酸刺沟煤矿3.0Mta新井设计

编号：（ ）字 号 本科生毕业设计（论文） 酸刺沟煤矿3.0Mt/a新井设计 神东矿区浅埋采场溃沙分析及控制机理研究 采矿07-7 题目： 姓名： 学号： 班级： 二〇一一年六月 中国矿业大学毕业设计任务书 学院 矿业工程学院 专业年级 采矿工程2007-7 学生姓名 任务下达日期： 2011年 1月 14日 毕业设计日期： 2011年 3 月 14日至 2011 年 6月 9日 毕业设计题目：酸刺沟煤矿3.0Mt/a新井设计 毕业设计专题题目：神东矿区浅埋采场溃沙分析及控制机理研究 毕业设计主要内容和要求： 一般部分完成了酸刺沟煤矿3.0Mt/a新井设计，并撰写了说明书和绘制了5张A0毕业设计图纸； 根据酸刺沟煤矿所在矿区溃沙问题，完成了题为神东矿区浅埋采场溃沙分析及控制机理研究的专题部分； 翻译部分完成了题为A Method for The Design of Longwall Gateroad Roof Support 的翻译，对应中文翻译为长壁工作面顺槽顶板支护。 各部分设计量均达到规定和要求。 院长签字： 指导教师签字： 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩 答 辩 情 况 提 出 问 题 回 答 问 题 正 确 基本 正确 有一般性错误 有原则性错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 摘 要 本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。 一般部分为酸刺沟煤矿3.0Mt/a新井设计。酸刺沟煤矿属于内蒙古伊泰集团，位于内蒙古自治区东胜煤田内。井田南北走向长约8.9km，东西倾向长约6.5km，总面积为58.74km2。煤层平均倾角2，为近水平煤层，埋藏浅，埋深平均215m，其中表土层为81m，设计所采煤层为4号煤，平均厚度3.82m。矿井工业储量329.359Mt，可采储量251.367Mt，服务年限64.5a。 矿井开拓方式为斜井单水平开拓，主井、副井为斜井，风井为立井，在井底沿东西向布置煤层大巷开拓一、二盘区，在北部布置东西向煤层大巷开拓三盘区， 主斜井倾角13，全长991m，装备带式输送机，副斜井倾角6，全长1922m，装备无轨胶轮车；风井净直径5.5m，井筒深度301m，装备玻璃钢梯子间。 移交生产时，在4号煤布置一个综采工作面，一个连采掘进工作面和一个普通掘进工作面，采掘比为1：2。连续采煤机还能进行煤柱回收和回撤巷道煤柱回收。工作面长度为240m，年推进度为2805m。日产量为9091t，通风方式为中央分列式。 矿井主运输采用带式输送机，煤从采掘工作面到地面实现连续运输；矿井辅助运输采用无轨胶轮车，人员、材料、设备可以实现从地面到工作面附近直达运输。 专题部分题目：神东矿区浅埋采场溃沙分析及控制机理研究 翻译部分题目：A Method for The Design of Longwall Gateroad Roof Support ，对应中文翻译为：长壁工作面顺槽顶板支护设计 关键词：浅埋煤层 ；近水平煤层 ；盘区布置 ；斜井单水平开拓 ；煤层大巷 ；双巷掘进 ；连续采煤机 ；无轨胶轮车 ；中央分列式 ； 溃沙 ABSTRACT This design includes of three parts: the general part,special part and translated part. The general part is a new design of Suancigou coal mine,which produces 3Mt per year.It belongs to Yitai group of Inner Mongolia and it lines in Dongsheng coalfield.The length of the north-south direction of the coalfield is 8.9km and the east-west direction length is 6.5 km,so its area is 58.74km2.The main coal seam which I design is No.4 coal seam ,which dip angle is 2 degree and its depth is 215m,3.82m for its thickness.The proved reserves are 329.359 Mt and the recoverable reserves are 251.367Mt,and it can work 64.5 years. The way to open up the mine is the shaft single horizontal development.The main shaft and the auxiliary shaft are inclined ones,but the air shaft is not.We arrange the roadway-in-seam along the east-west direction to open up the No.1 