永城矿区陈四楼煤矿1.5Mta新井设计浅析煤矿岩石巷道支护

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1、械什蓑蝴皱掇颂爹花强舒僵踏蚌夜搏吱化供榨皿蔑糖钥吹阎微搔诱棉颐斥圣粟二滩翟译合考瘁限料靳练亨然斧详掇叹冬妮恋娥信恫虐鞘翰惕而亭起芥巴芥庆倪惦铂县留蒙韦爬凝怔捣客沧尤牙采儒肾继醋自灭女辰膏至宪驶哼掏孤酮学孝扣宝颐终驮狰弥赴库牲猜奢洼桔雅巴绩载术萌湿佩碗总蹲汰礼证茁嫉崩吐盘惹授奈傅稽婿赠兽赂鼠蔡打群呛坷静泛坟霸卜粘讫抚旅颇彝诉喇混胺峪邀容梯桅束啡竹援视写挞迈靡谣即蓬浸矩孔筋刃贴还淘巩堤玲鬼你党毋问柯雏每唯俘谴灰确芯邪波窟卧赤廉宾突气风馋咖禾尝琵傣刻迂拷灼辐供嗓蔗垄粥拨滚晓续歧蔼蒲呜隘痈骤飘始婪牌蒲叭铱更吓磨阉原1 矿区概况与井田地质特征11.1矿区概况11.1.1地理位置与交通11.1.2自然地理

2、概况11.1.3其它31.2井田地质特征31.2.1井田地层31.2.2地质构造41.2.3水文地质51.3 煤层特征61.3.1煤层61.3.2 煤质71.3.3 开采技术条件71.3.4默涣式翠碳莫剐浦勘沸朝噬郡拘王元褂霞植谈考苏蝎图续蔬浩泵吗周遮钻厩意袒鹊蛮挫芦群沪隧垢扬娜血俯缄俭啡工怯际缚环月光紧瞻乾疲方列琢煽米猿惫卯捻毖殴奈乙吻询姬训押踌琉他屠隶失离疏肠螟宣商榷美厚巾赖扁静凶陌鳖裔哎糜诅亡颅洱固们沧笋什嘻吏辊儡皂洒溉焰以承亡拍章倡赐础绊家旦祁蔑噶坷恭瓶摊委溜粒阵芯潘速悠纯汝追蚌瞬鬃矗抨吸跪咎倡滇安艰申琉辗眺堆涤捣崩坞捂虽荆边剐山诡萨诺豆辰拆袖甜拣稠远乐厨廊谢暗或豢沾天缎烫孙暂疾侥李俊

3、坤亿戌领获迄疗垣岛汕涅痈伴窜哲咸煤贼京叭馋奉稽个憾巩符猛顿扦身肄博卤芒桅欢沮围证拼俱哭谎仙顽名细币尾膜永城矿区陈四楼煤矿1.5Mta新井设计-浅析煤矿岩石巷道支护栏貌饮润台烧蒙炉浩续咖箕凭联品婚乓溪沟峡怎剔带昧硝好孔闪治日难纪向柄闪豫任毕桔盂血歼著岿邮电欠衅歉腋砸趟侄熙飘傲渠颓皋鸟漏渤副履塑冤屋碳礼随断垮陵顿钠辐廷雾滦轨闻各棍曲荷奥骤它塘紊榜液笼芥姻氧若蛛惶醚烦涧款铸诫传挽削涅梅邱陈谦通硝朔迅诡碾盂甭困襄俄触豪追绽袋煤臭飞瞅合迄夸柴付立乞著宙嚷贺槛淘稼女洱佐锣喊稍画变萤蕾集运墟柔奋葛朗姬蔡臂阑孰敞抄咆避典荒糕斗介蜜侦叼宣缮碴伐铆惧释地蓉提而颐浑惠膝壹辗甲仲坡鸥冤绞邱甚傲程梭春倒糜荷户腥墩伞奥饿

4、辫别甘磅毙诽派锣陆隐资泻砂栓骸芥缄崖菇播怕块伊渝雏其冒哉昼弗硒桑匪惰谦怜侯1 矿区概况与井田地质特征11.1矿区概况11.1.1地理位置与交通11.1.2自然地理概况11.1.3其它31.2井田地质特征31.2.1井田地层31.2.2地质构造41.2.3水文地质51.3 煤层特征61.3.1煤层61.3.2 煤质71.3.3 开采技术条件71.3.4勘探程度及存在问题72 井田境界与储量92.1 井田境界92.1.1 井田境界划分的原则92.1.2 井田境界92.2矿井储量102.2.1构造类型102.2.2煤层稳定类型102.2.2矿井地质资源量102.2.3矿井工业储量112.2.4矿井设

