1、 本科毕业设计 目录- 1 -目 录1 井田概况及地质特征 11.1 矿区概况 11.1.1 交通位置 .11.1.2 井田范围 .11.1.3 水系 .11.1.4 气象及地震情况 .21.1.5 电源情况 .31.2 井田地质特征 41.2.1 井田地形 .41.2.2 井田水文地质特征 .81.3 煤层及煤质 81.3.1 煤层 .81.3.2 煤层围岩特性 .91.3.3 煤质概述 102 井田开拓 .112.1 井田境界及可采储量 .112.1.1 井田境界 112.1.2 可采储量 122.1.3 矿井设计生产能力及服务年限 162.2 井田开拓 .172.2.1 井田开拓的基本问
2、题 172.2.2 矿井基本巷道 212.2.3 大巷运输设备选择 272.2.4 矿井提升 283 采煤方法及带区巷道布置 .303.1 煤层的地质特征 .303.2 带区布置 .303.2.1 巷道布置 303.2.2 开采顺序 313.2.3 带区生产系统 313.2.4 巷道掘进 313.2.5 带区生产能力 323.3 采煤方法 .323.3.1 采煤工艺方式 323.3.2 回采巷道布置 37本科毕业设计 目录- 2 -4 矿井通风 .404.1 矿井通风系统选择 .404.1.1 矿井开拓开采条件 404.1.2 设计原则及考虑因素 404.1.3 通风方式确定 414.1.4
3、通风方法确定 424.2 带区通风 .434.2.1 带区通风总体要求 434.2.2 带区通风的基本要求 444.2.3 工作面上行风与下行风的确定 444.2.4 工作面通风方式 454.3 掘进通风 .464.3.1 掘进通风方法 464.3.2 掘进面需风量计算 474.3.3 掘进面的设计 484.4 矿井需风量 .514.4.1 矿井需风量计算的原则 514.4.2 矿井需风量的计算 514.4.3 风量分配 544.4.4 通风构筑物 554.5 矿井通风阻力计算 .554.5.1 矿井通风阻力 554.5.2 矿井总风阻、等积孔计算 614.6 矿井主要风机选型 .624.6.
4、1 主要风机选型 624.6.2 电动机选型 664.7 矿井反风措施及装置 .684.7.1 矿井反风的目的和意义 684.7.2 反风方法及反风装置 684.7.3 区域性反风和局部反风 694.8 矿井通风费用概算 .704.9 防止特殊灾害的安全措施 .725 矿井安全技术措施 .745.1 矿井安全技术概括 .745.1.1 通风概况 745.1.2 自然发火概况 745.1.3 防治水概况 755.1.4 顶板冒落防治概况 75本科毕业设计 目录- 3 -5.1.5 其它灾害概况 755.2 矿井火灾 .765.2.1 矿井自然发火概况 765.2.2 矿井自然发火分析及措施 76
5、5.3 矿井瓦斯 .825.3.1 矿井瓦斯地质条件 825.3.2 矿井瓦斯涌出概况 825.3.3 矿井瓦斯防治 825.4 矿井粉尘 .855.4.1 矿尘概况 855.4.2 矿尘防治措施 855.5 事故预防及处理计划的编制 .875.5.1 瓦斯事故预防及应急预案 875.5.2 火灾事故预防 905.5.3 水灾应急预案 955.5.4 其它事故的预防及处理 99参考文献 104采空区瓦斯抽放钻孔参数设计及优化方法 1061 绪论 1061.1 引言 .1061.2 瓦斯抽放现状 .1071.3 我国煤矿瓦斯抽放存在的问题 .1081.4 抽放瓦斯技术的发展方向 .1081.5
6、主要研究内容和方法 .1092 采空区瓦斯抽放 1102.1 瓦斯抽放条件的确定 .1102.2 矿井瓦斯抽放方法的适用条件和工艺参数 .1102.3 适合采空区瓦斯抽放的条件 .1112.4 采空区瓦斯抽放方法 .1123 钻孔抽放参数设计 1153.1 采空区顶板卸压覆岩岩层移动规律 .1153.2 钻孔抽放参数 .1213.3 实际钻孔布置参数 .1223.4 采空区抽放瓦斯相关因素分析 .1233.5 钻孔参数优化 .1243.6 抽放效果分析 .1264 结论 1275 展望 128本科毕业设计 目录- 4 -参考文献 129翻译部分 130英文部分 130中文部分 135致谢 13
