浅析煤层开采对地面桥梁的影响毕业论文.docx

中国矿业大学2011届本科生毕业设计 第V页浅析煤层开采对地面桥梁的影响毕业论文目 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矿区地理位置11.1.2自然地理概况11.1.3矿区开发历史及生产建设规划31.1.4矿井建设的外部条件31.2 地质特征31.2.1地层31.2.2地质构造51.2.3水文地质51.3 煤层特征81.3.1煤层81.3.2 煤质81.3.3 开采技术条件81.3.4勘探程度及存在问题82 井田境界和储量102.1 井田境界102.2 矿井工业储量102.2.1构造类型102.2.2煤层稳定类型102.2.3矿井工业储量112.3 矿井可采储量122.3.1井田边界保护煤柱122.3.2工业广场煤柱122.3.3井筒保护煤柱132.3.4断层保护煤柱142.3.5大巷保护煤柱142.3.6矿井设计可采储量143. 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限163.1 矿井工作制度163.2矿井设计生产能力及服务年限163.2.1确定依据163.2.2矿井设计生产能力163.2.3矿井服务年限163.3井型校核174 井田开拓184.1 井田开拓的基本问题184.1.1确定井筒形式、数目、位置及坐标184.1.2工业场地的位置204.1.3开采水平的确定及带（采）区划分204.1.4方案比较214.2 矿井基本巷道264.2.1井筒264.2.2开拓巷道265 准备方式带区巷道布置345.1煤层地质特征345.1.1带区位置345.1.2带区煤层特征345.1.3煤层顶底板岩石构造情况345.1.4水文地质345.1.5地质构造345.1.6地表情况345.2 带区巷道布置及生产系统355.2.1带区准备方式的确定355.2.2带区巷道布置365.2.3带区生产系统385.2.4带区内巷道掘进方法385.2.5带区生产能力及采出率395.3带区车场选型设计406 采煤方法416.1 采煤工艺方式416.1.1 采煤方法的选择416.1.2 回采工作面长度的确定416.1.3 工作面的推进方向和推进度426.1.4 综采工作面的设备选型及配套426.1.5 各工艺过程注意事项486.1.6 工作面端头支护和超前支护496.1.7循环图表、劳动组织、主要技术经济指标506.1.8 综合机械化采煤过程中应注意事项546.2回采巷道布置556.2.1回采巷道布置方式556.2.2回采巷道参数557 井下运输577.1概述577.1.1矿井设计生产能力及工作制度577.1.2煤层及煤质577.1.3运输距离和辅助运输设计577.1.4矿井运输系统577.2带区运输设备选择587.2.1设备选型原则：587.2.2带区运输设备选型及能力验算587.3大巷运输设备选607.3.1主运输大巷设备选择607.3.2辅助运输大巷设备选择607.3.3运输设备能力验算628 矿井提升638.1矿井提升概述638.2主副井提升638.2.1主井提升638.2.2副井提升设备选型649 矿井通风及安全679.1矿井地质、开拓、开采概况679.1.1矿井地质概况679.1.2开拓方式679.1.3开采方法679.1.4变电所、充电硐室、火药库689.1.5工作制、人数689.2矿井通风系统的确定689.2.1矿井通风系统的基本要求689.2.2矿井通风方式的选择699.2.3矿井通风方法的选择699.2.4带区通风系统的要求709.2.5带区通风方式的确定709.3矿井风量计算719.3.1通风容易时期和通风困难时期采煤方案的确定719.3.2各用风地点的用风量和矿井总用风量719.3.3风量分配769.4矿井阻力计算769.4.1计算原则779.4.2矿井最大阻力路线779.4.3计算矿井摩擦阻力和总阻力：779.4.4两个时期的矿井总风阻和总等积孔799.5选择矿井通风设备819.5.1选择主要通风机819.5.2电动机选型849.6安全灾害的预防措施859.6.1预防瓦斯和煤尘爆炸的措施859.6.2预防井下火灾的措施859.6.3防水措施8510 