安全工程毕业设计（论文）葛泉矿井90万吨新井设计.doc

1矿区概况及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1地理位置及交通条件葛泉矿井位于沙河市下解村附近，东距葛褡铁路10km，北距邢台市约18km。本矿井铁路专用线与京广铁路相通，公路交通四通八达，交通相当便利。交通位置图1-1。图1-1 交通位置示意图1.1.2地形特点及居民点分布区内为第四系冲积平原，地形平坦，地面标高+42.46+54.58m，地势由东北向西南逐渐降低，坡度极为平缓。矿区范围内分布有大小村庄15个，大部分分布在井田边界。另外，在矿区南部有大片职工住宅区。1.1.3工农业生产和原料及电力供应沙河市煤炭储量丰富，煤炭开发作为该市支柱产业之一，较为发达，伴随采石、建材等矿业发展，带动其他行业发展，矿区劳动力主要从事工矿业生产及相关产业，部分人从事农业生产，沙河市经济较为发达。工程供电电源取自葛泉矿井110kV变电站。葛泉矿井现有110kV变电站一座，两回35kV电源均引自邢台电力公司所属的中关220kV区域变电站。本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥需由国家计划供应外，其它砖、石、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设需要。1.1.4矿区气候条件本区历年最高气温为42，历年最低气温为-21，年平均气温为18左右。本区年降雨量在300600mm之间，且集中在7、8、9三个月，年蒸发量一般为16002000mm之间。冻结期为11月至次年2月，最大冻土深度为0.44m，最大积雪厚度150mm。年最多风向为东南风，历年最大风速18m/s。本区地震烈度为6至7度。1.1.5矿区水文及工农业供水区内有一条季节性河流沙河，河水流向为西北至东，沙河原为长年流水，地叉分合无常，因上游朱庄水库建成蓄水，故成季节性河流。沙河全长76km，河床宽10420m，曾测得最大流量为568m3/s，流量随季节变化，由干枯断流至洪水泛滥，与第四系有水力联系。在葛泉井田范围内，沙河长7km。井田内沙河河床宽2090m，河堤经加固后实测标高为+45.50+52.91m，历年最高洪水位为+39.62m+60.87m。井田工业场地内利用井筒检查孔补，抽取奥灰水做为水源井，经抽水试验，q=2.3991L/sm。出水量大，且水质良好，可满足新建井生产生活用水。1.2 井田地质特征1.2.1井田地形及勘探程度该煤田构造形态为一宽缓的不对称倾伏向斜,轴向北东东，向东倾伏。向斜内次一级宽缓褶皱发育,伴有为数不多的断裂构造。葛泉井田为于该煤田向斜的轴部和深部,倾角平缓,一般3°9°,平均7°,最大18°,最小近水平状态。井田的勘探程度：全区经过普查、详查、精查勘探及使用综合勘探的精查补充勘探后，完成钻孔145个，地震物理点3466个，平均每平方公里有2.13个，地震物理点23.9个，共计工程量为10621.27m，其中水文钻孔3个，为1865.61m .1.2.2井田煤系地层葛泉井田地表全为新生界地层所覆盖，根据钻孔揭露，井田内发育的地层由老至新依次为奥陶系中统马家沟组与峰峰组；石炭系中统本溪组、上统太原组；二叠系下统山西组、下石盒子组，上统上石盒子组以及第四系。现分组叙述如下：(1)奥陶系（O）1)奥陶系中统下马家沟组（O2x）按岩性可分为三段：下段（O2X1）：薄层、薄板状钙质页岩。厚717m，一般12m左右。中段（O2x2）：含白云质和泥质角砾灰岩。厚1778m，平均47.50m。上段（O2x3）：灰岩与白云质角砾灰岩互层，局部夹薄层泥灰岩。厚75110m，平均95m。2)奥陶系中统上马家沟组（O2S）按岩性可分为三段：下段（O2S1）：钙质泥岩、角砾白云灰岩和薄层泥灰岩。厚1780m，一般35m。中段（O2S2）：花斑状灰岩，夹12层角砾状灰岩，白云质灰岩与白云岩，纯灰岩。厚59.39102.06m，一般73.82m。上段（O2S3）：角砾状灰岩，厚层灰岩和纯质灰岩与白云质灰岩互层。厚76.5591.00m，一般83.78m。