林南仓五矿1.5Mta新井设计采矿毕业设计说明书

1、i 目录 一般部分 1 矿井概况及井田地质特征 .1 1.1 矿井概况 .1 1.1.1 地理位置与交通 .1 1.1.2 地形地貌 .1 1.1.3 主要河流 .1 1.2 井田地质特征 .2 1.2.1 井田地形及勘探程度 .2 1.2.2 井田煤系地层概述及地质综合柱状 .2 1.2.3 褶皱构造及断裂构造 .2 1.2.4 岩浆入侵及其对煤层的影响 .2 1.2.5 井田的水文地质特征 .3 1.3 煤层特征 .3 1.3.1 煤层埋藏条件 .3 1.3.2 煤的特征 .3 1.3.3 其它开采技术条件 .4 1.4 本章小结.6 2 井田境界及储量 .8 2.1 井田境界.8 2.1

2、.1 井田边界 .8 2.1.2 井田边界的特征 .8 2.2 矿井工业储量 .8 2.2.1 井田勘探类型、钻孔及勘探分布 .8 2.2.2 工业储量计算 .8 2.3 矿井可采储量 .8 2.3.1 井田内各保护煤柱 .9 2.3.2 矿井可采储量 .10 2.4 本章小结.12 3 矿井工作制度和设计生产能力 .13 3.1 矿井工作制度.13 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 .13 3.2.1 确定矿井的年生产能力的依据 .13 3.2.2 矿井设计年生产能力 .13 3.2.3 矿井服务年限 .13 3.2.4 井型校核 .14 3.3 本章小结.15 4 井田开拓 .16 4.

3、1 井田开拓的基本问题 .16 4.1.1 确定井硐形式、数目、位置及坐标 .16 ii 4.1.2 确定工业广场位置 .18 4.1.3 开采水平和阶段高度的确定 .18 4.2 阶段运输大巷位置的选择 .19 4.3 井田开拓方案的确定 .19 4.3 矿井基本巷道.25 4.3.1 井筒.25 4.3.2 井底车场 .30 4.4 主要开拓巷道.36 4.4.1 开拓巷道布置方式.37 4.4.2 轨道大巷.38 4.4.3 运输大巷.41 4.4.4 回风大巷.41 4.5 本章小结.42 5 带区巷道布置 .44 5.1 煤层地质特征.44 5.1.1 煤层赋存特征.44 5.1.2

4、 煤层物理特征.44 5.1.3 煤层工业特征.45 5.1.4 煤层瓦斯及煤尘特征.46 5.2 带区巷道布置及生产系统.47 5.2.1 仰斜开采和俯斜开采.47 5.2.2 工作面布置方式的确定.47 5.2.3 倾斜条带长度的确定.47 5.2.4 确定工作面长度.48 5.2.5 带区之间的接替方式.48 5.2.6 带区巷道布置.48 5.2.7 带区主要硐室布置.50 5.2.8 带区运输、通风生产系统的确定.53 5.3 带区车场设计.54 5.4 带区采掘计划.54 5.4.1 带区主要巷道参数的确定.54 5.4.2 确定带区生产能力.55 5.4.3 计算带区回采率.56

5、 5.5 本章小结.56 6 采煤方法 .57 6.1 采煤方法和回采工艺.57 6.1.1 采煤方法的选择.57 6.1.2 工作面回采工艺及设备选型.59 6.1.3 端头支护及超前支护方式 .63 6.1.4 回采工艺.64 6.1.5 各工艺过程注意事项.65 6.1.6 采煤工作面正规循环作业.67 6.2 回采巷道布置.70 iii 6.2.1 回采巷道布置方式.70 6.2.2 回采巷道断面选择及其掘进方式.71 6.2.3 掘进工作面主要设备.73 6.3 本章小结.74 7 井下运输.75 7.1 矿井生产及地质条件.75 7.2 矿井运输系统.75 7.2.1 运输方式.7

6、5 7.2.2 运输系统.75 7.3 井下主要运输设备选型验算.76 7.3.1 胶带输送机选型验算 .76 7.4 主要运输大巷运输设备选型与验算 .80 7.5 辅助运输大巷设备.81 7.5.1 设备选型依据.81 7.5.2 井下辅助运输设备选型.81 7.5.3 列车组成计算.81 7.6 本章小结.82 8 矿井提升 .83 8.1 概述.83 8.2 主副井提升.83 8.2.1 设计依据.83 8.2.2 主副井提升.83 8.3 提升钢丝绳的选择计算.85 8.3.1 提升钢丝绳的选择.85 8.3.2 钢丝绳的验算.87 8.4 提升机的选择.88 8.4.1 摩擦轮的直

7、径确定.88 8.4.2 提升机强度校验.88 8.5 提升电动机选择.88 8.6 提升机与井筒的相对位置.89 8.6.1 塔式摩擦提升机的井塔高度.89 8.6.2 有导向轮式钢丝绳对摩擦轮的围包角.89 8.6.3 尾绳环高度.90 8.7 本章小结.90 9 矿井通风与安全 .92 9.1 矿井通风系统选择.92 9.1.1 矿井概况.92 9.1.2 矿井通风系统的基本要求.92 9.1.3 矿井通风类型的确定.93 9.1.4 设计服务范围的确定.94 9.1.5 主要通风机的工作方法.94 9.1.6 回采工作面通风类型的确定 .95 iv 9.2 全矿所需风量的计算及其分配.

