阳煤集团新元矿2.4Mta新井设计

毕业设计（论文）题目：阳煤集团新元矿2.4Mta新井设计学生所在校外学习中心： 批次 层次 专业： 学 号： 学 生： 指导教师： 起止日期： 目 录1.1 矿区概述11.1.1交通位置11.1.2地形地貌11.1.3 河流及水体21.1.4 气象及地震21.1.5矿区工农业生产概况21.1.6煤田开发情况31.1.7水源及电源31.2 井田地质特征31.2.1 井田地质构造31.2.2 水文地质61.2.3 其它有益矿产81.2.4地质勘探程度91.3 煤层特征101.3.1 煤层101.3.2 煤质111.3.3瓦斯121.3.4煤尘及煤的自燃性131.3.5矿井地温132.1井田境界及可采储量142.1.1井田范围142.1.2可采储量142.1.3矿井设计生产能力及服务年限172.2井田开拓182.2.1井田开拓的基本问题182.2.2井口及工业场地位置的选择192.2.3井田开拓方案:272.2.4矿井基本巷道272.2.5大巷运输设备选择：382.2.6矿井提升433.1煤层的地质特征443.1.1 煤层453.1.2 煤质463.1.3瓦斯463.1.4煤尘及煤的自燃性463.1.5邻近矿井及本井田瓦斯463.2 带区巷道布置及生产系统473.2.1带区走向长度473.2.2分带斜长及数目473.2.3煤柱尺寸的确定473.2.4确定带区巷道的联络方式483.2.5开采顺序493.2.6带区生产系统493.2.7带区生产能力493.2.8带区车场设计503.3采煤方法533.3.1采煤工艺方式533.3.2回采工作面主要参数的确定543.3.3 带区巷道布置564.1矿井通风系统选择604.1.1设计原则及考虑因素604.1.2通风方式确定614.1.3通风方法确定664.2带区通风664.2.1带区通风总体要求674.2.2带区通风的基本要求674.2.3工作面通风方式674.3掘进通风694.3.1掘进通风方法694.3.2掘进面需风量计算704.3.3掘进面的设计714.4矿井需风量744.4.1矿井需风量计算的标准及原则744.4.2矿井需风量的计算754.4.3风量分配794.4.4通风构筑物814.5矿井通风阻力计算814.5.1矿井通风阻力814.5.2矿井总风阻、等积孔计算864.6矿井主要风机选型884.6.1主要风机选型884.6.2电动机选型934.7矿井反风措施及装置954.7.1矿井反风的目的和意义954.7.2反风方法及反风装置954.7.3区域性反风和局部反风964.7.4通风机房布置图964.8概算矿井通风费用974.9阻止特殊灾害事故的安全措施994.9.1防治瓦斯爆炸的措施994.9.2防火措施1004.9.3防水制度1004.9.4防尘制度1004.9.5预防自燃的措施1014.9.6 预防井下水灾的措施1015.1矿井粉尘概况1025.2防尘措施1035.2.1各种防尘措施1035.2.2采掘工作面防尘、降尘措施1045.2.3煤层注水防尘及注水系统1045.2.4建立井下消防、洒水（给水）系统1075.3防爆措施1085.3.1预防煤尘爆炸的一般性措施1085.3.2井下电气设备防爆措施1095.4隔爆措施1095.4.1隔爆措施1095.4.2隔爆水棚1105.5矿井地面生产系统防尘1455.5.1防尘系统简介1455.5.2防尘措施及装备1465.6煤尘爆炸1525.6.1煤尘爆炸的机理及特征 1煤尘爆炸的机理1525.6.2煤尘爆炸的条件1535.6.3影响煤尘爆炸的因素1545.6.4煤尘爆炸性鉴定1555.6.5预防煤尘爆炸的措施1555.6.6煤尘爆炸区别于瓦斯爆炸的特有标志1555.7事故预防及处理计划1555.7.1避灾路线1555.7.2事故期间通风方法1561. 问题的提出1572. 巷道贯通时瓦斯事故隐患分析1572.1 矿井瓦斯概况1572.2 巷道贯通时瓦斯事故隐患的形成1582.3 原因分析1583.解决的办法和措施1583.1选择巷道贯通地点应注意的几个问题1583.2 巷道贯通要采取的措施1594.工作面与回风斜巷贯通安全技术措施1621 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1交通位置矿井位于山西省寿阳县境内，隶属于山西新元煤炭有限责任公司，是阳泉矿区寿阳新区待开发的矿井之一。矿井工业场地距寿阳县城约5km。在井田东北部有寿阳段王运煤铁路专用线；在井田东南部有石太铁路线，经寿阳车站可达全国各地。寿阳站至各大城市里程见表1.1。表1.1 寿阳站通往各大城市里程表地名石家庄北京秦皇岛连云港上海郑州西安里程（km）铁路1504338319881416562732公路16048575013501750570在井田北部有太原至旧关高速公路和307国道东西向通过，拟建的矿井工业场地紧邻307国道，交通十分方便，矿井交通位置详见图1.1。