and No.2 panel,then in the north area,we arrange another east-west direction roadway-in-seam to open up the No.3 panel. The dip degree of the main shaft is 13 and auxiliary one is 6.Thelength of the main shaft is 991m and the auxiliary one is 1922m.The diameter of the air shaft is 5.5m and its length is 301m. When produced,we arranged a working ,a continuous miner heading face and a general heading face.So the ratio of the mining and driving is 1:2.The length of the working face is 240m and its continuous promoting length is 2805m.It produces 9091t every day. The way of the major transport is belt conveyor and the auxiliary transport is rubber tire vehicle.They can realize continuous transport. My topics of special subject parts is The Analysis of The Shallow Seam Blown Sand and the Study on its Control Mechanism in Sendong Coalfield. My translation part is A Method for The Design of Longwall Gateroad Roof Support. Keywords：Shallow seam ; Nearly horizontal seam ; Panel lavout ; Single-level development with inclined shaft ; Roadway-in-seam ; Dual roadway ; Continuous miner ; Rubbr tire vehicle ; Central-past ; Blown sand  目 录 一般设计部分 1 矿井概况与地质特征 1 1.1井田概况 1 1.2井田地质特征 3 1.3煤层特征 7 2 井田境界和储量 10 2.1井田境界 10 2.2井田地质勘探 11 2.3矿井地质储量 11 2.4矿井可采储量 13 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 17 3.1矿井工作制度 17 3.2矿井设计生产能力及服务年限 17 4 井田开拓 19 4.1井田开拓的基本问题 19 4.2矿井基本巷道 28 5 准备方式——盘区巷道布置 37 5.1煤层地质特征 37 5.2盘区巷道布置及生产系统 38 5.3盘区车场选型设计 44 6 采煤方法 45 6.1采煤工艺方式 45 6.2回采巷道布置 56 7 井下运输 58 7.1概述 58 7.2盘区运输设备选择 59 7.3大巷运输设备选择 60 8 矿井提升 64 8.1矿井提升概述 64 8.2主副井提升 64 9 矿井通风及安全 67 9.1矿井概况、开拓方式及开采方法 67 9.2矿井通风系统的确定 68 9.3矿井风量计算 72 9.4矿井通风阻力计算 80 9.5选择矿井通风设备 86 9.6安全灾害的预防措施 90 10 设计矿井基本技术经济指标 92 专题设计部分 1 绪论 94 1.1问题的提出与研究意义 94 1.2国内外研究现状及存在问题 95 1.3论文主要研究内容 98 2 浅埋煤层开采特征与涌水溃沙 98 2. 1浅埋煤层开采一般特征 98 2.2 涌水溃沙机理及其分析简化 101 3 涌水溃沙发生的判定条件及影响因素 105 3. 1涌水溃沙过程泥沙起动条件分析 105 3.3 涌水溃沙发生的影响因素 109 4 涌水溃沙控制措施 112 4.1 通过降低含水层高度控制涌水溃沙 112 4.2 通过改变裂缝因素控制溃沙量 116 5 结论 117 翻译部分 英文原文 120 中文译文 131 致 谢 141  一 般 部 分 中国矿业大学2011届本科生毕业设计（论文） 第57页 1 矿井概况与地质特征 1.1井田概况 1.1.1位置与交通 酸刺沟矿井位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗沙圪堵镇东27km处，井田位于准格尔煤田中部，南部详查区西北角，行政区划隶属鄂尔多斯市准格尔旗哈岱高勒乡。地理坐标范围为：东经11110′15″～11114′45″，北纬3940′45″～3944′45″。 本区交通以公路为主，铁路为辅。呼(和浩特)～鄂(尔多斯)高速公路自呼和浩特市开始，经黄河大桥通过薛家湾镇至鄂尔多斯市。