河北理工大學 畢業設計目錄目 錄1 礦區概述及井田地質特征11.1 礦區概況11.2 井田地質特征31.3煤層與煤質82 井田境界和儲量122.1 井田境界122.2 礦井工業儲量122.3礦井可采儲量143 礦井工作制度、設計生產能力及服務年限173.1 礦井的工作制度173.2 礦井設計生產能力及服務年限174 井田開拓204.1 井田開拓的基本問題204.2 礦井的基本巷道245 準備方式盤區巷道布置345.1 煤層的地質特征345.2 盤區巷道布置及生產系統345.3 盤區車場366 采煤方法及工藝376.1 采煤工藝方式376.2 回采巷道布置527 井下運輸547.1 概述547.2 盤區運輸設備選擇557.3 巷道運輸設備選擇558 礦井提升598.1礦井提升概述598.2主副井提升599 礦井通風639.1 礦井通風系統選擇639.2 盤區及全礦所需風量6610 設計礦井基本技術經濟指標7411 安全技術措施7611.1 井下火災防治7611.2 井下水災防治7611.3 井下熱害防治7711.4 粉塵綜合防治7711.5 頂板事故防治7711.6 安全裝備7811.7 礦山救護78參考文獻79謝 辭80iv河北理工大學 畢業設計說明書1 礦區概述及井田地質特征1.1 礦區概況1.1.1位置、交通準格爾煤田位于內蒙古自治區鄂爾多斯市準格爾旗東部，不連溝井田位于準格爾煤田最北部，行政隸屬準格爾旗東孔兌鄉，隔黃河北與托可托縣為鄰，東與清水河縣相望。地理坐標：東經11114501112014，北緯395523400051。礦區內公路、鐵路交通已形成網絡，交通十分方便。井田的西部、北部有s103道通過，距呼和浩特約95km，至薛家灣鎮約23 km。薛家灣鎮有工企級公路分別到達鄂爾多斯市政府所在地東勝區和自治區政府所在地呼和浩特市。另據內蒙古自治區交通規劃，呼和浩特東勝高速公路近期將建成通車，途經薛家灣鎮。礦區內公路、鐵路交通已形成網絡，交通十分方便。礦井建成投產后，煤炭外運條件便利。礦區交通位置見圖1-1。1.1.2自然條件1、地形、地貌井田位于鄂爾多斯黃土高原，呈典型的黃土高原地貌。地表被廣厚的黃土和風積沙大面積覆蓋，只在較大的沖溝中才有基巖出露。地形復雜，溝壑縱橫，樹枝狀沖溝十分發育。地形總趨勢是西南高，東北低。海拔約1127m1346m，高差219m。2、河流井田內發育有大不連溝、小不連溝、不連溝、房塔溝、水澗溝等，其支溝特別發育，溝源及兩側多有泉水涌出。雨季多爆發山洪，流量大，旱季時有干涸。黃河從井田東緣流過，為井田最大的地表水體。據黃河水利委員會頭道拐水文站觀測資料，水位高程最低984.52m（1978年7月20日），最高990.33m （1981年9月26日），河水流量最小55.2m3/s（1980年6月27日），最大5150 m3/s（1981年9月26日）。3、氣象及地震本區屬大陸性干旱氣候。冬季嚴寒，夏季溫熱而短暫，寒暑變化劇烈，晝夜溫差大， 圖1-1 交通位置示意圖年平均氣溫5.37.6，最低氣溫36.3，一般結冰期為每年10月至翌年4月，最大凍土深度1.50 m。降雨多集中在7、8、9三個月，年平均降水量408mm。年總蒸發量為1824.7mm2204.6mm，是降水量的58倍。本地區無霜期約150天。區內受季風影響，冬春季多風，風速一般為16m/s20m/s，最大風速40m/s。區內主導風向為西北風。進入上世紀90年代，本地氣候有所變化。氣溫有逐年增高的趨勢，且季節性溫差也逐年減小，地區性揚沙天氣和沙塵暴次數增多。據中國地震動參數區劃圖劃分，本區地震動峰值加速度（g）為0.10，地震烈度為度。4、人文與經濟環境井田內人口少，居住分散，以農業為主，區內土地貧瘠，雨量稀少，糧食常不能自給自足。其次為牧業，手工業、工業甚少。農民生活貧窮，經濟相對滯后。近年來國民經濟的蓬勃發展帶動了地區經濟的繁榮，鄂爾多斯市以煤炭、天然氣、耐火粘土、羊絨四大支柱產業為優勢，創得了很好的經濟效益，地區豐厚的資源受到國內外的重視，贏得了很好的投資環境，對鄂爾多斯地區的經濟發展起到了積極的推動作用，同時也為煤炭資源開發提供了更廣闊的前景。1.2 井田地質特征1.2.1地層礦區地層自下而上發育有下古生界奧陶系中統馬家溝組，上古生界石炭系上統本溪組和太原組、二疊系下統山西組和下石盒子組。1、煤田地層準格爾煤田地層區劃屬于華北地層區鄂爾多斯分區。屬晚古生代石炭二疊紀煤田，含煤10層，其地層沉積序列與華北石炭二疊紀各煤田基本相似。地層由老至新有：太古界（ar）、寒武系（）、奧陶系（o）、石炭系（c）、二疊系（p）、三疊系（t）、白堊系（k）、第三系（n）、第四系（q）。2、井田地層井田地層層序自下而上為：下奧陶統亮甲山組、馬家溝組，中石炭統本溪組、上石炭統太原組，下二疊統山西組、下石盒子組，上二疊統上石盒子組，下白堊統志丹群，第三系上新統，第四系上更新統及全新統的近代沉積。