毕业论文范文——深埋高应力回采巷道变形破坏规律及支护对策研究

目录目录1 矿区概述及井田地质特征11.1 矿区概述11.1.1交通位置11.1.2自然地理11.2 井田地质特征31.2.1地层31.2.2构造31.2.3井田内水文地质情况41.2.4 沼气，煤尘及煤的自燃性61.2.5顶地板岩石力学性质61.2.7煤层地层81.2.8煤层赋存情况及可采煤层特征91.2.9 煤层赋存状况及可采煤层特征131.3.0勘探程度及可靠性132 井田境界和储量142.1井田境界142.1.1 井田划分的依据142.1.2开采界限142.1.3井田尺寸152.2矿井工业储量162.2.1勘探类型及储量等级的圈定162.2.2储量等级的圈定162.2.3煤层最小可采厚度162.2.4矿井工业储量的计算162.3矿井可采储量172.3.1保护煤柱储量计算172.3.2可采储量计算212.3.3井田储量汇总表213 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限233.1矿井工作制度233.2 矿井设计生产能力及服务年限233.2.1矿井生产能力的确定233.2.2矿井及第一水平服务年限的核算234 井田开拓254.1 井田开拓的基本问题254.1.1 井筒形式及数目264.1.2 工业广场及井口位置的确定274.1.3 开采水平的确定及采区划分284.1.4 采区划分及其布置284.2 开拓方案比较294.2.1提出方案294.2.2技术比较314.2.3经济比较344.2.4 综合比较394.3 矿井基本巷道394.3.1 井筒394.3.2 井底车场424.3.3 主要开拓巷道445采区巷道布置495.1 煤层地质特征495.1.1 可采煤层概况495.1.2 煤种及煤质变化505.1.3 各煤层顶底板岩性505.1.4 煤尘和瓦斯505.2 采区巷道布置及生产系统515.2.1 确定采区走向长度515.2.2 确定区段斜长和区段数目525.2.3 煤柱尺寸的确定525.2.4 采区上下山的布置525.2.5 区段平巷的布置535.2.6 联络巷道的布置535.2.7 采区运输、通风运料等系统的确定535.3 采区车场设计555.3.1 采区上部车场形式的选择555.3.2 采区中部车场的选择555.3.3 采区下部车场的选择及设计565.3.4 采区主要硐室的布置595.4 采区采掘计划625.4.1 采区主要巷道参数确定625.4.2 确定采区生产能力685.4.3 计算采区回采率696 采煤方法706.1 采煤方法和回采工艺706.1.1 选择采煤方法706.1.2 综采工作面回采工艺设计716.2 综采工作面巷道布置方式827 井下运输857.1 系统基本概述857.1.1 基本概况857.1.2 井下运输系统857.2 采区运输设备867.2.1 主运输设备867.2.2 采区辅助运输907.3 大巷运输设备937.3.1 矿车选择937.3.2 矿用电机车的选型938 矿井提升998.1 设计依据998.1.1 主井提升998.1.2 副井提升998.2 主副井提升设备的选型1008.2.1 小时提升量1008.2.2 合理的提升速度1008.2.3 一次提升循环时间1008.2.4 一次合理提升量的确定1018.3 提升钢丝绳的选择计算1038.4 提升机与天轮的选择计算1048.4.1 滚筒（或摩擦轮）直径的确定1048.4.2 天轮的选择1048.5 提升电动机的预选1058.5.1 电动机功率的估算1058.5.2 估算电动机转数1069 矿井通风与安全1079.1 矿井通风系统的选择1079.1.1 选择矿井通风系统1079.1.2 选择矿井主要通风机的工作方法1089.1.3 选择矿井通风方式1099.2 全矿所需风量的计算及其分配1109.2.1 矿井风量计算原则1109.2.2 矿井风量计算方法1109.2.3 风速验算1159.3 全矿通风阻力计算1179.3.1 矿井通风总阻力计算原则1179.3.2 矿井通风阻力计算1179.3.3 井总风阻及总等积孔计算1199.4 矿井通风设备的选择1209.4.1 矿井通风设备的要求1209.4.2 选择主要通风机1209.4.3 选择电动机1229.4.4 电费计算1229.5 矿井灾害防治技术1239.5.1 防治瓦斯1239.5.2 防治煤尘1239.5.3 防治水12410 