采矿工程毕业设计（论文）-宝丰红四煤矿2.4Mt新井设计.doc

目 录全套图纸加扣3012250582 1 矿区概述及井田地质特征111 矿区概述11.1.1 矿区的地理位置及行政隶属关系11.1.2 地形、地貌、交通等情况11.1.3 气候地震等情况31.1.4 矿区开采历史及周边小煤窑开采情况31.2 井田及附近的地质特征31.2.1 井田的地层层位关系及地质构造31.2.2含煤系及地层特征61.2.3 水文地质61.2.4 煤质及煤层特征71.2.5 井田的勘探程度及进一步勘探要求102 井田境界及储量112.1 井田境界112.1.1 井田周边情况112.1.2 井田境界确定的依据112.1.3 井田境界112.1.4 井田未来发展情况112.2 井田储量112.2.1 井田储量的计算112.2.2 保安煤柱122.2.3 储量计算的方法132.2.4储量计算评价152.3 矿井工作制度、生产能力及服务年限162.3.1工作制度162.3.2生产能力162.3.3矿井设计服务年限163 井田开拓183.1 概 述183.1.1 井田内外及附近生产矿井开拓方式概述183.1.2 影响本设计矿井开拓方式的因素及具体情况183.1.3 确定井田开拓方式的原则193.2 矿井开拓方案的选择203.2.1 井硐形式和井口位置203.2.2 开采水平数目和标高273.2.3 开拓巷道的布置283.3 选定开拓方案的系统描述293.3.1井筒形式和数目293.3.2井筒位置及坐标293.3.3水平数目及高度293.3.4石门、大巷数目及布置303.3.5井底车场的形式选择303.3.6煤层群的联系313.3.7采区划分313.4 井筒特征323.4.1井筒穿过的岩层性质及井筒支护323.4.2井筒布置及装备333.4.3井筒延伸的初步意见343.5 井底车场343.5.1井底车场形式确定及论证353.5.2井底车场的布置、储车线路、行车线路布置长度353.5.3 通过能力计算373.5.3 硐室383.6 开采顺序及采区、煤矿工作面的配置393.6.1 开采顺序393.6.2 保证年产量的同采工作面数403.6.3 采区接续计划413.7 矿井工程量和建井工期414 采煤方法444.1 采煤方法的选择444.1.2设计采区的位置、边界、范围、采区煤柱454.1.3采区的地质和煤层情况454.1.4采区的生产能力、储量及服务年限454.2 采区巷道布置464.2.1区段划分464.2.2采区上山布置464.2.3采区车场布置464.2.4煤仓形式、容量及支护534.2.5采区硐室简介544.2.6采区工作面接续554.3 采区准备564.3.1采区巷道的准备顺序564.3.2采区主要巷道的断面示意图及支护方式564.4 回采工艺584.4.1选择和决定回采工作面的工艺过程及使用的机械设备584.4.2选择采面循环方式和劳动组织形式585 矿井通风安全615.1 矿井通风系统的确定615.1.1 概述615.1.2 通风系统确定的因素615.2 风量计算与风量分配625.2.1 风量计算625.2.2 风量分配665.2.3 风速验算665.2.4 风量的调节方法和措施685.3 矿井通风阻力的计算685.3.1 确定全矿井最大通风阻力和最小通阻力685.3.2 矿井等积孔的计算705.4 通风设备的选择705.4.1 主扇的选择计算705.4.2 电动机的选择715.4.3 反风措施715.5 矿井安全技术措施716 矿井运输提升及排水746.1 矿井井下运输746.1.1 运输方式和运输系统的确定746.1.2 矿车的选型及数量746.1.3 带区运输设备的选择786.2 矿井提升系统796.2.1主井提升796.2.2副井提升816.3矿井排水826.3.1 矿井水来源及涌水量826.3.2 对排水设备的要求826.3.3 矿井主要排水设备837 环境保护887.1 矿井建设对环境的影响887.2 各种污染的防治措施897.2.1大气污染防治措施897.2.2水污染防治措施907.2.3噪声污染防治措施907.2.4固体废物处置917.2.5地表沉陷防治917.2.6水土保持917.2.7绿化928 技术经济指标93结 论95参考文献96致 谢981001 矿区概述及井田地质特征11 矿区概述1.1.1 矿区的地理位置及行政隶属关系 红四井田位于红墩子勘查区，属宁夏回族自治区银川市兴庆区管辖。地理坐标介于东经1063333.961063853.24和北纬382704.77383022.05之间。红墩子矿区红四井田呈南北走向条带状展布，北至13线，西以10煤煤层隐伏露头为界，南部以F3断层为界，东部以双井梁断层为界，南北长约5km，东西宽约3km，面积约为15km2。