毕业论文-屯留3#煤层矿井设计06756.doc

1 矿井概述及井田基本特征1.1矿区概述 1.1.1 地理位置及交通条件屯留井田位于山西省屯留、襄垣县境内，潞矿集团的西部，矿区对外交通有太（原）焦（作）铁路、邯（郸）长（治）铁路和太（原）洛（阳）公路。太焦铁路经矿区东部由北向南通过，太焦铁路的夏店站距潞矿集团约7 km，距五阳站16 km。以夏店站为起点距太原市约230 km，距焦作市约204 km，距邯郸市约216 km。本矿选煤厂装车站距邯长铁路长治北站约29 km。屯留矿井在潞矿集团西南23 km处的后庄村北，距长治市约35 km，距常村矿约11 km。屯留县城在井田东南部6 km处，有公路通往太原、临汾、长治等市。交通比较方便。矿井交通位置见图1-1。图1-1矿井交通位置1.1.2 矿区自然地理及气候条件屯留井田位于太行山中段西侧，长治盆地西部。井田内广为第四系黄土覆盖。北部西部边缘为高原丘陵地带，冲沟发育，地形复杂，仅沟底有零星基岩出露。中部绛河由西向东流入漳泽水库，形成河谷阶地。南部及工业场地附近地形较平缓，总体上地势为西北高，东南低，井田内最高点在北部的老干庄东南的白云山(1113.1 m)，最低点在屯留县南侧1 km的绛河河滩处(906.3 m)，工业场地和东风井场地地面标高在十950970 m之间。矿区主要河流为浊漳河(由南向北)、西漳河(由西向东)汇合于五阳村；井田范围内主要河流为绛河，为海河水系浊漳河的支流。由西向东穿越井田，注入漳泽水库，其流量为0.37 m3/s5.06 m3/s。井田西北余吾镇北侧有一条交川河，流量为0.02 m3/s0.17 m3/s，属季节性小河。另外，在工业场地东北部有“七一”水库，库容量为l.07mm3，工业场地西北有一贾庄水库。本区属典型大陆性气候，干燥多风，四季分明，年平均气温8.9 ，日最高气温37.4 ，最低气温-29.1 。年平均降水量为583.3 mm，最大917.0 mm，最小414.0 mm，雨季集中在7、8、9三个月，日最大降水量109.7 mm。年平均蒸发量为1755.3 mm(高于降水量2.01倍)；最高为1996.3 mm，最低为1502.1 mm。年主导风向为西北风，夏季风向为东南风，最大风速为17 m/s，最大风压为350 pa。冰冻期为每年10月末到翌年4月，最大冻土深度为0.75 m。1.2井田地质特征1.2.1 井田煤系地层表 1-1井田地层特征表地层地层代号地层厚度最小最大平均简 要 特 征系统组第四系q0139.4844.53为黄褐色含砂亚粘土夹粉砂、细砂、中砂及粗砂和砾石组成，顶部为耕植土。三叠系下统刘家沟组t1l53.38浅棕色细砂岩、粉砂岩夹紫红色泥岩二叠系上统石千峰组p2sh192上部为紫红色泥岩，夹灰色结核灰岩；中、下部为黄绿、砖红色中及粗粒砂岩上石盒子组p2s523.50470503.17上部为灰绿紫红色灰黄、灰白砂岩与泥岩互层；中部为泥岩、粉砂岩和细、中粗砂岩；下部为灰色粘土泥岩与砂岩互层下统下石盒子组p1x4579.6063.57顶部为铝质泥岩，含锰、铁质；中部为中粒砂岩夹细粒砂岩，中、下部为细砂岩与泥岩互层，偶见薄煤层；底部为中粒砂岩，含菱铁质结核山西组p1s43.4064.1051.15为上部主要含煤地层，本组上部及中部为粉砂岩、中粒砂岩及砂质泥岩;中下部为3号煤层;下部为砂质泥岩及粉砂岩石炭系上统太原组c3t91.38123.46103.59为下部含煤地层，岩性为泥岩、粉砂岩、砂岩、石灰岩及煤层。9、12、15-2、15-3号煤层位于本组的下部中统本溪组c2b2.5033.6012.70上部为泥岩、粉砂岩互层，中、下部为粘土泥岩及砖灰色铝质泥岩，底部局部发育有透镜状铁矿层奥陶系中统峰峰组q2f一般20m局部195205.85198.80为含煤地层之基底，上部为灰深灰色石灰岩、白云质灰岩、中部为灰色石灰岩，下部为灰色、深灰色泥质灰岩（1）区域地质构造潞安矿区位于沁水煤田东部中段，处于华北断块区吕梁太行断块沁水块坳东部次级构造单元的沾尚武乡阳城北北东向褶曲带中段，晋获断裂带西侧。矿区主体部分为新生代叠加的长治新裂陷，屯留井田位于新裂陷西北部。（2）地层井田内及其外围广为第四系黄土覆盖，仅北部及西部沟谷中有二叠系上统上石盒子组，石千峰组及三叠系下统刘家沟地层出露。井田内地层从新至老有第四系(q)、三叠系下统刘家沟组(t1l)、二叠系上统石千峰组(p2sh)、二叠系上统上石盒子组(p2s)、二叠系下统下石盒子组(p1x)、二叠系下统山西组(p1s)、石炭系上统太原组(c3t)、石炭系中统本溪组(c2b)、奥陶系中统峰峰组(q2f)。