采矿学课程设计-砚北矿1.5Mta新井开拓设计（全套图纸）.doc

中 国 矿 业 大 学采矿学课程设计全套图纸加153893706姓 名： 学 号： 学 院： 学院 专 业： 设计题目： 砚北矿 1.5 Mt/a新井开拓设计 指导教师： 职 称： II1目 录1 井田概述及井田地质特征11.1 矿区概述11.1.1 地理位置11.1.2 地貌11.1.3 水文11.1.4 气象及地震21.1.5 主要自然灾害21.1.6 矿井电源21.1.7 经济概况21.2 井田地质特征21.2.1 地理位置21.2.2 井田勘探程度21.2.3 勘探工作及质量评述31.2.4 井田地质41.3 煤层特征91.3.1 含煤性91.3.2 可采煤层101.3.3 煤质102 井田境界与储量122.1 井田境界122.1.1 构造类型132.1.2 矿井地质储量132.1.3 矿井工业储量计算142.2 矿井设计储量152.2.1 井田边界保护煤柱162.2.2 矿井设计储量计算162.3 矿井可采储量162.3.1 工业广场保护煤柱的计算162.3.2 井筒保护煤172.3.3 石门保护煤柱172.3.4 矿井可采储量计算183 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限193.1 矿井工作制度193.2 矿井设计生产能力及服务年限193.2.1 确定依据193.2.2 矿井设计生产能力193.2.3 矿井服务年限193.2.4 井型校核194 井田开拓204.1 井田开拓的基本问题204.2 确定井筒形式、位置214.2.1 井筒形式的确定214.2.2 井筒位置的确定224.3 工业场地的位置234.3.1 开采水平的确定及回盘区域划分234.3.2 主要开拓巷道244.3.3 大巷布置244.4 开拓方案比较254.4.1 提出方案254.4.2 技术比较26参考文献27数字编号：11.11.1.1一级居中，二三级顶格1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 地理位置砚北矿区位于甘肃省平凉地区所属华亭县、崇信县两县境内。从华亭县向南沿华（亭）天（水）公路，经庄浪（78 km）、秦安（160 km）可达陇海铁路天水车站（240 km）；向东20 km至安口镇与宝（鸡）平（凉）公路相接，经安口镇向南144.4 km达陇海铁路宝鸡站；向北80 km到平凉与西（安）兰（州）公路相通，另外华亭策底峡中平凉为63 km，井田内简易公路四通八达。矿区铁路专用线设计距宝鸡中卫铁路安口南工业站9.52 km。矿井至各大车站和城市见下图。图1-1 交通位置图1.1.2 地貌本矿区地处六盘山山脉关山东麓，陕甘宁盆地之西缘，属黄土高原的一部分。地貌形态主要是梁峁相间、剥蚀堆积的黄土低山丘陵区，以第三系和侏罗系地层构成基地格架，表层普遍覆盖有黄土。海拔高度大致在14301680 m，最高点在矿区北部上院峁，海拔1693.9 m，最低点在矿区南部的北汭水河河床处，海拔1413.5 m，相对高差280.4 m，地形总体上是西高东低、北高南低。河谷下切作用较弱，沟脑一般呈“V”型，中下游则多为“U”型，谷地宽阔堆积有第四系砂砾卵石层。1.1.3 水文矿区内水文网属泾河水系。北汭水河发源于关山东麓，自西向东在矿区南端流过，在矿区东南角和南汭水河相汇合，经安口、崇信至泾川县流入泾河。最小径流量0.145 m3/s，最大0.95 m3/s，平均0.37 m3/s。砚峡沟为斜穿矿区的最大沟谷，沟中水量很小，砚峡沟中水在砚峡乡处流出井田，经东峡口流入汭水河。1.1.4 气象及地震本矿区为半干旱半湿润的大陆性气候，冬季严寒干燥，夏秋两季湿润多雨，昼夜温差较大，最低气温-23.6C，最高气温35.4 C，年平均气温6.58.5C，。年降水量349.7907.0 mm，平均512.6 mm，一年内降水量多集中在7、8、9三个月，占全年降水总量的57.17%，年蒸发量在1007.41539.6 mm，以4、5、6、7、8月最大。年平均相对湿度65%79%，年平均风速1.42.0 m/s，最大风速18 m/s。11月至来年3月土地冰冻，历史最大冻结深度0.72 m。年积雪最厚24cm，基本风压0.35kN/m2。1.1.5 主要自然灾害本区冬季严寒干燥，冻害为冬季自然灾害，夏秋两季为汛期，主要灾害为山洪、雷电。根据中国科学院编制的中国地震活动区域图及相关文件，确定本地区地震基本烈度为七度。1.1.6 矿井电源矿井采用双电源双回路供电方式。双回路分别来自华亭陈家沟110 kV变电所35 kV母线段和石堡子35 kV母线段。