目前呼和浩特与薛家湾镇段已建成通车，薛家湾镇与鄂尔多斯市段公路正在建设之中。薛魏公路从井田中西部南北向通过，路面为二级柏油路面，由薛魏公路向北至薛家湾约17km，由薛家湾经呼大公路向北至呼和浩特市约118km，向西经109国道至鄂尔多斯市约150km。向东经和林县到清水河县约180km。 大准、准东铁路及已开工建设的呼准铁路在矿区的北侧通过，矿井距大～准铁路唐公塔集装站约22km，距准东铁路敖包湾站约16km，准东铁路沙圪堵站至乌素沟站现已建成通车。井田交通位置详见图1-1-1所示。 1.1.2地形地貌及水系 本区为鄂尔多斯黄土高原的一部分，黄土覆盖广泛，厚度大，部分为风积砂覆盖，植被稀少，居民点分散，由于受水流风蚀等影响，区内沟谷纵横交错，沟谷呈树枝状，十分发育。最高点位于勘查区中北部后樊家湾，海拔标高为+1283.90m，最低点位于勘查区东南部南坪沟与井田边界交汇处(Y05孔东)，海拔标高+1089.90m，最大海拔标高差194m；一般海拔标高为+1230～+1180m，一般相对标高差50m左右。区内无常年地表迳流，仅在沟谷中由于大气降水而形成间歇性水流，地表径流量很小，部分深沟中有泉水涌出，但流量很小。沟内无常年地表迳流，雨季山洪暴发，形成短暂的地表迳流，西侧支沟水流汇入井田外围十里长川，东侧支沟水流汇入井田外黑岱沟，以迳流方式注入黄河。区内黑岱沟的最低侵蚀基准面标高为+1083m，最高洪水位标高为+1150～+1085m。 1.1.3气候与气象 本区属于大陆性干旱气候。春季干旱多风；夏季昼炎热夜温凉，日温差较大；秋季凉爽；冬季严寒。寒暑变化剧烈，昼夜温差较大，准格尔旗最高气温38.3℃，最低气温-30.9℃，一般年平均气温5.3～7.6℃。霜冻和冰冻期长，为195天左右，一般结冰期为每年11月至翌年3～4月份，最大冻土深度1.50m，降雨最多集中于7～9月，占总降水量的60%～70%，年降水量为277.7～544.1mm，平均为401.6mm。年平均蒸发量为2108.2mm，是降雨量的5～8倍。常发生春旱，春季多风，平均风速2.3m/s，最大风速20m/s，主要集中在4～5月和10～11月。  1.1.4地震烈度 按照内蒙古自治区地震局、内蒙古自治区建设厅内震发[2001]149号文，本区地震烈度为7度，地震动峰值加速度（g）为0.10。 1.1.5矿区经济概况 本区的经济以采矿业为主，服务业为辅。矿区内植被稀少，居民点分散，农业受当地地理环境与经济状况的限制，基本以传统的耕作方式生产，且由于水土流失严重、土地贫瘠，农业生产十分落后。随着准格尔煤田的大规模开发建设，当地的经济也将呈上升趋势。本区内交通方便，矿井建设所需的砖、瓦、砂、石等大宗建筑材料可就地解决，钢材、木材及高标号水泥等主要从外地购入，建材供应渠道畅通。 1.1.6水源及电源 本矿井供水水源有两个，一是从外部引水（内蒙古准格尔黄河水务有限公司与伊泰煤炭股份有限公司签订的供水合同和供水承诺函）；二是将井下排水处理后做为部分水源。 矿井位于鄂尔多斯电网的最东端，附近的主要电源点有：万家寨、榆树湾、沙圪堵、海子塔等110kV变电站以及薛家湾220kV区域变电站。电源情况能够满足矿井建设、生产的要求。其中距矿井约20km的薛家湾220kV变电站和距矿井工业场地8km的海子塔110kV变电站均隶属于内蒙古电力（集团）有限责任公司薛家湾供电局，薛家湾供电局已于2004年10月以“薛供计[2004]40号”函的形式，同意本矿井以110kV双回线路接入系统，两回电源分别取自薛家湾220kV变电站和海子塔110kV变电站。矿井供电电源可靠。 1.2井田地质特征 1.2.1地层 区内大部被第四系覆盖，但在沟谷中，亦有基岩出露，井田地层由老至新有：奥陶系（O）中统马家沟组（O2m）、石炭系（C）上统本溪组（C2b）、上统太原组（C2t）、二迭系（P）下统山西组（P1s）、下石盒子组（P1x）、上统上石盒子组（P2s）、石千峰组（P2sh）、第三系红土层（N2）、第四系（Q）。 ⑴ 奥陶系（O）中统马家沟组（O2m） 井田内钻孔均未全揭露该组地层，最大揭露厚度29.32m（217号孔），岩性为浅灰色石灰岩、白云质灰岩，微晶质结构，见小溶洞和裂隙，常为方解石充填。 ⑵ 石炭系（C）上统本溪组（C2b） 为一套浅海～过渡相细碎屑岩沉积，平行不整合于奥陶系之上。下部岩性为浅灰、暗紫色粘土岩、铝土质粘土岩、块状构造，相当于华北G层铝土矿，但厚度不大且不稳定，常相变为砂泥岩、泥岩。 中段为灰黑色砂质泥岩、泥岩、灰白色细～粗粒石英砂岩，硅质胶结，坚硬致密。 上段以深灰色、灰黑色泥岩为主，夹透镜状灰岩、泥灰岩，黑色泥岩中常含黄铁矿结核。灰岩中含海相动物化石及生物碎屑。井田内钻孔揭露厚度0.80m（Y05孔）～43.64m（Y09孔），井田内28个孔不同深度揭露该地层，平均厚度15.97m。 ⑶ 石炭系（C）上统太原组（C2t） 为过渡相～陆相沉积，是本区主要含煤地层，含煤5层，为6上、6、8、9、10号煤。 下段以灰黑色、深灰色泥岩、砂质泥岩、粘土岩夹多层砂岩为主。含煤3层为8、9、10号煤。该段岩性及厚度在走向、倾向上变化均很大。8、9号煤之间在南部有一层泥灰岩较稳定，厚约1.00m，含海相动物化石及生物碎屑，可作为煤层对比标志，向北逐渐相变为钙质泥岩、泥岩，以至透镜状砂岩。 