[工学]中国矿业大学2009届本科生毕业设计.doc

目 录一般设计部分1 矿区概述及井田地质特征11.1矿区概述11.1.1井田位置、范围和交通11.1.2自然地理21.1.3气象21.1.4矿区水源及建筑31.2井田地质特征31.2.1地层31.2.2构造61.2.3 水文地质特征71.2.4含煤地层111.3煤层特征131.3.1煤层埋藏条件131.3.2煤层围岩性质131.3.3煤质特征142 井田开拓152.1井田境界及可采储量152.1.1井田境界152.1.2工业储量152.1.3永久煤柱损失量计算162.1.4可采储量182.2矿井设计生产能力及服务年限192.2.1矿井工作制度192.2.2矿井设计生产能力192.2.3服务年限192.3井田开拓202.3.1井田开拓的基本问题202.3.2矿井基本巷道302.4大巷运输设备选择392.4.1煤炭运输392.4.2辅助运输402.5矿井提升423 采煤方法及采区巷道布置433.1煤层地质特征433.1.1煤层埋藏条件433.1.2煤质特征433.1.3煤层顶底板围岩性质433.1.4其他开采技术条件443.2采区巷道布置及生产系统443.2.1首采区位置及范围443.2.2采区煤柱尺寸的确定453.2.3采区巷道布置453.2.4采区通风系统和运输系统483.2.5 采区巷道掘进方法483.2.6 采区生产能力483.3 采区车场及主要硐室493.3.1采区车场设计493.3.2采区主要硐室513.4 采煤方法523.4.1 采煤工艺方式523.4.2 回采巷道布置574 矿井通风594.1矿井概况594.1.1矿井自然条件594.1.2开拓方式594.1.3开采方法594.2矿井通风系统选择604.2.1矿井通风系统的基本要求604.2.2矿井通风方式614.2.3矿井通风方法654.3采区通风664.3.1采区上山通风系统664.3.2回采工作面通风方式674.3.3采区通风构筑物694.4掘进通风694.5矿井所需风量754.5.1矿井总风量的计算754.5.2矿井风量分配784.5.3 风速验算794.6矿井通风阻力804.6.1矿井通风阻力的计算原则804.6.2矿井通风容易时期和困难时期804.6.3矿井通风阻力计算824.7矿井主要通风机选型854.7.1矿井自然风压854.7.2通风机工作风量864.7.3通风机工作风压864.7.4通风机的选择874.7.5电动机的选择894.8矿井反风措施及装置904.8.1矿井反风的目的和意义904.8.2矿井反风设施的布置914.9概算矿井通风费用924.10矿井通风系统评价935 矿井安全技术措施955.1矿井火灾955.2煤尘985.3矿井瓦斯防治及抽放设计1005.3.1矿井瓦斯地质条件1005.3.2矿井及采区瓦斯涌出概况1005.3.3矿井瓦斯防治措施1015.3.4矿井瓦斯抽放103参考文献107专题部分千秋矿本煤层瓦斯抽放基础参数分析与优化110翻译部分英文原文122中文译文135致 谢145 一般设计部分第148页中国矿业大学2009届本科生毕业设计1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1井田位置、范围和交通1) 井田位置千秋井田位于河南省义马煤田中部，洛阳至三门峡之间，属义马市及渑池县辖区。井田处在河南省义马市之南12km，地理座标东经1114511 1115105，北纬344136 344316。2) 井田范围千秋井田北起2-3煤层露头线，南至F16断层；东邻北露天矿和跃进煤矿，西接耿村煤矿。全井田走向长3.16.3km，倾斜长1.744.4km,面积17.986km2，确切范围以2000年7月国土资源部批准的采矿许可证（证号：4100000040749）坐标圈定范围为准。3）井田交通图1-1 千秋煤矿交通位置图矿区交通十分方便，北邻310国道及连霍高速公路，陇海铁路从井田内穿过，矿区建有铁路专用线与陇海铁路在义马站接轨，专用线长4km。郑州潼关公路横贯井田北部，距工业广场1.2km。连霍高速在井田北3km处经过，交通条件极为便利。井田交通位置详图见图1-1。1.1.2自然地理1）地形地貌特征本井田以上侏罗统砾岩为骨架，上部广泛分布第四系亚粘土，地形较复杂，属低山丘陵区。标高+437.20+670.73m，最大相对高差233.53m。整个井田呈南高北低的形态，在井田南部构成近东西向分水岭，标高+547.80+670.73m。井田内南北及东西向冲沟发育。井田北部较平坦，季节性河流南涧河自井田北部由西向东流过。2）水文井田内主要地表水为南涧河和石河，石河为南涧河的支流，于下石河处汇入南涧河，汇水面积60.8km2。