采矿工程本科毕业设计吴村煤矿程村矿井

目 录前 言2第一章 矿区概况及地质特征31.1 矿区概况31.2 地质特征51.3 井田勘探程度12第二章 矿井储量、年产量及服务年限142.1 井田境界142.2 井田储量142.3 矿井设计生产能力及服务年限16第三章井田开拓173.1 概述173.2. 井田开拓173.3 井筒特征183.4 井底车场及硐室21第四章 采区布置及装备244.1 采煤方法244.2 采区布置及生产能力254.3 巷道掘进26第五章 准备方式285.1 概述285.2 准备方式28第六章 通风和安全336.1 概况336.2 矿井通风336.3 矿井风量、负压及等积孔计算346.4 通风设备366.5 灾害预防及安全装备39第七章 环境保护457.1 概述457.2 各种污染的防治措施467.3 地表塌陷处理477.4 机构设置及专项投资48参考文献52前 言长期以来，全国煤矿通过坚持“安全第一，预防为主，综合治理”的方针、依靠科技进步、推进安全综合治理、重视安全思想教育、强化安全技术培训和开展各种形式的安全宣传活动等，促进了全国煤矿安全生产状况的好转。但受诸多方面的因素制约与限制，全国煤矿事故多、伤亡重、经济损失大的状况尚未得到根本好转，致使每年煤矿事故死亡人数一直徘徊在六七千人左右，位于全国各行业之首。煤矿事故多、伤亡大，不仅给职工家属带来了极大痛苦，也会给国家造成巨大的经济损失和严重的政治影响。每发生一起特大事故，尤其是瓦斯爆炸事故，都在社会上引起广泛影响，它直接涉及到社会安定与政治稳定。我国煤矿开采的煤层大多瓦斯含量大、透气性低且地质构造复杂，不易在开采前抽放瓦斯，但在采掘时，瓦斯放散量大，再加上开采煤层地质条件复杂和开采规模的扩大、开采集约化程度的提高，导致采动诱发的应力场、煤岩体裂隙场及瓦斯流动场的变化更加复杂多变，在一定条件下，容易诱发煤与瓦斯突出和瓦斯的突然涌出现象，造成瓦斯事故。在目前的能源供应条件下，对高瓦斯矿井和瓦斯突出矿井，不可能采取停产关闭的措施。为此，只能是自主开发与之相应的安全技术，以确保高瓦斯矿井和瓦斯突出矿井的安全生产。矿井通风是矿井各生产环节中最基本的一环，它供给矿井新鲜风量，以冲淡并排出井下的毒性、窒息性和爆炸性的气体和粉尘，保证井下风流的质量(成分、温度和速度)和数量符合国家安全卫生标准，提供良好的工作环境，防止各种伤害和爆炸事故，保障井下人员身体健康和生命安全，保护国家资源和财产，在矿井建设和生产期间始终占有非常重要的地位。矿井通风技术是煤矿治理瓦斯、煤尘及火灾的基础，合理高效的矿井通风系统是煤矿安全生产的基本保障。随着科学技术的发展，煤矿生产的机械化程度不断提高，矿井开采规模迅速扩大，通风线路随之加长，通风阻力增加，工作面配风困难，通风难度相应增加；另外，随着开采深度的增加，由于地热、机电设备散热、火区散热、气候变热等因素，致使高温矿井也逐渐增加，矿进热害治理也成为矿井通风工作的一个重点；再者，在一些寒冷地区，冬季气温很低，对进风风流预热也成为通风要解决的难题。为了解决煤矿通风的难题，总结矿井通风的丰富经验和科研成果，促进煤矿安全技术的发展，减少和杜绝煤矿事故的发生。第一章 矿区概况及地质特征1.1 矿区概况1.1.1 位置交通吴村煤矿程村矿井位于焦作煤田东部，行政区划属薄壁乡和王井屯乡管辖。地理坐标为113o 3130“ 113o35，北纬35o2330”35o26。井田西距焦作市45km，东北至辉县26km，东南至新乡35km南距获嘉县20km。井田南部20km和3km处分别有新乡至焦作铁路以及吴村煤矿辉县新乡的762mm窄轨铁路东西向通过，薄壁获嘉的公路从井田内穿过，交通十分便利。矿区吴村煤矿程村矿井地理位置交通图1.1.2 地形地貌及水系程村井田位于太行山南麓，为山前冲击平原，地势西北高、东南低，海拔标高8896m。除工业场地南北两侧由于人为取砂而形成两个大坑外，井田地势均较平坦，相对高差极小。井田内无常年性河流。惟清水河流经井田南缘，由西向东注入卫河。该河为季节性河流，属卫河水系，以排泄洪水为主，峪河口站历史最高洪水位为90.2m（新乡水文局提供），发生在1963年8月8号。1.1.3 气象及地震情况本区属大陆性半干旱季风气候。年降雨量317.1731.7mm，平均522.5mm，降雨多集中于六八三个月。年最大蒸发量为1550.1mm，最低气温为-19.9，最高气温为41.5。四季多为东北风，最大风速为18m/s。据河南省地震局资料记载，本区曾发生过多次地震，其中最大一次的地震是1587年4月10日在修武县发生的六级地震，基本烈度为度。综合历次地震对本区造成的影响，本区的地震基本烈度为度。1.1.4 矿区经济概况及主要建筑材料供应情况本区地处豫北平原，农业基础条件好，盛产小麦、玉米、大豆和棉花。工业为河南省较发达地区，主要以电厂、水泥厂、建材厂、铝厂、化肥厂等为主。工业对煤炭的需求量大，而新乡所辖8个县市仅有2座煤矿，煤炭资源短缺，产品供不应求。吴村煤矿拥有一座4.4万t水泥厂，井田北数十公里的太行山有极为丰富的石灰岩资源，故矿井建设所需的主要建筑材料，包括水泥、料石、砖砂及石子等均可实现就地供应。钢材及木材通过窄轨铁路和公路由外地运至矿井工业场地。1.1.5 现有电源、水源条件一 电源条件井田东南8km有冀屯110kv区域变电站，井田西北4.5km有薄壁35kv变电所，井田西南8.8km有吴村煤矿35kv变电所。