李志奇设计说明书.doc

目 录目 录11. 井田概况及地质特征21.1. 矿井概况21.2. 地质特征32. 井田境界和储量112.1. 井田境界112.2. 矿井储量122.3. 矿井设计生产能力及服务年限153. 井田开拓163.1. 井田开拓的方案确定163.2. 矿井基本巷道214. 准备方式带区巷道布置314.1. 煤层的地质特征314.2. 带区巷道布置及生产系统344.3. 带区车场选型设计404.4. 采区采掘计划425. 采煤方法435.1. 采煤工艺方式435.2. 回采巷道布置545.3. 采区运输设备575.4. 大巷运输设备646. 矿井提升706.1. 设计依据706.2. 提升容器的选择计算706.3. 立井提升钢丝绳的选型验算727. 通风和安全797.1. 概况797.2. 矿井通风798. 矿井基本技术经济技术指标891. 井田概况及地质特征1.1. 矿井概况交通位置单侯井田位于河北省张家口市蔚县涌泉庄乡和南留庄乡之间，地处蔚县矿区的南部。本井田东南距蔚县县城8km，北距宣化130km，南距石家庄市330km，东距北京230km，西距山西广灵县21km，公路交通便利。已经建成的沙(沙城)蔚(蔚县)铁路与北(北京)张(张家口)、丰(丰台)沙(沙城)大(大同)铁路干线直接相连，铁路交通条件良好。矿区铁路专用线由沙蔚地方铁路支线的西合营站接轨。地形地貌本区地形为北高南低的山前平原，海拔高度+950m+1070m。北西向冲沟密布，最深可达15m。河流地表有一条壶流河，发源于山西省广灵县境内，流经井田的南缘及东部，往东北在化销营附近注入桑干河。枯水期流量为0.70.8m3/s，洪水期流量5060m3/s。区内冲沟与壶流河相交，平时干枯无水，雨季泄洪于河中。气象及地震情况气象：本区为北方典型的干燥大陆性气候，年平均降雨量为425mm，且大多集中在7、8月份。年平均气温6.5，最高月平均气温(7月)23.2，最低月平均气温(1月)为-12.5，极低温度-34.7。春、夏、秋三季各占两个多月，冬季长达五个月之久。年平均蒸发量为1650mm。冬季多为西北风，风力不强。冻结期自11月至翌年3月，冻土深度为1.31.5m。地震烈度：根据蔚县地震办公室1991年5月31日提供的蔚县矿区地震基本烈度评估报告，蔚县矿区地震基本烈度为7度。矿区经济概况蔚县下辖10个镇23个乡。全县总面积3220km2，耕地面积约953km2。粮食作物有玉米、谷子、高梁、小麦、豆类等，经济作物有白麻、油料、烟叶等。工业生产以煤炭为主，兼有化工、水泥、化肥、陶瓷、地毯和皮毛加工小型企业及砖瓦窑厂等。煤田开发简史及邻近生产矿井概况蔚县煤田西部，煤层埋藏较浅，早在宋朝就有小煤矿开采，至今已有七百年的开采历史。市属煤矿有西细庄、郑家湾、玉峰山等煤矿；县属煤矿有水西矿及南留庄等煤矿。目前单侯矿井的北邻煤矿有本公司已经建成投产的崔家寨矿井和崔家寨原井田内众多的小煤矿，西部有南留庄煤矿，东部为尚未开发的北阳庄井田。现有水源电源水源：经过水资源的勘探，目前已取得了1.23m3/s的水资源，其中，B级0.48m3/s，C级0.75m3/s，可作为矿区用水的水源地。根据水资源法，河北省水利厅、蔚县水利局批文同意矿区取水0.81m3/s，作为生产、生活用水。根据矿区总体规划，矿区水资源取自5-1、19-9孔和富胜堡水源地，单侯矿井初期用水可由矿区集中供水系统解决。电源：根据蔚县矿区中心工业区规划，矿区110kV变电站设在单候矿井工业区内，单候矿井的用电即由该变电站供给，目前矿区110kV变电站已经建成，并已向崔家寨矿井供电，变电站内已为单候矿井留设了间隔。1.2. 地质特征地质构造1、地层井田内地层由上而下为：新生界第四系、中生界侏罗系、古生界奥陶系和寒武系。1)、新生界第四系井田内第四系厚度75330m，由北向南逐渐增大。分为全新统、上新统马兰组和下新统泥河湾组。岩性：全新统为卵砾石及砂土堆积物；更新统上部为风积黄色亚粘土、冲、洪积砂土、亚粘土间夹砾石薄层和透镜体；下部为浅灰、灰褐、绿灰色亚粘土间夹粉砂砾石薄层及砖红色亚粘土间夹砂砾石薄层。近底部为亚粘土与砂砾石互层。2)、侏罗系侏罗系地层分为中统后城组、髫髻山组；中下统下花园上段和下段。后城组：不整合于煤系地层之上，厚度0167m，分布于井田东半部，岩性为砾岩、间夹砂砾岩和细砂岩、粉砂岩薄层。髫髻山组：与下伏地层呈角度不整合接触。