凉水井煤矿3.0 Mta新井设计-过断层技术研究

毕业设计任务书任务下达日期：2012年1月8日毕业设计日期：2012年3月12日 至 2012年6月8日毕业设计题目： 凉水井煤矿3.0 Mt/a新井设计毕业设计专题题目： 过断层技术研究毕业设计主要内容和要求：以实习矿井凉水井煤矿条件为基础，完成凉水井煤矿3.0Mt/a新井设计。主要内容包括：矿井概况、矿井工作制度及设计生产能力、井田开拓、首采区设计、采煤方法、矿井通风系统、矿井运输提升等。结合煤矿生产前沿及矿井设计情况，撰写一篇关于过断层技术研究的专题论文。完成2010年国际岩石力学与采矿科学杂志上与采矿有关的科技论文翻译一篇，题目为“The application of anchor support in the condition of deep wells”，论文3763字符。院长签字： 指导教师签字：目录一般部分1 矿区概述及井田地质特征11.1矿区概述11.1.1 矿区地理位置11.1.2 矿区气候条件11.1.3 矿区的水文情况11.1.4 相邻关系11.2 井田地质特征31.2.1 煤系地层31.2.2 水文地质特征31.3矿井开采技术条件81.4 其他有益的矿产82 建设规模与服务年限92.1 井田境界与储量92.1.1井田境界92.1.2井田的开采尺寸、资源/储量92.1.3 矿井可采储量112.1.4 安全煤柱122.1.5 工业场地保护煤柱计算（补充）133 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174.1.1 井筒形式的确定184.1.2 井筒位置的确定、盘区划分204.1.3 开采水平的确定214.1.4 矿井开拓方案比较214.2 井 筒254.2.1 井筒的位置及数目254.2.2 井筒布置、装备及用途264.3井底车场及硐室334.3.1井底车场334.3.2井下硐室334.3.3 硐室的支护方式及支护材料354.4 主要开拓巷道355 准备方式盘区巷道布置395.1煤层的地质特征395.1.1 盘区煤层特征395.1.2 煤层瓦斯及煤尘情况395.1.4 水文地质405.1.5 地质构造405.1.6 地面情况405.2盘区巷道布置及生产系统405.2.1 盘区准备方式的确定405.2.2 盘区巷道布置415.2.3 盘区生产系统425.2.4 盘区巷道掘进方法435.2.5 盘区生产能力及采出率445.3 盘去车场选型设计456 采煤方法466.1 采煤工艺方式466.1.1 采煤工艺方式的确定466.1.2 回采工作面参数466.1.3采煤机的截深466.1.4进刀方式476.1.5 移架486.1.6 推溜486.1.7 破煤、装煤方式486.1.8 运煤方式486.1.9 支护方式486.2 工作面设备496.2.1 采煤机506.2.2 刮板输送机516.2.3 转载机516.2.4 破碎机526.2.5工作面运输巷可伸缩胶带输送机526.2.6 自移机尾装置526.2.7工作面支架设备选型及顶板管理方式526.2.8 乳化液泵站536.2.9 喷雾泵站536.2.10 其他主要设备536.3 采煤工艺要求546.3.1采煤机的割煤以及运煤技术要求546.3.2 移架基本要求546.3.3 移架刮板输送机基本要求546.4 工作面生产能力556.4.1 循环进度及循环产量556.4.2 日循环数及日产量556.5 支护强度校核556.5.1支护强度的计算556.5.2 支架载荷566.5.3 支架高度566.6 循环图表、劳动组织、主要技术经济指标576.7 回采巷道布置617 井下运输637.1 概述637.1.1 井下运输的原始条件和数据637.1.2 井下运输系统637.2 盘区运输设备选择657.2.1 主运输设备657.2.2 辅助运输设备688 矿井提升728.1 矿井提升概述728.2 主副井提升728.2.1 主井提升选型728.2.2 辅助斜井提升选型739 矿井通风与安全759.1 矿井概况759.1.1 瓦斯759.1.2 煤尘759.1.3 煤的自燃倾向759.1.4 地温769.1.5 开拓方式769.1.6 开采方法769.1.7 变电所、充电硐室、火药库769.1.8 工作制度、人数769.2 矿井通风系统的确定769.2.1 矿井通风设计的规定769.2.2 矿井通风方式的确定779.2.3 矿井通风方法的确定809.2.4矿井通风系统的主要特征809.2.5 盘区通风系统要求819.2.6 盘区通风方式确定819.2.7 采煤工作面通风方式的确定829.3 盘区及全矿井所需风量829.3.1 综采工作面需风量829.3.2 掘进工作面需风量849.3.3 