毕业论文范文——厚煤层综放开采提高回采率技术研究

华北科技学院毕业设计（论文）摘要本设计包括两个部分：一般部分和专题部分。一般部分为新集一矿1.2 Mt/a新井设计，全篇共分为十个部分：矿井概括及井田地质特征、井田境界及储量、矿井工作制度和设计生产能力、井田开拓、采区巷道布置、采煤方法、井下运输、矿井提升、矿井通风与安全和矿井主要经济技术指标。新集一矿井田，位于新集一矿位于凤台县城西约17公里处。井田内的可采煤层,13煤、11煤，其中主采13煤，该煤层赋存稳定，平均厚度2.6米。倾角平均为12，为缓斜厚煤层。井田内工业储量1.358108吨，可采储量0.993108吨。矿井最大涌水量为1170m3/h，相对瓦斯涌出量4.07m3/td，属于瓦斯矿井，煤层有煤尘爆炸危险性和自然发火现象。新集一矿年设计生产能力120万t/a，服务年限59年。采用立井双水平，主副暗斜井延伸开拓，第一水平标高-550m，第二水平标高-800。矿井采用走向长壁式综合机械化采煤法。矿井布置一个综采工作面保证全矿井的产量，长度220m，煤的运输采用皮带运输。矿井的通风方式采用两翼对角式通风。 专题部分为厚煤层综放开采提高回采率技术研究关键词：走向长壁；综采；两翼对角式通风；立井 ABSTRACTThis design including two parts: general part and special part. General part of Xinji mine 1.2 Mt/a new well design, whole is divided into ten parts: thesummary and mine geological characteristics, field boundary and reserves, mine workingsystem and design of production capacity, field development, mining roadway layout and mining method, underground transportation, mine, mine ventilation and safety and coal mine main economic and technical index. Xinji mine field, located in Xinji about 17 kilometers from west of a mine is located in fengtai county. Minable seam in the mining field, coal 13, 11, of which the main mining coal, the coal seam occurrence stability, 2 .6meters thick, on average. Averaged 12 inclination, slowly inclined thick coal seam. Mine industrial reserves with in 1.358108 tons, recoverable reserves of 0.993 108 tons. Mines largest water inflow of 1170 m3 / h, relative gas emission 4.07 m3 / t, belongs to the low gas mines, Coal seam with coal dust explosion risk and spontaneous combustion phenomenon. Xinji YiKuang annual design production capacity of 1.2 Mt/a, the service life of 59 years. Uses vertical shaft double level, deputy dark tilt well, the first level elevation - 550 m, the second level elevation 800m. Mine used to long wall comprehensive mechanized coal mining method. Mine layout a fully mechanized coal face to ensure all