第4章 矿井开拓与开采（已完）

母杜柴登矿井及选煤厂可行性研究报告 第四章 井田开拓与开采

第四章 井田开拓与开采

第一节 井田开拓

一、井田开拓方式及井口位置

(一) 影响井田开拓的主要因素

本井田地质构造简单，大体为一向西倾斜的单斜构造，煤层倾角0～3°，未发现断层；水文地质条件简单；无老窑开采及采空区，对开采无影响。影响井田开拓方式、井口位置的主要因素有：地形地貌、地质构造、煤层赋存特点、凿井工程地质条件、铁路接轨点位置、水源和电源情况、井下开拓部署、工业场地压煤量、技术装备水平和地质勘探程度等。

1. 地形地貌

本井田内地形总体上为东南高、西北低，海拔标高+1302.5～+1278.5m，地形变化不大，地势平缓。井田具风积沙漠～半沙漠地貌特征，半流动和半固定的新月形沙丘及沙丘链遍布全井田，耕地有限，因此，从地形地貌上看，对井口位置和开拓方式的选择影响不大。

2. 地质构造

本区构造形态为一向北西倾斜的单斜构造，地层倾角小于2°。区内断层不发育，无岩浆岩侵入体，故井田地质构造简单,煤层近水平，无煤层露头，同一煤层井田内高差小于120m，从构造上看，对井口位置和开拓方式的选择影响亦不明显。

3. 煤层赋存特点

井田主要可采煤层3-1煤、4-1煤全区发育，赋存深度一般600～700m左右，赋存稳定，厚度变化小，主采煤层之上仅有一中厚2-2中煤层，2-2中煤层大部可采，仅在井田西南部不可采。4-1煤下部还有4-2中、5-1、5-2、6-2上、6-2中五个煤层，井田范围内均大部可采。除3-1煤和4-1煤为厚～中厚煤层（平均厚度4.75m和3.75m）外，其余煤层均为薄煤层或中厚煤层（平均厚度1.80～2.60m）各煤层倾角平缓（0～3°），

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适合长壁机械化开采。

4. 凿井工程地质条件

井田浅部全部被第四系全新统风积沙及沉积砂土地层覆盖，厚度在27.13～135.50m，平均95.26m，南厚北薄，靠近井田储量中心范围内厚度在120m左右，厚度差不明显，新生界地层主要由风积沙、粉细砂、砂粘土、粘砂土组成，下部上更新统砂层富水性较强，上部风积沙层含水相对较弱。因此，从工程地质条件上看，井筒需采用特殊凿井法施工，适合立井开拓，井口位置宜选择在中部或西部。

5. 接轨点位置及外部道路

目前，根据鄂尔多斯市南部铁路公司规划，本矿区内新恩铁路在本井田东北部通过，本矿井接轨点确定在母杜柴登井田东北部大牛地站，因此，从接轨点位置及外部道路上看，井口位置宜选择在井田中部、西部或北部。

6. 水源及电源情况

根据《内蒙古自治区鄂尔多斯呼吉尔特矿区总体规划》，矿区内各矿井的生活用水根据矿区水文地质条件和矿区开发建设规划，统筹建设水源地和输配水管网，位于井田西侧的哈头才当水源地为矿区集中水源地。

母杜柴登井田的供电电源可引自井田北部的图克110kV变电站和葫芦素220kV变电站。

因此，从水源和电源上看，井口位置宜选择在井田西部、中部或北部。 7. 技术装备水平

近年来，我国煤矿矿井技术装备水平有了显著提高，大型多绳摩擦轮提升机与电控装备，大容量立井提升箕斗及提升罐笼等不断创新，为建设特大型立井提供了提升的保证；长距离、大功率带式输送机、多功能无轨胶轮车等连续化、自动化运输设备及工作面高产高效的综放、大采高综采、连续采煤机等现代采掘设备逐渐改变了矿井的生产面貌。因此，从技术装备水平上看，采用立井开拓是可行的。

8. 地质勘查程度

本井田已经完成煤炭勘探工作，可以满足本阶段设计要求。储量级别较高（331）

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块段位于井田东北部，其余部分为332和333，东北部适宜布置首采盘区和首采工作面，井口位置应靠近勘查程度高的区域，因此，从地质勘查程度上看，井口位置宜选择在中部或东部。

9. 后备井田扩展区

与母杜柴登井田西侧边界相邻的尔林滩井田以及其东侧边界的二号勘查区南部的煤层覆存条件、地质特征及开采条件基本相同，有利于矿井的联合开发，可作为母杜柴登矿井的潜在后备资源。这部分潜在的后备预测资源总面积约为90.1km2，资源量量约为1481.32Mt，建议业主进快开展工作获得该区域的资源开发权。母杜柴登井田与潜在后备区的关系见图2-1-3。

(二) 井田开拓方式

根据井田煤层赋存条件及上覆新生界松散地层分布情况，井田煤层埋藏较深，平均700m左右，上覆新生界地层松散，含砂比例较大，富水性强，需冻结法施工。若采用斜井开拓，斜井垂高达700m左右，斜长约2.6km左右，斜井井筒穿过新生界地层厚度约105m，斜长约406m，其中穿过第四系富含水沙层厚度约50m，斜长约193m，因此斜井施工技术难度大，费用高，建设工期长，胶带带强高，运营成本高。根据国内目前技术水平，当井田煤层埋深超过400m后，宜采用立井开拓。因此设计推荐本井田采用立井开拓方式。

(三) 井口位置与工业场地选择 1. 工业场地选择原则

根据本井田的地形地貌特点、煤层赋存条件及煤炭外运条件，矿井工业场地选择的主要原则如下：

(1) 有利于井口位置选择及井筒布置；

(2) 有利于主水平开采，兼顾其它水平，有利于水平大巷布置，初期井巷工程量少； (3) 首采区布置在开采条件好、储量丰富可靠的块段；

(4) 工业场地尽可能靠近公路或铁路，有利于煤炭外运，路线短、工程量小； (5) 工业场地距离供应点、电源、水源较近，有利于煤炭外运，运输线路短，煤炭

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的主运输方向顺畅，井上下综合运营费用省；

(6) 工业场地地形开阔、平缓，便于布置生产系统及生活设施，土石方工程量少； (7) 工业场地尽量不占或少占耕地，少压煤，征地方便；

(8) 工业场地尽量选择在工程地质条件好、煤层埋深浅、表土层薄、沙层厚度小、富水性弱的地方，避开地质不良地段及洪水位威胁，场地稳定性好，满足防洪要求；

(9) 首采区尽量处于地质构造比较简单的区域。 2.工业场地及井田开拓方案

综合分析上述影响因素，结合确定的立井开拓方式，设计主要提出了三个井口及工业场位置方案，并相应提出了三个井田开拓方案，本报告结合三个场地地面及矿井开拓整体部署来选择矿井适宜的工业场地。三个井口及工业场位置见图4-1-1。

(1) 方案一：西部场地方案

工业场地及井口设在井田西部边界，即钻孔H129附近。本场地铁路接轨及场外道路短，利用总体规划中矿区铁路的母杜柴登矿井会让站，工业场地与矿区铁路靠近布置，工业场地压煤最少，井上、下运输顺向，井筒穿过第四系地层较薄，井下排水方便。同时此井位距离鄂尔多斯市南部铁路公司规划的新恩铁路大牛地接轨点仅仅5km左右。

该方案工业场地内共布置三条井筒，即主井、副井和风井。主井井口标高+1291m，井筒深711m，井底煤仓上口高程+690m,采用半上装载方式,水平式定量装载设备，装载高程+630m，主井井筒穿过上覆第四系地层厚度105m，井筒净直径6.5m，装备一套JKM4.5×6型多绳摩擦式提升机及一对45t箕斗，异侧装卸载，提升机井塔式布置。副井井口标高+1290m，井底水平标高+630m，井底车场布置在主采3-1煤层内，副井井筒穿过上覆第四系地层厚度105m，井筒净直径9.4m，主要担负全矿井辅助提升任务兼安全出口，井筒内布置一套带平衡锤的双层宽罐笼和一套带平衡锤的单层窄罐笼，双层宽罐笼尺寸为8000mm×3800mm×11100mm，除能够满足液压支架等大型设备整体提升外（采煤机、支架运输车、刮板机等大型设备需解体），还能够保证中、小型设备整体进出宽罐笼；风井井口标高1291m，井底标高+460m，井筒穿过上覆第四系厚度108m，井筒净直径6.5m，为专用回风井，担负矿井北部和中部盘区回风，兼作安全出口。

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图4-1-1 三个井口及工业场位置示意图

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全井田设一个开采水平，水平标高+630m，井底车场设在主采3-1煤层内，后期下部煤层开采主、副立井不再延深。采用主运输暗斜井和辅助运输暗斜井延深至深部各个煤组，回风立井直接延深至下部各个煤组。

矿井移交时，分别在2-2中煤层和3-1煤层中分别布置一个工作面，达到矿井设计生产能力。三条井筒进入煤层后，在3-1煤层内从东到西布置一组水平大巷，井下煤层主要采用大巷条带式开采。移交时为方便在无压茬关系的区域分别布置2-2中煤层和3-1煤层工作面，设计在井底附近大巷北侧两层煤中分别布置两组盘区巷道。井田内各个煤层均采用下行式开采方式。