井田周围现有三处可取电源，且供电距离短，电源可靠。二 水源条件矿井可供选择利用的水源有两个：一个是第三、四系沙砾石含水层的潜水，据调查本井田工业场地300700m左右的北北西方向和南南西方向上共分布有7眼水井，井深均为3040m，单井流量80120m3 /h，水质好，可作为矿井生产生活用水水源。另一个是处理后的矿井排水，由于矿井排水量较大，为节约水资源，处理后的矿井排水可作为井上下洒水用水。1.2 地质特征1.2.1 地质构造一 地层本区上部为巨厚的第三、四系地层，下部为二迭系、石灰系及奥陶系等老地层。据钻孔揭露资料，地层分布具有以下特点：二1 煤上覆基岩长期受风化，二迭系大部分地层被剥蚀，故井田内二1 煤顶板基岩较薄，基岩之上的第三、四系地层较厚，平均厚度421.06m。二 构造焦作煤田位于华北板块的南部太行构造亚区，煤田分布受太行山断隆和开封坳陷的直接控制，煤田构造以高角度正断层为主，伴有褶皱。程村井田位于焦作煤田东北部，主要受北东向区域断层（F14、F15）及西北向区域断层（F20）切割，井田内地层抬升，构成了本井田低垒型构造单元。井田基本构造形态为一向南西倾伏的宽缓背斜。井田构造复杂程度为中等偏简单。1 背斜构造背斜轴部宽缓，轴线位于1003、3001及5204孔连线附近，F21 断层斜交轴部穿过。背斜北西翼地层走向近南北，倾向西，倾有3o 左右，该翼受F21 、F23 、DF2 三条断层的切割，煤层呈条块分布，连续性较差。南东翼地层走向北西，倾向南西，倾角一般为4o5o ，伴有次一级的小向斜构造，使地层产状局部有一定变化。2 断层井田共发现有9条正断层，其中4条为井田边界断层，落差介于50700m之间。另外5条属井田内断层，除F21 断层落差为2744m外，其余4条井田内断层落差均小于30m。井田内断层基本上为东西向延展，呈相对集中发育。详见断层特征表1-2-1。断层特征表1-2-1断层名称断层位置性质走向倾向倾角（度）落差（m）延展长度（km）控制情况九里山断层（F14）西北边界正NENW705065060控制较差，位置有一定摆动峪河断层（F20）西南边界正N60oWSW7030070035东耿村断层（F15）东南边界正N60oESE60601403020、25、30、35物探线均有明显反映，5202孔、与50-2孔煤底标高明显不连续控制较好F21断层井田内正近EWN65约44635、J3、J4物探线控制，4401孔穿见，35物探线以西控制较好，以东则无控制F23断层井田西正S85oES20301.730物探线反映明显，1002、4801两孔穿断层控制较好DF1断层井田西南正N75oESE65111.4100物探线反映明显，别无工程控制，故控制较差，摆动较大DF2断层井田西正近EWS65约307.535物探线有明显显示，无其他控制位置及方向摆动性较大F21-1断层井田东部正N53oWSW70121200物探线线上反映明显，后3001孔在在该处穿见得以验证，仍属一点控制，有较大摆动F22断层东南边界正N40oESE70601.7依据三个钻孔煤底标高不连续推断，无直接控制，对井田内煤层开采无影响1.2.2 煤层与煤质一 煤层本区含煤地层为石炭二迭系。二迭系山西组含煤3层，煤层总厚4.21m，其中二1煤全区发育，普遍可采，系本井田勘探和开采的主要对象。石炭系太原组含煤9层，仅一2 煤层全区发育，普遍可采。二1煤赋存于山西组下部，下距L8 灰岩平均37.52m，下距寒武系O2m 灰岩顶平均148.33m。区内19个钻孔穿见该层位，除4401及1004孔断失、1002孔受断层影响外，其余16个钻孔穿见煤层全部可采，煤厚为2.574.87m，平均4.15m，属稳定型厚煤层。煤层结构简单，少数钻孔见有夹矸，夹矸厚0.15m。一2 煤赋存于太原组底部，上距二1 煤层115.05136.65m，平均117.7m，其直接顶板为太原组L2 灰岩。区内5个钻孔穿见，煤厚3.04.79m，平均3.71m，属稳定型煤层。一2 煤结构较复杂，普遍含夹矸14层，夹矸厚0.190.65m，平均0.37m。因该煤层水文地质条件极为复杂，同时煤质属中灰高硫，勘探当中仅进行了一般控制了解，故勘探程度低，目前开采条件尚不具备。详见可开采煤层特征表1-2-2。可开采煤层特征表1-2-2煤层煤层厚度煤层结构稳定性倾角视密度顶底版岩性备注最小最大平均夹矸层数夹矸厚度煤层结构顶板底板二12.54.874.1517孔中有7孔含夹矸12层00.15较简单稳定型3o5o1.47较稳定型较稳定型开采对象1 煤质及用途二1 煤以粒状煤为主，次为粉状和块状，块煤强度大，坚硬。原煤水分1.52，原煤灰分平均12.7315，硫分0.430.5，磷含量0.034，发热量28.88MJ/kg，属低水、低灰、特低硫、低磷、中高发热量、不易磨碎极易选的三号无烟煤。二1 煤是极易良好的化工、冶金及动力用煤，亦是良好的民用燃料。2 风氧化带厚度对施工钻孔的统计并结合井检孔资料，岩层受风洋、氧化作用影响的厚度为14.7m46.2m，平均为19.59m。煤层未作专门性工作，结合岩石的风氧化带的厚度，地质报告二1 煤层风氧化带下限为基岩垂深20m。风氧化带内煤层原煤水分、灰分、挥发分明显增高，发热量降低，结构疏松，密度变小。