厚度为0135.6m，主要分布于井田的东部，为一套中性火山岩火山碎屑岩，岩性主要为安山岩和火山角砾岩。下花园组：为井田内含煤地层，与下伏地层呈角度不整合接触。总厚度为0347.5m，平均厚度为180m，以7号煤顶板砂岩底面为界分为上、下两段。下花园组上段厚度0215m，平均厚度100m。分布于纬线4417000线以北。主要岩性为粘土岩、砂质粘土岩、砂砾岩、中细砂岩及煤层。下花园组下段的厚度为0132.5m，一般厚度80m。岩性为中细砂岩、粉砂岩、粘土岩及煤层组成。3)、奥陶系本组地层为奥陶系下统，厚度为0115m，为煤系地层的基底，基底起伏不平，北高南低，北薄南厚。岩性为白云质灰岩，岩溶裂隙发育。溶洞裂隙多为粘土或灰岩碎块充填，但疏松易碎。4)、寒武系上统仅分布于井田的东北角，厚度大于100m。岩性为石灰岩，岩洞不发育。2、井田地质构造单侯井田的构造形态总体上呈一宽缓不对称的向斜，并在此基础上发育多个次级向、背斜构造，呈波状起伏，地层走向较简单，一般倾角为28，区内无大断层发育。1)、褶曲根据单候井田地震补充勘探报告，井田范围内发育较大的褶曲构造2个。主要褶曲特征见表1-2-1。2)、断层构造在全井田内发现正、逆断层42条，而且多分布在井田的边缘部位，并认为断层对矿井开采影响不大。由于断裂形成后的破碎带经后期固结成岩，固结紧密，导水性能差，对水文地质条件影响也不大，断层性质以正断层为主。3)、岩浆岩井田的西北角有较小面积的辉绿岩侵入6号煤层，面积小于1km2，由西向东变薄，对煤层影响不大。煤层及煤质1、煤层1)、含煤地层本区成煤年代处于侏罗系晚期。由于受古地理和沉积条件的控制及后期改造影响，以及地壳沉积速度变化的影响，本组含煤层数较多，但煤层的稳定性较差，煤层厚度变化较大。本井田含煤地层为下花园组，本组地层厚度为0347.5m，平均厚度180.77m。下花园含煤地层分为上、下两段，其上段为杂色含煤地层，含煤地层厚度为15.8267.20m；其下段含煤8层，下段的上部含煤3层，其中5、6号煤为较稳定可采煤层，其余为不稳定煤层，含煤地层厚度为33160.6m。2)、煤层赋存条件分析1号煤层：该层煤仅分布于井田横17线以西，下距1号煤平均4.62m，煤层厚度0.81.5m，平均厚为1.2m，属于不稳定煤层。4号煤层：分布于井田的北部，下距1-1号煤平均14.75m，煤层厚度0.801.65m，平均厚度1.0m，煤层结构简单，属于不稳定煤层。由于煤层厚度较小，煤层生产能力低，加上断层的切割，使得煤层开采的经济性较差。5号煤层：为本区主要可采煤层，下距4号煤1.3825.58m，平均3.1m，其分布特征如下：在纵16线以北、横19线以东，发育较好，煤层厚度为0.94.99m，一般厚为3.30m，属于较稳定煤层，煤层的生产能力较大。在横19线以西，纵1621线中间的区域，该层煤分布有不可采区域。在纵21线以南呈较小范围的成片分布，煤层厚度0.803.67m，一般1.80m，煤层厚度变化较大。5-1号煤层：该层煤主要分布于井田的北部，下距5号煤1.0219.50m，平均7.34m。分布零星不易圈成块段，在纵19线以南分布有较好的一块，该块煤层厚度0.852.13m，一般厚度1.40m。该层煤厚度变化较大，属于不稳定煤层。6号煤层：下距5-1号煤5.8719.50m，平均7.34m。在井田的东部和东南部存在大面积的不可采区域，该区煤层厚度2.13.8m，平均2.8m；本煤层煤层厚度较大，煤层生产能力大。6-1号煤层：下距6号煤0.9511.25m，平均3.49m。本层煤仅局部分布于井田的东南角，煤层厚度大部小于1.50m，基本不可采。7号煤层：下距6-1号煤5.2926.09m，平均20.18m。该煤层仅赋存于纵22线以北，煤层厚度变化在0.802.20m，一般厚1.30m，煤层生产能力低。3)、煤层赋存条件评价根据煤层的赋存厚度和分布区域，本矿井的主要开采煤层为6、5号煤层。此两煤层的开采范围较大，除局部区域的煤层厚度小于1.5m外，大部比较适于进行综合机械化开采，是矿井进行经济性开采的储量保证；其余煤层虽然其厚度达到了可采厚度要求，但由于其煤层厚度较小，煤层生产能力较低，受地质构造影响，加上煤质特点，开采的经济性差，不适开采。2、煤质本井田煤质为低灰中灰、低硫(7号煤高硫)、低磷的长焰煤和少量的不粘结煤，原煤发热量一般为28.8929.31MJ/kg。