矿井基本技术经济指标125参考文献127深埋高应力回采巷道变形破坏规律及支护对策研究1291绪论1321.1研究背景1321.2国内外研究现状1331.3研究的内容1342深井巷道围岩应力分布规律及破裂范围分析1352.1深井巷道围岩应力分布规律及破裂范围分析1352.2未受采动影响的巷道围岩变形及应力分布规律1352.3采动影响下巷道围岩应力分布规律1352.4上分层回采对下分层巷道围岩变形影响分析1352.5巷道变形破坏影响因素1363巷道综合控制方法与措施1383.1巷道支护参数1383.2巷道围岩稳定综合控制技术1383.3巷道围岩稳定综合控制措施1394结论141参考文献142致谢143V 华北科技学院毕业设计（论文）1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1交通位置范各庄矿位于唐山市古冶区境内,北距古冶火车站10.2公里，矿内铁路与京山线古冶站和林西矿接轨，有公路干线通过井田 。井田南北走向长5.7km，东西最大倾斜长2.57km，井田总面积为10.98，为开平煤田的一部分。交通十分方便，具体见交通位置图1-1。矿井地理坐标：东经113度28分，北纬39度33分，井田北部、西北部及西部与吕家坨矿相接，井田西及西南部与钱家营矿相邻，井田东部及南部以14煤层的基岩露头为界。井田地理位置优越，交通线四通八达。西距唐山市区23公里，丰南区31公里。西南距天津市121.5公里，西北距北京市192.3公里；北距古冶205国道10公里，京沈高速榛子镇入口23公里；南距唐港高速青坨营镇入口16公里，曹妃甸新区41公里，曹妃甸港67公里；东距滦县新城26.7公里，秦皇岛港100公里。东南距滦南县城24公里，乐亭县城46公里，京唐港66公里（以范各庄矿为中心，直线距离）。图1-1开滦矿区矿井分布及交通位置平面图1.1.2自然地理1.井田地形、地貌 该地区地貌形态属于华北平原地带。地形高差不大，地面标高平均为+25米。范各庄南矿井田是被第四系冲积层所覆盖。地貌简单，地表平坦，地势呈现北高南低，坡度12左右，地表海拔标高+23m+31 m。由于受多年开采的影响，矿区南北各有一个塌陷坑，随开采的进行而逐步扩大并有大量的积水。矿区范围内分布有村庄1个，分布在井田东南部。2.水系流经井田的河流只有沙河，自井田北部流向西南，流向大致与地层走向一致，河面开阔，水力坡度较小，仅为12。属季节性河流，冬春河水近于干涸，夏秋流量显著增大，汛期有时泛滥。建矿以来沙河最高洪水位50年一遇为29.76 m，百年一遇为30.49 m。因为煤系地层上覆盖着巨厚的冲积层，大气降水后大部分从地表流走，所以矿井涌水量无季节性变化，井田外沙河在冬春季河水近于干涸，只排泄矿井水，夏季流量显著增加，汛期有时泛滥，历史最高洪峰水位为29.572m。井田西面的沙河流向大致与井田地层走向平行。沙河为季节性河流，冬季河水近似干枯，只有林西、唐家庄等矿排放水流过。夏季流量显著增加，最高洪峰达142.8m3/s，流速1.69m2/s。本矿区工业及生活用水的主要供水水源为第四系上组砂岩层水和矿井净化水。水质类型为HCO3CaNa，矿化度0.37g/L。供水水源的取水方式采用管状井分散取水。矿井每日排水量约为4500 m3，全部进入污水净化站进行处理，净化水主要用于井下防水注浆、洒尘、电厂冷却、洗煤厂补充用水。3.气象情况矿区气候属于大陆季风气候，春季东风和西风交替出现，气候干燥少雨；夏秋两季东南和南风交替由海面带来潮湿空气，使矿区多雨；冬季因受西伯利亚蒙古一带冷气压影响多西北风。自建井以来，多年平均降雨量为617.45mm，降雨多集中在79月，这三个月的降雨量为463.79 mm。矿区气候属大陆型季风气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，气候变化较大，春季东风和西北风交替出现，气候干燥少雨，夏秋两季东南和南风常有海面带来的潮湿空气，使矿区多雨；冬季因受西伯利亚蒙古一带冷空气压的影响，多西北风，气候寒冷干燥。每年的7、8、9三个月降雨量占全年降雨量的76。年平均气温10.8C，常年最高气温37.6C，最低气温-22.6，冻土深度0.50.7m，结冰期：11月中旬至次年的3月中旬。4.水电供给情况我矿工业、生活用水均从地面自备深水井和井下清污分流工程取水；进入矿中央变电站的电源线计四趟，其中两趟是电网吕家坨变电站35千伏输电线，另外两趟是开滦林西电厂35千伏输电线。