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1、第- 35 -页中国矿业大学2014届本科生毕业设计1.井田概况及地质特征1.1矿区概述1.1.1矿区地理位置：柳泉煤矿位于铜山县柳泉镇内，距徐州市22km，东距京福高速公路及京沪铁路7km，104国道10km，有公路直通柳泉火车站，西南距垞城铁路专用线4km，西邻京杭大运河，北部濒邻微山湖，北上山东，南达长江，常年通航，陆路、水运交通均十分便利，见交通位置图1-1。图1-1 交通位置图1.1.2地形地貌：区属黄淮冲积平原，地势平坦，地面标高3234m，自西北向东南略有倾斜，地面坡度一般为1/5000，沿湖为1/3000，向南3km为由寒武奥淘纪石灰岩组成的低山区，山体标高100150m。1.
2、1.3矿区的水文情况： 本区位于微山湖南岸，微山湖与昭阳湖、南阳湖、独山湖组成一个湖泊群，湖泊面积1265km2。最高洪水位标高+36.48m。本区西部有京杭大运河，河宽50m、水深34m，经郑集新河入微山湖。城子河流经本区南部，西接京杭大运河，东入微山湖，是柳泉煤矿的主要运煤航道。1.1.4气象及地震情况：本区属南温带鲁淮区，具长江和黄河流域气候的过渡区特征，气候温和，日照充足、四季分明、雨水较多。年平均降水量795.9mm最大降水量1297mm(1958年)，多集中在7、8月间。年平均降雪日10天，最多28天，最大积雪厚度25mm。年平均气温14左右，七月份平均气温最高，一月份平均气温最低
3、。年平均相对温度70%，年平均蒸发量1679mm。河湖封冻一般在12月底至下年1月底。最大冻土深度24 cm。本区全年以偏东风为最多，年平均风速约30m/s，冬春季节受北方冷空气影响多西北大风。本区地震烈度7度区。 根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001）地震动峰值加速度分区为0.10.15g。1.2 井田地质特征全套图纸，加1538937061.2.1地质构造本区处于郯城庐江深大断裂带西盘，秦岭东西构造带北支的东端与新华夏系第二隆起带西侧的交汇处，徐州复背斜的西北侧。其构造形迹受东西向构造、华夏系及新华夏系构造体系的联合控制，褶皱轴向呈北东40左右，断裂走向北东3040。就区内构
4、造控制程度而言，属中等偏简单，褶皱、断裂均不发育。1.2.2地层本井田为隐蔽式煤田，自上而下地层特征如下： 石炭系上统太厚组（C3t）区内16个钻孔均未穿透，揭露厚度3.98191.28m。由十三层厚薄不等的浅灰色石灰岩与灰黑色粉砂岩、浅灰色粘土岩及浅灰、灰绿色中细砂岩及煤层交互沉积。因其沉积特征各异，现以九灰为界，分上下两部分。下部：厚约93m。由十、十一、十二、十三共4层石灰岩及灰岩间的砂岩、泥岩、薄煤层组成；其中十灰厚度大，含腕足类化石，上部白与下部黑，颜色对比鲜明，与上、下灰岩层间距较大，一般25m到30m左右，为本段地层对比的辅助标志。十一灰及十二灰组成上薄下厚的双层结构，尤以十二灰
5、厚度大，含大量纺外向纺锤蜒而为本组地层的主要标志之一。十三灰以其化石密集而易于辨认，故亦为本段地层的辅助标志。上部：厚约76m，由灰岩、泥岩、砂岩及薄煤层组成，含灰岩9层，其中一灰、四灰、五灰、六灰、九灰沉积稳定，一灰颜色浅，岩面粗糙，含有现有珊瑚及海百合茎化石；特征明显，位于该组地层的最顶部，成为与上覆山西组地层分界的标志。四灰厚度大，含燧石结核，为本段地层的主要标志之一。八灰与九灰相距较近，为本段地层对比的辅助标志。该组地层与下伏本溪组整合接触。 二迭系a、山西组（P1S）厚78.89121.20m，平均107.23m。岩性由灰白色中砂岩，灰色细砂岩，深灰色粉砂岩及灰黑色泥岩，灰褐色粘土岩
