新源煤矿1.2Mta新井设计

中国矿业大学2012届本科生毕业设计目 录一般部分1 矿区概述及井田地质特征11.1矿区概述11.2井田地质特征31.3煤层特征92 井田境界和储量142.1井田境界142.2矿井工业资源储量142.3 矿井可采储量162.4工业广场煤柱163 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限183.1矿井工作制度183.2矿井设计生产能力及服务年限184 井田开拓204.1井田开拓的基本问题204.2矿井基本巷道275 准备方式采区巷道布置335.1煤层地质特征335.2 采区巷道布置及生产系统345.3主要硐室376 采煤方法386.1 采煤工艺方式386.2回采巷道布置497 井下运输537.1概述537.2采区运输设备选择547.3大巷运输设备选择558 矿井提升588.1概述588.2主副井提升589 矿井通风及安全639.1矿井通风系统选择639.2 采区及全矿所需风量679.3矿井通风总阻力计算719.4选择矿井通风设备789.5防止特殊灾害的安全措施8110 矿井基本技术经济指标83参考文献85专题部分断层破碎带巷道支护870 引言871 国内外研究现状871.1 国内外巷道围岩注浆技术的研究现状871.2 国内外处理位于破碎带中的巷道围岩稳定性现状901.3 研究的主要内容与方法911.4 研究技术路线912 固庄矿15号地质破碎带基本情况及巷道围岩力学试验922.1 煤层概况及巷道支护现状922.2目前支护形式存在的问题分析952.3煤及顶底板岩石力学试验及结果982.4固庄煤矿15号煤层顺槽褶曲构造段围岩稳定性分类1003 破碎带支护理论与参数研究1013.1构造破碎带1013.2 破碎带注浆补强理论1023.3 巷道松动圈计算1033.4 沉积岩系的工程类比与锚索支护1053.5 根据巷道围岩稳定性分类的工程类比设计方法1064 锚注方式及其参数研究1074.1注浆材料的规格、性能及其选择1074.2注浆参数确定1094.3注浆工艺1134.4注浆设备1135 结论与展望114参考文献116翻译部分英文原文119中文译文124致 谢127中国矿业大学2012届本科生毕业设计一 般 部 分中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第58页1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1矿区地理位置新源煤矿位于山西省沁源县西南部，隶属于李元镇管辖。地理坐标为： 北纬363304363453， 东经11212311121433，矿井工业场地位于山西省沁源县西部李元镇附近，距沁源县城约17km。沁(源)洪(洞)公路从井田北部通过，向东17km至沁源县城接汾(阳)屯(留)省级公路及沁(沁源)沁(沁县)公路，煤矿距太焦线沁县火车站76km，距309国道张店镇 54km ， 距南同蒲线介休市100km、距平遥县城105km，向西南经古县约75km旧公路可至洪洞县与大(同)运(城)高速公路或南同蒲洪洞火车站接运，交通条件比较方便。交通位置见图1-1。1.1.2矿区气候条件本区属大陆性气候，昼夜温差较大。据沁源县19881997年观测资料，年平均气温8.6，最高气温为35.6(1995年7月5日) ，最低气温-25.8(1990年2月1日)。年平均降水量634.0mm， 年平均蒸发量1547.2mm。结冰期为十月下旬至次年3月中旬，最大冻土深度80cm(1993年)，夏、秋季多东南风，冬、春季多西北风，最大风速14m/s。1.1.3矿区的水文情况新源煤矿位于太岳山区，山高沟深，地形复杂，森林、植被发育，最高点在井田西南角的马头山，海拔高程1358.80m， 最低点位于东南角河床，海拔高程1110.70m，相对高差247.30m，属中山区。本区属黄河流域沁河水系。井田内各沟谷大多为南北走向，沟谷水均流入狼尾河，向东汇入沁河。1.1.4矿区的电源供应本矿现有一座10KV变电所，两回10KV电源一回架空引自其所属沁新煤焦公司的35 KV变电所，架空导线LGJ-150，送电距离3km；另一回架空引自沁新煤焦公司所属自备电厂，架空导线LGJ-120，送电距离0.53km。沁新煤焦公司35KV变电所安装有两台8000 KVA变压器，两回35KV电源引自李元35KV变电所不同母线段，李元35KV变电所电源分别引自太岳110/35KV变电站及郭道110/35KV变电站；沁新煤焦公司所属自备电厂安装有一台6300KVA变压器。图1-1 交通位置图1.2井田地质特征1.2.1井田地质构造(1) 地层井田位于沁水煤田的西部边缘，霍山隆起的东侧。井田内地层出露较好，区内出露的地层由老到新依次有上石盒子组下段、中段，第四系中、上更新统及全新统地层以不整合零星覆盖于各不同时代的地层之上。