千矿1.8 Mt新井设计毕业设计

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1、 摘 要本设计包括二个部分：一般部分和专题部分。一般部分为千秋煤矿1.8 Mt/a新井设计。义马煤业集团千秋矿位于河南省义马市及渑池辖区，千秋井田西部以41勘探线与耿村矿为界，东部以北露天矿、跃进矿为界，北部至煤层露头。全井田走向长4.274.95 km，倾斜长2.83.2 km，则井田的水平面积14.1 km2。主采煤层为二1号煤，平均倾角为12，煤层平均总厚为10.8 m。井田地质条件较为简单。井田工业储量为213.19 Mt，矿井可采储量148.21 Mt。矿井服务年限为63.3 a，矿井正常涌水量为385.4 m3/h，最大涌水量为500.6 m3/h。矿井瓦斯和CO2 涌出量为32.

2、33 m3/min和8.39 m3/min，相对涌出量分别为11.35 m3/t和2.53 m3/t，为高瓦斯矿井。井田矿井开拓方式为双立井二水平，暗斜井延伸，上下山开采，一水平标高为+200 m，二水平标高为0 m。矿井采用走向长壁后退式综采放顶煤全部垮落法综合机械化采煤法。井下大巷运输采用蓄电池式电机车运输，运煤采用胶带输送机，辅助运输采用1.5t固定箱式矿车。矿井通风方式为两翼对角式通风。矿井年工作日为330 d，工作制度为“四六”制。一般部分共包括10章：1.矿区概述及井田地质特征；2.井田境界和储量；3.矿井工作制度和设计生产能力；4.井田开拓；5.准备方式；6.采煤方法；7.井下运

3、输；8.矿井提升；9.矿井通风与安全；10.矿井基本技术经济指标。专题部分对综采放顶煤瓦斯防治技术分析进行了讨论。关键词：立井开拓；综采放顶煤；两翼对角式通风目 录摘 要I一般部分1 矿区概述及井田地质特征11.1 矿区概述11.2 井田地质特征21.3 煤层埋藏条件42 井田境界和储量72.2 矿井工业储量82.3 矿井可采储量83 矿井工作制度和设计生产能力133.1矿井工作制度133.2矿井设计生产能力及服务年限134 井田开拓174.1 井田开拓的基本问题174.2 矿井基本巷道324.3井底车场374.4井底车场硐室405 准备方式435.1 煤层地质特征435.2 采区巷道布置及生

4、产系统435.3采区车场选型设计536 采煤方法576.1 采煤工艺方式576.2 回采巷道布置697 井下运输717.1概述717.2采区运输设备727.3 大巷运输设备798 矿井提升858.1 矿井提升概述858.2 提升容器的选型计算858.3 提升钢丝绳的选择计算898.4 提升机与天轮的选择计算918.5 提升电动机的预选928.6 提升机与井筒的相对位置939 矿井通风与安全959.1 概述959.2 矿井所需风量的计算999.3全矿井通风阻力1069.4 选择矿井通风设备1119.5 防止特殊灾害的安全措施11510 设计矿井基本技术经济指标119参考文献120专题部分综采放顶

5、煤瓦斯防治技术分析1231 概述1232 国内外瓦斯治理现状及问题的提出1243 综采放顶煤瓦斯涌出规律1253.1 综放工作面瓦斯涌出规律1253.2 综放工作面采空区瓦斯分布规律1264 综放工作面瓦斯综合治理技术1274.1 综放工作面初采期瓦斯治理技术1274.2 走向高抽巷抽放瓦斯技术1294.3 U+I形通风治理综放面技术1315 结束语133参考文献135致 谢136III第 1 页 共 142 页 1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 矿区地理位置与交通条件义马煤业（集团）有限责任公司千秋煤矿（以下简称“千秋煤矿”）位于河南省义马市南12 km，义马煤田中部，属

6、义马市及渑池县辖区，地理座标东径1114511-1115105，北纬344136-364316。陇海铁路从井田内穿过，工业广场有铁路专用线与陇海铁路在义马站接轨，专用线长4 km。310 国道横贯井田北部，距工业广场0.7 km。连霍高速在井田北3 km处经过，交通条件极为便利（附交通位置示意图1-1）。图1-1 千秋煤矿交通位置示意千秋煤矿是义马煤业（集团）的骨干矿井，属国有重点企业矿井1956年筹建，1958年简易投产，原设计生产能力0.90 Mt/a，主要开采二1煤层及二3煤层。井田境界由57个拐点坐标连接而成，面积14.116 km2。开采深度由露头至-200m，该矿始建于1956年，

7、矿井原设计生产能力为0.90 Mt/a，后经改造，井田面积扩大，矿井生产能力提高，近年来产量一直维持在1.50 Mt/a左右。2006年矿井核定生产能力为1.52 Mt/a。1.1.2 矿区地形本井田以侏罗系为骨架，上部广为第四系亚粘土所覆盖，地形较为复杂，属低山丘陵区，标高+437.20 m+570.73 m，最大相对高差233.53 m，整个井田地势南高北低，在井田南部构成近东西向的分水岭，标高+457.00 m+670.73 m，井田内南北向及东西向冲沟发育，井田北部较平坦。1.1.3 矿区气候条件本井田为大陆性气候，四季分明，雨量较为充沛和集中。据渑池气象站资料，最高气温41.6 ，最

