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目 錄
一般設(shè)計(jì)部分
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井田地理位置、范圍及交通條件 1
1.1.2地形特點(diǎn) 1
1.1.3氣候條件 1
1.1.4水文情況 2
1.1.5工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況 2
1.1.6原材料及電力供應(yīng) 2
1.2井田地質(zhì)特征 2
1.2.1井田煤系地層概述、勘探程度 2
1.2.2井田地質(zhì)構(gòu)造 3
1.2.3井田水文地質(zhì)特征 3
1.3煤層及煤質(zhì) 3
1.3.1煤層特征 3
1.3.2可采煤層特征 4
1.3．3煤層圍巖性質(zhì) 5
2井田境界和儲(chǔ)量 8
2.1井田境界 8
2.1.1井田邊界 8
2.1.2井田尺寸 8
2.2礦井工業(yè)儲(chǔ)量 8
2.2.1鉆孔及勘探線分布 8
2.2.2井田勘探類(lèi)型及儲(chǔ)量等級(jí)的圈定 8
2.2.3礦井地質(zhì)資源量及工業(yè)儲(chǔ)量 9
2.3礦井可采儲(chǔ)量 10
2.3．1保護(hù)煤柱的留設(shè) 10
2.3．2礦井設(shè)計(jì)資源量 11
2.3．3礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量 11
3.1礦井工作制度 14
3.1.1礦井工作制度的確定 14
3.1.2礦井每晝夜凈提升小時(shí)數(shù)的確定 14
3.2礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 14
3.2.1確定依據(jù) 14
3.2.2礦井生產(chǎn)能力的確定 14
3.2.3礦井及第一水平服務(wù)年限的核算 14
4 井田開(kāi)拓 16
4.1井田開(kāi)拓的基本問(wèn)題 16
4.1.1井筒形式及數(shù)目的確定 16
4.1.2井筒位置的確定 16
4.1.3工業(yè)場(chǎng)地位置、形式和面積 16
4.1.4開(kāi)采水平的確定 17
4.1.5主要開(kāi)拓巷道的布置 17
4.1.6方案比較 17
4.2礦井基本巷道 23
4.2.1井筒 23
4.2.2井底車(chē)場(chǎng) 27
4.3主要開(kāi)拓巷道 29
4.3.1主要開(kāi)拓巷道 29
4.3.2巷道的支護(hù)方式 30
5準(zhǔn)備方式-采區(qū)巷道布置 34
5.1煤層的地質(zhì)特征 34
5.1.1采區(qū)位置 34
5.1.2可采煤層特征及煤質(zhì) 34
5.1.3頂?shù)装鍘r石構(gòu)造情況 34
5.1.4水文地質(zhì) 34
5．1.5地質(zhì)構(gòu)造 35
5.1.6地表情況 35
5.2采區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng) 35
5.2.1采區(qū)數(shù)目及位置 35
5.2.2工作面長(zhǎng)度的確定 35
5.2.3確定采區(qū)各種巷道的尺寸、支護(hù)方式及通風(fēng)方式 35
5.2.4煤柱尺寸的確定 35
5.2.5采區(qū)巷道的聯(lián)絡(luò)方式 35
5.2.6采區(qū)內(nèi)工作面的接替順序 35
5.2.7采區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng) 36
5.2.8采區(qū)內(nèi)巷道掘進(jìn)方法 36
5.2.9采區(qū)生產(chǎn)能力 37
5.2.10采區(qū)采出率 37
5.3采區(qū)車(chē)場(chǎng)選型 38
5.3.1采區(qū)上部車(chē)場(chǎng)選型 38
5.3.2采區(qū)中部車(chē)場(chǎng)選型 38
5.3.3采區(qū)下部車(chē)場(chǎng)選型 38
5.3.4采區(qū)主要硐室 40
6采煤方法 41
6.1采煤工藝方式 41
6.1.1采區(qū)煤層特征及地質(zhì)條件 41
6.1.2確定采煤工藝方式 41
6.1.3回采工作面參數(shù) 41
6.1.4回采工作面的破煤、裝煤方式 42
6.1.5 回采工作面支護(hù)方式 45
6.1.6 端頭支護(hù)及超前支護(hù)方式 46
6.1.7 各工藝過(guò)程注意事項(xiàng) 47
6.1.8 回采工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè) 48
6.1.9 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 50
6.2 回采巷道布置 51
6.2.1 回采巷道布置形式 51
6.2.2 回采巷道參數(shù) 51
7井下運(yùn)輸 53
7.1 概述 53
7.1.1 井下運(yùn)輸設(shè)計(jì)的原始條件和數(shù)據(jù) 53
7.1.2 井下運(yùn)輸系統(tǒng) 53
7.2 采區(qū)運(yùn)輸設(shè)備選擇 53
7.2.1 設(shè)備選型原則 53
7.2.2 采區(qū)設(shè)備的選型 53
7.3 大巷運(yùn)輸設(shè)備選擇 58
7.3.1 運(yùn)輸大巷設(shè)備選擇 58
7.3.2 輔助運(yùn)輸大巷設(shè)備選擇 58
8礦井提升 60
8.1 概述 60
8.2 主副井提升 60
8.2.1 主井提升 60
8.2.2 副井提升 61
9 礦井通風(fēng)與安全 62
9.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)選擇 62
9.1.1 礦井概況 62
9.1.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的基本要求 62
9.1.3 礦井通風(fēng)方式的確定 62
9.1.4 通風(fēng)方法的確定 63
9.1.5 采區(qū)通風(fēng) 64
9.1.6 工作面通風(fēng)系統(tǒng) 65
9.2 采區(qū)及全礦所需風(fēng)量 66
9.2.1 回采面所需風(fēng)量 67
9.2.2 掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量 68
9.2.3 硐室所需風(fēng)量 69
9.2.4 其他巷道所需風(fēng)量 69
9.2.5 礦井總風(fēng)量及其分配 70
9.3 礦井通風(fēng)阻力計(jì)算 71
9.3.1 礦井通風(fēng)總阻力計(jì)算原則 71
9.3.2 礦井最大阻力路線 72
9.3.3 礦井通風(fēng)阻力計(jì)算 75
9.3.5 總等積孔 77
9.4 礦井通風(fēng)設(shè)備選型 77
9.4.1 礦井自然風(fēng)壓 77
9.4.2 主要通風(fēng)機(jī)選型 78
9.4.3 電動(dòng)機(jī)選型 80
9.5防止特殊災(zāi)害時(shí)期的安全措施 83
9.5.1瓦斯管理措施 83
9.5.2煤塵的防治 83
9.5.3預(yù)防井下火災(zāi)的措施 83
9.5.4預(yù)防井下水災(zāi)的措施 83
10 礦井基本技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 85
參考文獻(xiàn) 87
專(zhuān)題設(shè)計(jì)部分
大傾角厚煤層綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)研究 88
