城郊煤矿240万t新井设计说明书采矿工程专业毕业论文

第158页中国矿业大学2007届本科生毕业设计 摘 要本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。一般部分为城郊煤矿240万t新井设计，共分10章：1.矿区概述及井田地质特征；2.井田境界和储量；3.矿井工作制度、设计生产能力及服务年限；4.井田开拓；5.准备方式-带区巷道布置；6.采煤方法；7.井下运输；8.矿井提升；9.矿井通风与安全技术；10.矿井基本技术经济指标。城郊煤矿位于河南省永城市境内，覆盖城关乡、城厢乡的全部及侯岭、双桥、十八里、将口乡的一部分。东西长约8.5km，南北宽约5.7km，勘探面积约48.1km2。井田内可采煤层为二2煤，其赋存稳定，厚度平均3.5m，倾角平均8.2，为缓倾斜煤层。井田内工业储量为26657.71万t，可采储量为19870.2万t，矿井服务年限为63.69 a。矿井平均涌水量为180 m3/h，相对瓦斯涌出量为2.0m3/t，属低瓦斯矿井；煤尘无爆炸性危险，无自燃发火倾向；地温2930。矿井采用双立井开拓暗斜井延深二水平，第一水平标高为660m，第二水平标高为-800m。前期采用中央并列式通风，后期采用两翼对角式通风。一矿一面，矿井采用倾斜长壁综合机械化采煤法，一次采全高。煤炭运输采用钢丝绳芯胶带，辅助运输大巷采用电机车，顺槽采用绳牵引绞车。矿井年工作日为330 d，每天净提升时间16 h。矿井工作制度为： “三八”制，两班生产，一班检修。专题部分题目是回采巷道支护技术及特点分析。翻译部分是一篇关于无人工作面综合机械化刨煤机机组的论文，英文原文题目为：Research and practice of unmanned mining face with full mechanized plow。关键词：立井；带区；一次采全高ABSTRACTThis design can be divided into three sections: general design, monographic study and translation of an academic paper.The general design is about a 2.4 Mt/a new underground mine design of Chengjiao coal mine. It contains ten chapters: 1.overview and the geographical features of the mining field; 2.boundary and reserves of the mining field; 3.working system, designed mine capacity and mine life; 4.development of mining field; 5.preparation in strip district; 6.coal mining method; 7.underground conveying; 8.mine exaltation; 9.mine ventilation and safety technology; 10.the basic technical and economic index.Chengjiao coal mine lies in Yongcheng, Henan province. The boundary of the mine field runs 5.7km from north to south and 8.5km from west to east on average. The total plane area of the mine is about 48.1km2. There is only one exploring layer-number two. Its average thickness of the seam is 3.5m and its stable and flatly inclined. Its dip angle is 8.2 degree on average. The industry reserves of the mine field are 266.57 million tons and the useable reserves are 198.70 million tons. The service life is 63.69 years. The average inflow rate in Chengjiao mine is 180 m3/h. It is a lower gassy mine. The