其中石炭系和二疊系為含煤地層。下面由老到新分別加以敘述：（1）奧陶系（o） a、亮甲山組（o1l）：為淺海相沉積。巖性為淺灰、灰黃色中厚層白云巖。致密性脆，風化后呈黃褐色，化石少見。喀斯特溶洞發育，井田南部526號孔見到此層，厚度18.95m，井田內無出露。b、馬家溝組（o1m）：為淺海相沉積，是煤系地層的直接基底。巖性為淺灰黃色、棕灰色薄層泥質灰巖，厚層狀石灰巖，間夾薄層結晶灰巖，局部為豹皮狀灰巖，下部為黃綠色薄層泥質灰巖，厚層灰巖，鉆孔僅揭露其頂部，揭露最大厚度24.55m，平均8.25m。井田內無出露。（2）石炭系（c）a、本溪組（c2b）：為一套淺海過渡相細碎屑巖沉積。巖性由灰色、深灰色粘土巖、泥巖、砂巖組成，上部夾有不穩定的煤線。底部為較穩定的灰色、灰白色厚層狀鋁土質泥巖，相當于g層鋁土礦層位和一層雞窩狀褐鐵礦層，即“山西式鐵礦”層。本組地層厚度1.50m25.38m，平均11.62m，全井田分布。與下伏地層下奧陶統平行不整合接觸。井田內無出露。b、太原組（c3t）：為過渡相陸相沉積，是本井田主要含煤地層。由灰黑色泥巖、砂質泥巖、灰白色粗粒砂巖、細粒砂巖、粉砂巖，薄層深灰色粘土巖、6上、6、6下、9上、9、10號煤層組成。（3）二疊系（p）a、山西組（p1s）：為內陸碎屑巖沉積。是本井田的含煤地層，主要由灰白色粗砂巖、淺灰及灰黑色砂質泥巖、泥巖、深灰色粘土巖及1、3、5號煤層組成。劃分上、中、下三段。下段（p1s1）：頂部多以砂質粘土巖出現，局部較純，部分地區被砂質泥巖取代，中厚層狀，井田內大部分布。上部為灰黑色泥巖、砂質泥巖、深灰色砂質粘土巖、灰白色粉砂巖互層。中夾5號煤層，5號煤層不穩定，局部可采，主要分布于井田南部。下部為灰白色粗砂巖（k3），局部含礫，厚度變化在6.60m14.30m，平均10.87m，不穩定，厚砂帶在中北部，沿nwse向展布。對下伏地層有沖蝕現象，為山西組與太原組的分界標志層。中段（p1s2）頂部為深灰色粘土巖，大部分為砂質粘土巖，個別地段較純，中厚層狀，井田內大部分布。中上部為灰、灰黑色砂質泥巖、泥巖、深灰色砂質粘土巖、薄層砂巖互層，中夾極不穩定的3號煤層，不可采，分布于井田的中部。下部為灰白色粗砂巖，局部含礫，不穩定。上段（p1s3）：頂部為深灰色粘土巖，大部分為砂質粘土巖，局部變為砂質泥巖、泥巖，上部為淺灰色、灰色砂質泥巖、泥巖、砂質粘土巖互層，局部夾薄層砂巖。下部為灰白色粗砂巖，局部含礫，不穩定。本組地層厚度6.32m82.79m，一般48.58m，全井田分布，與下伏地層太原組（c3t）整合接觸。井田內無出露。b、下石盒子組（p1x）：為內陸盆地砂泥質沉積。由紫紅色、絳紫色砂巖、砂泥巖、泥巖，灰、灰綠色砂質粘土巖，灰白黃色粗砂巖組成。劃分上、下兩段。下段（p1x1）：上部為紫色粗砂巖、細砂巖、砂泥巖、泥巖互層，中下部為厚層狀紫色砂巖、雜色砂質泥巖，底部為灰白、黃色粗砂巖（k4），局部含礫，成為與山西組的分界標志。上段（p1x2）：主要為灰綠色粗砂巖、砂質泥巖、砂質粘土巖、砂巖，局部含礫。 本組地層厚度10.76m95.50m，一般厚度58.63m，分布于中南部6勘探線以南。與下伏山西組（p1s）整合接觸，井田內無出露。c、上石盒子組（p2s）：為內陸盆地砂泥質沉積。其巖性主要有紫紅色砂質泥巖，灰綠色細、粉砂巖，間夾灰綠色、淺白色中粗粒砂巖。底部為灰綠色砂礫巖，礫石以分選不好，膠結疏松為特征。本組地層厚度12.70m130.37m，平均厚度60.59m，分布在10勘探線以南，與下石盒子組（p1x）整合接觸。井田內無出露。（4）白堊系（k）志丹群（k1 zh）：為內陸開闊盆地河湖砂泥質沉積。根據巖性特征劃分三段。下段：由淺紫、紫紅色礫巖、砂礫巖、砂質泥巖互層。礫石成分復雜：花崗巖、花崗片麻巖、偶見沉積碎屑、角礫，礫徑0.02m0.15m。充填物為砂質。距底部15m處，有一層黑色、灰綠色玄武巖，致密，堅硬。中段：朱紅色砂巖、泥巖、砂質泥巖為主，偶見砂礫巖或礫石層。上段：灰白色粗礫巖為主，夾有灰綠色、灰紫色泥巖，厚度不大。以上三段地層，從井田北界煤層露頭開始，向南超覆于各時代地層之上。越往南，超覆層位越高。本組地層厚度40.10m256.65m，一般厚度143.35m。不整合于古生界之上。（5）第三系上新統（n2） 主要為紅色，磚紅色粘土，局部為粉砂質粘土。下部夾鈣質結核層。底部為厚度約2m3m的底礫巖層。本統地層厚度11.81m14.53m，一般厚度在12.99m左右。與下伏地層不整合接觸，零星出露于各溝谷中。（6）第四系（q）a、上更新統馬蘭組（q3m）：廣布全井田。為淺黃色黃土層。柱狀節理發育，含鈣質結核。本組地層厚度變化大為084.55m，一般在42.47m左右。不整合于下伏地層之上。