设计矿井基本技术经济指标86参考文献88专题部分浅析煤层开采对地面桥梁的影响901前言902开采深陷规律902.1开采沉陷的基本规律902.2采空区稳定性评价973桥梁结构的分析993.1地表移动与桥梁基础的关系993.2桥梁抗不均匀沉降的分析1003.3井下开采对桥梁安全的保护措施1024小结1035参考文献103翻译部分英文原文106The Structure Statics Analysis and Transient Dynamics Analysis of Hydraulic Support106I.INTRODUCTION106II.THE STRUCTURE STATICS ANALYSIS OF HYDRAULIC SUPPORT106III. THE TRANSIENT DYNAMICS ANALYSIS OF HYDRAULIC SUPPORT110IV. CONCLUSION112REFERENCES112中文译文113液压支架的静力分析和模态分析1131引言1132液压支架的结构静力分析1133液压支架的瞬态分析1174总结118参考文献118致 谢119中国矿业大学2011届本科生毕业设计 第1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矿区地理位置永城矿区陈四楼井田位于河南省永城市境内，为城厢、陈集、顺和乡所辖。井田中心南距永城老县城8 km；地理坐标：东经1162220，北纬300035。矿区北靠陇海铁路，东临京沪铁路，青（龙山) 阜（阳）铁路从矿区东南约20 km处穿过，西有京九铁路商阜段。永城老县城距商丘车站95 km，至徐州车站97 km，宿州车站74 km，其间均有柏油公路相连。区内主要村镇之间亦有简易公路相通，交通运输堪称方便。详见矿区交通位置图1-1。1.1.2自然地理概况井田位于黄淮冲积平原东部，地势低洼平坦，自西北向东南微微倾斜，地面标高+32.49 m +36.50 m，一般在+32 m至+35 m之间，相对高差3 m左右。地表广为巨厚的新生界松散冲积物所覆盖。区内地表水系不甚发育，最大的河流沱河在井田南部2 km处流过。井田内用于灌溉的沟渠纵横交错。沱河属淮河水系，发源于商丘市东北之响河，向东南流入安徽省的新汴河，全长120 km，其流量受大气降水控制，年平均流量12 m3/s，有记载的最大流量384 m3/s（1963年）。本区属半湿润、半干旱的大陆性气候，冬春干早，夏秋多雨，四季分明。据永城县气象站资料：气温：19741984年观测，月平均最高气温26.89 （7月份），最低-0.32 ，年平均卫14.3 。日最高气温41 (1959年7月30日)，最低-19 (1957年2月21日)。降雨量：最大降雨量1022.5 mm（1977年），最小为630.4 mm，年平均813.6 mm；日最大降雨量207 mm(1957年7月I4日)，一次最大降雨量为443.4 mm ( 1965年7月5日18日)。蒸发量：历年最大蒸发量1985.7 mm（1978年），最小1603.2 mm，(1975年)，平均1745.4 mm。相对湿度平均68%73.16%。冬春季多西北风，夏季多东北风偶有东南风，最大风速183 m/s(1982年4月21日)。每年12月至翌年3月为降雪和冰冻期，最大冻土深度19 cm。据中国地震烈度表载，本区属六度地震区.河南省地震局受永城煤炭工业联合公司委托，提出“永城县地震基本烈度鉴定意见书” （84）豫震烈字第002号文)，该文在分析了地质构造及本区地震史之后，认为.“本区不可能发生六级左右地震，主要是受邻区强震影响，其地震基本烈度六度是最适宜的。”又提出“鉴于永城煤炭储量丰富，现已投入建井，将来发展远景可观，据此建议，对特别重要的工程和建筑物，可提高1度设防。”煤炭部基建司对陈四楼矿井方案设计审查意见明确：“建筑物地震烈度均按6度设防，但对六大要害系统按7度的构造措施设计。” 图1-1 陈四楼矿区交通图1.1.3矿区开发历史及生产建设规划矿区现有生产矿井葛店煤矿、新庄煤矿、车集煤矿等8处。另外，矿区已经逐步形成了煤矿产业链，除部分大件煤矿机械外，基本可以满足煤矿建设需要。