其西距银川市约30km，东距内蒙古自治区鄂托克前旗约70km，西南距临河镇约10km。京藏公路和银青高速从井田西南方向经过，在临河镇设有出口；203省道从井田西部通过，向南l0km可与（北）京-（西）藏、银（川）-青（岛）髙速公路接通；向南15km可至银川河东国际机场。1.1.2 地形、地貌、交通等情况1）地形地貌井田位于低缓丘陵地带，地处毛乌素沙漠西南边缘，属侵蚀性丘陵地貌，海拔高度11501250m，总体呈东高西低、南高北低。东部较平坦，多沙丘，呈链状分布，且大部被植物固定，有少量随季风流动的垄状及新月状沙丘；西部地形高低起伏不定，为典型的红土冲沟地貌，沟壑发育，地形支离破碎。2）交通该矿区的交通十分方便，京藏公路和银青高速从井田西南方向经过，在临河镇设有出口；203省道从井田西部通过，向南l0km可与（北）京-（西）藏、银（川）-青（岛）髙速公路接通；向南15km可至银川河东国际机场（见交通位置图）。区内沙丘广布，人烟稀少，无其它工业设施，村庄零星分布，户数及人口极少，房屋简易，搬迁容易。交通位置图见图1-1-1。3）水文 该矿区地表水系不发育，常年地表径流有井田西侧的黄河、及井田南部的兵沟。黄河自南向北流过井田外西侧；冲蚀严重的井田中、西部，自南而北形成大量的冲沟，冲沟基本无水，仅在雨量较大季节雨水沿冲沟注入黄河。图1-1-1 交通位置图4)电源条件红四矿井位于银川市东部。根据地质报告提供的资料：西北侧有月牙湖330kV变电所，该变电所装备2台160MVA主变压器。另外本矿井南部有黑山110kV变电所，该变电所装备2台40 MVA主变压器。根据红墩子矿区总体规划矿区将在红四煤矿工业场地附近建设兵沟110/35kV变电所1座，主变容量为363MVA，其2回电源以45.0km的110kV架空线路引自徐家庄330/110/35kV变电所，再从电力公司另一规划项目330kV变电所引1回110kV电源，总共3回110kV电源进线。5)水源条件根据红墩子矿区总体规划，在靠近矿区的临河工业园区规划建一座供水厂，水源取自黄河，处理后专供矿区各煤矿生活、生产用水。根据红四井田煤炭资源勘探报告，本矿井正常涌水量697.71m3/h，经处理达标后可用作矿井生产用水。本矿井水源拟采用两部分，即矿区水厂供水和中水再生回用水；矿井生活饮用水用矿区水厂供水，其它均采用中水再生回用水。1.1.3 气候地震等情况本井田所在地属中温带半干旱大陆性季风气候，冬季严寒，夏季酷热，昼夜温差悬殊。该地区年均气温+10，两极气温分别为+36.0和-21.2；一般l0月下旬结冰，至翌年3月解冻，冻土最大深度66cm。降雨多集中在7、8、9月份，年降雨量最大为273mm，年蒸发量达2722mm，无霜期短，约在5月中旬至9月低。风季多集中在春秋两季，最大风力达8级，一般为45级，多为北及西北风，春季时有沙尘暴天气。井田位于鄂尔多斯盆地西缘吴忠地震活动带的东侧，地震震中集中在黄河沿岸，按照建筑抗震设计规范(GB500112001)附录A我国主要城镇抗震设防烈度设计基本地震加速度和设计地震分组划分，本井田所在地区银川市抗震设防烈度为8度，设计分组为第一组。设计基本地震加速度值为0.20g。1.1.4 矿区开采历史及周边小煤窑开采情况红墩子矿区属隐伏煤田，红四井田内无小煤窑开采。1.2 井田地质特征1.2.1 井田的地层层位关系及地质构造根据全国地层多重划分对比研究宁夏回族自治区岩石地层（1996年）岩石地层的划分成果，红墩子矿区红四井田属晋冀鲁豫地层区（V4）、华北西缘地层分区（V41）、桌子山-青龙山地层小区（V41-2）（见图2-1）。根据区域地层资料，该地层小区（V41-2）以中生代地层最为发育，古生代地层在该地层小区中部埋藏较深，但在西北部的横城矿区及西南部的韦州矿区有出露；新生界地层普遍发育（见表1-2-1）。1-2-1 区 域 地 层 简 表地层时代厚 度（m）岩性描述及接触关系分布情况界系组新生界 (Cz)第四系(Q)10.924由风积砂、砂土组成全区广泛发育。古近系(E)清水营组(Eq)100.0紫红色粘土、砂质粘土、泥质为主，局部夹砂质，与下伏地层呈不整合接触。主要发育在横城地区，其它区域零星分布。中生界 (Mz)白垩系(K)洛河组 (Klh)217.0棕红色块状，粗、中粒砂岩夹泥岩、粉砂岩、细粒砂岩透镜体，与下伏地层呈整合接触。井田内东南部零星分布。宜君组 (Ky)887.0灰紫色砾岩为主，砾石大小悬殊，成分复杂，主要以灰岩、砂岩、石英岩为主，与下伏地层呈不整合接触。横城以东，碎石井、鸳鸯湖以北未发育。侏罗系(J)安定组 (Ja)230.5 为棕褐、灰黄绿、紫红色泥岩、粉砂岩、细粒砂岩，与下伏地层呈整合接触。鸳鸯湖矿区、碎石井矿区、马家滩矿区及萌城矿区。直罗组(Jz)448.6 紫红、灰绿、蓝灰色泥岩、粉砂岩、细粒砂岩为主，向下粒度变粗，底部为一层灰白色含砾粗粒砂岩，与下伏地层呈整合接触。