新莊煤礦1.5mta新井設(shè)計松軟頂板穩(wěn)定原理分采礦對煤層底板斷層活化影響的數(shù)值模

目錄一般部分1礦井概況與地質(zhì)特征 11.1礦井概況 11.2井田地質(zhì)特征 31.3煤層特征 62井田境界和儲量 92.1井田境界 92.2井田工業(yè)儲量 93礦井工作制度、設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 143.1礦井工作制度 143.2礦井設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 144井田開拓 164.1井田開拓的基本問題 164.2方案比較 194.3礦井基本巷道 235準(zhǔn)備方式—采區(qū)準(zhǔn)備方式 345.1煤層地質(zhì)特征 345.2采區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng) 355.3采區(qū)車場選型設(shè)計 396采煤方法 426.1采煤工藝方式 426.2回采巷道布置 527井下運(yùn)輸 557.1概述 557.2采區(qū)運(yùn)輸設(shè)備選擇 567.3大巷運(yùn)輸設(shè)備選 588礦井提升 618.1礦井提升概述 618.2主副井提升 619礦井通風(fēng)安全 659.1選擇礦井通風(fēng)系統(tǒng) 659.2采區(qū)及全礦所需風(fēng)量 699.3礦井通風(fēng)總阻力計算 729.4選擇礦井通風(fēng)設(shè)備 799.5防止特殊災(zāi)害的安全措施 8210設(shè)計礦井基本技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 85參考文獻(xiàn) 86專題部分松軟頂板穩(wěn)定原理分析 871軟巖巷道圍巖控制原則 871.1對癥下藥原則 871.2塑性圈原則 871.3提高圍巖自穩(wěn)能力原則 871.4聯(lián)合支護(hù)原則 871.5大斷面及避開最大水平應(yīng)力原則 872軟巖巷道支護(hù)實(shí)例 882.1巷道地質(zhì)條件與原有支護(hù) 882.2巷道破壞原因分析 882.3巷道支護(hù)措施改進(jìn) 882.4巷道支護(hù)措施改進(jìn)后的效果 893支護(hù)技術(shù) 913.1支護(hù)方式的選擇 913.2錨網(wǎng)帶支護(hù)加固原理 913.3錨固形式選擇 913.4合理錨桿參數(shù)的確定 914深部沿空留巷的數(shù)值模擬分析 934.1模型建立 934.2巷道圍巖變形與應(yīng)力分布特征分析 945深部沿空留巷支護(hù)井下試驗(yàn) 965.1沿空留巷支護(hù)設(shè)計 965.2井下監(jiān)測與支護(hù)效果分析 996深部沿空留巷的支護(hù)原則與建議 1056.1深部沿空留巷的支護(hù)原則 1056.2存在的問題與改進(jìn)建議 1057結(jié)論 1077.1合理確定開拓布局 1077.2優(yōu)化支護(hù)設(shè)計 1077.3優(yōu)化巷道斷面形狀 1077.4開拓巷道圍巖控制主要途徑 107翻譯部分英文原文 109NumericalSimulationofCoalFloorFaultActivationInfluencedbyMining 109中文譯文 116采礦對煤層底板斷層活化影響的數(shù)值模擬 1161簡介 1162數(shù)值計算模型的形成 1163數(shù)值模擬結(jié)果與分析 1174結(jié)論 119致謝 1221礦井概況與地質(zhì)特征1.1礦井概況1.1.1地理位置與交通新莊礦位于豫、皖兩省交接的永城市東部，行政區(qū)劃分苗橋、茴村兩鄉(xiāng)管轄，主管部門為河南省神火集團(tuán)，井田東部及北部以人為邊界與安徽皖北礦務(wù)局劉橋二礦分界，西以王莊斷層（F21)與葛店煤礦毗鄰，南至煤層露頭線。礦井范圍由11個邊界拐點(diǎn)連線圈定，其邊界拐點(diǎn)坐標(biāo)見表1.1—1。南北長約7.5Km東西寬約3Km，面積約22.5Km2。地理位置為東經(jīng)116°37′15″，北緯33°55′25″。表1.1—1新莊煤礦邊界拐點(diǎn)坐標(biāo)一覽表拐點(diǎn)直角坐標(biāo)拐點(diǎn)直角坐標(biāo)經(jīng)距（Y）緯距（X）經(jīng)距（Y）緯距（X）1394654003761960739466400375268023946584037619208394642403753820339466700376125093946328037528004394669843760200103946316037538305394662203753600113946370037554706394666403753110該礦西至永城市24Km，東距安徽省淮北市19Km，西北120Km可達(dá)京九、隴海西兩主干鐵路的交通樞紐商丘車站，東北94Km到津浦、隴海兩鐵路之樞紐徐州車站，礦區(qū)內(nèi)部有專用運(yùn)煤鐵路與隴海鐵路相連，省道永淮公路從礦區(qū)穿過，礦區(qū)內(nèi)公路、鐵路縱橫交錯，四通八達(dá)，交通十分便利。優(yōu)越的地理位置為煤炭市場的開發(fā)創(chuàng)造了得天獨(dú)厚的條件。交通位置圖見圖1－1－1。圖1.1.1礦井交通位置圖1.1.2地形地貌本區(qū)屬于黃淮沖積平原，區(qū)內(nèi)地勢平坦，地面標(biāo)高+30.3m左右，井田南約6Km有沱河向東注入安徽省的新汴河，中南部有王引河，最大排洪量12.278S/m3。1973年7月14日最高水位：王引河+30.63m，水深2.7m左右；曹溝+30.42m，水深1.96m1.1.3水系水源條件本區(qū)屬淮河水系，區(qū)內(nèi)無地表水體，自北而南有曹溝，王引河、運(yùn)糧河等三條季節(jié)性小河，自西北向東南流入安徽省境內(nèi)匯于淮河。因地勢平坦，一般河谷寬緩，河床較淺，水流坡度很小。雨季洪水期，近河低洼地段常積水內(nèi)澇成災(zāi)；據(jù)永城市水利局資料，1963年汛期，在二牛、黃飯棚、大小新莊一帶積水深0.5～1.0m。最高洪水位31.79m。干旱季節(jié)，河水位一般低于地下水位，成為排泄地下水的渠道。礦井用水主要分為地面用水和井下用水。地面用水主要是由二眼水源井及一座水廠來供應(yīng)；井下降塵用水采用井下排水經(jīng)處理后再返回井下。1.1.4氣象及地震本礦區(qū)屬半干燥大陸性氣候，夏季炎熱多雨，冬季干燥寒冷，四季氣候變化分明。據(jù)永城市氣象站資料，年平均氣溫14.2℃，絕對最高氣溫41.5℃(1966年7月18日)，最低氣溫–23.4℃(1969年2月5日)；年平均降雨量847.66mm，年最大降雨量1518.6mm（1963年），年最小降雨量537.7mm（1966年），降雨量多集中于6～8月份，占全年降雨量的50%；年平均蒸發(fā)量1807.4mm，年最大蒸發(fā)量2290.4mm（1966年），結(jié)冰期一般在11月～翌年3月，最大凍土深度為21cm（1977年）；夏季多東南～南風(fēng)，冬季多西北～北風(fēng)，年平均風(fēng)速3.4m/s；最大風(fēng)速據(jù)《中國地震目錄第二集》（1960年版）記載，自公元925年以來，安徽省肖縣、宿縣一帶微震頻繁，強(qiáng)震不斷，曾發(fā)生強(qiáng)烈地震38次，其中1668年郯城發(fā)生8.5級強(qiáng)烈地震。