6、及煤层组成；最顶部为杂色泥岩。本组共含煤35层，煤层常位于该组地层的中下部。其煤层沉积特征明显，各煤层常具一层老顶砂岩。7煤层顶板以灰白色中粒砂岩为主，具斜层理，含有菱铁质鲕粒及炭纹。沉积虽然连续，但厚度变化大。9煤层顶板为浅灰及灰白色中细粒砂岩，成份以石英为主，含长石，硅钙质胶结，分选性好，含黑色泥岩包裹体，常见有黑色泥质条带，构成水平层理及缓波状水平层理；9煤层之下常具一层砂岩，除含有菱铁矿结核及具有生物搅动构造外，与其顶板砂岩特征基本相似，岩性区别不大。9煤上距7煤层为2550m，下距10煤5m左右；9煤层之底板砂岩，即为10煤层顶板砂岩。10煤之下为粉砂岩或与分细砂岩互层，底部为灰黑色
7、海相泥岩，含菱铁矿透镜体，具底栖动物浅穴，为该区地层对比的辅助标志。山西组全区分布，虽然因不均衡沉降而造成薄厚不等的沉积，但整体连续无缺失。该组地层与下伏太原组为整合接触。b、下石盒子组（p1x）厚123.46224.59m，平均195.50m。主要为杂色泥岩，浅灰色，灰褐色粘土岩，灰杂灰色粉砂岩及灰色、灰绿色细砂岩，灰白色中细砂岩、中粗粒砂岩及深灰色泥岩、粉砂岩和煤层组成。因上、下地层沉积特征各异，分上、下两段叙述：下部含煤段：厚约76.5m左右。主要由灰、深灰色泥岩、粉砂岩，灰白色细中砂岩及煤层组成。粉砂岩、泥岩中含植物化石。中细砂岩含菱铁矿鲕粒，呈缓波水平层理及斜波状层理，常形成煤层的顶
8、板。该段常含煤23层，有时57层，可采煤层一层（即3煤）。灰色地层厚约40m，为本组含煤段地层。其下为杂色泥岩。最底部为灰灰绿色含砾粗砂岩，有时相变为中砂岩或细砂岩。成分以长石石英为主，具多量岩屑，泥质胶结，分选性差，具韵律分选层理，厚度为0.5020m，平均厚6.50m。此层为下石盒子组与山西组地层的分界，俗称为分界砂岩，为该区地层对比的重要标志层。此层上距3煤层约45m左右，下距7煤层50m左右。上部非含煤段：厚约120m，其岩性以杂色泥岩为主，间有灰色粉砂岩，灰褐色粘土岩、灰绿及灰白色细砂岩，少有中粗粒砂岩。杂色泥岩中以紫红色为主，具灰、灰黄、灰绿色斑块，含。灰色粉砂岩及灰褐色粘土岩中多
9、含植物碎片化石及植物根化石。有时含完整的脉羊齿及瓣轮叶等化石。细砂岩常具缓波状水平层理及斜波状层理，含泥岩包裹，具少量炭屑。本组地层与下伏山西组为整合接触。C、上石盒子组（P2S）厚13.58538.95m，平均269.75m。上部以灰，灰绿、灰杂色斑块状泥岩为主，夹薄层中细或中粗砂岩，分选性较差，下部为灰色，浅灰色及绿灰色中细砂岩，与杂色、灰色、深灰色泥岩，粉砂沉积。距底部约100m处为灰、深灰色泥岩及粉砂岩，多含植物根化石，偶夹薄层炭质泥岩或煤线。底部为灰白或灰褐色中粗粒含砾石英砂岩，坚硬；一般为12层，偶见3层，上薄下厚，俗称“奎山砂岩”，为上石盒子组与下石盒子组地层的分界标志。该组与下
10、伏下石盒子组整合接触。d、石千峰组（P2sh）仅见于04勘探线4号孔，厚度69.65m。主要有暗红色泥岩、粉砂岩，灰褐、灰绿色及灰白色中粗粒砂岩组成；粗砂岩分选性差，含有岩屑及石英细粒，时见韵律分选层理。底部为一层厚30m左右的含砾粗砂岩，与下伏上石盒子组整合接触。 第四系（Q）厚37.40-95.00m，平均51.52m。第四系松散层主要由粘土、砂质粘土、砂姜粘土、含粘土粉细砂、中砂、砾石层及粘土砂姜、钙质粘土等组成，其中砂层、砂砾石等含水层仅占地层总厚度的1/3-1/4，且普遍含粘粒。（2）构造本区处于郯城庐江深大断裂带西盘，秦岭东西构造带北支的东端与新华夏系第二隆起带西侧的交汇处，徐州复
11、背斜的西北侧。其构造形迹受东西向构造、华夏系及新华夏系构造体系的联合控制，褶皱轴向呈北东40左右，断裂走向北东3040。就区内构造控制程度而言，属中等偏简单，褶皱、断裂均不发育，现叙述如下： 褶皱景山勘查区主体为一向倾盆地，收不均匀构造应力作用，盆地东南翼产状陡立，倾角6075，向深部变缓，倾角1015，形成陡帮平底的箱式褶曲。闫大庄向斜为景山勘查区主体向斜，轴部位于检测区中部偏西北，其走向由西南至东北，呈NE70转向NE50NE60，最后渐转为南北向至NW10而翘起，略呈“L”形，轴长约8km；8条勘探线控制，煤层底板等高线涂上清晰，控制程度可靠；其东南翼发育有秦楼背斜和城子河向斜等次级褶曲