煤质特征表1-2-3煤层名称灰分硫分发热量磷含量煤质牌号二1 煤层12.73150.430.528.88MJ/kg0.034无烟煤1.2.3 水文地质条件1、区域及井田水文地质条件焦作煤田北部为太行山，是地下水的天然补给区。焦作煤田地处区域地下水的径流区，区域水文地质条件复杂。本井田地处焦作煤田的东部边缘，井田水文地质条件相对区域水文地质条件略显简单。井田的地垒型构造单元使井田四周的主要含水层均低于本井田，井田三面构成了相对隔水边界，唯一接受补给的是井田东北部的二1 煤层露头。故本井田形成了相对孤立的水文地质单元。2、主要含水层（1）第三四系砂砾石含水层：砂砾石层累计厚度18.29200.48m，平均109.55m，占覆盖层总厚的25.7。砂砾石直径28cm，一般3cm左右，呈互层状发育，一般在东西方向上发育较稳定，南北方向上不稳定且具相变性。垂深50m以浅为空隙潜水，井田周围水井调查资料：井深3040m，单井流量80120m3/h，水位埋深710m。50m以深为承压水，48-3孔抽水资料：单位涌水量7.951L/s.m，抽水段高度1.02212m，水位标高91.99m。垂深200m以深无抽水资料，从钻孔取芯结果看，该段砂砾石层松散无胶结、空隙率大，和上部含水层岩性对比一致，富水性推断为中等以上。第三、四系底部本井田普遍发育有含水层，由沙砾石与砂质粘土交替沉积组成，井田部分范围底部含水层与基岩风化带直接接触，地质报告称为“底含”。95-1孔、4002孔（距井筒约600m）均对底部含水层包括“底含”进行了抽水试验，抽水深度分别为365.5421.59m、400.5415.15m，抽水结果：单位涌水量0.19180.4937L/sm,渗透系数0.933.1m/d，富水性中等。（2）、二1煤顶板砂岩含水量：二1煤顶部60m高度内含砂岩35层，厚2.0129.84m，平均厚14.04m。砂岩裂隙不发育，补给条件较差，富水性弱，易于疏排。（3）、太原组上段L8灰岩含水层：为二1煤层底板直接冲水水含层。灰岩厚5.918.47m，平均7.24m。井田内包括井检孔在内共13孔揭穿，仅4001孔见该层段岩心破碎，岩溶裂隙发育，冲液量全泵量漏失，经抽水试验，单位涌水量0.86181 L/s.m，渗透系数13.99m/d，水位标高86.40m。其余钻孔均不漏水，说明其岩溶裂隙发育极不均一。该含水层富水性属中等。（4）、太原组下段L2灰岩含水层：灰岩厚12.9018.79m，平均15.94m。该含水层岩溶裂隙较发育，富水性较强，但不均一。据邻区6002孔抽水资料，单位涌水量1.090 L/s.m，渗透系数9.87m/d，水位标高86.98m。在无较大断层影响时，该含水层距二1煤层较远，平均为101.76m，且与上段L8灰岩含水层之间无水力联系，因此对二1煤层开采影响不大。3、主要隔水层：（1）、二1煤层底板隔水层：位于二1煤层与L8灰岩之间，主要由泥岩、砂质泥岩、砂岩及薄层灰岩组成，厚28.1550.64m，平均37.52m，该层段岩性致密，裂隙不发育，透水性较差，隔水性良好，是阻隔L8灰岩水进入二1煤层矿坑的重要隔水层。（2）、太原组中断隔水层：由L8灰岩底至L3灰岩顶之间的泥岩、砂岩、薄层灰岩及薄煤层组成。该段厚46.4753.52m，是太原组上、下灰岩含水层之间的重要隔水层。（3）本溪组铝土质泥岩隔水层：介于L2灰岩之下、奥陶系灰岩之上，由铝土质泥岩和铝土岩组成。钻孔揭露厚度为18.5120.45m，平均19.48m。该层段层位稳定，具有良好的隔水性，但在断裂带或沉积薄弱地带，将失去或降低其隔水能力。4、矿井充水因素分析邻近生产矿井有方庄煤矿、白庄煤矿、魏村煤矿、古汉山煤矿，其矿井的充水水源多以底板灰岩水为主。分析本矿井的充水因素，浅部煤层应主要防止第三、四系砾石特别是底部含水层水，中深部煤层开采应预防底板灰岩直接突水或通过断裂构造带突水。二1煤层之上基岩保留厚度较小，部分井田范围底部含水层直接与基岩风化带接触形成“底含”，故浅部二1煤层必须留设防水煤岩柱，防止“底含”水通过裂隙溃入矿坑。本井田-425m水平灰岩静水压力达51kg/cm2，而二1煤层底板隔水层厚度平均为37.52m，即0.74m隔水层将承受1 kg/cm2压力。依据焦作矿务局开采经验，0.71.0m厚隔水层可承受1kg/cm2水压来推断，本井田二1煤层底板隔水层的承受能力基本处于极限状态，未来生产当中，底板灰岩的富水区域存在有突水可能性，应加强防范，一方面要保护煤层底板隔水层的完整性，另一方面要根据实际情况，采取底板注浆加固隔水层等有效技术措施。井田断层较多，断层不仅破坏了煤层底板隔水层的连续性，而且缩短了煤层与含水层之间的距离，甚至使两者直接对接（F21断层局部地段），故断层为底板灰岩水突入矿坑创造了条件。本井田1004孔在-407.86-441.99m处揭穿F21断层带，通过对断层带抽水，其单位涌水量0.01530.0188L/s.m，渗透系数0.0470.0514m/d，说明断层具有一定的富水性。故矿井建设和生产当中应引起足够重视，需留设断层煤柱。5、井田水文地质类型及矿井涌水量原精查地质报告提供本井田水文地质类型为三类二亚类三型，后井检孔施工补作水文地质工作后，地质部门对井田水文地质类型重新进行了评价，省煤炭工业技术委员会组织评审后，省煤炭工业局对水文地质类型进行了批复，同意将矿井水文地质类型变更为三类二亚类二型，即冲水水源以底板岩溶裂隙水为主的水文地质条件中等偏复杂类型。