本區(qū)位于郯（城）～廬（江）地震影響帶，根據(jù)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的“中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB18306—2001《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（河南省部分）”本區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震烈度為Ⅵ度。1.1.5礦區(qū)電源條件及通訊條件永城市工業(yè)較為發(fā)達(dá)，電源條件好，礦區(qū)有多座電廠和變電站，可滿足礦井用電。礦井采用雙回路供電，一路來自永城電廠，另一路來自淮北渠溝變電站。原設(shè)計礦井工業(yè)場地及北風(fēng)井場地的35kV變電所3路進(jìn)線電源分別為沱新線、葛新線和渠新線；渠新線來自淮北渠溝變電所，距離新莊礦30km；沱新線來自永城沱濱變電所，距離新莊礦24km。葛新線為新莊礦與葛店礦的互備用電源架空線，長度5km。礦井35kV架空電源線皆為LGS-120型。技改工程實(shí)施時，礦井工業(yè)場地的35kV變電所3路進(jìn)線電源分別改為來自沱新線、新雙線、新風(fēng)線；沱新線來自永城沱濱變電所，距離新莊煤礦24km；新雙線為新莊煤礦與葛店煤礦雙廟站的互備電源架空線路，長度為1.8km；新風(fēng)線為新莊煤礦與北風(fēng)井場地的互備用電架空電源線路，長度為4.6km。北風(fēng)井場地35kV變電所2路進(jìn)線電源分別改為來自光新風(fēng)線和新風(fēng)線；光新風(fēng)線來自神火光明變電所，距離北風(fēng)井11.2km。礦井架空電源線沱新線為LGJ-185型，光新風(fēng)線、新雙線為LGJX-240型，新風(fēng)線為LGJ-120型。1.1.6主要建筑材料供應(yīng)條件礦區(qū)位于豫東大平原上的人口稠密區(qū)，勞動力資源比較豐富。土產(chǎn)建筑材料磚、瓦、石子和料石均可就地供應(yīng)，鋼材、木材和水泥等物資可經(jīng)公路及鐵路直接運(yùn)至礦井工業(yè)廣場。1.1.7工農(nóng)業(yè)情況永城市現(xiàn)有耕地面積160×104畝，多屬粘沙兩合土。主要糧食作物有小麥、玉米、大豆、高粱、谷子等，主要經(jīng)濟(jì)作物有棉花、花生、芝麻、油菜和蔬菜等，是優(yōu)質(zhì)小麥生產(chǎn)基地，全國糧棉油百強(qiáng)縣。永城市形成了建材、冶金、化工、機(jī)電、煤炭、電力、輕紡、造紙、食品、釀酒、電解鋁等工業(yè)體系和優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)；礦產(chǎn)資源豐富，為全國六大無煙煤生產(chǎn)基地，主要礦產(chǎn)有煤、鐵、花崗巖、膨潤土、高嶺土、大理石、礦泉水等23種。1.1.8地區(qū)經(jīng)濟(jì)概況新莊礦位于河南省永城市，河南省重點(diǎn)建設(shè)的區(qū)域性中心城市。地處東經(jīng)115°58′～116°39′，北緯33°42′～34°18′之間，平均海拔33米。市境的北、東、南及西南部分別與安徽省的碭山縣、蕭縣、濉溪縣、渦陽縣、亳州市毗鄰，西部和西北部與河南省的夏邑縣緣連。沱河穿過西城區(qū)的北部和東城區(qū)的南部，芒碭山位于北部的芒山鎮(zhèn)境內(nèi)，主峰海拔高度159米。311國道從中部東西貫穿境內(nèi)，連霍高速公路、永登高速公路東西貫穿境內(nèi)。規(guī)劃中的濟(jì)祁高速公路邢商永地方鐵路已經(jīng)招標(biāo)。沱澮河復(fù)航工程12.5期間爭取開工。全境近似橢圓，地勢由西北向東南微傾，平均海拔31.9米，除東北有方圓16平方公里的芒碭山群外，大部分為平原地區(qū)，屬暖溫帶季風(fēng)性半濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫14.3℃?，F(xiàn)轄18個鎮(zhèn)、11個鄉(xiāng)，744個行政村，3706個自然村。所屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)有：城關(guān)鎮(zhèn)、演集鎮(zhèn)、酂城鎮(zhèn)、十八里鎮(zhèn)、高莊鎮(zhèn)、芒山鎮(zhèn)、薛湖鎮(zhèn)、馬橋鎮(zhèn)、裴橋鎮(zhèn)、陳集鎮(zhèn)、蔣口鎮(zhèn)、太丘鎮(zhèn)、李寨鎮(zhèn)、順和鎮(zhèn)、苗橋鎮(zhèn)、茴村鎮(zhèn)、臥龍鎮(zhèn)、侯嶺鎮(zhèn)；酂陽鄉(xiāng)、王集鄉(xiāng)、馬牧鄉(xiāng)、雙橋鄉(xiāng)、龍崗鄉(xiāng)、劉河鄉(xiāng)、條河鄉(xiāng)、陳官莊鄉(xiāng)、城廂鄉(xiāng)、黃口鄉(xiāng)、新橋鄉(xiāng)。是全國六大無煙煤基地之一，華東工業(yè)的能源后方。境內(nèi)有200多家面粉企業(yè)，也是國家唯一授予“中國面粉城”稱號的城市，永城擁有兩家中國500強(qiáng)企業(yè)-永城煤電控股集團(tuán)和神火集團(tuán)、是河南省最大的煤化工基地。1.2井田地質(zhì)特征1.2.1井田地質(zhì)概況新莊煤礦屬于華北地層區(qū)魯西分區(qū)徐州小區(qū)，礦區(qū)內(nèi)無基巖出露，全被新生界所覆蓋。根據(jù)鉆孔揭露，區(qū)內(nèi)地層由老到新依次發(fā)育有奧陶系中統(tǒng)馬家溝組；石炭系中統(tǒng)本溪組，上統(tǒng)太原組；二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組，上統(tǒng)上石盒子組和新生界第三系、第四系。其中石炭～二疊系為主要含煤地層。1.2.2地層井田含煤層由下至上有太原群、山西組、下石盒子組、上石盒子組。太原群（C3t）厚134m－149m，平均138m。巖性主要由隱晶質(zhì)灰?guī)r、泥巖組成，其次為砂質(zhì)泥巖及砂巖。頂部灰?guī)r穩(wěn)定，厚2m左右，為K3標(biāo)志層；底部灰?guī)r厚13m－17m，一般15m，以含燧石結(jié)核為主要特征，為K2標(biāo)志層。山西組（P1S）厚110m，由灰至灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖及白色細(xì)致粗粒砂巖組成。下石盒子組（P1XS）厚73m－113m，平均108m。由砂巖、砂質(zhì)泥巖組成。底部為鮞狀鋁質(zhì)泥巖，為K4標(biāo)志層。上石盒子組（P2SS）厚度大于400m，底部為K5砂巖標(biāo)志層與下石盒子組分界；上部紫色斑塊泥巖夾厚層砂巖，以K6長石石英砂巖為較穩(wěn)定的標(biāo)志層。1.2.3褶皺、斷層及陷落柱（1）褶曲①前松向斜：為一向NNW傾伏、兩翼基本對稱的寬緩向斜。軸部位于408孔和苗4孔一線，即前松村莊一帶，向南延伸至403孔南部消失，向北至苗4孔北部消失，向斜軸線南北長約2.1km。兩翼地層傾角8～12°。向斜東翼與東區(qū)背斜西翼共用。軸部因受F4斷層的切割，局部地層傾角達(dá)15°，破壞了地層的連續(xù)性。該向斜由井下巷道、鉆孔及三維地震勘探控制，依據(jù)可靠。東區(qū)背斜：軸部位于本礦東部505孔一帶，為一向NNW傾伏、兩翼基本對稱的寬緩背斜。