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xx科技学院毕业设计（论文）
1章井田概况及矿井地质特征
1.1 井田概况
1.1.1 交通位置
邢台井田位于河北省邢台市西南部。行政区划上井田中部悟思、李村属邢台市管辖，井田东部的西由留及西部的前留等村属邢台县管辖，井田南部洛阳村属沙河县管辖。
京广线自井田东北侧通过，矿井中心距邢台车站直线距离为7公里，沿公路为8.5公里，东距小康庄车站3.5公里，东南距沙河县车站7公里。铁路可通过京广线与南北各干线相连，通至全国各地，甚为方便。
公路以邢台市为中心，南至沙河、邯郸、峰峰、东至任县、广宗，临清等县，北至内丘、石家庄，西至黄寺、将军墓、羊范等地，均有较好公路路面通车。井田内新筑公路，由工人村经工业广场至李村，与邢台至羊范公路相接，沟通了矿井至邢台及附近各地的公路联系，交通及铁路交通均极为方便。
图1.1 邢台矿区交通位置图
1.1.2 地形与河流
本井田地处河北平原西缘，西依太行山余脉张果老山、清风岭、卧虎山等。区内及附近地形要素，主要由山地、山前丘陵和山前冲积洪积平原所组成。山地分布在井田以西10公里以远的广大山区；山前丘陵介于山地与平原之间，距井田西部边缘约5-10公里，此区内普遍发育着V形和U形干沟，下切深度15-20米，为降雨下渗的良好通道井田周围东临京广铁路，则为广袤的山前冲积洪积平原，井田内地形平坦，西南稍高东北渐低，地势自然坡度0.7%，标高在+100-+70米之间。
井田内北部有七里河，沙河流经井田南部。七里河：发源于西部低山区，上游黄家店至井田以东京广铁路桥附近变为暗流，河床宽约300-500米，河道平均比降约千分之一，常年干涸逢雨季方有地表水流，历年最大洪水流经量1452公方/秒，遇特大洪峰到来，由于河床浅则向两岸溢流，冲刷耕地形成灾害，不遇大洪峰时一般不泛滥。
1.1.3 气象
根据石家庄、邢台邯郸气象站资料，本区属温带区大陆性气候。四季变换明显，春季干旱多风沙，夏季炎热，秋季湿润多雨，冬季寒冷。年平均气温13℃，最高41.8℃，最低-22.4℃，年降水量达396-1181毫米，最大月降水量487.9毫米，最小月降水量0-6毫米，最大日降水量132.8毫米。最大连续降水量达817.5毫米，雨季集中在7、8、9三个月。年蒸发量1631.5-2017毫米。年最多风向南，风速≥17米/秒。11月至翌年2月为冻结期，冻土最深400毫米，最大积雪深度150毫米。地震次数本区无记录，地震烈度为7级。
1.2 地质特征
1.2.1 矿区范围内的地层情况
邢台矿全部被新生界第四系松散沉积层覆盖，第四系与下伏各地层呈不整合接触。根据钻孔及矿井开采掘进揭露的地层情况，本区自下而上有奥陶系中统峰峰组（O2f）、石炭系中统本溪组（C2b）、石炭系上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1s）、二叠系下统下石盒子组（P1x）、二叠系上统上石盒子组（P2s）、新生界第四系（Q）。矿区内各地层由老至新描述如下：
1.奥陶系中统峰峰组（O2f）
主要岩性为厚层状灰黄、深灰、灰色石灰岩，局部层段为花斑状、角砾状白云质石灰岩夹泥质石灰岩，区域厚度80～150m，本矿区钻孔揭露厚度0.17～234.5m。峰峰组化石以头足类为主，其次为牙形石。
2.石炭系中统本溪组（C2b）
底部为褐灰色、浅紫红色铝土岩及铝土质泥岩，含菱铁质鲕粒及结核，其上为1～2层浅灰色中厚层状石灰岩夹薄煤一层，为十号煤，俗称尽头煤。上部为深灰色粉砂岩、泥岩，致密，呈水平层理，含植物化石。区域厚度20～25m，本组在矿区内钻孔揭露厚度1.61～25.67m，平均12.98m。与下伏奥陶系中统峰峰组呈平行不整合接触。
3.石炭系上统太原组（C3t）
由深灰、灰色泥岩、粉砂岩，灰、灰白色砂岩及四层灰～深灰色石灰岩组成，含煤8～14层，其中9号煤是主要可采煤层，该组为矿区主要含煤地层。区域厚度约150m，本矿区钻孔揭露厚度117.50～159.00m，平均厚度134.35m。
4.二叠系下统（P1）
（1）山西组（P1s）