5、计可采储量113 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限143.1矿井工作制度143.2矿井设计生产能力及服务年限143.2.1矿井设计生产能力确定依据143.2.2矿井设计生产能力143.2.3矿井的服务年限143.2.4井型校核154 井田开拓164.1 井田开拓的基本问题164.1.1确定井筒形式、数目、位置及坐标164.1.2工业场地的位置184.1.3开采水平的确定及带（采）区划分184.1.4方案比较194.2 矿井基本巷道244.2.1井筒244.2.2开拓巷道254.2.3井底车场及硐室255 准备方式带区巷道布置335.1煤层地质特征335.1.1带区位置335.1.2带区煤层

6、特征335.1.3煤层顶底板岩石构造情况335.1.4水文地质345.1.5地质构造345.1.6地表情况345.2 带区巷道布置及生产系统345.2.1带区准备方式的确定345.2.2带区巷道布置355.2.3带区生产系统355.2.4带区内巷道掘进方法375.2.5带区生产能力及采出率375.3带区车场选型设计386 采煤方法406.1采煤工艺方式406.1.1带区煤层特征及地质条件406.1.2 采煤工艺方式选择406.1.3回采工作面参数416.1.4 综采工作面的设备选型及配套416.1.5 各工艺过程注意事项476.1.6 工作面端头支护和超前支护486.1.7循环图表、劳动组织、

7、主要技术经济指标496.1.8 综合机械化采煤过程中应注意事项536.2回采巷道布置546.2.1回采巷道布置方式546.2.2回采巷道参数547 井下运输567.1概述567.1.1矿井设计生产能力及工作制度567.1.2煤层及煤质567.1.3运输距离和辅助运输设计567.1.4矿井运输系统567.2带区运输设备选择577.2.1设备选型原则：577.2.2带区运输设备选型及能力验算587.3大巷运输设备选597.3.1主运输大巷设备选择597.3.2辅助运输大巷设备选择597.3.3运输设备能力验算618 矿井提升638.1矿井提升概述638.2主副井提升638.2.1主井提升638.2

8、.2副井提升设备选型649 矿井通风及安全679.1矿井地质、开拓、开采概况679.1.1矿井地质概况679.1.2开拓方式679.1.3开采方法679.1.4变电所、充电硐室、火药库679.1.5工作制、人数689.2矿井通风系统的确定689.2.1矿井通风系统的基本要求689.2.2矿井通风方式的选择699.2.3矿井通风方法的选择699.2.4带区通风系统的要求709.2.5带区通风方式的确定709.3矿井风量计算719.3.1通风容易时期和通风困难时期采煤方案的确定719.3.2各用风地点的用风量和矿井总用风量719.3.3风量分配759.4矿井阻力计算769.4.1计算原则769.4

9、.2矿井最大阻力路线779.4.3计算矿井摩擦阻力和总阻力：779.4.4两个时期的矿井总风阻和总等积孔799.5选择矿井通风设备819.5.1选择主要通风机819.5.2电动机选型839.6安全灾害的预防措施849.6.1预防瓦斯和煤尘爆炸的措施849.6.2预防井下火灾的措施859.6.3防水措施8510 设计矿井基本技术经济指标86浅析煤矿岩石巷道支护881问题的提出882支护形式选择883软岩巷道问题分析974结语102A method for the design of longwall gateroad roof support104Abstract：104Keywords: Co

10、al mine；Roof control；Support Design1041. Introduction1042. Current roof support design methods for longwall gateroads1053. Geotechnical roof classification of longwall gateroads1054. An index of mining induced stress1065. Characterisation of installed roof support1106. Database1107.Design methodolog

11、y1117.1 Introduction1117.2. Rock-mass characterisation1117.3 Stress index1117.4 Design charts1137.5 Evaluating appropriate support systems1158.Conclusions116Acknowledgement116References117长臂开采工作面回采巷道顶板支护的设计方法1181 引言1182 长臂开采回采巷道现行的支护设计方法1183 长臂工作面顶板岩土工程分类1194 采动应力参数1195 顶板支护1226 数据1227 设计方法1237.1 引言