8、低气温-18.7 ，年平均气温12.3 。年最大降水量为1013.6 mm，最小为371.2 mm，月最大降水290.5 mm，日最大降水为131.8 mm，月均最大降水量为7月，降水量为149.5 mm，7、8、9月份降水量占全年的55%。年最大蒸发量为2368.7 mm，最小为1583.8 mm，年均1951 mm，月均最大蒸发量为293 mm，最小为81 mm（1月）。平均绝对湿度为11 毫巴，相对湿度64%。5-9月以东-东南风为主，10月-翌年4月份以西西北风为主，平均风速3.3 m/s，最大风速20 m/s。冻结期为11月-翌年3月，冻结天数为31-93 d，最大冻结深度为0.34

9、 m。1.1.4 矿区水文情况南涧河发源于陕县观音堂，英豪山南麓，据以往资料，本井田内南涧河旱季流量2.26 m3/s，雨季山洪暴发流量为1446.5 m3/s。石河发源于井田北部山区，平时河床几乎无水，雨后山洪暴发，流量剧增，持续时间较短，为典型的间歇性河流。在该矿老工业广场西汇入南涧河。井田内地表水和地下水经冲沟汇入南涧河。1.1.5 水源及电源老工业场地已有完整的给水系统，经验算能满足生产生活要求。新副井工业场地食堂及职工饮用水水源为一眼老水源井，生活用水以及消防用水水源为井下清水点涌水。主斜井生产用水利用处理后的矿井排水，生活用水可从新副井拉水。千秋煤矿的供电分东部、西部两大部分。东部

10、供电从原工业广场东三十里铺35 kv变电所引出两路6 kv电源线LGJ-150，1.5 km至千秋矿工业广场变电所，一用一备。西部供电从耿村变电所和总机厂变电所引35 kv架空线至主斜井35 kv变电所，两个回路供电，一用一备。新井区双回路电源引自主斜井35 kV变电所，导线型号为LGJ-240，电压等级为6 kv，供电距离1.5 km。1.2 井田地质特征1.2.1 地层情况井田内地层由老到新为三叠系、侏罗系、白垩系、第三系和第四系。现简述如下：1）三叠系上统潭庄组（T3）：井田内揭露最大厚度为23.54 m，岩性组合物征为：以灰绿色泥岩为主，次为浅绿灰浅灰色细砂岩和粉砂岩，偶夹薄煤层，顶部

11、风化带明显。2）侏罗系中统义马组（Js）：为井田含煤地层，煤系保留厚度20.199.86 m。义马组含煤岩系自下而上划分为四段：底砾岩段，厚0.332.81 m，平均7.7 m，下含煤段，厚5.3139.34 m，平均38.22 m，该段为义马组主要含煤段，含二煤组（二1煤、二3煤）；泥岩段厚4.442.2 m，平均24 m，上含煤段09.09 m，平均3.0 m。3）侏罗系中统马凹组（J2）：厚0214.7 mm，一般178.06 m，本组由紫红色泥岩，粉砂岩，灰绿色粉砂岩、细砂岩和杂色砾岩组成。4）侏罗系上统巨厚砾岩：厚0371.13 m，一般厚168.68 m，本统为一套巨厚冲积扇相砾岩

12、层。砾石主要成分为石灰岩，次为石英砾岩，含少量火成岩。5）白垩系（K）：厚0269.98 m，为一套凝灰质碎屑岩系。6）上第三系（N）：厚023.27 m，井田内呈不规则分布，以肉红色、灰白色泥灰岩为主。7）第四系（Q）：厚037.4 m，中、上部为砂质粘土和含砾粘土，底部为土黄或砖红色粘土砾层，砾石成分主要为石英岩及石英砂岩。1.2.2 地质构造1）井田基本构造形态：千秋井田位于义马向斜北翼，基本构造形态为简单的单斜构造。地层产状平缓，走向近东西，倾向南，倾角912平均为10。沿走向略有变化。2）断裂构造：井田内断裂构造相对较发育，尤以北北东北东向小断裂发育，按其展布方向和力学性质可划分为近

13、东西向压扭性断裂和北东北东向张扭性断裂两组（附千秋井田断层特征及控制情况一览）。表1-1 秋井田断层特征及控制情况一览编号性质产状落差（m）可靠性走向倾向倾角F1正N22W北偏东508001.45可靠F2正N28W北偏东457501.72可靠F3正N70W北偏东7502.0可靠F4正N38W北偏东6801.9可靠F5正N26E北偏西5602.2可靠F6正N16E北偏西2075038可靠F8正N25E南偏东4784042可靠F16逆N35E北偏西307531102可靠1.2.3 水文地质特征井田地质构造简单，地表为第四系粘土黄土覆盖，基岩零星裸露地表，各含水层间均有稳定的隔水层，大气降水、地表水

