采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-張雙樓礦3.0Mt新井設(shè)計(jì)

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中國礦業(yè)大學(xué)2016屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄 1礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征 1 1.1 礦區(qū)概述 1 1.1.1 位置 1 1.1.2 交通 1 1.1.3 礦區(qū)經(jīng)濟(jì)概況 1 1.1.4 礦區(qū)電力供應(yīng) 2 1.1.5 礦區(qū)的氣候條件 2 1.1.6 地形地貌和水文情況 2 1.1.7 地震 2 1.1.8 鄰近礦井及周邊小窯概況 2 1.2 井田地質(zhì)特征 3 1.2.1 井田地勢(shì)以及井田的勘探程度 3 1.2.2 井田地層與地質(zhì)構(gòu)造 3 1.2.3 水文地質(zhì)條件 7 1.3 煤層特征 9 1.3.1 可采煤層及其特征 9 1.3.2 煤的特征 9 2 井田境界和儲(chǔ)量 11 2.1 井田境界 11 2.1.1 井田范圍 11 2.1.2 井田尺寸 11 2.2 井田工業(yè)儲(chǔ)量 11 2.2.1 井田地質(zhì)勘探 11 2.2.2 工業(yè)儲(chǔ)量計(jì)算 11 2.3 井田可采儲(chǔ)量 12 2.3.1安全煤柱留設(shè)原則 12 2.3.2礦井永久保護(hù)煤柱損失量 12 2.3.3 礦井可采儲(chǔ)量 13 3 礦井生產(chǎn)能力、服務(wù)年限及工作制度 15 3.1 礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 15 3.1.1礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 15 3.1.2礦井服務(wù)年限 15 3.1.3井型校核 15 3.2 礦井工作制度 16 4 井田開拓 17 4.1 概述 17 4.2 井田開拓的基本問題 17 4.2.1 確定井筒形式、數(shù)目、位置及坐標(biāo) 17 4.2.2 工業(yè)場(chǎng)地的位置 18 4.2.3 開采水平的設(shè)計(jì)及劃分 18 4.2.4 主要開拓巷道 18 4.2.5開拓方案比較 18 4.2.6 井筒 23 4.2.7 井底車場(chǎng) 26 4.2.8 主要開拓巷道 28 5 準(zhǔn)備方式—采區(qū)巷道布置 32 5.1 煤層地質(zhì)特征 32 5.1.1 采區(qū)位置 32 5.1.2采區(qū)煤層特征 32 5.1.3煤層頂?shù)装鍘r石構(gòu)造情況 32 5.1.4水文地質(zhì) 32 5.1.5主要地質(zhì)構(gòu)造 32 5.1.6地表情況 32 5.2 采區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng) 32 5.2.1采區(qū)范圍及區(qū)段劃分 32 5.2.2煤柱尺寸的確定 33 5.2.3采煤方法及首采工作面工作面長(zhǎng)度的確定 33 5.2.4確定采區(qū)各種巷道的尺寸、支護(hù)方式 33 5.2.5采區(qū)巷道的聯(lián)絡(luò)方式 37 5.2.6采區(qū)接替順序 37 5.2.7采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng) 37 5.2.8采區(qū)內(nèi)巷道掘進(jìn)方法 38 5.2.9采區(qū)生產(chǎn)能力及采出率 38 5.3 采區(qū)車場(chǎng)選型設(shè)計(jì) 39 5.3.1上部車場(chǎng) 39 5.3.2中部車場(chǎng) 39 5.3.3下部車場(chǎng) 40 6 采煤方法 42 6.1 采煤工藝 42 6.1.1確定采煤工藝方式 42 6.1.2工作面設(shè)備配套 42 6.1.4 采煤工作面破煤、裝煤方式 43 6.1.5 采煤工作面支護(hù)方式 46 6.1.6 端頭支護(hù)及超前支護(hù)方式 49 6.1.7 各工藝過程注意事項(xiàng) 50 6.1.8 回采工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè) 52 6.2 回采巷道布置 56 6.2.1 回采巷道布置方式 56 6.2.2 回采巷道支護(hù)參數(shù) 56 7 井下運(yùn)輸 58 7.1概述 58 7.1.1 井下運(yùn)輸原始數(shù)據(jù) 58 7.1.2礦井運(yùn)輸系統(tǒng) 58 7.2采區(qū)運(yùn)輸設(shè)備選擇 59 7.2.1設(shè)備選型原則 59 7.2.2采區(qū)運(yùn)輸設(shè)備的選型 59 7.3 輔助運(yùn)輸方式和設(shè)備選擇 61 7.3.1 輔助運(yùn)輸方式選擇 61 8 礦井提升 64 8.1概述 64 8.2主副井提升 64 8.2.1主井提升 64 8.2.2 副井提升 67 9 礦井通風(fēng)及安全 69 9.1礦井地質(zhì)、開拓、開采概況 69 9.1.1礦井地質(zhì)概況 69 9.1.2開拓方式 69 9.1.3開采方法 69 9.1.4變電所、充電硐室、火藥庫 69 9.1.5工作制、人數(shù) 69 9.2礦井通風(fēng)系統(tǒng)的確定 69 9.2.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)的基本要求 70 9.2.2礦井通風(fēng)方式的選擇 70 9.2.3礦井通風(fēng)方法的選擇 71 9.2.4采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的要求 71 9.2.5工作面通風(fēng)方式的確定 72 9.2.6回采工作面進(jìn)回風(fēng)巷道的布置 72 9.3礦井風(fēng)量計(jì)算 73 9.3.1礦井風(fēng)量計(jì)算方法概述 73 9.3.2回采工作面風(fēng)量計(jì)算 74 9.3.3掘進(jìn)工作面風(fēng)量計(jì)算 75 9.3.4硐室需要風(fēng)量的計(jì)算 76 9.3.5其他巷道所需風(fēng)量 77 9.3.6風(fēng)量分配 77 9.4礦井通風(fēng)阻力 77 9.4.1確定礦井通風(fēng)容易時(shí)期和困難時(shí)期 78 9.4.2礦井通風(fēng)容易時(shí)期和困難時(shí)期的最大阻力路線 79 9.4.3礦井通風(fēng)阻力計(jì)算 81 9.4.4礦井通風(fēng)總阻力 81 9.4.5礦井總風(fēng)阻及總等積孔 83 9.5礦井通風(fēng)設(shè)備選型 84 9.5.1通風(fēng)機(jī)選擇的基本原則 84 9.5.2通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的確定 84 9.5.3電動(dòng)機(jī)選型 87 9.5.4礦井主要通風(fēng)設(shè)備的要求 87 9.5.5對(duì)反風(fēng)裝置及風(fēng)硐的要求 88 9.6特殊災(zāi)害的預(yù)防措施 88 9.6.1預(yù)防瓦斯和煤塵爆炸的措施 88 9.6.2預(yù)防井下火災(zāi)的措施 88 9.6.3防水措施 89 10 設(shè)計(jì)礦井基本技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 90 1介紹 93 2問題描述 94 3建立規(guī)劃模型 96 3.1 離散化的方法：約束規(guī)劃 96 3.2離散化的方法：混合整數(shù)二次規(guī)劃 97 3.3 概述：離散化方法 99 4建立靈活的分區(qū)規(guī)劃模型 99 5外逼近和修復(fù)的啟發(fā)式 101 6實(shí)驗(yàn) 102 7討論 103 致謝 104 參考文獻(xiàn) 105 1選題的意義及背景 108 1.1我國的高地溫礦井發(fā)展歷史 108 1.2 國外發(fā)展趨勢(shì)和研究現(xiàn)狀 109 1.2.1國外發(fā)展趨勢(shì) 109 1.2.