古城煤矿2.4Mta新井设计

中国矿业大学2014届本科生毕业设计 第4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矿井地理位置、地形特点和交通条件11.1.2矿区气候条件21.1.3矿区水文情况21.2井田地质特征21.2.1地形地貌21.2.2地质构造21.2.3矿区的水文地质特征51.2.4岩层地温特性61.3煤层特征61.3.1可采煤层特征61.3.2煤的特征81.3.3瓦斯、煤尘状况91.3.4煤的自燃特征92 井田境界102.1井田境界及可采储量102.1.1井田境界确定102.1.2矿井工业储量112.2储量计算112.2.1矿井地质资源量112.2.2矿井工业资源/储量122.2.3矿井设计资源/储量132.2.4矿井设计可采储量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矿井设计能力153.3矿井服务年限的确定153.3.1矿井服务年限的计算153.3.2井型校核154 井田开拓174.1井田开拓的基本问题174.1.1确定井筒形式、数目、位置、坐标174.1.2工业广场的位置、形状和面积的确定184.1.3开采水平的确定及采盘区划分184.1.4方案比较184.1.5开拓方案比较214.2矿井基本巷道254.2.1井筒254.2.2井底车场284.2.3 主要开拓巷道305 准备方式带区巷道布置345.1煤层的地质特征345.2巷道布置及生产系统345.2.1井田的划分345.2.2生产系统345.2.3确定带区各种巷道的尺寸、支护方式及通风方式355.2.4确定分带车场的形式355.2.5带区主要硐室布置365.2.6确定带区各种巷道的掘进方法365.2.7带区生产能力365.2.8带区采出率376 采煤方法386.1采煤工艺方式386.1.1煤层概况386.1.2确定采煤工艺方式386.1.3回采工作面长度的确定396.2采煤方法及回采工艺396.2.1回采工作面设备选型与配套406.2.2工作面回采工艺436.3分带巷道布置467 井下运输497.1概述497.1.1运煤系统497.1.2运料系统497.1.3行人系统497.2带区运输设备选型497.2.1工作面运煤设备的选型497.2.2运输设备的能力验算517.2.3带区辅助运输设备的选型与设计527.3大巷运输设备选型528 矿井提升558.1概述558.2主副井提升选型558.2.1主井提升558.2.2副井设备选型559 矿井通风与安全技术579.1矿井概况及开采方法579.1.1地质概况579.1.2安全条件579.1.3开拓方式579.1.4煤矿安全规程579.2 矿井通风系统选择579.2.1矿井通风系统确定的原则579.2.2 确定矿井的通风系统579.2.3 矿井通风方式的选择589.2.3 主要通风机工作方法609.3 带区通风619.3.1 带区通风系统的定义619.3.2 带区通风系统的要求619.3.3 回采工作面的通风方式619.3.4 带区通风构筑物629.3.5 采煤工作面所需风量的计算639.3.6 带区通风系统评价659.3.7 选择掘进通风方法659.3.8 选择掘进通风方式659.3.9 掘进工作面所需风量659.3.10 掘进通风设备选型679.3.11 局部通风机安全技术措施699.4 全矿所需风量699.4.1 矿井风量计算标准及原则699.4.2 矿井总风量的计算709.4.3 风量分配719.4.4 风速验算719.5 全矿通风阻力的计算739.5.1 矿井通风总阻力计算原则739.5.2 通风阻力最大路线739.5.3 通风阻力计算799.5.4 矿井总风阻和等积孔的计算829.6 矿井主要通风机选型839.6.1 自然风压839.6.2 主要通风机的风压和风量849.6.3 主要通风机的选择869.6.4 配套电动机的选择879.6.5 矿井主要通风设备的要求889.7 矿井反风措施及装置889.7.1 矿井反风的目的意义889.7.2 矿井反风设施装置、方法及安全可靠性分析889.7.3 防爆门899.7.4 扩散器899.7.5 风硐899.7.6 消音装置899.7.7 通风机装置示意图919.8 概算矿井通风费用919.8.1 矿井通风费用概算919.8.2 设备折旧费929.8.3 材料消耗费929.8.4 通风人员工资费用929.8.5 吨煤通风总费用929.9安全技术设施929.9.1 瓦斯防治929.9.2 煤尘防治939.9.3 防顶板措施939.9.4 水灾的预防939.9.5 火灾的预防9310 矿井基本技术经济指标94专题部分千米深井工作面冲击地压预防技术研究95翻译部分英文原文114中文译文122参考文献128致 谢130中国矿业大学2014届本科生毕业设计 第114页1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1矿井地理位置、地形特点和交通条件山东能源临矿集团古城煤矿位于济宁兖州市之东，曲阜市以西，分属兖州、曲阜两市，坐标为东经11650121165400，北纬353312353610。