安全工程通风安全毕业设计设计正文2.docx

中国矿业大学2013届本科生毕业设计第3页目 录1 矿区概述及井田地质特征11.1矿区概况11.1.1交通位置11.1.2地形地势11.1.3地表水系11.1.4气象及地震情况21.1.5主要自然灾害31.1.6矿井电源、水源及通讯情况31.2井田地质特征31.2.1井田地质构造31.2.2水文地质41.3煤层特征71.3.1煤层赋存条件71.3.2煤质81.3.3矿井瓦斯、煤尘爆炸及煤层自然倾向性92 井田开拓102.1井田境界及可采储量102.1.1井田境界102.1.2井田的工业储量102.1.3井田的可采储量112.1.4矿井工作制度和设计生产能力122.2井田开拓132.2.1井田开拓的基本问题132.2.2开采水平的确定142.2.3主要开拓巷道142.2.4矿井基本巷道172.2.5井底车场192.3开拓巷道212.3.1材料大巷、运输大巷、回风大巷212.3.2大巷运输设备选择232.3.3矿井提升253采煤方法及采区巷道布置283.1煤层的地质特征283.2带区巷道布置及生产系统283.2.1首采位置的确定283.2.2带区划分和工作面接替顺序293.2.3 带区巷道布置293.2.4 带区煤柱尺寸的确定293.2.5带区车场293.2.6带区主要硐室293.2.7 带区生产系统293.2.8 带区巷道掘进方法303.3 采煤方法303.3.1 采煤工艺方式303.3.2回采巷道布置354 矿井通风384.1 矿井通风系统选择384.1.1 矿井地质条件384.1.2 矿井通风方式选择384.1.3 矿井通风方式对比384.1.4矿井主要通风机工作方法确定404.2通风方式的确定404.2.1带区通风方式确定404.2.2回采工作面通风方式确定414.3全矿所需风量的计算及其分配414.3.1回采工作面所需风量计算414.3.2备用面需风量的计算424.3.3掘进工作面需风量与通风方式比较：424.3.4峒室需风量474.3.5其他巷道所需风量474.3.6矿井总风量的计算474.4矿井风量分配484.4.1分配原则484.4.2分配方法484.4.3风速验算494.5矿井通风阻力计算504.5.1矿井最大阻力路线504.5.2计算全矿通风阻力534.5.3矿井总风阻和等积孔544.6矿井主要通风机选型554.6.1矿井自然风压的基本原则554.6.2矿井自然风压554.6.3通风机选择564.6.4电动机的选择574.6.5对矿井通风设备要求：584.7 矿井反风措施与装置584.8矿井通风费用概算594.9通风系统评价615 矿井安全625.1矿井火灾625.1.1矿井自然发火分析625.1.2防火灌浆设计655.1.3 防火灌浆系统及参数确定665.1.4灌浆站主要设施76参考文献78岩巷掘进粉尘防治技术研究现状与对策分析研究80英文原文94中文译文98致谢101中国矿业大学2013届本科生毕业设计第103页1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概况1.1.1交通位置本井田位于大同矿务局总体发展规划中的同忻联合井田白洞分区南部。本区位于大同石炭系煤田的东部，口泉河的中游，其地理位置为东经11304911343，北纬39583740042。本区距大同市火车站30.3km，大同市为一交通枢纽，国家铁路干线京包线、北同蒲线、运煤专用线大秦线交汇于此。公路干线有109国道、大运公路、大塘公路均在大同市相交。北京大同高速公路已于2000年11月开通。本区今后通过大秦铁路、朔黄铁路、大塘公路可直达秦皇岛港、黄骅港、塘沽港，交通十分便利。本区距各大城市距离见表1.1，矿井交通位置详见图1.1。表1.1 白洞至各大城市距离起止距离/km起止距离/km白洞矿大同市30白洞矿秦皇岛673白洞矿北京市374白洞矿塘沽港517白洞矿太原市365白洞矿朔州市1591.1.2地形地势本区位于大同煤田东北部，为丘陵地带。口泉河两侧冲沟内为黄土所覆盖，山脊地区岩层出露，地形东南边缘口泉山脉较高，最高标高为1499m；区内中部口泉河床最低，约1211m，相对高差为288m。1.1.3地表水系本区属海河流域、永定河水系、桑干河支系。本矿区内主要河流为口泉河。口泉河位于大同市西南，发源于左云县水窑乡，该河自西向东横穿过该井田，流域面积600km2，全长50km，河宽20150m，坡度12.5，树枝状水系，径流量甚小，为渗漏性、间歇性河流。河水靠矿井排水（坑水）和大气降水补给，日常迳流量00.22 m3/s，洪峰流量为60m3/s，最大洪峰流量为691 m3/s。图1.1 矿井交通位置图1.1.4气象及地震情况该区属于中温带、大陆性气候。