开滦范各庄矿2.4Mta新井设计

目 录一般部分1 矿区概述及井田地质特征11.1 矿区概述11.1.1 井田位置、范围和交通位置11.1.2 地形地貌11.1.3 河流水系11.1.4 矿区的气候条件21.1.5 水源、电源21.1.6 工农业生产和原料21.2 井田地质特征21.2.1 煤系地层概述、勘探程度21.2.2 井田地质构造41.2.3 井田水文地质特征41.2.4 地温41.3 煤层特征41.3.1 煤层特征41.3.2 可采煤层特征41.3.3 煤层围岩性质51.3.4 煤的特征52 井田境界和储量92.1 井田境界92.1.1 井田边界92.1.2 井田范围92.2 矿井工业储量92.2.1 钻探工程量102.2.2 矿井地质储量计算102.2.3 矿井工业储量计算112.3 矿井可采储量122.3.1 煤柱的留设122.3.2 可采储量计算143 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153.1.1矿井工作制度的确定153.1.2矿井每昼夜净提升小时数的确定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矿井生产能力的确定153.2.3矿井及第一水平服务年限的核算154 井田开拓164.1 井田开拓的基本问题164.1.1 井筒形式及数目的确定164.1.2 井筒位置的确定174.1.3 工业场地位置、形式和面积184.1.4 开采水平的确定184.2 矿井基本巷道314.2.1 井筒314.2.2 井底车场314.3 主要开拓巷道324.3.1 主要开拓巷道324.3.2 巷道的支护方式335 准备方式-采区巷道布置415.1 煤层的地质特征415.1.1 煤层埋藏条件415.1.2 煤质与地质情况415.2 采区巷道布置及生产系统425.2.1 采区数目及位置425.2.2 采区走向长度的确定425.2.3 煤柱尺寸的确定425.2.4 采区上山布置435.2.5 区段平巷的布置435.2.6 采区内工作面的接替顺序435.2.7 采区生产系统435.2.8 巷道掘进445.2.9 采区生产能力445.2.10 采区采出率445.3 采区车场选型455.3.1 采区上部车场选型455.3.2 采区中部车场选型455.3.3 采区下部车场选型455.3.4 采区主要硐室476 采煤方法496.1 采煤工艺方式496.1.1 采煤工艺的确定496.1.2 机械化程度496.1.3 确定回采工作面长度、工作面推进方向和推进度506.1.4 采煤工艺及设备506.1.5 端头支护及超前支护方式526.1.6 采煤工艺536.1.7 各工艺过程安全注意事项566.1.8 工作面劳动组织和作业循环图表576.1.9 主要技术经济指标586.2 回采巷道布置596.2.1 确定回采巷道布置形式596.2.2 回采巷道支护597 井下运输617.1 概述617.1.1 井下运输设计的原始条件和数据617.1.2 井下运输系统617.2 采区运输设备选择617.2.1 设备选型原则：617.2.2 运输设备的运输能力验算637.3 采区绞车的运输能力验算647.3.1 绞车运输能力验算647.4 大巷运输设备选择677.5 辅助运输大巷设备选择678 矿井提升698.1 概述698.2 主副井提升699 矿井通风及安全719.1 矿井通风系统选择719.1.1 矿井概况719.1.2 选择矿井通风系统原则719.1.3 确定矿井的通风方式729.1.4 通风方法的确定759.1.5 采区通风759.1.6 工作面通风系统769.1.7 矿井通风网络789.1.8 通风系统立体图与网络图789.2 矿井风量计算839.2.1 回采面所需风量的计算839.2.2 掘进工作面需风量849.2.3 硐室需风量859.2.4 其它巷道所需风量Qd859.2.5矿井总风量及其分配869.3 矿井通风阻力计算879.3.1 矿井通风阻力879.3.2 矿井总风阻、等级孔计算909.4 矿井主要通风机选型919.4.1 矿井自然风压919.4.2 主要通风机选型929.4.3 电动机选型939.4.4 矿井主要通风设备的配置及要求949.5 防止特殊灾害时期的安全措施969.5.1 瓦斯管理措施969.5.2 煤尘的防治969.5.3 预防井下火灾的措施969.5.4 预防井下水灾的措施9610 矿井基本技术经济指标97专题部分0 引言1001 深部开采深度与巷道围岩的变形关系1001.1 中国的研究1001.2 德国的研究1001.3 前苏联的研究1012 深部回采巷道围岩稳定的关键理论1022.1 围岩稳定理论1022.2 