伊泰集團李家梁煤礦400萬t新井設計

摘 要本設計包括三個部分：一般部分、專題部分和翻譯部分。一般部分為伊泰集團李家梁煤礦400萬t/a新井設計，共分10章：1.礦區(qū)概述及井田地質特征；2.井田境界和儲量；3.礦井工作制度、設計生產能力及服務年限；4.井田開拓；5.準備方式-盤區(qū)巷道布置；6.采煤方法；7.井下運輸；8.礦井提升；9.礦井通風與安全技術；10.礦井基本技術經濟指標。伊泰集團李家梁煤礦位于內蒙古自治區(qū)東勝煤田勃牛川礦區(qū)西南部，主采煤層一層，即6號煤層，傾角13，平均厚度5.5m，煤層埋深淺，地質條件簡單，煤層有自然發(fā)火傾向，發(fā)火期4060d，煤層具有強爆炸危險性。井田工業(yè)儲量為43304.3萬t，可采儲量31591.6萬t，適宜布置大型礦井，礦井設計產量400萬t/a，設計服務年限為60.8a。設計礦井采用斜硐單水平開拓，前期采用中央并列式通風，后期采用兩翼對角式通風。一礦一面，采煤方法為厚煤層綜采一次采全高全部垮落法。煤炭運輸采用鋼絲繩芯膠帶，輔助運輸采用無軌膠輪車。礦井年工作日為330 d，每天凈提升時間16 h。礦井工作制度為：實行“三八”制作業(yè)，（兩班生產，一班檢修），每日兩班出煤。專題部分題目為三軟煤層綜采工作面圍巖加固技術。以平煤集團五礦已1723130綜采面為背景，分析了三軟煤層綜采工作面的圍巖破碎機理，并設計了“三軟煤層”工作面頂板、煤壁的加固方案。翻譯部分是一篇關于滲透性影響煤的變形對甲烷的回收和二氧化碳的分離中的應用的論文。關鍵詞：斜硐；盤區(qū)；大采高；無軌運輸；混合式通風ABSTRACTThis design includes of three parts: the general part, special subject part and translated part. The general part is a new design of Lijialiang mine. Lijialiang mine lies in south of Eerduosi in NeiMenggu province. The six is the main coal seam, and its dip angle is 1 degree. The thickness of the mine is about 5.50m in all. It is bituminous coal with low mine gas emission rate and coal spontaneous combustion tendency, and its a coal seam liable to dust explosion.The proved reserves of the minefield are 433.04 million tons. The recoverable reserves are 315.95 million tons. The designed productive capacity is 4 million tons percent year, and the service life of the mine is 60.80 years. The well farmland is a single level in an inclined and calm well to expand.The working system “three-eight” is used in the Lijialiang mine. It produced 330d/a.This design includes ten chapters: 1.An outline of the mine field geology; 2.Boundary and the reserves of mine; 3.The service life and working system of mine; 4.development engineering of coalfield; 5.The layout of panels; 6. The method used in coal mining; 7. Transportation of the underground; 8.The lifting of the mine; 9. The ventilation and the safety operation of the mine; 10.The basic economic and