主要由深灰、灰、黑色粉砂岩、砂质泥岩，灰至灰白色砂岩组成，含煤3～5层，其中2号煤为本矿主要可采煤层。本组为矿区主要含煤地层。钻孔揭露厚度39.47～84.70m，平均厚60.04m，与下伏太原组呈整合接触。
（2）下石盒子组（P1x）
主要岩性为浅黄、灰黄、土黄色中～细粒砂岩、粉砂岩、泥岩，夹土黄、紫红、花斑状铝土质泥岩，铝土质泥岩含铁质，具鲕状结构。区域厚度约180～208m，矿区内钻孔揭露厚度42.00～119.80m，平均77.19m，与下伏山西组呈整合接触。
5.二叠系上统（P2）
（1）上石盒子组（P2s）
主要为灰绿、紫灰色、黄、紫黄色砂岩、粉砂岩及泥岩，底部以黄、灰白色厚层状含砾粗砂岩与下石盒子组分界，顶部以暗紫色粉砂岩夹硅质泥岩与石千峰组分界。区域厚度约128～388m，本区钻孔不完全揭露厚度8.80～159.39m。与下伏下石盒子组呈整合接触。
（2）石千峰组（P2sh）
主要岩性为暗紫、紫红色砂岩、粉砂岩、泥岩，紫红色泥岩、粉砂岩中含钙质结核。区域厚度246m。与下伏上石盒子组呈整合接触。
6.新生界第四系（Q）
为坡积、洪积冲积物松散沉积，以杂色砂土为主，发育卵砾石层。区域厚度110～195m，矿区内钻孔揭露厚度12.80～288.50m，平均189.74m。与下伏各地层呈不整合接触。
1.2.2 井田范围内和附近的主要地质构造
邢台矿处于太行山拱断束（块状断层化的复背斜）东翼边缘的断阶上，井田西侧属于上升的太行背斜的主体，东侧紧靠下降的华北断拗带的边缘，由于处在构造上升与下降间的过渡地带，区内构造以剪切断裂为主，褶皱表现轻微。
1. 断裂构造
经勘探钻孔揭露及多年开采证实，本次报告共查明矿区内落差大于10m的断层见表1-1。
表1-1主要断裂构造
顺序
名称
性质
断层面
走向
断层面
倾向
倾角（ o）
落差
（m）
水平断
距(m)
1
F10-1
正
NE
SE
56
30
2500
2.褶曲构造
井田内基本构造为一短轴向斜盆地和断层所复杂化了的平缓单斜地层，地层产状总的趋势是：走向为N20°～50°E，倾向东南，地层倾伏平缓，倾角一般在5°～25°，局部达40°，在单斜地层上表现的次一级褶皱为短轴向斜和鼻状背斜，分布在勘探区的西南部和东部。
1.2.3 煤层赋存状况及可采煤层特征
井田内可采及部分可采煤层1层,煤层总厚5.2m，含煤系数为7.98%。山西组和太原组为主要含煤地层，煤层为全区可采煤层。
二号煤（旧编号为“七”号煤、俗称“大煤”）：位于山西组地层下部，厚度4.42～6.46m，平均5.25m，可采性指数Km=1.00，煤厚变异系数r=17％。为稳定可采厚煤层。该煤分布广，厚度大，层位稳定，为邢台煤矿主采煤层之一。
二号煤上距下石盒子组底部骆驼钵砂岩间距22.01～58.65m，平均38.55m。
表1-2 可采煤层特征表
煤层
编号
厚度（m）
煤层可采
指数（Km）
煤层变异
系数（r）
稳定性
备注
最小
最大
平均
二
4.42
6.46
5.20
1.00
13.47
稳 定
1.2.4 岩石性质及厚度特征
煤系地层上部为厚度层新生代松散掩盖层所覆，该层系由第三、四纪山前冲积洪积的松散地层组成，结构较为复杂，分层有25-44层之多，其中砾石层有两层，砂层有11-20层，粘土类有12-22层，分层的砂层和粘土相间排列，形成交互层结构，分层的厚度一般不大，但变化大，有几厘米到几十米，呈透镜体分布，交叉变薄的现象很普遍。该层在井田西部及南部最薄（80米左右），东部较厚（200米左右），中部最厚（290米左右）。最厚地方是接近井田中心的卧庄附近。由于该层对井田的开采有特殊意义，现将掩盖层中各层的岩性及厚度变化分述于下：
1.表土层（指上部砾石层至地表一段）：由1-2层粘质砂土或砂层（流砂）组成。总厚度10-20米，一般为15米左右，变化不大，一般是井田北部和南部边缘的河床附近厚度较薄，且主要为砂层组成，其他地段厚度均匀，砂层多为粘质砂土的夹层或上部砾石层的顶板。
2.砾石层：共分两层，分别在掩盖层的上部和底部。
上部砾石层：砾石成分为石英砂岩或石英岩，呈次棱状或菱角状，其间混杂有流砂。属沙河及七里河冲洪积扇沉积，砾石直径60-2厘米。砾石层分布稳定，厚度有10-20米，一般为5米。有于本层空隙发育，其上又为砂层及含透镜体砂质粘土的砂层所覆盖，其渗透性能亦很强，故与降雨和地表水有密切的水力联系，因而富水性极强。
