河南理工大学毕业设计

河 南 理 工 大 学 毕 业 设 计

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设计时间：2011年3月18日

目 录

目 录 ????????????????? 第 2页 前言部分 ????????????????? 第 3页 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章

矿区概述及井田特征 ??????? 第 5页 井田境界与储量???????????第 18页 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度 第 23页 井田开拓 ???????????? 第26页 采区巷道布置 ?????????? 第44页 采煤工作面回采工艺?????????第56页 矿井通风 ????????????? 第70页 矿井运输与提升 ??????????第85页 矿井排水??????????????第89页 技术经济指标????????????第92页 矿井安全技术措施??????????第96页 结论 ??????????????? 第112页 前 言

我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，我国煤层的赋存条件多种多样，煤炭开采条件比较复杂，煤炭开采条件随着煤层赋存条件的不同而有很大的差异，目前国有重点煤矿缓斜﹑倾斜和急斜煤层多种多样，可采煤层储量分别占86.3%﹑10.1%﹑3.6%，这些特点决定了我国采煤方法必然是多种多样的，因此采用合适的开采方法，为我国节省人力﹑物力﹑财力是相当重要的。同时由于我国是个发展中国家，原有工业基础较为薄弱，从而决定了我国煤矿的建设方式，采煤方法和管理体制具有多层次，多类型的特点。

毕业设计是学生锻炼自己动手操作和理论相结合的重要环节，学生通过设计能够全面系统的运用和巩固所学的知识，掌握矿井设计的方法、步骤及内容，培养自己的实事求是、理论联系实际的工作作风和严禁的工作态度，培养自己的科学研究能力，提高了编写技术文件和运算的能力，同时也提高了计算机应用能力及其他方面的能力．

整个毕业设计的地质资料是在学生毕业实习中得到的，锻炼了学生收集资料的能力，同时指导教师又对每个学生的题目做了修改，使每个学生都有自己的设计题目，锻炼了学生独立学习、独立解决问题的能力。

本设计是平煤集团六矿3Mt/a设计．在所收集地质材料的前提下，由指导教师给予指导，并合理运用平时及课堂上积累的知识，查找有关资料，力求设计出一个高产、高效、安全的现代化矿井。

本设计说明书从矿井的开拓、开采、运输、通风、提升及工作面的采煤方法等各个环节进行了详细的叙述，并在很多处进行了技术和经济比较．论述了本设计的合理性，同时说明书中要求图文并茂，使设计的内容更容易被理解、接受。由于学术浅薄，实践经验不丰富，设计中有难免有错误及不详之处，敬请各位老师给予提出指正！

第一章 矿区概述及井田特征

1.1 矿区概述

1.1.1 交通位置

平煤集团六矿位于平顶山市区西北约8公里，地里坐标为东经 113°11?45?止113°22?30?，北纬 33°40?15 ? 至33°48?45? 。井田以北与郏县、宝丰 相邻，东与 一矿、四矿 相接，南及以南以锅底山正断层为界与五矿呲邻，井田面积东西长约 4~7 公里，南北宽约1.9~3.6 公里，面积 29.68 平方公里。

市区东部及西部分别有京广.焦枝两大铁路干线通过。矿区铁路可直达六 矿主井煤楼，铁路运输十分方便。井田向东南9公里即孟保铁路上的平顶山火车站，有该站向东70公里止孟庙火车站，与京广铁路相接；向西约28公里止宝丰火车站，与焦枝铁路相接。公路有柏油马路，水泥路和周边县市相通，交通十分便利。 1.1.2 历史情况

平煤六矿始建于1958年，1970年简易投产，原设计能力为90万吨，1975年—1979年一水平改造，1980年核定为年产120 万吨/年。1993年二水平改扩建竣工移交后，矿井年生产能力达210万吨/年。1995年核定为260万吨/年，一、二水平同时开采，共有丁四、四个生产采区，丁四为一水平，年生产能力为20万吨/年；为二水平，丁一、丁二年生产能力为190万吨/年，戊二年生产能力为120万吨/年。2002年核定矿井生产能力为330万吨/年。 1.1.3 地质情况

六矿位于平顶山煤田的西部，其住付井位于龙山南坡。山脊呈北西走向，南坡较陡，北坡较缓，呈单面山形。

李口 向斜是平顶山煤田的主要构造之一。周边有北西和北东向的高角度正断层切割，构成煤田的自然边界，并使煤田成为周边断陷.中部拱托的隆起

断块。

六矿煤田位于李口向斜的西南翼，为一缓倾斜单斜构造。其基本构造为一走向北60-70度西，向北东倾斜的平缓单斜构造，地层倾角7-15度，一般10度左右，但46勘探线以西靠近锅底山断层与马沟层的三角区地带，地层倾角有所增大。地层走向在井田中部为125°，向北渐转为105°，井田东部和西部约为85~100°，地层倾向以0~30°为主，倾角多为10~15°深部较缓为6`8°；西南边界附近，由于地层皱曲，倾角较大。井田内地质构造简单，断层和褶皱均不发育。

该区地质构造比较简单，褶曲一般不发育，煤层沿走向虽有小的地伏；但断层稀疏，仅在区内的西端有高角度的正逆断层出现，并伴有次一级的宽缓的向、背斜。现将主要构造分述如下：