coal dust doesnt have explosion hazard as well as the self-combustion tendency.This mine adopts vertical shaft development with two mining level (the first development level is located at the -660m, and the second is at the level of -800m.)and exhaust ventilation, centralized juxtapose earlier and radial later. The adopted coal winning method is the comprehensive mechanized longwall caving method along the dip with top-coal caving. The belt conveyor is applied to transport coal. We work 330 days per year ,and exaltate 16 hours one day .The “threeeight” working system is applied for coal mining. The monographic study is supporting technology and analysis in the caving laneway. The translated academic paper is about unmanned mining face with full mechanized plow. Its title is that Research and practice of unmanned mining face with full mechanized plow.Keywords：shaft; strip district; full-seam mining 目 录一般设计部分1 矿井概况与地质特征11.1 矿井概况11.1.1 地理位置与交通11.1.2 动力供应21.1.3 地形与河流21.1.4 气象21.1.5 自然地震21.2 井田地质特征31.2.1 井田地形及煤系地层概述31.2.2 构造特征41.2.3 水文地质51.2.4 开采技术条件61. 3 煤层特征61.3.1 煤层埋藏条件及围岩性质61.3.2 煤层特征72 井田境界和储量92.1 井田境界92.1.1 井田境界划分的原则92.1.2 井田境界92.2 矿井工业储量92.2.1 井田勘探类型92.2.2 储量等级92.2.3 工业储量计算102.3 矿井可采储量102.3.1 计算可采储量时，必须要考虑以下储量损失102.3.2 矿井永久保护煤柱损失量102.3.3 矿井可采储量133 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限153.1 矿井工作制度153.2 矿井设计生产能力及服务年限153.2.1 确定依据153.2.2 矿井设计生产能力153.2.3 矿井服务年限153.2.4 井型校核164 井田开拓184.1 井田开拓的基本问题184.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标194.1.2 工业场地的位置204.1.3 开采水平的确定214.1.4 井底车场和运输大巷的布置214.1.5 矿井开拓延深及深部开拓方案214.1.6 开采顺序224.1.7 方案比较224.2 矿井基本巷道284.2.1 井筒284.2.2 井底车场及硐室294.2.3 主要开拓巷道314.2.4 巷道支护315 准备方式带区巷道布置395.1 煤层的地质特征395.1.1 首采带区煤层特征395.1.2 地质构造395.1.3 顶底板特征395.1.4 水文地质395.1.5 地表情况405.2 首采带区巷道布置及生产系统405.2.1 带区位置及范围405.2.2 采煤方法及工作面长度的确定405.2.3 确定带区各种巷道的尺寸、支护方式及通风方式405.2.4 煤柱尺寸的确定405.2.5 带区巷道的联络方式415.2.6 带区接替顺序415.2.7 带区生产系统415.2.8 带区内各种巷道的掘进方法425.2.9 带区生产能力425.3 带区车场选型设计435.3.1 确定带区车场形式435.3.2 带区主要硐室布置436 采煤方法456.1 采煤工艺方式456.1.1 带区煤层特征及地质条件456.1.2 采煤工艺方式的确定456.1.3 