采矿学论文设计.doc

目 录
一般部分
1 矿区概况及井田地质特征 1
1.1 矿区概况 1
1.1.1 地理位置及交通条件 1
1.1.2 气象与地震及水文条件 2
1.1.3 外部建设条件 3
1.2 井田地质特征 3
1.2.1井田地形及煤系地层 3
1.2.2地质构造 5
1.2.3 水文地质 6
1.3 煤层特征 7
1.3.1 煤层埋藏 7
1.3.2 煤层条件 7
1.3.3 煤层围岩性质 8
1.3.4 煤质特征与用途 9
1.3.5 瓦斯、煤尘及煤的自燃、地温 9
2 井田境界和储量 11
2.1 井田境界 11
2.2 矿井工业储量 11
2.3 矿井可采储量 12
3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 15
3.1 矿井工作制度 15
3.2 矿井设计生产能力及服务年限 15
3.2.1 确定依据 15
3.2.2 矿井设计生产能力 15
3.2.3 矿井服务年限及校核 15
4 井田开拓 17
4.1 井田开拓的基本问题 17
4.1.1 井筒（硐）的确定 18
4.1.2 工业广场位置、形状的确定 20
4.1.3 开采水平的确定 20
4.1.4 主要开拓大巷 20
4.1.5 矿井开拓方案比较 21
4.2 矿井基本巷道 27
4.2.1 井筒 27
4.2.2 开拓巷道 31
4.2.3 井底车场以及硐室 34
5准备方式—带区巷道布置 36
5.1煤层地质特征 36
5.1.1带区位置 36
5.1.2带区煤层特征 36
5.1.3煤层顶底板岩石构造情况 36
5.1.4水文地质 36
5.1.5主要地质构造 36

5.1.6地表情况 36
5.2带区巷道布置及生产系统 37
5.2.1带区准备方式的确定 37
5.2.2带区范围及区段划分 37
5.2.3带区巷道布置 37
5.2.4带区生产系统 38
5.2.5带区内巷道掘进方法 38
5.2.6带区生产能力及采出率 39
5.3带区运输形式设计 40
6 采煤方法 41
6.1 采煤工艺方式 41
6.1.1 带区煤层特征及地质条件 41
6.1.2 确定采煤工艺方式 41
6.1.3 回采工作面参数 42
6.1.4 回采工作面采煤机、刮板输送机选型 42
6.1.5 采煤工作面支护方式 45
6.1.6 端头支护及超前支护方式 47
6.1.7 各工艺过程注意事项 48
6.1.8 采煤工作面正规循环作业 50
6.2 回采巷道布置 52
6.2.1 回采巷道布置方式 52
6.2.2 回采巷道参数 52
7井下运输 55
7.1概述 55
7.1.1井下运输设计的原始条件和数据 55
7.1.2矿井运输系统 55
7.1.3运输距离和货载量 56
7.2带区运输设备选择 56
7.2.1设备选型原则 56
7.2.2 带区运输设备选型及能力验算 56
7.3 大巷运输设备选择 58
7.3.1 确定主运输大巷运输方式 58
7.3.2 主运输系统与设备 58
7.3.3 辅助运输方式的选择 58
8 矿井提升 60
8.1 概述 60
8.2 主副井提升 60
8.2.1主井提升 60
8.2.2副井提升设备选型 63
9矿井通风及安全技术 65
9.1矿井通风系统选择 65
9.1.1矿井概况 65
9.1.2矿井通风系统的确定 65
9.1.3工作面进回风巷道的布置及带区通风系统的确定 66
9.2带区及全矿所需风量 68

9.2.1采煤工作面实际需要风量 68
9.2.2掘进工作面需风量 69
9.2.3硐室需风量 70
9.2.4其它巷道所需风量 70
9.2.5矿井总风量 71
9.2.6风量分配 71
9.3全矿通风阻力的计算 72
9.3.1矿井通风总阻力计算原则 72
9.3.2确定矿井通风容易和困难时期 72
9.3.3矿井最大阻力路线 73
9.3.4矿井通风阻力计算 74
9.3.5矿井通风总阻力 75
9.3.6总等积孔 75
9.4通风机选型 76
9.4.1选择主要通风机 76
9.4.2电动机选型 78
9.5防止特殊灾害的安全措施 79
9.5.1瓦斯管理措施 79
9.5.2煤尘的防治 80
9.5.3预防井下火灾的措施 80
9.5.4防水措施 81
9.5.5其他 81
10设计矿井基本技术经济指标 83
参考文献 84
专题部分
厚煤层开采回采率问题探讨 85
引言 85
1 概 述 85
1.1 我国厚煤层煤开采现状 85
2. 介 绍 86
2.1 长壁放顶煤采煤法 86
2.2 放顶煤采煤法的分类 86
3. 影响因素 87
4. 相关理论 87
5. 矿压显现的规律及工作面采出率 89
5.1 放顶煤工作面的矿压显现规律 89
5.2 综放工作面的采出率 89
6. 提高综放工作面采出率的途径 90
翻译部分
英文原文 93
STUDY ON TOP CAVING COAL MINING PARAMETER 93
中文译文 97
放顶煤开采参数研究 97
致 谢 101