图1.1交通位置图1.1.2地形地貌井田位于寿阳构造堆积盆地区，属黄土丘陵地貌。梁、峁发育，沟谷密集，多呈“U”型。地势西高东低，南高北低，最高点标高1267m，位于西南部的燕子山，最低点标高1030m，位于吴家崖村旁黄门街河床内，一般标高在1100m左右，最大高差237m，相对高差一般为40100m。井田内大面积被新生界红、黄土覆盖，仅在南部沿冲沟有少量基岩出露。 1.1.3 河流及水体井田内河流属黄河流域汾河水系，主要河流有白马河、黄门街河及大照河，黄门街河和大照河均为白马河的支流。白马河自西向东南从井田北部流过，在芦家庄村汇入潇河。黄门街河自西南向东北流经井田，在黄门街村南汇入白马河。大照河在井田南部自西而东经大照村和冀家庄后向南汇入白马河。白马河平时流量较小，而黄门街河和大照河平时干涸，仅雨季有水，均属季节性河流。1.1.4 气象及地震井田地处黄土高原，气候干燥。气温昼夜变化较大，蒸发量为降雨量的3.5倍左右，属暖温带季风气候区域。1、降水量：平均年降水量505.41mm，多水年(1977年)达806.2mm，少水年最低仅235.3mm(1972年)。降水量主要集中于78月份，占全年降水量的48%。2、蒸发量：平均年蒸发量1754.16mm，年最高达2265.0mm，年最低为1483.8mm(1990年)。3、气温：年平均气温为7.6。一月份最冷，平均气温为-8.8，极端最低气温约-26.2。七月份最热，平均气温21.6，极端最高气温为35.7。4、风向及风速：风向夏季多为东南风，冬季为西北风。年平均风速2.48m/s，最大月平均3.9m/s(1979年1月)，最小月平均1.0m/s(1988年9月)。5、霜期及冻土深度：初霜期在9月中旬，终霜期在次年4月，有时可延至5月，长达78个月之久，气候寒冷，故有“冷寿阳”之称。全年无霜期平均148天。最短109天，最长192天。最大冻土深度1.1m。6、地震根据中国地震动峰值加速度区划图本区动峰值加速度为0.15g，地震烈度为七度区。1.1.5矿区工农业生产概况井田地处寿阳县，该县由于地属低山、丘陵地区，土地贫瘠，又受干旱影响，农业生产产量较低，一般亩产200kg左右。粮食植物以谷子、玉米、高粱、豆类为主，小麦次之，也产一定数量的油料等经济作物。随着经济改革的不断深入，农、林、牧、副业都有了一定程度的发展。矿区内工业有炼铁、水泥、农机大修、石料、电力、纺织、副食加工等企业。1.1.6煤田开发情况根据阳泉矿区总体部署，阳泉矿区划分为生产区、平昔区(续建区)和寿阳区(新区)三个区。生产区有四个矿井，即一矿、二矿、三矿和四矿。2000年各矿原煤产量分别为3.46Mt、2.44Mt、1.23Mt，总计7.13Mt。平昔区为续建区，有五矿（生产矿井）和六矿（待建矿井）两个矿井，2000年五矿的原煤产量为1.0Mt。寿阳区规划有七矿(本矿)、八矿(南燕竹)、九矿(于家庄)、十矿(七里河)四个矿井，建设规模为七矿1.8Mt/a、八矿3.0Mt/a、九矿3.0Mt/a，总建设规模为8.1Mt/a。其中七矿为本矿（新元矿）。本井田北部原规划有黄丹沟、段王、平头和平舒四个地方煤矿，其中平头和平舒两矿尚未开工建设，其余两个为县办矿。黄丹沟矿系由小窑逐渐发展起来的县办煤矿，现已被阳煤集团兼并，目前正在进行技术改造，将形成0.9 Mt/a的生产能力；段王煤矿设计生产能力0.45 Mt/a，实际产量约0.3Mt/a，开采煤层为3、8、9号。上述两个生产矿井开采强度较低，已采面积不大，且均位于浅部，其开采对本井田的开拓与开采无不良影响。1.1.7水源及电源根据中国煤田地质总局华盛水文地质勘察工程公司第三工程处编制的“山西省寿阳县白家庄水源地岩溶水供水水文地质勘探报告”，在白家庄附近草沟背斜中段可建一个集中供水水源地，水量丰富，水质尚好，可作为矿井及矿区永久水源，水源可靠。距矿井工业场地约1km，有白家庄220kV变电站，220kV变电站双回电源分别引自太原辛店变电站和阳泉附近的娘子关电厂。本矿井110kV两回电源引自白家庄220kV变电站，供电电源可靠。1.2 井田地质特征1.2.1 井田地质构造.地层井田内大部为第四系黄土覆盖，局部零星有基岩出露。地层由老到新简述如下：1.奥陶系中统峰峰组(O2f)为含煤建造基底，以深灰色、灰色厚层状石灰岩和白云质灰岩为主，中部夹有石膏层和浅灰色泥灰岩。井田内钻孔揭露最大厚度为149.91m。2.石炭系(C)(1) 中统本溪组(C2b)：厚度33.5073.14m，平均55.17m，中、南部较厚，与峰峰组呈平行不整合接触。底部为G层铝土矿及山西式铁矿，其上由砂质泥岩夹砂岩、灰岩及煤线组成。灰岩25层，一般3层，第二层较为稳定，夹有粗粒石英砂岩及不稳定的煤线。