其特征见表1-2。1.2.2井田地质构造矿区主构造线近南北，以褶曲为主，向斜紧密，背斜开阔，断裂较少，地层走向近南北，倾向西且略有起伏；倾角315o。表 1-2主要褶曲特征表顺序褶曲名称位置产状走向倾角(度)长度(km)1坪村向斜位于井田西部，北自贾庄，往南经岳底、坪村至西庄，贯穿全井田sn716.52余吾背斜位于余吾镇东侧，北自李村东，往南经余吾镇、魏村至吴家庄sn东部11西部716.53余吾向斜位于井田中部，北自北庄，往南经秦庄被f27正断层所截sn7164苏村背斜位于井田东部，北自安沟村西经刘村、后苏村、屯留县城往南为f24所截北段偏n800e中、南段sn东部9西部515.55屯留向斜靠近井田东边界，北自板箱庄，往南经东河北在堰槽村被东贾正断层所截北段偏w中、南段sn710.5井田内揭露的断层共33条，其中正断层10条，逆断层23条。落差大于30 m的断层有9条(包括井田南、北边界断层)，3010 m的断层有20条，落差小于10 mm的有4条。断层特征详见表1-3。表 1-3断层特征表序号名称性质产状最大落差(m)延展长度(km)控制点数及品级查明程度备注倾向倾角(度)abc1余吾西逆断层逆e35332.90311基本查明含1个孔褶曲以北北东南北向为主，贯穿全井田的褶曲自西向东依次有坪村向斜、余吾背斜、余吾向斜、苏村背斜及屯留向斜。其中以西部的坪村向斜和东部的苏村背斜构成井田内煤层起伏的基本形态。另外，还有东邓向斜和墙则背斜。井田主要褶曲特征见表1-3。此外，井田内有陷落柱6个，其主要特征见表1-4。1.2.3矿床水文地质（1）含水层及其水文地质特征井田内钻孔揭露的含水层为10层，其中中奥陶统峰峰组石灰岩岩溶裂隙含水层()、二叠系下统山西组3号煤顶板砂岩裂隙含水层组()、基岩风化带裂隙含水层()对建井和开采3号煤层有一定影响，第四系孔隙含水层()对立井施工有较大影响。其它5个含水层属弱含水层，对矿井开采影响甚微。对矿井施工和开采有影响的5个含水层自下而上分叙如下：1）中奥陶统峰峰组o2f石灰岩岩溶裂隙含水层()本含水层埋藏深度为512.21m799.29 m，含水层厚度平均198.8 m，由灰岩、泥岩等组成。上部60 m岩溶裂隙不发育，下部有串珠状小溶孔；但连通性差。结合区域和井田资料分析，井田内奥灰岩溶裂隙含水层富水性弱，水循环交替滞缓，地下水滞流或迳流不畅，但因受构造影响，局部有富水的可能。井田内奥灰延深孔除701号孔因发生孔内事故外，其余见明显含水层的钻孔水位标高均与区域水位标高一致(600 m)而未见明显含水层的钻孔则水位标高差异较大，详见表1-5。2）二叠系下统山西组含水层组()本含水层组为碎屑岩裂隙含水层组，包括k7()、3号煤层顶板()及k8砂岩裂隙含水层，厚4.4734.31 m，平均22.23 m，岩性以中、细粒砂岩为主，该含水层是3号煤层直接充水含水层。根据抽水试验及邻矿排水资料，该含水层富水性弱。表 1-5有关钻孔奥灰水静水位标高表见明显含水层未见明显含水层孔号701903908110185348535853670690290611021406水位标高(m)690.51661.74656.31657.31657.69659.35658.70674.79726.78667.10693.88767.963）基岩风化带裂隙含水层()由于基岩风化程度受构造、岩性、埋藏深度及气侯等条件的影响，其富水性差异较大，裂隙发育程度也不同，厚度一般为5070 m，沿绛河两岸可达150 m，由于被第四系覆盖，此含水层局部具承压性，局部地段直接与第四系含水层发生水力联系或出露地表，受大气降水影响明显。邻近的常村矿井，井筒施工至本含水层时，涌水量达278 m3/h。4）第四系孔隙含水层()除井田北部基岩裸露区外广泛分布，由北到南逐渐加厚，最大厚度达139.48 m，平均44.53 m，由粘土、砂质粘土及粗粉砂及砂砾组成。富水性由砂、砾层发育程度而定，井田内水位动态变化受大气降水影响明显。（2）井田内主要隔水层1）石炭系上统太原组底部及中统本溪组隔水层由泥岩、铝质泥岩、铁质泥岩及局部夹砂岩透镜体组成、透水性差，厚度为8.3244.45 m，平均20.76 m。不整合于峰峰组灰岩岩溶裂隙含水层之上，阻隔其与上覆含水层的水力联系。2）二叠系砂岩含水层层间隔水层主要由泥岩、砂质泥岩组成，单层厚度为0.5017.22 m，透水性差，呈层状分布于各含水层之间，形成平行复合结构。