第3章井田开拓.docx
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第3章井田开拓
第三章井田开拓
第一节开拓方式及井口位置
一、影响井田开拓的主要因素
根据青岗坪井田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．地形、地貌及河川分布
地形、地貌及河川分布是影响井口位置和工业场地、井田开拓方式选择的主要因素。
本井田地处陕北黄土高原南部，属中-低山丘陵区，区内地形复杂，山峦起伏，沟谷发育。
井田东部的西川河谷地形较为宽阔，地面标高为+1280～+1310m。
适宜工业场地的布置。
2．井田内煤层赋存条件
井田开拓方式、水平划分与煤层埋藏深度、地质构造、水文地质条件和煤层产状紧密相关，是影响井田开拓方式和井田开拓布局的主要因素之一。
本井田位于中低山区，主要可采煤层埋深154.7～530.3m；埋深变化幅度大；井田内煤层赋存平缓、稳定，地质构造和水文地质条件比较简单。
适宜斜井和立井开拓。
3．地面煤炭外运条件
鉴于本井田地处中低山区，沟谷纵横、地形复杂的特点，对本井开发而言，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。
本矿井距在建的西川煤矿4km。
西川煤矿至庙湾镇10km三级公路已建成通车，庙湾镇有直通耀州区的三级公路，长46km。
工业场地至石门关（耀州区—旬邑公路）12km运煤公路建成后，矿井运煤公路将形成环线，为矿井煤炭外运创造良好的公路运输条件。
二、井口位置与工业场地选择
1．工业场地选择的主要原则
（1）利于井田开拓布局及地面设施布置；
（2）地形平缓，土石方工程量小，且无不良工程地质现象；
（3）不受洪水威胁；
（4）煤炭外运方便，运距短，工程少，投资省；
（5）尽量少占良田，少压煤；
2．工业场地位置方案
根据上述原则和井田煤层赋存特点及地形条件，经现场实际踏勘，本井田范围内，西川河谷的石窑沟沟口一带地形平坦，地势开阔，具有布置中到大型矿井工业场地的条件。
另外，在井田中部路台子处地势较开阔，经平整后可布置工业场地。
现结合井下煤层赋存条件，设计提出下述二个工业场地方案，分述如下：
场址一：
工业场地选择在西川河的石窑沟阶地上。
场地标高+1305m，地形平坦，地势开阔，可满足矿井工业场地的布置。
该处煤层埋深约310m左右，利于矿井斜井方式开拓。
场址二：
工业场地选择在井田中部的路台子。
场地标高+1478m，地形较平坦，地势开阔，经平整后可满足矿井工业场地的布置。
地表距煤层埋深500m左右，具有立井开拓条件。
3．工业场地位置比选
上述两场址优缺点分析比较如下：
场址一，位于西川河石窑沟一带、西川河北岸的坡台地上，场地平坦、开阔。
场地距在建的西川煤矿仅4km，进场公路工程量少，交通方便；利于斜井方式开拓；井筒及工业场地保护煤柱小，节省资源19.86Mt；工业场地位于西川河坡台地上，有利于矿井取水，供水工程省；比场址二节省投资1865.6万元。
该场地缺点是，场地位于井田的东部，矿井开拓格局为大单翼开采。
场址二，位于井田中部的路台子，地形较平坦，地势开阔。
该场地主要优点是，场地位于井田中部，井下开拓布局可形成双翼开采，利于矿井生产接续。
但由于场地位于山上，场地标高+1478m，进场公路工程量大；煤层埋深达500m，不适合斜井开拓，只能采用立井开拓方式，矿井井筒装备及提升设备费用高；井筒及工业场地永久煤柱大，造成资源浪费量大。
矿井供水工程量大。
两个工业场地经济比较见表3-1-1。
表3-1-1工业场地经济比较表
项目
方案一
方案二
工程量
费用（万元）
工程量