中国矿业大学2016届本科生毕业设计 第 99 页

1 矿区概况及井田地质特征
1.1 矿区概况
1.1.1 地理位置及交通条件
白洞矿井田位于大同煤田向斜中段东南侧，为大同矿区总体发展规划中的同忻联合井田白洞分区南部。本区位于大同石炭系煤田的东部，口泉河的中游，其地理位置位于大同市西南约18km处，行政隶属于大同市南郊区所辖，地理坐标为：东经113°0′49″～113°4′3″，北纬39°58′37″～40°0′42″。本井田位于塔山井田的东北部，东邻高庄村面窑沟煤矿、白洞村面窑沟煤矿；北与同忻井田毗邻；南为国投大同能源有限责任公司塔山煤矿(见图1-1四邻关系图)。

图1-1 四邻关系图

铁路：口泉铁路支线从白洞矿东南部穿过，并设有白洞站，自此向西沿口泉沟可达乔村站，向东北经平旺车站与北同蒲线及大秦线相接，南可达太原，东可至秦皇岛，并经大同北抵集宁、呼市、二连；东达北京等地。大同地区在口泉、西韩岭、湖东三地设编组站，煤炭货运及客运十分便利。
公路：井田内主要有口泉至王村公路通过，向东北经口泉至大同市通往内蒙、北京、河北各地，亦可自口泉向东交于大(同)-运(城)公路干线，直达太原等地，区内尚有若干简易公路，公路交通十分方便。交通位置见图1-2。

图1-2 交通位置图
1.1.2 气象与地震及水文条件
1．气象
该区属于中温带、大陆性气候。冬季严寒，夏季炎热，气候干燥少雨，风沙严重，特点如下：
（1）气温：年气温、日气温变化显著，年温差可达60℃，日温差为11.6℃～16℃。以6、7、8三个月温度最高，月平均温度24℃～30℃，极端最高气温36.6℃；以11、12、1、2月份温度最低，月平均温度-3.2℃～-10.9℃，历年极端最低气温-21℃～-25.9℃，冬季占全年时间近一半。
（2）降水量：年降水量为247～499.2mm，降水时节强度极不均匀，以11、12、1、2、3、4六个月降水量较少，为34～61.6mm，占全年降水量的5%～21%；7、8、9三个月降水量较大，为248.9～388.6mm，占全年降水量70%以上。
（3）蒸发量：年蒸发量1539～2367.5mm，以5、6、7三个月蒸发量最大，占全年蒸发量的50%～60%，蒸发量大于降水量4～9.5倍。
（4）风力：有风日数占全年的75%以上，风向以北、北西向最多，年平均风速2.6～3.1m/s，各月最大风速17.0～30.5m/s。雁北之风沙驰名山西省，风力一般为3～5级。
（5）结冰和解冻：每年初霜日期9月底或10月初，终霜日期翌年4月底或5月初，历时半年之久。土壤冻结在11月底或12月初，冻结深度为105～186cm。
2．地震
1949年以后，直到1989年发生大同县—阳高县地震为止，除1952年10月8日22时24分在崞县发生过5.5级地震(震中烈度八度)之外,大同及周围地区地震以众多的小震形式出现，绝大多数为无感地震，没有造成什么破坏。
3．水文条件
本区属海河流域、永定河水系、桑干河支系。本矿区内主要河流为口泉河。口泉河位于大同市西南，发源于左云县水窑乡，该河自西向东横穿该井田，流域面积600km2，全长50km，河宽20～150m，坡度12.5‰，树枝状水系，径流量甚小，为渗漏性、间歇性河流。河水靠矿井排水和大气降水补给，日常径流量0～0.22m 3/s，洪峰流量为60m 3/s，最大洪峰流量为691m 3/s。（1964年5月31日实测）。
1.1.3 外部建设条件
1．水源
白洞矿生活饮用水由同煤集团统一供给，供水量3000m3/d；井下消防用水、井下酒水、筛分车间用水、绿化用水、浇洒道路、地面消防用水及生活设施用水利用矿井水，以上用水约需3500m3/d。目前侏罗系矿井排水量平均4800m3/d左右，可以满足现在和将来各方面的用水需求。
2．电源
本矿井建有35kv新白洞变电站，供电电源引自四老沟110kv变电站，为双电源供电。四老沟110kv变电站距新白洞变电站1.5km左右。
目前供电电源完全能满足矿井延深后的生产需要。
3．主要建筑材料供应条件
本区属大型煤炭基地，长期以来形成了可靠的材料供应来源，并且当地也有部分的矿用材料加工厂，为矿井的建设提供了便利条件。
1.2 井田地质特征
1.2.1井田地形及煤系地层
井田内多为黄土覆盖，基岩仅出露于沟谷底部及山脊，根据以往及补充勘探地质资料，井田内发育地层由老到新为：太古界集宁群、寒武系、奥陶系、石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组、侏罗系下统永定庄组、中统大同组、云岗组、第四系中、上更新统、全新统。
白洞矿井田位于大同煤田中、东部，经勘探及开采证实井田内赋存的煤系地层为侏罗系中统大同组、石炭系上统太原组、二叠系下统山西组。由于本井田批采的侏罗系煤层已经采空，二叠系山西组地层在本井田仅零星赋存于南部边缘，因此对侏罗系中统大同组地层和二叠系下统山西组不再叙述。
石炭系上统太原组(C3t)
为本区主要含煤地层，按岩性组合及沉积序列可分为三个岩段。上段在本井田顶部多受到剥蚀，岩性顶部为灰黑色、灰色、浅灰色中、粗砂岩、砂质泥岩，夹有不稳定1号煤

