占砂岩和香炭砂岩组成，厚度一般2.867.99m（113层）,揭露34孔未发生涌、漏水现象。井检1孔抽水单位涌水量0.000736l/s.m，渗透系数0.00858m/d，水位标高84.51m，属弱富水含水层。、风化带含水层由隐伏出露的各类不同岩层组成，厚度1550m，一般2035m，除石灰岩风化带含水层富水性较强外，其它砂岩、砂质泥岩等岩层属弱含水层到隔水层，局部为弱透水层。11901孔抽水，单位涌水量0.0000826L/sm，渗透系数1.12m/d。、新近系中底部砂砾石含水层新近系中部存在13层中、细砂，含乘压水，井检1孔抽水单位涌水量0.393 l/s.m，渗透系数2.082 m/d，水位标高87.61m，属中等富水含水层，PH值为7.82。本井田范围内，新近系底部未见砂砾石层（俗称“底含”）含水层，底部砾石为古河床相，主要分布在勘探区西、东部，由砾石、砂砾石组成，呈半固结状态，其渗透率介于含水与弱透水之间，属弱富水含水层，对矿床影响不大。、第四系含水层主要由冲积砾石和细至中粗砂组成，级配差别大，多位于中上段。普查区西部山前多为砾卵石层，含水层埋藏较浅，厚度5.016.1m，含水丰富；中、东部多为砂、砾石含水层，多层相间分布，调查含水层厚度11.735.95m，富水性较强。区内民用机井简易抽水试验，单井单位涌水量14.38l/s.m；水位标高75.5783.64m，pH值呈中性。由于含水层埋藏浅易受环境污染，所采三组水样的大肠菌群、细菌总数均严重超标。2、隔水层、本溪组铝质泥岩隔水层系指奥陶系含水层上覆的铝质泥岩层、局部薄层砂岩和砂质泥岩层，全区发育，厚度2.8028.85m，分布连续稳定，具有良好的隔水性能。、太原组中段砂泥岩隔水层系指L4顶至L7底之间的砂岩、泥岩、薄层灰岩及薄煤等岩层，该层段总厚度28.9453.25m，以泥质岩层为主体，为太原组上下段灰岩含水层之间的主要隔水层。、二1煤底板砂泥岩隔水层系指二1煤底板至L8灰岩顶之间的砂泥岩互层，以泥质类岩层为主。该段的总厚度为24.0839.89m，平均31.94m，其分布连续稳定，是良好的隔水层段，但遇构造处隔水层变薄，隔水性明显降低。、新近系泥质隔水层由一套河湖相沉积的粘土、砂质粘土组成，厚度215571m，呈半固结状态，隔水性良好，可阻隔地表水、浅层水对矿床的影响。矿井涌水量：全矿井 正常涌水量 600.36 m3/h 最大涌水量 800.7 m3/h1.3.4瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃1. 瓦斯：本区以往地质工作二1煤层集气式采瓦斯样5个，解吸法采瓦斯样3个，本次地质勘探解吸法采瓦斯样9个，采样深度421.2815.3m，并进行了瓦斯成分、含量测定，测定结果见表1.2。由表1.2可知，二1煤层瓦斯成分中以N2为主，占58.46%，CH4成分占26.14%，通常情况下，瓦斯成分中CH4成分小于80%，称为瓦斯风化带，本井田CH4成分远小于80%，二1煤层处在CH4成分极小的瓦斯风化带之中。瓦斯含量中CH4含量在09.96ml/g，二1煤层15个瓦斯取样点测试，除1孔位于井田最深部（11807）含量9.96ml/g外，余下14个孔最高CH4含量4.93ml/g，其中有7孔CH4含量小于0.1ml/g，平均2.02ml/g。根据CH4含量按照最新颁发的矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ行业标准），预测未来矿井生产相对瓦斯涌出量6.12m3/t，绝对瓦斯涌出量31m3/min，矿井应属低瓦斯矿井。矿井建设到目前为止，已掘进煤巷数千米，巷道瓦斯涌出量很小，实测仅有0.30.4m3/min。二1煤层瓦斯测试结果表表1.2 煤层统计结果瓦斯成分（%）瓦斯含量（ml/gr）O2（%）煤质分析（%）CO2CH4N2CO2CH4N2自然加热MadAd二1最大值30.3782.9690.420.779.964.3014.286.182.3539.10最小值1.420.0010.590.240.000.381.070.240.364.90平均值15.4026.1458.460.512.021.315.891.830.9414.15点数13131314141413141414分析本井田瓦斯较低的原因是：井田构造以断裂为主，断裂构造具有多期活动性，使煤系地层经历了长期暴露和强裂剥蚀，原始含气量降低，加之煤层上覆基岩残留较薄，覆盖松散地层巨厚，断层形成的断块和张性裂隙较发育，为瓦斯逸散又提供了良好通道，从而造成本井田瓦斯普遍较低。