唐安煤矿15Mta新井设计浅析综放沿空掘巷围岩结构及其控制沿空掘巷老顶的稳定性分析

目录一般部分1矿井概况与地质特征 11.1井田概况 1位置与交通 1地形、地势及河流 2气象与地震情况 2矿区工农业生产概况 2邻近矿井状况 2水源及电源 21.2井田地质特征 3地层 3构造 4水文地质特征 41.3煤层特征 7煤层特征 7煤质 7瓦斯、煤尘、煤的自燃性及地温 82井田境界和储量 102.1井田境界 10井田范围 10开采界限 10井田尺寸 102.2矿井地质储量 11储量计算基础 11矿井地质储量计算 11矿井工业储量计算 122.3矿井可采储量 12井田边界保护煤柱 12工业广场保护煤柱 13断层保护煤柱 14风井保护煤柱 14大巷、井筒和井底车场附近保护煤柱 14矿井可采储量 153矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 163.1矿井工作制度 163.2矿井设计生产能力及服务年限 16确定依据 16矿井设计生产能力 16矿井服务年限 16井型校核 174井田开拓 184.1井田开拓的基本问题 18确定井筒形式、数目、位置 18开采水平的确定及带区的划分 20主要开拓巷道 20开拓方案比较 204.2矿井基本巷道 27井筒 27井底车场及硐室 31大巷 325准备方式—带区巷道布置 365.1煤层地质特征 36带区位置 36带区煤层特征 36煤层顶底板岩石构造情况 36水文地质 36地质构造 37地表情况 375.2带区巷道布置及生产系统 37带区准备方式的确定 37带区巷道布置 37带区生产系统 39带区内巷道掘进方法 40带区生产能力及采出率 405.3带区车场选型设计 416采煤方法 426.1采煤工艺方式 42带区煤层特征及地质条件 42确定采煤工艺方式 42回采工作面参数 42采煤工作面回采工艺 43采煤工作面支护方式 47端头支护及超前支护方式 50各工艺过程注意事项 506.1.8回采工作面正规循环作业 516.2回采巷道布置 54回采巷道布置方式 54回采巷道参数 547井下运输 577.1概述 57矿井设计生产能力及工作制度 57煤层及煤质 57运输距离和货载量 57矿井运输系统 577.2带区运输设备选择 59设备选型原则 59带区运输设备选型及能力验算 597.3大巷运输设备选择 61主运输大巷设备选择 61辅助运输大巷设备选择 62运输设备能力验算 628矿井提升 658.1矿井提升概述 658.2主井提升 65主井提升 65主斜井检修设备的运送 669矿井通风及安全 689.1矿井概况、开拓方式及开采方法 68矿井地质概况 68开拓方式 68开采方法 68加油硐室、火药库 68工作制、人数 689.2矿井通风系统的确定 69矿井通风系统的基本要求 69矿井通风方式的选择 69矿井主要通风机工作方式选择 70带区通风系统的要求 71工作面通风方式的选择 719.3矿井风量计算 72通风容易时期和通风困难时期采煤方案的确定 72各用风地点的用风量和矿井总用风量 72采煤工作面需风量计算 72备用面需风量的计算 74掘进工作面需风量 74硐室需风量 75其它巷道所需风量 75矿井总风量 75风量分配 769.4矿井阻力计算 77计算原则 77矿井最大阻力路线 77矿井通风阻力计算 78矿井通风总阻力 81两个时期的矿井总风阻和总等积孔 829.5选择矿井通风设备 82选择主要通风机 82电动机选型 85对矿井主要通风设备的要求 86对反风、风峒的要求 869.6安全灾害的预防措施 87预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 87预防井下火灾的措施 87防水措施 8710设计矿井基本技术经济指标 88参考文献 89翻译部分浅析综放沿空掘巷围岩结构及其控制 901绪论 901.1问题背景及意义 901.2国内外研究现状 912沿空掘巷上覆岩层稳定性分析 912.1综放沿空掘巷的基本特点 922.2综放沿空掘巷上覆煤岩体破断特征 932.3综放沿空掘巷围岩关键块体力学模型 952.4综放沿空掘巷上覆岩体稳定性分析 963沿空掘巷围岩控制原理 993.1沿空掘巷的围岩变形破坏特征 993.2沿空掘巷窄煤柱巷道锚杆与围岩相互作用机理 993.3沿空掘巷窄煤柱巷道支护原理 1004沿空掘巷窄煤柱力学状态及其稳定性 1004.1沿空掘巷窄煤柱的基本特征 1004.2沿空煤体边缘力学状态分析 1014.3沿空掘巷窄煤柱应力分析及变形破坏机理 1034.4沿空掘巷窄煤柱宽度的合理确定 1045窄煤柱稳定性的数值模拟模型 1055.1模拟巷道地质概况 1055.2窄煤柱稳定性的数值模拟模型 1055.3窄煤柱应力分布演化规律 1065.4窄煤柱变形机理 1076结论 108参考文献 