古城矿井井田设计--采矿工程专业毕业论文设计设计说明书.doc

第 127 页目 录一般设计部分1矿区概述及井田地质特征41.1矿区概况41.1.1矿井地理位置、地形特点和交通条件41.1.2矿区气候条件41.1.3矿区水文情况51.2井田地质特征51.2.1 地形地貌、地质构造51.2.2 地质构造51.2.3 矿区的水文地质特征81.2.4 岩层地温特性91.3 煤层特征91.3.1 可采煤层特征91.3.2 煤的特征111.3.3 瓦斯、煤尘状况111.3.4 煤的自燃特征122 井田开拓132.1井田境界及可采储量132.1.1 井田境界确定132.1.2 矿井工业储量142.1.3 矿井可采储量142.1.4 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限172.2 井田开拓182.2.1井田开拓的基本问题182.2.2矿井基本巷道252.2.3大巷运输设备选型312.2.4矿井提升方式323 采煤方法及采区巷道353.1 煤层地质特征353.2 带区巷道布置及生产系统353.2.1井田的划分353.2.2 生产系统363.2.3 采煤方法及工作面长度的确定363.2.4 带区巷道的布置373.2.5 确定各种巷道的尺寸、支护方式及通风方式383.2.5 确定分带车场的形式383.2.6 带区主要硐室布置383.2.7 确定带区各种巷道的掘进方法。393.2.8 带区生产能力393.2.10 工作面接替顺序403.3 采煤方法403.3.1 采煤工艺方式403.3.2 各工艺过程安全注意事项463.3.2 回采巷道布置474 矿井通风与安全技术494.1 矿井通风系统选择494.1.1 矿井概况及开采方法494.1.2确定矿井的通风系统494.1.4 主要通风机工作方法534.2 带区通风544.2.1 带区通风系统的定义544.2.2 带区通风系统的要求544.2.4 带区通风构筑物564.2.5 采煤工作面所需风量的计算564.2.6 带区通风系统评价584.2.7 掘进通风方法选择594.2.8 掘进通风方式选择594.2.9 掘进工作面所需风量594.2.10掘进通风设备选型614.2.11掘进通风的技术管理和安全措施644.3 全矿所需风量654.3.1 矿井风量计算标准及原则654.3.2 矿井总风量的计算664.3.3 风量分配674.3.4 风速验算674.4 全矿通风阻力的计算694.4.1 矿井通风总阻力计算原则694.4.2通风阻力最大路线694.4.4 矿井总风阻和等积孔的计算744.5 矿井主要通风机选型764.5.1 自然风压764.5.2 主要通风机的风压和风量764.5.3 主要通风机的选择784.5.4 配套电动机的选择794.5.5 矿井主要通风设备的要求814.6 矿井反风措施及装置814.6.1 矿井反风的目的意义814.6.2 矿井反风设施装置、方法及安全可靠性分析814.7 概算矿井通风费用844.7.1 矿井通风费用概算844.7.2 设备折旧费844.7.3 材料消耗费854.7.4 通风人员工资费用854.7.5 吨煤通风总费用为854.8防治特殊灾害的安全措施855 矿井安全技术措施865.1矿井安全概况865.2 矿井安全防治技术措施865.2.1 瓦斯防治865.2.2 防尘措施865.2.3 防顶板措施875.2.4 水灾的预防875.2.5 火灾的预防885.3 矿井煤炭自燃防治技术措施885.3.1 矿井自燃发火概况885.3.2 矿井自燃发火分析885.4事故预防及处理计划的编制94专题部分981 冲击矿压分析981.1冲击矿压影响因素分析981.2冲击矿压特征及分类1001.2.1冲击矿压的分类1002 工作面开采方案设计1012.1冲击矿压煤层的设计原则1012.2冲击矿压危险程度分析1063 冲击地压监测预报1083.1检测系统1084 冲击矿压防治方案1104.1煤体注水1104.2煤体大直径钻孔卸压1114.3煤体卸压爆破1134.4其它防护措施1155 结 论117参考文献：118翻译部分120英文原文：120中文译文：124致 谢1271矿区概述及井田地质特征1.1矿区概况1.1.1矿井地理位置、地形特点和交通条件古城矿井位于兖州市之东，曲阜市以西，分属兖州、曲阜两市，坐标为东经116°5012116°5400，北纬35°331235°3610。