軸線與前松向斜近于平行，向南、北分別延伸至508孔東部及張莊與黃藥店之間，長約1.8km。兩翼地層傾角6～11°。背斜西翼與前松向斜東翼共用，背斜東翼向東延伸至安徽省劉橋井田。該向斜由鉆孔及三維地震勘探控制，依據(jù)充分可靠。（2）斷層新莊煤礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的主要大斷層2條。現(xiàn)將主要斷層敘述如下：王莊斷層（F21）位于王莊至池樓一線，為井田之西界。該斷層略呈彎曲展布，總體走向北北東，斷層面傾向北西西，傾角70°，西盤下降，東盤相對上升，為一正斷層。斷層落差北小南大，落差為80m－250m。在井田范圍內(nèi)斷層走向長約10Km，南部向黃集井田延伸，斜交于黃集斷層，向北延伸情況不明。斷層旁側(cè)煤層牽引明顯，并發(fā)育數(shù)條與之呈極小銳角的派生次級斷層。黃飯棚斷層（F4），分布于井田中南部，走向北北西，斷層面傾向西西南，傾角35°。北東盤上沖，南西盤相對下降，落差35m，為一逆斷層。西北端消失于張莊西部，向東南尖滅于501孔附近，走向約3.9Km。該斷層切割前松向斜的軸部，破壞了向斜的橫向連續(xù)性。主要地質(zhì)構(gòu)造特征見表1.2－1表1.2－1主要地質(zhì)構(gòu)造特征表序號名稱斷層性質(zhì)斷層面走向斷層面傾向傾角（°）落差（m）1王莊斷層正斷層北北東北北西70180－2502黃飯棚斷層逆斷層北北西西西南35251.2.4水文地質(zhì)特征（1）概況新莊煤礦西部以走向近南北、傾向西、東盤上升西盤下降、落差250～180m的王莊正斷層為邊界，造成礦井內(nèi)二2煤層、三2煤層與西盤（下降盤）下石盒子組上部砂、泥巖地層相接，該斷層基本上為一條阻水邊界斷層，以礦區(qū)中部NNE向永城背斜軸部為軸心，向東西兩翼至二2煤層露頭線為界，南北長約30km，東西寬平均約7km，面積約200～230km2，為太原組灰?guī)r，奧陶系灰?guī)r和寒武系灰?guī)r的隱伏露頭區(qū)。在永城背斜軸部從柏山惠、候嶺經(jīng)永城市至大孟莊一線為巖溶含水層的淺埋區(qū)，上覆新生界地層50～200m；背斜西翼較寬闊，巖溶含水層埋深約100～300m，背斜東翼較狹窄，含水層埋深約100～180m。礦井東部與劉橋二礦間為一條人為邊界，實(shí)際上新莊、劉橋二礦同處于一個統(tǒng)一的水文地質(zhì)單元內(nèi)。礦井南部邊界為煤層露頭線，屬于一個弱補(bǔ)給邊界。礦井北部邊界屬于無限邊界。（2）含水層礦井各含水層（組）基本與區(qū)域含水層相一致，按其儲水空間，水力性質(zhì)及富水性可分為三大類，對主要可采煤層井巷充水的主要含水層（組）共有九層（組）：新生界松散孔隙水含水組：礦井內(nèi)新生界松散沉積物以沖積、湖積為主，沉積旋回穩(wěn)定，由砂、含礫砂及粘土、砂質(zhì)粘土等組成；受古地形控制其沉積厚度在南部135～155m，中南部稍薄約130m，中北部最厚為160～180m，可劃分為三個含水組。①第四系上部孔隙潛水含水組（Ⅰ）：含水層埋深小于20m，潛水位標(biāo)高+25.73～+31.69m，一般為+29m；單位涌水量0.136～6.713L/s·m，滲透系數(shù)1.215～6.532m/d；②第四系中部孔隙承壓水含水組（Ⅱ）：含水層埋深在20～66m，水位標(biāo)高+29.83m，單位涌水量0.671L/s·m，滲透系數(shù)4.633m/d；③第四系下部孔隙承壓水含水組（Ⅲ）：含水層埋深在66～134m，水位標(biāo)高+29.28m，單位涌水量0.00798L/s·m，滲透系數(shù)為0.0565m/d，二迭系砂巖裂隙承壓水含水層（組）：①K6砂巖裂隙含水組（K6）：累厚6.30～46.75m，平均31.12m，水位標(biāo)高–110.87m，單位涌水量0.096～0.942L/s·m，滲透系數(shù)0.2015～3.481m/d；②K5砂巖與三2煤頂板砂巖裂隙含水組（Ⅳ）：累厚9.86～62.55m，平均33.25m，水位標(biāo)高–114.40m，單位涌水量0.061～0.172L/s·m，滲透系數(shù)0.509～0.9814m/d，③二2煤層頂板砂巖裂隙含水組（Ⅴ）：含水層累厚4.26～50.80m，平均20.00m。單位涌水量0.0515L/s·m，滲透系數(shù)0.4604m/d；灰?guī)r巖溶裂隙承壓水含水層（組）：①太原組上段灰?guī)r巖溶裂隙含水組（Ⅵ）：水位標(biāo)高+10.27～+10.61m，單位涌水量0.000461～3.690L/s·m，滲透系數(shù)0.00224～16.839m/d，②太原組下段灰?guī)r巖溶裂隙含水組（Ⅶ）：水位標(biāo)高+30.00m，單位涌水量1.216L/s·m，滲透系數(shù)4.73m/d，③中奧陶統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r巖溶裂隙含水層（Ⅷ）：水位標(biāo)高+30.28m，單位涌水量0.0633L/s·m，滲透系數(shù)1.77m/d，（3）主要隔水層新生界孔隙水含水組間隔水層：①Ⅰ、Ⅱ含水組間隔水層為粘土及砂質(zhì)粘土，隔水層主要賦存于第四系中部含水段之上部，厚度幾米到十幾米②Ⅱ含與Ⅲ含間隔水層主要為粘土，在Ⅲ含水段的頂部發(fā)育有2～3層粘土、砂質(zhì)粘土、粘土組合的穩(wěn)定隔水層③新近系底部粘土、砂質(zhì)粘土隔水層，主要為致密、細(xì)膩的湖積粘土，平均厚約17m，隔水性能良好二迭系砂巖裂隙水各含水組間隔水層：①K6與K5砂巖裂隙含水組間的隔水層（段）厚逾百米，尤其四1～四3煤層間近80m段內(nèi)全部為泥巖、砂質(zhì)泥巖地層組合②Ⅳ含與Ⅴ含間的隔水層有二段，上段為三1煤～三4煤間厚約30m的泥巖夾煤地層組合，下段為四煤段底部厚約6.50m的鋁土質(zhì)泥巖隔水層③二2煤底板隔水層（段），上起二1煤層底板下止K3頂界，厚41.55～65.75m，平均厚55.29m。隔水段中上部為一套厚約40m以泥巖為主夾2～3層中、細(xì)砂巖地層組合；下部為C3t頂部厚約15m的海相泥巖與山西組底部的深灰色泥巖組合而成的聯(lián)合隔水層（段）巖溶裂隙含水層間的隔水層：①太原組中段砂泥巖層隔水段：厚約30m。由一套泥巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖及煤線等地層組合而成，有時其中部夾二層薄層灰?guī)r（L5、L6）②本溪組鋁土質(zhì)泥巖隔水層：厚1.64～10.98m，平均厚6.31m。（4）、井田充水因素①砂巖裂隙水的充水通道：含水層的構(gòu)造裂隙，斷層破碎裂隙帶，褶皺軸部及轉(zhuǎn)折端的碎裂裂隙等都可成為頂板含水層的充水通道；此外回采放頂后，頂板陷落造成的導(dǎo)水裂隙帶屬于再生的導(dǎo)水通道，且后者的導(dǎo)水能力比前者更強(qiáng)。②巖溶裂隙水的充水通道：在井田的構(gòu)造帶上（包括斷裂構(gòu)造和褶皺構(gòu)造），尤其是轉(zhuǎn)折部位、復(fù)合部位、尖滅端等受多期構(gòu)造運(yùn)動改造，構(gòu)造破碎裂隙帶相當(dāng)發(fā)育，成為巖溶地下水向礦井突水的主要通道；采面回采初期，因采空處應(yīng)力釋放后引起地應(yīng)力的重新分布，第一次來壓的張應(yīng)力，會使得原閉合的裂隙被拉張開，形成新的導(dǎo)水通道，往往該導(dǎo)水通道的突水作用更強(qiáng)、更猛，威脅更大。此外，應(yīng)防范封閉不良鉆孔，尤其是揭露太灰含水層的鉆孔形成導(dǎo)水通道，使上下各含水層貫通，突入巷道。