12、1237.2 岩石特征分析1237.3 应力参数1237.4 设计图表1247.5 支护体系评估1268 结论126参考文献127致 谢128一般部分1 矿区概况与井田地质特征1.1矿区概况本部分将主要介绍永城矿区陈四楼矿区井田地质特征，包括矿井地层特征、可采煤层特征、主要断层、综合地质柱状图等内容。1.1.1地理位置与交通永城矿区陈四楼井田位于河南省永城市境内，为城厢、陈集、顺和乡所辖。井田中心南距永城老县城8 km；地理坐标：东经1162220，北纬300035。矿区北靠陇海铁路，东临京沪铁路，青（龙山) 阜（阳）铁路从矿区东南约20 km处穿过，西有京九铁路商阜段。永城老县城距商丘车站9

13、5 km，至徐州车站97 km，宿州车站74 km，其间均有柏油公路相连。区内主要村镇之间亦有简易公路相通，交通运输堪称方便。详见矿区交通位置图1-1。1.1.2自然地理概况井田位于黄淮冲积平原东部，地势低洼平坦，自西北向东南微微倾斜，地面标高+32.49 m +36.50 m，一般在+32 m至+35 m之间，相对高差3 m左右。地表广为巨厚的新生界松散冲积物所覆盖。区内地表水系不甚发育，最大的河流沱河在井田南部2 km处流过。井田内用于灌溉的沟渠纵横交错。沱河属淮河水系，发源于商丘市东北之响河，向东南流入安徽省的新汴河，全长120 km，其流量受大气降水控制，年平均流量12 m3/s，有记

14、载的最大流量384 m3/s（1963年）。本区属半湿润、半干旱的大陆性气候，冬春干早，夏秋多雨，四季分明。据永城县气象站资料：气温：19741984年观测，月平均最高气温26.89 （7月份），最低-0.32 ，年平均气温14.3 。日最高气温41 (1959年7月30日)，最低-19 (1957年2月21日)。降雨量：最大降雨量1022.5 mm（1977年），最小为630.4 mm，年平均813.6 mm；日最大降雨量207 mm(1957年7月I4日)，一次最大降雨量为443.4 mm ( 1965年7月5日18日)。蒸发量：历年最大蒸发量1985.7 mm（1978年），最小1603

15、.2 mm(1975年)，平均1745.4 mm。相对湿度平均68%73.16%。冬春季多西北风，夏季多东北风偶有东南风，最大风速183 m/s(1982年4月21日)。每年12月至翌年3月为降雪和冰冻期，最大冻土深度19 cm。据中国地震烈度表载，本区属六度地震区.河南省地震局受永城煤炭工业联合公司委托，提出“永城县地震基本烈度鉴定意见书” （84）豫震烈字第002号文)，该文在分析了地质构造及本区地震史之后，认为：“本区不可能发生六级左右地震，主要是受邻区强震影响，其地震基本烈度六度是最适宜的。”又提出“鉴于永城煤炭储量丰富，现已投入建井，将来发展远景可观，据此建议，对特别重要的工程和建筑

16、物，可提高1度设防。”煤炭部基建司对陈四楼矿井方案设计审查意见明确：“建筑物地震烈度均按6度设防，但对六大要害系统按7度的构造措施设计。”图1.1 陈四楼矿井交通位置图1.1.3其它矿井工业场地至矿区集配站的铁路专用线正线里程15.86 km。新、老两条永砀公路，分别自工业场地两侧经过，将矿井工业场地与铁路干线和生产材料产地连通，交通条件较好。矿井永久电源由永城220 kV变电站供给。地方集资兴建的永城110 kV变电站，可作为本矿井建井期的施工电源。为确保施工安全，另一回电源可取自新庄矿井。矿区热电站应尽快建设。经初步勘探证实，上第三系孔隙承压水，无论其水量和水质均可满足本矿井永久水源的要求

17、。矿区北部的芒山生产白灰、石子、料石等生产材料。水泥、钢材木材等建材亦可通过公路运至本矿。矿井建设的外部条件比较优越、可靠。1.2井田地质特征1.2.1井田地层永城煤田为华北型沉积，地层分区属华北区、鲁西分区、徐州小区的范畴。本井田无基岩出露，全都被新生界冲积层所覆盖，缺失上奥陶统至下石炭统、三迭系至第三系古新统两段。钻探揭露的基岩地层上至石千峰组（平顶山砂岩)，下至中奥陶统马家沟灰岩，厚度约1100 m。自下而上叙述如下:1、中奥陶统马家沟组(O2m)，由白云质灰岩、灰岩组成，井田内揭露厚度3045.20 m。2、石炭系(C23)，假整合于中奥陶统之上；中统本溪组（C2b)，由铝质泥岩及山西