14、多呈地表径流排泄，向地下渗透有限，仅通过基岩风化带，导水裂隙及断层带产生越流补给，其它各含水层间无明显水力联系。1）地表水井田内主要地表水为南涧河和石河，石河为南涧河的支流，于下石河处汇入南涧河，汇水面积60.8 km2。南涧河经井田浅部横贯东流，汇入洛河，义马以上流域面积576 km2。旱季流量2.26 m3/s，1972年、1982年由于干旱曾断流两次。最大洪水流量为1446.5 m3/s，最高洪水标高为+445.8 m。雨季地表水沿冲沟排入南涧河，该河为一典型的季节性河流。2）含（隔）水层含水层：主要有 第四系底部砾卵石层孔隙潜水含水层，厚01.67 m，井田内局部沉积，岩性由石英砂岩和

15、砾卵石组成。 第三系泥灰岩，砾岩岩溶孔隙裂潜水承压含水层，厚023.27 m，平均5.00 m，井田内均有不同程度的沉积，泥灰岩质纯，峰窝状溶洞发育。 侏罗系上统巨厚砾岩孔隙裂隙潜水承压含水层，厚96.35435.5 m，平均410.4 m，本层位于井田中部山脊及其以南地段，呈半裸露状态分布。 侏罗系中统成凹组砾岩孔隙裂隙承压含水层，厚4.25131.1 m，平均53.93 m，其砾岩含量在井田内向东向西逐渐减少，局部地段以透镜体状态出现。 侏罗系中统义马组底砾岩孔隙裂隙承压含水层，厚032.81 m，平均7.7 m，分布于井田浅部和东部，且由东向西千逐渐变薄。隔水层：主要有： 第四系隔水层，

16、厚036.76 m，井田内广泛分布，岩性由黄色粉砂质粘土和粘土组成。 侏罗系中统马凹组粉砂岩，隔水层，厚50.2186.96 m，平均132.19 m，由紫红色粉砂岩，泥岩，细砂岩，砂质泥岩组成。 侏罗系中统义马组二煤顶板泥岩隔水层，厚4.442.2 m，平均24 m，岩性由深灰、灰黑色泥岩组成。 三迭系延长群隔水层，厚度大于23.52 m，岩性以灰色泥岩为主，粉砂岩、细砂岩次之，具水平层理。据河南理工大学2006年编制的义马煤业（集团）有限责任公司千秋煤矿矿井地质报告预测矿井正常涌水量275 m3/h，最大涌水量313 m3/h。另据义马矿务局1990年编制义马矿务局千秋煤矿矿井地质报告资料

17、，矿井年平均涌水量为385.4 m3/h，最大涌水量500.6 m3/h，二水平正常用涌水量为229.8 m3/h，最大涌水量358.8 m3/h。设计按90年地质报告所提涌水量设计。综上所述，本矿井属水文地质条件简单的孔隙水顶板间接充水型矿床。1.3 煤层埋藏条件1.3.1 煤层埋藏条件本井田含煤地层为侏罗系义马组，主要可采煤层为二1煤和二3煤。二1煤在井田内全部可采，煤层倾角1014，煤层厚7.8010.02 m，平均纯厚度6.5 m，煤层结构较为简单，含稳定夹矸两层。二3煤上距二1煤5080 m，平均图1-2 千秋矿煤岩综合柱状70 m，煤层赋存稳定，井田内全部可采，煤层厚度3.6212

18、.67 m，其中纯煤厚平均0.2617.16 m，平均10.8 m。1.3.2 煤质特征煤种牌号为长焰煤，原煤灰分18.52%，属中灰；硫分为0.83%，属特低硫煤；含磷0.061%，属中磷煤，发热量5000大卡左右，挥发分为40.86%，煤的工业利用方向可作为动力煤，悬浮床气化用煤和民用燃料。1.3.3 斯、煤尘及煤的自燃1）瓦斯根据千秋矿2006年瓦斯监定结果：瓦斯和CO2绝对涌出量为32.33 m3/min和8.39 m3/min，相对涌出量分别为11.35 m3/t和2.53 m3/t。根据河南省煤炭工业局豫煤安【2006】1078号文“河南省煤炭工业局关于下达2006年度国有重点煤矿

19、瓦斯等级鉴定结果的通知”千秋煤矿为高瓦斯矿井，因此该矿井为高瓦斯矿井。2）煤尘利用煤尘煤样进行煤尘爆炸性鉴定试验，其火焰长度0 mm，岩粉含量0，没有爆炸危险，属无爆炸危险煤层。3）煤的自燃发火利用煤芯煤样进行的煤层自燃性鉴定试验，煤的自燃倾向等级为易自燃煤层，自燃发火期为50 d。4）地温随着矿井开采深度增加，无疑地温将随之加大，据千秋矿延深勘探地质报告，地温梯度为1.341.98 /100 m，平均1.66 /100 m，-200 m水平，其地温均小于30.5 。本井田基本无热害区。第 121 页 2 井田境界和储量2.1 井田境界在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田