冬季严寒，夏季炎热，气候干燥少雨，风沙严重，特点如下：1）气温：年气温、日气温变化显著，年温差可达60，日温差为11.616。以6、7、8三个月温度最高，月平均温度2430，极端最高气温36.6；以11、12、1、2月份温度最低，月平均温度-3.2-10.9，历年极端最低气温-21-25.9，冬季占全年时间近一半。2）降水量：年降水量为247499.2mm，降水时节强度极不均匀，以11、12、1、2、3、4六个月降水量较少，为3461.6mm，占全年降水量的5%21%；7、8、9三个月降水量较大为248.9388.6mm，占全年降水量70%以上。3）蒸发量：年蒸发量1883.52367.5mm，以5、6、7三个月蒸发量最大，占全年蒸发量的50%60%，蒸发量大于降水量49.5倍。4）风力：有风的日数占全年的75%以上，风向以北、北西向最多，年平均风速2.63.1m/s，各月最大风速17.030.5m/s。雁北之风沙驰名山西省，风力一般为35级。5）结冰和解冻：每年初霜日期9月底或10月初，终霜日期翌年4月底或5月初，历时半年之久。土壤冻结在11月底或12月初，冻结深度为105186cm。6）地震：本区地震烈度根据GB18306-2001图A，地震设防烈度为7，设计地震加速度0.10g。1.1.5主要自然灾害本区域受到的主要自然灾害威胁是地震，偶然也遇风灾和雹灾。1.1.6矿井电源、水源及通讯情况1）供电电源该矿供电电源引自四老沟110KV变电站，为双电源供电。2）供水水源白洞煤矿井田生活饮用水由同煤集团统一供水，日供水量1300m3。石炭系矿井井下有一裂隙水源，日涌水量约2600m3，可供井下洒水以及地面浴池等用水，水质基本达到了饮用水标准，上述水量可满足矿井生活、生产所需。3）通讯矿井通讯自备内部程控交换系统，并通过通讯电缆与同煤集团以及网通公司连接。矿井井下通讯由地面电话室引来一条50对通讯电缆，经过副立井至中央变电所，在中央变电所安装一个50对的分线盒，由此送至各工作面配电点等处。1.2井田地质特征1.2.1井田地质构造1）地层该区域内发育地层由老至新为：太古界集宁群、寒武系、奥陶系马家沟组、石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组、第四系中、上更新统、全新统。本设计涉及的含煤地层为石炭系太原组（C3t）。太原组含煤地层，厚32.13m220.92m，一般厚175.90m，由灰、灰白、灰黑色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层等组成。该组是下煤系主要含煤地层，含煤约七层。该地层在本区普遍赋存，较稳定，呈南厚北薄趋势，最底部有一层灰白色中粗粒砂岩，常含砾石，钙质胶结，坚硬为标志层（K2）。与下伏本溪组地层整合接触。2）地质构造该区位于白洞断层东侧，区内地层基本呈向四倾斜的单斜构造，地层倾角112，平均3，内部有一些缓波状的褶曲，东南部因受白洞逆断层影响有一向北东倾伏的宽缓向斜，西北部则有一向北东倾伏的宽缓背斜。（1）断层构造区内石炭纪煤层在白洞矿、四老沟矿的开采中共揭露断层5条。界外断层：为西界外的白洞逆断层（F1）及派生的七峰山东坡逆断层（F2）。白洞逆断层为近南北走向，落差由南向北急剧变小，在珍珠沟与面表1.2 主要断层特征表断层名称性质落差m长度km1断层界外25804.242断层界外381802.063断层界外581323.884断层界外21924.12窑沟分水岭处落差大于600m。北部为F3断层，南部为F4断层。界内断层：井田内断层为侏罗系煤层所揭露推至太原组地层中的，位于井田北部F5断层。（2）岩浆岩石炭二迭纪煤田中，岩浆活动主要是印支期的煌斑岩，以岩床的形式侵入煤系地层，对煤层破坏性大。在侏罗系白洞井田开采过程发现了辉绿岩，以岩墙的形式侵入。1.2.2水文地质本井田位于大同煤田的东北部，区域内出露的地层主要有寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系、及第四系。煤田为一独立的水文地质单元，区域内地下水的补给以降水渗入和地表水渗漏为主，各类型地下水之间存在互补关系，地下水流域与地表水流域基本一致，地下水流域受区域侵蚀基准面及构造的控制，总的径流方向由西向东、由北向南运移。白洞井田为低山丘陵地貌，地表黄土广布，冲沟发育，地形总体为东高西低，最高点东南边缘口泉山+1499m，最低点口泉沟地面标高+1211.0m，相对高差288m，口泉沟为井田最底基准面。本区干旱少雨，属大陆性气候，年蒸发量是降雨量的45倍，本区的气候特征对地层的含水性具有一定的控制作用。经过多年的开采及勘探实践表明，除第四系冲积层和基岩风化壳含水量相对较大外，其下伏的中生界、古生界地层，岩石坚固致密，裂隙、岩溶不甚发育岩石一般不含水或含水微弱，由于侏罗纪煤层的开采，第四系冲积层潜水和基岩风化壳裂隙水已处于疏干状态。