平煤四矿1.2Mta新井设计

摘 要本设计共包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。一般部分为平四矿1.2Mt/a的新井设计。共包括10章：1. 矿区概述及井田地质特征；2.井田境界和储量；3. 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限；4. 井田开拓；5. 准备方式带区巷道布置；6. 采煤方法；7. 井下运输；8. 矿井提升；9. 矿井通风及安全；10. 矿井基本技术经济指标。四矿位于平顶山矿区中部，平顶山市区东南约6 km，东西走向宽5.2 km，南北倾斜长3.6 km，面积19.7km2。井田主采煤层只有一层，为戊10煤层，煤层厚度4.0 m，平均倾角为9 井田地质条件简单。矿井正常涌水量为427 m3/h，最大涌水量为673 m3/h；矿井绝对瓦斯涌出量为5.43 m3/min，属低瓦斯矿井；煤层无自燃发火倾向，为不易自燃煤层；煤层有一定的爆炸危险；该煤层地质储量为114.84 Mt；工业储量为112.5Mt；设计资源储量为109.17 Mt；设计可采储量为85.60 Mt；服务年限为51年。根据井田地质条件，设计采用立井单水平的开拓方式，井田采用带区式布置，矿井通风方式采用中央并列式通风。矿井年工作日为330 d，日净提升时间16 h，工作制度为“三八制”。采煤工艺为一次采全高，胶带运输机运煤。专题部分题目为平煤四矿深部软岩巷道支护技术浅析，给出了深部软岩巷道的变形规律及几种国内外最新的支护方法，通过比较分析，得出更适合四矿的具体条件的支护方法，对四矿的井生产实践具有一定的指导意义。翻译部分题目为Environmental issues from coal mining and their solutions ，主要分析了煤炭开采的环境影响及国内外的处理措施。关键词：平煤四矿；立井单水平；带区布置；中央并列式通风ABSTRACTThis design includes three parts: the general part, special subject part and translation part. The general part is a new design of 1.2 million tons per year of NO.4 of Pingdingshan mine. This design includes ten chapters: 1.An outline of the mine field geology; 2.Boundary and the reserves of mine; 3.The service life and working system of mine; 4.Development engineering of coalfield; 5.The layout of mining area; 6.The method used in coal mining; 7. Transportation of the underground; 8.The lifting of the mine; 9. The ventilation and the safety operation of the mine; 10.The basic economic and technical norms. The NO.4 mine located in the middle of Pingdingshan mine area. And its 6km away from the southeast of the town. It has a length of 5.2 km in the east and west direction while a width of 3.6 km in the south and north direction on average. The total area is Approximately 19.7 km2. The main coal seam in the mine is only one, which is the amyl 10# coal seam. The average thickness is 4.0 m, while the angle is about 9 degree. The normal mine inflow is 427 m3/h and the maximum mine inflow is 673 m3/h. The absolute gas emission is 4 m3 per ton. Thus it is Low