地质报告对矿井涌水量的预算分别采用了“大井法和“比拟法”两种方法，由于矿井主要含水层仅抽水一次，故“大井法”采用的参数代表性较差，预算结果误差相对较大。而采用吴村煤矿生产资料所进行的“比拟法”预算结果较为客观，可以作为设计依据，其预算的矿井涌水量为：-425m水平 正常涌水量1260m3/h最大涌水量1890m3/h全井田正常涌水量1320m3/h最大涌水量1980m3/h1.2.4 开采技术条件1、瓦斯本井田二1煤层瓦斯取样9层次，取样深度在430.74549.61m之间瓦斯成分主要以N2为主，瓦斯含量中CH4含量甚微，有4个样CH4含量为0，最高为1.83ml/g.r。故该区二1煤层属瓦斯风化带，矿井属低沼。分析井田瓦斯低的原因，主要是二1煤层顶部基岩薄，地垒型构造有利于瓦斯逸散所致。2、煤尘爆炸性与煤层自燃经测定，该井田二1煤层氧化样与还原样燃点之差812，属不自燃煤层，火焰长度均为零，无煤尘爆炸危险性。3、地温据地温测井资料，最高地温19.2（井田内4403孔），平均地温梯度0.7/百米，属地温正常区。4、煤层顶、底板岩性条件二1煤层顶板岩性条件：井田内16个见煤钻孔统计，二1煤层直接顶板为泥岩和砂质泥岩的各有6个孔，泥岩厚18.2m，砂质泥岩厚2.0213.69m，另有4个钻孔直接顶板为砂岩，砂岩厚1.0511.62m。泥岩和砂质泥岩的平均抗压强度为39.551.9MPa，属较稳定型顶板。直接顶板之上为中细粒砂岩（大占砂岩）老顶，坚硬一般不易垮落。二1煤层底板岩性条件：二1煤层直接底板为泥岩和砂质泥岩的各有7个孔，厚2.047.76m，另有2个钻孔直接底板为砂岩，砂岩厚7.5215.95m。泥岩和砂质泥岩的平均抗压强度为39.548.0MPa，均大于30 MPa，属较稳定型底板。1.3 井田勘探程度原精查地质报告提供本井田水文地质类型为三类二亚类三型，后井检孔施工补作水文地质工作后，地质部门对井田水文地质类型重新进行了评价，省煤炭工业技术委员会组织评审后，省煤炭工业局对水文地质类型进行了批复，同意将矿井水文地质类型变更为三类二亚类二型，即冲水水源以底板岩溶裂隙水为主的水文地质条件中等偏复杂类型。本区含煤地层为石炭二迭系。二迭系山西组含煤3层，煤层总厚4.21m，其中二1煤全区发育，普遍可采，系本井田勘探和开采的主要对象。石炭系太原组含煤9层，仅一2 煤层全区发育，普遍可采。二1煤赋存于山西组下部，下距L8 灰岩平均37.52m，下距寒武系O2m 灰岩顶平均148.33m。区内19个钻孔穿见该层位，除4401及1004孔断失、1002孔受断层影响外，其余16个钻孔穿见煤层全部可采，煤厚为2.574.87m，平均4.15m，属稳定型厚煤层。煤层结构简单，少数钻孔见有夹矸，夹矸厚0.15m。一2 煤赋存于太原组底部，上距二1 煤层115.05136.65m，平均117.7m，其直接顶板为太原组L2 灰岩。区内5个钻孔穿见，煤厚3.04.79m，平均3.71m，属稳定型煤层。一2 煤结构较复杂，普遍含夹矸14层，夹矸厚0.190.65m，平均0.37m。因该煤层水文地质条件极为复杂，同时煤质属中灰高硫，勘探当中仅进行了一般控制了解，故勘探程度低，目前开采条件尚不具备。本井田二1煤层瓦斯取样9层次，取样深度在430.74549.61m之间瓦斯成分主要以N2为主，瓦斯含量中CH4含量甚微，有4个样CH4含量为0，最高为1.83ml/g.r。故该区二1煤层属瓦斯风化带，矿井属低沼。邻近生产矿井有方庄煤矿、白庄煤矿、魏村煤矿、古汉山煤矿，其矿井的充水水源多以底板灰岩水为主。对施工钻孔的统计并结合井检孔资料，岩层受风洋、氧化作用影响的厚度为14.7m46.2m，平均为19.59m。煤层未作专门性工作，结合岩石的风氧化带的厚度，地质报告二1 煤层风氧化带下限为基岩垂深20m。风氧化带内煤层原煤水分、灰分、挥发分明显增高，发热量降低，结构疏松，密度变小。浅部煤层应主要防止第三、四系砾石特别是底部含水层水，中深部煤层开采应预防底板灰岩直接突水或通过断裂构造带突水。二1煤层之上基岩保留厚度较小，部分井田范围底部含水层直接与基岩风化带接触形成“底含”，故浅部二1煤层必须留设防水煤岩柱，防止“底含”水通过裂隙溃入矿坑。本井田-425m水平灰岩静水压力达51kg/cm2，而二1煤层底板隔水层厚度平均为37.52m，即0.74m隔水层将承受1 kg/cm2压力。依据焦作矿务局开采经验，0.71.0m厚隔水层可承受1kg/cm2水压来推断，本井田二1煤层底板隔水层的承受能力基本处于极限状态，未来生产当中，底板灰岩的富水区域存在有突水可能性，应加强防范，一方面要保护煤层底板隔水层的完整性，另一方面要根据实际情况，采取底板注浆加固隔水层等有效技术措施。井田断层较多，断层不仅破坏了煤层底板隔水层的连续性，而且缩短了煤层与含水层之间的距离，甚至使两者直接对接（F21断层局部地段），故断层为底板灰岩水突入矿坑创造了条件。故矿井建设和生产当中应引起足够重视，需留设断层煤柱。第二章 矿井储量、年产量及服务年限2.1 井田境界吴村煤矿程村井田除煤层露头外，其余三面均被区域大断层切割而成为自然边界，西南边界为峪河断层（F20），东南边界为东耿村断层（F15），西北边界为九里山断层（F14）。