矿井交通方便，京沪、新菏、兖石铁路在兖州交汇。307国道贯通井田，各村间均有简易公路相通。图1-1 古城矿位置交通图电源:矿区供电由兖州红庙变电站（110/35KV）馈出的专用铁塔架空线路LGJ-3*150,35KV，分别来自红庙变电站I、II段母线。矿安装SF7-8000/35，SF9-8000/35型变压器各一台，供矿所有用电设备。农业：井田内经济作物以粮棉为主。一年两熟，夏季小麦，秋季玉米及棉花。兖州、曲阜两市，近年来基础工业发展较快，正向着工农业共同发展的现代化中小型城市迈进。1.1.2矿区气候条件井田的气候温和，属温带季风区，海洋至大陆性气候，由于被鲁南山区所隔，受海洋影响较小，气候变化显著，四季明显，夏季炎热，冬季寒冷。根据曲阜、兖州两县气象站1963年至1982年的统计资料，年平均降水702.7mm，年最大降水量1179.3mm（1964年兖州）；月最大降水量405.5mm（1970年7月曲阜）最大降水量160mm（1972年7月6日兖州）雨量均集中在7-9月份，降水量占全年的61%。年平均蒸发量1719.5mm，最大蒸发时间约为4-9月份，约占全年蒸发量的80%。年平均相对湿度67.7%，绝对湿度12.7毫巴，年平均气温13.8摄氏度，最高气温达41摄氏度（1967年6月4日曲阜），最低气温-19.3摄氏度（1981年1月27日曲阜）。年平均风速7.9m/s。极端最大风速24m/s，最大风速的风向多为偏北风（1963年3月15日兖州）。风相随季节变化，一般春季为南风，夏季东南风，冬季东北风。雷暴雨一般出现在3-10月份。11月份到次年3月份为冻结期，最大冻土厚度45cm（1958年1月25日26日兖州），降雪期从12月份开始至次年三月份结束，最大厚度19cm（1955年12月3日）。1.1.3矿区水文情况水源：井田内有泗河和沂水两条河流过。泗河发源于新泰市太平顶山的西部，全长142km，流域面积2750km2，该河为全年性河流，主要补给水源为泗水县的泉村，石缝两条，河水洪峰期流量为4020m3/s。在井田内泗河的流量属于红旗闸的泄水量。沂水河发源于曲阜市尼山，在兖州城东的粉店村汇入泗河，属泗河支流，全长60km，流域面积620km2，洪峰期流量445m3/s。工业用水（初期）及居民用水采用自来水供给。1.2井田地质特征1.2.1 地形地貌、地质构造井田内地势平坦，为一冲积平原。海拔标高为+48.77+61.82米，一般高程在 + 50.00m左右，地势东高西低。本井田位于兖州市向斜的东北隅，由于受滋阳、峄山两边界断层的影响，除保留了向斜构造形态外，其断裂构造发育，且地层倾角变陡为其特征。本井田范围内地层走向：南东南北北东，为一向南东敞开的簸箕形单斜构造，地层倾角浅部陡，深部缓，浅部18°35°，平均倾角23°；深部8°12°，平均10°。构造以断层为主，主要断层的展布方向以北西方向为主，井田内共有落差大于10米的断层15条，矿井建设和生产过程中新发现落差310米的断层23条，并发现一定数量的小断层，断层发育程度为a；井田内褶曲不发育，基本不影响采区或工作面的布置；岩浆岩仅在井田西北部35号孔有所见，属小型侵入体的边缘部分，对井田内煤层无影响。1.2.2 地质构造1.地层本区为全掩盖区，经勘探查明的地层层序由下而上简述如下：(1)奥陶系中统马家沟组（O2）厚度640660m，岩性主要为灰岩，与下伏地层整合接触。