安全工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計

1、華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計設(shè)計總說明本設(shè)計包括兩個部分：一般部分和專題部分。一般部分為呂家坨八礦新井設(shè)計，全篇共分為十個部分：礦區(qū)概述及地質(zhì)特征、井田境界及儲量、礦井工作制度、設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限、井田開拓、準備方式帶區(qū)式巷道布置、采煤方法、井下運輸、礦井提升、礦井通風(fēng)與安全和設(shè)計礦井主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。江氏煤業(yè)有限公司位于河北省唐山市。礦井平均走向長度約為4.48km，平均傾斜長度約為3.4 km，面積25.86平方公里。本井田內(nèi)的可采煤層有7層煤、8層煤，厚度分別為3 m、2 m，總厚度為5 m。傾角平均為8度，為緩傾斜中厚煤層。井田內(nèi)工業(yè)儲量1.927108t，可采儲量1.4564108t。呂

2、家坨八礦年設(shè)計生產(chǎn)能力150萬t/a，服務(wù)年限69年。采用立井單水平上下山的開拓方式：第一水平標(biāo)高-1230 m。礦井采用走向長壁綜合機械化采煤法。礦井布置一個綜采工作面保證全礦井的產(chǎn)量，長度250 m，煤在運輸大巷的運輸采用皮帶運輸。礦井的通風(fēng)方式采用中央并列式通風(fēng)。專題部分為煤與瓦斯共采技術(shù)研究。煤與瓦斯共采是為解決我國煤層瓦斯賦存的低壓力、低滲透性和低飽和性等特點導(dǎo)致的開采難題而提出的新技術(shù)體系, 其目的是實現(xiàn)煤炭與瓦斯雙能源的共同開采。文章在介紹煤與瓦斯共采技術(shù)體系的基礎(chǔ)上, 分析了煤與瓦斯共采技術(shù)體系的核心問題, 指出了實現(xiàn)煤與瓦斯共采需要解決的三大關(guān)鍵理論問題, 并簡要介紹了國內(nèi)煤

3、與瓦斯共采研究領(lǐng)域取得的主要成果,最后對煤與瓦斯共采技術(shù)體系的前景進行了展望。關(guān)鍵詞：開拓方式；立井；兩水平；走向長壁；綜采；采區(qū)式；煤與瓦斯共采；關(guān)鍵理論問題；研究現(xiàn)狀he Brief Introduction of the DesignThe design includes two parts : the general part and special subject part. The general part is a new design for lvjiatuo mine, the text is divided into 10 sections : Overview of mi

4、ne and geological features, Mine realm and reserves, mine system design and production, mine exploration, mining area roadway layout, mining method, Underground transport, upgrading mine, and mine ventilation and mine safety technology major economic indicators. The lvjiatuo coalfield locates in the

5、 city of tangshan in hebei Province. The average strike length of the coalfield is 4.48 km. The inclination length of the coalfield is 3.4 km with an area of 25.86 square kilometers. There are two coal seams in this coalfield, No.7 coal seam, No.8 down coal seam . Their thickness are 3 m、2 m and the

6、 total thickness is 5 m. The average angle is 8 degrees, belongs to gently inclined medium thickness seam. The industrial reserve is 192 Mt, the workable reserve is 145Mt. The annual design production capacity of lvjiatuo mine is 1.5Mt/a and the service life is 69 years. Using vertical two levels of

7、 extending the deep dark mining exploitation: the first level elevation, the upper -850 m on stage; The second level elevation, vertical -1500 m high blast-caused stage. Using to longwall mine coal comprehensive mechanized.It make a fully mechanized coal face to meet the whole mine production, the c

8、oal face is 250m, the transport equipment in the main entry is conveyor of belt.The Mine ventilation mode adopted the mining district type.The special part is Research of coal and gas co- mining.Techno logy system of coal and gas co- mining is proposed in order to solve the mining issues caused by t

9、he characteristics o f coal seam gas, such as low pressure, low permeability and low saturation, whose purpose is to achieve the common mining o f coal and gas1 Its key issue is analyzed on the based of introduction of coal and gas co- mining techno logy system, and the three major theoretical issue

10、s need to be solved is proposed in this paper1M ain achievements o f coal and gas co- mining is introduced in briefly, Application prospects o f coal and gas co- mining techno logy system is forecast.Keywords：Pioneering way; vertical shaft ; Two levels; The long wall; Mechanized; Mining district typ

11、e; coal and g as co-mining; key theoretical issue; research status1331 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征1.1礦區(qū)概況1.1.1井田位置、范圍、地形特點和交通位置呂家坨礦位于河北省唐山市古冶區(qū)境內(nèi)，西距唐山18 km，北距古冶9 km。地理坐標(biāo)為東經(jīng)11824，北緯3940。礦區(qū)交通便利。古呂錢公路南接唐港公路，北通205國道，與津唐、唐港、京沈高速公路相接；礦區(qū)鐵路專線呂古鐵路和呂陡鐵路與京山線接軌；水路運輸東有秦皇島港，西有天津新港，南有唐山港和正在建設(shè)中的曹妃甸港；水、陸交通發(fā)達，煤炭外銷十分方便。礦區(qū)地表為第四紀沖積平原，地面

