【正文】 安全煤柱 為保護地面建筑物及工程設(shè)施的安全，本設(shè)計對井筒及工業(yè)廣場、規(guī)劃中的大斷層留設(shè) 安全煤柱。 安全煤柱留設(shè)原則： (1)工業(yè)場地、井筒留設(shè)保護煤柱，對較大的村莊留設(shè)保護煤柱，對零星分布的村莊不留設(shè)保護煤柱。 (2)各類保護煤柱按垂直斷面法或垂線法確定。用巖層移動角確定工業(yè)場地、村莊煤柱。巖層移動角為 60，表土層移動角為 45176。 (3)維護帶寬度：風(fēng)井場地 20m，村莊 10m，其他 15m。 (4)斷層煤柱寬度 30m，井田邊界煤柱寬度為 20m。 (5)工業(yè)場地占地面積，根據(jù)《煤炭工程設(shè)計暫行規(guī)定》中第二十條規(guī)定，工業(yè)場地占地面積指標(biāo)見表 21。 表 21 工業(yè)場地占地面積指標(biāo) 井型 / 占地面積指標(biāo) /ha.()1 4~6 ~ ~3 ~ ~ ~ ~ ~ 注：指標(biāo)中小井取大值，大井取小值。 礦井永久保護煤柱損失量 (1)井田邊界保護煤柱：井田邊界保護煤柱留設(shè) 30m，由底板等高線看出本井田邊界周長為 ，則各煤層的井田邊界保護煤柱損失量為： 井田邊界保護煤柱損失量為： Mt。 (2)斷層保護煤柱：本井田存在三個落差較大的斷層，斷層的累計長度為 ， 斷層每側(cè)留設(shè)保護煤柱 30m寬，則煤層的斷層保護煤柱損失量為： 11煤層 : 60= Mt 開灤集團林南倉四礦 第 16 頁 共 145 頁 總的斷層保護煤柱損失量為： Mt。 (3)大巷保護煤柱：大巷中心距離為 50m，大巷兩側(cè)的保護煤柱寬度各為 30m， 則煤層的大巷保護煤柱損失量為： 180+180= Mt 大巷保護煤柱損失量為： Mt。 (4)井筒保護煤柱：主、副井井筒保護煤柱在工業(yè)場地保護煤柱范圍內(nèi)，風(fēng)井井筒保護煤柱在大巷 保護煤柱范圍內(nèi)，故井筒保護煤柱損失量為 0。 (5)煤層露頭安全煤柱：本礦區(qū)新生界厚 100～ 380m，底部含水層為第四系卵礫石巖，其上覆蓋了 20～ 90m厚的粘土層，故底部含水層富水性較弱，補給條件差，減小防水煤柱尺寸后水量不會增大很多，故本礦區(qū)留露頭煤柱 50m。另外可采取疏干或局部疏干采區(qū)新生界底含水、增大礦坑的排水能力，從而減少煤層露頭煤柱尺寸。 則煤層的露頭保護煤柱損失量為： 50= Mt 煤層露頭保護煤柱損失量為 Mt。 (6)工業(yè)場地保護煤柱： 保護煤 柱的邊界是從受保護范圍的邊界起，按移動角 γ， β和 δ所作的保護面與煤層交線來確定的。保護煤柱的留設(shè)與計算一般用垂直剖面法求得，具體方法與步驟如下： 。如圖 23 所示，在開拓平面圖上通過建筑物四個角分別做平行與煤層走向和傾斜的四條直線，得矩形 abcd。在矩形的外緣加上 15m 寬的維護帶，得受保護面積 aˊbˊcˊdˊ。 。通過受保護面積中心作一沿煤層傾斜方向的剖面 Ⅰ ，在這個剖面上，由維護帶的邊緣點 m1， n1 起在表土層以 θ劃兩條保護線，即 m1m2， n1n2。然后在基巖中于下山和上山 方向按上山移動角 γ和下山移動角 β作保護線，與煤層相交得nˊ和 kˊ，則通過 nˊ和 kˊ的走向線分別為保護煤柱的上部和下部邊界。以同樣的方法在平行煤層走向的剖面 Ⅱ ，按其走向移動角 δ作保護線，求得沿走向的煤柱邊界 AˊBˊ和 CˊDˊ，將 nˊkˊ和 AˊBˊ， CˊDˊ均繪制在平面圖上，即得保護煤柱邊界 ABCD。煤柱是一個梯形。垂直剖面法設(shè)計工業(yè)場地保護煤柱如圖 23 所示。 本礦井工業(yè)場地按 Ⅱ 級保護，維護帶寬度 15m，工業(yè)場地占地面積由表 21 確定，取 17公頃。本礦井的沖積層厚 200m，沖積層移動角 θ為 45176。，基巖移動角 γ=δ=60176。、 β=73176。，地面標(biāo)高 +30m， 12煤層見煤標(biāo)高 200m， 11煤層見煤標(biāo)高 115m。以上數(shù)據(jù)均來自于華北科技學(xué)院 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（ 論文） 第 17 頁 共 145 頁 開灤礦務(wù)局地測處中國礦業(yè)大學(xué)測物系在全國礦山測量學(xué)術(shù)會議上發(fā)表的開平礦區(qū)地表移動規(guī)律綜合分析材料中關(guān)于《地表移動主要參數(shù)的計算》所載。 利用上述方法求 11 煤層的工業(yè)廣場保護煤柱尺寸，得梯形上底 AB=，下底 CD=，高 H=，故梯形面積 S=(AB+CD)H/2=。 工業(yè)場地煤柱煤量 =梯形面積 煤層平均厚度 煤層平均密度 則 11煤層的工業(yè)場地保護煤柱壓煤量為 Mt 各種永久煤柱儲量損失之和 P=++++= Mt 礦井可采儲量 礦井可采儲量 Z 是礦井可以采出的儲量，在求得各種永久煤柱的儲量損失后，可按下式計算礦井可采儲量： Z=(ZKP)C 公式 21 式中： Z——礦井可采儲量， Mt； ZK——礦井工業(yè)儲量， Mt； P——各種永久煤柱儲量損失之和， Mt； C——采區(qū)回采率，厚煤層不低于 ；中厚煤層不低于 ；薄煤層不低于 。 