永华二矿90万安全通风设计

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1、1 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1位置与交通永华能源有限公司二矿（即焦村煤矿）位于偃师市缑氏乡境内，北距偃师市区32km，井田属于偃龙矿区郭村井田一部分。二矿与偃师市区之间有柏油公路相连，井田深部工广位于公路西测240m。沿该公路向北10km可在顾县与郑洛公路相交，向北约5km在侯氏镇与207国道相连，向南10km与郑州至少林寺高速相连，交通便利。详见交通位置图1-1：图1-1 矿区交通位置图1.1.2地形地貌及水系矿区位于嵩山山脉北麓的山前平原区，全区多被第四系覆盖，仅有零星基岩出露，地表南北向冲沟发育，总体地势南高北低，最高点位于矿区4001孔南矿区边界处，标高279.5m

2、，最低点位于矿区石家寨北矿区边界处，标高174.4m，相对高差105.1m。本区属黄河流域伊河水系。伊河位于矿区外围北部，发源于栾川县西部的伏牛山区，经嵩县、伊川、洛阳，向北东至偃师市岳滩境内与洛河汇合后称伊洛河，东流至巩义市东北的神堤渡口注入黄河。区内无河流，仅有冲沟形成的溪流（铁窑河等），雨天有水，雨后即干。雨季洪流沿冲沟由南向北排泄，最终注入伊河。区内无大型水库，地表水体主要为冲沟筑坝形成的小型水库以及人工开挖的小水塘，这些水体的储水来源主要为大气降水和矿井排水汇集而成。区外南部有陆浑东一干渠由西向东蜿蜒通过1.1.3气象矿区属暖温带大陆性季风气候，其特征是冬寒夏炎，春秋多风，四季分明。

3、年降水多集中于7、8、9三个月，据洛阳市气象台资料，最高气温44.2（1966年6月20日），最低气温-18.2（1969年2月1日），年平均气温14.5；年平均降雨量595.8mm，年平均蒸发量1907.8mm；最大冻土深度18cm，无霜期204d，最大风速21m/s。1.1.4地震根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），本区地震动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度为度。1.1.5矿区经济概况本区工业发展相对落后，多以采矿业为主，辅以石料厂、水泥厂。农业以小麦、玉米等种植业为主。1.2井田地质特征1.2.1井田地层根据钻孔揭露，地层由老到新有：寒武系、中下奥陶系、中上石炭本溪

4、组、太原组、下二叠统山西组、下石盒子组、上二叠统上石盒子组、石千峰组及第四系，如图1-2所示。除寒武系、奥陶系地层沿矿区南部山坡边缘广泛出露外，其余均为零星出露。1）寒武系（）:主要为碳酸盐岩沉积，岩性有灰岩、白云质灰岩及白云岩。2）中、下奥陶系（O1-2）：灰色灰岩，白云岩。3）中石炭本溪组（C2b）：铁铝层，以铝土矿、铝土页岩组成，一般厚12m。4）上石炭太原组（C3t）：为海陆交互相含煤沉积地层，根据其岩性组合特征分为三段，自下而上分为下部灰岩段、中部砂岩段和上灰岩段。下部灰岩段一般厚24m，由煤层及石灰岩、泥岩、砂质泥岩组成，含煤四层（一1一4）；中部砂岩段一般厚40m，由深灰色中细粒

5、砂岩、砂质泥岩组成夹薄层石灰岩，含煤三层（一5一7）；上灰岩段一般厚18m，由石灰岩、黑色泥岩、砂质泥岩、中细粒砂岩组成，含煤二层（一8一9），上部L9灰岩顶界与二叠系分界。5）二叠系（P）：与石炭系整合接触，总厚820m。（1）下二叠统山西组（P1s）:一般厚60m,为一套过渡相为主的含煤地层，分四段。二1煤段：泥砂岩及煤层组成，一般厚17m，内含12层煤，其中二1煤层为主要可采煤层；大占砂岩段：为长石石英砂岩，一般厚15m，为标志层之一；香炭砂岩段：长石石英砂岩、泥岩组成，一般厚31m；小紫斑泥岩段：由灰绿色泥岩、紫斑泥岩、灰色粉砂岩组成，一般厚13m。（2）下二叠统下石盒子组（P1x）:

6、 一般厚81m,下部砂锅窑砂岩，厚14m，为石英砂岩，底部含小砾石和泥质包体，为标志层；上部为紫色、紫色斑块状泥岩、一般厚18m，含泥土质为标志层。（3）上二叠统上石盒子组（P2s）:本组厚度一般为568m，与下石盒子组为整合接触，主要由暗紫色、紫色泥岩、砂质泥岩及灰白色、灰绿色粗粒砂岩组成。（4）上二叠统石千峰组（P2）：厚度450m，由紫红色砂岩、泥岩、砂质泥岩组成，泥岩和砂质泥岩中含钙质及少量铝土质。6）新生界（CZ）第四系（Q）:与下伏地层呈不整合接触，厚0200m,西厚东薄，由黄土、卵石、沙、粘土组成。1.2.2地质构造矿区位于偃龙煤田中段，位居华北板块南部的嵩箕构造区西部, 区域构