2. 煤尘：根据鉴定材料本矿各煤层煤尘均有爆炸危险。3. 自燃：无自燃发火现象，煤层属不易自燃煤层。2 井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田边界在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则为：（1）井田范围内的储量，要与煤层赋存情况、开采条件和矿井生产能力相适应；（2）保证井田有合理尺寸；（3）充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等；（4）合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。赵固一矿井田西北起F15断层，东南止F17断层，东北起二1煤层隐伏露头，西南止F20断层和F17断层西段。走向长2.05.5km，倾斜宽9.511.0km，井田面积41.25km2，煤层倾角26，平均为4 ，局部12，属于近水平煤层。2.2矿井储量2.2.1储量计算基础1. 工业指标的确定依据煤炭工业矿井设计规范有关规定，储量计算中厚度、灰分指标要求见表2.1。表2.1储量计算厚度、灰分指标储量类别能利用储量尚难利用储量煤 种炼焦用煤非炼焦用褐煤炼焦用煤非炼焦用褐煤最低可采厚度/m缓斜煤层（0-25）0.700.800.800.400.600.70倾斜煤层（25-45）0.600.700.700.400.500.60急斜煤层（45）0.500.600.600.400.400.50最大灰分40%50%2. 其他计算依据（1）根据羊渠河矿井田地质详查勘探报告和地质组提供的煤层资料计算。（2）依据煤炭资源地质勘探规范关于化工、动力用煤的标准：计算能利用储量的煤层最低可采厚度为0.80m，原煤灰分不大于40%。计算暂不能利用储量的煤层厚度为0.700.80m。（3）依据国务院（1998）5号文关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问题的批复内容要求：禁止新建煤层含硫份大于3%的矿井。硫份大于3%的煤层储量列入平衡表外储量。（4）储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05m时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹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。（5）井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平稳，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均值。（6）煤层容重：容重为1.46t/m3。2.2.2地质储量Z计算根据储量计算公式 Z=S*M*r/Cos4 （公式2-1）式中：地质储量，万t； S井田面积，m； M厚度，m； 容重，1.46t/m。表2.2 地质资源储量表块段号面积（km2）煤厚（m）容重（t/m3）倾角a（）储量（t）194.01.4645256000024.756.141.4644258000035.756.141.461252600000411.56.141.464103720000510.256.141.46492330000合计41.256.141.46343690000由表计算地质储量Z34369万t2.2.3工业储量计算工业储量Zg计算表2.3 矿井工业储量表工业储量Zg探明的资源量（331）经济基础储量（111b）14434.98万t边际经济基础储量（2M11）6186.42万t控制的资源量（332）经济基础储量（122b）7217.49万t边际经济基础储量（2M22）3093.21万t推断的资源量（333）3436.9万t工业储量Zg=111b+2M11+122b+2M22+333k （公式2-2） Zg工业储量，万t;111b探明的经济基础储量，万t;2M11探明的边际经济基础储量，万t;122b控制的经济基础储量万，t;2M22控制的边际经济基础储量，万t;333推断的资源量，万t。