采矿工程毕业设计（论文）-安家岭煤矿4#煤层开采设计

1、山西大同大学煤炭工程学院2018本科毕业设计摘 要安家岭一号井工矿井田位于山西省朔州市境内，公路交通便利。东西长 4.25.8 km， 平均 5 km；南北宽 3.54.2 km，平均 3.85 km，面积 16.2km2。本井田内的可采煤层有 4 煤、9 煤、11 煤，厚度分别为 12.24 m、12.91 m、16.47 m，总厚度为 41.62 m。4 煤和11 煤倾角平均为5，9 煤层倾角平均为6，近水平巨厚煤层。井田内4#层工业储量277Mt，可采储量257.9 Mt。矿井平均涌水量为 150m3/h，最大涌水量为 180 m3/h，属于水文地质条件比较简单的矿井。瓦斯的平均绝对涌出

2、量为 0.94 m/min，相对瓦斯涌出量为 0.12 m/t，属于低瓦斯矿井，煤层有潜在煤尘爆炸危险。矿井设计生产能力按年工作日 300 天计算。矿井工作制度设计采用“四、六”工作制，每天四班作业（三班生产、一班检修），每天净工作时间为 20 h，以缩短井下工人的辅助劳动时间，减轻煤矿工人的劳动强度。安家岭一号井工矿年设计生产能力 4.17Mt/a，服务年限51a。采用主立副立回风立井单水平集中开拓。矿井采用单一倾向长壁综合机械化放顶煤采煤法。工业广场位置的选择，有利于井田开拓和带区布置，有利于矿井建设施工和工业场地布置，同时，其所在地 4 煤较薄，压煤相对较少。首采工作面平均推进长度为 1

3、460 m。矿井布置一个综采工作面保证全矿井的产量，使用综合机械化采煤工艺，工作面长 150m，煤的运输采用带式输送机运输，辅助运输使用无轨胶轮车。经过比较,根据矿井的地质条件、瓦斯情况、开拓方式及井筒布置形式，确定矿井通风系统前期为中央并列式，后期为两翼对角式。前期，主立井和副立井进风，中央风井回风；后期，主立井、副立井、中央风井均进风，两翼的风井回风。主扇的工作方法为抽出式，工作面通风方式为“U”形通风。矿井灾害防止包括防治瓦斯、煤尘、火灾、水灾和顶板事故。在设计过程中，结合了矿井的地质情况、煤层的受力等情况以及国内外的先进经验对倾斜长壁综放面倾斜长度及走向长度的合理确定进行了理论分析，这

4、样使建成的矿井更加与实际相符。关键词：倾斜长壁；综放；立井单水平开拓；1.矿井概述以及矿井地质构造全套图纸加扣 3346389411或30122505821.1矿区概述1.1.1矿山简介安家岭煤矿位于朔州市平陆区,位于朔州南部,15km。归于中国中国能源公司管辖，纬度坐标为:118度3710- 118度4510,北纬59度4510-59度4830。1.1.2矿井地理位置及交通情况矿井周边交通十分便利，分布着大运公路和北同蒲铁路，平朔二级公路从井田当中穿过，直接连接平鲁区，距朔州市主城区大约15km。矿井铁路运输线与同蒲铁路和大新车站接轨，运输专线分别为9km和11km，矿区北临大同，南达太原，

5、有利于煤炭运 图1-1 安家岭煤矿交通位置图1.1.3矿井地形地貌矿井位于山西省北部的朔州市，它属于中国的第二级阶梯黄土高原,沟壑纵横,植被稀少,水土流失严重。区内有七里河冲刷而成的山谷，沿谷地两侧的地势逐渐升高,主要表现为北高南低，中部高，东西两侧底，海拔高度一般在1180m1350m。1.1.4矿井水文特征该区有三条河流,即七里河、马关河和马营河。马营河位于矿区北部。马关河位于矿区西北部,西北部和东南部。起源于平鲁地区的七里河贯穿矿区,最终向北流入河。由于区内水系分布较多，可能会对煤炭生产运输造成影响，对相关河流适当的进行了筑坝拦截，使其改道流行。1.1.5矿区气候以及地震情况这一地区位于

6、内地腹地。它属于典型的温带大陆性气候。东有太行山，北有恒山山脉，南有五台山，靠近蒙古高原，远离海洋，终年干旱少雨，冬季受到来自蒙古高原的冷空气流的影响,该地区冬季非常寒冷,东海岸的温暖空气被周围的山脉堵塞。所以夏季高温少雨。终年气温稳定在4.97.8摄氏度，最低气温为-31.8，最高气温为39.8年平均风速为为3.25.4m,最大风速为21.2m，一年之中属夏季风速较小以外，其余月份风速一直保持在4.2m以上，一年之内八级以上大风的累积有一个月左右，以西北风为主该区处于黄土高原边缘，是游牧与农耕的分界线，靠近400mm等降水量线，因而终年降水量稳定在400mm左右，最多降水量736mm，最低降

