大学毕业设计---矿井通风与安全专科.doc

太原理工大学继续教育学院毕业设计（论文）
太原理工大学继续教育学院

毕业设计（论文）

学习形式：函授 层次：专科 教学站点：

题目：矿井通风与安全

姓 名
专 业 矿井通风与安全（专科）
指导教师
日 期

前 言
永宁煤焦系离石市的一座集体所有制煤矿，位于离石市城关镇西北方向的后赵家村西，距离石市4km，行政区划归离石市城关镇管辖。
2000年6月山西省国土资源厅为该矿颁发采矿许可证，证号为1400000040134，批准开采4号煤层，井田东西长约3100m，南北宽约2900m，面积5.6588km2。
本次实习是在永宁煤焦集现场实习，是我们在学完专业课后的一次实践性教学环节，也是毕业之前的一个重要的教学环节。通过实习，让我们进一步学习国家的各项煤矿方针政策，尤其是关于矿井通风与安全方面的方针政策，学习和贯彻执行《煤矿安全规程》等煤炭工业法律法规与技术标准。同时让我们了解煤矿生产技术现状和发展方向，学习到了更多的现场生产及技术管理知识，扩展课堂上所学的专业知识。
通过一个月的地面设施（包括锅炉房、绞车房、压风机房、地面变电所、机修车间、主要通风机房、瓦斯抽放站等）参观、理论课程学习、对矿井通风系统、矿井粉尘防治系统、矿井火灾防治系统、矿井安全监测监控系统等了解，学习现场的实际工艺技术，熟悉通风仪表的现场实际操作和通风与安全设备设施的现场施工与使用。
在此期间，让我学会了发现问题、分析问题、解决问题能力和动手能力，培养了我认真的工作态度和吃苦耐劳的精神。了解到了矿井通风技术，初步培养技术及行政管理能力，培养我们走向工作岗位后处理问题和独立工作的能力和素质。同时搜集到毕业设计所需的资料。

目 录
第一章 矿区概况及井田地质特征 1
第一节 矿区概况 1
一、井田位置与交通 1
二、自然地理 1
三、气象和地震烈度 2
四、矿区煤炭生产建设及规划概况 2
第二节 地质特征 3
一、地质构造 3
二、煤层及煤质 3
三、煤质、煤种及工业用途 5
第三节 开采技术条件 6
第四节 井田境界及储量 10
一、井田境界 10
二、储 量 10
第五节 矿井设计生产能力及服务年限 12
一、同时生产的水平数目确定 12
二、矿井和水平的服务年限 13
第六节 矿井工作制度 13
第二章 井田开拓方式 14
第一节 井口与工业场地位置的选择 14
第二节 开拓方案的比选及确定 14
第三节 采区划分及开采顺序 16
第三章 采区巷道布置 17
第一节 采煤方法的选择 17
第二节 采区有关参数的确定 18
第三节 采区巷道布置的确定 19
一、巷道布置 19
二、采区运煤、运料、通风及排水系统。 20
第四节 采区工作面的布置及开采顺序 23
一、矿井移交生产和达到设计生产能力时的采区数目、位置 23
二、开采顺序 24
第五节 回采工艺设计 24
第四章 矿山基本巷道 26
第一节 井筒 26
一、井筒数目及用途 26
二、井筒布置及装备 26
第二节 巷道掘进 27
一、巷道断面和支护形式 27
二、巷道掘进进度指标 27
三、掘进工作面个数和掘进面的机械配备 27
四、矿井采掘比例关系和掘进矸石率 28
五、矿井移交生产及达产时的井巷工程量 28
第三节 井底车场及硐室 28
一、井底车场形式 28
二、井底车场硐室 28
第五章 矿井通风设计 30
第一节 概况 30
第二节 拟定矿井通风系统 30
第三节 计算矿井的总风量和风量分配 31
一、矿井风量计算 31
二、风量分配 34
第四节 计算矿井通风阻力及等积孔 34
一、阻力计算 34
二、矿井等积孔计算 35
第五节 选择矿井通风设备 35
第六节 灾害预防及安全装备 36
第七节 矿井通风网络的风量调节 38
第八节 概算矿井通风费用 39
一、井通风年总电费计算 39
二、矿井吨煤通风电费计算 39
第六章 煤矿安全技术 40
第一节 瓦斯爆炸事故的预防措施 40
一、根据瓦斯涌出的特点，设计采取以下针对性的防治措施 40
二、矿井瓦斯爆炸事故应急处理措施 40
第二节 矿井火灾的预防措施 41
一、开拓开采方面的措施 41
二、通风方面措施 42
三、监测及其预测预报的措施 42
四、采用的防灭火方法 44
五、井下外因火灾的防治及装备 44
六、矿井火灾应急救援措施 45
第三节 煤尘爆炸的预防措施 46
一、防止煤尘瓦斯爆炸的措施 46
二、对于井巷中积聚的煤尘的防爆措施 46
三、消除引燃煤尘爆炸火源的措施 47
四、隔爆装备 47
五、矿井煤尘爆炸事故应急救援措施 47
第四节 矿井水灾防治系统 48
一、矿井水患类型及危害程度 48
二、水灾防治措施 48
三、矿井排水系统及设备选型 50
四、水泵房的设备布置形式、尺寸以及水泵房与水仓的连接方式 52
五、矿井火灾应急救援措施 53
第五节、应急系统组织机构 53
第六节、组织人员指挥职责 54
第七章 总平面布置及防洪排涝 55
第一节 概况 55
第二节 平面布置 55
第三节 竖向布置及场内排水 56
第四节 场内运输 56
第五节 防洪排涝 57
参考文献 58
致 谢 59

