工學中國礦業(yè)大學本科生畢業(yè)設計

1、目 錄一般設計部分1 礦區(qū)概述及井田地質特征11.1礦區(qū)概述1井田位置、范圍和交通1自然地理2氣象2礦區(qū)水源及建筑31.2井田地質特征3地層3構造61.2.3 水文地質特征7含煤地層111.3煤層特征13煤層埋藏條件13煤層圍巖性質13煤質特征142 井田開拓152.1井田境界及可采儲量15井田境界15工業(yè)儲量15永久煤柱損失量計算16可采儲量182.2礦井設計生產(chǎn)能力及服務年限19礦井工作制度19礦井設計生產(chǎn)能力19服務年限192.3井田開拓20井田開拓的基本問題20礦井基本巷道302.4大巷運輸設備選擇39煤炭運輸39輔助運輸402.5礦井提升423 采煤方法及采區(qū)巷道布置433.1煤層地

2、質特征43煤層埋藏條件43煤質特征43煤層頂?shù)装鍑鷰r性質43其他開采技術條件443.2采區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)44首采區(qū)位置及范圍44采區(qū)煤柱尺寸的確定45采區(qū)巷道布置45采區(qū)通風系統(tǒng)和運輸系統(tǒng)483.2.5 采區(qū)巷道掘進方法483.2.6 采區(qū)生產(chǎn)能力483.3 采區(qū)車場及主要硐室49采區(qū)車場設計49采區(qū)主要硐室513.4 采煤方法523.4.1 采煤工藝方式523.4.2 回采巷道布置574 礦井通風594.1礦井概況59礦井自然條件59開拓方式59開采方法594.2礦井通風系統(tǒng)選擇60礦井通風系統(tǒng)的基本要求60礦井通風方式61礦井通風方法654.3采區(qū)通風66采區(qū)上山通風系統(tǒng)66回采工作面

3、通風方式67采區(qū)通風構筑物694.4掘進通風694.5礦井所需風量75礦井總風量的計算75礦井風量分配784.5.3 風速驗算794.6礦井通風阻力80礦井通風阻力的計算原則80礦井通風容易時期和困難時期80礦井通風阻力計算824.7礦井主要通風機選型85礦井自然風壓85通風機工作風量86通風機工作風壓86通風機的選擇87電動機的選擇894.8礦井反風措施及裝置90礦井反風的目的和意義90礦井反風設施的布置914.9概算礦井通風費用924.10礦井通風系統(tǒng)評價935 礦井安全技術措施955.1礦井火災955.2煤塵985.3礦井瓦斯防治及抽放設計100礦井瓦斯地質條件100礦井及采區(qū)瓦斯涌出概

4、況100礦井瓦斯防治措施101礦井瓦斯抽放103參考文獻107專題部分千秋礦本煤層瓦斯抽放基礎參數(shù)分析與優(yōu)化110翻譯部分英文原文122中文譯文135致謝145一般設計部分1 礦區(qū)概述及井田地質特征1.1礦區(qū)概述井田位置、范圍和交通1) 井田位置千秋井田位于河南省義馬煤田中部，洛陽至三門峽之間，屬義馬市及澠池縣轄區(qū)。井田處在河南省義馬市之南12km，地理座標東經(jīng)111°4511 111°5105，北緯34°4136 34°4316。2) 井田范圍千秋井田北起2-3煤層露頭線，南至F16斷層；東鄰北露天礦和躍進煤礦，西接耿村煤礦。全井田走向長3.16.3k

5、m，傾斜長1.744.4km,面積17.986km2，。3）井田交通圖1-1 千秋煤礦交通位置圖礦區(qū)交通十分方便，北鄰310國道及連霍高速公路，隴海鐵路從井田內穿過，礦區(qū)建有鐵路專用線與隴海鐵路在義馬站接軌，專用線長4km。鄭州潼關公路橫貫井田北部，距工業(yè)廣場1.2km。連霍高速在井田北3km處經(jīng)過，交通條件極為便利。井田交通位置詳圖見圖1-1。自然地理1）地形地貌特征本井田以上侏羅統(tǒng)礫巖為骨架，上部廣泛分布第四系亞粘土，地形較復雜，屬低山丘陵區(qū)。標高+437.20+670.73m，最大相對高差233.53m。整個井田呈南高北低的形態(tài)，在井田南部構成近東西向分水嶺，標高+547.80+670.

6、73m。井田內南北及東西向沖溝發(fā)育。井田北部較平坦，季節(jié)性河流南澗河自井田北部由西向東流過。2）水文井田內主要地表水為南澗河和石河，石河為南澗河的支流，于下石河處匯入南澗河，匯水面積60.8km2。南澗河經(jīng)井田淺部橫貫東流，義馬以上流域面積576km2，最大洪水流量為1446.5m3/s，最高洪水標高為+445.8m，為一典型的季節(jié)性河流。石河發(fā)源于井田北部山區(qū)，在礦井工業(yè)廣場西部匯入南澗河，平時河床幾乎無水，雨后山洪暴發(fā)，流量劇增，持續(xù)時間較短，為典型的間歇性河流。氣象1）氣候本井田為大陸性氣候，夏季干熱，冬季寒冷，四季分明，雨量較為充沛和集中。據(jù)澠池氣象站資料（19572004）：最高氣溫

