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第101页中国矿业大学2009届本科生毕业设计1 矿区概况及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1交通位置扎赉诺尔矿务局铁北矿井，位于扎赉诺尔煤田的西北部。地理坐标：东经117。45，30： 46，40：；北纬49。26，1527，30：。行政区局内蒙古自治区呼伦贝尔盟满洲里市扎赉诺尔区。西距满洲里市29KM，东距海拉尔市160KM，至哈尔滨市908KM。滨州铁路横贯井田南侧。矿区内设有专用铁路与滨洲线连接。至各旗（县）均有公路相通，交通方便。1.1.2地形、地貌该区位于大兴安岭西坡之内蒙古高原，但区内地形平坦，一般标高在+544.30m544.60m之间。东西面环山，多为1530。左右的缓坡状丘陵。南北方向为平坦草原。1.1.3河流煤田内水体颇多，木得那亚旧河床在煤层露头以外仅200500m。井田南、西侧并流经井田之上的人工河（达赉湖浅水渠、即木得那亚河改道工程），南通达赉湖，北入海拉尔河，流经中苏边界，最后注入黑龙江。海拉尔河床平坦，汛期河水有时出槽，有时使工人河逆向流动。1.1.4气象与地震该区属大陆性气候，冬寒夏热，温差变化大，最低气温-42.7。C。最高气温37.4。C。结冰期长达7个月，冻结深度一般为2.53m。积雪厚度一般在512。雨量多集中在六、七、八月份，年最大降雨量371.4。一般为250330，年蒸发量12001500，为降雨量的4.5倍。全年最大频率风向为西南风，一般风速为m/s，最大为、m/s，风力一般为级，最大为级。根据中国科学院出版刊物报导，本区为无震区。过去十多年只凭感觉发生过次地震。1979年2月6日地震部门报导，在达赉湖地区发生过5.3级地震，震中在达赉湖西岸。最近呼盟地区地震局图件表明，本区为6度震区。1.1.5矿区经济概况该区以煤炭工业为主，无其他重要工业。矿区内除蔬菜种植外，多为草原畜牧业。矿区职工待业子弟较多，劳动力来源比较充裕。矿务局有砖瓦厂一处，年生产能力1000万块，基本满足矿区发展需要。另外扎赉诺尔矿区有煤矸石砖瓦厂一处，也可以为矿区所用。矿区周围多为火成岩无石场。全套图纸，加1538937061.1.6水源及电源矿区无论地表水，地下水均比较丰富，建设水源比较方便。矿区已建成达赉湖水源日产量13000吨供全矿区工、农业用水。主要电源为灵泉二电厂，发电机组能力为25000KW，基本满足矿区及呼盟地区用电电量。产品销售，主要为富拉尔基二电厂，灵泉二电厂，少量为地区所用。1.2 井田地质特征1.2.1井田地质构造 扎赉诺尔煤田位于新华夏系第二沉降带额尔古纳隆起带和海拉尔沉降带的接壤带上，属晚侏罗纪含煤组扎赉诺尔群。煤田为一地堑式断陷盆地。煤田东侧为落差500m的阿尔公特山断裂（原名磋岗断层），西以落差300m的扎赉诺尔断裂为界，南至达赉湖，北至中苏边界，面积为1035KM2。盆地内煤系地层呈宽缓向斜构造，是以大陆相沉积为主的断线盆地。两条断裂均具有相同沉积性质和多期活动特点，控制了盆地的形成，演化和含煤地层的沉积。煤田为一不对称的宽缓向斜构造，局部有起伏，轴向呈NE20o-30o，北部略抬起，向南倾没于达赉湖。向斜西翼地层倾角东缓西陡，东翼倾角3o-5o，西翼倾角5o-10o，本井田位于向斜西翼北侧，为单斜构造，煤层稳定 。扎赉诺尔煤田地层由老至新为：1.远古界前寒武系：主要由灰绿色片岩，花岗片麻岩夹石英岩组成。2.古生界：1）泥盆系中统：上部为酸性绿色火成岩及凝灰岩，泥灰岩，下部为千枚页岩，粉砂岩及薄层灰岩。2）石炭二叠系：上部为中酸性火成岩，下部为凝灰质砂砾岩，泥岩等组成。3.中生界侏罗系1）兴安岭群：由中酸性火成岩及火山碎硝岩组成，上部为甘河组，由玄武岩、安山岩、凝灰岩等火山碎硝屑组成，厚度大约500m，下部为龙口组，由粗面岩、流纹岩组成，厚度大约800m。2）扎赉诺尔群：为本煤田的含煤地层，由上至下：A、大磨拐河组：由砂岩，砂质泥岩、砂砾岩及煤层组成。厚度为800多米，岩层颜色多为灰、灰白色，粒度为一胶结较好，含有3、4、煤层群。动物化石比较丰富，与下伏甘河组是不整合接触的。B、伊敏组：由砂岩、砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩和煤层组成，粒度无规律，砂质胶结程度差，松散易碎，含水性，透水性良好。该组含有1、2、煤层群及动物化石，厚度在500m左右，与下伏大磨拐河组在2、每层地板下10-20m处呈不整合接触。4、新生界第四季：地层由砂、粘土、砂质粘土、腐植土、植物根及砂砾石组成，厚度10-25m，由猛犸象等古生物化石出土，与下伏底层整合接触。