矿井防治煤与瓦斯突出系统设计毕业论文.doc

华北科技学院毕业设计矿井防治煤与瓦斯突出系统设计毕业论文目 录第一章 井田地质概况4第一节 地理概况4第二节 地质构造5第三节 地层和煤层6第四节 煤质9第五节 水文地质10第二章 矿井生产概况12第一节 矿井储量计算12第二节 井田开拓20第三章 采煤方法及采区巷道布置28第一节 煤层的地质特征28第二节 采区巷道布置及生产系统28第三节 采煤方法及生产系统30第四章 矿井通风系统设计36第一节 矿井通风系统拟选择36第二节 采区通风和掘进通风39第三节 矿井风量计算43第五节 矿井通风阻力计算51第六节 矿井通风设备的选择56第七节 矿井通电费用计算62第五章 矿井防治煤与瓦斯突出系统设计65第一节 矿井突出区域危险性预测65第二节 区域性放突措施设计69第三节 局部综合防突措施71第四节 安全防护措施设计73总 结76参考文献77致 谢78第一章 井田地质概况第一节 地理概况一、地理位置某矿井位于安徽省某煤田潘谢矿区的西部，东与张集矿井毗邻，西与刘庄井田接壤，南为新集矿区的罗园井田，北为陈桥背斜。其西南距颖上县20km左右，东南距凤台县约34km。除东端小部分位于凤台县境内，其余大部分为颖上县所辖。其地理坐标为：东经1161936116288，北纬324553324540。矿井范围：东起F209断层，西止F5断层，南自某向斜轴或17-1煤层-1000底板等高线的地面投影，北至1煤层露头或张集矿井第三勘探线。东西长平均11.5km，南北平均4.3km，面积约50km2。二、交通本区内主要有颖（上）利（辛）和潘（集）谢（桥）两条公路通过，区外南侧分别有淮（南）阜（阳）铁路和颖（上）凤（台）公路经过，邻近的颖河可以通航。西淝河在雨季也可以通航，从而转接淮河水运。堪称交通方便。图 1-1 某矿交通位置图三、地形本区属于淮河冲击平原，矿区内地势平坦，区内沟渠纵横，村庄较密，地面标高一般为+24+25m，仅济河两岸地势稍低，多为+20+22m左右，局部19m，标高低于+20m的地段，雨季易形成内涝。第二节 地质构造一、区域地质构造某煤田位于秦岭纬向构造带南亚带的北缘，东接郯（城）庐（江）断裂，西连周口凹陷，北毗蚌埠隆起，南邻合肥凹陷。由于受到南北向应力的积压，致使某煤田的主体构造形迹呈近东西向展布，并在某复向斜之南北两翼发育了一系列走向压扭性逆冲断层，又因受新华夏系构造的复合干扰，从而使得煤田内构造的完整性和煤层的连续性遭受到不同程度的破坏。向斜盆地内部地层平缓，一般为1020。由一系列宽缓褶皱组成，某古沟向斜，陈潘集背斜，为其主要构造成分。此外，在次一级的向、背斜内部，还发育更次一级的与南北向压应力呈斜交的北东向和北西向的斜切断层，其中以北东向较发育，且多为张扭性正断层。二、矿井地质构造某矿井位于某煤田潘谢矿区的某向斜西段的北翼，为一走向北7080西，倾向南，倾角815的单斜构造。本区地质构造简单，断层稀少，全井田钻探揭露和地震补勘发现落差大于5m的断层共38条，其中正断层31条，逆断层7条。按落差分，100m的四条，10030m的3条，305m的31条。断层的展布方向，可大致分为NE，NNE，近EW和NW四个构造组合，其中以北动为主。三、矿井构造组合的合理性某矿井断裂的主体展方向为北东向，其次为进东西向和北北东向，北西向极少。由于某矿井仅是某煤田这个区域的一小部分，其显现的构造特征也只能是该区域全貌的一部分。因此，总的看来，本矿井的主要构造特征构造表现了其与区域构造形态的基本一致性，它们的形成，几符合地质力学的成生理论，又与推复构造的形成机制相似，从而说明本矿井目前的构造组合是比较合理的比较。主要断层基本情况特征如下：按其落差大小划分： 10m的5条 1025m的4条 2550m的2条 100m的2条因此，综合分析区内断层有以下特征：（1）正断层较多，逆断层较少。（2） 小断层较多，规模较大断层较少且多为边界断层。（3）以走向北东、北北东向的断层为主。表1-1 某矿井断层情况一览表断层性质落差（m）走向倾向倾角（）延展长度（m）F202逆335EWS08911650F206逆300EWS0806000F209正45110N825EN6582E65736640F228正010N2ES88E771050F229正020N4WS86W741100F3正020N89WS1W65720F4正015N5264EN2638W60631280F5正300600N721EN6983W716800F5-1正46N20EN70W743700F10正08EWN38440F11正06EWS33100F13正020N85En83wN1EN5W60662560F14正030N38ES52W65700F15正020N38EN52W65540F16正010N45EN45W56430F17正025N36EN54W65940F18正010N75ES15E4320019正05EWN33270F20正025N72ES18E66730F21正050N38ES52E65770第三节 地层和煤层一、地层本区为全隐蔽区，勘探所及地层自上而下依次为：第四系、三迭系、二迭系、石炭系、奥陶系和寒武系。