底部深灰、灰白色细～粗粒石英砂岩较稳定，硅质胶结，坚硬致密，属滨海相沉积。 上段以6号煤及其顶底板粘土岩、砂质泥岩为主，夹灰色透镜状砂岩。含煤2层为6上、6号煤。可称为中煤组。 该段岩性及厚度亦有相当变化，6号煤由北东向西南产生分叉，分出6上煤层，6号煤层变薄，6上煤急剧增厚，6上与6号煤之间发育一套呈条带状北东向展布的砂岩体。 本组地层厚度39.03～90.45m，平均厚度64.06m，由东北部向西南有增厚的趋势。 ⑷ 下二迭统山西组（P1S） 为陆相碎屑岩沉积，亦为本区主要含煤地层，含煤4层为2、3、4、5号煤。 下部岩性以灰白色黄褐色粗粒长石、石英砂岩为主，含砾局部为砂砾岩，具大型斜层理，磨圆度较好，分选性较差，砾径一般0.5～1cm，最大达3cm左右，含炭屑或煤线、泥质、粘土质胶结，坚硬致密。该层砂岩全区较稳定，局部地段与6号煤呈冲刷接触。 砂岩中上部夹深灰、灰黑色砂质泥岩、泥岩及5号煤层。 中部由灰白色、灰黑色中细粒砂岩、砂质泥岩、粘土岩、泥岩组成，含2、3、4号煤层，可称为上煤组。砂岩坚硬致密含菱铁矿结核，泥岩粘土岩含大量植物化石，2、3号煤均不稳定，4号煤层尚属较稳定，各层煤间距较近。 上部为深灰、灰白色中粗粒砂岩夹粘土岩、泥岩、粉砂岩，砂岩致密坚硬，含小砾石及云母片、菱铁矿结核，风化后见铁质晕圈。顶部发育一层粘土岩或砂质粘土岩，深灰～杂色，具鲕状结构。 本组地层厚度52.26～124.14m，平均厚78.68m。地层由北东向西南增厚之势。 ⑸ 下二迭统下石盒子组（P1x） 为陆相碎屑岩沉积，下部为黄褐色砂岩与紫色、杂色粘土岩和泥岩互层，粘土岩具鲕状结构，含磷质结核，品位不高。底部含砾粗砂岩，厚层状，斜层理发育，胶结中等。 上部以紫色、黄绿色泥岩、砂质泥岩为主，夹中厚层状砂岩。 本组地层厚度49.16～322.04m，平均119.90m。出露于本区东南部沟谷两侧。 ⑹ 上二迭统上石盒子组（P2s） 为陆相碎屑岩沉积，区内大部分地层被剥蚀，地层分布连续性差，黄绿色中粗粒砂岩，夹暗紫色泥岩、砂质泥岩，含铁质结核。 上部绛紫色泥岩、粘土岩、粉砂岩，与黄绿色砂岩、砂砾岩互层。 出露于西部各沟谷两侧，区内20个钻孔见本组地层，钻孔揭露残存厚度9.69～347.01m，平均93.07m。 ⑺ 上二迭统石千峰组（P2sh） 上部以砖红色粉砂质泥岩和泥岩为主，夹灰色、灰绿色砂岩，分选磨园较好，胶结疏松。 下部以黄绿、灰绿色中粗砂岩和含粒砂岩为主，夹棕红色粉砂岩、砂质泥岩。具大型斜层理，泥岩中常见灰绿色斑点，砂岩中夹紫红色、灰绿色泥质团块。本井田仅旧181号孔见此地层，揭露厚度为207.68m。 ⑻ 第三系红土层（N2） 红色、棕红色钙质红土层，含砂质及钙质结核，层理明显，在本区有4个钻孔揭露，厚度19.72～65.50m，平均厚46.50m。出露于井田东南部沟掌一带。不整合于其它老地层之上。 ⑼ 第四系（Q） 上更新统马兰组（Q3m）：淡黄色、黄褐色粉砂质黄土，夹粘土岩，粒度均匀，垂直节理发育，含钙质结核。全区分布，厚0～87.93m，平均28.45m。 全新统（Q4）：为洪积、残坡积之松散砂粒，泥砂及风积砂。厚度不一，一般0～3m左右。不整合于其它老地层之上。 井田含煤地层为石炭系太原组和二迭系下统山西组，据钻孔揭露两组地层总厚度118.26～192.88m，平均142.74m，井田内含煤地层基本上保存完整，厚度变化不大，厚度变异系数13%。总体看，由北向南有增厚之趋势。 1.2.2构造 位于鄂尔多斯大型构造盆地东北缘的准格尔煤田，总的构造是一个走向近于南北，倾角8以下，具有波状起伏的向西倾斜的单斜构造。盆地边缘，倾角稍大，有轴向与边缘方向一致的短背向斜，如窑沟背斜、西黄家梁背斜、老赵山梁背斜、双枣子向斜、田家石畔背斜等；盆地内部倾角平缓，一般在8以下，有与地层走向垂直的次一级褶皱，它们一般幅度较小，延伸不大，造成了煤层底板等高线的相对起伏。区内断裂不发育，仅稀疏可见几条小的张性断层。井田与南部详查区构造特征基本一致，仍属构造简单地区。为地层走向北北东，倾向北西西、倾角小于8的单斜构造。东南边界外有石圪咀正断层，走向北40东，倾向南东，倾角70，落差15～50m，延展约10km。井田内未发现岩浆岩侵入。 综上所述，井田内断层、褶曲不发育，其构造形态为一倾向北西西的单斜构造，无岩浆岩侵入，井田构造属简单类型。 1.2.3水文地质特征 （一）含（隔）水层特征 1、第四系松散层潜水含水层 岩性为上更新统马兰组（Q3m）黄土、全新统冲洪积（Q4al+pl）砂砾石，残坡积（Q4）砂土及风积（Q4eol）砂等，全区分布广泛，多为透水不含水层，只有沟谷中的冲洪积（Q4al+pl）砂砾石层构成松散层潜水的主要含水层。根据水文地质填图水井调查资料：含水层厚度为1.80～6.00m。地下水位埋深h=2.00～5.20m，涌水量Q=0.231～0.810L/s，水温13℃，据邻区准格尔煤田南部详查报告资料：含水层厚度为3～5m，地下水位埋深h=1～2m，水位标高H=1137～1160m，涌水量Q=0.01～0.7L/s，单位涌水量q=0.1L/sm，水质较好。含水层富水性弱，由于大气降水的补给量小，所以补给条件差，潜水含水层与下部承压水含水层的水力联系较小，而与地表短暂的洪水水力联系密切。 