凉水井煤矿4.0 Mta新井设计大采高一次采全高的上覆岩层特性分析频率和锚固长度对超声波在锚杆中传播行为的影响

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1、 摘 要 中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： 学 号： 学 院： 矿业工程学院 专 业： 采矿工程 设计题目： 凉水井煤矿4.0 Mt/a新井设计 专 题： 大采高一次采全高的上覆岩层特性分析 指导教师： 职 称： 副 教 授 2012年6月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 矿业工程学院 专业年级 采矿工程2008级 学生姓名 任务下达日期：2012年1月8日毕业设计日期：2012年3月12日 至 2012年6月8日毕业设计题目： 凉水井煤矿4.0 Mt/a新井设计毕业设计专题题目： 大采高一次采全高的上覆岩层特性分析毕业设计主要内容和要求：以实习矿井凉水井煤矿条件为基础，完成凉

2、水井煤矿4.0Mt/a新井设计。主要内容包括：矿井概况、矿井工作制度及设计生产能力、井田开拓、首采区设计、采煤方法、矿井通风系统、矿井运输提升等。结合煤矿生产前沿及矿井设计情况，撰写一篇关于大采高一次采全高的上覆岩层特性分析研究的专题论文。完成2010年国际岩石力学与采矿科学杂志上与采矿有关的科技论文翻译一篇，题目为“Effects of frequency and grouted length on the behavior of guided ultrasonic waves in rock bolts，论文4243字符。院长签字： 指导教师签字：摘 要本设计包括三个部分：一般部分、专题部

3、分和翻译部分。一般部分为凉水井煤矿4.0Mt/a新井设计。凉水井煤矿位于陕西省榆林市神木县锦界镇，交通较为便利。井田走向长度约为6.990km，倾向长度约为9.35km，面积约为63.04km2。主采煤层4-2煤的平均厚度为6m，平均倾角为1，地质条件简单。井田工业储量为487.93Mt，可采储量为353.8Mt。矿井设计年生产能力为4.0Mt/a，服务年限为68a。矿井涌水量不大，瓦斯涌出量小，为低瓦斯矿井。井田为斜井单水平开拓。大巷运输采用胶带运输机运煤，辅助运输采用无轨胶轮车设备。矿井通风方式为中央并列式通风。矿井年工作日为330d，工作制度为“三八”制。一般部分共包括10章：1.矿区概

4、述及井田地质特征；2.井田境界和储量；3.矿井工作制度及设计生产能力、服务年限；4.井田开拓；5.准备方式-盘区巷道布置；6.采煤方法；7.井下运输；8.矿井提升；9.矿井通风与安全技术；10.矿井基本技术经济指标。专题部分题目是大采高一次采全高的上覆岩层特性分析。翻译部分主要内容为锚索支护在深井条件下的应用实践，英文题目为：Effects of frequency and grouted length on the behavior of guided ultrasonic waves in rock bolts. 中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第140页ABSTRACTThis d

5、esign includes three parts: the general part, special subject part and translated part. The general part is a 4.0Mt/a new design of Liangshuijing Mine. Liangshuijing Mine lines in Jingjie Town of YuLin City in ShanXi.The traffic of road and railway is very convenience to the mine. The length of the

6、minefield is about 9.35 km ,the width is about 6.99 km，the total area is 63.04km2.The main coal seam is 4-2 coal seam, and its average thickness is 6m.The average angle of the mine is 1 degree.So the geology condition of mining is simple.The industrial reserves of the minefield are 487.93 million to

7、ns. The recoverable reserves are 353.8million tons. The designed productive capacity is 4 million tons percent year, and the service life of the mine is 68 years. The inflow of the mine is not large. The amount of gas emission is low and it is a low gas mine.The development form of the mine field is

8、 a double level in an inclined well to expand.The belt conveyors transport coal and Auxiliary Transportation is done by Trackless Tyred Vehicle. Ventilation mode is separation regional ventilation.The working system “three-eight” is used in the liangshuijing Mine. It produced 330d/a.The general part

9、 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 o

10、f the mine; 9. The ventilation and the safety operation of the mine; 10.The basic economic and technical norms.The topics of special subject parts is Large mining height once minedthe entire highAnalysises the overlying rock characteristics.The topic of translation part is Effects of frequency and g

11、routed length on the behavior of guided ultrasonic waves in rock bolts.一般部分1 矿井概况与地质特征11.1矿井概况11.1.1地理位置与交通11.1.2地形与河流11.1.3气象及地震31.1.4水源、电源、通讯和经济状况31.2井田地质特征31.2.1地质特征31.2.2构造特性41.2.3水文地质51.3煤层特征61.3.1煤层特征61.3.2煤的特征72 井田境界和储量102.1井田境界102.2资源/储量112.2.1矿井地质资源量112.2.2矿井工业资源/储量112.2.3矿井设计资源/储量123 矿井工作制

