煤矿开采初步设计说明书

XX煤业(集团)有限责任公司(以下简称XX集团),地处XX省XX市，是全国六大无烟煤生产基地之一。煤炭开采有百年历史，至今XX集团已发展成为以煤为本，电力为先导，冶炼、建材、化工为中坚，第三产业为一体的大型综合企业，列入全国500强大型国有企业。集团拥有固定资产24.4亿元，年实现销售收入17亿元，利税1.1亿元，银行信用等级AA级。XX集团先后建成12对生产矿井，最高年产700万吨。进入八十年代以来，由于资源枯竭有8对矿井相继报废关闭，现仅拥有4对生产矿井，设计能力315万吨，2003年生产原煤400余万吨。XX一矿位于XX煤田东部，西南距XX市50km,东南距XX市39km,行政区域隶属XX市管辖。井田含煤面积43.77km²,总资源储量3.73492～6°,矿井属低瓦斯、煤层不易自燃、煤尘无爆炸性、地温正常，开采技术条件较为简单。煤质属低中灰、特低硫、低磷、高发热量的三号2、广阔的市场需求XX集团作为全国优质无烟煤供应基地，长期以来，与冶金、钢铁和电力等几十家国内大型企业集团建立了长期煤炭供求关系，今后相当长时期，仍将是中南和华东的煤炭供应基地，加之XX一矿开发的产品与现有XX产品相比，其灰分更低，块煤增多，更加受市场欢迎，因此，产品有更广阔的市场。3、符合国家产业政策开发XX一矿符合煤炭工业制定的“开工建设一批有市场、经济效益好的接续性矿井，增强煤炭工业后劲”的要求，同时符合国有集团战略整合的资源整合精神。4、集团发展和矿井接替需要XX集团已连续报废关闭8对矿井，加之多年未建新井，致使煤炭产量急剧下滑，企业富余人员多，安置压力大。建设XX一矿不仅可以稳定矿区煤炭产量、缓解煤炭供求关系，满足工业发展需要，而且作为接替矿井，能够安置富余人员，使矿区稳定发展。综上所述，开发建设XX一矿是十分必要的。1、煤炭工业现行的法律、法规、规程、规范和有关规定；2、国家发展和改革委员会发改能源[2004]133号《关于XXXX煤业(集团)有限责任公司XX一矿项目建议书的批复》;3、国家发展改革委发改能源【2004】2442号《关于XXXXXX一矿项4、国家环境保护总局环审【2004】293号《关于XXXX煤业(集团)有限责任公司XX一矿环境影响报告书审查意见的复函》,见附录；5、国土资源部国土资源储备字【2004】254号(关于《XX省XX煤田XX一井田勘探报告》矿产资源储量评审备案证明),见附录；7、煤炭工业部郑州设计研究院2004年6月编制的《XX煤业(集团)煤业(集团)有限责任公司XX一矿初步设计的委机械化和自动化水平，提高效率，高标准、高起点把矿井建设成为高产本井田储量比较丰富，勘探程度高，资源可靠，煤层为单一近水平煤质优良，有广阔市场需求。煤田上覆基岩较薄，表土层很厚，建井条路1.7km即可实现与辉一吴县乡公路(×009线)相接，故交通条件便利。矿井设计为立井单水平盘区开拓，井口位置位矿井设计为立井单水平盘区开拓，井口位置位于井田中深部，井口标高83.8m,水平标高-525m,井深608.8m。工业广场内设计三个立井，分别为主井、副井和中央风井，主井净直径5m,装备一对25t多绳箕斗和4.5×4m落地式多绳摩擦轮提升机提煤；副井净直径6.5m,装备1.5t双层四车一宽一窄多绳罐笼及4×4m落地多绳摩擦轮式提升机，担负矿井辅助提升；中央风井净直径5m,为回风井。井下设计两个采区，两个综采放顶煤工作面保证矿井生产能力。综采放顶煤工作面保证矿井生产能力。矿井通风方式初期为中央并列式，后期逐步过渡为两翼对角式。矿井风量180m²/s,选用ANN-2500/1250N型轴流通风机二台。矿井预算正常涌水量2377.4m³/h,最大涌水量2971.7m³/h,选用PJ200B×8型耐磨多级离心式水泵13台，正常6台最大8台工作，水泵额定流量483m³/h,电机功率1400kW。矿井地面建110kV变电站。矿井建同规模选煤厂，原煤实现全部入洗，采用全重介一煤泥浮选法，形成洗大块(110~40)、洗中块(40～20)、洗小块(20~13)、粒煤(13～8)、末精煤(<8以下)等主要商品煤，精煤最低灰分达到9.2%左右。矿矿井自XX矿接轨，辅设准轨铁路到工业广场，铁路长约20km。主要经济指标井巷工程量：长度33718m,体积505718m³万吨掘进率：长度140.5m/万t,体积2113m³/万t全员工效：15t/工项目建设总投资：165626.30万元其中矿井：131829.27万元选煤厂：20934.98万元铁路：12862.05万元其中矿井吨煤投资：549.29元/t选煤厂吨煤投资：87.23元/t税后投资回收期：10.1年(矿井)税后内部收益率：12.52%(矿井)建井工期：38个月七、建议1、针对本井田地层特点，建议开展厚表土、薄基岩条件下的高强度煤层采煤方法的课题研究，以确定最佳采煤方法，实现矿井高产高效。2、针对本矿井特点，建议开展浅部煤岩柱高度和地表沉降规律的研究论证工作，以尽可能减少资源损失，提高回采上限和资源利用率。4、建议由科研、设计、建设及施工单位组成课题小组，以解决深井建设实施中的技术难题，确保井筒顺利建成。5、建议进一步加强水文地质工作，逐步掌握地下水的富集、运移规第一章井田概况及地质特征第一节井田概况井田中心东南距XX市39km,西南距XX市50km,东北至XX市17km,南距XX县20km,其间均有公路相通。井田南距铁路XX车站21.5km,西南距XX矿区专用铁路XX车站20km。XX至XX吴村762本区属于XX前冲洪积平原，地面海拔标高75～100m,全区呈北高南低缓慢倾斜地势，地形简单，自然坡度5～8%。本区属海河流域卫河水系，区内主要河流有：清水河、黄水河、石门河。矿区北部的XX岩层裸露，接受降雨补给后在河谷地带形成许多岩溶大泉，并成为河流的发源地，多数河流上游河段有水，距山口10～20km开始漏失或全部本区属暖温带大陆性气候，年平均气温14.1-14.9℃。年平均降水量580—600mm,降雨集中在七、八月份，约占年降水量的70%以上。年蒸发量1680～2041mm,最低气温-8.1℃,最高气温38.6℃,夏季多东南和南风，冬季多西北和北风，年平均风速2.37m/s,最大风速18m/s。XX省地震局资料记载，本区最大一次地震是1587年4月10日发四、矿区经济概况本区矿产资源丰富。矿区工业以煤炭、电力、冶金、耐火材料为主，矿区农业以种植小麦、玉米、红薯等为主，经济作物主要有烟叶、花生、棉花、药材。另外，XX区旅游业发展势头迅猛，云台山、八里沟等风景名胜全国知名，带动了地区经济的发展。矿区所在XX市，现有耕地面积88万亩，人口75万，辖11镇15乡，534个行政村1450个自然村。区内煤层被新近系、第四系巨厚冲积层覆盖，属全掩盖型煤田。煤层埋藏较深，需要特殊方法建井，建井条件复杂，故区内现无生产小井，仅有程村一座在建矿井。吴村煤矿程村矿井(在建矿井):位于矿区西北部F₁4～F₁s断层之间，与XX一矿井田相邻。隶属XX市管辖，建成后接替现有吴村煤矿。矿井设计规模0.45Mt/a,开采二1煤层，煤层厚度平均4.21m,倾角3～5°,煤质属低中灰、特低硫、低磷、中高发热量的优质三号无烟煤。