资源描述
目录1 矿区概述及井田地质特征.11.1 矿区概述.11.1.1 交通地理位置.11.1.2 井田自然地理.21.1.3 矿区经济状况.21.2 井田地质特征.31.2.1 区域地质.31.2.2 井田地质.41.3 煤层特征.82 井田境界与储量.92.1 井田境界.92.2 矿井工业储量.92.2.1 储量计算基础.92.2.2 矿井工业储量计算.92.2.3 矿井可采储量.102.2.4 工业广场煤柱.113 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限.133.1 矿井工作制度.133.2 矿井设计生产能力及服务年限.134 井田开拓.154.1 井田开拓的基本问题.154.1.1 井筒形式的确定.154.1.2 井筒位置的确定采（带）区划分.174.1.3 工业场地的位置.174.1.4 矿井开拓方案比较.184.2 矿井基本巷道.234.2.1 井筒.234.2.2 井底车场及硐室.274.2.3 主要开拓巷道.294.2.4 巷道支护.305 准备方式带区巷道布置.345.1 煤层地质特征.345.1.1 带区位置.345.1.2 带区煤层特征.345.1.3 煤层顶底板岩石构造情况.345.1.4 水文地质.345.1.5 地质构造.345.2 带区巷道布置及生产系统.345.2.1 带区准备方式的确定.345.2.2 带区巷道布置.355.2.3 带区生产系统.365.2.4 带区内巷道掘进方法.375.2.5 带区生产能力及采出率.385.3 带区车场选型设计.396 采煤方法.406.1 采煤工艺方式.406.1.1 采煤方法的选择.406.1.2 回采工作面长度的确定.416.1.3 工作面的推进方向和推进度.416.1.4 综采工作面的设备选型及配套.416.1.5 各工艺过程注意事项.476.1.6 端头支护及超前支护方式.486.1.7 循环图表、劳动组织、主要技术经济指标. 506.1.8 综合机械化采煤过程中应注意事项.546.2 回采巷道布置.546.2.1 回采巷道布置方式.546.2.2 回采巷道参数.557 井下运输.587.1 概述.587.1.1 矿井设计生产能力及工作制度.587.1.2 煤层及煤质.587.1.3 运输距离和辅助运输设计.587.1.4 矿井运输系统.587.2 带区运输设备选择.597.2.1 设备选型原则：.597.2.2 带区运输设备选型及能力验算.597.3 大巷运输设备选.617.3.1 主运输大巷设备选择.617.3.2 辅助运输大巷设备选择.617.3.3 运输设备能力验算.638 矿井提升.648.1 矿井提升概述.648.2 主副井提升.648.2.1 主井提升.648.2.2 副井提升设备选型.659 矿井通风及安全.689.1 矿井地质、开拓、开采概况.689.1.1 矿井地质概况.689.1.2 开拓方式.689.1.3 开采方法.689.1.4 变电所、充电硐室、火药库.689.1.5 工作制、人数.699.2 矿井通风系统的确定.699.2.1 矿井通风系统的基本要求.699.2.2 矿井通风方式的选择.699.2.3 矿井通风方法的选择.709.2.4 带区通风系统的要求.709.2.5 带区通风方式的确定.719.3 矿井风量计算.719.3.1 通风容易时期和通风困难时期采煤方案的确定. 719.3.2 各用风地点的用风量和矿井总用风量.729.3.3 风量分配.759.4 矿井阻力计算.769.4.1 计算原则.769.4.2 矿井最大阻力路线.769.4.3 矿井通风阻力计算.799.4.4 矿井通风总阻力.819.4.5 总等积孔.819.5 选择矿井通风设备.829.5.1 选择主要通风机.829.5.2 电动机选型.849.6 防止特殊灾害的安全措施.859.6.1 瓦斯管理措施.859.6.2 煤尘的防治.859.6.3 预防井下火灾的措施.869.6.4 防水措施.8610 设计矿井基本技术经济指标.87煤巷中锚杆、锚索支护作用机理.88英文原文.1088中文译文.121致谢.131中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 2页中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 1页中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 1页1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 交通地理位置交通地理位置井田位于宿州市西南，其中心位置距宿州市约 15km，行政区划隶属宿州市和淮北市濉溪县。地理坐标：东径 11651001170000；北纬 332700333230。勘查区范围：东起双堆断层，西至南坪断层，南以 27 勘探线和 F22 断层为界，北至 32煤层-1200m 等高线地面投影线。勘查许可证号为 3400000520045，勘查登记范围见表1.1,勘查登记面积为 74.15km2。图 1.1交通位置图区内有南坪集至宿州市的公路和四通八达的支线与任楼、许疃、临涣、童亭、桃园等矿井相连。青疃芦岭矿区铁路支线从勘查区南部由西向东穿过，向东与京沪线、向西与濉阜线沟通。合徐高速公路从勘查区东北部穿过，交通十分便利。见图 1.1。中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 2页1.1.2 井田自然地理井田自然地理地形地貌：勘查区位于淮北平原中部，区内地势平坦，地面标高+19.68+24.72m，一般在+23m 左右，地势大致呈西北高，东南低的趋势。淮河支流绘河自本区西部的孙疃向东南流经本区，年平均水位：祁县闸上游水位标高 17.22m，下游 16.07m；年平均流量：上游的临涣 7.85m3/s，下游的固镇 23.2m3/s。此外，区内人工渠道纵横，水网相对密集。气候：本区属季风暖温带半湿润性气候，年平均降水量 850mm 左右，年最小降水量为520mm，雨量多集中在七、八两个月；年平均气温 1415，最高气温 40.2,最低-14；春秋季多东北风，夏季多东南风，冬季多西北风。