延安组 (Jy)326.0 灰白色砂岩、灰及深灰色粉砂岩，泥岩为主，含煤层30余层，与下伏地层呈假整合接触。三叠系(T)白芨芨沟群 (Tb)(TB)1270.0 绿灰、黄绿、灰白色砂岩、粉砂岩、下部色调以绿色、黄绿色为主，粒度变粗，与下伏地层呈整合接触。二马营组(Te)650.0 灰紫色、紫红色、黄绿色中厚层状砂岩，砂岩中含紫红色泥岩，粉砂岩砾块，且具独特的“砂球状”构造，与下伏地层呈假整合接触。古生界 (Pz)二叠系 (P)孙家沟组(Psj)226.0中上部为棕红色、紫红色中粗粒砂岩、粉砂岩，底部为砾状砂岩，与下伏地层呈整合接触。横城矿区、韦州矿区及红墩子矿区。石盒子组(Psh)219.5上段：上部为紫色泥岩，中部以灰绿色泥岩为主，夹薄层砂岩，下部含植物化石，与下伏地层呈整合接触。170.5 下段：上部为灰紫、紫、灰绿色，粉砂岩为主，下部为灰白色砂岩为主，夹12层薄煤，并含植物化石，与下伏地层呈整合接触。山西组(Ps)77.0 灰白、深灰色砂岩，灰黑色粉砂岩，其中夹可采煤层13层及薄煤层，与下伏地层呈整合接触。太原组(CPt)78.0 灰黑色砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层24层及薄层灰岩组成，本组旋回结构清晰，与下伏地层呈整合接触。横城矿区、韦州矿区及红墩子矿区。石炭系(C)土坡组(Ct)286.0 灰黑色砂岩，粉砂岩夹薄层泥岩、灰岩，含较丰富的腕足类等化石，底部为黑灰色泥岩，夹数层薄煤层，与下伏地层呈假整合接触。奥陶系(O)拉什仲组(Ol)127.5下部为灰色薄层灰岩夹灰白色粉砂岩及黑色页岩，上部由灰绿色砂质页岩及薄层砂质泥灰岩组成。为深水海盆相陆源浊积岩沉积组合。古生界 (Pz)奥陶系(O)乌拉力克组(Ow)57以黑色薄层页岩为主，底部夹砾屑灰岩，深水海盆相浊积岩沉积组合。横城矿区、韦州矿区及红墩子矿区。克里摩里组(Ok)202深灰色、灰褐色薄层灰岩，泥灰岩夹灰黑、灰绿色页岩。含 三刺隐笔石。与上覆地层整合接触。马家沟组 (Om)682.5 灰色、灰褐色隐晶灰岩，含白云质隐晶灰岩，有红绿色藻、腕足、介形虫及海绵骨针等化石碎片。1.2.2 含煤系及地层特征本井田含煤地层为石炭二叠系太原组及二叠系山西组，含煤地层总厚122.17215.11m，平均179.67m。山西组地层平均总厚78.90m，含煤3层，依次为1、2、3煤，平均总厚7.39m，可采含煤系数为8.45%。地层总体向北倾伏,底层发育良好，无褶曲断层等复杂地质构造，本井田内未发现岩浆岩和陷落柱分布。 总体来看，本井田构造类型为优等。1.2.3 水文地质1)地表水井田内地表水系不发育。黄河自南向北流过井田外西侧；冲蚀严重的井田中、西部，自南而北形成大量的冲沟，冲沟基本无水，仅在雨量较大季节雨水沿冲沟注入黄河。本井田地表水对矿井开采没有危害。2)含水层组划分及其含水特征本井田内含水层划分为：a.新生界松散层含水层；b.古近系及基岩风化带孔隙裂隙含水层(组)；c.石炭二叠系煤系砂岩裂隙含水层(组)；d.石炭系土坡组砂岩裂隙含水层(组)；e.奥陶系灰岩裂隙含水层(组)。a. 新生界松散层含水层新生界松散层含水层在本井田均有分布，厚度在120m，以洪冲积的砂土、亚砂土、亚粘土为主，底部为含砂砾石，富水性较弱。b. 古近系及基岩风化带孔隙裂隙含水层(组)古近系上部粘土隔水层位于新生界松散层含水层下部，分布广泛，厚度大，一般在80190m，最厚达300m，隔水性能好，能有效阻隔新生界松散含水层、地表水以及大气降水对下伏含水层补给。古近系下部主要由细砂、中砂、粗砂及砂砾岩组成，累计厚度148.20217.70m，孔隙发育；基岩风化带平均厚度约30m，裂隙较发育，与古近系砂砾岩水力联系较密切，合并为一个含水层，称为古近系及基岩风化带孔隙裂隙含水层(组)。该含水层(组)富水性中等且直接覆盖在煤系地层之上，属矿井开采的直接充水水源。c. 石炭二叠系煤系砂岩裂隙含水层(组)由二叠系上部隔水层（组）、二叠系孙家沟组及石盒子组裂隙含水层（组）、二叠系石盒子组底部山西组顶部隔水层（组）、山西组及太原组裂隙含水层（组）计2个隔水层（组）和2个含水层（组）组成，富水性较弱。该含水层为煤层开采的直接充水含水层。d. 石炭系土坡组砂岩裂隙含水层(组)土坡组顶部主要由煤层及其底板泥岩、粉砂岩及灰岩组成，分布较稳定，一般在100m左右，天然状态下，隔水性能良好，能有效阻隔下伏含水层突溃至矿井。土坡组砂岩裂隙含水层（组）主要由粗粒、中粒、细粒砂岩、灰岩组成，厚度为1035m，一般富水性较弱。e.奥陶系灰岩裂隙含水层（组）该含水层厚度约900m，分布广泛，裂隙发育不均一，富水性亦不均一，一般富水性较强，但由于该含水层与煤系地层之间存在隔水性能较好的土坡组隔水层，正常情况下对矿井开采无影响。