采礦工程畢業(yè)設計（論文）-城郊煤礦1.2Mta新井設計（全套圖紙）.docx

中國礦業(yè)大學2012本科畢業(yè)設計第IV頁目錄一般部分1礦井概述及井田地址特征11.1 礦井概述11.1.1 地理位置11.1.2地形特點11.1.3交通條件11.1.4居民、經濟、資源供應11.1.5主要河流及氣候條件11.2井田地質特征21.2.1井田的勘探程度21.2.2地層31.2.3地質構造41.2.4水文地質條件51.2.5地溫51.3煤層地質特征51.3.1煤層埋藏條件51.3.2煤質51.3.3煤層頂底板61.3.4瓦斯、煤塵等62井田境界和儲量72.1井田境界72.1.1井田特征72.2礦井工業(yè)儲量72.2.1井田地質勘探72.2.2礦井工業(yè)儲量核定72.3 礦井可采儲量82.3.1邊界斷層保護煤柱82.3.2煤層露頭的安全防水煤柱82.3.3人為邊界保護煤柱82.3.4井田內斷層保護煤柱82.3.5工業(yè)廣場煤柱82.3.6工業(yè)廣場與F5斷層重復煤柱量93礦井的工作制度設計生產能力及服務年限113.1礦井工作制度113.2礦井設計生產能力及服務年限113.2.1確定依據113.2.2礦井設計生產能力的確定113.2.3礦井服務年限113.3井型校核123.3.1礦井開采能力校核123.3.2輔助生產環(huán)節(jié)的能力校核123.3.3通風安全條件的校核123.3.4第一水平服務年限校核124井田開拓134.1井田開拓的基本問題134.1.1確定井筒形式、數目、位置及坐標134.1.2工業(yè)場地的位置144.1.3開采水平的確定及采采區(qū)劃分144.1.4主要開拓巷道144.1.5方案比較144.2礦井基本巷道204.2.1井筒204.2.2大巷235準備方式采區(qū)布置275.1煤層地質特征275.1.1采區(qū)位置275.1.2采區(qū)煤層特征275.1.3煤層頂底板巖石構造情況275.1.4水文地質275.2采區(qū)巷道布置及生產系統(tǒng)275.2.1采區(qū)準備方式的確定275.2.2采區(qū)巷道布置275.2.3采區(qū)生產系統(tǒng)295.2.4采區(qū)生產能力及采出率305.3采區(qū)車場選型計算315.3.3采區(qū)主要硐室布置316采煤方法336.1采煤工藝方式336.1.1采區(qū)煤層特征及地質條件336.1.2確定采煤工藝方式336.1.3回采工作面參數346.1.4回采工藝及工作面設備選型346.1.5采煤工作面支護方式386.1.6端頭支護及超前支護方式406.1.7各工藝過程注意事項416.1.8回采工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè)426.2回采巷道布置446.2.1回采巷道布置方式446.2.2回采巷道參數447井下運輸487.1概述487.1.1井下運輸設計的原始條件與數據487.1.2運輸距離和貨載量487.1.3井下運輸系統(tǒng)487.2帶區(qū)運輸設備選型497.2.1設備選型原則497.2.2帶區(qū)運輸設備的選型及能力驗算497.3大巷運輸設備選型527.3.1運煤設備527.3.2輔助運輸設備選擇528礦井提升558.1礦井提升概述558.2主副井提升558.2.1主井提升558.2.2副井提升589礦井通風及安全609.1礦井通風系統(tǒng)選擇609.1.1礦井概述609.1.2礦井通風系統(tǒng)的確定609.1.3采區(qū)通風系統(tǒng)的確定639.1.4礦井通風容易與困難時期的確定649.2帶區(qū)及全礦所需風量679.2.1采煤工作面實際需風量679.2.2掘進工作面實際需風量689.2.3硐室需風量699.2.4其它巷道需風量709.2.5礦井所需總風量709.2.6風量分配及風速驗算709.3全礦通風阻力的計算719.3.1礦井通風總阻力計算原則719.3.2礦井最大阻力路線729.3.3礦井通風阻力計算729.3.4礦井通風總阻力739.4礦井通風設備選型749.4.1主要通風機選型749.4.2電動機選型779.4.3主要通風機附屬裝置779.5防治特殊災害的安全措施789.5.1預防瓦斯災害的措施789.5.2預防煤塵災害的措施789.2.3預防井下火災的措施799.2.4預防井下水災的措施8010設計礦井基本技術經濟指標81參考文獻83專題部分綜放沿空掘巷煤柱留設數值模擬研究841引言841.1沿空掘巷研究意義841.2 國內外研究現狀841.3本論文的研究內容872不同寬度煤柱下巷道圍巖變形與破壞數值模擬882.1數值模擬軟件簡介882.2模型建立882.3模擬過程902.4測線統(tǒng)計943巷道支護設計973.1理論計算973.2支護參數974 總結994.1 沿空掘巷巷道圍巖主應力分布與煤柱寬度關系994.2沿空掘巷巷道圍巖側向塑性區(qū)擴展與煤柱寬度關系99翻譯部分翻譯英文102翻譯中文110 致 謝116中國礦業(yè)大學2012本科畢業(yè)設計第84頁1 礦井概述及井田地址特征1.1 礦井概述1.1.1 地理位置永夏礦區(qū)位于河南省永城市境內，面積為1150km，其中含煤面積為716km，全區(qū)探明儲量2556Mt，其中精查儲量1476Mt。