底部砾石层：砾石成分同上，砾石层分布极不稳定，厚度随地形起伏而变化，地形低洼处沉积较厚，地形突起部分则较薄或尖灭，形成透镜体，此厚彼薄，比较零乱，但厚度在5-15米之间者居多，个别地方有尖灭和特厚现象。
3两层砾石层间粘土类和砂层：此段内的粘土类和砂层呈交互层结构，多呈透镜体分布，分叉变薄现象很普遍。
砂层：有10-19层之多，为粉砂至粗砂，一般为细中砂。以井筒附近为界，南北表现多不相同，南部砂层多厚度大（一般分层厚度大于5米，最厚可达30米左右），且多分布在垂深150-200米以浅的层段。北部砂层少，多呈薄层的透镜体，一般分层厚度小于5米。
粘土类：包括粘土，砂质粘土，粘质砂土等。有11-20层之多，垂深150米以浅主要为粘土和砂质粘土，150米以深主要为砂质粘土和粘质砂土。在粘土地层中有三层是厚度较大，分布较稳定：
上层：底板深度为45-75米，厚度为<5米-28 米。
中层：底板深度为100-140米，厚度为<5米-60 米。
下层：底板深度为150-200米，厚度为<5米-33 米。
此三层粘土和其它粘土层的厚度变化，一般是：北部层厚，南部层薄，但在垂深150-200米以深的层段粘土层较厚，所占比例亦大。
图1.2 煤层综合柱状图
1.2.5 井田内的水文地质情况
1.地表水与地下水的关系
邢台矿区位于河北省南部邢台市区及市区西部，地形西高东低，西部为太行山中低山地貌；东部京广铁路以西为丘陵地貌，以东为平原地貌。区内最高点为黄庵垴，标高1773.80m，最低为邢台市北的晏家屯，标高54.20m。
区内由南向北依次发育有铭河、马会河、沙河、七里河、白马河等，为季节性河流，均属海河水系，发源于西部太行山区，呈东西向穿过矿区，为大气降水主要排泄通道。在西部裸露、半裸露山区河流可渗漏补给地下水，多年平均渗漏量为6m3/s，占区域岩溶水补给量的60%，是岩溶地下水的一大补给源。
2.矿区内含水层及隔水层
(1)含水层
邢台矿各含水层及特征见下表:
表1—3 邢台矿含水层及特征表
序号
含水层名称
与煤层关系
地下水类型
富水性
单位涌水量
（l/s.m）
1
顶部砾石层水
与煤层开采无关
孔隙无压水
很强
7.278~11.319
2
底部砾石层水
与煤层露头有关
孔隙承压水
弱
0.00832~0.126
3
石盒子砂岩水
二号煤间接顶
裂隙水
中等
0.0599
4
大煤顶板砂岩水
二号煤直接顶
裂隙水
弱
0.000223~0.0479
(2)隔水层
邢台矿井田主要隔水层及特征见下表：
表1—4 邢台矿隔水层及特征表
序号
隔水层名称
厚度（m）
隔水性
1
第四纪上部粘土、砂质粘土
2.7~24.58
分布连续稳定,较好
2
新近系中部粘土、砂质粘土
1.54~28.95
分布连续稳定,较好
3
新近系中下部粘土、砂质粘土
2.20~37.30
分布连续稳定,较好
续表1-4
4
石盒子、2#煤顶板之间砂、砂质泥岩
10~30
较好
5
二号煤顶板、野青灰岩之间砂、泥岩
34~50
较好
6
野青、伏青灰岩之间砂、泥岩
29~-47
良好
7
伏青、大青灰岩之间砂、泥岩
23~44
良好
8
大青、本溪灰岩之间砂、泥岩
20~44
较好
9
本溪、奥灰之间铝质泥岩
5~12
良好
3.矿区水文 地质特点
本井田主采煤层二号煤充水因素比较简单，主要为煤系地层砂岩孔隙水。
经实测，历年矿井正常涌水量为210~284.50m3/h，最大涌水量为285.60m3/h。
4.综合各项因素评价
此矿水文地质类型为:中等。
1.2.6 沼气及煤尘及煤的自燃性
1.瓦斯
2005年矿井瓦斯相对涌出量分别为3.43m3/t.d，绝对瓦斯涌出量9.07m3/ min根据《煤矿安全规程》第一百三十三条第一款属低瓦斯矿井。按高瓦斯矿井管理。
2.煤尘
根据煤尘爆炸性试验指标，煤尘爆炸指数15～23%之间，该矿开采的煤层属于不易发生爆炸危险的煤层。
3.煤的自燃
邢台矿煤层自燃发火期为18个月。不易自然。据煤尘测试结果为无爆炸性。
4.地温特征
本井田处于地温梯度正常区，据勘探资料，奥灰水与大青岩溶水水温均为17˚C左右，因此属无热害矿井。
5.地压特征