南涧河经井田浅部横贯东流，义马以上流域面积576km2，最大洪水流量为1446.5m3/s，最高洪水标高为+445.8m，为一典型的季节性河流。石河发源于井田北部山区，在矿井工业广场西部汇入南涧河，平时河床几乎无水，雨后山洪暴发，流量剧增，持续时间较短，为典型的间歇性河流。1.1.3气象1）气候本井田为大陆性气候，夏季干热，冬季寒冷，四季分明，雨量较为充沛和集中。据渑池气象站资料（19572004）：最高气温41.6（1966年6月20日），最低气温-18.70（1969年1月30日），年平均气温12.4。月均最高气温7月分达到2427.8；月均最低气温元月份0.55.1，冬季寒冷天数平均为106天，夏季炎热天数平均为45天。霜冷期最早为9月30日，最晚11月21日，一般在11月中旬，解冰最早在1月7日，最晚为4月24日，一般在3月份，冻结天数为3193天。冻结最大深度为0.34m，一般0.15m至0.21m，最大积雪深度0.30m（1963年3月9日）。 2）降水量年降雨最大约为1013.6mm（1964年），最小为244.6mm（1965年）,平均为700.2mm。月最大降水量为301.4mm（1982年8月），历年各月平均降水量7月份最大，为164.9mm；7、8、9三个月降水量占全年降水量的54.8%。一日最大降水量为138.1mm（1982年7月30日），历年最大连续降水日数12天，降水量达132.1mm，最长连续无降水日数79天。 3）蒸发量年均1951.0mm，最大为2368.7mm,最小为1583.3mm,月均蒸发量最大为293mm，（6月）、最小为81mm (1月)。4）风向59月以东东南风为主，10月至次年4月以西西北风为主，平均风速3.3m/s，最大风速16m/s，西北风对本地区气候影响较大。 5）地震据洛阳地震办公室资料，义马市属5级地震区，震中烈度为67度。曾发生地震有：1847年3月渑池地震，5级，震中烈度6度；1920年6月、1930年，1964年9月和11月先后发生4次地震，中科院将前两次鉴定为6级，1964年地震性质与前两次大致类同。1.1.4矿区水源及建筑本地区为贫水地区，生产生活用水全部取自处理后的井下排水。供水充足，落实可靠。井田地面处于低山丘陵地带，土地较瘠薄，地面没有大建筑物和文物古迹，只有农村农民居住的砖混结构民房和村办小型工厂。矿井建设用的水泥、料石、石子、砂子及砖瓦可就地取材，钢材、木材和管材可以用铁路、公路由火车、汽车运到工业场地。综上所述，矿井外部运输条件好，电源、水源可靠，工农关系不复杂，为本矿的建设创造了良好的外部条件。1.2井田地质特征1.2.1地层千秋井田地表广为第四系黄土层覆盖，基岩仅在一些沟谷中有零星出露。据钻孔揭露，三叠纪、侏罗纪地层广泛分布。下部为含煤岩系，上部为粗碎屑岩系。各系、统之间的不整合面代表了中生代以来所发生的多次地壳运动。以燕山运动最为激烈，它控制沉积构造的形成和形变，奠定了井田构造的格局。新近的构造运动，大面积上升隆起，形成了本地区低山丘陵地貌景观。井田内地层由老到新为三叠系、侏罗系、白垩系、第三系和第四系。井田地层综合柱状图见图1-2，现简述如下：1）三叠系上统潭庄组(Js)：井田内揭露最大厚度为23.54m，岩性组合物特征为：以灰绿色泥岩为主，次为浅绿灰浅灰色细砂岩和粉砂岩，偶夹薄煤层，顶部风化带明显。2）侏罗系中统义马组(Js)：为本井田含煤地层，煤系保留厚度20.199.86m。义马组含煤岩系自下而上划分为四段：底砾岩段，厚0.332.81m，平均7.7m，下含煤段，厚5.3139.34m，平均32.3m，该段为义马组主要含煤段，含二煤组(2-1煤、2-3煤)；泥岩段厚4.4m42.2m，平均24m，上含煤段09.09m，平均3.Om。3）侏罗系中统马凹组(J22)：厚0214.7m，一般183m，本组由紫红色泥岩，粉砂岩，灰绿色粉砂岩、细砂岩和杂色砾岩组成。4）侏罗系上统巨厚砾岩：厚0435.3m，一般厚410m，本统为一套巨厚冲积扇相砾岩层。5）白垩系(K)：厚0269.98m，为一套凝灰质碎屑岩系。6）上第三系(N)：厚023.27m，井田内呈不规则分布，以肉红色、灰白色泥灰岩为主。7）第四系(Q)：厚037.4m，中、上部为砂质粘土和含砾粘土，底部为土黄或砖红色粘土砾层，砾石成分主要为石英岩及石英砂岩。图1-2 千秋煤矿地层综合柱状图1.2.2构造该区大地构造位置属华北板内崤熊构造区北带西端，南以硖石义马逆断层，东北以岸上平移断层和西北的扣门山断层、灰山断层等为界所围限的三角形断块，陕渑向斜展布在其中，义马向斜不整合于其上（图1-3）。图1-3 陕渑义马矿区构造图1）井田基本构造形态千秋井田位于义马向斜北翼，基本构造形态为简单的单斜构造。地层产状平缓，走向近东西，倾向南，倾角1113，沿走向略有变化。