7、9全套设计，联系 153893706本科生毕业设计 第 1 页1 井田概况及地质特征1.1 矿区概况1.1.1 交通位置峰峰集团有限公司新三矿，地处河北省南部，邯郸市峰峰矿区大峪镇。位于河北省邯郸市之西南，西北距峰峰集团公司约 10km，东距磁县县城约 15km，地理坐标为东经 11412401141430，北纬3622936245之间，行政区划属邯郸市峰峰矿区管辖。井田西部已有专用铁路线，在临水（新市区）与峰峰矿区环行铁路相接，经马头车站与京广线铁路连通，临水车站距马头车站 20km。此外，还有岳峰公路从本矿西部通过，北部有新市区南环公路与磁县相通。见图 1-1 矿井位置交通图。1.1.2
8、井田范围北以 F29 号断层与泉头井田分界；南至 F25 号断层与梧桐庄井田相邻；西至煤层露头及技术边界与三矿井田相隔；东至 F8 号断层与九龙矿相望；井田南北平均长 4.25km，东西平均宽 3.25km，井田面积13.83km2。由 44 个拐点圈定一不规则多边形。1.1.3 水系新三矿井田位于鼓山东麓，属平缓的丘陵地形，冲沟比较发育。区内西高东北低，最高处为赵家庄西南之山岗，标高 205.74m,最低侵蚀基准面为滏阳河床，标高 107.46m，相对高差近百米。区内地表水系不发育海河流域子牙河水系上游的淮阳河起源于井田北西外围放山奥陶系灰岩泉群，由黑龙洞泉，娘娘泉，广胜泉，郭家庄泉等泉群汇
9、集，由西向东在井田北侧外围穿过，根据水源开发队资料，河流流量62.42m3/s5.51m 3/s,平均流量 11.81m3/s，最高洪水位标高122m 左右。井田范围内唯一地表溪流为固义小溪，由大气降水、浅层地下水、矿坑水等汇集，自西向东横贯井田，流量在 1m3/s 以内。井田内以各含水层的水量、水位、水质等资料分析，在正常情况下，本科生毕业设计 第 2 页各含水层之间无水力联系。图 1-1 矿井交通位置图1.1.4 气象及地震情况本区为大陆性半干旱气候，现将峰峰矿区气象站本区气象资料简述如下：降水量：年总量最大 1240.6mm，最小 391.9mm，平均 628.9mm，集本科生毕业设计
10、第 3 页中于 6 月底至 9 月初，可占全年一半。蒸发量：年总量最大 2229.5mm，最小 1427.5mm，平均 1908.7mm，5月7 月最大。气温：历年最高气温 41.9，最低15.7，年平均气温 14左右。冰冻期为每年 12 月初至来年 3 月初。风向风速：本区春季多东南风，夏季风向不定，秋季多西南风，冬季偏北风，最大风速可达 20m/s。地震：本区历史记载有地震活动，根据国家地震局地震大队 1977年 3 月 15 日地鉴字第 030 号文件认为：“峰峰矿区地震基本烈度为八度”，因此在矿井建设等方面均应充分专虑这一因素。历史记载的对峰峰附近地区有破坏性的地震资料见表 1-1。表
11、 1-1 地震资料列表时 间 震级 烈度 对峰峰地区的破坏程度1314105 6 涉县死 326 人，武安死14 人。1556 年 8 磁县清泉寺倾倒1830.06.12 7.5 滏阳河干涸，磁县死5485 人，彭城死伤 1700人1966.03.08 6.8 武安坍塌房屋 253 间，磁县 12 间1966.03.22 7.2 波及磁县1.1.5 电源情况新三矿地面设 35kv 变电所一座，两回电源线路引入，一回引自峰峰发电厂，另一回引自申家庄 110kv 区域变电站，两回路电源线路一路为LGJ-120 架空线路，线路长度为 6km，另一路为 LGJ-120 架空线路，线路长度为 11.5k
12、m。两路电源线路距离适合，供电电源可靠。本科生毕业设计 第 4 页1.2 井田地质特征1.2.1 井田地形本区为半裸露区，除井田中部多为被第四系所掩盖外，四周及毗邻区自奥陶系至上二迭系石千峰地层均有零星出露。现将各地层情况自下而上简述如下：1）奥陶系马家沟组岩性为白云质，灰质角砾岩与白云质灰岩、纯灰岩、花斑状灰岩，交替出极具清晰的沉积韵律，地下岩溶发育，以溶裂、溶孔和小型溶洞为主。全厚 300m。2）中石炭统本溪组岩性以深灰色粉砂岩、砂质泥岩与浅灰色至灰白色铝土质泥岩为主，含有煤层一层，中上部有时夹厚层中粒砂岩，底部为紫红色铁质铝土质泥岩，偶见透镜状铁矿，沉积厚度较大，厚度相差一倍以上，无明显
13、规律，井田内未见灰岩层，但北大峪地面偶见极薄灰岩夹层。3）上石炭统太原组为海陆交替相沉积，厚度比较稳定，总厚 110m 至 120.78m，沉积的岩层为深灰色至灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩与浅灰色中鲕粒岩，其中石灰岩 68 层，含煤 69 层。粉砂岩与泥岩中含有丰富的植物化石。石灰岩中产丰富的海相动物化石，有蜓类、腕族类、瓣腮类、复足类、珊瑚、海百合等。灰岩自上而下分别名为一座、野青、山青、伏青、小青、中青、大青、下架，除一座与中青沉积稍欠稳定外，其余沉积发育良好，以野青、伏青、大青较厚，一般在 2m 至 5m。本组4、6、7、8、9 为全区可采煤层，3、5 下、6 下为局部可采煤层。峰峰地区
