矿井开发建设设计毕业论文.doc

河北工程大学成人教育学院毕业设计（论文）矿井开发建设设计毕业论文1.矿区概况及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1地理位置及交通条件范各庄矿业分公司位于开平向斜之东南翼，北距古冶火车站10.2km，地理坐标为东径11328，北纬3933。井口北部及西北部与吕家坨矿业分公司相接；西及西南部与钱家营矿业分公司相邻；东部及南部以14煤层基岩露头为界。井田南北走向长78008400公里，东西最大倾斜长42003300公里，全井田总面积为30.52平方公里。矿井南有京唐港，东有秦皇岛港，西有塘沽港，公路、铁路、海运极为便利。开采深度标高为-160 -800m。详见范矿井田位置图（图11）。图11 范各庄煤矿地理位置图1.1.2 地形特点及居民点分布范各庄井田是被第四系冲积层所覆盖。地貌简单，地表平坦，地势呈现北高南低，坡度12左右，地表海拔标高+32+25m，井田西部有沙河流过，流向大致与地层走向平行。沙河为季节性河流，冬季河水近似干枯，只有林西、唐家庄等矿排放水流过。夏季流量显著增加，最高洪峰达142.8m3/s，流速1.69m2/s。由于受多年开采的影响，矿区南北各有一个塌陷坑，随开采的进行而逐步扩大并有大量的积水、工农业生产和原料及电力供应。矿区内工业以煤炭为主，农业主要种植小麦、玉米、水稻，间杂有果园、菜园等。本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥需由国家计划供应外，其它砖、石、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。矿区已建有110Kv中央变电所，向本矿井供电的四回35Kv输电线路已建成送电。1.1.3 矿区气候条件矿区气候属大陆型季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，气候变化较大，春季东风和西北风交替出现，气候干燥少雨，夏秋两季东南和南风常有海面带来的潮湿空气，使矿区多雨；冬季因受西伯利亚蒙古一带冷空气压的影响，多西北风，气候寒冷干燥。每年的7、8、9三个月降雨量占全年降雨量的76。年平均气温10.8C，常年最高气温37.6C，最低气温-22.6，冻土深度0.50.7m，结冰期：11月中旬至次年的3月中旬。1.1.4 矿区水文及工农业供水区内主要河流有沙河，纵贯全区，自井田北部流向西南，流向大致与地层走向一致，皆属季节性河流。井田沙河历年最高洪水位为+28m。我矿工业、生产用水均从地面自笔墨 深水井和井下清污分流工程取水。目前使用地面水源井七眼，其中二小水源井两眼，东沙坨水源井五眼，日供水能力16260吨；井下“204、208”清污分流工程日供水能力24480吨；全矿总供水能力40740吨。全矿日耗水量很不均衡，洗耳恭听煤厂洗煤其间月水量多，科季取暖，锅炉全部运行时日用水量偏高。全矿日平均耗水量约为20160吨，其中生产用水量约13600吨，职工生活用水量约2100吨，居民区生活用水量约为4460吨。1.2 井田地质特征1.2.1 井田地形及勘探程度 范各庄井田位于开平煤田的东南翼。开平煤田位于燕山南麓，煤系地层为石炭二迭系。开平主向斜是煤田的主要构造骨架，呈复式向斜构造。向斜的总体轴向为NE向，自古冶以北主向斜轴逐渐转为东西向。向斜两翼不对称，西北翼地层倾角比较大，局部地层倒转，发育落差及走向长度较大的逆断层或逆掩断层；东南翼地层倾角比较平缓，由北往南发育两组轴向与主向斜轴斜交或直交的短轴倾伏褶皱构造：一组由杜军庄背斜、黑鸭子向斜、吕家坨背斜、塔坨向斜、毕各庄向斜及南阳庄背斜等组成；另一组出现在宋家营以南，由李新庄向斜、刘唐堡背斜组成，其规模不如前者。东南翼断层不很发育，规模亦较小，多见于褶皱构造的轴部，正断层较多，逆断层较少。井田的勘探程度：全区经过普查、详查、精查勘探及使用综合勘探的精查补充勘探后，施工地面地质孔5个，进尺2737.35米，井下地质孔201 个，进尺13237.17米；地面水文地质探查孔13个，进尺8055.14米，井下水文孔210个，进尺22496米。1.2.2井田煤系地层煤田含煤地层为中石炭统本溪组、上石炭统太原组和下二叠统下部山西组。1、中石炭统本溪组（C2b）本组与下伏中奥陶统马家沟组呈假整合接触，顶界至十二灰顶面为界，全厚29.638.36m，平均厚34m左右。岩性主要由灰色至乳白色石灰岩、浅灰至灰色铝质泥岩、粉砂岩和杂色铝质泥岩组成，属小幅度震荡频繁的滨海浅海沉积环境；在短暂海退时，沉积了两层薄煤层，均无工业价值。2、上石炭统太原组（C3t）本组与下伏中石炭统本溪组呈假整合接触，顶面至山西组分界砂眼底面为界，全厚174218m,平均厚184.74m，一般厚度180190m。