层，中下部主要为灰白色细砂岩、粉砂岩、深灰色泥岩、砂质泥岩，含3号、5、6号煤层，以上组成太原组的第三旋回，主要以泥炭沼泽相、泛滥平原相为主。中段上部为粉细砂岩及砂质泥岩，下部为砂质泥岩及中、粗砂岩，含不稳定的7号煤层，井田局部地区夹有灰色铝土泥岩，为太原组的第二旋回，以分流间湾相、泛滥平原相为主。下段为太原组的第三旋回，为深灰色、灰黑色砂质泥岩、泥岩、细砂岩、粗砂岩、粉砂岩及8、9、10号煤层等组成，底部为一中粗石英砂岩(K2)，井田内平均厚3.07m，以河口沙坝相、泥潭沼泽相泛滥平原相为主。
太原组的沉积标志：岩石类型中粗碎屑岩较本溪组增加，粉砂岩，泥岩含量较少，煤的含量最高。其物质成分，粗碎屑岩在底部为石英砂岩，中部为石英杂砂岩，上部为长石岩屑石英杂砂岩等；泥岩以高岭石，水云母为主。以上说明太原组沉积物经历的搬运及筛选作用较本溪组变弱，主要反映了过渡相－陆相的沉积。此外根据前述的沉积构造特征、古生物标志均可以得出，太原组的沉积环境为由三角洲前缘环境向河流环境的快速过渡。
本组厚53.70-106.07m，平均78.61m，含丰富的动植物化石，与下伏地层整合接触。
1.2.2地质构造
本区位于大同煤田的中东部，区内地层基本上呈向北倾斜的单斜，地层倾角1º-5º，内部有一些缓波状的起伏，东北部为一向北倾伏的向斜。井田内目前尚未发现有落差较大的断层，区内上部侏罗系煤层在白洞矿开采中，共揭露落差较大、延伸较长的断层1条。白洞矿在石炭系建井及试生产过程中共揭露落差大于1m 的断层1条。在开采3号煤层时结露的其它较多的断层落差均在1m以下，而且很多断层只断开煤层，顶底板均未错断，属层间断层，故未将其下延。至此，白洞石炭系井田内目前共有断层2条，未见有陷落柱，地质构造简单。
1．断层
F1断层：位于井田中西南部，走向N30ºE，倾向S60ºE，倾角69º，落差12m，为西一盘区上升的正断层，延伸长度1057.61m，该断层为开采侏罗系煤层揭露，推延到石炭系煤层的断层。
F2断层：位于井田的北部中央，断层走向N12ºE，倾向S80ºE，，倾角67º，落差6.5m,为西一带区上升的正断层，延伸长度927.76m。
2. 褶曲
本井田内地层平缓，地层总体向北倾斜，倾角一般1º-5º，区内呈缓慢上升或下降，褶皱没有发育。
3．岩浆岩
大同石炭二叠系煤田中，岩浆活动主要是印支期的煌斑岩，以岩床的形式侵入煤系地层，对煤层破坏性大。在白洞井田内的勘探钻孔中目前尚未发现有煌斑岩侵入。区外的白15号钻孔中，见有煌斑岩侵入8号煤层，8号煤层中有4层，单层厚度0.13-0.81m。煌斑岩侵入处煤层受到烘烤变质，成为天然焦及其它变质煤，前者失去了工业价值，后者灰份增加，挥发份降低，发热量减少，难以洗选，其价值受到了极大的影响。
4．断层、褶曲、岩浆岩对煤层开采的影响
（1）断层
大同石炭二叠系煤田，经受了印支期、燕山期、喜山期三次构造运动。由于受上述三期应力的作用，其构造形迹会发生继承、交接和转化作用，因而其中发育的断裂构造应较侏罗系地层的断裂构造复杂。而在白洞矿井田内无大的断裂构造，3号煤层已大面积开采，现井田内共发现落差大于1m的断层2条，其中有1条(F1)为侏罗系揭露下延至石炭系，另外1条为建井及生产中揭露，断层中落差最大的为F1，落差12m，为侏罗系揭露的断层，对煤层开采、工作面的布置会造成一定的影响。F2断层为开采3号煤层揭露，最大处落差6.5m，给煤层开采也造成困难，同时对煤层工作面的布置也会造成影响，但给顶板维护带来困难。总之，白洞矿井田内断层对煤层的开采影响不大。
（2）褶曲
井本田大部分地区的地层产状平缓，这种平缓的波状起伏构造对煤层的破坏作用不大，对煤层的开采也不会带来不利影响。
（3）岩浆岩
白洞矿井田内目前尚未发现岩浆岩以岩床形式的侵入。在8101、8103、8105、8107工作面发现了辉绿岩岩墙，以岩墙的形式侵入，岩墙宽9m，近直立状，由近SN向向北在8101工作面转为N25 ºE向，岩墙侵入处两侧的煤层均受其烘烤，发生焦化变质。使煤层的灰分明显上升，挥发份大幅度下降，工业用途受到极大的影响。据白洞矿井下观测，岩墙对两侧煤层破坏的宽度一般3-5m。可见，岩墙对煤层的破坏作用轻微。
1.2.3 水文地质
白洞矿井东界外为石灰岩出露区，区内石灰岩为石炭系煤系地层的基底，岩溶水位标高1010～1040m，石炭系可采煤层均为带压开采，本区位于岩溶水水文地质单元补给—迳流区。
1. 含水层的分布与特征
（1）奥陶系石灰岩含水层
奥陶系地层构成了本区煤系的基底，埋深300-550m，顶界标高770-890m，总体为一向斜构造，地层60m以上在本矿的中南部为粉砂质泥岩与灰岩互层，含水性极弱，北部钻孔揭露灰岩虽然破碎，但多属闭合裂隙，含水小，灰界顶界60m以下为主要含水层段，单位涌水量为0.03-0.086L/s·m。井田石灰岩含水层由于主要接受东部露头灰岩区大气降水的补给，补给量有限，井田石灰岩含水层富水性弱。