3)奥陶系中统峰峰组（O2f）按岩性可分为三段：下段（O2f1）：岩性为泥质灰岩、白云质灰岩、含白云角砾状泥质灰岩、角砾状灰岩。厚1482.63m，一般47.95m。中段（O2f2）：厚层状、巨厚层状结晶灰岩、致密灰岩、局部夹泥质灰岩、底部为角砾岩。厚66.81115.3m，平均75.13m。上段（O2f3）：主要为白云质角砾岩。厚13.6225.87m，一般21.07m。(2)石炭系（C）1)中石炭统本溪组（C2b）主要由泥岩、粉砂岩及石灰岩组成，夹不稳定薄煤层（10）及薄层中细粒砂岩。厚9.7633.94m，平均22.88m。与峰峰组为不整合接触。2)上石炭统太原组（C3t）井田主要含煤地层之一，由粉砂岩、中粒砂岩、石灰岩及煤层组成。发育灰岩46层，含煤69层。底部中砂岩为太原组与本溪组分界，与本溪组为整合接触。总厚130.28181.00m，平均153.74m。(3)二叠系（P）1)下二叠统山西组（P1S）为过渡相碎屑岩沉积，是井田又一主要含煤地层。由中细粒砂岩、粉砂岩和煤层组成。该组中下部含煤24层。厚44.187.65m，平均59.53m。2)下二叠统下石盒子组（P1X）为泥岩、中细砂岩组成，在中部偏下两层中粗砂岩之间夹有一层铝土岩，最下一层通称“骆驼脖”砂岩，全区普遍发育，是一辅助对比标志。该组地层厚169.62191.12m，平均183.76m。3)上二叠统上石盒子组（P2S）岩性以粉砂岩及砂质泥岩为主，夹数层中细粒含砂砾岩和铝土质泥岩。平均厚度260m左右。(4)第四系（Q）本区覆盖于各时代地层之上，与各地层呈角度不整合接触。1)下更新生统(Q1)为河川冰期堆积物,又称底部冰碛卵砾层，总厚15.10164.82m，一般厚45m左右。卵砾石直径101000mm。2)中更新生统（Q2）由数层含细砾中粗砂组成，砂层之间夹薄层状砂质粘土。厚3485m，区内保留厚10m左右。3)上更新生统（Q3）坡、洪、冲积物，由粘土、粉砂、卵砾石等组成，薄厚不一，且不连续。4)全新统（Q4）现代河床卵、砾石层及风成沙丘。厚度40m左右。1.2.3井田地质构造葛泉井田位于该煤田向斜的核部和深部，地质构造复杂程度属较简单，以宽缓的褶皱为主，伴有一定数量的断裂构造。(1)褶皱构造葛泉井田受区域地质构造的制约，井田内地层产状平缓，致使地层产状不论其走向、倾向和倾角变化均不大。地层走向大致以东为主，倾向北西或南东，倾角一般3°9°，平均7°，最大可达18°（断层带除外），最小接近水平状态。次级褶皱大部属宽缓的、短轴的、波状褶皱，背斜、向斜相邻相间、定向排列，轴向总的以北东至北东东向为主，井田南端因受峄山断层影响，褶皱轴向转为东西至北西向。褶皱轴不仅在平面上有弯曲，而且在剖面上有起伏（见表1-1）。(2)断裂构造本井田经勘探发现和证实的主要断层有7条（见表1-2）。落差较大的断层大部分都分布在井田的东部和北部边缘，构成井田和煤田的自然边界。断层以高角度的正断层为主，影响生产的大断层两条。所有的正断层不论间距大小，都切割次级褶皱。井田内未发现岩浆岩侵入活动。表1-1井田主要褶曲一览表褶曲名称性质褶曲轴向褶曲长度(m)褶曲宽度(m)褶曲指数褶曲幅度(m)褶曲位置C1背斜N78°近EW向285010000.06565井田南部第12勘探线C2向斜NEEEWNWW28606200.01612井田东南第46勘探线C3背斜N55°70°E呈S形弯曲42009000.06155井田中南第27勘探线C4向斜N35°65°E呈反S形弯曲280010000.04545井田中南第26勘探线C5背斜N75°W近EW向16007000.02115井田中部第56勘探线C6向斜N75°WEWNE60°80 °E540012000.03845井田中部第711勘探线C7背斜N35°E N7555°EEWN80°W700011000.04550井田中部第45线至1112线C8向斜EWN45°EN70°EN55W550010000.05050井田中部第913勘探线C9背斜N55EEWN60°E34009000.06155井田东北第1417勘探线表1-2井田主要断层一览表断层名称性质走 向倾向倾角(°)垂直断距(m)控制情况断层位置F5断层正N35°EN18°WW80>2000基本控制边界F6断层正N15°25°WE70080初步控制南翼FS18断层正N15°30°WS70020基本控制边界FS68断层正N15°W 10°ES70020基本控制边界F60断层逆N40°60°ENW50045基本控制边界1.2.4井田水文地质(1)区域水文地质条件葛泉井田位于百泉水文地质单元。