本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥需由国家计划供应外，其它砖、石、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。1.2 井田地质特征1.2.1地层1.范各庄煤田区域地层表1-1表1-1 范各庄煤田区域地层系统组含煤性厚度(米)岩性第四系219.5主要由砂、粘土、卵石组成二 迭 系下白垩统大苗庄组含煤两层即5、7煤69.4由砂岩、粉砂岩煤和泥岩组成石炭系上侏罗统赵各庄组含煤一层12煤86.4由砂岩、粉砂岩、煤组成奥陶系中统无煤层岩云1.2.2构造1）区域构造范各庄井田位于开平煤田的东南翼。开平煤田位于燕山南麓，煤系地层为石炭二迭系。开平主向斜是煤田的主要构造骨架，呈复式向斜构造。向斜的总体轴向为NE向，自古冶以北主向斜逐渐转为东西向。2）井田构造(1) 褶曲 范各庄井田的主体构造为井田北翼的塔坨向斜和南翼毕各庄区域的毕各庄向斜，是由于开平向斜在发育过程中北部受青龙山东西构造带影响，主向斜轴在古冶以北发生偏转呈东西向而派生出的南北应力场形成的次一级构造。(2) 断层 井田内共有两条断层，F5走向东-西，F6走向东南西北，两条倾角都较大，都属于正断层。（详见断层一览表1-2）表1-2 断层一览表名称性质断层面走向倾向倾角（）落差（m）影响范围F0正断层南北东西679036较大F1逆断层南北东西6104较小F2逆断层南北东西5903.5较小1.2.3井田内水文地质情况57煤层间砂岩裂隙承压含水层，79煤层间砂岩裂隙承压含水层。抽水试验结果，单位涌水量为180.6m3/h，渗透系数为0.0121.725/昼夜。水质类型变化较大，为重碳酸-钠钙镁型。范各庄南矿井田水文地质情况复杂，煤系上下各有一个含水层，上为冲积层强含水层，其为厚度不等的卵石层，下有一黏土层有隔水作用；下为奥灰含水层。它们之间联系密切，以煤层露头线为联系，相互沟通，煤层地质有两个含水层：5S顶板砂岩含水层和12S-14S砂岩组含水层，它们是矿井的主要出水来源。矿井涌水量为39t/min，矿井最大涌水量为3180t/min。矿井涌水量无季节性变化，不受大气降雨的直接影响。因为煤系地层上覆盖着巨厚的冲积层，大气降雨后，大部分从地表流走，少部分渗入地下，首先形成潜水，然后再慢慢地向下渗透到底部卵砾石层，形成孔隙承压水。通过基岩隐伏露头补给煤系地层，然后经构造和裂隙渗入巷道和采空区，变成矿井涌水。地表水体与第四系冲积层中的潜水层水量呈互补关系。在雨季地表水体水位高于潜水层水位，地表水补给潜水；在旱季地表水体水位低于潜水位，潜水补给地表水。地表水体和大气降水一样，在正常情况下，只是通过渗透补给冲积层底部卵砾石含水层，间接补给煤系地层。（1）地下含水层及其特征在煤系地层中，对矿井直接充水的含水层是5煤层顶板砂岩裂隙承压含水层、512煤层间砂岩裂隙承压含水层和1214煤层间砂岩裂隙承压含水层。5煤层顶板砂岩裂隙承压含水层：该层在5煤层顶板以上，平均厚度约74.4米，岩性主要为中、细砂岩及粉砂岩。该层裂隙发育，含水较丰富。采掘过程中大都表现为淋滴水，局部表现为涌水现象。该含水层在井田东部、西南部隐伏露头区与第四系冲积层底部砾石含水层直接接触，并接受其补给。在井田北部、西部分别与吕家坨矿、钱家营矿相连。整个含水层在井田范围内具有典型的裂隙水特点，节理裂隙较为发育，充水及导水性较好，含水较为丰富，单位涌水量为0.328升秒米，渗透系数为0.339米昼夜，水质类型为重碳酸钙镁钠型或重碳酸钠型，属软水。512煤层间砂岩裂隙承压含水层：该含水层由几层互不联系的含水亚层组成，主要有57煤层间砂岩裂隙承压含水层，79煤层间砂岩裂隙承压含水层，911煤层间砂岩裂隙承压含水层、1112煤层间砂岩裂隙承压含水层。其中以57煤层间砂岩裂隙承压含水层和911煤层间砂岩裂隙承压含水层富水较强。该含水层在井田东部露头区接受第四系冲积层含水层的补给，煤层采掘过程中充水形式为顶板淋滴水和底板缓慢渗水，目前主要消耗其静储量。另外，7煤层采出后，通过回采冒落裂隙带接受上部5煤层顶板砂岩裂隙承压含水层的补给。据抽水试验结果，单位涌水量为0.00220.845升秒米，渗透系数为0.0121.725米昼夜。水质类型变化较大，为重碳酸钠钙镁型，重碳酸钙型，重碳酸、硫酸钙镁型，属软水，局部矿化度较高。121 4煤层间砂岩裂隙承压含水层：该段平均厚度约60米左右，岩性主要为中、粗砂岩、含砾粗砂岩。中部的一层含砾粗砂岩，裂隙发育、含水丰富，当开拓巷道通过该层时大多表现为裂隙出水。该含水层在井田东部、西南部与第四系冲积层底部卵砾石含水层直接接触，并接受其补给；在井田北部、西部分别与吕家坨矿、钱家营矿相连。