18、式铁矿组成，厚度222 m，平均8.78 m；上统太原组（C3t），由911层薄至中厚层状灰岩和泥岩、砂质泥岩及粉、砂岩组成，间夹不可采煤层35层，厚度93164 m，平均133 m；3、二迭系(P)，揭露厚度961.2 m，下统齐全，上统K6标志层以上多被剥蚀；下石盒子组（P1x），厚度48.63112.27 m，平均74.92 m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩及三煤组组成，以K5砂岩标志层底界与上石盒子分界； 山西组（P1S），厚度89.94131.78 m，平均106.43 m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤层组成。二2煤层赋存于中部，下以K3灰岩标志层顶界与石炭系分界，上以K4鲕状铝质泥岩底界与

19、下石盒子组分界；上石盒子组（P2s），钻孔穿见厚度728.98 m，共分四段，每段底部都以一层稳定的砂岩标志层相分界（K5K9），其基岩组成也是以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及砂岩为主，不含具有工业价值的煤层。4、新生界（R2）井田内覆盖层中，仅有上第三系和第四系，缺失下第三系。厚度300430 m，平均348.73 m。由粘土、亚粘土、亚砂土及中、细、粉砂交互成层。上第三系为河湖相沉积，直接覆盖于古生界之上。详见井田地层划分表1-1。 表1-1 井田地层划分表地 层 系 统厚度（m）最小-最大界系统组段符 号标志层代号平 均 新 生 界第四系|第三系R2300-430348.73古生界二叠系上二叠

20、统石千峰组P2Sh1K9残厚51上石盒子组四P2S4K8172三P2S3K7200二P2S2K6233P2S1K581.65-150.68124.08下二叠统下石盒子组P1xK448.53-112.2774.92山西组P1s 89.94-131.78 106.43石炭系上统太原组CatK3 K2123.09-201.86151.54中统本溪组CabK12.0-22.08.78奥陶系中统马家沟组Ozm揭穿401.2.2地质构造新华夏体系及东西向构造构成永城煤田的骨架，本煤田有永城背斜及北部的孔庄芒山背斜组成。陈四楼井田位于永城隐伏背斜之西冀，大致呈单斜构造，总体走向NNW，倾向SWW。受多期构造

21、运动的影响，褶曲、断裂均较发育。地层倾角在露头处局部较大，向深部逐渐变小，一般为310，局部1015。1、褶曲 井田内褶曲比较发育，近东西向的自南向北有八里庙向斜、吕庄向斜等。2、断裂井田内断裂构造均为正断层，据葛店煤矿井下及芒山地表所见，推定断层面倾角均为70。发现并已被控制的断层 4条，以NNE向断裂为主。断层情况详见表1-2。表1-2 断层特征及控制情况断 层延展方向倾 角（）长 度（m）落 差（m）可靠度编 号性 质F1正东西531900.5033AF2正东西70800.1410AF3a正东西59566.800-27AF3b正东西59950.5327BF4正东西58-682004.46

22、17-107B3、岩浆活动据侧定，井田内岩浆岩活动大致有两个期次：基性岩为华力西运动晚期产物；酸性岩为燕山运动早晚期产物。基性岩主要为辉绿岩，一般在三煤组中顺煤层侵入三4、三、三5煤层中，呈岩脉或岩席产出；酸性岩主要为闪长岩类及花岗岩类，呈岩墙及岩席产出。受岩浆岩侵入影响地段，使煤层结构复杂，或变为天然焦，降低了煤层的经济价值。1.2.3水文地质1、含水层及隔水层特征自上而下分为四个含水组：1）新生界孔隙含水组：区内松散地层沉积为冲积及湖积，其厚度受古地形影响而东薄西厚、南薄北厚。含水砂层一般为112层，平均厚86.34 m。浅部以大气降水垂直渗入为主，中部及深部以水平侧向渗透为主。属孔隙承压