河南省国土资源厅豫国资采划字2001042号文批复，本矿区范围由8个拐点圈定，拐点坐标为：1、X=39235885、X=3921090Y=38460875Y=384613902、X=39218706、X=3921038Y=38460350Y=384629753、X=39220407、X=3918525Y=38461040Y=384590004、X=39213308、X=3919900Y=38462340Y=38456425井田走向长约3.2km，倾斜宽约1.94.6km，面积15.4km2。2.2 井田储量2.2.1 地质储量程村井田批准的地质储量为166560kt。设计利用地质储量为70390kt（二1煤），其中A级8060kt、B级10620kt、C级51710kt。设计暂不能利用地质储量为96170kt（一2煤），其中C级21200kt、D级74970kt。上述储量计算所采用的煤层最低可采厚度为0.8m，最高灰分40。附：矿井地质储量汇总表2-2-1。2.2.2 可采储量全井田设计利用地质储量（A+B+C级）70390kt，扣除井筒及工业广场、井田边界、断层和浅部防水煤柱等永久煤柱损失，考虑75的采区回采率，矿井获得可采储量30908kt。可采储量占地质储量的44。附：矿井可采储量汇总表2-2-2。项目水平矿井地质储量汇总表单位：kt表2-2-1二1煤层（能利用）储量比例一2煤层（暂不能利用）ABC小计CD小计-425m水平以浅204013570135704050100022804110739050-425696053301207024360小计79607610297504532025.149.0-425m水平以深10030102196025070合计806010620517107039033212007497096170注：1、表中2040、4050系指二1煤层顶板基岩厚度。 2、储量比例计算未包括2040段的C级储量。矿井可采储量汇总表单位：kt表2-2-2煤层水平（m）地质储量（A+B+C）永久煤柱损失开采损失可采储量防水边界断层工广小计二1-425m以浅45320158288853568246422745564416931-425m以深250703431210518986434465913977合计70390158283316567343622917910303309082.2.3 各类永久煤柱留设的原则浅部防水煤岩柱留设：留设浅部防水煤岩柱的目的是，不允许导水裂隙缝带波及第三四系底部含水层。参照建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程及矿井水文地质规程中有关防水煤岩柱留设的规定，经计算顶板基岩40m高度内应全部留作防水煤岩柱；顶板基岩4050m高度之间，建议二1煤层进行限厚开采，限采厚度为2m。防水煤柱损失为15828kt。（1）断层煤柱；断层每侧按5070m留取煤柱，断层煤柱损失为5673kt，不包括井田边界断层煤柱。（2）边界煤柱：井田边界均为断层，故应按断层每侧5070m留取，边界煤柱损失为3316kt。（3）井筒及工业广场煤柱：井筒及工业广场煤柱按岩层移动角留取，其参数选取为：表土层移动角=41，基岩移动角=70，=70-0.7=67。工业广场煤柱损失为4362kt。以上永久煤柱损失共计29179kt，占全井田地质储量的41.5。井田内村庄考虑分期搬迁，不留取煤柱。2.3 矿井设计生产能力及服务年限2.3.1 矿井工作制度矿井年工作日300d，每天三班作业，两班出煤，一班准备，每天净提升时间14h。2.3.2 矿井设计年生产能力的确定矿井设计年生产能力主要取决于地质条件、煤层开采技术条件及可采的煤炭资源量等综合因素。结合本井田的地质条件，设计认为井田覆盖层厚、煤层埋藏较深，矿井应加大开发强度。但由于井田四周受大断层限制，资源有限，只能满足建设一对中型矿井。设计对0.45Mt/a和0.60Mt/a两个方案进行了分析比较：经计算矿井建设规模0.45Mt/a，服务年限49.1a；矿井建设规模0.60Mt/a，服务年限36.8a。参照矿井设计规范对中型矿井服务年限一般为50年的要求，0.60Mt/a的建设规模其服务年限偏短。按照本井田与开采技术条件，设计认为0.45Mt/a的建设规模较适宜和稳妥，且矿井存在增产和发展的潜力。省计委对程村矿井建设项目建议书和可行性研究报告的审查中，根据与会专家的意见，批复同意矿井设计生产能力为0.45Mt/a。矿井为来的实际生产能力，主要取决于外部市场条件。为使矿井生产能力有适应市场需要而调整的余地，设计主要提升环节的生产能力能够满足0.60Mt/a的需要。2.3.3 矿井服务年限矿井可采储量除以矿井设计年生产能力，再考虑1.4储量备用系数，矿井服务年限为49.1年。第三章井田开拓3.1 概述由于本井田上覆第三、四系冲击层较厚，平均厚度为421m，且煤层埋藏较深，平均深度为500m，故采用立井开拓方式。3.2. 井田开拓3.2.1 场地位置选择对本井田井口及工业场地位置的选择，设计着重考虑了如下主要因素：(1)井田冲击层普遍较厚，在满足井下开拓部署合理的前提条件下，井位选择应尽可能使井筒穿过相对较薄的冲击层，以减少冻结深度和建井难度；(2)井田三面受断层限制，走向长仅有3.2km，面积小资源有限，同时冲击层厚带来井筒及工业广场压煤范围较大，故井筒位置应尽可能减少压煤损失；(3)首采区宜布置在F21断层以南的构造简单、煤层控制可靠的高级储量区，而井筒位置在保证首采区不压煤的条件下尽量靠近首采区，减少初期工程量；(4)井田内地形平坦，地面村庄均需要搬迁，井筒位置选择不受地形及村庄限制。