煤层初步设计.doc

- 1 - 目目录录 第一章第一章 矿矿（井）田地（井）田地质质概况概况- 2 - 1.1 矿矿（井）田位置及交通（井）田位置及交通- 2 - 1.1.1 交通位置交通位置- 2 - 1.1.2 地形地貌地形地貌- 2 - 1.1.3 气象及水文情况气象及水文情况- 2 - 1.1.4 矿矿区概况区概况- 3 - 1.2 矿矿（井）田境届及（井）田境届及储储量量- 6 - 1.2.1 井田境届井田境届- 6 - 1.2.2 储储量量 - 6 - 1.3 矿矿（井）田地（井）田地层层及地及地质质构造构造- 8 - 1.4 矿矿（煤）（煤）层赋层赋存特征及开采技存特征及开采技术术条件条件12 1.4.1 煤煤层层及煤及煤质质 12 1.4.2 瓦斯、煤瓦斯、煤尘尘、煤的自燃性、地温等情况、煤的自燃性、地温等情况 12 1.4.3 水文地水文地质质 14 1.5 矿矿（井）田勘探（井）田勘探类类型及勘探程度型及勘探程度评评价价16 第二章第二章 矿矿井工作制度、生井工作制度、生产产能力及服能力及服务务年限年限17 2.1 矿矿井工作制度井工作制度18 2.2 矿矿井生井生产产能力及服能力及服务务年限年限18 2.2.1 矿矿井生井生产产能力能力 18 2.2.2 矿矿井服井服务务年限年限 18 2.2.3 矿矿井井储储量、生量、生产产能力和服能力和服务务年限的关系年限的关系18 第三章第三章 井田开拓井田开拓.18 3.1 井筒形式、数目及位置的确定井筒形式、数目及位置的确定.18 3.1.1 井筒形式的确定井筒形式的确定 19 3.1.2 井筒数目的确定井筒数目的确定 21 3.1.3 井筒位置的确定井筒位置的确定 21 3.2 开采水平的划分及布置开采水平的划分及布置23 3.2.1 井田内划分及开采井田内划分及开采顺顺序序 23 3.2.2 开采水平的划分及水平开采水平的划分及水平标标高确定高确定 23 3.2.3 阶阶段运段运输输大巷和回大巷和回风风大巷的布置大巷的布置 23 3.3 井底井底车场车场23 3.3.1 井底井底车场车场形式形式选择选择及及硐硐室布置室布置 23 3.3.2 井底井底车场线车场线路路设计设计 24 3.3.3 井底井底车场车场通通过过能力能力计计算算 24 3.3.4 井底井底车场车场巷道断面巷道断面选择选择和工程量和工程量计计算算 25 - 2 - 3.4 方案比方案比较较、确定开拓系、确定开拓系统统.25 第四章第四章 采采矿矿方法方法.27 4.1 盘盘区地区地质质概况概况27 4.2 盘盘区的划分区的划分27 4.3 盘盘区巷道布置区巷道布置27 4.4 采采矿矿（煤）方法（煤）方法28 4.5 巷道掘巷道掘进进34 第五章第五章 矿矿井通井通风风与安全与安全.37 5.1 矿矿井通井通风风系系统统的的设计设计分析分析.37 5.2 拟拟定定矿矿井通井通风风系系统统37 5.3 矿矿井通井通风风容易与困容易与困难时难时期的通期的通风风阻力阻力计计算算38 5.4 矿矿井通井通风设备风设备的的选选型及型及电电耗概算耗概算56 5.5 矿矿井通井通风风等等积积孔的孔的计计算算58 5.6 预预防瓦斯、火、煤防瓦斯、火、煤尘尘、水和、水和顶顶板等事故的安全技板等事故的安全技术术措施措施.59 第六章第六章 矿矿井提升、运井提升、运输输、排水、供、排水、供电设备选电设备选型型.64 6.1 矿矿井提升井提升设备选设备选型型64 6.2 矿矿井运井运输设备选输设备选型型66 6.3 矿矿井排水井排水设备选设备选型型70 6.4 供供电设备选电设备选型型72 第七章第七章 环环境保境保护护.74 7.1 环环境境现现状及地面保状及地面保护护物概述物概述74 7.2 主要主要污污染源及染源及污污染物染物76 7.3 资资源开源开发对发对生生态环态环境影响与境影响与评评价价78 7.3.1 开采沉陷开采沉陷损损害影响害影响预测预测分析分析 78 7.3.2 开采沉陷开采沉陷对对耕地耕地损损害的害的预计评预计评价价 80 7.3.3 开采开采对对建（构）筑物的建（构）筑物的损损害害 .81 7.3.4 开采开采对对水水资资源的破坏影响源的破坏影响 .81 7.3.5 开采开采对矿对矿区大气区大气环环境的影响境的影响 .82 7.3.6 开采可能引起的地开采可能引起的地质质灾害的灾害的预测预测 .82 7.4 资资源开采源开采环环境境损损害的控制与生害的控制与生态态重建重建.82 7.4.1 控制开采引起地表建筑控制开采引起地表建筑设设施的开采方法施的开采方法 .83 7.4.2 开采引起开采引起环环境境损损害的控制方法与土地复害的控制方法与土地复垦垦及生及生态态重建重建 .84 7.4.3 开采引起水开采引起水资资源的源的损损害的控制方法害的控制方法 .84 7.4.4 矿矿区区资资源开采引起大气源开采引起大气污污染的措施与方法染的措施与方法 .84 7.5 矿矿区区环环境保境保护护与生与生态态重建投重建投资资估算估算.84 第八章第八章 建井工期建井工期.85 8.1 移交移交标标准准85 - 3 - 8.2 井巷工程量井巷工程量86 8.3 建井工期建井工期86 8.3.1 井巷掘井巷掘进进指指标标 86 8.3.2 井巷工程排井巷工程排队队 86 8.3.3 建井工期建井工期 87 第九章第九章 技技术经济术经济分析及主要技分析及主要技术经济术经济指指标标.88 9.1 技技术经济术经济分析分析 88 9.2 矿矿井主要技井主要技术经济术经济指指标标89 参参 考考 文文 献献.93 - 1 - - 2 - 第一章第一章 矿矿（井）田地（井）田地质质概况概况 1.1 矿矿（井）田位置及交通（井）田位置及交通 1.1.1 交通位置交通位置 何家塔井田地处陕西省神木县北部、神府矿区中部的何家塔村附近， 位于乌兰木伦河与悖牛川之间，行政隶属神木县大柳塔镇管辖。