根据地压观测资料，煤岩层在断层附近特别破碎，特别是在大断层附近表现的尤为明显。随着开采深度的增加，地压增大。
1.2.7 煤质及牌号及用途
1.煤的物理性质及特征
本区所有煤层其物理性质共性明显，差异不大，一般多为黑褐-黑色，条痕浅褐色-褐色，具有沥青光泽，多属暗淡（或半暗淡）型煤。结构单一或呈条带状，常见条带状结构或木质结构，具层状或块状构造，断口平坦，个别呈参差状断口，外生裂隙发育。硬度在1～3之间（摩氏硬度），具较强韧性，煤的比重1.15～1.84之间，平均1.48～1.66；煤的容重在1.06～1.57之间，平均1.20～1.43。
根据本区各煤层进行磨片镜下鉴定结果表明，本区煤岩组分以凝胶化物质为主，其次是丝质炭化物质，以及含量不高的稳定组分和矿物杂质。矿物以泥质和浸染状粘土为主，石英颗粒次之。
2.煤的化学性质和工艺性能
本区各煤层的化学性质比较稳定，根据4个计量煤层的煤芯煤样化验结果，其煤质指标如下：
水分（Wt）：2.69% ～20.08%，平均9.57%；
灰分(Ad)：7.13% ～49.26%，平均18.17%；
挥发分（Vdaf）39.06%～ 53.75%，平均45.30%，属高挥发分。
粘结性：属弱粘结性。
本区煤种牌号单一，区内各煤层其坩埚粘结性几乎都是1，煤化程度低，均属褐煤，其中27、32号煤层属低灰分煤，31号煤层属于高灰分外，36号煤层属于中灰分煤。从平面上看，本区内煤层的主要煤质指标灰分产率（Ad）值随深度变化不大，挥发分产率（Vdaf）值随着深度加大而降低的趋势。
本区煤的发热量（Qnet.d ）平均为19.91MC/kg，灰分（Ad）平均为18.17%，硫（St.d）平均为0.56%，灰熔点（ST）为1380°，属中灰，特低硫，高熔点煤。
3.煤质及工业用途
本区煤种为褐煤，煤的灰分产率较高，干燥基发热量较低，全硫含量为低硫煤，本区煤可供发电、锅炉用煤和民用生活燃料用煤。
2 井田境界及储量
2.1 井田境界
2.1.1 井田周边情况
井田北部以煤层露头标高线为界，南以露头标高线为界，西以正F1断层为界；东以人为划定为界，井田境界内无三下一上开采。
2.1.2 井田境界确定的依据
（1）井田范围、储量要与矿井生产能力相适应。
（2）井田要有合理的尺寸以保证各个开采水平有足够的储量和服务年限。
（3）充分利用自然等条件确定井田境界。
（4）井田要有合理的开采范围，便于矿井的发展。
2.1.3 井田未来发展情况
井田范围内煤层由邢台矿进行开采，由于技术和经济原因对于井田深部的勘探数据很少，随着科技的进步在技术上对井田深部进行精确探查，可能发现新的可采煤层。
2.2 井田储量
2.2.1 井田储量的计算
1.矿井初步设计应计算以下储量
根据区域地质报告和井田地质精查报告计算井田地质储量（能利用储量和暂不能利用储量）、矿井工业储量（精查中的“A、B、C”三级储量）、矿井设计储量和矿井设计可采储量等。
2.井田工业储量应按储量块段法进行计算
Zc =S×H×r/cosθ
式中 Zc——井田工业储量，Mt；
S——块段面积，km2；
H——块段总厚度，m；
r——煤的容重，t/m3；
θ——为煤层平均倾角，°。
Zc=23.17×5.2×1.4/ cos8=170.33Mt
3.矿井可采储量的计算
Z=(Zc-P) ×C
式中 Z——可采储量，Mt
Zc——工业储量，Mt
P——永久煤柱损失，Mt
C——带区回采率,厚煤层不低于0.75；中厚煤层不低于0.8；薄煤层不低于0.85；地方小煤矿不低于0.7。
计算得：Z =（170.33-9.45）×0.8=128.7Mt
表2—1 矿井可采储量汇总表 (单位：万t)
类别
水平
工业储量
煤柱损失
有效储量
可采储量
全矿井
17033
945
16088
12870
2.2.2 保安煤柱
1.工业场地及主要井巷保护煤柱留设
（1）工业场地保护煤柱留设，应在确定地面受保护面积后，用移动角圈定煤柱范围。工业场地地面受保护面积应包括受保护对象及围护带，围护带宽度为20m。
图2-1 垂直剖面法示意图
根据垂直剖面法设计保护煤柱，其中岩层移动角δ=74°、γ=70°、β=70°，经过计算得工业广场保护煤柱面积为240000㎡，所以工业广场保护煤柱损失量为：
