【正文】 三下”及工業(yè)廣場保護煤柱根據(jù)《煤炭工業(yè)設(shè)計規(guī)范》第 522 條規(guī)定：工業(yè)廣場的面積為 公頃/10 萬t。本礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為 120 萬 t/a，所以取工業(yè)廣場的尺寸為 360 m400 m 的長方形。南北方向覆蓋在大斷層之上，面積為 平方公里（工業(yè)廣場包括在其中） 。工業(yè)廣場所在位置煤層傾角為 3176。，其中心處埋藏深度為 1083 m，該處表土層厚度為5m，主井、副井，地表建筑物均布置在工業(yè)廣場內(nèi)。工業(yè)廣場按 Ⅱ級保護留維護帶，寬度為 20m。本礦井的地質(zhì)條件及沖積層和基巖層移動角見表 21。表 22 巖層移動角廣場中心深度/m 煤層傾角/176。煤層厚度/m沖積層厚度/m ф/176。 δ/176。 γ/176。 β/176。1083 3 5 41 70 70 由此根據(jù)上述已知條件，計算得出保護煤柱的尺寸為：S=梯形面積=176。 = m2則工業(yè)廣場的煤柱量為： (23)RMSZi??式中：Zi——工業(yè)廣場煤柱量； S ——工業(yè)廣場壓煤面；則：Z12＝ 104= 萬 t山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計94．風(fēng)井保護煤柱由于風(fēng)井設(shè)置在井田邊界保護煤柱和工業(yè)廣場中，所以省去了一部分保護煤柱的留設(shè)。表 23 保護煤柱損失量煤 柱 類 型 儲 量（萬 t）井田邊界保護煤柱 總斷層保護煤柱 “三下” 及工業(yè)廣場保護煤柱 風(fēng)井保護煤柱合 計 由表 22 得：礦井永久保護煤柱損失總量=++= 萬 t 礦井可采儲量礦井可采儲量是礦井設(shè)計的可以采出的儲量，可按下式計算： （2CPZgk???)(4）式中：Zk——礦井可采儲量，萬 t；Zg——礦井的工業(yè)儲量， 萬 t； P——保護工業(yè)場地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大斷層等留設(shè)的永久保護煤柱損失量， 萬 t； C——采區(qū)采出率，厚煤層不小于 ；中厚煤層不小于 ；薄煤層不小于；地方小煤礦不小于 。 tPZgk )(2????礦井儲量匯總表見表 23：表 24 礦井儲量匯總煤層 工業(yè)儲量（Mt） （A+B）/（A+B+C）永久煤柱損失（Mt）設(shè)計可采儲量（Mt）8 100% 山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計103 礦井工作制度、設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 礦井工作制度按照《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》GB502152022 中 223 條規(guī)定，參考《關(guān)于煤礦設(shè)計規(guī)范中若干條文修改決定的說明》 ，確定本礦井設(shè)計生產(chǎn)能力按年工作日330d 計算，每天凈提升時間宜為 16 小時。礦井工作制度為“四六制” 作業(yè)（三班生產(chǎn)，一班檢修） 。 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 確定依據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》第 條規(guī)定：礦井設(shè)計生產(chǎn)能力應(yīng)根據(jù)資源條件、開采條件、技術(shù)裝備、經(jīng)濟效益及國家對煤炭的需求等因素，經(jīng)多方案比較或系統(tǒng)優(yōu)化后確定。礦區(qū)規(guī)?？梢罁?jù)以下條件確定：1．資源情況：煤田地質(zhì)條件簡單，儲量豐富，應(yīng)加大礦區(qū)規(guī)模，建設(shè)大型礦井。煤田地質(zhì)條件復(fù)雜，儲量有限，則不能將礦區(qū)規(guī)模定得太大；2．開發(fā)條件：包括礦區(qū)所處地理位置（是否靠近老礦區(qū)及大城市） ，交通（鐵路、公路、水運） ，用戶，供電，供水，建筑材料及勞動力來源等。