该单元最大径流长度达49km，最大循环深度至标高-650m。排泄点达活泉处标高+71.5m，百泉处标高+55.0m。(2)井田水文地质条件1)含水层特征葛泉井田含水层从上向下划分为四个含水组共十二层。第四纪砂砾卵石层孔隙潜水含水组第含水层全新统砂卵石层孔隙潜水极强含水层1含水层该层以石英砂岩砾石为主，片麻岩、岩浆岩砾石为次。砾径0.20.4m不等，最大可达1m左右，充填不等粒砂。主要分布在沙河河床、河漫滩及低洼阶地一元构造的下部。出露厚040m，一般20m左右。水位埋深1.6315.7m，一般2.05.0m。为极强含水层。中更新统砂层孔隙潜水弱含水层2含水层主要由顶部冰积泥砾，中下部中粗砂组成，夹薄层亚粘土和亚砂土层数层，厚约10m，主要分布南部丘陵顶部及夷平面黄土之下。为含水性弱的孔隙含水层。下更新统砾石层孔隙潜水弱含水层3含水层砾石成分单一，为石英砂岩，砾径101000mm不等。充填物为不等粒径砂或砂粘土。厚15.1146.82m，为含水性弱的孔隙含水层。二叠系砂岩裂隙水承压弱含水层第含水组。石盒子组砂岩裂隙承压弱含水层4含水层。以中粗砂岩为主，底部含砾夹粉砂岩、砂岩。裂隙不发育，且为泥质冲填，最大厚度139.20m，为一含水性弱的裂隙含水层。山西组砂岩裂隙承压极弱弱含水层5含水层。石炭系石灰岩裂隙岩溶承压极弱弱含水组第含水组野青石灰岩裂隙岩溶承压极弱弱含水层、6含水层裂隙全部或半充填。为极弱弱含水层。伏青石灰岩裂隙岩溶承压极弱含水层7含水层，该层岩性不纯含泥质或炭质，属含水性极弱的裂隙岩溶含水层。大青灰岩裂隙岩溶承压中等含水层8含水层本层蜂窝状溶孔和小溶洞发育，裂隙多被方解石或泥质充填或半充填，本层厚2.259.63m，一般5m左右。为富水性中等裂隙岩溶承压含水层。本溪石灰岩裂隙岩溶承压弱含水层9含水层本层蜂窝状溶洞和裂隙发育，被泥质和铝质充填或半充填。厚2.6611.72m，一般7m左右。为弱含水层。奥陶系石灰岩裂隙岩溶承压强含水组含水组从井田奥灰水位观测孔一号看，目前水位标高为+53.937m。峰峰组石灰岩裂隙岩溶承压强含水层10含水层该层分上下两段，总厚59.21108.57m，平均79.35m，下段裂隙发育，顶部有方解石充填，下部有溶洞可见，富水性强。上马家沟组石灰岩裂隙岩溶承压强含水层11含水层含水层厚70.50150.37m，平均114.7m。溶蚀裂隙发育，岩面裂隙率1024%，岩层破碎，属强富水含水层。下马家沟组石灰岩裂隙岩溶承压含水层12含水层该层含水层总厚92.00188.00m，平均142.5m。分上下两段，上为强含水段，下段为弱含水段。综上所述，孔隙潜水含水层，直接覆盖在各煤层与基岩之上，但水量不大，易于疏干，将来不会对矿井开采构成威胁；奥灰含水层与上覆本溪组地层呈假整合接触，且奥灰顶面距下组煤9煤底板3855m，是开采9煤的主要充水水源。2)主要隔水层第四系底砾石含水层与石盒子砂岩含水层之间隔水层厚113.78m，厚度大，层位稳定，隔水性好。大青灰岩含水层与本溪灰岩含水层之间厚25.9047.89m，平均38.31m，主要为粉砂岩夹薄层砂岩和煤层，隔水性较好。本溪组灰岩含水层与峰峰组灰岩含水层之间相隔5.5021.00m，平均13.40m，主要有铝土岩等。全区稳定，有一定隔水能力。上述各隔水层的阻隔水能力，可能随着采动影响而发生弱化。(3)井田内地下水的补给、径流和排泄第四系底部砾石与中部砂层间在井田内有一层厚45m的粘土隔水层，隔绝了中部砂层和底部砾石层与煤系地层含水层的水力联系，西部基岩露头区补给煤系含水层。煤系各含水层间均有较稳定的隔水层，在正常情况下，地下水在本区层内自西向东流动。(4)矿井涌水量矿井正常涌水量249m3/h，突水水量713 m3/h。(5)水文地质条件评价综上所述，矿区内经多种手段勘探，各种结论比较吻合，构造、断层及含水层各种条件更为清楚可靠。