12、度、设计生产能力及服务年限143.1矿井工作制度143.2矿井设计生产能力143.3矿井服务年限153.4井型校核154井田开拓174.1井田开拓的基本问题174.1.1井田开拓的基本概念174.1.2确定井筒形式、数目、位置及坐标174.1.3确定工业场地位置、形状和面积184.1.4方案比较184.2矿井基本巷道234.2.1井筒234.2.2 井底车场及硐室304.2.3主要开拓巷道305 准备方式盘区巷道布置355.1煤层的地质特征355.1.1盘区煤层特征355.1.2煤层顶底板岩层情况355.1.3煤层瓦斯及煤尘情况355.1.4水文地质365.1.5地质构造365.1.5地面情况

13、365.2盘区巷道布置及生产系统365.2.1盘区准备方式的确定365.2.2盘区巷道布置365.2.3盘区生产系统375.2.4盘区巷道掘进方法385.2.5盘区生产能力及采出率395.3盘区车场选型设计406 采煤方法406.1 采煤工艺方式406.1.1 采煤工艺方式的确定406.1.2回采工作面参数416.1.3进刀方式416.1.4破煤、装煤方式426.1.5运煤方式426.1.6支护方式436.1.7工作面设备446.1.8采煤工艺要求496.1.9支护强度校核506.1.10工作面正规循环作业516.2 回采巷道布置537 井下运输577.1概述577.1.1井下运输的原始条件和

14、数据577.1.2井下运输系统577.1.3运输距离和货载量597.2盘区运输设备选择597.2.1井下运输设计规定597.2.2盘区运输设备的选择597.3大巷运输设备选择617.3.1主运输大巷设备选择617.3.2辅助运输大巷设备选择618 矿井提升638.1矿井提升的原始数据和条件638.2主副井提升638.2.1主井提升选型638.2.2辅运斜井提升选型649 矿井通风及安全659.1矿井通风系统的选择659.1.1矿井基本情况659.1.2矿井通风设计的规定659.2.2矿井通风方式的确定659.2.3矿井通风方法的确定699.2.4矿井通风系统的主要特征699.2.5盘区通风系统

15、的要求699.2.6盘区通风方式的确定709.2.7采煤工作面通风方式的确定709.3盘区及全矿井所需风量719.3.1综采工作面需风量719.3.2掘进工作面需风量729.3.3硐室需风量739.3.4其它巷道需风量739.3.5矿井总风量749.3.6矿井风量分配749.4全矿通风阻力的计算759.4.1矿井通风总阻力计算原则759.4.2矿井摩擦阻力和总阻力的计算方法759.4.3矿井通风总阻力的计算769.5通风立体图和网络图799.6通风机选型819.6.1设备选择的原则819.6.2设备选择829.7.4 电机选型839.7防止特殊灾害的安全措施859.7.1火灾防治859.7.2

16、顶板灾害防治859.7.2矿井突水溃沙防治8610 设计矿井基本技术经济指标87参考文献89专题部分大采高一次采全高的上覆岩层特性分析911绪 论921.1 研究目的和意义921.2 国内外研究现状921.2.1国外技术研究现状921.2.2国内技术研究现状921.3 厚煤层大采高全厚开采技术突破与创新的关键点931.4 拟采取的技术路线942 厚煤层一次采全高的开采条件952.1 某矿区厚煤层覆存概况952.2 大采高综采工作面地质条件952.2.1工作面位置及井上下关系952.2.2煤层962.2.3煤层顶底板972.2.4 地质构造972.2.5水文地质982.2.6影响回采的其它因素9

17、92.3大采高综采1003 一次采全高采动覆岩结构特征分析1033.1 上覆岩层关键层结构效应分析1033.2 老顶关键层来压步距的理论计算确定1073.2.1 初次来压步距1073.2.2 周期来压步距1083.3 上覆岩层垮落特征分析RFPA2D模拟1083.3.1 模型建立1083.3.3采动履岩垮落特征模拟结果分析109翻译部分英文原文115中文译文 频率和锚固长度对超声波在锚杆中传播行为的影响1261 引言1262 超声导波测试的实验1282.1 试验样本1282.2 试验仪器和实验描述1283 实验数据的分析方法1283.1 衰减估计1283.2 估算群速度1294 自由锚杆中频率

18、和锚杆长度对导波行为的影响1304.1 自由锚杆中的衰减1304.2 自由锚杆中的群速度1305 频率和锚固长度对导波行为的影响1305.1 锚固锚杆中的衰减1315.2 锚固锚杆中的群速度1316 讨论及结论131致谢133 1 矿井概况与地质特征1.1矿井概况1.1.1地理位置与交通凉水井井田地处陕西省榆林市以北、神木县以南，属于榆神矿区，行政区划隶属神木县西沟乡、麻家塔乡及瑶镇管辖。210国道西(安)包(头)段从矿区西侧通过，榆神府二级公路（204省道）和西(安)包(头)铁路并行从井田南缘的矿井工业场地南侧通过。矿井北至神木县城16 km、大柳塔镇76 km包头304 km，东经神木到府