1.1.4 自然地理

平顶山煤田地处汝河以南、沙河以北的低山丘陵地带。自西向东有红石山、龙山、擂鼓台、落凫山、平顶山、马棚山等组成全区的地表分水岭。六矿位于平顶山

煤田的西部，井田内的最高点为龙山，标高为+464.24m，最低点为吴庄村，其标高为+128m。其主、副井位于龙山南坡。山脊呈北西走向，南坡较陡，北坡较缓。

平顶山地区属大陆性半干旱气侯，夏季炎热，冬季寒冷。雨季集中在7、8、9三个月。年最大降水量为1323.6mm，年最小降水量为373.9mm，年平均降水量为742.6mm。年最大蒸发量为2825mm，年最小蒸发量为1490.5mm。最高气温为42.6℃，最低气温为-18.8℃,年平均气温为14.9℃。冰冻期一般为11月至次年3月，最大冻土深度为14cm。积雪最厚为22cm。常年主要风向为北东向，平均风速为2.8m/s。本区地震烈度为6度。

井田内无大的河流，只有季节性小溪和冲沟，分水岭以北的小溪和冲沟在雨季有水北流，属汝河水系；分水岭以南的小溪和冲沟有水流出井田入湛河

至沙河。

1.2 井田及其附近的地质特征

1.2.1井田地质

六矿地质条件比较简单，井田内地层出露较差，从老到新为：寒武系崮山组、上石炭统太原组、二叠系山西组、下石盒子组、上石盒子组、石千峰组、三叠系刘家沟组、第四系松散堆积物。含煤地层属上石炭统太原组、二叠系山西组、下石盒子组和上石盒子组。其中以山西组和下石盒子组为重要的含煤地层。所含主要开采煤层为庚20、己16-17、己15、戊9-10、戊8、丁5-6和丙3等七层煤，其中庚20、己16-17、己15、戊9-10、戊8、丁5-6煤为全区可采煤层，丙3煤为大面积可采煤层。该区地质构造比较简单，褶曲一般不发育，煤层沿走向虽有小的地伏；但断层稀疏，仅在区内的西端有高角度的正逆断层出现，并伴有次一级的宽缓的向、背斜。现将主要构造分述如下：

（一）褶皱

平顶山天安六矿井田内的褶皱主要为山庄向斜。山庄向斜位于47-8、46?-7、孔至46-10孔一线，位于井田范围的西部，锅低山断层附近，轴向为北西35度，延伸约1900米，形如一椭圆盆状，其中，南翼倾角较陡，临近锅底山断层附近，煤层有直立现象，其余由南向轴心有倾角由小变大趋势，由于锅底山断层影响，其南翼伴随断层发育、使煤、地层倾角变化较大，平均倾角60度左右。北翼较缓。地层倾角平均为10度左右，据勘探资料，其构造发育程度较低。六矿所采区域为山庄向斜的北翼。山庄向斜核厚翼薄，具有弯流褶皱的特点。据47和46勘探线揭露，向斜核部的戊组煤至己组煤地层较厚，约为翼部正常厚度的二倍。这是由于受到与向斜垂直的水平挤压力作用的结果，这一挤压力由上至下急剧增加，引起戊组煤至己组煤段间地层内的物质流动，从而形成较为典型的核厚翼薄的相似褶皱。

（二）断裂

本井田在地质勘探和煤矿开发过程中，共揭露落差1米以上的断层约160条，其中落差等于或大于5米的断层共22条。除5条为逆断层外，其余均为正断层。现将主要断层描述如下：

1、锅底山正断层

该断层是东北盘抬升、西南盘下降的高角度阻水正断层。断层走向在47线以南为北西48度，47线以北向北转折为北西10度。断层面倾向于西南，傾角58-70度，落差100-200米。该断层在井田西南边缘延伸7000米，是本井田西部及西南部的自然边界。据五矿近期施工的-220米石门揭露，断层带宽4-5米，灰白色铝土质胶结，中夹沙砾岩透镜体，不导水；断层倾角60度，落差100米。主断层两侧发育有次级断层。断层面封闭性好，不含水、不导水，以及断层附近有走向一致的逆断层和弯流褶皱等，都证明该断层在因张应力而产生之后，又受到了挤压应力场的强烈改造。该断层由9个钻孔穿过，控制程度可靠。

2、一号逆断层

位于井田西南边缘附近，靠近锅底山断层，并与其大致平行。走向140-145度，延伸约3600米。断层面倾向西南，倾角上缓下陡，上部一般为0-40度，下部一般为30-70度，其逆差下部较大，上部较小，并消失于丁5-6煤层底板以下。该断层的逆差在不同地段有明显变化，为5-80米，落差不大，却延伸较长，表现出类似此消彼生的特点。在断层破碎带，见有糜棱岩并具透镜体和破碎角砾岩压扁和圆化等构造特点，说明该断层在强烈水平挤压应力作用下沿剪切裂面发展而成的。该断层由46线和47线上的7个钻孔直接揭露，控制程度可靠。

3、二号逆断层

位于一号逆断层和锅底山断层之间，延伸约1150米，走向40 -150度，倾向西南。倾角约40度，逆差下大上小，为15-5米，并消失与丁5-6煤层底板以下。该断层的性质、成因机制和走向与一号逆断层相一致。有46-9、46-10、