地震：淮北地区一千年来共发生有感地震 40 多次，上世纪 60 年代以来，发生 4 级以上地震 4 次(见表 1.1)。根据国家标准 GB50011-2001建筑抗震设计规范 ，本区抗震设防烈度为度，设计基本地震动峰值加速度为 0.05g，地震分组为第三组。表 1.1近期来安徽北部地区发生较大地震统计表时间1965.3.151971.7.131973.9.221979.3.21981.12.201983.11.71999.1.12震中位置固镇灵璧临涣固镇固镇菏泽利辛地震级别4.03.34.55.03.05.94.21.1.3 矿区经济状况矿区经济状况区内以农业为主，盛产小麦、玉米、大豆、山芋、棉花、花生、蔬菜以及苹果、梨、桃、 葡萄、 湖桑等。勘查区所在地宿州市总人口 593 万人，2003 年全市 GDP 实现 208 亿元，全年财政收入 11 亿元，农民人均纯收入 2000 元，城镇人均可支配收入 5500 元。经济结构调整成效明显。农业结构初步形成畜牧、水果、蔬菜、种子四大主导产业；工业经济稳步发展，全市已基本形成食品、纺织、建材、能源、医药等五大支柱产业；全市规模以上工业总产值 46.2 亿元，已逐渐建成为新兴工业城、现代农业市、皖东北商贸中心。井田位于淮北煤田中的宿县矿区，矿区年生产能力已达到年产原煤 1500 万吨。井田东邻有桃园、祁南、祁东、芦岭、朱仙庄等五对矿井，西有临涣矿区的任楼、许疃、界沟等三对矿井，南部以 27 勘探线与邹庄井田搭界。区内地表水系有自西向东流经本区的浍河，新生界松散层含水层（组）水量丰富可作为供水水源。 本井田西侧有 220KV 区域变电所,建有 120MVA 主变压器两台， 供电电源可靠。中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 3页1.2 井田地质特征1.2.1 区域地质区域地质淮北煤田中的地层类型，属华北型地层范畴，且为其中淮河地层分区中之淮北地层小区（安徽省地层志 1985 年） 。在地层层序中，除部分缺失外，一般均发育比较齐全，各地岩性和厚度虽存在一些差异，但均可对比。区域内对煤矿床成因有影响的地层为石炭、二叠系。据区域资料对大地构造单元的划分，淮北煤田位于华北板块（级构造单元）东南缘之淮北凹陷（级构造单元）内，东以郯庐断裂与扬子板块相接，南依蚌埠隆起和淮南煤田相望，煤田构造的形成和发展与华北板块总体构造的形成及板缘构造的演化有着密切联系。煤田划分为宿县、涡阳、临涣和濉肖等四个矿区，本区所在的宿县矿区位于煤田的中部、宿县涡阳凹褶带内。淮北煤田的总体构造特征保持着华北板块初始的东西向基本格局，早期形成并在聚煤期后继续活动发展的近东西向断裂严格控制着煤田的展布，燕山早期的挤压机制以及其后至喜山期拉张机制下形成的南北向断裂、褶皱及推覆构造交叉、复合、迭置在近东西向构造线上，形成近似网格状的断块构造格局（见图 2.2） 。具体表现为近南北向构造切割、改造早期的近东西向构造，属配套成分或低序次的北西和北东向断裂分布在各断块内，使已存的构造变形进一步复杂化。煤田的主导控煤构造以断块方式为主，在煤田的东部、南部部分块段还存在滑脱式、褶皱式控煤构造，现存控煤构造从其成生到最后“定格” ，经历过两期或两期以上的地质构造运动，形成两套或两套以上叠加、复合的构造应力场，构造形迹因此而得到不断的改造和迭加。图 1.2淮北煤田构造纲要示意图中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 4页一、断裂.宿北断裂、.板桥断层、.太河五河断裂、.郯庐断裂、.固镇长丰断裂、.徐宿弧形推覆构造、.南坪断裂、.大刘家断层、.丰涡断裂、.夏邑阜阳断裂二、褶皱.萧西向斜、.萧县复背斜、.闸河向斜、.皇藏峪背斜、.童亭背斜、.南坪向斜、.宿南向斜、.芦岭向斜1.2.2 井田地质井田地质1.2.2.1 井田地层井田内地层自下而上划分为奥陶系、石炭系、二叠系、第三系和第四系，简述如下：奥陶系（O）分布于本区双堆断层之东，邻区钻孔零星揭露，揭露厚度 20.56m，为厚层状、灰褐色的白云质灰岩，溶洞发育。石炭系（C）自下而上划分为本溪组和太原组。中统本溪组(C2b)本区未揭露，据区域资料本组地层厚 857.4m，为浅灰色夹紫斑含鲕粒铝质泥岩,间夹薄层灰岩.与下伏奥陶系呈假整合接触。上统太原组（C3t）本区未完全揭露，361孔揭露厚度 115m，为灰岩、碎屑岩和薄煤层组成。据邻区祁南井田综合资料，本组厚 133m，岩性由灰岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩及薄煤层组成，夹灰岩814 层,一般 1112 层，其中三、四、十二灰三层较厚。五灰十一灰可合并。灰岩多分布于本组上、下部位，各层灰岩具细晶粗晶结构，局部层段含燧石结核。与下伏本溪组整合接触。粉砂岩为灰深灰色，间夹砂质条带。泥岩为深灰黑色，质细均一，含黄铁矿结核。砂岩为灰浅灰色，微带绿色，细砂岩成分以石英、长石为主，钙泥质胶结，性疏松，具不清晰缓波状层理。本组含薄煤层 311 层， 厚 0.281.54m， 其中有 3 个可采见煤点， 分别厚 0.70m、1.54m、0.88m，为不稳定不可采煤层。本组灰岩含有绵骨针、藻类、腹足类、海百合海相动物化石：Lophocarinophy11umsp.（脊板顶柱珊瑚） ；Schwagerinasp.(希氏蜓)等二叠系（P）区内揭露厚度 1266.80m，为二叠系下统及上统一部分，自下而上划分为山西组、下石盒子组、上石盒子组。下统山西组（P1S）底界为太原组一灰之顶，顶界为骆驼钵砂岩之底，厚度为 88.50145.50m，平均111.20m。岩性组合为砂岩、砂泥岩互层、粉砂岩、泥岩和煤层，含 10、11 两个煤层（组） ，其中 11 煤层发育不好，10 煤层发育稍好，为局部可采煤层。与下伏太原组整合接触。上段 10 煤层以上，以浅灰灰白色细中粒砂岩、粉砂岩为主夹泥岩。近 10 煤层常为石英砂岩，含长石较多，且含泥质包体。中段 1011 煤层间，由浅灰白色细砂岩和深灰色粉砂岩泥岩条带呈互层状组中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 5页成，俗称“叶片状砂岩” 。