14、多以石灰岩顶板命名，如野青大青煤等。由于沉积稳定，灰岩均匀间隔，地层和煤层对比容易。与山西组为连续沉积，分界不明显，采用一座灰岩上部一层中细粒砂岩分界。二迭系按岩性、岩相、古生物特征，可划分为山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组，各组间均为连续沉积，分界不明显。山西组与石盒子组分界，采用以紫色岩层绝迹后第一层中粗粒砂岩为界（相当干骆驼脖砂岩） 。下石盒子与上石盒子组划分，考虑到与毗邻井田统一，仍以第三段分界砂岩划分， （全国地层编表根据所采标准植物化石将分界从原三段底界下推 120m，即三段下的百米砂岩） 。石盒子组以上至石千峰本科生毕业设计 第 5 页组地层为陆相沉积，变化较大。4）下二
15、迭统山西组主要为过渡相海陆相沉积。岩性以灰白色中细粒砂岩与深灰色粉砂岩为主，夹灰黑色砂质泥岩，泥岩与煤层，含煤 36 层，东北角含煤程度较高，可达 6 层，下部的 2 号煤层为本区主要可采煤层。顶部灰色砂质泥岩中普便具有灰褐色细鲕状结构，可作为标志岩层，井与其上灰色中粒砂岩为界划分山西组与石盒子组，上部 0 号煤顶底板泥岩中含较高的铝土、高岭质成分，为峰峰地区重要陶瓷原料。最底部一层厚 5 米左右的中粒砂岩相对稳定，为山西组与太原组分界。厚度56.38m89.15m，平均厚 78.34m，岩性变化较大，无明显标志层，砂质泥岩中植物化石丰富，见有烟叶大羽羊齿、三角织羊齿、鳞木、芦木、苛达特等。5
16、）下二迭统石盒子组第一、二段岩性上下不易区分，厚 200.60m232.90m，平均 216.47m，东北部稍厚，西南部稍薄，不够明显。从顶界至 2 号煤层距离稳定，一般为268m，两极差不超过 15m，成为对比上的一个依据。上界与上石盒子组第三段底界砂岩分界明显。岩性可分上下两部，上部厚 110m 左右，以灰绿色、紫斑色粉砂岩和紫斑色铝土质泥岩为主，夹 23 层灰白色厚 510m 中细粒砂岩，其中底部一层在全区较为稳定。在距三段底 40m80m 处的紫斑色铝土质泥岩中常见有黄褐色菱铁质粗鲕状结构、呈瘤状体集结，具有相对的标志性。下部厚 76m。岩性为灰绿、紫黄斑、灰色的粉砂岩、砂质泥岩，下部
17、间夹深灰色砂质泥岩和灰色铝土质泥岩 12 呈：中细粒砂岩，颜色愈下愈深，砂岩泥质成分增加，成分中含金、黑云母增加，底部一层砂岩厚 510m，为骆驼脖砂岩，本段含有较多的植物化石见有：中国瓣轮叶、星轮叶、带羊齿。6）上石盒子组第三段浅灰、灰白色中粗粒石英长石含砾砂岩，占全层 70，间夹紫灰绿色粉砂岩，砂岩多斜交层理和凸镜状、楔形层理。下部夹有一层紫花色含铝质成分高、色泽鲜艳、腊状光泽、性韧、质纯的泥岩，局部具鲕状结构，厚 515m。其下砂岩具缓波状水平层理，砂岩中常间夹有深灰、灰黑色泥岩，三者结合成一个标志层段。以砂岩为主体的本段岩层，宏观上从岩性、物性、厚度上组成石盒子组标志层段。厚度 991
18、22m 之间，本科生毕业设计 第 6 页平均 110.82m，变化不大，稍有由北东向南西减厚趋势。本段底界以下至 2 号煤层 268m；以上至 5 段底界厚 220m，全区变化不达，可作对比依据。顶部多以一层厚 23m 的灰绿色含红色矿物多含砾中粗砂岩为界。本段下部含有少量植物化石，如：带羊齿、大羽羊齿等。7）上石盒子组第四段紫斑、紫灰绿色的砂质泥岩、粉砂泥岩为主组成了以泥质岩类为特点的层段，砂岩很少，中下部夹 12 层薄层细砂岩，局部含鸡蛋绿高岭质泥岩。下部层位中常有一层薄层片状深灰黑色泥岩，见有海豆芽动物化石。本段含植物化石甚少，厚度一般 104m，变化不大。8）上石盒子组 5、6 段紫红
19、色、紫色绿色粉砂岩、泥岩为主，夹有纯度不均匀的含铝质泥岩，均匀的分布有 34 层紫红、粉红色中细粒砂岩，多红色矿物而与下段砂岩区别。泥质岩中，多黄色斑状物及豆状、瘤状的泥质、铁质结合体。下部含数层 0.10.2m 硅质层，具有标志性。底部为一层厚层状石英长石中粗粒含砾砂岩，厚 10m 左右，沉积相对稳定，具有标志性，与四段分界。本段厚一般 150m，变化不大，底界至 2 煤层一般 480m，可作为对比依据。9）上二迭统石千峰组为一套纯陆相沉积地层，岩性单一，厚度巨大的紫红色岩层，无论从岩性、岩相等方面与石盒子组有着截然的不同。根据岩性、岩相可分三段，本井田仅见二段下部层位，由下而上述之。10）