硐室、无轨胶轮车需风量859.3.4 其他巷道需风量859.3.5 矿井总风量859.3.6 矿井风量分配869.4 全矿通风阻力的计算879.4.1 矿井通风总阻力计算原则879.4.2 矿井摩擦阻力和总阻力的计算方法879.4.3 矿井通风总阻力的计算889.5 通风立体图和网络图919.6 通风机选型939.6.1 设备选择的原则939.6.2 设备选择939.6.3 电机选型959.7 防止特殊灾害的安全措施979.7.1 火灾防治979.7.2顶板灾害防治989.7.3 矿井突水溃沙防治9810 设计矿井基本技术经济指标99专题部分过断层技术研究1031 问题的提出1032 断层理论1032.1断层1032.1.1 断层基本概念1042.1.2 断层的分类1042.2井下遇断层的研究1052.2.1 断层的预测与观测1052.2.2 巷道遇断层时的处理1062.3断层带区域煤岩基本问题研究1092.3.1断层带附近煤岩破坏状况研究1092.3.2综采面过断层时附近煤岩破断研究1102.3.3综采工作面端面顶煤(板)冒落分析1112.3.4综采工作面快速过断层消除弱变区技术1112.3.5现场工程应用1122.4综采工作面过断层1142.4.1断层成因与综采过断层的关系1142.4.2综采过断层的影响因素1142.4.3 综采工作面过断层方法综述1152.4.4掏心法和重开新切眼过断层研究1062.4.5综采工作面过断层防冒顶措施1093.4.6综采工作面过断层防片帮新技术1203 工作面过断层技术实践效果评价及分析1203.1放松动炮挑顶起底法过断层的实践效果评价及分析1203.1.1 放松动炮挑顶起底法过断层的原理1203.1.2放松动炮挑顶起底法过断层的实践1203.1.3现场应用效果1213.1.4结果分析1213.2断层预掘巷技术过断层的实践效果评价及分析1213.2.1断层预掘巷技术过断层的原理1213.2.2 断层预掘巷技术过断层的实践1223.2.3现场应用效果1233.2.4结果分析1243.3采用加固技术过工作面断层破碎带的实践效果评价及分析1243.3.1 工作面采用加固技术过断层原理1243.3.2工作面采用加固技术过断层实践1253.3.3现场应用效果1253.3.4结果分析1263.3.5注马丽散加固顶板方法评价1264 结论127翻译部分英文原文129中文译文132锚索支护在深井条件下的应用实践1321锚索支护原理1322锚索支护生产工艺1322.1支护材料1322. 2支护时间1323锚索支护应用实例1333.1大断面硐室、三岔口锚索支护技术1333. 2高应力岩石集中巷锚索支护技术1333. 3冲击矿压煤巷钢丝绳锚索支护技术1334锚索支护效果1345结论134致谢135摘 要本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。一般部分为凉水井煤矿3.0Mt/a新井设计。凉水井煤矿位于陕西省榆林市神木县锦界镇，交通较为便利。井田走向长度约为6.80km，倾向长度约为9.80km，面积约为61.18km2。主采煤层4-2煤的平均厚度为3.37m，平均倾角为1，地质条件简单。井田工业储量为545.1Mt，可采储量为382.7Mt。矿井设计年生产能力为3.0Mt/a，服务年限为91a。矿井涌水量不大，瓦斯涌出量小，为低瓦斯矿井。井田为斜井两水平开拓。大巷运输采用胶带运输机运煤，辅助运输采用无轨胶轮车设备。矿井通风方式为中央并列式通风。矿井年工作日为330d，工作制度为“三八”制。一般部分共包括10章：1.矿区概述及井田地质特征；2.井田境界和储量；3.矿井工作制度及设计生产能力、服务年限；4.井田开拓；5.准备方式-盘区巷道布置；6.采煤方法；7.井下运输；8.矿井提升；9.矿井通风与安全技术；10.矿井基本技术经济指标。专题部分题目是过断层技术研究。翻译部分主要内容为锚索支护在深井条件下的应用实践，英文题目为：The application of anchor support in the condition of deep wellsABSTRACTThis design includes three parts: the general part, special subject part and translated part. The general part is a 3.0M/a new design of Liangshuijing Mine. Liangshuijing Mine lines in Jingjie Town of YuLin City in ShanXi.The traffic of road and railway is very