采矿工程毕业设计（论文）-永煤集团车集煤矿240万ta新井设计【全套图纸】.doc

中国矿业大学毕业设计1 矿区概述及井田地质特征全套图纸，加1538937061.1 矿区概述1.1.1 交通位置车集矿位于河南省永夏矿区东南部，行政区属于永城县茴村、高庄及候岭三个乡。地理坐标为：东经11630，北纬3357。图1-1 车集矿交通位置图井田中心西距永城县15km，北距陇海铁路夏邑车站77km，东距青（青龙山）阜（阜阳）铁路百善车站15km，东南距矿区规划铁路接轨点青町车站35km（直线距离），距矿区规划铁路客运站8.5km。通往徐州市及宿县的两条主干公路，分别从井田北部和南部通过，由新庄矿井至永城县的公路从工业广场门前穿过，交通非常方便。（见图1-1）1.1.2 河流井田内地表水系不发育，仅有淮河支流沱河从井田南部由西向东流过，属季节性河流，最高洪水位标高+34.79m，年平均水位+30.39m。年平均流量23m3/s，最大流量380 m3/s。1.1.3 矿区气候条件本区属季风湿暖带，为半湿润半干燥的大陆性气候。年最大降雨量1518.6mm，年平均降雨量861mm，最大月降雨量792.8mm，最大日降雨量207mm。年平均气温14.4，日最低气温-23.4，日最高气温-41.5，年蒸发量1809.9mm。夏季多东南风，冬季多西北风，平均风速3.4m/s，最大风速20 m/s。降雪期和冰冻期为11月至翌年3月。冻土深度一般10cm左右，最大19cm。1.1.4 地震永城县属郯城芦江地震带影响范围，地震烈度小于6度。经河南省地质局建议，对于特别重要的工程和建筑物，可提高一度设防。1.1.5 水源电源井田内第三、第四系含水量比较丰富，可作为矿井供水水源。矿区内现有永城县电厂，装机容量1.5万kW，供本县工农业用电。在建的永城县140kV变电站，是由地方集资兴建的，经夏邑、虞城到商丘，主要供地方用电。矿区永久电源由商丘220kV变电站供给。1.2 井田地质特征1.2.1 井田地形及煤系地层概述本井田位于淮河冲积平原北部，地面自然标高在+31+34m之间。地形微向东南倾斜，地势平坦。精查地质报告基本查明了井田的煤层赋存情况、构造情况、煤质以及水文地质条件。本井田属华北上古生界聚煤区，为新生界沉积物所掩盖。据钻孔揭露下伏地层由老至新有：中下奥陶统（O1-2）、中上石炭统（C2-3）及二叠系（P）。（柱状图见附图）。（1）中下奥陶统（O1-2）本地层主要由灰色厚层状石灰岩、砾状石灰岩、豹皮状石灰岩以及白云质灰岩所组成。灰岩主要特征是质纯而致密，具多组极为发育的裂隙，被方解石岩脉充填。在井田内只有少数钻孔揭露本地层，揭露最大厚度为117.6m。（2）石炭系（C）中石炭统本溪组（C2）：本组地层下部主要为灰色铝土质泥岩，厚度一般为6m。上部主要为深灰色灰色铝土质泥岩，灰色砂质泥岩以及一层不稳定的石灰岩，厚度620m，一般厚14m。上石炭统太原组（C3）：本组为一套典型的海陆交互沉积岩系。主要由1215层薄中厚石灰岩、泥岩、砂质泥岩、铝土质泥岩、砂岩以及45层薄煤线交互沉积而成，厚度130147m，一般137m。（3）二叠系（P）下二叠统山西组（P1）：本组主要由砂岩、砂质泥岩，泥岩以及13层煤（二煤组）所组成。厚度82120m，平均厚度96m。下二叠统下石盒子组（P2）：本组主要由深灰色灰色泥岩、铝土质泥岩、砂质泥岩、砂岩及46层煤（三煤组）组成，厚度4595m，平均厚度84m。上二叠统上石盒子组（P21）：本组地层厚约729m，主要由灰色砂质泥岩、铝土质泥岩、砂岩以及69层薄煤线交互而成。上二叠统石千峰组（P22）：本组地层主要由平顶山砂岩段，泥灰岩性和石膏钙核段组成，欢度为706m。井田内仅有少数几个钻孔揭露，此地层为不连续地层。（4）上第三系（N）：本地层属河湖相沉积中新统：本组厚度30145m，平均厚度101m。主要由米黄褐黄色中细砂岩、粉砂、粘土质砂及砂质粘土组成。上新统（N2）：本统厚3788m，平均厚70m。主要由砂质粘土夹褐黄细砂、粉砂及粘土质砂组成。（5）第四系更新统：本组厚度2248m，平均厚度33m。主要有粉细砂、粘土，局部为粘土。全新统：本组厚度1432m，平均厚度21m。上部为黄色粘土质砂为主，下部为土黄褐黄粉细砂。1.2.2 井田地质构造车集井田位于永夏复式背斜中段东翼，新生界覆盖层厚约180m，为全隐伏的单斜构造，走向为北北东，于永夏复式背斜轴向基本一致，总的构造明显受永夏复式背斜控制。井田内以近南北向、北北向和北东向的正断层为主。井田构造属于中等类型。1.2.3 井田水文地质（1）含水层、隔水层及其特征井田内主要有9个含水层组，4个隔水层组。