采矿工程毕业设计（论文）-陈四楼煤矿2.4Mta新井设计（全套图纸）.docx

目 录一般部分1 矿区概述及井田地质特征11.1 矿区概述11.1.1矿区地理位置11.1.2自然地理概况11.1.3矿区开发历史及生产建设规划31.1.4矿井建设的外部条件31.2 地质特征31.2.1地层31.2.2地质构造41.2.3水文地质41.3 煤层特征61.3.1煤层61.3.2 煤质61.3.3 开采技术条件61.3.4勘探程度及存在问题72 井田境界和储量102.1井田境界102.2 矿井工业储量102.2.1构造类型102.2.2 矿井工业储量的计算及等级圈定102. 3 矿井可采储量122.3.1各种煤柱损失计算122.3.2矿井可采储量计算143 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限153.1矿井工作制度153.2矿井设计生产能力及服务年限153.2.1矿井设计生产能力确定依据153.2.2矿井设计生产能力153.2.3矿井的服务年限153.3井型校核164 井田开拓174.1井田开拓的基本问题174.1.1井筒形式的确定174.1.2 开采水平的确定、采（带）区划分194.1.3方案比较204.2 矿井基本巷道244.2.1井筒244.2.2开拓巷道254.2.3井底车场及硐室255 准备方式带区巷道布置335.1煤层地质特征335.1.1带区位置335.1.2带区煤层特征335.1.3煤层顶底板岩石构造情况335.1.4水文地质345.1.5地质构造345.1.6地表情况345.2 带区巷道布置及生产系统345.2.1带区准备方式的确定345.2.2带区巷道布置355.2.3带区生产系统355.2.4带区内巷道掘进方法375.2.5带区生产能力及采出率375.3带区车场选型设计396 采煤方法406.1采煤工艺方式406.1.1带区煤层特征及地质条件406.1.2 采煤工艺方式选择406.1.3回采工作面参数416.1.4回采工作面破煤、装煤方式416.1.5 工作面运煤方式426.1.6回采工作面支护方式456.1.7 放顶煤参数确定466.1.8 回采工作面劳动组织和正规循环作业476.2回采巷道布置506.2.1回采巷道布置方式506.2.2回采巷道参数507 井下运输537.1概述537.1.1矿井设计生产能力及工作制度537.1.2煤层及煤质537.1.3运输距离和辅助运输设计537.1.4矿井运输系统537.2带区运输设备选择547.2.1设备选型原则：547.2.2带区运输设备选型及能力验算557.3大巷运输设备选567.3.1主运输大巷设备选择567.3.2辅助运输大巷设备选择567.3.3运输设备能力验算588 矿井提升608.1矿井提升概述608.2主副井提升608.2.1主井提升608.2.2副井提升设备选型619 矿井通风及安全649.1矿井地质、开拓、开采概况649.1.1矿井地质概况649.1.2开拓方式649.1.3开采方法649.1.4变电所、充电硐室、火药库659.1.5工作制、人数659.2矿井通风系统的确定659.2.1矿井通风系统的基本要求659.2.2矿井通风方式的选择659.2.3矿井通风方法的选择679.2.4带区通风系统的要求679.2.5带区通风方式的确定689.3矿井风量计算689.3.1通风容易时期和通风困难时期采煤方案的确定689.3.2各用风地点的用风量和矿井总用风量689.3.3风量分配739.4矿井阻力计算739.4.1计算原则739.4.2矿井最大阻力路线749.4.3计算矿井摩擦阻力和总阻力：749.4.4两个时期的矿井总风阻和总等积孔769.5选择矿井通风设备789.5.1选择主要通风机789.5.2电动机选型819.6安全灾害的预防措施819.6.1预防瓦斯和煤尘爆炸的措施819.6.2预防井下火灾的措施829.6.3防水措施8210 设计矿井基本技术经济指标83参 考 文 献84专题部分深部矿井巷道支护技术861引言862深井巷道的矿压规律与特点862.1深井巷道概念862.2 深井矿压规律883开采深度与巷道围岩的变形关系883.1中国的研究883.2前苏联的研究894 影响巷道稳定的因素894.1 稳定性系数894.2 影响因素分析905深部巷道围岩变形规律及其支护对策905.1深部巷道围岩具有软岩的力学特征915.2 巷道围岩稳定性分类915. 