b、全新統（q4）：為近代風積沙，沖洪積砂礫層，淤泥、殘坡積物等。厚度05.00m，主要分布在井田西北部。1.2.2地質構造1、煤田地質構造準格爾煤田大地構造位置屬華北地臺鄂爾多斯臺向斜的東北緣。按地質力學觀點，煤田位于陰山巨型緯向構造帶的南緣屬新華夏系第三沉降帶。其構造格局，主要受陰山構造帶和新華夏系構造帶的影響。煤田總的構造輪廓為東部隆起、西部坳陷，走向近sn，向w傾斜的單斜構造。北端地層走向轉為nw，傾向sw，南端地層走向轉為sw至ew，傾向nw或n。傾角一般小于10，構造形態簡單。煤田構造主要產生于地殼升降運動，構造形式以褶曲和正斷層為主。煤田中東部發育有軸向呈nne的短軸背向斜，如窯溝背斜、東溝向斜、西黃家梁背斜、焦家圪卜向斜、賈巴壕背斜。南部有走向近ew的老趙山梁背斜、雙棗子向斜，軸向呈 nww的田家石畔背斜、沙溝背斜、沙溝向斜，走向近sn的罐子溝向斜。煤田內斷裂構造不發育，僅見到幾條稀疏的張性斷層。有龍王溝正斷層、哈馬爾峁正斷層、f2斷層、石圪咀正斷層、虎石圪旦正斷層。2、井田地質特征井田構造特點與煤田區域構造格局大致相同，為一走向nnw向sww傾斜的單斜構造，在單斜背景上，局部有非常寬緩的波狀起伏，波幅小于20m，起伏角一般小于5。井田內地層產狀平緩，傾角一般35，斷裂不發育，有基性玄武巖噴出。玄武巖一般產出于白堊統紅色砂礫層中，為致密塊狀玄武巖或杏仁狀玄武巖，對井田內煤層及煤質尚未發現影響。1.2.3水文地質黃河流經井田東緣（距井田東界約8km），是井田及周邊最大且唯一的地表水體，黃河標高968.53m（測量點位于井田東南約10km的荒地北賈窯圪旦）。在井田周邊的黃河河床均為奧陶系下統，與石炭，二疊系地層未直接接觸。黃河水與煤系地層無水力聯系，黃河是本井田排泄地表水及地下水的天然場所。本井田以裂隙砂巖充水為主（單位涌水量小于0.01 l/sm），水文地質條件屬簡單類型。礦井充水水源主要為山西組砂巖裂隙和太原組砂巖裂隙的地下水，充水通道為開采過程中形成的冒落帶及裂隙帶。大氣降水為地下水主要補給來源，但井田地形起伏較大，易于排泄，滲入地下甚微。煤系地層基底的奧陶系含水層與煤系地層間有本溪組穩定隔水層，無水力聯系。地質報告按“大井法”預測礦井涌水量66.4m3/h，推薦作為礦井正常涌水量；假定礦井產量1.0 mt/a、按富水系數比擬法預測礦井涌水量228.2m3/h，作為礦井最大涌水量。經過研究和分析，并且礦井按照10.0 mt/a生產規模時的最大涌水量已經過153勘探隊的確認，因此設計確定本礦正常涌水量66.4 m3/h，最大涌水量228.2 m3/h。1.2.4其它開采技術條件1、巖石工程地質特征勘探報告根據本井田施工的2個工程地質巖樣孔，并參考小魚溝區施工的112號孔，對本井田巖石物理力學性質進行了統計。本井田地質構造簡單，為總體傾向sw，具小型波狀起伏（波幅小于20m，起伏角小于5）的單斜，傾角35，未見斷層及構造破碎帶，風化作用較弱。地表及周邊生產小窯未見不良工程地質現象，地下水靜水壓力極小。各可采煤層強度較低（r30mpa）為主，占83.6；其中6號煤層底板軟巖比例較高。本井田主要可采煤層頂底板巖性以泥巖、砂質泥巖、炭質泥巖為主。根據鉆孔巖樣力學性質統計，泥巖、砂質泥巖、炭質泥巖力學強度普遍低于砂巖且以軟巖為主，據巖芯觀測，泥巖類易膨脹、崩解。井田工程地質條件簡單，工程地質勘查類型為層狀巖類的簡單型。2、瓦斯地質部門共采集17個瓦斯樣進行測定，ch4為0，co2占5.8141.33，n2占58.6794.19%，屬二氧化碳氮氣帶。根據地質報告，井田煤層瓦斯含量低，故本井按低瓦斯礦井考慮。3、煤塵爆炸性、自燃與地溫煤塵爆炸性：本井田各可采煤層的干燥無灰基揮發分產率均在37以上，有煤塵爆炸危險。自燃：經對5、6、9上、9煤層煤樣燃點測試，井田煤層均屬易自燃煤層。根據近年來對部分電廠用煤的調查，準格爾煤田各煤層的自然發火期一般為4060d。地溫：本井田對2個鉆孔進行了簡易地溫測量工作，結果表明本井田地溫變化不大，未發現高溫異常，屬于地溫正常區域，對井下采煤無危害。1.3煤層與煤質1.3.1煤層井田煤系地層自上而下含有1、3、5、6上、6、6下、9上、9、10號等9層煤層， 井田煤層特征見表1-1。井田煤系地層共含可采煤層6層，其中二疊系山西組有局部可采煤層1層，為5號煤層；石炭系太原組有可采煤層5層，即6上、6、6下、9上、9號煤層，除6上和6下號煤層為局部可采外，6、9上和9號煤層為全區可采或大部可采。其中6煤資源儲量為900.72 mt，占總資源儲量的64%，為本井主要開采對象。5號煤層：位于山西組底部，賦存于井田南部，煤層自然厚度0.103.85 m，平均1.22 m，煤層可采厚度1.253.25 m，平均1.87 m，不穩定，局部可采。6上煤層：位于太原組上部，為6號煤層分叉的上分層，賦存在井田南部。