矿井机械化升级改造初步设计 第2章 井田开拓 精品Word下载.docx
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280m。
图2—1—1
二、储量
2008年10月，000煤炭地质公司编制的矿井地质报告对矿井的资源/储量进行了估算。
本井田6、8、9、11、15、15下号煤层的煤种有焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤，根据《煤、泥炭地质勘查规范》（DZ/T0215—2002）的要求，采用的煤炭资源/储量估算指标为：
煤层厚度：
焦煤、瘦煤、贫瘦煤≥0.70m；
贫煤≥0.80m；
最高灰分（Ad）40%；
最高硫分（St,d）3%；
最低发热量（Qnet,d）贫煤为17.0MJ/kg。
各煤层视密度值见表2－1－2。
各煤层的视密度值表
表2－1－2
煤层号
11
15
15下
视密度（ｔ/ｍ3）
1.44
1.60
1.54
1.42
1.49
1、矿井地质资源量
经估算，井田内可采的6、8、9、11、15、15下号煤层保有资源/储量（111b+122b+333）共计241913kt；
其中探明的经济基础储量（111b）174595kt，控制的经济基础储量（122b）47725kt，推断的内蕴经济资源量（333）19593kt，蹬空的资源/储量7782kt（其中6号煤6878kt，11号煤904kt）。
探明的经济基础储量占保有资源/储量的72%。
探明的及控制的经济基础储量占保有资源/储量的92%。
见表2－1－3。
2、矿井工业资源/储量
本井田地质构造简单，煤层赋存稳定～较稳定，因此，（333）资源量的可信度系数取0.8，据此，求得矿井工业资源/储量为237994kt。
见表2－1－4。
矿井资源/储量估算结果汇总表
单位：
kt表2－1－3
煤层
111b
122b
333
合计（111b+122b+333）
（其中）
蹬空
111b
111b+122b+333
111b+122b111b+122b+33
2209
8080
4858
15147
6878
68
6325
829
7154
88
67405
6760
2624
76789
97
9809
1541
11350
904
86
71469
11690
6902
90061
79
92
33512
5061
2839
41412
81
93
合计
174595
47725
19593
241913
7782
72
矿井工业资源/储量汇总表
kt表2－1－4
333k
3886
14175
663
6988
2099
76264
1233
11042
5522
88681
2271
40844
15674
237994
3、矿井设计资源/储量
矿井工业资源/储量减去设计计算的断层煤柱、河流煤柱、水库煤柱、铁路煤柱及井田境界煤柱等永久煤柱损失量后，得出矿井设计资源/储量为207300kt，见表2－1－5。
4、矿井设计可采储量
矿井设计资源/储量减去工业场地煤柱、风井煤柱、大巷煤柱及开采损失后，得出矿井设计可采储量为141606kt，见表2－1－6。
矿井设计资源/储量汇总表
kt表2－1－5
工业资源/储量
境界
煤柱
铁路
断层
河流
蔡庄水库煤柱
陷落柱
风氧化
带煤柱
古空区
永久煤柱合计
设计资源/储量
205
101
819
114
89
1416
12759
151
75
57
223
551
100
43
1200
5788
951
214
284
6133
1284
576
356
9798
66466
167
175
569
280
1292
9750
2286
390
3489
2808
10389
78292
624
337
154
3473
1299
712
6599
34245
4384
902
1074
14706
5942
3198
399
30694
207300
矿井设计可采储量汇总表