3深部围岩巷道载荷特征926深井巷道支护技术936. 1深井巷道变形规律936. 2深井巷道支护937深井锚杆支护技术957.1 锚杆支护理论957.2采用大直径、高强度、大延伸量锚杆987.3增大锚杆预紧力997.4提高锚杆锚固力997.5改善锚索性能1007.6加固帮、角关键部位1017.7完善锚杆支护监测系统1018 深井软岩巷道支护1019结论102参考文献:102翻译部分英文原文104中文译文112致 谢120一般部分 中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第129页1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1矿区地理位置永城矿区陈四楼井田位于河南省永城市境内，为城厢、陈集、顺和乡所辖。井田中心南距永城老县城8 km；地理坐标：东经1162220，北纬300035。矿区北靠陇海铁路，东临京沪铁路，青（龙山) 阜（阳）铁路从矿区东南约20 km处穿过，西有京九铁路商阜段。永城老县城距商丘车站95 km，至徐州车站97 km，宿州车站74 km，其间均有柏油公路相连。区内主要村镇之间亦有简易公路相通，交通运输堪称方便。详见矿区交通位置图1-1。1.1.2自然地理概况井田位于黄淮冲积平原东部，地势低洼平坦，自西北向东南微微倾斜，地面标高+32.49 m +36.50 m，一般在+32 m至+35 m之间，相对高差3 m左右。地表广为巨厚的新生界松散冲积物所覆盖。区内地表水系不甚发育，最大的河流沱河在井田南部2 km处流过。井田内用于灌溉的沟渠纵横交错。沱河属淮河水系，发源于商丘市东北之响河，向东南流入安徽省的新汴河，全长120 km，其流量受大气降水控制，年平均流量12 m3/s，有记载的最大流量384 m3/s（1963年）。 本区属半湿润、半干旱的大陆性气候，冬春干早，夏秋多雨，四季分明。据永城县气象站资料： 气温：19741984年观测，月平均最高气温26.89 （7月份），最低-0.32 ，年平均卫14.3 。日最高气温41 (1959年7月30日)，最低-19 (1957年2月21日)。 降雨量：最大降雨量1022.5 mm（1977年），最小为630.4 mm，年平均813.6 mm；日最大降雨量207 mm(1957年7月I4日)，一次最大降雨量为443.4 mm ( 1965年7月5日18日)。 蒸发量：历年最大蒸发量1985.7 mm（1978年），最小1603.2 mm，(1975年)，平均1745.4 mm。 相对湿度平均68%73.16%。冬春季多西北风，夏季多东北风偶有东南风，最大风速183 m/s(1982年4月21日)。每年12月至翌年3月为降雪和冰冻期，最大冻土深度19 cm。据中国地震烈度表载，本区属六度地震区.河南省地震局受永城煤炭工业联合公司委托，提出“永城县地震基本烈度鉴定意见书” （84）豫震烈字第002号文)，该文在分析了地质构造及本区地震史之后，认为.“本区不可能发生六级左右地震，主要是受邻区强震影响，其地震基本烈度六度是最适宜的。”又提出“鉴于永城煤炭储量丰富，现已投入建井，将来发展远景可观，据此建议，对特别重要的工程和建筑物，可提高1度设防。”煤炭部基建司对陈四楼矿井方案设计审查意见明确：“建筑物地震烈度均按6度设防，但对六大要害系统按7度的构造措施设计。” 图1-1 陈四楼矿井交通位置图1.1.3矿区开发历史及生产建设规划矿区现有生产矿井葛店煤矿、新庄煤矿、车集煤矿等8处。另外，矿区已经逐步形成了煤矿产业链，除部分大件煤矿机械外，基本可以满足煤矿建设需要。1.1.4矿井建设的外部条件 矿井工业场地至矿区集配站的铁路专用线正线里程15.86 km。新、老两条永砀公路，分别自工业场地两侧经过，将矿井工业场地与铁路干线和土产材料产地连通，交通条件较好。 矿井永久电源由永城220 kV变电站供给。地方集资兴建的永城110 kV变电站，可作为本矿井建井期的施工电源。为确保施工安全，另一回电源可取自新庄矿井。矿区热电站应尽快建设。经初步勘探证实，上第三系孔隙承压水，无论其水量和水质均可满足本矿井永久水源的要求。