赵家寨煤矿新矿井设计

郑煤集团赵家寨煤矿120t/a新矿井设计

摘 要

1、 设计过程

本次设计的参照矿井是郑煤集团赵家寨煤矿。设计之前，我在该矿进行了为期20天的毕业实习，通过地面参观、听负责人作报告、参加科室实习及井下生产实习，我对赵家寨煤矿地面和井下生产系统进行了详细的了解，并全面搜集了矿井地质及建设生产资料，为毕业设计做好各种准备工作。

本次设计是根据我在赵家寨煤矿进行的毕业实习中所搜集的矿井生产图纸和资料，并作了一些改动后，对矿井进行的初步设计。设计的过程就是一个不断认识和学习的过程。本设计用时三个月。 2、 主要开采条件

本设计的井田走向为11km，倾斜长3~4km，面积为40km2，年产量120万t。井田内煤层赋存比较稳定，煤层平均倾角8，平均煤厚3.0m，整体地质条件比较简单，在井田范围南部和东部均有断层发育，井田瓦斯含量低，涌水量较大，但是煤层属于易自燃煤层。煤质为贫瘦煤煤。 3、 主要设计特点 （1）井田开拓方式

根据实际的地质资料情况进行井田开拓和准备方式的初步设计，该矿井决定采用主副斜井二水平开拓方式，前期采用中央并列式通风,后期两翼对角抽出式通风。郑煤集团“大本设计的大巷采用两条大巷，运输大巷和轨道大巷.井底车场采用卧式环行车场。 （2）准备方式

本设计井田共划分为9个带区和一个采区，其中首采区布置在南翼，矿井设计采用大区集中巷分别于运输大巷和轨道大行巷连接.根据所设计巷道的实际位置关系， (3) 采煤方法

设计采用走向长壁垮落采煤法。 （4) 矿井通风

该矿井的相对瓦斯涌出量为4.43m3/t，绝对瓦斯涌出量为30.806 m3/min，所以该矿 井为低瓦斯矿井。但是该矿井为易自燃煤层。通过相应的计算得到矿井对应的等积孔为2.21和2.37，所以设计矿井的通风安全级别为通风容易。所选通风机型号为

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FBCDZNo21/280×2(B)同时对矿井安全技术措施提出要求，完成了整个矿井的初步设计。矿井全部实现机械化，采用先进技术和借鉴已实现高产高效现代化矿井的经验，实现一矿一面高产高效，从而达到良好的经济效益和社会效益。

由于本人设计水平有限及设计时间的仓促，设计中的缺点、错误在所难免，衷心地恳请各位老师给予批评、指正。

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目 录

目 录 ................................................................................................................... 3 1 矿区概述及井田地质特症 ................................................................................... 1

1.1矿区概述 .................................................................................................................................. 1

1.1.1地理位置 ................................................................................................................................................... 1 1.1.2地形、地貌 ............................................................................................................................................... 1 1.1.3气象、地震 ............................................................................................................................................... 2 1.1.4水文情况 ................................................................................................................................................... 2 1.1.5矿区经济概况 ........................................................................................................................................... 2 1.1.6水源及电源 ............................................................................................................................................... 2

1.2井田地质特征 .......................................................................................................................... 3

1.2.1井田煤系地层 ........................................................................................................................................... 3 1.2.2井田地质构造 ........................................................................................................................................... 4 1.2.3井田水文地质特征 ................................................................................................................................... 5

1.3煤层特征 .................................................................................................................................. 8

1.3.1可采煤层赋存特征 ................................................................................................................................... 8 1.3.2煤质 ........................................................................................................................................................... 9 1.3.3煤层开采技术条件 ................................................................................................................................. 12

2 井田境界和储量 ................................................................................................. 14

2.1井田境界 ................................................................................................................................ 14

2.1.1井田范围 ................................................................................................................................................. 14 2.1.2开采界限 ................................................................................................................................................. 14 2.1.3井田尺寸 ................................................................................................................................................. 14

2.2矿井工业储量 ......................................................................................................................... 14

2.2.1储量计算基础 ......................................................................................................................................... 14 2.2.2井田地质勘探 ......................................................................................................................................... 15 2.2.3矿井工业储量计算 ................................................................................................................................. 15

2.3矿井可采储量 ........................................................................................................................ 17

2.3.1安全煤柱留设原则 ................................................................................................................................. 17 2.3.2矿井保护煤柱损失量 ............................................................................................................................. 17 2.3.3矿井设计可采储量 ................................................................................................................................. 19

3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 .................................................... 20

3.1矿井工作制度 ........................................................................................................................ 20 3.2矿井设计生产能力及服务年限 ............................................................................................ 20

3.2.1矿井设计生产能力 ................................................................................................................................. 20 3.2.2确定依据 ................................................................................................................................................. 20 3.2.3服务年限 ................................................................................................................................................. 21 3.2.4井型校核 ................................................................................................................................................. 21

4 井田开拓 ............................................................................................................. 23

4.1井田开拓基本问题 ................................................................................................................ 23

4.1.1确定井筒（硐）形式、数目、位置及坐标 .......................................................................................... 23

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4.1.2工业场地的位置 ..................................................................................................................................... 25 4.1.3开采水平的确定及带区、采区的划分 .................................................................................................. 25 4.1.4主要开拓巷道 ......................................................................................................................................... 25 4.1.5开拓方案比较 ......................................................................................................................................... 26

4.2矿井基本巷道 ........................................................................................................................ 34

4.2.1井筒 ......................................................................................................................................................... 34 4.2.2井底车场及硐室 ..................................................................................................................................... 35 4.2.3主要开拓巷道 ......................................................................................................................................... 42

5 准备方式—带区巷道布置 ................................................................................. 46

5.1煤层地质特征 ........................................................................................................................ 46

5.1.1带区位置 ................................................................................................................................................. 46 5.1.2带区煤层特征 ......................................................................................................................................... 46 5.1.3煤层顶底板岩石构造情况 ..................................................................................................................... 46 5.1.4水文地质 ................................................................................................................................................. 46 5.1.5地质构造 ................................................................................................................................................. 46

5.2带区巷道布置及生产系统 .................................................................................................... 46

5.2.1带区准备方式的确定 ............................................................................................................................. 46 5.2.2带区位置及范围 ..................................................................................................................................... 47 5.2.3带区巷道布置 ......................................................................................................................................... 47 5.2.4带区生产系统 ......................................................................................................................................... 48 5.2.5带区内巷道掘进 ..................................................................................................................................... 49 5.2.6带区生产能力及采出率 ......................................................................................................................... 49

5.3带区车场选型计算 ................................................................................................................ 51

5.3.1带区车场的形式 ..................................................................................................................................... 51 5.3.2带区车场的调车方式 ............................................................................................................................. 52 5.3.3带区主要硐室布置 ................................................................................................................................. 52

6 采煤方法 ............................................................................................................. 54

6.1采煤工艺方式 ........................................................................................................................ 54

6.1.1带区煤层特征及地质条件 ..................................................................................................................... 54 6.1.2确定采煤工艺方式 ................................................................................................................................. 54 6.1.3回采工作面参数 ..................................................................................................................................... 54 6.1.4回采工艺及工作面设备选型.................................................................................................................. 55 6.1.5采煤工作面支护方式 ............................................................................................................................. 59 6.1.6端头支护及超前支护方式 ..................................................................................................................... 61 6.1.7各工艺过程注意事项 ............................................................................................................................. 62 6.1.8回采工作面正规循环作业 ..................................................................................................................... 64

6.2回采巷道布置 ........................................................................................................................ 66

6.2.1回采巷道布置方式 ................................................................................................................................. 66 6.2.2回采巷道参数 ......................................................................................................................................... 66

7 井下运输 ............................................................................................................. 67

7.1概述 ........................................................................................................................................ 67

7.1.1井下运输设计的原始条件与数据 .......................................................................................................... 67 7.1.2运输距离和货载量 ................................................................................................................................. 67 7.1.3井下运输系统 ......................................................................................................................................... 68

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7.2带区运输设备选型 ................................................................................................................ 69

7.2.1设备选型原则 ......................................................................................................................................... 69 7.2.2带区运输设备的选型及能力验算 .......................................................................................................... 69

7.3大巷运输设备选型 ................................................................................................................ 72

7.3.1运煤设备 ................................................................................................................................................. 72 7.3.2辅助运输设备选择 .................................................................................................................................. 72

参考文献 ....................................................................................................................................... 73