本组属于泻湖堡岛环境沉积。(2) 上统太原组(C3t)为主要含煤地层之一。厚度112.21138.97m，平均126.21m。其顶界为K7砂岩的底面，与下伏地层呈整合接触。以15号煤层顶面或其相当层位、K4石灰岩顶面为界线，将太原组分为三段。 下段：从K1砂岩底至15号煤层顶或其相当层位，厚度26.0865.85m，平均41.63m。由石英砂岩、砂质泥岩、泥岩及15、15下及16号煤组成。15号煤为主要可采煤层，15下号煤为局部可采煤层，16号煤为不可采煤层。本段属于堡岛泻湖、潮坪环境沉积。 中段：从15号煤层顶至K4石灰岩顶面，厚度30.1068.53m，平均44.88m。由K2下、K2、K3、K4等4层石灰岩和11、11下、12、13及13下号等5层煤以及砂岩、泥岩等组成。本段属于台地泻湖、潮坪环境沉积。 上段：从K4石灰岩顶面至K7砂岩底，厚度25.3052.60m，平均39.70m。主要由灰灰黑色砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层等组成。本段含煤4层，依次为8、8下、9上和9号煤层，其中9号煤层为较稳定煤层，8号煤为不稳定煤层。本段属于三角洲环境沉积。3.二迭系(P)(1) 下统山西组(P1s)：为井田内另一主要含煤地层，厚度38.6670.84m，平均52.96m。其顶界为K8砂岩的底面，由灰浅灰色中、细粒砂岩及深灰灰黑色砂质泥岩、泥岩和煤层组成。3号煤属稳定煤层，6号煤为不稳定煤层。3号煤层上覆砂岩(K8下砂岩)对其局部有冲刷。6号煤层顶、底板常为铝质泥岩。本组属于过渡环境沉积。(2) 下统下石盒子组(P1x)：本组顶界为K10砂岩之底。厚度114.09147.90m，平均129.56m。以K9砂岩将该组分为上、下两段。 下段：由黄绿、灰绿、灰黑色砂质泥岩、泥岩与灰黄色中、细粒长石石英砂岩组成。该段属于三角洲环境沉积。 上段：由灰黄、黄绿色中、粗粒长石石英砂岩、砂质泥岩组成。顶部有13层全井田基本稳定的铝质泥岩，俗称“桃花泥岩”。本组属于河湖环境沉积。(3) 上统上石盒子组(P2s)：本组顶界为硅质岩的顶部即K13砂岩的底部。厚度353.80438.45m，平均383.34m。以K12砂岩将本组分为下、中两段。 下段(P2s1)：K10砂岩底界至K12砂岩底界，厚145.2187.88m，平均170.02m。以黄绿、灰绿色细砂岩和灰绿、暗紫色砂质泥岩为主，夹黄褐、紫褐色泥岩。 中、上段(P2s2+3)：底界为K12砂岩，厚160.00258.00m，平均200.22m。由黄绿、暗紫色中、细砂岩与暗紫、黄褐、紫灰色砂质泥岩互层组成。(4) 上统石千峰组(P2sh)：其顶界为K14砂岩之底。出露于井田西南于家庄村和南部一带，厚度100.00127.00m，平均112.25m。岩性为暗紫色、黄绿色砂岩、砂质泥岩及泥岩。本组属于河湖环境沉积。4.中生界三迭系刘家沟组(T1l)：出露于井田西南部及南部，井田内最大出露厚度仅60m左右。主要由浅红色细粒长石砂岩组成，间夹薄层紫红、暗紫色砂质泥岩及粉砂岩。5.新生界(K2)井田内发育第三系上新统及第四系，厚度3.22110.68m。新生界在中部偏西及东部保存较厚，西南及南部保存较薄。一般分为砂土、亚砂土、亚粘土、粘土四种类型。与下伏基岩呈角度不整合接触。(1)第三系上新统静乐组(N2j)：厚010.03m，底部为砂石层，中上部为灰黄、鲜红、暗红色粘土、亚粘土。(2)第四系下更新统泥河湾组(Q1n)、午城组(Q1w)：广泛分布于冲沟及半坡上。泥河湾组底部为粒径210mm砾石层及钙质结核，中、上部由黄灰色亚粘土、亚砂土夹泥灰岩薄层组成。午城组由橙红色粘土、亚粘土夹红棕色古土壤数层组成。泥河湾组厚024.34m，与下伏基岩呈不整合接触。午城组与泥河湾组呈整合接触，厚08.54m。(3)第四系中更新统离石组(Q2l)：广布于沟谷及两侧。由淡黄、淡红色亚粘土夹棕红色古土壤层组成。厚047.44m。(4)第四系上更新统马兰组(Q3m)：广布于梁、峁之上。主要由淡黄色亚砂土组成，厚4.827.15m。(5)第四系全新统(Q4)：主要分布于黄门街河、大照河及其支流河谷内，由淡灰色砂、砾石组成。厚123m。井田地层综合柱状见图1.2。煤层围岩性质 图1.2.地质构造本井田位于寿阳区中南部，基本构造形态为一单斜，近东西走向，向南倾斜，倾角312，一般小于10，平均角度6。在此单斜基础上发育次一级的宽缓褶曲和一些短轴褶曲。较大的褶曲为位于井田西北部的大南沟背斜和蔡庄向斜以及井田东部的草沟背斜。井田内无断层，没有岩浆岩侵入的影响。综观井田构造应属于简单类略偏中等。1.2.2 水文地质该井田处于娘子关泉域奥灰岩溶水的深循环弱径流区。.含水层1、中奥陶统石灰岩岩溶水含水层组井田内奥灰处于深埋区，一般埋深700900m，最大埋深超过1000m，由北往南埋深逐渐加大。