小纪汗矿井开采设计 - 图文

摘 要

本设计为小纪汗矿井开采设计，小纪汗位于榆林市境内，交通便利。本设计主采2号煤层，煤层地质条件较为简单，矿区总体规划及矿区范围划定小纪汗井田范围及井田面积均是一致的，全井田东西长13.05～19.43km，南北宽7.88～14.33km，井田面积约为220.125km2，煤层倾角为0-1度，煤厚0.68-8.64米,矿井设计资源量2285.05Mt，设计可采储量1733.85Mt，设计生产能力10.0Mt/a，服务年限123.8a。

小纪汗矿井采用混合开拓方式，设有主斜井、副斜井、回风立井三条井筒。井田划分为盘区划分，采用综合机械化走向长壁一次采全高法采煤。本设计是运用小纪汗煤矿的地质资料为研究基础，在指导老师的指导下，按照对煤矿的要求设计，运用课堂所学到的知识，结合矿井的实际情况着重对该矿井的以下几个方面进行设计说明：（1）矿井概述及地质情况（2）井田境界及储量（3）矿井服务年限（4）井田的开拓方式（5）采煤方法（6）井下运输方式（7）提升方式（8）矿井通风与安全（9）排水等，除了本矿井可以运用外，其他的矿山也可以参考该设计。

关键词：采煤方法；混合开拓；走向长壁；一次采全高；运输；通风

I

ABSTRACT

This design is small Ji Khan mine mining design, small Ji Khan is located in the territory of Yulin City, convenient transportation. The design of the main mining coal seam No. 2, relatively simple geological condition of coal seam, Xiao Ji Khan of the scope of mine and mine area master plan of the mining area and mining area delineated are consistent, whole field long 13.05 to 19.43km, north-south width of 788 ~ 14.33km, mine area of about for 220.125km2, dip angle of coal seam is 0-1 degree, coal thickness 0.68-8.64 meters, mine design resources 2285.05Mt and design can be recoverable reserves 1733.85Mt, design production capacity of 10.0Mt/a, service life 123.8a.

The mine adopts the main and auxiliary inclined shaft and air shaft mixed development, set up the main shaft, auxiliary inclined shaft, air shaft. Disc area used to long wall of a fully mechanized mining method. And illustrate the design requirements of the design is the use of small Ji Khan coal mine geological data as the research basis, in guiding the teacher's guidance, according to the coal mine design, the use of classroom learned knowledge, combining the mine's actual situation, the author of the mine of the following aspects: (1) overview of mine geology, (2) mine realm and reserves, (3) the mine service life, (4) mine development, (5) mining method, (6) underground transport, (7) to enhance the way, (8) ventilation and safety, (9) drainage, in addition to the mine can be used, other mines can also refer to the design. Key words: coal mining method, the mixed development, to long wall, a fully mechanized, transport, ventilation, environmental protection .

II

目录

1 矿井地质概况 .............................................................. 1

1.1 矿井位置及交通 ..................................................... 1

1.1.1 交通位置 .................................................... 1 1.1.2 地形地貌 .................................................... 1 1.1.3 气象及水文情况 .............................................. 1 1.1.4 矿区概况 .................................................... 2 1.2 矿（井）田地层及地质构造 ........................................... 3

1.2.1 地层 ........................................................ 3 1.2.2 构造 ........................................................ 6 1.3 矿体赋存特征及开采技术条件 ......................................... 6

1.3.1 煤层及煤质 .................................................. 6 1.3.2 瓦斯赋存状况、煤尘爆炸危险性 ............................... 10 1.3.3 水文地质 ................................................... 10

2 井田开拓 ................................................................. 13

2.1 矿（井）田境界及储量 .............................................. 13

2.1.1 井田境界 ................................................... 13 2.1.2 矿井资源/储量 .............................................. 13 2.2 矿井设计生产能力与服务年限 ........................................ 19

2.2.1 矿井工作制度 ............................................... 19 2.2.2 矿井设计生产能力 ........................................... 19 2.2.3 矿井设计服务年限 ........................................... 20 2.2.4 矿井储量，设计生产能力和服务年限的关系 ..................... 21 2.3 井田开拓 .......................................................... 21

2.3.1 工业场地及井口位置的选择 ................................... 21 2.3.2 井筒形式的确定 ............................................. 22 2.3.3 井筒数目的确定 ............................................. 23 2.3.4 井筒断面设计 ............................................... 24 2.3.5 井筒参数的确定 ............................................. 30 2.3.6 井田内划分及开采顺序 ....................................... 30 2.3.7 水平划分与标高确定 ......................................... 31 2.3.8 大巷布置 ................................................... 32 2.4 井底车场及硐室 .................................................... 32

2.4.1 井底车场 ................................................... 32 2.4.2 井底车场主要硐室 ........................................... 32 2.4.3 井底车场主要巷道和硐室支护方式 ............................. 33 2.5 方案比较、确定开拓系统 ............................................ 34 3 盘区巷道布置及采煤方法 ................................................... 37

3.1 盘区布置设计依据 .................................................. 37

3.1.1 地质资料 ................................................... 37 3.1.2 盘区布置要求 ............................................... 37 3.2 盘区的划分 ........................................................ 37 3.3 盘区布置参数 ...................................................... 38

III

3.3.1 采煤工作面长度确定 ......................................... 38 3.3.2 盘区尺寸 ................................................... 38 3.3.3 盘区生产能力的确定 ......................................... 39 3.3.4 采区回采率 ................................................. 39 3.4 盘区巷道布置 ...................................................... 39 3.5 采煤方法 .......................................................... 40

3.5.1 采煤方法与采煤工艺 ......................................... 40 3.5.2 采煤方法选择 ............................................... 40 3.6 巷道掘进及机械化 .................................................. 41 3.7 劳动组织 .......................................................... 43 3.8 技术经济指标分析 .................................................. 44 4 运输及设备 ............................................................... 45

4.1 井下运输设计原则 .................................................. 45 4.2 选择矿井运输方式和设备应满足的要求 ................................ 45 4.3 大巷煤炭运输 ...................................................... 46

4.3.1 大巷煤炭运输方式的选择 ..................................... 46 4.3.2 大巷煤炭运输设备选型设计 ................................... 46 4.4 辅助运输方式及设备选型 ............................................ 48

4.4.1 辅助运输方式 ............................................... 48 4.4.2 辅助运输设备选型及数量 ..................................... 49

5 矿井通风与安全 ........................................................... 51

5.1 矿井通风设计依据 .................................................. 51 5.2 矿井通风自然因素 .................................................. 51 5.3 矿井通风方法及方式 ................................................ 51 5.4 矿井风量计算 ...................................................... 52 5.4 矿井总风量 ........................................................ 55 5.5 矿井负压及等积孔计算 .............................................. 56 5.6 通风设备选型 ...................................................... 57 6 矿井提升、排水、空气压缩设备选型 ......................................... 61

6.1 提升设备 .......................................................... 61

6.1.1 矿井提升设备的任务和特点 ................................... 61 6.1.2 矿井提升设备的选型 ......................................... 61 6.2 排水设备 .......................................................... 63

6.2.1 矿井排水设备的任务 ......................................... 63 6.2.2 排水设备的组成 ............................................. 63 6.2.3 主排水设备以及主管路的选型 ................................. 63 6.3 压缩空气设备 ...................................................... 67

6.3.1 矿山空气压缩设备的组成 ..................................... 67 6.3.2 空气压缩的选型 ............................................. 67

7 矿井技术经济指标表 ....................................................... 70 致谢 ....................................................................... 72 参考文献 ................................................................... 73

IV

1 矿井地质概况

1.1 矿井位置及交通

1.1.1 交通位置

小纪汗井田位于国家规划的“陕北侏罗纪煤田榆横矿区”的东北部，地处榆林市城西12km处，隶属于榆林市榆阳区小纪汗乡、芹河乡和岔河乡联合管辖。

地理坐标为：

东经109°25′25.72″～109°41′35.47″ 北纬38°22′17.99″～38°30′06.15″

神（木）～延（安）铁路、210国道及榆（林）～神（木）～府（谷）二级公路都从井田得东侧通过，包茂高速公路从井田东南侧通过不在井田范围内，各村镇之间都有通村公路相通，对外交通和内部运输条件也是相当方便。

矿井距离榆林市约12km，榆林城区距各大城市或火车站距离为：距离延安市350km，距离西安市680km，距离包头385km，距离银川466km，距离介休340km，距离乌审旗220km，神木铁路北站140km。

1.1.2 地形地貌

小纪汗矿井处于毛乌素沙漠和陕北黄土高原接壤的地带，是沙漠滩地区，沙漠覆盖率在80%以上，其中新月形沙丘和链状沙丘遍布，滩地较少。井田地形较为平坦，地势总体西部地区高东部地区低，最高点位于井田西部，高程+1257.4m，最低点位于井田东部，高程为+1108.90m，最大相对高差148.5m。

1.1.3 气象及水文情况

本井田的气候类型属于温带大陆性半干旱季风气候。春季风沙肆虐，夏季酷热，秋季多雨，冬季严寒而且持续时间较长。根据榆林气象站1984～2002年观测资料显示，年平均气温为±8℃，最高气温36.7℃（7月份），最低气温－29.7℃（12月份），日温差达15～20℃。每年10月开始降雪，次年的3月份解冻，无霜期大约150～180天。四季多风，尤其是冬季至春末夏初更是频繁，风向多为东南，最大风速18.7m／s，最大风力达8级以上。年平均降水量279～541mm，集中降水在7～9月份，约占全年的30%，年平均蒸发量1720～2085mm。最大冻土深度为146mm。