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1 矿区概述及井田地质特症

1.1矿区概述

1.1.1地理位置

赵家寨的井田位于河南省新郑市，行政区划属新郑市辛店镇和城关镇及新密市大隗镇管辖。井田的北部以大隗断层为界，南部西段以欧阳寺断层为界，南部东段以新密公路为界，西部以煤-800m底板等高线为界，东部以贾梁断层和煤露头线为界。其地理坐标为：东经113°34′00″~113°43′00″，北纬34°23′30″~34°26′30″。

矿区内形成非常便利交通网络。G107国道、郑新公路、京广铁路、京珠高速、郑石高速公路从井田东侧通过，从井田南部通过。铁路从井田北部通过至新郑东和站京广铁路接轨，登（封）～杞（氏）761mm地方窄轨铁路从井田南部通过。区内公路以新郑市为中心，可通往郑州（41km）、新密（43km）、禹县（35km）、平顶山（111km）、许昌（73km）地。新郑国际机场位于井田的东北部。矿井交通位置见图1-1。

图1-1 矿井交通位置图

1.1.2地形、地貌

矿区内的地表绝大部分被第三、四系冲积层覆盖，为平原微丘地形。地势总体为平坦，

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仅西北部冲沟为发育，西部边缘地带出现一些小丘陵与零星突起。井田内海拔标高一般在+101~+145m之间，平均约+122m，相对高差约为74m。

1.1.3气象、地震

这个区属大陆性半干旱气候，特点是干湿季节性交替明显，年温差较大，四季分明，夏季炎热，冬季寒冷，春秋两季气候宜人。平均气温14.2℃，最高气温38.4℃（1976年6月），最低气温为-6.1℃（1977年1月）。年6~9月为雨季，年最大降水量为937.1mm（1954年），最小降水量为223.9mm（1985年），年均降水量为542.6mm。年蒸发量为1680~2041mm。本区风向风力随季节交替变化，夏季多东南风和南风，冬季多西北风和北风，年平均风速2.37m/s，最高风速为18m/s。平均相对湿度8月最大为83%，1月最小为64%，年平均相对湿度为70%。年均霜期为159天，年均雾日为32天。结冰期一般为12月至翌年3月，冻土深度为120~150mm，积雪厚度126~200mm。

1.1.4水文情况

这个区主要河流为双洎河，属淮河水系。双洎河上游有洧、溱二源，洧水发源于登封东北阳城山，入新郑境4km，溱水发源于新密市白寨乡牌坊沟，入新郑境约2km，洧、溱二水于邓湾寨西汇合，以下河段称双洎河。双洎河在新郑市境内流经戴湾、人和寨、云湾、泥河寨、市区、双龙寨，至梨河镇黄湾村出境入长葛，至扶沟县北流入贾鲁河。新郑市境内河段全长33.5km，河床宽度10~30m，河底均低于地面16m，正常流量2m3/s，均行水深度0.4m，河底坡降1/230~1/1240，河底岩性为沙壤土。双洎河为常年性河流，该河自西北向东南流经本井田。河流流量受季节影响较大，旱季小，雨季大。根据新郑市人和寨观测站资料，最大洪水流量为246m3/s，洪水位标高为+142.33m。

1.1.5矿区经济概况

新郑市的总面积833km2，人口共63万。近几年来社会经济发展速度很快，初步形成了以化工、电力、医药、建材、食品加工为主，门类为齐全的工业经济与大枣、无公害节水莲藕、畜禽养殖为主的生态农业产业体系，旅游、商贸、房地产等大产业齐头并进、协调发展。经过大力推进产业结构的战略性调整，全市已形成煤炭、烟草、电力、医药、食品、建材、化工等特色支柱产业。

1.1.6水源及电源

赵家寨矿井地下水丰富，估计矿井正常涌水量为400m3/h，井下排水经处理后，可供矿井生产与生活之用。

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矿井电源取自矿井正东约6km处胡庄110kV变电站和矿井正南约4km处辛店兴龙110kV变电站。

1.2井田地质特征

1.2.1井田煤系地层

井田内地层均被新生界地层覆盖，由老到新为寒武系上统、奥陶系中统、石炭系中上统、二叠系及第三、四系，简述如下：

1）寒武系上统长山组（∈3ch）：钻孔揭露最大厚度为154.41m，岩性以灰、灰白色厚层状白云质灰岩为主，夹薄层状泥灰岩、钙质泥岩、砂质泥岩及鲕状石灰岩。裂隙具方解石脉，见不规则状溶洞。与下伏地层平行不整合（假整合）接触。

2）奥陶系中统马家沟组（Q2m）：钻孔揭露厚度为25.33~79.95m，平均54.70m。为灰色中厚层状石灰岩，上部夹泥灰岩，下部夹砾屑灰岩，底部为钙质泥岩和砂质泥岩，与下伏地层平行不整合接触。

3）石炭系（C）

缺失下统，中上统揭露厚度48.36~121.39m，平均76.71m。 （1）中统本溪组（C2b）

以铝质泥岩为主，含黄铁矿、菱铁矿结核，局部夹中～细粒砂岩，偶含薄煤一层。组厚平均8.73m，与下伏地层平行不整合接触。

（2）上统太原组（C3t）

自一1煤层底板的根土岩至一9煤层顶板的菱铁质泥岩或L9灰岩顶，厚度平均75.78m。下段（下部灰岩段）：自本组底部至L4灰岩顶部。厚度15.76~36。40m，平均27.27m。以石灰岩、煤层为主，夹砂质泥岩、泥岩。含灰岩四层（L1~L4），其中L1灰岩普遍发育，为本区标志层，常与L2灰岩合并为一层，总厚度平均12m。含煤四层，其中一1煤层大部可采，一3、一4煤层偶尔可采。

中段（中部碎屑岩段）：自L4灰岩顶部至L7灰岩底部，厚21.58～54.00m，平均33.70m。以砂岩、砂质泥岩、泥岩为主，夹二层透镜状石灰岩(L5、L6)及薄煤3层(一5、一6、一

7)。L5、L6灰岩常相变为砂岩，该砂岩为浅灰色中细粒石英砂岩，局部含细砾。

上段（上部灰岩段）：自L7灰岩底部至一9煤层顶板的菱铁质泥岩或L9灰岩顶，厚9.58~24.96m，平均13.81m。以石灰岩、砂质泥岩、泥岩为主，夹薄煤2层(一8、一9)，一9煤层偶可采，一8煤层不可采。含灰岩三层，其中L7石灰岩普遍发育，平均5m，常与厚约4m的L8石灰岩合并为一层，L9石灰岩不稳定，常相变为菱铁质泥岩。

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4）二叠系（P）

西部有零星出露。据钻孔揭露，井田二叠系保留不全，石千峰组上部第四段与第三段上部受蚀殆尽。保留厚度651.78~1237.16m，平均849.46m，含煤23层，上下两统，和下伏地层整合接触。

（1）下统山西组（P1sh）

自一9煤层顶板的菱铁质泥岩或L9灰岩顶至砂锅窑砂岩底，厚53.36~104.65m，平均75.49m，由砂岩、砂质泥岩、泥岩及煤层组成，含煤6层，产大量植物化石。据其岩性特征自下而上可分为大占砂岩段、香炭砂岩段和小紫泥岩段。

大占砂岩段：自本组底至二3煤层底，厚20.89~37.63m，平均27.82m。下部的二1煤层底板砂岩为深灰、灰黑色条带状细粒砂岩。中部的二l煤层全区可采，是本区主要可采煤层。上部的大占砂岩为灰色中细粒砂岩，厚1.92~20.98m，平均11.66m，层面富含白云母及炭质薄膜，其下的二2煤层不发育。

香炭砂岩段：自二3煤层底至二4煤层顶板砂岩底，厚19.36~36.12m，平均27.55m，由深灰色中细粒砂岩、砂质泥岩、泥岩与煤层组成。下部的二3煤层大部可采，直接顶板为深灰、黑灰色泥岩或砂质泥岩。中部的香炭砂岩为深灰色中细粒砂岩，平均厚度6.31m，含菱铁质线理及结核。上部为黑灰、深灰色泥岩及砂质泥岩，含菱铁质假鲕和结核，夹不稳定的二4煤层。

小紫泥岩段：自二4煤层顶板砂岩底至砂锅窑砂岩底，厚13.11~30.90m，平均20.12m。下部为浅灰色含菱铁质中细粒长石石英砂岩，泥硅质胶结，厚约7m。中上部为灰紫色的小紫泥岩，厚13.12m，含铝质及菱铁质假鲕，局部具鲕状结构，夹薄层绿灰色细粒砂岩及不可采煤层2层（二5、二6）。本组与下伏地层整合接触。