根据矿井水文地质规程开采水平标高为-650m时，确定本区水文地质类型为中等。1.3 煤层特征1.3.1可采煤层特征葛泉井田倾角平缓，一般3°9°，平均7°，最大18°，最小近水平状态。煤系和煤层沉积稳定，标志层明显。葛泉井田含煤地层为中石炭统本溪组、上石炭统太原组和下二叠统山西组。本井田开采的煤赋存于太原组地层。现对开采的煤层分述如下：7煤层：位于太原组中部，厚度平均为0.5m，不可采。9煤层：9号煤层是井田内厚度最大的可采煤层，为太原组下部一层可采煤层。平均厚6.0m。表1-3可采煤层特征一览表评价指标煤层编号煤层厚度等级平均厚度（m）稳定程度结构夹石层数厚度（m）7极 薄 煤 层0.5稳定简单9厚煤层6.0稳定简单0100.101.3.2煤层围岩性质直接顶板以粉砂岩（64.2）为主，厚1.0012.88m，平均3.14m。次为泥岩（29.7）和细砂岩（6.1），节理发育，破碎易冒落，局部区域发育一层炭质泥岩伪顶，厚0.3m，老顶厚1020m，为中细砂岩，厚层状，硅质胶结，属最坚固至坚固岩石，抗压强度9001300kg/cm2。煤层直接底板一般为深灰色粉砂岩，次为灰色细砂岩，局部区域发育一层铝土质泥岩伪底。1.3.3煤质表1-4葛泉矿井检孔煤芯煤样化验成果表 煤层号化验项目79Mad(%)原煤5.011.77精煤1.440.64Ad(%)原煤20.3219.28精煤6.8310.46Vd(%)原煤12.3011.13精煤15.109.85Vdaf(%)原煤15.4313.78精煤16.2011.00焦渣特性原煤23精煤22FCD(%)原煤67.3869.59精煤78.0779.69St,d(%)原煤0.602.53精煤0.50GR.I(%)精煤0.00.0比重液精煤1.401.40净煤回收(%)精煤32.0029.0类牌号贫煤贫煤代码PM11PM111.3.4煤的含瓦斯性补孔可采煤层中采取了3个瓦斯样，运用解吸法对可采煤层中的瓦斯含量及成分进行了测定，成果见表1-5。 N2为48.0076.63%。由上可知各煤层瓦斯含量较低，属低瓦斯区，与本区情况基本一致。表1-5葛泉南翼风井检查孔瓦斯煤样测试成果表煤层工业分析瓦斯含量(ml/克燃质)瓦斯成分（%）采样深度 （m）MadAadVdafCH4CO2CH4CO2N291.7712.9412.821.100.2841.7510.2548.00557.851.3.5煤的工业用途主要作为动力煤，用于发电厂，亦是非常好的民用煤。1.3.6煤尘的爆炸性各煤层均存在煤尘爆炸的危险性。根据煤炭科学研究总院重庆分院2005年6月30日的化验结果, 9号煤煤尘没有爆炸性。1.3.7煤的自然发火倾向各煤层均有自然发火的倾向，属二类自燃，发火期一般为36个月，最短发火期为18天，本矿井煤的自燃发火等级为12级，即容易自燃发火至自燃发火。根据煤炭科学研究总院重庆分院2005年6月27日的化验结果, 9号煤二类,自燃。2井田开拓2.1 井田境界及可采储量2.1.1井田境界(1)在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则有：1)井田范围内的储量，煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相适应；2)保证井田有合理尺寸；3)充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等；4)合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。(2)井田范围图21 井田境界示意图葛泉井田位于河北省邢台市地区。井田境界为：东北以FS18断层和FS68断层为界；东以F5断层为界；西南以伍61号孔和204号孔的连线垂直下切与伍仲煤矿为界；西北以35号孔及54号孔连线为界；西以54号孔与218号孔的连线垂直下切与凤凰山煤矿相临；南至F60断层与南屯井田相邻（如图21）。井田东西长约6km，南北宽约3km，面积18km2。开采深度标高为-520-900m。地层走向以30°60°东为主，倾向北西或南东。