條件好者，應(yīng)加大開發(fā)強度和礦區(qū)規(guī)模，否則應(yīng)縮小規(guī)模；3．國家需求：對國家煤炭需求量（包括煤中煤質(zhì)、產(chǎn)量等）的預(yù)測是確定礦區(qū)規(guī)模的一個重要依據(jù)；4．投資效果：投資少、工期短、生產(chǎn)成本低、效率高、投資回收期短的應(yīng)加大山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計11礦區(qū)規(guī)模，反之則縮小規(guī)模。 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力本礦井井田儲量豐富，煤層賦存穩(wěn)定，頂?shù)装鍡l件好，煤層屬中厚煤層，厚度變化不大，煤層傾角小，平均傾角 3176。，為近水平煤層，開采條件較簡單，技術(shù)裝備先進，經(jīng)濟效益好，煤質(zhì)為優(yōu)質(zhì)動力煤，交通運輸便利，市場需求量大，宜建大型礦井。按照礦井設(shè)計規(guī)范規(guī)定，結(jié)合本井田的工業(yè)儲量和開采儲量選定礦井設(shè)計生產(chǎn)能力 120 萬 t/a。 礦井服務(wù)年限礦井服務(wù)年限必須與井型相適應(yīng)。礦井可采儲量 Zk、設(shè)計生產(chǎn)能力 A 礦井服務(wù)年限 T 三者之間的關(guān)系為： (31))/(KZTk??式中： T——礦井服務(wù)年限，a；Zk——礦井可采儲量，萬 t；A——設(shè)計生產(chǎn)能力，萬 t；K——礦井儲量備用系數(shù)，礦井設(shè)計一般取 。確定井型時需要考慮備用系數(shù)的原因是，礦井各生產(chǎn)環(huán)節(jié)有一定的儲備能力，礦井投產(chǎn)后，產(chǎn)量迅速提高；局部地質(zhì)條件變化，使儲量減少；有的礦井由于技術(shù)原因，使采出率降低，從而減少了儲量。則，礦井服務(wù)年限為：T =（120）=服務(wù)年限符合《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》要求。 井型校核按礦井的實際煤層開采能力，輔助生產(chǎn)能力，儲量條件及安全條件因素對井型進行校核：1．煤層開采能力井田內(nèi)有 8 號煤層可采，煤厚為 ，屬中厚煤層，賦存穩(wěn)定，厚度變化小。煤層傾角平均 3176。，為近水平煤層，地質(zhì)條件簡單，根據(jù)現(xiàn)代化礦井“一礦一井一面”山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計12的發(fā)展模式，可以布置一個綜采工作面。2．輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能力校核礦井設(shè)計為大型礦井，開拓方式為主斜副立單水平直接開拓。主斜井采用膠帶輸送機運輸煤炭，工作面生產(chǎn)的原煤經(jīng)順槽膠帶輸送機到大巷膠帶輸送機運到井底煤倉，再經(jīng)主斜井運輸至地面，運輸能力大，自動化程度高；副立井采用兩套寬型罐籠運輸人員和材料、矸石。運煤能力和大型設(shè)備的下放可以達到設(shè)計井型的要求。大巷輔助運輸采用無軌膠輪車運輸，運輸能力大，調(diào)度方便靈活。3．通風(fēng)安全條件的校核本礦井為高瓦斯礦井，瓦斯涌出量極高，但煤塵有爆炸危險，煤炭有自然發(fā)火傾向。礦井投產(chǎn)前期采用采區(qū)式通風(fēng)，后期采用中央邊界和采區(qū)式通風(fēng)。輔助運輸大巷和煤炭運輸大巷進風(fēng)，專用回風(fēng)巷回風(fēng)，工作面采用后退式 U 型通風(fēng)，通過第九章的通風(fēng)設(shè)計知可以滿足通風(fēng)需要。4．礦井的設(shè)計生產(chǎn)能力與服務(wù)年限相適應(yīng)，才能獲得好的技術(shù)經(jīng)濟效益。 《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》給出了我國各類井型和服務(wù)年限的對應(yīng)要求，及第一水平的設(shè)計服務(wù)年限，見表 31。