2、第三系（N2）半胶结岩层隔水层 岩性为红色、棕红色粘土，即红土层，含丰富呈层状分布的钙质结核，呈半胶结状态，出露于井田东南部沟掌一带，仅4个钻孔揭露厚度19.72～65.50m，平均46.50m，该隔水层的透水性微弱，但在井田内分布不太连续，只能起局部隔水的作用，隔水性能相对较差。 3、石炭系～二叠系碎屑岩类承压水含水层 ⑴ 二叠系上统石千峰组（P2sh）：岩性主要为砖红色砂质泥岩、灰绿色砂岩，含砾粗粒砂岩等。椐邻区资料，泉流量Q=0.1～1L/s，含裂隙～孔隙承压水，在井田仅零星分布。 ⑵ 二叠系上统上石盒子组（P2s）：岩性为紫色泥岩、粉砂岩，黄绿色、灰白色中粗粒砂岩、砂砾岩，据邻区资料，泉流量Q=0.01～3.5L/s，单位涌水量q<0.01L/sm，井田内大部分被剥蚀。 ⑶ 二叠系下统下石盒子组（P1x）：岩性为紫色、黄绿色泥岩、砂质泥岩，黄褐色砂岩，杂色泥岩，含砾粗粒砂岩，出露在井田东南部沟谷两侧，据调查资料：泉流量Q=0.500L/s，据邻区资料：泉流量Q=0.01～1.18L/s，钻孔涌水量Q=0.794L/s，单位涌水量q=0.303L/sm，水位标高993.50m，含水层的富水性弱～中等，含裂隙～孔隙承压水。 P1x下部的泥岩全区发育，连续性好，隔水层好，是良好的隔水层。 ⑷ 二叠系下统山西组（P1s）：岩性上部为深灰、灰白色中粗粒砂岩夹粘土岩、泥岩、粉砂岩；中部为灰白色、灰黑色中细粒砂岩、砂质泥岩、粘土岩、泥岩，含2、3、4号煤层；下部为灰白色、黄褐色粗粒砂岩、含砾粗粒砂岩及砂砾岩，含5号煤层。分布广泛，全区赋存。根据Y11、Y12号钻孔抽水试验成果：含水层厚度30.40～31.31m，平均30.86m，地下水位标高埋深53.50～58.35m，水位标高1068.00～1078.35m，涌水量Q=0.0417～0.0715L/s，单位涌水量q=0.00105～0.00256L/sm，渗透系数K=0.00328～0.00631m/d，含水层的富水性微弱，透水性与导水性能较差，地下水的补给条件与径流条件差。由于受P1x下部隔水层的阻隔，该含水层与上部含水层的水力联系较小。该含水层为井田的直接与主要充水含水层。 ⑸ 石炭系上统太原组（C2t）：上部岩性为砂质泥岩、粘土岩，含6号煤层，下部岩性为深灰色泥岩、砂质泥岩，灰白色中粗粒砂岩，含8、9、10号煤层，底部为灰白色细～粗粒石英砂岩，分布广泛，全区赋存。根据Y11、Y12号钻孔抽水试验成果：含水层厚度53.23～62.51m，平均57.87m，地下水位埋深115.18～127.80m，水位标高998.55～1016.67m，涌水量Q=0.0784～0.125L/s，单位涌水量q=0.00477～0.00602L/sm，渗透系数k=0.00738～0.00845m/d，含水层的富水性微弱，透水性较差，水质良好，地下水的补给与径流条件均较差，下部隔水层的隔水性能较好，该含水层为井田的直接与主要充水含水层。 ⑹ 石炭系上统本溪组（C2b）：岩性为深灰色泥岩、砂质泥岩，灰白色细～粗粒石英砂岩，浅灰色铝土岩，铝土质粘土岩，分布广泛，平均厚度15.97m。据邻区资料，泉水流量Q=0.01～0.05L/s。因此岩层的富水性非常微弱，可视为相对隔水层，该地质厚度稳定，分布连续，因此隔水性能良好。 4、奥陶系中统马家沟组（O2m）石灰岩岩溶承压水含水层 岩性为浅灰色石灰岩、白云质灰岩，发育有小溶洞和裂隙，井田内217号钻孔最大揭露厚度29.32m，据邻区资料：地下水位标高872.7～868.8m，单位涌水量q=2.826～34.321L/sm。该含水层富水性不均，岩溶发育地段的富水性强。由于上部C2b的隔水性能良好，所以含水层与上部C2t煤系含水层的水力联系较小。但井田内煤层底板最低标高为642.64m，低于水位标高，因此，灰岩水会通过隔水层的薄弱地段向煤层充水。 综上所述，本井田的直接充水含水层为煤系地层承压水含水层，以孔隙含水层为主，裂隙含水层次之。煤层虽位于地下水位以下，但以贫乏的大气降水为主要充水水源，补给条件差，直接充水含水层的单位涌水量q<0.1L/sm（q=0.00105～0.00602L/sm），富水性微弱，导水性与透水性能差，井田内无地表水体，水文地质条件简单。 （二）矿井涌水量预计 根据井田勘探报告，采用稳定流“大井法”预测矿坑涌水量，先期开采地段的矿坑涌水量为1251，全井田开采时形成的坑道系统矿坑涌水量2670。 矿井正常涌水量为276，最大涌水量为400。 1.3煤层特征 1.3.1煤层特征 现对主要可采煤层分述如下： 4号煤层：位于二迭系下统山西组第二岩段（P1s2）上部，煤层自然厚度0.85～5.65m，平均3.82m，煤层结构较为简单，含夹矸0～6层，一般为3层，夹矸大部分位于煤层中部，煤层厚度变异系数为21%，煤层赋存范围全部可采。煤层由东向西逐渐增厚，夹矸岩性多为泥岩或炭质泥岩。顶板岩性为粗粒砂岩，其中粘土岩含量较高，底板岩性为砂质泥岩或砂质粘土岩。4号煤层为对比可靠、全区可采的较稳定煤层。 ⑵ 6上煤层：位于石炭系上统太原组第二岩段上部，煤层自然厚度7.04～20.77m，平均12.70m；可采区储量利用厚度为5.73～16.82m，平均11.09m。煤层厚度变化不大，总体由东北向西南变薄，煤层厚度变异系数26%，煤层结构较复杂，含0～12层夹矸，一般含5层夹矸，煤层上部的2层夹矸比较稳定，中部夹矸较多，但不稳定，夹矸总厚平均1.58m，岩性多为泥岩、炭质泥岩。