（3）断层及陷落柱的导水性断层井田内主要断层有北边界文王山南正断层，南边界西魏正断层及其附近东贾、f24、f25正断层，对初期开采无影响。井田北中部有余吾、前苏村逆断层，断距分别为1098 m和46 m，经抽水试验，均显现隔水性质，但由于抽水试验位置有局限性，不排除该断层局部导水的可能性。（4）含水层的补给、迳流、排泄条件井田内除二叠、三叠系有零星出露外，其余均被第四系覆盖。第四系含水层主要接受大气降水的补给，其次是与下伏基岩风化带的相互补给，在河谷中以泉的形式排泄。基岩风化带含水层，主要接受第四系及大气降水的补给，在井田中南部第四系覆盖区具有一定承压性，沿绛河两岸可自流。煤层直接充水含水层为山西组、太原组含水层。井田内均无出露，补给条件差，且与上覆风化带、第四系含水层，下伏奥陶系中统岩溶裂隙含水层均有一定厚度的隔水层相隔，含水层组中夹数层隔水层形成平行复合结构，若无构造沟通或未遭受破坏，则各含水层相对独立，水力联系微弱。地下水运动主要以层间迳流为主，在断层或陷落柱附近，可能会与其它含水层发生水力联系。（5） 邻近矿井的水文地质特征1）常村矿井1995年投产，开采+520 m水平，现矿井排水量在1000 m3/d以上，大巷穿过陷落柱时只有渗水现象。2）王庄矿井目前开采+630 m水平，其充水水源主要为3号煤层顶板砂岩裂隙含水层及下石盒子组砂岩裂隙含水层。历年来，随着开采面积的增大和深度的增加，涌水量相应变大，当涌水量增加到一定数值时，便有变小的趋势。（6）井田充水因素3号煤层主要受其顶板砂岩裂隙含水层的影响，由于开采时形成导水裂隙带，最大导水裂隙带为116.27 m。因此，可沟通下石盒子组k8k10砂岩裂隙含水层组，使其成为间接充水含水层。但导水裂隙带均未到达基岩风化带底界。根据邻近五阳矿7307工作面河下试采资料，深厚比大于22即可以安全采煤，而沿绛河两岸的钻孔资料表明，其深厚比均大于30，因此，在无其它因素影响下，绛河水溃入工作面的可能性不大。但在通过f3、f13及f20逆断层和陷落柱附近时，应防止绛河水进入工作面。受断层的影响，局部奥灰岩溶裂隙含水层抬升，缩短了奥灰与煤层的间距或使3号煤层与奥灰直接接触，加之奥灰岩溶水高水头压力的作用，奥灰岩溶裂隙含水层在局部地段也可能成为3号煤层的充水水源之一。如余吾逆断层，前苏村逆断层，文王山南正断层，东贾及f24、f25正断层等位置。（7） 矿井涌水量计算范围为初期采区，开采煤层为3号煤层北至7勘探线，南至12勘探线，东为井田边界，西以经线38395000为界，面积约2.6107 m2。正常涌水量采用水文地质比拟法结果，取533 m3/h，最大涌水量按800 m3/h考虑。1.3 煤层特征1.3.1 煤层表 1-6可采煤层煤层地质特征表地层煤层编号煤层厚度m最小最大一般煤层结构层间距m最小最大平均煤层稳定程度顶底板岩性可采情况煤的容重(t/m3)顶板底板二叠系山西组p1s35.007.255.99简单，含夹矸13层50.4873.1261.83稳定泥岩、粉砂岩泥岩、粉砂岩全井田可采1.391.3.2 煤质3号煤层主要为中灰、特低硫、低磷、高发热量、高熔点灰份贫煤，仅在矿井西部边界部分为无烟煤。1.3.3 瓦斯潞矿集团漳村、五阳、石圪节、王庄四对生产矿井目前开采深度较浅，均属低瓦斯矿井，未发生过瓦斯爆炸及突出事故，煤层埋藏较深的常村矿为高瓦斯矿井。根据屯留井田勘探(精查)地质报告有关瓦斯含量资料和3号煤层甲烷含量等值线图，采用抚顺煤科分院的科研成果“分源计算法预测矿井瓦斯涌出量”的计算方法，经计算屯留矿井的相对瓦斯涌出量为12 m3/t(但在矿井的初期开采区域，矿井的相对瓦斯涌出量为9.28 m3/t)。所以，屯留矿井属高瓦斯矿井。（1）钻孔煤层瓦斯在历次地质勘探中，共对近100个钻孔用解吸法进行了瓦斯采样，井田内主要煤层瓦斯含量与成分测定结果统计见表1-7。据煤层瓦斯成分，本井田瓦斯分带应为沼气带，仅局部为氮气沼气带。 表 1-7主要煤层瓦斯含量与成分测定结果统计表煤层号瓦斯含量ml/g.r2ch4 (%)co2 (%)n2 (%)c2c3 (%)32.4021.059.4833.3699.3387.440.0015.753.190.0062.929.740.002.0800.223（2）井田瓦斯地质分析综合瓦斯测试结果看，主要煤层瓦斯含量较高，其最大值可达21.05 ml/g.r。并且上部3号煤层瓦斯含量略高于下部的15号煤层。分析其原因主要为：1）煤层的伪顶为泥岩、炭质泥岩组成，直接顶多为泥岩、粉砂岩、局部为中、细砂岩。易赋存瓦斯。