地质综合柱状图1.21.2.2井田水文地质本井田第四纪冲击层表土厚系数9.978m/d，平均涌水量1.808l/s。影响半径100m。水力性质为半承压水，0.5m，以下由粉砂、细砂、粘土沙砾组成，广布全区，厚度1024m，工业场地为1516m砂层中夹透镜体粘土层，透水性较差，下部的沙砾、砾石，在煤系地层之上，厚度变化在1.005.15m，透水性较好。根据工业场地81水文1 号孔，对第四纪曾综合抽水资料，其静水位标高为+541.12m，（地面标高+544.30m）渗水并和煤系化带有水力联系。该井田没有进行全区水文勘探工程，而是借助邻近矿井特别是露天矿的水文资料综合分析提供的 。上部粉砂、细砂含水层按露天坑排水疏干时的最大涌水量12721467m3/d，按露天坑边长2046米计算，单位长度涌水量为0.63m3/d。推定影响半径为320m。渗透系数为7.2m/d。据邻区62-3号孔，单位涌水量0.30.5l/s.m，导水系数为56.77m2/d。下部沙砾，砾石含水量，据58-6号孔，单位涌水量0.30.781l/s.m，导水系数544.77m2/d，水力性质为半承压水，和煤层风化带有水力联系。第四纪冲积层以下孔隙含水层，根据已开采的矿井和岩性分析大致可分为3 段。1、 顶板含水段：有粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩组成为风化裂隙带，厚度70.3472.29m，单位涌水量0.3l/s.m，导水系数33.51m2/d。2、 煤层含水段，以细砂岩及煤层为主，夹泥岩、砂质泥岩，厚度42.95103.74m。其中煤层厚度8.637.48m，煤层占含水段总厚度的31%。根据邻近矿井资料，单位涌水量随采深的加大而减少。3、 煤层底板含水段，由砂岩、粉砂岩组成，局部夹有薄煤层，厚度12.6857.19m。单位涌水量0.1150.152l/s.m。通过邻近矿井的水文资料分析，本矿井充水特征是：1、 矿井充水来源于静储量的消耗和动出储量的补充。浅部风化裂隙带的静储量是矿井充水的最大来源。2、 矿井的涌水量随采掘深度的增加而减少。3、 矿井的涌水量季节性变化不大。矿井涌水量根据邻近矿井资料，用相关分析法计算，预计投产时的平均涌水量335.45m3/h，最大涌水量389.6m3/h。根据邻近矿井的观察，断层的导水性随岩性的不同有多差异，但多数因断裂的错动而水量减少。水质类型为重碳酸硫酸钾钠镁水。PH值最小5.8，最大7.4，一般7.07.2，呈碱性。地质勘探程度基本满足设计要求，高级储量占94.2%，但没有进行专门的水文工作。内蒙古煤炭工业管理局在精查地质报告审批决议中认为计算的涌水量偏小，对此设计中给予采取措施。1.2.3地质勘探程度铁北矿井田于1979年开始普勘，1980年精查勘探结束，并提交了精查报告。在国家计委1981年关于呼伦贝尔地区煤炭规划的初步意见中，重新划分了铁北矿井为了适应新井田的划分和对勘探程度的新要求，86年6月，因矿建施工中实见的断层与原地质报告中所提供的几条断层出入较大，扎局地测部门进行了补充勘探。87年2月提出了补充勘探地质资料，铁北勘探区精查地质报告，报告于同年3月经内蒙古煤炭管理局审查批准通过，批准决议书第12800号，该报告为井田最终勘探报告。1.3煤层特征1.3.1煤层煤层发育总的趋势是由浅至深逐渐变厚，由西向东逐渐分岔变薄。比重1.21.25t/m3。2号煤层为全区发育其余局部可采。煤层可采厚度6.8215.88m平均厚度10.67m，本区共有3个可采煤层，即2号、3号、4号、其中2号煤层为一单斜构造，煤层走向N4075E，倾向SE，倾角610o。86年6月，因矿建施工中实见的断层与原地质报告中所提供的几条断层出入较大，扎局地测部门进行了补充勘探。87年2月提出了补充勘探地质资料，基本查明了断层的百年化情况。沿走向F48断层的位置由原来的1415勘探线间向南东延伸至1617线间延长900m；F48发育在1215线间，走向长为1460m，倾角为55，落差830m；断层名称走向倾向倾角落差性质F8N7081SE60029正断层F46N38NW5879正断层井田内上覆第四纪地层。厚1025m，以粉砂。沙砾为主。中夹不连续透镜体粘土层。煤系地厚1100m，上部为伊敏组，平均厚370380m。主要含1号煤层为不可采煤层。岩性以细砂岩粉砂岩为主。下部为大磨拐子组、与上组煤层底板下1020m处以下不正合接触。该组煤系地层厚平均330400m，含2号、3号、4号、5号、煤层。其中2号、3号、4号、为可采层煤。2号顶板平均为180m厚的巨厚泥岩所组成，具有良好的隔水性。2号煤层为目前该矿区开采的主要煤层。1.3.2煤层顶、底板煤系岩层为砂岩、粉砂岩、细砂岩、泥岩、泥质页岩，风化水化性不强，硬度F=1.8以上。