回采工作面长度的确定466.1.4 工作面的推进方向和推进度476.1.5 工作面破煤、装煤、运煤、支护方式及设备选择476.1.5 回采工艺过程546.1.6 顶板管理576.1.7 综采工作面工程质量管理616.1.8 劳动组织和工作面成本616.2 回采巷道布置646.2.1 回采巷道布置方式646.2.2 回采巷道参数656.2.3 巷道掘进方法696.2.4 巷道支护方式696.2.5 通风验算697 井下运输707.1 概述707.1.1 井下运输的原始条件和数据707.1.2 井下运输系统707.2 煤炭运输方式和设备选择717.2.1 工作面运煤设备的选型727.2.2 运输大巷运输设备的选择727.3 辅助运输方式和设备选择737.3.1 带区辅助运输设备的选型与设计737.3.2 轨道大巷设备的选择738 矿井提升748.1 矿井提升的原始数据和条件748.2 主副井提升748.2.1 主井提升748.2.2 副井提升769 矿井通风及安全789.1 矿井通风系统选择789.1.1 矿井概况789.1.2 矿井通风系统的基本要求789.1.3 矿井通风方式的确定789.1.4 主要通风机工作方式选择819.1.5 带区通风系统的要求829.1.6 工作面通风方式的选择839.1.7 回采工作面进回风巷道的布置839.1.8 确定矿井通风容易时期和困难时期及其用风地点849.2 矿井风量计算及风量分配889.2.1 选择通风系统的原则和方法889.2.2 配风依据899.2.3 风量计算899.3 计算矿井的通风阻力949.3.1 计算原则949.3.2 矿井最大阻力路线959.3.3 各段通风阻力959.3.4 全矿通风总阻力979.3.5 两个时期的矿井总风阻和总等积孔979.4 选择矿井通风设备989.4.1 选择通风机的基本原则989.4.2 通风机的选型989.4.3 电动机的选择1019.4.4 对矿井主要通风设备的要求1039.4.5 对反风、风峒的要求1049.5 防止特殊灾害的安全措施1049.5.1 瓦斯管理措施1049.5.2 煤尘的防治1049.5.3 预防井下火灾的措施1059.5.4 防水措施10510 设计矿井基本技术经济指标106专题部分回采巷道支护技术及特点分析109参 考 文 献141翻译部分英文原文144中文译文151致 谢156一般部分1 矿井概况与地质特征1.1 矿井概况1.1.1 地理位置与交通城郊井田位于河南省永城市境内，覆盖城关乡、城厢乡的全部及侯岭、双桥、十八里、将口乡的一部分。南北长约6km，东西宽约8km，勘探面积约48.1km2。矿井北临陈四楼井田，南接新桥井田，地理坐标为：东经11617301162521，北纬335352340035。井田内地势平坦、交通方便。永城市西北至陇海铁路商丘东站约95km，夏邑东站62km；东北至京沪铁路徐州车站约100km，东南至宿州车站约75km，距京九铁路的亳州车站55km，且均有柏油公路相通。矿井交通位置图见图1-1。图1-1 矿井交通位置图1.1.2 动力供应井田内第三、第四系含水量比较丰富，可作为矿井供水水源。矿区内现有永城县电厂，装机容量1.5万kW，供本县工农业用电。在建的永城县140kV变电站，是由地方集资兴建的，经夏邑、虞城到商丘，主要供地方用电。矿区永久电源由商丘220kV变电站供给。1.1.3 地形与河流城郊井田位于淮河冲积平原的东部，地势平坦，海拔标高在+21+24m之间，相对高差23m，微向东南倾斜。区内新生界松散沉积物广泛分布，厚度一般为220m左右。工业广场标高+24.6m。城郊井田内地表水系不发育，仅有淮河支流的沱河从本区北中部自西向东流过，沱河源于商丘北侧响河，雨季流量剧增，旱季干涸无水，属季节性河流。实测最高洪水位标高+34.79m，（1963年8月9日），年平均水位标高+30.39m，最大流量384 m3/s（1963年8月9日），年平均流量一般为12m3/s。其上游永城市段常年关闸蓄水，致使下游断流无水。夏季多东南风，冬季多西北风，平均风速3.4m/s，最大风速20 m/s。降雪期和冰冻期为11月至翌年3月。冻土深度一般10cm左右，最大19cm。1.1.4 气象本区地处中纬34附近，属半干旱、半湿润季风型气候，蒸发量大于降雨量，干湿差大，四季分明。年平均气温14.3，日最高气温41.5，日最低气温为-23.4。年平均降水量962.9，年最大降水量1518.6，年最小降水量556.2。大气降水量多集中在78月份，可占全年降水量的50%以上，年蒸发量1808.9。1.1.5 自然地震按照中国地震烈度区划图（1990）的使用规定，永城地区受地震影响不大，地震烈度小于6度。经河南省地质局建议，对于特别重要的工程和建筑物，可提高一度设防。