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 111 2本文的主要內(nèi)容 113 2.1地溫問題 113 2.1.1井下熱源 113 2.1.2高溫作業(yè)環(huán)境問題 113 2.1.3熱害等級(jí)的劃分及相關(guān)規(guī)定 114 2.1.4深巖熱力學(xué)效應(yīng) 114 3溫度控制工程技術(shù)現(xiàn)狀 115 3.1 地面集中降溫系統(tǒng) 115 3.2 井下集中降溫系統(tǒng) 115 3.3 回風(fēng)排熱降溫系統(tǒng) 116 3.4 地面熱電降溫系統(tǒng) 116 3.5 冰冷降溫系統(tǒng) 117 4結(jié) 論 117 參考文獻(xiàn)： 118 謝 辭 119 附 錄 翻譯原文 121 第 91 頁 中國礦業(yè)大學(xué)2016屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 1礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征 1.1 礦區(qū)概述 1.1.1 位置 張雙樓煤礦位于徐州市西北，距徐州市約79 km，在江蘇沛縣安國鎮(zhèn)境內(nèi)，地理座標(biāo)：東經(jīng)11645′18″~11652′27″，北緯3446′56″~3449′05″。 井田范圍：井田走向長(zhǎng)度平均9.63 km，傾斜寬平均3.0 km，水平面積約為28.90 km2 ，由于存在無煤區(qū)，井田面積為28.10 km2，井田具體范圍以中華人民共和國國土資源部批準(zhǔn)的采礦許可證為主，證號(hào)1000000720067，井田水平標(biāo)高為-200 m~-1200 m。 1.1.2 交通 張雙樓煤礦位于徐州市西北，距徐州市約79 km，在江蘇沛縣安國鎮(zhèn)境內(nèi)，東距大屯煤電公司6.5 km，南距沛縣城16.5 km，東有沛屯鐵路和隴海線相連，礦區(qū)的徐沛公路北上山東，南達(dá)上海，交通甚為便利，煤炭外運(yùn)方便。 圖1 張雙樓礦交通圖 1.1.3 礦區(qū)經(jīng)濟(jì)概況 礦區(qū)工業(yè)發(fā)展迅速，已形成鑄造、釀酒、繅絲、紡織、塑編、木材加工、機(jī)械制造等八大工業(yè)體系，工業(yè)產(chǎn)品100余種。張雙樓工業(yè)園區(qū)，形成了板皮加工、塑料編織、鑄造加工、機(jī)械制造四大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。礦區(qū)農(nóng)副產(chǎn)品資源豐富，有優(yōu)質(zhì)小麥、“無公害水稻”、“高蛋白玉米”等糧食作物7.4萬畝，蕓豆5000畝，黃皮洋蔥1000畝、脫毒土豆1000畝、東北毛茄1000畝、越冬甘蘭1000畝、大沙河無籽西瓜14000畝、優(yōu)質(zhì)紅富士蘋果4000畝、桑園5000畝。有年出欄300萬羽的肉鴨養(yǎng)殖基地、年出欄150萬羽的合同雞養(yǎng)殖基地、有大型的波爾山羊養(yǎng)殖基地。 1.1.4 礦區(qū)電力供應(yīng) 礦井110kV主電源引自沛縣220 kV變電站，備用電源引自大屯110 kV變電站，由110kV線路送至距礦井110kV變電站。 1.1.5 礦區(qū)的氣候條件 本區(qū)屬北溫帶黃淮區(qū)，氣象具有長(zhǎng)江流域的過渡性質(zhì)，接近北方氣候的特點(diǎn)，冬季寒冷干燥，夏季炎熱多雨。春季常有干旱及寒潮、霜凍等自然災(zāi)害，但四季分明，氣候溫和。 降水量：年平均降水量811.7 mm，最大年降水量1178.9 mm(1977年)，最小降水量550 mm(1968年)，最大日降水量340.7 mm(1971年8月9日)，降水多集中于7、8、9月份，占全年降水量的50~70％，1、2、3月份為枯水季節(jié)。 蒸發(fā)量：年平均最大蒸發(fā)量1873.5 mm(1968年)，最小蒸發(fā)量1273.9 mm(1985年)。 風(fēng)向：全年以東南，偏東風(fēng)為最多，年平均風(fēng)速3.2 m/s。 氣溫：年平均氣溫13.8 ℃，日最高氣溫40.70 ℃(1996年7月18日)，日最低氣溫-21.3 ℃(1967年1月4日)。 河流：區(qū)內(nèi)地表水系較為發(fā)育，東緣微山湖(又稱南四湖)，大沙河從北向南橫穿井田西部，東有徐沛河，區(qū)外南有豐沛河經(jīng)京杭大運(yùn)河注入微山湖。微山湖歷史最高洪水位+37.46 m。 本區(qū)屬于季風(fēng)型大陸性氣候。 1.1.6 地形地貌和水文情況 本井田地表屬黃泛沖積平原，地面較為平坦，地面標(biāo)高+37 m~+39 m，地勢(shì)呈西高東低，坡度三千分之一到五千分之一，略高于微山湖。 區(qū)內(nèi)地表水系不發(fā)育，礦區(qū)東部有微山湖(又稱南四湖)，區(qū)外南有豐沛河經(jīng)京杭大運(yùn)河注入微山湖。微山湖歷史最高洪水位+37.46 m。 1.1.7 地震 自公元462年以來，根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，本區(qū)共記載有感地震30余次，其中影響較大的有1968年7月25日山東莒縣郯城8.5級(jí)地震，1937年8月1日山東菏澤7級(jí)地震等。 本區(qū)屬于華北地震區(qū)，據(jù)郯廬斷裂100余公里，該斷裂為一長(zhǎng)期活動(dòng)的斷裂帶，亦為強(qiáng)地震帶，郯城至新沂一帶具有發(fā)生強(qiáng)地震的地質(zhì)構(gòu)造背景。 1.1.8 鄰近礦井及周邊小窯概況 礦井臨近區(qū)域有徐州礦務(wù)集團(tuán)公司三河尖煤礦、大屯礦區(qū)龍東礦、姚橋礦、徐莊礦、孔莊礦及天能集團(tuán)沛城礦。主要開采煤層為山西組9煤。三河尖礦山西組煤系地層水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。沛城礦水文地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，大屯礦區(qū)大多數(shù)礦井水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單~中等，以上臨近各礦采掘活動(dòng)不影響該礦生產(chǎn)。 