永華二礦90萬噸安全通風設計畢業(yè)設計

1、永華二礦90萬噸安全通風設計1 礦區(qū)概述及井田地質特征1.1礦區(qū)概述1.1.1位置與交通永華能源有限公司二礦（即焦村煤礦）位于偃師市緱氏鄉(xiāng)境內(nèi)，北距偃師市區(qū)32km，井田屬于偃龍礦區(qū)郭村井田一部分。二礦與偃師市區(qū)之間有柏油公路相連，井田深部工廣位于公路西測240m。沿該公路向北10km可在顧縣與鄭洛公路相交，向北約5km在侯氏鎮(zhèn)與207國道相連，向南10km與鄭州至少林寺高速相連，交通便利。詳見交通位置圖1-1：圖1-1 礦區(qū)交通位置圖1.1.2地形地貌及水系礦區(qū)位于嵩山山脈北麓的山前平原區(qū)，全區(qū)多被第四系覆蓋，僅有零星基巖出露，地表南北向沖溝發(fā)育，總體地勢南高北低，最高點位于礦區(qū)4001孔南

2、礦區(qū)邊界處，標高279.5m，最低點位于礦區(qū)石家寨北礦區(qū)邊界處，標高174.4m，相對高差105.1m。本區(qū)屬黃河流域伊河水系。伊河位于礦區(qū)外圍北部，發(fā)源于欒川縣西部的伏牛山區(qū)，經(jīng)嵩縣、伊川、洛陽，向北東至偃師市岳灘境內(nèi)與洛河匯合后稱伊洛河，東流至鞏義市東北的神堤渡口注入黃河。區(qū)內(nèi)無河流，僅有沖溝形成的溪流（鐵窯河等），雨天有水，雨后即干。雨季洪流沿沖溝由南向北排泄，最終注入伊河。區(qū)內(nèi)無大型水庫，地表水體主要為沖溝筑壩形成的小型水庫以及人工開挖的小水塘，這些水體的儲水來源主要為大氣降水和礦井排水匯集而成。區(qū)外南部有陸渾東一干渠由西向東蜿蜒通過1.1.3氣象礦區(qū)屬暖溫帶大陸性季風氣候，其特征是冬

3、寒夏炎，春秋多風，四季分明。年降水多集中于7、8、9三個月，據(jù)洛陽市氣象臺資料，最高氣溫44.2（1966年6月20日），最低氣溫-18.2（1969年2月1日），年平均氣溫14.5；年平均降雨量595.8mm，年平均蒸發(fā)量1907.8mm；最大凍土深度18cm，無霜期204d，最大風速21m/s。1.1.4地震根據(jù)中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（gb18306-2001），本區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震基本烈度為度。1.1.5礦區(qū)經(jīng)濟概況本區(qū)工業(yè)發(fā)展相對落后，多以采礦業(yè)為主，輔以石料廠、水泥廠。農(nóng)業(yè)以小麥、玉米等種植業(yè)為主。1.2井田地質特征1.2.1井田地層根據(jù)鉆孔揭露，地層由老到新有：寒武

4、系、中下奧陶系、中上石炭本溪組、太原組、下二疊統(tǒng)山西組、下石盒子組、上二疊統(tǒng)上石盒子組、石千峰組及第四系，如圖1-2所示。除寒武系、奧陶系地層沿礦區(qū)南部山坡邊緣廣泛出露外，其余均為零星出露。1）寒武系（）:主要為碳酸鹽巖沉積，巖性有灰?guī)r、白云質灰?guī)r及白云巖。2）中、下奧陶系（o1-2）：灰色灰?guī)r，白云巖。3）中石炭本溪組（c2b）：鐵鋁層，以鋁土礦、鋁土頁巖組成，一般厚12m。4）上石炭太原組（c3t）：為海陸交互相含煤沉積地層，根據(jù)其巖性組合特征分為三段，自下而上分為下部灰?guī)r段、中部砂巖段和上灰?guī)r段。下部灰?guī)r段一般厚24m，由煤層及石灰?guī)r、泥巖、砂質泥巖組成，含煤四層（一1一4）；中部砂巖段

5、一般厚40m，由深灰色中細粒砂巖、砂質泥巖組成夾薄層石灰?guī)r，含煤三層（一5一7）；上灰?guī)r段一般厚18m，由石灰?guī)r、黑色泥巖、砂質泥巖、中細粒砂巖組成，含煤二層（一8一9），上部l9灰?guī)r頂界與二疊系分界。5）二疊系（p）：與石炭系整合接觸，總厚820m。（1）下二疊統(tǒng)山西組（p1s）:一般厚60m,為一套過渡相為主的含煤地層，分四段。二1煤段：泥砂巖及煤層組成，一般厚17m，內(nèi)含12層煤，其中二1煤層為主要可采煤層；大占砂巖段：為長石石英砂巖，一般厚15m，為標志層之一；香炭砂巖段：長石石英砂巖、泥巖組成，一般厚31m；小紫斑泥巖段：由灰綠色泥巖、紫斑泥巖、灰色粉砂巖組成，一般厚13m。（2）下