矿区北部的芒山生产白灰、石子、料石等土产材料。水泥、钢材木材等建材亦可通过公路运至本矿。矿井建设的外部条件比较优越、可靠。1.2 地质特征1.2.1地层永城煤田为华北型沉积，地层分区属华北区、鲁西分区、徐州小区的范畴。本井田无基岩出露，全都被新生界冲积层所覆盖，缺失上奥陶统至下石炭统、三迭系至第三系古新统两段。钻探揭露的基岩地层上至石千峰组（平顶山砂岩)，下至中奥陶统马家沟灰岩，厚度约1100 m。自下而上叙述如下:1、中奥陶统马家沟组(O2m)，由白云质灰岩、灰岩组成，井田内揭露厚度3045.20 m。 2、石炭系(C23)，假整合于中奥陶统之上；中统本溪组（C2b)，由铝质泥岩及山西式铁矿组成，厚度222 m，平均8.78 m；上统太原组（C3t），由911层薄至中厚层状灰岩和泥岩、砂质泥岩及粉、砂岩组成，间夹不可采煤层35层，厚度93164 m，平均133 m；3、二迭系(P)，揭露厚度961.2 m，下统齐全，上统K6标志层以上多被剥蚀；下石盒子组（P1x），厚度48.63112.27 m，平均74.92 m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩及三煤组组成，以K5砂岩标志层底界与上石盒子分界； 山西组（P1S），厚度89.94131.78 m，平均106.43 m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤层组成。二2煤层赋存于中部，下以K3灰岩标志层顶界与石炭系分界，上以K4鲕状铝质泥岩底界与下石盒子组分界；上石盒子组（P2s），钻孔穿见厚度728.98 m，共分四段，每段底部都以一层稳定的砂岩标志层相分界（K5K9），其基岩组成也是以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及砂岩为主，不含具有工业价值的煤层。 4、新生界（R2）井田内覆盖层中，仅有上第三系和第四系，缺失下第三系。厚度300430 m，平均348.73 m。由粘土、亚粘土、亚砂土及中、细、粉砂交互成层。上第三系为河湖相沉积，直接覆盖于古生界之上。详见井田地层划分表1-1。（后附矿井综合柱状图）1.2.2地质构造 新华夏体系及东西向构造构成永城煤田的骨架，本煤田有永城背斜及北部的孔庄芒山背斜组成。 陈四楼井田位于永城隐伏背斜之西冀，大致呈单斜构造，总体走向NNW，倾向SWW。受多期构造运动的影响，褶曲、断裂均较发育。 地层倾角在露头处局部较大，向深部逐渐变小，一般为310，局部1015。1、褶曲 井田内褶曲比较发育，近东西向的自南向北有八里庙向斜、吕庄向斜等。 2、断裂 井田内断裂构造均为正断层，据葛店煤矿井下及芒山地表所见，推定断层面倾角均为70。发现并已被控制的断层 4条，以NNE向断裂为主，近东西向断裂也较发育。断层情况详见表1-2。3、岩浆活动据侧定，井田内岩浆岩活动大致有两个期次：基性岩为华力西运动晚期产物；酸性岩为燕山运动早晚期产物。基性岩主要为辉绿岩，一般在三煤组中顺煤层侵入三4、三、三5煤层中，呈岩脉或岩席产出；酸性岩主要为闪长岩类及花岗岩类，呈岩墙及岩席产出。受岩浆岩侵入影响地段，使煤层结构复杂，或变为天然焦，降低了煤层的经济价值。1.2.3水文地质表1-1 井田地层划分表地 层 系 统厚度（m）最小-最大界系统组段符 号标志层代号平 均新 生 界第四系|第三系R2300-430348.73古生界二叠系上二叠统石千峰组P2Sh1K9残厚51上石盒子组四P2S4K8172三P2S3K7200二P2S2K6233P2S1K581.65-150.68124.08下二叠统下石盒子组P1xK448.53-112.2774.92山西组P1s 89.94-131.78 106.43石炭系上统太原组CatK3 K2123.09-201.86151.54中统本溪组CabK12.0-22.08.78奥陶系中统马家沟组Ozm揭穿40表1-2 断层特征及控制情况断 层延展方向倾 角（）长 度（m）落 差（m）可靠度编 号性 质F1正东西531900.5033AF2正东西70800.1410AF3a正东西59566.800-27AF3b正东西59950.5327BF4正东西58-682004.4617-107B1、含水层及隔水层特征自上而下分为四个含水组：1）新生界孔隙含水组：区内松散地层沉积为冲积及湖积，其厚度受古地形影响而东薄西厚、南薄北厚。