全礦區(qū)規(guī)劃7對礦井，規(guī)劃能力10.05Mt，其中統(tǒng)配礦井4對（車集、陳四樓、城郊、新橋），地方礦井3對（葛店、新莊、劉河）。城郊井田位于礦區(qū)的中部，覆蓋城關鄉(xiāng)、城廂鄉(xiāng)的全部及侯嶺、雙橋、十八里、蔣口鄉(xiāng)的一部分。南北長約8.9km，東西寬約6.6km，勘探面積約37km2。礦井北臨陳四樓井田，南接新橋井田，地理坐標為：東經11617301162521，北緯335352340035。1.1.2地形特點本區(qū)位于黃淮沖積平原的東部，地勢平坦開闊，西北高，東南低，坡度為1/45001/6000。城郊井田東南部的3405孔最低，地面標高31.03m；井田西北角的0612孔最高，地面標高34.58m。海拔標高為+30m，微向東南傾斜。區(qū)內新生界松散沉積物廣泛分布，厚度一般為100m左右。1.1.3交通條件礦區(qū)內交通方便，永城市西北至隴海鐵路商丘東站約95km，夏邑東站62km，東北至京滬鐵路徐州車站約100km，東南至宿州車站約75km，距京九鐵路的亳州車站55km，且均有柏油公路相通，鄉(xiāng)村之間公路相通。1986年國家計委關于河南省永夏礦區(qū)總體設計的批復中確定礦區(qū)鐵路支線在青阜線青町車站接軌，目前青町至永城礦區(qū)集配站段鐵路已經竣工。城郊礦井鐵路專線在集配站接軌。（見圖1-1）1.1.4居民、經濟、資源供應本區(qū)地處黃淮沖擊平原東部，土地肥沃，人口稠密，在井田范圍內有大小村莊179個，戶數約12437戶，居民53954人。平均每平方公里約70戶，區(qū)內人均耕地不足1.5畝。土產材料磚、瓦、石子和料石均可就地供應，鋼材、木材和水泥等物資可經公路及鐵路直接運至礦井工業(yè)場地。供電電源雙回路均可來自礦區(qū)自備電廠，電壓為110kv，自備電廠裝機容量為75000kw，一期工程裝機容量25000kw，目前已正式發(fā)電，二期工程已設計完畢。本礦井可供選擇的水源，地下水有新生界松散層和生產期間井下排水，地表水有沱河水。1.1.5主要河流及氣候條件城郊井田內地表水系不發(fā)育，僅有淮河支流的沱河從本區(qū)北中部自西向東流過，沱河源于商丘北側響河，雨季流量劇增，旱季干涸無水，屬季節(jié)性河流。實測最高洪水位標高+29.79m，（1963年8月9日），年平均水位標高+26.39m，最大流量384 m3/s（1963年8月9日），年平均流量一般為12m3/s。其上游永城市段常年關閘蓄水，致使下游斷流無水。圖11本區(qū)地處中緯34附近，屬半干旱、半濕潤季風型氣候，蒸發(fā)量大于降雨量，干濕差大，四季分明。年平均氣溫14.3 ，日最高氣溫41.5，日最低氣溫為-23.4。年平均降水量962.9，年最大降水量1518.6，年最小降水量556.2。大氣降水量多集中在78月份，可占全年降水量的50%以上，年蒸發(fā)量1808.9。永城地區(qū)受地震影響不大，地震烈度小于6度。圖1-1 城郊礦交通位置圖1.2井田地質特征1.2.1井田的勘探程度永城煤田自1957年被地質局三二五隊發(fā)現以來，先后有多家地質勘探單位進行過地質勘探、物探工作,涉及城郊礦井的勘探工作主要有：1、1959年3月11月，原河南煤田地質局一七隊開展普查工作，于同年11月提交了河南省永城煤田陳集普查地質報告，初步查明了勘探區(qū)的基本構造輪廓。2、1976年1982年，河南省地礦局十一隊開展詳查工作，于1983年4月提交了河南省永城煤田城郊煤田詳查地質報告，基本查明了井田構造形態(tài)，控制了井田內大的斷層，煤層露頭，并對含煤地層進行了劃分。3、1957年1984年，先后有河南省地礦局物探隊等四家單位在永城煤田開展了電法、地震勘探工作。受儀器、方法和資料處理手段等方面的限制，資料利用價值不高。4、1992年10月1993年3月，河南煤田地質局物探測量隊在城郊礦井面積約32Km2的首采區(qū)（第03與第36地質勘探線之間）進行了二維高分辨地震補充勘探，同年8月提交了河南省永夏礦區(qū)城郊礦井初級采區(qū)地震補充勘探報告，查明了區(qū)內落差大于10米的斷層，控制了二2煤層隱伏露頭位置，地質效果明顯。 5、1988年11月由河南省地質礦產廳地質十一隊提交的河南省永城煤田城郊煤田詳查地質報告經河南省礦產儲量委員會“豫儲決字（1989）09號”文批準。