kt表2－1－6
工业场地煤柱
风井煤柱
大巷煤柱
煤柱合计
开采损失
设计可采储量
备注
468
34
853
1355
1711
9693
开采损失按15%
170
285
455
800
4533
1392
533
4480
6405
15015
45046
开采损失按25%
724
130
664
1518
1235
6997
3376
374
6108
9858
17109
51326
2182
192
1857
4231
6003
24011
开采损失按20%
8312
1263
14247
23822
41873
141606
三、安全煤柱的留设
1、断层煤柱
根据《矿井地质报告》，全井田共见断层8条，均为正断层，断层落差4～35m。
落差10m以上的断层有4条，即F1（落差12m）、F3（落差35m）、F4（落差10m）、F7（落差10m）。
落差5m以上的断层2条，即F5（落差8m）、F8（落差7m）。
其中F1、F3、F4均为巷道实际揭露，井下遇断层时有渗水现象，但水量不大，正常排水情况下，不会影响生产。
为此，设计对以上6条断层，按20m宽度留设防水煤柱。
对其它2条断层不留煤柱。
2、陷落柱煤柱
本井田陷落柱比较发育。
井田内现已发现的陷落柱共97个，由于地表黄土掩盖较多，地表出露仅2个，钻孔遇到1个（32号钻孔）；
其余均为采掘工程揭露及三维地震勘探所发现，陷落柱规模大小不一，一般为圆形、椭圆形，大者长轴可达210m，小的长轴不足20m，陷壁角一般在80°
左右。
根据矿井实际开采经验，井下遇陷落柱时有渗水现象，但水量不大，正常排水情况下，不会影响生产。
对于陷落柱，矿方目前一般有两种处理方法，一是遇到较小的陷落柱（轴长50m以下）时，采煤机强行切割通过；
二是遇到较大陷落柱（轴长50m以上）时，留设保护煤柱，工作面另开切眼搬家通过。
因此，设计对轴长50m以上的陷落柱（共58个）留设煤柱，轴长50m以下的陷落柱不留煤柱。
3、井田境界煤柱
按本井田一侧20m留设。
4、工业场地煤柱
采用移动角法留设。
工业场地围护带宽度取15m。
岩层移动角参照西山矿区地表移动实测参数，取值如下：
表土层移动角（ψ）取45°
，走向移动角（δ）、上山移动角（γ）和下山移动角β均取72°
。
5、铁路煤柱
本矿井有从石太线寿阳站接轨的铁路专用线21km，线路等级为“工企”III级；
从井田范围内穿过的长约2.7km。
根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设及压煤开采规程》的规定，应按保护等级Ⅳ级留设保护煤柱。
煤柱亦采用移动角法留设。
围护带宽度取5m，表土层移动角（ψ）取45°
，基岩移动角取72°
6、河流煤柱
井田范围内有季节性河流白马河及蔡庄水库。
经计算，井田内煤层开采后导水裂缝带最大高度约为71.4m，河床底板标高1110～1150m，煤层底板标高9煤为860～1020m，15煤为800～960m，煤层埋藏深度在河床下9煤为130～250m，15煤为190～310m，因此，导水裂缝带不会波及水体。
但是煤层开采后会引起河床下沉，最大下沉值累计约为7.5m，塌陷坑的存在将影响河水的正常排泄，为安全起见，设计对白马河及蔡庄水库留设保护煤柱。
白马河和蔡庄水库保护煤柱按移动角法留设，裂缝移动角按77°
，表土层移动角取45°
，走向移动角和上、下山移动角均取72°
河流煤柱为14706kt，水库煤柱为5942kt。
需要说明的是，由于河流压煤量较大，且井田内河流为季节性河流，为提高资源回收率，在实际生产过程中，建设单位可选择适当的时机（如枯水季节），在制定详细的安全技术措施后，对白马河下煤柱进行回采。
7、村庄煤柱
井田内有南张芹、北张芹、杜家沟、刘家沟、潘沟、杜家烟、西坡、苏家庄、金鸡脑等9个村庄，根据建设单位意见，所有村庄均按搬迁考虑，不留煤柱。
初期需搬迁的村庄有杜家沟和刘家沟。
8、古空区煤柱