110翻译部分英文原文 111Stabilityanalysisformainroofofroadwaydrivingalongnextgoaf 1111Mechanicsmodeloftriangleblockstructureofmainroof 1111.1Establishmentofmechanicsmodeloftriangleblockstructure 1121.2StudyontheparametersofthetriangleblockB 1122Bearinganalysisoftriangleblock 1132.1Bearinganalysisoftriangleblockbeforeroadwayexcavation 1132.2Bearinganalysisoftriangleblockafterroadwayexcavation 1143Stabilityanalysisofthetriangleblockstructure 1153.1Stabilityoftriangleblockbeforeroadwayexcavation 1163.2Stabilityofthetriangleblockafterroadwayexcavation 1173.3Triangleblockstabilityinfluencedbyminingactivity 1174Conclusions 118References 119中文译文 120沿空掘巷老顶的稳定性分析 1201老顶三角块体结构的力学模型 1201.1三角块体结构力学模型的建立 1201.2三角块体B相关参数的研究 1212三角块体的承载分析 1222.1巷道掘进前三角块体的承载分析 1222.2巷道掘进后三角块体的承载分析 1233三角块结构稳定性分析 1233.1巷道掘进后三角块体的稳定性 1243.2巷道开掘后三角块体的稳定性 1253.3回采对三角块体稳定性的影响 1254结论 125参考文献 126致谢 1271矿井概况与地质特征1.1井田概况位置与交通唐安煤矿位于山西省高平市西约10km处的唐安村西北，隶属于山西兰花科技创业股份有限公司,其地理坐标东经112°43ʹ20"～112°47ʹ36"，北纬35°42ʹ42"～35°45ʹ31"，其井田北部与张家庄、良户相接壤，东与唐东、唐西煤矿相毗邻，南与古寨、庄头煤矿相连，东西长约5.74km，南北宽约3.73km，井田面积约18.76km2。本矿井有铁路专用线13km，在南陈铺车站与太焦线铁路相接，沁辉二级公路纵穿本井田与207国道相接，北距长治市80km，南距晋城市50km，西距沁水县70km，交通极为便利，如图1-1所示。图1-1唐安煤矿交通位置图地形、地势及河流本区属太行山支脉，分别为唐安北山、古寨北山、古寨南山系，属西北部武圣山的三条支岔，山势大致为东西方向，山坡北缓南急，因常年雨雪冲刷，南北山坡沿山坡方向均形成深度不大的沟。本区最高点位于井田西南角，海拔高度+1286.60m，最低点位于唐安村东南，海拔高度+876.40m，相对高差410.20m，总的地势表现为西高东低。唐安北山及古寨南山分别被原村河和马村河及大周河平行所夹，河流流向均为由西向东，河的两岸均较宽，该三条河均为丹河水系之分支，且均为季节性河流，丹河流向东南，穿越太行山，在河南省境内汇入黄河。气象与地震情况本区属大陆性温带气候，冬季寒冷干燥，夏季多雨，春秋二季多风。年降雨量437～1010mm，年蒸发量1424.20～1825.50mm。雨季多集中在7～9月，占全年降雨量的70％。7～8月份温度高，最高气温36℃；12月至次年2月最冷，最低气温可达-23℃，最大冻土深度为0.45m，霜冻期从10月末至次年4月初，风向春、冬季多为西北风，夏季多为东南和南风，最大风力6～7级，平均3～4根据中国地震局GB18306—2001图A1《中国地震动峰值加速度区划图》，本区地震动峰值加速度为0.05g，对应地震烈度为六度区。矿区工农业生产概况近年来，高平市郊区的国民经济和工业生产保持了持续、稳定、协调发展的好势头。全郊区农村人口占总人口的90％以上，农作物主要生产小麦、玉米、高粱、大豆、油料作物及药材。工业产品主要有煤炭、生铁、化肥、铁矿石和水泥等。井田内石灰岩、砂岩非常丰富，可作为建筑材料，砖、料石、石子、石灰、水泥等大宗土产品均可由当地供应。外部供应的材料主要有钢材、木材、高标号水泥、五金材料等，可通过铁路运至矿井。邻近矿井状况唐安煤矿北靠南阳井田，南临大阳井田，西为普查勘探区，东为小窑区，共有9个小煤矿开采3号煤层，主要有古寨煤矿、唐东、唐西煤矿等，生产能力为90～120kt/a。水源及电源1）电源情况本矿井工业场地建有一座35/10kV变电所，采用两回35kV电源供电，其中一回引自高平110kV变电站，线路长7.5km；另一回引自由大阳煤矿35kV变电站，矿井供电电源满足矿井技术改造要求。