(2)石炭系中统本溪群（C2）厚度为16.0547.55m，平均厚度27.21m。本群地层假整合于中奥陶系马家沟灰岩之上，底部一层褐红色含铁很高的铁铝质泥岩。本群地层为一套滨海相铝质沉积，由泥岩、粘土岩、粉砂岩、铝土岩、石灰岩及薄煤层组成。石灰岩为十四灰、十三灰、十二灰，位于太原群中部和顶部。(3）石炭系上统太原群（C3）厚度143.3193.5m，平均厚度173.37m。本群地层由砂岩、泥岩、粘土岩、石灰岩及油页岩和煤组成，其中石灰岩11层，自上而下依次编号为二灰、三灰、四灰、五灰、六灰、七灰、八灰、九灰、十上灰、十下灰、十一灰。(4）二迭系下统山西组（P11）该组是本区最主要含煤地层，厚度56.797.8m，平均厚度76.12m。岩层主要由灰色至灰黑色细砂岩、中砂岩、粉砂岩、夹砂质泥岩、泥岩和含砾砂岩组成。本组含煤24层，可采煤层为2上和3煤两层。(5）二迭系石盒子组（P）为一套陆相碎屑岩，厚度东北薄，西南厚，一般厚度为280320m，与下伏地层山西组为整合接触。(6）侏罗系上统蒙阻组（J3）分布于18勘探线以西及西南部，为砖红色、灰绿色的陆相碎屑岩沉积，厚度变化大，最薄为75.9m，最厚564.9m。(7）下第三系（E）分布于14勘探线以东，为断陷盆地沉积，为砂岩、粘土岩、泥岩，与下伏地层呈不整合接触。厚度变化大，为0680.2m。(8）第四系（Q）主要由亚粘土、亚砂土及砂层组成，厚度107.9254.5m，一般170180m，由东北向西南逐渐变薄。图1-2 地层综合柱状图2. 构造本区位于兖州向斜的东北隅，由于受滋阳、峄山两边界断层的影响，除保留了向斜构造形态外，其断裂构造发育，且地层倾角变陡为其特征。地层倾向南东-南东东，西南部由于受滋阳断层的牵引，地层走向由北东转为南东，因而本区的单独形态为一个轴向近东西的向斜，但东端由于被峄山断层切割，所以整个井田的构造形态呈一向南东敞开的簸箕形，地层倾角北翼陡，南翼缓，边缘陡，深部缓。北部边缘地层倾角1529°，F14断层以东倾角变缓约为10°左右，F14断层以西，地层倾角一般10°左右。地层走向为F14断层以东，地层走向北40°50°东，F14断层以西由近南北走向转为北30°西。构造以断层为主。地层沿走向显有波状起伏，由于受断层的拖引，局部有小的短轴背斜和向斜出现。井田内共有断层35条。3. 岩浆岩仅在井田西北部35号孔有所见，为基性辉绿岩和辉绿玢岩，呈脉状沿F5断层带侵入太原群地层中，最大厚度10.22m，最小厚度0.22m。从岩浆岩的产状和围岩情况看，属小型侵入体的边缘部分，对井田内煤层无影响。1.2.3 矿区的水文地质特征1.含水层井田内主要含水层有6层，自上而下分别为：(1)第四系砂砾松散孔隙含水层组：该层厚度107.9254.5m，平均为180.05m，其厚度变化从东北向西南逐渐变薄，且是由上、中、下三组构成。(2)山西组3号煤顶板砂岩裂隙水含水层该层厚度0.9236.69m，平均17.46m，属于上煤组顶板直接充水含水层，煤在开采过程中，预计顶板冒落以后，导水裂隙带高度可达下石盒子组底部砂岩。单位涌水量0.00568L/s，渗透系数0.0156m/d，属重碳酸钠型水。(3)太原群第三层石灰岩岩溶裂隙含水层该层厚度1.78.15m，平均4.86m，层位稳定，全区发育。三灰含水层以静储量为主，易于流干。本层上距3号煤39.865.65m。根据钻孔抽水试验，单位涌水量为0.00250.0382L/s,渗透系数为0.07271.492m/d。(4)太原群第十层下石灰岩岩溶裂隙含水层本层位于16号煤直接顶板外，在17号煤冒落带之内。是下煤组开采时的顶板直接充水含水层，富水性弱，单位涌水量0.0000687L/S，属重碳酸钠型水。(5)本溪群第十四层石灰岩岩溶裂隙含水层该层厚度0.413.1m，平均4.95m。岩溶不发育，富水性弱。本层上距17号煤底板10.14m48.04m，属于下煤组开采时底板直接充水含水层。