开采技术条件简单，属低沼、煤层不易自燃、煤尘无爆炸性，构造复杂程度为中等偏简单类型，水文地质条件为中等类型。矿井设计一对立井开拓，井深521m,水平标高-425m。矿井于2002年6月实施井筒冻结，冻结深度485m,为目前建成的全国最深冻结井之一，井筒于2002年9月开挖，目前主、副已建成落底，预计2005年矿井建成投产。六、水源及电源情况井田内可供选择的水源有：新近系中部承压水以及处理后的矿井井下排水。利用地下水水质易保证且处理简单，利用矿井排水符合节水政策，因此，设计中两个水源均考虑利用，建井初期生产及生活用水利用新近系砂砾石层地下水，矿井生产期间生产、生活及选煤厂洗煤用水利井田周围有李固110kV变电站和冯营2×50MW自备电厂以及冀屯110kV变电站，相距本矿井分别为22km、27km和3km,为确保矿井供电质量及可靠性，设计利用李固110kV变电站和冯营2×50MW电厂作为矿井双回供电电源。目前，双回110kV输电线路已架设一回至矿井工第二节地质特征本区为新近系、第四系全掩盖区，钻孔揭露地层由老到新为：奥陶系中统马家沟组、石炭系中统本溪组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组与下石盒子组、新近系、第四系。其中石炭系上统太原组和二叠系下统山西组为主要含煤地层，地层从老到新分述如1、奥陶系中统马家沟组(O₂m)以深灰色巨厚层状隐晶质石灰岩为主，致密坚硬，裂隙发育，多充填方解石。本组实际厚度大于400m,揭露厚度2.25-100.41m,平均底部为铝质泥岩，中部为灰色砂质泥岩，上部为黑色泥岩和砂质泥由石灰岩、砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层组成，本组下起一₂煤层(1)、下段：自一₂煤层底至L₄灰岩顶，平均厚度41.12m。岩性以石灰岩、煤层为主，夹砂质泥岩、泥岩。含石灰岩3层(L₂—L₄),多为平均厚度14.86m。底部赋存一₂煤层基本全区可采，一₂煤层有分岔合以石灰岩、砂质泥岩、泥岩为主，夹薄煤四层，皆不可采。含灰岩2层 L4、二叠系下统山西组(P₁sh)煤地层，含煤三层，其中二,煤为主要可采煤层。据其岩性特征自下而上分为二：煤层段、大占砂岩段、香炭砂岩段、小紫泥岩段。其中二1煤层段和大占砂岩段自二1煤层底板砂岩底至香炭砂岩底，厚48.87m,据区内钻孔揭示，仅保留本组下部三、四煤段地层，下起砂锅窑砂岩底，上至基岩剥蚀面，保留厚度0.90—131.00m,平均42.43m。本组覆盖于上述各时代地层之上，由坡积、洪积与冲积形成的粘土、砂质粘土、砾石及砂层等组成。厚366.68m(7202孔)～808.10m(6810孔),平均480.02m,且由北而南、由西向东逐渐增厚。单斜构造。受区域构造控制，本区构造特征以断裂为主，发育的断层有DF₄g、F24、F₂g),落差小于20m的13条。落差小于20m的13条断层中，大于10m的2条，10~5m的5条，条，13条小断层中有9条位于初期采区内。表1-2-1组别断层名称及编号断层位置落差区内长度控制程度走向倾向倾角(度)穿见或控制钻孔测线条T₁、T,断AB北东向耿村断层F₁s西北边界可靠毛屯断层井田中部6可靠百泉断层东南边界~SW中东部可靠西部略差与断层之间59可靠西北分支断层22较可靠南部附近NW86可靠中部F₁6分支断层三维控制可靠东部22二条测线控制可靠东西向西部分支断层S11一条测线控制较可靠东部N33三条测线控制可靠北西向峪河断层西南边界NW控制差全井田另解释孤立断点14个，A级断点9个，B级断点5个，按落差分，大于20m断点1个，10～20m断点8个，小于10m断点5个。井田含煤地层为石炭系太原组、二叠系山西组和下石盒子组。含煤地层总厚237.53m,划分5个煤组段，含煤21层，煤层总厚11.41m,含和太原组底部的一₂煤层为主要可采煤层，其余煤层偶尔可采或不可采，1、二|煤层：赋存于山西组下部，上距大占砂岩4.83～10.6m,平均6.27m,距砂锅窑砂岩49.1～75.33m,平均58.20m;下距Lg灰岩24.08~39.89m,平均31.94m,其层位稳定。井田内计有38孔穿过二，煤层，全部可采，煤层厚度1.21～7.10m,平均5.29m,其中煤孔36个，占见煤钻孔的94.7%。煤厚变异系数0.22,标准差1.18,可采性指数100%,属全区可采的稳定型厚煤层。般3.8~4.15m,其余块段除断层边缘零星分布有4点煤厚小于4m外，绝大多数点煤层厚度均稳定在5.5~6.96m。初期采区统计见煤点22个，煤层厚度3.92~6.96m,除去一个最厚点和一个最薄点，平均煤厚6.14m。38个钻孔中有24孔见二，煤层有夹矸，其中夹矸1层者有16孔，2层有5孔，3层有3孔，夹矸厚度0.05~0.42m,多为炭质泥岩和泥岩，二1煤层赋存标高-330~-780m,埋藏深度410~860m。平均116.26m,下距奥陶系顶界面3.57～19.05m,平均11.73m。全区41由于一2煤下距奥陶系灰岩仅有11.73m,其直接顶板又为L₂强灰岩含水层，处于两强含水层之间，水文地质条件极复杂，且二1煤以块煤为主，夹有少量粒状煤。块煤强度大，坚硬，钻孔煤芯资料统计，块煤产率平均约为89.7%,平面分布大致有自西向东、从北向南逐渐增高的趋势。视密度1.46。二1煤原煤灰分为10.03～15.59%,平均12.77%,属低中灰煤；原煤硫分为0.28～0.49%,平均0.38%,属特低硫煤形态以有机硫为主，次为硫化铁硫；磷含量为0.027%,为低磷煤。原煤挥发份产率5.71～11.18%,平均7.93%,水分1.33%,原煤恒容低位干燥基发热量28.73~31.50MJ/kg,二：煤属高强度煤，抗碎强度平均为68.6%>65%,可磨性指数为34<40,属难磨煤。二；煤属弱结渣性，高熔灰分煤。综上所述二1煤层为低中灰、特低硫、低磷、高熔融性、高强度、弱结渣性，不易破碎的高发热量三号无烟煤。其块煤产率较高，块煤可二1煤风氧化带推定为基岩面以下垂深10m。第十章电气资源量38541万m³/a,山区出露的石灰岩面积约1395km²,广泛接受大育，为地下水提供了良好的储水空间和径流通道，岩溶地下水总体流向在峪河断裂以北(含XX一矿井田)为SE、SW向，以南为NW向，一般在断裂带附近岩溶裂隙发育，常常形成强富水、导水带，如凤凰岭断统计资料显示，岩溶地下水动态大致经历了三个阶段，即：五十年代中期到六十年代中期的基本天然状态；六十年代中期到七十年代末期的平水期过量开采状态；七十年代末到二十世纪初的枯水期过量开采状总的来看，如果没有丰水年的降水补给，区域岩溶地下水平衡状态XX煤田岩溶地下水变化历时统计表表1-2-2水文年年代历时(年)降雨量排水量水位降低最低水位水位年变幅(m)丰水期平水期枯水期8井田水文边界条件及水文地质勘探类型F₁₉六条断层，呈近平行展布，将区内煤层分割成多个断块，诸断块由西而东呈阶梯状逐级下降，埋深加大，加上勘探区最西部九里山断层为区域性导水大断层，其余北东向断层亦均为导水断层，故本区西北部成为供水边界和主要来水方向；东南部边界应属疏水边界；南部峪河断层(F2o)落差300～700m,使本区煤层底板灰岩含水层与邻区新生界地层对接，成为本区一条横向阻水边界。