convenience to the mine. The length of the minefield is about 9.80 km ,the width is about 6.80 km，the total area is 61.18km2.The main coal seam is 4-2 coal seam, and its average thickness is 3.37m.The average angle of the mine is 1 degree.So the geology condition of mining is simple.The industrial reserves of the minefield are 545 million tons. The recoverable reserves are 383 million tons. The designed productive capacity is 3 million tons percent year, and the service life of the mine is 91 years. The inflow of the mine is not large. The amount of gas emission is low and it is a low gas mine.The development form of the mine field is a double level in an inclined well to expand.The belt conveyors transport coal and Auxiliary Transportation is done by Trackless Tyred Vehicle. Ventilation mode is separation regional ventilation.The working system “three-eight” is used in the liangshuijing Mine. It produced 330d/a.The general part 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 panels; 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 topics of special subject parts is Crossing fault technology researchThe topic of translation part is The application of anchor support in the condition of deep wells一般部分1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1矿区地理位置凉水井井田位于陕西省榆林市神木县境内，地处榆神矿区东部，行政区划隶属神木县西沟乡、马家塔乡及瑶镇管辖。西(安)包(头)铁路和榆神府二级公路（204省道）均从井田南侧通过，新建的榆神高速公路并行S204省道北侧紧邻井田南部边界通过。矿井北至神木县城16km、大柳塔镇40km、包头304km，东经神木到府谷90km，南距榆林市94km、西安市770km。交通十分方便。矿井交通位置见图1-1。1.1.2矿区气候条件本井田属中温带半干旱大陆性气候，冬季寒冷，夏季炎热，昼夜温差悬殊。当年11月至次年3月为冰冻期，冻土最大深度146cm；最大积雪厚度12cm；元月初至5月初为季风期，多为西北风，多年平均风速2.5m/s，最大风速25m/s，年平均气温8.5，极端最高气温38.9，极端最低气温28.5，年平均降雨量436.7mm，且多集中于7、8、9三个月；年平均蒸发量1907.22122.7mm，是降雨量的45倍。1.1.3矿区的水文情况(1) 地形地貌井田位于陕北黄土高原北部，毛乌苏沙漠之南缘，属丘陵区。东部为黄土梁峁沟谷地貌，西部为波状沙丘地，地势开阔。井田南部、北部黄土冲沟发育，梁峁区及沙丘区植被覆盖良好，主要以沙柳、沙蒿、柠条、沙打旺等为主。地势总体呈西高东低、中部高南北低的特点，最高处位于西部东小阿包，标高+1326.40m，最低处位于东南角碱房沟一带，标高+1100.00m左右，最大高差226.40m，一般标高+1240.00m左右。(2) 水系本区属黄河一级支流窟野河流域。西部边界大致为窟野河与秃尾河之分水岭。北部的麻家塔沟流和南部的西沟沟流为窟野河一级支流，均为长年性流水，受区内东西向分水岭制约，两沟分别于神木县城北、南两地注入窟野河内，据长观资料，麻家塔沟流量一般为528.75L/S，西沟流量一般为256.80L/S。