矿井初期投产3-1煤1个大采高工作面和2-2中煤1个中厚煤层综采工作面，工作面布置在井底无压茬关系的区域。井下煤炭及辅助运输分别采用带式输送机及无轨胶轮车连续运输。

方案一（西部场地方案）开拓方式平面图见图4-1-2。 (2) 方案二：中部场地方案

工业场地位于井田中部，即钻孔H126北侧。该场地井口靠近井田储量中心，井下运营费用低，有利于前期2-2中煤与主采3-1煤配采，初期开拓及回风巷道布置顺畅，井巷工程量省，设备占用少，运输、通风环节少，更易实现合理集中生产。

该方案工业场地内布置三条井筒，即主立井、副立井和中央回风立井。主立井井口标高+1290.8m，井底标高为+507.0m，井筒深度为783.8m，井底煤仓上口标高+635m，井下主井井底装载方式采用下载式，主立井井筒穿过上覆第四系地层厚度120m。副立井井口标高+1290.8m，井底水平标高+605m，井筒深度为685.8m，井底车场位于主采3-1煤层内，井底车场标高+635m，井筒穿过上覆第四系厚度120m。回风立井井口标高+1291.0m，井底标高+620.0m，井筒深度为671.0m，井筒穿过上覆第四系厚度120m。

主立井选用1台JKM4.5×6（Ⅲ）型多绳摩擦式提升机，塔式布置，提升容器为45t箕斗一对；副立井选用两套提升设备，一套装备一台JKM5×6（Ⅲ）多绳摩擦式提升机，塔式布置，提升容器为一个双层六绳特大罐笼+平衡锤，另一套装备JKM1.6×4（Ⅰ）型多绳摩擦式提升机一台，塔式布置，提升容器为一个交通罐笼+平衡锤；中央回风立井

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图4-1-2 方案一（西部场地方案）开拓方式平面图

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安设2台对旋轴流式通风机，矿井初期采用中央并列式通风系统。后期采用分区式通风方式。

井田主水平设在3-1煤层中，水平标高+635m，分别在2-2中、4-1、4-2中、5-2及6-2中煤层中设置五个辅助水平。矿井移交时，3条井筒掘进至主水平，后期开采下部各辅助水平时，采用主、副暗斜井延深到各辅助水平，主、副立井均不再延深，回风立井延深至各个辅助水平。

矿井投产在3-1号煤层302盘区东部边界附近布置一个大采高综采工作面，在2-2中煤层201盘区大巷以北的西部边界附近布置一个中厚煤层综采工作面。井下煤炭及辅助运输分别采用带式输送机及无轨胶轮车连续运输。

方案二（中部场地方案）开拓方式平面图见图4-1-3。 (3) 方案三：东部场地方案

工业场地亦位于井田东部，即钻孔H122附近。该场地处井底煤层埋藏较浅，第四系厚度较薄，开拓工程量小。外部道路接线距离短。工业场地位置较平坦，井底位于高级储量块段。

该方案工业场地内共布置三条井筒，即主井、副井和风井。主井井口标高+1288m，井底煤仓上口标高+730m,采用半上装载方式,水平式定量装载设备，装载标高+670m，主井井筒穿过上覆第四系地层厚度120m，井筒净直径6.5m，装备一套JKM4.5×6型多绳摩擦式提升机及一对45t箕斗，异侧装卸载，提升机井塔式布置。副井地表标高+1288m，井底水平标高+670m，井底车场布置在主采3-1煤层内，副井井筒穿过上覆第四系地层厚度120m，井筒净直径9.4m，主要担负全矿井辅助提升任务兼安全出口，井筒内布置一套带平衡锤的双层宽罐笼和一套带平衡锤的单层窄罐笼，双层宽罐笼尺寸为8000mm×3800mm×11100mm，除能够满足液压支架等大型设备整体提升外（采煤机、支架运输车、刮板机等大型设备需解体），还能够保证中、小型设备整体进出宽罐笼；风井地表标高1288m，井底标高+650m，井筒穿过上覆第四系厚度120m，井筒净直径6.5m，为专用回风井，担负矿井北部和中部盘区回风，兼作安全出口。矿井前期采用中央并列式通风系统，后期在井田西部边界新掘两条进、回风立井，全井田共开凿五条井筒。

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图4-1-3 方案二（中部场地方案）开拓方式平面图

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全井田设一个开采水平，水平标高+670m，井底车场设在主采3-1煤层内，后期下部煤层开采主、副立井不再延深。采用主运输暗斜井和辅助运输暗斜井延深至深部各个煤组，回风立井直接延深至下部各个煤组。

矿井移交时，分别在2-2中煤层和3-1煤层中分别布置一个工作面，达到矿井设计生产能力。三条井筒进入煤层后，在3-1煤层内从东到西布置一组水平大巷，井下煤层主要采用大巷条带式开采。移交时在井底附近的区域分别布置2-2中煤层和3-1煤层工作面，工作面上下重叠布置，但是在推进方向上错开1.0km左右。井田内各个煤层均采用下行式开采方式。井下煤炭及辅助运输分别采用带式输送机及无轨胶轮车连续运输。

方案三（东部场地方案）开拓方式平面图见图4-1-4。 3. 井口及工业场地方案比较

井口位置3个方案中，三方案与一、二方案比较，三方案突出缺点是：地面铁路接轨距离远；井下煤炭反向运输；距离初期开采3-1煤无压茬关系的块段远，初期工程量大。突出优点是：煤层埋藏较浅，三条井筒长度共减少约100m；第四系厚度较一、二方案减少约30m，特殊凿井费用有所减少；外部公路接线距离较二方案减少约3.5km，较一方案减少约7km。综合分析，三方案与一、二方案比较，缺点大于优点，故首先舍弃三方案，不再深入比较。为此设计只对一、二方案进行深入比较。

(1) 方案一 优点：

① 井口位于井田西部边界，工业场地靠近矿区铁路专用线布置，矿井装车站及材料线可直接沿矿区铁路布置（或布置在总体规划中的矿区铁路母杜柴登会让站），产品煤皮带走廊直接上仓装车；场外公路也可与矿区干线对接。

② 工业场地靠近矿区铁路布置，场地部分进入铁路煤柱内，故工业场地压煤量较二方案少。

③ 由于矿井工业场地靠近矿区铁路专用线，使井上、下运输顺向，无反向运输，矿井初期井上、下运输费用省。

④ 工业场地位于井田西部边缘，使井底处于各煤层深部，井下排水方便，使初期大巷工程量小。

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图4-1-4 方案三（东部场地方案）开拓方式平面图

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⑤ 井筒穿过第四系表土砂层较第二方案浅。 缺点：

① 井口位于井田西部边界，偏离井田储量中心约3.0km，使井下煤炭、材料设备及人员运送距离长。

② 井口位于井田西部边界，主要大巷东西布置，井下工作面主要采用大巷条带式开采，但初期在3-1煤与2-2中煤无压茬范围需布置两组盘区巷道，工作面需自东向西回采，且运输环节多。

③ 井口位于井田西部边界，且在2-2中煤不可采边缘，煤层大巷开拓准备需自西部边界逐步向东部推进，盘区及工作面依次接替。本井初期布置的3-1煤大采高工作面必须布置在无压茬关系的区域，开拓大巷东西布置后，中一盘区的南部在2-2中煤尚未提前回采的前提下，限制了下面的3-1煤大采高工作面的推进长度。

④ 井口位于井田西部边界，井下形成单翼开采，随着生产进行，当矿井煤炭目标市场变化，需要增加开发强度，两个厚煤层同采时，不仅通风受到限制，且运煤胶带输送机能力也不能满足要求，故矿井增产余地小，灵活性差。

⑤ 井口位于井田西部边界，偏离了井田内高级储量块段，增强了井下煤层情况、地质构造的不确定性，给合理的巷道布局，采煤方案选择带来了困难。

⑥ 井口位于井田西部边界，偏离了井田中心，使主工业场地内的回风井筒有效、合理的服务年限减少，增加了工程量、大大减少了原回风井的利用率。

⑦ 《呼吉尔特矿区总体规划》的伊乌铁路、省道313中间段（兰家梁——嘎鲁图）、矿区南部220kV变电站目前都是规划设计阶段，其建成后矿区铁路才能自伊乌线上的察汗淖会让站接轨，建设矿区铁路；矿区公路才能自当乃海子向西进入南部矿区；矿区变电所在其上部规划中的220kV图克变电站建成后才能开始建设。新恩铁路和阿小公路目前正处于规划设计阶段。因此上述外部条件需要一定的建设周期，本井开发建设提前于上述外部条件，本井口位置距现有乡镇公路、电源（呼吉库乡）等均较远，特别是施工时进场道路、电源不方便。

(2) 方案二

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二方案的优缺点与一方案相反，不再重述。 (3) 方案一、二经济比较