報告主要內容和成果如下：（1）、城郊井田構造復雜程度屬簡單至中等。（2）、城郊井田水文地質條件屬簡單。（3）、各級儲量（貧煤和無煙煤）1.2.2地層永夏礦區(qū)的區(qū)域地層屬華北地層區(qū)，魯西分區(qū)、徐州小區(qū)。上奧陶至下石灰統(tǒng)、三疊系至古新統(tǒng)缺失。井田地層基本與區(qū)域地層相一致，根據鉆孔揭露自下而上可分為中奧陶統(tǒng)（O），中、上石灰統(tǒng)（CC），二疊系（P）和新生界（Kz）。（1）中奧陶統(tǒng)（O）在井田內穿見最大厚度達490.42m，可能包括部分下奧陶統(tǒng)。（2）中石灰統(tǒng)、本溪組（Cb）主要由鋁土泥巖和鮞狀鋁土泥巖組成，厚度4.5411.42m，平均厚8.21m。（3）上石灰統(tǒng)太原組（Ct）由較穩(wěn)定的薄厚層狀灰?guī)r、泥巖、砂質泥巖組成，局部夾有鮞狀鋁土泥巖。含煤最多時達10層，單煤層厚度0.180.75m，平均厚度0.4m。本組厚度135.7159.2m，平均厚度145.82m。（4）下二疊統(tǒng)山西組（PS）主要由泥巖、砂質泥巖、砂巖及煤層組成，厚度72.4130.1m，平均102.54m。含煤3層，位于該組中部的二煤層為本井田的主要可采煤層。（5）下二疊統(tǒng)下石盒子組（PX）由泥巖、砂質泥巖、砂巖，鮞狀鋁土泥巖及煤層組成，厚度45.03105.00m，平均69.63m，。（6）上二疊統(tǒng)上石盒子組（PS）由泥巖、鋁土泥巖，中細粒沙巖組成，本組平均厚度747.59m。（7）上二疊統(tǒng)石干峰組（Psh）主要由泥巖、砂質泥巖、粉砂巖組成，夾有紫斑泥巖和砂巖。（8）第三系（R）中新統(tǒng)（N）：厚度76.10170.16m，平均厚度99.41m，底部局部有次生灰酸巖沉積，中上部以粘土為主，夾亞粘土及少量砂土。上新統(tǒng)（N）：厚度151.69192.97m，平均厚度171.57m，以細中砂土為主，與粘土、亞粘土交替沉積。（9）第四系（Q）更新統(tǒng)（Qp）：厚度45.2079.50m，平均厚59.76m，由粉砂、細砂與粘土、亞粘土及少量亞砂土所組成，局部見有中砂。粘性厚度大于砂性土。全新統(tǒng)（Qh）：厚度27.1848.90m，平均厚34.17m，以粘土、亞粘土為主，夾細砂及亞粘土。1.2.3地質構造在區(qū)域構造體系中，本區(qū)位于、華北臺快東南偶、山東臺背斜徐蚌凹折帶中；秦嶺昆山維向構造帶東段北支的南側，新華夏系第二沉降帶的東側。城郊井田位于北北東向的永城隱伏背斜的西翼中段，北北東向斷層構造居主導地位，其次是近東西向構造，局部發(fā)育有北西向構造?？傮w構造特征是以寬緩褶皺為主，伴隨一定數量的斷裂構造，且多集中在表現明顯的背、向斜兩側。地層產狀總趨勢向南西西方向傾斜。地層傾角一般在36，個別地段達到816。已查明斷層8個，斷裂構造20條。見圖1-2城郊井田構造綱要圖。（1）褶皺構造井田內褶皺構造除柏窯背斜與蔣閣向斜比較緊密外，其余均屬褶幅不大的隆起和凹陷。主要有：四里禪向斜、柏窯背斜。（2）斷裂構造井田地層走向為北北東向，中部、北部由于受小褶曲的影響，呈波狀起伏，走向變化較大。地層產狀總趨勢向南西西方向傾斜，地層傾角一般在36,褶皺和斷裂構造呈北北東向和近東西展布。本井田精查勘探時在41km2范圍內組合大小斷層5條，其中較大的斷層有2條，井田東北部即以一大斷層F5為界?？傊?，整個井田以近北北東向斷層構造居主導地位，其次是近東西向構造，局部發(fā)育有北西向構造。總體構造特征是以寬緩褶皺為主，伴隨一定數量的斷裂構造。晚古生代中基性巖漿巖活動比較強烈，并對煤層有一定的破壞作用。圖1-2 城郊井田構造綱要圖圖1-2 城郊井田構造綱要圖1.2.4水文地質條件新生界松散層劃分為四個含水層組及四個隔水層組，由于新生界底部砂層少，富水性又弱，與基巖之間有平均厚44.29m的粘土隔水層，對礦床一般無充水影響。煤層頂板砂巖裂隙水是礦床主要直接充水的水源，但由于井田內砂巖富水性很弱，滲透性差，徑流滯緩，補給源不足，故對將來的礦床開采一般不會造成太大的威脅。太原組上段灰?guī)r是開采二2煤層的間接充水含水層，二2煤底板下距K3（L11灰?guī)r，平均厚1.64m）平均距離50m，距L8灰?guī)r（平均厚10.49m）平均距離80m，L8上距L11一般平均在30m左右，其間又有泥巖，砂質泥巖相隔，基本無水力聯系，因此，如不受斷裂構造影響，正常情況下不會造成突水。 本井田斷層富水性微弱，具有一定的隔水性能，一般情況下不會發(fā)生大導水威脅。綜上所述，本井田是一個與外部水力聯系微弱，補給不足的較完整的獨立水文地質單元，開采煤層遠離地表水體，無流水影響，間接充水巖層“灰?guī)r”雖然單位涌水量較大，局部在斷層處有與煤層對接的可能性，如留好煤柱，遠離斷層，一般是不會突水的，本礦井水文地質，工程地質條件屬中等類型。