(6) 中奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层奥陶系石灰岩是煤系的基底，是开采下煤组的间接充水含水层，从揭露奥陶系石灰岩岩性看，裂隙较发育，岩溶不够发育。富水性在水平垂直方向上表现出极不均匀性，井田内在假整合面15m以下富水性强，平面分布上主要富水区段为西部和北部奥灰埋藏较浅地段以及东部构造复杂区，一般单位涌水平均在1L/ s以上。2.隔水层井田内各含水层间隔水层较多，主要有以下三层：(1)第四系底界隔水层井田北部为煤系地层露头部位，但在此区段第四系底部有一层厚度2.9312.4m较稳定的粘土类地层与下伏地层相隔可起到隔水作用。(2)下二迭系山西组以下隔水层组井田内二迭系地层由北向南逐渐增厚，其岩性主要为泥岩、砂质泥岩、粘土泥岩、夹有细粗粒砂岩，此隔水层组可以防止上部裂隙水下渗补给其它含水层。(3)17号煤至奥灰隔水层组井田内17号煤至奥灰顶面正常地段间距为32.75m61.65m，该段岩性主要为粘土泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩及三层石灰岩，该层可以起到一定的隔水作用。未来矿井深部开采17号煤时，由于十四灰，奥灰都具有强大高水头压力，隔水层厚度难以承受，会给开采17号煤带来威胁。因此，应对十四灰、奥灰进行疏干降压。3. 断层的导水性从井田钻孔揭露，抽水资料及简单水文观测资料上看，井田断层富水性和导水性较弱。4. 水文地质类型勘探查明，2上、3层煤的水文地质类型为二类一型，即以裂隙含水层为主，水文地质条件简单的矿床；16上煤、17煤为三类第一亚类一型，即以岩溶含水层为主的顶板进水，水文地质条件简单的矿床，当底鼓突水时，可以转化为水文地质条件中等复杂的底板进水岩溶充水矿床。1.2.4 岩层地温特性本区平均地温梯度为1.20/100m左右，属地温正常区。地温一般随深度的加深而增高，地温增温率为垂深77m，地温增加1。非煤系和煤系地层的地热增温率稍有差异，前者增温小于后者。地温等值线与煤层底板等高线近似平行趋势。3号煤层第一水平850m标高，一般为2131.9，平均25。1.3 煤层特征本井田含煤地层为华北型石炭、二叠系含煤建造。主要含煤地层为太原组和山西组。本井田内可采及局部可采煤层7层，分别为2上、3、6、10下、15上、16上、17煤。2上煤，煤厚01.01米，平均厚0.61米，为部分可采的不稳定煤层；3煤为本井田最重要的可采煤层，容重1.35t/m3，煤厚5.3312.17米，平均厚8.75米，为全区可采的稳定煤层；其它5层煤由于硫分大于3%，其储量已划为暂不能利用储量。本井田煤层以3煤为主，煤层稳定性为d。1.3.1 可采煤层特征本井田含煤地层为华北型石炭、二叠系含煤建造。主要含煤地层为太原群和山西组。含煤地层平均总厚为249m，共含煤2426层，煤层平均总厚度19.82m。含煤系数为7.9%。其中有可采煤层7层，厚为12.95m，主要可采煤层分述如下：1.2上煤：位于山西组中上部。距山西组顶界1539m，平均25m，煤厚0-1.07m，平均0.61m，厚度变化较大。可采点多分布在3线以南及13线至16线之间；未发现有夹石，直接顶板常为厚35m的泥岩或砂质泥岩；老顶为灰白色中粒砂岩；底板多为厚46m的砂质泥岩，有时相变为粘土岩和细砂岩，下距3煤32m。属结构简单部分可采不稳定煤层。2. 3煤：是本区最重要的可采煤层。位于山西组的下部，距山西组底界10m左右，距三灰50m左右；厚度5.3312.17m，平均8.75m，层位稳定，厚度变化不大，全区可采。结构简单，有6个钻孔发现有夹石，厚0.031.25m。直接顶板为深灰色，厚3m左右的砂质泥岩，有少数孔伪顶为泥岩。老顶是灰白色含黑色矿物较多的中粒砂岩，底板为57m的且有清楚波状层理及生物扰动构造的细砂岩，常相变为灰黑色的砂质泥岩，有时为泥岩。3. 6煤：位于太原群上部。