新桥井田毕业设计说明书

中国矿业大学2011届本科生毕业设计 第 134 页1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1位置与交通新桥井田位于河南省永城市西南，北邻城郊井田，南与安徽省接壤。行政区划属双桥、新桥、马桥三乡管辖，其地理坐标为东经11613341161807,北纬334721335358。井田中部的新桥乡距永城市区16km，东北距陇海、津浦线交汇站徐州市118km，北距陇海铁路商丘站114km，西距京九铁路亳州站80km。东距徐（州）阜（阳）铁路的百善站48km。矿区铁路专用线已投入运营；永（城）涡（阳）公路纵贯井田，乡村道路四通八达，交通方便。井田范围东起二2煤层露头；西到F203断层交面线或二2煤层-750米水平垂直投影线；北到36勘探线及F201断层与二2煤层交面线为界；南到12勘探线，南北走向长12公里，东西倾向宽1.64公里，面积约34平方公里。井田内地势平坦、交通方便。新桥矿距永城市西城区16公里，东城区25公里，井田中心北距陇海铁路的夏邑县（刘堤圈）83公里，商丘东站约114公里；东距徐（州）阜（阳）铁路的北善站48公里，东北距陇海线津浦线交汇站徐州市118公里，西距京九铁路的亳州站80公里，东南至宿州车站约75公里，永城煤田的自营专线铁路与徐州至阜阳铁路接轨，且均有柏油公路相通，乡村之间公路四通八达。南北向永涡路从煤层露头附近经过，距新桥矿工业广场1.5公里。1.1.2地形地貌及水系本井田处于华北平原与黄淮冲积平原的交接部位，地势平坦，自西北向东南略有倾斜，地面标高一般在3133m，相对高差2m左右。地表水系主要有浍河、包河，均属淮河水系。浍河起源于商丘市北史庄，自西北向东南流经本井田。据黄口水文站资料，年平均水位标高27.25m，最高洪峰洪水位标高31.52m，年平均流量44m3/s，最大洪峰流量398m3/s。图1-1 矿井交通位置图1.1.3气象本井田属暖温带季风气候区，冬季寒冷雨雪少，春季干旱风沙多，夏季炎热，雨量充沛，秋季晴和，日照充足。年平均气温在14左右，年平均降水量850.65mm，年平均蒸发量1742mm。蒸发量大于降水量2.1倍左右。降水多集中在79月。降雪及冰冻期为每年11月初至翌年3月，最大冻土深度0.21m。1.1.4地震永城县境内自有史料记载以来，没有4.7级以上地震的震中分布，但本区地处华北地台东南边缘，靠近郯卢断裂地震活动带，受邻区地震影响比较频繁，最大地震烈度为六度。1.1.5矿区概况永夏矿区面积1150km2，其中含煤面积716 km2，全区探明储量2256Mt，其中精查储量1476Mt。全矿区规划7对矿井，规划总能力10.05Mt，其中统配矿井4对（陈四楼、车集、城郊、新桥），地方矿井3对（葛店、新庄、刘河）。统配矿中的陈四楼、车集、城郊矿井已相继建成投产，地方矿中的刘河矿井正在进行前期准备。该矿区作为国家重点建设项目和基本建设改革的试点矿区，通过设计、施工和管理体制的改革，已初步成为起点高、效益好、技术力量雄厚、管理水平先进的现代化矿区。该区由于表土层厚，煤层埋藏深，井筒施工困难，建设费用高，故截至目前尚未有小煤窑开采。该区地处黄淮冲积平原东部，土地肥沃，无村庄。建筑材料砖、瓦、石子和料石等均可就地供应，钢材、木材和水泥等物资可经公路及铁路直接运至矿井工业场地。1.1.6运输、水源及电源陇海铁路位于矿区北部，青（龙山）阜（阳）铁路从矿区南部通过，西部有京九铁路，由青阜线青町车站接轨的矿区铁路专用线已建成投入运营，并在集配站为新桥矿井留有接轨位置。目前和新桥矿井在同一方向上的永城火电厂铁路专用线也已建成，新桥矿井专用线可由电厂站接轨。本矿井供电电源由城郊矿井ll0kv变电站转供，城郊矿井ll0kv变电站已建成投运，其供电电源以双回路、110kV电压引自永城煤电中心变电站。井田内第三、四系松散孔隙承压水含水层，砂层厚度大，分布稳定，富水性较好，水质符合饮用标准，可作为矿井供水水源。另外，井下排水经处理后也可作为矿井供水水源。1.2 井田地质特征1.2.1地形本井田处于华北平原与黄淮冲积平原的交接部位，地势平坦，自西北向东南略有倾斜，地面标高一般在3133m，相对高差2m左右。1.2.2勘探程度、勘探程度评价本井田历经找煤、普查、详查、精查四个阶段，勘探面积28m2，共施工钻孔166个，总钻探进尺90108.72m，平均4.6孔/km2。测井151孔，实测80077.02m；抽水试验14孔17层次。地震精查勘探线长度206.06Km，物理点10007个；初期采区地震补充勘探线长度191.98Km，物理点9350个；各类化验样品840个（组）。通过以上工作，查明了主要可采煤层的赋存特征，煤层对比也较为可靠；井田内断层大部分得到了严密控制，主要褶曲构造已经查明，确定勘探类型为二类二型基本合理。查明了岩浆岩的岩性、侵入层位、分布范围及对煤质的影响；查明了水文地质特征，对矿井开采技术条件作出了评价，储量计算方法正确，计算结果较为可靠。综上所述，本井田勘探程度已达到精查的要求，可以作为矿井设计和建设的依据。