8、96 9.2.1 采煤工作面所需风量的计算.96 9.2.2 掘进工作面所需风量.98 9.2.3 硐室所需风量.99 9.2.4 其它巷道硐室所需风量.100 9.2.5 矿井总风量计算.100 9.2.6 风量分配.100 9.3 矿井通风阻力计算 .101 9.3.1 矿井通风的两种路线阻力路线.102 9.3.2 矿井通风摩擦阻力计算.103 9.3.3 两个时期的矿井总风阻和总等积孔.104 9.4 矿井通风设备的选择 .106 9.4.1 选择主要通风机.106 9.4.2 电动机选型.108 9.5 矿井灾害防治 .109 9.5.1 井下防尘.109 9.5.2 瓦斯的预防必.

9、109 9.5.3 火灾的预防.110 9.5.4 水灾的预防.110 9.6 本章小结.110 10 设计矿井基本技术经济指标 .111 10.1 本章小结.111 参考文献 .112 专题部分 锚杆支护理论现状及发展趋势探讨 .113 1.国外锚杆支护理论 .114 1.1.悬吊理论1 .114 1.2.组合梁理论2 .114 1.3.组合拱理论 .115 1.4.最大水平应力理论3 .116 2.国内锚杆支护理论研究发展概况 .116 2.1.全长锚固中性点理论4 .116 2.2.松动圈理论5 .117 2.2.1.小松动圈围岩状态.117 2.2.2.中松动圈围岩状态.117 2.2

10、.3.大松动圈围岩状态.118 2.3.围岩强度强化理论6 .118 2.4.锚固力与围岩变形量关系理论7 .119 2.5.锚固平衡拱理论8 .119 3 我国锚杆支护技术发展中出现的问题 .119 v 3.1 对锚杆支护机理的认识亟待提高.119 3.2 锚杆与锚固剂的产品质量不过关，锚杆机具不配套.119 3.3 锚杆机具不配套.120 3.4 锚杆监测仪器与监测技术需要提高.120 3.5 锚杆检测标准需要修改和完善 .120 3.6.锚杆支护设计的片面性 .120 4.锚杆支护理论发展趋势 .121 5 对我国锚杆支护技术发展的展望 .121 5.1 进一步完善锚杆支护理论和技术 .

11、121 5.2 发展掘锚新机具.121 5.3 锚杆支护监测技术及设计方法的研究.122 6 结束语 .122 参考文献 .122 致 谢 .124 第 1 页 共124页 1 矿井概况及井田地质特征 1.1 矿井概况 1.1.1 地理位置与交通 林南仓井田位于河南省永城市境内，覆盖城关乡、城厢乡的全部及侯岭、双桥、 十八里、将口乡的一部分。南北长约 5.4km，东西宽约 3.5km，勘探面积约 17km2， 生产能力为 1.5mt/a。 林南仓五矿 宿县 淮北市 茴村 薛湖 徐州市 商丘市 砀山 芒山 夏邑 永城市 顺和 20 40 11700 11600 20 40 省 南 河 江 苏 省

12、 省 徽 安 山 东 省 图 1-1 林南仓五矿交通位置 矿井北临陈四楼井田，南接新桥井田，地理坐标为：东经 11617301162521，北纬 335352340035，交通位置如图 1-1。 1.1.2 地形地貌 林南仓井田位于淮河冲积平原的东部 ，地势平坦，海拔标高在+31+35m 之间， 相对高差 23m，微向东南倾斜。区内新生界松散沉积物广泛分布，厚度一般为 30m 左右。工业广场标高+35m。 1.1.3 主要河流 林南仓井田内地表水系不发育，仅有淮河支流的沱河从本区最北部自西向东流 过，沱河源于商丘北侧响河，雨季流量剧增，旱季干涸无水，属季节性河流。实测 最高洪水位标高+34.7

13、9m， （1963 年 8 月 9 日） ，年平均水位标高+30.39m，最大流量 384m3/s（1963 年 8 月 9 日） ，年平均流量一般为 12m3/s。其上游永城市段常年关 第2页 共124页 闸蓄水，致使下游断流无水。 本区地处中纬 34 附近，属半干旱、半湿润季风型气候，蒸发量大于降雨量， 干湿差大，四季分明。年平均气温 14.3 ，日最高气温 41.5，日最低气温为- 23.4。年平均降水量 962.9，年最大降水量 1518.6，年最小降水量 556.2mm。大气降水量多集中在 78 月份，可占全年降水量的 50%以上，年蒸发量 1808.9mm。永城地区受地震影响不大，