gaseous mine. It has no tendency of spontaneous combustion, which belongs to not easy to spontaneous combustion coal. But the coal dust of the mine has explosion hazard. The geological coal reserves is 114.84Mt; and the industrial reserves is 112.5Mt, the design resource reserves is 109.17 Mt; while the design recoverable reserves is 85.60Mt; The service life is 51 years.According to the geological conditions, the development of the mine chose a single level with shaft. The number of the working faces is only one, which using the band-style layout. The ventilation type is centralized parallel. The working days in a year are 330. Every day it takes 16 hours in lifting the coal. The working system in the mine is “three-eight”. The coal mining process is a full-height, and the belt conveyers undertake the job of coal transport in the mine.The title of the special subject part is” the analysis of the deep and soft rock roadway support in the NO.4 mine”, which described the deformation of the soft-deep rock roadway and the latest methods of support at home and abroad .according to a comparative analysis, we chose the support which is more suitable to the NO.4 mine, and it has the guiding significance for the mine production in practices.The translation parts title is” Environmental issues from coal mining and their solutions”, which analyzed the Influence from coal mining at home and abroad.Keywords: The NO.4 mine of Pingdingshan; a single level with shaft; Strip district; Centralized juxtapose ventilation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21.3 煤层特征52 井田境界和储量102.1 井田境界102.2 矿井工业储量102.3 矿井可采储量123矿井工作制度、设计生产能力及服务年限153.1 矿井工作制度153.2 矿井设计生产能力及服务年限154井田开拓174.1 井田开拓的基本问题174.2 矿井基本巷道285 准备方式带区巷道布置375.1 煤层地质特征375.2 带区巷道布置及生产系统385.3 带区车场选型计算406 采煤方法426.1 采煤工艺方式426.2 10201首采工作面的回采巷道布置537 井下运输597.1 概述597.2 带区运输方式选择607.3 大巷运输设备的选择638 矿井提升648.1 概述648.2 主井提升648.3 副井提升669 矿井通风及安全689.1 矿井通风系统的选择689.2 矿井风量计算719.3 矿井通风阻力计算769.4 矿井通风设备的选择809.5 安全灾害的预施8310 矿井基本技术经济指标85参考文献86专题部分平煤四矿深部软岩巷道支护技术浅析860 