19、谷90 km，南距榆林市94 km、西安市770 km。区内各县、乡之间均有公路相通，并与省内“米”字型公路网相连，向省外辐射，与蒙西、晋北以及宁北地区形成四通八达的公路网。西(安)包(头)铁路神延段通过矿井南部，在本矿井附近分别设有锦界车站、凉水井车站，神（木）黄（骅）铁路线神朔段在神木北站与西包铁路接轨，矿井交通十分方便。榆林机场已开通至西安、包头航线，航空运输快捷方便。矿井交通位置如图1-1-1所示。1.1.2地形与河流井田位于陕北黄土高原北部，毛乌苏沙漠之南缘，属丘陵区。东部为黄土梁峁沟谷地貌，西部为波状沙丘地，地势开阔。井田南部、北部黄土冲沟发育，梁峁区及沙丘区植被覆盖良好，主要以沙

20、柳、沙蒿、柠条、沙打旺等为主。地势总体呈西低东高的特点，最大高差226.40 m，一般标高+1220.00 m左右。本区属黄河一级支流窟野河流域。西部边界大致为窟野河与秃尾河之分水岭。北部的麻家塔沟流和南部的西沟沟流为窟野河一级支流，均为长年性流水，受区内东西向分水岭制约，两沟分别于神木县城北、南两地注入窟野河内，据长观资料，麻家塔沟流量一般为528.75 L/S，西沟流量一般为256.80 L/S。井田内其它沟流均属季节性，流量随季节变化明显。 图1-1矿井交通位置图1.1.3气象及地震本井田属中温带半干旱大陆性气候，冬季寒冷，夏季炎热，昼夜温差悬殊。当年11月至次年3月为冰冻期，冻土最大深

21、度146cm；最大积雪厚度12cm；元月初至5月初为季风期，多为西北风，多年平均风速2.5m/s，最大风速25m/s，年平均气温8.5，极端最高气温38.9，极端最低气温28.5，年平均降雨量436.7mm，且多集中于7、8、9三个月；年平均蒸发量1907.22122.7mm，是降雨量的45倍。根据国家地震局和建设部2001年颁发的GB50011-2001建筑抗震设计规范规定，区内地震烈度为度，设计基本地震加速度值为0.05g。据史料记载，除公元1448年和1621年在府谷、榆林、横山发生过5级地震外，在本区再未发生过4级以上地震。1.1.4水源、电源、通讯和经济状况西北电网330kV供电线路

22、已分别送至榆林和神木，榆林至神木、榆林至店塔镇的两条11kV电源线路已经建成使用。从榆林镇北台变电站出线的矿区110kV供电专线已送至锦界，并已在锦界建成二座110/35kV变电站，矿井电源可从锦界110/35kV变电站接取。矿井永久水源为锦界水厂，其上级水源取自瑶镇水库蓄水，瑶镇水库已于2004年建成，从水库通往锦界水厂的供水管网也已建成投运，故矿井水源可靠。本区属榆林市电话网，矿井地面通讯经神木、锦界并入榆林市通讯网络与全国各地联系，矿井对外通讯方便。矿区农作物主要有小麦、谷子、玉米，经济作物以豆类为主，矿区工业主要以煤炭生产为主，其余有电力、纺织、建材等工业。1.2井田地质特征1.2.1

23、地质特征井田位于榆神矿区东部，是鄂尔多斯盆地的一部分，地层区划属华北区陕甘宁盆地分区。本井田基本被第四系覆盖，仅在北部、东部沟谷中有基岩出露。根据地质填图成果及钻孔揭露，本井田地层由老至新依次为：三迭系上统永坪组(T3y)，侏罗系中统延安组(J2y)、直罗组(J2z)，新近系上新统保德组(N2b)、第四系中更新统离石组(Q2L)、上更新统萨拉乌苏组(Q3S)、全新统风积沙(Q4eol)及冲积层(Q4al)。现分述如下：(1) 三迭系上统永坪组(T3y)该套地层是陕北侏罗纪煤田含煤地层的沉积基底，区内未出露，其岩性为一套巨厚层状浅灰绿色、灰绿色细-中粒长石、石英砂岩，含大量云母及绿泥石，成分以石

24、英、长石为主，分选性及磨圆度中等，泥质或泥钙质胶结，具交错层理和水平层理，局部含石英砾、灰绿色泥质包体、煤屑及黄铁矿结核。(2) 侏罗系中统延安组(J2y)为本井田的含煤地层，全区分布，在井田南部的四卜树沟、梁家湾沟，北部的石板台、山榆树圪崂、梁家沟，东部的碱房沟等沟谷中有出露，按含煤性、沉积旋回自下而上分为五段。受“古直罗河”冲刷及沉积后期剥蚀，第五段缺失，第四段仅井田西南缘残存，第三段井田西部保存完整，东部大范围内保存不全，第二段井田东部局部地段亦有剥蚀现象，第一段全井田分布。地层厚度77.97(L1)180.10m(P120)，平均142.68m，与下伏三迭系上统永坪组呈平行不整合接触。