下段 11 煤层以下，以深灰黑灰色粉砂岩为主夹泥岩组成，粉砂岩中含细砂条带线理，显示水平层理，底部为黑灰色泥岩。本组含有植物化石：Pecoperissp.(栉羊齿)；Sphenophyllumsp.(楔叶)；Callipetissp.（美羊齿）等下统下石盒子组（P1XS）底界为骆驼钵砂岩之底，顶界为 K3 砂岩之底，厚 224.00306.50m，平均 265.60m。岩性组合为砂岩、粉砂岩、泥岩、铝质泥岩和煤层。含 4、5、6、7、8 等 5 个煤层（组） ，含煤 1019 层，平均厚约 13.57m。其中 51、52、53、62、72、82为可采煤层。上部砂岩较发育，中下部煤层发育，为二叠系主要含煤段。4 煤上泥岩具少量紫斑，4、5 煤附近泥岩常含菱铁鲕粒和结核。7、8 煤组间砂岩水平层理发育，底部铝质泥岩和骆驼钵砂岩为区域性标志层。与下伏山西组整合接触。本组富含植物化石，常见有：Pecoperissp.(栉羊齿)；Lepidodendronsp.(鳞木)；Lobatannulariasp. (瓣轮叶)；Compsoperissp.(蕉羊齿)；Gigantonocleasp.(单网羊齿)；Neuropterissp.(脉羊齿) 等。上统上石盒子组（P2SS）底界为 K3 砂岩之底，顶界为平顶山砂岩之底，厚约 900 余米，区内揭露厚度 890m，上部 1 煤至平顶山砂岩无系统揭露。岩性组合为杂色泥岩、粉砂岩、砂岩和煤层。含 1、2、3 三个煤组，含煤 415 层，平均厚度约 7.83m，其中 32煤为可采煤层。1、2 煤组偶有可采点，但灰份高，煤质差。上部（1 煤上）岩层色杂，多紫色、灰绿色，由上而下杂色渐少。底部 K3 砂岩是良好的标志层。与下伏下石盒子组整合接触。本组富含植物化石，常见有：Lobatannulariasp. (瓣轮叶)；Sphenophyllumsp.(楔叶)；Gigantonocleasp.(单网羊齿)；Annulariasp.(轮叶)Pecoperissp.(栉羊齿) 等；上统石千峰组(P2Sh)区内未揭露，据邻区资料，厚度大于 200m,岩性为一套陆相砖红色、紫红色砂岩，砂砾岩间夹浅猪肝色、灰绿色花斑状砂质泥岩、粉砂岩。与下伏上石盒子组整合接触。下第三系（E）主要分布在本区西部及外围，揭露厚度 300.26m。其岩性以紫红色砂砾岩和粉砂岩为主。与下伏地层不整合接触。上第三系中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 6页揭露有中新统、上新统，两极厚度 52.30236.80m，平均 157.12m。3.1.5.1中新统：与下伏地层呈不整合接触，厚度在 0109.20m，平均厚 60.29m，根据岩性特征，一般分为上、下两段。下段：厚度 024.55m，平均 6.69m，局部缺失，岩性较复杂，一般由土黄色、灰黄色和杂色含泥质中细砂、砂砾、砾石及粘土砾石组成，局部呈半固结状。上段：厚度 084.65m，平均厚度为 53.60m，在 296、806和 696三孔缺失，上中部为灰绿色粘土和砂质粘土组成，下部为砂质粘土、钙质粘土和少量泥灰岩组成。局部夹23 层粉砂或细砂、粘土质砂，可塑性强，具膨胀性，少数泥灰岩具溶蚀现象。上新统：厚度在 52.30127.60m，平均厚度为 96.83m，可分为上、下两段。下段：两极厚度 42.3098.35m，平均厚 78.96m，岩性以浅棕红、棕褐色及灰绿色中、细、粉砂为主，夹 34 层粘土或砂质粘土，上部砂层一般纯含泥质少，而下部则含泥质多。在顶部夹有 12 层细砂岩（盘） 。上段：两极厚度 10.0029.25m，平均 17.88m，岩性由灰黄色、棕红色及灰绿色的粘土或砂质粘土为主，间夹 13 层薄层透镜状粉砂、细砂等，粘土可塑性强，分布稳定，顶部有一层砂质粘土，富含钙质和黑色铁锰质结核，为一沉积间断的古土壤层，是第三、四系的分界线。第四系:两极厚度为 49.2087.35m，平均厚 67.46m。更新统：两极厚度 2149.70m，平均厚 34.72m，可分为上、下两段。下段：两极厚度 11.5026.20m，平均厚度 19.12m，岩性以灰黄色、棕黄色细砂、粉砂及粘土质砂为主，夹 12 层粘土或砂质粘土，含有铁锰质及钙质结核。上段：两极厚度 9.5023.50m，平均厚度 15.60m，岩性以灰黄色、褐黄色粘土及砂质粘土组成，夹 12 层粉砂或粘土质砂，一般含较多钙质及铁锰质结核。全新统：两极厚度为 28.2037.65m，平均厚度 32.74m，岩性主要为灰黄色、黄褐色的粉砂、粘土质砂及砂质粘土、粘土组成，一般具二元结构，由粉砂与粘土组成 23个韵律层， 上部 0.50m 为耕植土， 在深度 35m 处富含砂礓结核， 底部普遍发育有一层 12m 的砂质粘土，富含大量有机质，并保存有大量蚌、螺化石及碎片，并含有钙质结核，是全新统与下伏更新统分界的标志。1.2.2.2 井田构造总体构造特征井田位于淮北煤田南部中段，处于北东向的南坪断层、双堆断层所夹持的断块内。区内总体构造形态为一较宽缓向南仰起的向斜，并被一系列北东向断层切割。断层较发育，共查出断层 45 条，其中正断层 26 条，逆断层 18 条，滑覆断层 1 条，断层走向以北东向为主，少数近南北向及北西向。褶曲向斜轴向北东，沿轴向南部仰起，两翼浅部较紧密，深部变为宽缓。向斜被一系列北东向断层（F17、F22、F25 等）切割，两翼地层产状有一定变化。东翼双堆断层与 F17断层之间，地层走向近东西，倾角 10左右，在 674孔和 804孔附近存在小的平缓褶曲。西翼 F25、F22 断层与 F17 断层之间，地层走向近南北，倾角 1015；F25 与 F22 断层之间，地层走向北东，倾角 1530左右；南坪断层与 F25 之间,地层走向近东西,倾角10左右,在 297孔附近有一小的向斜，在 35 线和 36 线附近有一小的背斜。中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 7页断裂构造断点的解释及可靠程度a.岩芯鉴定区内钻探取芯确定的破碎带岩石破碎成碎粒状、糜棱状，岩芯不完整，具有揉皱、滑动现象，挤压错动痕迹明显，地层倾角变化大。