矿井南距神木县城 47km，北距大柳塔镇 15km，东距府谷县城 90km。 公路：由神木和府谷经店塔、大柳塔、东胜到包头的二级公路从矿井工业场地北 侧通过，并与外部国家主干道相接，向北经东胜可达包头，向南经榆林市可达西安， 交通方便。 铁路：已建成的包神朔铁路从矿井工业场地对面乌兰木伦河西岸通过， 在距工业场地 3km 的西北处及距场地 5.5km 的东南处分别设有朱盖塔车站及燕家塔车 站。目前朔黄铁路已建成通车，年运量 60mt，煤炭外运条件好。 目前交通位置见图 1-1-1。 1.1.2 地形地貌地形地貌 井田位于陕北黄土高原北缘，毛乌素沙漠的东南缘，地貌单元属沙盖黄土丘陵区。 区内沟壑纵横，沟谷狭窄，梁峁间布，梁台支离破碎，且多被流沙所覆盖。地形总的 趋势是以井田中部大致南北走向的山梁为分水岭，坡向东西两侧的悖牛川与乌兰木伦 河。井田内最高标高位于分水岭北端，海拔+1233.8m，最低处位于乌兰木伦河主河道， 海拔+1019m，相对高差 215m。区内植被稀少，水土流失严重。 1.1.3 气象及水文情况气象及水文情况 1. 气象 本区属半干旱大陆性季风气候，季节性明显，冬季严寒，夏季炎热，冷热多变， 温差较大。风沙频繁、蒸发强烈。神木县气象站 19751989 年观察资料如下： (1) 气温 年平均气温 8.5；最低-28.1，最高 38.9。 - 3 - (2) 降雨量 年平均降雨量 414.98mm 日最大降雨量 97.2mm(82.7.8) 丰水年最大降雨量为 694.1mm，枯水年降雨量为 124mm，相差 5.6 倍。雨季多集中 在七、八、九三个月分。占全年降雨的 57.8%，且多为阵雨或暴雨。历年来神木县最长 降雨天数为 10 天，降雨量为 60.9mm。 (3) 蒸发量和湿度 本区属半干旱气候，年平均蒸发量 1750.4mm，受气温和气压的影响，湿度呈现季 节性变化，一般雨季湿度较大，年平均相对湿度为 56%。 (4) 风速、风向 年平均风速 1.7m/s，最大风速 25m/s，秋末、冬、春盛行西北风，夏季多东南风。 (5) 降雪及冻土 初雪一般在 10 月下旬，终雪翌年 4 月中旬，平均雪期 99 天，最长 155 天，最短 仅 19 天。连续降雪最长累深 120mm；当年 11 月中旬至翌年 3 月上旬为冻结期，最大冻 土深度 143cm。 2.水文 悖牛川与乌兰木伦河分别从井田外东西两侧通过，其历年最大流量分别为 4850m3/s 和 9760m3/s，年平均流量分别为 3.97m3/s 和 7.19m3/s。 打不兔沟、炭窑渠沟、东沙沙庙沟与丁其沟、阿沙峁沟、油房梁沟、芦界村沟均 为井田内较大支流，常年流水分别汇入乌兰木伦河与悖牛川。支沟溪流主要由大气降 水补给，其流量受季节性影响变化。 1.1.4 矿矿区概况区概况 矿区所在神木县，地理位置偏僻，生态环境脆弱，水土流失严重，生产力水平低， 地区经济基础薄弱，是一个经济落后的贫困地区。但本区地域广阔，农林土畜产品具 有一定发展潜力，并且劳动力资源比较充足，是发展本区经济的有利条件。 1987 年以后，随着神府矿区的开发建 - 4 - 设，促进了地方工业的发展，国民生产总值和国民收入不断增加(1989 年神木县人均国 民生产总值和国民收入分别达 654 元和 612 元)，从而摆脱了依靠国家财政补贴的局面。 1995 年全县工农业总产值 10.22 亿元，其中工业总产值 8.72 亿元；农业总产值 1.5 亿元，人均国民生产总值 2796 元。 随着西部大开发战略的实施，国家能源基地西移，陕北能源重化工基地的建设进 入了快速发展的阶段榆林市已形成了年产 3000 多万吨原煤、30 亿立方米天然气、180 万吨原油、22 万吨甲醇和 60 万千瓦火电装机的工业生产能力。一个大型国家级能源重 化工基地已初具规模。 随着陕北能源重化工基地的开发建设，本区基础设施环境全面改善。西包铁路神 延段已建直通车，形成我国又一条南北大通道。建设中的朔黄铁路，将成为我国第二 条“西煤东送”及出口煤大通道。以 210、307 国道为“米”字型交通骨架的干线公路 将市、县、乡、连成一体的公路网络基本形成，榆林至附近大城市的航空运输已经开 通，程控电话、数字微波、宽带互联网、移动通信都已覆盖全市。 总之，榆林基础设施的高速发展和国家西部大开发战略的实施，将为本区经济的 迅速发展提供良好的投资环境，本区的经济己进入一个快速发展的新阶段。 目前与本井田毗邻的神府矿区大柳塔中心区己建成矿区机修厂、设备租赁站、物 资总库等到一系列完善的生产生活辅助设施，可为本矿井的设备租赁、大、中修等提 供服务。