该井田为冲积平原，地势平坦，大部为农田。地面标高+48.77+61.82m，一般高程+50.00m左右，地势东高西低。图1-1 古城煤矿位置矿井交通方便，京沪、新菏、兖石铁路在兖州交汇。327国道贯通井田，各村间均有简易公路相通。地面村庄较多，有单家新村、古柳村、黄家村、小孔家村、大柳庄、新家村、马家村、八里铺、南坊等，另外沿327国道两侧分布较多建筑。地面多为农田、果园和塑料大棚。东北与单家村矿相邻，(0.45Mt/a)，主采3煤，1990年投产，属曲阜市管辖；西南隔滋阳断层与兴隆庄矿相邻(3.00Mt/a)，1982年投产。东南为星村煤矿，(0.45Mt/a)，主采3煤，2006年投产，属兖州市管辖。电源:矿区供电由兖州红庙变电站（110/35KV）馈出的专用铁塔架空线路LGJ-3*150,35KV，分别来自红庙变电站I、II段母线。矿安装SF7-8000/35，SF9-8000/35型变压器各一台，供矿所有用电设备。农业：井田内经济作物以粮棉为主。一年两熟，夏季小麦，秋季玉米及棉花。兖州、曲阜两市，近年来基础工业发展较快，正向着工农业共同发展的现代化中小型城市迈进。1.1.2矿区气候条件井田的气候温和，属温带季风区，海洋至大陆性气候，由于被鲁南山区所隔，受海洋影响较小，气候变化显著，四季明显，夏季炎热，冬季寒冷。根据曲阜、兖州两市气象站1963年至1982年的统计资料，年平均降水702.7mm，年最大降水量1179.3mm（1964年兖州）；月最大降水量405.5mm（1970年7月曲阜）最大降水量160mm（1972年7月6日兖州）雨量均集中在7-9月份，降水量占全年的61%。年平均蒸发量1719.5mm，最大蒸发时间约为4-9月份，约占全年蒸发量的80%。年平均相对湿度67.7%，绝对湿度12.7毫巴，年平均气温13.8摄氏度，最高气温达41摄氏度（1967年6月4日曲阜），最低气温-19.3摄氏度（1981年1月27日曲阜）。年平均风速7.9m/s。极端最大风速24m/s，最大风速的风向多为偏北风（1963年3月15日兖州）。风相随季节变化，一般春季为南风，夏季东南风，冬季东北风。雷暴雨一般出现在3-10月份。11月份到次年3月份为冻结期，最大冻土厚度45cm（1958年1月25日26日兖州），降雪期从12月份开始至次年三月份结束，最大厚度19cm（1955年12月3日）。1.1.3矿区水文情况井田内有泗河和沂水两条河流过。泗河发源于新泰市太平顶山的西部，全长142km，流域面积2750km2，该河为全年性河流，主要补给水源为泗水县的泉村，石缝两条，河水洪峰期流量为4020m3/s。在井田内泗河的流量属于红旗闸的泄水量。沂水河发源于曲阜市尼山，在兖州城东的粉店村汇入泗河，属泗河支流，全长60km，流域面积620km2，洪峰期流量445m3/s。工业用水（初期）及居民用水采用自来水供给。1.2井田地质特征1.2.1地形地貌井田内地势平坦，为一冲积平原。海拔标高为+48.77+61.82m，一般高程在 +50.00m左右，地势东高西低。本井田位于兖州市向斜的东北隅，由于受滋阳、峄山两边界断层的影响，除保留了向斜构造形态外，其断裂构造发育，且地层倾角变陡为其特征。本井田范围内地层走向：南东南北北东，为一向南东东敞开的簸箕形单斜构造，地层倾角浅部陡，深部缓，浅部1835，平均倾角23；深部812，平均10。构造以断层为主，主要断层的展布方向以北西方向为主，井田内共有落差大于10m的断层15条，矿井建设和生产过程中新发现落差310m的断层23条，并发现一定数量的小断层，断层发育程度为a；井田内褶曲不发育，基本不影响采区或工作面的布置；岩浆岩仅在井田西北部35号孔有所见，属小型侵入体的边缘部分，对井田内煤层无影响。1.2.2地质构造一、地层本区为全掩盖区，经勘探查明的地层层序由下而上简述如下：（1）奥陶系中统马家沟组（O2）厚度640660m，岩性主要为灰岩，与下伏地层整合接触。（2）石炭系中统本溪群（C2）厚度16.0547.55m，平均厚度27.21m。本群地层假整合于中奥陶系马家沟灰岩之上，底部一层褐红色含铁很高的铁铝质泥岩。