63

摘 要
矿井是一个复杂的动态系统，具有与其他工业不同的特点。其主要特点是地下作业，工作环境恶劣，因此通风和安全措施显得尤为重要。全局而言，各煤田所处的地理位置不同，煤层地质条件多种多样，开采方法也就多种多样。本次设计根据以上因素进行开拓开采设计，并选择多种开采技术进行比较。
本设计针对永宁煤矿，内容包含：矿井概况及地质特征、矿井开拓开采设计、采区巷道布置、矿山基本巷道、矿井通风设计、瓦斯爆炸事故的预防措施等。
矿井概况及地质特征主要包括井田的地质特征及煤层特征等。
矿井开拓开采设计分别论述了井筒的位置、形式及采区划分和开采顺序等。
针对矿区对采区进行布置和装备、以及各巷道的布置。
介绍了矿山基本巷道。
矿井通风设计主要包括矿井通风设计依据及主要内容、矿井通风系统的选择、矿井所需风量的计算及分配、全矿井容易时期、困难时期的通风阻力计算以及对通风设备的选择等。
煤矿安全技术措施包括瓦斯爆炸事故的预防措施、矿井火灾的预防措施以及煤尘爆炸的预防措施。
关键词: 开拓开采设计；矿井通风设计；安全技术措施

第一章 矿区概况及井田地质特征
第一节 矿区概况
一、井田位置与交通
山西永宁煤焦井田位于吕梁市离市区北部沙麻沟村一带，距离离市区3.5km。地理坐标为：东经111°07′39.3″～111°09′43.4″，北纬37°32′42.2″～37°34′48.6″。井田东西长约3100m，南北宽约2900m，面积5.6588 km2。该矿向西有简易公路与国道209公路干线相接，向南经吕梁市约13km可达307国道和军渡—离石—汾阳高速公路，向西南17km可达孝柳铁路交口集运站，交通运输便利。井田北邻大中局煤矿、上安煤矿、下安煤矿、南接山西神州煤电焦化股份有限公司离石煤矿，西为4号煤层露头线，东邻北川河。