现结合井田及附近钻孔揭露资料，对井田内的地层自下而上分述如下：1) 奥陶系(O) 奥陶系中统峰峰组(O2f)为煤系地层的沉积基底，主要为深灰色石灰岩、泥灰岩及泥质白云岩，下部夹似层状石膏，上部方解石细脉发育，具铁质浸染现象，厚度约150m。2) 石炭系(C) 中石炭统本溪组(C2b)与下伏峰峰组呈平行不整合接触，厚度12.2325.70m， 平均19.19m，以灰、灰白色铝质泥岩、灰黑色泥岩、砂质泥岩为主夹石灰岩及薄煤层，底部多为以结核状黄铁矿为主的铁铝质岩。本组含植物化石鳞木、芦木及动物化石蜓科。 上石灰炭统太原组(C3t)为主要含煤地层之一，与下伏本溪组呈整合接触，厚度101.79119.10m，平均111.51m。由泥岩、粉砂岩、砂岩及石灰岩和煤层组成。按岩性组合可将本组分三段，详见本节含煤地层部分。3) 二叠系(P) 下统山西组(P1s)为主要含煤地层之一，与下伏太原组呈整合接触，厚38.8052.43m，平均41.60m。由砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成。 下统下石盒子组(P1x)与下伏山西组整合接触，厚度114.43122.55m，平均117.10m，根据岩性组合特征，可分为上、下两段：下段(P1x1)厚度38.4050.26m，平均44.62m，深灰色、灰色泥岩、 粉砂岩夹浅灰色细粒砂岩，下部夹极不稳定的薄煤层，底部K8为浅灰色中细粒砂岩，层面富含炭屑及白云母片，具交错层理，局部相变为粉砂岩。上段(P1x2)厚度42.7975.53m，平均57.08m，以浅灰色、灰绿色、 紫红色泥岩为主夹黄绿色中细粒砂岩，底部K9为灰绿色中细粒砂岩，顶部常为紫红、灰绿色含大量菱铁质鲕粒的铝质泥岩，俗称“桃花泥岩”，是确定上石盒子组底界K10砂岩良好的辅助标志。图1-2 地质综合柱状图 上统上石盒子组(P2s)与下伏下石盒子整合接触，厚度505m左右，根据其岩性组合特征可分为上、中、下三段。下段(P2s1)平均厚度212.41m，浅灰、黄绿色、紫红色泥岩、粉砂岩、 夹灰白、灰绿色中细粒砂岩。底部K10为灰白色、黄绿色中细粒砂岩，大型交错层理发育。中段(P2s2)井田内本段地层主要分布于井田南部和西部出露，厚度约150m。底部 K12为灰、灰白色中粗粒砂岩，含云母片，具大型交错层理，局部含细砾；下部为紫红色、黄绿色泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩，上部为黄绿色细粒砂岩与黄绿色、紫红色泥岩互层。4) 第四系(Q) 中更新统(Q2)厚度010m，为红黄色、棕红色亚粘土、亚砂土夹古土壤及钙质结核，底部夹砂砾透镜体。 上更新统(Q3)厚度07m，为浅黄色亚砂土，结构疏松，具垂直节理， 顶部偶夹褐色古土壤，含零星钙质结核。 全新统(Q4)厚度05m，上部为浅黄色砂土、亚砂土；下部为浅黄色、 浅灰色分选磨圆均较差的砂砾层。 (2) 含煤地层本井田含煤地层为石炭系中统本溪组、上统太原组和二叠系下统山西组、下石盒子组，其中太原组和山西组为主要含煤地层，本溪组和下石盒子所含煤层为极不稳定的薄煤层，无开采价值。现只将太原组、山西组地层分述如下：1) 石炭系上统太原组(C3t) 下段(C3t1)K1砂岩底至K2石灰岩底，厚度35.8747.67m，平均41.00m 。由泥岩、粉砂岩、铝质泥岩、中细粒砂岩、石灰岩及煤层组成。K1砂岩为灰白色中细粒石英砂岩,交错层理、脉状层理发育,K1砂岩顶至11号煤层底由黑灰色粉砂岩、黑色炭质泥岩、浅灰色铝质泥岩、泥灰岩及不稳定的薄煤层组成，含丰富的黄铁矿结核及少量的动植物化石，主要系泻湖沉积。11号煤层系海退后于废弃泻湖上发育的泥炭沼泽沉积。11号煤层顶至10号煤层底由深灰色黑灰色泥岩、粉砂岩、23层中细粒砂岩及10下号薄煤层组成，含大量不完整的植物化石，系三角洲平原及前缘沉积。9+10 号煤层系废弃的下三角洲平原上发育的盆控型泥炭沼泽沉积。 中段(C3t2)K2石灰岩底至K4石灰岩顶，厚度24.5232.41m，平均28.16m。由石灰岩(K2、K3、K4)、泥岩、细粒砂岩和煤层(7号、8号)组成。三层石灰岩灰至灰黑色，含蜓类化石，系开阔台地沉积，K2石灰岩与K3石灰岩间，以砂岩为主，多为细粒状，波状、脉状层理发育，层面含植物碎屑化石，系前三角洲及三角洲前缘沉积，顶部为7 号煤层，系三角洲平原上泥炭沼泽沉积。 上段(C3t3)K4石灰岩顶至K7砂岩底，厚度29.6138.45m，平均32.00m 。由泥岩、粉砂岩、砂岩、煤及泥灰岩组成。K4石灰岩顶至6号煤底，主要由灰黑色泥岩组成，含丰富的植物化石，含少量黄铁矿结核，系三角洲平原沉积。6 号煤层为三角洲洪泛平原上发育的泥炭沼泽沉积。