深部矿井开采冲击地压的预防与治理

设计题目：临沂矿务局古城矿1.8Mt/a新井设计专 题：深部矿井开采冲击地压的预防与治理 摘 要本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。一般部分为古城矿1.8 Mt/a新井设计。古城煤矿位于山东济宁，交通便利。井田东西走向6.5km，南北宽25km，井田总面积为16.62km2。主采煤层为3号煤，平均倾角为9，煤层平均总厚为8.75 m，井田地质条件简单。井田工业储量为194.71 Mt，矿井可采储量139.51Mt。矿井服务年限为59.61 a，最大涌水量为430 m3/h。矿井瓦斯涌出量较低,为低瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量为2.54m3/t，瓦斯绝对涌出量为10.34m3/min。井田为立井单水平开拓。大巷采用胶带运输机运煤，辅助运输采用电机车和无极绳连续运输，矿井通风方式为中央并列式通风。矿井年工作日为330d，工作制度为“三八”制。一般部分共包括10章：1.矿区概述及井田地质特征；2.井田境界和储量；3.矿井工作制度及设计生产能力、服务年限；4.井田开拓；5.准备方式-带区巷道布置；6.采煤方法；7.井下运输；8.矿井提升；9.矿井通风与安全技术；10.矿井基本技术经济指标。专题题目:深部矿井开采冲击地压的预防与治理翻译部分主要内容:采动对工作面内瓦斯释放的影响英文题目为:INFLUENCE OF TREMORS INDUCED BY MINING ON THE LIBERATION OFMETHANE IN TO WORKINGSABSTRACTThis design includes of three parts: the general part, special subject part and translated part.Mine the general part of the ancient city of 1.8 Mt / a new well design. Mine is located in Jining city in Shandong, transport facilitation. East-west Waida 6.5km, north-south width 2 5km, total area of the mine 16.62km2. For the main coal seam of coal on the 3rd, the average angle of 9 , the average total seam thickness is 8.75 m, Waida simple geological conditions.Mine industrial reserves of 194.71 Mt, mine recoverable reserves 139.51Mt. Shaft length of service for 59.61 a, the largest water yield for the 430 m3 / h. Lower gas emission in coal mine for the low-gas coal mine.For single-level mine shaft to open up. Roadway used coal belt conveyor, auxiliary transport wuji rope used for transport, for the central ventilation shaft ventilation tied.Mine was working for the 330d, system as a 38 structure.The general part of a total of 10 chapters: 1. Mine and mine geological features outlined; 2. Waida realm and reserves; 3. Mine system and design capacity, length of service; 4. Waida development; 5. To prepare the way - with the district roadway layout ; 6. mining methods; 7. underground transport; 8. mine hoist; 9. mine ventilation and security technologies; 10. mine the basic technical and economic indicators.Thematic topics for the deep mining of rock burst prevention and treatment.