煤層自然厚度0.257.85 m，平均4.42 m，煤層可采厚度1.257.35 m，平均4.16 m，局部可采，不穩定。與5號煤層間距最小6.06m，最大14.30m，平均10.87m。 表1-1 井田煤層特征表煤層號煤層厚度(m)最小最大平 均夾矸平均厚度 (m)平均層數煤層間距(m)最小最大平 均穩定程度可采性備 注10.110.200.16極不穩定不 可 采30.160.700.420.401極不穩定不 可 采50.103.851.220.310.6不 穩 定局部可采6.6014.3010.876上0.257.854.420.722.5不 穩 定局部可采1.3620.2810.8260.4538.4518.712.639穩定較穩定全部可采主要采煤 層2.6016.5510.676下0.104.451.860.411.4不 穩 定局部可采0.6615.376.389上0.4010.204.040.872.6較穩定大部可采主要可采煤 層0.2512.393.8890.3511.605.360.802.2較穩定大部可采主要可采煤 層0.853.201.21100.251.990.770.311極不穩定不 可 采6號煤層：位于太原組中部，是本井田的主要可采煤層，全井田可采。煤層自然厚度0.4538.45 m，平均18.71 m，煤層可采厚度6.0535.50 m，平均16.53 m。屬穩定較穩定煤層。該煤層結構復雜，夾矸最多達22層，最少3層，平均9層； 夾矸總厚度最大8.89m，最小0.45m，平均2.63m；夾矸的巖性多為泥巖、砂質泥巖、粘土巖，部分為炭質泥巖，煤層結構尤以頂部復雜。6號煤層頂底板巖性大部分為泥巖、粘土巖、炭質泥巖，其次為砂巖。6號煤層距6上煤層1.36m20.28m，平均10.82m。6下煤層：位于6號煤層下部，是6號煤層的分叉層。煤層自然厚度0.104.45 m，平均1.86 m，煤層可采厚度0.803.60 m，平均1.87m。局部可采。夾矸層數02層，夾矸厚度最小0.15m，最大0.67m，平均0.41m。與6號煤層間距2.60m16.55m，平均10.67m。在井田西南邊緣于y0808、528號孔與6號煤層合并。9上煤層：位于太原組下部，全井田大部可采。煤層自然厚度0.4010.20 m，平均4.04 m，煤層可采厚度0.957.83 m，平均3.39m。屬較穩定煤層。煤層結構復雜簡單。夾矸層數06層，平均2.64層；夾矸厚度01.99m，平均0.87m。夾矸巖性多為泥巖、砂質泥巖、粘土巖等，9上煤層頂底板巖性為泥巖、砂質泥巖、砂巖等。9上煤層距6下煤層0.66m15.37m，平均6.38m。9號煤層：為本井田主要可采煤層，位于太原組下部。全井田大部可采。煤層自然厚度0.3511.60 m，平均5.36 m，煤層可采厚度1.3510.90 m，平均4.67 m，屬較穩定煤層。煤層結構復雜簡單，夾矸最多8層，平均2.2層。夾矸最厚2.30m，平均0.80m。夾矸的巖性為泥巖、砂質泥巖及粘土巖。煤層的頂底板巖性為泥巖、砂質泥巖、粘土巖，炭質泥巖及砂巖。9號煤層距9上煤層間距為0.25m12.39m，平均3.88m。1.3.2煤質情況1、水分（mad）：各可采煤層煤芯原煤空氣干燥基水分較高，一般在2.47%9.54%之間。6號煤層在2.90%9.54%之間，平均5.01%；9號煤層平均3.88%。浮煤水分略高于原煤，在垂向上，水分變化不大，平面上變化規律不明顯。2、灰分（ad）：各可采煤層煤芯原煤灰分在11.37%39.57%之間，在垂向上，上、下部灰分較高，中部較低。5號煤層灰分最高，平均30.76%，為高灰煤。其它各層均為中灰煤。6號煤層煤芯原煤灰分在14.79%29.79%之間，主要集中在15%25%之間，平均20.11%。3、揮發分（vdaf）：各可采煤層浮煤揮發分一般在37%以上，屬于高揮發分煤。4、元素分析：浮煤元素組成中碳含量（cdaf）平均值在77.67%79.94%之間，氫含量（hdaf）平均值在4.66%5.30%之間，氮含量（ndaf）平均值在1.29%1.43%之間，氧含量平均值在（odaf）12.32%14.76%之間。5、有害元素分析：硫分（st,d）：各煤層煤芯原煤全硫在0.35%2.73%之間，平均值在0.71%1.14%之間，屬低硫煤-中硫煤。其中主要可采煤層，6號煤層平均值為1.04%，9上號煤層平均值為1.08%，9下號煤層平均值為1.00%；均為中硫煤。局部可采煤層6上號煤層平均值為0.71%，為低硫煤。浮煤硫分低于原煤，各煤層平均值在0.57%0.84%之間。煤中硫分以硫酸鹽硫及有機硫為主，硫化鐵硫含量較低，經過洗選加工后無機硫顯著降低，有機硫變化不大。磷分（pd）：各煤層磷含量較低，變化不大，5號煤層平均為0.062%，屬中磷煤；其余各煤層在0.022%0.046%之間，為低磷煤。