区内保存完整，未受侵蚀，为海陆交互相沉积，岩相旋回和粒度韵律清晰、稳定。岩性主要为深灰至灰黑色粉砂岩、泥质岩、灰色铝质泥岩、灰绿至灰白色中、细砂岩，含薄层石灰岩10层，煤层24层。其中主要可采煤层有第16上、17煤层，局部可采煤层有第6、15上、18上2煤层。石灰岩中三灰和十下灰两层较厚，层位厚度稳定，为全区煤层对比的主要标志层。据岩性、岩相及其沉积特征分为上、中、下三段。（1）上段第三层灰岩以上至山西组分界砂岩底界为上段，厚3545m，一般40m左右。沉积环境为宁静的滨海平原沉积，岩性、岩相稳定，以深灰色、灰黑色粉砂岩、泥质岩为主，含煤三层，即4、5、6煤层，第6煤层局部可采。（2）中段第三层灰岩至第十下灰岩以上为中段，厚100120m。沉积环境为小幅度震荡频繁的滨海平原沉积，岩性、岩相有一定变化，相律不明显，结构复杂，灰岩、煤层多而薄，中下部含可采煤层一层，即15上煤层。（3）下段第十下灰岩以至本溪组十二灰顶界为下段，厚3540m，为宁静的滨海平原沉积，岩性、岩相稳定，以深灰色、灰黑色粉砂岩、泥质岩、铝质泥岩为主，富集第16上、17、18上2等三层煤层，其中第16上、17煤层全区可采，第18上2煤局部可采。3、下二叠统下部山西组（P11s）本组与上石炭统太原组呈整合接触，顶面至下石盒子组分界的粗砂岩底面为界，全厚105.92152.63m，平均厚度133.98m，厚度有一定变化，西北厚，东南薄，遭受不同程度的侵蚀，在侵蚀教严重的地段，蒙阴组红层下出现第2、3煤层侵蚀露头，根据岩性、岩相及含煤特征，本组可分为上、下两段。（1）上段由杂色铝质泥岩下石盒子分界粗粒砂岩为界，厚2350m，一般厚35m左右，由北向南逐渐变薄，为纯陆相地层，岩性由杂色铝质泥岩、灰至灰绿色细中粒砂岩、灰至深灰色粉砂岩等组成，不含煤。底部杂色粘土岩距下段第2煤层一般3050m，其间距由北向南逐渐增大。（2）下段由山西组底界砂岩至杂色铝质泥岩底界，厚100m左右，为本区主要含煤段，由陆相和过渡相组成。岩性主要由灰灰白色中粒砂岩、细砂岩、深灰色粉砂岩、细砂岩与粉砂岩互层及煤层组成。中下部含可采煤层23层，即第2、3（3上、3下）煤层，其中第2煤层为局部可采煤层，第3（3上、3下）煤层厚度大，有5.1610.54m，平均8.53m，为本区主要煤层。本段砂岩比较发育，其中第2煤之上约20m处的河床相中、粗砂岩和第3煤层底板具浑浊状层理和底栖动物通道的滨海相中粒砂岩，为良好的标志层。另外，在第2煤层之上约10m处的灰至浅灰色鲕状铝质泥岩，亦可作为对比的辅助标志。1.2.3 井田地质构造范各庄井田煤系地层主要由石炭系、二迭系地层组成，其中包括中石炭统唐山组，上石炭统开平组、赵各庄组，下二迭统的大苗庄组、唐家庄组。基底为经过长期剥蚀夷平的中奥陶统，上覆地层为上二迭统古冶组陆相碎屑岩。含煤建造由一套海相、过度相、陆相地层组成。1.2.4 井田水文地质一、大气降雨对矿井涌水量变化的影响 矿区气候属大陆型季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，气候变化较大。春季东风和西风交替出现，气候干燥少雨；夏秋两季东南和南风常由海面带来潮湿空气，使矿区多雨；冬季因受西伯利亚蒙古一带冷气压影响多西北风，气候寒冷干燥。根据1958年建井以来的气象资料统计，多年年平均降雨量为617.45毫米。降雨多集中在7、8、9三个月，多年平均7、8、9三个月的降雨量为63.79毫米，占多年年平均降雨量的75.l。建井以来降雨量特征值统计矿井涌水量无季节性变化，不受大气降雨的直接影响。因为煤系地层上覆盖着巨厚的冲积层，大气降雨后，大部分从地表流走，少部分渗人地下，首先形成潜水，然后再慢慢地向下渗透到底部卵砾石层，形成孔隙承压水。通过基岩隐伏露头补给煤系地层，然后经构造和裂隙渗入巷道和采空区，变成矿井涌水。二、地表水系及其对矿井涌水量变化的影响。井田范围内有沙河自井田北部流向西南，流向大致与地层走向一致，河面开阔，水力坡度较小，仅为l2。在井田北部，沙河已与地面塌陷坑连为一体。冬春河水近于干涸，只排泄矿井水。夏秋流量显著增大，汛期有时泛滥，流量随上游山区降雨量而变化。建矿以来，1959年沙河最高洪水位为29.572米；1964年投产以来，由于年降雨量偏小，沙河最高洪水位只达到28.0米。根据洪水位与洪峰流量和降雨量的相互关系，计算沙河最高洪水位50年一遇为29.76米，百年一遇30.49米。我矿各井筒井口高程除风井外，都低于百年一遇预测最高洪水位。随着矿井开采，地表不断塌陷，在工业广场两翼形成了大面积塌陷积水坑。地表水体与第四系冲积层中的潜水层水量呈互补关系。在雨季地表水体水位高于潜水层水位，地表水补给潜水；在旱季地表水体水位低于潜水位，潜水不给地表水。