12、標(biāo)高介于+22+31m之間。地形總趨勢北高南低，沙河由井田東部自東北流向西南。沙河屬季節(jié)性河流，旱季有時斷流，雨季流量較大，最高洪水位+30 m。境內(nèi)有村莊18個。主要農(nóng)作物有小麥、玉米和水稻。圖1.1 呂家坨礦交通位置圖1.1.2工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和原料及電力供應(yīng)礦區(qū)內(nèi)工業(yè)以煤炭為主，農(nóng)業(yè)主要種植小麥、玉米、水稻，間雜有果園、菜園和苗圃等。本礦井建設(shè)期間，所需要建設(shè)材料，除鋼材、木材和部分水泥、石材需由國家計劃供應(yīng)外，其它磚、砂等土產(chǎn)材料，均由當(dāng)?shù)毓?yīng)，滿足建設(shè)需要。礦區(qū)已建有110 kv區(qū)域變電所，可向本礦井供電的兩回35 kv輸電線路。1.1.3礦區(qū)氣候條件本區(qū)屬溫帶季風(fēng)區(qū)的海洋大陸性氣候。根據(jù)

13、唐山市氣象局19591999年氣象資料，歷年平均氣溫17.9，最高氣溫40.3，最低氣溫-18.3 。歷年平均降水量為708.14 mm，年最大降水量為1263.8 mm。區(qū)內(nèi)冬季多北風(fēng)，夏季多南風(fēng)，最大風(fēng)速16 m/s。冰凍期為十一月至次年三月，最大凍土深度0.27 m。1.1.4礦區(qū)水文情況礦區(qū)采用自備水源井供水，目前能夠使用的供水井共有9眼，其中黑鴨子4眼，工業(yè)廣場3眼，南小區(qū)2眼。這些井形成兩套供水系統(tǒng)，一是黑鴨子至礦區(qū)的集中管路供水系統(tǒng)，包括黑鴨子及工業(yè)廣場的水井，最大供水能力1100 m3/h，供礦生產(chǎn)和東工房、小樓生活區(qū)及黑鴨子、北安各莊、南安各莊、大安各莊、呂家坨村生活用水。二

14、是南小區(qū)獨立供水系統(tǒng)，最大供水能力100 m3/h，供小區(qū)內(nèi)居民生活用水。1.2井田地質(zhì)特征1.2.1煤系地層概述、勘探程度礦區(qū)煤系地層屬于典型的華北區(qū)石炭二疊紀含煤巖系，其上界為唐家莊組A層鐵鋁質(zhì)粘土巖頂面，下界為唐山組G層鐵鋁質(zhì)粘土巖底面。根據(jù)兩個鉆孔實際控制，煤系地層厚度分別為480.35 m和486.26 m，按分組段厚度累計，煤系地層厚度為489 m。由此可見，沉積補償作用明顯，煤系地層厚度變化不大。煤系基底為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r，本礦鉆孔揭露最大厚度為160 m，鄰區(qū)資料證實，該組厚度400 m左右，與煤系地層呈假整合接觸。礦井淺部奧灰?guī)r溶發(fā)育，深部逐漸減弱。其風(fēng)化形成的G層鐵鋁

15、質(zhì)粘土巖構(gòu)成煤系第一個標(biāo)志層。煤系地層之上為的古冶組和洼里組，從少數(shù)取芯鉆孔揭露情況看，古冶組以雜色粉、細砂巖和淺灰灰綠色粗砂巖為主，向上部紫色粉細砂巖逐漸增多。洼里組則以淺紫、暗紫和紫紅色泥巖中、粗砂巖為主，偶見淺灰色砂巖層。洼里組以河床相底礫巖底面作為與古冶組的分界面。礦區(qū)地表被第四系沖積層所覆蓋，蓋層厚度由東北向西南逐漸增厚，與基巖呈角度不整合接觸。19881998年，共施工井上下各類鉆孔78個，累計進尺10246.54 m。其中地面勘探工程有18、20、21、39、40、45、46和49號共8個補充勘探鉆孔，工程量7461.23 m。1.2.2井田地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)變動呂家坨井田位于開平向

16、斜東南翼中段，其主體構(gòu)造是呂家坨背斜。開平向斜是一賦煤向斜構(gòu)造，煤系地層為石炭二迭系。向斜軸的總體方向約NE40，北部受青龍山背斜等北西南東向構(gòu)造的影響，自古冶至唐家莊逐漸變?yōu)闁|西向，形成一弧形構(gòu)造。向斜的兩翼不對稱：西北翼巖層傾角陡，甚至局部倒轉(zhuǎn)，并伴隨出現(xiàn)了一組與向斜軸大致平行的斷層和短軸褶皺構(gòu)造。東南翼巖層傾角相對平緩，向斜邊緣出現(xiàn)兩組短軸邊幕狀褶皺，軸向與開平向斜軸直交或斜交，并沿傾伏方向逐漸消失。其中一組由杜軍莊背斜、黑鴨子向斜、呂家坨背斜、范各莊向斜、畢各莊向斜及南陽莊嶺上背斜組成；另外一組在宋家營以南，規(guī)模不如前一組。東南翼斷層的發(fā)育程度相對西北翼較低，且斷層常分布在軸部附近，方

17、向常斜交地層走向或平行褶曲的軸向，正斷層為主，逆斷層較少，落差一般小于30 m。呂家坨井田以褶皺構(gòu)造為主。井田內(nèi)自北而南依次發(fā)育有黑鴨子向斜、呂家坨背斜、范各莊向斜、畢各莊向斜、南陽莊嶺上背斜、小張各莊向斜等五個主要褶曲構(gòu)造。黑鴨子向斜軸作為呂、林井田技術(shù)邊界。呂家坨背斜為礦井的主體構(gòu)造，約占井田面積的70%，其中深部還發(fā)育有次一級的褶曲構(gòu)造。在井田南部，呂家坨背斜、畢各莊向斜、南陽莊嶺上背斜、小張各莊向斜等褶曲構(gòu)造復(fù)合，形成了董各莊盆地構(gòu)造區(qū)和王各莊馬鞍形構(gòu)造區(qū)。1.2.3井田水文地質(zhì)特征根據(jù)開灤集團公司統(tǒng)一的含水層劃分標(biāo)準，將區(qū)內(nèi)的地層劃分為七個含水層（見表1.1）。其中，、含水層對礦井涌