、地质构造分析及评价根据地质报告，本井田受永城复式背斜的控制，井田内次一级褶皱发育，受其影响，地层沿走向和倾向均有较大的起伏变化，特别是在马庄向斜轴部的两侧，其走向基本呈东西方向，大曾庄向斜使得煤层等高线基本呈封闭状。井田内断裂构造也基本不发育，岩浆岩活动在本井田也比较剧烈，对各煤层都有不同程度的侵入，尤其是三22煤层受影响范围最大，破坏最为严重。从上述构造情况看，全井田构造复杂程度应为中等。1.2.3地质综合柱状地质综合柱状如图1.2所示。1.2.4地质构造1.2.4.1井田地层概述本井田为新生界地层所掩盖，依据钻孔揭露，地层自老至新有：中、下奥陶统（Ql+2），中、上石炭统（C2+3）及二叠系（P）。1、中下奥陶统（O1+2）主要由中厚厚层状石灰岩组成，井田内只有少数钻孔揭露本地层顶部，揭露最大厚度101.09m，总厚度不详。2、中上石炭统（C2+3）中石炭统本溪组（C2）下部主要为铝土质泥岩及铁质泥岩，厚2.1313.81m，平均5.45m，层位稳定，为K1标志层。上部主要为铝土质泥岩、砂质泥岩及一层不稳定的灰岩。本组厚10.7518.13m，平均14.3m。 上石炭统太原组（C3）主要由913层石灰岩及泥岩、砂质泥岩、砂岩组成。含薄煤层610层，均无开采价值。底部一层石灰岩厚度较大，厚7.2618.4m，平均12.24m，为K2标志层，其下常发育一薄煤层，不可采，但层位稳定。顶部第一层石灰岩厚0.155.12m，平均1.91m，为K3标志层。其上有一层厚约l0m的泥岩，为太原组顶界。本组层厚119.95m156.67m，平均138.87m。3、二叠系（P）下二叠统山西组（P11）为本井田主要含煤地层之一，由泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及中、细粒砂岩组成。含煤两层煤，其中二2煤层为本井田可采煤层，三2煤层井田内不可采。本组厚66.66110.11m，平均92.41m。下二迭统下石盒子组（P12）以砂岩为主，泥岩次之，间夹不可采煤层。三煤组位于其中段，三22煤为不可采煤层。本组底部的鲕状铝质泥岩，平均厚3.77m，层位较稳定，为K4标志层。该地层总厚74.55123.89m，平均93.6m。上二迭统上石盒子组（P21）本组地层共分四段，总厚635m左右。第一段，以泥岩、砂质泥岩为主，平均厚104.75m，底部以平均厚为3.76m的K5砂岩标志层为界。第二段由泥岩及砂岩组成，平均厚183.58m，底部为细中粒砂岩，平均厚4.74m，为K6标志层。第三段，以泥质岩为主，厚175.1lm，底部为K7砂岩，厚4.45m。第四段以中粗粒砂岩为主，间有砂质泥岩，厚172.68m。底部一层中粗粒砂岩厚6.73m，为K8标志层。4、上二迭统石千峰组（P22）主要由中砂岩、粉、细砂岩及泥岩、砂质泥岩组成。间夹砾石层，总厚度大于798.92m。5、新生界(Kz)、上第三系(N)中新统由中细粒砂层、亚粘土、粘土组成，含砂48层，具有结构松散、粒度粗、泥质含量少，单层厚度大等特征，层厚180220m。上新统主要为亚粘土、粘土，粘土层较厚，可塑性大，层厚7080m。、第四系（Q）更新统以亚粘土为主，夹砂层透镜体，厚3040m。全新统以亚砂土为主，夹亚粘土及腐植质黑土，含大量姜结石和小砾石，厚2030m。1.2.4.2断层井田内断裂构造比较发育，全为高角度正断层，以北向，东向为主。1.2.5井田水文地质、主要含、隔水层特征 1、上第三系上新统松散孔隙承压水含水组（-1）主要由细、中砂及粉砂组成。总厚74m左右，砂层平均厚41.63m，占56，砂层单层厚度大，分布稳定。q0.378 l/s.m，K1.10m/d，属中等含水组。2、新生界底部隔水层段（2）主要由钙质粘土、粘土、砂质粘土组成，夹有少量砂层透镜体。一般厚度130m左右，其中粘土层厚104.95m，占80，层位稳定，单层厚度大，可塑性好，使上部水垂直下渗受到限制，为一良好的隔水层段。3、山西组二2煤顶板砂岩裂隙承压水含水组（）由泥岩、砂质泥岩及中、细砂岩组成，总厚54m，砂岩厚度变化大，平均24.02m。裂隙不发育，富水性微弱。q0.0003131/s.m，K0.00149m/d，地下水处于近似封闭环境，径流滞缓，以静储量为主，属弱含水组。4、二2煤底至K3顶隔水层段由粉、细砂岩、砂质泥岩及泥岩组成，下部以厚层海相泥岩为主，岩石致密完整。平均厚度44.21m，分布稳定，并具有较好的力学性质。正常情况下可起到良好的隔水作用。5、太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水含水组（）本组厚度一般在57m左右，含水层由L12一L7共6层灰岩组成，累计均厚27.51m，其中L9层位稳定，岩溶裂隙较为发育，厚度较大，一般在12m左右。Q0.0004325.5511/s.m，K0.00111.48m/d，属中等含水组。6、太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水含水组()本组厚度一般在65m左右，含水层由L6L2共5层灰岩组成，累计平均厚度22.97m，其中以L2为最厚，一般13m左右，层位稳定。溶蚀裂隙较为发育，并见有小溶洞，水蚀现象明显。