城郊矿2.4Mta新井设计毕业设计

编号：（ ）字 号本科生毕业设计（论文）城郊矿2.4Mt/a新井设计浅谈煤矿冲击矿压及防治措施 采矿2007-7班题目： 姓名： 学号： 班级： 二一一年六月中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： 学 号： 学 院： 矿 业 工 程 学院 专 业： 采 矿 工 程 设计题目： 城郊矿2.4Mt/a新井设计 专 题： 浅谈煤矿冲击矿压及防治措施 指导教师： 社 职 称： 教 授 二一一年六月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 矿业工程 专业年级 采矿工程2007级 学生姓名 任务下达日期 ：2011 年 1 月 14 日毕业设计日期： 2011 年 3 月 14 日至 2011年 6 月 9 日毕业设计题目：城郊矿2.4Mt/a新井设计毕业设计专题题目：浅谈煤矿冲击矿压及防治措施毕业设计主要内容和要求：以实习矿井条件为基础，完成新井设计。主要内容包括：矿井概况、矿井工作制度及设计生产能力、井田开拓、首采区设计、采煤方法、矿井通风系统、矿井运输提升等。结合实习矿井实际情况或当前煤矿生产前沿，撰写一篇专题论文。完成近3-5年国外期刊上与采矿或煤矿安全有关的科技论文翻译一篇，要求不少于3000字符。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。一般部分为城郊矿2.4Mt/a新井设计。主采煤层为二2号煤、三2号煤，平均倾角为3，煤层平均总厚为8.91m。井田地质条件较为简单。井田工业储量为166.6Mt，矿井可采储量111.19Mt。矿井服务年限为64.86a，涌水量不大，矿井正常涌水量为200m3/h，最大涌水量为360m3/h。井田中各煤层瓦斯含量一般小于0.5cm3/g，属低瓦斯矿井。各煤层均无煤尘爆炸危险。各煤层均属不自燃发火煤层。井田为立井单水平开拓。大巷采用胶带运输机运煤，辅助运输采用矿车运输。矿井通风方式为混合式通风，前期中央风井回风，后期带区风井回风。矿井年工作日为330d，工作制度为“四六”制。一般部分共包括10章：1.矿区概述及井田地质特征；2.井田境界和储量；3.矿井工作制度及设计生产能力、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。专题部分题目是浅谈煤矿冲击矿压及防治措施翻译部分主要内容为关于应力波穿越节理时的透反射系数的研究，英文题目为：Study on the transmission and reflection of stress waves across joints.关键词：城郊煤矿； 双立井； 单水平； 采区与带区布置； 综采放顶煤方法； ABSTRACTThis design includes of three parts: the general part, special subject part and translated part. The designed productive capacity is 2.4 million tons percent year. The two and three is the main coal seam, and its dip angle is 3 degree. The thickness of the mine is about 8.91m in all. The mine Geology quality condition is simple by Comparison.The proved reserves of the minefield are 166.6 million tons. The recoverable reserves are 111.19 million tons. And the service life of the mine is 64.86 years. The normal flow of the mine is 200m3 percent hour and the max flow of the mine is 360 m3 percent hour. The mineral well gas gushes less than 0.5cm3/g, for low gas mineral well. All the coal seam does not have the danger of explorer, or burn by itself.The mine farmland is a single level in an inclined well to expand. The mine farmland signs the single level of well to expand for the double. The mine lane adopts