名称位置性质产状断距(m)延展长度(m)可靠程度走向倾向倾角()F20井田东部边界正近SNE68151303100可靠F23井田东北部边界正SES571567950可靠DF10井田西北部正NWSNENE660562500较可靠DF46西中堡村东逆NENW34380401800较可靠DF6高利寺村南逆NENW401527380可靠DF18井田中部正NWNE55700291650可靠F109井田西北部逆NENW24658633800可靠F18井田西部正近SNE54700714300可靠DF105井田南部正NWSW680281200可靠本井田的煤除作动力用煤外，还可作为气化用煤。 表1-2-2 主要断层特征表序号分布范围名 称轴线长度(m)起伏幅度(m)倾角()分布面积(km2)1达产采区内高利寺向斜1100807110.72高利寺南向斜1500350.73单侯东背斜1200450110.254阎家庄南向斜170040131.05主、副井西背斜45030100.256崔家寨东向斜1300405101.07北方城北向斜700200.258北方城背斜900306100.49西南堡东向斜8503011130.510东庄向斜1450408101.011达产采区外水东堡北背斜45020670.312回回木背斜100040470.613单侯西北背斜100030451.014高利寺西南向斜80020350.315小酒务头东南向斜1100305130.516上陈庄西南向斜600305140.317上陈庄西背斜110050150.518东庄背斜1250406100.8表1-2-1 井田内褶曲一览表 开采技术条件1、主采煤层的顶底板条件8号煤层顶板：首采区8号煤顶板为粘土岩、粉砂岩，平均厚度3.58m，普氏硬度系数为2.2，属弱稳定不稳定岩层；底板主要为粉砂岩，普氏系数为2.6，属中等稳定岩层。5号煤顶底板：首采区内5号煤岩性主要为粘土岩、粉砂岩或细纱岩，胶结致密，较坚硬，厚度4.15m，普氏系数3.5，属中等稳定岩层；底板岩性为胶结致密的细纱岩、粘土岩，普氏系数为3.7，属中等稳定稳定岩层。2、瓦斯根据我矿区邻近生产矿井的瓦斯资料，各矿均属低瓦斯矿井；在地质勘探过程中采取的煤层瓦斯样，经试验表明，CH4最高含量仅为0.62m3/min，故设计确定本矿井属低瓦斯矿井。3、煤尘爆炸危险性井田内主要可采煤层均具有煤尘爆炸危险性。4、煤的自然发火主要可采煤层的着火温度降低值T0为3040，故各煤层均属容易自然发火煤层，发火期一般为36个月。5、地温勘探过程中进行的大量测温工作证明，本井田内无地温异常区，也无地温超过31的高温区，故本矿井开采工程中无热害区存在。水文地质条件1、含水层和隔水层井田内共有5个含水层，自下而上分别为：1)、寒武系石灰岩岩溶裂隙承压含水层该层含水层单位涌水量q=0.00806L/s.m，渗透系数为0.118m/d，水位标高为+958.54m，其富水性弱。2)、奥陶系下统石灰岩岩溶裂隙承压含水层本含水层的单位涌水量q=0.12L/s.m，渗透系数为0.1214.06m/d，水位标高为+957.34m。富水性在井田中部强，四周富水性弱或中等。首采区内揭露的最大厚度为70.75m。3)、侏罗系中统下统的下花园组砂岩空隙裂隙含水层该层含水层的单位涌水量q=0.04350.0739L/s.m，渗透系数为0.01390.71m/d，水位标高+1008.29+1014.29m。为井田内富水性弱的含水层。4)、中侏罗统后城组砾石孔隙裂隙承压含水层该层单位涌水量q=0.00117L/s.m，渗透系数0.00040m/d，水位标高+971.62m，为富水性极弱的含水层。5)、第四系砂砾、卵石孔隙承压含水层该层含水层为富水性弱中等含水层，隔水层为非煤系地层的粘土岩、粉砂岩及第四系的粘土、亚粘土。这些岩层质纯、致密，为良好的隔水层，隔离了各层之间的水力联系。在1、5号煤与基底奥陶系灰岩之间，虽然全井田内普遍发育一层岩性为鲕状粘土岩、粘土岩、粉砂岩的隔水层，但该层的沉积厚度随奥陶系古地形的起伏，距1号煤0.4723.75m(个别处达2749m)；距5号煤1.6092m。在隔水层厚度小的地段或处于构造部位的煤层开采时，奥灰岩溶水将成为1、5号煤的直接充水含水层。2、地下水的补给、径流、排泄及水力联系蔚县矿区的南、东、西三面都有断层阻隔，北部月山向斜西北翼寒武系底部页岩隔水层翘起阻水，只在西北、西南与东北部有三个进出水口，故矿区及本井田奥灰水系处于一个半封闭的蓄水构造中。