杜儿坪矿设计说明书

1、中 国 矿 业 大 学采矿学课程设计姓 名： 薛 鹏 学 号： 05102325 学 院： 矿业工程学院 专 业： 采矿工程 设计题目： 杜儿坪煤矿1.8 Mt/a新井设计 指导教师： 曹安业/荆升国 2013年7月10日 徐州目录1矿区概述及井田地质特征11.1矿区概述11.1.1交通位置11.1.2地形11.1.3河流水系11.1.4气象及地震情况11.1.5电源和水源21.1.6其他情况21.2井田地质特征31.2.1含煤地层及地质构造31.2.2水文地质条件41.3煤层特征51.3.1煤层特征61.3.2煤质61.3.3瓦斯、煤尘、煤的自燃性用地温72井田境界和储量92.1井田境界9

2、2.1.1井田范围9 2.1.2井田尺寸92.2 矿井工业储量9 2.2.1井田地质勘探9 2.2.2 储量计算基础9 2.2.3 矿井工业储量计算102.3矿井可采储量11 2.3.1 井田边界保护煤柱12 2.3.2 断层保护煤柱12 2.3.3 工业广场保护煤柱12 2.3.4主要井巷煤柱13 2.3.5井筒保护煤柱13 2.3.6矿井可采储量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153.2矿井设计生产能力及服务年限153.2.1 确定依据153.2.2 矿井设计生产能力153.2.3 矿井服务年限153.2.4 井型校核164井田开拓184.1井田开拓的基本问

3、题184.1.1 井筒形式、数目的确定184.1.2 井筒位置的选择194.1.3阶段划分和开采水平的确定204.1.4井田划分204.1.5主要开拓巷道204.1.6 开拓方案比较20参考文献25采矿学课程设计 第24页1矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1交通位置西山矿区位于西山煤田之东北边缘，地属太原市河西区，东距太原市20公里。杜儿坪井田在西山矿区之北部，西铭矿之南官地矿之北，地理位置为东经112°45，北纬37°40。杜儿坪矿区（以下简称井田）内多为沟谷山梁，地形切割剧烈，且大部分地区被森林覆盖。井田内交通除太宁公路从矿区北部通过，太古战备公路从矿区南部

4、穿过外，村庄之间皆有羊肠小道相连，与公路仅有简易砂石路相通，交通不甚便利。但矿区对外交通却十分便利，铁路、公路均可经太原市通往全国各地，矿区距太原五一广场19.8km。铁路有太古直达，公路有市郊线直达，终日班车往返。交通位置见附图1-1。1.1.2地形：井田位于山西高原吕梁山脉中段东翼，总体呈西南高、东北低的中山地区。井田内山高坡陡，沟谷深切多呈“V”字形，缓坡和低山地区有黄土黄土零星分布，山脊及坡陡处岩层裸露，风化剥蚀作用强烈，沟底多砂砾石。全井田大部分为松林植被，北部尤甚。井田内最高点在石千峰山，海拔标高为1775m，最低点在井田东南部的子房沟内，海拔标高为1057.7m，最大相对高差为7

5、17m。一般相对高差为300m左右。1.1.3河流水系本区属黄河流域、汾河水系，主石千峰山与官地矿扩区内庙前山（海拔标高1865.8m）组成了西北一东南走向的分水岭。主要沟谷呈放射状向东、南、西各向分布，如井儿沟、南峪沟、虎峪沟、北石沟、峪道川、新华沟等都源自石千峰山，均为季节性河流沟谷，平时干枯无水或仅有溪流，唯在大雨过后短时内水量较大，并在下游汇合后流入汾河。1.1.4气象及地震情况1）气象该区属于暖温带、大陆性季风气候。冬季严寒少雪，春季干燥多风，夏、秋季雨量集中，四季分明，昼夜温差大，日照充足。 据山西省气象局近四十年资料统计：（1）气温：年均9.5，最低气温在1月份，平均-7，极端最

6、低气温-27.5；最高气温在7月份，平均23.7，极端最高气温39.4。（2）降水量：年降水量平均495.9mm，年降水量最大749mm，年降水量最小216.1mm，日降水量最大183.5mm。每年7、8、9三个月降水量占全年降水量60%左右。（3）蒸发量：年平均蒸发量1849.3mm，年最高蒸发量2080.0mm，年低蒸发量1427.5mm。（4）风力与风速：年平均风速2.5m/s，多西北风，极端最大风速18.7m/s。最大4月份，平均风速3.3m/s，7、8、9月份最小平均风速1.82m/s。（5）结冰和解冻：每年初霜日期10月上旬，终霜日期翌年4月中旬，历时半年之久。土壤冻结在11月底或