表 31 我國各類井型的礦井和第一水平設(shè)計服務(wù)年限第一開采水平服務(wù)年限（a）礦井設(shè)計生產(chǎn)能力（萬t/a）礦井設(shè)計服務(wù)年限（a）煤層傾角25176。煤層傾角25176?！?5176。煤層傾角45176。600 及以上 70 35 — —300～500 60 30 — —120～240 50 25 20 1545～90 40 20 15 159～30 各省自定山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計134 井田開拓 井田開拓的基本問題井田開拓是指在井田范圍內(nèi)，為了采煤，從地面向地下開拓一系列巷道進入煤體，建立礦井提升、運輸、通風(fēng)、排水和動力供應(yīng)等生產(chǎn)系統(tǒng)。這些用于開拓的井下巷道的形式、數(shù)量、位置及其相互聯(lián)系和配合稱為開拓方式。合理的開拓方式需要對技術(shù)可行的幾種開拓方式進行技術(shù)經(jīng)濟比較，才能確定。本礦井開拓方式的確定，主要考慮到以下因素：1．可采煤層為近水平煤層；2．煤層埋深較淺，且表土層厚度小，平均 5m；3．礦井涌水量不大，不威脅生產(chǎn)；4．本礦井為高瓦斯礦井；5．本礦內(nèi)大部為黃土覆蓋，植被稀少。十里河從井田中部通過，支溝呈羽狀分布。十里河以北分水嶺位于甘莊一帶，其南部支溝流向十里河，以北支溝匯入淤泥河。井田開拓主要研究如何布置開拓巷道等問題，具體有下列幾個問題需認真研究。1．確定井筒的形式、數(shù)目和配置，合理選擇井筒及工業(yè)場地的位置；2．合理確定開采水平的數(shù)目和位置；3．布置大巷及井底車場；4．確定礦井開采程序，做好開采水平的接替；山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計145．進行礦井開拓延深、深部開拓及技術(shù)改造；6．合理確定礦井通風(fēng)、運輸及供電系統(tǒng)。確定開拓問題，需根據(jù)國家政策，綜合考慮地質(zhì)、開采技術(shù)等諸多條件，經(jīng)全面比較后才能確定合理的方案。在解決開拓問題時，應(yīng)遵循下列原則：1．貫徹執(zhí)行國家有關(guān)煤炭工業(yè)的技術(shù)政策，為早出煤、出好煤高產(chǎn)高效創(chuàng)造條件。在保證生產(chǎn)可靠和安全的條件下減少開拓工程量；尤其是初期建設(shè)工程量，節(jié)約基建投資，加快礦井建設(shè)。2．合理集中開拓部署，簡化生產(chǎn)系統(tǒng)，避免生產(chǎn)分散，做到合理集中生產(chǎn)。3．合理開發(fā)國家資源，減少煤炭損失。4．必須貫徹執(zhí)行煤礦安全生產(chǎn)的有關(guān)規(guī)定。要建立完善的通風(fēng)、運輸、供電系統(tǒng)，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)條件，減少巷道維護量，使主要巷道經(jīng)常保持良好狀態(tài)。5．要適應(yīng)當前國家的技術(shù)水平和設(shè)備供應(yīng)情況，并為采用新技術(shù)、新工藝、發(fā)展采煤機械化、綜掘機械化、自動化創(chuàng)造條件。6．根據(jù)用戶需要，應(yīng)照顧到不同媒質(zhì)、煤種的煤層分別開采，以及其它有益礦物的綜合開采。 確定井筒形式、數(shù)目、位置及坐標1．井筒形式的確定井筒形式有三種：平硐、斜井、立井。一般情況下，平硐最簡單，斜井次之，立井最復(fù)雜。1）平硐開拓受地形跡埋藏條件限制，只有在地形條件合適，煤層賦存較高的山嶺、丘陵或溝谷地區(qū)，且便于布置工業(yè)場地和引進鐵路，上山部分儲量大致能滿足同類井型水平服務(wù)年限要求。2）斜井開拓與立井開拓相比：井筒施工工藝、施工設(shè)備與工序比較簡單，掘進速度快，井筒施工單價低，初期投資少；地面工業(yè)建筑、井筒裝備、井底車場及硐室都比立井簡單，井筒延伸施工方便，對生產(chǎn)干擾少，不易受底板含水層的威脅；主提升膠帶化有相當大的提升能力，可滿足特大型礦井主提升的需要；斜井井筒可作為安全出口，井下一旦發(fā)生透水事故等，人員可迅速從井筒撤離。缺點是：斜井山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計15井筒長，提升深度有限，輔助提升能力小；通風(fēng)路線長、阻力大、管線長度大；斜井井筒通過富含水層、流沙層施工技術(shù)復(fù)雜。