其中，新生界4个含水层组，1个隔水层组；二叠系石盒子组1个含水层组，1个隔水层组；二叠系山西组1个含水层组，1个隔水层段；石炭系太原群2个含水层组，1个隔水层段；奥陶系中下统1个含水层组。第四系全新统松散孔隙潜水含水层：此层厚21m左右，砂岩较发育，单位涌水量0.1524.16710-3/s.m2，渗透系数0.65423.06m/d，水位受大气降水影响，属强含水层。第四系全新统松散孔隙承压水含水层：此层厚33m左右，中砂层厚21m，单位涌水量0.59410-3/s.m2，属中等含水层。上第三系上部松散孔隙承压水含水层：此层厚70m左右，单位涌水量0.1980.46810-3/s.m2，渗透系数为0.4760.87m/d，属中等含水层。新生界底部隔水层：此层厚31m左右，其中粘土层厚25m，可塑性好，分布广泛且稳定，为一良好隔水层。在16线以北变薄，起不到隔水作用。下石盒子组三煤组顶板砂岩裂隙承压水含水组：此组厚45m左右，含水层为中、细砂岩，单位涌水量0.0004310.039910-3/s.m2，渗透系数为0.006160.361m/d，属弱等含水层。山西组二2煤层顶板砂岩裂隙承压水含水组：此组厚52m左右，含水层为中、细砂岩，单位涌水量0.0003670.080410-3/s.m2，渗透系数为0.001720.0338m/d，属弱等含水层。石盒子与山西组间隔水层：下石盒子组三煤组顶板砂岩含水层 山西组二2煤层顶板砂岩含水层之间有厚38m的泥岩、砂质泥岩、铝土岩，且分布稳定，起到了良好的隔水作用。山西组与太原群间隔水段：二2煤层底板太原组之间有50m左右的细、粉砂岩和泥岩，岩石致密，为良好的隔水层。太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水含水组：此组厚32m左右。全井田发育稳定，岩溶裂隙最为发育，单位涌水量0.1250.79310-3/s.m2，渗透系数为0.8014.904m/d，水量相对丰富，但不急条件不良，属中等含水层。太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水含水组：此组厚24m左右。单位涌水量0.1211.21610-3/s.m2，渗透系数为0.7037.473m/d，水量大，属中等含水层。太原组上段与下段间隔水层段：太原组上段灰岩含水组与下段灰岩含水组之间主要由泥岩、砂质泥岩及粉砂岩组成，为良好的隔水层。奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水含水组：此组厚度不详。单位涌水量0.008430.70410-3/s.m2，渗透系数为0.05611.878m/d，岩溶裂隙发育不均，富水性明显差异，属中等强含水层。（2）矿井涌水量地质报告中预计矿井涌水量：正常727m3/h 最大923m3/h（3）井田水文地质类型本井田主要开采下石盒子组三煤组和山西组二2煤层。三煤组以岩层裂隙水为主，水文地质条件简单；二2 煤以底板岩溶裂隙水为主，水文地质条件中等。1.3 井田煤层特征1.3.1 煤层埋藏条件及围岩性质本井田主要含煤地层为下二叠统山西组（含三煤）及下石盒子组（含煤46层）。两组地层平均总厚177m，含煤79层。煤层总平均厚度10.82m。主要可采煤层为二2、三22、三3、和三4煤层。煤层风氧化带深度，通过煤芯煤样化验、分析定为由基岩顶界向下垂深20m。全井田煤系地层走向大致呈反“S”形展布，地层倾向南东，倾角一般为520。本井田内石炭系、二叠系均为含煤地层。各可采煤层具体埋藏特性如下：（1）二2煤层：位于山西组中下部，可采厚度为0.88.86m，平均厚度3.5m。煤层结构简单，仅有一层厚度小于0.41m的夹矸，煤层赋存稳定，煤层顶板多为砂质泥岩及中细砂岩，底板多为砂质泥岩及细砂岩。砂岩抗压强度3161063kg/cm2，泥岩抗压强度433612kg/cm2。（2）三22煤层：位于下石盒子组中部的三煤组中，可采厚度为0.83.13m，平均厚度1.6m。结构较简单，含夹矸12层，煤层比较赋存稳定，煤层顶板多为砂质泥岩及粉砂岩，底板多为炭质泥岩及砂质泥岩。砂质泥岩抗压强度222314kg/cm2。砂岩抗压强度312859kg/cm2。（3）三3煤层：位于下石盒子组中部的三煤组上部，可采厚度为0.83.16m，平均厚度1.62m。结构比较简单，为较稳定煤层，煤层顶板多为泥岩及砂质泥岩，底板多为砂质泥岩。泥岩抗压强度386kg/cm2。砂岩抗压强度498kg/cm2。