（2）太原组含水层
太原组含水层主要分布在5号煤层与8号煤层之间的砂岩带，岩性为不同粒级的砂岩，厚度15-20m，3号煤层与5号煤层之间砂岩少见，即使有砂岩赋存大部分为粉砂岩，太原组含水层由于埋藏深，岩石胶结致密，地下水的补给条件差，含水层富水性弱。
（3）山西组含水层
山西组地层仅分布于本矿南部，含水层富水性弱。
（4）永定庄组含水层
永定庄组地层在本区内广泛分布，上部为紫红色的泥岩夹砂岩，下部为厚层状的砂岩，砂砾岩，砂岩厚80-150m，是太原组3号煤开采时的直接充水含水层。永定庄组砂岩以钙质胶结为主，质硬，在裂隙发育地段，可以是良好的含水层，无裂隙处，含水性极弱。永定庄组含水层总体属于富水性弱的含水层，局部构造发育段，属于富水性中等的含水层，由于补给条件差，矿井排水主要消耗的是静储量。
2．矿井水文地质类型
白洞矿井位于大同煤田中东缘地段，总体为一轴向北东的向斜构造，地表黄土广布，为低山丘陵地貌。本区为双纪煤系，上部为侏罗系含煤地层，下部为石炭系含煤地层。侏罗系大同组煤层大部分已采空，在本区的东北部向斜的轴部有采空区积水赋存；永定庄组、山西组、太原组含水层是开采煤层的直接充水含水层，含水层的富水性弱，矿井涌水量一般小于3000m3/d；太原组下伏奥陶系岩溶裂隙含水层是煤系下伏间接充水含水层，灰岩含水层补给条件差，灰岩含水层岩溶发育弱，含水层富水性弱。虽然主采煤层3、5、6、8、9号煤层属于带压开采煤层，即使存在局部奥灰突水问题，其突水量也不会很大。本区5号煤层厚度大，煤层采后导水裂隙带将沟通东北部14号煤层的采空区积水，由于侏罗系采空积水范围较为清楚，开采5号煤层前，通过打探放水孔将采空区的水放掉，采空区积水的治理是比较容易的。
综上所述：根据《煤矿防治水规定》，白洞井水文地质类型划分为中等类型。
井田涌水量
矿井涌水量平均值为200m3/h，最大矿井涌水量为260m3/h。
1.3 煤层特征
1.3.1 煤层埋藏
大同煤田为双纪煤田，即侏罗纪煤层和石炭二叠纪煤层重叠赋存。区域含煤地层为中生界侏罗系中统大同组、古生界二叠系下统山西组、石炭系上统太原组。
侏罗系大同组为一套内陆河湖沼泽相沉积，由各种粒级的砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层沉积而成。煤层多、间距近、煤层分叉合并较为普遍，地层厚度一般234m，煤层总厚度26m，其中可采煤层14～21层，含煤系数11%，属弱粘结煤，原煤灰分10％左右，发热量一般为33MJ/kg，为优质动力用煤。
二叠系下统山西组为一套内陆河流相沉积建造，由一套灰、深灰、灰白色、灰黄色中粗砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、煤层组成。地层厚度一般45m，含山1、山2、山3、山4四层煤，其中仅山4号煤层局部可采，煤层总厚0～15.85m，平均厚6.80m，含煤系数15％。
石炭系上统太原组为网状河到泥炭沼泽相的沉积类型，为过渡相含煤建造。主要由灰、灰白色砂岩，灰黑色粉砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层组成。地层厚度0～130m，一般85m左右。共含煤10余层，煤层总厚0.11～51.13m，一般15-25m，平均20.26m，含煤系数达23.8％。煤类主要为气煤，局部为1/3焦煤和弱粘煤。原煤灰分一般为24.12%～28.67％，全硫除8号煤层大于1％外，其余均小于％。发热量一般为19.74 ～21.82MJ/kg。主要用于动力用煤，洗选后还可作为炼焦配煤。
本区煤层埋藏深度较深，没有煤层露头，煤样化验资料未发现有风氧化现象。
1.3.2 煤层条件
1．煤层
井田内赋存中生代侏罗系大同组、二叠系山西组和石炭系上统太原组煤层，由于由于本井田批采的侏罗系煤层已基本采空，二叠系山西组地层在本井田仅零星赋存于南部边缘，石炭系上统太原组煤层是本次工作研究的对象，石炭系上统太原组地层厚53.70～106.07m，一般厚为78.61 m。
5号煤层
为太原组最厚一层煤，位于本组中上部。除井田西北部遭受剥蚀外，均有赋存并可采，煤层厚度4.1-4.7m，平均4.53m，含0-5层夹矸，属稳定型，顶板岩性炭质泥岩、高岭质泥岩，底板为炭质泥岩。
各煤层特征见表1-3
表1-1 煤 层 特 征 表
煤层号
煤层厚度
最小~最大
岩 性
夹矸
稳定性
可采性
顶板
底板
平均
5
4.1-4.7
4.53
炭质泥岩
高岭质泥岩
炭质泥岩
0～5层
较简单
大部可采
稳定