该矿地理位置截图
二、自然地理
永宁煤焦位于黄河以东、吕梁山西侧，北川河西岸，属黄河中游黄土高原地带，由于受北川河河谷的控制，地势总体上由北西向南东逐渐降低，最高点位于井田西北部张
太原理工大学继续教育学院毕业设计（论文）
家圪塔，标高为1223.7m，最低点位于井田东南边界，标高为938.5m，最大相对高差为285.2m。
地貌类型属黄土丘陵，地形复杂，地面切割剧烈，沟谷纵横，地表多为新生界黄土所覆盖，常见有黄土陡岩，黄土峭壁节理发育。冲沟多呈“V”字型，沟底有零星基岩出露。
井田属黄河流域三川河水系。井田内无大的河流，只有几条冲沟在雨季汇集雨水流进井田东部的北川河。北川河为常年性流水河流，从井田东部自北而南流过，与东川河和南川河汇合后经柳林县注入黄河。
三、气象和地震烈度
井田地处晋西北黄土高原，属暖温带大陆性季风半干旱气候，四季分明，春季多风干旱，夏季炎热多暴雨，秋季雨水集中，冬季雪少寒冷，年平均气温8.6～11.4℃，极端最高气温38.1℃(1985年7月18日)，极端最低气温-21.7℃(1984年12月24日)。年平均降雨量464.2m，雨水多集中在6～9月份，年蒸发量1766.2～2171.7mm。霜冻期一般始于10月上旬，终于翌年3月，最大冻土深度为1m。
据(78)晋震字第29号文，本区地震基本烈度为6度。据历史资料记载，离石市于1829年曾发生5.9级地震。
四、矿区煤炭生产建设及规划概况
永宁煤焦属离石市一集体所有制煤矿，1998年2月省煤资委以晋煤资字(1998)第122号文批准该矿开采4号煤层，2000年6月省国土资源厅厅为该矿颁发采矿许可证，批准开采4号煤层。现该矿属基建矿井，批准生产规模为2l0kt／a，采用立井开拓，目前正在建设三个立井，现三个立井均在黄土层中施工，尚未见基岩。
本井田周围现有大中局煤矿、上安煤矿、下安煤矿、神州煤田焦化股份有限公司离石煤矿，具体叙述如下：
大中局煤矿位于井田北部大中局村南，开采山西组4号煤层，煤层厚度1.6m，煤种为焦煤，最大排水量1.30m3／h。年产30kt，为低瓦斯矿井。
上安煤矿位于井田东北上安村，距本井田不足1km，开采山西组4号煤，煤厚1.60m，煤种为焦煤，最大排水量2.1 m3／h，年产60 kt，为低瓦斯矿井。
下安煤矿位于井田东北下安村西，紧邻本井田，开采山西组4号煤、5号煤，4号煤厚1.80m，煤种为焦煤，最大排水量2.5 m3／h，年产60 kt，瓦斯相对涌出量0.409 m3／t。C02相对涌出量为0.492 m3／t，为低瓦斯矿井。该矿主、副井坐标为：
主井：X=4160527.463 Y=19510612.493 Z=991.43；
副井：X=4160092.132 Y=19511268.214 Z=973.96；
主井、副井坐标均为GPS实测。主井见煤深度127m，副井见煤深度92m。
离石煤矿位于井田南面十里沟村，开采4、8、10号煤层，4号煤厚1.80m，煤种为焦煤，最大排水量70 m3／h，年产量300 kt，为低瓦斯矿井。
第二节 地质特征
一、地质构造
1、区域构造
本区在大地构造位置上处于华北地台山西断隆西缘，鄂尔多斯台坳的河东断凹部位。区域构造总体为一不对称的向斜构造，即中阳～离石向斜，该向斜北起临县黄家沟、湍子沟，中经离石城南至中阳县城。东西宽3～13km，南北长约50km。向斜轴部宽缓，两翼倾角相差较大，西翼较陡，倾角在15～25°之间，东翼较缓，倾角在10°以下。向斜内部发育一系列次级褶皱构造。本区即位于中阳～离石向斜中部西翼，靠近轴部。
2、井田内地质构造
井田内总体为一不对称的向斜构造。向斜轴自北而南贯穿全区，总体轴向为南北向，呈反“S”型，区内延伸约2.5km。两翼不对称，东翼较缓，地层倾角一般3～5°。西翼较陡，地层倾角一般为10～15°。除此以外，未发现有断裂、陷落等其它构造。
综上所述，本井田地质构造简单，属Ⅰ类。
二、煤层
1、煤层
①含煤性
井田内含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，共含煤14层，由上而下编号为0l、02、03、l、2、3、4、4下、5、5下、6、7、10、1l号。其中0l～5下号煤层位于山西组，6～11号煤层位于太原组。含煤地层总厚145.83m，煤层总厚约12.09m，含煤系数为8.3％。
②可采煤层

