采矿工程毕业设计（论文）-赵固一矿3Mta新井设计【全套图纸】.doc

编号：（ ）字 号全套图纸，加153893706本科生毕业设计（论文）题目： 赵固一矿3Mt/a新井设计 姓名： 学号： 班级： 采矿工程2009-8班 二一二年六月中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： 学 号： 学 院： 应用技术学院 专 业： 采矿工程 设计题目： 赵固一矿3Mt/a新井设计 专 题： 跨采巷道围岩变形规律及支护技术分析 指导教师： 职 称： 副教授 2012年6月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 应用技术学院 专业年级 采矿工程2009级 学生姓名 任务下达日期：2012年3月1日毕业设计日期：2012年3月1日 至 2010年6月15日毕业设计题目： 赵固一矿3Mt/a新井设计毕业设计专题题目： 跨采巷道围岩变形规律及支护技术分析毕业设计主要内容和要求：院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业论文答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日第一章 井田概况与地质特征131.1 矿井概况131.1.1地理位置与交通131.1.2地形地貌及水系131.1.3气象及地址131.2 井田地质特征141.2.1地层141.2.2地址构造151.3 煤层与煤质161.3.1煤层161.3.2 煤质171.4 水文地质171.4.1区域水文地质特征171.4.2井田水文边界条件及水文地质勘探类型181.4.3井田主要含水层及隔水层181.4.4矿床充水因素分析191.4.5预算矿井涌水量201.5 其它开采技术条件201.5.1瓦斯201.5.2煤尘爆炸性211.5.3煤的自燃倾向211.5.4地温211.5.5顶、底板工程地质条件21第二章 井田境界与储量222.1井田境界222.2 矿井储量计算222.2.1构造类型222.2.3 矿井可采储量232.2.4工业广场煤柱24第三章 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限253.1矿井工作制度253.2矿井设计生产能力253.2.1矿井服务年限253.2.4 井型校核25第四章 井田开拓264.1井田开拓的基本问题264.1.1 井筒形式的确定274.1.2 井筒位置的确定采（带）区划分294.1.3 工业场地的位置304.1.4 开采水平的确定304.1.5 矿井开拓方案比较304.2 矿井基本巷道394.2.1井筒394.2.2开拓巷道424.2.3巷道断面及支护形式434.2.4巷道支护方式444.2.5井底车场选择及布置方式47第五章 准备方式带区巷道布置495.1煤层地质特征495.1.1 煤层的埋藏条件495.1.2 带区煤层特征495.1.3 顶底板特性495.1.4 水文地质情况505.1.5 地质构造505.2 带区巷道布置及生产系统515.2.1带区数目及首采带区位置515.2.2 首采带区参数515.2.3 带区巷道布置525.2.4带区生产系统525.2.5带区内巷道掘进方法535.2.6带区生产能力及采出率545.2.7带区车场选型设计55第六章 采煤方法556.1采煤工艺方式556.1.1采煤方法的选择556.1.2确定回采工作面长度576.1.3工作面推进长度和推进方向确定576.1.4回采工作面破煤、装煤方式的确定576.1.5回采工作面运输方式596.1.6确定回采工作面支护方式606.1.7 采空区处理636.1.8端头支护646.1.8工作面设备布置646.1.9采煤工艺646.1.10 回采工作面吨煤成本656.2 回采巷道布置676.2.1 回采巷道布置方式676.2.2 回采巷道参数68第七章 井下运输687.1概述697.1.1矿井设计生产能力及工作制度697.1.2煤层及煤质697.1.3运输距离和辅助运输设计697.1.4 矿井运输系统697.2 带区运输设备选择707.2.1 设备选型原则707.2.2 带区运输设备选型及能力验算707.3 大巷运输设备选择717.3.1 胶带大巷设备选择717.3.2辅助运输大巷设备选择717.3.3运输设备能力验算72第八章 矿井提升738.1 概述738.1.1 矿井提升的原始条件和数据738.2 主副井提升758.2.1 主井提升系统758.2.2 副井提升系统76第九章 矿井通风及安全779.1 矿井通风方式选择779.1.1矿井概况779.1.2主要通风机工作方法的确定789.1.3矿井通风系统的基本要求789.1.4矿井通风类型的确定789.1.5带区通风系统的要求809.1.6回采工作面通风方式809.2 矿井风量计算829.2.1风量计算的标准及原则829.2.2采煤工作面需风量829.2.3掘进工作面需风量839.2.4 备用面所需风量的计算849.2.5各种峒室需风量849.2.6其他地点所需风量849.2.7矿井总风量849.2.8风量分配859.3 矿井通风阻力计算859.3.1计算原则859.3.2确定矿井通风容易时期和困难时期869.3.3矿井最大阻力路线和通风网络图869.3.4 矿井通风总阻力909.3.5 两个时期的矿井总风阻和总等积孔929.4 矿井通风设备选择939.4.1选择主扇939.4.2电动机选型969.5 防止特殊灾害的安全措施979.5.