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公司矿井设备的可行性研究报告

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2020年4月19日
文档仅供参考

张北两面井王牛滩褐煤化工原料基地

王牛滩煤矿可行性研究报告

煤炭工业石家庄设计研究院
二00六年九月

张北两面井王牛滩褐煤化工原料基地

王牛滩煤矿可行性研究报告

工程编号:K1225
生产规模:60万t/a

院 长:聂光辉
主 管 副 院 长:任宝良
总 工 程 师:杨关训
工程项目负责人:任宝良
刘庆太

煤炭工业石家庄设计研究院
二00六年九月

文件编制人员

编制人员:刘庆太 正高级工程师
田广丰 高级工程师
王德光 高级工程师
谷雪军 高级工程师
魏 青 工 程 师
张一峰 工 程 师
管建强 高级工程师
出版人员:周静茹 胡 波
袁念军 李秀丽

目 录

一、概述…………………………………………………………………..1
二、矿井建设条件………………………………………………………..2
三、市场预测…………………………………………………………….13
四、建设规模与服务年限……………………………………………….14
五、井田开拓与开采…………………………………………………….15
六、矿井主要设备……………………………………………………….27
七、地面设施…………………………………………………………….35
八、环境保护与水土保持……………………………………………….55
九、劳动安全卫生与消防……………………………………………….57
十、项目实施计划……………………………………………………….60
十一、技术经济分析与评价…………………………………………….62
十二、研究结论与建议………………………………………………….68

附 图 目 录

1、矿井开拓方式平面图(方案Ⅰ) K1225—109—01
2、矿井开拓方式剖面图(方案Ⅰ) K1225—109—02
3、矿井开拓方式平面图(方案Ⅲ) K1225—109—03
4、矿井开拓方式剖面图(方案Ⅲ) K1225—109—04
5、矿井井位方案平面图 K1225—109—05
6、矿井采区巷道布置及采掘机械配备平面图 K1225—163—01
7、矿井工业场地总布置图 K1225—447—01

张北中都矿业开发有限公司
编制王牛滩褐煤化工原料基地(矿井)
建设可行性研究报告委托书

委 托 方:张北中都矿业开发有限公司(甲方)
被委托方:煤炭工业石家庄设计研究院(乙方)

委托方当前在张北县拟上的第一个项目”张北中都王牛滩褐煤化工一期苯腊工程”已获省技改委备案许可,为使该项目早日上马,需先期进行原料基地建设,现经甲、乙双方协商,甲方委托乙方进行编制矿井建设可研报告、开发利用方案、项目申请报告。
具体时间要求如下:
在二00六年二月二十八日前完成可行性研究报告等相关文件。

委托方:张北中都矿业开发有限公司

被委托方:煤炭工业石家庄设计研究院

二00六年一月十五日

一、概述
(一)项目背景
河北省张北县两面井王牛滩村一带赋存有第三纪褐煤,虽然地质条件良好,但因煤质品种不佳,因此迟迟未开发。1995年12月河北煤田地质局第四地质队提交<河北省张北县两面井乡王牛滩地段(煤矿)详查地质报告>经过河北省矿产储量委员会的批准,共批准B+C+D级储量5290万t。其后,在该区段建有两处小窑进行采煤,但因煤质差、销路不好而停采。
3月张北中部矿业开发有限公司应张北县委和政府邀请,由省委派出的援坝扶贫工作队牵线引进一项扶贫项目,该项目旨在经过开采张北县两面井乡王牛滩的褐煤对其进行化工加工,提取褐煤腊及汽油、柴油等化工产品,从而带动张北县相关的运输、建材、建筑、机械制造、维修服务等行业的发展,使张北县经济走上依托资源开发利用、脱贫兴业致富奔小康的道路。
经过一年来的工作,当前张北中都矿业开发有限公司的第一个项目”张北中部王牛滩褐煤化工一期萃腊工程”已获省发改委备案许可。为使该一期项目能够早日建成投产,必须解决原料供应问题,即建立王牛滩褐煤生产矿井,为此张北中都矿业开发有限公司投资建设一对年产60万t的机械化或半机械化的中型矿井,本设计即是在这样背景下进行矿井可行性研究工作的,目的是使王牛滩煤矿建设成为好、快、省的机械化矿井为援坝扶贫作好工作。
(二)项目概况
王牛滩井田位于河北省张北县西北部行政区划隶属张北县两面井乡所辖。井田面积2.78km×2.43km=6.76km2,其各拐点坐标为:
点号
1
2
3
4
X
4601324
4601334
4598557
4598547
Y
38526770
38529204
38529215
38526780
本区北部有通往化德的主干公路,南距张北县57km、距张家口104km。各乡镇之间有一般道路相通,交通尚为方便。