1 引言 88
2大傾角煤層開(kāi)采的現(xiàn)狀與技術(shù)難點(diǎn) 88
3大傾角厚煤層綜采放頂煤開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù) 88
3．1工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律研究 88
3.1.1礦壓觀測(cè)方案 89
3.1.2綜放工作面頂板活動(dòng)規(guī)律 89
3.1.2工作面中部支護(hù)阻力變化規(guī)律 90
3.1.3工作面下部支護(hù)阻力變化規(guī)律 91
3.1.4頂板來(lái)壓的特點(diǎn) 92
3.1.5綜放工作面傾向頂板壓力分布 92
3.1.6支架初撐力與工作阻力的相關(guān)分析 93
3.1.7 結(jié)論 93
3.2開(kāi)采裂隙非穩(wěn)態(tài)演化規(guī)律 94
3.2.1圍巖離層演化與動(dòng)態(tài)破斷特征 94
3.2.2巖層豎向運(yùn)動(dòng)規(guī)律 96
3.2.3巖層橫向運(yùn)動(dòng)規(guī)律 96
3.2.4裂隙的非穩(wěn)態(tài)演化規(guī)律 97
3.2.5采動(dòng)覆巖應(yīng)力分布規(guī)律 98
3.2.6結(jié)論 99
3．3工作面設(shè)備的研究 99
3．3．1設(shè)備下滑的原因 99
3.3.2防滑措施 100
3.3.3經(jīng)驗(yàn)結(jié)論 103
4大傾角厚煤層綜放開(kāi)采顆粒元分析 103
4.1工程背景 103
4.2計(jì)算模型及模擬方案分類(lèi) 103
4.2.1綜放順序優(yōu)化模擬方案 103
4.2.2放煤步距模擬優(yōu)化方案 104
4.3計(jì)算結(jié)果分析 105
4.3.1綜放順序優(yōu)化分析 105
4.3.2放煤步距優(yōu)化分析 106
4.4結(jié)論 109
5安全保障技術(shù)的研究 109
參考文獻(xiàn) 111
翻譯部分
英文原文 110
中文譯文 126
致 謝 139
第144頁(yè)
1 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征
1.1礦區(qū)概述
1.1.1井田地理位置、范圍及交通條件
范各莊井田在河北省唐山市古冶區(qū)境內(nèi)，位于開(kāi)平向斜東南翼，礦井地理坐標(biāo)：東經(jīng)113度28分，北緯39度33分。井田北部西北部及西部與呂家坨礦相接，井田西及西南部與錢(qián)家營(yíng)礦相鄰，井田東部及南部以14煤層的基巖露頭為界。井田南北走向長(zhǎng)6.87km，東西最大傾斜長(zhǎng)3.62km，井田總面積為20.79km2.開(kāi)采深度標(biāo)高為-100～-800m。井田地理位置優(yōu)越，交通線四通八達(dá)。
圖1.1 范各莊礦交通位置圖
西北距北京市192.3km；北距古冶205國(guó)道10km，京沈高速榛子鎮(zhèn)入23km；南距唐港高速青坨營(yíng)鎮(zhèn)入16km，曹妃甸新區(qū)41km，曹妃甸港67km；東距灤縣新城26.7km，秦皇島港100km。東南距灤南縣成24km，樂(lè)亭縣城46km，京唐港66km（以范各莊礦為中心，直線距離）。礦井交通位置如圖1.1.
1.1.2地形特點(diǎn)
本區(qū)為廣闊平原，被第四紀(jì)沖積層所掩覆。沖積層在井田北部較薄，約50m左右，南部漸厚，范57孔 達(dá)到152m，向南則更厚。地貌簡(jiǎn)單，地表平坦，地勢(shì)呈北高南低，地表坡度1‰～2‰，地表標(biāo)高海拔+25—+33m。
1.1.3氣候條件
本區(qū)氣候?qū)儆谂瘻貛О霛駶?rùn)季風(fēng)型大陸性氣候。具有冬干、夏濕、降水集中、季風(fēng)顯著、四季分明等特點(diǎn)。年平均氣溫11.2℃，年平均降雨量605.97mm，集中于7—8月，冬季盛吹西北風(fēng)，夏季受海洋暖濕氣團(tuán)影響，盛吹偏南風(fēng)，春秋兩季是冬季風(fēng)和夏季風(fēng)的過(guò)渡季節(jié)，風(fēng)向多變。
1.1.4水文情況
井田西有沙河，其流向大致與煤系地層走向平行，為季節(jié)性河流。地面沙河洪峰流量為142.8m3/s，流速1.69m/s。歷史最高洪水位29.5m。本礦區(qū)以裂隙含水層及孔隙含水層為主，巖溶裂隙含水層局部發(fā)育。礦井水源除砂巖裂隙水外，奧陶巖溶水也為本礦永久水源，但奧陶水水質(zhì)有待化驗(yàn)分析。沙河水為本區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉和居民生活用水的主要來(lái)源，可作為礦井臨時(shí)生活用水水源。
1.1.5工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況
本區(qū)是歷史悠久的重工業(yè)區(qū)，礦產(chǎn)資源豐實(shí)，工業(yè)基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)，煤炭、耐火粘土、石英砂巖、水泥灰?guī)r、煤矸石等礦藏儲(chǔ)量大，開(kāi)采價(jià)值高。區(qū)內(nèi)大中型企業(yè)較多，主要產(chǎn)品有煤炭、鋼鐵、水泥、焦化、耐火材料、陶瓷、醫(yī)藥、紡織、服裝為主，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)。 農(nóng)業(yè)前景廣闊，水澆地、高效益菜地、果園、養(yǎng)殖水面均有分布，開(kāi)發(fā)潛力非常大。
1.1.6原材料及電力供應(yīng)
本礦井建設(shè)期間，所需要建設(shè)材料，除鋼材、木材和部分水泥需由國(guó)家計(jì)劃供應(yīng)外，其它磚、石、砂等土產(chǎn)材料，均由當(dāng)?shù)毓?yīng)，滿足建設(shè)需要。本礦的主供電電源取自華北電網(wǎng)呂家坨變電站35kV輸電線和林西發(fā)電廠35kV輸電線。
1.2井田地質(zhì)特征
1.2.1井田煤系地層概述、勘探程度
開(kāi)平煤田位于燕山南麓，煤系地層為石炭二迭系。開(kāi)平主向斜是煤田的主要構(gòu)造骨架，呈復(fù)式向斜構(gòu)造。向斜的總體軸向?yàn)镹E向，自古冶以北主向斜軸逐漸轉(zhuǎn)為東西向。向斜兩翼不對(duì)稱(chēng)，西北翼地層傾角比較大，局部地層倒轉(zhuǎn)，發(fā)育落差及走向長(zhǎng)度較大的逆斷層或逆掩斷層；東南翼地層傾角比較平緩，由北往南發(fā)育兩組軸向與主向斜軸斜交或直交的短軸傾伏褶皺構(gòu)造：一組由杜軍莊背斜、黑鴨子向斜、呂家坨背斜、塔坨向斜、畢各莊向斜及南陽(yáng)莊背斜等組成；另一組出現(xiàn)在宋家營(yíng)以南，由李新莊向斜、劉唐堡背斜組成，其規(guī)模不如前者。東南翼斷層不很發(fā)育，規(guī)模亦較小，多見(jiàn)于褶皺構(gòu)造的軸部，正斷層較多，逆斷層較少。
全區(qū)經(jīng)過(guò)普查、詳查、精查勘探及使用綜合勘探的精查補(bǔ)充勘探后，施工地面地質(zhì)孔5個(gè)，進(jìn)尺2737.35m，井下地質(zhì)孔201個(gè)，進(jìn)尺13237.17m；地面水文地質(zhì)探查孔13個(gè)，進(jìn)尺8055.14m，井下水文孔210個(gè)，進(jìn)尺22496m。
1）唐山組
屬石炭系中統(tǒng)。直接覆于奧陶系灰?guī)r之上，與奧陶系地層呈假整合接觸，平均厚度約56m。巖性以粉砂巖、泥巖為主，細(xì)砂巖次之，底部為鮞狀鋁土質(zhì)泥巖（G層），含K1、K2、K3三層灰?guī)r，以K3灰?guī)r發(fā)育較好，層位穩(wěn)定，厚度一般為2.5～3.2m，稱(chēng)為唐山灰?guī)r。含1～3層不穩(wěn)定的薄煤線。