3)断层带富水、导水性本井田共发现2条断层，其中正、逆断层各1条。由于本井田现勘查阶段未对断层带做专门水文地质工作，详查报告仅从断层的力学性质分析，断层及其破碎带具有富水性较弱、导水性较差的特点，但在破碎带两侧的次一级张性裂隙较发育，富、导水性有所增强。本井田属以孔隙和裂隙充水为主的水文地质中等类型矿床。根据井田煤炭资源勘探报告，矿井正常涌水量697.71m3/h；最大涌水量为1648.77 m3/h。1.3 煤层特征1.3.1 煤层特征本井田设计含煤地层总厚约12.6732.55m，平均22.08m，共含设计可采煤层3层，分别为1、2和3煤层，平均总厚7.39m，占煤层平均总厚的45.2%；属于全区可采煤层（如表1-2-1所示）。本井田内各可采煤层特征如下：1煤：位于太原组中上部。煤厚0.484m，平均煤厚2.46m。全区发育良好且稳定。煤层结构简单，含1层夹矸。2煤：位于太原组中部。煤厚0.347.92m，平均煤厚2.4m，全区发育良好且可采。煤层结构简单复杂，含夹矸为1层。3煤：位于太原组中部。煤厚0.37.67m，平均煤厚2.53m。全区发育良好且可采。煤层结构。1-2-1 红四井田煤层赋存特征一览表煤层赋存情况厚度层间距稳定性可采程度1全井田赋存0.4841035.5226.3稳定全区可采2.462全井田赋存0.347.920.7911.70较稳定全区可采2.42.423全井田赋存0.37.6719.3436.73较稳定全区可采2.5331.101.3.2 煤质(1）工业分析水分（Mad）：可采煤层的原煤空气干燥基水分（Mad）平均值在1.06-1.91%之间，以低水分煤为主，浮煤水分略低于原煤。各可采煤层原煤水分在垂向上变化不大。灰分（Ad）：各可采煤层原煤灰分产率平均值在20.65-36.32%之间变化，原煤经1.4密度液浮选后，浮煤灰分产率平均值在7.90-12.91%之间变化，属低灰中灰煤（分级标准GB/T15224.12004），自上而下灰分变化较大。垂向上变化规律不明显。由于以往煤质资料中个别煤样原煤灰分与实际灰分产率具有一定差异，可能是煤样受污染或清理不干净、夹矸样混入所造成的。挥发分（Vdaf）：可采煤层原煤的干燥无灰基挥发分为36.32%47.52%，平均为40.3542.92%，属中高高挥发分煤（分级标准MT/T8492000），反映较低变质煤的特点。浮煤挥发分比原煤高为34.6845.78%，平均37.6241.48%。挥发分变化总体由上至下挥发分逐渐增高趋势。(2）煤的有害成分硫分（St，d）：井田内各可采煤层原煤煤样全硫含量为0.326.87%，平均0.903.23%。据GB/T 15224.2-2004煤炭质量分级：煤炭硫分分级标准，本区煤以中高硫煤为主，其次为高硫煤，特低硫中硫煤均占有一定比例。其中1、2、3煤属低硫高硫煤，以中高硫煤为主。各可采煤层浮煤全硫含量0.40%4.72%，平均0.572.83%，高硫煤洗选后，硫分有较大幅度降低，特低硫和中高硫煤略有上升。磷分（Pd）：井田内各可采煤层磷含量为0.002%0.132%，平均0.0140.039%。据MT/T562-1996煤炭行业标准，本区以低磷分、中磷分煤为主，特低磷分煤次之，偶见高磷分煤。(3)发热量各可采煤层的发热量统计结果表明：井田内原煤干基高位发热量（Qgr，d）为14.0432.50MJ/kg；原煤低位干基发热量为15.3830.49MJ/kg，按GB/T15224.3-2004煤炭质量分级：发热量国家标准，本区以特高热值煤、高热值煤为主，中高热值煤次之。(4)煤的气化指标煤对CO2的反应性： 本区煤层灰含量一般较高，对煤的反应性有很大影响。根据红墩子矿区煤炭资源详查报告，在950条件下，各可采煤层煤对CO2的反应性为9.90%50.90%，平均20.78%。属于反应性很差的煤层。煤灰成分：根据红墩子矿区煤炭资源详查报告，煤灰中以SiO2 、Al2O3为主。其余依次为： Fe2O3、CaO、TiO2、 SO3、MgO、K2O、Na2O、MnO2。可采煤层煤灰中碱性氧化物Fe2O3和CaO平均值分别为5.26%和3.04%， MgO平均含量为0.64%。酸性氧化物SiO2平均为50.22%，Al2O3平均为36.73%，TiO2平均为1.32%。据有关资料，（SiO2+Al2O3）/（Fe2O3+CaO+MgO）当比值小于1时，煤灰为易熔灰，当比值大于5时，为难熔灰，本区酸性灰与碱性灰比值为10.923，煤灰属难熔灰。煤灰熔融性；据资料显示，本区煤层的煤灰熔融温度变化不大。煤样的软化温度ST的变化区间为12601450，一般大于1300。其软化温度较高。各煤层为“中等软化温度灰高软化温度灰”煤，并以高软化温度灰为主。(5)煤类及用途根据井田内煤芯煤样化验成果，井田煤类以气煤、气肥煤为主，可作为发电、气化、配焦用煤。