井田内其它沟流均属季节性，流量随季节变化明显。1.1.4相邻关系井田位于陕北侏罗纪煤田榆神矿区二期规划区东北部。西侧毗邻锦界井田，南侧为香水河井田，东侧为梁家村井田和薛家村小煤矿开采区，北侧为神东矿区红柳林井田和东湾小煤矿开采区。图1-1 矿井交通位置图1.2 井田地质特征（1）地质特征井田地层区划属华北区陕甘宁盆地分区。井田基本被第四系覆盖，地层由老至新依次为：三迭系上统永坪组(T3y)，侏罗系中统延安组(J2y)、直罗组(J2z)，第三系上新统保德组(N2b)、第四系中更新统离石组(Q2L)、上更新统萨拉乌苏组(Q3S)、全新统风积沙(Q4eol)及冲积层(Q4al)。（2）地质构造凉水井井田位于榆神矿区东北部，井田内地层平缓，倾角不足1，构造总体趋势为倾向NWW的单斜构造，在此次基础上发育一些极其宽缓的小型波状起伏，未见岩浆岩，也未发现落差大于15m的断层，本井田构造属简单类。1.2.1 煤系地层（1） 煤层 井田内含煤地层为侏罗系中统延安组，共含可采及局部可采煤层4层，自上而下依次为4-2、5-2 、5-3煤层。其中4-2、5-2、5-3煤层基本全区可采，为井田主要可采煤层。另外4-3和4-4煤层过薄，为不可采煤层，现分述如下：4-2煤层：位于延安组第二段顶部，煤层厚度0.80-4.20m，平均厚度3.37m，煤容重为1.29t/m3，在四卜树沟、大西梁，石板台、山榆树屹崂等沟中均有出露，在石板台、山榆树屹崂沟谷中露头部位发生自燃，在大西梁北，上榆树峁、王家院、碱房沟附近被剥蚀，煤层由西向东变薄。含夹矸0-3层，夹矸厚度0.06-0.75m，一般0.20m左右，岩性多为泥岩和粉砂岩。属以中厚煤层为主，层位稳定，厚度变化小，结构简单，基本全区可采的稳定煤层。5-2煤层：为井田主采煤层之一，上距4-2煤间距49.69100.32m，平均63.04m，煤容重为1.29t/m3,除井田东北角小范围自燃外，全区可采。厚度1.004.23m，平均厚度1.41m，一般不含夹矸。属以中厚煤层为主，层位稳定，厚度变化小，且规律明显，结构简单，全区大部可采的稳定煤层。5-3煤层：上距5-2煤2.5436.30m，平均21.19m，厚度1.504.35m，平均厚度2.18m，煤容重为1.30t/m3,含夹矸03层，一般为12层，夹矸厚度0.070.45m，岩性为泥岩或粉砂岩。煤层分布具有波谷处厚，波峰处薄；向西变薄，向东变薄尖灭的特征。属以中厚煤层为主，层位稳定，厚度有一定变化，但规律明显，结构较简单，全区大部可采的稳定煤层。（2）煤质矿区内各煤层均属低变质阶段的长焰煤和不粘煤。主要煤层均具有特低灰低灰、特低硫低硫、低特低磷，中高发热量、富油、高挥发分产率等化学性，可广泛用于动力、气化、液化等用途。1.2.2 水文地质特征(一) 地表水井田为黄河支流窟野河流域，西部边界部位为窟野河与秃尾河分水岭，北部的马家塔河流和南部的西沟河流均为窟野河支流，常年流水。井田中部东西分水岭将地表水划分为南北流域。南部流域西沟河流量256.80L/s，较大的沟流为凸扫沟，流量为43.28156.96L/s。北部马家塔河流量528.75L/s，较大沟流为王家石庙沟，流量为53.09186.46L/s，其余支沟均属季节性流水，北部沟谷中建有多处水库，其中孟家石庙水库库容较大，库容量109200m3。(二) 含、隔水层井田中部东西向分水岭将地表水划分为南北流域，依据赋水特征将井田地下水划分为孔隙潜水含水层和基岩裂隙含水层两种含水类型。一、 孔隙潜水含水层(1) 新生界松散层孔隙潜水含水层主要分布于井田西部，岩性为粉沙中沙，厚度030.76m，平均厚度6.69m，透水性能好，不含水或含水微弱，与下伏地层组成单一含水层，水位埋深3.50m，泉流量一般在0.140.325L/s，属弱富水。在基岩掩盖区与基岩风化裂隙承压水组成复合含水层。(2) 第四系全新统冲积孔隙潜水含水层主要分布于较大沟岸阶地及沟谷漫滩，岩性为细沙、中粗沙、亚沙土及沙砾石层组成，孔隙大，补给条件优越，富水性较好，厚度1.55.0m，水位埋深0.29.0m，泉流量一般0.089.375L/s，属弱到中等富水。(3) 第四系上更新统萨拉乌苏组孔隙潜水含水层区内分布极不均一，在中西部出露，受隔水层顶面起伏影响，厚度变化大。东部黄土沟壑、梁峁区缺失，由于该层厚度小，且分布不连续，潜水位低，富水性弱。水文地质调查孔及松散沙层抽水孔资料显示，萨拉乌苏组厚度3.0018.60m，平均厚度8.56m，岩性为灰褐色、灰黑色、灰黄色中细沙，主要接受大气降水及凝结水补给，沿隔水层底板向低洼处汇集，以分散的下降泉直接或间接排泄出地表。