7、造格局受南侧的秦岭大别板缘带和东侧的郯庐断裂带的制约，构造形态受多期构造运动叠加变形。矿区位于嵩山背斜北翼，为一缓倾斜的单斜构造形态，地层走向近东西向，倾向北，倾角1525。区内钻探、三维地震控制断层共计11条，均属正断层，尚未发现褶曲构造，故区内构造复杂程度属中等。1）构造运动本区域曾历经嵩阳、吕梁、少林、加里东、印支、燕山、喜山构造运动，各时期的构造运动方向和强弱不一。而对含煤建造、聚煤作用，煤层赋存起着控制作用，主要由“加里东、印支、燕山、喜山运动”。2）主要构造特征偃龙煤田位于嵩箕构造区西部，其构造特征受区域构造格局制约。本区域历经多期构造叠加变形，形成当今主要三种构造型式组成其基本构

8、造格局，详见构造纲要图1-3：（1）东西向褶曲，本煤田位于嵩山复式背斜北翼。 （2）切割东西向褶曲北西、北东向两组断裂，如嵩山断层、五指岭断层，矿区内的铁窑断层（F19）、孙家坡断层（F22）。 图1-2 矿井煤系地层柱状图（3）叠加东西向褶曲之上轴向北西，向东南撤开的弧形构造及滑动构造，如东部嵩山井田嵩山滑动构造。（4）地层沉积特征地层区划属华北地层区豫西地层分区嵩箕地层小区，区内地层由太古界至新生界。其中古生界奥陶系末期，由于加里东运动，地壳抬升，缺失志留系、泥盆系、石炭系下统和中统；中生界三叠系末期，由印支、燕山运动地壳抬升，缺失侏罗系、白垩系地层，其余均有沉积。图1-3 构造纲要图1.

9、2.3井田的水文地质特征偃龙矿区南缘的嵩山、玉带山为黄河与淮河的分水岭，矿区处于分水岭北侧的斜坡地带，雨季大气降水流向北注入伊洛河，属黄河流域。煤系地层上部被第三、四系松散地层覆盖，间接接受大气降水补给，地下水流向西北。1）主要含、隔水层（1）第三、四系砂砾石含水层主要由砂、砾石组成，第四系砂砾石含水性强，单位涌水量O.02174.2451m/s，渗透系数O18562.1m/d，水位深度9.9532.8m，是民井取水的主要水源。第三系底部的砾石，含水性较弱。（2）二1煤顶板砂岩含水层由山西组的大占砂岩和下石盒子组的砂锅窑砂岩组成，大占砂岩厚1020m，砂锅窑砂岩厚1030m，砂岩均为裂隙承压水

10、，但含水性弱，是二1煤顶板直接充水含水层，易于疏排。（3）二1煤层底板隔水层介于二1煤层与太原群上段灰岩之间，岩性由泥岩、砂质泥岩组成，厚520m，一般8.43m，其层位稳定，有一定隔水能力。（4）太原群上段灰岩含水层由L6L8灰岩组成，其中L7灰岩发育完整，厚度大，层位稳定，一般厚512m，平均7m左右。全区（偏桥、郭村、夹沟）共有134个钻孔揭露该含水层，仅8个孔漏水，占5.97%，含水性极不均一。该含水层含水较弱，单位涌水量O0040.9641m/s，距二1煤层底板20m左右，是二1煤层底板直接充水含水层。（5）太原群下段灰岩含水层由L1L4灰岩组成，厚度1018m，一般12m，全区46

11、个钻孔揭露，有9个孔漏水，占1957%。本井田范围4902孔于孔深405406m穿见溶洞，其岩溶发育不均，含水性较上段灰岩强。（6）本溪组铝土质泥岩隔水层由铝土岩和铝土质泥岩组成，厚度410.8m，其层位稳定，岩性致密，节理裂隙不发育，隔水能力强，正常情况下，可阻隔太原群灰岩和中奥陶系灰岩之间的水力联系。（7）奥陶系灰岩含水层由隐晶质灰岩组成，揭露厚度一般46m左右，岩溶裂隙发育不均，含水性与透水性亦有差异，单位涌水量O009761.0741m3/s，渗透系数O0123.711m/d，矿区南部广泛出露，直接受大气降雨补给。2）水文地质条件和矿井涌水量井田水文地质条件中等，主要充含水层为底板灰岩