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为较稳定煤层。在可采煤层中，2、4-2煤层厚度大，埋藏浅，分布稳定，容易开采，为区内的主采煤层。其余煤层为区内的次要可采煤层。按照规范中有关煤层厚度划分的分类标准，依据本区各煤层主体部分的厚度，2号、3、4-2、5、7号煤层为中厚煤层，2下、3-1、4-1、9号煤层为薄煤层。

(二) 可采煤层

在井田内具对比意义的12层煤层中，2、2下、3、3-1、4-1、4-2、5、7、9号等9层为可采煤层。

根据钻探、测井、地震等成果，对各可采煤层的具体特征分述于下： 1. 2号煤层

呈简单的层状产于延安组第四段下旋回顶部，埋藏浅，层位稳定，该煤层在井田东部、西南部局部地段缺失，其余地段均有分布。煤层厚度0.68～8.64m，平均3.41m，由南东向北西变厚，变化规律明显。可采区主要分布于井田西北部，面积179.27km2，约占全井田面积的71.2%。设计可采煤厚度0.80～8.64m，平均3.43m。煤层埋深173.98～460.36m，底板标高变化在+768.14～+1010m之间，向北西西缓倾，平均降深幅度12m/km，倾向300°左右，平均倾角0.7°，井田东部比西部略平缓，中部有一宽缓的波状起伏。煤层结构简单，一般不含夹矸，局部含1～3层0.04～0.75m的炭质泥岩、泥岩夹矸。煤层直接顶板以泥岩、粉砂质泥岩为主，次为中-细粒长石砂岩，少量炭质泥岩，直接底板为泥岩、粉砂质泥岩，次为泥质粉砂岩、粉砂岩、细粒长石砂岩。煤层与其顶底板均为明显接触。

该煤层层位稳定，厚度较大且变化规律明显，结构简单，煤类单一，以不粘煤（BN31）为主，次为长焰煤（CY41、CY42），个别弱粘煤（BN32），煤质变化小，属大部分可采的稳定型中厚煤层。

2. 2下号煤层

呈简单层状产于延安组第四段下旋回上部，是2号煤的下分岔煤层，与2号煤层间距为6～15m。165个钻孔中，50个见及该煤层，见煤率30.3%，煤层厚度0.20～2.34m，平均0.83m，其中可采见煤点26个，设计可采厚度0.82～2.34m，平均1.12m。可采区以北北东-南南西向呈长条带状分布于井田中西部，面积27.51km2，约占全井田面积的10.9%。

3、3号煤层

呈层状产出于延安组第三段顶部，层位稳定，该煤层在井田西北部小范围内缺失，其余地段均有分布。煤层厚度总体由西向东增厚，变化规律明显。设计可采厚度0.81～3.78m，平均1.23m，可采区主要分布于井田东部和中西部，面积179.60km2，约占全井田面积的71.3%。

4. 3-1号煤层

呈层状产于延安组第三段中上旋回顶部，层位稳定，该煤层除西南部小范围内缺失外，基本全井田分布。煤层厚度0.68～2.00m，平均1.18m，设计可采厚度0.80～2.00m，平均1.19m。井田内煤层厚度总体由南西向北东增厚。除西南部小范围不可采外，基本全井田可采，可采面积244.68km2，约占全井田面积的97.2%。

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5. 4-1号煤层

呈层状产出于延安组第三段中下旋回顶部，层位稳定，除中部和西南部零星小范围内缺失外，该煤层基本全井田分布。煤层厚度0.10～1.48m，平均0.46m，设计可采厚度0.80～1.48m，平均1.01m。可采区位于井田东部和西北角，可采面积79.44km2，约占全井田面积的31.6%。

6. 4-2号煤层

位于延安组第三段下旋回顶部，层位稳定，全井田可采。该煤层厚度变化小，变化在0.80～2.72m之间，平均2.02m。层埋深265.00-530.97m，底板标高+709.41～+876.21m，向北西西缓倾，平均降幅深度11.0m/km，倾向290°左右，平均倾角0.7°。

7. 5号煤层

位于延安组第二段上旋回顶部或上部，层位稳定，全井田均有分布。煤层厚度0.20～2.03m，平均1.32m，设计可采厚度0.80～2.03m，平均1.49m。由东北向西南厚度增大的变化规律明显。该煤层除东部、北部外，井田内大部分可采，可采面积188.88km2，约占 全井田总面积的75.0%。煤层埋深317.30～559.22m，底板标高+685.84～+827.48m，向北西西缓倾，平均降幅深度9.5m/km。倾向295°左右，平均倾角0.55°。8. 7号煤层

位于延安组第二段中旋回顶部，层位稳定，该煤层在井田东南部局部地段缺失，其余地段均有分布煤层厚度0.16～2.33m，平均1.24m，设计可采厚度0.80～2.33m，平均 1.41m。总体上由东南向西北厚度增大，变化规律明显。可采区位于井田西北部，面积108.71km2，约占全井田面积的43.2%。煤层埋深459.6～591.10m，底板标高＋648.07～＋738.51m，向北西西缓倾，平均降幅深度9.5m/km，倾向295°左右，平均倾角0.55°。

9. 9号煤层

位于延安组第一段下旋回顶部，层位稳定，该煤层在井田东部局部地段缺失，其余地段均有分布。煤层厚度0.07～1.70m，平均1.11m，可采煤厚度0.81～1.70m，平均1.13m。总体上由东向西煤层厚度增大，变化规律明显。可采区位于井田中西部，可采面积约200.07km2，约占全井田面积的79.5%。煤层埋深443.28～628.62m，底板标高+612.80～+736.37m，向北西西缓倾，平均降幅深度8～10m/km，倾向285°左右，平均倾角0.5°。

(三) 物理性质和煤岩特征 1. 物理性质

井田内各煤层煤的物理性质变化不大，均为黑色，条痕为褐黑色，沥青或玻璃光泽，阶梯状、参差状断口，硬度中等，性较脆，内生裂隙发育或较发育、外生裂隙较发育或不发育，裂隙常被方解石和黄铁矿薄膜充填。条带状结构，层状构造。各煤层煤岩组分以亮煤为主，暗煤次之，镜煤及丝炭少量。各煤层视密度为1.32t～1.34t/m3。

2. 煤的变质程度

各煤层镜煤最大反射率（R°max％）为0.532～0.616，平均0.568，属低变质阶段烟煤，其变质阶段可划为Ⅰ。井田内构造简单，无岩浆活动，变质类型属深成变质作用。

(四) 煤的化学性质

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1．水分(Mad)

各煤层原煤水分含量平均值为6.15～7.14%，浮煤水分含量平均值为4.06～4.61%，浮煤比原煤的低。

2. 固定碳及燃料比

各煤层原煤固定碳含量平均值为53.43～58.78%，其中2下、3号煤层分别为54.76%、53.43%，属于低固定碳煤；2、3-1、4-1、4-2、5、7、9号煤层原煤固定碳含量平均值分别为56.53%、56.95%、56.29%、56.28%、57.88%、58.78%、58.01%，均属于中等固定碳煤。其浮煤固定碳含量平均值分别为61.67%、60.89%、60.65%、62.01%、61.08%、60.96%、62.29%、63.41%、62.00%，均属于中等固定碳煤。

(五) 有害元素 1．硫(St,d)

2号煤层原煤硫含量为0.29～5.13%，平均1.76%，以中硫煤、中高硫煤为主，低硫煤次之，个别点为特低硫煤、高硫煤；4-2号煤层原煤硫含量为0.23～2.98%，平均0.93%，以低硫煤为主，中硫煤、特低硫煤次之，少量中高硫煤零星分布。

2．磷(Pd)

各煤层原煤磷含量平均为0.012～0.023%，均为低磷煤；浮煤磷含量平均为0.003～0.015%，经洗选后各煤层煤中磷含量均有所降低。浮煤为特低—低磷煤。

3.砷（As）

井田内各煤层原煤砷平均含量分别为2～4×10-66；浮煤中砷平均含量为1～2×10-66，各煤层原、浮煤均属Ⅰ级含砷煤。

(六) 煤的工业用途 1. 动力用煤

本井田煤主要为低～特低～中低灰、低～中硫、特低～低磷、特高～高热值的长焰煤、不粘煤，经洗选后各项指标均有大幅度的改善，据燃料动力用煤质量要求可知，除硫含量偏高外，该煤对船泊、机车、火力发电、民用燃料、工业锅炉等无不适用。由于本区煤中其它有害元素含量较低，对环境保护也十分有利。

2. 气化用煤

根据煤质特点可知，本井田各煤层适宜于沸腾层气化法，是良好的气化用煤。 3. 低温干馏用煤

本井田各煤层原、浮煤均为富油煤，原煤为4.2～14.1%，平均为9.1%，浮煤更高，达8.4～16.7%，平均为10.2%，是良好的低温干馏用煤，可用来提炼焦油，生产化工原料，其中焦炭还可直接作为民用燃料。

4. 液化用煤

从国家能源长远战略意义上考虑，研究和发展煤的液化技术是未来煤代油的重要途径之一。井田内煤经洗选后符合液化用煤标准，可作为液化用煤。

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1.3.2 瓦斯赋存状况、煤尘爆炸危险性

（一） 矿井瓦斯

井田内各煤层瓦斯含量除ZK1609孔7号煤层为1.08ml/g.r外，其余均变化在0～0.78ml/g.r之间。其中各煤层沼气（CH4）含量为0～0.95ml/g.r，均属于低沼气等级；CO2含量变化在0～0.40 ml/gr之间；重烃均为0。