（5）礦井涌水量預(yù)測礦區(qū)在生產(chǎn)時，正常涌水量200，最大涌水量280。次采用大井法和比擬法預(yù)算礦井正常涌水量結(jié)果見表1.2—2。最大涌水量按正常涌水量的1.5倍。表1.2–2新莊礦井涌水量預(yù)算結(jié)果表預(yù)算煤層預(yù)算方法進(jìn)水方式涌水量（m3/h）全礦涌水量（m3/h）計算值采用值正常最大二2煤大井法頂板37018513752063底板15861190比擬法全井9279309301395（6）礦井供水水源①大氣降水與地表水：大氣降水與地表水僅與第四系上部孔隙潛水含水層（Ⅰ含）具有直接的水力聯(lián)系。礦井范圍上覆新生界地層130～180m，由Ⅰ含層層垂直下滲補(bǔ)給充水含水層的量微乎其微，所以認(rèn)為大氣降水和地表水不屬于礦井的充水水源。②地下水：煤層頂板的砂巖裂隙地下水是礦井前期生產(chǎn)中的主要充水水源，該水源對礦井的充水強(qiáng)度主要受頂板砂巖裂隙發(fā)育程度及構(gòu)造帶巖層破碎程度等控制導(dǎo)水因素的影響，充水性不猛烈，充水量有限，對礦井生產(chǎn)不造成威脅；但是K6、K5砂巖裂隙含水層垂直裂隙較發(fā)育，富水性較強(qiáng)，對井筒建設(shè)具有一定威脅，須加以提防。二2煤層下伏灰?guī)r巖溶裂隙地下水，富水性強(qiáng),且水壓高,一旦向二2煤層井巷突水均來勢猛,水量大,對安全生產(chǎn)造成極大威脅,應(yīng)高度提防,預(yù)先積極采取各種防范措施。1.3煤層特征1.3.1主采煤層及其圍巖性質(zhì)本井田煤系地層總厚760m，含煤27層。其中可采煤層為山西組二2煤、下石盒子組的三2、三3、三5煤，共計四層。二2煤山西組含煤系數(shù)3.24％，下石盒子組含煤系數(shù)3.3％。共劃六個煤組：一煤組位于太原群，含煤多達(dá)10層，一般5－7層；二煤組位于山西組中部，含煤最多4層，一般2層；三煤組位于下石盒子組，最多7層，一般2－5層；四煤組位于上石盒子組下部，含煤最多3層，一般2層；五、六煤組均位于上石盒子組中部，五煤組含煤最多3層，六煤組含煤1層。普遍可采者二2煤及三2煤層，局部可采者4煤，三3、三5煤層局部不可采。余者偶見可采點(diǎn)，多屬不可采煤層。其中二2煤層為本設(shè)計的主采煤層，平均厚度4.23m。井田構(gòu)造簡單，煤層間距及厚度穩(wěn)定，標(biāo)志層明顯。二2煤層：頂部為灰白色細(xì)砂巖，中央薄層深灰色泥巖，形成明顯的沉積韻律和條帶狀層理，沿走向及傾向?qū)游环€(wěn)定，易于辨認(rèn)，是控制該煤層的良好輔助標(biāo)志。有個別地段相變?yōu)樯百|(zhì)夾薄層泥巖，但其條帶狀層理仍然顯而易見。有的地段厚度變薄多為二煤組沉積發(fā)育所致。平均厚度4.23m。主要煤層特征表見表1.3—1。表1.3－1可采煤層特征表煤組煤層一般厚度（m）煤層結(jié)構(gòu)頂?shù)装鍘r性穩(wěn)定性可采程度傾角（°）容重（t/m3）夾石層數(shù)夾石厚度頂板底板下石盒子組三50－1.90普遍含一層夾石一般為0.3m左右泥巖或砂質(zhì)泥巖泥巖較穩(wěn)定局部不可采5°左右，近露頭處變陡，為10°左右1.431.11三30－1.70一般含一層夾石厚0.3m左右泥巖泥巖不穩(wěn)定局部可采5°左右，近露頭處變陡，為10°左右1.431.01三20－2.80無夾石砂巖泥巖和砂質(zhì)泥巖較穩(wěn)定可采5°左右，近露頭處變陡，為10°左右1.431.83山西組二20.88－4.43無夾石泥巖、砂質(zhì)泥巖有時為砂巖泥巖和砂質(zhì)泥巖不穩(wěn)定可采5°左右，近露頭處變陡，為10°左右1.431.3.2煤的特性（1）煤種本井田內(nèi)各煤層為無煙煤。（2）物理性質(zhì)本井田二2、三2、三3及三5煤均呈灰黑色，略帶鋼灰色，金剛～似金剛光澤，灰黑色條痕，階梯狀，參差狀斷口，條帶狀、線理狀結(jié)構(gòu)，層狀及塊狀構(gòu)造，其中二2煤層上、下部多呈塊狀，中部為粒狀或粉狀；三2煤層大部分為塊狀，中、下部少數(shù)為粒狀或粉狀；三3、三5煤層均為以粉狀為主，次為粒狀及碎塊狀。（3）化學(xué)性質(zhì)①灰分（Ad）：二2煤以低灰煤為主，其次為中灰煤；三2煤為中灰煤，三3煤為中～高灰煤；三5煤多為高灰煤，局部為中灰煤。②全硫（St，d）：本礦各可采煤層的原煤硫分含量低而且分布穩(wěn)定，為0.24～1.07%。二2、三2煤屬特低硫煤；三3煤屬低硫煤；三5煤屬低～中低硫煤。③磷（Pd）：二2煤原煤磷含量一般≤0.01%，屬特低磷煤；三2煤原煤磷含量多數(shù)≤0.01%，少數(shù)>0.01%，應(yīng)屬低～特低磷煤；三5煤原煤磷含量一般介于0.01%～0.05之間，屬低磷煤，（4）工藝性能①水分（Mad）：本礦各可采煤層水分（Mad）除個別鉆孔超過2%外，其余均為1%左右，屬低水分煤。發(fā)熱量：基彈筒發(fā)熱量（Qb,ad）：二2、三2及三5煤分別為29.22、28.03、19.27MJ/kg。原煤可燃基彈筒發(fā)熱量（Qb,daf）：二2、三2、三3及三5煤層分別為34.78、33.98、33.79及33.30MJ/kg。二2、三2煤應(yīng)屬高熱值煤，三3、三5煤應(yīng)屬中熱值煤。本礦二2、三2煤層發(fā)熱量高的原因主要為：一是灰分較低，二是煤層中氫元素含量較高；三3、三5煤層發(fā)熱量相對較低，主要是灰分偏高所致。③熱穩(wěn)定性：據(jù)鄰區(qū)試驗(yàn)結(jié)果，見表4.2—6，本礦西側(cè)葛店煤礦的煤層屬高熱穩(wěn)定性煤，推測本礦與其相似。④煤灰熔融性：本礦二2、三2煤層煤灰中難熔氧化物含量較高，分別為71.24%和78.80%，煤灰熔融性軟化溫度（ST）分別為1345℃和1370℃,二2煤應(yīng)屬中等軟化溫度灰，三2煤應(yīng)屬較高軟化溫度灰。⑤抗碎強(qiáng)度：據(jù)西鄰葛店煤礦二2煤作落下法試驗(yàn)，結(jié)果大于25mm級產(chǎn)率為34.48%，應(yīng)屬低強(qiáng)度煤。⑥結(jié)渣性：二2煤結(jié)渣率為7.78%。所以二2和三2煤應(yīng)屬中等結(jié)渣性煤。三3與三5煤與三2煤煤質(zhì)相近，亦應(yīng)屬中等結(jié)渣性煤。（5）煤的工業(yè)用途二2、三2煤層主要為低~中灰、特低硫、低磷、高發(fā)熱量、高熔點(diǎn)灰份貧煤，為無煙煤，精煤回收率、化學(xué)反應(yīng)性均屬中等，強(qiáng)結(jié)渣，為優(yōu)良之動力用煤。并可考慮作化工和氣化用煤。三3、三5煤層為中灰、富~高硫、低磷、高發(fā)熱量、高熔點(diǎn)灰份貧煤，部分為無煙煤。由于化學(xué)反應(yīng)性低，精煤回收率為低等，硫份高，主要作動力用煤。1.3.3瓦斯、煤塵爆炸及煤的自燃①二2煤層：采樣深度在289.80m～781.69m，CH4成分為10.08～96.48%，CH4含量0.14ml/g～15.79ml/g。②三2煤層：采樣深度為202.05m～527.12m，CH4成分為0.42%～95.43%，CH4含量0.03ml/g～10.33ml/g。該礦各煤層瓦斯成分和含量具有隨著煤層埋深的增加而相對增大的趨勢，在空間位置中，由上至下，由淺至深，瓦斯成分和含量亦相應(yīng)增大的特點(diǎn)。本礦自南向北煤層埋藏由淺變深，瓦斯含量亦由小變大，瓦斯分帶明顯由于地質(zhì)條件的差異，使下部的二2煤瓦斯含量高于上部的三2煤層。三3煤和三5煤為局部可采煤層，采樣點(diǎn)較少，今后工作中應(yīng)進(jìn)一步了解煤層瓦斯賦存情況。