7、12月初，冻结深度为80cm。2）地震 根据山西省地震局78省震字第29号文，地震设防烈度为6°7°。1.1.5电源和水源1. 供电电源矿井由杜儿坪110kV变电站供电，现有356kV变电站两座，6kV开闭所两座，两个变电站均采用双回路供电，两回路电源均来自杜儿坪110kV变电站相应电压等级的不同母线段，杜儿坪110kV变电站已与电力系统电网联网，矿井电源供电可靠。2. 供水水源 本区浅层水和地表水五利用价值，矿井供水水源取自水量丰富、水质优良的奥灰水，利用神井泵抽至地面。另外，矿井涌水排至地面经处理达到复用标准后也可用于矿井生产。两部分水可满足井下生产要求。1.1.6其他

8、情况太原市为一重工业城市，在矿区东部有热点厂、纺织厂、砖瓦厂等工厂，市区北部有太原钢铁厂。矿区内除煤矿外，还有石膏厂、水泥厂、石渣厂、石灰厂、硫磺厂等工厂。沿山边一带开采石灰岩，黄铁矿，石膏矿等矿。矿区内 居民绝大多数为煤矿工人，食品及劳动力均需外地供应。建筑木材及坑木非常缺乏，必须外地支援。图1-1杜儿坪矿交通位置图1.2井田地质特征1.2.1含煤地层及地质构造1. 含煤地层本井田主要含煤地层为石二叠系下统山西组：从K5砂岩底至K6砂岩底。是本井田主要含煤地层。由灰、浅灰色砂岩，深杰、灰黑色粉砂岩、砂质泥岩及黑色泥岩为主体，含4、3、3上、2、1、03、02、01号8层煤，其中2号为主要可采

9、煤层。全组厚34.3588.34m，平均63.59m，由东向西有逐渐增厚的趋势。该组地层沉积时脱离了海侵的影响，转入了过渡相，陆相沉积，地壳活动的不均衡，造成岩相变化很大，旋回结构不甚明显，煤层对比比较困难。2号煤层为本组发育最好的一层煤，层位稳定，全井田可采，上距K6砂岩30m左右，对比较易；1号煤下距2号煤4m左右部分可采，但未算入井田地质储量。02号煤层位于本组上部，上距K6砂岩6m左右，常含1-2层夹石，顶板多为砂质泥岩，富含植物化石，而区别于本组其他煤层基本不可采。01号煤层直接覆于K6砂体之下或间距很小基本不可采。03号煤层位于02号煤层与1号煤层之间，主要依据层间距及层序确定其层

10、位，但02号煤与2号煤之间只有一层煤时，究竟是03号煤还是1号煤，尚需进一步确定，03号煤也基本不可采。主采煤层柱状图见图12。2.地质构造本井田位于西山煤田东北隅，受新华夏系泰山式扭性断裂的影响，其构造形迹西部受马兰向斜，东部受边山大断裂（风声河断层、圪撩沟断层），南部受杜儿坪断裂带，北部受赛庄王封断裂的制约。总体为，地层走向大致北西南东，向南西倾斜，倾角3°12°，一般5°左右。井田内的断层、褶曲、陷落柱对煤矿正常生产都有不同程度的影响。现将井田内主要构造分述如下：（1）断层井田内主要断层为北东及东东向高角度正断层，与主要褶曲轴向大体一致。落差大于20m的大型

11、断层有杜儿坪中部断层。其余多为落差2m左右，延伸短，平行排列的小断层，形成阶梯状或地垒、地堑构造。井下所见小断层甚多，是由许多近似平行，落差一般在2m左右的小断层组成，走向北东，其延伸长度，长者千余米，短者百余米，对生产影响小。（2）褶曲杜儿坪井田在石千峰向斜为主体的控制下，伴生次一级短轴褶曲，形成井田内部的基本构造形态，褶曲两翼地层平缓，其形态地表不易察看。从煤层底板等高线图上看，在石千峰向斜北翼的次一级褶曲，其轴向都表现为北北东或大致南北向，两翼不对称，在向斜南翼的次一级褶曲由于受杜儿坪断裂还的影响，其走向表现为北东、北北东向，与杜儿坪断层、石千峰向斜大致平行。（3）陷落柱杜儿坪矿陷落柱较

