采矿工程毕业设计（论文）-五阳二矿5Mta新井设计.doc

华北科技学院毕业设计论文一般部分1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述五阳煤矿交通条件较为便利。太焦铁路线自北而南横穿井田，襄垣火车站、五阳火车站位于井田之内，本矿铁路专用线与五阳站相接。邯长、太焦铁路在长治北站交会。太焦线北接石太、同浦线，南接陇海线。图1-1-1 矿区位置交通图榆黄公路自本井田穿过，西距208国道1km。五阳煤矿距襄垣城约3km，距长治市约45km。距太原市约215km。潞安矿区的公路网连接着整个矿区，矿区至长治、太原等地均有汽车相通，陆路交通便捷发达，煤炭外销十分方便(图1-1-1)。潞安矿区位于太行山中段西侧，长治盆地之西部。隶属的五阳井田位于矿区东北部。纵观其地貌特征，属黄士高原的低山丘陵地带，地势较为平坦，呈南高北低，西高东低。大多为黄士所覆盖，局部零星出露中奥陶系地层及二叠系地层，冲沟发育。最高点位于本区南文王山北断层附近，海拔为+945.50m，最低点位于漳河河谷，海拔+854.00m，最大高差为91.50m。长治至各主要城市间距离见表1-1-1：表1-1-1 长治距各主要城市距离简表名称起止线铁路/公路距离(km)太焦线长治太原铁路280太焦线长治新乡铁路217邯长线长治邯郸铁路220长太线长治太原公路250长邯线长治邯郸公路185长石线长治石家庄公路长北线长治北京公路长郑线长治郑州公路长天线长治天津公路长西线长治西安公路1.2井田地质特征1.2.1煤系地层特征五阳井田属潞安矿区。潞安矿区位于华北地台山西台背斜，沁水煤田中东部边缘。地层发育与华北地台其它地区一样，结晶基底为太古界、下远古界地层，其上发育了寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三迭系、侏罗系、上第三及第四系等地层，缺失上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统、白垩系、下第三系等地层。区域内各时代地层均有所出露。据以往地质资料区域地质资料将寒武系以新地层，由老到新简述如下：1）寒武系（）该系地层在五阳井田内无出露，主要分布在左权、襄垣、平顺等地。与下伏元古界地层呈不整合接触。厚约486 m。（1）寒武系下统（1）该统缺失馒头组、仅发育毛庄组。主要为紫红色页岩与紫红色白云质泥质灰岩互层，夹表灰色中厚层状右灰岩、鲕状灰岩；底部为一层底砾岩。，厚约3590 m。（2）寒武系中统（2）徐庄组（2x）：下段主要为紫红色页岩、细砂岩夹薄层石灰岩、鲕状灰岩。上段主要为浅灰色中厚至薄层状石灰岩、泥质条带灰岩等。厚度一般为5890 m。张夏组（2z）：底部为薄层泥质条带灰岩或薄层灰岩、泥质灰岩。其上主要为浅灰至深灰色薄至厚层状灰岩、石灰岩，下部夹紫红色页岩。一般厚约170 m。（3）寒武系上统（3）崮山组（3g）：主要为灰、灰黄色薄至中厚层状泥质条带灰岩或竹叶状灰岩，夹黄绿色钙质页岩及生物碎屑灰岩。厚度一般为40 m。长山组（3c）：主要为紫红、灰紫色中厚层状竹叶状灰岩夹泥质条带灰岩或薄层白云质灰岩。厚度约722 m。凤山组（3f）：主要为灰、灰白色厚层状中至粗晶白云质灰岩。一般厚约100 m。 2）奥陶系（O）（1）奥陶系下统（O1）本统厚度为65210m，一般厚度130m。中上部为灰色中厚、巨厚层状白云岩，下部为泥质白云岩夹竹叶状白云岩。与下伏地层为整合接触。（2）奥陶系中统下马家沟组（O2X）本组厚度多37210m，一般厚度120m，中上部为青灰色中厚、巨厚状石灰岩，下部为角砾泥灰岩和铝质灰岩。（3）奥陶系中统上马家沟组（O2S）本组厚度170310m，一般厚度230m，中上部为灰色白云质泥灰岩、泥质灰岩，灰黑色中厚层状豹皮灰岩。下部为灰绿色泥灰岩或角砾状泥灰岩。（4）奥陶系中统峰峰组（O2f）本组厚度为55289m。岩性为浅灰色中厚层状豹皮灰岩，灰白色白云岩夹灰黑色中厚层状灰岩。3）石炭系（C）（1）石炭系中统本溪组（C2b）该组厚度235m，一般厚度20m。岩性以铝土泥岩为主，并发育有石灰岩，少量砂岩，夹有煤线。底部有山西式铁矿透镜体赋存。与下伏层呈平行不整合接触。（2）石炭系上统太原组（C3t）本组厚度80150m，一般厚度100m，为主要含煤地层之一。岩性由灰黑色，灰色泥质岩，砂岩，发育46层石灰岩，含煤1015层，底部为灰白色中厚层状砂岩（K1）。与下伏地屋呈整合接触。4）二叠系（P）（1）下统山西组（P1s）该组厚度为36135m，一般厚度60m，为主要含煤地层之一。