2）褶皱构造渑池义马向斜为本区的主要构造单元，它处于北秦岭纬向构造带与北东向中条弧形构造带的夹持部位，其生成、发展和形变严格受东西向构造的控制。义马向斜通常是指由中生代地层组成的向斜构造，向斜北翼地层倾角较缓，一般625，南翼被F16义马逆断层破坏，产状多陡倾、直立或倒转，断续残存在向斜的西南边缘。通过杨村55、52、51、50线剖面图2-3煤层底板向斜枢纽点标高的统计与作图，该向斜枢纽为向西扬起，扬起角1215，轴面倾角40，倾向南，故该向斜为一轴面总体向南倾斜的北翼正常、南翼倒转、局部残存的斜歪倾伏褶皱。3）断裂构造：井田内断裂构造相对较发育，尤以北北东北东向小断裂发育，按其展布方向和力学性质可划分为近东西向压扭性断裂和北东一北东向张扭性断裂两组。表1-1 千秋井田断层特征一览表编号性质产状落差（m）延展长度（m）可靠性走向倾向倾角F16逆S70E南偏西3075311027500可靠F3-9正N321E北偏西47840422400可靠F3-6正NO16E北偏西207506.31900可靠F3-3正N10E北偏西75026.01140可靠主要断层（见表1-1）概述： F16逆断层：断层为近东西方向压扭性断裂，走向S70E，倾向南偏西，倾角3075，落差31102m，其东延入跃进，常村井田，其西延入耿村，杨村井田。井田内延展长度大于7500m，为区域性压扭性上冲断层。 F3-9正断层：该断层为北北东向张扭性断裂，走向N331E，倾向北偏西，倾角4784，落差042m。该断层两侧发育一系列与之平行的小断裂，倾向相同或相反，落差一般小于2m，在其东西两侧约100m范围内构成密集破碎带。 F3-3断层：该断层为北北东向张性断裂，走向N10E，倾向北偏西，倾角75，落差026m，该断层由浅部向深部落差变小至尘灭，为老井与新井田自然分界。总体上说，本井田为简单的单斜构造，大中型断层较少，构造类型简单，对煤炭开采影响不大。1.2.3 水文地质特征本井田地质构造简单，地表为第四系粘土黄土覆盖，基岩零星裸露地表，各含水层间均有稳定的隔水层，大气降水、地表水多呈地表径流排泄，向地下渗透有限，仅通过基岩风化带，导水裂隙及断层带产生越流补给，其它各含水层间无明显水力联系。1)地表水井田内主要地表水为南涧河和石河，石河为南涧河的支流，于下石河处汇入南涧河，汇水面积为60.80km2。南涧河经井田浅部横贯东流，义马以上流域面积576 km2。最大洪流量为1446.5m3/s，雨季地表水、地下水沿冲沟排入南涧河，为一典型的山区河流。2)主要含水层（组）依据地层与组成岩石的给水性、透水性特征及地下水的赋存条件，由下至上分为侏罗系中统义马组底砾岩孔隙裂隙承压含水层、侏罗系中统马凹组砾岩孔隙裂隙承压含水层、侏罗系上统巨厚砾岩孔隙裂隙潜水承压含水层、第三系泥灰岩，砾岩岩溶孔隙裂隙潜水承压含水层、第四系底部砾卵石层孔隙潜水含水层五个含水层（见图1-4）。 侏罗系中统义马组底砾岩孔隙裂隙承压含水层厚032.81m，一般为7.70m,分布于井田浅部和东部,且由东向西逐渐变薄。3776、4004号孔以西相变为含砾粘土、粘土岩，3501、3502孔一带沉积厚度为32.19m。砾石成分以石英岩和石英砂岩为主。泥质基底孔隙式胶结。该层为二煤或2-3煤层的直接底板，钻探遇该层，冲洗液消耗甚小，井下开掘遇本层，未见涌、突水现象。据抽水资料、简易水文地质观测和矿井资料分析，本层含水性微弱，对矿井开拓影响不大。 侏罗系中统马凹组砾岩孔隙裂隙承压含水层厚4.25131.10m，一般为53.93m，侏罗系中统砾岩含量在井田内自东向西逐渐减少，局部地段以透镜体状出现。砾石成分以石英砂岩、石英岩、石灰岩为主的中粗砾岩，次为岩浆岩，砾径大小不等，泥质胶结，中间夹有粉砂岩、泥岩隔水层，含水层水以静储量为主，含水层储水空间有限，补给量小。本层为二煤组顶板直接充水含水层。 侏罗系上统巨厚砾岩孔隙裂隙潜水承压含水层厚96.35435.30m一般为410.40m，本层位于井田中部山脊及其以南地呈半裸露状分布。砾石成分以石英岩、石英砂岩为主，石灰岩、岩浆岩次之，分选性差。顶部风化带有溶蚀现象，发育小溶洞。钻探遇本层，冲洗液漏失严重，最大漏失量为23.52m3/h。该层中下部砾岩胶结完好，含水性弱。据4308号水文观测孔在二氧化碳洗井时，将孔内水全部洗净，水位经262小时恢复290.18m，水位标高+339.30m,说明侏罗系上统厚层砾岩上部风化带富水性较强,而下部则含水性弱,该层对矿井开拓影响不显著。上部水质为HCO3Ca型水，下部水质为HCO3NaCa型。 第三系泥灰岩、砾岩岩溶孔隙裂隙潜水承压含水层厚023.27m，一般为5.00m，井田内均有不同程度的沉积，泥灰岩质纯、蜂窝状溶洞发育，溶洞一般直径为1020mm，最大5070mm。