部分断层破碎带内斜切裂隙发育。b.测井解释破碎带岩石破碎后结构疏松、孔隙度大、渗透性强，因而电阻率和密度减少。与不破碎的岩石相比在电阻率（或 D3C）曲线上幅值降低，但在人工放射性（HGG）曲线上的幅值有所增高。当破碎带的岩性是砂岩时，它在天然放射性（HG）曲线上幅值又很低。综合以上特点，结合钻探取芯资料，破碎带易于确认，是解释断层存在的依据。c.破碎带的综合及断点的确定本报告共有 52 个钻孔确定断点 56 个，分布在 22 条断层上。所有断点都是根据岩芯鉴定和煤岩层间距、标志层对比分析并利用测井解释综合确定的，全部断点的确定比较可靠。d.二维地震对断点的解释断点解释依据:依据时间剖面上的标准反射波同相轴发生相位错动，中断、反射波消失,同相轴骤然增多等现象来解释断层的存在.同时,也可以利用特殊波来解释断层，如断面波绕射现象在大、中断层的断点上较容易产生，因此,在对比解释中，尽可能利用断面波的极小点来确定断点的位置。断层的性质:根据时间剖面上标准反射波错断的相对位置，采用多层次的波组、波系对比原则，参考相邻剖面的构造显示，以及结合钻探和其它已知地质资料，综合分析后而确定的。断点的组合:断点在时间剖面上的显示各有其特征，因此在断点组合时，首先根据断点两盘升降关系及产状的一致，分析相邻断点的落差变化规律，然后参考等值线的搭配，结合钻探资料及区域构造规律，在平面图上进行综合研究、认真分析，最终确定出组合断层的落差大小、走向和延展长度。断点的评级：依据断点在时间剖面上的显示的特征，分为 A、B、C 三级。A 级断点：反射波对比可靠，断点清晰，且产状明显，能可靠确定断层上、下盘。B 级断点：达到 A级又不是 C 级断点者。C 级断点：两盘反射波连续性比较差，有断点显示，但标志不够清晰，能基本确定断层的一盘或升降关系。依此标准，共解释 201 个断点，其中 A 级断点 85个，占 42.3%；B 级断点 93 个，占 46.3%；C 级断点 23 个，占 11.4%，A+B 级断点 178 个，占 88.6%。断层组合情况及主要断层控制情况a.断层组合情况全区根据地震、测井、钻探确定的 257 个断点组合断层 45 条，其中正断层 26 条、逆断层 18 条,滑覆断层 1 条。按断层落差分：落差100m 的断层 19 条；落差50100m的断层 4 条；落差3050m 的断层 9 条, 落差2030m 的断层 11 条，落差20m的断层 2 条。按断层展布方向大致可分成三组，以北东向为主，少数北西向和近南北向。b.断层控制程度根据地震、钻探的控制情况，将断层的控制程度分为可查明断层、基本查明断层和查中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 8页出断层三级。评级原则为：查明断层：断层由二条或两条以上相邻地震测线控制，且 A 级断点不低于 50%，A+B 级断点不低于 75%；断面产状、性质明确，落差变化符合地质规律。另有钻孔穿过的，A 级断点所占比例可适当降低。基本查明断层： 断层由二条或两条以上相邻地震测线控制， A+B 级断点不低于 60%；断面产状、性质较明确。或有钻孔控制的。查出断层：达不到上述要求者，或只有钻孔控制，无法确定其产状者。本次查出的 45 条断层中，查明断层 26 条，基本查明的断层 8 条，查出断层 11条，基本查明以上断层占断层总数的 75.6%，断层的查明程度较高。主要断层控制情况区内各断层控制情况见断层情况表（表 3.1） 。现将主要断层的发育及控制情况叙述如下：南坪断层：是本区西部边界断层。正断层，走向 NE，倾向 NW，倾角 70 度，落差大于1000 米。区内的延展长度 9.6Km。地震有 23 个点控制，其中 A 级断点 6 个，B 级断点 15个，C 级断点 2 个。属基本查明断层。见图 3.1、3.2、3.3、3.4。双堆断层：是本区东部的边界断层。正断层，走向 NE，倾向 NW，倾角 70 度，落差大于 1000 米，在区内的延展长度 11.3Km。地震有 20 个断点控制，其中 A 级断点 4 个，B 级断点 12 个，C 级断点 4 个。属基本查明断层。见图 3.5、3.6。1.3 煤层特征井田内主要含煤地层为二叠系的上、下石盒子组和山西组，区内揭露地层总厚约1266.80m。自上而下含 1、2、3、4、5、6、7、8、10 和 11 等十个煤（层）组，含煤 30余层，含煤平均总厚为 23.47m,含煤系数为 1.9%。其中可采煤层 8 层，为 32、51、52、53、62、72、82和 10 煤层，可采煤层平均总厚 13.12m，占煤层总厚的 55.9%。其中 32、82为主要可采煤层，51、52、53、62、72、10 为次要可采煤层,主要可采煤层平均总厚 4.67m，占可采煤层平均总厚的 35.6%。32煤全区可采，51、53、82、10 煤为大部可采，52、62、72煤为局部可采。1、2、4、11 煤组煤层不稳定，变化大，易相变为炭质泥岩或尖灭，均不可采。区内二叠系含煤地层含可采煤层 8 层，即、51、52、53、62、72、 、10 煤层。本设计针对 32、煤层 82煤层。中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 9页2 井田境界与储量2.1 井田境界井田位于宿州市西南，其中心位置距宿州市约 15km，行政区划隶属宿州市和淮北市濉溪县。地理坐标：东径 11651001170000；北纬 332700333230。2.2 矿井工业储量2.2.1 储量计算基础储量计算基础根据本矿的井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算；根据煤炭资源地质勘探规范和煤炭工业技术政策规定：煤层最低可采厚度为0.70m，原煤灰分40%；依据国务院过函(1998)5 号文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；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；井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。