一般部分一般部分11 矿区概述及井田地质特征11.1矿区概述11.1.1矿井地理位置、地形特点和交通条件概述11.1.2 矿区的气候条件21.1.3 矿区的水文情况21.2 井田地质特征21.2.1 地形地貌、地质构造21.2.2 地质构造31.2.3 矿区的水文地质情况61.2.4岩层地温特性71.3 煤层特征71.3.1 可采煤层特征71.3.2煤的特征91.3.3瓦斯91.3.4煤尘91.3.5煤的自然92 井田境界和储量112.1井田境界112.2储量计算112.2.1矿井地质资源量112.2.2矿井工业资源/储量122.2.3矿井设计资源/储量132.2.4矿井设计可采储量133 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 矿井设计能力163.2.1 矿井设计生产能力的确定163.3 矿井服务年限的确定163.3.1矿井服务年限的计算164 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194.1.3开采水平的确定及采盘区划分194.1.4 确定开拓方案194.1.5开拓方案比较214.2矿井基本巷道244.2.1井筒244.2.2井底车场244.2.3主要开拓巷道244.2.4巷道支护255 准备方式带区巷道布置315.1 煤层的地质特征315.2 带区巷道布置及生产系统325.2.1 带区的划分325.2.2 生产系统325.2.3 确定带区各种巷道的掘进方法。325.2.4带区生产能力325.2.5 带区采出率336 采煤方法346.1采煤工艺方式346.1.1煤层概况346.1.2采煤方法的确定346.1.3回采工作面长度的确定356.2采煤方法及回采工艺356.2.1 回采工作面设备选型与配套356.2.2工作面回采工艺396.3回采巷道布置427 井下运输437.1概述437.1.1运煤系统437.1.2运料系统437.1.3行人系统437.2带区运输设备选型437.2.1工作面运煤设备的选型437.2.2运输设备的能力验算457.2.3带区辅助运输设备的选型与设计467.3大巷运输设备选型478.1概述498.2主副井提升选型498.2.1主井提升498.2.2副井设备选型509 矿井通风及安全技术519.1矿井概况及开采方法519.1.1地质概况519.1.2安全条件519.1.3开拓方式519.1.4煤矿安全规程519.2矿井通风系统的确定519.2.1矿井通风系统确定的原则519.2.2矿井通风方式的选择519.2.3 矿井主扇工作方式选择539.2.4 带区通风系统的要求539.2.5工作面通风方式549.2.6工作面风流方向的选择559.3 矿井风量计算及分配559.3.1采煤工作面风量计算559.3.2.掘进工作面所需风量579.3.3硐室所需风量589.3.4矿井风量589.3.5风量分配639.3.6矿井通风阻力639.4主要风机选型689.5安全技术设施739.5.1对反风、风峒的要求739.5.2瓦斯管理措施739.5.3煤尘的防治749.5.4防火749.5.5防水7410 设计矿井基本技术经济指标75专题部分771 冲击矿压分析781.1冲击矿压影响因素分析781.2 冲击矿压特征及分类791.2.1冲击矿压的分类802 工作面开采方案设计822.1冲击矿压煤层的设计原则822.1.1工作面参数的选择822.2冲击矿压危险程度分析872.2.1综合指数方法简介873 冲击地压监测预报903.1检测系统903.1.1微震法903.2.2电磁辐射法903.2.3钻屑法914 冲击矿压防治方案934.1煤体注水934.2煤体大直径钻孔卸压944.3煤体卸压爆破964.3.1爆破安全技术措施974.3.2冲击矿压解危效果检验984.4其他防护措施985 结 论101翻译部分103参考文献122中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第 151 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矿井地理位置、地形特点和交通条件概述古城矿井位于兖州市之东，曲阜市以西，分属兖州、曲阜两市，坐标为东经11650121165400，北纬353312353610。矿井交通方便，京沪、新菏、兖石铁路在兖州交汇。307国道贯通井田，各村间均有简易公路相通。兖州火车站至附近车站里程见表1-1-1表1-1 兖州至附近车站里程表 站名济南徐州济宁青岛泰安石臼所菏泽里程（km）1561613254971316139图1-1： 古城矿位置交通图电源：矿区供电由兖州红庙变电站（110/35KV）馈出的专用铁塔架空线路LGJ-3150,35KV，分别来自红庙变电站I、II段母线。矿安装SF7-8000/35，SF9-8000/35型变压器各一台，供矿所有用电设备。农业：井田内经济作物以粮棉为主。一年两熟，夏季小麦，秋季玉米及棉花。兖州、曲阜两市，近年来基础工业发展较快，正向着工农业共同发展的现代化中小型城市迈进。1.1.2 矿区的气候条件井田的气候温和，属温带季风区，海洋至大陆性气候，由于被鲁南山区所隔，受海洋影响较小，气候变化显著，四季明显，夏季炎热，冬季寒冷。