本统分上、下马家沟组和峰峰组。上马家沟组为本统主要含水层，该组岩溶发育，富水性强，层厚42.20m，单位涌水量为5.30L/s.m，水位标高+610m。峰峰组主要由石灰岩、白云质灰岩和白云岩组成。该组岩溶发育程度低且不均衡，富水性弱，含水层多以上部和中部的石灰岩为主，含水层厚14.95m，单位涌水量为0.00857L/s.m，水位标高为+783.27m。2、石炭系上统太原组石灰岩溶隙及砂岩裂隙含水层组太原组含水层组主要由K2下、K2、K3、K4等石灰岩组成，其次为K1灰岩和K 5、K6等砂岩。K2下与K4间距为29.2068.53m，平均44.88m。本组石灰岩岩溶及裂隙均不发育，仅有少量溶隙和砂岩裂隙含水，为弱含水层。其单位涌水量为0.02L/s.m，水位标高+775.16m。3、二迭系下统山西组砂岩裂隙含水层组山西组含水层主要有K7、K8下等砂岩组成。K7砂岩平均厚6.73m，K8下砂岩平均厚6.26m。本组单位涌水量为0.028L/s.m，水位标高+799.49m，为弱富水性含水层。4、二迭系石盒子组、石千峰组、三迭系刘家沟组砂岩裂隙含水层组下石盒子组含水层主要由K8等砂岩组成。本组一般裂隙不发育，其单位涌水量为2.65L/s.m(比实际偏大)，水位标高为834.11m。总体上仍属弱富水性含水层。上石盒子组含水层主要由K12等砂岩组成。本组一般裂隙不发育，其单位涌水量为0.0480.23L/s.m，水位标高+1050.92+1083.27m，属弱中等富水性含水层。石千峰组在沟谷中有出露，含风化裂隙水，流量均小于1L/s，属弱富水性的含水层。刘家沟组仅分布于大照村以西的南部边界地带，沟谷中有出露，含风化裂隙水，为弱含水层。5、第四系砂砾石层孔隙含水层更新统含水层主要由砂砾石层组成，为孔隙含水。根据水井抽水试验，涌水量可达826.0m3/d，为较丰富含水层。全新统砂砾石层，主要分布于白马河及较大支流河谷中，接受大气降水或河水补给。单位涌水量为0.088L/s.m，水位标高+1059.16m，属弱富水性的含水层。.隔水层奥陶系顶面至15号煤底板间的岩层，厚81.53115.22m，平均95.45m，以泥质岩类为主，裂隙不发育，具有良好的隔水性能，对奥灰水进入煤系能起到阻碍作用。石炭、二迭系含水层间均夹有较厚的泥质岩层，这些岩层均具有较好的隔水性能，可视为隔水层。.构造对地下水的控制大南沟背斜轴部地层裂隙较发育，为富水地段。蔡庄向斜轴部构成地下水汇水构造，但其水量有限。草沟背斜轴部岩石裂隙较发育。.地水层的补给、径流、排泄条件大气降水是井田内地下水的主要补给来源。地下水类型主要为承压水，潜水分布很有限。承压水补给条件除奥灰水较好外，其余都不好。井田奥灰水属娘子关泉域，处于娘子关泉域的深循环弱径流区，井田北部奥灰水径流条件较好，井田南部因资料缺乏，无法确定。奥灰水总的排泄区为娘子关泉。石炭二迭系含水层的承压水，受岩溶、裂隙发育程度的控制，其径流、排泄条件都比较差。基岩风化带裂隙水及第四系砂砾石孔隙水，径流条件相对较好，排泄途径也较多，可以通过泉、地面蒸发和人工采水等方式排泄。.井田水文地质类型井田矿床水文地质类型可划分为两类：山西组煤主要为第二类第一型，即水文地质条件简单的顶板间接充水的裂隙充水矿床；太原组煤为第三类第一亚类第一型，即水文地质条件简单的顶板间接充水的以溶蚀裂隙为主的岩溶充水矿床。.充水因素分析1、邻近井充水条件井田内无老窑和生产矿井分布，在井田北部的煤层埋藏浅部有10多个生产矿井，大部分矿井的充水含水层为煤层上方的砂岩或石灰岩含水层，段王矿、黄丹沟矿和石门矿有基岩风化带裂隙水进入。北河坡矿、宗艾矿、蔡家堡矿和百僧庄矿遇小规模陷落和断层，陷落和断层内均基本不含水。百僧庄矿大巷在河床下130m左右通过，冲积层水对矿井影响极小。2、矿井充水因素分析根据计算资料，3号煤采后导水裂隙带波及不到地表水、全新统孔隙水和基岩裂隙水，因此15号煤矿床的主要充水含水层为其上覆K8下砂岩及下石盒子组砂岩裂隙含水层。根据已有资料和邻近矿井资料，井田内的断层及陷落柱对矿床充水影响不大。需要指出，随着矿床的开采，矿体周围的水文地质条件不断地发生变化，因此需要在生产过程中加强预防。.矿井涌水量根据阳煤集团对黄丹沟矿井生产资料的调查结论，矿井正常涌水量680m3/h，最大涌水量1000m3/h。1.2.3 其它有益矿产井田内除埋藏着丰富的煤炭资源外，还赋存有一些其它矿产，简述如下：1、铝土岩主要为本溪组底部之G层铝土，厚0.8219.82m，平均9.93m，Al2O3含量17.7149.53%，平均33.82%；SiO2含量29.0561.20%,平均为40.60%；铝硅比值为0.83，未达工业品位。其次为下石盒子组顶部的铝质泥岩，俗称“桃花泥岩”，井田内有13层，厚2.0014.48m, Al2O3含量20.8122.00%，无开采利用价值。