双回线路进入华砚35 kV变电所，线路导线为LGJ240 mm2，线路全长4.38 km，设置两台SZL720000/35/10/6kV主变。1.1.7 经济概况矿区内人口较少，区内国民经济以工农业为主，农作物主要有小麦、玉米、土豆，经济作物主要为胡麻及黄麻。华亭地区工业以煤炭为主，煤田浅部有省、地、县、乡镇煤矿开采，除此而外，尚有陶瓷、水泥、砖瓦农机、玻璃、灯泡等地方工业。区内砂、石等建筑材料也较丰富。1.2 井田地质特征1.2.1 地理位置砚北井田位于华亭煤田中东部，隶属华亭县策底乡、砚硖乡及东华镇管辖。地理坐标约居东经10636171063959,北纬351316351733之间。井田南北长5.1 km，东西宽4.5 km，面积15.957 km2。主、副井工业广场区位于华亭县城东2.5 km处，与县城之间有柏油公路相通。1.2.2 井田的勘探程度（1）勘探工作概述华亭煤田的地质勘探工作始于1958年4月。先后有191队、134队、146队和149队在不同时期和不同阶段进行过勘探，并提交过相应的地质报告，各队在不同时期的勘探程度及结果如下所述：19581961年191队提交煤田地质普查报告1件，I-V号井田精查地质报告5件，经1962年复审后、因钻探质量低劣，精查降为普查。19651966年134队提交了华亭煤田详查地质报告。1970年以后146队先后提交了南井田、陈家沟井田精查和精补地质报告及策底井田精查地质报告。1978年149队提交了砚峡露天建井（精查）勘探报告。1992年3月146队提交了华亭煤田砚北井田勘探（精查）地质报告经全国矿产储量委员会全储决字333号文批准，本报告为设计、建设及生产的主要依据。（2）勘探工程网度 根据1986年全国矿产储量委员会制定的煤炭资源地质勘探规范，本井田勘探类型为“二类二型”，则基本线距500m控制A级储量；5001000 m控制B级储量；10002000m控制C级储量。1.2.3 勘探工作及质量评述（1）钻探工程本井田从19581991年，先后有四个勘探队在不同时期共竣工32个钻孔，进尺1598.09 m，其中有191队8个孔，134队7个孔，149队9个孔，146队8个孔。可采煤层质量：井田范围内煤层倾角大部分为近水平煤层，部分地区为缓倾斜煤层，因此全井田最低可采厚度取0.8 m，精查勘探参与验收评级的主要可采和局部可采煤层共有42层次，均按86年部颁钻孔质量验收标准进行了验收。评级结果：优质煤层33层，占78.6，合格煤层5层，占11.9，不合格4层，占9.5。主要可采煤层5#层32个孔均见到，其中优质16层，合格1层，不合格1层，优质层占88.9。（2）地质和水文地质填图报告使用的地质和水文地质图各21.5 km2，此次设计中所采用的是井田的一部分面积，井田南北长5.1 km，东西宽4.5 km，面积15.957 km2。其中包括149队1978年测绘的1：2000地质和水文地质图，经缩制成1：5000图纸和1985年以及146队1991年测绘的1：5000地质和水文地质图，以上图纸已经随精查报告的审批而验收通过，故本井田使用的地质图和水文地质图，质量可以作为煤矿生产和建设使用。（3）水文地质钻孔井田内和边界附近共竣工水文地质钻孔8个，进尺1568.45m（井田内3个，进尺723.32m），对五个含水层分别进行了抽水试验，除第三含水层的两个水文孔的抽水质量仅一个孔不可靠外，另一个孔和其它含水层的抽水质量均可靠。（4）工程地质钻孔149队在原砚峡露天勘探区内做了大量的工程地质工作，在21个钻孔中（其中有9个孔位于本井田内），采了岩石物理力学性质试验样256个，因此本井田完成的工程地质工作量大，质量可以满足设计和况建要求。（5）其它工程量和质量概况井田内共采各种样845个，采样和试验质量均达到了规范标准，试验项目和数量满足了精查阶段的要求。本井田共有9个钻孔采了21个瓦斯样，质量符合部颁标准。井田内采了煤层自燃样16个，煤尘爆炸样2个，采样和试验质量均达到了规范要求。以上样品在1965年以前，由原陕西省煤炭工业局地质公司综合实验室测试，以后由甘肃省煤炭地质勘探公司中心实验室测试。微量元素和稀散元素PPM值均为光谱分析，百分含量值为化学分析。该两室化验成果内外互检，合格率达96%以上，质量均可满足要求。以上勘探工程量及质量见下表-井田内勘探工程量统计简表1-1：1.2.4 井田地质（1）区域地层华亭煤田位于华北地层区的西南缘，属陕甘宁盆地盆缘地层分区平凉永寿地层的北部。其总的特征与华北地层区相似，缺失上奥陶统、志留系、泥盆系和石炭系地层。本区地层从老到新有：蓟县系、寒武系、奥陶系中下系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系下统、上第三系和第四系等，其地层厚度、岩性特征见下表1-2。