據(jù)5個鉆孔二2、、三2、三3、三5煤塵爆炸性試驗(yàn)結(jié)果，見表6.2—9，其中兩個鉆孔二2、、三2煤具有煤塵爆炸性危險，另外3個鉆孔不具有煤塵爆炸性危險。煤樣煤塵爆炸性測試結(jié)果，見表1.3—2。本礦二2、、三2煤均為不爆炸煤層。和煤的自然傾向測定結(jié)果表采樣地點(diǎn)二2、煤-700m水平東軌道巷二2、煤-600m水平東翼21011工作面三2、煤軌道暗斜井煤塵爆炸性測定結(jié)果不爆炸不爆炸不爆炸煤的自然傾向測定結(jié)果三類不易自燃三類不易自燃三類不易自燃本礦各煤層著火溫度（T1）為389—405℃，還原樣與氧化樣燃點(diǎn)差（△T）一般為3—18℃；另外，本礦及鄰礦自生產(chǎn)以來，從未發(fā)生過煤層自燃現(xiàn)象。由此可見，本礦各煤層不具有自燃傾向。本礦二2煤為三類不易自燃煤層。2井田境界和儲量2.1井田境界2.1.1井田境界確定在煤田劃分為井田時，要保證各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的開發(fā)。煤田范圍劃分為井田的原則有：（1）要充分利用自然條件劃分，在可能的條件下，應(yīng)盡量利用地形、地物、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)以及煤層特征等自然條件，以減少煤柱損失，提高資源采出率，充分保護(hù)地面設(shè)施；（2）要有與礦區(qū)開發(fā)強(qiáng)度相適應(yīng)的井田范圍，要保證井田范圍與礦井生產(chǎn)能力相適應(yīng)，有足夠的儲量和服務(wù)年限及合理的尺寸；（3）照顧全局，處理好與臨礦的關(guān)系；（4）直線原則，井田的劃分應(yīng)盡量采用直線或折線，有利于礦井的設(shè)計和生產(chǎn)管理工作的開展。根據(jù)以上劃分原則，以及考慮到礦區(qū)煤田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造強(qiáng)度大等原因，本井田在能滿足生產(chǎn)開發(fā)強(qiáng)度的前提條件下，主要考慮了自然條件原因，將井田四周境界定為：井田范圍由以下11個坐標(biāo)點(diǎn)依次連線圈定，詳見表1.1—1。井田邊界如圖2.1所示：圖2—1新莊礦井田邊界本井田形態(tài)呈不規(guī)則的多邊形，南北長約7.5Km東西寬約3Km，面積約22.5Km2。2.2井田工業(yè)儲量2.2.1儲量計算基礎(chǔ)工業(yè)儲量是指在井田范圍內(nèi)，經(jīng)過地質(zhì)勘探厚度與質(zhì)量均合乎開采要求，目前可供開采利用的列入平衡表內(nèi)的儲量。礦井的地質(zhì)資源量=探明的資源量331+控制的資源量332+推斷的資源量333；探明的資源量331=經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲量111b+邊際經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲量2M11+次邊際經(jīng)濟(jì)的資源量2S11；控制的資源量332=經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲量122b+邊際經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲量2M22+次邊際經(jīng)濟(jì)的資源量2S22；礦井工業(yè)儲量=111b+122b+2M11+2M22+333k。2.2.2井田勘探程度井田內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)主要褶曲和斷層以及煤層賦存條件已查清；井田水文地質(zhì)條件已基本查明，所提資料基本滿足設(shè)計要求。2.2.3礦井工業(yè)儲量計算普遍可采者二2煤層，局部可采者4煤，三3、三5煤層局部不可采。余者偶見可采點(diǎn)，多屬不可采煤層。二2煤層平均厚度4.23m，其中二2煤層為本設(shè)計的主采煤層。1礦井地質(zhì)資源量由于煤層產(chǎn)狀、厚度、煤質(zhì)比較穩(wěn)定，傾角變化比較大，為使儲量計算更加精確，本次計算采用地質(zhì)塊段法，即以塊段面積乘以塊段平均煤厚和煤層容重，即得該塊段的儲量。根據(jù)地質(zhì)勘探情況，將礦體劃分為A、B、C、D四個塊段，如圖2-1所示，在各塊段范圍內(nèi)，用算術(shù)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。圖2—2工業(yè)儲量計算示意圖Ⅰ塊段水平面積為5.38km2，傾角為2.6°，兩煤平均厚度之和4.20m；Ⅱ塊段水平面積為8.54km2，傾角為5°，兩煤平均厚度之和4.07m；Ⅲ塊段水平面積為7.24km2，傾角為8°，兩煤平均厚度之和4.19m；根據(jù)地質(zhì)勘探報告，二2煤層的容重為1.5t/m3。礦井工業(yè)儲量利用下式計算：（2-1）式中:Zz——礦井工業(yè)儲量，Mt；m——各塊段煤層平均厚度，m；r——煤層容重，t/m3；S——各塊段水平面積，km2；α——各塊段煤層的傾角,°；把各塊段的數(shù)值帶入式2-1得：各塊段工業(yè)儲量值。見表2.2—1表2—1序號厚度/m面積/km2容重/t/m3傾角/°余弦值資源量/mtⅠ4.205.381.52.60.99933.93Ⅱ4.078.541.550.99652.35Ⅲ4.337.241.580.99047.50則礦井工業(yè)儲量：2礦井工業(yè)資源/儲量根據(jù)鉆孔布置，在礦井地質(zhì)資源量中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推斷的。根據(jù)煤層厚度和煤質(zhì)，在探明的和控制的資源量中，70%是經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲量，30%的是邊際經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲量，則礦井工業(yè)資源/儲量為：由于地質(zhì)條件簡單，k在0.8以上取值。3保護(hù)煤柱留設(shè)（1）井田邊界保護(hù)煤柱根據(jù)新莊礦井田實(shí)際情況，其井田邊界保護(hù)煤柱寬度取50m，其中井田南部為煤層風(fēng)化帶，近乎無水，故不留邊界保護(hù)煤柱，則用下式計算井田邊界保護(hù)煤柱損失。=×××／cosα×0.000001（2-3）式中：——井田邊界煤柱寬度，m；——井田邊界煤柱長度，m；——煤層厚度，m；——煤層容重，t/m3；α——煤層平均傾角；——井田邊界保護(hù)煤柱損失，Mt。已知=50m，=11969m，=1.5t/m3，=4.23m，α=5°，因此代入（2-3），可得：（2）斷層保護(hù)煤柱井田現(xiàn)已查明2條斷層，即F4和F21。因可靠且可控制，故其兩側(cè)各留30m保護(hù)煤柱，則其煤柱損失可由下式求得：（2-4）式中：——斷層保護(hù)煤柱損失，Mt；H——寬度L——長度，m；——煤層厚度，m；——煤層容重，t/m3。已知L=11896m，=1.5t/m3，m=4.23m，α=5°，代入（2-4）可得：=2.27（）（3）工業(yè)廣場煤柱工業(yè)廣場的占地面積根據(jù)《煤礦設(shè)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(biāo)見表2.2。