production of the mine, a length of 220 m, coal transportation by belt. Using the central diagonal ventilation of mine ventilation. The general part is the thick coal seam to improve the recovery rate of full-mechanized caving mining technology research.Key words:Alignment long wall；fully mechanized mining；two-way diagonal ventilation system；Vertical shaft目录一般部分1 矿区概述及井田地质特征11.1 矿区概述11.2 井田地质特征2 1.2.1井田地质构造2 1.2.2 煤系地层划分及其特征3 1.2.3 井田水文地质71.3 煤层特征8 1.3.1 可采煤层情况8 1.3.2 煤的物理性质8 1.3.3 煤的围岩特性9 1.3.4 煤的特征9 1.3.5 瓦斯102 井田境图界及储量界及储量112.1 井田境界112.2 井田工业储量的计算112.3 井田可采储量12 2.3.1 永久煤柱煤量123 矿井工作制度和设计生产能力153.1 矿井工作制度153.2 矿井设计生产能力及服务年限15 3.2.1 校核矿井煤层的开采能力是否满足设计生产能力的要求15 3.2.2 校核各种辅助生产环节的能力16 3.2.3 校核储量条件16 3.2.4 校核安全条件164 井田开拓184.1 井田开拓的基本问题18 4.1.1 确定井筒的形式、数目、配置18 4.1.2 确定工业广场及井口位置19 4.1.3 确定开采水平和阶段高度20 4.1.4 开采水平布置214.2 矿井开拓方案比较21 4.2.1 确定井田开拓方式的原则21 4.2.2 井田开拓方案的提出224.3 矿井基本巷道27 4.3.1 井筒特征、用途及装备27 4.3.2 井底车场30 4.3.3 井底车场硐室31 4.3.4 主要开拓巷道325 准备方式采区巷道布置375.1煤层的地质特征37 5.1.1煤层埋藏条件37 5.1.2煤质特征37 5.1.3煤层顶、底板条件37 5.1.4煤层的含瓦斯特征37 5.1.5水文地质特征37 5.1.6煤尘的爆炸性和自燃发火危险性38 5.1.7地质构造38 5.1.8地表特征385.2 区域巷道布置及生产系统38 5.2.1首采区区域概况38 5.2.2采煤方法及工作面长度的确定39 5.2.3采区上山的布置39 5.2.4区段平巷的布置40 5.2.6采区运输，通风生产系统的确定405.3采区车场设计40 5.3.1采区上部车场形式的选择40 5.3.2采区中部车场的选择41 5.3.3采区下部车场的选择及设计41 5.3.4 采区主要硐室的布置435.4采区采掘计划45 5.4.1采区主要巷道参数确定46 5.4.2确定采区生产能力49 5.4.3计算采区回采率506 采煤方法526.1 采煤工艺方式52 6.1.1设计区域地质条件52 6.1.2 采煤方法及其机械化程度的确定52 6.1.3 回采工作面参数的确定53 6.1.4 回采工作面破煤、装煤方式及相应设备的选择54 6.1.5回采工作面运煤方式及其运输设备的选择56 6.1.6工作面支护方式及采空区处理57 6.1.7 工作面设备布置60 6.1.8采煤工艺60 6.1.9 劳动组织和循环作业图表62 6.1.10 回采工作面吨煤成本646.2 回采巷道布置65 6.2.1回采巷道布置方式65 6.2.2回采巷道断面选择及其掘进方式657 矿井运输和提升697.1概述69 7.1.1井下运输的原始条件和数据69 7.1.2矿井运输系统69 7.2采区运输设备70 7.2.1设备选型原则70 7.2.2采区运输设备选型及能力验算70 7.2.3运输设备的运输能力验算71 7.2.4采区绞车运输能力验算727.3大巷运输设备75 7.3.1 大巷运输方式的确定76 7.3.2 主要运输大巷设备选择76 7.3.3 辅助运输大巷设备选择78 7.3.4 运输设备能力验算828 矿井提升848.1 设计依据84 8.1.1 主井提升84 8.1.2 副井提升858.2 主副井提升设备的选型85 8.2.1 小时提升量85 8.2.2 合理的提升速度85 