P工=2.93Mt
（2）本矿井采用斜巷连接带区与条带，在斜巷外留设30m保安煤柱。带区之间留设5m煤柱。
2.断层带及井田境界煤柱的留设
井田范围三面以断层为界一面以煤层露头为界，为开采安全确定断层与煤层露头均留设50m的煤柱进行保护。在井田范围内有一小断层，在其周围留设30m的保安煤柱。
经计算得井田境界留设煤柱的损失量为:P边=1.84Mt
经计算得断层带的损失量为:P断=0.7Mt
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，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，计算结果如表2—2所示。
表2—2 各类永久煤柱损失煤量计算结果表 (单位：万t)
煤柱类别
水平
工广煤柱
边界煤柱
村庄及建筑(构)物煤柱
断层煤柱
后期风井煤柱
总计
-250水平
293
184
371
70
27
945
2.2.3 储量计算的评价
储量完全按照规定计算，结果正确。但是由勘察数据做的地质分析与实际地质情况存在着一定的出入，所以储量在数值上与实际存在着误差。
3 矿井工作制度 生产能力 服务年限
3.1 矿井的年产量及服务年限
3.1.1 矿井的年产量，并确定矿井的服务年限
1. 矿井的年产量
矿井的设计生产能力宜按工作日330天计算，每天净提升时间为16小时。根据设计，工作面长160米，滚筒采用800毫米，一个工作面生产，一天进6刀，采煤机截深为0.6米,煤的比重为1.4吨/立方米，工作面的采出率为95%，掘进出煤为5%，所以矿井的生产能力为：
160×0.8×6×5.2×1.4×95%÷95%×330=184.5万吨
满足矿井的设计生产能力每年180万吨。
2. 矿井的服务年限
本矿井已查明的工业储量为170.33Mt,估算本井田内工业广场煤柱，境界煤柱等永久煤柱损失量占工业储量的5.54%，各可采层均为中厚煤层，按矿井设计规范要求确定本矿的带区采出率为80%，由此计算确定本井田的可采储量为128.7Mt。
根据煤炭设计规范的规定[2]，在计算矿井服务年限时，储量备用系数宜采用1.3～1.5，本矿井采用1.4。
由矿井的服务年限计算公式：
3--1
式中：Z——矿井的可采储量；
A——矿井的年产量；
K——矿井储量备用系数，一般取1.4
所以 P=128.7／180×1.4 =52年
因为服务年限大于50年，所以符合《设计规范》的要求。
3.1.2 矿井的增产期和减产期，产量增加的可能性
建井后产量出现增大，其可能性为：
1. 因在设计中考虑90%的面正规循环率，投产后，由于技术管理水平的提高，可突破90%的面正规循环率，故产量会增大。
2. 矿井的各个生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，迅速突破设计能力，提高了年产量。
3. 工作面的回采率提高，导致在相同的条件下，产量也会增加。
4. 采取地质构造简单，储量可靠，因此投产后有可靠的储量及较好的开采条件。
3.2 矿井的一般工作制度
本矿井的工作日按每年330天计算。
矿井每昼夜分为四班，三班出煤，一班检修，每班工作6小时，即“四六制”工作制。
每昼夜提升时间为16小时。
4 井田开拓
4.1 井筒形式及井筒位置的确定
为了开采煤炭从地面向井下掘一系列的巷道进入煤层建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统称为井田开拓。井田开拓方式应根据矿井设计生产能力、地形地貌条件、井田地质条件、煤层赋存条件、开采技术条件、装备条件、地面外部条件等因素，通过方案比较或系统优化后确定。
4.1.1 井筒形式的确定
井筒是联系地面与井下的咽喉，是全矿的枢纽。井筒选择应综合考虑建井期限，基建投资，矿井劳动生产率及煤的生产成本，并结合开拓的具体条件选择井筒。 井筒一般有以下几种形式：平硐、斜井、竖井和混合式。下面就几种形式进行技术分析，然后进行确定采用哪种开拓方式方式。井筒选择原则一般是：先平硐，后斜井，再立井。