2）水源情况井田内的奥陶系石灰岩岩溶含水层为溶洞裂隙水，地下水活动性强、含水丰富、水质良好，为一良好的供水水源，目前在矿井工业场地及生活区均有奥灰水水源井，供工业场地生活和生产用水。井下消防洒水水源为处理后的井下排水。目前水源均能满足生产、生活要求。1.2井田地质特征地层本区为半覆盖区，地层出露主要为上石盒子组，局部为下石盒子组地层，综合钻孔揭露及地表出露情况，结合野川、大阳勘探区报告资料，将井田地层由老到新叙述如下：1）中奥陶统马家沟组(O2M)在井田以东地区广泛出露，岩性为青灰色，质纯，厚层状石灰岩，裂隙和溶洞发育，局部地段为角砾状石灰岩，厚400m左右。2）上石炭统太原组(C3t)为本区主要含煤岩系，由砂岩、灰岩及煤层组成，含煤6～11层，石灰岩4～6层，沉积旋回明显，属海陆交互相沉积，与下伏地层呈平行不整合接触，厚73.96～92.93m，平均82.22m。（1）下段(C13t)：铁铝岩段，主要岩性为灰色鲕状铝土岩，铝质泥岩，含团块或星点状黄铁矿，顶部为泥岩，厚6.00～23.2m，平均11.31m。（2）中段(C23t)：由15号煤层至K4灰岩项，岩性主要为粉砂岩、灰岩及煤层，含煤3～4层，全段厚24.73m。K2灰岩为第一层灰岩，位于本段下部，深灰色，厚度最大，且稳定，含燧石结核及动物化石，为15号煤层顶板，平均8.47m。K3灰岩为第二层石灰岩，位于本段中段，深灰色，致密坚硬，偶含燧石结核，为l2号煤层顶板，厚2.82m。K4灰岩为第三层石灰岩，位于本段顶部，深灰色，含动物化石，为11号煤层顶板，厚l.55m。（3）上段(C33t)：由k4灰岩顶至k6灰岩顶，岩性主要由黑色中、细粒砂岩、泥岩、灰岩及煤层组成，含煤2～4层，厚46.09m。K5灰岩为本组第四层灰岩，位于本段中部，为井田内较稳定的石灰岩之一，深灰色，厚层状，含燧石结核及动物化石，厚2.56m。K6灰岩为第五层灰岩，位于本段顶部，黑色致密，坚硬，有时相变为燧石灰岩或燧石层。3）下二叠统山西组(P1S)为井田主要含煤岩系，其岩性主要为灰色中、细、粉砂岩及泥岩组成，含煤层1～3层，3号煤层为本组主要可采煤层，本组厚度34.46～62.80m，平均48.51m。K7砂岩位于本组底部，为灰绿色中细粒砂岩，层面上含大量云母碎片及炭质碎片并夹有泥岩包裹体，厚4.44m。4）下二叠统下石盒子组(P1X)与下伏地层整合接触，岩性主要为浅灰、灰绿及粉红色泥岩夹两层灰白～灰绿色细中粒砂岩，下部为灰、深灰色泥岩及粘土岩夹3～4层细中粒砂岩，底部为灰白色中粒砂岩，钙岩、硅质胶结，有时为细粒砂岩，本组厚61.65～82.28m，平均70.00m。5）上二叠统上石盒子组(P2S)在井田内广泛分布，露头良好，岩性为黄绿、灰绿色中～粗砂岩及粉砂岩和紫红色、黄绿色泥岩组成，夹1～3层不稳定锰铁矿层，底部以一层粗粒砂岩与下伏地层分界。据区域资料，本组厚530～600m，本区出露最厚为l90m。6）第三、第四系(N+Q)第三系为紫红色粘土，可塑性强，含铁锰质斑点及石英小颗粒。第四系为中～上更新统紫红～灰黄色亚砂土及全新现代河流冲积层组成，与下伏地层不整合接触。构造本区位于沁水煤田东翼南段，太行山背斜之西翼，井田总的构造走向北偏东10～20°方向延展，这种构造的形成主要是受井田东部NNE向之高庙山挤压断裂褶曲带影响所致，对本井田构造起一定控制作用。本区总的构造形态为走向北东的单斜构造，伴随稀少的断层。在井田东部、南部边界附近发育一些起伏不大的小型褶曲和宽缓褶曲，井田地质构造总体应属简单类型。井田地质构造分述如下：1）褶曲（1）张庄南向斜：位于井田中～北部，轴向西～东向，南北两翼地层倾角小，轴部起伏不大，区内延伸4000m左右。（2）冯村西背斜：位于井田东北角，轴线呈“S”形，轴部遇秦城南正断层被错开，东西两翼地层倾角、断层北10°左右，断层南6～7°，井田内延伸长度约1600m。（3）唐安北～黄花岭～古寨背斜：位于本区东部边界附近，走向南端N38°E，北端N16°E，左右对称，地层倾角2～11°左右，向南延伸至区外。（4）唐安南向斜：位于井田东部边界，其走向与唐安北～黄花岭～古寨背斜一致，东翼倾向西，倾角10°左右，西翼倾向东，倾角6°左右，向南、向北均延伸至区外。（5）金漳背背斜：位于井田西南边界，走向N30°W，轴线呈S型，东翼倾向NE，倾角6～12°，西翼倾向SW，倾角5～19°，在本区为其北端倾伏端。（6）庄头向斜：位于井田西部，与金漳背背斜轴向一致，左右对称，两翼地层倾角小，区内延伸900m左右。（7）古寨背斜：位于井田南部757孔附近，走向NE30°，东西两翼地层倾角10°左右，区备延伸长度约100m。（8）古寨向斜：位于井田南部，古寨村附近，轴向NNE，东翼地层倾向西，倾角10°，西翼倾向东，倾角3～6°。