在井田范围内，该含水层接受奥陶系灰岩含水层的补给，其补给途径大多是通过岩溶陷落柱、导水断层及导水裂隙等。由于构造发育的不均一性，导致了该含水层在井田范围内富水性的不均一。在井口区及北翼，由于岩溶陷落柱及导水构造较为发育，1214煤层间砂岩组含水层与奥灰岩溶水联系密切，含水较为丰富，不易疏干。该含水层据范45孔抽水试验结果单位涌水量为0.845升秒米，渗透系数为1.725米昼夜。水质类型为重碳酸钙镁型，局部为重碳酸钙镁钠型和重碳酸钠型，属软水。（2）地质构造对矿井充水的影响范各庄南矿井田煤系地层下部以奥陶系石灰岩为基底，上部有巨厚冲积层覆盖。井田北部为单斜构造，南部为向斜构造，有良好的储水条件，地下水极易沿岩层的孔隙、裂隙集中而达到饱和，其结果使所有含水层均为承压状态。经钻孔实测奥陶系石灰岩含水层水压在-310水平为3.03.3兆帕，在-490米水平为4.85.0兆帕。突水与构造密切相关，断裂构造规模和力学性质以及区域内断裂构造的复杂程度是发生突水的重要因素。1.2.4 沼气，煤尘及煤的自燃性 矿井瓦斯等级：低瓦斯矿井矿井瓦斯绝对涌出量：0.73m3/分钟矿井瓦斯相对涌出量：0.12 m3/吨煤尘爆炸指数为41.38%，各层均属于很自燃性煤，发火等级为1。1.2.5顶地板岩石力学性质表1-3 井田内各煤层顶底岩石力学性质及分类表煤层顶底板岩性厚度（米）特征及赋存情况5煤伪顶粉砂01.3岩石破碎，夹多层煤线，南三剖面以南出现煤线直接顶粉砂3.0水平层理，层理面附大量植物化石，富含泥质结核，成细层状或串珠状分布。老顶砂岩4.0硅质胶结，局部含钙质。直接底粉砂0.51.0含大量植物根化石。老底细砂2.03.0水平层理，分布稳定。 7煤伪顶泥岩0.52.5一般在1.0米以下，岩性破碎，局部增厚可 达2.5米，相变为粉砂岩或细砂岩。直接顶粉砂岩2.43.5水平层理，含植物化石。井田中部厚度增大至68米，北翼及深部局部被冲蚀掉。老顶中砂岩0.56.0硅质胶结，坚硬。北翼及深部局部直接沉积于煤层上。直接底粉砂岩0.52.5南一石门以北厚度小于1.0米，松软破碎，含大量植物根化石，同时8煤层顶板，北翼局部缺失，直接为8煤层，即7、8煤层合群。南二石门以南逐渐增厚。老底细砂02.5层状结构，南二石门以南逐渐增厚。 表 1-4 原煤工业分析综合表项目灰分 Ag（%）硫分 S（%）挥发分 Vr（%）发热量（大卡/克）灰熔融性煤质牌号备注5煤层10.7820.870.530.9834.0339.2040407902135015001、2号肥煤为主，局部气肥煤15.820.7436.9459017煤层26.7238.290.430.5827.7336.80552076521、2号肥煤为主，局部肥焦煤和气肥煤在井田东南翼煤层结构复杂，夹石增厚，灰分增大。31.090.4729.866060表1-5 精煤工业分析综合表 项 目5煤层7煤层9煤层工业分析水分Wf （%）0.970.800.87灰分Ag （%）5.4110.0214.86挥发分Vr （%）38.1628.1832.17粘结性7-86-87硫分S （%）0.660.651.13发热量QT（卡/克）801376237729碳 Cr86.2587.8486.71氢 Hr5.635.145.33氮 Nr 1.561.671.54氧 Or4.984.775.45硫 Sr 0.630.661.69横向厚度（mm）32.1919.588.43纵向厚度（mm）23.5624.5531.53曲线类型之 字之 字之 字 煤 质 牌 号2肥气1肥煤2肥煤1.2.7煤层地层范各庄井田煤系地层主要由石炭系、二迭系地层组成，其中包括中石炭统唐山组，上石炭开平组、赵各庄组，下二迭统的大苗庄组、唐家庄组。(1)唐山组 该组地层属于石炭系中统，直接覆于奥陶系灰岩之上，与奥陶系地层呈假整合接触，平均厚度约为56米。岩性以粉砂岩、泥岩为主，细砂岩次之，底部为土质泥岩。(2)开平组 属于石炭系上统， 上部赵各庄灰岩顶板，下起唐山灰岩顶板，本组厚度约为52米。岩性以细砂岩和粉砂岩为主，泥岩次之。本组比唐山组颜色较深，多呈深灰色，泥岩显著减少，含砂量增加，植物化石增多，黄铁矿结晶体和菱铁矿结合较发育。 (3)赵各庄组 属于石炭系上统，上部以11煤层顶板为界，下伏开平组，厚度约为86米，为主要含煤层之一，岩性以粗砂岩、中砂岩和粉砂岩为主，泥岩次之。大苗庄组 属于二迭系下统，厚度约为67米。本组以深灰、黑灰色粉砂岩和泥岩为主，青灰色中砂岩次之，为主要含煤地层之一。