7、41.6（1966年6月20日），最低氣溫-18.70（1969年1月30日），年平均氣溫12.4。月均最高氣溫7月分達到2427.8；月均最低氣溫元月份0.55.1，冬季寒冷天數(shù)平均為106天，夏季炎熱天數(shù)平均為45天。霜冷期最早為9月30日，最晚11月21日，一般在11月中旬，解冰最早在1月7日，最晚為4月24日，一般在3月份，凍結天數(shù)為3193天。凍結最大深度為0.34m，一般0.15m至0.21m，最大積雪深度0.30m（1963年3月9日）。 2）降水量年降雨最大約為1013.6mm（1964年），最小為244.6mm（1965年）,平均為700.2mm。月最大降水量為301.4mm

8、（1982年8月），歷年各月平均降水量7月份最大，為164.9mm；7、8、9三個月降水量占全年降水量的54.8%。一日最大降水量為138.1mm（1982年7月30日），歷年最大連續(xù)降水日數(shù)12天，降水量達132.1mm，最長連續(xù)無降水日數(shù)79天。 3）蒸發(fā)量年均1951.0mm，最大為2368.7mm,最小為1583.3mm,月均蒸發(fā)量最大為293mm，（6月）、最小為81mm (1月)。4）風向59月以東東南風為主，10月至次年4月以西西北風為主，平均風速3.3m/s，最大風速16m/s，西北風對本地區(qū)氣候影響較大。 5）地震據(jù)洛陽地震辦公室資料，義馬市屬5級地震區(qū)，震中烈度為67度。曾

9、發(fā)生地震有：1847年3月澠池地震，5級，震中烈度6度；1920年6月、1930年，1964年9月和11月先后發(fā)生4次地震，中科院將前兩次鑒定為6級，1964年地震性質與前兩次大致類同。礦區(qū)水源及建筑本地區(qū)為貧水地區(qū)，生產(chǎn)生活用水全部取自處理后的井下排水。供水充足，落實可靠。井田地面處于低山丘陵地帶，土地較瘠薄，地面沒有大建筑物和文物古跡，只有農(nóng)村農(nóng)民居住的磚混結構民房和村辦小型工廠。礦井建設用的水泥、料石、石子、砂子及磚瓦可就地取材，鋼材、木材和管材可以用鐵路、公路由火車、汽車運到工業(yè)場地。綜上所述，礦井外部運輸條件好，電源、水源可靠，工農(nóng)關系不復雜，為本礦的建設創(chuàng)造了良好的外部條件。1.2

10、井田地質特征地層千秋井田地表廣為第四系黃土層覆蓋，基巖僅在一些溝谷中有零星出露。據(jù)鉆孔揭露，三疊紀、侏羅紀地層廣泛分布。下部為含煤巖系，上部為粗碎屑巖系。各系、統(tǒng)之間的不整合面代表了中生代以來所發(fā)生的多次地殼運動。以燕山運動最為激烈，它控制沉積構造的形成和形變，奠定了井田構造的格局。新近的構造運動，大面積上升隆起，形成了本地區(qū)低山丘陵地貌景觀。井田內地層由老到新為三疊系、侏羅系、白堊系、第三系和第四系。井田地層綜合柱狀圖見圖1-2，現(xiàn)簡述如下：1）三疊系上統(tǒng)潭莊組(Js)：井田內揭露最大厚度為23.54m，巖性組合物特征為：以灰綠色泥巖為主，次為淺綠灰淺灰色細砂巖和粉砂巖，偶夾薄煤層，頂部風化

11、帶明顯。2）侏羅系中統(tǒng)義馬組(Js)：為本井田含煤地層，煤系保留厚度20.199.86m。義馬組含煤巖系自下而上劃分為四段：底礫巖段，厚0.332.81m，平均7.7m，下含煤段，厚5.3139.34m，平均32.3m，該段為義馬組主要含煤段，含二煤組(2-1煤、2-3煤)；泥巖段厚4.4m42.2m，平均24m，上含煤段09.09m，平均3.Om。3）侏羅系中統(tǒng)馬凹組(J22)：厚0214.7m，一般183m，本組由紫紅色泥巖，粉砂巖，灰綠色粉砂巖、細砂巖和雜色礫巖組成。4）侏羅系上統(tǒng)巨厚礫巖：厚0435.3m，一般厚410m，本統(tǒng)為一套巨厚沖積扇相礫巖層。5）白堊系(K)：厚0269.98

12、m，為一套凝灰質碎屑巖系。6）上第三系(N)：厚023.27m，井田內呈不規(guī)則分布，以肉紅色、灰白色泥灰?guī)r為主。7）第四系(Q)：厚037.4m，中、上部為砂質粘土和含礫粘土，底部為土黃或磚紅色粘土礫層，礫石成分主要為石英巖及石英砂巖。圖1-2 千秋煤礦地層綜合柱狀圖構造該區(qū)大地構造位置屬華北板內崤熊構造區(qū)北帶西端，南以硤石義馬逆斷層，東北以岸上平移斷層和西北的扣門山斷層、灰山斷層等為界所圍限的三角形斷塊，陜澠向斜展布在其中，義馬向斜不整合于其上（圖1-3）。圖1-3 陜澠義馬礦區(qū)構造圖1）井田基本構造形態(tài)千秋井田位于義馬向斜北翼，基本構造形態(tài)為簡單的單斜構造。地層產(chǎn)狀平緩，走向近東西，傾向南

13、，傾角11°13°，沿走向略有變化。2）褶皺構造澠池義馬向斜為本區(qū)的主要構造單元，它處于北秦嶺緯向構造帶與北東向中條弧形構造帶的夾持部位，其生成、發(fā)展和形變嚴格受東西向構造的控制。義馬向斜通常是指由中生代地層組成的向斜構造，向斜北翼地層傾角較緩，一般6°25°，南翼被F16義馬逆斷層破壞，產(chǎn)狀多陡傾、直立或倒轉，斷續(xù)殘存在向斜的西南邊緣。通過楊村55、52、51、50線剖面圖2-3煤層底板向斜樞紐點標高的統(tǒng)計與作圖，該向斜樞紐為向西揚起，揚起角12°15°，軸面傾角40°，傾向南，故該向斜為一軸面總體向南傾斜的北翼正常、南翼