2）断层秦城南正断层：位于井田东北角，走向37°东，倾向北西，倾角65°，断距10～35m，倾角65～70°，延伸长度约4300m，在秦城南山坡上桃花泥岩被断开，在老元沟西上石盒子组下部砂岩与泥岩接触，在区内延伸1600m左右。1.2.3水文地质特征1）区域水文地质本区位于沁水盆地东翼南段，高庙山挤压断裂褶皱带之西。井田以西为沁河与丹河的分水岭，属二叠系剥蚀构造山区，东部为高庙山、伊候山奥陶系剥蚀构造低山区，分割着东西两翼煤系地层，井田中部煤系地层及第四系组成了丘陵与河谷地带，在河谷两侧发育三级阶地，分别高出河床1～2.5m、5～10m、20m左右。全区地段为西高东低，相对高差200～300m，海拔标高+800～+1300m之间，地段坡度为20～40°。井田以东为碳酸盐组成的高庙山、伊候山奥陶系构造低山区和山西组碎屑岩区，井田内为上下石盒子组地层问或有新生界松散沉积物覆盖，上述分布的各时代的地层基本构成了区域的三大主要含水层系。（1）碳酸盐含水层该岩系主要分布于奥陶系，次之分布于太原组(K2～K6灰岩)，其中奥陶系石灰岩因其局部岩溶发育而成为主要含水层段，其所含丰富的岩溶裂隙水是区域主要地下水资源。（2）碎屑含水层井田内石炭、二叠系地层广泛分布，其中粒度较粗的砂岩因其局部有较好的孔隙度，特别是裂隙比较发育时往往成为较好的含水层，区域内该岩系有大小不等的泉水出露，说明该含水层有一定的含水性。（3）新生界松散含水层主要分布于区域内各大小河流的河床及两侧一级阶地，其松散的砂砾层具有良好的储水条件，含水丰富。（4）地表迳流区域内有两条水系，分水岭的西部为沁河，发源于沁源县境内，全长约300km，东部为丹河，发源于高平县以北的丹珠岭，全长120km，两河均流向东南，穿过太行山，在河南省境内汇入黄河，井田内主要河流丹河水系，其流向大体垂直岩层走向，逆倾向流向东南。2）井田水文地质（1）地表迳流井田内主要河流均属丹河水系，属季节性河流，迳流不长，多消失于井田东部陈庄附近的奥陶系内，成为间歇性河流。（2）含水层本井田地层有奥陶系、石炭二叠系及第三、四系地层，按地下水分类，可分为溶洞水、裂隙水及孔隙水三类，主要含水层有八层，现分述如下：①奥陶系马家沟组灰岩含水层(O2m)为岩溶裂隙水，由厚层石灰岩及薄层泥灰岩组成，全组厚400多米，出露于井田以东，井田内埋藏较深。从区域情况看，在丹河一带出露有四层溶洞层，接收着大量地表水及裂隙潜水的补给。地下水位总的由北向南逐渐降低，含水层受区域构造控制，由于丹河切割，在区外南部河谷地带，形成大量泉水如郭壁泉、白杨泉及下孔泉，其流量为0.40～5.44m3/s，大量排泄着区域地下水，使区域地下水位剧烈下降。本区未进行抽水试验，据区域钻孔资料，含水层上弱下强，中下部单位涌水量在0.7～14.22m3/s·m，水质为HCO3-SO2-4-Ca2+Mg2+型水，地下水活动性强，含水丰富，为良好的供水水源。本区3号煤层开采水平高于本水位，为此，对矿坑疏干及井下取水提供便利条件。②太原组K2～K3灰岩含水层(C3-K2-K3)为石灰岩层问岩溶裂隙水，一般厚度K2为8m，K3为3m，岩层发育稳定，据区东浅部Y-34号孔穿过溶洞高度为0.10～0.65m，冲洗液全部漏失，最大消耗量达10.20m3/h，深部岩芯完整，裂隙发育较差，水量很小，易于抽干，单位涌水量(q)为0.00009L/s·m，水质类型为HCO3-Cl-Ca2+Mg2+型水，另据817号孔简易抽水资料，2小时即可抽干，单位涌水量0.000044～0.00044L/s·m，渗透系数为0.00031～0.003lm/d，水位标高为+782.12m，水质类型为HCO3-Cl-Ca2+Mg2③太原组K5灰岩岩溶含水层(C3t-K5)为层间岩溶裂隙水，K5一般厚为4m，岩层稳定，含水性强弱与赋存深浅有密切关系，浅部区外东南段含水性强。野川水源Y-32号孔，因受风化作用及构造影响，裂隙发育，溶洞高达0.90m，故含水性强，单位涌水量(q)为3.73L/s·m，水位标高为+861.71m，大阳井田深部845号孔单位涌水量(q)为0.0015L/s，渗透系数为0.0028m/d，水位标高为813.35m，水质类型为HCO3-CO42--Ca2+Mg2+型水。地下水有着向深部补给的趋势，富水性决定于裂隙发育程度。④山西组K8砂岩一下石盒子组K9砂岩裂隙含水层为层间裂隙水，以中粒砂岩为主，一般厚度K8为8m，K9为4m，厚度变化大，据区域资料王报井田617、608、50及30号水文孔抽水资料单位涌水量为0.00042～0.00161L/s·m，水位标高为+829.62～+880.72m，野川井田Y12号孔水文孔抽水资料单位涌水量(q)为0.0008L/s·m，水质类型为HCO3-SO42-(CI-)-Ca2+Mg2+本井田南部813、817号孔、K8砂岩有时为3号煤直接顶板，据钻孔资料，一般以2小时均能抽干。