1.1.4矿井建设的外部条件矿井工业场地至矿区集配站的铁路专用线正线里程15.86 km。新、老两条永砀公路，分别自工业场地两侧经过，将矿井工业场地与铁路干线和土产材料产地连通，交通条件较好。矿井永久电源由永城220 kV变电站供给。地方集资兴建的永城110 kV变电站，可作为本矿井建井期的施工电源。为确保施工安全，另一回电源可取自新庄矿井。矿区热电站应尽快建设。经初步勘探证实，上第三系孔隙承压水，无论其水量和水质均可满足本矿井永久水源的要求。矿区北部的芒山生产白灰、石子、料石等土产材料。水泥、钢材木材等建材亦可通过公路运至本矿。矿井建设的外部条件比较优越、可靠。1.2 地质特征1.2.1地层永城煤田为华北型沉积，地层分区属华北区、鲁西分区、徐州小区的范畴。本井田无基岩出露，全都被新生界冲积层所覆盖，缺失上奥陶统至下石炭统、三迭系至第三系古新统两段。钻探揭露的基岩地层上至石千峰组（平顶山砂岩)，下至中奥陶统马家沟灰岩，厚度约1100 m。自下而上叙述如下:1、中奥陶统马家沟组(O2m)，由白云质灰岩、灰岩组成，井田内揭露厚度3045.20 m。2、石炭系(C23)，假整合于中奥陶统之上；中统本溪组（C2b)，由铝质泥岩及山西式铁矿组成，厚度222 m，平均8.78 m；上统太原组（C3t），由911层薄至中厚层状灰岩和泥岩、砂质泥岩及粉、砂岩组成，间夹不可采煤层35层，厚度93164 m，平均133 m；3、二迭系(P)，揭露厚度961.2 m，下统齐全，上统K6标志层以上多被剥蚀；下石盒子组（P1x），厚度48.63112.27 m，平均74.92 m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩及三煤组组成，以K5砂岩标志层底界与上石盒子分界； 山西组（P1S），厚度89.94131.78 m，平均106.43 m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤层组成。二2煤层赋存于中部，下以K3灰岩标志层顶界与石炭系分界，上以K4鲕状铝质泥岩底界与下石盒子组分界；上石盒子组（P2s），钻孔穿见厚度728.98 m，共分四段，每段底部都以一层稳定的砂岩标志层相分界（K5K9），其基岩组成也是以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及砂岩为主，不含具有工业价值的煤层。4、新生界（R2）井田内覆盖层中，仅有上第三系和第四系，缺失下第三系。厚度300430 m，平均348.73 m。由粘土、亚粘土、亚砂土及中、细、粉砂交互成层。上第三系为河湖相沉积，直接覆盖于古生界之上。详见井田地层划分表1-1。（后附矿井综合柱状图）图1-2 矿井综合柱状图1.2.2地质构造 新华夏体系及东西向构造构成永城煤田的骨架，本煤田有永城背斜及北部的孔庄芒山背斜组成。 陈四楼井田位于永城隐伏背斜之西冀，大致呈单斜构造，总体走向NNW，倾向SWW。受多期构造运动的影响，褶曲、断裂均较发育。 地层倾角在露头处局部较大，向深部逐渐变小，一般为310，局部1015。1、褶曲 井田内褶曲比较发育，近东西向的自南向北有八里庙向斜、吕庄向斜等。2、断裂 井田内断裂构造均为正断层，据葛店煤矿井下及芒山地表所见，推定断层面倾角均为70。发现并已被控制的断层2条，以NNE向断裂为主，近东西向断裂也较发育。断层情况详见表1-2。3、岩浆活动据侧定，井田内岩浆岩活动大致有两个期次：基性岩为华力西运动晚期产物；酸性岩为燕山运动早晚期产物。基性岩主要为辉绿岩，一般在三煤组中顺煤层侵入三4、三2、三5煤层中，呈岩脉或岩席产出；酸性岩主要为闪长岩类及花岗岩类，呈岩墙及岩席产出。受岩浆岩侵入影响地段，使煤层结构复杂，或变为天然焦，降低了煤层的经济价值。1.2.3水文地质1、含水层及隔水层特征自上而下分为四个含水组：1）新生界孔隙含水组：区内松散地层沉积为冲积及湖积，其厚度受古地形影响而东薄西厚、南薄北厚。含水砂层一般为112层，平均厚86.34 m。浅部以大气降水垂直渗入为主，中部及深部以水平侧向渗透为主。属孔隙承压水，不易疏干，q=0.0047.0 /sm，K=0.623 m/d。