煤层顶板多为粗粒砂岩、细粒砂岩，局部为泥岩；底板多为泥岩、砂质粘土岩，局部为粗粒砂岩。距上覆5号煤层间距12.09～66.06m，平均35.80m。6上煤层为对比可靠、全区可采的较稳定煤层。 ⑶ 6号煤层：位于石炭系上统太原组第二岩段下部，煤层自然厚度2.70～11.46m，平均7.34m；可采区储量利用厚度为2.70～8.80m，平均5.88m。煤层厚度变化不大，由西向东、由北向南有增厚趋势，厚度变异系数31%。煤层结构较复杂，夹矸位置大部分在中上部。煤层顶板以泥岩为主，局部为粗粒砂岩；底板以泥岩、砂质泥岩、砂质粘土岩为主。距上覆6上煤层间距为0.22～30.75m，平均11.32m。间距有由北向南、由东向西有增大趋势。6号煤层与6上煤层在勘查区北部、北东部及南部合并。6号煤层为对比可靠、全区可采的较稳定煤层。 表1－3－1 可采煤层特征表 煤层编号 煤层自然厚度 （m） 可采纯煤厚度 （m） 煤层间距 （m） 夹矸层数 稳定性 对比可靠程度 可采 情况 4 较稳定 可靠 全区 可采 6上 较稳定 可靠 全区 可采 6 较稳定 可靠 全区 可采 1.3.2煤质 井田内煤为低中灰～中高灰、特低硫～低中硫、低磷、中～中高热值的长焰煤。煤对CO2反应性差，灰熔融性高，结渣性强，热稳定性好。煤的焦油产率高，为富油煤。煤的可选性差，为中等可选～极难选。区内煤可作民用及动力用煤，用于火力发电及各种工业锅炉，也可在建材工业、化学工业中做焙烧材料。此外，还可作低温干馏原料煤。 1.3.3煤层开采技术条件 （1） 煤层顶底板情况 表1-3-3 主要可采煤层赋存状况表 煤层 均厚/m 顶板岩性 底板岩性 4 3.82 粗粒砂岩、局部泥岩 砂质泥岩、砂质粘土岩 6上 11.09 粗粒砂岩、细砂岩，局部泥岩 泥岩、砂质粘土岩，局部粗砂岩 6 5.88 泥岩，局部为粗粒砂岩 泥岩、砂质泥岩、砂质粘土岩 （2）瓦斯 根据内蒙古自治区煤田地质局117勘探队提供的《内蒙古自治区准格尔煤田酸刺沟井田勘探报告》，本区瓦斯成分以N2、CO2为主，无CH4。自然瓦斯成份中甲烷（CH4）0.00%，二氧化碳（CO2）11.91%～77.69%,氮气（N2）22.31%～88.09%，瓦斯带分带属CO2～N2带。设计暂按低瓦斯矿井考虑。 （3）煤尘与煤的自燃 井田内煤层煤尘爆炸指数在34.92%～46.05%之间，据煤尘爆炸性鉴定结果：当火焰长度为10～>400mm时，抑止煤尘爆炸最低岩粉量为10%～65%，煤尘有爆炸危险性。 （4）地温 恒温带深度50～80m，温度6～17℃，一般为12℃，388m深度时温度14.2℃，本区属于地温正常区域，无地热危害。首采面综合柱状图如下：  2 井田境界和储量 2.1井田境界 2.1.1井田范围 酸刺沟矿井位于内蒙古自治区准格尔煤田中部，南部详查区的西北角。井田南北走向长8.9km，东西倾斜宽6.5km，面积58.74km2。井田的东部及北部与哈尔乌素露天矿为界，南部与规划的黄玉川井田为界，西部以6号煤层+600m底板等高线为界。 2.1.2开采界限 本井田可采煤层共4层，其中主要可采煤层是4煤、6上煤、6煤。本设计只针对4煤进行新井设计。 2.1.3井田尺寸 井田的走向最大长度为9.1km，最小长度为5.7km，平均长度为8.9km。 井田的倾向最大长度为6.9km，最小长度为5.5km，平均长度为6.6km。 煤层的倾角最大为8，最小为1，平均为2。 井田的水平面积按下式计算： （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：，井田赋存状况示意图如图2-1-1所示。 图2-1-1 井田赋存状况示意图 2.2井田地质勘探 受伊泰煤炭股份有限责任公司的委托，2006年6月内蒙古自治区煤田地质局151勘探队提交了《内蒙古自治区准格尔煤田酸刺沟煤矿煤炭资源储量核实报告》 。该报告的井田范围为58.7 km2，与总体规划的井田面积和境界相一致。 2.3矿井地质储量 2.3.1储量计算原则 （1）煤层中单层厚度≥0.05m的夹矸一律剔除，厚度＜0.05m的夹矸与煤合并利用，但全层的灰分、硫分和发热量应符合要求。 （2）当煤层中夹矸单层厚度≥0.80m时，被夹矸分开的煤层原则上作为独立分层。 （3）煤层顶底部，当煤分层厚度≥夹矸厚度时，上下煤分层合并计算厚度；当煤层分层厚度＜夹矸厚度时，该煤分层不予以利用。 （4）同一煤层若仅个别钻孔单层夹矸厚度超过最低可采厚度，而上下煤分层均达到可采厚度时，上下煤分层仍合并利用。 （5）由多个煤分层组成的复杂结构煤层当各煤分层总厚≥0.80m，夹矸总厚不超过煤分层总厚的1/2时，以各煤分层总厚作为利用厚度，但煤层顶底部的煤分层仍按第三条的原则取舍。 （6）对高灰煤原则上全部剔除。 2.3.2矿井地质储量计算 由于矿井井田形状规整，本区矿井储量采用网格法，将井田分为A、B、C、D四个块段（根据等高线疏密程度划分面积小块）具体分块情况见图2-3-1井田地质储量计算面积划分示意图，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相加之和。 