采礦工程畢業(yè)設(shè)計(jì)論文古書院礦新井設(shè)計(jì)

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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征 2 1.1礦區(qū)概述 2 1.2 井田地質(zhì)特征 5 1.3煤層 9 2 井田境界和儲(chǔ)量 16 2.1井田境界 16 2.2 礦井儲(chǔ)量計(jì)算 16 2.3 礦井設(shè)計(jì)儲(chǔ)量 17 3 礦井工作制度、設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 20 3.1礦井工作制度 20 3.2礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 21 4 井田開拓 23 4.1 井田開拓的基本問題 23 5 準(zhǔn)備方式——帶區(qū)巷道布置 41 5.1 煤層地質(zhì)特征 41 5.2 采（盤）區(qū)或帶區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng) 41 5.3 帶區(qū)車場(chǎng)選型設(shè)計(jì) 46 6 采煤方法 47 6.1 采煤工藝方式 47 6.2回采巷道布置 61 7 井下運(yùn)輸 62 7.1概述 62 7.2帶區(qū)運(yùn)輸設(shè)備選擇 64 7.3大巷運(yùn)輸設(shè)備選則 67 8 礦井提升 68 8.1礦井提升概述 68 8.2主副井提升 69 9 礦井通風(fēng)及安全 71 9.1礦井地質(zhì)、開拓、開采概況 71 9.2礦井通風(fēng)系統(tǒng)的確定 72 9.3礦井風(fēng)量計(jì)算 76 9.4礦井阻力計(jì)算 84 9.5選擇礦井通風(fēng)設(shè)備 89 10 設(shè)計(jì)礦井基本技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 95 1 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征 1.1礦區(qū)概述 1.1.1 礦區(qū)地理位置與交通 古書院礦位于晉城市北1km處，行政區(qū)劃大部屬晉城市城區(qū)管轄，北端小部分在澤州巴公鎮(zhèn)境內(nèi)。其地理坐標(biāo)為東經(jīng)11248′34″- 11252′56″，北緯3530′33″～3534′15″。 該井田西受白馬寺斷層控制,北與鳳凰山、王臺(tái)鋪井田相接, 西南為北巖井田, 東西長(zhǎng)7km, 南北寬5km, 面積24.417km2。井田東部有太原～焦作鐵路經(jīng)過。本礦專運(yùn)線5公里與晉城北站接軌，向南于月山，新鄉(xiāng)分別與焦枝，京廣線相通。207國(guó)道從井田東側(cè)經(jīng)過，晉（城）～長(zhǎng)（治）、晉（城）～陽(yáng)（城）、晉（城）～焦（作）、長(zhǎng)（治）～邯（鄲）高速公路已建成通車；省級(jí)公路四通八達(dá)。礦井交通位置如圖1-1所示。 1.1.2 地形地貌及水文情況 井田地表呈剝蝕的低山丘陵地貌，總的地勢(shì)為西北高，東南低。地形最高點(diǎn)為西北部方山山頂，標(biāo)高1055.45m，最低處為井田南部邊界低洼處，標(biāo)高716.30m，地形最大相對(duì)高差339.15m。井田西北部為低山區(qū)，有大片基巖出露，山嶺連綿延展，間或有“V”字形溝谷分布。井田東南部逐漸過渡為緩坡丘陵區(qū)，地表基本為第四系黃土覆蓋，在寬緩的土梁間發(fā)育有南北向和東南向的黃土沖溝，總的說來(lái)，井田地形比較復(fù)雜。 井田內(nèi)無(wú)常年徑流的地表水系，均為季節(jié)性河流。雨季流量較大，西南部大氣降水經(jīng)晉城西河、古書院河、晉城東河匯入白水河經(jīng)孔莊注入丹河，東北部大氣降水匯入劉家川河、司徒河向東注入丹河，丹河屬沁河支流。 井田內(nèi)較大河流為古書院河，于井田西部由北向南流過，井田內(nèi)流經(jīng)長(zhǎng)度5220m，匯水面積6.556km2。河流水源為地表泉水，大氣降水及礦坑排水。據(jù)古礦近年觀測(cè)資料，該河南段因有礦坑排水匯入，水量大增，可達(dá)10.5～107.8L/s，河流北段無(wú)礦坑排水影響，流量?jī)H為0.06～0.60L/s。 1.1.3氣候條件 本區(qū)屬太行山西側(cè)山間盆地，屬暖溫帶大陸性氣候。四季分明,溫和宜人,日照充足。秋季多西北風(fēng),春夏季多東南風(fēng)。年最小降水量296mm,最大降水量1010mm,平均686.10mm。降水量集中在7、8、9三個(gè)月。蒸發(fā)量一般為降水量的2～3倍。氣溫一般較高,最高達(dá)38.6℃,最低－22.8℃,平均11℃。無(wú)霜期較長(zhǎng)，全年約180天。凍結(jié)期為11月至次年2月，最大凍土深度一般為43cm，最大積雪厚度為21cm。風(fēng)力不大，一般3～4級(jí)，最大6級(jí)。 1.1.4地震 歷年地震資料及文獻(xiàn)記載，晉城地區(qū)未發(fā)生過5級(jí)以上的破壞性地震。外圍強(qiáng)震的波及曾對(duì)本區(qū)造成房屋倒塌，人畜傷亡。據(jù)國(guó)家《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5001－2001），晉城市為六度地震烈度區(qū)，地震加速度值為0.05g。 1.1.5水源條件 古書院礦現(xiàn)有自備水源井6眼，分別是下平房水源井（3號(hào)）、水塔水源井（14號(hào)）、西風(fēng)井水源井（15號(hào)）、東風(fēng)井水源井（26號(hào)）、34號(hào)家屬樓南水源井（28號(hào)）、32號(hào)家屬樓東水源井（1號(hào)）。6個(gè)水源井全部采用深井潛水泵吸取中奧陶統(tǒng)深層水作為永久水源，日均取水量約為8000 m3，年提水量約為292萬(wàn)m3。 古礦現(xiàn)供水情況地面由1號(hào)、3號(hào)、14號(hào)、28號(hào)水源井供給，井下用水由15號(hào)、26號(hào)水源井供給，并于2001年對(duì)該礦地面和井下用水進(jìn)行了互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)?shù)孛婧途氯魏我环接盟霈F(xiàn)緊張時(shí)，可由另一方進(jìn)行補(bǔ)充，從而緩解了用水緊張的狀況。 根據(jù)山西省煤礦設(shè)計(jì)院和晉城市水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心分析測(cè)試結(jié)果報(bào)告單，除西風(fēng)井總硬度、硫酸根稍高以外，其余測(cè)定項(xiàng)目全部符合GB5749－85生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。 1.1.6礦區(qū)經(jīng)濟(jì)概況 整個(gè)晉城礦區(qū)跨越晉城市和陽(yáng)城、沁水兩縣，面積為6795 km2。本區(qū)處于太行山西坡，土質(zhì)比較肥沃，主要農(nóng)作物有玉米、谷子、小麥和高粱，由于農(nóng)田水利基本建設(shè)發(fā)展較快，畝產(chǎn)水平逐年提高。