technical norms.The monographic study is the reinforcing plan、construction technology of three-soft surrounding rock.Designing the reinforcing plan、construction technology of three-soft surrounding rock and other improve measures.Translation part of main contentses is Deformation Dependent Permeability of Coal for Coalbed Methane (CBM) Recovery and CO2 Sequestration.Keywords：slope; panel; high seam mining; transport without track; combined ventilation 目 錄一般部分1 礦井概況與地質特征11.1 礦井概況11.2 井田地質特征31.3 煤層特征62 井田境界和儲量122.1井田境界122.2礦井工業(yè)儲量132.3礦井可采儲量133 礦井工作制度、設計生產能力及服務年限173.1礦井工作制度173.2礦井設計生產能力及服務年限174 井田開拓204.1井田開拓的基本問題204.2礦井基本巷道325 準備方式盤區(qū)巷道布置425.1煤層地質特征425.2盤區(qū)巷道布置及生產系統445.3盤區(qū)車場及主要硐室506 采煤方法526.1采煤工藝方式526.2回采巷道布置627 井下運輸667.1概述667.2煤炭運輸方式和設備選擇677.3輔助運輸方式和設備選擇688 礦井提升728.1礦井提升的原始數據和條件728.2主副斜硐提升729 礦井通風及安全749.1礦井通風系統選擇749.2盤區(qū)及全礦所需風量789.3礦井通風總阻力計算829.4選擇礦井通風設備909.5防止特殊災害的安全措施9310 設計礦井基本技術經濟指標95翻譯部分1 研究目的和意義992 國內外研究現狀1003 已1723130綜采面生產地質條件1023.1煤層頂底板巖性1023.2地質構造與水文條件1023.3地應力1034 已1723130綜采面圍巖破碎機理分析1034.1地質條件對頂板完整性的影響分析1034.2頂板結構受力分析1045 三軟煤層綜采工作面圍巖加固技術1105.1 加固方案設計1105.2 頂板、煤壁加固工藝設計1125.3 優(yōu)化回采工藝和完善上端頭支護措施1165.4保證設備配套以及強化設備的規(guī)范使用1195.5 應用效果前景分析1196 主要結論120翻譯部分英文原文123中文譯文134致 謝143一般部分1 礦井概況與地質特征1.1 礦井概況1.1.1地理位置與交通伊泰集團李家梁煤礦位于內蒙古自治區(qū)東勝煤田勃牛川礦區(qū)西南部，行政隸屬準格爾旗烏日圖高勒鄉(xiāng)管轄。礦區(qū)交通以公路為主，汽車運輸。距曹羊公路14.5km，經曹羊公路37km與109國道相連。礦井距包神鐵路石圪臺集裝站40km，距唐公塔集裝站148km，距包頭189km，至鄂爾多斯市89km，交通運輸條件比較方便。李家梁煤礦交通位置圖如圖1-1所示。圖1-1 礦井交通位置1.1.2 地形地貌及水系工作區(qū)域位于鄂爾多斯高原東部，地表大部被風積砂覆蓋，由于受水流風蝕等影響，區(qū)內溝谷縱橫交錯，水土流失嚴重，植被極不發(fā)育，具半沙漠地貌特征。區(qū)內地形基本呈東南高，西北低。海拔標高為1120.51304.6m之間，最大地形高差184.1m。區(qū)內植被不發(fā)育，是典型的高原侵蝕丘陵地貌。勃牛川由北向南從井田西界邊緣通過，是區(qū)內最大的地表水體，水量隨季節(jié)變化較大。其支溝各鎖溝為間歇性溝溪，旱季一般干涸無水或有溪流，暴雨過后可形成洪流，由東向西流經礦區(qū)北部邊緣，水流匯入勃牛川，最終注入黃河。1.1.3 氣象及地震本區(qū)屬于半沙漠、半干旱溫帶大陸性氣候，其特征是太陽幅射強烈、日照豐富、干旱少雨、風大沙多，無霜期短，冬季漫長而寒冷，夏季炎熱而短暫。降雨量多集中于每年7、8、9三個月，年降雨量為228.1544.1mm，年蒸發(fā)量為1875.02657.0mm,是降水量的58倍。氣溫最高為34.2(1975年7月),最低為-25.1(1977年1月)，年平均氣溫為7.2。春冬兩季風力較大，一般在4級以上，最大風力可達10級，年平均風速3.5m/s,風向多為西北風。