双柳煤矿2.4Mta新井通风安全设计毕业设计.doc

双柳煤矿2.4Mta新井通风安全设计毕业设计目 录摘 要iAbrtsactii1 矿区概述及井田地质特征11.1 矿区概述11.1.1矿区位置与范围11.1.2交通条件11.1.3自然环境11.1.4矿区经济概况21.1.5水源、电源及建材来源21.2井田地质特征31.2.1地层31.2.2构造51.2.3水文地质6 1.3煤层特征71.3.1煤层71.3.2煤层顶、底板81.3.3煤质81.3.4瓦斯91.3.5煤尘、煤的自燃倾向102 井田开拓112.1井田境界及可采储量112.1.1井田境界112.1.2矿井工业储量122.1.3 可采储量132.1.4矿井设计生产能力及服务年限152.2井田开拓172.2.1井田开拓的基本问题172.2.2运输设备的选择222.2.3矿井提升253 采煤方法及带区巷道布置293.1煤层地质特征293.1.1带区位置293.1.2带区煤层特征293.1.3煤层顶底板岩石构造情况293.1.4水文地质293.1.5地质构造293.1.6地表情况293.2带区巷道布置及生产系统293.2.1首带区基本情况及区段划分303.2.2煤层的开采顺序和区段接替顺序303.2.3生产系统303.2.4确定巷道的尺寸、支护、通风方式及掘进方法313.2.5 带区生产能力确定333.2.6带区车场选型设计343.2.7带区主要硐室布置343.3 采煤方法353.3.1 采煤工艺方式353.3.2 回采巷道布置434矿井巷道45 4.1井筒45 4.2井底车场及硐室48 4.3主要开拓巷道52 4.4准备巷道55 4.5回采巷道555 矿井通风575.1通风系统的选择575.1.1 矿井开拓开采条件575.1.2 矿井通风系统选择的基本要求575.1.3矿井通风系统的确定585.1.4主要通风机工作方法的确定595.2 带区通风605.2.1带区通风系统的要求605.2.2工作面通风方式的选择615.2.3通风构筑物62 5.2.4采煤工作面需风量计算63 5.3 掘进通风645.3.1掘进通风方法655.3.2掘进工作需风量计算655.3.3掘进工作面设备选择66 5.4 矿井通风阻力685.4.1矿井通风阻力计算原则685.4.2矿井通风阻力的计算685.4.3矿井总风阻和等积孔计算715.4.4矿井通风系统难易程度评价725.5矿井主要通风机选型735.5.1主要通风机选型原则735.5.2主要通风机的选型735.5.3电动机的选型775.5.4矿井主要通风设备的配置及要求78 5.6 概算矿井通风费用795.6.1电费795.6.2设备折旧费795.6.3材料消耗费795.6.4通风工作人员工资费用805.6.5专为通风服务的井巷工程折旧费和维护费805.6.6吨煤通风总费用806 安全技术措施816.1矿井安全技术概况816.2矿井粉尘防治措施816.3预防其他矿山灾害的措施826.3.1矿井瓦斯预防措施836.3.2预防矿井火灾的措施836.3.3预防矿井水灾的措施846.3.4顶板灾害防治措施856.3.5矿井提升运输安全措施856.3.6矿井供电安全措施856.4各类矿山灾害发生后的应急措施856.4.1顶板事故发生后的应急措施856.4.2瓦斯、煤尘爆炸事故发生后的应急措施866.4.3外因火灾事故发生后的应急措施866.4.4内因火灾事故发生后的应急措施876.4.5发生突水、溃浆事故后的处理876.4.6矿井避灾路线88专题部分89英文原文99中文翻译108参考文献113致 谢114- 3 -1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1矿区位置与范围双柳井田位于河东煤田中段，离柳矿区三交三号井田勘探区南部，位于柳林县孟门镇孟门村至贾家垣乡西刘家山村一带，行政区划属柳林县管辖，矿井隶属汾西矿业集团公司。矿井地理坐标为：北纬373013373300，东经11045421105110。矿井范围由13个边界拐点连线圈定，其边界拐点坐标见表1-1，东西长约6.65km，南北宽约3.7km，面积约24.61km2。表1-1 双柳煤矿边界坐标拐点一览表拐 点直 角 坐 标拐 点直 角 坐 标经距（Y）纬距（X）经距（Y）纬距（X）119481145415750021947960041560003194795004154450419479311415395051948000041539506194825004153535719485000415348581948577041534859194857704155534101948706041555341119487060415630112194863004156649131948630041575001.1.2交通条件双柳煤矿工业广场位于柳林县吉家塔乡白家焉村东侧，距柳林县城及307国道17 km，孝（义）柳（林）铁路从井田南侧通过，终点站穆村车站距本矿工业广场21 km，其间有柳（林）孟（门）公路和307国道连通，柳孟县级公路从矿井工业广场东侧通过，距工业广场400 m。