含水砂层一般为112层，平均厚86.34 m。浅部以大气降水垂直渗入为主，中部及深部以水平侧向渗透为主。属孔隙承压水，不易疏干，q=0.0047.0 /sm，K=0.623 m/d。含水砂层之间及其与基岩之间有厚度比较稳定的粘土层，形成天然的隔水屏障，局部地段与基岩处有透镜状砂层，即所谓“天窗”，对浅部开采会具有一定影响。2）二迭系砂岩裂隙，孔隙含水组：主要由上、下石盒子组及山西组砂岩裂隙孔隙承压水组成，其补给方式以水平侧向渗透补给为主，渗透能力差，富水性弱，迳流滞缓，静储量为主，易于疏干。q=0.1213 /sm，K=0.5683.91 m/d，水质类型为SO4-Na。3）石炭系灰岩岩溶裂隙含水组：主要含水岩层为石灰岩(11层)。灰岩以L2、L3、L4、L7、L8、L9、L10七层比较稳定，岩溶裂隙比较发育，但多被泥质或钙质充填。补给方式为远方侧向渗透。q=0.0006852.068 /sm，K=0.004927.473 m/d。水质类型SO4CaNa，矿化度2 g /l。 4）奥陶系岩溶裂隙含水组：区域范围内，在安徽省闸河煤田东西两侧出露，本煤田仅在芒山有局部出露。岩溶发育，富水性强。补给方式以远方水平渗透为主。=0.00068515.7 /sm，0.0027.473 m/d。水质类型SO4CaNa，矿化度2.2064.43 g/l。 2、井田水文地质条件 本井田水文地质类型为中等简单，其主要依据是：1）直接充水含水层，三煤层和二煤层顶板砂岩含水性弱，单位涌水量一般小于0.01 /sm，为简单类型； 2）上复新生界含水层与基岩界面之间有厚度大于30 m的粘土层阻隔，正常地段对煤系地层无充水作用； 3）下伏太原组灰岩含水层与二2煤层之间有砂岩和泥岩组成的隔水层，厚度在50 m以上，正常地段二2煤层的开采不存在底板突水的威胁； 4）井田内断层富水性及导水性弱，q0.001 /sm； 5）主采煤层顶底板岩层稳定； 6）矿床远离地表水体。 3、矿井预计涌水量 井田南部和西部均以断层构成阻水边界，东部煤层露头与粘土隔水层相接，只有北界F1断层使二2煤与对盘太原组灰岩相接，可视为弱补给边界。 通过采用“集水廊道”法计算，矿井预计正常涌水量894 m3/h（其中：K5砂岩328 m3/h，三煤组291 m3/h，二煤组275 m3/h）；最大涌水量1200 m3/h。 1.3 煤层特征1.3.1煤层井田内含煤地层自下而上为石炭系上统太原组、二迭系下统山西组，下石盒子组及二迭系上统上石盒子组。共含煤1720层。煤层总厚15.85 m。其中有经济价值的为下二迭统的山西组及下石盒子组。该两含煤地层总厚度平均186 m，煤层总厚12.42 m，含煤系数58%。其中山西组的二2煤层为主要可采煤层，下石盒子组中局部可采的煤层有三1 、三、三4三层。二2煤层为一稳定较稳定、结构简单(偶含泥岩夹矸一层)的厚煤层。全区稳定可采。三1煤层，层位稳定，平均厚度1.30 m，其可采范围集中在08线以南。04线以南以单层结构为主，以北渐变为双层结构，未受岩浆岩破坏。各煤层特征见表1-3。1.3.2 煤质 各煤层均为高变质阶段的无烟煤。 二2煤层低灰分，特低硫，高发热量；理论分选比重1.7时，可选性为易至极易选；化学活性好；抗碎强度及热稳定性中等，可作动力及民用煤，亦可用于气化。 三煤组各煤层煤质的共同点是：中至富灰分(三1煤为富灰)，特低硫，高熔点；中至高发热量；理论分选比重1.7时，可选性中等；化学活性一般不佳；热稳定性差中等；强结碴，不易磨。可作动力、发电及民用煤。 各煤层煤质主要特征见表1-4。1.3.3 开采技术条件 1、煤层顶底板二2煤层顶板以砂岩为主，完整性和稳定性较好，顶板较易管理，底板一般不会发生“底鼓”；三煤组各可采煤层由于层间距小，砂岩厚度薄且稳定性较差。2、瓦斯井田内瓦斯含量普遍较低，一般小于1 cm3/g；瓦斯风化带分布很广很深，除个别富集点之外，都属瓦斯风化带，直至-800 m以深。虽然瓦斯煤样的取样手段比较落后（集气式），瓦斯含量的准确性较差，但瓦斯成分和分带是可靠的。一般认为，瓦斯风化带界面处的相对瓦斯涌出量为2 m3/td左右。将本矿井定为低沼气矿井管理是有充分依据的。