8.2.3 一次循环时间86 8.2.4 一次合理提升量的确定87 8.2.5 计算一次提升循环提升时间Tx和所需的提升速度vm898.3 提升钢丝绳的计算898.4 提升机与天轮的选择计算91 8.4.1 滚筒(或摩擦轮)直径的确定91 8.4.2 天轮的选择91 8.4.3 提升机强度校验928.5 提升电动机的预选92 8.5.1 电动机功率的估算92 8.5.2 估算电动机转数938.6 提升机与井筒的相对位置93 8.6.1 井架高度939 矿井通风与安全959.1矿井通风系统选择95 9.1.1矿井概况95 9.1.2矿井通风系统的基本要求95 9.1.3矿井通风类型的确定96 9.1.4设计服务范围的确定99 9.1.5主扇工作方法的确定99 9.1.6采煤工作面通风类型的确定1009.2采区及全矿所需风量101 9.2.1 矿井所需总风量的计算101 9.2.2 风速验算1049.3 矿井通风阻力的计算104 9.3.1 计算原则104 9.3.2 通风容易和通风困难两个时期位置的确定105 9.3.3 矿井通风总阻力计算105 9.3.4矿井等积孔的计算1079.4 通风设备的选择108 9.4.1选择通风机的基本原则108 9.4.2主扇的选择计算109 9.4.3电动机的选择110 9.4.4反风措施1109.5防止特殊灾害的安全措施111 9.5.1井下防尘111 9.5.2瓦斯的预防111 9.5.3火灾的预防11210 矿井基本技术经济指标113参考文献114专题部分0 引言1161 国内外综采放顶煤提高回采率研究现状1161.1 综放开采煤炭损失研究现状1161.2 提高综放回采率技术措施研究现状1172 放顶煤回采损失分析1182.1顶煤冒放性1182.2 采区各种煤柱损失1182.3 综放工艺损失1193 综放工作面煤炭损失几何形状理论计算1203.1初采损失1203.2末采损失1223.3端头损失1234提高综放回采率的途径1234.1提高综采放顶煤工艺方面的措施1244.2合理选择综放面设备1264.3优化采区巷道布置1294.4加强储量监督管理，健全计量管理1295结论130参考文献130致谢131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 矿区概述新集一矿位于凤台县城西约17km处。西接规划中的连塘李井田，东邻新集二矿，北与张集煤矿相接，行政区划属凤台县新集镇及张集乡管辖。矿井范围：西起14勘探线，东止1勘探线，南自1煤层与阜凤逆冲断层或下夹片断层交面线之垂直投影，北到采区登记边界。东西走向长6.85km，南北平均宽度3.65km，面积约25km2。本矿水陆交通方便。淮南阜阳铁路从本矿中部通过，矿区中心的张集火车站到蚌埠141km，西至阜阳69km，分别与津浦、徐阜、京九铁路相接；潘集谢桥、凤台张集公路在矿井中部通过，且与凤台颖上、凤台利辛、凤台蒙城、颖上利辛等公路相接，可通往周围各县市，运外输极为方便。矿井交通位置见图1-1。图1-1 交通位置图1.降水量：年最大降水量1154.5mm（1967年），年最小降水量345mm（1968年）；月最大降水量668.2(1967年8月)mm，月最小降水量为零（1963年1月和1967年12月）；日最大降水量339.6mm(1963年8月20日)。本区降水量的特点是集中在6、7、8三个月，约占全年的87，而且多暴雨。2.蒸发量：年最大蒸发量是2186mm(1961年)，年最小蒸发量1670.4(1971年)mm，月最大蒸发量是430.1(1962年5月)mm，月最小蒸发量30.5(1968年12月)mm。蒸发量一般大于降水量的2倍，除7、8月份降水量大于蒸发量外，其它各月一般蒸发量均大于降水量。尤其是5、6月份气温转暖，而降水量很小，常显旱象，亦为本区气候之特点。3.气温：月最高平均气温27.2（1968年7月），月最低平均气温-7.9（1969年1月），日最高气温40.3，日最低气温-22.9（1968年12月15日）。气温最高在6、7、8三个月，最低在12月和1月年平均气温在9.8-12.2之间。最大冻土深度780mm（1961年1月21日-24日）。初冻日期一般在11月份（最早时1961年10月29日即开始），解冻一般在三月份（最晚为1969年4月24日）。1.2 井田地质特征1.2.1井田地质构造矿井内总体构造形态是阜凤逆冲断层将外来系统由南向北推覆在原地系统（含煤地层）之上，由于受由南向北强大的压应力影响，阜凤推覆构造以上迭式分支断层形式发生全面推覆，形成迭瓦扇构造组合。