工業(yè)主要有冶煉、化肥、水泥、發(fā)電、農(nóng)機(jī)、副食品加工及手工業(yè)等。 1.1.7礦區(qū)小煤礦概況 20世紀(jì)80年代—90年代，在井田范圍內(nèi)曾開辦有證礦井28座，因關(guān)閉、吊銷、劃出等原因，已有16座停辦?，F(xiàn)井田內(nèi)保留有證礦井12座。 20世紀(jì)90年代，私開礦井風(fēng)起云涌。在今天范圍內(nèi)曾有無(wú)證私開小煤礦92座，其中9座打井未見煤，3座延伸井筒開采9號(hào)煤，其余開采3號(hào)煤層?，F(xiàn)已全部關(guān)閉取締。 這些小煤礦的亂采亂挖掘，給該礦造成了嚴(yán)重的破壞，截止2000年底，小煤礦破壞3號(hào)煤地質(zhì)儲(chǔ)量1802.25萬(wàn)噸，破壞井田面積2.04。其中有證礦井越界開采破壞儲(chǔ)量1167.05萬(wàn)噸，私開礦破壞儲(chǔ)量635.2萬(wàn)噸。小煤礦的非法開采，不但破壞了國(guó)家的煤炭資源，縮短了該礦服務(wù)年限，給國(guó)家造成不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失，而其嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)，給該礦造成種種不安全隱患。 圖1-1 礦井交通位置圖 1.2 井田地質(zhì)特征 1.2.1地質(zhì)構(gòu)造 受區(qū)域構(gòu)造影響，本井田地質(zhì)構(gòu)造以寬緩褶曲為主，地層傾角2～8，伴生一條大型邊界斷層和一些落差不大的小型斷層和陷落柱，敘述如下： 1.褶曲 根據(jù)地表露頭和井下巷道揭露，本井田內(nèi)共發(fā)育大小褶曲20條，其中向斜10條，背斜10條，分述如下： (1)二仙掌向斜(S1): 于白馬寺逆斷層?xùn)|側(cè),軸向NE15～20，南起晉普山井田，經(jīng)北巖井田，進(jìn)入本井田，其軸部在本井田大致沿古補(bǔ)71號(hào)孔-142號(hào)孔-137號(hào)孔-補(bǔ)43號(hào)孔東延伸，向北于二仙掌村東伸入鳳凰山井田，全長(zhǎng)20000m。西翼陡而狹，傾角9-26，東翼平緩，傾角6-8，受白馬寺逆斷層上升盤牽引成為極不對(duì)稱的向斜。 (2)石城溝背斜（S2）：軸向NE15～20，南起寨上，經(jīng)北巖井田東部，進(jìn)入本井田，其軸部在本井田大體沿古72號(hào)孔-古78號(hào)孔-補(bǔ)18號(hào)孔-04號(hào)孔-補(bǔ)67號(hào)孔-166號(hào)孔方向延伸，背斜全長(zhǎng)5000m，東翼傾角8～12，西翼傾角6～8。 (3)方山向斜（S3）：軸部沿張嶺村東-牛山村東-楊莊-老王圪套方向延入鳳凰山井田，縱貫古書院、鳳凰山兩井田，軸向由NW15向北轉(zhuǎn)為NE15，東翼傾角6-8, 西翼傾角8-12，全長(zhǎng)12000m。 (4)S4向斜：位于井田北部S2背斜東側(cè)，軸向NE15，沿補(bǔ)33號(hào)孔-鳳010號(hào)孔方向向北延伸，兩翼傾角4-7左右，基本對(duì)稱，全長(zhǎng)2000m。 (5)S5背斜：位于井田北部S4向斜東側(cè)，軸向NE20，沿古補(bǔ)79-古補(bǔ)73-09號(hào)孔方向延伸，兩翼傾角4～8，全長(zhǎng)2300m。 (6)S6向斜：位于井田西南部，軸向近南北，大致沿古補(bǔ)2-02號(hào)-65號(hào)孔西方向向南延伸，全長(zhǎng)2000m以上。兩翼傾角平緩，為5-8左右。 (7)S7背斜：位于井田西南部，S3向斜西側(cè)，軸向NW5，軸部沿立風(fēng)井-65號(hào)孔方向向南延伸，東翼傾角4～8，西翼傾角6～8，全長(zhǎng)2000 m以上。 (8)S8背斜：位于井田南部S3向斜東側(cè)，軸向NW30，軸部沿6號(hào)孔 - 169號(hào)孔西方向延伸，全長(zhǎng)約1700 m，兩翼傾角6～12，基本對(duì)稱。 (9)S9向斜：位于井田南部太平仙村西S8背斜東側(cè)， 軸向NW45，延伸長(zhǎng)度1650m，兩翼傾角8～15。 (10)S10背斜：位于井田南部，軸向NW70，軸部沿屋廈村南-莊溝村南方向延伸，背斜全長(zhǎng)2000 m，兩翼傾角8～15。 (11).S11向斜：位于井田南部，S10背斜北側(cè)，軸向NW70，軸部沿屋廈村北 - 莊溝村北方向延伸，全長(zhǎng)2300 m，兩翼傾角7～10。 (12).S12背斜：位于井田中部谷坨村南，軸向NE20-65，軸部沿補(bǔ)13-補(bǔ)19-228號(hào)孔方向延伸，全長(zhǎng)2000 m，兩翼傾角5～10。 (13).S13向斜：位于井田中部S12背斜北側(cè)，軸向NW75，延伸長(zhǎng)度約1200 m，兩翼傾角8～10。 (14).S14背斜：位于井田中部，軸向NE60-83，軸部沿119號(hào)孔-補(bǔ)46號(hào)孔南-441號(hào)孔南方向延伸，全長(zhǎng)2600 m，兩翼傾角8～10。 (15).S15背斜：位于井田東部，軸向NW60轉(zhuǎn)NE2065，軸部沿補(bǔ)65號(hào)孔-442號(hào)孔-洪1號(hào)孔-133號(hào)孔-227號(hào)孔呈弧形延伸，全長(zhǎng)4500 m，兩翼傾角6～10。 (16).S16向斜：位于井田東部河?xùn)|村東，軸向NE40，軸部沿洪5號(hào)孔-140號(hào)孔-201號(hào)孔方向延伸，全長(zhǎng)2500 m，兩翼傾角6～10。 (17).S17背斜：位于井田東部河?xùn)|村西，軸向NE40，軸部沿209號(hào)孔-古補(bǔ)84號(hào)孔-204號(hào)孔方向延伸，長(zhǎng)度2500 m，兩翼傾角5～8。 (18).S18向斜：位于井田東部S17背斜兩側(cè)，軸向NE25，軸部沿208號(hào)孔西-洪6號(hào)孔方向延伸，全長(zhǎng)約1000 m，兩翼傾角6～10。 (19)S19背斜：位于井田東北角，軸向NE40，軸部沿古補(bǔ)77號(hào)孔-大4號(hào)孔-補(bǔ)37號(hào)孔方向延伸，全長(zhǎng)1000 m，兩翼傾角5～8。 (20)S20向斜：位于井田東北角S19背斜西側(cè)，軸向NE40，軸部沿大2號(hào)孔-1156號(hào)孔-445號(hào)孔方向延伸，全長(zhǎng)約1000 m，兩翼傾角7～9。 井田褶曲延伸長(zhǎng)度均在1000m以上，幅度基本均在30～60m之間。按褶曲長(zhǎng)度和幅度分類，井田褶曲大、中、小型均有分布。但從褶曲兩翼緊閉程度分類，由于井田內(nèi)褶曲兩翼夾角均大于120，按照《礦井地質(zhì)工作手冊(cè)》（1986）中分類標(biāo)準(zhǔn)，井田褶曲均屬平緩褶曲。一般說來(lái)，單斜構(gòu)造和平緩褶曲對(duì)綜采影響不大。 2.斷層 井田較大斷層為西北邊界處的白馬寺逆沖斷層，井田內(nèi)地表未見其它斷層，井下3、9號(hào)煤層中開采中共發(fā)現(xiàn)124條小型斷層（3號(hào)煤層65條，9號(hào)煤層59條）從開采揭露情況看，未發(fā)現(xiàn)3、9號(hào)煤層各斷層存在上下對(duì)應(yīng)關(guān)系，均為層間錯(cuò)動(dòng)的小斷層。