冰凍期較長，最長凍土天數為167天（1976年），最大凍土深度為2.04m（1964年3月1日）。本區(qū)位于鄂爾多斯臺向斜東北緣，鄂爾多斯臺向斜被認為是中國現存最完整、最穩(wěn)定的構造單元。據“中國地震動參數區(qū)劃圖”劃分，本區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，對照原烈度6度，為弱震區(qū)，一般不會發(fā)生破壞性地震，歷史上亦無破壞性記載。1.1.4 礦井電源本礦位于鄂爾多斯市伊金霍洛旗境內，行政區(qū)劃屬新廟鎮(zhèn)。礦井為雙回路供電。第一回路為新廟變電所10kV供電送入本礦；第二回路為伊泰集團公司自備電廠0.38kV供電送入本礦。變電所建在工業(yè)廣場，副斜硐附近，變壓器容量為2500kVA；井下采用移動變電站供電。礦井總裝機負荷6050kw。礦井井下所選用的電氣設備均具有防爆性能。隨著電力負荷的贈加，對井上下供電系統進行調整，實現井上井下分別由一臺變壓器供電。施工電源可使用原有電源。1.1.5 地區(qū)經濟狀況工作區(qū)地理位置較為偏僻，多年來由于受交通條件制約，經濟比較落后，居民多以從事農業(yè)為主，牧業(yè)次之，但由于土地貧瘠，可耕地少，經濟不發(fā)達。近幾年來，隨著東勝煤田大利的開發(fā)，交通運輸條件有所改善，煤炭開采業(yè)正逐步成為本地區(qū)的主導產業(yè)和重要經濟來源之一。區(qū)內除煤炭開采外，無其它工業(yè)企業(yè)。1.2 井田地質特征1.2.1 井田地質概況（1）區(qū)域構造東勝煤田位于鄂爾多斯臺向斜東勝隆起之東南邊緣地帶，基本構造形態(tài)表現為一單斜構造，地層走向N25W，傾向S65W，傾角13，具有寬緩的波狀起伏，斷層不發(fā)育。（2）井田構造本區(qū)總體構造形態(tài)為一向南西傾斜的單斜構造，地層傾角13，未發(fā)現斷層，具有寬緩的波狀起伏，無巖漿巖侵入，屬于構造簡單地區(qū)。1.2.2 地層本區(qū)位于東勝煤田淺部露頭區(qū)，受新生代地質應力的作用，使煤系地層在溝谷中裸露于地表。區(qū)內揭露地層由老至新有：三疊系上統延長組(T3y)、侏羅系中下統延安組(J1-2y)、第三系上新統(N2)、第四系(Q)，分述如下:（1）三疊系上統延長組(T3y)該組為煤系地層的沉積基底。普遍發(fā)育大型板狀、槽狀交錯層理，是典型的曲流河沉積體系。厚度6.4023.21m，平均17.09m。（2）侏羅系中、下統延安組（J1-2y）該組為區(qū)內含煤地層，四道柳找煤區(qū)廣泛出露，在本區(qū)遭受后期剝蝕后，被第四系黃土及風積砂覆蓋。其巖性組合：頂部、底部主要為灰白色泥質膠結的中粗粒砂巖，頂部有時相變?yōu)樯百|泥巖，底部石英含量較高，白色砂巖特征明顯，可作為延安組頂底界面的標志層。中部巖性組合為一套淺灰色，風化后呈灰黃色、淺黃色的各粒級砂巖；灰色至深灰色粉砂巖；砂質泥巖；泥巖及煤層，局部含少量鈣質砂巖。發(fā)育有水平紋理及波狀層理。區(qū)內含3、4、5、6、6下號煤層。該地層向東南方向厚度變大，厚度80.15138.31m，平均106.92m，與下伏地層延長組呈平行不整合接觸。（3）第三系上新統(N2)該組地層在區(qū)內局部殘存。巖性組合為一套暗紅色、褐紅色砂質泥巖和泥巖，含豐富的呈層狀發(fā)育的鈣質結核，半膠結狀。由于沉積后期風化剝蝕的作用，厚度變化較大。據鉆孔揭露厚度037.00m，平均18.00m，與下伏地層呈不整合接觸。（4）第四系(Q)由礫石、沖洪積砂及粘土混雜堆積而成；殘坡積物及少量次生黃土分布于山梁坡腳地帶，由砂、礫石組成，局部地段含少量次生黃土；據鉆孔揭露厚度0.5042.87m，平均13.42m，不整合于一切老地層之上。1.2.3 褶皺及斷層核實區(qū)構造形態(tài)與東勝煤田相似，其總體構造形態(tài)為一向南西傾斜的單斜構造，地層傾角13，未發(fā)現斷層，具有寬緩的波狀起伏，無巖漿巖侵入，構造復雜程度屬于簡單類型。1.2.4 水文地質特征（1）概況區(qū)內水系較為發(fā)育，基本上兩面環(huán)川。南界為束會川，東界勃牛川。溝谷十分發(fā)育，多為間歇性河流，旱季一般干涸無水或有溪流，但暴雨過后可形成洪水，水流總體由北向南流入勃牛川，而后向南匯入陜西省境內的窟野河，最終注入黃河。據古城壕水文站資料，勃牛川最大洪峰流量為4810m3/s，最小流量0.003m3/s，平均流量4.03m3/s。