14、地震烈度小于 6 度。 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田地形及勘探程度 伏背斜的一部分，总体为一向西偏南的单斜构造，倾角平缓，一般为 4.3 9.7。井田内大部分区段发育有宽缓褶曲，局部地层走向和倾向有波状起伏现象。 本井田累计完成钻孔 335 个，进尺 191546.11 米，其中本队施工钻孔 305 个，外单 位施工钻孔 30 个，精查钻孔 119 个，综合验收评级结果甲级 87 个，占 73.1%，乙 级 28 个，占 23.5%，丙级 4 个，占 3.4% 。全井田共穿煤层 729 层次，见煤点质量 评级结果，甲级 249 个，占 34.2%，乙级 479 个，占 65.7%，丙

15、级 1 个，占 0.1% 。 打薄打丢的煤层均经测井补救合格。本井田的勘探类型为二类（偏简单）二型。依 据规范规定的工业指标及同设计部门的水平划分方案，选择块段法计算储量。 1.2.2 井田煤系地层概述及地质综合柱状 本井田含煤地层自下而上依次为上石炭统太原组，下二叠统山西组，下石盒子 组及上二叠统上石盒子组，如图 1-2。 1.2.3 褶皱构造及断裂构造 井田内褶皱构造均属褶幅不大的隆起和凹陷。主要有：蒋阁向斜（短轴向斜） 、 马岗背斜（短轴背斜） 、城郊向斜，其位于永城县城东关及城厢乡之东，马岗背斜 之西总体走向近南北，两翼倾角 10左右，呈构造盆地状。此外还有 f14、f5 两个 断层，

16、f14 断层位于井田边界，控制长度约 4.3km，走向北东 80左右，倾向北倾 角 70，为一北盘下降的正断层，中断落差较大约 65m。f5 断层位于井田东部，控 制长度约 5km，北端延出井田外趋于消失，走向北北东 15左右，倾向南东东，倾 角 80，为一东盘下降的正断层。总之，北北东向断层构造居主导地位，其次是近 东西向构造，局部发育有北西向构造。总体构造特征是以宽缓褶皱为主，伴随一定 数量的断裂构造，且多集中在表现明显的背、向斜两侧。北部由于受小褶曲的影响， 呈波状起伏，走向变化较大。地层产状总趋势向南西西方向倾斜，地层倾角一般在 4.39.7,个别地段（东南部蒋阁向斜一带）达 2030

17、。褶皱和断裂构造呈北北 东向和近东西展布。 1.2.4 岩浆入侵及其对煤层的影响 本井田的岩浆岩与邻区相比，虽然种类不多，平均分布范围不大，但在岩体所 第 3 页 共124页 及范围内的煤层煤质都有一定影响。当岩浆岩进入煤系地层时，常会沿着较松软的 煤层侵入，使煤层遭受不同程度的影响，对于本井田的主要可采煤层二2煤层影响 不大，煤层基本上都可采。晚古生代中基性岩浆岩活动比较强烈，并对煤层有一定 的破坏作用。 1.2.5 井田的水文地质特征 新生界松散层划分为四个含水层组及四个隔水层组，由于新生界底部砂层少， 富水性又弱，与基岩之间有平均厚 44.29m 的粘土隔水层，对矿床一般无充水影响。 煤

18、层顶板砂岩裂隙水是矿床主要直接充水的水源，但由于井田内砂岩富水性很弱， 渗透性差，径流滞缓，补给源不足，故对将来的矿床开采一般不会造成太大的威胁。 太原组上段灰岩是开采二2煤层的间接充水含水层，二2煤底板下距 k3（l11灰 岩，平均厚 1.64m）平均距离 50m，距 l8灰岩（平均厚 10.49m）平均距离 80m，l8 上距 l11一般平均在 30m 左右，其间又有泥岩，砂质泥岩相隔，基本无水力联系， 因此，如不受断裂构造影响，正常情况下不会造成突水。井田断层富水性微弱，具 有一定的隔水性能，一般情况下不会发生大导水威胁。 综上所述，本井田是一个与外部水力联系微弱，补给不足的较完整的独立

19、水文 地质单元，开采煤层远离地表水体，无流水影响，间接充水岩层“灰岩”虽然单位 涌水量较大，局部在断层处有与煤层对接的可能性，如留好煤柱，远离断层，一般 是不会突水的，本矿井水文地质，工程地质条件属中等类型。 矿井正常涌水量 180m3/h，考虑上段灰岩突水，最大涌水量为 200m3/h，目前矿 井涌水量为 100m3/h。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层埋藏条件 本井田的主要含煤地层有下二叠统山西组（p1s） ，煤层总厚度平均 10.21m，总 的含煤系数为 5.93%。下二叠统山西组（p1s）含二煤组，由 13 个分层组成，分 层编号从下至上分别为二1、二2、二3，煤层平均总厚度为 8

20、.84m，含煤系数为 3.8%。 下石盒子组（p1x）含三煤组，由 47 个分层组成，分层编号从下至上分别为三 1、三21、三 22、三 3、三4、三5、 、三6及三7。煤层总厚度为 6.27m，含煤系数为 9.0%。井田内二2、三1、三 22、 、三 4煤层为可采煤层，详见煤层情况一览表 。 煤层埋深大于 235m 时，煤层基本正常，但局部较深的部位有风化现象，参考邻区 陈四楼井田所确定的风化带深度为 21m，故认为本井田风化带的深度为 20m 合适。 1.3.2 煤的特征 三 1 煤层： 勘探厚度 2.83.2m，平均 3m，除局部煤层变薄、局部受冲刷缺 失外，实见煤厚、结构与勘探阶段相符