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施979.5.2 预防井下火灾的措施979.5.3 防水措施97第十章 矿井设计基本技术经济指标98专题部分101跨采巷道围岩变形规律与支护技术分析101第一章 跨采巷道围岩应力分布及变形规律模拟研究1011.1问题的提出及研究意义1011.2工程概况1011.3模拟模型设计1021.3.1模型尺寸及边界条件1021.3.2顶底板岩石力学参数的确定1031.4模拟计算结果分析1041.4.1开切眼和巷道掘进期间的应力分布特点1041.4.2工作面推进过程中跨采巷道应力分布特点1041.4.3工作面推进过程中跨采巷道围岩变形分析1071.4.4工作面推进过程中跨采巷道围岩应力分析1081.5结论108第二章 跨采巷道围岩结构稳定性分类与支护参数决策1082.1引言1092.2跨采巷道围岩结构稳定性指标与分类模式1092.2.1分类的基本依据1092.2.2 分类指标的建立1092.2.3 分类指标的权值1102.2.4 跨采巷道模糊ISODATA聚类分析与分类模式1102.3跨采巷道围岩结构稳定性的实用分类方案1122.4 跨采巷道锚杆支护合理参数设计的实用方法1142.5 应用实例116第三章 跨采巷道支护理论及技术研究1173.1前言1173.2跨采巷道围岩松动圈特征1173.2.1跨采巷道围岩松动圈的性质1173.2.2跨采巷道围岩松动圈增量的数学模型1183.2.3跨采巷道围岩碎胀变形1183.3支护对象及支护对策1193.4工程验证1193.5结论119翻译部分122致 谢128中国矿业大学2012届本科毕业设计第 131 页 一 般部 分 第一章 井田概况与地质特征1.1 矿井概况1.1.1地理位置与交通焦作煤业(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。交通位置示意图1-1-1。 图1-1 矿井交通位置图1.1.2地形地貌及水系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。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。1.1.3气象及地址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。1.2 井田地质特征1.2.1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地址构造井田总体构造形态为一走向北西、倾向南西、倾角25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，其中以NE向为主。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。全井田内共有断层9条，其中落差100m的3条，10050m的2条，50m20m的2条，落差小于20m的2条。1.3 煤层与煤质1.3.1煤层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煤层和太原组底部的一2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。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-290-690m，埋藏深度410860m。2、一2煤层：赋存于太原组底部，上距二1煤层106.96121.47m，平均116.26m，下距奥陶系顶界面3.5719.05m，平均11.73m。全区41孔中，14孔穿见，全区可采，揭露煤厚1.385.68m，平均3.62m。煤层结构简单较复杂，一2煤局部分叉为一21、一22、一23，分叉后下部两层煤属局部可采或偶尔可采煤层。由于一2煤下距奥陶系灰岩仅有11.73m，其直接顶板又为L2强灰岩含水层，处于两强含水层之间，水文地质条件极复杂，且煤质属中灰、高硫煤，属政策限采煤层，未列为勘探对象，设计暂不考虑开采。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68.6%65，可磨性指数为3440，属难磨煤。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、高强度、弱结渣性，不易破碎的高发热量三号无烟煤。其块煤产率较高，块煤可做化工造气，末煤可用作高炉喷吹、动力或民用燃料。二1煤风氧化带推定为基岩面以下垂深10m。1.4 水文地质1.4.1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1-2-2。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1-2-2 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78868662.39.9396.0856.21.4.2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、F17三条断层，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。1.4.3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。、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。1.4.4矿床充水因素分析1、地表水和新生界孔隙水距二1煤层间距大，其间有366594m粘土相隔，对矿床无充水意义。表土段底部在本井田未见“底含”分布，勘探区西、东部存在的底部砾石层多被粘土胶结，其渗透率介于含水与弱透水之间，属弱富水，对矿床影响不大，但在基岩厚度较薄处应引起重视。2、二1煤层顶板砂岩裂隙含水层富水性弱，易疏排。3、太原组上段灰岩含水层为二1煤层底板直接充水含水层，其水量较丰富，水头压力大，补给强度中等。