1.2 井田地質(zhì)特征 1.2.1 井田地勢(shì)以及井田的勘探程度 本區(qū)位于華北陸臺(tái)之東南部，在大地構(gòu)造上處于魯西穹折帶(魯西臺(tái)凸)的西側(cè)，與徐蚌凹折帶(徐州臺(tái)凹)相鄰。區(qū)內(nèi)地形平坦，出露地層極少，僅在局部地區(qū)有前震旦系、寒武系、奧陶系等地層零星出露。區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦，地勢(shì)西高東低，比差以三千分之一到五千分之一坡向微山湖，地面標(biāo)高37.00-39.00 m。全區(qū)經(jīng)過普查、詳查、精查勘探及使用綜合勘探的精查補(bǔ)充勘探后，共完成勘探線21條，平均間隔500 m；鉆孔119個(gè)，共計(jì)工程量為40639.57 m，其中水文鉆孔6個(gè)，共計(jì)工程量為3732.65 m。根據(jù)勘探情況，礦區(qū)的地質(zhì)條件已基本清楚。 1.2.2 井田地層與地質(zhì)構(gòu)造 本區(qū)地層屬華北型，煤系地層為石炭、二迭系，均為第四系或侏羅—白堊系所覆蓋。區(qū)內(nèi)揭露的地層有奧陶系下統(tǒng)肖縣組(未揭穿)、馬家溝組，奧陶系中統(tǒng)閣莊組、八陡組，石炭系中統(tǒng)本溪組，石炭系上統(tǒng)太原組，二迭系下統(tǒng)山西組和下石盒子組，二迭系上統(tǒng)上石盒子組，侏羅—白堊系，第四系?，F(xiàn)按地層生成順序敘述如下： 1）奧陶系下統(tǒng)肖縣組(O1x) 本區(qū)僅一個(gè)鉆孔揭露，最大揭露厚度125 m。巖性為灰~灰白色微帶肉紅色白云巖、灰質(zhì)白云巖，夾灰黑色微晶灰?guī)r、泥礫灰?guī)r。 2）奧陶系下統(tǒng)馬家溝組(O1m) 本區(qū)僅一個(gè)鉆孔全層揭露，全組厚度約198 m。巖性上部為灰色或呈淺褐色隱晶質(zhì)灰?guī)r夾薄層白云巖和含白云質(zhì)灰?guī)r；下部為似豹斑狀灰?guī)r，夾泥質(zhì)條帶，與下伏肖縣組地層呈整合接觸。 3）奧陶系中統(tǒng)閣莊組(O2g) 本區(qū)僅個(gè)別鉆孔揭露，全組厚約113 m。巖性由淺灰、灰白或淺褐色微晶狀白云巖、灰質(zhì)白云巖夾薄層泥灰?guī)r、灰?guī)r組成，與下伏馬家溝組地層呈整合接觸。 4）奧陶系中統(tǒng)八陡組(O2b) 本區(qū)僅個(gè)別鉆孔揭露，全組厚約25 m。由灰~棕灰色厚層狀質(zhì)純隱晶質(zhì)灰?guī)r夾薄層灰綠色泥巖組成。與下伏閣莊組地層呈整合接觸。 5）石炭系中統(tǒng)本溪組(C2b) 本區(qū)僅少數(shù)鉆孔揭露，全組厚約20~38/29 m，為海陸交替相沉積。中、上部主要由淺灰色致密狀灰?guī)r夾灰綠色，雜色泥巖組成。下部為絳紫色泥巖及褐黃色鋁土質(zhì)泥巖，偶含薄層灰?guī)r，底部為一層絳紫色鐵質(zhì)泥巖與下伏奧陶系中統(tǒng)八陡組地層呈假整合接觸。 6）石炭系上統(tǒng)太原組(C3t) 本區(qū)大多數(shù)鉆孔揭露，全組厚145~179/159 m，本組地層為海陸交互相沉積，是本區(qū)主要含煤地層之一，沉積旋回清晰，標(biāo)志層明顯。發(fā)育了薄-厚層灰?guī)r十三層及十一層薄煤，其中：一、四、十二灰是全區(qū)標(biāo)志層。本組主要由灰色細(xì)、中粒砂巖，灰黑色泥巖，砂泥巖、灰?guī)r和煤組成。一、二灰為生物化學(xué)巖，常具方解石晶體，四灰最厚，平均8.21m，且含燧石；十二灰中下部富含蜓科化石及燧石。無名灰上、九灰下賦存17煤，十二灰下賦存21煤，煤層均較薄不可采。底部以一層鋁質(zhì)泥巖與下伏本溪組地層分界，呈整合接觸。 7）二迭系下統(tǒng)山西組(P11) 為本區(qū)主要含煤地層之一，整合于太原組地層之上，全組厚93~185/113 m。本組地層屬過渡相沉積，即由瀉湖海灣波浪帶~瀉湖海灣~濱海沼澤相組成，沉積旋回明顯，大體可分為三個(gè)沉積旋回，含煤1~5層，其中9煤為本區(qū)主采煤層?，F(xiàn)將巖性分旋回自下而上分述如下： （1）第一旋回：厚21 m?；液谏Ｏ嗄鄮r，深灰色砂泥巖，灰白色細(xì)粒砂巖、9煤。海相泥巖，致密性脆，含少量動(dòng)物化石及黃鐵礦，偶夾鈣質(zhì)透鏡體，頂部常呈砂泥巖，9煤沉積較穩(wěn)定。 （2）第二旋回：厚34 m?；野咨駥又衺細(xì)粒砂巖，灰色砂泥巖，7煤。7煤沉積不穩(wěn)定，不可采。 （3）第三旋回：厚58 m?；疑澳鄮r，淺灰~淺灰白色細(xì)~中粒砂巖，深灰色砂泥巖，泥巖。本旋回下部偶含5煤或6煤。 8）二迭系下統(tǒng)下石盒子組(P12) 為本區(qū)含煤地層之一，全組厚161~247/220 m。本組為內(nèi)陸湖泊沼澤相沉積。上段由雜色泥巖、砂泥巖間夾灰白~灰綠色粉細(xì)砂巖等組成，底部為一厚層狀淺灰~灰白色中細(xì)粒砂巖，局部為粗粒砂巖(柴砂)。下段由灰色或灰綠色夾紫紅色斑點(diǎn)泥巖，砂泥巖及灰色砂巖組成，局部發(fā)育有1~2層薄煤，均不可采，底部為一層灰白~灰綠色中粗粒砂巖(俗稱分界砂巖)，全區(qū)穩(wěn)定，為本區(qū)對(duì)比標(biāo)志層，本組地層與下伏山西組地層呈整合接觸。 9）二迭系上統(tǒng)上石盒子組(P21) 本區(qū)揭露殘留地層厚度12~175/101 m。上部由雜色泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，間夾薄層灰綠、絳紫色砂巖，內(nèi)含大量鋁土質(zhì)和菱鐵質(zhì)鮞粒，下部由紫紅、灰綠色中細(xì)粒砂巖為主，間夾雜色砂質(zhì)泥巖及蛋青色薄層鋁土質(zhì)泥巖、砂泥巖組成，底部為紫色或灰白色中~粗粒含礫石英砂巖(奎山砂巖)與下伏下石盒子組地層呈整合接觸。 10）侏羅-白堊系(J-K) 本區(qū)內(nèi)揭露殘留地層最大厚度509 m(13-2孔)，平均290 m。上部由深灰、暗紫色泥巖、砂泥巖夾砂巖組成。下部由絳紫色、紫紅色砂泥巖、灰綠色細(xì)砂巖夾礫巖組成。底部常有一層較厚的絳紫色、紫紅色含礫砂巖，礫石成份為石英巖、灰?guī)r等，礫徑1~6 mm，厚度變化大，局部相變?yōu)樯澳鄮r或砂巖，與下伏地層呈不整合接觸。 11）第四系(Q) 為一套松散沉積物，由粘土、砂質(zhì)粘土、細(xì)中粗砂及砂礫層組成。與下伏各系地層呈不整合接觸，厚度196~319/250 m，在井田走向上由東北向西南增厚，傾向上中深部最薄，向兩側(cè)逐漸增厚，其巖性特征： 上部：上段由棕黃、棕灰色粉砂夾薄層粘土，砂質(zhì)粘土組成；下段由棕黃、灰綠色粘土，砂質(zhì)粘土夾細(xì)、中粗砂層組成，粘土中常含砂姜，厚約90 m。 中部：由灰白、灰綠、土黃色細(xì)中粗砂夾灰褐色粘土，砂質(zhì)粘土組成，粘土中常含砂姜及鐵錳質(zhì)結(jié)核，厚約74 m。 下部：主要由灰白、灰綠及灰褐色粘土、砂質(zhì)粘土組成，夾2~5層細(xì)中粗砂透鏡體，厚約72 m。 底部常有一層砂礫層，礫石成份為石英、灰?guī)r，礫徑2~4 cm，滾圓良好，充填物為粘土及砂，厚約14 m。 地層綜合柱狀圖如圖1-2。 圖1-2綜合柱狀圖 1.2.3 水文地質(zhì)條件 1）地表水 本區(qū)屬古黃河泛濫區(qū)，地表廣泛分布含云母碎屑之粉砂土、細(xì)砂土游積物，地貌類型屬黃淮沖積平原。地面標(biāo)高+37.00~+39.00 m，地表水系不發(fā)育。 