12、多，但比较小，对生产影响不不大。（4）节理地面裸露岩层，节理比较发育，从调查测量结果来看，梅洞沟、沟东梁一带，以北15°东和北75°西两组较为发育，在马圪台附近以北55°东和北30°西两组较为发育，其北东一组与杜儿坪断层近似平行，且北东组有切割北西组的现象，这四组节理面都表现为平直、紧闭、倾角大的特点，有些节理面充填钙质薄膜，表现为较规则的棋盘格式构造，从构造形态和力学性质分析，两对X形节理为两组共轭扭裂面所组成。（5）滑坡井田内沟谷切割剧烈，地形复杂，相对高差大，故易于滑坡的形成。在虎峪沟、四达沟、小虎峪沟、南峪沟皆有所见，其形态各异，大小不等，多呈扇

13、形，滑移岩体大者宽350m，长200m。煤系地层多为较松软的岩石组成，长期风化剥蚀作用，裂隙发育，上覆岩层在层间水及重力作用下失去平衡，产生塌落或整体下滑形成滑坡体，它对工程建筑影响很大。值得注意的是，滑坡、乱石堆积和陷落柱有时共生，很难区分，陷落柱常有潜伏于滑坡和乱石堆积之下者。（6）岩浆岩杜儿坪井田无岩浆活动。1.2.2水文地质条件井田内地层出露自东而西由老到新依次为奥陶系中统、石炭系中、上统、二叠系、三叠系下统。主要含水岩组有奥陶系中统马家沟组、峰峰组，石炭系上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组。其中上马家沟组富水性强，峰峰组局部富水性强，其余富水性弱。1.奥陶系中统奥陶系中统在井田

14、内揭露最厚174.44m，结合井田外围资料可看出奥陶系中统分为峰峰组（厚约120m），上、下马家沟组（厚300350m），地层全厚500m左右。2.峰峰组峰峰组分下下两段。上段：岩性以深灰、灰色厚层状石灰岩为主，夹黄、灰白色泥灰岩，顶部为古风化壳充填物，厚一般小于70m；下段：为泥质灰岩夹石膏层，厚约60m。上段灰岩岩溶裂隙发育，岩溶多呈峰窝状、串珠状、局部可见溶洞。在白家庄矿区其标高邮于你于奥灰水承压水位而含水，含水层在风化壳下20m至下段第一层泥灰岩石膏带之间。由于岩溶发育不均造成富水性差异，导致不同地段水位、水量相差很大，甚至无统一承压面，单位涌水量在15L/s.m之间，水位标高802.

15、8m，煤田西部高者可达1311.0m，但在杜儿坪井田的局部山于其标高高于奥灰承压水位而不含水。3.马家沟组(1)上马家沟组：岩性以厚层质纯石灰岩为主，夹薄层泥质灰岩、白云质灰岩，底部貂皮灰岩为相对隔水层，全组厚200m左右。浅部岩溶裂隙发育，岩溶呈串珠状、峰窝状，有中小溶洞，由于富水而成为西山煤田及本矿最要主要的含水组。单位涌水量0.0004138.91L/s.m，一般0.49 L/s.m，渗透系数为70.11m/d，水位标高779826m。(2)下马家沟组（O2X）：岩性以灰岩、泥灰岩、白云质灰岩为主，厚约110m左右且富水。在煤田东部补给区岩溶裂隙发育，深部不发育，单位涌水量0.2614.

16、56 L/s.m，渗透系数1.4317.48m/d。4.石炭系上统石炭系上统太原组由砂质泥岩、泥岩、砂岩、煤、石灰岩组成，厚88m左右。自上而下东大窑灰岩（L5）、斜道灰岩（L4）、毛儿沟灰岩（K7）、庙沟灰岩（L1）、晋祠砂岩（K1）等含水层。根据勘探混合抽水试验结果，单位涌水量0.00090.03 L/s.m，渗透系数0.001320.32m/d,钻探进入毛儿沟灰岩时冲洗液消耗量明显增大。井下揭露太原组含水层时，局部揭露点有滴水现象，但水量很小，说明该岩组含水性徽弱。5.二叠系下统(1)山西组：由砂质泥岩、泥岩、煤、砂岩组成，地层厚64m左右。底部北岔沟砂岩为含水层，灰白色，以中粗粒石英、

17、长石为主，含砾，泥质胶结，交错层理，节理发育，一般厚522m，钻孔抽水试验结果，单位涌水量0.000077 L/s.m，渗透系数0.0004m/d，井下揭露点大都无水。北岔沟砂岩含水性微弱。(2)下石盒子组：由砂质泥岩、泥岩、砂岩组成。底部骆驼脖砂岩与下石盒子组下下段分界砂岩K7为含水层。骆驼脖砂岩：灰白色，以中粒石英、长石为主，泥质胶结，厚0.8020.70m，钻孔抽水试验结果，单位涌水量0.00047 L/s.m，渗透系数0.0036m/d，含水性微弱。K7砂岩：黄绿色，以中粗粒石英、长石为主，钙质胶结，厚约1m，抽水试验无水。井田与煤层有直接水力联系的各含水层所含地下水全是基岩裂隙水，从