1)、奥灰水的补给、径流、排泄条件在天然状态下，奥灰水从F1断层北端尖灭带的进水口及北部月山灰岩裸露区获得补给，但要通过月山向斜的深循环及寒武系极弱含水层，补给条件差，埋藏深，径流交替迟缓。微弱的补给进入矿区后，向东及南两个方向分流，向东分流的地下水经东北排水口向壶流河下游排泄；向南分流的地下水至本井田南部绕过Rw阻水带，流向西南，沿19-9孔至暖泉方向的径流带径流，至观16孔处汇集第四系天窗补给水，最终向暖泉排泄。而暖泉地下水主要接受广灵县以北灰岩裸露区的降水渗入补给，在矿区及井田人为开采或疏降条件下，则转为向矿区补给的进水通道。除接受第四系天窗水补给外，又有来自暖泉方向水的补给。2)、煤系地层与第四系补给、径流、排泄条件第四系与基岩风化裂隙接触地带，接受大气降水的垂直入渗，是井田煤系地层及第四系含水层的主要补给区。补给煤系地层的地下水：自月山向斜，沿基岩风化裂隙入渗煤系地层，由北而南向井田径流，由于煤系地层富水性极弱，补给条件差，径流呆滞，沿壶流河排泄。补给第四系地层的地下水：井田处于月山南麓山前倾斜平原，冲沟密布，切割较深，洪水多沿冲沟向壶流河排泄。在北部月山第四系与基岩风化裂隙直接接触，降水多沿第四系、基岩风化裂隙带与基岩接触带入渗，补给第四系含水层；部分浅层水与下部承压水向井田径流，至井田南部具自流性质，均沿壶流河排出区外。3、矿床水文地质类型本井田为以底板进水为主的中等复杂岩溶充水矿床，即三类23型。4、矿井涌水量根据本井田的精查地质报告，矿井的正常涌水量为290m3/h，奥灰突水量为1147 m3/h。矿井主排水设施要考虑后期最大涌水量的扩建，并留有扩建的余地。故本次设计中，矿井主排水系统的正常涌水量按290 m3/h进行设计，按奥灰水疏降水量1437.5 m3/h留设主排水泵的位置。5、矿井充水因素分析井田内具有充水意义的含水层有第四系、奥灰含水层。本矿井的水文地质类型为以底板进水为主，煤系地层和第四系及其他类型进水为辅的中等复杂岩溶充水矿床。 1)、底板进水8号煤开采除首采区西南部和东南角可能发生奥灰水突入危险外，其余地区不受奥灰含水层的影响。5号煤下距奥灰的隔水层厚度为1.692m，奥灰水静水压力19.336.9kg/cm2，按上述计算，井田内有三片为可能突水危险区，其余部位均为相对安全区。按单候井田地质综合资料，在5号煤首采区内，5号煤的隔水层厚度4.9242.46m，奥灰水的静水压力为26.1336.2 kg/cm2，按相对隔水层厚度计算，相对隔水层厚度均小于2m，为矿井的主要突水区。而按邻近生产矿井玉峰山矿经验数据，每米粘土岩抵抗1 kg/cm2的水头压力计算，只有首采区南部的5号煤底板因隔水层厚度薄，难以抵抗奥灰水的静水压力，为采煤可能突水区。矿井开采1号煤时，由于其底板鲕状粘土岩或粘土岩隔水层的厚度不能满足安全隔水层厚度的要求，故 1号煤均处于突水危险范围内。2)、断层导水性按照资料，断层在天然状态下，断层带本身基本上不含水。由于断层构造的影响，使1、5、6号煤与奥灰含水层的间距缩短或直接对接，或节理、裂隙发育，减弱了断层的阻水性能，使断层成为沟通含水层的通道3)、第四系含水层进水第四系含水层多呈透镜状，因此富水性不均一，其富水性为弱中等。在井田的局部区域(如首采区内的17-11孔以南)，第四系含水层与煤系地层直接接触，按煤层开采后的导水裂隙带高度计算的经验公式计算，其导水裂隙带的高度已贯通第四系含水层，从而导致第四系含水层的水进入矿内。或通过未封闭或封闭不好的钻孔，将第四系含水层的水导入到井下。2. 井田境界和储量2.1. 井田境界一、井田划分的依据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，处理号相邻矿井间的关系。二、井田范围我井田境界的确定是以邻近矿井、勘探边界和断层为边界，均无扩大的可能。 东界：北阳庄井田，南界：以1号煤层剥蚀边界为界，西界：南留庄井田，北界：崔家寨矿井井田东西宽平均约4km，南北长平均约4km，井田面积约28km2。开采深度为+650-+900水平。三、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14小时。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14时。2.2. 矿井储量一、煤层最小可采厚度根据生产矿井储量管理规程的规定，依据煤种类、储量类别、煤层倾角等确定最低可采厚度，非炼焦用煤，按最低可采厚度0.8m，最高灰分小于40%计算井田地质储量，确定煤层的最小可采厚度为1.2m.