底部为钙质胶结的砾岩。据江苏四队延深勘探资料：井田内大部份钻孔揭露本层时，冲洗液发生较大的消耗，最大消耗量为15.60m3/h，富水性中等，水位季节变化大，变幅为0.955.95m之间。 第四系底部砾卵石层孔隙潜水含水层厚01.67m，井田内局部沉积，岩性由石英砂岩的砾卵石组成，底部直接不整合于下伏地层之上。接受南涧河水、大气降水的补给，井田内少数民井用水取于该层，季节水位变化较大，变幅在0.303.48m之间。水质为HCO3Ca型，水温12。3）主要隔水层： 第四系隔水层，厚036.76m，井田内广泛分布，岩性由黄色粉砂质粘土和粘土组成。 侏罗系中统马凹组粉砂岩，隔水层，厚50.2186.96m，平均132.19m，由紫红色粉砂岩，泥岩，细砂岩，砂质泥岩组成。 侏罗系中统义马组二煤顶板泥岩隔水层，厚4.442.2m，平均24m，岩性由深灰、灰黑色泥岩组成。三迭系延长群隔水层，厚度大于23.52m，岩性以灰色泥岩为主，粉砂岩、细砂岩次之，具水平层理。据井田水文地质特征分析，井田主要充水水源为侏罗系中统砾岩水。井田年平均涌水量为385.4m3/h，最大涌水量为500.6m3/h。图1-4 水文地质综合柱状图1.2.4含煤地层侏罗系中统义马组（J21）为本井田含煤地层，煤系保留厚度20.1099.86m，平均67m。1）岩性组合特征义马组含煤岩系自下而上可划分为四段：(1)底砾岩段：厚0.3032.81m，平均7.70m。由浅灰色砾岩、砂岩及棕灰色含砾粘土岩和粘土岩组成，在煤层分叉区为2-3煤底板，合并区为二煤底板。砾岩及含砾粘土岩中，砾石成分单一，主要为石英岩及石英砂岩，砾石呈次园园状，砾径一般1030mm，最大达90mm，钙泥质基底式胶结，该层层位稳定，特征明显，易于识别和对比，为义马煤田重要标志层之一，其编号为J21S2（岩性分布见图1-5）。图1-5 千秋煤矿2-3煤底板底砾岩段岩性分布图（2）下含煤段：厚5.3139.34m，平均32.30m，为义马组主要含煤段，可采煤层两层，其上称2-1煤，其下称2-3煤，两层煤合并后称二煤。以煤层分叉合并线为界，本段岩煤层组合差异显著。 分叉区：二煤分叉为2-1煤和2-3煤，分叉后煤层总厚度变小，两煤层间为一套三角洲相砂质沉积物。岩性特征为：以浅灰色中细粒砂岩为主，缓波状及楔形交错层理发育，顺层含较多白云母片。它既是2-1煤之底板，又是2-3煤之顶板。该层特征明显，层位稳定，为义马煤田重要标志层之一，其编号为J21S1。其厚度变化自北向南、自东向西变薄尖灭。在井田西北边角处极小范围内有2-2煤存在，其岩性组合见煤系地层综合柱状图。 合并区：以厚特厚的二煤为主体，属泥炭沼泽相沉积，煤层最大厚度37.48m，纯煤厚度为33.26m。（3）泥岩段：厚4.4042.20m，平均24m。岩性特征为：深灰灰黑色泥岩，致密性脆，具水平层理，含鱼鳞片，瓣鳃类动物化石，下部含较多炭化植物化石，底部常见一薄层菱铁质泥岩。该层全井田发育，厚度稳定，特征明显，为义马煤田重要标志层之一，其编号为J21K1。井田内该层自北向南、自东向西逐渐增厚，在煤层分叉区为2-1煤顶板，在合并区为二煤顶板。（4）上含煤段：厚09.09m，平均3.00m，残留于井田中、深部。岩性主要为泥岩及细粒砂岩，含一煤组，1-1煤被剥蚀殆尽，局部可采； 1-2煤在井田西南部44勘探线以西可采，东部仅见星零可采点。2）煤层的形成机理千秋井田煤层分布特点是二组煤，北部煤层分叉，向南合并于2-3煤层中，其成煤次序由旋回结构可知，在义马组沉积早期，聚煤盆地内河流发育，沉积了河床相和河漫滩相沉积物。河流发育后期，在河漫滩之上广布了沼泽、泥炭沼泽，为成煤创造了先决条件，并且由于泥炭堆积速度和地壳下降速度长期保持均衡，形成了巨厚厚煤层2-3煤。在2-3煤成煤后期由于井田中、深部地壳下降速度加快，形成凹陷，湖水淹没，沉积了J21K1灰色泥岩，直接覆于2-3煤层之上；而井田浅部地壳下降速度相对较慢，沉积了湖泊三角洲相的细砂岩,为2-3煤之顶板。湖泊三角洲之细砂岩为第二、第三次成煤奠定了良好的环境，当利于沼泽、泥炭沼泽形成时，继而形成了2-2煤。尔后地壳下降速再次加快，2-2煤上覆被湖水淹没，沉积了黑色泥岩,与中深部之泥岩连成一片，全井田处于湖水之下，二组煤沉积到此结束。当湖水发展到后期阶段，湖泊逐渐变浅普遍沼泽化，但聚煤作用大为减弱，旋回厚度小，仅形成了局部可采煤层即一组煤。又因地壳上升1-1煤被剥蚀殆尽，局部可采煤层1-2煤在井田西南部44勘探线以西可采，东部仅见零星可采点。1.3煤层特征1.3.1煤层埋藏条件本井田含煤地层为侏罗系义马组，含煤两组，3-5层，上部为一煤组，含1-1煤、1-2煤。其中1-1煤被剥蚀殆尽，1-2煤局部可采。下部为二煤组，含2-1煤、2-2煤、2-3煤，2-1煤和2-3煤合并后称二煤。