正常情况下，由于二1煤层底板隔水层（2440m）的存在，不会造成直接充水，但在构造断裂带和隔水层变薄区，底板灰岩含水层具充水威胁。4、本井田北东向断裂构造较发育，断层均为导水断层，富水性强，对开采威胁大。5、井田北浅部灰岩隐伏露头地带，汇集了丰富的岩溶裂隙水，未来矿井大降深排水时，会形成回流，成为二1煤层充水水源。1.4.5预算矿井涌水量勘探报告对二1煤层顶、底板充水含水层进行了抽水试验，共抽水9层次，其中奥灰1层次、太原群上段4层次，顶板1层次，利用抽水参数用解析法预算全矿井和-510m水平正常涌水量分别为2377.36m3/h、1828.45m3/h。另外，利用邻近古汉山和辉县吴村煤矿实际涌水资料用比拟法预算全矿井和-510m水平正常涌水量分别为2291.04m3/h、1863.98m3/h。总体认为，公式法预算与比拟法预算结果比较接近，但还存在有差距，主要原因勘探报告认为是古汉山矿井下暴露条件还不够充分，而吴村煤矿开采水平较浅。故勘探报告推荐以解析法计算的涌水量结果，最大涌水量按正常值的1.251.35倍计算，故赵固一矿预算涌水量为： 正常涌水量 最大涌水量-510m水平 1828.45 m3/h 2468.41 m3/h全矿井 2377.36 m3/h 2971.7 m3/h设计利用全矿井涌水量作为井底主排水设备选型的依据。需要指出，上述预算的涌水量与实际难免会有出入，生产当中应根据实际暴露情况，不断进行修正、完善。1.5 其它开采技术条件1.5.1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1-2-3。由表1-2-3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1-2-3 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。1.5.2煤尘爆炸性测定5个点8个样，无火焰产生，二1煤鉴定无煤尘爆炸危险性。1.5.3煤的自燃倾向测定5个点8个样，还原样与氧化样着火点温度之差为916，均小于25，故二1煤层属不易自燃煤层。1.5.4地温赵固勘探区普查阶段进行了8个孔简易测温，最大测温深度760m（4403孔），最高温度20.4（11602），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。1.5.5顶、底板工程地质条件1、新生界冲积层条件新生界平均厚度480.02m，上部第四系为一山前冲积沉积，第四系底部为冲、洪积卵石层，富水程度较强；下部新近系大部分为粘土、粉砂质粘土，其次为中、细砂，部分受上覆土层自重压力影响，部分呈半固结状态。粘土、粉砂质粘土抗压强度0.1472.373MPa，内聚力0.00390.481 MPa，塑限10.622.7%，膨胀率1.1535.03%，孔隙比0.310.65，含水量9.421.2%。2、煤层顶板基岩保留层条件煤层顶板基岩主要为山西组和下石盒子组地层，厚度一般大于30m，不足30m的范围：在F16断层以北分布于11201孔东侧；F16和F17之间分布有三处，一是1220511901孔一线，宽度8001500m，第二处是7304孔至F17之间。总体趋势是由东向西逐渐增厚，煤层顶板基岩厚度小于30m范围多为破碎状态，结构疏松，30m以下基本保留原岩特征。3、煤层顶、底板工程地质条件二1煤顶板：直接顶厚度一般36m，岩石完整性与稳定性均较好，顶板易于管理。岩性有砂质泥岩及粉矿岩、泥岩和少部分砂岩。分布情况为：F16F17块段中部（含首采区）和F15F16块段浅部6004孔以浅，直接顶为砂质泥岩和粉砂岩，11602孔和11902孔周围直接顶为砂岩，其余范围包括F16F17块段浅部和整个井田深部均为泥岩顶板。按面积统计，砂岩顶板占5，粉砂岩和砂质泥岩占35，泥岩占60。砂质泥岩抗压强度8.523.2MPa，属半坚硬岩类。零星分布的伪顶厚0.30.5m，随采随落。老顶多为812m中粗粒砂岩（大占砂岩），局部相变为砂质泥岩，吸水后抗压强度16.479.9MPa，岩石坚硬、稳定性较好。二1煤底板：底板以泥岩、砂质泥岩为主，二1煤下部到第一层石灰岩之间厚度8.3227.8m，一般1015m，底板岩层总体完整性较好，但部分泥岩底板有泥化现象。与顶板大占砂岩相对应，底板有中细粒砂岩，厚7.8m左右。4、巷道围岩稳定性评价（1）岩石RQD指标统计：首采区内4个孔统计结果以中等差为主，其他区域5个孔统计RQD指标中等好为主。分析首采区指标低的原因是这些钻孔多数靠近断层分布。（2）泥岩和砂质泥岩吸水后强度明显降低，泥岩干燥状态下抗压强度2430MPa，吸水后3.912.8MPa，砂质泥岩干燥状态下强度1336MPa，吸水后624MPa。但在长达1030天的岩石浸水试验观测中，各类岩块没有泥化、崩解现象，显示了顶底板岩石遇水变化不大的特点。（3）断层发育处，岩石原生结构遭到破坏，裂隙发育，强度降低。 第二章 井田境界与储量2.1井田境界本井田位于赵固矿区内。赵固矿区位于焦作煤田东部，矿区西南以峪河断层(F20)及二1煤-1100m底板等高线为界，西及西北部以耿村断层（F15）为界，北及东北部人为划定，南及东南部以断层（F17）为界。井田走向长2.35.3km，倾向宽5.011.3km，矿区面积41.67km2。2.2 矿井储量计算2.2.1构造类型煤层内倾角为25，属近水平煤层，煤厚一般58m，属稳定型厚煤层，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。2.2.2 矿井工业储量矿井工业储量是指在井田范围内，经地质勘探，煤层厚度和质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚，块段划分如图2-1所示。根据煤炭工业设计规范，求得以下各储量类型的值：（1）矿井地质资源量矿井地质资源量可由以下等式计算： （2-1）式中：矿井地质资源量，Mt；煤层平均厚度，m；煤层底面面积，；煤容重，t/m3。