q0.4402.1161/s.m，K2.537.72m/d。属中等强含水组。7、K2底至奥陶系顶隔水层段主要由泥岩、砂质泥岩和本溪组铝土质泥岩等组成，厚度在1828m之间，平均厚22.55m，层位稳定，隔水性能良好，正常情况下，上、下含水层之间无水力联系，唯一良好的隔水层段。8、奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水含水组（）厚度不详，井田内最大揭露厚度101.09m，灰岩厚度较大，岩溶裂隙发育不均，局部见有小溶洞，水蚀现象明显，q1.2761/s.m，K4.416m/d，属中等强含水组、断层的导水性井田内断层多为高角度正断层，断层带厚度在30m以下，且常被泥质充填、胶结，富水性微弱，导水性差。但在将来矿床开采时，一旦其天然状态受到破坏，断层带的碎屑物质承受不了地下水的静水压力，断层带将可能成为导水通道。、充水因素二2煤顶板砂岩裂隙水是开采各煤层的主要充水水源，但水量微弱，补给条件差，以消耗静储量为主，易于疏干，对矿床开采影响不大。开采二2煤层时，威胁较大的是其底部太原组上段灰岩水。二2煤底板距K3灰岩最大62m，最小33m，平均44m，其岩性多为泥岩和砂质泥岩，是一良好的隔水层，正常情况下，不会造成对二2煤层的充水，但在开采过程中如遇到断层的破坏，或隔水层变薄等，则有可能导致底板突水。综上所述，本井田水文地质类型为：二2煤以底板岩溶裂隙充水岩层为主的水文地质条件简单类型。、矿井涌水量矿井正常涌水量60m3/h，最大涌水量125m3/h。1.3煤层特征1.3.1煤层地质条件本井田含煤地层为石炭、二叠系，属华北型沉积。煤系地层总厚613m，共含煤31层，平均总厚11.8m，含煤系数1.93。主要含煤地层为下二迭统山西组和下石盒子组，共含煤815层，平均总厚8.88m，含煤系数4.77，其中可采煤层5层（二2、二2上、三22、三22上、三3），现将主要可采煤层分述如下：l、二2煤层位于山西组中部，上距K4标志层53m左右，下距K8标志层44m左右，煤厚06.35m，平均2.87m，层位稳定，全井田发育，煤层结构简单，厚度变化不大，局部地段有岩浆侵入。为本井田主要可采煤层，占总储量的72.2。2、二2上煤层系二2煤层之上分层，下距二2煤层0.644.93m，煤厚0.13.64m，平均2.23m，结构简单，主要集中在2024线中深部及浅部。3、三22煤层位于下石盒子组中下部，上距K5标志层约60m左右，下距K4标志层2530m，煤层厚度04.24m，平均厚度1.81m，层位稳定，全井田发育，但受岩浆岩破坏严重，结构较复杂。4、三22上煤层位于下石盒子组中下部，下距三22煤层平均5.46m左右，24线以北为其可采范围，煤厚03.00m，平均0.79m，层位不稳定，结构较复杂，普遍受岩浆侵入，为不可采煤层。5 、三3煤层位于下石盒子组中部，下距三22煤层10m左右。可采范围分布于21线以北，煤层厚02.08m，平均0.64m，层位不稳定，结构较简单，为局部可采煤层。详见可采煤层情况一览表122。1.3.2煤层的围岩性质二2煤层顶板以中细砂岩及砂质泥岩为主，其中中砂岩约占55%,砂质泥岩约占45，井田中部1731线多为砂质泥岩，两端以砂岩为主，局部顶板为岩浆岩。其抗压强度为：砂质泥岩389544kg/cm3，砂岩3061264kg/cm3。底板多为泥岩和粉砂岩。其抗压强度为：砂质泥岩236864kg/cm3，砂岩7331393kg/cm3。1.3.3煤的特征一、物理性质和机械性质本井田各煤层颜色均为黑色灰黑色，条痕灰黑色，性脆、易碎成粉末状。细中条带状结构，层状构造，内生裂隙发育，裂隙面多充填碳酸盐类次生矿物，硬度35。二2煤层煤岩成分主要由亮煤和镜煤组成，暗煤呈透镜状及条带状，煤岩类型为光亮半亮型。三煤组各煤层煤岩成分以亮煤为主，暗煤次之，夹有条带状及线理状镜煤，煤岩类型为半亮型。二、煤岩特征（一）煤层各主要煤层有机显微组分以镜质组为主，约占80，惰性组分次之，约占10左右。显微煤岩类型主要为条带状微镜惰煤，其次为碎集状微镜惰煤、微镜煤及微粘土质矿化煤。具明显沉积结构及层状构造，在正交偏光镜下煤中镜质组分具有一致的异向光性。（二）天然焦1、焦化煤：含有部分焦化晶体颗粒及气孔，但保持煤的原生沉积结构及部分粘结组分，包括以下几种：（1） 具有气孔结构的软化塑性煤，有时形成流动状构造。（2） 部分组分转化成焦炭结构但仍有残留的粘结组分存在。（3） 具有一致的异向光性的细粒煤。（4）具有细粒结构及气孔构造的塑性煤。2、 弱焦化煤（类）焦：全部粘结组分都已转化为焦炭光学结构单元，不具煤之原生沉积结构，具气孔构造，正交偏光镜下具明显各向异性。3、强焦化煤（类）焦：全部由焦炭结构单元组成，在正交偏光镜下焦炭结构单元具强烈的各向异性，具气孔构造，看不到煤之原生结构。天然焦的无机组分约占16，主要以粘土矿物为主，基本上保持原来的显微特征，但常见有明显的异性光性，其次为黄铁矿，多呈裂隙充填状，另有方解石和石英充填。在天然焦的气孔中，个别样品混有岩浆岩碎块，多为硅酸盐基质，少量为碱性长石。