综合上述因素后，在可行性研究报告阶段进行了全面技术经济分析比较，设计提出了如下井口位置方案：井田西北一对立井方案:井筒位于F21断层与F14边界断层之间，井口标高+96.3m，井深521.3m（穿过第三四系冲击层厚度430.3m，穿过基岩厚91m），副井水窝深15m。车场水平-425m，层位在二1煤层上约23m基岩内。该方案自井底向南作两条石门，穿过F21断层由煤层底板进入二1煤层，沿煤层走向布置两条运输大巷，胶带运输大巷经胶带运输石门及上仓斜巷转载，将原煤直接运至井底煤仓，主井装载方式为水平上装载。首采区位于F21断层以南、工厂煤柱以外的高级储量区。该方案投产之后，北程村全部搬迁，后北程村部分搬迁，搬迁总户数500户，其中100户搬迁费计入初期投资，400户摊入成本。该方案工业广场压煤4362kt，永久煤柱损失29179kt，矿井可采储量30908kt。3.2.2 水平划分及水平标高本井田浅部煤层开采标高为-325m，深部煤层开采标高为-475m，上下垂高相差150m，倾斜长度2.53km。由于煤层为近水平、倾角35，故全井田划分一个水平开拓较合理。水平标高的确定，设计曾考虑过-400m和-425m两个水平标高方案，为兼顾上下水平倾斜长度和合理的服务年限，最终确定水平标高为-425m。开拓图中显示，-425m水平标高是十分合理的，其上下阶段斜长均为11.5km，水平上服务年限26.9年，水平下服务年限22.2年。3.2.3 大巷布置-425水平设置轨道运输大巷和胶带运输大巷。轨道运输大巷担负辅助运输兼作进风，胶带运输机大巷担负主运输兼作回风。由于井田底板灰岩水压大，存在突水可能，故大巷层位以下以不进入底板岩层为宜。考虑到二1煤层为厚煤层，煤质中硬，顶板较稳定等条件，本着“多作煤巷、一巷多用、有利于大巷支护”的原则，确定轨道运输大巷沿-425m等高线布置在二1煤层中，胶带输送机大巷高于轨道大巷5m布置在煤层顶板内，两大巷水平间距35m。由于煤层走向有一定的起伏变化，胶带输送机大巷采用定向开凿、局部穿层、分段取直。3.2.4 采区划分及开采顺序全井田为单翼开拓布置，共划分了五个采区，其中-425m水平以上3个，-425m水平以下2个。采区走向长11.5km，倾斜宽11.2km。采区开采顺序按照先近后远的原则安排。3.2.5 村庄搬迁规划本井田内有四个自然村庄，这些村庄均位于井田的开采区域内。由于煤层上覆地层多为松散冲击层，其地层的移动角较小，加上村庄较大，所以村庄压煤量达到全井田资源量的80。为最大限度地开发利用这些优质的煤炭资源，实现矿井接替的社会效益和矿井建设的经济效益，这些村庄需要全部搬迁。北程村和后北程村位于首采区内，村庄总面积0.3km2,总户数为615户，矿井投产后北程村应全部搬迁，后北程村部分搬迁，两个村庄搬迁总户数500户，其中100户搬迁费计入矿井初期投资，其余摊入生产成本。矿井投产约第十年搬迁赵屯村，约第二五年搬迁南程村。村庄搬迁地址建议选择在井田东北部一2煤层露头以外，采用相对集中布置。村庄搬迁是一个复杂的社会工程，矿方要认真组织实施。3.3 井筒特征3.3.1 井筒用途、布置及装备1、主井：净直径4.5m，装备一对3t单绳轻型箕斗，主要用作提煤，并兼作矿井回风井。安装梯子作为下一安全出口，井筒内敷设洒水管、动力及信号电缆。2、副井：净直径5.0m，装备一对1t单层单车普通罐笼，用于升降人员、设备及其他辅助提升、兼作矿井进风井。安装梯子间作为井下一安全出口，井筒内敷设三趟排水管、动力及信号电缆。两井筒均采用38kg钢轨管道、20b工字钢罐道梁、玻璃钢梯子间，井梁通过托架和树脂锚杆与井壁固定。3.3.2 井筒施工方法与井壁结构1.井筒施工方法根据矿井新生界等厚线图及井检孔地质报告资料，主、副井穿过的表土层厚度达430m，主要由粘土、砂质粘土几粘土夹砾石组成，其中粘土、砂质粘土占总厚度的50左右，砾石层占总厚度的40左右，粘土夹砾石层占总厚度的10左右。由于粘土的不稳定性，砾石多为含水层，故表土段不能用普通方法施工而需采用特殊凿井。冻结法和钻井法是目前国内常用的特殊凿井施工方法，至1994年底，国内冻结凿井井筒已完成392个，最大冻结深度435m（陈四楼矿副井）；钻井井筒完成46个，最大钻井深度508m（潘三西风井）。冻结法和钻井法相比，施工费用基本相同，但钻井施工存在成井速度低（施工工期比同直径冻结法多8个月）、地面预制井壁和储存泥浆的临时占地大且影响永久建筑、井下开凿马头门和装载硐室无法避免对预制井壁的破坏、井筒存在偏斜等问题。正是由于钻井施工存在井筒偏斜问题，国内提升井筒多采用冻结法施工，考虑到本矿表土段砾石层多有利于冻结而不利于钻进的特点，故设计推荐表土段按冻结法施工，由于表土段底部普遍发育有含水层，主副井采用全深冻结，冻结深度为485m。该冻结深度已超过全国纪录50m，根据我国冻结凿井施工技术的现有水平和成功经验，其成功的把握是比较大的。但仍需要克服一定的难度，并进行技术上的创新。井筒基岩段预计涌水量不大，确定采用普通方法施工。2.井壁结构我国自1995年开始采用冻结凿井法以来，井壁结构得到了不断的改进，从早期的单层砼井壁到双层钢筋砼井壁，再到目前深井冻结中广泛使用的复合井壁结构。