21、合，为全区可采煤层。 第4页 共124页 二 2 煤层： 勘探厚度 3.54.8m，平均 4m，为全区可采煤层。 二 2三 1 煤层层间距最大 90.14m，最小 75.10m，平均 80m。间距变异系数 77.78。井田东、西部间距较小，向中部逐渐增大。在中部间距较大区中间又有一 个形状不规则的间距缩小区。 首采煤层二2煤层属低灰分，特低硫，特低磷，高发热量，易选的优质无烟煤。 首先可作为化工用煤，包括气化用煤及发生炉煤气用煤和化肥用煤，其次作为动力 用煤及民用燃料等。 1.3.3 其它开采技术条件 表 1-1 煤层情况一览 煤 组 号 煤 层 编 号 煤 分 层 数 煤厚 最小最大 平 均

22、 (m) 间距 最小 最大 平 均 (m) 夹 矸 层 数 可 采 情 况 含 煤 系 数 煤层稳定性 二31 0.20.40 0.30 0不可采不稳定 1.405.10 2.91 二2 1 2 3.54.8 4 0 1 全区可 采 稳定 二 煤 组 二1 1 2 0.20.55 0.40 23.040.08 30.470 1 不可采不稳定 三 煤 三11 2.83.2 3 35.0267.1 49.53 0 全区可 采 3.8% 稳定 第 5 页 共124页 二2 3.54.8 4 0.250.55 山 西 组 迭 系 生 二古 界系统 地 层 系 统 地层及标 志层名称 柱 状 煤层及标志

23、层 厚度m间距m 地层厚度 m 太 石 炭 原 组系界 城郊煤矿综合柱状图 1：1000 700.74 615.60- 315.20-615.30 515.04 220.40 50.82- 0.20.40 二1 二3 1.405.10 23.0140.08 三1 2.83.2 3 35.0267.1 图 1-2 地质综合柱状 第6页 共124页 表 1-2 可采煤层煤质特征 注： 最小值最大值/算术平均值（样品个数） （1）煤层顶底板 三煤组煤层直接顶板，底板主要为薄层状泥岩，砂质泥岩，局部为粉砂岩，抗 压强度一般小于 600kg/cm2（局部大于 600kg/cm2） ，稳定性差，管理有一定

24、困难。 二2煤层直接顶，底板多为细中粒砂岩，厚层状泥岩（厚度一般大于 5m） ，局 部为砂质泥岩或落层状泥岩，抗压强度一般大于 600kg/cm2 ，岩石的完整性，稳定 性较好，顶板易于管理，底板一般不易发生底鼓。 （2）瓦斯、煤尘等 井田中各煤层沼气含量一般小于 0.5/t，属低沼气矿井。各煤层均无煤尘爆 3 m 炸危险。各煤层均属不自燃发火煤层。煤的硬度系数为 f = 1.2-2.4 。 （3）地温 井田内地温仅随深度的增加而增加。井田的平均地浊梯度为 2.670c/100m，从 地温梯度看，浅部地温梯度较高，深部地温梯度较低。 从煤层地温等值线图上看出，等温线与煤层底板等高线基本平行，煤

25、层 2 二 2 二 -500m 以浅的地温一般低于 26。 1.4 本章小结 本章首先叙述矿区的地理位置、交通情况、地形地貌特征、地质灾害、工农业 发展情况，并且要简要说明矿区气候条件，包括年平均气温、最高温度、最低温度、 结冻期、冻土深度、降雨量、风向、风速等；同时具体交代了矿区地面河流、湖泊、 沟渠的分布、洪水位记录、居民用水水源、水质情况等。 其次叙述了本区井田地质特征，主要包括井田地质特征、井田范围内地质构造、 矿区水文地质情况。这些井田的基本地质情况，是本矿设计的最基础资料，也是整 个矿井规划总的基础。 原 煤精 煤煤 层 编 号 煤质 牌号 ad(% ) st.d(%) qnet.

26、ad (mj/kg) ag(%)vr(%)cc(%)hr(%) wy 8.64 35. 67 14.41 (178) 0.141 .05 0.498 (8) 20.732. 4 28.5 (155) 2.50 11.53 6.23 (147) 5.629. 86 7.80 (145) 91.039 5.29 92.76 (98) 3.244. 20 3.78 (101) 二2 tr 13.32 15. 01 14.35 (4) 0.101 .00 0.49 (8) 29.630. 4 29.9 (4) 3.97 8.96 6.58 (4) 10.031 0.72 10.41 (5) 90.52

27、9 1.70 91.23 (3) 3.944. 19 4.05 (3) 第 7 页 共124页 最后叙述了矿区煤系地层情况、煤层的埋藏条件，包括煤层走向、倾向和倾角 变化，煤层露头深度及分化带深度；煤层层数、煤的最大、最小和平均厚度，煤层 的最大、最小和平均间距，煤层的稳定性、煤层特点、煤层编号和用途，煤层结构， 全矿井以及各煤层瓦斯涌出量，煤尘爆炸危险性及爆炸指数，煤的自燃倾向性。 第8页 共124页 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田边界 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）井田的储量，