絕大多數(shù)斷層落差在2.50m以下，僅個(gè)別達(dá)5.60～9.40m，因?qū)賹娱g斷層，對(duì)15號(hào)煤層開采影響太大，這里不再敘述?，F(xiàn)將井田西北邊界處的白馬寺逆沖斷層敘述如下： 白馬寺逆沖斷層：為井田西北部的自然邊界，地表斷層處大部都被黃土覆蓋,據(jù)局部出露點(diǎn)觀測(cè)資料,斷層走向N15～25E，傾向NW，傾角70，斷距20-40m，該斷層屬區(qū)域較大斷層，由南部晉普山區(qū)延至本井田，延伸長(zhǎng)度20km以上。該斷層屬邊界斷層，且斷層?xùn)|側(cè)部分資源已劃歸南坪煤礦開采，故白馬寺斷層對(duì)本礦將來(lái)開采15號(hào)煤層基本無(wú)影響。 3.陷落柱 井下3、9號(hào)煤層開采中先后發(fā)現(xiàn)陷落柱23個(gè)（X1-X23），大小各異，長(zhǎng)軸長(zhǎng)度在20～90m之間，短軸長(zhǎng)度在13～50m之間。陷落柱縱斷面呈倒漏斗，水平斷面多呈橢圓形或近圓形，柱體內(nèi)充填物雜亂無(wú)章，巖塊大小不等，具棱角狀，巖塊擠壓緊密，柱體內(nèi)一般無(wú)水。 陷落中心與圍巖界線清晰， 陷壁角一般多為75左右。 1.2.2井田地層概述 井田位于沁水煤田南部晉城礦區(qū)，地層出露中等，基巖分布面積約占三分之一，主要分布于井田北部、西北部山梁及溝谷零星地段，新生界覆蓋面積約占三分之二，主要分布在井田南部，東部的丘陵、低洼地帶及溝谷兩側(cè)。奧陶系灰?guī)r為媒系地層之基底。根據(jù)鉆孔和地質(zhì)填圖，將井田內(nèi)地層由老至新分述如下： （1）奧陶系中統(tǒng)（O2） 僅出露于白馬寺逆斷層西側(cè)上升盤，斷層附近山勢(shì)陡立，走向NNE—SSW ，出露厚度約150 m，其巖性接近頂部多為角礫狀巖石，礫巖成分復(fù)雜，風(fēng)化后成黃色，為峰峰組（O2f），其下為深灰色，質(zhì)純而性脆，并含方解石脈的厚層狀灰?guī)r，為上馬家溝組（O2S）。 （2）石炭系（C） ①中統(tǒng)本溪組（C2b） 大部分出露于白馬寺逆斷層之東側(cè)下降盤西部邊緣，由含鋁質(zhì)較高的紅色及灰白色泥巖組成，中夾薄層砂質(zhì)泥巖，細(xì)砂巖。底部為山西式鐵礦。本溪組厚0.70 m～13.32 m，平均4.25 m，于下伏奧陶系呈平行不整合接觸。 ②上統(tǒng)本溪組（C3t） 出露于白馬寺斷層?xùn)|側(cè)，為井田主要含煤地層之一。由黑—深灰色砂質(zhì)泥巖、灰黑色砂巖、石灰?guī)r和煤層等組成。底部有一層鮞狀結(jié)構(gòu)砂質(zhì)泥巖，全組厚51.23 m～88.23 m，平均77.76 m，于下伏地層呈整合接觸。 （3）二疊系（P） ①下統(tǒng)山西組（P1s） 為驚天內(nèi)主要含煤地層之一。井田內(nèi)出露較多，但均零星不完整。以灰白色砂巖為主，中夾灰色及深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖及煤層。底部為一層不太穩(wěn)定的中粒砂巖。本組厚38.02 m～81.21 m，平均54.48 m，與下伏地層整合接觸。 ②下統(tǒng)下石盒子組（P1x） 主要出露在井田內(nèi)較高的山腰處，由灰色的細(xì)—中粒砂巖，灰白色的砂質(zhì)泥巖和泥巖組成。風(fēng)化后多呈灰綠色或黃綠色，底部為一層厚5 m左右的中—粗粒長(zhǎng)石石英砂巖，為與山西組的分解，俗稱駱駝脖子砂巖。在其頂部有一層鋁土質(zhì)泥巖或含鋁質(zhì)的砂質(zhì)泥巖，見鐵質(zhì)侵染，具鮞狀結(jié)構(gòu)，風(fēng)化后鮞粒脫落成小孔，地面易識(shí)別，其顏色鮮明，呈桃紅色，俗稱桃花泥巖。為與上石盒子組分界的輔助標(biāo)志層。本組厚20.07 m～118.60 m，平均53.86 m。 ③上統(tǒng)石盒子組（P2s） 主要分布于井田北部的白馬寺山、方山、二仙掌等地的較高處。巖性以灰黃色砂質(zhì)泥巖為主，夾較厚的黃綠、紫紅、藍(lán)紫色砂巖和黃色泥巖組成。下部為一層不穩(wěn)定的中粗粒石英砂巖。井田內(nèi)鉆孔揭露厚度可達(dá)197.88 m，于下伏地層呈整合接觸。 （4）第三系上新統(tǒng)（N2） 為深紅色粘土，，含沙量較多，可見褐鐵礦黑色斑點(diǎn)，含鈣質(zhì)結(jié)核3～5層，該層脫水曬干后變的堅(jiān)硬。在井田中部，北部丘陵地帶零星出露，厚度0～8 m，于下伏不同時(shí)代地層不整合接觸。 （5）第四系（Q） 分布范圍較廣，于地形起伏相一致，厚度由山梁向邊坡遞增，最厚達(dá)49.53 m，沉積物以紅土、黃土為主，沖擊物位沙礫層。 ①中更新統(tǒng)（Q2） 位于黃土之下，分布于丘陵高低，一般為赤紅及紫醬色，可塑性強(qiáng)，膩滑似醋，在紅土底部因受水解作用形成大量的鈣質(zhì)結(jié)核。 ②上更新統(tǒng)（Q3） 主要為黃土，多分布于溝谷兩側(cè)，構(gòu)成二級(jí)階地，其厚度變化不一，一般5 m～20 m，土質(zhì)致密。 ③全新統(tǒng)（Q4） 為砂卵石、沙石堆積的現(xiàn)代重基層，厚度不一，主要分布于現(xiàn)代河谷中的河漫灘。 1.2.3水文地質(zhì)條件 東部丹河是沁河的一條最大支流，發(fā)源于高平市趙莊北之丹朱嶺，流經(jīng)高平市、澤州縣，在河南省沁陽(yáng)縣北金村匯入沁河。河流總長(zhǎng)120km，流域面積3620km2。丹河上游修建有水庫(kù)多座，其中任莊水庫(kù)容積最大，控制流域面積1240 km2，庫(kù)容總量可達(dá)8400萬(wàn)m3。另外，還有其它小型水庫(kù)多座。任莊水庫(kù)以南至水東間為丹河河水滲漏河段，地表水補(bǔ)給地下水。 西部沁河主干發(fā)源于沁源縣北綿山東泉嶺，流經(jīng)沁源、安澤、沁水、陽(yáng)城、澤州縣境內(nèi)，于河南省武陟縣南部匯入黃河。 古書院井田位于丹河中上游地帶，居丹河西岸。 晉城礦區(qū)地下水屬三姑泉域地下巖溶水系統(tǒng)，位置在泉域中上部徑流帶。三姑泉為散泉，較大泉眼有石青泉、馬尾泉、郭壁泉、土坡泉、白洋泉、小會(huì)泉、鄉(xiāng)北泉、水掌泉等。泉水總流量20世紀(jì)80年代以前在1.2～10m3/s左右，平均3.45m3/s。 三姑泉域西北邊界以丹河流域分水嶺為界;東北部可溶巖區(qū)以地形、地下分水嶺為界;東部可溶巖區(qū)以?shī)Z河-黃金窯～馬圈一帶地形、地下分水嶺和太行山東部的眾多小型地下分水嶺與焦作泉域分界；西邊界南段以高平～晉城斷裂帶為界，北段主要以地表分水嶺為界，局部與延河泉域溝通；西南邊界為晉城小山字型構(gòu)造前弧的西段，該段東西向地塹構(gòu)造有一定阻水作用?？傊?，泉域邊界基本與丹河流域邊界一致，面積約2813.48km2。地理范圍包括晉城城區(qū)、高平、陵川、澤州等縣市。 泉水補(bǔ)給方式：1.東部大面積裸露可溶巖區(qū)降水入滲補(bǔ)給；2.西部砂巖區(qū)地表徑流線狀滲漏補(bǔ)給，包括任莊水庫(kù)以下至小會(huì)，河水入滲及任莊水庫(kù)漏水，據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，日均漏失量5926.8m3。 巖溶水動(dòng)力場(chǎng)：在泉域東側(cè)地下水以5.5‰～6‰的水力坡度向中部集中，在晉城以北（包括本井田）廣大區(qū)域內(nèi)，水力坡度1‰，晉城以南，泉域地下水進(jìn)入排泄區(qū)，水力坡度變陡，為8.7‰。