瓦斯自然成分除ZK1609孔7号煤层N2总量为57.83%，CH4为37.57%，CO2为4.58%外,其余钻孔所测得的瓦斯自然成分主要为N2，占总量的74.30～99.73%；CH4及CO2分别占总量的0～15.37%和0.17～11.78%；C2-C8成分基本为0。煤层的瓦斯分带属氮气～沼气带。矿井相对瓦斯涌出量小于10m3/t，绝对瓦斯涌出量小于40m3/min，每个回采工作面瓦斯涌出量均小于5m3/min，每个掘进工作面瓦斯涌出量均小于3m3/min。

（二） 煤层自燃

井田内各主要煤层自燃情况如下：

2号煤层着火点温度341～382℃，平均为358℃，ΔT1-3℃为8～35℃，平均为20℃。其煤的自燃倾向性以不易自燃煤为主，易自燃、不自燃煤次之。

3-1号煤层着火点温度357～382℃，平均为367℃，ΔT1-3℃为4～58℃，平均为24℃。其煤的自燃倾向性以不自燃煤为主，易自燃煤次之，很易自燃煤少量。

4-2号煤层着火点温度326～368℃，平均为353℃，ΔT1-3℃为3～26℃，平均为14℃。其煤的自燃倾向性以不自燃、不易自燃煤为主，易自燃煤少量。

7号煤层着火点温度340～378℃，平均为361℃，ΔT1-3℃为5～53℃，平均为22℃。其煤的自燃倾向性以不自燃煤为主，少量不易自燃、很易自燃煤。

（三） 煤尘爆炸

井田内各煤层经测定煤尘爆炸时，火焰长度≥300mm，抑制性煤尘爆炸岩粉用量均≥65%，均有爆炸性危险。

（四） 矿井地温

勘探报告对井田内的6个钻孔进行的简易测温，结果地温梯度变化平均2.2℃/100m，所以井田内无高温区，无地热危害存在。

1.3.3 水文地质

一、水文地质概况

沙漠中多以平沙地、新月形沙丘和链状沙丘分布，沙丘呈北东南西方向排列，高5～15m，个别可达20m以上。沙地绝大部分为固定沙、半固定沙，局部地段为移动沙，占区内面积的85%左右。区内所堆积的风积沙成为大气降水的良好贮运介质，对地下水的补给起着有利的作用。

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滩地处于沙漠之中，包括为数众多的碟形洼地、海子、水库和池塘等，占区内面积约15%左右。该区地势相对低平，便于降水汇集，地下水位较浅，水量比较丰富。由于滩地之中沟道少，排泄条件差，故在区内地势低洼的地段多形成海子等地表水体。

二、含水层及隔水层 1.含水层

根据井田地下水的赋存条件及水力特征，将井田地下水划分为两种类型：即第四系松散岩类孔隙及孔隙裂隙水、碎屑岩类裂隙水；五个含水岩层（组）：上更新统冲湖积层孔隙潜水、第四系中更新统黄土孔隙裂隙潜水、白垩系洛河砂岩孔隙裂隙潜水、侏罗系碎屑岩类风化壳裂隙水、碎屑岩类裂隙承压水。

2. 隔水层

在基岩中，厚度较大且连续分布的泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等泥岩类，与含水层相间分布，厚度一般为10～40m，为层间裂隙承压水的隔水层。

3．地下水补给、迳流、排泄条件

第四系松散层潜水以大气降水补给为主，部分为沙漠凝结水补给及灌溉回归水、渠水渗漏补给。径流主要受地形控制，流向基本沿17～19勘探线范围内由高至低、由西向东与现代地形吻合，在其北部，流向大致由西南向东北方向径流，在其南部，流向大致由西北向东南方向径流，局部受地层结构的影响流向有所改变。排泄主要是侧向补给河水，次为蒸发消耗、垂向渗漏和人工开采。

承压水除基岩裸露区通过风化裂缝带间接得到大气降水补给外，还接受上游地段潜水渗入补给，径流方向基本沿岩层倾向由东向西或西南方向运移。由于受向西微倾的单斜构造的影响，基本形成了较为封闭的储水空间，故水量较小，水质差。

三 、矿井涌水量 1. 邻近矿井涌水量情况

井田内无生产矿井，其东侧的榆阳煤矿，井深196m。为混合开拓方式，开采对象为3号煤层，设计生产能力为1.20Mt/a，实际生产能力为2.0Mt/a。煤层直接顶板岩性为泥岩、砂岩互层，厚约0～5m；基本顶板岩性为延安组第四段细粒长石砂岩（真武洞砂岩），厚度18～25m，为矿坑直接充水含水层，含水量较好，富水性中等。

2. 矿井涌水量计算

根据本区的水文地质条件，含水层可认为是均质的，涌水量呈相对稳定状态，预测计算的内外边界可以简化为矩形形状，可认为以矿坑为中心形成地下水相对稳定的辐射流场，可以用稳定流解析法预测矿坑涌水量。分别采用地下水动力学法的“大井法”和“廊道法”进行预算和比较。

3. 矿井正常、最大涌水量结果

井田勘探报告利用“大井法”和“廊道法”两种方法分别对2号、4-2号煤层进行了先期开采地段涌水量预算，矿井正常涌水量为13683m3/d(570.1m3/h)，最大涌水量为20614m3/d( 858.9m3/h)，结合井田周边相邻矿井勘探报告及生产实际中的涌水量情况（东

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部的榆阳煤矿生产期间实际正常涌水量为1600 m3/h左右，西部的可可盖勘探报告正常涌水量1785m3/h，最大涌水量2142m3/h；南部的袁大滩井田勘探报告正常涌水量2000m3/h，最大涌水量3000m3/h）；本次设计取矿井正常涌水量2100m3/h，最大涌水量3000m3/h进行井下排水设计。根据《煤矿防治水规定》确定矿井水文地质类型为极复杂类型。

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2 井田开拓

2.1 矿（井）田境界及储量

2.1.1 井田境界

小纪汗井田位于榆林城西12km，隶属榆林市榆阳区小纪汗乡、芹河乡、岔河则乡镇管辖。该矿的地理坐标为：

东经109°25′25.72″～109°41′35.47″ 北纬38°22′17.99″～38°30′06.15″

在2012年5月，陕西省国土资源厅以陕国土资矿文件对小纪汗煤矿划定了矿区范围，根据《小纪汗井田矿区范围划定批复》，本井田由15个拐点圈定，开采深度由960至610m标高。

矿区总体规划及矿区范围划定小纪汗井田范围及井田面积均是一致的，全井田东西长13.05～19.43km，南北宽7.88～14.33km，井田面积约为220.125km2。本次设计井田边界及拐点坐标以陕西省国土资源厅对小纪汗煤矿划定了矿区范围为准。

井田拐点坐标见表2-1.

表2-1 井田边界拐点坐标表

拐 点 编 号 A B C D E F G H 拐 点 坐 标(m) X 4264251 4264000 4262149 4262130 4260250 4260256 4257950 4257930 Y 37362512 37377812 37377844 37379300 37379272 37380722 37380692 37381961 拐 点 编 号 I J K L M N O 拐 点 坐 标(m) X 4256082 4256088 4255630 4255709 4250019 4250005 4250000 Y 37381750 37381022 37381022 37375561 37375510 37368195 37362502 说明： 以上坐标为1980年西安坐标系，公里网坐标为3度带。 2.1.2 矿井资源/储量

一 、矿井地质资源量

根据陕西省地矿局西安地质矿产勘查开发院提交的《陕西省陕北侏罗纪煤田榆横矿区小纪汗井田勘探报告》及陕西省国土资源厅《陕西省陕北侏罗纪煤田榆横矿区小纪汗井田

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勘探报告》矿产资源储量评审备案证明（陕国土资储备[2012]16号），根据评审备案后的《陕西省陕北侏罗纪煤田榆横矿区小纪汗井田勘探报告》，井田范围内共获得资源量为3159.01Mt，其中探明的内蕴经济资源量(331)为1070.56Mt，控制的内蕴经济资源量(332)为433.43Mt，推断的内蕴经济资源量(333)为1655.02Mt。

井田范围内各煤层煤炭资源/储量估算结果详见表2-2。

表2-2 井田资源/储量汇总表

单位：Mt

类 别 探明的 煤层号 331 2号煤层 2号煤层 3号煤层 3号煤层 4号煤层 4号煤层 5号煤层 7号煤层 9号煤层 合 计 -2-1-1下控制的 332 145.81 / 36.83 45.03 / 92.10 37.91 31.46 44.29 433.43 推断的 333 144.89 37.15 396.31 265.36 99.58 376.22 160.40 33.08 142.03 1655.02 总资源/储量 331+332+333 651.30 37.15 433.14 429.42 99.58 680.56 332.18 194.71 300.97 3159.01 资源储量 分类编码 331+332+333 333 332+333 331+332+333 333 331+332+333 331+332+333 331+332+333 331+332+333 360.60 / / 119.03 / 212.24 133.87 130.17 114.65 1070.56

先期开采地段范围内9层可采煤层共求得各类资源量1448.03Mt。其中探明的资源量1049.92Mt，占该地段总资源量的72.5%，那么其中就有285.99Mt为控制的资源量，112.22Mt为推断的资源量。探明的加控制的资源量1335.91Mt，占该地段总资源量的92.3%。