深部围岩岩爆理论1022.3 深部软岩非线性大变形理论1033 深部回采巷道围岩稳定控制技术1033.1 深井巷道锚杆支护理论基础1033.2 深部巷道锚杆支护作用机理1053.2.1 锚杆锚固力1053.2.2 径向锚固力的作用机理1063.2.3 切向锚固力的作用机理1074 工程实例1084.1 工程地质条件1084.2 围岩力学性能测试1094.2.1 泥岩单轴抗压强度1094.2.2 泥岩的抗拉强度1114.3 巷道围岩稳定性分类1124.4 巷道锚杆支护参数的确定1124.4.1 锚杆直径确定1124.4.2 锚杆长度确定1134.4.3 锚杆间排距确定1144.5 支护质量监测1184.5.1 测站布置1184.5.2 巷道围岩位移量1184.5.3 经济效益分析1195 结论120翻译部分英文原文:123ABSTRACT1231. INTRODUCTION1231.1. Mechanical properties of soft rock and associated engineering1231.2. Engineering in soft rock and its optimization1242. ENGINEERING EXAMPLES125 2.1. Mine No. 5 in Youjiang coal mine, China125 2.2. The coal mine at Renziping, China1293. CONCLUSIONS130中文译文1311. 前言131 1.1. 软岩力学性质及相关工程1311.2. 软岩工程及其优化131 2. 工程实例132 2.1. 中国右江五号煤矿132 2.2. 中国稔子坪煤矿1343. 结论135致 谢136一般部分中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第54页1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 井田位置、范围和交通位置范各庄井田位于开平向斜东南翼，东部以14煤层潜伏露头线为界，西及西南部与钱家营矿业分公司相邻，北部与吕家坨为界，西部以5煤层-800 m等高线与吕家坨为界，井田南北走向长度6.87 km,东西最大倾斜长3.62 km，全井田总面积为20.79 km2。开采深度标高为-100 m-800 m。图1-1 范各庄矿交通位置图范各庄矿业分公司坐落在华北著名工业重镇唐山市的古冶区境内，位于燕山南麓、渤海之滨的京津唐经济圈，地理坐标为东径11328，北纬3933。东有最大能源港-秦皇岛港，西有塘沽新港，南有京唐港及正在施工建设的中国最大的内陆深水港曹妃甸港，海运极为便利；北距京山铁路古冶火车站10.2公里，并有专用铁路衔接。与吕家坨矿业分公司、林西矿业分公司、钱家营矿业分公司、唐家庄矿业分公司、赵各庄矿业分公司、铁拓集团、热电公司均有铁路连接。区内有古倴公路横贯东西，向南至唐港高速公路，向北12公里至205国道并与京沈高速公路相连。见范各庄矿交通位置图1-1。1.1.2 地形地貌范各庄井田为广阔的第四系冲积层所覆盖，地貌简单，地表平坦，地势呈现北高南低，地表坡度1 2 ，地表标高海拨+25+33 m。1.1.3 河流水系井田西部有沙河流过，流向大致与地层走向平行。沙河为季节性河流，冬季河水近似干枯，只有林西、唐家庄等矿排放水流过。夏季流量显著增加，1965年测得沙河洪峰流量为142.8 m3/s，流速1.69 m/s。历史最高洪水位29.5 m。1.1.4 矿区的气候条件唐山地区气候属半大陆性，夏季炎热多雨，冬季严寒凛烈，气温变化较大。根据唐山市气象局19591999年气象资料，历年平均气温17.9，最高气温40.3，最低气温-18.3 。历年平均降水量为708.14 mm，年最大降水量为1263.8 mm。区内冬季多北风，夏季多南风，最大风速16 m/s。冰冻期为十一月至次年三月，最大冻土深度0.27 m。1.1.5 水源、电源1、根据地质资料及现场实际，本矿区以裂隙含水层及孔隙含水层为主，岩溶裂隙含水层局部发育。矿井充水因素除砂岩裂隙含水层外，奥陶岩溶水亦为本矿永久水源，但奥陶水水质有待化验分析。沙河水为本区农业灌溉河居民生活用水的主要来源，可做为矿井临时生活用水水源。2、本矿的主供电电源取自华北电网吕家坨变电站35 kV输电线和林西发电厂35 kV输电线。1.1.6 工农业生产和原料矿区内工业以煤炭为主，农业主要种植小麦、玉米、水稻、花生，间杂有果园、菜园和苗圃等，以奶牛为主的畜牧业也较发达。