本群地层为一套滨海相铝质沉积，由泥岩、粘土岩、粉砂岩、铝土岩、石灰岩及薄煤层组成。石灰岩为十四灰、十三灰、十二灰，位于太原群中部和顶部。（3）石炭系上统太原群（C3）厚度143.3193.5m，平均厚度173.37m。本群地层由砂岩、泥岩、粘土岩、石灰岩及油页岩和煤组成，其中石灰岩11层，自上而下依次编号为二灰、三灰、四灰、五灰、六灰、七灰、八灰、九灰、十上灰、十下灰、十一灰。（4）二迭系下统山西组（P11）该组是本区最主要含煤地层，厚度56.797.8m，平均厚度76.12m。岩层主要由灰色至灰黑色细砂岩、中砂岩、粉砂岩、夹砂质泥岩、泥岩和含砾砂岩组成。本组含煤24层，可采煤层为2上和3煤两层。（5）二迭系石盒子组（P）该组是一套陆相碎屑岩，厚度东北薄，西南厚，一般厚度为280320m，与下伏地层山西组为整合接触。（6）侏罗系上统蒙阻组（J3）改组分布于18勘探线以西及西南部，为砖红色、灰绿色的陆相碎屑岩沉积，厚度变化大，最薄为75.9m，最厚564.9m。（7）下第三系（E）分布于14勘探线以东，为断陷盆地沉积，为砂岩、粘土岩、泥岩，与下伏地层呈不整合接触。厚度变化大，为0680.2m。（8）第四系（Q）主要由亚粘土、亚砂土及砂层组成，厚度107.9254.5m，一般170180m，由东北向西南逐渐变薄。二、构造本区位于兖州向斜的东北隅，由于受滋阳、峄山两边界断层的影响，除保留了向斜构造形态外，其断裂构造发育，且地层倾角变陡为其特征。地层倾向南东-南东东，西南部由于受滋阳断层的牵引，地层走向由北东转为南东，因而本区的单独形态为一个轴向近东西的向斜，但东端由于被峄山断层切割，所以整个井田的构造形态呈一向南东敞开的簸箕形，地层倾角北翼陡，南翼缓，边缘陡，深部缓。北部边缘地层倾角1529，F14断层以东倾角变缓约为10左右，F14断层以西，地层倾角一般10左右。地层走向为F14断层以东，地层走向北4050东，F14断层以西由近南北走向转为北30西。(m)层 厚名 称煤 岩1：200柱 状(m)累 厚岩 性 描 述中砂岩8.4046.655.8538.258.4532.41.7923.95灰白色，微带绿色，成分以石英为主，长石次之，含云母星点黑色矿物较多，硅泥质胶结，隐显斜水平层例。9.854.406.602.83紫红色，成分以石英为主，含云母星点，无层理。砂质泥岩11.013.8322.163煤砂质泥岩灰黑色，致密,厚层状，中夹菱铁矿结核和少量黄铁矿散晶，有少量植物化石，有滑面。灰色，泥质胶结，有明显的黑色泥质量条带,具波状层理。灰黑色，致密、性脆，块状构造，含菱铁矿结核，偶见黄铁矿散晶，具纵向裂隙。黑色烟煤，半亮型为主，夹有镜煤条带，煤层结构呈条带状，夹有矸石薄层。粉砂岩黑灰色，块状构造，性脆，含植物化石，呈滑面。以白色为主，少带灰白色，含暗色矿物，钙质胶结。细砂岩中砂岩砂质泥岩4.40图1-2 地层综合柱状图构造以断层为主。地层沿走向显有波状起伏。 三、岩浆岩仅在井田西北部35号孔有所见，为基性辉绿岩和辉绿玢岩，最大厚度10.22m，最小厚度0.22m。从岩浆岩的产状和围岩情况看，属小型侵入体的边缘部分，对井田内煤层无影响。1.2.3矿区的水文地质特征（1）含水层井田内主要含水层有6层，自上而下分别为：1、第四系砂砾松散孔隙含水层组：该层厚度107.9254.5m，平均为180.05m，其厚度变化从东北向西南逐渐变薄，且是由上、中、下三组构成。2、山西组3号煤顶板砂岩裂隙水含水层该层厚度0.9236.69m，平均17.46m，属于上煤组顶板直接充水含水层，煤在开采过程中，预计顶板冒落以后，导水裂隙带高度可达下石盒子组底部砂岩。单位涌水量0.00568L/S，渗透系数0.0156m/d，属重碳酸钠型水。3、太原群第三层石灰岩岩溶裂隙含水层该层厚度1.78.15m，平均4.86m，层位稳定，全区发育。三灰含水层以静储量为主，易于流干。本层上距3号煤39.865.65m。根据钻孔抽水试验，单位涌水量为0.00250.0382L/S,渗透系数为0.07271.492m/d。4、太原群第十层下石灰岩岩溶裂隙含水层本层位于16号煤直接顶板外，在17号煤冒落带之内。是下煤组开采时的顶板直接充水含水层，富水性弱，单位涌水量0.0000687L/S，属重碳酸钠型水。5、本溪群第十四层石灰岩岩溶裂隙含水层该层厚度0.413.1m，平均4.95m。岩溶不发育，富水性弱。本层上距17号煤底板10.14m48.04m，属于下煤组开采时底板直接充水含水层。6、中奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层奥陶系石灰岩是煤系的基底，是开采下煤组的间接充水含水层，从揭露奥陶系石灰岩岩性看，裂隙较发育，岩溶不够发育。