原地系统由石炭系、二叠系及其下伏地层组成，其中二叠系是主要煤地层，其构造线方向与外来系统大体一致，走向东西北西西，倾向北，中深部发育有一定数量的断层及宽缓褶曲，走向也显示波状起伏，总体为一单斜构造。南部地层产状平缓，一般510，中部1020往深部（北部）地层倾角逐渐加大，一般为2530左右，矿井的东北部近谢桥向斜轴附近，倾角50以上。原地系统构造共发现褶曲构造3条和落差20米的断层25条。其中正断层17条，逆断层8条，落差50m的断层12条其中：正断层6条，逆断层6条。落差50m至20m的断层13条，其中：正断层11条，逆断层2条。表11 主要煤层物理特征一览颜色光泽煤岩组分煤岩类型构造块度黄铁矿结核煤13深黑色较亮似玻璃状镜煤，亮煤和暗煤半亮型条带，层状粉-碎块状含煤11深黑色光亮似玻璃状镜煤，亮煤和暗煤半亮型条带，层状粉-碎块状含4.本区主要地表水体为采矿形成的塌陷积水坑，随着开采范围的扩大，面积、坑深也在逐渐增大，面积水坑水位主要受降雨影响。新集一矿矿业分公司属水文地质条件复杂型矿井，现阶段矿井的正常涌水量为8.19m3/min，历史最大涌水量为19.53m3/min。井田内的涌水量比较大，因此在开采设计选取开拓方案时应采取相应的防范措施。本区含水层自上而下分别是：第四纪冲洪积含水层，厚度自143m至434m，共分4个含水层组（僭水及局部承压含水层，第一承压含水层，第二压含水层，第三压含水层）和三个隔水层。第三承压含水层在井田北部，发育有卵砾石层，含水丰富。第三隔水层总厚度2050m，层位稳定，隔水性能良好，使各含水层间基本上无水力联系。第三承压含水层虽直接覆于煤系地层之上，由于普遍有厚度为0.8016.0m的风化带，在强烈的风化带内，粘土岩风化成粘土状，砂岩风化成砂状，岩石较软，裂隙弥合，下部弱风化带的裂隙亦有溶蚀淤塞的情况，风化带起了明显的阻滞作用，大大降低了二者之间的水力联系。综上所述，第四系冲积层及煤系底盘奥陶系灰岩仍为本区主要含水层，矿井生产期间应引起足够注意，以免水患。勘探部门按设计采区方案提供初期涌水量为18.77m3/min，根据本区水文地质条件，结合实际涌水量，本设计暂定矿井生产期间涌水量为19.5m3/min。矿井瓦斯等级为低瓦斯矿井，有煤尘爆炸危险。各煤层均有自然发火倾向。1.2.2 煤系地层划分及其特征新集一矿井田煤系地层主要由石炭系、二叠系地层组成。基底为经过长期剥蚀夷平的中奥陶统，上覆地层为上二叠统古冶组陆相碎屑岩。含煤建造由一套海相、过度相、陆相地层组成。煤系地层综合柱状图(见图1-2)煤系地层各组厚度变化、岩性特征及所含标志层分述如下： 奥陶系中统（02）本区钻孔揭露最多者15.89m，岩性为浅灰灰白色石灰岩，质纯性脆，时夹薄层状灰质粘土岩及白云质石灰岩或豹皮状灰岩。顶部有古风化壳迹象，含黄铁矿结核，裂隙溶洞较发育，有时被铝土质充填。 石炭系（C）上限为煤12顶板细粉砂岩之顶界，与上复二迭系地层呈整合接触。下限为奥陶系 图1-2 煤系地层综合柱状图石灰岩顶面，两者呈平行不整合接触。地层厚度约200m，分中上两统，下统缺失。 石炭系中统（C2）本统直接覆盖于奥陶系石灰岩之上，上限至第三海浸线K3石灰岩顶面，地层厚度介于46.0861.77m，平均为52m。岩性特征是：岩层颜色较浅，多为浅灰灰色，并夹有少量紫色（在K2灰岩以下），以粘土岩和粉砂岩类为主。岩石大致百分比为中粗粒砂岩占10.74，细砂岩占3.56，粉砂岩占19.71，粘土岩占56.62，煤层占0.59，石灰岩占8.78。层理不明显，粘土岩一般呈团块状构造，植物化石保存较少，在石灰岩及其顶板细粉砂岩中，富含海相动物化石，菱铁质鲕粒及结核发育，并含有黄铁矿结核和散晶。除部分粘土岩外，在一般岩层中皆含不同程度的钙质。本统岩相组合特征是:下部厚约25m为滨海湖泊大相的碎屑岩沉积，向上逐渐转为浅海薄层灰岩相和过渡相的交替沉积，构成三个完整的小旋回。每个旋回一般由浅海沉积（第I1旋回为滨海湖泊）起，经过渡相，终止于浅海灰岩相。标志性岩层：K3 至K4之间有：深灰色浅海相粉沙岩或粘土岩，细腻质纯性脆，含腕足类珊瑚等动物化石，为石K3灰岩直接顶板。一般厚度9m左右。K4 至K5之间有：浅灰色细中粒沙岩：成分以石英为主，次为少量岩屑等，分选及滚圆度中等，拟质孔隙式胶结，夹碳质层纹，显水平层理和缓波层理状，岩石成分比较单纯，易于煤系地层中的沙岩相区别。位于井筒西北部常相变为粗砂岩，厚度达20m左右（至煤17以上），风井以东见薄，井相变为细砂岩，一般厚度5m左右。