二、矿井工业储量的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。矿井工业储量一般即A+B+C级储量。井田范围内全区参与计算的煤层自下而上分别为1、1-1、4、5、5-1、6、6-1、7号煤共8层,可采煤层为2层：5煤和6煤 。其中，5煤平均厚度为3.1m， 6煤平均厚度为2.8m，可采煤层总厚为5.9m。井田地质储量按煤层厚度0.8m，原煤灰分不大于40进行计算。参与计算的煤层自下而上分别为5、6号等8层煤。经计算，全矿井共获得：地质储量 258.36Mt工业储量 258.36Mt其中：A+B级 141.52Mt A+B/A+B+C 54.78%矿井地质储量汇总及各煤层储量比例见表。由表中可知矿井的主采煤层6、5号煤的地质储量合计占矿井储量的72.6，其中6、5号煤的地质储量(不受或基本不受奥灰水威胁的主采煤层)合计占矿井总储量的83.63。1、设计利用储量设计利用储量是在工业储量的基础上扣除设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、村庄及建(构)物保护等永久煤柱后的储量。1)、断层煤柱由于断层两侧岩层强度减弱，计算断层煤柱时，其突水系数由地质报告中推荐0.1Mpa/m降低到0.07Mpa/m。断层煤柱宽度按矿井水文地质规程附录八中的下列公式计算：a. 煤层位于含水层上方时20m 20m 式中 导水裂隙带至含水层间防水岩柱的厚度，m；防水煤柱所承受的静水压力，Mpa；突水系数，Mpa/m；防隔水煤柱的宽度，m；断层倾角，；安全系数(一般取25)；煤层厚度或采高，m；煤的抗张强度，Mpa。根据计算结果，取上述两式中的最大值。b. 煤层与含水层接触时按下式计算断层煤柱的宽度；L=Ha(Sin-CosCtg) +(HaCos+M)(Ctg+Ctg)20m式中 断层倾角，；岩层塌陷角，；M含水层层面高出煤层底板的高度，m.2)、隔水煤柱本井田煤层与奥灰及第四系含水层直接接触时，设计中计算其防水煤柱。a. 煤层与第四系含水层接触时设计按照建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与带压开采规程留设安全煤柱。根据煤层上覆岩层的岩性，为确保安全设计按中硬岩层计算隔水煤柱如下：式中 隔水煤岩柱高度，m；煤层累计采高，mn煤层分层或开采煤层层数。b. 煤层与奥灰含水层接触时(非断层因素)本井田5号煤局部与奥灰含水岩层接触，虽然开采时已疏降奥灰水，但为了生产安全，设计考虑留设保安煤柱。煤柱留设宽度采用地质报告提供的50m宽度。3)、井田境界煤柱井田境界煤柱宽度规定为40m，在井田内按20m留设。4)、村庄及建 (构) 筑物煤柱本井田内共有村庄1个，水库两座。地面村庄及建 (构) 筑物保护煤柱的留设原则是：井田北部边界附近的村由于与水库大坝和断层煤柱合并而留设煤柱外，其余的村庄均不留设煤柱。大坝煤柱按一级保护留设，确定水库堤坝留设保护煤柱的参数如下：4570700.6扣除各种永久煤柱损失的储量后，全矿井的设计利用储量为167.41Mt，见矿井设计利用储量表。2、可采储量矿井可采储量按下式计算：矿井可采储量=（设计利用储量-工业场地煤柱-主要巷道及上下山煤柱-非经济开采储量）采区回采率。1)、工业场地、后期风井场地煤柱根据“三下开采规程”规定，设计确定工业场地和后期风井场地均按级保护。留设场地保护煤柱之参数与留设水库堤坝煤柱参数相同。2)、主要巷道及上下山煤柱主要巷道及上、下山煤柱设计均按巷道每侧30m留设。3)、非经济开采煤量各煤层均分布着零星、形态不规则块段（特别是1号煤），开采很困难，需作的井巷工程量大，而可采出的煤量少，经济效益差，故划为非经济开采储量，经计算，非经济开采煤量全矿井共计45.68Mt。4)、采区回采率根据煤炭工业设计规范规定及各煤层平均厚度，采区回采率确定如下：5、6号煤采区回采率为80%。经计算，全矿井可采储量为114.87Mt。2.3. 矿井设计生产能力及服务年限一、矿井生产能力的确定确定生产能力的依据，储量是基础，能力是关键，安全是保证，高产高效是目的：1、地质条件与开采技术条件，储量丰富与否，煤层生产能力大小，水文地质条件简单还是复杂，能否实现集中化生产，达到高产高效条件等确定井型。