1.3.3 开采技术条件1.瓦斯瓦斯含量：甲烷为0.001.96ml/g，二氧化碳为0.041.01ml/g ，氮气为0.7411.02ml/g，重烃为0.000.19ml/g。瓦斯分布变化规律：井田瓦斯分带，水平方向上总体是井田西部为二氧化碳氮气带，东部为氮气沼气带。瓦斯等级：根据红四井田煤炭资源勘探报告对瓦斯突出危险性预测，该矿井属于低瓦斯矿井。2.煤尘本井田可采煤层的煤尘爆炸性测试结果表明：火焰长度为40400mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量为7095%，煤尘爆炸性指数为2354，因此，可采煤层均有煤尘爆炸危险。3.煤的自燃本井田各可采煤层煤的吸氧量为0.490.62cm3/g（干煤），属于容易自燃自燃煤层。4.地温根据勘探报告提供的资料，本井田所在地的恒温带深度为自地表向下垂深65m，恒温带温度为13.84。地温梯度介于2.493.43/hm之间，平均2.93/hm，地温梯度正常，但存在大面积一、二级热害区。1.3.4 井田的勘探程度及进一步勘探要求目前，勘探程度已达到精查，确定了高级储量为50%以上，但为了满足以后生产要求，应提高一水平的勘探程度，使高级储量达到70%以上。2 井田境界及储量2.1 井田境界2.1.1 井田周边情况红墩子矿区属隐伏煤田，红四井田内无小煤窑开采。通过CAD图纸测量，南北长约5.6km，东西宽约5.2km，面积约为29.12km2。煤层平均倾角为12，平均容重1.4t/m3。2.1.2 井田境界确定的依据首先，以地理地形，地质条件作为划分井田境界的依据。其次，要适于选择井筒位置，安排地面生产系统和各建筑物。再次，划分的井田范围要为矿井发展留有空间。最后，井田要有合理的走向长度，以利于机械化程度的不断提高。2.1.3 井田境界井田走向长度：5.6km；倾向长度： 5.2km；勘探面积： 29.12km2。开采深度： 700-150。2.1.4 井田未来发展情况该井田煤层赋存稳定，储量大，随着开采深度的增加，煤层赋存条件好，采用新技术，产量会有较大的提高幅度，随着技术的进步和勘探水平全面的提高，井田范围内探明储量会越来越精确，可能在更深部发现可采煤层。2.2 井田储量2.2.1 井田储量的计算1. 矿井设计的依据矿井工业储量是指井田精查地质报告提供的平衡表内A+B+C级储量，它是矿井设计依据。2. 矿井初步设计应计算以下储量矿井地质储量：勘探（精查）报告提供的储量，包括“能利用储量”和“暂不能利用储量”；矿井工业储量：勘探（精查）地质报告提供的“能利用储量”中的A、B、C三级储量，A、B、C三级储量的计算方法，应符合国家现行标准煤炭资源地质勘探规范的规定；矿井设计储量：矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱，防水煤柱，井田境界煤柱和已有的地面建筑物，构筑物需要留设的保护煤柱等永久性煤柱损失量后的储量；矿井设计可采储量：矿井设计储量减去工业场地的保护煤柱，矿井井下主要巷道及上、下山保护煤柱煤量后乘以带区回采率。2.2.2 保安煤柱1.保护煤柱的留设方法工业场地及主要井巷保护煤柱留设：工业场地保护煤柱留设，在确定地面受保护面积后，用岩石移动角圈定煤柱范围。移动角数值应采用本矿区实测数据或与本矿区条件类似的矿区的实测数据选取。工业场地地面受保护面积应包括受保护对象及围护带，围护带宽度为15m。不包括在工业场地范围内的立井，圈定其保护煤柱时，地面受保护对象应包括绞车房，井口房或通风机房风道等，围护带宽度为20m。圈定立井保护煤柱时，应根据井筒深度、岩性、用途、煤层赋存条件及地形特点等因素。斜井受保护对象应包括绞车房、斜井井筒及井底车场。井口围护带宽度应为10m。斜井或巷道上方的煤层是否留设保护煤柱，应根据巷道距地表的垂深，巷道所在的围岩性质，巷道与煤层的法线距离等因素确定。斜井或巷道下方煤层，应从巷道保护煤柱边界起，用岩层移动角圈定保护煤柱。断层带及井田境界煤柱的留设：断层带及井田境界煤柱可按照煤炭工业矿井设计规范的要求留设3050m的煤柱宽度来计算。并不是所有的地面建筑物、河流等均须留置保护煤柱，设计时应结合所设计矿井的具体情况和“三下”采煤理论进行分析。2.本井田边界煤柱留设及断层井筒周边煤柱的留设断层带煤柱留设为40m；井田边界煤柱留设为25m；井筒周边煤柱留设为15m。2.2.3 储量计算的方法计算标注以储量管理规程为依据，公式如下：块段储量=块段面积COS(平均倾角)平均厚度容重；矿井设计储量= 工业储量永久煤柱；块段可采储量=（矿井设计储量工广煤柱井下巷道保护煤柱采区保护煤柱）设计回采率；回采率要求：厚煤层不小于75%，中厚煤层不小于80%，薄煤层不小于85%；以上计算方法得：井田块段划分示意图见图2-2-1。