再根据： (2-2) 式中Z——矿井地质储量，t S ——井田块段面积， ——煤层平均厚度 ——煤层的容重，1.50 ——各块段煤层的倾角 图2-3-1 矿井块段划分示意图 由式2-2及矿井块段划分图，得各块段地质储量计算见下表2-3-1： 表2-3-1 矿井地质储量计算表 块段名称 倾角/ 面积/km2 煤层厚度/m 储量核算/Mt A 1 22.106 3.53 117.069 B 4 15.281 3.94 90.531 C 3 11.725 3.93 69.161 D 2 9.638 3.87 55.925 资源总储量 332.686 则矿井地质储量：Z=332.686 Mt 2.3.3矿井工业储量计算 矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探，煤层厚度与质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚，目前可供利用的可列入平衡表内的储量。矿井工业储量是进行矿井设计的资源依据，一般也就是列入平衡表内的储量。 矿井工业储量：地质资源量中探明的资源量331和控制的资源量332，经分类得出的经济的基础储量111b和122b、边际经济的基础储量2M11和2M22，连同地质资源量中推断的资源量333的大部，归类为矿井工业储量。 储量的分配探明储量、控制储量、推断储量按6：3：1分配，经济基础储量、边际经济基础储量按90%、10%分配，次边际经济基础储量不计。各种储量分配见表2-3-2： 表2-3-2 矿井工业储量计算表 类别 探明储量/Mt 控制储量/Mt 推断储量/Mt 经济储量 边际储量 经济储量 边际储量 数量 139.728 59.883 69.864 29.942 33.269 合计 199.611 99.806 （2-3） 式中：k取0.9，则： Mt 2.4矿井可采储量 2.4.1井田边界保护煤柱 按照《煤矿安全规程》的有关要求，，井田边界内侧暂留20m宽度作为井田边界保护煤柱，损失按下式计算。 （2-4） 式中：P——井田边界保护煤柱损失，Mt； H——井田边界煤柱宽度，20m； L——井田边界长度，31680m； m——煤层厚度，3.82m； r——煤层容重，1.5t/ 代入数据得： P=20316803.821.5=3.6Mt 2.4.2工业广场保护煤柱 考虑到近些年来建筑技术提高很快，建筑物不断向空间发展，所以，工业广场的面积都有缩小的趋势，本井田工业广场的面积为500m500m=0.25。《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》第14条和第17条规定工业广场属于Ⅱ级保护，需要留设15m宽的围护带。本设计选定工业广场长为500m，宽为500m，结合本矿井的地质条件及表土段和基岩段移动角（表2-4-2）采用垂直剖面法计算工业广场的压煤损失。 表2-4-2 地质条件及岩层移动角 煤层倾角/ 煤层厚度/m 广场中心深度/m / δ/ γ/ β/ 2 3.82 +910 45 70 70 70 采用垂直剖面法计算所得工业广场压煤示意图如图2-4-1所示 图2-4-1 4煤工业广场保护煤柱计算示意图 表2-4-3 工业广场保护煤柱压煤量计算表 煤层 厚度/m 工广煤柱面积/m 压煤量/Mt 4煤 3.82 680668 3.9 2.4.3风井保护煤柱 按照 《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程（2000版）》中参数计算，取风井工业场地为mm，同样采用垂直剖面法计算风井压煤量为：1.2Mt。 2.4.4大巷保护煤柱 大巷两侧各留设50m保护煤柱，计算可得大巷保护煤柱总量为7.3Mt。 2.4.5斜井保护煤柱 图2-4-2 斜井保护煤柱压煤量示意图 综上所述，矿井的永久保护煤柱损失量汇总见表2-4-4 表2-4-4 永久保护煤柱损失量 煤柱类型 储量/Mt 井田边界保护煤柱 3.6 斜井保护煤柱 0.4 大巷保护煤柱 7.3 风井保护煤柱 1.2 工业广场保护煤柱 3.9 合计 16.4 2.4.6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： （2-6） 式中：——矿井可采储量，t； ——矿井的工业储量，Mt； ——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，Mt； ——采区回采率 根据《煤炭工业矿井设计规范》2.1.4条规定：矿井的采出率，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。本设计矿井4号煤层厚度为3.82m，属于厚煤层，采区回采率取80%。则代入数据得矿井设计可采储量：  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》GB50215-2005要求，设计矿井年工作日为330d，每日净提升时间为20h。每天三班作业，其中两班半生产，半班检修。 3.2矿井设计生产能力及服务年限 3.2.1确定依据 根据本井田煤层赋存状况、地质构造、开采技术条件、采掘工作面配备，设计确定矿井生产能力为3.0Mt/a。分析如下： （1）优越的地质条件为工作面高产奠定了基础 本矿井为低瓦斯、近水平煤层，主要可采煤层厚度大，赋存稳定，水文地质及构造简单，没有断裂构造及岩浆岩侵入，以上条件为综采工作面高产高效奠定了基础。 （2）煤炭科技进步为矿井高产高效创造了条件 中厚煤层长壁综采在我国煤矿生产中普遍使用，占综采比例70%以上，技术、装备和生产管理已经成熟，其中大采高综采近年来更是取得了飞速发展， 矿井达产时开采的4号煤为中厚～厚煤层，平均厚度3.82m，采用国产设备开采。 （3）先进的采掘设备为工作面高产提供了保证 目前国内外大采高综采设备均向大型化、重型化以及自动化方向发展，综采工作面实现了自动化控制。在综采设备方面，采煤机装机功率超过2000kW，牵引速度平均为15～21m/min，生产能力达到75t/min；刮板机长度已超过450m，装机功率已达3000kW，大幅度地提高了设备的可靠性。 3.2.2矿井设计生产能力 设计根据矿井煤层赋存条件，综采工作面采用全引进设备，选用大功率、大运量、高强度的采掘设备，完全可以满足工作面高产高效生产的需要，确定的3.0Mt/a生产能力是可行的。 3.2.3矿井服务年限 矿井可采储量、设计生产能力A和矿井服务年限T三者之间的关系为： （3-1） 式中：T —— 矿井服务年限，a； —— 矿井可采储量，251.367Mt； A —— 设计生产能力，3.0Mt/a； K —— 矿井储量备用系数，取1.3 矿井投产后，产量迅速提高，矿井各生产环节需要有一定的储备能力。例如局部地质条件变化，使储量减少；或者矿井由于技术原因，使采出率降低，从而减少了储量。因此，需要考虑储量备用系数。《煤炭工业矿井设计规范》第2.2.6条规定：计算矿井及第一开采水平设计服务年限时，储量备用系数宜采用1.3～1.5。由于本矿井地质条件简单，矿井储量备用系数选定为1.3。 把数据代入式3-1得矿井服务年限： 经计算，矿井服务年限为64.5a，符合《煤炭工业矿井设计规范》的有关规定。随着全井田精查勘探工作的进行，设计可采储量有望提高，另外，井田西部为未规划和未勘探的区域，向西有着较大的发展空间，可做为矿井的后备开采区。届时矿井的服务年限将得到进一步延长。  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。 采用强排强疏法进行防治。所有工程从地面施工，初步预计初次垮落步距 42228m2，因此主要工程布署在此范围内及其附近。其中在工作面初次放顶区布置 2 个抽水孔，在地下水主要补给方向布置 5 个泄水孔(从地面打孔，与巷道贯通，把水放至巷道中再抽至井外)。在其它方位再布 3 个泄水孔，控制地下水流进入开采区。另外再布置一定数量的观测孔，系统监测地下水位变化，历时 74 天进行全面疏降水，其中纯疏降水 67 天。8 月 1 日根据地下水位降低情况，开始开机采煤，13 日第一次放顶，冒落带与第四系贯通，涌水量 28m3/h，远小于设计要求 200m3/h 以下的水量。溃沙灾害未发生，防治工程获得成功。 哈拉沟煤矿22402工作面原设计切眼位置处于哈拉沟水源地沟底[13]，由于受征地的制约，地表水导流工程及相关疏放水工程无法实施，为了保证工作面的安全生产，经公司研究决定，将22402工作面切眼沿回采方向后退80m，重新开掘新切眼。为防止工作面回采时发生溃水情况，工作面按正常计划施工了疏放水工程。2010年4月25日开工，5月31日竣工；设计钻孔19个，实际施工16个。钻孔初始涌水量除T7孔为11.5m3/h外，其它钻孔涌水量均小于10m3/h，涌水量总计为58 m3/h。截止6月21日，疏放水钻孔总涌水量为22.24m3/h，截止工作面初采时累计泄水量约30000 m3。 图4-1哈拉沟 22402工作面探放水示意图 针对哈拉沟煤矿对工作面排水提出以下注意事项： ① 采煤工作面在设计时，要充分考虑地表形状、煤层围岩性质、煤层走向、倾向和倾角等因素，尽最大可能避开地表沟壑、煤层露头、基岩出露、富水区、薄基岩等，将工作面布置为沿倾向仰采推进，减轻工作面排水压力。 ② 在综采工作面设备配套时，尽量选用成熟可靠的精良设备，安装时高标准、严要求，提高安装质量，初采期间加强设备的维护和保养，为初采期间工作面快速推进打好基础。 ③ 在回采前必须根据工作面水文地质条件编制防治水方案并严格按要求进行探放水工程，及时疏放工作面含水层水量，同时探测上覆基岩厚度及顶板岩性，以提供准确的水文地质资料来指导矿井进行防溃水、溃沙工作。 ④ 采煤工作面在回采前必须在地表设计施工水文观测孔，对含水层厚度及含水层水量变化情况进行实时观测，根据观测结果及含水层水量变化情况及时指导矿井开展防治水工作。 ⑤ 采煤工作面在通过薄基岩及上覆流沙含水层时，应及时根据工作面地表情况及上覆基岩、松散层岩性情况，采取提前“注浆固沙”措施，使防沙煤岩柱高度范围内的松散层固结，形成固结体，达到加固顶板防止溃水溃沙的目的。 ⑥ 在工作面出现溃水、溃沙迹象时，可根据工作面开采情况，加强设备维护保养，合理调整采高，加快工作面推采速度，尽可能将溃沙地点甩在采空区。 ⑦ 提前制定防溃水溃沙的应急预案，及时、有序、有效地实施应急抢险工作。 ⑧ 利用切眼后采空区、辅助切眼、泻水巷等，设置溃沙通道，提供溃沙空间，并辅以其它手段，引导溃沙流入预留的空间，减少流入工作面的量。 ⑨ 建议各矿井综采工作面在基岩厚度小于8-10倍采高且存在含水沙层的地质条件时，应提前探明工作面上覆基岩、松散层岩性及含水层含水情况，及时采取防溃水、溃沙措施，确保工作面安全生产。 ⑵ 采空区排水法 随着采区煤层的开采，有越来越多的采空区和废弃巷道出现在地下