孙村煤矿1.8Mta新井设计

中国矿业大学2012届本科生毕业设计第5页 目 录 1 矿井概况与地质特征 1 1.1井田概况 1 1.1.1位置与交通 1 1.1.2地形地貌 2 1.2井田地质特征 3 1.2.1地层 3 1.2.3水文地质特征 4 1.3煤层特征 5 1.3.1煤层 5 1.3.2可采煤层 8 1.3.3煤质及工业用途 8 1.3.4可采煤层顶底板岩性 9 1.3.5瓦斯、煤尘、自燃倾向性及地温 10 2 井田境界与储量 13 2.1井田境界 13 2.1.1井田境界确定 13 2.1.2井田赋存特征 13 2.2矿井工业储量 14 2.2.1储量计算基础 14 2.2.2地质储量计算 14 2.2.3 矿井工业储量 16 2.3矿井可采储量 18 2.3.3井田可采储量 21 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 23 3.1矿井工作制度 23 3.2矿井设计生产能力及服务年限 23 3.2.1矿井设计生产能力 23 3.2.2井型校核 24 4 井田开拓 26 4.1井田开拓的基本问题 26 4.1.1井硐形式、数目和位置 26 4.1.2工业场地位置、形状和面积 28 4.1.3开采水平的数目、位置和标高 28 4.1.4采区的划分和布置 28 4.1.5井底车场和大巷布置 28 4.2方案比较 29 4.2.1方案提出 29 4.2.2经济比较 31 4.3 矿井基本巷道 38 4.3.1井筒 38 4.3.2井底车场及硐室 42 4.3.3主要开拓巷道 44 5 准备方式—采区集中上山巷道布置 47 5.1煤层的地质特征 47 5.1.1首采区位置及煤层特征 47 5.1.2首采区煤层顶底板岩石构造情况及物理力学特性 47 5.1.3瓦斯与水文地质情况 47 5.1.4煤尘爆炸性和自燃发火危险性 48 5.1.5主要地质构造 48 5.1.6地表情况 49 5.2采区巷道布置及生产系统 49 5.2.1确定采区巷道布置及生产系统的原则 49 5.2.2确定采区巷道布置 49 5.2.4采区生产能力确定 51 5.2.5采区主要准备巷道断面图 52 5.3采区车场选型设计 54 5.3.1车场 54 5.3.2采区主要硐室的布置 55 6 采煤方法 57 6.1 采煤工艺方式 57 6.1.1 采煤方法的选择 57 6.1.2 回采工作面长度的确定 57 6.1.3 工作面的推进方向和推进度 58 6.1.4 综采工作面的设备选型及配套 58 6.1.5 各工艺过程注意事项 65 6.1.6 工作面端头支护和超前支护 66 6.1.7循环图表、劳动组织、主要技术经济指标 67 6.1.8 综合机械化采煤过程中应注意事项 72 6.2回采巷道布置 73 6.2.1回采巷道布置方式 73 6.2.2回采巷道参数 73 7 井下运输 76 7.1概述 76 7.1.1矿井设计生产能力及工作制度 76 7.1.2煤层及煤质 76 7.1.3运输距离和辅助运输设计 76 7.1.4矿井运输系统 76 7.2采区运输设备选择 77 7.2.1设备选型原则： 77 7.2.2采区运输设备选型及能力验算 78 7.3大巷运输设备选择 80 7.3.1主运输大巷设备选择 80 7.3.2辅助运输大巷设备选择 81 8 矿井提升 84 8.1矿井提升概述 84 8.2主副井提升 84 8.2.1主井提升 84 8.2.2副井提升设备选型 85 9 矿井通风及安全技术 88 9.1概述 88 9.2矿井通风系统选择 89 9.2.1矿井通风方式的选择 89 9.2.2矿井通风方法的选择 90 9.2.3采区通风方式的确定 91 9.3矿井风量计算 91 9.3.1 工作面所需风量的计算 91 9.3.2 备用面需风量的计算 92 9.3.3 掘进工作面需风量 93 9.3.4 硐室需风量 94 9.3.5 其它巷道所需风量 94 9.3.6 矿井总风量计算 94 9.3.7 风量分配 95 9.3.8通风构筑物 96 9.4 矿井通风阻力计算 96 9.4.1 容易和困难时期矿井最大阻力路线确定 97 9.4.2 矿井通风阻力计算 101 9.4.3 矿井通风总阻力计算 102 9.4.4 矿井总风阻和等积孔计算 103 9.5 选择矿井通风设备 103 9.5.1 选择主要通风机 103 9.5.2 电动机选型 106 9.6安全灾害的预防措施 106 9.6.1预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 106 9.6.2预防井下火灾的措施 107 9.6.3防水措施 107 10 矿井基本技术经济指标 108 参考文献： 109 大采高开采和放顶煤开采的技术经济比较 110 1厚煤层采煤方法 110 1.1厚煤层大采高综采 110 1.1.1大采高综采发展概述[2] 111 1.1.2大采高综采的特点 112 1.1.3大采高综采适用技术 112 1.2厚煤层放顶煤综采 113 1.2.1放顶煤综采发展概述 113 1.2.2放顶煤综采的特点 114 1.2.3放顶煤综采适用技术 114 1.3大采高和放顶煤综采工艺技术比较 114 1.3.1大采高和放顶煤综采适用条件 114 1.3.2大采高和放顶煤综采优缺点 115 1.3.3大采高和放顶煤综采技术可行性对比实例 116 2采煤方法经济最优化和综合评价 117 2.1应用经济数学模型确定开采方案 117 