the tape conveyance luck coal, assistance conveyance adoption mineral car. The well ventilated way of the mineral well is well ventilated for admixture type, expecting the central breeze well to return to breeze before, expecting to take the area breeze well to return to breeze later. The working system “four-six” is used in the Chengjiao mine. It produced 330d/a.This design includes ten chapters: 1.An outline of the mine field geology; 2.Boundary and the reserves of mine; 3.The service life and working system of mine; 4.development engineering of coalfield; 5.The layout of panels; 6. The method used in coal mining; 7. Transportation of the underground; 8.The lifting of the mine; 9. The ventilation and the safety operation of the mine; 10.The basic economic and technical norms.The special subject parts of topics is Brief talks on mine rock burst and the control measures.Translation part of main contents is a topic with the name of Study on the transmission and reflection of stress waves across joints.Keyword：chengjiao coal mine； double vertical shaft； single horizon； district & band mode；fully mechanized mining with sublevel caving technology中国矿业大学2011届本科毕业设计 第IV页 目 录一般部分1 矿区概述及井田地质特征11.1 矿区概述11.1.1 地理位置与交通11.1.2 地形地貌11.1.3 主要河流11.2 井田地质特征21.2.1 地质构造21.2.2 水文地质条件21.2.3 地温21.3 煤层21.3.2 煤质31.3.3 煤层顶底板31.3.4 瓦斯、煤尘等32 井田境界和储量42.1井田境界42.1.1 井田范围42.1.2 开采界限42.1.3 井田尺寸42.2 矿井储量计算42.2.1 储量计算基础42.2.2 井田地质勘探42.2.3 地质储量计算52.2.4 工业储量计算52.3 矿井可采储量62.3.1 安全煤柱留设原则62.3.2 矿井永久保护煤柱损失量62.3.3 矿井可采储量73 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限93.1矿井工作制度93.2 矿井设计生产能力及服务年限93.2.1 确定依据93.2.2 矿井设计生产能力93.2.3 矿井服务年限93.2.4 井型校核104 井田开拓114.1 井田开拓的基本问题114.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标114.1.2 工业场地的位置134.1.3 开采水平的确定及采带区划分134.1.4 主要开拓巷道134.1.5 方案比较134.2 矿井基本巷道204.2.1 井筒204.2.2 开拓巷道204.2.3 井底车场及硐室215 准备方式带区巷道布置275.1 煤层地质特征275.1.1 带区位置275.1.2 带区煤层特征275.1.3 煤层顶底板岩石构造情况275.1.4 水文地质275.1.5 地质构造275.1.6 地表情况275.2 带区巷道布置及生产系统285.2.1 带区准备方式的确定285.2.2 带区巷道布置285.2.3 带区生产系统295.2.4 带区内巷道掘进方法295.2.5 带区生产能力及采出率305.3 带区车场选型设计316 采煤方法326.1 采煤工艺方式326.1.1 带区煤层特征及地质条件326.1.2 确定采煤工艺方式326.1.3 回采工作面参数336.1.4 