7、水量为182.3mm，7、8、9月份为该区集中降水雨季。该区霜期时间出现较早且持续时间较长，每年一般10月份就会进入霜期，于次年5月份结束，冻土深度最深可达1.5m，冬季降雪最深可达30cm该区年日照时间较长，最长可达3000小时，最少为400小时，平均为2500小时左右，年湿度最小为0，最大为80%年蒸发量在1994.22213.4mm,57月蒸发量在600mm左右，为降水量的5倍左右。该区地震烈度一办为7抗震设计基本加速度值为0.15g,按地震烈度分组。1.1.6 矿区经济概况平鲁区位于山西朔州市,位于扬子江东部。它的地理坐标在11152- 11241和3921-3958之间。位于山西西北

8、部的北面和外长城,位于山西北部边界,与内蒙古自治区清水河、和林格尔接壤;西南与忻州城、神道两县接连;南临朔城;东以山阴为界东北连右玉。整个区域南北部为65.5km,东部和欧美地区呈三角形形状,面积为67.9公里,总面积为2314平方公里,总人口为18万5000(2005),总面积为11个乡镇2个镇和352个行政村。主要经济作物是玉米,马铃薯、小麦、谷子、莜麦、豌豆等。1.1.7 相邻矿井大致概况安家岭煤矿周围大约分布着11座煤矿，这些矿井和安家岭矿井共同采用一块煤田，地质情况都比较简单，多以斜井开采为主，长度一般小于500m，倾斜角度适中21至27度，调查显示这些矿井都存在井下涌水问题，涌水量

9、一般为150立方米至480立方米，最大涌水量可达2000立方米以上。1.2井田地质特征1.2.1区域地质特征平朔矿区位于宁武煤田北端。宁芜煤田是以一套古变质岩为基础,煤田厚度约3000米。宁武-京乐地区位于煤田中部以南,是整个煤田的沉积中心,地层厚度可达3500米,中心底部为中生代侏罗纪和二叠纪。三迭系,石炭系，奥陶系，新生界第三系多个底层坏绕在其周围。1.2.2地层特征 1）奥陶系主要岩性为褐色结晶岩、灰白泥岩和白云石，灰色泥岩夹杂在上部和下部地层中，泥灰岩内部结构是由古老生物化石以及方解石胶结而成。2）石炭系(1)中统本溪组该组的主要成分为黑色、灰褐色砂岩和泥岩。其中包含有大约3层黑灰色的

10、泥岩，仅有中下部一层岩层较为稳定。平均厚度大约为40m。(2)上太原组岩性主要为深灰色和灰黑色砂质泥岩、泥岩、石灰岩和浅灰色砂砾岩。地层厚度为70110米厚。平均厚度为80米，含有煤层大约8、9层，其中可采的煤层有2、3层。这一组岩层含煤层为此矿区主要含煤地。3）二叠系(1)下统山西组本组岩层的主要成分为白色，灰白色，灰黑色砂岩,泥质砂岩。该组煤厚大约为40到90m，平均厚度65m含煤层大约为2到4层，但是赋存情况不稳定，均不能开采。(2)下统下石盒子组本组岩层岩性的主要成分为黄色，灰黄色灰白色中粒砂岩和灰色砂质泥岩、泥岩。岩层厚度为5487米。平均厚度为64m。本组岩层为下方4号煤层的顶部岩

11、层，偶尔夹杂着少许零星煤线。(3)上统上石盒子组底部砂岩连续沉积于下石河子组。整个区顶部未充分暴露,厚度为42m,岩性为灰紫色和黄绿砂质泥岩、泥岩和粉砂岩互层。中灰黄色中砂岩,底部砂岩为黄厚厚砂岩,底部砂砾岩通过晶体,厚度大于10米。3）第三系 岩性主要为深红色粘土和互层粘性土,其中有几层钙质结核。厚1025米,平均15米4）新生界第四系(1)下中更新统该层岩性为鲜黄色和棕红色砂质泥岩，厚度大约为20米(2)上更新统本组岩性主要由黄色亚粘土组成，厚度大约为11米(3)全新统该层主要为冲积层，成分多为黄色粘土和砾岩组成，厚度为6米表1-1矿井地层一览表地质年代（地层单位）岩层总厚度/m岩层组成及

12、特征含煤层数及厚度备注代纪世古生代奥陶纪中奥陶世284主要岩性为结晶灰岩、泥晶灰岩、白云质灰岩夹薄层状白云岩不含煤层未见底古生代石炭纪中石炭世315539底部与奥陶系中统呈平行不整合接触，主要岩性为泥岩、砂岩及山西式铁矿偶有不稳定煤线古生代石炭纪上石炭世6810980底部与石炭纪中统呈整合接触， 主要岩性为泥岩、石灰岩及砂砾岩， 含高岭石粘土矿含煤 710层，可采 23 层， 总厚度 30m主要含煤岩层 古生代二迭系下二迭世 84137105底部与石炭系上统连续沉积，主要岩性为砂质泥岩、泥岩及砂砾岩， 含叠锥灰岩层，高岭石粘土矿 含煤 24 层， 偶有煤线煤层均不可采 古生代二迭系上二迭世42