18、抽水试验结果看，各含水量单位涌水理均小于0.1 L/s.m，含水微弱，表明杜儿坪矿水文地质条件简单。通过勘探，可得出井田内水位标高799-826m，可以肯定杜儿坪矿井田可采煤层全部位于奥灰水位之上。2010年前矿井预计吨煤含水系数0.371-0.70m3，年涌水量预计113.1-210.0万m3，日排水量3050-5750m3。1.3煤层特征1.3.1煤层特征山西组含013号煤等7层，煤层总厚7.71m，地层厚度63.59m，含煤系数12.1%。 1.1号煤层位于山西组上部，上距03号煤约5m，下距2号煤4m左右。井田东北部尖灭，南部也有3小片尖灭区。见煤点厚度0.201.10m，平均0.55

19、m，井田内厚度多小于0.5m，可采区位于井田东部，可采面积5.3Km2。不含夹石，结构简单。顶板多为砂质泥岩、泥岩，少数为中细粒砂岩及粉砂岩。底板为细粒砂岩、砂质泥岩，局部为中粒砂岩、粉砂岩用泥岩。煤层变异系数40%，可采系数19%，现未算入可采煤层。 2.2号煤层位于山西组中部，上距骆驼脖砂岩（K6）30md左右，煤厚1.024.04m，平均2.88m。总体上看，东部厚，西部薄，厚度变化明显。西部厚度多小于2m，最薄为杜932号孔，厚1.02m。东部厚度大于3m，最厚为36号孔，厚达4.04m，东南角局部厚度小于3m。一般不含夹石，局部含12层，厚度多小于0.3m，岩性为中细粒砂岩、粉砂岩，

20、结构简单。顶板多为砂质泥岩、泥岩，局部为中细粒砂岩、粉砂岩，底板为中细粒砂岩、砂质泥岩，局部为泥岩、砂岩和炭质泥岩。煤层变异系数33%，可采系数100%，本层属全井田稳定可采煤层。1.3.2煤质1.物理性质各煤层均为黑色，玻璃光泽，断口为贝壳、参差状、内生裂隙及外生裂隙均发育，以条带状结构为主，亦有线理状、透镜状结构。构造有层状、块状构造。2.化学性质各煤层原煤灰分平均什16.4636.83%，2号煤低。2号煤层原煤硫分以在0.501.00%之间。2号煤层原煤挥发分平均值15.0022.11%。煤中碳元素含量平均值90.4591.58%。氢元素含量平均值4.164.70%。氮元素含量平均值1.

21、221.51%。煤层原煤高位发热量平均值23.5129.40MJ/Kg。煤层胶质层厚度08.9mm。煤层煤质特征如下：2号煤为低中灰、低硫的瘦煤、贫瘦煤，煤质变化中等；各煤层煤灰成分酸性矿物均在80%以上，因而其灰熔融性（ST）为难熔灰或难熔灰和少量高熔灰。图12 主采煤层附近综合柱状图1.3.3瓦斯、煤尘、煤的自燃性用地温1.瓦斯19781988年矿井绝对瓦斯涌出量由12.40m3/min增加到99.40m3/min，1988年至今，矿井瓦斯绝对涌出量一般均在90105m3/min之间；19781987年，矿井瓦斯相对涌出量先降后升，1987年后基本稳定在1520m3/t之间。2004年矿井

22、瓦斯鉴定结果为：绝对瓦斯通出量124.14m3/min，相对瓦斯涌出量17.65m3/t，属高瓦斯矿井。井下瓦斯测定资料表明，矿井内短轴褶曲和中、小型断裂多为挤压性封闭构造，透气性差，瓦斯含量较其它部位高；而在陷落柱附近，因其结构松散、孔隙发育，透气性好，往往将临近煤岩层沟通，使矿井瓦斯涌出量高于其它部位。矿井生产能力分布不均衡，导致区域瓦斯绝对涌出量与相对涌出量也不尽相同。即产量大的区域，绝对涌出量大，相对涌出量小，反之则相反。随着煤层开采深度的增加，煤层瓦斯含量、矿井瓦斯涌出量均有所增加。生产中实测资料表明，开采深度每下降100m，矿井瓦斯相对涌出量增加2m3/t左右。2.煤尘和煤的自燃本