井田对外交通条件尚属便利，矿区交通位置如图1.1。1.1.3自然环境本井田属吕梁山系，为典型的黄土高原地貌，地形形态主要为侵蚀形，表现为强烈的切割梁、峁状黄土丘陵，在孟门沟南、北两侧分布甚广，冲沟密集而狭窄，谷底基岩出露，区内植被稀少。水土流失严重。井田位于黄河以东，受其控制井田地势东高西低，较大沟谷呈东西向垂直于黄河分布，井田内最高点位于井田东部吉家塔三角高程点以北，标高+1030 m，最低点位于井田西南部的黄河岸边，标高+644 m，一般标高750850 m，最大高差386 m。一般高差100200m，为低山地形。井田属黄河水系，井田内无较大的河流，只有数条小河从东向西流入黄河，雨季水流增大，每年79月流水量占全年流水量的5070%，枯水期流量很小，甚至干枯。黄河从井田西缘自北向南流过，流经距离10 km，河床标高610650 m。本井田为大陆性季风气候，属暖温带半干旱地区，年平均降水519.3 mm，每年7、8、9月份降雨量最大，年蒸发量2141.9 mm，年平均气温8.8，1月份气温最低，平均7.6，极端最低气温24.8，7月份气温最高，平均22.6，极端最高气温37，无霜期194 d/a，结冰期为每年10月中旬至翌年4月中旬，最大冻土深度1.11 m，风向多西北，风速年平均2.5 m/s，最大月（35月）平均3.1 m/s，最小月（8月）平均2.2 m/s。据山西省抗震办公室1993年6月颁发的山西省工程抗震设防烈度图，本井田地震基本烈度为度，据历史资料记载，离石县于1892年（清道光九年），曾发生5.25级地震。图1-1 交通位置图1.1.4矿区经济概况当地经济状况较差，工业不发达，以农业及畜牧业为主，主要作物有土豆、谷子、玉米、黑豆、糜子等。经济作物以蓖麻、向日葵、棉花为主。目前，干果红枣为该区主要经济来源。1.1.5水源、电源及建材来源本区奥灰水水量丰富，水质优良，水位一般为+801.26m+805.80m，设计考虑矿井永久水源取用奥灰水。另外，矿井水排至地面经处理后，也可作为矿井的部分生产用水。由柳西110kV变电站为提供两回35kV电源、电源线路导线型号设计为二分裂LGJ-2240 mm2架空钢芯铝绞线，线路长度为16.5 km，在线路的两端各同杆架设约2km的避雷线防雷，避雷线采用GJ-50型镀锌钢绞线。矿井建设中的钢材、木材等材料主要从外地采购，砖、砂、石等土产材料可由当地解决。1.2井田地质特征1.2.1地层本井田位于河东煤田离柳矿区柳林国家煤炭规划矿区的中南部，依照钻孔揭露有奥陶系中统上马家沟组及峰峰组；石炭系中统本溪组，上统太原组；二叠系下统山西组，下石盒子组，上统上石盒子组，石千峰组；三叠系下统刘家沟组；新生界第四系中上更新统、全新统。各时代地层由老到新分述如下：（一）奥陶系中统（O2）1、上马家沟组（O2s）与峰峰组是整合接触，岩性从下到上一般为角砾状泥灰岩、角砾状白云质灰岩、豹皮状灰岩；含米角石化石，本区内133号孔揭露本组地层约27.5m左右。MS4号、MS6号揭露本组地层厚度约为51.88m、50.36m。2、峰峰组（O2f）厚度平均110m，底部多为角砾状泥灰岩和灰岩，中下部为泥灰岩，灰岩，含脉状及纤维状石膏35层，称石膏带，有时见深灰色硬石膏层。上部为中厚层状石灰岩，质较纯，夹薄层泥灰岩，泥岩。区内共有S6、66、77、133、366、368、MS1、MS4、MS6，9个钻孔揭露该组地层，揭露厚度为5.76-116.36m。（二）石炭系（C）1、中统本溪组（C2b）厚度为21.52-44m，按岩性分两段，下部为铁铝岩段，厚度平均为12.16m，以山西式铁矿和G层铝土矿组成；上部为畔沟段，厚度平均为15.45m，由细碎屑岩组成。含03层石灰岩，称畔沟灰岩，以上部两层较稳定，灰岩下含煤线。灰岩中含生物化石较丰富。常见蜓科，珊瑚，牙形石等化石。2、上统太原组（C3t）是区内主要含煤地层之一，厚度78.60-109.92m，平均92.49m。以K1砂岩为底连续沉积于下伏地层之上。按沉积环境分三段。下段为晋祠段，以碎屑岩为主；中段为毛儿沟段，含主要可采煤层8、9号煤及石灰岩三层L1，L2，L3；上段为东大窑段，含6、7号煤层及L4，L5两层石灰岩。本组含丰富的动物化石。（1）晋祠段：有K1砂岩底界至9(8+9)号煤底界，一般厚度21.35-45.15m，平均33.52m。