20、各部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则有：1）井田范围内的储量，煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相适应；2）保证井田有合理尺寸；3）充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等；4）合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。2.1.1 井田范围千秋矿位于河南省义马市境内，坐标为东径1114511 -111 51 05，北纬344136-364316。千秋矿东接跃进矿和北露天矿，西与耿村矿相邻北至二1煤层露头。矿井浅部以二1煤层露头为界，深部至二1煤层-200 m底板等高线。北部边界：至二1煤层地表露头。东部边界：至跃进矿西采区保护煤柱和F8断层为界。东北边界：至北露天矿

21、西采区为界。西部边界：至耿村矿东三采区为界。西南边界：以F16断层与耿村矿为界。南部边界：以二1煤层-200底板等高线为界。千秋井田西部以41勘探线与耿村矿为界，东部以F8断层和北露天矿、跃进矿为界，北部至煤层露头，深部(南)37576000经线与41勘探线间以F16断层为界。全井田走向长4.954.27 km，倾斜长2.83.2 km。面积14.1 km2。2.1.2 井田尺寸井田的走向最大长4.95 km，最小长度4.27 km，平均走向长度4.7 km；倾斜方向的最大长度3.2 km，最小长度2.8 km，平均倾斜长度3.0 km。煤层的最大倾角14，最小倾角10，平均倾角为12。井田的

22、水平面积按下式计算： S=HL （2-1） =47003000 =14.1 km2式中： S 井田的水平面积，m2； H 井田的平均倾斜宽度，m； L 井田的平均走向长度，m。则井田的水平面积为14.1 km2。2.2 矿井工业储量2.2.1 储量计算基础1）根据千秋井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算。2）根据煤炭资源地质勘探规范关于化工、动力用煤的标准：计算能利用储量的煤层最低可采厚度为0.8 m，原煤灰分不大于40%，计算暂不能利用储量的煤层厚度为0.7 m 0.8 m。3）储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05 m时，与煤分层合并计算，复杂煤层的夹石总厚不超过每分层厚度的50%时，以

23、各煤层分层总厚度作为储量计算厚度。4）井田那主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探过程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。5）煤层容重： r=1.4 t/m32.2.2 工业储量计算根据储量计算公式 Zg=SMr （2-2） =14.110.81.4 =213.19 Mt式中： Zg 工业储量，Mt； S 井田面积，m； M 厚度，m； 容重，t/m。2.3 矿井可采储量2.3.1 安全煤柱留设原则1）工业场地、井筒、水库等均留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星的村庄不留设保护煤柱。2）各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定。用岩层移动角确定工业场地、村庄煤柱，用裂隙角确定

24、水库煤柱。岩层移动角70，裂隙角75。3）维护带宽度：风井场地20 m，村庄10 m，其他15 m。4）断层煤柱宽度50 m，井田境界煤柱宽度30 m，风化带保护煤柱宽度为50 m。煤矿设计规范中若干条文修改决定的说明中第十五条关于减少广场占地问题中，工业场地（包括选煤厂）占地面积指标应控制在表2-1的范围内。表2-1 工业场地占地面积指标明细井型（万t/a）占地面积指标（公顷/10万t）240及以上1.01201801.245901.59301.8经设计验算，矿井的设计生产能力为1.8 Mt吨/年。根据上述规定，工业场地的占地面积应为21.6 公顷。取南北450 m，东西480 m，的矩形布

25、置工业场地，工业广场布置在井田的中上部。2.3.2 矿井永久保护煤柱损失量1）井田边界保护煤柱：井田边界保护煤柱线长约15150 m，边界煤柱取30 m P1=30 L H r （2-3）式中： P1 井田边界煤柱损失量； L 井田边界保护煤柱线长度；H 煤层厚度；r 煤容重。 P1=301515010.81.4=6872 kt2）断层保护煤柱：三大断层总长需留煤柱5445 m，两侧各留30 m保护煤柱。P2 =30 L H r （2-4）式中：P2 断层煤柱损失量； L 断层长度； H 保护煤层厚度； r 煤的容重。P2=5445309.01.4=2469.9 kt2）工业广场保护煤柱工业广

26、场受保护面积边界是由工业广场的边界向外加上一部分备用量即围护带确定的，受保护边界一般不是直接以工业广场的外边界为准，而是取平行于煤层走向或倾斜方向的与工业广场外边界相连的直线所围成的面积，作为受保护的边界。工业广场的保护煤柱是从受保护的边界起，按基岩移动角、和及表土层移动角所做的保护平面与煤层的交线来确定。保护煤柱的留设与计算一般用垂直断面法求得，计算方法与步骤如下：确定受保护面积如图2-2所示，在开拓平面图上通过建筑物四个角分别做平行与煤层走向和倾斜的四条直线，得矩形abcd。在矩形的外缘加上15 m宽的维护带，得受保护面积abcd。图2-1 用垂直断面法确定工业广场保护煤柱示意煤柱煤量计算