属薄煤层：厚0-1.15m，平均0.72m。可采点主要分布在F19断层西南，F19与F21断层间之南部，厚度变化大，除30-1孔和13-2孔发现有0.25和0.06m厚的泥岩夹矸外，其余各孔无夹矸。顶底板多为深灰色的砂质泥岩，9线至14线间顶板多为中、细砂岩，底板往往相变为细砂岩和粉砂岩。6煤上距3煤40m左右；下距三灰10m左右，为结构简单，部分可采的较稳定煤层。4. 10下煤：位于太原群中部，上距五灰和三灰各为16m及34m左右，煤厚01.1m，平均0.67m。属薄煤层，煤厚变化较大，可采点主要分布在15勘探线至F5断层之间，全区仅仅5个孔发现有夹石，夹石厚度均在0.050.15m，顶板多为深灰色的细砂岩或中砂岩，有时逆变成砂质泥岩，厚度约3.5m。10下煤属结构简单，部分可采的较稳定煤层。5. 15上煤：薄煤层，位于太原群中下部，煤厚01.46m，平均0.76m。可采点主要分布在9线至14线间-800水平以浅和4线以南，26线以南深部多数钻孔未达层位或受构造破坏而断失，因而煤层控制程度较差。全区9点发现含有泥岩或砂质泥岩夹石一层，厚0.040.5m。煤层顶板为一薄层泥灰岩（九灰），厚01.82m，往往为砂质泥岩所代替，底板为比较厚的灰色细、中砂岩。厚10m左右，含炭屑和植物化石，下距十一灰岩28m左右。为简单结构，局部可采的不稳定煤层。6. 16上煤：位于太原九下部，薄煤层。煤厚01.61m，平均0.8m，厚度变化较小，全区大部分可采。不可采点主要分布在15线以东、26线以南，-1000m以深的钻孔多未达层位，控制程度较差。含夹石12层，厚0.10.2m，直接顶板为十下灰岩，上距3煤160m左右，底板多为厚2m左右的灰黑色铝土质的泥岩，局部变成深灰色彩的砂质泥岩。15线以东大部可采，煤层本身层位稳定，厚度变化近于稳定，为结构较复杂的较稳定煤层。7.17煤：位于太原群下部，上距十下灰14m左右，层位稳定，全区大部分可采。煤层厚0.281.3m，平均0.9m，14线以东由于构造复杂，煤层常被断薄，26线以南及-1000m以深钻孔多未达层位，控制较差。含夹石12层，厚0.050.19m。顶板十一灰为薄层灰岩，一般厚1m左右，不稳定，常相变为粉砂岩或泥岩。底板为浅灰色具鲕状结构的泥岩。17煤属结构较复杂、大部分可采的较稳定稳定煤层。如表：表11：主要可采煤层顶板特征表；表12：本井田可采煤层特征表表1-1 主要可采煤层顶板特征煤层顶板类别顶板冒落性能岩性岩块试验单向抗压强度（104Pa）3II中等冒落砂质泥岩、砂岩、泥岩4811.8-9476.616上III-IV难冒落、极难冒落石灰岩9623.6-15356.617III中等冒落砂岩9555.0-11652.2石灰岩2126.6-5546.8表1-2本井田可采煤层特征表煤层井田范围可采范围平均厚度(m)煤层间距煤层结构可采情况稳定性顶底板岩性最小最大最小最大平 均平 均顶板底板201.070.610.7121.45-48.94简单部分可采不稳定泥岩、砂质泥岩砂质泥岩35.33-12.170.490.7231.7033.67-47.27简单全区可采稳定砂质泥岩泥岩、细砂岩601.150.720.0338.1817.84-65.90简单部分可采较稳定砂质泥岩、砂岩砂质泥岩、泥岩1001.100.670.7544.2115.41-38.67简单部分可采较稳定砂质泥岩细砂岩1501.460.760.7625.7823.06-69.12简单局部可采不稳定砂质泥岩细、中砂岩1601.610.000.0033.904.53-10.67较复杂大部分可采较稳定下灰岩泥岩170.28-1.300.900.9010.21较复杂大部分可采比较稳定灰岩泥岩1.3.2 煤的特征井田内各煤层为多种用途煤种，即可以做为炼焦配煤，又可做为各种动力及民用燃料用煤。山西组煤层属半暗型煤，条带状结构，层理不明显，本组可采煤层2上煤层属中灰，特低硫、特低磷、高发热量、高熔灰份煤，易洗选一号气煤。