岩性由灰白色石英砂岩、灰色砂质泥岩、泥岩、灰岩以及薄煤层组成。底部为K1砂岩，中粗粒结构，局部含砾厚度变化大（0-7.24m），不稳定，透镜状产出；其上发育有一至三层石灰岩，统称L0石灰岩，薄层状，厚度约0.5-2.0m，横向分布不稳定，灰岩间有不稳定细砂岩。本段含煤0-2层，编号为10、11号煤，其中10号煤层局部可采，11号煤不可采或全区不发育。（2）毛儿沟段：由9(8+9)号煤层底界至L3石灰岩顶界，厚度19.50-38.24m，平均25.18m。由煤层、石灰岩、砂岩及泥岩组成。含煤0-4层，编号为7下、8、8下、9(8+9)号煤，其中8、9(8+9)号煤为太原组下部主采煤层，煤层厚度稳定，分别在3m左右，全区可采；含石灰岩3层，称L1、L2、L3灰岩，其中L2、L3合成K2灰岩，L3石灰岩下压7下煤，L1石灰岩下压8号煤，8、9号煤在井田的西部局部有合并增厚的现象。（3）东大窑段：由K2灰岩顶界至K3砂岩底界,一般厚度为24.98-43.18m，平均33.97m。岩性以灰岩、砂岩、泥岩为主。含煤0-2层，编号为6、7号煤。其中6号煤局部可采。其余均不可采。7号煤下局部发育一层S3砂岩，厚度2-4m，岩性以细砂岩为主。向上有两层灰岩，为L4及L5灰岩，其中L5石灰岩全区发育且稳定，一般厚度为6m左右，L5与L4石灰岩分别为6号及7号煤层顶板。（三）二叠系（P）（1）下统山西组（P1S），为另一主要含煤地层，厚度56.00-84.75m，平均73.85m，以K3砂岩为底。与下伏地层整合沉积。按旋回结构分三段叙述：下段由碎屑岩组成，其上部发育一层厚煤层，即 4(3+4)号煤层：中段以碎屑岩为主夹两层薄煤层（2，3号煤）；上段为碎屑岩夹不稳定层的煤层34层（1，03，02，01）。本组植物化石丰富。（2） 下统下石盒子组（P1x）；厚度72.55-87.44m，平均82.56m。以K4砂岩为底连续沉积于下伏地层之上，由灰绿色石英砂岩，长石石英砂岩，粉砂岩及砂质泥岩组成.顶部有紫斑泥岩，上部砂岩发育，下部夹13层煤线。本组含大量植物化石。（3）上统上石盒子组（p2s）：厚度254.70-335.43m，平均304.40m。区内地表沟谷内大面积出露。以K6砂岩为底连续沉积于下伏地层之上。全组分三段：下段（P2s1）平均厚度104.37m，由黄绿色砂岩夹紫红色泥岩组成；中段（P2s2）平均厚度99.53m，以紫红色砂质泥岩为主，夹黄绿色砂岩及粉砂岩，砂岩中长石含量较多，胶结疏松，透镜状，不稳定，上段（P2s3）平均厚度100.58m，由黄绿色砂岩夹紫红色泥岩组成。（4）上统石千峰组（P2sh）：出露于井田西南角，厚度约150m。底部以K8砂岩连续沉积于上石盒子组之上。本组以红，砖红色砂质泥岩，泥岩与砂岩互层为特征，顶部含淡水灰岩一层。（四）三叠系（T）井田内仅存在下统刘家沟组（T1L），井田南部F1断层附近出露有该组地层，厚度为150m左右，以深红-砖红色细粒薄层板状长石石英砂岩为主，夹薄层紫红色砂质泥岩，砂岩具大型交错层理及变形层理，底部以K8连续沉积于石千峰组之上，层面常见波痕构造，中部砂岩之底有时含泥质包裹体。(五)第四系（Q）1. 中上更新统（Q2+3）；分布于梁峁及山坡上。下部由浅红，黄红色砂质粘士及亚粘土组成，夹古士壤层及钙质层，垂直地貌节理发育，地貌上易生成陡壁，黄土柱，厚度0-130m；上部由淡黄色砂质粘士亚粘士组成，厚度0-31.80m，常分布于丘陵顶部，构成黄土地貌。2. 全新统（Q4）；分布于黄河滩上。为近代河冲积层，由砂，矸石组成，一般厚度0-21m，本组富水性较强。1.2.2构造1、区域构造河东煤田处于黄河东岸吕梁山西翼的南北向构造带上，煤田总体上是一个基本向西倾斜的单斜构造，属于吕梁复背斜西翼的一部分，在单斜上又发育了次一级的褶曲和经向或新华夏系的断裂构造。新华夏系的断裂构造主要发育于煤田东缘以外，河东煤田北部及南部次级褶曲一般幅度不大，以单斜为主导构造，而在煤田中部的离柳矿区，在单斜上又产生了幅度较大的宽缓褶曲，成为矿区的控制性构造。褶曲自东向西为离石中阳菱形复向斜、王家会背斜、三交柳林单斜，其间伴有炭窑沟、湍水头、朱家店等较大断层。王家会背斜由于隆起部位遭受长期剥蚀，再加上该背斜以北的湍水头断层的影响，致使煤田的连续性遭到严重破坏，分离出离石煤产地。2、井田构造本井田位于聚财塔北断层以北，区内构造简单，为一自东向西倾斜的单斜构造。地层走向南北，倾角510。褶曲不发育，断层稀少。只在靠近聚财塔大断层附近时，地层受断层影响，产状多有变化，伴生次级羽状小断层和短轴褶曲。聚财塔地堑：由聚财塔北断层（F1）和聚财塔南断层（F2）组成，二者相距450m左右。断层延伸方向近东向西，相向倾斜，均为正断层。