（2）下统下石盒子组（P1x）

自砂锅窑砂岩（Ss）底界至田家沟砂岩（St）底界，厚230.99~370.68m，平均283.72m。含三、四、五、六共4个煤段，其岩性由砂岩、砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩及极不稳定的薄煤层组成。各煤段划分均以其煤段底部的砂岩为界，其中三煤段不含煤层，四、五、六煤段见薄煤12层，不可采或偶尔可采。本组与下伏地层整合接触。

1.2.2井田地质构造

本矿井主体构造为一两翼地层产状平缓，倾角3~16°，轴向NNW~SEE的宽缓背斜构造。井田内断裂构造发育，共有断层15条。

1）褶曲

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本矿井主要褶曲为滹沱背斜。背斜轴走向130°，延展长度约13km，西北倾伏端被大隗断层切割，向东南至15勘探线仰起，轴面近似直立。北翼地层走向135~150°，倾45~70°，倾角6~15°，南翼地层走向115~140°，倾向205~230°，倾角3~12°。

2）断层

井田内的断裂构造发育，勘探阶段共发现断距较大的断层16条。构造方向与区域构造方向相符合，大隗断层、贾梁断层、欧阳寺断层构成本区自然边界。断层走向除大隗断层为近东西向外，其余均为北西～南东方向。

1.2.3井田水文地质特征

1）地表水

本矿井内有两条河流，双洎河和沂水河。最高洪水位标高，一般为+101.33~+104.31m，新郑市西关双洎河桥位置洪水位的标高为+102.68m，其桥面标高为+106.04m，洪水期对地面建筑无影响的，河流距的主要开采煤层二1煤约400m左右，且对地下水的补给仅限于局部地段，补给量很小，对开采影响不大。

2）主要含水层与隔水层 （1）含水层

①寒武系上统长山组（∈3ch）白云质灰岩岩溶承压的水含水层

含水层大有体上沿滹沱背斜轴部的地带，埋藏深度600m左右，向北东方向逐渐增加到1444m。揭露厚度一般11~32m。80年代天然水位标高+121.46~+126.06m，211、1810补等孔水位标高分别达132.46m、129.18m。该含水层与O2m灰岩含水层为一个统一含水层。

②奥陶系马家沟组（O2m）灰岩岩溶裂隙水含水层

该层钻孔揭露厚度25.33~79.95m，平均厚度54.70m。该层上段为厚层状灰岩，下段泥质成分增高。岩溶裂隙主要发育于断裂带，滹沱背斜轴部及露头带附近，其标高为-225.71~-542.71m。

含水层强富水，但不一，主要富水地带滹沱背斜轴部、露头风化带及断裂带。钻孔单位涌水量q=0.0143~1.507L/s·m，80年代水位标高+121.59~+122.36m，水温23~29℃。该含水层距上覆一1煤层平均9.43m，是一1煤层底板直接充水岩层。同时，由于该含水层和C3tL1-4、C3tL7-8灰岩含水层有水力联系，所以对二1煤的开采也有较大影响。

③石炭系太原组下段（C3tL1-4）灰岩岩溶裂隙承压水含水层

该层有1~4层灰岩组成，间夹薄层泥岩、砂质泥岩及薄煤，厚度13.66~43.99m，其

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中灰岩厚度7.4~34.91m，平均18.79m。L1、L2常合为一层，二者一般厚10~13m。

④石炭系太原组上段（C3tL7-8）灰岩岩溶裂隙承压水含水层

该层主要有L7、L8两层厚层状、隐晶结构灰岩组成，含水层埋深一般250~850m，含水层厚度0~18m，一般厚10m左右。灰岩岩溶裂隙主要发育于滹沱背斜轴部、断裂带及露头带附近，钻孔单位涌水量q=0.019~0.6949L/s·m，80年代天然水位标高+120.85~+126.65m。该层是二1煤层底板直接充水岩溶含水层。

⑤二叠系山西组（P1sh）砂岩孔隙裂隙承压水含水层

该层由大占砂岩和香炭砂岩组成，含水层埋深一般250~850m。大占砂岩厚度0.96~31.90m，平均17.05m，香炭砂岩厚度14.23m，孔隙裂隙一般不发育，且多被方解石脉充填。水位标高+117.02~+128.26m，钻孔单位涌水量q=0.0012~0.085L/s·m。该层为二1和二3煤层顶板直接充水含水层，但富水性较弱，对煤层开采影响不大。

⑥上、下石盒子组及上部砂岩孔隙裂隙承压水含水层

该层段为砂岩、砂泥岩互层段，以砂锅窑砂岩（Ss）、田家沟砂岩（St）、平顶山砂岩（Sp）发育良好，上、下石盒子组中厚度5m以上的中、粗、巨粒砂岩共13层，平均总厚度94.09m，埋深50~700m。平顶山砂岩埋深100~350m，厚度48.49~70.55m，一般厚度55.76m。上、下石盒子组砂岩裂隙较发育，该套砂岩厚度较大，但富水性弱，其间因有数层砂质泥岩及泥岩隔水层而水力联系不佳，故对七4煤层及下伏二3、二1煤层的开采影响不大。

⑦第四系孔隙潜水含水层

中更新统（Q2）含水层主要分布在井田西部贾咀、辛店一带，厚度约30m，水位深度6.1~30m，水位标高+126.4~+171.22m，钻孔单位涌水量q=0.178~3.57L/s·m，岩性上部为亚砂夹亚粘土，下部亚粘土夹砾石，底部常见棱角状分选差的碎石层。上更新统（Q3）含水层主要分布井田东部双洎河两岸的平原区，厚度约50m，水位深度1.84~35m，水位标高+96.93~+150.50m，钻孔单位涌水量q=0.252~2.71L/s·m，岩性上部以亚砂土为主，含钙质胶结，下部为亚粘土夹砾石层，底部为河床粗砂砾层；全新统（Q4）含水层主要分布于双洎河沿岸及新郑市区以东平原区的浅表部，厚度约10m，水位深度1.01~13.32m，水位标高+100.32~+131.67m，钻孔单位涌水量q=0.22~0.776L/s·m，岩性为粉砂土、亚砂土、粉细砂，夹透镜状粘土层，双洎河沿岸河流一级阶地的底部具河床相砂砾石层。

（2）隔水层

①一1煤层底板铝土质隔水层

该层位于奥陶系灰岩顶面至一1煤层底面之间，厚度1.87~33.84m，该层层位较稳定，

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岩性致密，隔水性良好，但因该层在局部地段很薄，尤其在受断裂错动的情况下，奥陶系灰岩高压岩溶水将对一1煤层的开采有直接影响。

②太原组中段砂泥岩隔水层

L4层指石灰岩顶面至L7灰岩、砂质泥岩，底部表面的细砂岩，薄煤层的L5和L6灰不稳定，16.83 ~ 68.33m厚，层是稳定的，良好的抗水性，为c3tl1-4石灰石和c3tl7-8灰之间的隔水层，但在断裂切割和裂谷带背斜轴，将形成，含水层间的水力联系下。

③二1煤层底板砂泥岩隔水层

指L8灰岩顶面到二l煤层底板之间的砂、泥岩段，据本区揭露该层厚度1.61~43.82m，平均厚10.96m，该层有一定的隔水作用。隔水层厚度小于5m以及断裂破碎之处会造成底板突水可能。

④石千峰组上段细粒砂岩、砂质泥岩隔水层

该层在井田西缘有零星出露，大部分被第三、四系掩盖。岩性为砂质泥岩和细粒砂岩，孔隙裂隙不发育，对上覆下伏含水层起隔水作用。

⑤上第三系（N1l）砂质粘土及粘土隔水层

平均厚度为0 ~ 656.85m，255.02m厚砂质粘土和粘土。由于厚度大，层位较稳定，所以是第四系含水层及基岩含水层之间的隔水层。IDA透露一些钻孔在0.23 ~ 22.70m厚底，一般＜10m厚的砾石层，20 ~直径100mm，这更是填充粘土，半胶结。

3）矿井充水条件分析

（1）地表水和新生界孔隙含水层至二l煤间距很大（约340~900m），其间有平均厚度275.02m的粘土和砂质粘土隔水层，故不能形成矿床充水水源。

（2）二l煤层顶板砂岩孔隙裂隙含水层，富水性弱，地下水径流迟缓，补给条件差，一般不会对矿井形成较大危害。

（3）水量较丰富，补给强度中等，钻孔单位涌水量q=0.019~0.6949L/s·m。二l煤层底板隔水层，厚度1.61~43.82m，平均10.96m，隔水性不佳，特别是断裂带将成为煤层底板突水通道，同时还可能成为下部C3tL1-4灰岩甚至O2m灰岩岩溶水间接充水的通道。