沟谷水位埋深2.70m，泉的流量南部0.145.618L/s，属弱到中等富水；北部泉流量较大（52号泉群）达32.22L/s，属中等富水。松散沙层在先采地段为透水层，不含水，仅在井田西北部Lk20号钻孔松散沙层抽水孔略有显示。二、 中更新统离石组黄土与第三系上新统保德组红土相对隔水层主要分布于东部梁峁区郝家圪崂、黄家庙、盆堰一带。离石黄土以亚粘土、亚沙土为主，含分散状钙质结核，厚度4.5060.00m，平均厚度26.43m，孔隙度大，结构疏松，垂直节理发育，易被地表水冲蚀，相对隔水。梁峁区埋深较大，富水性弱。保德组红土以粘土为主，致密、坚硬，厚度2.974.50m，平均厚度31.61m，是本区主要隔水层。三、 基岩裂隙含水层(1) 侏罗系中统直罗组基岩裂隙含水层仅分布井田西部边缘J105、J107号一带，厚度9.512.25 m，岩性为灰黄绿、灰白色厚层状中、粗粒砂岩，局部夹粉、细砂岩，岩性疏松碎裂，少数钙质胶结，砂岩硬度大，裂隙发育，具有较好渗透性和储水条件。平均单位涌水量为0.0402L/sm，平均渗透系数0.142m/d，富水性弱。(2) 侏罗系中统延安组基岩裂隙承压含水层 4-2煤上覆基岩段裂隙含水层东部L1、P123号钻孔一带缺失。岩性为一套灰色、灰黄色、灰绿色中、细粒砂岩，局部夹粉砂岩及泥岩，上部风化强烈，裂隙发育，具有良好的渗透性及储水条件。厚度9.3781.81m，平均厚度42.98m，水位埋深沟谷区0.20m，梁峁区48.0m，单位涌水量0.003620.094L/sm，富水性弱。 烧变岩裂隙孔洞潜水含水层图1-2 综合柱状图仅在井田内石板台村北水库东侧出露，砂岩烧变后呈棕红色，以片状、块状等不规则条带状分布，泉流量0.221L/s，水质属HCO3Ca、Mg型水，矿化度0.254g/L，富水性弱。(三) 补给、迳流与排泄本区沙层潜水以接受大气降水直接补给为主，凝结水补给微弱。该含水层的地下水流向受黄土及粘土隔水层顶面形态控制，由高处向低处迳流，最终以下降泉的形式排泄于沟谷或低洼处，垂面上通过蒸发作用排泄。侏罗系碎屑岩孔隙裂隙承压水主要接受区域侧向补给和上部地下水的渗透补给，基岩出露区则直接接受大气降水沿裂隙向岩层微弱渗透。其次是沙层孔隙水通过透水“天窗”入渗补给，沿基岩面一般由高向低运移，被沟谷切割后，便以泉的形式泄出地表。(四) 水文地质条件评述本井田煤层直接充水含水层为各煤层顶板砂岩裂隙水。由于地表无大的水体，其上有黄土与红土覆盖，补给条件差，据L4、LK5、LK9号钻孔抽水试验资料：单位涌水量0.0010.0094L/sm，小于0.1L/sm。故井田水文地质勘探类型为二类一型，即以裂隙充水为主的水文地质条件简单的矿床。由于本井田煤层埋藏浅，基岩覆盖层薄。煤层开采后工作面的冒落带或裂隙带直接进入沙层含水层,容易引起工作面溃水溃砂，造成工作面停产，因此在开采过程中，对回采工作面接近沟谷区域，应加强监测。提前做好准备，提高矿井排水能力。(五) 矿井涌水量预测2005年陕西汇森煤业公司委托煤田地质局185队对首采区和首采工作面地下水分布、富水性进行勘测，提交了陕西汇森煤业开发有限公司凉水井煤矿首采区水文地质勘探报告，该报告预测结果：矿井正常涌水量327m3/h，最大涌水量为510m3/h。矿井现有排水系统排水能力均按此考虑。鉴于矿井试生产以来实际涌水量逐年增大的特点，为确保安全，矿上又委托煤田地质局185队对矿井未来1015年开采区域的水文地质情况进行了预测，预计未来矿井正常涌水量为1100 m3/h左右，最大涌水量1800 m3/h左右。表1-1 各煤层煤质情况一览表煤层编号灰分Ad（）硫分St，d（）挥发分Vdaf（）发热量Qnet，d（MJkg）煤 类最小最大平 均最小最大平 均最小最大平 均最小最大平 均42煤3.5512.657.39(44)0.150.610.38(35)34.5939.9037.40(45)27.8131.8428.49(39)52煤4.1814.157.46(42)0.150.420.27(42)33.7439.7537.64(42)27.5231.2129.77(38)53煤5.3016.629.48(37)0.190.460.31(37)33.3539.9536.70(37)27.2630.7029.15(35)1.3矿井开采技术条件（1） 煤层顶、底板岩性 4-2煤层：顶板岩性以粉砂岩细粒砂岩为主，局部为中粒砂岩和泥岩，厚度0.5526.72m，偶见泥岩伪顶。底板岩性以粉砂岩为主，局部为细粒砂岩和泥岩，厚度0.5124.03m，偶见泥岩、粉砂岩伪底。5-2煤层：顶、底板均以粉砂岩、细粒砂岩为主，岩石单轴饱和抗压强度小于30Mpa，岩体完整性中等。5-3煤层：顶板主要为粉砂岩和细粒砂岩，局部为中粒砂岩和炭质泥岩，偶见泥岩伪顶。