北东部为煤层及灰岩隐伏露头区，由于断层切割，使得奥陶系、太原组灰岩含水层在此成为一个复杂的含水系统，天然状态下北东部露头地带不是来水方向，但是人工疏排时有回补矿区的可能，因此应视为一自然边界。太原组上段Lg石灰岩为二,煤层主要充水含水层，综合边界条件和矿区构造控水特点分析，本区二1煤层水文地质勘探类型为第三类第二1、含水层①、中奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层一般揭露厚度8~12m,含水层顶板埋深437.26~834.61m,上距L₂灰岩一但在断裂构通情况下对矿井威胁大。该含水层在古剥蚀面的岩溶裂隙发②、太原组下段灰岩含水层隙涌漏水钻孔3个，占揭露总孔数的16.7%,涌、漏水钻孔主要分布在断层两侧和附近，6809孔涌水量4.0m³/h,区内近似水位标高+86.2m。强的含水层。该含水层直接覆盖于一₂煤层之上，上距二，煤层89.27~主要由L₉、Lg、L,灰岩组成，其中Lg灰岩发育最好，据揭露该层灰岩含水层的34个孔统计，含水层厚度一般8～11m,平均8.75m,最厚11.50m(7603孔),灰岩岩溶裂隙较发育，连通性较好，在倾向上好于走向。统计漏水6孔，占揭露总孔数的17.65%,漏水钻孔主要分布在古位涌水量0.5507L/s.m,渗透系数9.82～10.94m/d,水位标高87.92~该含水层上距二1煤层24.08～39.89m,平均31.94m,为二1煤层底L₈灰岩含水层天然与人工流场图见图1-2-1。④、二|煤顶板砂岩含水层 (1~13层),揭露34孔未发生涌、漏水现象。井检1孔抽水单位涌水量由隐伏出露的各类不同岩层组成，厚度15～50m,一般20～35m,除石灰岩风化带含水层富水性较强外，其它砂岩、砂质泥岩等岩层属弱含水层到隔水层，局部为弱透水层。11901孔抽水，单位涌水量新近系中部存在1~3层中、细砂，含乘压水，井检1孔抽水单位涌本井田范围内，新近系底部未见砂砾石层(俗称“底含”)含水层，底部砾石为古河床相，主要分布在勘探区西、东部，由砾石、砂砾石组主要由冲积砾石和细至中粗砂组成，级配差别大，多位于中上段。普查区西部山前多为砾卵石层，含水层埋藏较浅，厚度5.0～16.1m,含水丰富；中、东部多为砂、砾石含水层，多层相间分布，调查含水层厚度11.7～35.95m,富水性较强。区内民用机井简易抽水试验，单井单位涌水量1～4.381/s.m;水位标高75.57～83.64m,pH值呈中性。由于含水层埋藏浅易受环境污染，所采三组水样的大肠菌群、细菌总数均严重超标。系指L₄顶至L₇底之间的砂岩、泥岩、薄层灰岩及薄煤等岩层，该水层之间的主要隔水层。系指二1煤底板至Lg灰岩顶之间的砂泥岩互层，以泥质类岩层为主。该段的总厚度为24.08～39.89m,平均31.94m,其分布连续稳定，是良好的隔水层段，但遇构造处隔水层变薄，隔水性明显降低。④、新近系泥质隔水层由一套河湖相沉积的粘土、砂质粘土组成，厚度215～571m,呈半固结状态，隔水性良好，可阻隔地表水、浅层水对矿床的影响。1、地表水和新生界孔隙水距二；煤层间距大，其间有366～594m粘土相隔，对矿床无充水意义。表土段底部在本井田未见“底含”分布，勘探区西、东部存在的底部砾石层多被粘土胶结，其渗透率介于含水与弱透水之间，属弱富水，对矿床影响不大，但在基岩厚度较薄处应引起重视。2、二煤层顶板砂岩裂隙含水层富水性弱，易疏排。3、太原组上段灰岩含水层为二₁煤层底板直接充水含水层，其水量水层(24～40m)的存在，不会造成直接充水，但在构造断裂带和隔水层变薄区，底板灰岩含水层具充水威胁。4、本井田北东向断裂构造较发育，断层均为导水断层，富水性强，对开采威胁大。5、井田北浅部灰岩隐伏露头地带，汇集了丰富的岩溶裂隙水，未来矿井大降深排水时，会形成回流，成为二，煤层充水水源。勘探报告对二;煤层顶、底板充水含水层进行了抽水试验，共抽水9层次，其中奥灰1层次、太原群上段4层次，顶板1层次，利用抽水参数用解析法预算全矿井和-510m水平正常涌水量分别为2377.36m³/h、要原因勘探报告认为是XX矿井下暴露条件还不够充分，而吴村煤矿开采常值的1.25～1.35倍计算，故XX一矿预算涌水量为：正常涌水量最大涌水量-510m水平全矿井设计利用全矿井涌水量作为井底主排水设备选型的依据。全矿井涌水量减去-510全矿井涌水量减去-510m水平涌水量应为水平下涌水量，正常548.91m³/h,最大涌水量741.03m³/h,设计认为取该数值水平下涌水量偏小。根据同类条件矿井下山实际涌水量资料，取采区正常涌水量700m³/h,最大涌水量1200m²/h,作为下山采区排水设备选型的依据。需要指出，上述预算的涌水量与实际难免会有出入，生产当中应根据实际暴露情况，不断进行修正、完善。本区以往地质工作二；煤层集气式采瓦斯样5个，解吸法采瓦斯样3个，本次地质勘探解吸法采瓦斯样9个，采样深度421.2~815.3m,并进表1-2-3煤层统计结果瓦斯成分(%)瓦斯含量(mVg煤质分析(%)自然加热最大值最小值平均值点数由上表可知，二，煤层瓦斯成分中以N₂为主，占58.46%,CH₄成分占26.14%,通常情况下，瓦斯成分中CH₄成分小于80%,称为瓦斯风化带，本井田CH₄成分远小于80%,二1煤层处在CH₄成分极小的瓦斯风化带之中。瓦斯含量中CH₄含量在0~9.96ml/g,二；煤层15个瓦斯取样点测试，除1孔(11807)含量9.96mVg外，余下14个孔最高CH₄含量4.93ml/g,其中有7孔CH₄含量小于0.1ml/g,平均2.02ml/g,煤层中CH₄分析本井田瓦斯较低的原因是：井田构造以断裂为主，断裂构造具有多期活动性，使煤系地层经历了长期暴露和强裂剥蚀，原始含气量降低，加之煤层上覆基岩残留较薄，覆盖松散地层巨厚，断层形成的断块和张性裂隙较发育，为瓦斯逸散又提供了通道，从而造成本井田瓦斯普测定5个点8个样，无火焰产生，二|煤鉴定无煤尘爆炸危险性。煤的自燃倾向测定5个点8个样，还原样与氧化样着火点温度之差为9~16°,均小于25℃,故二;煤层属不易自燃煤层。XX勘探区普查阶段进行了8个孔简易测温，最大测温深度760m(4403孔),最高温度20.4℃(11602),平均地温梯度0.7℃/百米，二1煤层底板温度15.8~18.2℃,全区二1煤层无热害，地温正常。新生界平均厚度480.02m,上部第四系为一山前冲积沉积，第四系底部为冲、洪积卵石层，富水程度较强；下部新近系大部分为粘土、粉砂质粘土，其次为中、细砂，部分受上覆土层自重压力影响，部分呈半固结状态。粘土、粉砂质粘土抗压强度0.147~2.373MPa,内聚力0.0039~0.481MPa,塑限10.6~22.7%,膨胀率1.15~35.03%,孔隙比0.31~0.65,含水量9.4~21.2%。