(3)矿井工业储量1)勘探类型及储量等级的圈定井田勘探类型根据矿井勘探情况，其勘探类型为类型。钻孔及勘探线分布全区经过普查、详查、精查勘探及使用综合勘探的精查补充勘探后，使完成钻孔145个，地震物理点3466个，平均每平方公里有2.13个，地震物理点23.9个，共计工程量为10621.27m，其中水文钻孔3个，为1865.61m。葛褡铁路以东块段，9煤层勘探工程间距和见煤点控制密度为：A级500m；B级1000 m；C级2000 m。2)储量等级的圈定根据对煤矿床的勘探，研究程度和煤炭工业建设的需要，将煤炭储量划分为A、B、C、D四级。由于本矿井煤质稳定，煤类单一，水文地质条件中等，煤系中无岩浆岩破坏活动，因此储量级别的划分主要依据对地质构造和煤层的控制、研究程度。总的来看，葛褡铁路以西地质构造复杂程度总体上偏简单，以东偏中等，一号井东断层以西，第14勘探线以南，地质构造复杂程度较简单；一号井东断层以东，第14勘探线以北，地质构造复杂程度偏复杂。邻近不可采边界的块段均不圈定高级储量；断层煤柱不圈定高级储量，一律降为C级储量；对难以开采的小而孤立的块段，不圈定储量，不进行单独计算。3)煤层最小可采厚度该井田煤层倾角小于25°，各煤层经洗选后均能达到炼焦用煤要求，根据生产矿井储量管理规程的规定，确定煤层的最小可采厚度为0.70 m。(4)矿井工业储量的计算矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探，煤层厚度与质量均合乎开采要求，地质构造比较清楚，目前可供利用的可列入平衡表内的储量。矿井工业储量一般即A+B+C级储量。井田范围内全区可采煤层为9煤。9煤平均厚度为6.0m。矿井的工业储量根据经纬网网格法来计算。经过计算，得出井田范围内有73个经纬网格，根据煤层倾角分为两部分：第一部分煤层平均倾角平均7°，完整方格个数为45个，不完整部分拼合方格10个；第二部分煤层平均倾角为18°，完整方格个数为13个，不完整部分拼合方格7个。每个经纬网方格的面积为S=500×500=250000m2，煤的容重取1.4 t/m3。矿井工业储量的计算公式如下：Zg = N1×S×M×/cos+ N2×S×M×/cos2 （公式2.1） 式中 Zg矿井工业储量，万t；S 每个经纬网方格的面积，m2；N1第一部分煤层倾角较小部分的网格数，个；N2第二部分煤层倾角较大部分的网格数，个； M煤层平均厚度；煤的平均容重，t/m3；1第一部分煤层平均倾角，°；2第二部分煤层平均倾角，°。则矿井的工业储量为：Zg = N1×S×M×/cos1+ N2×S×M×/cos2=250000×45×10×1.4/cos7º250000×13×7×1.4/cos18º =15750万t2.1.2矿井可采储量(1)各类永久煤柱的计算1)各类永久煤柱留设宽度及其依据各类永久煤柱包括葛褡铁路煤柱、工业广场煤柱、西风井煤柱、矿井边界煤柱、断层煤柱。具体留设如下： 铁路煤柱按照原煤炭工业部“关于印发河北省葛泉矿井初步设计审查意见的通知”，确定葛褡铁路煤柱保护等级为级，保护煤柱围护带宽度为20m。由于葛褡铁路基本上垂直煤层走向方向，所以铁路两侧岩层走向移动角可认为近似相等。根据垂直剖面法作图，如图2-2所示。 图2-2 葛褡铁路保护煤柱剖面图由此算得的铁路一侧煤柱宽度为： B=95.57/tan3°+251.028/tan55°+156.03/tan75°=136.4881+175.790+41.809=353.268（m）根据葛泉矿现场生产经验，取b=360m，以保证葛褡铁路的安全。则葛褡铁路煤柱总宽度为：B=360×2+60=780（m） s=3.5km2工业广场保护煤柱根据关于煤矿设计规范中若干条文修改的决定（试行）之规定：井型在90万t/a及以上，占地面积指标为1.5公顷/10万t。据此，确定工业广场占地面积为13.5公顷，工业广场的形状为长方形，长500m,宽270m。又根据煤炭工业矿井设计规范之规定，工业广场属二级保护，其围护带宽度为15m。因此，加上围护带，工业广场需要保护的尺寸为：长×宽=515×285=146775m2。根据垂直剖面法作图，如图2-3所示。