底板以粉砂岩为主，局部为细粒砂岩和中粒砂岩，偶见泥岩、粉砂岩及中粒砂岩伪底。（2） 瓦斯 通过对4-2、5-2、5-3煤层21个瓦斯样品进行测试分析，井田各煤层自然瓦斯以N2为主，CO2次之，CH4少量甚至微弱，根据邻近小煤矿调查，各矿瓦斯含量微弱；本区瓦斯分带属CO2-N2带，故本矿井为低瓦斯矿井。（3） 煤尘精查报告通过对17个样品测试结果表明：本区各煤层火焰长度均大于400mm，岩粉添加量大于50%，煤尘爆炸指数远大于10%，各煤层均具有煤尘爆炸危险性。煤科总院重庆分院2007年5月对本矿井4-2煤层煤尘爆炸性鉴定结果为：有煤尘爆炸危险性。（4） 煤的自燃根据精查报告，井田各煤层还原样燃点最高温度374，氧化程度达87，还原样燃点最低温度258，氧化程度达50，各煤层均为自燃煤层。煤炭科学研究总院重庆分院2007年6月采用色谱吸氧法对本矿井初期开采的4-2煤层自燃倾向进行了鉴定，结果为一类容易自燃煤层。1.4 其他有益的矿产根据凉水井井田勘探地质报告，各煤层及其顶、底板和夹矸中仅个别点镓（Ga）含量达到工业品位(30ug/g)外，其余微量元素锗（Ge）、铀（U）、钒（V）、钍（Th）均未达到工业品位，故本井田内没有其它值得开采的有益矿产。2 建设规模与服务年限2.1 井田境界与储量2.1.1井田境界在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则有：1）井田范围内的储量，煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相适应；2）保证井田有合理尺寸；3）充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等；4）合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。由于凉水井的井田在整个煤田的东北位置，为了处理好和周边的井田关系，考虑到井田周围无较大的断层井田划分均以人为为主。凉水井井田范围由25个坐标点围成。井田面积约为61km2。本次设计以国土资源部批复的井田边界为准。国土资源部批复的井田边界各拐点坐标见表2-1-1。表2-1 井田边界各拐点坐标表拐 点纬距（X）经距（Y）拐点纬距（X）经距(Y)S1430645237434220S8430012737442948S1-1429728737434127S8-1430133037443000S1-2429726237434450S8-2430200037443000S2429889537438586S8-3430200137444150S3429855937439558S8-4430200037443000S4429951637439467S8-5430200137444150S5429975137440265S9430500837444155S6429979037442526S10430499037438914S7430008937442542S114306364374389112.1.2井田的开采尺寸、资源/储量（一）井田的尺寸井田的东西长度约6.8 km，井田的南北长度约9.8 km，本次储量计算是在精查地质报告提供的1：10000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠，井田面积为61.17 km2。图2-1 凉水井井田(二) 矿井地质资源量矿井工业储量是指在井田范围内，经地质勘探，煤层厚度和质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚。本矿井设计对这三层煤进行开采设计它们的煤厚分别为3.37米，1.41米,2.18米。容重分别为（t/m3）：1.29,1.29,1.30。本次储量计算是在精查地质报告提供的1：10000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。对三层煤采用算术平均法计算工业储量。井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，对4-2,，5-2和5-3采用算术平均法计算。根据煤炭工业设计规范，求得以下各储量类型的值：（1）矿井地质资源量矿井地质资源量可由以下等式计算： （2-1）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（2-1）式中可得式2-2，所以地质储量为：（Mt）（2）矿井工业储量根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%推断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%的是经济的基础储量，30%的是边际经济的基础储量，则矿井工业资源/储量由式计算。