k系数，取k=0.85。Zg=111b+2M11+122b+2M22+333k =14434.98+6186.42+7217.49+3093.21+3436.9*0.85 33853.47万t2.2.4设计储量Zs计算设计储量Zs=Zgp1p2pn （公式2-3）Zg工业储量，万t;p1井田边界煤柱损失，万t;p2断层边界煤柱损失，万t;pn永久保护煤柱，如村庄、公路、铁路等保护煤柱损失，本矿井中无公路、铁路，井田范围内村庄考虑搬迁，故不用考虑。1 煤柱留设方法根据赵固一矿和矿周围矿井实际经验和依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程之相关条款规定，部分煤柱的留设方法如下，见表2.4。表2.4 煤柱留设方法名 称留 设 方 法工业广场根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程第72条：工业广场维护带宽度为20m井田边界边界煤柱80m断 层井田内断层煤柱每侧50m2 断层煤柱及井田边界煤柱损失各煤柱损失煤量见表2.5。表2.5 断层煤柱及井田边界煤柱损失煤柱名称煤柱损失量/万t二1煤井田边界2738.80断 层431.01总 计3900.22设计储量 Zs=Zg-p1-p2-pn=33853.47-3169.81= 30683.66万t2.3矿井设计可采储量ZkZk=(Zs-p)*C （公式2-4）Zk设计可采储量，万t;Zs设计资源储量，万t;p井筒、工广、大巷煤柱损失，万t;C采区回采率；厚煤层不小于0.75，中厚煤层不小于0.80，薄煤层不小于0.85。二1煤：(30683.66-1597.53)*0.75=21814.6万t故设计可采资源储量Zk=21814.6万t2.3.1工业广场煤柱留设根据赵固一矿矿和赵固一矿周围矿井实际经验和依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程之相关条款规定，工业广场维护带宽度为15m 。根据煤炭工业设计规范，工业场地占地指标如下表2.5。表2.5 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）井 型（万t/a）占地面积指标 （公顷/10万t）240及以上1.045-901.5120-1801.29-301.8注：1.占地指标中包括围墙内铁路站线的占地面积；2. 在山区，占地指标可适当增加；3. 附近矿井有选煤厂时，增加的数值为同类矿井占地面积的3040%；4. 占地指标单位中的10万t指矿井的年产量。工业场地的布置应结合地形、地物、工程地质条件及工艺要求，做到有利生产，方便生活，节约用电。经设计验算，矿井的设计生产能力为240万t/年。根据上述规定，工业场地的占地面积应为24公顷。由于长方形便于布置地面建筑，所以初步设定工业广场为长方形，即长方形长边为550m，短边为450 m；工业广场布置在井田的中上部。煤层平均倾角4，表土层移动角=42，走向基岩移动角：=70，上山基岩移动角：=70 ，下山基岩移动角：=67。用作图法求出工业广场保护煤柱量。工业广场保护煤柱留设见下图2.2。图2.2 工业场地保护煤柱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损失为： 二1煤：649153.25*6.14*1.46/cos4=581.93万t2.3.2井筒煤柱和大巷煤柱损失井筒煤柱损失、大巷保护煤柱损失，采区保护煤柱损失、采区上下山煤柱损失等，按工业储量的3%计算。Z其它33853.473=1015.6万t （公式2-5）则：全矿永久煤柱损失为：581.93+1015.6=1597.53万t3矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度由煤炭工业矿井设计规范第223条规定，矿井设计年工作日按330d计算，每天四班作业，其中三班生产、一班准备，每天净提升时间16小时。3.2 矿井设计能力3.2.1矿井设计生产能力的确定矿井设计生产能力取决于煤层赋存条件及开采技术条件、采煤机械化装备水平、煤层及采煤工作面生产能力、市场需求等因素，同时设计可采储量要保证矿井有合理的服务年限，现从以下几方面进行分析论证。