28、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。 2.1.2 井田边界的特征 本井田的走向长度最小约 4.9km，最大长度约 5.4km，平均长度约 5.15km。井 田的倾向长度最大约 3.5km，最小长度约 2.88km，平均长度约 3.22km。井田的水平 宽度约 3.5km。经过测量井田的水平面积为约 14.57k。 2.2 矿井工业储量 2.2.1 井田勘探类型、钻孔及勘探分布 精查地质报告查明了本井田的煤层赋存情况、构造形态、煤质及水文地质条件。 井田勘

29、探类型为中等。 2.2.2 工业储量计算 经图纸实际测量和加和计算得井田面积为 14570850m2。煤容重为 1.4 t/m3，煤 层倾角平均 7，煤层总厚平均为 7m。 井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量由煤层面积、厚 度及容重相乘所得，其计算公式一般为： q=sm/cos (2-1) 式中： q为井田工业储量，kt； s井田面积，km2； m煤层平均厚度，7m； 煤的容重，t/m3，1.4t/m3 煤层平均倾角，7； 则：zc=1457085071.4/cos7=143661910.7t。 本井田根据倾角相近共划分 22 块计算井田面积和工业储量，过程如下表 2-1

30、2.3 矿井可采储量 计算可采储量时，必须要考虑以下储量损失； 1）工业广场保护煤柱； 2）井田边界煤柱损失； 第 9 页 共124页 3）采煤方法所产生煤柱损失和断层煤柱损失； 4）建筑物、河流、铁路等压煤损失； 5）其它各种损失。 表 2-1 工业储量分块计算 /s/q/t 16.733500003453796.66 26.43250003204973.66 34.7102375010066600.08 46.05496005415748.03 54.5678412.56669000.8 66.16300006209156.60 76.09071008938546.29 84.313556

31、2513322626.41 99.0251812.52498523.47 108.0423000418639.22 115.42493752454769.35 1210116187.51156202.82 139.1277312.52752303.52 1410.32088002079755.18 155.6880962.58674834.01 165.74893754819705.70 173.92303502262669.71 184.61919337.518870291 196.8137025013523581.52 204.6199347519599186.36 214.3488125

32、4797128.28 227.61995001972426.70 =14.57085 =146927965.4t 总 s 2 km 总 q 2.3.1 井田内各保护煤柱 （1）井田边界保护煤柱 井田的人为边界煤柱为： (5420+6265) 2071.4=2290.26 kt。 （2）矿井工业场地煤柱 根据煤炭工业设计规范第 5-22 条：矿井工业场地的占地面积指标，应不 小于下表的规定。 表 2-2 矿井工业场地的占地面积指标 井型占地指标（公顷/100kt） 大型井0.81.1 中型井1.31.8 小型井2.02.5 本矿的设计生产能力为 1500kt/a，因此，参考表 2-2 取本矿井工

33、业场地的占地 第10页 共124页 面积为 1.0（公顷/100kt） ，那么本矿井的工业广场的面积为 150000，一般认为 工业广场的形状为矩形，则取工业广场长为 500m，宽为 300m。 参考城郊煤矿的井田地质报告知本矿的基岩移动角和松散移动角如下表： 表 2-3 地质开采条件和岩层移动角 地质开采条件 基岩移动角/（）松散移动角 /（） 井筒垂 深 煤层倾 角 煤层厚 度 松散层厚 度 430m6.37m30m7066.670 45 参考煤矿特殊开采方法确定工业广场的保护等级为级，因其保护带的宽 度为 20m，应用垂直剖面法计算工业广场保护煤柱的留设宽度，其具体作法如图 2- 1。经

34、过作图可知工业广场留设煤柱的形状为梯形，计算并测得该梯形的上边长度 为 654.8m，下边长度为 729.4m，高为 927m。则梯形的面积为： s =(a+b)h/2 =（654.8+729.4）927/2 =6.415767105 工业广场的保护煤柱量为： q=sh (2-1) 式中 q保护煤柱量,kt s保护煤柱的面积， 煤的容重，t/m，取 1.4 h煤层的厚度，m，为 7 将数据带入式（2-1）得: q=6.4157671051.47 =6287451.66t 3）断层煤柱 按断层落差大小两侧各留一定水平宽度的安全煤柱。具体留设方法见表 2-4。 则井田边界断层煤柱： q=（3175

35、+3075）71.450=3062.5kt 井田内部断层煤柱：q1=770（30+30+15）71.4=565.95kt q2=480（30+30+20）71.4=376.32kt 总保护煤柱量为 p=2290.26+6287.45166+3062.5+565.95+376.32=12582.48166kt 2.3.2 矿井可采储量 井田的可采储量 z 按下式计算： z=(qp) c (2-5) 式中：q矿井工业储量， 第 11 页 共124页 p各种永久煤柱的储量之和， p=12582.48166kt c采区回采率，厚煤层不低于 0.75；中厚煤层不低于 0.80。薄 煤层不低于 0.85；