平硐：一般就是适合于煤层埋藏较浅，而且要有适合于开掘平硐的高地势，也就是要有高于工业广场以上的一定煤炭储量，这是主要的方面，可就是这一点，本井田不能满足要求，本井田井筒的标高最高为+85米，没有高于工业厂地的煤。很显然，利用平硐开拓对于本井田来说是没有可行性的。但是，平硐开拓也有它的好处，首先，它减少了斜井、竖井开拓的提升费用，运输和排水等费用也大幅度降低，条件好的可将标准铁路直接延伸到井内。本井田的地质条件无法满足这方面的要求，所以不能用平硐开拓。
斜井：利用斜井开拓首先要求煤层埋藏较浅、倾角较大的倾斜煤层，且当地地表冲积层较厚，利用竖井开拓困难时，即便是煤层埋藏较深，不惜打较长的斜井井峒的条件下才可能使用，而本井田的条件，不较适合；埋藏没有露头，煤层的倾角比较小。
本矿井煤层赋存深度-50— -550m，最上部煤层距地表135米，井筒需用特殊方法施工。该井田走向长5772m，倾向长3885m。煤层倾角6°—11°，平均为6.7°。根据本矿的地形地质条件，不利于采用平硐或斜井开拓，因此，决定采用立井的开拓方式。
采用立井开拓时，可以不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制，与其他开拓方式相比，立井具有井筒短、提升速度快、提升能力大的、结构合理、井筒维护费用低、有效断面大、通风条件好、管线短、提升速度快等优点。另外，本井田倾斜长度大，采用立井开拓可以合理地兼顾浅部和深部的开采，对矿井开采有利。尽管立井具有井筒施工复杂、开凿费用高、掘进速度慢的缺点，但综合起来考虑，对于本矿来说，采用立井开拓明显优于采用斜井或平硐的开拓方式，因此，最终确定该井田采用立井开拓。
4.1.2 井筒的数目及位置
本矿年产量180万t，属大型矿井，在开拓时，决定采用三个立井：主井、副井和风井。这样确定的井筒数目可以满足矿井提煤、运料、通风的要求，保证矿井生产高产、高效、安全，有助于本矿的正常有序发展。
井筒位置:
1.井筒沿走向方向的位置
井口沿井田走向有利的位置应在井田的中央，当井田储量呈不均匀分布时，应在储量分布的中央，以此形成两翼储量比较均衡的双翼井田，应尽量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采的不利局面。
优点：
1)井筒设在井田中央（储量分配的中央），可使沿井田走向的井下运输的工作量最小，而井筒偏在一翼边界时的相应井下运输工作量要较前者为大。
2)井筒设在井田中央时，两翼产量分配、风量分配比较均衡，通风网路较短， 通风阻力较小。井筒偏于一翼时，一翼通风距离长、风压增大。当产量集中于一翼时，风量成倍增加，风压按二次方关系增加。如果要降低风压，就要增大巷道端面，增加掘进工程量。
3) 井筒设在井田中央时，两翼分担产量比较均衡，各水平两翼开采结束的时间比较接近。如井筒偏于一侧，一翼过早采完，然后产量集中于另一翼，将使运输、通风过分集中，采煤掘进互相干扰，甚至影响全矿生产。
2.井筒沿煤层倾向的位置
立井开拓时，井筒沿煤层倾向位置可提出三个原则方案
1)井筒位置设于浅部井田外时，总的石门工程量稍大，初期工程量及投资较少，建井工期较短，不需要留设煤柱，但总的石门工程量稍大，总费用较多。
2)井筒设于井田中部处，可使石门总长度较短，沿石门的运输工程量较少。
3)井筒设于深部的初期工程量最大，石门总长度和沿石门的运输工作量也较大。
如煤系基底有含水较大的断层，不允许井筒穿过时，它可以延伸井筒到深部， 对开采井田深部及向下扩展有利，但煤柱损失大。
根据本矿的地质条件和倾向范围，考虑是否有利于井下运输及煤柱的损失量等因素，确定将井筒布置在井田的中部。
风井井口位置的选择:
风井井口位置的选择，应在满足通风要求的前提下，与提升井筒的贯通距离较短，并应利用各种煤柱。有条件时风井的井口也可以布置在煤层露头以后。
综合考虑，本矿井的风井沿走向布置在井田的中部。
4.2 矿井开拓方案的选择
4.2.1 开拓方案及基础数据
经过分析，提出了以下四种开拓方案，分述如下。
方案一：立井两水平开拓
主副井井筒均为立井，布置于井田中央，设两个水平，如图4－1。
图4-1 方案一 立井两水平开拓
主要数据：
方案二：立井单水平加暗斜井开拓
主副井井筒均为立井，布置于井田中央，设一水平和一个暗斜井，如图4－2。