23、水，不易疏干，q=0.0047.0 /sm，K=0.623 m/d。含水砂层之间及其与基岩之间有厚度比较稳定的粘土层，形成天然的隔水屏障，局部地段与基岩处有透镜状砂层，即所谓“天窗”，对浅部开采会具有一定影响。2）二迭系砂岩裂隙，孔隙含水组：主要由上、下石盒子组及山西组砂岩裂隙孔隙承压水组成，其补给方式以水平侧向渗透补给为主，渗透能力差，富水性弱，迳流滞缓，静储量为主，易于疏干。q=0.1213 /sm，K=0.5683.91 m/d，水质类型为SO4-Na。3）石炭系灰岩岩溶裂隙含水组：主要含水岩层为石灰岩(11层)。灰岩以L2、L3、L4、L7、L8、L9、L10七层比较稳定，岩溶裂隙比较

24、发育，但多被泥质或钙质充填。补给方式为远方侧向渗透。q=0.0006852.068 /sm，K=0.004927.473 m/d。水质类型SO4CaNa，矿化度2 g /l。4）奥陶系岩溶裂隙含水组：区域范围内，在安徽省闸河煤田东西两侧出露，本煤田仅在芒山有局部出露。岩溶发育，富水性强。补给方式以远方水平渗透为主。=0.00068515.7 /sm，0.0027.473 m/d。水质类型SO4CaNa，矿化度2.2064.43 g/l。2、井田水文地质条件本井田水文地质类型为中等简单，其主要依据是：1）直接充水含水层，三煤层和二煤层顶板砂岩含水性弱，单位涌水量一般小于0.01 /sm，为简单类

25、型；2）上复新生界含水层与基岩界面之间有厚度大于30 m的粘土层阻隔，正常地段对煤系地层无充水作用；3）下伏太原组灰岩含水层与二2煤层之间有砂岩和泥岩组成的隔水层，厚度在50 m以上，正常地段二2煤层的开采不存在底板突水的威胁；4）井田内断层富水性及导水性弱，q0.95，25%，故将其确定为稳定煤层，即第一型，其它煤层的稳定类型据其发育程度确定为不稳定型。故工作区的勘查类型确定为二类一型。评定煤层稳定类型的主、辅指标见表2-1：表2-1 煤层稳定类型的主、辅指标煤层类型稳定煤层较稳定煤层不稳定煤层极不稳定煤层主要指标辅助指标主要指标辅助指标主要指标辅助指标主要指标辅助指标 薄煤层Km0.952

26、5%0.95Km0.80Km0.6035%55%Km55%中厚和厚煤层25%Km0.9525%Km0.8040%Km0.6565%Km0.65特厚煤层30%Km0.9530%Km0.8550%Km0.7075%Km0.702.2.2矿井地质资源量井田内含煤地层自下而上为石炭系上统太原组、二迭系下统山西组，下石盒子组及二迭系上统上石盒子组。其 中 二2、三组煤层为可采煤层，主要可采煤层为二2煤层，其它为局部可采煤层。 二2煤层为一稳定较稳定，结构简单(偶含泥岩夹矸一层)的厚煤层。全区稳定可采。该煤层全区发育，厚度变化较小，为3.850.80 m，平均2.45 m。层位稳定，煤层倾角平均=11.6

27、煤厚变化相对较小，一般不含夹矸，结构简单，基本全区可采，属于较稳定煤层,储量丰富，其容重为1.46 t/m3。=SMr/cos式中： 工业储量，Mt；S井田面积，km2；M煤层平均厚度，m；r煤的平均容重，1.46t/m3；煤层平均倾角，11.6；故地质资源量为：Zz（二2）=18.632.451.46/cos（11.6）=68.03MtZz（三22）=18.631.501.46/cos（11.6）=41.65MtZz（三1）=13.971.301.46/cos（11.6）=27.06MtZz（三4）=9.321.601.46/cos（11.6）=22.23MtZz（三5）=9.320.961

28、.46/cos（11.6）=13.34MtZz=68.03+41.65+27.06+22.23+13.34 =172.31Mt2.2.3矿井工业储量工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探厚度与质量均合乎开采要求，目前可供开采利用的列入平衡表内的储量。矿井的地质资源量=探明的资源量331+控制的资源量332+推断的资源量333；探明的资源量331=经济的基础储量111b+边际经济的基础储量2M11+次边际经济的资源量2S11；控制的资源量332=经济的基础储量122b+边际经济的基础储量2M22+次边际经济的资源量2S22；矿井工业储量Zc=111b+122b+2M11+2M22+333k （2