二 、矿井工业资源/储量 1. 工业资源/储量评价和分类

各煤层经济意义的划分，设计在主要考虑经济指标的同时，又结合地质、技术、环境、政策等有关因素从定性和定量两方面进行了全面分析和综合评价。

井田内的可采或局部可采煤层共有9层，分别是2、2下、3、3-1、4-1、4-2、5、7、9号煤层。其中有主要可采煤层为2号煤层、4-2号煤层，次要可采煤层为3-1、5、9号煤层，其余每层为局部可采。根据矿井开拓部署的方式和井田内煤层赋存情况，设计确定2号煤层的一盘区为矿井的首采盘曲，而且首采煤层2煤层为中厚煤层，所以确定采用综合机械化设备开采。矿井井下在大巷两翼布置两个回采工作面，达到矿井所确定的设计生产能力。在这样的前提和原则下，对煤层经济意义评价如下：

井田内各煤层，按照本次设计成果，财务内部收益率(税后)评价结果表明，以综合机

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械化开采方式开采各煤层测算其财务内部收益率大于煤炭行业的基准收益率8%，财务净现值大于0，其经济效益显著，根据目前地质工作分析，地质可靠程度已达到探明及控制程度部分占全井田资源的48%左右，在现时的市场条件下开采各煤层，技术上可行，经济上合理，其每年开采的煤炭平均价值足以满足投资回报的要求。因此，2、3-1、4-2、5、7、9号煤层经济意义界定为经济的，2下、3、4-1号煤层经济意义界定为边际经济的。

各煤层原煤全硫含量个别钻孔超过3%，由于高硫煤不能连成片，无法达到分采分运的条件，其所具有的资源量不单个列出。

2. 各煤层的分类

根据上述所划分的煤层经济意义可知，井田内各具有经济意义的煤层，结合地质的情况，将本井田具有经济意义的煤层资源划分为以下几种类型：

探明块段划分为111b，采矿损失扣除后为111； 控制块段划分为122b，采矿损失扣除后为122； 推断块段划分为内藏经济的资源量分为333。

边际经济的的煤层资源/储量也可以划分为以下几种类型，分别如下： 划分为边际经济的2M22为各煤层的控制块段。 划分为内蕴经济的资源量333是各煤层的推断的块段。 3. 矿井工业资源/储量计算

根据《煤炭工业矿井设计规范》矿井工业资源的分类说明。矿井中的工业资源／储量就为：111b、122b、2M11、2M22和333k之和。

经过对本矿井已经探明的和控制的资源量进行可行性评价，结合小纪汗矿井的地质条件，各煤层赋存是否稳定情况，本次设计推断的资源量333的可信度系数k取值如下： 2下、4-1煤取0.7；2、5、7、9煤取0.75；3、3-1、4-2煤取0.8。

经计算2791.31Mt就是矿井工业资源/储量。在全井田范围内各煤层的工业资源/储量估算结果见表2-3。

表2-3 矿井工业资源/储量估算表

单位：Mt

地 质 资 源 量 煤层 编号 111b 2 2 3 3 -1下331 2M11 2S11 小 计 360.60 / 119.03 122b 145.81 45.03 332 2M22 36.83 2S22 小 计 145.81 36.83 45.03 333×k 108.67 26.01 317.05 212.29 合 计 360.60 / 119.03 615.08 26.01 353.88 376.35 表2-3 续表

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4 4 5 7 9 -2-1/ 212.24 133.87 130.17 114.65 / 212.24 133.87 130.17 114.65 1070.56 92.10 37.91 31.46 44.29 396.60 36.83 0 92.1 37.91 31.46 44.29 433.43 69.71 300.98 120.30 24.81 106.52 69.71 605.32 292.08 186.44 265.46 合计 1070.56 1286.32 2790.31

三 矿井设计资源/储量

矿井设计资源/储量的计算公式为： 式中

Zsj?Zg?Py

Zsj--矿井设计资源/储量，Mt；

Zs--矿井工业资源/储量，Mt；

Py--永久煤柱损失量，Mt；

所以根据上述的计算方式该矿井的设计资源为矿井工业资源/储量（Zs）减去井田边界煤柱损失后的资源/储量（源/储量为2285.25Mt。 四 矿井设计可采储量

矿井设计可采储量的计算方法是用矿井设计储量减去工业场地所占煤量和主要井巷煤柱的所占的煤量后乘以采区回采率后得到的结果。根据《煤炭工业矿井设计规范》规定，厚煤层的回采率不得小于75%，中厚煤层的回采率不能小于80%，薄煤层的回采率不得小于85%。经过计算，矿井得到的设计可采储量为1733.95Mt。

五 安全煤柱

根据勘探报告和现场收集的相关资料，结合煤炭科学研究总院西安研究院编制的矿井及选煤厂环评报告。榆林新机场隔离区在井田东南部边界附近有部分压覆；井田工业场地布置在井田中部的井克梁附近，除此之外地面再没有别的设施等。

根据上述情况，本次设计对小纪汗乡、机场隔离区、榆林市城市规划范围及工业场地均按相关规定留设来保护煤柱。由于没有实测的岩层移动角参数，所以设计就暂根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》的规定取得表土松散层移动角为45°，岩层移动角为70°。其它的村庄分布零散，具体留设情况如下：1. 防水安全煤（岩）柱留设

(1) 构造两侧或四周防水煤（岩）柱

本井田地表没有较大的断层和陷落柱，仅在井田南部发现两处断距落差小于5m的断

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Py）。经过计算矿井永久煤柱损失量为505.36Mt，矿井设计资

点，因此不存在对构造两侧或四周留设防水煤（岩）柱的问题。

(2) 井田边界防水煤（岩）柱

矿井移交回采的2号煤层本井田西部边界埋深在500m左右，本次设计2号煤层防水煤柱按50m留设，在本井田边界一侧留设宽度为25m的境界防水煤柱，以下各煤层按岩层移动角计算确定， 2下、3、3-1、4-1、4-2、5、7、9煤防水煤柱井田一侧留设的煤柱分别为29m 、34m、38m、44m、56m、70m、81m、91m。

(3) 盘区边界的防水煤（岩）柱

设计盘区边界留设的防水煤（岩）柱宽度为20m。 (4) 水淹区防水煤（岩）柱

该矿的可采煤层无水淹区，因此不留设水淹区防水煤（岩）柱。 2. 机场煤柱

在井田西南部井田边界拐点K点附近有新建的榆阳机场，本次设计对井田范围内的机场留有机场保护煤柱，煤柱留设方法按移动角采用垂直剖面法计算，围护带的宽度为50m。

3. 城市规划范围煤柱

根据现有资料，本次设计对井田内的城市规划范围留设保护煤柱，超出区域保护煤柱按移动角采用垂直剖面法计算，围护带宽度为50m。

4. 主要开拓巷道所留煤柱

为防止围岩压力的影响，主要开拓巷道两侧各留设100m保护煤柱。 5. 矿区工业场地煤柱

按移动角采用垂直剖面法计算方法来留设矿井主井及风井场地保护煤柱，围护带宽度为20m。

6. 矿区铁路所设煤柱

矿区铁路保护煤柱的计算方法是按移动角采用垂直剖面法计算，所以围护带宽度取10m。

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表2-4 矿井设计可采储量表 单位：Mt

永 久 煤 柱 损 失 开 采 水 平 煤 层 编 号 工 业 资 源 储 量 水源地保护地、 井 田 机场扩高速公路、城市边 界 建区 规划区 3.26 0.14 0.11 2.56 0.03 4.48 1.96 1.12 1.84 15.50 3.63 113.94 50.49 31.81 71.66 4.27 0 10.54 286.34 9.35 11.37 15.38 2.07 22.22 12.31 0 6.96 79.66 设 计 资 源 储 量 工业场地和主要井巷煤柱 工 业 铁路专主要井巷 小 计 场 地 用线 3.74 0.36 2.54 0 4.11 3.48 3.03 2.51 25.73 0.18 8.61 16.73 0.00 开 采 损 失 设 计 可 采 储 量 村庄 小 计 2 2 一水平 3 3 4 4 二水平 5 7 三水平 9 全矿井总计 -2-1-1下615.08 26.01 353.88 376.35 69.71 605.32 292.08 186.44 265.46 2790.31 18.26 2.12 15.50 18.01 4.21 29.55 19.09 0 17.02 123.76 34.50 2.26 140.92 86.45 38.12 127.91 37.62 1.12 36.35 505.26 580.58 23.75 212.96 289.89 31.58 477.41 254.46 185.32 229.11 2285.05 2.95 32.42 109.63 0.00 0.18 3.53 30.40 40.09 4.74 88.30 45.96 33.59 31.35 438.53 20.03 172.25 227.15 26.84 353.19 183.84 134.34 177.67 1733.85 1.35 10.32 3.39 22.66 0.00 0.00 21.77 10.03 35.91 18.96 10.30 12.95 2.22 24.66 4.06 17.39 4.62 20.08 19.77 115.23 28.62 163.62 387.58 18

2.2 矿井设计生产能力与服务年限

2.2.1 矿井工作制度

设计矿井年工作日为330天，井下实行“四·六”工作制即分为四班工作每班工作时间为六小时,地面实行“三·八”制三班工作每班时间为八个小时,每天净提升时间16h。

2.2.2 矿井设计生产能力

矿井是不是能迅速投产、达产和尽早见效益，矿井生产能力确定的是否合理起着至关重要的作用。而矿井设计生产能力与众多因素有关分别是：（1）井田地质构造（2）水文地质条件（3）煤炭资源量及煤质（4）煤层赋存条件及建井条件（5）采煤机械化装备水平及市场需求等。