46?-21、46?-7、47-12、47-8等6个地质钻孔对其揭露，控制可靠。

4、马沟正断层

位于48-19孔西侧，走向北西10度，倾向260度，倾角78度，落差15-30米，在区内延伸1350米，与边界断层大致一致在马沟村附近出露良好，有1307号和1308号地质点控制，断面清晰，破碎带宽7米，夹角砾岩，杂乱散布有明显劈理化的石英沙岩。该断层向北延伸出井田以外；断层向南延伸至47勘探线附近消失。该断层由48-19、47-5两钻孔控制，控制程度基本可靠。

5、小型滑动构造

在采掘生产中，常见到沿地层中的薄弱岩层（如煤层），产生顺层滑动的现象。当顺煤层滑动切割了先期生产的高角度断层，并产生明显的位移时，滑动构造的存在便能较容易地得到确认。而滑动构造的产生，则是水平挤压应力作用的结果。

本区含煤地层为古生界石炭二叠系，太原组、山西组、下、上石盒子组，平均总厚度797米，含煤40-56层，常见43层。煤层总厚约26.84米，含煤系数3.36%。六矿矿区垂向范围内可采煤层共7层。其中庚20、己15、己16-17、戊9-10、戊8、丁5-6煤为全区可采，丙3煤为大面积可采。其中己15、己16-17于1997年划给五矿开采。可采煤层总厚为18.65米。煤层总体走向为300度，西部转为270-280度，倾角5-20度，多数为12度。

六矿现主要开采丁5-6、戊9-10、戊8、三层煤，丙煤层还没有开采。煤质煤种情况如下：

1、丙3煤层

褐黑色，块状及碎屑状，以半暗煤为主，夹少量亮煤条带和线理状镜煤。断口呈参差状。煤中普遍含有扁圆状及豆状黄铁矿。底部常见0.05米左右的似层状黄铁矿夹方解石细脉为其特征。容重平均值为1.5原煤按自然粒度可分为大块煤、中块煤、小块煤、粒煤及粉煤，各粒级分别占13.92%、8.69%、17.56%、16.23%、36.09%(不含+25mm级矸石)

宏观煤岩类型以半暗型为主。显微组分中丝质体加半丝质体及壳质体含量，分别占31..26%和1645%；镜质体含量较低，仅占46.15%。无机组分中硫化物含量较高，占1.79%；黄铁矿以粒状或充填胞腔裂隙存在。镜煤最大反射率（R°max）为0.85%，变质阶段为II2。属于富灰、富硫、特低磷、中等发热量、富油、极难选气煤类。结焦性能差。含油率虽较高但胶质层厚度大于9，不符合炼油用煤质量要求，故不宜用来炼焦和炼油，只能作为动力用煤。

2、丁5-6煤层

黑色、粉状及块状，弱玻璃光泽，块煤呈层状构造，由于煤岩成分在垂向上频繁改变而显现出条带状和线理状结构。煤层内含1-2层不稳定夹矸。据本矿筛分实验结果，原煤中粉煤居多，所占比例高达60%以上。平均容重为1.40。据一矿测试资料，原煤50-0.5毫米粒级的静止角为39.5度。摩擦角为36度，三煤容重为0.91吨/立方米。

宏观煤岩类型为半暗～半亮型。显微煤岩类型为丝炭矿化亮暗煤。镜质体含量较高，占64.28%，一般呈层状、条带状产出。半镜质体和丝质体加半丝质体含量较低，分别占5.34%和24.36%，多呈透镜体及碎片状、条带状产出。无机组分中粘土类含量较高，占13.11%，呈条带状，浸染状产出。硫化物含量较低，占0.19%，黄铁矿呈团块状或细晶团状集合体产出。方解石呈充填胞腔或呈脉状产出；石英则常与粘土矿物共生。镜煤最大反射率0.894-1.01%。属于中～富灰、特低硫、特低～低磷、中等发热量极难选1/3焦煤，结焦性能不佳，故也宜为动力用煤使用。但若采用适当配煤方案，能提高焦碳质量，当炼焦煤不足时，也可作配焦煤使用。

3、戊8、戊9-10煤层

戊8煤层物理性质与丁5--6煤层相似。煤中含不稳定拨层席状夹矸。据四、五矿筛分试验结果，原煤内粉煤占45.76%。平均容重为1.45。据一矿测试，原煤精制角为37.8°，摩擦角为36.2°，散煤容重为0.88吨/立方米。

戊9-10煤层物理性质与丁5-6煤层相似。戊9-10煤层内局部含1-2曾夹矸；当戊

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煤层合并时，夹矸增至2～5层。具四、五矿筛分试验结果，原煤自然粒度中

粉煤占61.91%。

戊8、戊9-10煤层宏观煤岩类型为半暗～半亮型，显微煤岩类型为丝炭亮暗煤。无机组分总含量较高，尤以戊8煤煤层为多，含量高达21.28%。无机组分粘土类含量较高，粘土矿物呈不规则条带状、浸染状产出。硫化物含量较低，黄铁矿呈球状产出。镜煤最大反射率为0.97%（戊8煤层）和1.10%（戊9-10煤层）。属于中～富灰、特低硫、特低～低磷、中等发热量极难选1/3焦煤及肥煤，结焦性能不佳，故也宜为动力用煤使用。但若采用适当配煤方案，能提高焦碳质量，当炼焦煤不足时，也可作配焦煤使用。