本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥需由国家计划供应外，其它砖、石、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。1.2 井田地质特征1.2.1 煤系地层概述、勘探程度开平煤田位于燕山南麓，煤系地层为石炭二迭系。开平主向斜是煤田的主要构造骨架，呈复式向斜构造。向斜的总体轴向为NE向，自古冶以北主向斜轴逐渐转为东西向。向斜两翼不对称，西北翼地层倾角比较大，局部地层倒转，发育落差及走向长度较大的逆断层或逆掩断层；东南翼地层倾角比较平缓，由北往南发育两组轴向与主向斜轴斜交或直交的短轴倾伏褶皱构造：一组由杜军庄背斜、黑鸭子向斜、吕家坨背斜、塔坨向斜、毕各庄向斜及南阳庄背斜等组成；另一组出现在宋家营以南，由李新庄向斜、刘唐堡背斜组成，其规模不如前者。东南翼断层不很发育，规模亦较小，多见于褶皱构造的轴部，正断层较多，逆断层较少。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，施工地面地质孔5个，进尺2737.35 m，井下地质孔201 个，进尺13237.17 m；地面水文地质探查孔13个，进尺8055.14 m，井下水文孔210个，进尺22496 m。煤系地层为石炭系、二叠系组成，总厚度500 m左右。煤系基底为奥陶系石灰岩，上部为第四系冲积层，北部大约50m，向南逐步加厚至毕各庄，厚约500 m。井田主要可采煤层为： 11s、12s、半共计2个煤层。单一煤层有：11s、12s煤层。范各庄井田煤系地层主要由石炭系、二迭系地层组成，其中包括中石炭统唐山组，上石炭统开平组、赵各庄组，下二迭统的大苗庄组、唐家庄组。基底为经过长期剥蚀夷平的中奥陶统，上覆地层为上二迭统古冶组陆相碎屑岩。含煤建造由一套海相、过度相、陆相地层组成。1、唐山组属石炭系中统。直接覆于奥陶系灰岩之上，与奥陶系地层呈假整合接触，平均厚度约56米。岩性以粉砂岩、泥岩为主，细砂岩次之，底部为鲕状铝土质泥岩（G层），含K1、K2、K3三层灰岩，以K3灰岩发育较好，层位稳定，厚度一般为2.53.2米，称为唐山灰岩。含13层不稳定的薄煤线。2、开平组属石炭系上统。上部止于赵各庄灰岩（K6）顶板，下起唐山灰岩顶板，本组厚度约52米。岩性以细砂岩和粉砂岩为主，泥岩次之，含K4、K5、K6三层质地不匀的薄层灰岩和一层局部可采的14煤层。本组比唐山组颜色较深，多呈深灰色，泥岩显著减少，含砂量增加，植物化石增多，黄铁矿结晶体和菱铁矿结核均较发育。3、赵各庄组属石炭系上统。上部以11煤层顶板为界，下伏开平组，厚度约86米，为主要含煤地层之一。岩性以粗砂岩、中砂岩和粉砂岩为主，泥岩次之。含一层可采煤层，即12煤。岩性与开平组相比颗粒变粗，接近陆相沉积。4、大苗庄组属二迭系下统。上部止于煤层顶板，下伏赵各庄组，厚度约67米。本组以深灰、黑灰色粉砂岩和泥岩为主，青灰色中砂岩次之，为主要含煤地层之一。5、唐家庄组属二迭系下统。上部止于层顶板，下伏大苗庄组，厚度约270米。岩性以粗中砂岩为主，细砂岩次之，下部粉砂岩和泥岩比较发育，间夹层薄煤线。岩石颜色由下部的深灰、浅灰往上变为灰和紫红色，均属于陆相沉积。范各庄井田煤系地层的形成过程均属于近海型沉积。其中石炭系的唐山组、开平组和赵各庄组属于海陆交互相沉积，二迭系的大苗庄组和唐家庄组属于近海陆相沉积。整个煤系地层厚度、煤层层数、旋回结构明显清晰，易于对比。从相旋回的特征分析，中石炭世地壳升降运动频繁，引起大面积的海侵和海退，沉积了一套海陆交互相地层。由于地壳运动短暂而频繁，不宜泥炭堆积，故没有形成可采煤层。在这时期地形比较平坦，海侵和海退范围广泛，沉积了三层薄层灰岩，即K1、K2、K3灰岩。中石炭世地层厚度较薄，约为56 米，相旋回结构清晰，易于对比。晚石炭世地层以缓慢上升为主，聚煤作用活跃，海相地层逐渐减少，过渡相地层增多，且出现河流冲积相沉积。在晚石炭世早期地壳运动还比较频繁，且很不稳定，沉积了三层薄层灰岩，即K4、K5、K6灰岩，到后期地壳运动趋于稳定，适宜植物生长与堆积形成了本井田的可采煤层，即12煤层。晚石炭世厚度约为138米，相旋回结构比较清楚。早二迭世地壳运动仍以上升为主，上升幅度由小渐大，海退范围逐渐扩大，沉积了一套近海陆相地层，湖泊、沼泽遍布，沉积了两层稳定和较稳定可采煤层。到二迭世中晚期，气候由温润转向干燥，不宜植物的生长。中期只形成薄煤层，到晚期聚煤作用已进入尾声。下二迭统地层厚度约为337米。从煤系地层形成过程来看，地壳运动在中石炭世、下二迭世是以上升为主，上升幅度由小到大，由缓慢上升到直线上升。从岩相来看，为近海相过渡相大陆相。从成煤环境看，则为滨海平原到内陆湖泊。正是由于地壳运动由弱到强，从海相逐渐转为陆相，在这种地壳相对稳定时期，才沉积了本井田的可采煤层。