6号煤层顶至海相泥岩(偶为泥灰岩)底由灰黑色泥岩及不稳定的砂岩组成， 系三角洲平原沉积。海相泥岩(或泥灰岩)为黑色，含海百合、网格长身贝、舌形贝等动物化石，系泻湖、海湾沉积，其上至K7砂岩底由黑灰色泥岩、粉砂岩组成，含丰富植物化石，系三角洲平原沉积。2) 二叠系下统山西组(P1s)K7砂岩底至K8砂岩底，厚度38.8052.43m，平均41.60m。 底部K7砂岩以灰色细粒砂岩为主，局部相变为粉砂岩或中粒砂岩，波状及脉状层理发育，层面含白云母及丰富的植物化石碎屑，系三角洲前缘(席状砂)沉积。K7砂岩至3号煤层底为灰黑色泥岩、 粉砂岩及灰色细粒砂岩及不稳定薄煤层，系三角洲间湾沉积。3 号煤层为海退后废弃的分流间湾上发育的泥炭沼泽沉积。3号煤层顶至2号煤层底为黑灰色泥岩，砂质泥岩、粉砂岩及浅灰色细粒砂岩，含丰富的植物化石，系浅水三角洲前缘沉积。2 号煤层系浅水三角洲前缘上发育的泥炭沼泽沉积。2号煤层顶至1号煤层底由深灰、灰黑色泥岩、粉砂岩夹浅灰色中、细粒砂岩及薄煤层组成，含丰富的植物化石，系三角洲平原沉积。1 号煤层系洪泛平原上发育的泥炭沼泽沉积。1号煤层顶至K8砂岩底，由深灰色、灰黑色泥岩、粉砂岩、浅灰色中粒砂岩及薄煤层组成。系三角洲平原沉积。本组含植物化石多脉带羊齿。(3) 地质构造本井田地处沁水煤田西缘，霍山隆起以东，总体构造形态为一走向北东，倾向南东的单斜构造，并伴有两对走向北北东的背向斜构造。地层倾角变化不大，一般在72左右，构造形态符合区域构造特点。区内断层不发育,综述本区构造应属简单类。现将褶曲及陷落柱情况分述如下：1褶曲S1背斜：位于井田西北部，向北延伸出矿界，走向N40E。两翼倾角712，核部地层为上石盒子组下段地层。区内延伸长度约0.92km。S2背斜：位于井田中西部，向北延伸出矿界，走向N40E。两翼倾角715，核部地层为上石盒子组下段、中段地层。区内延伸长度约2.7km。S3向斜：位于井田东部，向北延伸出矿界，走向近南北，两翼倾角1215，核部地层为上石盒子组中段，区内延伸长度约3km。S4向斜：位于井田西北部，S2背斜左侧，向北延伸出矿界，走向N40E，两翼倾角57，核部地层为上石盒子组下段地层，区内延伸长度约2.9km。2断层断层走向NE，倾向SE，倾角70，落差15m的正断层，区内延伸1200m。为开采2号煤层时揭露的正断层。地表未见出露，为隐伏断层。综上所述，井田内构造属简单类。1.2.2水文地质特征(1) 区域水文地质1) 区域含水层 奥陶系石灰岩溶裂隙含水层区域西部广泛出露且为地下水补给区，本含水层含水丰富，水质好，为区域主要含水层。 上石炭统石灰岩溶裂隙含水层组主要为太原组三层石灰岩含水层，其含水性随埋藏深度和所处构造位置不同而变化，为区域主要含水层之一。 二叠系砂岩裂隙含水层区域内广泛出露，多见有小泉水出露，具有一定含水性，但一般富水性较弱。 第四系冲积洪积含水层多分布于较大沟谷及两侧一级阶地，大多含水性较好，为村镇工农业用水的重要水源之一。2) 区域隔水层隔水层有本溪组铝土质泥岩或铝土岩，2号煤层底板至K2灰岩之间的粉砂岩、泥岩等；山西组顶界以上泥岩、粉砂岩等组成。3) 地下水的补给、径流、排泄 岩溶地下水的补给主要是西部裸露区，接受大气降水和地表水流补给，其它上部砂岩含水层，通过地质构造越流补给，向南或北径流，于大泉处排泄。 砂岩地下水的补给，在裸露地带接受大气降水补给，或接受风化基岩带裂隙水的补给，经短距离径流，在地形切割地段以泉的形式排泄或补给其它含水层。 冲洪含水层的补给主要是大气降水补给或矿坑排水，一般向河流的下游径流排泄。(2) 矿井充水条件1) 矿区地表河流矿区地表河流主要为较大冲沟，雨季具有流水，向东南流入李元河，向南于县城汇入沁河，属黄河水系。由于有隔水岩层的存在，且在矿区北部边缘，因此，对矿井开采影响极小。2) 含水层矿区的含水层自上而下有： 第四系砂砾层孔隙潜水含水层第四系全新统Q4及上更新统Q3，分布在矿区外围山间河谷地带，岩性为灰白色砂质粘土、亚粘土砂砾层及砾石层，厚度变化大，层位不稳，依地形而异，该层渗水性含水性均好，由于受大气降水和地表水补给条件好，为地下水较丰富的孔隙潜水含水层。 上石盒子组底部(K10砂岩)裂隙含水层砂岩含水层较稳定，多呈透镜体，岩性为黄绿色，浅灰绿色中细粒厚层状石英长石砂岩，埋藏浅时，风化裂隙及节理发育，局部含小砾。钻进消耗量达5.5m3/h，一般钻进消耗量在0.5m3/h以下，泉水流量0. 22L/s，因此，该层为较弱裂隙含水层。 下石盒子组(K9、K8)砂岩裂隙含水层砂岩含水层位于1号、2号煤层以上，K8为煤层直接充水含水层，岩性为灰白色、灰绿色、黄绿色厚层状石英长石砂岩，多为钙质胶结，裂隙稍发育，钻进消耗量在1.00m3/h以下，一般在0.20.5m3/h之间， 钻孔单位涌水量0.0016L/s.m，因此，含水层为较弱裂隙含水层。 