25、(3) 侏罗系中统直罗组(J2Z)除井田西部边缘J105、J107钻孔一带仅存9.50-12.25m的中-粗粒砂岩外，全区均被剥蚀，与下伏延安组呈平行不整合接触。岩性以巨厚层状黄灰、黄绿色、局部紫杂色中-粗粒长石砂岩，分选性中等，滚圆度以次棱角状为主，钙质胶结，不显层理。(4) 新近系上新统保德组(N2b)出露于北部孟家石庙、黄家庙、山榆树屹崂、上榆树峁及碱房沟一带，地表最大出露厚度54.06m，据钻孔揭露，其厚度2.90-74.50m，平均厚度31.61m。岩性主要为浅红色、棕红色粘土及亚粘土，含不规则的钙质结核，呈层状分布。局部地段底部为10-30cm厚的砾石层，砾石成份多为石英砂岩、砾岩

26、等，钙质胶结，坚硬致密。本组地层因含动物骨骼化石而称为“三趾马红土”。与下伏侏罗系中统直罗组呈不整合接触。(5) 第四系中更新统离石组(Q2l)区内广泛分布，主要出露于井田中、东部，地表最大出露厚度34.78m，据钻孔揭露，厚度060.00m，平均厚度26.43m。岩性以灰黄色、棕黄色亚粘土、亚沙土为主，其中夹多层古土壤层，含分散状钙质结核，砾径一般35cm，最大10cm，发育垂直裂隙。与下伏地层呈不整合接触。(6) 第四系上更新统萨拉乌苏组(Q3S)井田内局部分布，主要出露于响水河、凸扫沟、海子沟一带。据填图资料，厚度一般810m，最大18m；据钻孔揭露，厚度018.60m，平均厚度8.56

27、 m。岩性主要由灰黄色、灰绿色、灰褐色及灰黑色粉沙、细沙、中沙组成，夹亚沙土、亚粘土和泥炭层。局部底部含有豆状钙质结核。与下伏地层呈不整合接触。(7) 第四系全新统冲积层(Q4al)及风积沙层(Q4eol)冲积层：主要分布于沟谷中，岩性以灰黄色、灰褐色细沙、粉沙、亚沙土和亚粘土为主，含少量腐植土，底部多数含有砾石层，砾石直径34cm，分选性、滚圆度均差，一般厚度1.55.0m左右。与下伏地层呈不整合接触。风积沙层：广泛分布于本井田西部，以固定沙丘、半固定沙丘形式覆盖于其它地层之上。岩性主要为浅黄色、褐黄色细沙、粉沙，质地均一，分选性好，磨圆度较差，厚度030.76m，平均厚度6.69m。与下伏

28、地层呈不整合接触。1.2.2构造特性凉水井井田位于榆神矿区东北部，井田内地层平缓，倾角不足1，构造总体趋势为倾向NWW的单斜构造，在此基础上发育一些极其宽缓的小型波状起伏，未见岩浆岩，也未发现落差大于15m的断层，本井田构造属简单类。邻近的锦界井田东部边界靠近凉水井田处通过地震勘探发现有F1、F2两条断层，断层落差分别为015m、08m，因此在生产过程中应引起注意。1.2.3水文地质(一) 地表水井田为黄河支流窟野河流域，西部边界部位为窟野河与秃尾河分水岭，北部的马家塔河流和南部的西沟河流均为窟野河支流，常年流水。井田中部东西向分水岭将地表水划分为南北流域。南部流域西沟河流量256.80L/s

29、，大的沟流为凸扫沟，流量为43.28156.96L/s。北部马家塔河流量528.75L/s，较大沟流为王家石庙沟，流量为53.09186.46L/s，其余支沟均属季节性流水，北部沟谷中建有多处水库，其中孟家石庙水库库容较大，库容量109200m3。(二) 含、隔水层井田中部东西向分水岭将地表水划分为南北流域，依据赋水特征将井田地下水划分为孔隙潜水含水层和基岩裂隙含水层两种含水类型。1. 孔隙潜水含水层(1) 新生界松散层孔隙潜水含水层主要分布于井田西部，岩性为粉沙中沙，厚度030.76m，平均厚度6.69m，透水性能好，不含水或含水微弱，与下伏地层组成单一含水层，水位埋深3.50m，泉流量一般