6、二疊統(tǒng)下石盒子組（p1x）: 一般厚81m,下部砂鍋窯砂巖，厚14m，為石英砂巖，底部含小礫石和泥質包體，為標志層；上部為紫色、紫色斑塊狀泥巖、一般厚18m，含泥土質為標志層。（3）上二疊統(tǒng)上石盒子組（p2s）:本組厚度一般為568m，與下石盒子組為整合接觸，主要由暗紫色、紫色泥巖、砂質泥巖及灰白色、灰綠色粗粒砂巖組成。（4）上二疊統(tǒng)石千峰組（p2）：厚度450m，由紫紅色砂巖、泥巖、砂質泥巖組成，泥巖和砂質泥巖中含鈣質及少量鋁土質。6）新生界（cz）第四系（q）:與下伏地層呈不整合接觸，厚0200m,西厚東薄，由黃土、卵石、沙、粘土組成。1.2.2地質構造礦區(qū)位于偃龍煤田中段，位居華北板塊南

7、部的嵩箕構造區(qū)西部, 區(qū)域構造格局受南側的秦嶺大別板緣帶和東側的郯廬斷裂帶的制約，構造形態(tài)受多期構造運動疊加變形。礦區(qū)位于嵩山背斜北翼，為一緩傾斜的單斜構造形態(tài)，地層走向近東西向，傾向北，傾角1525。區(qū)內(nèi)鉆探、三維地震控制斷層共計11條，均屬正斷層，尚未發(fā)現(xiàn)褶曲構造，故區(qū)內(nèi)構造復雜程度屬中等。1）構造運動本區(qū)域曾歷經(jīng)嵩陽、呂梁、少林、加里東、印支、燕山、喜山構造運動，各時期的構造運動方向和強弱不一。而對含煤建造、聚煤作用，煤層賦存起著控制作用，主要由“加里東、印支、燕山、喜山運動”。2）主要構造特征偃龍煤田位于嵩箕構造區(qū)西部，其構造特征受區(qū)域構造格局制約。本區(qū)域歷經(jīng)多期構造疊加變形，形成當今

8、主要三種構造型式組成其基本構造格局，詳見構造綱要圖1-3：（1）東西向褶曲，本煤田位于嵩山復式背斜北翼。 （2）切割東西向褶曲北西、北東向兩組斷裂，如嵩山斷層、五指嶺斷層，礦區(qū)內(nèi)的鐵窯斷層（f19）、孫家坡斷層（f22）。 圖1-2 礦井煤系地層柱狀圖（3）疊加東西向褶曲之上軸向北西，向東南撤開的弧形構造及滑動構造，如東部嵩山井田嵩山滑動構造。（4）地層沉積特征地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)豫西地層分區(qū)嵩箕地層小區(qū)，區(qū)內(nèi)地層由太古界至新生界。其中古生界奧陶系末期，由于加里東運動，地殼抬升，缺失志留系、泥盆系、石炭系下統(tǒng)和中統(tǒng)；中生界三疊系末期，由印支、燕山運動地殼抬升，缺失侏羅系、白堊系地層，其余均有沉

9、積。圖1-3 構造綱要圖1.2.3井田的水文地質特征偃龍礦區(qū)南緣的嵩山、玉帶山為黃河與淮河的分水嶺，礦區(qū)處于分水嶺北側的斜坡地帶，雨季大氣降水流向北注入伊洛河，屬黃河流域。煤系地層上部被第三、四系松散地層覆蓋，間接接受大氣降水補給，地下水流向西北。1）主要含、隔水層（1）第三、四系砂礫石含水層主要由砂、礫石組成，第四系砂礫石含水性強，單位涌水量o.02174.2451m/s，滲透系數(shù)o18562.1m/d，水位深度9.9532.8m，是民井取水的主要水源。第三系底部的礫石，含水性較弱。（2）二1煤頂板砂巖含水層由山西組的大占砂巖和下石盒子組的砂鍋窯砂巖組成，大占砂巖厚1020m，砂鍋窯砂巖厚1

10、030m，砂巖均為裂隙承壓水，但含水性弱，是二1煤頂板直接充水含水層，易于疏排。（3）二1煤層底板隔水層介于二1煤層與太原群上段灰?guī)r之間，巖性由泥巖、砂質泥巖組成，厚520m，一般8.43m，其層位穩(wěn)定，有一定隔水能力。（4）太原群上段灰?guī)r含水層由l6l8灰?guī)r組成，其中l(wèi)7灰?guī)r發(fā)育完整，厚度大，層位穩(wěn)定，一般厚512m，平均7m左右。全區(qū)（偏橋、郭村、夾溝）共有134個鉆孔揭露該含水層，僅8個孔漏水，占5.97%，含水性極不均一。該含水層含水較弱，單位涌水量o0040.9641m/s，距二1煤層底板20m左右，是二1煤層底板直接充水含水層。（5）太原群下段灰?guī)r含水層由l1l4灰?guī)r組成，厚度10

