采矿学课程设计阳泉二矿4.0Mta新井设计全套图纸

采矿学课程设计目录1 矿井概况与地质特征31.1 矿区概述31.1.1 矿区地理位置31.1.2 地形地貌31.1.3 气象及地震31.2 井田地质特征41.2.1 井田地质构造41.2.2 水文地质61.3 煤层特征81.3.1 煤层81.3.2 瓦斯92 井田境界和储量122.1 井田境界122.1.1 井田范围122.1.2 井田尺寸122.2 矿井工业储量132.2.1 井田地质勘探132.2.2 储量计算基础132.2.3 矿井工业储量计算132.3 矿井可采储量152.3.1 工业广场煤柱152.3.2 边境煤柱162.3.3 断层煤柱162.3.4 矿井可采储量173 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限173.1 矿井工作制度173.2 矿井设计生产能力及服务年限183.2.1 矿井设计生产能力183.2.2 井型校核184 井田开拓194.1 井田开拓的基本问题194.1.1 井筒形式的确定204.1.2 井筒位置的确定带区划分224.1.3 阶段划分和开采水平的确定224.1.4 井田划分234.1.5 主要开拓巷道234.1.6 确定矿井开拓延深方案244.1.7 确定带区间的接替顺序244.1.8 开拓方案比较24参考文献301 矿井概况与地质特征1.1 矿区概述1.1.1 矿区地理位置阳泉二矿东距阳泉市约5 km，其地理坐标为东经11325171133307，北纬374644375219。井田东部为大阳泉井田，西部为西上庄井田，南部与五矿井田相邻，北部以石太铁路为界，隔桃河与三矿、四矿相望。井田走向长约8 km，倾向长约7.8 km，面 62. 4186 km2，由94个坐标点圈定。二矿原有东四尺、小南坑、西四尺三对生产井。东四尺井于1980年经煤炭部（80）煤计生字1300文批准报废，小南坑井于1986年采尽自然报废。现有一对生产井口西四尺井，分为470和560两个生产水平，矿区坐标系井口坐标如下：西斜井X=99967.135，Y=96710.090，Z=733.0东斜井X=10030.427，Y=96748.240，Z=718.9全套图纸，加153893706二矿的交通条件极为便利。石太线为复线电气化铁路，东西贯穿本矿，成为煤炭运销的大动脉。太石高速公路南北横穿井田，307国道由西向东，在阳泉市区与阳左公路和阳盂公路十字相交，构成网络，连通全国各地，见图1-1。距有关主要城市、城镇里程见表1-1。表1-1 矿区距有关主要城市、城镇里程铁路城市名称北京太原石家庄天津郑州大同里程(km)393124107526527777公路城镇名称寿阳昔阳和顺盂县平定娘子关里程(km)30451022812401.1.2 地形地貌井田区内地势平坦。1.1.3 气象及地震阳泉矿区气候干燥，属温带大陆性气候。全年平均最高气温17.1，最低气温5.5，历年平均10.9，历史上最高气温达40.2，最低气温-19.1。年最大降水量为866.4 mm，年最小降水量为240.4 mm，年平均降水量为609.8 mm，多集中与7、8、9三个月，这三个月的降水量一般约占全年总降水量的70以上，如1966年8月23日，一天内降水量达261.5 mm。年蒸发量最大2381.9 mm，最小蒸发量1319.1mm,历年平均1885.9mm。全年风向多变，以西北风为主，雨季多偏东风，冬季盛行偏西风，历史上的最大风速为1989年8月24日20时10分至20时25分，阳泉市遭受到一次罕见的飓风暴雨、冰雹的袭击，最大风力12级，最大风速为35 m/s，历年平均1.7 m/s。阳泉市最早初霜期1980年9月23日,最晚终霜期1963年4月29日,历年平均初霜期在10月中旬，终霜期在4月上旬，年无霜期平均184天，最大冻土深度0.68m。相对湿度历年月最大34.1 mm,最小0.4 mm,历年平均8.9 mm。井田无详细地震记载。据国家地震局1976年9月中国地震基本烈度区划资料(比例尺三百万分之一)及山西省地震局晋震发业字(1984)第110号文，阳泉矿区基本烈度除昔阳县境内为7度区外，其余地区均为6度区。1.2 井田地质特征1.2.1 井田地质构造阳泉矿区赋存的地层有太古界阜平群和龙华河群，下元古界滹沱群和上元古界震旦亚界长城系，古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，中生界的三叠系及新生界的第三系、第四系。在地层对比中通过岩相分析和相旋回研究，结合煤系地层标准剖面，根据岩层及组合特征，采用古生物法、标志层法、测井曲线等相互补充、验证、确定。地层对比准确、可靠。从古生界奥陶系开始由下而上依次叙述如下：1、奥陶系；与下伏地层寒武系为连续沉积，广泛出露于矿区东北部的弧形区域内，即昔阳白羊峪、东寨平定郭家山、石门口阳泉白羊墅、张家井盂县仙人村、长池、峰岭村一带。