采礦工程畢業(yè)設計（論文）-陳四樓煤礦120萬t新井設計

1、中國礦業(yè)大學2012屆本科生畢業(yè)設計目錄全套圖紙加扣 3346389411或3012250582一般設計部分1 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征11.1礦區(qū)概述11.1.1礦區(qū)地理位置11.1.2自然地理概況11.1.3礦區(qū)開發(fā)歷史及生產(chǎn)建設規(guī)劃11.1.4礦井建設的外部條件11.2 井田地質(zhì)特征31.2.1地層31.2.2地質(zhì)構造31.2.3水文地質(zhì)52 井田境界與儲量82.1井田境界82.2 礦井工業(yè)儲量82.2.1構造類型82.2.2 礦井工業(yè)儲量的計算及等級圈定82. 3 礦井可采儲量102.3.1各種煤柱損失計算102.3.2礦井可采儲量計算113 礦井工作制度、設計生產(chǎn)能力及服務年限123.

2、1礦井工作制度123.2礦井設計生產(chǎn)能力及服務年限123.2.1礦井設計生產(chǎn)能力確定依據(jù)123.2.2礦井設計生產(chǎn)能力133.2.3礦井的服務年限133.3井型校核144 井田開拓144.1井田開拓的基本問題144.1.1井筒形式的確定154.1.2 開采水平的確定、采（帶）區(qū)劃分164.1.3方案比較174.2礦井基本巷道204.2.1井筒204.2.2井底車場及硐室214.2.3主要開拓巷道305 準備方式帶區(qū)巷道布置305.1煤層地質(zhì)特征305.1.1帶區(qū)位置305.1.2帶區(qū)煤層特征305.1.3煤層頂?shù)装鍘r石構造情況315.1.4水文地質(zhì)315.1.5地質(zhì)構造315.1.6地表情況3

3、15.2 帶區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)315.2.1帶區(qū)準備方式的確定325.2.2帶區(qū)巷道布置325.2.3帶區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)335.2.4帶區(qū)內(nèi)巷道掘進方法345.2.5帶區(qū)生產(chǎn)能力及采出率346 采煤方法356.1采煤工藝方式366.1.1帶區(qū)煤層特征及地質(zhì)條件366.1.2 采煤工藝方式選擇366.1.3回采工作面參數(shù)366.1.4回采工作面采煤機、刮板輸送機選型376.1.5采煤工作面支護方式396.1.6端頭支護及超前支護方式416.1.7各工藝過程注意事項426.1.8采煤工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè)436.2 2106首采工作面回采巷道布置456.2.1回采巷道布置方式456.2.2回采巷道參數(shù)45

4、7 井下運輸507.1概述507.1.1礦井設計生產(chǎn)能力及工作制度517.1.2煤層及煤質(zhì)517.1.3運輸距離和貨載量517.1.4礦井運輸系統(tǒng)517.2帶區(qū)運輸設備選擇527.2.1設備選型原則527.2.2帶區(qū)設備的選型527.2.3帶區(qū)運輸能力驗算547.3大巷運輸設備選擇548 礦井提升558.1礦井提升概述558.2主井提升568.2.1箕斗568.2.2提升機568.2.3鋼絲繩技術特征568.2.4提升能力驗算578.3副井提升589 礦井通風及安全599.1礦井地質(zhì)、開拓、開采概況599.1.1礦井地質(zhì)概況599.1.2開拓方式609.2礦井通風系統(tǒng)的確定609.2.1礦井通

5、風系統(tǒng)的基本要求609.2.2礦井通風方式的選擇609.2.3礦井通風方法的選擇619.2.4帶區(qū)通風系統(tǒng)的要求619.2.5帶區(qū)通風方式的確定629.3礦井風量計算629.3.1通風容易時期和通風困難時期采煤方案的確定629.3.2各用風地點的用風量和礦井總用風量639.3.3風量分配669.4礦井阻力計算679.4.1計算原則679.4.2礦井最大阻力路線679.4.3計算礦井摩擦阻力和總阻力：689.4.4兩個時期的礦井總風阻和總等積孔689.5選擇礦井通風設備729.5.1選擇主要通風機729.5.2電動機選型759.6安全災害的預防措施759.6.1預防瓦斯和煤塵爆炸的措施759.6

6、.2預防井下火災的措施769.6.3防水措施7610 設計礦井基本技術經(jīng)濟指標76參考文獻78專題設計部分深井開采沖擊礦壓發(fā)生機理及預測與防治791 問題的提出792 國內(nèi)外沖擊礦壓現(xiàn)狀792.1國外現(xiàn)狀792.1.1前蘇聯(lián)792.1.2波蘭802.1.3德國802.2國內(nèi)現(xiàn)狀803 沖擊礦壓現(xiàn)象、特征及其分類813.1現(xiàn)象及特征813.2分類813.2.1根據(jù)原巖(煤)體應力狀態(tài)不同，沖擊礦壓可分為三類823.2.2 根據(jù)沖擊的顯現(xiàn)強度，可分為四類：823.2.3根據(jù)震級溫度和考慮拋出的煤量，可將沖擊礦壓，分為三級：823.2.4根據(jù)發(fā)生的地點和位置沖擊礦壓可分為兩大類824 沖擊礦壓的影響