2.2.2 矿井工业储量计算矿井工业储量计算由地质勘探知，本矿井可采煤层有八层，为 32、51、52、53、62、72、82和 10 煤层，可采煤层平均总厚 13.12m，本设计主要针对 32、82煤层进行设计。由于煤层产状、厚度、煤质比较稳定，本次储量计算采用地质块段法，即以块段面积乘以块段平均煤厚和煤层视密度，即得该块段的储量。根据地质勘探情况，将矿体划分为 A、B、C 三个块段，如图 2-1 所示，在各块段范围内，用算术平均法求得每个块段的储量，煤层总储量即为各块段储量之和。表表 2-2 煤层地质储量计算煤层地质储量计算煤层块段倾角/()块段面积/km2煤厚/m容重/t/m3储量/Mt煤层总储量/Mt总储量/Mt32A209.562.891.436.36130.69236.97B1016.582.891.465.74C117.212.891.428.5982A209.562.351.429.57106.28B1016.582.351.453.46C117.212.351.423.25中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 10页根据煤炭工业设计规范 ，求得以下各储量类型的值：（1）矿井地质资源量矿井地质资源量可由以下等式计算：0.000001zZmF （2-1）式中：zZ矿井地质资源量，Mt；m煤层平均厚度，m；F煤层底面面积，m3；煤容重，t/m3。将各参数代入（2-1）式中可得表 2-2，所以地质储量为：zZ=236.97（Mt）（2）矿井工业储量根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%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，则矿井工业资源/储量由式计算。矿井工业储量可用下式计算：1111222M112M22333gbbZZZZZZk（2-2）式中gZ矿井工业资源/储量；111bZ探明的资源量中经济的基础储量；122bZ控制的资源量中经济的基础储量；2 11mZ探明的资源量中边际经济的基础储量；222mZ控制的资源量中经济的基础储量；333Z推断的资源量；k可信度系数，取 0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，k值取 0.9；地质构造复杂、煤层赋存较稳定的矿井，k取 0.7。该式取 0.8。111*60%*70%bzZZ99.53（Mt）122*30%*70%bzZZ49.76（Mt）2 11*60%*30%mzZZ42.65（Mt）222*30%*30%mzZZ21.33（Mt）333*10%*zZkZk18.96（Mt）因此将各数代入式 2-2 得：gZ 232.2（Mt）2.2.3 矿井可采储量矿井可采储量矿井设计资源储量按式（2-3）计算：1()sgZZP式中sZ矿井设计资源/储量1P断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建筑煤柱等永久煤柱损失量之和。按矿井工业储量的 3%算。则：%32 .2322 .232)(1PZZgs225.23（Mt）矿井设计可采储量CPZZsk)(2中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 11页式中kZ矿井设计可采储量；2P工业场地和主要井巷煤柱损失量之和，按矿井设计资源/储量的 2%算；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%。此处取 0.85。则：85. 0%)223.22523.225()(2CPZZsk187.62（Mt）2.2.4 工业广场煤柱工业广场煤柱根据煤炭工业设计规范不同井型与其对应的工业广场面积见表 2-3。第 5-22 条规定：工业广场的面积为 1.2 平方公顷/10 万吨。本矿井设计生产能力为 180 万吨/年，工业广场面积为 21.6 公顷。所以取工业广场的尺寸为 400m500m 的长方形。煤层的平均倾角为 10 度，工业广场的中心处在井田走向的中央，倾向中央偏于煤层中下部，其中心处埋藏深度为-780m，该处表土层厚度为 220m，主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按级保护留维护带，宽度为 15m。本矿井的地质掉件及冲积层和基岩层移动角见表 2-4。表表 2-3 工业场地占地面积指标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1.0120-1801.245-901.59-301.8表表 2-4 岩层移动角岩层移动角广场中心深度/m煤层倾角煤层厚度/m冲击层厚度/m-600102.8922042737342由图可得出保护煤柱的尺寸为：由 CAD 量的梯形的面积是：1779423.3688m2S=1779423.3688/cos10=1815738.1314m2则：工业广场的煤柱量为：Z工=SMR式中： Z工-工业广场煤柱量，万吨；S -工业广场压煤面积，；M-煤层厚度,2.89m。R-煤的容重, 1.5t/m3。则：Z工=7871224.7998t=787.12（万吨）中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 12页中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 13页3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1 矿井工作制度按照煤炭工业矿井设计规范中规定，参考关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明 ，确定本矿井设计生产能力按年工作日 330 天计算，四六制作业（三班生产，一班检修） ，每日三班出煤，净提升时间为 16 小时。3.2 矿井设计生产能力及服务年限矿井设计生产能力因为本井田设计丰富，主采煤层赋存条件简单，井田内部无较大断层，比较合适布置大型矿井，经校核后确定本矿井的设计生产能力为 180 万吨/年。