下统：地层总厚度120200 m、主要由含燧石结核的亮晶白云岩及白云质灰岩组成。底部为黄绿色白云质页岩或钙质页岩，下部以含燧石条带或燧石结核的白云岩为主，中、上部为白云岩及少量白云质灰岩，含网格笔石、小栉虫、蛇卷螺等化石。中统：地层总厚度415810m。(1)、下马家沟组：地层总厚度125225m，岩性横向变化小。第一段：地层总厚度1140m，主要由黄灰色薄层状泥晶白云岩、泥灰质白云岩、泥灰岩和石膏夹层组成，地表及浅部多为膏溶角砾岩，部分地区有底砾岩存在。第二段:地层总厚度3580m，主要由灰色及黑灰色中厚层状泥晶灰岩，含白云质灰岩及花斑状灰岩组成。第三段：地层总厚度5075m，主要为灰黑色中厚层泥晶灰岩、白云质灰岩与薄层白云岩互层组成。(2)、上马家沟组：地层总厚度180275m，底部岩性稳定，顶部岩性变化较大。第一段：地层总厚度2079m，主要由灰至土黄色薄层泥晶白云岩、灰质白云岩组成，夹较多石膏层,石膏为青灰色或白色，致密块状，角砾状，地表多见膏溶角砾岩。第二段：地层总厚度84108m，主要由灰色及黑灰色中厚层泥晶灰岩，花斑状灰岩、生物碎屑灰岩及薄层白云质灰岩组成。第三段:地层总厚度2062m，主要为灰色及黑灰色中厚层泥晶灰岩与薄至中层状灰质白云岩互层，部分地区夹石膏层或膏溶角砾岩。(3)、峰峰组：地层总厚度130270m。第一段：地层总厚度40160m，上部和下部为土黄色或黄灰色薄层泥晶白云岩，泥灰质白云岩、白云质灰岩、泥质灰岩、泥灰岩，下部角砾状泥灰岩中夹青灰色或白色块状或条带状石膏层，中部为厚2030m的青灰色中厚层花斑灰岩和生物碎屑灰岩。第二段:地层总厚度70150m，主要为灰色及黑灰色中至厚层生物碎屑灰岩，花斑状灰岩及泥晶灰岩，夹薄层白云岩及泥质灰岩。2、石炭系：平行不整合于奥陶系中统灰岩之上，主要由铝铁岩、泥岩、砂质泥岩、砂岩、煤层及石灰岩组成的海陆交互相含煤建造，主要出露于阳盂、阳左公路两侧及盂县土塔、牛村和平定巨城、移稂等地。(1)、中统本溪组：地层总厚度4060m，下部为灰白色铝土岩、铝土泥岩、杂色泥岩夹结核状或团块状铁矿组成的铁铝岩，为山西式铁矿、黄铁矿、铝土矿富集之层位，上部为砂质泥岩、砂岩、夹13层灰岩及不稳定的煤线，含假史塔夫、莫斯科唱贝、大脉羊齿等动、植物化石。(2)、上统太原组：地层总厚度100140m，主要为灰白色砂岩、黑灰色砂质泥岩、泥岩、石灰岩夹炭质泥岩和煤层组成的一套海陆交互相含煤建造，是本区主要含煤地层。含希瓦格、太原网格长身贝、假卵脉羊齿、栉羊齿、星轮叶等动、植物化石。3.二叠系；与下伏地层石炭系为连续沉积，是一套砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤组成的陆相沉积。为矿区范围内地表出露最广泛的地层，主要出露于阳左、阳盂公路以西，和顺紫罗、三奇掌昔阳杨家坡、桑园、冀家庄、马道岭平定寨平村、磐道岩、岳家沟、柳渠、南沟掌、晓庄、高垴、北水草一线以东的广大区域内。(1)、下统：山西组：地层总厚度5070m，主要由砂岩、砂质泥岩及煤组成，含煤26层，亦为本区主要含煤地层，含多脉带羊齿、畸楔叶、三角织羊齿等植物化石。下石盒子组：地层总厚度96165m，下部为黄绿色砂质泥岩为主的绿色岩层段，中部为褐黄色砂质泥岩及细砂岩为主的黄色岩层段，上部为黄绿色中、粗粒砂岩为主的砂岩段。产大羽羊齿、栉羊齿、枝脉蕨、瓣轮叶等植物化石。 (2)、上统： 上石盒子组：地层总厚度225395m，由黄绿、杏黄、灰白、紫红色的砂岩、砂质泥岩及泥岩组成，以中间砂岩和狮脑峰砂岩为界分为红黄色岩层下段、红黄色岩层上段、褐色岩层段，含厚脉栉羊齿，中朝楔叶、多形准脉羊齿、肾掌蕨等植物化石。 石千峰组：地层总厚度88136m，为一套砖红色的陆相长石砂岩和泥岩沉积，顶部夹23层较稳定的钙质结核和透镜状淡水灰岩。4、三迭系：与下伏地层二叠系为连续沉积，出露在阳泉矿区西南边缘至和顺、榆社、太谷、榆次交界地区，含芦木、脐根座等植物化石。(1)、下统：刘家沟组：地层总厚度585633m，由灰褐色、红褐色厚至微层状细粒长石砂岩夹薄板状页岩及砂质页岩组成。和尚沟组：地层总厚度167229m，由棕红色钙质泥岩、页岩夹细粒长石砂岩组成，上部以砂岩为主。(2)、中统：二马营组：地层总厚度480m左右，下部主要为灰绿、黄绿色细粒长石砂岩，夹不稳定棕红色砂质泥岩，上部为灰绿色、黄绿色及浅肉红色厚层中粒长石砂岩与棕红色钙质、砂质泥岩互层。(3)、上统：延长群：地层总厚度100余m，由灰紫色、灰绿色、肉红色厚层中细粒长石砂岩及灰绿色砂质泥岩和钙质泥岩组成，含山西枝脉蕨、似丹尼蕨等植物化石。5、上第三系：与下伏地层三叠系呈不整合接触。上新统：地层总厚度425m，岩性为红色粘土夹砂砾石、钙质结核，主要分布于平定西回及盂县西潘等地。