2）褶曲：从3煤层甲烷含量等值线图来看，较高的甲烷含量点多分布在向斜两翼，推测向斜轴部瓦斯含量有可能进一步增大。较低的瓦斯含量点多分布在背斜部位，同时也受煤层顶板岩性变化的影响。3）断层：本井田断层较发育，大小断层多达33条，且以逆断层为主，断层落差在8270 m之间。主要分布在井田的中部。由3煤层甲烷含量图等值线来看，断层附近钻孔甲烷含量一般较低。（3）瓦斯涌出来源分析3号煤开采时瓦斯主要来自本煤层。（4）地质报告中瓦斯涌出量预测及概算的瓦斯储量3号煤层为主采煤层，瓦斯涌出量与含量之比一般为1.52.5倍，根据井田新建井设计规模、产量及3号煤层瓦斯含量变化情况，选取中间值2作为系数去乘以各孔瓦斯含量，可计算出各孔处的瓦斯涌出量。概算3号煤层瓦斯储量为101.60亿m3。（5）瓦斯突出预测地质报告中采用煤科总院抚顺分院的计算方法，计算出3号煤层属非突出危险煤层。1.3.4 煤尘及煤的自燃各煤层火焰长度在315 mm之间，扑灭火焰的岩粉量为550%。各煤层煤尘均有爆炸危险性。3号煤层属不自燃煤层。1.3.5 地温井田内恒温带深度约为40 m，温度为9.5 ，略高于该地区常年平均气温 (8.9 )，本井田平均地温梯度为1.8 /100m，属地温正常区。2 井田境界和储量2.1井田境界屯留井田位于太行山中段西侧，长治盆地西部。井田内广为第四系黄土覆盖。北部西部边缘为高原丘陵地带，冲沟发育，地形复杂，仅沟底有零星基岩出露。中部绛河由西向东流入漳泽水库，形成河谷阶地。南部及工业场地附近地形较平缓，总体上地势为西北高，东南低，井田内最高点在北部的老干庄东南的白云山(1113.1 m)，最低点在屯留县南侧1 km的绛河河滩处(906.3 m)，工业场地和东风井场地地面标高在十950970 m之间。2.2 井田工业储量的计算2.2.1 工业储量的确定井田走向较长，平均走向长度约为10km；井田倾向长度平均约为6.5km，井田大致呈矩形分布。煤层较平缓，近水平分布，倾角为315煤层厚度大约为5.99m。计算公式为：q=smd式中：q煤炭资源储量（吨） s煤层水平投影面积（平方米） m煤层利用厚度（米） d煤层容重值（吨/立方米） 屯留矿的水平投影面积为：10000m*6500m煤层利用厚度为：5.99m煤层容重值：1.39t/m3所以该煤层的地质储量为：10000*6500*1.39*6.02=541196500t2.3井田可采储量 2.3.1永久煤柱煤量要计算井田可采储量，首先要确定各种永久煤柱损失。永久煤柱一般是指保护工业广场和井筒的工业广场煤柱，井田境界和大断层两侧的井田境界煤柱和断层煤柱，以及保护地面建筑物、河流、铁路等而留设的保护煤柱等。煤层群开采时，应采用重复采动条件下的移动角值。受保护面积边界是由受保护建筑物和主要井筒的边界向外加上一部分备用量即维护带确定的。受保护建筑物边界一般不是直接以被保护建筑物的外边界为准，而是取平行于煤层走向或倾斜方向的与受保护建筑物外缘相连的直线所围成的面积，作为受保护建筑物的边界。工业广场面积的取值，依据设计井型大小按煤矿设计规范中煤矿工业广场占地指标所列数值的规定选取。表2-1 工业广场占地指标表井型（万吨/年） 指标（公顷/10万吨） 400600 0.450.6 240300 0.70.8 120180 0.91.0 4590 1.21.3本矿井井型为180万吨/年，工业广场占地面积为： 180101100001.8105 m2设计工业广场形状为长方形 长为450m, 宽为400m，围护带宽度为15 m。地面标高+950+970m；按照+960设计。井田内及其外围广为第四系黄土覆盖，仅北部及西部沟谷中有二叠系上统上石盒子组，石千峰组及三叠系下统刘家沟地层出露出，表土层厚0139.48 m平均为44. 53m,按照44.53m设计图2.1 工业广场煤柱损失示意图a.确定受保护面积。如图所示，在开拓平面图上通过建筑物四个角分别做平行与煤层走向和倾斜的四条直线，得矩形abcd。在矩形的外缘加上15m宽的维护带，得受保护面积abcd。b.确定受保护煤柱。通过受保护面积中心作一沿煤层倾斜剖面1在这个剖面上，由维护带的边缘点m1，n1起在表土层以o=45度划两条保护线，即m1m2，n1n2。然后在基岩中于下山和上山方向按上山移动角=75和下山移动角=64.6作保护线，与煤层相交得n和k，则通过n和k的走向线分别为保护煤柱的上部和下部边界。以同样的方法在平行煤层走向的剖面2，按其走向移动角=75作保护线，求得沿走向的煤柱边界ab和cd，将nk和ab，cd均绘制在平面图上，即得保护煤柱边界abcd。