不足30m的范围：在F₁6断层以北分布于11201孔东侧；F₁6和F₇之间孔至F₇之间，第三处是煤层露头附近，宽度200~500m。总体趋势是由东向西逐渐增厚，煤层顶板基岩厚度小于30m范围多为破碎状态，结构二1煤顶板：直接顶厚度一般3～6m,岩石完整性与稳定性均较好，顶板易于管理。岩性有砂质泥岩及粉矿岩、泥岩和少部分砂岩。分布情况为：F₁6～F₁₇块段中部(含首采区)和Fs～F₁₆块段浅部6004孔以浅，直接顶为砂质泥岩和粉砂岩，11602孔和11902孔周围直接顶为砂岩，其余范围包括F₁6～F₇块段浅部和整个井田深部均为泥岩顶板。按面积统计，砂岩顶板占5%,粉砂岩和砂质泥岩占35%,泥岩占60%。砂质泥随采随落。老顶多为8~12m中粗粒砂岩(大占砂岩),局部相变为砂质岩之间厚度8.32~27.8m,一般10~15m,底板岩层总体完整性较好，但部厚7.8m左右。4、巷道围岩稳定性评价(1)岩石RQD指标统计：首采区内4个孔统计结果以中等~差为主，其他区域5个孔统计RQD指标中等~好为主。分析首采区指标低的原因(2)泥岩和砂质泥岩吸水后强度明显降低，泥岩干燥状态下抗压强度24~30MPa,吸水后3.9~12.8MPa,砂质泥岩吸水后6~24MPa。但在长达10~30天的岩石浸水试验观测中，各类岩块(3)断层发育处，岩石原生结构遭到破坏，裂隙发育，强度降低。1、勘探程度评述本区以往地质工作始于1955年，先后由中南煤田地质局、XX煤田行过地质工作，止2003年8月，全井田以往施工钻孔39孔，工程量22472.57m,完成二维地震测线25条，剖面长65km,物理点3936个。本次勘探始于2003年10月，止于2004年6月，完成钻孔20孔，其中一般地质孔14孔，水文孔6孔，工程量13800m,完成二维地震测线29条，剖面长127km,物理点6660个，首采区完成三维地震勘探，三维范围在F₆与F₁₇断层之间，深部至6405孔，浅部至11901孔，三先期开采地段大于等于30m断层，首采区落差大于5m断层，查明了煤层赋存条件及其开采技术条件，确定了水文地质勘探类型并预算了矿井综合历次勘探，全井田范围共施工钻孔59孔，平均每平方km1.24个钻孔，勘探方法采用了综合勘探方法，地震与钻探相互利用，互为补充，勘探工程层次分明，重点突出，尤其是井底车场及首采区进行了三2、矿井资源及开采条件评述本井田资源可靠，储量丰富，煤层属稳定型厚煤层，倾角2~6°,大第二章井田开拓第一节井田境界及可采储量本井田位于XX矿区内。XX矿区位于XX煤田东部，矿区西南以峪河断层(F²o)及二|煤-1100m底板等高线为界，西及西北部以耿村断层 (F)为界，北及东北部以一，煤层露头为界，东部以石庄断层(Fp)为界，东西长约23km,南北宽2.5～10km,矿区面积161.17km²。由于受F₁g、F₁₉五组断层切割成四个块段，块段之间煤层上下错断50～500m,最小者为F₁₆断层50～150m左右，最大者为F₇及F₇断层达500m,考虑到F₇及F₁-断层断距较大，整个矿区建一对矿井开发，井下巷道不仅穿越断层多、风险大、不安全，而且井下水平多、开拓部署困中、后期保产困难，技术经济不合理。鉴于此，根据矿区地质条件和煤层分布情况，全矿区规划为两对矿井，两矿井之间以XX一矿井田西北起F₁s断层，东南止F₇断层，东北起二1煤层隐伏露头，西南止F2₀断层和F₇断层西段。走向长2.0～5.5km,倾斜宽9.5~11.0km,井田面积约43.77km²。具体二1煤层井田范围由24个坐标点控制，详见井田范围二₁煤层表2-1-1序号XY序号XY123456789依据《煤、泥炭地质勘查规范》,勘探报告对煤炭资源储量估算采用的工业指标为：最低可采厚度为0.8m,最高灰分40%。在本井田范围内，二1煤层总资源储量为373490kt,其中121b级104150kt,占27.9%,122b级107880kt,占28.9%,333级161460kt占43.2%。按二|煤层上覆基岩厚度划分储量，基岩厚度>40m储量为251880kt,占67.4%;基岩厚度介于25～40m储量为66950kt,占17.9%;基岩厚度<25m储量为54660kt;占14.7%。按块段划分，F₁s与F6断层之间175090kt,占46.9%;F₁6和F₇断层之间198400kt,占53.1%。本次勘探阶段与普查阶段相比较，总资源储量减少了150kt。详见地质资源储量汇总表2-1-2。地质资源储量汇总表表2-1-2区段水平厚线资源储量(万吨)(先期开采地段)以浅小计以深小计合计以浅小计以深小计合计全区以浅小计以深小计总计小计设计可采储量根据全井田地质资源储量，扣除浅部安全煤岩柱、断层煤柱、井田境界煤柱等各类永久性煤柱损失量后，矿井设计资源储量274940kt。矿井设计资源储量减去井筒及工业场地保护煤柱、井下主要巷道保护煤柱后乘以采区回采率75%,并考虑回收50%主要巷道煤柱，矿井可采储量为177467kt,其中水平上112837kt,水平下64630kt.详见设计可采储量汇总表2-1-3。设计可采储量汇总表单位：kt表2-1-3水平地质资源储量永久煤柱损失设计资源储量保护煤柱设计可采储量设计开采损失浅部防水境界断层小计井筒工广主要巷道小计以上以下合计注：表中可采储量含利用50%主要巷道煤柱。(三)、永久煤柱留设1、浅部安全煤岩柱：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》中有关水体安全煤岩柱留设与压煤开采的规定，并参照邻近吴村煤矿实际浅部安全煤岩柱留设情况，确定本矿井安全煤岩柱留设原则和留设高度如下：①、全井田统计有三个钻孔(11602、12100、7304),其松散层底部有砂、砾层，这些钻孔范围按防水安全煤岩柱留设，经计算防水安全煤岩柱高度为55m,其中导水裂缝带高度42m,保护层厚度13m。留设防水安全煤岩柱的目的是，不允许导水裂缝带波及松散层底部砂、砾石含水层。②、在顶板基岩厚度小于50m范围内，统计全井田共分布有15个钻孔，除上述3孔外，12个钻孔松散层底部均为厚层粘土与基岩接触，粘土单层厚10.23~33.25m,平均21.55m,因此按规定留设防砂安全煤岩柱，经计算防砂安全煤岩柱高度为30m,其中垮落带高度17m,保护层以上留设原则，浅部安全煤柱计为72925kt。2、断层防水煤柱：井田内断层多为导水层，设计根据断层断距的大小及波及含水层的情况留设防水煤柱，不波及太原群上段灰岩的小断层，设计留设30～50m的断层防水煤柱，其它均按水压留取断层防水煤柱，断层每侧为80～120m。3、井田边界煤柱：本井田除浅部露头外均以断层为边界，故边界煤基岩移动角r=δ=70°,β=67°。5、村庄煤柱：本井田范围内村庄考虑搬迁，不留设村庄煤柱。第二节矿井设计生产能力及服务年限矿井年工作日300天，每天三班作业，其中两班生产、一班准备，每天净提升时间14小时。矿井设计生产能力取决于煤层赋存条件及开采技术条件、采煤机械化装备水平、工作面生产能力及数目、市场需求等因素，同时设计可采储量要保证矿井有合理的服务年限，现从以下几方面进行分析论证。