井田内可采煤层及局部可采煤层有03、3、4、5、6、10号6层。目前批准开采的煤层为4号煤层。现自上而下叙述如下：
（l）03号煤层
位于山西组上部，K4砂岩之下，上距K4砂岩约15m左右。该煤层为一全区稳定可采的薄～中厚煤层，厚度一般为1.20～1.50m，平均1.39m。最大厚度在井田东南部的B5孔，厚度为1.50m。煤层结构简单，含一层夹矸。顶板一般为砂质泥岩，底板多为砂质泥岩、泥岩。
（2）3号煤层
位于山西组中部，K4砂岩之下，L5灰岩之上，上距03号煤层一般15m左右。该煤层为一全区稳定可采的薄煤层。厚度一般在0.74～0.92m，平均0.82m。最大厚度在井田西南部的40孔，厚度为0.92m，煤层结构简单，含夹石0～1层。顶板多为中砂岩，有的为泥岩，底板多为砂质泥岩、泥岩。
（3）4号煤层：
位于山西组中下部，L5灰岩之上，3号煤层之下，与3号煤层间距一般为5.97～12.37m，平均9.53m。该煤层为一全区稳定可采的中厚煤层，厚度一般在1.70～1.88m，平均1.80m。最大厚度在井田东南部B5孔，厚度为1.88m。煤层结构简单，含夹石0-1层。顶板多为细砂岩、泥岩，有的为中粒砂岩，厚度1.77～6.93m，按《矿井地质工作手册》中“岩层强度与垮落性”分类，4号煤层顶板将随回采垮落填满采空区，属I类。底板多为粉砂岩，有的为中粒砂岩、细砂岩。据邻近井田南界的B5钻孔岩石力学性质试验结果，4号煤层顶板抗压强度为116.5～143.7MPa，平均130.1MPa，抗拉强度为0.8～4.4MPa，平均2.6MPa。底板抗压强度为116.9～119.0MPa，平均118.0Mpa，抗拉强度为0.7～1.2MPa，平均0.9MPa。
（4）5号煤层
位于山西组下部，L5灰岩之上，4号煤层之下，与4号煤层间距平均为13.55m，下距L5灰岩约6.5m左右。该煤层为一稳定的、大部可采的薄煤层。厚度一般0.31～1.20m，平均0.87m。最大厚度在井田以北部38号孔，厚度为1.20m。煤层结构简单，含夹石0～1层。顶板多为泥岩，有的为细砂岩，底板多为泥岩，砂质泥岩。
（5）6号煤层
位于太原组上部，K2灰岩之上，L5灰岩之下，上距L5灰岩一般7m左右，下距K2灰岩一般5.5m左右。该煤层为一全区稳定可采的薄煤层，厚度一般在1.07～1.20m，平均1.13m。煤层结构简单，含夹石1-2层。煤层顶板一般为砂质泥岩、泥岩，有的为粉砂岩，底板多为砂质泥岩、泥岩。
（6）10号煤层
位于太原组中部，L1灰岩之下，L1灰岩为其直接顶板。该煤层为一较稳定的、全区可采的中厚～厚煤层。厚度变化在2.50～6.87m，平均4.91m。结构复杂，含夹石0～4层，煤层顶板一般为石灰岩，有的为炭质泥岩，底板多为砂质泥岩、泥岩，有的为细粒砂岩。
三、煤质、煤种及工业用途
1、物理性质
据地质报告，井田内各层煤的物理性质基本相近，煤的颜色为黑色或黑褐色。光泽多玻璃光泽和强玻璃光泽，有时可见弱丝绢光泽。断口常为参差状、贝壳状和附梯状断口，镜煤分层有眼球状断口。内生裂隙发育，镜煤和亮煤的内生裂隙5厘米内一般为15～30条。煤以条带状结构最发育，其次为线状结构。构造多为层状构造，个别为块状。煤的硬度小，脆度大。
2、煤岩特征
据地质报告，煤岩特征叙述如下：
①宏观煤岩特征
宏观煤岩成分以亮煤、暗煤为主，镜煤次之，丝炭很少见到。
宏观煤岩类型以半暗型煤常见，光亮型，半亮型煤次之，暗淡型煤较少。
②显微煤岩特征
显微煤岩组分：各煤层煤的显微组分中有机组分以镜质组为主，约占到40％～59.4％；丝质组次之，一般约占31.2～53.0％；半镜质组分少量，一般只占2.6～5.6％；稳定组分极少，仅占到0～2.1％。煤中无机组分以粘土类为主，约占到2.6～8.7％；硫化物类次之，一般只占到0.2～1.1％；碳酸盐类极少，一般仅占0～0.4％。
镜质组以无结构的基质镜质体为主，偶见有结构镜质体；丝质组以氧化丝质体为主，火焚丝质体次之，少量浑圆体和碎屑体，偶见微粒体；稳定组由角质体、小孢子体定向排列组成。粘土类以散点状，草莓状、晶粒状充填脆腔；碳酸盐类为方解石呈晶粒脉状分布。
显微煤岩类型：各煤层显微类型以混合亮暗煤占大多数，少量为混合暗亮煤。
3、煤的化学性质、工艺性能及煤类
①煤的化学性质及工艺性能
4号煤层：原煤水分为0.86～3.76％，平均为1.88％；洗煤水分为0.48～1.29％，平均为1.00％。原煤灰分为14.77～24.48％，平均为18.88％，为低～中灰煤，多为中灰煤：洗煤灰分为3.21～9.10％，平均为7.03％。煤灰成份中，Si02含量为52.88％，Al2O3含量为27.60％，Fe2O3含量为5.12％，Ca0含量为3.22％，Mg0含量0.66％。利用经验公式计算出的灰熔点K>5，为难熔灰分。原煤挥发分为20.34～23.72％，平均为22.03％；洗煤挥发分为21.24～30.27％，平均为24.28％。原煤硫分为0.43～0.48％，平均为0.46％，为特低硫煤；洗煤硫分为0.47～0.56％，平均为0.52％。原煤磷含量为0.004％，为特低磷煤；洗煤磷含量为0.002％。原煤发热量Qnet.V.ad为30.10MJ／kg。净煤回收率为76％。
据矿井地质报告，4号煤层铁箱试验结果，有较好的结焦性。焦炭经转鼓试验100转后，M40级占78.2～79.2％，Ml0级占7.4～8.2％，证明焦炭的抗碎性及耐性良好，属较优质的炼焦用煤，且焦炭工业分析灰分(Ad)为5.58～6.72％，挥发份(Vdaf)为20.64～22.77％，全硫(St.d)为0.44～0.57％，属特低灰、特低硫强粘结性焦煤。
②煤类：
本区煤按照《中国煤炭分类国家标准》(GB5751-86)进行分类，分类指标采用净煤的挥发分(Vdaf)，粘结指数G及胶质层厚度Y(mm)等。4号煤层除焦煤(JM)外还有1／3焦煤(1／3JM)。
4、煤质及工业用途评价
综上所述，4号煤为低～中灰(洗选后，灰分大幅度降低)，特低硫、特低磷、难熔灰分的焦煤，有较好的结焦性，可用作优质炼焦用煤和配焦用煤。
第三节 开采技术条件
1、瓦斯
据地质报告：历次勘探在本井田临近钻孔中未采集瓦斯样，本设计通过对周围煤矿的调查(调查结果见表1-3-1)，认为本矿井为低瓦斯矿井，随着开采向向斜轴部延伸，开采深度和开采面积的增大，瓦斯有可能增加。另外位于本矿东南4km左右的七里滩煤矿1990年曾发生过瓦斯爆炸事故。建议该矿开采时应加强通风和瓦斯管理，防止瓦斯爆炸。
表1-3-1 周围煤矿瓦斯情况调查表
煤矿名称
日产量
CH4
相对涌出量
C02
相对涌出量
瓦斯等级
下安煤矿
180t
0.409m3／t
0.492m3／t
低
铨则焉煤矿
100t
0.3m3／t