含水砂层之间及其与基岩之间有厚度比较稳定的粘土层，形成天然的隔水屏障，局部地段与基岩处有透镜状砂层，即所谓“天窗”，对浅部开采会具有一定影响。2）二迭系砂岩裂隙，孔隙含水组：主要由上、下石盒子组及山西组砂岩裂隙孔隙承压水组成，其补给方式以水平侧向渗透补给为主，渗透能力差，富水性弱，迳流滞缓，静储量为主，易于疏干。q=0.1213 /sm，K=0.5683.91 m/d，水质类型为SO4-Na。3）石炭系灰岩岩溶裂隙含水组：主要含水岩层为石灰岩(11层)。灰岩以L2、L3、L4、L7、L8、L9、L10七层比较稳定，岩溶裂隙比较发育，但多被泥质或钙质充填。补给方式为远方侧向渗透。q=0.0006852.068 /sm，K=0.004927.473 m/d。水质类型SO4CaNa，矿化度2 g /l。4）奥陶系岩溶裂隙含水组：区域范围内，在安徽省闸河煤田东西两侧出露，本煤田仅在芒山有局部出露。岩溶发育，富水性强。补给方式以远方水平渗透为主。=0.00068515.7 /sm，0.0027.473 m/d。水质类型SO4CaNa，矿化度2.2064.43 g/l。表1-1 井田地层划分表地 层 系 统厚度（m）最小-最大界系统组段符 号标志层代号平 均新 生 界第四系|第三系R2300-430348.73古生界二叠系上二叠统石千峰组P2Sh1K9残厚51上石盒子组四P2S4K8172三P2S3K7200二P2S2K6233P2S1K581.65-150.68124.08下二叠统下石盒子组P1xK448.53-112.2774.92山西组P1s 89.94-131.78 106.43石炭系上统太原组CatK3 K2123.09-201.86151.54中统本溪组CabK12.0-22.08.78奥陶系中统马家沟组Ozm揭穿40表1-2 断层特征及控制情况断 层延展方向倾 角（）长 度（m）落 差（m）可靠度编 号性 质F1正断层东西55280089可靠F2正断层东西70430091可靠 表1-3 可 采 煤 层 特 征 一 览 表煤 层煤可采厚度层 间 距煤层结构稳定程度可采情况顶板岩性底板岩性（m）（m）三611.50.785.90简单不稳定局部可采泥岩、砂质泥岩、细 砂岩泥岩、炭质泥岩、粉砂岩三42.310.821.6018.471.557.85较简至较复杂不稳定为主至较稳定局部可采泥岩、砂质泥岩、细 砂岩泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩三222.660.811.5014.540.605.03较简单较稳定至不稳定大部可采泥岩、砂质泥岩、中细砂岩泥岩、砂质泥岩、细粉砂岩三108线南2.030.851.30113.707581.03较简单08勘探线以南较稳定全层不稳定08以南大部可采，以北不可采。泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩砂岩二24.850.803.25简单稳定至较稳定全井田基本可采。泥岩、砂质泥岩、中粗粒砂岩泥岩、砂质泥岩、细砂岩2、井田水文地质条件 本井田水文地质类型为中等简单，其主要依据是：1）直接充水含水层，三煤层和二煤层顶板砂岩含水性弱，单位涌水量一般小于0.01 /sm，为简单类型； 2）上复新生界含水层与基岩界面之间有厚度大于30 m的粘土层阻隔，正常地段对煤系地层无充水作用； 3）下伏太原组灰岩含水层与二2煤层之间有砂岩和泥岩组成的隔水层，厚度在50 m以上，正常地段二2煤层的开采不存在底板突水的威胁； 4）井田内断层富水性及导水性弱，q0.95，25%，表2-1 煤层稳定类型的主、辅指标煤层类型稳定煤层较稳定煤层不稳定煤层极不稳定煤层主要指标辅助指标主要指标辅助指标主要指标辅助指标主要指标辅助指标 薄煤层Km0.9525%0.95Km0.80Km0.6035%55%Km55%中厚和厚煤层25%Km0.9525%Km0.8040%Km0.6565%Km0.65特厚煤层30%Km0.9530%Km0.8550%Km0.7075%Km0.70故将其确定为稳定煤层，即第一型，其它煤层的稳定类型据其发育程度确定为不稳定型。故工作区的勘查类型确定为二类一型。