30、在0.140.325L/s，属弱富水。在基岩掩盖区与基岩风化裂隙承压水组成复合含水层。(2) 第四系全新统冲积孔隙潜水含水层主要分布于较大沟岸阶地及沟谷漫滩，岩性为细沙、中粗沙、亚沙土及沙砾石层组成，孔隙大，补给条件优越，富水性较好，厚度1.55.0m，水位埋深0.29.0m，泉流量一般0.089.375L/s，属弱到中等富水。(3) 第四系上更新统萨拉乌苏组孔隙潜水含水层区内分布极不均一，在中西部出露，受隔水层顶面起伏影响，厚度变化大。东部黄土沟壑、梁峁区缺失，由于该层厚度小，且分布不连续，潜水位低，富水性弱。水文地质调查孔及松散沙层抽水孔资料显示，萨拉乌苏组厚度3.0018.60m，平均厚

31、度8.56m，岩性为灰褐色、灰黑色、灰黄色中细沙，主要接受大气降水及凝结水补给，沿隔水层底板向低洼处汇集，以分散下降泉直接或间接排泄出地表。沟谷水位埋深2.70m，泉的流量南部0.145.618L/s，属弱到中等富水；北部泉流量较大（52号泉群）达32.22L/s，属中等富水。松散沙层在先采地段为透水层，不含水，仅井田西北部Lk20号钻孔松散沙层抽水孔略有显示。2. 中更新统离石组黄土与新近系上新统保德组红土相对隔水层主要分布于东部梁峁区郝家圪崂、黄家庙、盆堰一带。离石黄土以亚粘土、亚沙土为主，含分散状钙质结核，厚度4.5060.00m，平均厚度26.43m，孔隙度大，结构疏松，垂直节理发育，

32、易被地表水冲蚀，相对隔水。梁峁区埋深较大，富水性弱。保德组红土以粘土为主，致密、坚硬，厚度2.974.50m，平均厚度31.61m，是本区主要隔水层。3. 基岩裂隙含水层(1) 侏罗系中统直罗组基岩裂隙含水层仅分布井田西部边缘J105、J107号一带，厚度9.512.25 m，岩性为灰黄绿、灰白色厚层状中、粗粒砂岩，局部夹粉、细砂岩，岩性疏松碎裂，少数钙质胶结，砂岩硬度大，裂隙发育，具有较好渗透性和储水条件。平均单位涌水量为0.0402L/sm，平均渗透系数0.142m/d，富水性弱。(2) 侏罗系中统延安组基岩裂隙承压含水层 4-2煤上覆基岩段裂隙含水层东部L1、P123号钻孔一带缺失。岩性

33、为一套灰色、灰黄色、灰绿色中、细粒砂岩，局部夹粉砂岩及泥岩，上部风化强烈，裂隙发育，具有良好的渗透性及储水条件。厚度9.3781.81m，平均厚度42.98m，水位埋深沟谷区0.20m，梁峁区48.0m，单位涌水量0.003620.094L/sm，富水性弱。 烧变岩裂隙孔洞潜水含水层仅在井田内石板台村北水库东侧出露，砂岩烧变后呈棕红色，以片状、块状等不规则条带状分布，泉流量0.221L/s，水质属HCO3Ca、Mg型水，矿化度0.254g/L，富水性弱。(三) 补给、迳流与排泄本区沙层潜水以接受大气降水直接补给为主，凝结水补给微弱。该含水层的地下水流向受黄土及粘土隔水层顶面形态控制，在井田中部

34、有东西向的分水岭，其北属麻家沟流域，地下水向东北迳流，其南属西沟流域，地下水向东南迳流，最终以下降泉的形式排泄于西沟或麻家塔沟的支沟中，与此同时，另一部分则被蒸发。侏罗系碎屑岩孔隙裂隙承压水主要接受区域侧向补给和上部地下水的渗透补给，基岩出露区则直接接受大气降水沿裂隙向岩层微弱渗透。其次是沙层孔隙水通过透水“天窗”入渗补给，沿基岩面一般由高向低运移，被沟谷切割后，便以泉的形式泄出地表。(四) 水文地质条件评述本井田煤层直接充水含水层为各煤层顶板砂岩裂隙水。由于地表无大的水体，其上有黄土与红土覆盖，补给条件差，据L4、LK5、LK9号钻孔抽水试验资料：单位涌水量0.0010.0094L/sm，小

35、于0.1L/sm。故井田水文地质勘探类型为二类一型，即以裂隙充水为主的水文地质条件简单的矿床。由于本井田煤层埋藏浅，基岩覆盖层薄。煤层开采后工作面的冒落带或裂隙带直接进入沙层含水层，容易引起工作面溃水溃砂，造成工作面停产，因此在开采过程中，对回采工作面接近沟谷区域，应加强监测。提前做好准备，提高矿井排水能力。(五) 矿井涌水量预测2005年陕西汇森煤业公司委托煤田地质局185队对首采区和首采工作面地下水分布、富水性进行勘测，2005年12月陕西省煤田地质局185队提出陕西汇森煤业开发有限公司凉水井煤矿首采区水文地质勘探报告，该报告预测结果：矿井正常涌水量327m3/h，最大涌水量为510m3/