根据井田的储量计算可以供本井田选择的规模有8.0Mt/a、10.0Mt/a、12.0Mt/a、15.0Mt/a。结合本井田的各种相关因素具体情况论述如下：

1. 资源/储量

煤炭储量是决定矿井生产能力的主要因素之一。小纪汗矿井内参与储量计算的分别为2、2下、3、3-1、4-1、4-2、5、7、9等9层可采煤层，共计算得工业储量2790.31Mt，可采储量为1732.85Mt。按照井型8.0Mt/a、10.0Mt/a、12.0Mt/a、15.0Mt/a及1.40的储量备用系数计算，矿井服务年限分别为154.8、123.8、103.2、82.6a。从服务年限看154.8、123.8、103.2、82.6a等服务年限均能满足《煤炭工业矿井设计规范》要求的建井规模。

2. 煤层赋存条件

该井田可采煤层有9层，其中主采的有6层煤层，分别为2、3-1、4-2、5、7、9号煤层，首先开采的煤层是主采的2煤层。2号煤层从总体上看是西北最厚，由西北向东及向南逐步变薄，一直到到井田东部变为不可采。在全井田范围内厚度变化由0.8～8.64m，。井田西北部区域开采条件优越回采高度均在4.5m以上，配备1～2套综采设备后矿井生产规模就可以达到可达到10.0Mt/a，中部及东部较薄区域煤层厚度平均在2.0m左右，所以为了保证10.0Mt/a的生产能力，后期回采时就必须要布置两个综采工作面。

矿井的另一主采煤层为4-2煤层，该煤层厚度变化在0.80～2.72m之间，该煤层的平均厚度在2.02m左右。该煤层全区可采，煤层地质结构简单，顶底板条件也比较好，属全区可采的中厚煤层。

除了首采2、4-2煤层以外，其它的2下、3、3-1、4-1、5、7、9号煤层均为薄煤层及中厚煤层，煤层平均厚度都在2.0m以下，而且都是大部可采的较稳定煤层。

目前煤炭开采技术和本井田的煤层赋存情况，虽然小纪汗井田总储量较大，但是全井田煤层较多，除2号煤层西部区域煤层较厚外，其余煤层均为薄及中厚煤层，各煤层存在有一定的压茬关系，所以说各煤层工作面单产的能力有限，所以小纪汗矿井生产能力受各

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煤层厚度和工作面单产能力的限制，根据现有采煤设备的生产情况，按中厚煤层工作面生产能力平均3.0-4.0Mt/a考虑，井下最多要同时布置3～4个综采工作面才能保证10.0Mt/a的设计生产能力，所以本矿井生产能力不能太大。

3. 开采技术条件

在瓦斯与顶、底板方面，可采的各个煤层瓦斯含量较低，顶、底板的岩性多属软弱、半坚硬的层状岩类，稳定性较好，对于建设大型现代化的矿井有利。

由于现在防治煤层自燃及煤层爆炸方面的手段较多，虽然井田内各煤尘均具有爆炸性危险，煤层自燃情况由不自然到易自燃，但是煤层自燃及煤尘爆炸倾向已经不是制约矿井能力的主要因素。

总的来看，小纪汗井田，地质方面较好、瓦斯含量低、开采技术条件较相对比较优越，建设现代化大型矿井的技术条件具备。

4. 市场需求

小纪汗矿井的煤主要销售给榆横电厂。根据配套电厂初期规模，年用煤量约3.0Mt左右，但煤化工园区通过榆横铁路与国铁神(木)～延(安)相连，多余煤炭可以通过该铁路运到华电集团其它电厂。从市场情况看，矿井建设规模8.0Mt/a～12.0Mt/a其销售是有保证的。

5. 矿井开采的外部条件

小纪汗矿井交通运输条件便利，供电电源可靠，水源可靠，外部协作条件良好，拆迁安置问题和征地矛盾不大，主要建筑材料也能够良好的供应，矿井外部建设条件具备。

6. 总体规划

榆横北区共规划有10个井田，其中有1个是改扩建矿井、5个新建矿井、4个备用勘查区。规划建设总规模90.0Mt/a，初期规模33Mt/a。最后本矿井的设计规模被批复为10.0Mt/a。

由以上可看出，井田内可采煤层多，井田总储量大，就单单从井田储量上讲，矿井设计生产能力即使为15.0Mt/a其服务年限也能满足规范要求。但从井田内各煤层的煤层厚度情况中来分析，除2号煤层厚度较大外，其余各煤层均属于薄及中厚煤层，且相互存在压茬关系，所以工作面生产能力有限，那么，从矿井平衡生产、合理、可行的角度考虑，全矿井生产能力不宜太大。结合榆横北区的总体规划的批复意见，设计认为矿井生产能力为10.0Mt/a。

2.2.3 矿井设计服务年限

由于矿井面积较大，煤层赋存稳定经过合理考虑与分析认为矿井的设计生产能力最终为10.0Mt/a。由于井田内的可采储量为1733.95Mt。计算得矿井的服务年限为123.8a。所以设计最终认为矿井设计服务年限为123.8a。

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2.2.4 矿井储量，设计生产能力和服务年限的关系

矿井设计服务年限按下式计算： T?Z/K*A 式中：

T—矿井服务年限，a； Z—矿井设计可采储量，Mt； k—储量备用系数，取1.4； A—矿井设计生产能力，Mt/a。 则： T=1732.85÷(1.4×10.0)=123.8a

按矿井10.0Mt/a的规模，考虑1.40的储量备用系数，井田内的可采储量为1732.85Mt，最终计算得矿井的服务年限可达123.8a。

经过计算得到矿井一水平工业储量1441.01Mt，经计算可采储量884.80Mt，所以服务年可达63.2a。

2.3 井田开拓

2.3.1 工业场地及井口位置的选择

(一) 工业场地选择原则

结合《煤炭工业矿井设计规范》煤炭外运条件等，矿井工业场地和提升井口选择的主要原则如下：

1. 工业场地与井口位置应尽量选择在工程地质条件好、煤层埋深浅、孔隙含水层、沙层厚度小、富水性弱的地方，避开断层破碎带、采空区；

2. 与外界联系方便如：水、电、通讯等；

3. 有利于首采区的开采，资源要丰富，村庄可以不迁移或少迁； 4. 工业场地尽量少占农田，尽量减少煤量的压覆； 5. 井田两翼资源均衡，便于井下开采； 6. 避开地质不良的地段，要求场地稳定性好；

7. 为了减少井下运输成本，工业场地尽量靠近储量中心； 8. 工业场地平缓，土方工程量小，尽量减少成本。 (二) 工业场地位置方案

根据上面所提出的原则，井田所处的地理位置，外部运输条件、地形、水电分布等众多因素，提出以下三种方案，分别是：

方案一：井田中部场地

方案一 所选的井田中部的场地位于井克梁一带的沙地上，该场地的第四系风积沙厚度小于20m，风积沙厚度较薄。场地地面标高为+1226.5m，首采煤层2号煤层的埋藏深度

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在340m左右，埋藏深度较浅。

场地的地表沙地相对平坦开阔，但场地周围有市级文物保护单位井克梁庙，省级GPS测震台、小型村庄聚集，所以都应留设相应的保护煤柱。

方案二：井田南部场地

所选场地位于井田南部边界的石头梁村附近，场地所在位置第四系风积沙厚度平均61m，风积沙厚度大，场地地面标高+1225m，首采的2号煤层埋深320m左右，压煤量较少。

方案三：井田西部场地

所选场地位于井田西部边界中部的小苏计村，场地地表标高+1250m，第四系风积沙厚度平均50m，风积沙厚度厚，首采2号煤层埋深440m左右，煤层埋藏较前两个方案深。

从井田地形、煤层埋深、煤层赋存等方面分析，方案二的南部场地虽然在无煤区内，压煤少，但是风积沙厚度大，场地富水性强，井底煤层薄不符合工业场地的选择原则，如果煤层薄在矿井开拓中岩巷及半煤岩巷的施工量将大大增加大，不利于矿井初期达产和见效益，所以该方案不予选择。方案三西部场地虽然首采盘区煤层厚度大，矿井开拓中岩巷及半煤岩巷的施工量小，但第四系风积沙层厚度很大，且富水性强，需要采用冻结法施工才能安全施工，所以速度慢，费用高；方案一井田中部场地风积沙厚度只有20米左右，而且富水性弱，所以建设井筒容易，主采2号煤层埋深比西部场地浅，由于主采煤层在中部场地是中厚煤层，所以为了达到矿井设计生产能力，初期需要布置两个工作面才能达产。综上所述，本次设计重点对中部场地及西部场地结合矿井井下开拓方案进行比选，从而选择合理的开拓方案。

2.3.2 井筒形式的确定

矿井中影响井筒形式的因素有以下几点： 1. 井田内地形地貌特点

井田位于黄土高原与毛乌素沙漠相接的地区，整体地形为沙漠滩地，沙漠的覆盖率达到了80%以上，其中新月形沙丘和链状沙丘遍布，沙滩地区较少。井田内地势东高西低，但总体较为平坦，井田内最高点高程+1257.4m；最低点高程+1108.90m，相对高差最大时为148米。第四系沙土层厚度分布不均匀从10米到120米不等。因此，在该矿井中含水情况和第四系沙层厚度对井口和工业场地选择影响较大，从地表的情况来看地形地貌的对它的影响较小。