（4）三4煤层：位于下石盒子组中部的三煤组顶部，可采厚度为0.82.49m，平均厚度0.94m。结构比较简单，为局部可采煤层，煤层顶板多为泥岩及砂质泥岩，底板多为砂质泥岩。具体车集矿可采煤层特征见表1-2。表1-2 车集煤矿可采煤层特征表煤层名称煤层厚度/m(最小-最大)/平均与下煤层间距/m稳定程度煤层结构顶板底板三4(0.8-2.49)/0.948不稳定泥岩夹矸01层泥岩及炭质泥岩砂质泥岩三3(0.8-3.16) /1.628-10比较稳定局部有1层泥岩夹矸泥岩及砂质泥岩砂质泥岩三22(0.8-3.13) /1.680比较稳定12层泥岩夹矸粉砂岩或砂质泥岩炭质泥岩或泥岩二2(0.8-8.86) /3.5比较稳定局部有1层泥岩夹矸粉沙岩局部石灰岩粉沙岩及沙岩1.3.2 煤层特征（1）煤的容重煤的实体容重二2煤1.6t/m3，三22、三3、和三4煤1.5 t/m3。（2）煤的工业分析及用途本井田各可采煤层均以高变质程度的年轻无烟煤为主，其次为天然焦，个别煤层有少量贫煤点。二2煤层发热量QDfr7400cal/g，QDfT8400 cal/g；灰分在1015之间。三22、三3煤层发热量QDfr6600 cal/g，QDfT83 cal/g；灰分在1525之间。各煤层含硫量均小于1，一般在0.40.7之间；磷含量一般在0.0003左右。属低中灰分、特低硫、特低磷、高发热量无烟煤。（3）瓦斯、煤尘及自燃瓦斯：井田内瓦斯含量不高。经向省煤炭厅汇报，认为“可能有瓦斯突出”的根据不足，确定设计按低瓦斯矿井考虑。煤尘：经鉴定，本井田设计开采二2煤为无烟煤，一般无煤尘爆炸危险。设计按无煤尘爆炸危险考虑。自燃：井田各煤层还原样燃点之差T一般均小于20，为不自燃煤层。2 井田境界与储量2.1 井田境界2.1.1 井田境界划分的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，使煤田各部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则有：（1）井田的储量，煤层赋存情况及开采条件要与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。2.1.2 井田境界根据以上划分原则以及永夏煤田的整体规划以及车集煤矿的实际情况，四周边界为：南：沱河为界；东：各煤层-1000m等高线为界；北：26勘探线；西：各煤层露头；矿井设计生产能力为2.4Mt/a，根据以上标准和开采技术水平确定井田南北走向长度约为9.9410.67km，平均为10.76km，东西宽1.425.71km，平均为4.1km，井田呈类似梯形。煤层倾角一般为520，由于煤层的浅部与深部的倾斜角度不同，浅部约520左右，中部平缓，约510左右，再深又稍变陡，倾角15左右，平均倾角为10。水平面积为44.01km2，倾斜面积为44.78km2。2.2 矿井工业储量2.2.1 井田勘探类型精查地质报告查明了本井田的煤层赋存情况、构造形态、煤质及水文地质条件。井田勘探类型为中等。2.2.2 矿井工业储量的计算及储量等级的圈定本矿井设计中只对二2煤层进行开采设计，煤层倾角平均=10，二2煤层平均容重1.6t/m3。边界煤层露头线为-300m，-1000m以下的煤炭储量目前尚未探明，作为矿井的远景储量。矿井工业储量：由AutoCAD软件测得井田面积为440117.21mm2。在1：10000的开拓图上每1mm2表示100m2。煤容重为1.6 t/m3，煤层倾角平均10，煤厚平均为3.5m。井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量由煤层面积、厚度及容重相乘所得，其计算公式一般为：Q=100SM/cos (2-1)式中： Q为井田工业储量，万t；S井田面积，km2；M煤层平均厚度，3.5m；煤的容重，t/m3，1.6t/m3煤层平均倾角，10；则：Zc=100（440117.2110010-6）3.51.6/cos10=25026.78万t。工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探厚度与质量均合乎开采要求，目前可供利用的列入平衡表内的储量，即ABC级储量。根据地质勘探资料显示，其中高级储量为：10141.79万t，约占工业储量的40.52 %，符合高级储量比例要求。2.3 矿井可采储量2.3.1 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。