含可采煤层2层，即7 煤、8煤。植物化石的种类显著增多。（5）唐家庄组属二迭系下统。上部止于层顶板，下伏大苗庄组，厚度约270米。岩性以粗中砂岩为主，细砂岩次之，下部粉砂岩和泥岩比较发育，间夹14层薄煤线。岩石颜色由下部的深灰、浅灰往上变为灰和紫红色，均属于陆相沉积。 范各庄井田煤系地层的形成过程均属于近海型沉积。其中石炭系的唐山组、开平组和赵各庄组属于海陆交互相沉积，二迭系的大苗庄组和唐家庄组属于近海陆相沉积。整个煤系地层厚度、煤层层数、旋回结构明显清晰，易于对比。从相旋回的特征分析，中石炭世地壳升降运动频繁，引起大面积的海侵和海退，沉积了一套海陆交互相地层。由于地壳运动短暂而频繁，不宜泥炭堆积，故没有形成可采煤层。在这时期地形比较平坦，海侵和海退范围广泛，沉积了三层薄层灰岩，即1、2、3灰岩。中石炭世地层厚度较薄，约为56 米，相旋回结构清晰，易于对比。晚石炭世地层以缓慢上升为主，聚煤作用活跃，海相地层逐渐减少，过渡相地层增多，且出现河流冲积相沉积。在晚石炭世早期地壳运动还比较频繁，且很不稳定，沉积了三层薄层灰岩，即4、5、6灰岩，到后期地壳运动趋于稳定，适宜植物生长与堆积形成了本井田的可采煤层，即11、12煤层和局部可采煤层12半煤层、14煤层。晚石炭世厚度约为138米，相旋回结构比较清楚。早二迭世地壳运动仍以上升为主，上升幅度由小渐大，海退范围逐渐扩大，沉积了一套近海陆相地层，湖泊、沼泽遍布，沉积了四层稳定和较稳定可采煤层（5、7、8、9煤层）。到二迭世中晚期，气候由温润转向干燥，不宜植物的生长。中期只形成薄煤层，到晚期聚煤作用已进入尾声。下二迭统地层厚度约为337米。1.2.8煤层赋存情况及可采煤层特征井田内共两层可采煤层，厚度及一般特征描述如下：5煤层：5煤层为简单结构煤层，煤层厚度5m，厚度变化尚有规律，西北薄，东南厚。均在可采范围，为较稳定煤层。煤岩类型以光亮型煤为主，间夹半亮型煤。内生节理发育，性脆。煤的硬度f=0.30.5，密度1.4 克/厘米3。5煤与下伏的6煤间距810米，与7煤层的间距2943米，平均32.2米，由北往南逐渐变薄。7煤层：7煤层为复杂结构厚煤层。煤厚6.1m。煤层厚度由北往南逐渐变薄，煤岩类型以半亮型和半暗淡型煤为主，中间夹12层暗淡型煤，底部为光亮型煤。煤层中节理裂隙发育，棱角状断口。煤的硬度f=0.40.9，密度1.4克/厘米3。7煤与下部8煤层间距变化较大，间距015米。在井口区7、8煤层合群，往南间距逐渐增大，在井田北翼7、8煤层间距为0.30.5米。煤岩类型以光亮型为主，下层以半亮型为主，界线明显。内生节理发育，玻璃光泽。煤的硬度f=0.40.7，密度1.51克/厘米3。与下伏11煤层间距5.321.0米，平均9.3米。表16 范各庄矿井田地层划分简表 地质时代建组起止层地层触关厚度含煤性主要特征系统组第四地表至基岩不整整合整合整合整合整合整合假整合219.5主要由砂、卵石组成。二迭系上统古冶组红色砂岩底面至A层顶面120.0不含煤主要由中砂岩、粉砂岩组成下统唐家庄A层顶面至5煤层顶面269.7煤线4-5中砂岩、粉砂岩组成大苗庄5煤层顶板至11煤层顶板69.45、7、9煤由砂岩、粉砂岩、煤和泥岩石炭系上统赵各庄组11煤层顶板至K6灰岩顶面86.411、12、12半煤由砂岩、粉砂岩、煤组成开平组K6灰岩顶面至K3灰岩51.713层粉砂岩、泥岩中统唐山组K3灰岩顶面至奥陶灰岩顶55.8不稳定薄煤线以粉砂岩为主奥陶中统开平组由灰岩、白云岩等组成图1-7 煤层综合柱状图1.2.9 煤层赋存状况及可采煤层特征本井田共有可采煤层三层，从上到下依次为5、7煤层。煤层倾角平缓，倾角一般为914。煤层埋藏较浅，一般在-150-700米，煤层总厚度11.1米，煤层层间距不大。具体参数及相关特征见煤层特征表1-5和煤层综合柱状图表1-4。 表1-8 可采煤层特性一览表煤层名称煤厚（m）层间距（m）倾 角围岩煤的牌号硬度（f）容重t/m3最大最小顶板底版平均51.856.16015914砂岩细砂岩1、2号肥煤为主，局部气肥煤0.30.51.364.470.32.646.32.6中砂岩细砂岩1、2号肥煤为主，局部肥焦煤0.40.91.5741.3.0勘探程度及可靠性在范各庄井田范围内进行过大量的精查工作。除以往工作量外最后一次在精查区内又探了100个钻孔，基本上搞清了本井田的煤层赋存情况和主要地质构造情况。但由于地质构造复杂和勘探的水平所限，有一部分地质构造是推定的，控制程度还是有较大摆动。