岩性灰黑色，灰色泥质岩，灰白色中、细粒砂岩及煤层组成。发育14层煤。底部以K7灰白色中或细粒砂岩为界。与下伏地层呈整合接触。（2）二叠系下统下石盒子组（P1x）该组厚度4878m，一般厚度65m。顶部为杂色鲕状铝土质泥岩（桃花泥岩），中部为浅灰色中粒、细粒砂岩，下部为杏黄色砂岩、泥岩、灰色泥岩，偶夹煤线，底部灰白色中、细粒砂岩（K8）。与下伏地层呈整合接触。（3）二叠系上统上石盒子组（P2s）该组厚度400550m，一般厚度520m，上部为杂色砂岩及紫红色泥岩，中部为杂色砂岩、泥岩及黄绿色中粒砂岩灰色泥岩，下部为紫色、杂色、黄绿色泥质岩组成，底部为灰白色厚层状中粗粒砂岩、灰绿色砂岩（K10）。与下伏地层呈整合接触。（4）二叠系上统石千峰组（P2sh）该组厚度22217m，一般厚度150m。岩性以黄绿色厚层状中、粗粒砂岩与紫红色泥岩互层，上部发育，有淡水灰岩及薄层石膏层。仅在屯留井田西部有2个钻孔完整接露，最大厚度192m。与下伏地层呈整合接触。5）三叠系（T）（1）三叠系下统刘家沟组（T1l）本组厚度为115595m，一般厚度400m。岩性主要由浅灰、紫红色薄中厚层状中-细粒砂岩和紫色泥岩组成。仅在屯留井田有2个钻孔见及，最大厚度53.39m。与下伏地层呈整合接触。（2）三叠系下统和尚沟组（T1h）本组厚度130475m，一般厚度250m。岩性主要由紫灰色砂岩和紫红色泥岩组成。与下伏地层呈整合接触。（3）三叠系中统二马营组（T2er）地层一般厚度600m。岩性主要由紫红色泥岩，砂质泥岩、浅绿色厚层状粗砂岩组成。与下伏地层呈整合接触。（4）三叠系中统铜川组（T2t）厚度一般为55m。上部为红色砂质泥岩，夹细粒砂岩，下部为紫色、灰绿色厚层状中粒砂岩和灰绿、灰紫色砂质泥岩。与下伏地层呈整合接触。（5）三叠系上统延长组（T3y）厚度30138m，一般厚度50m。岩性由紫红、灰绿色中厚层状中、细粒砂岩，粉砂岩，泥岩夹淡水灰岩组成。与下伏地层整合接触。6）侏罗系（J）区域西北部有零星出露。该系缺失下统和上统，仅发育中统黑峰组。岩性为灰黄色厚层状含砾粗中粒砂岩，局部夹砾岩及紫红、淡绿色砂质泥岩。厚度为30254 m。与下伏三迭系呈不整合接触。7）上第三系（N）厚度5268m。岩性以棕红色粘土、砂质粘土为主，底部为砾石，在武乡县张村为厚层状灰绿、灰黑色粘土，粉砂与薄层泥岩互层，并夹油页岩。与下伏地层呈角度不整合接触。8）第四系（Q）厚度0300m为棕黄、淡黄色亚粘土，含砂质粘土，亚砂土夹钙质结核及近代冲积层砂、砾石及泥土组成。与下伏地层呈角度不整合接触。1.2.2矿井地质构造五阳井田处于上述二级构造带之间，受晋获断褶带的控制和武阳凹褶带的影响主要形成低级，低序次的构造。本井田的基本构造特征为：向南西倾伏宽缓褶曲，伴有大中型、高角度正断层和次一级的小型断裂，构造线方向大致为北东东和北东方向褶曲。1）褶曲井田内主要褶曲是天仓向斜，与其伴生的次级褶曲由北向南有：崔村向斜、大郝沟向斜、十字道背斜、五阳背斜、东周背斜。其轴向除崔村向斜为北北东向外，其余均为北东东向。天仓向斜横贯井田中央，为本井田的控制性构造。褶曲的共同特点是：向西倾伏，两翼倾角512，一般8左右，仅天仓向斜和崔村向斜靠近枢纽部分有大于12甚至达15。天仓向斜幅度在100m以上，其它在20m至80m之间。小黄庄断层以北至西川断层之间由崔村向斜和大郝沟向斜构成煤层的基本形态，而小黄庄断层以南至文王山北断层之间以中部的天仓向斜构成井田的基本形态。兹将主要褶曲叙述如下：（1）崔村向斜：位于井田北部，向斜两翼分别为西川断层和东南上断层截切。向斜轴部南西端自王家庄断层、下峪村、崔村至西川东部附近，向北略偏西方向呈弧线弯曲延伸出区。轴向为北东3540，向西南倾伏，两翼岩层较陡，东南翼约20，西北约18，幅度在50m左右，区内延伸约3.50km。（2）大郝沟向斜：位于王家庄断层南，小黄庄断层北，经兴庄村南，大郝沟村附近向东北延伸，向斜轴在兴庄附近为北75东，过铁路东转为北65东。轴部西端为山西组地层往东逐渐变为太原组地层，两翼对称，倾角10左右，分别为王家庄断层和小黄庄断层切割，长约7.5km。（3）天仓向斜：位于井田中部，横贯东西，为井田内部一级控制性构造。东经东李村至甘村北过天仓村，向西延伸出区外。轴向北75东，向西南倾伏，倾伏角约10左右，两翼岩层倾角1020之间，一般为10。北翼较南翼陡，仅在靠近枢纽部分有大于20达25左右。历次勘探和井下巷道及生产实践控制查明。（4）十字道背斜：位于井田中部小黄庄断层以南，天仓向斜以北。西自矿区外往东经付村至马家窑过大黄庄，十字道村向东延伸出矿区外。呈平缓倾角513南翼1013。