评定煤层稳定类型的主、辅指标见表2-1：2.2.3矿井工业储量井田内含煤地层自下而上为石炭系上统太原组、二迭系下统山西组，下石盒子组及二迭系上统上石盒子组。其 中 二2、三组煤层为可采煤层，主要可采煤层为二2煤层，其它为不可采煤层。 二2煤层为一稳定较稳定，结构简单(偶含泥岩夹矸一层)的厚煤层。全区稳定可采。该煤层全区发育，厚度变化较小，为0.84.85 m，平均3.25 m。层位稳定，煤厚变化相对较小，一般不含夹矸，结构简单，基本全区可采，属于较稳定煤层,储量丰富，其容重为1.46 t/m3。根据煤炭工业设计规范，求得以下各储量类型的值：矿井地质资源量矿井地质资源量可由以下等式计算： （2-1）式中：矿井地质资源量，Mt；二2煤层平均厚度，m；二2煤层底面面积，m3；二2煤容重，t/m3。已知=3.25m，=34185510.54 m 2，=1.46 t/m3，将其代入（2-1）式中可得： =162.28（Mt）其中包括探明的资源量（60%），控制的资源量（30%），推断的资源量（10%），地质块段划分如图2-2。2矿井工业储量矿井工业储量可用下式计算： （2-2）式中：矿井工业储量，Mt； 探明的资源量，Mt； 控制的资源量，Mt； 推断的资源量，Mt； 可信度系数，取0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存不稳定的矿井，取0.7。该式取0.9。因此： =160.66（Mt）2.3 矿井可采储量由于陈四楼井田地质构造简单，地面无大的水域和河流，且基层上覆表土层厚，含水砂层之间及其与基岩之间有厚度比较稳定的粘土层，形成天然的隔水屏障，渗透能力差，富水性弱，迳流滞缓；下伏太原组灰岩含水层与二2煤层之间有砂岩和泥岩组成的隔水层，厚度在50 m以上，正常地段二2煤层的开采不存在底板突水的威胁；地面村庄密布，为充分开发煤炭资源，本设计不留设村庄煤柱及防水煤柱，采用长壁冒落法进行迁村采煤。因此该井田永久煤柱只留井田边界保护煤柱和断层保护煤柱。本设计对井田内厚度3.25 m的二2煤层进行开采设计，因此，井田内的各种永久煤柱损失按二2煤层进行计算。2.3.1井田边界保护煤柱根据陈四楼井田实际情况，其井田边界保护煤柱宽度取50 m，其中井田东部为煤层风化带，近乎无水，故不留边界保护煤柱，则用下式计算井田边界保护煤柱损失。 （2-3）式中：井田边界煤柱宽度，m；井田边界煤柱长度，m；煤层厚度，m；煤层容重，t/m3； 井田边界保护煤柱损失，Mt。 已知=50 m，=20894.53 m，=1.46 t/m3，=3.25 m，因此代入（2-3），可得：=5020894.533.251.460.000001=4.95（Mt）2.3.2工业广场煤柱根据煤炭工业设计规范有关条文，不同井型与其对应的工业广场面积见表2-2。结合本设计井型（1.5 Mt/a），应该是17公顷，即0.17 km2，但是考虑到近些年来建筑技术的提高，建筑物不断向空间发展，所以，工业广场的面积都有缩小的趋势。本设计取0.70的系数，则工业广场的面积约为0.12 km2。设计长轴定为400 m，短轴定为300 m。采用垂直剖面法计算工业广场的压煤损失，围护带的宽度取20 m。垂直剖面图如图2-1所示。表2-2 工业场地占地面积表 井 型 /万ta-1占地面积/公顷（10万t）-12401.01201801.245901.59301.8表2-3 陈四楼井田地质条件及岩层移动角 煤层厚度/m煤层倾角/围护带宽度/m表土层移动角/3.25101541走向移动角/上山移动角/下山移动角/71.57067由此可得工业广场保护煤柱面积： （2-4） 式中 工业广场保护煤柱平面面积，m 2；梯形面的高，m；煤柱上边长度，m；煤柱下边长度，m。已知=1553.51 m，=1364.03 m，=1536.73 m，代入公式（2-4）可得：=0.51553.51（1364.03+1536.73） =2253179.83（m 2）所以煤层底板面积及煤柱损失量：=2220778.74 m 2 ；=24.10 Mt。2.3.3井筒保护煤柱 井筒布置在工业广场中央，包括在工业广场保护煤柱中，不再累计。2.3.4断层保护煤柱井田现已查明两条断层，即F1，F2。