煤柱是一个梯形。c.煤柱煤量计算工业场地煤柱煤量=梯形面积煤层平均厚度煤层平均密度,本矿井的表土层平均厚度为44.53米，煤层倾角9左右,=75，则=75-0.8=67，冲击层移动角45 。冲击层厚44.53m,地面标高960m。经计算工业广场煤柱梯形高为757.8m。梯形上底为：623.8m；下底为：694.8m。所以工业广场煤柱损失面积为： s1/2（623.8694.8）757.84.996105 m2则损失煤量为： 4.996105 7.21.35cos94.86106 吨。2.3.2 矿井边界煤柱煤量设计矿井边界每侧留有20m宽度，由底板等高线看出，本井田边界周长为：33000m左右。一般井田境界每侧留2030m宽度的煤柱，根据屯留矿井地质条件和煤层特征，初步设计边界煤柱25m。因此可算出各煤层的煤柱量为：5#煤层：33000251.395.99=2.03106t故总共边界煤柱煤量为：6.87106t工业广场保护煤柱压煤小于工业储量的5%,符合设计要求2.3.3 断层保护煤柱本井田无特大的断层，只有一些小断层，所有断层长度总为2.9km，断层每侧留设保护煤柱35m。断层保护煤柱煤量断层长度煤柱宽度煤层厚度煤的平均密度断层保护煤柱煤量：2900355.991.398.45105t2.3.4 矿井可采储量计算 矿井可采储量的计算：式中 z矿井可采储量 zc矿井工业储量 p各种永久煤柱煤量损失之和 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。取0.77(2煤层属于厚煤层,5煤层属于中厚煤层)z（541196500-4860000-6870000-845000）77%407038555t3 矿井工作制度和生产能力矿井工作制度和设计生产能力是其他设计的依据，如采煤、通风、运输、提升设计等，因此，确定矿井工作制度和设计生产能力非常关键。3.1矿井工作制度 设计规范规定：“矿井设计生产能力按工作日330 d 计算。每天三班生产，一班检修,每天净提升时间为16 h。”因此，设计时按矿井年工作日330 d，每天4班作业，每天提升能力为16小时设计。 本矿井也采用“四六”工作制度。3.2矿井设计生产能力及服务年限对于储量丰富，地质构造简单，煤层生产能力大，开采技术条件好的矿区宜建设大型矿井。当煤层赋存深，表土层厚，冲积层含水丰富，井筒需要特殊施工时，为扩大开采范围降低吨煤成本，建设大型矿井较为合理。 对煤层生产能力大，地形地貌复杂的矿区，工业广场不易选择和布置，为避免过多的地面工程，井型应当定大一些， 对于储量不丰富，煤层生产能力不大，或为薄煤层，或地质构造复杂，或有煤与瓦斯突出危险，宜建中小矿井。由于本矿井煤层赋存较深，表土层较厚，且储量丰富，没有煤与瓦斯突出危险，因此，要见大矿井。 初步确定本矿井的设计生产能力为180万吨/年。3.2.1 校核矿井煤层的开采能力 矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力，本矿井计划用一个采区的一个高产、高效工作面保证全矿井的产量。主采煤层厚度5.99m，工作面长度180m，采煤机截深0.8m，每天进6刀，一年330 d ,工作面回采率97% ，则综采面的生产能力为： 1805.990.863301.3997% 230.3万吨能够满足矿井设计生产能力的要求。3.2.2 校核各种辅助生产环节的能力根据后面矿井运输提升部分的设计，矿井的各种辅助运输能力都能满足矿井生产能力的要求。3.2.3 校核储量条件矿井的设计生产能力应与矿井储量相适应，以保证矿井有合理的服务年限。新建矿井及水平服务年限见下表：表3-1 矿井及水平服务年限表矿井设计生产能力（mt/a）矿井设计服务年限（a） 第一水平设计服务年限/a煤层倾角025煤层倾角2545煤层倾角45906.0及以上 80 403.05.0 70 35 1.22.4 60 30 25 200.450.9 50 25 20 15矿井服务年限可用下式计算： t = z/ak式中 t矿井设计服务年限，a； z矿井可采储量，万t； a矿井设计生产能力，万t/a； k储量备用系数，1.11.4这里取1.35。对于本矿井：t =40700（1801.35） =167.49a经校核储量条件满足设计生产能力的要求。3.2.4 校核安全条件本矿为低瓦斯矿井，通过后面的通风设计可算出通风能力能够满足矿井设计生产能力的要求。矿井涌水量不大，排水容易，经校核矿井的安全条件也满足矿井生产能力的要求。