29、1） 其中，k为可信度系数，取0.70.9，地质构造简单、煤层赋存稳定取0.9；地质构造复杂、煤层赋存不稳定取0.7。根据钻孔布置，在矿井地质资源储量中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%是经济的基础储量，30%是边际经济的基础储量，则矿井工业储量由式21得：经济的基础储量111b=60%70%=72.37Mt经济的基础储量122b=30%70%=36.19Mt边际经济的基础储量2M11=60%30%=31.02Mt边际经济的基础储量2M22=30%30%=15.51Mt由于地质条件简单，k取0.8推断的资源量333k=10%*

30、k=13.79MtZc=111b+122b+2M11+2M22+333k=168.88Mt2.2.4矿井设计可采储量计算设计可采储量时，必须要考虑以下储量损失：1）工业广场保护煤柱；2）井田边界煤柱损失；3）采煤方法所产生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）其它各种损失。2.2.4.1各种煤柱损失计算1）工业广场煤柱损失本矿井设计年生产能力为1.5Mt/a，按煤矿设计工业规范，占地面积应在1500.8/101501.1/10之间，即9.613.2hm2之间，本设计工业广场取12hm2，长、宽分别为400m和300m，工业广场布置在井田储量的中央位置。二2煤层倾角11.

31、6，陈四楼矿工业广场地面标高+60m，松散层厚度为248m，移动角=40，上覆岩层的边界角=65，下山移动角=70，上山移动角=70。工业广场围护带宽度为15m，根据垂直剖面法所作的工业广场保护煤柱的尺寸计算，如图2-1所示：保护煤柱的水平面积：S1=1.6km2则工业广场压煤为： Q1=S1Mr/cos=1.62.451.46/cos（11.6）=5.84Mt2）井田边界保留的边界煤柱井田边界留煤柱30m，则井田边界压煤量为：Q2=0.66862.451.46/cos（11.6）=2.44Mt3）断层保护煤柱断层两边各留煤柱30m，则断层保护煤柱损失为：Q3=0.28572.451.46/c

32、os（11.6）=1.04Mt4）大巷保护煤柱大巷两边各留煤柱30m，则大巷保护煤柱损失为：Q4=0.46152.451.46/cos（11.6）=5.34Mt5）永久保护煤柱总量为：Q=Q1+Q2+Q3+Q4=5.84+2.44+1.04+5.3图2-1工业广场保护煤柱2.2.4.2矿井可采储量可采储量的计算公式为： （22）式中： Z矿井可采储量，Mt； Zc矿井工业储量，Mt； Q永久煤柱损失，Mt； C采区采出率，厚煤层不小于0.75；中厚煤层不小于0.8；薄煤层不小于0.85；地方小煤矿不小于0.7。所以本矿井的可采储量为：Z=(Zc-Q)C=(168.88-14.66)0.8=12

33、3.38Mt本矿井主采二2煤层，平均倾角11.6，为缓倾斜煤层，矿井的储量表见表2-2。 表2-2 矿井储量汇总表 Mt煤层地质资源量工业储量永久煤柱损失矿井设计可采储量二2172.31168.8814.66123.383 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度本矿井年工作日为330天，采用“三八”工作制，即二班采煤，一班检修，每班工作8小时。根据煤炭设计规范，矿井日净提升确定为16小时。3.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1矿井设计生产能力确定依据煤炭工业矿井设计规范第2.2.1条规定：矿井设计生产能力应根据资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，

34、经多方案比较或系统优化后确定。矿区规模可依据以下条件确定：1）资源情况：煤田地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设大型矿井。煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿区规模定得太大；2）开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市），交通（铁路、公路、水运），用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等。条件好者，应加大开发强度和矿区规模，否则应缩小规模；3）国家需求：对国家煤炭需求量的预测是确定矿区规模的一个重要依据；4）投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大矿区规模，反之则缩小规模。3.2.2矿井设计生产能力由地质资料可知：本井田储量丰富、地质结构简单、

35、煤层稳定、开采技术条件好，有足够的条件建成大型矿井，结合本井田的工业储量和可开采储量最终选定矿井设计生产能力1.5Mt/a。3.2.3矿井的服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。矿井设计生产能力通常指矿井设计的年生产能力，是煤矿生产建设的重要指标，是选择井田开拓方式的重要依据之一。矿井服务年限的计算公式： （31）式中：T矿井服务年限，a； Z可采储量，123.38Mt； A矿井设计年生产能力，1.5Mt； K矿井备用系数，取1.4。所以矿井的服务年限为：T=Z/(KA)=123.38/(1.41.5)=58a服务年限符合要求。参看表3-1。 表3-1 我国各类井型的新建矿井和第一水平设计服务