11、18m，一般12m，全區(qū)46個鉆孔揭露，有9個孔漏水，占1957%。本井田范圍4902孔于孔深405406m穿見溶洞，其巖溶發(fā)育不均，含水性較上段灰?guī)r強。（6）本溪組鋁土質泥巖隔水層由鋁土巖和鋁土質泥巖組成，厚度410.8m，其層位穩(wěn)定，巖性致密，節(jié)理裂隙不發(fā)育，隔水能力強，正常情況下，可阻隔太原群灰?guī)r和中奧陶系灰?guī)r之間的水力聯(lián)系。（7）奧陶系灰?guī)r含水層由隱晶質灰?guī)r組成，揭露厚度一般46m左右，巖溶裂隙發(fā)育不均，含水性與透水性亦有差異，單位涌水量o009761.0741m3/s，滲透系數(shù)o0123.711m/d，礦區(qū)南部廣泛出露，直接受大氣降雨補給。2）水文地質條件和礦井涌水量井田水文地質條件

12、中等，主要充含水層為底板灰?guī)r巖溶裂隙承壓水。根據(jù)河南省煤田地質二隊于2009年7月提供的河南永華能源有限公司一、二、三礦涌水量預算情況說明，河南永華能源有限公司二礦正常涌水量為207m3/h，最大涌水量為306m3/h。3）井下地溫特性根據(jù)河南永華能源有限公司焦村煤礦西段二1煤層資源儲量核查報告，鉆孔測溫資料中測溫深度350560m，平均測溫深度455m，測定結果見表1-1。表1-1 地溫梯度值表6805孔6809孔深度（m）地溫梯度/100深度（m）地溫梯度/1005600.99/1003501.67/100地溫梯度值在0.99/1001.67/100m，平均地溫梯度為1.33/100m。1

13、.3煤層特征1.3.1煤層埋藏條件偃龍礦區(qū)含煤地層主要有太原群、山西組、下石盒子組及上石盒子組，屬于多煤組多煤層地區(qū)，共含煤五組13層煤，煤層總厚10.72m，含煤系數(shù)1.25%。郭村內(nèi)僅二1煤層為主要可采煤層，其它煤層均為不可采或局部可采。從井田鉆探看，構造不發(fā)育，僅在井田東部邊界有一斷層存在，沿該斷層形成了寬大的無煤區(qū)，所以斷層對開采無影響。1.3.2煤層圍巖性質如表1-2所示。根據(jù)核查區(qū)內(nèi)的鉆孔資料，二1煤層位于山西組下部，下距下二疊系石盒子組1220m，全層厚09.5m，平均厚4.5m。本區(qū)內(nèi)有2塊較大無（薄）煤帶，煤層厚度變化較大。煤層結構簡單，含夾矸一層，局部二層。夾矸厚0.20.

14、6m，巖性以炭質泥巖、泥巖和砂質泥巖。表1-2 二1煤層特征表特征名稱特征單位煤層名稱二1煤層厚度4.5m穩(wěn)定性穩(wěn)定可采性可采傾角18容重1.4t/m煤層牌號民用或動力頂板老頂巖性砂質泥巖直接頂砂巖底板直接底巖性炭質泥巖老底砂質泥巖1.3.3煤的特征1）煤的物理性質二1煤層呈深黑色，條痕黑色，玻璃光澤，具參差狀及土狀斷口，煤巖成份以亮煤為主，暗煤次之，間夾少量鏡煤線理條帶及微量絲炭，呈鑲嵌狀及條帶狀分布，宏觀煤巖類型多為半亮型。煤層多具粉狀及鱗片狀結構，層狀構造，裂隙發(fā)育，充填物多為高嶺土及碳酸鹽類礦物。2）煤的化學性質因煤巖有機物質較高，故灰分較低。二1煤平均灰分為16.87%左右，常見值在

15、1018%之間，為中灰分煤層。煤灰成分以二氧化硅和三氧化二鋁為主。原煤全硫含量較低，其變化范圍在1.00%以下，平均為0.53%左右，屬低硫煤。磷的含量在0.0010.038%之間，平均0.014%屬低、中磷煤?；曳帧⒘蚍?、磷分沿走向、傾向變化不明顯，規(guī)律性不強。3）煤種及變質特點根據(jù)對原煤可燃基揮發(fā)分和鏡煤平均最大反射率的測試結果，揮發(fā)分為3.86%。鏡煤平均最大反射率（rmax）為5.84%，煤的變質程度應屬無煙煤vii2變質階段。4）煤的可選性由于本區(qū)煤層比重大，按國際使用1.4或1.5比重液洗選，精煤回收率特低，一般洗不出精煤。5）煤的特征及工業(yè)用途根據(jù)gb575186煤炭分類標準，以