23、矿历年测定的煤尘爆炸指数在12.519.28%之间，表明本矿煤尘具有爆炸性。1994年所做的煤尘爆炸性试验表明各煤层煤尘均有爆炸性。1994年做的自燃倾向鉴定表明各煤层均为二类自燃，介于易自燃和难自燃之间。19911995年所作的燃点试验表明，2号煤层为正常煤，未氧化，均为不易自燃。3.地温经计算，井温梯度1.44°C/100米。据采掘证实，采掘工作面温度与季节有关，冬季为10°C，夏季为20°C，春秋两季一般为1016°C。勘探和采掘过程中均未发现地温异常，从目前情况看，井田应属地温正常区。2井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田范围 西山矿区位于

24、西山煤田之东北边缘，地属太原市河西区，东距太原市20公里。杜儿坪井田在西山矿区之北部，西铭矿之南官地矿之北，地理位置为东经112°45，北纬37°40。 井田东部以经线37621000为界，西部以经线37610000为界，南起纬线4184000、北止纬线4194000。2.1.2井田尺寸 井田的走向最大长度为6.26 km，最小长度2.84km，平均长度为5.46km。 井田的倾斜方向的最大长度为10.40 km，最小长度为3.20km，平均长度为8.87 km。 煤层的倾角最大为6.7°，最小为2.4°，平均为3.5°。 井田水平宽度5.50

25、km，根据煤层底板等高线图，利用AUTOCAD计算得井田水平面积为52.67 km2。图2.1 井田赋存状况示意图2.2 矿井工业储量2.2.1井田地质勘探 （1）参加资源/储量估算的煤层 本次参加资源/储量估算的煤层主要是2号煤层。 （2）资源/储量估算的范围 以整个井田为储量估算范围。即东部以经线37621000为界，西部以经线37610000为界，南起纬线4184000、北止纬线4194000。2.2.2 储量计算基础（1）根据本矿的井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算；（2）根据煤炭资源地质勘探规范和煤炭工业技术政策规定：煤层最低可采厚度为0.70 m，原煤灰分40%；（3）依据国

26、务院过函（1998）5号文关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问题的批复内容要求：禁止新建煤层含硫份大于3%的矿井。硫份大于3%的煤层储量列入平衡表外的储量；（4）储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05 m时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹石总厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度；（5）井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。（6）煤层容重：2#煤层容重为1.4t/m3 。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，经地质勘探，煤层厚度和质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚。 本矿井设计针对2

27、号煤层经行开采设计，煤层平均厚度为2.88m,平均倾角为3.5。本次储量计算是在精查地质报告提供的1：10000线图上计算的，储量计算可靠。由于煤层产状、厚度、煤质比较稳定，本次储量计算采用地质块段法。根据每个面积小块的等高线水平间距和高差计算出面积小块的煤层倾角，用CAD命令计算面积小块的水平面积，由此可计算得出每个块段的不同储量，矿井地质总储量即为各块段储量总和。根据地质勘探情况，杜儿坪煤矿储量计算块段划分如图2.2所示。图2.2 矿井块段划分图根据煤炭工业设计规范，以及在CAD中求得的井田面积可以求得以下各储量类型的值：（1）矿井地质资源量矿井地质资源量可由以下等式计算： Zz=m

28、15;S××10-6/cos （2-1）式中：Zz矿井地质资源量，Mt；m煤层平均厚度，m；S井田块段面积，m2；煤容重，1.4 t/m3。将各参数代入式（2-1）中可得表2-1，所以地质储量为：Zz =210.91Mt表2-1 煤层地质储量计算块段名称含煤情况倾角/(°)块段面积/(m2)煤层厚度/(m)容重/(t/m3)储量核算/(Mt)A2#2.1134960061.611.430.44B2#3.482063672.791.432.11C2#1.0114111473.801.460.72D2#4.5193809543.221.487.64资源储量210.91

29、（2）矿井工业储量根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%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，则矿井工业资源/储量由式计算。矿井工业储量可用下式计算： 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

30、定的矿井， Z111b= Zz×60%×70%=88.58MtZ122b= Zz×30%×70%=44.29MtZ2m11= Zz×60%×30%=37.96MtZ2m22= Zz×30%×30%=18.98MtZ333k= Zz×10%×80%=16.87Mt因此将各数代入式（2-2）得：Zg =206.68Mt2.3矿井可采储量根据安全煤柱留设原则可知：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、各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定。用岩层移