2、各生产环节的能力矿井的提升，运输和通风能力，以及大巷和井底车场通过能力等都制约着井型的大小。3、储量条件，矿井生产能力必须与其储量相适应，以保证有足够的矿井服务年限。4、安全生产条件。矿井瓦斯和水等也影响生产能力。5、经济条件。适当的井型可以把原煤成本降到最低。单侯矿井田水文地质条件较简单，顶底板条件，开采技术条件好，适合综合机械化开采，应建设大型高产高效型矿井，初步确定矿井生产能力为120万t/年。二、矿井及第一水平服务年限的核算矿井服务年限的计算公式为： T= 式中 T矿井的服务年限，a； Zk矿井的可采储量，万t； K矿井储量备用系数，取K=1.45；A矿井设计生产能力，万t/a。由第二章计算结果可知：矿井可采储量为11487万t，则矿井服务年限为： T=11487/（120*1.45）= 66.02a 60a以上结果符合煤炭工业矿井设计规范的规定，本矿井设计为一个开采水平，因此最终确定矿井的生产能力为120万t/a。3. 井田开拓3.1. 井田开拓的方案确定一、井筒形式及数目的确定1、井筒形式一般情况下，井筒的形式有立井、斜井和平硐三种。在一般条件下，平硐最简单，斜井次之，立井复杂，选择井筒形式必须从自然地质条件，技术条件和经济条件等各方面因素综合考虑。2、各井筒适用条件斜井：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。平硐：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。立井：煤层埋藏深、表土厚或水文情况复杂，井筒需特殊施工；开采煤层受倾角、厚度、CH4、水文等条件限制；多水平开采的急斜煤层；凡不适合斜井、平硐及综合开拓方式时，均可采用立井开拓。 3、我矿特点本区为北高南低的山前平原，地势开阔。含煤地层为中生界侏罗系下花园组，煤层埋藏深度达240500m，为缓倾斜煤层。煤系断层均被新生界第四系松散层覆盖，松散层厚度达0153m，其内含砂、卵石、砂砾石层，为弱中等含水层。4、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，综合以上因素确定设计采用立井开拓方式。二、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：1、有利于井下合理开采1）、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。2）、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。2、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。3、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。4、有利于掘进与维护1）、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。2）、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。3）、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。4）、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。5)、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他农用道路相交，力求使接轨点位于编组站配线一侧。另外，井口标高应高于历年的最高洪水位；还要考虑风向的影响，防止污染。总之，选择井筒位置要统筹井田全局，兼顾前期和后期、地下与地面等各方面因素。据此，确定主井、副井、风井位置。具体位置见单侯矿开拓平面图。三、 工业广场位置、形状和面积的确定1、根据本井田煤层赋存情况，井口及工业场地位置选择的原则如下：1）、井口及工业场地位置应尽量位于井田中部偏北方向，使其位于储量中心的附近；2）、由于煤层与奥灰含水层间距较小，且变化较大，因此应尽量使井底远离奥灰含水层；3）、尽量使井筒、井底车场位于地质构造和水文地质条件简单的块段，并有利于首采区布置，以减少初期井巷工程量、投资和施工方便；根据上述原则，原矿井初步设计提出了3个方案进行了比较，综合平衡后，确定矿井井口及工业场地位置。