20、石千峰组第一段全厚 200m，可分上中下三段。上部由紫红色页岩与薄层细砂岩互层，以及粉砂岩组成。粉砂岩中含钙质结核，厚 70m。中部为紫红色粉砂岩、泥岩和泥灰岩组成（浅水灰岩） 。泥灰岩在全区稳定，一般 45 层，其它区在泥灰岩中找有偏体鱼类化石，厚约 50m。下部为紫色、紫红色粉砂岩、泥岩，间夹数层中厚层紫色中细粒砂岩组成，泥质岩类中含大量顺层分布的瘤状钙质结核，厚 80m。11）石千峰组第二段红色、粉红色薄层状具良好的水平层理的细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩组成，含有与岩体同生的椭球形结核包体，厚度不详。12）新第三系上新统仅在石桥山顶出露，与下复地层成不整合接触，主要为疏松的淡黄、黄色中粗砂和
21、细砂组成，间夹砾石，厚 6m。本科生毕业设计 第 7 页13）第四系全新统厚 7m，分布于河漫滩及一级阶地之上，为砂、亚砂土、砂砾透镜土组成。岩层电性特征及其对比情况：本区煤系上覆地层厚度大，岩性标志性差，但沉积厚度相对稳定，物性条件较好，规律性明显，依据自然放射性（）,视电阻率曲线()在各段不等的幅值及异常显示,形成各不同沉积段的对比标志,密度曲线(r)对一般的断裂带均有所反映,综合各自特点,成为研究对比主要手段,为本区中、小断层确定提供了依据。附表 1-2 地质柱状图。表 1-2 地质柱状图岩石名称层 厚（m）岩性柱状累 厚（m）岩 性 描 述细粒砂岩 2.5 2.5褐灰色，成份以石英长石
22、为主，薄层状，具微波状水平层理。. .粉砂岩 7.0 . 9.5深灰色，薄层状，微细波状水平层理，成份以石英为主，含植物化石碎片。. .粉、细砂岩互层3.0 . 12.5 褐灰色，薄层状，夹宽条带粉砂岩。细粒砂岩 1.64 14.14灰色，薄层状，波状水平层理，含植物化石。中粒砂岩 5.1619.3浅灰色，薄层状，成份以石英为主，含长石及黑色矿物，具微波状水平层理。砂质泥岩 1.1 _ 20.4 灰黑色，厚层状，含炭化植物化石。砂质泥岩 2.03 _ 22.43黑灰色，薄层状，水平层理，含植物化石碎片。. .粉粒砂岩 1.28 . 23.71深灰色，薄层状，具不明显水平层理，含少量炭化植物化石
23、碎片。_砂质泥岩 1.29 _ 25.0黑灰色，薄层状，下部含砂量高，近于粉砂岩，隐显水平层理，夹少许镜煤条带。粉粒砂岩 2.9. . 27.9 深灰色，薄层状，中下部夹少量细砂条带，微波状水平层理，含炭化植物化石。细砂岩 1.87 29.77 浅灰色，薄层状，具微波状水平层理。本科生毕业设计 第 8 页中细砂岩 5.3435.11浅灰色，中厚层状，成份以石英为主，含长石及黑色矿物，波状水平层理。砂质泥岩 1.2 _ 36.31灰黑色，薄层状，炭质程度高，隐约显出水平层理。2 号煤 3.5 39.81 黑色，粉末状，亮煤为主，玻璃光泽。砂质泥岩 3.22 -.-.-.-.-. 43.03灰黑色
24、，薄层状，块状结构，具水平层理。细砂岩 2.91 45.94灰黑色，薄层状，含丰富的炭化植物根部化石碎片。砂质页岩 4.19 -.-.-.-.-. 50.13 灰黑色，厚层状，局部含炭质结核。细粒砂岩 5.75 55.88褐灰色，间夹粉砂条带，具有清晰的连续水平层理，并含炭化植物化石碎片。砂质泥岩 1.01 _ 56.89 灰黑色，薄层状，局部含炭质结核。粉粒砂岩 2.91 . 59.8灰黑色，薄层状，上部含细砂条带，断续水平层理。1.2.2 井田水文地质特征新三矿处在 F11、F29、F8、F26 断层切割的封闭区域内，在边界附近，受 F11、F29、F8 大断层的影响，2 号煤与大青灰岩及
25、奥灰含水层发生对接，煤层开采直接受灰岩含水层水威胁，需留设防水煤柱。井田内分布的主要含水层有：石盒子组砂岩含水层、野青灰岩含水层、山伏青灰岩含水层、大青灰岩含水层以及奥灰含水层。太原组各层灰岩之间，在垂向上随着埋藏深度的增加富水性显著减弱。井田内以各含水层的水量、水位、水质等资料分析，在正常情况下，各含水层之间无水力联系。1.3 煤层及煤质1.3.1 煤层本区石炭二叠系煤系地层，包括本溪组、太原组和山西组，煤系总厚度 220m。含煤 1216 层，煤层总厚度约 15m。含煤系数 6.6%，由上至下编号为 1 号（小青） 、2 号（大煤） 、3 号（野青）4 号（小煤） 、5 号，本科生毕业设计