根据曲阜、兖州两县气象站1963年至1982年的统计资料，年平均降水702.7mm，年最大降水量1179.3mm（1964年兖州）；月最大降水量405.5mm（1970年7月曲阜）最大降水量160mm（1972年7月6日兖州）雨量均集中在79月份，降水量占全年的61%。年平均蒸发量1719.5mm，最大蒸发时间约为49月份，约占全年蒸发量的80%。年平均相对湿度67.7%，绝对湿度12.7毫巴，年平均气温13.8摄氏度，最高气温达41摄氏度（1967年6月4日曲阜），最低气温-19.3摄氏度（1981年1月27日曲阜）。年平均风速7.9m/s。极端最大风速24m/s，最大风速的风向多为偏北风（1963年3月15日兖州）。风相随季节变化，一般春季为南风，夏季东南风，冬季东北风。雷暴雨一般出现在310月份。11月份到次年3月份为冻结期，最大冻土厚度45cm（1958年1月25日26日兖州），降雪期从12月份开始至次年三月份结束，最大厚度19cm（1955年12月3日）。1.1.3 矿区的水文情况水源：井田内有泗河和沂水两条河流过。泗河发源于新泰市太平顶山的西部，全长142km，流域面积2750km2，该河为全年性河流，主要补给水源为泗水县的泉村，石缝两条，河水洪峰期流量为4020m3/s。在井田内泗河的流量属于红旗闸的泄水量。沂水河发源于曲阜市尼山，在兖州城东的粉店村汇入泗河，属泗河支流，全长60km，流域面积620km2，洪峰期流量445m3/s。工业用水（初期）及居民用水采用自来水供给。1.2 井田地质特征1.2.1 地形地貌、地质构造井田内地势平坦，为一冲积平原。海拔标高为+48.77+61.82米，一般高程在 + 50.00m左右，地势东高西低。本井田位于兖州市向斜的东北隅，由于受滋阳、峄山两边界断层的影响，除保留了向斜构造形态外，其断裂构造发育，且地层倾角变陡为其特征。本井田范围内地层走向：南东南北北东，为一向南东东敞开的簸箕形单斜构造，地层倾角浅部陡，深部缓，浅部1835，平均倾角23；深部815，平均10。构造以断层为主，主要断层的展布方向以北西方向为主，井田内共有落差大于10米的断层5条，矿井建设和生产过程中新发现落差310米的断层3条，并发现一定数量的小断层，断层发育程度为a；井田内褶曲不发育，基本不影响采区或工作面的布置，定为b；岩浆岩仅在井田西北部35号孔有所见，属小型侵入体的边缘部分，对井田内煤层无影响，定为c。1.2.2 地质构造一、地层本区为全掩盖区，经勘探查明的地层层序由下而上简述如下：（1）奥陶系中统马家沟组（O2）厚度640660m，岩性主要为灰岩，与下伏地层整合接触。（2）石炭系中统本溪群（C2）厚度为16.0547.55m，平均厚度27.21m。本群地层假整合于中奥陶系马家沟灰岩之上，底部一层褐红色含铁很高的铁铝质泥岩。本群地层为一套滨海相铝质沉积，由泥岩、粘土岩、粉砂岩、铝土岩、石灰岩及薄煤层组成。石灰岩为十四灰、十三灰、十二灰，位于太原群中部和顶部。（3）石炭系上统太原群（C3）厚度143.3193.5m，平均厚度173.37m。本群地层由砂岩、泥岩、粘土岩、石灰岩及油页岩和煤组成，其中石灰岩11层，自上而下依次编号为二灰、三灰、四灰、五灰、六灰、七灰、八灰、九灰、十上灰、十下灰、十一灰。本群含煤19层，其中可采或局部可采5层，即6、10下、15上、16上、17等煤层。（4）二迭系下统山西组（P11）该组是本区最主要含煤地层，厚度56.797.8m，平均厚度76.12m。岩层主要由灰色至灰黑色细砂岩、中砂岩、粉砂岩、夹砂质泥岩、泥岩和含砾砂岩组成。本组含煤24层，可采煤层为2上和3煤两层。（5）二迭系石盒子组（P）为一套陆相碎屑岩，厚度东北薄，西南厚，一般厚度为280320m，与下伏地层山西组为整合接触。（6）侏罗系上统蒙阻组（J3）分布于18勘探线以西及西南部，为砖红色、灰绿色的陆相碎屑岩沉积，厚度变化大，最薄为75.9m，最厚564.9m。（7）下第三系（E）分布于14勘探线以东，为断陷盆地沉积，为砂岩、粘土岩、泥岩，与下伏地层呈不整合接触。厚度变化大，为0680.2m。（8）第四系（Q）主要由亚粘土、亚砂土及砂层组成，厚度107.9254.5m，一般170180m，由东北向西南逐渐变薄。二、构造本区位于兖州向斜的东北隅，由于受滋阳、峄山两边界断层的影响，除保留了向斜构造形态外，其断裂构造发育，且地层倾角变陡为其特征。地层倾向南东-南东东，西南部由于受滋阳断层的牵引，地层走向由北东转为南东，因而本区的单独形态为一个轴向近东西的向斜，但东端由于被峄山断层切割，所以整个井田的构造形态呈一向南东敞开的簸箕形，地层倾角北翼陡，南翼缓，边缘陡，深部缓。北部边缘地层倾角514，F14断层以东倾角变缓约为10左右，F14断层以西，地层倾角一般10左右。地层走向为F14断层以东，地层走向北4050东，F14断层以西由近南北走向转为北30西。构造以断层为主。地层沿走向显有波状起伏，由于受断层的拖引，局部有小的短轴背斜和向斜出现。井田内共有断层35条。三、岩浆岩仅在井田西北部35号孔有所见，为基性辉绿岩和辉绿玢岩，呈脉状沿F5断层带侵入太原群地层中，最大厚度10.22m，最小厚度0.22m。从岩浆岩的产状和围岩情况看，属小型侵入体的边缘部分，对井田内煤层无影响。