根据该区自然地理、地质、水文等因素分析，区域内地下水的补给以大气降水渗入和地表水渗漏为主，本区地层含水性弱或不含水，属水文地质条件简单区，水文地质类型为二类一型。1）含水层全井田共有7个含水层，现分述如下：（1）寒武-奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层井田东部边缘呈窄条状出露，构成了口泉山脉之脊1001号揭露灰岩厚度51.23m，为奥陶系灰岩，简易水文变化不明显，据邻区1106号孔抽水试验资料，单位涌水量0.00257L/s.m，渗透系数0.0047m/d，本区灰岩水位标高1050m-1150m，太原组煤层均在灰岩水位之下。（2）太原组砂岩裂隙含水层岩性以粗、中、细砂岩及砂砾岩，系砂岩裂隙承压水，含水层厚度一般在15-30m，最大厚度56m。以8号煤顶板砂岩分布较为稳定，是8号煤层直接充水含水层，本组地层埋藏深，岩石裂隙不发育，补给条件差，全区含水性弱。203号钻孔抽水试验，单位涌水量0.0037-0.0046L/s.m，渗露系数0.005m/d，水质类型为HCO3-K+Na.Mg型，矿化度0.473g/L，PH值7.99。（3）山西组砂岩裂隙含水层含水层岩性以粗粒砂岩、中粒砂岩及砂砾岩为主，系砂岩裂隙承压水。图1.2 井田地层综合柱状底部K3砂岩分布稳定，是3号煤层直接充水含水层。山西组砂岩多基底式和空隙式胶结，结构致密，节理裂隙少，岩石的含水性极弱，单位涌水量0.0025L/s.m，渗露系数0.001m/d，水质类型为HCO3-Cl-K+Na.Mg型，矿化度0.624g/L，PH值7.8。（4）永定庄组砂岩裂隙含水层本组含水层主要赋存在中下部，岩性以粗、中、细砂岩及砂砾岩为主，井田北部直接覆于太原组地层之上，为厚层状、巨厚层状，砂岩厚度40-70m，多致密完整，少数钻孔可见斜裂隙。本组地层埋藏较深，补给条件较差，属富水性弱的含水层。203号钻孔抽水试验抽干，水质类型为HCO3-K+Na.Mg型，矿化度0.382g/L，PH值7.76。（5）大同组砂岩裂隙含水层大同组为石炭系含煤地层，煤层多，含水层为煤层之间的砂岩体，为层间裂隙含水层。（6）云岗组砂岩裂隙含水层云岗组地层在沟谷两侧多有出露，构成本区基岩裂隙含水层风化壳裂隙发育，在低凹的沟谷地段富水性中等。受相邻矿井开采的影响，风化裂隙潜水水位大幅度下降，区内的井泉都已干枯，地下水基本处于疏干状态。（7）第四系冲积层主要分布在口泉沟河床，岩性主要为砂砾岩、砂质粘土及粘土，厚度一般在10m左右，据以往勘探资料，含水较丰富，煤层开采使含水层下的隔水层被破坏，现以成为漏斗性河谷。2）隔水层井田内主要隔水层为石炭系中统本溪组，厚度为18.48-34.42m，平均24.45m，上部多为粉砂岩、砂质泥岩，下部为铁铝质泥岩，夹1-2层石灰岩。本溪组地层在全区分布稳定，是寒武系-奥陶系灰岩与上部煤系地层之间良好的隔水层。其次为煤系地层砂岩之间的泥岩、砂质泥岩，层数多，厚度不等。在横向上呈交替分布，具隔水、半隔水作用，对含水层之间的水力联系具有一定的控制作用。3）地下水的补给、迳流、排泄条件本区大气降水是地下水的主要补给来源，区内黄土覆盖，大气降水渗入条件差，除基岩风化壳及第四系冲积层直接接受降水补给，补给条件较好外，其余含水层补给条件均较差。大同组煤层经多年的开采，在地表形成了大范围的地表塌陷和裂缝，大气降水经导水裂隙渗入矿井而成为矿井充水的直接补给来源石炭二叠系地层埋藏较深，裂隙发育甚微弱，而且地表出露面积小，因而其补给条件和迳流条件均较差。奥陶系灰岩仅在井田东部边缘呈窄条状出露，地形高差大坡度陡，极不利于降水垂直入渗，岩溶水的补给条件差，本区岩溶裂隙不发育，埋藏深，岩溶水处于相对滞流状态，流动相当缓慢，水动力条件弱，2003-4（46304）号钻孔揭露灰岩83.62m，钻孔作为观测孔未封孔，奥灰水通过钻孔补给煤系地层。区内地下水以矿井排水为主要排泄途径，石炭、二叠系裂隙水及奥陶系岩溶水因井田东部分布有太古界片麻岩，不透水，为隔水边界，使地下水的排泄受阻，仅有极少量流量从口泉沟排泄，地下水主要是往南排出区外。4）井田水文地质条件综合分析根据上述分析表明井田的水文地质条件与地形地貌、气候、地层岩性、地质构造有密切的关系。从地形地貌上看，井田为低山丘陵地貌，受近代地壳不断上升的影响，地表切割成纵横交错的沟谷，这决定着地表径流的畅通排泄,对地表径流渗入地下这一因素给与强烈的影响。本区属山西高原半干燥的大陆性气候，年降雨量很小，蒸发量是降雨量的45倍，造成大气降水不能大量补给地下水之先决条件。从构造上看，井田内断裂构造不发育缺少地下水赋存、远移的空间。