1.2 井田地质特征1.2.1 井田地形及煤系地层概述本井田位于淮河冲积平原北部，地面自然标高在+31+34m之间。地形微向东南倾斜，地势平坦。精查地质报告基本查明了井田的煤层赋存情况、构造情况、煤质以及水文地质条件。本井田属华北上古生界聚煤区，为新生界沉积物所掩盖。据钻孔揭露下伏地层由老至新有：中下奥陶统（O1-2）、中上石炭统（C2-3）及二叠系（P）。（柱状图见附图）。1）中下奥陶统（O1-2）本地层主要由灰色厚层状石灰岩、砾状石灰岩、豹皮状石灰岩以及白云质灰岩所组成。灰岩主要特征是质纯而致密，具多组极为发育的裂隙，被方解石岩脉充填。在井田内只有少数钻孔揭露本地层，揭露最大厚度为117.6m。2）石炭系（C）a中石炭统本溪组（C2）：本组地层下部主要为灰色铝土质泥岩，厚度一般为6m。上部主要为深灰色灰色铝土质泥岩，灰色砂质泥岩以及一层不稳定的石灰岩，厚度620m，一般厚14m。b上石炭统太原组（C3）：本组为一套典型的海陆交互沉积岩系。主要由1215层薄中厚石灰岩、泥岩、砂质泥岩、铝土质泥岩、砂岩以及45层薄煤线交互沉积而成，厚度130147m，一般137m。3）二叠系（P）a下二叠统山西组（P1）：本组主要由砂岩、砂质泥岩，泥岩以及13层煤（二煤组）所组成。厚度82120m，平均厚度96m。b下二叠统下石盒子组（P2）：本组主要由深灰色灰色泥岩、铝土质泥岩、砂质泥岩、砂岩及46层煤（三煤组）组成，厚度4595m，平均厚度84m。 c上二叠统上石盒子组（P21）：本组地层厚约729m，主要由灰色砂质泥岩、铝土质泥岩、砂岩以及69层薄煤线交互而成。d上二叠统石千峰组（P22）：本组地层主要由平顶山砂岩段，泥灰岩性和石膏钙核段组成，欢度为706m。井田内仅有少数几个钻孔揭露，此地层为不连续地层。4）上第三系（N）：本地层属河湖相沉积a中新统：本组厚度30145m，平均厚度101m。主要由米黄褐黄色中细砂岩、粉砂、粘土质砂及砂质粘土组成。b上新统（N2）：本统厚3788m，平均厚70m。主要由砂质粘土夹褐黄细砂、粉砂及粘土质砂组成。5）第四系a更新统：本组厚度2248m，平均厚度33m。主要有粉细砂、粘土，局部为粘土。b全新统：本组厚度1432m，平均厚度21m。上部为黄色粘土质砂为主，下部为土黄褐黄粉细砂。1.2.2 构造特征城郊井田位于北北东向的永城隐伏背斜的西翼中段，北北东向断层构造居主导地位，其次是近东西向构造，局部发育有北西向构造。总体构造特征是以宽缓褶皱为主，伴随一定数量的断裂构造，且多集中在表现明显的背、向斜两侧，见图1-2城郊井田构造纲要图。整个井田以近北北东向断层构造居主导地位，其次是近东西向构造，局部发育有北西向构造。总体构造特征是以宽缓褶皱为主，伴随一定数量的断裂构造。晚古生代中基性岩浆岩活动比较强烈，并对煤层有一定的破坏作用。图1-2 城郊井田构造纲要图1.2.3 水文地质1）含水层、隔水层及其特征井田内主要有9个含水层组，4个隔水层组。其中，新生界4个含水层组，1个隔水层组；二叠系石盒子组1个含水层组，1个隔水层组；二叠系山西组1个含水层组，1个隔水层段；石炭系太原群2个含水层组，1个隔水层段；奥陶系中下统1个含水层组。a第四系全新统松散孔隙潜水含水层：此层厚21m左右，砂岩较发育，单位涌水量0.1524.16710-3/s.m2，渗透系数0.65423.06m/d，水位受大气降水影响，属强含水层。b第四系全新统松散孔隙承压水含水层：此层厚33m左右，中砂层厚21m，单位涌水量0.59410-3/s.m2，属中等含水层。c上第三系上部松散孔隙承压水含水层：此层厚70m左右，单位涌水量0.1980.46810-3/s.m2，渗透系数为0.4760.87m/d，属中等含水层。d新生界底部隔水层：此层厚31m左右，其中粘土层厚25m，可塑性好，分布广泛且稳定，为一良好隔水层。在16线以北变薄，起不到隔水作用。e下石盒子组三煤组顶板砂岩裂隙承压水含水组：此组厚45m左右，含水层为中、细砂岩，单位涌水量0.0004310.039910-3/s.m2，渗透系数为0.006160.361m/d，属弱等含水层。f山西组二2煤层顶板砂岩裂隙承压水含水组：此组厚52m左右，含水层为中、细砂岩，单位涌水量0.0003670.080410-3/s.m2，渗透系数为0.001720.0338m/d，属弱等含水层。g石盒子与山西组间隔水层：下石盒子组三煤组顶板砂岩含水层 山西组二2煤层顶板砂岩含水层之间有厚38m的泥岩、砂质泥岩、铝土岩，且分布稳定，起到了良好的隔水作用。h山西组与太原群间隔水段：二2煤层底板太原组之间有50m左右的细、粉砂岩和泥岩，岩石致密，为良好的隔水层。i太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水含水组：此组厚32m左右。