图1-2 砚北煤矿地层、含水层综合柱状图（2）含煤地层概述含煤地层延安组根据岩性，岩相特征，旋回结构及煤层发育情况，从下至上分为三个岩段，包括四个旋回，五个煤组，另外在延安组以下富县组还发育着一个煤组。 富县组J1C含煤组,含煤1 层。顶底板稳定，岩性为紫杂色砂砾岩，砂岩及泥质岩夹灰色，紫褐色砂质泥岩，具似鲕状结构，层理不清，厚度变化较大。煤厚平均为0.70 m。延安组第一段（第旋回）J1-2Y即主要含煤段，含厚煤层的5#煤层。从延长群顶面或富县组顶界至主要煤层（5#煤层）顶板，厚度变化不大，最大13 m，最小9 m，平均12 m。延安组第二段（第II、III旋回）J1-2Y2。从第一段顶至1#煤层顶板，第二旋回从第一段顶至4#煤层顶板，以上为第III旋回，由于二者差异较大，分旋回叙述如下： 第旋回主要为浅灰灰色细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、次为中粗粒砂岩，中部夹几层不稳定薄煤，上部在井田北部及东北部发育一层劣质油页岩，其上部为4# 煤层及其顶板。反映了河流、湖泊相及泥炭沼泽相依次过渡的沉积特征。是一组覆水较深，较稳定环境下的沉积，厚度最大85.69 m，最小22.43 m，平均65.46 m。其剖面（72.89 m）由上向下分述如下：a 深灰色粉砂岩。 19 mb 4# 煤，以亮煤为主。结构较复杂。 0.81 mc灰绿色粉砂岩。 52 md灰色粉砂岩。 12.34 me沙质泥岩。 8.55 m第III旋回总体表现为以灰、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩为主的细碎屑岩沉积，夹少量细到粗砂岩，发育多层薄煤及煤线，各煤层的间距基本稳定，从上到下含1#煤、2-1#煤、2-2#煤、2-3#煤和3#煤。在煤田北部及中部有一至三个薄层劣质油页岩。岩性、岩相横向变化较小，纵向上以下到上，反映了由河湖相、沼泽相及泥炭沼泽相多次交错出现的沉积特征，旋回结构呈多阶段发展。本段含大量黄铁矿结核及晶粒，含植物化石，最大厚度129.80 m，最小厚度42.82 m，平均57.81 m。延安组第三段（第IV旋回）J1-2y3本段不含煤但有煤线。井田浅部因遭受后期剥蚀，保存不全，而深部保留厚度较大。岩性主要为灰绿灰色粉砂岩、砂质泥岩及泥岩，次为细粗粒砂岩，局部夹一至二层煤线及薄层劣质油页岩、层面上具有较多植物化石及化石碎片。本段底部为灰绿灰白色砂岩，顶部与直罗组假整合接触。最大厚度66.36 m，最小厚度7.77 m，平均43.02 m。(3)井田地质构造煤矿的基本构造特征砚北煤矿的基本构造形态，从北到南为单斜、背斜和向斜、单斜等。井田东部边界为FI大断层，中部南北走向存在以落差由南向北不断增大的FII正断层，因这次设计是对井田的一部分进行设计，在设计的矿井中没有断层出现。因区内尚未发现岩浆岩，现对井田内分布的褶皱加以叙述。a井田北部单斜：位于16勘探线以北，5#煤层产状，从北而南由北15度西至南28度东，倾向南西西，倾角59度。b井田西部背斜：起于16勘探线，止于12勘探线以南。背斜轴向由北13度西至南25度东，向南倾伏。c井田中东部向斜：起于16勘探线，止于11勘探线，向斜轴向：北部为北54西、中部为北33西、南部为南21东，向北抬起。向斜西翼倾角1116，东翼倾角15，为一宽缓背斜。d井田南部单斜：实为前一向斜的南延部分的东翼，向斜轴为本井田的深部边界线，西翼属白草峪井田范畴，起于11勘探线，止于1勘探线以南。5#煤层产状，走向北北西至南南东，倾向南西西。整体构造简单，主要为近水平煤层，局部地区的倾角较大，达到了12。以上构造发生在中下侏罗统煤系和上覆中侏罗统以及下伏下侏罗统和上三叠统地层内。构造造对煤层、煤质、水文和其它开采条件的影响a井田构造对煤层的影响沿背斜轴煤层厚度普遍变薄，向斜轴煤层厚度有所增加。本区构造具有继承性，属于基底构造的背斜和向斜在成煤过程中继续发展。背斜属于隆起区，堆积的成煤物质较少，而且这些物质在凝胶化作用下，形成的凝胶和溶胶有一定的流动性，容易向凹陷区运移，故形成的煤层较薄，向斜属凹陷区，堆积的成煤物质较多，加之由背斜区搬运来的凝胶化物质，故形成的煤层较厚。从背斜和向斜构造与煤层的厚度变化来分析，反映出煤盆地的基底构造和同沉积构造对煤层厚度变化有影响。单斜构造与煤层厚度变化不明显，但显示出一些规律性，如井田南部单斜区，5#煤层浅部厚度较大，一般在13 m左右，深部较薄，一般在9 m左右，经地质构造和沉积建造的综合分析研究结果表明，现在的煤层露头带，非原始沉积边缘。