7、因素824.1開采深度824.2煤巖的力學特征844.3項板巖層的結構特點844.4煤層厚度及其變化844.5煤層分叉的影響854.6斷層的影響854.7褶曲的影響864.8開采設計和開采順序864.9上覆煤層工作面停采線的影響874.10上覆煤層殘采區(qū)的影響874.11采空區(qū)的影響874.12老巷的影響884.13開采區(qū)域的影響885 深井開采沖擊礦壓發(fā)生機理分析895.1強度理論895.2剛度理論895.3能量理論895.4沖擊傾向性理論905.5穩(wěn)定性理論905.6目前研究現(xiàn)狀906 沖擊礦壓的監(jiān)測916.1煤巖沖擊破壞的監(jiān)測原理916.2沖擊礦壓分級預測技術926.2.1時空預測926

8、.2.2沖擊礦壓危險性的分級預測936.2.3危險分級預測實施方案947 沖擊礦壓危險性的解除措施957.1煤層注水957.2爆破卸壓957.3鉆孔卸壓957.4定向爆破裂縫法957.5卸壓巷卸壓968 結論97參考文獻：98翻譯部分英文原文99中文譯文106致謝112中國礦業(yè)大學2012屆本科生畢業(yè)設計第113頁1 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征1.1礦區(qū)概述1.1.1礦區(qū)地理位置永城礦區(qū)陳四樓井田位于河南省永城市境內(nèi)，為城廂、陳集、順和鄉(xiāng)所轄。井田中心南距永城老縣城8 km；地理坐標：東經(jīng)1162220，北緯300035。礦區(qū)北靠隴海鐵路，東臨京滬鐵路，青（龍山) 阜（陽）鐵路從礦區(qū)東南約20 k

9、m處穿過，西有京九鐵路商阜段。永城老縣城距商丘車站95 km，至徐州車站97 km，宿州車站74 km，其間均有柏油公路相連。區(qū)內(nèi)主要村鎮(zhèn)之間亦有簡易公路相通，交通運輸堪稱方便。詳見礦區(qū)交通位置圖1-1。1.1.2自然地理概況井田位于黃淮沖積平原東部，地勢低洼平坦，自西北向東南微微傾斜，地面標高+32.49 m 至+36.50 m，一般在+32 m至+35 m之間，相對高差3 m左右。地表廣為巨厚的新生界松散沖積物所覆蓋。區(qū)內(nèi)地表水系不甚發(fā)育，最大的河流沱河在井田南部2 km處流過。井田內(nèi)用于灌溉的溝渠縱橫交錯。沱河屬淮河水系，發(fā)源于商丘市東北之響河，向東南流入安徽省的新汴河，全長120 km

10、，其流量受大氣降水控制，年平均流量12 m3/s，有記載的最大流量384 m3/s（1963年）。本區(qū)屬半濕潤、半干旱的大陸性氣候，冬春干早，夏秋多雨，四季分明。據(jù)永城縣氣象站資料：氣溫：19741984年觀測，月平均最高氣溫26.89 （7月份），最低-0.32 ，年平均衛(wèi)14.3 。日最高氣溫41 (1959年7月30日)，最低-19 (1957年2月21日)。降雨量：最大降雨量1022.5 mm（1977年），最小為630.4 mm，年平均813.6 mm；日最大降雨量207 mm(1957年7月I4日)，一次最大降雨量為443.4 mm ( 1965年7月5日18日)。蒸發(fā)量：歷年最大

11、蒸發(fā)量1985.7 mm（1978年），最小1603.2 mm，(1975年)，平均1745.4 mm。相對濕度平均68%73.16%。冬春季多西北風，夏季多東北風偶有東南風，最大風速183 m/s(1982年4月21日)。每年12月至翌年3月為降雪和冰凍期，最大凍土深度19 cm。據(jù)中國地震烈度表載，本區(qū)屬六度地震區(qū).河南省地震局受永城煤炭工業(yè)聯(lián)合公司委托，提出“永城縣地震基本烈度鑒定意見書” （84）豫震烈字第002號文)，該文在分析了地質(zhì)構造及本區(qū)地震史之后，認為.“本區(qū)不可能發(fā)生六級左右地震，主要是受鄰區(qū)強震影響，其地震基本烈度六度是最適宜的?！庇痔岢觥拌b于永城煤炭儲量豐富，現(xiàn)已投入建

12、井，將來發(fā)展遠景可觀，據(jù)此建議，對特別重要的工程和建筑物，可提高1度設防?！泵禾坎炕ㄋ緦﹃愃臉堑V井方案設計審查意見明確：“建筑物地震烈度均按6度設防，但對六大要害系統(tǒng)按7度的構造措施設計。”1.1.3礦區(qū)開發(fā)歷史及生產(chǎn)建設規(guī)劃礦區(qū)現(xiàn)有生產(chǎn)礦井葛店煤礦、新莊煤礦、車集煤礦等8處。另外，礦區(qū)已經(jīng)逐步形成了煤礦產(chǎn)業(yè)鏈，除部分大件煤礦機械外，基本可以滿足煤礦建設需要。1.1.4礦井建設的外部條件礦井工業(yè)場地至礦區(qū)集配站的鐵路專用線正線里程15.86 km。新、老兩條永碭公路，分別自工業(yè)場地兩側經(jīng)過，將礦井工業(yè)場地與鐵路干線和土產(chǎn)材料產(chǎn)地連通，交通條件較好。礦井永久電源由永城220 kV變電站供給。地