将各参数代入（2-1）式中可得表2-2，所以地质储量为： =365.03（Mt）（2）矿井工业储量在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%推断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%的是经济的基础储量，30%的是边际经济的基础储量，则矿井工业资源/储量由式计算。矿井工业储量可用下式计算： （2-2）式中 矿井工业资源/储量； 探明的资源量中经济的基础储量； 控制的资源量中经济的基础储量； 探明的资源量中边际经济的基础储量； 控制的资源量中经济的基础储量； 推断的资源量；可信度系数，取0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存较稳定的矿井，取0.7。该式取0.85。153.31（Mt）76.66（Mt） 65.70（Mt） 32.85（Mt） 31.03（Mt）因此将各数代入式2-2得：359.55（Mt）2.2.3 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：=（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：（Mt）2.2.4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500m600m的长方形。煤层的平均倾角为4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-450m，该处表土层厚度为366-800m，平均480m。主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场保护留维护带，宽度为20m。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-4503610042707067 由图可得出保护煤柱的尺寸为：由CAD量的梯形的面积分别是：764929m2 S=764928/cos3=765977.746m2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，6m； R -煤的容重, 1.46t/m3。则： Z工=765977.74661.4610-4 =670.99(万吨) 第三章 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，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矿井设计生产能力本矿井井田范围内煤层赋存简单，地质条件较好，首采煤层平均厚度6m，煤层平均倾角24，属近水平煤层。全国煤炭市场需求量大，经济效益好。结合本矿区的煤炭储量，确定本矿井设计生产能力为3Mt/a。3.2.1矿井服务年限矿井可采储量、设计生产能力和矿井服务年限三者之间的关系为： （3-1）式中： 矿井服务年限，a； 矿井可采储量，290.52Mt； 设计生产能力，3Mt/a； 矿井储量备用系数，取1.4。矿井投产后，产量迅速提高，矿井各生产环节需要有一定的储备能力。例如局部地质条件变化，使储量减少；或者矿井由于技术原因，使采出率降低，从而减少了储量。因此，需要考虑储量备用系数。煤炭工业矿井设计规范第2.2.6条规定：计算矿井及第一开采水平设计服务年限时，储量备用系数宜采用1.31.5。结合本设计矿井的具体情况，矿井储量备用系数选定为1.4。 把数据代入公式3-1得矿井服务年限：a本矿井设计只有一个水平，因此，第一水平服务年限也是69.17a。3.2.4 井型校核下面按矿井的实际煤层生产能力、储备条件、安全条件及各辅助生产环节的能力对井型进行校核。 1.矿井开采能力校核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及第六章采煤方法可知，该矿由于煤层地质条件好，二1煤层较厚，布置一个工作面，完全可以达到本设计的常量。 2.辅助生产环节的能力校核本矿井为大型矿井，开拓方式为立井开拓，主井提升容器为1对25t固定式提升箕斗，提升能力可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤一律用带式输送机运到井底车场。由于自动化程度较高，运输能力较强，较好的解决了原煤外运问题。辅助运输采用罐笼，同时本设计的井底车场调车方便，通风能力大，满足矸石，材料及人员的调动要求，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.通风安全条件的校核由于本矿井为低瓦斯矿井。 矿井初期采用中央并列式通风，后期采用对角式通风，有专门的风井回风，可以满足通风的要求，不会影响采煤作业，符合安全标准。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.储量条件的校核根据煤炭工业矿井设计规范第2.2.5条规定：矿井的设计生产能力与服务年限相适应，才能获得好的技术经济效益。井型和服务年限的对应要求见表3-1。表3-1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力矿井设计服务年限第一开采水平服务年限煤层倾角45600及以上7040300500603512024050302520459040252015930各省自定由上表可知：煤层倾角低于25，矿井设计生产能力为35 Mt/a时，矿井设计服务年限不宜小于60a，第一开采水平设计服务年限不宜小于30a。本设计中，层倾角低于25，设计生产能力为3Mt/a，矿井服务年限为69.17a，第一水平服务年