b井田构造对煤质的影响在背斜和向斜区内、5#煤层的原煤灰份和全硫无明显变化，均属特低硫和特低灰。5# 煤层的精煤挥发份产率却变化较明显：以13和15勘探线为例，背斜轴为40.8439.58%，向斜轴为38.9938.33%，后者5#煤层的挥发份产率比前者低1.251.85%。c井田构造对水文及其它开采技术条件的影响井田构造对水文地质的影响不明显，形成井田的水文地质条件简单。井田构造对其它开采技术条件的影响：设计中的井田内尚未发现断层和岩浆岩，加之宽缓的背斜、向斜和北部的单斜构造以及5#煤层层较稳定等，都给综合机械化开采提供了有利条件。5#煤层倾角212、有的接近水平，平均角度为6.5，属于近水平煤层，适合机械化采煤，此矿井采用综采放顶煤开采。(4)水文地质矿区水文地质条件矿区内岩层按其含水性、含水类型及水力特征分为五个主要含水层和三个相对隔水层，由老到新分别为：a第一含水层上三叠统延长群，为第一裂隙承压含水层，单位涌水量0.1108L/sm，渗透系数0.0018 m/d。b第二含水层下侏罗统富县组至中下侏罗统延安组第一段，5#煤层的直接底板。钻孔单位涌水量0.0020.00307L/sm。c第三含水层中下侏罗统延安组第二至第三段，为5#煤层顶板含水层。单孔涌水量1.2271.900 m3/d，单位涌水量0.000170.000531 l/sm。d第四含水层上第三系甘肃群，主要为第三系甘肃群第一段砂砾岩层，个别孔在第二段也有砂砾岩含水层。钻孔单位涌水量0.15660.4791 l/sm。e第五含水层第四系全新统，该含水层主要为第四系砂砾卵石层。分布在井田南部水河床处及砚峡沟中。单位涌水量为0.779 l/sm。单孔涌水量为300m3/d。三个隔水层位于第二、第三含水层间，三、四含水层间和四、五含水层间。第三系砂砾岩裂隙孔隙承压水含水层，其主要补给来源在裸露部分接受大气降水补给，其次是接受地表水及第四系潜水的补给，补给条件差。该含水层的排水一部分是生产矿井，一部分是华亭供水井开采。井田内构造简单，没有断裂构造，裂隙不发育，直接充分含水层埋深大，水量很小，单位涌水量最大为218 m3/h，平均为198 m3/h，涌水量较低。本井田划分为水文地质条件简单的类型。充水因素及涌水量预测a地表水对矿井开采的影响因华亭矿区内唯一的控制西部边界断层为一压扭性断层，且隐伏于第三系之下，不能沟通地面河水和第四系潜水，而砚北井田内无断裂构造且煤层冒裂带高度远小于其上覆地层厚度，所以地表水对矿井开采无影响。b地下水对矿井开采的影响砚北井田内第一含水层（T3yn）、第二含水层（J1f+J1-2y）及第三含水层对矿井开采影响不大。第四含水层（Ngn）为承压复合含水层，该含水层渗透性及富水性较好，为矿井间接充水含水层，是矿井充水的主要来源。供水水源砚北矿井的供水来自西华洪积扇水源地，其供给能力为13000 m3/d，水化学类型为重碳酸钙型，矿化度为0.180.30 g/l，属淡水。1.3 煤层特征1.3.1 含煤性本井田含煤地层为中下侏罗统延安组和富县组，根据华亭煤田煤岩层对比报告自上而下命名为1#煤、2-1#煤、2-2#煤、2-3#煤、3#煤、4#煤、5#煤和6#煤，煤层总平均厚度为19.42 m，含煤系数为7.78%。5#煤层为全区主要可采煤层，其中5#煤层平均厚度占总平均厚度的61.79%，全井田广泛发育，6#煤层平均厚度为1.8 m赋存不稳定，且全井田零星分布 。零星、局部可采煤层为2-2#煤、2-3#煤、3#煤和4#煤，2-2#但煤、2-3#煤和4#煤，可采范围很小，主要为鸡窝煤，1#层仅个别点可采，2-1#煤层全区不可采。各煤层厚度、层间距及分布范围等情况见下表1-3：1.3.2 可采煤层本井田可采煤层5#煤层特征表述如下：5#煤层（全井田主要可采煤层）。位于延安组第一段中上部，为厚煤层，全井田广泛分布，较稳定。厚度在913 m，煤层采用厚度变化于1113 m之间，平均12 m。煤层沿倾向变化：11线以北，煤层厚度明显向向斜轴部增厚，向背斜轴部变薄。煤层结构较简单，夹矸薄，绝大部分为单一分层。11线以南，煤层厚度起伏变化不大，几乎为单一厚度的煤层。1.3.3 煤质（1）煤的物理性质各可采煤层均为黑色，条痕为深棕色，具沥青光泽，断口多为贝壳状参差状，个别层可见阶梯状，棱角状、均一状。节理面有黄铁矿薄膜，裂隙局部发育，为方解石脉充填。易燃，烟浓焰长，燃烧时基本不膨不融。（2）煤的化学性质可采煤层的主要煤质指标5#煤层：原煤Mad5.3313.00%，平均9.82%，Ad3.8517.71%，平均7.49%，精煤Vdaf35.5941.93%，平均38.89%，Std0.141.34%，平均0.49%，Qarvd27.1930.21MJ/kg，平均28.76MJ/kg，粘结指数GRI为零。