1.2.2 井田地质构造 范各庄井田地质构造简单,主体构造为井田北翼的塔坨向斜和南翼毕各庄区域的毕各庄向斜，是开平向斜的次一级构造。1）井田北部的塔坨向斜区：井口北翼，向斜轴大致为EW方向，北翼倾角大约45，南翼倾角小。该区域内以褶皱和陷落柱构造发育为主要特征。2）中部的单斜区：井口南四石门，地层走向变化不大，倾向NWW向，地层倾角824，一般在15以下。1.2.3 井田水文地质特征范各庄井田水文地质情况复杂，煤系上下各有一个含水层，上为冲积层强含水层，其为厚度不等的卵石层，下有一黏土层有隔水作用；下为奥灰含水层。它们之间联系密切，以煤层露头线为联系，相互沟通，煤层地质有两个含水层：5S顶板砂岩含水层和12S-14S砂岩组含水层，它们是矿井的主要出水来源。还有导水陷落柱12个，矿井涌水量249 m3/h，矿井最大涌水量为563 m3/h。1.2.4 地温据详查勘探资料，本区地温梯度为0.94/100 m，横温带在50100 m左右，地温变化范围在11.5017.00 之间，属地温正常区。1.3 煤层特征1.3.1 煤层特征范各庄井田内的主要可采煤层中，下部的12煤沉积于石炭系上统的赵各庄组，属海陆交互相沉积，煤层厚度的区域性变化相对比较稳定，规律性较强，且顶底板条件较好。范各庄煤矿煤层特征表见表1-2表1-2 范各庄煤矿煤层特征表煤层厚度、倾角、结构、间距煤层名称煤厚m倾角结构层间距mkMr稳定性11平均49413简单结构10550.970.37较稳定最小-最大47-539-1712平均54613简单结构1501.00.27较稳定最小-最大49-609-171.3.2 可采煤层特征井田内两层可采煤层及三层局部可采煤层结构、厚度及一般特征描述如下，井田内主要煤层顶底板赋存情况表见表1-3。1）11煤层11煤层为单一结构厚煤层。煤厚4.75.3米，平均4.93米。煤岩类型以光亮型为主，夹有薄层半光亮型煤。内生节理发育，贝壳状断口，油脂光泽。煤的硬度f=0.3 ，容重1.44。与下伏12煤的层间距为10.520.5米，平均15米。层间距由北往南逐渐增大。6）12煤层12煤层为厚煤层，煤层厚度4.96.0米，平均5.46米。中上部含有23层黄铁矿结核层，呈细条带或串珠状分布，比较稳定，煤层中部一层结核厚度可达0.1米。距底板约0.3米，普遍含有一层0.10.2米厚的松软泥岩夹石。煤层厚度由北往南逐渐增厚。煤岩类型以光亮型和半光亮型为主。内生节理发育，玻璃光泽，贝壳状断口。煤的硬度f=0.31.1，容重1.44。与下伏12半煤的层间距为35米。7）12半煤层12半煤层为井田内局部可采煤层。由北至南二道半石门范围内，由于基底的不均衡沉降逐渐分离，煤厚0.294.87米，平均1.6米，为单一结构煤层。由于基底起伏变化造成煤层厚度变化较大，局部呈现底鼓，给回采造成很大困难。煤岩类型为半光亮型和半暗淡型。容重1.38。1.3.3 煤层围岩性质表1-3 井田内主要煤层顶底板赋存情况表煤层顶底板岩性厚度特征及赋存情况11煤伪顶无伪顶。直接顶粉砂岩4.5水平层理含大量泥质结核，顺层分布，岩石致密。南四采区局部相变为腐泥质泥岩。老顶细砂岩即为9煤层老底。直接底泥岩1.1褐灰色，含杂乱根化石，松软。老底细砂岩7.0粘土质胶结，松软，遇水风化膨胀，极易底鼓。12煤伪顶无伪顶。直接顶泥岩1.02.5炭质含量很高，呈腐泥质泥岩，褐色条痕，分布比较稳定，与老顶之间存在明显层见滑动。南四以南炭质成分逐渐减少成致密泥岩。老顶粉砂岩4.0致密，块状结构。含结核，顺层呈串珠状分布。直接底粉砂岩0.30.6南二石门以北较薄，松软含化石。南二至南五较厚，岩石完整，为灰色块状结构。下为12半煤层。南五石门以南12煤与12半煤基本合群。1.3.4 煤的特征1、煤质井田内各主要可采煤层的煤种均为结焦性良好的1号、2号肥煤和气肥煤。煤质受沉积环境的影响，各煤层变化较大，赋存于赵各庄组的12煤，煤质较好，灰分低，发热量高,个别工作面的生产灰分则达到了4050以上。造成原煤生产灰分增加的主要原因：一是生产管理过程中的产品质量意识差，产煤中人为混入大量矸石；二是由于个别煤层特殊的赋存条件，形成的大量矸石混入煤中；三是煤层不能合理配采，造成全矿井原煤生产灰分增高，发热量降低。煤质主要特征及煤质情况，见表1-4，表1-5表1-4 煤质主要特征项目煤层灰分（）硫分（）挥发分（%）发热量（卡/克）灰熔融性牌号11煤层11.535.20.40.830.536.354507180127015001、2号肥煤为主，局部肥焦煤16.920.6433.48695412煤层11.335.20.50.8 29.733.252007572111015002号肥煤为主，局部气肥煤15.772.1332.167137表1-5 煤质情况物理特性煤 层光 泽硬 度容 重煤岩类型11玻璃0.40.71.44光亮和半光亮12玻璃0.31.11.44光亮和半光亮原煤工业指标煤 层AVSQ工业牌号1116.9233.480.6469541、2号肥煤1215.7732.162.1371372号肥煤2、瓦斯赋存于煤层中的瓦斯是煤矿生产中的重大自然灾害之一，是随着煤化作用产生的有害气体。