18、水量影響較大，為直接充水含水層，其它為間接充水含水層。各含水層抽放水試驗資料，其主要特征如下： 含水層劃分表 表1.1含水層所處層位含水層厚含水層巖性含水性水質(zhì)特征編號名稱第四系沖積層含水層組第四系沖積層34卵石，粗、中細沙弱中等上HCO3-Cl-Ca2+Mg2+下HCO3-Ca2+Mg2+古冶組砂巖含水層組二迭系上統(tǒng)古冶組130粗、中砂巖中等5煤層頂板含水層組二迭系下統(tǒng)唐家莊組190砂巖中等HCO3-SO42-Na+Ca2+7煤層頂板含水層組二迭系下統(tǒng)大苗莊組30砂巖弱HCO3-Ca2+Mg2+1214煤層砂巖含水層組石炭系上統(tǒng)趙各莊組60石灰?guī)r砂巖弱強上HCO3-Na+Ca2+下HCO3-

19、SO42-Ca2+Na+唐山灰?guī)r含水層組石炭系中統(tǒng)唐山組19石灰?guī)r中等HCO3-SO42-Ca2+Mg2+奧陶系灰?guī)r含水層組奧陶系中統(tǒng)馬家溝組420石灰?guī)r極強HCO3-Ca2+Mg2+1）直接充水含水層組（1）第含水層組（9煤層至10煤層砂巖含水層組）本含水層組位于9煤層以下4 m，層厚約60 m，巖性以中砂巖為主，巖石裂隙發(fā)育，單位涌水量0.0030.627 L/s.m，滲透系數(shù)0.014.704 m/d，礦化度0.3120.547 g/L，上部水質(zhì)為重碳酸鈉鈣型，下部為重碳酸硫酸鈣鈉型。開拓巷道多設(shè)計在此層位，每遇裂隙均有滴水或淋水出現(xiàn)，給施工帶來困難。（2）第含水層組（7煤層頂板含水層組

20、）本含水層組位于7煤層以上3 m，厚約30 m，巖性以中細砂巖為主，單位涌水量0.010.286 L/s.m，滲透系數(shù)0.11518.063 m/d，礦化度0.5050.297 g/L，水質(zhì)為重碳酸鈣鎂型。（3）第含水層組（5煤層頂板含水層組）本含水層組位于5煤層以上6 m，厚約190 m，巖性以中砂巖為主，其主要成分有石英、長石，次為巖屑、燧石等，裂隙發(fā)育，單位涌水量0.276-1.728 L/s.m，滲透系數(shù)0.91-1.37 m/d，礦化度0.2210.456 g/L，水質(zhì)為重碳酸硫酸鈉鈣型。5煤層回采后一般不易疏干。1994年，4654工作面回采過程中，最大涌水量1.58 m3/min

21、，到1997年底，該工作面涌水量穩(wěn)定在0.80 m3/min。2）礦井間接充水含水層組（1）第含水層組(奧陶系灰?guī)r含水層組)本含水層組為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組，巖性為灰灰白色厚層狀灰?guī)r，含水層平均厚度420 m，淺部巖溶、裂隙極發(fā)育。單位涌水量最大72 L/s.m，滲透系數(shù)最大167.73 m/d，富水性極強，礦化度0.1660.347 g/L，水質(zhì)為重碳酸鈣鎂型。（2）第含水層組(唐山灰?guī)r含水層組)本含水層組位于奧陶系灰?guī)r以上65 m，灰?guī)r厚1.466.14 m，單位涌水量為0.025 L/s.m，滲透系數(shù)2.59 m/d，富水性中等，水質(zhì)為重碳酸硫酸鈣鎂型。（3）第含水層組（古冶組砂巖含水層組

22、）本含水層組位于A層以上，厚約130 m，巖性以砂巖為主，局部含礫，富水性中等。（4）第含水層組（沖積層含水層組）本含水層組由卵石、粗砂、中砂、細砂組成，卵石粒徑2050 mm，磨圓度中等。此含水層平均厚度34 m，單位涌水量0.1033.68 L/s.m，滲透系數(shù)0.7510.66 m/d，富水性中等，上部水質(zhì)為重碳酸氯鈣鎂型，下部為重碳酸鈣鎂型。1.2.4地溫據(jù)詳查勘探資料，本區(qū)地溫梯度為0.94 /100 m，橫溫帶在50100 m左右，地溫變化范圍在11.5017.00 之間，屬地溫正常區(qū)。1.3煤層特征1.3.1煤層埋藏條件礦井淺部以7煤層露頭為界，深部至8煤層-1450米底板等高線

23、。平均走向長4.48km，傾斜長3.64km，面積25.86km2。井田南部-1000-1200 m為遠景開發(fā)區(qū)，走向長4.5 km，傾斜2.8 km，面積7.6 km2。1.3.2煤層群特征呂家坨井田主要開采煤層有4層，即二迭系下統(tǒng)大苗莊組的5、7、8、9煤層，其中7、8煤層為本礦井設(shè)計的可采煤層，其余煤層無開采價值。各煤層的厚度、層間距及其變化規(guī)律見表1.2。 主要開采煤層煤厚、層間距變化特征一覽表 表1.2煤層煤 層 厚 度（m）煤 層 間 距（m）最小最大變 化 規(guī) 律最小最大變 化 規(guī) 律平均平均50.063.11局部可采，可采范圍內(nèi)平均煤厚1.2813.6663.72井田東北、西南