2）開(kāi)平組
屬石炭系上統(tǒng)。上部止于趙各莊灰?guī)r（K6）頂板，下起唐山灰?guī)r頂板，本組厚度約52m。巖性以細(xì)砂巖和粉砂巖為主，泥巖次之，含K4、K5、K6三層質(zhì)地不勻的薄層灰?guī)r和一層局部可采的14煤層。本組比唐山組顏色較深，多呈深灰色，泥巖顯著減少，含砂量增加，植物化石增多，黃鐵礦結(jié)晶體和菱鐵礦結(jié)核均較發(fā)育。
3）趙各莊組
屬石炭系上統(tǒng)。上部以11煤層頂板為界，下伏開(kāi)平組，厚度約86m，為主要含煤地層之一。巖性以粗砂巖、中砂巖和粉砂巖為主，泥巖次之。含一層可采煤層，即12煤。巖性與開(kāi)平組相比顆粒變粗，接近陸相沉積。
4）大苗莊組
屬二迭系下統(tǒng)。上部止于5煤層頂板，下伏趙各莊組，厚度約67m。本組以深灰、黑灰色粉砂巖和泥巖為主，青灰色中砂巖次之，為主要含煤地層之一。含可采煤層兩層，即7煤層、8煤層。
5）唐家莊組
屬二迭系下統(tǒng)。上部止于Ａ層頂板，下伏大苗莊組，厚度約270m。巖性以粗～中砂巖為主，細(xì)砂巖次之，下部粉砂巖和泥巖比較發(fā)育，間夾1～4層薄煤線。巖石顏色由下部的深灰、淺灰往上變?yōu)榛液妥霞t色，均屬于陸相沉積。
1.2.2井田地質(zhì)構(gòu)造
范各莊井田地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單,主體構(gòu)造為井田北翼的塔坨向斜和南翼畢各莊區(qū)域的畢各莊向斜，是開(kāi)平向斜的次一級(jí)構(gòu)造。
1）井田北部的塔坨向斜區(qū)：井口～北翼，向斜軸大致為EW方向，北翼傾角大約45°，南翼傾角小。該區(qū)域內(nèi)以褶皺和陷落柱構(gòu)造發(fā)育為主要特征。
2）中部的單斜區(qū)：井口～南四石門(mén)，地層走向變化不大，傾向NWW向，地層傾角8°－24°，一般在15°以下。該區(qū)域以小型斷層為主，F(xiàn)0大斷層貫穿區(qū)域，在南二石門(mén)以北及南四石門(mén)以南發(fā)育局部小型褶曲，詳見(jiàn)下表1.1。
表1.1 斷層特征
順序
名稱(chēng)
斷層面走向
斷層面傾向
傾角
落差（m）
性質(zhì)
1
F0
南北
東西
64°
20
正
1.2.3井田水文地質(zhì)特征
范各莊井田水文地質(zhì)情況復(fù)雜，煤系上下各有一個(gè)含水層，上為沖積層強(qiáng)含水層，其為厚度不等的卵石層，下有一黏土層有隔水作用；下為奧灰含水層。它們之間聯(lián)系密切，以煤層露頭線為聯(lián)系，相互溝通，煤層地質(zhì)有兩個(gè)含水層：5S頂板砂巖含水層和12S-14S砂巖組含水層，它們是礦井的主要出水來(lái)源。還有導(dǎo)水陷落柱12個(gè)，礦井涌水量為249 m3/h，礦井最大涌水量為563 m3/h。
1.3煤層及煤質(zhì)
1.3.1煤層特征
范各莊井田內(nèi)的主要可采煤層中，下部的12煤沉積于石炭系上統(tǒng)的趙各莊組，屬海陸交互相沉積，煤層厚度的區(qū)域性變化相對(duì)比較穩(wěn)定，規(guī)律性較強(qiáng)，且頂?shù)装鍡l件較好。上部的7煤、8煤沉積于二迭系下統(tǒng)的大苗莊組，基本上屬陸相沉積，由于沉積環(huán)境的復(fù)雜多變，對(duì)煤層厚度、結(jié)構(gòu)及其頂?shù)装寰a(chǎn)生一定的影響，并往往伴隨不同程度的河流沖刷。范各莊煤礦煤層特征表見(jiàn)表1.2。
表1.2 范各莊煤礦煤層特征表
煤層厚度、傾角、結(jié)構(gòu)、間距
煤層名稱(chēng)
煤厚（m）
傾角°
結(jié)構(gòu)
層間距（m）
km
R
穩(wěn)定性
7
平均
4.2
13
簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)
1.0
0.24
較穩(wěn)定
最小-最大
3.2-4.7
6-19
8
平均
2.0
12
簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)
2.8
1.0
0.21
較穩(wěn)定
最小-最大
1.5-2.5
5-18
11
平均
4.93
13
簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)
10.55
0.97
0.37
較穩(wěn)定
最小-最大
4.7-5.3
9-17
12
平均
5.46
13
簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)
15.0
1.0
0.27
較穩(wěn)定
最小-最大
4.9-6.0
9-17
1.3.2可采煤層特征
井田內(nèi)兩層可采煤層及三層局部可采煤層結(jié)構(gòu)、厚度及一般特征描述如下，井田內(nèi)主要煤層頂?shù)装遒x存情況表見(jiàn)表1.3。
1）8煤層
8煤層為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)中厚煤層，南四石門(mén)以北煤層厚度0.3～2.64m，平均1.78m，煤層頂部為厚0.3～0.6m的劣質(zhì)煤。南三～南四石門(mén)之間局部受古河流沖刷，煤層厚度變化較大，出現(xiàn)小范圍無(wú)煤區(qū)。南四石門(mén)至整個(gè)畢各莊區(qū)域，除局部有煤呈孤島狀賦存外，其余全部為無(wú)煤區(qū)。受河流強(qiáng)烈沖刷，8 煤及頂?shù)装鍖游蝗看院[粗砂巖。孤島狀的煤層因無(wú)法形成生產(chǎn)系統(tǒng)而不能開(kāi)采。煤巖類(lèi)型以光亮型和半光亮型為主，中間夾有透鏡狀的半暗淡型煤，煤層內(nèi)生節(jié)理發(fā)育。煤的硬度f(wàn)＝0.3～0.8，容重1.56。與下伏9煤層間距為6.3～20.5m，平均9.3m。
2）9煤層
9煤層為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的中厚煤層。煤層厚度0.13～3.45m，平均1.86m。含有1～2層泥巖、粉砂巖夾石。夾石分布廣泛，變化較大，由北往南逐漸增厚，由0.1m至0.9m，在南二至南三石門(mén)，由于夾石厚達(dá)0.9m，將煤層分為兩層。9煤層厚度的變化較大，多是由于煤層底板起伏變化較大和煤層頂板小型斷層比較發(fā)育造成。煤巖類(lèi)型以光亮型為主，下層以半亮型為主，界線明顯。內(nèi)生節(jié)理發(fā)育，玻璃光澤。煤的硬度f(wàn)=0.4～0.7，容重1.51。與下伏11煤層間距5.3～21.0m，平均9.3m。
3）11煤層
11煤層為單一結(jié)構(gòu)厚煤層。煤厚4.7～5.3m，平均4.93m。煤巖類(lèi)型以光亮型為主，夾有薄層半光亮型煤。內(nèi)生節(jié)理發(fā)育，貝殼狀斷口，油脂光澤。煤的硬度f(wàn)=0.3 ，容重1.44。與下伏12煤的層間距為10.5～20.5m，平均15m。層間距由北往南逐漸增大。
4）12煤層
12煤層為厚煤層，煤層厚度4.9～6.0m，平均5.46m。中上部含有2～3層黃鐵礦結(jié)核層，呈細(xì)條帶或串珠狀分布，比較穩(wěn)定，煤層中部一層結(jié)核厚度可達(dá)0.1m。距底板約0.3m，普遍含有一層0.1～0.2m厚的松軟泥巖夾石。煤層厚度由北往南逐漸增厚。煤巖類(lèi)型以光亮型和半光亮型為主。內(nèi)生節(jié)理發(fā)育，玻璃光澤，貝殼狀斷口。煤的硬度f(wàn)=0.3～1.1，容重1.44。與下伏12半煤的層間距為35m。
1.3．3煤層圍巖性質(zhì)
表1.3 井田內(nèi)主要煤層頂?shù)装遒x存情況
煤層
頂?shù)装?