综上所述，本矿井的设计生产能力为180万吨/年。服务年限167.49年。4 井田开拓开拓设计是矿井设计的关键，它直接关系到矿井的布局，关系到矿井长远的技术经济效益和安全生产。4.1 井田开拓的基本问题4.1.1 确定井筒的形式、数目、配置（1）井筒形式的选择 选择的一般标准煤层赋存和地形等条件具有平硐开拓条件时，应首先考虑采用平硐开拓。当平硐以上煤层垂高或斜长过大时，多开地面出口有利时，可采用阶梯平硐开拓。对于煤层赋存较浅，表土层不厚，水文地质条件简单的缓倾斜、倾斜煤层，应尽量采用斜井开拓。采用立井开拓的一般条件为：i 煤层赋存较深或冲积层较厚时；ii水文地质条件复杂，井筒需要特殊施工时；iii多水平开拓的急倾斜煤层；iv 其他井筒形式无法开拓的条件。由于屯留矿里矿井煤层埋藏较深，且倾角较小，所以，本矿井采用立井开拓方式。（2） 井筒数目采用斜井或立井开拓时，新建矿井一般要开凿一对井筒，满足提升和辅助运输的需要并满足矿井通风和施工的需要。风井的个数是根据通风系统要求以及安全生产的需要合理确定的。若采用主井通风，用箕斗或胶带输送机井筒做风井时，应符合煤矿安全规程的规定。屯留矿井瓦斯涌出量相对较高，所以设 1 个主井、1 个副井、1个风井。4.1.2 确定工业广场及井口位置(1)工业广场及井口位置确定的原则如下： 对初期开采有利，即储量必须可靠，井巷工程量省，建井工期较短。 应使井田两翼储量大致平衡，即井筒应位于储量中心，利于井下运输、通风和开采系统布置，减少生产经营费用。 尽量不占良田、少占农田。充分利用地形地貌布置工业广场，以便使地面生产系统合理，便于与外界沟通，使运输方便。 井筒应尽量避免穿过流沙层、较大含水层、较厚的冲积层、有煤和瓦斯突出的煤层以及较大面积的采空区和大断层，以减少施工困难，并尽量少压煤。 工业广场和井筒应有良好的工程地质条件，不受洪水、岩崩、泥石流、滑坡及森林火灾的威胁。 用斜井开拓时，应考虑井筒层位的合理选择，考虑其经济技术的合理性。根据上述原则和屯留矿区条件，可以将工业广场和主副井井口布置在井田走向的中央。 (2) 风井位置的确定风井位置应根据通风系统合理选择 采用中央分列式通风系统时，主、副井筒设在井田中央，风井设在井田上部边界中央。 采用中央并列式通风系统时，进、回风井并列在工业广场内。一般可利用副井进风，主井回风，也可以设单独回风井。 采用对角式通风系统时，风井设在井田两翼上部边界。 采用分区式通风系统时，风井设在各采区的上部边界。根据屯留矿的新井设计：产量为180万吨/年。为保证井下生产时有足够的风量并考虑到尽快投产的需要，本矿井采用中央并列式通风4.1.3 确定开采水平和阶段高度开采水平的确定是矿井设计的关键，它直接关系到矿井的基本建设投资及生产经营费用，是矿井开拓的重要参数。开采水平的高度根据煤层赋存条件、生产技术水平及水平接替等因素综合考虑决定。其中开采水平有合理的服务年限很重要，必须符合规范规定。水平垂高可按下表选取： 表4-1 矿井水平垂高表 井 型缓倾斜、倾斜煤层 急倾斜煤层 大、中型矿井 200350 100150 小型矿井 80120 60120采用上下山开拓时，水平垂高可大于250 m。对倾角在16以下的缓倾斜煤层，为扩大水平的开采范围，可采用上下山开拓。在井田深部受自然条件限制时，且储量不多，深部境界不一致，设置开采水平有困难或不经济时，可在最终水平以下设下山开采。根据以上标准，根据屯留矿井的实际情况，屯留矿设一个水平，带区式准备方式，采用倾斜长臂采煤法。水平标高为+400m。4.1.4 开采水平布置及井底车场的选型开采水平布置的 原则：(1)运输大巷一般布置在底板岩层中，但在下列条件下，也可考虑布置在煤层中： 距其他煤层很远，储量有限的单个薄及中厚煤层； 煤组（或煤系）底部有距离很近的富含溶洞水或含水层，不宜布置底岩石运输大巷，而在煤层中有坚硬顶板、有布置大巷条件的薄及中厚煤层； 井田走向较短，运输大巷服务年限不长，而煤层厚度又不大、大巷维护不困难时； 煤组（或煤系）底部有煤质坚硬、围岩稳固、无自然发火危险的薄及中厚煤层，经技术经济比较有利时； 煤层赋存不稳定、地质构造复杂的中、小矿井，尤其是地方小矿井或生产勘探性矿井。(2)大巷若布置在煤层中，需在上下帮两侧各留3040 m 保护煤柱。(3)岩石运输大巷应布置在坚硬、稳定、厚度较大的岩层中，应考虑大巷距上部煤层的法线距离。根据我国经验，这一法线距离一般为2030 m。对急倾斜煤层，一般应布置在底板移动线之外，并留出1020 m 的安全岩柱。(4)大巷的方向与煤层走向大体一致。