24、、工業(yè)廣場、以及呂35孔位置間距偏大，其余區(qū)域在20-35m之間0.9970.17.01僅西北部煤厚在3m以下，個別點煤厚偏大30.683.120.1515.14井田中部間距最大，往西間距變小，往東北兩煤層合區(qū)81.253.93煤厚變化不大，井田深部個別鉆孔不可采4.521.982.6418.36間距變化不大，僅局部間距較小，規(guī)律性不強90.264.53煤厚變化較大，井田深部有2個不可采點9.561.853.0724.6間距變化大，井田中部間距小，往四周逐漸增大緩慢1.3.3煤層的圍巖性質(zhì)1）5煤層為局部可采煤層，有三塊不可采區(qū)域，分布于井田的西北、西南和中東部，其中西北、西南兩塊不可采區(qū)域都

25、分布于井田的深部，面積較小，中東部不可采區(qū)域位于礦井淺部，面積最大，約占井田面積的1/4；在可采區(qū)，大部分區(qū)域為薄煤層，在井田北部、西部及南部有三塊中厚煤層分布區(qū)，厚度一般在1.02.3 m之間。此外，在井田中央有一約37.5萬m2火成巖床侵入?yún)^(qū)，殘余煤厚僅0.20.3m，局部吞蝕全部煤層。2）7煤層為全區(qū)可采煤層，煤厚一般變化在3.04.0 m之間，井田北部呂林邊界附近煤層較薄，僅1.03.0 m，其中呂28、林63孔分別為1.21 m和1.0 m。在此區(qū)域，煤層頂板多為中砂巖或粗砂巖，分析可能受沖刷作用的影響，使煤層厚度變薄。3）8煤層基本為局部可采煤層，在呂家坨背斜淺部及深部煤層厚度較大

26、，一般在2.0m以上；在主、副井以南與錢家營井田相鄰區(qū)域一般在1.0 m以下，甚至個別地點不可采；其它區(qū)域煤層厚度一般變化在1.32.0 m之間。從林西井田自北而南延伸有一條古河流沖刷帶，殘留煤厚0.10.5 m。4）9煤層基本為全區(qū)可采煤層，在井田南部與錢家營井田相鄰區(qū)域，煤厚多在1.3 m以下，甚至個別地點不可采；井田的東北部煤層較厚，大多在4.5 m以上，個別地點可達5 m；其余區(qū)域煤層厚度一般變化在1.52.0 m之間。9煤層的突出特點是底鼓現(xiàn)象較多，常形成長約50 m寬不足20 m的底鼓區(qū)。（地質(zhì)柱狀圖見圖1.2） 煤層肉眼鑒別特征和結(jié)構(gòu)特征一覽表 表1.3煤層肉眼鑒別特征煤 層 結(jié)

27、 構(gòu)變化情況類型夾石層數(shù)夾石厚度夾石巖性對回采的影響5煤層深黑色，強玻璃光澤；以亮煤為主，條帶狀或透鏡狀構(gòu)造，質(zhì)軟性脆。復(fù)雜0-20.20.6軟泥巖或細粉砂巖隨煤采出，使原煤灰份增高，夾石較厚時，增加回采的難度。一般含一層夾石，而且多為松軟的泥巖，夾石厚時多為粉砂巖7煤層深黑色，玻璃光澤；以暗煤為主，底部有1m左右的亮煤，條帶狀或?qū)訝顦?gòu)造，硬度較大。復(fù)雜0-40.10.8含炭泥巖或粉砂巖隨煤一起采出，增加原煤灰份。一般含兩層夾石，相對來說東部不穩(wěn)定，西部穩(wěn)定且厚度大。8煤層深黑色，具光亮的玻璃光澤；以亮煤為主，次為鏡煤和暗煤，條帶狀構(gòu)造，硬度中等。簡單一般無一般不含夾石，但在二采四中區(qū)域常含一

28、層0.05m的炭質(zhì)泥巖9煤層黑色，具十分光亮的玻璃光澤，以亮煤和鏡煤為主，條帶狀、透鏡狀及層狀構(gòu)造，硬度中等復(fù)雜0-20.10.3炭質(zhì)泥巖或粉砂巖隨煤一起采出，增加原煤灰份，夾石較厚時，回采難度加大。一般含一層夾石，而且較為穩(wěn)定，僅局部為兩層，且間距較近1.3.4煤的特征1）煤質(zhì)概況根據(jù)井田開采范圍內(nèi)煤層煤樣的化驗結(jié)果和中深部鉆孔的煤芯分析資料，呂家坨礦7、8、9、煤層均屬肥煤和焦煤類，在井田淺部，煤層多屬肥煤類，在井田深部多屬焦煤類。在背斜軸部巖漿巖床和東翼巖漿巖墻附近，煤的揮發(fā)份降低，粘結(jié)性變差，煤質(zhì)多屬焦煤類，局部變?yōu)槭菝夯驘o煙煤。2）原煤分析（1）開采煤層主要煤質(zhì)指標(biāo)的等級5煤層：高灰