36、设计开采的二2煤层属厚煤层，采区回采率取为 0.75。 则计算可采储量为： z=(qp) c=（146927965.412582481.66）0.75=100759112.8t 表 2-4 断层保护煤柱留设方法 断层落差 h留设尺寸 h50m50m 30mh50m30m h30m不留设煤柱 图 2-1 垂直剖面法计算工广保护煤柱 第12页 共124页 2.4 本章小结 井田境界的划分应充分利用自然条件，如利用大断层作为井田的边界，或利用 河流、湖泊、铁路等划分井田边界；在煤层倾角变化很大处，也可以作为井田边界。 同时，考虑到与临近矿井的地理和生产关系，应当人为地划分井田境界。 矿井资源/储量是

37、煤的视密度、煤田面积、煤层厚度的乘积。 矿井工业储量是指井田范围内煤层厚度、煤质、以及地质条件了解的比较清楚、 勘探程度较高的 a 级、b 级、c 级储量之和，它是矿井设计和投资的依据。a 级、b 级储量又称为高级储量。同时，随着国土资源部新的矿产资源/储量分类方法的颁 布，应适时地对已生产矿井资源/储量进行套改计算，本矿为新建矿井，在按原分 类方法分类的基础上，又对矿井的资源/储量进行套改。 矿井可采储量指的是矿井工业储量中，去除永久保安煤柱损失煤量，并考虑一 定矿井生产损失煤量系数（即回采率）后，实际能够产出的煤炭量，即就是能转化 为实际经济效果的资源/储量。矿井保安煤柱损失量主要包括，矿

38、井工业广场保护 煤柱、井田地质构造保护煤柱、矿井主要巷道保护煤柱等所占用的煤炭损失量；矿 井生产时的损失煤量主要包括，采煤时由于井下条件变化，引起的煤炭回采率降低 和煤炭在运输过程中存在的运输损失量。 第 13 页 共124页 3 矿井工作制度和设计生产能力 3.1 矿井工作制度 根据煤炭工业设计规范第 2-4 条：矿井设计生产能力按年工作日 330 天计 算，每天 4 班作业，每天净提升时间为 16 小时。因此规定本矿井年工作日数为 330 天，每日出煤 3 班，一班检修，每班工作 6 小时，矿井每昼夜净提升 16 小时。 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 3.2.1 确定矿井的年生产能力

39、的依据 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

40、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 矿井设计年生产能力 参考煤炭工业设计规范可知，矿井设计生产能力主要类型有： 大型矿井：1.2、1.5、1.8、2.4、3.0（mt/a）及以上 中型矿井：0.45、0.6、0.9（mt/a） 小型矿井：9、15、21、30（万吨/年） 本井田储量丰富，设计开采煤层赋存稳定，煤层厚度大部分比较稳定，首采煤 层属厚煤层(4m)；煤层平均倾角小，属近水平煤层。因地质构造简单，同时煤田范 围较大，开采技术好的矿井适合布置大型矿井。因此，初步确定矿井的设计生产能 力为 1.

41、5mt/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zk、设计生产能力a矿井服务年限t三者之间的关系为： tzk /（ak） （3-1） 式中： t矿井服务年限，a； 第14页 共124页 zk矿井可采储量，t； a设计生产能力，t； k矿井储量备用系数，取 1.3。 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。 则，矿井服务年限为： t =100759112.8/15000001.3 =52 a 服务年限符合要求。 3.2.4

42、 井型校核 下面按矿井的实际煤层开采能力，各辅助生产环节的能力，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 矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力，根据本设计第四章（矿 井开拓）与第六章（采煤方法）的设计可知，该矿由于煤层地质条件较好，二2煤 厚度较厚，布置一个综合机械化采煤工作面完全可以达到本设计的产量。 2）辅助生产环节的能力校核 本矿井为大型矿井，开拓方式为立井开拓，主井提升容器为两对 12t 提升箕斗， 运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤一律用强 力胶带输送机运到带盘区（采区）煤仓，运输能力也很大，自动化程度较高。辅助 运输采用双层

43、罐笼，大巷辅助运输采用 600mm 轨距的 1.5t 固定车厢式矿车，同时 本矿井井底车场调车方便，通过能力大，满足矸石，材料和人员的调动要求。所以 各辅助生产环节完全可以达到设计生产能力的要求。 3）通风安全条件的校核 本矿井无煤尘爆炸性，瓦斯含量低，属于低瓦斯矿井。水文地质条件中等，在 副井中铺设两趟水管路可以满足排水要求。矿井早期采用中央并列式通风，有专门 的风井，可以满足要求。副井进风，回风大巷回风，工作面采用后退式 u 型通风， 通过第九章的通风设计知可以满足通风需要。 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。本 设计采用立井单水平开拓 煤炭工业矿井设计规范