井型校核下面通过对设计煤层开采能力、辅助生产能力、储量条件及安全条件等因素对井型加以校核。（1）矿井开采能力校核钱营孜矿 32、82煤层均为中厚煤层，煤层平均倾角为 10 度，地质构造简单，赋存较稳定，但矿井瓦斯含量及涌水相对较大，工作面长度不一过大，考虑到矿井的储量可以布置两个综采工作面同采可以满足矿井的设计能力。（2）辅助生产环节的能力校核本矿井为大型矿井， 开拓方式为立井开拓， 主井提升容器为两对 9 吨底卸式提升箕斗，提升能力可以达到设计井型的要求，工作面生产原煤一律用带式输送机运到采区煤仓，运输能力很大，自动化程度很高，原煤外运不成问题。辅助运输采用罐笼，同时本设计的井底车场调车方便，通过能力大，满足矸石、材料及人员的调动要求。所以辅助生产环节完全能够满足设计生产能力的要求。（3）通风安全条件的校核本矿井煤尘具有爆炸性瓦斯含量相对较高，属于高瓦斯矿井，水文地质条件较简单。矿井通风采用对角式通风，矿井达产初期对首采只需先建一个风井即可满足矿井的通风需求，后期再建一个风井，可以满足整个矿井通风的要求。本井田内存在若干小断层，已经查到且不导水，不会影响采煤工作。所以各项安全条件均可以得到保证，不会影响矿井的设计生产能力。（4）储量条件校核井田的设计生产能力应于矿井的可采储量相适应，以保证矿井有足够的服务年限。矿井服务年限的公式为：T=Zk/(AK)（3-1）其中：T-矿井的服务年限，年；Zk-矿井的可采储量，187.62Mt；中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 14页A-矿井的设计生产努力， 180 万吨/年；K-矿井储量备用系数，取 1.4。则：T=187.62100/（1801.4）=74.5（年）既本矿井的开采服务年限符合规范的要求注：确定井型是要考虑备用系数的原因是因为矿井每个生产环节有一定的储备能力，矿井达产后，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，从而减少储量，为保证有合适的服务年限，确定井型时，必须考虑备用系数。第一水平服务年限校核设计分两个水平开采，主采 32煤层。第一水平可采储量为 84.14Mt。由上式计算可得第一水平开采年限T=33.4(年）本设计中设计生产能力 180Mt，整个矿井服务年限 74.5 年，第一水平服务年限 33.4年，符合规范规定。表表 3-1 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限表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（万 t/a）矿井设计年限（a）第一水平设计服务年限煤层倾角45600 及以上7035300-5006030120-2405025201545-9040201515中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 15页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。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；合理确定开采水平的数目和位置；布置大巷及井底车场；确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；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：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。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。合理开发国家资源，减少煤炭损失。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。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。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。本井田开拓方式的选择，主要考虑到以下几个因素：1）本井田煤层埋藏较深，煤层可采线在-260m，最深处到-890m 表土层厚度大，220m。2）本井田瓦斯及涌水比较小,对开拓方式的选择影响不大。3）本矿地表地势平坦，且多为农田，无大的地表水系和水体，地面平均标高为+32m。4.1.1 井筒形式的确定井筒形式的确定（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。具体见表 4-1。本矿井煤层倾角小，平均 10，为近水平煤层；表土层厚约 220 m，无流沙层；水文中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 16页地质情况中等简单，涌水量不大；井筒需要特殊施工冻结法建井，因此需采用立井开拓。表表 4-1 井筒形式比较井筒形式比较井筒形式优点缺点适用条件平硐1 运输环节和设备少、系统简单、费用低。2 工业设施简单。3 井巷工程量少，省去排水设备，大大减少了排水费用。4 施工条件好，掘进速度快，加快建井工期。5煤炭损失少。受地形影响特别大有足够储量的山岭地带斜井与立井相比：1 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。2 地面工业建筑、井筒装备、井底车场简单、延深方便。3 主提升胶带化有相当大提升能力。能满足特大型矿井的提升需要。4 斜井井筒可作为安全出口。与立井相比：1 井筒长， 辅助提升能力小，提升深度有限。2 通风线路长、 阻力大、管线长度大。3 斜井井筒通过富含水层，流沙层施工复杂。井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地 质 条 件 简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。