山西组(K7)砂岩裂隙含水层主要为底部K7砂岩，岩性为细粒砂岩，为2号煤层直接底板充水含水层，裂隙不发育，钻进消耗量均小于0.3m3/h，属弱富水性裂隙含水层。 太原石灰岩(K4、K3、K2)岩溶裂隙含水层K4、K2石灰岩为7号和8号煤直接充水含水层，厚度分别为2.88m和3.80m，岩性为深灰色，致密、块状，顶部质不纯含泥质，裂隙较发育，多为方解石细脉充填，钻进消耗量一般在0.101.00m3/h之间，属岩溶弱富水性溶隙含水层。K2石灰岩为9+10号煤层直接充水含水层，也是太原组的主要含水层，岩性为深灰色，致密、坚硬、性脆石灰岩，一般含有燧石层及透镜体。厚5.59m，石灰岩裂隙较发育，局部发育，钻进消耗量一般在1.00m3/h以下，钻孔单位涌水量0.009L/s.m，水位标高1305.42m，属岩溶弱富水性溶隙含水层。 中奥陶统石灰岩岩溶裂隙含水层峰峰组上段块状石灰岩(O2f)该含水层包括峰峰组和上马家沟组，井田内钻孔均不同程度揭露奥灰地层，岩芯鉴定溶隙不甚发育。井田西的沁新煤矿，施工一水源井，揭露奥灰318.00m，奥灰埋深198.90m。岩芯鉴定峰峰组灰岩溶隙不甚发育，上马家沟组灰岩溶隙发育，钻进至该层冲洗液出现全漏，漏失量达45m3/h，且岩芯采取率低，说明溶隙发育。该井奥灰岩溶水位埋深261.40m，标高+932.40m。混合抽水试验结果为：水位降深1.90m，涌水量14.31L/s,单位涌水量为7.53L/s.m，属于富水强的含水层，该水井往东随着奥灰埋深的增加，岩溶裂隙发育程度将随着埋深的增加有所减弱。因此，属中等强富水性岩溶含水层。3) 隔水层11号煤至O2含水层之间隔水层，由铝土泥岩、粉砂岩、泥岩、石英砂岩等致密岩层组成，一般厚42.73m，其间的石英砂岩致密、坚硬，裂隙不发育， 具有良好的隔水性能，在无断裂贯通情况下垂直方向上11号煤以上含水层与O2含水层不发生水力联系。峰峰组下段泥灰岩石膏层隔水层，石膏层厚度78.86m，深灰色、灰白色，以深灰色块状石膏为主，含不规则纤维状石膏， 局部为斑块状，多与泥灰岩交织在一起，岩芯较完整，为相对隔水层。2号煤至K4石灰岩之间隔水层由致密的粉砂岩、泥岩组成，一般厚76.40m，具有良好的隔水性能，在无断裂及陷落柱贯通情况下，垂直方向使2号煤以上含水层与K2含水层不发生水力联系。2号煤以上各砂岩含水层，由于其间存在厚度较大的粉砂岩、泥岩，且各砂岩含水性又不强，因此，垂直方向2号煤以上各砂岩含水层不发生水力联系。3) 地质构造与地下水的关系本区为走向NENW，倾向SENW，伴随有与走向大体一致的宽缓褶曲的单斜构造，是承受大气降水及地表水渗漏补给地下水的良好自然环境。特别是二叠系上、下石盒子组地层，在矿区大面积出露，接受大气降水和地表水补给，集聚形成地下水。这部分地下水受构造影响，在适宜的地形条件下以泉的形态又排出地表形成地表水，砂岩体储水岩层的特点是：含水砂岩不稳定，常相变、尖灭；地形切割较深，地下水补给量有限，水量较小，易排泄。以纵向褶曲为骨架的构造形迹，褶曲的两翼一般倾角815之间，背、向斜一般为紧闭型，这些向斜轴部赋存着上、下石盒子组砂岩，宜于地下水集聚，形成承压含水层，据详查区资料，曾有钻孔在这些地段揭露到含水层时，地下水就涌出地表。4) 矿井水文地质条件类型K8砂岩含水层是开采上组煤层的直接充水含水层，并通过开采塌陷裂隙与上覆砂岩体发生水力联系，或在浅部与风化裂隙水发生水力联系，成为矿井充水因素，但由于各砂岩体含水层均为弱富水性，充水方式均以顶板淋水为主，煤系下伏奥灰岩溶水，使区内除西北角外大部属带压开采(2号煤层标高580930m)，底板突水系数最大为0.028MPa/m，属带压安全开采。因此，上组煤层矿井水文地质条件为简单类型。K2石灰岩含水层是开采下组煤层的直接充水含水层，局部地段可能通过开采产生的塌陷裂隙带接受上部砂岩的充水补给，由于含水层均为弱富水性，且充水方式以顶板淋水为主。下伏奥灰岩溶地下水位标高推断为930m左右，使9+10、11号煤层均属带压开采(煤层底板标高470910m)，11号煤层突出系数达0.13MPa/m，接近正常块段开采，应有所注意，因此，下组煤层矿井水文地质条件为中等类型。(3) 充水因素分析1) 生产矿井水文地质特征本矿目前开采2号煤层，分布在井田西部，矿井正常涌水量180m3/d，最大涌水量260m3/d，充水水源以顶板淋水为主。2) 井田充水因素分析综合本区各主要含水层与主要开采煤层的关系，初步认定对矿井开采有一定影响的含水层为1号煤层之上的K8、K9砂岩含水层，以顶板中细粒砂岩裂隙充水为主，其次为在开采过程中，产生的塌隙带，在局部地段接受上部砂岩及风化裂隙水的充水补给。但K9、K8砂岩含水层属较弱裂隙含水层，故对矿井充水不会造成太大的影响。井田河流均属季节性河流，大气降水为主要补给水源，一般洪水来猛去速，井口标高最低在1144.36m，高于最高洪水位标高1135m，不会发生洪水溃入矿井事故。