1、煤层赋存及开采技术条件本井田煤层倾角一般2～6°,属近水平煤层，煤厚一般5～7m,属稳定型厚煤层，煤层生产能力7~10t/m²,也是理想的高产煤层。井田为低瓦斯、煤尘无爆炸性、煤层不易自燃、地温正常、构造和水文地质条资源储量3.7349亿吨，其勘探程度高，资源丰富可靠，为提高矿井设计生产能力、建设高产高效的大型现代化矿井提供了良好的资源条件和开本矿井煤层赋存及开采条件十分适宜综合机械化开采，尤其是煤层顶底板较稳定、三维物探探明首采区小构造不太发育，煤层倾角又小、瓦斯低，能充分发挥综采设备威力，实现矿井高产高效。结合本井田煤层赋存条件，煤厚变化不大，采用综采分层开采是一项成熟可靠的技术，但分层开采工作面单产低、效率低；虽然煤质属高强度煤，但通过布置工艺巷道实施顶板预裂爆破，实现综采放顶煤开采也是近年来一项成功的先进采煤技术，且能够实现工作面单产和效率的提高，故采煤方法暂选用综采放顶煤开采(详见第四章),采煤工作面装备标准按日产5000t能力配备。3、工作面生产能力及数目论证针对本矿井的不同工作面生产能力，相应的工作面参数经计算列于不同生产能力工作面参数表(综采放顶煤作业)-2-1-2-1工作面生产能力(Mt)煤厚采高放高采放比工作面效率工作面长度采煤机有效截深(m)每天刀数每刀产量日进度年进度班产量(t)日产量(t)57根据XX矿区煤质较硬的特点，从表2-2-1中工作面技术参数看， (年进度、日进度、每天刀数及每刀产量指标),而1.80Mt/a的各项指标均较先进，日推进度较高。对于采放比仅为1:0.89,且需要布置工艺巷道，实施顶板预裂爆破，放煤工艺比较复杂的本矿井来说，1.80Mt/a的工作面生产能力应作为努力实现的目标，但可靠性差，而0.9Mt/a的工作面生产能力偏低，不能充分发挥出综采设备威力，亦不能实现投资的最与本矿区条件相近的大同矿区，实施顶板预裂爆破后成功实现了综采放顶煤开采，并在该矿区多数生产矿井推广应用。设计经过调研，其部分矿井综采放顶煤工作面单产指标列于表2-2-2。大同矿区部分综采放顶煤工作面产量指标表表2-2-2矿井名称煤层厚度(m)年产量(Mt)月产量(kt)日产量(t)煤峪口矿井忻州窑矿井云岗矿井从表2-2-2中可以看出，大同矿区的生产矿井，煤层厚度比本矿井略大，采用综采放顶煤开采的工作面年产量最小0.95Mt/a,最大1.53Mt/a,一般在1.2Mt/a左右。综上所述，从煤层厚度、采放比、工作面各项指标以及同类条件生产矿井实际单产指标，设计认为本矿井综放开采设计工作面生产能力以1.2Mt/a为宜，最大不宜超过1.5Mt/a,这既符合目前实际生产水平，又从工作面设计生产能力指标看，矿井设计生产能力2.4Mt/a或者3.0Mt/a,均需要装备二个综采放顶煤工作面，装备一个综采放顶煤工作面较难实现达产，在现阶段尚不可行，有待今后进行技术创新和攻关。4、XX集团发展规划和市场需求XX集团原有12对矿井，最高年产量7Mt,但进入八十年代以来，因资源枯竭，连续报废关闭了8对矿井，报废能力3.57Mt/a,加之多年未建新井，致使煤炭产量急剧下滑至4Mt左右。因此，通过新建XX矿煤炭市场进入2001年以来，供求关系发生根本转变，煤炭产品长期供不应求，尤其是本矿井所开发的低中灰、特低硫优质无烟煤，是政府鼓励开发的优质环保型能源品种，故矿井适当加大开发强度，提高设计生产能力，不仅顺应了市场需求，也有利于实现矿井最佳经济效益。5、矿井设计生产能力与服务年限的关系根据矿井设计可采储量，矿井设计生产能力考虑了1.8Mt/a、2.4Mt/a和3.0Mt/a三个方案：当生产能力为1.8Mt/a时，服务年限为75.8a;当生产能力为2.4Mt/a时，服务年限为56.9a;当生产能力为3.0Mt/a时，服务年限为45.5a。依照《煤炭工业矿井设计规范》规定，矿井设计生产能力1.2～2.4Mt/a,其服务年限一般不应小于60a,矿井设计生产能力3~5Mt/a,其服务年限不小于70a。尽管矿井服务年限只是矿井的一个技术指标，不可能成为确定矿井设计生产能力的决定性因素，但显然矿井设2.4Mt/a,其服务年限基本符合规范要求；矿井设计生产能力1.8Mt/a,服国家发展和改革委员会对XX一矿项目建议书和可行性研究报告的适，装备二个综采放顶煤工作面，矿井有增产到3Mt/a的可行性，故矿井主要提升、通风系统能力按满足3Mt/a考虑设备选型。根据矿井设计可采储量和推荐的矿井设计生产能力，考虑1.3储量第三节井田开拓本井田煤系地层上部被巨厚新生界地层覆盖，新生界地层平均厚480m,煤层埋藏深度平均580m,由于煤层埋藏较深且松散覆盖层较厚，影响井口及工业场地位置选择的主要因素本井田被断层分割成东西两大块段，块段呈倾斜条带展布，由于浅部基岩薄，可利用储量分布在条带中深部，高级储量集中分布在东部块2、表土层厚度东、由浅至深逐渐增厚，井位选择有利于全井田开拓条件下，应尽可能本井田二1煤层上覆基岩厚度0～300m,平均厚度80～100m,变化趋势由浅而深逐渐增厚。为保证主井装载系统和井底水窝(煤仓上口至主井井底总高度为85m)位于稳定岩层内，同时避免井筒落底直接穿过L₈灰岩含水层，井口位置要求煤层上覆基岩厚度尽可能大于95m。井位选择还要使井底车场位于稳定岩层内，有利于巷道及硐室稳定井田断裂构造较发育，井口位置应保证井底车场巷道、硐室与断层保持一定的安全距离，同时为减少井筒及工广有效压煤，井位选择应尽可能使工广保护煤柱与断层及浅部安全煤岩柱实现部分合并，减少有效5、地面因素本矿井铁路、供电线路均从井田西南方向接轨和架设，井位选择应尽量缩短矿井铁路和供电线路长度，并避开地面村庄和河流，减少相互综合分析以上各种影响因素，本着有利于整个井田开发，有利于矿井初期生产和后期接续，有利于减少初期投资和生产经营费用，有利于减少压煤损失，提高矿井建设和生产期间的安全可靠性，实现矿井高产高效。设计提出了西块段方案、东块段浅部方案、东块段中部和深部方案共五个井位与开拓方案，分述如下：前两个方案中，西块段方案：井口位于F6断层西侧、11602孔西北200m,该位置表土层厚470m,煤层上覆基岩厚39m,煤层底板标高标高-402m,表土层厚398.5m,煤层上覆基岩厚20m。鉴于以上两个方案，都存在着煤层上覆基岩太薄，井底车场位于风化基岩范围内，井底水窝穿过太原群上段灰岩含水层，建井有风险，井筒落底水平高，井下全部下山开采，全井田开发不合理等问题，故在方案初步优化阶段，两个方案已被排除。以下仅就三个主要方案作详细分析论述。方案一：河东方案(中部方案一)该方案井筒位于在6806孔附近，石门河东500~650m。井筒位置最新施工了东1号钻孔，据该孔资料，地面自然标高81.9m,煤层底板标高-476.1m,煤厚6.9m,表土层厚455.9m,煤层上覆基岩厚95.2m,车车场水平上基岩厚86m,扣除风化带后稳定基岩厚51m,则井底水平下主井深29.5m,主井井筒最低点穿过二，煤层进入底板岩层13.4m,该位置二1煤层距Lg灰岩顶27m左右，故主井水窝底距Lg灰岩顶13.6m;副井水窝穿过二，煤层进二，煤底板岩层9.9m,距Lg灰岩顶17.1m。