三、煤的化学组成、工艺性能及煤类（一）化学组成1、挥发分本井田各煤层均为贫煤至无烟煤，浮煤挥发份变化不大，平均为7.54-11.04，从总体上看自上而下挥发份略有降低之势，天然焦的挥发分较煤层均有所降低。2、水分原煤水分大部分小于2，一般为1左右，含量稳定，天然焦水分较煤层高。3、灰分本井田各主要可采煤层除二2煤层为低灰煤外，其余均为中灰煤。受岩浆热的烘烤和热液作用而形成的天然焦，其灰分较煤层有明显的增加，二2、二21、三22上煤的天然焦平均灰分分别为23.27、19.14、24.61，属中灰范畴。三3、三22煤的天然焦平均灰分分别为33.70、27.68，属富灰范畴。各煤层原煤经1.40或1.50的密度液洗选，灰分有大幅度的下降，精煤灰分产率在610%左右。4、硫份各煤层的原煤全硫含量均小于1，一般为0.6，含量稳定，属特低硫煤。个别样点含量较高，可能是由于黄铁矿局部富集所致。天然焦全硫变化较多，最小为0.08，最高达3.81；且随着煤层埋深的增加，有增加的趋势。主要以有机硫为主，其次为硫化铁硫，硫酸盐硫含量低微。5、煤灰成分及灰熔融性各煤层的煤灰成分以SiO2和AL2O3为主，两者之和达70，最高达90，属酸性渣。由于本井田煤层受区域岩浆岩热变质作用，致使煤中碳酸盐及铁的氧化物含量相对升高，CaO含量明显高于Fe2O3，一般在8左右，从垂向上看，随着煤层埋深的增加CaO、Fe2O3的含量逐渐升高。MgO、Na2O、K2O含量均较低，Na2O一般为1，Na2O与K2O之和不大于2。由于煤灰中SiO2和AL2O3含量较高，所有煤灰软化温度（ST）均大于1250C，均属于高溶难溶灰分。6、元素分析碳、氢元素含量：各煤层浮煤碳、氢元素含量变化不大，一般分别为9192和3.54，与煤的变质程度基本上相符，从上至下碳含量略有增高，氢含量略有降低之势。天然焦的氢含量有较大的降低，因此其C/H比值较煤层增高，这亦是区别煤层与天然焦的标志之一。有害元素a、磷含量（P）各煤层磷含量均很低，平均含量为0.007，仅三22煤层贫煤磷含量稍高，平均含量为0.014，均属于低磷煤层。b、砷含量（As）各煤层砷含量均小于8ppm,一般为2ppm,极个别点砷含量较高（11.68ppm），符合食品工业用煤要求。c、氯含量（CL）各煤层氯含量小于0.3，一般为0.030。d、氟含量（F）煤中氟含量一般在30300ppm之间，少量样品氟含量高于300ppm。（二）煤的工艺性能1、煤的发热量：各主要煤层高位发热量均大于25MJ/kg，弹筒发热量均大于30MJ/kg，均属于中高发热量煤层。天然焦的发热量均低于煤层，高位发热量均小于25MJ/kg。2、煤的灰性特征根据煤灰成分计算出一些与煤燃烧有关的灰性指标，结果见下表根据美国机械工程师学会对灰分的分类标准进行分类，本井田各主要煤层煤灰结渣指数0.2，结污指数0.20，其类别均为低的。3、煤对二氧化碳的反应性随着温度的升高，煤对二氧化碳的反应性增高，二氧化碳还原率亦随之增高，在标温1100时，各煤层二氧化碳还原率均大于40。其中二2煤稍高，达60左右，各煤层平均二氧化碳还原率为55.05。永城煤矿二2煤层煤样的二氧化碳还原率大于50，与本井田煤芯煤样所测得的结果基本吻合。天然焦因成焦过程中毛细管遭到不同程度的破坏，矿物质含量增高，在和二氧化碳反应时，表面积相对减少，所以理论上说，其对二氧化碳反应性比煤差，但因其焦化程度差异甚大，所以测定的二氧化碳还原率相差也很大。4、煤的热稳定性煤的热稳定性测试大多采用1325厘米级块煤测定法。试验结果，大于13毫米级占总残焦重（TS13）为64.8081.56，平均为73.18，属于热稳定性好的煤层。天然焦的热稳定性比煤差，且TS13值变化也大。四、煤的可磨性、硬度、抗碎强度、结渣性（1）可磨性：各主要煤层均做了可磨性试验（哈氏法），可磨性系数（K.H.C）平均为76，属易磨煤。天然焦从理论上看应比煤层难磨，尤其焦岩混杂者，但纯净的变质程度较低的天然焦（类焦）其可磨性与煤层相似。（2）硬度：井田内没有采取煤的硬度试验样，但邻区永城煤田二2煤层做了硬度测试试验，二2煤层在自然状态下抗压强度在3970Kg/cm2之间，平均值为55 Kg/cm2，坚固系数为0.92，属软煤。(3）抗碎强度：精查阶段二2煤层采了一组样品，试验结果大于25毫米级占67。(4）结渣性：井田内没有做此方面的试验，但收集邻区永城煤矿二2煤层结渣性试验，结渣性6mm（），可供参考。1.3.4煤层瓦斯含量据地质报告，本矿井属低瓦斯矿井，局部有富集现象。1.3.5煤尘经煤炭科学分院鉴定：煤尘无具有爆炸性。1.3.6煤层自燃及地温经煤炭科学分院鉴定：煤层为不易自燃发火煤层，自燃倾向等级为、级。据详查资料，恒温带深度为5060m，温度13.519.4，平均地温梯度为2.31/100m。井田相邻的29、35号钻孔井底温度分别为22.9、17.7，井温梯度分别为1.53、1.27/100m。本区属地温正常区。2 井田开拓2.1井田境界及可采储量2.1.1井田境界根据以上划分原则以及永夏煤田的整体规划以及城郊煤矿的实际情况，四周边界为：北：煤层露头处以自然地质条件划分为边界；西：以F7断层为边界；南：以F20断层为自然边界；东：相邻边界为其他矿区开采井田，本矿区为进水平煤层，根据垂直划分原则，人为划分为直线；井田走向长平均约9.5km，最长10.0km，最短7.7km，倾斜宽平均约3km，最长3.2km，最短2.7km，面积约28km2。