31、动角确定工业场地、村庄煤柱；3、维护带宽度：风井场地20 m，村庄10 m，其他15 m；4、根据经验井田边界留设保护煤柱；5、工业场地占地面积，根据煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明中第十五条，工业场地占地面积指标见表2-2。2.3.1 井田边界保护煤柱根据杜儿坪煤矿的实际情况，按照煤矿安全规程的有关要求，可留设井田边界煤柱30m。井田边界保护煤柱的损失按下式计算： P1=H×L×m××10-6 （2-3）式中：P1井田边界保护煤柱损失，Mt。H井田边界煤柱宽度，30 m；L井田边界长度，30378.22m；m煤层厚度，2.88m；煤层容重，1.4

32、t/m3。带入数据计算可得：P1=3.67Mt2.3.2 断层保护煤柱根据杜儿坪煤矿的实际情况，井田中有断层，按照煤矿安全规程的有关要求，断层两侧各留设30m的保护煤柱，因此断层保护煤柱损失可得： P2=Li×m××30×10-6 （2-4） 式中：P2煤柱损失，Mt；Li断层上盘或下盘长度，m；m煤层厚度，2.88m；煤层容重，1.4t/m3。故：P2=5487.6×2.88×1.4×30×10-6=0.66Mt2.3.3 工业广场保护煤柱工业广场的占地面积根据煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明第十五条，工业

33、场地面积指标见表2-2。本矿井设计生产能力为1.8Mt/年，所以取工业广场的尺寸为400 m×540 m的长方形。煤层的平均倾角为3.5°，工业广场的中心处在井田走向的中央，倾向中央偏于煤层中上部，其中心处埋藏深度为+1100m，该处表土层风氧化带厚度为15 m，主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按II级保护留维护带，宽度为15m。本矿井的地质条件及冲积层和基岩移动角见表2-2和表2-3。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1.0120-1801.245-901.59-301.8表2-3 岩层移动角广场中心

34、深度/m煤层倾角煤层厚度/m冲积层厚度/m11003.5°2.881545757560由此根据上述以知条件，画出如图2.3所示的工业广场保护煤柱的尺寸：由图可得出保护煤柱的尺寸为：由AUTOCAD软件量的梯形的面积分别是：484146.08m2S=484146.08/cos3.5°=485050.80 m2则：工业广场的煤柱量为： Z=S×m× （2-5）式中： Z工业广场煤柱量，Mt；S工业广场压煤面积，m2；m煤层厚度，2.88m；R煤的容重，1.4t/m3。则：Z =485050.80×2.88×1.4×10-6=1.

35、96Mt图2.3 工业广场保护煤柱2.3.4主要井巷煤柱主要井巷煤柱是指大巷保护煤柱，大巷中心距离为60m，大巷两侧的保护煤柱宽度各位50m。布置大巷长度为9318.18m，大巷保护煤柱压煤量为9375.86×200×2.88×1.4×10-6=7. 56Mt2.3.5井筒保护煤柱主、副井井筒和风井井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，故井筒保护煤柱损失量为0。综上，矿井的永久保护煤柱损失量汇总见表2-4。表2-4 岩层移动角永久保护煤柱损失量煤柱类型储量/Mt井田边界保护煤柱3.67断层保护煤柱0.66工业广场保护煤柱1.96大巷保护煤柱7.56井筒保

36、护煤柱0合计13.852.3.6矿井可采储量矿井设计可采储量式（2-6）计算： Zk=（Zg -P）C （2-6）式中Zk矿井设计可采储量；P矿井永久保护煤柱损失量；13.85Mt;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%。由于2号煤厚2.88 m，属于中厚煤层，此处取0.80。则：Zk=（Zg -P）C =（206.68-13.85）×0.8=154.264 Mt3矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度按照煤炭工业矿井设计规范中规定，参考关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明，确定本矿井设计生产能力按年工作日330 d计算，“三八”制

37、作业（两班生产，一班检修），每日两班出煤，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

38、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 矿井设计生产能力本矿井井田范围内煤层赋存简单，地质条件较好，煤层平均厚度2.88 m，煤层平均倾角3.5°，属近水平煤层，易于发挥工作面生产能力。目前全国煤炭市场需求量大，经济效益好，同时结合本矿区的煤炭储量，确定本矿井设计生产能力为1.8Mt/a。3.2.3 矿井服务年限矿井可采储量Zk、设计生产能力A和矿井服务年限T三者之间的关系为： （3-1）式中：T 矿井服务年限，