从地层岩性上看，煤系基底寒武奥陶系碳酸盐岩海相沉积物，埋藏深，溶岩裂隙不发育，岩溶水水循环交替弱，基本呈滞流状态，虽然岩溶水位标高高于煤层底板，8号煤层承受的静水压力大，局部地区有突水的可能，但岩溶水富水性弱，即使透水也以净储量为主，对煤层的影响不会有太大影响。煤系地层为碎屑岩建造，在经历了成岩固结作用后，岩石致密，随着埋藏深度的增加，岩石的含水性变弱，永定庄组、山西组、太原组的砂岩含水性极为微弱；大同组以上含水层由于煤层开采而遭破坏，地下水经地表塌陷裂隙潜入井下形成采空区积水，然而3号和9号煤层顶板导水裂隙带高度小于上、下层煤之间的距离，采空区积水正常情况下对下部煤层的开采影响不大。综合上述分析，井田为水文地质条件简单区，水文地质类型为二类一型。5）矿井充水因素分析矿井充水是不同来源的充水水源以不同方式和途径进入矿井的过程。大气降水是不同类型地下水的补给来源，太原组煤系地层埋藏深，大气降水只能通过井田东部以外的露头区顺层补給煤系地层，是矿井充水的间接因素；山西组、太原组含水层是3和9煤层直接充水含水层，煤层开采后砂岩裂隙水通过冒落带以淋水、滴水或渗水的方式进入矿井，是矿井充水的主要因素；奥陶系灰岩岩溶水位底部煤层间接充水含水层，只有当隔水层厚度小于临界隔水层厚度时，或由导水断层存在的前提下，才可能以突水的方式进入矿井，本区缺少奥灰水位资料，分析以往资料，在井田的东南部8煤层底板隔水层厚度较薄，有突水的可能性，煤层开采到该地段时，应提前做好超前探水工作。本设计前期开采9煤层，因此，不会受奥灰水的影响。石炭系地层水文地质条件较为简单，太原组地层含水性不大，无富水含水层。矿井充水水源为大气降水，冲洪积层潜水，侏罗纪煤层采空区积水，尤其上部采空区积水危害较大，奥陶系灰岩岩溶水也可对煤系地层进行补给。（1）上层采空区积水（2）.奥陶系灰岩岩溶水（3）小窑积水6）矿井涌水量预测根据矿井地质勘探报告提供，并参照相邻矿井石炭系开采时的情况计算，预测矿井正常涌水量为190m3/h，最大涌水按正常的1.5倍计算为280 m3/h。7）矿井岩层地温情况根据山西煤田地质勘探115队2005年5月提交的山西省大同煤田白洞井田（石炭二叠系）煤炭资源勘探地质报告资料表明，该矿井无高温热害区。1.3煤层特征1.3.1煤层赋存条件该井田内赋存中生代侏罗系大同组、二叠系山西组和石炭系上统太原组煤层，本设计开采为石炭系上统太原组煤层。太原组含煤地层，厚32.13m220.92m，一般厚175.90m，由灰、灰白、灰黑色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层等组成。砂岩以灰黑色为主，成份主要为石英，次为长石和岩屑，胶结较好，磨圆度中等，多为次圆和次棱角状，含有较为丰富的植物化石。太原组在该井田内共含煤7层（2、3、5、6、7、8、9），煤层总厚2.6015.12m，平均厚8.94m，含煤系数16.3% 。其中可采和局部可采煤层为3、9号煤，其它为薄而不稳定煤层，工业价值不大。1）煤层情况区内太原组可采煤层分述如下。（1）3号煤层：位于太原组上部，煤厚06.40m，平均厚2.15m，含有15层夹石，为简单结构，分布于本区大部，北部西部有无煤区，属于较稳定煤层。（2）9号煤层：煤厚05.82m，平均厚2.5m，结构较简单，局部含夹石，大部可采，仅在本区南部及北部有两个面积很小的不可采区分布。属较稳定煤层。开采煤层特征见表1.3。表1.3 煤层特征表煤层号煤层厚度最小最大层间距最小最大岩 性夹矸稳定性及可采性顶板底板平均平均306.41.3015.75炭质泥岩、细砂岩炭质泥岩15较稳定大部可采2.15905.8217.31石灰岩炭质泥岩、粉砂岩02稳定可采2.52）煤层顶底板情况各煤层顶底板岩性：石炭系上部煤层的顶板受到山西组不同程度的冲刷，岩性变化大，而且35、56、89煤层之间局部为近距离煤层，层间距变化亦较大。（1）3号煤层：顶板一般为灰黑色炭质泥岩，细砂岩、砂质砾岩，有时相变为灰白色砾岩，局部发育有伪顶，岩性为炭质泥岩。底板为炭质泥岩。（2）9号煤层：顶板厚1.3716.53m，平均7.89m。为深灰色炭质泥岩，或灰褐色细砂岩。底板为炭质泥岩或粉砂岩。1.3.2煤质1）物理性质该区的煤层为以弱玻璃光泽为主，少数玻璃光泽或沥青光泽，结构有层状和军一状，参差状断口，内生裂隙较发育，裂隙中充填碳酸岩类矿物。视密度在1.301.53，平均在1.4左右，真密度在1.471.72，平均在1.521.65。宏观煤岩按平均光泽类型划分，多以半亮型煤为主，半暗型煤为辅。半亮煤以亮煤为主，与暗煤以条带状分布，中夹细条带状或理状镜煤。显微煤岩在203号孔做了镜下鉴定，总体看有机组分以镜质组为主，丝质组次之；无机组分粘土矿物为主。镜煤最大反射率在0.730.78%，属II变质阶段。