富水性在水平垂直方向上表现出极不均匀性，井田内在假整合面15m以下富水性强，平面分布上主要富水区段为西部和北部奥灰埋藏较浅地段以及东部构造复杂区，一般单位涌水平均在1L/S以上。（2）隔水层井田内各含水层间隔水层较多，主要有以下三层：1、第四系底界隔水层组井田北部为煤系地层露头部位，但在此区段第四系底部有一层厚度2.9312.4m较稳定的粘土类地层与下伏地层相隔可起到隔水作用。2、下二迭系山西组以下隔水层组井田内二迭系地层由北向南逐渐增厚，其岩性主要为泥岩、砂质泥岩、粘土泥岩、夹有细粗粒砂岩，此段隔水层组可以防止上部裂隙水下渗补给其它含水层。3、17号煤至奥灰隔水层组井田内17号煤至奥灰顶面正常地段间距为32.7561.65m，该段岩性主要为粘土泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩及三层石灰岩，该层可以起到一定的隔水作用。未来矿井深部开采17号煤时，由于十四灰，奥灰都具有强大高水头压力，隔水层厚度难以承受，会给开采17号煤带来威胁。因此，应对十四灰、奥灰进行疏干降压。（3）断层的导水性从井田钻孔揭露，抽水资料及简单水文观测资料上看，井田断层富水性和导水性较弱。（4）水文地质类型勘探查明，2上、3煤的水文地质类型为二类一型，即以裂隙含水层为主，水文地质条件简单的矿床。16上煤、17煤为三类第一亚类一型，即以岩溶含水层为主的顶板进水，水文地质条件简单的矿床，当底鼓突水时，可以转化为水文地质条件中等复杂的底板进水岩溶充水矿床。1.2.4岩层地温特性本区平均地温梯度为1.20/100m左右，属地温正常区。地温一般随深度的加深而增高，地温增温率为垂深77m，地温增加1。非煤系和煤系地层的地热增温率稍有差异，前者增温小于后者。地温等值线与煤层底板等高线近似平行趋势。3煤层第一水平900m标高，一般为2131.9，平均为23。1.3煤层特征本井田含煤地层为华北型石炭、二叠系含煤建造。主要含煤地层为太原组和山西组。本井田内可采及局部可采煤层7层，分别为2上、3、6、10下、15上、16上、17煤。2上煤，煤厚01.01m，平均厚0.61米，为部分可采的不稳定煤层；3煤为本井田最重要的可采煤层，容重1.35t/m3，煤厚5.3312.17m，平均厚8.75m，为全区可采的稳定煤层；其它5层煤由于硫分大于3%，其储量已划为暂不能利用储量。本井田煤层以3煤为主，煤层稳定性为d。1.3.1可采煤层特征本井田含煤地层为华北型石炭、二叠系含煤建造。主要含煤地层为太原群和山西组。含煤地层平均总厚为249m，共含煤2426层，煤层平均总厚度19.82m。含煤系数为7.9%。其中有可采煤层7层，厚为12.95m，主要可采煤层分述如下：（1）2上煤：位于山西组中上部。距山西组顶界1539m，平均25m，煤厚01.07m，平均0.61m，厚度变化较大。可采点多分布在3线以南及13线至16线之间；未发现有夹石，直接顶板常为厚35m的泥岩或砂质泥岩；老顶为灰白色中粒砂岩；底板多为厚46m的砂质泥岩，有时相变为粘土岩和细砂岩，下距3煤32m。属结构简单部分可采不稳定煤层。（2）3煤：是本区最重要的可采煤层。位于山西组的下部，距山西组底界10m左右，距三灰50m左右；厚度5.3312.17m，平均8.75m，层位稳定，厚度变化不大，全区可采。结构简单，有6个钻孔发现有夹石，厚0.031.25m。直接顶板为深灰色，厚3m左右的砂质泥岩，有少数孔伪顶为泥岩。老顶是灰白色含黑色矿物较多的中粒砂岩，底板为57m的且有清楚波状层理及生物扰动构造的细砂岩，常相变为灰黑色的砂质泥岩，有时为泥岩。（3）6煤：位于太原群上部。属薄煤层：厚01.15m，平均0.72m。可采点主要分布在F19断层西南，F19与F21断层间之南部，厚度变化大，除30-1孔和13-2孔发现有0.25和0.06m厚的泥岩夹矸外，其余各孔无夹矸。顶底板多为深灰色的砂质泥岩，9线至14线间顶板多为中、细砂岩，底板往往相变为细砂岩和粉砂岩。6煤上距3煤40m左右；下距三灰10m左右，为结构简单，部分可采的较稳定煤层。（4）10下煤：位于太原群中部，上距五灰和三灰各为16m及34m左右，煤厚01.1m，平均0.67m。属薄煤层，煤厚变化较大，可采点主要分布在15勘探线至F5断层之间，全区仅仅5个孔发现有夹石，夹石厚度均在0.050.15m，顶板多为深灰色的细砂岩或中砂岩，有时逆变成砂质泥岩，厚度约3.5m。10下煤属结构简单，部分可采的较稳定煤层。（5）15上煤：薄煤层，位于太原群中下部，煤厚01.46m，平均0.76m。