向斜轴在付村附近为北75，在大黄庄附近为北85东，十字道以东转为北70左右，一般起伏50100m，东部精查控制查明，生产实践研究证实，西部南峰扩区补充勘控制查明。（5）五阳背斜：位于井田东南部，西起洛江沟村北的五149号钻孔附近，经范家沟村北过五阳村南部，延伸出井田东部边界，轴向约北75东，与天仓向斜大致平行，向西南倾伏，两翼倾角平缓，北翼12，南翼7左右，为一不对称褶曲。西山底区精查控制查明，煤层底板等高线可清楚显示。（6）东周背斜：位于井田西南，西自井田外经东周村到五201钻孔往东背斜逐渐减弱。轴向北75东，两翼产状不对称，北翼陡约10，南翼缓约7左右。南峰扩区补勘控制查明。2）断层在褶曲形成过程中，由于背斜轴部张引力的作用发育有高角度正断层，构成地垒、地堑构造，它们是五阳井田常见的断层组合形成，直接控制和影响含煤岩系的分布，发育规律和煤层开采。井田控制性断层从北向南：西川正断层、王家庄正断层、小黄庄正断层、崔家庄3#、2#、1#正断层、文王山北正断层落差均大于100m，落差10010m的中型断层有：东南上正断层、仓上1#、2#正断层、西王桥正断层、南峰正断层、西大巷正断层、果园正断层、东周正断层等。区内共揭露大小断层198条：其中正断层195条、逆断层3条。按落差大小统计：大于50m11条，大于1050m17条，510m的27条，15m断层有81条，小于1m的断层62条。均不同程度地影响生产。除个别逆断层外，均为高角度正断层，断层倾角6585，一般为7075。断层延伸方向分两组，其中主要一组为NEE向，常在N6085E之间，一般为N7080E；另一组为NE向，常在N4550E之间。现将主要断层简述如下：（1）西川正断层：为井田北部自然边界，走向北50东，倾向东南，倾角70，落差125200m，北侧上升南侧下降。（2）东南上正断层：位于井田北部，西起王家庄煤矿向东经东南上村与赵家庄之间至西河底村西北尖灭，延伸长度约4.5km，倾角70，落差2047m，北侧下降南侧上升，与西川断层构成一地堑构造。（3）王家庄正断层：位于井田北中部，由西向东经兴庄村和王家庄村，倾向北西，倾角70，落差王家庄村东80m左右，到兴庄村附近猛增到240m，区内延伸5.1km。（4）小黄庄断层：位于井田北中部，横贯井田东西，经管道村，小黄庄村，张家庄村总体走向北75东，过襄垣火车站呈缓“S”型弯曲，倾向南东，一般倾角70，落差变化较大，小黄庄以西约290m左右，小黄庄村附近为85m，到崔家庄以北变为110m左右，由西向东逐渐减小，与王家庄断层构成一地垒构造。沿走向上有36、72、87、五217、五31、五45等钻孔控制，已查明。（5）崔家庄3#正断层；位于付村、马家庄、张家庄村南一线，走向北75东，倾向北西，倾角70，落差由西向东增大，西部20m，中部增到70m，东部约50m，全长大于10km，沿走向上有地震测线和34、五29、五97、五38等钻孔控制，已查明。（6）崔家庄2#正断层：位于井田中东部，崔3#断层南，过崔家庄村向东在五4号钻孔不远尖灭。该断层在五78钻孔和29号孔之间分叉，一支以原方延伸约80m左右尖灭，向东延伸出井田。走向北75东，倾向南东，倾角75，落差西部约10m，中部100165m，东部约210m，落差由西向东逐渐增大。另一支向南偏西呈凹型延伸，落差由4045m变为20m左右，过铁路于崔家庄3#断层附近尖灭，五78、五28、82号钻孔控制，已查明。（7）崔家庄1#正断层：位于崔家庄村南，走向北75东，倾向北，落差由东向西渐小，崔家庄以东130m，以西为40m，向西与崔2#断层相交后不远尖灭，向东延伸出3#煤层露头。（8）仓上正断层（1#、2#）：位于仓上村南，由西向东延伸切割露头线穿出井田，走向北80东，倾向南，倾角60左右，落差由东向西渐小，一般为860m，过铁路不远尖灭，井下巷道揭露、控制。已查明。（9）西王桥正断层：位于西王桥村东，走向北85东，倾向南，倾角75，落差最大40m，西端分叉尖灭，长约1.52km，井下巷道揭露，控制已查明。（10）南丰正断层：位于南丰村南、大黄庄、十字道村南一线，大黄庄村西走向为北50东，倾向东南，倾角70，落差6075m，大黄庄村东，走向北82东，倾角70，落差725m，东在西王桥村北附近分叉尖灭，西在南45号钻孔附近尖灭。有地震测线和钻孔控制，井下生产巷道揭露，已查明。（11）西大巷正断层：位于南峰沟，西李村一线，东过西大巷在五194孔附近尖灭，西在南峰村东尖灭，全长约3km，走向北50东，倾向东南，倾角75，落差一般为1260m，南峰沟村以西逐渐减小，有地震测线及五224、五192控制，西大巷揭露，已查明。