27、工业广场保护煤柱煤量计算公式如下：P3 = S H r （2-5）式中：P3 工业广场保护煤柱煤量； S 梯形面积； H 煤层平均厚度； r 煤层容重。工业广场按级保护，围护带宽度为15 m，本矿井设计生产能力为1.8 Mt，由表2-1知，工业广场面积取1.2 ha/0.1 Mt，即21.6 公顷，形状为长方形，长为450 m， 宽为480 m，地表层移动角及岩层移动角见表2-2。表2-2 地表层移动角及岩层移动角地表层厚度（m）()()()()2045757565经计算得：梯形高度h=607.65 m；梯形上底AB=650 m；梯形下底CD=707 m，得S底=0.5（650+707）607

28、.65=412290.53 m2。所以 工业场地煤柱量412290.5310.81.46233832 t故 总工业场地煤柱量6233.8 kt3）村庄保护煤柱根据煤炭工业设计规范补充规定，为保证安全，村庄下必须留设保护煤柱。但是村庄已迁出，无需留村庄保护煤柱。4）保护煤柱总的储量损失为：623.38+246.99+687.2=15575.7 kt表2-3 保护煤柱损失量煤柱类型占用储量/万t工业广场保护煤柱623.38断层保护煤柱246. 99井田边界保护煤柱687.2村庄保护煤柱0合计1557.572.3.3 矿井可采储量矿井可采储量=（矿井工业储量永久煤柱损失）采区采出率Zk=（ZgP）C

29、式中：Zk 矿井可采储量，kt；P 保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留置的永久保护煤柱损失量，kt；C 采区采出率，厚煤层不小于0.75，中厚煤层不小于0.80，薄煤层不小于0.85，地方小煤矿不小于0.7由前面计算可知：Zk=148210.7 kt3 矿井工作制度和设计生产能力3.1矿井工作制度3.1.1 矿井年工作日数的确定按设计规范规定：“矿井设计生产能力按年工作日330 d计算，每天4班作业”。所以，本矿井设计年工作日数为330 d。3.1.2 矿井工作制度的确定矿井工作制度设计采用“四六”工作制，即三班采煤，一班检修，每班净工作时间为6 h。3.1.3 矿井每昼夜净

30、提升小时数的确定按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井每昼夜净提升时间16 h。这样充分考虑了矿井的富裕系数，防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或改扩建。因此本矿设计每昼夜净提升时间为16 h。3.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1矿井设计生产能力的依据煤炭工业设计矿井设计规范第2.2.1条规定：矿井设计生产能力，应根据资源条件、外部建设条件、国家对煤炭资源及市场需求、开采条件、技术装备、煤层及采煤工作面生产能力、经济效益等因素，经多方案的比较后确定。论证矿井设计生产能力应进行第一开采水平或不小于20 a配产。配产应符合合理开采程序，厚、薄煤层及不同煤类搭配开采；同时生产的采区数及采区内同

31、时生产的工作面个数，应体现生产集中原则，符合本规范第5.1.3条规定，并应保证采区及工作面的合理接替。矿井规模可根据以下条件确定：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的太大。2）开采条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市）和交通情况（铁路、公路、水路）、用户、供电、供水，建筑材料及劳动力来源等。条件好者，应加大开发力度和矿区规模；否则应缩小规模。3）国家需求：对国家煤炭需求量包括煤种、煤质、产量等的预测是确定矿区规模的一个重要根据。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

32、。针对千秋矿井的实际情况：地质构造简单，储量丰富，煤层赋存稳定，开采深度大，主要可采煤层为二1、二3号煤层。矿井绝对瓦斯涌出量为28.33 m3/min，相对瓦斯涌出量为11.35 m3/t，属高瓦斯矿井，开采难度有所加大。结合本矿实际和当前技术水平，为了更好的发挥煤炭资源的经济效益，采用综合机械化采煤的开采方法。综合考虑各方面因素，按照矿井设计规范规定，将该矿井生产能力定为1.8 Mt/a。3.2.2矿井服务年限的确定矿井的设计服务年限T可按下式计算： （3-1）式中：T 矿井服务年限，a； Zk 矿井可采储量，Mt； A 矿井生产能力，Mt/a； K 储量备用系数，根据号煤层赋存情况及水文

33、、构造分析，并与邻近矿比较，两煤层的实际揭露不会变化太大，因此设计取储量备用系数K=1.40。由前面计算可知：Zk=148.2107 Mt则： T=148.2107/（1.801.4）=63.350a按设计手册规定：新设计的1.8 Mt的中型矿井服务年限应大于50 a。本设计服务年限为63.3 a，是符合要求的。即本煤矿的服务年限约为63.3 a。3.2.3第一水平的服务年限结合目前我国煤炭行业的实际情况和随着采煤技术及社会生产力的发展，一水平服务年限34 a符合当前实际并且满足煤炭工业矿井设计规范要求。具体要求见表3-1。表3-1 新建矿井设计服务年限矿井设计生产能力（Mta）矿井设计服务年