14、倒轉、局部殘存的斜歪傾伏褶皺。3）斷裂構造：井田內斷裂構造相對較發(fā)育，尤以北北東北東向小斷裂發(fā)育，按其展布方向和力學性質可劃分為近東西向壓扭性斷裂和北東一北東向張扭性斷裂兩組。表1-1 千秋井田斷層特征一覽表編號性質產(chǎn)狀落差（m）延展長度（m）可靠性走向傾向傾角F16逆S70°E南偏西30°75°311027500可靠F3-9正N3°21°E北偏西47°84°0422400可靠F3-6正NO°16°E北偏西20°75°06.31900可靠F3-3正N10°E北偏西75

15、6;026.01140可靠主要斷層（見表1-1）概述： F16逆斷層：斷層為近東西方向壓扭性斷裂，走向S70°E，傾向南偏西，傾角30°75°，落差31102m，其東延入躍進，常村井田，其西延入耿村，楊村井田。井田內延展長度大于7500m，為區(qū)域性壓扭性上沖斷層。 F3-9正斷層：該斷層為北北東向張扭性斷裂，走向N3°31°E，傾向北偏西，傾角47°84°，落差042m。該斷層兩側發(fā)育一系列與之平行的小斷裂，傾向相同或相反，落差一般小于2m，在其東西兩側約100m范圍內構成密集破碎帶。 F3-3斷層：該斷層為北北東向張性斷裂

16、，走向N10°E，傾向北偏西，傾角75°，落差026m，該斷層由淺部向深部落差變小至塵滅，為老井與新井田自然分界。總體上說，本井田為簡單的單斜構造，大中型斷層較少，構造類型簡單，對煤炭開采影響不大。 水文地質特征本井田地質構造簡單，地表為第四系粘土黃土覆蓋，基巖零星裸露地表，各含水層間均有穩(wěn)定的隔水層，大氣降水、地表水多呈地表徑流排泄，向地下滲透有限，僅通過基巖風化帶，導水裂隙及斷層帶產(chǎn)生越流補給，其它各含水層間無明顯水力聯(lián)系。1)地表水井田內主要地表水為南澗河和石河，石河為南澗河的支流，于下石河處匯入南澗河，匯水面積為60.80km2。南澗河經(jīng)井田淺部橫貫東流，義馬以上流

17、域面積576 km2。最大洪流量為1446.5m3/s，雨季地表水、地下水沿沖溝排入南澗河，為一典型的山區(qū)河流。2)主要含水層（組）依據(jù)地層與組成巖石的給水性、透水性特征及地下水的賦存條件，由下至上分為侏羅系中統(tǒng)義馬組底礫巖孔隙裂隙承壓含水層、侏羅系中統(tǒng)馬凹組礫巖孔隙裂隙承壓含水層、侏羅系上統(tǒng)巨厚礫巖孔隙裂隙潛水承壓含水層、第三系泥灰?guī)r，礫巖巖溶孔隙裂隙潛水承壓含水層、第四系底部礫卵石層孔隙潛水含水層五個含水層（見圖1-4）。 侏羅系中統(tǒng)義馬組底礫巖孔隙裂隙承壓含水層厚032.81m，一般為7.70m,分布于井田淺部和東部,且由東向西逐漸變薄。3776、4004號孔以西相變?yōu)楹[粘土、粘土巖，

18、3501、3502孔一帶沉積厚度為32.19m。礫石成分以石英巖和石英砂巖為主。泥質基底孔隙式膠結。該層為二煤或2-3煤層的直接底板，鉆探遇該層，沖洗液消耗甚小，井下開掘遇本層，未見涌、突水現(xiàn)象。據(jù)抽水資料、簡易水文地質觀測和礦井資料分析，本層含水性微弱，對礦井開拓影響不大。 侏羅系中統(tǒng)馬凹組礫巖孔隙裂隙承壓含水層厚4.25131.10m，一般為53.93m，侏羅系中統(tǒng)礫巖含量在井田內自東向西逐漸減少，局部地段以透鏡體狀出現(xiàn)。礫石成分以石英砂巖、石英巖、石灰?guī)r為主的中粗礫巖，次為巖漿巖，礫徑大小不等，泥質膠結，中間夾有粉砂巖、泥巖隔水層，含水層水以靜儲量為主，含水層儲水空間有限，補給量小。本層

19、為二煤組頂板直接充水含水層。 侏羅系上統(tǒng)巨厚礫巖孔隙裂隙潛水承壓含水層厚96.35435.30m一般為410.40m，本層位于井田中部山脊及其以南地呈半裸露狀分布。礫石成分以石英巖、石英砂巖為主，石灰?guī)r、巖漿巖次之，分選性差。頂部風化帶有溶蝕現(xiàn)象，發(fā)育小溶洞。鉆探遇本層，沖洗液漏失嚴重，最大漏失量為23.52m3/h。該層中下部礫巖膠結完好，含水性弱。據(jù)4308號水文觀測孔在二氧化碳洗井時，將孔內水全部洗凈，水位經(jīng)262小時恢復290.18m，水位標高+339.30m,說明侏羅系上統(tǒng)厚層礫巖上部風化帶富水性較強,而下部則含水性弱,該層對礦井開拓影響不顯著。上部水質為HCO3Ca型水，下部水質為