K5 至K6之间有深灰色细粉砂岩：致密而细腻，性脆质地均一。富含黄铁矿石结核，底部见有少量海百合等动物化石，为K5灰岩之直接顶板。一般厚度7.5m左右。深灰色粉砂岩和灰色细砂岩互层带：以前者为主，显条带状，具水平层理及缓波状层理，含植物化石碎片和较完整的假蛋形翅羊齿等植物化石。灰色细砂岩，致密坚硬，泥至孔隙基底式胶结，具水平层理和缓波状层理，时为煤12下直接底板，以坚硬为特征，易与其他砂岩相区别，一般厚度4m左右。 徐庄组地层厚度74.4179.41m，平均55m。岩性特征是：浅灰深灰色。以粉砂岩为主，但比开平组为少，而厚层状中粒砂岩相对增多。岩石大至百分比为，中粗粒砂岩占12.9，细砂岩占12.4，粉砂岩占44.14粘土岩占9.9，煤层占19.73，其它站0.93。植物化石以翅羊齿类居多，一般赋存在煤8顶板粉砂岩和煤11煤13之间粉砂岩两个化石带内。岩相组合特征是以滨海湖泊相为主，并有泻湖海湾相，湖滨波浪带相、湖泊三角洲相等沉积。本组地层可划分为三个完整的小旋回。海退相序地层厚度为36m，海进相序地层厚度为19.13m说明地壳处于缓慢的波浪式上升。 且升降幅度较小。所以在每个小旋回的中上部均有泥炭沼泽沉积相，赋存有主要可采煤层（煤13煤11）及不稳定的不可采煤层（煤8）标志性岩石及化石带有：煤8下顶板下粉砂岩：深灰黑灰色，细腻含炭质及黄铁矿散晶，棕褐色条痕，贝壳状断口，富含腕足类，瓣鳃类和海百合等动物化石，一般厚度在一米左右。煤8至煤11之间的粉砂岩：近煤12处为深灰色细粉砂岩频繁交替出现，显条状带外观，其下岩性渐细，底部为细粉砂岩或粘土岩，致密而细腻，质地均一纯净，细水平层理明显，井田西北部为浅灰银灰色，而东南部则渐变为深灰色，岩性标志，易于对比，厚度16m左右。煤13顶板粉砂岩：深灰色，岩性致密，质地均一，具水平层理及缓波层理。采集有假蛋翅羊齿、开平翅羊齿、直脉翅羊齿类、星轮木、纤细轮木、长方楔叶、芦木苛达树等化石，为本组植物化石富集层之一,厚度一般在5m左右。煤11煤12之间粗砂岩：浅灰色，成分以石英、岩屑、燧石为主。分选较差，滚圆度为半园状。泥质孔隙基底式胶结，局部含钙质。具水平层理、斜层理、交错层理等。全区沉淀稳定（特别是井田西部），仅局部地段相变为细砂岩。一般厚度约12m。煤11顶板细粉砂岩：呈灰深灰色，致密，显水平层理及缓波状层理，含菱铁质结核，采集有星轮木、楔叶木、细羊齿、苛达树等化石，亦为本组植物化石富集层之一，一般在4m左右。 二叠系（P）板湖泊相细粉砂岩之顶界，与下伏地层呈整合接触。上限为第四系松散沉积物，呈不整合接触。在井田内保留地层最大厚度约560m。 二叠系下统（P1）上限为A层铝土直粘土岩顶界，于上统呈整合接触。本统地层厚度约为278m，分上、下两组。上组为唐家庄组，下组称为大苗庄组，其中大苗庄组是主要含煤地层之一。标志性岩层及化石带：煤9顶板细粉砂岩：呈灰深灰色，致密，具细水平层理及层庄菱铁质结核。采集有星形轮木、细羊齿、芦木。苛达树，东方尼式苏铁等植物化石，为本组化石富集层之一。一般厚度在3m左右。煤8底板砾状粉砂岩：呈浅灰色，局部含钙质。具有大量灰绿、灰白色粘土岩块。该层随82尖灭而消失。在井筒附近厚度增大，常为煤9直接顶板。但凡为煤9直接顶板时，煤9则变薄或不可采。该层一般厚度4m左右。煤7顶板细粉砂岩粘土岩：为灰黑色，岩性细腻。性脆，呈菱角状及贝壳状断口，富含菱铁质结核及黄铁矿细晶。采集有腹足类、斧足类、腕足类、海百合等动物化石，为本区最上一次海侵。该层可能相当于蓟玉煤田煤6顶板。一般厚度3米左右。煤6顶板粉砂岩：呈深灰色，欠均匀，有堆砾现象，加灰色细砂岩薄层，局部显水平层理及缓波状层理。采集有假蛋形翅羊齿、带羊齿、楔叶木、轮木、苛达树、细羊齿等化石，为本组植物化石富集层之一，一般厚度6m左右。煤5至煤6之间中粒砾岩：呈浅灰绿色，成分为石英、岩屑、长石、燧石等。分选较差。滚圆度中等，泥质孔隙基底式胶结，夹炭层纹 及煤化物质，以颜色易与下部砾岩相区别，一般厚度4m左右。 二叠系上统（P2）保存有古冶组（P12）地层，最大厚度约300m。本组属陆相沉积，河床相粗碎屑砂质岩居多。岩石大致百分比为，中粗粒砂岩占46.06，细砂岩占0.388，粉砂岩占45.69，粘土岩占7.87。本组地层大致可分为六段。每一岩段皆有河床相中、粗粒砾岩起，至湖泊相或湖沼相细碎屑岩（粉砂岩或粘土岩）止。反映了六次河流活动的巨周期（详见地层综合柱状图）。岩性特征，中粗粒砾岩皆为灰白灰紫色。