井田為一走向北東，傾向北西之單斜構(gòu)造，上覆較厚的以粘性土為主的沖積層，四周被斷層所切，并被透水性弱的侏羅~白堊系環(huán)繞，地表水與煤系含水層之間的直接聯(lián)系十分微弱，使本區(qū)低下水處于一個(gè)獨(dú)立的封閉~半封閉的水文地質(zhì)單元塊段。 2）井田內(nèi)主要含水層及其富水性 本井田含水層與隔水層，自上而下為： （1）第四系砂巖或砂礫層孔隙含水層 第四系為一套松散沉積物，井田內(nèi)厚度196~319 m，平均250 m，大體分為五段，包括三個(gè)含水層，一個(gè)弱透水層組和一個(gè)隔水層組，從上至下依次是： ①第一段砂層孔隙潛水含水層組(Ⅰ含)： 本段厚31~46 m，平均38 m，主要由棕黃、棕灰色粉砂、粘土質(zhì)砂夾薄層粘土、砂質(zhì)粘土組成。粘土、砂粘土中常含砂姜。據(jù)水文1、水文2和副檢孔對(duì)Ⅰ、Ⅱ段混合抽水試驗(yàn)資料，q=0.584~2.327 L/s.m、K =2.279~7.40 m/d.。水質(zhì)類型為HCO3—K+Na型，礦化度0.75~0.84 g/L，富水性中等~豐富，是當(dāng)?shù)鼐用裆畹闹饕础? ②第二段粘土、砂質(zhì)粘土及砂層弱透水層組：(Ⅱ透) 本段厚41~68 m，平均52 m，主要由黃褐、棕褐及灰綠色粘土、砂質(zhì)粘土組成，常夾2~6層細(xì)砂、粘土質(zhì)砂、局部為中粗粒砂，砂層犬牙交錯(cuò)，總厚度5~24.5 m，平均15.3 m約占本段厚度29.4 ％；粘土中常含砂姜和鐵錳質(zhì)結(jié)核。本段可視為弱透水層組。 ③第三段砂層孔隙承壓含水層組(Ⅲ含)： 本段厚51~99 m，平均74 m，由灰白、灰綠、土黃色細(xì)、中、粗砂及粘土質(zhì)砂夾薄層粘土、砂質(zhì)粘土組成，粘土層總厚度7~25 m，平均17.6 m，占本段厚度的23.8％。據(jù)Q1孔流量測(cè)井資料K=2.106 m/d。本層水是目前張雙樓礦工業(yè)和生活用水源。據(jù)水源井取水和水質(zhì)資料，出水量大于60 m3/h。水質(zhì)類型為SO4-K+Na型，礦化度1.03~1.39 g/L。本層屬于富水性中等含水層組。 ④第四段粘土隔水層組(Ⅳ隔) 本段厚度57~129 m，平均72 m，井田內(nèi)東薄西厚，總體上比較穩(wěn)定，主要由灰白、灰綠及灰褐色粘土、砂質(zhì)粘土組成，局部夾2~5層砂層透鏡體。該層作為隔水層組，對(duì)控制上部Ⅰ含、Ⅲ含水垂直向下入滲補(bǔ)給Ⅴ含起到了抑制作用。 ⑤第五段砂礫層承壓含水層組(Ⅴ含) 本段常稱作底礫層，厚0~39 m，平均14 m，井田內(nèi)東部普遍發(fā)育，西部有大面積缺失。其上部以灰黃色含礫粗砂或粘土質(zhì)砂為主；下部以雜色砂礫為主，夾不穩(wěn)定薄層粘土，礫石成份主要為石英巖，礫徑2~4 cm，滾圓良好，隙間充填物為粘土及砂，含量達(dá)50~60％，據(jù)Z15、風(fēng)檢2、水補(bǔ)1孔抽水資料q=0.057~0.439 L/s.m.，K=2.09~3.558 m/d；ZSG-1、ZSG-2、ZSG-5、水19孔底礫與風(fēng)化帶混合注水資料q=0.0019~0.0616 L/s.m，K=0.0048~0.158 m/d，水質(zhì)類型為SO4-Ca(k+Na)型，礦化度2.174~3.628 g/L，屬富水性中等的含水層。 （2）二迭系砂巖裂隙含水層 二迭系地層包括上石盒子組(12~175/101 m)、下石盒子組(165~247/220 m)、山西組(93~158/112)，總厚度433 m，主要是由泥巖、砂質(zhì)泥巖夾砂巖石組成。砂巖含水層據(jù)其厚度和富水情況主要是上石盒子組底部奎山砂巖、下石盒子中部砂巖(柴砂)、下石盒子組底部分界砂巖、下部7煤頂砂巖含水層。 ①上石盒子組底部奎山砂巖裂隙承壓含水層 厚10.22~41.7 m，平均21.63 m。有23個(gè)鉆孔漏水，分布廣泛。主井井筒揭露該層時(shí)涌水量達(dá)126 m3/h，富水中等。由于該含水層距離7煤較遠(yuǎn)，對(duì)井田內(nèi)煤層開采無直接充水影響。 ②下石盒子組中部砂巖(柴砂)裂隙承壓含水層 厚14~49.1 m，平均34.00 m。有11個(gè)鉆孔漏水，分布在6線以西。主井井筒揭露該層時(shí)涌水量達(dá)104 m3/h，富水中等。該含水層對(duì)礦井煤層開采無直接影響。 ③下石盒子組底部分界砂巖裂隙承壓水層 厚2.76~26.60 m，平均11.06 m。有9個(gè)鉆孔漏水，分布在13線以西。據(jù)ZSG-2孔注水試驗(yàn)資q=0.033 L/S.m，K=0.43 m/d;主井井筒揭露時(shí)最大涌水量70~80 m3/h；副井清理斜巷揭露時(shí)最大涌水量69.4 m3/h，富水性小。水質(zhì)類型為SO4-Ca.(K+Na)型，礦化度3.14~3.93 g/L，該地層距7煤較遠(yuǎn)，對(duì)開采不造成影響。 （3）石炭系太原組灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層 太原組地層為一套海陸交替相沉積，井田厚度158.64 m，其中含薄層灰?guī)r14層，總平均厚度34.20 m，占21.6％。該地層綜合富水性為小到中等。 （4）石炭系本溪組砂泥巖隔水層組 本組地層厚20.90~38.35 m，平均28.61 m，主要為雜色泥巖、砂泥巖夾灰?guī)r、鋁土泥巖及灰?guī)r組成。據(jù)水補(bǔ)4-1孔抽水試驗(yàn)資料q=0.007 L/s.m，K=0.005 m/d，水質(zhì)類型為SO4-Ca(K+Na)型，礦化壓4.038 g/L；Z25孔流量測(cè)井資料q=0.269 L/s.m，K=5.701 m/d，5-4孔流量測(cè)進(jìn)資料反映幾乎無水，說明本溪組富水性微弱，局部含水，因而本組與太原組底部十三灰以下泥巖、砂泥巖段(厚11.50~20.07 m平均14.43 m)一起可視為隔水層組。 （5）奧陶系灰?guī)r裂隙巖溶承壓含水層 井田內(nèi)奧陶系地層包括八陡組、閣莊組、馬家組和肖縣組地層。其頂部八陡組厚22.78~30.13 m，平均25.49 m，由棕灰色隱晶質(zhì)灰?guī)r夾綠色泥巖組成，裂隙不發(fā)育，細(xì)小裂隙被方解石充填，井田內(nèi)9個(gè)孔揭露該層時(shí)均未漏水，5-4孔流量測(cè)井資料反映涌水量為零，說明該組灰?guī)r富水性極小，可視為隔水層段。奧陶系灰?guī)r含水層主要指的是閣莊組、馬家溝組灰?guī)r含水層。 ①閣莊組灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層 本組厚105.5~121.16 m，平均113.33 m由灰白、灰黃或肉紅色白云巖、灰質(zhì)白云巖夾泥巖、灰?guī)r組成，裂隙較為發(fā)育，見溶洞。據(jù)8707、水補(bǔ)3孔抽水試驗(yàn)資料q=0.489~2.299 L/s.m，K=0.321~4.83 L m/d；5-4孔流量測(cè)井資料反映涌水量近于零，水質(zhì)類型為SO4-Ca型，礦化度4.132~4.133 g/L，富水性屬中等。 ②馬家溝組灰?guī)r裂隙巖溶承壓含水層 井田內(nèi)有一個(gè)孔(8707孔)全層揭露該組地層，厚198.53 m，上部為隱晶質(zhì)灰?guī)r夾薄白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r，下部為似豹斑狀灰?guī)r夾泥質(zhì)灰?guī)r條帶。巖溶裂隙發(fā)育，巖溶多呈蜂窩狀，局部直徑達(dá)1.30 m。