13、方集資興建的永城110 kV變電站，可作為本礦井建井期的施工電源。為確保施工安全，另一回電源可取自新莊礦井。礦區(qū)熱電站應盡快建設。經(jīng)初步勘探證實，上第三系孔隙承壓水，無論其水量和水質(zhì)均可滿足本礦井永久水源的要求。礦區(qū)北部的芒山生產(chǎn)白灰、石子、料石等土產(chǎn)材料。水泥、鋼材木材等建材亦可通過公路運至本礦。礦井建設的外部條件比較優(yōu)越、可靠。1.2 井田地質(zhì)特征1.2.1地層永城煤田為華北型沉積，地層分區(qū)屬華北區(qū)、魯西分區(qū)、徐州小區(qū)的范疇。本井田無基巖出露，全都被新生界沖積層所覆蓋，缺失上奧陶統(tǒng)至下石炭統(tǒng)、三迭系至第三系古新統(tǒng)兩段。鉆探揭露的基巖地層上至石千峰組（平頂山砂巖)，下至中奧陶統(tǒng)馬家溝灰?guī)r，厚

14、度約1100 m。自下而上敘述如下:1、中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)，由白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r組成，井田內(nèi)揭露厚度3045.20 m。2、石炭系(C23)，假整合于中奧陶統(tǒng)之上；中統(tǒng)本溪組（C2b)，由鋁質(zhì)泥巖及山西式鐵礦組成，厚度222 m，平均8.78 m；上統(tǒng)太原組（C3t），由911層薄至中厚層狀灰?guī)r和泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉、砂巖組成，間夾不可采煤層35層，厚度93164 m，平均133 m；3、二迭系(P)，揭露厚度961.2 m，下統(tǒng)齊全，上統(tǒng)K6標志層以上多被剝蝕；下石盒子組（P1x），厚度48.63112.27 m，平均74.92 m，由泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖及三煤組組成，以K5砂巖標志層底

15、界與上石盒子分界；山西組（P1S），厚度89.94131.78 m，平均106.43 m，由泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖及煤層組成。二2煤層賦存于中部，下以K3灰?guī)r標志層頂界與石炭系分界，上以K4鮞狀鋁質(zhì)泥巖底界與下石盒子組分界；上石盒子組（P2s），鉆孔穿見厚度728.98 m，共分四段，每段底部都以一層穩(wěn)定的砂巖標志層相分界（K5K9），其基巖組成也是以泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及砂巖為主，不含具有工業(yè)價值的煤層。4、新生界（R2）井田內(nèi)覆蓋層中，僅有上第三系和第四系，缺失下第三系。厚度300430 m，平均348.73 m。由粘土、亞粘土、亞砂土及中、細、粉砂交互成層。上第三系為河湖相沉積，直接覆蓋

16、于古生界之上。詳見井田地層劃分表1-1。（后附礦井綜合柱狀圖）1.2.2地質(zhì)構造新華夏體系及東西向構造構成永城煤田的骨架，本煤田有永城背斜及北部的孔莊芒山背斜組成。陳四樓井田位于永城隱伏背斜之西冀，大致呈單斜構造，總體走向NNW，傾向SWW。受多期構造運動的影響，褶曲、斷裂均較發(fā)育。表1-1 井田地層劃分表地層系統(tǒng)厚度（m）最小-最大界系統(tǒng)組段符號標志層代號平均新生界第四系|第三系R2300-430348.73古生界二疊系上二疊統(tǒng)石千峰組P2Sh1K9殘厚51上石盒子組四P2S4K8172三P2S3K7200二P2S2K6233P2S1K581.65-150.68124.08下二疊統(tǒng)下石盒子組

17、P1xK448.53-112.2774.92山西組P1s 89.94-131.78 106.43石炭系上統(tǒng)太原組CatK3 K2123.09-201.86151.54中統(tǒng)本溪組CabK12.0-22.08.78奧陶系中統(tǒng)馬家溝組Ozm揭穿40表1-2 斷層特征及控制情況斷層延展方向傾角（）長度（m）落差（m）可靠度編號性質(zhì)F1正東西531900.5033AF2正東西70800.1410AF3a正東西59566.800-27AF3b正東西59950.5327BF4正東西58-682004.4617-107B地層傾角在露頭處局部較大，向深部逐漸變小，一般為310，局部1015。1、褶曲井田內(nèi)褶曲比

18、較發(fā)育，近東西向的自南向北有八里廟向斜、呂莊向斜等。2、斷裂井田內(nèi)斷裂構造均為正斷層，據(jù)葛店煤礦井下及芒山地表所見，推定斷層面傾角均為70。發(fā)現(xiàn)并已被控制的斷層 4條，以NNE向斷裂為主，近東西向斷裂也較發(fā)育。斷層情況詳見表1-2。3、巖漿活動據(jù)側定，井田內(nèi)巖漿巖活動大致有兩個期次：基性巖為華力西運動晚期產(chǎn)物；酸性巖為燕山運動早晚期產(chǎn)物?；詭r主要為輝綠巖，一般在三煤組中順煤層侵入三4、三、三5煤層中，呈巖脈或巖席產(chǎn)出；酸性巖主要為閃長巖類及花崗巖類，呈巖墻及巖席產(chǎn)出。受巖漿巖侵入影響地段，使煤層結構復雜，或變?yōu)樘烊唤梗档土嗣簩拥慕?jīng)濟價值。1.2.3水文地質(zhì)1、含水層及隔水層特征自上而下分為