现把地表发现的构造分叙述如下：1、F1断层（聚财塔正断层）：为聚财塔地堑式断裂带北界断层。西起地垄堡，东到郭家庄村出井田，位于矿区南部边界，在区内延伸长度约为6.456km。空间展布为走向近东西向，倾向南，倾角为78-88，落差100-135m，下带均为二叠系石千峰组下部和上石盒子组上部地层，上带为三叠系刘家沟组底部地层。2、F2断层：位于聚财塔F1断层的南侧井田边界外，走向近东西向，倾向北，倾角78-85，断距108-135m，上带均为二叠系石千峰组下部和上石盒子组上部地层，下带为三叠系刘家沟组底部地层。3、F3F10断层均属于F1、F2大断层的派生断层，具体见表1-2。表1-2 双柳井田地表断层统计表F1 F10 编号号号倾向走向倾角性质落差（m）井田内延伸长(m)所在位置F1倾向南东西向78-88正100-1356456井田南部F2倾向北东西向78-85正108-1350井田南部边界外F3倾向北东西向79正8.0250井田南部F4倾向北东西向70-80正10-252700m井田南部F5倾向北北西北西西70正15400井田南部F6倾向南东西向70正201400井田南部F7倾向北北西北东东65正20120井田南部F8倾向北北东北西西70正20600井田南部F9倾向北西西北北东72正10180井田南部1.2.3水文地质含水层：(一)碳酸盐岩岩溶裂隙含水层组：本组由寒武系中统、上统、奥陶系中下统石灰岩、泥灰岩、白云岩等组成，其中以奥陶系中统为主要含水层。1、寒武系厚度208253 m左右，为一套碎屑岩碳酸盐岩浅海相沉积，以中统鲕状石灰岩和上统石灰岩、白云岩为主要含水层，本统含水层有吴城泉群、车鸣峪泉和关口泉，流量分别为200500 L/s、55 L/s、50 L/s，根据钻孔资料，在0180 m深度范围内岩溶发育，单位涌水量为1.927.60 L/sm，180 m以下岩溶不发育，富水性弱，单位涌水量为0.0035 L/sm；总体来讲，本组富水性弱。水质类型为HCO3CaMg型，矿化度0.230.37 g/L，总硬度172.57255.20 mg/L，PH值为7.17.6。2、奥陶系为浅海相沉积，岩性为石灰岩、泥灰岩、白云岩。中统以上马家沟组为主要含水层，富水性强，下统冶里组、亮甲山组富水性弱。下马家沟组：厚100 m左右，浅部岩溶发育，随埋深增大，富水性变弱。据钻孔资料，单位涌水量在0.190.24 L/sm左右。上马家沟组：厚250 m左右，岩溶发育，富水性强，为区域最主要含水层，据钻孔资料，单位涌水量在裸露区、覆盖区及浅埋区一般为2.729.3 L/sm，最大可达44 L/sm，中深埋区为0.110.56 L/sm，在深埋区局部地段，岩溶依然发育。峰峰组：厚度100 m左右，含水层以中部和上部石灰岩为主，由于受厚度和出露面积的限制，本组富水性弱于上马家沟组，仅在浅部富水性较强，而在深埋区富水性极弱。(二)石炭系上统太原组石灰岩岩溶裂隙含水层。含水层主要为间夹于碎屑岩中的45层石灰岩，其分层厚度37 m， 赋存段距40 m左右，出露范围很小，只限于煤层露头边缘地段。 在浅部含水层出露，接受大气降水补给，富水性较强， 单位涌水量12 L/sm，而在远离补给区的深部，地下水富水性则弱，例如， 三交三号井田311号孔，单位涌水量仅为0.0131 L/sm，富水性弱。深部局部构造破碎带，富水性较强，356号孔单位涌水量0.90 L/sm。地下水流向受地层产状控制，向深部缓慢运移。本组水质一般为HCO3SO4-NaCa型，硬度小于150 mg/L，矿化度1 g/L，属软的微咸水。(三)二叠系、三叠系砂岩裂隙含水层组。本组主要是砂岩风化裂隙水及构造裂隙水，三叠系仅分布于青龙城详查区以西和湫水河以西等地区。沟谷中浅部风化裂隙发育，易接受大气降水和地表水的补给，富水性较好，在沟谷边缘常以泉的形式出露，流量0.20.5 L/s。而在深部裂隙不发育，地下水补给差，单位涌水量0.00050.1 L/sm，富水性弱。水质类型为SO4HCO3-CaMg型，矿化度大于1g/L，属软的微咸水。(四)第三系、第四系松散岩类含水层组。松散岩类含水层组主要分布在河谷及沟谷中，地下水赋存于砂砾石孔隙中，主要接受大气降水和地表水入渗补给，径流条件好，富水性强，径流途径短，排泄于河谷、泉，部分消耗于人工开发。本区主要的两条河流三川河、湫水河河谷松散层较发育， 厚度约10 m左右，两岸分布有12级河流阶地。局部地段富水性强， 单位涌水量26.8 L/sm，三川河河谷冲积层地下水丰富，离石县城附近泉水流量达2030 L/s，水质良好为HCO3SO4-CaMg型，矿化度小于1 g/L。由于地下水埋藏浅水质易污染，局部地段受工农业等污染，如工矿企业排放废渣及废液污染，农业化肥及生活污水等污染，使得地下水中NO3-、Cl-、PO43-含量增高，局部F-含量较高。