據(jù)8707、水8、水23-1孔抽水試驗(yàn)資料，q=1.138~2.981 L/s.m，k=0.545~1.70 m/d，水質(zhì)類型為SO4-Ca型，礦化度3.112~4.082g/L。屬于中等~豐富含水層。 奧灰含水層在井田南部有14Km2的隱伏露頭區(qū)，水位高，水壓大，含水量豐富，是礦井地下水的總補(bǔ)給水源。 3）礦井涌水量 經(jīng)精查補(bǔ)充勘探資料計(jì)算并參照相鄰礦井實(shí)際涌水量資料，根據(jù)補(bǔ)充地質(zhì)報(bào)告審查意見；本礦井水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，正常涌水量為300 m3/h，最大涌水量為400 m3/h。 1.3 煤層特征 1.3.1 可采煤層及其特征 本區(qū)主要含煤地層為石炭二迭系，其中：石炭系太原組(C3t)、二迭系山西組(P11)，總厚度272 m，含煤16層，平均累計(jì)厚度9.30 m，含煤系數(shù)3.40％。含主要可采煤層1層，為山西組的7煤，平均厚度5.0 m，以下為對(duì)7煤的描述： 7煤頂板多為泥巖、砂泥巖，底板多為灰色粉砂巖。煤層頂?shù)装寰唧w情況見表1-1。 表1-1 煤層頂?shù)装迩闆r一覽表 頂?shù)装? 名稱 巖石 名稱 厚度(m) 特性描述 基本頂 細(xì)砂巖 8.57 淺灰~淺灰白色，有厚脈櫛羊齒化石。 直接頂 砂泥巖 4.55 灰色，含長(zhǎng)橢圓形楔葉化石。 直接底 砂泥巖 4.19 深灰色，含少量動(dòng)物化石及黃鐵礦，偶夾鈣質(zhì)透鏡體。 基本底 細(xì)砂巖 24.69 灰白色，致密堅(jiān)硬，以石英長(zhǎng)石為主，鈣質(zhì)膠結(jié)，斜層理為主。 1.3.2 煤的特征 本區(qū)7煤呈油脂~半暗淡光澤，鱗片狀及厚薄不等的條帶狀結(jié)構(gòu)，硬度II~III，內(nèi)生裂隙發(fā)育，性脆易碎，為光亮~半暗型煤。7煤容重測(cè)定值1.31~1.55，煤礦采用1.36。煤質(zhì)穩(wěn)定，各主要指標(biāo)變化很小，為中變質(zhì)程度的氣肥煤。可作為電力、船舶、鍋爐用煤及其它工業(yè)用煤，并且可作為良好的煉焦配煤。煤層具體特征見表1-2、1-3。 表1-2 煤層特征表 煤 層 厚 度 9.8~10.2 m，加權(quán)平均厚度為10 m，為厚煤層 煤 層 傾 角 10~25，平均20，為傾斜煤層 煤層硬度系數(shù) f＝2.3 表1-3 主要煤質(zhì)指標(biāo)分級(jí)一覽表 煤層 精煤揮發(fā)份 原煤灰分 原煤含硫 原煤發(fā)熱量 粘結(jié)性 數(shù)碼 Ad 熔融性 7 38.15 中灰 高~難溶 特低 中高 中等 44 瓦斯：區(qū)內(nèi)先后共采集了10個(gè)瓦斯鉆孔，瓦斯含量測(cè)定成果見表1-4和表1-5。 全礦井相對(duì)瓦斯涌出量0.77 m3/(td)，絕對(duì)瓦斯涌出量1.84 m3/min，按照《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，日產(chǎn)一噸煤瓦斯涌出量在10m3以下的礦井為低瓦斯礦井，本礦為低瓦斯礦井。 煤塵：本區(qū)綜采，機(jī)掘的最大最小煤塵濃度和平均濃度為337.8 mg/m3、136.8 mg/m3、189.4 mg/m3，煤塵爆炸性指數(shù)在43%左右，均屬于有煤塵爆炸危險(xiǎn)性煤層。 表1-4 可采煤層鉆孔瓦斯含量測(cè)定成果統(tǒng)計(jì)表 煤層 CH4(m3/g) C02(m3/g) N2(m3/g) C2H6(m3/g) 備注 7 0.1 0.169~1.74 0.507(7) 0.01 表1-5 可采煤層鉆孔瓦斯自然成分統(tǒng)計(jì)表 煤層 CH4(%) C02(%) N2(%) C2H6(%) 備注 7 2.94~1.74 4.11(2) 10.6~50.45 26.21(8) 44.28~89.35 72.75(8) 0.05 煤的自燃傾向：區(qū)內(nèi)共采取5個(gè)煤層自燃傾向試驗(yàn)樣本，煤層自燃傾向試驗(yàn)成果見表1-6。 表1-6 煤層自燃傾向試驗(yàn)成果表 煤層 采樣點(diǎn)數(shù) T1 T2 T3 △T(1-3) 煤的自燃傾向系數(shù) 7 5 336~370 346(5) 327~343 332(5) 319~339 327(5) 9~44 20(5) 不易自燃 井田內(nèi)煤層的自燃發(fā)火期一般為3~6個(gè)月，為不易自燃煤層。 地溫：井田內(nèi)在地面進(jìn)行了10個(gè)地質(zhì)鉆孔的測(cè)溫工作，其中近似穩(wěn)態(tài)測(cè)溫孔2個(gè)，其它均為簡(jiǎn)易測(cè)溫孔。地溫梯度及相同深度巖溫對(duì)比見表1-7。 表1-7 地溫梯度及相同深度巖溫對(duì)比表 深度 -300 m地溫(℃) -500 m地溫(℃) -800 m地溫(℃) -1000 m地溫(℃) 地溫梯度(℃/100 m) 地溫率 (m/℃) 變化范圍 21.8~23.5 24.0~25.7 27.4~29.1 29.6~31.3 2.25~2.81 36.6~44.3 平均 23.0 24.8 28.1 30.8 1.12 39.8 2 井田境界和儲(chǔ)量 2.1 井田境界 2.1.1 井田范圍 東部邊界：東起F1大斷層；西部邊界：由第1勘探線控制；南部邊界：由第9勘探線控制；北部邊界：北到-1200m水平7煤層底板等高線。 開采界限；井田內(nèi)含煤地層為上石炭統(tǒng)太原群及下二疊統(tǒng)山西組，總厚123.38m，含煤4層?？刹擅簩?層，為7號(hào)煤層。礦井設(shè)計(jì)只針對(duì)7號(hào)煤層。 開采上限：7號(hào)煤層以上無可采煤層。下部邊界：7號(hào)煤層以下無可采煤層。 2.1.2 井田尺寸 井田的走向最大長(zhǎng)度為10.36km，最小長(zhǎng)度為8.82km，平均長(zhǎng)度為9.63km。井田傾斜方向的最大長(zhǎng)度為3.16km，平均傾斜長(zhǎng)度為3.0km。煤層的傾角最大為25，最小為10，平均為20。井田的水平面積按下式計(jì)算： S=HL （2-1） 式中： S——井田的水平面積，m2； H——井田的平均水平寬度，m； L——井田的平均走向長(zhǎng)度，m。 井田的水平面積為： S=3.09.63=28.90 (km2) 由于存在無煤區(qū)，最后的井田面積為28.10km2 井田賦存狀況示意圖如圖2-1。 2.2 井田工業(yè)儲(chǔ)量 2.2.1 井田地質(zhì)勘探 井田南部鉆孔分布均勻，地質(zhì)勘探類型為精查，北部的東半部分鉆孔分布均勻，為詳細(xì)勘探區(qū)，西半部鉆孔較少，為普查區(qū)。 井田內(nèi)斷層南部以及斷層北部東大半部分屬111b-1級(jí)儲(chǔ)量，斷層附近及露頭附近屬122b級(jí)儲(chǔ)量，其它區(qū)域?yàn)?11b-2級(jí)儲(chǔ)量。高級(jí)儲(chǔ)量占94.15%，符合煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范要求。7號(hào)煤層最小可采厚度為4.8m，最大可采厚度為5.1m，平均5.0m。 2.2.2 工業(yè)儲(chǔ)量計(jì)算 根據(jù)地質(zhì)勘探情況，將礦體劃分為7個(gè)塊段，在各塊段范圍內(nèi)，用算術(shù)平均法求得每個(gè)塊段的儲(chǔ)量，煤層總儲(chǔ)量即為各塊段儲(chǔ)量之和。 