二、矿井建设条件
(一)概况
1、地理位置
王牛滩井田位于坝上高原,地势平坦,微有波状起伏,海拔标高为1292～1328m,地势东南高西北低,有季节性的径流分布。
本区属大陆性气候,年平均气温1.9℃,最高31.5℃,最低-34℃,结冰期长达5个月,年降雨量330～400mm,蒸发量1710mm。冬季寒冷漫长,夏季凉爽短促,昼夜温差大,常年多风,风季为11月至次年5月,风力常达6～7级。春旱、风沙、冰雹、霜冻等自然灾害严重影响本区农业生产。本区冻结深度地质报告中未明确,今参考沽源地区暂定为2.9m。
本区位于燕山地质构造带北侧,坝上地震构造小区,根据国家地震资料、地震烈度为5度。历史上没有破坏性地震发生。
2、开发现状
根据第四地质队的调查,当前区内有两处老窑,其中一个竖井位于补3孔东北方向100m处系1993年9月建井,井筒为砖砌井壁,直径2.0m,垂深73m,采煤一层,煤厚13.5m为第1煤组,巷道仅掘进10余米,后由于煤质差,销路不好,井筒废弃停采。另一处在76—1钻孔附近,1993年7月建井,竖井开凿时于垂深38m处遇流砂,因无力治理而废弃,该井未建成亦未出煤(井径2.4m)。
(二)外部建设条件
1、交通运输条件
张北县境内无铁路,公路207国道贯通南北,其它则是一般的公路,由于地势较平坦,公路较畅通,运输方便。
附:交通位置图。
(三)资源条件
1、地质构造及煤层
(1)地层及地质构造
本区位于中朝准地台、内蒙台背斜土城子台拱、土城子台凹陷中。区域内构造简单,主体构造为呈北西～南东向展布的宽缓向斜。断层稀少,仅在区外东南部有F3、F9两条正断层,走向为北东,倾向北西。
本井田位于F3、F9断层的西北部,区内构造简单,地层近似水平,略向北倾,倾角<5°。区内未发现岩浆活动。
本井田构造之复杂程度属于简单类型。
依据区域地质资料结合钻孔揭露之成果,井田内赋存之地层由老到新依次为:太古界红旗营子群(Arh)、元古界化德群(Pthd)、新生界第三系、始～渐新统灵山组及第四系。其中太古界红旗营子群为煤系的古老基底,岩性以花岗片麻岩、黑云斜长片麻岩为主,其间夹有少许石英岩,下部夹有透镜状灰白色含石墨大理岩、橄榄大理岩,区域厚度大于7000m。
元古界化德群主要由角闪片岩、千枚岩及石英岩组成,与下伏地层不整合接触。
第三系始～渐新统灵山组由砂砾岩、砂岩、泥岩、粉砂岩及煤系地层组成。共含煤层5组,赋存在含煤地层的上部,其厚度由西向东逐渐增厚,但没有探明整个含煤地层的厚度,本区钻孔最深达898m。
第四系主要为浅黄色砂质粘土、粉砂等。最大厚度为23.2m,平均厚11.23m,厚度变化主要受地形地貌控制。
(2)煤层
本区含煤地层为新生界第三系始～渐新统灵山组,依据岩性、岩相组合及含煤性等特征,含煤地层分为上、中、下三段。上段为主要含煤段,中段为次要含煤段,下段不含煤。
上段:全区发育较好,厚度92.18～120.50m,平均96.47m。主要由灰色、深灰色砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层组成,含极少完整的植物化石,大多为植物碎屑。与中段地层分段标志层为3号煤组底板砂砾岩,该层岩性组合独特,上部细多为泥岩、粉砂岩。下部偏粗,多为中细砂岩,含砾程度较高,砾径偏大,该岩层层位较稳定且全区发育,易识别,故作为岩煤层对比标志层,厚度平均8.7m。本段含1、2、3号煤组,均发育于中、下部。煤层较厚,最厚达10.77m,煤层结构复杂,夹矸为泥岩、炭质泥岩、顶底板岩性多为泥岩、炭质泥岩,沉积特点:颜色为灰色、深灰色为主,灰绿色次之,沉积物以粉砂岩、泥岩为主,中粗砂岩次之;含煤性较好,煤层厚度大但结构复杂。
中段:为次含煤段,在全区内具有东厚西薄的变化趋势,厚度45～138m,平均117.7m。主要由灰色、深灰色粗细相间的碎屑岩和煤层组成。粗粒级岩层与下段地层相比,厚度与粒度均变小,中、粗砂岩矿物成分以长石、石英、岩屑为主,分选差,磨园中等。含4、5号煤组,在全区内大部分可采,煤层结构复杂。14线以东赋存另外2个煤组,但极不稳定,结构复杂,厚度变化较大。本段沉积特点:颜色以灰、深灰色为主,浅灰色次之,沉积物以中、细砂岩为主,粉砂岩及泥岩次之,砾岩成分以燧石为主,变质岩次之,含煤性较差,煤层结构复杂,煤分层厚度较薄,最厚为3.5m。