（2）地下水的補給、逕流及排泄條件 補給條件：潛水的補給以大氣降水為主，在溝谷地帶也可接受地表水的補給。延安組下部含水巖組為承壓水,其補給方式一方面接受上部潛水的下滲補給，另一方面則接受側向逕流補給。 逕流條件：四道柳區(qū)地形切割強烈，故地表水及地下潛水逕流條件較好。承壓水主要沿傾向或層面方向逕流。由于各地層巖性不同，各巖層的滲透性能及逕流速度有所不同，但逕流方向與區(qū)域地形及構造特征相一致。 排泄條件：松散層潛水的排泄方式主要為蒸發(fā)排泄、井泉排泄和下滲排泄。碎屑巖類承壓水的排泄方式主要有井泉排泄、礦井疏干排泄和地下逕流排泄。（3）含（隔）水層特征 含水層(a)第四系（Q4）松散層潛水含水段區(qū)內松散層分布廣泛，巖性以風積砂為主，局部為黃土層，厚度為042.87m，寶山區(qū)平均厚度為13.42m，喬家塔區(qū)平均厚度為23.94m，厚度變化大。該層與第三系粘土及基巖接觸面有泉水出露，流量0.010.04L/S,水質為HCO3-CaMg型，礦化度0.19g/L，PH=7.3，為低礦化度淡水。(b)4號煤層底板至Q4含水巖段由延安組上部地層組成，厚度13.4363.65m，寶山區(qū)平均厚度30.58m，喬家塔區(qū)平均厚度40.68m，厚度變化較大。受風化作用孔隙、裂隙較發(fā)育，淺部地層可直接或間接接受大氣降水的補給，含有少量孔隙、裂隙潛水。溝谷地帶有泉水出露，流量0.030.04L/S，水質為HCO3-CaMg型，礦化度0.19g/L，PH=7.1，屬低礦化度淡水。(c)46號煤含水巖段區(qū)內該層段均有分布，該段厚度27.4034.50m，寶山區(qū)平均厚度31.78m，喬家塔區(qū)平均厚度29.26m，厚度變化不大，含水微弱。相對含水的中細粒砂巖與相對隔水的砂泥巖類及粉砂巖呈互層分布，泥巖類隔水性能好。(d) 延長組（T3y）含水巖段該層全區(qū)分布，且厚度大，為煤系地層基底。本次鉆孔揭露最大厚度23.21m，巖性為不同粒度的灰綠及綠色砂巖，含孔隙、裂隙承壓水，富水性不強，與煤系地層聯系不大。 隔水層(a) 第三系（N2）粘土：主要分布在本區(qū)北部及東部，厚度20.0037.00m，平均厚度28.50m。巖性為淺紅色含砂泥質粘土，粘性大，松軟未膠結，含少量礫石，一般不含水。(b) 6號煤至延長組（T3Y）頂含水巖段的隔水層：區(qū)內該段均有分布，厚度10.9559.99m，橫向厚度變化大。含水層的巖性以灰白色中、細砂巖為主，多為泥質膠結，較致密，含水層富水性弱。本段隔水層巖性主要為砂質泥巖，隔水性能好，較穩(wěn)定。（4）充水因素分析礦坑充水是影響礦井正常開采的主要因素，區(qū)內可構成礦坑充水的水源主要有大氣降水、地表水及地下水。 大氣降水根據伊金霍洛旗氣象局資料，本區(qū)歷年平均降水量為374mm，降水多集中在79月份。大氣降水除大部分地表逕流外，少部分滲入地下。本區(qū)受大氣降水影響的主要是4號和6號煤層，由于局部煤層沿溝谷出露或頂板較薄，大氣降水可直接通過第四系松散層直接或間接滲入煤層中，使礦坑充水。 地表水束會川流經礦區(qū)西南邊緣，實測流量1.348m3/s（2004年9月18日）。勃牛川位于井田東側，為常年地表徑流（冰凍期凍結），水流注入黃河。地表水對區(qū)內6號煤開采構不成較大危害。但礦井井巷系統形成后，地表水體將可能改變原有天然流場，將排泄區(qū)域的地表水及地下水變?yōu)檠a給區(qū)，會導致地下水的富集。因此，開采時應對匯水洼地引起注意。 地下水(a)潛水：潛水受地形地貌控制，隨降雨量多少及季節(jié)變化顯著，一般滯后于雨季，水量多集中在12月份至來年13月份，開拓時應注意季節(jié)變化的影響。(b)承壓水：區(qū)內地質構造簡單，地層平緩，相對含水的砂巖類巖層不同深度的分布在各地層中，接受上部潛水的下滲補給。隨著深度的增加，含水巖層的透水性能減弱。各含水層之間水力聯系差，各煤組間無水力聯系。（5）礦井涌水量根據水文地質工作勘探報告，礦井正常涌水量為30m3/h，最大涌水量為60m3/h。（6）水文地質類型本區(qū)最低侵蝕基準面位于束會川，區(qū)內各煤層均位于其上，地形有利于自然排水，直接充水含水層主要為延安組（J1-2y）孔隙、裂隙巖層，補給源以大氣降水為主，含水層富水性弱，鉆孔單位涌水量q0.1L/sm。因此，本區(qū)水文地質類型為第第類第一型，即孔隙裂隙充水礦床、水文地質條件簡單型。1.3 煤層特征1.3.1 煤層本區(qū)煤系地層為中、下侏羅統延安組，自上而下賦存為五個煤層，即3、4、5、6、6下號煤層，其中4、6號煤層可采，其它為不可采煤層。