根据本地区断裂的一般规律，在大断层附近还有较多的小的断裂没有控制，这些都需要在生产过程中予以注意，有的孔斜较大，对构造的推定有一定的影响。表1-9 煤层稳定性分析成果表煤层可采性指数km(%)厚度变异系数r（） 综合评价579.450.7不稳定710025.3较稳定2 井田境界和储量2.1井田境界2.1.1 井田划分的依据1）在井田划分时，它保证各井田合理的尺寸和境界，使煤的各部分得到合理性开发。井田划分的范围、储量、煤层赋存及开采条件与矿井生产能力相适应。对于现代化大型矿井，要求井田有足够储量和合理服务年限，生产能力小的矿井可小些。同时考虑到矿井发展余地，井田范围应适当的划的大些。本设计生产能力为240万t/a,属于大型矿井。因此在划分井田范围时，应与该生产能力相适应。2）保证井田有合理的尺寸。通常情况下，为合理安排井下生产，井田走向长度应大于倾斜长度。如井田长度过短，则难以保证矿井各个开采水平有足够的储量和合理的服务年限。造成矿井接替紧张。井田走向长度过长，又会给矿井通风，井下运输带来不便。根据实际地质情况，并参照我国煤矿的实践经验，选择一个合理的尺寸。3）合理划分矿井开采范围，处理相邻矿井关系。划分矿井边界时，通常把煤层倾角不大，沿倾斜延展很宽的煤田，分成浅部和深部两部分。一般应先浅后深，先易后难，分别开发建井，以节约初期投资。4）选择好井口与工业广场位置划分应考虑井筒与工业广场位置的选择，使有利于井田开拓和采区布置，有利于矿井建设施工和工业场地布置。2.1.2开采界限井田煤系地层主要由石炭系、二迭系地层组成，其中包括中石炭统唐山组，上石炭统开平组、赵各庄组，下二迭统的大苗庄组、唐家庄组。含煤14层，可采煤层2层，分别为5、7煤层。其中主采煤层为5号煤层，7煤层为后期储备资源开采。矿井设计只针对5号煤层。开采上限：5煤层以上没有可采煤层。下部边界：7煤层以下没有可采煤层。2.1.3井田尺寸井田赋存状况示意图如图2-1所示。图2-1 井田赋存状况示意图井田的平均走向长度为5.7km，平均倾向长度为2.57km。煤层的最大倾角为16，最小倾角为7，平均为13。井田的水平面积按下式计算： S=n式中 S井田的水平面积，m2; 图2-1中单方格面积，m; n 图2-1中单方格的个数则井田的水平面积为：S=59250000 =14.75（）井田的真面积按下式计算： =S/a式中 井田的真面积，m2; S井田的水平面积，m2; a 煤层的倾角由于煤层倾角集中在13度,经纬网方格大约为59格 每个经纬网方格的面积为S=500500=250000。 则井田的真面积为： =59250000/Cos 13=15.1（）2.2矿井工业储量2.2.1勘探类型及储量等级的圈定1）井田勘探类型根据矿井勘探情况，其勘探类型为类型。2）钻孔及勘探线分布全区经过普查、详查、精查勘探及使用综合勘探的精查补充勘探后，使完成钻孔145个，地震物理点3466个，平均每平方公里有2.13个，地震物理点23.9个，共计工程量为10621.27m，其中水文钻孔3个，为1865.61m。2.2.2储量等级的圈定根据对煤矿床的勘探，研究程度和煤炭工业建设的需要，将煤炭储量划分为A、B、C、D四级。本矿井煤质稳定，煤类单一，水文地质条件中等，煤系中无岩浆岩破坏活动，因此储量级别的划分主要依据对地质构造和煤层的控制、研究程度。邻近不可采边界的块段均不圈定高级储量；断层煤柱不圈定高级储量，一律降为C级储量；2.2.3煤层最小可采厚度该井田煤层倾角均小于15，各煤层经洗选后均能达到炼焦用煤要求，根据生产矿井储量管理规程的规定，确定煤层的最小可采厚度为1.3 m。2.2.4矿井工业储量的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。矿井工业储量一般即A+B+C级储量。井田范围内全区可采煤层为5煤、7煤，共2层煤。其中，5煤平均厚度为5m， 7煤平均厚度为6.1m，可采煤层总厚为11.1m。矿井的工业储量根据经纬网网格法来计算。经过计算，得出井田范围内有59个经纬网格，煤层倾角没有较大的变化，在7到15左右。矿井工业储量的计算公式如下：= M 式中：矿井工业储量，t； 井田的真面积， M煤层平均厚度； 煤的平均容重，t/；由于有5，7，9三层可采煤层则各煤层的工业储量为：5煤层的工业储量为： = 15.151.41000000 =10.57（t）7煤层的工业储量为： = 15.16.11.571000000 = 14.46（t）则矿井的工业储量为： = + =10.57 + 14.46 = 2.503 (t)2.3矿井可采储量2.3.1保护煤柱储量计算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保护煤柱，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。