中部水力坡度較小，區(qū)域面積巨大，約100km2，地下巖溶水豐富。據(jù)25號(hào)水源井2000年觀測(cè)資料，水位標(biāo)高580m，出水量可達(dá)2000 m3/d。 區(qū)域地下水，除上述深部奧灰?guī)r溶水外，還有中上部石炭系薄層～中厚層石灰?guī)r裂隙巖溶水和二疊系砂巖裂隙水及第四系松散層孔隙水。第四系松散層水屬潛水，其余大都屬承壓水。僅當(dāng)位于淺部風(fēng)氧化帶時(shí)，因?qū)娱g隔水性遭受破壞而呈風(fēng)化裂隙潛水存在。 含水層段的劃分： 1、奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙含水層組 主要賦存于奧陶系上統(tǒng)上、下馬家溝組石灰?guī)r中。該二組石灰?guī)r厚度巨大，巖溶裂隙發(fā)育，溶蝕強(qiáng)烈，層位穩(wěn)定，補(bǔ)給充分，富水性極強(qiáng)。地下水總的徑流方向是自東北、北部向南流動(dòng)，富水性也由北向南漸漸變好。中部好于北部，南部好于中部。相對(duì)隔水層為中奧陶統(tǒng)上部峰峰組石炭系泥灰?guī)r和底部之含石膏脈的泥質(zhì)角礫灰?guī)r。巖性致密，巖溶裂隙不發(fā)育，可起到相對(duì)隔水作用。水質(zhì)類型屬HCO3～Ca型或HCO3SO4～CaMg型水，PH值7～7.5左右，總硬度162.6～441.07mg/L。中奧陶統(tǒng)混合抽水單位涌水量一般為0.65～5L/s.m，最大可達(dá)15～23L/s.m。 2、石炭系灰?guī)r巖溶裂隙含水層組 石炭系含水層分布在層位穩(wěn)定、厚度大、巖溶裂隙較為發(fā)育的厚層石灰?guī)r中，其富水性變化也很大。一般與石灰?guī)r所處位置及巖溶發(fā)育程度又與地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地下水動(dòng)力條件有關(guān)。所以，富水地段多分布于盆地、溝谷及地質(zhì)構(gòu)造較為發(fā)育地區(qū)。區(qū)內(nèi)在上覆地層厚度大于50m，且距河谷較遠(yuǎn)的地段，往往富水性很小。水質(zhì)多為HCO3SO4～CaMg型水，局部受煤系地層中尤其是煤硫分的影響，水質(zhì)發(fā)生變化，多為SO4CO3～CaMg型水。PH值7.4，總硬度122.76～309.42mg/L。 3、二疊系砂巖裂隙含水層組 二疊系含水層主要是厚層砂巖裂隙含水，在二疊系分布較廣的山區(qū)，其溝谷及兩岸常有下降泉出露，泉水出自砂巖層中，水量隨季節(jié)變化很大。在無(wú)污染地區(qū)，水質(zhì)良好，常作為當(dāng)?shù)毓┧?。水質(zhì)類型為HCO3SO4～KNaCaMg型水，PH值7.4～7.8，總硬度：56.16～428.04mg/L。 4、第四系砂礫孔隙含水層 主要分布于盆地及河、溝谷地帶，含水量軟弱，靠大氣降水及季節(jié)性水流補(bǔ)給，僅供當(dāng)?shù)剞r(nóng)村人、畜用水。在無(wú)污染地區(qū)，水質(zhì)一般良好，多為HCO3SO4～Ca型水，PH值7.12～7.8左右，總硬度181.62～309.42mg/L。 上述4個(gè)含水層組，在一定的地質(zhì)條件下會(huì)發(fā)生水力聯(lián)系。如地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育導(dǎo)通各含水層時(shí)，或相對(duì)隔水層較薄弱、缺失時(shí)，各含水層之間會(huì)有互相補(bǔ)給情況發(fā)生。多數(shù)情況是上層水補(bǔ)給下層水，只有下部含水層水頭高于上層含水層水頭，且有聯(lián)系渠道時(shí)，才有可能發(fā)生下層地下水補(bǔ)給上層水的情況。 1.2.5井田的勘探程度 該區(qū)正規(guī)勘探工作始于上世紀(jì)50年代，1956年華北每天地質(zhì)勘探局普查一隊(duì)提交由《白馬寺去普查報(bào)告》，古書院井田包括與該普查區(qū)，今天內(nèi)有4個(gè)普查孔，進(jìn)尺549.58m。精查由華北煤田地質(zhì)局152隊(duì)于1957年完成，精查階段，本礦井田內(nèi)共施工鉆孔53個(gè)，總進(jìn)尺5281.39 m。1958年7月建礦時(shí)，由114隊(duì)又進(jìn)行了精查補(bǔ)充勘探，共施工44個(gè)鉆孔，進(jìn)尺4421.48 m，其中潞安地質(zhì)大巷檢查孔9個(gè)，進(jìn)尺866.36 m，并提交由《生產(chǎn)補(bǔ)充勘探報(bào)告》。 在礦井的生產(chǎn)階段，又陸續(xù)進(jìn)行了補(bǔ)充勘探，截止2002年底，古書院井田共施工173個(gè)鉆孔，總進(jìn)尺27886.50 m。 1.3煤層 1.3.1煤層埋藏條件 古書院井田含煤地層為太原組和山西組。煤系地層總厚123.68～142.04m，平均厚132.24m。共含煤12層，煤層平均總厚11.01m，含煤系數(shù)約8.3％。其中石炭系太原組平均厚度77.76m，含煤9層，煤層平均總厚4.83m，含煤系數(shù)6.2％。二疊系山西組平均厚度54.48m，含煤3層，煤層平均總厚6.18m，含煤系數(shù)11.3％。井田含煤地層共含可采煤層3層，即山西組3號(hào)煤層和太原組9、15號(hào)煤層，綜合柱狀圖如圖1.3.1所示 1.3.1綜合柱狀圖 1.3.2可采煤層 1.3號(hào)煤層：井田可采煤層之一，位于山西組下部。下距K5灰?guī)r26.5m左右，距9號(hào)煤層50m左右。煤層厚2.81～7.67m，平均5.73m左右，夾石一般1～2層，最多可達(dá)5層，多見于中下部，煤層厚度變化不大，全區(qū)穩(wěn)定可采。到目前為止，3號(hào)煤層已將近采完。其偽頂為黑色泥巖或炭質(zhì)泥巖，直接頂板多為灰黑色的砂質(zhì)泥巖或粉砂巖，老頂多為灰色厚層狀砂巖，底板一般為灰黑色砂質(zhì)泥巖或炭質(zhì)泥巖。 2.9號(hào)煤層：位于太原組中部的K4上灰?guī)r之下。下距15號(hào)煤層28m左右。煤層厚1.20～1.92m，平均1.50m，厚度變化不大。煤層頂板為K4上灰?guī)r，厚1.00m左右，有時(shí)相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖。底板為灰黑色泥巖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，全井田穩(wěn)定可采。該礦現(xiàn)正開采此煤層。 3.15號(hào)煤層 位于太原組下部，上距9號(hào)煤層28m左右，平均3.50m，厚度無(wú)明顯變化規(guī)律。該煤層個(gè)別點(diǎn)因夾石增厚而不可采（119號(hào)孔）。煤層結(jié)構(gòu)大部簡(jiǎn)單。含夾石0～2層，局部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾矸最多達(dá)5層，夾石厚度多在0.50m以下。其直接頂板為K2灰?guī)r，厚度9.00m左右。底板以黑灰色泥巖、鋁土質(zhì)泥巖。該煤層全區(qū)可采，屬穩(wěn)定煤層。煤層厚度變化情況詳見厚度等值線圖。編圖時(shí)對(duì)個(gè)別厚度、結(jié)構(gòu)異常變化孔點(diǎn)，其煤層厚度值未于采用。