低
白家庄煤矿
160t
2.12m3/t

低
注：铨则焉煤矿位于井田南部1km，白家庄煤矿位于井田南部3km。
2、煤尘和煤的自燃发火性
该矿尚无煤尘和自燃倾向性测试数据。本设计依据山西省煤炭工业厅综合测试中心2002年8月为井田南部山西神州离石煤业有限公司所送4号煤层的测试结果，推断永宁煤矿4号煤层有煤尘爆炸危险性，自燃等级为I级，属容易自燃煤层。
由于该矿目前缺少瓦斯、煤尘、自燃等级实际测试数据，建议尽快补充这方面的资料。
3、地温
据紧邻井田南界的离石煤矿精查勘探中进行的地球物理测温资料，本区地温梯度为2.4℃／100m，地温无异常现象，另据周围煤矿开采过程中亦未发现地温异常现象。
4、水文地质
①地表水
井田内无较大的河流，只在井田东侧有一北川河。井田内自北而南有大沟、吴家沟和大峪沟三条较大的黄土冲沟，雨季雨水汇入沟谷中，自西北而东南流入北川河，北川河自北而南汇入三川河。北川河主要接受大气降水补给，局部地段接受地下水补给，流量平均为1.98m3/s。
②含水层
根据井田南部离石煤矿和井田东南高崖湾煤矿(据井田3km)勘探资料，结合矿区水文地质资料，将井田含水层划分为以下5个含水层组。奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层组；石炭系上统太原组石灰岩溶蚀裂隙含水层组；二迭系下统山西组砂岩裂隙含水层组；二迭系石盒子组砂岩裂隙含水层组；第四系和上第三系孔隙含水层组
③隔水层
（1）二迭系山西组泥岩隔水层
据钻孔资料，山西组4号煤层以下是一套以泥岩为主的地层，平均厚度14.29m，井田内连续沉积，是山西组和太原组之间较好的隔水层。
（2）石炭系太原组泥岩隔水层
太原组10号煤以下K1砂岩以上有一组泥岩，平均厚度24m，虽厚度变化较大，但层位稳定，是较好的隔水层。
（3）石炭系本溪组泥岩隔水层
本溪组地层为一套泥岩、粘土岩，铁铝岩为主的地层，夹薄层石灰岩和砂岩，砂岩一般为泥质胶结，厚度平均32.8m，隔水性很好，是含煤地层和奥陶系地层之间重要的隔水层。
④水文地质条件评述
由于区内本身降水量较小，加之井田内大面积被黄土覆盖，地形坡度大，岩层裂隙不发育，又未发现有断裂构造等因素，因此不利于地下水的接受补给。井田内除奥灰岩以外的各含水层富水性弱，只在浅部富水性较强。
山西组4号煤层，其直接充水含水层是山西组砂岩含水层，单位涌水量为0.0008L／s.m，含水层厚度小，不稳定，补给条件较差。另外井田西南部约占井田面积1／4的范围位于奥灰水位之下，最低处相差约50m，但井田内隔水层较好，据紧邻井田南界的白家庄矿区精查勘探报告中，按《矿井水文地质规程》突水系数经验公式对10号煤层(底板标高低于奥灰水位180m)突水系数的计算值为0.32×9.8×104Pa／m，小于国内经验临界值0.6×9.8×104Pa／m。因此推断在没有较大断层存在的情况下，奥陶灰岩水突出的可能性是较小的。基于以上认识本次将4号煤层水文地质类型定为二类一型。
据白家庄精查勘探报告，太原组各煤层的直接充水含水层为太原组灰岩，太原组灰岩的富水性相对较强，且井田内下组煤大部位于奥灰水位之下，其水文地质类型应定为三类二型。
⑤矿井充水因素分析
据井田周围开采4号煤层的矿井调查资料，矿井水主要来自井筒揭露的砂岩含水层、松散层与基岩界面的底砾岩层水及顶板少量渗水。底板无底鼓进水现象，相邻各矿未发生过奥灰水突水事故，且各煤矿涌水量均不大(各煤矿调查情况见表1-3-2)。说明4号煤层矿井充水水源以煤层上覆矿床采动影响范围内的基岩含水层为主。
表1-3-2 周边煤矿排水量调查统计表
煤矿名称
与本井田
相对位置
开采
煤层号
日产量
(t)
采空区面积(m2)
日排水量(m3)
含水系数
(m3／t)
大中局煤矿
北部上山
4
90