矿井工业储量可用下式计算： （2-2）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；控制的资源量中经济的基础储量；推断的资源量；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，取0.7。该式取0.9。231.23（Mt）115.62（Mt）99.10（Mt）49.55（Mt）49.55（Mt）因此将各数代入式2-2得：545.05（Mt）根据计算，矿井工业资源/储量为545.05Mt。2.1.3 矿井可采储量矿井设计资源储量按式（2-3）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：528.70（Mt）矿井设计可采储量（2-4）式中矿井设计可采储量，矿井设计可采储量富水区；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0.85。富水区及沟谷开采区的开采率为40%。则：382.72（Mt）2.1.4 安全煤柱本矿井工业场地部分在神延铁路煤柱内，部分在井田范围以内，井筒均在井田范围以内，需留设安全煤柱；本井田范围内村庄稀少，且大都分布在富水区及沟谷区，设计留设了安全煤柱；榆神线330kV输电线路沿井田南部边界贯穿本井田，该高压线路需要留设安全煤柱。本井田煤层埋深较浅，煤层开采后形成的导水裂隙带可能会沟通地表，因此井田范围内的沟流均需留设防水安全煤柱。其煤柱留设按建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程规定从保护面积边界起以移动角圈定。沙层及黄土层按45确定移动角，基岩部分按中硬岩层70确定移动角。1. 矿井工业场地及风井场地煤柱本矿井部分工业场地在井田范围以内，井筒均在井田范围以内，其煤柱留设按建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程规定从保护面积边界起以移动角圈定。松散层移动角=45，基岩、均按70(煤层近水平)边界角计算。2. 井田境界煤柱井田境界煤柱按40m留设，本井田境界一侧留20m煤柱。3. 大巷煤柱大巷及盘区巷道两侧均留设100m宽的煤柱。 4. 村庄煤柱村庄大部分处于沟谷及富水区边沿，根据初步设计专家组审查意见，村庄在搬迁之前暂按留设煤柱考虑，村庄煤柱留设根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程规定从保护面积边界起以移动角圈定。松散层移动角=45，基岩、均按70(煤层近水平)边界角计算。5. 超高压输电线路杆塔煤柱本井田内的榆神线330kV输电线路及塔基煤柱留设按建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程规定从保护面积边界起以移动角圈定。松散层移动角=45，基岩、均按70(煤层近水平)边界角计算。6. 铁路煤柱井田南界的神延铁路煤柱留设按建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程规定从保护面积边界起以移动角圈定。松散层移动角=45，基岩、均按70(煤层近水平)边界角计算。2.1.5 工业场地保护煤柱计算（补充）根据煤炭工业设计规范不同井型与其对应的工业广场面积见表2-2。第5-22条规定：工业广场的面积为0.8-1.1平方公顷/10万吨。本矿井设计生产能力为300万吨/年，所以取工业广场的尺寸为300m400m的长方形。煤层的平均倾角为1度，工业广场的中心处在井田走向的中央，倾向中央偏于煤层中上部，其中心处埋藏深度为118m，该处表土层厚度为15m，主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按级保护留维护带，宽度为15m。本矿井的地质掉件及冲积层和基岩层移动角见表2-3。表2-2 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表2-3 岩层移动角广场中心深度/m煤层倾角煤层总厚度/m冲击层厚度/m1181710045707070由此根据上述以知条件，画出如图2-2所示的工业广场保护煤柱的尺寸：图2-2 工业广场保护煤柱工业广场的煤柱量为：Z工=SMR式中： Z工-工业广场煤柱量，万吨； S -工业广场压煤面积，m2； M -煤层厚度； R -煤的容重, 1.29t/m3。