方案一、二技术各有优缺点，设计对其投资进行详细的比较。 矿井工业场地及开拓方式方案技术经济比较见表4-1-1。

表4-1-1 井口位置可比项目经济比较表

可 比 项 目 主井井筒D=6.5（冻法施工） 副井井筒D=9.4（冻法施工） 井 中央风井D=6.5（冻法施工） 巷 井底车场 工 主要石门 程 主要大巷 采区巷道 可比工程量小计 铁路专用线 土 建 场外道路 工 输变电线路 程 土建工程量小计 可比工程量投资总计 井下年运量（Mt.km） 及年运输费用（万元） 工业场地压煤量（Mt） 建井工期（月） 方案一（西部场地） 数量 711 701 709 3965 3562 14165 15280 39093 8.4 0.5 39.5km/26.5km 74.9km 83.7Mt/km 21.51 Mt 44月 投资（万元） 14604 20008 12903 6265 5343 18887 13751 91761 21000 186 5940 27126 118887 12552 方案二（中部场地） 数量 783.8m 685.8m 671.0m 3835m 2154m 7634m 30827m 46591m 10km 6.672km 38km/25km 79.672km 64.5Mt/km 29.92 Mt 42月 投资（万元） 16099 19575 12212 6136 3231 10179 27744 95176 25000 2483 5670 33153 128329 9673 (4) 方案比选结果

综合分析，方案三矿井井上下主煤流严重反向，设计不推荐该方案。一方案初期接轨距离，场外道路较二方案短，但其初期井巷工程量多，方案一与方案二初期总投资相差不大；方案一工业场地偏离井田储量中心，虽然初期井上下运输量少，但矿井服务年限内井下总运量及井上、下总运输费用多较方案二大。

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二方案井口位于井田储量中心，井下主、辅运输费用低，通风距离短、负压稳定，中央风井服务时间长；井下可两翼或多翼同时开采，首采工作面位置选择容易，厚薄煤层配采容易，有利于矿井稳产、增产；矿井初期及总开拓工程量省。设计推荐方案二。

二、水平划分

(一) 水平划分原则

矿井水平划分应根据煤层赋存条件、地质条件、开采技术与装备水平、资源/储量和生产能力等因素，综合比较确定。对近水平煤层群开采，当煤层间距不大时，宜采用单一水平开拓；当煤层间距大时，可分煤组(层)多水平开采。

(二) 煤层赋存特点

本井田为近水平煤层，煤层倾角0～3°，8个可采煤层含煤段地层总厚度为190m，各煤层平均间距11.22～42.22m，各煤层间距见表4-1-2。井田内3-1及4-1煤为矿井主采煤层，平均厚度为4.75及3.75m，主采煤层可采储量364.40Mt，占全井的56.6%，是矿井主要开采对象，其余较薄煤层平均厚度一般1.0～1.9m左右，可采储量279.11Mt，占全井的43.4%，是矿井的重要组成部分。由于2-2中煤层相对较薄，3-1煤层较厚。且2-2中煤与主采3-1煤层平均间距30.43m，3-1煤可采厚度平均达4.75m，故二者有压茬关系；从压茬关系及厚薄情况看两层应配产。4-1煤以下4-2中煤与4-1煤间距达40～60m，根据上行开采实际资料，二者可以实现配产。2-2中煤与3-1、4-1与4-2中煤分别配产可持续约50年左右。

(三) 煤层群分组

根据煤层赋存特征及间距，共划分为六个煤组。2-2中、3-1、4-1、4-2中煤层间距较远，分别单独划分为一个煤组，5-1和5-2、6-2上和6-2中煤层间距较近，宜联合布置，将5-1和5-2、6-2上和6-2分别划分为两个煤组。

(四) 水平划分

根据井田煤层赋存特征、开拓方式、煤层分组及配产关系，并考虑到第一水平有足够的可采储量和合理服务年限，使之适应高产高效、集中化生产的要求，尽可能多做煤巷、少做岩巷的原则，设计提出了两种划分方案。

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表4-1-2 煤层间距表

煤组号 2 3 煤层 编号 2-2中 3-1 4-1 4 4-2中 5-1 5 5-2 6-2上 6 6-2中 煤层可采厚度 最小～最大 平均 0.80～3.85 1.88 2.85～6.73 4.75 3.25～4.41 3.75 0.85～2.02 1.36 0.80～2.21 1.41 0.89～2.63 1.72 0.80～2.48 1.31 0.80～2.26 1.23 煤层间距(m) 最小～最大 平均 22.09～41.10 30.43 35.37～52.74 42.22 20.98～51.17 33.84 19.94～47.36 35.1 9.08～37.56 20.76 5.83～30.30 13.08 0.15～29.65 11.21 夹矸层数 最少～最多 一般 0～2 0 0～1 0 0～1 0 0～2 1 0～2 0～1 0～1 0 0～2 0～1 0～1 0 可采 程度 大部可采 稳定 程度 59.75 全区可采 206.98 全区可采 157.42 大部可采 大部可采 大部可采 大部可采 大部可采 51.14 38.48 54.21 32.05 43.49 1. 方案一

方案一井田划分为一个主水平，五个辅助水平。井田主水平设在3-1煤层中，水平标高+635m，分别在2-2中、4-1、4-2中、5-2及6-2中煤层中设置五个辅助水平。矿井移交时，三条井筒掘进至主水平，后期开采下部各辅助水平时，采用主、副暗斜井延深到各辅助水平，主、副立井均不再延深，回风立井则延深至各个辅助水平。

2. 方案二

方案一井田划分为两个主水平，四个辅助水平。一水平设在3-1煤层中，水平标高+635m，分别在2-2中煤、4-1煤和4-2煤层中设置辅助水平。二水平设在5-2煤层中，水平标高+490m，在6-2中煤层中设置辅助水平。井筒掘进至主水平，采用主、副暗斜井延深到各辅助水平，回风立井则延深至各个辅助水平。

3. 方案比选

结合本井田的具体情况对矿井水平划分从如下几个方面进行论证选择

(1) 3-1煤与2-2中煤间距30.43m，4-1煤与4-2中煤间距40～60m，各主采煤层

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采用斜巷联系方便。下部较薄煤层（5-1、5-2、6-2上、6-2中），距主采3-1煤层间距较大（距6-2中煤180m，距5-2煤145m），但煤层可采厚度一般在1.0～1.5m之间，多为局部可采，可采储量仅有164.71Mt，服务年限为19.6a，为节省开拓工程量，其下部煤层开拓可利用主水平开拓工程。

(2) 若采用两个水平开拓，一水平井底车场及硐室设在3-1煤层内，主井装载水平在3-1煤层，二水平井底车场及硐室设在5-2煤层内，主井装载水平设在5-2煤层。由于井田各个煤层均为近水平煤层，每个水平内各组煤层与主水平联系的主运输及辅助运输斜巷总长度与方案一相比基本相同，只是相对缩短了每个煤层到井底车场及井底煤仓的运距，却增加了一个水平的开拓巷道及硐室，增加了主提升距离及时间。

(3) 采用两个水平开拓，能够减少排水环节，减少了矿井排水能耗，但是增加了主提升的无效提升量，开拓延深影响矿井正常生产。单水平开拓，矿井提升距离相对短，无效提升量小。

设计认为井田各个煤层为近水平煤层，采用单水平开采，主运输采用带式输送机运输，辅助运输采用无轨胶轮车运输，辅助水平与主水平之间的主、辅运输联系方便，且能够大量减少开拓工程量，设计推荐方案一。

(五) 主水平标高

根据含煤段垂高，主采煤层位置、井底车场支护条件及初期井巷工程量等因素，设计提出了两种水平标高方案。

1. 方案一

该方案将水平标高设在3-1号煤层中，井底车场落底水平标高为+635m，在3-1号煤层中布置一组东西翼大巷。2-2中煤层煤流通过2-2中煤层集中煤仓转载到3-1煤集中配仓联巷，3-1下部各个层煤层煤流通过集中运输斜巷运至3-1煤集中配仓联巷；各个辅助水平辅助运输通过辅助运输斜巷与主水平联系。

优点：

(1) 本矿井煤层顶底板抗压强度偏低，一般22.8～38.8MPa，特别是泥质胶结岩层遇水软化，而煤层抗压强度及整体性较好，较岩层易于维护。而本井主采3-1煤层最厚

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（平均4.75m左右），因此，井底车场及硐室设在3-1煤层维护条件最好；

(2) 初期大采高工作面布置在3-1煤中，在2-2中煤布置一个综采工作面，主要开采水平设在3-1煤层内，初期主、辅生产系统联络巷道少，初期井巷工程量最省；

(3) 主采煤层主提升距离短，无效提升量小。 缺点：

(1) 4-1煤层排水需要接力排水，排水环节相对于方案二多； (2) 主水平距离下部薄煤层相对较远。 2. 方案二

该方案将水平标高设在4-1号煤层中，井底车场落底标高为+590m，在4-1号煤层中布置一组东西翼大巷。2-2中煤层及3-1煤层煤流分别通过2-2中煤层集中煤仓及3-1煤集中煤仓转载到4-1煤集中配仓联巷，4-1下部各个层煤层煤流通过集中运输斜巷运至4-1煤集中配仓联巷；各个辅助水平辅助运输通过辅助运输斜巷与主水平联系。