3、煤尘无爆炸性到具弱爆炸性。4、各煤层均无自然发火倾向。5、地温：二2煤层在-650 m以深，除63至65线范围地温低于31 ，其余均高于31 ，属一级热害区；三煤层仅在0312孔至-650 m以深出现小范围的一级热害区。井田内其余地段地温均属正常。1.3.4勘探程度及存在问题本井田自1957年普查找煤开始，至1986年4月提交精查地质报告，历时30年，并于1993年3月提交了河南省永夏矿区陈四楼矿井首采区地震补充勘探报告。共施工钻孔88个，成14条勘探线。统一为东西方向。平均每平方公里近3.9个钻孔，钻探工程量47380.9 m。全国储委煤炭专业委员会于1 986年5月24日至2 7日对该报告进行了审查，地质11队根据审查意见，对报告进行了修改补充，于7月22日送交煤委复查。1986年8月27日获正式批准。该井田地质勘探工作基本符合煤炭资源地质勘探规范的规定，勘探手段的确定基本合理，报告对井田地质构、地层、煤层、煤质、水文地质及开采技术条件等方面的研究，基本上达到了精查勘探的要求。正式批准后的“陈四楼井田精查地质报告”可作为矿井设计和建设的依据。报告存在如下不足之处:(1) 经高分辨率地震仪解释，F2断层以东，03060408孔连线附近有一条落差3548 m的“入”字形断层（F3、F4）未作钻探验证。 (2) 上石盒子组底部K5砂岩与三4煤层的间距仅为27 m，应为三4煤层的直接充水含水层，勘探中未作抽水试验。(3)测井使用的人工放射性仪器未作线性标定，仪器常处于超线性范围工作，影响到对煤层及夹歼厚度解释的准确性，审查中有较多见煤点测井资料降级。(4)1980年前钻孔封孔质量不好，1980年后封孔质量有所改进，但也难作出评价。设计建议:（1）对于先期开采地段的地质遗留问题补充部分勘探工作 (见第二章第三节)，列为基本建设投资。（2）地震解释断层F3、F4，应在生产勘探中证实（3）对封孔质量问题，生产建设中应引起注意，及时采取有效措施，以预防因封孔质量不好而造成水害。表1-3 各煤层特征表 表1-4 主采煤层煤质特征表2 井田境界和储量2.1井田境界“永城矿区总体设计”及井田精查地质勘探所确定的井田境界为：东起二2煤层露头线，西至F2断层；南到二2煤层露头线。井田南北走向长5.6km8.15km， 东西宽1.5km4.59km，井田面积约26.13km2。陈四楼矿整个井田由以下8个拐点组成，它们的坐标如下表所示：表2-1 井田境界拐点坐标表点号纬度X坐标经度Y坐标点号纬度X坐标经度Y坐标13767000.0039441000.0053762298.0039445586.0023761500.0039441000.0063764730.0039444057.0033758845.0039443500.0073765000.0039443500.0043758940.003944500.0083767000.0039443500.002.2 矿井工业储量2.2.1构造类型煤层倾角一般为425，煤层赋存稳定，褶曲与断层均较发育，无岩浆活动，为中等构造地区，属于第二类。2.2.2 矿井工业储量的计算及等级圈定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。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。二2号煤层为可采煤层，煤层可采厚度7.008.10m，平均7.43m。用块段法计算地质储量。地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征，将矿体划分为若干块段，在圈定的块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量。煤层总储量即为各块段储量之和，每个块段内至少应有一个以上的钻孔。