（4）井田东部灰岩陷伏露头地带，汇集丰富的混合型岩溶裂隙承压水，矿井深疏排水时，将会形成回流，成为二1煤层的重要充水水源。

（5）构造对矿床充水的影响。断层是本区矿床充水的主要因素，北部边界F1和东北部的F3断层，使三个岩溶含水层在垂直方向上发生水力联系，并形成高水位的富水导水带，需留够防水煤柱。

4）井田水文地质勘探类型划分

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根据《河南省新密煤田赵家寨井田勘探报告》研究结论，此井田水文地质勘探类型为第三类第一亚类第二型，即以底板溶蚀裂隙充水为主的水文地质条件中等偏复杂的岩溶充水矿床。

5）矿井涌水量计算

对煤矿涌水量对矿井充水井田地质报告只有两主要是石灰岩喀斯特裂隙含水层底板，顶板含水层是弱的，所以在太原组上部灰岩含水层排水量的计算。

根据水文地质部门，矿区地热勘探，通过大孔抽水试验，用有限元方法600m3/h的矿井正常涌水量估算。矿井涌水量的解析法预测矿井涌水量，是650m3 /小时，两L煤顶板砂岩含水层排水的涌水量由压力潜水裘布依公式计算，顶板含水层139.23m3/h。 本设计根据矿井正常涌水量为600m3/h，最高产量为650m3／h的设计。由于复杂的地质条件适中，盖上厚的新生代，尽管采用多种勘探手段，很难准确地检测液压性能和故障的变化规律。

1.3煤层特征

1.3.1可采煤层赋存特征

井田煤层分为4层，分别为七，3个4，两至1和1。二1煤层是两，3，1大煤层。大多数的七煤层4侵蚀。西部唯一的地方保存，该地区保存在煤层中很大的一部分。IDA在表1-1煤层。

七：4煤发生在七段中，石河子组下部，从平顶山231.39m田家沟砂岩，砂岩从26.82m。煤层厚度平均0.49米~，1.11m，夹矸1 ~ 2层，岩性为泥岩，煤层结构简单。煤层顶板为砂质泥岩和泥岩，泥岩底。七4矿区含煤面积约10% IDA，IDA大面积煤层。煤层厚度薄煤0.80 ~ 1.30M有约3平方公里的地区，煤层厚度大于1.30米厚的煤1.87km2面积约。 二：在山西组下部3煤发生，从22.59 ~ 73.88m 46.35m砂岩窑砂锅，平均距离，L7灰岩25 ~ 3700万，平均31.62m。煤层厚度0米~ 6.98m，平均，几见洞1层煤矸石煤矸石，岩性为泥岩、碳质泥岩和煤层结构简单。3个矿区煤矿区约占71%，其中0.80 ~ 1.30M薄煤层煤厚4，约22.5km2面积1.31 ~ 3.50m，煤层厚度厚煤区3个，面积约灵，一个较小的煤层厚度3.51 ~ 8.00m厚煤层的煤。厚度在背斜轴线两侧中央厚度的总体趋势，煤层厚度和最小厚度的减小，北东部和南部。煤层厚度沿走向区基本变化，沿倾向北东的起伏趋势薄的厚的薄的西南，突然有局部增厚和变薄的现象。煤层厚度的变化，不稳定系数为5.09，属不稳定煤层。

表1-1 可采煤层特征表

两极厚度 煤层名称 平均厚度 （m） 七4 二3

煤层结构 稳定程度 煤层间距 （m） 0.49-2.01 1.11 0-6.98 含夹矸1~2层，较简单 较稳定，局部可采 38.50-98.50 含夹矸1层，较简单 不稳定，大部可采 153.30 8

1.37 二1 一1 0-21.75 3.0 0-4.55 1.46 含夹矸1~2层，较复杂 较稳定，主要可采 含夹矸层，较简单 不稳定，大部可采 5.04-39.50 18.60 54-128.00 80.35 二1煤：赋存于山西组下部，上距砂锅窑砂岩42.59~93.88m，平均64.72m，下距L7灰岩20~25m，平均22.28m。煤厚0~21.75m，平均5.50m。煤层厚度有一定变化，属较稳定的中厚～厚煤层。煤层含夹矸1~2层，夹矸厚度0.10~2.2m，夹矸岩性多为泥岩和炭质泥岩，煤层结构简单。煤层直接顶板为泥岩、炭质泥岩或砂质泥岩，厚度0.13~0.87m，平均0.48m。直接底板为泥岩、炭质泥岩或砂质泥岩，厚度0.13~2.87m，平均厚度1.07m。二1煤可采区域含煤面积约占全井田的98%，其中煤厚0.80~1.30m的薄煤带2个，面积约0.9km2，1.31~3.50m的中厚煤带4个，面积约19.4km2，煤厚3.51~8.00m的厚煤带2个，面积约19.5km2，煤厚大于8m的特厚煤带14个，面积约9.3km2。井田内特厚煤带主要分布于中部，厚煤带展布于中部特厚煤带两侧及北东部，中厚煤带主要分布于南东、南西部，薄煤带、不可采带多零星散布于南部。煤厚变化规律不明显，但尚可发现宏观趋势。整体趋势为中部背斜轴部煤厚最大，向两侧及北东煤厚渐小，南东及西部煤厚最小。另外，煤厚沿走向变化较小，沿倾向变化相对较大。在南部，煤厚有急剧增厚变薄现象。但煤层总体上属较稳定型煤层。

一1煤：俗称炭煤，赋存于太原组底部，上距二1煤层54~128m，平均80.35m，下距奥陶系顶界面平均8.93m。煤厚0~4.55m，平均1.46m，层位稳定，大部可采。煤层含夹矸1~3层，夹矸厚度0.20~1.29m，一般0.30~0.60m，夹矸岩性多为泥岩和炭质泥岩，煤层结构简单。煤层多为L1灰岩直接压煤，偶有直接顶板，岩性以炭质泥岩为主，厚度0.30~0.71m。底板多为铝质泥岩，平均厚度8.93m。一1煤可采区域含煤面积约占全井田的76%，煤层厚度总体变化趋势为中部厚，东西两侧薄。煤层总体上属较稳定～不稳定型煤层。由于一1煤距奥灰较近，受奥灰岩溶裂隙承压水的影响，目前的开采安全技术条件尚不成熟。

1.3.2煤质

1）煤层物理性质和煤岩特征 （1）物理性质

井田内可采煤层物理性质见表1-2。

表1-2 煤层物理性质

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煤层 颜色 七4 二3 二1 一1 黑褐 黑 结构 条带状 构造 断口 坚硬程度 产出状态 视密度 真密度 半坚硬 松软 松软 坚硬 粒、碎块 粉粒状 鳞片 粒、碎块 1.44 1.39 1.41 1.43 1.56 1.46 1.51 1.53 块状 参差状 — 贝壳 参差状 受构造影响轻微 参差状 灰黑 呈现结构煤特征 灰黑 条带状 块状 （2）煤岩特征

二1煤宏观煤岩成分不易分辨，二3煤、一1煤均以亮煤为主，可见镜煤条带，为半亮型。七4煤以亮煤为主，可见暗煤，为半暗～半亮型。

二1、二3和一1煤中矿物含量较少，以粘土矿物为主，次为硫化物和碳酸盐等。一1煤硫化物远远高于二1、二3煤层，七4煤层粘土矿物达18.9%，硫化物、碳酸盐、氧化物则均匀分布。

2）化学性质和工艺性能 （1）化学性质 ①元素组成

井田内可采煤层原煤、浮煤元素分析结果见表1-3。

表1-3 可采煤层元素分析结果表 原煤(%) 煤层 浮煤(%) H/C Cdar Hdar Ndar (O+S)daf Cdar Hdat Ndar (O+S)daf （原子比) 1.32 1.39 1.62 0.91 3.29 3.88 4.47 8.53 90.34 5.29 91.71 4.25 91.47 4.12 88.37 3.87 1.21 1.37 1.60 0.93 3.15 2.67 2.81 6.83 0.702 0.556 0.541 0.526 七4 89.78 5.56 二3 90.49 4.24 二1 89.92 3.99 一1 86.70 3.86 ②有害组分

：七杆4煤灰丰富的灰；二是低灰分煤3煤为主，局部超低灰和丰富的灰；二1煤煤低灰、局部小area of超低灰和丰富的灰；1煤灰in the的地方，有小面积的低灰分煤。7 4，两个3，二1煤有低污染煤，煤的煤1严重的污垢。