2、铁矿主要为山西式铁矿，产于本溪组底部，奥陶系风化面之上，呈鸡窝状分布，极不稳定，厚04.5m，平均0.79m，为黄铁矿与铝土混生体，Fe2O3含量7.0851.52%，平均31.37%。St含量5.3033.82%，平均17.58%，含硫品位可达级工业指标，因分布极不稳定，品位变化大，埋藏深，无开采利用价值。3、石灰岩赋存于奥陶系、石炭系本溪组和太原组，以奥陶系石灰岩为主，CaO含量31.3149.16%，平均43.67%；MgO含量0.374.43%，平均1.97%；SiO2含量1.0017.55%,平均为6.29%。可以用作水泥原料、煅烧石灰及建筑材料，限于其埋藏较深，难以开采利用。4、石膏赋存于奥陶系中统峰峰组的下部，厚度不大，CaO含量28.4832.24%，平均30.36%；MgO含量4.445.36%，平均4.90%；SiO2含量8.7011.75%,平均为10.23%。品位较低，又因埋藏较深，不易开采，无经济价值。5、粘土产于第四系中，分布广泛，是当地居民用来烧制砖瓦的天然原料。6、煤中稀散元素各主要可采煤层中锗、镓、铀、钍、钒含量最大值均达不到工业品位。 1.2.4地质勘探程度1、 地质勘探及报告的编制情况井田地质勘探由两部分组成，一部分为1988年完成的详查地质报告，一部分为1992年完成的精查地质报告，详查地质报告已得到了行业管理部门的批准，精查地质报告1993年1月山西省矿产储量委员会以晋储决字(1992)17号审批通过。为了完善矿井地质报告，阳煤集团2002年12月完成了矿产资源储量核实报告，国土资源部以国土资储备字（2003）17号文予以备案证明。2、勘探程度评述该项目地质勘查工作的类型确定正确，手段选择基本合适，工程布置较合理，各项工程质量良好，内容齐全，勘探基本网度控制合理，可以满足设计的要求。3、地质构造对开采影响的评价井田基本构造形态为单斜，在此基础上发育有宽缓褶曲和短轴褶曲，断层稀少，属简单略偏中等，对机械化开采比较有利。4、煤层对比的可靠性、稳定性分析及对开采的影响本井田主要含煤地层沉积稳定，旋回结构明显，标志层及煤层本身特征突出，主要可采煤层可采边界规则，厚度变化规律明显，对比可靠，稳定可采，对开采无不良影响。5、地质储量的复核、验算；高级储量的范围、储量是否满足设计的要求储量计算方法正确，各项参数的选择符合有关规范规定，级别划分合理，精度符合各级别一般要求，高级储量比例符合规范、设计的要求。6、水文地质、瓦斯等级、煤质分析等资料的精确程度，及对开采的影响查明了本区的水文地质条件，确定了水文地质类型，分析了充水因素，预测了矿井涌水量，落实了供水水源地。资料比较准确，对开采影响不大。详细了解了各主要可采煤层的瓦斯情况，但对瓦斯的主要参数了解不多，对开采影响较大。煤质分析基本可靠，对开采影响不大。7、地质资料存在的问题及应补充勘探工作的建议(1)本矿井为高瓦斯矿井，瓦斯问题直接影响矿井生产。因此对井田内的瓦斯赋存情况，还需进行补充研究，以便准确地确定瓦斯参数，为瓦斯抽放和矿井通风提供可靠的设计依据。(2)井田重新划分后，韩庄井田范围有所扩大，扩大部分的勘探程度为详查，需尽快安排扩大部分的补钻工作和对首带区的地震勘探工作。(3)全区水文地质条件简单，但在建设和生产中应加强对断层、陷落柱导水性的研究，并制定措施，以防突发水灾。1.3 煤层特征1.3.1 煤层井田内含煤地层为石炭系上统太原组和二迭系下统山西组，地层总厚平均为179.17m，含煤18层，平均总厚13.81m，含煤系数为7.7%。可采煤层有15号煤层 (其中3号煤层为山西组，9、15、15下号煤层为太原组)，平均总厚度11.73m，可采含煤系数为6.5%。其中3号煤是山西组的主要可采煤层，也是最上一层可采煤层，是初期开采的主要对象；15号煤是太原组的主要可采煤层。各可采煤层分述如下：1、3号煤：位于山西组中部，上距下石盒子组“桃花泥岩”130m左右，K8砂岩30m左右。全井田仅西部边界附近的1、2号孔为不可采点，不可采范围约6.4km2，其余均稳定可采，见煤点厚2.65.2m，平均3.2m；结构简单，一般含一层泥岩夹矸。煤层由西向东由薄变厚，又渐趋变薄，以中厚煤层为主。本层基本属于全井田稳定可采煤层。其顶板为砂质泥岩、泥岩，局部为中、细粒砂岩；底板为砂质 泥岩，局部为细、粉砂岩。2、9号煤：位于太原组上部，K5砂岩上4m左右。煤厚0.105.68m，平均2.29m。属大部可采的较稳定煤层。其顶板为泥岩、砂质泥岩，局部为中粒砂岩；底板为砂质泥岩，局部为细、粉砂岩。3、15号煤：位于太原组下部，K2下石灰岩为其直接顶板。全井田仅东部变薄尖灭，其余范围均稳定可采。煤厚0.277.33m，平均5.5m，一般含12层泥岩夹矸。属稳定可采煤层。顶板为石灰岩，个别点为泥岩；底板为泥岩，局部为炭质泥岩、含炭泥岩及粉砂岩。