砷（as,d）: 各煤層砷的含量較高，變化大，6號煤層在1ppm98ppm之間，平均16ppm；9上號煤層在1ppm69ppm之間，平均14ppm；9號煤層在081ppm之間，平均15ppm；超出食品工業燃煤小于8ppm的要求，要引起重視。砷多以砷黃鐵礦形態存在，硫分高，砷就高，經洗選加工可以明顯降低。氟（f）：各煤層原煤氟的含量在160266ppm之間，氟在燃燒時，大部分煙氣散到大氣中，對環境有影響，應引起重視。氯（cl）: 各煤層氯含量在0.009%0.027%之間,低于0.3%，工業利用危害不大。6、發熱量（qnet,ad）：各煤層煤芯原煤空氣干燥基低位發熱量在14.3926.63mj/kg 之間，6號煤層平均值在22.71 mj/kg，9上號煤層平均值在21.09 mj/kg，9下號煤層平均值在20.58 mj/kg。屬于中中高熱值煤。7、煤的分類：本礦生產原煤屬于長焰煤。832 井田境界和儲量2.1 井田境界準格爾煤田位于內蒙古自治區鄂爾多斯市準格爾旗東部，不連溝井田位于準格爾煤田最北部，行政隸屬準格爾旗東孔兌鄉，隔黃河北與托可托縣為鄰，東與清水河縣相望。地理坐標：東經11114501112014，北緯395523400051。本次設計的不連溝井田范圍由7、b、c、d、e、f、a七個拐點連成的不規則多邊形構成。井田東西平均寬5.5km，南北平均長8.74km，面積約48.07km2。井田境界拐點坐標見表2-1。 表2-1 井田境界拐點坐標表拐點編號地 理 坐 標北京54直角坐標經 度緯 度x（m）y(m)a11116584000514431238.2737524164.10711119514000204430300.0037528250.00b11120143959144428245.5137528821.80c11118473955234421138.5937526780.93d11114503956314423216.8237521146.22e11115413957384425289.5537522347.53f11116384000174430181.8837523678.142.2 礦井工業儲量2.2.1礦井儲量分類勘探報告對于穩定較穩定煤層，以1000m1000m網格加中心孔圈定探明的經濟基礎儲量（121b），1000m1000m網格圈定控制的經濟基礎儲量（122b），達不到控制的圈定推斷的內蘊經濟資源量（333）。由于井田構造簡單，主采煤層賦存穩定，勘查類型為一類一型偏復雜，因此，設計認為推斷的內蘊經濟資源量（333）較為可靠。本礦井構造簡單，主要可采煤層賦存穩定，傾角平緩；水文地質條件簡單，瓦斯含量很小，其它開采技術條件均簡單。礦井主要可采煤層為6、9上和9煤層，均為中厚厚煤層，對比可靠，全區可采或大部可采。6上煤層局部可采，但發育連續、可采面積較大，除可開采區域周邊變薄部分外均列為經濟儲量；6下煤層局部可采，可采范圍發育不連續，因此，設計將該煤層厚度較薄、發育范圍小、開采成本高的局部區域資源量列為不經濟儲量。5號煤層局部可采，發育范圍很小、較薄，開采成本高，均列為不經濟儲量。2.2.2礦井工業儲量工業儲量111b+122b+（333-不經濟資源量）可信度系數k。本井田為單斜構造、無斷層，地質構造屬簡單類型；煤層賦存穩定、傾角平緩，對推斷的內蘊經濟資源量在計算工業資源/儲量時，根據各煤層的賦存條件和勘查程度取可信度系數，6、9上和9煤層k=0.9，6上煤層k=0.8，6下煤層k=0.7。經計算，本礦井的工業資源儲量為1276.42mt，統計結果見表2-2。表2-2 井田分煤層工業儲量統計表 單位：mt 類型煤層號111b122b333（333-不經濟資源量）k工業儲量111b 工業儲量 111122b 工業儲量 6上67.9541.4941.49 6201.8999.81599.02539.12840.822436 6下47.6331.6331.63 9上25.3137.41112.66101.39164.111538 956.2943.88109.1198.20198.372851合 計283.49181.10917.84811.831276.4222362.3礦井可采儲量2.3.1安全煤柱的留設1、井田境界和盤區邊界煤柱留設井田境界煤柱一側留20m，盤區邊界煤柱每側各留20m。2、地面建（構）筑物煤柱留設（1）地表溝谷本礦位于鄂爾多斯黃土高原，呈典型的黃土高原地貌，溝壑縱橫、地形復雜，主要沖溝有大不連溝、小不連溝、不連溝、房塔溝、水澗溝等，雨季多爆發山洪，流量大、時間短。井田地表地形西南高、東北低，煤層賦存為一個單斜構造，東北高、西南低，開采煤層距離地表高差在150m480m之間；居民點零星分布，無集中的大規模建筑群體，井田內有兩條220kv高壓輸電線路從東北至西南穿過，一條10kv輸電線路南北穿過，s103省道在井田外大致沿井田西北部邊界穿過，井田中部有一廢棄的截流水庫位于不連溝上。