19、四個含水組：1）新生界孔隙含水組：區(qū)內(nèi)松散地層沉積為沖積及湖積，其厚度受古地形影響而東薄西厚、南薄北厚。含水砂層一般為112層，平均厚86.34 m。淺部以大氣降水垂直滲入為主，中部及深部以水平側向滲透為主。屬孔隙承壓水，不易疏干，q=0.0047.0 /sm，K=0.623 m/d。含水砂層之間及其與基巖之間有厚度比較穩(wěn)定的粘土層，形成天然的隔水屏障，局部地段與基巖處有透鏡狀砂層，即所謂“天窗”，對淺部開采會具有一定影響。2）二迭系砂巖裂隙，孔隙含水組：主要由上、下石盒子組及山西組砂巖裂隙孔隙承壓水組成，其補給方式以水平側向滲透補給為主，滲透能力差，富水性弱，逕流滯緩，靜儲量為主，易于疏干。

20、q=0.1213 /sm，K=0.5683.91 m/d，水質(zhì)類型為SO4-Na。3）石炭系灰?guī)r巖溶裂隙含水組：主要含水巖層為石灰?guī)r(11層)?；?guī)r以L2、L3、L4、L7、L8、L9、L10七層比較穩(wěn)定，巖溶裂隙比較發(fā)育，但多被泥質(zhì)或鈣質(zhì)充填。補給方式為遠方側向滲透。q=0.0006852.068 /sm，K=0.004927.473 m/d。水質(zhì)類型SO4CaNa，礦化度2 g /l。4）奧陶系巖溶裂隙含水組：區(qū)域范圍內(nèi)，在安徽省閘河煤田東西兩側出露，本煤田僅在芒山有局部出露。巖溶發(fā)育，富水性強。補給方式以遠方水平滲透為主。=0.00068515.7 /sm，0.0027.473 m/d。

21、水質(zhì)類型SO4CaNa，礦化度2.2064.43 g/l。2、井田水文地質(zhì)條件本井田水文地質(zhì)類型為中等簡單，其主要依據(jù)是：1）直接充水含水層，三煤層和二煤層頂板砂巖含水性弱，單位涌水量一般小于0.01 /sm，為簡單類型；2）上復新生界含水層與基巖界面之間有厚度大于30 m的粘土層阻隔，正常地段對煤系地層無充水作用；3）下伏太原組灰?guī)r含水層與二2煤層之間有砂巖和泥巖組成的隔水層，厚度在50 m以上，正常地段二2煤層的開采不存在底板突水的威脅；4）井田內(nèi)斷層富水性及導水性弱，q0.001 /sm；5）主采煤層頂?shù)装鍘r層穩(wěn)定；6）礦床遠離地表水體。3、礦井預計涌水量井田南部和西部均以斷層構成阻水邊

22、界，東部煤層露頭與粘土隔水層相接，只有北界F1斷層使二2煤與對盤太原組灰?guī)r相接，可視為弱補給邊界。表1-3各煤層特征表表1-4主采煤層煤質(zhì)特征表通過采用“集水廊道”法計算，礦井預計正常涌水量894 m3/h（其中：K5砂巖328 m3/h，三煤組291 m3/h，二煤組275 m3/h）；最大涌水量1200 m3/h。煤層及夾殲厚度解釋的準確性，審查中有較多見煤點測井資料降級。1980年前鉆孔封孔質(zhì)量不好，1980年后封孔質(zhì)量有所改進，但也難作出評價。設計建議:（1）對于先期開采地段的地質(zhì)遺留問題補充部分勘探工作 (見第二章第三節(jié))，列為基本建設投資。（2）地震解釋斷層F3、F4，應在生產(chǎn)勘探

23、中證實（3）對封孔質(zhì)量問題，生產(chǎn)建設中應引起注意，及時采取有效措施，以預防因封孔質(zhì)量不好而造成水害。2 井田境界與儲量2.1井田境界“永城礦區(qū)總體設計”及井田精查地質(zhì)勘探所確定的井田境界為：東起二2煤層露頭線，西至F2斷層；南到二2煤層露頭線。井田南北走向長5.6km8.15km，東西寬1.5km4.59km，井田面積約26.13km2。陳四樓礦整個井田由以下8個拐點組成，它們的坐標如下表所示：表2-1 井田境界拐點坐標表點號緯度X坐標經(jīng)度Y坐標點號緯度X坐標經(jīng)度Y坐標13767000.0039441000.0053762298.0039445586.0023761500.0039441000

24、.0063764730.0039444057.0033758845.0039443500.0073765000.0039443500.0043758940.003944500.0083767000.0039443500.002.2 礦井工業(yè)儲量2.2.1構造類型煤層傾角一般為425，煤層賦存穩(wěn)定，褶曲與斷層均較發(fā)育，無巖漿活動，為中等構造地區(qū)，屬于第二類。2.2.2 礦井工業(yè)儲量的計算及等級圈定礦井工業(yè)儲量是指在井田范圍內(nèi)，經(jīng)地質(zhì)勘探，煤層厚度和質(zhì)量均合乎開采要求，地質(zhì)構造比較清楚。本次儲量計算是在精查地質(zhì)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。二2號煤層為可采煤層，煤層