（12）果园东断层：位于南峰沟村南，向西为西大巷断层截断，向东过7506工作面尖灭，全长约2km，走向近东西，倾向北北西，倾角75，落差由西向东减小，最大15m，有南51和7506工作面控制，已查明。（13）东周正断层：位于韩家庄、东周村南一线，区内长约4.2km，向西穿出井田西界，向东与文王山北断层相交尖灭。走向东西，倾向南，倾角75，落差中部小约12m，东、西部大2860m，沿走向有五198、南23、南44等孔控制，已查明。（14）文王山北正断层：为井田南部边界，位于东周，西周村一带东延伸出井田与晋获断裂相交，西至李村在红石沟与文王山南断层相交，走向北80东，倾向北西，倾角75，区内最大落差500m，沿走向有水I02-02、五64、五68号孔揭露，地表多处出露，控制程度较高，为已查明断层。由于大多数构造为沉积后期地壳运动形成，区内又无岩浆侵入，因此对本区煤质变化不产生影响。3）节理裂隙井田内常见和断裂方向一致的两组裂隙，一组为北7080东，另一组为北90120东，夹角3040，多呈隐裂隙和闭口裂隙。风化裂隙在基岩风化面3540m深度内很发育，多以开口状出现，裂隙面呈缓波状，有时平直光滑，裂隙带多被一些泥质充填。4）河流冲刷井田内河流原生冲刷在3#煤层中上部，岩性多为中粒灰白、灰黑色砂岩，呈不规则包裹于煤层中，其特点是煤层伪顶及底板正常，煤层结构正常，在东三、东二、东四采区均可见到。后生冲刷在煤层上部常见伪顶，直接顶被河床、河漫滩冲刷，沉积有中细粒砂岩和砂质泥岩，含少量植物化石，具层理。其特点是：面积大，顶板薄，无伪顶，顶板岩性多为砂岩，在东二、东三、东四采区均可见到。5）构造复杂程度综上所述，影响本井田煤层构造复杂程度的因素主要为断层和褶曲，陷落柱、河流冲刷次之，节理裂隙一般对巷道支护方式和支护参数的选择影响较大，不会对煤层开采有大的影响。到目前为止，井田内发现落差大于50m的断层11条， 1050m的断层17条，密度为0.35条/km2；小于10m的断层170条，密度为2.15条/km2；总计198条。向、背斜6条，轴向为北东东。以上构造分布和产状有一定规律。井田内发现陷落柱50个，密度为0.63个/km2，分布较有规律。井下煤层附近偶见河流冲刷现象。通过以上分析，依据煤、泥炭地质勘查规范，确定井田构造复杂程度为中等。表1-2-2 主要标志层特征地层单位标志层代号岩性厚度(m)层间距(m)发育程度稳定性备注P1xK8中粒砂岩全区较稳定36.69P1s3#煤层全区稳定1.10K7细中粒砂岩全区较稳定0太原组C3tK6石灰岩偶尔不稳定6.30K5石灰岩局部较稳定8.45K4石灰岩全区稳定1.83K3石灰岩全区稳定1.09K2石灰岩全区稳定3.68K1石灰岩全区稳定3.7715#煤层全区稳定1.2.3矿井水文地质情况井田内主要河流有浊漳河西源和南源。西源由西而东流入矿区，而南源由西南汇入，并于矿区中部汇合。南、西二源汇合后，由南而北至襄垣城东流出矿区，总汇水面积约750km2 。并在井田外两河上游分别建有漳泽水库和后湾水库。而区内无大的地表水体。潞安矿区位于沁水煤盆地东翼、辛安泉流域补给区的西部边缘上，即该泉域若干个地下水迳流带的一个分支上，水文地质条件相对简单。这是由于该区奥灰被上覆地层覆盖、补给条件差、迳流速度慢所造成的。南、北边界断层造成五阳地块下降（形成地堑），导致煤层底板以下富水性较强的灰岩含水层与煤层顶板以上富水性较弱的砂岩含水层或煤层对接，而成为补给边界。另外，五阳矿区断裂构造比较发育，且伴随有主要沿天仓向斜轴部发育的陷落柱，无疑会导致本区水文地质条件的复杂化。总体来说，矿井用水量不大，正常涌水量为120m3/h，最大涌水量为340m3/h1.3煤层特征井田内共含煤11层，包括可采煤层2层，局部及偶尔可采9层，总厚度13.31m，含煤系数8.17%；其中3#、15#煤层为采矿证批准开采的煤层，本次均对其储量进行了估算，平均总厚度10m，可采含煤系数5.07%。3#煤层：位于山西组中下部，厚度4.505.90m，平均厚度5.00m，最薄点位于井中东部的五157孔，全区总体上稳定，无夹矸，无明显变化趋势，风化带内可见最小煤厚为3.22 m。煤层顶板岩性为泥岩、砂质泥岩，局部为细砂岩；底板岩性为黑色泥岩、粉砂岩。该煤层全区稳定可采且厚度大，为本井田首采煤层，因此对该煤层的控制研究程度均很高。据上分析，确定3#煤层为稳定型。15#煤层：位于太原组下部，上距K2灰岩5m左右，厚度3.906.10m平均厚度5.00m。含夹矸01层，一般夹矸厚度小于0.03m，夹矸岩性多为炭质泥岩，顶底板岩性为泥岩、砂质泥岩。煤层层位稳定，全区可采，该煤层的控制及研究程度均较高。