7.08 4 %，%，属于高硫煤。在1.4洗液密度在七4两，三硫二1煤变小， 1煤率是4%。

C：七4，两个3防潮，二1煤水是分别为0.93 0.96毫克%，%和0.50%，the waterwas低。

③其他有害元素

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七4煤和一1煤为特低磷煤，二3和二1煤为低磷煤；七4、二3、二1煤中的砷、氯、氟含量均较低，符合各类工业用煤要求。一1煤中的砷含量高达14ppm，不符合食品工业用煤要求。

（2）工艺性能 ①燃烧性

a 发热量：七4煤原煤干燥基高位发热量为25.24MJ/kg，二3、二1、一1煤为29.35~30.27MJ/kg。

b 可磨性：二3、二1煤为易磨碎煤，一1煤为较易磨碎煤。

c 煤灰熔融性：据灰熔融性测定结果，七4、二3、二1、一1煤灰软化温度（ST）依次降低，分别为1420℃、1400℃、1372℃、1212℃。七4、二3、二1煤属高熔灰分煤，适用于固态排渣炉用煤，一1煤为低熔灰分煤，适用于液态排渣炉用煤。

②气化性

根据6~13mm级块煤测定结果，本井田二1煤热稳定性综合为中等～极差级别。根据各煤层反应性测定结果，900℃时各煤层的二氧化碳转化率为9.5~17.0%，当温度升至950℃时，则为21~52%，反应能力略微增强，但均为弱反应煤。

（3）煤类确定

依据《中国煤炭分类国家标准》（GB5751-86），以浮煤干燥无灰基挥发分（Vdaf）、粘结指数（GR·I）、胶质层最大厚度为主要指标，辅以干燥无灰基氢（Hdaf）含量、镜煤最大反射率（R。max）、焦渣特征等确定，二3、二1和一1煤从西到东依次为贫瘦煤、贫煤和无烟煤。七4煤为肥煤，另有两个孤立焦煤点。二3煤以贫瘦煤、贫煤为主，无烟煤次之，另有两个孤立瘦煤点。二1煤以贫煤为主，无烟煤次之，分别有2个和3个孤立贫瘦煤点。一1煤无烟煤面积比二1煤大，反映了深成变质作用的结果。

3）煤的可选性评价

根据煤的浮沉实验，二3、二1和一1煤浮煤产率以小于1.5密度级产率居多，分别占80.32%、81.67%和71.54%。据浮沉实验结果，二3、二1煤为极易选～极难选煤，一1煤为极易选～易选煤。根据简选样筛分实验结果，二1煤随粒度减小，产率增高，质量变好，全硫减少。

4）煤质特征综述

二1煤：黑～黑灰色，具半金属～玻璃～油脂光泽，条带状结构，粒状小块状构造。偶含黄铁矿薄膜，属半亮～光亮型煤。原煤为低灰，特低硫、低磷、极易选～极难选煤的贫瘦煤、贫煤和无烟煤，可作悬浮床气化用煤和动力用煤，贫瘦煤可用于炼焦配煤，无烟

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煤可作高炉喷吹用煤。发热量（Qgr.v.d）为29.65~30.41MJ/kg。

二3煤：煤质为近似二1煤层的贫煤，发热量（Qgr.v.d）为29.28~30.38MJ/kg。 七4煤：属富灰到高灰、特低硫、特低磷，很难选、不能选的中等热值肥煤。可作动力用煤和民用煤。发热量（Qgr.v.d）为25.24MJ/kg。

一1煤：为中灰～富灰～高灰，特低磷，高硫之无烟煤。发热量（Qgr.v.d）为28.77~30.86MJ/kg。

1.3.3煤层开采技术条件

1）煤层顶底板情况

主要可采煤层二1煤顶底板岩性：

顶板：伪顶多为炭质泥岩、页岩，易破碎，伪顶厚度0~0.5m，局部厚度达到1.5m。伪顶零星分布在中部911、904孔以及东南部的1614、2202孔附近。泥岩、砂质泥岩顶板主要在3勘探线以东，与砂岩顶板相间分布，厚度1.1~11.23m，占井田面积40%左右，岩石结构致密，抗压强度15.3~28.2MPa，一般较稳定；砂岩顶板全区均有分布，占井田面积50%左右，厚度1.1~33m，平均11.06m，岩石致密、坚硬，抗压强度21.4~168.4MPa。由此可见，大部分区段二1煤顶板为砂岩老顶，岩石力学强度较高稳固性较好，在断层发育处及背斜轴部地带，岩石原生结构遭到破坏，裂隙较发育，容易造成巷道矿压显现强烈。

底板：伪底多为炭质泥岩，易破碎，主要分布在508~505孔、官刘庄断层以及1408~1803孔一带，占井田面积的15.8%。砂岩底板主要分布在508~7012钻孔、1207~1107钻孔以及1911~2205钻孔附近，占井田面积13.2%，厚度1.1~10m，平均3.8m，岩石抗压强度为53.2~193.1MPa。泥岩、砂质泥岩为大面积分布的直接底板，厚度0.75~17.19m，平均3.10m，层理普遍发育，岩石抗压强度7.8~86.1MPa，属较稳定底板。

2）瓦斯

井田西部瓦斯成分以CH4为主，为沼气带范围，两极值为6.43~98.71%，次为N2和CO2。中东部瓦斯成分则以N2和CO2为主，为瓦斯风化带，CH4成分较低。

二1煤沼气带分布在井田西部、深部及第10勘探线以西块段，其余为瓦斯风化带。二3煤瓦斯赋存规律和特征与二1煤近似，但沼气带范围小，西部煤层较厚地段瓦斯含量稍高。七4煤和一1煤均属瓦斯风化带。一1煤瓦斯成分为0~22.32%，瓦斯含量为0~0.39ml/g可燃物。

本区瓦斯呈西高东低的特征，总体东北部属瓦斯风化带，西南部为瓦斯带范围。CH4含量总的变化趋势是随煤层埋深的增大而升高。根据矿井煤层瓦斯含量和生产能力预测，

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矿井生产时瓦斯相对涌出量为4.436m3/t，绝对瓦斯涌出量为30.806m3/min，矿井应属低瓦斯矿井。

3）煤尘及煤的自燃

七4、二3和二l煤层火焰长度分别为10mm、14mm和10mm；加岩粉量分别为40%、43%和43%，结论为均有爆炸危险性。一1煤无煤尘爆炸性资料。

通过地质报告钻孔样品燃点测试结果，确定二3和二1煤层均为不易自燃煤层。 4）地温

本区属地温正常背景下存在局部地温异常区。据井田内10个钻孔恒温带观测，本井田恒温带深度10~18m，温度16~16.93℃，一般16.3℃。地温梯度2.0~5.39℃/100m，平均3.5℃/100m。初期开采块段地温正常，I级热害区主要在东部的东土桥断层与双洎河断层之间以及西部二l煤层-400m标高以深区域，II级热害区主要分布在双洎河断层以东，占井田面积的9.12%。

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2 井田境界和储量

2.1井田境界

2.1.1井田范围

赵家寨矿井井田范围为：北部以大隗断层为界，南部西段以欧阳寺断层为界，南部东段以新密公路为界，西部以二1煤-800m底板等高线为界，东部以贾梁断层和二1煤露头线为界。地理坐标为：东经113°34′00″~113°43′00″，北纬34°23′30″~34°26′30″。井田二1煤层赋存状况如图2-1所示。

-55000-2-25000-350-3-40050-400-5-100-250-300-400-500-150-450-3500-402.1.2开采界限

井田可采煤层共有4层，自上而下分别为七4、二3、二1和一1。二1煤层属全区可采煤层，二3、一1煤层属大部可采煤层，七4煤层大部被剥蚀，仅西部局部保存，在保存区内属大部可采煤层。二1煤层为为本矿井主采煤层，平均厚度为5.5m。由于二1煤层厚度大，赋存条件较好，故本设仅考虑二1煤层。

2.1.3井田尺寸

井田东西走向长11km，南北倾向宽3~4km，井田面积约40km2。

2.2矿井工业储量

2.2.1储量计算基础

1）根据本矿的井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算；

2）根据《煤炭资源地质勘探规范》和《煤炭工业技术政策》规定：煤层最低可采厚度为0.70m，原煤灰分≤40%；

3）依据国务院过函（1998）5号文《关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问

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-85050-700-8-1500-3550-500-605-600-7-30-300-2500-200N-200-250-250图2-1 井田二1煤层赋存状况示意图