2. 交通运输条件

神木到延安的铁路、210国道及榆林至神木至府谷的二级公路全部从井田东侧通过，榆林到靖边的沙漠高速公路从井田南侧通过，各村镇之间均有简易通村公路连接，所以不管是外部还是井田内运输都较为方便。 3. 地质构造对井田开拓的影响

井田处于陕北斜坡中部，褶皱和断层等特殊的地质构造都不发育。井田内第四系风积

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沙下的基岩上部，在风化作用下，存在30～50m裂隙带，在基岩顶部，因裂隙密集常导致局部岩石破碎，关于裂隙带，随深度增加岩层逐渐稳定所以岩层中裂隙逐渐减少。因此，地质构造对矿井开拓影响不大。

4. 煤层赋存条件对井田开拓的影响

井田内，首采煤层大部分可采，而且煤层整体较为规整，煤层的可采面积为整个煤层的85%，煤层的可采厚度为0.80～8.64m，平均厚度是3.03m。煤层西北厚东南薄，有相当明显的变化规律。为了便于前期的开采及见效益，首采区应该布置在井田中西部，工作面的推进方向为南北方向。

综上所述，井田内首采2号煤层埋深在173.98～460.36m左右，最浅位于井田东部边界附近，最深处位于全井田西北边界，从煤层的埋藏深度及地形条件的角度看，井田没有平硐开拓条件，结合周边相似矿井的开拓方式，经多方案比较，最终采用混合开拓方式。

2.3.3 井筒数目的确定

一、井筒数目

1. 影响井筒数目选择的因素

(1) 矿区总体规划及矿区范围划定小纪汗井田范围及井田面积均是一致的，全井田东西长13.05～19.43km，南北宽7.88～14.33km，井田面积约为220.125km2，但井口的选择还是受地表沙层厚度的影响较大；

(2) 井田内可采煤层层数多达9层，且多以薄及中厚煤层为主，矿井后期很有可能存在两个或多个煤层同时生产的可能性，所以后期开拓准备工程量较大；

(3) 本矿井生产能力大，井下总风量大，通风线路长（仅副斜井井筒长度就3700m），按主、副斜井进风，回风立井回风的通风系统计算，矿井移交时井下通风负压就接近《煤炭工业矿井设计规范》规定的上限值，矿井后期开采到井田西部边界附近时，现有通风系统无法满足矿井通风需求，矿井井筒数量应结合井下通风、运输综合考虑。

2. 井筒个数与位置

为满足矿井运输与通风安全要求，本矿井移交投产时全矿井共布置三条井筒，主斜井、副斜井位于主井工业场地内，以及风井场地内的中央回风井。根据本井田各煤层的埋深，地质条件等实际情况及矿井通风要求，同时从投资少，施工简单等方面考虑，设计回风井时采用立井。

二 井筒用途、布置及装备

井筒选择最终为主、副斜井和中央回风立井，矿井投产时井筒的主要特征如下： 1. 主斜井

主斜井的井口位于工业场地内，井口坐标：X=4258098.000m，Y=37369245.000m。井口标高+1225.5m，井底标高+890.1m，井筒倾角14°，斜长1350m。为了方便撒煤清理，井筒内底板铺设150mm厚混凝土。井筒断面设计为为直墙半圆拱形，设计的井筒净宽度

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为5200mm，净面积为18.4m2。

井筒中的提升装备为一台1800毫米的带式输送机，为了便于带式输送机的检修，在井筒内安装架空行人器，井筒内还敷设有排水管 、井下消防洒水管路、通信电缆，主斜井主要承担井下煤炭提升任务，兼做进风和安全出口。

主斜井表土段断面图见图2-1，基岩段断面图见图2-2。 2. 副斜井

井口位于主井工业场地内，井口中心坐标：X=4258158.000m， Y=37369305.000m。井口在地面的高度是+1224.8m，井底底板的高度是+890m，井筒倾角5°，斜长3700m。井筒内敷设有井下消防洒水管路和照明、通信电缆等设备，副斜井运输方式为无轨胶轮车连续运输，井筒断面为直墙三心拱形，井筒净宽5600mm，净面积21.4m2。副斜井主要任务是对人员、设备、矸石和材料等辅助提升，兼主要进风井和安全出口。

副斜井表土段断面图见图2-3，基岩段断面图见图2-4。 3. 中央回风立井

井口位于风井场地内，井口中心坐标：X=4260470.000m，Y= 37368997.000m。井口标高+1217.0m，井底标高+890m，井深327m。井筒内装备梯子间，净直径6.5m，净断面积33.2m2，掘进断面井颈段44.2m2，正常段44.2m2。中央回风立井主要任务是担负全矿井初期的回风任务，兼做安全出口。

中央回风立井断面见图2-5。

根据井下工作面接续和井下通风距离，矿井生产十五年后井下工作面推进至西部边界是，现有风机无法满足矿井井下通风要求，因此在一盘区的西部布置西部回风立井；由于本井田面积较大，矿井后期分别在井田南部的石头梁村附近布置一个回风立井，在井田中部赵家峁村附近布置一对进、回风立井，在全井田东部布置转龙湾回风立井。

综上，矿井移交投产时井下共布置三条井筒，随着工作面的推移，后期逐渐增加三个回风立井和一个进风立井，最终全矿井共七条井筒。

2.3.4 井筒断面设计

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S净=18.4m2 S掘=24.6m2

图2-2 主斜井表土段断面布置图

B=1800mm

25 B=1800mm

S净=18.4m2 S掘=20.6m2

图2-2 主斜井基岩段断面布置图

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表2-6 井田内各个煤层间距

煤层编号 间距 (m) 范围 平均 2 6-15 10 2 10-16 14 23-46/35 下3 3 7-15 11 -14 -14 32-42 40 -25 7 25-38 30 9 30-43 14 10-18 30-40 15 34 主要煤层 间距(m) 40-58/49 57-80/70 2.3.8 大巷布置

由于在该井田中大巷的布置都在煤层中，所以他的优点是掘进可实现机械化，掘进速度快、费用低而且能够探明煤层变化。缺点是：无法即平又直，有些煤层巷道维护困难，维护工程量大，费用高。为了保持胶带输送机大巷的平直一般采用挑顶和卧底的方式，有时也会随煤层的起伏布置。由于该井田的地质条件较好，所以辅助运输采用无轨胶轮车运输那么就要保证辅助运输大巷在一定的坡度范围之内。

2.4 井底车场及硐室

2.4.1 井底车场

矿井的开拓方是混合开拓方式，主斜井输采用带式输送机运输，副斜井采用无轨胶轮车运输。矿井移交时，主斜井井筒落底位置在2号煤层的底板，主斜井的运输皮带与2号煤带式输送机大巷的皮带采用直接搭接的形式，因此井底车场运输系统简单。所以井底车场的设计比较简单。

2.4.2 井底车场主要硐室

井底车场是巷道与硐室的总称所以井底车场设置的主要硐室有：中央变电所、中央水泵房、调度室、主、副水仓、井下消防材料库、急救硐室及井下爆炸材料发放硐室等。

1. 排水系统硐室

根据井田开拓方式及首采区煤层赋存特征，井田勘探报告预测的涌水量及井田周边矿井涌水量情况，该设计井下主排水系统按照正常涌水量2110m3/h，最大涌水量3000m3/h进行设计。

中央水泵房长130m、净宽5m、墙高5.9m。水泵房内共设有水泵10台，矿井正常涌水量时5台水泵同时运行、3台水泵备用、2台检修保养，保证矿井排水安全。当矿井达到最大涌水量时6台同时工作。缓减井下排水困难的问题。在该泵房预留了6台MD550-50

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×8型矿用耐磨多级离心式水泵的安装位置，同时配套预留了6趟Ф377×14无缝钢管排水管路的位置，以保证后续工作的顺利进行。

水仓布置在2号煤辅助运输大巷的南侧，设计水仓时按矿井正常涌水量2110m3/h，最大涌水量3000m3/h进行设计。按《煤矿安全规程》规定，水仓有效容量计算公式为：V＝2×(Q+3000)＝10200m3。按照水仓充满系数不小于60%，水仓有效断面按9.8m2计算，井下水仓长度为1041m。水仓采用的清理方式是机械清理方式，水仓内的淤泥经过特殊处理后形成煤泥块，用无轨胶轮车通过副斜井运至地面。以便达到高效的运输方式。

2. 供电系统硐室

井下供电系统设置中央变电所，布置在中央进风立井井底附近，与中央水泵房联合布置。中央变电所长70m、宽5.0m、高4.0m。

3. 井下爆炸材料发放硐室

井下爆炸材料发放硐室是一个独立通风的硐室，它设于副井的东侧，采用壁槽式设计，设独立回风通道，污风流直接进入回风大巷，库房巷道内设炸药和雷管存放间。为了防止危险的发生炸药和电雷管必须分开贮存，并用厚度不能小于240mm的砖墙隔开。

4. 消防材料库

井下消防材料库井底附近，它是井下必不可少的一个硐室，消防材料库设有两个出口通道，一个出口通道与2煤辅助运输大巷相连，另一个出口通道与副斜井井底联络巷相连，通道中安设栅栏门用于警示，通道的宽度和高度应满足消防车辆的出入，消防材料库按规定存有必需的材料，以备不时之需。