32
0.36
上安煤矿
北部上山
4
180

50
0.27
下安煤矿
东北部上山
4
180

60
0.33
铨则焉煤矿
南部下山
4
100
15000
50
0.50
白家庄煤矿
南部下山

160
365000
120
0.75
注：铨则焉煤矿和白家庄煤矿均位于井田南部山西神州煤电焦化股份有限公司离石煤矿范围内，距本井田分别约lkm和3km。
⑥矿井涌水量预算
由于本井田内的水文地质资料缺乏，矿井涌水量计算所需参数难以确定，故本设计利用邻近生产矿井资料，采用富水系数法对本矿矿井涌水量进行估算。
据统计数据，井田四周开采4号煤的生产矿井的含水系数为0.27～0.75。本矿设计生产能力210kt/a。按此估算，本矿开采4号煤层的矿井涌水量应在172～477 m3／d之间。
⑦矿井主要水害及其防治
井田内4号煤层水文地质条件类型为二类一型，尚属简单，但开采时对以下几方面应引起重视。
（l）井田西南部有约占全井田面积l／4左右的4号煤层位于奥灰水位标高以下，本矿开采时应先开采东北部，逐步向西南开采。在开采过程中一定要重视对构造特别是断层、陷落柱的发现和研究，以防断层导水使奥灰水侵入造成水害。
（2）在井田的西北角有老窑破坏区，其开采面积有l万多平方米，经调查当地古空区均有积水，在开采时应留足保安煤柱，并坚持先探后掘、边探边采的原则以防老窑突水事故的发生。
（3）在井田西部边界有煤层露头，当开采至露头附近时水量有增大的可能，开采时应引起注意，采取有效的防水措施。
第四节 井田境界及储量
一、井田境界
永宁煤矿批准开采4号煤层，井田境界以证号1400000040134号采矿许可证批准的7点坐标连线圈定的井田范围为依据。
点号 X Y
l、 4160910 19508700
2、 4161160 19510050
3、 4160420 19510400
4、 4159660 19511160
5、 4159660 19512000
6、 4158200 19511600
7、 4158775 19509125
本井田形态为一不规则七边形，东西长约3100m，南北宽约2900m，面积5.6588k m2。
该井田境界的划分，充分利用了地形、地物、地质构造、水文地质以及煤层特征等自然条件，相对减少了煤柱损失，提高了资源回收率，也减少了给开采工作造成的困难，使矿井有合理的开采技术条件。
二、储 量
1、地质储量
本矿批准开采4号煤层，4号煤层的地质储量是根据地质报告所提供的储量计算方法和计算结果。
①储量计算范围
区内4号煤层发育稳定，全区可采，储量计算范围以矿界和调查古空区界线圈定。储量计算面积及视密度列入表1-4-1。
表1-4-1 储量计算面积及视密度
煤层号
储量计算面积(km2)
视密度 (t／m3)
备注
4
5.49255
1.37