36、h。1.3煤层特征1.3.1煤层特征井田内含煤地层为侏罗系中统延安组，厚77.97m180.10m，平均142.68m，自下而上分为五个含煤段，每段含1个煤组，共含6层煤，其中可采为4-2煤层。4-2煤层是井田内的可采煤层，位于延安组第二段顶部，最大埋深180m,煤层底板标高11241156m,面积57.36 km2。在四卜树沟、大西梁，石板台、山榆树屹崂等沟中均有出露，在石板台、山榆树屹崂沟谷中露头部位发生自燃，在大西梁北，上榆树峁、王家院、碱房沟附近被剥蚀，煤层由西向东变薄，在矿区中、西北部煤层较厚, 约为5.60m-6.4m，而在东部、南部及西南部煤层相对较薄。在东部D3 线以东煤层逐渐

37、变薄，至不可采。 4-2煤层厚度1.20-6.40m，平均厚度6.0m，含夹矸0-3层，夹矸厚度0.08-0.65m，一般0.30m左右，岩性多为泥岩和粉砂岩。顶板岩性以粉砂岩细粒砂岩为主，局部为中粒砂岩和泥岩，偶见泥岩伪顶。煤层底板岩性以粉砂岩为主，局部为细粒砂岩和泥岩。综上所述，井田内4-2煤层为厚煤层，全区可采，厚度变化小，结构简单，煤类以长焰煤(CY41)为主，BN(31)次之，煤的硫分、灰分变化小，属稳定型煤层。5-2煤层:该煤层位于延安组第一段顶部，最大埋深275m,煤层底板标高10521088m,面积67.77 km2。最厚处在P134号钻孔附近，煤厚为1.2m。煤层厚度0.4-

38、1.2m，平均厚度0.8m。一般不含夹矸，在西部边缘P120及东部P134、L2等钻孔见到1-2层夹矸。夹矸厚0.05-0.10m，一般0.08m左右，岩性为粉砂岩。煤层顶板岩性以粉砂岩为主，细粒砂岩次之，局部为中粒砂岩和泥岩，厚度1.2025.30m。煤层底板岩性以粉砂岩为主，局部为细粒砂岩和中粒砂岩，厚度0.8015.54m，偶见泥岩底板。综上所述，5-2煤层属薄煤层，不可采。5-3煤层：为不可采煤层，位于延安组第一段中下部，上距5-2煤层2.54-36.30m，东北部间距变小，平均间距21.19m，埋深225281m,煤层底板标高10251077m,可采面积43.10 km2。5-3煤层

39、在LK7-LK6号钻孔厚度大，向西变薄，向东变薄尖灭,即在278-L4-L1钻孔连线以西及278-LK21-LK16-P120钻孔连线以东可采，其余地段不可采。煤层厚度0.30-1.0m，平均厚度0.72m。含夹矸0-3层，一般为1-2层，夹矸厚度0.07-0.25m，岩性为泥岩或粉砂岩。5-3煤层顶板岩性主要为粉砂岩和细粒砂岩，局部为中粒砂岩和炭质泥岩，偶见泥岩伪顶。煤层底板岩性以粉砂岩为主，局部为细粒砂岩和中粒砂岩，偶见薄层泥岩。综上所述，5-3煤层属薄煤层，不可采。1.3.2煤的特征（1）煤类据中国煤炭分类国家标准(GB5751-86)，以浮煤干燥无灰基挥发分(Vdaf)(900)、透光

40、率和粘结指数作为依据进行分类。由于本井田内各煤层的粘结指数绝大多数为0，少量为3-5，透光率在9098%之间，属长焰煤范筹。井田内各煤层为长焰煤CY(41)和不粘煤BN(31)。表1-2-1 可采煤层特征表煤层编号 煤层厚度(m) 煤 层 结 构可采区域 视密度(t/m3)4-21.20-6.406.0含03层夹矸，厚0.080.650m，一般0.3m，岩性多为泥岩和粉砂岩。结构简单。 可采 1.295-20.4-1.20.8 一般不含夹矸，仅西部P120及东部P134、L2等钻孔见到12层夹矸，厚0.050.10m，一般0.08m，岩性为粉砂岩。结构简单。 不可采 1.295-30.30-1

41、.000.72 含03层夹矸，一般12层，厚0.070.25m，岩性为泥岩或粉砂岩。结构简单至较简单。 不可采 1.30（2）煤质特征本井田主要为长焰煤和不粘煤，镜质组最大反射率为0.556-0.609%，属煤化阶段。煤的水分(Mad)为3.55-9.15%，灰分(Ad)平均值小于10%，属低灰；全硫(St.d)平均值小于0.4%，属特低硫；发热量（Qnet,d）平均值为28.41-29.77MJ/Kg，属中高-高热值煤；抗碎强度高，化学反应性强，高热稳定性，煤中有害元素含量低，不具粘结性,较难磨,富油高油。 图1-2 综合柱状图 2 井田境界和储量2.1井田境界根据2008年7月国土资源部颁