⑤上石盒子组中部砂岩含水层为层间裂隙水，中粒砂岩组成，平均厚度6～15.57m，含水层裂隙发育，层位分布很高，地下水排泄良好，全区出露泉水较多，流量随季节变化大，变化幅度大于4倍，涌水量为0.05～0.22L/s，水质为HCO3Cl-(或SO42-)-Ca2+Mg2+型水。⑥基岩风化壳～潜水含水层为裂隙潜水，局部为承压水，据钻孔资料一般低处及浅部的风化壳富水性强，风化深度30～50m，其涌水量如下：817号钻孔单位涌水量0.00056L/s·m，渗透系数0.0019m/d。Y19号钻孔单位涌水量(q)为0.0047L/s·m。水质为HCO3-SO42-(Cl-)-Ca2+Mg2+型水，矿化度小于500mg，地下水位变化幅度在0.9～1.3m，富水期为7～10月，贫水期l～4月。⑦第四系冲积层Q2～Q4含水层为孔隙潜水，由砂砾层、亚粘土组成，局部承压，全厚约20m，由于地下水位及含水层埋藏浅，为当地居民灌溉及民用水，为主要水源。本井田之北良户村014号水井抽水资料，单位涌水量为0.617L/s·m，大阳井田841、876号孔单位涌水量为0.00335～1.78L/s·m，渗透系数0.046～16.5m/d，富水期l～4月，水质为HCO3-SO42-(Cl-)-Ca2+Mg2+（或Na）型水。本含水组水位季节性变化大，据水井观测资料，近河床Q4为0.76～0.82m，远河床Q3为2.22～11.06m。（3）矿井涌水量根据矿井地质报告提供的矿井涌水量资料，结合本矿井生产中的实际涌水量情况，预计矿井达到1.50Mt/a设计生产能力时，正常涌水量为103m3/h，最大涌水量为158m3/h。1.3煤层特征煤层特征本区含煤地层为石炭二叠系含煤系，现分述如下：1）上石炭统太原组(C3t)本组为一套海陆交互相沉积，旋回明显，沉积厚度73.96～92.94m，平均82.22m，含石灰岩4～6层，砂岩7～8层，其余为泥岩，。2）二叠统山西组(Pls)本组为一套滨海平原～三角洲平原相，含煤沉积，为本区主要含煤地层之一，沉积厚度34.46～62.80m，平均48.51m，岩性以中砂岩为主，其余为粉砂岩、泥岩。全组含煤2～3层，其中1号为不稳定不可采煤层，2号为零星可采较稳定煤层，3号煤层为全区稳定可采煤层，煤层总厚度6.72m，含系数13.9％。3）主要可采煤层本井田主要可采煤层为3号煤层，叙述如下：3号煤层赋存于山西组下部，为井田内主要可采煤层，全区可采，厚5.58～6.67m，平均6.11m。煤层厚度全区基本变化不大，变异系数R=4.72％，只有Y26、719、735、720孔、Yl9南、Y25、Y30为相对变薄带，但厚度均在5.80m以上，最厚点位于煤田中部747号孔，厚达6.76m，煤层顶板岩性为泥岩、细粉砂岩，局部为中～细砂岩。煤层底板为粉砂岩、细砂岩、泥岩，局部为中砂岩。4）3号煤层煤层顶底板岩性特征顶板主要为粗～细粉砂岩，局部为中～细砂岩。底板为粉砂岩、细砂岩、泥岩，局部为中砂岩，含有植物根茎化石及炭质碎屑，一般厚2m。伪顶一般为薄层状泥岩，水平层理发育，含有大量完整的植物化石，质软，随着煤层开采而向下冒落，厚0.1～0.3m。当伪顶不发育时，煤层直接与直接顶或老顶接触。老顶为灰、灰白色中厚层之中粒砂岩，钙质胶结，斜层理明显，裂隙不大发育，厚4.08～17.47m，平均8m，个别地段为细砂岩，并直接与煤层接触。煤质井田内各煤层均属无烟煤，其挥发分均小于10％，各煤层原煤煤质特征见表1-1。表1-1各煤层煤质特征表煤层编号水分Mad（%）灰分Ad(%)挥发份Vdaf（%）硫份（%）发热量（MJ/Kg）31.7611.659.220.3635.283号煤层为低灰～中灰、特低硫、低磷、高熔灰分、高发热量的无烟煤，是良好的合成氨用煤和固定床气化用煤，也可用作动力用煤、民用煤。瓦斯、煤尘、煤的自燃性及地温根据山西省安全生产监督管理局2003年度对唐安煤矿矿井瓦斯等级鉴定结果，矿井相对瓦斯涌出量为3.87m3/t，绝对瓦斯涌出量为8.43m3/min，属低瓦斯矿井。根据1991年12月山西省煤炭厅综合测试中心提供的唐安煤矿3号煤层煤尘爆炸性试验结果，火焰长度为0，加岩粉量为0，煤尘无爆炸性。根据本矿及附近矿井3号煤层自燃倾向性资料，3号煤层属不易自燃煤层，本矿及附近矿井3号煤层从未发生过煤的自燃现象。据区域地质资料及本矿多年的生产资料，本井田地温和地压均未出现过异常现象，预计将来地温和地压变化也不会给煤矿的正常生产带来大的影响，井田所在地区地温、地压正常。图1-2地质综合柱状图2井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田范围井田位于太行山南段西侧，井田内为唐安北山、古寨北山、古寨南山（松山、东山、黄花岭）系，总的地势表现为西高东低，最高点位于井田西南角，海拔1286.60m，最低点位于唐安村东南，海拔876.0m，最大相对高差410.2m。