可采点主要分布在9线至14线间-800m水平以浅和4线以南，26线以南深部多数钻孔未达层位或受构造破坏而断失，因而煤层控制程度较差。全区9点发现含有泥岩或砂质泥岩夹石一层，厚0.040.5m。煤层顶板为一薄层泥灰岩（九灰），厚01.82m，往往为砂质泥岩所代替，底板为比较厚的灰色细、中砂岩。厚10m左右，含炭屑和植物化石，下距十一灰岩28m左右。为简单结构，局部可采的不稳定煤层。（6）16上煤：位于太原九下部，薄煤层。煤厚01.61m，平均0.8m，厚度变化较小，全区大部分可采。不可采点主要分布在15线以东、26线以南，-1000m以深的钻孔多未达层位，控制程度较差。含夹石12层，厚0.10.2m，直接顶板为十下灰岩，上距3煤160m左右，底板多为厚2m左右的灰黑色铝土质的泥岩，局部变成深灰色彩的砂质泥岩。15线以东大部可采，煤层本身层位稳定，厚度变化近于稳定，为结构较复杂的较稳定煤层。（7）17煤：位于太原群下部，上距十下灰14m左右，层位稳定，全区大部分可采。煤层厚0.281.3m，平均0.9m，14线以东由于构造复杂，煤层常被断薄，26线以南及-1000m以深钻孔多未达层位，控制较差。含夹石12层，厚0.050.19m。顶板十一灰为薄层灰岩，一般厚1m左右，不稳定，常相变为粉砂岩或泥岩。底板为浅灰色具鲕状结构的泥岩。17煤属结构较复杂、大部分可采的较稳定稳定煤层。如表：表1-1：主要可采煤层顶板特征表；表1-2：本井田可采煤层特征表。表1-1 主要可采煤层顶板特征煤层顶板类别顶板冒落性能岩性岩块试验单向抗压强度（104Pa）3II中等冒落砂质泥岩、砂岩、泥岩4811.89476.616上IIIIV难冒落、极难冒落石灰岩9623.615356.617III中等冒落砂岩9555.011652.2石灰岩2126.65546.8表1-2 本井田可采煤层特征表煤层井田范围可采范围平均厚度(m)煤层间距煤层结构可采情况稳定性顶底板岩性最小最大最小最大平 均平 均顶板底板201.070.610.7121.4548.94简单部分可采不稳定泥岩、砂质泥岩砂质泥岩3 5.3312.170.490.7231.7033.6747.27简单全区可采稳定砂质泥岩泥岩、细砂岩601.150.720.0338.1817.8465.90简单部分可采较稳定砂质泥岩、砂岩砂质泥岩、泥岩1001.100.670.7544.2115.4138.67简单部分可采较稳定砂质泥岩细砂岩1501.460.760.7625.7823.0669.12简单局部可采不稳定砂质泥岩细、中砂岩1601.610.000.0033.904.5310.67较复杂大部分可采较稳定下灰岩泥岩170.281.300.900.9010.21较复杂大部分可采比较稳定灰岩泥岩1.3.2煤的特征井田内各煤层为多种用途煤种，即可以作为炼焦配煤，又可作为各种动力及民用燃料用煤。山西组煤层属半暗型煤，条带状结构，层理不明显，本组可采煤层2上煤层属中灰，特低硫、特低磷、高发热量、高熔灰份煤，易洗选一号气煤。3煤为低灰，特低硫、低磷、低砷、高发热量、高熔灰份易洗，优等回收率的二号气煤。太原统煤层以半亮型煤为主，层里分界明显，在层理面及裂隙中，常见方解石及黄铁矿薄膜。太原群中可采煤层属低灰、富硫、高发热量、粘结性较强，灰熔点较低、易选、可与低硫煤做配焦煤，属二、三号气煤。3煤层有6个钻孔发现有夹石，厚0.031.25m，容重为1.35t/m3，煤层硬度指数f=24范围。1.3.3瓦斯、煤尘状况本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯鉴定结果为矿井CH4=2.41m3t、CO2 =3.62m3t，根据煤矿安全规程第133条之规定，古城煤矿为低瓦斯矿井，无煤和瓦斯突出现象。据煤芯煤样爆炸性实验：煤尘爆炸指数36.41%,故各煤层均有爆炸性危险。且随开采深度的增加煤尘爆炸指数为上升趋势。1.3.4煤的自燃特征据煤芯煤样测定结果，自燃发火等级为II类，各煤层都有程度不同的自然发火倾向。山西组煤自燃发火的倾向不大，太原群煤均存在自燃发火的可能性，特别是16（上）煤自燃发火的倾向更大，根据邻矿资料，本区各煤层均应按有自燃发火倾向考虑。据该矿实际生产资料统计发火期一般在36月，最短发火期为48天。2 井田境界2.1井田境界及可采储量2.1.1井田境界确定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、要充分利用自然条件划分，在可能的条件下，应尽量利用地形、地物、地质构造、水文地质以及煤层特征等自然条件，以减少煤柱损失，提高资源采出率，充分保护地面设施；2、要有与矿区开发强度相适应的井田范围，要保证井田范围与矿井生产能力相适应，有足够的储量和服务年限及合理的尺寸；3、照顾全局，处理好与邻矿的关系；4、直线原则，井田的划分应尽量采用直线或折线，有利于矿井的设计和生产管理工作的开展。