開灤集團林南倉四礦 第 18 頁 共 145 頁 圖 23 垂直剖面法設(shè)計工業(yè)場地保護煤柱 結(jié)合 及 的相關(guān)數(shù)據(jù)，可得礦井設(shè)計可采儲量為 211Mt。華北科技學(xué)院 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（ 論文） 第 19 頁 共 145 頁 、設(shè)計生產(chǎn)能力和服務(wù)年限 礦井工作制度 根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，確定礦井設(shè)計年工作日為 330d,工作制度采用 ―四六制 ‖，每天四班作業(yè)：三班生產(chǎn)，一班準(zhǔn)備，每班工作 6h。 礦井每晝夜凈提升時間為 16h。 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、外部建設(shè)條件、回采對煤炭資源配置及市場需求、開采條件、技術(shù)裝備、煤層及采煤工作面生產(chǎn)能力、經(jīng)濟效益等因素，經(jīng)多方案比較后確定。 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 (包括煤種、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)加大礦區(qū)規(guī)模，反之則縮小規(guī)模。 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力 林南倉 井田儲量豐富，煤層賦存穩(wěn)定，頂?shù)装鍡l件，傾角小，厚度變化不大，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)氣煤，交通運輸便利，市場需求量大 ，宜建大型礦井。 確定 林南倉四礦 井設(shè)計生產(chǎn)能力為 3Mt/a。 開灤集團林南倉四礦 第 20 頁 共 145 頁 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 和礦井服務(wù)年限 T 三者之間的關(guān)系為： T=ZK/AK 公式 31 式中： T——礦井服務(wù)年限， a； ZK——礦井可采儲量， Mt； A——設(shè)計生產(chǎn)能力， Mt； K——儲量儲量備用系數(shù)，取 。 則礦井服務(wù)年限為 : T=213/(3)= 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) 11煤層平均 5m，為中厚煤層，賦存穩(wěn)定，厚度變化不大。根據(jù)現(xiàn)代化礦井 ―一礦一井一面 ‖的發(fā)展模式，可以只布置一個高產(chǎn)高效工作面并保證產(chǎn)量。 (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，開拓方式為立井二水平開拓，主立井采用箕斗提升，副立井采用罐籠提升、下放物料，井下主要運輸大巷采用膠帶運輸機運煤，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。工作面生產(chǎn)的原煤經(jīng)平巷 膠帶輸送機到大巷膠帶輸送機運到井底 煤倉，再經(jīng)主立井箕斗提升至地面，運輸能力大，自動化程度高。軌道大巷采用 10t 架線電機車牽引 固定車廂式礦車運輸，運輸能力大，調(diào)度方便靈活。 (3)通風(fēng)安全條件的校核。礦井煤塵有爆炸危險性，瓦斯涌出量小，屬低瓦斯礦井，煤層有自燃傾向，需加強通風(fēng)，故礦井采用兩翼對角式通風(fēng)，設(shè)一條回風(fēng)大巷，東區(qū)、西區(qū)各布置一個風(fēng)井，以滿足通風(fēng)要求。 (4)礦井的設(shè)計生產(chǎn)能力與整個礦井的工業(yè)儲量相適應(yīng)，保證有足夠的服務(wù)年限，滿足《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》要求，見表 31。 華北科技學(xué)院 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（ 論文） 第 21 頁 共 145 頁 表 31 我國各類井型的新建礦井和第一水平設(shè)計服務(wù)年 限 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力 /Mt a1 礦井設(shè)計服務(wù)年限 /a 第一開采水平服務(wù)年限 /a 煤層傾角＜ 25176。 