四、隔水层(一)太古界、元古界变质岩构成寒武、奥陶系碳酸盐岩岩溶含水层的隔水底板。(二)石炭、二叠、三叠系各含水层间较厚且稳定的泥质岩构成各含水层之间的隔水层。1.3煤层特征1.3.1煤层井田内主要含煤地层为山西组和太原组，共含煤17层，自上而下编号为01、02、03、1、2、3、4、5、5下、6、7、7下、8、8下、9、10、11号，煤层总厚15.40 m，含煤地层总厚166.34 m，含煤系数9.3，可采煤层有2、3、4(3+4)、8、8下、9(8+9)、10号7层，其中2、3、8下、8、10号为零星可采煤层，4(3+4)、9(8+9)号煤为主要可采煤层。可采煤层总厚4.67 m，可采含煤系数7.0。山西组含015下号9层煤，煤层总厚6.85 m，地层总厚73.85 m，含煤系数9.3。可采煤层总厚7.05m，可采含煤系数7.1。太原组含611号8层煤，煤层总厚8.55 m，地层总厚92.49 m，含煤系数9.2。可采煤层总厚4.40 m，可采含煤系数6.9。各可采煤层分述如下：一、2号煤层赋存于山西组中上部，上距K4砂岩24.8146.13 m，平均37.43 m，全井田仅S4、S11、42号孔尖灭。见煤点厚度0.191.40 m，平均0.48 m。属薄煤层，平面上厚度变化是西部厚于东部。可采区主要位于西部。可采点厚0.751.40 m，平均0.96 m。结构简单。顶板为泥岩或砂质泥岩，少数为细、粉砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩，局部为粉砂岩或炭质泥岩。本层属零星可采的较稳定煤层。二、3号煤层位于山西组下部，在井田中、东部大面积与其下部的4号煤层合并为一层，称4(3+4)号煤层，仅在井田西部与4号煤分叉，分叉区面积约5 km2，占总面积的17%，在分叉区3号煤层厚1.001.15 m，平均1.05 m，结构简单，属局部可采煤层。三、4(3+4)号煤层位于山西组下部，井田中、东部大部分地段与其上的3号煤合并，煤层厚3.004.11 m，平均3.54 m。合并区煤层厚4.247.46 m，平均5.8 m。分叉区煤层厚4.005.90 m，平均4.56 m。本层属厚煤层，全井田稳定可采，不含或含13层夹石。顶板为中、细粒砂岩、砂质泥岩、泥岩。底板为砂质泥岩或泥岩，局部为细粒砂岩或粉砂岩。本层属全井田稳定可采煤层。四、8号煤层位于太原组中部，顶板为L1石灰岩，局部有薄层炭质泥岩伪顶。在井田西部与其下的9号煤分叉，分叉区面积约25km2，约占总面积的83%。在分叉区8号煤层厚1.001.15m，平均1.05m。不含或含13层夹石，结构简单中等。底板为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩，局部为炭质泥岩或细砂岩。本层属局部可采不稳定煤层。五、9(8+9)号煤位于太原组下部，也是井田内最下一层可采煤层，在井田西部与8层煤层分叉，分叉明显增大，在分叉区煤层厚0.325.72m。平均3.5m。不含或含夹石13层，结构简单中等。顶板为泥岩、砂质泥岩，局部为细粉砂岩或铝质泥岩。本层属全井田稳定的可采煤层。六、10号煤层位于太原组下部，上距9号煤层05.80 m，平均2.47 m。在井田西部与9号煤层合并分叉区煤层。1.3.2煤层顶、底板(一)主要可采煤层顶、底板分类1.、顶板4(3+4)号煤层顶板，在井田南部岩性为细粗粒砂岩，其余部分岩性主要为砂质泥岩、泥岩，局部为粉砂岩。抗压强度为11.058.8 MPa，可分为不稳定极稳定顶板。9(8+9)号煤层板，岩性主要为砂质泥岩、泥岩，局部为炭质泥岩，抗压强度为5.037.4 MPa，可划为不稳定较稳定顶板。9号煤层与上覆8号煤层间距07.90 m，平均1.67 m。2、底板4(3+4)、9(8+9)号煤层底板岩性主要为砂岩，局部为粉砂岩、细粒砂岩，一般抗压强度大于10 MPa，膨胀率0.050.23，一般厚度大于0.40 m，在岩石水稳定性较好时，大部分煤层底板可划为普通底板。9(8+9)号煤层底板在受到奥灰水压影响时，其稳定性会受到影响。1.3.3煤质各煤层主要煤质特征如下：一、化学性质(一)灰分(Ad)原煤灰分4(3+4)号煤层12.7240.47，平均24.16，8号煤层12.1430.00，平均16.42；9(8+9)号煤层12.1438.63%，平均26.28%；精煤灰分4(3+4)号煤层5.4811.05，平均8.16，8号煤层5.289.94，平均7.40，9(8+9)号煤层5.4612.74%，平均8.10%。