29、（2540）、低硫（1.52.5）、中磷（0.010.1）。7煤層：高灰（2540）、特低硫（0.5）、中磷（0.010.1）。8煤層：高灰（2540）、特低硫（0.5）、中磷（0.010.1）。9煤層：中灰（1525）、低硫（1.52.5）、中磷（0.010.1）。（2）開采煤層灰分成分及煤灰熔融性7、8、9、煤層的SiO2的含量在45%左右，5煤層略高，為52.34%，11煤層略低，為39.82%；5、7、8、9煤層的Al2O3的含量在36%左右，只是11煤層較低，為21.53%；5、7、8煤層的Fe2O3的含量都在5%以下，9、11煤層的Fe2O3的含量較高；各煤層CaO的含量均在5%以

30、下。各煤層煤灰均屬難融熔灰。（3）微量元素煤層中含有鍺、釩、鈦、鎵等微量元素，但均達不到可采品位。（4）元素分析各煤層Cr的含量均在83%89%之間，Hr的含量均在5%左右，Nr在1.2%1.9%之間。（5）工業(yè)分析各煤層的精煤灰分均在2%11.7%之間，一般不超過10%。（6）結(jié)焦性分析各煤層膠質(zhì)層厚度變化在14 mm40 mm，粘結(jié)指數(shù)變化在69102；奧亞膨脹序數(shù)6.59；焦渣特征58。3）全礦井瓦斯相對涌出量為5.526 m3/t，二氧化碳相對涌出量為5.194 m3/t,屬低瓦斯礦井。各煤層中瓦斯涌出量最大的煤層為7煤層，其相對涌出量為5.526 m3/t。瓦斯涌出不均衡，一般在構(gòu)造

31、帶附近涌出量較大。4）煤層爆炸指數(shù)： 呂家坨礦各煤層煤塵爆炸指數(shù)表 表1.4煤層水分灰分揮發(fā)分固定碳爆炸指數(shù) 爆炸危險性備注52.6426.6126.8143.9445.60有強爆72.3325.9125.3146.4535.27有強爆83.3021.8826.7648.0635.76有強爆92.4623.4024.9149.2333.60有強爆5）煤層自燃傾向性：根據(jù)鑒定結(jié)果，呂家坨礦7煤層屬于易燃煤層，8、9煤層屬于較易燃煤層，其它煤層無資料。 圖1.2呂家坨礦井田地層綜合柱狀圖2 井田境界與儲量2.1井田境界在煤田劃分為井田時，要保證各井田有合理的尺寸和境界，使煤田個部分都能得到合理的開

32、發(fā)，井田境界的劃分要符合下列原則：（1）井田范圍、儲量、煤層賦存及開采條件要與礦井生產(chǎn)能力相適應(yīng)。對生產(chǎn)能力較大的礦井，尤其是機械化程度較高的現(xiàn)代化大型礦井，應(yīng)要求井田有足夠的儲量和合理的服務(wù)年限并為礦井發(fā)展留有余地，以滿足礦井長遠發(fā)展的要求。（2）必須要保證煤田有合理尺寸。為便于合理安排井下生產(chǎn)，井田走向長度應(yīng)大于傾向長度。要結(jié)合礦井的開采技術(shù)和機械裝備情況，合理地安排井田走向長度，以保證礦井較好的經(jīng)濟效益，一般小型礦井1500m；中型礦井4000m；大型礦井7000m。（3）充分利用自然條件、地質(zhì)條件劃分井田。例如可以利用大的斷層作為井田邊界，或在河流、國家鐵路、城鎮(zhèn)等下面進行開采存在問題

33、較多或不夠經(jīng)濟需留設(shè)安全煤柱時，可以此作為井田邊界，即降低了煤柱損失又減少了技術(shù)上的困難。（4）合理規(guī)劃礦井開采范圍，處理好相鄰礦井之間的關(guān)系。劃分井田邊界時，通常把煤層傾角不大，沿傾斜很寬的煤田分成淺部和深部兩部分，一般應(yīng)先淺后深先易后難分別開發(fā)建井以節(jié)約初期投資。同時也避免淺深部井形成復(fù)雜的壓茬關(guān)系，給開采帶來困難。淺部礦井井型及范圍可比深部礦井小，但是當(dāng)需加大開發(fā)強度時應(yīng)考慮給淺部礦井發(fā)展留有余地，不使淺部礦井過早地報廢。井田賦存情況見圖2.1圖2.1 井田賦存狀況示意圖2.1.2 礦區(qū)范圍及面積 開灤集團呂家坨三礦位于河北省唐山市古冶區(qū)境內(nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)11824，北緯3940。呂家

34、坨礦北接林西礦，南、東分別與錢家營礦和范各莊礦相鄰。呂家坨井田東部、西部、南部、北部以人為劃分井田邊界線為界。礦井淺部以7煤層露頭為界，深部至8煤層-1500 m底板等高線。井田的最大走向長度為7.855 km，最小長度為0.542 km,平均長度為4.48 km。煤層的傾角最大為9.3，最小為4.6，平均為8。上述界限內(nèi)的范圍為本礦設(shè)計范圍，以此計算設(shè)計儲量。2.2礦井工業(yè)儲量井田范圍內(nèi)的煤炭儲量是礦井設(shè)計的基本依據(jù)，根據(jù)（礦井設(shè)計指南中礦大出版社 陳吉昌主編）計算礦井工業(yè)儲量。按生產(chǎn)礦井儲量管理規(guī)程規(guī)定儲量計算采用公式為：本井田煤層傾角平均為8，傾斜面積約為25.86km，可采煤層7煤平均