42、发的凉水井煤矿采矿许可证（证号C1000002008071110000044），凉水井井田范围由25个坐标点围成。井田面积约为63.04344 km2。本次设计以国土资源部批复的井田边界为准。国土资源部批复的井田边界各拐点坐标见表2-1-1。表2-1-1 井田边界各拐点坐标表拐 点纬距（X）经距（Y）拐点纬距（X）经距(Y)S14306452 37434220S5429975137440265 S1-14297287 37434127S5-1429975137440316 S1-24297262 37434450S5-2429979037440290 S1-34296130 37434332S

43、6429979037442526 S1-44296158 37433988S7430068937442542S24295722 37434004S8430069937442948 S2-14297879 37438224S8-1430133037443000 S2-24297890 37438194S8-2430200037443000 S2-34298112 37437610S8-3430200137444150 S2-44298895 37438586S9430500837444155 S2-54298246 37438944S10430499037438914S34298559 3743

44、9558S11430636437438911S44299516 37439467 井田的东西长度约9.3 km，井田的南北长度约6.98 km，本次储量计算是在精查地质报告提供的1：10000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。 图2-1 凉水井井田2.2资源/储量2.2.1矿井地质资源量矿井地质资源量可由以下等式计算： （2.1）式中：矿井地质资源量，Mt； 煤层平均厚度，m； F煤层底面面积，； 煤容重，t/。经计算得： =663.041.290.000001= 487.93 Mt2.2.2矿井工业资源/储量 根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%推断的。

45、根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%的是经济的基础储量，30%的是边际经济的基础储量。矿井工业储量可用下式计算： （2.2）式中：矿井工业资源/储量； 探明的资源量中经济的基础储量； 控制的资源量中经济的基础储量； 探明的资源量中边际经济的基础储量； 控制的资源量中边际经济的基础储量； 推断的资源量； 可信度系数，取0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，值取0.9； = 60%70%=204.93 = 30%70%=102.47 = 60%30%=87.83 = 30%30%=43.91 = 10% k = 43.91 因此将各数代入式2.2得：483.05(Mt)2

46、.2.3矿井设计资源/储量矿井设计可采储量为矿井设计资源/储量减去工业场地和主要井巷煤柱的煤量后乘以采区回采率的资源/储量。安全煤柱留设包括1.矿井工业场地及风井场地煤柱本矿井工业场地在井田中部，井筒均在井田范围以内，其煤柱留设按建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程规定从保护面积边界起以移动角圈定。松散层移动角=45，基岩、均按70(煤层近水平)边界角计算。根据煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明中第十五条，工业场地占地面积指标见表23。工业广场按级保护留围护带宽度15m，工业广场面积由表23确定，取40公顷。工业广场保护煤柱如图下图2-3。则工业广场保护煤柱压煤量为：247.

47、68万t。表23 工业场地占地面积指标井 型（万t/a）占地面积指标（公顷/10万t）240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.8 2. 井田境界煤柱 井田境界煤柱按40m留设，本井田境界一侧留20m煤柱。则井田境界煤柱损失为510.51万t。 3. 大巷煤柱大巷两侧留设55m宽的煤柱,则大巷保护煤柱损失962.51万t。 采区回采率根据煤炭工业矿井设计规范（GB50215-2005）第2.1.4之规定，厚煤层采区回采率75%，薄煤层采区回采率85%，中厚煤层采区回采率80%。对于富水区及沟谷开采区不能按正规采煤法开采区域回采率按40%。矿井可采储量可按下式计算： （2

48、.3） 式中： 矿井可采储量，万t； 矿井工业储量，万t； 保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断层等留设的永久保护煤柱损失量，万t； 采区采出率，厚煤层不小于0.75；中厚煤层不小于0.8；薄煤层不小于0.85；地方小煤矿不小于0.7。则，矿井设计可采储量： =（48793- 247.68-962.51-510.51）0.75=3.538（亿t）经计算，矿井设计可采储量为353.8Mt。 图2-2工业广场保护煤柱 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范（GB502152005）矿井设计年工作日330天，工作制度采用“三八”制，每天三

49、班作业，两班生产，一班检修，每班每天工作8h，日净提升时间16小时。3.2矿井设计生产能力根据国家计委关于榆神矿区二期规划区的批复，以及为满足神木甲醇厂快速发展需要，凉水井矿井建设规模为4.0Mt/a。现根据凉水井井田煤炭资源储量、开采技术条件、矿井的外部建设条件，以及市场因素等方面，对矿井生产能力分析论证如下：1. 储量丰富本井田主采煤层4-2煤层，共有资源/储量87.93Mt。扣除各种煤柱损失和开采损失后，可采储量353.8Mt，矿井资源丰富，按1.3的储量备用系数考虑，矿井服务年限为68a，服务年限合理。2. 煤层开采技术条件优越本井田内煤层赋存稳定，倾角平缓，平均1左右，煤层结构简单，