②工业指标
本区4号煤层为焦煤和1／3焦煤，依据《规范》，储量计算工业指标列入表1-4-2。
表1-4-2 储量计算标准
最低可采厚度 (m)
最高灰分 (％)
能利用
暂不能利用
能利用
暂不能利用
0.7
0.6
40
50
③储量计算方法
区内煤层倾角小于15°，故储量计算方法采用水平地质块段法，用煤层伪厚和水平面积计算储量。首先根据储量级别划分块段，按下列公式求取块段储量。
块段储量=块段平均煤厚×块段面积×块段平均视密度
④储量计算级别划分
井田内为一轴向近南北向的向斜构造，尚未发现断裂构造，构造简单，4号煤层全区稳定可采，故矿井地质条件类别为I类矿井。圈定B级储量的基本工程间距为2000米，以B级储量基本线距1／2的距离(1000m)外推C级储量，其余均为D级储量。
⑤地质储量计算结果
本次4号煤共获得能利用储量B+C+D级为13276kt。其中B级储量为3728kt，B级占B+C+D级的28.1％，C级储量为8570kt，D级储量为978kt。地质储量计算结果详见表1-4-3。
表1-4-3 矿 井 地 质 储 量 汇 总 表
煤层
储量计算面积（km2）
能利用储量 (kt)
B/（B+C+D） (％)
B
C
D
B+C+D
4号
5.49255
3728
8570
978
13276
28.1
合计
5.49255
3728
8570
978
13276
28.1
2、可采储量
可采储量用下式计算：

式中：──可采储量，kt；
Z──工业储量，kt；
P──永久煤柱损失，kt；
C──采区回采率，取80％。
根据地质资料和井田开拓平面图，综合考虑永久煤柱损失，按照可采储量的计算公式，经过计算，矿井可采储量为7574kt，可采储量汇总见表1-4-4。
表1-4-4 矿井可采储量汇总表 （kt）
煤层
编号
工业储量
(B＋C级）
煤 柱 损 失
开采
可采
储量
井筒和工广
村庄
矿界
损失
4号
12298
263
2287
281
1893
7574
合计
12298
263
2287
281
1893
7574
第五节 矿井设计生产能力及服务年限
确定矿井年生产能力时，综合考虑了该矿煤炭储量、服务年限、煤层赋存情况、地质构造、开采技术条件以及市场需求等因素。
本矿井井田面积较小，煤炭储量相对较少，适宜建小型矿井。考虑到本井田煤层埋藏稳定，地质构造简单等，并结合矿井外部条件，经过技术分析比较后，确定矿井年生产能力为210kt/a，服务年限为28a。
对确定的矿井年生产能力的论证：首先，从基建投资、管理水平及采煤技术的应用等方面来看，210kt/a的年生产能力对本矿井是适宜的；其次，经过计算，矿井拟采用的提升、运输、通风等各生产环节能力可以满足210kt/a的要求。第三，从生产能力与矿井服务年限的关系来看，取210kt/a的生产能力是合适的，考虑到D级储量经过巷探或补探提高储量级别后，可以计入工业储量，矿井服务年限能够满足有关规定。
一、同时生产的水平数目确定
该矿批准开采4号煤层，井田东西长约3100m，南北宽约2900m。该井田总体为一不对称的向斜构造，向斜轴自北向南贯穿全区，煤层倾角一般为3～5°。根据煤层埋藏特征和和其它开采技术条件，在4号煤层中设置一个开采水平来开拓整个井田，开采水平的标高确定为＋831m。矿井同时生产的水平数为一个。矿井开拓方式为：立井单水平开拓。
二、矿井和水平的服务年限
矿井服务年限按下式计算：

式中：T──矿井设计服务年限，a；
Zk──可采储量，kt；
A──矿井设计生产能力，kt/a；
K──储量备用系数，取1.3。
因为该矿在4号煤层中设置一个开采水平来开拓整个井田。所以矿井和水平的服务年限都为28a。
第六节 矿井工作制度
矿井设计年工作日为 330d，每天三班作业（其中两班生产，一班准备），每天净提升时间为14～18h。