井田北与张家庄、良户相接壤，东与唐东、唐西煤矿相毗邻，南与古寨、庄头煤矿相连。2.1.2开采界限本井田含可采煤层共有1层，即3号煤层。3号煤层平均总厚6.11m，本设计矿井就3号煤层进行设计。2.1.3井田尺寸井田的倾斜方向的最大长度为5.7km，最小长度为5.3km，平均长度为5.5km。井田的走向最大长度为3.7km，最小长度为3.0km，平均长度为3.4km。。井田的水平面积按下式计算：（2-1）式中：S——井田的水平面积，m2；H——井田的平均水平宽度，m；L——井田的平均走向长度，m；则井田的水平面积为：S=3.4×5.5=18.7km2，井田赋存状况示意图如图2-1所示。图2-1井田赋存状况示意图2.2矿井地质储量2.2.1储量计算基础（1）根据本矿的井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算；（2）根据《煤炭资源地质勘探规范》和《煤炭工业技术政策》规定：煤层最低可采厚度为0.70m，原煤灰分≤40%；（3）依据国务院过函（1998）5号文《关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问题的批复》内容要求：禁止新建煤层含硫份大于3%的矿井。硫份大于3%的煤层储量列入平衡表外的储量；（4）储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05m时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹石总厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度；（5）井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。2.2.2矿井地质储量计算由于矿井井田形状规整，本区矿井储量采用网格法，将井田分为A、B、C、D、E五个块段（根据等高线疏密程度划分面积小块）具体分块情况见图2-2井田地质储量计算面积划分示意图，根据每个面积小块的等高线水平间距和高差计算出面积小块的煤层倾角，用CAD命令计算面积小块的水平面积，由此可计算得出每个块段的不同储量，矿井地质总储量即为各块段储量相加之和。再根据：（2-2）式中：Z——矿井地质储量，t；S——井田块段面积，m2；m——煤层平均厚度，m；γ——煤层的容重，1.44t/m3；——各块段煤层的倾角，°。图2-2矿井块段划分图由式（2-2）及矿井块段划分图，得各块段地质储量计算见下表2-1：表2-1矿井地质储量计算表煤层块段倾角/(°)块段面积/m2煤厚/m容重/t/m3储量/万t总储量/万t3#A3.735222564.186.111.444597.2416987.31B1.377670814.806.111.446752.35C7.451163377.406.111.441024.08D2.11512197.006.111.441331.13E4.413729000.006.111.443282.51则矿井地质储量：Z=169.87Mt2.2.3矿井工业储量计算矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探，煤层厚度与质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚，目前可供利用的可列入平衡表内的储量。矿井工业储量是进行矿井设计的资源依据，一般也就是列入平衡表内的储量。矿井工业储量：地质资源量中探明的资源量331和控制的资源量332，经分类得出的经济的基础储量111b和122b、边际经济的基础储量2M11和2M22，连同地质资源量中推断的资源量333的大部，归类为矿井工业储量，具体组成见图2-3。图2-3工业资源/储量的组成储量的分配探明储量、控制储量、推断储量按6:3:1分配，经济基础储量、边际经济基础储量按90%、10%分配，次边际经济基础储量不计。各种储量分配见表2-2：表2-2矿井工业储量计算表类别探明储量/Mt控制储量/Mt推断储量/Mt经济储量边际储量经济储量边际储量数量91.7310.1946.765.2016.99合计101.9251.96Zg=111b+122b+2M11+2M22+333k（2-3）其中：k=0.8Zg=91.73+10.19+46.76+5.20+16.99×0.8=167.47Mt2.3矿井可采储量2.3.1井田边界保护煤柱根据唐安矿的实际情况，按照《煤矿安全规程》的有关要求，井田边界内侧暂留30m宽度作为井田边界煤柱，则井田边界保护煤柱的损失按下式计算。