引言861 国内外研究现状871.1 围岩稳定性研究现状871.2 围岩控制技术研究881.3 软岩巷道支护理论研究892 深部软岩巷道的自承作用及支护原则912.1 围岩自承作用原理912.2 深部软岩巷道支护原则912.3 二次支护原理923 锚杆支护理论933.1 悬吊理论933.2 组合梁理论933.3 组合拱理论933.4 最大水平应力理论943.5 围岩松动圈支护理论943.6 减跨理论953.7 围岩强度强化理论964 深部软岩巷道围岩控制方法974.1 锚网支护作用机理974.2 锚索支护作用机理984.3 锚注支护作用机理994.4 效果分析1025 结论106参考文献107翻译部分英文原文108中文翻译120参考文献129致谢130 1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 交通位置平煤集团四矿位于平顶山矿区中部，平顶山市区东南约6 km，东与一矿、二矿、西与五矿、六矿相邻，南与三矿相接。地理坐标，东经：11314341131712，北纬：334608334828。市内有7路公交车直通矿部，并有1路、8路公交车经四矿口通过。平顶山火车站向东有漯宝线与京广线相接，往西经宝丰与焦枝线相连，矿区专用铁路有平韩线、平午线；分别有高速公路通往许昌、郑州、南阳、洛阳、漯河等市，与临近县及乡镇均有公路相通，交通极为便利，详见下图1-1.图1-1四矿交通位置图1.1.2 河流状况井田内无稳定河流和水体，只有季节性沟流，以井田中部擂鼓台、小擂鼓台为分水岭，雨季汇集坡面水分别流向井田北部和南部汝河与沙河。区内最高水位标高83.79 m。汝河位于井田以北12.5 km，洪峰流量3000 m3/s，旱季流量0.28 m3/s；沙河位于井田以南4.5 km，最大流量3300 m3/s，旱季流量0.8 m3/s；均呈北西至南东流向，在岔河附近两河汇合，属淮河水系。井田外围南部白龟山水库，为区内最大的地表水体，拦河大坝标高+109.0 m，总库容7.5亿m3，设计千年一遇洪水位+107.0 m。南部湛河（人工河），经七矿南部、市区呈北西至南东流向，标高+84+91 m，最大流量167 m3/s。1.1.3 矿区气候条件区内属暖温带大陆性半湿润气候，夏季炎热，冬季寒冷，四季分明，据平顶山气象站历年资料：气 温：最高气温42.6（1966年7月19日），最低气温-18.8（1955年1月30日），历年平均气温为14。降雨量：年最大降雨量1461.6 mm（2000年），最小降雨量373.9 mm（1966年），年平均降雨量742.6 mm，月最大降雨量481.3 mm（2000年7月）。最大连续降雨天数9天（1964年4月13日21日）。雨季集中在7、8、9三个月。蒸发量：年最大蒸发量2825 mm（1959年），最小蒸发量1490.5 mm（1964年）。月最大蒸发量408.9 mm（1959年7月），月最小蒸发量40.7 mm（1957年1月）。蒸发量大于降雨量。湿度和风速：平均绝对湿度13.5 mm，平均相对湿度67%。冰冻期一般是11月到来年3月。最大冻土深度14 cm（1977年1月30日）。最大风速24 m/s，平均风速2.8 m/s。风向北西、北北西和北东，常年主风向为北东1.1.4 工农业生产情况区内以煤炭开发与加工为主导产业，并以平顶山市为中心形成了铁路、公路网络，交通运输极为便利；除煤炭开采业外，电力、建材、化工、机械制造、电子、电器、食品加工、餐饮、旅游等工业及服务业均较发达。农业以小麦、玉米种植业和养殖业为主。1.2 井田地质特征1.2.1 区域地质简况平顶山煤田处于秦岭纬向构造带的东延部位，淮阳山字型构造的西翼反射弧顶部，为纬向构造与山字型构造的复合部位，由于二者的共同影响，使得整个煤田形成了一系列北西向的复式褶皱（李口向斜、灵武向斜、郭庄背斜、牛庄向斜、诸葛庙背斜等）和大断层（白石沟逆断层、锅底山正断层、山庄逆断层等），总体构造线为北西向。追溯区域地质历史，平顶山煤田曾受到中岳运动、少林运动、怀远运动、加里东运动、印支燕山运动和喜山运动六期构造运动的影响，在煤系沉积以后，燕山运动最为重要，使区内中生代及其以前地层（包括前震旦纪）卷入了这次运动，形成了北西向的褶皱和断裂，并拌有中酸性岩浆侵入。喜山运动在本区主要表现为差异升降运动，并使先期断裂再次活动，形成了一幅复杂的构造图案。井田地表多被第四系地层覆盖，依据钻探工程揭露地层从老到新依次有：寒武系崮山组、石炭系本溪组、太原组和二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组、石千峰组和第四系。