12、。 岩浆岩本区内岩浆岩侵入普遍，据钻孔揭露，下石盒子组5个钻孔见岩浆岩侵入1-3层，侵入厚度0.925.38m。依据肉眼鉴定描述，侵入到下石盒子组，山西组的岩浆岩，其岩性相似，为深灰灰绿色，隐细晶质，斑状结构，块状构造，含黑云母碎片，矿物成分为斜长石、角闪石或辉石，据区域资料，燕山期岩浆侵入规律为：早期以中酸性为主，多呈岩株、岩盘侵入；晚期以中基性为主，多呈岩脉、岩床侵入。故本区岩浆岩侵入为燕山晚期。见综合柱状图 1-2：综合柱状图 1-21.2.3水文地质1、地表水系本区属华北平原山东丘陵的西南缘，地势低平。东南部为低山丘陵，山体走向NESW。西南部的麻雀山为区内最高峰，标高241m。西北部
13、为黄淮冲积平原，地面标高3234m(西南高而东北低)，地面坡度一般为15000，沿湖为13000。微山湖为区内最大湖泊，其次有城子湖、留武湖、后川湖等。主要河流有京杭运河、顺堤河、废黄河、不老河，闸河、桃园河、郑集河等，流向自西向东或东南。区内水系特点是流程短、河槽浅，汛期行水，旱期断流，仅在下游的沿湖地带基本保持常年有水。1957年微山湖水泛滥，苏北堤河以东全部受淹，洪水位标高36.1236.84m，目前沿湖大堤堤顶标高一般在39.00m左右。本区气候属南温带鲁淮区，据徐州气象站资料，年平均降水量795.9mm；蒸发量1679mm，降水多集中在59月(常见68月)，占全年总降水量的54.17
14、5.4%。2、井田含、隔水层（组、段）水文地质特征（1）本溪组(C2b)上部以浅灰色石灰岩含水层为主，夹泥岩或铝质泥岩，下部由杂、紫红色泥岩、铁质泥岩隔水层组成。据区域资料，正常条件下，它为基底奥陶系灰岩强岩溶含水层与太原组灰岩岩溶水的良好隔水边界。（2）太原组(C3t)揭露厚度3.98191.28m，由灰色石灰岩、生物碎屑灰岩及浅灰色中细砂岩等组成溶隙裂隙含水层；共有灰岩13层，总厚度25.2240.74m，占该组总厚度的18.928.3%。四灰：灰色，上部浅棕灰色，微晶质结构，底部夹泥质条带，富含珊瑚，海百合茎等海相动物化石，少含燧石结核，裂隙发育，方解石及泥质充填，局部发育溶蚀洞穴，富水
15、性较强，为开采山西组7、9煤层的间接充水含水层。综合本区勘探成果及邻近矿井揭露情况，太原组石灰岩岩溶含水层富水性中等，且自浅向深富水性趋弱。深灰色粉砂岩、泥岩、灰色粘土岩、煤层等组成相对隔水层。（3）山西组(P1s)厚度78.89121.20m，平均107.23m。上部和下部由泥岩、粉砂岩夹薄层细砂岩组成，为相对隔水层段；中部为含煤层段，砂岩含水性相对较好，虽然高角度张裂隙较发育，但多被方解石等充填，各漏水点均位于浅部(143.36243.85m)。邻区垞城矿清理斜巷底部7煤底板砂岩水质分析(76年1月)，水质为氯化物重碳酸钠型，矿化度1.033克升。煤层顶部50m以内的充水砂岩直接影响7煤层
16、开采，其层数17层，平均4层；厚度6.4036.57m, 平均18.53m；钻孔中均未见漏水。总体上7煤顶部砂岩含水层富水性较弱。根据邻近矿井开拓资料，7煤层底板砂岩不如顶板砂岩发育，但由于距太原组岩溶含水层较近，易获得补给，涌水量往往高于顶板砂岩。（4）下石盒子组(Plx)厚度123.46224.59m，平均196.50m，由粉砂岩、泥岩、煤层及中、细砂岩含水层组成。景山勘查区3-11号孔470471m漏水，漏失量1.18 m3h，砂岩局部高角度张裂隙发育，但多为钙质或泥质充填。邻区李场井检孔2、3煤层底板(基岩风化带)至山西组7煤顶底板砂岩混合抽水试验(1995年5月)：单位涌水量0.00
17、0386Lsm，渗透系数0.0273md，水质为氯化物硫酸钠型，矿化度2.46gL，富水性弱。上部砂岩不发育，为相对隔水层段。（5）上石盒子组(P2s)厚度13.58538.95m，平均269.75m，浅部遭剥蚀。主要由泥岩、粉砂岩、粘土岩及砂岩组成。含水层段与隔水层段相间，底部70m以内岩性为灰白色含砾中粗砂岩(奎山砂岩)，一般24层，平均厚度20余米，景山勘查区内计有6个层次漏水，富水性弱中等，检测区内未见漏水钻孔。奎山砂岩下距2、3煤层平均160余米，对煤层回采无影响。夹河矿井筒穿过奎山砂岩涌水量210 m3h，-80m人行石门过奎山砂岩涌水量130m3h。（6）石千峰组(P2sh)区内