图12： 地层综合柱状图1.2.3 矿区的水文地质情况（1）含水层井田内主要含水层有6层，自上而下分别为：1、第四系砂砾松散孔隙含水层组：该层厚度107.9254.5m，平均为180.05m，其厚度变化从东北向西南逐渐变薄，且是由上、中、下三组构成。2、山西组3号煤顶板砂岩裂隙水含水层该层厚度0.9236.69m，平均17.46m，属于上煤组顶板直接充水含水层，煤在开采过程中，预计顶板冒落以后，导水裂隙带高度可达下石盒子组底部砂岩。单位涌水量0.00568L/s.m，渗透系数0.0156m/d，属重碳酸纳型水。3、太原群第三层石灰岩岩溶裂隙含水层该层厚度1.78.15m，平均4.86m，层位稳定，全区发育。三灰含水层以静储量为主，易于流干。本层上距3号煤39.865.65m。根据钻孔抽水试验，单位涌水量为0.00250.0382L/s.m,渗透系数为0.07271.492m/d。4、太原群第十层下石灰岩岩溶裂隙含水层本层位于16号煤直接顶板外，在17号煤冒落带之内。是下煤组开采时的顶板直接充水含水层，富水性弱，单位涌水量0.0000687L/S.m，属重碳酸钠型水。5、本溪群第十四层石灰岩岩溶裂隙含水层该层厚度0.413.1m，平均4.95m。岩溶不发育，富水性弱。本层上距17号煤底板10.14m48.04m，属于下煤组开采时底板直接充水含水层。6、中奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层奥陶系石灰岩是煤系的基底，是开采下煤组的间接充水含水层，从揭露奥陶系石灰岩岩性看，裂隙较发育，岩溶不够发育。富水性在水平垂直方向上表现出极不均匀性，井田内在假整合面15m以下富水性强，平面分布上主要富水区段为西部和北部奥灰埋藏较浅地段以及东部构造复杂区，一般单位涌水平均在1L/S.m以上。（2）隔水层井田内各含水层间隔水层较多，主要有以下三层：1、第四系底界隔水层井田北部为煤系地层露头部位，但在此区段第四系底部有一层厚度2.9312.4m较稳定的粘土类地层与下伏地层相隔可起到隔水作用。2、下二迭系山西组以下隔水层组井田内二迭系地层由北向南逐渐增厚，其岩性主要为泥岩、砂质泥岩、粘土泥岩、夹有细粗粒砂岩，此段隔水层组可以防止上部裂隙水下渗补给其它含水层。3、17号煤至奥灰隔水层组井田内17号煤至奥灰顶面正常地段间距为32.75m61.65m，该段岩性主要为粘土泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩及三层石灰岩，该层可以起到一定的隔水作用。未来矿井深部开采17号煤时，由于十四灰，奥灰都具有强大高水头压力，隔水层厚度难以承受，会给开采17号煤带来威胁。因此，应对十四灰、奥灰进行疏干降压。（3）断层的导水性从井田钻孔揭露，抽水资料及简单水文观测资料上看，井田断层富水性和导水性较弱。（4）水文地质类型勘探查明，2上、3层煤的水文地质类型为二类一型，即以裂隙含水层为主，水文地质条件简单的矿床；16上煤、17煤为三类第一亚类一型，即以岩溶含水层为主的顶板进水，水文地质条件简单的矿床，当底鼓突水时，可以转化为水文地质条件中等复杂的底板进水岩溶充水矿床。1.2.4岩层地温特性本区平均地温梯度为1.20/100m左右，属地温正常区。地温一般随深度的加深而增高，地温增温率为垂深77m，地温增加1。非煤系和煤系地层的地热增温率稍有差异，前者增温小于后者。地温等值线与煤层底板等高线近似平行趋势。3号煤层-800m标高，一般为2131.9，平均25。1.3 煤层特征本井田含煤地层为华北型石炭、二叠系含煤建造。主要含煤地层为太原组和山西组。本井田内可采及局部可采煤层7层，分别为2上、3、6、10下、15上、16上、17煤。2上煤，煤厚01.01米，平均厚0.61米，为部分可采的不稳定煤层；3煤为本井田最重要的可采煤层，容重1.35t/m3，煤厚5.3312.17米，平均厚8.75米，为全区可采的稳定煤层；其它5层煤由于硫分大于3%，其储量已划为暂不能利用储量。本井田煤层以3煤为主，煤层稳定性为d。1.3.1 可采煤层特征本井田含煤地层为华北型石炭、二叠系含煤建造。主要含煤地层为太原群和山西组。含煤地层平均总厚为249m，共含煤2426层，煤层平均总厚度19.82m。含煤系数为7.9%。其中可有可采煤层7层，厚为12.95m，主要可采煤层分述如下：（1）2上煤：位于山西组中上部。距山西组顶界1539m，平均25m，煤厚0-1.07m，平均0.61m，厚度变化较大。可采点多分布在3线以南及13线至16线之间；未发现有夹石，直接顶板常为厚35m的泥岩或砂质泥岩；老顶为灰白色中粒砂岩；底板多为厚46m的砂质泥岩，有时相变为粘土岩和细砂岩，下距3煤32m。属结构简单部分可采不稳定煤层。（2）3煤：是本区最重要的可采煤层。位于山西组的下部，距山西组底界10m左右，距三灰50m左右；厚度5.3312.17m，平均8.75m，层位稳定，厚度变化不大，全区可采。结构简单，有7个钻孔发现有夹石，厚0.031.25m。直接顶板为深灰色，厚3m左右的砂质泥岩，有少数孔伪顶为泥岩。老顶是灰白色含黑色矿物较多的中粒砂岩，底板为57m的且有清楚波状层理及生物扰动构造的细砂岩，常相变为灰黑色的砂质泥岩，有时为泥岩。（3）6煤：位于太原群上部。属薄煤层：厚0-1.15m，平均0.72m。