表2-1 井田塊段儲(chǔ)量計(jì)算表 塊段標(biāo)號(hào) 等級(jí) 傾角() 平均厚度(m) 容重(t/m3) 面積(m2) 儲(chǔ)量(Mt) K1 111b-1 18 10 1.36 3311735.3 42.8 K2 20 10 1.36 3013260.3 38.5 K3 21 10 1.36 2928132.0 37.2 K4 20 10 1.36 2278025.1 29.1 K5 21 10 1.36 5016389.4 63.7 K6 17 10 1.36 4399694.0 57.2 K7 111b-2 24 10 1.36 3473213.4 43.2 K8 24 10 1.36 3381246.5 42.0 K9 122b 15 10 1.36 226080.1 3.0 K10 20 10 1.36 820901.8 10.5 K11 22 10 1.36 821692.2 10.4 總面積 28090370.1 總儲(chǔ)量 377.6 2.3 井田可采儲(chǔ)量 2.3.1安全煤柱留設(shè)原則 1）工業(yè)場(chǎng)地、井筒留設(shè)保護(hù)煤柱，對(duì)較大的村莊留設(shè)保護(hù)煤柱，對(duì)零星分布的村莊不留設(shè)保護(hù)煤柱； 2）各類保護(hù)煤柱按垂直斷面法或垂線法確定。用巖層移動(dòng)角確定工業(yè)場(chǎng)地、村莊煤柱。巖層移動(dòng)角為75，表土層移動(dòng)角為45； 3）維護(hù)帶寬度20 m； 4）斷層煤柱寬度85 m，井田境界煤柱寬度為20 m。 2.3.2礦井永久保護(hù)煤柱損失量 1）井田邊界保護(hù)煤柱 井田邊界保護(hù)煤柱留設(shè)20 m寬，則井田邊界保護(hù)煤柱損失量為6.95 Mt。 2）斷層保護(hù)煤柱 斷層F1煤柱留設(shè)85 m寬，則斷層保護(hù)煤柱損失量為：11.365 Mt。 3）工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱 本礦井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為3.0Mt/a，取工業(yè)廣場(chǎng)的尺寸為500 m600 m，工業(yè)廣場(chǎng)所在位置的傾角為23.5，其中心處埋藏深度為-500 m，該處表土層厚度為250 m，主井、副井，地表建筑物均布置在工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)。工業(yè)廣場(chǎng)按Ⅱ級(jí)保護(hù)留維護(hù)帶，寬度為20 m。本礦井的地質(zhì)條件及沖積層和基巖層移動(dòng)角見表2-2。 表2-2 巖層移動(dòng)角 廣場(chǎng)中心深度(m) 煤層傾角 () 煤層厚度(m) 沖積層厚度 (m) ф() δ() γ() β() -500 23.5 10 250 45 75 75 57.3 由此根據(jù)上述已知條件，畫出如圖2-3所示的工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱的尺寸： 由圖可得出工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱尺寸為： S=1.460408 / (cos23.6) (2-2) =1.5925 (km2) 則工業(yè)廣場(chǎng)的保護(hù)煤柱量為： Z i=S M R (2-3) 式中：Z i——工業(yè)廣場(chǎng)煤柱量，Mt； M——煤層平均厚度，m； S——工業(yè)廣場(chǎng)壓煤面，1.5925 km2。 Z i＝1.5925101.36=21.658 (Mt) 4．井筒保護(hù)煤柱 主、副井井筒保護(hù)煤柱在工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱范圍內(nèi)故井筒保護(hù)煤柱損失量為0。風(fēng)井布置在井田邊界無煤區(qū)，煤柱損失為0。 表2-3 保護(hù)煤柱損失量 煤 柱 類 型 儲(chǔ)量(Mt) 井田邊界保護(hù)煤柱 6.95 斷層保護(hù)煤柱 11.365 工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱 21.658 井筒保護(hù)煤柱 0 合 計(jì) 39.973 2.3.3 礦井可采儲(chǔ)量 礦井可采儲(chǔ)量是礦井設(shè)計(jì)的可以采出的儲(chǔ)量，可按下式計(jì)算： Z k=(Z g-P)C （2-4） 式中：Z k——礦井可采儲(chǔ)量，Mt； P——保護(hù)工業(yè)場(chǎng)地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大斷層等留設(shè)的永久保護(hù)煤柱損失量，Mt； C——采區(qū)采出率，厚煤層不小于0.75；中厚煤層不小于0.8；薄煤層不小于0.85；地方小煤礦不小于0.7。 Z k =(377.6-39.973)0.75=253.22(Mt) 礦井儲(chǔ)量匯總表見表2-4。 表2-4 礦井儲(chǔ)量匯總表 煤層 工業(yè)儲(chǔ)量（Mt） 111b/（111b+122b） 永久煤柱損失(Mt) 設(shè)計(jì)開采損失（Mt） 礦井設(shè)計(jì)儲(chǔ)量（Mt） 設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量（Mt） 111b-1 111b-2 122b 7 268.5 85.2 23.9 93.67% 39.973 124.38 377.6 253.22  3 礦井生產(chǎn)能力、服務(wù)年限及工作制度 3.1 礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 3.1.1礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 張雙樓井田儲(chǔ)量豐富，煤層賦存穩(wěn)定，頂?shù)装鍡l件好，斷層褶曲少，傾角小，厚度變化不大，開采條件較簡(jiǎn)單，技術(shù)裝備先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益好，煤質(zhì)為優(yōu)質(zhì)氣肥煤，交通運(yùn)輸便利，市場(chǎng)需求量大，宜建大型礦井。 確定張雙樓礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為3.0Mt/a。 3.1.2礦井服務(wù)年限 礦井服務(wù)年限必須與井型相適應(yīng)。 礦井可采儲(chǔ)量Z k、設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力A、礦井服務(wù)年限T三者之間的關(guān)系為： T=Z k/(AK) （3-1） 式中：T——礦井服務(wù)年限，a； Z k——礦井可采儲(chǔ)量，Mt； A——設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，Mt； K——礦井儲(chǔ)量備用系數(shù)，取1.3。 