1、煤层赋存及开采技术条件本井田煤层倾角一般26，属近水平煤层，煤厚一般57m，属稳定型厚煤层，煤层生产能力710t/m2，也是理想的高产煤层。井田为低瓦斯、煤尘无爆炸性、煤层不易自燃、地温正常、构造和水文地质条件中等，煤层开采技术条件比较简单。同时井田含煤面积大，地质资源储量多，其勘探程度高，资源丰富可靠，为建设高产高效的大型现代化矿井提供了良好的资源条件和开采条件。2、采煤工作面装备标准本矿井煤层赋存及开采条件十分适宜综合机械化开采，尤其是煤层顶底板较稳定、煤层倾角又小、瓦斯低，能充分发挥综采设备威力，实现矿井高产高效。结合本井田煤层赋存条件，煤厚变化不大，采用综采分层开采和综采放顶煤开采均是成熟可靠的技术，但需要指出本井田煤质属高强度煤，综采放顶煤开采需要布置两条工艺巷道实施顶板预裂爆破，放顶煤开采工艺复杂，且在本地区尚缺乏经验，故采煤方法选用分层开采。3、矿井设计生产能力与服务年限的关系根据矿井设计可采储量，矿井设计生产能力考虑了1.8 Mt/a、2.4Mt/a和3.0Mt/a三个方案：当生产能力为1.8Mt/a时，服务年限为86a；当生产能力为2.4Mt/a时，服务年限为65a；当生产能力为3.0Mt/a时，服务年限为50a。依照煤炭工业矿井设计规范规定，矿井设计生产能力1.22.4Mt/a，其服务年限一般不应小于50a，矿井设计生产能力35Mt/a，其服务年限不小于60a。尽管矿井服务年限只是矿井的一个技术指标，不可能成为确定矿井设计生产能力的决定性因素，但显然矿井设计生产能力3Mt/a，其服务年限太短不符合规范要求；矿井设计生产能力2.4Mt/a，其服务年限基本符合规范要求；矿井设计生产能力1.8Mt/a，服务年限偏长。综合考虑各方面因素，按照矿井设计规范规定，将该矿井生产能力定为240万t/a。3.3矿井服务年限3.3.1矿井服务年限的确定矿井的设计服务年限T可按下式计算：（公式3-1） 式中：T矿井服务年限，a；矿井可采储量，万t；A矿井生产能力，万t/a；K储量备用系数，本矿井取1.40。由前面计算可知：ZK=21814.6万t得：T=21814.6/ (1.4240) =65a 50a,符合煤炭工业矿井设计规范的要求。即本矿井的服务年限约为65a。按设计手册规定：新设计的240万t的大型矿井服务年限应大于50年。本设计服务年限为65年，符合要求。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巷道进入煤层从而建立矿井提升、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。井田开拓设计是研究确定由矿井地面进入煤层（或矿体）通达地下开采区的主要井巷布置和开掘工程。它要保证矿井生产时开采、掘进、运输、提升、通风安全、排水和动力供应等各系统能正常高效的运行。合理的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方案进行技术经济比较，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场地的位置；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、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。4.1.1井硐的形式、数目、位置1. 井硐的形式、数目井筒形式有三种：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。平硐适用于地形条件合适，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，上山部分的储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。斜井适用于井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质情况简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。立井开拓的适用于：煤层赋存较深或冲击层较厚；水文复杂，井筒需要用特殊方法施工，多水平开采的倾斜煤层；立井开拓的适应性很强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件限制，技术上也比较可靠，当地质条件不利于平硐或斜井开拓时均采用立井开拓方式。