可采点主要分布在F19断层西南，F19与F21断层间之南部，厚度变化大，除30-1孔和13-2孔发现有0.25和0.06m厚的泥岩夹矸外，其余各孔无夹矸。顶底板多为深灰色的砂质泥岩，9线至14线间顶板多为中、细砂岩，底板往往相变为细砂岩和粉砂岩。6煤上距3煤40m左右；下距三灰10m左右，为结构简单，部分可采的较稳定煤层。（4）10下煤：位于太原群中部，上距五灰和三灰各为16m及34m左右，煤厚01.1m，平均0.67m。属薄煤层，煤厚变化较大，可采点主要分布在15勘探线至F5断层之间，全区仅仅5个孔发现有夹石，夹石厚度均在0.050.15m，顶板多为深灰色的细砂岩或中砂岩，有时逆变成砂质泥岩，厚度约3.5m。10下煤属结构简单，部分可采的较稳定煤层。（5）15上煤：薄煤层，位于太原群中下部，煤厚01.46m，平均0.76m。可采点主要分布在9线至14线间-800水平以浅和4线以南，26线以南深部多数钻孔未达层位或受构造破坏而断失，因而煤层控制程度较差。全区9点发现含有泥岩或砂质泥岩夹石一层，厚0.040.5m。煤层顶板为一薄层泥灰岩（九灰），厚01.82m，往往为砂质泥岩所代替，底板为比较厚的灰色细、中砂岩。厚10m左右，含炭屑和植物化石，下距十一灰岩28m左右。为简单结构，局部可采的不稳定煤层。（6）16上煤：位于太原九下部，薄煤层。煤厚01.61m，平均0.8m，厚度变化较小，全区大部分可采。不可采点主要分布在15线以东、26线以南，-1000m以深的钻孔多未达层位，控制程度较差。含夹石12层，厚0.10.2m，直接顶板为十下灰岩，上距3煤160m左右，底板多为厚2m左右的灰黑色铝土质的泥岩，局部变成深灰色彩的砂质泥岩。15线以东大部可采，煤层本身层位稳定，厚度变化近于稳定，为结构较复杂的较稳定煤层。（7）17煤：位于太原群下部，上距十下灰14m左右，层位稳定，全区大部分可采。煤层厚0.281.3m，平均0.9m，14线以东由于构造复杂，煤层常被断薄，26线以南及-1000m以深钻孔多未达层位，控制较差。含夹石12层，厚0.050.19m。顶板十一灰为薄层灰岩，一般厚1m左右，不稳定，常相变为粉砂岩或泥岩。底板为浅灰色具鲕状结构的泥岩。17煤属结构较复杂、大部分可采的较稳定稳定煤层。主要可采煤层顶板经采样实验，气力学性质见表1-2-1表1-2 主要可采煤层顶板特征表煤层顶板类别顶板冒落性能岩性岩块实验单向抗压强度（104pa）3中等帽落的砂质泥岩 、细砂岩、泥岩4811.89476.61.3.2煤的特征井田内各煤层为多种用途煤种，即可以做为炼焦配煤，又可做为各种动力及民用燃料用煤。山西组煤层属半暗型煤，条带状结构，层理不明显，本组可采煤层2上煤层属中灰，特低硫、特低磷、高发热量、高熔灰份煤，易洗选一号气煤。3号煤为低灰，特低硫、低磷、低砷、高发热量、高熔灰份易洗，优等回收率的二号气煤。太原统煤层以半亮型煤为主，层里分界明显，在层理面及裂隙中，常见方解石及黄铁矿薄膜。太原群中可采煤层属低灰、富硫、高发热量、粘结性较强，灰熔点较低、易选、可与低硫煤做配焦煤，属二、三号气煤。3号煤层有7个钻孔发现有夹石，厚0.031.25m，容重为1.35t/m3，煤层硬度指数f=23范围。1.3.3瓦斯本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯鉴定结果为矿井CH4=2.54m3t、CO2 =4.45m3t，根据煤矿安全规程第133条之规定，古城矿为低瓦斯矿井。无煤和瓦斯突出现象。1.3.4煤尘据煤芯煤样爆炸性实验：煤尘爆炸指数36.41%,故各煤层均有爆炸性危险。且随开采深度的增加煤尘爆炸指数为上升趋势。1.3.5煤的自然据煤芯煤样测定结果，自燃发火等级为II类，各煤层都有程度不同的自然发火倾向。山西组煤自燃发火的倾向不大，太原群煤均存在自燃发火的可能性，特别是16（上）煤自燃发火的倾向更大，根据邻矿资料，本区各煤层均应按有自燃发火倾向考虑。据矿实际生产资料统计发火期一般在36月，最短发火期为48天。2 井田境界和储量2.1井田境界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、要充分利用自然条件划分，在可能的条件下，应尽量利用地形、地物、地质构造、水文地质以及煤层特征等自然条件，以减少煤柱损失，提高资源采出率，充分保护地面设施；2、要有与矿区开发强度相适应的井田范围，要保证井田范围与矿井生产能力相适应，有足够的储量和服务年限及合理的尺寸；3、照顾全局，处理好与临矿的关系；4、直线原则，井田的划分应尽量采用直线或折线，有利于矿井的设计和生产管理工作的开展。根据以上划分原则，以及考虑到古城煤矿煤田内地质构造等原因，本井田在能满足生产开发强度的前提条件下，不但要考虑了自然条件原因，而且要考虑到矿区的整体规划，故将古城煤矿的井田范围：西以京沪铁路东侧煤柱线及兖州市煤柱线，即Z1Z8、Z12Z17各点连成为界，东至F33断层，北以F18断层及D1D5各点连成与单家村煤矿为界，南以31勘探线及-1200米煤层地板等高线为界，井田东西走向6.5km，南北宽25km，井田面积约16.62km2。