25、可采厚度3.005.10m，平均4.5m。用塊段法計算地質(zhì)儲量。地質(zhì)塊段法就是根據(jù)一定的地質(zhì)勘探或開采特征，將礦體劃分為若干塊段，在圈定的塊段法范圍內(nèi)可用算術平均法求得每個塊段的儲量。煤層總儲量即為各塊段儲量之和，每個塊段內(nèi)至少應有一個以上的鉆孔。塊段劃分如圖2-1所示。根據(jù)煤炭工業(yè)設計規(guī)范，求得以下各儲量類型的值：（1）礦井地質(zhì)資源量礦井地質(zhì)資源量可由以下等式計算：（2-1）式中：礦井地質(zhì)資源量，Mt；煤層平均厚度，m；煤層底面面積，m2；煤容重，t/m3。將各參數(shù)代入（2-1）式中可得表2-2，所以地質(zhì)儲量為：圖2-1 塊段劃分示意圖表2-2 煤層地質(zhì)儲量計算煤層塊段傾角/()塊段面積/k

26、m2煤厚/m容重/t/m3總儲量/Mt二216.74.204.51.40138.80212.52.204.51.4036.92.204.51.40406.804.51.40516.64.004.51.40602.364.51.402）礦井工業(yè)儲量根據(jù)鉆孔布置，在礦井地質(zhì)資源量中，60%探明的，30%控制的，10%推斷的。根據(jù)煤層厚度和煤質(zhì)，在探明的和控制的資源量中，90%的是經(jīng)濟的基礎儲量，10%的是邊際經(jīng)濟的基礎儲量，則礦井工業(yè)資源/儲量由式計算。礦井工業(yè)儲量可用下式計算：（2-2）式中 Zg礦井工業(yè)資源/儲量；探明的資源量中經(jīng)濟的基礎儲量；控制的資源量中經(jīng)濟的基礎儲量；探明的資源量中邊際經(jīng)

27、濟的基礎儲量；控制的資源量中經(jīng)濟的基礎儲量；推斷的資源量；可信度系數(shù)，取0.70.9。地質(zhì)構造簡單、煤層賦存穩(wěn)定的礦井，值取0.9；地質(zhì)構造復雜、煤層賦存不穩(wěn)定的礦井，取0.7。該式取0.8。因此將各數(shù)代入式2-2得：Zg=136.025（Mt）2. 3 礦井可采儲量計算可采儲量時，必須要考慮以下儲量損失：1）工業(yè)廣場保護煤柱；2）井田邊界煤柱損失；3）采煤方法所產(chǎn)生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）其它各種損失。2.3.1各種煤柱損失計算(1)井田邊界保護煤柱根據(jù)陳四樓礦的實際情況，井田邊界保護煤柱取30 m 寬，則井田邊界保護煤柱的損失按下式計算。（2-3）式中

28、：P井田邊界保護煤柱損失，萬t。H井田邊界煤柱寬度，30m；L井田邊界長度，19300m；m煤層厚度，二2煤層平均為4.5m，r煤層容重，二2 煤為1.40t/ m3；代入數(shù)據(jù)得：（2）斷層保護煤柱(2410+580+1304) 4.5201.4=10.39Mt（3）工業(yè)廣場保護煤柱工業(yè)廣場的占地面積，根據(jù)煤礦設計規(guī)范中若干條文件修改決定的說明中第十五條，工業(yè)場地占地面積指標見表2-4-1。表2-3 工業(yè)廣場占地面積指標表井型/Mta-1占地面積指標/ha0.1Mt-12.4及以上1.01.21.81.20.450.91.50.090.31.8礦井井型設計為1.2Mt/a，因此由表2-3-3可

29、以確定本設計礦井的工業(yè)廣場為0.144km2。建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程第14條和第17條規(guī)定工業(yè)廣場屬于級保護，需要留設15m寬的圍護帶。本設計選定工業(yè)廣場長為400m，寬為350m，新生界松散層厚度90 m，結合本礦井的地質(zhì)條件及沖積層和基巖移動角（表2-4-2）采用垂直剖面法計算工業(yè)廣場的壓煤損失。表2-4 巖層移動角廣場中心深度/m煤層傾角煤層厚度/m松散層厚度/m-560 16.454.59041757067根據(jù)垂直剖面法所作的工業(yè)廣場保護煤柱的尺寸計算，如圖2-1所示：保護煤柱的水平面積：;則工業(yè)廣場壓煤為：（4）永久保護煤柱總量為：2.3.2礦井可采儲量計

30、算可采儲量的計算公式為：式中：Z礦井可采儲量，萬t；Zc礦井工業(yè)儲量，萬t；Q永久煤柱損失，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。圖2-2工業(yè)廣場保護煤柱所以本礦井的可采儲量為：礦井儲量匯總見表2-5表2-5 礦井儲量匯總表煤層工業(yè)資源儲量/Mt礦井資源儲量/Mt永久煤柱損失/Mt設計可采儲量/Mt二274.9537.4811.10136.0315.1296.7243 礦井工作制度、設計生產(chǎn)能力及服務年限3.1礦井工作制度本礦井年工作日為330天，采用“三八”工作制，即二班采煤，一班檢修，每班工作8小時。根據(jù)煤炭設計規(guī)范，