2.3.2 各种煤柱损失计算（1）工业广场保护煤柱本矿井设计年生产能力为2.4Mt/a，按煤矿设计工业规范，占地面积指标应在（0.70.8）公顷/10万吨之间小井取大值，故取0.8。占地面积为240.819.2104m2。故设计工业广场的尺寸为400500m2的长方形，面积为：20104m2，尺寸为400500m2的长方形。工业广场位置处的煤层的平均倾角为7，工业广场的中心处在井田走向中央，倾向中央偏于煤层中上部，其坐标为：该处表土层厚度为200m。主井、副井、地面建筑物均在工业广场内。工业广场按大型矿井级保护，留围护带宽度为15m。本矿的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-1：表2-1 矿井地质条件及冲积层和基岩层移动角广场中心煤层深度煤 层 倾 角煤层厚度冲积层厚度冲积层移动角走向移动角下山移动角上山移动角mmm-71071020040707065.8由此根据上述已知条件，画出如图2-1所示的工业广场保安煤柱的尺寸，并由图得出保护煤柱的尺寸为：图2-1 工业广场保护煤柱示意图S=梯形面积=1/2(上宽下宽) 高=1/2(1376.691524.57) 1402.75=203.49104m2 则工业广场压煤为：Q1SMr/cos (2-1)2034871.23253.51.6/ cos71150.68万t（2）井田边界煤柱损失井田西南以断层为边界，考虑到F1和F2断层不导水，留25m的边界地层保护煤柱；井田北部边界为人为划分的边界，留20m的边界煤柱；井田西部边界以煤层露头为边界，考虑防水煤柱；井田南部以沱河为边界，井下开采只影响沱河河堤，后期修补，不留煤柱。井田-1000等高线以下储量未探明，暂考虑不留煤柱。即井田西南断层留25m边界煤柱，北部边界留20m煤柱。则井田边界压煤量为：Q2=（4896.3255322.498220）3.51.6/cos10=130.13万t（3）断层煤柱断层煤柱可按下式计算： Z =LbMR (2-2)其中：L断层的长度； B断层煤柱的宽度； M煤柱的平均厚度，3.5m；R煤柱的平均容重，1.6t/m3；则井田边界断层煤柱：由于F2、F3、断层落差较大，长度分别为1100m、1200m、断层两边各留煤柱25米，则断层保护煤柱损失是：Q3 39502203.51.6/cos588.91万t （4）村庄、公路保护煤柱井田范围内，有从新庄到永城的公路，考虑到采深较大，表土层较厚，公路等级不高，不留保护煤柱。村庄只有车集村不搬迁，要留设保护煤柱，留设方法与工业广场保护煤柱留设方法一样。因为车集村位置与所选的工业广场位置靠近，故将工业广场布置在紧挨车集村庄处，工业广场保护煤柱与车集村庄保护煤柱合并。车集村庄面积为： S梯形面积=1/2(上宽下宽)高 (2-3)1/2(1361.881546.83) 1753.05254.95104m2 则车集村压煤为：Q4SMr/cos 2549557.032753.51.6/ cos71441.80万t车集村庄和工业广场重叠部分面积：（786.624+934.56）1402.75/2=120.72104m2重叠部分煤量为：Q0682.68万t（5）防水煤柱的留设由于基岩上面普遍发育着一层隔水性能良好的灰色及深灰色粘土、砂质粘土，厚约30m左右，隔水性能良好。而煤层露头的顶板岩性一般为砂质泥岩、泥岩或被风化了的砂质泥岩、泥岩，是矿井浅部开采的主要突水水源，因此，必须留设合适的防水煤柱防止矿井突水。导水断裂带的高度一般为： H=100m/（1.6m3.6）5.6 (2-4)m各开采煤层的厚度，m； 对于本矿则：H=1003.5/（1.63.53.6）5.6=39.35.6由于煤层露头处煤层倾角较小，完全按照垂高留设煤柱，则煤柱损失太大（近250m），结合矿井实际条件，留设防水煤柱的宽度为50m，即倾斜长度为50m。则上边界留设防隔水煤柱量=4796.7503.51.6= 134.31万t2.3.3 井田的可采储量井田的可采储量Z按下式计算：Z=(QP) C (2-5)式中：Q矿井工业储量， P各种永久煤柱的储量之和， P=1150.68130.1388.911441.80134.31682.68 =2263.15万t 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；设计开采的二2煤层属中厚煤层，采区回采率取为0.80。则计算可采储量为：Z=(QP) C=（25026.782263.15）0.75=18210.904万t由此可得本矿井的可采储量为1.821109t。