12、岩溶裂隙承压水。根据河南省煤田地质二队于2009年7月提供的河南永华能源有限公司一、二、三矿涌水量预算情况说明，河南永华能源有限公司二矿正常涌水量为207m3/h，最大涌水量为306m3/h。3）井下地温特性根据河南永华能源有限公司焦村煤矿西段二1煤层资源储量核查报告，钻孔测温资料中测温深度350560m，平均测温深度455m，测定结果见表1-1。表1-1 地温梯度值表6805孔6809孔深度（m）地温梯度/100深度（m）地温梯度/1005600.99/1003501.67/100地温梯度值在0.99/1001.67/100m，平均地温梯度为1.33/100m。1.3煤层特征1.3.1煤层埋

13、藏条件偃龙矿区含煤地层主要有太原群、山西组、下石盒子组及上石盒子组，属于多煤组多煤层地区，共含煤五组13层煤，煤层总厚10.72m，含煤系数1.25%。郭村内仅二1煤层为主要可采煤层，其它煤层均为不可采或局部可采。从井田钻探看，构造不发育，仅在井田东部边界有一断层存在，沿该断层形成了宽大的无煤区，所以断层对开采无影响。1.3.2煤层围岩性质如表1-2所示。根据核查区内的钻孔资料，二1煤层位于山西组下部，下距下二叠系石盒子组1220m，全层厚09.5m，平均厚4.5m。本区内有2块较大无（薄）煤带，煤层厚度变化较大。煤层结构简单，含夹矸一层，局部二层。夹矸厚0.20.6m，岩性以炭质泥岩、泥岩和

14、砂质泥岩。表1-2 二1煤层特征表特征名称特征单位煤层名称二1煤层厚度4.5m稳定性稳定可采性可采倾角18容重1.4t/m煤层牌号民用或动力顶板老顶岩性砂质泥岩直接顶砂岩底板直接底岩性炭质泥岩老底砂质泥岩1.3.3煤的特征1）煤的物理性质二1煤层呈深黑色，条痕黑色，玻璃光泽，具参差状及土状断口，煤岩成份以亮煤为主，暗煤次之，间夹少量镜煤线理条带及微量丝炭，呈镶嵌状及条带状分布，宏观煤岩类型多为半亮型。煤层多具粉状及鳞片状结构，层状构造，裂隙发育，充填物多为高岭土及碳酸盐类矿物。2）煤的化学性质因煤岩有机物质较高，故灰分较低。二1煤平均灰分为16.87%左右，常见值在1018%之间，为中灰分煤层

15、。煤灰成分以二氧化硅和三氧化二铝为主。原煤全硫含量较低，其变化范围在1.00%以下，平均为0.53%左右，属低硫煤。磷的含量在0.0010.038%之间，平均0.014%属低、中磷煤。灰分、硫分、磷分沿走向、倾向变化不明显，规律性不强。3）煤种及变质特点根据对原煤可燃基挥发分和镜煤平均最大反射率的测试结果，挥发分为3.86%。镜煤平均最大反射率（Rmax）为5.84%，煤的变质程度应属无烟煤VII2变质阶段。4）煤的可选性由于本区煤层比重大，按国际使用1.4或1.5比重液洗选，精煤回收率特低，一般洗不出精煤。5）煤的特征及工业用途根据GB575186煤炭分类标准，以浮煤干燥无灰基挥发分（Vda

16、f）值、粘结指数（G）值，胶质层最大厚度（Y）值为主要指标，辅以镜煤最大反射率值、焦渣特征，结合区域煤类分布特征以及根据煤质化验结果综合，二1煤层属低中灰、低硫、低磷、低砷、高熔粉状无烟煤，以动力和民用煤为主。6）瓦斯、煤尘、煤的自燃性根据永华二矿历年瓦斯等级鉴定及实际瓦斯涌出情况，井田煤的瓦斯含量高，详见表1-3：表1-3 永华二矿历年瓦斯等级鉴定及2010年实际瓦斯涌出情况表瓦斯等级鉴定年份绝对涌出量（m3/min）相对涌出量(m3/t)瓦斯等级20062.326.09低20075.9112.78高20087.0314.11高20096.6114.75高20106.7214.87高7）煤尘

17、、煤的自燃倾向性及煤尘爆炸危险性根据煤炭科学研究总院重庆分院于2004年对永华二矿煤样测定结果，二1煤属无爆炸危险性的煤层，煤层自燃等级为三类，属不易自燃煤层。2 井田开拓2.1井田境界与可采储量2.1.1井田境界1）本矿井东面以F22断层为界，西面以45勘探线为界，南面以煤层露头为界，北至-560m煤层底板等高线。划定范围走向长约4.2km，倾斜宽度3.6km，面积约15.12km2。2）矿井工业储量的计算：矿井工业储量是指地质勘探工作根据煤层的可采厚度和质量指标确定为符合开采条件的储量，可用下式表示：ZgSMR （2-1）式中：Zg矿井的工业储量； S 井田的倾斜面积，15.12km2；