如補(bǔ)57號(hào)孔和補(bǔ)25號(hào)孔煤層厚度分別為4.76m和0.90m，與相鄰鉆孔相差太大，且質(zhì)量均不合格，故編圖中均未采用其厚度。又如北1號(hào)孔煤層夾矸增厚為2.23m，與周圍鉆孔相比，情況特殊，因其質(zhì)量不合格，編圖中亦未采用?？刹擅簩犹卣饕姳?－1。 煤層號(hào) 煤層厚度（m） 最小～最大 平均 夾石層數(shù) 最少～最多 一般 層間距（m） 最小～最大 平均 變異 系數(shù) 穩(wěn)定 程度 可采 指數(shù) 可采性 3 2.81～7.67 5.73 0～5 1～2 45.64～56.12 49.6 18 穩(wěn)定 1 全區(qū)可采 9 1.20～1.92 1.50 0～2 0 13 穩(wěn)定 1 全區(qū)可采 25.10－38.67 28.5 15 2.56～4.78 3.50 0～5 0～2 24 穩(wěn)定 1 全區(qū)可采 1.3.3煤巖特征和煤質(zhì) （1）物理性質(zhì) 3號(hào)煤層為黑灰色，金屬光澤，貝殼狀斷口，致密堅(jiān)硬，均一～條帶狀結(jié)構(gòu)，由亮煤和鏡煤組成，宏觀煤巖類型為光亮型，普氏硬度系數(shù)為1。9號(hào)煤層為灰黑色，玻璃光澤，致密，性脆，由暗煤和亮煤組成，條帶狀結(jié)構(gòu)，階梯狀斷口，可見黃鐵礦結(jié)核或呈星散裝賦存于煤層中。宏觀煤巖類型為半光亮型，單向抗壓強(qiáng)度為20.2 Mpa，單向抗拉強(qiáng)度為0.86 Mpa，抗剪強(qiáng)度為3.34Mpa，普氏硬度系數(shù)為2.05。15號(hào)煤層我黑色，油脂光澤，以暗煤為主，夾鏡煤條帶，平坦?fàn)顢嗫?，條帶狀結(jié)構(gòu)，塊狀結(jié)構(gòu)，煤中富含黃鐵礦結(jié)核，宏觀煤巖類型為半暗淡型。 （2）化學(xué)性質(zhì) 各煤層原煤水分一般在1％－1.5％之間，洗煤后，3號(hào)煤水分有所下降，15號(hào)煤稍有增高，原煤灰分產(chǎn)率從上至下，呈遞增之趨勢(shì)，3號(hào)煤為低－低中灰煤，9號(hào)煤我低－中灰煤，15號(hào)煤為低中－中高灰煤。硫分以3號(hào)煤最低，屬特低－低硫煤，9號(hào)煤為特低－高硫，以中硫煤為主。在井田南部補(bǔ)66孔周圍有一高硫地。垂向上，煤中的硫分自上而下增加。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，三層煤的灰分變化標(biāo)準(zhǔn)差均小于1，硫分變化標(biāo)準(zhǔn)差3號(hào)煤小于0.5，9、15號(hào)煤則大于0.8。3號(hào)煤層煤質(zhì)變化小，9、15號(hào)煤層煤質(zhì)變化大。煤中的元素組成以碳為主，約占93%，其次為氫約占3％，說明煤化程度較高。 （3）工藝性能 ①煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性：各主要可采煤層的坩堝粘結(jié)性多為1，少數(shù)為2或3，膠質(zhì)層y值為0，其粘結(jié)性亦為0，其結(jié)焦性很弱。 ②發(fā)熱量：各煤層可燃基發(fā)熱量一般均大于30MJ/kg左右，屬于高發(fā)熱量之煤層。 ③煤灰熔融性：煤灰成分以SiO2和Al2O3為主，其軟化溫度ST均大于1250℃，為高熔灰分煤。 ④低溫干餾：勘探階段曾作此試驗(yàn)，結(jié)果均無(wú)油。 ⑤抗碎強(qiáng)度：精查期間，對(duì)3號(hào)煤進(jìn)行了試驗(yàn)，大于25mm的煤塊在80％以上，表明其抗碎強(qiáng)度高。 （4）煤類的確定及用途 依據(jù)中國(guó)煤炭分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB5751－86）劃分，本井田主要可采煤層精煤揮發(fā)分大于3.5％小于6.5％，y值為0。G值亦為0，因而煤類為無(wú)煙煤二號(hào)，其劃分依據(jù)是準(zhǔn)確可靠的。 3號(hào)煤低－低中灰、特低－低硫，9號(hào)、15號(hào)煤經(jīng)洗選后若將其灰分控制在14.5，硫分控制在1％以下，是良好的動(dòng)力用煤、煉焦配煤以及化工用煤的原料。 表1-4 可采煤層煤芯煤樣煤質(zhì)特征 煤層 項(xiàng)目 3 5 6 9 15 M % 水 分 原 0.75-4.07 2.26(32) 0.68-4.12 1.83(23) 0.88-3.90 1.82(84) 0.81-3.76 2.00(34) 0.52-4.57 1.88(74) 精 0.49-3.20 1.75(32) 0.52-3.64 1.88(23) 0.49-3.36 1.70(24) 0.48-3.80 1.90(32) 0.41-3.75 1.57(73) A % 灰 分 原 12.21-20.99 16.98(32) 13.51-30.39 19.73(23) 14.49-28.35 20.24(24) 9.95-36.41 19.12(34) 9.21-34.39 19.80(74) 精 0.93-9.59 6.71(32) 5.57-10.11 7.24(23) 5.15-9.88 7.31(24) 3.96-9.91 6.87(32) 3.05-14.15 5.79(73) V% 揮 分 原 0.80-9.72 7.25(32) 5.51-9.56 7.23(23) 6.42-12.51 7.85(24) 5.82-12.07 7.34(34) 5.14-15.24 7.98(74) 精 4.88-7.25 5.68(32) 4.83-5.90 5.39(23) 4.31-6.32 5.53(24) 4.33-6.58 5.70(32) 4.17-6.27 5.17(73) S % 硫 原 0.28-0.40 0.32(12) 1.74-5.73 3.29(6) 0.48-2.76 1.40(9) 0.86-5.82 1.98(11) 1.82-6.48 3.17(37) 精 0.33-0.38 0.35(8) 0.59-1.01 0.88(5) 0.50-0.92 0.70(7) 0.63-1.14 0.76(10) 1.44-3.05 2.01(36) P % 磷 原 精 0.005-0.056 0.0284(6) 0.002-0.012 0.0067(2) 0-0.0009 0.0009(1) 0.001-000 1 0.0012(2) 0.001-0.002 0.007(2) Qb(MJ/kg) .34.1-35.290 34.658 34.34-35.29 34.985 34.1-35.32 34.508 33.78-35.23 34.462 30.3-35.177 34.223 元素分析 C % 92.87-93.62 93.31(7) 93.65 93.65(1) 94.08 94.08(1) 92.75-94.05 93.43(5) 90.41-93.69 92.54(15) H % 2.63-3.14 2.98(7) 0-2.86 2.86(1) 0-2.62 2.62(1) 2.88-3.14 2.96(5) 2.49-3.57 2.87(15) O % 1.91-2.71 2.23(7) 0-2.03 2.03(1) 0-1.93 1.93(1) 1.34-2.22 1.76(5) 0.10-2.65 1.34(15) N % 1.06-1.16 1.10(7) 0-0.82 0.82(1) 0-0.83 0.83(1) 0.98-1.10 1.02(5) 0.65-2.51 0.99(15) 精煤 回收率 % 33.41-72.96 51.86(23) 7.50-78.11 49.48(18) 14.28-70.73 41.75(16) 12.00-73.33 51.39(24) 21.73-70.67 46.07(49) 1.3.4煤層頂?shù)装? 15號(hào)煤層直接頂板為K2石灰?guī)r，厚7.54～11.38m，平均9.00m左右，深灰色，致密堅(jiān)硬，頂部含似層狀燧石條帶，全區(qū)穩(wěn)定，據(jù)2007年補(bǔ)充勘探采取鉆孔巖芯頂板樣試驗(yàn)單向抗壓強(qiáng)度53.6～212.9MPa,平均101.6Mpa；單向抗拉強(qiáng)度2.2～6.1MPa，平均為4.0 Mpa，抗剪強(qiáng)度5.7～16.0MPa，平均13.2Mpa，屬堅(jiān)硬型頂板。