煤層特征一覽表見表1-1。表1-1 煤 層 特 征煤號煤層厚度夾矸巖性煤層間距最小最大最小最大頂板夾矸底板最小最大平 均平均/層數平 均32.453.150.30砂質泥巖、粉砂巖泥巖細砂巖、泥巖2.8014.1517.3540.401.2000.75細砂巖、砂質泥巖泥巖粉砂巖15.750.680.50/221.0523.0550.230.450粉砂巖泥巖、細砂巖21.750.3242.4264.806.200.25細砂巖泥巖粉砂巖、泥巖5.5013.676下0.680粉砂巖細砂巖(1) 4號煤層該煤層位于延安組的中部，基本全區(qū)發(fā)育，煤層厚度為0.41.20m，平均厚度0.68m，由東南向西北煤層逐漸變厚。一般不含夾矸，結構簡單，部分可采，屬于較穩(wěn)定煤層。(2) 6號煤層該煤層位于延安組的下部，全區(qū)發(fā)育，煤層厚度為4.806.20m，平均厚度5.50m。煤層傾角13,一般不含夾矸，結構簡單，基本全區(qū)可采，屬于穩(wěn)定煤層。1.3.2煤質、煤類與煤的用途（1）物理性質勘查區(qū)內煤呈黑色、條痕褐黑色，弱瀝青瀝清光澤，內生裂隙較為發(fā)育，并具水平、垂直兩組節(jié)理，其中垂直節(jié)理較為發(fā)育。節(jié)理中常充填方解石、黃鐵礦薄膜。參差狀斷口，條帶狀結構，層狀構造。4號煤層真比重1.381.48，平均1.40；6號煤層真比重1.401.49，平均1.45。（2）化學性質 水分（Mad）本區(qū)4號煤層原煤水分1.76%7.48%，平均5.56%； 6號煤層原煤水分4.39%9.20%，平均7.73%。 灰分（Ad）4號煤層原煤灰分平均17.71%； 6號煤層原煤灰分平均12.82%。 揮發(fā)分（Vdaf）本區(qū)內各可采煤層揮發(fā)分產率（Vdaf）較高，4號煤層原煤揮發(fā)分產率34.32%35.69%，平均34.80%；浮煤揮發(fā)分產率33.61%35.03%，平均34.49%。6號煤層原煤揮發(fā)分產率32.69%36.47%，平均34.42%；浮煤揮發(fā)分產率31.83%35.15%，平均34.11%。 微量元素可采煤層中鍺平均含量0.25%3.85%；釩平均含量0.0011.16%。均無工業(yè)利用價值。 有害元素(a)全硫（St.d）煤中全硫含量很低，可采煤層平均含量0.22%0.42%。數值變化小，為特低硫煤。洗選后全硫含量有所降低，平均含量0.21%0.35%。(b)磷（Pd）煤中磷含量很低，平均含量0.006%0.024%，洗選后平均含量0.002%0.013%。綜上所述，本區(qū)煤層有害成分低，屬低中灰分、特低硫、特低磷低磷的不粘煤。（3）工藝性能 發(fā)熱量(a)干基彈筒發(fā)熱量（Qb.d）可采煤層干基彈筒發(fā)熱量原煤平均值為26.1230.73MJ/Kg ，數值變化小，洗選后發(fā)熱量增高，浮煤平均值為30.2030.98MJ/Kg。(b) 干基低位發(fā)熱量（Qnet.d）可采煤層干基低位發(fā)熱量原煤平均值為25.3429.84MJ/Kg ，數值變化小，洗選后發(fā)熱量增高，浮煤發(fā)熱量平均值為29.1529.98MJ/Kg。 粘結性和結焦性煤的粘結指數，自由膨脹序數，膠質層最大厚度，奧亞膨脹度均為零，焦塊熔合狀況為“粉狀膠結”，葛金焦型為“A”，少數為“B”，焦渣特征為II類，表明區(qū)內煤的粘結性弱，結焦性差。 氣化性能(a) 熱穩(wěn)定性據鄰區(qū)勃牛川普查地質報告，區(qū)內6號煤層熱穩(wěn)定性中等。(b)煤對CO2的反應性據本區(qū)B2號孔煤樣測試結果得知：煤對CO2的反應性好，在1000時還原率僅達61.3%62.6%。在900以下增長較快，900以上增長緩慢。 低溫干餾煤的低溫干餾產物以半焦為主，其次為焦水，焦油產率和氣體損失。各煤層焦油產率平均含量為5.38%6.87% ，各煤層均為富油煤。經統計焦油產率和元素分析中的氫、氮呈正相關，和碳、氧多為負相關。 煤灰成分及熔融性區(qū)內煤灰成分組成復雜，且變化大。主要成分為SiO2，平均值為46.43%，AL2O3：18.26%；Fe2O3:7.31%；CaO:12.21%；SO3:9.83%；MgO、TiO2含量低，一般在3%以下。本區(qū)煤的煤灰熔融性（ST）一般在11001250之間，屬低軟化溫度灰（LST）較低軟化溫度灰（RLST）。（4）煤的可選性可選性評定須預先擬定一個洗選后的灰分值，依據國際GB/T16417-1996煤炭可選性評定方法（0.1含量法）可選性進行評定。