18、M 煤层的厚度，4.5m； R 煤的容重，1.40t/m3；则：Zg=15.1210000004.51.4=95.256 Mt2.1.2可采储量1）工业广场煤柱矿井设计生产能力为90万吨/年，取工业广场的尺寸为300m500m的长方形。煤层的平均倾角为18，工业广场的中心处埋藏深度为560m，主井、副井、地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按I级保护留维护带，宽度为20m。本矿井的地质条件、冲积层和基岩层移动角见表2-1。表2-1 岩层移动角广场中心深度（m）煤层倾角（）煤层厚度（m）冲击层厚度（m）（）（）（）（）560184.51845757560根据上述以知条件，画出如图2-1所示的工

19、业广场保护煤柱的尺寸： 图2-1 工业广场保护煤柱保护煤柱梯形面积为：S =(上宽+下宽)高/(2cos18) =717856.52m2 (2-2)工业广场的煤柱量为： Zi=SMR (2-3)式中： Zi工业广场煤柱量； S 工业广场压煤面积，717856.52 m2； M 煤层厚度，4.5m； R 煤的容重， 1.4t/m3。则： Zi=717856.524.51.410-4= 4.522Mt2）断层煤柱本矿井内只有井田东部边界有F22断层。根据采矿工程设计手册推荐，防水煤柱宽度按如下经验公式推算： （2-4）式中 L煤柱宽度,m M煤层厚度或采高, 4.5m P隔水层所承受的水压,取23

20、MPa Kp煤的抗张强度,取0.2MPa A安全系数（2.55），设计取3。经计算，L7090m。由于F22断层处于无（薄）煤带，故F22断层不压煤。3）井田边界煤柱按煤炭工业设计规范规定，矿井边界煤柱要留设2040 m,与其它矿井相邻时留设20 m煤柱，无相邻时留设40 m煤柱，遇有断层等构造须留设2040 m煤柱。设计井田边界煤柱留设20m宽。边界煤柱可按下列公式计算： Z=LBMR (2-5) 其中： Z边界煤柱损失量； L边界煤柱长度；22.3m B边界煤柱宽度；20m M煤层厚度；4.5m R煤的容重；1.4t/m3则井田的边界煤柱为： 22.3204.51.410310-4=2.8

21、098Mt表2-2 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大 巷大巷煤柱每侧45m4）矿井可采储量（Zk）：矿井的可采储量按下式计算： Zk=(Zg-P)C (2-6)其中： Zk矿井的可采储量； Zg矿井的工业储量； P保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留设的永久煤柱损失量； C采区采出率，厚煤层不小于0.75；中厚煤层不小于0.8；薄煤层小于0.85；地方小煤矿不小于0.7。本设计取0.8。计算得：Zk =（9525.6-452.2-280.98）0.8=70.33

22、9Mt2.1.3矿井设计生产能力及服务年限1）矿井工作制度 按照煤炭工业矿井设计规范中规定，参考关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明，确定本矿井设计生产能力按年工作日330天计算，“三八”制作业(两班生产，一班检修)，每日两班出煤，净提升时间为16h。2）矿井设计生产能力根据井田的储量和煤层赋存情况及开采技术条件，通过分析确定设计矿井生产能力为0.90Mt/a。3）矿井服务年限永华二矿设计生产能力90万t/a，储量备用系数取k=1.4，矿井服务年限计算如下： T=Zk/(AK)=55.8a （2-7） 式中： 矿井的服务年限，a； 矿井的可采储量，Mt； 矿井储量备用系数，取1.4； 矿井年生

23、产能力，万t/a。 根据矿井设计生产能力，考虑1.4的储量备用系数，矿井服务年限55.8a50a,服务年限符合煤炭工业矿井设计规范要求。 表2-3 矿井及第一开采水平设计服务年限矿井设计生产能力()矿井设计服务年限()第一开采水平设计服务年限()252545453.0及以上607030351.22.450602530202515200.450.940502025152010152.2井田开拓2.2.1井田开拓的基本问题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

24、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、数目和配置，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。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

25、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。1)确定井筒形式、数目、位置及坐标（1

26、）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。平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，只有在地形条件合适，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，上山部分储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。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，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离

27、。缺点是：斜井井筒长辅助提升能力少，提升深度有限；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技术复杂。立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深相同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为有利；当表土层为富含水层或流沙层时，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，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，基本建设投资大。本井田煤层走向

28、较短，倾向较长，埋藏深度-560m。井田瓦斯比较大，对开拓方式的选择影响较大。井田地表南北向冲沟发育，总体地势南高北低，最高点位于矿区4001孔南矿区边界处，标高279.5m，最低点位于矿区石家寨北矿区边界处，标高174.4m，相对高差105.1m。综上所述，设计采用立井开拓，而且立井开拓提升速度快，提升能力大，对辅助运输有利，并且通风端面大，风阻小，所以立井比较符合设计要求。 （2）井筒位置的确定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2）有利于矿井初期开采3）尽量不压煤或少压煤4）有利于掘进与维护5）便于布置地面工业场地综上和矿井概况，主副井筒和进风井位置设计在井田中央，回