1.2.2 矿井地质1)地层本井田内地层层序由老至新依次为：寒武系崮山组、石炭系本溪组、太原组和二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组、石千峰组和第四系。寒武系崮山组系石炭、二叠系含煤地层的沉积基底，厚度大于68米，为灰色厚巨厚层状白云质灰岩。石炭系本溪组上界为太原组7灰岩底面，下界为崮山组白云质灰岩的顶面，厚度平均为5.6 m,主要为浅灰色灰白色铝土质泥岩和深灰色、灰黑色炭质泥岩。石炭系太原组上界为1灰岩的顶面，或为山西组底部砂质泥岩的底面，下界为本溪组铝土质泥岩的顶面，或7灰岩的底面，厚度为5386 m，平均62.5 m，由深色生物碎屑灰岩、燧石灰岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩和煤组成，间夹菱镁质泥岩薄层，庚组煤位于本组下部灰岩的上部。二叠系山西组上界为下石盒子组砂锅窑砂岩底面，下界为太原组顶部灰岩顶面，厚87114 m，平均为105.3 m，由浅灰绿、深灰色中细粒砂岩、泥岩和煤组成。含煤25层，为己组煤。 二叠系下石盒子组上界为田家沟砂岩的底面，下界至砂锅窑砂岩的底面，厚度284311米，平均304.4 m，由灰黄色、深灰色中细粒砂岩、砂质泥岩、泥岩所组成。依据岩性和含煤性，自下而上分为戊组煤、丁组煤和丙组煤。 二叠系上石盒子组上界至平顶山砂岩底面，下界至田家沟砂岩顶面，厚294331 m，平均314.5 m。主要由灰白色、灰黄色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、中细粒砂岩及劣质煤层组成。自下而上分为乙组煤和甲组煤。二叠系石千峰组在井田内出露不全，厚度0255 m，平均137.8 m。主要由平顶山砂岩等组成。第四系厚033 m，平均为11.9 3m。主要为黄土沙砾滚石（平顶山砂岩和石千峰组砂岩）之山坡残积物分布于低洼处，厚度不大，表土平均2米厚。2)构造(1)含煤地层本区主要含煤地层有太原组、山西组和下石盒子组。太原组（C3）：厚度5368m平均62.5m，由L1L7七层灰岩，48层煤（煤线）及粉砂质泥岩所组成,夹细砂岩、泥岩，其中庚20为可采煤层。山西组（P11）：厚87114m，平均105.3m，由深灰色砂质泥岩、粉砂岩、泥岩及细中粒石英岩、碎屑砂岩和煤层组成。含煤25层，其中己15、己17为本区主要可采煤层，己17煤层在本区仅局部为合层，大部为分层，富含植物化石。下石盒子组戊煤下段（P12-1）：由大紫泥岩、砂锅窑砂岩、砂质泥岩、粉砂岩组成，其中砂锅窑砂岩厚16.3728.71m，一般21.43m，为灰灰白色中粒砂岩，常出现板状交错层理，为下石盒子组，山西组分组标志层。本组丁组、戊组煤可采。( 2)地质构造本区总体构造为单斜，根据等高线图及己三采区揭露情况，对本区构造描述如下：平顶山煤田处于秦岭纬向构造的东延部分，淮阳山字型构造的西翼反射弧顶部，由于受纬向构造带和淮阳山字型的双重控制和影响，形成一系列轴向NW的复式褶皱，并发育以NW向为主的张扭性和压扭性断裂，伴有少量NE向张扭性断裂构造，其中李口复式向斜是平顶山煤田的主体构造。向斜周缘由NW和NE向的高角度正断层切割，构成煤田的自然边界。同时，使煤田成为四周断陷盆地烘托的隆起断块，断块内构造仍以断层为主，褶皱为辅。断层 根据钻孔、丁组、戊组及己三采区揭露资料，影响本区的断层主要有两条，一条正断层，一条逆断层。即F1断层为正断层，落差15.0m，位于3622孔150 m，为钻孔控制，丁组、戊组只揭露其次生断层，还没有真正揭露主断层，由此所形成的NE向构造带对东部的回采将造成较大的影响；第二条为逆断层（张家逆断层），落差2030m，为钻孔控制，位于本区东北角3222孔与3119孔之间，对本区影响不大。但是根据己三揭露情况看，落差小于2.5m的小断层所形成的NE走向构造带发育，己三采区就存在二个这样的构造带，对回采就造成较大影响。褶曲：根据煤层底板等高线图分析，36线北部有一背斜，轴向330，对本区东部有影响；另外，根据己三实际揭露资料，小型的起伏较发育，对采掘有一定影响。主要特征见表1-1.表1-1 主要构造特征编号构造性质产状（褶曲轴面）实见位置及控制情况走向()倾向()倾角()落差(m)1正断层58-325215.0一矿丁6-22160及3622孔控制2逆断层137474020303222孔与3119孔之间，本区东北角，钻孔控制。3背 斜33036线北部1.2.3 水文地质平顶山煤田是以李口向斜为主体的向斜含煤盆地，其北西、南东、北东及南部边缘分别受落差数百米至上千米的郏县断层、落岗断层、襄郏断层及鲁叶断层等构造的切割，形成相对独立的水文地质单元。