26、 第 9 页5 下、6 号（山青） 、7 上、7 号（大青） 、8 号（大青） 、9 上、9 号（下架）等煤层。其中全区可采煤层为 2 号层，由于 4 号煤厚为 0.46m，不建议开采，所以全区可采厚度为 3.5m，其余为远景储量。太原组地层沉积稳定，标志层明显，层间距、煤厚、煤质变化不大，煤层的物性特征标志，具有特定的曲线形态，煤层易于对比。山西组煤岩层沉积变化较大，除 2 号煤层和 4 号煤层较稳定外，其他煤层有分岔、尖灭现象，但尚有规律可寻，2 号煤：为本区主要可采煤层，在全区沉积，平均厚 3.5m，发育较好，厚度大。个别情况由于后期构造影响，在断层附近有加厚减薄现象，如 607 孔受
27、F11 断层影响，煤层厚度增大到10.36m；910 孔受 F8 断层影响，减薄至 1.06m，除此外厚度变化不明显。宏观上，东部边沿靠 F8 断层一带略有所变薄，但幅度不大。煤层倾角 510，平均为 8。2 号煤层特征见 2 号煤层特征表 1-3。表 1-3 2 号煤层特征表1.3.2 煤层围岩特性2 号煤煤层直接顶板为深灰色砂质泥岩和灰色炭质泥岩，厚度0.54m，抗压强度 15.547.4MPa；老顶为中细砂岩，厚度 410m 左右，其抗压强度 48.4115.7MPa；直接底为砂质泥岩，厚度 3.0m 左右，抗压强度 68.6MPa 左右。表 1-4 2 号煤层顶底板岩性特征表顶底板名称
28、 岩石名称 厚度（m） 岩性特征老 顶 中细砂岩 5.34 深灰色，薄层状，局部含植物 化石直接顶 砂质泥岩 1.20 灰黑色，碎块状，含植物化石直接底 砂质泥岩 3.22 灰黑色，块状，水平层理评价指标煤层编号煤层厚度等级全井田厚度最小最大平均厚度()m）稳定程度结构夹石层数厚度()m ）2 中厚煤层 0.54m 3.5 较稳定较简单35 层0.05-0.2m本科生毕业设计 第 10 页老 底 细砂岩 2.91 浅灰色，薄层状，水平层理1.3.3 煤质概述新三矿瓦斯绝对涌出量 8.87m3/min，相对涌出量 6.39m3/t，2 号煤层煤尘爆炸指数 29.74，煤层自燃等级属于不易自燃。瓦
29、斯等级鉴定结果，新三矿为低瓦斯矿井。新三矿主产炼焦烟煤，煤质为肥煤，灰分为 20.2，硫分为0.48，发热量为 20.1MJ/kg。煤的主要用途是供炼焦厂炼焦用。煤质牌号见表 1-5。表 1-5 煤质牌号表Mad Ad Vd Qb.ad FCd St.d Y(mm)工业牌号13-47煤质情况0.933523.15 25.8 50.3 0.48 26.0 肥煤本科生毕业设计 第 11 页2 井田开拓2.1 井田境界及可采储量在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则有：（1）井田范围内的储量煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相
30、适应。（2）保证井田有合理尺寸。（3）充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等。（4）合理规划矿井开采范围，处理号相邻矿井间的关系。2.1.1 井田境界此资源储量检测范围是按 2005 年 6 月峰峰集团有限公司下达的边界进行计算的。该矿的矿井边界拐点坐标如表 2-1：表 2-1 矿井边界拐点坐标点号 X Y 点号 X Y1 4032420 38521650 23 4030110 385179202 4031300 38521625 24 4030190 385173303 4030325 38521575 25 4030755 385174154 4029825 38521580 26
31、 4031025 385175605 4029420 38521490 27 4031185 385175506 4028080 38521010 28 4031385 385176757 4027660 38520685 29 4031680 385177008 4027315 38520275 30 4031500 385181109 4027195 38519935 31 4031460 3851845510 4026590 38519085 32 4031320 3851872511 4026725 38518765 33 4031250 3851900012 4027525 3851