2.1.1矿区厚煤层开采条件 117 2.1.2原始资料的确定 118 2.1.3建立经济数学模型 118 2.1.4计算机编程实现 119 2.1.5计算机计算结果分析 122 2.2综合评价 123 2.2.1评价指标的预处理 123 2.2.2用层次分析法确定权系数 126 3总结 129 参考文献： 129 Prediction of Coal Mine Safety Level Based on LSSVM 130 I. INTRODUCTION 130 II. E VALUATION OF COAL MINE SAFETY LEVEL 131 III. SAFE PREDICTION MODEL BASED ON SUPPORT VECTOR MACHINES 132 A. Least squares support vector machines Algorithm 132 B. The structure of the safety prediction model 133 IV. EXPERIMENTAL ANALYSIS 133 V. CONCLUSION 136 ACKNOWLEDGMENT 136 REFERENCES 136 中文翻译： 138 基于LSSVM的煤矿安全等级预报 138 1导言 138 2煤矿安全水平的考核评价 139 3基于SVM的安全预测模型 139 3.1最小二乘支持向量机算法 139 3.2安全预测模型的结构 140 4实验分析 140 5结论 142 致谢 142 参考文献 143 致 谢 144 中国矿业大学2012届本科生毕业设计第53页 1 矿井概况与地质特征 1.1井田概况 1.1.1位置与交通 孙村煤矿位于山东省泰山东侧的新泰市新汶办事处孙村镇境内，地处新汶煤田东部，位居山东新汶矿业集团公司腹地，东与张庄煤矿，西与良庄煤矿相邻，南依蒙山山系，北与莲花山相望，柴汶河自东向西流经井田之上。主井井口地理坐标：东径11740′57″，北纬3552′16″，东北距新泰市9km，西距磁窑68km，西北距济南168km。孙村煤矿在新汶煤田中的地理位置如图1-1所示。 图1-1 孙村煤矿在新汶煤田中的地理位置 如图1-2所示，孙村煤矿交通方便，磁（磁窑）莱（莱芜）铁路穿过矿井生产区与生活区，与京沪铁路接轨，铁路运输可畅通全国各地。矿井驻地公路四通八达，井田南部有京沪高速公路和蒙馆公路；井田北部有直通泰安市的一级公路和博徐公路，并与京沪高速公路交汇。 图1-2 孙村煤矿交通图 1.1.2地形地貌 孙村井田位于莲花山和蒙山山脉两大分水岭之间，地面为平缓的丘陵地带，地面标高在+165～+210m之间。井田西部地形较平坦，东部起伏较大。总的趋势是西北部地形较低，东南部较高。煤系地层大部为冲积层所掩盖，只有溪沟中略有出露。奥陶系石灰岩广泛出露于井田南部区域。井田中南部有柴汶河纵贯东西。工业场地建在柴汶河南岸的小平原之上，该工业场地内主斜井井口标高为+175.5m。20世纪90年代围绕千米北立井建设的北立井工业场地位于柴汶河北岸，井口标高为199.5m。 1.1.3水系水源条件 汶河及其支流构成本区主要地表水系，汶河又名柴文河，河宽300m左右，该河集鲍庄、东周、汶南、龙廷、平阳、南宫、西周、崖头等十余条支流为一身，沿煤系地层蜿蜒崎岖，自东向西行程百公里后汇入大汶河。该河为一季节性河流，雨季滚滚洪流，汹涌西下，流量高达2810m3/s，旱季（枯水期）涓涓细流，几近干涸。因其覆于煤系地层露头之上，因而浅部开采多受其害，成为矿井充水主要补给水源。 1.1.4气候与气象 本区属北温带大陆性季风气候，夏季炎热多雨，冬季干燥寒冷，春季多西南风，夏季、秋季多东南风，冬季多西北风。据历年资料知最高风速14.3m/s（1957年10月），最高气温39.5℃（1958年6月27日），最低气温－21.6℃（57年1月17日）。最大降水量1395.4mm（1964年），最小降水量450.2mm（1989年）。降水多集中于6、7、8、9月份，一般占年总降水量的68%。 1.2井田地质特征 1.2.1地层 新汶煤田系华北石炭二叠系近海型煤田，下伏奥陶系石灰岩，上覆侏罗系、第三系红层、第四系黄土和流砂层。 （1）奥陶系 奥陶系石灰岩厚约800m，厚度大，分布广，露头大面积出露于地表，大部分裸露于井田南端，可直接接受大气降水补给，浅部岩溶裂隙发育，容水性强。下部主要为白云质厚层状结晶石灰岩，下与寒武系薄层石灰岩为假整合接触，厚约80～120m；上部主要为厚层状石灰岩，厚约700m，分三个含水段。 （2）中石炭本溪组 本组厚34～93m，一般为54m左右，与下中奥陶和上覆太原组都为假整合接触，主要由石灰岩、砂岩和泥岩组成，海相沉积为主，含18#和19#薄煤层。 （3）上石炭统太原组 本组厚147～238m，一般厚188m，与下伏本溪组呈整合接触，海陆交互相沉积，以砂岩、粉砂岩及泥岩为主，含一灰和四灰两层石灰岩，含煤层（6#～17#）12层，其中可采煤层3层，分别是11#、13#和15#煤层。 （4）下二叠统山西组 该组地层在井田东侧境界附近遭剥蚀，保留厚度65～130m，为陆相含煤段，以砂岩、粉砂岩及泥岩为主，含2#、3#和4#煤层，其中2#和4#煤层为孙村煤矿的主采煤层。 （5）上侏罗系蒙阴组 该组地层与二叠系地层呈不整合接触，厚200～300m，井田自西向东变厚，以紫色及浅红色中细粒砂岩和粉砂岩为主，间夹灰绿色泥岩。 （6）第三系官庄组 该组地层在井田内由西向东加厚，厚度为0～1000m，主要为浅红色砂岩、粉砂岩、杂色砾岩和泥岩组成，层理不清。 （7）第四系沉积层 该层厚0～15m，包含含水砂层及黄土层。 1.2.2构造 F10断层将孙村井田分为南北两区，两区基本上属简单的单斜构造形态，并有宽缓的褶曲存在，井田地质构造以断层为主。 地层走向变化在300～330之间，倾角由浅至深在33～12～31间变化。南区地层倾角由东到西逐渐变小，北区则变化较大。 孙村煤矿井田内的断层多以高角度正断层为主，逆断层少见。井田内影响开拓、采区划分及巷道布置的大中型断层共计16条。 孙村井田内的大中型断层以近倾向断层较多，这些近倾向断层将煤层沿走向分割成多个块段，多成为采区走向边界，造成采区走向长度较短，准备工程量大，工作面搬家频繁，采掘接替紧张。开拓煤量、准备煤量和回采煤量减少，巷道掘进率增高。 孙村井田内断层分布较密，除大中型断层以外，井田还发育较多的小断层。 据对采区内的小断层统计，倾角在70～90的小断层最为发育，占到56.3%，倾角在50～70的小断层次之，占到31.7%。 1.2.3水文地质特征 1.2.3.1地表水系 柴汶河及其支流经孙村井田之上长约2700m，构成主要地表水系，该河为一季节性河流，雨季有水，枯季近于干涸，因其覆于煤系地层露头之上，浅部开采时为矿井充水主要补给水源。孙村矿现已进入深部开采，其补给水源及通道有限，对矿井影响较小，已构不成危害。 1.2.3.2含水层 孙村井田地层内主要含水层及对开采的影响分述如下： （1）第四系含水层 该层平均厚8m，靠大气降水补给，雨季有孔隙水，村季干燥无水，对深部采掘基本无影响。 （2）第三系砾岩 该层平均厚438.72m，属非均质岩溶裂隙潜水含水层或承压含水层，主要靠大气降水补给。由于受第三系中下部和侏罗系中下部巨厚的粘土质粉砂岩及石盒子组杂色粘土岩的屏闭作用，该层对煤层开采无影响。 （3）侏罗系厚砂岩 该层平均厚253.3m，以红色中细砂岩为主，内夹粉砂岩。该含水层露头位于汶河河床之下，接受第四系潜水补给，富水性较强，因漏水点距首采煤层法线距离较大，为211.0～329.0m，故该层对煤层开采无影响。 （4）山西组砂岩 该层平均厚32.5m，为2#和4#煤层顶板，由3～4层中粒砂岩组成，随采深增加，含水性变弱，对开采无影响。 （5）太原群一层石灰岩 该层平均厚3.2m，-75m水平以上补给循环条件较好，富水性中等或较强。随采深增加，裂隙及含水性明显减弱，至-210m水平及以下，仅有淋水出现，对开采无影响。 （6）太原组第四层石灰岩 该层平均厚6.0m，位于13#煤层之上，在-75m水平为富水性较强的岩溶裂隙承压含水层，在-300m水平已成为弱含水层，在-600m水平已干枯无水，在深部对开采无影响。 （7）本溪组徐家庄石灰岩和草埠沟石灰岩 徐家庄石灰岩平均厚12m，上距15#煤层25.5～70m，下距奥陶系石灰岩29.0～61m。该岩层裂隙发育程度随采深增大而明显减弱。 草埠沟石灰岩平均厚12.0m，下距奥陶系石灰岩5～25m，露头位于古河床之处，大面积裸露于地表，主要接受大气降水补给，浅部岩溶裂隙发育，富水性较强，随采深增加，富水性明显减弱，在-400m水平以下已基本不含水，因距奥陶系石灰岩较近，稍有断层错动，都会使其与奥陶系石灰岩接近或对口接触，从而影响15#煤层开采。 （8)奥陶系石灰岩 该层厚800m，在浅部岩溶裂隙发育，富水性强，连通性好，可直接受大气降水补给，交替循环条件优越。-210m水平以上属富水性强的岩溶裂隙承压含水层，断层附近岩溶裂隙尢为发育，是地下水活动的主要径流部位。随采深加大，该层石灰岩富水性逐渐减弱。奥陶系石灰岩上距15#煤层54.5～155.0m，正常地段对煤层开采威胁较小。因大断层附近既是地质构造薄弱点，也是地下水的汇集点，生产过程中必须超前探查，留足安全防水煤柱。 1.3煤层特征 1.3.1煤层 孙村井田含煤地层为石炭二叠系煤系地层，总厚度246～489m，平均厚度340m左右；其中石盒子组不含煤层，山西组和太原组为主要含煤地层，本溪组中偶含不可采或不稳定薄煤层。 煤系地层为共含煤层19层，总厚13.9m，含煤系数为4.09%，其中可采煤层2层，分别为2#和4#煤层，平均总厚度6.3m，可采煤层的含煤系数为2.59%。 （1）山西组含煤地层 山西组平均厚9.8m，含1#～4#煤层4层，煤层平均总厚度5.08m，含煤系数5.18%，其中含可采煤层2层，分别为2#和4#煤层，可采煤层平均总厚度6.3m，可采煤层的含煤系数为4.14%。 （2）太原组含煤地层 太原组平均厚168.65m，含6#～16#煤层11层，煤层平均总厚度为8.43m，含煤系数5.0%；其中不含可采煤层。 孙村井田内煤层间距比较稳定，易于对比。孙村煤矿井田内地层综合柱状图如图1-3所示。    1.3.2可采煤层 在井田内可采煤层中，4#煤层为稳定煤层，2#煤层为较稳定煤层。 （1）2#煤层 2#煤层平均厚度3.5m，是井田内的首采煤层和主采煤层。该煤层赋存不完整，井田东部依一号斜井井口划80方向线至矿边界被侵蚀，西部存有冲刷带。-600m水平四采区也发现冲刷变薄区，除此全井田可采。 2#煤层的厚度在薄、中厚和厚煤层之间变化，井田范围内自东向西有变薄的趋势。在-300m标高至F10断层以南属厚煤层。最大厚度为4.35m，最小厚度为0.7m。 2#煤层下距3#煤层5.0m，上距第三系红色砂岩310.0m。 （2）4#煤层 4#煤层是主采煤层，平均厚度2.8m。该煤层赋存稳定，结构简单，全井田范围内均可采，下距6#煤层37m。 孙村煤矿可采煤层特征如表1-1所列。随采深加大，可采煤层厚度有变薄的趋势，深部各可采煤层厚度变化如表1-2所列。 