优点：

(1) 4-1煤层及其以上各个煤层均不需要接力排水，排水环节少； (2) 主水平距离下部薄煤层相对较近。 缺点：

(1) 4-1煤层厚度相对较薄（平均3.75m左右），但首采煤层为3-1煤层和2-2中煤层，井底车场及硐室维护条件相对较差，初期工程量大，建井工期长。

(2) 3-1煤层和2-2中煤层来煤需要通过煤仓溜到主水平，主提升无效提升量大。 综上所述，设计确定主水平标高为+635m，井底车场及硐室设在3-1煤层内，五个辅助水平不再严格确定水平高程，分别沿煤层布置开拓大巷。

三、开拓巷道布置

(一) 开拓巷道布置 1. 开拓巷道布置的主要原则

(1) 开拓方式简单,移交工程量少，建设周期短； (2) 运输系统简单，环节少，效率高；

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(3) 首采区需要选择在井田高级储量区域。 2. 开拓巷道布置方案

根据选择的矿井工业场地及开拓方式，矿井在中部工业场地内布置三条井筒，即主立井、副立井及中央回风立井，根据井下大巷布置方位不同，设计提出两个大巷布置方案。

(1) 方案一：南北向布置大巷。

该方案在主水平3-1号煤层中沿井田中央附近南北布置一组大巷，并在井田东翼布置一组大巷，大巷呈“T”字型布置，大巷采用煤门与井底车场连接，下部各辅助水平大巷与主水平大巷上下重叠布置，采用大巷条带式开采。井田厚薄煤层配采，采用下行开采。

矿井投产在3-1煤和2-2中煤分别布置1个大采高综采工作面和1个中厚煤层综采工作面，3-1煤工作面布置在303盘区南翼无压茬关系的区域，2-2中煤工作面布置在201盘区西翼。井下煤炭及辅助运输分别采用带式输送机及无轨胶轮车连续运输。

方案一大巷布置平面图详见图4-1-5。 (2) 方案二：东西向布置大巷

该方案沿井田东西向“一”字型布置一组大巷，布置盘区巷道开采局部可采煤层井田西北部区域，主采煤层及局部可采煤层其它区域采用大巷条带式双翼开采。井田厚薄煤层配采，采用下行开采。

矿井投产在在3-1号煤层302盘区东部边界附近布置一个大采高综采工作面，在2-2中煤层201盘区大巷以北的西部边界附近布置一个中厚煤层综采工作面。井下煤炭及辅助运输分别采用带式输送机及无轨胶轮车连续运输。

方案二大巷布置平面图详见图4-1-6。 3. 开拓巷道布置方案技术经济比选 (1) 方案一 优点：

① 首采区域3-1煤层与2-2中煤无压茬关系。

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图4-1-5 井田开拓大巷布置方案一平面图

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图4-1-6 井田开拓大巷布置方案二（推荐）平面图

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② 根据井田深部较薄局部可采煤层发育情况，大巷南北布置均可将各煤层贯穿，工作面巷道无效进尺与方案二相比较少。

缺点：

① 矿井将来可能在东、西部边界外扩大范围，扩大部分与原有部分的联合不合理。 ② 开拓系统比较复杂，盘区划分较多，开拓巷道工程量大，煤柱造成的储量损失大，初期投资较多。

③ 工作面推进长度短，搬家倒面频繁。 (2) 方案二 优点：

① 矿井将来可能在东、西部边界外扩大范围，大巷只需分别向东、向西延伸扩大部分，兼顾到了后期矿井扩大区域。

② 大巷位于井田中部，呈“一”字型布置，系统简单，盘区个数少，开拓巷道工程量小，大巷保护煤柱造成的储量损失小，初期投资较省。

③ 首采面集中布置，位于井底附近，初期工程量省，环节较少，初期运输费用及设备投资较省。

④ 首采盘区尺寸大，服务年限长，工作面推进长度大。 缺点：

① 根据井田深部较薄局部可采煤层发育情况，大巷东西翼布置给局部可采区域回采带来困难。

② 井田内可采煤层局部区域布置南北向盘区巷道回采，工作面推进方向与主采煤层推进方向不同，给配采煤层之间工作面接续带来困难。

(3) 井田开拓大巷布置方案经济比较

两个开拓大巷布置方案地面布置相同，仅对井下可比投资进行比较。开拓大巷布置方案井下可比经济比较见表4-1-3。

(4) 结论

方案一移交时井巷工程量为44924m，建井总工期为44个月，方案二移交时井巷工

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程量为46648m，建井总工期为42个月，两方案的井巷工程量及建井工期相差不大，地面布置相同，投资相差不大。

表4-1-3 开拓方案井下可比经济比较表

序 号 方 案 一 项 目 数量（m） 3835 1890 8070 28930 44924 44 投资(万元) 6136 2835 10760 26037 60717 数量（m） 3835 2154 7634 30827 46648 42 投资(万元) 6136 3231 10179 27744 62239 方 案 二 1 车场硐室 2 主要石门 3 主要大巷 4 回采工程 5 总 计 6 建井工期 方案二井田开拓兼顾东西翼扩大区，井下主、辅运输费用低，通风距离短，通风系统服务时间长，盘区尺寸大，工作面推进长度长，有利于矿井增产稳产；方案一系统相对复杂，开拓巷道布置未兼顾井田扩大区域，开拓工程总量大。

综上所述，方案二优势明显，设计推荐方案二。 (二) 大巷层位布置 1. 大巷布置方式

井田大巷层位布置有两种方式，一是分煤层布置大巷、另一种方式为分煤组布置大巷。分煤层布置大巷的优点为工作面巷道与大巷联系方便，系统简单；缺点是井巷工程量大，矿井接续紧张，特别是当煤层薄时，岩石工程量大；分煤组布置大巷，同一煤组里各个煤层共用同一组大巷时，整个矿井开拓工程量少，矿井接续相对容易，缺点是大巷上下煤层工作面巷道岩石斜巷较多，运输系统相对复杂。

根据本井田的煤层赋存特点，本井田宜采用分煤层和分煤组相结合布置大巷。2-2中、3-1、4-1、4-2中煤层间距较远，无法实现联合布置，分别在各煤层中布置一组大巷；5-1和5-2、6-2上和6-2中煤层间距较近，宜联合布置，分别在5-2和6-2中煤层中布置一组大巷。

每个煤组大巷均呈东西向“一字形”布置，井田西北部和西南部局部开采范围不规

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则的地方采用布置盘区巷道回采，后期回采井田扩大区，将大巷分别向东西延伸至扩大区。

2. 大巷数目

影响大巷数目的主要因素有辅助运输量和进回风风量，在保证大巷风速不超限和满足辅助运输要求的情况下尽量减少大巷的数目。本矿井为高产高效的大型现代化矿井，辅助运输量不大，且采用无轨运输，运输效率高，根据计算一条辅助运输大巷完全满足矿井辅助运输的要求，为保证来回车辆的避车和会车的需要，设计在大巷内部每隔500m设置一个会车硐室，硐室采用大巷加宽式，会车硐室长20m，宽6.5m。

矿井总风量为250m3/s，风量较大，但是矿井采用的是厚薄煤层搭配开采，分煤组布置大巷，每层煤层一条回风大巷即能满足通风需求。每个煤组均布置三条大巷，分别为带式输送机大巷，辅助运输大巷和回风大巷。

3. 巷道断面及支护方式

根据井田各个煤层顶底板围岩条件，井下大巷断面形式全都采用拱形断面。带式输送机大巷沿煤层底板布置，净宽5.0m，净高3.9m，净断面积16.8m2，掘进面积18.6m2；辅助运输大巷由于运行无轨胶轮车，底板需要铺设300mm厚的混凝土，巷道净宽5.4m，净高4.3m，净断面积20.1m2，掘进面积23.2m2；回风大巷沿煤层底板布置，净宽5.0m，净高4.1m，净断面积17.8m2，掘进面积19.7m2。巷道均采用锚网喷+锚索支护。

井田开拓方式平面图见图4-1-5；井田开拓方式剖面图图见3-1-6。

四、井筒

(一) 井筒用途、布置及装备

根据确定的井田开拓方案，矿井移交生产时，在工业场地内共布置三条井筒，即主立井、副立井和中央回风立井。后期矿井若开采东西部的扩大区域，分别在矿井东西部扩大区域布置一组回风立井和进风立井。

矿井移交时的三条井筒参数如下： 1. 主立井

井口位于工业场地内，井口中心坐标为X=4301509.000m，Y=36627284.000m，井口

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标高+1290.8m,井底水平标高+507.0m, 井筒深度783.8m,方位角90°,净直径6500mm，净断面积33.2 m2，设计井壁采用双层钢筋混凝土结构。井下主井井底装载方式采用下载式，主立井井筒穿过上覆第四系地层厚度120m。主立井选用1台JKM4.5×6（Ⅲ）型多绳摩擦式提升机，塔式布置，提升容器为45t箕斗一对，罐道梁采用树脂锚杆托架固定于井壁上。在井筒内敷设一趟压风管路、一趟消防洒水管路、一趟动力电缆和一趟通讯电缆，井筒内设置梯子间，作进风及安全出口。