平顶山矿区于李口向斜南翼，北部以红石山、龙山、擂鼓台、落凫山、马棚山、平顶山等低山组成地表分水岭，标高300500m，坡度850，以北渡山、九里山、扣皂山等残丘组成西南部地表分水岭，标高130160m，坡度1530，震旦系石英岩与寒武系灰岩在西部零星出露，大气降水可直接补给地下水。南北分水岭之间为西窄东宽的槽形谷地，其间多被第四系坡积冲积物覆盖。地势西高东低，地层倾向北偏东，倾角12左右。1)含水层井田内按地层由老到新的顺序分为4个含水层，据井田及邻区资料将含水层叙述如下：(1)寒武系碳酸盐岩岩溶裂隙含水层主要为中厚层状白云质灰岩、鲕状灰岩、泥质条带灰岩、泥岩、砂质泥岩，井田内厚度大于200 m，埋深大于239 m。主要含水层段为寒武系中统张夏组鲕状灰岩和上统崮山组白云质灰岩，两组灰岩厚度为200 m左右，为含煤地层基底，己16-17煤层底板间接充水含水层。据河南省平顶山煤田一、四、六矿井深部扩勘地质报告和邻区资料，该含水层在-150m以上的浅部岩溶裂隙较发育，深部岩溶裂隙不发育，地下水补给和迳流条件差，灰岩含水层富水性明显弱于浅部。(2)二叠系己煤组顶板砂岩裂隙含水层本含水层共有两层砂岩含水层，自下而上为大占砂岩、香炭砂岩，大占砂岩距己16-17煤层515 m，一般为7 m，为己16-17煤层顶板直接充水含水层，主要为中粗粒长石石英砂岩，硅质和钙质胶结。香炭砂岩下距己16-17煤层530 m，一般为20 m，为己16-17煤层的间接充水含水层。水质类型CO3-Na。本含水层属砂岩裂隙弱含水层。(3)二叠系平顶山砂岩裂隙含水层平顶山砂岩位于煤系顶部，总厚109.23134.95 m，上部中粗粒砂岩，中部中粒砂岩，下部中粗粒砂岩，底部有510 m含砾粗砂岩。平顶山砂岩埋藏浅，在分水岭有出露，厚度大，节理裂隙发育，岩石较破碎，主要接受大气降水补给，但由于该含水层补给区地形较陡，不利于裂隙水的补给，故含水性较差，水质类型CO3-Na型，本含水层属砂岩裂隙弱中等含水层。(4)第四系松散孔隙含水层第四系厚度043 m，系出露地表岩层经风化后堆积于山麓，主要由砂砾石组成，在沟谷地带有季节性下降泉出露，泉流量0.53Ls，水质类型CO3-Ca型。2)综合地质柱状图综合地质柱状图如图1-2。1.3 煤层特征1.3.1 煤层条件本区主要含煤岩系属石炭系太原组、二叠系山西组、下石盒子组和上石盒子组。自上而下分为甲煤、乙煤，丙煤、丁煤、戊煤、己煤和庚煤共九个煤组。煤系地层平均总厚786.7 m ，含煤60余层，大部分区域为44层，煤层总厚25 m左右，含煤系数3.2%，可采煤层平均总厚为18.05 m，可采煤层含煤系数为2.3%。1.3.2 可采煤层及煤岩性质四矿可采煤层见表1-2、1-3。 图1-2 综合地质柱状图表1-2 主要煤段含煤性特征一览表煤 段厚度两极值（m）含煤层数可采煤层可采煤含煤系数(%)备 注平均值（m）戊煤上段134224.41-3仅含煤线戊煤中段5586.571.22-6戊8 戊109.8戊10大部合层戊煤下段5010792表1-3 主要可采煤层基本情况一览表层号煤层厚度夹矸顶板岩性底板岩性煤层稳定性可采率()两极值平均值层数厚度(m)1.873.25戊86.65-7.457.0000.01-0.03砂质泥岩泥岩砂质泥岩稳定95戊104.68-5.405.001-30.1-0.28泥岩砂质泥岩鲕状泥岩稳定1001)戊10煤层位于二叠系下石盒子组戊煤中段的中下部，上距戊8煤层2535.13 m，平均30.06 m，见图2-7，下距己15煤层125.77171.15 m，平均155.55米，主要分布于井田中部，煤层层位较稳定，煤厚4.685.40 m，平均为4.00 m，煤层可采性指数为100%，煤厚变异系数为13.1%。煤层结构较复杂，含13层夹矸。顶板为泥岩，底板为砂质泥岩、鲕状泥岩，属稳定型全区可采煤层。1.3.3 煤的特征井田各煤层，煤的有机和无机显微组分，见表14、15。表1-4 各煤层有机显微组分含量一览表煤层名称有机组分（%）镜质组惰性组壳质组戊8538866(11)103927(11)186(11)己15488862(15)94834(15)0124(15)1) 戊8、戊10煤层主要以半暗型煤，其次为半亮型煤，以暗煤、亮煤为主，镜煤和丝炭含量很少，有机显微组分占6987%，平均占80%，无机显微组分占1331%，平均占20%。有机显微组分中，镜质组占5388%，平均66%，以无结构镜质为主，少量碎屑镜质体和结构镜质体；惰性组1039%，平均27%，主要有丝质体组成，丝质体的细胞壁多已破碎，可见微粒体；壳质组含量18%，平均6%，主要为小孢子体和角质体。无机组分粘土矿物呈不规则的条带状、浸染状及球粒状黄铁矿和方解石。镜质组油浸最大反射率为0.891.1，平均为0.95。2）煤的自燃性区内各煤层属低中变质程度的烟煤，经测试煤的着火点温度一般在368360，对丁、戊、己煤着火点测试表明，属不易自燃煤层。