20、HCO3Na·Ca型。 第三系泥灰?guī)r、礫巖巖溶孔隙裂隙潛水承壓含水層厚023.27m，一般為5.00m，井田內均有不同程度的沉積，泥灰?guī)r質純、蜂窩狀溶洞發(fā)育，溶洞一般直徑為1020mm，最大5070mm。底部為鈣質膠結的礫巖。據(jù)江蘇四隊延深勘探資料：井田內大部份鉆孔揭露本層時，沖洗液發(fā)生較大的消耗，最大消耗量為15.60m3/h，富水性中等，水位季節(jié)變化大，變幅為0.955.95m之間。 第四系底部礫卵石層孔隙潛水含水層厚01.67m，井田內局部沉積，巖性由石英砂巖的礫卵石組成，底部直接不整合于下伏地層之上。接受南澗河水、大氣降水的補給，井田內少數(shù)民井用水取于該層，季節(jié)水位變化較大，

21、變幅在0.303.48m之間。水質為HCO3Ca型，水溫12。3）主要隔水層： 第四系隔水層，厚036.76m，井田內廣泛分布，巖性由黃色粉砂質粘土和粘土組成。 侏羅系中統(tǒng)馬凹組粉砂巖，隔水層，厚50.2186.96m，平均132.19m，由紫紅色粉砂巖，泥巖，細砂巖，砂質泥巖組成。 侏羅系中統(tǒng)義馬組二煤頂板泥巖隔水層，厚4.442.2m，平均24m，巖性由深灰、灰黑色泥巖組成。三迭系延長群隔水層，厚度大于23.52m，巖性以灰色泥巖為主，粉砂巖、細砂巖次之，具水平層理。據(jù)井田水文地質特征分析，井田主要充水水源為侏羅系中統(tǒng)礫巖水。井田年平均涌水量為385.4m3/h，最大涌水量為500.6m3

22、/h。圖1-4 水文地質綜合柱狀圖含煤地層侏羅系中統(tǒng)義馬組（J21）為本井田含煤地層，煤系保留厚度20.1099.86m，平均67m。1）巖性組合特征義馬組含煤巖系自下而上可劃分為四段：(1)底礫巖段：厚0.3032.81m，平均7.70m。由淺灰色礫巖、砂巖及棕灰色含礫粘土巖和粘土巖組成，在煤層分叉區(qū)為2-3煤底板，合并區(qū)為二煤底板。礫巖及含礫粘土巖中，礫石成分單一，主要為石英巖及石英砂巖，礫石呈次園園狀，礫徑一般1030mm，最大達90mm，鈣泥質基底式膠結，該層層位穩(wěn)定，特征明顯，易于識別和對比，為義馬煤田重要標志層之一，其編號為J21S2（巖性分布見圖1-5）。圖1-5 千秋煤礦2-3

23、煤底板底礫巖段巖性分布圖（2）下含煤段：厚5.3139.34m，平均32.30m，為義馬組主要含煤段，可采煤層兩層，其上稱2-1煤，其下稱2-3煤，兩層煤合并后稱二煤。以煤層分叉合并線為界，本段巖煤層組合差異顯著。 分叉區(qū)：二煤分叉為2-1煤和2-3煤，分叉后煤層總厚度變小，兩煤層間為一套三角洲相砂質沉積物。巖性特征為：以淺灰色中細粒砂巖為主，緩波狀及楔形交錯層理發(fā)育，順層含較多白云母片。它既是2-1煤之底板，又是2-3煤之頂板。該層特征明顯，層位穩(wěn)定，為義馬煤田重要標志層之一，其編號為J21S1。其厚度變化自北向南、自東向西變薄尖滅。在井田西北邊角處極小范圍內有2-2煤存在，其巖性組合見煤系

24、地層綜合柱狀圖。 合并區(qū)：以厚特厚的二煤為主體，屬泥炭沼澤相沉積，煤層最大厚度37.48m，純煤厚度為33.26m。（3）泥巖段：厚4.4042.20m，平均24m。巖性特征為：深灰灰黑色泥巖，致密性脆，具水平層理，含魚鱗片，瓣鰓類動物化石，下部含較多炭化植物化石，底部常見一薄層菱鐵質泥巖。該層全井田發(fā)育，厚度穩(wěn)定，特征明顯，為義馬煤田重要標志層之一，其編號為J21K1。井田內該層自北向南、自東向西逐漸增厚，在煤層分叉區(qū)為2-1煤頂板，在合并區(qū)為二煤頂板。（4）上含煤段：厚09.09m，平均3.00m，殘留于井田中、深部。巖性主要為泥巖及細粒砂巖，含一煤組，1-1煤被剝蝕殆盡，局部可采； 1-

25、2煤在井田西南部44勘探線以西可采，東部僅見星零可采點。2）煤層的形成機理千秋井田煤層分布特點是二組煤，北部煤層分叉，向南合并于2-3煤層中，其成煤次序由旋回結構可知，在義馬組沉積早期，聚煤盆地內河流發(fā)育，沉積了河床相和河漫灘相沉積物。河流發(fā)育后期，在河漫灘之上廣布了沼澤、泥炭沼澤，為成煤創(chuàng)造了先決條件，并且由于泥炭堆積速度和地殼下降速度長期保持均衡，形成了巨厚厚煤層2-3煤。在2-3煤成煤后期由于井田中、深部地殼下降速度加快，形成凹陷，湖水淹沒，沉積了J21K1灰色泥巖，直接覆于2-3煤層之上；而井田淺部地殼下降速度相對較慢，沉積了湖泊三角洲相的細砂巖,為2-3煤之頂板。湖泊三角洲之細砂巖為