费用（万元）
占地面积（hm2）
10.4
1867.79
10.2
1838.95
挖方量（m3）
308000
377.92
778492
955.21
填方量（m3）
285147
419.74
55279
81.37
进场公路（km）
17
2040
21
2520
井筒工程（m）
3023
2584.8
1575
2536.38
井筒装备
44.80
948.81
提升设备
494.7
814.62
合计
7829.75
9695.34
煤柱（Mt）
7.54
27.4
由上述比较分析和表3-1-1经济比较可见，场址一明显优于场址二，设计采用场址一，即工业场地选择在石窑沟一带、西川河北岸的坡台地上。
三、井田开拓方式
1．井田开拓方式确定的主要原则
根据上述所确定的工业场地位置、特点及煤层埋深，主要原则考虑如下：
（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；
（4）主井、副井和回风井尽可能集中布置或相距较近，利于集中管理，尽可能的节省初期投资，降低生产成本，为矿井获得较好效益奠定良好基础。
2．井田开拓方式
根据上述所确定的工业场地位置及煤层赋存情况、水平标高和提升设备适应条件等因素，本井田具有斜井开拓和立井开拓的条件。
因此，矿井开拓方式在对斜井开拓方案和立井开拓方案进行技术经济比较及综合分析后确定。
3．井田开拓方案
方案一：
斜井开拓方案
主副井和风井工业场地独立。
在工业场地内平行布置二条斜井，分别为主斜井和副斜井，回风斜井布置在位于井田一采区南部边界外的风井场地。
井口标高分别为主斜井+1302.7m，副斜井+1301.1m，回风斜井+1332.0m。
主斜井倾角16°30′，斜长1239m，装备一条带宽1200mm钢绳芯强力胶带输送机，承担全矿井的煤炭提升任务，兼作进风和安全出口；副斜井倾角21°，斜长882m，装备一台双卷筒提升绞车，双钩串车提升，承担全矿井辅助提升兼作进风、安全出口。
回风斜井倾角22°，斜长900m，承担矿井回风任务、兼作安全出口。
在井田南部4-2煤层东西向布置一组开拓大巷，分别为带式输送机大巷、辅助运输大巷和回风大巷，全井田划分为两个采区。
分别在PK15和PK3钻孔附近南北向沿4-2煤层布置一、二采区巷道，沿走向布置回采工作面。
斜井开拓方案见图3-1-1。
方案二：
立井开拓方案
主副井和风井工业场地独立。
在工业场地内布置一条主立井和一条副立井，回风斜井位于井田PK7钻孔东南方向约1km处的风井场地。
井口标高分别为主立井+1302.0m；副立井+1302.0m；回风斜井+1340.0m。
主立井直径5.0m，深316m，装备一对8t箕斗，承担全矿井的煤炭提升任务，兼作进风和安全出口；副立井直径6.5m，深326m，装备一对1t矿车单层单车罐笼，承担全矿井辅助提升任务，兼作进风、安全出口；回风斜井倾角22°，斜长921m。
承担全矿井回风任务，兼作安全出口。
主立井通过集中上仓胶带巷与大巷连接，副立井通过井底车场及石门与辅助运输大巷连接，回风斜井直接与回风大巷连接。
全井田采区划分、大巷布置及一、二采区布置等均与方案一相同，在此不再赘述。
井田开拓方案二见图3-1-2。
4．井田开拓方案比选
图3-1-1开拓方案一
图3-1-2开拓方案二
（1）方案比较的主要原则：
①技术先进可行，经济合理；
②井上、下布置合理，系统简单，投资省，工期短，见效快；
③施工方便，工期短，施工费用低；
④立足现实，考虑长远，不确定因素少，可操作性强。
（2）方案比较
两个方案参与比较的项目、工程数量及投资见表3-1-2，下面结合方案各自特点，对两方案主要优、缺点分析如下：
方案一
优点：