50、水文地质条件及地质构造简单，瓦斯含量低，主采煤层4-2煤、为厚煤层。煤层顶、底板岩性稳定，适合机械化开采，适宜建设大型现代化矿井。3. 矿井建设外部条件具备矿井交通运输十分方便，水源、电源条件可靠。邻近的神东矿区大柳塔机电维修和设备租赁中心可为本矿井提供服务；生活福利及文化教育等设施可依托附近的神木县城和锦界开发区，矿井建设外部条件优越。4. 煤层埋藏浅，开拓系统简单本井田煤层埋深浅，宜用斜井开拓，系统简单，建井工期短，投资省，效益好，是建设大型矿井的理想井田。5. 市场可靠本矿井为神木甲醇厂的配套供煤矿井，甲醇厂一期生产能力0.20 Mt/a，耗煤约0.45Mt/a；后期生产能力1.20 M

51、t/a，耗煤约2.40Mt/a。米脂聚氯乙烯厂一期工程0.10Mt/a，耗煤约0.50Mt/a，二期规划0.20Mt，耗煤约1.0Mt/a。故本矿井市场可靠。结合神木甲醇厂一期工程建设情况，根据业主意见，本设计认为4.0Mt/a规模比较合理。5. 技术装备条件矿井投产时装备一个综采工作面、两个综掘工作面(另配一套炮掘工作面设备)。达到4.0Mt/a规模，约10年后装备一套引进刨煤机薄煤层综采工作面，规模为1.5Mt/a，与4-2煤层综采工作面配采达到4.0Mt/a规模是可行的。6. 从经济条件分析加大矿井规模，有利于实现规模经营、经济效益好，在条件具备时，应尽可能实现规模生产。矿井规模4.0M

52、t/a时，矿井静态投资76788.63万元，吨煤投资191.97元，吨煤经营成本69.37元，税后财务净现值7555.04万元，税后财务内部收益率11.46%，投资利润率6.29%，投资回收期8.31a。其经济效益比较明显，发挥了大型矿井规模效益。综上分析，从规模经营、创造良好的经济效益的角度出发，设计认为矿井生产规模定为4.0Mt/a是合理的，3.3矿井服务年限本矿井设计服务年限由下式计算： Z T = AK式中：T设计计算服务年限，a；Z可采储量，Mt；A矿井设计规模，Mt/a；K储量备用系数，取K=1.3矿井可采储量为353.8Mt，规模按4.0Mt/a计算，考虑1.3的储量备用系数，矿

53、井服务年限为68a。符合煤炭工业矿井设计规范要求。见下表3-1表3-1我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力/万吨每年矿井设计服务年限/年第一水平设计服务年限/年煤层倾角45600及以上300-500120-24045-909-3080706050各省自定40353025-2520-20153.4井型校核按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：1.煤层开采能力的校核主采煤层平均6.0m，为厚煤层，赋存稳定，厚度变化小。根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，布置一个大采高工作面。2.辅助生产环节的能力校核矿井设计为特大型矿井，开拓方式为

54、斜井单水平开拓，主斜井采用胶带输送机运煤，副斜井采用无轨胶轮车辅助运输，运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤经运输平巷胶带输送机到大巷胶带输送机，再经主斜井胶带运输机提升至地面，运输能力大，自动化程度高。副井运输采用无轨胶轮车提升、下放物料，能满足大型设备的下放与提升。大巷辅助运输采用无轨胶轮车运输，运输能力大，调度方便灵活。3.通风安全条件的校核矿井煤尘有爆炸危险性，瓦斯涌出量小，属低瓦斯矿井。风井的进风可以满足通风需要。矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，保证有足够的服务年限，满足煤炭工业矿井设计规范要求。 4井田开拓4.1井田开拓的基本问题4.1.1

55、井田开拓的基本概念井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需认真研究。1.确定井筒的形式、数目及其配置，合理选择井筒及工业场地的位置；2.合理确定开采水平的数目和位置；3.布置大巷及井底车场；4.确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；5.进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；6.合理确定矿井通风、运输及供电系统。

56、上述开拓问题解决得是否正确，关系到整个矿井生产的长远利益，关系到矿井的基建工程量、初期投资和建设速度，从而影响矿井经济效益。矿井开拓方案一经实施，再发现不合理而改动，将耽误许多时间，浪费巨大投资。因此，确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则：1.贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造条件。在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。2.合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。3.合理开发国家资源，减少煤炭损

57、失。4.必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态。5.要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综掘机械化、自动化创造条件。6.根据用户需要，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。4.1.2确定井筒形式、数目、位置及坐标1.井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井最复杂。斜井开拓是利用倾斜巷道作为主要井筒的一类开拓方式。斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底