表2-2工業(yè)場地占地面積表井型/萬t·a-1占地面積/公頃（10萬t）-1≥2401.0120～1801.245～901.59～301.8本礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為1.50Mt/a所以取工業(yè)廣場的尺寸為400m×450m的長方形。主井、副井地表建筑物均布置在工業(yè)廣場內(nèi)。工業(yè)廣場按Ⅱ級保護(hù)留維護(hù)帶寬度為15m。本礦井的地質(zhì)掉件及沖積層和基巖層移動角見表2.3。表2-3新莊礦井田地質(zhì)條件及巖層移動角（°）煤層厚度/m煤層傾角α圍護(hù)帶寬度/m表土層移動角4.2351545走向移動角δ上山移動角γ下山移動角β—746774—圖2-3垂直剖面圖由此可得工業(yè)廣場保護(hù)煤柱面積：（2-5）式中——工業(yè)廣場保護(hù)煤柱平面面積，m2；——梯形面的高，m；——煤柱上邊長度，m；——煤柱下邊長度，m。已知=1022m，=977m，=1027m，代入公式（2-5）可得：所以煤柱損失量：（4）井筒保護(hù)煤柱井筒布置在工業(yè)廣場中央，包括在工業(yè)廣場保護(hù)煤柱中，不再累計?？偵?，可匯總永久保護(hù)煤柱損失量如表2-4：表2-4永久保護(hù)煤柱損失量煤柱類型儲量/Mt井田邊界保護(hù)煤柱3.81斷層保護(hù)煤柱2.27工業(yè)廣場保護(hù)煤柱6.28合計12.364礦井設(shè)計可采儲量礦井可采儲量是礦井設(shè)計的可以采出的儲量，可按下式計算：（2-7）式中：——礦井可采儲量，Mt；——保護(hù)工業(yè)場地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大斷層等留設(shè)的永久保護(hù)煤柱損失量，Mt；——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。則礦井設(shè)計可采儲量為：3礦井工作制度、設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限3.1礦井工作制度根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，確定設(shè)計礦井年工作日為330d，工作制度采用“三八制”。每天四班作業(yè)，每班工作8小時，其中兩班生產(chǎn)，一班準(zhǔn)備。礦井每晝夜凈提升時間為16h。3.2礦井設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限3.2.1確定依據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》第2.2.1條規(guī)定：礦井設(shè)計生產(chǎn)能力應(yīng)根據(jù)資源條件、開采條件、技術(shù)裝備、經(jīng)濟(jì)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(yīng)加大礦區(qū)規(guī)模，建設(shè)大型礦井。煤田地質(zhì)條件復(fù)雜，儲量有限，則不能將礦區(qū)規(guī)模定的太大。（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(yùn)），用戶，供電，供水，建筑材料及勞動力來源等。條件好者，應(yīng)加大開發(fā)強(qiáng)度和礦區(qū)規(guī)模；否則應(yīng)縮小規(guī)模。（3）國家需求：對國家煤炭需求量（包括煤中煤質(zhì)、產(chǎn)量等）的預(yù)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(yīng)加大礦區(qū)規(guī)模，反之則縮小規(guī)模。3.2.2礦井設(shè)計生產(chǎn)能力新莊礦井田儲量豐富，煤層賦存穩(wěn)定，頂?shù)装鍡l件好，斷層、褶曲少，傾角小，厚度變化不大，開采條件較簡單，技術(shù)裝備先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益好，煤質(zhì)為優(yōu)質(zhì)無煙煤，交通運(yùn)輸便利，市場需求量大，宜建設(shè)大型礦井。故確定新莊礦礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為1.5Mt/a。3.2.3礦井服務(wù)年限礦井服務(wù)年限必須與井型相適應(yīng)。礦井設(shè)計可采儲量Zk、設(shè)計生產(chǎn)能力A礦井服務(wù)年限T三者之間的關(guān)系為： (31) 式中 T——礦井服務(wù)年限，a； Zk——礦井設(shè)計可采儲量，萬t； A——設(shè)計生產(chǎn)能力，萬t； K——礦井儲量備用系數(shù)，取1.3則礦井服務(wù)年限為：根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》中對新建礦井設(shè)計服務(wù)年限規(guī)定如表3-1。表3-1新建礦井設(shè)計服務(wù)年限礦井設(shè)計生產(chǎn)能力(Mt/a)礦井設(shè)計服務(wù)年限(a)第一開采水平設(shè)計服務(wù)年限(a)煤層傾角

<25°煤層傾角

25°～45°煤層傾角

>45°6.0及以上7035——3.0～5.06030——1.2～2.4502520150.45～0.940201515由表3-1知，礦井設(shè)計服務(wù)年限符合《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》要求。3.2.4井型校核按礦井的實(shí)際煤層開采能力、輔助生產(chǎn)能力、儲量條件及安全條件等因素對井型進(jìn)行校核：（1）煤層開采能力：井田內(nèi)煤層平均4.23m，為厚煤層，賦存穩(wěn)定，厚度變化不大。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(shè)計為大型礦井，開拓方式為主斜井副立井單水平。主斜井采用膠帶機(jī)運(yùn)煤，副立井采用罐籠輔助運(yùn)輸。運(yùn)煤能力和大型設(shè)備的下放可以達(dá)到設(shè)計井型的要求。工作面生產(chǎn)的原煤轉(zhuǎn)載后經(jīng)主斜井膠帶機(jī)提升至地面，運(yùn)輸能力大，自動化程度高。副井采用罐籠提升、下放物料，能滿足大型設(shè)備的下放與提升。輔助運(yùn)輸大巷采用架線電機(jī)車運(yùn)輸，局部起坡段采用新型齒軌機(jī)車運(yùn)輸，運(yùn)輸能力大，對巷道底板起伏適應(yīng)性強(qiáng)，調(diào)度方便靈活。（3）通風(fēng)安全條件的校核：礦井煤塵無爆炸危險性，屬低瓦斯礦井。礦井通風(fēng)方式為：前期中央并列式，后期在兩翼各布置一個邊界風(fēng)井，可以滿足通風(fēng)需要。（4）礦井的設(shè)計生產(chǎn)能力與整個礦井的工業(yè)儲量相適應(yīng)，有足夠的服務(wù)年限，滿足《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》關(guān)于表31的有關(guān)要求。