1.3.3煤质煤种为褐煤，硬度F=2.5，水分12.9%以上。挥发分41.74%，不粘结，分析基发热量4982cal/Kg，煤层灰分平均为17.96%，最高达35.46%，最低为8.44%，其中1号煤层平均灰分20.63%，2、3、4号煤层平均灰分为15.96%。硫的含量一般为0.4%、磷PF的含量在0.009左右，焦油率在3.56.15%。灰熔点10801305。C。1.3.4煤尘爆炸的危险性本井为低沼气矿井，煤尘爆炸指数54.8%-86.4%.有煤尘爆炸危险。1.3.5煤的自燃发火倾向有自燃发火倾向，煤层发火期36个月。1.3.6地温从矿井开发以来的实践看，井下地温无异常区。1.3.7煤的工业用途主要为富拉尔基二电厂，灵泉二电厂，少量为地区所用。2 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1井田划分的依据 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、井田范围内的储量，煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相适应；2、保证井田有合理尺寸；3、充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等；4、合理规划矿井开采范围，处理号相邻矿井间的关系。2.1.2井田边界东部边界：以80-12、80-17、80-16号钻孔连线，东南以79-9为界限；西部边界：以79-1、煤层露头线和断层F8、F46.；南部边界：以79-2、79-3号钻孔和301国道保护煤柱为界；北部边界：以79-14、79-15钻孔和煤层露头线为界；2.1.3开采界限井田内含煤地层为下二叠统内蒙古组及上石炭统扎赉诺尔组，总厚26.36含煤5层。可采煤层3层，但其余两层为局部可采煤层，所以主采煤层只有2号煤层矿井设计只针对2号煤层设计。开采上限：1号煤层以上无可采煤层。下部边界：5号煤层位居不可采煤层，4号煤层下再无可采煤层。2.1.4井田尺寸井田的走向最大长度为5.2km，最小长度为4.7km，平均长度为4.9km。井田倾斜方向的最大长度为4.0km，最小长度为3.6km，平均长度为3.8km。煤层的倾角3-10o，平均为6，局部可达11。井田的水平面积按下式计算：S = H L （2.1）式中： S井田的水平面积，m2；H井田的平均水平宽度，m；L井田的平均走向长度，m；则，井田的水平面积为： S =4.93.8=18.62（km2） 井田赋存状况示意图如图2.1。 2.2矿井工业储量2.2.1储量计算基础1.根据铁北矿井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算； 2.计算能利用储量的煤层最低可采厚度为1.0,最高可采灰分40%，暂不能利用储量最低可采厚度为0.60m，最高可采灰分50%，如果灰分大于50%，用插入法在平面图上圈出炭质泥岩范围。3.依据煤炭资源地质勘探规范关于化工、动力用煤的标准：计算能利用储量的煤层最低可采厚度为0.8m，原煤灰分不大于25%。计算暂不能利用储量的煤层厚度为0.70.8m；4.依据国务院过函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；5.储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05m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；6.井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，倾角平缓，构造简单，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。7.煤层容重：煤层平均厚度为1.25 t/m3表2.1 各可采煤层容重一览表 煤 层1号2号3号4号5号容重t/ m31.211.221.261.271.242.2.2井田地质勘探井田地质勘探类型为精查，属详细勘探铁北矿井田精查地质报告是由内蒙古煤化局地质勘探一队于1980年6月提出，于1986年12月经内蒙古煤炭工业管理局审查批准通过，作为井田最终勘探报告。井田范围内钻孔分布，井田内北部边界附近和西部及东部边界附近，钻孔布置较少；其它区域钻孔分布比较均匀，勘探详细。北部边界附近属C级储量，西部边界附近属B级储量，其它区域为A级储量。高级储量占94%，符合煤炭工业设计规范要求。煤层最小可采厚度为6.82，最大可采厚度为26.32平均厚度18.54m。