16、浮煤干燥無灰基揮發(fā)分（vdaf）值、粘結指數(shù)（g）值，膠質層最大厚度（y）值為主要指標，輔以鏡煤最大反射率值、焦渣特征，結合區(qū)域煤類分布特征以及根據(jù)煤質化驗結果綜合，二1煤層屬低中灰、低硫、低磷、低砷、高熔粉狀無煙煤，以動力和民用煤為主。6）瓦斯、煤塵、煤的自燃性根據(jù)永華二礦歷年瓦斯等級鑒定及實際瓦斯涌出情況，井田煤的瓦斯含量高，詳見表1-3：表1-3 永華二礦歷年瓦斯等級鑒定及2010年實際瓦斯涌出情況表瓦斯等級鑒定年份絕對涌出量（m3/min）相對涌出量(m3/t)瓦斯等級20062.326.09低20075.9112.78高20087.0314.11高20096.6114.75高2010

17、6.7214.87高7）煤塵、煤的自燃傾向性及煤塵爆炸危險性根據(jù)煤炭科學研究總院重慶分院于2004年對永華二礦煤樣測定結果，二1煤屬無爆炸危險性的煤層，煤層自燃等級為三類，屬不易自燃煤層。2 井田開拓2.1井田境界與可采儲量2.1.1井田境界1）本礦井東面以f22斷層為界，西面以45勘探線為界，南面以煤層露頭為界，北至-560m煤層底板等高線。劃定范圍走向長約4.2km，傾斜寬度3.6km，面積約15.12km2。2）礦井工業(yè)儲量的計算：礦井工業(yè)儲量是指地質勘探工作根據(jù)煤層的可采厚度和質量指標確定為符合開采條件的儲量，可用下式表示：zgsmr （2-1）式中：zg礦井的工業(yè)儲量； s 井田的傾

18、斜面積，15.12km2； m 煤層的厚度，4.5m； r 煤的容重，1.40t/m3；則：zg=15.1210000004.51.4=95.256 mt2.1.2可采儲量1）工業(yè)廣場煤柱礦井設計生產(chǎn)能力為90萬噸/年，取工業(yè)廣場的尺寸為300m500m的長方形。煤層的平均傾角為18，工業(yè)廣場的中心處埋藏深度為560m，主井、副井、地表建筑物均布置在工業(yè)廣場內(nèi)。工業(yè)廣場按i級保護留維護帶，寬度為20m。本礦井的地質條件、沖積層和基巖層移動角見表2-1。表2-1 巖層移動角廣場中心深度（m）煤層傾角（）煤層厚度（m）沖擊層厚度（m）（）（）（）（）560184.51845757560根據(jù)上述以知

19、條件，畫出如圖2-1所示的工業(yè)廣場保護煤柱的尺寸： 圖2-1 工業(yè)廣場保護煤柱保護煤柱梯形面積為：s =(上寬+下寬)高/(2cos18) =717856.52m2 (2-2)工業(yè)廣場的煤柱量為： zi=smr (2-3)式中： zi工業(yè)廣場煤柱量； s 工業(yè)廣場壓煤面積，717856.52 m2； m 煤層厚度，4.5m； r 煤的容重， 1.4t/m3。則： zi=717856.524.51.410-4= 4.522mt2）斷層煤柱本礦井內(nèi)只有井田東部邊界有f22斷層。根據(jù)采礦工程設計手冊推薦，防水煤柱寬度按如下經(jīng)驗公式推算： （2-4）式中 l煤柱寬度,m m煤層厚度或采高, 4.5m

20、p隔水層所承受的水壓,取23mpa kp煤的抗張強度,取0.2mpa a安全系數(shù)（2.55），設計取3。經(jīng)計算，l7090m。由于f22斷層處于無（薄）煤帶，故f22斷層不壓煤。3）井田邊界煤柱按煤炭工業(yè)設計規(guī)范規(guī)定，礦井邊界煤柱要留設2040 m,與其它礦井相鄰時留設20 m煤柱，無相鄰時留設40 m煤柱，遇有斷層等構造須留設2040 m煤柱。設計井田邊界煤柱留設20m寬。邊界煤柱可按下列公式計算： z=lbmr (2-5) 其中： z邊界煤柱損失量； l邊界煤柱長度；22.3m b邊界煤柱寬度；20m m煤層厚度；4.5m r煤的容重；1.4t/m3則井田的邊界煤柱為： 22.3204.5

21、1.410310-4=2.8098mt表2-2 煤柱留設方法名 稱留 設 方 法工業(yè)廣場根據(jù)建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱與壓煤開采規(guī)程第72條：工業(yè)廣場維護帶寬度為15m井田邊界邊界煤柱20m大 巷大巷煤柱每側45m4）礦井可采儲量（zk）：礦井的可采儲量按下式計算： zk=(zg-p)c (2-6)其中： zk礦井的可采儲量； zg礦井的工業(yè)儲量； 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； c采區(qū)采出率，厚煤層不小于0.75；中厚煤層不小于0.8；薄煤層小于0.85；地方小煤礦不小于0.7。本設計取0.8。計算得：zk =（9525.6-452.2-28