据上分析，确定3#煤层为较稳定型。 其余6#、8#、9#、11#、12#、14#煤层在全井田内属局部和偶尔可采。根据现行煤、泥炭地质勘查规范及有关规定，均属不可采煤层。第 95 页 共 121 页2 井田境界和储量2.1井田境界潞安矿区地处山西省东南部，沁水煤田东部边缘中段，地跨长治市、潞城市、襄垣县、屯留县、长子县。山西省潞安环保能源开发股份有限公司隶属的五阳煤矿位于潞安矿区北东部边缘，属长治市襄垣县管辖。其地理坐标：东经11258251130509，北纬362646363347。井田范围南以文王山北正断层为界，北至西川正断层，东起15煤层露头线（经线38418000），西至经线38408000。南北长约5.8km，东西宽约8.8km，面积约为51km2。2001年11月6日，中华人民共和国国土资源部以1000000120132号颁发的采矿许可证规定的井田范围由155个拐点坐标圈定，兹将3#、15#煤层拐点坐标列下，见表2-1-1：表2-1-1 拐点坐标15#煤层拐点15个，标高从870m至390m点号XY点号XY14045500.0038412370.0094042410.0038418000.0024048570.00，38415700.00104038080.0038418000.0034046920.0038414900.00114035600.0038408000.0044046010.0038415560.00124041100.0038408000.0054044785.0038414800.00134041300.0038409300.0064044060.0038415680.00144042780.0038408650.0074043280.0038416400.00154046360.0038411520.0084042720.0038416510.003#煤层拐点24个，标高从870m至390m点号XY点号XYA14035600.0038408000.00A134041640.0038415800.00A24041100.0038408000.00A144041500.0038416280.00A34041300.0038409300.00A154040900.0038416160.00A44042780.0038408650.00A164040750.0038416070.00A54046360.0038411520.00A174040580.0038415720.00A64045500.0038412370.00A184041380.0038415660.00A74044005.0038411060.00A194041600.0038415960.00A84043400.0038412700.00A204040420.0038416070.00A94042500.0038412940.00A214040240.0038415900.00A104042220.038413140.00A224040160.0038415600.00A114042380.0038413680.00A234039850.0038415550.00A124041680.0038414100.00A244038840.0038414060.002.2井田工业储量工业储量的确定本井田内考虑到其他煤层大部分不可采，开采煤层为3#、15#煤层，而这两层煤的总厚度为5+510m，平均厚度为5m。倾角为4.7范围的井田面积（包含有9个经纬网格，其中一个网格的面积为1000000 m2）91000000cos4.7=9.03 km2；倾角为7.5范围的井田面积（包含有15个经纬网格）151000000cos7.5=15.13 km2；倾角为9.5范围的井田面积（包含有21个经纬网格）211000000cos9.5=21.29 km2；倾角为11.3范围的井田面积（包含有6个经纬网格）61000000cos11.3=6.12 km2。则井田面积为：9.03+15.13+21.29+6.12=51.57 km2矿井工业储量为：51.57106101.47.22108 t2.3井田可采储量2.3.1安全煤柱留设原则1）工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不留设保护煤柱；2）各类保护煤柱按垂直剖面法确定，用岩层移动角确定工业广场、村庄煤柱，岩层移动角为70，松散层移动角为45；3）维护带宽度：风井场地20m，村庄10m，其他15m；4）断层煤柱宽度30m，井田境界煤柱宽度为20m；5）工业场地占地面积，根据煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明中第十五条，工业场地占地面积指标见表2-3-1。