3号煤为低灰，特低硫、低磷、低砷、高发热量、高熔灰份易洗，优等回收率的二号气煤。太原统煤层以半亮型煤为主，层里分界明显，在层理面及裂隙中，常见方解石及黄铁矿薄膜。太原群中可采煤层属低灰、富硫、高发热量、粘结性较强，灰熔点较低、易选、可与低硫煤做配焦煤，属二、三号气煤。3号煤层有6个钻孔发现有夹石，厚0.031.25m，容重为1.35t/ m3，煤层硬度指数f=24范围。1.3.3 瓦斯、煤尘状况本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯鉴定结果为矿井CH4=2.41m3t、CO2 =3.62m3t，根据煤矿安全规程第133条之规定，古城矿为低瓦斯矿井。无煤和瓦斯突出现象。据煤芯煤样爆炸性实验：煤尘爆炸指数36.41%,故各煤层均有爆炸性危险。且随开采深度的增加煤尘爆炸指数为上升趋势。1.3.4 煤的自燃特征据煤芯煤样测定结果，自燃发火等级为II类，各煤层都有程度不同的自然发火倾向。山西组煤自燃发火的倾向不大，太原群煤均存在自燃发火的可能性，特别是16（上）煤自燃发火的倾向更大，根据邻矿资料，本区各煤层均应按有自燃发火倾向考虑。据矿实际生产资料统计发火期一般在36月，最短发火期为48天。2 井田开拓2.1井田境界及可采储量2.1.1 井田境界确定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. 要充分利用自然条件划分，在可能的条件下，应尽量利用地形、地物、地质构造、水文地质以及煤层特征等自然条件，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，处理好与邻矿的关系；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，以及考虑到古城煤矿煤田内地质构造等原因，本井田在能满足生产开发强度的前提条件下，不但要考虑了自然条件原因，而且要考虑到矿区的整体规划，故将古城煤矿的井田范围：西以京沪铁路东侧煤柱线及兖州市煤柱线，即Z1Z8、Z12Z17各点连成为界，东至F33断层，北以F18断层及D1D5各点连成与单家村煤矿为界，南以第31勘探线及-1200米煤层地板等高线为界，井田东西走向长6.5km，南北宽1.55.7km井田面积约17.6km，如图2-1所示。本课程设计储量计算范围仅以3煤作为井田内可采煤层进行计算，并对井田范围内的断层进行了处理，仅保留了一条主要断层。其他煤层在目前经济技术条件下，均无开采利用的价值。图2-1井田赋存状况示意图2.1.2 矿井工业储量 井田钻孔及勘探分布情况及勘探类型钻孔及勘探分布情况：全区经过普查、详查、精查勘探及使用综合勘探的精查补充勘探后，成勘探线7条，平均间隔500m；全区可利用钻孔14个，其中达到可采厚度钻孔9个，达不到可采厚度钻孔5个。根据勘探情况，矿区的地质条件以基本清楚。 煤层最小可采厚度及储量等级圈定根据本井田内煤层赋存条件只有3号煤层赋存条件良好、结构简单，厚度5.3312.17m，平均8.75m，层位稳定，厚度变化不大，煤层较厚且煤层倾角平均在10度左右，属缓倾斜煤层，平均厚度8.75m，瓦斯涌出量较小，煤尘具有爆炸性，全区可采。所以本矿井煤层最小可采厚度及储量等级圈定仅以3号煤层进行圈定。 工业储量的计算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，目前可供利用的列入平衡表内的储量，即A+B+C级储量，高级储量占80。本设计采用求积仪法结合算术平均法计算工业储量：（1） 利用求积仪法测得井田水平面积为17.6km。（2） 用算术平均法计算矿井工业储量。 Zg =S×M×/cos （2-1）式中： Zg 工业储量，t；S 井田面积，m； M 3煤层平均厚度，8.75 m； r 3煤层平均容重，1.35t/m； 3煤层平均倾角，10。