煤层中的瓦斯含量一般受下述因素控制：煤的变质程度、围岩条件、地质构造、埋藏深度以及地下水活动等。范各庄井田属于低瓦斯矿井，根据范各庄矿2000年度矿井瓦斯等级鉴定等级报告，矿井瓦斯相对涌出量0.12 m/t，矿井的瓦斯等级鉴定为低瓦斯矿井。CH4、CO2的涌出量随着矿井的逐步延深，二水平的CH4、CO2涌出量有逐渐增加的趋势。从瓦斯成分上看，CH4百分比含量值升高，即将接近瓦斯风化带下限。南一石门揭露12煤层，瓦斯浓度达到10以上。3、煤尘煤尘是在煤矿生产过程中，煤破碎后形成的粉末状尘埃。煤尘除引起煤肺病，影响人的健康外，其主要危害在于悬浮于空气中的煤尘，在一定条件下可引起燃烧或爆炸，造成巨大的井下事故。范各庄井田具有发生煤尘爆炸的潜在危险，煤尘爆炸指数为38.3946，随着开采深度的增加，煤尘的爆炸性逐渐增强，最高值可达52.72。4、煤层自然发火残留在采空区的碎煤和煤柱，存放在地面的煤堆，以及接近露头的煤层，由于与空气接触而氧化生热，在散热条件下不畅的情况下，氧化生成的热量大于向四周逸散的热量，致使煤的温度逐渐升高，一旦达到煤的燃点时，会发生煤自燃。范各庄井田具有有自然发火煤层12煤层，发火期一般在812月之间。12煤层的自然发火期定为11个月，矿井发火等级定为四级。另外，通过对各煤层的煤层组分及引发煤体自燃的黄铁矿含量进行分析发现，煤层的自燃多发生在12煤层，主要有以下两方面的原因：()、煤岩组分：煤岩组分的类别、含量和相互关系，是影响煤自燃倾向性的基本因素。不同煤岩组分的吸氧量，氧化速度和燃点明显不同。如果按丝炭、镜煤、亮煤、暗煤的排列顺序，则吸氧量和氧化速度依次降低，燃点顺序升高，自燃倾向性逐步减弱。()、煤中黄铁矿含量：煤中黄铁矿含量是影响煤自燃的重要因素。这是因为有水和氧同时参加的条件下，黄铁矿发生化学反应生成硫酸，该反应为放热反应，可使煤层温度升高。同时，由于黄铁矿转变为硫酸而从煤层中消失，以及硫酸对煤物质的溶蚀作用，致使煤结构变得疏松，促进了煤的氧化进程，从而最终导致煤体自燃。图1-2 范各庄矿井田地层综合柱状图2 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1 井田边界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为：（1）井田范围内的储量，要与煤层赋存情况、开采条件和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 井田范围范各庄井田位于开平向斜东南翼，东部以煤层潜伏露头线为界，西及西南部与钱家营矿业分公司相邻，北部与吕家坨为界，西部以煤层-800 m等高线与吕家坨为界，井田南北走向长度6.87公里,东西最大倾斜长3.62公里，全井田总面积为20.79平方公里。开采深度标高为-100-800 m。图2-1 井田赋存状况示意图2.2 矿井工业储量根据对煤矿床的勘探，研究程度和煤炭工业建设的需要，将煤炭储量划分为A、B、C三级。由于本矿井煤质稳定，煤类较多，水文地质条件复杂，煤系中有岩浆岩破坏活动，因此储量级别的划分主要依据对地质构造和煤层的控制、研究程度。邻近不可采边界的块段均不圈定高级储量；断层煤柱不圈定高级储量，一律降为C级储量；对难以开采的小而孤立的块段，不圈定储量，不进行单独计算。2.2.1 钻探工程量根据矿井勘探情况，其勘探类型为类型。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，使完成钻孔145个，地震物理点3466个，平均每平方公里有2.13个，地震物理点23.9个，共计工程量为10621.27m，其中水文钻孔3个，为1865.61m。2.2.2 矿井地质储量计算本矿只有11S和12S煤层具有开采价值。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。煤层储量的计算公式为：块段的面积S必须采用真面积（即煤层斜面积）。用煤层底板等高线上的水平投影面积换算成真面积。 (公式2-2)式中： S 井田块段面积，m2m煤层平均厚度 煤层的容重，1.4 t/m3 各块段煤层的倾角根据地质勘探情况，将矿体划分为8个块段（见图2-2），在各块段范围内，用算术平均法求得每个块段的储量，煤层总储量之和。