在井田北部，8、9号煤层均有古空破坏区，但地质报告未提供积水情况。
为安全起见，设计暂按古空区范围留设30m防水煤柱。
矿井生产接近古空区附近时，须采取“先探后掘，先探后采”的预防措施，查清古空区的积水情况，并据实际情况调整煤柱宽度，并制定安全防范措施。
9、风氧化带煤柱
井田内6、8、9号煤层在井田北部露头区均有风氧化带。
地质报告从煤层隐伏露头线位置，向内推100m划定了风氧化带范围。
但8、9号煤层风氧化带位于古空破坏区内。
因此，设计只对6号煤层风氧化带留设防水煤柱。
留设方法为从风氧化带下界线起按垂深20m留设。
经计算，6号煤层风氧化带防水煤柱为89kt。
第二节矿井设计生产能力及服务年限
一、矿井工作制度
根据《煤炭工业矿井设计规范》，确定矿井设计年工作日为330d，每天净提升时间为16h；
采用“四·
六”作业制，每天四班作业，其中三班生产，一班检修、准备。
二、矿井设计生产能力
1、矿井设计生产能力的确定
根据000煤炭工业局晋煤行发【2008】61号《关于批准000段王煤化有限责任公司等12座矿井进行机械化升级改造的通知》，本矿井机械化升级改造批准的建设规模为1.8Mt/a，净增0.9Mt/a。
此外，设计根据本矿井的资源/储量、地质和开采技术条件及影响矿井生产能力的其他因素，对矿井设计生产能力提出了1.50Mt/a，1.80Mt/a，2.10Mt/a三个方案进行比较论证，认为将矿井机械化升级改造设计生产能力确定为1.80Mt/a是合理的，其理由如下：
（1）矿井建设的有利条件
①井田面积大（19.0015km2），可采煤层多（6层），储量丰富，保有资源/储量为241913kt，可采储量141606kt，且主要集中在9号煤层和15号煤层。
9号煤层可采储量45046kt，未采区厚度3.02～5.25m，平均厚度4.2m，煤层赋存稳定，除井田东北部已大部开采，北部为古空破坏区外，其余地段尚未开采；
15号煤层可采储量51326kt，未采区厚度3.55～5.0m，平均厚度4.4m，煤层赋存稳定，仅在井田东北部有少量开采。
因此，井田有建设1.80Mt/a矿井的煤层和资源条件。
②井田内地质构造及水文地质条件较简单。
井田内断层稀少，全井田仅见断层8条，均为正断层，断层落差较小，一般4～35m。
落差20m以上的断层仅1条，即位于井田东北部的F3断层（落差35m），延伸长度1200m；
对矿井开采影响不大；
矿井水文地质条件简单，煤系及其它地层中的各充水含水层以裂隙含水为主，富水性弱。
上述条件均有利于采用综合机械化开采，故井田有建设1.80Mt/a矿井的地质和开采技术条件。
③具有良好的铁路外运条件。
矿井已有从石太线寿阳站接轨的铁路专用线，全长23km，矿内装车点线路长800m，小时装车能力1000t，铁路运输有保障，有建设大型矿井的外部运输条件。
④冀中能源是全国特大型煤炭企业，有较强的投资能力，经过几十年的发展，积累了较丰富的大型矿井的建设和生产管理经验，有能力建设和管理好年产1.8Mt的大型矿井。
（2）矿井建设的不利条件
①本矿井为高瓦斯矿井，特别是9号煤层，瓦斯涌出量很大，不仅给瓦斯治理和通风管理带来困难，而且限制了工作面产量的提高。
②主要可采煤层煤质较差。
9号煤层原煤硫分低（1.02%），但灰分高（29.48%）,极难选；
15号煤层灰分低（19.44%），但原煤硫分高（2.33%），也属极难选，均不利于煤炭的利用，单独开采均无法满足用户需求，需搭配采，矿井设计生产能力不宜太大。
经计算，矿井设计生产能力1.50Mt/a、1.80Mt/a、2.10Mt/a时，服务年限分别为67.4a，56.2a，48.2a，均符合规范要求。
但是，当矿井设计生产能力为1.50Mt/a时，开采强度偏低，服务年限较长，不利于投资尽快回收；
当矿井设计生产能力为2.10Mt/a时，开采强度偏高，服务年限较短；
而生产能力为1.80Mt/a时，开采强度和服务年限均较适中。
三、矿井设计服务年限