截止2002年6月30日，六矿资源储量复核报告中的计算结果，矿井剩余工业储量16482.3万吨，资源储量19675.3万吨，可采储量11086.7万吨。

1.2.3 水文地质

六矿井田南有沙河和白龟山水库。沙河流向东南，属淮河水系，河床宽阔，坡度平缓，最大流量为3300立方米/秒，旱季流量为0.8立方米/秒 。井田北有汝河，距井田边界9.5公里，流向东南，在岔河附近与沙河汇合。洪峰流量为3000立方米/秒，旱季流量为0.28立方米 /秒。最高水位标高为83.79米。六矿主副井口标高为：+174±0.5米

井田西南以锅底山断层为自然井田边界，锅底山断层为阻水断层，划为东西两个不同的水文地质单元，东部水文地质条件简单，西部水文地质条件复杂。六矿处在断层以东水文地质条件简单的区域内，地下水的补给来源以大气降水为主，顺地表向东南方向排泄。灰岩在本区深埋，岩溶不发育，地下水交替缓慢，补给来源为上部其它含水层，通过不同的途径，越流补给，但由于各类砂岩含水层富水性差，补给条件不良，且各含水层之间有泥岩相隔，一般不会形成较大的导水通道，对矿井不会有大的危害，属水文地质条件简单类型。

各含水层在井田内埋藏比较稳定，厚度变化不大，产状与各地层、煤层

一致。水位截止2006年11月份标高为 –261.5米（44?-37长期观测孔资料），据多年观测，下降较为缓慢。

断层导水性

本矿区构造简单，仅在井田西南边界附近发育有锅底山正断层为主的一组正断层，以及一、二号逆断层。断层宽度一般为0.5～5米，胶结物为含铝土泥质或钙质，夹砂质透镜体或碳酸盐类碎块，具角砾岩和砂岩碎屑，富水性弱。

锅底山阻水断层以东地段，灰岩含水层被断层错开，含水层之间有可能通过构造沿垂向和水平方向产生水力联系。六矿浅部巷道揭露断层未发生突水，但在深部高水压和矿压作用下，断层的导水性将会增强。

根据涌水量分析，说明六矿以前和现在基本不受开采深度，雨季变化的影响，预计以后三水平的开发，深度的加大，涌水量将会增加。

矿区井下的主要充水含水层为主采煤层的顶、底板砂岩含水层，由于含水性较弱，对生产没有造成太大的影响，矿井涌水量其中的一部分为采煤作业中的人工注水和喷水；本矿采空区老塘积水，北山（二水平）进、回风井的井筒淋水。由于主采煤层距井田内主要含水层间距较大，回采时含水层的水没有对生产造成影响。现矿井涌水量为120-145 立方米/小时（其中一水平10--15立方米/小时，二水平110--130立方米/小时左右），由于开采深度较大，主采煤层顶底板不与地面沟通，矿井涌水量基本不受雨季的变化影响。本矿区整体水文地质条件属中等偏简单类型的矿区。

开采技术条件： ㈠煤层顶底板 A、丁5-6煤层顶板

伪顶为炭质泥岩，局部为胶岭岩，厚0-0.35米，一般小于0.1米。直接顶为砂质泥岩或粉砂岩，厚0.5-3.0米，平均约2.0米。老顶为中、细砂岩，厚1.0-6.0米，平均3.6米。顶板较平整，单向抗压强度（ δ ）=624Kg/cm,直

2

接顶易冒落，初次垮落步距8-10米；老顶来压强度（N）=1.06Kg/cm2,初次来压步距为20米。属直接顶中等稳定，老顶来压明显的二类二级顶板。

B、戊8煤层顶板

直接顶为砂质泥岩与粉砂岩，局部为泥岩，厚1-1.5米，节理不发育，完整Kg/cm2稳定，大块冒落。老顶为细砂岩或粉砂岩，厚3-5米，单向抗压强度（δ）=702Kg/cm2。直接顶初次垮落步距为10米。老顶来压强度（N）=1.1624Kg/cm2，老顶初次来压步距为25米，属于直接顶中等稳定，老顶来压明显的二类二级顶板。

C、戊9-10煤层顶板：

直接顶板为泥岩和砂质泥岩，局部为砂岩，厚0-1.5米，平均约1.0米。老顶为粉砂岩和砂岩，局部为泥岩，厚6-12米较平整，单向抗压强度（δ）=530Kg/cm2，老顶来压强度（N）=1.06Kg/cm2,直接顶初次垮落步距为10米，老顶初次来压步距为24米，属于直接顶中等稳定，老顶来压明显的二类二级顶板。

D、煤层底板岩性

丁5-6煤底板为砂质泥岩或泥岩，厚1.5-5.0米，一般为2.0米。戊8煤层、戊9-10煤层的底板，均为泥岩和砂质泥岩。各类岩石的物理性质，仅比重和容重较稳定，其它参数则有较大的差异。砂岩抗压强度平均为5694.72*104 帕，粉砂岩为4707.19*104 帕，砂质泥岩及泥岩分别为3942.27*104 帕和4388.47*104 帕。抗拉强度平均大于189.26*104 帕，抗剪强度均大于343.23*104 帕。各类岩石的抗压强度均大于3942*104 帕。应属于中等稳定顶板范畴。