22、0.98）0.8=70.339mt2.1.3礦井設計生產(chǎn)能力及服務年限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(chǎn)能力按年工作日330天計算，“三八”制作業(yè)(兩班生產(chǎn)，一班檢修)，每日兩班出煤，凈提升時間為16h。2）礦井設計生產(chǎn)能力根據(jù)井田的儲量和煤層賦存情況及開采技術條件，通過分析確定設計礦井生產(chǎn)能力為0.90mt/a。3）礦井服務年限永華二礦設計生產(chǎn)能力90萬t/a，儲量備用系數(shù)取k=1.4，礦井服務年限計算如下： t=zk/(ak)=55.8a （2-7） 式中： 礦井的服務年限，a； 礦井的可采儲量，mt； 礦井儲量備

23、用系數(shù)，取1.4； 礦井年生產(chǎn)能力，萬t/a。 根據(jù)礦井設計生產(chǎn)能力，考慮1.4的儲量備用系數(shù)，礦井服務年限55.8a50a,服務年限符合煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范要求。 表2-3 礦井及第一開采水平設計服務年限礦井設計生產(chǎn)能力()礦井設計服務年限()第一開采水平設計服務年限()252545453.0及以上607030351.22.450602530202515200.450.940502025152010152.2井田開拓2.2.1井田開拓的基本問題井田開拓是指在井田范圍內(nèi)，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(chǎn)系統(tǒng)。這些用于開拓的井下巷道的形

24、式、數(shù)量、位置及其相互聯(lián)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(jīng)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(shù)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(shù)目和位置；（3）布置大巷及井底車場；（4）確定礦井開采程序，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(jù)國家政策，綜合考慮地質、開采技術等諸多條件，經(jīng)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

25、業(yè)的技術政策，為早出煤、出好煤高產(chǎn)高效創(chuàng)造條件。在保證生產(chǎn)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(chǎn)系統(tǒng)，避免生產(chǎn)分散，做到合理集中生產(chǎn)。（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(chǎn)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(chǎn)條件，減少巷道維護量，使主要巷道經(jīng)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(jù)用戶需要，應照顧到不同媒質、煤種的煤層分別開采，以及其它有益礦物的綜合開采。1)確定井

26、筒形式、數(shù)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(chǎn)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

27、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(chǎn)狀均特別復雜的井田，能兼顧深部和淺部不同產(chǎn)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

28、本建設投資大。本井田煤層走向較短，傾向較長，埋藏深度-560m。井田瓦斯比較大，對開拓方式的選擇影響較大。井田地表南北向沖溝發(fā)育，總體地勢南高北低，最高點位于礦區(qū)4001孔南礦區(qū)邊界處，標高279.5m，最低點位于礦區(qū)石家寨北礦區(qū)邊界處，標高174.4m，相對高差105.1m。綜上所述，設計采用立井開拓，而且立井開拓提升速度快，提升能力大，對輔助運輸有利，并且通風端面大，風阻小，所以立井比較符合設計要求。 （2）井筒位置的確定選擇井筒位置時要考慮以下主要原則：1）有利于井下合理開采2）有利于礦井初期開采3）盡量不壓煤或少壓煤4）有利于掘進與維護5）便于布置地面工業(yè)場地綜上和礦井概況，主副井筒和

29、進風井位置設計在井田中央，回風井位于井田走向中央的上部邊界。2）工業(yè)場地的位置、形狀和面積工業(yè)場地的位置選擇在主、副井井口附近，即井田中央。工業(yè)場地的形狀和面積：根據(jù)工業(yè)場地占地面積指標，確定地面工業(yè)場地的占地面積為15公頃，即0.15 km2。形狀為矩形，長邊平行于井田走向，長為500m，寬為300m。工業(yè)廣場形式與面積見前一節(jié)相關內(nèi)容（圖2-1）。3）開采水平的確定及采區(qū)劃分井田主采煤層為二1煤層，設計中只針對二1煤層，其它煤層均為不可采或局部可采。二1煤層屬緩斜煤層，平均傾角為18，埋藏深度達-560m，在井田南面以露頭線為界，最高點位于礦區(qū)4001孔南礦區(qū)邊界處，標高279.5m，最低

30、點位于礦區(qū)石家寨北礦區(qū)邊界處，標高174.4m，相對高差105.1m。根據(jù)煤炭工業(yè)設計規(guī)范規(guī)定，緩傾斜、傾斜煤層的階段垂高為150-250m。根據(jù)本井田由于煤層的賦存狀況，采用二個開采水平，上下山開采方式。一水平上設輔助水平布置盤區(qū)大巷，布置一個盤區(qū)，上山部分走向較短劃分為兩個采區(qū)，二水平劃分為兩個帶區(qū)。4）運輸大巷和井底車場的布置二1煤層平均厚度為4.5m，賦存穩(wěn)定，底板起伏不大，為緩傾斜煤層，煤層變體不大，且煤質較好，但由于本礦井走向較短，故一水平不布置主要運輸大巷，二水平暗斜井下部設主要運輸大巷，兩條運輸大巷均布置在煤層底板巖石中，回風大巷在煤層中沿煤層地板走向布置。設計確定布置兩條大巷