13、底部与二迭系下统连续沉积，岩性为砂质泥岩、泥岩及粉砂岩互层， 中夹灰中砂岩不含煤层新生代上第三系上新世102515岩性为深红色粘土和亚粘土互 层，中夹数层钙质结核不含煤层新生代第四系更新世25岩性为粘土夹古土壤层、黄土状亚沙土及亚粘土， 含钙质结核不含煤层新生代第四系全新世3116冲洪积层，岩性为砂砾岩不含煤层1.2.3地质构造该区在宁武煤田的北部边缘，三面环山,东边是骆驼山,西是洪涛山,南是黑骆驼山。宁武向斜构造为该区的主要构造,白家新窑向斜、两条背斜背斜,除南北向向斜向斜外,盆地南部也与朔县相关地区毗邻。井田位于平朔矿区西南部,位于两条背斜与白家鑫窑向斜之间。陆子沟背斜和双铺背斜控制了井田

14、。矿区的影响较为平缓,倾角一般小于10度。只有个别达到 12左右(1)褶曲二铺背斜：经地质勘查，背斜位于该地区的西北部,自位于东北方向的安太堡煤矿为起点。一直延伸到西部的曹庄煤矿，长度将近4千米。此背斜大致为东北西南走向，延两翼岩层产状较为平缓，倾角大约5度。白家窑向斜:位于该地区西南部,从安泰城市的东部开始,从该市的东部到南部的几个村庄。最终进入了峙峪煤矿范围内，绵延长达6600米。背斜为从东南往西北为40度,地层相对平缓,约5度。芦子沟背斜：该背斜存在于本矿区中东部，地质情况较为复杂，背斜走向自平凡区开始，先向南经过芦子沟村、南经木瓜界最后拐入安家岭村附近，走向呈东南-西北走向，然后背斜的

15、轴向转变为西南东北方向，往南横穿马鞍山村，下黑水沟村到达峙峪区南部，此背斜一直绵延一万余米，但岩层产状比较平缓，岩层倾角基本都小于10度，几乎为近水平。(2)断层该区约有16条断层,6条断层在5m以上,其中马霍沟断裂和嘉陵断裂带受钻孔控制。其余断层都被地震所控制马蹄沟断裂(F25):位于马霍沟东段,属正断层。东北方向和西北方向约为50米。全长约1500m，没有露出地表F19:断层位于井田东南边界外,属于逆断层,倾向于东北向东南。倾角约为40,倾角为40-60m,总长度为12000米,属于钻孔控制的断层。DF2断层位于井田南部。这是一条正常的断层,向东北/西北方向移动。倾角为64,倾角为033

16、m,延伸长度为560m,是由地震控制的断层。DF3断层位于井田东南部和正断层。东北地区呈西北趋势,倾角为72,4号煤层最大落差可达30米。9号煤层平均落差为20米左右，延伸长度七百余米，由三维地震勘探控制3）陷落柱本区陷落柱数量众多，都属于由地震控制的类型。2号、3号、6号10号、11号、12号、陷落柱都得到前期水文地主勘探的钻孔验证，钻探结果表明6号、10号、11号、陷落柱不存在，1号、4号、5号、7号、陷落柱没有得到钻孔验证表1-2陷落柱特征一览表断层号性质产 状落差(m)延展长度(m)控制程度走向倾向倾角()F19逆断层NESE4040-6012000钻孔F25正断层NENW6740-6

17、01500钻孔DF1正断层NEENNW605120DF2正断层NENW640-33560可靠DF3正断层NENW7217-33740可靠DF4正断层NENW605190DF5正断层NENW725145DF6正断层NNESEE755140DF7正断层NEESE560-5260可靠DF8正断层NESE745165DF9正断层NWSW665230较可靠DF10正断层NWNE660-5345可靠DF11正断层NEESSE605180DF12正断层NNESEE750-5220可靠DF14正断层NNESEE725215DF15正断层NWWSW6051381.2.4水文地质情况安家岭井工一号矿井田处在马关河

18、西勘探区的西南部地形属于缓坡丘陵区,位于黄土高原境内,黄土覆盖面积大,植被稀疏,水土流失严重,西高东低。平朔矿区内部沟壑是垂直和水平的。矿区西部有七里河流过，向南转东南方向流入平朔平原上的桑干河。平鲁区黄石涯是七里河的发源地，原来河流长度35千米，流域面积达181平方千米。由于1984安太堡漏天煤矿的开发，在河流上游的村落对河流进行了改道，它向北流入Dali gully,流入马英河。河流改道后,地下水也被截获。同时,受近几年来沿江小煤矿的私人开采的影响。现在河水和地下水已经被切断了。井田内沟谷基本上没有水就干涸了,集水区也很小。表1-3矿井水文地质一览序号含水层名称含水层赋存状况补给水来源含水