18、仅1个钻孔揭露。岩性由紫红色中粗粒砂岩夹紫红色泥岩，粉砂质泥岩组成，为相对含水层段。（7）第四系(Q)厚度37.4095.00m，平均51.52m，主要由粘土、砂质粘土、砂姜粘土夹含粘土粉细砂、中砂、砾石层及粘土砂姜、钙质粘土等松散层组成，其中砂层、砂砾石层等含水层一般仅占地层总厚度的1314，且普遍含粘土成份。剖面上一般可将第四系松散层划分为上、中、下、底四段。 底段：厚度022.0m，平均10.50m，仅发育于西、西北部。岩性为棕黄灰绿色粘土、砂质粘土及粘土质中细砂，偶见粘土质砾石层。 下段：厚度6.225.2m，平均13.70m，黄褐色夹绿灰色，上部以粘土砂姜、砂姜粘土为主；下部多见钙质
19、粘土、中部偶夹粘土质粉细砂、砂质粘土等。3-15号孔抽水试验，第一股水(250L)抽出后，24小时抽出水量仅6.828L，富水性弱。水质为硫酸钠镁型，矿化度1.655gL。 中段：厚度13.030.0m，平均18.70m，黄褐色为主，夹绿灰色，紫色，可塑硬塑，岩性以粘土、砂质粘土及粉细砂等为主。局部含砂姜，该段为相对富水层。见少量现代蚌螺壳残体。 上段：厚度4.518.4m，平均8.62m，灰浅黄色，常见一层灰色流塑状淤泥质粘土。以软可塑状粘土、砂质粘土为主，局部夹l-2层粘土质粉细砂，多见近代植物根须及小孔隙。3、矿井水文地质类型及复杂程度综上所述，按照矿井水文地质规程中有关规定，本区属于半
20、封闭的徐州煤田刘集复式向斜水文地质单元内的北东端水文地质块段。第四系中的粘土、砂质粘土及砂姜粘土厚而稳定，它剪弱了大气降水、地表水、第四系孔隙水与基岩煤系含水层的水力联系。基底奥陶系灰岩虽然接受东南裸露山区侧向补给，但本溪组下部泥岩段具良好隔水作用。对2、3煤开采产生直接充水的为其顶部砂岩裂隙含水层，其富水性一般较弱；太原组石灰岩(四灰)为7煤层开采的间接充水含水层，据邻区揭露资料分析，富水性中等，因此本区水文地质类型属简单中等型，其中，开采中组煤层为简单型。矿床水文地质条件属简单型。4、矿井涌水量原地质报告预测矿井的正常涌水量90 m3h；预测最大涌水量为355 m3h。矿井近三年实测涌水量
21、均在20m3/h左右。1.3煤层及煤质1.3.1煤层（1）煤层特征及含煤性本井田含煤地层为二迭系山西组和下石盒子组，含局部可采煤层三层，即2煤、3煤和7煤，其中可采煤层3煤的平均厚度3.2m。 3煤层煤厚0.32-3.45m，平均3.2 m。部分为单层结构，部分为双层或叁层结构，煤层结构的变化无规律。检测区内穿过3煤层钻孔16个，其中断缺点1个，见煤点15个，可采点8个，可采性指数0.53。3煤顶板大部分为深灰色泥岩，少数为深灰色粉砂岩及浅灰色细砂岩。3煤层底板为灰色泥岩和褐灰色粘土岩。3煤层在最北端受岩浆岩入侵影响变为天然焦。3煤层属大部分可采的较稳定煤层。1.3.2煤质（1）物理性质及煤岩
22、特征检测区内主要可采煤层为3煤层，其余各煤层均为不可采煤层。3煤：灰黑黑色，油脂光泽及弱玻璃光泽，硬度1.52，褐黑黑色条痕，具厚度不等的条带状结构，含少量碎屑镜质体性脆、易碎，土状参差状断口，内生裂隙较发育，半暗暗淡型煤。镜质组主要为均质镜质体和基质镜质体，。木质结构已被强烈破坏，镜质体的腔孔结构已消失。惰性组主要为粗粒体、丝质体和半丝质体，含少量微粒体和菌类体，多呈大小不等，形状不规则的碎片分布在凝胶化基质中。丝质体腔孔结构多已破坏，有的腔孔被粘土充填。壳质组以大小孢子体为主，含少量角质体、树脂体及木栓质体。无机矿物中，以粘土为主，呈微粒状、浸染状或条带状分布。黄铁矿呈星散状分布。碳酸盐呈
23、块状晶体充填裂隙。镜质组最大反射率(R)为0.78601.0797，属II一变质阶段。3煤是气煤，气煤是煤化程度较低的一种烟煤，烟煤的容重为1.21.4（2）煤的化学性质1）水分(Mad)：烟煤一般含水量在2%以下，个别点较高达2.62%，且自上而下，其含量有逐渐降低的趋势。而天然焦及天然焦的水分稍高，平均大于2%，个别点高达5.45%。其原因主要是这些煤种所含吸附水较多。本区各煤层均属低水分煤层，故对煤层的利用影响很小。2）灰分(Ad)： 2、3、7煤层中气煤、1/3焦煤，灰分平均值为25.17%31.92%，均属偏低的富灰煤。2、3煤中天然焦灰分在40%以上，为高灰煤。7煤中天然焦灰分为3