主立井断面见图4-1-7。 2. 副立井

井口位于工业场地内，井口中心坐标为X=4301459.000m，Y=36627159.000m，井口标高+1290.8m,井底标高+605.0m, 井筒深度685.8m,方位角90°,净直径9400mm，净断面积69.4m2，设计井壁采用双层钢筋混凝土结构。副立井井筒穿过上覆第四系地层厚度120m。副立井选用两套提升设备，一套装备一台JKM5×6（Ⅲ）多绳摩擦式提升机，塔式布置，提升容器为一个双层六绳特大罐笼+平衡锤；另一套装备JKM1.6×4（Ⅰ）型多绳摩擦式提升机一台，塔式布置，提升容器为一个交通罐笼+平衡锤。罐道梁采用树脂锚杆托架固定于井壁上。副立井主要担负矿井的材料、设备、矸石、人员等辅助提升任务，井筒内设置梯子间，作为主要进风井和安全出口。并敷设三趟排水管路。

副立井断面见图4-1-8。 3. 中央回风立井：

井口位于工业场地内，井口中心坐标为X=4301779.000m，Y=36627309.000m，井口标高+1291.0m，井底标高+635.0m，井筒深度656.0m,净直径6500mm，净断面积33.2m2，设计井壁采用双层钢筋混凝土结构，中央回风立井井筒穿过上覆第四系地层厚度120m。中央回风立井安设对旋轴流式通风机，矿井初期采用中央并列式通风系统。后期采用分区式通风方式。在井筒设梯子间，承担矿井回风任务，并兼作安全出口，并敷设一趟黄泥灌浆管路。

中央回风立井断面见图4-1-9。 井筒特征表见表4-1-4。

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S净=33.2m2 S掘=51.5/65.0/73.9m2

图4-1-7 主立井井筒断面图

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S净=69.4m2

S掘=109.4/132.7/141.0m2

图4-1-8 副立井井筒断面图

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S净=33.2m2 S掘=51.5/65.0/73.9m2

图4-1-9 中央回风立井井筒断面图

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表4-1-4 井筒特征表

序号 井口 坐标 井筒特征 纬距(X) 1 经距(Y) 井口标高(Z) 2 3 4 5 提升方位角 井筒倾角 一水平井底标高 井筒深度 净 6 井筒 直径 掘进(0m～145m) 单位 m m m ° ° m m mm mm 主立井 4301509.00 36627284.00 +1290.8 90 90 +507.0 783.8 6500 8100 9100 9700 副立井 4301459.00 36627159.00 +1290.8 0 90 +605.0 685.8 9400 11800 13000 13400 双层钢筋砼砌碹 mm 400厚C40砼 mm 800厚C55砼 mm 1100厚C80砼 mm 400厚C40砼 mm 500厚C45砼 mm 500厚C55砼 m m m 222中央回风立井 4301779.00 36627309.00 +1291.0 90 90 +620.0 671.0 6500 8100 9100 9700 掘进(145m～450m) mm 掘进(450m～井底) mm 7 内壁支护厚度 外壁支护 厚度 断 面 积 支护方式 0～145m 145～450m 450～井底 0～145m 145～450m 450～井底 净 600厚C40砼 1100厚C55砼 1300厚C80砼 600厚C45砼 700厚C45砼 700厚C55砼 69.4 109.4 132.7 141.0 冻结法 一套JKM5×6（Ⅲ）多绳摩擦式提升机，提升容器为一个双层六绳特大罐笼+平衡锤，一套JKM1.6×4（Ⅰ）型多绳摩擦式提升机一台，提升容器为一个交通罐笼+平衡锤 400厚C40砼 800厚C55砼 1100厚C80砼 400厚C40砼 500厚C45砼 500厚C55砼 33.2 51.5 65.0 73.9 冻结法 8 9 33.2 51.5 65.0 73.9 冻结法 10 掘进(0～145m) 掘进(145～450m) 掘进(450～井底) 11 施工方法 12 井筒装备 装备1对 45t立井 提煤箕斗 井筒内装备 梯子间

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(二) 井筒施工方法

1. 井筒穿越地层及水文地质条件 (1) 井筒穿越地层

根据陕西省煤田地质局一八五队二OO八年八月编制的《内蒙古伊化矿业资源有限责任公司母杜柴登矿井井筒检查地质报告》，钻孔揭露的地层由老至新有：三叠系上统延长组（T3y）、侏罗系中统延安组（J2y）、侏罗系中统直罗组（J2z）、侏罗系中统安定组（J2a）、白垩系下统志丹群（K1zh）和第四系（Q）。

(2) 井筒穿越含水层

井筒自上而下穿过第四系萨拉乌苏组孔隙潜水含水层，白垩系下统志丹群（洛河组）孔隙、裂隙承压水含水层，非煤系地层（安定组、直罗组）碎屑岩类孔隙、裂隙承压水含水层及煤系地层碎屑岩类孔隙、裂隙承压水含水层。分述如下：

① 第四系上更新统萨拉乌素组孔隙潜水含水层（Q3s）

全区分布，上部为风积砂，与该组地层构成同一含水层。该组地层岩性主要为灰黄色、灰绿色粉细砂、中砂成互层状分布，局部夹有植物腐殖质富集的薄层，颜色呈黑褐色。靠近浅表的砂层状态松散，孔隙率较大，易于大气降水的入渗补给。含水层厚度一 般为124.67～128.89m，平均厚度127.31m。富水性中等。松散砂层主要含水层段为潜水位以下至垂深35.00m的范围，其它层段为次要含水层段。

② 白垩系下统志丹群（洛河组）孔隙裂隙承压水含水层（K1zh）

含水层为白垩系下统志丹群洛河组砂岩，全区分布，厚度159.12～182.37m，平均174.75m。含水层岩性为紫红色中、细粒砂岩，次为粗粒砂岩。岩层孔隙率大，上部风化裂隙发育，给地下水形成良好的储水空间。富水性中等。

③ 非煤系地层碎屑岩类孔隙裂隙承压水含水层（J2a～J2z）

全区分布，本区是指侏罗系中统安定组和直罗组地层，厚度315.27～333.59m，平均322.55m。上部安定组岩性为紫红色、灰绿色中粗粒砂岩、砂质泥岩夹粉砂岩及细粒砂岩；下部直罗组岩性为青灰色、灰绿色中粗粒砂岩，杂色粉砂岩及砂质泥岩。富水性弱。

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④ 煤系地层碎屑岩类孔隙裂隙承压水含水层（J2y）

本次工作层段位于4号煤层顶部的含煤地层全段岩层及直罗组底部厚层砂岩岩层。含水层岩性主要为中、细粒砂岩，次为粗粒砂岩，地层厚度100.69～114.75m，平均107.97m。垂向上与粉砂岩、泥岩及砂质泥岩隔水层成互层状分布。本区构造不发育，岩体较完整，岩石致密，裂隙发育微弱，故含水层富水性弱。

(3) 地下水补给、径流与排泄

大气降水是其主要补给来源，地下水流向约为南偏西18°即方位角198°，地下水流速在2.58～3.7m/d之间。基岩裂隙承压水除在区外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南向西北方向运移。

(4) 充水因素

各井筒充水层位主要为松散砂层段、洛河砂岩段、非煤系地层段和煤系地层段，松散砂层段和洛河砂岩段均属中等富水，非煤系地层段和煤系地层段虽为弱富水，但含水层承压大，承压水头高，井筒充水强度大。以松散岩层涌水、碎屑岩类围岩空隙渗水和裂隙涌水为主要充水方式。

(5) 井筒工程地质 ① 松散砂层组

全区分布，厚度为124.67～128.89m，平均厚度为127.31m。颗粒以0.5～0.075mm为主，岩性主要为粉、细砂，局部为中砂。风干和水下状态时的天然坡角分别为39°和31°。

② 风化岩组

区内为白垩系洛河组全段岩层，厚度为159.12～182.75m，平均厚度为174.75m。岩性主要为中、细砂岩，次为粗粒砂岩。白垩系砂岩成岩较晚，胶结松散，裂隙胶发育，岩石强度较低，孔隙率大，含水率高。地层上部岩石风化成碎片及粉末状，由上至下风化程度逐渐减弱，中下部岩石较完整，岩芯易碎，强度略高于上部。白垩系砂岩干燥抗压强度19.8MPa，饱和抗压强度3.53MPa，软化系数0.18，抗剪断强度0.2MPa，属于软

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弱类易软化岩石，RQD值平均66％，岩体完整性差。

③ 粉砂岩、泥岩及互层岩组

分布于各地层中，本岩组是煤系主要岩组，由粉砂岩、泥岩、砂质泥岩及薄煤等组成，出现于煤层直接顶底板。岩石含有较高的粘土矿物和有机质，以发育较多的水平层理、节理裂隙和滑面等结构面为特点。饱和抗压强度21.1MPa，软化系数0.59，属半坚硬岩石。浸水或长时间暴露于空气中岩石多沿层理方向离析成薄片。软化系数小于0.47，属于易软化岩石，RQD值平均75％，岩体中等完整。

④ 砂岩组

本岩组以中粒砂岩和细粒砂岩为主，多形成煤层的基本顶或老底。饱和抗压强度26.0MPa，软化系数0.53，属半坚硬岩石。浸水或长时间暴露于空气中岩石多沿层理方向离析成薄片?软化系数小于0.47,属于易软化岩石,RQD值平均78%,岩体较完整?