29、风井位于井田走向中央的上部边界。2）工业场地的位置、形状和面积工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中央。工业场地的形状和面积：根据工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为15公顷，即0.15 km2。形状为矩形，长边平行于井田走向，长为500m，宽为300m。工业广场形式与面积见前一节相关内容（图2-1）。3）开采水平的确定及采区划分井田主采煤层为二1煤层，设计中只针对二1煤层，其它煤层均为不可采或局部可采。二1煤层属缓斜煤层，平均倾角为18，埋藏深度达-560m，在井田南面以露头线为界，最高点位于矿区4001孔南矿区边界处，标高279.5m，最低点位于矿区石家寨北矿区边界处

30、，标高174.4m，相对高差105.1m。根据煤炭工业设计规范规定，缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高为150-250m。根据本井田由于煤层的赋存状况，采用二个开采水平，上下山开采方式。一水平上设辅助水平布置盘区大巷，布置一个盘区，上山部分走向较短划分为两个采区，二水平划分为两个带区。4）运输大巷和井底车场的布置二1煤层平均厚度为4.5m，赋存稳定，底板起伏不大，为缓倾斜煤层，煤层变体不大，且煤质较好，但由于本矿井走向较短，故一水平不布置主要运输大巷，二水平暗斜井下部设主要运输大巷，两条运输大巷均布置在煤层底板岩石中，回风大巷在煤层中沿煤层地板走向布置。设计确定布置两条大巷，一条胶带输送机大巷，一条辅

31、助运输大巷。其中胶带输送机大巷担负矿井煤炭运输任务；辅助运输大巷担负矿井材料、人员、设备等运输任务。根据矿井开拓方式，主斜井、副斜井和大巷的相对位置关系，确定为环绕式井底车场。5）开拓方案（1）提出方案：根据以上分析，现提出以下四种在技术上可行的开拓方案，分述如下：方案比较示意图见(图2-2)。方案一：立井单水平开拓(暗斜井延伸至-450m)主、副井的井筒均为立井，布置在井田的中部，井口标高为+176m，井筒直接至一水平，标高为-350m，不布置大巷，通过石门与采区上山连接，井底车场为环式车场。暗斜井延深至-450m，布置大巷，采用带区式开采，皮带和轨道运输大巷在煤层底板岩石中，回风大巷布置在

32、煤层中，大巷沿煤层走向布置。如（a）所示。方案二：立井单水平开拓(暗斜井延伸至-560m)主、副井的井筒均为立井，布置在井田的中部，井口标高为+176m，井筒直接延伸至一水平，标高为-350m，不布置大巷，通过石门与采区上山连接，井底车场为环式车场。暗斜井延深至-560m，不布置大巷，采用采区式开采。如（b）所示。方案三：立井两水平开拓 (石门位于-100m，暗斜井延深至-560m)主、副井的井筒均为立井，布置在井田的中部，井口标高为+176m，井筒通过立井延伸至-350m后，受奥灰水威胁只能采用暗斜井延深，-350m以上为一水平，-350m至-560m为第二水平。暗斜井先延深至-455m，再

33、延深至-700m。井底车场为环式车场。不设运输大巷。如（c）所示。方案四：立井单水平开拓 (上设辅助水平标高为-220，暗斜井延深至-560m)主、副井的井筒均为立井，布置在井田的中部，井口标高为+176m，井筒通过立井延伸至-350m后，受奥灰水威胁只能采用暗斜井延深，-350m以上为一水平，-350m至-560m为第二水平。一水平上设辅助水平，只承担辅助运输、排水、通风任务。暗斜井延深至-450m。井底车场为环式车场。-560m处设运输大巷，采用带区式开采，皮带和轨道运输大巷在煤层底板岩石中，回风大巷布置在煤层中，大巷沿煤层走向布置。如（d）所示。由于本矿井倾向平均斜长3.6km，矿井瓦斯

34、较大，考虑到阶段垂高不能太大及现有的辅助运输设备，本矿井最终采用两水平的开采方式。 （2）技术比较方案一、二井筒形式相同。两方案都是立井单水平开拓，上山部分分两个上山采区开采，区别在于暗斜井延伸位置不同，采用的准备方式不同，方案一采用带区式准备，方案二采用采区式准备。这个两个方案的运输距离较长。方案三、四主要区别在于方案三布置了一个上山采区，一个下山采区，下山采区底部掘进到工业广场保护煤柱外；方案四是在一水平上设辅助水平，采用盘区式准备。另外延深位置也不同，所采用的准备方式也不同。方案三的运输存在往返运输，另外石门较长。技术比较上采用方案四较合理。（）（）（c） （）图2-2 a方案一；b方案