巖性
厚度
特征及賦存情況
8煤
偽頂
粉砂巖
0.2～0.5
松軟破碎，節(jié)理發(fā)育，頂部發(fā)育煤線與直接頂相隔，南一石門(mén)以南逐漸出現(xiàn)，北部既為7煤層底板。
直接頂
粉砂巖
2.0
深灰色，由南一石門(mén)往南逐漸發(fā)育并增厚。南二道半石門(mén)以北分布不穩(wěn)定。
老頂
砂巖
0～2.5
層狀層理，自南二石門(mén)以南出現(xiàn)并逐漸增厚。
直接底
粉砂巖
0.2～0.6
含大量根化石，普遍發(fā)育。
老底
細(xì)砂巖
3.0
硅質(zhì)膠結(jié)，呈塊狀結(jié)構(gòu)，堅(jiān)硬，普遍發(fā)育。
9煤
偽頂
無(wú)偽頂
直接頂
粉砂巖
4.0
含炭質(zhì)成分及菱鐵礦結(jié)核，小斷層、節(jié)理十分發(fā)育，比較破碎。北三石門(mén)以北相變?yōu)榧?xì)砂巖。
老頂
細(xì)砂巖
4.5
水平層理，層理面附炭質(zhì)薄膜，分布穩(wěn)定。
直接底
粉砂巖
2.0
局部缺失。頂部含大量植物根化石。井田中部較厚。
老底
細(xì)砂巖
3.0
硅質(zhì)膠結(jié)，堅(jiān)硬，局部相變?yōu)榉凵皫r。
11煤
偽頂
無(wú)偽頂。
直接頂
粉砂巖
4.5
水平層理含大量泥質(zhì)結(jié)核，順層分布，巖石致密。南四采區(qū)局部相變?yōu)楦噘|(zhì)泥巖。
老頂
細(xì)砂巖
即為9煤層老底。
直接底
泥巖
1.1
褐灰色，含雜亂根化石，松軟。
老底
細(xì)砂巖
7.0
粘土質(zhì)膠結(jié)，松軟，遇水風(fēng)化膨脹，極易底鼓。
12煤
偽頂
無(wú)偽頂。
直接頂
泥巖
1.0～2.5
炭質(zhì)含量很高，呈腐泥質(zhì)泥巖，褐色條痕，分布比較穩(wěn)定，與老頂之間存在明顯層見(jiàn)滑動(dòng)。南四以南炭質(zhì)成分逐漸減少成致密泥巖。
老頂
粉砂巖
4.0
致密，塊狀結(jié)構(gòu)。含結(jié)核，順層呈串珠狀分布。
直接底
粉砂巖
0.3～0.6
南二石門(mén)以北較薄，松軟含化石。南二至南五較厚，巖石完整，為灰色塊狀結(jié)構(gòu)。下為12半煤層。南五石門(mén)以南12煤與12半煤基本合群。
1.3.4煤的特征
1）煤質(zhì)
井田內(nèi)各主要可采煤層的煤種均為結(jié)焦性良好的1號(hào)、2號(hào)肥煤和氣肥煤。煤質(zhì)受沉積環(huán)境的影響，各煤層變化較大，賦存于趙各莊組的12煤，煤質(zhì)較好，灰分低，發(fā)熱量高，個(gè)別工作面的生產(chǎn)灰分則達(dá)到了40％～50％以上。
煤質(zhì)主要特征及煤質(zhì)情況，見(jiàn)表1.4，表1.5。
表1.4 煤質(zhì)主要特征
項(xiàng)目 煤層
灰分
（%）
硫分
（%）
揮發(fā)分
（%）
發(fā)熱
（卡/克）
灰熔
融性
牌號(hào)
7煤層
26.7～38.2
0.4～0.5
27.7～36.8
5520～7650
1、2號(hào)肥煤為主，局部肥煤和氣肥煤
31.09
0.47
29.86
6060
11煤層
11.5～35.2
0.4～0.8
30.5～36.3
5450～7180
1270～
1500
1、2號(hào)肥煤為主，局部肥焦煤
16.92
0.64
33.48
6954
12煤層
11.3～35.2
0.5～0.8
29.7～33.2
5200～7572
1110～
1500
2號(hào)肥煤為主，局部氣肥煤
15.77
2.13
32.16
7137
表1.5 煤質(zhì)情況
物理
特性
煤層
光澤
硬度
容重
煤巖類(lèi)型
7
絲絹
0.4～0.9
1.57
光亮和半光亮
8
玻璃
0.3～0.8
1.56
光亮和半光亮
11
玻璃
0.4～0.7
1.44
光亮和半光亮
12
玻璃
0.3～1.1
1.44
光亮和半光亮
原煤
工業(yè)
指標(biāo)
煤層
A
V
S
Q
工業(yè)牌號(hào)
7
31.09
29.86
0.47
6060
1、2號(hào)肥煤
8
28.92
33.48
0.64
6345
1、2號(hào)肥煤
11
16.92
33.48
0.64
6954
1、2號(hào)肥煤
12
15.77
32.16
2.13
7137
2號(hào)肥煤
2）瓦斯
范各莊井田屬于低瓦斯礦井，根據(jù)范各莊礦2000年度礦井瓦斯等級(jí)鑒定等級(jí)報(bào)告，礦井瓦斯相對(duì)涌出量0.12 m3/t，礦井的瓦斯等級(jí)鑒定為低瓦斯礦井。CH4、CO2的涌出量隨著礦井的逐步延深，二水平的CH4、CO2涌出量有逐漸增加的趨勢(shì)。從瓦斯成分上看，CH4百分比含量值升高，即將接近瓦斯風(fēng)化帶下限。三水平南一石門(mén)揭露12煤層，瓦斯?jié)舛冗_(dá)到10％以上。
3）煤塵
范各莊井田具有發(fā)生煤塵爆炸的潛在危險(xiǎn)，煤塵爆炸指數(shù)為38.39－46％，隨著開(kāi)采深度的增加，煤塵的爆炸性逐漸增強(qiáng)，最高值可達(dá)52.72％。
4）煤層自然發(fā)火
范各莊井田具有有自然發(fā)火煤層9、12煤層，發(fā)火期一般在8－12月之間。12煤層的自然發(fā)火期定為11個(gè)月，礦井發(fā)火等級(jí)定為四級(jí)。
圖1.2 范各莊礦井田地質(zhì)綜合柱狀圖
2井田境界和儲(chǔ)量
2.1井田境界
2.1.1井田邊界
范各莊井田位于開(kāi)平向斜東南翼，東部以14煤層潛伏露頭線為界，西及西南部與錢(qián)家營(yíng)礦業(yè)分公司相鄰，北部與呂家坨為界，西部以5煤層-800m等高線與呂家坨為界。井田賦存狀況如圖2.1。
2.1.2井田尺寸
井田南北走向長(zhǎng)度為6.87km,東西傾斜長(zhǎng)最大值為3.62km，最小值為2.91m，平均值為3.03km。煤層傾角最大17°，最小為9°，平均為13°。水平寬度為2.95km，井田總面積為20.79km2，井田的水平面積按下式計(jì)算：
S1=S×cosa （2.1）
式中 S1——井田的水平面積，m2；
S——井田的總面積，m2；
a——井田的平均傾角，取14°；
則井田的水平面積為S=20.17（km2）。
圖2.1 井田賦存狀況示意圖
2.2礦井工業(yè)儲(chǔ)量
2.2.1鉆孔及勘探線分布
根據(jù)礦井勘探情況，其勘探類(lèi)型為Ⅰ類(lèi)Ⅱ型。全區(qū)經(jīng)過(guò)普查、詳查、精查勘探及使用綜合勘探的精查補(bǔ)充勘探后，使完成鉆孔145個(gè)，地震物理點(diǎn)3466個(gè)，平均每平方km有2.13個(gè)，地震物理點(diǎn)23.9個(gè)，共計(jì)工程量為10621.27m，其中水文鉆孔3個(gè)，為1865.61m。
2.2.2井田勘探類(lèi)型及儲(chǔ)量等級(jí)的圈定
根據(jù)對(duì)煤礦床的勘探，研究程度和煤炭工業(yè)建設(shè)的需要，將煤炭?jī)?chǔ)量劃分為A、B、C三級(jí)。
由于本礦井煤質(zhì)穩(wěn)定，煤類(lèi)較多，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，煤系中有巖漿巖破壞活動(dòng)，因此儲(chǔ)量級(jí)別的劃分主要依據(jù)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造和煤層的控制、研究程度。鄰近不可采邊界的塊段均不圈定高級(jí)儲(chǔ)量；斷層煤柱不圈定高級(jí)儲(chǔ)量，一律降為C級(jí)儲(chǔ)量；對(duì)難以開(kāi)采的小而孤立的塊段，不圈定儲(chǔ)量，不進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算。