地表水体和大气降水一样，在正常情况下，只是通过渗透补给冲积层底部卵砾石含水层，间接补给煤系地层。在特殊情况下，沙河洪水泛滥。塌陷坑水漫溢，可能出现流入井筒，淹没矿井的问题。三、矿井直接充水含水层及其主要特征在煤系地层中，对矿井直接充水的含水层是五煤层顶板砂岩裂隙承压含水层和1214煤层间砂岩组裂隙承压含水层及512煤层间砂岩裂隙承压含水层。1、712煤层间砂岩裂隙承压含水层：该含水层有几层互不联系的含水亚层组成，主要有78煤层间砂岩裂隙承压含水层，812煤层间砂岩裂隙承压含水层。裂隙承压含水层和812煤层间砂岩裂隙承压含水层富水较强。该含水层在井田东部露头区接受第四系冲积层含水层的补给，煤层采掘过程中充水形式为顶板淋滴水和底板缓慢渗水，目前主要消耗其静储量。四、矿井间接充水含水层及其主要特征：煤系地层基底的奥陶系灰岩强含水层和上覆的第四系冲积层强含水层，煤系地层中的唐山灰岩含水层是矿井充水的间接补给水源。l、第四系冲积层含水层：第四系冲积层厚度在井田北部为50米左右，到井田南部厚度已达400米以上。本层可分为四个含水带，第一个含水带为潜水层，其它三个含水带为承压含水层。 （l）潜水层：本层主要由混合砂组成，分布整个井田，为一层状孔隙含水层，厚度平均12米左右。由于地势平坦，主要接受大气降水的补给，与地表水体为互补关系。雨季接受地表水补给，旱季向地表水体排泄。潜水的流动方向大致与沙河流向一致。潜水水位埋深与地形有关，受降雨影响水位动态季节性变化明显。平水期渗透系数为1.925米昼夜，单位涌水量为0.364升秒米，多雨期渗透系数为5.061米昼夜，单位涌水量为0.891升秒米。水质类型为重碳酸一钙镁型，属淡软水。（2）上部砂岩含水层：该层埋藏深度2336米，其厚度一般为13米，为承压含水层。本层主要由粗砂和细砂组成，局部有粗砂含砾，含水层顶部有一厚达3米左右的砂质粘土或粘土层。据钻孔抽水试验结果该含水层渗透系数为195506米昼夜，单位涌水量为02320865升秒米，水质类型为重碳酸一钙镁型，属淡水。（3）中部卵石层含水层：本层埋藏深度3565米，含水丰富，分部较广，为承压含水层，主要由卵石组成。井田北部发育，厚度约10米，向南逐渐变薄，其含砂量亦愈来愈多，至范各庄乡张庄窝村、大赤口一带变成粗砂层而歼灭。据F 13钻孔水试验结果渗透系数为12307米昼夜，单位涌水量为2339升秒米，水质类型为重碳酸一钙钠型，属碱性淡水。（4）底部卵砾石含水层：本层为冲积层最底部的含水层，井田北部范区埋藏在53170米，南部毕区埋藏在230424米。顶部多中细砂层，底部为含砂砾石层，分布广呈多层透镜状。在井田中部约有933平方公里的底部卵石层直接与基岩接触，其厚度310米；毕区较厚，厚度达15米以上。井田范围内底部卵砾石层与基岩直接接触面积累计约2124平方公里，占整个井田面积的685。据抽水试验结果，单位涌水量为2887升秒米，渗透系数为35.46米昼夜。水质类型为重碳酸一钙镁钠型，属淡软水。井田范围内有315的面积为粘土层与基岩直接接触，在井田北部其厚度为3-6米左右，局部达10米以上；在井田南部其厚度为68米，局部厚达10米以上。2、奥陶系灰岩岩溶含水层：奥陶系石灰岩在井田东部、北部埋藏较浅，在西部、南部埋藏较深；在井田外部为隐伏露头，直接与第四系冲积层接触。整个井田奥陶系石灰岩中构造裂隙和岩溶发育，但不同区域发育程度有很大差异。在塔坨向斜至井口向斜区岩溶发育及有较大溶洞存在，并造成煤系地层陷落，已相继发现了12个岩溶陷落柱；井田南翼单斜区，奥灰岩溶发育则较差，如南二、南三石门钻孔只有小的构造裂隙和溶孔。根据抽水试验和对该含水层动态长期观测资料，奥陶系石灰岩是一个互相连通的岩溶含水整体，是煤系地层的主要补给水源，又可通过导水断裂和岩溶陷落柱成为矿井的直接突水水源。奥灰岩溶富水性是极不均一的，井田北部一些钻孔单位涌水量可达过6593升秒米，渗透系数为3187米昼夜，而井田南部有的钻孔单位涌水量不足001升秒米；建井前该含水层原始水位可达十 31 33米，由于30年的疏降，现水位为十 2 4米左右。该含水层水位季节变化明显，年变化范围在2米左右。奥灰水水质类型为重碳酸一钙镁型，属淡软水。奥陶系灰岩距最下一个稳定可采煤层（12煤层）时间距一般为160220米，在正常情况下对矿井无直接充水关系，但由于岩溶陷落柱及导水断裂构造的存在，将奥灰水直接导人煤系地层，可成为矿井水的直接补给水源。3、14煤层一唐山灰岩间砂岩、灰岩裂隙承压含水层该含水层由l4煤层底板砂岩和唐山灰岩组成，厚度为40米，该层节理裂隙发育，北部唐山灰岩中有溶洞存在。该含水层在隐伏露头区接受冲积层含水层渗透补给，在井田中部接受下伏奥灰含水层越流补给。由于其裂隙发育的不均一性，其含水性又北向南，由浅至深逐渐减弱。