回采工作面破煤、装煤方式336.1.5 回采工作面支护方式386.1.6 端头支护及超前支护方式406.1.7 各工艺过程注意事项406.1.8 回采工作面正规循环作业426.2回采巷道布置456.2.1 回采巷道布置方式456.2.2 回采巷道参数467 井下运输497.1 概述497.1.1 矿井设计生产能力及工作制度497.1.2 煤层及煤质497.1.3 运输距离和运载量497.1.4 矿井运输系统497.2 带区运输设备选择507.2.1 设备选型原则：507.2.2 带区运输设备选型及能力验算507.3大巷运输设备选择517.3.1 胶带回风大巷设备选择517.3.2 辅助运输大巷设备选择517.3.3 运输设备能力验算528 矿井提升548.1 矿井提升概述548.2 主副井提升548.2.1 主井提升548.2.2 副井提升设备选型548.2.3 井上下人员运送559 矿井通风及安全569.1 矿井概况、开拓方式及开采方法569.1.1 矿井地质概况569.1.2 开拓方式569.1.3 开采方法569.1.4 变电所、充电硐室、火药库569.1.5 工作制、人数569.2 矿井通风系统的确定569.2.1 矿井通风系统的基本要求579.2.2 矿井通风方式的选择579.2.3 矿井主扇工作方式选择589.2.4 带区通风系统的要求589.2.5 带区工作面通风方式的选择599.3 矿井风量计算599.3.1 工作面所需风量的计算599.3.2 备用面需风量的计算609.3.3 掘进工作面需风量609.3.4 硐室需风量619.3.5 其它巷道所需风量619.3.6 矿井总风量619.3.7 风量分配629.4 矿井通风阻力计算639.4.1 矿井最大阻力路线639.4.2 矿井通风阻力计算649.4.3 矿井通风总阻力679.4.4 两个时期的矿井总风阻和总等积孔679.5 选择矿井通风设备689.5.1 选择主扇689.5.2 电动机选型699.6 安全灾害的预防措施709.6.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施709.6.2 预防井下火灾的措施709.6.3 防水措施7010 设计矿井基本技术经济指标72参考文献73专题部分 浅谈煤矿冲击矿压及防治措施74翻译部分英文原文96中文译文113致 谢127中国矿业大学2011届本科毕业设计 第55页 一般部分1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 地理位置与交通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、蒋口乡的一部分，交通便利。走向长约7.81km，倾向长约7.01km，井田面积44km2。矿井北临近陈四楼井田，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。乡村之间公路相通（见图1-1）。1.1.2 地形地貌城郊井田位于淮河冲积平原的东部 ，地势平坦，海拔标高为+30m，向东南倾斜。区内新生界松散沉积物广泛分布，厚度一般为100m左右。工业广场标高+30.0m。1.1.3 主要河流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。实测最高洪水位标图1-1 城郊矿交通位置图高+29.79m，（1963年8月9日），年平均水位标高+26.39m，最大流量384m3/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。河流对开采不构成影响。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962.9mm，年最大降水量1518.6mm，年最小降水量556.2mm。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1808.9mm。永城地区受地震影响不大，地震烈度小于6度。1.2 井田地质特征1.2.1 地质构造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。本井田精查勘探时在13.61范围内大小组合断层1条，其中较大的断层有4条，井田东北部、西北部和南部即以大断层为界。总之，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。1.2.2 水文地质条件新生界松散层划分为四个含水层组及四个隔水层组，由于新生界底部砂层少，富水性又弱，与基岩之间有平均厚44.29m的粘土隔水层，对矿床一般无充水影响。煤层顶板砂岩裂隙水是矿床主要直接充水的水源，但由于井田内砂岩富水性很弱，渗透性差，径流滞缓，补给源不足，故对将来的矿床开采一般不会造成太大的威胁。本井田断层富水性微弱，具有一定的隔水性能，一般情况下不会发生导水威胁。