矿井的商业服务、医疗卫生和生活居住等可依靠附近的神木县及店塔镇 - 5 - 图图 1 11 11 1 交通位置图交通位置图 - 6 - 1.2 矿矿（井）田境届及（井）田境届及储储量量 1.2.1 井田境届井田境届 何家塔井田位于神木县城北约47km 处。行政区划属大柳塔镇管辖。地理坐标： 北纬 370705291305，东经11019421172345。 根据司法部劳改煤矿指挥部司劳煤（ 93）第35 号及陕西省计委陕计能（1993） 674 号文件，何家塔煤矿井田范围为：北以详查 145、80 号钻孔连线为界，与大海则井 田相邻；南以 134 号和 302 号孔连线及延长线为界，与赵家梁井田毗邻；东以悖牛川 河道中心线为界，并与新民勘探区相邻；西以乌兰木伦河河道为界与孙家岔井田隔河 相望。井田南北长约 8km，东西宽 48km，面积约 44.73km2。 1.2.2 储储量量 (一) 地质储量 何家塔井田参与储量计算的煤层只有 5-2号煤层，根据精查地质报告，全井田共获 能利用储量 226.60mt，暂不能利用储量 26.31mt乌兰木伦河和悖牛川两河谷，以及临 界可盘区（0.80.7m）内的储量。 矿井地质储量汇总见下表矿井地质储量汇总见下表 1-2-11-2-1。 储储 量量 (mt)(mt) 煤煤 层层 面面 积积 (km(km2 2) ) a ab bc ca+ba+ba+b+ca+b+cd da+b+c+da+b+c+d a+ba+b(%)(%) a+b+ca+b+c 备备 注注 5-236.40236.6528.0014.0364.65128.68128.6850 小计 80.38552.4439.30111.8991.74203.6222.98226.6045 类类 别别 5-26.9721.095.2219.66.3125.9125.9124 - 7 - 小 计 7.3801.095.2220.006.3126.3126.3124 合 计 87.83653.5344.52131.8998.05229.9322.98252.91 (二) 可采储量 1. 可采储量范围的确定 5-2 煤层系本井田的主采煤层。埋深较上述两煤层大 100m 左右，无火烧现象。在井田 东西边界附近，由于受河水对地层的冲刷，使煤层的埋深变小，为防止河水沿裂隙裂 缝溃入井下，设计沿乌兰木伦河及悖牛川均留设安全煤柱。从煤柱线至河道中心（井 田边界）均为暂不能利用储量，不参与可采储量的计算，其余均参与可采储量计算。 2. 可采储量的计算 本井田可采储量分煤层计算，各煤层的可采储量等于工业储量减去永久煤柱和大 巷、盘区主要巷道煤柱后乘以盘区回采率。 本井田 5-2 两层煤为中厚煤层，盘区回采率取 0.8； 矿井可采储量汇总见表 2-1-2。 表表 1-2-21-2-2 矿井可采储量表矿井可采储量表 mt 煤煤 柱柱 损损 失失 煤煤 层层 工业储量工业储量 ( (a ab bc)c) 断层断层 井田井田 边界边界 大巷大巷 工业工业 场地场地 其它其它小计小计 回回 采采 损损 失失 可可 采采 储储 量量 5-2128.680.84.2016.002.2023.2021.1084.38 合 计 128.680.84.2016.002.2023.2021.1084.38 安全煤柱留设：河流煤柱位于暂不能利用储量计算区域范围内，不再另行留设煤柱； 矿井工业场地位于河流保护煤柱内，与之一并考虑，山上矿井工业场地按规定计算留 设煤柱；后期风井场地均按有关规定留设了保护煤柱；井田边界两侧各留设 20m 的隔 离煤柱；盘区界线两侧各留设 10m 隔离煤柱，开拓大巷及盘区巷两侧各留设 100m 护巷 煤柱，以便今后回收。 尚需指出：由于精查报告的水文资料中未提供基岩顶面富水性资料，设计难以确定煤 - 8 - 层开采后顶板冒裂造成溃水溃沙威胁的范围，从而未留设安全煤柱，建议在今后生产 过程中应根据实际情况确定是否留设防水、防沙煤柱。精查勘探过程中对火烧区边界、 小窑开采范围，以及煤层上覆松散层分布情况控制程度不够，应引起足够重视，必须 采取边掘边探，或补做有关的地质工作，以确保安全生产。 1.3 矿矿（井）田地（井）田地层层及地及地质质构造构造 (一) 地层特征 神木北部矿区位于鄂尔多斯盆地的东北部，毛乌素沙漠的东南缘。区内广覆现代 风积沙及第三、第四系的红、黄土。基岩沿沟谷河床两岸自东往西由老到新依次出露。 据地表出露及钻孔揭露，井田内地层由老到新依次为：三迭系上统永坪组；侏罗系下 统富县组、中下统延安组；第三系上新统；第四系中更新统离石组、上更新统萨拉乌 素组、全新统风积沙及冲洪积层。现由老到新分述如下： 1. 三迭系上统永坪组(t3y)：为含煤地层的基底，据钻孔揭露，为厚巨厚层状、 灰绿色粗中粒长石岩屑砂岩，夹深灰色薄层粉砂岩及泥岩。本组地层厚度不详。 2. 侏罗系下统富县组(j1f)：为含煤地层的下伏地层。据钻孔揭露，岩性具下粗 上细的特征。下部为灰白色细中粒石英砂岩，发育块状及微波状层理，分选中等 好，次圆状，泥质胶结。上部为灰黑色、黑色粉砂岩、炭质泥岩，局部地段夹薄煤一 层，岩层中有水平及小型交错层理，厚 2.0024.24m，平均厚 13.17m，全井田分布， 与下伏地层假整合接触。 3. 侏罗系中下统延安组(j1-2y)：为井田含煤地层，零星出露于悖牛川与乌兰木 伦河两岸各沟谷之中。