由作图法可得工业广场保护煤柱尺寸为：AD=1089m；BC=1151m；hk=948m。s=1.06km2西风井保护煤柱根据垂直剖面法作图，如图2-4所示。由作图法可得保护西风井煤柱尺寸为：AD=671.28m；BC=716.12m；hk=694.09m。s=0.4km2矿井边界煤柱矿井边界煤柱人为边界者留设如下：西部与伍仲矿井边界，按95邢台矿局生字第678号文，本矿一侧留设25m保护煤柱；西北部与凤凰山矿井边界煤柱，按冀煤生1999第145号文，本矿一侧留设40m保护煤柱。图2-3 工业广场保护煤柱 图2-4 西风井保护煤柱断层煤柱根据葛泉矿井现场生产经验，断层按性质、落差大小及其对煤层破坏程度，断层煤柱留设如下：一号井东断层两侧各留50m煤柱，其他断层按其落差大小不同，落差>50m的断层，两侧各留50m的煤柱；落差>20m50m的断层，两侧各留30m煤柱；落差>10m20m的断层，两侧各留20m煤柱；落差<10m的断层不留设断层煤柱。2)各类永久煤柱损失的计算方法各类永久煤柱损失的计算公式如下：P=S×M×/cos （公式2.2）式中 P永久煤柱损失煤量，万t；S煤柱的面积，m2； M煤层平均厚度；煤的平均容重，t/m3；煤层平均倾角，°。3)各类永久煤柱损失的计算结果各类煤柱不可避免会有重叠，当各类煤柱相互重叠时，应根据优先级不同，其储量应算入优先级较高的煤柱之中。例如，京广铁路煤柱与葛褡铁路煤柱相重叠部分，其储量应算入京广铁路煤柱；铁路煤柱与工业广场煤柱相重叠部分，其储量应算入铁路煤柱；矿井边界煤柱与断层煤柱重叠部分，其储量应算入矿井边界煤柱，其余类推。计算结果见表2-1。表2-1 各类永久煤柱损失煤量计算结果表 (单位：万t) 铁路煤柱工广煤柱边界煤柱断层煤柱风井煤柱总计葛褡铁路296970060010002805549(2)矿井可采储量的计算矿井可采储量的计算公式如下：ZK=（ZgP）C （公式2.3）式中 ZK矿井可采储量，万t； Zg矿井工业储量，万t；P永久煤柱损失煤量，万t；C采区采出率。根据煤炭工业矿井设计规范的规定，9煤采出率取0.75， 计算结果见表2-2。表2-2 矿井可采储量汇总表 (单位：万t) 类别工业储量煤柱损失可采储量全矿井15750554976502.1.3矿井设计生产能力及服务年限(1)矿井工作制度1)矿井年工作日数的确定按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井设计生产能力按年工作日300天计算。所以,本矿井设计年工作日数为300天。2)矿井工作制度的确定矿井工作制度设计采用“四六”工作制，即三班采煤，一班准备，每班净工作时间为6个小时。3)矿井每昼夜净提升小时数的确定按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井每昼夜净提升时间14小时。这样充分考虑了矿井的富裕系数，防止矿井因提升能力不足而影响矿井的增产或改扩建。因此本矿设计每昼夜净提升时间为14小时。(2)矿井生产能力的确定由于葛泉矿井田范围大，煤炭储量丰富，地质构造较简单，煤层生产能力大，开采技术条件好，应建设大型矿井，初步确定矿井生产能力为90万t/年。矿井服务年限的核算矿井服务年限的计算公式为： T= （公式2.4）式中 T矿井的服务年限，a； Zk矿井的可采储量，万t； K矿井储量备用系数，取K=1.4；A矿井设计生产能力，万t/a。由第二章计算结果可知：矿井可采储量为7650万t，则矿井服务年限为： T=61>50a以上结果符合煤炭工业矿井设计规范的规定。经过矿井服务年限的核算，符合煤炭工业矿井设计规范之规定，因此最终确定矿井的生产能力为90万t/a。2.2井田开拓2.2.1井田开拓的基本问题(1)井筒形式及数目的确定一般情况下，井筒的形式有立井、斜井和平峒三种。斜井适用于井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质情况简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。