综上所述，本井田是一个与外部水力联系微弱，补给不足的较完整的独立水文地质单元，开采煤层远离地表水体，无流水影响，间接充水岩层“灰岩”单位涌水量不大，局部在断层处有与煤层对接的可能性，如留好煤柱，远离断层，一般是不会突水的，本矿井水文地质，工程地质条件属中等类型。矿井正常涌水量200m3/h，考虑上段灰岩突水，最大涌水量为360m3/h。1.2.3 地温井田内地温仅随深度的增加而增加。井田的平均地温梯度为2.67 /100m，从地温梯度看，浅部地温梯度较高，深部地温梯度较低。从二煤组煤层、三煤组煤层地温等值线图上看出，等温线与煤层底板等高线基本平行，二煤组煤层-500m以浅的地温一般低于30C，-600m以深的地温除井田东南部小面积低温区外，一般为一级高温区。地温大于31，为一级高温区，其余地段地温一般低于31。1.3 煤层1.3.1 煤层埋藏条件煤层走向为南北走向，西高东低，平均倾角为3，其中上部及下部煤层更加平缓，倾角一般为2度，东部煤层倾角较大，有6度左右。本井田的主要含煤地层有煤层和煤层，煤层总厚度平均8.91m，层间距为50m。其中煤层平均厚5.93m，煤层平均厚2.98，前期主要开采5.98m厚的二2煤层。1.3.2 煤质三煤层属低灰分，特低硫，特低磷，高发热量，易选的优质无烟煤。各可采煤层中贫煤数量较少，除它的发热量稍高于无烟煤外，其它煤质特征与无烟煤相似。三煤层煤为无烟煤，首先可作为化工用煤，包括气化用煤及发生炉煤气用煤和化肥用煤，其次作为动力用煤及民用燃料等。1.3.3 煤层顶底板三2煤煤层直接顶板，底板主要为薄层状泥岩，砂质泥岩，局部为粉砂岩，抗压强度一般大于600kg/cm2（极小部分小于600kg/cm2），稳定性好，管理难度小。二2煤煤层直接顶，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，抗压强度一般小于600kg/cm2 ，岩石的完整性差，稳定性较差，顶板不易于管理，底板一般不易发生底鼓。表1-1 煤层情况一览表煤层煤分层数平均煤厚 (m)夹矸层数可采情况煤层稳定性煤15.930可采稳定煤12.980可采稳定1.3.4 瓦斯、煤尘等井田中各煤层瓦斯含量一般小于0.5cm3/g，属低瓦斯矿井。各煤层均无煤尘爆炸危险。各煤层均属不自燃发火煤层。2 井田境界和储量2.1井田境界2.1.1 井田范围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，处理好相邻矿井间的关系。根据以上原则，矿西北以F3断层为界，F3断层中间与煤层露头相连，煤层露头为环状，东北以F6断层为界，西部为人为边界，南部以F14断层为界，按矿区内统一划分的井田边界。 2.1.2 开采界限本井田的主要含煤地层有煤层和煤层，煤层总厚度平均8.91m，层间距为50m。其中煤层平均厚5.93m，煤层平均厚2.98，井田内二、三煤层为可采煤层，前期主要开采5.98煤层。开采上限：2号煤层以上认为边界和F3断层。下部边界：人为划分的下部井田边界和F6，F14断层边界。2.1.3 井田尺寸井田走向平均长约7.81km，倾向平均长约7.01km，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，井田面积13.61km2。2.2 矿井储量计算2.2.1 储量计算基础1.根据城郊井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算；2.依据煤炭资源地质勘探规范关于化工、动力用煤的标准：计算能利用储量的煤层最低可采厚度为0.8m，原煤灰分不大于40%。计算暂不能利用储量的煤层厚度为0.70.8m；3.依据国务院过函（1998）5号文关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问题的批复内容要求：禁止新建煤层含硫份大于3%的矿井。硫份大于3%的煤层储量列入平衡表外的储量；4.储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05m时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹石总厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度；5.井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。6.煤层容重：三号煤层容重为1.4t/m3，二号煤层容重为1.4t/m32.2.2 井田地质勘探井田地质勘探类型为精查，属详细勘探。井田范围内钻孔分布，井田内北部边界附近和西部及东部边界附近，钻孔布置较少；其它区域钻孔分布比较均匀，勘探详细。井田内北部边界附近、西部边界附近以及东部边界附近属B级储量，断层附近属C级储量，其它区域为A级储量。高级储量占99.6%，符合煤炭工业设计规范要求。二号煤层最小可采厚度为4.40m，最大可采厚度为6.3m，平均5.93m。