风井底标高-450m,风井井深531.9m。1)表土层较薄，井筒冻结深度略小，井筒投资较省。2)井底车场位于10m厚中粒砂岩内，有利于车场硐室巷道布置和3)井底距Lg灰岩之间有13.6m以上的防水岩柱高度。1)投产水平上盘区大面积范围二1煤层顶板基岩厚度小于40m,其中顶板基岩厚度小于30m的范围，约占投产采区的近三分之二，该部分需留作浅部煤岩柱。因此，投产水平上盘区因顶板基岩较薄，造成可采工作面较少，且走向长度短，很难适应综放开采快速推进的要求，尤其2)铁路、供电线路分别比方案二、方案三长1.1km、2.1km,且地方案二：河西方案(中部方案二)井口位于河西240~370m,文庄村东300m。三个井筒均位于工业广场内，呈三角形展布，主井与副井呈一线，与F6断层带平行，距F₁6断层220m,主副井间距150m,风井距F₁6断层310m。该位置最新施工了自然标高81.54m,表土层厚503.9m,煤层上覆基岩厚69.3m,井底车场至井底水平主、副井均深561.5m,车场水平上基岩厚57.6m,扣除风化车场水平下主井深57.9m,井筒最低点穿过二1煤层进入底板岩层40.2m,该位置二1煤层距Lg灰岩顶26m左右，主井穿透Lg灰岩进入灰岩底板4.1m。副井井底水窝深26m,进入二，煤层底板岩层8.3m,下距Lg灰岩顶17.7m。风井底标高-470m,风井井深551.5m。优点：两个投产采区均位于三维物探范围之内，构造已探明。(1)井筒位置煤层上覆基岩较薄，主井水窝将穿过L₈灰岩含水层，建井有风险。(2)投产水平上盘区近二分之一范围二，煤层基岩厚度小于30m,需留作浅部煤岩柱而不能开采，可布工作面较少，采区因留设浅部煤岩(3)井底车场处于砂岩与砂质泥岩互层内，对车场巷道及硐室支护不利，也影响掘进速度和建设进度。方案三：深部方案该方案井口位置在文庄村西南450m,距11603钻孔约250m,距F₁6断层带550m,与方案二相比，井口位置沿F₁6断层带向西南移了约1km。该位置最新施工了一主检孔和一风检孔，两检查孔相距166m,结合两井检孔资料，地面自然标高81.93～82.19m,推算主井位置煤层底板标高-541.88m、副井位置煤层底板标高-535.48m,表土层厚度518～524m,煤厚6.6m,煤层上覆基岩厚99.5~82.2m,井底车场位于煤层顶板3.88~10.28m,处于22.6m厚的中细粒砂岩内，车场水标高-525m,至井底水平主、副井深607m,车场水平上主井位置基岩厚89.2m,扣除风化带后稳定基岩52.48m,煤仓上口标高按-470.5m考虑，煤仓上口至主井水窝底高度80.5m,则主井水窝底标高-551.0m,井底车场水平下主井深26m,井筒最低点进入二，煤层底板9.12m,该位置二₁煤层底板距Lg灰岩顶(1)井筒位于井田储量中心，两翼基本均衡，整个井田开发合理。(2)井底车场处于22.6m厚的中细粒砂岩内，有利于车场巷道及硐(4)地面工业广场远离河道，防洪条件相对较好。(5)井底车场距断层带最远，井底水窝距La灰岩之间有一定隔水通过以上分析，三个方案各有优缺点，但总体而言，方案三技术优势明显。为进一步论证三个方案的经济可比性，设计进行了诸方案的经从经济比较结果看，初期投资三个方案相差不大，基本相同。方案一略低，方案三略高；年运营费相差40余万元，方案三最低，方案一最高。相对于矿井十几亿元投资来说，可比投资相差几十万元，经济比较结果将不影响方案的取舍。矿井井口位置与开拓方案的确定，XX集团公司组织召开了多次论证会，并分别在上述三个方案的井口位置均施工了井检孔，以求获得可靠的地质资料，使决策更科学。最终本着有利于长远生产并兼顾基建，有利于井下开拓并兼顾地面的原则，考虑到方案三优点突出，一致确定推荐方案三。在预可行性研究报告和可行性研究报告的评审中、专家均认为方案三是合适的。目前，矿井供电线路已架设，前期施工准备基本就绪。由于煤层为近水平，井田两大块段受断层限制，走向长均为2km左右，故井筒落底后沿煤层倾斜布置运输大巷，大巷贴近断层煤柱，实现井下单翼盘区式开采。据调查，走向长度2km,非常适宜综采连续推进，有利于矿井实现高产高效。方案经济比较表----方案名称河东方案一河西方案二深部方案三工程量井巷表土层厚度(m)冻结深度(m)井筒掘砌冻结段普通段巷道(m)地面铁路(km)桥梁(m)可比投资井巷井筒冻结费掘砌费巷道小计地面铁路桥梁小计合计地面年运营费(万元/a)0注：1)冻结费用取11万元/m2)铁路取650万元/km3)运费取0.35元/tkm三、水平划分及标高本井田煤层开采标高介于-350～-750m,阶段垂高300～400m,由于煤层倾角很缓，故倾斜长度达10km。为实现整个井田合理开发，保证水平上合理服务年限，根据井筒位置最新施工的两个井检孔资料，设计确定井底车场水平标高由可研报告阶段的-510m调整为-525m。先期开采块段(F₁6~F₁₇)通过-525m水平作倾斜运输大巷实现上下盘区开采。后期开采块段(F₁s~Fl₆)与先期开采块段之间煤层错断50～150m,若通过-525m水平作平石门开拓，石门长2.5km,巷道工程量太大，工期太长，故自井底水平向上作斜巷穿过F₁6断层带到F₁s~F₁6块段的浅部-410m水平，通过-410m水平作倾斜运输大巷，实现西部块段开发。故矿井不作水平运输大巷，不需设置第二水平，但由于倾斜长度太长，为便于沿倾全井田设计沿F₁6断层煤柱两侧作两组倾斜运输大巷，通过每组运输大巷直接开掘工作面上、下顺槽，实现全井田单翼盘区开采。为便于倾斜运输大巷与工作面顺槽之间的联络，有利于工作面排水，设计中贯彻多作煤巷、少作岩巷的指导思想，将三条倾斜大巷均沿煤层布置，其中胶带运输大巷和轨道运输大巷沿煤底，回风大巷沿煤顶，大巷高差4m左右。全井田共划分7个盘区，F₁6断层以东3个盘区，水平上2个，水平下1个，分别为东一盘区、东三盘区、西二盘区。F₁6断层以西4个盘区，即西四盘区、西六盘区、西八盘区和西十盘区。盘区开采顺序本着先近后远的原则，先投产工业广场煤柱两侧的上、下盘区，详见采区接替表XX一矿首采区以井底水平为界，分为上、下两个盘区，上盘区走向长2km,倾斜宽2.7km,面积5.4km²;下盘区走向长3.7km,倾斜宽2km,面积7.4km²。首采区范围内地面有西北流、东北流、范屯、马正屯和岳村共五个村庄，这些村庄矿井投产之前需要进行搬迁，设计对村据调查，首采区范围内五个村庄需要搬迁，村庄总户数1280户，总人口5016人，现在总占地896亩，平均每户占地0.7亩，详见首采区村庄基本情况调查表2-3-3。表2-3-3户数(户)人口(人)人均占地基本农田(亩)人均收入(元)备注东北流西北流范屯马正屯岳村合计(二)、村庄搬迁规划1、村庄新址选择原则根据XX省政府有关搬迁政策，由XX市统一规划，按照节约用地，便利群众生产和生活的原则就近搬迁。新址选择在井田外边缘，露头外无煤地带或深部不可采地带。