2）化学性质（1）水分：原煤空气干燥基水分两极值在0.373.56%，各煤层水分平均含量一般在1.50%左右。（2）灰分：从钻孔煤芯煤样化验资料看，原煤为中灰富炭煤，6号和5号煤层灰分平均分别为30.49%和30.17%，以高灰煤为主，中灰煤为辅。3号、9号、8号煤层平均分别为26.86%、22.24%、27.00%，以中灰煤为主，高灰煤为辅，有少数低灰煤。（3）挥发分：原煤干燥无灰基一般在3540%，属高挥发分煤。（4）全硫分：3、9号煤层平均值小于1.00%，均以低硫煤为主，但有部分中低硫和中硫煤；6号煤层平均为1.20%属中硫煤；8、5号煤层平均分别为2.18%和2.92%，7、8、5号煤层属中高硫煤。（5）发热量：原煤发热量均在19.4929.01MJ/kg之间，按塔山矿井和王坪矿井资料为40004800大卡/克，属中高热值煤。纵观太原组煤层从上到下，灰份、全硫含量逐渐增大，挥发份变化不大，精煤回收率在7.676.28%之间，属于低中等。精煤灰分大多小于10%，全硫大多小于1%，挥发份为3741%，胶质层厚度在1920mm之间，故多为气煤与肥气煤。矿井原煤煤质化验结果和精煤煤质化验结果分别见表1.4和表1.5。从上述煤质资料及经济效益考虑，主要可作动力用煤及工业锅炉和民用燃煤，也可用于气化和炼焦配煤。此外，煤的含油率较高，变质程度低，可考虑作液化用煤。表1.4 原煤煤质化验表项目煤层号Ad%Vdaf%St.d%Qgr.daf(MJ/kg)318.0134.2938.1940.480.61.0232.6534.2226.86(5)39.41(5)0.74(5)33.42(5)914.4428.9736.2540.550.412.2023.1628.1622.24(9)38.27(9)0.99(9)25.09(3)表1.5 精煤煤质化验表 项目煤层Ag%Vdaf%St.d%Y(mm)精煤回收率（%）37.25-9.5337.31-41.050.51-0.6914.517.549.698.1538.6640.57495.10-11.2733.30-41.760.46-0.91132027.95-68.157.7037.900.6549.531.3.3矿井瓦斯、煤尘爆炸及煤层自然倾向性1）瓦斯根据山西省安全生产监督管理局2005年对白洞矿井的瓦斯等级坚定结果的批复，称白洞矿矿井为低瓦斯矿井，矿井的瓦斯绝对涌出量为2.09 m3/min，相对涌出量0.70 m3/，CO2绝对涌出量13.73 m3/min，相对涌出量4.61 m3/。瓦斯赋存受地质因素和地质条件的影响较大，因此瓦斯赋存常有不均衡的一面，将来开采中，也会因采掘面的不断扩大，瓦斯涌出量随之增高，以后的瓦斯检测和预测仍十分重要。2）煤尘根据白洞南部钻孔煤样工业分析资料表明，各煤层的挥发份在33.546.14%之间，灰分在12.9240.17%之间。经计算各煤层的煤尘爆炸指数在41.7264.57%之间，存在着煤尘爆炸的危险性。根据大同煤矿集团通风处2005年9月对白洞煤矿石炭系9号和3号煤层进行取样鉴定结果，该矿的9号煤层的煤尘爆炸指数为37.01%，3号煤层的煤尘爆炸指数为34.55%，两煤层均有煤尘爆炸性。3）煤的自燃跟据大同煤矿集团有限责任公司通风处2005年9月对该矿的石炭系9号和3号煤层进行取样鉴定，9号煤层的原样燃点一般在315270C，T1-3在45C，自燃倾向性为一类容易自燃类型；3号煤层的原样燃点一般在320275C，T1-3在45C，自燃倾向性为一类容易自燃类型，一般贮煤露天堆放612个月既有煤炭自燃发生。4）矿井煤与瓦斯突出危险性根据山西煤田地质勘探115队2005年5月提交的山西省大同煤田白洞井田（石炭系）煤炭资源勘探地质报告，该井田的石炭系煤层不存在煤与瓦斯突出危险性。 2 井田开拓2.1井田境界及可采储量2.1.1井田境界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。本井田位于大同矿务局总体发展规划中的同忻联合井田白洞分区南部，根据以上原则，矿西北以F1和F2断层为界，东北以F3断层为界，南部以F4断层和人为边界为界，东南及西南以人为边界，按矿区内统一划分的井田边界，井田总体呈长方形。2）开采界限本井田的主要含煤地层由老至新为：太古界集宁群、寒武系、奥陶系马家沟组、石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组、第四系中、上更新统、全新统。本设计涉及的含煤地层为石炭系太原组，太原组含煤地层，厚32.13m220.92m，一般厚75.90m，由灰、灰白、灰黑色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层等组成。