图4-2 方案二 立井两水平开拓
主要数据：
方案三：立井三水平开拓
主副井井筒均为立井，布置于井田中央，设三个水平，如图4－3。
图4-3 方案三 立井两水平开拓
主要数据：
方案四：立井两水平开拓（井田边界）
主副井井筒均为立井，布置于井田边界，设两个水平，如图4－4。
图4-4 方案四 立井两水平开拓
主要数据：
四种开拓方案比较的汇总：
方案选择：以上是对所提的四种方案的详细经济比较，方案一和方案四的区别是井筒所在位置不同，经过比较可以看出方案一的费用较少，而且方案一井筒布置在井田中部可使沿井田走向的井下运输的工作量最小，而井筒偏在一翼边界时的相应井下运输工作量要较前者为大,两翼产量分配、风量分配比较均衡，通风网路较短， 通风阻力较小。井筒偏于一翼时，一翼通风距离长、风压增大。当产量集中于一翼时，风量成倍增加，风压按二次方关系增加。如果要降低风压，就要增大巷道端面，增加掘进工程量,两翼分担产量比较均衡，各水平两翼开采结束的时间比较接近。如井筒偏于一侧，一翼过早采完，然后产量集中于另一翼，将使运输、通风过分集中，采煤掘进互相干扰，甚至影响全矿生产。所以在方案一和方案四中选择方案一比较合适。
方案三采用三水平开拓，工程量较大，施工条件差，施工速度慢，开拓维护费用高，所以方案三的提出比较不适合。
方案二采用暗斜井提升时，施工速度快，费用低，但需要与暗斜井配套的设备、人员，虽然相较于方案一较少运输距离和运煤环节，但在开拓暗斜井过程中会遇到断层，维护方面比方案一较困难，而且总体费用比方案一更多。
由对比结果可知，方案一的费用相对较少，而且从技术上也比较可行，综合经济，技术和安全三方面的考虑，选取最优方案为方案一：立井两水平开拓。
4.3 石门及大巷数目及布置
本设计矿井选择大巷运输方式，双轨布置；采用反倾斜斜巷布置，实现分带与带区之间的联系，斜巷为带区的运输服务，运输能力要求大；大巷和斜巷的断面设计和支护设计合理与否，直接影响煤矿生产的经济和安全，该设计矿井大巷断面的各项内容见图4-5大巷断面图。
图4-5 大巷断面图
4.4 井硐布置和施工
4.4.1 井硐穿过的岩层性质及井硐支护
参见井筒开拓剖面图。本设计矿井井筒穿过的岩层性质如下：
基岩段：细砂岩 砂砾岩
根据主副井围岩性质，并按《规程》规定，确定主副井筒支护方式如下：
主井井筒表土段：混凝土砌碹；煤层段：料石砌碹；基岩段：锚喷支护
副井井筒表土段：混凝土砌碹；煤层段：料石砌碹；基岩段：锚喷支护
井硐穿过岩层主要为细砂岩。井硐支护见表4-1。
表4-1 立井井筒支护类型
类型名称
采用材料
适用情况
优缺点
砌筑式
砂浆、料石、混凝土、预制块
取材方便的普通法造井，井筒使用近年来，冻结法井筒在膨胀粘土层做临时支护
1.砌筑后能立即承受压力
2.砌体强度较低
3.整体受力及防水性差
整
体
式
整体灌注
混凝土
井筒各种施工方法包括基岩井壁///注应用
1.整体性好，强度较高
2.防水性能好
3.便于机械化，施工方便，劳动强度低
混凝土锚喷
混凝土、（锚杆、金属胀）
在岩层较稳定，淋水小且井筒装配少或钢丝绳罐道的井筒中采用
1.掘进工程量小，施工快，效率高
2.喷射过程中，回墙率高，粉末多
整体预制式
预制装配式
大型配筋砌块丘宾筒机地面整体、浇注，预制钢筋混凝土井筒
使用钻井法，沉井法施工时，需地面预制的井筒;在地压大的涤井井筒中，常采用丘宾筒、组合钢板等住户结构。
1.丘宾筒、地面预制混凝土构件强度高
2.丘宾筒、混凝土右切块在深砂层中，必须与防水材料配套使用
4.4.2 井筒布置及装备
箕斗提升的井筒不应兼作风井；作为安全出口的立井井筒，当井深超过300米时，应每隔200米左右设置一个休息点；井筒平面内布置提升容器时，所允许的间隙不应过小；井筒允许最大风速不超过下表的要求：
表4-2 井筒允许最大风速表
井筒名称
允许最大风速（m/s）
无提升设备的风井
15
专为升降物料的风井
12
升降人员和物料的风井
8
设梯子间的风井
8
修理井筒时
8
立井井筒装备包括：罐道、罐笼、罐道梁、梯子间、罐路、电缆、井口、井底金属支撑结构、托管梁、电缆支架、过巷装置等。井筒断面详见图4-7主井断面图和图4-8副井断面图。
4.4.3 井硐延伸的初步意见