礦井正常涌水量200m3/h，考慮上段灰?guī)r突水，最大涌水量為300m3/h。1.2.5地溫井田內地溫僅隨深度的增加而增加。井田的平均地溫梯度為2.67 /100m，從地溫梯度看，淺部地溫梯度較高，深部地溫梯度較低。從二煤組煤層地溫等值線圖上看出，等溫線與煤層底板等高線基本平行，二煤組煤層-500m以淺的地溫一般低于30C，-600m以深的地溫除井田東南部小面積低溫區(qū)外，一般為一級高溫區(qū)。在3127孔（F3斷層西側）-700m以深地段，地溫大于31，為一級高溫區(qū)，其余地段地溫一般低于31。1.3煤層地質特征1.3.1煤層埋藏條件煤層走向為西北東南走向，東北高西南低，平均傾角為7，高差為600m左右。其中上部煤層更加平緩，傾角只有3度到4度，下部煤層傾角較大，部分地方達到1221度。煤層上部露頭深度大約有300m。本井田的主要含煤地層為下二疊統(tǒng)山西組（P1s）煤層總厚度平均8.13m。下二疊統(tǒng)山西組（P1s）含二煤組，由13個分層組成，分層編號從下至上分別為二1、二2、二3，二2煤層平均厚度為7.13m。井田內二2煤層為可采煤層。二2煤層賦存于山西組之中部，至上部K標志層平均距離52.02m，距下部K標志層頂平均49.10m，層位穩(wěn)定，煤層厚度平均7.13m，屬主要可采煤層。1.3.2煤質二2煤層屬低灰分，特低硫，特低磷，高發(fā)熱量，易選的優(yōu)質無煙煤。且煤層中貧煤數量較少，除它的發(fā)熱量稍高于無煙煤外，其它煤質特征與無煙煤相似。二2煤層為無煙煤，首先可作為化工用煤，包括氣化用煤及發(fā)生爐煤氣用煤和化肥用煤，其次作為動力用煤及民用燃料等。1.3.3煤層頂底板二2煤組煤層直接頂板主要為薄層狀泥巖，砂質泥巖，局部為粉砂巖，抗壓強度一般小于600kg/cm2（局部大于600kg/cm2），穩(wěn)定性差，管理有一定困難。二煤組煤層底板多為細中粒砂巖，厚層狀泥巖（厚度一般大于5m），局部為砂質泥巖或落層狀泥巖，抗壓強度一般大于600kg/cm2 ，巖石的完整性，穩(wěn)定性較好，頂板易于管理,煤層特征表見下表1.1。1.3.4瓦斯、煤塵等礦井相對瓦斯涌出量為4.436m3/t，絕對瓦斯涌出量30.806 m3/min，屬低沼氣礦井。各煤層均無煤塵爆炸危險。各煤層均屬不自燃發(fā)火煤層。綜上所述，本井田具有儲量豐富、資源可靠，水文地質條件簡單、煤層無自然、煤層不爆炸、低沼氣等有利的資源條件，地質勘探程度達到了精查勘探的要求，可作為礦井設計、建設、生產的依據。井田內各煤層均為低中灰、高發(fā)熱量、特低硫、特低磷的優(yōu)質無煙煤，又鄰近華東缺煤區(qū)，應積極開發(fā)。但在構造、煤層、村莊搬遷及開采技術等諸多方面，在一定程度上還存在著對井田開發(fā)不利的因素。表1-1 煤層特征表煤組煤層煤層厚度（m）煤層結構頂底板特征穩(wěn)定性傾角（度）備注最小-最大平均夾矸層數夾 矸厚度(m)頂板底板二煤組二26.9-7.47.1300砂質泥巖或砂巖砂質泥巖和粉砂巖較穩(wěn)定0-21全區(qū)基本可采2 井田境界和儲量2.1井田境界2.1.1井田特征西部以F4斷層和人為定界,北部以煤層露頭線和F14斷層為邊界，東部以F17斷層為界，南部邊界F3斷層確定。井田面積約17.6km2,由于開采上限為煤層露頭，故無擴大的可能；煤層下部邊界有待繼續(xù)進一步的勘探，尚有擴大的可能。井田走向較長，最大走向長度為5.27km，平均走向長度3.83km；井田最大傾向長度只有6.53km，平均為4.63km，井田形狀規(guī)則，大體上成一長方形。煤層的傾角最大為15，最小為2，平均為6，井田平均水平寬度為3.68km。煤層上部平緩，下部區(qū)域傾角較大。在井田的中間有一個斷層， F5斷層，長約3700m;下圖2-1為井田邊界及煤層賦存狀況示意圖。2.2礦井工業(yè)儲量2.2.1井田地質勘探本井田1983年詳查勘探結束，1988年1月轉入精查報告編制階段，至1988年8月底提交精查地質報告。1989年6月經河南省礦產儲備委員會審查批準。該井田歷經29年勘探，施工鉆孔335個，總進尺191546.11m，平均每平方公里3.3個。其勘探類型確定合理，勘探工程間距適宜，勘探工程量充足，可滿足相應級別儲量的控制要求。煤層最大可采煤層厚度為7.13m。煤層層數為3層，其中只有二2是可采煤層，其煤層厚度為7.13m。井田內北部邊界附近、西部邊界附近以及東部邊界附近屬B級儲量，斷層附近屬C級儲量，其它區(qū)域為A級儲量。高級儲量占85%，符合煤炭工業(yè)設計規(guī)范要求。綜上所述，設計認為該井田已達到精查勘探的要求，可以作為礦井設計及建設的依據。