㈡瓦斯： A、丁5-6煤层

按煤层瓦斯成分分布，可划分为氮气-沼气带和沼气带。上述二带的分界线，在40勘探线以西位于-450米水平以上，在40勘探线以东，渐移向煤层浅

部。

B、戊9-10煤层：

氮气--沼气带位于-450米水平以上，带内瓦斯成分中CH4约占80%，一般为70%，CO2小于20%，-450以下为沼气带，带内瓦斯成分中CH4占83.91%以上，CO2小于10%。煤层中CH4含量最高为6.441cm3/g,最低为1.18cm3/g,一般为2-3cm3/g。

随着开采深度的加深，六矿的瓦斯呈逐渐增大的趋势，现六矿已鉴定为高瓦斯矿井，采用“四位一体”的综合防突措施，按高瓦斯矿井管理方法进行管理。

㈢煤尘爆炸性：

煤的挥发分含量是影响煤尘爆炸性的主要因素，并以挥发分15-35%的煤尘爆炸性最强。本井田各主采煤层的挥发分为30.67%-33.60%，且通过工业分析指标计算的煤尘爆炸指数为27.75-38.31%，表明各主采煤层的煤尘均有较强烈的爆炸性。

㈣煤的自燃：

六矿各主采煤层均属于不易自燃煤层。丁5-6煤层曾有煤层自燃现象；自燃发火期为3-6个月。

㈤地温：

六矿恒温带温度为17OC，深度为27米。根据地质钻孔的测温资料，六矿井田范围内的地温梯度变异范围为每百米2.32-4.05OC，平均3.23OC，属于异常增温区。六矿- 450米水平切面的地温为33.3OC-39OC，处于一级热害区与二级热害区分界线附近。

丁5-6、戊9-10煤层的一级热害区的范围约在-200--450米区间内，-450米以下为二级热害区。

六矿矿井地质条件简单，依据井田构造复杂程度和矿井其他开采地质条件复杂程度评价结果，进行矿井地质条件进行综合评定，评定为为二类矿井。

水文地质条件属中等偏简单类型。

二、煤质特征 1、煤的物理性质

本区含煤地层为古生界石炭二叠系，太原组、山西组、下、上石盒子组，平均总厚度797米，含煤40--56层，常见43层。煤层总厚约26.84米，含煤系数3.36%。

六矿可采煤层共7层。其中庚20、己16-17、己15、戊9-10、戊8、丁5-6煤为全区可采，丙3煤为大面积可采。可采煤层总厚为18.65米。煤层总体走向为120°，西部转为90-100°，倾角5-20°，多数为12°。六矿现开采的煤层为: 丁5-6煤层、戊8煤层、戊9-10煤层。这三层煤属于中-富灰、特低硫、特低-低磷、中等发热量极难选1/3焦煤及肥煤，结焦性能不佳，故也宜为动力用煤使用。但若采用适当配煤方案，能提高焦碳质量，当炼焦煤不足时，也可作配焦煤使用。

深灰色、块状，含较多植物化石碎片，局部为泥岩，含瓣轮叶化石黑色、粒状，半亮型深灰色、块状，含植物化石... ... ...... ... ... .... ....... ... ... .... ....灰色，含少量云母碎片深灰色、块状，含植物化石灰色，厚层状，含云母，岩性致密深灰色、块状，见少量植物化石黑色、粉末状，以暗煤为主，夹矸为炭质泥岩及泥岩深灰色，含大量植物根部化石灰色，块状，含植物化石碎片，含砂不均匀 .... .... .... .... ....灰--深灰色，含砂不均匀深灰色，块状，致密，含植物化石碎片灰色，块--团块状，具滑面灰色，块状，含细云母，具铁质胶结图1-1综合柱壮图

井筒直径/米

6.5

用途 进风运料

井筒长度/米

905

倾角/ 度 90

提升容器 双层罐笼

井筒支护 混凝土

图4-4 风井断面特征 表4-4井筒断面特征

井筒直径/米

5.5

用途 回风

井筒长度/米

885

倾角/ 度 90

提升容器 无

井筒支护 混凝土

4.1.3 井筒数目的确定

根据《煤矿安全规程》的规定，生产矿井必须至少有两个能行人的通到地面的安全出口，本设计矿井年设计生产能力为300万吨，采用立井开拓，主井使用两对16吨箕斗提升，副井使用一对双层四车（1吨）罐笼提升，风井内设螺旋梯子间，与副井一起作为安全出口，故开采水平时，井筒数目有三个，它们是主井、副井、风井。

4.2 开采水平的设计

4.2.1 水平高度的确定

本设计井田煤层平均倾角为10°，属近水平煤层，再加之井田地质构造简单，故可采用倾斜长壁采煤法，根据煤层间距，考虑到井底车场的布置对岩性

的要求，煤仓的高度，以及煤层开采时的动压对大巷维护的影响，故本井田可划分为一个水平，即-850水平，用集中大巷布置。如图所示

图4-5集中大巷布置剖面图

4.2.2 设计水平储量及服务年限

本井田设计水平为-850水平，即划分为一个水平，该水平的工业储量为4.396亿吨。设计水平煤炭损失（注：永久煤柱损失）P为1493.7万吨。

4.2.3 设计水平的巷道布置

1）大巷布置方式：

大巷的主要任务使担负煤矸、物料和人员的运输，以及通风、排水、敷设管线。对大巷的基本要求是便于运输，利于掘进和维护，能满足矿井通风安全的需要。根据矿井生产能力和地质条件的不同，大巷可选用不同的运输方式和设备，而不同的运输设备对大巷提出了不同的要求。合理的大巷布置可以节约基建投资，加快矿井建设，有利于井下运输和巷道维护，为合理布置采区和井下生产创造良好的条件。