2.2储量计算2.2.1矿井地质资源量(1)把整个井田划分为三块地质块段如图2-1:图2-1 地质储量计算分块图（2）各地质块段面积、平均倾角、煤厚见表2-1表2-1 3#煤地质资源储量计算表块号倾角（）cos平面面积（m2）煤层面积（m2）煤 厚（m）容 重（t/m3）储 量（万t）I90.9988 4516092.29 4521743.29 8.75 1.35 5341.31 II100.9985 6241090.17 6250733.89 8.75 1.35 7383.68 III100.9985 5868502.78 5877570.77 8.75 1.35 6942.88 合计16625685.2 16650047.9 19667.87 号地质块段平均倾角为9o;号地质块段平均倾角为10o;号地质块段平均倾角为10o;在图上量取其面积分别为：s=4516092.29m；s=6241090.17m； s=5868502.78m。矿井地质储量: ZZ= sh其中：S煤层的面积，m2；h煤层平均厚度，m； r煤的容重，取1.35 t/m.a煤层平均倾角 所以矿井的工业资源储量为 ZZ =19667.87 万t2.2.2矿井工业资源/储量矿井工业资源/储量按式（2-1）计算：Zg = Z111b + Z122b+ Z2m11+ Z2m22+ Z333k 式（2-1）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控制的资源量中边际经济的基础储量；Z333推断的资源量；k可信度系数，取0.7-0.9，地质构造简单、煤层赋存稳定取0.9；地质构造复杂、煤层赋存不稳定取0.7。根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推断的。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，Z111b=19667.87 60% 70% = 8260.5054Z122b=19667.87 30% 70% = 4130.2527Z2m11=19667.87 60% 30% = 3540.2166Z2m22=19667.87 30% 30% = 1770.1083由于地质条件简单，k取值0.9Z333 k = 19667.87 10% k = 1770.1083即： Zg = Z111b + Z122b+ Z2m11+ Z2m22+ Z333k = 19471.1913 万t2.2.3矿井设计资源/储量矿井设计资源/储量按式（2-2）计算：Zs = ( Zg - P1 ) 式（2-2）式中Zs矿井设计资源/储量；P1断层煤柱Pd、井田边界煤柱Pb、地面建筑物煤柱等永久煤柱损失量之和；断层煤柱损失量Pd的计算：Pd=Sh=314599.698.751.35=371.62万t其中，S表示断层边界煤柱面积，m2，直接在平面图上量取得；井田边界煤柱损失量Pb的计算：Pb=BLh=5021381.38578.751.35 =1262.83万t其中，B表示井田边界煤柱宽度，m，本设计留设50m；L表示井田边界煤柱周长，m，在平面图上量取矿井设计资源/储量按式（2-2）计算：Zs=(Zg-P1)=19471.1913-371.62-1262.83=17836.73万t2.2.4矿井设计可采储量矿井设计可采储量按式（2-3）计算：Zk=(Zs -P2)C 式（2-3）式中Zk矿井设计资源/储量；P2工业场地Pg、主要井巷煤柱损失量之和Ph；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%。（1）工业广场煤柱损失量Pg的计算：根据煤炭工业设计规范，大型矿井工业广场占地指标为0.81.1（公顷/10Mt），中型矿井工业广场占地指标为1.31.8，小型矿井工业广场占地指标2.02.5。取0.95公顷/10Mt。本矿井为年产180Mt的大型矿井，工业场地的面积为17公顷，由于长方形便于布置地面建筑，所以初步设定工业广场为长方形，既长方形长边为500m，短边为340m。根据建筑物，水体，铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程第72条：工业广场围护宽度为15m。查地质资料。本地区表土移动角45，岩层移动角为75，上山移动角75，下山移动角65。用作图法求出工业广场保护煤柱量。(如图2-2) 工业广场占地面积S=170000m2 ， 选取长为500m, 宽为340m.另外根据规定留设15m的围护带宽度。所以，实际的工业广场面积为：S = 530370 =196100m2短边垂直走向布置,长边沿走向布置. 根据垂直刨面法设计保护煤柱的尺寸为：由画图得保护煤柱为一断面为梯形的四棱体梯形短边长：976m；梯形长边长：1088m。地面工业广场煤柱损失量的计算： Pg =（976+1088）119228.75 1.35 =166.06 万t（2）主要大巷保护煤柱Ph计算： Ph = BL8.75 1.35式中B表示煤柱宽度，本设计主要大巷保护煤柱为30m。L为大巷保护煤柱总长度，在平面图上量取，其中有和工业广场保护煤柱、边界保护煤柱重合的地方，所以只量取不重合的。