⑤ 煤岩组

区内各煤层干燥抗压强度32MPa，饱和抗压强度13MPa，软化系数0.53，属软弱类岩石。具脆性而不具韧性，宜冲击破碎。

2. 井筒施工方法

井田内第四系地层较厚，上部由松散沉积物组成，下部由冲积相砂、砂砾、粘土及亚粘土组成，土、砂层抗压强度较低，而涌水量较大。根据施工经验，在这种地层中进行立井建设必须采用特殊凿井方法施工。目前通过含水砂层的井筒特殊施工方法常用的有钻井法、注浆法和冻结法。

钻井法是一种高度机械化的施工方法，具有用人少、施工安全、成井质量高等优点。缺点是钻径小，据了解，目前已实施的最大钻径为9.3m,防偏要求精度高,工期长，从进场准备到井筒通过钻井段，总工期大约需要10个月。不采用全深钻井，即表土层采用钻井法，基岩段采用普通法时，更换施工装备，占用施工工期，降低成井速度。因此钻井法适应表土覆盖深、涌水量大的的井筒。

注浆法凿井与其它特殊凿井法比较，其主要特点是：设备少、工艺简单、能形成永久性封水帷幕，可改善支护工作条件。从“报告”中看出，该区涌水量较大，含水层的

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富水性强，透水性能良好，具有注浆施工的可能性，该施工方法简单，周期短，费用较低等优点。缺点是施工风险较大，尤其含水砂层颗粒级配直接影响注浆效果。从《勘探报告》中还可以看出，第四系上更新统萨拉乌素组的岩性为粉细砂，类黄土状亚砂土，该层有可能对注浆效果产生不良影响，并涉及到施工安全。

冻结法凿井是目前国内外穿过厚含水松散层凿井所采用的主要特殊施工方法之一，冻结法凿井既能用于不稳定的含水层，又可用于基岩含水层，适应性强，安全可靠，经济合理，工期有保障。本矿井井筒不仅需要穿过第四系松散层含水层，还需穿过白垩系、非煤系的直罗组和安定组及煤系等基岩含水层，穿过含水层数目较多，冻结法施工技术成熟，设计本矿井井筒采用冻结法施工。

3. 冻结深度的确定

根据井筒检查钻孔资料，以及其他相似矿井井筒冻结施工情况，确定本矿井井筒采用全深冻结。主立井冻结深度为783.8m，副立井冻结深度为685.8m，中央回风立井冻结深度为671m。

(三) 井壁结构

设计采用双层钢筋混凝土井壁结构。 1. 外壁结构

外壁按承受1.0MPa冻结压力进行计算，并根据井壁稳定性验算，最后确定采用钢筋混凝土砌碹。副立井井深0-145m段外壁厚度为600mm，副立井井深145m～井底段外壁厚度为700mm；主立井与中央回风立井0-145m段外壁厚度为400mm，主立井与中央回风立井145m～井底段外壁厚度为500mm。

2. 内壁结构

各井筒内壁按封水井壁设计，根据《煤矿立井井筒及硐室设计规范》(GB50384-2007)，设计按内壁承受0.7倍静水压力进行了计算，采用钢筋混凝土砌碹，并参照相似矿井以往设计经验确定，副立井井深0-145m段内壁厚度为600mm，副立井井深145-450m段内壁厚度为1100mm，副立井井深450m～井底段内壁厚度为1300mm；主立井与中央回风立井0-145m段内壁厚度为400mm，主立井与中央回风立井145-450m段内

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壁厚度为800mm，主立井与中央回风立井450m～井底段内壁厚度为1100mm。

井壁结构型式见图4-1-10。

图4-1-10 井壁结构图

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五、井底车场及硐室

(一) 井底车场 1. 设计依据

(1) 矿井设计生产能力及井下工作制度

矿井设计生产能力为6.0Mt/a，设计年工作日为330d，井下实行“四·六”工作制,日净提升时间16h。

(2) 矿井开拓方式

井底车场水平的选择除了考虑有利于井下主提升、辅助提升、主运输及辅助运输系统的部署和井下巷道布置，还需要考虑巷道及硐室所处地层的围岩情况，井底车场必须布置在围岩相对稳定，岩体相对完整，岩石强度相对较高的地层中。根据井田开拓部署，全井田共8层可采煤层，井田共划分一个主水平、五个辅助水平开采。井底车场标高必须与井田主水平高一致，井底车场与水平大巷采用石门联系。

(3) 井筒数目

本井田采用立井开拓方式，矿井初期采用中央并列式通风方式，工业场地布置主立井、副立井和中央回风立井共3个井筒，分别为主立井、副立井和中央回风立井，其中主立井承担全矿井的主提升任务，副立井承担矿井的辅助提升任务，中央回风立井承担矿井的回风任务。

(4) 井下运输方式

井下煤炭采用带式输送机运输，并通过主立井提升至地面，在井底设置井底煤仓，为主井提升提供缓冲时间；井下辅助运输采用无轨胶轮车运输。

(5) 井底车场处地质条件、水文地质条件及矿井涌水情况 ① 井底车场处围岩情况

井底车场标高为+635m，由于煤层为从东向西方向的缓倾斜煤层，井底车场巷道位于3-1煤层及其顶板中。根据主、副、风井井筒检查钻孔资料，井底车场巷道需要穿越的岩层主要有3-1煤层、粉砂岩和细粒砂岩。细粒砂岩干燥抗压强度53.9MPa，饱和抗压强度32.2MPa，软化系数0.59，属半坚硬岩石，呈互层状，交错层理，含白云母碎片

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及炭屑，岩体完整性较好；粉砂岩干燥抗压强度43.6MPa，饱和抗压强度22.7MPa，软化系数0.49，属软弱类岩石，夹细粒砂岩薄层，波状及小型交错层理，岩体完整性较好；3-1煤层干燥抗压强度32MPa，饱和抗压强度13MPa，软化系数0.53，属软弱类岩石。具脆性而不具韧性，宜冲击破碎。

② 水文地质条件

根据井筒检查钻孔资料，矿井的3-1煤层顶底板砂岩为含水层。含水层岩性主要为中、细粒砂岩，次为粗粒砂岩，地层厚度100.69～114.75m，平均107.97m。垂向上与粉砂岩、泥岩及砂质泥岩隔水层成互层状分布。本区构造不发育，岩体较完整，岩石致密，裂隙发育微弱，故含水层富水性弱。该段岩层隔水层主要为3-1煤及3-1煤顶底板中的粉砂岩，由于隔水层厚度小，隔水性差。

④ 矿井正常涌水量

矿井正常涌水量600m3/h，最大涌水量1000m3/h。 2. 井底车场形式选定

根据矿井开拓布署、大巷的运输方式、主副井相对位置关系及井筒检查钻孔所揭露的岩层情况等，从减少初期井巷工程量、缩短建井工期、有利于井底调车和车场巷道硐室施工及维护考虑，设计井底车场标高为+635m，井底车场采用环型立式车场，车场采用石门与水平大巷联系。

3. 井底车场通过能力

井下煤炭采用带式输送机运输，井底车场主要担负材料、设备、人员等辅助运输任务。井下综合机械化开采，掘进矸石在井下填充处理，辅助运输及辅助提升量较小。井下所需的材料及小型设备装入无轨胶轮车通过副井罐笼由地面下至井底车场，再通过无轨胶轮车运至各个工作地点；液压支架等大型设备装在特制的重型平板车上通过副井罐笼由地面下至井底车场，通过井下蓄电池电机车牵引至井下井下大型组装硐室组装硐室，换装到支架搬运车上，运至安装工作面。除下大件时井上下采用蓄电池电机车牵引调车外，其余时间井上下全部采用无轨胶轮车运输，井底车场采用环形车场，并铺轨道。

根据蓄电池电机车及无轨胶轮车运行的需要，副井进车线长30m，出车线长40m，

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大型组装硐室长80m。蓄电池电机车仅在运输大型设备时调车，而无轨胶轮车运输方式灵活，效率高，车场通过能力大，富裕能力大。

4. 主井井下装载方式比选

主井箕斗装载方式有3种，分别是下载式、半上载式和全上载式，选择的原则是综合考虑3种装载方式的优缺点及其装载硐室所处的围岩条件，同时有利于矿井主、副提升及运输系统的布置。

若采用全上载式，主井井底清理巷与井底车场位于同一标高，优点是主井提升距离相对较短，主井井底撒煤清理与副井井底车场同一水平，井底撒煤清理方便；缺点是上仓斜巷带式输送机提升高度增加，提高了带强，降低了带式输送机的运输效率。由于矿井井筒距主水平大巷和辅助水平大巷距离较近，若装载方式采用全上载式，上仓斜巷角度大，不利于带式输送机运行，且装载硐室位于2-2煤顶板粗粒砂岩含水层中，不利于巷道掘进及维护。