全井田分布，厚 64.64217.40m，平均厚 169.60m，与下伏富 县组整合接触。 4. 第三系上新统三趾马红土(n2)：分布于梁峁之上，分为上、下两段。上段(n22)为 巨厚层状褐红色、棕红色块状亚粘土、砂质粘土，见白色钙质网脉，厚 032.23m，平 均厚 6.58m。与下伏地层不整合接触。 - 9 - 5. 第四系中更新统离石组(q2l)：为浅黄色亚粘土及亚砂土，夹数层古土壤层及 钙质结核层，柱状节理发育，厚 010m，零星分布。 6. 第四系上更新统萨拉乌素组(q3s)：褐色、灰色亚粘土，粉砂及细砂，厚 03.15m，零星分布于梁峁之上。 第四系诸地层之间与其下伏地层，均呈不整合接触。 由于剥蚀及风化作用，井田内基本被第四系风积沙覆盖，上更新统马兰黄土(q3m) 未见出露，钻孔亦未揭露。 (二) 含煤地层 侏罗系中下统延安组(j1-2y)为井田含煤地层，零星出露于乌兰木伦河、悖牛川两 岸及沟谷之中。属一套含煤的内陆碎屑湖泊三角洲沉积体系。因遭后期剥蚀，有不同 程度的缺失。自下而上划分成五段，部分层段因煤层自燃而发生不同程度的烧变，呈 浅黄、浅红、褐红、棕红色的烧变岩。现将该地层沉积特征、物性特征、烧变岩特征 分述如下： 1. 第一段(j1-2y1)：即第一旋回由灰白色细中粒砂岩、灰黑色粉砂岩和 5-2 号 煤层组成，井田内均有分布，厚 39.2066.90m，平均厚 51.44m。该段又分为两个亚 旋回，第一亚旋回始于延安组底界，止于 5-2 号煤层顶。二元结构明显，下部为灰白 色中、细粒砂岩，顶部为全区可采的 5-2 号煤层。该亚旋回属分支河道沉积，厚 9.8025.89m，平均厚 18.26m；第二亚旋回始于 5-2 号煤层顶，底部常为黑色粉砂岩。 下部为灰白色细中粒长石岩屑杂砂 岩，中部为灰黑色粉砂岩夹灰白色细砂岩薄层。该亚旋回属分支河道沉积，厚 25.1044.18m，平均厚 33.21m。 2. 第二段(j1-2y2)：即第二旋回由灰白色细粗粒砂岩、灰黑色粉砂岩、少量泥 岩组成，井田内除河、沟谷外均有分布，厚 0.71.85m，平均厚 60.32m。该段可分为 三个亚旋回。 - 10 - 3. 第三段(j1-2y3)：即第三旋回由灰白色细中粒砂岩、少量灰黑色粉砂岩，黑 色泥岩组成。井田内除河、沟谷外均有分布，厚 046.62m，平均厚 37.41m。可分为 两个亚旋回。第一亚旋回属前三角洲河口沙坝分流间湾沉积，厚 024.33m， 平均厚 15.18m；第二亚旋回属滨湖沙滩支流间湾沉积，厚 029.55m，平均厚 23.46m。 4. 第四段(j1-2y4)：即第四旋回，由灰白色细中粒砂岩、灰黑色粉砂岩组成。 厚 048.36m，平均厚 33.06m。残留于梁峁上部，可分为两个亚旋回。第一亚旋回属 滨岸湖泊分支河道沼泽沉积，厚 038.00m，平均厚 27.18m；第二亚旋回属 滨岸湖泊沼泽沉积，厚 019.05m，平均厚 12.36m。 5. 第五段(j1-2y5)：即第五旋回，因后期剥蚀、零星残留于梁峁的顶部。底部为 灰色薄层泥岩，上部为厚巨厚层状中、粗粒砂岩，发育块状、大型交错层理，与下 伏地层呈冲刷接触。厚 021.84m，平均厚 9.45m。 综上所述，延安组全组地层厚度 64.04217.40m，平均厚 169.60m。与下伏富县 组整合接触。 (三) 构造 神木北部矿区位于鄂尔多斯台向斜的陕北斜坡上，矿区构造简单，为一个缓缓的 西倾大单斜层，仅有为数不多的断裂构造。 本井田位于矿区中部东侧，地层近于水平(倾角45 6.0 及以上 7035 3.05.0 6030 1.22.4 50252015 0.450.90 40201515 2.2.3 矿矿井井储储量、生量、生产产能力和服能力和服务务年限的关系年限的关系 矿井开采储量 zk、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）)(kakzt 式中：t矿井服务年限，a； zk矿井开采储量，mt； - 19 - a设计生产能力，mt；k矿井储量备用系数，取 1.3 第三章第三章 井田开拓井田开拓 3.1 井筒形式、数目及位置的确定井筒形式、数目及位置的确定 3.1.1 井筒形式的确定井筒形式的确定 （一）.立井开拓 立井开拓的适应性强，不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限 制。 优点： 在采深相同的条件下，立井井筒简短，相应的管缆敷设长度短，提升速 度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，对于采深大的大型矿井，副井采用立井更 具有优越性。 井筒断面大，能下放外形尺寸较大的材料和设备。 井筒支护条件好，且易于维护。 井筒通风断面大，通风阻力小，允许通过的风量大，有利于矿井通风。 缺点：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， 成井速度较慢，开凿费用较高，基建投资大。另外，立井直接延深比较困难，对生产 干扰大。 立井开拓应用的一般原则是： 对于冲击层厚、水文地质条件复杂的矿井，多水平开采急（倾）斜煤层的矿井， 以及煤层赋存深的矿井，一般采用立井开拓。 