主要大巷保护煤柱Ph计算：Ph = BL8.751.35= 306536.9898.751.35 =231.65 万t矿井设计可采储量按式（2-3）计算：Zk=(Zg -P2)C=(17836.73 - 166.06 -231.65) 0.8 = 13951.21万t图2-2 工业广场保护煤柱设计图3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1 矿井工作制度由煤炭工业矿井设计规范第223条规定,矿井的年工作天数为330天，采煤实行“三八制”，两班半生产半班检修。每昼夜净提升小时数为16小时。3.2 矿井设计能力3.2.1 矿井设计生产能力的确定由煤炭工业矿井设计规范第221条规定：矿井生产能力主要根据井地质条件、煤层赋存情况、开采条件、设备供应及国家需煤等因素确定。矿区规模可依据以下条件确定：（1）资源情况：矿井地质构造简单，储量丰富，煤层赋存稳定，开采条件优越，应将矿井定为较大的井型；煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿井规模定的太大；（2）开发条件：包括矿区所处的地理位置，交通是否便利，用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等；（3）国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤质、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。针对古城矿区地质构造简单，储量丰富，煤层赋存稳定，开采条件优越，开采条件简单，技术装备先进，经济效益好，矿区交通便利，生活条件优越，供电、供水方便，宜建大型矿井。结合本矿实际和当前技术水平，为了更好的发挥煤炭资源的经济效益，采用综合机械化放顶煤的开采方法。本矿储量丰富，按照矿井设计规范规定，将该矿井生产能力预定为1.8 Mt/a。3.3 矿井服务年限的确定3.3.1矿井服务年限的计算矿井设计生产能力定为1.8 Mt，根据设计可采储量、井型与服务年限之间的相适应关系得：矿井的设计服务年限T可按下式计算：式（3.1）式中： T 矿井服务年限，a； 矿井可采储量，Mt；A 矿井生产能力，Mt/a；K 储量备用系数，根据煤层赋存情况及水文、构造分析，并与邻近矿比较，煤层的实际揭露不会变化太大，因此设计取储量备用系数K=1.30。由前面计算可知：ZK=139.51 Mt，则：T=139.51/ (1.81.3) = 59.61 a 50a 按设计手册规定：新建矿井设计生产能力1.2-2.4 Mt/a的大型矿井服务年限应大于50a。本设计服务年限为59.61a，是符合要求的。4 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。（1）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；（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、深部开拓及技术改造；（6）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：（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）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。（5）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。（6）根据用户需要，应照顾到不同煤质、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、位置及坐标由于井田地形平坦，不存在平硐开拓条件，表土层较厚，煤层埋藏较深，斜井施工困难，所以，确定采用立井开拓（主井装备箕斗）。为避免采用箕斗井回风时封闭井塔等困难，决定采用中央并列式通风方式，回风井布置在井田中央。这样，井田需要开凿主立井、副立井和回风立井三个井筒。4.1.2工业场地的位置工业广场的选择主要考虑以下因素：（1）尽量位于储量的中心，使井下有合理的布局；（2）占地要少，尽量做到不搬迁村庄；（3）尽量布置在地质条件比较好的区域，同时工业场地的标高要高与历年最高洪水位；（4）尽量减少工业广场的压煤损失；根据以上原则和本矿的实际情况，工业广场与主副井井筒布置位置相同，其面积为17公顷，定为500340m，短边与煤层走向垂直。4.1.3开采水平的确定及采盘区划分井田直接划分为带区：由于该井田地质构造简单，储量丰富，煤层赋存稳定，倾角较小，开采条件简单，井田直接划分为带区，主采煤层为3号煤层，矿井大致分为3个带区，一带区位于井田上部，所以定为前期开采，后期为二、三带区，为实现高产高效，要求巷道布置系统力求简单，掘进工程量要少，结合实际生产中带区布置与采区布置各自的优缺点及适用条件，分析比较可知本矿井采用带区式开采优势明显，故设计为带区式开采。大巷布置：为减少煤柱损失和保证大巷维护条件，故矿井开拓大巷布置在煤层底板下方砂岩层中，留保护煤柱护巷，煤柱宽30m，大巷间距30m。