表2-3-1 工业广场占地指标表井型（万吨/年） 占地面积指标（公顷/10万吨） 400600 0.450.6 240300 0.70.8 120180 0.91.0 4590 1.21.3 注：指标中中小井取大值，大井取小值2.3.2矿井永久保护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。1）井田境界保护煤柱煤量计算：井田边界长度为29260m，保护煤柱宽20m，所以边界煤柱煤量：2926020101.4=8.19106t2）断层煤柱煤量计算：断层保护煤柱留设30m宽，井田范围内的长度为4000m，煤柱煤量：4000230101.43.36106t 3）大巷保护煤柱计算：大巷中心距离为60m，大巷两侧的保护煤柱宽度各为60m，则大巷保护煤柱煤量：100060101.43=2.52106t4）井筒保护煤柱：主、副井井筒保护煤柱在工业场地保护煤柱范围内，风井井筒保护煤柱在大巷保护煤柱范围内，故井筒保护煤柱损失量为0。5）工业广场保护煤柱煤量计算：工业广场占地面积的取值，依据设计井型大小按表2-3-1工业广场占地指标所列数值的规定选取。本矿井井型为500万吨/年，工业广场占地面积为：500100.5100002.5105 m2设计工业广场形状为长方形，取长为410 m， 宽为610 m，该处煤层倾角=11。工业广场中心处煤的埋藏深度H350m，该处表土层厚30m，煤厚10m。基岩移动角值为：=70，松散层移动角45。矩形外缘加上20m宽的围护带，煤柱留设的步骤与计算方法如下：（1）确定受保护面积，开拓平面图上通过四个角分别平行于某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宽的围护带，得受保护面积abcd（2）确定保护煤柱边界：通过受保护面积中心作一沿煤层倾斜方向的倾斜刻面-，在这个刻面上，由维护带的边缘点m、n，起在表土层以=45划两条保护线，即m1m2、n1n2，然后在基岩中于下山和上山方向按上山移动角=70和下山移动角=70作保护线，与煤层相交得n点和k走向线分别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上，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均绘制到平面图上，即得保护煤柱边界ABCD，煤柱是一个梯形。如图2-3-1所示：煤层倾角；下山移动角；上山移动角；走向移动角图2-3-1 工业广场煤柱计算示意梯形面积为S1/2（680780）990=5.97105 m2故工业场地煤柱煤量为5.971051.4108.36106t表2-3-2 各种保护煤柱损失量表名称单位/t井田边界保护煤柱8.19106断层保护煤柱3.36106大巷保护煤柱2.52106井筒保护煤柱0工业场地保护煤柱8.36106合计2.2431062.3.2矿井可采储量计算矿井可采储量式中 Z矿井可采储量Zc矿井工业储量P各种总处煤柱损失之和C采区回采率，取0.8故矿井可采储量为：Z（7.22108-2.24）0.8=5.6108t3 矿井工作制度和设计生产能力3.1矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范相关规定，确定矿井设计年工作日为300d，工作制度采用“三八制”，每天三班作业，两班生产，一班准备，每班工作八小时。矿井每昼夜净提升时间为14小时。3.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1确定依据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。3.2.2矿井设计生产能力 本矿井井田范围内煤层赋存简单，地质条件好，煤层平均倾角小，属近水平煤层，适合布置大型矿井。因此，确定本矿井设计生产能力为500万t/a。3.2.3矿井服务年限 矿井服务年限必须与井型相适应。矿井可采储量Z、设计生产能力A矿井服务年限T三者之间的关系为：式中 T矿井服务年限，a；Z矿井可采储量，万t；A设计生产能力，万t；K矿井储量备用系数，取1.4。确定井型时需要考虑备用系数的原因是，矿井各生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，产量迅速提高；局部地质条件变化，使储量减少；有的矿井由于技术原因，使采出率降低，从而减少了储量。