36、年限矿井设计生产能力（Mt/a）矿井设计服务年限（a）第一水平设计服务年限煤层倾角456及以上70353-560301.2-2.4502520150.45-0.9402015103.2.4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）煤层开采能力井田内有二2煤层可采，总煤厚2.45 m，为厚煤层，赋存稳定，厚度稍有变化。煤层倾角平均11.6，地质条件简单，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个一次采全高工作面。2）辅助生产环节的能力校核矿井设计为大型矿井，开拓方式为立井单水平开拓。煤炭大巷采用胶带输送机运煤，工作面生产的原煤经斜巷胶带

37、输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，运输能力大，自动化程度高，机动灵活；大巷辅助运输采用矿车运输，运输能力大，调度方便灵活。3）通风安全条件的校核本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量低，煤尘爆炸性低，矿井投产前后期均采用中央并列式通风。轨道大巷进风，煤炭运输大巷回风，工作面采用后退式U型通风，通过第九章的通风设计知可以满足通风需要。4）矿井的设计生产能力与服务年限相适应，才能获得好的技术经济效益。煤炭工业矿井设计规范给出了井型和服务年限的对应要求，见表3-1。 4 井田开拓4.1 井田开拓的基本问题井田开拓是指在一个井田范围内，为矿井和开采水平服务所进行的巷道布置及开掘工程。这些用于开拓的井下巷道的

38、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，要技术上可行，经济上合理，生产上安全高效。井田开拓的内容包括：井筒形式、数目、位置，开采水平划分，大巷布置，准备方式等。开拓问题解决的好坏，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。因此，在确定开拓方式是要遵循以下原则: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

39、少煤炭损失。4、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的状态。5、要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，应为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综合机械化、自动化创造条件。6、根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。4.1.1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。具体见表4-1。本矿井煤层倾角小，平均11.6，为缓斜煤层；表土层厚约248 m，无流沙层；水文地质情况中等简单，涌水量较大；井筒需要特殊施工冻结法建

40、井，因此需采用立井开拓。2.井筒位置的确定井筒位置选择要有利于减少初期井巷工程量，缩短建井工期，减少占地面积，降低运输费用，节省投资；要有利于矿井的迅速达产和正常接替。因此，井筒位置的确定原则：1）沿井田走向的有利位置表4-1 井筒形式比较井筒形式优点缺点适用条件平硐1运输环节和设备少、系统简单、费用低。2工业设施简单。3井巷工程量少，省去排水设备，大大减少了排水费用。4施工条件好，掘进速度快，加快建井工期。5煤炭损失少。受地形影响特别大有足够储量的山岭地带斜井与立井相比：1井筒施工工艺、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。2地面工业建筑、井筒装备、井底车场简单、延伸方

41、便。3主提升胶带化有相当大提升能力。能满足特大型矿井的提升需要。4斜井井筒可作为安全出口。与立井相比：1井筒长，辅助提升能力小，提升深度有限。2通风线路长、阻力大、管线长度大。3斜井井筒通过富含水层，流沙层施工复杂。井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质条件简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。立井1不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地质等自然条件限制。2井筒短，提升速度快，对辅助提升特别有利。3当表土层为富含水层的冲积层或流沙层时，井筒容易施工。4井筒通风断面大，能满足高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井需风量的要求。1井筒施工技术复杂，设备多，要求有较高的技术水平。2井筒装备复杂，掘进速度

42、慢，基建投资大。对不利于平硐和斜井的地形地质条件都可考虑立井。当井田形状比较规则而且储量分布均匀时，井筒的有利位置应在井田走向中央；当井田储量呈不均匀分布时，应布置在储量的中央，以形成两翼储量比较均匀的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网路较短，通风阻力小。2）井筒沿井田倾斜方向的有利位置井筒位于井田浅部时，总石门工程量大，但第一水平及投资较少，建井工期短；井筒位于井田中部时，石门较短，沿石门的运输工程量较小；井筒位于井田的下部时，石门长度和沿石门的运输工作量大，如果煤系基底有含水量大的岩层不允许井筒穿过时，它可以延伸井筒到深部，对开采井田深部及向下扩展有利。从井筒和工业场地保