表1-1 孙村煤矿可采煤层特征 煤层 厚度（m） 煤层间距（m） 结构 稳定性 2# 3.5 21 较复杂 较稳定 4# 2.8 简单 稳定 表1-2 孙村煤矿深部可采煤层厚度变化 煤层 -600m水平厚度(m) -800m水平厚度(m) --1000m水平厚度(m) 2# 4# 1.3.3煤质及工业用途 孙村煤矿井田内各可采煤层的元素组成比较稳定，碳元素含量77.9～84.88%，平均83.68%；氢元素含量4.82%～6.14%，平均5.42%，氮元素含量1.58～1.76%；平均1.67%；氧和硫元素含量7.95～10.34%，平均10.05%。 孙村煤矿井田内可采的2#和4#煤层属气煤，属于中变质程度的烟煤，具有较强的粘结性和一定的结焦性，工业用途为炼焦配煤。煤质指标如表1-3所列。 表1-3 可采煤层煤质指标 煤层 水分 灰分 挥发份 发热量 (%) (%) (%) （kJ/g） 2# 1.02～3.94 2.58 10.98～37.82 25.89 35.25～45.17 38.47 30.69～33.89 33.20 4# 2.09～3.08 2.61 14.28～23.68 18.26 33.58～40.65 36.67 30.57～34.11 33.54 煤层 全硫 磷 胶质层厚度 煤种 (%) (%) （mm） 2# 0.59～1.09 0.79 0.004～0.022 0.013 17.33 气煤 4# 0.62～0.93 0.86 0.016～0.022 0.020 16.1 气煤 2#和4#煤层的挥发分平均值在36%～43%之间，平均胶质层厚度16mm～20mm之间。 各可采煤层的发热量均较高，原煤可燃基弹筒低位发热量均在22.00～30.90MJ/kg之间，精煤均大于30MJ/kg，为中高～特高热值煤，达到动力用煤的标准要求，是良好的动力和民用燃料用煤。 各可采煤层的原煤灰分在13～43%之间，为富灰煤。各煤层经1.4比重液洗选后，精煤灰分均小于10%，为低灰煤。 各可采煤层中的全硫分主要为黄铁矿和有机硫，少量为硫酸盐硫。前两者自上而下有明显增高的规律。2#、4#煤层全硫分均小于1%，为低硫煤。各煤层经洗选后，全硫分均有不同程度的降低，大部分黄铁矿硫脱出，而有机硫和硫酸盐硫脱出率很小。在各煤层合理配采的情况下，经洗选后，基本能达到炼焦配煤要求。 各可采煤层中的原煤磷分含量均没有超过0.06%，经过洗选后皆小于0.01%，为低磷煤。 各可采煤层均属强粘性煤，并均具有较好的结焦性。 1.3.4可采煤层顶底板岩性 （1）2#煤层顶底板岩性 2#煤层的直接顶板为粉砂岩，局部存在泥岩伪顶，深灰色，易碎且厚度变化较大。直接顶板之上的基本顶是灰白色中粒砂岩，钙质胶结，致密坚硬，厚4～9m，层间含植物化石，侵蚀面附近为红色砂岩，性脆，易冒落，不稳固，强度明显降低。 2#煤层底板为砂岩，厚2～4m，含深灰色植物碎屑化石。 （2）4#煤层顶底板岩性 4#煤层直接顶板为砂岩或细砂岩，厚4～24m，平均13m左右，灰白色或浅灰色，沿井田走向自西向东变为砂页岩互层、细砂岩和粉砂岩，致密坚固，单向抗压强度多大于40MPa。4#煤层底板为粉砂岩，厚2～3m，平均2m，层理发育，含植物化石。 孙村煤矿井田内可采煤层的顶底板岩性特征如表1-4所列。 表1-4 煤层顶底板岩性特征 煤层 直 接 顶 基 本 顶 底 板 岩性 厚度（m） 岩性 厚度（m） 备注 岩性 厚度（m） 2# 粉砂岩 中粒砂岩 31 局部有泥岩伪顶 砂岩 4# 砂岩 局部泥岩伪顶 粉砂岩 1.3.5瓦斯、煤尘、自燃倾向性及地温 ⑴瓦斯 通过历年瓦斯鉴定，孙村煤矿在向深部发展过程中一直为一级瓦斯矿井或低瓦斯矿井，也是低二氧化碳矿井。 从1965到2001年，孙村矿煤矿历年瓦斯鉴定结果见表1-5。 表1-5 历年瓦斯鉴定结果 年份 绝对涌出量(m3/d) 相对涌出量(m3/d.t) 矿井瓦斯等级 CH4 CO2 CH4 CO2 CH4 CO2 1992 13454.4 20664 4 5.84 低 低 1993 13449.6 21576 5.3 8.86 低 低 1994 13147.2 20159.4 4.32 6.51 低 低 1995 13401.6 19897.9 4.15 6.16 低 低 1997 16819.2 24451.2 4.93 1.174 低 低 1998 14663.5 21628.8 5.05 7.451 低 低 1999 14650.6 21598.6 4.659 6.867 低 低 2000 14607.36 21012.48 5.690 8.139 低 低 2001 17205.12 22255.2 4.733 6.013 低 低 孙村煤矿瓦斯涌出量随开采深度增加呈增加趋势，但没有明显增加，而是随开采强度的大小而增减，相对涌出量随采煤工作面产量增大而减小。平均相对瓦斯涌出量变化趋势如图1-6所示。 图1-6 平均相对瓦斯涌出量变化趋势 孙村煤矿近年来各开采煤层的相对瓦斯涌出量见表1-6。 表1-6 各开采煤层相对瓦斯涌出量测定结果 煤层 测定时间 地点 CH4相对涌出量(m3/d.t) CO2相对涌出量(m3/d.t) 2# 2000.8 北风井总回风巷 2.00 3.02 4# 2000.8 北风井东回风巷 7.50 9.05 ⑵煤尘 根据抚顺煤科分院和新汶矿业集团公司通风实验室完成的煤尘爆炸性测试结果，孙村煤矿开采的各煤层均有煤尘爆炸危险，煤尘爆炸(可燃挥发分)指数都超过了28%，属煤尘爆炸性很强的煤层。