开拓巷道布置应根据煤层赋存条件、地质条件、开采技术、条件和矿井开拓、通风、运输方式等因素确定，并应符合下列规定：

⑴开采近距离多煤层时，宜采用集中或分组运输大巷布置方式；煤层（组）间距大时，宜采用分层运输大巷布置。

⑵开拓巷道不得布置在有煤层与瓦斯突出危险的煤层中和严重冲击地压

煤层中。

⑶开拓巷道布置应避开应力集中区和活动断层，且不宜沿断层布置。 ⑷近水平多煤层开采，应用分层或分组布置运输大巷时，宜将开采水平分层（组）运输大巷重迭布置。

所以，根据《煤炭工业矿井设计规范》的有关规定；本矿井大巷的布置方式为集中大巷布置：采用集中大巷布置时，井筒开凿至开采水平之后，掘井底车场、集中运输大巷，到达带区位置后，掘带（采）区石门及车场进行，带（采）区准备。这种方式的特点是开采水平内只布置一条集中运输大巷，故总的大巷开拓工程量、占用轨道管线均减少；且本矿井可采煤层为五层，层间距不大，服务年限长，岩石底板坚硬，故采用集中运输大巷布置合理。

2）大巷数目本井田设计了两条大巷，即机轨合一运输大巷和回风大巷。

表4-5机轨合一大巷特征表

优点 缺点 适用条件

（1）掘进和维护工程量少，维护费用低 （2）充分利用巷道断面

（3）胶带输送机的安装和拆卸等比较方便 （1）巷道断面大，掘进施工比较困难 （2）运输设备交叉

单产高，回采工作面数目少，煤层底板岩石较好

3）大巷位置

本设计矿井大巷使用期限长，为便于维护，减少煤炭损失，以及考虑到采动的影响，将大巷布置在煤层底版岩石中，大巷的具体位置见开拓系统平、剖面图。

4）大巷用途及规格

本井田岩石运输大巷主要用来运煤、进风和行人。 回风大巷主要用来回风、运料、出矸、运输设备。 因为大巷的服务年限都较长，所以都采用锚喷支护．

运输大巷和回风大巷的巷道剖面图见图4-6，图4-7

图4-6运输大巷

图4-6回风大巷 4.3 带区划分及开采顺序

4.3.1 条带划分

本设计井田共赋存有庚20、己16-17、己15、戊9-10、戊8、丁5-6六个煤层，其中各层煤厚度分别为4.3米、3.0米、3.0米、2.0米、2.5米，它们间的层间距分别为8米、10米、10米、12米，它们在整个井田中的赋存垂深大，井田中煤层赋存状态规则，平均倾角为10°，整个井田为背斜构造。为了充分利用自然地质构造，达到合理开采、开发煤炭资源的目的，决定以井田中一个断层为界，将其划分为两块，每块内根据实际情况划分为带区，带区内均采用倾斜长壁采煤法。带区的走向长度及倾斜长度因煤层赋存变化而不

同，因此各带区的条带数及服务年限不尽相同。(下表列出了各带区的特征：)

表4-6各采区的特征

序号 N1 N2 N3 N4 S1 S2 S3 S4

带区走向长/m

1100 1300 1540 1540 1600 2400 950 1980

带区倾斜长/m

1680 1680 1665 1000 1200 960 2000 1500

回采方法 倾斜长壁 倾斜长壁 走向长壁 倾斜长壁 走向长壁 倾斜长壁 走向长壁 倾斜长壁

条带数 5 6 7 6 5 9 10 8

工作面长度/m

220 220 220 220 220 220 220 220

采区划分的合理性

采区的划分的考虑到由于断层的存在可能会对开采造成的影响，使采区的煤柱利用了断层煤柱，从而减少了煤柱损失，提高了煤炭的回收率，并且采区服务年限比较大，有利于接替工作，虽然各采区长度大小不一，影响不到带区划分的合理性，所以采区的划分是合理的。

4.3.2 开采顺序

开采顺序是指矿井采掘工作应有计划有步骤地按照一定顺序进行，做到采掘并举，掘进先行。因此，要研究采煤和掘进安排特点，了解有关政策与规程规范的规定。合理的开采顺序应满足以下要求：

1）保证开采水平、采区、采煤工作面的生产正常接替，以保持矿井持续稳产、高产。

2）符合煤炭采动影响关系，最大限度的开采出煤炭资源。

3）合理集中生产，充分发挥机械设备的能力，提高矿井的劳动生产率，简化巷道布置。

4）尽量降低掘进率，减少井巷工程量及基建投资。

综合上述因素，将本矿的开采顺序划分如下： 1）沿煤层走向方向的开采顺序

先开采离工业广场近的采煤工作面，然后逐渐向远离工业广场保护煤柱方向开采。

2）沿煤层垂直方向的开采顺序

采用下行式开采，即先采上煤层4-2#，再采下煤层7-2#、 12#、13#和15-2#，这样可以减少上下煤层开采时的采动影响，对安全生产有利。

4.4 开采水平、回风水平及井底车场

4.4.1 井底车场形式、线路布置及通过能力

选择井底车场形式的原则：

1）井底车场应有富裕的通过能力，一般大于矿井设计生产能力的30%。 2）设计井底车场时，应考虑到矿井在服务期间有增产的可能性。 3）尽可能地提高井底车场的机械化水平，尽量简化调车作业程序，减少调车时间，以达到提高井底车场通过能力的目的。