矿井设计可采储量141606kt，设计生产能力1.80Mt/a，根据本井田的开采技术条件及规范要求，储量备用系数取1.4，计算矿井服务年限为56.2a。
第三节井田开拓
一、影响井田开拓的主要因素
根据000矿井所处地理位置及井田特点，井田开拓需考虑如下主要因素：
1、煤层赋存条件
表土层厚度、煤层埋藏深度、地质构造、水文地质条件等与井田开拓方式紧密相关，是影响井田开拓方式和井田开拓布局的主要因素之一。
本井田属黄土丘陵地貌，梁、峁比较发育，且平坦，地势东高西低，表土层较薄，第四系平均厚度约75m；
可采煤层埋深120～540m，变化幅度大，井田北部煤层埋藏较浅，南部较深；
但井田内煤层赋存稳定至较稳定，地质构造及水文地质条件比较简单，适宜斜井开拓。
2、煤炭外运条件
煤炭外运条件是井口及工业场地选择的一个重要的制约因素。
本矿井为生产矿井，矿井原煤外运主要依靠铁路运输。
矿井铁路专用线从石太线寿阳站接轨，全长21km，矿上设有装车点。
煤炭外运条件较好。
3、矿井开拓开采现状
矿井现在采用斜井单水平开拓方式，有主斜井、副斜井、北风井、东回风斜井和西回风立井5个井筒；
水平标高+950m；
现主要开采9号煤和15号煤，局部探采6号煤和8号煤。
井田东北部9号煤已大量开采，所余储量不多，井田北部为古空破坏区；
15号煤在井田东北部已有开采。
矿井开拓开采现状对机械化升级改造设计影响较大，设计应充分考虑矿井现有系统，尽量利用现有井巷工程。
4、矿井工业场地现状
矿井目前工业场地位于井田中北部，以307国道为界分为南北两部分，北部为生活区，南部为生产区。
生活区内办公楼、单身宿舍、招特所、食堂等比较齐全；
生产区占地6.5ha，已有一定规模。
设计应充分利用和发挥工业场地现有建构筑物及地面设施的作用。
二、工业场地位置选择
1、工业场地选择的主要原则
本矿井为生产矿井，现在的工业场地（生产区）是在最初0.05Mt/a的生产规模的基础上，历经50余年的发展，经过0.45Mt/a技改和0.9Mt/a技改而逐渐形成的，布置有主、副斜井两个井筒，占地6.5ha，目前已显紧张。
在矿井进行机械化升级改造和生产规模进一步扩大的情况下，工业场地占地范围会随之增大。
因此，工业场地选择主要应是扩展场地的选择，应当遵循以下原则：
（1）要紧紧围绕现有场地，充分利用现有场地，与现场地联系方便；
（2）利于井田开拓布局及地面设施布置；
（3）地形平缓，土石方工程量小，且无不良工程地质现象；
（4）不受洪水威胁；
（5）煤炭外运方便，运距短，工程少，投资省；
（6）少占耕地，少压煤。
2、工业场地位置选择
根据上述原则，经现场实地踏勘，现场地东侧和西侧均有扩展余地，均可用于布置工业场地。
因此，确定段王煤矿升级改造工业场地以现有场地为基础，根据需要向东西适当扩展。
三、井田开拓方案的选择与确定
（一）井田开拓方式的确定
1、井田开拓方式确定的主要原则
（1）结合工业场地和煤层埋深情况，力求开拓方式简单，井巷工程量少，便于施工，建井工期短。
（2）利于井下总体开拓布局，主、辅运、掘、通、排等主要系统简单合理，环节少，效率高，便于实现自动化控制、集中管理。
（3）利于首采区选择在构造简单、储量丰富、控制程度高的区域，利于快速施工和移交后便于矿井生产能力按期达产、稳产。
2、井田开拓方式的确定
根据上述对影响井田开拓方式的分析及井田开拓方式确定的主要原则，本井田宜采用斜井开拓，而且矿井目前采用的亦是斜井开拓方式，因此，设计仍推荐采用斜井开拓方式。
（二）井田开拓方案的选择与确定
本矿井为生产矿井，井田开拓方案的选择既要考虑充分利用现有井巷工程、设备及设施，尽量减少井巷工程量，节省投资，缩短建设工期，又要兼顾长远，为矿井的增产、提效适当留有余地，为生产管理创造条件。
根据对矿井现有主、副斜井提升能力的分析，初步提出两个开拓方案进行比较，一是新打主斜井方案，二是改造现主斜井方案。
为此，需要先确定新主斜井的井位。
1、井筒位置的选择
（1）影响井口位置选择的主要因素
本矿井为生产矿井，影响井口位置选择的因素较多，主要是：