二、煤层本区煤系地层有二迭系的石盒子组、山西组和石炭系的太原组，其中二迭系的石盒子组和山西组为本矿井的主要含煤地层。（一）煤层本区二迭系的石盒子组与山西组共含煤31层，煤层平均总厚33.38m，含煤系数为5%。其中可采煤层3层平均总厚5m，约占全部煤层总厚的74%，13-1、8、4-2为本区其平均总厚15.48m，约占可采煤层总厚的63%。此外，本区尚有25、23和18三层煤，厚度大多可采，但其灰分均高达40%左右，属于劣质煤。因此，本次未将其列入可采煤层范围之内。本区，可采煤层多属于“稳定较稳定”型，结构属于“简单较简单”。夹矸以12层为主，且绝大数为炭质泥岩及泥岩。可采性则以全区可采和大部分可采为主，局部可采次之。（二）主采煤层的空间形态总的看来，本区各可采煤层主要特征的变化规律比较明显，空间形态则各自有别。现根据3层主要采煤层各自的厚度、结构及其变化与可采情况，勾勒其空间形态的大致轮廓如下：113-1号煤层从走向上看，自西向东，煤层的厚度逐渐增大；夹矸层数则呈12412层的规律变化。从倾向上看，自南而北，煤层的厚度变化不大，无明显的规律；夹矸层数则总体呈南少北多的状况。该煤层无任何不可采点，为本区主要可采煤层。28号煤层从走向上看，自西向东，煤层的厚度呈厚-薄-厚-薄-厚的变化趋势；夹矸则只在西部和中部局部有1层出现。从倾向上看，自南而北，煤层的厚度呈南厚北薄之态；夹矸的变化趋势；夹矸呈01的变化趋势。该煤层无不可采点，为全区可采煤层。311-2号煤层从走向上看，自西向东，煤层的厚度呈薄-厚-薄的状态；夹矸层数则呈0130120的变化趋势。从倾向上看，自南而北，煤层厚度的变化不大，略呈南厚北薄的状态；夹矸层数的变化规律不大明显。该煤层除在区内动端一水平内，有三处范围不大的零星不可采区分布，其余均属于可才范围。（三）煤层的开采条件本区11层煤层中，有3层可采煤层，属于“稳定较稳定”型煤层，其中13-1、11-2和8号煤层为可采煤层，平均间距100m。现从这三层煤的主要特征及其所受构造的影响等方面，分别对其主要开采条件作如下分析：厚度柱状岩性描述2.613.77.8泥岩：深灰色，层状，含植物化石碎片2.810.845.34中细砂岩：灰白浅灰色，中厚厚层状，主要成分为石英及长石，钙质胶结。局部含菱铁细砂及粉砂岩。具水平层理，分选差1.046.053.2灰深灰色泥岩，块状。局部含粉砂及薄煤线0.292.21.2513-1号煤：片状、块状为主，属半暗型，平均厚度1.25m4.485.55.14灰深灰色砂质泥岩、局部为菱铁细砂0.485.563.70泥岩：灰色，块状，含植物化石碎片，偶含黄铁矿薄膜5.36.86.08号煤：块状为主，此为粉末状，弱玻璃光泽，以亮煤为主暗煤次之加镜煤条带，属半亮型，结构简单1.348.43.96灰深灰色泥岩，中央不稳定两层煤线，局部含有砂质泥岩0.613.355.7中细砂岩及粉砂岩：灰白浅灰色，中厚厚层状，主要成分为石英及长石，钙质胶结12.604.62.2灰色泥岩，局部夹一层11-2号煤，厚约1.94m1.905.44.20粉砂岩：浅灰色，中厚厚层状，泥质胶结2.21.546.50粉细砂岩：灰白浅灰色，中厚厚层状，泥质及钙质胶结图1-2 煤层柱状图113-1号煤层该煤层厚度介于0.282.2m之间，平均1.25m。煤层厚度变异系数为24%，煤层可采性指数100%。该煤层稳定性好，结构比较简单，通常发育12层炭质泥岩或泥岩夹矸，尤以底层夹矸发育比较好，对比可靠。煤层顶板以泥岩、砂质泥岩为主，老顶则多为中、细砂岩；底板以泥岩与砂岩为主，局部为粉、细砂岩。构造的分布，则在第一水平内有四条断层，首采区内仅有一条断层，它们的出现，对采区的正常划分没有影响，但对工作面的布置会造成一定的困难。211-2号煤层该煤层厚度介于04.82m之间，平均1.94m，煤层厚度的便宜系数为57%，煤层的可采性指数为83%，煤厚以1.3-3.5m的厚度段为主约占总数的61%，煤层比较稳定，与13-1煤层的间距变化不大，煤层结构比较简单，一般发育2-3层炭质泥岩或泥岩夹矸、局部最多见有层煤，煤层顶板以泥岩、砂质泥岩为主，具备为细、粉砂岩；底板为泥岩、砂质泥岩。第一水平内见断层四条，首采区内见断层一条。上述构造的出现，并不妨碍采区的正常规划，但对工作面的布置则有一定的影响。