①施工方便，施工工期短；
②主斜井采用胶带输送提升，可实现煤炭的连续运输，环节少，系统简单，事故率低，效率高，运输潜力大，且利于集中管理和监控；
③井巷工程量相对小，投资省。
缺点：
①井筒施工前，井筒检查钻比立井要多打两个，且钻孔位于山上，钻孔施工难度较大。
②若含水层较厚，其井筒施工难度就会增大。
方案二
优点：
1井筒检查钻少，在工业场地施工方便，费用低；
2副立井的提升速度比副斜井快，相对提升量大。
缺点：
①采用立井开拓，施工准备期长，施工难度大，井筒装备复杂，建井总工期长，运输环节多，效率低，施工费用高；
表3-1-2井田开拓方案经济比较表
序
号
项目
方案一
方案二
技术参数
投资（万元）
技术参数
投资（万元）
一
井筒：
2584.80
2730.66
1
主井
倾角16°30,斜长1239m,
净断面积14.8m2。
927.03
倾角90°,深316m,直径5.0m净断面积19.6m2。
877.80
2
副井
倾角21°,斜长882m,
净断面积18.4m2。
785.58
倾角90°深341m,直径6.5m
净断面积33.2m2。
776.51
3
回风井
倾角22°，斜长900m,
净断面积14.8m2。
872.19
倾角22°，斜长921m，
净断面积14.8m2。
892.54
二
井筒装备
402.35
786.48
1
主井
胶带输送机：
Q=600t/h
带宽1200mm
带强3150N/mm，
功率560kW。
铺设长度1228m
339.80
提升绞车：
2JK-3.5×1.7/20E卷筒直径：
3.5m
卷筒宽度：
1.7m
功率：
1188kW
8t箕斗一对
283.70
2
副井
提升绞车：
2JK-4/30E
卷筒直径：
4m
卷筒宽度：
2.0m
功率：
475kW
154.9
提升绞车：
2JK-3×1.8/20
卷筒直径：
3m
卷筒宽度：
1.8m
功率：
250kW
1t矿车单层单车罐笼一对
147.72
三
投资合计
3481.85
3764.75
投资比较
0万元
282.90万元
注：
各方案相同部分不参与比较。
②煤炭运输不连续，环节多，系统复杂，增产潜力有限；
③投资较大，比方案一多投资282.90万元。
综合上述两方案技术、经济比较，方案一明显优于方案二，故本设计推荐井田开拓方案一。
即在工业场地内平行布置二条斜井，回风斜井井口布置在位于井田PK7钻孔东南方向约1km处的风井场地。
主斜井倾角16°30′，斜长1239m，装备一条带宽1200mm钢绳芯强力胶带大倾角输送机；副斜井倾角21°，斜长882m，装备一台双卷筒提升绞车，双钩串车提升；回风斜井倾角22°，斜长900m。
在井田南部边界布置一组开拓大巷。
第二节开拓部署
一、井筒数目
矿井移交生产时，共布置3条井筒。
在工业场地平行布置2条井筒，即主斜井和副斜井，在风井场地布置1条回风斜井。
由于井田范围不大，该3条井筒已能满足服务全井田的要求。
二、水平划分与标高确定
全井田可采煤层共2层，为4-1和4-2煤层。
4-2煤层为主采煤层，4-1和4-2煤层相距很近，仅为0.90～4.40m。
根据煤层赋存条件，全井田划分为一个水平开采，水平设在4-2煤层中。
水平标高＋985m。
三、大巷布置
井田内4－2煤为主要可采煤层，煤层厚度1.15～16.35m，平均厚度10.26m。
4－2煤层饱和单轴抗压强度12.00MPa。
4－2煤层顶板为细、粉砂岩、泥岩，饱和单轴抗压强度8.60～16.00MPa。
4-2号煤层底板以泥岩为主，含丰富的植物根化石，遇水易膨胀。
据岩石力学试验资料，饱和单轴抗压强度20.8MPa。
井田内4－2煤层顶、底板岩性及煤系地层均属软弱岩层。