35、厚度為3米，煤的容重為1.49 t/m；8煤層平均厚度為2米，煤的容重為1.49 t/m。采用算術(shù)平均法，工業(yè)儲量按下式計算： Z7 = MS （公式2-1）式中：Zc礦井工業(yè)儲量, t ；M煤層煤層平均厚度,m ；S 井田面積, km ；煤的容重, t/m 。則7、8煤工業(yè)儲量分別為為Z7、Z9：Z7 = MS=325.861.49115.6Mt Z9 = MS=225.861.49=77.1Mt則煤田工業(yè)儲量為：Zg =Z7+Z9 =192.7Mt2.3礦井可采儲量2.3.1煤柱的留設(shè)礦井可采儲量=（礦井工業(yè)儲量永久煤柱損失）礦井回收率。計算礦井可采儲量時，必須要考慮以下?lián)p失：1） 工業(yè)廣

36、場保護煤柱；2） 井田境界煤柱損失；3） 采煤方法所產(chǎn)生的煤柱損失和斷層煤柱損失；4） 建筑物、河流、鐵路等壓煤損失；5） 其他損失。本井田中永久煤柱損失主要有：工業(yè)廣場保護煤柱、井田境界煤柱損失和斷層保護煤柱等。根據(jù)呂家坨礦業(yè)公司周圍礦井實際經(jīng)驗和依據(jù)建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱與壓煤開采規(guī)程之相關(guān)條款規(guī)定，部分煤柱的留設(shè)方法如下，見表2-2。名 稱留 設(shè) 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15 m井田邊界邊界煤柱20 m斷 層大斷層煤柱每側(cè)50 m較大斷層煤柱每側(cè)30m小斷層不留設(shè)煤柱大 巷大巷煤柱每側(cè)30 m 表2-2 煤柱

37、留設(shè)方法（1）井田境界煤柱本井田境界屬人為邊界，根據(jù)煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范的要求按20m留設(shè)煤柱。邊界煤柱可按下列公式計算：Zb=LbBM （公式2-2）式中，Zb邊界煤柱損失量，Mt；Lb邊界總長度，21465m；B煤柱寬度；對于7號煤層：Zb(7)LbBM=214652031.49=1.92Mt對于8號煤層：Zb(8)=LbBM=214652021.49=1.28Mt邊界煤柱總壓煤量：Zb=Zb(4)+Zb(8)=1.92+1.28=3.2Mt（2）斷層煤柱斷層保護煤柱損失按下式計算：Zd=LbBM式中，Zd斷層煤柱損失量，Mt；Ld斷層煤柱總長度，m。本井田保留三條大斷層，斷層保護煤柱損失計算

38、如下：對于煤層大斷層煤柱損失分別為Zd、Zd，斷層長度分別為14128m、5933m：ZdLdBM=320050251.49=2.38MtZdLdBM=300050251.49=2.24Mt故煤層的煤柱壓煤量為：Zd=Zd+Zd=2.38+2.24=4.62Mt（3）工業(yè)廣場煤柱按照煤礦工程設(shè)計暫行規(guī)定簡化礦井工業(yè)場地設(shè)施縮小占地，減少壓煤的要求，礦井工業(yè)場地(包括選煤廠)圍墻內(nèi)用地面積指標(biāo)如表2-3所示。表2-3 礦井工業(yè)場地圍墻內(nèi)用地面積指標(biāo)表井型（萬t/a）占地指標(biāo)（公頃/10萬噸）4006000.450.62403000.70.81201800.91.045901.21.3 設(shè)計工業(yè)廣

39、場定為長方形面積為120.9=11公頃，其尺寸長為400m寬為275m。廣場中心深度煤層傾角煤層厚度沖積層厚度mmm-12008310045757575表2-4 巖層移動角 參考煤礦特殊開采方法確定工業(yè)廣場的保護等級為級，因其保護帶的寬度為20m，應(yīng)用垂直剖面法計算工業(yè)廣場保護煤柱的留設(shè)寬度，其具體作法如圖2-2所示。經(jīng)過作圖可知工業(yè)廣場留設(shè)煤柱的形狀為梯形，計算并測得該梯形的長邊長度為595m，短邊長度為535m，高為665m。則保護煤柱的尺寸為：S=(a+b)h/（2cos8） （公式2-3）式中，S工業(yè)廣場留設(shè)梯形煤柱面積，m2； a梯形煤柱長邊，m； b梯形煤柱短邊，m； h梯形煤柱高

40、，m。圖2-2 工業(yè)廣場保護煤柱計算示意圖將數(shù)據(jù)帶入式2.3得：S =(a+b)h/（2cos8）=（595+535）665/（2cos8）=37.94104工業(yè)廣場的保護煤柱量為：Zc=SM 式中，Zc保護煤柱量,Mt。對于7號煤層，工業(yè)廣場煤柱損失為：Zc(7)=SM=37.941041.493=1.70Mt對于8號煤層，工業(yè)廣場煤柱損失為：Zc(8)=SM=37.941041.492=1.13Mt工業(yè)廣場總壓煤量：Zc=Zc(7)+Zc(8)=1.70+1.13=2.83Mt主、副、回風(fēng)井筒保護煤柱小于工業(yè)場地保護煤柱，因此，煤柱邊界以工業(yè)場地煤柱邊界圈定?？偯褐鶕p失量P=Zb+Zd+Z