但由于隐伏导水构造影响，局部区域含水性强。根据抽水试验结果，单位涌水量为00360665升秒，米，渗透系数为02754683米昼夜。水质类型为HCO3Ca-Mg水 ，为淡软水。该含水层由于处于奥灰强含水层与1214煤层间砂岩含水层中间，其含水性强弱可间接反映出奥灰含水层对上部含水层的越流补给关系。因此，了解该含水层的含水性及水位、水温情况有助于查明奥灰含水层对上部含水层的补给清况。涌水量预计预计涌水量变化情况为：最大涌水量713m3/h，正常涌水量为249m3/h。1.3 煤层特征1.3.1 煤层埋藏条件范各庄井田内的主要可采煤层中，下部的12煤沉积于石炭系上统的赵各庄组，属海陆交互相沉积，煤层厚度的区域性变化相对比较稳定，规律性较强，且顶底板条件较好。上部的5煤、8煤、9煤沉积于二迭系下统的大苗庄组，基本上属陆相沉积，由于沉积环境的复杂多变，对煤层厚度、结构及其顶底板均产生一定的影响，并往往伴随不同程度的河流冲刷。1.3.2 可采煤层特征井田内的两层可采煤层及两层局部可采煤层的结构、厚度及一般特征描述如下：一、5煤层5煤层为简单结构煤层，煤层厚度03.49米，平均2.2 米，毕各庄向斜区除在南8剖面以南受大型断裂构造影响外，其余均在可采范围，为较稳定煤层。煤岩类型以光亮型煤为主，间夹半亮型煤。内生节理发育，性脆。煤的硬度f=0.30.5，容重1.36。二、9煤层9煤层为简单结构中厚煤层，煤层厚度0.133.45米，平均2.67米，煤层顶部为厚0.30.6米的劣质煤。煤层局部受古河流冲刷，厚度变化较大，出现小范围无煤区。受河流强烈冲刷，8煤及顶底板层位全部代之以含砾粗砂岩砂岩。煤岩类型以光亮型和半光亮型为主，中间夹有透镜状的半暗淡型煤，煤层内生节理发育,玻璃光泽。煤的硬度f0.4 0.7，容重 1.51。三、12煤层12煤层为复杂结构的厚煤层，煤层厚度105832米，平均3.54米。中上部含有23层黄铁矿结核层，是细条带或串珠状分布，比较稳定，煤层中部一层结核厚度可达0l米。煤岩类型以光亮型和半光亮型为主。内生节理发育，玻璃光泽，贝壳状断口。煤的硬度f0.31.1，容重142。1.3.3 煤层围岩性质 1.井田内主要煤层顶底板赋存情况（见表11）煤层顶底板岩性厚度特征及赋存情况5煤伪顶粉砂岩01.3岩石破碎，夹多层煤线，南三剖面以南出现煤线直接顶粉砂岩3.0水平层理，层理面附大量植物化石，富含泥质结核，成细层状或串珠状分布。老顶砂岩4.0硅质胶结，局部含钙质。续表11直接底粉砂岩0.51.0含大量植物根化石。老底细砂岩2.03.0水平层理，分布稳定。9煤伪顶/无伪顶直接顶粉砂岩4.0含炭质成分及菱铁矿结核，小断层、节理十分发育，比较破碎。北三石门以北相变为细砂岩。老顶细砂岩4.5水平层理，层理面附炭质薄膜，分布稳定。直接底粉砂岩2.0局部缺失。顶部含大量植物根化石。井田中部较厚。老底细砂岩3.0硅质胶结，坚硬，局部相变为粉砂岩。12伪顶/无伪顶直接顶泥岩1.02.5炭质含量很高，呈腐泥质泥岩，褐色条痕，分布比较稳定，与老顶之间存在明显层见滑动。南四以南炭质成分逐渐减少成致密泥岩。2、瓦斯赋存于煤层中的瓦斯是煤矿生产中的重大自然灾害之一， 是随着煤化作用产生的有害气体。煤层中的瓦斯含量一般受下述因素控制：煤的变质程度、围岩条件、地质构造、埋藏深度以及地下水活动等。范各庄矿目前的生产主要集中在-510米水平以上，CH4的相对涌出量在0.050.56米3 /吨天，CO 2的相对涌出量3.1812.18米3吨天，属于低级瓦斯矿井。3、煤尘煤尘是在煤矿生产过程中，煤破碎后形成的粉末状尘埃。煤尘除引起煤肺病，影响人的健康外，其主要危害在于悬浮于空气中的煤尘，在一定条件下可引起燃烧或爆炸，造成巨大的井下事故。决定煤尘是否具有爆炸性，以及爆炸性强弱的因素有以下几方面：1）煤尘的成份：煤尘的爆炸性与它的可燃体挥发分含量有很大关系。当Vr10时，煤尘不具有爆炸性；当Vr1015时，煤尘具有微弱的爆炸性；当Vr1535时，煤尘爆炸性迅速增加，具有强烈的爆炸性；当Vr3542时，爆炸性逐渐减弱。以多年的煤质统计数据来看（见表- 8），我矿各煤层的挥发分数值均在1536之间，尤以2335范围内的数值为多，这说明我矿具有发生煤尘爆炸的潜在危险。2）煤尘的爆炸性与它的水分和灰分含量也有一定关系。水分可以阻碍煤尘的燃烧过程，增大尘粒的粘结性和减少煤尘飞扬，当水分含量达到4050时，煤尘几乎丧失了爆炸性能。3）巷道空气中煤尘浓度和瓦斯浓度只有当煤尘呈悬浮状态，且煤尘浓度达到一定界限，而瓦斯浓度达到下表中的数值时，煤尘才有发生爆炸的可能。表12 爆炸浓度沼气含量 （）00.51.42.53.54.5煤尘爆炸下限浓度（克/米3）4535261666由于我矿在采掘工作面实行喷水雾降尘，严格控制回风流中的瓦斯浓度，并将CH 4值控制在0.5以下，从而基本上消除了因瓦斯、煤尘浓度而可能引发的煤尘爆炸事故。