1）工业广场保护煤柱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。地面建筑物和主要井筒的保护煤柱是从受保护的边界起，按基岩移动角、和及表土层移动角所做的保护平面与煤层的交线来确定。煤层群开采时，应采用重复采动条件下的移动角值。基岩移动角和表土层移动角如图2-2所示。图2-2 岩层移动角示意图安全煤柱的留设与计算一般用垂直断面法求得。煤柱的留设的计算方法与步骤如下：(1)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20m宽的维护带，得受保护面积abcd。图2-3 用垂直断面法确定建筑物下安全煤柱(2)煤柱煤量计算工业场地煤柱煤量=梯形面积煤层厚度煤层密度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关于煤矿设计规范中若干条文修改的决定（试行）之规定选取。表2-3 工业场地占地面积指标井型/Mta-1占地面积指标/ha（0.1Mt）-12.4及以上1.01.21.81.20.450.91.50.090.31.8本矿井井型为240万吨/年，故工业广场占地面积为： 241= 24（ha）, 即 216000设计工业广场形状为长方形，长为640m, 宽为380m。矿井表土层厚度为80米，煤层平均倾角13，= 70 =72，=64，冲击层移动角45，围护带宽度为20m。表2-4 地表层移动角及岩层移动角地表层厚度（m）()()()()8045727064经计算得：梯形高度h = 930.8m；梯形上底AB = 1135.9m；梯形下底CD =1304.8m，工业广场保护煤柱面积： = 0.5 （AB + CD）/ Cos 13 = 0.5 （1135.9+ 1304.8）930.8/ Cos 13 = 1165780.7（）工业广场保护煤柱煤量= 梯形面积煤层平均厚度煤层平均密度 各煤层所以工业场地煤柱量计算如下：5煤层工业场地煤柱量 1165780.751.4 8160464.9（t）7煤层工业场地煤柱量 1165780.76.11.57 11164681.8（t）故 总工业场地煤柱量 8160464.9+11164681.8 19325146.7（t）2）断层保护煤柱根据有关规定，为保证矿井的安全生产，根据断层的大小确定断层两侧保护煤柱的大小。断层两侧保护煤柱留30m断层保护煤柱煤量断层长度煤柱宽度煤层厚度煤的密度则断层保护煤柱储量为：断层的保护煤柱储量2840230(51.4+6.11.57） 2824720.8（t）3）边界保护煤柱根据有关规定，边界煤柱留25m。本井田边界长度为m，则边界保护煤柱储量为： 1536025(51.4+6.11.57) = 6365568(t)4）村庄保护煤柱根据煤炭工业设计规范补充规定，为保证安全，村庄下必须留设保护煤柱。但是村庄已迁出，无需留村庄保护煤柱。5）保护煤柱总的储量损失为：19325146.7+2824720.8+6365568=28515435.5t表2-5 保护煤柱损失量 煤柱类型占用储量/t 工业广场保护煤柱19325146.7 断层保护煤柱2824720.8 井田边界保护煤柱6365568 村庄保护煤柱0 合 计 28515435.52.3.2可采储量计算可采储量由下公式计算： 式中：Zg-矿井工业储量，万t； P-保护煤柱损失储量，万t； C-采区回采率，取85%。则，Zk=（24800- 2832.39 ）85% = 18851.691万t2.3.3井田储量汇总表在井田内水平煤层工业储量和可采储量汇编成表，见表2-6：表2-6 井田储量计算表 类别 水平工业储量/万吨煤柱损失/万吨可采储量/万吨全矿井250302851.5418851.691第一水平11030.21256.68627.053 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规定：矿井设计生产能力按年工作日330天计算。所以，本矿井设计年工作日数为330天。矿井工作制度设计采用“四六”工作制，即三班采煤，一班准备。