主要可采煤层为2-3煤。2-3煤上距2-1煤0.86.3m，平均2.5m，煤层赋存稳定，井田内全部可采，煤层厚度0.3520.67m，其中纯煤厚度0.2517.16m，平均9.37m。两层煤合并后厚5.5937.48m，其中纯煤厚平均13.81m。附可采煤层特征表1-2。表1-2 千秋井田可采煤层特征表煤层名称煤层厚度（m）煤层结构稳定程度可采程度全层厚度两极值平均值纯煤厚度两极值平均值可采厚度两极值平均值夹 矸层 数夹 矸厚 度含矸百分数类型2-3煤0.2018.994.720.2017.764.210.8017.764.25012304.600.5011复杂较稳定大部可采二煤5.5937.4816.293.8933.2613.813.8933.2613.8121360.164.812.2014复杂较稳定全井田可采1.3.2煤层围岩性质二煤的直接顶板为J2K1泥岩，厚4.4042.20m,平均厚24.00m，岩性致密、均一，裂隙不发育。泥岩沉积厚度由东向西逐渐加厚。据3505、3903、4308号孔岩石物理试验，抗压强度2275.05776.0MPa，抗拉强度153.0232.4MPa，抗剪强度3727MPa,容重23902570kg/m3，比重26502700kg/m3。局部有0.060.45m厚的炭质泥岩伪顶，应为一级顶板。2-3煤顶板J2S1砂岩厚027.00m，在二煤分叉区，它既是2-3煤顶板，又是2-1煤底板，岩性以中细砂岩为主，局部相变为粉砂岩或泥岩，缓波状和楔形交错层理发育，裂隙不发育，该层自北向南，自东向西变薄尖灭。据杨、孟村精查地质报告，岩石物理力学试验资料：抗压强度4628.77757.1MPa，抗拉强度244.2362.8MPa，容重26002720kg/m3，比重27402750kg/m3。二煤底板厚0.3032.81m。岩性由砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩及含砾相土岩组成。据3505、4308号孔岩石力学试验资料：粉砂岩抗拉强度404.0472.7MPa，抗压强度7747.312483.9MPa，容重24602590kg/m3，比重26302680kg/m3，含砾粘土抗压强度平均3501MPa，容重24302520kg/m3，比重26402650kg/m3。1.3.3煤质特征1）物理性质煤为黑色、条痕为褐黑色，具沥青光泽，多为立方节理，真密度1.53，视密度1.42，煤呈块状或小块状产出，煤在空气中易风化破碎，块煤加热时破碎严重，燃点低，堆放时易于自燃，一般自燃发火期为1个月，燃点温度268270。据测定原煤（501mm粒度级）的散煤重0.736t/m3，静止角36.8，摩擦角32.3。2）化学性质灰分为20.382%；全硫含量平均0.83%，属低硫煤；原煤磷含量0.061，属中磷煤；发热量20.9MJ/kg，属中等发热量。煤种牌号为长焰煤，煤的工业利用方向可作为动力煤，悬浮床气化用煤和民用燃料。3）其它特征本煤田煤的瓦斯和CO2绝对涌出量为9.0m3/min和9.42m3/min，相对涌出量分别为6.72 m3/t和8.33m3/t。煤尘有爆炸危险，煤尘爆炸指数为47.29%。煤的自燃倾向等级为极易自燃煤层，自燃发火期为1个月，最短7天。井田地温正常，地温梯度为1.341.98/100m，平均1.66/100m。2 井田开拓2.1井田境界及可采储量2.1.1井田境界千秋井田西部以41勘探线与耿村矿为界，东部以北露天矿、跃进矿为界，北部至煤层露头，深部(南)37576000经线与41勘探线间以F16断层为界。全井田走向长3.16.3km，倾斜长1.744.4km,面积17.986km2。矿区范围由采矿许可证（证号：4100000040749）划定的范围为准，如图2-1所示。图2-1 千秋井田境界及煤层底板等高线图2.1.2工业储量1）储量计算范围井田内主要可采的2-3煤层，计算范围依据以上核定的井田边界为准，储量计算深度：最低标高-350m，最大垂深970m。 2）储量计算主要工业指标矿井主采的2-3煤层倾角在大部分地段均小于15,为缓倾斜煤层。各煤层的工业牌号均为长焰煤，属非炼焦用煤。根据中华人民共和国国土资源部2002年12月颁布的煤、泥炭地质勘查规范（DZ/T0215-2002），资源储量估算指标，千秋井田各煤层最低可采厚度均定为0.8m；最高灰分(Ad)40%；最高硫分(Std)3%；最低发热量(Qnetd)17.0MJ/kg。经各阶段的勘探、补勘以及矿井生产期间取样化验，各煤层均达到规范中储量计算的各项指标。3）工业储量计算井田储量应分煤层计算,计算公式为 (2-1)式中：矿井工业储量，万吨； 煤层面积，m2； 煤层厚度，m； 计算煤层煤的容重，t/m3。