1.3.3 煤层围岩性质
1．煤层顶、底板岩性特征
5号煤层
伪顶：零星分布于白2000-4、白2002-2、白2008-4钻孔，厚度0.2m，岩性为炭质泥岩。
直接顶：分布于四10、白28、9802、洞5、白2008-3、白52连线以南，岩性为高岭质泥岩、砂质泥岩、泥岩和粉砂岩，薄层状，水平层理，质软，厚度1.2-6.00m，白2008-3、洞5、白2002-3、白2002-4、白2003-1连线以东，岩层主要为单层结构，局部为双层，三层结构，连线以西以复层结构为主，具由东至西结构复杂的特征。
老顶：分布于四10、白28、9802、白2008-3、白2008-4、白52号孔连线以北，老顶直接覆盖在煤层上，岩性以砂岩为主，其次为中砂岩，粗砂岩，由东至西粒级变粗，厚层状，以泥质胶结为主，半坚硬，厚度1.3～11.0m。
底板：岩性以泥岩、砂质泥岩、高岭质泥岩为主，局部为粉砂岩，中细砂岩，厚度0.6～6.12m。
2．煤层顶、底板物理力学性质
（1）顶板岩石物理力学特征
井田及外围共有14个钻孔做了物理力学试验，其中井下5个。由于沉积环境，埋深、岩石的矿物成分、结构、构造、胶结类型的差异，岩石的物理力学性质不尽相同，对于同一煤层而言，砂岩类：细颗粒的岩石总体比粗颗粒的岩石强度高，抗压强度以30-50MPa者居多，个别的小于30MPa或者在70-100MPa之间，泥岩类一般属于软岩，抗压强度多数小于20MPa。从埋深来看，同一粒级的砂岩类，粗砂岩、细砂岩，粉砂岩抗压强度没有明显的规律性，砂砾岩抗压强度变化不大，一般在30MPa左右，中砂岩具有由浅至深抗压强度变小的规律。
（2）底板岩石的物理力学性质
底板岩性总体强度不高，泥质岩类抗压强度多小于30MPa，粉砂岩、碎屑高岭岩强度要高些，可达到中等坚硬程度，抗压强度在40-60MPa之间。
3．工程地质评价
表1-2 煤层底板物理力学性质一览表
煤层号
孔号
岩石名称
抗压强度
MPa
抗拉强度
MPa
抗剪强度
MPa
5
2008-2
高岭岩
25.6-48.5
35.7