下段:不含煤层,厚度大于670m,与下伏地层呈不整合接触。岩性以灰绿色、灰色粗砂岩、砂砾岩为主,细碎屑岩以薄层夹于粗粒级岩层之间,未见煤层,仅局部含炭。本段沉积特征颜色以灰绿色为主,灰色、浅灰色次之,沉积物粒度大,以粗砂岩、砾岩为主,且地层厚度大;砾成分以燧石、变质岩为主。
可采煤层:
主要可采煤层有1、2、3、4号煤组,局部可采为5号煤组,均属不稳定型煤层,自上而下依次分述之。
1煤组:位于第三系含煤地层最上部,距地面50～98m,平均75.62m,基本上全区均有分布,该煤层组由1～7层煤分层组成,煤组厚0.25～11.16m,平均4.22m,顶底板为泥岩及炭质泥岩,松软易碎,夹矸厚0.52～3.19m,为泥岩、炭质泥岩。
2煤组:上距1煤组1.56～21.21m,平均11.94m。该煤层由1～7层煤分层组成,全区分布结构复杂,煤厚0.81～23.88m,平均7.03m。顶底板多为泥岩、粉砂岩,易碎。夹矸多为泥岩、炭质泥岩。
3煤组:上距2煤组1.91～24.32m,平均8.30m,由1～9层煤分层组成,全区分布。煤厚0.66～10.74m,平均4.79m,煤层顶板多为泥岩及炭质泥岩,底板为砾岩、粗砂岩及泥岩,疏松易碎。夹矸为泥岩、炭质泥岩。
4煤组:上距3煤组2.92～27.66m,平均20.22m,由1～9层煤分层组成,全区分布,煤厚0.26～18.15m,平均4.62m,顶底板多为泥岩,半固结,夹矸为炭质泥岩、泥岩。
5煤组:上距4煤组3.45～13.95m,平均8.72m,由1～4层煤分层组成,仅分布于东部,复杂结构煤厚0.10～6.94m,平均3.11m,顶底板多泥岩、夹矸为泥岩。
2、水文地质条件
本井田位于坝上高原区,境内地势平坦、开阔,略呈波状起伏,海拔高1300m左右。由于坝上高原仍处于地壳缓慢上升阶段,第四系沉积厚度较小,且多为渗透性差的粘性土组成;区内虽无地表河流,但在地势低洼处有大小不一的湖淖星罗棋布,坝上最大的安固里淖就在本区的南部。这些湖淖成为区内地表水、地下水的排泄聚集地。
含水层划分:根据地下水的的赋存状态可将区内地下水划分为变质岩类裂隙水;碎屑岩、火山岩类孔隙裂水;松散岩类孔隙水三种类型,又据地层年代,岩性及含水层特征分出三个含水岩组、五个含水层。
从大气环流看本区域大气降水是地下水唯一的补给来源。由于区内出露的基岩表面风化裂隙较发育,降水沿裂隙垂直入渗补给基岩裂隙水;第四系潜水在接受大气降水补给的同时,在山前地带接受基岩地下水的侧向补给,由于第四系含水层不甚发育,而地层中的粘土层阻隔了地下水垂直涌透,使地下水缓慢的向低洼处径流排泄,从而形成了坝上高原特有的大小不一的湖淖。
本区气候干燥,蒸发量是降水量的5倍,因此蒸发也是区内地表水与地下水排泄途径。
井田水文地质条件:
井田基本上为第四系松散沉积物所覆盖,厚度0.50～23.20m,东部和西南部有第三系砂岩零星出现,已有钻孔揭露深达898.09m,仍是第三系地层而未见基底。根据钻孔揭露地层的岩性,结合钻孔简易水文地质观测资料所划分的三个含水岩组、五个含水层,即:
① 变质岩类裂隙水含水层
② 碎屑岩、火山岩类孔隙裂隙水含水层
③ 第三系渐新统砂岩、砂砾岩孔隙裂隙含水层
依据煤系的含煤特性及与含水层的关系和富水性,该含水层又划分出两个含水亚层。
③A:煤系下段砂岩、砂砾岩孔隙、裂隙含水层:
此段为煤系下部含煤段,含4、5号两个可采煤组,含水层由中粗砂岩、砂砾岩、砾岩组成,细砂粒组以上厚度11.36～341.18m,平均64.93m,占下段地层总厚度的35.1%,粒径较上段粗,局部见滑面。钻孔冲洗液在此段基本不消耗,其富水性弱。