另外，零星分布有泥巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖偽頂，一般厚度0.50～2.00m。（頂板巖性分布情況詳見附圖14）。 直接底板為泥巖，平均厚度約2.75m，其下部為本溪組的鋁土泥巖，平均厚度約4.25m，屬軟弱型。單向抗壓強(qiáng)度12.1～58.4 Mpa，平均28.3 Mpa；單向抗拉強(qiáng)度0.7～2.0 Mpa，平均1.4Mpa；抗剪強(qiáng)度1.9～6.6 Mpa，平均4.2Mpa。吸水率為2.3％，膨脹率為0.68％，軟化系數(shù)平均0.59。巖層吸水性強(qiáng)，從而降低了底板的穩(wěn)定性，給今后開采帶來(lái)一定困難。 表1-2 可采煤層穩(wěn)定程度定量統(tǒng)計(jì)表 煤 層 號(hào) 煤層厚/m 最小～最大 平均 可采性 指數(shù) 標(biāo)準(zhǔn) 差 變異 系數(shù) 厚度 分級(jí) 穩(wěn)定 性 3 2.82～7.62 5.73 100 0.90 0.15 厚 穩(wěn)定 9 1.20～1.92 1.50 100 0.19 0.13 中厚 穩(wěn)定 15 0.74～3.27 1.90 97 0.73 0.37 中厚 較穩(wěn)定 表1-3 煤層頂?shù)装鍘r石物理性質(zhì) 層位 巖石名稱 物理特征 比重（A） 容重（濕）/t/m3 含水量/M% 抗壓強(qiáng)度/kg/cm2 抗剪強(qiáng)度/kg/ cm2 抗拉強(qiáng)度/kg/ cm2 干燥狀態(tài) 飽和狀態(tài) 3號(hào)煤 頂板 砂質(zhì)泥巖 2.75 2.69 1.58 451 298 79 3號(hào)煤 底板 砂巖 2.75 2.62 1.04 588 0～90 95 9號(hào)煤 頂板 砂巖 2.65 2.53 1.20 633 337 132 9號(hào)煤 底板 砂巖 2.69 2.57 1.54 441 243 76 15號(hào)煤層頂板 砂巖 2.71 2.65 0.33 1033 821 259 189 15號(hào)煤層底板 粉砂巖 2.98 2.91 0.88 259 140 1.3.5煤的工業(yè)用途評(píng)述 按照《中國(guó)煤炭分類國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》（GB5751-86）進(jìn)行劃分，以浮煤揮發(fā)分（Vdaf）測(cè)定值為主要分類指標(biāo)，浮煤氫（Hdaf）含量為輔助指標(biāo)劃分煤類。15號(hào)煤層煤類大部為無(wú)煙煤二號(hào)（WY2），局部為無(wú)煙煤三號(hào)（WY3）。 15號(hào)煤層為特低灰～高灰分、低硫～高硫、低熱值～特高熱值的無(wú)煙煤。經(jīng)洗選后是良好的動(dòng)力用煤以及化工用煤的原料 1.3.6瓦斯、煤塵和煤的自燃 該礦建井初期，各地質(zhì)報(bào)告按保安規(guī)程劃分為Ⅰ級(jí)瓦斯礦井，多年生產(chǎn)3號(hào)煤層測(cè)得：礦井沼氣涌出量一般小于1.9 m3/t，按保安規(guī)程劃分應(yīng)屬于低瓦斯礦井，在一些特殊構(gòu)造點(diǎn)，也曾發(fā)生過瓦斯涌出。近年來(lái)隨著9號(hào)煤開采，礦井瓦斯涌出量有增大的趨勢(shì)，但按《煤礦安全規(guī)程》低140條規(guī)定，古書院礦扔屬低瓦斯礦井。 煤塵經(jīng)鑒定無(wú)爆炸性，據(jù)相鄰礦井（王臺(tái)輔）鑒定，9號(hào)、15號(hào)兩煤層為易自燃煤。見表1-5。 表1-5 瓦斯涌出量及煤層爆炸性 年 度 絕對(duì)量m3/min 相對(duì)量m3/t 煤層 煤層最短發(fā)火期 備注 CH4 CO2 CH4 CO2 爆炸指數(shù)% 有無(wú)爆炸性 1996 26.88 21.32 4.61 3.66 7.22 無(wú) 無(wú) 低瓦斯 1997 33.31 10.46 5.85 5.35 7.22 無(wú) 無(wú) 低瓦斯 1999 8.82 5.53 低瓦斯 2000 27.45 23.18 5.42 4.64 7.22 無(wú) 無(wú) 低瓦斯 2001 19.9 21.94 3.17 3.49 7.22 無(wú) 無(wú) 低瓦斯 2002 22.50 20.64 4.35 2.84 7.22 無(wú) 無(wú) 低瓦斯 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 井田境界和儲(chǔ)量 2.1井田境界 2.1.1井田范圍 在煤田劃分為井田時(shí)，要保證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開發(fā)。煤田范圍劃分為井田的原則有： 1）井田范圍內(nèi)的儲(chǔ)量，煤層賦存情況及開采條件要與礦井生產(chǎn)能力相適應(yīng)； 2）保證井田有合理尺寸； 3）充分利用自然條件進(jìn)行劃分，如地質(zhì)構(gòu)造（斷層）等； 4）合理規(guī)劃礦井開采范圍，處理好相鄰礦井間的關(guān)系。 根據(jù)以上原則，礦西以白馬寺斷層為界，北與鳳凰山、王臺(tái)輔井田相接，西南為北巖井田，南邊邊界為風(fēng)氧化帶，東與椿樹投煤礦，館前煤礦、永興煤礦相隔。 2.2 礦井儲(chǔ)量計(jì)算 2.2.2 礦井工業(yè)儲(chǔ)量 由地質(zhì)勘探知，本礦井可采煤層有三層,為3#、9#、15#煤層。但是3#煤層和9#煤層已基本采完，因此本設(shè)計(jì)主要是對(duì)15#煤層進(jìn)行設(shè)計(jì)。 本次儲(chǔ)量計(jì)算是在精查地質(zhì)報(bào)告提供的1：5000煤層底板等高線圖上計(jì)算的，儲(chǔ)量計(jì)算可靠。煤層的傾角最大為10，最小為2，近水平，平均為4。 井田的賦存狀況見圖2-1。 A段水平面積為8.48 km2，傾角為4； B塊段水平面積為2.70km2，傾角為6； C塊段水平面積為1.89km2，傾角為6； D塊段水平面積為7.49km2，傾角為5。 