31、礦井日凈提升確定為16小時。3.2礦井設計生產(chǎn)能力及服務年限3.2.1礦井設計生產(chǎn)能力確定依據(jù)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(chǎn)能力應根據(jù)資源條件、開采條件、技術裝備、經(jīng)濟效益及國家對煤炭的需求等因素，經(jīng)多方案比較或系統(tǒng)優(yōu)化后確定。礦區(qū)規(guī)?？梢罁?jù)以下條件確定：1）資源情況：煤田地質(zhì)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(zhì)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：

32、對國家煤炭需求量（包括煤質(zhì)、產(chǎn)量等）的預測是確定礦區(qū)規(guī)模的一個重要依據(jù)；4）投資效果：投資少、工期短、生產(chǎn)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(chǎn)能力礦井生產(chǎn)能力主要根據(jù)礦井地質(zhì)條件、煤層賦存情況、開采條件、設備供應及國家需煤等因素確定。陳四樓礦的實際情況：地質(zhì)構造相對較簡單，儲量豐富，煤層賦存較穩(wěn)定，為緩傾斜煤層，單水平上下山開拓，主采二2煤層，平均厚度為4.5m；瓦斯和水涌出量較小，采用綜采放頂煤的開采方法。所以根據(jù)以上條件和陳四樓煤礦的最初設計，確定本礦井的年設計生產(chǎn)能力為120萬t。3.2.3礦井的服務年限根據(jù)礦井實際的地層和煤層特征，本礦井

33、主采二2層煤，平均厚度4.5m，平均傾角9，賦存較穩(wěn)定，為兩水平開拓。水平服務年限的計算公式：式中：T水平服務年限，a；Z可采儲量，967.24萬t；A礦井設計年生產(chǎn)能力，120萬t；K礦井備用系數(shù)，取1.5。所以礦井的服務年限為：服務年限符合要求。參看表3-1。表3-1 我國各類井型的新建礦井和第一水平設計服務年限礦井設計生產(chǎn)能力（Mt/a）礦井設計服務年限（a）第一水平設計服務年限煤層傾角456及以上70353-560301.2-2.4502520150.45-0.9402015103.3井型校核按礦井的實際煤層開采能力，輔助生產(chǎn)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

34、井田內(nèi)有二2煤層可采，總煤厚4.5 m，為厚煤層，賦存穩(wěn)定，厚度稍有變化。煤層傾角平均9.73，地質(zhì)條件簡單，根據(jù)現(xiàn)代化礦井“一礦一井一面”的發(fā)展模式，可以布置一個綜采放頂煤工作面。2）輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能力校核礦井設計為大型礦井，開拓方式為立井兩水平開拓。煤炭大巷采用膠帶輸送機運煤，工作面生產(chǎn)的原煤經(jīng)斜巷膠帶輸送機到大巷膠帶輸送機運到井底煤倉，運輸能力大，自動化程度高，機動靈活；大巷輔助運輸采用礦車運輸，運輸能力大，調(diào)度方便靈活。3）通風安全條件的校核本礦井為低瓦斯礦井，瓦斯涌出量低，煤塵爆炸性低，礦井投產(chǎn)前后期均采用中央并列式通風。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，

35、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(chǎn)能力與服務年限相適應，才能獲得好的技術經(jīng)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3-14 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(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

36、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(zhì)、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：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(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。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)。合理開發(fā)國家資源，減少煤炭損失。必須貫徹執(zhí)行煤

37、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)。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。根據(jù)用戶需要，應照顧到不同媒質(zhì)、煤種的煤層分別開采，以及其它有益礦物的綜合開采。本井田開拓方式的選擇，主要考慮到以下幾個因素：1）主采煤層為緩傾斜煤層（平均傾角9）；。2）本礦井為低瓦斯礦井。3）本礦井煤層埋藏較深，煤層可采線約在-320m，最深處達-820m，表土層厚度大，約在240m。4）礦井年設計生產(chǎn)能力為120萬t/a，為大型礦井。4.1.1井筒形式的確定（1）

38、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。具體比較見表4-1。本礦井煤層傾角小，平均9，為緩傾斜煤層；表土層厚約240 m，無流沙層；水文地質(zhì)情況總體較簡單，涌水量較大；井筒需要特殊施工凍結法建井，因此需采用立井開拓。表4-1 井筒形式比較井筒形式優(yōu)點缺點適用條件平硐1運輸環(huán)節(jié)和設備少、系統(tǒng)簡單、費用低；2工業(yè)設施簡單；3井巷工程量少，省去排水設備，大大減少了排水費用；4施工條件好，掘進速度快，加快建井工期；5煤炭損失少。受地形影響特別大有足夠儲量的山嶺地帶斜井與立井相比：1井筒施工工藝、設備與工序比較簡單，掘進速度快，井筒施工單價低，初期投