2号煤层平均厚度10.672.2.3 工业储量计算矿井主采煤层为2号煤层，采用地质块段法计算储量。根据地质勘探情况，将矿体划分为111b-1、111b-2、122b三个块段，在各块段范围内，用求积仪求得每个块段的面积，块段厚度采用算术平均法计算。凡倾角大于15的块段均进行倾斜面积及真厚度的换算，煤层总储量即为各块段储量之和。图2.2 地质块段划分由图计算各块段面积分别为：Sa= 10.52km2；Sb= 4.14km2；Sc= 3.96 km2；按下式计算：Zi = SiMiri （2.2）式中： Zi各块段储量，万t。Si各块段的面积，m2。Mi各块段内煤层的厚度，m。Ri各块段内煤的容重，均为1.25t/m3。111b-1块段储量：Za = 10.5226.551.25 =34914.565（万t）111b-2块段储量：Zb = 4.1426.641.25= 13786.2（万t）122b块段储量：Zc = 3.9626.431.25=13082.85（万t）工业储量：Zg3 =Za+Zb +Zc =48830.59Za = 10.5210.51.25 =13870（万t）Zb = 4.1410.81.25= 5589（万t）Zc = 3.969.81.25=4851（万t）则2号煤层工业储量：Zg3 =Za+Zb +Zc =24310（万t）2.3矿井可采储量2.3.1安全煤柱留设原则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。用岩层移动角确定工业场地、村庄煤柱。岩石移动角流沙层中采用45，煤系地层据扎局生产矿井实测资料采用653.维护带宽度：风井场地20m，村庄10m，其他15m；4.断层煤柱宽度30m，井田境界煤柱宽度为20m；5.工业场地占地面积地面积，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，工业场地占指标见表2.2。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1.0120-1801.245-901.59-301.82.3.2矿井永久保护煤柱损失量1.井田边界保护煤柱井田边界保护煤柱留设20m宽，井田保护煤柱损失量为754.98.则2号煤层井田边界保护煤柱损失量为304.8万t。2.工业广场保护煤柱工业广场按级保护留围护带宽度15m，工业广场面积由表2.2确定，取40公顷。工业广场保护煤柱如图2.3。工业广场保护煤柱压煤量1587.5，则2号煤层工业广场保护煤柱压煤量为：640.9万t。3.大巷保护煤柱大巷中心距离为85m，大巷两侧的保护煤柱宽度各为40m，大巷保护煤柱损失量1931.87，则2号煤层大巷保护煤柱损失量为779.9万t。4.井筒保护煤柱主、副井井筒保护煤柱在大巷保护煤柱范围内，风井井筒保护煤柱在大巷保护煤柱范围内，故井筒保护煤柱损失量为0。各种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754.98工业广场保护煤柱1587.5大巷保护煤柱1931.87井筒保护煤柱0合 计4274.352.3.3 矿井可采储量矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算：Zk = （Zg-P）C （2.5）式中： Zk矿井可采储量，万t；P保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物大断层等留设的永久保护煤柱损失量，万t；C采区采出率，厚煤层不小于0.75；中厚煤层不小于0.8；薄煤层不小于0.85；地方小煤矿不小于0.7。则，矿井设计可采储量： Zk =（48830.59-4274.35）0.75=33417.18（t）则2号煤层设计可采储量：Zk =（24310-1725.6）0.75=16938.3（t）矿井储量汇总表见表2.3。表2.3 矿井储量汇总煤层工业储量（Mt）（A+B）/（A+B+C）永久煤柱损失（Mt）设计可采储量（Mt）ABC2号24355.848.583%17.25169.3 图2.3工业广场保护煤柱3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范相关规定，确定矿井设计年工作日为330天，工作制度采用“三八制”，每天三班作业，两班生产，一班检修备，每班工作8小时。矿井每昼夜净提升时间为14小时。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矿井设计生产能力铁北井田储量丰富，煤层赋存稳定，顶底板条件好，断层褶曲少，倾角小，厚度变化不大，开采条件较简单，技术装备先进，经济效益好，媒质为肥煤和焦煤，交通运输便利，市场需求量大，宜建大型矿井。