2.2.3礦井地質(zhì)資源量及工業(yè)儲(chǔ)量
本礦只有11S和12S煤層具有開(kāi)采價(jià)值，采用地質(zhì)塊段法。
根據(jù)地質(zhì)勘探情況，將礦體劃分為8個(gè)塊段，在各塊段范圍內(nèi)，用算術(shù)平均法求的每個(gè)塊段的儲(chǔ)量，煤層地質(zhì)總儲(chǔ)量即為各塊段儲(chǔ)量之和，塊段劃分如圖2.2所示。
圖2.2 地質(zhì)塊段劃分圖
煤層地質(zhì)資源儲(chǔ)量的計(jì)算公式為：
塊段的面積S必須采用真面積（即煤層斜面積）。用煤層底板等高線上的水平投影面積換算成真面積。
S= (2.2)
Qn=SnMnγn (2.3)
式中：s—真面積，m2;
s′—水平投影面積，m2 ;
ai—煤層傾角，采用塊段內(nèi)的平均傾角，（°）
Q=Q1+Q2+Q3++Qn
煤層厚度M應(yīng)采用其厚度的平均值，即根據(jù)計(jì)算面積內(nèi)各見(jiàn)煤點(diǎn)的厚度，均換算成真厚度（垂直層面方向的厚度），而后用算術(shù)平均法進(jìn)行計(jì)算。
Mi= (2.4)
式中：Mi —煤層真厚度的平均值，m；
n—參加計(jì)算的見(jiàn)煤點(diǎn)數(shù)（地段中的鉆孔數(shù)）；
M1+M2+M3+……+Mn—該地段中各見(jiàn)煤點(diǎn)的煤層真厚度，m；
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)量之和。11S煤層和12S煤層儲(chǔ)量計(jì)算表見(jiàn)2.1。
表2.1 開(kāi)灤范各莊礦12#煤儲(chǔ)量計(jì)算表
地質(zhì)塊段 號(hào)
塊段投影面積(M2)
平均傾角(°)
塊段實(shí)際面積(M2)
平均厚度(M)
煤層容重(T/M3)
塊段儲(chǔ)量(MT)
1
2105931.831
13
2161326.4
5.2
1.44
16.184012
2
727374.498
16
756687.2
4.9
1.44
5.339185
3
4303172.963
14
4434908.5
5.2
1.44
33.208595
4
4044829.305
10
4107227.2
5.4
1.44
31.937799
5
4080309.142
13
4187637.8
5.3
1.44
31.960052
6
1842681.682
9
1865650.9
5.8
1.44
15.581916
7
2209928.331
10
2244020.0
5.9
1.44
19.065194
8
984565.0183
17
1029551.4
6
1.44
8.895324
總 計(jì)
20298792.77
20787009.5
162.1720772
備注:同理開(kāi)灤范各莊礦11#煤層儲(chǔ)量計(jì)算結(jié)果:150.92(MT);礦井地質(zhì)資源總儲(chǔ)量:313.09 (MT)
根據(jù)鉆孔布置，在礦井地質(zhì)資源量中，60%探明的，30%控制的，10%推斷的。根據(jù)煤層厚度和煤質(zhì)，在探明的和控制的資源量中，70%的是經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲(chǔ)量，30%的是邊際經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲(chǔ)量。
礦井工業(yè)資源儲(chǔ)量按下式計(jì)算：
Zg=Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333×k （2.5）
式中 Zg——礦井工業(yè)資源儲(chǔ)量，Mt；
Z111b——探明的資源量重經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲(chǔ)量，Mt；
Z122b——控制的資源量中經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲(chǔ)量，Mt；
Z2M11——探明的資源量中邊際經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲(chǔ)量，Mt；
Z2M22——控制的資源量中邊際經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)儲(chǔ)量，Mt；
Z333——推斷的資源量，Mt；
k——可信度系數(shù)，取0.7～0.9，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層賦存穩(wěn)定取0.9；地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、煤層賦存不穩(wěn)定取0.7.根據(jù)本礦實(shí)際條件，地質(zhì)構(gòu)造中等，煤層賦存較穩(wěn)定，故取0.8。
則礦井工業(yè)資源儲(chǔ)量為：
Zg=Z×60%+Z×30%+Z×10%×0.8=0.98×313.09=306.828Mt。
2.3礦井可采儲(chǔ)量
2.3．1保護(hù)煤柱的留設(shè)
本井田中永久煤柱損失主要有：工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱、井田境界煤柱損失、村莊保護(hù)煤柱和斷層保護(hù)煤柱等。
根據(jù)范各莊礦周?chē)V井實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱與壓煤開(kāi)采規(guī)程》之相關(guān)條款規(guī)定，部分煤柱的留設(shè)方法如下，見(jiàn)表2.2。
表2.2 煤柱留設(shè)方法
名 稱(chēng)
留 設(shè) 方 法
工業(yè)廣場(chǎng)
根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱與壓煤開(kāi)采規(guī)程》第72條：工業(yè)廣場(chǎng)維護(hù)帶寬度為15m
井田邊界
邊界煤柱50m
斷 層
斷層煤柱每側(cè)20m
大 巷
大巷煤柱每側(cè)25m
2.3．2礦井設(shè)計(jì)資源量
1）邊界煤柱可按下列公式計(jì)算
(2.6)
式中：Z——邊界煤柱損失量；
L——邊界長(zhǎng)度；
b——邊界寬度；
M——煤層厚度；
R——煤的容重。11S煤層1.4 4t/m3和12S煤層1.44t/m3。
邊界煤柱損失計(jì)算統(tǒng)計(jì)如表2.3。
表2.3 范各莊礦邊界煤柱損失表
邊界 煤層
露頭線邊界
范畢技術(shù)邊界
范錢(qián)技術(shù)邊界
范呂技術(shù)邊界
總和
11煤層（Mt）
0.755
0.609
0.963
0.383
2.71
12煤層（Mt）
0.833
0.675
1.066
0.425
2.999
合計(jì)(Mt)
1.588
1.284
2.029
0.808
5.709
則礦井設(shè)計(jì)資源量為：
Zs=（Zg-P1）=306.828-5.709=301.119Mt。
2.3．3礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量
1）工業(yè)廣場(chǎng)煤柱留設(shè)
根據(jù)《煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范》，工業(yè)場(chǎng)地占地指標(biāo)如表2.4。
表2.4 工業(yè)場(chǎng)地占地指標(biāo)
井型(Mt/a)
占地面積指標(biāo)（ha/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