6、第四系：主要分布于河流两岸、山间洼地及山坡上，与下伏地层第三系呈不整合接触。(1)、下更新统：地层总厚度1080m，由淡红色、酱紫色亚粘土、粘土、灰白色砂砾石组成、在芹泉、寿阳、上湖、景尚、松塔一带有零星出露。(2)、中更新统：即离石黄土。地层总厚度一般515m，最厚可达40m，为黄土状亚粘土及粘土，富含钙质结核，夹古土壤及砾砂透镜体。(3)、上更新统：即马兰黄土。地层总厚度一般310m，最厚可达30m，为浅黄色黄土、黄土状亚粘土、夹砂、砾石层。(4)、全新统：地层厚度一般几m，最厚可达43m，与下伏地层呈不整合接触，为现代冲积、洪积、坡积物。1.2.2 水文地质阳泉矿区为中低山地形，海拔6001600m，相对切割深度200400m。总的地势是西高东低，南北高中间低。刁乌楞七千寨为矿区南部最高分水岭，海拔14951529.9m，北部最高为水渠洼顶，海拔为1386.5m，桃河谷地海拔600750m。桃河为区内主要河流，属于海河流域滹沱河水系。桃河发源于寿阳县境内，由西向东从矿区中部穿过，至娘子关磨河滩村与温河相汇，流经长度80多公里，流域面积1324km2；其中矿区及上游段长度44Km，流域面积503km2。桃河属季节性河流，水量随季节变化明显，19591979年洪水期（69月）流量一般为38m3/s，平均为4.146m3/s，清水期（105月）平均流量为0.521m3/s以下。1959年8月最大流量2200m3/s。根据岩层充水空间的性质及地下水埋藏条件，矿区含水层主要为三种类型。1、孔隙水含水层主要分布于桃河及其支流的河床以及其它低洼河谷中的冲积、洪积及坡积层中，厚度1020m左右，由砂、砾石、卵石、滚石等组成。水量动态季节性变化大，受大气降水制约。其中以桃河河谷含水较丰富，流量为5.249.24L/sm(张家堰沟口到坡头村前)。2、岩溶裂隙含水层中奥陶统马家沟组灰岩为本区主要强含水层，出露于阳泉矿区东北部外围，面积广大，为煤系地层基盘。灰岩岩溶裂隙及蜂窝状溶孔溶洞较发育，主要靠大气降水及地表水渗漏补给，为补给娘子关泉水的主要含水层。主要含水段的岩性为上、下马家沟组的厚层灰岩。峰峰组灰岩多处于区域水位之上的垂直入渗带。阳泉矿区大部位于娘子关泉域的西半部分，属于娘子关泉域的西部补给迳流区。在圪套赛鱼冶西一线以东的桃河和温河河谷之间的三角形地区，是娘子关泉域的地下水汇水区(即等水位线图中420等值线所圈定的区域)，水位平缓，水力坡度小于1，富水性较好，具有岩溶水地下水库的特征。三矿一带主要含水段标高376138m，钻孔单位涌水量为1.23m3/hm；阳泉至白羊墅一带，主要含水段标高425220m，钻孔单位涌水量介于1.3270.58m3/hm之间。娘子关群泉为本泉域的排泄区。石炭系太原组薄层灰岩主要有四节石、钱石，猴石三层石灰岩，总厚度15.95m，其中以15#煤层顶板四节石(K2灰岩)厚度较大，为512m左右，在浅部地区岩溶裂隙较为发育，含水较丰富。井田514及802钻孔资料，单位涌水量可达9.310.0L/sm，渗透系数60.89171.40m/d；在远离河床，埋藏较深和补给条件不好的地方含水微弱，如509、518等孔资料，单位涌水量仅0.000540.054L/sm，渗透系数0.000930.18m/d。在矿区北部清城、冠沟、皇后等报告资料，三层灰岩经抽水试验单位涌水量0.00060.00489L/sm，渗透系数0.003160.048m/d。3、基岩裂隙含水层分布于二叠系山西组、石盒子组地层中，主要由裂隙砂岩、粉砂岩组成。石盒子组K8、K9、K11、K12砂岩为主要含水层，一般出露较高，地表裂隙发育，透水性较好，雨季常沿裂隙泄出形成下降泉。一般单位涌水量为0.000180.024Lsm，渗透系数为0.00110.146m/d；山西组K7砂岩为主要含水层，单位涌水量0.00020.0027L/sm，渗透系数0.00640.01lm/d。属弱裂隙含水层。本区以大气降水为区域地下水的补给来源。东部奥陶系灰岩裸露区和第四系孔隙含水层，直接接受大气降水的补给。地下水位、流量动态变化与降水关系特别密切。石炭、二叠系裂隙含水层靠大气降水及地表水补给。洪水期地表水补给地下水，枯水期则排泄地下水。本区含水层与隔水层相间成层状分布，区内断裂构造较少，规模较小，一般情况下含水层之间没有水力联系，由于奥陶系地下水位埋深大都低于煤层开采水平，石炭、二叠系基岩裂隙含水层为弱裂隙含水层，除局部地段外，对煤矿开采一般影响不大。1.3 煤层特征1.3.1 煤层二矿井田含煤地层沉积于晚石炭世和早二叠世。含煤地层从老到新依次为上石炭统太原组，下二叠统山西组，下伏地层为中石炭统本溪组，上覆地层为下二叠统下石盒子组。由下而上依次叙述如下：1、本溪组：地层总厚度4060m，平均53.7m，主要由灰黑色、灰色砂质泥岩、泥岩、细至中粒砂岩、铝土矿(或铝质泥岩)及23层石灰岩组成，含不稳定小煤24层(厚度一般小于0.20m)。