4、15下号煤：位于太原组底部，15号煤下0.8435.45m，平均11.44m。煤厚0.205.43m，平均1.60m，一般含夹矸24层，局部可采。属不稳定较稳定型煤层。顶板为砂质泥岩，局部为砂岩及炭质泥岩。底板为泥岩、砂质泥岩，局部为粉砂岩及炭质泥岩。可采煤层特征见表1.4：1.3.2 煤质井田内各煤层煤质以贫煤为主，储量占总储量的73%；其次为无烟煤，占26%；其余为贫瘦煤。1.煤的物理性质：本井田煤为黑色、灰黑色的亮煤，有玻璃、强玻璃光泽。断口为参差状、棱角状、粒状、条带状、线理状及粒状结构，层状、块状构造。煤的容重为1.341.51t/m3。表1.2 可采煤层特征表含煤地层煤层编号煤层厚度（m）最小最大平均夹石层数稳定性可采性顶底板岩性山西组P2S150.277.335.5一般含12层稳定可采顶板多为石灰岩、底版多为泥岩2.煤的化学性质及可选性15号煤：为中灰、特低硫、低磷、极易选的贫煤、贫瘦煤，是优质的高炉喷吹煤。层煤均为难熔灰分煤，热稳定性好，易于磨碎。各煤层主要煤质指标见表1.5。1.3.3瓦斯寿阳区为一新区，生产矿井资料较少，从邻近的阳泉区生产资料分析，现采15号煤层属高瓦斯矿井，煤与瓦斯突出也集中于15号煤层，突出形式主要为瓦斯喷出和煤与瓦斯的压出。表1.3 煤层主要煤质指标表煤层编号水分灰分硫分磷分挥发分发热量挥溶点机械强度mad%ad%st%p%v%mj/kg%t()%15号1.5615.091.350.0060.06610.3829.84150065.57根据地质报告预测，15号煤有突出危险。井田内背向斜的轴部及倾伏端交汇处，煤层厚度变化大的部位及顶板冲刷区域等均是瓦斯突出的危险区段，两者或两者以上因素重合部位更为危险。根据2006年煤矿安全规程第133条之规定：矿井瓦斯等级，根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分，矿井相对瓦斯涌量大于10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min，为高瓦斯矿井。对新元矿井，通过大量的实测资料分析研究，在先开采15号煤层时，年生产能力240万吨，矿井相对瓦斯涌出量预测值为240m3/t，矿井绝对瓦斯涌出量大于68m3/min。由此可以得出结论新元矿井瓦斯等级为高瓦斯矿井。1.3.4煤尘及煤的自燃性 1、根据各煤层煤尘爆炸性试验结果表明，火焰长度020mm，一般大于5mm；扑灭火焰的岩粉量040%，一般大于15%。各煤层煤尘均有爆炸性危险。根据各煤层煤的自燃性试验结果，15号煤具有爆炸危险性。2、煤层透气性系数煤是一种多孔隙的介质，在一定的压力梯度下，气体或液体可以在煤体内流动。煤的渗透率与流过的流体性质无关，只与煤结构的渗透性能有关。瓦斯在煤中的流动状态取决于孔隙结构，直径在10-510-4cm的中孔构成了瓦斯缓慢流动的层流渗透区；直径在10-410-2cm的大孔隙构成了速度较快的层流渗透区；直径0.01cm以至更大的肉眼可见的孔隙和裂隙构成层流及紊流的混合渗透区；这部分孔隙构成了渗透容积，它们在煤中的总孔隙比重愈大，其渗透性愈好。西安分院在矿井的首带区通过地面钻孔打钻测试得出15号煤层透气性系数为0.017（m2/Mpa2d）。1.3.5矿井地温本井田恒温带深度为5060m，温度为11。地温梯度为1.133.13/100m，平均2.11/100m，属地温正常区。2 井田开拓2.1井田境界及可采储量1）井田划分的依据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）井田范围内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，处理号相邻矿井间的关系。2.1.1井田范围根据山西省国土资源厅晋矿采划字（2002）第39号文，井田范围由以下5点座标圈定（为了与地质资料统一，列出换算后的坐标（60），原批复坐标见附录）：1点： X=38412400 Y=42053502点： X=38412400 Y=42082503点： X=38417500 Y=42082504点： X=38417500 Y=42064005点： X=38416800 Y=4205350井田东西走向长约5.5km，南北倾斜宽2.95km，面积16.23km2。2.1.2可采储量1）矿井工业储量本矿井设计只对15号煤层进行开采设计，15号煤层平均厚度为5.5m。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。