7号底板孔
炭质泥岩
17.12
2.3
2.34

表1-3 煤层顶板工程地质分类方案
顶板分类
一类
无周期来压顶板
二类
有周期来压顶板
三类
周期来压强烈顶板
四类
软弱破碎顶板
五类
坚硬砂岩顶板
六类
石灰岩顶板
分类依据
Rc＜20MPa
Km＞2
Km=0.4-2
Km＜0.4
Rc＜10MPa遇水泥化或崩解碎裂
直接顶为坚硬砂岩
Rc＞60MPa
直接顶为石灰岩
Rc＞50MPa
Rc=-30 MPa
Km＞3
Km=0.8-3
Km＜0.8
Rc=30-40 MPa
Km＞4
Km=1.2-4
Km＜1.2
Rc＞40 MPa
Km＞5
Km=1.6-5
Km＜1.6

5号煤层属于Ⅱ类顶板。
1.3.4 煤质特征与用途
1. 物理性质
各可采煤层以弱玻璃光泽为主，少数玻璃光泽或沥青光泽，结构有层状和均一状，块状构造，差参状断口，内生裂隙较发育，裂隙中充填碳酸盐类矿物。视密度在1.30t/m3～1.63t/m3，平均在1.41 t/m3～1.48 t/m3，真密度在1.41 t/m3～1.77 t/m3，平均在1.56 t/m3～1.65 t/m3。
宏观煤岩按平均光泽类型划分，多以半亮型煤为主，半暗型煤为辅。半亮型煤以亮煤为主，与暗煤以条带状分布，中夹细条带状或线理状镜煤；半暗型煤中暗煤较多，与亮煤以条带状分布。
2. 煤类
本区各煤层煤类均以气煤为主；有零星1/3焦煤、1/2中粘煤、弱粘煤。
3. 工业用途评价
5号煤为低灰-高灰，以中灰为主；高挥发分、特低硫-中高硫，以低硫为主；低热值-高热值，以中热值为主；煤类为气煤。
煤层的有害元素含量低，含油，化学反应性低，中等粘结性，煤灰难熔或高熔，煤的可选性差，煤的工业用途主要是动力用煤，也可作为气化用煤和炼焦配煤，还可考虑作液化用煤。
1.3.5 瓦斯、煤尘及煤的自燃、地温
1．瓦斯
5号煤瓦斯含量中CH4含量均小于1.00ml/g·可燃煤，最高0.56ml/g·可燃煤。CO2含量最大0.85ml/g·可燃煤； 瓦斯成分中CH4成分最大占61.20%，CO2最高占33.12%，各煤层瓦斯主要以氮气为主，甲烷和二氧化碳含量低，全区均处于瓦斯风化带之内，属于氮气-甲烷带。
全矿井的瓦斯相对涌出量为 0.90，二氧化碳相对涌出量为6.58；瓦斯绝对涌出量为 2.35m3/min，二氧化碳绝对涌出量为11.26m3/min。本区虽然瓦斯含量低，但瓦斯的赋存受地质因素和地质条件影响较大，因此瓦斯赋存常有不均衡的一面，在将来的开采当中也会因采掘面的不断扩大瓦斯涌出量随之增高，以后还必须重视瓦斯的监测及预防，确保生产安全。
2．煤尘
本区内施工钻孔煤芯样煤尘爆炸危险性测试，大部分火焰长度在30mm左右，，加岩粉量多在10%-50%，鉴定结论均为有爆炸危险性。
3．煤层自燃倾向性
自燃倾向性检测各煤层吸氧量在0.53-0.60 cm3/g，自燃等级为Ⅱ级，倾向性属于自燃，另有燃点测定结果，原样燃点在341-362℃，氧化样燃点在319-357℃，还原样燃点在352-372℃，自燃倾向性等级为Ⅱ级，也属于自燃发火的煤层。据调查一般贮煤露天堆放6-12个月就有自燃发生。