其中F1，F2可靠且可控制，故其两侧各留40 m保护煤柱，则其煤柱损失可由下式求得：=L1+L22m400.000001 （2-5）式中：F1，F2煤柱损失，Mt；F1，F2长度，m；二2煤层厚度，m；煤层容重，t/m3。已知L1=2244.50 m，L2=4131.74 m， t/m3，m=3.25 m，代入（2-5）可得：（2244.50+4131.74）23.25400.000001 =1.66（Mt） 2.3.5大巷保护煤柱本设计共有两条煤层大巷，即轨道运输大巷和胶带运输大巷，前者布置在煤层底板岩层中；考虑后者布置在中厚煤层中，受采动影响较大，故煤柱留设宽度为50 m，沿大巷走向。基于以上公式（2-5），可以得到煤柱损失量为7.30 Mt。总上，可汇总永久保护煤柱损失量如表2-4：表2-4 永久保护煤柱损失量煤柱类型储量/Mt井田边界保护煤柱4.95断层保护煤柱1.66大巷保护煤柱7.30工业广场保护煤柱24.10合计38.012.3.6矿井设计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： （2-6） 式中：矿井可采储量，Mt； 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，Mt； 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。则矿井设计可采储量为：Zk=115.67（Mt）矿井储量汇总见表2-5： 表2-5 矿井储量汇总煤层工业资源储量/Mt矿井资源 储量/Mt永久煤柱损失/Mt设计可采储量/Mt二296.4248.2116.07160.6638.01115.67图2-1 工业广场保护煤柱3. 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1 矿井工作制度根据按照煤炭工业矿井设计规范中规定，确定本矿井设计生产能力按年工作日330 d计算，四六制作业（三班生产，一班检修），每日三班出煤，净提升时间为16 h。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矿井设计生产能力由地质资料可知：本井田储量丰富、地质结构简单、煤层稳定、开采技术条件好，有足够的条件建成大型矿井，结合本井田的工业储量和可开采储量最终选定矿井设计生产能力1.5 Mt/a。3.2.3矿井服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。矿井设计生产能力通常指矿井设计的年生产能力，是煤矿生产建设的重要指标，是选择井田开拓方式的重要依据之一。矿井可采储、设计生产能力、矿井服务年限力三者之间的关系为： （3-1） 式中：矿井服务年限，a；矿井可采储量，Mt；设计生产能力，Mt；矿井储量备用系数，取1.3。确定井型时需要考虑备用系数的原因是，矿井各生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，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，从而减少了储量。则矿井服务年限为：=115.67/（1.51.3） = 59.32（a）服务年限符合要求。参看表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设计生产能力（Mt/a）矿井设计服务年限（a）第一水平设计服务年限煤层倾角456及以上70353-560301.2-2.4502520150.45-0.9402015103.3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有二2煤层可采，总煤厚3.25 m，为中厚煤层，赋存稳定，厚度稍有变化。煤层倾角平均10，地质条件简单，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个综采放顶煤工作面。2）辅助生产环节的能力校核矿井设计为大型矿井，开拓方式为立井两水平开拓。