在备用储量中，估计约为50%为回采率过底和受未知地质破坏影响所损失的储量。井田实际采出储量用下式计算： Z实际=ZZ（K1）50%/K (2-6) 式中：Z实际 井田实际采出煤量，万t； Zk矿井的可采储量，18210.904万t； K矿井储量备用系数，取1.3；由23式，得： Z实际=18210.90418210.904（1.31）50%/1.3 =16109.646万t即本设计矿井实际采出煤量为16109.646万t。矿井工业储量及各水平储量见表2-2。表2-2 矿井储量统计表煤层名称水平序号工业储量/万t永久煤柱损失可采储量/万t工广和村庄/万t防水/万t断层/万t边界煤柱/万t合计/万t二2一12708.771909.8134.310118.332162.449247.62二12318.010088.9111.80100.718963.284小计25026.781909.8134.3188.91130.132263.1518210.9043 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的规定，参考关于煤矿设计规范中若干条文修改决定的说明，确定本矿井设计生产能力按年工作日330d计算。“四六制”作业（三班生产一班准备检修）每天三班出煤，净提升时间为16h。3.2 矿井设计生产能力服务年限3.2.1 矿井设计生产能力本井田储量丰富，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(3.5m)，为缓倾斜煤层（倾角10）。矿井总的工业储量为25026.78万t，可采储量为18210.904万t。因地质构造简单，同时煤田范围较大，开采技术好的矿井应建设大型矿井，故本设计初步确定矿井的设计生产能力为2.4Mt。3.2.2 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：（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，二2煤厚度较厚，布置一个一次采全高综采工作面完全可以达到本设计的产量。（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，主井提升容器为两对12t底卸式提升箕斗，运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤一律用强力胶带输送机运到带区（采区）煤仓，运输能力也很大，自动化程度较高。辅助运输采用双层罐笼，大巷辅助运输采用600mm轨距的1.5t固定车厢式矿车，同时本矿井井底车场调车方便，通过能力大，满足矸石，材料和人员的调动要求。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本矿井无煤尘爆炸性，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。矿井采用对角式通风，有专门的风井，可以满足要求。井田内大断层有F3、F5、F6和 F7，对于开拓有一定的影响，留设有保护煤柱。F4为小断层，对于生产影响较小，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）储量条件校核矿井的设计生产能力应与矿井的工业储量相适应，以保证有足够的服务年限。矿井服务年限的计算：T = (3-1)式中：T矿井设计服务年限，年； Z矿井可采储量，18210.904万t； A矿井设计生产能力，240万t /a； K储量备用系数，取1.3；由31式得：T=18210.904/(2401.3)= 58.37a；因此，本矿井的开采年限符合规范的要求。本设计中第一水平倾斜范围为-300m-700m，第一水平服务年限的计算公式为：T =29.63a式中: T第一水平服务年限，a本矿井的服务年限以及第一水平的服务年限的设计服务年限符合规定。4 井田开拓井田开拓是在总体设计已经划定的井田范围内，根据精查地质报告和其它补充资料，具体体现在总体设计合理原则，将主要巷道由地表进入煤层，为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程。其中包括确定主、副井和风井的井筒形式、深度、数量、位置、阶段高度、大巷位置、采（带）区划分以及开采顺序与通风运输系统。4.1 井田开拓的基本问题4.1.1 影响井田开拓的主要因素（1）地形平坦，地势高差小，有内涝威胁；（2）第四系覆盖层较厚，井筒需要特殊凿井方法施工；为防止第四系水溃入井下，需留设合理的防水煤柱；（3）太原组灰岩水压较大，水量相对丰富，岩溶裂隙比较发育，选择井筒位置时需留有足够的隔水岩柱。