经计算：Z工 = 1.89 M3 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规定，参考关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明，确定本矿井设计生产能力按年工作日330天计算，三八制作业（两班生产，一班检修），每日两班出煤，净提升时间为16小时。3.2矿井设计生产能力及服务年限一、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，井田内部无较大断层，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300万吨/年。二、井型校核下面通过对设计煤层开采能力、辅助生产能力、储量条件及安全条件等因素对井型加以校核。（1）矿井开采能力校核凉水井矿4-2、5-2、5-3煤层均为中厚煤层，煤层平均倾角为1，地质构造简单，赋存较稳定。各煤层顶、底板岩性稳定，适合机械化开采，适宜建设大型现代化矿井。（2）矿井建设外部条件具备矿井交通运输十分方便，水源、电源条件可靠。邻近的神东矿区大柳塔机电维修和设备租赁中心可为本矿井提供服务；生活福利及文化教育等设施可依托附近的神木县城和锦界开发区，矿井建设外部条件优越。（3）煤层埋藏浅，开拓系统简单本井田内有可采煤层四层，从上往下依次为4-2、5-2、5-3等煤层，各煤层埋深浅，各煤层的间距小，因此，宜用斜井开拓，系统简单，建井工期短，投资省，效益好，是建设大型矿井的理想井田。（4）储量条件校核井田的设计生产能力应于矿井的可采储量相适应，以保证矿井有足够的服务年限。矿井服务年限的公式为：T=Zk/(AK) （3-1）其中：T -矿井的服务年限，年； Zk-矿井的可采储量，382.72Mt； A -矿井的设计生产能力，3.0Mt/a； K -矿井储量备用系数，取1.4。则： T=382.72100/（3.01001.4） =91.12（年）既本矿井的开采服务年限符合规范的要求。注：确定井型是要考虑备用系数的原因是因为矿井每个生产环节有一定的储备能力，矿井达产后，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，从而减少储量，为保证有合适的服务年限，确定井型时，必须考虑备用系数。5）第一水平服务年限校核由本设计第四章井田开拓可知，矿井是盘区开采，第一水平主采煤层为4-2煤，水平在+1145m，第一水平设计服务年限为43.33年，水平服务年限即为全矿井服务年限，为91.12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。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；合理确定开采水平的数目和位置；布置大巷及井底车场；确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；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：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。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。合理开发国家资源，减少煤炭损失。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。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。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。本井田开拓方式的选择，主要考虑到以下几个因素：（1）本区地处陕北黄土高原北部，毛乌素沙漠南缘，井田东部为梁峁沟谷地貌，西部为波状沙丘。（2）4-2煤埋藏深度仅为40-180m，5-3煤层埋藏深度100-276m。适宜于平硐、斜井开拓。（3）井田东南部凸扫沟流域内有一面积1.53km2的富水区，该区在凸扫沟沟脑有流量达35.8L/S的泉水流出。（4）井田西南角边界距离黄土庙车站约1.7km。（5）主采的4-2煤层由西向东变薄，盘墕、大清壕以东不可采，西北部278孔及东南L1孔被剥蚀，东北部石板台、山榆树圪崂为露头火烧区，分布不连续。5-2煤层在278L3号孔连线一带有宽度为2.0km，厚度为1.3km左右的薄煤带，向东西两侧煤层逐渐变厚，变化范围为1.804.2m，最厚达4.23m。5-3煤层主要分布于勘探线以西，以L7LK6为中心向东西两侧逐渐变薄，变化范围为2.207.0m左右，井田西北部及东部