立井1 不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地质等自然条件限制。2 井筒短，提升速度快，对辅助提升特别有利。3 当表土层为富含水层的冲积层或流沙层时，井筒容易施工。4 井筒通风断面大，能满足高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井需风量的要求。1 井筒施工技术复杂，设备多，要求有 较 高 的 技 术 水平。2 井筒装备复杂， 掘进速度慢，基建投资大。对不利于平硐和斜井的地形地质条件都可考虑立井。（2）井筒位置的确定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，井筒位置的确定原则：1）沿井田走向的有利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，通风网路较短，通风阻力小。2）井筒沿井田倾斜方向的有利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，它可以延深井筒到深部，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，中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 17页井筒愈靠近浅部，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。6）井口应满足防洪设计标准附近有河流或水库时要考虑避免一旦决堤的威胁及防洪措施。由于本井田倾角平缓，厚度变化小，且距离东部国道近。故把井筒置于井田中央，即工业场地之中。（3）井筒数目为了满足井下煤炭的提升，需设置一主井，辅助提升及进风设置一副井。再另设一个风井回风。4.1.2 井筒位置的确定采（带）井筒位置的确定采（带）区划分区划分（1）井筒位置的确定原则1）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，石门的工程量要尽量少；2）有利于首采采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区要尽量少迁村或不迁村；3）井田两翼的储量基本平衡；4）井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破坏带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层；5）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的威胁；6）工业场地宜少占耕地，少压煤；7）水源、电源较进，矿井铁路专用线短，道路布置合理。4.1.3 工业场地的位置工业场地的位置工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中部。工业场地的形状和面积：根据表 2-3 工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为 21.6 公顷，形状为矩形，长边垂直于井田走向。根据制图规范 1：5000 的图按400m* 500m 绘制。中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 18页4.1.4 矿井开拓方案比较矿井开拓方案比较（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，如图 4-2，分述如下：方案一：立井单水平上下山开采，井底车场设在-450m 处，岩石巷道。方案二：立井单水平上山开采，井底车场设在-660m 处，岩石巷道。方案三：立井两水平开采，第一水平设在-450m 处，立井延伸至第二水平-660m，岩石巷道。方案四：立井两水平开采，第一水平设在-450m 处，暗斜井延伸至第二水平-660m，岩石巷道。（2）技术比较以上四种方案，方案一、二是单水平开采，区别在于方案一是上下山开采，水平深度在-450m 处；方案二是上山开采，水平深度在-660m 处。方案一深度较浅，立井开拓费用少。但是方案一是上下山开采，对于后期的准备开采都造成很多问题。所以在这两个方案的技术比较上偏向于选择方案二。方案三、四是两水平开采，不同的是第二水平的延伸问题。这个在后面的经济比较上说明。方案三和方案四的一水平都是在-450m，二水平都是在-660m。由于方案一的开采难度较大，故下面主要对方案二、三、四进行经济比较。中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 19页（3）经济比较方案二、三、四的经济比较如下表。方案二项目数目基价/元费用小计/万元初期基建费用立井开凿表土段22023178.75099314912.03基岩段4409138.54020940副井开凿表土段22028278.362212261103.84基岩段44010948.24817208风井开凿表土段22023178.75099314912.03基岩段4409138.54020940井底车场岩巷10002659.72659700265.97轨道大巷岩巷85742659.722804267.82280.43运输大巷岩巷85742659.722804267.82280.43基建费用小计7754.72生产费用立井提升系数煤量/万 t提升长度/km基价/元1.240640.661.65149.9008排水涌水量/m3.h-1时间/h服务年限/a基价/元434876074.50.411329.4832大巷运输系数煤量/万 t平均距离/km基价/元1.240641.8950.353234.5376石门运输系数煤量/万 t平均距离/km基价/元1.240641.4280.42785.6281622499.54976中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 