4）在开拓方案设计阶段，应考虑井底车场的合理型式，特别要注意井筒之间的合理布置，避免井筒间距过小，而使井筒和巷道难以维护，地面绞车房布置困难等。

5）应考虑主、副井筒之间施工的短路贯通。

6）在初步设计时，井底车场应考虑线路纵断面的闭合，以免施工设计时，坡度补偿困难。

7）在确定井筒位置时应注意井底车场所处的围岩情况及岩层的含水情况，一般应尽可能地避开破碎带或强含水层。

8）井底车场应紧凑，并注意减少开掘工程量，节约开掘费用。 9）对大型矿井或高沼气矿井，在确定井底车场形式时，应尽量减少交岔点的数量和减少跨度，并考虑施工和维护方便。

根据以上原则，结合本设计矿井的实际情况，并尽可能的吸取各种型式车

场的优点并尽可能地避免其缺点，本设计采用齿轨车运输，其车场轨道选用22.8Kg/m的钢轨，通过能力为300万吨/年 本设计矿井采用齿轨车运输的优点是：

⑴齿轨机车挂在轨道上运送负载，能有效地利用巷道断面空间。 ⑵齿轨车可在倾斜巷道（10?～18?）内运输，最大单件载重量大，最小曲率半径水平10米，垂直15米。

⑶与同功能的地轨式运输系统相比，初期投资少，运行维护费用较低。

4.4.2 硐室位置、规格尺寸及支护方式

各硐室位置见附图，规格尺寸及支护方式见各硐室平剖面附图。

4.4.3 井底车场工程量

1）井底车场的工程量是井底车场各个不同硐室和线路的掘进体积的总和。

根据经验公式： V=10*A+A/100 式中：V-井底车场工程量

A- 年产量

所以： V=10*A+3000000/100=47320吨/年 井底车场的工程量的工程量为47320吨/年。

图4-8井底车场

2）主井煤场及装载硐室

矿井煤仓的容量为：

Ｑmc=(0.15～0.25)Amc

式中：Qmc——井底煤仓容量

Amc——矿井日产量

0.15～0.25——系数，大型矿井取大值，小型矿井取小值，本设计

取0.20

则井底煤仓容量为；

Qmc=0.2039100=1820t 煤仓为立式，结构见图

图 4-9 井底煤仓 表 4-7煤仓断面特征表

生产能力 容量（t） 圆形断面Ｄ（㎜） 净断面（㎡） 煤仓高度（m） 支护方式 （万吨／年）

300 1800 6000 22.9 20 锚喷加混凝土

3）由于本矿井采用全部机械化采煤，所以相对用火药较少，选用储量较小

的壁槽式火药库就可以满足井下正常工作的需要． 库房与巷道的关系:

a.库房距井筒、井底车场、主要硐室和影响全矿井大部分采区通风的风门的直线距离应不小于60米

b.库房距经常行人的巷道的直线距离应不小于20米． c.库房距地面或上下巷道的直线旧历不小于15米 火药库的具体结构见图：

525220回风道带窗口的木栅栏门调节风门2060

放炮工具室库房巷道202025 进风巷道

电器壁仓水沟中心线防火门主要巷道770

600通道包铁皮的风门554图4-10火药库

506防火门40324206020

进风挡墙巷道尽头巷雷管检查室6680图 4-11中央变电所

栅栏门密闭门中央变电所 图 4-12 中央水泵房

4.5 开拓系统综述

4.5.1 开拓系统

1）本矿井设计的开拓系统为立井单水平主石门集中大巷式开拓。共有三

个掘进队，主井和风井同时掘进，另一个掘进队准备，一段时间以后副井开始掘进，分别掘进至开采水平和回风水平后掘进井底车场及各硐室，两条大巷、火药库、带区运输巷、巷、开切眼贯通回风系统，布置工作面回采。

2）通风系统

表5-2 技术比较表

方案 优 点

石门盘区巷道布置方案

倾斜长壁巷道布置方案

（1）盘区石门巷道维护工作量小，维（1）巷道掘进量少。倾斜长壁采煤法回采工护费用低，有利于生产条件和降低煤炭作面两端的巷道直接与运输大巷和回风大巷损失。

相连，取消了盘区上山或石门等巷道的掘进，

（2）将盘区上山的倾斜巷道改变为盘可以节省行道15％～20％的掘进。 区石门的水平巷道，电机车可以通过水（2）系统简单，占用设备少，运输效率高，平运输大巷直接进入盘区石门，从而简运输费用低。 化了运煤系统，减少了运输环节。

（3）通风系统简单，成本低。

（1） 工作面两端的巷道均为倾斜巷道，

掘进需要提升设备。

（2） 有淋水需要增加掘进排水设备。 （3） 轨道斜巷运送材料有一定的困难。

缺 点

岩石掘进工程量大，掘进速度慢，掘进费用高，盘区准备时间较长。

通过上述技术分析，上述两个方案各有利弊，尚难决定取舍，因此，需

要进行经济比较。具体比较的项目如下：

（1） 盘区巷道工程量和费用； （2） 盘区运煤费用； （3） 盘区巷道维护费用；

将上述各项工程量及费用计算结果列于下表，从表中可知，方案一与方案二相比较总费用均超过45％。因此，最后确定方案二——倾斜长壁巷道布置方案。

表5-3盘区石门巷道布置方案费用表

序号 一、 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 二、 1. 2. 三、 1. 2. 3. 4. 5. 6.