全井田发育稳定，岩溶裂隙最为发育，单位涌水量0.1250.79310-3/s.m2，渗透系数为0.8014.904m/d，水量相对丰富，但不急条件不良，属中等含水层。j太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水含水组：此组厚24m左右。单位涌水量0.1211.21610-3/s.m2，渗透系数为0.7037.473m/d，水量大，属中等含水层。k太原组上段与下段间隔水层段：太原组上段灰岩含水组与下段灰岩含水组之间主要由泥岩、砂质泥岩及粉砂岩组成，为良好的隔水层。h奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水含水组：此组厚度不详。单位涌水量0.008430.70410-3/s.m2，渗透系数为0.05611.878m/d，岩溶裂隙发育不均，富水性明显差异，属中等强含水层。2）矿井涌水量地质报告中预计矿井涌水量：正常180m3/h 最大220m3/h3）井田水文地质类型本井田主要开采下石盒子组三煤组和山西组二2煤层。三煤组以岩层裂隙水为主，水文地质条件简单；二2 煤以底板岩溶裂隙水为主，水文地质条件属中等类型。1.2.4 开采技术条件1）煤层顶底板三煤组煤层直接顶板，底板主要为薄层状泥岩，砂质泥岩，局部为粉砂岩，抗压强度一般小于600kg/cm2（局部大于600kg/cm2），稳定性差，管理有一定困难。二2煤层直接顶，底板多为细中粒砂岩，厚层状泥岩（厚度一般大于5m），局部为砂质泥岩或落层状泥岩，抗压强度一般大于600kg/cm2 ，岩石的完整性，稳定性较好，顶板易于管理，底板一般不易发生底鼓。2）瓦斯、煤尘等井田中各煤层沼气含量一般小于0.5cm3/g，属低沼气矿井。各煤层均无煤尘爆炸危险。各煤层均属不自燃发火煤层。3）地温井田内地温仅随深度的增加而增加。井田的平均地浊梯度为2.670C/100m，从地温梯度看，浅部地温梯度较高，深部地温梯度较低。1. 3 煤层特征1.3.1 煤层埋藏条件及围岩性质本井田主要含煤地层为下二叠统山西组（含三煤）及下石盒子组（含煤46层）。两组地层平均总厚177m，含煤79层。煤层总平均厚度10.82m。主要可采煤层为二2、三22、三3、和三4煤层。煤层风氧化带深度，通过煤芯煤样化验、分析定为由基岩顶界向下垂深20m。本井田内石炭系、二叠系均为含煤地层。各可采煤层具体埋藏特性如下：1）二2煤层：位于山西组中下部，可采厚度为0.88.86m，平均厚度3.5m。煤层结构简单，仅有一层厚度小于0.41m的夹矸，煤层赋存稳定，煤层顶板多为砂质泥岩及中细砂岩，底板多为砂质泥岩及细砂岩。砂岩抗压强度3161063kg/cm2，泥岩抗压强度433612kg/cm2。2）三22煤层：位于下石盒子组中部的三煤组中，可采厚度为0.83.13m，平均厚度1.6m。结构较简单，含夹矸12层，煤层比较赋存稳定，煤层顶板多为砂质泥岩及粉砂岩，底板多为炭质泥岩及砂质泥岩。砂质泥岩抗压强度222314kg/cm2。砂岩抗压强度312859kg/cm2。3）三3煤层：位于下石盒子组中部的三煤组上部，可采厚度为0.83.16m，平均厚度1.62m。结构比较简单，为较稳定煤层，煤层顶板多为泥岩及砂质泥岩，底板多为砂质泥岩。泥岩抗压强度386kg/cm2。砂岩抗压强度498kg/cm2。4）三4煤层：位于下石盒子组中部的三煤组顶部，可采厚度为0.82.49m，平均厚度0.94m。结构比较简单，为局部可采煤层，煤层顶板多为泥岩及砂质泥岩，底板多为砂质泥岩。具体城郊矿可采煤层特征见表1-1。表1-1 城郊煤矿可采煤层特征表煤层名称煤层厚度/m(最小-最大)/平均与下煤层间距/m稳定程度煤层结构顶板底板三4(0.8-2.49)/0.948不稳定泥岩夹矸01层泥岩及炭质泥岩砂质泥岩三3(0.8-3.16) /1.628-10比较稳定局部有1层泥岩夹矸泥岩及砂质泥岩砂质泥岩三22(0.8-3.13) /1.680比较稳定12层泥岩夹矸粉砂岩或砂质泥岩炭质泥岩或泥岩二2(0.8-8.86) /3.5比较稳定局部有1层泥岩夹矸粉沙岩局部石灰岩粉沙岩及沙岩1.3.2 煤层特征1）煤的容重煤的实体容重二2煤1.6t/m3，三22、三3、和三4煤1.5 t/m3。2）煤的工业分析及用途本井田各可采煤层均以高变质程度的年轻无烟煤为主，其次为天然焦，个别煤层有少量贫煤点。二2煤层发热量QDfr7400cal/g，QDfT8400 cal/g；灰分在1015之间。三22、三3煤层发热量QDfr6600 cal/g，QDfT83 cal/g；灰分在1525之间。各煤层含硫量均小于1，一般在0.40.7之间；磷含量一般在0.0003左右。属低中灰分、特低硫、特低磷、高发热量无烟煤。