下部石灰岩，俗称香炉石，沉积较稳定，厚2.25.5m，平均4.0m，含纺缍虫、海百合及腕足类化石；底部铝土矿(或铝质泥岩)，普遍发育，厚5.013.0m，平均9.4m，具鲕状结构，有滑感，其下常有厚1.5m左右的鸡窝状赤铁矿或黄铁矿层。2、太原组；地层总厚度90130m，平均118.67m，主要由黑灰色砂质泥岩、泥岩、灰白色砂岩，三层石灰岩及煤组成。与下伏地层本溪组连续沉积，其基底为灰白色细至中粒砂岩(K1)，厚0.815.3m，平均5.0m，虽然厚度及岩性变化较大，但尚较稳定，可作为分界标志层。三层石灰岩沉积广泛，厚度稳定，是本组的良好标志层；下层K2灰岩，夹23层海相泥岩，将灰岩分成34层，故称四节石，厚3.214.3m，平均7.34m，井田西北角较厚，下距K1砂岩平均29.18m，含燧石结核或团块，含中国海百合SinocrinusTien，分喙石燕ChoristitesSP.等动物化石，底面向下10m左右为15#煤；中层K3灰岩，富含动物化石海百合茎SinocrinusTien，由于海百合茎之横断面形若古钱，俗称钱石，厚1.25.0m，平均3.0m，下距K2灰岩平均12.92m，K3灰岩之下发育13#煤层；上层K4灰岩，性脆、坚硬，风化后残留在地表者形状奇特，俗称猴石，厚0.684.9m，平均2.3m，含泥质较高。总的趋势是西部厚，东部薄，下距K3灰岩平均20.77m，含动物化石分喙石燕ChoristitesSP黄河角石HuanghocerasSP.。K4灰岩与K3灰岩之间含12#煤；K4灰岩之上6.0m左右局部发育K6砂岩，岩性与厚度变化较大，不稳定，但与K4灰岩互为上下佐证，可做为本组标志层之一；K4灰岩，上距山西组底部K7砂岩平均38.16m，中间夹8#、9#煤。8#煤直接顶板砂质泥岩或泥岩，厚4.016.0m，平均11.60m，沉积稳定广泛，含大量黄铁矿和菱铁矿结核，含化石：带羊齿TaeniopterisSP，脉羊齿NeuropterisSP.，舌形贝LinguiaSP等，似应为一海相层，可做为煤层对比中的辅助标志层。本组含煤79层，其中可采煤层5层，即8#、9#、12#、13#、15#煤层。太原组地层是一套典型的海陆交互相含煤岩系，旋回结构明显，可分为5个沉积旋回。旋回的划分均以海退为旋回起点，海进停止为旋回终点。煤层以下为海退部分，煤层底界为海进开始，煤层以上为海进部分。海退部分岩相组合复杂，稳定性差，为滨海相、泻湖相、滨海三角洲相、河床相、河漫相、沼泽相的砂岩、砂质泥岩及泥岩。海进部分岩相组合简单，稳定性好，为沼泽相、泻湖相；湖泊相、浅海相的煤层、砂质泥岩、泥岩、石灰岩。第旋回以K1砂岩为底界，向上经15#煤到K2灰岩顶部之砂质泥岩、泥岩；第旋回以凝灰质中粒砂岩(俗称怪砂岩)为下界，向上经13#煤到K3灰岩顶部之砂质泥岩、泥岩；第旋回以12#煤老底细砂岩为下界，向上经12#煤到K4灰岩顶部之砂质泥岩、泥岩；第旋回以9#煤层老底细至中粒砂岩为下界，向上经9#煤到9#煤直接顶砂质泥岩及泥岩；第旋回以8#煤老底细至中粒砂岩为下界，向上经8#煤到K7中至粗粒砂岩底面结束。3、山西组；地层厚5482m，平均60.23m，主要由灰黑色砂质泥岩、泥岩，灰白色砂岩及煤组成，与下伏太原组地层连续沉积(呈冲刷接触)，含织羊齿EmpiectopterisSP芦木CaiamitesSP，轮叶AnnuiariaSP.，栉羊齿PecopterisSP等植物化石。基底为中至粗粒砂岩K7，厚018m，平均6.0m，成份主要为石英、长石、石英岩岩屑，有少量的云母及磷灰石，磨圆度由中等到好，分选中等，孔隙式、接触式胶结，胶结物多为硅质，有少量钙质，发育交错层理、波状层理及水平层理，属于三角洲平原上的分道河流沉积，层位较稳定，是本组的主要标志层。山西组共含煤46层，其中可采煤层为3#、6#两层。山西组为一套复合的三角洲沉积体系，是在太原组顶部前三角洲、三角洲前缘沉积基础上发育的三角洲体系的沉积。沉积旋回明显，每个旋回，均以三角洲平原分流河道沉积的砂岩开始，向上渐变为沼泽相的砂质泥岩、泥岩及煤，随着水介质的加深转入覆水沼泽环境。第旋回以K7砂岩为底界，向上经6#煤到6#煤直接顶砂质泥岩、泥岩，为三角洲建设阶段的沉积；第旋回以6#煤老顶砂岩为下界，向上经3#煤到3#煤直接顶砂质泥岩、泥岩，为三角洲废弃阶段的沉积；第旋回以3#煤老顶为下界，向上经1#、2#煤到下石盒子组基底K8砂岩底面，为三角洲建设阶段的产物。4、下石盒子组：地层总厚平均145m，依据岩性及其风化特征可分为上、中、下三段。下段绿色岩层段，厚3060m，平均45m，由灰绿色、黄绿色砂质泥岩、泥岩、细至中粒砂岩及12层小煤(厚度一般在0.1m左右)组成。底部为K8砂岩，俗称绿色基底，系下石盒子组与山西组分界标志层，为细至中粒砂岩，厚1.013.0m，平均6.0m，厚度变化较大，局部呈透镜体，稳定性较差。