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、厚度及倾角余玄相乘所得，其公式一般为：ZgS M R cos 式中：Zg矿井的工业储量； S 井田的倾斜面积，16.23km2； M 煤层的厚度，5.5m； R 煤的容重，1.40t/m； 煤层倾角，6o则：Zg16.235.51.40cos6o 128.21Mt2）矿井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：（1）工业广场保护煤柱；（2）井田境界煤柱损失；（3）采煤方法所产生的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、村庄保护煤柱和防水保护煤柱等。表2.1 煤柱留设方法 名 称留 设 方 法工业广场根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程第72条：工业广场维护带宽度为15m井田边界边界煤柱20m大 巷大巷煤柱每侧30m边界煤柱可按下列公式计算 ZL b M R 其中：Z边界煤柱损失量； L边界长度 b边界宽度M煤层厚度；5.5m R煤的容重；1.40t/m工业广场煤柱留设根据煤炭工业设计规范，工业场地占地指标如下表。表2.2 工业场地占地指标 单位：万t井 型大 型 井公顷/10万t中 型 井公顷/10万t小 型 井公顷/10万t占地指标0.801.101.301.802.003.50注：占地指标中包括围墙内铁路站线的占地面积；井型小的取大值，井型大的取小值；在山区，占地指标可适当增加；附近矿井有选煤厂时，增加的数值为同类矿井占地面积的3040%；占地指标单位中的10万t指矿井的年产量。图2.1工业广场保护煤柱计算示意图工业场地的布置应结合地形、地物、工程地质条件及工艺要求，做到有利生产，方便生活，节约用电。根据上述规定，本井田工业场地占地面积S取值如下：S1.300.90 240/10270.08公顷280800m 故本矿井工业场地的面积为28.08公顷，由于长方形便于布置地面建筑，所以初步设定工业广场为长方形，即长方形长边为936m，短边为600m。由此根据上述已知条件，可得出保护煤柱的尺寸为：由图可得：LAB6001522150tan40450tan72450tan70998mLCD9361522150tan402450tan721148m工业广场保护煤柱为：Q场 LABLCD 5.51.4099811485.51.40882.44万t 工业广场煤柱总计882.44万t。井田边界保护煤柱：Q边=（1.6+0.693+0.45+0.38）5000201.405.5=240.78万t 井田边界保护煤柱为240.78万t。表2.3 可采储量计算表 单位：万t煤层工业储量煤 柱 损 失可采储量井田边界工业广场合计15号12821240.78882.441123.2211697.783）可采储量计算矿井的回收率没有具体规定，为了充分利用煤炭资源，矿井回收率取75%。经计算矿井工业储量为12821万t，全矿永久煤柱损失为1123.22万t。则矿井可采储量（12821-1123.22）0.758773.335万t。2.1.3矿井设计生产能力及服务年限1）矿井工作制度按煤炭工业矿井设计规范规定，矿井设计年工作日为300d，每天三班作业(其中两班生产，一班准备)，每天净提升时间为14h。2）矿井设计生产能力的确定与论证矿井设计生产能力确定为240万t/a。其主要理由如下：（1）本井田煤层储量以稳定、较稳定型为主，倾角一般312，平均角度6，比较适宜综合机械化开采，宜建设现代化大型矿井。（2）井田内地质构造简单，以宽缓的褶曲为主，无断层和陷落柱，无岩浆岩侵入。井田内水文地质条件简单，适合建设大型矿井。（3）3号煤为中灰、低硫、低磷、易选的无烟煤，是优质的煤种。为此，从矿井资源条件、煤层开采技术条件和煤的加工利用以及煤炭外运条件和可研批复等方面综合考虑，矿井年设计生产能力确定为240万t/a比较合理。3）矿井及水平服务年限（1）矿井年工作日数的确定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。（2）矿井工作制度的确定矿井工作制度设计采用“三八”工作制，即二班生产，一班准备，生产班净工作时间为8小时，检修班工作时间为8小时。（3）矿井每昼夜净提升小时数的确定按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井每昼夜净提升时间14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14小时。（4）矿井生产能力的确定由于新元矿井田范围较大，根据下组煤储量及开采条件，煤炭储量较为富裕，煤层生产能力较大，应建设大型矿井，初步确定矿井生产能力为240万t/年。