4）煤层自然发火 残留在采空区的碎煤和煤柱，存放在地面的煤堆，以及接近露头的煤层，由于与空气接触而氧化生热，在散热条件下不畅的情况下，氧化生成的热量大于向四周逸散的热量，致使煤的温度逐渐升高，一旦达到煤的燃点时，就会发生煤的自燃。 根据检验结果可知我矿煤层为不易自然煤层。 1.3.4煤的特征井田内各主要可采煤层的煤种均为结焦性良好的1号、2号肥煤和气肥煤。煤质受沉积环境的影响，各煤层变化较大，赋存于赵各庄组的12煤煤质较好，灰分低，发热量高，但煤的含硫量高；赋存于陆相大苗庄组的7煤则灰分较高，发热量较低，但煤的含硫量低。均属于难选或非常难选煤。各煤层的原煤工业分析见表1-4，煤层的原生灰分在井田范围内并无大的差异，但原煤的生产灰分却呈现逐渐上升的趋势，个别工作面的生产灰分则达到了4050以上。造成原煤生产灰分增加的主要原因：一是生产管理过程中的产品质量意识差，产煤中人为混入大量矸石；二是由于个别煤层特殊的赋存条件，如存在伪顶、夹矸，或出现局部薄煤等。生产工艺不合理，出现采伪顶，夹石，破底板等，形成的大量矸石混入煤中；三是煤层不能合理配采，5煤等高灰分煤层集中生产，造成全矿井原煤生产灰分增高，发热量降低。2.井田境界和储量2.1井田境界范各庄矿位于开平向斜之东南翼。矿井地理坐标：东经113度28分，北纬39度33分。东部边界：以14s煤层浅部露头与冲击层交线为界。北部边界：以1、2、3、4、5、6、7点连线与吕家坨矿为界，各点坐标见表2-1。西部边界：以钻孔毕25、33、34孔连线及深部-800m与钱家营矿为界，浅部以14S煤层露头与冲击层交线为界。表21 井田北部边界各点坐标表各点XY139250094805239199094620339208094000439201593615539109793143639053792605739022092605南部边界：-340 m以上以坐标点（385100，94185）和坐标点（385000，93600）的连线及风井工业广场煤柱为界；-340m以下以毕9孔、11孔、36孔连线为界，同时浅部以可采煤层-400m水平底板等高线与唐山市古冶区第一煤矿为界。2.2 矿井工业储量2.2.1 勘探类型及储量等级的圈定1.井田勘探类型根据矿井勘探情况，其勘探类型为类型。2.钻孔及勘探线分布全区经过普查、详查、精查勘探及使用综合勘探的精查补充勘探后，使完成钻孔76个，地震物理点956个，平均每平方公里有2.39个，地震物理点30.08个，共计工程量为9678.53m，其中水文钻孔9个，为1865.61m。2.2.2 储量等级的圈定根据对煤矿床的勘探，研究程度和煤炭工业建设的需要，将煤炭储量划分为A、B、C、D四级。由于本矿井煤质稳定，煤类较多，水文地质条件复杂，煤系中有岩浆岩破坏活动，因此储量级别的划分主要依据对地质构造和煤层的控制、研究程度。邻近不可采边界的块段均不圈定高级储量；断层煤柱不圈定高级储量，一律降为C级储量；对难以开采的小而孤立的块段，不圈定储量，不进行单独计算。2.2.3煤层最小可采厚度该井田煤层倾角小于25，各煤层经洗选后均能达到炼焦用煤要求，根据生产矿井储量管理规程的规定，确定煤层的最小可采厚度为1.3 m。2.2.4矿井工业储量的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。井田范围内全区可采煤层为5煤、9煤、12煤共3层煤。计算数据的依据及方法：计算数据的求取（1）投影面积：以1：10000煤层底板等高线图为基础，划分储量计算块段，块段形状规则的以几何图形求面积的方法计算，不规则的，则用求积仪在图上求得。（2）煤层厚度及倾角：计算块段储量使用的煤厚及倾角是按储量规程要求计算的控制该块段的工程揭露的各见煤点的煤厚及倾角平均值。（3）容重：计算块段储量使用的容重见下表：表22 煤层容重表 单位：吨/米3煤层5煤9煤12煤容重1361511.42（4）设计回采率：我矿采用储量规程规定的各类煤层的回采率数据如表23 煤层回采率 煤层5煤9煤12煤回采率80%80%80%2、储量计算公式：按生产矿井储量管理规程规定储量计算采用公式为：（1）块段地质储量=斜面积x煤厚x容重(2)块段可采储量=（Q1-P）x（1-n）x KQ1=工业储量；P=永久煤柱储量；n=地质及水文地质损失系数；K=设计采区回采率（3）煤层地质储量=该煤层各块段地质储量之和（4）水平地质储量=该水平各煤层块段地质储量之和（5）煤层可采储量=该煤层各块段可采储量之和（6）水平可采储量=该水平各煤层块段可采储量之和（7）全矿地质储量=各煤层地质储量之和=各水平地质储量之和（8）全矿可采储量=各煤层可采储量之和=各水平可采储量之和依据勘探钻孔见煤厚度，采用地质块段法计算。