生产期间对煤层煤样测试结果，亦属不易自燃煤层，见表15。3）煤尘爆炸性一二九队在深部扩勘期间，对井田丁、戊、己煤段钻孔煤层煤样进行了煤尘爆炸性试验，见表57。试验结果表明，火焰长度70750mm，需岩粉量7080%，结论是具有强烈爆炸性。依据2005年矿井对生产煤层煤样鉴定结果，爆炸性指数，己组煤层为29.532.17%，戊组煤层为36.0337.62%，属有煤尘爆炸性危险煤层。表15 各煤层无机显微组分含量一览表煤层编号无 机 组 分镜质组油浸最大反射率Rmax粘土类硫化物碳酸盐氧化类合计戊812-2818(11)0-10(11)0-10(11)0-82(11)13-3120(11)0.86-1.80.97(2)戊9-107-2313(16)00-400-72(16)8-2315(16)1.10(1)表16 煤的自燃发火试验一览表煤层着 火 点 温 度（）T13自燃发火期（月）推测自燃倾向原 样氧 化 样还 原 样戊83683673703不 自 燃戊10361365357362362367536不 自 燃表17 煤尘爆炸试验结果一览表煤层名称测 试 项 目爆炸指数（计算值）结 论火焰长度（mm）岩粉量（%）戊84708538.31有戊1070400708037.39有2 井田境界和储量2.1 井田境界本煤田位于平顶山矿区中部，距离平顶山市西北约6 km，东与一矿、二矿相邻，西与五矿、六矿相邻，南与三矿相接。矿井大致范围西起32勘探线，东止于43线，井田最大范围，东西走向宽5.2 km，南北倾斜长3.6 km，面积19.7 km2。2.2 矿井工业储量本次储量计算是按照煤、泥炭地质勘查规范DZ/0215-2002 要求的工业指标进行资源储量计算。 1)最低可采厚度为0.60 m。 2)最高可采灰分不大于40%。 3)最低发热量不低于17.0 mJ/kg。 4)最高硫分不大于3%。 5)煤层容重为 1.45 t/m3煤层内倾角约为810，褶曲与断层均为较发育，无岩浆活动，为中等构造地区，属于第二类。矿井工业储量在范围内，经地质勘探，煤层的厚度和质量均符合开采要求，地质构造比较清楚。本矿井设计是对戊10煤层进行开采设计，厚度为4. 0 m，基岩无出露，为巨厚新生界松散层覆盖。本次计算是根据地质报告中的1：5000煤层底板等高线图计算的，采用块段法计算工业储量。地质块段法就是根据一定的地质勘探和开采特征，将矿体划分为若干块段，然后在圈定的范围内利用算术平均法来求得每个块段的储量。煤层总储量即为各块段储量之和，同时每个块段内至少应有一个以上钻孔。块段划分如图2-1所示根据煤炭工业设计规范，求得以下各储量类型的具体值：（1）矿井地质资源量矿井地质资源量由以下等式计算： 式中：矿井地质资源量，Mt；煤层平均厚度，m；煤层底面面积，m2；煤容重，t/m3。将各参数代入可得表2-2图2-1 块段划分示意表2-2 煤层地质储量计算煤层块段倾角/()块段面积/km2煤厚/m容重/t/m3储量/Mt煤层总储量/Mt戊10189.964.001.4557.77114.84299.844.001.4557.07所以地质储量为：ZZ =114.84（Mt）（2）矿井工业储量根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%是探明的，30%是控制的，10%推断的。根据煤层厚度与煤质情况，在探明的和控制的资源量中，70%是经济的基础储量，30%是边际经济的基础储量，则矿井工业资源/储量可由式计算。矿井工业储量可用下式计算： 式中 矿井工业资源/储量； 探明的资源量中经济的基础储量；控制的资源量中经济的基础储量；探明的资源量中边际经济的基础储量；控制的资源量中边际经济的基础储量；推断的资源量；k可信度系数，取0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存较稳定的矿井，k取0.7。该式取0.8。48.23（Mt）24.12（Mt）20.67（Mt）10.34（Mt）9.19（Mt）将各数代入得：Zg=112.55（Mt）2.3 矿井可采储量2.3.1 矿井设计资源储量按下式计算：式中矿井设计资源/储量断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建筑煤柱等永久煤柱损失量之和。按矿井工业储量的3%算。则：=112.55-112.553%=109.17（Mt）2.3.2 矿井设计可采储量式中矿井设计可采储量；工业场地和主要井巷煤柱损失量之和，按矿井设计资源/储量的2%算；C采区采出率，厚煤层不小于75%；中厚煤层不小于80%；薄煤层不小于85%。此处取0.80。