44、给出了井型和服务年限的对应要求，见表 3-1。本 矿井的设计服务年限符合规定。 第 15 页 共124页 表 3-1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限 第一开采水平服务年限（a）矿井设计生产 能力（万 t/a） 矿井设计服务 年限（a） 煤层倾角 45 600 及以上7035 3005006030 12024050252015 459040201515 930各省自定 3.3 本章小结 采煤工作面周而复始地完成破煤、装煤、运煤、支护和处理采空区等工序的过 程称为采煤循环。一般炮采和普采工作面完成一个采煤循环的标志是回柱放顶，综 采工作面完成一个采煤循环的标志是移架。 确定矿井设计生产能

45、力需要考虑的主要因素有储量条件、储量条件、采煤工艺 与矿井技术装备水平、矿山经济及社会因素等。参考采矿工程设计手册 ，本矿 资源储量较为丰富、地质条件简单、矿井生产能力大、开采技术条件好，故宜建大 型矿井。 随着社会进步和劳动制度改革，目前综采多采用“四六”工作制，每班工作 6 小时，三班出煤，一般检修准备，以缩短煤矿工人的辅助劳动时间，减轻煤矿工人 的劳动强度。因此，本矿井工作制度设计设计时采用“四六”工作制，即三班采煤， 一班准备检修，每班净工作时间为 6 个小时。 大型矿井年工作日为 330 天， “四六”制作业，服务年限不小于 50a，第一水平 服务年限不小于 25a。按照煤炭工业矿井

46、设计规范规定“矿井每昼夜净提升时 间 16 小时。这样充分考虑了矿井的富裕系数，防止矿井因提升能力不足而影响矿 井的增产或改扩建。因此，本矿设计每昼夜净提升时间为 16 小时。 第16页 共124页 4 井田开拓 井田开拓是在总体设计已经划定的井田范围内，根据精查地质报告和其它补充 资料，具体体现在总体设计合理原则，将主要巷道由地表进入煤层，为开采水平服 务所进行的井巷布置和开掘工程。其中包括确定主、副井和风井的井筒形式、深度、 数量、位置、阶段高度、大巷位置、采（带）区划分以及开采顺序与通风运输系统。 4.14.1 井田开拓的基本问题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

47、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。 本矿井开拓方式的确定，主要考虑到以下因素： 1) 地形平坦，地势高差小，有内涝威胁； 2) 煤层埋深较大，且表土层厚度大，平均 30 m； 3) 第四系覆盖层较厚，井筒需要特殊凿井方法施工；为防止第四系水溃入井 下，需留设合理的防水煤柱； 4) 太原组灰岩水压较大，水量相对丰富，岩溶裂隙比较发育，选择井筒位置 时需留有足够的隔水岩柱； 5) 本矿井为低瓦斯矿井。

48、 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

49、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 确定井硐形式、数目、位置及坐标 1）井筒形式的确定 第 17 页 共124页 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。 （1）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。 （2）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

50、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： 斜井井筒长，提升深度有限，辅助提升能力小；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。 （3）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

51、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。 由于地表是平原，煤层埋深较大，本矿井只能用立井开拓。根据矿井提升的需 要与本矿的地质条件，及煤矿安全规程的规定，设立主副井筒各一个，风井一 个，主井用来提升煤炭，副井用来运送人员、材料、矸石，风井用来通风等。本矿 井瓦斯涌出量小，且矿井采用带区式开采，井田面积不大，通过第九章的比较，采 用中央并列式。 2

52、）井筒位置的确定 井筒位置的确定原则： （1）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，石门工程量少； （2）有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村或不迁村； （3）井田两翼储量基本平衡； （4）井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或 软弱岩层； 本矿井在二2煤层底板下部 230m 处有一太原组灰岩承压含水层，压力大，水量 也较大，设计时须使井筒、井底车场与该承压水之间有一定厚度的保护层，本矿井 第18页 共124页 采用单水平开采。因此，无需避开太原组承压含水层的影响，依据本矿实际条件， 主副井筒选址考虑布置在储量中心和尽

53、量减少工广压煤。经后面方案比较确定主、 副井筒位置大致位于井田中央，井田倾向的中上部。由于本矿井采用中央并列式回 风，副井进风，风井回风。 风井位置的选择 为了尽可能的少压煤和减小通风阻力，缩短通风路线，因此将风井布置在工业 广场内。 4.1.2 确定工业广场位置 矿井工业广场属于一级保护建筑，工业场地的选择主要考虑以下因素。 （1）尽量位于储量中心，使井下有合理的布局。 （2）处于当地主导风向的上风向，避免空气污染。 （3）占地面积尽量小，尽量做到不搬迁村庄。 （4）尽量布置在地势比较平坦、地质条件较好的区域，同时工业场地的标高要 高于历年最高洪水位。 （5）尽量减少工业广场压煤量。 综合以

54、上五条原则，结合本矿的具体情况，井田中部的地面标高为最高并且远 离村庄，因此把工业广场选在井田的中部偏上。 1）布置要求 （1）工业广场地应具有稳定的工程地质条件，避开法定保护的文物古迹，风 景区、内涝低洼区和采空区，不受岩崩、滑坡、泥石流和洪水等灾害威胁； （2）工业场地应少占耕地，少压煤； （3）距水源，电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。 2）工业场地位置 结合以上要求，根据井筒位置，工业场地的布置： （1）井田走向的中央和倾向的中上部； （2）工业广场的保护煤柱的短边与 f4 断层重合。 3）工业场地形状、面积 工业场地的形状和面积：根据工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占