11S煤层和12S煤层储量计算表见2-1表2-1 开滦范各庄矿12#煤储量计算表块段块段投影面积(M2)平均倾角()块段实际面积(M2)平均厚度(M)煤层容重(T/M3)块段储量(MT)12111211总计12105931.831132161326.45.464.931.4416.9915.342727374.49815756687.25.464.931.445.955.3734303172.963144434908.55.464.931.4434.8731.4844044829.305104107227.25.464.931.4432.2929.1554080309.142134187637.85.464.931.4432.9229.7361842681.68291865650.95.464.931.4414.6713.2572209928.331102244020.05.464.931.4417.6413.338984565.0183111029551.45.464.931.448.097.31总 计20298792.7720787009.55.464.93163.43147.58311.01图2-2 地质块段划分图2.2.3 矿井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2-3-2：表2-3-2 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130.6255.9865.322.9924.88合计186.688.29Zg=111b+122b+2M11+2M22+333k （公式2-3）其中：k=0.8Zg=130.6+55.98+65.3+22.99+24.88= 299.77Mt2.3 矿井可采储量2.3.1 煤柱的留设矿井可采储量=（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、大巷保护煤柱和断层保护煤柱等。根据范各庄矿周围矿井实际经验和依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程之相关条款规定，部分煤柱的留设方法如下，见表2-2。表2-2 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50m断 层断层煤柱每侧20m大 巷大巷煤柱每侧25m1）边界保护煤柱可按下列公式计算(公式2-4)式中：Z边界煤柱损失量； L边界长度； b边界宽度； M煤层厚度； R煤的容重。11S煤层1.4 4t/m3和12S煤层1.44t/m3边界煤柱损失计算统计如表2-3。表2-3 范各庄矿边界煤柱损失表边界煤层露头线边界范毕技术边界范钱技术边界范吕技术边界总和11煤层（Mt）0.7550.6090.9630.3832.7112煤层（Mt）0.8330.6751.0660.4252.999合计(Mt)1.5881.2842.0290.8085.7092).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表2-4。表2-4 工业场地占地指标井 型大型井公顷/0.1Mt中型井公顷/0.1Mt小型井公顷/0.1Mt占地指标0.801.101.301.802.002.50注：(1).占地指标中包括围墙内铁路站线的占地面积；(2).井型小的取大值，井型大的取小值；(3).在山区，占地指标可适当增加；(4).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%；(5).占地指标单位中的0.1Mt指矿井的年产量。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：S=（0.80+0.30）240/10=19.8公顷=198000 m所以初步设定工业广场为长方形长边为500m，短边为400m。本矿井地质条件及冲击层和基岩移动角见表2-5。表2-5 岩层移动角广场中心深度煤层倾角煤层厚度冲积层厚度mmm-350125.4613345757575用作图法求出工业广场保护煤柱量，工业广场保护煤柱留设见图2-3。图2-3 垂线法计算工业广场保护煤柱边界示意图由此根据上述已知条件，画出如图2.3所示的工业广场保护煤柱的尺寸，并由图可得出保护煤柱的尺寸为：Si=梯形面积=(上宽+下宽)高/（2cos12） （公式2-5）工业广场的煤柱量为：Zi=SMR （公式2-6）式中：Zi工业广场煤柱量； S工业广场面积； M煤层厚度； R煤的容重。则：Z=7.622Mt3)大巷保护煤柱大巷中心距离为40米，大巷煤柱两侧保护煤柱宽度为25 m，则大巷保护煤柱损失量为7.329Mt永久煤柱损失如表2-6所示。