煤层倾角一般为2 10，平均倾角5。2.1.2可采储量（1）工业储量计算由AutoCAD软件测得井田面积为284766.84mm2。在1：5000的开拓图上每1mm2表示100m2。煤容重为1.5 t/m3，煤层倾角平均5，煤厚平均为3.0m。井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量由煤层面积、厚度及容重相乘所得，其计算公式一般为：Q=100SM/cos (2-1)式中： Q为井田工业储量，万t；S井田面积，km2；M煤层平均厚度，3.0 m；煤的容重，t/m3，1.5t/m3煤层平均倾角，5；则：Zc=100（473422.8410010-6）3.51.5/cos5=14221.38万t。工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探厚度与质量均合乎开采要求，目前可供利用的列入平衡表内的储量，即ABC级储量。根据地质勘探资料显示，其中高级储量为：10239.39万t，约占工业储量的72%，符合高级储量比例要求。（2） 计算可采储量时，必须要考虑以下储量损失 1）工业广场保护煤柱；2）井田边界煤柱损失；3）采煤方法所产生煤柱损失和断层煤柱损失；4）建筑物、河流、铁路等压煤损失；5）其它各种损失。（3） 矿井永久保护煤柱损失量1）边界煤柱可按下列公式计算 ZLbMr 2-2)式中：Z边界煤柱损失量，t； L边界长度，m； b边界宽度，断层边界50 m，人为边界20 m。井田的人为边界煤柱为：25712031.5=231.39 万t。2）工业广场保护煤柱本矿井设计年生产能力为1.2Mt/a，按煤矿设计工业规范，占地面积指标应在（11.2）公顷/10万吨之间小井取大值，故取1.2。占地面积为121.214.4m2。故设计工业广场的尺寸为380380m2的长方形，面积为：14.410 4m2，尺寸为380380m2的长方形。工业广场位置处的煤层的平均倾角为4.5，工业广场的中心处在井田走向中央，倾向中央偏于煤层中上部，其坐标为：该处表土层厚度为200m。主井、副井、地面建筑物均在工业广场内。工业广场按大型矿井级保护，留围护带宽度为15m。本矿的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-1。表2-1 矿井地质条件及冲积层和基岩层移动角广场中心深度煤 层 倾 角煤层厚度冲积层厚度冲积层移动角走向移动角下山移动角上山移动角MmM-7104.51020040707065.8由此根据上述已知条件，画出如图2-1所示的工业广场保安煤柱的尺寸，并由图得出保护煤柱的尺寸为：图2-1 工业广场保护煤柱示意图S=梯形面积=1/2(上宽下宽) 高=1/2(1290.331338.24) 1255.93=165.06104m2 则工业广场压煤为：Q1SMr/cos (2-3)1650649.963.51.6/ cos4.5600.19万t3）断层煤柱按断层落差大小两侧各留一定水平宽度的安全煤柱。具体留设方法见表2-2。表2-2 断层保护煤柱留设方法断层落差H留设尺寸H50m50m30mH50m30mH30m不留设煤柱则井田边界断层煤柱：由于F3断层落差较大，长度分别为2500m，断层两边各留煤柱50米，则断层保护煤柱损失为：Q3 250025031.5/cos5=112.5万t4）防水煤柱的留设由于基岩上面普遍发育着一层隔水性能良好的灰色及深灰色粘土、砂质粘土，厚约30m左右，隔水性能良好。地质报告资料显示本地区表土层隔水效果比较好，故不留防水煤柱。井田保护煤柱损失量见表2-3。表2-3 保护煤柱损失量煤 柱 类 型储 量（万t）井田边界保护煤柱231.39工业广场保护煤柱600.19断层保护煤柱112.5合 计1848.21（4） 矿井可采储量井田的可采储量Z按下式计算：Z=(QP) C (2-5)式中：Q矿井工业储量， P各种永久煤柱的储量之和， P=231.39+600.19+112.5=944.08万t C采区回采率，厚煤层不低于0.75；中厚煤层不低于0.80。薄煤层不低于0.85；设计开采的二2煤层属中厚煤层，采区回采率取为0.80。则计算可采储量为：Z=(QP) C=（14221.38-944.08）0.8=13277.3万t由此可得本矿井的可采储量为13277.3万t。在备用储量中，估计约为50%为回采率过底和受未知地质破坏影响所损失的储量。井田实际采出储量用下式计算：Z实际=ZZ（K1）50%/K (2-6) 式中：Z实际 井田实际采出煤量，万t； Zk矿井的可采储量，13277.3万t； K矿井储量备用系数，取1.4；由2-3式，得： Z实际=13277.313277.3（1.41）50%/1.4 =11380.55万t即本设计矿井实际采出煤量为11380.55万t。