若采用半上载式，主井井底煤仓下口配煤巷与井底车场位于同一标高，优缺点与全上载式类似，且煤仓上下口均需要掘进检修斜巷，巷道工程量较大。

若采用下载式，主井井底煤仓上口与井底车场位于同一标高，优点上仓带式输送机水平运行，带式输送机的运输效率高；缺点是主井提升距离相对较长，主井井底撒煤清理不便。

考虑到3-1煤层底板岩石赋存条件较好，有利于布置大断面硐室，同时考虑到上仓带式输送机运行效率高，设计主井箕斗装载方式采用下载式。

(二) 井底车场主要硐室

车场内设有设有主变电所、主排水泵房、主水仓、管子道、大型设备组装硐室、无轨胶轮车库及修理间、蓄电池修理间及充电硐室、主副井井底清理硐室、井下爆炸材料库、井底消防材料库、井底煤仓、箕斗装载硐室、等候室及井下调度室、急救室等。

(三) 井底车场主要巷道和硐室支护方式

井底车场标高为+635m，井底车场巷道位于3-1煤层及其顶板中，根据井筒检查钻孔及地质勘探报告，煤岩层干燥抗压强度介于22.7～53.9MPa，饱和抗压强度介于13.0～

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32.2MPa，软化系数较小，属软弱类岩石。

井底车场所处的巷道及硐室的围岩强度不高，巷道掘进时巷道淋水较大，巷道围岩遇水后强度更低，煤层埋藏深度大，巷道围岩矿山压力显现强烈。设计井底车场巷道及硐室采用拱形断面，井底车场巷道支护方式主要采用锚网喷+锚索支护，井底车场硐室主要采用砌碹支护。

五、盘区划分及开采顺序

1. 盘区划分

影响本井盘区划分的因素有：开拓布署、水平划分、大巷布置、煤层层间距、工业场地煤柱、铁路和公路煤柱及煤层可采边界线等。综合分析，盘区划分原则确定为以大巷、煤组、煤层可采边界线、油气覆存范围等因素划分盘区，总划分为14个盘区。

2. 盘区接续

盘区采用前进式接续，下行开采。井田主采厚煤层为3-1煤和4-1煤层，其它可采煤层均为薄～中厚煤层，为保证矿井稳产，设计厚薄煤层搭配开采。在矿井初期开采2-2中煤层和3-1煤层，分别在两层煤层中布置一个综采工作面，保证矿井6.0Mt/a的设计产量，后期4-1煤层和4-2中煤层搭配开采，保证矿井设计生产能力。盘区采用前进式接续，下行开采。矿井移交201盘区和302盘区。

盘区接续计划见表4-1-5。

七、“三下”采煤

(一) 受开采影响的地面建（构）筑物和设施

井田位于鄂尔多斯高原的东北部，具备典型的高原堆积型丘陵地貌特征，地表全部被第四系风积沙所覆盖，植被稀疏，为沙漠～半沙漠地区。区内地形总体趋势是东南部较高，西北部较低。井田内受开采影响的地面建（构）筑和设施主要有拟建矿井西部的矿区专用铁路、工业场地进场公路、井田东部的油气井、矿井工业场地和零星村庄。

(二) “三下”采煤项目及安排

本矿井为大面积大采高的综合机械化开采，井下开采后地面将发生一定程度沉降，对地面建（构）筑物安全影响很大，为保证地面建（构）筑物的安全，设计采用如下措

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施：

表4-1-5 各盘区开采接续计划表

1．地面村庄

井田内村庄较分散，各村庄人数少，故均按搬迁考虑，不留设保护煤柱。 2．地面油气井

根据地质报告中井田地质地形图中提供内容，井田东北边界处有华北第一采气厂，其采气井已进入井田内，分布在井田的东北部，地质报告中未提供井孔准确位置、深度及服务年限等资料。本次设计依据伊化矿业公司提供的本井田内各油气钻孔地理坐标，将该气井开采范围在气井服务年限内暂按留设安全煤柱处理，同时在油气井范围与首采的201盘区之间留1km的安全煤柱。但是该部分资源在气井报废以后是否开采或如何开采，将来需要做专题研究，并采取严格的安全措施，保证矿井安全开采该部分资源。

业主需进一步核实井田内天然气井、天然气管线的位置及气井井下开采范围，并将获取的详细资料提供给设计单位，以便对天然气井留设准确的安全煤柱，保证煤矿开采及不受天然气井开采的威胁。业主应尽快与气田公司联系沟通，签订资源开采安全避让

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协议。

3. 公路及铁路

本井田内无高等级公路、铁路。井田西侧矿区铁路由于尚未建成，现阶段尚未拿到铁路相关参数，本次仅按照井田境界内留设400m宽煤柱，待该铁路建成后，重新核算。矿井铁路专用线在本井田内部分本次不计入永久煤柱，初期铁路专用线两侧各按照400留设一个工作面长度，待后期开采。进场公路亦不留设煤柱。

4．井筒及工业场地

根据《煤炭工业矿井设计规范》（GB50215-94）第8.1.2之规定，工业场地及矿区铁路按Ⅱ级保护级别维护，场地周围护带宽度取15m，移动角参考类似矿区选取，表土层移动角取φ=45°、基岩层移动角取δ=65°计算保护煤柱范围。移动角生产中可根据实际观测进行调整。

由于井筒深度大于400m，依据《建筑物、水体、铁路机主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，按边界角留设井筒保护煤柱。松散层边界角取40°，基岩层边界角取60°。

第二节 井田开采

一、首采区位置

(一) 首采盘区位置选择原则

1. 首采盘区应尽量布置在井底附近，以减少初期大巷的开拓工程量，缩短建井工期，节省初期投资；

2. 勘探程度高，煤层赋存条件好，开采技术条件优越； 3. 盘区尺寸合理，有利于工作面接替，减少工作面搬家次数； 4. 盘区储量丰富，以满足工作面生产能力和盘区服务年限要求； 5. 厚薄煤层要搭配开采，解决压茬关系。 (二) 首采盘区选择

根据井田开拓布署，全井田设一个主水平和五个辅助水平进行开拓。首先开采主水平3-1煤层及以上的2-2中煤层，均划分为3个盘区，分别为201、202、203和301、

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302、303盘区。203和303盘区由于存在油气井，本次设计作为后期开采资源；井底车场附近的202盘区勘探程度低，2-2中煤层在该区域赋存较薄，因此202盘区不适合作为矿井首采盘区；201、301、302盘区距离井底车场较近，且勘探程度高均可作为首采盘区。设计提出两个首采盘区方案进行比较。

1. 方案一

301盘区和201盘区为井田内勘探程度最高的区域，煤层赋存条件良好，适合作为首采盘区。设计在3-1煤层301盘区西部边界附近布置一个大采高综采工作面，工作面长度300m；在2-2中煤层201盘区西部边界附近布置一个中厚煤层综采工作面，工作面长度330m，上下两个工作面重叠布置，201盘区工作面超前301盘区工作面1000m左右回采，以解决上下煤层压茬关系。

该方案的优点是两个盘区勘探程度高，煤层赋存稳定；缺点是上、下两层煤首采工作面重叠布置，回采时工作面动压较大，不利于工作面巷道支护和工作面顶板管理。

方案一首采盘区巷道布置及首采工作面位置平面图见图4-2-1。 2. 方案二

根据近期在302盘区南部新施工的6个钻孔及井田勘探报告，302盘区3-1号煤层赋存稳定，煤层厚度大。新增的6个钻孔揭露的2-2中号煤层在302盘区区域内不可采，即在302盘区区域3-1号煤层和2-2中煤层不存在压茬关系。因此设计在3-1号煤层302盘区东部边界附近布置一个大采高综采工作面，在2-2中煤层201盘区大巷以北的西部边界附近布置一个中厚煤层综采工作面，工作面长度均为300m。

该方案的优点是302盘区面积大，服务年限长，煤层赋存稳定，两层煤配采，且不相互影响；缺点是302盘区相对于301盘区勘探程度相对较低。

综上所述，方案一两层煤工作面上下重叠布置，工作面存在动压问题，对工作面安全生产不利，因此首采盘区方案选择方案二，即分别将2-2中煤层201盘区和3-1号煤层302盘区作为首采盘区。

方案二首采盘区巷道布置及首采工作面位置平面图见图4-2-2。

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以粉砂岩、砂质泥岩为主，底板岩性多为砂质泥岩，局部为粉砂岩。

3-1煤层可采厚度2.85～6.73m，平均4.75m。煤层结构简单，一般不含夹矸或局部含1层夹矸。煤层层位稳定，厚度变化不大，全区可采的稳定煤层。煤层顶板岩性以粉砂岩及砂质泥岩为主，底板岩性多为粉砂岩、砂质泥岩。

4-1煤层可采厚度3.25～4.41m，平均3.75m。煤层结构简单，一般不含夹矸，个别点含1层夹矸。煤层层位稳定，厚度变化不大，全区可采的稳定煤层。顶板岩性以粉砂岩为主，其次为砂质泥岩，局部为细粒砂岩；底板岩性多为砂质泥岩及粉砂岩。