3）瓦斯、煤尘及自燃a瓦斯：井田内瓦斯含量不高。经向省煤炭厅汇报，认为“可能有瓦斯突出”的根据不足，确定设计按低瓦斯矿井考虑。b煤尘：经鉴定，本井田设计开采二2煤为无烟煤，一般无煤尘爆炸危险。设计按无煤尘爆炸危险考虑。c自燃：井田各煤层还原样燃点之差T一般均小于20，为不自燃煤层。2 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1 井田境界划分的原则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，处理好相邻矿井间的关系。2.1.2 井田境界根据以上划分原则以及永夏煤田的整体规划以及城郊煤矿的实际情况，四周边界为：北：煤层露头处以自然地质条件划分为边界；西：以F7断层为边界；南：以F20断层为自然边界；东：相邻边界为其他矿区开采井田，本矿区为进水平煤层，根据垂直划分原则，人为划分为直线；井田走向长平均约5.2km，最长7.0km，最短2.1km，倾斜宽平均约4.5km，最长6.0km，最短2.0km，面积约48.1km2。煤层倾角一般为5 12，平均倾角8.2。2.2 矿井工业储量2.2.1 井田勘探类型精查地质报告查明了本井田的煤层赋存情况、构造形态、煤质及水文地质条件。井田勘探类型为中等。2.2.2 储量等级本矿井设计中只对二2煤层进行开采设计，煤层倾角平均 = 8.2，二2煤层平均容重1.6t/m3。边界煤层露头线为-460m，-1000m以下的煤炭储量目前尚未探明，作为矿井的远景储量。2.2.3 工业储量计算由AutoCAD软件测得井田面积为473422.84mm2。在1：10000的开拓图上每1mm2表示100m2。煤容重为1.6 t/m3，煤层倾角平均8.2，煤厚平均为3.5m。井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量由煤层面积、厚度及容重相乘所得，其计算公式一般为：Q=100SM/cos (2-1)式中： Q为井田工业储量，万t；S井田面积，km2；M煤层平均厚度，3.5m；煤的容重，t/m3，1.6t/m3煤层平均倾角，8.2；则：Zc=100（473422.8410010-6）3.51.6/cos8.2=26657.71万t。工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探厚度与质量均合乎开采要求，目前可供利用的列入平衡表内的储量，即ABC级储量。根据地质勘探资料显示，其中高级储量为：19141.79万t，约占工业储量的71.80 %，符合高级储量比例要求。2.3 矿井可采储量2.3.1 计算可采储量时，必须要考虑以下储量损失 1）工业广场保护煤柱；2）井田边界煤柱损失；3）采煤方法所产生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）其它各种损失。2.3.2 矿井永久保护煤柱损失量1）边界煤柱可按下列公式计算 ZLbMr (2-2)式中：Z边界煤柱损失量，t； L边界长度，m； b边界宽度，断层边界50 m，人为边界20 m。则井田的断层边界煤柱为：西边界断层：6000503.51.6=168.03 万t；南边界断层：8250503.51.6=231.46 万t；井田的人为边界煤柱为：(8089+5294) 203.51.6=149.89 万t。2）工业广场保护煤柱本矿井设计年生产能力为2.4Mt/a，按煤矿设计工业规范，占地面积指标应在（0.70.8）公顷/10万吨之间小井取大值，故取0.8。占地面积为240.819.2104m2。故设计工业广场的尺寸为400500m2的长方形，面积为：20104m2，尺寸为400500m2的长方形。工业广场位置处的煤层的平均倾角为4.5，工业广场的中心处在井田走向中央，倾向中央偏于煤层中上部，其坐标为：该处表土层厚度为200m。主井、副井、地面建筑物均在工业广场内。工业广场按大型矿井级保护，留围护带宽度为15m。本矿的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-1。表2-1 矿井地质条件及冲积层和基岩层移动角广场中心深度煤 层 倾 角煤层厚度冲积层厚度冲积层移动角走向移动角下山移动角上山移动角mmm-7104.51020040707065.8由此根据上述已知条件，画出如图2-1所示的工业广场保安煤柱的尺寸，并由图得出保护煤柱的尺寸为：图2-1 工业广场保护煤柱示意图S=梯形面积=1/2(上宽下宽) 高=1/2(1290.331338.24) 1255.93=165.06104m2 则工业广场压煤为：Q1SMr/cos (2-3)1650649.963.51.6/ cos4.5927.19万t3）断层煤柱按断层落差大小两侧各留一定水平宽度的安全煤柱。