但也应有所注意。1.3煤层特征1.3.1煤层及煤质(1) 煤层1) 含煤性井田主要含煤地层为上石炭统太原组和下二叠统山西组。中石炭统本溪组和下二叠统下石盒子组亦含有数层薄煤层，其厚度小、稳定性差，变化大，均无开采价值。现将主要含煤地层山西组和太原组的含煤性叙述如下： 山西组本组地层厚度38.8052.43m，平均41.60m，含煤46层， 自上而下编号的有1号、2号、2下号、3号煤层，煤层总厚度2.073.97m，平均2.63m，含煤系数6.92(19号孔)。本组所含稳定可采煤层为2号煤层，可采煤层平均厚度1.45m。1号、3号煤层仅个别点(孤点)达可采厚度，无开采价值。 太原组本组地层厚度101.79119.10m，平均111.51m，含煤57层。自上而下编号有6号、7号、8号、9+10号、10下号、11号煤层，其中稳定可采煤层有两层为9+10号、11号煤层。该组地层含煤厚度6.808.46m,平均6.75m,含煤系数6.01%。2) 可采煤层区内主要煤层是山西组的2号和太原组的9+10号、11号煤层，批准本矿开采2号煤层，现将各主要可采煤层分述如下： 1号煤层位于山西组上部，上距K8砂岩2.5015.96m，平均8.07m，煤层厚度0.450.90m，平均0.70m。在中部边界附近的20号孔,煤层厚度为0.45m,在原井田中部李元钻孔煤层厚0.75m,井田西部的19号孔,煤层结构0.90m。该煤层结构简单，煤层顶底板主要为泥岩、粉砂岩，局部为细粒砂岩。属局部可采煤层。 2号煤层位于山西组中部，上距1号煤层15.7227.20m，平均20.45m，煤层厚度4.50m5.10m，平均4.80m。1号、2号煤层间距西部较小(19号孔)为16.7m，煤层厚度西部为1.30m，向东部、向南部逐渐变厚。为1.70m。变化规律西薄东厚，变化不大，煤层结构简单。 煤层顶底板为泥岩、砂岩或粉砂岩。该煤层全区可采，厚度变化不大，因此，属稳定可采煤层。 9+10号煤层位于太原组下段顶部，上距2号煤层平均82m。区西部19号孔煤层厚度3.40m，区北部402号孔煤层厚度4.12m，区中南部20号孔煤层厚度2.16m,该煤层在井田东南部、中部夹矸变薄，夹矸厚度小于0.70m，向西北部增厚,到402号钻孔时达2.42m，属稳定可采煤层。 11号煤层位于太原组下段中部，上距9+10号煤层平均间距23m，区西南部20号孔煤层厚度2.40m，区北部402号孔煤层厚度1.65m，区西部19号钻孔1.82m。煤层由西向东逐渐加厚，煤层顶、底板多为泥岩，含1-2层夹矸，属稳定可采煤层。可采煤层特征见表1-1。 (2) 煤质1) 物理性质及煤岩特征 物理性质2号煤层：黑色，强玻璃光泽，断口具参差状，内生裂隙发育， 条带状结构。9+10号、11号煤层：黑色，强玻璃光泽到金刚光泽，内生裂隙较发育，硬度较大，条带状结构。表1-1 可采煤层特征表地层煤层编号煤层厚度(m)夹石层数顶板岩性底板岩性稳定可采程度最小-最大平均山西 组10.45-0.900.700-1粉砂岩泥岩粉砂岩泥岩局部可采21.30-1.701.510-1泥岩泥岩粉砂岩稳定可采太原组9+102.16-4.123.231石灰岩粉砂岩泥岩稳定可采111.65-2.401.981-2泥岩泥岩稳定可采 煤岩特征1宏观煤岩特征宏观煤岩组分以亮煤为主，暗煤次之，夹少量镜煤和丝炭，条带状结构，属半光亮型煤。2 显微煤岩特征各可采煤层显微煤岩组分：镜质组含量介于6090%之间，平均在80%左右，主要为基质镜质体和均质镜质体。惰质组含量介于530%，平均在15%左右，多为半丝质体、粗粒体、碎屑体。无机组分含量除11号煤层平均在20%左右外，其余煤层均在10%左右，主要以粘土为主，呈分散状和充填状。3 煤的变质程度各煤层镜煤最大反射率一般平均在1.70%左右，其变质程度属变化阶段。2) 煤的化学性质 水分原煤空气干燥基水分含量：2号煤层介于0.500.52%，平均0.51%，9+10号煤层介于0.742.04%，平均1.39%。11号煤层介于0.521.18%。平均0.85%。浮煤空气干燥基水分含量：2号煤层介于0.531.24%，平均0.89%，9+10号煤层介于0.641.28%，平均0.96%。11号煤层介于0.571.04%。平均0.81%。 灰分2号煤层：原煤干基灰分5.1331.92%，平均18.53%，浮煤空气干基灰分4.795.01%，平均为4.90%。属特低灰煤。9+10号煤层：原煤干基灰分18.4525.23%，平均21.84%，浮煤干基灰分7.5310.45%，平均为8.99%，属低灰煤。11号煤层：原煤灰分平均为26.51%，属中灰煤，浮煤干基灰分9.339.96%，平均为9.65%。 挥发分2号煤层浮煤干煤无灰基挥发分15.1117.19% ，平均16.15%。