2.2.3 地质储量计算井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，矿井主采煤层为2号煤层以及2号煤采用算术平均法。即煤炭地质储量是由煤层面积、容重及厚度相乘所得，其公式一般为： Z=SMR （2-1）其中：Z矿井的地质储量，t； S 井田的倾斜面积，km2； M煤层的厚度，m； R 煤的容重，t/m3，取R=1.4 t/m3。则：Z=13.9810002/(5.93+2.98)1.4=170004124t=170Mt2.2.4 工业储量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，目前可供利用的可列入平衡表内的储量。矿井工业储量是进行矿井设计的资源依据，一般也就是列入平衡表内的储量。矿井工业储量：地质资源量中探明的资源量331和控制的资源量332，经分类得出的经济的基础储量111b和122b、边际经济的基础储量2M11和2M22，连同地质资源量中推断的资源量333的大部，归类为矿井工业储量。储量的分配探明储量、控制储量、推断储量按6：3：1 分配，经济基础储量、边际经济基础储量按90%、10% 分配，次边际经济基础储量不计。各种储量分配见表2-1：表2-1 矿井工业储量计算表类别探明储量/Mt控制储量/Mt推断储量/Mt经济储量边际储量经济储量边际储量数量91.810.245.95.117.0合计102.051.0Zg=111b+122b+2M11+2M22+333k （2-2）其中：k=0.8Zg=91.8+10.2+45.9+5.1+17.00.8=166.6 Mt2.3 矿井可采储量2.3.1 安全煤柱留设原则1.工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不留设保护煤柱，本井田内地表没有村庄。2.各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定。用岩层移动角确定工业场地、村庄煤柱。岩层移动角为70，表土层移动角为41；3.维护带宽度：风井场地20m，其他15m；4.断层煤柱宽度30m，井田境界煤柱宽度为20m；5.工业场地占地面积，根据煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明中第十五条，工业场地占地面积指标见表2-2。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以指标规定城郊矿工业场地计算为：占地面积指标取：1.2公顷/10万t面积计算：2.4Mt 1.0公顷/10万t = 24公顷2.3.2 矿井永久保护煤柱损失量1.井田边界保护煤柱根据朱集矿的实际情况，鉴于本井田大部分边界为断层边界和煤层露头线组成，按照煤矿安全规程的有关要求，井田边界内侧暂留30m宽度作为井界煤柱，则井田边界保护煤柱的损失按下式计算。 （2-3）式中：P井田边界保护煤柱损失，万t。H井田边界煤柱宽度，30m；L井田边界长度，17198.06m；m煤层厚度，m；r煤层容重，1.4t/m3；代入数据得：P=3017198.06（5.93+2.98）1.4=6.43Mt2.断层保护煤柱断层煤柱留设30m宽，F7断层保护煤柱长度3133.3m，则F7断层保护煤柱损失量为：1.17Mt。3.工业广场保护煤柱工业广场按级保护留围护带宽度15m，工业广场面积由表221确定，取21.6公顷。工业广场保护煤柱如下图。面积为51.48公顷，则工业广场保护煤柱压煤量为：51.48（5.93+2.98）1.4 = 6427095t=6.43Mt.4.大巷保护煤柱大巷中心距离为50m，煤层大巷两侧的保护煤柱宽度各为40m，岩石大巷两侧的保护煤柱宽度各为30m，则大巷保护煤柱损失量为4.32Mt。5.井筒保护煤柱主、副井井筒和前期风井保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，后期风井井筒保护煤柱在边界煤柱范围内，故井筒保护煤柱损失量为0。各种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（Mt）井田边界保护煤柱6.43断层保护煤柱1.17工业广场保护煤柱6.43大巷保护煤柱4.32井筒保护煤柱0合 计18.352.3.3 矿井可采储量矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算：Zk = （Zg-P）C （2-4）式中： Zk矿井可采储量，万t；P保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断层等留设的永久保护煤柱损失量，万t；C采区采出率，厚煤层不小于0.75；中厚煤层不小于0.8；薄煤层不小于0.85；地方小煤矿不小于0.7。