24、1.95%，属富灰煤。3）硫分(St，d)：2、3煤层硫分均小于1%，属低硫煤。7煤层硫分0.52%2.28%，平均1.41%属中硫煤，个别属中高硫煤。4）磷(Pad)：本区各煤层磷含量大多在0.05%以内，应属特低磷煤及低磷煤。5）氯（Cl）：本区各煤氯含量在00.078%之间，平均为0.019%，氯含量较低。6）砷（As）：本区各煤层的砷含量一般在08PPM之间，砷含量较低。7）煤的发热量：3煤中气煤、1/3焦煤发热量18.8828.54 MJ/kg，平均24.64 MJ/kg；3煤中天然焦由于灰分较高，发热量平均值为15.57MJkg。1.3.3瓦斯、煤尘及煤的自燃(1)瓦斯2005年矿
25、井瓦斯绝对涌出量为0.46m3/min，相对瓦斯涌出量为0.91m3/t。矿井二氧化碳绝对涌出量为0.91m3/min，二氧化碳相对涌出量为1.84m3/t。(2)煤尘煤尘爆炸性鉴定结果3煤爆炸火焰长度为320mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉量75%，煤尘有爆炸性危险。(3)自燃煤层自燃发火倾向性经煤炭科学研究总院重庆分院鉴定为类不易自燃煤层(4)地温平均地温梯度为1.96ClOOm，属地温正常区。2 井田境界与储量2.1井田境界 柳泉煤矿是江苏天能集团公司下属主要生产矿井之一划定的井田境界：南自第1勘探线，北至06勘探线，浅部至各煤层露头，深部至-1000m煤层等高线。井田境界示意图见附图2-1-
26、1。其开采范围由8个拐点座标圈定，拐点座标具表2-1。表2-1 井田拐点座标表拐点编号xy13812240.0020516515.0023813228.7620517070.6933814676.8920518333.1543816248.4120518594.8053817483.1320516964.9463816732.6720515122.7373814120.6920513543.24井田走向长6km，倾斜长0.24.0km，面积16.49km2。开采深度-80-260m，主采煤层为下石盒子组3煤层。 矿井西南相邻的生产矿井为垞城煤矿，与本矿井有矿界煤柱相隔，对矿井开采无影响。2.2
27、 矿井工业储量计算矿井工业储量是指在井田范围内，经地质勘探，煤层厚度和质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚。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。2.2.1矿体块段划分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2-1所示。图2-1 块段划分示意图根据煤炭工业设计规范，求得以下各储量类型的值：（1）矿井地质资源量矿井地质资源量可由以下等式计算： Zz= ( F )/cos （2-1）式中：矿井地质
28、资源量，Mt；煤层平均厚度，m；煤层底面面积，m3；煤容重，t/m3 ； 煤层平均角度，17.将各参数代入（2-1）式中可得表2-2，所以地质储量为：Zz= 77.25(Mt)表2-2 块段储量表煤层块段倾角/()块段面积/km2煤厚/m容重/t/m3储量/Mt总储量/Mt144.323.21.415.3367.10253.703.21.414.23365.323.21.417.13456.733.21.419.102.2.2矿井工业储量根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%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%的是经济的基础储量，30%的是