19、层厚度/m隔水层厚度/m抽水试验结果备注单流水量/Ls渗透系数11奥陶系溶裂隙含水层位于煤系地层的基底神头泉域142400.010.020.150.24是煤层的间接充水含水层22石炭系太原组砂岩含水层下段为砂岩、砂质泥岩，上段为58 号煤层砂岩地下水519.5500.030.0710.120.729 号煤层充水主要因素33二叠系山西组砂岩裂隙含水层由数层较稳定的岩组成厚度变化均较大，砂岩裂隙发育地下水822.5600.0050.770.0553.344 号煤层主要含水层 1.3煤层特征1.3.1煤层赋存情况上石炭统太原组是该区主要含煤地层。它包含九层煤,从上到下编号为4。5、煤层6, 7, 9

20、、10, 11、12煤层。煤层4, 9和煤层11井发育良好。岩层稳定、该区分布广泛,是该区主要煤层,其余煤层发育较差。厚度小、稀疏夹杂在岩层中、局部可采。该地区煤结构脆、硬、易起风、风化、泥泞,抗压强度降低。1)4号煤层本号煤层处于太原组顶部，地下埋藏深度范围是 182.05373.2 m，对于上部煤群,可以开采主煤层,整个区域稳定安全。煤层厚度8m16m,平均煤厚12m,煤层结构简单,含煤矸石23层层理裂隙发育一般 。煤质较软，f 系数为 1.161.38，平均 1.27。顶板从上到下分布着粗砂岩，巨砾砂岩、泥岩和粉砂岩,屋顶密实坚硬,裂隙开裂。但是岩层所含选较差，次棱角状。地面主要为褐砂岩

21、、灰黑色砂岩和黄褐色泥岩。其中还有少许高龄岩，顶板岩性强度一般。2) 9号煤层本层煤层为下组煤主要可采煤层，地下埋藏深度4号层有些深，深度可达205.45424.08 m，本区岩层发育稳定，煤厚达到 11.2414.9m，平均厚度 12.91 m。坚固系数为 1.01.3，平均为 1.2。9 煤厚度变化无法把握，顶部煤层属于和8 号煤层的合并层，底部是与 10 煤层的合并层。结构较为复杂，含有夹矸 35 层，夹矸石厚 约为0.04 米，砂砾岩主要为砂质泥岩和含碳泥岩。9煤层顶板主要为黑色碳质泥岩。其中含很多煤屑，局部夹有高岭石，含有少许植物化石痕迹，下部含炭物质增多，底部经常出现有黄铁矿结核，

22、部分区域中夹 0-0.85 米厚煤层;9煤层底板基本上是灰色泥质砂岩或灰黑色细砂岩。含黄铜矿及云母矿，含植物化石印迹。一些区域含有中粒砂岩，上部水平层状,胶结致密,坚硬。9 号煤与4 煤层间隔平均距离大约为33米3)11号煤层本煤层处于太原组下组煤底部，全区发育稳定，安全可采，与上方9 号煤的距离是 1.18.7 m，平均 3.54m，该煤层为特厚煤层，厚度可达14.4217.65 m，平均 16.38m。f系数为 0.860.91，平均厚度为是0.8911 。煤顶板是由灰黑色砂质泥岩和灰黄色灰黑色细砂岩由0.100.30米泥岩或细砂岩组成,地层岩性较复杂,上下灰灰色砂岩、灰黑色细砂岩、灰棕色

23、中细砂岩和灰白色粉砂岩。泥岩或砂质泥岩中有少量泥岩和。11号 煤层结构简单，层状单一，通常含夹矸 2 层， 厚 度0约为0.3 米，为砂质泥岩。煤的颜色通体为黑色，上部为半暗煤，下部为光亮型，有丝炭。 表1-4主要开采煤层顶底板物理性质表 煤层编号 平均 (m)夹矸层数可采范围定性顶底板岩性顶板底板412.2423全区稳定中粗砂砾砂岩砂质泥岩粉砂岩、细砂岩912.9135全区稳定炭质泥岩泥岩砂质泥岩细砂岩2井田境界及储量2.1井田境界2.1.1井田划分的原则煤田分割为井田过程中，必须要遵守井田有合适的尺寸和边界，使煤田当中的每个区域都能得到高效的利用开发，划分井田需遵循下列行为规范：1) 矿井

24、的生产能力要与井田的面积，储量，煤层的赋存状况相互匹配。对于现代智能化程度较高的矿井，因其生产能力较强，在花费让你井田的前期，应有充足的考量，为日后的生产规划号合理的服务年限和留有足够的煤层储量，保证矿井能够长期高效的运行下去。2) 对井田的范围要有合理的规划，使井田内每一区域都能充分的被开采，有利于矿井的良好发展，对于井田的走向长度必须要大于其倾向长度，最大程度上确保矿井的生产经济效益，通常情况大型矿井的走向长度应该大于7000米，中型矿井应该大于4000米，小型矿井应该大于1500米3) 在划分井田面积过程中，应该善于利用各种天然的条件作为划分的界限，不仅工期短而且经济成本低廉，可以尝试将