因此，总的看来，11-2号煤层的经济技术条件比较好，具备一定的开采价值。38号煤层该煤层厚度介于5.37.2m之间，平均6m，煤层厚度的变异系数为27%，煤层的可采性指数为100%。煤厚以4.35.5m的厚度段为主的约占总数的27%，其次为5.56.5m的厚度段，约占总数的32%。该煤层分布稳定，结构简单，仅局部遇见一层炭质泥岩夹矸，煤层顶板以砂质泥岩、泥岩为主，局部为石英砂岩；底板为泥岩、砂质泥岩。第一水平内见断层五条，首采区内见断层三条。这些断层的出现，也仅对工作面的布置具备影响。因此，8煤层的开采条件比较好。第四节 煤质一、煤质本区煤层煤质稳定，煤类单一、属于“低特低硫”型、“低特低磷”型、“中富灰”型，该发热量、高熔灰分、富焦油的气煤（相当于新煤类的QM和1/3JM）。除部分煤层具中等可选性以外，其余均为难很难洗选煤层。故其工业用途可作配焦，炼焦和动力用煤，也可进行气化综合利用。二、瓦斯从矿井吨煤瓦斯涌出来量的计算结果来看，本区在正常地质条件下，浅部水平的瓦斯含量高于深部水平的瓦斯含量，显然与煤层中瓦斯的赋存规律不相符合。其主要的原因是在地质勘探阶段所采取的瓦斯样品质量不高，瓦斯含量的实测值代表性比较差。诸如：采样工具的质量，所采样品的位置、煤层顶底板的透气状况、煤层本身的破裂情况等等，都会影响样品的质量从而导致样品的实测值普遍缺乏代表性。因此，地质勘探阶段所确定的矿井瓦斯等级必然会因基础资料的可靠性比较差或计算中参数选择的不同而有所差异。有鉴于此，本区依据勘探阶段时实测瓦斯资料的计算结果以及瓦斯成分分带，参考临近生产矿井的实际情况所认定的瓦斯等级以三超级为宜的看法，有待于在建设和生产过程中进行验证。矿井瓦斯的确切等级应该根据时实测资料在进行确定。本区根据8号煤层瓦斯采样资料，计算出各水平吨煤瓦斯涌出量如表1-2所示：表1-2 各水平吨煤瓦斯涌出量水平吨煤瓦斯涌出量（m3/t）-610m以上6.54-610720m8.35-720m以下12.28由于所采样品的是测数值缺乏一定的代表性，从而使上表的经过与瓦斯赋存规律不一致。因此地质部门在该区实测瓦斯资料初步计算及瓦斯成分分带的基础上，参考邻区地质条件与之相近的潘集第一煤矿的实际情况，认定本区原8煤层瓦斯涌出量偏小。而煤科院抚顺研究所1998年4月提交的某某矿井瓦斯预测报告的预测经过为：矿井平均瓦斯相对涌出量为9.41m3/t。但该值有待于今后基建和生产部门进一步坚定落实。三、煤尘与自燃本区各煤层挥发分均大于35%，所有煤层均有煤尘爆炸危险。本区除个别煤层属不自燃外，其余各煤层均属于易自燃自燃的煤层。第五节 水文地质本区主要水系为济河，自西向东横贯井田中部。其上接颖河的永安闸，向东入西淝河后汇于淮河，系人工开挖的季节性河流。历史上最高洪水位高程为1954年实测的+24.422m+24.743m。一、区域水文地质某煤田位于华北冲积平原南缘，为一走向近东西的复向斜构造，地形呈西北高而东南略低的趋势，古地貌则呈东南高而西北低的状态。第四系上部松散层孔隙水与地表水体联系密切，而与深部水无水力联系。基岩水文地质条件受主要断裂所控制，其中走向逆冲断层将复向斜盆地切割成北，中，南三个水文地质分区，而中分区由于受到南北两条逆冲断层阻水构造带的影响，灰岩裸露区的补给水源受到限制，又遭到部分斜切断层的分割阻隔，从而形成了封闭的水问地质条件，因此，基岩地下以存储量为主。二、矿井水文地质某矿井位处区域水文地质分区的中偏西部之南缘，全区广为南薄被北厚的第四系松散层所覆盖，其主要充水因素有：第四系松散层孔隙含水组，二迭系砂岩裂隙含水组和石炭系太原组以及奥陶系灰岩岩溶裂隙含水组三大类。无论是上述哪类含水组，它们的富水状况和各含水层之间的水力联系，都与区域水文地质特征基本一致，现在将各类含水组的主要特征简述如下：1第四系松散层孔隙含水组第四系松散层厚度介于194.10m485.64m之间，平均为363.95m。总体呈南薄北厚的趋势，南部古地形起伏明显，从而出现第四系松散层孔隙含水组与煤系相接的现象。根据含、隔水情况，可将第四系划分为上、中、下、底四部分。2二迭系砂岩裂隙含水组本区砂岩裂隙含水组位于煤层粘土岩层，局部裂隙发育，富水性弱，补给水源贫乏，以静储量为主，各分层之间无水力联系。3石炭系太原组以及奥陶系灰岩岩溶裂隙含水组（1）石炭系太原组平均厚度为103.58m，主要由泥岩，砂岩，灰岩和薄煤所组成，其中灰岩12层，平均总厚56.84m，灰岩的富水性中等，但分布不均匀，地下水处于停滞状态。（2）奥陶系灰岩含水性不均一，略具有丰富的静储量外尚有可观的动储量，而且水位比较高。4断层及含、导水性本区断层破碎带宽度介于1.616m之间，而且多为泥质充填，无漏水的现象。正常情况下，以粘土岩为主的岩层中出现的断层，可以视为不含水或弱含水性质的，其破碎带一般也起阻水作用。