9+10煤层浮煤干煤无灰基挥发分15.0015.21% ，平均15.11%。11号煤层浮煤干煤无灰基挥发分14.7315.46% ，平均15.70%。均属低挥发分煤。 硫分2号煤层原煤干基全硫含量0.230.39%，平均0.31%，浮煤全硫0.440.52%，平均0.48%，属特低低硫煤。9+10号煤层原煤干基全硫含量2.884.26%,平均3.57%，浮煤全硫1.491.99%，平均1.74%。属高硫煤。11号煤层原煤干基全硫含量0.460.62%，属特低硫低硫煤，浮煤全硫0.620.74%，平均0.68%。 发热量2号煤层干基弹筒发热量(Qb.d)24.0434.72MJ/kg。平均29.38MJ/kg。9+10号煤层干基弹筒发热量(Qb.d)26.3628.71MJ/kg。平均27.54MJ/kg。11号煤层干基弹筒发热量(Qb.d)为25.60MJ/kg。 煤的粘结性2号煤层粘结指数为78.7。属强粘结煤。9+10号煤层粘结指数为8.9，属弱粘结煤。11号煤层粘结指数为 0.811.5，属不粘结弱粘结煤。 有害元素磷：2号煤层原煤干基磷平均0.011%，属低磷分煤，9+10号煤层，磷平均0.004%，属特低磷煤，11号煤层磷平均0.078%，属中磷分煤。氯：各煤层中氯含量在0.0100.030%。氟：各煤层中氟含量在82143.8g/t。砷：各煤层中氟含量在0.72.7g/t。(3) 煤类根据中国煤炭分类国家标准(GB575186)，划分煤类。2号煤层浮煤挥发分15.1117.19%，粘结指数78.7，属焦煤类。9+10号煤层浮煤挥发分15.0015.21%，粘结指数8.9，属贫瘦煤。11号煤层浮煤挥发分14.7315.46%，粘结指数0.811.5，属贫瘦煤和贫煤。 4煤质特征及工业用途2号煤层属特低灰、特低低硫、低磷、强粘结性的焦煤，是很好的炼焦用煤。9+10号煤层属低灰、高硫、特低磷、弱粘结性的贫瘦煤，由于硫含量高,一般做动力用煤。11号煤层属中灰、特低硫低硫、中磷、弱粘结不粘结的贫瘦煤和贫煤，一般做动力用煤。可采煤层煤质特征表见表1-2。1.3.2瓦斯、煤尘爆炸性、煤的自燃倾向性、煤和瓦斯突出及地温(1) 瓦斯根据山西省安全生产监督管理局文件晋安监煤字【2007】117号“关于长治市地方国表1-2 可采煤层煤质特征表项目 煤层号29+10Mad (%)原煤0.500.520.511.39浮煤0.531.240.890.641.280.96Ad (%)原煤5.1331.9218.5318.4525.2321.84浮煤4.795.014.907.5310.458.99Vdaf (%)原煤浮煤15.1117.1916.1515.0015.2115.11St.d (%)原煤0.230.390.312.884.263.57浮煤0.280.520.391.491.991.74Pd (%)原煤小于0.010.01左右Qg.daf (MJ/kg)原煤24.0434.7229.3826.3828.7127.54GR.I18.578.72.84.7Y (mm)71009煤 类JM、SMSM、PM有及21万吨/年以上乡镇煤矿2006年度矿井瓦斯等级鉴定的批复”， 新源煤矿矿井瓦斯绝对涌出量7.5m3/min，相对涌出量7.5m3/t，批复为低瓦斯矿井。(2) 煤尘根据国家煤及煤化工产品质量监督检验中心提交的山西沁新煤焦股份有限公司新源煤矿2号煤层检验报告，2号煤层火焰长度25mm，最低岩粉用量30%，煤尘有爆炸性。(3) 煤的自燃性根据国家煤及煤化工产品质量监督检验中心提交的山西沁新煤焦股份有限公司新源煤矿2号煤层检验报告，2号煤层吸氧量为0.94cm3/g，自燃等级级，属不易自燃煤层。(4) 地温、地压据沁安普查勘探时进行了钻孔地温测试，根据测试结果，地温梯度为每百米0.9，属地温正常区。本井田无地压测试资料。2 井田境界和储量2.1井田境界新源煤矿位于山西省沁源县西南部，隶属于李元镇管辖。地理坐标为： 北纬363304363453， 东经11212311121433，矿井工业场地位于山西省沁源县西部李元镇附近，距沁源县城约17km。井田平均倾角7度，井田南北长5.6km，东西宽3.5km，井田面积18.9274km2。2.2矿井工业资源储量2.2.1构造类型本井田地处沁水煤田西缘，霍山隆起以东，总体构造形态为一走向北东，倾向南东的单斜构造，并伴有两对走向北北东的背向斜构造。地层倾角变化不大，一般在72左右，构造形态符合区域构造特点。区内断层不发育。区内无岩浆岩活动,综述本区构造属简单类。2.2.2矿井工业储量矿井工业储量是指在井田范围内，经地质勘探，煤层厚度和质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚。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。