复合井壁有以下两种基本结构形式：第一种：塑料夹层双层钢筋砼复合井壁结构其井壁结构的特点：一是内层井壁采用高强度等级砼（目前已达到C60C65），以提高内层井壁的强度；二是内外层井壁之间设置2层4mm厚的聚乙烯塑料板防水层；三是外壁与冻土间铺设2575mm泡沫塑料板，利用其可压缩性，来达到释放井帮部分能量，起到缓压、卸压和保温的作用。该井壁结构形式，其施工工艺简单，施工进度快，造价低，效果好，得到了广泛的应用。目前保持最大冻结深度陈四楼矿副井即为这种井壁结构形式。第二种；沥青板夹层双层钢筋砼复合井壁结构这种复合井壁结构与第一种复合井壁结构最大的不同是以70100mm厚的沥青板夹层取代4mm厚的聚乙烯塑料板夹层。由于沥青板的存在，可使井壁达到缓冲减压和调整压力重新分布的作用，利用沥青板的可压缩变形，使外壁变形或者破坏的能量被沥青板的压缩变形所吸收和释放，以改善内壁受力状况，使内壁不致遭受破坏。该井壁结构形式，其施工工艺较复杂，造价较高，目前应用较少。八十年代末到九十年代初，徐州、大屯及淮北地区，先后有15个冻结井筒其井壁遭受到了破坏。分析破坏的原因，多数学者专家共认的是：表土层底部含水层水位的大幅度下降引起地层沉降，使井壁发生竖向负摩擦力造成了井壁破坏。为此原因，多数负荷井壁结构中新近设置了金属或者塑料可压缩层，其可压缩结构的形式目前尚未成熟定型。综合上述分析，本矿主、副井井筒冻结段井壁结构设计采用塑料夹层双层钢筋砼复合井壁结构形式。表土段底设置竖向可压缩层。其井壁特征如下：（1）主井：冻结上段壁厚1100mm，其中内壁厚600mm，外壁厚500mm，冻结下段壁厚1600mm，其中内壁厚850mm，外壁厚750mm。内外层井壁之间设置4mm厚的聚乙烯塑料板防水层，外壁与冻土间铺设2575mm泡沫塑料板，井壁砼标号为400600号。基岩段采用单层素砼井壁，壁厚350mm，砼标号为300号。（2）副井：冻结上段壁厚1200mm，其中内壁厚650mm，外壁厚550mm；冻结下段壁厚1800mm，其中内壁厚950mm，外壁厚850mm。基岩段壁厚400mm。其余同主井。附：井筒特征表最后需要指出的是，由于本矿井筒冻结深度将超过目前全国纪录50m，所以冻结凿井施工存在一定的难度，要进行技术创新，为此设计将下述课题列为科研及新技术创新项目，成立由科研、设计、建设及施工单位组成的技术攻关小组，共同努力攻克本矿井冻结施工中的技术难题，确保井筒质量和矿井建设顺利进行，为我国冻结凿井技术的发展作出贡献。本矿冻结凿井的科研课题包括：冻结方案优化设计冻结信息化施工技术与冻结壁形成特性预报深部粘土层冻结壁位移实测研究C40C70高性能混凝土试验研究井壁结构优化设计井筒特征表序号名称单位主井副井备注1井口坐标纬距Xm39212153921215经距Ym38458104384580552井口标高m+96.3+96.33提升方位角度27004井筒直径净m4.55.0掘进冻结上段m6.87.5冻结下段m7.858.75普通段m5.25.85井筒断面净M215.919.6掘进冻结上段M236.344.2冻结下段M248.460.1普通段M221.226.46井筒深度冻结上段m200200冻结下段m276.5278.5普通段m44.457.8小计m520.9536.37砌壁冻结段上段厚度内壁mm外壁mm下段厚度内壁mm外壁mm材料钢筋砼钢筋砼普通厚度mm350400材料素砼素砼8表土层厚度m430.3430.39冻结深度m48548510井筒装备一对3t箕斗一对1t罐笼3.4 井底车场及硐室3.4.1 井底车场形式井下大巷煤炭运输为胶带输送机连续运输，井底车场轨道系统仅为辅助运输服务，根据井筒与轨道运输石门的相对位置及进出车方位，井底车场形式采用单环刀把式。3.4.2 空重车线长度及列车调车方式副井井底两侧分设空重车线，空重车线长度按矿井后期1列车牵引20辆1吨矿车组成考虑，各为1列长计50m。井底车场入口设置调车线，调车线长55m。车场绕道内设置材料车线，材料车线长22.7m。列车调车方式：机车牵引列车驶入车场调车线，机车摘钩绕至列车尾部，将列车顶入副井重车线。机车经绕道至副井空车线，挂钩后牵引空列车至车场调车线，驶出井底车场。正常调车时间为6.5min。3.4.3 井底车场硐室名称及位置1、主井装载系统位置及清理撒煤方式井底车场位于二1煤层顶板岩层内，上部基岩厚91m，下距二1煤层顶19m。主井装载系统位置设计曾考虑了“全部上提”（装载水平位于-425m水平以上25m）与“半上提”（ 装载水平位于-425m水平）两个方案。两个方案相比，“半上提” 方案增加主井井筒长25m，增加清理撒煤斜巷长60m，且主井底还要增加排水设施，显然不如“全部上提” 方案优越。所以，设计采用“全部上提” 方案，装载系统委员井底水平上稳定岩层内。主井底撒煤通过在井底车场水平设置的清理撒煤平巷（利用施工巷道）来完成，清理撒煤极为方便。2、井底煤仓形式及容量井底煤仓为圆筒立仓，净直径5m，仓高20m，容量为350t。煤仓位置位于车场水平以上25m至45m，煤仓与装载硐室之间设配煤输送机巷，长13m。3、水仓布置、容量及清理方式在井底车场北侧设置主、副两条水仓，水仓间距20m，主水仓长500m，副水仓长374.4m。水仓容量按照煤矿安全规程指定的公式V=2（Q+3000）计算为8640m3，相当于6.5h的矿井正常涌水量。水仓清理设置有清仓绞车，清仓方式为人工清理。4、井下爆破材料库井下爆破材料库为壁槽式，容量为900kg，位置在距井底400m的轨道运输石门一侧。