具体留设方法见表2-2。表2-2 断层保护煤柱留设方法断层落差H留设尺寸H50m50m30mH50m30mH30m不留设煤柱则井田边界断层煤柱：由于F3、F4断层落差较大，长度分别为4012m、3415m、1100m、550m，断层两边各留煤柱50米、25米；F5、F6断层两侧各留煤柱20米，则断层保护煤柱损失为：Q3 40122503.51.6/cos5.734152253.51.6/cos5.5（580894）2203.51.6355.04万t4）防水煤柱的留设由于基岩上面普遍发育着一层隔水性能良好的灰色及深灰色粘土、砂质粘土，厚约30m左右，隔水性能良好。而煤层露头的顶板岩性一般为砂质泥岩、泥岩或被风化了的砂质泥岩、泥岩，是矿井浅部开采的主要突水水源，因此，必须留设合适的防水煤柱防止矿井突水。导水断裂带的高度一般为： H=100m/（1.6m3.6）5.6 (2-4)m各开采煤层的厚度，m； 对于本矿则：H=1003.5/（1.63.53.6）5.6=39.35.6结合矿井实际条件，留设防水煤柱的宽度为30m，即倾斜长度为30m。则上边界留设防隔水煤柱量=990.17303.51.6= 16.63万t。井田保护煤柱损失量见表2-3。表2-3 保护煤柱损失量煤 柱 类 型储 量（万t）井田边界保护煤柱549.35工业广场保护煤柱927.19断层及防水保护煤柱371.67合 计1848.212.3.3 矿井可采储量井田的可采储量Z按下式计算：Z=(QP) C (2-5)式中：Q矿井工业储量， P各种永久煤柱的储量之和， P=549.35927.19371.6728.40=1819.81万t C采区回采率，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；设计开采的二2煤层属中厚煤层，采区回采率取为0.80。则计算可采储量为：Z=(QP) C=（26657.711819.81）0.8=19870.32万t由此可得本矿井的可采储量为1.987108t。在备用储量中，估计约为50%为回采率过底和受未知地质破坏影响所损失的储量。井田实际采出储量用下式计算：Z实际=ZZ（K1）50%/K (2-6) 式中：Z实际 井田实际采出煤量，万t； Zk矿井的可采储量，19870.32万t； K矿井储量备用系数，取1.4；由2-3式，得： Z实际=19870.3219870.32（1.41）50%/1.4 =17031.703万t即本设计矿井实际采出煤量为17031.703万t。矿井工业储量及各水平储量见表2-4。表2-4 矿井储量统计表煤层名称水平序号工业储量/万t永久煤柱损失可采储量/万t工广和村庄/万t防水/万t断层/万t边界煤柱/万t合计/万t二2一927.1916.63184.62198.771327.21二00170.40350.58520.98小计26657.71927.1916.63355.04549.351848.2119870.323 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的规定，参考关于煤矿设计规范中若干条文修改决定的说明，确定本矿井设计生产能力按年工作日330d计算。“三八制”作业（两班生产、一班准备检修）每天两班出煤，净提升时间为16h。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。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。3.2.2 矿井设计生产能力本井田储量丰富，设计开采煤层赋存稳定，煤层厚度大部分比较稳定，属中厚煤层(3.5m)；煤层平均倾角小，属近水平煤层。因地质构造简单，同时煤田范围较大，开采技术好的矿井适合布置大型矿井。因此，初步确定矿井的设计生产能力为240万t/a。3.2.3 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： TZk /（AK） （3-1）式中： T矿井服务年限，a；Zk矿井可采储量，万t；A设计生产能力，万t；K矿井储量备用系数，取1.3。确定井型时需要考虑备用系数的原因是，矿井各生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，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，从而减少了储量。则，矿井服务年限为：T =19870.32/2401.3 = 63.69 a服务年限符合要求。