为便于机车行使，大巷应尽量取直，不宜弯曲折转过多。但要注意，不要因取直巷道造成大巷维护不利和开采困难。(5)近水平煤层的大巷应与井田内煤层的主要延展方向一致，便于在其两侧布置盘区。采用分煤层（组）布置大巷时，上下煤层（组）的大巷方向应一致，平面位置宜重叠，便于留设安全煤柱，并便于上下煤层配采。(6)矿井通风系统要求设置总回风道时，总回风道的布置原则，同上述运输大巷基本相同。矿井第一水平的总回风道应尽可能保持标高一致。当井田上部边界标高不一致时总回风道可按不同标高分段设置，但分段不宜过多。当井田上部冲积层厚、含水丰富，留有防水煤柱时，总回风道应布置在防水煤柱内。由于本矿为高瓦斯矿，本矿井的水平大巷布置在地板岩石中。回风大巷和辅助运输大巷也应布置在底板岩层当中。4.1.5 采区划分及其布置屯留矿平均倾角在9度左右，符合倾斜长臂采煤法的应用条件，因此，使用倾斜长臂采煤法。因此，井田内要划分成若干带区，带去内部再划分成若干分带。 屯留煤矿第一阶段划分为3个带区，每个带区分为18个分带，采用多分带的带去准备方式，每六个分带组成一个统一的采准系统。井田范围内采用仰斜和俯斜开采顺序。同时生产的带区为一个，保证全矿的产量。4.2 矿井开拓设计方案比较4.2.1 井田概况屯留井田位于山西省屯留、襄垣县境内，潞矿集团的西部，井田范围内地面标高约为+950+970m左右，表土层及风化带厚度（垂高）约45 m。井田内广为第四系黄土覆盖。南部及工业场地附近地形较平缓。总体上地势为西北高，东南低，井田内最高点在北部的老干庄东南的白云山(1113.1 m)，最低点在屯留县南侧1 km的绛河河滩处(906.3 m)，煤层下一+260m底板等高线为界，工业场地和东风井场地地面标高在十950970 m之间。4.2.2 开拓方案技术比较由于本井田地势平坦，表土层45m左右,且煤层埋藏较深，所以，确定采用立井开拓（主井设箕斗），按煤矿设计手册上的规定，井筒布置在储量中央。本设计矿井煤层赋存较深,无法进行平硐开拓,斜井开拓明显工程量很大。所以在设计时也不用考虑斜井开拓，设计参与比较的方案都是基于立井开拓。现在将几种技术上均可行的方案进行经济比较。为减少煤柱损失和保证大巷维护条件，大巷设于下煤层底板下垂距为10m的厚层粉砂岩内。采用在大巷两侧直接布置工作面的方式。根据以上分析，列出技术上可行的几种方案：方案一，立井单水平上下山开拓；方案二，立井多水平上山开拓；方案一：优点在于技术上简单，系统简单，生产环节较少，岩巷开凿少。缺点：采用俯斜开采的时候存在着下行回风的问题，底部瓦斯易积聚；方案二：优点在于不存在下行回风问题，但是缺点也很明显，工程量明显的加大。在技术上两方案都可行，但方案一的基建时间段，投产快，这对矿井的生产极为有利，况且下行回风的问题通过一些技术改良而得到改善并非行不通。因此，技术上方案一更加适合。4.2.3 经济比较本矿井在主井、副井、风井的施工上，方案二比方案一的井筒都要长，方案二的通风费用明显比方案一高。由于方案二比方案一多了一个水平，因此在准备巷道上要比方案一的费用高。很明显，经济投资上方案二明显高于方案一。本井田煤层平均倾角90,采用带区式准备，不设上下山和石门，车场比较简单，在回采巷道上，方案二也明显高于方案一。因此，方案一明显比方案二经济。4.2.4 结论 综上所述，认为方案1和方案2在技术均可行,但经过经济比较发现方案1明显比方案2节约资金 ,最终选择方案1为井田开拓方案。由于本井田储量非常巨大，而设计的矿井年产量较小，因此实际操作与理论之间有一定的出入4.3 矿井基本巷道4.3.1 井筒 (1) 设计主井井筒断面图4-4 主井断面图4-8 主井断面技术参数表井型180万吨基岩段毛断面积44.16m2井筒直径65米提升容器一对16吨箕斗井深560m井筒支护混凝土井壁厚450mm，充填混凝土50mm净断面积3317m2(2) 设计副立井断面形状特征图4-5副井断面图4-9 副井井筒特征表井型井筒直径井深净断面积基岩段毛段面积表土段毛段面积180万t6.5m560m33.18m244.18 m244.68 m2提升容器井筒支护罐道规格罐道梁格一对1t双层四车罐笼混凝土井壁厚450mm充填混凝土厚50mm球扁钢组合罐道槽钢228b组合悬臂梁(3)风井井筒图4.6 风井断面图表4-10 井筒特征 井型井筒直径井深井筒断面积180万吨6m560m28.26 m24.3.2 井底车场(1) 确定井底车场的形式和各种硐室的布置 选择井底车场形式的经验及原则： 对于开采缓倾斜和倾斜煤层的立井和穿岩斜井，当井筒距运输大巷距离近时（如4060米），可采用卧式环形车场或梭式车场；井筒距离运输大巷较远时（如大于120米），可采用刀式环形车场或尽头式车场；井筒距运输大巷适中时，选用立式车场；如井筒出车方向与大巷斜交，且距离较近时，可采用斜式环形车场；对中、小型矿井，无论甩车场或平车场，井底车场都可采用梭式车场。