5. 井下永久避难硐室

井下共设两个永久避难硐室，分别是一、二号永久避难硐室，每个避难硐室最多容纳100人。一号永久避难硐室位于井底附近2煤西翼辅助运输大巷和2煤西翼带式输送机大巷之间，二号永久避难硐室位于移交的大巷端头附近也设置再运输大巷和辅助大巷之间。永久避难硐室的设计要求为：有效长度30m，宽度4.0m，有效使用面积约120m2。硐室的支护方式是混凝土砌碹支护，砌碹厚度450mm。硐室配备自备供氧系统，供氧量不小于96小时，根据有关规定永久避难硐室储备足的食物及饮用水等物品必须维持100人96小时的需要。

6. 其它硐室

包括井下急救硐室及调度室。

2.4.3 井底车场主要巷道和硐室支护方式

井下的支护方式有混凝土砌碹支护、锚杆支护、锚喷支护等。本矿井中的中央变电所，中央水泵房，水仓采用的是混凝土砌碹支护，其他的硐室采用锚杆锚喷联合支护的方式。

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2.5 方案比较、确定开拓系统

本次设计对提出的两个井田开拓方案进行经济技术比较，具体情况如下：

1. 方案Ⅰ：中部场地主、副斜井回风立井混合开拓方案

该方案选择在井田中部选择场地，该场地的标高为+1225米左右，由于是沙漠地段所以地形较为平坦。首采煤层2号煤层在该处的埋深为340米左右，将该场地分为两种用途，主副井场地和风井场地。主副井场地位于井克梁副井，风井场地在其北部1.9公里处。

设计主井采用斜井，副井形式在可研阶段提出了大倾角斜井、缓坡斜井和副立井三个方案进行比较，通过详细的技术经济比较后最终确定采用5°缓坡斜井。中央回风立井主要服务首采区内的全矿井回风。井下主运输采用胶带输送机运输，辅助运输采用无轨胶轮车。

2. 方案Ⅱ：西部场地主斜井—副立混合开拓方案

工业场地选择在井田西部边界工业场地，主采2号煤层埋深440m左右，矿井采用主斜井、副立井混合式开拓方式。主、副井场地分设，副立井工业场地位于主井场地以北大约1.9km处。场地内布置副立井和一号回风立井及矿井地面设施。

主井采用斜井带式输送机连续运输，担负矿井煤炭提升任务，兼作进风及安全出口。副立井井筒直径为10500mm，净断面积86.6m2，垂深440m，井筒落底后设井底车场。井筒内装备轨距为900mm,1.5t矿车双层四车大罐笼和窄罐笼各一个，提升为多绳摩擦提升机1台，井塔式布置，电动机功率2600kW。井筒内设有梯子间，管道梁、梯子间的固定方式采用树脂锚杆托架固定于井壁上，主要担负矿井正常生产时所有人员、设备及矸石等辅助提升，兼作进风及安全出口。

初期回风立井解决矿井通风问题，兼作安全出口。 井下主运输采用胶带输送机，辅助运输采用无轨胶轮车。 3. 开拓方案比选 方案Ⅰ主要优点：

(1) 所选工业场地位置煤层埋深浅，风积沙层薄，井筒施工容易，费用低； (2) 场地位于井田中央，井下回采工作面可以沿井底实行两翼布置，井下开拓较为合理；

(3) 工业场地布置在压煤少的地方。 方案Ⅰ主要缺点：

(1) 初期井下开拓大巷工程量大；

(2) 由于井底煤层较薄初期井下需布置两个工作面才能达产,井下工作面设备投资大。 方案Ⅱ主要优点：

(1) 井底煤层厚，可以实现比较简单的开采模式；

(2) 井口位于井田西部边界，在煤层最厚的地方，井巷工程量省； (3) 井底处于全井田煤层最低处，井下排水系统简单、方便。

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方案Ⅱ主要缺点：

(1) 井下采用单翼开拓方式，后期开采的运输距离长，成本较高；

(2) 西部场址风积沙层较厚，主斜井穿过第四系风积沙含水层需要冻结法施工，还穿过洛河组砂岩施工难度大，费用高；

(3) 工业场址位于煤层最厚的地方，工业场地、压煤较多，不经济。 井田开拓方案Ⅰ和方案Ⅱ的投资比较详见表2-7。

综上所述，从投资成本上讲，方案Ⅰ要比方案Ⅱ少投资6157万元，从技术上讲，两个方案各有优缺点，从井筒施工的难度及井下开拓方式来讲，中部场地煤层埋深浅，第四系风积沙层薄，建井风险小。因此，最终矿井报告最终推荐方案Ⅰ，即中部场地混合开拓方案。

表2-7 开拓方案经济比较表

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序号 一 1. 1) 2) 项 目 可比投资比较 可比井巷工程量 井 筒 其中： 主斜井 副斜(立)井 井筒冻结费用 车场、硐室 方案Ⅰ（中部场地） 方案Ⅱ（西部场地） 全斜井开拓（一井两面） 主斜井、副立井开拓（一井一面） 投 资 投 资 数 量 数 量 (万元) (万元) 煤巷55208m，岩巷5684m 43775 煤巷32072m，岩巷3369m 35352 岩巷5684m 表土227m，基岩1178m； 表土320m，基岩3431m 煤巷200 煤巷11680m 煤巷43328m； 1405m架空行人器 327m管道梁及梯子间 327m梯子间 带宽B=1.8m，机长1408m，运Q=4200t/h，带ST6300，V=5.6m/s， 功率4×2000kW； 13442 岩巷2572m 3192 7330 2920 250 表土290m，基岩1307m； 表土80m，基岩410m； 表土80m，基岩360m； 180m立井，205m斜井 煤巷1698，岩巷842m 8085 2400 3168 2207 5260 6750 5299 9958 904 100 704 100 12280 4300 进、回风立井 表土60m，基岩617m 3） 大 巷 4） 准备及回采巷道 2. 3. 1) 井筒装备 主斜井 副斜(立)井 进（回）风立井 提升设备 主提升设备（提升机+电机+电控） +地面建筑 辅助提升设备（提升机+电机+电控） +地面建筑 工作面装备 采煤机+刮板输送机+转载机+破碎机+可伸缩带式输送机+泵站+液压支架 12856 煤巷5478m 17227 煤巷24896m 724 90 544 90 1597m架空行人器 440m管道梁及梯子间 440m梯子间 2) 增加10台无轨胶轮车 4. 井下布置两个综采工作面。厚煤层工作面主要设备引进，中厚煤层工作面采煤机引进，其余均为国产两个工作面均装备国产支架配引进电液阀 32.8 4100 带宽B=1.8m，机长1555m，运Q=3000t/h，4500 带ST5400，V=5.6m/s， 功率4×1800kW； 选用900mm轨距1.5t矿车双层四车多绳非标500 大罐笼和窄罐笼各一个，电动机功率2600kW。 39564 井下布置一个大采高综采工作面 21884引进：采煤机+ 刮板++ 转载机+破碎机+可伸缩17680 带式输送机+喷雾泵站+乳化液泵站支架带电液阀全引进 89063 +0 6530+ 1450 46684 46684 二 三 合 计 可比初期投资 建井工期(月) 95220 +6157 37.2（考虑冻结时间）

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3 盘区巷道布置及采煤方法

3.1 盘区布置设计依据

3.1.1 地质资料

首采的盘区一盘区南北长约10.3km，东西宽约6.72km，整体轮廓呈长方形，计算所得面积约69.2km2。主采煤层2煤层在盘区内全盘区可采。煤层厚度变化明显，赋存条件好，盘区内大部无夹矸，煤层直接接触的顶板以泥岩、粉砂质泥岩为主，直接底板的岩性为泥岩、粉砂质泥岩。煤层与其顶底板的接触方式均为明显接触。

1. 煤层赋存特征

首采盘区内2号煤层厚度1.17～8.67m，平均5.79m，由南东向北西变厚，厚度变化规律明显。煤层埋深333.6～417.54m，平均深度起伏12m/km，煤层倾向300°左右，平均倾角0.7°，底板标高变化在+780～+890m之间，该煤层煤类单一，以不粘煤为主，次为长焰煤，属大部分可采的稳定型中厚煤层。

2. 水文地质条件

经过详细勘探本井田首采盘区域内水文地质勘探类型为二类一型，即以裂隙含水层充水为主的水文地质条件的矿床，所以水文地质简单。

3. 其它开采技术条件

2号煤的自燃发火倾向性主要是以不易自燃煤为主，易自燃、不自燃煤次之。自然瓦斯量较低所以瓦斯危险性较小。首采盘区内个煤层均属于地温正常区。

3.1.2 盘区布置要求

一、合理的集中生产

1、获得采煤工作面的合理集中的方法有：选择适当的采煤方法、发展机械化采煤、适当增加盘区尺寸、增大工作面长度和加快工作面的推进速度。

2、通过改变盘区巷道布置系统，合理加大盘区尺寸来实现盘区合理集中； 二、合理的确定盘区生产能力

根据煤层地质条件、现代化的开采技术条件及机械装备等的标准，综合考虑合理确定盘区生产能力。盘区应具有足够的可采储量，并且要满足其服务年限。

三、具有良好的经济效果

以最小的投资获得最大的利益，回采工作面生产效率高，盘区投资成本低。最后获得良好的经济效益。

3.2 盘区的划分

一、盘区划分原则

(1) 首采盘区应尽量布置在主、副斜井井底附近，以保证快速投产；

(2) 煤层赋存条件好，开采技术条件优越，一般保证机械化连续回采一年以上；

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(3) 盘区尺寸合理，有利于工作面接替，减少工作面的搬家次数； (4) 为满足工作面生产能力和盘区服务年限要求，盘区必须要储量丰富； (5) 煤层要搭配开采，解决压茬关系； (6) 尽可能避开村庄和其他地面重要设施。 二、盘区间开采顺序和接替计划