可采煤层的煤质变化5#煤层灰份、挥发份、全硫在垂向上变化据所有化验成果表明，顶部和底部三者含量均略高，灰份沿走向从南向北逐渐略有增高（4.1810.69），倾向上据（13，14）勘探线资料，灰份从东向西由大变小（8.115.47）的趋势。全硫变化与灰份基本相同。灰份标准差S为2.36，全硫标准差S为0.22，煤质变化程度属变化小类型，挥发份随着深度增加而减小。（3）可采煤层煤类的确定依据主要根据中国煤炭分类国家标准（GB5751-86）,精煤挥发份Vdaf37%,透光率PM50，粘结指数GRI均为零，因此确定3#煤层和5#煤层为长焰煤。（4）煤的可选性通过对井田北部的静宁煤矿和东南部的华亭煤矿采5#煤层筛分浮沉大样和简选样进行可选性试验表明，当分选比重在1.5时，V+1.8ST0.1浮物产率在9.4714.44之间，精煤回收率平均为72，属优等，可选性属易选煤类。（5）煤的风氧化本井田煤层埋藏深度均在300m以下，属于隐伏煤层，并且构造简单，煤层未遭受剥蚀和风化等因素的影响。据已有的钻孔的测试成果，各煤质化学指标与深部钻孔煤质指标均无明显差异，这主要是本区基岩渗透性差，覆盖层厚度大，岩性致密，裂隙不发育，地表水位（均在煤系地层以上）较浅，又无地表水渗入煤层的通道，并且煤岩组分中的丝炭组分较高，不易氧化。故本井田煤层未遭受风化和氧化。（6）煤的综合利用评价砚北井田煤质分析项目比较齐全，研究程度较高，除局部可采煤层灰份、全硫含量较高外，其余煤质指标均与5#煤层近似。现就主要可采的5#煤层利用方向简述如下：煤的化学活性高，在温度为950 时，二氧化碳还原率一般都超过60，有的高达95%，热稳定性为中等，机械强度属于中高，煤灰粘度低，加之属低熔灰份，对液态排渣有利，在工业气炉中能较长时间稳定运转，技术经济指标优良，是理想的气化用煤。煤的灰份、硫份低、发热量高，可作为交通运输及一般工业动力用煤。由于有害元素含量较低，可作为良好的民用燃料和食品、酿造工业燃料用煤。可作为低温干馏炼油原料。可作为制造化肥的化工原料。（7）5#煤层顶底板工程地质特征5#层：顶板以薄层状砂质泥岩、泥岩为主，局部为粉砂岩及炭质泥岩，水平层理发育，含丰富的植物化石碎片，较松软。岩石节理、裂隙不发育，背斜轴附近及向斜东翼浅部具有较多滑面及揉皱。根据采掘揭露资料距5#层顶板约10 m处有一厚0.3 m0.6 m的灰白色砂质泥岩，其遇水松软，对巷道维护影响不大。5#层顶、底板物理力学性质见下表1-4：表1-4 5#煤层顶、底板物理力学性质取样所在井田部位井田北部井田南部取样层位5#煤顶板5#煤底板5#煤顶板5#煤底板其密度（g/cm3）2.662.672.552.772.492.782.272.99视密度（g/cm3）2.412.502.092.592.282.682.112.69单向抗压强度 MPa（平均）17.3945.51(35.49)6.1756.57(24.55)3.5330.97(19.22)0.3964.88(25.51)单向抗拉强度 MPa（平均）1.111.81(1.57)0.254.15(1.96)1.372.45(1.67)0.595.10(1.91)内摩擦角（平均）37。4644。01(41。41)33。0148。09(40。34)28。3043。18(33。44)24。3839。41(35。52)凝聚力系数（平均）1.200.45(2.72)0.3012.0(3.94)1.6711.07(6.88)4.1221.76(10.98)普氏系数（平均）0.170.45(0.35)0.060.57(0.25)0.020.42(0.30)0.010.68(0.36)韧性（平均）13.015.2(14.10)5.423.3(12.33)（8）其它开采技术条件5#煤层瓦斯相对涌出量为0.66 m3/td，属低瓦斯煤层。煤尘具有爆炸性，爆炸指数为34.68%，5#煤层易自燃发火，发火期为36个月，最短29 d。砚北矿井井下无高热害区，根据目前掌握的情况，5#煤层在采掘过程中，局部地段有地压显现。2 井田境界与储量2.1 井田境界砚北井田位于华亭煤田中东部，隶属华亭县策底乡、砚硖乡及东华镇管辖。地理坐标约居东经10636171063959,北纬351316351733之间。井田走向最大长5.19km，最小2.8km，平均3.9km。倾向长度最大5.6km，最小4.87km，平均5.23km。井田的平均水平宽度4.88km。井田的水平面积：S=HL式中S-井田的水平面积，;H-井田的平均水平宽度，m；L-井田的平均走向长度，m；则井田的水平面积为S=15.3km2井田赋存状况如图2-1所示 图2-1井田赋存状况示意图2.1.1 构造类型 煤层最大倾角10，最小为1.8，大部分为56，为近水平煤层。