26、第二、第三次成煤奠定了良好的環(huán)境，當利于沼澤、泥炭沼澤形成時，繼而形成了2-2煤。爾后地殼下降速再次加快，2-2煤上覆被湖水淹沒，沉積了黑色泥巖,與中深部之泥巖連成一片，全井田處于湖水之下，二組煤沉積到此結束。當湖水發(fā)展到后期階段，湖泊逐漸變淺普遍沼澤化，但聚煤作用大為減弱，旋回厚度小，僅形成了局部可采煤層即一組煤。又因地殼上升1-1煤被剝蝕殆盡，局部可采煤層1-2煤在井田西南部44勘探線以西可采，東部僅見零星可采點。1.3煤層特征煤層埋藏條件本井田含煤地層為侏羅系義馬組，含煤兩組，3-5層，上部為一煤組，含1-1煤、1-2煤。其中1-1煤被剝蝕殆盡，1-2煤局部可采。下部為二煤組，含2-1煤

27、、2-2煤、2-3煤，2-1煤和2-3煤合并后稱二煤。主要可采煤層為2-3煤。2-3煤上距2-1煤0.86.3m，平均2.5m，煤層賦存穩(wěn)定，井田內全部可采，煤層厚度0.3520.67m，其中純煤厚度0.2517.16m，平均9.37m。兩層煤合并后厚5.5937.48m，其中純煤厚平均13.81m。附可采煤層特征表1-2。表1-2 千秋井田可采煤層特征表煤層名稱煤層厚度（m）煤層結構穩(wěn)定程度可采程度全層厚度兩極值平均值純煤厚度兩極值平均值可采厚度兩極值平均值夾 矸層 數(shù)夾 矸厚 度含矸百分數(shù)類型2-3煤0.2018.994.720.2017.764.210.8017.764.25012304

28、.600.5011復雜較穩(wěn)定大部可采二煤5.5937.4816.293.8933.2613.813.8933.2613.8121360.164.812.2014復雜較穩(wěn)定全井田可采煤層圍巖性質二煤的直接頂板為J2K1泥巖，厚4.4042.20m,平均厚24.00m，巖性致密、均一，裂隙不發(fā)育。泥巖沉積厚度由東向西逐漸加厚。據(jù)3505、3903、4308號孔巖石物理試驗，抗壓強度2275.05776.0MPa，抗拉強度153.0232.4MPa，抗剪強度3727MPa,容重23902570kg/m3，比重26502700kg/m3。局部有0.060.45m厚的炭質泥巖偽頂，應為一級頂板。2-3煤

29、頂板J2S1砂巖厚027.00m，在二煤分叉區(qū)，它既是2-3煤頂板，又是2-1煤底板，巖性以中細砂巖為主，局部相變?yōu)榉凵皫r或泥巖，緩波狀和楔形交錯層理發(fā)育，裂隙不發(fā)育，該層自北向南，自東向西變薄尖滅。據(jù)楊、孟村精查地質報告，巖石物理力學試驗資料：抗壓強度4628.77757.1MPa，抗拉強度244.2362.8MPa，容重26002720kg/m3，比重27402750kg/m3。二煤底板厚0.3032.81m。巖性由礫巖、砂巖、粉砂巖、泥巖及含礫相土巖組成。據(jù)3505、4308號孔巖石力學試驗資料：粉砂巖抗拉強度404.0472.7MPa，抗壓強度7747.312483.9MPa，容重24

30、602590kg/m3，比重26302680kg/m3，含礫粘土抗壓強度平均3501MPa，容重24302520kg/m3，比重26402650kg/m3。煤質特征1）物理性質煤為黑色、條痕為褐黑色，具瀝青光澤，多為立方節(jié)理，真密度1.53，視密度1.42，煤呈塊狀或小塊狀產(chǎn)出，煤在空氣中易風化破碎，塊煤加熱時破碎嚴重，燃點低，堆放時易于自燃，一般自燃發(fā)火期為1個月，燃點溫度268270。據(jù)測定原煤（501mm粒度級）的散煤重0.736t/m3，靜止角36.8°，摩擦角32.3°。2）化學性質灰分為20.382%；全硫含量平均0.83%，屬低硫煤；原煤磷含量0.061，屬中

31、磷煤；發(fā)熱量20.9MJ/kg，屬中等發(fā)熱量。煤種牌號為長焰煤，煤的工業(yè)利用方向可作為動力煤，懸浮床氣化用煤和民用燃料。3）其它特征本煤田煤的瓦斯和CO2絕對涌出量為9.0m3/min和9.42m3/min，相對涌出量分別為6.72 m3/t和8.33m3/t。煤塵有爆炸危險，煤塵爆炸指數(shù)為47.29%。煤的自燃傾向等級為極易自燃煤層，自燃發(fā)火期為1個月，最短7天。井田地溫正常，地溫梯度為1.341.98/100m，平均1.66/100m。2 井田開拓2.1井田境界及可采儲量井田境界千秋井田西部以41勘探線與耿村礦為界，東部以北露天礦、躍進礦為界，北部至煤層露頭，深部(南)37576000經(jīng)線

32、與41勘探線間以F16斷層為界。全井田走向長3.16.3km，傾斜長1.744.4km,面積17.986km2圖2-1 千秋井田境界及煤層底板等高線圖工業(yè)儲量1）儲量計算范圍井田內主要可采的2-3煤層，計算范圍依據(jù)以上核定的井田邊界為準，儲量計算深度：最低標高-350m，最大垂深970m。 2）儲量計算主要工業(yè)指標礦井主采的2-3煤層傾角在大部分地段均小于15°,為緩傾斜煤層。各煤層的工業(yè)牌號均為長焰煤，屬非煉焦用煤。根據(jù)中華人民共和國國土資源部2002年12月頒布的煤、泥炭地質勘查規(guī)范（DZ/T0215-2002），資源儲量估算指標，千秋井田各煤層最低可采厚度均定為0.8m；最高灰