当井田的地形地质条件不利于采 用平硐或斜井开拓时都可以考虑采用立井开拓。 对于倾斜长度大的井田，采用立井多水平开拓能较合理地兼顾浅部和深部的开采。 （二）.斜井开拓 斜井开拓的井筒掘进的井筒掘进技术和施工设备比较简单，掘进速度较快，地面 工业场地建筑、井筒装备、井底车场及硐室也比较简单；斜井一般无需大型提升设备， - 20 - 同类井型的斜井提升机也较立井提升机型号小，因而初期投资较少，建井期较短。斜 井井筒延深施工较容易，对生产干扰少。井筒施工技术和装备简单，掘进速度快，建 井期段，初期投资少。 缺点： 断面不大、铺设轨道的斜井，无论采用箕斗或串车提升，其提升能力均 不大、效率不高，不能满足大型矿井的需要，但能适应小型矿井提升的要求。 在相同煤层条件下，斜井井筒长度比立井井筒长，围岩不稳定时，井筒维护费 用高 采用缠绕式绞车提升时，提升速度慢，提升能力较低，钢丝绳磨损严重、动力 消耗多、提升费用高，对辅助提升不利。 由于斜井井筒长，相应的通风线路和管缆也较长 井田斜长大时，采用多段绞车提升的转载环节多，效率低 对瓦斯涌出量大的斜井，有时需要增开风井、 斜井开拓一般原则： 对井田内煤层赋存不深、表土层不厚、无流沙层、水文地质条件简单、开采缓 （倾）斜和中斜煤层的矿井。 煤田浅部或井田面积小、储量有限、煤层露头发育良好、表土层不厚、水文地质 条件简单、倾角不大的薄及中厚煤层的矿井，可考虑采用片盘斜井。 沿层布置的斜井能方便地适应不同开采水平数目、位置标高、巷道布置各种方案 的需要，有利于井田的合理开拓布置，适于煤层倾角与井筒装备要求的倾角相一致的 条件。 （三）平硐开拓 1、走向平硐： 与煤层的走向平行叫走向平硐； 优点：岩石掘进量小，出煤快。 缺点：平硐在煤层内不易维护。 2、交叉向平硐：与煤层的走向交叉或垂直叫交叉向平硐 优点：平硐开在岩石中不易坏；能两翼同时开采，产量大。 - 21 - 缺点：岩石内掘进困难，成本高，出煤慢。 3、阶梯平硐开拓： 适用：煤层赋存于地形高差较大的山岭地区，井田倾斜长度过大或煤层倾角过大， 地形条件又允许时，可以采用阶梯状平硐开拓。 平硐开拓的优缺点 平硐开拓与斜井、立井开拓相比，是技术上最简单，经济上最便宜的一种开拓方 式。 平硐开拓只适宜山岭起伏的地区，因为只有这样才有可能使煤层埋藏高于平硐水 平，平硐位置应尽量低一些，使得平硐水平以上有足够的煤炭储量，但其位置不得低 于当地历史最高洪水位以下，防止被水淹没矿井. 根据平硐开拓特点，为了保证安全生产， 规程规定，在山坡下开凿斜井或平硐 时，井口顶、侧必须及时加砌挡墙，以防止山坡岩石下滑影响安全生产。 根据本矿区的实际情况，综合各种开拓方式的优缺点初步确定本矿区采用斜井加 平硐的综合开拓方式。 3.1.2 井筒数目的确定井筒数目的确定 本井田主要可采煤层为 5-2 煤；5-2 煤层厚度适中，赋存稳定，开采技术条件好。 根据本井田内煤层的赋存特征，由于以往设计通常采用三条斜井开拓 5-2 煤层， 分别为主斜井（倾角 14） 、副斜井（倾角 20） 、回风斜井（倾角 25） 。车场、回 风大巷和轨道大巷等项工程。并且本矿借鉴了周边矿井辅助运输之经验，确定在副斜 井的北侧又开凿了一条倾角为 5.5的副平硐，形成了四条井筒开拓 5-2 煤的格局，分 别编号为一号主斜井、一号副斜井、一号副平硐及一号回风斜井。 3.1.3 井筒位置的确定井筒位置的确定 井筒是井下与地面出入的咽喉，是全矿井的枢纽。井筒位置的选择对于建井期限、 基本建设投资、矿井劳动生产率以及吨煤生产成本都有重要影响，因此，井筒位置一 定要合理选择。 - 22 - 选择井筒位置时要考虑以下主要原则： （一）有利于井下合理开采 （1）井筒沿井田走向的有利位置 当井田形状比较规则而储量分布均匀时，井筒沿井田走向的有利位置应在井田的 中央；当井田储量分布不均匀时，井筒应布置在井田储量的中央，以形成两翼储量比 较均衡的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网络较短，通风阻 力小。应尽量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采的不利局面。 （2）井筒沿煤层倾向的有利位置 在倾向上井筒宜布置在中偏上的位置，同时考虑到减少煤损，尽量让工业广场保 护煤柱圈住一些影响生产的地质构造和断层。 （二）有利于矿井初期开采 选择井筒位置要与选择初期开盘区密切结合起来，尽可能使井筒靠近浅部初期开 采块段，以减少初期井下开拓巷道工程量，节省投资和缩短建井期。 （三）尽量不压煤或少压煤 确定井筒位置，要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱，做到不压煤或少压煤。 为了保证矿井投产后的可靠性，在确定井筒位置时，要使地面工业场地尽量不压首盘 区煤层。 （四）有利于掘进与维护 （1）为使井筒的开掘和使用安全可靠，减少其掘进的困难及便于维护，应使井筒 通过的岩层及表土层具有较好的水文、围岩和地质条件。 （2）为加快掘进的速度，减少掘进费用，井筒应尽可能不通过或少通过流沙层、 较厚的冲积层及较大的含水层。 （3）为便于井筒的掘进和维护，井筒不应设在受地质破坏比较剧烈的地带及受采 动影响的地区。 （4）井筒位置还应使井底车场有较好的围岩条件，便于大容积硐室的掘进和维护。 - 23 - （五） 便于布置地面工业场地 井口附近要布置主、副生产系统的建筑物及引进铁路专用线。另外，井口标高应 高于历年的最高洪水位；还要考虑风向的影响，防止污染。总之，选择井筒位置要统 筹井田全局，兼顾前期和后期、地下与地面等各方面因素。不仅要考虑有利于第一水 平，还应兼顾其他水平，适当考虑井筒延伸的影响。 通过以上分析，考虑到本矿实际情况，为了减少煤柱损失，缩短煤炭外运距离， 减少运输费用，平衡井田的运输和通风系统，主副井布置在断层附近即井田储量的中 央，以形成两翼储量比较均衡的双翼井田。矿井通风方式为两翼对角式，在井田两翼 各布置一个风井。为了使通风路线最短并减少初期建井工程量，南风井布置在井田西 翼中部。为此，确定主井坐标为（x=4333956.89，y=37444913.89） ，副井坐标为 （x=4333922.28，y=37444934.38） ，风井坐标为（x=4333989.22，y=37444888.74） 3.2 开采水平的划分及布置开采水平的划分及布置 3.2.1 井田内划分及开采井田内划分及开采顺顺序序 根据市场需求，结合本井田的实际情况，本次设煤的开采，由于本矿井的煤层倾 角很小，可设为近水平煤层，初期开采 5-2 煤层，并且煤层的阶段垂高只有三十米左 右， 。先开采 503 盘曲，依次开采 502 盘曲、501 盘曲。 3.2.2 开采水平的划分及水平开采水平的划分及水平标标高确定高确定 5-2 煤层全井田赋存稳定，厚 2.083.58m，平均 2.99m，煤层近似水平。根据这 两层煤的厚度、赋存状态、顶底板条件，为了减少巷道掘进费用，设计矿井的开拓大 巷均布置在煤层中，故矿井划分单水平开采。由于本井田的阶段垂高只有 30 米左右， 故分为一个水平。 3.2.3 阶阶段运段运输输大巷和回大巷和回风风大巷的布置大巷的布置 5-2 煤层全井田赋存稳定，煤层近似水平。根据这两层煤的厚度、赋存状态、顶底 板条件，为了减少巷道掘进费用，设计矿井的开拓大巷均布置在煤层中。 由于 5-2 煤层在主要大巷通过位置有一宽缓向斜，从满足矿井排水及轨道运输坡 - 24 - 度的要求考虑，副井井底落至 5-2 煤层底板岩石中，初期轨道大巷位于煤层底板，以 3上坡逐步进入煤层。 3.3 井底井底车场车场 3.3.1 井底井底车场车场形式形式选择选择及及硐硐室布置室布置 二号主斜井及 52 煤层中央胶带输送机大巷铺设一条胶带输送机，在副斜井井底 设计了井底车场，车场标高959m。 副斜井井底车场内主要布置有中央变电所、主排水泵房及水仓、消防材料库等硐 室。 截止目前，车场内除中央变电所设备尚未采购与安装外，其余硐室均已竣工。车 场巷道及硐室均采用混凝土砌碹支护。 由于设计井底车场及初期轨道运输大巷均布置在 5-2 煤层底板岩石中，而首盘区 工作面采用条带式布置，为了减少轨道大巷与工作面回风巷（轨道顺槽）间的联络巷 道工程量，原设计在副井井筒标高+965m 处设一甩车场与中央回风大巷（内铺设轨道） 联接，以简化首盘区辅助运输系统，在确定采用无轨胶轮辅助运输后，该甩车场仅起 联络通风的作用。首盘区井底车场附近工作面的辅助运输通过回风大巷解决。 在 5-2 煤中央轨道大巷内布置消防材料列车库。 在副平硐进入煤层前后适当位置设爆破材料发放硐室。 3.3.2 井底井底车场线车场线路路设计设计 本矿井采用斜井加平硐综合开拓，主运输大巷为胶带输送机运输，大巷通过井底 煤仓与主斜井提升系统直接连接，井底车场只担负辅助运输任务。井底煤仓位于井底 车场水平以下，联系方便，车场形式和线路结构简单。矿井设计生产能力为 120 万 t/a，考虑到矸石的提升以及材料、设备的下放和人员的升降等因素，以及集中运输大 巷与井筒的位置关系，本设计决定选择选择些斜井折返式车场。 - 25 - 图图 3-3-2-1 井底车场路线井底车场路线 3.3.3 井底井底车场车场通通过过能力能力计计算算 井下采用机车运输时，井底车场年通过能力按下式计算： n=tsq/1.15t 式中 n井底车场年通过能力，t q 每一调度循环进入井底车场的所有列车的净载煤重 t每一调度循环时间，min ts每年运输工作时间等于井底设计年工作日数与日生产时间的乘机，min； 1.15运输不均衡系数； 井底车场通过能力要有一定的备用能力，一般大于矿井设计生产能力的 30%。 当井下主要运输大巷煤炭运输采用带式运输机，辅助运输设备采用机车运输时， 上述公式仍可使用，可将公式中的 q 理解为矸石重量或其他材料设备重量即可。 3.3.4 井底井底车场车场巷道断面巷道断面选择选择和工程量和工程量计计算算 井底车场巷道断面设计，主要是选择断面形状和确定断面尺寸，其合理与否直接 影响到煤矿生产的安全和经济效果。设计的原则是，在满足安全与技术要求的条件下， 力求提高断面利用率，缩小断面、降低造价并有利于加快方式速度。 我国煤矿巷道常用矿井基本巷道的断面形状是梯形和直墙拱形，其次是矩形；只 - 26 - 是在某些特定的岩层或地压情况下，才选用不规则形、封闭拱形、椭圆形或圆形。本 矿井井田由于服务年限长，围岩较稳定，所以，主要开拓巷道采用半圆拱形。 煤矿安全规程规定：巷道净断面，必须满足行人、运输、通风、安全设施、 设备安装、检修和施工的需要。