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，m2；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： =278.67（Mt）图2-1 块段划分示意图表2-2 煤层地质储量计算煤层块段倾角/()块段面积/km2煤厚/m容重/t/m3储量/Mt总储量/Mt二2111.877.507.431.4079.68278.6724.516.887.431.4071.77325.571.507.431.4017.2749.663.007.431.4031.62515.545.757.431.4062.10616.011.507.431.4016.232）矿井工业储量根据钻孔布置，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 Zg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、煤层赋存不稳定的矿井，取0.7。该式取0.8。117.04（Mt）58.52（Mt）50.16（Mt）25.08（Mt）22.29（Mt）因此将各数代入式2-2得：Zg=273.09（Mt）2. 3 矿井可采储量计算可采储量时，必须要考虑以下储量损失：1）工业广场保护煤柱；2）井田边界煤柱损失；3）采煤方法所产生煤柱损失和断层煤柱损失；4）建筑物、河流、铁路等压煤损失； 5）其它各种损失。2.3.1各种煤柱损失计算(1)井田边界保护煤柱根据陈四楼矿的实际情况，井田边界保护煤柱取30 m 宽，则井田边界保护煤柱的损失按下式计算。 （2-3）式中：P井田边界保护煤柱损失，万t。H井田边界煤柱宽度，30m；L井田边界长度，22051m；m煤层厚度，二2煤层平均为7.43m，r煤层容重，二2 煤为1.40t/ m3；代入数据得：（2）断层保护煤柱井田内共有两条断层，断层落差分别为27m和29m，由于本井田内东南部的断层落差为25m30m，因此根据以往的开采经验不需要留设断层保护煤柱。(3)工业广场保护煤柱工业广场的占地面积，根据煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明中第十五条，工业场地占地面积指标见表2-3。表2-3 工业广场占地面积指标表井型/Mta-1占地面积指标/ha0.1Mt-12.4及以上1.01.21.81.20.450.91.50.090.31.8矿井井型设计为2.4Mt/a，因此由表2-3-3可以确定本设计矿井的工业广场为0.24km2。建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程第14条和第17条规定工业广场属于级保护，需要留设15m宽的围护带。本设计选定工业广场长为600m，宽为400m，新生界松散层厚度90 m，结合本矿井的地质条件及冲积层和基岩移动角（表2-4）采用垂直剖面法计算工业广场的压煤损失。表2-4 岩层移动角广场中心深度/m煤层倾角煤层厚度/m松散层厚度/m-500 16.457.43904171.57067根据垂直剖面法所作的工业广场保护煤柱的尺寸计算，如图2-1所示：保护煤柱的水平面积：;则工业广场压煤为：（4）永久保护煤柱总量为：图2-2工业广场保护煤柱2.3.2矿井可采储量计算可采储量的计算公式为：式中： Z矿井可采储量，万t；Zc矿井工业储量，万t；Q永久煤柱损失，万t；C采区采出率，厚煤层不小于0.75；中厚煤层不小于0.8；薄煤层不小于0.85；地方小煤矿不小于0.7。所以本矿井的可采储量为：矿井储量汇总见表2-5 表2-5 矿井储量汇总表煤层工业资源储量/Mt矿井资源储量/Mt永久煤柱损失/Mt设计可采储量/Mt二2117.0458.5222.29273.0919.12190.483 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度本矿井年工作日为330天，采用“三八”工作制，即二班采煤，一班检修，每班工作8小时。根据煤炭设计规范，矿井日净提升确定为16小时。3.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1矿井设计生产能力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、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经多方案比较或系统优化后确定。