（5）矿井服务年限的核算矿井服务年限的计算公式为： 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K1.3；A矿井设计生产能力，万t/a；由上计算结果可知：矿井可采储量为8773.335万t，则矿井服务年限为：8773.335/(2401.3)28.12a，服务年限为29年。以上结果符合煤炭工业矿井设计规范的规定。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。2.2井田开拓2.2.1井田开拓的基本问题井田开拓是指在井田范围内为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。1、井田开拓主要研究如何布置开拓巷道问题，具体有下列几个问题需认真研究:确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置；合理确定开采水平的数目和位置；布置大巷及井底车场；确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；合理确定矿井通风、运输及供电系统。2、确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则：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，节约建设投资，加快矿井建设。合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。合理开发国家资源，减少煤炭损失。必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。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状态。要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综掘机械化、自动化创造条件。根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。井田地处低山丘陵区，区内梁峁发育，沟谷密集，地形比较复杂，可供选择的工业场地位置较少。井田东北边界靠近寿阳县城，且属井田煤层埋深较浅区域。矿井瓦斯含量较高，矿井通风会直接影响开拓部署。井田内煤层赋存平缓，地质构造简单，对矿井使用现代化设备、建设高产高效矿井有利。2.2.2井口及工业场地位置的选择矿井的工业场地位置选择，在以前的设计阶段已进行了详细的技术经济比较，本次设计根据可研批复意见，将工业场地确定在井田北部距寿阳县城约5km的草沟村附近的白马河滩地上，主要理由如下：1、工业场地靠近寿阳县城，与寿阳县城镇规划相统一，既促进了当地的城镇建设，又可将居住区等后勤服务融于社会之中，不仅对减少辅助设施、辅助人员有利，而且对稳定职工队伍有利。2、工业场地距国铁、国道近，矿井铁路专用线、进场公路建设方便，投资省。3、矿井初期带区布置于低瓦斯区，有利于矿井的稳步发展。双立井开拓图2.2双斜井开拓图2.3主立副斜开拓图2.4主斜副立开拓图2.54、井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井最复杂。平硐开拓受地形条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分储量大致能满足同类型水平服务年限要求。 斜井开拓与立井开拓相比：井筒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、井底车场及硐室都比较简单，井筒延伸施工方便，生产干扰少，不易受底版含水煤层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可以满足特大型矿井提升需要；斜井井筒也可以作为安全出口，井下一旦发生事故，人员可以从主斜井迅速撤离。立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文地质等自然条件的限制。在采深相同的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒通风断面大，可以满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓特别有利；当表土层为富含水的冲积层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产状均特别复杂的能兼顾井田浅部和深部不同产状的煤层。(1)技术比较以上所提出四个方案大巷布置及水平数目均相同，区别在于井筒形式和井筒位置不同，及部分基建、生产费用不同(如 图2.2、图2.3