根据以上划分原则，以及考虑到古城煤矿煤田内地质构造等原因，本井田在能满足生产开发强度的前提条件下，不但要考虑了自然条件原因，而且要考虑到矿区的整体规划，故将古城煤矿的井田范围：西以京沪铁路东侧煤柱线及兖州市煤柱线，即Z1Z8、Z12Z17各点连成为界，东至F33断层，北以F18断层及D1D5各点连成与单家村煤矿为界，南以第31勘探线及-1250米煤层地板等高线为界，井田东西走向长6.1km，南北宽2.34.5km，井田面积约17.22km，如图2-1所示。本毕业设计储量计算范围仅以3作为井田内可采煤层进行计算，并对井田范围内的断层进行了处理，仅保留了两条主要断层。其它煤层在目前经济技术条件下，均无开采利用的价值。 图2-1 井田赋存状况 2.1.2矿井工业储量1、井田钻孔及勘探分布情况及勘探类型钻孔及勘探分布情况：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，成勘探线7条，平均间隔500m；全区可利用钻孔11个，其中达到可采厚度钻孔11个。根据勘探情况，矿区的地质条件以基本清楚。2、煤层最小可采厚度及储量等级圈定根据本井田内煤层赋存条件只有3煤层赋存条件良好、结构简单，厚度8.3311.17m，平均9.85m，层位稳定，厚度变化不大，煤层较厚且煤层倾角平均在10左右，属缓倾斜煤层，平均厚度9.85m，瓦斯涌出量较小，煤尘具有爆炸性，全区可采。所以本矿井煤层最小可采厚度及储量等级圈定仅以3煤层进行圈定。2.2储量计算2.2.1矿井地质资源量 1)把整个井田划分为三块地质块段如图2.2:图2.2 地质储量计算（2）各地质块段面积、平均倾角、煤厚见表2-1号地质块段平均倾角为11o;号地质块段平均倾角为7o;号地质块段平均倾角为12o;s=5482063.22m；s=3740411.27m； s=8986598.87m；表2-1 3煤地质资源储量计算表块号倾角（）cos平面面积（m2）煤层面积（m2）煤 厚（m）容 重（t/m3）储 量（万t）I110.98165482063.225584823.989.881.357449.03II70.99253740411.273768676.359.351.354757.01III120.97818986598.879187811.9510.331.3512812.86合计18209073.3618541312.2825018.91矿井地质储量: ZZ = sh （2-1）式中： S煤层的面积，m2；h煤层平均厚度，m； r煤的容重，取1.35t/m；a煤层平均倾角 。 所以矿井的工业资源储量为 ZZ =25018.91万t2.2.2矿井工业资源/储量矿井工业资源/储量按式（2-1）计算： Zg = Z111b + Z122b+ Z2m11+ Z2m22+ Z333k （2-2）式中Zg矿井工业资源/储量；Z111b探明的资源量中经济的基础储量；Z122b控制的资源量中经济的基础储量；Z2m11探明的资源量中边际经济的基础储量；Z2m22控制的资源量中边际经济的基础储量；Z333推断的资源量；k可信度系数，取0.70.9，地质构造简单、煤层赋存稳定取0.9；地质构造复杂、煤层赋存不稳定取0.7。根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推断的。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。Z111b=25018.91 60% 70% =10507.94万tZ122b=25018.91 30% 70% = 5253.97万tZ2m11=25018.91 60% 30% =4503.41 万tZ2m22=25018.91 30% 30% = 2251.71万t由于地质条件简单，k取值0.9Z333 k = 25018.91 10% k = 2251.71万t即： Zg = Z111b + Z122b+ Z2m11+ Z2m22+ Z333k =24768.74万t2.2.3矿井设计资源/储量矿井设计资源/储量按式（2-3）计算：Zs = ( Zg - P1 ) （2-3）式中 Zs矿井设计资源/储量；P1断层煤柱Pd、井田边界煤柱Pb、地面建筑物煤柱等永久煤柱损失量之和。