2.1.3矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 （1）矿井工作制度按照煤炭工业矿井设计规范的规定，参考关于煤矿设计规范中若干条文修改决定的说明，确定本矿井设计生产能力按年工作日330d计算。“三八制”作业（两班生产、一班准备检修）每天两班出煤，净提升时间为16h。（2）矿井设计生产能力及服务年限 （一）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。（二） 矿井设计生产能力本井田储量丰富，设计开采煤层赋存稳定，煤层厚度大部分比较稳定，属中厚煤层(3m)；煤层平均倾角小，属近水平煤层。因地质构造简单，同时煤田范围较大，开采技术好的矿井适合布置大型矿井。因此，初步确定矿井的设计生产能力为120万t/a。（三） 矿井服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。矿井可采储量Zk、设计生产能力A矿井服务年限T三者之间的关系为： TZk /（AK） （2-7）式中： T矿井服务年限，a；Zk矿井可采储量，万t；A设计生产能力，万t；K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：T =11380.55/（1201.3） =65a服务年限符合要求。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。本设计中水平倾斜范围为-400m-750m，水平服务年限的计算公式为：T =65a式中: T水平服务年限，a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2-4。本矿井的服务年限以及第一水平的服务年限的设计服务年限符合规定。表2-4 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）矿井设计服务年限（a）第一开采水平服务年限（a）煤层倾角45600及以上8040300500703512024060302520459050252015930各省自定2.2井田开拓井田开拓是在总体设计已经划定的井田范围内，根据精查地质报告和其它补充资料，具体体现在总体设计合理原则，将主要巷道由地表进入煤层，为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程。其中包括确定主、副井和风井的井筒形式、深度、数量、位置、阶段高度、大巷位置、采（带）区划分以及开采顺序与通风运输系统。2.2.1井田开拓的基本问题（1）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) 地形平坦，地势高差小，有内涝威胁；2) 煤层埋深较大，且表土层厚度大，平均200 m；3) 第四系覆盖层较厚，井筒需要特殊凿井方法施工；为防止第四系水溃入井下，需留设合理的防水煤柱；4) 太原组灰岩水压较大，水量相对丰富，岩溶裂隙比较发育，选择井筒位置时需留有足够的隔水岩柱；5) 本矿井为低瓦斯矿井。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，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。（2） 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。a.平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，只有在地形条件合适，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要求。b.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，井筒延深施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；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，提升深度有限，辅助提升能力小；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。c.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，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，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，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工技术复杂，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，基本建设投资大。由于表土层厚且含水，地表是平原，煤层埋深较大，第一水平只能用立井开拓。