(二)全硫(St，d)原煤全硫 4(3+4)号煤层0.290.86，平均0.41，8号煤层1.934.95，平均2.96，9(8+9)号煤层0.424.46%，平均2.18%；精煤全硫4(3+4)号煤0.371.28，平均0.50，8号煤层0.543.03，平均2.23，9(8+9)号煤层0.523.27%，平均1.76%。4(3+4)号煤层精煤全硫略高于原煤的原因是煤中有机硫较高难以脱洗。(三)挥发分各煤层挥发分(Vdaf)原煤17.9031.50，精煤17.0029.49，原煤挥发分因受灰分的影响，略高于精煤挥发分。原煤、精煤挥发分均随煤层层位降低而变小。(四)元素分析1.碳4(3+4)号煤层碳的产率87.6689.48，平均88.47，8号煤层碳的产率87.6789.35，平均88.46，9(8+9)号煤层碳的产率85.2789.20，平均88.33。2.氢4(3+4)号煤层氢的产率4.905.37，平均5.10，8号煤层氢的产率4.495.00，平均4.76，9(8+9)号煤层氢的产率4.225.28，平均4.77。3.氮4(3+4)号煤层氮的产率1.411.61，平均1.51，8号煤层氮的产率1.291.48，平均1.39，9(8+9)号煤层氮的产率1.341.64，平均1.46。4.氧4(3+4)号煤层氧的产率3.465.31，平均4.56，8号煤层氧的产率2.165.51，平均4.08，9(8+9)号煤层氧的产率2.658.55，平均4.36。由表1-3可以看出 4(3+4)号煤层为中灰、特低硫、低磷，易选难选的FM、JM，煤质变化中等；9(8+9)号煤为中灰、中硫、低磷中磷的JM。表1-3 煤质特征表煤层号灰分（%）硫分（%）磷（%）煤类可选性 4(3+4)24.160.410.026FM、JM易选难选 9(8+9)26.282.180.049JM二、工业用途综述本井田煤属炼焦用煤。4(3+4)号煤层个别难选；9(8+9)号煤层灰分较高，其磷含量也较高，应采取降磷措施才能冶炼出符合要求的焦炭；9(8+9)号煤层硫分含量高，也是应格外注意的问题。1.3.4瓦斯瓦斯在煤层中或岩层中常以游离状态和吸附状态存在。在煤矿生产中是一重大事故隐患。加强瓦斯监测，及时掌握瓦斯在井下各工作面及空巷中的浓度和分布情况是确保矿井安全生产的重要环节。(1)瓦斯等级矿井历年瓦斯等级鉴定结果见表1-4。表1-4 历年矿井瓦斯等级鉴定结果年度2004年2005年2006年2007年2008年2009年相对瓦斯涌出量m3/t5.19.5710.3811.3315.5114.23绝对瓦斯涌出量m3/min2241.8151.6864.0465.867.78由表1-4知，双柳煤矿为高瓦斯矿井。随着产量的不断增加和生产区域的不断延伸，瓦斯涌出量会逐年递增。（2）突出危险性根据中国矿业大学2010年12编制的山西汾西矿业（集团）有限责任公司双柳煤矿4(3+4)煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定报告，4(3+4)煤层底板等高线+430m以上区域无突出危险性；自建矿以来，在石门揭穿4(3+4)煤层及在4(3+4)煤层中进行采掘作业过程中均未出现过突出事故，打钻过程中没有喷孔、顶钻等现象。1.3.5煤尘、煤的自燃倾向井田内在S2、S10号孔中分别采取4(3+4)、9号煤层煤尘样，试验结果表明各煤层均有爆炸性（表1-5）。经煤炭科学院总院重庆分院鉴定双柳煤矿4(3+4)号煤层煤尘爆炸指数为38.61%，煤尘具有爆炸性。井田在S2、S10号孔中分别采取了4(3+4)、9号煤层自燃样，试验结果表明，还原样与氧化样的燃点差值为728，为不自燃或不易自燃煤（表1-6）。经煤炭科学院总院重庆分院鉴定双柳煤矿4(3+4)号煤层自燃倾向性为级，不易自燃，自燃发火期241天。表1-5 煤尘爆炸性试验成果表孔号煤号煤尘爆炸性火焰长度（mm）加岩粉量（%）爆炸性S24(3+4)4060有S291065有S104(3+4)2070有S1091045有表1-6 煤的燃点试验成果表孔号煤号燃点（）T（）自燃倾向性氧化原样还原S24(3+4)36837437810不自燃S104(3+4)38039239414不自燃S2936837838012不自燃S10937439640228不易自燃2 井田开拓2.1井田境界及可采储量2.1.1井田境界1、井田境界划分的原则（1）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。（2）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；（3）保证井田有合理尺寸；（4）充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等；（5）合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。