确定铁北矿井设计生产能力为2.4Mt/a。3.2.3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：ZkA*KT= （3.1）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1.4则，矿井服务年限为：T = 33417.18/240*1.4=99.4（年）则，2号煤层服务年限为：T = 16938.3/240*1.4=50.4（年）符合煤炭工业矿井设计规范要求。3.2.4井型校核按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：1.煤层开采能力井田内2号煤层平均10.67m，为特厚煤层，赋存稳定，厚度变化不大。根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个综采放顶煤工作面保产。2.辅助生产环节的能力校核矿井设计为特大型矿井，开拓方式为双斜井单水平开拓，主斜井采用胶带输送机运煤，副斜井采用无轨胶轮车辅助运输，运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤经顺槽胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，再经主斜井胶带运输机提升至地面，运输能力大，自动化程度高。副井运输采用胶轮车直接下放物料。同时也能满足大型设备的下放与提升。大巷辅助运输采用无轨胶轮车运输，运输能力大，调度方便灵活。3.通风安全条件的校核矿井瓦斯无爆炸危险性，有煤尘爆炸危险。须采取降尘措施。4.矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，保证有足够的服务年限，满足煤炭工业矿井设计规范要求，见表3.1。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媒体，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，应照顾到不同媒质、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。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。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：斜井井筒长辅助提升能力少，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。本矿井煤层倾角小，平均6o，为近水平煤层；表土层薄，无流沙层；水文地质情况比较简单，涌水量小；井筒不需要特殊施工，因此可采用斜井开拓或立井开拓。经后面方案比较确定井筒形式为双斜井。2.井筒位置的确定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；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；井田两翼储量基本平衡；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；工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山、低洼和采空区，不受崖崩滑坡和洪水威胁；工业广场宜少占耕地，少压煤；距水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。由于井田西部边界距扎区铁路很近，故为便于地面运输及工业广场布置，主井井筒位置布置方案也可以选择在井田西部边界附近。经后面方案比较确定主、副井筒位置在井田中央。4.1.2工业场地的位置工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田西翼中部。工业场地的形状和面积：根据表2.1工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为24公顷，形状为矩形，长边垂直于井田走向， 长为600m,宽为400m。4.1.3开采水平的确定及采带区划分井田主采煤层为2号煤层，2号、煤层倾角平缓，为310，平均为6，局部可达到11为近水平煤层，盘区式开采。2号煤层生产能力2.4Mt，可采储量为169.3Mt，服务年限为50.4a。