29、边际经济的基础储量，则矿井工业资源/储量由式计算。矿井工业储量可用下式计算：Zg= Z111b+Z122b+Zm11+Zm22+Z333k （2-2）式中 Zg 矿井工业资源/储量； Z111b探明的资源量中经济的基础储量；Z122b控制的资源量中经济的基础储量；Zm11探明的资源量中边际经济的基础储量；Zm22控制的资源量中经济的基础储量；Z333 推断的资源量；可信度系数，取0.70.9。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、煤层赋存较稳定的矿井，取0.7。该式取0.8。Z111b =Zz 60%70%=28.18（Mt）Z122b =Zz 30%70%=14.09（
30、Mt）Zm11 =Zz 60 %30%=12.08（Mt）Zm22 =Zz 30 %30%=6.04 （Mt）Z333 = Zz 10%k=5.37 （Mt）因此将各数代入式2-2得：Zg= 65.73（Mt）2.2.3 矿井可采储量矿井设计资源储量按式（2-3-1）计算：Zs=Zg-P13% (2-3-1)式中Zs矿井设计资源/储量P1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。按矿井工业储量的3%算。则：Zs=Zg-P13%=63.76（Mt）矿井设计可采储量Zk=(ZS-P2)C (2-3-2)式中Zk矿井设计可采储量；P2工业场地和主要井巷煤柱损失量之和，按矿井
31、设计资源/储量的2%算；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0.85。则：Zk=(Zs-P2)C=(76.52-76.522%)80%=50.00（Mt）2.2.4工业广场煤柱根据煤炭工业设计规范不同井型与其对应的工业广场面积见表2-3。本矿井设计生产能力为60万吨/年.所以取工业广场的尺寸为450m300m的长方形。煤层的平均倾角为5度，考虑到工业广场压煤量及第一开采水平的选择，其中心处在井田走向的中央，煤层埋藏深度较浅，靠近井田下部边界埋藏深度为-250m，主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按级保护留维护带，宽度为15m。本矿井
32、的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-4。表2-3 工业场地占地面积指标井 型（万t/a）占地面积指标（公顷/10万t）240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.8表2-4 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-24053.2 12045717365由此根据上述以知条件，画出如图2-2所示的工业广场保护煤柱的尺寸：图2-2 工业广场保护煤柱3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范相关规定，确定矿井设计年工作日为330 d，工作制度采用“三八” 制，每天三班作业，两班生产,一班准备，每班工作8 h。矿井每
33、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，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
34、求量（包括煤中煤质、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。3.2.2 矿井设计生产能力(1)本井田煤炭储量十分丰富，煤层赋存稳定、顶底板条件好，倾角一般为1030，厚度变化不大，开采条件较简单，非常适宜综合机械化开采。(2)井田内地质构造简单，瓦斯涌出量少，以宽缓的褶曲为主，断层、陷落柱稀少，无岩浆岩侵入。井田内水文地质条件简单。适合建设中型矿井。(3)本区交通方便，铁路、公路及水路运输均很发达，根据水利交通部门规划，京杭运河将建成为南北水上运输的主要航道。经疏通后年通过能力为2500万t。