2、工业广场形状和面积 根据生产工艺要求，工业场地需建的主要建(构)筑物有主副井井塔、副井井口房、装车仓、转载点、胶带走廊、通风机房、锅炉房、矿车修理及铆焊车间、综合修理车间、地下返煤地道、筛分车间、驱动站、井下水处理站、生活水处理站、生活蓄水池及泵房等，根据井上下实际情况，尽量减少工广压煤，合理紧凑布局，确定工业广场形式为长方形。 根据“三下开采规程”规定，设计确定工业场地按级保护，其围护带宽度为15m。因此，加上围护带，确定工业广场需要保护的尺寸为：长宽=500430=215000m2。四、开采水平数目、位置和标高的确定单侯井田范围内煤层倾角3-5，平均4，为近水平煤层。全区范围内可采煤层为2层，5煤和6煤，其中5煤和6煤间距平均25m，可联合布置亦可分层布置；若采用斜井延伸，由于煤层倾角太小，需要开凿的斜井太长，在技术经济上均不合理，因此决定采用分两个阶段，立井单水平上下山开拓，即设一个水平为+730m水平。五、开拓方案的确定1、方案的提出由于本井田开采技术条件，所以采用立井开拓（主井设箕斗）单水平上下山开拓，矿井巷道掘进井筒位于井田储量的中央；为了使工业广场集中，风井管理方便；减少保护井筒煤柱，矿井早投产的原则采用了中央并列式通风。轨道大巷水平布置，服务年限长，所以考虑布置于5或6煤层底板稳定岩石中，只设3的流水坡度。如果将轨道大巷布置煤层内，形成煤层大巷开拓，考虑到水平大巷服务年限较长，煤层巷道围岩稳定较差，巷道维护困难，维护费用高，并且煤层褶曲序号断 面巷道类型掘进工艺平均综合成本元/m备注1开拓巷道拱形炮4500根据矿井实际测得23.23.2拱形炮420034.63矩形机400044.03矩形机3900井筒位于井田储量的中央；为了使工业广场集中，风井管理方便；减少保护井筒煤柱，矿井早投产的原则采用了中央并列式通风。轨道大巷水平布置，服务年限长，所以考虑布置于5或6煤层底板稳定岩石中，只设3的流水坡度。如果将轨道大巷布置煤层内，形成煤层大巷开拓，考虑到水平大巷服务年限较长，煤层巷道围岩稳定较差，巷道维护困难，维护费用高，并且煤层褶曲较多，若大巷沿煤层布置，巷道坡度及方向变化较大，辅助运输矿车的运行将受到限制。又根据崔家寨地质资料，各煤层均有自燃发火倾向。因此，布置煤层大巷在技术和经济上均不合理，故不予考虑。依据8、6煤层底板等高线图，煤层倾角角小，考虑运输大巷和回风大巷均布置于5或6煤层中，随煤层起伏，即可探明煤层赋存产状，从经济角度考虑亦可降低原矿井初期投资本，提高巷道掘进速度。井田范围内煤层倾角3-5，平均4，为近水平煤层。因此，其准备方式既可以采用采区式，也可以采用带区式。根据前述各项决定，提出三种在技术上可行的方案：方案1 轨道大巷布置于距离5煤层底板的岩层内，回风巷与运输巷布置在5煤层中,矿井采用带区式准备，8、6煤层联合布置。方案2 轨道大巷布置于5煤层底板，回风巷与运输巷布置在5煤层中，矿井采用采区式准备。方案3 轨道大巷布置于5煤层底板，回风巷与运输巷布置在5煤层中，矿井采用采区、带区式准备；既在阶段水平以上为带区布置，下山采区。2、开拓方案技术比较1）、方案1和方案2的区别在整个井田采用带区准备还是采区式准备。方案1和方案3的区别在于整个井田采用带区式准备还是采用带区与采区联合布置方式，即在阶段水平以下采用下山采区布置，根据煤层赋存条件，煤层倾角等认为采用带区开采和采区开采技术上可行。三个方案均将轨道大巷布置在5号煤层底板中，将运输巷与回风巷布置在煤层中，大巷整个开采水平或阶段服务的水平巷道，为整个开采水平或阶段运输服务的水平巷道，担负煤、矸、物料和人员的运输，通风、排水及铺设管线等，是矿井的“动脉”，服务年限较长，因此将其布置在稳定岩层中，在技术上可行，经济上合理。2）、准备方式经济比较但由于第三个方案为前两个方案的综合，在技术上可行的前提下，第三个方案在基建投资、生产运营上考虑，均介于一方案和二方案之间。因此否掉第三方案，只进行第一和第二方案的比较。依据矿巷道掘进平均综合成本表，综合权衡，带区准备方式不需要开掘上山，大巷掘出后便可以掘运输斜巷、回风斜巷、开切眼和必要的硐室，巷道系统简单便于管理。 根据崔家寨井田煤层平均倾角仅有7，为近水平煤层，布置带区方式技术经济效益比较显著，且地质构造多为倾斜断层，布置带区准备方式较有利。仅初期基建投资就可节约156万元，（20023900=1560000），提前投产约1.5-2个月。故采用第一方案。六、带区划分及布置带区的划分以大断层、煤层可采边界等自然边界作为采区划分的重要依据。