故矿井工业储量为：Zg = 17.6×10×8.75×1.35/ cos10 = 21111万t2.1.3 矿井可采储量 计算可采储量时，必须要考虑以下储量损失 (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，用裂隙角确定水库煤柱。岩层移动角70°，裂隙角75°，近水平煤层根据地质赋存条件计算时可以不考虑煤层倾角。(3)维护带宽度：风井场地20m,村庄10m，其他15m，埋藏较深煤层及地质复杂区域可加大留设宽度。(4)断层煤柱宽度50m,井田境界煤柱宽度50m。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21内。表2-1 工业场地占地面积指标明细表井型（万吨/年）占地面积指标（公顷/10万吨）240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.8 保护煤柱储量的计算经设计验算，矿井的设计生产能力为1.8Mt/a，根据上述规定，工业场地的占地面积应为1.0公顷。本设计取1公顷/10万t。本矿井设计井型为1.8Mt/a。因此工业广场面积18公顷，设计工业广场东西长500m、南边宽360m的矩形布置工业广场,工业广场布置在中上部。(1)工业广场要垂直于煤层走向的要求，设计采用工业广场保护区域的冲击层移动角为=40°，深50m。基岩的走向移动角为=70°，基岩的上山移动角为=70°，基岩的下山移动角为=72°，地表维护带宽度取15m，工业广场处煤层平缓倾角约为0°，煤层深-850m。综合以上数据，由图22计算工业广场保护煤柱的面积如下：由图可得：LAB =360 + 15×2 + 2×50÷tan40° + 800÷tan72° + 800÷tan70°=1060mLCD = 500 + 15×2 + 2×50÷tan40° +2× 800÷tan72°= 1169m工业广场保护煤柱为：Q场 = LAB×LCD ×8.75×1.35= 1060×1169×8.75×1.35 = 1464万t工业广场煤柱总计1464万t。(2) 断层煤柱：由于井田内断层落差大、角度大等因素，为矿井安全生产综合考虑，井田东侧断层落差F33>400<67°边界断层留设50m宽煤柱，北侧断层落差F18 H=0420<7682°边界断层留设50m宽煤柱，井田中央断层落差F14 H=132<6977°边界断层留设50m宽煤柱。Q东 = (50×1222)×8.75×1.35÷cos10° = 73万tQ北 = (50×1794+717)×8.75×1.35÷cos10° = 151万tQ中 = (50×2697×2)×8.75×1.35÷cos10° = 324万tQ断总 = 73+151+324 = 548万t全井田断层煤柱总计548万t。(3) 井田境界煤柱：井田边界本矿井全区范围均留50m保护煤柱，除去断层边界以扣除部分，剩余边界长度约为15.2km。Q边 = 15200×50×8.75×1.35÷cos10° = 911万t全井田境界煤柱总计911万t。图2-2 工业广场保护煤柱计算示意图(4)井田境内保护煤柱井田开采范围内共布置约33个工作面，北一带区9个工作面，工作面推进可采长度约为1837米，南二带区9个工作面，工作面推进可采长度约为2066米，南四及东三带区15个工作面，工作面推进可采长度约为1516米。两工作面之间保留10米保护煤柱。Q北 = 1837×9×8.75×10÷cos10° = 147万tQ南 = 2066×9×8.75×10÷cos10° = 165万tQ东 = 1516×15×8.75×10÷cos10° = 202万tQ保护 = 147+165+202=514万t(5)工作面停采线工作面停采线留设为30米,不作为废弃保护煤柱,可在后期开采过程中根据开采进度合理安排进行开采。