35、(3)本井田以气煤为主，为此，从矿井资源条件、煤层开采技术条件和煤的加工利用等方面综合考虑，确定本矿井设计生产能力为0.6Mt/a。3.2.3矿井服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。矿井可采储量Zk、设计生产能力A矿井服务年限T三者之间的关系为：ZkAKT= （3.1）式中: T矿井服务年限，a；Zk矿井可采储量，Mt；A设计生产能力, Mt；K矿井储量备用系数，取1.4。注：确定井型是要考虑备用系数的原因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
36、备用系数。则，矿井服务年限为：T =50.00/(0.61.4) 59.5a符合煤炭工业矿井设计规范要求。见表3-1。表3-1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力（万t/a）矿井设计服务年限（a）第一开采水平服务年限（a）煤层倾角45600及以上7035300500603012024050252015459040201515930各省自定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
37、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。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；合理确定开采水平的数目和位置；布置大巷及井底车场；确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；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：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
38、其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。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。合理开发国家资源，减少煤炭损失。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。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。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。本井田开拓方式的选择，主要考虑到以下几个因素：1） 本井田煤层埋藏较深，煤层可采线在-80m，最深处到-260m。2） 2）本井田瓦斯
39、及涌水比较小,对开拓方式的选择影响不大。3）本矿地表地势平坦，且多为农田，无大的地表水系和水体。4.1.1确定井筒形式、数目、位置及坐标井筒形式有三种：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
40、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。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
41、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5o，为近水平煤层；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，因此可采用斜井开拓或立井开拓。经后面方案比较确定井筒形式为双斜井。井筒位置的确定原则：有利于第一水平的开采，并兼顾其它水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门工程量少；有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段；井田两翼储量基本平衡；井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层；工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山、低洼和采空区，不受