41、c=3.2+4.62+2.83=10.65Mt2.3.2礦井可采儲量計算礦井可采儲量按下式計算：Z=(Zg-P)C （公式2-4）式中，Z礦井可采儲量，Mt；Zg礦井工業(yè)儲量，Mt；P各種煤柱儲量損失之和，Mt；C采區(qū)回采率，厚煤層不低于0.75，中厚煤層不低于0.80，薄煤層不低于0.85。本礦井主采煤層屬中厚煤層，因此C取0.8。則計算可采儲量為：Z=(Zg-P)C=（192.7-10.65）0.8=145.64Mt由此可得本礦井的可采儲量為145.64Mt。3 礦井工作制度、設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限3.1礦井工作制度3.1.1礦井年工作日數(shù)的確定按照煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范規(guī)定：礦井設(shè)計生產(chǎn)能

42、力按年工作日330 d計算。所以，本礦井設(shè)計年工作日數(shù)為330 d。3.1.2礦井工作制度的確定礦井工作制度設(shè)計采用“三八”工作制，即二班采煤，一班準備，每班凈工作時間為8 h。3.1.3礦井每晝夜凈提升小時數(shù)的確定按照煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范規(guī)定：礦井每晝夜凈提升時間16 h。這樣充分考慮了礦井的富裕系數(shù)，防止礦井因提升能力不足而影響礦井的增產(chǎn)或改擴建。因此本礦設(shè)計每晝夜凈提升時間為16 h。3.2礦井設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限3.2.1礦井生產(chǎn)能力的確定由于呂家坨井田范圍大，煤炭儲量豐富，地質(zhì)構(gòu)造較簡單，煤層生產(chǎn)能力大，開采技術(shù)條件好，初步確定八礦井生產(chǎn)能力為1.5Mt/a。3.2.2 校核礦井煤

43、層的開采能力是否滿足設(shè)計生產(chǎn)能力的要求礦井的開采能力取決于回采工作面和采區(qū)(帶區(qū))的生產(chǎn)能力，本礦井計劃用一個采區(qū)的一個高產(chǎn)、高效工作面保證全礦井的產(chǎn)量。主采煤層厚度3 m，容重為1.49 t/m3，工作面長度250 m，采煤機截深0.8 m，每天進6刀，一年330 d ,工作面回采率93% ，則綜放面的生產(chǎn)能力為：25030.843301.4993% 1.65Mt 1.5Mt 3.2.3礦井及第一水平服務(wù)年限的核算礦井服務(wù)年限的計算公式為： （公式3-1） 式中： T礦井的服務(wù)年限，a；Zk礦井的可采儲量，萬t；K礦井儲量備用系數(shù)，取K=1.4；A礦井設(shè)計生產(chǎn)能力，萬t/a。由第二章計算結(jié)果

44、可知：礦井可采儲量為145.64 Mt，則礦井服務(wù)年限為 T=145.64/（1.51.4）= 6960 a第一水平服務(wù)年限的計算公式為： （公式3-2）式中： T1第一水平的服務(wù)年限，a；Zk1第一水平的可采儲量，萬t；K礦井儲量備用系數(shù)，取K=1.4；A礦井設(shè)計生產(chǎn)能力，萬t/a。根據(jù)礦井開拓布置，利用塊段法計算出礦井第一水平可采儲量為87.39Mt（見圖2.2），所以第一水平的服務(wù)年限為： T1=87.39/（1.51.4）=41a30 a經(jīng)過礦井及第一水平服務(wù)年限的核算，二者均符合煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范之規(guī)定，因此最終確定礦井的生產(chǎn)能力為1.5Mt/a。4 井田開拓4.1井田開拓的基本問

45、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(fēng)、排水和動力供應(yīng)等生產(chǎn)系統(tǒng)。這些用于開拓的井下巷道的形式、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(shù)可行的幾種開拓方式進行技術(shù)經(jīng)濟比較，才能確定。本礦井開拓方式的確定，主要考慮到以下因素：1）地形起伏較大，屬于山地丘陵地區(qū)；2）煤層埋深較深，表土層不厚；3）該井田位于井坪公路西北側(cè)，交通運輸方便；4）本礦井為低瓦斯礦井。確定開拓問題，需根據(jù)國家政策，綜合考慮地質(zhì)、開采技術(shù)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(yīng)遵循下列原則：1）貫徹執(zhí)行國家有關(guān)煤炭工

46、業(yè)的技術(shù)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(shè)工程量，節(jié)約基建投資，加快礦井建設(shè)。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(guān)規(guī)定。要建立完善的通風(fēng)、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(yīng)當(dāng)前國家的技術(shù)水平和設(shè)備供應(yīng)情況，并為采用新技術(shù)、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(yīng)照顧到不同媒質(zhì)、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

47、形式、數(shù)目及位置1）井筒形式的確定一般情況下，井筒的形式有立井、斜井和平峒三種。根據(jù)各開拓方式的特點，優(yōu)先考慮順利一般為先平硐開拓再斜井開拓最后選擇立井開拓，(1)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(wù)年限要求。(2)斜井開拓與立井開拓相比：井筒施工工藝、施工設(shè)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，井筒延深施工方便，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(dāng)大的提升能力，可滿足特大型礦井主提升的

48、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，提升深度有限，輔助提升能力?。煌L(fēng)路線長、阻力大、管線長度大；斜井井筒通過富含水層、流沙層需用特殊法施工，技術(shù)比較復(fù)雜。(3)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(fēng)量的要求，且阻力小，對深井開拓極為有利；當(dāng)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(zhì)構(gòu)造和煤層產(chǎn)狀均特別復(fù)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