2、井田境界的确立根据以上划分原则以及双柳煤矿的实际情况，井田西部基本以黄河为界，北部与邓家庄井田相邻，东部与南坡煤矿相邻，南部基本以聚财塔北断层为界。井田呈长方形，东西长约6.65km，南北宽约3.7km，面积约24.61 km2。3、可采煤层井田内主要含煤地层为山西组和太原组，共含煤17层，含煤地层总厚166.34 m，共含煤17层，可采煤层有2、3、4(3+4)、8、8下、9(8+9)、10号7层，其中2、3、8下、8、10号为零星可采煤层，4(3+4)、9(8+9)号煤为主要可采煤层。可采煤层总厚9.3 m，可采含煤系数7.0。矿井设计只针对4号煤层。4、井田尺寸井田赋存状况示意图如图2.1所示。图2-1井田赋存状况示意图井田的平均走向长度为3.7km。 井田的倾斜方向的最大长度7.49km，最小长度5.2km，平均6.69km。 煤层的倾角最大8，最小为3，平均为5。井田的平均水平宽度6.65km。 井田的水平面积按下式计算： S=HL (2.1)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=3.76.65=24.61（km2） 2.1.2矿井工业储量1、储量计算基础 （1）根据双柳煤矿井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算；（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0.8m，原煤灰分不大于40%。计算暂不能利用储量的煤层厚度为0.5m；（3）依据国务院过函（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的储量；（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，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。（6）煤层容重：4号煤层容重为1.41t/m3，9煤容重为1.41t/m3。2、井田地质勘探井田地质勘探类型为精查，属详细勘探。井田范围内钻孔分布，井田内北部边界附近和西部及东部边界附近，钻孔布置较少；其它区域钻孔分布比较均匀，勘探详细。4号煤层厚度平均为5.8m，9号煤层厚度平均为3.5m。 3、工业储量计算井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，矿井主采煤层为4号、9号煤层，采用算术平均法。4号煤层工业储量按下式计算： Zg = SMr (2.2)式中：Zg煤层工业储量，万t。S煤层面积，S = 24.61km2。M煤层厚度，5.8m。R煤的容重，1.41t/m3。则，4号煤层工业储量为：Zg4 =24.615.81.41/cos5=202.03Mt9号煤层工业储量按下式计算：Zg = SMr (2.3)式中：Zg煤层工业储量，万t。S煤层面积，S = 24.61 km2。M煤层厚度，3.5m。R煤的容重，1.41t/m3。则，9号煤层工业储量为：Zg9 =24.613.51.41/cos5=121.91Mt矿井工业储量为：Zg= Zg4+ Zg9=202.03+121.91=323.93Mt2.1.3 可采储量矿井可采储量（矿井工业储量-永久煤柱损失）矿井回收率。计算矿井可采储量时，必须要考虑以下损失：工业广场保护煤柱；井田境界煤柱损失；采煤方法所产生的煤柱损失；其他损失。本井田中永久煤柱损失主要有：工业广场保护煤柱、井田境界煤柱损失和断层保护煤柱。（1）矿井永久保护煤柱损失量a安全煤柱留设原则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。3）维护带宽度：工业广场维护带20m；4）断层作为井田边界时，断层一侧留20m。据实际经验，断层按性质、落差大小及其对煤层破坏程度，断层煤柱留设如下：落差50m的断层，两侧各留50m的煤柱；落差20m50m的断层，两侧各留30 m煤柱；落差10 m20 m的断层，两侧各留20 m煤柱；落差10 m的断层不留设断层煤柱；5）井田境界煤柱宽度为20m；6)工业场地占地面积，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2-1。则将工业场地定为长600m，宽400m。