则，矿井设计可采储量：Zk =（166.6-18.35）0.75=111.19（Mt）3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范相关规定，确定矿井设计年工作日为330天，工作制度采用“四六制”，每天四班作业，三班生产，一班准备，每班工作6小时。矿井每昼夜净提升时间为16小时。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 矿井设计生产能力城郊井田储量丰富，煤层赋存稳定，顶底板条件好，断层褶曲少，倾角小，厚度变化不大，开采条件较简单，技术装备先进，经济效益好，煤质为优质无烟煤，交通运输便利，市场需求量大，宜建大型矿井。确定城郊矿井设计生产能力为2.4Mt/a。矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、开采条件、设备供应及国家需煤等因素确定。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： T= （3-1）式中: T矿井服务年限，a；Zk矿井可采储量，MtA设计生产能力,Mt；K矿井储量备用系数，取1.4；则，矿井服务年限为：T =111.19/2.41.4 = 64.86a符合煤炭工业矿井设计规范要求。3.2.4 井型校核按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：1.煤层开采能力井田内2煤层平均5.93m，为厚煤层，赋存稳定，厚度变化不大。根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个放顶煤工作面保产。2.辅助生产环节的能力校核矿井设计为大型矿井，开拓方式为双井单水平开拓，主立井采用箕斗提升运煤，副立井采用轨道辅助运输，运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤经斜巷胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，再经主立井胶带运输机提升至地面，运输能力大，自动化程度高。副井运输采用罐笼提升、下放物料，能满足大型设备的下放与提升。大巷辅助运输采用900mm轨距矿车运输，运输能力大，调度方便灵活。3.通风安全条件的校核本矿井煤尘无爆炸危险性，瓦斯涌出量为0.5m3/t，属于低瓦斯矿井。水文地质条件简单，涌水量较小（200 m3/h）。瓦斯涌出量小，矿井采用混合式通风，后期设一条专用回风大巷，西区边界，可以轻松满足通风需要。4.矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，保证有足够的服务年限，满足煤炭工业矿井设计规范要求，见表3-1。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70353005006030120240502520154590402015154 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。4.5 稳定性理论稳定性理论应用于冲击矿压问题最早可追溯到20世纪60年代初期Ncvillecook的研究。刚性试验机的出现使人们可以获得受压岩石的全应力-应变曲线得到岩石峰后变形的描述，从而可以研灾采动岩体的平衡以及这种平衡的稳定性。Lippnlnnn将冲击矿压处理为弹塑性极限静力平衡的失稳现象进一步又提出煤层冲击的“初等理论”，同时而在采场周围形成应力集中煤(岩)体内高应力区局部形成应变软化介质与尚未形成应变软化(包括弹性和应变硬化)的介质处丁非稳定平衡状态，在外界扰动下的动力失稳，形成冲击矿压，提出冲击矿压的失稳理论，并得到了初步的应用。4.6 目前研究现状在目前的研究中，以断裂力学和稳定性理论为基础的围岩近表面裂纹的扩展规律、能量耗散和局部围岩稳定性研究备受关注大量研究表明裂纹的扩展方向受最大压应力方向控制，围压对裂纹的扩展起限制作用。vardolakis研究指出近自由表而的裂纹一旦开始扩展，将失去稳定，导致表面局部屈曲，临界屈曲应力随自由表面与裂纹间距离的减小而急剧减小Dyskm对壁面附近裂纹扩展方式及裂纹贯穿后的壁而稳定进行了分析，认为压应力集中造成初始裂纹以稳定的方式平行于最大压应力方向扩展这种扩展与自由表面相互作用加速了裂纹的增长并最终导致失稳扩展，裂纹面出现分离，分离层屈曲破坏形成冲击矿压。并建立了一个二维裂纹扩展模型以计算非稳定裂纹起裂点的应力大小。BAzant等分析了近壁裂纹扩展引起的能量耗散及尺度效应，使对冲击矿压的能量估算成为可能。张晓春等在这方面结合实际情况对近表向裂纹扩展、壁面局部稳定性作了初步的研究探讨了煤矿巷道附近围岩层裂区的形成和破坏机理，通过理论分析和试验模拟，建立了煤矿片帮型冲击矿压发生的层裂板结构失稳破坏模型，认为巷道或采场壁面的局部稳定是出高应力集中区内形成的层裂板结构区的稳定控制的，冲击刃压是煤逐形成的层裂板结构区的局部压屈。