工業(yè)場(chǎng)地的布置應(yīng)結(jié)合地形、地物、工程地質(zhì)條件及工藝要求，做到有利生產(chǎn)，方便生活，節(jié)約用電。根據(jù)上述規(guī)定，初步設(shè)定工業(yè)廣場(chǎng)為長(zhǎng)方形長(zhǎng)邊為500m，短邊為400m。本礦井地質(zhì)條件及沖擊層和基巖移動(dòng)角見(jiàn)表2.5。
表2.5 巖層移動(dòng)角
廣場(chǎng)中心深度
煤層傾角
煤層厚度
沖積層厚度
Φ
δ
γ
β
-350m
13°
5.46m
133m
45°
75°
75°
75°
用作圖法求出工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱量，工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱留設(shè)見(jiàn)圖2.3。
圖2.3 垂線法計(jì)算工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱邊界示意圖
由此根據(jù)上述已知條件，畫(huà)出如圖2.3所示的工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱的尺寸，并由圖可得出保護(hù)煤柱的尺寸為：
Si=梯形面積=(上寬+下寬)×高/（2×cos13°） （2.7）
工業(yè)廣場(chǎng)的保護(hù)煤柱量為：
Zi=S×M×R （2.8）
式中：Zi——工業(yè)廣場(chǎng)煤柱量；
S——工業(yè)廣場(chǎng)面積；
M——煤層厚度；
R——煤的容重。
則： Z=9.051Mt
2)大巷保護(hù)煤柱
大巷中心距離為40m，大巷煤柱兩側(cè)保護(hù)煤柱寬度為25 m，則大巷保護(hù)煤柱損失量為7.329Mt
永久煤柱損失如表2.6所示。
表2.6 保護(hù)煤柱損失量
煤柱類(lèi)型
儲(chǔ)量/Mt
井田邊界保護(hù)煤柱
5.709
斷層保護(hù)煤柱
0
工業(yè)場(chǎng)地保護(hù)煤柱
9.051
井筒保護(hù)煤柱
3.347
大巷保護(hù)煤柱
7.329
合計(jì)
34.436
礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量按下式2.9計(jì)算：
Zk=(Zs-P2)C (2.9)
式中 Zk——礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量，Mt；
P2——工業(yè)場(chǎng)地和主要煤柱損失之和，Mt；
C——采區(qū)采出率，厚煤層不小于75%，中厚煤層不小于80%，薄煤層不小于85%。本礦屬厚煤層，故取0.75。
則由公式2.5計(jì)算可得礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為：
Zk=(Zs-P2)C=（301.119-34.436）×0.75=200Mt
礦井儲(chǔ)量匯總?cè)缦卤?.7所示：
表2.7 礦井儲(chǔ)量匯總表
煤層
地質(zhì)資源儲(chǔ)量
礦井工業(yè)儲(chǔ)量
永久煤柱損失量
礦井設(shè)計(jì)儲(chǔ)量
設(shè)計(jì)開(kāi)采損失
礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量
11
150.92Mt
147.901Mt
16.39Mt
145.19Mt
48.27Mt
96.92Mt
12
162.17Mt
158.927Mt
19.05Mt
155.93Mt
45.35Mt
103.08Mt
合計(jì)
313.09 Mt
306.83Mt
35.44 Mt
301.12Mt
93.62Mt
200Mt
3 礦井工作制度、設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及服務(wù)年限
3.1礦井工作制度
由《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》第223條規(guī)定，礦井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力按330d計(jì)算，礦井設(shè)計(jì)年工作日330d。
3.1.1礦井工作制度的確定
礦井工作制度設(shè)計(jì)采用“三八”工作制，即二班采煤，一班準(zhǔn)備，每班凈工作時(shí)間為8h。
3.1.2礦井每晝夜凈提升小時(shí)數(shù)的確定
按照《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：礦井每晝夜凈提升時(shí)間16h。這樣充分考慮了礦井的富裕系數(shù)，防止礦井因提升能力不足而影響礦井的增產(chǎn)或改擴(kuò)建。因此本礦設(shè)計(jì)每晝夜凈提升時(shí)間為16h。
3.2礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及服務(wù)年限
3.2.1確定依據(jù)
《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》第2.2.1條規(guī)定：礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力應(yīng)根據(jù)資源條件、外部建設(shè)條件、回采對(duì)煤炭資源配置及市場(chǎng)需求、開(kāi)采條件、技術(shù)裝備、煤層及采煤工作面生產(chǎn)能力、經(jīng)濟(jì)效益等因素，經(jīng)多方案比較后確定。
礦區(qū)規(guī)?？梢罁?jù)一下條件確定：
1）資源情況：煤層地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，儲(chǔ)量豐富，應(yīng)加大礦區(qū)規(guī)模，建設(shè)大型礦井。井田地質(zhì)條件復(fù)雜，儲(chǔ)量有限，則礦區(qū)的規(guī)模定的不能太大。
2）開(kāi)發(fā)條件：包括礦區(qū)所在的地理位置、交通、用戶(hù)、供電、供水、建設(shè)材料及勞動(dòng)力來(lái)源等。條件好者，應(yīng)加大開(kāi)發(fā)強(qiáng)度和礦區(qū)規(guī)模；否則應(yīng)該縮小規(guī)模。
3）國(guó)家需求：對(duì)國(guó)家煤炭需求量（包括煤種、煤質(zhì)、產(chǎn)量等）的預(yù)測(cè)是確定礦區(qū)規(guī)模的一個(gè)重要依據(jù)。
4）投資效果：投資少、工期短、生產(chǎn)成本低、效率高、投資回收期短的應(yīng)加大礦區(qū)規(guī)模，反之則縮小規(guī)模。
3.2.2礦井生產(chǎn)能力的確定
由于井田范圍較大，煤炭?jī)?chǔ)量豐富，地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，煤層生產(chǎn)能力大，開(kāi)采技術(shù)條件好，初步確定礦井生產(chǎn)能力為2.4Mt/a。
3.2.3礦井及第一水平服務(wù)年限的核算
礦井的服務(wù)年限必須與井型相適應(yīng)。
礦井可采儲(chǔ)量Zk、設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力Ａ和礦井服務(wù)年限Ｔ三者之間的關(guān)系為：
（3.1）
式中：T——礦井的服務(wù)年限，a；
Zk——礦井的可采儲(chǔ)量，Mt；