39、資少；2地面工業(yè)建筑、井筒裝備、井底車場簡單、延深方便；3主提升膠帶化有相當大提升能力。能滿足特大型礦井的提升需要；4斜井井筒可作為安全出口。與立井相比：1井筒長，輔助提升能力小，提升深度有限；2通風線路長、阻力大、管線長度大；3斜井井筒通過富含水層，流沙層施工復雜；井田內(nèi)煤層埋藏不深，表土層不厚，水文地質(zhì)條件簡單，井筒不需要特殊法施工的緩斜和傾斜煤層。立井1不受煤層傾角、厚度、深度、瓦斯和水文地質(zhì)等自然條件限制；2井筒短，提升速度快，對輔助提升特別有利；3當表土層為富含水層的沖積層或流沙層時，井筒容易施工；4井筒通風斷面大，能滿足高瓦斯、煤與瓦斯突出的礦井需風量的要求。1井筒施工技術復雜，設

40、備多，要求有較高的技術水平；2井筒裝備復雜，掘進速度慢，基建投資大。對不利于平硐和斜井的地形地質(zhì)條件都可考慮立井。（2）井筒位置的確定井筒位置選擇要有利于減少初期井巷工程量，縮短建井工期，減少占地面積，降低運輸費用，節(jié)省投資；要有利于礦井的迅速達產(chǎn)和正常接替。因此，井筒位置的確定原則：1）沿井田走向的有利位置當井田形狀比較規(guī)則而且儲量分布均勻時，井筒的有利位置應在井田走向中央；當井田儲量呈不均勻分布時，應布置在儲量的中央，以形成兩翼儲量比較均勻的雙翼井田，可使沿井田走向的井下運輸工作量最小，通風網(wǎng)路較短，通風阻力小。2）井筒沿井田傾斜方向的有利位置井筒位于井田淺部時，總石門工程量大，但第一水平

41、及投資較少，建井工期短；井筒位于井田中部時，石門較短，沿石門的運輸工程量較??；井筒位于井田的下部時，石門長度和沿石門的運輸工作量大，如果煤系基底有含水量大的巖層不允許井筒穿過時，它可以延深井筒到深部，對開采井田深部及向下擴展有利。從井筒和工業(yè)場地保護煤柱損失看，井筒愈靠近淺部，煤柱尺寸愈小，愈近深部，煤柱尺寸愈大。對于緩傾斜煤層單水平開采的礦井，從井下運輸及開采有利出發(fā)，井筒應位于井田中部，使上山部分斜長略大于下山部分斜長。3）有利于礦井初期開采的井筒位置盡可能的使井筒位置靠近淺部初期開采塊段，以減少初期井下開拓巷道的工程量，節(jié)省投資和縮短建井工期。4）地質(zhì)及水文條件對井筒布置影響要保證井筒，

42、井底車場和硐室位于穩(wěn)定的圍巖中，應盡量使井筒不穿過或少穿過流沙層，較大的含水層，較厚沖積層，斷層破碎帶，煤與瓦斯突出的煤層，較軟的煤層及高應力區(qū)。5）井口位置應便于布置工業(yè)廣場井口附近要布置主，副井生產(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)間互相連接，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，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)或采空區(qū)，洪水浸入?yún)^(qū)，盡量避免橋涵工程，尤其是大型橋涵隧道工程。6）井口應滿足防洪設計標準附近有河流或水庫時要考慮避免一旦決堤的威脅及防洪措施。由于本井田傾角平緩，厚度變化小，且交通較方便。故把井筒置于井田中央，即工業(yè)場地之中。（3

43、）井筒數(shù)目為了滿足井下煤炭的提升和人員、材料、矸石的輔助提升，需設置一主井及一副井。因為用主井回風存在主井漏風嚴重的問題，所以不安排主井進回風；井田面積較小，表土層厚度大，不宜用邊界式通風，因此設置中央回風井，用于前后期回風。共計三個井筒。4.1.2開采水平的確定、采（帶）區(qū)劃分1.開采水平劃分依據(jù)及原則開采水平的劃分將影響礦井建設時期的技術經(jīng)濟指標，影響建井初期工程量，影響基建投資。所以，開采水平的劃分要合理。其所遵循的原則如下：1）具有合理的階段斜長合理的階段斜長要便于煤炭的運輸，便于輔助提升，方便行人。同時還要考慮要有合理的區(qū)段數(shù)目。2）要有利于采區(qū)的正常接替為保證礦井均衡生產(chǎn)，一個采區(qū)

44、開始減產(chǎn)，另一個新的采區(qū)應投入生產(chǎn)，必須提前準備好一個新采區(qū)。所以，一個采區(qū)的服務年限應大于一個采區(qū)的開拓準備時間。由此可見，階段斜長越長，采區(qū)儲量多，采區(qū)的服務年限就越長，越有利于采區(qū)的接替。3）經(jīng)濟上有利的水平垂高我國多年的生產(chǎn)建設實際表明，開采水平垂高過小，將造成嚴重的采掘失調(diào)。合理的加大開采水平垂高，可以增加水平儲量和服務年限，有利于集中生產(chǎn)，提高開采水平的生產(chǎn)能力，減少開采水平和同時生產(chǎn)的水平數(shù)目。故在運輸、通風、排水、巷道維護等技術條件能夠達到的情況下，可以適當加大水平垂高，減少水平數(shù)目。井田主采煤層為二2煤層，三組煤層由于賦存條件復雜，作為儲備資源，后期根據(jù)需要可采用延伸井筒方式