但是当地下水的水力尤其是当断层切割灰岩或含水的厚度砂岩时，随时都可能出现导水或突水的危险。（1）第四系散层孔隙含水层，仅在其与基岩含水层直接接触处彼此才有水力联系，其补给水量受到煤系砂岩的弱渗透性所控制的，可能还受到基岩强风化带的阻隔，所以其补给量很小，加之预留了适当的防水煤岩柱，因而对煤层的开采影响甚微。由此看来，第四系松散层孔隙水不是矿井开采的主要水害。但在开采时，还必须进行观察，找出其顶板塌落的规律，以保证生产的安全。（2）煤系砂岩裂隙含水层之间，由于均为泥质岩类所隔，所以彼此在正常情况下无水力联系，但为断层切割处，在层间水力均衡遭到破坏时，则有可能出现突水，并导致层间水力连通的现象。即便如此，由于煤系砂岩裂隙含水层富水性弱，补给水源贫乏，具存储量消耗型特征。因此，煤系砂岩裂隙水虽然是矿井的直接充水因素，但因受天然条件的限制，对矿床的开采，仍然不能构成大的威胁。值得注意的是：要谨防坚硬岩层裂隙发育区段可能出现存储量突出的情况，造成一时的矿井水患，但其水量预计可以疏干。（3）太原组灰岩岩溶裂隙含水层，虽然上距8号煤层平均16.44m，彼此主要由泥岩所隔，正常情况下，对1煤层的开采影响不大。但当灰岩的水头压力超过1煤底板岩层的抗压强度时，则会引起底板岩层的破裂。从而通过其破裂带向1没进水。因此，如果1煤底板为断层所切，则该断层带便当然成为底鼓水突出的途径，同时其水量还受到奥灰水的补给，从而对1煤的开采构成威胁，所以，只有在充分搞清太灰水与奥灰水相互关系的情况下，进行疏水降压，并对浅部可能导水的断层采取必要的措施，才能安全顺利地开采1煤层。为此，建议对太灰、奥灰及切割1煤与灰岩的断层进行补充勘探，以便真正搞清太灰水、奥灰水的关系，掌握断层的富，导水性，为安全顺利地开采8号煤提供充分的依据。第二章 矿井生产概况第一节 矿井储量计算一、井田境界及储量计算（一）井田境界划分原则煤田境界应根据地质构造，储量，水文，煤层赋存情况，开采技术条件，开拓方式及地貌，地物等因素划分为井田，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。一般以下列情况为界：（1）充分利用自地质条件进行划分，如以大断层，煤层露头，大窑采空区为界；（2）以山谷，河流。铁路，较大城镇或建筑物的保护煤柱为界，保证井田有合理尺寸；（3）以相邻矿井井田境界煤柱为界；（4）人为划分时：煤层倾角较小，特别是近水平煤层时，用一垂直面来划分井田境界；在倾斜或急倾斜煤层中，沿煤层倾斜方向，常以主采煤层底板等高线为准的水平面划分井田。（二）井田境界本井田境界东以F209断层与张集矿井相接，西至F5断层与刘庄勘探区为邻，南以某向斜轴或17-1号煤层-1000m等高线的地面投影线为界，北至1号煤层露头线或张集勘探区三线。全井田东西走向长11.5km北倾斜宽4.3km，面积约50km2。关于井田境界，原初步设计根据两淮总部总工设字（79）110号文，东部境界暂以七西线与七八线之间为界（井田走向长比方案设计缩短3.5km）。但在原设计中将东部以F209断层为界，不设-700m辅助水平的开拓补充方案。通过对本矿地质资料的分析，某矿有-700m以下开采的条件，基本可以延伸道-900m左右，为井田的长远发展奠定了条件。图2-1 某矿井田赋存示意图井田可采储量的计算方法有经纬网格法和煤层平均厚度乘以面积再乘煤的容重两种方法，一般来说，经纬网格法比较准确，其适用性也较强，但比较麻烦，一般运用于条件较复杂的情况，由于某矿的煤层赋存条件较好，厚度稳定，煤层变异系数很小，所以决定采用第二种方法。由煤层柱状图计算可知，可采煤层的总厚度为6m，倾角10，可采面积50km2，计算出矿井工业储量。工业储量按下式计算：Zc=YMS/cos10 （21）式中 Zc煤的工业储量，t3；Y煤的容重，t/m3；M煤的厚度，m；S井田面积，m2。则 Zc=（650Y）/cos10=（6501.4）/0.9848=426.48 Mt由于该矿产状较好，故其高级储量符合煤炭工业设计规范的要求。二、储量计算（一）井田的勘探类型从煤层的厚度上来看，其中稳定煤层为7m，比较稳定煤层为3m，不稳定煤层为4m，它们分别占全区1层可采煤层总厚度的（14m）50%、21%和29%，显然厚度占优势的是较稳定煤层，再从煤层的储量上来看，稳定煤层为366Mt，比较稳定煤层为153.72Mt，不稳定煤层为205.28Mt，它们又分别占全区可采煤层总储量（366Mt）的37%、54%和9%，可见储量占优势的仍然是比较稳定的煤层。（二）储量的级别的划分1构造划分本区内含煤地质倾角平缓，产状变化很小，断层稀少，又无岩浆侵入或影响，属于一类简单的构造。划分个级储量采用的钻探工程线距为：A级1000m、B级2000m、C级4000m。