25、落差较大的断层作为井田的边界，若在铁路，在河流或村庄的下运行,一个安全的煤柱可以作为可靠的边界。既可保护资源不被浪费又可减少技术上的攻关。4) 我们应充分利用自然条件和地质条件来划分区域。例如,大断层可以用作井田的边界,或者当河流、国家铁路、城镇等存在许多问题时,它可以用作井田的边界,即减少支柱损失和减少技术困难。5）对于整个井田范围应该进行详细精确的划分，有利于后期矿井生产和发展，可以首先寻找部分倾角较小的煤层进行合理的划分，沿煤层的倾向将井田划为一深一浅两部分，两部分之间既要有机地结合起来又要划分明确，应当本着先浅后深，先易后难的原则对整个井田进行合理的开采，对深浅两部分的开采时间应该有较

26、为精确的估算，以免估计不足对煤矿日后的生产活动造成影响，整个矿井的开发使用要有长远的打算，要尽量避免出现矿井过早报废的情况。2.1.2井田划分的方法1） 根据井田自然的地形地貌对井田进行划分2） 按照井田的地质构造进行划分3） 根据宏观煤岩类型和煤岩成分进行划分4） 依据煤层的赋存情况划分井田5） 根据自身装备技术情况划分6） 根据前期的钻探物探的结果划分7） 根据伴生有益矿产富集带进行划分2.13井田边界范围安家岭煤矿位于安家岭位于安家岭露天矿坑的南侧边缘，北部以4号，9号，11号煤台为界限，西北方向分布着几座煤矿，并以此为界，分别是施西矿、崔家岭、潘家窑，东部以矿井的保护煤柱为界限，东南方

27、向分布排列着石崖湾、大东沟、葫芦堂矿三座煤矿，作为分界线，黑水沟、陶卜洼矿是其南部的界限。安家岭井田的外观呈现为一个不规则的多边形，东西长约 4.25.8 千米，平均长度为 5千米；南北长 3.54.2 km，平均 长度约为3.85 千米，总面积 约为20余平方千米2.2矿井工业储量由于本存矿区域内4号和9号煤层赋存情况号该区地质构造简单,易采,4号煤层和9号煤层是该区的主要可采煤层。因此,本设计将重点放在4号煤层和9号煤层的开采设计上。煤层储量的计算是通过准确的地质报告,核对煤层1:5000煤层底板等高线图。展开的，所以此次结果是真实可靠的。矿区内含煤储量是矿井生产建设中极为重要的指标，是一

28、个矿井能否长期稳定发展的重要保障，在煤炭的工业储量的计算过程中，矿井的面积，煤层的厚度，以及煤的容重都是不可或缺的因子，该公式通常为Zg=SM (2-1)来计算矿井的工业储量。Zg矿井的工业储量；S井田的水平面积，16.2m2；M煤层的厚度，4 号煤层 12.24m，9号煤层 12.91m；煤的容重， 4号煤层 1.4t/m3，9号煤层 1.4t/m3。Zg=SM=16.212.241.4=277Mt由于前期地质勘查过程中，已经精确测得各号煤层各个部分的倾角与煤层厚度，煤层的钻孔排列情况和煤层底板等高线也是可知的，这样就可查出每个煤层的各个区域的煤炭储量，各区域之和，就是该煤层的总储量，同理也

29、可求得9号煤层图2.1安家岭四煤层分会计算法各块区域示意图2.3矿井可采储量为保证地面建筑物、工程设施和地下开采的安全,设计了井筒、巷、工业场地、铁路、公路、井田、构筑物等安全煤柱的设计,并严格按照有关规定。1）井田边界煤柱矿井范围内的边界线都需要用煤柱保护起来，按照煤矿安全规程的要求，保护煤柱的宽度需要达到2030米，边界煤柱也需要有相关的公式来进行计算这个区域的边界属于人们自己划定的边界。根据有关煤炭规范的要求,煤柱放置在20米处。边界煤柱可按下列公式计算： ZLBM (2-2)式中，Z边界煤柱损失量，Mt；L边界总长度，28232m；B煤柱宽度，人为边界煤柱 20 m，断层煤柱 20 m

30、。对于 4 号煤层：ZLBM=282322012.241.40=9.6 Mt2)工业广场煤柱主、辅、回风井位于工业现场。根据现行的采矿规程,主、次、回采保护煤柱与岩层的边界角勾画。工业现场保护区包括工业厂房、服务设施、围护带等,根据岩层移动角度圈定煤柱。根据相关文件要求，矿井工业广场的用地面积应尽量简化，这样有利于煤柱保护量的减少，也是对煤炭资源的一种保护，矿井的使用年限也能延长表2-1表矿井工业场地围墙内用地面积指标表井型（Mt/a）占地指标（公顷/100 Kt）4.06.00.450.62.403.000.70.81.201.800.91.00.450.901.21.31998年度露天矿建