中段黄色地层段，厚4070m，平均55m，由黄色、黄绿色砂质泥岩和泥岩互层，细至中粒砂岩组成，风化后呈黄褐色或铁锈色。底部K9砂岩为细至中粒砂岩，俗称黄色基底，厚3.028.0m，平均10.0m，岩性及厚度变化较大，呈球状风化。上段砂岩带，厚2060m，平均45m，主要由灰色、灰白色、黄绿色中至粗粒砂岩及泥岩组成。顶部为K10标志层，厚118m，平均5m，为含锰铁质、铝质泥岩，具鲕状结构，风化后呈粉红色花斑，故称桃花页岩。野外极易识别，为上、下石盒子组地层分界线。1.3.2 瓦斯1）概况二矿西四尺井为高沼气矿井。开采煤层的埋藏深度较大，15#煤层的生、贮、盖条件好，瓦斯不大。随着机械化程度的提高，开采强度的增大，绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量呈上升趋势.(1)影响瓦斯涌出量的因素影响瓦斯涌出量的主要因素是煤层及围岩的瓦斯含量。一般讲，瓦斯含量大瓦斯压力就大，瓦斯含量小瓦斯压力也就小。瓦斯含量与瓦斯压力情况见。表1-2 瓦斯压力（MPa）10002000300040005000瓦斯含量（m3/t）2630343637煤层开采时，由于卸压的关系，瓦斯不仅煤层中涌出，而且从围岩中也要涌出，即从上邻近层和下邻近层涌出，构成了开采时的瓦斯涌出量。现采煤层瓦斯相对涌储量见表1-10，单位m3/t。绝对涌储量构成表1-3，单位m3/min。表1-3 煤层编号15#煤层瓦斯含量3.2表1-4 瓦斯构成工作面编号本煤层上邻近层下邻近层总量备注15#煤80504工作面750450020050503#煤已采、12#煤未采15#煤80608工作面300450020050003#煤已采、12#煤未采从表1-4可以看出，上邻近层的瓦斯涌出量较大，为本煤层瓦斯涌出量的25倍；下邻近层瓦斯涌出量除12#煤层外，均略低于本煤层瓦斯涌出量，15#煤层瓦斯含量最小，其开采时瓦斯涌出量也最小，其原因尚待探讨。(2)瓦斯抽放二矿为高沼气矿井，早在1957年就开始抽放并利用瓦斯。抽放方式为向上邻近层打钻抽放，即在工作面回采之前，在尾巷内向将要形成的顶板裂缝带内打钻，采动后利用钻孔对上邻近层的瓦斯进行抽放，使回采时，工作面瓦斯涌出量减少，保证生产的正常进行。在15#煤采用本煤层布置上层内错巷，邻近层布置走向高抽巷，成功解决瓦斯抽放。二矿自抽放瓦斯以来，随着开采量的逐渐增长，瓦斯抽放量也逐年增加。起初矿井瓦斯抽放量只有60m3/min，而现在高达200m3/min左右(其中纯瓦斯量52.4m3/min，抽放浓度为35)，抽放出的瓦斯主要民用。现有抽放瓦斯高压泵四台，其型号与各种技术参数见表1-5。表1-5 瓦斯高压泵型号与各种技术参数编号高压泵型号流量(m3min)静压(mmH2O柱)电机型号功率(KW)1LQA80805000JD291-6952D60-1201205000JD292-41553D60-60603000J8126-6554D60-1601605000J8127-61855D60-1601605000J8127-61856RG-350VG2094900J8127-62507RG-350VG2094900J8127-62502）煤尘1990年3月在15#煤层的采区取样，由煤科院重庆分院进行了煤尘爆炸性鉴定年，15#煤无煤尘爆炸性。煤尘爆炸性鉴定结果见表1-6。表1-6采样地点工业分析()爆炸性实验鉴定结鉴定时间Mad(%)Ad(%)Vd(%)Vdaf(%)火焰长度(mm)抑制煤尘爆炸最低岩粉量(%)8109(上)工作面32l112373986400无煤尘爆炸性1990.038301(下)工作面306100972082900无煤尘爆炸性1990.038304(上)顺槽208124777190200无煤尘爆炸性1990.038402(下)顺槽27796374985500无煤尘爆炸性1990.033）煤的自燃二矿在生产过程中，井下曾经发生过煤层自燃现象。在15#煤层开采过程中，在8402工作面出现自然发火征兆。1997年12月四采上山8406工作面发生自燃，被迫将四采上山正前及辅助上山封闭。1997年10月29日8208工作面落山角发生煤层自燃，究其原因为放顶煤不完全致使落山角煤层长时间在空气氧化下引起自燃。在80504工作面和80603工作面都曾有过自燃发火征兆，由于地质构造影响工作面推进速度，导致开采时间长，氧化产生发热，出现自燃发火征兆。综上所述，自燃不仅严重威胁着矿井安全，而且大量的煤炭资源无法开采，应从各个方面深入研究其发火原因，为矿山安全提供有力的保证。根据1988年10月和1989年抚顺煤研所测定的15#煤层自燃倾向性鉴定结果，15#煤在所取的五个煤层样中，东丈八区的两个样8108(中)、8108(上)为类，不自燃，其余三个样为类，可能自燃。所取的三个顶板样中，均为类不易自燃。15#煤层自燃倾向性鉴定见表1-7。