本设计开采2-3煤层，厚度0.3520.67m，其中纯煤厚度0.2517.16m，平均厚度9.37m；本设计各开采煤层储量计算采用的容重是依据千秋矿储量年报确定的，与补勘报告煤芯煤样分析结果相一致，2-3煤为1.40t/m3；全井田走向长3.16.3km，倾斜长1.744.4km,面积17.986km2。根据计算可得，全矿井工业储量共23594万吨，详见表2-1。表2-1 千秋矿工业储量计算汇总表（单位：万吨）煤层名称工业储量（万吨）ABCA+BA+B+C2-3137955799400019594235942.1.3永久煤柱损失量计算1）工业广场煤柱：为了减少地面搬迁量同时减少资源损失，设计对成片布置的大村庄（千秋镇等）留设保护煤柱。对于位于井田深部的独立的、较小的小村庄设计按搬迁考虑。煤矿矿井设计手册规定的工业广场占地指标，见表2-2所示。表2-2 工业场地占地面积指标井型(Mt/a)占地面积指标(公倾/Mt)2.40、3.00781.20、1.809100.45、0.9012130.09、0.3015本设计矿井为180万吨的大型矿井，取10公顷/Mt，则其总占地面积为1.8010公顷/Mt=18公顷=0.18km2，取工业广场的长宽分别为450m和400m，并按一级保护留设围护带15m。该矿的地质开采条件及冲击层和岩层移动角值见表2-3。根据垂直断面法计算工业广场安全煤柱，其示意图见图2-2。煤柱面积为一梯形，上底708m，下底807m，高872m，面积为660540m2。故工业广场煤柱为： （2-2） （万吨）表2-3 矿井地质条件、冲击层和岩层移动角广场中心煤层深度煤层倾角煤层厚度冲击层厚度冲击层移动角走向移动角下山移动角上山移动角m度mm度度度度350129.372045757565图2-2 工业广场保护煤柱示意图2）矿井边界煤柱：矿井边界煤柱按20m留设，井田边界周长约为19480m，煤层厚度平均9.37m，煤的容重为1.40t/m3,则井田边界煤柱为： （万吨）3）断层煤柱：井田内主要断层有F3-3、F3-6、F3-9、F16。F16断层为南部的边界，保护煤柱已计算入井田边界煤柱中，不再另作计算；F3-6断层落差较小，不必留设保护煤柱；F3-3和F3-9断层两侧分别留设30m的保护煤柱，根据其断层落差、断层导水和水压计算出断层煤柱损失为149万吨。其他永久煤柱损失计算结果见表2-4所示。表2-4 千秋煤矿各类煤柱损失计算汇总表（单位：万吨）煤柱名称井巷煤柱村庄煤柱边界煤柱断层煤柱国铁煤柱工业广场煤柱合 计损失量157265551114924388640162.1.4可采储量在矿井开采过程中，实际能够采出的煤只是工业储量的一部分，能够采出的这部分储量称为可采储量。可采储量可用下式来计算： (2-3)式中：矿井可采储量，万吨； 矿井工业储量，万吨； 永久性煤柱损失量，万吨； C采区采出率，煤矿矿井设计手册规定：厚煤层不应小于0.75，中厚煤层不应小于0.80，薄煤层不应小于0.85，本设计取0.75。经计算得矿井可采储量为： （万吨）2.2矿井设计生产能力及服务年限2.2.1矿井工作制度矿井年工作日为330d，每天三班作业，两班出煤，一班检修，每天净提升时间为16h。2.2.2矿井设计生产能力煤炭工业矿井设计规范第2.2.1条规定：矿井设计生产能力应根据资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经多方案比较或系统优化后确定。矿区规模可依据以下条件确定：1）资源情况：煤田地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设大型矿井。煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿区规模定得太大；2）开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市），交通（铁路、公路、水运），用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等。条件好者，应加大开发强度和矿区规模；否则应缩小规模；3）国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤中煤质、产量等）的预测是确定矿区规模的一个重要依据；4）投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大矿区规模，反之则缩小规模。本设计根据保有可采储量、煤层赋存条件、回采接替、工作面生产能力、开采技术条件和地面村庄等因素多方面分析，结合集团公司发展规划，确定矿井设计生产能力为180万吨/年。