31、设和2001年6月试生产已完成。目前,维修车辆、铁路、公路、供电、供水、通讯设施均已建成。为了充分利用露天矿和现有工业场地所建的公共设施,工矿工矿场地的工业场地应与安太堡露天矿的工业厂址相结合,工业广场的大小是为六百米乘以四百米的面积,面积27 km2。结合本井田周边矿井类似围岩的情况，与围岩相似,根据大同市地区实测资料,根据松动层移动角45度和岩层移动角60度,建立了安全煤柱。根据煤矿的特殊开采方法,工业广场的防护等级为I级。由于保护带宽度为20米,采用垂直截面法计算工业广场保护煤柱的留设宽度。在绘制后,可以看出工业广场中柱的形状是梯形的,并计算和计算了每个煤层的梯形的大小和面积。 工业广场

32、的保护煤柱量为：Q=SM式中， (2-3)Q保护煤柱量,Mt。对于 4 号煤层，工业广场煤柱损失为：Q=SM=2241281.4012.24=3.8Mt主、副、中央风井均位于工业广场里面，其保护煤柱小于工业用煤柱。因此,应通过工业场地的边界圈定煤柱的边界。以后使用两翼对角通风。东风井和西风井的保护煤柱单独计算。大巷保护煤柱根据本书中的有关内容,矿井主巷布置在4号煤层和9号煤层中,设计主要放在主巷道两侧。20 m煤柱,两相邻巷道之间的距离为30车道,距离为30米。通常情况下计算保护煤柱的公式为:Qd=LbM (2-4)式中，Qd大巷保护煤柱煤量，Mt；L大巷长度，km；b大巷保护煤柱总宽度，m；

33、煤炭容重，t/m3；M煤层厚度， m。Zd4= LbM=82812201.4012.24=5.7mt3) 煤大巷的保护柱为矿井可采储量计算通过计算各种煤柱的储量损失,可以按公式计算矿山的可采储量。Z=(ZgP)C (2-5)式中，Z矿井可采储量，Mt；Zg矿井工业储量，Mt；P 各种煤柱储量损失之和， %C表示的含义是该地区煤层采出率为百分之七十五,中厚煤层不小于百分之八十,薄煤层不小于百分之八十五。该矿主要煤层为厚煤层,煤层厚度为百分之七十五。2.4矿井设计生产能力及服务年限2.4.1矿井工作制度煤炭工业矿井设计规范规定：“矿井设计生产能力按工作日 300d 计算。每天 4 班作业，每天净提

34、升时间为 20h。”同时，随着社会进步和劳动制度改革，目前综采多采用四六制，每班工作 6 小时，三班出煤一斑检修。以缩短煤矿工人的辅助劳动时间，减轻煤矿工人的劳动强度。因此，确定矿井设计年工作日为 300d，工作制度采用“四六制”， 每天四班作业，三班生产，一班准备，每班工作 6h，掘进按四班生产作业。矿井每昼夜净提升时间为 20h。2.4.2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、国家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。矿区规模可依据以下条件确定：1）资源情况：

35、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的太大。2)开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近大城市及老矿区）、交通（铁路、公路、水运）、用户、供电、供水、建筑运料及劳动力来源等。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，反之应缩小规模。2.4.3矿井服务年限可采储量ZK、设计生产能力A与矿井使用寿命t三的关系为:T= Z/AKZk (2-6) Z矿井可

36、采储量，Mt；A设计生产能力，Mt；T矿井服务年限，a；K矿井储量备用系数，取 1.2。则矿井设计服务年限为：T=Z/AK=257.9/4.171.2=51a 表2-2 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限表矿井设计生产能力/ Mta-1矿井设计服务年限第一水平设计服务年限（煤层倾角）6.0及以上70353.0-5.060301.2-2.4502520150.45-0.9402015102.5井型校核下面按矿井的实际煤层开采能力，各辅助生产环节的能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核。2.5.1煤层开采能力煤层开采能力矿井的开采能力取决于回采工作面和带区的生产能力，根据本设计第矿井开拓与采煤

37、方法的设计可知，该矿由于煤层地质条件较好，各煤层厚度较厚， 根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，布置一个一次采全高综放工作面完全可以达到本设计的产量。3.井田开拓3.1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。本矿井开拓方式的确定，主要考虑到以下因素：1)地形地貌比较复杂陡峭，为于山地丘陵地区；2)煤层埋藏深度较小，而且表土层很薄；3)该露天煤矿角

38、煤是矿区主要的可采资源。煤炭洗选厂、专用铁路等工业设施的建设相对完善。 4)采区在井坪公路西北侧交通十分便利。5)该矿为低瓦斯矿井。要确定对外开放的问题,就要遵循国家的相关政策,全面考虑地质、开采技术等诸多影响，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：1)严格遵循国家有煤炭工业的技术政策是创造良好的煤炭条件,良好的早期煤炭和高产高效的能源。在保证安全可靠生产的条件下,应减少开发量,尤其是初期建设量,节约资金投入,加快矿山建设。2)详细规划应注重开发部署,简化生产系统,尽量不分散生产,实现合理、集中生产。3)合理开发国家资源,减少煤炭损失。4)坚决遵循煤矿安全生产的有关