從可選性試驗成果表中看，當洗選后灰分（Ad%）在6.0%時屬難選。（5）煤質本區(qū)煤質具有以下特征： 煤變質程度低，煤層為低變質的不粘煤，變質程度為煙煤第階段。 煤層有害成分低，低中灰分、低硫分、特低磷低磷分煤。 屬高熱值煤。 粘結性差，焦渣類型為2號，煤中微量元素含量低。 煤的氣化性能好，煤層均為含油煤。（6）煤類根據中國煤炭分類國家標準（GB575186），區(qū)內各煤層膠質層最大厚度和粘結指數為零，透光率在73%左右，原煤揮發(fā)分（Vdaf）平均值為29.76%36.47%，本區(qū)屬于不粘煤。（7）煤的用途區(qū)內各可采煤層有害成分低，屬低中灰、低硫、特低磷低磷、高熱值不粘煤，是良好的民用和動力用煤，適用于火力發(fā)電，各種工業(yè)鍋爐等，也可在建材工業(yè)、化學工業(yè)中用焙燒材料。粉煤加粘結劑成形還可制作煤磚、煤球、蜂窩煤等。1.3.3 煤層開采地質條件（1）煤層頂底板情況從鉆孔巖石試驗結果看，細粒巖石比粗粒巖石抗壓、抗剪強度大，各類巖石抗壓強度小于30MPa的占88.9%，巖體完整性多為較完整。因此，基巖大都屬于軟弱半堅硬巖層，工程地質條件屬中等。煤層的綜合柱狀圖如圖1-2所示。（2）瓦斯根據礦井瓦斯鑒定結果，礦井總回風巷瓦斯絕對涌出量為0.14m3/min，相對涌出量為1.008m3/t，本礦為低沼氣礦井。（3）煤塵爆炸及煤的自燃根據對煤的自燃、煤塵爆炸作專項鑒定，各煤層火焰長度均大于400mm，抑制煤塵爆炸最低巖粉量為80%，有爆炸危險性。煤層具有自然發(fā)火傾向，自然發(fā)火期4060d。（4）地溫根據鄰區(qū)勃牛川普查區(qū)鉆孔簡易地溫測量結果，最大地溫梯度1.6/100m，平均1.2/100m，小于3/100m，無地溫異常。（5）放射性及其它有害氣體本區(qū)經各勘探階段，對鉆孔測井及大量的煤、巖樣品測試，均未發(fā)現有放射性異常和大量有害氣體。（6）地壓本區(qū)煤層埋藏較淺，地壓較小，無異常地壓。圖1-2煤層地質綜合柱狀2 井田境界和儲量2.1井田境界2.1.1 井田境界及劃分李家梁井田包括伊泰公司的神山井田和李家梁井田以及富華井田，三井田合并開發(fā)。整個井田由8個拐點圈定。井田境界拐點坐標見表2-1。表2-1 井田境界拐點坐標點號緯距（X）經距（Y）點號緯距（X）經距（Y）143663403745038054353837.537448050243621203745025064354071.437453102.334358996374484207436250037454205.444356630.337447809.684366468.834454443.72.1.2 井田面積合并后的井田南北平均長12.14km，東西平均寬4.47km，面積54.30km2，（1）井田走向和傾向尺寸李家梁井田走向最大長度約為12.48km，最小約為11.20km，平均約為12.14km；井田的傾斜長度最大為5.65km，最小約為4.01km，平均為4.47km。（2）井田面積井田面積計算見公式2-1。 （2-1）式中：井田走向平均長度，12.14km；井田傾向水平平均長度，4.47km；井田內煤層平均傾角，1；井田面積，km2。將數據代入式2-1得： km22.2礦井工業(yè)儲量2.2.1井田勘探類型本設計中所有地質資料作為初步設計的依據，勘探鉆孔很密集。根據地質勘探資料可以很準確的判斷煤層的分布情況，井田勘探類型屬于精查。2.2.2儲量等級李家梁井田范圍內絕大部分勘探鉆孔密集，煤層層位、厚度、結構及其變化情況和煤質及其變化情況已經查明。煤層對比可靠，屬于A級儲量。2.2.3礦井工業(yè)儲量計算可采煤層中6號煤層厚度最大，平均厚度為5.50m，且埋藏淺，儲量豐富，是本井田地首采煤層，主采煤層。本設計主要針對6號煤層進行開采設計。礦井工業(yè)儲量計算見式2-2。 （2-2）式中：m煤層平均厚度，5.50m；r煤層容重，1.45tm-3；s井田面積，54.30km2。將數據代入式2-2可得：Z=43304.3萬t2.3礦井可采儲量2.3.1礦井永久保護煤柱損失量（1）井田邊界保護煤柱井田邊界保護煤柱按李家梁煤礦實際情況取30m，則用公式2-3計算井田邊界保護煤柱損失。 （2-3）式中：井田邊界煤柱寬度，30m；井田邊界長度，34061m；煤層厚度，5.5m；煤層容重，1.45tm-3；井田邊界保護煤柱損失，萬t。代入數據得：814.9萬t（2）工業(yè)廣場煤柱根據煤炭工業(yè)設計規(guī)范第5-22條規(guī)定：工業(yè)廣場的面積為0.8-1.1平方公頃/10萬t。