Q = (21)式中：Q工业储量，万tSi块段水平投影面积，m2Mi块段内钻孔见煤厚度的均值，mA块段内煤层的平均倾角，度Q=30.5/ cos7106（2.201.36+2.761.51+2.541.42)=3.31亿t2.3 矿井可采储量2.3.1 保护煤柱储量及可采储量的计算1）计算井田内的工业储量时应考虑的储量损失为：（1）工业广场保护煤柱；（2）井田内村庄保护煤柱；（3）井田境界及地质构造保护煤柱；（4）采煤方法所产生的巷道煤柱；（5）采煤运输时的损失煤柱。 2）工业广场永久煤柱损失量1.确定受保护面积要计算井田可采储量，首先要确定各种永久煤柱损失。永久煤柱一般是指保护工业广场和井筒的工业广场煤柱，井田境界和大断层两侧的井田境界煤柱和断层煤柱，以及保护地面建筑物、河流、铁路等而留设的保护煤柱等。煤层群开采时，应采用重复采动条件下的移动角值。受保护面积边界是由受保护建筑物和主要井筒的边界向外加上一部分备用量即维护带确定的。受保护建筑物边界一般不是直接以被保护建筑物的外边界为准，而是取平行于煤层走向或倾斜方向的与受保护建筑物外缘相连的直线所围成的面积，作为受保护建筑物的边界。地面建筑物和主要井筒的保护煤柱是从受保护的边界起，按基岩移动角、和及表土层移动角所做的保护平面与煤层的交线来确定。基岩移动角和表土层移动角如下图所示：图21 岩层移动角示意图安全煤柱的留设与计算一般用垂直断面法求得。煤柱的留设的计算方法与步骤如下：a. 确定受保护面积。如图所示，在开拓平面图上通过建筑物四个角分别做平行与煤层走向和倾斜的四条直线，得矩形abcd。在矩形的外缘加上15m宽的维护带，得受保护面积abcd。b. 确定受保护煤柱。通过受保护面积中心作一沿煤层倾斜剖面1在这个剖面上，由维护带的边缘点m1，n1起在表土层以=45度划两条保护线，即m1m2，n121n2。然后在基岩中在下山和上山方向按上山移动角=75和下山移动角=64.6作保护线，与煤层相交得n和k，则通过n和k的走向线分别为保护煤柱的上部和下部边界。以同样的方法在平行煤层走向的剖面2，按其走向移动角=75作保护线，求得沿走向的煤柱边界AB和CD，将nk和AB，CD均绘制在平面图上，即得保护煤柱边界ABCD。煤柱是一个梯形。c. 煤柱煤量计算工业场地煤柱煤量=梯形面积*煤层平均厚度*煤层平均密度工业广场面积的取值，依据设计井型大小按煤矿设计规范中煤矿工业广场占地指标所列数值的规定选取。表24 工业广场占地指标表井型（万吨/年）指标（公顷/10万吨）4006000.450.62403000.70.81201800.91.045901.21.3（指标中小井取大值，大井取小值）矿井年设计能力为240万t，按中所列数值规定选取1.0公顷/10万t工业广场面积为1.0/102400.8=19.210平方米工业广场长度（取整后）为600m,宽度为400m。在工业广场矩形外缘加上15m宽的围护带,其工业广场压煤损失量由图22得出。地表层厚度为50m，地表层移动角及岩层移动角见表2-3-1。表25 地表层移动角及岩层移动角 地表层 厚度（m）(0)(0)(0)(0)5045757570图22 用垂直断面法确定建筑物下安全煤柱2.工业广场保护煤柱经计算得：梯形高度h=971m；梯形上底AB=920m；梯形下底CD=1029m，得 S底=0.5（743+778）978=743769m2。式中：P1保护煤柱量， S工业广场煤柱保护面积， r煤的容重， h煤层厚度；则：P1=743769（2.201.36+2.761.51+2.541.42)=801万t2.3.2 断层煤柱损失断层长约2790m，两侧各留30m保护煤柱。P2=Lhr式中：P2断层煤柱损失, L断层长度， h保护煤层厚度，r煤的容重；则： P2=2790302（2.201.36+2.761.51+2.541.42)=181万t2.3.3 井田边界保护煤柱井田边界保护煤柱线长约24085m，根据设计要求，边界煤柱取30m煤损 ：P=30LhrL井田边界保护煤柱线长度，h煤层厚度，r煤容重P3=3024085（2.201.36+2.761.51+2.541.42)=778万t 保护煤柱总的储量损失为：801+181+778=1760万t可采储量由公式22计算： (22)式中：Zg-矿井工业储量，万t； P-保护煤柱损失储量，万t； C-采区回采率，取80%。则，Zk=（33100-1760）80%=25072万t3.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规定：矿井设计生产能力按年工作日300天计算。所以，本矿井设计年工作日数为300天。矿井每昼夜净提升时间16小时。