井田的水文地质条件简单。未发现断层和岩浆岩，加之宽缓的背斜、向斜和北部的单斜构造以及5#煤层层较稳定。5#煤层倾角212、有的接近水平，平均角度为6.5。2.1.2 矿井地质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。本矿井5#煤层为主要可采煤层，本矿井设计对5#煤层进行开采设计，5#煤层位于延安组第一段中上部，为厚煤层，全井田广泛分布，较稳定。厚度在913m，煤层采用厚度变化于1113m之间，平均12m。煤层沿倾向变化：11线以北，煤层厚度明显向向斜轴部增厚，向背斜轴部变薄。煤层结构较简单，夹矸薄，绝大部分为单一分层。11线以南，煤层厚度起伏变化不大，几乎为单一厚度的煤层,。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。5#煤层，采用块段法计算工业储量。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。根据地质勘探情况，将矿体划分为A、B、C、D四个块段。块段划分如图2-2所示。图2-1块段划分示意图根据煤炭工业设计规范，求得以下各储量类型的值：矿井地质资源量可由以下等式计算：Z=SRH煤厚/cos（）（2-1）式中：Z矿井地质资源量，Mt；H煤层平均厚度，m；S煤层底面面积，m2；R煤容重，t/m3。将各参数代入式（2-1）中可得地质储量，各计算结果见表2-1。=209.594Mt表2.1煤层地质储量计算煤层块段倾角/煤层面积/km2煤厚/m容重/tm-3储量/Mt煤层总储量/Mt5#A75.221121.382.059209.594B1.81.655121.325.831C44.624121.372.311D91.861121.329.3932.13矿井工业储量计算矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探，煤层厚度与质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚，目前可供利用的可列入平衡表内的储量。矿井工业储量是进行矿井设计的资源依据，一般也就是列入平衡表内的储量。矿井工业储量：地质资源量中探明的资源量331和控制的资源量332，经分类得出的经济的基础储量111b和122b、边际经济的基础储量2M11和2M22，连同地质资源量中推断的资源量333的大部，归类为矿井工业储量。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。图2-2地质资源量计算图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；控制的资源量中边界经济的基础储量；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。根据矿井实际情况，该式取0.8。100.678Mt50.339Mt43.148Mt21.574Mt19.177Mt因此将各参数代入式（2-2）中可得工业储量，各种储量分配见表2-2。Zg=234.916Mt类别探明储量/Mt控制储量/Mt推断储量/Mt经济储量边际储量经济储量边际储量数量100.67850.33943.14821.57419.177合计151.01764.722总计234.916表2-2矿井工业储量计算表2.2 矿井设计储量安全保护煤柱留设原则：1）工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不留设保护煤柱；2）各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定。用岩层移动角确定工业场地、村庄煤柱，表土层移动角为45；3）维护带宽度：风井场地20m，其它15m；4）断层煤柱宽度50m，井田境界煤柱宽度为50m；5）工业广场煤柱：根据煤炭工业设计规范第5-22条规定：工业广场的面积为1.2平方公顷/10万t。2.2.1 井田边界保护煤柱根据砚北矿的实际情况，按照煤矿安全规程规定，由本矿井实际情况取井田境界煤柱为50m，无断层煤柱，则保护煤柱量如下表所示：表2-3保护煤柱压煤量名称面积（）比重（t/m3）煤厚（m）压煤量（Mt）井田境界煤柱764110.381.31211.920则矿井边界保护煤柱量为P1=11.920Mt。2.2.2 矿井设计储量计算综合以上计算，井田保护煤柱损失量：P1=11.920Mt。