砂岩以灰黑色为主，成份主要为石英，次为长石和岩屑，胶结较好，磨圆度中等，多为次圆和次棱角状，含有较为丰富的植物化石。太原组在该井田内共含煤7层（2、3、5、6、7、8、9），煤层总厚2.6012.12m，平均厚8.94m，含煤系数16.3% 。其中可采和局部可采煤层为3、9号煤，其它为薄而不稳定煤层，工业价值不大。开采上限：9号煤层以上无可采煤层。下部边界：人为划分的下部井田边界。3）井田尺寸井田的走向最大长度为7.12 km，最小长度为5.40km，平均长度为6.12 km。井田的倾斜方向最大长度为4.21km，最小长度为3.60 km，平均长度为4.02 km。2.1.2井田的工业储量井田储量（地质）根据古书院勘探精查地质报告资料计算。本次矿井储量计算是在精查地质报告提供的1：10000的煤层底板等高线上计算的，储存计算可靠。井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量是由煤层面积、容积及厚度相乘所得，其公式一般为： Zg=S*M*R (2.1)其中：Zg矿井的工业储量；S井田的倾斜面积；M煤层的总厚度；R煤的容重；井田倾斜面积S=6.12*4.02=24.6 k9号煤层的平均厚度M=2.5m煤的容重R=1.4t/则：Zg=24.6*1.4*2.5*10 =8610（万t）全井田的工业储量为8610万吨。2.1.3井田的可采储量 本矿设计井型A90万吨/年，按照煤矿设计规范矿井工业场地占地指标规定，每10万吨受护面积为1.5公顷，则本矿井工业广场面积为27万平方米，加上一定的围护带，本工业广场面积为550*500。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；（2）维护带宽度：风井场地20m，村庄10m，其他15m；（3）断层煤柱宽度30m，井田境界煤柱宽度20m；（4）根据煤炭工业设计规范规定：工业广场的面积指标见表2.2，所以取工业广场的尺寸为550*500的长方形。见图2.1图2.1表2.1维护宽度保护等级维护宽度（m）2015105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1.0120-1801.245-901.59-301.82）矿井的可采储量矿井的可采储量按下式计算：Zk=（ZgP）*C （2.2）其中：矿井的可采储量Zk；矿井的工业储量Zg=8610万吨，保护工业场地、井田境界、建筑物等永久煤柱损失量P=312.34（万t），带区采出率，取C=0.8则：Zk=(8610-312.34)*0.8=6638.12（万t）2.1.4矿井工作制度和设计生产能力1）矿井工作制度矿井工作制度是计算生产能力和选择设备的基础，也就是研究劳动配备，考核工效以及解决产销平衡，适应市场变化的重要问题。既要考虑不同工种的实际劳动强度，充分利用工时增加煤炭产量，实现高产高效，又要考虑机器设备维护检修要求，遵照有关劳动保护和日工时的规定，本矿井工作制度为: 三八制，每班工作八小时，年工作日300天，每天三班，其中两班生产，一班维修准备，两采一准。每天净提升时间为14小时。2）井设计生产能力及服务年限本井田煤层倾角平均一般在4度左右，可采范围内9号煤层平均厚度2.5m左右，本设计主要对9号进煤层行具体设计。9号煤层顶板厚1.3716.53m，平均7.89m。为深灰色炭质泥岩，或灰褐色细砂岩。底板为炭质泥岩或粉砂岩。，构造及水文地质条件比较简单，煤层厚度变化不是特别大，适宜综合机械化开采，一次采全高。随着煤炭行业技术装备及管理水平的提高。在井田内设计一生产能力为90万吨的现代化矿井，可以实现高产高效，设计服务年限计算如下：矿井设计生产能力就与矿井储量相适应，以保证有足够的服务年限，新建井和水平的服务年限不能低于50年和20年，矿井服务年限（T）可由下列公式求得。 T=Z/A.K （2.3） 式中K-地质构造造成储量损失或因增产而减少矿井服年限所取备用系数，取1.5； Z-矿井可采储量6638.12万吨A-矿井设计生产能力90万吨得全矿服务年限：T=Z/A.K =6638.12/(901.4)=52.7 a表2.3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25煤层倾角2545煤层倾角45600及以上7035300500603012024050252015459040201510930各省自定综上所述，本矿井型为90万吨/a，技术上可行，经济合理。 2.2井田开拓井田开拓是在总体设计已经划定的井田范围内，根据精查地质报告和其它补充资料，具体体现在总体设计合理原则，将主要巷道由地表进入煤层，为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程。