35、二；c方案三；方案四（3）经济比较四个方案的建井工程量、生产经营工程量、基建费、生产经营费和经济比较结果，分别计算汇总于下列表中：见(表2-4、表2-5、表2-6、表2-7)。表2-4 方案一:立井单水平开拓项 目数量(10m)基价(元)费用(万元)费用(万元)基建费用(万元)主井开凿表土段1.806959512.53401.56基岩段50.876581389.03副井开凿表土段1.88399915.12529.07基岩段54.0895036513.95一水平三条岩石上山岩巷293.64398701170.741170.74二水平暗斜井岩巷171.339870682.97682.97一水平煤层

36、上山煤巷291.621206618.37618.37井底车场岩巷91.233902309.19309.19一水平石门岩巷34.6633902117.50117.50二水平运输大巷岩巷189.733902643.12643.12二水平回风大巷94.8533902321.56321.56小计4794.09生产费用(万元)立井提升系数煤量(万t)提升高度(km)基价(元/t.km)4117.161.24068.980.5271.6排水(上下山)涌水量(m3)时间(h)服务年限(年)基价(元/t.km)150876051.70.281902.15138876026.20.28886.83上下山运输系数

37、煤量(万t)平均运距(km)基价(元/t.km)1418.451.24068.980.830.35小计8324.58合计费用(万元)13118.67表2-5 方案二:立井单水平开拓项 目数量(10m)基价(元)费用(万元)费用(万元)基建费用(万元)主井开凿表土段1.806959512.53401.56基岩段50.876581389.03副井开凿表土段1.88399915.12529.07基岩段54.0895036513.95一水平三条岩石上山岩巷293.6433902995.50995.50二水平暗斜井岩巷532.78339021806.231806.23一水平煤层上山煤巷291.61750

38、0510.30510.30井底车场岩巷91.233902309.19309.19下山部分各石门岩巷63.833902216.29216.29上山部分石门岩巷34.6633902117.50117.50小计4885.65生产费用(万元)立井提升系数煤量(万t)提升高度(km)基价(元/t.km)4117.161.24068.980.5271.6排水(上下山)涌水量(m3)时间(h)服务年限(年)基价(元/t.km)150876051.70.281902.15138876026.20.28886.83上下山运输系数煤量(万t)平均运距(km)基价(元/t.km)1503.901.24068.980

39、.880.35小计8410.03合计费用(万元)13295.68表2-6 方案三:立井多水平开拓项 目数量(10m)基价(元)费用(万元)费用(万元)基建费用(万元)主井开凿表土段1.806959512.53401.56基岩段50.876581389.03副井开凿表土段1.88399915.12529.07基岩段54.0895036513.95一水平三条岩石下山岩巷99.433902336.99336.99二水平暗斜井岩巷532.78339021806.231806.23一水平煤层上山煤巷291.617500510.30510.30井底车场岩巷182.433902618.37618.37一水平

40、石门岩巷11933902403.43403.43二水平各石门岩巷63.833902216.29216.29小计4822.25生产费用(万元)立井提升系数煤量(万t)提升高度(km)基价(元/t.km)2109.361.24068.980.271.6排水(两水平)涌水量(m3)时间(h)服务年限(年)基价(元/t.km)150876051.70.281902.15138876026.20.28886.83上下山运输系数煤量(万t)平均运距(km)基价(元/t.km)1760.241.24068.981.030.35小计6658.58合计费用(万元)11480.83表2-7 方案四:立井多水平开拓

41、项 目数量(10m)基价(元)费用(万元)费用(万元)基建费用(万元)主井开凿表土段1.806959512.53401.56基岩段50.876581389.03副井开凿表土段1.88399915.12529.07基岩段54.0895036513.95一水平三条岩石上山岩巷288398701148.261148.26二水平暗斜井岩巷171.339870682.97682.97一水平煤层上山煤巷193.521206410.34410.34井底车场岩巷182.433902618.37618.37一水平石门岩巷94.533902320.37320.37二水平运输大巷岩巷189.733902643.12

42、643.12二水平回风大巷煤巷94.8517500165.99165.99小计4920.05生产费用(万元)立井提升系数煤量(万t)提升高度(km)基价(元/t.km)3046.851.24068.980.391.6排水涌水量(m3)时间(h)服务年限(年)基价(元/t.km)150876051.70.281902.15138876026.20.28886.83上下山运输系数煤量(万t)平均运距(km)基价(元/t.km)1418.451.24068.980.830.35小计7254.28合计费用(万元)12174.33方案四比方案三的费用多，但不超过10%，故最终选用方案四，即选用立井二水平