39、a；Zk 矿井可采储量，154.264Mt；A 设计生产能力，1.80 Mt/a；K 矿井储量备用系数。矿井投产后，产量迅速提高，矿井各生产环节需要有一定的储备能力。例如局部地质条件变化，使储量减少；或者矿井由于技术原因，使采出率降低，从而减少了储量，因此，需要考虑储量备用系数。煤炭工业矿井设计规范第2.2.6条规定：计算矿井服务年限时，储量备用系数宜采用1.31.5。结合本设计矿井的具体情况，矿井储量备用系数选定为1.4。把数据代入式3-1得矿井服务年限：3.2.4 井型校核（1）矿井开采能力校核杜儿坪煤矿2号煤层为中厚煤层，煤层平均倾角为3.5°，地质构造简单，赋存较稳定，考虑到

40、矿井的储量，可以布置单个综采工作面即可满足矿井的设计能力。（2）辅助生产环节的能力校核矿井设计为大型矿井，开拓方式为双斜井开拓。井下煤炭运输采用钢丝绳芯胶带输送机运输，工作面生产的原煤经胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，运输连续、能力大，自动化程度高，机动灵活；井下矸石、材料和设备采用轨道运输，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高瓦斯矿井，瓦斯涌出量高，煤尘爆炸性低，矿井投产前后期均采用中央并列式通风。轨道巷和胶带运输巷进风，回风巷回风，工作面采用后退式U型通风。（4）储量条件校核井田的设计生产能力应于矿井的可采储量相适应，以保证矿井有足够的服务年限。矿井服务年限

41、的公式为：即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。（5）第一水平服务年限校核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。第一开采水平服务年限为： 由表3-1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年，第一

42、开采水平设计服务年限不宜小于25年。本设计中，煤层倾角低于25°，设计生产能力为1.8Mt/a，矿井服务年限为61.22年，第一开采水平设计服务年限为61.22年，符合煤炭工业矿井设计规范的规定。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（万t/a）矿井设计年限（a）第一水平设计服务年限煤层倾角<25°25°45°>45°600及以上7035300-5006030120-2405025201545-90402015154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

43、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。井田开拓具体有下列几个问题需要确定：（1）确定井筒的形式、数目和配合，合理选择井筒及工业广场的位置；（2）合理确定开采水平的数目和位置；（3）布置大巷及井底车场；（4）确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；（5）进行矿井开拓延深、深部开拓和技术改造；（6）合理确定矿井通风、运输及供电系统。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

44、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

45、开采，以及其它有益矿物的综合开采。4.1.1 井筒形式、数目的确定（1）井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井，各井筒形式优缺点比较及适用条件见表4-1。表4-1 各井筒形式优缺点比较及适用条件井筒形式优点缺点适用条件平硐环节和设备少、系统简单、费用低工业设施简单井巷工程量少，省去排水设备，大大减少了排水费用施工条件好，掘进速度快，加快建井工期煤炭损失少。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：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，初期投资少地面工业建筑、井筒装备、井底车场简单、延伸方便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斜井井筒

46、可作为安全出口。与立井相比：井筒长，辅助提升能力小，提升深度有限通风线路长、阻力大、管线长度大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。立井不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地质等自然条件限制井筒短，提升速度快，对辅助提升特别有利当表土层为富含水层的冲积层或流沙层时，井筒容易施工井筒通风断面大，能满足高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井需风量的要求，风阻小，对深井开拓极为有利。井筒施工技术复杂，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。杜儿坪煤矿水文

47、地质条件较为简单，涌水量较小，平均倾角3.5°，属于近水平煤层。井田地面较平缓，地面平均标高+1370m左右，煤层埋深平均为+1100 m，表土层较薄，平均厚约15m，无流沙层，综上所述立井开拓与斜井开拓均可在本矿中采用。4.1.2 井筒位置的选择1、井筒位置的确定原则：有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门工程量少。（1）有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村或不迁村；（2）井田两翼储量基本平衡；（3）井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层；（4）工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开

48、高山、低洼和采空区，不受崖崩滑坡和洪水威胁；（5）工业广场宜少占耕地，少压煤；（6）井口位置要与矿区总体规划的交通运输、供电、水源等布局相协调。基于上述原则，结合本矿井实际地质资料，本设计将主副井筒布置在井田中部工业广场内。该处表土层厚度约15m，地面平坦，地面原始标高+1350 m。该方案的主要优点如下： 工业场地所在地无村庄，不需拆迁，可降低投资、缩短建井工期；工业场地附近首采块段勘探程度高，煤层赋存条件较好；矿井首采区通风线路较短，有利于前期的通风。2、风井井口位置的选择应在满足通风要求的前提下，与进风井筒的贯通距离最短，并利用各种煤柱以减少保护煤柱的损失。本矿井将风井位置选择在工业广场