39、规定。应建立完整的通风、运输和供电系统,以建立良好的生产条件,减少巷道维护,保持主要巷道完好。5)要适应技术和装备供给的现状,为采用智能新技术、新材料、机械化采煤、机械化综采和自动化创造条件。6)根据用户的需要,应注意不同介质和煤种的单独开采,以及其他有益矿物的综合开采3.1.1井硐形式、数目及配置1）井硐形式、数目及配置我国竖井一般有竖井、斜井、平硐三种形式。在正常情况下,平硐是最简单的,最复杂的结构是立井。在坑道中,仅限于利用地面的埋藏条件。只有在适宜的地形条件下,高山岭、丘陵沟壑区才位于煤层中,工业场地和进口铁路容易布置。上山段的储量大致可以满足同一种井型。该煤层平均倾角为56度,接近水

40、平煤层;埋深17034.4m;表层平均厚度26005m,无流砂层;水文地质条件简单,涌水少;井筒不需要特殊的施工方法,因此坡度较低。水平或垂直井开发可以使用。通过对方案的比较,可以定型为“主立井副立井和回风井”,确定工业广场和井口位置。平硐开拓受地形及埋藏条件限制，要求地形条件合适，即在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的要求。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

41、含水层的威胁；主提升胶带有相当大的提升能力，可满足特大型矿井提升的需要；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，辅助提升能力小，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。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，可满足高瓦斯的矿井、煤与瓦斯突出的矿井需风量的要求，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

42、和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工复杂，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，基建投资大。本矿井煤层倾角为5，为近水平煤层；表土层厚，无流沙层；水文地质情况比较简单，涌水量小；煤与瓦斯不突出矿井。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，可以按以下原则确定：1)沿井田走向的有利的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

43、较短，通风阻力小。2) 沿井田倾向有利的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

44、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。综合考虑以上各方面原因，工业场地内布置主井、副井，及回风井。其中主井井筒主要承担矿井煤炭提升并且兼进风；副井井筒主要担负矸石、人员、设备及材料

45、等辅助提升和进风，回风井主要承担回风任务。3.1.2开采水平的确定家岭矿主要煤层为4, 9和11煤层,4煤层为低硫煤,9或11煤层为中高硫煤,两组煤平均间距为50m,考虑到井田4号煤的开采量为250.31 Mt,开采强度大,服务年限大。Fe较短,易造成后期配煤困难。本设计为水平集中开发,即主水平布置在煤层中部9号煤层。主斜井和副井直接挖掘到9号煤层,同时设置煤层4的辅助水平,分别设置上下煤组。有三条主巷,如输送机的大巷、辅助运输巷和回风巷,上下煤皮带巷由井底中央煤仓连接。橡胶轮的辅助运输车道由辅助斜井连接,回风车道通过回风轴连接。上4煤层辅助开采低硫4煤层为第一煤层,下部9煤层下部煤层,高硫煤

46、组9、11煤层。由于11煤层为中高灰高硫煤层,沿4煤层和9煤层分别布置水平大巷。井田大部分煤层靠近水平煤层,角小于5度。主要运输由胶带运输,辅助运输由无轨防爆胶轮运输。所有的巷道都沿煤层布置。根据煤层赋存条件、主、辅运移及开发系统布置情况,将矿井开采水平划分为:9号煤的主级为+98924m,4号煤的辅助水平为+1036.52 m。3.1.3工业广场的位置、形状和面积的确定为合理布置工业场地，应充分利用荒山、坡地、劣地，尽可能不占用良田、少占农田，尽量不妨碍农田水利建设，尽量避免拆迁村庄和改道河流，也不要占用重要文化古迹和园林。同时还应符合下列要求:1、要有足够的场地，便于布置矿井地面生产系统和

47、建筑物、构筑物。2、要有较好的工程地质和水文地质条件，尽可能避开滑坡、岩崩、泥石流、溶洞等不良地段，既是便于施工的需要，也是防止自然灾害侵袭的需要。3、要便于供电、供水、和与外部的运输联系，附近有便于建设居住区、排矸场的地方。4、要充分利用地形，使工业场地布置和地面运输合理，并使平整场地的工程量较少。根据以上原则和本矿井的实际情况，工业广场与主副井筒布置位置相同，其面积及保护煤柱的大小详见第二章第三节内容，工业广场面积14.4 公顷，定为480m300m的矩形。3.1.4开拓巷道布置方式开拓巷道是指为全矿井、一个水平或若干采区服务的巷道，如井筒、井底车场、主要石门、运输大巷和回风大巷（或总回风

48、道）、主要风井等。大巷担负着开采水平的煤、矸石、物料和人员的运输以及通风、排水、敷设管线的任务。对大巷的基本要求是便于运输、利于掘进和维护、能满足矿井通风和安全需要。3.1.5矿井开拓方案开拓主要考虑以下二种方案：立井单水平开拓方式，斜井单水平开拓方式。立井单水平开拓方式：采用立井单水平开拓时，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，但采用这种方法开拓时，受太灰水的限制，致使井筒需打在煤层较深处，增大井筒的保护煤柱量，并且立井井筒施工技术复杂，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。在煤炭提升方面不能连续提升。斜井单水平开拓方式：