33、分(Ad)40%；最高硫分(St·d)3%；最低發(fā)熱量(Qnet·d)17.0MJ/kg。經(jīng)各階段的勘探、補勘以及礦井生產(chǎn)期間取樣化驗，各煤層均達到規(guī)范中儲量計算的各項指標。3）工業(yè)儲量計算井田儲量應分煤層計算,計算公式為 (2-1)式中：礦井工業(yè)儲量，萬噸；煤層面積，m2；煤層厚度，m；計算煤層煤的容重，t/m3。本設計開采2-3煤層，厚度0.3520.67m，其中純煤厚度0.2517.16m，平均厚度9.37m；本設計各開采煤層儲量計算采用的容重是依據(jù)千秋礦儲量年報確定的，與補勘報告煤芯煤樣分析結果相一致，2-3煤為1.40t/m3；全井田走向長3.16.3km，傾斜長

34、1.744.4km,面積17.986km2。根據(jù)計算可得，全礦井工業(yè)儲量共23594萬噸，詳見表2-1。表2-1 千秋礦工業(yè)儲量計算匯總表（單位：萬噸）煤層名稱工業(yè)儲量（萬噸）ABCA+BA+B+C2-313795579940001959423594永久煤柱損失量計算1）工業(yè)廣場煤柱：為了減少地面搬遷量同時減少資源損失，設計對成片布置的大村莊（千秋鎮(zhèn)等）留設保護煤柱。對于位于井田深部的獨立的、較小的小村莊設計按搬遷考慮。煤礦礦井設計手冊規(guī)定的工業(yè)廣場占地指標，見表2-2所示。表2-2 工業(yè)場地占地面積指標井型(Mt/a)占地面積指標(公傾/Mt)2.40、3.00781.20、1.809100

35、.45、0.9012130.09、0.3015本設計礦井為180萬噸的大型礦井，取10公頃/Mt，則其總占地面積為1.80×10公頃/Mt=18公頃=0.18km2，取工業(yè)廣場的長寬分別為450m和400m，并按一級保護留設圍護帶15m。該礦的地質開采條件及沖擊層和巖層移動角值見表2-3。根據(jù)垂直斷面法計算工業(yè)廣場安全煤柱，其示意圖見圖2-2。煤柱面積為一梯形，上底708m，下底807m，高872m，面積為660540m2。故工業(yè)廣場煤柱為： （2-2）（萬噸）表2-3 礦井地質條件、沖擊層和巖層移動角廣場中心煤層深度煤層傾角煤層厚度沖擊層厚度沖擊層移動角走向移動角下山移動角上山移動

36、角m度mm度度度度350129.372045757565圖2-2 工業(yè)廣場保護煤柱示意圖2）礦井邊界煤柱：礦井邊界煤柱按20m留設，井田邊界周長約為19480m，煤層厚度平均9.37m，煤的容重為1.40t/m3,則井田邊界煤柱為：（萬噸）3）斷層煤柱：井田內主要斷層有F3-3、F3-6、F3-9、F16。F16斷層為南部的邊界，保護煤柱已計算入井田邊界煤柱中，不再另作計算；F3-6斷層落差較小，不必留設保護煤柱；F3-3和F3-9斷層兩側分別留設30m的保護煤柱，根據(jù)其斷層落差、斷層導水和水壓計算出斷層煤柱損失為149萬噸。其他永久煤柱損失計算結果見表2-4所示。表2-4 千秋煤礦各類煤柱損

37、失計算匯總表（單位：萬噸）煤柱名稱井巷煤柱村莊煤柱邊界煤柱斷層煤柱國鐵煤柱工業(yè)廣場煤柱合 計損失量15726555111492438864016可采儲量在礦井開采過程中，實際能夠采出的煤只是工業(yè)儲量的一部分，能夠采出的這部分儲量稱為可采儲量?？刹蓛α靠捎孟率絹碛嬎悖?(2-3)式中：礦井可采儲量，萬噸；礦井工業(yè)儲量，萬噸；永久性煤柱損失量，萬噸； C采區(qū)采出率，煤礦礦井設計手冊規(guī)定：厚煤層不應小于0.75，中厚煤層不應小于0.80，薄煤層不應小于0.85，本設計取0.75。經(jīng)計算得礦井可采儲量為：（萬噸）2.2礦井設計生產(chǎn)能力及服務年限礦井工作制度礦井年工作日為330d，每天三班作業(yè)，兩班出煤

38、，一班檢修，每天凈提升時間為16h。礦井設計生產(chǎn)能力煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范第條規(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(chǎn)量等）的預測是確定

39、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。本設計根據(jù)保有可采儲量、煤層賦存條件、回采接替、工作面生產(chǎn)能力、開采技術條件和地面村莊等因素多方面分析，結合集團公司發(fā)展規(guī)劃，確定礦井設計生產(chǎn)能力為180萬噸/年。服務年限根據(jù)礦井可采儲量、礦井設計生產(chǎn)能力，采用1.4的儲量備用系數(shù)，礦井服務年限為： (2-4)（年）式中：T礦井服務年限，年；礦井可采儲量，萬噸； A礦井設計生產(chǎn)能力，萬噸/年； K儲量備用系數(shù)，取1.4。符合煤炭工業(yè)設計規(guī)范中設計生產(chǎn)能力為120240萬噸的大型礦井在非缺煤地區(qū)的服務年限不少于50年的要求，所