将主要巷道布置在4－2煤层中，支护效果与布置在4－2煤层顶、底板岩层中效果基本相同。
主要大巷布置在4－2号煤层中，按井田开拓和通风要求，大巷组布置3条大巷，即带式输送机大巷、辅助运输大巷、回风大巷。
其中带式输送机大巷、回风大巷沿4－2号煤层顶板布置，辅助运输大巷沿4－2号煤层底板布置。
大巷采用半圆拱形断面，锚喷支护。
巷道间距40m，巷道两侧各留80m宽的煤柱保护。
四、煤层开采顺序
全井田可采煤层共2层，为4-1和4-2煤层。
4-2煤层为主采煤层，厚度1.15～16.35m，平均厚度10.26m。
4-1煤层为局部可采煤层，厚度1.05～2.42m，平均厚度1.88m。
4-1和4-2煤层相距仅0.90～4.40m。
本井田煤层为近水平煤层，为解决上下压茬关系，设计确定采用自上而下的下行开采顺序。
煤层开采顺序，先采没有上覆4-1煤层的4-2煤层，再采4-1煤层，待4-1煤层采完之后，再回到4-2煤层开采。
五、采区划分与接替
根据井田开拓、大巷位置、煤层赋存特征，为了便于煤层回采，结合目前回采工作面年推进长度，设计确定将本井田沿大巷方向共划分为2个采区。
开采顺序按照由近到远的原则依次开采，根据矿井生产能力和工作面装备水平等因素，矿井移交投产时全矿井只布置一个采区生产。
首采区为一采区。
矿井开采计划见表3-2-1。
第三节井筒
一、井筒用途、布置及装备
矿井移交生产时，共开凿3条井筒，即在工业场地内开凿主、副斜井，在回风斜井场地开凿回风斜井。
井筒断面采用半圆拱形断面，支护方式表土层段为现浇筑混凝土，基岩段为锚喷支护。
1．主斜井
表3-2-1采区接续计划表
井口位于工业场地内，井口标高+1302.7m。
倾角16°30′，斜长1239m，净断面14.8m2，表土段掘进断面19.0m2，砼支护厚度350mm，基岩段掘进断面16.3m2，锚喷支护厚度100mm，采用100mm厚的砼铺底。
井筒内安装一条带宽B=1200mm的带式输送机，承担全井田煤炭提升任务，并兼作进风和安全出口；主斜井内设有洒水管道、行人台阶、扶手、井下供电电缆。
井筒内设架空乘人器用作主斜井带式输送机的检修。
井筒断面布置详见图3-3-1、2。
2．副斜井
井口位于工业场地内，井口标高+1301.1m。
倾角21°，斜长882m，净断面18.4m2，掘进断面表土段24.1m2，基岩段20.9m2。
表土段砼支护厚度350mm，基岩段锚喷支护厚度100mm。
井筒采用双钩串车提升，采用900轨距30kg/m钢轨，260mm厚的砼固定道床，砼轨枕预埋入固定道床中。
副斜井承担全矿井辅助提升任务，兼作进风、安全出口，井筒内设置了排水和压缩空气管道、行人台阶和扶手。
井筒断面布置详见图3-3-3、4。
3．回风斜井
井口位于风井场地，井口标高+1340m。
倾角22°，斜长921m，净断面积11.8m2，掘进断面表土段16.5m2，基岩段13.0m2。
表土段砼支护厚度350mm，采用100mm厚的砼铺底。
基岩段锚喷支护厚度100mm，不铺底。
承担矿井的回风任务，兼作安全出口。
承担全矿井回风任务，兼作安全出口。
井筒内设置排水管道、行人台阶和扶手。
井筒断面布置详见图3-3-5、6。
井筒特征详见表3-3-1。
二、井筒施工方法
1.井筒穿过地层情况
S净=14.8m2
S掘=19.0m2
图3-3-1主斜井断面图
S净=14.8m2
S掘=16.3m2
图3-3-2主斜井断面图
S净=18.4m2
S掘=24.1m2
图3-1-3副斜井断面图
S净=18.4m2
S掘=20.9m2
图3-1-4副斜井断面图
S净=12.8m2
S掘=16.8m2
图3-3-5回风斜井断面图
S净=12.8m2