4.1.4主要开拓巷道2号、煤层平均厚度为10.67m，赋存稳定，底板起伏不大，为近水平煤层，煤层厚度变化不大，且煤质硬度适中为23。矿井开拓大巷布置在煤层中，留大煤柱护巷，大巷间距40m。由于矿井瓦斯涌出量小，进行了提前抽放措施为满足回风需要，专门布置一条回风大巷。布置一条主运输大巷，一条辅助运输大巷，共三条大巷。为便于在巷道交叉时架设风桥等构筑物，主运输大巷沿底板掘进，辅助运输大巷在煤层中间布置，回风大巷沿顶板掘进。大巷位于井田中央，沿倾向布置，大巷全部在煤层中，巷道坡度随煤层而起伏,一般3-10，辅助运输大巷局部11，主运输大巷上仓段局部10。4.1.5方案比较1.提出方案根据以上分析，现提出以下四种在技术上可行的开拓方案，分述如下：方案一：立井单水平开拓主、副井筒均为立井，布置于井田的中央，只设一个水平。辅助运输采用无轨胶轮运输，大巷布置在底板中，主井长度为235.2m，副井长度为230.5m。如图4-1。方案二：主斜副立单水平开拓主斜副立布置于井田的中央，斜井提煤运输能力大，立井辅助运输能力大，为此提出主井采用斜井开拓，副井采用立井开拓。而煤层的自然发火期比较短因此大巷布置在底板中，沿底板掘进。如图4-2。方案三：斜井单水平开拓（井筒位于井田中央）主、副井井筒井筒均为斜井开拓，布置于井田中央，大巷布置在底板中，主斜井坡度取17，副斜井坡度取20，主斜井长度为235.2/sin16=810.3m副斜井长度为230.5/sin20=678.1 m。如图4-3。图4-1 立井单水平开拓图4-2 主斜副立单水平开拓图4-3 斜井单水平开拓(井筒位于井田中央)2. 技术比较以上所提三个方案大巷布置及水平数目均相同，区别在于井筒开拓方式的不同和井筒形式的不同，及部分基建、生产费用不同。方案一、二主井井筒形式不同。方案一主副井均为立井，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。主要缺点是井筒施工技术复杂，需用设备较多，要求有较高的技术水平，掘进慢，基建投资大。方案二主井为斜井，斜井的运输能力比立井大，有相当大的提升能力，可满足特大型矿井的需要；斜井井筒也可作为安全出口，井下一旦发生事故，人员也可从主斜井迅速撤离。经过以上技术分析、比较，再结合粗略估算费用结果（见表4-1），在方案一、二中选择方案二：主斜副立单水平开。表41 各方案粗略估算费用表方项案目方案一立井单水平开拓方案二主斜副立单水平开拓基建费/万元主井开凿235.20.83 =195.6主斜井开凿810.30.255 =206.6副井开凿230.51.067=245.94副井开凿230.51.067=245.94风井开凿445.61.02=454.5风井开凿445.61.02=454.5井底车场12000.148191.05=186.72井底车场11000.148191.05=171.15小计844.06小计839.44生产费/万元立井提升1.216938.30.23520.92=4398.2斜井提升1.216938.30.8100.25=4116大巷运输1.216938.30.9050.06=1103.69大巷运输1.216938.30.9050.06=1103.69排水33524365500.10510-4=1540排水33524365500.10510-4=1540小计6329.88小计6029.69总计费用/万元7173.94费用/万元6887.12百分率104.58%百分率100.4%方项案目方案三斜井单水平开拓（井田中央）基建费/万元主斜井开凿810.30.255 =206.62副斜井开凿678.10.294=199.36风井开凿445.61.02=454.5井底车场12000.148191.05=186.72小计808.5生产费/万元斜井提升1.216938.30.8100.25=4116大巷运输1.216938.30.9050.06=1103.69排水33524365500.10510-4=1540小计6047.68总计费用/万元6859.18百分率100%表4.2 建井工程量项目方案二方案三主井井筒/m810.3810.3副井井筒/m230.5678.1风井井筒/m445.6445.6井底车场12001200主运输大巷18001800辅助运输大巷17401740回风大巷18001800盘区煤层运煤平巷18101810盘区煤层运料平巷18201820表4.3 生产经营工程量项目方案二方案三运输提升/万tkm工程量盘区煤层运煤平巷运输1.216938.30.452=9187.331.216938.30.452=9187.33大巷运输1.216938.30.45=9146.68 1.216938.30.45=9146.68 