2 井田境界和储量
2.1 井田境界
白洞矿井田位于大同煤田向斜中段东南侧，为大同矿区总体发展规划中的同忻联合井田白洞分区南部。
本区位于大同石炭系煤田的东部，口泉河的中游，其地理位置位于大同市西南约18km处，行政隶属于大同市南郊区所辖，地理坐标为：东112°59′51″～113°04′03″，北纬39°58′28″～40°00′01″。
井田四邻关系为：东邻高庄村面窑沟煤矿、白洞村面窑沟煤矿；北与同忻井田毗邻；南为国投大同能源有限责任公司塔山煤矿。
井田南北宽2000～3100m，东西长4577～6975m，面积约为18.72km2。勘查深度从840-1000标高，本次设计开采5号煤层。
其范围由以下7个拐点组成，井田境界拐点座标见表2-1。
表2-1 井田境界拐点座标表
点号
经距(Y)
纬距(X)
点号
经距(Y)
纬距(X)
1
547796.000
4429895.549
5
542357.129
4430746.470
2
548463.628
4433000.000
6
543361.440
4430388.635
3
543271.410
4433000.000
7
544241.066
4429895.549
4
542367.305
4431726.100

2.2 矿井工业储量
1．地质资源/储量
本井田范围内18.72km2的石炭系太原组可采煤层为5号煤层。
本次设计开采5号煤层，由于其它煤层平均厚度较薄，煤层赋存不稳定，而且5号煤层的储量能够满足服务年限的需要，故只设计5号煤层。由于该煤层地质构造简单，煤层倾角变化不大，且煤层厚度分布比较均匀，故采用块段法估算其面积。其中5号煤层估算面积及其标高见表2-2。
表2-2 5号煤层估算面积及标高
煤层号
资源/储量估算面积（m2）
最小标高—最大标高
5
18.72
840-1000
储量计算的工业指标为煤层厚度不小于最低可采厚度0.70m，绝对干燥灰分不大于40%，原煤硫分不大于3%。
5号煤层倾角大约为3°，煤层平均厚4.53m，其容重约为1.43t/m3。
资源储量=面积×煤厚×容重/cos3°
经计算，全区地质资源资源/储量121.43Mt。
根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%是经济的基础储量，30%是边际经济的基础储量，则矿井的工业资源/储量：
Zg=Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333k 式中： Zg——矿井工业资源/储量；
Z111b——探明的资源量中经济的基础储量；
Z122b——控制的资源量中经济的基础储量；
Z2M11——探明的资源量中边际经济的基础储量；
Z2M22——控制的资源量中边际经济的基础储量；
Z333k——推断的资源量。
Z111b＝121.43×60%×70%＝51.00 Mt
Z122b＝121.43×30%×70%＝25.50Mt
Z2M11＝121.43×60%×30%＝21.86 Mt
Z2M22＝121.43×30%×30%＝10.93 Mt
由于地质条件简单，k取0.8。
Z333k＝121.43×10%×k＝162.8×10%×0.8=9.72 M t
Zg＝Z111b＋Z122b＋Z2M11＋Z2M22＋Z333 k
＝51.00+25.50+21.86+10.93+9.72
＝119.01 Mt
因此，矿井的工业储量约为119.01Mt。
2.3 矿井可采储量
矿井设计储量为工业储量减去设计计算的断层煤柱、冲积层防水煤柱、井田境界煤柱以及已有地面建筑物、构筑物需要留设的保护煤柱等永久煤柱。
1、井田边界保护煤柱
根据煤矿的实际情况，人为井田边界保护煤柱取20m，断层井田边界保护煤柱取20m，则井田边界保护煤柱的损失按下式计算：