地表地形西南高、東北低，煤層賦存為一個單斜構造，東北高、西南低，開采煤層距離地表較近的位置集中在井田東北部的溝谷處，該處溝谷地表高程在1115m以上，井下距離最近的6號煤層底板高程965m左右，高差約150m。通過計算，礦井的開采將造成地表的沉陷變形，但開采的垮落帶和導水裂隙帶不會波及地表，不會造成地表水導入井下，因此地表溝谷不留設保護煤柱，但開采中應加強觀測和預防。（2）s103省道、輸電線路考慮礦井煤層埋藏較深、煤柱量大，為使井下開采煤層保持良好的連續性和完整性，提高回采率和開發強度，設計除對s103省道和道路附近集中的居民點留設保護煤柱外（與井下大巷煤柱重合），其他地表建（構）筑物不留設保護煤柱。井田范圍內的一條10kv輸電線路不留設煤柱，根據地表變形情況隨時進行維護；另外兩條220kv高壓輸電線路電壓級別高、較為重要，設計考慮對其進行改線搬遷。對沉陷范圍內的居民點根據接續需要逐步進行搬遷，沉陷區邊緣的零星住宅可根據其受破壞程度進行必要的修理或搬遷。煤柱留設方法采用垂直剖面法，參考鄰近礦區參數資料，表土層移動角取45，基巖移動角取70。圍護帶寬度按級保護級別，工業場地為15m，s103省道和道路附近集中的居民點為15m。3、主要大巷煤柱留設盤區大巷之間的煤柱為35m，巷道外側煤柱根據建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程，經計算6煤北翼和南翼主要井巷煤柱留72m煤柱，6煤下分層主要井巷煤柱留60m煤柱，9煤組主要井巷煤柱留50m煤柱。2.3.2礦井可采儲量設計可采儲量（設計資源/儲量工業場地和主要井巷煤柱量）盤區回采率。表2-3 井田分煤層設計可采儲量統計表 類型煤層號地 質資源量（mt）工業儲量（mt）設計儲 量（mt）工業場地及主要井巷煤柱（mt）盤區回采率()設計可采儲量（mt）工業場地及井筒大巷煤柱合計6上67.9541.4941.010.000.000.007530.766900.72840.82736.497.6216.5624.1875534.246下47.6331.6326.700.860.000.868020.679上175.38164.11139.891.590.001.5980110.649209.28198.37175.202.220.002.2275129.73合 計1400.961276.421119.2912.2916.5628.85826.04本井田無地層巖層移動角資料，本設計參考相似類型圍巖條件礦區的巖層移動角資料，新生界第四系地層巖層移動角取45，石炭系、二疊系地層巖層移動角取70。經計算，本井留設的風井工業場地煤柱量為12.29 mt。主要井巷煤柱，根據開拓部署和計算，6煤北翼和南翼主要井巷煤柱留72m煤柱（大部分與s103省道煤柱重疊，計入s103省道煤柱），6煤下分層主要井巷煤柱留60m煤柱，9煤組主要井巷煤柱留50m煤柱（大部分與s103省道煤柱重疊，計入s103省道煤柱），經計算，煤柱量為1656mt。盤區回采率厚煤層取0.75，中厚煤層0.80，薄煤層0.85。經計算，本礦井的設計可采儲量為826.04 mt。礦井設計可采儲量匯總見表2-3。3礦井工作制度、設計生產能力及服務年限3.1 礦井的工作制度根據煤炭工業礦井設計規范的相關規定，本設計礦井為新建大型礦井，因此確定礦井設計年工作日330d，工作制度采用“四六制”，每天四班作業，三班生產，一班準備及檢修，每班工作6h，礦井每晝夜凈提升時間16h。3.2 礦井設計生產能力及服務年限3.2.1礦井設計生產能力井田工業儲量為1276.42mt，設計可采儲量為826.04mt，按照1.3的儲量備用系數，礦井設計生產能力按8.0 mt/a、10.0 mt/a、12.0 mt/a計算，服務年限分別為79.4a、63.5a和53.0a。按照煤炭工業礦井設計規范礦井生產能力在6.0 mt/a以上時設計服務年限不宜小于70a。選用設計生產能力8.0 mt/a，服務年限為79.4a，滿足規范要求；選用設計生產能力10.0 mt/a，服務年限為63.5a，與規范要求有6年多的差距，對于一個生產能力10.0 mt/a，服務年限接近70a的礦井而言，也是可行的；選用設計生產能力12.0 mt/a，服務年限僅為53.0a，與規范要求相差較多。結合本井首采煤層需要分層開采的實際情況，按照目前國內外高產高效礦井的技術裝備水平和生產實踐，在條件適合的礦井，采用一套引進大采高綜采設備和兩套連續采煤機設備達到年產8.0 mt是完全可以實現的，達到年產10.0 mt則有較大困難；采用一套引進大采高綜采設備、一套放頂煤綜采設備和兩套連續采煤機設備達到年產10.012.0 mt是完全可以實現的，達到年產8.0 mt則設備效率較低；后期礦井采用兩套放頂煤綜采設備和兩套連續采煤機設備達到年產10.012.0 mt是完全可以實現的，達到年產8.0 mt則設備效率較低，如果采用一套放頂煤綜采設備和兩套連續采煤機設備，達到年產8.0 mt則有一定難度。