2.2.2礦井工業(yè)儲量核定本次儲量計算是在精查地質報告提供的1：5000煤層底板等高線圖上計算的，儲量計算可靠。井田范圍內的煤炭儲量是礦井設計的基本依據，煤炭工業(yè)儲量是由煤層面積、容重及厚度相乘所得，其公式一般為：Zg=(S/cos)MR (2-1)其中：Zg礦井的工業(yè)儲量，Mt； S 井田的投影面積，km2； M煤層的厚度，m； R 煤的容重，t/m3，取R=1.4 t/m3。則：Zg= (17.6/cos6)1067.131.4=176.6610Mt2.3 礦井可采儲量2.3.1邊界斷層保護煤柱邊界保護煤柱損失量可按下列公式計算Z=LBMR10-6 (2-2) 其中：Z邊界煤柱損失量，Mt； L邊界保護煤柱寬度，m； B邊界長度，m； M煤層厚度，m； R煤的容重，t/m3，取R=1.4 t/m3井田邊界斷層煤柱按經驗值40m的寬度留置，西部F4為3383.46m，,北部F14斷層總長為3553.12m，東部F17為3502.2m，南部F3斷層長度為4531.66m。所以總長度為：3383.46+3553.12+3502.21+4531.66=14970m。井田的邊界斷層保護煤柱為：Z1=14970407.131.410-6 =5.97722Mt2.3.2煤層露頭的安全防水煤柱留設防水安全煤巖柱，一方面要保證水體下安全采煤，另一方面要盡量減少留煤巖柱所造成的煤炭資源損失。依據城郊礦水位地質勘探資料主要含水層為煤層頂、底板砂巖水含水量不大，屬弱含水層，故依據經驗，取防水煤柱寬度為40m，其煤柱損失量依據（2-2）公式計算可得：Z2=7237.13401.4 10-6=0.288679Mt2.3.3人為邊界保護煤柱人為邊界按照20m留置，其保護煤柱損失量可按（2-2）公式計算人為邊界總長度為（493+301）794m。Z3=794207.131.4 10-6=0.015851Mt2.3.4井田內斷層保護煤柱斷層兩側保護煤柱可按50m寬度留置，井田中間F5斷層長約3685m,煤柱損失量依然按（2-2）公式計算，因此斷層保護煤柱損失量為：Z4=3.685507.131.4210-6=3.87501Mt2.3.5工業(yè)廣場煤柱根據規(guī)定：表2-1 礦井工業(yè)場地占地面積指標井型(Mt/a)占地面積指標(公傾/Mt)2.40、3.00781.20、1.809100.45、0.9012130.09、0.3015工業(yè)廣場的面積為715公頃/百萬噸。本礦井設計生產能力為1.2Mt /年，由表2-1礦井工業(yè)場地占地面積指標，我們取7公頃/萬噸。在此取工業(yè)廣場占地面積為16.8公頃，即16.8萬m2。所以取工業(yè)廣場的尺寸為300m400m的長方形。據建筑物、水體、鐵路及主要的井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程規(guī)定：立井和暗立井維護寬度定為20m。由垂直剖面法的：Z5=(1508+1343)77727.131.410-6 =11.11710Mt城郊礦巖層移動角如表2-2所示表2-2 巖層移動角廣場中心深度/m煤層傾角/()煤層厚度/m沖積層厚度/m/()/()/()/()-55067.1310045757573 圖2-1 垂直剖面法求工業(yè)廣場保護煤柱圖2.3.6工業(yè)廣場與F5斷層重復煤柱量工業(yè)廣場與斷層煤柱出現相交，在計算煤柱損失時應減去重復煤柱的存量，在CAD上量取重復煤柱的長度783m，寬度為100米，故其煤柱的重復儲量依據（2-2）公式計算得： Z6=7831007.131.410-6=0.781590Mt綜合以上計算，則礦井的可采儲量按下式計算： Zk=(Zg-P) C (2-3)其中：Zk-礦井的可采儲量，t； Zg-礦井的工業(yè)儲量，t； P -保護工業(yè)場地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留設的永久煤柱損失量，t； C -采區(qū)采出率,厚煤層為75。表2-3 保護煤柱損失量煤 柱 類 型損失量（Mt）邊界斷層保護煤柱5.97722煤層露頭的安全防水煤柱0.288679人為邊界保護煤柱0.015851井田內斷層保護煤柱3.87501工業(yè)廣場煤柱11.11710工業(yè)廣場與斷層重合煤柱0.78159合 計20.49227則：Zk =（176.66106-20.49227）75%=117.12659Mt即礦井可采儲量為117.12659Mt。