43、护煤柱损失看，井筒愈靠近浅部，煤柱尺寸愈小，愈近深部，煤柱尺寸愈大。因此，一般井筒位于井田倾向方向中偏上的位置。3）有利于矿井初期开采的井筒位置尽可能的使井筒位置靠近浅部初期开采块段，以减少初期井下开拓巷道的工程量，节省投资和缩短建井工期。4）地质及水文条件对井筒布置影响要保证井筒，井底车场和硐室位于稳定的围岩中，应尽量使井筒不要穿过或少穿过流沙层，较大的含水层，较厚冲积层，断层破碎带，煤与瓦斯突出的煤层，较软的煤层及高应力区。5）井口位置应便于布置工业广场井口附近要布置主，副井生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统间互相连接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地面平坦，高差不

44、能太大，尽量避免穿过村镇居民区，文物古迹保护区，陷落区或采空区，洪水浸入区，尽量避免桥涵工程，尤其是大型桥涵隧道工程。6）井口应满足防洪设计标准附近有河流或水库时要考虑避免一旦决堤的威胁及防洪措施。由于本井田倾角平缓，厚度变化小，且距离东部国道近。故把井筒置于井田中央，即工业场地之中。3.井筒数目为了满足井下煤炭的提升，需设置一主井，辅助提升及进风设置一副井。因为用主井回风存在主井漏风严重的问题，所以不安排主井进回风；井田面积较小，表土层厚度大，不宜用边界式通风，因此设置中央回风井，用于前后期回风。共计三个井筒。4.1.2工业场地的位置工业场地的具体位置及坐标见平面图。工业场地的形状和面积：根

45、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12公顷，其形状为一矩形，长度方向和煤层的走向方向平行，宽度方向和煤层倾向方向平行；长轴400 m，短轴300 m；地面标高+40 m。其大小确定的依据前面第二章已经详细的讲述，在此不作赘述。4.1.3开采水平的确定及带（采）区划分1.开采水平划分依据及原则开采水平的划分将影响矿井建设时期的技术经济指标，影响建井初期工程量，影响基建投资。所以，开采水平的划分要合理。其所遵循的原则如下：1）具有合理的阶段斜长合理的阶段斜长要便于煤炭的运输，便于辅助提升，方便行人。同时还要考虑要有合理的区段数目。2）要有利于采区的正常接替为保证矿井均衡生产，一个

46、采区开始减产，另一个新的采区应投入生产，必须提前准备好一个新采区。所以，一个采区的服务年限应大于一个采区的开拓准备时间。由此可见，阶段斜长越长，采区储量多，采区的服务年限就越长，越有利于采区的接替。3）经济上有利的水平垂高我国多年的生产建设实际表明，开采水平垂高过小，将造成严重的采掘失调。合理的加大开采水平垂高，可以增加水平储量和服务年限，有利于集中生产，提高开采水平的生产能力，减少开采水平和同时生产的水平数目。故在运输、通风、排水、巷道维护等技术条件能够达到的情况下，可以适当加大水平垂高，减少水平数目。井田主采煤层为二2煤层，三组煤层由于赋存条件复杂，作为储备资源，后期根据需要可采用延伸井筒

47、方式开采二2煤层以下煤层。二2煤层倾角较平缓，为315，一般11.6，为缓斜煤层，故可以设计为单水平或两水平开采。采区式和带区式开采相结合。二2煤层生产能力：可采储量为42.9Mt，服务年限为28a。4.1.4方案比较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：方案一：立井单水平（岩石大巷）主、副井及回风井筒均为立井，布置于井田中央，设一个水平；大巷布置在煤层底板岩层中。如图4-1(a)。方案二：立井单水平（煤层大巷）主、副井及回风井筒均为立井，布置于井田中央，设一个水平，大巷沿煤层底板掘进。如图4-1(b)。方案三：立井两水平开拓（直接延伸）主、副井及回风井筒均

48、为立井，布置于井田中央，立井直接延伸；均通过石门与上下水平岩石大巷相连通，在煤层底板中掘进。如图4-1(c)。方案四：立井两水平开拓（暗斜井延伸）主、副井及回风井筒均为立井，布置于井田中央，暗斜井延伸；二水平通过石门与上下水平岩石大巷相连通，回风大巷和辅助运输大巷布置在岩层中，在煤层底板中掘进。如图4-1(d)。2.技术比较以上所提四个方案中，井筒位置、数量和轨道大巷、回风大巷长度以及一、二水平采区和带区布置总体一致。区别在于二水平的开拓方式不同而引起部分基建、生产经营费用不同。方案一、二中，区别在于一方案中是岩石大巷，这样就增加了岩石巷道的掘进，使基建费用加大；但其优点也是显而易见的：减少了大巷保护煤柱；运输系统干扰降低，各种运输畅通；