根据矿井提升的需要与本矿的地质条件，及煤矿安全规程的规定，设立主副井筒各一个，主井用来提升煤炭，副井用来运送人员、材料、矸石及通风等。本矿井瓦斯涌出量小，且矿井采用条带式开采，但由于井田面积大，通过第九章的比较，采用两翼对角式的通风方式。2）井筒位置的确定井筒位置的确定原则：a.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；b.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；c.井田两翼储量基本平衡；d.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；本矿井在二2煤层底板下部230m处有一太原组灰岩承压含水层，压力大，水量也较大，设计时须使井筒、井底车场与该承压水之间有一定厚度的保护层，在确定延深方式时应综合考虑，尽量使井底车场避开该含水层。因此，为避开太原组承压含水层的影响，一水平以下延深方式的不同，将会选择不同的井筒位置。依据本矿实际条件，主副井筒选址考虑布置在储量中心和尽量减少工广压煤。经后面方案比较确定主、副井筒位置大致位于井田中央，井田倾向的中上部。风井井口位置的选择应在满足通风条件的前提下，与提升井筒的贯通位置最短，并利用各种煤柱以减少保护煤柱的损失。在设计中采用初期中央并列式后期两翼对角式通风，因表土层较厚，共设计三个风井：中央风井服务工业附近的一水平带区；东风井服务第一、二水平的东翼，东翼下一水平的通风通过回风斜巷与东风井相连。西风井服务第二水平的西翼，西翼下一水平的通风通过一段回风平巷与西风井相连。东翼风井布置在井田边界之外，不留煤柱；另外将西翼风井布置在断层煤柱内，从而减少了煤柱损失。（3） 工业场地的位置1）布置要求a.工业广场地应具有稳定的工程地质条件，避开法定保护的文物古迹，风景区、内涝低洼区和采空区，不受岩崩、滑坡、泥石流和洪水等灾害威胁；b.工业场地应少占耕地，少压煤；c.距水源，电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。2）工业场地位置结合以上要求，根据井筒位置，工业场地的布置：a.井田走向的中央和倾向的中上部；b.工业广场的保护煤柱的短边与F4断层重合。3）工业场地形状、面积工业场地的形状和面积：根据工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为14.4公顷，形状为矩形，长380 m,宽380 m。为了减少边角煤，短边平行于F4断层保护煤柱线。（4） 开采水平的确定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。对开采近水平煤层的矿井，用带区上下山准备时，带区上山的长度一般不超过2000 m，带区下山不宜超过1500 m；用石门带区准备时，斜长不受此限制。采用带区准备时，采煤工作面推进方向的长度可达1500 m。据统计，我国目前开采近水平煤层的水平垂高平均162.17 m，大型矿井平均为194.04 m，但在实际工作中，对若干缓倾斜与近水平煤层的大型矿井水平垂高增加到200400 m。本设计井田煤层赋存平缓，煤层平均倾角为5，采用一个开采水平。（5） 井底车场和运输大巷的布置1)大巷类型选择大巷的主要任务是担负煤矸、物料、和人员的运输，以及通风、排水、敷设管线。对运输大巷的要求是便于运输、利于掘进和维护、能满足矿井通风安全的需要。1、运煤大巷运输方式选择我国目前常用的大巷运煤方式主要有矿车和胶带机两种方式。其各自优缺点见表2-5表2-5 大巷运输方式比较运输方式优点缺点适用条件矿车运输1可同时统一解决煤炭、矸石、物料、和人员的运输问题。2运输能力大，机动性强，随着运距和运量的变化可以增加列车数。3能满足不同煤种煤炭的分采和分运要求。4对巷道直线度要求不高，能适应长距离运输。5吨公里运输费比较低。1不连续运输。2井型越大，列车调度工作越紧张，其运输能力受到限制。中小型矿井，也有在大型矿井中使用的。要求大巷平，能适应多弯道。胶带运输1实现大巷连续化运输，运输能力大。2操作简单，比较容易实现自动化。3装卸载设备少，卸载均匀1不能适应不同煤种的分采分运。2要求大巷直。3需开另外一个辅助运输大巷。运量大，运距较短，煤种单一、装载点少、大巷比较直的矿井。本设计矿井为年产120 万t大型矿井，井筒采用立井开拓，系统简单，近水平煤层，巷道没有较大起伏，拐弯少。所以为了能实现高产高效矿井的建设，决定运煤大巷采用带式输送机运输。2、辅助运输大巷运输方式选择主运采用胶带运输，辅助运输可以采用矿车、单轨吊、卡轨车、齿轨车或无轨胶轮车等。本设计井田内的煤层平均倾角为5，辅助运输采用机车无机绳绞车的机械化配套形式，大巷采用电机车运输，带区内采用无机绳绞车，机动灵活，适用性强，不怕积水，不怕煤粉，不受底板情况的影响，过道岔方便，连续运输距离长。2)大巷布置方式选择根据煤层数目和层间距的大小，运输大巷布置有三种方式：单层布置、分组布置和集中布置。由于本设计只对二2煤进行设计，大巷采用单层布置。其优点：准备工程量小，初期工程量小。