3）立井開拓不受煤層傾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然條件的限制，在采深相同的條件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，對輔助提升特別有利，井筒斷面大，可滿足高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井需風(fēng)量的要求，且阻力小，對深井開拓極為有利；當表土層為富含水層或流沙層時，立井井筒比斜井容易施工；對地質(zhì)構(gòu)造和煤層產(chǎn)狀均特別復(fù)雜的井田，能兼顧深部和淺部不同產(chǎn)狀的煤層。主要缺點是立井井筒施工技術(shù)復(fù)雜，需用設(shè)備多，要求有較高的技術(shù)水平，井筒裝備復(fù)雜，掘進速度慢，基本建設(shè)投資大。2．井筒位置的選擇1）井筒位置的確定原則，并兼顧其他水平，有利于井底車場和主要運輸大巷的布置，石門工程量少；，首采區(qū)少遷村或不遷村；；、厚含水層、斷層破碎帶、煤與瓦斯突出煤層或軟弱巖層；，有良好的工程地質(zhì)條件，且避開高山、低洼和采空區(qū)，不受崖崩滑坡和洪水威脅；，少壓煤；、電源較近，礦井鐵路專用線短，道路布置合理。2）井筒沿井田走向方向的有利位置本井田形狀均勻，儲量分布均勻，井筒的有利位置應(yīng)在井田走向的儲量中央，以形成兩翼儲量比較均勻的雙翼井田，可以使井田走向的井下運輸工作量最小，通風(fēng)網(wǎng)路較短，通風(fēng)阻力小。3）井筒沿井田傾斜方向的有利位置 立井開拓時，本井田中部有一條大的斷層構(gòu)造，井筒布置在井田的中央靠斷層山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計16西側(cè)上部位。4）有利于礦井初期開采的井筒位置礦井應(yīng)盡快達產(chǎn)，使井筒布置在第一水平的位置最優(yōu)。5）盡量不壓煤或少壓煤合理布置井筒確定井筒位置，要充分考慮少留井筒和工業(yè)廣場保護煤柱。因為本井田內(nèi)中部有一條大的斷層不易通過，需留設(shè)保護煤柱?？紤]本斷層的煤柱，為了減少工業(yè)廣場所壓煤柱，將該斷層煤柱和工業(yè)廣場煤柱合并考慮，并且保證在井田走向的中央。傾向的中央靠上部位。6）地質(zhì)及水文地質(zhì)條件對井筒布置的影響要保證井筒、井底車場及硐室位于穩(wěn)定的圍巖中，應(yīng)使井筒盡量不穿過或少穿過流沙層、較大的含水層、較厚沖積層、斷層破碎帶、煤與瓦斯突出煤層、較軟煤層及高應(yīng)力區(qū)。7）井口位置應(yīng)便于布置工業(yè)場地井口附近要布置主、副生產(chǎn)系統(tǒng)的建筑物及引進鐵路專用線。為了便于地面系統(tǒng)間互相聯(lián)接，以及修筑鐵路專用線與國家鐵路接軌，要求地面平坦，高差不能太大，專用線短，工程量小及有良好的技術(shù)條件。3．主副井相對位置的選擇：斜井或立井在同一工業(yè)場地內(nèi)相對位置一般如下：1)斜井根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》 ，礦井各出口之間的距離不得小于 30m。該規(guī)定系指巖柱最小尺寸?？紤]到斜井井口經(jīng)常設(shè)有人車站人車存車線等，使井筒斷面增大，故在方案或初步設(shè)計階段確定主副井位置時，一般使兩互相平行的主副井中線或提升中線相距 35～40m， 。2)立井主副井之間距離按規(guī)定同樣不得小于 30m，設(shè)計時考慮井上井下生產(chǎn)流程能夠合理銜接以及井塔施工安裝和設(shè)備布置需要，主副井中心距約變動于 50～100m 。本井田可采用立井開拓(主井設(shè)箕斗、副井為罐籠)或斜井(主井為皮帶)開拓，井筒位于山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計17井田中央。依據(jù)本礦實際條件，主副井筒選址需考慮布置在儲量中心和盡量減少工廣壓煤以及盡早出煤便于布置首采面。經(jīng)后面方案比較確定主、副井筒位置在井田中央。副井進風(fēng)，中央風(fēng)井在距離副井井口 200