一条运输大巷，一条轨道大巷及一条回风大巷，共三条大巷。4.1.4 确定开拓方案方案一：立井单水平开拓主、副、风井筒均为立井，布置在井田中央，只设一个水平。主、副、风井、轨道、运输大巷穿过煤层至-850稳定岩层中。如图4-1方案二：立井两水平开拓（井筒延伸）主、副、风井筒均为立井，布置在井田偏上部，设两个水平。主、副、风井、轨道、运输大巷穿过煤层至-720稳定岩层中，后期延伸井筒至-950第二水平。如图4-2方案三：立井两水平开拓（暗斜井延伸）主、副、风井筒均为立井，布置在井田偏上部，设两个水平。主、副、风井、轨道、运输大巷穿过煤层至-720稳定岩层中，后期暗斜井延伸至-950第二水平。如图4-4图4-1 方案一：立井单水平开拓（三岩巷）图4-2 方案二：立井两水平开拓（井筒延伸）图4-3 方案三：立井两水平开拓（暗斜井延伸）4.1.5开拓方案比较各方案计算费用时采用的基础数据如下：矿井可采储量：139.51Mt矿井最大涌水量：430m3/h矿井服务年限：59.61a立井提升单价：1.6元/tkm斜井提升单价：0.42元/tkm排水单价：0.4元/tkm方案一、二第一水平可采煤量：30.69Mt方案一、二第二水平可采煤量：108.85Mt 表4-1 方案一:立井单水平开拓项 目数量(10m)基价(元)费用(万元)费用(万元)基建费用(万元)主井开凿表土段15137685206.53 906.86 基岩段7889786700.33 副井开凿表土段15170602255.90 1063.18 基岩段76106221807.28 风井开凿表土段1585143127.71 551.02 基岩段7159620423.30 井底车场岩巷12041874502.49 502.49 开拓大巷（三）岩巷15031851477.65 477.65 小计3501.31 生产费用(万元)立井提升系数煤量(万t)提升高度(km)基价(元/t.km)24045.48 1.213915.210.91.6排水涌水量(m3)时间(h)服务年限(年)基价(元/t.km)6287.09 430876059.610.28大巷运输系数煤量(万t)平均运距(km)基价(元/t.km)7617.36 1.213951.211.30.35小计37949.93 合计费用(万元)41451.24 表4-2 方案二:立井两水平开拓（延伸井筒）项 目数量(10m)基价(元)费用(万元)费用(万元)初期基建(万元)主井开凿表土段15137685206.53 790.14 基岩段6589786583.61 副井开凿表土段15170602255.90 925.10 基岩段63106221669.19 风井开凿表土段1585143127.71 485.43 基岩段6059620357.72 井底车场岩巷12041874502.49 502.49 开拓大巷（三）岩巷600318511911.06 1911.06 小计4614.21 后期基建(万元)主井开凿立井段2289786 197.53 197.53 副井开凿立井段20106221212.44 212.44 风井开凿立井段2059620119.24 119.24 井底车场岩巷12041874502.49 502.49 开拓大巷（三）岩巷1500318514777.65 4777.65 小计5809.35 生产费用(万元)立井提升系数煤量(万t)提升高度(km)基价(元/t.km)4653.20 第一水平1.23029.430.81.6第二水平1.210885.7711.620900.68 排水涌水量(m3)时间(h)服务年限(年)基价(元/t.km)6287.09 430876059.610.28大巷运输系数煤量(万t)平均运距(km)基价(元/t.km)7617.36 1.213951.211.30.35小计39458.33 合计费用(万元)49881.90 表4-3 方案三:立井两水平开拓（暗斜井开拓）项 目数量(10m)基价(元)费用(万元)费用(万元)初期基建(万元)主井开凿表土段15137685206.53 790.14 基岩段6589786583.61 副井开凿表土段15170602255.90 925.10 基岩段63106221669.19 风井开凿表土段1585143127.71 485.43 基岩段6059620357.72 井底车场岩巷12041874502.49 502.49 开拓大巷（三）岩巷600318511911.06 1911.06 小计4614.21 后期基建(万元)主井开凿斜井段14036826515.56 515.56 副井开凿斜井段14036826515.56 515.56 风井开凿斜井段14036826515.56 515.56 井底车场岩巷12041874502.49 502.49 开拓大巷（三条）岩巷1500318514777.65 4777.65 小计6826.83 生产费用(万元)立井提升系数煤量(万t)提升高度(km)基价(元/t.km)21373.76 总煤量1.213915.210.81.6第二水平1.210885.771.40.427681.00 排水涌