因此，巷道尺寸主要取决于巷道的用途；存放或通过 它的机械、器材或运输设备的数量与规格；人行道宽度与各种安全间隙以及通过巷道 的风量。 3.4 方案比方案比较较、确定开拓系、确定开拓系统统 由于本次扩建造成 5-2 煤加大了开采强度，加快了工作面推进速度，以满足矿井 设计生产能力的需要。设计针对 5-2 煤层大巷布置提出以下两个方案。 方案一：沿 5-2 煤层东西方向布置一组中央大巷，主要开采大巷北翼的 5-2 煤层， 工作面垂直大巷条带式布置，此时工作面走向长约 2km；另一组 5-2 煤南翼大巷位于井 田中央由北向南布置，整个井田呈“士”字型布置大巷。详见副图 1 方案二：为了加大 5-2 煤综采工作面推进长度，减少搬家次数，设计将中央大巷 布置略作调整，即 5-2 煤中央大巷掘约 2km 后向北布置北翼大巷，工作面由东向西布 置，此时工作面走向长可达 3.0km。西部区域内仍利用中央大巷进行开采，南翼大巷布 置与方案一相同。详见附图 1。 方案比较：方案一优点是能连读利用中央大巷布置回采工作面，中央大巷不用一 次掘出，相对减少了准备工作量；缺点是工作面走向长度偏短，搬家次数多，成本高， 效率低，推至东部边界处易留大三角煤，不宜正常回采，从而资源损失量较大。因此， 本设计大巷布置推荐方案一。 - 27 第四章第四章 采采矿矿方法方法 4.1 盘盘区地区地质质概况概况 设计首为 503 盘区，该盘区位于井田北翼，西至乌兰木伦河煤柱，东部边界到勘 探线， ，盘区平均走向长 3869m，倾斜长 1582m，盘区内共发育一个可采煤层，煤厚分 别为 2.99m，容重分别为 1.35t/m3。煤层赋存简单，无断层及火成岩侵入等地质构造， 煤层倾角近乎水平。煤变质程度高，煤质好，绝对涌出量接近于零。除少数露头煤层 和自燃残留煤为褐黑色外，井田各煤层均为黑色，粉末为褐黑色。断口为阶梯状、参 差状、少量平坦状。光泽为弱沥青到沥青光泽。内生裂隙较发育，以条带状和线理状 结构为主，呈层状与似层状结构，局部块状结构。质脆、易燃。 4.2 盘盘区的划分区的划分 工作面长度是决定其产量和效率的主要因素，适当加大工作面长度，不仅可以减 少工作面的准备工程量，提高回采率，对于机采而言，也可以减少工作面端头进刀等 辅助作业的时间，有利于提高工作面产量和效率。同时，工作面长度与开采条件、采 煤设备能力、刮板输送机长度、技术水平、管理水平等因素有关，因此，必须综合考 虑，合理选择。 根据对近年来我国部分矿井综采工作面和高档普采工作面生产的调查研究，目前 我国综采工作面面长多在 150300m 之间，高档普采工作面面长多在 80150m 之间。 本矿井地质构造简单、开采条件良好，工作面长度宜适当加长，但考虑到劳改矿井的 具体特点，高档普采工作面面长取 130m，综采工作面面长取 260m。两边回风平巷和运 输平巷、辅助运输平巷的宽度为 100 米。故本盘区可以分为 10 个工作面。其它边角煤 采用炮采的方式回收利用。 4.3 盘盘区巷道布置区巷道布置 503 盘区位于 5-2 煤中央大巷北翼，为单翼盘区。5-2 煤中央大巷兼作 503 盘区巷 道，沿大巷条带式布置回采工作面。根据开采需要，井下需布置三条大巷，即胶带输 送机大巷、辅助运输大巷和回风大巷，均沿 5-2 煤层底板掘进，大巷间距 40m。井下无 - 28 轨运输系统采用辅助运输大巷和回风大巷形成环路的方式，综采工作面辅助运输通过 联络巷和辅助运输大巷直接相连。移交的 50301 综采工作面可直接与辅助运输大巷联 系，工作面来煤直接交于胶带输送机大巷，通过主斜井运出地面。新鲜风流由胶带输 送机大巷、辅助运输大巷进入工作面运输巷、回采工作面，乏风风流通过工作面回风 巷直接进入回风大巷，由一号回风斜井排出地面。 采煤工作面采用三巷式布置，即布置一条回风巷、两条运输巷。其中的一条运输 巷铺设胶带输送机，另一条运输巷用于辅助运输。在本工作面采完后，辅助运输巷作 为下一个工作面的回风巷。盘区内各工作面间采用顺序开采，两条运输巷间距暂定为 20m（即留有 15m 的煤柱） ，生产中可根据工作面矿压情况对间距进行调整，尽量提高 煤炭回收率。 移交时井下布置一个盘区变电所，位于胶带输送机大巷与回风大巷之间。随着工 作面开采，5-2 煤大巷向前延伸，当供电距离不能满足需要时，可在适当位置另建盘区 变电所。 为解决采煤工作面辅助运输，回采工作面布置两条运输巷，其中一条运输巷在本 工作面采完后，作为下一个工作面的回风巷。盘区内工作面采 用顺采，两条运输巷间距暂定为 20m（即留有 15m 的煤柱） ，生产中可根据工作面 矿压情况对间距进行调整，尽量提高煤炭回收率 盘盘曲布置曲布置图见图见附附图图 4.4 采采矿矿（煤）方法（煤）方法 一、采煤方法的选择 本井田共有可采煤层只有 5-2 煤层。5-2 煤层全井田稳定可采，为矿井主采煤层。 在山下矿井工业场地位置，5-2 煤层位于工业场地标高以下 60m 左右。 5-2 煤层在全井田内稳定分布，结构简单，厚度 2.083.58m，平均厚度约 2.99m。 5-2 煤层由北向南有变薄趋势。初期开采的 503 盘区煤厚平均 3.1m 左右。煤层赋 - 29 存近似水平，煤质坚硬，节理裂隙不发育。含夹矸 01 层，平均厚 0.19m，岩性一般 为泥岩、粉砂岩。