这样充分考虑了矿井的富裕系数，防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或改扩建。因此本矿设计每昼夜净提升时间为16小时。矿井工作制度设计采用“四六”工作制，即三班采煤，一班准备，每班净工作时间为6个小时。3.2 矿井设计生产能力及服务年限3.2.1 矿井生产能力的确定由于范各庄矿井田范围大，煤炭储量丰富，地质构造较简单，煤层生产能力大，开采技术条件好，应建设大型矿井，初步确定矿井生产能力为240万t/年。3.2.2 矿井服务年限的核算矿井服务年限的计算公式为： T= (31) 式中T矿井的服务年限，a； Zk矿井的可采储量，万t； K矿井储量备用系数，取K=1.4； A矿井设计生产能力，万t/a。由第二章计算结果可知：矿井可采储量为25072万t，则矿井服务年限为 T=25072/(2401.4)=74.6a60a经过矿井服务年限的核算，符合煤炭工业矿井设计规范之规定，因此最终确定矿井的生产能力为240万t/a。4.井田开拓4.1 井田开拓的基本问题 开拓设计是矿井设计的关键，它直接关系到矿井的布局，关系到矿井长远的技术经济效益，关系到安全生产。4.1.1 井筒形式及数目的确定1、井筒形式的确定根据范各庄井田的地表及煤层等实际情况，现依据范各庄井田地表、地质构造、煤层赋存等因素，对井筒形式进行比较,首先要在技术上合理,经济上再做比较确定.平硐开拓：在侵蚀基准面以上的山岭或丘陵地区的煤层，由地面开凿通向煤层的平硐，可利用平硐开拓煤田的全部或一部分。平硐是最简单的形式, 可根据本设计井田的地形地质及煤层赋存情况可以看出平峒井筒开拓方式在技术上不合理应该予以否定。斜井开拓：对于表土层较薄、煤层赋存较浅、水文地质条件简单的煤田，一般都可以采用斜井开拓。斜井开拓在各种倾角煤层开拓中都得到了广泛的应用。立井开拓：适应性很强，可用于各种地质条件，同时在技术上也成熟可靠。一般在表土层厚、煤层赋存深时，应采用立井开拓。综合范各庄煤矿的实际情况：（1）表土层较厚，平均为50m，且风化严重；（2）地处平原，地势平坦，地面标高平均为+30m左右，煤层埋藏较深，距地面垂深在380930m之间。（3）井田范围内煤层倾角59，平均7，为缓倾斜煤层。因此，斜井开拓和平峒开拓均不适用于范各庄矿，确定井筒形式为双立井。4.1.2 工业广场及井口位置的确定1）工业广场及井口位置的确定（1） 对初期开采有利，即储量必须可靠，井巷工程量省，建井工期较短。（2） 应使井田两翼储量大致平衡，即井筒应位于储量中心，利于井下运输、通风和开采系统布置，减少生产经营费用。（3）尽量不占良田、少占农田。充分利用地形地貌布置工业广场，以便使地面生产系统合理，便于与外界沟通，使运输方便。（4） 井筒应尽量避免穿过流沙层、较大含水层、较厚的冲积层、有煤和瓦斯突出的煤层以及较大面积的采空区和大断层，以减少施工困难，并尽量少压煤。（5） 工业广场和井筒应有良好的工程地质条件，不受洪水、岩崩、泥石流、滑坡及森林火灾的威胁。通过以上分析，考虑到范各庄矿实际情况：南北方向短，东西方向长及井田断层褶曲的影响。为了减少煤柱损失，缩短煤炭外运距离，减少运输费用，平衡井田两翼的运输和通风系统，范各庄矿工业广场和主、副井井口布置在井田中央，对于本矿井井田中央也大致是井田储量中央。2）风井位置的确定风井位置应根据通风系统合理选择（1）采用中央边界式通风系统时，主、副井筒设在井田中央，风井设在井田上部边界中央。 （2）采用中央并列式通风系统时，进、回风井并列在工业广场内。一般可利用其一井筒进风，另一井筒回风，主副井筒相距3050m。大型矿井相距可达60100m，并在井田上部边界附近设安全出口，如果矿井水文地质条件简单，无突水危险时，且主副井筒均能上下人员，也可以单独设置安全出口。 （3）采用对角式通风系统时，风井设在井田两翼上部边界。 （4）采用分区式通风系统时，回风井设在各采区的上部边界。 根据范各庄矿的生产实际，为保证井下生产时有足够的风量，本矿井开采前期采用中央边界式通风，风井设在井田北部边界。4.1.3 开采水平的确定及采区划分开采水平的确定是矿井设计的关键，它直接关系到矿井的基本建设投资及生产经营费用，是矿井开拓的重要参数。开采水平高度根据煤层赋存条件、生产技术水平及水平接替等因素综合考虑确定。设计时从以下几个方面进行分析论证：（1）是否有合理的阶段斜长；（2）阶段内是否有合理的区段数目；（3）要保证开采水平有合理的服务年限和足够的储量。（4）要使水平高度在经济上合理。其中开采水平有合理的服务年限很重要，必须符合规范规定，水平高度可按表41选取。表41 矿井阶段垂高表井型缓倾斜、倾斜煤层急倾斜煤层大、中型矿井150250100150小型矿井8012060100 本井田煤层上以-200m为界，下以-900m底板等高线为界，两侧人为划定界限。