43、开拓。2.2.2矿井基本巷道1）井筒矿井共有4个井筒，分别为主立井、副立井、西回风立井、中央回风立井。（1）主井主井井筒采用立井形式，圆形断面，净直径为5m，净断面面积19.63m2，井筒内装备两对12吨长形箕斗，井壁采用混凝土砌碹厚450mm，充填混凝土厚50mm。此外，还布置有检修道、动力电缆、照明电缆、通讯信号电缆、人行台阶等设施。主井井筒断面和井筒特征表见(图2-7，表2-12)。 （2）副井副井井筒采用立井形式，圆形断面，净直径为6m，净断面面积为28.26m2，井筒内装备一对1.0吨矿车双层四车加宽罐笼一对，井壁采用混凝土砌碹支护方式，井筒主要用于提料、运人、提升设备、矸石等。采用

44、金属罐道梁，行钢组合罐道，端面布置，罐道梁采用通梁式布置方式。副井内除装备罐笼外，还设有梯子间作为安全出口，并设有管子道、电缆道。副井井筒断面和井筒特征表分别见(图2-8， 表2-13)。（3）风井风井井筒采用立井形式，圆形断面，净直径为5m，净断面面积为19.63m2，采用混凝土支护方式，井壁厚度为400mm，备有安全出口。风井井筒断面和井筒特征表分别见(图2-9， 表2-14)。（4）风速验算所选定的主、副井作为进风井，风井作为回风井，其断面的大小必须符合风速要求。由第九章矿井通风与安全的风速验算可知，所选择的井筒符合风速要求。2）井底车场及硐室从矿车在井底车场内的运行特点看，井底车场有两

45、大类，即环形式和折反式。本矿井设计年产量为90万吨，设专门运煤上山、运煤石门或运煤大巷，均采用皮带运煤。井底车场只为辅助运输服务。因此选用环形式井底车场，为里保证矿井生产及安全的需要，一般井底车场设有各种硐室。井底车场线路布置及调车方式见(图2-3)。（1）副井进出车线长度验算 L =mnLk+NLj+ Lf (2-8)式中: L主井空重车线长度或副井进出线长度，m； M列车数目，列； N每列车的矿车数，按列车组成计算确定，其一般值见下表2-8，辆； Lk每列矿车带缓冲器的长度，m； Lj每台机车的长度，m； Lf附加长度一般取10m。由式(2-8)知 L =1.5152.0+14.5+10=

46、59.5m。表2-8 列车牵引的矿车数机车粘重固定矿车(t)底卸式矿车(t)1.01.53.03.05.0单机7t架线式30-3514-1612-158t蓄电池式20-2512-161410t架线式3417-1915-1714t架线式29-3426-30双机10t架线式20-3020-22矿井为立井开拓，煤炭由主井箕斗运至地面；物料经副井运至井底车场，在井底车场换装，由电机车运到采区；矸石由辅助运输的一吨小车，用电机车拉到井底车场，由副井的罐笼提升到地面。（1）井底车场的形式和布置方式根据矿井开拓方式，主斜井、副斜井和大巷的相对位置关系，确定为环绕式井底车场，副斜井、井底车场铺轨以矿车辅助运输

47、，。井底车场布置如图2-3。（2）空重车线长度井底车场空、重车线调车线长度按1.5倍列车长度考虑，一列矿车为12个车厢，采用1t固定箱式矿车，型号为MGC1.1-6A外形尺寸(长宽高)20008801150(mm)，取调车线长度为70m。（3）调车方式电机车牵引重列车驶入车场调车线，电机车摘钩，驶过道岔，经过错车线，再经过一个道岔绕到列车尾部，将列车顶入副井重车线。然后，电机车经过绕道，进入副井空车线，牵引列车驶向采区，这种方式称为顶推式。（4）硐室井底车场硐室主要有：井底换装站、井底煤仓、主变电所、主排水泵房、消防材料库井底清理斜巷、水仓、调度室、等候室、保健室、机头硐室联络巷等。（5）井底

48、煤仓井底煤仓的有效容量可按下式计算：Qmc=(0.15-0.25)Amc (2-9)式中： Qmc井底煤仓有效容积，t； Amc矿井设计日产量，t；0.150.25系数。大型矿井取小值，中型矿井取大值。本矿井可取0.25，矿井设计的日产量为2727.3t，则需要井底煤仓的有效容量为： Qmc=0.252727.3=545.46t可得煤仓容积为389.6m3，取煤仓直径为5m，则有效高度为20m主井井底煤仓为一倾斜圆断面煤仓，坐落于主井底段，煤仓直径为5m，有效装煤高度为，经计算煤仓容量为1483t。煤仓采用上装式布置，通过检修清理斜巷清理。水仓布置在井底车场重车线的一侧，水仓开口在重车调车线中