第二章 井田开拓方式
第一节 井口与工业场地位置的选择
根据该矿煤层赋存、地形和地质构造等条件， 把主立井和回风立井的位置选在井田北中部贺家庄村附近，副立井的位置选在井田东部下安村附近。
井口选在以上两处的主要优点是：
(1)经过现场踏勘，在贺家庄村附近有足够的场地可以布置主立井地面生产系统和工业建筑物。
（2）井筒和村庄煤柱合在一块，可以减少煤柱损失。
（3）工业场地内具备供电、供水、运输等条件。
（4）平整场地工程量小。
（5）开采时，运煤、通风距离短。
（6）副立井的位置选在井田东部下安村附近，便于布置副立井地面生产系统和工业建筑物。并且开采井田南部时，有利于矿井通风。
主要缺点：
（1）副立井与运输大巷贯通距离较长。
（2）工业场地布置较分散。
经过综合技术分析比较，并结合该矿开拓现状，最后确定主立井及其工业场地选在贺家庄村附近，副立井及其工业场地选在井田东部下安村附近。
第二节 开拓方案的比选及确定
根据该矿煤层赋存、地形和地质构造等条件，并结合已施工的井筒形式和位置，确定采用立井单水平分区式开拓方式，对井下开拓巷道的布置，提出了两种方案。
方案一：运输和回风大巷沿南北方向布置开拓方案
主立井和回风立井掘进至4号煤层底板后，在＋831m标高布置井底车场和硐室，从井底车场向西在4号煤层中掘进主要运输和回风巷道，然后掘进南北方向运输和回风大巷。在井田东部下安村附近掘进副立井至4号煤层底板后，在＋829m标高布置井底车场，然后向西掘进主要运料巷道与回风大巷贯通。把井田划分为三个采区，井田东部为第一采区，在采区内垂直运输和回风大巷划分为条带，布置倾斜长壁工作面回采。井田北部为第二采区，垂直运输和回风大巷向西掘进二采区运输、回风上山，在上山北侧划分为区段，布置走向长壁工作面回采。井田西南部为第三采区，垂直运输和回风大巷向西掘进三采区运输、回风上山，在上山两侧划分为区段，布置走向长壁工作面回采。见表2-2-1，井田开拓平面图如下：

方案二：运输和回风大巷沿东西方向布置开拓方案
主立井和回风立井掘进至4号煤层底板后，在＋831m标高布置井底车场和硐室，从主立井和回风立井井底在4号煤层中向南掘进主要运输、回风巷道，然后，在井田南部掘进东西方向运输和回风大巷。在井田东部下安村附近掘进副立井至4号煤层底板后，在＋829m标高布置井底车场，然后向北掘进主要运料巷道与回风大巷贯通。把井田划分为四个采区，井田东北部为第一采区，井田东南部为第二采区，在一、二采区内垂直运输和回风大巷划分为条带，布置倾斜长壁工作面回采。井田西南部为第三采区，垂直运输和回风大巷向北掘进三采区运输、回风上山，在上山南侧划分为区段，布置走向长壁工作面回采。井田北部为第四采区，垂直运输和回风大巷向北掘进四采区运输、回风上山，在上山两侧划分为条带，布置倾斜长壁工作面回采。见表2-2-2。
3、两方案的技术经济比较
两方案的技术比较见表2-2-1，两方案的经济比较见表2-2-2。
通过以上比较可以看出，两方案总的掘进费用相差不大，在10%以内，经过综合技术经济比较，方案一较方案二具有较多优点，故设计推荐开拓方案一。
第三节 采区划分及开采顺序
根据推荐的开拓方案一，全井田划分为3个采区。采区间采用前进式开采顺序。矿井投产时移交第一采区。采区的接替顺序为：一采区→二采区→三采区。
表2-2-1 开拓方案技术比较表

方案一
方案二

优点

1、巷道掘进总工程量少，掘进费用低；
2、工作面推进长度较大，搬家次数少；
3、矿井通风线路短，通风系统简单；
4、煤柱损失少；

1、 副立井与运输大巷贯通距离较短；
2、 初期巷道掘进工程量较少；
3、开采井田南部时，运输、通风方便；
4、三、四采区上山起伏变化较小；

缺点
1、副立井和主立井贯通距离较长、初期巷道掘进工程量较大。
2、二、三采区上山起伏变化较大；

1、一、二采区工作面推进长度较小，搬家次数多；
2、矿井通风线路长，通风系统较复杂；
3、煤柱损失较多；

表2-2-2 开拓方案经济比较表
序号
项 目
单位
方案一
方案二
方案一比方案二(%)
备注
1
初期井巷工程量
m
2698
2460
+9.6

2
初期掘进费
万元
268.8
245.1
+9.6

3
总的井巷工程量
m
6970
7390
-5.7

4
总掘进费
万元
694.5
736.3
-5.7

5
建设工期
月
28.35
26.8
+5.8

说明
两方案的井下运输、通风等项目费用差别不大，未列入方案比较表

第三章 采区巷道