井田走向8700m，倾斜长3600m，井田内有三个可采煤层，平均倾角为70左右，5#煤层与9#煤层间距为20m，9#煤层与12#煤层间距为30m。本矿井属于低瓦斯矿井。4.1.4 采区划分及其布置采区划分应遵循以下原则： （1）采区宜双翼布置，当受地质条件限制时，或在安全上有特殊要求时，可以单翼布置。采区走向长度的确定应以技术上可行、经济上合理为原则。（2）开采煤层群时，宜集中或分组布置采区。煤层群分组时，应根据具体的矿山地质和开采技术条件，综合考虑技术经济上的合理性。在矿山地质条件方面，应将层间距较近的煤层化为一组，但要适当注意个煤层的倾角、厚度、顶底板岩性的一致性以及地质构造方面的情况，以利于开采。根据我国经验，当煤层间距小于2030m时，适合采用联合布置采区；煤层数多、可采总厚度大时，采用联合布置更为有利。关于在开采水平范围内的采区布置问题，应考虑：矿井初期开采的采区，应尽量布置在井筒附近，贯彻先进后远、采区前进式开采的原则，逐步向井田边界扩展；应优先考虑布置中央采区的可能性；主、副井和风井的贯通距离应尽量缩短；对倾角小于16的煤层，采用上下山同时布置采区；初期开采的采区，应尽量布置在高级储量内。在井田范围内，采区的开采顺序，一般采用前进式（即从井田中央开始，向井田两翼边界推进的方式）；如采用上下山开采时，上山阶段可采用前进式，下山阶段采用后退式。煤层组与组间的开采顺序是：原则上采用下行式，即先采上组煤层，依次开采下组煤层。但在煤层间距远，上下山煤层不受采动影响时，经论证可行时，也可先布置下组煤的开采。矿井开拓水平内同时生产的采区个数应符合“规范”规定，如表42：表42 各类矿井采区个数矿井设计生产能力（Mt/a）采区个数2.4，3.00以上351.5，1.8230.9，1.220.6及以下12结合上述原则，本井田按断层、煤层开采和井田边界划分为8个采区。4.2 井田开拓设计方案比较4.2.1 开拓方案技术比较 本井田煤层上以-250m为界，下以-900m底板等高线为界，两侧人为划定界限。井田走向8700m，倾斜长3600m，井田内有三个可采煤层，平均倾角为70左右，5#煤层与9#煤层间距为20m，9#煤层与12#煤层间距为30m。本矿井属于低瓦斯矿井。 根据以上分析，现提出以下几种方案,分析如下：方案一：双立井两水平上下山式主、副井均为立井，布置于井田储量中央，设-450和-700两个水平，采用上下山式准备方式沿水平上下分两个阶段。如图41所示。 图41 方案一示意图方案二：双立井单水平上下山式加暗斜井延深主、副井均为立井，布置于井田储量中央，在-450布置一个水平采区上下山式准备，通过暗斜井延深到-750水平。如图42所示。图42 方案二示意图方案三：双立井三水平开拓主、副井均为立井，布置于井田储量中央，在-400、-600和-900布置三个水平采区上山式准备。如图43所示。图43 方案三示意图方案四：双立井两水平开拓加暗斜井延深主、副井均为立井，布置于井田储量中央，在-500和-700布置两个水平采区上山式准备，后期利用暗斜井延深到达-900水平。如图44所示。图44 方案四示意图方案1和方案2的区别仅在于第二水平是用暗斜井开拓还是直接延深立井。两方案的生产系统比较简单可靠。两方案对比第一方案需多开立井井筒，阶段石门和立井井底车场，并相应的增加了井筒和石门的运输、提升、排水费用。而方案2则多开暗斜井井筒、一水平石门和暗斜井的上、下部车场，并相应的增加了斜井的提升和排水费用。粗略估算表明：方案2的总费用比方案1约高16%，并考虑到方案1的提升、排水工作的环节少，人员上下较方便，在方案2中未计入暗斜井上、下部车场的石门运输费用，以及方案1在通风方面优于方案2，所以决定选用方案1。方案3和方案4的区别也仅在于第三水平是用暗斜井开拓还是直接延深立井。两方案对比第一方案需多开立井井筒，阶段石门和立井井底车场，并相应的增加了井筒和石门的运输、提升、排水费用。而方案2则多开暗斜井井筒和暗斜井的上、下部车场，并相应的增加了斜井的提升和排水费用。粗略估算表明：方案3的总费用比方案4约高5%，两者相差不到10%，仍可视为近似相等。考虑到方案3的提升、排水等环节都比方案4更少，生产系统更为简单，工作的环节少，人员上下较方便，所以决定采用方案3。余下的方案1和方案3均属技术上可行，两者相比，虽然方案3的总投资要比方案1高些，但是其初期投资较少，生产经营费也可能略低一些。因此，两方案需要通过经济比较才能确定其优劣。4.2.2 经济比较表42 粗略估算费用表项目方案1方案2基建费/万元立井开凿2250300010-4=150主暗斜井开凿1650105010-4=173.25石门开凿184380010-4=147.44副暗斜井