2、村庄新址位置、范围、面积根据以上原则，结合本井田具体条件，首采区靠近中深部，距煤层露头较远，故新址选定在井田深部井田范围外，冀屯乡政府南1km,紧靠辉吴公路，便于群众生活。按照节约用地原则，新址进行集中规划，占地面积按照有关规定，每套住房四间13.5×16m²计算，每户占地0.32亩，考虑村庄道路，公共设施和预留地，现每户平均按0.47亩，共占地607.5亩(40.5ha)。首采区村庄搬迁规划区见附图。这些村庄从矿井投产年2008年开始搬迁，至2010年搬迁完毕。其具体搬迁规划见下表2-3-4。首采区村庄搬迁计划一览表表2-3-4搬迁时段村庄户数(户)人口2008年东北流2008年西北流2008年范屯2009年马正屯2010年岳村首采区外其它井田范围地村庄应在矿井投产10年后进行规划，分批第四节井筒1、主井：净直径5.0m,装备一对25t多绳箕斗(异侧装卸),组合钢2、副井：净直径6.5m,装备一宽一窄1.5t双层四车多绳罐笼、组合钢罐道，设梯子间，井筒内敷设排水管、压风管、洒水管、动力电缆和通讯信号电缆。担负全矿井的升降人员、设备升降、提矸下料、进风3、中央风井：净直径5.0m,装备密闭梯子间，主要用于回风，并副井、中央风井梯子间分别采用玻璃钢梯子间。各个井筒装备的罐道梁及梯子梁均采用树脂锚杆固定，所有金属构件均应采用玻璃钢进行后期为满足两翼通风及安全需要，两翼各规划一个回风立井，后期主井、中央风井参照最新施工的井检孔资料，表土层厚度分别为518m、524m,副井参照两井检孔资料推算，表土层厚度约为522m,岩1、主、副井施工方法主、副井井筒内均装有提升设备，井筒安全间隙必须保证，故对井筒偏斜要求高，基于此国内提升井筒多采用冻结法施工，考虑到本井田表土层深，为保证井筒施工质量，故设计主井与副井井筒表土段采用冻井筒特征表4--4--序号单位主井副井中央风井1井口坐标纬距×m径距Ym2井口标高m3提升方位角度4井筒深度m5井筒直径净m掘进冻结段m基岩段m6井筒断面净掘进冻结段基岩段7砌壁厚度冻结段m基岩段m材料冻结段钢筋砼钢筋砼钢筋砼基岩段钢筋砼钢筋砼钢筋砼8表土层厚度m9冻结深度m井筒装备一对25t多绳箕斗，组合钢罐道1.5t矿车罐笼(宽窄各一),组合钢罐道，玻璃钢梯子密闭玻璃钢梯子间结合井检孔资料，初步确定主、副井井筒冻结深度为575m。井筒基岩段，确定采用普通方法施工，根据井检孔抽水资料，基岩段无较大的含水层，但施工当中应视具体情况采取灵活防治水措施。中央风井表土层深524m,基岩厚度73m左右，根据我国目前特殊凿井施工现状，采用钻井法施工或冻结法施工在技术上均可行。经分析，冻结法施工，施工工期较钻井法短约8个月，但准备工期较钻井法长约5个月，总工期钻井法略长，但从造价分析，目前钻井井筒造价略低，但国内近几年钻井井筒较少。经过调研，全国钻井设备台数不足，无法满足XX矿井施工需要，综合考虑到风井与主、副井同在一个广场内，风井与主副井可以避开积极冻结时间，而钻井设备及施工队伍少，故中央风井亦推荐采用冻结法施工。国内目前已建成的最深冻结井筒为本矿区内的XX程村矿井，其表土层厚度430m,冻结深度485m。正在施工的深冻结井筒有淮南顾桥矿井、丁集矿井，表土层深度525～530m。程村矿主、副井冻结井壁结构由我院设计，采用塑料夹层双层钢筋砼复合井壁结构，外壁设有竖向可压缩层，最大壁厚1.8m,砼最大标号采用C60,该矿井筒已顺利建成，质量优良。顾桥、丁集两矿井同样采用塑料夹层复合井壁结构，表土层最深段采用钢板复合井壁结构，最大井壁厚度2.1m,最高砼标号C70。XX一矿与程村矿井在同一煤田内，相距10km,其井田地质条件同属一类，但仍有差异，一是程村矿井砾石层较多，占全部的40%,XX一矿砂、砾石层较少；二是本矿粘土层多，且表土更深，冻结深度更大。参照程村矿主、副井井壁结构设计经验，本矿仍采用塑料夹层双层钢筋砼复合井壁结构，并在程村矿井井壁结构的基础上拟作如下①、将井壁全深沿竖向分为三段厚度，每段结合部及井筒底部设可③、将砼标号提高到C70。以浅井壁厚1.2m,200～350m深井壁厚1.5m,350m以深井壁副井200m以浅井壁厚1.4m,200～370m以深井壁厚1.8m,370m以深第五节井底车场及硐室二1煤层埋藏较深，地压较大，井底车场可供选择的层位有煤层顶板大占砂岩和底板灰岩，灰岩与大占砂岩稳定性好，单层厚度大，有利于巷道及硐室稳定与支护，但考虑到井底车场直接布置在灰岩层位内有风险，与煤层之间距离较远，联络不方便，因此确定车场层位放在二大占砂岩位于二1煤层顶板，由中细粒砂岩组成。全井田砂岩平均除1孔大于10m外，其他11孔均小于8.2m,平均5.17m。岩，砂岩总厚22.6m,连续发育有4层，单层最大厚度7.6m。风井井检最大厚度12.15m,砂岩总厚14.55m,连续发育有4层。综上所述，XX井田大占砂岩普遍赋存比较稳定，硬度大，厚度在尤其是设计井筒位置，大占砂岩厚度14.55～22.6m,距煤层之间只有井下煤炭主运输采用强力胶带输送机运输，井底车场轨道系统仅为辅助运输服务。根据井筒与井下两翼轨道运输巷的相对位置及进出车方车场主要巷道及硐室方位与两翼运输大巷方位相一致，即沿煤层倾车场主要巷道及硐室方位与两翼运输大巷方位垂直，与煤层走向相两种车场型式各有优缺点，方案一存车方向与来车方向一致，调车方便，但巷道、硐室均穿层布置，不能保证其处于同一稳定岩层内，对支护不利；方案二存车方向与来车方向垂直，虽调车需转弯，但主要巷道及硐室沿地层走向布置，能够使巷道和硐室保持同一稳定岩层内，有1、主要硐室井底车场设有主排水泵房、管子道、水仓、中央变电所、等候室、爆破材料库、消防材料库、电机车修理间、煤仓及给煤机硐室、箕斗装2、主井装载系统位置主井位置二1煤层上覆基岩厚度为99.5m,其中车场水平上89.2m,除风化带后，二1煤层上覆稳定基岩厚62.78m,其中车场水平上稳定基该方案沿基岩风化带下部布置煤仓及装载系统，主井底采用斜巷清煤仓高度30m,装载硐室及装载皮带巷位于基岩面以下64.7m。主井水窝底标高-551m,位于车场水平(-525m)下26m,主井水窝与副井水窝该方案的主要优点是：主井装载系统及煤仓均位于风化带下较稳定缺点是：主井水窝低于车场水平26m,需作清理撒煤斜巷，清撒煤方案二：水平上装载全上提方式，主井底采用平巷清撒煤系统。该方案将主井装载系统及井底水窝全部上提至车场水平上，主井底通过车场水平作平巷清理撒煤。从煤仓上口至主井井底最小高度为80.5m,而车场水平上基岩包括风化带总厚89.2m,故该方案煤仓上口在基岩面以下8.7m,上仓皮带机头硐室顶在基岩面以下4.7m,煤仓上口标高-444.5m,装载硐室及装载皮带巷位于基岩面以下38.7m,装载皮带巷标高-474.5m,煤仓高度30m,主井水窝底与车场水平标高一致，通过车场水平作平巷直接清理主井撒煤。该方案的主要优点是：主井底采用平巷清撒煤系统，系统简单，工程量省，且清撒煤极为方便；减少主井深度26m。主要缺点是：整个装载系统的上半部分包括部分上仓斜巷、全部煤仓和整个胶带机头硐室均位于基岩风化带内。而基岩风化带据主井井检孔资料，岩性以砂质泥岩为主，泥质岩类成分被高岭土化和蒙脱石化，岩体强度大大降低，节理裂隙发育，属较差稳定型。