提升1.216938.30.8=16260.71.216938.30.8=16260.7井巷维护/万am工程量主运输大巷1.22180026.810-4=11.571.22180026.810-4=11.57辅助运输大巷1.22174026.810-4=11.191.22174026.810-4=11.19回风大巷1.22180026.810-4=11.571.22180026.810-4=11.57主井井筒1.228103510-4=6.81.228103510-4=6.8副井井筒1.22230.7510-4=4.141.22678.13510-4=5.69表4.4 基建费用表方 案项 目方案二方案三工程量/m单价/元m-1费用/万元工程量/m单价/元m-1费用/万元主井井筒810.32330.3188.79810.32330.3188.79副井井筒230.211004.6 253.32678.12714.3184.05风井井筒445.610004.3445.8445.610004.3445.8井底车场12002122.6254.7112002122.6254.71主运输大巷18002413434.3418002413434.34辅助运输大巷17402458.4427.7617402458.4427.76回风大巷18002413434.3418002413434.34盘区煤层运煤平巷18101220.9220.9818101220.9220.98盘区煤层运料平巷18201220.9222.218201220.9222.2合计2213.792144.52表4.5 生产经营费用表 方案项目方案二方案三运输提升工程量/万tkm单价/元/tkm费用/万元工程量/万tkm单价/元/tkm费用/万元盘区煤层运煤平巷运输16938.30.101693.8316938.30.101693.83大巷运输16938.30.061016.2916938.30.061016.29提升16938.30.35081.4916938.30.305081.49井巷维护工程量/万am单价/元/am费用/万元工程量/万am单价/元/am费用/万元主井筒维护6.85346.8534幅井筒维护4.14312.425.694.525.6合计7838.037851.21表4.6 费用汇总表 方案项目方案二方案三费用/万元百分率/%费用/万元百分率/%基建费2213.79103.23%2144.52100%生产经营费7838.03100%7851.21100.16%总费用10051.82100.56%9995.73100%在上述经济比较中需要说明以下几点：1.两方案大巷布置数目及位置相同，均在煤层中沿煤层底板掘进，两条煤层运输大巷，一条回风大巷；2.井筒大巷的辅助运输费用均按占运输费用的20%经行估算；3.主、副井及风井布置在岩层中，维护费用较低，故未对比其维护费用的差别；4.主、辅运输大巷断面大小不同，大巷维护费用按平均维护费用估算。由对比结果可知，方案二和方案三的总费用近似相同，但设计矿井采用无轨胶轮车，斜井有利于胶轮车的下放及提升，而且立井的井底车场相对要复杂；矿井设计大巷布置在煤层中，基本不出矸，辅助运输任务轻，立井有利于辅助运输任务的优点不突出；综合以上技术经济比较，确定矿井开拓方式为：斜井单水平开拓（井筒位于井田中央）。4.2矿井基本巷道4.2.1井筒矿井共有三个井筒，分别为主斜井、副斜井、回风立井、1. 主斜井位于矿井工业场地，担负全矿井240万t/a的煤炭运输兼进风。井筒内装备B=1400mm胶带输送机；，装备斜井架空乘人器，负责矿井人员升降， 设有一趟消防洒水管路和一趟压风管路，靠近机尾段铺设检修轨道。井筒断面为半圆拱形，净断面面积为15.5m2, 倾角17，表土层段掘进断面面积为21.7m2,基岩掘进断面面积为17.1m2,井筒断面布置如图4.5、图4.6。2. 副斜井位于矿井工业场地，担负全矿的材料和设备提升。副斜井内铺设43kg/m双轨，900mm规矩，装备3.5m双滚筒绞车和一套慢速绞车。井筒内设有两趟排水管路，并敷设动力电缆。井筒断面形状为半圆拱形，倾角20，净断面面积为17.8m2,表土层掘进断面面积为23.9m2,基岩掘进断面面积为19.9m2,井筒断面布置如图4.7、图4.8。3回风立井回风立井位于矿井边界，井筒净直径7m，担负矿井部分回风风量，内设玻璃钢梯子间作为安全出口，井筒断面布置如图4.9。根据后面通风设计部分的风速验算，各井筒风速均符合煤炭工业设计规范和煤矿安全规程的规定规定。4.2.2井底车场及硐室矿井为斜井开拓，煤炭由主斜井胶带输送机运至地面；物料经副斜井运至井底车场，在井底车场换装，由无轨胶轮车运到盘区；少量矸石由铲斗车直接排到非通行的巷道横贯中。1. 