工程项目 掘进费用 盘区石门 轨道上山 运输平巷 轨道平巷 材料斜巷 联络斜巷 溜煤眼 小计 运输费用 运输平巷 盘区石门 小计

巷道维护费用 盘区上山 盘区石门 材料斜巷 联络斜巷 运输平巷 轨道平巷 小计

全部费用总合

单位 m m m m m m M t-km t-km a.m a.m a.m a.m a.m a-m

3

总工程量 1680 1680 4800 4800 80 200 251.2 1692900 1410750 3600 3000 720 1100 3600 6000

单价（元） 2423.75 1423.75 909.75 1005.5 1303.25 1206.25 193.85 2.225 0.85 78.675 54.15 80.125 59.125 115 123.2

用（万元） 407 239 437 483 10 24 4.9 1604.9 377 120 497 28.3 16.2 5.8 6.5 44.4 73.9 175.1 2277

表5-4倾斜长壁巷道布置方案费用计算表

顺序 一、 1. 2. 3. 4. 5. 二、 三、 1. 2. 3. 4.

工程项目 掘进费用 条带运输斜巷 条带轨道斜巷 材料斜巷 联络斜巷 溜煤眼 小计 运输费用 条带运输斜巷 小计

巷道维护费用 条带运输斜巷 条带回风斜巷 联络斜巷 材料斜巷 小计

全部费用总合

单位 m m m m M t-km a.m a.m a.m a.m

3

总工程量 4800 4800 60 440 502.4 1692900 3600 6000 220 720

单价（元） 951.5 1047.475 1303.25 1206.25 193.85 2.025 119.6 128.125 59.125 80.125

费用（万元） 456.7 502.7 7.8 53.1 9.7 1030 342.8 342.8 43.1 76.9 1.3 5.8 127.1 1499.9

5.1 设计采区的地质概况及煤层特征

5.1.1 采区在矿井中的位置

本设计带区为开采水平东北部附近的一个带区，是矿井开采的首采区，离工业广场最近，有利于矿井的快速投产。

5.1.2 邻区开采情况

此带区的邻区没有开采。

5.1.3 矿层的赋存条件、地质构造等

该带区可采煤层有六层，庚20、己16-17、己15、戊9-10、戊8、丁5-6煤层赋存稳定，平均倾角为10°，煤质中硬，煤质牌号均为长焰煤，煤层顶底板岩石为粉砂岩，泥岩，细砂岩，中等稳定。

煤层自燃发火期1-3个月，绝对瓦斯涌出量80m3/min，相对瓦斯涌出量为10m3/t，区内水文地质简单，区内预测涌水量93 m3/ h。

5.1.4 采区的范围、工业储量

带区的范围：该带区是本矿井的首采面，距离井底车场的距离最近，煤炭赋存条件丰富，上部以井田边线为界，南以工业广场保护煤柱线为界，北以人为划分的带区边界，本带区为N1带区，走向长度为1100米，倾斜长度为1680米，带区面积为1.848平方千米，所以矿井的工业储量约为

Z1=1.848310314.831.35=3692万吨

6

带区内工业广场保护的煤柱的损失：

Z2=2200031.35314.8=44万吨

设计可采储量：

Z=Z1-Z2=3692-44=3648万吨

5.1.5 采区生产能力及服务年限

本带区设计生产能力为300万吨/年，所以本带区的服务年限为 P=Z/AK=3648/30031.3=9年 式中：P：带区的服务年限，年；

A：带区生产能力，万吨/年； Z：带区可采储量，万吨；

5.2 采区形式

5.2.1 采区形式的确定

带区走向长度为1100米，倾斜长度平均为1680米，为使工作面有合理的连续推进长度，决定采用带区布置。

5.2.2 采区巷道的数目、位置及用途

该带区共有五层煤，公用两条岩石巷，布置在15-2煤层底板岩层中一条做运输大巷，一条做回风大巷，在4-2煤层中布置两条平巷，一条作为运料回风，另一条作为运煤进风用。

5.3 采区的划分及层间联系

5.3.1 采区的划分

带区划分要合理地确定条带的长度及数目，条带长度等于回采工作面的长度加上两巷的宽度（和护巷煤柱的宽度），带区划分一般以主要开采煤层为准，兼顾其它煤层，以便取得较高的产量和效率，条带划分还应考虑以地质构造作为条带边界，以免影响回采工作面的正常生产。考虑到设计带区的生产能力、地质条件、管理水平和现有装备水平等，初选工作面长度为220米，采用沿空掘巷，无护巷煤柱，故条带宽度约为220米，则条带数目为： 1100/220=5个

由于该带区有五层煤，故该带区的条带数为：535=25个

其余的三角煤进行残采

5.3.2 条带斜巷的布置

本带区由于采用倾斜长壁采煤法，工作面巷沿煤层倾向布置，为尽可能提

高回采率和减少巷道维护费用，采用跳采，一个带区用一个带区煤仓的布置方式。

5.3.3 煤层间的联系

本设计带区采用倾斜长壁采煤法，层间联系通过斜巷联系。

5.4 采区车场及硐室

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