3)大巷层位选择确定运输大巷在煤层中的具体位置是与选择运输大巷的布置方式密切联系的。由于大巷服务时间长，为了便于维护和使用，大巷不应受到开采煤层采动影响。一般将大巷设在煤层底板岩层中，有条件时，可以考虑设在煤层中。其优缺点见表2-6。表2-6 煤层大巷和岩层大巷比较比较内容煤层大巷岩层大巷掘 进及工 期施工设备简单，速度快，工期短，费用低；超前勘探煤层变化。岩石工程量大，速度慢，费用高，工期长。维 护维护(大巷、管线、轨道、水沟等)工作量大，费用高，大巷维护频繁，影响生产维护条件好，费用低，少维修，对生产有利。使 用地质构造复杂时，煤巷弯道多，对运输方式有限制，通过能力小，不利于采区煤仓布置。能适应地质变化，可取直或分段取直，方向和坡度一定，对运输方式不限，通过能力大，有利于布置采区煤仓。煤 损大巷两侧各留煤柱3040 m或4050 m，煤损大。不留或少留煤柱，丢煤少。安 全对防火安全不利，煤层自燃时，封闭大巷导致停产。对防火安全有利。新桥井田内设计的主采煤层二2煤层厚度为3.0 m。矿井辅助运输采用电机车和无机绳绞车+串车的机械配套形式，大巷采用岩巷掘进，沿二2煤走向布置。优点很多，维护条件好，费用少，可不留或者少留护巷煤拄，煤的损失少，安全条件好，受煤与瓦斯突出及自燃发火等影响小。主要缺点是岩石工程量大，掘进速度慢，投资费用高，建设工期长。4)大巷方向确定胶带大巷要求大巷直，允许有起伏。因为沿岩层掘进，故胶带大巷有稍微的水平摆动。大巷辅助运输采用电机车运输，辅助运输大巷也布置在岩层中。两条大巷沿岩层，这种布置方式均在技术上可行。（6） 矿井开拓延深矿井开拓延深是多水平开拓矿井保持接续和均衡生产的需要，只有不断的做好矿井开拓延深，才能保证矿井稳产高产，获得良好的经济效益。矿井开拓延深方式可以采用直接延深也可采用暗斜井延深。本设计中，可采煤层为二2 煤层，而且整个矿井只有一个开采水平，所以不涉及矿井的深部延深。（7） 开采顺序矿井生产过程中的接替的好坏将直接影响矿井生产的进度，影响矿井年产量。在确定矿井接替顺序时应注意以下原则和问题：(1)年度内所有进行生产的采煤工作面产量总和加上掘进出煤量，必须确保矿井计划产量的完成，并力求各月采煤工作面产量较均衡。(2)确保合理的开采顺序，上下区段工作面和上下工作面之间，保持一定的错距和时间间隔；煤层之间，除间距较大或有特殊要求允许上行开采外，要求按自上而下的顺序开采。 方案比较1）提出方案(1)方案提出根据设计确定的原则，经筛选设计提出以下四个井田开拓方案。方案一：主、副井位于-550 m标高，风井位于- 600m标高，大巷布置在岩层中，沿井田1号和3号拐点连线方向布置大巷。采用中央分列式通风。回采工作面采用带区布置，沿倾斜方向一次推全长。井田开拓方式见图2-2。方案二：主、副井位于-500 m标高，风井位于-550 m标高，大巷布置在岩层中，沿-500 m标高布置大巷，大巷沿煤层倾向贯穿整个井田。采用中央分列式通风。回采工作面采用带区布置，井田开拓方案剖面图见图2-2。方案三：主、副、风井位于-600 m标高，大巷布置在岩层中，沿井田1号和3号拐点连线方向布置大巷。采用中央并列式通风。回采工作面采用带区布置，沿倾斜方向一次推全长。井田开拓方案剖面图见图2-2。方案四：主、副、风井位于-550 m标高，大巷布置在岩层中，沿-550 m标高布置大巷，大巷沿煤层倾向贯穿整个井田。采用中央并列式通风。回采工作面采用带区布置，井田开拓方案剖面图见图2-2。2）技术比较(2)方案比较表2-7 井口、工业场地位置及开拓方式方案比较表项目名称方案一方案二方案三方案四水平标高(m)-550-500-600-500井田开拓方式立井立井立井立井通风方式抽出式抽出式抽出式抽出式通风系统中央并列式中央分列式中央并列式中央分列式地面工程地质特征较好好较好好井筒水文地质特征较简单简单较简单简单工业场地压煤量(万t)2213.3121602213.3121601)技术比较 以上所提四个方案大巷布置形式及数目均相同，区别在于井筒位置和通风方式不同，及部分基建、生产费用不同。方案一、方案二都采用立井布置，通风方式均为中央分列式，大巷均沿岩层布置，初期准备时间长，岩石工程量大。方案二井筒位于中部，井筒工程量小，提升费用小。方案三、方案四也都采用立井布置，通风方式均为中央并列式， 大巷也都沿岩层布置，初期准备时间长，岩石工程大。方案四井筒工程量小，提升费用小，石门工程量小。方案一：单水平上下山中央并列式通风方案二：单水平上下山中央分列式通风方方案三：立井两水平暗斜井延伸中央并列式通风方案四：立井两水平暗斜井延伸中央分列式通风 2）粗略经济比较以上四种方案在技术上都各有优势，需要先进行粗略经济比较选出明显不经济者：表2-8 各方案粗略估算费用表方案方案一方案二项目基建费/万元立井开凿2624300010-4=392.4立井开凿2524300010-4=332.4风井开凿354300010-4=118.2风井开凿354300010-4=118.2石门开凿29680010-4=23.7石门开凿41680010-4=33.3井底车场100090010-4=90.0井底车场100090010-4=90.0