煤層傾角 25176。 ~45176。 煤層傾角＞ 45176。 及以上 80 40 ~ 70 35 ~ 60 30 25 20 ~ 50 25 20 15 開灤集團林南倉四礦 第 22 頁 共 145 頁 開拓設(shè)計是礦井設(shè)計的關(guān)鍵，它直接關(guān)系到礦井的布局，關(guān)系到礦井長遠(yuǎn)的技術(shù)經(jīng)濟效益，關(guān)系到安全生產(chǎn)。 井田開拓的基本問題 確定井筒的形式、數(shù)目、配置 1) 井筒形式選擇的一 般標(biāo)準(zhǔn) 煤層賦存和地形等條件具有平硐開拓條件時，應(yīng)首先考慮采用平硐開拓。當(dāng)平硐以上煤層垂高或斜長過大時，多開地面出口有利時，可采用階梯平硐開拓。 對于煤層賦存較淺，表土層不厚，水文地質(zhì)條件簡單的緩傾斜、傾斜煤層，應(yīng)盡量采用斜井開拓。各種提升方式的斜井井筒傾角一般規(guī)定如下： 串車提升 ≤25176。 箕斗提升 2535176。 輸送機 ≤16176。 對于有條件的礦井，在急需煤炭地區(qū)，其淺部可采用片盤斜井開拓，提前出煤，由小到大，然后集中斜井開拓。片盤斜井可一個片盤生產(chǎn)，一個片盤準(zhǔn)備。 采用立井開拓的一般條件為： ? 煤層賦存較深或沖積層較厚時； ? 水文地質(zhì)條件復(fù)雜，井筒需要特殊施工時； ? 多水平開拓的急傾斜煤層； ? 其他井筒形式無法開拓的條件。 根據(jù)井田特點，結(jié)合地面布置，采用單一的開拓方式不能滿足通風(fēng)、安全生產(chǎn)、提升、運輸時或單一開拓不合理時，可采用平硐 — 立井、平硐 — 斜 井、斜井 — 立井等綜合開拓方式。 第一水平采用立井開拓的大中型礦井，其延深方式可采用延深井筒方法開拓深部水平，或采用膠帶輸送機暗斜井和至延深副井的開拓方式。當(dāng)條件受限制時，主副井不能直接延深時，也可采用暗立井延深開拓方式。 大型礦井采用立井多水平開拓，而第二水平采用暗斜井延深時，暗斜井井筒個數(shù)、主副暗斜井的提升能力，以及通風(fēng)安全等條件均應(yīng)作詳細(xì)計算，避免出現(xiàn)暗斜井能力不足，要特別注意副井提升能力的校核。 采用立井多水平開拓時，為避免出現(xiàn)多段提升，增加生產(chǎn)環(huán)節(jié)，不宜多次采用暗斜井延深，避免增加設(shè)備占用量，增加投 資費用。 華北科技學(xué)院 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計（ 論文） 第 23 頁 共 145 頁 2) 本礦井的井筒形式 由于礦井煤層埋藏較深，沖積層厚度中等，斜長較大，所以，本礦井采用立井多水平開拓方式。 3) 井筒數(shù)目 采用斜井或立井開拓時，新建礦井一般要開鑿一對井筒，滿足提升和輔助運輸?shù)男枰M足礦井通風(fēng)和施工的需要。風(fēng)井的個數(shù)是根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)要求以及安全生產(chǎn)的需要合理確定的。若采用主井通風(fēng)，用箕斗或膠帶輸送機井筒做風(fēng)井時，應(yīng)符合《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定。 林南倉二 礦為新建礦井，且瓦斯涌出量低，綜合考慮后確定布置 1 個主井、 1 個副井、 2 個風(fēng)井。 確定工業(yè)廣場及井口位置 1) 工業(yè)廣場及井口位置確定的原則 ? 對初期開采有利，即儲量必須可靠，井巷工程量省，建井工期較短。 ? 應(yīng)使井田兩翼儲量大致平衡，即井筒應(yīng)位于儲量中心，利于井下運輸、 通風(fēng)和開采系統(tǒng)布置，減少生產(chǎn)經(jīng)營費用。 ? 盡量不占良田、少占農(nóng)田。充分利用地形地貌布置工業(yè)廣場，以便使地面生產(chǎn)系統(tǒng)合理，便于與外界溝通，使運輸方便。 ? 井筒應(yīng)盡量避免穿過流沙層、較大含水層、較厚的沖積層、有煤和瓦斯突出的煤層以及較大面積的采空區(qū)和大斷層，以減少施工困難，并盡量少壓煤。 ? 工業(yè)廣場和井筒應(yīng)有良好的工 程地質(zhì)條件，不受洪水、巖崩、泥石流、滑坡及森林火災(zāi)的威脅。 ? 用斜井開拓時，應(yīng)考慮井筒層位的合理選擇，考慮其經(jīng)濟技術(shù)的合理性。 林南倉二 礦工業(yè)廣場和主副井井口布置在井田走向的中央，對于本礦井井田走向中央也大致是井田儲量中央。 2) 風(fēng)井位置的確定 風(fēng)井位置應(yīng)根據(jù)通風(fēng)系統(tǒng)合理選擇。 ? 采用中央邊界式通風(fēng)系統(tǒng)時，主、副井筒設(shè)在井田儲量中央，風(fēng)井設(shè)在井田上部邊界中央。 ? 采用中央并列式通風(fēng)系