随着开采深度不断加大，煤岩呈干燥趋势，相对瓦斯涌出量呈增高趋势，煤尘爆炸危险性加大。 孙村煤矿各开采煤层在实验室测定的煤尘爆炸性结果如表1-7。 表1-7 各开采煤层实验室煤尘爆炸性测定结果 煤层 煤的工业分析 煤尘爆炸性实验 水分Wf （%） 灰分 Ag（%） 爆炸(挥发分)指数 Vr(%) 火焰长度 (mm) 岩粉用量 (%) 2# 1.08 12.32 34.59 600 75 4# 1.4 9.64 35.35 600 80 ⑶煤层的自燃倾向性 孙村煤矿开采的各煤层均具有自燃发火倾向，发火期为6～12个月，2#、4#煤层为Ⅲ类不易自燃煤层。各开采煤层自燃倾向性测定结果如表1-8。 表1-8 煤层自燃倾向性测定结果 煤层 工作面 全硫（%） 密度（g/cm3） 吸氧量(cm3/g) 自燃等级及倾向性 2# 2218 1.07 1.54 0.28 Ⅲ、不易自燃 5213 1.04 1.73 0.27 Ⅲ、不易自燃 1217下 0.64 1.48 0.39 Ⅲ、不易自燃 4# 2417 0.88 1.50 0.39 Ⅲ、不易自燃 ⑷地温 经测定，孙村煤矿井田内恒温带深37m，平均温度为16.1℃。随采深增加，井下地温增加，造成深部开采的热害。地层中的地温梯度在水平和垂直方向上有明显差别，表现在沿井田走向方向东低西高，沿倾向方向随深度增加而增大，平均2.20℃/100m。孙村煤矿井田地温梯度和地温分布见表1-9。 表1-9 井田地温梯度和地温分布 区域 地温梯度 （℃/100m） 深部各开采水平平均地温（℃） -600m -800m -1050mE -1050mW 东 1.81 29.6 33.3 37.9 38.7 中 2.19 32.5 36.9 42.4 43.5 西 2.60 35.5 40.7 47.4 48.7 平均 2.20 32.5 36.9 42.6 43.6  2 井田境界与储量 2.1井田境界 2.1.1井田境界确定 煤田范围划分为井田的原则有： （1）要充分利用自然条件划分，尽量利用地形、地物、地质构造、水文地质等自然条件，以减少煤柱损失，提高资源采出率，充分保护地面设施； （2）要有与矿区开发强度相适应的井田范围，要保证井田范围与矿井生产能力相适应，有足够的储量和服务年限及合理的尺寸； （3）照顾全局，处理好与临矿的关系； （4）直线原则，井田的划分应尽量采用直线或折线，有利于矿井的设计和生产管理工作的开展。 根据以上划分原则，以及考虑到矿区煤田内地质构造强度大等原因，本井田在能满足生产开发强度的前提条件下，主要考虑了自然条件原因，将许厂井田四周境界定为：矿井范围东西以人为边界和断层为界，南边以煤层露头为界，北边以自然边界为界。孙村煤矿东与张庄煤矿，西与良庄煤矿相邻，南依蒙山山系，北与莲花山相望。 2.1.2井田赋存特征 孙村煤矿位于山东省泰山东侧的新泰市新汶办事处孙村镇境内，地处新汶煤田东部，位居山东新汶矿业集团公司腹地。井田走向长度为4.8km，倾斜长为6.8~8.4km，平均7.6km，井田水平宽度为6.6~8.7km，平均为7.3km。水平面积为41.6平方公里。孙村矿井田赋存情况如图2-1所示。 图2-1 孙村矿井田赋存特征 2.2矿井工业储量 2.2.1储量计算基础 （1）根据本矿的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》和《煤炭工业技术政策》规定：煤层最低可采厚度为0.70m，原煤灰分≤40%； （3）依据国务院过函（1998）5号文《关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问题的批复》内容要求：禁止新建煤层含硫份大于3%的矿井。硫份大于3%的煤层储量列入平衡表外的储量； （4）储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05m时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹石总厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度； （5）井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。 2.2.2地质储量计算 矿井地质储量估算方法有算术平均法、地质块段法、等高线法、地质块段—等高线法、断面法、多角形法以及计算机方法。 根据孙村矿勘探的煤种以贫煤为主，其次是无烟煤。 本矿井设计对2#、4#煤层进行开采设计，它们的厚度分别为3.5m和2.8m，基岩无出露，均为巨厚新生界松散层覆盖。 本次储量计算是在精查地质报告提供的1：5000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。2#、4#煤层采用块段法计算地质储量。 地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征，将矿体划分为若干块段，在圈定的块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量。煤层总储量即为各块段储量之和，每个块段内至少应有一个以上的钻孔。块段划分如图2-2所示。 图2-2 块段划分示意图 由公式计算其分块工业储量 （式2-1）[1] 式中：Z—煤层总储量，（万吨）； —每个块段的面积，（km2）； —单个块段内平均倾角，（度）； —2#、4#煤层的平均总真厚度，（m）； —2#、4#煤层的平均容重，气煤可取1.35（t/m3）。 