K——礦井儲(chǔ)量備用系數(shù)，取K=1.3；
A——礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，Mt/a。
由第二章計(jì)算結(jié)果可知：礦井可采儲(chǔ)量為200Mt，則礦井服務(wù)年限為
T=200/（2.4×1.3）=64.10a50 a
第一水平服務(wù)年限的計(jì)算公式為：
（3.2）
式中：T1——第一水平的服務(wù)年限，a；
Zk1——第一水平的可采儲(chǔ)量，Mt；
K——礦井儲(chǔ)量備用系數(shù)，取K=1.4；
A——礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，Mt/a。
根據(jù)礦井開(kāi)拓布置，利用塊段法再次計(jì)算出礦井第一水平可采儲(chǔ)量為84.32Mt，所以第一水平的服務(wù)年限為：
T1=84.32/（2.4×1.3）=27.03 a25 a
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，見(jiàn)表3.1。
表3.1 我國(guó)各類(lèi)井型的新建礦井和第一水平設(shè)計(jì)服務(wù)年限
礦井的生產(chǎn)能力
礦井設(shè)計(jì)服務(wù)年限
第一開(kāi)采水平服務(wù)年限/a
/Mt·a
/a
煤層角度<25o
煤層角度25o～35o
煤層角度>35o
6.0及以上
70
35
-
-
3.0～5.1
60
30
-
-
1.2～2.4
50
25
20
15
0.45～0.90
40
20
15
15
經(jīng)過(guò)礦井及第一水平服務(wù)年限的核算，二者均符合《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》之規(guī)定，因此最終確定礦井的生產(chǎn)能力為2.4Mt/a。
4 井田開(kāi)拓
4.1井田開(kāi)拓的基本問(wèn)題
4.1.1井筒形式及數(shù)目的確定
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(kāi)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(lèi)井型水平服務(wù)年限要求。
斜井開(kāi)拓與立井開(kāi)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(chē)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；主提升膠帶化有相當(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?gòu)木渤冯x。缺點(diǎn)是：斜井井筒長(zhǎng)輔助提升能力少，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(guò)富含水層、流沙層施工技術(shù)復(fù)雜。
立井開(kāi)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(kāi)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。
本礦井煤層傾角小，平均13°，為緩傾斜煤層；表土層較厚，有沖擊層；水文地質(zhì)情況比較復(fù)雜，礦井涌水量較大；井筒需要特殊施工，因此只能采用立井開(kāi)拓，經(jīng)后面比較確定井筒形式為立井三水平（位于井田中央）。
4.1.2井筒位置的確定
井筒位置的確定原則：
1）有利于第一水平的開(kāi)采，并兼顧其他水平，有利于井底車(chē)場(chǎng)和主要運(yùn)輸大巷的布置，石門(mén)工程量少；
2）有利于首采區(qū)布置在井筒附近的富煤階段，首采區(qū)少遷村或不遷村；
3）井田兩翼儲(chǔ)量基本平衡；
4）井筒不宜穿過(guò)厚表土層、厚含水層、斷層破碎帶、煤與瓦斯突出煤層或軟弱巖層；
5）工業(yè)廣場(chǎng)應(yīng)充分利用地形，有良好的工程地質(zhì)條件，且避開(kāi)高山、低洼和采空區(qū)，不受崖崩滑坡和洪水威脅；
6）工業(yè)廣場(chǎng)宜少占耕地，少壓煤；
7）距水源、電源較近，礦井鐵路專(zhuān)用線短，道路布置合理。
范各莊礦井田東部有一大塊風(fēng)化帶，為了減少煤柱損失，縮短煤炭外運(yùn)距離，減少運(yùn)輸費(fèi)用，平衡井田兩翼的運(yùn)輸和通風(fēng)系統(tǒng)，主副井布置在井田儲(chǔ)量的中央，以形成兩翼儲(chǔ)量比較均衡的雙翼井田。礦井通風(fēng)方式經(jīng)過(guò)比較后確定為兩翼對(duì)角式通風(fēng)，在井田南北兩翼邊界各開(kāi)掘一個(gè)風(fēng)井，風(fēng)井安裝梯子間，作為回風(fēng)井并兼作安全出口。
4.1.3工業(yè)場(chǎng)地位置、形式和面積
工業(yè)場(chǎng)地的位置選擇在主、副井井口附近，即井田中央。工業(yè)場(chǎng)地的形狀和面積：根據(jù)表2.1工業(yè)場(chǎng)地占地面積指標(biāo)，確定地面工業(yè)場(chǎng)地的占地面積為0.2km2，形狀為矩形，長(zhǎng)邊沿井田走向， 長(zhǎng)為500m,寬為400m。
4.1.4開(kāi)采水平的確定
本礦井煤層露頭標(biāo)高-150m，煤層埋藏最深處達(dá)-800m，垂直高度達(dá)650m。井田走向長(zhǎng)度平均走向長(zhǎng)6.87km，傾斜長(zhǎng)3.62km，煤層傾角13°，根據(jù)上下山斜長(zhǎng)的要求，此井田開(kāi)拓至少為兩水平或三水平，延伸方式可為立井延伸或暗斜井延伸。一水平標(biāo)高-350m，二水平標(biāo)高-550m，三水平標(biāo)高-800m，主要開(kāi)采方式為采區(qū)式開(kāi)采?？刹擅簩訛?1和12煤層，其余均不可采，開(kāi)采順序?yàn)橄炔?1煤層再采12煤層。
4.1.5主要開(kāi)拓巷道的布置
由于本井田煤層埋藏比較深，沖擊地壓比較大，設(shè)計(jì)主采11煤層厚度4.93m，12煤層5.46m，運(yùn)輸大巷為上下兩個(gè)階段服務(wù)，為便于維護(hù)和使用，使大巷不受煤層開(kāi)采的影響，兼顧井底車(chē)場(chǎng)的位置，將大巷布置在煤層底板以下20m的灰色中粗砂巖～深灰粉砂巖層內(nèi)。其優(yōu)點(diǎn)是便于大巷的維護(hù)，維護(hù)費(fèi)用低，巷道施工條件能夠保持一定方向和坡度；在開(kāi)采上下階段時(shí)可跨大巷開(kāi)采，不留保護(hù)煤柱，減少煤柱損失，同時(shí)便于設(shè)置煤倉(cāng)。由于井底車(chē)場(chǎng)一般要為整個(gè)礦井服務(wù)，服務(wù)年限長(zhǎng)，故要布置在較堅(jiān)硬的巖層中，且與大巷要相符，即布置在煤層底板下方。
4.1.6方案比較
1)提出方案
（1）方案一：立井-暗斜井三水平上山式開(kāi)拓方式：第一水平為立井開(kāi)拓；第二、三水平采用暗斜井延伸。三個(gè)水平均為上山開(kāi)采，第一水平和第二水平分界位于-350，第二水平和第三水平分界位于-550。
（2）方案二：立井三水平上山式開(kāi)拓方式：第一水平為立井開(kāi)拓；第二、三開(kāi)采水平采用立井延伸。三個(gè)開(kāi)采水平均采用上山式開(kāi)采，第一水平和第二水平分界位于-350，第二水平和三水平分界位于-550；
（3）方案三：立井-暗斜井兩水平上山式開(kāi)拓方式：第一水平為立井開(kāi)拓；第二水平采用暗斜井延伸。兩個(gè)水平均為上山開(kāi)采，第一水平和第二水平分界位于-450；