立井井筒延伸沿原有井筒直接下沿，设计原有井筒的断面很大，考虑了井筒延深时提升吊桶与箕斗或罐笼平行断面不够大的问题。
图4-7 主井井筒断面图
表4-3 副井筒特征
井型
180万t/a
提升容器
两对12t长型箕斗
多绳摩檫轮提升机
井筒直径
6.5m
井深
570m
净断面积
33.18㎡
井筒支护
混凝土砌碹厚450㎜
充填混凝土厚50㎜
基岩段毛断面积
44.18㎡
表土段毛断面积
44.18㎡
图4—5 副井井筒断面布置图
表4-4 副井筒特征
井型
180万t/a
提升容器
一对3t固定箱式矿车双层四车罐笼；
井筒直径
7.0m
井深
565m
净断面积
38.46m2
井筒支护
混凝土砌碹厚550mm
充填混凝土厚50㎜
基岩段毛断面积
59.45 m2
表土段毛断面积
59.45 m2
图4—6 风井井筒断面布置图
表4-5 井筒特征
井型
180万t/a
净断面积
19.63㎡
井筒直径
5m
基岩段毛断面积
26.42㎡
井深
600m
4.5 井底车场及硐室
4.5.1 井底车场形式的确定及论证
本矿井设计采用折返式井底车场。
井底车场形式的布置必须保证矿井的生产能力有足够的富裕系数，考虑增产的可能性；操作安全，调车方便，符合规程规定。井底车场的形势也取决于矿车的选择，本矿井采用3t底卸式矿车，综合原则和规定以及本矿的实际情况采用了设计的车场。
4.5.2 井底车场的布置
1.井底车场线路布置的要求
（1）底卸式矿车的井底车场设计要注意调头问题；
（2）线路布置要有利于通风，尽量减少工程量以及少布置道岔和交岔点；
（3）为保证运行安全，应尽量避免在曲线巷道顶车，机械推车需布置在直线段上；
2.存车线长度的确定
确定存车线长度是井底车场设计中的重要问题。根据我国煤矿多年的实践经验，各类存车线可以选用下列长度：
（1）大中型矿井的主井空、重车线长度各为1.5～2.0列车长；
（2）副井空、重车线长度， 大中型矿井按1.0～1.5列车长；
（3）材料车线长度，大中型矿井应能容纳15～20个材料车；
（4）调车线长度通常为1.0列车和电机车长度之和；
3.存车线长度的计算
(1) 主井空、重车线，副井进、出车线
L=mnLk+NLj+Lf
式中 m——列车数目,列;
n——每列车的矿车数，辆;
Lk——每辆矿车带缓冲器的长度，m;
N——机车数,台;
Lj——每台机车的长数，m;
Lf——附加长度，取10m。
经过计算，得L=1.5×15×3.45+1×4.5+10=92.125m
(2) 材料车线有效长度
L=ncLc+nsLs
式中 nc——材料车数，辆;
Lc——每辆材料车带缓冲器的长度，m;
ns——设备车数，台;
Ls——每辆设备车带缓冲器的长度，m;
L=20×2.4+1×2.5=50.5m
根据实际需要，开设水泵硐室和变电所，取材料车线长60m。
4.5.3 井底车场通过能力计算
矿井日产原煤5454t，每日运矸石量为5454×0.15=818t，日产掘进煤为5454×0.06=327t，3t底卸式矿车日运煤量为5454×0.94=5217t。3t底卸式矿车列车数为5127/（3×15）=114列。根据矿井矸石量与掘进煤的比例（15%/6%=5/2），确定1.5吨煤矸石混合列车由15辆矸石与11辆煤车组成，每列矸石车与煤车载重之比为（1.7×15）/（1.5×11）=17/11，故符合要求，每日混合列车数为（818+327）/（1.7×15+1.5×11）=28（列）每日进入井底车场的3t底卸式矿车数与1.5吨混合列车数之比为114/28=4.1/1
按公式计算：
N=TaQ/1.15T
式中 N——井底车场年通过能力，Mt;
Ta——每年运输工作时间等于矿井设计年工作日数与日生产时间的乘积，min;
Q——每一调度循环进入井底车场的所有列车的净载煤重，t；
T——每一调度循环时间,min；
1.15——运输不均衡系数；
计算得：N=330×16×60×15×3/(1.15×30)=
通过能力富余系数为312.4/240=1.302，满足设计规范要求。
附表4-6 调度图表及
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