（2-4）式中：P——井田边界保护煤柱损失，t；H——井田边界煤柱宽度，30m；L——井田边界长度，17862m；m——煤层厚度，m；——煤层容重，1.44t/m3；代入数据得：P=30×17862×6.11×1.44=4.71Mt2.3.2工业广场保护煤柱工业广场的占地面积，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。表2-3工业广场占地面积指标表井型/Mt·a-1占地面积指标/ha·0.1Mt-12.4及以上1.01.2～1.81.20.45～0.91.50.09～0.31.8矿井井型设计为1.5Mt/a，因此由表2-3可以确定本设计矿井的工业广场为0.18km2。但是考虑到近些年来建筑技术的提高，建筑物不断向空间发展，所以，工业广场的面积都有缩小的趋势，再加上本井田煤层埋藏较深，若取工广煤柱较大会造成大量的工广压煤，所以本设计取0.70的系数，则工业广场的面积约为0.12km2。《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》第14条和第17条规定工业广场属于Ⅱ级保护，需要留设15m宽的围护带。本设计选定工业广场长为400m，宽为300m，新生界松散层厚度平均9.4m，结合本矿井的地质条件及冲积层和基岩移动角（表2-4）采用垂直剖面法计算工业广场的压煤损失。表2-4地质条件及岩层移动角煤层倾角/°煤层厚度/m广场中心深度/m/°/°/°/°46.1120045667166采用垂直剖面法计算所得主采煤层工广保护煤柱面积及压煤量见下表2-5：表2-5各煤层工广煤柱压煤量计算表煤层厚度/m工广煤柱面积/m²压煤量/t3#6.112700912372479求得工业广场总压煤量为2.37Mt。采用垂直剖面法计算工业广场压煤示意图如图2-4所示。图2-4工业广场保护煤柱计算示意图2.3.3断层保护煤柱井田3号煤层现已查明一条断层，即秦城南正断层，其两侧各留30m保护煤柱，则其煤柱损失可由下式求得：（2-5）式中：Pf——煤柱损失，t；L——断层长度，m；m——煤层厚度，m；——煤层容重，t/m3。已知=1.44t/m3，m=6.11m，代入（2-5）可得：Pf=1670×2×6.11×1.44×30=0.88Mt2.3.4风井保护煤柱按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程（2000版）》中参数计算，取中央风井工业场地为100m×100m，同样采用垂直剖面法计算中央风井压煤量为0.85Mt。2.3.5大巷、井筒和井底车场附近保护煤柱取大巷保护煤柱的宽度为100m，大巷间距为40m。大巷保护煤柱在后期回收，因此不计入煤柱损失。根据CAD作图，在井底车场及井筒附近留设适当大小的保护煤柱，通过计算可得压煤量为1.43Mt。综上，矿井的永久保护煤柱损失量汇总见表2-6。

表2-6永久保护煤柱损失量煤柱类型储量/Mt井田边界保护煤柱4.71断层保护煤柱0.88井底车场附近保护煤柱1.43中央风井保护煤柱0.85工业广场保护煤柱2.37合计10.242.3.6矿井可采储量矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算：（2-6）式中：Zk——矿井可采储量，t；Zg——矿井的工业储量，167.47Mt；P——保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断层等留设的永久保护煤柱损失量，10.24Mt；C——带区采出率。根据《煤炭工业矿井设计规范》条规定：矿井的采出率，厚煤层不小于0.75；中厚煤层不小于0.8；薄煤层不小于0.85。本设计矿井3号煤层厚度为6.11m，属于厚煤层，因此带区采出率选择0.75。则代入数据得矿井设计可采储量：Zk=(167.47-10.24)×0.75=117.92Mt3矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度根据《煤炭工业矿井设计规范》条规定，矿井设计宜按年工作日330d计算，每天净提升时间宜为16h。矿井工作制度采用“四六制”作业，三班生产，一班检修。3.2矿井设计生产能力及服务年限确定依据《煤炭工业矿井设计规范》第条规定：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。矿井设计生产能力本矿井井田范围内煤层赋存简单，地质条件较好，首采煤层平均厚度6.11m，煤层平均倾角4°，属近水平煤层，易于发挥工作面生产能力。全国煤炭市场需求量大，经济效益好。结合本矿区的煤炭储量，确定本矿井设计生产能力为1.5Mt/a。矿井服务年限矿井可采储量、设计生产能力和矿井服务年限三者之间的关系为：（3-1）式中：T——矿井服务年限，a；ZK——矿井可采储量，117.92Mt；A——设计生产能力，1.5Mt/a；K——矿井储量备用系数。