式中：
P——井田边界保护煤柱损失，Mt。
H——井田边界煤柱宽度，人为边界20 m，；
L——井田边界长度，人为边界18760.2 m
m——煤层厚度，m，
r—— 煤层容重，t/m3；
代入上式得
20×18760.2×4.53×1.43=2.43Mt
2断层和井筒保护煤柱
根据地质报告中提供的断层情况，落差5～8m的断层留设10m的煤柱，落差8～15m的断层，留设20m的煤柱，落差大于15m的断层留设30m的煤柱。如在生产过程中发现断层情况与地质报告不符时，可根据实际情况适当调整煤柱留设尺寸。
全井田共两条断层，一条落差12米，长1057.61m，留设20米宽煤柱，一条落差6.5米，长927.76m，留设10米宽煤柱。
故共留设断层煤柱0.39Mt。
主副井筒都在工业广场内，不需留设保护煤柱。
3、工业广场保护煤柱
根据《煤炭工业设计规范》不同井型与其对应的工业广场面积见表2-3。第5-22条规定：工业广场的面积为0.8～1.1平方公顷/10 Mt。本矿井设计生产能力为1.2 Mt/a，所以取工业广场的尺寸为420 m×350 m的长方形。煤层的平均倾角为3°，工业广场处在井田的中央，其中心处埋藏深度为+910m，该处表土层厚度为60 m左右，主井、副井、地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按Ⅱ级保护留维护带，宽度为20 m。本矿井的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-4。
表2-3 工业场地占地面积指标
井 型（万t/a）
占地面积指标（公顷/10万t）
240及以上
1.0
120-180
1.2
45-90
1.5
90-30
1.8
表2-4 岩层移动角
广场中心深度/m
煤层倾角
煤层厚度/m
表土层厚度/m

ф

δ

γ

β
+910
3°
4.53
60
45o
75o
75o
75o

图2-1 工业广场保护煤柱

由图可得出保护煤柱的尺寸为：
由CAD量得梯形的面积为： S=478720.08 m2
则：工业广场的煤柱量为：
式中：P工——工业广场煤柱量，MT；
S ——工业广场压煤面积，m2；
M ——煤层厚度，m；
R ——煤的容重，t/m3；
则： 478720.08×4.53×1.43=3.10 Mt
综上，矿井的永久保护煤柱损失量汇总见表2-5
表2-5 永久保护煤柱损失量汇总
保护煤柱形式
损失量(MT)
井田边界保护煤柱
2.43
断层保护煤柱
0.39
工业广场保护煤柱
3.10
合计
5.92
=115.51 Mt
3、矿井可采储量
矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，根据采矿学可按下式计算：

式中：ZK——矿井设计可采储量，Mt；
Zg——矿井的工业储量，Mt；
P——保护煤柱损失量，Mt；
2％——矿井巷道压煤估算量
C——采盘区采出率，厚煤层不小于0.75，中厚煤层不小于0.8，薄煤层不小于0.85。本矿5号煤层厚度为4.53 m，属于厚煤层，故取0.75；
ZK=(115.51－115.51×2％) ×0.75=84.90 Mt
表2-5 储量总表

地质储量
工业储量
设计可采储量
储量/Mt
121.43
119.01
84.90

3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限
3.1 矿井工作制度
根据《煤炭工业矿井设计规范》相关规定，确定矿井设计年工作日为330天，矿井每昼夜净提升时间16小时。工作制度采用“三八制”，每天三班作业，两班生产，一班检修，每班工作8小时。
3.2 矿井设计生产能力及服务年限
3.2.1 确定依据
《煤炭工业矿井设计规范》第2.2.1条规定：矿井设计生产能力应根据资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经多方案比较或系统优化后确定。
矿区规模可依据以下条件确定：
1、资源情况：煤田地质比较简单，储量十分丰富，可以适当扩大矿区规模，建设大型矿井。煤田地质比较复杂，储量有限时，不能将矿区规模定得太大；
2、开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市），交通（铁路、公路、水运），用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等。条件好者，应加大开发强度和矿区规模，否则应缩小规模；
3、国家需求：对国家煤炭需求量的预测是确定矿区规模的一个重要依据；
4、投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大矿区规模，反之则缩小规模。
3.2.2 矿井设计生产能力
矿井石炭系煤炭赋存量较大，煤层开采条件优越、煤质优良，有着较好的市场前景。
本区原煤为中灰～富灰、低～中硫煤，发热量均在30MJ/kg左右的气煤与肥气煤，主要可作动力用煤和民用煤。从当前市场形势看，低硫中发热量煤有大的用户，有着较好的市场前景。
本井田资源丰富，主采煤层赋存条件比较简单，井田有两条小断层，比较合适布置大型矿井，另外瓦斯含量低，属瓦斯矿井，经校核后确定本矿井的设计生产能力为1.2 Mt/a。
3.2.3 矿井服务年限及校核
井田的设计生产能力应与矿井的可采储量相适应，以保证矿井有足够的服务年限。
矿井服务年限的公式为：

其中：
T——矿井的服务年限，年；
——矿井的可采储量，Mt；
A ——矿井的设计生产能力，Mt/a；
K ——矿井储量备用系数，取1.3；
则： T= 84.90/(1.2×1.3) =54.42 年
由表