從工作面裝備標準方面，綜合考慮礦井前、后期生產能力的均衡性和礦井開采6號煤層上分層適合大采高綜采、下分層適合放頂煤開采等因素，礦井產量確定為10.0 mt/a，初期采用一套大采高綜采設備、一套放頂煤綜采設備和兩套連續采煤機設備，后期采用兩套放頂煤綜采設備和兩套連續采煤機設備是比較適合的。綜上所述，確定不連溝礦井的設計生產能力為10.0mt/a。3.2.2礦井服務年限礦井設計可采儲量826.04mt，礦井設計生產能力10.0 mt/a，考慮1.3儲量備用系數，則該礦井服務年限為：p=63.5a （3-1）式中：p礦井服務年限；z礦井可采儲量；a礦井設計生產能力；k可采儲量備用系數；k取1.3。計算該礦井服務年限為63.5a，根據煤炭工業礦井設計規范礦井服務年限規定，不符合設計要求，與煤炭工業礦井設計規范的要求相差6.5年，考慮到近年來大型礦井的服務年限有縮短的趨勢，礦井的生產能力定為10.0 mt/a，其服務年限63.5a目前條件下是可行的。3.2.3井型校核按礦井的實際煤層開采能力、輔助生產能力、儲量條件及安全條件因素對井型進行校核：1、煤層開采能力井田內6號煤層平均厚度18.71m，為特厚煤層，賦存穩定，厚度變化不大，為本礦主要可采煤層。根據現代化礦井的發展模式，布置一個大采高綜采工作面和一個綜采放頂煤工作面保產。2、輔助生產環節的能力校核礦井設計為特大型礦井，采用斜、立井開拓方式，其中初期布置主斜井、副斜井、進風立井和回風立井各一條，后期在井田南部增加一條立井作為安全出口。主斜井采用膠帶輸送機運煤，副斜井及輔助運輸大巷采用無軌膠輪車運輸，運煤能力和大型設備的下放可以達到設計井型的要求。工作面生產的原煤經順槽膠帶輸送機到大巷膠帶輸送機運到井底煤倉，再經過主斜井膠帶輸送機提升至地面，運輸能力大，自動化程度高。能夠滿足礦井10.0 mt/a生產能力的要求。3、通風安全條件的校核礦井瓦斯涌出量小，屬于低瓦斯礦井。本礦選擇三個進風井、一個回風井服務全井田，即主斜井、副斜井、進風立井入風，專用回風立井回風，后期增加一個安全出口。可以滿足礦井通風要求。4、礦井工業儲量的校核礦井的設計生產能力與整個礦井的工業儲量相適應，保證有合理的服務年限，滿足煤炭工業礦井設計規范要求，見表3-1。表3-1 我國各類井型的新建礦井和第一水平設計服務年限礦井設計生產能力mt/a礦井設計服務年限a第一開采水平服務年限煤層傾角456.0及以上70353.05.060301.22.4502520150.450.9040201515本次設計不連溝礦井第一水平的服務年限為45a，煤層平均傾角為35，由表3-1可見，設計第一水平服務年限滿足煤炭工業礦井設計規范要求。4 井田開拓4.1 井田開拓的基本問題4.1.1礦井開拓方式的預提影響不連溝礦井井田開拓方式確定的主要因素有：煤層賦存特點、地質構造、建井工程地質條件、地形地貌、煤炭外運流向及技術裝備能力等。該井田不具備平峒開拓的條件，因此其開拓方式預提為立井開拓和斜井開拓兩種方式。立井開拓的特點是工程量相對較小，提升能力大，施工工期短，缺點是鑿井費用高，工業廣場及井筒煤柱留設復雜，壓煤量較大；斜井開拓的優點是施工組織較簡單，工業廣場及井筒煤柱流設簡單，其缺點是工程量相對較大，提升能力偏小，不適于在沖積層中施工。4.1.2工業場地和井筒形式、數目、位置及坐標位置的選擇1、井筒形式的確定根據上述影響礦井開拓方式確定的因素，考慮工業場地征地過程中可能遇到的問題，井筒形式確定采用立井、斜井均可，在技術上可行，需進行進一步比較，最終確定何種形式。2、數目該設計礦井為特大型礦井，井田范圍比較大，開采深度不太深且屬于低瓦斯礦井，考慮提升運輸、通風和安全出口，確定采用一個主井提升煤炭，一個副井擔負礦井材料、設備、人員、矸石運輸任務，同時兼作安全出口和入風井，兩個風井擔負礦井的進風和回風任務。3、位置考慮因素：煤層賦存特點、地質構造、建井工程地質條件、地形地貌、煤炭外運流向及技術裝備能力等及其壓煤量，故確定工業場地及井口位置選擇在井田東北角，s103省道東側，煤層露頭以外，7號拐點南1.1km處為優先考慮方案。4.1.3開采水平的確定及盤區劃分1、開采水平劃分本礦井構造簡單，主要可采煤層賦存穩定，傾角平緩，平均傾角為35；水文地質條件簡單，瓦斯含量很小，其它開采技術條件均簡單。井田開采煤層為6上、6、6下、9上和9號煤層，其中主要開采6、9上和9號煤層，按照各煤層發育范圍和間距情況，設計將各可采煤層分成上下兩個水平開采，6上、6和6下煤層為一水平， 9上和9號煤層為二水平，分別布置大巷進行開拓。