图2-2-1 煤层储量计算块段划分示意图井田走向长5.6km，倾向长5.2km，面积为29.12km2，共有3个可采煤层，平均煤厚为2.46+2.4+2.53=7.39m，煤的容重为1.4t/m3。煤层平均倾角12。则井田的工业储量29.127.391.4/cos12=308.1Mt1.永久煤柱损失（1）断层煤柱本井田内主要有2个断层，其总长度为8500m.所以其地质损失为：8500407.391.4=3.52Mt（2）边界煤柱井田边界长度为21000m田边界保护煤柱损失=21000257.391.4=5.43Mt综上，该矿永久煤柱损失量为P1=3.52+5.43=8.95Mt矿井设计储量Qs=Qg-P1=308.1-8.95=299.15Mt2.工业广场压煤损失：三下保护煤柱设计时，边界角0=0=58 0=58-0.3 移动角=73 =73-0.6 松散移动角45 煤层真倾角按规范规定，年产2.4 Mt/a的大型矿井，工业场地占地面积指标为0.8公顷/10万吨，见表2-1。故可算得工业场地的总占地面积：S=0.824=19.2公顷=19.2104 m2可知工业场地占地192000 m2，设其沿倾向边长为500m，走向边长为384m。根据建筑物级别围护带宽取20m。立井井筒和工业场地只需留一个总的安全煤柱。工业场地压煤为一矩形区域，面积1383716m3,所以其损失为：13837167.391.4=18.10Mt表2-1 矿井工业场地占地指标表井 型大 型 井中型井小 型 井生产能力（万吨/年）120、150、180、24045、60、909、15、21、30占地指标（公顷/10万吨）0.81.21.31.82.02.53.为保护矿井主要大巷，需留设大巷保护煤柱，其损失为:825417.391.4=5.21Mt4.采区之间保护煤柱量106007.391.4=0.16Mt综上其他保护煤柱损失P=18.1+5.21+0.16=23.47Mt井田的可采储量计算公式: 式中：矿井可采储量Zs矿井设计储量保护工业场地、井筒、井下巷道等留置的煤柱损失量采区采出率，厚煤层不低于0.75；中厚煤层不低于0.8；薄煤层不低于0.85；本矿井为中厚煤层，取0.8。则： =（299.15-23.47）0.80=220.54Mt即该井田的可采储量为220.54t。根据储量诸图、通过等高线块段法计算本井田工业储量为308.1Mt，可采储量为220.54Mt。2.2.4 储量计算评价根据矿井服务年限中，能有效利用井巷、地面建筑和机电设备，充分发挥投资的作用。对于矿区均衡生产，大型矿井服务年限长的些会长期稳定地提供煤炭，也能充分地发挥其能力。红四新煤矿的煤层对比可靠，煤层厚度比较稳定，倾角较缓，煤层地板起伏不大，构造控制基本可靠，无火成岩，水文地质条件中等，储量计算可靠。2.3 矿井工作制度、生产能力及服务年限2.3.1 工作制度根据设计规范规定：1.矿井年工作日按330天计算；2.矿井每昼夜三班工作，其中两班进行采、掘工作，一班进行检修；3.每日净提升时间16h小时。科学的安排矿井工作制度，能更有效的提高生产，减轻工人工作压力，为安全生产提供基本的保障措施。2.3.2 生产能力井田煤炭储量丰富（工业储量为308.1Mt，可采储量为220.54Mt），地质构造及水文地质简单，煤层赋存平缓平均12，煤质优良，具有建设大型矿井的条件。根据地质报告的资料描述，煤层储量丰富，地质构造比较简单，开采条件好，满足集中生产条件，且煤层生产能力大以及煤层赋存深等因素，初步决定采用大型矿井设计。并初步确定三个方案：方案一：建1.80Mt/a的矿井。方案二：建2.40Mt/a的矿井。方案三：建3.00Mt/a的矿井。2.3.3 矿井设计服务年限1.根据设计规范，矿井的设计生产能力应为：大型矿井：1.20、1.50、1.80、2.40、3.00、4.00及以上（Mt/a）；中型矿井: 0.45、0.60、0.90（Mt/a）；小型矿井：0.09、0.15、0.21、0.30（Mt/a）；除上述井型以外，不应出现介于两种设计生产能力的中间井型。表2-3-1 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7035300-5006030120-2405025201545-9040201515矿井设计服务年限公式： 式中：矿井设计可采储量，万t； 生产能力， 万t/a； 矿井储量备用系数，K1.31.5；矿井设计一般取K=1.4，地质条件复杂的矿井及矿区总体设计可取K=1.5，地方小煤矿可取K=1.3 。根据本设计矿井实际情况，K值取1.4。