井底车场的形式和布置方式根据矿井开拓方式，主斜井、副斜井和大巷的相对位置关系，确定为折返式井底车场，副斜井、井底车场铺轨以矿车辅助运输，大巷辅助运输为无轨胶轮车，在井底车场的大巷东侧设环形换装站，以满足矿车与无轨胶轮车之间的材料调换。井底车场布如图4-10。2. 空重车线长度井底车场空、重车线调车线长度按1.5倍列车长度考虑，一列矿车为20个车厢，采用1.5t固定箱式矿车，型号为MG1.7-9B,外形尺寸（长宽高）240011501150（mm），故取调车线长度为70m。换装站硐室用于材料、设备的换装，长度为80m，可同时对两套胶轮平板车进行换装，硐室内一端布置2台40m行程的10t电动葫芦桥式起重机用于物料与一般设备换装，另一端布置2台一组的20t电动葫芦桥式起重机用于支架等重型设备的换装。3. 调车方式井底车场内设2台蓄电池机车（轨道），车场内的材料设备、集装箱平板车由蓄电池机车牵引，重车顶入换装站，空车返回井底车场存车线。大巷来的材料胶轮平板车直接倒入换转站一端等待换装。两翼大巷驶入井底车场的胶轮人车在存车场存放，该处同时作为上、下井人员换乘点。4. 硐室井底车场硐室主要有：井底换装站、井底煤仓、主变电所、主排水泵房、消防材料库井底清理斜巷、水仓、调度室、等候室、机头硐室联络巷等。井底换装站用于材料、设备的换装，长度为70m，可同时两套胶轮平板车，硐室内一端布置2台40m行程的10t电动葫芦桥式起重机用于物料与一般设备换装；另一端布置2台一组的20t电动葫芦桥式起重机，用于支架等重型设备的换装。井底煤仓主斜井井底煤仓为一垂直圆断面煤仓，坐落于主斜井底段，煤仓直径为8.0m，有效装煤高度为24.8m，经计算煤仓容量为1800t。胶带输送机运输能力为2500t/h，主斜井输送经运输能力为1600t/h,两者之差为900t/h，故主斜井井底煤仓的设置有利于主斜井运输能力的缓解。煤仓采用上装式布置，通过检修清理斜巷清理。水仓布置及清理水仓布置在井底车场空车线的北侧，水仓开口在调车线的中部，矿井正常涌水量为335m3/h，最大涌水量为389m3/h，所需水仓的容量为：Q0=3898=3112(m3)根据水仓的布置要求,水仓的容量为:Q=SL (4-1)式中: Q水仓容量，m3； S水仓有效断面积，7.98m2; L水仓长度，435.6m；则，Q=7.98435.6=3476m3由上面计算得知：Q Q0，故设计的水仓容量满足要求。水仓采用水仓清理机清理。井底车场车场巷道及硐室除煤仓、装卸载硐室等采用现浇混凝土支护外，采用锚喷支护，遇围岩破碎的地方加金属网支护。4.2.3主要开拓巷道主运输大巷基本沿2号煤层底板布置。辅助运输大巷布置在煤层中部。，巷道坡度随煤层而起伏,一般3-10，辅助运输大巷局部10，主运输大巷上仓段局部11。主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。主、辅运输大巷均为锚梁网索喷支护矩形断面，掘进宽度为6m，高为3.6m与3.8m设计掘进断面为21.6m2和22.8m2。辅助运输大巷和主运输大巷断面特征如图4.11和4.12。一条总回风大巷基本沿煤层顶板掘进，布置在煤层中，回风大巷及支护为锚梁网索喷支护矩形断面，掘进宽度为6m，高为3.7m，设计掘进断面为和22.2m2，净断面为20.3 m2。回风大巷断面特征见图4-13。 图4.9回风立井断面 5 准备方式盘区巷道布置5.1煤层地质特征5.1.1盘区位置设计首采盘区（一盘区）位于井田南翼，大巷东南部。5.1.2盘区煤层特征盘区所采煤层为2号煤层，其煤层特征：褐煤为主，煤层平均厚度10.67米，煤层倾角310度。煤层结构简单：煤的硬度为23，煤的容重1.25tm3。盘区平均瓦斯涌出量为0.67m3/t，瓦斯涌出量较小。煤尘爆炸指数54.8%-86.4%.有煤尘爆炸危险。5.1.3煤层顶底板岩石构造情况老顶：中砂岩，泥岩，厚度36m。深灰色，具斜波状层理，含少量泥岩包裹体。直接顶：粉砂岩，泥质页岩，厚度510m，深灰色，块状，夹薄层泥岩，可见植物化石碎片。伪顶：砂岩，厚度0.31m，灰黑色，质硬，随采掘脱落，含植物化石碎片，含炭质。直接底：细砂岩，粉砂岩，厚度1-1.2m，灰黑色，质硬，均匀层理，局部炭化。老底：粉砂岩，厚度4.25m，深灰色，薄至中厚层状，水平层理发育。5.1.4水文地质矿井涌水量根据邻近矿井资料，用相关分析法计算，预计投产时的平均涌水量335.58m3/h，最大涌水量389.12m3/h。根据邻近矿井的观察，断层的导水性随岩性的不同有多差异，但多数因断裂的错动而水量减少。5.1.5地质构造盘区内地质构造简单，煤层整体呈
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