表2-4 地質資源分類表 地質資源儲量探明的資源儲量控制的資源儲量推斷的資源量經濟的基礎儲量邊際經濟的基礎儲量經濟的基礎儲量邊際經濟的基礎儲量推斷的儲量111b2M11121b2M2233360%30%10%探明的資源量中經濟的基礎儲量Z111b=86.5639Mt控制資源量中的經濟的基礎儲量Z122b=37.0981Mt探明的資源量中邊際經濟的儲量Z2M11=37.0981 Mt控制資源量中的經濟的基礎儲量Z2M22=1.5899 Mt3礦井的工作制度設計生產能力及服務年限3.1礦井工作制度按照煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范中規(guī)定，參考關于煤礦設計規(guī)范中若干條文修改的說明，確定本礦井設計生產能力按年工作日300天計算，“三八”制作業(yè)（二班生產，一班檢修），每日二班出煤，凈提升時間為16小時。3.2礦井設計生產能力及服務年限3.2.1確定依據煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范第2.2.1條規(guī)定：礦井設計生產能力應根據資源條件、開采條件、技術裝備、經濟效益及國家對煤炭的需求等因素，經多方案比較或系統(tǒng)優(yōu)化后確定。礦區(qū)規(guī)?？梢罁韵聴l件確定：1.資源情況：煤田地質條件簡單，儲量豐富，應加大礦區(qū)規(guī)模，建設大型礦井。煤田地質條件復雜，儲量有限，則不能將礦區(qū)規(guī)模定得太大；2.開發(fā)條件：包括礦區(qū)所處地理位置（是否靠近老礦區(qū)及大城市），交通（鐵路、公路、水運），用戶，供電，供水，建筑材料及勞動力來源等。條件好者，應加大開發(fā)強度和礦區(qū)規(guī)模;否則應縮小規(guī)模；3.國家需求：對國家煤炭需求量（包括煤中煤質、產量等）的預測是確定礦區(qū)規(guī)模的一個重要依據；4.投資效果：投資少、工期短、生產成本低、效率高、投資回收期短的應加大礦區(qū)規(guī)模，反之則縮小規(guī)模。3.2.2礦井設計生產能力的確定根據城郊礦礦井地質條件、煤層賦存情況、開采條件、設備供應及國家需煤等因素。針對的實際情況：地質構造相對較簡單，儲量豐富，煤層賦存較穩(wěn)定，為近水平煤層（傾角6），主采二2煤層，平均厚度為7.13m。瓦斯和水涌出量較小，采用一次采分層開采的開采方法。所以根據以上條件，確定本礦井的年設計生產能力為1.2Mt/年。3.2.3礦井服務年限礦井服務年限必須與井型相適應。礦井可采儲量Zk、設計生產能力A、礦井服務年限T三者之間的關系為：T=Zk/(AK) (2-8)式中: T礦井服務年限，a；Zk礦井可采儲量，Mt；A設計生產能力,Mt；K礦井儲量備用系數，取1.4；則，礦井服務年限為：T =117.12659/(1.201.4)= 69.718a符合煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范要求3.3井型校核下面按礦井的實際煤層開采能力，及輔助生產環(huán)節(jié)的能力、儲量條件及安全條件等因素對井型進行校核。3.3.1礦井開采能力校核礦井的開采能力取決于回采工作面和采區(qū)的生產能力，根據本設計第二章礦井開拓及第三章采煤方法可知，該礦井由于煤層地質條件好，主采煤層二2煤層厚7.13m，可布置放頂煤工作面或厚煤層分層開采工作面，煤層開采能力能滿足礦井設計生產能力。3.3.2輔助生產環(huán)節(jié)的能力校核本設計的礦井為大中型礦井，開拓方式為立井單水平開拓。主井采用1對20 t底卸式提升箕斗，提升能力大，能滿足提升方面的要求。大巷采用膠帶輸送機運煤，運輸能力很大，自動化程度很高，原煤外運不成問題。輔助運輸采用3 t礦車運輸，運輸能力大。井底車場采用臥式車場，調車方便，通過能力大，滿足矸石、材料及人員的調動要求。所以輔助生產環(huán)節(jié)完全能夠滿足設計生產能力的要求。3.3.3通風安全條件的校核本礦井瓦斯涌出量為0.5m3/t，屬于低瓦斯礦井。煤塵無爆炸性危險。礦井通風在第一水平初期時采用中央并列式式通風，通風系統(tǒng)簡單，有專門的風井回風，可以滿足通風的要求。水文地質條件簡單，涌水量較?。?00 m3/h），無突水危險。3.3.4第一水平服務年限校核采用兩水平上下山開采，第一水平服務年限經計算為37年，遠大于礦井設計第一水平服務年限所要求的25a。4 井田開拓4.1井田開拓的基本問題井田開拓是指在井田范圍內，為了采煤，從地面向地下開拓一系列巷道進入煤體，建立礦井提升、運輸、通風、排水和動力供應等生產系統(tǒng)。這些用于開拓的井下巷道的形式、數量、位置及其相互聯系和配合稱為開拓方式。合理的開拓方式，需要對技術可行的幾種開拓方式進行技術經濟比較，才能確定。井田開拓主要研究如何布置開拓巷道等問題，具體有下列幾個問題需認真研究。1） 確定井筒的形式、數目和配置，合理選擇井筒及工業(yè)場地的位置；2） 合理確定開采水平的數目和位置；3） 布置大巷及井底車場；4） 確定礦井開采順序，做好開采水平的接替；5） 進行礦井開拓延深、深部開拓及技術改造；6） 合理確定礦井通風、運輸及供電系統(tǒng)。