方案一：=220.54（1.81.4）=87.5a方案二：=220.54（2401.4）=65.6a方案三：=220.54（3001.4）=52.5a分析：根据煤矿安全规程、采矿设计手册中，关于大型矿井设计服务年限不小于50a的规定，确定65.6a为比较合理的服务年限，所以本矿井的生产能力定为2.4Mt/a。3 井田开拓3.1 概 述3.1.1 井田内外及附近生产矿井开拓方式概述红四煤矿矿区煤层赋存稳定，断层少但落差大，大的断层都作为矿区的边界，矿区附近各个矿井井型不同，开拓方式以立井居多。3.1.2 影响本设计矿井开拓方式的因素及具体情况井田开拓方式选择的主要因素包括：井田地质和水文地质条件；煤层赋存和开采技术条件；地形地貌和地面外部条件；技术装备和工艺系统条件；施工技术和设备条件；总体设计和矿井生产能力要求等。井田位于低缓丘陵地带，地处毛乌素沙漠西南边缘，属侵蚀性丘陵地貌，海拔高度11501250m，总体呈东高西低、南高北低。东部较平坦，多沙丘，呈链状分布，且大部被植物固定，有少量随季风流动的垄状及新月状沙丘；西部地形高低起伏不定，为典型的红土冲沟地貌，沟壑发育，地形支离破碎。井田内煤层埋藏深度为+700-150m，煤层倾角12左右。可采煤层有三层，分别为1煤、2煤和3煤，1煤和2煤层平均间距为2.42m，2煤和3煤平均间距为31.1m，这三层煤的间距均小于50m ，这三层煤可联合开采。井田划分阶段时，阶段要有合理的斜长，以利于运输、通风、巷道维护等。上山采用输送机时，辅助提升一般采用一段单钩串车提升，绞车滚筒直径一般不大于1.6m，根据绞车的缠绳量、阶段斜长一般不超过800m。对煤层赋存条件好、生产能力较大的采用滚筒直径2.0m的绞车，有效提升距离可达900余米至1000米。根据以上分析，阶段垂高一般可按下列范围确定：缓斜、倾斜阶段垂高为150250m，急斜煤层100150m,倾角16及以下煤层、瓦斯含量低、涌水量小时，采用上、下山开采相结合的方式。阶段内采区划分一般应考虑沿走向有无大的地质构造变化，如断层、无煤带、倾角变化较大等，若有可利用这些地质变化带作为采区边界。在没有地质条件限制时，采区划分应综合考虑技术经济的合理性，确定最优方案。在毕业设计中，如果不能专题论述时，采区走向长度可参照下列数值确定：综采工作面单翼布置时，走向长度一般不小于1500m，双翼布置时一般不小于3000m；普采双翼采区，其走向长度一般为15002000m；炮采工作面，双翼采区走向长度一般为10001500m。对于顶底板松软巷道难以维护，地质构造复杂或自燃发火期短的煤层，以及装备水平低的的小型矿井，采区走向长度适当缩短。具体划分时，应该使矿井初期开采的采区，尽量布置在井筒附近，应优先考虑布置中央采区的可能性。采用胶带输送机斜井开拓时，初期中央采区上山可利用主、副斜井，以减少井巷工程量；采区一般宜双翼布置。当受地质构造限制，或在安全上有特殊要求时，也可布置单翼采区。综采工作面采区单翼布置有利于跨上山或跨石门连续开采，以减少工作面搬家次数。采区要有合理的区段数目，以保证采区正常生产和工作面接替。在我国目前技术条件下，缓斜煤层可按35个区段选取，倾斜和急斜煤层不少于23个区段。煤层倾角小于12，采用倾斜长壁时，条带斜长上山部分一般为10001500m，下山部分一般为8001000m。煤层倾角在58以下的近水平煤层，宜采用盘区开采。如果煤层层数不多，间距较近，可以用一个开采水平开采所有煤层，盘区上山的长度一般不超过1500m，盘区下山的长度不超过1000m.如果煤层数目多，上下煤层间距又较大，此时开采水平的位置决定着盘区的倾斜尺寸。地质构造（主要为断层）、顶板条件、地形及水文地质条件，矿井生产能力，煤层赋存情况及储量等对矿井开拓方式有较大影响。有三次岩浆侵入活动，其中对煤层、煤质影响较大的是第三纪辉绿岩。单一煤层较少，夹石以含炭泥岩、泥岩、粉砂岩为主。主要可采煤层都是12个自然分层组成；西部及南部较复杂。属于高沼气矿井，有煤尘爆炸的危险。煤层倾角1014之间，平均为12。宜选用立井开拓，便于井筒延伸。根据井田条件和设计规范有关规定，本井田划分为3个水平，阶段内采用采区式进行准备。3.1.3 确定井田开拓方式的原则合理集中开拓布置，简化生产系统，避免生产分散为集中生产创造条件。贯彻执行有关煤炭工业的技术政策，为尽早见煤、提高煤质量、减少投资、降低成本、高效率创造条件。要使生产系统完善、有效、可靠，在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量，尤其是初期工程建设，减少基建工程量，加快矿井建设。合理开发国家资源，减少煤炭损失。必须惯彻执行有关煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风系统，创造良好的条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常性保持良好状态。