31、，一條膠帶輸送機大巷，一條輔助運輸大巷。其中膠帶輸送機大巷擔負礦井煤炭運輸任務；輔助運輸大巷擔負礦井材料、人員、設備等運輸任務。根據(jù)礦井開拓方式，主斜井、副斜井和大巷的相對位置關系，確定為環(huán)繞式井底車場。5）開拓方案（1）提出方案：根據(jù)以上分析，現(xiàn)提出以下四種在技術上可行的開拓方案，分述如下：方案比較示意圖見(圖2-2)。方案一：立井單水平開拓(暗斜井延伸至-450m)主、副井的井筒均為立井，布置在井田的中部，井口標高為+176m，井筒直接至一水平，標高為-350m，不布置大巷，通過石門與采區(qū)上山連接，井底車場為環(huán)式車場。暗斜井延深至-450m，布置大巷，采用帶區(qū)式開采，皮帶和軌道運輸大巷在煤

32、層底板巖石中，回風大巷布置在煤層中，大巷沿煤層走向布置。如（a）所示。方案二：立井單水平開拓(暗斜井延伸至-560m)主、副井的井筒均為立井，布置在井田的中部，井口標高為+176m，井筒直接延伸至一水平，標高為-350m，不布置大巷，通過石門與采區(qū)上山連接，井底車場為環(huán)式車場。暗斜井延深至-560m，不布置大巷，采用采區(qū)式開采。如（b）所示。方案三：立井兩水平開拓 (石門位于-100m，暗斜井延深至-560m)主、副井的井筒均為立井，布置在井田的中部，井口標高為+176m，井筒通過立井延伸至-350m后，受奧灰水威脅只能采用暗斜井延深，-350m以上為一水平，-350m至-560m為第二水平。

33、暗斜井先延深至-455m，再延深至-700m。井底車場為環(huán)式車場。不設運輸大巷。如（c）所示。方案四：立井單水平開拓 (上設輔助水平標高為-220，暗斜井延深至-560m)主、副井的井筒均為立井，布置在井田的中部，井口標高為+176m，井筒通過立井延伸至-350m后，受奧灰水威脅只能采用暗斜井延深，-350m以上為一水平，-350m至-560m為第二水平。一水平上設輔助水平，只承擔輔助運輸、排水、通風任務。暗斜井延深至-450m。井底車場為環(huán)式車場。-560m處設運輸大巷，采用帶區(qū)式開采，皮帶和軌道運輸大巷在煤層底板巖石中，回風大巷布置在煤層中，大巷沿煤層走向布置。如（d）所示。由于本礦井傾向

34、平均斜長3.6km，礦井瓦斯較大，考慮到階段垂高不能太大及現(xiàn)有的輔助運輸設備，本礦井最終采用兩水平的開采方式。 （2）技術比較方案一、二井筒形式相同。兩方案都是立井單水平開拓，上山部分分兩個上山采區(qū)開采，區(qū)別在于暗斜井延伸位置不同，采用的準備方式不同，方案一采用帶區(qū)式準備，方案二采用采區(qū)式準備。這個兩個方案的運輸距離較長。方案三、四主要區(qū)別在于方案三布置了一個上山采區(qū)，一個下山采區(qū)，下山采區(qū)底部掘進到工業(yè)廣場保護煤柱外；方案四是在一水平上設輔助水平，采用盤區(qū)式準備。另外延深位置也不同，所采用的準備方式也不同。方案三的運輸存在往返運輸，另外石門較長。技術比較上采用方案四較合理。（）（）（c） （

35、）圖2-2 a方案一；b方案二；c方案三；方案四（3）經(jīng)濟比較四個方案的建井工程量、生產(chǎn)經(jīng)營工程量、基建費、生產(chǎn)經(jīng)營費和經(jīng)濟比較結果，分別計算匯總于下列表中：見(表2-4、表2-5、表2-6、表2-7)。表2-4 方案一:立井單水平開拓項 目數(shù)量(10m)基價(元)費用(萬元)費用(萬元)基建費用(萬元)主井開鑿表土段1.806959512.53401.56基巖段50.876581389.03副井開鑿表土段1.88399915.12529.07基巖段54.0895036513.95一水平三條巖石上山巖巷293.64398701170.741170.74二水平暗斜井巖巷171.339870682

36、.97682.97一水平煤層上山煤巷291.621206618.37618.37井底車場巖巷91.233902309.19309.19一水平石門巖巷34.6633902117.50117.50二水平運輸大巷巖巷189.733902643.12643.12二水平回風大巷94.8533902321.56321.56小計4794.09生產(chǎn)費用(萬元)立井提升系數(shù)煤量(萬t)提升高度(km)基價(元/t.km)4117.161.24068.980.5271.6排水(上下山)涌水量(m3)時間(h)服務年限(年)基價(元/t.km)150876051.70.28190220.2