20页30254.27方案三项目数目基价/元费用小计/万元初期基建费用立井开凿表土段22023178.75099314912.03基岩段4409138.54020940副井开凿表土段22028278.362212261103.84基岩段44010948.24817208风井开凿表土段22023178.75099314912.03基岩段4409138.54020940井底车场岩巷10002659.72659700265.97轨道大巷岩巷64332659.717109850.11710.99运输大巷岩巷64332659.717109850.11710.99后期基建费用二水平轨道大巷岩巷85742659.722804267.82280.43二水平运输大巷岩巷85742659.722804267.82280.43二水平运输石门岩巷10802659.72872476287.25二水平轨道石门岩巷10802659.72872476287.25基建费用小计11751.18中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 21页生产费用立井提升系数煤量/万 t提升长度/km基价/元1.240640.661.65149.90排水涌水量/m3.h-1时间/h服务年限/a基价/元434876074.50.411329.48大巷运输系数煤量/万 t平均距离/km基价/元1.240643.2750.355590.03石门运输系数煤量/万 t平均距离/km基价/元1.240641.2790.42494.9736315.5748072.75方案四项目数目基价/元费用小计/万元初期基建费用立井开凿表土段22023178.75099314720.12基岩段2309138.52101855副井开凿表土段22028278.36221226873.93基岩段23010948.22518086风井开凿表土段22023178.75099314765.81基岩段2809138.52558780井底车场岩巷10002659.72659700265.97后期基建费用西二采区轨道石门岩巷16042659.74266158.8426.62西二采区运输石门岩巷16042659.74266158.8426.62东一带区轨道岩巷22512659.75986984.7598.70中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 22页石门东一带区运输石门岩巷22512659.75986984.7598.70斜井延伸岩巷8143543.12884083.4288.41基建费用小计4964.86生产费用立井提升系数煤量/万 t提升长度/km基价/元1.2161230.451.613930.27斜井提升系数煤量/万 t提升长度/km基价/元1.28061.50.8140.423307.28排水涌水量/m3.h-1时间/h煤量/万 t基价/元434876071.650.410896.07西二采区上山运输系数煤量/万 t平均距离/km基价/元1.240910.550.35945.02西二采区上山运输系数煤量/万 t平均距离/km基价/元1.240640.9180.351566.92西三采区石门运输系数煤量/万 t平均距离/km基价/元1.240641.4910.42908.52西三采区大巷运输系数煤量/万 t平均距离/km基价/元1.240641.8950.353234.54东一带区大巷运输系数煤量/万 t平均距离/km基价/元1.240911.550.352663.24中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 23页44416.7349381.59根据以上比较得出：方案二的经济效益最高，但是前期基建费用大。方案三和方案四后期基建费用大，投产快。综合分析考虑到本矿实际情况和经济比较，本矿采用方案二：立井单水平开采，水平标高在-660.4.2 矿井基本巷道4.2.1 井筒井筒由前章确定的开拓方案可知第一水平主、副井都为立井，在井田中央设置中央风井。一般来说，立井井筒横断面形状有圆形、矩形两种，但圆形断面的立井服务年限长，承压性能好，通风阻力小，维护费用少及便于施工的特点，因此，主、副立井及南、北风井均采用圆形断面。1、主井主井井筒采用立井形式，圆形断面，净直径 6.5 m，断面积 33.18 m，井筒内装备一对 16 t 的双箕斗，井壁采用砌碹支护方式。此外，还布置有检修道，动力电缆，照明电缆，通迅信号电缆，人行台阶等设施。主井断面和主要参数如图 4-2。2、副井副井井筒采用立井形式，圆形断面，净直径为 7.5 m，断面积 44.18 m，井筒内装备一对 3.0 t 双层单车多绳罐笼，井壁采用砌碹支护方式，井筒主要用于提料、运人、提升设备，矸石等。采用金属罐道梁，型钢组合罐道，端面布置，罐道梁采用通梁式布置方式。副井内除装备罐笼外，还设有梯子间作为安全出口，并设有管子道，电缆道。副井断面和主要参数如图 4-3。3、风井风井位于矿井西边边界保护煤柱内，备有安全出口。圆形断面，井筒净直径 5.0 m，净断面 19.63 m，采用预制管柱支护方式，井壁厚度达 400mm，风井断面和主要参数如图4-4。4、风速验算所选定的副井作为进风井，南、北风井作为出风井，其断面的大小必须符合风速要求。由第九章矿井通风与安全的风速验算可知，所选的井筒符合风速要求。中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 24页14351435130090097597521003852100240501450155050050井 筒 特 征井 型井 筒 直 径井 深净 断 面 积基岩段毛断面积表土段毛断面积1.8 Mt/a538 m33.18 m64.90 m72.38 m提升容器井筒支护 一套12t双箕斗 一套12t单箕斗带平衡锤 混凝土砌碹厚500 mm 冻结段井壁厚1450-1550 mm 充填混凝土厚50 mm65006.5 m222图图 4-2主井井筒断面图主井井筒断面图中国矿业大学 2012 届本科毕业论文第 25页275053
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