断层煤柱损失量Pd的计算：Pd=Sh=243641.799.851.35=323.98万t式中：S表示断层边界煤柱面积，m2，直接在平面图上量取得。井田边界煤柱损失量Pb的计算：Pb =BLh=5017053.059.851.35 =1133.81万t式中 B表示井田边界煤柱宽度，m，本设计留设50m；L表示井田边界煤柱周长，m，在平面图上量取。矿井设计资源/储量按式（2-2）计算：Zs=(Zg-P1)= 24768.74-323.98-1133.81=23310.95万t2.2.4矿井设计可采储量矿井设计可采储量按式（2-4）计算： Zk=(Zs -P2)C （2-4）式中 Zk矿井设计资源/储量；P2工业场地Pg、主要大巷煤柱损失量之和Ph；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%。（1）工业广场煤柱损失量Pg的计算：表2-2 工业场地占地面积指标明细表井型（万t/年）占地面积指标（公顷/10万t）240及以上1.01201801.245901.59301.8本矿井为年产2.40Mt/a的大型矿井，工业场地的面积为24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，既长方形长边为600m，短边为400m。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：工业广场围护宽度为15m。查地质资料：本地区表土移动角45，岩层移动角为75，上山移动角75，下山移动角65。用作图法求出工业广场保护煤柱量。(如图2.3) 工业广场占地面积S=240000m2 ， 选取长为600m, 宽为400m.另外根据规定留设15m的围护带宽度，短边垂直走向布置,长边沿走向布置。 根据垂直刨面法设计保护煤柱的尺寸为：由画图得保护煤柱为一断面为梯形的四棱体梯形短边长：1347m；梯形长边长：1216m。地面工业广场煤柱损失量的计算： Pg =1480610.239.851.35 =1968.85万t 图2.3 工业广场保护煤柱（2）主要大巷保护煤柱Ph计算：根据有关规定矿井设计资源/储量按式按2%计算： Ph =23310.950.02=466.22万t 矿井设计可采储量按式（2-3）计算：Zk =(Zg -P2)C=(23310.95-1968.85-466.22) 0.8 = 16700.71万t3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度由煤炭工业矿井设计规范第223条规定, 采煤实行“三八制”，两班生产一班检修矿井的年工作天数为330天，每昼夜净提升小时数为16小时。3.2矿井设计能力 根据煤炭工业矿井设计规范第221条规定：矿井的生产能力主要根据井田地质条件、煤层赋存情况、开采条件、设备供应及国家需煤等因素决定矿井的生产能力。矿区规模可依据以下条件确定：（1）国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤质、产量等）的预测是确定矿区规模的一个重要依据；（2）资源情况：地质构造简单、储量较大、煤层赋存稳定、开采条件优越、就可以建设大型矿井；煤田储量一般，地质条件复杂就不能把矿井设计的太大； （3）开发条件：要根据矿区所处的地理位置、供电、供水运输等条件决定；（4）投资效果：投资少、成本低、效率高、工期短；对矿区的地质条件简单、储量丰富、开采条件优越、经济效益好、煤层赋存稳定、技术装备先进、矿区交通非常便利、适合建大型矿井。结合该矿区实际情况和当前技术水平综合考虑，有效的提高煤炭资源的经济效益，决定采用综合机械化放顶煤的开采方法。按照矿井设计规范的要求，矿区储量丰富，预定该矿的生产能力为2.4 Mt/a。3.3矿井服务年限的确定3.3.1矿井服务年限的计算矿井设计生产能力定为2.4 Mt/a，可采煤层为3#煤，平均厚度9.85m，根据设计可采储量、井型与服务年限之间的相适应关系得：（31）式中 T 矿井服务年限，a； ZK 矿井的可采储量，Mt；A 矿井生产能力，Mt/a；K 储量备用系数，根据煤层赋存情况及水文、构造分析，并与邻近矿比较，煤层的实际揭露不会变化太大，因此设计取储量备用系K=1.30。由前面计算可知：ZK =167Mt，则：T=167/(2.41.3) =53.6a 50a 按设计手册规定：新建矿井设计生产能力1.22.4 Mt/a的大型矿井服务年限应大于50a。本设计服务年限为53.6a，是符合要求的。