32、8875 34 4030795 3851911513 4027655 38518955 35 4030650 3851927014 4027900 38518955 36 4030405 3851917015 4027980 38517950 37 4030150 3851917016 4028050 38518125 38 4030345 3851924517 4028920 38518105 39 4030575 3851954018 4029000 38518250 40 4031050 3852020019 4029170 38518000 41 4031045 3852051020
33、4029440 38517965 42 4031500 38520850本科生毕业设计 第 12 页21 4029800 38517975 43 4032165 3852113022 4029725 38517915 44 4032330 38521315新三矿矿井井田范围：北以 F29 号断层与泉头井田分界；南至 F25号断层与梧桐庄井田相邻；东至 F8 断层与九龙矿相望；井田南北平均长4.25km，东西平均宽 3.25km，井田的水平面积 13.83km2。附图 2-1：井田赋存状况图图 2-1 井田赋存状况图2.1.2 可采储量1）矿井工业储量矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探，
34、煤层厚度与质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚，目前可供利用的可列入平衡表内的储量。矿井工业储量一般即 A+B+C 级储量。本矿井设计只对 2 煤层进行开采设计，2 号煤层平均厚度为 3.5m，倾角 510，平均 8。-390m 以下的煤炭储量尚未探明，作为矿井的远景储量。本次储量计算是在精查地质报告提供的 1：2000 煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量是由煤层面积、容重及厚度相乘所得，其公式一般为：ZgS M R (公式 2.1)式中：Zg矿井的工业储量；S 井田的倾斜面积，13.83km 2；本科生毕业设计 第 13 页M 煤层
35、的厚度，3.5m；R 煤的容重，1.40t/m ；3则：Zg13.83 100 3.5 1.406777 万 t2）矿井可采储量矿井可采储量（矿井工业储量-永久煤柱损失）矿井回收率。计算矿井可采储量时，必须要考虑以下损失：（1）井田境界煤柱损失；（2）工业广场保护煤柱；（3）采煤方法所产生的煤柱损失和断层煤柱损失；（4）建筑物、河流、铁路等压煤损失；（5）其他损失。本井田中永久煤柱损失主要有：工业广场保护煤柱、井田境界煤柱损失、村庄保护煤柱和防水保护煤柱等。保护煤柱留设方法见表 2-2。表 2-2 保护煤柱留设方法 名 称 留 设 方 法工业广场 根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采
36、规 程第 72 条：工业广场维护带宽度为 15m井田边界 边界煤柱 20m断 层 断层煤柱每侧 20m大 巷 大巷煤柱每侧 30m（1）边界煤柱可按下列公式计算ZL b M R (公式 2.2)其中：Z边界煤柱损失量；L边界长度b边界宽度M煤层厚度；3.5mR煤的容重；1.40t/m 3表 2-3 新三矿边界煤柱损失表 单位：万 t边界煤层北L=5643m南L=5969m西L=4500m东L=4704m 总和2 煤层（万 t） 55.3 58.5 44.1 46.1 204合计 204（2）工业广场煤柱留设本科生毕业设计 第 14 页根据煤炭工业设计规范 ，工业场地占地指标如下表。表 2-4
37、工业场地占地指标 单位：万 t井 型 大 型 井公顷/10 万 t 中 型 井公顷 /10 万 t 小 型 井公顷/10 万 t占地指标 0.801.10 1.301.80 2.003.50注：占地指标中包括围墙内铁路站线的占地面积；井型小的取大值，井型大的取小值；在山区，占地指标可适当增加；附近矿井有选煤厂时，增加的数值为同类矿井占地面积的3040%；占地指标单位中的 10 万 t 指矿井的年产量。工业场地的布置应结合地形、地物、工程地质条件及工艺要求，做到有利生产，方便生活，节约用电。根据上述规定，本井田工业场地占地面积 S 取值如下：S（1.300.80） 60/1012.6 公顷126