則礦井服務(wù)年限為： T=253.22/(3.01.3)=60.31(a) 第一水平儲(chǔ)量約為全礦井儲(chǔ)量的 23 ，由于工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱及大部分 F9 ： 斷層保護(hù)煤柱在第一水平服務(wù)范圍內(nèi)，故第一水平可采儲(chǔ)量約為 符合《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。 3.1.3井型校核 按礦井的實(shí)際煤層開采能力，輔助生產(chǎn)能力，儲(chǔ)量條件及安全條件因素對(duì)井型進(jìn)行校核： 1）煤層開采能力 井田內(nèi)7煤平均厚度10m，為厚煤層，賦存穩(wěn)定，厚度變化不大。根據(jù)現(xiàn)代化礦井“一礦一井一面”的發(fā)展模式，可以布置一個(gè)大采高工作面保產(chǎn)。 2）輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能力校核 礦井設(shè)計(jì)為大型礦井，主立井采用箕斗運(yùn)煤，副立井采用罐籠輔助運(yùn)輸，運(yùn)煤能力和大型設(shè)備的下放可以達(dá)到設(shè)計(jì)井型的要求。工作面生產(chǎn)的原煤經(jīng)平巷膠帶輸送機(jī)到大巷膠帶輸送機(jī)運(yùn)到井底煤倉，再經(jīng)主立井提升至地面，運(yùn)輸能力大，自動(dòng)化程度高。副井運(yùn)輸采用罐籠提升、下放物料，能滿足大型設(shè)備的下放與提升。大巷輔助運(yùn)輸采用架線電機(jī)車運(yùn)輸，運(yùn)輸能力大，調(diào)度方便靈活。 3）通風(fēng)安全條件的校核 礦井煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性，瓦斯涌出量小，屬低瓦斯礦井。礦井采用中央分列式通風(fēng)，可以滿足通風(fēng)需要。 4）礦井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力與整個(gè)礦井的工業(yè)儲(chǔ)量相適應(yīng)，保證有足夠的服務(wù)年限，滿足《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。 3.2 礦井工作制度 根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，確定礦井設(shè)計(jì)年工作日為330d，工作制度采用“三八制”，每天三班作業(yè)，二班生產(chǎn)，一班準(zhǔn)備，每班工作8h。礦井每晝夜凈提升時(shí)間為16h。 4 井田開拓 4.1 概述 井田開拓是指在井田范圍內(nèi)，為了采煤，從地面向地下開拓一系列巷道進(jìn)入煤體，建立礦井提升、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水和動(dòng)力供應(yīng)等生產(chǎn)系統(tǒng)。這些用于開拓的井下巷道的形式、數(shù)量、位置及其相互聯(lián)系和配合稱為開拓方式。合理的開拓方式，需要對(duì)技術(shù)可行的幾種開拓方式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，才能確定。 確定開拓問題，需根據(jù)國家政策，綜合考慮地質(zhì)、開采技術(shù)等諸多條件，經(jīng)全面比較后才能確定合理的方案。在解決開拓問題時(shí)，應(yīng)遵循下列原則： 1）貫徹執(zhí)行國家有關(guān)煤炭工業(yè)的技術(shù)政策，為早出煤、出好煤高產(chǎn)高效創(chuàng)造條件。在保證生產(chǎn)可靠和安全的條件下減少開拓工程量；尤其是初期建設(shè)工程量，節(jié)約基建投資，加快礦井建設(shè)。 2）合理集中開拓部署，簡(jiǎn)化生產(chǎn)系統(tǒng)，避免生產(chǎn)分散，做到合理集中生產(chǎn)。 3）合理開發(fā)國家資源，減少煤炭損失。 4）必須貫徹執(zhí)行煤礦安全生產(chǎn)的有關(guān)規(guī)定。要建立完善的通風(fēng)、運(yùn)輸、供電系統(tǒng)，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)條件，減少巷道維護(hù)量，使主要巷道經(jīng)常保持良好狀態(tài)。 5）要適應(yīng)當(dāng)前國家的技術(shù)水平和設(shè)備供應(yīng)情況，并為采用新技術(shù)、新工藝、發(fā)展采煤機(jī)械化、綜掘機(jī)械化、自動(dòng)化創(chuàng)造條件。 4.2 井田開拓的基本問題 4.2.1 確定井筒形式、數(shù)目、位置及坐標(biāo) 井筒形式有三種：平硐、斜井、立井。一般情況下，平硐最簡(jiǎn)單，斜井次之，立井最復(fù)雜。 平硐開拓受地形跡埋藏條件限制，只有在地形條件合適，煤層賦存較高的山嶺、丘陵或溝谷地區(qū)，且便于布置工業(yè)場(chǎng)地和引進(jìn)鐵路，上山部分儲(chǔ)量大致能滿足同類井型水平服務(wù)年限要求。 斜井開拓與立井開拓相比：井筒施工工藝、施工設(shè)備與工序比較簡(jiǎn)單，掘進(jìn)速度快，井筒施工單價(jià)低，初期投資少；地面工業(yè)建筑、井筒裝備、井底車場(chǎng)及硐室都比立井簡(jiǎn)單，井筒延伸施工方便，對(duì)生產(chǎn)干擾少，不易受底板含水層的威脅；主提升膠帶輸送機(jī)有相當(dāng)大的提升能力，可滿足特大型礦井主提升的需要；斜井井筒可作為安全出口，井下一旦發(fā)生透水事故等，人員可迅速從井筒撤離。缺點(diǎn)是：斜井井筒長(zhǎng)、輔助提升能力小，提升深度有限；通風(fēng)路線長(zhǎng)、阻力大、管線長(zhǎng)度大；斜井井筒通過富含水層、流沙層施工技術(shù)復(fù)雜。 立井開拓不受煤層傾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然條件的限制，在采深相同的的條件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，對(duì)輔助提升特別有利，井筒斷面大，可滿足高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井需風(fēng)量的要求，且阻力小，對(duì)深井開拓極為有利；當(dāng)表土層為富含水層或流沙層時(shí)，立井井筒比斜井容易施工；對(duì)地質(zhì)構(gòu)造和煤層產(chǎn)狀均特別復(fù)雜的井田，能兼顧深部和淺部不同產(chǎn)狀的煤層。主要缺點(diǎn)是立井井筒施工技術(shù)復(fù)雜，需用設(shè)備多，要求有較高的技術(shù)水平，井筒裝備復(fù)雜，掘進(jìn)速度慢，基本建設(shè)投資大。 本礦井煤層傾角較大，平均20，為傾斜煤層；表土層較厚，只能采用立井開拓。 4.2.2 工業(yè)場(chǎng)地的位置 工業(yè)場(chǎng)地的位置選擇在主、副井井口附近，即井田中部。 工業(yè)場(chǎng)地的形狀和面積：根據(jù)工業(yè)場(chǎng)地占地面積規(guī)定，0.6~1.1公頃/10萬t，確定地面工業(yè)場(chǎng)地的占地面積為30公頃，形狀為矩形，長(zhǎng)邊平行于井田走向，長(zhǎng)為600m，寬為500m。 