开采急倾斜煤层的矿井，可采用刀式环形车场或尽头式车场。 井底车场的形式应与矿井的井型相适应。大中型矿井可采用环形式或折返式车场。生产能力大于120万t/a的矿井，可采用增设主井复线的环形式或车站式车场；井型大，大巷用底卸式矿车运煤时，应采用折返式车场(注意,底卸式矿车受卸载方向限制不能掉头)。打巷用胶带输送机运煤时可采用环形式或折返式车场。中、小型矿井，按距井筒的远近，可采用刀式环形车场、尽头式车场或梭形车场。 选择井底车场的形式还应考虑到地面出车方向的限制，有时要求采用斜式环形车场。井底车场的位置应选在坚硬、稳定的岩层中，避开断层和破碎地带。如果不得不在围岩不太好的地区设置时，不宜选用巷道断面大的车场。设计矿井采用立井刀式井底车场，如图所示：1-主井;2-副井;3-中央煤仓;4-轨道主石门;5-中区轨道巷 图4.7大巷用胶带输送机的井底车场线路布置图调车及运煤方式：如上图，采用胶带输送机代替矿车运煤，煤炭经输送机直接送入煤仓，井底车场只担负辅助运输任务，故车场形式和路线结构有明显简化，实际上这只是一个带有机电绕道的单环行车场。运煤系统是：各采区煤以胶带输送机系统通过运输大巷汇集到中央煤仓，集中后由主井箕斗装载出井。该矿井井底车场实际只担负辅助提升任务。副井设有罐笼，除担负部分矸石提升任务外，主要用于升降人员和下放材料。由各采区驶来的矸石列车与副井重车线解体后，电机车经机车绕道至副井空车线牵引空车出场，材料的运行路线与矸石空车线相同。主井运煤采用胶带上仓方式，主井井底只掘至井底车场水平，煤仓及装载硐室均高于车场水平以上，故主井清理洒煤系统简单方便 。 (2) 验算空、重车线长度运输大巷采用机车运行时，根据所选的电机车类型、矿车规格，验算主、副井空、重车线长度是否满足设计规范的要求。设计规范规定：“主井空、重车线长度应能容纳1.52列矿车”；“副井进、出车线的长度，大型矿井应各能容纳11.5列车；中、小型矿井应各能容纳0.51列矿车。在出车线上应增设一段双道，作为材料和设备车的停放及编组之用，其长度对大型矿井应能容纳10以上的材料车；对中、小型矿井应能容纳510个以上的材料车。”可用下式进行验算： l = mnl1 + l2 + l3 式中： l 空、重车线长度； m 列车数，应别为：1.52，或1.01.5；取1.5 n 每列车矿车数，n=17； l1 一列矿车长度，l1 =3450mm； l2 电机车长度，l2 = 4500mm； l3 电机车制动距离，一般取1215m，这里取13.5m。井下全部采用胶带输送机连续运煤,所以不做主井车线设计,现在只做副井车线计算 副井空重车线的长度至少为 ： l = 1.5173.45 + 4.5 + 13.5 = 105.97 m4.4 主要开拓巷道4.4.1 大巷断面设计(1)选择巷道的断面形状本矿井为设计生产能力为180万吨的矿井，设计主水平运输大巷一般服务年限80年以上。运输大巷用胶带输送机运煤，辅助运输大巷采用600mm轨距运料,其净宽在均在3 m以上，又穿过稳定岩层，故选用钢筋砂浆锚杆与喷射混凝土支护。采用半圆拱形断面。(2)确定巷道断面尺寸 确定巷道的净宽度辅助运输大巷选用zk14-9/550型电机车，车宽：a1 = 1300 mm，高 h = 1650 mm；承载及车为载重车和人车。 。根据煤矿安全规程规定，取人行道宽c = 840 mm，非人行道一侧宽a = 400 mm。根据煤矿设计手册中规定，本巷双轨中线距为：1600 mm，则两机车之间的距离为： 1600（1300/21300/2）300 mm故巷道净宽为： ba1 bc1 （4001300/2）1650（1300/21000） 4450 mm 确定巷道拱高h0 半圆拱形巷道拱高h0 = b/2 =2087.52250 mm。 确定巷道壁高h3 i 按架线电机车导电弓子要求确定h3 由井巷工程知半圆拱形壁高要满足的条件为： h3 h4 hc （rn）2 -（kb1）2 1/2 式中： h4 轨面起电机车架线高度，按煤矿安全规程，取h42000 mm； hc 道床总高度，大巷选用30kg/m的钢轨，得hc410mm，道碴高hb 220 mm； n 导电弓子距拱壁安全距