2综合划级采用就低不就高的原则，通过对区内构造和煤层的单项分析，构造划级所采用的工程线距。因此综合划级以煤层的稳定程度为主，但在具体划定块段储量计算边界时，综合底板等高线或勘探线等条件，适当调整储量划分边m界线。全矿的工业储量（A+B+C）426.48Mt，其中A级储量200Mt，B级储量140Mt，A+B级储量340Mt，占A+B+C级储量的79.7%。方案一第一水平（风氧化带下限-700m）工业储量（A+B+C）300Mt，第二水平（-700m-900m）储量为126.48Mt，第二水平以下是122.58Mt。方案二第一水平（风氧化带下限-700m）工业储量（A+B+C）277.65Mt，第二水平（-700m-850m）储量为148.73Mt，第二水平以下是157.14Mt见表2-2、表2-3。全矿井的可采储量为322.71Mt。其中-700m以上的工业储量为277.78Mt，A级134.72Mt，B级储量99.06Mt，A+B级237.78Mt，C级储量98.26Mt。A级占A+B+C级的40.6%，A+B级占A+B+C级的70.4%。煤炭工业设计规范规定大型矿井中的高级储量A+B级应占A+B+C级的50%以上，一水平内的A+B级储量占A+B+C级储量的比例不少于70%，其中A级储量占本水平的储量的比例不少于40%。由此可知，该矿的高级储量符合煤炭工业设计规范的要求。（三）保护煤柱储量计算1煤柱的留设在一般情况下，保护煤柱应根据受保护面积边界和移动角值进行圈定。移动角值按建筑物下列允许变形值确定：倾斜：i=3mm/m曲率：k=0.210 -3/m水平变形：=+2mm/m对于必须留保护煤柱的建筑物和构筑物，当其形状规则，且长轴于煤层走向或倾向平行时，宜用垂直剖面法圈定保护边界；当保护对象形状复杂，且又于煤层走向斜交时，宜用垂线法确定圈定保护边界；同时应用上述两种方法确定保护煤柱边界时，其重叠部分为受护对象的最合理保护煤柱；当圈定延伸形建筑物或基岩面标高变化较大情况下的保护煤柱时，宜用数字标高投影法。当有断层时，由上图可以看出，要留的保护煤柱要大些，由于某矿立井没有穿过断层的现象，采用无断层时的煤柱线。根据某矿的产量设计及其煤田赋存特征，可以确定某矿的工业广场的面积为40km2。下面是工业广场的保护煤柱示意图。根据煤炭工业设计规范要求：断层煤柱尺寸的大小取决于断层性质，断距，含水情况，落差很大的短断层。落差大于50m断层一侧煤柱不小于30m，20m50m断层的一侧留10m15m的煤柱，小于20m的小断层一般可以不留设煤柱。大于50m的断层有2条，20m50m的断层有5条，小于20m的断层有10条。按规范的要求计算全矿井断层煤柱为10.87Mt。图2-2 保护煤柱内有断层或立井穿过断层时保护煤柱留设方法图2-3 某矿工业广场保护煤柱压煤示意图本矿井设计只对8号煤层进行开采设计，边界露头线为-450m，该煤层平均厚度为6m，-900m以下的煤炭储量尚未探明，作为矿井的远景储量。本次储量计算是在精查地质报告提供的1：10000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量是由煤层面积、容重及厚度相乘所得，其公式一般为：Zg=SMR/cos10 （22）式中 Zg矿井的工业储量；S井田的倾斜面积，50km2；M煤层的厚度，6m；R煤的容重，1.4t/m；则 Zg=505.151.4/cos=426.48 Mt（1）边界煤柱可按下列公式计算Z=LbMR （23）式中 Z边界煤柱损失量；L边界长度；mb边界宽度；断层边界取50m，人为划定边界取20mM煤层厚度；6mR煤的容重：1.4t/m由此可以计算出某矿煤田的断层压煤10.87 Mt。（2）工业广场煤柱本矿井设计生产能力为400万t/a，所以取工业广场的尺寸为500m800m的长方形。煤层的平均倾角为10，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-610m，该处表土层厚度为341m，主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按级保护留维护带，宽度为15m（实际工业广场的面积为530m830m）。本矿井的地质掉件及冲积层和基岩层移动角见表2-1。表2-1 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/m61010634145757570、6由此根据上述以知条件，画出如图2-3所示的工业广场保护煤柱的尺寸：图图2-4 工业广场保护煤柱由图可得出保护煤柱的尺寸为：S=梯形面积=（上宽+下宽）高/（2cos10）=2.64km2 （24）则工业广场的煤柱量为：Z=SMR （25）式中 Z1工业广场煤柱量；S工业广场压煤面积：2.64km2；M煤层厚度：6m；R煤的容重：1.4t/m。