表1-7采样地点工业分析(%)燃点煤样密度吸氧量煤炭自燃Mad(%)Ad(%)Vdaf(%)Sd(%)g/cm3cm3/g倾向等级8402顶板0.9284.2012.070.540.293类不易自燃8301顶板1.2276.4710.920.940.3751类不易自燃8108顶板0.9084.5612.690.460.1421类不易自燃8108中层1.436.6l7.191.28392类不自燃8108上层1.2317.438.081.07388不自燃8301上层1.5917.277.991.0l386类可能自燃8402上层1.1316.427.400.71375类可能自燃8301中层1.393.557.161.63381类可能自燃2 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1 井田范围阳泉二矿东距阳泉市约5km，其地理坐标为东经11325171133307，北纬374644375219。井田东部为大阳泉井田，西部为西上庄井田，南部与五矿井田相邻，北部以石太铁路为界，隔桃河与三矿、四矿相望。2.1.2 井田尺寸井田走向长约8 km，倾向长约78 km，面积为624186km2。2.2 矿井工业储量2.2.1 井田地质勘探通过这样的勘探网度和地面工作以及井下资料收集等勘探手段的选择，并加以深入的综合研究，解决了以下与矿井生产密切相关的问题：1）查明了井田的基本构造形态，对矿井生产影响较大的断层作了较严密的控制。2）综合各方面水文地质资料，确认矿区水文地质条件属简单类型。3）对煤尘爆炸性、煤的自燃性、地温等开采技术条件得出了明确的结论。根据现行勘探规范。截止延深勘探阶段，结合井下的综合勘探和研究程度已基本达到精查。从勘探打孔的资料得知，本煤田煤的最大厚度为8.35m，最小厚度为5.68m，平均为6.68m。最大倾角为6.83，最小为0.34，平均3.532.2.2 储量计算基础（1）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；（2）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0.70 m，原煤灰分40%；（3）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；（4）储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05 m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；（5）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。2.2.3 矿井工业储量计算矿井工业储量是指在井田范围内，经地质勘探，煤层厚度和质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚。本次储量计算是在精查地质报告提供的1：10000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。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。根据每个面积小块的等高线水平间距和高差计算出面积小块的煤层倾角，用CAD命令计算面积小块的水平面积，由此可计算得出每个块段的不同储量，矿井地质总储量即为各块段储量总和。阳泉二矿煤矿储量计算块段划分如下图2-1所示。图2-1 表2-1区域ABCDEF水平面积/m237537644647862292879383141472056547411785561平均倾角/。4.125.494.114.192.010.86实际面积3763504.24669305.72936330.45383364032057808911786891（1）矿井地质资源量矿井地质资源量可由以下等式计算：Zz=mS10/cos （2-1）式中：Zz矿井地质资源量，t；m煤层平均厚度，m；S井田块段面积，m2；煤容重，1.4 t/m3。将各参数代入式（2-1）中可得表2-1，所以地质储量为：Zz =487.187 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：Zg=Z111b+Z122b+Z2m11+Z2m22+Z333k （2-2）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0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存较稳定的矿井，取0.7，该式取0.8。