矿井设计储量按下式计算：（2-3）式中：矿井设计储量，Mt；矿井工业储量，234.961Mt；煤柱损失量，11.920Mt。将各参数代入式（2-7）中可得矿井设计储量：Zs =Zg-P1=234.961-11.920=223.041Mt2.3 矿井可采储量2.3.1 工业广场保护煤柱的计算：表2-3工业广场占地面积指标表井型/Mta-1占地面积指标/公顷0.1Mt-12.4及以上1.01.21.81.20.450.91.50.090.31.8本矿的设计生产能力为1.5Mt/a，因此，参考表2-5取本矿井工业场地的占地面积为1.2公顷（公顷/10万吨），那么本矿井的工业广场的面积为180000，一般认为工业广场的形状为矩形，则取工业广场长为450m，宽为400m。查找资料可得本矿区的岩层移动角参数如下表所示：表2-5矿区岩层移动角参数煤层倾角（）煤层厚度（m）广场中心深度（m）（）（）（）（）6.51250945777774如图2-4所示的工业广场保护煤柱的尺寸：由AUTOCAD软件量的梯形的面积是：566383.0483m2S=566383.0483/cos6.5=570047.3952m2则：工业广场的煤柱量为：Z工=Sm式中：Z工工业广场煤柱量，Mt；S工业广场压煤面积，m2；m煤层厚度12.00m；煤的容重，1.3t/m3。则：Z工=570047.395212.001.310-6=8.893Mt工业广场保护煤柱损失为8.893Mt图2-3 垂直剖面发留设立井井筒和工业场地保护煤柱2.3.2井筒保护煤主、副井井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内故井筒保护煤柱量为02.3.3石门保护煤柱井田5#煤层一共布置三条，分别为胶带运输石门、轨道运输石门以及回风石门，两条巷道之间留设55m的间距，巷道两侧留设20m的保护煤柱，运输石门断面宽度为5m，轨道运输石门宽度为5m，巷道断面则其煤柱损失可由下式求得：（2-4）式中：Pd煤柱损失，t；S保护煤柱的面积，m；m5#煤层厚度，12.00m；煤层容重，1.3t/m3；由图可知：大巷的保护面积：S=70905.21+74572.81=145478.02m2将各参数代入式（2-8）中可得石门的保护煤柱损失量为：Pd=145478.02/cos6.512.01.3=2.29Mt表2-4设计开采保护煤柱损失量煤柱类型储量/Mt工业广场保护煤柱8.893井筒保护煤柱0大巷保护煤柱2.29合计11.1832.3.4矿井可采储量计算矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算：（2-5）式中：Zk矿井可采储量，t；Zg矿井的工业储量，234.934Mt；P工业场地和井巷煤柱损失值和等留设的永久保护煤柱损失量，11.183Mt；C采出率。根据煤炭工业矿井设计规范2.1.4条规定：矿井的采出率，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。本设计矿井5#煤层厚度为12.00m，属于厚煤层，且为主采煤层，因此采出率选择0.8。将各参数代入式（2-10）中可得：Zk=(234.934-11.183)0.8=179.001Mt则砚北矿井工业储量、设计储量和可采储量计算见表2.7。表2-5矿井储量汇总表煤层工业储量/Mt永久煤柱损失/Mt设计开采损失/Mt矿井设计储量/Mt设计可采储量/Mt探明储量控制储量推断储量5#151.01764.72219.17711.92011.183223.021179.003 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1 矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范2.2.3条规定，矿井设计宜按年工作日330天计算，每天净提升时间宜为16h。矿井工作制度采用“四六制”作业，三班生产，一班检修。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、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。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（包括煤中煤质、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 矿井设计生产能力本矿井井田范围内煤层赋存简单，地质条件较好，主要开采煤层5号煤层为矿井开采对象，煤层厚度平均12m，一般倾角212，顶底板条件好，易于管理，是较理想的高产煤层，属近水平煤层。