49、内，以满足矿区通风。4.1.3阶段划分和开采水平的确定根据井田条件和煤炭工业设计规范的有关规定，开采水平划分的依据：（1）是否有合理的阶段斜长；（2）阶段内是否有合理的带区数目；（3）要保证开采水平有合理的服务年限和足够的储量；（4）要使水平高度在经济上合理。本井田煤层埋藏较浅，属于近水平煤层，因此需要布置单水平。4.1.4井田划分根据井田地质构造，煤层倾角、煤层间距、断层位置、井田形状、工业广场位置等特点，将井田划分为两个块段，断层以北为北翼块段，断层以南划分为南翼块段，进一步将井田北翼划分为四个盘区，将井田南翼划分为三个盘区，首采北一盘区。4.1.5主要开拓巷道大巷的布置2号煤层平均厚度为

50、2.88 m，且煤层赋存稳定，底板起伏不大，为近水平煤层，煤层厚度变化不大，且煤质硬度较大。由于本矿井瓦斯涌出量较大，因此本设计布置三条大巷。一条主运输大巷，一条辅助运输大巷，一条回风大巷。大巷位于井田中央，各大巷间留设50m的保护煤柱，大巷两侧也留设50m的保护煤柱，根据矿井实际情况可以在开采后期考虑回收大巷煤柱。4.1.6 开拓方案比较1、提出方案根据以上分析，现提出以下三种在技术上可行的开拓方案，分述如下：方案1：斜井单水平开拓（岩石大巷）主、副井井筒均为斜井，布置于井田中央，辅助运输大巷与胶带输送机大巷均布置在距2#煤层下20m处的稳定岩层中，按固定坡度掘进，沿井田主要延展方向延伸。胶

51、带输送机大巷与辅助运输大巷平行布置，间距50m。煤层与大巷通过穿层斜坡联系，斜坡倾角16°，如图4.1所示。方案2：斜井单水平开拓（煤层大巷）主、副井井筒均为斜井，布置于井田中央，三条大巷均布置在煤层中，沿井田主要延展方向延伸。胶带输送机大巷与辅助运输大巷平行布置，间距60m，随煤层起伏掘进。煤层与大巷通过穿层斜坡联系，斜坡倾角10°。该方案如图4.2所示。方案3：立井单水平开拓（煤层大巷）主、副井井筒均为立井，布置于井田中央，第一水平辅助运输大巷与胶带输送机大巷均布置在煤层中，按固定坡度掘进，沿井田主要延展方向延伸。胶带输送机大巷与辅助运输大巷平行布置，间距60m。煤层与

52、大巷通过穿层斜坡联系，斜坡倾角10°，如图4.3示。2、开拓方案技术比较方案1与方案2的区别在于方案一采用岩石大巷，方案二采用煤层大巷。方案2与方案3的区别在于立井开拓与斜井开拓。斜井开拓施工技术简单，但是井筒较长，对地质条件要求较高；立井开拓井筒短，对地质条件要求不高，但是对施工技术要求高。以上所提三个方案中，区别在于井筒形式不同以及大巷形式的不同，和部分基建、生产经营费用的不同。方案1、方案2中，主要区别在于大巷形式的不同，方案1中的大巷为岩层大巷，岩层大巷需要保护煤柱量较少，而且很容易维护，维护费用较低，对煤层厚度变化要求很小，巷道方向容易取直；但是这样巷道施工技术复杂，设备多

53、，要求有较高的技术水平，巷道施工装备复杂，掘进速度慢，基建投资大。方案2中大巷采用煤层大巷，大巷施工工艺、设备与工序比较简单，掘进速度快，大巷前期施工单价低，初期投资少；但是煤层大巷有时需要跟着煤层拐弯，随煤层变化，需要较多的保护煤柱，后期维护难度较大，维护费用较高，而且对于高瓦斯矿井通风要求很高，对煤层厚度变化要求很高。方案2、方案3中，主要区别在于主、副井筒形式的不同，方案2中主、副井均采用斜井，布置在井田中央，主副斜井井筒施工工艺、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。井筒装备设备少、环节简单，而且斜井井筒可作为安全出口，井下一旦发生事故，人员可以从斜井撤离。方案3中主、副井均采用立井，并布置在井田中央，主副井采用立井形式，这样井筒施工技术复杂，设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，基建投资大。但其优点也是显而易见的：不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地