49、部，矿井正常涌水量为270m3/h，最大涌水量为306m3/h，所需水仓的容量为：Q0=3068=2448(m3)根据水仓的布置要求，水仓的容量为: Q=SL (2-10)式中: Q水仓容量，m3； S水仓有效断面积，10.5m2； L水仓长度，317m；则 Q=10.5308=3234m3由上面计算得知：QQ0，故设计的水仓容量满足要求。水仓采用水仓清理机清理。井底车场车场巷道及硐室除煤仓、装卸载硐室等采用现浇混凝土支护外，采用锚喷支护，遇围岩破碎的地方加金属网支护。图2-3 井底车场布置图3）主要开拓巷道主要开拓巷道如运输大巷(图2-4，2-5)，主石门(同运输大巷)均布置在底板砂岩中。由

50、于其服务时间长，为了便于维护，并根据现场使用情况，其断面均采用半圆拱型，并采用锚喷支护，回风大巷断面如(图2-6)，其支护方式采用锚喷。各主要开拓巷道的断面尺寸，均按运输设备的外形尺寸以及规程中的有关安全间隙的要求而确定的，并按通风要求验算风速，验算结果见第九章。图2-4 轨道运输大巷断面布置图表2-9二水平轨道暗斜井、轨道运输大巷及一水平轨道石门断面特征表围岩类别断面/m2掘进尺寸/mm喷射高度/mm锚 杆 /mm净周长/m净掘宽高型式外露长度排列方式间排距锚深规格岩16.118.148004200100树脂锚杆100菱形800200021001615图2-5 皮带运输大巷断面布置图表2-1

51、0 皮带运输大巷及二水平皮带暗斜井断面特征表围岩类别断面/m2掘进尺寸/mm喷射高度/mm锚 杆 /mm净周长/m净掘宽高型式外露长度排列方式间排距锚深规格岩12.813.842003500100树脂锚杆100菱形800200021001615图2-6 回风大巷断面布置图表2-11 一水平回风石门及二水平回风大巷回风上山断面特征表围岩类别断面/m2掘进尺寸/mm喷射高度/mm锚 杆/mm净周长/m净掘宽高型式外露长度排列方式间排距锚深规格岩15.617.648004000100树脂锚杆100菱形800200021001615图2-7 主井井筒断面布置图表2-12 主井井筒特征表井型90万t井筒

52、直径5m井深536m净断面积19.63m2提升容器一对8.0t箕斗井筒支护混凝土砌碹厚400mm，充填厚50mm图2-8 副井井筒断面布置图表2-13 副井井筒特征表井型90万t井筒直径6.5m井深528m净断面积33.17m2提升容器一对1t双层罐笼井筒支护混凝土砌碹厚400mm，充填厚50mm图2-9 风井井筒断面布置图表2-14 风井井筒特征表井型90万t井筒直径5m井深226(前期)，508(后期)净断面积19.63m2井筒支护混凝土砌碹厚400mm，充填混凝土厚50mm。2.2.3大巷运输设备选择本设计采用胶带输送机运输型号为SSJ1400/3355。其技术特征见表2-15。表2-1

53、5 SSJ1400/3355型伸缩带式输送机技术特征表项目数值单位型号SSJ1400/3355输送量2500-3500t/h输送长度2000m带速3.55-4.5m/s输送机类型尼龙整芯阻燃带宽度1.4m贮带长度120m机尾搭接长度15m机头外形尺寸(长宽高)140005340260mm电动机功率3355kW电压6000v质量318t制造厂家兖州煤机厂根据设计规程要求，上山胶带机输送能力应大于或等于顺槽输送机的运输能力，故所选顺送机满足要求。2.2.4矿井提升1）主井提升设备主井井筒净直径为5m，井筒断面面积为19.625.采用箕斗提升，主要用来提升煤；副井井筒净直径为6m，断面面积为28.2

54、6，采用罐笼提升，主要用于提升材料、矸石和人员，并兼作进风和排水作用。根据矿井概况，设计主井采用两套8t双箕斗提升，副井采用一对1t双层罐笼提升。由于本矿井设计年生产能力为90万t/a，考虑到以后矿井生产能力留有足够的余地，选用有效容积为10立方米的JDG9/1104型箕斗，其主要技术规格参数见表2-16表2-16 JDG9/1104型9t箕斗特征表项目单位技术特征型号JDG9/1104箕斗名义载重量T9箕斗有效容积m310箕斗自重t11.6最大提升高度m1300最大外形尺寸mm23001300最大终端载荷KN400提升机选用JKM-3.5/6()型单绳缠绕提升机，卷筒直径3.5m，提升最大高度1290m。表2-17 多绳摩擦式提升机参数表型号JKM-3.5/6()参数单位技术特征主导轮直径M3.5导向轮直径M3钢丝绳最大静张力KN800最小静张力KN230有导向轮时最大直径Mm35根数