成分为石英、燧石、岩屑、长石等。分选及滚圆度均不好，夹炭质层纹及紫色条带，显大型直线形斜层理。粉砂岩一般以灰紫色为主，褐铁矿结核发育，显花斑状结构，呈团块状构造。植物化石少，一般多赋存在上部铝土质粘土岩以下30m至A层以上40m之间的粉砂岩中。采集有细羊齿、楔叶木、轮木等植物化石。标志性岩层有：A0层铁质粘土岩：紫红色，岩性致密，性脆质地均一，呈角状断口，含豆状铁质结核及鲕粒，平均厚度5m，该层底板紫灰或灰白色粗砾岩极为标志，易于对比。上部铝土质粘土岩：灰紫色，致密、细腻，有滑感，含铁质结核及鲕粒，显花斑状结构，平均厚度4.53m。本层顶板至上部铁质粘土岩间均为紫灰紫色粗砾岩（或含砾粗砾岩），于A层至A0层之间砂岩相似，但该层颜色较紫。上部铁质粘土岩：岩性与A0层铁质粘土岩颇为相似，但该层更为细腻据仓补17化验结果SiO2为37.28Ae203为24.87。Fe2O3为13.50，烧失量为13.56，平均厚度为5.69m。 第四系松散沉积物主要由粘土曾、砂层、砾石层极少量卵石层所组成。一般70m以浅砂层或砾石层较多，深部则以粘土层为主。冲击层底部之卵石层在北部及东北部较发育，厚达30m以上。在较稳定的两层粘土层之中富含淡水动物介壳，为良好的对比标志及隔水层。第四系厚度变化较大，由井田北部的143.78m至东南部达434m以上。1.2.3 井田水文地质矿区年降水量在350mm-800mm之间，由于冲积层的存在，阻隔了大气降水与矿坑涌水之间的联系，矿井用水量基本不受季节的影响。矿区地表水系主要包括后湖。矿井采动塌陷坑积水量随开采面积的扩大而增加。所有地表水均直接补给潜水层。矿井直接充水含水层包括：第三含水层、第四含水层、第五含水层。其特征见表1-2。表1-2 含水层划分表含水层编号含水层名称含水层富存情况单位流水量渗透系数水质类型1第一含水层含水丰富2.146升/秒米182.714米/昼夜重碳酸钙镁型2第二含水层含水性弱0.0455升/秒米0.261米/昼夜硫酸钙镁型3第三含水层含水性中等，局部较强0.01970.0566升/秒米0.15010.77米/昼夜重碳酸钠型4第四含水层含水性弱0.0160.0584升/秒米0.1541.742米/昼夜重碳酸钠型5第五含水层含水性中等，局部较强0.06030.228升/秒米4.526米/昼夜重碳酸钠型6第六含水层含水性弱0.040.0196升/秒米0.02480.211米/昼夜重碳酸钠型1.3 煤层特征1.3.1 可采煤层情况井田内可采和局部可采煤层共三层，即煤8、煤11、煤13。其中主要可采煤层共有2层。即：煤11和煤13，其余绝大部分不可采。1.3.2 煤的物理性质8煤层为复杂结构煤层，含有1-2层泥浆，粉砂岩夹石。煤岩类型以亮型为主，界限明显，内生节理发育，玻璃光泽。平均厚度0.8m，该煤层为不稳定煤层。11煤层为复杂结构煤层，有夹石1-2层，层位稳定，全井田可采，局部相变为炭质泥岩，平均厚度为1.4m。采性指数为0.95，煤厚变异指数为0.8，该煤层为稳定煤层。13层为复杂结构煤层，有夹石1-2层，厚度、岩性均变化较大，该煤层只在F1断层西北及北侧和井田东南角可采，其他部位变尖或尖灭，平均厚度为2.6m，可采性指数为0.73，煤厚变异指数为0.812，该煤层为稳定煤层。他们的结构、厚度及特征见表1-3。表1-3 可采煤层特征表序号煤层名称煤层厚度/m层间距/m倾角/()硬度容重稳定性最小最大平均113煤2.232.680120.4-0.91.4较稳定211煤1.11.51.4110.4-0.81.4较稳定1.3.3 煤的围岩特性新集一矿煤层顶底板岩性变化大，围岩岩石力学性质差异明显。（1）煤11顶板：条带状灰色粉砂岩，致密，显水平层理及缓波状层理，并含有大量的菱铁质结核，薄层，岩石大部分为碎块状，层面含有方解石膜，该层含有星轮木、楔叶木、细羊齿、芦木、柯达木苛达木等植物化石，层厚04m，通过回采过的工作面观测，直接顶初次垮落步距46m，老顶初次来压步距3m，老顶周期来压步距1012m，顶板属1类1级。 （2）煤13顶板：顶板为坚硬的岩层，厚度为2.6m。且层理呈水平或缓波状，泥质胶结。 1.3.4 煤的特征 煤的物理特征新集一矿井田内各煤层均属腐植煤，煤层颜色一般为深黑色，条痕黑褐色或黑色带有褐色。呈较亮的似玻璃光泽，硬度和韧性较大，脆性较小，煤岩组分以亮煤和暗煤为主，次为镜煤，丝炭少见。各煤层物理特征见表1-4。