盤區式開采。第一水平標高為+951m,可采儲量為585.67 mt， 服務年限為45 a，滿足35a規范的基本要求；第二水平標高+911 m，可采儲量為240.37 mt，服務年限為18.5 a。2、盤區劃分本礦地質條件簡單，地面高壓輸電線路改線后s103省道保護煤柱成為井下煤層開采的主要分界線，礦井采用先進的采、掘、運工藝和裝備，系統服務范圍很大，有利于采煤工作面連續作業，因此井田平面上以s103省道保護煤柱為界分為兩個區域，在縱向上結合各煤層開采工藝，將各主要可采煤層進行分區。全井田共劃分十個盤區，分別為6上盤區（放頂煤）、6煤北盤區（放頂煤）、6煤南盤區（放頂煤）、6煤西盤區（放頂煤）、6煤上盤區（大采高）、6下盤區、9上東盤區、9上西盤區、9煤東盤區和9煤西盤區。4.1.4主要開拓巷道設計一水平在6號煤層平行布置輔助運輸大巷、帶式輸送機大巷、回風大巷各一條，擔負一水平各煤層的開拓任務。考慮6號煤層底板較軟，將輔助運輸大巷沿6號煤層底板上部3m層位進行布置以便于維護；帶式輸送機大巷沿6號煤層中部布置，層位高于輔助運輸大巷5m；回風大巷沿6號煤層頂板布置。二水平相同位置布置9煤輔助運輸大巷、帶式輸送機大巷、回風大巷各一條，擔負二水平各煤層的開拓任務，輔助運輸大巷、帶式輸送機大巷布置在9號煤層內，回風大巷布置在9上煤層內。6號煤層下分層需要采用綜放工藝開采，煤層開采厚度大，工作面推進速度降低，為避免工作面服務年限過長的問題，在井田中部沿南北方向布置6煤下分層輔助運輸巷、帶式輸送機巷、回風巷各一條，擔負該區域6號煤層下分層的準備任務，工作面雙翼開采。4.1.5方案比較1、根據影響礦井開拓方式的因素，結合工業場地征地過程中可能遇到的問題，設計提出了兩個井口位置及井田開拓方案。一方案將工業場地及井口位置選擇在井田東北角、s103省道東側，煤層露頭以外，7號拐點南1.1km處，采用一對斜井進行開拓；二方案將工業場地及井口位置設在井田中北部，s103省道西側，亦采用一對斜井進行開拓。一方案：工業場地地形平坦、開闊，地面高程12151230m，適于工業場地平面及豎向布置；地勢高，無溝谷影響，表土之下即為基巖，建井工程地質條件好；西北有s103道通過，交通便利；工業場地地處煤層露頭外，工業場地及部分斜井井筒不壓煤；地面村莊和儲煤場較多。采用斜井開拓，副斜井井筒傾角為530；主斜井井筒傾角530。主副斜井井底落在井田6號煤層賦存最高處。主斜井鋪設1.6m鋼繩芯帶式輸送機，擔負煤炭提升及入風任務。副斜井底板鋪設混疑土，走行無軌膠輪車，擔負礦井輔助提升及入風任務。二方案：工業場地地處井田之外沙渠子村附近的峁梁上，地面高程12001210m。東、北、西三面均為沖溝，只有東南方剩下一道山梁與其他峁梁相連。該方案井筒的布置方式和功能與一方案相同。2、經上述技術分析研究，下面對一、二、方案進行比較分析。兩個方案均采用斜井開拓，主斜井均安裝帶式輸送機，以實現煤炭的連續運輸；而副斜井根據輔助提升方式和設備的不同，存在兩個布置方案，一方案：布置小角度斜井，采用無軌膠輪車連續運輸；二方案：布置正常角度斜井，采用絞車提升，井口和井底設換裝硐室。因此，設計首先對副斜井布置方式進行比較。一方案與二方案相比，具有以下優點：（1）無軌膠輪車從地面直達井下工作面，連續采煤機、液壓支架等設備和材料不需換裝，可實現一條龍連續運輸；（2）井下和地面只有無軌運輸一套系統，系統簡單；（3）占用人員、設備少，效率高，便于管理。一方案與二方案相比，存在以下缺點：（1）人員、材料和設備升降井時間長； （2）副斜井傾角小，井筒壓煤量大。綜上所述，一方案可實現從地面庫房直達井下工作面一條龍連續運輸，可大大簡化生產環節、提高效率、增加效益，優點較為明顯，因此設計推薦副斜井布置一方案。即布置小角度斜井，采用無軌膠輪車擔負井筒內的輔助提升。3、井口位置及井田開拓方式比較一、二兩個方案地面相距約2.5km，同處一個比較寬闊的山峁。工業場地地面均有村莊、儲煤場等建筑物。從提升方面看，兩個方案的井筒特征相同，均采用斜井開拓，煤炭和輔助運輸均可以實現從井下至地面的連續化運輸。從井筒布置看，二方案的主斜井井底與一方案主斜井井底位置相同，但距離井底車場和井田儲量中心較近，主運輸距離近約1000m；副斜井井底位置相同；井下煤炭運輸和輔助運輸方式兩個方案相同。現對不同部分比較如下：（1）一方案礦井工業場地四周地形平坦、開闊，遠離沖溝，未來發展余地大而靈活；二方案工業場地西北方、東南方各有一條沖溝，相距約600m，對工業場地未來的擴展是個限制。（2）一方案礦井工業場地在s103省道旁，距離近，公路聯系方便；二方案礦井工業場地外公路需增加長度約2.0km。（3）一方案礦井工業場地位于煤層露頭外，工業場地及部分斜井井筒不壓煤，井筒壓煤量少；二方案礦井工業場