表2-6 保护煤柱损失量煤柱类型储量/Mt井田边界保护煤柱5.709工业场地保护煤柱7.622大巷保护煤柱7.329合计24.0072.3.2 可采储量计算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： （公式2-6）式中：Zk 矿井可采储量，t；Zg 矿井的工业储量，299.77 Mt；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，66.99 Mt；C带区采出率；根据煤炭工业矿井设计规范2.1.4条规定：矿井的采出率，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。经计算矿井工业储量为299.77 Mt，全矿永久煤柱损失为24.007 Mt，本设计矿井12s和11s煤层厚度分别为5.46 m和4.93 m，属于厚煤层，因此带区采出率选择0.75。则代入数据得矿井设计可采储量：3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度由煤炭工业矿井设计规范第223条规定，矿井的设计生产能力按330d计算，矿井设计年工作日330d。3.1.1矿井工作制度的确定矿井工作制度设计采用“三八”工作制，即两班生产，一班检修，每班净工作时间为8h。3.1.2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16h。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、外部建设条件、回采对煤炭资源配置及市场需求、开采条件、技术装备、煤层及采煤工作面生产能力、经济效益等因素，经多方案比较后确定。矿区规模可依据一下条件确定：（1）资源情况：煤层地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设大型矿井。井田地质条件复杂，储量有限，则矿区的规模定的不能太大。（2）开发条件：包括矿区所在的地理位置、交通、用户、供电、供水、建设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；否则应该缩小规模。（3）国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤种、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矿井生产能力的确定由于井田范围较大，煤炭储量丰富，地质构造较简单，煤层生产能力大，开采技术条件好，初步确定矿井生产能力为2.4Mt/a。3.2.3矿井及第一水平服务年限的核算矿井的服务年限必须与井型相适应。矿井可采储量Zk、设计生产能力和矿井服务年限三者之间的关系为： （公式3-1）式中：T矿井的服务年限，a；Zk矿井的可采储量，206.52 Mt；K矿井储量备用系数，取K=1.3；A矿井设计生产能力，Mt/a。则矿井服务年限为： T=206.52/（2.41.3）=66.2 a50 a第一水平服务年限的计算公式为： （公式3-2）式中：T1第一水平的服务年限，a；Zk1第一水平的可采储量，Mt；K矿井储量备用系数，取K=1.4；A矿井设计生产能力，Mt/a。根据矿井开拓布置，利用块段法再次计算出矿井第一水平可采储量为88.452 Mt，所以第一水平的服务年限为：T1=88.452/（2.41.3）=28.35 a25 a既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。矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，根据煤炭工业矿井设计规范第2.2.5条规定：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。井型和服务年限的对应要求见表3-1。表3-1 我国各类井型的新建矿井和第一水平设计服务年限矿井的生产能力矿井设计服务年限第一开采水平服务年限/a/Mta/a煤层角度356.0及以上7035-3.05.16030-1.22.4502520150.450.9040201515由上表可知：煤层倾角低于25，矿井设计生产能力为1.22.4 Mt/a时，矿井设计服务年限不宜小于50 a，第一开采水平设计服务年限不宜小于25 a。本设计中，煤层倾角低于，设计生产能力为2.4Mt/a，矿井服务年限为66.2 a，经过矿井及第一水平服务年限的核算，二者均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2.4 Mt/a。