设计可采储量177.567Mt，确定本矿井设计生产能力为1.5Mt/a。3.2.3 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，178.57Mt；设计生产能力，1.5Mt/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。将各参数代入式（3-1）中可得矿井服务年限：T=177.576/(1.41.8)=85.1a3.2.4 井型校核按矿井的实际煤层开采能力，运输能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：1）煤层开采能力的校核井田内5#煤层为主采煤层，煤厚12.00m，为厚煤层，平均角度为6.5，地质构造简单，赋存较稳定，矿井瓦斯含量及涌水量较小，考虑到煤层易自然，适当减短工作面的长度，加快推进进度，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个综采工作面来满足生产能力要求。2）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Mt/a矿井设计服务年限a第一开采水平服务年限煤层倾角456.00及以上70353.005.0060301.202.40502520150.450.9040201515由上表可知：煤层倾角低于25，矿井设计生产能力为1.22.4Mt/a时，矿井设计服务年限不宜小于50，第一开采水平设计服务年限不宜小于25a。本设计中，煤层倾角低于25，设计生产能力为1.5Mt/a，矿井服务年限为85.1a，符合煤炭工业矿井设计规范的规定。4 井田开拓4.1 井田开拓的基本问题为整个矿井和各水平开采进行的总体性的井巷、工程实施和开采部署，称之为井田开拓。井巷布置和工程实施，包括设计和开掘由地表通达采区、盘区或带区的各种井巷。开采部署，是对井田内各开采煤层的开采方法和顺序做出总体性安排。井田开拓解决的是矿井全局性的生产建设问题，是矿井开采的战略部署。井田开拓具体有下列几个问题需要确定：1）确定井筒的形式、数目和配合，合理选择井筒及工业广场的位置；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、深部开拓和技术改造；6）合理确定矿井通风、运输及供电系统。7）开拓井筒、井底车场、主石门、运输大巷、总回风巷道、采区石门等。8）确定技术改造和改扩建方案。开拓问题解决的好坏，关系到整个矿井生产的长远利益，关系到矿井的基建工程量、初期投资和建设速度，从而影响整个矿井经济效益。因此，在确定开拓方式是要遵循以下原则：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）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的状态。5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，应为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综合机械化、自动化创造条件。6）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。4.2 确定井筒形式、位置4.2.1 井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井，各井筒形式优缺点比较及适用条件见表4-1。砚北矿井煤层倾角小，平均5，为近水平煤层；低瓦斯、煤尘有爆炸危险，煤尘易自然发火（发火期36月，最短29d）、无热害矿井。井田内构造简单，没有断裂构造，裂隙不发育，直接充分含水层埋深大，水量很小，单位涌水量最大为218m3/h，平均为198m3/h，涌水量较低。井田地面较复杂，地面平均标高14301680m左右，煤层埋深400600m，平均为500m，表土层较薄，平均厚约39m，第三系甘肃群下部的砂岩层胶结疏松。含水丰富，井筒施工有一定困难，井筒需特殊方法施工。因此设计采用立井开拓方式。结合教材，各井筒形式及优缺点比较如下表所示表4-1各井筒形式优缺点比较及适用条件井筒形式优点缺点适用条件平硐1.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、延伸方便；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