按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井每昼夜净提升时间18小时。这样充分考虑了矿井的富裕系数，防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或改扩建。因此本矿设计每昼夜净提升时间为18小时。3.2 矿井设计生产能力及服务年限3.2.1矿井生产能力的确定由于范各庄矿井田范围大，煤炭储量丰富，地质构造较简单，煤层生产能力大，开采技术条件好，应建设大型矿井，初步确定矿井生产能力为240万t/a。3.2.2矿井及第一水平服务年限的核算矿井服务年限的计算公式为：式中T矿井的服务年限，a； Zk矿井的可采储量，万t； K矿井储量备用系数，取K=1.4； A矿井设计生产能力，万t/a。由第二章计算结果可知：矿井可采储量为18851.691万t，则矿井服务年限为 T =18851.691 240 1.4= 56.1a 50a以上结果符合煤炭工业矿井设计规范的规定。第一水平服务年限的计算公式为： 式中T1 第一水平的服务年限，a； Zk1 第一水平的可采储量，万t； K 矿井储量备用系数，取K=1.4；A矿井设计生产能力，万t/a。由第二章计算结果可知：第一水平可采储量8627.05万t，则第一水平服务年限为 T1 = 8627.05240 1.4= 25.7a25a 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70353.05.060301.22.4502520150.450.940201515以上结果符合煤炭工业矿井设计规范的规定。经过矿井及第一水平服务年限的核算，二者均符合煤炭工业矿井设计规范之规定，因此最终确定矿井的生产能力为240万t/a。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些列巷道进入煤体，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、位置及其相互关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广场的位置。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。必须贯彻执行煤炭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，是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、自动化创造条件。根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其他有益矿物的综合开采。4.1.1 井筒形式及数目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。平硐开拓受地形及埋藏条件限制，要求地形条件合适，即在煤层赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地区，且便于布置工业广场和引进铁路，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，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，人员可以迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长，辅助提升能力小，提升深度有限；通风线路长，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，立井井筒比斜井井筒容易施工；对地质构造和煤层产状都比较复杂的井田，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。综合范各庄南煤矿的实际情况：（1）表土层较厚，平均为50m，且风化严重；（2）地处平原，地势平坦，地面标高平均为+29m左右，煤层埋藏较深，距地面垂深在250900m之间。（3）井田范围内煤层倾角719，平均13，为缓倾斜煤层。因此，斜井开拓和平峒开拓均不适用于范各庄南矿，确定井筒形式为双立井。2）井筒数目确定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。范各庄南矿为新建矿井，且瓦斯涌出量低，综合考虑后确定布置 1 个主井、1