45、開采二2煤層以下煤層。二2煤層傾角較平緩，為315，一般9.73，為緩斜煤層，故設計為兩水平開采。一水平標高-500 m，二水平標高-700 m。采區(qū)式和帶區(qū)式開采相結合。二2煤層生產(chǎn)能力：可采儲量為96.742 Mt，服務年限為53.7a。4.1.3方案比較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：方案一：立井兩水平直接延伸（巖石大巷) 主、副井均為立井，布置于井田中央，大巷布置在巖層當中。方案二：立井兩水平直接延伸（煤層大巷)主、副井均為立井，布置于井田中央，大巷布置在煤層當中。方案三：立井兩水平暗斜井延伸（巖石大巷）主、副井均為立井，兩井布置于井田走向中央

46、，傾斜方向偏上部，大巷布置在巖層當中。方案四：立井兩水平暗斜井延伸（煤層大巷）主、副井均為立井，兩井布置于井田走向中央，傾斜方向偏上部，大巷布置在煤層當中。2.技術比較以上所提四個方案中，數(shù)量和運輸大巷、回風大巷長度以及采區(qū)和帶區(qū)布置總體基本一致。主要區(qū)別在于井筒的形式、位置不同和大巷層位不同而引起部分基建、生產(chǎn)經(jīng)營費用不同。方案一、三與方案二、四比較，區(qū)別在于方案一、三中大巷布置在巖層中而方案二、四中大巷布置在煤層中，這樣方案一、三就增加了巖石巷道的掘進，使基建費用加大，增加了設備的配備，掘進速度慢，掘進出矸多需要地面堆放，對保護環(huán)境不利；但其優(yōu)點也是顯而易見的：減少了大巷保護煤柱，運輸系統(tǒng)

47、干擾降低，各種運輸暢通，由于是厚煤層開采，通風安全性提高，通風條件優(yōu)化，巷道維護條件好，維護費用低，對預防火災及安全生產(chǎn)也是有利的。方案二、四中，巖石掘進量明顯較少，而且設備少，環(huán)節(jié)簡單，開拓準備時間短，但通風條件差對預防火災不利，巷道維護困難且費用增加。另外由于本礦井煤炭有自燃發(fā)火傾向，需要加強火災預防，故兩方案中暫取巖層大巷。方案一、二與方案三、四比較，區(qū)別在于井筒的形式。方案一、二中主井為立井一水平開拓，這種形式適應性強，不受瓦斯和水文等自然條件的限制；使生產(chǎn)系統(tǒng)集中在工業(yè)場地，不需另外設井筒保護煤柱；在采深相同的情況下井筒短，相應的管纜敷設長度短，提升速度快，提升能力大；井筒斷面大，能

48、下放外形尺寸較大的材料和設備；井筒支護條件好，且易于維護；井筒通風斷面大，通風阻力小，允許通過的風量大，有利于礦井通風。但井筒長度較大，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，成井速度較慢，開鑿費用較高，基建投資大。方案三、四中主井為立井開在煤層淺部用暗斜井延伸至煤層深部，與立井直接開到煤層深部相比其掘進技術和施工設備比較簡單，掘進速度快；但在相同采深的條件下井筒較長，維護費用高，相應的通風線路和管纜長，不利通風。另外井筒設在井田邊界，這樣使煤層深部的工作面的通風線路長度大大增加。而且方案三、四要多鑿兩條大巷?？紤]到本井田瓦斯高、煤炭有自燃發(fā)火傾向、井下低溫較高以及煤塵有

49、爆炸危險，本礦井對通風要求很高，所以采用井筒布置到井田中央直接延伸到煤層深部的方式較好。方案粗略費用比較見表4-2。表4-2 各方案粗略估算費用表方案一，三方案二，四基建費巖石大巷289551574.810-4=2820.47煤層大巷289551299.910-4=2328.12維護費巖石大巷1.21791067.022010-4=2880.88煤層大巷1.21791067.023510-4=5041.38總 計費用/萬元5701.35費用/萬元7369.50百分數(shù)(%)100.00百分數(shù)(%)129.263.經(jīng)濟比較經(jīng)過技術比較和粗略費用比較，現(xiàn)在針對方案一和方案三進行進一步的經(jīng)濟比較。兩方

50、案有差別的建井工程量、生產(chǎn)經(jīng)營工程量、基建費和生產(chǎn)經(jīng)營費的經(jīng)濟比較結果，計算匯總結果見表4-69。4-6建井工程量項目方案一方案三初期主井井筒/m280+280280+280副井井筒/m280+280280+280井底車場/m10001000開拓大巷/m4168241682后期主井/主暗斜井井筒/m200650副井/副暗斜井井筒/m200675井底車場/m10001000主石門/m8000開拓大巷/m46302463024-7方案一基建、生產(chǎn)費用計算 項目數(shù)量/10m基價/元費用/萬元合計/萬元初期基建費用/萬元主井開鑿表土段28267053747.751045.14基巖段28106211297.39副井開鑿表土段28301152722.761565.99基巖段28124542843.23井底車場巖巷10033000330.00330.00大巷巖巷833.6157481312.751312.75小計4253.88后期基建費用/萬元主井開鑿巖巷20106211212.4212.4副井開鑿巖巷20124542249.1249.1井底車場巖巷10033000330.0330.