2号煤层，采用块段法计算工业储量。地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征，将矿体划分为若干块段，在圈定的块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量。煤层总储量即为各块段储量之和，每个块段内至少应有一个以上的钻孔。块段划分如图2-1所示。根据煤炭工业设计规范，求得以下各储量类型的值：(1) 矿井地质资源量矿井地质资源量可由以下等式计算： (2-1)式中：矿井地质资源量，Mt；煤层平均厚度，m；煤层底面面积，m3；煤容重，t/m3。将各参数代入(2-1)式中可得表2-2，所以地质储量为： =122.16(Mt)图2-1 块段划分示意图表2-1 煤层地质储量计算煤层块段倾角/()块段面积/km2煤厚/m容重/t/m3储量/Mt总储量/Mt2#189.34.81.3359.95122.16263.54.81.3322.43371.14.81.337.08461.64.81.3310.27553.54.81.3322.43(2) 矿井工业储量根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%推断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%的是经济的基础储量，30%的是边际经济的基础储量，则矿井工业资源/储量由式计算。矿井工业储量可用下式计算： (2-2)式中： 矿井工业资源/储量； 探明的资源量中经济的基础储量；控制的资源量中经济的基础储量；探明的资源量中边际经济的基础储量；控制的资源量中经济的基础储量； 推断的资源量；可信度系数，取0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存较稳定的矿井，取0.7。该式取0.8。51.31(Mt)25.65(Mt)21.99(Mt)10.99(Mt)9.77(Mt)因此将各数代入式2-2得：109.94(Mt)2.3 矿井可采储量矿井设计资源储量按式(2-3)计算：(2-3)式中：矿井设计资源/储量断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建筑煤柱等永久煤柱损失量之和。按矿井工业储量的3%算。则：106.65(Mt)矿井设计可采储量式中：矿井设计可采储量；工业场地和主要井巷煤柱损失量之和，按矿井设计资源/储量的2%算；C采区采出率，厚煤层不小于75%；中厚煤层不小于80%；薄煤层不小于85%。此处取0.85。则：88.84(Mt)2.4工业广场煤柱根据煤炭工业设计规范不同井型与其对应的工业广场面积见表2-2。第5-22条规定：工业广场的面积为0.81.1平方公顷/10万吨。本矿井设计生产能力为120万吨/年，所以取工业广场的尺寸为300m400m的长方形。煤层的平均倾角为7度，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850m，该处表土层厚度为5060m，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。本矿井的地质掉件及冲积层和基岩层移动角见表2-3。表2-2 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1.0120-1801.245-901.59-301.8表2-3 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/m85074.86045727565由此根据上述以知条件，画出如图2-1所示的工业广场保护煤柱的尺寸：由图可得出保护煤柱的尺寸为：由CAD量的梯形的面积是：363351.79m2。 S2煤=363351.79/cos10=368957.08m2则：工业广场的煤柱量为：Z工=SMR式中： Z工-工业广场煤柱量，万吨； S -工业广场压煤面积，； M -煤层厚度，4.8m； R -煤的容重, 1.33t/m3。0则： Z2煤=368957.084.81.3310-4 =235.54(万吨)图2-1 工业广场保护煤柱3 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。3.2矿井设计生产能力及服务年限(1) 矿井设计生产能力因为本井田设计丰富，主采煤层赋存条件简单，井田内部无较大断层，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120万吨/年。