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得太大；2）开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市），交通（铁路、公路、水运），用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等。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，反之则缩小规模。3.2.2矿井设计生产能力矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、开采条件、设备供应及国家所需煤量等因素确定。陈四楼矿的实际情况：地质构造相对较简单，储量丰富，煤层赋存较稳定，为缓倾斜煤层，立井单水平上下山开拓，主采二2煤层，平均厚度为7.43m；瓦斯和水涌出量较小，采用综采放顶煤的开采方法。所以根据以上条件和陈四楼煤矿的最初设计，确定本矿井的年设计生产能力为240万t。3.2.3矿井的服务年限根据矿井实际的地层和煤层特征，本矿井主采3#层煤，平均厚度5.8m，平均倾角9，赋存较稳定，为两水平开拓。水平服务年限的计算公式：式中：T水平服务年限，a；Z可采储量，19048万t；A矿井设计年生产能力，240万t；K矿井备用系数，取1.4。所以矿井的服务年限为：服务年限符合要求。参看表3-1。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（Mt/a）矿井设计服务年限（a）第一水平设计服务年限煤层倾角456及以上70353-560301.2-2.4502520150.45-0.9402015103.3井型校核按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：1）煤层开采能力井田内有二2煤层可采，总煤厚7.43 m，为厚煤层，赋存稳定，厚度稍有变化。煤层倾角平均9.73，地质条件简单，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个综采放顶煤工作面。2）辅助生产环节的能力校核矿井设计为大型矿井，开拓方式为立井两水平开拓。煤炭大巷采用胶带输送机运煤，工作面生产的原煤经斜巷胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，运输能力大，自动化程度高，机动灵活；大巷辅助运输采用矿车运输，运输能力大，调度方便灵活。3）通风安全条件的校核本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量低，煤尘爆炸性低，矿井投产前后期均采用中央并列式通风。辅助运输大巷进风，煤炭运输大巷回风，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）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。煤炭工业矿井设计规范给出了井型和服务年限的对应要求，见表3-14 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。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：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，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。本井田开拓方式的选择，主要考虑到以下几个因素：1）主采煤层为缓倾斜煤层（平均倾角9）；。2）本矿井为低瓦斯矿井。3）本矿井煤层埋藏较深，煤层可采线约在-320m，最深处达-860m，表土层厚度大，约在90m4）矿井年设计生产能力为240万t/a，为大型矿井。4.1.1井筒形式的确定（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。具体比较见表4-1。本矿井煤层倾角小，平均9.73，为缓倾斜煤层；表土层厚约240 m，无流沙层；水文地质情况总体较简单，涌水量较大；井筒需要特殊施工冻结法建井，故需采用立井开拓。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。