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(nèi)，為了采煤，從地面向地下開拓一系列巷道進(jìn)入煤體，建立礦井提升、運(yùn)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(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(rèn)真研究。確定井筒的形式、數(shù)目和配置，合理選擇井筒及工業(yè)場地的位置；合理確定開采水平的數(shù)目和位置；布置大巷及井底車場；確定礦井開采程序，做好開采水平的接替；進(jìn)行礦井開拓延深、深部開拓及技術(shù)改造；合理確定礦井通風(fēng)、運(yùn)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(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：貫徹執(zhí)行國家有關(guān)煤炭工業(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)。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)行煤礦安全生產(chǎn)的有關(guān)規(guī)定。要建立完善的通風(fēng)、運(yùn)輸、供電系統(tǒng)，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)條件，減少巷道維護(hù)量，使主要巷道經(jīng)常保持良好狀態(tài)。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(jī)械化、綜掘機(jī)械化、自動化創(chuàng)造條件。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。本井田開拓方式的選擇，主要考慮到以下幾個因素：1）本井田煤層埋藏較深，煤層最淺處在-120m，最深處到-820m，表土層厚度135m。2）本井田涌水比較不大,對開拓方式的選擇影響不大。3）本井田瓦斯含量比較高，需另設(shè)風(fēng)井。4）本井田地表地勢高低變化不大，可在井田中部設(shè)立工業(yè)廣場。4.1.1井筒形式的確定（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(fù)雜。具體見表4-1。表4-1井筒形式比較井筒形式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用條件平平硐1運(yùn)輸環(huán)節(jié)和設(shè)備少、系統(tǒng)簡單、費(fèi)用低。2工業(yè)設(shè)施簡單。3井巷工程量少，省去排水設(shè)備，大大減少了排水費(fèi)用。4施工條件好，掘進(jìn)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(shè)備與工序比較簡單，掘進(jìn)速度快，井筒施工單價低，初期投資少。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(dāng)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(fēng)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(fù)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(dāng)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(fēng)斷面大，能滿足高瓦斯、煤與瓦斯突出的礦井需風(fēng)量的要求。1井筒施工技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備多，要求有較高的技術(shù)水平。2井筒裝備復(fù)雜，掘進(jìn)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(yùn)輸費(fèi)用，節(jié)省投資；要有利于礦井的迅速達(dá)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(dāng)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(yīng)在井田走向中央；當(dāng)井田儲量呈不均勻分布時，應(yīng)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(yùn)輸工作量最小，通風(fēng)網(wǎng)路較短，通風(fēng)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(yùn)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(yùn)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(kuò)展有利。從井筒和工業(yè)場地保護(hù)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。因此，一般井筒位于井田傾向方向中偏上的位置。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，井底車場和硐室位于穩(wěn)定的圍巖中，應(yīng)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(yīng)力區(qū)。5）井口位置應(yīng)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(jìn)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(hù)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(yīng)滿足防洪設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)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，故把井筒置于井田中央，即工業(yè)場地之中。（3）井筒數(shù)目為了滿足井下煤炭的提升，需設(shè)置一主井，輔助提升及進(jìn)風(fēng)設(shè)置一副井。因?yàn)榈屯咚沟V井，井田面積較大，表土層厚度小，宜用中央邊界式，所以需另設(shè)風(fēng)井，共計三個井筒。4.1.2工業(yè)場地的位置工業(yè)場地的選擇主要考慮以下因素：盡量位于儲量中心，使井下有合理的布局；占地要少，盡量做到不搬遷村莊；盡量布置在地質(zhì)條件較好的區(qū)域，同時工業(yè)場地的標(biāo)高要高于最高洪水位；盡量減少工業(yè)廣場的壓煤損失。根據(jù)以上原則和本礦井的實(shí)際情況，工業(yè)廣場與主副井筒布置位置相同，其面積及保護(hù)煤柱的大小詳見第2章規(guī)定以及設(shè)計確定大小的內(nèi)容，工業(yè)廣場面積18公頃，定為400m×450m的長方形。4.1.3開采水平的確定及采盤區(qū)劃分井田主采煤層為二2和三2煤層，其它煤層均不可采。設(shè)計中針對二2煤層。