3.2.4 井型校核下面按矿井的实际煤层开采能力，各辅助生产环节的能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：1）煤层开采能力矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力，根据本设计第四章（矿井开拓）与第六章（采煤方法）的设计可知，该矿由于煤层地质条件较好，二2煤厚度较厚，布置一个一次采全高综采工作面完全可以达到本设计的产量。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12t底卸式提升箕斗，运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤一律用强力胶带输送机运到带区（采区）煤仓，运输能力也很大，自动化程度较高。辅助运输采用双层罐笼，大巷辅助运输采用600mm轨距的1.5t固定车厢式矿车，同时本矿井井底车场调车方便，通过能力大，满足矸石，材料和人员的调动要求。所以各辅助生产环节完全可以达到设计生产能力的要求。3）通风安全条件的校核本矿井无煤尘爆炸性，瓦斯含量低，属于低瓦斯矿井。水文地质条件中等，在副井中铺设两趟水管路可以满足排水要求。矿井采用对角式通风，有专门的风井，可以满足要求。辅助运输大巷进风，煤炭运输大巷回风，工作面采用后退式U型通风，通过第九章的通风设计知可以满足通风需要。4）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。本设计中第一水平倾斜范围为-460m-740m，第一水平服务年限的计算公式为：T =29.63a式中: T第一水平服务年限，a煤炭工业矿井设计规范给出了井型和服务年限的对应要求，见表3-1。本矿井的服务年限以及第一水平的服务年限的设计服务年限符合规定。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（万t/a）矿井设计服务年限（a）第一开采水平服务年限（a）煤层倾角45600及以上8040300500703512024060302520459050252015930各省自定4 井田开拓井田开拓是在总体设计已经划定的井田范围内，根据精查地质报告和其它补充资料，具体体现在总体设计合理原则，将主要巷道由地表进入煤层，为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程。其中包括确定主、副井和风井的井筒形式、深度、数量、位置、阶段高度、大巷位置、采（带）区划分以及开采顺序与通风运输系统。4.1 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。本矿井开拓方式的确定，主要考虑到以下因素：1) 地形平坦，地势高差小，有内涝威胁；2) 煤层埋深较大，且表土层厚度大，平均200 m；3) 第四系覆盖层较厚，井筒需要特殊凿井方法施工；为防止第四系水溃入井下，需留设合理的防水煤柱；4) 太原组灰岩水压较大，水量相对丰富，岩溶裂隙比较发育，选择井筒位置时需留有足够的隔水岩柱；5) 本矿井为低瓦斯矿井。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：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。3) 合理开发国家资源，减少煤炭损失。4) 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。5) 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。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。4.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标1）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。a.平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，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井型水平服务年限要求。b.斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、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立井简单，井筒延深施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的