煤炭大巷采用胶带输送机运煤，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，运输能力大，自动化程度高，机动灵活；大巷辅助运输采用矿车运输，运输能力大，调度方便灵活。3）通风安全条件的校核本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量低，煤尘爆炸性低，矿井投产前期采用副井进风，主井回风方式通风，后期采用两翼对角式通风。辅助运输大巷进风，煤炭运输大巷回风，工作面采用后退式U型通风，通过第九章的通风设计知可以满足通风需要。4）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。煤炭工业矿井设计规范给出了井型和服务年限的对应要求，见表3-1。 4 井田开拓4.1 井田开拓的基本问题井田开拓是指在一个某井田范围内，为矿井和开采水平服务所进行的巷道布置及开掘工程。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，要技术上可行，经济上合理，生产上安全高效。井田开拓的内容包括：井筒形式、数目、位置，开采水平划分，大巷布置，准备方式等。开拓问题解决的好坏，关系到整个矿井生产的长远利益，关系到矿井的基建工程量、初期投资和建设速度，从而影响矿井经济效益。因此，在确定开拓方式是要遵循以下原则:1、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。2、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。3、合理开发国家资源，减少煤炭损失。4、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的状态。5、要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，应为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综合机械化、自动化创造条件。6、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。4.1.1确定井筒形式、数目、位置及坐标1.井筒形式的确定井筒形式有三种：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。具体见表4-1。本矿井煤层倾角小，平均10，为缓斜煤层；表土层厚约300 m，无流沙层；水文地质情况中等简单，涌水量较大；井筒需要特殊施工冻结法建井，因此需采用立井开拓。2.井筒位置的确定井筒位置选择要有利于减少初期井巷工程量，缩短建井工期，减少占地面积，降低运输费用，节省投资；要有利于矿井的迅速达产和正常接替。因此，井筒位置的确定原则：1） 沿井田走向的有利位置当井田形状比较规则而且储量分布均匀时，井筒的有利位置应在井田走向中央；当井田储量呈不均匀分布时，应布置在储量的中央，以形成两翼储量比较均匀的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网路较短，通风阻力小。表4-1 井筒形式比较井筒形式优点缺点适用条件平硐1运输环节和设备少、系统简单、费用低。2工业设施简单。3井巷工程量少，省去排水设备，大大减少了排水费用。4施工条件好，掘进速度快，加快建井工期。5煤炭损失少。受地形影响特别大有足够储量的山岭地带斜井与立井相比：1井筒施工工艺、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。2地面工业建筑、井筒装备、井底车场简单、延伸方便。3主提升胶带化有相当大提升能力。能满足特大型矿井的提升需要。4斜井井筒可作为安全出口。与立井相比：1井筒长，辅助提升能力小，提升深度有限。2通风线路长、阻力大、管线长度大。3斜井井筒通过富含水层，流沙层施工复杂。井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质条件简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。