根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，15#的容重為1.46 t/m3 全礦井煤層的傾斜面積為： S=S1+S2+S3+S4 =8.48/ Cos4 +2.70/ Cos6 +1.89/ Cos6 +7.49/ Cos5 =20.63 km2 礦井工業(yè)儲(chǔ)量利用下式計(jì)算： Zg =S M R （2-1） 式中: —— 礦井工業(yè)儲(chǔ)量，Mt； M —— 煤層平均厚度，m； R—— 煤層容重，t/m3； —— 各塊段傾斜面積，km2； 把各塊段的數(shù)值帶入式2-1,則礦井工業(yè)儲(chǔ)量： Zg=SMR= 20.633.501.46=105.42 Mt 其中111b+2M11大約占60%，122b+2M22大約占30%，333k大約占10%。 2.3 礦井設(shè)計(jì)儲(chǔ)量 礦井設(shè)計(jì)儲(chǔ)量為礦井工業(yè)儲(chǔ)量減去計(jì)算的斷層煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建（構(gòu)）筑物煤柱等永久煤柱損失量的儲(chǔ)量。 2.3.1保護(hù)煤柱留設(shè)原則 井田內(nèi)部的保護(hù)煤柱包括井田邊界保護(hù)煤柱、礦井工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱、斷層保護(hù)煤柱、井筒及巷道等其他一些防沙防水煤柱。 保護(hù)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72，表土層移動(dòng)角為45； （3）維護(hù)帶寬度：風(fēng)井場(chǎng)地20 m，村莊10 m，其他15 m； （4）斷層煤柱寬度30 m，井田邊界煤柱寬度為20 m； （5）工業(yè)廣場(chǎng)占地面積，根據(jù)《煤礦工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5-22條規(guī)定：工業(yè)廣場(chǎng)的面積為1.2平方公頃/10萬(wàn)t。 表2-2 工業(yè)場(chǎng)地占地面積指標(biāo) 井 型/萬(wàn)t/a 占地面積指標(biāo)/公頃/10萬(wàn)t 240及以上 1.0 120-180 1.2 45-90 1.5 9-30 1.8 2.3.2 永久煤柱損失量 （1）井田境界煤柱 （2-2） 式中： ——邊界煤柱損失量，t； ——邊界長(zhǎng)度，m； ——邊界寬度，斷層邊界50 m，人為邊界20 m。 ——煤的容重，取平均容重1.38t/m3； ——煤層平均厚度，m； 井田邊界保護(hù)煤柱留設(shè)20m寬，則井田邊界保護(hù)煤柱損失量為： 20201201.463.50=206.45萬(wàn)t。 （2）防水煤柱的留設(shè) 由于煤層頂?shù)装鍫顟B(tài)較好，致密性較好，井田范圍內(nèi)又無(wú)較大水系，區(qū)內(nèi)地表水體一般不與其下各含水層發(fā)生水力聯(lián)系，并且各含水層之間均有一定厚度的隔水巖層。含水層水位各不相同，說明其無(wú)水力聯(lián)系。因此，無(wú)需留設(shè)防水煤柱。 （3）工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱 本礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120萬(wàn)t/a，取工業(yè)廣場(chǎng)的尺寸為360 m400 m的長(zhǎng)方形。工業(yè)廣場(chǎng)所在位置煤層傾角為2，其中心處埋藏深度為-226 m，該處表土層厚度為30 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15 m。本礦井的地質(zhì)條件及沖積層和基巖層移動(dòng)角見表2-3。 表2-3 巖層移動(dòng)角 廣場(chǎng)中心深度/m 煤層傾角 () 煤層厚度/m 表土層厚度 /m ф() δ() γ() β() -275 2 3.5 30 45 72 70 65 圖2-4 工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱 由此根據(jù)上述已知條件，畫出如圖2-4所示的工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱的尺寸：由圖可得出保護(hù)煤柱的尺寸為： S=(上寬+下寬)高/(2cos2.2) (2-3) =（590+572）654/(2cos2） =379742.53m2 則工業(yè)廣場(chǎng)的保護(hù)煤柱量為： Q3=SMR （2-4）式中： Q3————工業(yè)廣場(chǎng)煤柱量，萬(wàn)t； M——煤層平均厚度，m； S ——工業(yè)廣場(chǎng)壓煤面，m2。 則： Q3=379742.53 3.51.46=194.01萬(wàn)t （4）井筒、大巷保護(hù)煤柱 本礦井設(shè)有兩回風(fēng)井筒，每個(gè)井筒留有100m100m的保護(hù)煤柱。大巷保護(hù)煤柱寬度為50m，大巷長(zhǎng)約為5600m。所以，井筒、大巷保護(hù)煤柱留設(shè)量為： Q4=（2100100+4503200）3.51.46=204.27萬(wàn)t （5）井筒保護(hù)煤柱 主、副井及后期風(fēng)井井筒保護(hù)煤柱在工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱范圍內(nèi)，初期風(fēng)井布置在風(fēng)氧化帶內(nèi)，而風(fēng)氧化帶未計(jì)入儲(chǔ)量中，故井筒保護(hù)煤柱損失量為0。各種保護(hù)煤柱損失量見表2-4。 表2-4 保護(hù)煤柱損失量 煤柱類型 儲(chǔ)量/萬(wàn)t 井田邊界保護(hù)煤柱 206.45 工業(yè)廣場(chǎng)保護(hù)煤柱 194.01 大巷保護(hù)煤柱 204.27 合計(jì) 604.73 礦井設(shè)計(jì)儲(chǔ)量按下式計(jì)算： Zs=Zg-P1 （2-5） 式中： Zs——礦井設(shè)計(jì)儲(chǔ)量，萬(wàn)t； Zg——礦井工業(yè)儲(chǔ)量，萬(wàn)t； P1——斷層、防水、井田邊界、地面建（構(gòu)）筑物等永久煤柱煤量，萬(wàn)t。 則礦井設(shè)計(jì)儲(chǔ)量為：Zs= 10542-206.4=10335.6萬(wàn)t 礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量按下式計(jì)算： Zk=（Zs-P2）C （2-6） 式中： Zk——礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量，萬(wàn)t； Zs——礦井設(shè)計(jì)儲(chǔ)量，萬(wàn)t； P2——工業(yè)場(chǎng)地、井下主要巷道、井筒等保護(hù)煤柱煤量，萬(wàn)t； 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。 則礦井設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為：Zk=（10335.6-204.27）0.8=8105.064萬(wàn)t 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 按照《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，參考《關(guān)于煤礦設(shè)計(jì)規(guī)范中若干條文修改的說明》，確定本礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力按年工作日330天計(jì)算，四六制作業(yè)（三班生產(chǎn)，一班檢修），每日三班出煤，凈提升時(shí)間為16小時(shí)。 