4.1.2 井筒形式、数目的确定（1）井硐形式的确定斜井与立井开拓的优缺点比较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，辅助提升能力小，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。根据自然地理条件、技术经济条件等因素，综合考虑车集煤矿的实际情况：第三、第四系覆盖层较厚，井筒需要特殊凿井方法施工；地势平坦，地面标高平均+32m左右，煤层埋藏较深；矿井年设计生产能力为2.4Mt/a，为大型矿井。综上所述，本矿采用立井开拓。（2）主、副井井筒位置的选择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；水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。井筒沿井田走向方向的有利位置本井田形状南窄北宽，储量分布不均匀，井筒的有利位置应在井田走向的储量中央，以形成两翼储量比较均匀的双翼井田，可以使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。井筒沿井田倾斜方向的有利位置 立井开拓时，本井田中部无大的断层构造，属一般情况，井筒布置在井田的中央靠上部位。有利于矿井初期开采的井筒位置矿井应尽快达产，使井筒布置在第一水平的位置最优。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。因为本井田内只有一条新桥矿通往永城县的公路，并不需留设保护煤柱。但要考虑车集村庄的煤柱，为了减少工业广场所压煤柱，将车集村庄煤柱和工业广场煤柱合并考虑，并且保证在井田走向的中央。倾向的中央靠上部位。地质及水文地质条件对井筒布置的影响要保证井筒、井底车场及硐室位于稳定的围岩中，应使井筒尽量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、煤与瓦斯突出煤层、较软煤层及高应力区。本矿井在二2煤层底板下部230m处有一太原组灰岩承压含水层，压力大，水量也较大，设计时须使井筒、井底车场与该承压水之间有一定厚度的保护层，在确定延伸方式时应综合考虑，尽量使井底车场避开该含水层。因此，为避开太原组承压含水层的影响，一水平以下延伸方式的不同，将会选择不同的井筒坐标。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。综合以上七方面的因素，结合矿井实际情况，提出本矿井井筒布置位置如下：主井井筒中心位置：经距39453800.0m，纬距3758500.0m副井井筒中心位置：经距39453800.0m，纬距3757800.0m（3）风井位置的选择本井田煤层赋存条件比较好，属于缓倾斜近水平煤层，第一水平采用带区式开采，少部分倾角大的地方受条件限制采用采区式开采。由于井田走向较长，9.9410.67km，所以只有一个技术、经济上可行的方案：分区对角式通风。故在设计中采用分区对角式通风，因表土层较厚，共设计两个风井：北风井服务第一、二水平的北翼，北翼下一水平的通风通过回风斜巷与北风井相连。南风井服务第一、二水平的南翼，南翼下一水平的通风通过一段回风平巷与南风井相连。风井井口位置的选择，应在满足通风要求的前提下，与提升井筒的贯通距离最短，并利用各种煤柱以减少保护煤柱的损失。北翼风井布置在井田边界之外，不留煤柱；另外将南翼风井布置在断层煤柱内，从而减少了煤柱损失。考虑到北翼上部要满足矿井初期的开采要求，在此精确提出北风井的位置：北风井井筒中心位置：经距39462100m，纬距3761500m。4.1.3 工业广场的位置、形状和面积的确定工业场地的选择主要考虑以下因素：（1）尽量位于储量中心，使井下有合理的布局；（2）占地要少，尽量做到不搬迁村庄；（3）尽量布置在地质条件较好的区域，同时工业场地的标高要高于最高洪水位；（4）尽量减少工业广场的压煤损失。根据以上原则和本矿井的实际情况，工业广场与主副井筒布置位置相同，其面积及保护煤柱的大小详见第二章第三节内容，工业广场面积20104m2，定为400m500m的矩形。4.1.4 开采水平的确定本矿井煤层露头标高为-300m，煤层埋藏最深处达-1000m，垂直高度达700m，因此必须采用多水平开采，根据煤炭工业矿井设计规范规定，缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高为200350m，根据本矿井的实际条件，结合阶段斜长考虑，决定煤层的阶段垂高选为200m左右。