平峒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，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分的储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。综合葛泉煤矿的实际情况:1)表土层较厚，平均为95.57m，且风化严重；2)地处平原，地势平坦，地面标高平均为+50m左右，煤层埋藏较深，距地面垂深在5001100m之间。因此，斜井及平峒均不适用于葛泉矿。由于立井开拓的适应性较强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制；在采深相同的条件下，立井的井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利；井筒的断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的的要求，且阻力小，对深井更为有利；当表土层为富含水的冲积层或流沙层时，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，能兼顾井田浅部和深部不同产状的煤层。因此，综合以上因素并结合葛泉矿的实际情况，确定井筒的形式为立井。 本矿井采用一对立井开拓：主立井采用箕斗提煤；副立井采用罐笼提升矸石，升降人员、设备、材料，且兼作进风井。副井安装梯子间，作为一个安全出口。考虑到葛泉井田范围较大，矿井通风方式经过比较后确定为前期中央分列式、后期逐步转为两翼对角式通风，在井田西翼和东翼各掘一个风井，即西风井和东风井，每个风井均安装梯子间，作为回风井并兼作安全出口。(2)井筒位置的确定井筒是井下与地面出入的咽喉，是全矿井的枢纽。井筒位置的选择对于建井期限、基本建设投资、矿井劳动生产率以及吨煤生产成本都有重要影响，因此，井筒位置一定要合理选择。选择井筒位置时要考虑以下主要原则：1)有利于井下合理开采井筒沿井田走向的有利位置当井田形状比较规则而储量分布均匀时，井筒沿井田走向的有利位置应在井田的中央；当井田储量分布不均匀时，井筒应布置在井田储量的中央，以形成两翼储量比较均衡的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网络较短，通风阻力小。应尽量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采的不利局面。井筒沿煤层倾向的有利位置在倾向上井筒宜布置在中偏上的位置，同时考虑到减少煤损，尽量让工业广场保护煤柱圈住一些影响生产的地质构造和断层。2)有利于矿井初期开采选择井筒位置要与选择初期开采区密切结合起来，尽可能使井筒靠近浅部初期开采块段，以减少初期井下开拓巷道工程量，节省投资和缩短建井期。3)尽量不压煤或少压煤确定井筒位置，要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱，做到不压煤或少压煤。为了保证矿井投产后的可靠性，在确定井筒位置时，要使地面工业场地尽量不压首采区煤层。4)有利于掘进与维护为使井筒的开掘和使用安全可靠，减少其掘进的困难及便于维护，应使井筒通过的岩层及表土层具有较好的水文、围岩和地质条件。为加快掘进的速度，减少掘进费用，井筒应尽可能不通过或少通过流沙层、较厚的冲积层及较大的含水层。为便于井筒的掘进和维护，井筒不应设在受地质破坏比较剧烈的地带及受采动影响的地区。井筒位置还应使井底车场有较好的围岩条件，便于大容积硐室的掘进和维护。5)便于布置地面工业场地井口附近要布置主、副生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统之间互相联接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地面平坦，高差不能太大，专用线短，工程量小及有良好的技术条件，应尽量避免穿过村镇居民区、文物古迹保护区、陷落区或采空冒落区、洪水侵入区；要尽量少占农田、果园经济作物区，尽量避免桥涵工程，尤其是大型桥涵隧道工程。