则 Z=2.6461.410-4=22.17Mt可以看出工业广场的保护煤柱压煤较多，但考虑到矿井井型，及开采方式，这个量还是可取的。表2-2 岩层移动角煤层倾角/煤层厚度/m围护带宽度/m1062045757570.6（3）铁路保护煤柱本井田中有潘谢铁路的一段（L=5.69km），属于级保护铁路，所以应取两侧围护带的宽度为两边各20m，并根据岩层移动角原理来计算保护煤柱的长度：铁路保护煤柱量为：Z=LbMR （26）式中 Z铁路保护煤柱量； L边界长度； b边界宽度；M煤层厚度；6mR煤的容重：1.4t/m则 Z=（177+154）5.6961.4=1.58 Mt为保证一定的富余量，分别取170m和200m，则实际铁路保护煤柱量为：Z=（170+200）5.6961.4=1.77Mt2矿井的可采储量矿井的可采储量按下式计算：Z=（ZgP）C （27）式中 Z矿井的可采储量；MtZg矿井的工业储量，426.48Mt；P保护工业场地.井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留设的永久煤柱损失量C采区采出率，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，本矿取0.85则 Zk=426.48断层工广铁路0.85 =（426.4810.8722.171.77）0.85=332.9Mt（四）矿井设计生产能力及服务年限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天计算，“四六制”作业（三班生产，一班检修），每日三班出煤，净提升时间为16小时。1矿井设计生产能力因为本井田储量丰富，主采煤层赋存条件简单，瓦斯涌出量大，井田内部无较大断层，生产能力大，比较合适布置大型矿井，经校核后确定本矿井的设计生产能力为400万t/a。2井型校核下面通过对设计煤层开采能力、辅助生产能力、储量条件及安全条件等因素对井型加以校核。（1）矿井开采能力校核某矿矿区8号煤层为厚煤层，煤层平均倾角为10地质构造简单，赋存较稳定，根据现代化矿井的一矿一井两面的发展模式，可以布置两个综采工作面的同时具有两个准备工作面来保产。（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40吨底卸式提升箕斗，提升能力可以达到设计井型的要求，工作面生产原煤一律用胶带输送机运到主井煤仓，运输能力很大，自动化程度很高，原煤外运不成问题。辅助运输采用罐笼，同时本设计的井底车场调车方便，通过能力大，满足矸石、材料及人员的调动要求。所以辅助生产环节完全能够满足设计生产能力的要求。（3）通风安全条件的校核本矿井煤尘具有爆炸性瓦斯含量高，属于高瓦斯矿井，水文地质条件较简单。矿井通风采用两翼对角式通风抽出式通风，有专门的风井回风，可以满足通风的要求。本井田内存在的断层，已经查到且不导水，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）储量条件校核井田的设计生产能力应于矿井的可采储量相适应，以保证矿井有足够的服务年限。矿井服务年限的公式为：T=Zk/（Ak） （28）式中 T矿井的服务年限，年；Zk矿井的可采储量，332.9Mt；A矿井的设计生产努力400Mt/a；k矿井储量备用系数，取1.35。则 T=332.9/（41.35）=61.6年60年即本矿井的开采服务年限符合规范的要求。注：确定井型是要考虑备用系数的原因是因为矿井每个生产环节有一定的储备能力，矿井达产后，产量迅速提高，局部地质条件变化，使储量减少，有的矿井由于技术原因使采出率降低，从而减少储量，为保证有合适的服务年限，确定井型时，必须考虑备用系数。根据400万吨以上特大型矿井的服务年限大于60年的要求，是符合煤炭工业设计规范的规定。第二节 井田开拓一、井田开拓方案比较（一）地质条件对开采的影响（1）新生界松散层厚度大（194.10 m485.64m，平均363.95 m，南薄北厚）；（2）煤层埋藏深（-380m-1000m），储量多；（3）煤层层数少（可采煤层层），地层倾角815，产状平直；（4）井田面积大（50km2）地势平坦（+24 m+25 m）；（5）煤层瓦斯含量比较大，地温比较高；在特厚表土层的条件下，设计确定采用立井，主要石门和集中大巷开拓方式。（二）井筒的形式、位置、数目及工业场地的位置、形状、面积选择开采单一煤层的开采方式有四种方式，下面就是示意图：由于本矿8煤层埋藏深，倾角小，厚度大，故可以考虑a，b，d三种方式，而多水平下山开拓由于开拓方式复杂，故首先被否定。