各煤层分水平求得井田地质储量见表2-1。 表2-1 各煤层分水平井田地质储量表 煤层 水平 块段 倾角/() 块段面积/m2 煤厚/m 容重/t/m3 储量/Mt 总储量/Mt 2 一水平 A 24 5961055 3.5 1.35 30.83 201.01 二水平 B 24 4937053 25.54 C 12 3242686 15.66 三水平 D 24 5521054 28.56 E 9 2568949 12.29 四五水平 F 27 8456100 44.84 G 13 6233161 30.23 H 25 2505189 13.06 4 一水平 A 24 5961055 2.8 24.67 160.80 二水平 B 24 4937053 20.43 C 12 3242686 12.53 三水平 D 24 5521054 22.84 E 9 2568949 9.83 四五水平 F 27 8456100 35.87 G 13 6233161 24.18 H 25 2505189 10.45 综合以上各个分区的储量，得到孙村煤矿矿井地质储量为 ZZ =201.01+160.80=361.81（Mt） 2.2.3 矿井工业储量 矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探，煤层厚度与质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚，目前可供利用的可列入平衡表内的储量。矿井工业储量是进行矿井设计的资源依据，一般也就是列入平衡表内的储量。 储量的分配探明储量、控制储量、推断储量按6：3：1分配，经济基础储量、边际经济基础储量按90%、10%分配，次边际经济基础储量不计。各种储量分配如表2-2所示。 矿井工业储量可用下式计算： （2-2）[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； 表2-2 固体矿产资源/储量分类 查明矿产资源 储 量 可采储量 111 预可采储量 121、122 基础储量 经济基础储量 111b、121b、122b 边际经济基础储量 2M11、2M21、2M22 资源量 次边际经济基础储量 2S11、2S21、2S22 内蕴经济资源量 331、332、333 潜在矿产资源 资源量 预测的资源量 334? 编码说明 第1位数字表示经济意义：1—— 经济的，2M ——边际经济的，2S——次边际经济的同，3——内蕴经济的，?——经济意义未定的； 第2位数表示可行性评价阶段：1——可行性研究，2——预可行性研究，3——概略研究； 第3位数表示地质可靠程度：1——探明的，2——控制的，3—— 推断的，4 ——预测的，b——扣除未设计、采矿损失的可采储量。 ——控制的资源量中经济的基础储量； ——推断的资源量； ——可信度系数，取0.7～0.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井，值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存不稳定的矿井，取0.7。根据孙村煤矿地质情况取k为0.7。 因此将各数代入公式（2-2）得： ，其中按照比例关系可知各个水平的工业储量分别为： 一水平工业储量为53.82 Mt，二水平工业储量为71.92 Mt。 三水平工业储量为61.42 Mt，四、五水平工业储量为166.90 Mt。 2.3矿井可采储量 矿井可采储量是指矿井工业储量减去工业场地、地面建筑物和构筑物、井下主要巷道等保护煤柱以及断层、防水和井田境界煤柱后乘以采区采出率所得到的储量。在计算可采储量时，必须先扣除的煤柱损失主要有以下几类： （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。 2.3.1 安全煤柱留设原则 （1）工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不留设保护煤柱，对于铁路和村庄下面的部分压煤采用充填采煤法。 （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。 （3）维护带宽度：风井场地20m，村庄10m，其他15m。 （4）由《现代采矿工程设计全书2005》知，两井田之间一般情况各留煤柱20m，断层境界留煤柱30m，露头线留煤柱要求垂深不超过20m。在井田内部，小断层保护煤柱可留设为30m，大断层煤柱可留设为50m。 （5）工业场地占地面积，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2-3-1。 表2-3 工业场地占地面积指标 井 型（Mt/a） 占地面积指标（公顷/0.1Mt） 2.4及以上 1.0 1.2~1.8 1.2 0.45~0.9 1.5 0.09~0.3 1.8 2.3.2 永久煤柱及保护煤柱损失量 （1）工业广场保护煤柱 本矿井设计年生产能力为1.8Mt/a，按《煤矿设计工业规范》，占地面积指标应为1.2公顷/10万吨。所以占地面积为181.2＝21.6104m2。可设计工业广场的尺寸为400500m2的长方形，工业场地保护煤柱的维护带宽度按照矿区建筑物Ⅱ级保护标准，取为15m，则修正尺寸为415515m2的长方形，面积为21.4公顷。 