4 井田开拓4.1 井田开拓的基本问题4.1.1 井筒形式及数目的确定一般情况下，井筒的形式有立井、斜井和平峒三种。斜井适用于井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质情况简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。平峒适用于地形条件合适，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，上山部分的储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。综合范各庄矿业公司的实际情况：1)表土层较厚，且风化严重；2)地处平原，地势平坦，地面标高平均为+33m左右，煤层埋藏较深，距地面垂深在150m800m之间。因此，斜井及平峒均不适用于本矿。由于立井开拓的适应性较强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制；在采深相同的条件下，立井的井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利；井筒的断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的的要求，且阻力小，对深井更为有利；当表土层为富含水的冲积层或流沙层时，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井田，能兼顾井田浅部和深部不同产状的煤层。因此，综合以上因素并结合该矿的实际情况，确定井筒的形式为立井。本矿井采用一对立井开拓：主井采用箕斗提煤；副井采用罐笼提升矸石，升降人员、设备、材料，且兼作进风井。风井安装梯子间，作为一个安全出口。矿井通风方式经过比较后确定为两翼对角式通风，在井田南北两翼边界各开掘一个风井，风井安装梯子间，作为回风井并兼作安全出口。4.1.2 井筒位置的确定井筒是井下与地面出入的咽喉，是全矿井的枢纽。井筒位置的选择对于建井期限、基本建设投资、矿井劳动生产率以及吨煤生产成本都有重要影响，因此，井筒位置一定要合理选择。选择井筒位置时要考虑以下主要原则：有利于井下合理开采井筒沿井田走向的有利位置当井田形状比较规则而储量分布均匀时，井筒沿井田走向的有利位置应在井田的中央；当井田储量分布不均匀时，井筒应布置在井田储量的中央，以形成两翼储量比较均衡的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网络较短，通风阻力小。应尽量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采的不利局面。井筒沿煤层倾向的有利位置在倾向上井筒宜布置在中偏上的位置，同时考虑到减少煤损，尽量让工业广场保护煤柱圈住一些影响生产的地质构造和断层。有利于矿井初期开采选择井筒位置要与选择初期开采区密切结合起来，尽可能使井筒靠近浅部初期开采块段，以减少初期井下开拓巷道工程量，节省投资和缩短建井期。尽量不压煤或少压煤确定井筒位置，要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱，做到不压煤或少压煤。为了保证矿井投产后的可靠性，在确定井筒位置时，要使地面工业场地尽量不压首采区煤层。有利于掘进与维护a.为使井筒的开掘和使用安全可靠，减少其掘进的困难及便于维护，应使井筒通过的岩层及表土层具有较好的水文、围岩和地质条件。b.为加快掘进的速度，减少掘进费用，井筒应尽可能不通过或少通过流沙层、较厚的冲积层及较大的含水层。c.为便于井筒的掘进和维护，井筒不应设在受地质破坏比较剧烈的地带及受采动影响的地区。d.井筒位置还应使井底车场有较好的围岩条件，便于大容积硐室的掘进和维护。便于布置地面工业场地井口附近要布置主、副生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统之间互相联接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地面平坦，高差不能太大，专用线短，工程量小及有良好的技术条件，应尽量避免穿过村镇居民区、文物古迹保护区、陷落区或采空冒落区、洪水侵入区；要尽量少占农田、果园经济作物区，尽量避免桥涵工程，尤其是大型桥涵隧道工程。为考虑长期运输的行车安全和管理，要尽量避免与公路或其它农用道路相交，力求使接轨点位于编组站配线一侧。另外，井口标高应高于