55、 地面积为 15 公顷，形状为矩形，长 500 m,宽 300 m，为矩形断面。 4.1.3 开采水平和阶段高度的确定 本矿井煤层露头标高为-280m，煤层埋藏最深处达-580m，垂直高度达 300m，根 据煤炭工业矿井设计规范规定，缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高为 200350m， 根据本矿井的实际条件，结合阶段斜长考虑，决定本矿井首采煤层采用俯斜加仰斜 开采。 第 19 页 共124页 本矿井为大型矿井，井田可采储量有限，故借鉴现有矿井的经验确定开采水平 的数目为两个。 合理的开采水平垂高应以合理的阶段垂高（斜长）为前提，并使开采水平有合 理的服务年限，有利于矿井水平和采区的接替，还要有较好的

56、技术经济效果。设计 时主要考虑以下因素： （1）阶段斜长 目前，煤炭运输、辅助提升、行人条件和合理的区段数目是制约阶段斜长的主 要因素，阶段斜长在随着先进设备的不断出现有加大的趋势，目前带区式准备上山 部分分带斜长一般为 1000-1500m，有的达到 2000-6000m；下山部分分带斜长为 700-1200m。 （2）有利于带区正常接替 阶段斜长增长，带区储量多，带区服务年限长对开采接替有利。 （3）经济上有利的水平垂高 开采水平垂高过小，造成严重的采掘失调，合理的增加水平垂高，可以减少水 平数目，减少基建工程量，目前我国矿井一般的阶段垂高如表 4-1 所示。 根据本矿实际情况，煤层倾角较

57、小，平均为 7 左右，煤田的倾向长度比较短， 因此水平的垂高取 300m。 4.2 阶段运输大巷位置的选择 由于本矿井采用单水平开采，运输大巷，辅助运输大巷，回风大巷的使用年限 达数十年以上，为了便于维护和使用，应不受开采个煤层的采动影响。 表 4-1 我国矿井阶段垂高 井型缓倾斜煤层/m倾斜煤层/m急倾斜煤层/m 大中型矿井200350200350200150 小型矿井601008012080120 大巷布置在煤层中的优点是：容易施工，掘进速度快，掘进费用低，便于机械 化作业，掘进中可以进一步探明煤层变化情况和地质构造。缺点是巷道受采动影响， 维护困难，维护费用高，大巷两侧要留 30m40m

58、 煤柱，煤炭损失较大，采区发生 火灾时，不易密封。 大巷布置在岩层中的优点是：巷道维护条件好，维护费用低，巷道施工能按要 求保持一定的方向和坡度；少留煤柱或不留煤柱，减少煤炭损失，便于设置煤仓； 在有瓦斯突出和自然发火危险的矿井中，采区封闭好。缺点是岩石工程量大，掘进 施工困难，掘进速度慢，掘进费用高。 综合以上各方面的因素，大巷布置在岩层中维护上占有很大的优势，因此，本 矿井阶段运输大巷布置在二2煤层底板岩层中,岩层岩性比较稳定。 第20页 共124页 4.3 井田开拓方案的确定 本井田地形平坦，表土较薄且岩层岩性稳定，所以采用立井开拓，井下生产费 用较低的原则确定了井筒位于井田走向中部，倾

59、向中偏上部。采用一个主立井,一个 副立井和一个风井。限于本井田的储量而少压煤原则采用风井布置在工业广场内， 并且整个矿井服务年限中早期采用中央并列式通风方式，后期采用中央边界式通风 方式。立井井筒采用普通方法施工。根据井田条件和矿井设计规范的有关规定，本 井田可划分为两个水平，阶段内煤层倾角较小采用带区的准备方式，本矿井为一井 一面的高产高效矿井，因此只需在生产采区布置一个工作面和一个备用面，可以满 足生产任务。 根据煤层赋存情况和矿井可采储量，遵照矿井设计规范规定，将矿井生产能力 确定为 150 万 t/a，储量备用系数按 1.3 计算，因为本井田制约备用系数的因素相对 较少。可以知道本矿井

60、的服务年限为 52a，本井田的主要可采煤层为二2煤层和三1 煤层，为多煤层开采，大巷布置在岩层内，其它带区巷道均布置在煤层中，最后再 加以回收，主要的通风方式为中央并列式。综合本矿井各方面的因素，在保证安全 的条件下，提出了三种方案，由于本井田地势平坦，煤层埋藏较深且有冲击层，所 以，确定采用立井开拓（主井设箕斗） ，按煤矿设计手册上的规定，井筒原则上布 置在井田走向的中央。 根据井田条件和设计规范有关规定，本井田至少要划分为 2 个水平，阶段内采 用带区式进行准备。考虑到阶段本井田深部储量相对较小，且涌水量较小，所以可 采用上下山开采。 考虑到煤层间距较大，上组二2煤和下组三1煤分别布置大巷