孙村煤矿设计为斜井开拓，工业广场大致位于井田边界煤层露头之外，该处表土层厚度为0~15m，平均为8m。故没有工业广场保护煤柱。 （2）斜井煤柱 斜井位于4号煤层底板下30m的岩层中，考虑采区边界，取斜井煤柱为50m斜井煤柱压煤见表2-4。 表2-4 斜井保护煤柱压煤量表 位置 长度/m 容重/t/m3 压煤量/t 压煤总量/万t 一水平 1060 1.35 333900 103.5 二水平 1149 361935 三水平 1069 336735 （3）井筒煤柱 由于主、副井均为斜井，布置在煤层底板岩层中，现在只考虑回风井的煤柱。考虑到风井的有效半径为3km，而井田面积有41km2，在通风阻力最大的地方，中央并列式通风的阻力超过2940Pa，可以考虑使用一、二水平采用对角式通风，后期采用中央分列式通风的混合式通风方式。混合式通风的进、回风井的数量较多，系统复杂，但通风能力大，布置较灵活。这种通风方式大多是生产矿井扩大井田开采范围、进行改扩建或生产矿井合并所形成的。 本矿的地质条件与对照其他综合柱状图推测松散层和基岩移动角见表2-5： 表2-5 矿井地质条件及冲积层和基岩移动角 煤层 井筒中心煤层深度 /m 井田中 部倾角α/ 煤层 厚度 /m 松散层厚度 /m 松散层移动角Φ/ 走向移动角 δ/ 下山移动角 γ/ 上山移动角 β/ 2# 920 20 3.5 8 45 75 75 70 4# 941 2.8 本矿井后期千米风井保护煤柱留设如图2-4所示： 图2-4 立井井筒保护煤柱的圈定 由CAD查询得到井筒保护煤柱面积分别为，，所以工业广场煤柱损失按式（2-1）计算，结果如下表2-6所示： 表2-6 后期风井1煤柱损失汇总表 煤层 压煤面积 煤层厚度 煤层倾角 密度 煤柱损失 总损失 /m2 /m /。 t/m3 /万t /万t 2# 　515620 　3.5 20 1.35 207 393 4# 　533562 　2.8 184 同理算得后期风井2煤柱损失为2#煤层259万t ，4#煤层为215万t总计474万t。 （4）井田边界和断层煤柱损失 由《现代采矿工程设计全书2005》知，两井田之间一般情况各留煤柱20m，断层境界留煤柱30m，露头线留煤柱要求垂深不超过20m。在井田内部，小断层保护煤柱可留设为30m，大断层煤柱可留设为50m。 孙村矿的普通井田边界长度量得10451m，由此算得井田普通煤柱损失为 断层边界长度量得11297m，由此算得断层境界煤柱损失为 煤层露头边界长度量得6960m，由此算得煤层露头煤柱损失为 井田内部小断层长度量得5993m，由此算得井田内部小断层煤柱损失为 井田内部大断层长度量得7562m，由此算得井田内部大断层煤柱损失为 所以井田边界和断层煤柱损失总和为 （5）其他煤柱 井田范围内，考虑到煤层开采深度较大，表土层较厚，公路等级不高，不留保护煤柱。由于井田范围内没有湖泊和断层，村庄是后来新建的，所以防水煤柱、断层煤柱和村庄压煤均不考虑。 2.3.3井田可采储量 矿井设计资源储量按式（2-5）计算： （2-5） 式中——矿井工业资源/储量； ——矿井设计资源/储量； ——断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建筑煤柱等永久煤柱损失量之和。 由此可知，孙村煤矿的矿井设计资源/储量为 矿井设计可采储量按公式2-6计算： （2-6） 式中 ——矿井设计可采储量； ——工业场地和主要井巷煤柱损失量之和； C ——采区采出率，厚煤层不小于75%；中厚煤层不小于80%；薄煤层不小于85%。此处取0.9。 由此可知，孙村煤矿的矿井设计可采储量为 矿井工业储量及可采储量见表2-7。  表2-7 矿井储量统计表 煤层 名称 工业储量 /万吨 煤柱损失 可采储量/万吨 后期风井1煤柱/万吨 后期风井2煤柱/万吨 斜井煤柱/万吨 边界和断层煤柱/万吨 合计/ 万吨 2# 361.81 207 259 103.5 105 1664.5 27000 4# 184 215  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 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。 作业方式采用三班作业制度时，常用两班出煤，一班检修，每班作业时间为8小时，即“三八”制。另外，矿井每昼夜净提升时间为14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 矿井设计生产能力是设计中规定的矿井在单位时间内采出的煤炭数量，以“Mt/a”来表示。我国设计的各类规模矿区均衡生产年限统计表明，工业储量在11200~40700万吨范围内的矿井设计生产能力在100~300万吨范围内。本矿井工业储量为37865万吨，矿井设计生产能力可选1.2、1.5、1.8、2.4Mt/a万吨。 矿井设计储量，设计生产能力A和矿井设计服务年限T三者之间在数学上的关系如下 （式3-1）[3] 式中，K——矿井储量备用系数，取1.4。 由此可知，矿井设计生产能力和矿井设计服务年限对应关系见表3-1。 表3-1 矿井设计生产能力和矿井设计服务年限对应表 A(Mt/a) 1.2 1.5 1.8 2.4 T(a) 99 79 66 49 而新建矿井设计服务年限与第一水平设计服务年限的下限值见表3-2。 