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、井筒装备、井底车场及垌室都比立井简单，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。与立井开拓相比，斜井开拓的缺点是：斜井井筒长，辅助提升能力少，提升深度有限；通风路线长、阻力大，管线长度长；斜井井筒通过富含水层、流砂层施工技术复杂。对井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质情况简单，井筒不需特殊法施工的缓斜和倾斜煤层，一般可采用斜井开拓。综合赵固一矿井田实际情况：本井田地处平原地区，不存在平硐开拓条件，上覆表土480m左右，煤层倾角平均在4左右，且属于近水平煤层，煤层埋藏距离地表580m。矿井由中深部向深部开采，斜井开拓距离较长，施工困难，不易采用，确定采用立井开拓。考虑到本井田境界大，井田边界由人为、断层、露头划定，且本矿属低瓦斯矿井等因素，本设计根据不同开拓方案决定本矿井前期采用中央分列式，井田上部开掘回风井；后期延伸二水平采用两翼对角式通风的开拓方式。主立井采用箕斗提煤；副立井采用罐笼提升矸石、升降人员、设备、材料且兼作进风井，副井安装梯子间，作为一个安全出口；风井安装梯子间，作为回风井，以满足矿井通风要求。2. 井硐的位置井筒沿井田走向方向的有利位置本井田形状比较对称，储量分布比较均匀，井田中央水文地质条件简单，为了减少井下运输量，缩短通风网路，决定将井筒的位置设于井田中央。井筒沿井田倾斜方向的有利位置本井田在煤层倾斜方向上标高从-450m-1100m，初步设计采用两水平上山开采，考虑到阶段水平垂高或上下山斜长的限制，以及整个井田的开采布局，将立井井筒设于煤层倾向的偏上部放在-800m标高附近。有利于矿井主、辅助运输的井筒位置及选型由于本矿井走向长度较长，最长处达7.4千米，将井筒的位置设于井田中央，可有效提高主运输能力、缩短运输时间，满足矿井生产能力需求及矿井生产集中化需求，经济效益好。尽量不压煤或少压煤合理布置井筒确定井筒位置，要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱，做到不压煤或少压煤。为了保证矿井投产后的可靠性，在确定井筒位置时，要使地面工业场地尽量不压首采区煤层。为了减少工业广场所压煤柱，使铁路煤柱和工业广场保护煤柱有一部分重合会减少保护煤柱的面积。所以工业广场可布置在铁路附近，并且可以保证在井田走向的中央。有利于掘进与维护 为使井筒的开掘和使用安全可靠，减少其掘进的困难及便于维护，应使井筒通过的岩层及表土层具有较好的水文、围岩和地质条件；为加快掘进的速度，减少掘进费用，井筒应尽可能不通过或少通过流沙层、较厚的冲积层及较大的含水层；为便于井筒的掘进和维护，井筒不应设在受地质破坏比较剧烈的地带及受采动影响的地区；井筒位置还应使井底车场有较好的围岩条件，便于大容积硐室的掘进和维护。井口位置应便于布置工业场地井口附近要布置主、副生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统间互相联接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地面平坦，高差不能太大，专用线短，工程量小及有良好的技术条件，尽量避免穿过村镇居民区、文物古迹保护区、陷落区或采空冒落区、洪水侵入区；要尽量少占农田、果园经济作物区，尽量避免桥涵工程，尤其是大型桥涵隧道工程。为考虑长期运输的行车安全和管理，要尽量避免与公路或其他农用道路相交，力求使接轨点位于编组站配线一侧。经综合方面考虑将主、副、风井筒位于井田的中央（储量中心）。4.1.2工业场地位置、形式和面积1. 布置要求（1）井田两翼储量基本平衡；（2）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；（3）工业广场宜少占耕地，少压煤；（4）水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。2. 工业场地位置工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田的中部。