其中包括确定，主、副井和风井的井筒形式、深度、数量、位置、阶段高度、大巷位置、带区划分以及开采顺序与通风运输系统。2.2.1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媒体，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；进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；合理确定矿井通风、运输及供电系统。确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则：贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造条件。在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。合理开发国家资源，减少煤炭损失。必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态。要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综掘机械化、自动化创造条件。根据用户需要，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。1）井筒的形式，数目及位置井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井最复杂。平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，只有在地形条件合适，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，上山部分储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长辅助提升能力少，提升深度有限；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技术复杂。对于平原地区的城郊矿的来说，由于煤层埋藏深度大，不能建斜井。立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深相同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为有利；当表土层为富含水层或流沙层时，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，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，基本建设投资大。该区位于白洞断层东侧，区内地层基本呈向四倾斜的单斜构造，地层倾角112，平均4，内部有一些缓波状的褶曲，东南部因受白洞逆断层影响有一向北东倾伏的宽缓向斜，西北部则有一向北东倾伏的宽缓背斜。因此，鉴于矿区地形平坦，不可能采用平峒开拓。经过多年的开采及勘探实践表明，除第四系冲积层和基岩风化壳含水量相对较大外，其下伏的中生界、古生界地层，岩石坚固致密，裂隙、岩溶不甚发育岩石一般不含水或含水微弱，由于侏罗纪煤层的开采，第四系冲积层潜水和基岩风化壳裂隙水已处于疏干状态。根据该区自然地理、地质、水文等因素分析，区域内地下水的补给以大气降水渗入和地表水渗漏为主，本区地层含水性弱或不含水，属水文地质条件简单区，水文地质类型为二类一型。根据以上地质条件，采用斜井开拓时，井筒掘进和维护均比较复杂；斜井较长，工程量加大，压煤多。因此从技术和经济上考虑，本矿区也不适应采用斜井开拓。综合上述原因，本井田采用立井开拓。2）井筒的数目本矿井型为90万吨a，属于中型井，同时为了方便安排矿井运输和提升系统，满足矿井生产能力的要求，实行煤矸分运，故决定开凿一个主井，一个副井，其中，主井提升为双箕斗立井提升, 专门用以提煤，副井提升为双罐笼立井提升, 主要用于提升人员和部分物料, 井筒内装备一对3t矿车双层单车普通罐笼。按进风井和出风井的相对位置，通风系统有中央式（包括并列式和分列式）、对角式、混合式及分区式这几种形式。根据本矿煤层赋存情况，埋深较大，倾角较小，走向长度较大；而且瓦斯涌出量小；但煤层有自燃发火倾向，故采用中央并列式通风系统通风。 因此，投产时建设主井、副井、中央风井三个井筒。 3）工业广场及井口位置的确定。