34、限（a）第一开采水平设计服务年限煤层倾角25度煤层倾角2545度煤层倾角45度6.0及以上70353.05.060301.22.4502520150.450.940201515第一水平服务年限的计算公式为： （3-2）式中： T1 第一水平的服务年限，a； Zk1 第一水平的可采储量，kt； K 矿井储量备用系数，取K=1.3； A 矿井设计生产能力，kt/a。根据矿井开拓布置，利用块段法计算出矿井第一水平可采储量为61070kt（见图2.2），所以第一水平的服务年限为：T1=61070/（18001.3）=26.1a25 a经过矿井及第一水平服务年限的核算，二者均符合煤炭工业矿井设计规范之规

35、定。4 井田开拓4.1 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。1）井田开拓主要研究开拓巷道的布置问题，具体问题如下：（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、

36、运输及供电系统。2）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。本井田开拓方式的选择，主要考虑到以下几个因素：（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，节约建设投资，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）必需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

37、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，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其他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。平硐开拓受地形条件限制，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型水平服务年限要求。斜井开拓与立井开拓相比：井筒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

38、硐室都比较简单，井筒延伸施工方便，生产干扰少，不易受底板含水煤层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可以满足特大型矿井提升需要；斜井井筒也可以作为安全出口，井下一旦发生事故，人员可以从主斜井迅速撤离。缺点是：斜井井筒长，辅助提升能力小，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、瓦斯及水文地质等自然条件的限制。在采深相同的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒通风断面大，可以满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓特别有利；当表土层为富含水的冲积层时，立井

39、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能兼顾井田浅部和深部不同产状的煤层。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。本矿井煤层倾角小，平均12，为缓倾斜煤层；表土层薄，无流沙层；水文地质情况比较简单，涌水量小；井筒不需要特殊施工，因此可采用立井开拓或斜井开拓。经后面方案比较确定井筒形式为双立井。2）井筒位置的确定原则（1）有利于第一水平的开采并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门工程量少；（2）有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村庄或不迁村庄；（3）井田两翼储量基本平衡；（4）井筒不

40、宜穿过厚土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或较软弱岩层。（5）工业场地宜少占耕地，少压煤；（6）距水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。3）井筒数目的确定采用斜井或立井开拓时，新建矿井一般要开凿一对井筒，满足提升和辅助运输的需要并满足矿井通风和施工的需要。风井的个数是根据通风系统要求以及安全生产的需要合理确定的。若采用主井通风，用箕斗或胶带输送机井筒做风井时，应符合煤矿安全规程的规定。1）主副井位置的确定在本设计井田中，提出二种井筒位置方案：方案一：井筒底位于二1煤层顶板板稳定的粉泥岩中；方案二：井筒底位于二1煤层砂岩中。由于二1煤层顶板的粉砂岩坚固性不够，且遇水已膨胀，易

41、造成开拓巷道变形严重，故不适合布置井底车场和大巷，因此，方案一不可取；因此，确定井田的井筒位置在二1煤层底板稳定的粉砂岩中。其井口中心坐标为：主井： X=37574724 Y=3844045 Z=+480付井： X=37574724 Y=3843939Z=+4802）风井位置的确定风井位置应根据通风系统合理选择：（1）采用中央分列式通风系统时，主、副井筒设在井田中央，风井设在井田上部边界中央。（2）采用中央并列式通风系统时，进、回风井并列在工业广场内。一般可利用其一井筒进风，另一井筒回风，主副井筒相距3050 m。大型矿井相距可达60100 m，并在井田上部边界附近设安全出口，如果矿井水文地质

42、条件简单，无突水危险时，且主副井筒均能上下人员，也可以单独设置安全出口。（3）采用对角式通风系统时，风井设在井田两翼上部边界。（4）采用分区式通风系统时，回风井设在各采区的上部边界。根据本矿井的实际地质条件和生产能力要求：产量为1.8 Mt/a。为保证井下生产时有足够的风量，且每一个采区的通风路线都不太长，通风阻力不超限。本矿井采用分区式通风。 矿井初期风井井口地面坐标为：风井： X=37573453 Y=3845355Z=+4954.1.2 工业场地位置、形状及面积的确定工业场地的位置经后面的方案比较确定选择在井田中上部，主、副井井口均位于工业广场内。工业场地的形状和面积：根据表2-2工业场

43、地面积指标确定地面工业场地占地面积为21.6 公顷，形状为矩形。1）井筒沿井田走向的位置井田的井筒沿井田走向的有利位置建立在储量分布的中央，以此形成两翼储量比较均匀的双翼井田，避免井筒便于一侧。这样可使沿井田走向的井下运输工作量最小，而井筒偏于一翼边界则相应增大井下运输工作量。井筒设在井田中央时，两翼产量分配、风量分配比较均匀，通风网络比较短，通风阻力较小。井田偏于一侧时，一翼通风距离较长，风压增大。当产量集中于一翼时，风量成倍增加，风压按二次方关系增加。如要降低风压，就要增加巷道端面，增加掘进工程量。考虑到本井田储量比较均匀，可将井筒布置在井田中央地段，初期投产的采区地质构造简单、储量可靠，