表2-1 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1.01201801.245901.59301.8b 矿井永久保护煤柱损失量矿井永久保护煤柱包括井田境界保护煤柱、断层保护煤柱、工业广场保护煤柱、风井保护煤柱，具体留设如下：1)井田边界保护煤柱井田边界煤柱可按下列公式计算：Z1LbM (2.4)式中：Z1边界煤柱损失量，Mt； L边界煤柱长度，21660m； b边界宽度，井田边界煤柱在本井田一侧按20m留设； M煤层厚度，4号煤层5.8m，9号煤层3.5m；煤的容重，1.41t/m3；Z1LbM=2166020（5.8+3.5）1.41/cos5=5.7Mt2)断层煤柱本井田在靠近南部边界有一断层，聚财塔正断层，断层长6.456km，落差100135m，断层较大，靠近边界部分煤炭不可采，在断层另一侧留30m煤柱。 断层靠近边界一侧的煤柱为：Z2=S1M (2.5)式中：Z3断层靠边界一侧煤柱损失量，Mt； S1断层靠边界一侧煤柱面积，1037668.76m2； M煤层厚度，4号煤层5.8m，9号煤层3.5m；煤的容重，1.41t/m3；Z2=S1M=1037668.76（5.8+3.5）1.41/cos5=13.659 Mt断层另一层保护煤柱损失量为：Z2“LbM (2.6)式中：Z3“边界煤柱损失量，Mt； L 边界煤柱长度，6456m； B 边界宽度，井田边界煤柱在本井田一侧按30m留设； M 煤层厚度，4号煤层5.8m，9号煤层3.5m；煤的容重，1.41t/m3；Z2“=LbM=645630（5.8+3.5）1.41/cos5=2.549 Mt断层煤柱损失量为：Z2 = Z2+Z2“=13.659+2.549=16.208 Mt3)工业广场保护煤柱工业场地占地面积，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2-1。本矿井设计能力240Mt/a,长方形便于布置地面建筑，工业广场的形状为长方形，长600 m，宽400 m。又根据煤炭工业矿井设计规范之规定，工业广场属二级保护，其围护带宽度为20 m。本矿井的地质条件及表土层层和基岩层移动角见表2-2。表2-2 工业广场保护煤柱设计参数表广场中心深度煤层倾角煤层厚度表土层厚度4号煤层470m55.830m457575759号煤层40m53.530m45757575根据已知条件，画出如图2-2所示的工业广场保护煤柱的尺寸。Si=梯形面积=(上宽+下宽)高/24#煤层S1=0.777km29#煤层S1=0.861Km2工业广场的煤柱量为：P=SMR (2.7)式中：Pi工业广场煤柱量；S工业广场面积；M煤层厚度；R煤的容重。则：4#煤层工业广场煤柱量P1= 6.3786Mt9#煤层工业广场煤柱量P2= 4.2652Mt总的煤柱量为：Z3= P1+ P2 =10.6438Mt 其他保护煤柱按工业储量的5%计算。Z4=Zg5%=323.935%=16.1965 Mt煤 柱 类 型储 量（Mt）井田边界保护煤柱5.7断层保护煤柱16.208工业广场保护煤柱10.6438其他保护煤柱16.1965合 计48.7483表2-3 保护煤柱损失量c.矿井可采储量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：Zk=（ZgP）C (2.8)式中：Zk矿井可采储量，万t；P保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断层等留设的永久保护煤柱损失量，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。则矿井设计可采储量为：Zk=（323.93-48.7483）0.8=220.1454Mt2.1.4矿井设计生产能力及服务年限1、矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范相关规定，确定矿井设计年工作日为330天，工作制度采用“三八制”，两班生产，一班准备，每班工作8小时。矿井每昼夜净提升时间为14小时。2、矿井设计生产能力及服务年限确定依据：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、矿井设计生产能力双柳井田储量丰富，煤层赋存稳定，顶底板条件好，断层褶曲少，倾角小，厚度变化不大，开采条件较简单，技术装备先进，经济效益好，煤质为优质焦煤和肥煤，交通运输便利，市场需求量大，宜建大型矿井。确定双柳矿井设计生产能力为240万t/a。4、矿井服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。矿井可采储量Zk、设计生产能力A矿井服务年限T三者之间的关系为：