S掘=13.8m2
图3-3-6回风斜井断面图
表3-3-1井筒特征表
序号
井筒特征
单
位
井筒名称
备注
主斜井
副斜井
回风斜井
1
井口坐标
纬距（X）
m
3891150.364
3891193.147
3890147.006
经距（Y）
m
36558341.990
36558306.009
36557831.034
井口标高（Z）
m
+1302.7
+1301.1
+1332.0
底板
2
提升方位角
76°30′
76°30′
139°
3
井筒倾角
16°30′
21°
22°
4
井底标高
m
+950.885
+985.0
+995
5
井筒
长度
全长
m
1239
882
900
其中
表土
m
100
100
100
基岩
m
1139
782
800
6
井筒
宽度
净宽度
m
4.6
4.6
4.2
掘进
宽度
表土
m
5.3
5.3
5.0
基岩
m
4.8
4.8
4.4
7
支护
方式
表土段
砌碹
砌碹
砌碹
基岩段
锚喷
锚喷
锚喷
8
支护
厚度
表土段
mm
350
350
400
基岩段
mm
100
100
100
9
断面
积
净断面
m2
14.8
18.4
12.8
掘进
断面
表土
m2
19.0
24.1
17.8
基岩
m2
16.3
20.9
13.8
10
施工方式
普通法
普通法
普通法
11
井筒装备
装备1条
带式输送机
B＝1200mm
2JK-4/30E型提升机
由于现阶段井筒检查钻工作尚未开展，井筒穿过地层情况只能依据青岗坪井田勘探报告，井筒自上而下穿过的地层为：
①第四系全新统松散层孔隙含水层（Q4al）属洪冲积沉积。
下部为砂砾石层，上部为灰褐色亚砂土、砂土。
厚度0～6.51m，平均3.68m。
该层地下水主要分布于井田西部、中部的黄土塬区及主要河流的河谷地带，流量0.01～1.40L/s。
②第四系上更新统马兰组（Q3m）以亚粘土、亚砂土为主，中夹多层钙质结核层和古土壤层。
厚度0～4.94m，平均3.92m。
③白垩系下统华池组（K1h）以粉砂岩与细砂岩为主，夹薄层泥岩及粉砂岩，厚度4.20～287.27m，平均128.04m。
④白垩系下统洛河组砂岩裂隙含水层（K1l）上部为砾岩，一般厚80～90m。
中下部为中粒砂岩。
全组厚度239.46～373.04m，平均277.31m。
钻孔涌水量10.13～12.73L/s，单位涌水量0.69～0.87L/s.m，该层富水性中等到强。
⑤白垩系下统宜君组（K1y）岩性为砾岩，砾石成份以灰岩为主，少量石英岩或变质岩，砾径一般5～10cm，大者20～50cm，基底式泥钙质胶结，砂质充填。
厚度21.20～62.90m，平均30.24m。
⑥侏罗系中统直罗组砂岩裂隙含水层（J2z）区内分布广泛，底部为中～粗粒砂岩，局部为含砾粗砂岩。
下部主要由粉细砂岩及中粒砂岩组成。
上部由细粒砂岩、粉砂岩、砂质泥岩组成。
全组厚度0～53.40m，平均35.03m。
该层在露头区有泉水出露，流量0.11～0.78L/s。
⑦侏罗系中统延安组（J2y）为本区主要含煤地层，全组厚度1.99～60.70m，平均25.73m，自下而上可分为三个沉积旋回：
第一段（J2y1）即第一旋回。
主要由灰色砂质泥岩、炭质泥岩、4-2号煤、4-1号煤、灰色粉砂岩、细砂岩及灰黑色泥岩组成。
厚度1.99～39.20m，平均18.24m。
底部为一厚层状泥岩。
第二段（J2y2）包括第二、三旋回。
厚度0～36.81m，平均7.49m。
第二旋回下部为灰色中、粗粒石英砂岩（俗称小街砂岩，即K2标志层）上部以深灰色粉砂岩为主，夹灰黑色泥岩、砂质泥岩和薄煤（即3号煤）“小街砂岩”岩性为灰色中、粗粒砂岩为主，局部相变为粉细砂岩，一般是下粗上细，多富集炭屑、云母，发育波状及水平层理。