则：=(109.17-109.172%)0.80=85.60（Mt）2.3.3 工业广场煤柱为了减少地面搬迁量的同时减少资源损失，要对成片布置的大村庄等留设保护煤柱。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，详见表2-3所示。本设计矿井为120万吨的大型矿井，取12公顷/Mt，则其总占地面积为1.212公顷/Mt=14.4公顷。取工业广场的长宽分别为400 m和36 0m，并按一级保护留设围护带20 m。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897m，下底986m，高1052m，面积为990533 m2。故工业广场煤柱为：=586（万t）表2-3 工业场地占地面积指标井 型（万t/a）占地面积指标（公顷/10万t）240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.8该矿的地质开采条件及冲击层和岩层移动角值见表2-4。表2-4 岩层移动角广场中心深度/m煤层倾角煤层厚度/m冲击层厚度/m/-36094.015045757565由此根据上述以知条件，画出如图2-1所示的工业广场保护煤柱的尺寸：图2-2 工业广场保护煤柱示意图2.2.4 矿井边界煤柱矿井边界煤柱按20 m留设，井田边界周长约为16293 m，煤层厚度平均4.0 m，煤的容重为1.45 t/ m3。则井田边界煤柱为：16293204.01.45/10000=189（万t）2.2.5 断层保护煤柱井田戊10煤层现已查明三条断层，长度分别为1538 m、738 m、317 m，可靠且可控制，故其两侧各留30 m保护煤柱，则其煤柱损失可由下式 式中：煤柱损失，t；断层长度，2593 m.；戊10煤层厚度，4 m；煤层容重，t/m3。已知=1.45 t/m3，代入可得：=0.9 Mt2.2.6 大巷保护煤柱取大巷保护煤柱宽度为30 m，通过与断层保护煤柱相似的计算可得大巷保护煤柱总量为：0.7 Mt.3 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中有关规定，确定本矿井设计生产能力要按年工作日330天计算，三八制作业（即二班生产，一班检修），每日二班出煤，净提升时间为16小时。3.2 矿井设计生产能力及服务年限1)矿井设计生产能力因为本井田设计丰富，主采煤层赋存条件简单，同时井田内部无较大断层，所以比较合适布置大型矿井，经校核后确定本矿井的设计生产能力为120万吨/年。2)井型校核（1）矿井开采能力校核平顶山四矿戊10煤层为厚煤层，煤层平均倾角为9度，地质构造简单，赋存较稳定，但矿井涌水相对较大，工作面长度不易过大，考虑到矿井的储量可以布置一个综采工作面可以满足矿井的设计能力。（2）运输能力的校核矿井设计为大型矿井，开拓方式为立井单水平开拓。井下煤炭运输则采用胶带输送机运输，工作面生产的原煤经胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，运输连续、能力大，自动化程度高，机动灵活；井下矸石、材料和设备采用轨道运输，运输能力大，调度方便灵活。（3）通风安全条件的校核矿井采用中央并列式通风系统，抽出式通风方式，在工业广场内布置一个回风井，可以满足通风要求。（4）储量条件校核井田的设计生产能力应与矿井的可采储量相适应，从而保证矿井有足够的服务年限。矿井服务年限的公式为：其中：_矿井的服务年限，年； Zk-_矿井的可采储量，85.60A _矿井的设计生产努力，120万吨/年； K _矿井储量备用系数，取1.4。则：T=85.60100 / (1201.4） =50.94（年）故本矿井的开采服务年限是符合规范要求的。(5）第一水平服务年限校核由本设计第四章井田开拓可知，矿井是单水平上下山开拓，水平标高-350m，该水平服务年限即为全矿井服务年限，为50.94年。即本设计第一水平的服务年限符合矿井设计规范的的要求。表3-1 不同矿井设计生产能力时矿井服务年限表矿井设计生产能力（万t/a）矿井设计年限（a）第一水平设计服务年限煤层倾角45600及以上7035300-5006030120-2405025201545-90402015154 井田开拓4.1 井田开拓的基本问题为整个矿井和各水平开采进行的总体性的井巷布置、工程实施和开采部署称为井田开拓。合理的开拓方式，要在技术上可行，在经济上合理，同时生产安全高效。井田开拓的主要内容包括：井筒的形式、数目、位置，以及开采水平的划分，大巷布置和准备方式等。开拓问题解决的好坏，不仅关系到整个矿生产的长远利益，而且关系到矿井的基建工程量、初期投资以及建设速度，从而影响了矿井经济效益。