齐庆新等在煤与岩石以及煤层之间摩擦滑动实验研究基础上，考察了煤矿冲击矿压煤岩层间结构粘滑失稳机制。材料破坏的分叉理论是冲击矿压研究的一个重要方而，vardmllakM和Deborst等作了以系列的工作，并在数值计算上采用粘塑性、塑性应变梯度和Cosscrat介质理论的本构关系等，以求实现对破坏失稳部位的预测。近年来，突变理论在冲击矿压研究中也取得了一系列的进展。这包括：针对煤柱的非稳定问题，利用尖角突变模型，得到了判断煤(岩)柱冲击矿压发生的必要条件和充分条件；分析水平力和垂直力控制的空间煤(省)体系统失稳的分叉集以及出于它们变化而导致煤岩体状态突变的过程。这些研究在煤岩体的本构关系方面采用线性(弹性)和非线性(应变软化、损伤)模型。5 冲击矿压影响因素5.1 开采深度我们知道，随着开采深度的增加，煤层中的自重应力随之增加，煤岩体中聚积的弹性能也随之增加。理论上讲，煤层在采深为H且无采动影响的三向应力状态下其应力为：则煤体中的体积变形聚积的弹性能为形状变形而聚集的弹性能为： 若煤层中的形变能全部用于煤体的塑性变形，体变能全部用于破坏煤和使其运动，则：式中 设煤的单向抗压强度为，则破碎单位体积煤块所需能量U1为： 假设巷道周边煤体处于双向受力状态，则所需能量比U1要大，现用一系数K0(K01)来表达，则破碎单位体积煤块的能量U2为：若U2就可能发生冲击矿压，这样就可求得发生冲击矿压的初始采深H为：统计分析表明，开采深度越大，冲击矿压发生的可能性也越大：开采深度与冲击矿压发生次数的多少，有如图4.1的关系(波兰煤矿情况，横坐标为采深，纵坐标为冲击指数W，即开采百万吨煤炭的冲击矿压次数)。考虑到安全界限可以确定当深度H350 m时，冲击矿压不会发生；当深度350mH500 m时，在一定程度上危险逐步增加。从500m开始，随着开采深度的增加，冲峦矿压的危险性急剧增长。从图中可以看出，当开采深度为800m时，冲击指数Wt0.57，比在深度Eoo nt(Wt0.04)增加了14倍。而从Wtf(H)的曲线趋势看，当开采深度非常大时(1200-1500m)冲击指数的梯度将会减小但其值会非常高。图4.1 采深与冲击矿压的关系5.2 煤岩的力学特征生产实践与试验研究均表明：（1）在一定的围岩与压力条件下任何煤层中的巷道或工作面均有可能发生冲击矿压。（2）煤的强度越高。引发冲击矿压所要求的应力越小，反过来说，若煤的强度越小，要引发冲击矿压就需要比硬煤高得多的应力。（3）煤的冲击倾向性是评价煤层冲击性的特征参数之。对煤的冲击倾向性评价，主要采用煤的冲击能量指数和弹性能量指数，即：冲击能量指数：5 强冲击倾向1.55 中等冲击倾向1.5 弱冲击倾向弹性能量指标Wet5 强冲击倾向2Wet5 中等冲击倾向Wet2 弱冲击倾向5.3项板岩层的结构特点研究表明顶板岩层结构特别是煤层上方坚硬、厚层砂岩顶板是影响冲击矿压发生的主要因素之一其主要原因是坚硬厚层砂岩顶板容易聚积大量的弹性能。在坚硬顶板破断或滑移过程中，大量的弹性能突然释放，形成强烈震动，导致顶板煤层型(冲击压力型)冲击矿压或顶板型(冲击型)冲击矿压。5.4煤层厚度及其变化根据统计分析，冲击危险程度与煤层厚度及其变化紧密相关。煤层越厚，冲击矿压发生得越多，越强烈。图4.2和图4.3为砚石台矿统计的煤层厚度及其变化与冲击矿压之间的关系。 图4.2煤层厚度与冲击矿压的关系 图4.3煤层厚度与抛煤量的关系5.5煤层分叉的影响某矿630水平的工作区域内510煤层分为504和510煤层，其间的间距在开采工作区域内从无增加到15m。该结构的出现，造成了煤层和顶板条件的变化，从而引起了冲击矿压危险状态的变化。图4.4介绍了构造变化区域内E/W(生产单位体积的煤所释放的能量）的分布规律。图4.4构造变化区域内E/W的分布5.6 断层的影响实践证明，冲击矿压经常发生在向斜轴部，特别是构造变化区、断层附近、煤层倾角变化带、煤层摺曲、构造应力带。例如龙凤矿在向斜轴部准备工作面时经常发生冲击矿压。当巷道接近断层或向斜轴部时，冲击矿压发生的次数明显上升，而且强度加大。例如在龙风50次冲力矿压中，36次(72)与断层有关。 62是巷道接近断层时发生的，14是巷道处于断层线附近，而只有10是在巷道离开断层时发生的。其中34%发生在巷道距断层520mm范围内的：图4.5为冲击矿压次数与巷道距断层距离之间的关系。图5.5冲击矿压次数与巷道距断层距离之间的关系实践农明相当一部分震动集中在断层附近。其中在断层的上盘开采时的震动能量大于断层下盘开采时的震动能量。在向斜部分开采时，震动也很强烈。在断层和向斜附近震动集中的原因是地壳的运动形成的残余构造应力。该应力与开采引起的应力集中叠加的位置即为岩体震动的位置。5.7 褶曲的影响我们知道褶曲是岩层在水平应力挤压下形成的，这种褶曲大部分在沉积岩层中形成。研究表明，当温度相对较低时沉积岩挤压形成流动呈褶皱而不产生破裂(断层)，这可以认为是压力溶解蠕变起了重要作用，即当差异应力作用于岩石时，矿物在高应力区溶解，而在低应力区沉积，结果是岩