Z111b= Zz60%70%=204618408.8 tZ122b= Zz30%70%=102309204.4 tZ2m11= Zz60%30%=87693603.79 tZ2m22= Zz30%30%=43846801.89 tZ333k= Zz10%80%=38974935.02 t因此将各数代入式（2-2）得：Zg =477.44 Mt2.3 矿井可采储量2.3.1 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下表。第5-22条规定：工业广场的面积为0.8-1.1公顷/10万吨。本矿井设计生产能力为400万吨/年，所以取工业广场的尺寸为800 m500 m的长方形。煤层的平均倾角为3.53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上部，其中心处埋藏深度为423.8 m，该处表土层厚度为80 m，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。本矿井的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-3。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1.0120-1801.245-901.59-301.8表2-3 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/m423.83.536.688040707076由此根据上述已知条件，画出如图所示的工业广场保护煤柱的尺寸，如图2-2 图2-2所留煤柱面积： S=1026567.58 m2工业广场煤柱损失为Z工=1026567.58*6.68*1.4=9.6Mt2.3.2 边境煤柱根据常村煤矿的实际情况，按照煤矿安全规程的有关要求，可留设井田边界煤柱100 m。井田边界保护煤柱的损失按下式计算：P1=HLm10-6 （2-3）式中：P1井田边界保护煤柱损失，Mt。H井田边界煤柱宽度，100 m；L井田边界长度，30335 m；m煤层厚度，6.68m；煤层容重，1.4 t/m3。由于F3断层以西2-1、2-3煤层合并，为方便计算按照两煤层分别计算井田保护煤柱代入数据得：因此：P1=100*30335*6.68*1.4* 10-6= 28.37 Mt2.3.3 断层煤柱井田中有一个断层，按照煤矿安全规程的有关要求，断层两侧各留设50m的保护煤柱，因此断层保护煤柱损失可得：P2=Lim5010-6 （2-4）式中：P2煤柱损失，Mt；Li断层上盘或下盘长度，m；m煤层厚度，6.68m；煤层容重，1.4 t/m3。故：P2,=24186.681.45010-6=1.13 Mt表2-4 保护煤柱损失量煤柱类型储量/Mt井田边界保护煤柱28.37断层保护煤柱1.13工业广场保护煤柱 9.6合计39.12.3.4 主要井巷煤柱主要井巷煤柱是指大巷保护煤柱，大巷中心距离为40m，大巷两侧的保护煤柱宽度各位30m，一水平大巷长度为5.19km，二水平大巷长度为7.385km。布置三条大巷，则大巷保护煤柱压煤量为 （30+30+40+40）（5190+7385）6.681.4/cos(3.53)=16.5Mt2.3.4 矿井可采储量矿井设计资源储量按式（2-4）计算：Zs=Zg-P3 （2-4）式中：Zs矿井设计资源/储量P3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。则：Zs=Zg-P3=477.44-28.37-1.13=447.94矿井设计可采储量Zk=（Zs-P4）C式中Zk矿井设计可采储量；P4工业场地和主要井巷煤柱损失量之和；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%。这里我们去0.825则：Zk=（Zs-P2）C =（447.94-9.6-16.5）82.5%= 348Mt 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3.2.1 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4Mt/年。3.2.2 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）矿井开采能力校核阳泉二矿为中厚煤层，煤层平均倾角3.53度，地质构造简单，赋存较稳定，但矿井瓦斯含量较大，工作面长度不宜过大，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）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，348Mt； A -矿井的设计生产努力，、400万吨/年； K -矿井储量备用系数，取1.4。