除此之外还考虑了采用综合机械化开采对采煤工作面推进长度的要求，尽量增大工作面的连续推进长度，减少工作面搬家倒面的次数。根据上述所确定开拓方案，井田范围内主要采用带区式准备，每10个分带为一个带区，均匀布置。由此，全矿总共划分为5个带区，上2个，下3个带区。具体布置见单侯矿开拓平面图。七、煤层生产能力5号煤的可采厚度为2.8m，8号煤的可采厚度为3.1m，各煤层的原煤容重均为1.30t/m3。因此，5号煤的煤层生产能力为3.64t/m2，8号煤的煤层生产能力为4.03t/m2。八、矿井带区间和煤层间接替顺序1、带区间接替顺序巷道掘进工程计划是按照井田开拓方式以带区准备方式，并根据开采计划规定的接替要求和掘进队的施工力量，安排各个巷道施工次序及时间，以保证采煤工作面、带区、煤层间的接替，停采线为20m。一般的在现生产的采区内，采煤工作面结束前10-15d，完成接替工作面的巷道掘进及设备安装工程，在每个带区减产前1-1.5个月，即当开采首带区一分带时，在二带区一分带准备接替工作面，必须完成接替采区和工作面的掘进工程和设备的安装工程，准备下一个接替工作面依次类推。2、煤层间接替顺序煤组之间采用下行式开采，即先开采上组煤，再采下组煤；带区区之间采用由近而远的接替顺序。即首先开采6煤，然后采5煤，联合布置。3.2. 矿井基本巷道一、井筒1、主井如图，主井井筒断面形状为圆形，净直径为6.5m，净断面积为33.18，掘进断面44.18，井深280m。井筒井壁为混凝土砌碹井壁，厚450mm，充填混凝土厚50mm。主井采用两对12t多绳箕斗提煤。2、副井如图，副井井筒断面形状为圆形，净直径为7.5m，净断面积为44.18m2，掘进断面59.45 m2，井深305m。井筒井壁为混凝土砌碹井壁，厚550mm，充填混凝土厚50mm。副井布置一对双层四车罐笼，设梯子间。3、风井如图，风井井筒为圆形断面，净直径为5m，净断面积为19.63，掘进断面26.42 m2，西风井井深300m，井筒井壁均为混凝土砌碹井壁，厚350mm，充填混凝土厚50mm。风井设梯子间。风速验算如下表。 井筒风速验算表井筒名称风量(m3/min)井筒断面（m2）实际风速(m/s)允许风速(m/s)验算结果最低最高副井井筒4251.5544.181.608符合规定风井井筒4251.5519.633.6115符合规定（注：新鲜风流主要从副井进入井下，主井不作为进回风井，故其风速不需验算；表中风量为通风容易及通风困难两个时期通过各井筒的最大风量。）通过验算，风速符合规程的规定，所选用井筒断面满足设计要求。二、井底车场井底车场的型式和布置形式，井底车场采用立井刀式环行车场。验算主、副井空重车线长度1、主井空重车线长度验算由于井下煤炭采用胶带输送机运输，所以，主井的空重车线不需验算。2、副井空重车储线长度验算设计辅助运输采用1.5t固定箱式矿车MG1.79B，其外形尺寸为：240011501150（mm）（长宽高）。参考煤矿现场生产经验，一列车一般为20辆矿车，则一列车长度为48m。而副井重车线长度为462.6m，空车线长度为90.5m，均大于1.5列车的长度，符合煤炭工业矿井设计规范的规定。3、调车方式设计采用顶推调车方式：电机车牵引重列车驶入车场调车线，电机车摘钩，驶过道岔，经错车线，过道岔绕至列车尾部，将列车顶入副井重车线。然后，电机车经过道岔绕道回车线，进入副井空车线，牵引列车驶向带区。4、各种峒室的布置 根据生产及安全的需要，井底车场内设有以下硐室：1)、主井提升系统 设有直立圆筒煤仓（容量为1000t）、箕斗转载硐室、井底撒煤清理硐室、上仓皮带斜巷及硐室。2)、副井提升系统 设有井筒与井底车场连接处硐室。3)、供电、排水系统 设有中央变电所，上仓皮带斜巷及机头硐室变电所，中央水泵房、管子道、水仓等。水仓设内外两条，其有效容量容纳8小时矿井正常用水量计算并考虑矿井灌浆、洒水水量，水仓总长310m。4)、消防安全系统 井下设有消防材料库、火药库等。井下火药库采用硐室式布置方式，火药库有单独的进风风流。5)、其它硐室 井底车场设有等候室、架线电机车修理硐室、蓄电池电机车修理及充电硐室。其中蓄电池机车硐室采用独立通风系统。井底车场各种峒室及其布置如下页图所示。主井井筒断面布置图井筒特征井型240万t/a提升容器两对12t长型箕斗多绳摩檫轮提升机井筒直径6.5m井深310m净断面积33.18井筒支护混凝土砌碹厚450充填混凝土