（2）井筒位置的确定井筒位置选择要有利于减少初期井巷工程量，缩短建井工期，减少占地面积，降低运输费用，节省投资；要有利于矿井的迅速达产和正常接替。因此，井筒位置的确定原则：1）沿井田走向的有利位置当井田形状比较规则而且储量分布均匀时，井筒的有利位置应在井田走向中央；当井田储量呈不均匀分布时，应布置在储量的中央，以形成两翼储量比较均匀的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网路较短，通风阻力小。2）井筒沿井田倾斜方向的有利位置井筒位于井田浅部时，总石门工程量大，但第一水平及投资较少，建井工期短；井筒位于井田中部时，石门较短，沿石门的运输工程量较小；井筒位于井田的下部时，石门长度和沿石门的运输工作量大，如果煤系基底有含水量大的岩层不允许井筒穿过时，它可以延深井筒到深部，对开采井田深部及向下扩展有利。从井筒和工业场地保护煤柱损失看，井筒愈靠近浅部，煤柱尺寸愈小，愈近深部，煤柱尺寸愈大。对于缓倾斜煤层单水平开采的矿井，从井下运输及开采有利出发，井筒应位于井田中部，使上山部分斜长略大于下山部分斜长。3）有利于矿井初期开采的井筒位置尽可能的使井筒位置靠近浅部初期开采块段，以减少初期井下开拓巷道的工程量，节省投资和缩短建井工期。4）地质及水文条件对井筒布置影响要保证井筒，井底车场和硐室位于稳定的围岩中，应尽量使井筒不穿过或少穿过流沙层，较大的含水层，较厚冲积层，断层破碎带，煤与瓦斯突出的煤层，较软的煤层及高应力区。5）井口位置应便于布置工业广场井口附近要布置主，副井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连接，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，尽量避免穿过村镇居民区，文物古迹保护区，陷落区或采空区，洪水浸入区，尽量避免桥涵工程，尤其是大型桥涵隧道工程。6）井口应满足防洪设计标准附近有河流或水库时要考虑避免一旦决堤的威胁及防洪措施。由于本井田倾角平缓，厚度变化小，且交通较方便。故把井筒置于井田中央，即工业场地之中。（3）井筒数目为了满足井下煤炭的提升和人员、材料、矸石的辅助提升，需设置一主井及一副井。因为用主井回风存在主井漏风严重的问题，所以不安排主井进回风；井田面积较小，表土层厚度大，不宜用边界式通风，因此设置中央回风井，用于前后期回风。共计三个井筒。4.1.2 开采水平的确定、采（带）区划分1.开采水平划分依据及原则开采水平的划分将影响矿井建设时期的技术经济指标，影响建井初期工程量，影响基建投资。所以，开采水平的划分要合理。其所遵循的原则如下：1）具有合理的阶段斜长合理的阶段斜长要便于煤炭的运输，便于辅助提升，方便行人。同时还要考虑要有合理的区段数目。2）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，另一个新的采区应投入生产，必须提前准备好一个新采区。所以，一个采区的服务年限应大于一个采区的开拓准备时间。由此可见，阶段斜长越长，采区储量多，采区的服务年限就越长，越有利于采区的接替。3）经济上有利的水平垂高我国多年的生产建设实际表明，开采水平垂高过小，将造成严重的采掘失调。合理的加大开采水平垂高，可以增加水平储量和服务年限，有利于集中生产，提高开采水平的生产能力，减少开采水平和同时生产的水平数目。故在运输、通风、排水、巷道维护等技术条件能够达到的情况下，可以适当加大水平垂高，减少水平数目。井田主采煤层为二2煤层，三组煤层由于赋存条件复杂，作为储备资源，后期根据需要可采用延伸井筒方式开采二2煤层以下煤层。二2煤层倾角较平缓，为315，一般9.73，为缓斜煤层，故设计为单水平上下山开采。水平标高-540 m。采区式和带区式开采相结合。二2煤层生产能力：可采储量为190.48 Mt，服务年限为56.69 a。4.1.3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，分述如下：方案一：立井单水平上下山开拓（下山布置在煤层中）主、副井及回风井筒均为立井，布置于井田中央，立井延伸；均通过石门与上下水平岩石大巷相连通，回风大巷布置在煤层当中，沿底板掘