则： T=348100/（4001.4） =62.1（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。 （3）第一水平服务年限校核根据煤炭工业矿井设计规范第2.2.5条规定：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。井型和服务年限的对应要求见表3-1。根据第二章表2-5可知，第一水平服务年限为：T=（S北一+S北二+S北四）*6.68*1.4/4=42.5年由下表可知：煤层倾角低于25，矿井设计生产能力为35 Mt/a时，矿井设计服务年限不宜小于60年，第一开采水平设计服务年限不宜小于30年。本设计中，煤层倾角低于25，设计生产能力为4 Mt/a，矿井服务年限为62.1年，第一开采水平设计服务年限为42.5年，符合煤炭工业矿井设计规范的规定。表3-1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 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、位置及坐标井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。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。由于地形条件的限制，显然不能用平硐开采。再由阳泉二矿的水文地质条件进行分析。本矿井煤层倾角小，角度范围25度，为近水平煤层。矿区含水层主要为三种类型：1、孔隙水含水层主要分布于桃河及其支流的河床以及其它低洼河谷中的冲积、洪积及坡积层中，厚度1020m左右，由砂、砾石、卵石、滚石等组成。水量动态季节性变化大，受大气降水制约。2、岩溶裂隙含水层中奥陶统马家沟组灰岩为本区主要强含水层，出露于阳泉矿区东北部外围，面积广大，为煤系地层基盘。灰岩岩溶裂隙及蜂窝状溶孔溶洞较发育。石炭系太原组薄层灰岩主要有四节石、钱石，猴石三层石灰岩，总厚度15.95m，其中以15#煤层顶板四节石(K2灰岩)厚度较大，为512m左右，在浅部地区岩溶裂隙较为发育，含水较丰富。3、基岩裂隙含水层分布于二叠系山西组、石盒子组地层中，主要由裂隙砂岩、粉砂岩组成。石盒子组K8、K9、K11、K12砂岩为主要含水层，一般出露较高，地表裂隙发育，透水性较好，雨季常沿裂隙泄出形成下降泉。根据以上条件可以发现阳泉二矿的水文地质条件复杂，含水量受季节影响比较大，所以适合用立井开采。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。由于井田东部为大阳泉井田，西部为西上庄井田，南部与五矿井田相邻，北部以石太铁路为界，隔桃河与三矿、四矿相望。为了减少工业广场保护煤柱的损失，利于煤炭运输，靠近石太铁路，遵循井筒位置确定原则，将主副井位置定在井田中央偏上位置。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。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40公顷形状为矩形，长边垂直于井田走向， 长为800m,宽为500m。表2.1 工业场地占地面积指标井型(Mt/a)占地面积指标（ha/0.1Mt）2.4及以上1.01.21.81.20.450.91.50.090.31.84.1.3 开采水平的确定井田主采煤层为25度，为近水平煤层，井田走向长度为7.9km，井田的倾斜方向的最大长度7.24km，最小长度4.26km，平均5.55km，煤层平均厚度6.55m。所以最终决定设计为立井两水平开采。一水平标高530m，主要开采方式为带区式开采，二水平标高480m，主要开采方式为带区式开采。4.1.4 主要开拓巷道 矿井轨道大巷、运输大巷置均布置在岩石中为，满足回风需要，在岩石中再布置一条回风大巷。轨道大巷，运输大巷和回风大巷，共三条岩石大巷。为便于在巷道交叉时架设风桥等构筑物，轨道大巷、运输大巷沿底板掘进，回风大巷沿煤层顶板掘进。大巷位于井田中央，沿等高线方向布置， 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，立井两水平暗斜井延伸主、副井井筒均为立井，设两个水平，暗斜井延伸开采第二水平。轨道大巷和运输大巷均布置在岩层中，沿底板掘进，回风大巷布置在岩石中沿顶板掘进。如图4.1。方案二，立井三水平暗斜井延伸主、副井井筒均为立井，设三个水平，暗斜井延伸开采第三水平。轨道大巷和运输大巷均布置在岩层中，沿底板掘进，回风大巷布置在岩石中沿顶板掘进。如图4.2。方案三，立井两水平直接延伸主、副井井筒均为立井，设两个水平，立井直接延伸开采