本礦井設計生產能力為500萬t/a，所以取工業(yè)廣場的尺寸為400 m1000 m的長方形。工業(yè)廣場所在位置煤層傾角為1，其中心處埋藏深度為54m，該處風積沙層厚度為15m，主斜硐、副斜硐，地表建筑物均布置在工業(yè)廣場內。工業(yè)廣場按級保護留維護帶，寬度為15 m。本礦井的地質條件及沖積層和基巖移動角見表2-2。表2-2 巖層移動角廣場中心深度/m煤層傾角/煤層厚度/m風積沙層厚度/m/-5415.51545707570由工業(yè)廣場保護煤柱圖2-1，可得出保護煤柱的尺寸計算公式見2-4： （2-4） 將數據代入式2-4得：則工業(yè)廣場的煤柱量計算見公式2-5： (2-5)式中：Zi工業(yè)廣場煤柱量； S 工業(yè)廣場壓煤面積；0.545 km2將數據代入式2-5得：Zi434.6萬t礦井的永久保護煤柱損失量匯總表見表2-3。表2-3 保護煤柱損失量煤 柱 類 型儲 量（萬t）井田邊界保護煤柱747.6工業(yè)廣場保護煤柱434.6合 計1182.2圖2-1 工業(yè)廣場保護煤柱2.3.3 礦井可采儲量礦井可采儲量是礦井設計的可以采出的儲量，可按式2-6計算： （2-6）式中： 礦井可采儲量，萬t； 礦井的工業(yè)儲量，43304.3萬t；保護工業(yè)場地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大斷層等留設的永久保護煤柱損失量，萬t；C采區(qū)采出率，厚煤層不小于0.75；中厚煤層不小于0.8；薄煤層不小于0.85；地方小煤礦不小于0.7。則代入數據得：礦井設計可采儲量：Zk =（43304.3-1182.2）0.75=31591.6萬t礦井儲量匯總表見表2-4：表2-4 礦井儲量匯總煤層工業(yè)儲量（Mt）（A+B）/（A+B+C）永久煤柱損失（Mt）礦井設計儲量（Mt）設計開采損失（Mt）設計可采儲量（Mt）6433.0100%11.8421.2105.3315.93 礦井工作制度、設計生產能力及服務年限3.1礦井工作制度根據煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范GB50215-2005中2-23條規(guī)定，礦井設計生產能力宜按年工作日330 d計算，每天凈提升時間宜為16小時。礦井工作制度 “三八制”作業(yè)，兩班生產，一班檢修。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優(yōu)化后確定。礦區(qū)規(guī)模可依據以下條件確定：（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礦井設計生產能力本礦井井田范圍內煤層賦存簡單，地質條件較好，主采煤層可采厚度5.5 m，煤層平均傾角13，屬近水平煤層，適合布置大型礦井。因此，確定本礦井設計生產能力為400萬t/a。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： （3-1）式中：礦井服務年限，a；礦井可采儲量，31591.6萬t；設計生產能力，400萬t；礦井儲量備用系數，取1.3，確定井型時需要考慮備用系數的原因是，礦井各生產環(huán)節(jié)有一定的儲備能力，礦井投產后，產量迅速提高；局部地質條件變化，使儲量減少；有的礦井由于技術原因，使采出率降低，從而減少了儲量。將數據代入式3-1得，礦井服務年限為：3.2.4井型校核按礦井的實際煤層開采能力，輔助生產能力，儲量條件及安全條件因素對井型進行校核：（1）煤層開采能力井田內6號煤層為主采煤層，煤厚5.5 m，為厚煤層，賦存穩(wěn)定，厚度基本無變化。煤層傾角平均13，地質條件簡單，根據現代化礦井“一礦一井一面”的發(fā)展模式，可以布置一個大采高綜采工作面。（2）輔助生產環(huán)節(jié)的能力校核設計的礦井為特大型礦井，開拓方式為斜硐單水平開拓。主斜硐采用鋼絲繩芯膠帶運輸機運輸煤炭，工作面生產的原煤經順槽膠帶輸送機運達運輸大巷，再運輸大巷膠帶輸送機運達井底，井底不設置煤倉，直接經主斜硐鋼絲繩芯膠帶運輸機運輸至地面，運輸能力大，自動化程度高；副斜硐采用無軌膠輪車運輸人員和材料。運煤能力和大型設備的下放可以達到設計井型的要求。大巷輔助運輸及順槽輔助運輸采用無軌膠輪車運輸，運輸能力大，調度方便靈活。（3）通風安全條件的校核本礦井為低瓦斯礦井，瓦斯涌出量極低，但煤塵具有強爆炸危險，煤炭有自然發(fā)火傾向，發(fā)火期40-60天。