二2煤層傾角小，，平均5°，為近水平煤層，但垂高較大，故設(shè)計為立井兩水平開采。一水平標(biāo)高-450m，主要開采方式為采區(qū)式開采，二水平標(biāo)高-700m，主要開采方式為采區(qū)式開采。二2煤層生產(chǎn)能力：可采儲量為101.51Mt，服務(wù)年限為52.06a。4.1.4運(yùn)輸大巷及井底車場的布置運(yùn)輸大巷的布置二2煤層平均厚度為4.23m，傾角為5°，賦存穩(wěn)定，底板起伏不是很大，為緩傾斜煤層，煤層厚度變化不大，煤質(zhì)硬度中等。礦井軌道石門、運(yùn)輸石門布置均布置在巖石中，大巷間距40m。有軌道石門和運(yùn)輸石門兩條巖石大巷。石門位于井田中央，沿等高線方向布置，運(yùn)輸石門巷道坡度隨煤層而起伏,一般3°-8°，軌道石門巷道水平掘進(jìn)坡度為千分之三到千分之五，便于排水，主運(yùn)輸石門上倉段局部8°。井底車場的布置由于井底車場一般要為整個礦井服務(wù)，服務(wù)時間較長，故要布置在較堅硬的巖層中。本礦井布置位置選擇在煤層底板中。煤層底板為堅硬的細(xì)砂巖。維護(hù)費(fèi)用較低。4.2方案比較4.2.1提出方案根據(jù)以上分析，現(xiàn)提出以下四種在技術(shù)上可行的開拓方案，分述如下：方案一：立井兩水平，一水平在-450m，暗斜井延伸至-730m,巖石大巷主、副井井筒均為立井，布置于井田中部邊界，設(shè)兩個水平，一水平均為立井，二水平為暗斜井延伸。軌道大巷采用電機(jī)車運(yùn)輸。軌道大巷和運(yùn)輸大巷均布置在巖層中，沿底板掘進(jìn)。如圖4.1。方案二：立井兩水平，一水平在-450m，暗立井延伸至-800m，巖石大巷主、副井井筒均為立井開拓，布置于井田中央，一水平均為立井開拓，二水平為暗立井延伸。軌道大巷和運(yùn)輸大巷布置在巖層中，沿底板掘進(jìn)。如圖4.2。方案三：立井雙水平，一水平在-300m，暗立井延伸至-730m，巖石大巷主、副井井筒一水平均為立井，二水平為暗立井延伸，軌道大巷采用電機(jī)車運(yùn)輸，軌道大巷和運(yùn)輸大巷均布置在巖層中，沿底板掘進(jìn)。如圖4.3。方案四：立井兩水平，一水平在-300m，暗立井延伸至-800m，巖石大巷主、副井井筒一水平均為立井開拓，二水平為暗斜井延伸，軌道大巷采用電機(jī)車運(yùn)輸，軌道大巷和運(yùn)輸大巷布置在巖層中，沿底板掘進(jìn)。如圖4.4。4.2.2經(jīng)濟(jì)比較方案有差別的建井工程量、生產(chǎn)經(jīng)營工程量、基建費(fèi)、生產(chǎn)經(jīng)營費(fèi)和經(jīng)濟(jì)比較結(jié)果，分別計算匯總于下列表中：見表4-2、表4-3、表4-4。方案一與方案二的區(qū)別在于二水平延伸的高度，兩方案生產(chǎn)系統(tǒng)都比較簡單可靠。方案一要延伸的暗立井比方案二短，而且開采第二水平時，方案二要挖掘的石門比方案一要長，比較結(jié)果是方案一在經(jīng)濟(jì)上優(yōu)勢十分明顯，因此選擇方案1。方案3與方案4的區(qū)別與方案一，二的區(qū)別類似，比較方法一樣，因此選擇方案3。方案一：立井兩水平，一水平為-450m，二水平為-730m。圖4-1方案一垂直剖面圖方案二：立井兩水平，一水平為-450m，二水平為-800m。圖4-2方案二垂直剖面圖方案三：立井兩水平，一水平為-300m，二水平為-730m。圖4-3方案三垂直剖面圖方案四：立井兩水平，一水平為-300m，二水平為-800m。圖4-4方案四垂直剖面圖表4-2方案一經(jīng)濟(jì)費(fèi)用項(xiàng)目數(shù)量（10m）基價（元）費(fèi)用（萬元）合計（萬元）基建費(fèi)用主井開鑿表土段3.1510491533.05534.02基巖段7566796500.97副井開鑿表土段3.1511626736.62748.75基巖段7397552712.13井底車場巖巷10041874418.74418.74一水平石門巖741976.46二水平石門巖巷240418741004.98小計（萬元）3677.97生產(chǎn)費(fèi)用立井提升系數(shù)煤量提升高度基價第一水平1.243.290.481.63989.60第二水平1.248.790.11.62436.00排水涌水量時間服務(wù)年限基價252876051.70.283195.61石門運(yùn)輸系數(shù)煤量平均運(yùn)距基價第一水平1.243.291.30.352363.63第二水平1.248.792.400.354918.03小計（萬元）16902.87合計費(fèi)用（萬元）20580.78表4-3方案三經(jīng)濟(jì)費(fèi)用項(xiàng)目數(shù)量（10m）基價（元）費(fèi)用（萬元）合計（萬元）基建費(fèi)用主井開鑿表土段3.1510491533.05534.02基巖段7566796500.97副井開鑿表土段3.1511626736.62748.75基巖段7397552712.13井底車場巖巷10041874418.74418.74一水平石門巖巷280418741172.472177.45二水平石門巖巷240418741004.98小計（萬元）3878.96生產(chǎn)費(fèi)用立井提升系數(shù)煤量提升高度基價第一水平1.243.290.331.62742.85第二水平1.248.790.11.62436.00排水涌水量時間服務(wù)年限基價252876051.70.283195.61石門運(yùn)輸系數(shù)煤量平均運(yùn)距基價第一水平1.243.292.80.355090.90第二水平1.248.792.400.354918.03小計（萬元）18383.39合計費(fèi)用（萬元）22262.35表4-4各方案費(fèi)用匯總表方案一百分率方案三百分率名稱立井兩水平立井延伸立井兩水平立井延伸基建費(fèi)用3677.97100%3878.96105%生產(chǎn)費(fèi)用16902.87100%18383.39109%合計20580.78100%22262.35108%方案1和方案3比較，方案3的基建費(fèi)用和生產(chǎn)經(jīng)營費(fèi)用分別比方案1高出5.0%和9%，總費(fèi)用也比方案1高出8%。所以選擇方案1。在上述經(jīng)濟(jì)比較中需要說明以下幾點(diǎn)：(1)兩方案中，第一水平的大巷布置及工作面劃分完全一致，因此由此產(chǎn)生的基建費(fèi)用和生產(chǎn)經(jīng)營費(fèi)用相同，在所有四個方案中均不比較第一水平的各種費(fèi)用，只比較第二水平。(2)方案1、3的區(qū)別僅在于方案1第一水平為-450m，方案3第一水平為-300m。因方案1和方案3的井底車場、石門、運(yùn)輸軌道大巷均布置在堅硬的巖層中，它們的維護(hù)費(fèi)用低于5元/a·m，所以運(yùn)輸軌道大巷、井底車場、回風(fēng)石門兩個方案有差別的地方，也未列入比較。(3)立井、大巷、石門及采區(qū)上下山的輔助運(yùn)輸費(fèi)用均按占運(yùn)輸費(fèi)用的20%進(jìn)行估算。綜上所述：綜合經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和安全三方面的考慮，方案1是最優(yōu)方案，即該設(shè)計宜選用立井開拓-450m水平，暗立井延伸開拓-620m水平的開采方案。本礦采用立井兩水平開采，暗立井延伸至-620m水平，大巷均為巖巷，且平行布置。全礦第一水平和第二水平開采均采用帶區(qū)區(qū)準(zhǔn)備方式，大