4-2中煤层可采厚度0.85～2.02m，平均1.36m。煤层结构简单，一般含1层夹矸，局部不含夹矸。煤层层位稳定，厚度变化不大,大部可采的稳定煤层。煤层顶板岩性以粉砂岩、砂质泥岩为主，底板岩性多为粉砂岩、砂质泥岩。

5-1煤层可采厚度0.80～2.21m，平均1.41m。煤层结构简单，一般不含夹矸，局部含1～2层夹矸。煤层层位稳定，厚度变化不大，大部可采的较稳定煤层。顶板岩性多为粉砂岩、砂质泥岩、泥岩，底板岩性以砂质泥岩、粉砂岩为主。

5-2煤层可采厚度0.89～2.63m，平均1.72m。煤层结构简单，一般不含夹矸，局部含1层夹矸。煤层层位稳定，厚度变化不大，大部可采的稳定煤层。顶板岩性主要以砂质泥岩、粉砂岩为主，底板岩性多为砂质泥岩、粉砂岩、泥岩。

6-2上煤层煤层可采厚度0.80～2.48m，平均1.31m。煤层结构简单，一般不含夹矸，局部含1～2层夹矸。煤层层位稳定，厚度变化不大，大部可采的较稳定煤层。顶板岩性主要以粉砂岩、砂质泥岩为主，底板岩性多为砂质泥岩，局部为粉砂岩。

6-2上中煤层可采厚度0.80～2.26m，平均1.31m。煤层结构简单，一般不含夹矸，局部含1层夹矸。煤层层位稳定，厚度变化不大，大部可采的稳定煤层。顶板岩性多为粉砂岩、砂质泥岩，底板岩性多为砂质泥岩。

2. 井田地层及构造

井田构造形态为一向北西倾斜的单斜构造，地层倾角小于2°。区内断层不发育，亦无岩浆岩侵入体，故井田地质构造简单。

3. 水文特征

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本井田首采区域内水文地质勘探类型为第一～二类第一型，即以孔隙～裂隙充水的水文地质条件简单的矿床。

4．煤的物理性质

井田内煤呈黑色，条痕为褐黑色，强沥青光泽，阶梯状断口，内生裂隙较发育，常为黄铁矿及方解石薄膜充填，煤层中见黄铁矿结核。条带状结构，层状构造。宏观煤岩组分以亮煤为主，次为暗煤，见丝炭，属半亮型煤。各煤的真密度测试值在1.35～1.65t/m3之间，视密度测试值在1.24～1.36t/m3之间。

5．煤层瓦斯、煤尘及自燃情况

井田内各个煤层瓦斯含量很低，属于低瓦斯矿井。各煤层煤尘具有爆炸倾向，煤层属于易自燃～自燃的煤层。

6．矿井生产能力

初期开采2-2中煤层和3-1煤层，为解决上下煤层压茬关系，设计两层煤搭配开采。矿井设计生产能力为6.0Mt/a。

(二) 采煤方法选择

适宜的采煤方法是建设高产高效现代化矿井的关键，结合井田各个煤层的赋存条件，对矿井主要可采煤层采煤方法论述如下：

1. 2-2中煤

我国采用中厚煤层的滚筒式采煤机综采技术及薄煤层综采技术已经十分成熟，滚筒采煤机综采的优点是对煤层厚度变化、煤层夹矸、地质构造及煤层顶底板条件适应性强，工作面投资小；缺点是工作面单产相对于刨煤机工作面产量小，效率低。刨煤机综采采煤法的缺点是工作面投资高，对地质条件要求高，对断层、煤层夹矸及煤层厚度变化适应性差；优点是刨煤机综采工作面产量大，工作面推进速度快，效率高。

本井田2-2中煤层东翼煤层厚度为1.5～3.0m之间，采用滚筒采煤机综采，能够实现工作面高产高效。西翼煤层厚度小于2.0m，且煤层厚度变化较大，可采区域小，采用刨煤机综采在技术上有一定难度，经济效益较差。设计认为2-2中煤层最佳采煤法为滚筒采煤机综采。

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2. 3-1煤层

大采高综采生产环节少，工作面安全，工作面产量高，在技术经济上体现出明显的优越性和发展潜力，采高5m的工作面产量能够达到6.0Mt/a左右。放顶煤综采已经在厚煤层开采中普遍采用，经济效益良好，适用于顶煤的冒放性好、煤层顶板中等冒落以下的厚～特厚煤层，工作面采高为8m时，产量能达到6.0Mt/a左右。

本井田3-1煤层可采厚度3.38～8.83m，平均厚度为4.84m。大部分区域煤层可采厚度在3.38～5.48m之间，仅在西南部边界附近H104和H105钻孔厚分别为8.83m和6.03m，对全区采煤工艺选择影响较小。本煤层厚度较小，采用综采放顶煤综采工作面产量低，工作面增产潜力小，工作面效率相对较差。采用大采高综采工作面单产高，经济效益好，缺点是煤层较软，采高大，煤壁有片帮可能，需要采用护帮措施。设计认为本煤层宜采用大采高综采。

3. 4-1煤层

4-1煤层结构简单，一般不含夹矸，少数孔含1层夹矸，可采厚度3.25～4.41m，平均3.75m，厚度在井田内变化不大，属于全区发育的稳定厚煤层，基本为北部、西部薄而南部、东部厚。顶板岩性主要为细、粉砂岩及砂质泥岩,底板岩性主要为砂质泥岩。煤层最佳采煤法为大采高综采。

4. 4-2中、5-1、5-2、6-2上和6-2中煤层

5层煤均属于大部可采的薄及中厚煤层，各煤层平均厚度分别为1.36m、1.41m、1.72m、1.31m、1.23m，各煤层赋存范围及特性基本相似，为矿井的非主采煤层，适合普通综采或刨煤机综采采煤法。考虑到矿井后期能力下降，本次设计暂推荐采用滚筒式采煤机综采工艺。

(三) 采煤工艺与机械配备

按照选择的采煤方法，设计初期开采2-2中煤层采用薄～中厚煤层综合机械化工艺，3-1煤层采用大采高综采工艺。

1. 采煤工艺

(1) 综采工作面采煤工艺

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综采工作面主要作业工序为：采煤机由机头斜切进刀→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→采煤机由机尾斜切进刀进行下一个循环；工作面顶板管理方式采用全部垮落法管理顶板，工作面回采方式采用后退式。

(2) 掘进巷道工艺

连续采煤机掘进工艺：连续采煤机掘进→梭车运煤→给料破碎机破碎转载→胶带输送机运煤至主煤流系统→锚杆机支护巷道。

掘锚一体机掘进工艺：掘锚一体机掘进及巷道支护→桥式转载机转载→胶带输送机运煤至主煤流系统。

2. 主要采煤设备选型 (1) 工作面设备选型的原则

本矿井为现代化高产高效矿井，工作面生产能力大，生产高度集中。在工作面主要设备选型时，需要选择国内外先进的采掘设备，各设备间相互适应、能力匹配，综采工作面关键设备进口，其余设备国产。

(2) 20101综采工作面设备能力计算及选型

1) 2-2中煤中厚煤层20101综采工作面设备能力计算

按照单个工作面2.0Mt/a，年工作330d，井下工作制度采用“四·六”制，工作面设备应具备以下一些基本性能：

① 采煤机

a. 采煤机割煤速度

按照产量要求，可求得采煤机平均割煤速度： Vc＝n·（L-L1）/[T·K-nt1]×60 式中：

Vc——采煤机平均割煤速度，m／min； n——采煤机日进刀数，取9刀； L——工作面长度m，取300m；

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母杜柴登矿井及选煤厂可行性研究报告 第四章 井田开拓与开采

L1——进刀长度m，取30m；

T——工作面生产班时间h，取18小时； t1——每循环进刀时间h，取30min K——采煤机开机率，取60%。 代入上式得：

Vc＝9×(300－30)/(18×60×60%－9×30)＝6.43m/min 采煤机最大割煤速度：

Vmax=Kc·Vc=1.3×6.43=8.36(m/min) 式中：

Vmax——采煤机最大割煤速度，m/min； Kc——采煤机割煤速度不均匀系数，取1.3。 b. 采煤机装机功率

采煤机装机功率取决于煤层硬度、采高、截深、割煤速度等。设计根据能耗系数法估算采煤机装机功率，用下式估算：

N = 60·B·Hg·Vmax·γ·Hw= 60×0.813×2.0×8.36×1.29×0.7=737(kW) 式中：

N—采煤机装机功率,kW； Hg—采煤机割煤高度，取2.0m； Hw—比能耗值，取0.7kW·h/t。 ② 工作面刮板输送机运输能力

Qm=60·B·Hg·Vc·γ=60×0.813×2.0×6.43×1.29=810(t/h) Qq≥Kc·Kh·Kv·Ky·Qm=1.3×1.1×1.1×1.05×810=1338(t/h) 式中：

Qm——采煤机平均落煤能力,t/h； Qq——输送机运输能力，t/h；

Kh——采煤机割煤高度不均匀系数，取1.1；

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