4.2.3 開采水平的設(shè)計(jì)及劃分 本礦井煤層露頭標(biāo)高為-250m，煤層埋藏最深處達(dá)-1200m，垂直高度達(dá)950m，根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，緩傾斜、傾斜煤層的階段垂高為200~350m，因此必須采用多水平開采，通過經(jīng)濟(jì)比較，決定本井田劃分為兩個(gè)水平。 井田主采煤層為7煤層，7號(hào)煤層傾角為10~25，平均為20，為傾斜煤層，傾角較大，因此選擇采用采區(qū)準(zhǔn)備方式。 4.2.4 主要開拓巷道 7煤自燃發(fā)火期為3~6個(gè)月，煤塵有爆炸傾向，而大巷需要為全礦井服務(wù)，服務(wù)年限較長(zhǎng)，使用斷面很高。因此，不適宜將大巷布置在煤層中，應(yīng)該選用巖石大巷。根據(jù)《采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》（2005年版）巖石大巷以布置在距煤層底板10~30m的巖性好的巖層中。而距7煤層底板30m處為細(xì)砂巖，圍巖巖性好，適合將大巷布置在這一層位。巖石大巷優(yōu)點(diǎn)是巷道維護(hù)條件好，維護(hù)費(fèi)用低，巷道施工能夠按要求保持一定方向和坡度；便于設(shè)置煤倉；可不留（或少留）護(hù)巷煤柱，煤的損失少；安全條件好。 由于本井田大致呈現(xiàn)為走向方向延展較長(zhǎng)，且煤層傾角較大，適宜沿井田走向方向開掘大巷，在大巷上山部分布置采區(qū)工作面。故在距7煤層底板30m處沿東西方向布置兩條大巷，分別為軌道大巷和膠帶運(yùn)輸大巷。由于該井田走向長(zhǎng)度很大，所以在淺部邊界巖層中布置專用回風(fēng)大巷。 4.2.5開拓方案比較 1）提出方案 根據(jù)以上分析及礦井的實(shí)際情況，現(xiàn)提出以下四種在技術(shù)上可行的開拓方案，分別如圖4-1～圖4-4所示。 方案一：立井三水平，第一水平標(biāo)高為-650m，第二水平標(biāo)高為-900m，第三水平標(biāo)高為-1200m。由第二水平通過暗斜井延深至第三水平。方案如圖4-1所示。 圖4-1 立井三水平開拓，第三水平暗斜井延深 方案二：立井三水平，直接延深。第一水平標(biāo)高為-650m，第二水平標(biāo)高為-900m，第三水平標(biāo)高為-1200m。方案如圖4-2所示。 圖4-2 立井三水平開拓，直接延深 方案三：立井兩水平，第一水平標(biāo)高為-650m，第二水平標(biāo)高為-900m，第一水平通過暗斜井延深至第二水平，第二水平上下山開采。方案如圖4-3所示。 圖4-3立井兩水平開拓，暗斜井延深 方案四：立井兩水平，直接延深，第一水平標(biāo)高為-650m，第二水平標(biāo)高為-900m。方案如圖4-4所示。 圖4-4 立井兩水平開拓，直接延深 由于井田走向長(zhǎng)度較大，當(dāng)采用中央并列式通風(fēng)，后期通風(fēng)比較困難。因此，這四種方案礦井均采用兩翼對(duì)角式通風(fēng)，在井田淺部邊界處布置兩個(gè)回風(fēng)井，以滿足通風(fēng)要求。 2）技術(shù)比較 方案一與方案二的區(qū)別在于向井田兩翼延深時(shí)，是采用立井延深還是采用斜井延深。采用立井提升優(yōu)點(diǎn)是提升能力大，礦井延深在條件允許時(shí)，增加的設(shè)備較少；但施工條件差，施工速度慢，開拓維護(hù)費(fèi)用高。采用斜井提升時(shí)，施工速度快，費(fèi)用低 3）粗略經(jīng)濟(jì)比較 四種方案進(jìn)行詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)比較步驟較多，因此把相近的一、二方案和三、四方案先分開分別進(jìn)行粗略的經(jīng)濟(jì)比較，選出經(jīng)濟(jì)上有明顯優(yōu)勢(shì)的方案進(jìn)行下一步的詳細(xì)經(jīng)濟(jì)比較。 各方案的粗略估算費(fèi)用表見表4-1～表4-4。 表4-1 方案一和方案二粗略比較費(fèi)用表 方案 項(xiàng)目 方案1 方案2 基建費(fèi)/萬元 主暗斜井開鑿 8765562.5 /10000=487.3 主暗立井開鑿 3008978.6 /10000=269.4 副暗斜井開鑿 8765167.1 /10000=452.6 副暗立井開鑿 30011282.8 /10000=338.5 石門開鑿 石門開鑿 212834218.0 /10000=1082.4 上、下斜井車場(chǎng) (400+650)4218.0 /10000=442.9 立井井底車場(chǎng) 7134218.0/ 10000=300.7 小計(jì) 1382.8 小計(jì) 1991 生產(chǎn)費(fèi)用/萬元 暗斜井提升 1.23103.80.876 4.8=15661 立井提升 1.23103.81.23 8.5=38940.3 立井提升 1.23103.80.93 8.5=29442.6 石門運(yùn)輸 1.23103.81.283 3.81=18206,.5 排水(斜、立井) 3002436517.24 (0.63+1.27)/10000=8608.3 立井排水 3002436517.24 1.525/10000=6909.3 小計(jì) 53771.9 小 計(jì) 63876.1 總計(jì) 費(fèi)用(萬元) 55154.7 費(fèi)用(萬元) 65867.1 百分率 100% 百分率 119.4% 方案 項(xiàng)目 方案3 方案4 基建費(fèi)/萬元 主暗斜井開鑿 8505562.5 /10000=472.8 主暗立井開鑿 2508978.6 /10000=224.5 副暗斜井開鑿 8505167.1 /10000=439.2 副暗立井開鑿 25011282.8 /10000=282.1 上、下斜井車場(chǎng) (400+650)4218.0 /10000=442.9 立井井底車場(chǎng) 7134218.0/ 10000=300.7 石門開鑿 石門開鑿 212834218.0 /10000=1082.4 小計(jì) 1354.9 小計(jì) 1889.7 生產(chǎn)費(fèi)用/萬元 暗斜井提升 1.25851.40.85 4.8=28648.5 立井提升 1.25851.40.93 8.5=55506.3 立井提升 1.25851.40.68 8.5=40585.3 石門運(yùn)輸 1.25851.40.75 3.81=20064.4 排水(斜、立井) 3002436525(0.63+1.27)/10000=12438.0 立井排水 3002436525 1.525/10000=10019.3 小計(jì) 81671.8 小計(jì) 85590 總計(jì) 費(fèi)用 (萬元) 83026.7 費(fèi)用 (萬元) 87479.7 百分率 100% 百分率 105.4% 經(jīng)過粗略經(jīng)濟(jì)比較可知，方案三與方案四的費(fèi)用相差較少在10%以內(nèi)，可以認(rèn)為近似相等，方案四在通風(fēng)上比方案三有優(yōu)勢(shì)，且方案三存在暗斜井井筒過斷層問題，維護(hù)較困難，同時(shí)需要指出的是方案三沒有計(jì)算暗斜井主石門的相關(guān)費(fèi)用，所以在方案三與方案四中決定選用方案四。方案一與方案二比較可知方案一的費(fèi)用明顯更少，所以排除方案三。將方案一與方案四進(jìn)行詳細(xì)經(jīng)濟(jì)比較。 4）詳細(xì)經(jīng)濟(jì)比較 表4-6 方案二和方案四的