（4）方案四：立井兩水平上山式開(kāi)拓方式：第一水平采用立井開(kāi)拓；第二水平采用暗立井延伸。兩個(gè)水平全部采用上山開(kāi)采，第一水平和第二水平分界位于-450。
四個(gè)開(kāi)拓方案示意圖如圖4.1、4.2、4.3、4.4。
圖4.1 立井-暗斜井三水平上山式開(kāi)拓
圖4.2 立井三水平上山式開(kāi)拓
圖4.3 立井-暗斜井兩水平上山式開(kāi)拓
圖4.4 立井兩水平上山式開(kāi)拓
2）技術(shù)比較
根據(jù)下山開(kāi)采的適用條件（對(duì)煤層傾角小于16o，瓦斯和水的涌出量不大時(shí)）進(jìn)行下列分析：礦井正常涌水量為249/h，最大涌水量為563/h，涌水量比較大，又由于井田西北部的煤層傾角平均在17o，所以在技術(shù)上下山開(kāi)采不適用，井田均采用上山式開(kāi)采。
四個(gè)方案的主副井筒形式相同。方案一和方案二的區(qū)別在于二、三水平的延伸方式不同。方案一采用暗斜井延伸，采用暗斜井延伸時(shí)，原有井筒的位置、水平的劃分，上山或上下山開(kāi)采同時(shí)生產(chǎn)和延伸相互干擾較小。
方案二采用立井直接延伸。采用立井延伸時(shí)，可以充分利用原來(lái)的各種設(shè)備和設(shè)施，提升系統(tǒng)單一，轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)少，經(jīng)營(yíng)費(fèi)用低，管理費(fèi)用較方便。但采用這種方法延伸時(shí)，井筒同時(shí)擔(dān)任生產(chǎn)和延伸任務(wù)，施工與生產(chǎn)相互干擾，立井延伸時(shí)礦井將短期停產(chǎn)，延伸兩個(gè)井筒施工組織復(fù)雜，為延伸井筒需要掘進(jìn)一些臨時(shí)工程，延伸后提升高度增加，提升能力下降。再結(jié)合粗略估算費(fèi)用結(jié)果（見(jiàn)表4.1）方案一、二比較選擇方案一。
方案三、四的區(qū)別也僅在于二水平主井的延伸方式不同。方案三主、副井都采用暗斜井延伸，方案四主、副井采用暗立井延伸。方案三多開(kāi)暗斜井井筒和暗斜井的上、下部車(chē)場(chǎng)，并相應(yīng)地增加了斜井的提升和排水費(fèi)用；方案四需多開(kāi)立井井筒、階段石門(mén)和立井井底車(chē)場(chǎng)，并相應(yīng)地增加了井筒和石門(mén)的運(yùn)輸、提升、排水費(fèi)用。結(jié)合粗略費(fèi)用結(jié)果（見(jiàn)表4.2），費(fèi)用差別很大，方案三的費(fèi)用較低，方案三、四選擇方案三。
3）粗略經(jīng)濟(jì)比較
經(jīng)分析，提出了四種可行的開(kāi)拓方案，并進(jìn)行開(kāi)拓方案主要經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)粗略比較分述如下。
表4.1 各方案粗略估算費(fèi)用表(單位：萬(wàn)元)
各方案粗略估算費(fèi)用表
項(xiàng)目
方案
方案一
方案二
基建費(fèi)/萬(wàn)元
主暗斜井開(kāi)鑿
2000×1050/1000=2100
立井開(kāi)鑿
2×450×3000/1000=2700
副暗斜井開(kāi)鑿
2000×1150/10000=2300
石門(mén)開(kāi)鑿
2815.3×800/1000=2252.2
上下斜井車(chē)場(chǎng)
（300+500）×900/1000=720
井底車(chē)場(chǎng)
1000×900/1000=900
小計(jì)
5120
小計(jì)
5852.2
生產(chǎn)費(fèi)/萬(wàn)元
暗斜井提升
1.2×6091.68×2×4.8=70176.2
立井提升
1.2×6091.68×0.833×8.5=51758.6
立井提升
1.2×6091.68×0.383×8.5=23797.8
石門(mén)運(yùn)輸
1.2×6091.68×2.815×3.81=78401
排水
249×24×365×24.5×(0.063+0.127)/1000=10153.7
立井排水
249×24×365×24.5×1.525/10000=8149.7
小計(jì)
104127.7
小計(jì)
138309.3
總計(jì)
費(fèi)用/萬(wàn)元
109247.7
費(fèi)用/萬(wàn)元
144161.5
百分率
100%
百分率
132.0%
表4.2 各方案粗略估算費(fèi)用表(單位：萬(wàn)元)
項(xiàng)目 方案
方案三
方案四
基建費(fèi)/萬(wàn)元
主暗斜井開(kāi)鑿
1853.7×1050/1000=1946.4
立井開(kāi)鑿
2×417×3000/1000=2502
副暗斜井開(kāi)鑿
1853.7×1150/1000=2131.8
石門(mén)開(kāi)鑿
1806.2×800/1000=1445
上下斜井車(chē)場(chǎng)
（300+500）×900/1000=720
井底車(chē)場(chǎng)
1000×900/1000=900
小計(jì)
4798.2
小計(jì)
4847
生產(chǎn)費(fèi)/萬(wàn)元
暗斜井提升
1.2×8539.75×0.185×4.8=9100.1
立井提升
1.2×8539.75×0.416×8.5=36235.9
立井提升
1.2×8539.75×0.416×8.5=36235.9
石門(mén)運(yùn)輸
1.2×8539.75×1.806×3.81=70513
排水
249×24×365×34.75×(0.063+0.127)/1000=14401.6
立井排水
249×24×365×34.75×1.525/10000=11559.2
小計(jì)
59737.6
小計(jì)
118308.1
總計(jì)
費(fèi)用/萬(wàn)元
64535.8
費(fèi)用/萬(wàn)元
123155.1
百分率
100%
百分率
191%
留下的方案一和方案三的區(qū)別在于水平的劃分及主副井筒的位置不同，兩方案要經(jīng)過(guò)詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)比較，才能確定其優(yōu)劣。
4）詳細(xì)經(jīng)濟(jì)比較
對(duì)方案一和方案三有差別的建井工程量、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)工程量、基建費(fèi)和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)分別計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表4.3,4.4,4.5,4.6,4.7所示。
表4.3 建井工程量 (單位：m)
建井工程量
項(xiàng)目 方案
方案一
方案三
前期
主井井筒/m
383+20
483+20
副井井筒/m
383+5
483+5
井底車(chē)場(chǎng)/m
1000
1000
主石門(mén)/m
0
0
運(yùn)輸大巷/m
450
450
后期
主井井筒/m
2000
1556
副井井筒/m
2000
1556
井底車(chē)場(chǎng)/m
800
800
主石門(mén)/m
0
0
運(yùn)輸大巷/m
10694
10694
表4.4 生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)工程量
項(xiàng)目
方案一
方案三
運(yùn)輸提升/萬(wàn)t×km
工程量
工程量
立井提升
1.2×