（1）工业广场及井口位置的确定原则a 对初期开采有利，储量应可靠，井巷工程量节省，建井工期较短，便于布置首采区和工作面；b应使井田两翼的储量大致平衡，利于井下运输、通风和开采系统的布置；c尽量不占良田，少占良田；充分利用地形，以便地面生产系统、工业广场及地面运输合理；d井筒应尽量避免穿过流沙层，较厚的冲积层，有煤及瓦斯突出的煤层，较大的断层和采空区，减少压煤；e 有良好的工程地质条件、不受洪水、岩崩和滑坡威胁；工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中部（2）井筒沿走向的位置布置根据上述原则，东西两侧储量大致平衡，便于通风运输，开采系统的均衡布局，有利于生产的顺畅进行。确定主、副井，风井筒位置在井田中央。2.2.2开采水平的确定9号煤层倾角平缓,平均3，为近水平煤层，由煤层底板等高线可知煤层最低为+940m，我国现有的技术装备和实践认识，最好采用倾斜长壁开采，开采方式为带区开采。2.2.3主要开拓巷道9号煤层平均厚度为2.5m，赋存稳定，底板起伏不是很大，为近水平煤层，煤层厚度变化不大。矿井轨道大巷、运输大巷布置均布置在岩石中，由于矿井瓦斯涌出量小，但是瓦斯赋存常有不均衡的一面，将来开采中，也会因采掘面的不断扩大，瓦斯涌出量随之增高，为满足回风需要，在岩石中再布置一条回风大巷，即轨道大巷，运输大巷和回风大巷，共三条岩石大巷。为便于在巷道交叉时架设风桥等构筑物，轨道大巷、运输大巷沿底板掘进，回风大巷沿煤层底板掘进。大巷位于井田中央，沿等高线方向布置，局部半煤岩及岩巷，运输大巷巷道坡度随煤层而起伏，轨道大巷巷道水平掘进坡度为千分之三到千分之五，便于排水。1）矿井开拓方案比较根据井田地质条件，储量分布以及煤矿安全规程，提出以下二种开拓方案：方案一：立井单水平由于煤田倾角较小，主、副井井筒一水平均为立井开拓，水平海拔为+1340m，井筒布置于井田中央，轨道大巷采用电机车运输，轨道大巷和运输大巷布置在岩层中，沿底板掘进，局部半煤岩及岩巷，回风大巷布置在煤层中沿底板掘进。立井单水平见下图2.2。图2.2方案二：立井两水平开拓主、副井井筒均为立井，设两个水平分别为+1080m和+1015m。轨道大巷采用电机车运输。轨道大巷和运输大巷均布置在岩层中，沿底板掘进，局部半煤岩及岩巷，回风大巷布置在岩石中沿底板掘进。立井两水平开拓见下图2.3。图2.31）技术方案比较从上面方案简图中可以看出方案一、二的生产系统简单可靠。方案一、二技术上均可行，水平服务也能达到要求，因此通过经济比较确定优劣。2）经济方案比较由于方案一和方案二开采水平准备方式和采煤方法都相同，方案比较时只对一些不同的部分比较，具体见表2.4。表2.4基建费用表方案项目方案一方案二工程量单价费用（万元）工程量单价费用(万元)前期主井井筒3303754123.83303754123.8副井井筒3304081134.73304081134.7井底车场630110069.3630110069.3运输大巷24009002162400900216主石门1009009小计552.8543.8后期主井井筒65375424.4副井井筒65408126.5井底车场630110069.3主石门20090018运输大巷1200900108.0小计246.2共计552.8790由对比结果可知，方案一比方案二的总费用要少大约240万元，总工程量少，并能达到整个矿井的要求，因此本设计采用方案一。2.2.4矿井基本巷道1）井筒矿井共有三个井筒，分别为主立井、副立井、中央风井。(1）主立井 位于矿井工业场地，担负全矿井0.9Mt/a的煤炭运输。井筒内装备一对12t多绳提煤箕斗。井筒断面为圆形，直径为5.0m净断面面积为19.63m2，表土层段掘进毛断面面积为34.19m2，基岩掘进断面面积为25.52m2，井筒断面布置如图2.4所示，主井井筒断面特征见表2.5。 图2.4主井井筒断面图表2.5主井井筒断面特征表井型1.5 Mt/a提升容器一对12t多绳提煤箕斗井筒直径5.0 m井深330净断面积19.63 m2井筒支护混凝土井壁厚400mm，充填混凝土75mm表土段井壁厚800mm基岩段毛断面积25.52 m2表土段毛断面积34.19 m2(2）副立井 位于矿井工业场地，担负全矿的材料和设备提升。井筒内设有两趟排水管路，并敷设动力电缆。井筒断面形状为圆形，直径为6.0m净断面面积为28.27 m2，表土层掘进断面面积为47.76m2，基岩掘进毛断面面积为38.48 m2。井筒内装备一对3t矿车双层单车普通罐笼，井壁采用钢筋混凝土支护方式，井筒主要用于提料，运人，提升设备，矸石等。井筒断面布置如图2.5，副井井筒断面特征见表2.6。图2.5副井井筒断面图表2.6副井井筒断面特征表井型1.5Mt/a提升容器一对3t矿车双层单车普通罐笼井筒直径6.0m井深330净断面积28.27 m2井筒支护混凝土井壁厚500mm，充填混凝土75mm表土段井壁厚900mm基岩段毛断面积38.48 m2表土段毛断面积47.76 m2(3）风井 进中