表1-4 煤层物理特性特征煤层颜色光泽煤岩组分煤岩类型煤的结构和构造块度黄铁矿结核煤11深黑色较亮的似玻璃状光泽镜煤亮煤和暗煤半亮型条带状，透镜状结构，层状结构粉-碎块状含煤13深黑色光亮的似玻璃状光泽镜煤亮煤和暗煤半亮型条带状，透镜状结构，层状结构粉-碎块状含 煤化学分析：原煤工业分析见表1-5。表1-5 可采煤层原煤工业分析综合表项目煤层灰分Ag(%)硫分S(%)挥发分Vr(%)发热量(卡/克)煤质牌号1126.72-38.2931.090.43-0.580.4727.73-36.8029.865520-765260601-2号肥煤为主，局部肥焦煤和气肥煤1326.72-38.2928.71.05-2.441.6327.73-36.8029.865520-765560301 2 均为气肥煤1.3.5 瓦斯 全矿井瓦斯相对涌出量为4.07m3/t，绝对涌出量为12.95m3/min，区域最大相对涌出量为9.22m3/t，属于级瓦斯矿井。2 井田境图界及储量界及储量2.1 井田境界根据埋深及井田构造情况，本矿井井田境界确定如下：井田深部以各煤层的-850m底板等高线为界；浅部以各煤层的-200m地板等高线为界；西部以第27号探测线为界；东部以第17号探测线为界。根据以上确定的井田境界，井田走向长为6.85km；倾向长为3.65km，面积为25km2。2.2 井田工业储量的计算工业储量的确定根据矿井的地质情况，在目前的煤炭工业水平条件下，煤的总厚度为4m所以工业储量为： Zc=2.42510741.4 1.358108 t2.3 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）4006000.450.62403000.70.81201800.91.045901.21.3（指标中中小井取大值，大井取小值）本矿井井型为1.2Mt/a，工业广场占地面积为： 12011. 2105 m2设计工业广场形状为长方形 长为400m, 宽为300m。围护带宽度为：20 m地面标高+25 m；表土层厚100 m；第一水平-550 m。工业广场三视图如下页图2.2所示：工业广场保护煤柱 高h913.2m 上底长L1749.4 m 下底长L2913.2 m水平梯形面积 S（L1L2）h/2m2则工业广场损失煤量为： 759143.1641.44251201.696t井田边界煤柱按50 m 宽留设,井田边界的总煤柱损失为： 197504501.45530000t井田内有F10小断层,留设12m煤柱，则其保护煤柱为：74301241.4499296t 其他保护煤柱为1386000吨所以，矿井可采储量的计算公式为： Z（ZcP）C 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。带入数据，得 Z（1.3581084251201.69655300004992961386000）0.80% 0.993108t。（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15m宽的维护带，得受保护面积abcd。（2）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=35两条保护线，即m1m2，n1n2。然后在基岩中于下山和上山方向按上山移动角=70动角=70，与煤层相交得n和k，则通过图2-2 工业广场煤柱损失示意图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=70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A B C D。煤柱是一个梯形。3 矿井工作制度和设计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 煤炭工业矿井设计规范规定：“矿井设计生产能力按工作日330 d 计算。每天3班作业，每天净提升时间为16h。”因此，设计时按矿井年工作日330 d，每天3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，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，要建型大矿井。初步确定本矿井的设计生产能力为1.2Mt/a。3.2.1 校核矿井煤层的开采能力是否满足设计生产能力的要求矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力，本矿井计划用一个带区的一个高产、高效工作面保证全矿井的产量。