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。3.2 矿井开拓方式3.2.1 开拓方案比较1.井筒形式方案比较开拓方式的选择应全面考虑各种因素，煤层赋存和开采技术条件、井田地质和水文地质条件、地形地貌和地面外部条件、总体设计和矿井生产能力要求等；技术装备和工艺系统条件；施工技术和设备条件。开拓方式按照井筒的倾角不同（水平、倾斜、垂直）分为平硐开拓、斜井开拓、立井开拓和综合开拓方式（平、斜、立井中的任何两种形式相结合进行开拓）四种方式。开拓方式依据井筒与煤层位置的不同又有许多类型。立井开拓：适应性很强，可用于各种地质条件，同时在技术上也成熟可靠。一般在表土层厚、煤层赋存深时，应采用立井开拓。斜井开拓：对于表土层较薄、煤层赋存较浅、水文地质条件简单的煤田，一般都可以采用斜井开拓。斜井开拓在各种倾角煤层开拓中都得到了广泛的应用。对上述因素要多方面综合考虑，通过系统优化设计和多方案技术经济比较确定。（1）立井开拓立井的优点：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。机械化程度高，易于自动控制。井筒为圆形断面结构合理，维护费用低，有效断面大通风条件好，管线短，人员升降速度快。适用条件：煤层赋存深度2001000m，含水砂层厚度20400m,立井开拓的适应性很强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件限制。技术上也比较可靠。当地质条件不利于平硐或斜井开拓时均采用立井开拓方式。实际情况分析：根据本井田的地表情况，地质构造，煤层赋存等实际情况，本井田煤层赋存最深-150m标高，平均煤层倾角12，倾角较小, 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。缩短建井工期，满足采用双立井开拓，故此方案在技术上可行。（2）斜井开拓斜井的优点：井筒装备和地面建筑物少，不用大型提升设备。井筒掘进技术和施工设备比较简单，掘进速度快，地面工业建筑，井筒装备，井底车场及硐室都比立井投资少。胶带输送机提升增产潜力大，改扩建比较方便，容易实现多水平生产，并能减少井下石门长度。缺点：在自然条件相同时，由于倾角较小，斜井要比立井长得多。围岩不稳固时，斜井井筒维护费用高，采用绞车提升时，提升速度低，能力小，动力消耗大，提升费用高，当井田斜长较大时，采用多段绞车提升，转载环节多，系统复杂，更要多占用设备和人力。由于斜井较长，沿井筒敷设管路，电缆所需的管线长度较大。斜井通风风路较长，对瓦斯涌出量大的大型矿井，斜井井筒断面小，通风阻力过大，可能满足不了通风的要求，不得不另开专用进风或回风的立井并兼做辅助提升。当表土为富含水的冲积层或流砂层时,斜井井筒掘进技术复杂,有时难以通过。适用条件：煤层赋存较浅，垂深在200m以内，煤层赋存深度为0500m，含水砂层厚度小于2040m，表土层不厚，水文地质情况简单的煤层。井筒不需要特殊方法施工的缓倾斜及倾斜煤层。实际情况分析：根据井田地形地貌、煤层赋存条件等实际情况：平硐开拓方式在技术上不合理应予以否定。本着合理开发全井田，初期井巷工程量少、投资省、效率高、成本低、效益好及早出煤和集中生产的原则，且煤层埋藏适中。真对这些设计条件提出了三个开拓方案：方案：双斜井开拓；方案：双立井开拓；方案：主立井副斜井开拓；以上三种井筒开拓方案比较如下：.双斜井开拓（斜井延伸）斜井与立井相比有如下优点：1.井筒掘进技术和施工设备比较简单，掘进速度快，地面工业建筑，井筒装备，井底车场及硐室都投资少，节省投资时间；2.井筒装备和地面建筑物少，钢材和其他基本建筑材料消耗量小；3.胶带输送机提升富余系数大，改扩建比较方便，容易实现多水 平生产，并能减少井下石门长度，缩短了建井周期。缺点：1.在自然条件相同时，斜井要比立井掘进费用高；2.围岩不稳固时，斜井井筒维护费用高，提升速度低，能力小钢丝绳磨损严重，提升费用高，当井田斜长较大时，采用多段绞车提升，转载环节多，系统复杂，更要多占用设备和人力；3.由于斜井较长，沿井筒敷设管路，电缆和其它管线长度较大；4.斜井通风路径较长，且瓦斯涌出量大的大型矿井，斜井井筒断面小，通风阻力过大，可能满足不了通风的要求，不得不另开专用进风或回风的立井并兼做辅助提升，加大了维护费用；5.当表土为富含水的冲积层或流砂层时,斜井井筒掘进技术复杂,通过率不高，有时难以通过。适用条件 ：煤层赋存较浅，垂深在200m以内，煤层赋存深度为0500m，含水砂层厚度小于2040m，表土层不厚，水文地质情况简单的煤层。井筒不需要特殊方法施工的缓倾斜及倾斜煤层。技术评价：本井田一水平设在+400水平标高，根据煤层的赋存情况不可以采用双斜井开拓。井田赋存深度为+700m-150m。在技