2.2.3服务年限根据矿井可采储量、矿井设计生产能力，采用1.4的储量备用系数，矿井服务年限为： (2-4) （年）式中：T矿井服务年限，年； 矿井可采储量，万吨； A矿井设计生产能力，万吨/年； K储量备用系数，取1.4。符合煤炭工业设计规范中设计生产能力为120240万吨的大型矿井在非缺煤地区的服务年限不少于50年的要求，所以设计生产能力为180万吨/年是合理的。上山部分服务年限：经计算，上山部分工业储量约为15306.1万吨，约占矿井工业储量的64.87%，煤柱损失见表2-5所示，则根据公式（2-3）计算得上山部分设计可采储量为： （万吨）表2-5 上山采区煤柱损失表（单位：万吨）煤柱名称井巷煤柱村庄煤柱边界煤柱断层煤柱国铁煤柱工业广场煤柱合 计损失量12184501891232438863109将可采储量带入公式（2-4）计算得上山部分服务年限为36.3年，符合规范的规定。2.3井田开拓2.3.1井田开拓的基本问题井田开拓是指在井田范围内，为开采煤层，由地表进入煤层为开采水平服务所进行的一系列井巷布置和开掘工程。这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互的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。1）地质条件对开采的影响千秋井田为走向近东西，倾向南，地质倾角1113的单斜构造，井田内断裂构造以北北东向为主，均为高角度正断层，构造复杂程度为简单型。砂岩和泥岩顶底板较完整，裂隙不发育，冒顶底鼓现象少见，应属类顶底板。全井田煤层属较稳定型，水文地质简单，为矿井开采提供可靠的资源条件。地温正常，地压较大，瓦斯为低沼，但煤尘有爆炸性危险，煤层自燃现象较为突出，对矿井生产影响较大，应属类。2）井筒形式、数目、位置及坐标井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐开拓是最简单最有利的方式，斜井次之，立井最复杂。在针对某一具体井田时，应从其地形、地质、开采技术技术条件及经济条件等方面综合考虑。平硐开拓受地形及埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存在较高的山岭、丘陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分储量大致能满足同类井型水平服务年限要求时才能采用。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，掘进速度快，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；井筒延深施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化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，人员可迅速从井筒撤离。缺点是：在相同条件下，斜井井筒长，辅助提升能力小，提升深度有限；通风路线长、阻力大、管线长度大；围岩不稳固时，井筒维护费用高；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技术复杂；为斜井留置保安煤柱，煤炭损失大。斜井开拓的适用条件是：煤层埋藏较浅、表土层不厚、水文地质情况简单、无流沙层、井筒不需特殊施工的缓斜和中倾斜煤层。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。本设计的主采煤层倾角小于15，属缓倾斜煤层，由于本地区的地势条件所限制，故不能采用平硐开拓。采用斜井开拓，与立井相比，同样的开采深度，斜井的井筒较长，沿井筒铺设管路、电缆及其它线路的长度较大，采用绞车提升的速度较低，对180万吨/年的大型矿井来说，副井的提升能力达不到要求；另外，斜井井筒的维护也比较困难，而且维护量大，保护煤柱的损失也比立井的大；最重要的是本矿井开采的煤层瓦斯涌出量大，需要良好的通风效果，采用斜井开拓，通风路线长，阻力大，不利于瓦斯的排出。如果采用斜井和立井联合开拓，与立井开拓相比，除去上述斜井的一些缺点外，还要多开一个井底车场，并且运输环节多，生产系统复杂化，地面井口分散，难于管理。立井开拓需要较长的石门联系，但总体来说，立井开拓具有以下优点： 承压能力强，维护工程量少，维护费用低； 煤柱损失较斜井少，易穿冲积层和含水层； 提升能力大，机械化程度高，易于自动控制； 圆形断面有效面积大，通风条件好，较为经济； 人员升降速度快。根据以上分析，结合本矿实际，本设计采用立井或斜井开拓在技术上均可行。