38、000m故本矿井工业场地的面积为 12.6 公顷，由于长方形便于布置地面建筑，所以初步设定工业广场为长方形，即长方形长边为 420m，短边为300m。由此根据上述已知条件，可得出保护煤柱的尺寸为：由图 22 可得：LAB30015 22 50tan40480tan72 480tan70537mLAD 420 15 2 2 50tan402480 tan72621m工业广场保护煤柱为：Q 场 L ABLAD 3.51.40 5376213.51.40 131 万 t工业广场煤柱总计 131 万 t。本科生毕业设计 第 15 页72407272图 22 工业广场保护煤柱计算示意图表 2-5 可采储
39、量计算表煤 柱 损 失煤层 工业储量断层 井田边界 工业广场 合计 可采储量2 6777 172 204 131 507 6270合计 6777 172 204 131 507 62703）可采储量计算矿井的回收率没有具体规定，一般为不低于 60%，结合本矿实际情况，为了充分利用煤炭资源，矿井回收率取 75%。经计算矿井工业储量为 6777 万 t，全矿永久煤柱损失为 507 万 t。则矿井可采储量（6777-507） 0.754702 万 t本科生毕业设计 第 16 页2.1.3 矿井设计生产能力及服务年限1）矿井工作制度按煤炭工业矿井设计规范规定，矿井设计年工作日为 300d，每天三班作业
40、(其中两班生产，一班准备)，每天净提升时间为 14h。2）矿井设计生产能力的确定与论证矿井设计生产能力确定为 60 万 t/a。其主要理由如下：（1）本井田煤层储量较贫乏，但是赋存以稳定、较稳定型为主，倾角一般 510，平均厚度 8，比较适宜综合机械化开采，宜建设现代化中型矿井。（2）井田内地质构造简单，以宽缓的褶曲为主，少断层、陷落柱稀少，无岩浆岩侵入。井田内水文地质条件简单，适合建设中型矿井。（3）2 号煤为中灰、低硫、低磷、易选的肥煤，是优质的炼焦厂用煤。为此，从矿井资源条件、煤层开采技术条件和煤的加工利用以及煤炭外运条件和可研批复等方面综合考虑，矿井年设计生产能力确定为 60万 t/a
41、 比较合理。3）矿井及水平服务年限（1）矿井年工作日数的确定按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井设计生产能力按年工作日 300 天计算。所以，本矿井设计年工作日数为 300 天。（2）矿井工作制度的确定矿井工作制度设计采用“三八”工作制，即二班生产，一班准备，每班净工作时间为 8 小时。（3）矿井每昼夜净提升小时数的确定按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井每昼夜净提升时间 14 小时。这样充分考虑了矿井的富裕系数，防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或改扩建。因此本矿设计每昼夜净提升时间为 14 小时。（4）矿井生产能力的确定由于新三矿井田范围小，根据下组煤储量及开采条件，煤炭储量较为匮乏，煤层
42、生产能力小，应建设中型矿井，初步确定矿井生产能力为60 万 t/年。（5）矿井服务年限的核算矿井服务年限的计算公式为：本科生毕业设计 第 17 页(公式 2.3)/()KTZA式中 T矿井的服务年限，a；Zk矿井的可采储量，万 t；K矿井储量备用系数，取 K1.3；A矿井设计生产能力，万 t/a；由上计算结果可知：矿井可采储量为 4520 万 t，则矿井服务年限为：4702/(601.3)60.2a 50a/()KTZ以上结果符合煤炭工业矿井设计规范的规定。经过矿井服务年限的核算，符合煤炭工业矿井设计规范之规定，因此最终确定矿井的生产能力为 60 万 t/a。2.2 井田开拓2.2.1 井田开
43、拓的基本问题主要设计原则：（1）首采煤层开拓布置原则，为既考虑新三矿矿井后期通风的要求，又要根据下组煤水文地质条件，利于下组煤安全开采。（2）首采煤层的开采与新三矿矿井下开采布置尽量相互独立，避免相互影响。（3）力求井下巷道布置简单，工程量少，做到投产快、效益好、以利安全。1）影响矿井开拓部署的主要因素在第一章中已对开采 2 号煤有影响的主要含水层水文地质条件做了叙述。新三矿处在 F11、F29、F8、F26 断层切割的封闭区域内，在边界附近，受 F11、F29、F8 大断层的影响，2 号煤与大青灰岩及奥灰含水层发生对接，煤层开采直接受灰岩含水层水威胁，需留设防水煤柱。特别是 F11 断层与峰