本井田走向储量中心基本位于八东线3孔附近，此处表土厚341.3m，地面自然标高+22.0m左右，位于内涝区与济河之间，距济河河堤仅250m，属于洪水淹没区，且南仅500m即为落差达335m的F202断层。在该处无法布置工业场地。因此本矿井井口难于布置在井田储量中心位置。综上所述，方案二位于济河附近，地势低，易受洪水威胁，井筒表土厚，工业场地压煤量大，没有明显优点。方案一虽然井筒位置偏西，第一水平井底车场岩性稍差，但具有工业场地开阔、地势高，井筒表土层薄，工业场地压煤量少，工广不迁村庄，第一水平储量大，井巷工程量较小，地面铁路较短。为了减少投资（井筒、迁村、工广填高、铁路等），少压煤，增加建井可靠性，方便工业场地设施布置和铁路进线，设计推荐方案一。即主、副井，工业场地选择在八线于-950m交点西北方向60m处。本次设计根据井田形态，资源赋存特点，表土层厚，地质构造，建井条件、地面村庄对开采的影响，确定采用立井开拓方式即主井、副井、西风井。工业场地的面积为40公顷即800m（倾向）500m（走向），加上工业场地四周各留15m的保护带那么工业场地的面积为830m（倾向）530m（走向），西风井地面场地为：60（倾向）m50（走向）m。图2-5 单一煤层的开拓示意图a单水平上下山开拓 b多水平上下山开拓 c多水平下山开采 d多水平混合开采 方案一，井口位于八线于-950m交点西北方向60m处，表土层厚282m，工业场地地势平坦、开阔，自然标高+25.3+25.6m，一水平标高-700m。井底车场位于8煤的顶板，采用两翼对角式通风。方案二，井口位于八线于-800m交点西北方向200m，表土层厚282m，工业场地地势平坦、低洼，自然标高+22.9+23.6m，第一水平标高-700m，第一水平井底车场8煤的底板，第二水平标高-850m，采用混合式通风。方案三，井口位于线八-350m交点北方向250m，表土层厚247m，工业场地地势平坦，开阔，自然标高+23.424m，第一水平标高-400m，第一水平井底车场位于8煤底，然后向下延伸。该方案是下行开采，出煤早，见效快，但后期较困难，故被首先否定。现在对前两个方案的优缺点分析如下表2-3。表2-3 方案优缺点比较优点缺点方案一（1）主、副井口附近表土比较薄，其厚度约282m；（2）工业场地开阔、地势比较高，自然标高约25m，不受洪水威胁、工业场地附近村庄比较少，除需局部迁移个别零星房屋外，基本上不迁村庄，且工业场地有发展余地；（3）工业场地压煤比较少，特别是压煤少；（4）铁路进线方便，地面铁路长度比方案二要短，到居住区也比较近。（1）矿井两翼储量比相差比较大，东翼占60%，西翼占40%，井口位置略偏西；（2）第一水平井底车场位于8煤顶板，井底车场岩性比方案二要差一些。方案二（1）第一水平井底车场位于8煤的底板，多为砂岩，便于巷道支护；（2）工业场地靠近济河，地势低；（3）工业场地压煤量大，为28.25Mt；（4）地面铁路比方案1长，到居住区距离比方案一也远。位于济河附近，地势低，易受洪水威胁，井筒表土厚，工业场地压煤量大表2-4 井口位置方案比较表序号比较项目单位方案方案一方案二1井口位置/井口位于八线于-950m交点西北方向60m处井口位于八线于-800m交点西北方向200m2工业场地地面地形地貌/地势平坦、开阔、无村庄、河流地势平坦、有村庄、位于洪水淹没区3工业场地原始标高m+25.825.61+22.9123.104主井井筒表土厚m281.75282.55工业场地煤柱Mt26.0128.56第一水平标高m-700-7007主井井筒可达最深标高m-900-8508第一水平井底车场层位/8煤的底板8煤的顶底板9达产时井筒个数个4410达产时采区惯通距离m16332.122121.3511第一水平可采储量Mt426.48320.5812达产时井巷工程量Mt29356.533076.05（三）确定工业场地地位置和面积根据以上的分析及计算，可知工业场地的位置位于八线于-950m交点西北方向60m处，形状为530830m2的矩形。（四）确定的数目开采水平及标高1回采上限标高的确定（1）防水煤岩柱的计算与留设 松散层含、隔水层的分布及特点上部含水组厚43.90m75.70m，平均63.93m，全井田均有分布，其下有厚8.68m45.00m，平均厚28.63m的中部隔水段。上部含水组与中部含水段一般无直接水力联系。中部含水段厚98.60m216.70m，平均厚176.90m，全井田均有分布富水性强。在井田南部，沿25煤层露头以南古地形隆起处，中部含水段直接覆盖于基岩上。下部含水段厚094.40m，平均厚50.57m其顶板有粘土层分布，比较稳定，可起相对隔水作用。