0-35-2500-30

题的批复》内容要求：禁止新建煤层含硫份大于3%的矿井，硫份大于3%的煤层储量列入平衡表外的储量；

4）储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05m时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹石总厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度；

5）井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层赋存较稳定，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。

2.2.2井田地质勘探

本区地质勘探工作历时较长，地质勘探工作是在河南省煤田地质局一队1978年提交的详查报告基础上，于1981年至2002年分阶段进行的，前后共分为三个阶段。本井田勘探类型和网度符合地质勘探规范要求和客观实际，各项勘探工程质量和勘探研究程度高，地质基础资料齐全、准确、可靠，对井田构造、可采煤层的厚度、结构、产状及分布已查明，煤的用途已评价，储量数据可靠，可以满足矿井设计的需要。

2.2.3矿井工业储量计算

本矿井主采煤层为二1煤，采用地质块段法计算工业储量。

地质块段法就是根据煤层倾角和厚度大体一致的原则，将井田划分为若干块段，在圈定的块段范围内可用算术平均法求得每个块段的储量，煤层总储量即为各块段储量之和。本井田划分为10个储量块，分块情况如图2-2所示。

-550-250-1507-3008-40000-250-200-350-3-500-450125-150-35090-4000-450-400-500-150-850-700-80-3550-500-605-600-7-3000-300-25-200N-25030-35-200-2506-250104 图2-2 块段划分示意图

0-301）矿井地质资源量

矿井地质资源量可由下式计算：

Zz??(miSi?/cosAi)?10?6

i?110(2-1)

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式中：Zz—矿井地质资源量，Mt；

mi—第i块段煤层平均厚度，m； Si—第i块段煤层平面面积，m2； γ—煤的密度，1.41t/m3；

Ai—第i块段煤层的平均倾角，°。

将各参数代入式2-1，可得表2-1。故矿井地质资源储量为：162.37Mt。 2）矿井工业储量

根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%推断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%是经济的基础储量，30%是边际经济的基础储量，则矿井工业储量由下式计算：

Zg=Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333k

Z111b—探明的资源量中经济的基础储量，Mt； Z122b—控制的资源量中经济的基础储量，Mt； Z2M11—探明的资源量中边际经济的基础储量，Mt； Z2M22—控制的资源量中边际经济的基础储量，Mt； Z333—推断的资源量，Mt；

k—可信度系数，取0.7~0.9，根据本矿实际条件取0.8。 其中：Z111b=Zz×60%×70%=162.37×60%×70%=91.22Mt Z122b=Zz×30%×70%=162.37×30%×70%=35.15Mt Z2M11=Zz×60%×30%=162.37×60%×30%=30.12Mt Z2M22=Zz×30%×30%=162.37×30%×30%=15.06Mt Z333k=Zz×10%×80%=162.37×10%×80%=13.39Mt

则矿井工业储量：Zg=91.22+35.15+30.12+15.06+13.39=184.94Mt

表2-1 井田块段储量计算表

块号 1 2 3 4 5

(2-2)

式中：Zg—矿井工业储量，Mt；

平均倾角 /° 14 6.6 7.0 0.5 3.0 平面面积 /m2 5858131.29 6396350.08 5069445.33 1177690.51 2464793.41 煤层面积 /m2 6037283.54 6438979.50 5107177.15 1177735.31 2468172.53 煤层平均厚度 /m 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 密度 /t·m-3 1.41 1.41 1.41 1.41 1.41 储量 /Mt 25.52 27.21 21.59 4,98 10.43 16

6 7 8 9 0 7.5 9.6 4.5 合计 3912078.72 7794671.92 2764984.31 3778334.63 39216480.21 3912078.72 7861863.17 2804214.72 3794279.77 39601784.42 3.0 3.0 3.0 3.0 — 1.41 1.41 1.41 1.41 — 16.54 33.23 11.85 16.03 162.74 2.3矿井可采储量

2.3.1安全煤柱留设原则

1）工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不留设保护煤柱。

2）各类保护煤柱按垂直剖面法确定，用岩层移动角确定工业场地煤柱。

3）围护带宽度是根据矿区建筑物的保护等级划定的。风井属I级保护建筑物，故风井场地留设20m宽的围护带；工业场地属II级保护建（构）筑物，留设15m宽围护带。

4）落差超过100m的断层保护煤柱宽度50m，井田境界煤柱宽度为50m。 5）工业场地占地面积，根据《煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明》中第十五条，工业场地占地面积指标见表2-2。

表2-2 工业广场占地面积指标

井型（万t/a） 240及以上 120~180 45~90 9~30 占地面积指标（公顷/10万t） 1.0 1.2 1.5 1.8 2.3.2矿井保护煤柱损失量

1）井田境界保护煤柱

根据本矿井的实际情况，鉴于本井田大部分边界为落差超过100m的断层边界，按照《煤矿安全规程》（2010年版）的有关要求，井田边界内侧暂留50m宽度作为井田境界煤柱，则井田境界保护煤柱的损失量按下式计算：

P=H×L×M×γ×10-6

H—井田境界煤柱宽度，50m； L—井田境界长度，29410m； m—煤层厚度，3.0m； γ—煤的密度，1.41t/m3。

17

(2-3)

式中：P—井田境界煤柱损失量，Mt；

代入数据得：P=50×29410×3.0×1.41×10-6=6.22Mt 2）工业场地保护煤柱

本矿井设计生产能力为2.4Mt/a，由表2-2可得工业场地占地面积为0.24km2，故可取工业场地为600m×400m的长方形。工业场地所在位置的煤层倾角为1°，其中心处煤层埋藏深度为270m，该处表土层厚度为102m，主井、副井及地表建筑物均布置在工业场地内。工业场地按II级保护留维护带，宽度为15m。本矿井的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-3。

表2-3 地质条件及岩层移动角

场地中心煤层埋深/m 煤层倾角/° 煤层厚度/m 表土层厚度/m φ/° δ/° β/° γ/° 270 1 3 102 45 75 63 75 结合本矿井的地质条件及冲积层和基岩移动角，采用垂直剖面法计算工业场地的压煤损失。工业场地压煤计算示意图如图2-3所示。

工业场地压煤量可按下式计算：

式中：P—工业场地压煤量，Mt；

S—工业场地压煤水平面积，703414.47m2； m—煤层厚度，3.0m； γ—煤的密度，1.41t/m3； α—煤层倾角，1°。

代入数据得：P=703414.47×3.0×1.41×10-6/cos1°=2.98Mt

Ⅰ--ⅠⅡ--ⅡP=S×m×γ×10-6/cosα

(2-4)

φβφφφδ+125+230-50-100-150-200γδⅡⅠⅠ

18

Ⅱ

图2-3 工业场地压煤计算示意图

3）井筒保护煤柱

主副井筒和前期回风井保护煤柱在工业场地保护煤柱范围内，后期在井田两翼有两个回风井，即东、西翼回风井，按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程（2000版）》中参数计算，取东西风井工业场地为100m×100m，同样用垂直剖面法计算东西风井压煤量为：3.13Mt。

4）大巷保护煤柱

矿井设计布置两条大巷，取大巷保护煤柱的宽度为40m，则大巷压煤量为：11.50Mt。 综上，各种保护煤柱损失量见表2-4。

表2-4 保护煤柱损失量

煤柱类型 井田境界保护煤柱 工业场地保护煤柱 井筒保护煤柱 大巷保护煤柱 合计 损失量/Mt 6.22 2.98 1.71 6.27 17.18 2.3.3矿井设计可采储量

矿井设计可采储量按下式计算：

式中：Zk—矿井设计可采储量，Mt；

Zg—矿井工业储量，Mt；

P—断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建（构）筑煤柱等永久煤柱损失量、

工业场地和主要井巷煤柱损失量之和，Mt；

C—采区采出率，厚煤层不小于75%；中厚煤层不小于80%；薄煤层不小于85%。

此处取75%。

则矿井设计可采储量：Zk=(162.74-17.18)×0.80=120.45Mt

Zk=(Zg-P)×C

(2-5)

19

3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 3.1矿井工作制度

根据《煤炭工业矿井设计规范》（2005年版）相关规定，确定本矿井年工作日为330d，工作制度采用“三八”制，每日两班生产，一班检修，每班工作8h。矿井每昼夜净提升时间为16h。

3.2矿井设计生产能力及服务年限

3.2.1矿井设计生产能力

本矿井设计生产能力为1.2Mt/a。

3.2.2确定依据

《煤炭工业矿井设计规范》（2005年版）第2.2.1条规定：矿井设计生产能力应根据资源条件、外部建设条件、回采对煤炭资源配置及市场需求、开采条件、技术装备、煤层及采煤工作面生产能力、经济效益等因素，经多方案比较后确定。