40、以設計生產(chǎn)能力為180萬噸/年是合理的。上山部分服務年限：經(jīng)計算，上山部分工業(yè)儲量約為15306.1萬噸，約占礦井工業(yè)儲量的64.87%，煤柱損失見表2-5所示，則根據(jù)公式（2-3）計算得上山部分設計可采儲量為： （萬噸）表2-5 上山采區(qū)煤柱損失表（單位：萬噸）煤柱名稱井巷煤柱村莊煤柱邊界煤柱斷層煤柱國鐵煤柱工業(yè)廣場煤柱合 計損失量12184501891232438863109將可采儲量帶入公式（2-4）計算得上山部分服務年限為36.3年，符合規(guī)范的規(guī)定。2.3井田開拓2.3.1井田開拓的基本問題井田開拓是指在井田范圍內，為開采煤層，由地表進入煤層為開采水平服務所進行的一系列井巷布置和開掘工

41、程。這些用于開拓的井下巷道的形式、數(shù)量、位置及其相互的聯(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。1）地質條件對開采的影響千秋井田為走向近東西，傾向南，地質傾角11°13°的單斜構造，井田內斷裂構造以北北東向為主，均為高角度正斷層，構造復雜程度為簡單型。砂巖和泥巖頂?shù)装遢^完整，裂隙不發(fā)育，冒頂?shù)坠默F(xiàn)象少見，應屬類頂?shù)装?。全井田煤層屬較穩(wěn)定型，水文地質簡單，為礦井開采提供可靠的資源條件。地溫正常，地壓較大，瓦斯為低沼，但煤塵有爆炸性危險，煤層自燃現(xiàn)象較為突出，對礦井生產(chǎn)影響較大，應屬類。2）井筒形式、數(shù)目、位置及坐標井筒形式有

42、三種：平硐、斜井、立井。一般情況下，平硐開拓是最簡單最有利的方式，斜井次之，立井最復雜。在針對某一具體井田時，應從其地形、地質、開采技術技術條件及經(jīng)濟條件等方面綜合考慮。平硐開拓受地形及埋藏條件限制，只有在地形條件合適，煤層賦存在較高的山嶺、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時才能采用。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大的提升能力，可滿足特大型

43、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：在相同條件下，斜井井筒長，輔助提升能力小，提升深度有限；通風路線長、阻力大、管線長度大；圍巖不穩(wěn)固時，井筒維護費用高；斜井井筒通過富含水層、流沙層施工技術復雜；為斜井留置保安煤柱，煤炭損失大。斜井開拓的適用條件是：煤層埋藏較淺、表土層不厚、水文地質情況簡單、無流沙層、井筒不需特殊施工的緩斜和中傾斜煤層。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，

44、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，基本建設投資大。本設計的主采煤層傾角小于15°，屬緩傾斜煤層，由于本地區(qū)的地勢條件所限制，故不能采用平硐開拓。采用斜井開拓，與立井相比，同樣的開采深度，斜井的井筒較長，沿井筒鋪設管路、電纜及其它線路的長度較大，采用絞車提升的速度較低，對180萬噸/年的大型礦井來說，副井的提升能力達不到要求；另外，斜井井筒的維護也比較困難，而且維護量大，保護煤

45、柱的損失也比立井的大；最重要的是本礦井開采的煤層瓦斯涌出量大，需要良好的通風效果，采用斜井開拓，通風路線長，阻力大，不利于瓦斯的排出。如果采用斜井和立井聯(lián)合開拓，與立井開拓相比，除去上述斜井的一些缺點外，還要多開一個井底車場，并且運輸環(huán)節(jié)多，生產(chǎn)系統(tǒng)復雜化，地面井口分散，難于管理。立井開拓需要較長的石門聯(lián)系，但總體來說，立井開拓具有以下優(yōu)點： 承壓能力強，維護工程量少，維護費用低； 煤柱損失較斜井少，易穿沖積層和含水層； 提升能力大，機械化程度高，易于自動控制； 圓形斷面有效面積大，通風條件好，較為經(jīng)濟； 人員升降速度快。根據(jù)以上分析，結合本礦實際，本設計采用立井或斜井開拓在技術上均可行。煤炭

46、工業(yè)設計規(guī)范要求：采用立井開拓時，一般開鑿一對提升井筒，即主井，副井。同時還要求每一個生產(chǎn)礦井至少有兩條能行人的通到地面的安全出口，每個出口距離不得小于30m。本礦井決定在工業(yè)廣場中央布置主副井兩個井筒，在井田上部邊界的中央布置一個回風立井。主井裝備箕斗，用于煤炭提升；副井裝備罐籠，用于提升材料、矸石，升降人員，并裝備有梯子間、排水管、通訊電纜等設備，同時用作進風井。各個井筒的位置及坐標見表2-6。表2-6 井筒位置及坐標特征表名 稱單 位主井副井回風井井口坐標Xm384356538435003845227Ym375761423757638037576199井口標高Zm+557+553+575

47、3）工業(yè)廣場的確定工業(yè)廣場及井筒位置確定的原則：工業(yè)廣場應盡量位于井田中央或儲量的中心，以形成雙翼井田，降低運輸、通風、巷道維護費用，做到均衡生產(chǎn)，綜合經(jīng)濟效益好；工業(yè)廣場應不壓煤或少壓煤；工業(yè)廣場有較好的地形和工程地質條件；井筒應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，石門的工程量要盡量少；有利于首采區(qū)或帶區(qū)布置在井筒附近的富煤地段，以保證有良好的前期效益；井筒不宜穿過厚表土層、厚含水、斷層破壞帶、煤與瓦斯突出煤層或軟弱煤層；離水源、電源較進，礦井專用鐵路線短，道路布置合理。根據(jù)以上原則，本設計井田為低山丘陵區(qū)，標高+437.20+670.73m，最大相對高