確定開拓問題，需根據國家政策，綜合考慮地質、開采技術等諸多條件，經全面比較后才能確定合理的方案。在解決開拓問題時，應遵循下列原則：1） 貫徹執(zhí)行國家有關煤炭工業(yè)的技術政策，為早出煤、出好煤高產高效創(chuàng)造條件。在保證生產可靠和安全的條件下減少開拓工程量；尤其是初期建設工程量，節(jié)約基建投資，加快礦井建設。2） 合理集中開拓部署，簡化生產系統(tǒng)，避免生產分散，做到合理集中生產。3） 合理開發(fā)國家資源，減少煤炭損失。4） 必須貫徹執(zhí)行煤礦安全生產的有關規(guī)定。要建立完善的通風、運輸、供電系統(tǒng)，創(chuàng)造良好的生產條件，減少巷道維護量，使主要巷道經常保持良好狀態(tài)。5） 要適應當前國家的技術水平和設備供應情況，并為采用新技術、新工藝、發(fā)展采煤機械化、綜掘機械化、自動化創(chuàng)造條件。6） 根據用戶需要，應照顧到不同煤質、煤種的煤層分別開采，以及其它有益礦物的綜合開采。4.1.1確定井筒形式、數目、位置及坐標1）井筒形式的確定井筒形式有三種：平硐、斜井、立井。一般情況下，平硐最簡單，斜井次之，立井最復雜。平硐開拓受地形跡埋藏條件限制，只有在地形條件合適，煤層賦存較高的山嶺、丘陵或溝谷地區(qū)，且便于布置工業(yè)場地和引進鐵路，上山部分儲量大致能滿足同類井型水平服務年限要求。斜井開拓與立井開拓相比：井筒施工工藝、施工設備與工序比較簡單，掘進速度快，井筒施工單價低，初期投資少；地面工業(yè)建筑、井筒裝備、井底車場及硐室都比立井簡單，井筒延伸施工方便，對生產干擾少，不易受底板含水層的威脅；主提升膠帶化有相當大的提升能力，可滿足特大型礦井主提升的需要；斜井井筒可作為安全出口，井下一旦發(fā)生透水事故等，人員可迅速從井筒撤離。缺點是：斜井井筒長輔助提升能力少，提升深度有限；通風路線長、阻力大、管線長度大；斜井井筒通過富含水層、流沙層施工技術復雜。立井開拓不受煤層傾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然條件的限制，在采深相同的的條件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，對輔助提升特別有利，井筒斷面大，可滿足高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井需風量的要求，且阻力小，對深井開拓極為有利；當表土層為富含水層或流沙層時，立井井筒比斜井容易施工；對地質構造和煤層產狀均特別復雜的井田，能兼顧深部和淺部不同產狀的煤層。主要缺點是立井井筒施工技術復雜，需用設備多，要求有較高的技術水平，井筒裝備復雜，掘進速度慢，基本建設投資大。本礦井煤層傾角小，平均7，為近水平煤層；水文地質情況比較簡單，涌水量較小，地勢平坦；但煤層埋深較大，因此只能采用立井開拓。2）井筒位置的確定井筒位置的確定原則：有利于第一水平的開采，并兼顧其他水平，有利于井底車場和主要運輸大巷的布置，石門工程量少；有利于首采區(qū)布置在井筒附近的富煤階段，首采區(qū)少遷村或不遷村；井田兩翼儲量基本平衡；井筒不宜穿過厚表土層、厚含水層、斷層破碎帶、煤與瓦斯突出煤層或軟弱巖層；工業(yè)廣場應充分利用地形，有良好的工程地質條件，且避開高山、低洼和采空區(qū)，不受崖崩滑坡和洪水威脅；工業(yè)廣場宜少占耕地，少壓煤；距水源、電源較近，礦井鐵路專用線短，道路布置合理。綜合考慮以上各方面原因，經方案比較確定主、副井筒位置在井田中央。4.1.2工業(yè)場地的位置工業(yè)場地的位置選擇在主、副井井口附近，即井田淺部靠上的中央位置。工業(yè)場地的形狀和面積：根據工業(yè)場地占地面積規(guī)定，0.61.1公頃/10萬噸。又考慮到目前建筑逐漸高層化，所以取占地面積系數為0.67。故確定地面工業(yè)場地的占地面積為12公頃，形狀為矩形，長邊平行于井田走向，長為400 m,寬為300 m。4.1.3開采水平的確定及采采區(qū)劃分井田主采煤層為二2煤層，二2煤層平緩，傾角為021，平均為7，由于井田面積相對較小，故設計為單水平開采。4.1.4主要開拓巷道二2煤層平均厚度為7.13m，賦存穩(wěn)定，底板起伏不大，為緩傾斜煤層，煤層厚度大，服務年限長。故礦井開拓大巷布置在煤層底板的巖層中，留大煤柱護巷，大巷間距30 m。大巷位于井田中央，沿走向布置，按35的坡度布置。4.1.5方案比較1）提出方案方案一:立井兩水平直接延深，一水平大巷位于-450m，二水平大巷位于-750m，一二兩水平均布置上下山采區(qū)進行煤炭回采。方案二：立井兩水平暗斜井延深，一水平大巷位于-450m，二水平大巷位于-750m，一二兩水平均布置上下山采區(qū)進行煤炭回采。