44、从而使矿井建设投产后能有可靠的储量和较好的开采条件，以便迅速达到设计能力。2）井筒沿煤层倾向的位置井筒设在井田中部，可使石门总长度最短、沿石门的运输工作量小；井筒设在浅部时，总的石门工程量虽然稍大，但初期（第一水平）工程量较及投资较少，建井期较短；井筒设在深处的初期工程量最大，石门总长度和沿石门的运输工作量也较大，但如煤系基底有含水特大的岩层，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；而在浅、中位置，井筒只能打到一、二水平，深部需用暗井或暗斜井开采，生产系统较复杂，环节较多。从保护井筒和工业场地煤柱损失看，愈靠近浅部，煤柱的尺寸愈小，愈近深部，则煤柱损失愈大。3）对

45、掘进与维护有利的井筒位置为使井筒的开掘和使用安全可靠，减少其掘进的困难及便于维护，应使井筒通过的岩层及表土具有较好的水文、围岩和地质条件。虽然用特殊凿井法可以在水文地质情况复杂的条件下掘砌井筒，但所需的施工设备较多，掘进速度慢，掘进费用高。因此，井筒应尽可能不通过流沙层、较厚的冲击层及较大的含水层。为便于井筒的掘进和维护，井筒不应设在受地质破坏比较剧烈的地带及采动影响的地区。井筒位置还应使井底车场有较好的围岩条件，便于大容积硐室的掘进与维护。4）位置应便于布置工业场地井口附近要布置主、副生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统之间互相联接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地面平

46、坦，高差不能太大，专用线短，工程量小及有良好的技术条件，应尽量避免穿过村镇居民区、文物古迹保护区、陷落区或采空冒落区、洪水侵入区；要尽量少占农田、果园经济作物区，尽量避免桥涵工程，尤其是大型桥涵隧道工程。为考虑长期运输的行车安全和管理，要尽量避免与公路或其他农用道路相交，力求使接轨点位于编组站配线一侧。另外，井口标高应高于历年的最高洪水位；还要考虑风向的影响，防止污染。总之，选择井筒位置要统筹井田全局，兼顾前期和后期、地下与地面等各方面因素。4.1.3 确定开采水平和阶段高度开采水平的确定是矿井设计的关键，它直接关系到矿井的基本建设投资及生产经营费用，是矿井开拓的重要参数。1）开采水平的高度根

47、据煤层赋存条件、生产技术水平及水平接替等因素综合考虑决定。从以下方面进行分析论证：（1）是否有合理的阶段斜长；（2）阶段内是否有合理的区段数目；（3）要保证开采水平有合理的服务年限和足够的储量；（4）要使水平高度在经济上合理。其中开采水平有合理的服务年限很重要，必须符合规范规定。水平垂高可按表4-1选取：表4-1 矿井水平垂高井型缓倾斜、倾斜煤层急倾斜煤层大、中型矿井200350 m100250 m小型矿井80120 m60120 m采用上下山开拓时，水平垂高可大于250 m。对于开采近水平煤层的矿井，用采区上（下）山准备时，采区上山长度一般不宜超过1500 m，采区下山不宜超过1000 m。

48、用采区石门和溜煤眼开采时，盘区斜长可根据具体确定。采用倾斜长壁采煤法时，阶段斜长可取10001500 m。为扩大水平的开采范围，对在倾角16以下的缓倾斜煤层，可采用上下山开拓。在井田深部受自然条件限制时，且储量不多，深部境界不一致，设置开采水平有困难或不经济时，可在最终水平以下设下山开采。在开采水平以上的上山煤层斜长过长，用一个阶段开采技术上有困难，安全上又不可靠时，可考虑设置辅助水平。用多水平上下山开采的矿井，为解决下山采区排水、通风和辅助运输等困难，也可考虑设置辅助水平。开采近水平煤层分煤层开拓，距开采水平较远的煤层，其储量不大，设置开采水平不经济时，也可以设置辅助水平。2）本井田煤层底板

49、等高线高程差为650 m左右，最浅部为煤层露头，最深部为-200 m，按照确定水平的基本原则，该矿井可确定为单水平开拓，但采区的上山长度将超过1500 m，考虑到辅助提升设备选型。因此，本设计将矿井设为两个水平或三个水平，经本章第二节的开拓方案比较后，本设计将矿井设为两个水平：一水平上下山开拓、二水平下山开拓。即将一水平设在+200 m、二水平设在+0 m。综合考虑矿井的地质条件，煤炭储量情况，瓦斯含量情况，在本矿井中可提出4个技术可行性方案。表4-2 千秋矿井开拓方案比较项 目方 案 描 述方案一双立井两水平，暗斜井延伸，一水平上山开采，二水平上下山开采。双立井两水平开拓，一水平标高为+20