矿井工作面间开采的顺序一般是前进式，由井底位置向井田边界方向推进。盘区内的工作面推进方式是后退式，由盘区边界向大巷方向推进。在煤层群中采用下行式开采。

3.3 盘区布置参数

3.3.1 采煤工作面长度确定

一、采煤工作面长度的影响因素

1、煤层赋存条件：煤层厚度，煤层较薄时，不适合过长的工作面。煤层倾角大于25度时不适宜布置过长的工作面。顶板太过松软或坚硬工作面都不能过长。

2、机械装备及技术水平：机械化水平越高工作面长度越长，但工作面过长又不好管理所以工作面长度也不宜过长。

决定其产量和效率的主要因素工作面长度，适当加大工作面长度，增加工作面的优点有：减少投产时间减少工作面的准备工程量，提高工作面回采率，工作面长了也可以减少工作面端头进刀等辅助作业的时间，有利于提高工作面产量和效率。随着煤炭科技的发展，我国综采回采工艺发展非常迅速，生产管理经验逐渐丰富、成熟；回采工作面产量也有了很大的提高。目前我国长壁综采工作面长度一般在150～350m。工作面长度的确定与开采条件、工人素质及操作水平、管理水平等诸多因素有关，生产实际中必须，合理选择，以保证生产的高效性。

小纪汗矿井设计生产能力是10.0Mt/a，采用综合机械化开采工艺，在矿井投产时同时布置两个工作面保证矿井生产能力。由于该工作面产量较高，若是工作面长度较小时工作面搬家就会频繁，不利于矿井稳产高产，所以结合其他因素，综合考虑确定设计工作面长度取300m。

3.3.2 盘区尺寸

为了充分发挥设备的生产能力，减少工作面搬家次数，工作面推进长度不断加大。结合本矿井的情况，设计根据工作面长度、矿井设计产量、主、辅运输设备性能及盘区合理划分等因素综合考虑，最终确定工作面推进长度在3.0～5.0km左右较为合适。那么盘区尺寸就根据煤层底板的起伏划分，最终将整个主采煤层划分为四个盘区。

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3.3.3 盘区生产能力的确定

一、单个工作面生产能力计算

A?L?V0?m???C0

式中： A---单个工作面生产能力，t/a； L---回采工作面长度，m； V0---工作面年推进度，m/a； m----煤层采高，m； ?---煤层容重，t/m3；

C0---工作面回采率，一般取0.93至0.97。 经计算得单个工作面生产能力为503.8万吨。 二、盘区生产能力计算

A盘区?k1?k2??Ai,(i?1,2?)

式中： A---单个工作面生产能力，t/a； i---同时生产工作面数目；

k1---盘区掘进出煤系数，取1.1左右；

k2---工作面之间出煤影响系数，i=2取0.95；i=3取0.9。

3.3.4 采区回采率

回采率即为采区采出煤量占动用储量的百分比。

《煤矿工业矿井设计规范》中规定采区回采率：厚煤层回采率不应小于75%，中厚煤层回采率不应小于80%，薄煤层回采率不应小于85%。

《煤矿工业矿井设计规范》中规定工作面回采率：厚煤层不应小于93%，中厚煤层不应小于95%，薄煤层不应小于97%。在放顶煤工作面中工作面回采率为85%。

本矿井地质情况简单，煤层为一部分中厚煤层一部分厚煤层，所以中厚煤层回采率为83%。厚煤层回采率为80%。

3.4 盘区巷道布置

一 盘区巷道布置方式的原则如下：

1. 岩巷工程量大施工难度高，所以为了减少岩巷工程量，降低投资，应尽可能多做煤巷少掘岩巷，保证经济性；

2. 满足矿井通风要求； 3. 满足矿井主、辅运输要求。

根据上述原则，根据矿井开拓部署，矿井首采区内采用大巷条带式布置工作面，大巷也作为盘区巷道，不再另设盘区巷道，工作面巷道直接与大巷相连接。

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二、回采工作面巷道布置

为了使掘井工作面通风容易、检修工作面设备方便，矿井移交工作面巷道共布置三条，即一条回风巷、一条带式输送机运输巷、一条辅助运输巷。主运输巷和辅助运输巷道间留设30m的隔离煤柱，并用联络巷进行联络。一个工作面有三条巷道，上一个工作面的辅助运输巷作为下一个工作面的回风巷，为下一个工作面新开凿辅助运输巷和带式输送机巷。

三、盘区车场和硐室布置

矿井采用带式输送机连续运输为主运输，无轨胶轮车为辅助运输，所以盘区车场简单，仅设立一些必要的硐室。

3.5 采煤方法

3.5.1 采煤方法与采煤工艺

1. 煤层特征

本井田主采煤层2煤，煤层赋存条件如下： 2号煤层可采煤厚度范围为0.80～8.63m，平均3.43m。煤层结构简单，局部有含夹矸的情况。煤层的顶板大部分是粉砂质泥岩；底板为泥岩、粉砂质泥岩。煤层与其顶底板均为明显接触。该煤层变化规律明显且厚度较大，结构简单，煤类单一，属于大部分可采的稳定型中厚煤层。

2. 井田地层及构造

地质构造简单，井田内无特殊的地质构造发育如断裂和褶皱等，无岩浆活动痕迹，局部发育宽缓的波状起伏。总体构造的形态为一向北西西缓倾的单斜层，倾向约295°，平均倾角小于1°。井田地质构造简单，对后期矿井的建设影响不大。

3.5.2 采煤方法选择

想要建设高产高效矿井适宜的采煤方法就是是它的关键。总的概括起来能够影响采煤方法的主要有地质构造、煤层赋存状况、煤层厚度及硬度、煤层结构影响等。

根据该井田煤层赋存情况，主采2号煤层首采区内，煤层赋存稳定，厚度变化有规律 ，煤层及顶板硬度大等特点。依据国内外采煤方法发展现状，本着尽量减少投资，创造更多经济效益的原则，设计对2号煤层采煤方法随着煤层的厚度变化分三种情况对待，对于东部煤层较薄的区域，本次设计采用走向长壁薄煤层综采；当然对于井田西部煤层厚度小于6.0m的中厚煤层采用走向长壁大采高综合机械化采煤法进行回采；对于井田西北角煤层厚度大于6.0m以上的区域，由于考虑到回采该部分区域已经在矿井投产十五年以后，所以还是按一次采全高来对待，2号煤层各区域工作面顶板均采用全部垮落法管理。 煤层的倾角小，赋存平缓，含瓦斯量低，煤层不易自燃。根据上述煤层各方面的特点，又因为矿井的设计生产能力大、高产高效，所以按照上述采煤方法的选择，设计初期开采的主采煤层2煤层采用一次采全高综合机械化采煤工艺来进行回采。

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1. 综采工作面采煤工艺

工作面进行回采时的作业顺序为：采煤机机头斜切进刀→移端头支架和过渡支架→移端头刮板输送机→采煤机反向割机头煤→采煤机反向空驶→采煤机割第一刀煤→移架→推刮板输送机→采煤机由刮板输送机机尾斜切进刀进行下一个循环。

2. 工作面顶板管理方式

回采工作面顶板管理方法是采用全部垮落法来管理。

3. 工作面回采方式

工作面回采方式采用后退式。

3.6 巷道掘进及机械化

一、巷道掘进及支护方式 1. 盘区巷道断面的确定

考虑大型设备人员的运输、通风的安全性、掘进用风量、矿山压力显现、巷道服务年限等诸多因素，设计确定盘区主要大巷及工作面巷道的断面均采用矩形断面，井底煤仓检修及上仓斜井采用拱形断面。

盘区巷道断面特征详见表表3-1

表3-1 巷道断面特征表

序号 巷 道 名 称 断面 围岩 断面 净宽 类别 形状 (mm) 煤 煤 煤 煤 煤 煤 煤 煤 矩形 5200 矩形 5400 矩形 5400 矩形 5400 矩形 5400 矩形 5000 矩形 9000 矩形 8000 断面积(m) 净 18.2 18.9 18.9 17.3 18.9 15.0 31.5 24.0 掘进 2支护 方式 运行 设备 胶带 1 西翼带式输送机大巷 2 西翼辅助运输大巷 3 西翼回风大巷 4 工作面带式输送机巷 5 工作面辅助运输巷 6 工作面回风巷 7 厚煤层工作面开切眼 8 中厚煤层工作面开切眼 20.5 锚网喷 22.1 锚网喷 胶轮车 20.4 锚网喷 17.9 20.6 15.8 32.4 24.8 锚杆 锚杆 锚杆 锚杆 锚杆 胶带 胶轮车 2. 盘区巷道支护方式

井下大巷及工作面巷道采用连续采煤机掘进，大巷立交处及部分硐室采用炮掘。设计确定盘区主要巷道支护方式采用锚索加锚喷联合支护，工作面巷道支护方式采用锚索、锚网加钢带联合支护，开切眼采用锚索加钢带支护。

根据巷道掘进所采用的机械设备、结合本矿区邻近矿井施工的实际情况，与国内实际井巷施工的水平来看，矿井生产接续时设计各类巷道掘进进度指标如下：

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