37、8886.83上下山運輸系數(shù)煤量(萬t)平均運距(km)基價(元/t.km)1418.451.24068.980.830.35小計8324.58合計費用(萬元)13118.67表2-5 方案二:立井單水平開拓項 目數(shù)量(10m)基價(元)費用(萬元)費用(萬元)基建費用(萬元)主井開鑿表土段1.806959512.53401.56基巖段50.876581389.03副井開鑿表土段1.88399915.12529.07基巖段54.0895036513.95一水平三條巖石上山巖巷293.6433902995.50995.50二水平暗斜井巖巷532.78339021806.231806.23一水平煤

38、層上山煤巷291.617500510.30510.30井底車場巖巷91.233902309.19309.19下山部分各石門巖巷63.833902216.29216.29上山部分石門巖巷34.6633902117.50117.50小計4885.65生產(chǎn)費用(萬元)立井提升系數(shù)煤量(萬t)提升高度(km)基價(元/t.km)4117.161.24068.980.5271.6排水(上下山)涌水量(m3)時間(h)服務年限(年)基價(元/t.km)150876051.70.28190220.28886.83上下山運輸系數(shù)煤量(萬t)平均運距(km)基價(元/t.km)1503

39、.901.24068.980.880.35小計8410.03合計費用(萬元)13295.68表2-6 方案三:立井多水平開拓項 目數(shù)量(10m)基價(元)費用(萬元)費用(萬元)基建費用(萬元)主井開鑿表土段1.806959512.53401.56基巖段50.876581389.03副井開鑿表土段1.88399915.12529.07基巖段54.0895036513.95一水平三條巖石下山巖巷99.433902336.99336.99二水平暗斜井巖巷532.78339021806.231806.23一水平煤層上山煤巷291.617500510.30510.30井底車場巖巷182.4339026

40、18.37618.37一水平石門巖巷11933902403.43403.43二水平各石門巖巷63.833902216.29216.29小計4822.25生產(chǎn)費用(萬元)立井提升系數(shù)煤量(萬t)提升高度(km)基價(元/t.km)2109.361.24068.980.271.6排水(兩水平)涌水量(m3)時間(h)服務年限(年)基價(元/t.km)150876051.70.28190220.28886.83上下山運輸系數(shù)煤量(萬t)平均運距(km)基價(元/t.km)1760.241.24068.981.030.35小計6658.58合計費用(萬元)11480.83表2

41、-7 方案四:立井多水平開拓項 目數(shù)量(10m)基價(元)費用(萬元)費用(萬元)基建費用(萬元)主井開鑿表土段1.806959512.53401.56基巖段50.876581389.03副井開鑿表土段1.88399915.12529.07基巖段54.0895036513.95一水平三條巖石上山巖巷288398701148.261148.26二水平暗斜井巖巷171.339870682.97682.97一水平煤層上山煤巷193.521206410.34410.34井底車場巖巷182.433902618.37618.37一水平石門巖巷94.533902320.37320.37二水平運輸大巷巖巷18

42、9.733902643.12643.12二水平回風大巷煤巷94.8517500165.99165.99小計4920.05生產(chǎn)費用(萬元)立井提升系數(shù)煤量(萬t)提升高度(km)基價(元/t.km)3046.851.24068.980.391.6排水涌水量(m3)時間(h)服務年限(年)基價(元/t.km)150876051.70.28190220.28886.83上下山運輸系數(shù)煤量(萬t)平均運距(km)基價(元/t.km)1418.451.24068.980.830.35小計7254.28合計費用(萬元)12174.33方案四比方案三的費用多，但不超過10%，故最終

43、選用方案四，即選用立井二水平開拓。2.2.2礦井基本巷道1）井筒礦井共有4個井筒，分別為主立井、副立井、西回風立井、中央回風立井。（1）主井主井井筒采用立井形式，圓形斷面，凈直徑為5m，凈斷面面積19.63m2，井筒內(nèi)裝備兩對12噸長形箕斗，井壁采用混凝土砌碹厚450mm，充填混凝土厚50mm。此外，還布置有檢修道、動力電纜、照明電纜、通訊信號電纜、人行臺階等設施。主井井筒斷面和井筒特征表見(圖2-7，表2-12)。 （2）副井副井井筒采用立井形式，圓形斷面，凈直徑為6m，凈斷面面積為28.26m2，井筒內(nèi)裝備一對1.0噸礦車雙層四車加寬罐籠一對，井壁采用混凝土砌碹支護方式，井筒主要用于提料、