该段富水性弱中等。 安全煤柱留设的依据从上述松散层的分布及特点可以看出，对煤系地层有影响的含水层主要为下部含水段，因此，除在十线67m33m孔附近隔水层缺失地段留设防水煤柱外，其他地段一般只留防砂煤柱。（2）回采上限标高确定由于计算的防砂煤柱高度均小于风氧化带的深度，以及基岩面标高的变化比较大等因素，为使回采工作面巷道避开煤层风氧化带的影响和便于巷道布置与生产管理，根据采区布置情况，在一定范围内选用同一标高，作为煤层的回采上限。按表中所列的回采上限，防水煤柱的实际高度一般为7080m，防砂煤柱的实际高度一般为3060m。2水平划分运输水平的标高，主要是根据水平储量及服务年限、阶段垂高及斜长、井底车场岩性等因素确定。第一水平标高，还要考虑采区的合理配采与接替条件。按上述原则将全矿井划分为1个水平，实行上下山开采，计算服务年限为62年。（五）采区划分及开采顺序 1采区划分与采区储量根据井田形态，地质构造、煤层赋存特点及开采方式，设计对开采水平的采区划分：第一水平划分为东一、东二、西一、西二。后期考虑东一、东一并东一、东二两个采区同时回采。初期井巷工程量较少，但工作面走向长度短，有利于综放工作面连续推进，减少搬家次数和费用。2开采顺序（1）煤层按赋存条件，采用上行开采和下行开采结合的开采顺序。初期回采8煤层。矿井达产时，共布置2个采区2个回采工作面，即东一8、西一8。（2）采用先近后远，即由井筒向井田边界的采区前进式开采顺序。先采上山煤，后下山开采。（六）巷道布置1主要运输巷道的布置根据本井田煤层的层数少，地层倾角10，产状平直、稳定的赋存特点，第一水平（-700m）主要运输巷道采用集中大巷和分区石门布置方式。两翼皮带机大巷布置的瓦斯含量较低的岩巷中（厚2.0m3.9m）；采区通过各分区皮带机石门与皮带机大巷联系。采区贯通距离为16332.1m。考虑到了采区煤仓容量要求，分区石门皮带机搭接关系及大巷围岩稳定性，矿井东、西两翼皮带机大巷布置在8煤层顶板的岩石中，两翼轨道大巷布置在瓦斯含量较低，煤层厚度为5m7m的以下的岩巷中，轨道大巷距8煤层底板33.35m。为了避免两套运输系统之间的相互干扰与巷道的平面交叉，设计确定将皮带机斜巷布置高于轨道石门及大巷。2主要回风巷道布置根据煤层赋存特点，本矿井适于布置东翼回风大巷为单巷布置，其位置在8煤层底板，西翼回风大巷布置在8煤层底板。为了使巷道有较好的施工和维护条件，应尽量把巷道布置在稳定性较好的岩层里；另一面，回风大巷应尽量可能远离八煤层，以免因断层导通而引起1煤层底板突水危及矿井安全。3井筒的延伸矿井只设立一个水平，故暂不考虑井筒延伸的问题。通过以上的分析，可以得出本矿采用单水平上下山开拓是比较理想的开拓方式，即可满足产量的要求，又能简化生产系统，在一定程度上保证了安全。二、矿井基本巷道（一）井筒1主井（1）主井断面及箕斗的选型方案；根据一次提升量40t选用两套JG32/190B箕斗。表2-5 箕斗参数表同侧装卸式JG40/190B载重（t）40有效容积（）42.6最大终端载荷（Kn）1540尾绳装置最大允许载荷（Kn）670最大提升高度（m）1100表2-6 JG32/190B箕斗的主要尺寸表ABK33701900226022003500主井井筒净直径取8m。主井井筒表土层采用冻结法施工，表土层、基岩段均采用喷射混凝土支护，支护厚度为1000mm，选取JG40/190B型箕斗。其中井筒断面尺寸同方案一来确定，经过计算，D取8.0m。2副井（1）提升设备选型根据矿井提升运输，副井罐笼的规格选择规定如下： 根据井下运输使用的矿车名义载重量（主井为箕斗提升时按运输矿车名义载重量）； 根据运送最大班下井工人的时间不超过40min或每班总作业时间是否超过5h来确定罐笼的层数；采用简单计算法确定断面：D=8m；那么，副井井筒表土层采用冻结法施工，表土层、基岩段均采用喷射混凝土支护，支护厚度为1000mm。选取GDG3/9/2/2K(MG3.39B矿车)3风井在方案一、采用东风井、西风井。东风井用于东翼回风，西风井专用于西翼回风。风井井筒断面尺寸主要根据所需通过的风量来确定, 东西翼风井直径均为7m。（二）井底车场（1）井底车场形式的选择：初步设计已确定井底车场为折返式车场，东西两翼轨道大巷来车均经主石门进入井底车场。（2）车场巷道断面及支护形式主要依据井底车场所通过的风量，运输设备对外形尺寸和管道线路布置的要求以及围岩状态来确定。图2-6 井底车场硐室布置示意图三、矿井提升（一）主井提升本矿井井型为4.0Mt/a；生产一水平为-700m；年工作日为330天，每天三班工作两班提煤（16小时）产量不均衡系数为1.15。采用塔式提升，提升机选用JKMD-4.5/4（），其最大静张力为900KM、最大静张力差为220KM。