42、崖崩滑坡和洪水威胁；距水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。4.1.2工业场地的位置工业场地的位置选择在主、副井井口附近，。工业场地的形状和面积：根据国家标准工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为18公顷，形状为正方形，长为450m,宽为400m。4.1.3开采水平的确定及采盘区划分井田主采煤层为3号煤层，设计中只针对3号煤层。3号煤层倾角变化较小，为4，为近水平煤层，故设计为单水平开采。为实现高产高效，要求巷道布置系统力求简单，掘进工程量要少，结合实际生产中带区布置与采区布置各自的优缺点及适用条件，分析比较可知本矿井采用带区式开采优势明显，故设计为带区式开采。4.1.4
43、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，分述如下图4-1 开拓方案图方案一：主斜副立井单水平开拓（加回风立井）斜井提升运输能力大，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，回风立井布置在井田中央，大巷布置在岩层中，沿底板掘进，局部半煤岩及岩巷，如图4-1 开拓方案图。方案二：双斜井单水平开拓（两翼对角式通风）主、副井筒均为斜井开拓，布置在井田边界，大巷布置在岩层中，沿底板掘进，局部半岩及岩巷，如图4-1 开拓方案图。方案三：双立井单水平开拓（加回风立井）主、副、回风井井筒均为立井开拓，布置在井田中央，大巷布置在岩层中，沿底板掘进，局部半岩
44、及岩巷，如图4-1 开拓方案图。方案四：双斜井单水平开拓（加回风立井）主、副井井筒均为斜井开拓，布置在井田边界，回风立井布置在井田中央，大巷布置在岩层中，沿底板掘进，局部半岩及岩巷，如图4-1 开拓方案图。（2）技术比较以上所提四个方案大巷布置及水平数目均相同，区别在于井筒形式和井筒位置不同，及部分基建、生产费用不同。方案一、三井筒形式不同。方案一主井为斜井，斜井的运输提升能力比立井大，有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒也可作为安全出口，井下一旦发生事故，人员也可从主斜井迅速撤离。方案三主井为立井，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，主要缺点是
45、井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，掘进速度慢，基建投资大；井田内3号煤层厚度大、倾角小、赋存稳定，涌水量小，立井的优点不突出，而斜井的提升能力大的特点很适合本矿井的需要。经过以上技术分析、比较，再结合粗略估算费用结果（见表41、表42），在方案一、三中选择方案一：主斜副立单水平开拓。方案二、四主要区别在风井井筒不同。方案二使用两翼对角式通风，这种方式的通风线路长度变化小，矿井通风的风压变动小，通风机工作稳定，当矿井一翼通风机发生故障时，另一翼通风机还可以运转。缺点：回风井和通风设备较多，工业场地分散，占地和保护煤柱损失较多，建井时主副井与回风井贯通的时间较长，方案二使用中央回风井回风。经过以上技术分析、比较，再结合粗略估算费用结果（见表43、表44），在方案二、四中选择方案二：斜井单水平开拓。（3）经济比较一、二、三方案有差别的建井工程量、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41、表42、表43、表44、表45。表4-1 方案一 主斜副立单水