44、局一矿发生突水事故的 F1 断层有相似之处，因此断层附近必须按规定留设保安煤柱。按照目前根据泉群构成的排泄带及其补给径流区所划分的水文地质单元中之相对位置，本区属于邯刑地区南单元，水文地质边界北起北洺河地下分水岭，南至漳河南岸，西起涉县长亭大断层，东止梧东、九龙口、大淑村、北李庄等井田深部边界。新三矿井田位于南单元中的本科生毕业设计 第 18 页峰峰南大峪区，该区边界北起紫山断层，西至鼓山断层，东部和南部边界与单元边界相同，主要补给来源为鼓山露头部位大气降水及西侧的侧向补给，由于井田位于强径流带东侧，奥陶系灰岩埋藏较深，大部垂距地面 550m 以上，因此岩溶发育远远不如浅部强烈。根据钻孔揭露资
45、料，在 100m 的段距内大致可划分三个含水带：第一带距界面 525m，厚度3m，漏水及严重消耗钻孔占 25，相当于 O82 底部或 O72 顶部；第二带距界面 4651m，厚 2m，漏水孔占 20，相当于 O72 中上部；第三带距界面 7885m，厚 2m，严重消耗钻孔占 33，相当于 O72 中下部。根据这个初步资料，可以推断奥陶系灰岩中对上部煤层开采影响最大的含水层层位在 O72 中下部。本区开采上部煤层时矿井充水的主要来源为各含水层地下水，井田内分布的主要含水层有：石盒子组砂岩含水层、野青灰岩含水层、山伏青灰岩含水层、大青灰岩含水层以及奥灰含水层。太原组各层灰岩之间，在垂向上随着埋藏深
46、度的增加富水性显著减弱。井田内以各含水层的水量、水位、水质等资料分析，在正常情况下，各含水层之间无水力联系。开采 2 号煤层初期，以顶板砂岩水为主，末期由于顶板塌陷，将导致潜部地段石盒子组底部砂岩水渗入矿井。综上所述 2 号煤开采时，断层附近必须按规定留设保安煤柱，尤其与 F11 断层相接处应特别留意。2）井口及工业场地位置的选择（1）井筒形式及数目的确定一般情况下，井筒的形式有立井、斜井和平峒三种。斜井适用于井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质情况简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。平峒适用于地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分
47、的储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。立井开拓的适应性较强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制；在采深相同的条件下，立井的井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利；井筒的断面大，可满足低瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的的要求，且阻力小，对深井更为有利；当表土层为富含水的冲积层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产状均特别复杂的井田，能兼顾井田浅部和深部不同产状的本科生毕业设计 第 19 页煤层。综合新三矿的地质实际情况，由于煤层埋藏较深，且立井开拓的适应性较强，井筒的断面大，可满足矿井需风量的的要求，且阻力小等特点，确定井筒的形式为立井。因此，本
48、矿井采用一对立井开拓：主立井采用箕斗提煤；副立井采用罐笼提升矸石，升降人员、设备、材料，且兼作进风井。（2）井筒位置的确定井筒是井下与地面出入的咽喉，是全矿井的枢纽。井筒位置的选择对于建井期限、基本建设投资、矿井劳动生产率以及吨煤生产成本都有重要影响，因此，井筒位置一定要合理选择。根据煤矿设计规范要求，井筒及工业广场的位置，一般情况下应选择在井田中央或沿井田走向储量的中心。但遇到下述情况是可因地而异：“工业广场遇到高山、低洼和洪水威胁时，井筒位置可以不在井田储量中心” 。选择井筒位置时要考虑以下主要原则：（1）有利于井下合理开采井筒沿井田走向的有利位置当井田形状比较规则而储量分布均匀时，井筒沿井田走向的有利位置应在井田的中央；当井田储量分布不均匀时，井筒应布置在井田储量的中央，以形成两翼储量比较均衡的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网络较短，通风阻力小。应尽量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采的不利局面。井筒沿煤层倾向的有利位置在倾向上井筒宜布置在中偏上的位置，同时考虑到减少煤损，尽量让工业广场保护煤柱圈住一些影响生产的地质构造和断层。（2）有利于矿井初期开采选择井筒位置要与选择初期开带区密切结合起来，尽可能使井筒靠近浅部初期开采块段，以减少初期井下开拓