为考虑长期运输的行车安全和管理，要尽量避免与公路或其他农用道路相交，力求使接轨点位于编组站配线一侧。另外，井口标高应高于历年的最高洪水位；还要考虑风向的影响，防止污染。总之，选择井筒位置要统筹井田全局，兼顾前期和后期、地下与地面等各方面因素。不仅要考虑有利于第一水平，还应兼顾其他水平，适当考虑井筒延伸的影响。通过以上分析，考虑到葛泉矿实际情况：葛褡铁路穿过井田中部，且铁路煤柱压煤较多。为了减少煤柱损失，缩短煤炭外运距离，减少运输费用，平衡井田西（前期）、东（后期）两翼的运输和通风系统，主副井布置在葛褡铁路附近即井田储量的中央，以形成两翼储量比较均衡的双翼井田。矿井通风方式为两翼对角式，在井田两翼各布置一个风井。为了使通风路线最短并减少初期建井工程量，西风井布置在井田西翼中部。东风井布置在井田东翼。为此，确定主井坐标为（20490925，3925265，+47.71），副井坐标为（20491005，3925230，+47.71），西风井坐标为（20488620，3924575，+44.85），东风井坐标为（20492560，3927450，+48.56）。具体位置见葛泉煤矿开拓平面图。(3)工业广场位置、形状和面积的确定工业场地的选择主要考虑以下因素：1)尽量位于井田储量中心，使井下有合理的布局；2)占地要少，尽量做到不搬迁村庄；3)尽量布置在地质条件较好的区域，同时工业场地的标高要高于最高洪水位；4)尽量减少工业广场的压煤损失。根据以上原则并结合本矿井的实际情况，工业广场与主副井筒位置相同，靠近铁路布置。依据关于煤矿设计规范中若干条文修改的决定（试行）之规定：井型在90万t/a及以上，占地面积标准为1.5公顷/10万t。由此确定工业广场占地面积为13.5公顷。工业广场形状为矩形，其尺寸为：长×宽=500m×270m=135000m2。(4)开采水平数目、位置和标高的确定葛泉井田范围内西翼煤层倾角3º9º，平均7º，为近水平煤层。井田范围内可采煤层为9煤，经后面的方案比较后，确定为单水平开拓，水平标高为-650m。(5)开拓方案的确定根据所核算矿井，全矿井服务年限为61a ，满足矿井设计要求。由于本井田地形平坦，表土层较厚，所以采用立井开拓（主井设箕斗），并按井下运输量最小的原则确定了井筒位于井田储量的中央。为避免采用箕斗井回风时封闭井塔等困难和减少开凿风井的数目，决定采用两翼对角式通风，风井位置见矿井开拓平面图。考虑到主采煤层9#煤层为厚度6m的厚煤层，布置煤层大巷及煤层上下山，巷道维护困难，维护费用高。并且煤层褶曲较多，若大巷沿煤层布置，巷道坡度及方向变化较大，辅助运输矿车的运行将受到限制。因此，布置煤层大巷及煤层上山在技术和经济上均不合理，故不予考虑布置煤层大巷及煤层上下山。为减少煤柱损失和保证大巷及上下山的维护条件，运输大巷和上下山均设于9#煤层底板下垂距1525m的厚层砂岩内，轨道大巷亦设于9#煤层底板厚层砂岩中，与9煤垂距15100m。其中，轨道大巷和运输大巷的方向与煤层走向大体垂直，沿直线掘进。轨道大巷水平布置，只设3的流水坡度，运输大巷随煤层起伏，坡度相应改变，但变化幅度不大，以与9#煤层保持25m左右的垂距。井田范围内煤层倾角3º9º，平均7º，最大倾角18 º，最小为近水平。因此，其准备方式既可以采用采区式，也可以采用带区式。根据前述各项决定，提出三种在技术上可行的方案：图2-5 方案1图2-6 方案2 图2-7 方案31)方案1葛褡铁路以西块段，采用带区式准备；葛褡铁路以东块段，大巷北侧采用带区式准备，如图2-5。2)方案2葛褡铁路以西块段，采用带区式准备；葛褡铁路以东块段，大巷北侧采用采区式准备，如图2-6。3)方案3葛褡铁路以西块段，采用采区式准备；葛褡铁路以东块段，大巷北侧采用带区式准备，如图2-7。(6)开拓方案技术比较方案1和方案2的区别在于葛褡铁路以东块段，大巷北侧是采用带区式准备还是采区式准备。两方案相比，方案1和方案2的基建费相同，二者差别在生产费上。粗略估算（如表2-3）表明：方案2的生产费比方案1多出10.62%，两者相差不大，需通过经济比较才能确定其优劣。方案1和方案3的区别在于葛褡铁路以西块段是采用带区式准备还