煤层大部分有直接顶，多为粉砂岩，少量为砂质泥岩，基本顶以 厚巨厚层状（0.8414.28m）中细粒砂岩为主。煤层易自然发火，瓦斯含量小， 水文地质条件简单，开采技术条件优越。 根据煤层结构、厚度及矿井设计生产能力，设计确定 5-2 煤层采用长壁工作面一 次采全高全部陷落采煤法。 二、工作面装备水平的确定 5-2 煤赋存稳定，结构简单，厚度适中，适合综合机械化开采，且易于实现高产高 效，按正常情况，要达到 1.2mt/a 的生产能力，井下布置一个综采工作面即可。 三、工作面参数的确定 (一) 工作面采高 根据盘区接续计划，投产盘区为 503 盘区。503 盘区布置一个综采工作面。 503 盘区位于中央大巷北翼，南翼由于焦化厂煤柱的影响，暂时无法正规开采。北 翼靠近井底车场部分，受 f2 断层影响，形成三角煤块段，工作面推进长度较短，不适 于初期综采工作面布置，因此设计将该区域划规高档或炮采工作面开采。5-2 煤层厚度 由北向南逐渐变薄，首采的 503 盘区内大巷北翼煤层较厚，南翼稍薄，北翼煤层厚度 在 2.853.55m 之间，平均 2.99m 左右。503 盘区的综采工作面布置在大巷北翼 f2 断 层以东，煤层平均厚度 2.99m，适宜综采一次采全高，故本设计综采工作面初期平均采 高为 3m。 (二) 工作面长度 工作面长度是决定其产量和效率的主要因素，适当加大工作面长度，不仅可以减 少工作面的准备工程量，提高回采率，对于机采而言，也可以减少工作面端头进刀等 辅助作业的时间，有利于提高工作面产量和效率。同时，工作面长度与开采条件、采 煤设备能力、刮板输送机长度、技术水平、管理水平等因素有关，因此，必须综合考 虑，合理选择。 根据对近年来我国部分矿井综采工作面和高档普采工作面生产的调查研究，目前 - 30 我国综采工作面面长多在 150300m 之间，高档普采工作面面长多在 80150m 之间。 本矿井地质构造简单、开采条件良好，工作面长度宜适当加长，但考虑到劳改矿井的 具体特点，3 综采工作面面长取 260m。 (三) 工作面年推进长度 本矿井煤层倾角小，地质构造简单，工作面推进长度基本不受地质条件影响，为 减少工作面搬家次数，提高工作面产量和效率，设计根据工作面长度，设计生产能力、 运输设备性能，结合盘区的合理划分，确定 5-2 煤层综采工作面年推进长度 1000m 左 右。 四、工作面主要设备选型 (一) 5-2 煤综采面主要设备选型 1. 采煤机 5-2 煤综采面设计生产能力 1.2mt/a，煤质坚硬，单向抗压强度 31.5mpa，节理裂 隙不发育。 按产量要求，可求得采煤机平均割煤速度为： vq（lhbk）（l+i）（3t50%60 ） 式中： v采煤机平均割煤速度，m/min； q工作面日产量，取 3637t； l工作面长度，取 260m； h工作面采高，3m； b截深，取 0.8m； 煤层视密度，1.35t/m3； k工作面煤炭回收率，取 0.95； i采煤机开缺口行程 m，取 50m； t每班工作时间 h，取 6 小时； 代入上式得： - 31 v3637（26030.81.350.95）（260+50）（3650%60 2.61（m/min） 考虑到工作面产量不均衡性，采煤机的实际牵引速度应达到 35m/min，空载时， 要求其速度不小于 12m/min，以减少辅助工作时间。 考虑到本区煤层较为坚硬，根据神东和榆神矿区综采工作面开采的实践，宜选用 大功率电牵引采煤机。 根据本矿井综采工作面的设计生产能力，设计推荐选用 mg1400-wd 型双滚筒交流 变频无链电牵引采煤机，其主要技术参数如下： 装机总功率：1400kw； 滚筒直径：1800mm； 截割深度：800mm； 牵引速度：09.4/15.6m/min； 机身高度：1570mm. 2. 刮板输送机 工作面刮板输送机能力的计算： 采煤机生产能力：q16.46031.350.80.951182（t/h） 刮板输送机能力：q2kq11.211821418.8（t/h） 式中： k考虑采煤机割煤不均匀和运输方向及倾角系数，一般为 1.11.5，取 1.2。 根据上述刮板输送机能力要求，设计推荐选用 sgz-1000/1400 型刮板输送机，其 主要技术参数如下： 功 率：2700kw； 电 压：3300v； 运输能力：大于 2000t/h。 3. 转载机 选用 szz1000/315 型转载机，其主要技术参数如下： - 32 功 率：315kw；电 压：1140v；运输能力：大于 2000t/h； 4. 破碎机 选用 pcm-315 型破碎机，其主要技术参数如下： 功 率：315kw； 破碎能力：2000t/h。 5. 可伸缩胶带输送机 选用 ssj1200/2315 可伸缩胶带输送机两台，其主要技术参数如下： 功 率：2315kw；运输能力：1500t/h；运输距离：2050m。 6.支护设备 矿井初期开采的 5-2 煤，其直接顶多粉砂岩及中、粗粒砂岩、基本顶以厚巨厚 层状中、细粒砂岩为主，顶板岩石单向抗压强度 399.7514.63kg/cm2，节理裂隙不发 育，由于无 5-2 煤的实际开采矿压资料，仅能根据顶板岩性、层厚及岩石抗压强度初 步确定 5-2 煤顶板为级 2 类，按照原煤炭部缓倾斜煤层工作面顶板分类及支护 的有关规定，应选择