主采煤层厚度2.6m，工作面长度220m，采煤机截深0.8 m，每天进6刀，一年330 d，工作面回采率95% ，则综采面的生产能力为： 2202.60.863301.4095% 1205043.84t能够满足矿井设计生产能力1.2Mt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3.1：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矿井服务年限可用下式计算：T=Z/AK (3-1)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，这里取1.4。对于本矿井 T =0.993108 /（12000001.4） =59a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。矿井涌水量较大，可通过设置辅助水平和选择较大功率的水泵来解决。经校核矿井的安全条件也满足矿井省级生产能力的要求。综上所述，本矿井的设计生产能力为1.2Mt/a。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，关系到安全生产。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 井筒形式的选择煤层赋存和地形等具有平硐开拓条件时，应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。煤层赋存较浅，表土层不厚，水文地质情况简单的缓倾斜、倾斜煤层，应采用斜井开拓，各种提升方式的斜井及井筒倾角规定如下：串车提升 25箕斗提升 2535输送机 16对于有条件的矿井，在急需煤地区，其浅部可采用片盘斜井开拓，提前出煤，由小到大，然后集中斜井开拓，片盘斜井可一个片盘，一个片盘准备。采用立井开拓条件一般为：（1）水文地质条件复杂，井筒需要特殊施工时;（2）煤层赋存较深或冲积层厚时；（3）多水平开拓的急倾斜煤层；（4）其他井筒形式无法开拓的条件。 新集一矿井田含煤地层被第四系冲积层覆盖，地势平坦，不存在平硐开拓条件。地面标高一般在+3031.5m之间。井田西南侧为低山残蚀丘陵，地势由西南向东北逐渐减低。煤层埋藏深度达100-900m，为弱中等含水层。立井开拓的适应性较强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制；在采深相同的条件下，立井的井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利；井筒的断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的的要求，且阻力小，对深井更为有利；当表土层为富含水的冲积层或流沙层时，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，能兼顾井田浅部和深部不同产状的煤层。因此，综合以上因素确定设计采用立井开拓方式。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。新集一矿为新建矿井，且瓦斯涌出量低，所以设1个主井、1个副井、2个风井。4.1.2 确定工业广场及井口位置1 工业广场位置的确定要满足以下的原则：（1）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。（2）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。（3）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。（4）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。（5）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。本矿井工业广场和主副井井口布置在井田中央部分。2 风井位置的确定风井位置应根据通风系统合理选择（1）采用中央边界式通风系统时，主、副井筒设在井田中央，风井设在井田上部边界中央。（2）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，