49、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，地面工业建筑、井筒装备、井底车场简单，主提升胶带化有相当大提升能力，连续提升，能满足特大型矿井的提升需要，斜井井筒可作为安全出口，但是采用斜井开拓的话，井筒长，辅助提升能力小，提升深度有限，并且通风线路长、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。3.1.6矿井开拓方案比较（1）提出方案图 3.1立井多水平开拓图 3.2斜井多水平开拓图 3.3主斜副立单水平集中开拓3.2矿井基本巷道3.2.1主立井主立井布置在工业广场西部，主要用于提升煤炭兼做进风出口。井口标高大约1300米，井底标高990 米，因为

50、胶带输送机为主要运输工具，井筒的长度300m。将井筒的横截面设计为半圆拱形，宽度为 5.5米，横截面积 18.47 m2。用混凝土将表面出漏的土地加固起来，支护厚度 4.6米，掘进断面积 24.85 m2；推进到较为稳定的基岩区域，在锚喷支护中,树脂锚杆是最佳选择,锚固深度为2米,间距为700700 mm,喷射混凝土厚度为0.15,开挖面积为20.16 m2。为了便于煤的去除,巷道底板铺设了0.15米厚。3.2.2副立井副斜井布置在工业广场南部，安设特制的罐笼，可以使无轨胶轮车整车下井， 进行矿井辅助运输，承担进风井，升降人进风等。井口标高+1280.00m，井底标高+982.60 m，井筒的

51、全长为 297.40 m（至 9 煤），井筒的净直径为 9.2 m。井筒净断面面积为 66.44 m2，表土段使用混凝土砌壁，支护厚度为 1100 mm，掘进断面面积为 102.02m2；基岩区域将混凝土砌壁这一方法作为第一选择，支护厚度为 550 毫米，掘进面积为 83.28 m2 3.2.3回风立井风井设置在工业广场的南部边界,用作回风和安全出口。井口+1280 m,井底989.24 图3.4 回风立井示意图m,井眼深度为243.48米(4煤层),全长290.76 m(11煤层),直径5000 0mm,井网19.63 m2净破面积,表层采用常规施工方法CONCR。砖墙700mm,掘进断面积

52、32.15M2。基岩段采用混凝土衬砌井壁400 mm,“钢-玻璃-钢”复合材料梯形装置3.3井底车场本井田采用立井开拓，煤炭运输由箕斗提升运至地面，辅助运输从地面至井下工作面均采用无轨胶轮车连续运输，将胶轮车加油站及设备检修设置在地面，井下设有中央变电所、水泵房、水仓、爆炸材料发放硐室、等候室、机头硐室联络巷等。1）井底车场矿井煤炭运输方式采用箕斗提升。主井下部设井底煤仓。辅助运输为无轨胶轮车运输，倾角小，地面设备、材料在材料棚装车后通过副斜井直接进入各工作地点，系统简单，无需转载。根据上述特点井底车场布置在副井下部，包括水仓、主排水泵房、中央变电所、及无轨胶轮车行车道、等候室等。图3.5 井

53、底车场示意图3.4主要开拓巷道本矿井布置一条胶带运输大巷，一条辅助运输大巷及一条回风大巷，均布置在煤层底板岩层中，大巷水平间距30 m，共三条大巷。为便于在巷道交叉时架设风桥等构筑物，大巷位于井田中央，沿煤层倾向布置。主要运输大巷铺设混凝土底板，厚度100mm，辅助运输大巷铺设混凝土底板，厚度200mm。 4.带区巷道布置4.1煤层地质特征4.1.1盘区位置按照学院对毕业设计的统一部署，学生在做设计时，仅需在图上作出首采盘区示意图，首采盘区的设置应当尽量靠近井底车场，这样做施工简单方便，同时也节约了资源，施工时间大大缩短，开采的成本也低，投资回报快.本区首采盘区为4号层，因为4号距地面距离小，

54、煤层赋存情况好，是首采盘区合适选择对象.4.1.2带区煤层特征带区所采煤层为 4 号煤层，颜色为深黑色，条痕为黑褐色，以弱玻璃光泽为主，沥青光泽为辅，条带结构，水平层理，参差状断口，块状构造，硬度系数为为 1.161.38， 平均 1.27。内生裂隙较发育，碳酸盐类矿物充填，为石炭系上统太原组顶部，上组煤主要可采煤层，煤厚平均 12.24 m，煤层平均倾角 5，平均容重 1.40 t /m3。区内煤层结构简单，夹矸 23 层，多为泥岩和炭质泥岩，块状构造，断口阶梯状，内生裂隙发育， 裂隙面见黄铁矿薄膜层，局部为黄铁矿。全区稳定可采。灰分含量 25%左右，属中、高灰煤；硫分小于 1%属低硫、特低硫煤；磷含量皆小于0.05%，属低磷和特低磷煤；原煤弹筒发热量为 29.0MJ/kg33.04MJ/kg，挥发分 37%46.52%，可作动力用煤，带区平均瓦斯涌出量较小，煤尘具有爆炸危险性，煤层具有自燃倾向性，自燃倾向性等级为4.1.3煤层顶底板岩石构