该矿井服务年限为：T =56000/500/1.4 =80 a同理可以得到第一水平服务年限为42a。根据后面的井型校核，服务年限符合要求。3.2.4校核储量条件按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：1）煤层开采能力井田内有两层煤层可采，总煤厚10 m。第一层煤厚5 m，赋存稳定，厚度基本无变化，煤层倾角平均9，地质条件简单，根据矿井生产能力需要布置两个工作面同采。2）辅助生产环节的能力校核矿井设计为特大型矿井，开拓方式为立井多水平开拓。主立井采用多绳摩擦式提升机带两对16t箕斗提升煤炭，工作面生产的原煤经运输上山胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，再经主立井箕斗提升至地面，运输能力大，自动化程度高；副立井采用两套宽型罐笼运输人员和材料矸石。运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。大巷辅助运输采用轨道运输。 3）通风安全条件的校核本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量较低，但煤尘具有爆炸危险，煤炭有自然发火倾向，发火期36个月。矿井采用中央分列式通风，主、副井进风，在井田上部边界开有回风大巷与风井相连用作回风，工作面采用后退式U型通风。4）矿井的设计生产能力与服务年限相适应，才能获得好的技术经济效益。煤炭工业矿井设计规范给出了井型和服务年限的对应要求，见表3-2-1。表3-2-1 矿井及第一水平设计服务年限下限表矿井设计生产能力（Mt/a）矿井设计服务年限（a） 第一开采水平设计服务年限/a煤层倾角025煤层倾角2545煤层倾角4590 6.0及以上 70 35 3.05.0 60 30 1.22.4 50 25 20 25 0.450.9 40 20 15 154 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系列巷道进入煤体，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。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。1）确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置；2）合理确定开采水平的数目和位置；3）布置大巷及井底车场；4）确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；5）进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；6）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的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则：1）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。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）必须贯彻执行煤矿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，使主要巷道经常保持良好状态。5）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、综掘机械化、自动化创造条件。6）根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。4.1.1井筒形式、数量及位置井筒形式和数量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。平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、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。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，人员可迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长辅助提升能力少，提升深度有限；通风路线长、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。