44、運人、提升設備、矸石等。采用金屬罐道梁，行鋼組合罐道，端面布置，罐道梁采用通梁式布置方式。副井內(nèi)除裝備罐籠外，還設有梯子間作為安全出口，并設有管子道、電纜道。副井井筒斷面和井筒特征表分別見(圖2-8， 表2-13)。（3）風井風井井筒采用立井形式，圓形斷面，凈直徑為5m，凈斷面面積為19.63m2，采用混凝土支護方式，井壁厚度為400mm，備有安全出口。風井井筒斷面和井筒特征表分別見(圖2-9， 表2-14)。（4）風速驗算所選定的主、副井作為進風井，風井作為回風井，其斷面的大小必須符合風速要求。由第九章礦井通風與安全的風速驗算可知，所選擇的井筒符合風速要求。2）井底車場及硐室從礦車在井底車場

45、內(nèi)的運行特點看，井底車場有兩大類，即環(huán)形式和折反式。本礦井設計年產(chǎn)量為90萬噸，設專門運煤上山、運煤石門或運煤大巷，均采用皮帶運煤。井底車場只為輔助運輸服務。因此選用環(huán)形式井底車場，為里保證礦井生產(chǎn)及安全的需要，一般井底車場設有各種硐室。井底車場線路布置及調(diào)車方式見(圖2-3)。（1）副井進出車線長度驗算 l =mnlk+nlj+ lf (2-8)式中: l主井空重車線長度或副井進出線長度，m； m列車數(shù)目，列； n每列車的礦車數(shù)，按列車組成計算確定，其一般值見下表2-8，輛； lk每列礦車帶緩沖器的長度，m； lj每臺機車的長度，m； lf附加長度一般取10m。由式(2-8)知 l =1.5

46、152.0+14.5+10=59.5m。表2-8 列車牽引的礦車數(shù)機車粘重固定礦車(t)底卸式礦車(t)1.01.53.03.05.0單機7t架線式30-3514-1612-158t蓄電池式20-2512-161410t架線式3417-1915-1714t架線式29-3426-30雙機10t架線式20-3020-22礦井為立井開拓，煤炭由主井箕斗運至地面；物料經(jīng)副井運至井底車場，在井底車場換裝，由電機車運到采區(qū)；矸石由輔助運輸?shù)囊粐嵭≤?，用電機車拉到井底車場，由副井的罐籠提升到地面。（1）井底車場的形式和布置方式根據(jù)礦井開拓方式，主斜井、副斜井和大巷的相對位置關系，確定為環(huán)繞式井底車場，副斜井

47、、井底車場鋪軌以礦車輔助運輸，。井底車場布置如圖2-3。（2）空重車線長度井底車場空、重車線調(diào)車線長度按1.5倍列車長度考慮，一列礦車為12個車廂，采用1t固定箱式礦車，型號為mgc1.1-6a外形尺寸(長寬高)20008801150(mm)，取調(diào)車線長度為70m。（3）調(diào)車方式電機車牽引重列車駛入車場調(diào)車線，電機車摘鉤，駛過道岔，經(jīng)過錯車線，再經(jīng)過一個道岔繞到列車尾部，將列車頂入副井重車線。然后，電機車經(jīng)過繞道，進入副井空車線，牽引列車駛向采區(qū)，這種方式稱為頂推式。（4）硐室井底車場硐室主要有：井底換裝站、井底煤倉、主變電所、主排水泵房、消防材料庫井底清理斜巷、水倉、調(diào)度室、等候室、保健室、

48、機頭硐室聯(lián)絡巷等。（5）井底煤倉井底煤倉的有效容量可按下式計算：qmc=(0.15-0.25)amc (2-9)式中： qmc井底煤倉有效容積，t； amc礦井設計日產(chǎn)量，t；0.150.25系數(shù)。大型礦井取小值，中型礦井取大值。本礦井可取0.25，礦井設計的日產(chǎn)量為2727.3t，則需要井底煤倉的有效容量為： qmc=0.252727.3=545.46t可得煤倉容積為389.6m3，取煤倉直徑為5m，則有效高度為20m主井井底煤倉為一傾斜圓斷面煤倉，坐落于主井底段，煤倉直徑為5m，有效裝煤高度為，經(jīng)計算煤倉容量為1483t。煤倉采用上裝式布置，通過檢修清理斜巷清理。水倉布置在井底車場重車線的一側，水倉開口在重車調(diào)車線中部，礦井正常涌水量為270m3/h，最大涌水量為306m3/h，所需水倉的容量為：q0=3068=2448(m3)根據(jù)水倉的布置要求，水倉的容量為: q=sl (2-10)式中: q水倉容量，m3； s水倉有效斷面積，10.5m2； l水倉長度，317m；則 q=10.5308=3234m3由上面計算得知：qq0，故設計的水倉容量滿足要求。水倉采用水倉清理機清理。井底車場車場巷道及硐室除煤倉、裝卸載硐室等采用現(xiàn)澆混凝土支護外，采用錨噴支護，遇圍巖破碎的地方加金屬網(wǎng)支護。圖2-3 井底車場布置圖3）主要開拓巷道