①地形条件。
本矿井地形条件较复杂，属黄土丘陵地貌，沟谷较多，井口位置的选择受到限制。
②矿井现有地面生产系统。
新井口位置应当尽量靠近现有工业场地，以利于新老系统的衔接，方便生产管理。
③煤炭外运条件。
矿井地面已建有铁路专用线和原煤装车仓，新井口位置应当靠近既有铁路专用线和原煤装车仓，以便于煤炭外运。
（2）井位选择
综合考虑以上影响因素，经现场实地踏勘，设计提出以下三个井位方案进行比较。
井位方案一：
主斜井井口位于工业场地西侧，型焦厂南侧沟内，距型焦厂约100m。
场地标高+1140～1145m，地形平坦，地势开阔。
井位方案二：
主斜井井口位于现主斜井及储煤场南侧沟内，距现主斜井约140m。
场地标高+1155～1165m，地形较平坦，地势狭窄。
井位方案三：
主斜井井口位于现场地东南侧，距污水处理厂约100m。
场地标高+1150～1155m，地形平坦，但地势狭窄。
井位选择对比图见图2－3－1。
三个方案的技术比较见表2－3－1。
井位选择方案比较表
表2－3－1
优点
缺点
井位一
1、场地较开阔，便于地面生产系统布置
2、建井施工与现有生产互不干扰
3、距现工业场地较近，便于新旧系统的衔接及集中管理
4、距铁路专用线及原煤装车仓较近，便于煤炭外运
1、地势较低，与现主、副斜井高差较大，地面窄轨联系不便，土方工程量较大
井位二
1、距现有工业场地最近，联系方便
2、距铁路专用线及原煤装车仓较近，便于煤炭外运
1、场地狭窄，不利于地面生产系统布置
2、建井施工对生产影响较大
井位三
1、距现场地较远，建井施工与现有生产互不干扰
1、距矿井铁路专用线最近点直线距离约480m，距原煤装车仓直线距离约620m，且联系不便，不利于煤炭外运
2、井口距现工业场地最远，不利于新旧系统的衔接及集中管理
通过比较可知，方案一具有井口场地较开阔，便于地面生产系统布置；
建井施工与现有生产互不干扰；
井口距现工业场地较近，便于新旧系统的衔接及集中管理；
井口距铁路专用线及原煤装车仓较近，便于煤炭外运等优点，明显优于其它方案，设计推荐第一井位方案。
2、开拓方案选择
根据所确定的井田开拓方式及影响井田开拓开采的因素，设计提出了两个开拓方案进行技术经济比较，现将各方案叙述如下：
方案一：
为斜井开拓，其主要技术特征是：
（1）在工业场地西侧新打一斜井作为主提升井，担负矿井煤炭提升任务。
斜井井口位于型焦厂南侧沟内，距型焦厂西门约100m，井口标高+1145m，井底标高+842.8m，倾角18°
，斜长978m，井筒提升方位角360°
，井筒掘进见9煤和15煤后，在9煤底板和15煤底板各建一个煤仓和一个矸石仓，以满足不同煤种煤以及煤与矸石的分采分运。
（2）矿井辅助提升井筒及进、回风井筒仍利用现有井筒，并根据需要对井筒的功能进行调整，对提升设备进行更换，对井筒断面进行刷扩，具体如下：
①原主斜井改作进风行人井，保留其现有的架空乘人装置，担负运送人员任务，兼作进风井和安全出口之一，不再担负提煤任务，不进行改造，
②副斜井仍作为辅助提升井，为满足运送大型设备的需要，对井筒断面适当刷大，并更换绞车。
③北风井由进风井改作回风井，井筒内布置梯子间，兼作安全出口。
东风井由于断面小，与利用北风井相比通风线路长，且改造难度大，影响生产，将其关闭，不再作回风井。
④西风井仍作回风井，但由于其断面较小，不能满足通风要求，对其扩大断面也不可能，为最大限度发挥其作用，设计对其中布置的梯子间进行封闭处理，以满足通风要求。
井田开拓方式平、剖面图见图2－3－2～4。
方案二：
亦为斜井开拓，其主要特征是：
（1）不新打井筒，井田开拓全部利用现有井筒，通过对现有井筒及提升设备进行必要的改造与调整，来达到机械化升级改造的目的：
①更换主斜井皮带。
由于产量提高，主斜井现在的800mm宽皮带不能满足提升要求，需更换为1200mm宽皮带。
②
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