本井田可划分两个和三个水平，但考虑三个水平生产系统过于复杂，如果两个水平都采用上下两个阶段可简化生产系统，因此采用两个水平开采。由于太原组灰岩水压较大，且水量丰富，需用暗斜井延伸；或者井筒位置打在煤层的靠下部位。4.1.5 井底车场和运输大巷的布置（1）运输大巷的布置由于运输大巷要为上下水平的开采服务以及本煤层厚度为3.5m，为便于维护和使用，且不受煤层开采的影响，将第一水平大巷布置在煤层中，第二水平大巷布置在距煤层底板30m处的中细砂岩中。第一水平煤层大巷的优点是巷道掘进速度快，矿井投产早，而且掘进出煤量也很可观；第二水平岩层大巷其优点是巷道维护条件好，维护费用低，巷道施工能够按要求保持一定方向和坡度；在开采上下水平时，可以跨大巷开采，不留保护煤柱，减少煤柱损失，便于设置煤仓。（2）井底车场的布置 由于井底车场一般要为整个矿井服务，服务时间较长，故要布置在较坚硬的岩层中。本矿井布置位置可以选择在煤层顶板或者煤层底板中。煤层顶板为中硬的砂泥岩，底板为坚硬的中细砂岩。后者相对于前者维护费用较低，但对于不同的开拓方案还需进行技术与经济比较，以选择最优方案。4.1.6 矿井开拓延伸及深部开拓方案本矿井开拓延伸可考虑以下二种方案：双立井延伸；双暗斜井延伸。双立井延伸：采用双立井延伸时可充分利用原有的各种设备和设施，提升系统单一，转运环节少，经营费低，管理较方便。但采用这种方法延伸时，受太灰水的限制，致使井筒需打在煤层较深处，增大井筒的保护煤柱量。同时，该方法使原有井筒同时担任生产和延伸任务，施工与生产相互干扰，立井接井时技术难度大，矿井将短期停产；延伸两个井筒施工组织复杂，为延伸井筒需要掘进一些临时工程，延伸后提升长度增加，能力下降，可能需要更换提升设备。暗斜井延伸：采用两个暗斜井延伸时，原有井筒的位置，水平的划分，上山或下山开采的确定都不受太灰水的影响。暗斜井立井内铺设胶带输送机，系统较简单且生产能力大，可充分利用原有井筒能力，同时生产和延伸相互干扰少。其缺点是增加了提升、运输环节和设备，通风系统较复杂。4.1.7 开采顺序本井田开采顺序为先采第一水平，再采第二水平上下山；采区开采顺序：采用采区前进式，即由井筒向井田边界推进；采区内回采顺序：采用后退式，即由采区边界向采区上山推进。4.1.8 方案比较根据以上分析，提出以下四种方案，如图4-1所示（1）两水平开采，立井井筒位于-600煤层处，双暗斜井延伸第二水平，一、二水平均上下山开采，岩层大巷。（2）两水平开采，立井井筒位于-600煤层处，双暗斜井延伸第二水平，一、二水平均上下山开采，煤层大巷。（3）两水平开采，井筒位于-750水平煤层处，石门到达大巷；二水平立井延伸，石门到达大巷，一、二水平均上下山开采，岩层大巷。（4）两水平开采，井筒位于-750水平煤层处，石门到达大巷；二水平立井延伸，石门到达大巷，一、二水平均上下山开采，煤层大巷。图4-1 开拓方案示意图（1）技术比较方案1与方案2的区别在于大巷掘在岩层中还是煤层中，两方案生产系统都比较简单可靠，相同的石门开凿和石门运输费用没有比较。方案3与方案4的区别也仅在于大巷掘在岩层中还是煤层中。都要开一段石门。对前四个方案费用粗略估算如表所示：表4-1 方案1和方案2的粗略比较方案项目方案 1方案 2基建费/万元立井开凿2662300010-4=407立井开凿2647300010-4=407暗斜井延伸22065.8110010-4 =454.476暗斜井延伸22065.8110010-4 =454.476井底车场100090010-4=90井底车场100090010-4=90大巷开凿105002398.810-4=2518.74大巷开凿105001311.710-4=1377.285小计3470.216小计2328.761生产费/万元立井提升1.215791.340.6780.85=10920.66立井提升1.215791.340.6280.85=10920.66暗斜井提升1.26875.582.06580.48=8181.258暗斜井提升1.26875.582.06580.48=8181.258斜立井排水24365(33.41727+32.38727)0.152510-4=6389.52斜立井排水24365(33.41727+32.38727)0.152510-4=6389.52小计25491.438小计20381.1总计费用/万元28961.65费用/万元27820.204百分率104.1%百分率100% 