表3-2 新建矿井服务年限 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 <25 25~45 >45 6.00及以上 70 35 — — 3.00~5.00 60 30 — — 1.20~2.40 50 25 20 15 0.45~0.90 40 20 15 15 矿井设计生产能力在1.20~2.40Mt/a范围内，矿井设计服务年限下限值为50年，综合考虑，可以取1.8Mt/a，此时的设计服务年限为 3.2.2井型校核 下面通过对设计煤层开采能力、辅助生产能力、储量条件及安全条件等因素对井型加以校核。 （1）矿井开采能力校核 孙村矿2#、4#煤层均为中厚煤层，煤层平均倾角为25度，地质构造以断层为主，赋存较稳定，但矿井瓦斯含量和涌水量相对较小，工作面长度不宜过大，考虑到矿井的储量可以布置一个综采工作面开采可以满足矿井的设计能力。 （2）辅助生产环节的能力校核 本矿井为大型矿井，开拓方式为斜井开拓，主井运输设备为大倾角胶带，提升能力可以达到设计井型的要求，工作面生产原煤一律用带式输送机运到采区煤仓，运输能力很大，自动化程度很高，原煤外运不成问题。辅助运输采用罐笼，同时本设计的井底车场调车方便，通过能力大，满足矸石、材料及人员的调动要求。所以辅助生产环节完全能够满足设计生产能力的要求。 （3）通风安全条件的校核 本矿井煤尘具有爆炸性瓦斯含量相对较低，属于低瓦斯矿井，水文地质条件较简单。矿井通风采用混合式通风，一、二水平采用对角式通风，后期三、四采用中央分列式通风，矿井达产初期只需先建一个风井即可满足矿井的通风需求。本井田内存在若干小断层，已经查到且不导水，不会影响采煤工作。所以各项安全条件均可以得到保证，不会影响矿井的设计生产能力。 （4）储量条件校核 井田的设计生产能力应于矿井的可采储量相适应，以保证矿井有足够的服务年限。矿井服务年限的公式为： （3-1） 其中：T ---矿井的服务年限，年； Zk----矿井的可采储量，27000万吨； A ----矿井的设计生产能力，180万吨/年； K ----矿井储量备用系数，取1.4。 既本矿井的开采服务年限符合规范的要求。 确定井型考虑备用系数是因为矿井每个生产环节有一定的储备能力，矿井达产后，产量迅速提高，局部地质条件变化，使储量减少，有的矿井由于技术原因使采出率降低，从而减少储量，为保证有合适的服务年限，确定井型时，必须考虑备用系数。 （5）第一水平服务年限校核 由本设计第四章井田开拓可知，本矿井采用多水平上下山开拓，第一水平在标高-250m处。第一水平可采储量为 5382-53.11-118.4=5210万吨 水平服务年限为 即本设计第一水平的服务年限符合矿井设计规范的要求。  4 井田开拓 4.1井田开拓的基本问题 4.1.1井硐形式、数目和位置 （1）井硐形式的确定 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。具体比较见表4-1。 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、延深方便； 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。 本矿井煤层倾角平均21，为中斜煤层；表土层厚约8m，煤层埋深较大；水文地质情况总体较简单，涌水量较小。因此，井筒不需要特殊施工建井，采用斜井开拓较好。 （2）井筒数目 为了满足井下煤炭的提升和人员、材料、矸石的辅助提升，需设置主、副井各一个。本矿井为低瓦斯矿井，煤炭自然发火期较长，走向长度较短，但井田面积较大，倾向长度较长。 2.2.1评价指标的预处理 （1）评价指标类型的一致化 评价指标的取值类型分为“极大型”指标、“极小型”指标、“居中型”指标和“区间型”指标。“极大型”指标是指人们期望该指标的取值越大越好的指标，如产值、利润等。“极小型”指标是指人们期望该指标的取值越小越好的指标，如成本、能耗等。“居中型”指标是指人们既不期望该指标的取值越大越好，也不期望该指标的取值越小越好，而是期望该指标的取值越居中越好的指标，如身高、体重等。“区间型”指标是指人们期望该指标的取值落在某个区间内为最佳的指标。如高校资产负债率通常控制在0～50%之间的某个合适范围内,这样既能保证高校利用有限资产来筹集更多资金,充分发挥出借债的财务杠杆效应,进而实现高校资产的保值、增值；又能保证借债给高校带来的收益多于高校为债务所支付的利息,即确保负债所承担的利率低于高校的资产盈利率,以证明高校实施负债经营策略的合理性和可行性。[4] 若评价指标体系中既有极大型指标、极小型指标，又有居中型指标或区间型指标，但在计算综合评价结果之前并没有对评价指标进行指标类型的一致化处理，那么经过综合评价函数计算得到的综合评价数值是越大越好、或是越小越好、或是越居中越好就没有评判的标准。因此，在进行综合评价之前，需对评价指标作类型的一致化处理。通常采用评价指标类型的一致化方法是将极小型指标、居中型指标、区间型指标转化为极大型指标。 煤矿每月原煤产量，其实并不是十分准确，一般是由几个数据进行互相校核和平衡：一是收尺数，也是技术部门的计算数，实际是个体积计算数。根据采煤工作面的长度、煤层厚度、工作面推进量、煤的容重来计算，工作面长度、工作面推进量相对要准确一些，但是煤层厚度是在工作面选几个点测量后取平均数。因为要在现场测量，煤矿称为收尺数。二是运输数，从煤矿井下运输了多少煤炭，是个产出量。一些小型煤矿按运煤矿车数计算，煤矿井下有一吨矿车、三吨矿车、五吨矿车等，通过运输矿车的数量计算煤矿产量。现在一些矿井采用运输胶带运煤，多使用在胶带安装核子称来测量运煤量。三是销售数，根据每月外销煤炭