工业场地的形状和面积：根据表2.3工业场地占地面积指标明细表，确定地面工业场地的占地面积为24公顷，为南北450,东西550m，的矩形布置工业场地，工业广场布置在井田的中部。4.1.3开采水平的确定及阶段划分开采水平及阶段的划分原则：（一）要有合理的阶段斜长合理的阶段斜长是指在采用合理的回采工艺及合理的工作面参数，采区巷道布置及生产系统，在一定的采区设备条件下所能达到的阶段斜长。需要考虑以下因素：（1）煤的运输：近年来，多数矿井逐步布置胶带运输，实现连续运输，降低生产成本，提高了运输速度。（2）辅助运输：辅助运输采用绞车时，由于井下的运输安装不方便，所以绞车的直径一般不大于1.8米。（3）行人：对于没有人车或其他运人的设备到工作面的矿井，阶段斜长过大致使行人不方便。（二）要有合理的采区数目为保证采区内的正常生产和接待，要有合理的采区数目。（三）要有利于采区的正常接替为保证矿井均衡生产，一个采区开始减产，另一个采区应投入生产，因此，一个采区的服务年限应大于另一个采区的服务准备时间。阶段斜长大时，带区储量较大，服务年限较长，并且吨煤的开拓准备工作量也少。（四）水平高度在经济上有利从技术与经济统一的观点来看，技术上合理的水平、垂高、应能获得较好的经济效果，可以通过经济的比较方法，选择有利的水平垂高。经济比较法的项目包括：水平范围内的开拓工程量及掘进费用，井巷维护费，排水费等。根据比较的结果综合考虑技术管理，安全等因素，从而确定合理的水平高度。（五）阶段垂高的合理划分当矿井划分为阶段开采时，其阶段垂高宜为：缓倾斜、倾斜煤层200350m；急倾斜煤层100250m。条件适宜的缓倾斜煤层，瓦斯含量低、涌水量不大时，宜采用上、下山开采相结合的方式；近水平多煤层开采，当层间距不大时，宜采用单一水平开拓；当层间距大时，可分煤组（层）多水平开采。遵循煤炭作业规程，建井快，多出煤，效率高，设备利用率高等原则的同时，要求矿井投产能够得到较高的技术经济指标为矿井今后发展留下空间，为矿井稳定高产、高效创造条件。本井田煤层开采标高介于-320-760m，阶段垂高300400m，由于煤层倾角很缓，故倾斜长度达10km。为实现整个井田合理开发，保证水平上合理服务年限，根据井筒位置最新施工的两个井检孔资料，设计确定井底车场水平标高由可研报告阶段的-510m调整为-525m。先期开采块段（F16F17）通过-525m水平作倾斜运输大巷实现上下带区开采。后期开采块段（F15F16）与先期开采块段之间煤层错断50150m，若通过-525m水平作平石门开拓，石门长2.5km，巷道工程量太大，工期太长，故自井底水平向上作斜巷穿过F16断层带到F15F16块段的浅部-410m水平，通过-410m水平作倾斜运输大巷，实现西部块段开发。故矿井不作水平运输大巷，不需设置第二水平，但由于倾斜长度太长，为便于沿倾斜方向分段开拓和运输、排水，设置两个辅助水平，辅助水平标高为-410m和-580m。4.1.4大巷布置1. 大巷层位大巷布置是矿井开采水平布置的核心问题，根据煤层的数目和层间距的大小，运输大巷布置有三种基本形式，即单层布置、分组布置和集中布置。单层布置是在开采水平内，在各煤层中或在煤层底板岩石中都布置大巷。各煤层单独布置采区，各煤层之间用主要石门联系。一般沿煤层掘进，施工及装备简单、掘进速度快，主石门工程量不大；这种布置方式石门的开拓量较少，初期工程量小，初期投资少。但缺点是每个煤层均布置大巷，大巷数目多，维护工作量大；维护困难，维护费用高，煤柱损失较大。采区数目多、占管线设备多，采区能力低，生产不集中，管理不方便；集中布置（集中大巷各煤层用采区石门联系）是开采水平内只设一条或一对集中运输大巷，用采区石门联络各煤层。这种布置方式优点是总的大巷掘进量小，占用管线少；生产集中，便于管理。采区石门穿各煤层，数个煤层可同时准备和回采，能力大。当下部为薄及中厚煤层，围岩稳定时，大巷可置于下煤层中。减少岩石工程量。由于大巷是岩石巷道、所以容易维护，维护费用低。缺点是采区石门工程量大，岩石掘进量大。初期工程量大，建井期长。适用于井田走向距离大，煤层数目多、层间距小，层间距70m的矿井。全井田设计沿F16断层煤柱两侧作两组倾斜运输大巷，通过每组运输大巷直接开掘工作面上、下顺槽，实现全井田单翼带区开采。为便于倾斜运输大巷与工作面顺槽之间的联络，有利于工作面排水，设计中贯彻多作煤巷、少作岩巷的指导思想。根据煤炭工业规程规定，在轨道运输