结合本矿实际条件，设主副井筒各一个，主井主要用来提升煤炭，副井用来运送人员、材料、矸石，主副井进风，在井田边界布置一个立风井回风。4.1.2工业广场位置的确定工业场地的位置选择在主、副井井口附近，大致位于矿井储量中心附近。工业广场的形状和面积：根据表2-3-1所列工业场地占地面积指标，确定工业场地的占地面积为25公顷，形状为矩形，长为610m，宽为410m。4.1.3开采水平的确定本矿井内煤层标高从390m到870 m，垂直高度约为480 m。煤层平均倾角9。同时本矿地质条件复杂，局部地区倾角大于12，不适宜采用带区布置，所以决定采用采区布置方式。开采水平可以划分为两个或三个：两水平划分时，标高分别为610水平和390水平；三个水平时分别为720水平、610水平和390水平。4.1.4主要开拓巷道1）运输大巷的布置由于本井田两层煤总厚度达10m，煤层有自然发火危险，阶段服务年限长，如采用煤层大巷，则维护困难，维护费用高，影响矿井正常生产；煤柱回收困难，资源损失量大；煤层一旦发火就必须封闭大巷，导致矿井停产，而且因煤柱受采动影响破坏，密闭效果不好，处理火灾困难。因此运输大巷采用岩石大巷，大巷布置在最下部煤层底板下方20 m处的岩层中。其优点是巷道维护条件好，维护费用低，对预防火灾及安全生产有利，巷道施工可以按照要求保持一定方向和坡度，同时便于设置煤仓。2）井底车场将为整个矿井服务，服务年限长，故需要布置在煤层底板较坚硬的岩层中。4.1.5矿井开拓延伸方案及阶段划分1）矿井开拓延伸方案本矿井开拓延伸可以考虑以下两种方案立井延伸；暗斜井延伸。采用立井延伸，可以充分利用原有的各种设备和设施，提升系统单一，转运环节少，经营费用低，管理方便。但利用这种方法延伸时，致使井筒同时担任生产和延伸任务，施工与生产相互干扰，立井接井时技术难度较大，矿井将短期停产。延伸两个井筒施工组织复杂，为延伸井筒需要掘进一些临时工程，延伸后提升高度增加，能力下降，可能需要更换提升设备。采用暗斜井延伸时，系统比较简单且生产能力大，可充分利用原有井筒能力，同时延伸与生产相互干扰少。其缺点是增加了提升运输环节和设备，通风系统复杂。另外就本矿实际情况来讲由于煤层倾角小，暗斜井延伸时会对辅助运输产生一定的影响。2）阶段划分由本章的方案比较可知，本矿井的开拓方式可采用立井二水平开采，一水平采用上下山开采，划分为三个阶段。所划定阶段主要参数如表4-1-1。表4-1-1 阶段划分参数划分阶段数目阶段斜长/m阶段垂高/m服务年限/a区段斜长/m3114986012001801351884535268.74.1.6方案比较1）提出方案根据以上分析，现提出以下四种在技术上可行的开拓方案，分述如图4-1-1。2）技术比较以上所提的四种方案中，方案一和方案二的区别在于第二水平延伸方案不一样。第一种方案可充分利用原有设备，转运环节少，经营费用低，但对生产干扰大；第二种方案考虑到系统简单且生产能力大，且延伸时对生产干扰少，但增加运输环节、通风系统复杂。方案三和方案四的区别和上面两种方案一样，方案三和方案四与上面两种方案相比是阶段划分不一样，划分为两个阶段的会使上山运输距离过长，划分为三个阶段的会使转运环节增加。 图4-1-1 开拓方案比较3）粗略经济比较以上四种方案在技术上都各有优势，需要先进行粗略经济比较选出明显不经济者，根据以上分析粗略比较时，只比较开拓延伸部分。表4-1-2 各方案粗略估算费用表方案项目方案一方案二基建费/万元立井开凿石门开凿井底车场2220300010-4 =1322215080010-4 =344100090010-4 =90主暗斜井开凿副暗斜井开凿上、下斜井车场2170105010-4 =227.852170115010-4 =249.55（300 + 50090010-4 =72小计566小计549.4生产费/万元立井提升石门运输立井排水1.2115000.530.85 =6216.91.2115002.150.381 =11304.27598.824365320.15310-4 =2559.8暗斜井提升立井提升立、斜井排水1.2115002.170.48 =14374.081.2115000.311.02=4363.56598.82436532（0.063+0.172）10-4 =3189.30小计20080.97小计21926.94总计费用/万元20646.97费用/万元22476.34百分率100百分率108.86表