本矿井设计生产能力的确定主要从以下几方面予以考虑： 1）储量及服务年限

本矿井设计可采储量120.45Mt，从矿井设计生产能力及服务年限来看，本矿井具备建设大型矿井的资源条件。由表3-1可知，生产能力2.4Mt/a时，对照《煤炭工业矿井设计规范》（2005年版）要求，其服务年限也稍微偏小。而生产能力为1.8Mt/a、1.5Mt/a时，矿井服务年限也偏小，生产能力1.2Mt/a时服务年限符合要求。

2）煤层赋存条件

本矿井主要开采煤层为二1煤层，煤层平均厚度为3.0m，厚度变化不大，赋存较稳定，煤层倾角大部分为3~14o，局部稍大，但也在20o以下,适宜机械化开采。

3）市场需求

随着经济的发展和煤炭开采技术的进步，煤炭市场总量需求不断加大，矿区目前生产能力已经不能满足已有用户的需求，宜加大矿井设计生产能力。

4）经济效益

井田内表土层较厚、井筒较深，建设费用较高，所以应尽可能提高矿井生产能力，减少吨煤投资，提高经济效益。生产能力为2.4Mt/a时的井巷工程和投资与生产能力为1.8Mt/a时的相差不大，但吨煤投资低。

综合比较，生产能力为1.8Mt/a时，矿井服务年限偏长，矿井投资与生产能力为2.4Mt/a

20

时相差不大，工作面没有达到最大能力，限制了工作面单产，相应吨煤投资高，经济效益差；生产能力为2.4Mt/a时，服务年限适中，矿井保产、达产容易，有较长的稳产年限，收支比大，可充分发挥机械设备的效率，可获得较好经济效益。因此矿井设计生产能力推荐2.4Mt/a。

3.2.3服务年限

1）矿井服务年限

矿井服务年限必须与井型相适应。

矿井设计可采储量Zk，设计生产能力A和矿井服务年限T三者之间的关系为：

式中：T—矿井服务年限，a；

Zk—矿井设计可采储量，120.45Mt； A—设计生产能力，1.2Mt； K—矿井储量备用系数，取1.4。 则矿井服务年限：T=120.45/(1,2×1.4)=71.7a 2）第一水平服务年限

矿井第一水平可采储量：Zk1=94.83Mt，则矿井第一水平服务年限T1：

T1=Zk1/(A×K)=94.83/(2.4×1.4)=56.4a

T=Zk/(A×K)

(3-1)

3.2.4井型校核

矿井的实际煤层开采能力，运输能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核： 1）煤层开采能力的校核

井田内二1煤层为主采煤层，煤层平均厚度为3.0m，为厚煤层，且厚度变化不大，赋存较稳定，煤层倾角大部分为3~14o。根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个综采工作面来满足井型要求。

2）运输能力的校核

矿井设计为大型矿，开拓方式立井两水平开拓。井下煤炭运输采用钢丝绳芯胶带输送机运输，工作面生产的原煤经胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，运输连续、能力大，自动化程度高，机动灵活；井下矸石、材料和设备采用轨道运输，运输能力大，调度方便灵活。

3）通风安全条件的校核

21

矿井生产前期采用中央并列式通风，生产后期在东、西两翼各布置一个回风井，可以满足通风要求。

4）储量条件的校核

根据《煤炭工业矿井设计规范》（2005年版）第2.2.5条规定：矿井设计生产能力与服务年限相适应，才能获得好的技术经济效益。

井型和服务年限的对应要求见表3-2。

由表3-2可知：煤层倾角低于25°，矿井设计生产能力为1.2~2.4Mt/a时，矿井设计服务年限不宜小于50a，第一开采水平设计服务年限不宜小于25a。

本设计中，煤层倾角低于25°，矿井设计生产能力为2.4Mt/a，矿井服务年限为61.5a，第一水平服务年限为51.78a，均符合《煤炭工业矿井设计规范》（2005年版）的规定。

表3-2 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限

矿井设计生产能力 矿井设计服务年限 (万t/a) 600及以上 300~500 120~240 45~90 9~00…….030 (a) 70 60 50 40 35 30 25 20 各省自定 第一开采水平设计服务年限(a) 煤层倾角<25° 煤层倾角25°~45° 煤层倾角>45° — — 20 15 — — 15 15

22

4 井田开拓

4.1井田开拓基本问题

井田开拓指在井田范围内，从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些开拓巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。

具体有下列几个问题需认真研究：

1）确定井筒的形式、 数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置； 2）合理确定开采水平的数目和位置； 3）布置大巷及井底车场；

4）确定矿井开采顺序，做好开采水平的接替； 5）进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造； 6）合理确定矿井通风、运输及供电系统。

确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则：

1）贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造条件。在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。

2）合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。 3）合理开发国家资源，减少煤炭损失。

4）必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态。

5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综掘机械化、自动化创造条件。

6）根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。

4.1.1确定井筒（硐）形式、数目、位置及坐标

1）井筒（硐）形式的确定

井筒（硐）形式井田开拓方式中最重要的指标，井筒（硐）形式一般有三种平硐、斜井、立井。

23

（1）平硐开拓运输环节和设备少、系统简单、费用低；工业设施简单；井巷工程量少，省去排水设备，大大减少了排水费用；施工条件好，掘进速度快，加快建井工期；煤炭损失少。但平硐开拓受地形埋藏条件限制，只适用于地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地区，且有便于布置工业场地和引进铁路，上山部分储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。

（2）斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长，提升深度有限，辅助提升能力小；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技术复杂。适用于井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质条件简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。

（3）立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深相同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为有利；当表土层为富含水层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产状均特别复杂的井田，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，基本建设投资大。煤层埋藏深、表土厚或水文条件复杂，井筒需特殊施工；对不利于平硐和斜井的地形地质条件都可考虑立井。

本井田为新生界地层所覆盖的隐伏煤田，主采煤层二1煤埋深250~920m，倾角大部分3~12o，局部稍大，但也在20o以下。新生界表土层厚度从数十米到400m不等，西南薄，东北厚，矿井水文地质条件中等偏复杂，涌水量较大，因而不适宜斜井开拓。井田地表地形较为平坦，无太大起伏，因而不适宜平硐开拓。综上，本矿井需采用立井开拓。

2）井筒数目的确定

矿井生产前期（大约前25年），在工业广场内开掘一回风立井，即前期采用中央并列式。到后期矿井生产进入东、西两翼之后，由于通风阻力增大，故在两翼各开掘一回风立井，以满足后期开采需要。

3）井筒位置的确定 井筒位置的确定原则：

24

（1）工业场地应尽量靠近地质构造简单、块段完整且储量丰富的块段，以利于首采带区位置选择和首采工作面布置，并尽量减少初期工程量，减少投资，缩短建井工期；

（2）工业场地尽量避开村庄、道路、沟渠等； （3）井筒、井底车场尽量避开断层、陷落柱等构造带； （4）井底车场巷道特别是主要硐室的岩性要好；

（5）工业场地尽量少压煤，特别是少压开采条件较好的煤； （6）井位的确定兼顾分区划分的合理性；

（7）工业场地尽量布置在开阔地带，并尽量靠近已有的公路及铁路，尽量减少铁路、公路、供电线路的长度，以降低工程造价；

4.1.2工业场地的位置

工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中央。

工业场地的形状和面积：根据表2-2工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为0.24km2，形状为矩形，长边垂直于井田走向，长为600m，宽为400m。

4.1.3开采水平的确定及带区、采区的划分

开采水平划分的依据： 1）是否有合理的阶段斜长；

2）阶段内是否有合理的分带、区段数目；

3）要保证开采水平有合理的服务年限和足够的储量； 4）要使水平高度在经济上合理。

本井田主采煤层为二1煤，其最高标高为-108.07m，井田西南部二1煤标高最低，其最低开采标高为-804m，其余部分煤层标高都在-530m以上，故井田内煤层的赋存垂高最大为650.93m。根据《煤炭工业矿井设计规范》（2005年版）规定：缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高为205~350m。如果采用上山开采，一个水平服务一个阶段，因此，水平垂高也为200~350m；如果采用上下山开采，一个水平服务两个阶段，水平垂高为400~700m。因此，本矿井即可采用单水平上下山开采，也可采用两水平上山开采。