回风经爆破材料库专用回风巷直接引入回风流中。5、其他主要硐室名称及位置副井东侧布置有主排水泵房和主变电所，泵房内装备7台水泵。副井西侧布置等候室。车场绕道及清理撒煤通道内分别布置消防材料库和电机车修理间，均为巷道加宽式。3.4.4 井底车场支护方式及工程量井底车场巷道及硐室总长度为2105.8m，其中巷道长348.7m，硐室长1757.1m。巷道及硐室总体积22947.6m3，其中巷道3024.9m3，硐室19922.7m3。53第四章 采区布置及装备4.1 采煤方法4.1.1 采煤方法选择本矿井开采的二1煤层赋存非常稳定，煤层厚度4m左右，煤层顶底板较好，煤层倾角35，属近水平发育的煤层，矿井沼气等级属低沼。根据煤层赋存条件和开采技术条件，考虑到效率、产量等因素及地方矿井今后采煤方法的发展趋势，作为中型矿井选用高档普通机械化采煤工艺是适宜的。由于煤层为近水平煤层，采用倾斜长壁采煤法，以简化井下巷道布置、减少采区巷道煤柱，提高煤炭资源回收率。根据吴村煤矿开采实际情况，本区顶层煤媒质较硬，放顶煤开采难以实现。所以，本矿井选用分层开采，全部冒落法管理顶板。4.1.2 回采工作面采煤、装煤、运煤方式及设备选型高档普采工作面选用双滚筒采煤机割煤，利用采煤机挡煤板装煤，选用可弯曲刮板输送机运煤，运输顺槽选用刮板转载机、可伸缩带式输送机运煤。轨道顺槽配备有乳化液泵、调度绞车、煤层注水设备等。回采工作面采煤运输主要设备选型如下：采煤机选用MG150型双滚筒采煤机，功率150kw，采高2m，滚筒直径1.1m，牵引速度06m/min，截深0.6m，生产能力400t/h。工作面刮板输送机选用SGB630-180型可弯曲刮板输送机，功率902kw，链速1.0m/s，输送能力450t/h。转载机选用SZD-630/75型，功率75kw，链速0.92m/s，输送能力450t/h。顺槽选用SSJ-800/90型可伸缩带式输送机，功率75kw，输送能力450t/h。乳化液泵选用XRB2B80/200型两台，配套乳化液箱型号为XRXTA，公称压力20MPa，公称流量80L/min。4.1.3 工作面顶板管理方式及支架选型根据煤层及顶底板岩层条件，顶板管理方式为全部垮落法。支架选用DZ22-30/100型单体液压支柱，其主要技术参数为：支护高度1.442.24m，额定工作阻力300KN，额定工作液压38.2MPa，初撑力118157KN。顶梁选用2.4m长型钢梁，一梁三柱，排距0.8m，柱距0.6m。4.1.4 工作面回采方式及回采率回采工作面采用后退式开采，工作面回采率0.93，采区回采率0.75。4.1.5 回采工作面长度及年进度回采工作面长度确定为130m，生产当中根据煤层及构造具体条件可适当调整。由于煤层赋存稳定、顶底板好、瓦斯小、煤层属近水平发育，结合矿井年产量综合确定工作面平均年推进度1170m。4.2 采区布置及生产能力4.2.1 首采区的数目及位置矿井设计生产能力0.45Mt/a，根据本矿井的煤层赋存条件和综合开采技术条件，布置一个首采区即可保证矿井生产能力。F21断层以南的地段平缓开阔、构造简单、煤层控制可靠、储量级别高、紧靠工业广场保护煤柱，有利于减少初期工程量和建设工期，因此设计选为矿井的首采区。首采区走向长1.2km，倾斜宽1.11.3km，面积1.43km2，可采储量5623kt。4.2.2 首采区的布置方式对于本矿的近水平煤层，既适应倾斜长壁布置也适应走向长壁布置，两种布置方式相比较，显然倾斜长壁布置方式具有井巷工程量少、投资省、建井工期短、运输环节少、系统简单等一系列优点。故设计确定首采区及后期主要采区均采用倾斜长壁工作面布置方式。采区内不需做上山，利用两条运输大巷直接开掘工作面顺槽和工作面开切眼，采区巷道布置十分简单。永夏矿区陈四楼矿井，首采区煤层倾角36，采用倾斜长壁工作面布置方式，其优越性在生产中得到了充分体现，矿井投产三年即实现了240万吨达产能力。4.2.3 采区生产能力矿井以一个采区一个高档普通机械化采煤工作面和三个掘进工作面保证矿井产量。工作面长度130m，采高2m，每循环0.6m，每天6.5个循环，年推进度1170m，其工作面生产能力为：A=130211701.470.9310-6=0.416Mt/a式中：1.47煤层容重（t/m3）0.93工作面回采率。加上10掘进煤，采区生产能力为0.45 Mt/a。一个采区来保证矿井年产量。据调查，与本矿煤层赋存条件相近的陈四楼矿井一个倾斜长壁高档普采工作面（长度130m，采高2.5m），年产量已达50万吨左右，平均月产45万吨。所以，本矿井一个高档普采工作面对于保证矿井年产量是稳妥和易实现的。4.2.4 采区煤、矸及辅助运输方式、采区通风和排水1、煤炭运输系统回采工作面煤炭胶带运输顺槽胶带运输大巷胶带运输石门及上仓斜巷井底煤仓主井箕斗地面。2、矸石及辅助运输系统掘进工作面矸石采区中部车场轨道运输大巷-425m水平井底车场副井地面。设备及材料经副井井底车场轨道运输大巷采区中部车场各用料地点。3、通风系统新鲜风流经副井井底车场轨道运输大巷第一中部车场轨道运输顺槽回采工作面胶带运输顺槽胶带运输大巷胶带运输石门及上仓斜巷总回风巷主井排出地面。4、采区排水 首采区均为俯斜开采，工作面及采空区水通过顺槽水沟自然流入大巷水沟，汇入井底主副水仓，由主排水泵经副井排至地面。4.3 巷道掘进4.3.1