3.3.2井型校核对井型进行校核要综合对煤层储量情况、实际辅助生产能力、实际开采能力及安全等因素考虑：校核煤层开采能力本井田3煤层地质构造简单，煤层赋存稳定，平均厚度9.85m，平均倾角为10，全区可采，煤层赋存简单，该矿实际布置一个综放工作面可以达产，能实现高产高效。设计生产能力能够满足第一水平服务年限。辅助生产系统能力校核该矿井为大中型矿井，主井用箕斗提升，副井用罐笼提升，大巷用胶带输送机运煤，辅助运输采用矿车运输。各运输方式均能满足矿井生产的需要，不会影响矿井生产能力。安全条件校核本矿井主采煤层为3#煤，具有煤层爆炸性，针对这一现象有专门的措施和预案；涌水量小，水文地质条件比较简单；通风能够满足矿井生产的需要。各项指标均符合规定，不会对生产造成影响。储量条件校核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。经过矿井及第一水平服务年限的核算，并结合表3-1中的规定，因此最终确定矿井的年生产能力为2.4Mt/a。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（Mta）矿井设计服务年限（a）第一开采水平设计服务年限（a）煤层倾角25煤层倾角2545煤层倾角456.0及以上7035-3.05.06030-1.22.4502520150.450.940201515规范规定，矿井的设计生产能力应与矿井的储量相适应，以保证足够的服务年限。4 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。具体有下列几个问题需认真研究井田开拓时如何布置开拓巷道等问题：（1）选定井筒配置、数目以及形式，合理选择工业场地的位置和井筒位置；（2）合理确定开采水平的数目位置和数目；（3）合理布置主要开拓大巷和矿井井底车场位置；（4）做好开采水平的接替，确保矿井有序的生产；（5）确定合理的矿井通风系统、运输系统和供电系统。要根据国家的政策，综合考虑地质条件、开采技术条件等确定开拓问题，选择合理的方案要经过全面的比较之后才能确定。要遵循下列原则，在解决开拓问题时：（1）在保证生产可靠和安全的前提下，早出煤、出好煤、高产高效，并且要贯彻执行国家对于煤炭工业的技术政策。减少初期投资，减少工程量；（2）要优化生产系统，合理集中开拓，集中生产；（3）要减少煤炭资源浪费，合理开发国家煤炭资源；（4）要创造良好的生产作业条件，构建完善的运输系统、供电系统、通风系统，保证主要巷道保持良好状态的前提下，减少巷道维护工程量。要贯彻执行煤矿安全生产的相关规定；（5）要为新技术、新工艺、采煤机械化、综掘机械化和自动化创造有利条件，并且适应当下国家的技术水平条件和设备供应状况；（6）综合利用各种矿产资源。对于井田开拓方式的选择，主要考虑到以下几个因素：3#煤层落差大，煤层落差750m左右，煤层浅处在-500m左右，最深处到-1250m左右； 煤层的倾角较小，平均倾角为10。 可采煤层为3煤的平均厚度9.85m。 井田内有一条断层落差较小，对井田划分和开采影响不大。4.1.1确定井筒形式、数目、位置、坐标井筒形式选择：煤层埋藏深，表土层150m且不稳定，井田范围内地势平坦，适合立井开拓。应该使井筒尽可能不穿过或少穿过流沙层，较厚的冲积层，较大的含水层，煤与瓦斯突出的煤层，较软的煤层，断层破碎带以及高应力区。保证井筒、井底车场和硐室布置在稳定的岩层中。 表4-1 各种井筒形式优缺点比较井型优点缺点平峒运输环节少，设备少，系统简单，费用低。受地形及埋藏条件限制，只适用于赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地带，并且要便于布置工业场地。斜井掘进速度快，井筒施工单价低，延伸对生产干扰少。斜井井筒长，提升深度有限，通风路线长，阻力大。立井井筒通风断面大，通风阻力小，不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件制约。施工技术复杂，需要的设备多，要求有较高的技术水平，基建费用高。井筒数目：矿井采用主井提煤，副井运料及回风井独立回风。由于矿井走向长度和倾向长度相差大，矿井开采深度大，不太适合中央并列式通风方式，但开采煤层单一便于风量调节与控制，且为低瓦斯矿井。主副井筒和风井井筒均布置在井田中央工业广场内，主副井均为进风，故采用中央并列式通风（参考相邻的井筒设计方案）。为方便管理将主井与副井及风井均布置在工业广场内。4.1.2工业广场的位置、形状和面积的确定工业场地的选择主要考虑以下因素：为了便于井下巷道布置，要尽量将工业广场布置到井田储量中心；工业广场占地要少，尽量不要搬迁村庄；尽量布置在地质条件较好的区域，