49、術(shù)復(fù)雜，需用設(shè)備多，要求有較高的技術(shù)水平，井筒裝備復(fù)雜，掘進速度慢，基本建設(shè)投資大。綜合呂家坨井田實際情況：表土層較厚，且風(fēng)化嚴重；地處平原，地勢平坦，地面標(biāo)高平均為+30 m左右，煤層埋藏較深，距地面垂深在-800-1450 m之間。因此，斜井及平峒均不適用于本礦。本礦井采用一對立井開拓：主立井采用箕斗提煤；副立井采用罐籠提升矸石，升降人員、設(shè)備、材料且兼作進風(fēng)井。副風(fēng)井安裝梯子間，作為一個安全出口?？紤]到呂家坨煤層埋藏深度，礦井通風(fēng)方式經(jīng)過比較后確定為中央并列式通風(fēng)（具 體比較情況見第九章），風(fēng)井安裝梯子間，作為回風(fēng)井并兼作安全出口。2）井筒位置的確定井筒是井下與地面出入的咽喉，是全礦井的

50、樞紐。井筒位置的選擇對于建井期限、基本建設(shè)投資、礦井勞動生產(chǎn)率以及噸煤生產(chǎn)成本都有重要影響，因此，井筒位置一定要合理選擇。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（1）井筒沿井田走向的有利位置當(dāng)井田形狀比較規(guī)則而儲量分布均勻時，井筒沿井田走向的有利位置應(yīng)在井田的中央；當(dāng)井田儲量分布不均勻時，井筒應(yīng)布置在井田儲量的中央，以形成兩翼儲量比較均衡的雙翼井田，可使沿井田走向的井下運輸工作量最小，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)較短，通風(fēng)阻力小。應(yīng)盡量避免井筒偏于一側(cè)，造成單翼開采的不利局面。（2）井筒沿煤層傾向的有利位置在傾向上井筒宜布置在中偏上的位置，同時考慮到減少煤損，盡量讓工業(yè)廣場保護煤柱圈住一些影響生

51、產(chǎn)的地質(zhì)構(gòu)造和斷層。2）有利于礦井初期開采選擇井筒位置要與選擇初期開采區(qū)密切結(jié)合起來，盡可能使井筒靠近淺部初期開采塊段，以減少初期井下開拓巷道工程量，節(jié)省投資和縮短建井期。3）盡量不壓煤或少壓煤確定井筒位置，要充分考慮少留井筒和工業(yè)廣場保護煤柱，做到不壓煤或少壓煤。為了保證礦井投產(chǎn)后的可靠性，在確定井筒位置時，要使地面工業(yè)場地盡量不壓首采區(qū)煤層。4）有利于掘進與維護（1）為使井筒的開掘和使用安全可靠，減少其掘進的困難及便于維護，應(yīng)使井筒通過的巖層及表土層具有較好的水文、圍巖和地質(zhì)條件。（2）為加快掘進的速度，減少掘進費用，井筒應(yīng)盡可能不通過或少通過流沙層、較厚的沖積層及較大的含水層。（3）為便

52、于井筒的掘進和維護，井筒不應(yīng)設(shè)在受地質(zhì)破壞比較劇烈的地帶及受采動影響的地區(qū)。5）井筒位置還應(yīng)使井底車場有較好的圍巖條件，便于大容積硐室的掘進和維護。6）便于布置地面工業(yè)場地井口附近要布置主、副生產(chǎn)系統(tǒng)的建筑物及引進鐵路專用線。為了便于地面系統(tǒng)之間互相聯(lián)接，以及修筑鐵路專用線與國家鐵路接軌，要求地面平坦，高差不能太大，專用線短，工程量小及有良好的技術(shù)條件，應(yīng)盡量避免穿過村鎮(zhèn)居民區(qū)、文物古跡保護區(qū)、陷落區(qū)或采空冒落區(qū)、洪水侵入?yún)^(qū)；要盡量少占農(nóng)田、果園經(jīng)濟作物區(qū)，盡量避免橋涵工程，尤其是大型橋涵隧道工程。為考慮長期運輸?shù)男熊嚢踩凸芾?，要盡量避免與公路或其他農(nóng)用道路相交，力求使接軌點位于編組站配線一

53、側(cè)。另外，井口標(biāo)高應(yīng)高于歷年的最高洪水位；還要考慮風(fēng)向的影響，防止污染。總之，選擇井筒位置要統(tǒng)籌井田全局，兼顧前期和后期、地下與地面等各方面因素。不僅要考慮有利于第一水平，還應(yīng)兼顧其他水平，適當(dāng)考慮井筒延伸的影響。根據(jù)本設(shè)計礦井的生產(chǎn)實際：產(chǎn)量為1.5Mt/a，煤層走向較長，存在煤塵爆炸及煤層自燃危險，為保證井下生產(chǎn)時有足夠的風(fēng)量并有較強的抗災(zāi)能力，本礦井采用中央并列式通風(fēng)系統(tǒng)，利用主井和副井進風(fēng)，并在井田中央的回風(fēng)大巷的靠近井田中部的地方設(shè)置一個回風(fēng)井。風(fēng)井具體位置，詳見開拓平面圖。4.1.2工業(yè)場地位置、形式和面積1）布置要求（1）井田兩翼儲量基本平衡；（2）工業(yè)廣場應(yīng)充分利用地形，有良好的工程地質(zhì)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；（3）工業(yè)廣場宜少占耕地，少壓煤；（4）水源、電源較近，礦井鐵路專用線短，道路布置合理。2）工業(yè)場地位置結(jié)合以上要求，根據(jù)井筒位置，工業(yè)場地的布置在井田走向的中央。工業(yè)廣場形式與面積見第二章相關(guān)內(nèi)容。4.1.3開采水平的確定