方案三：立井兩水平直接延深。一水平大巷位于-400m，二水平大巷位于-800m，一水平布置上山采區(qū)，二水平布置上下山采區(qū)。方案四：立井兩水平暗斜井延深。一水平大巷位于-400m，二水平大巷位于-800m，一水平布置上山采區(qū)，二水平布置上下山采區(qū)。方案比較平面圖如下，圖41到44所示圖41立井兩水平直接延深上下山采區(qū) 圖42立井兩水平直接延深上下山采區(qū)圖43立井兩水平直接延深一水平上山采區(qū)圖44立井兩水平暗斜井延深一水平上山采區(qū)2）方案粗略經濟比較方案一與方案二相比，主要為二水平井筒延深方式不同。方案一采用暗立井延深，較方案一多井筒（2300m），立井井底車場，以及相應增加運輸，提升，排水費用。方案二采用暗斜井延深，較方案一多暗斜井井筒（2971,18），暗斜井井底車場，以及增加相應的運輸，排水費用。表4-1 方案一與方案二粗略經濟比較方案方案一方案二基建費立井開鑿23003000180.00 主暗斜井開鑿9711050104.48 石門開鑿101980081.52 副暗斜井開鑿9711150114.43 井底車場100090090.00 上下斜井車場(300+500)90072.00 小計351.52 小計290.90 生產費立井提升1.279330.50.854045.83 暗斜井提升1.279330.870.483975.38 石門運輸1.279330.81.0197760.38 立井提升1.279330.401.023884.00 立井排水200876069.70.15251862.24 排水（斜立井）200876069.7(0.063+0.127)2320.17 小計13668.45 小計12499.73 總計費用14019.97 費用12790.63 百分率110%百分率100%方案三與方案四相比，主要為二水平井筒延深方式不同。方案一采用暗立井延深，較方案一多井筒（2400m），石門長度（1019m）立井井底車場，以及相應增加運輸，提升，排水費用。方案二采用暗斜井延深，較方案一多暗斜井井筒（21295,18），暗斜井井底車場，以及增加相應的運輸，排水費用。表2方案一與方案二粗略經濟比較3）開拓方案詳細經濟比較經粗略經濟比較后，顯示方案一與方案三即二水平延深方式采用暗立井延深的兩個方案在基建費用、生產費用兩方面，費用較大，故排除。取方案二與方案四進行詳細的經濟比較。 方案而與方案四主要區(qū)別建井工程量、生產經營工程量、生產經營費基建費、和經濟比較結果，分別計算匯總于下列表中：見表42。表4-2 方案三與方案四粗略經濟比較總煤量項目方案二方案四運輸提升/萬tkm工程量工程量立井提升(前期)1.2176660.48479.681.2176660.459539.64后期1.2101201.29515726.481.279320.9719242.3664石門運輸(前期)1.20.26675462408.68321.20.26679342532.5328后期0000排水(前期)200243650.429.82088.384200243650.431.32193.504后期200243650.439.92796.192200243650.438.42691.072經粗略經濟比較可知，方案二與方案四的費用相對較小，故對方案二與方案四生產費用經營費用等進行詳細經濟比較。表4-3 方案二與方案四詳細生產經營費用比較生產經營費方案二方案四工程量/km單價/元/m費用/萬元工程量/m單價/元/m費用/萬元立井提升一水平8479.681.613567.4889539.641.615263.42二水平15726.480.8513367.5089242.3660.857856.011石門運輸一水平2408.68320.4963.473282532.5330.41013.013二水平00.4000.40排水一水平2088.3840.4835.35362193.5040.4877.4016二水平2796.1920.41118.47682691.0720.41076.429合計29852.326086.28表4-4 方案二與方案四建井工程量建井工程量項目方案 方案二方案四前期主井井筒/m300+20400+20副井井筒/m300+5400+5井底車場/m500500主石門/m266266后期主井井筒/m1295971副井井筒/m1295971井底車場/m300300大巷/m17662425表4-5 方案二與方案四基建費用表基建費用表項目方案方案二方案四工程量/m單價/萬元/m費用/萬元工程量/m單價/萬元/m費用/萬元初期主井井筒/m3200.9967318.9444200.9967418.614副井井筒/m3051.2454379.8474051.2454504.3