立井1不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地质等自然条件限制。2井筒短，提升速度快，对辅助提升特别有利。3当表土层为富含水层的冲积层或流沙层时，井筒容易施工。4井筒通风断面大，能满足高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井需风量的要求。1井筒施工技术复杂，设备多，要求有较高的技术水平。2井筒装备复杂，掘进速度慢，基建投资大。对不利于平硐和斜井的地形地质条件都可考虑立井。2）井筒沿井田倾斜方向的有利位置井筒位于井田浅部时，总石门工程量大，但第一水平及投资较少，建井工期短；井筒位于井田中部时，石门较短，沿石门的运输工程量较小；井筒位于井田的下部时，石门长度和沿石门的运输工作量大，如果煤系基底有含水量大的岩层不允许井筒穿过时，它可以延伸井筒到深部，对开采井田深部及向下扩展有利。从井筒和工业场地保护煤柱损失看，井筒愈靠近浅部，煤柱尺寸愈小，愈近深部，煤柱尺寸愈大。因此，一般井筒位于井田倾向方向中偏上的位置。3）有利于矿井初期开采的井筒位置尽可能的使井筒位置靠近浅部初期开采块段，以减少初期井下开拓巷道的工程量，节省投资和缩短建井工期。4）地质及水文条件对井筒布置影响要保证井筒，井底车场和硐室位于稳定的围岩中，应尽量使井筒不穿过或少穿过流沙层，较大的含水层，较厚冲积层，断层破碎带，煤与瓦斯突出的煤层，较软的煤层及高应力区。5）井口位置应便于布置工业广场井口附近要布置主，副井生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统间互相连接，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，尽量避免穿过村镇居民区，文物古迹保护区，陷落区或采空区，洪水浸入区，尽量避免桥涵工程，尤其是大型桥涵隧道工程。6）井口应满足防洪设计标准附近有河流或水库时要考虑避免一旦决堤的威胁及防洪措施。由于本井田倾角平缓，厚度变化小，且距离东部国道近。故把井筒置于井田中央，即工业场地之中。3.井筒数目为了满足井下煤炭的提升，需设置一主井，辅助提升及进风设置一副井。因为用主井回风存在主井漏风严重的问题，所以不安排主井进回风；通风方式为两翼对角式，设置两个风井，共计四个井筒。4.1.2工业场地的位置工业场地的具体位置及坐标见图2-1。工业场地的形状和面积：根据表2-2工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为12公顷，其形状为一矩形，长度方向和煤层的走向方向平行，宽度方向和煤层倾向方向平行；长轴400 m，短轴300 m；地面标高+40 m。其大小确定的依据前面第二章已经详细的讲述，在此不作赘述。4.1.3开采水平的确定及带（采）区划分1.开采水平划分依据及原则开采水平的划分将影响矿井建设时期的技术经济指标，影响建井初期工程量，影响基建投资。所以，开采水平的划分要合理。其所遵循的原则如下：1）具有合理的阶段斜长合理的阶段斜长要便于煤炭的运输，便于辅助提升，方便行人。同时还要考虑要有合理的区段数目。2）要有利于采区的正常接替为保证矿井均衡生产，一个采区开始减产，另一个新的采区应投入生产，必须提前准备好一个新采区。所以，一个采区的服务年限应大于一个采区的开拓准备时间。由此可见，阶段斜长越长，采区储量多，采区的服务年限就越长，越有利于采区的接替。3）经济上有利的水平垂高我国多年的生产建设实际表明，开采水平垂高过小，将造成严重的采掘失调。合理的加大开采水平垂高，可以增加水平储量和服务年限，有利于集中生产，提高开采水平的生产能力，减少开采水平和同时生产的水平数目。故在运输、通风、排水、巷道维护等技术条件能够达到的情况下，可以适当加大水平垂高，减少水平数目。井田主采煤层为二2煤层，三组煤层由于赋存条件复杂，作为储备资源，后期根据需要可采用延伸井筒方式开采二2煤层以下煤层。二2煤层倾角较平缓，为715，一般10，为缓斜煤层，故设计为两水平开采。一水平标高-540 m，二水平-760 m。采区式和带区式开采相结合。二2煤层生产能力：可采储量为115.67 Mt，服