表4-2 方案3和方案4的粗略比较方案 3方案 4基建费/万元立井开凿2912300010-4=585立井开凿2912300010-4=585石门开凿2(838.95+1401.6)110010-4 =492.9石门开凿2(1652.35+858.95)110010-4 =552.5井底车场100090010-4=90井底车场100090010-4=90大巷开凿105001311.710-4=1377大巷开凿105002398.810-4=2518.74小计2636.8小计3746.24生产费/万元立井提升1.215791.340.9750.85=15704.49立井提升1.215791.340.9750.85=15704.49石门运输1.2(1.47093.69+1.226875.57) 0.38=8353.63石门运输1.2(1.657093.69+0.8396875.57) 0.38=7967.77立井排水24365(33.41727+32.38727)0.152510-4=6389.52立井排水24365(33.41727+32.38727)0.152510-4=6389.52小计30447.64小计30061.784总计费用/万元33084.44费用/万元33808.023百分率100%百分率102.2%余下的2、3方案均属技术上可行，水平服务年限也都符合要求。两者相比方案2的总投资要少一些，但是方案3的生产经营费用可能要低一些。因此，两方案还需要通过具体的经济比较，才能确定其优劣。（2）开拓方案经济比较第2、第3方案有差别的建井工程量、生产经营工程量、基建费、生产经营费和经济比较结果，分别计算汇总于下列表中：项目方案 2方案 3初期主井井筒/m632+30882+30副井井筒/m632+15882+15井底车场/m10001000主石门/m2571402运输大巷/m52505250后期主井井筒/m0343副井井筒/m0343主暗斜井/m25360副暗斜井/m25360运输大巷/m10500+525010500+5250井底车场/m10001000主石门/m504839表4-3 建井工程量表4-4 基建费用表方案 2方案 3工程量/m单价/元m-1费用/万元工程量/m单价/元m-1费用/万元初期主井井筒7083000212.410053000301.5副井井筒6933000207.99903000297井底车场10009001000900主石门257239961.6514022399336.34运输大巷5250131252501312小计/万元481.95934.84后期主井井筒03433000102.9副井井筒03433000102.9主暗斜井井筒25361100278.960主暗斜井井筒25361100278.960井底车场10009001000900主石门5042399120.918392399201.28运输大巷157502399157502399小计/万元678.83407.08共计/万元1160.781341.92表4-5 生产经营工程量项 目方 案 2项 目方 案 3运 输 提 升/万tkm工 程 量运 输 提 升/万tkm工 程 量一水平石门运输1.20.267093.69=1753.56一水平石门运输1.21.4027093.69=12087.65二水平暗斜井运输1.26875.582.5=20626.74二水平石门运输1.26875.580.361=4158.35二水平石门运输1.26875.580.839=6922.33二水平立井提升1.26875.580.708=5841.49二水平立井提升1.26875.581.005=8291.95排水/万m3工程量排水/万m3工程量二 水 平7272436532.38510-4=20624.5二 水 平7272436532.38510-4=20624.5表4-6 生产经营费用项目方 案 2方 案 3运输提升工程量/m单价/元m1费用/万元工程量/m单价/元m1费用/万元一水平石门运输1753.560.381668.112087.650.3814605.4二水平暗斜井运输20626.740.489900.8二水平石门运输2978.50.3811134.816922.330.3812637.41二水平立井提升5841.490.854965.2678291.950.857048.16小 计16668.114291排 水工程量/m单价/元m1费用/万元工程量/m单价/元m1费用/万元二水平20624.50.15331