矿井投产后，产量迅速提高，矿井各生产环节需要有一定的储备能力。例如局部地质条件变化，使储量减少；或者矿井由于技术原因，使采出率降低，从而减少了储量。因此，需要考虑储量备用系数。《煤炭工业矿井设计规范》第条规定：计算矿井及第一开采水平设计服务年限时，储量备用系数宜采用1.3～1.5。结合本设计矿井的具体情况，矿井储量备用系数选定为1.4。把数据代入公式（3-1）得矿井服务年限为57.0a。井型校核按矿井的实际煤层开采能力，运输能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：1）煤层开采能力的校核井田内3号煤层为所采煤层，煤厚6.11m，为厚煤层，赋存稳定，厚度基本无变化。煤层倾角平均4°，地质条件简单，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个综采大采高工作面来满足井型要求。2）运输能力的校核矿井设计为大型矿井，开拓方式为斜井单水平开拓。井下煤炭运输采用钢丝绳芯胶带输送机运输，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，在井田中央布置一个回风井，可以满足通风要求。4）储量条件的校核根据《煤炭工业矿井设计规范》第条规定：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。井型和服务年限的对应要求见表3-1。表3-1我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力万/t·a-1矿井设计服务年限/a第一开采水平服务年限煤层倾角<25°煤层倾角25°～45°煤层倾角>45°600及以上7035——300～5006030——120～2405025201545～90402015159～30各省自定由上表可知：煤层倾角低于25°，矿井设计生产能力为1.2～2.4Mt/a时，矿井设计服务年限不宜小于50a，第一开采水平设计服务年限不宜小于25a。本设计中，煤层倾角低于25°，设计生产能力为1.5Mt/a，矿井服务年限为57.0a，符合《煤炭工业矿井设计规范》的规定。4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。井田开拓具体有下列几个问题需要确定：1）确定井筒的形式、数目和配合，合理选择井筒及工业广场的位置；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、深部开拓和技术改造；6）合理确定矿井通风、运输及供电系统。开拓问题解决的好坏，关系到整个矿井生产的长远利益，关系到矿井的基建工程量、初期投资和建设速度，从而影响矿井经济效益。因此，在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，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）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的状态。5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，应为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综合机械化、自动化创造条件。6）根据用户需要，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。确定井筒形式、数目、位置1）井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井，各井筒形式优缺点比较及适用条件见表4-1。本矿井煤层倾角小，平均4°，为近水平煤层；表土层薄，平均9.47m，无流沙层；水文地质情况比较简单，涌水量小；井筒不需要特殊施工，因此可用斜井开拓或立井开拓。

表4-1各井筒形式优缺点比较及适用条件井筒形式优点缺点适用条件平硐①环节和设备少、系统简单、费用低②工业设施简单③井巷工程量少，省去排水设备，大大减少了排水费用④施工条件好，掘进速度快，加快建井工期⑤煤炭损失少。受地形影响特别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、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②地面工业建筑、井筒装备、井底车场简单、延伸方便③主提升胶带化有相当大提升能力，能满足特大型矿井的提升需要④斜井井筒可作为安全出口。与立井