(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 矿井开采能力校核新源矿2号煤层为厚煤层，煤层平均倾角为7度，地质构造简单，赋存较稳定，但矿井瓦斯含量及涌水相对较大，工作面长度不一过大，考虑到矿井的储量可以布置两个综采工作面同采可以满足矿井的设计能力。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9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带式输送机运到采区煤仓，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相对较高，属于高瓦斯矿井，水文地质条件较简单。矿井通风采用对角式通风，矿井达产初期对首采只需先建一个风井即可满足矿井的通风需求，后期再建一个风井，可以满足整个矿井通风的要求。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。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) (3-1)其中：T -矿井的服务年限，年； Zk-矿井的可采储量，87.87Mt； A -矿井的设计生产能力， 120万吨/年； K -矿井储量备用系数，取1.4。则： T=88.84100/(1201.4) =52.88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。表3-1 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限表矿井设计生产能力(万t/a) 矿井设计年限(a) 第一水平设计服务年限煤层倾角45600及以上7035300-5006030120-2405025201545-90402015154 井田开拓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。井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，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；巷道，由于其节理裂隙较发育，上述常规的支护方法已经难以维护巷道的稳定性，巷道会产生变形失稳。采用围岩壁内注浆技术，可达到改善围岩力学性能、增强围岩整体性、控制围岩变形的效果，从主动加固围岩的角度提高了围岩的自承能力，对维护巷道的稳定能起到良好的效果。国家“八五”重大科技攻关课题提出了将锚杆和注浆结合的锚注一体化支护技术。锚注加固技术实用性强、应用范围广，己广泛应用于矿山、地下建筑、大坝、隧道、地铁、桥梁和土木工程等各个领域。20世纪纪80年代以来，以支护为目的的巷道围岩注浆技术在俄罗斯、德国等地开始研究与推行，我国同期也在深部复杂和不良岩体的巷道工程中采用注浆技术。典型的实例有：1) 淮南潘三矿580m水平西一至西二石门集中巷由于受地质构造的影响，巷道变形严重，维护极其困难，呈现前掘后修、前修后坏的局面，经采用锚注后，巷道围岩两帮和顶底板移近量和移近速度都有了较大程度的较少，巷道变形得到明显控制，锚注加固在该矿获得成功；2) 峰峰矿业集团新三矿岩巷过地质构造围岩破碎带采用常规支护时巷道曾反复维修，巷道难以维护，对该特殊地段采取了注浆加固的方法后，取得良好效果。1.2.2国外处理位于构造破碎带中的巷道的现状上世纪60年代，奥地利工程师L.V.Rabeewicz在总结前人经验的基础上，提出了一种新的隧道设计施工方法，称为新奥地利隧道施工方法，新奥法目前已成为地下工程重要的设计施工方法之一。上世纪70年代，M.D.Salamon等人又提出了能量支护理论。该理论认为，支护结构与围岩相互作用、共同变形，在变形过程中，围岩释放部分能量，支护结构吸收部分能量，但总的能量无变化。因而，主张利用支护结构，使支架自动调整围岩释放能量和支护体吸收能量，使支护结构有吸收多余能量的功能。英国、俄罗斯、德国、法国、波兰等西欧国家直到上世纪80年代仍以金属支架为主，以其良好的支护效果，在浅部开采中得到了发展。后来，引进美国、澳大利亚的锚杆支护技术。目前，西欧大多数国家各类不同类型的锚杆、组合锚杆、锚杆桁架及锚索支护约占支护总量的90%；美国、澳大利亚在近几十年的煤矿深部开采中，一直以锚杆支架为主体进行联合支护，对于极不稳定围岩主要采用组合锚杆桁架、锚索支护、锚喷网与锚索联合支护等形式。前苏联、奥地利、德国等国在上世纪80年代开始用空心锚杆注浆，实现了锚注，并广泛使用于矿井支护。隧着地下开采的不断深入，支护问题日益突出，研究也不断的深入，弹塑性力学、断裂力学等大量力学及理论都引入了巷道支护技术的研究，特别随着计算机技术和数值计算方法的发展