50、0 m，二水平标高为0 m，水平之间通过暗斜井延深。井底车场为梭式车场，立井井口设在井田中上部，井口标高为+480 m。主要运输大巷沿岩层走向布置。方案二双立井两水平，直接延伸，一水平上山开采，二水平上下山开采。双立井两水平开拓，一水平标高为+200 m，二水平标高为0 m，水平之间通过立井延深。井底车场为梭式车场，立井井口设在井田中上部，井口标高为+480 m。主要运输大巷沿岩层走向布置。方案三双斜井两水平，暗斜井延伸，一水平上山开采，二水平上下山开采。双斜井两水平开拓，一水平标高为+200 m，二水平标高为0 m，水平之间通过立井延深。井底车场为梭式车场，斜井井口设在井田东部边界，井口标高

51、为+470 m。主要运输大巷沿岩层走向布置。方案四主斜井、副立井两水平，暗斜井延伸，一水平上山开采，二水平上下山开采主斜井、副立井两水平开拓，一水平标高为+200 m，二水平标高为0 m，水平之间通过立井延深。井底车场为梭式车场，主立井井口设在井田中上部，井口标高为+480 m，斜井设在井田中部边界，井口标高为+480 m。主要运输大巷沿岩层走向布置。方案1：双立井二水平，暗斜井延伸，一水平上山开采，二水平上下山开采。主、副井井筒均为立井开拓，大巷布置在岩层中，暗斜井延伸。方案2：双立井二水平，一水平上山开采，二水平上下山开采。主、副井井筒均为立井开拓，大巷布置在岩层中，直接延伸。方案3：双斜

52、井二水平，暗斜井延伸，一水平上山开采，二水平上下山开采。（井筒位于井田边界）主、副井井筒均为斜井开拓，布置在井田边界，大巷布置在岩层中。方案4：主斜副立单水平开拓，一水平上山开采，二水平上下山开采。斜井提煤能力大，立井辅助运输能力大，为此提出主井采用斜井开拓，副井采用立井开拓，主、副井口位于同一工业场地，布置在井田中央。大巷布置在岩层中。各方案剖面图如图4-1所示。图4-1 开拓方案剖面4.1.4开拓方案技术比较根据前述各项决定，本井田在技术上可行的开拓方案有下列四种，如下表所示。表4-3 方案一：双立井-暗斜井延伸两水平混合式开拓方式主要数据（1）主井工程名称净直径支护形式煤岩类别支护厚度定

53、额编号基价数量费用表土段6.5混凝土80000351358703407610混凝土砌壁6.5混凝土中硬岩50004159755227.82711946小计3119556（2）副井表土段7混凝土100000391706023511806混凝土砌壁7混凝土中硬岩5000424106211252655275小计3167081（3）暗斜井工程名称倾角掘进断面煤岩类别支护厚度定额编号基价数量合计主井井筒混凝土砖砌碹1820中硬岩350170358187105.36127091副井井筒混凝土砌碹1820中硬岩350105558352105.36144466小计12271557（4）井底车场车场类型工程名称

54、掘进断面煤岩类别支护厚度定额编号基价数量合计喷射混凝土支护立井井底车场25中硬岩1203486418741004187400喷射混凝土支护暗斜井底车场20中硬岩100342531851802548080小计6735480表4-4 方案二：双立井直接延伸两水平混合式开拓方式主要数据（1）主井工程名称净直径支护形式煤岩类别支护厚度定额编号基价数量费用表土段6.5混凝土80000351358703407610混凝土砌壁6.5中硬岩50004159755247.84662986小计5070596（2）副井表土段7混凝土100000391706023511806混凝土砌壁7混凝土中硬岩500042410

55、6211252655275小计3167081（3）石门工程名称掘进断面支护形式煤岩类别支护厚度定额编号基价数量合计一水平石门21混凝土中硬岩1203438358606.4229504二水平石门21混凝土中硬岩15034393795128.51081604小计1311108续表 4-4（4）井底车场车场类型工程名称掘进断面煤岩类别支护厚度定额编号基价数量合计喷射混凝土支护立井井底车场25中硬岩1203486418741004187400喷射混凝土支护立井井底车场25中硬岩1203486418741004187400小计8374800表4-5 方案三：双斜井暗斜井延伸两水平混合式开拓方式主要数据（

56、1）主井工程名称掘进断面支护形式煤岩类别支护厚度定额编号基价数量费用表土段22粗料石46508784397417747558喷射混凝土18混凝土中硬岩120200934970143.75025189小计5772747（2）副井表土段24粗料石46508844690417797368混凝土砌壁20混凝土中硬岩500202738069143.75470515小计6267883（3）暗斜井工程名称倾角掘进断面煤岩类别支护厚度定额编号基价数量合计主井井筒混凝土砖砌碹1820中硬岩350170358187105.36127091副井井筒混凝土砌碹120中硬岩30105558352105.36144466小计12271557（4）井底车场车场类型工程名称掘进断面煤岩类别支护厚度定额编号基价数量合计喷射混凝土支护斜井井底车场25中硬岩1203486418741004187400喷射混凝土支护暗斜井底车场20中硬岩100342531851802548080小计6735480表4-6 方案四：主立井-副斜井两水平混合式开拓方式主要数据（1）主井工程名称掘进断面支护形式煤岩类别支护厚度定额编号基价数量费用表土段22粗料石46508784397417747558