48、差233.53m。整個井田呈南高北低的形態(tài)，在井田南部構成近東西向分水嶺，標高+547.80+670.73m。井田北部較平坦，井筒和工業(yè)廣場位置的選擇受地形條件的約束，又由于本井田的形狀不太規(guī)則，因而將工業(yè)廣場和井筒布置在儲量中央。4）開采水平、上下山及礦井開拓延深本設計礦井開采煤層的傾角為11°13°，為緩傾斜煤層，傾斜長為1.64.0km。根據(jù)“緩傾斜、傾斜煤層的階段垂高宜為150350m”，本井田煤層露頭線最高標高為+495m左右，煤層最深部標高為-250m左右，故井田宜劃分為兩個階段，即一個水平，階段平均垂高350m左右，上山階段垂高可適當加大。兩個階段劃分為：第一

49、階段從煤層露頭線+150m，第二階段從+150m至井田深部邊界。結合本礦井的實際情況，本設計采用單水平上下山聯(lián)合開采，水平標高+150m。5）主要開拓巷道考慮到系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的方便，由于本井田內煤層自然發(fā)火較為嚴重，大巷服務年限長，不宜布置在煤層中，而煤層底板基本穩(wěn)定，故將大巷布置在煤層底板中。在一水平布置一條運輸大巷、一條軌道大巷，井田上部邊界布置一條回風大巷，均布置在煤層底板巖層中，井底布置一個刀把式環(huán)形車場。6）礦井開拓方案比較開拓方案說明根據(jù)礦井地質地形、煤層賦存及開采技術條件，結合礦井外部條件及設備情況，本設計初步提出四個可行的開拓方案進行比較，其示意圖如圖2-3所示。方案1：雙

50、立井單水平，上下山聯(lián)合開采，上、下山采區(qū)傾斜長度約為1500m（圖2-3a）。方案2：雙立井兩水平開采，一水平采用雙立井，延深水平采用立井延深，其他與方案1相同（圖2-3b）。方案3：雙斜井多水平上山開采，延深水平采用斜井延深，其他與方案1相同（圖2-3c）。方案4：主斜井、副立井兩水平開采，其他與方案3相同（圖2-3d）。方案比較方案1和方案2的主要區(qū)別在于延深開采時采用暗斜井延深還是直接立井延深，兩方案生產(chǎn)系統(tǒng)均簡單可靠。方案1多開了采區(qū)下山（傾角16°，2×1200m）、下山車場，相應增加了提升、排水費用。方案2多了延深立井井筒（2×250m）、階段石門和下

51、部車場，相應增加了立井和石門的運輸、提升、排水費用。兩方案的通風費用相差不大，未列入比較，粗略比較見表2-7。由于方案1的經(jīng)濟效益明顯優(yōu)于方案2，故選擇方案1。方案3與方案4的區(qū)別在于采用斜井還是立井來完成輔助運輸。方案3比方案4多開了副斜井（2080m）、斜井車場（2×800m）、進風立井（斜井通風路線過長，430m），方案4多開了副立井（630m）、車場（2×1000）、石門（1100m）。由于運輸（均是斜井提升）、通風費用（均是立井進風）相差不大，只比較其排水費用，經(jīng)過比較可知方案3優(yōu)于方案4，具體如表2-8所示。比較剩下的方案1與方案3在技術上均可行，兩方案的優(yōu)劣需

52、要通過詳細的經(jīng)濟技術比較確定，比較見表2-9、2-10、2-11。（a）立井單水平上下山開采（b）立井兩水平，立井延深開采（c）斜井多水平上山開采（d）主斜井、副立井兩水平開采圖2-3 四種開拓方案示意圖表2-7 方案1與方案2費用粗略比較表方案項目方案1方案2基建費用/萬元采區(qū)運輸下山采區(qū)軌道下山下山車場1200×0.32571=390.8521200×0.36826=441.912800×0.28113=224.904主立井延深副立井延深石門開鑿下部車場250×0.91385=228.463250×1.13828=284.572×

53、950×0.28113=534.1471000×0.28113=281.13小計1057.668小計1328.31生產(chǎn)經(jīng)營費用/萬元立井提升下山提升排水1.2×3348×0.435×0.85=1485.50761.2×3348×1.2×0.5=2410.56250×24×15.5×365×（0.12+0.06）×10-4=611.01立井提升石門運輸立井排水1.2×3348×0.685×0.85=2339.24761.2×33

54、48×1.20×0.381=1836.8467250×24×15.5×365×0.15×10-4=509.175小計4507.08小計4685.27總共費用/萬元5564.7486013.58方案1比方案2少用448.832表2-8 方案3與方案4費用粗略比較表方案項目方案3方案43比4增或減基建費用/萬元副斜井開鑿井底車場進風立井2080×0.36826=765.98082×800×0.28113=449.808430×0.64681=278.1283副立井開鑿石門開鑿下部車場630

55、×1.13828=717.11641100×0.28113=309.2432×1000×0.28113=562.26減94.7023小計1493.9171小計1588.6194生產(chǎn)經(jīng)營費用/萬元斜井排水250×24×65.6×365×0.1×10-4=1436.64立井排水250×24×65.6×365×0.15×10-4=2154.96減718.32小計1436.64小計2154.96總共費用/萬元2930.55713743.5794方案3比方案4少用813.0223表2-9 方案1與方案3基建工程量與費用比較方案項目方案1方案3工程量單價費用工程量單價費用m萬元/米萬元m萬元/米萬元初期主井井筒