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、開采條件、技術(shù)裝備、經(jīng)濟(jì)效益及國(guó)家對(duì)煤炭的需求等因素，經(jīng)多方案比較或系統(tǒng)優(yōu)化后確定。 礦區(qū)規(guī)?？梢罁?jù)以下條件確定： （1）資源情況：煤田地質(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。煤田地質(zhì)條件復(fù)雜，儲(chǔ)量有限，則不能將礦區(qū)規(guī)模定得太大； （2）開發(fā)條件：包括礦區(qū)所處地理位置（是否靠近老礦區(qū)及大城市），交通（鐵路、公路、水運(yùn)），用戶，供電，供水，建筑材料及勞動(dòng)力來(lái)源等。條件好者，應(yīng)加大開發(fā)強(qiáng)度和礦區(qū)規(guī)模；否則應(yīng)縮小規(guī)模； （3）國(guó)家需求：對(duì)國(guó)家煤炭需求量（包括煤質(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礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 古書院礦井儲(chǔ)量豐富，煤層賦存穩(wěn)定，頂?shù)装鍡l件好，斷層較多但均為較小斷層，褶曲較多，但煤層傾角較小，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，交通運(yùn)輸便利，市場(chǎng)需求量大，宜建大型礦井。 確定古書院礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1.2 Mt/a。 3.2.3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——礦井服務(wù)年限，a； Zk——礦井可采儲(chǔ)量，萬(wàn)t； A——設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，萬(wàn)t； K——礦井儲(chǔ)量備用系數(shù)，取1.3。 則礦井服務(wù)年限為： T=8105.064/（1201.3）=51.96（a） 大于50 a，符合《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。 由第四章可知采用立井單水平開拓，所以礦井服務(wù)年限即為水平服務(wù)年限，故無(wú)需驗(yàn)證第一水平服務(wù)年限是否滿足要求。 注：確定井型是要考慮備用系數(shù)的原因是因?yàn)榈V井每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)有一定的儲(chǔ)備能力，礦井達(dá)產(chǎn)后，產(chǎn)量迅速提高，局部地質(zhì)條件變化，使儲(chǔ)量減少，有的礦井由于技術(shù)原因使采出率降低，從而減少儲(chǔ)量，為保證有合適的服務(wù)年限，確定井型時(shí)，必須考慮備用系數(shù)。 3.2.4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)15#煤層平均3.5 m，為中厚煤層，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)綜采面保產(chǎn)。 （2）生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能力校核 礦井設(shè)計(jì)為中型礦井，開拓方式為立井單水平開拓，主井采用一對(duì)9 t箕斗提煤，副井裝備雙層四車加寬罐籠一對(duì)，井下主運(yùn)大巷采用膠帶運(yùn)輸，輔運(yùn)大巷采用，運(yùn)煤能力和輔助運(yùn)輸能力可以達(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)運(yùn)至上山或大巷膠帶輸送機(jī)直接到井底煤倉(cāng)，由主井提升至地面。主運(yùn)輔運(yùn)都能滿足要求。 （3）通風(fēng)安全條件的校核 礦井煤塵無(wú)爆炸危險(xiǎn)性，相對(duì)瓦斯涌出量為1.9 m3/t，較大，須采取預(yù)抽瓦斯措施。礦井初期采用中央邊界式通風(fēng)，布置三條上山，一條專用回風(fēng)上山，后期采用中央并列式通風(fēng)，在工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)新開一風(fēng)井，設(shè)三條大巷，一條專用回風(fēng)大巷，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，見表3-1。 表3-1 不同礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力時(shí)礦井服務(wù)年限表 礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 （萬(wàn)t/a） 礦井設(shè)計(jì)年限 （a） 第一水平設(shè)計(jì)服務(wù)年限 煤層傾角 <25 25-45 >45 600及以上 70 35 300-500 60 30 120-240 50 25 20 15 45-90 40 20 15 15  4 井田開拓 4.1 井田開拓的基本問題 井田開拓是指在一個(gè)某井田范圍內(nèi)，為礦井和開采水平服務(wù)所進(jìn)行的巷道布置及開掘工程。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，要技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，生產(chǎn)上安全高效。井田開拓的內(nèi)容包括：井筒形式、數(shù)目、位置，開采水平劃分，大巷布置，準(zhǔn)備方式等。 開拓問題解決的好壞，關(guān)系到整個(gè)礦井生產(chǎn)的長(zhǎng)遠(yuǎn)利益，關(guān)系到礦井的基建工程量、初期投資和建設(shè)速度，從而影響礦井經(jīng)濟(jì)效益。因此，在確定開拓方式是要遵循以下原則: （1）、貫徹執(zhí)行國(guó)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(guó)家資源，減少煤炭損失。 （4）、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)常保持良好的狀態(tài)。 （5）、要適應(yīng)當(dāng)前國(guó)家的技術(shù)水平和設(shè)備供應(yīng)情況，應(yīng)為采用新技術(shù)、新工藝、發(fā)展采煤機(jī)械化、綜合機(jī)械化、自動(dòng)化創(chuàng)造條件。 （6）、根據(jù)用戶需要，應(yīng)照顧到不同媒質(zhì)、煤種的煤層分別開采