礦井投產前期采用中央并列式通風，后期采用兩翼對角式通風。輔助運輸大巷進風，煤炭運輸大巷回風，工作面采用后退式U型通風，通過第九章的通風設計知可以滿足通風需要。（4）礦井的設計生產能力與服務年限相適應，才能獲得好的技術經濟效益。煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范給出了井型和服務年限的對應要求，見表3-1。表3-1 我國各類井型的礦井和第一水平設計服務年限礦井設計生產能力（萬t/a）礦井設計服務年限（a）第一開采水平服務年限（a）煤層傾角45600及以上7040300500603512024050302520459040252015930各省自定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。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。本礦井開拓方式的確定，主要考慮到以下因素：（1) 主采煤層為近水平煤層；（2) 煤層埋深淺，薄基巖，厚風積沙；（4) 礦井涌水量不大，不威脅生產；（5) 本礦井為低瓦斯礦井；（6) 本礦地表為鄂爾多斯高原丘陵地區(qū)，溝谷縱橫。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，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，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，提升深度有限，輔助提升能力?。煌L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。由于礦井位于鄂爾多斯高原東部，地表大部被風積砂覆蓋，典型的高原侵蝕丘陵地貌，煤層埋深淺。根據礦井提升的需要與本礦的地質條件及煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，確定采用斜硐單水平開拓。設立主副斜硐各一個主斜硐用來運輸煤炭，副斜硐用來運送人員、材料、設備及通風等。本礦井瓦斯涌出量小，礦井采用盤區(qū)式開采，但由于井田面積大，通過第九章的比較，前期采用中央并列式，后期采用兩翼對角式的通風方式。（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。依據本礦實際條件，井田西翼為邊-弓公路，從井田西翼東井田東翼全部為丘陵高原地區(qū)，考慮到考慮布置在儲量中心和盡量減少工廣壓煤的原則，確定把主副斜硐的選址定在井田西翼中部偏北的一個地勢平緩地區(qū)。4.1.2工業(yè)場地的位置工業(yè)場地的位置選擇在主、副平硐井口附近。工業(yè)場地的形狀和面積：根據工業(yè)場地占地面積指標，確定地面工業(yè)場地的占地面積為40公頃，形狀為矩形，長1000 m,寬400 m。為了減少邊角煤，長邊垂直于井田保護煤柱線。4.1.3開采水平的確定及盤區(qū)劃分本礦井內煤層標高從1095 m到1145m，垂直高度約為50m。煤層平均傾角1，屬近水平煤層。同時本礦地質條件簡單，井型大，應盡量采用先進的技術提高效益，所以決定采用盤區(qū)布置方式，并增加盤區(qū)的推進長度，減少工作面的搬家次數，設計將礦井分為三個盤區(qū)。首采盤區(qū)位于井田北部，約占井田面積的40左右，工業(yè)儲量為12636萬t，服務年限為31.0年。4.1.4主要開拓巷道由于本井田煤層平均厚度達5.5 m，盤區(qū)服務年限長，且煤層等高線平緩，適合布置煤層大巷，大巷間煤柱寬50m。大巷布置沿煤層掘進，為便于在巷道交叉時架設風橋等構筑物，以及考慮到無軌膠輪車行走嗦需要的地面條件，輔助運輸大巷沿底板掘進，主運輸大巷和回風大巷沿頂板掘進。其優(yōu)點是巷道掘進速度快，縮短礦井的準備期，礦井盡快投產。4.1.5開拓方案比較（1）提出方案根據以上分析及礦井的實際情況，現提出以下四種在技術上可行的開拓方案，分述如圖4-14-4。方案一：主副平硐在井田西翼見煤，見煤后在井田西翼沿走向布置三條煤層大巷，同時掘首采面的順槽，不設盤區(qū)煤倉及井底煤倉，原煤直接從工作面運出斜硐到達地面。方案二：主副平硐在井田西翼見煤，見煤后在井田西翼沿走向布置三條巖層大巷，同時掘首采面盤區(qū)下部車場及順槽，在首采面運煤順槽與運煤大巷的接頭煤層中設首采盤區(qū)的煤倉。方案三：主副平硐在井田中央見煤，見煤后在井田中央沿走向布置三條煤層大巷，同時掘首采面的順槽，在首采面運