故确定开拓方式是要遵循以下原则:1)贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，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。2)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。3)合理开发国家资源，减少煤炭损失。4)贯彻执行煤矿安全生产的有关规定，建立完善的生产系统，使主要巷道经常保持良好的使用和维护状态。5)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、综合机械化、自动化创造条件。4.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标1)井筒形式的确定井筒形式可分为三种：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。具体见表4-1。本矿井煤层倾角小，平均9，为缓斜煤层；表土层厚约150 m，无流沙层；水文地质情况中等简单，涌水量相对较大；因井筒施工需要采用特殊施工冻结法建井，因此采用立井开拓。2)井筒位置的确定井筒位置选择首先要有利于减少初期的井巷工程量，同时缩短建井工期，减少占地面积，降低运输所消耗费用，节省投资；其次要有利于矿井迅速达产和正常接替。井筒位置的确定原则如下：（1）沿井田走向的有利位置当井田形状比较规则而且储量分布均匀时，井筒的有利位置应在井田走向中央；当井田储量呈不均匀分布时，应布置在储量的中央，以形成两翼储量比较均匀的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网路较短，通风阻力小。（2）井筒沿井田倾斜方向的有利位置如果井筒位于井田浅部，则总石门工程量大，但第一水平投资少，建井工期短；当井筒位于井田中部时，石门较短，运输工程量较小；当井筒位于井田的下部时，石门长度和运输量大，如果煤系基底有含水量大的岩层即不允许井筒穿过时，可以延伸井筒到深部，对井田深部开采以及向下扩展有利。表4-1 井筒形式比较井筒形式优点缺点适用条件平硐1施工技术简单、掘进速度快2地面工业设施简单3不留工业场地煤柱4运输设备少、费用低5不用排水设备受地形影响很大有足够储量的山岭地带斜井与立井相比：1井筒施工工艺较简单，速度快2井筒施工单价低，初期投资少3无需大型设备4斜井井筒可作为安全出口。与立井相比：1井筒维护费用高2提升能力低。3通风线路长煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质条件简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。立井1适用性强，可用特殊施工法2井筒短，提升速度快，能力大3井筒断面大4井筒支护条件好5通风断面大，阻力小1井筒施工技术复杂，设备多，要求有较高的技术水平。2井筒装备复杂，掘进速度慢，基建投资大。对不利于平硐和斜井的地形地质条件都可考虑立井。（3）有利于矿井初期开采的井筒位置要尽可能的使井筒位置靠近浅部初期开采块段，从而减少初期井下开拓巷道的工程量，同时节省投资和缩短建井工期。（4）地质及水文条件对井筒布置影响要保证井筒、井底车场以及硐室位于稳定的围岩中，同时尽量使井筒不穿过或少穿过流沙层，较大的含水层，以及较厚冲积层，断层破碎带和煤与瓦斯突出的煤层，较软的煤层及高应力区等。（5）井口位置应便于布置工业广场井口附近要布置主、副井生产系统的建筑物以及引进铁路专用线。为了便于地面系统之间互相连接，要求地面平坦，高差不能太大，应尽量避免穿过村镇居民区，文物古迹保护区以及陷落区或采空区、洪水浸入区等，同时尽量避免桥涵工程，特别是大型桥涵隧道工程。（6）井口应满足防洪设计标准附近有河流或水库时要考虑避免一旦决堤时造成威胁以及防洪措施。由于本矿区井田倾角较小，厚度变化小，距离东部国道近。故将井筒置于井田中央，即在工业场地之中。3）井筒数目为了满足井下煤炭的提升，需设置一主井，辅助提升和进风副井（共用一个）。原因是用主井回风会存在主井漏风严重的问题，所以暂不安排主井进回风；因井田面积较小，且表土层厚度大，所以不宜用边界式通风，因此设置中央回风井，用于前后期回风。共计三个井筒。4.1.2 工业场地的位置工业场地的具体位置及坐标见图2-2。工业场地的形状和面积：根据表2-2工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为14.4公顷，其形状为一矩形，长度方向和煤层的走向方向平行，宽度方向和煤层倾向方向平行；长轴400 m，短轴360 m；地面标高+300 m。4.1.3 开采水平的确定及带（采）区划分开采水平划分的目的是有计划、按顺