二1煤煤层倾角在西南部达到15°，局部稍大，但也在20°以下，井田中部煤层倾角很小，在3°以下，其余部分煤层倾角都在8°以下。故可以再井田西翼布置一大采区或两采区，其余地方可以布置带区。

4.1.4主要开拓巷道

25

井底车场 运输大巷 轨道大巷 主暗斜井 后 期 副暗斜井 井底车场 运输大巷 轨道大巷 1000m 2744m 2744m 2220m 2220m 800m 1624m 1230m 表4-7 方案一基建费用

项目 主井开凿 表土段 基岩段 表土段 基岩段 岩巷 岩巷 数量/10m 10.2 25.8 10.2 22.8 100 548.8 基价/元 188603 87051 168294 96830 41874 31851 2976.12 岩巷 岩巷 岩巷 444 80 285.4 41438 41874 31851 3083.87 6059.99 1839.85 334.99 909.03 1839.85 334.99 909.03 费用/万元 192.38 224.59 171.66 220.77 418.74 1747.98 费用/万元 416.97 392.43 418.74 1747.98 1000m 2744m 2744m 2705m 2705m 1600m 3629m 3023m 初 期 副井开凿 井底车场 大巷开凿 小计/万元 暗斜井开凿 后 期 斜井车场 大巷开凿 小计/万元 合计/万元 31

表4-8 方案三基建费用

项目 主井开凿 表土段 基岩段 表土段 基岩段 岩巷 岩巷 数量/10m 10.2 25.8 10.2 22.8 100 548.8 基价/元 188603 87051 168294 96830 41874 31851 2976.12 岩巷 岩巷 岩巷 541 160 665.2 41438 41874 31851 5030.51 8006.63 表4-9 方案一生产经营费

项目 南二带区 南四带区 北一带区 运 输 提 升 费 北三带区 西六带区 西八带区 西十采区 小计/万元 立井提升 系数 1.2 系数 1.2 涌水量/m3·h-1 650 系数 1.2 系数 1.2 系数 1.2 系数 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 煤量/万t 平均运距/km 基价/元·t-1·km-1 费用/万元 2075.43 1789.63 1624.94 1595.00 3114.46 1421.11 2467.33 0.57 1.26 1.26 0.57 2.65 2.81 3.70 12430.35 煤量/万t 提升高度/km 基价/元·t-1·km-1 费用/万元 14088 7003 时间/h 8760 数量/m 2854 数量/m 4440 数量/m 2844 0.325 2.22 服务年限/a 72.6 服务年限/a 29.18 服务年限/a 29.18 服务年限/a 10.28 46526.93 32

费用/万元 192.38 224.59 171.66 220.77 418.74 1747.98 费用/万元 416.97 392.43 418.74 1747.98 初 期 副井开凿 井底车场 大巷开凿 小计/万元 暗斜井开凿 2241.80 669.98 2118.73 2241.80 669.98 2118.73 后 期 斜井车场 大巷开凿 小计/万元 合计/万元 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.42 0.42 496.86 947.07 859.92 381.84 3466.39 1677.19 4601.08 1.6 0.42 基价/元·h-1·m-3 0.4 基价/元·m-1·a-1 26.8 基价/元·m-1·a-1 35 基价/元·m-1·a-1 35 8790.91 7835.52 费用/万元 16535.38 费用/万元 267.83 费用/万元 544.15 费用/万元 122.79 暗斜井提升 煤量/万t 提升距离/km 基价/元·t-1·km-1 费用/万元 排水费 巷 道 维 护 大巷维护 暗斜井维护 费 采区下山维护 合计/万元

表4-10 方案三生产经营费

项目 南二带区 南四带区 北一带区 北三带区 运 输 提 升 费 西六带区 西八采区 西十采区 西十二采区 小计/万元 立井提升 系数 1.2 系数 暗斜井提升 1.2 1.2 排水费 涌水量/m3·h-1 650 系数 大巷维护 1.2 1.2 巷 道 维 护 费 采区下山维护 暗斜井维护 系数 1.2 1.2 系数 1.2 系数 采区上山维护 1.2 1.2 合计/万元 系数 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 煤量/万t 平均运距/km 基价/元·t-1·km-1 费用/万元 2075.43 1789.63 1624.94 1595.00 2543.97 1680.36 1853.38 925.29 0.57 1.26 1.26 0.57 2.60 5.20 4.10 3.90 15516.16 煤量/万t 提升高度/km 基价/元·t-1·km-1 费用/万元 14088 7003 4459.03 时间/h 8760 数量/m 3146 3060 数量/m 3060 2340 数量/m 1360 数量/m 2276 2096 0.325 1.53 1.17 服务年限/a 72.6 服务年限/a 18.58 29.18 服务年限/a 29.18 18.58 服务年限/a 3.86 服务年限/a 7.72 7.00 50062.23 1.6 0.42 0.42 基价/元·h-1·m-3 0.4 基价/元·m-1·a-1 26.8 26.8 基价/元·m-1·a-1 35 35 基价/元·m-1·a-1 35 基价/元·m-1·a-1 35 35 8790.91 5400.15 2629.40 费用/万元 16535.38 费用/万元 187.98 287.16 费用/万元 375.02 182.60 费用/万元 22.05 费用/万元 73.80 61.62 煤量/万t 提升距离/km 基价/元·t-1·km-1 费用/万元 0.35 0.35 0.35 0.35 0.35 0.42 0.42 0.42 496.86 947.07 859.92 381.84 2778.01 4403.89 3829.82 1818.75 需要说明的是：

（1）方案一与方案三中，井田东翼的延深、大巷布置及工作面布置都相同，经济比较时不进行比较。

（2）两种方案的风井布置相同，经济比较时不进行比较。

（3）本次费用估算基价在《开拓方案主要经济数据及毕业设计制图标准》（2008年版）中查得。

（4）方案中相同部分未做比较分析，仅对不同之处进行了计算对比。

33

两种开拓方案的费用汇总见表4-11。

表4-11 方案一和方案三的费用汇总

方案 项目 初期基建费 后期基建费 生产经营费 总费用 方案一 费用/万元 2976.12 3083.87 46526.93 52586.92 百分率/% 100% 100% 100% 100% 方案三 费用/万元 2976.12 5030.51 50062.23 58068.86 百分率/% 100% 163.12% 107.60% 110.42% 对比结果可知，方案一与方案三的初期基建费和生产经营费相差不是太大，但是方案三的后期基建费明显高于方案一的后期基建费。

4.2矿井基本巷道

4.2.1井筒

由上一节确定的开拓方案可知，主、副井都为立井，矿井生产前期通风方式为中央并列式，在井田中央设置中央风井，矿井生产后期在井田东、西两翼开凿东、西回风井。一般来说，立井井筒横断面形状有圆形、矩形两种。圆形断面的立井服务年限长，承压性能好，通风阻力小，维护费用少及便于施工的特点。

1）主井

主井井筒采用立井形式，圆形断面，净直径为6.5m，净断面积33.17m2，井筒内装备两对12t底卸式箕斗，井壁采用钢筋混凝土支护，表土段井壁厚800mm，基岩段井壁厚400mm。此外，还布置有检修道、动力电缆、照明电缆、通讯信号电缆、人行台阶等设施。主井井筒断面如图4-5所示，主要参数见表4-12。

2）副井

副井井筒采用立井形式，圆形断面，净直径为7.2m，净断面积为40.69m2，井筒内装备一对1.5t矿车双层四车加宽罐笼，井壁采用钢筋混凝土支护，井筒主要用于提料、运人、提升设备、矸石等。采用金属罐道梁，型钢组合罐道，罐道梁采用通梁式布置方式。副井内除装备罐笼外，还设有梯子间作为安全出口，并设有管子道、电缆道。副井井筒断面如图4-6所示，主要参数见表4-13。

3）风井

中央风井位于矿井中央上边界保护煤柱内，两翼风井分别位于井田两翼，各备有安全出口。三个风井均采用圆形断面，井筒净直径6.0m，净断面积为28.26m2，采用钢筋混凝

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土支护方式。风井井筒断面如图4-7所示，主要参数见表4-14。

4）暗斜井

主、副暗斜井均采用直墙半圆拱断面，锚喷支护，巷道断面形状分别如图4-8、图4-9所示。

4.2.2井底车场及硐室

矿井为立井开拓，煤炭由胶带机运输至井底煤仓，再由箕斗运至地面；物料经副立井运至井底车场，在井底车场换装，再由蓄电池电机车（前期）牵引至各工作区域；矸石运

1:501300342500506D80016001898504002201038385 图4-5 主井井筒断面图 表4-12 主井井筒主要参数特征表

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