煤炭工业设计规范要求：采用立井开拓时，一般开凿一对提升井筒，即主井，副井。同时还要求每一个生产矿井至少有两条能行人的通到地面的安全出口，每个出口距离不得小于30m。本矿井决定在工业广场中央布置主副井两个井筒，在井田上部边界的中央布置一个回风立井。主井装备箕斗，用于煤炭提升；副井装备罐笼，用于提升材料、矸石，升降人员，并装备有梯子间、排水管、通讯电缆等设备，同时用作进风井。各个井筒的位置及坐标见表2-6。表2-6 井筒位置及坐标特征表名 称单 位主井副井回风井井口坐标Xm384356538435003845227Ym375761423757638037576199井口标高Zm+557+553+5753）工业广场的确定工业广场及井筒位置确定的原则：工业广场应尽量位于井田中央或储量的中心，以形成双翼井田，降低运输、通风、巷道维护费用，做到均衡生产，综合经济效益好；工业广场应不压煤或少压煤；工业广场有较好的地形和工程地质条件；井筒应有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平；有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门的工程量要尽量少；有利于首采区或带区布置在井筒附近的富煤地段，以保证有良好的前期效益；井筒不宜穿过厚表土层、厚含水、断层破坏带、煤与瓦斯突出煤层或软弱煤层；离水源、电源较进，矿井专用铁路线短，道路布置合理。根据以上原则，本设计井田为低山丘陵区，标高+437.20+670.73m，最大相对高差233.53m。整个井田呈南高北低的形态，在井田南部构成近东西向分水岭，标高+547.80+670.73m。井田北部较平坦，井筒和工业广场位置的选择受地形条件的约束，又由于本井田的形状不太规则，因而将工业广场和井筒布置在储量中央。4）开采水平、上下山及矿井开拓延深本设计矿井开采煤层的倾角为1113，为缓倾斜煤层，倾斜长为1.64.0km。根据“缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高宜为150350m”，本井田煤层露头线最高标高为+495m左右，煤层最深部标高为-250m左右，故井田宜划分为两个阶段，即一个水平，阶段平均垂高350m左右，上山阶段垂高可适当加大。两个阶段划分为：第一阶段从煤层露头线+150m，第二阶段从+150m至井田深部边界。结合本矿井的实际情况，本设计采用单水平上下山联合开采，水平标高+150m。5）主要开拓巷道考虑到系统的可靠性和生产的方便，由于本井田内煤层自然发火较为严重，大巷服务年限长，不宜布置在煤层中，而煤层底板基本稳定，故将大巷布置在煤层底板中。在一水平布置一条运输大巷、一条轨道大巷，井田上部边界布置一条回风大巷，均布置在煤层底板岩层中，井底布置一个刀把式环形车场。6）矿井开拓方案比较开拓方案说明根据矿井地质地形、煤层赋存及开采技术条件，结合矿井外部条件及设备情况，本设计初步提出四个可行的开拓方案进行比较，其示意图如图2-3所示。方案1：双立井单水平，上下山联合开采，上、下山采区倾斜长度约为1500m（图2-3a）。方案2：双立井两水平开采，一水平采用双立井，延深水平采用立井延深，其他与方案1相同（图2-3b）。方案3：双斜井多水平上山开采，延深水平采用斜井延深，其他与方案1相同（图2-3c）。方案4：主斜井、副立井两水平开采，其他与方案3相同（图2-3d）。方案比较方案1和方案2的主要区别在于延深开采时采用暗斜井延深还是直接立井延深，两方案生产系统均简单可靠。方案1多开了采区下山（倾角16，21200m）、下山车场，相应增加了提升、排水费用。方案2多了延深立井井筒（2250m）、阶段石门和下部车场，相应增加了立井和石门的运输、提升、排水费用。两方案的通风费用相差不大，未列入比较，粗略比较见表2-7。由于方案1的经济效益明显优于方案2，故选择方案1。方案3与方案4的区别在于采用斜井还是立井来完成辅助运输。方案3比方案4多开了副斜井（2080m）、斜井车场（2800m）、进风立井（斜井通风路线过长，430m），方案4多开了副立井（630m）、车场（21000）、石门（1100m）。由于运输（均是斜井提升）、通风费用（均是立井进风）相差不大，只比较其排水费用，经过比较可知方案3优于方案4，具体如表2-8所示。比较剩下的方案1与方案3在技术上均可行，两方案的优劣需要通过详细的经济技术比较确定，比较见表2-9、2-10、2-11。（a）立井单水平上下山开采（b）立井两水平，立井延深开采（c）斜井多水平上山开采（d）主斜井、副立井两水平开采图2-3 四种开拓方案示意图表2-7 方案1与方案2费用粗略比较表方案项目方案1方案2基建费用/万元采区运输下山采区轨道下山下山车场1