因此对硐室的施工和支护极为不利，虽然技术上可采取注浆法施工，但仍存在有风险，作为装载系统一旦有问题将影响全矿井正常生产。基于上述分析，设计认为方案一更有利于主井装载系统的施工支护和长期稳定，风险性较小，故作为设计推荐方案。待井筒施工揭露风化采取技术措施可以保障装载系统稳定时，不排除按方案二实施的可能性。3、井底煤仓型式、容量及主井底清理撒煤方式之间，主井一侧设1号及2号煤仓，煤仓为圆筒立仓，净直径9m,单仓容量1000t,总容量2000t。车场水平下主副井均深26m,为便于集中清理和排水，主井水窝与井底车场设内外两条主水仓，预算全井田正常涌水量2377.4m³/h,水仓容量按《煤矿安全规程》规定计算应为10755m³,设计水仓有效容量12000m³,长度1190m,满足水仓容量要求。第三章大巷运输及设备第一节运输方式的选择4.5～5.5km,最远6.5km,倾角正常段0～6°,由于运量大，运距长，第二节矿车1.5吨固定式矿车140辆，1.5吨材料车22辆，18吨平板车60辆。附：矿车规格特征表3-2-1。表3-2-1矿车名称矿车名称容积载重(t)外形尺寸(mm)轨距轴距自重装煤装岩长宽高1.5t固定矿车材料车重型平板车第三节运输设备选型矿井东、西两翼开采，通过大巷胶带输送机分别送入两个井底煤仓。东翼大巷总运输距离约5240m,其中首采区运输距离约1710m,后期运输距离约3530m。本次设计暂按满足首采区运输距离考虑，同时留出后期胶带输送机的电负荷容量。当首采区开采完毕，可通过新增一台胶带输送机与本次设计的胶带输送机搭接的方式实现运输。初期东翼大巷胶带输送机主要技术参数：B=1200mm,Q=1200t/h,V=2.5m/s,L=1710m,a=-3°20'~13°,N=3×250kW。驱动方式：头部双滚筒驱动，防爆电机。胶带类型：钢丝绳芯阻燃输送带，带强西翼大巷运输距离约820m,西二盘区下山胶带输送机运输距离约西翼大巷胶带输送机主要技术参数：B=1200mm,Q=1200t/h,V=2.5m/s,L=820m,a=4°~13°~0°,N=3×280kW。驱动方式：头部双滚筒驱动，防爆电机。胶带类型：钢丝绳芯阻燃输送带，带强西二盘区下山胶带输送机主要技术参数：B=1200mm,Q=1200t/h,V=2.5m/s,L=1045m,a=5°55'~2°50',N=3×280kW。驱动方式：头部双滚筒驱动，防爆电机。胶带类型：钢丝绳芯阻燃输送带，带强胶带输送机驱动装置均采用高压防爆电机，东翼大巷胶带机采用CST软启动系统。其中采用弗兰德减速器、调速型液力偶合器。拉紧装置采用固定带式输送机液压自动拉紧装置，并配备防打滑保护装置、烟雾保护装置、温度保护装置、堆煤保护装置、自动撒水装置、火灾自动灭火报警装置、防跑偏保护装置、可靠的制动减速及逆止装置、断带保护装置、防撕裂保护装置、双向拉绳开关等。二、辅助运输设备本矿井为低沼气矿井，由于大巷为倾斜运输大巷，故轨道运输大巷采用连续无极绳牵引车运输，电机车仅作为井底车场调车用。根据以下每台电机车牵引25辆1.5t矿车。根据电机车连续负荷及最大负荷的计络柜。馈出联络柜可使两台整流设备一台工作，一台备用，保证不间断地向电机车供电。按电机车正常运行平均电流初选导线，又经牵引网路允许压降和自动开关动作电流的整定要求校核，最后选用接触线为：TCG-80型铜电车线。牵引变流所前期设在中央变电所附近。电机车选型计算如下：矿车自重qo=0.74t;矿车载重q=1.5t;最远运距L=0.4km;电机车粘着重量P=7t.。1、按电机车起动时的牵引能力计算牵引矿车数量现取n=252、按牵引电动机过热能力校验矿车数量：列车运行时间计算：每一循环中，列车运行总时间：牵引电动机的均方根电流：重列车下坡运行时，限速VL=4.0m/s,制动距离Lbr:电机车台数NS:台取1台，备用及检修电机车取1台，电机车总台数为2台。经计算，选用2台ZK7-6/250型架线电机车，1台运行，1台备用。能满足井下辅助运输的需要，且能满足制动距离的要求。大巷及采区辅助运输设备选型辅助运输系统主要承担井下人员、设备、材料及矸石的运输。根据开拓设计，本矿井设东、西两翼轨道运输大巷，东翼轨道运输大巷长1559m,a=0°~3°20′~0°35′。西翼大巷长2148m,a=0°~5°~4°~2°50′~5°55′,巷道倾角缓，辅助运输不适宜采用传统的架线电机车或提升绞车。随着科学技术的不断发展和进步，矿井辅助运输技术及设备也由过去单一的蓄电池架线机车，提升绞车发展到今天的防爆柴油机轻型无轨胶轮车，防爆柴油机胶套轮齿轨卡轨车，无极绳连续牵转动半径小，爬坡能力强，污染低，运输效率高等特点，特别适应于平于长距离、大倾角、多变坡、大吨位工况条件的普通轨运输。可实现不经转载的连续直达运输，可适应水平弯道运输，配备专用人车后，可在采区实现人员运输。尤其是较大坡度综采(放)支架整体运输时，可实现双速和无极变速运行，可通过弯道，在15°以下坡道实现综采(放)该装置具有适用长距离、多变坡连续运输、无需转载等优点，可将人员从井底车场直接送达工作面，适应性较强。但其缺点是，对巷道顶经过讨论、分析，本矿井井下矸石、材料及设备的运输采用无极绳连续牵引方式，在东翼大巷及采区顺槽共配置3台JW-75B型无极绳绞运送人员、设备、材料及矸石时，采用V=1.12m/s。整体运送液压支架时，采用V=0.67m/s。井下人员的运输，在回风巷设置RK型架空乘人装置，东西两翼各一驱动功率：30~90kW牵引力：20~50kW运输能力：360~720人/h上述运输设备只考虑两翼采区的初期运力，后期开采时，可酌情增加相应的运输设备。由于井下情况变化大，另配置2台小型防爆轻型无轨胶轮车，用于井下运送小型设备材料，紧急情况下可实现快速运送设备材料等。无轨胶轮车主要参数如下：最大速度：20km/h外形尺寸：4750×1600×1950爬坡能力：14°转弯半径：4650mm第四章采区布置及装备第一节采煤方法本井田二1煤层厚度1.21～7.10m,平均5.29m,首采区煤层厚度3.92～6.96m,平均6.14m。二1煤属稳定型厚煤层，煤层倾角2～6°。中粗粒砂岩，完整坚硬。本矿井属低瓦斯矿井，煤尘无爆炸危险，煤层根据国内外厚煤层开采技术发展现状，结合井田煤层赋存及开采技术条件，设计认为二1煤可供选择的采煤方法有：综采一次采全高，综1)综采一次采全高采煤方法：综采一次采全高采煤方法工艺简单，由于采用重型化、强力化、自动化和机电一体化的设备，其工作面单产和工效得到大幅度提高，尤其是在近水平、中等硬度、顶板稳定、瓦斯含量较小的条件下，其效果更好。目前，使用国产设备合理采高4~4.5m,最大采高5m左右，引进设备合理采高4.5~5m,最大采高5.5m左右。据调研，国内目前生产的最大采高液压支架为郑州煤矿机械厂新近为山西晋城矿务局寺河矿研制生产的ZY8640/25.5/55型掩护式整体顶梁、φ360双伸缩立柱、全自动电液控制支架，支架高度2.55～5.5m,工作阻力8640kN,运输尺寸7478×2550×1