厚0～22.00m。
为K2标志层。
第三旋回：
区内大部分钻孔缺失第三旋回沉积。
岩性下部为灰白色中、粗粒石英砂岩，上部为灰白色细粒砂岩夹深灰色粉砂岩，自下而上粒度变细，中粒砂岩具波状层理。
①、④、⑥为井筒穿过地层的主要含水层，其中④洛河组砂岩裂隙含水层（K1l）富水性中等到强，影响力最大。
其它地层富水性弱，甚至无水，为相对隔水层。
2.井筒施工方法
按照以上地层的岩性、水文地质条件及工程地质特征，井筒采用普通钻爆法掘进施工。
三、建议
由于依据青岗坪井田勘探报告，仅能对井筒穿过地层情况大概了解，井筒支护、施工方法的确定主要依据井筒检查钻资料，设计建议业主尽快开展井筒检查钻的勘探工作，尽快提供井筒检查钻资料。
第四节井底车场及硐室
一、井底车场
本矿井采用斜井开拓方式，单水平开采全井田。
煤炭直接由主斜井胶带输送机运至地面，辅助提升为副斜井双钩串车提升。
井底车场设在副斜井井底，为平车场。
副斜井井底车场仅为副斜井井底调车服务，调车采用5t蓄电池电机车调车。
辅助运输大巷改由无极绳绞车牵引矿车进行辅助运输。
井底车场形式为折返式布置，全长185m，设空重车线，调车线等，采用900轨距30kg/m钢轨，双轨之间轨心距为1600mm，井底车场布置简单，工程量小。
二、井底车场主要硐室
1．井底煤仓
井下设一个井底煤仓，煤仓形式采用直立圆形煤仓。
煤仓净直径8.0m，煤仓上口至煤仓下口给煤机硐室底板高度39m。
煤仓采用混凝土砌碹支护，厚度350mm，煤仓有效总容量1500t。
清理撒煤方式为人工清理。
2．主变电所、主水泵房、主水仓
主主变电所：
布置在井底车场北侧，与主排水泵房联合布置；主变电所长40m、宽5m、墙高4.7。
主水泵房：
布置在井底车场北侧，主排水泵房长40m、宽5.0m、墙高4.7m。
设置6台水泵，3台MD155-67×6离心泵和3台MD650-80×6离心泵。
矿井正常涌水量时MD155-67×6离心泵1台工作、一台备用、一台检修；最大涌水量时MD155-67×6离心泵2台同时工作；矿井突水时2台MD650-80×6离心泵同时工作。
主要水仓：
布置在井底车场北侧，由主仓和副仓组成。
净断面9.5m2，矿井正常涌水量50m3/h，最大涌水量150m3/h，矿井突水时最大涌水量1440m3/h。
黄泥灌浆析水量30m3/h。
按《煤矿安全规程》规定，所需水仓有效容量Q＝8×（50+30）＝640m3即可。
但该矿井属突水时最大涌水量和正常涌水量相差特大的矿井，设计水仓容积不仅要满足井下8h的正常涌水量和黄泥灌浆析水量，还应满足1.5h的突水时最大涌水量和黄泥灌浆析水量。
故，所需水仓有效容量应为：
Q＝1.5×（1440+30）＝2205m3。
水仓有效断面按8.5m2考虑，计算长度为260m，水仓容量考虑一定富裕系数，设计长度取310m。
水仓采用机械清理方式。
3．井下爆破材料发放硐室
设于井底车场相邻的一采区辅助运输联络平巷东侧，设独立回风通道，硐室采用壁槽式。
爆炸材料发放硐室贮存量不得超过1天的供应量，其中炸药量不得超过400kg。
爆炸材料发放硐室采用独立通风，风流直接引入一采区回风巷。
4．蓄电池电机车充电硐室
设于距井底车场邻近的辅助运输大巷北侧，设独立回风通道，该硐室仅承担蓄电池电机车充电任务，蓄电池电机车检修在地面完成。
5．其它硐室
井底车场还设有井下消防材料库、调度室、人车等候室及医疗室等。
三、井底车场主要巷道和硐室支护方式
井底车场巷道及硐室一般沿4-2煤层
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