(6) 可采储量可采储量由下式计算： ZK = ( Zg P ) ×C （2-2）式中： Zg 矿井工业储量，万t；P 保护煤柱损失储量，万t；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%。本设计取75%。ZK = 工业储量工业广场断层煤柱井田边界煤柱-井田境内保护煤柱 = （211111464548911 - 514）×0.75 = 13256万t根据上述分析计算，全井田可采储量总计13256万t。2.1.4 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限1. 矿井工作制度根据煤炭工业设计规范规定矿井年工作日定为330d。矿井日净提升时间确定为16h。由于本矿井采用了联合集中布置，且主要开拓巷道布置在岩石中，为了减少提升人员时间，增加副井的提矸时间；以及采区走向较长导致个人上下班时间较长，并且生产设备先进，为降低工人劳动强度，设计认为采用”三八”工作制，其中两班半采煤，半班准备，每班工作8h较为合理。2. 矿井设计生产能力和服务年限矿井设计生产能力的确定主要考虑了以下几点： 由煤炭工业矿井设计规范第221条规定：矿井生产能力主要根据井地质条件、煤层赋存情况、开采条件、设备供应及国家需煤等因素确定。矿区规模可依据以下条件确定：（1）资源情况：矿井地质构造简单，储量丰富，煤层赋存稳定，开采条件优越，应将矿井定为较大的井型；煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿井规模定的太大；（2）开发条件：包括矿区所处的地理位置，交通是否便利，用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等；（3）国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤质、产量等）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。针对古城矿区地质构造简单，储量丰富，煤层赋存稳定，开采条件优越，开采条件简单，技术装备先进，经济效益好，矿区交通便利，生活条件优越，供电、供水方便，宜建大型矿井。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，决定采用综合机械化放顶煤的开采方法。矿井生产能力与工业储量符合煤炭工业设计规范要求,矿井投产后服务年限不应过长，可由服务年限确定。共设三种方案选取：方案一：建150万t/a的矿井。方案二：建180万t/a的矿井。方案三：建240万t/a的矿井。根据要求鉴于以上因素，并且考虑到资源利用和矿井的长远发展，故将本矿井的年设计生产能力确定为1.8Mt/a。 3. 水平的服务年限根据矿井实际的地层和煤层特征，本矿井主采3#煤，赋存稳定。该水平采用立井单水平开拓，水平标高为-850m。矿井服务年限的计算公式： T Z(A×K) （2-3）式中： T为水平服务年限，a；Z矿井可采储量，13256万t；A矿井设计年生产能力，1.8Mt；K矿井备用系数，取1.4(取1.31.5)。矿井设计一般取K=1.4，地质条件复杂的矿井及矿区总体设计可取K=1.5，地方小煤矿可取K=1.3 。根据本设计矿井实际情况，储量备用系数K值取1.4。T = 132/（1.8×1.4）= 52.4a > 50a 按设计手册规定：新建矿井设计生产能力1.22.4 Mt/a的大型矿井服务年限应大于50a。本设计服务年限为52.4a，是符合要求的。2.2 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. 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