③B煤系上段砂岩、砂砾岩孔隙、裂隙含水层。此段为煤系主要含煤段,含1、2、3三个可采煤组,厚86.03～120.5m。含水层有细中砂岩、砂砾岩组成,裂隙不发育,细砂粒组以上厚度0～71.91m,平均17.04m,占该段总厚度的15.6%。含水层厚度不稳定,水平方向上变化大,夹于泥岩、砂质泥岩、粉砂岩之间,为承压裂隙含水层。部分钻孔在该段顶部冲洗液消耗量0.2～2.8m3/h,未发现涌漏水现象。据钻孔抽水试验资料单位涌水量q=0.00321/s•m,渗透系数k=0.08m/d,水质类型为cl—Na型水,矿化度2.74g/L,为富水性弱的含水层。
④第四系砂、砾石孔隙含水层
井田内第四系厚度不稳定厚0.5～23.20m,平均9.39m,岩性主要为亚砂土、粘土及局部粉砂及砾石透镜体薄层等组成。含水层厚度小,含水很微弱,据民井资料,地下水位变化大,水质较差,为Cl.So4～Na.Ca型水,矿化度210g/l。
含水层间水力联系:
本井田内第四系含水层直接与含煤地层接触,因此第四系水直接补给煤系上段含水层。煤系上下段之间没有稳定的隔水层,但上下段地层中泥岩、砂质泥岩隔水层的厚度分别占各段总厚度的85%与65%,因此煤系上、下段含水层间有水力联系,但很微弱。基底地层在本区内未揭露,其与煤系下段含水层水力联系也不密切。
断层水文地质特征:
本井田构造简单,地层近于水平。井田内未发现断层,仅在井田外东南部有F1正断层存在,该断层水文地质特征尚待以后查清,对本井田开采影响不大。
井田地下水补给、迳流、排泄条件:
本井田第四系地下水接受大气降水的补给后,一部分向地形低洼处缓慢地迳流排泄,另一部分垂直渗透补给煤系,由于煤系的储水条件差,因此迳流滞缓,而基底地下水在区外地层裸露地带接受大气降水补给后,向区内深部迳流循环。
矿床水文地质类型及复杂程度:
根据含水层与可采煤层的关系,区内直接充水含水层为煤系本身砂岩、砂砾岩含水层,其它皆为间接充水含水层。直接充水含水层富水性弱,单位涌水量q=0.00321/s•m,因此本井田水文地质类型可定为水文地质条件简单的裂隙充水矿床,即二类一型。
矿床充水因素分析:
根据井田内已开凿立井(现已废弃)开掘巷道10m左右实见井下水以滴水形式出现,矿井涌水量约5m3/h。另一处开凿立井见流砂无法治理而废弃、估算涌水量为15m3/h。
本井田开发后,预计本矿井有以下几方面的充水因素:
①井下涌水将主要来自煤系砂岩、砂砾岩含水层,但该含水层富水性弱,将以顶板淋水和滴水形式出现。
②第四系含水层不具备大范围连续沉积,仅局部地带底部砂砾石含水层与煤系接触,但距可采煤层较远,仅间接地补给煤系含水层,但在勘探过程中发现76—1孔和14—6孔、16—5孔一带有流砂透镜体存在,深度11～23m,在本矿井建井和开采时应采取措施,防止流砂溃入坑道。
③本井田虽然构造简单,但钻孔中发现岩层有滑面现象,说明小断层在本井田内还是存在的,其有可能成为导水通道,宜在生产中引起注意。
④井田内已施工的钻孔按规程已进行了封孔,但个别早期钻孔资料不清,且均未进行封孔检查,矿井开采时应采取措施,防止钻孔透水。
根据 4月煤田地质局第四地质队提交的”河北省张北县两面井乡王牛滩井田储量核实地质报告”分析及计算本矿井开采时预计矿井涌水量为55m3/h。
3、其它开采技术条件
已有的小井在掘进巷道时实见煤层顶底板为泥岩、砂质泥岩,由于岩石胶结疏松,易冒落不好管理,且泥岩膨胀性大,压力大巷道断面维护困难,为本矿井开采和支护提出新的课题,针对此种情况,国内许多在软岩中开凿的井筒和巷道多采取”不对抗让压和封闭的方法以锚喷支护”收到较好的效果,另外巷道布置在煤层中或留护顶煤进行开采亦是可行的措施。
本区煤种为褐煤,属于极易自燃的煤;煤尘各煤组均属于有爆炸危险;但本矿井无热害存在,矿井瓦斯资料在以往勘探中部分煤组采取了瓦斯样,其中3煤组CH4含量为0.55毫升/克燃值,4煤组CH4含量为0.73毫升/克燃值,折算吨煤涌出量为0.55～0.72m3/t。属低瓦斯矿井。
4、煤类、煤质及煤的用途
(1)煤类及其分布规律
本井田为低变质的褐煤,各煤组类型相同。
(2)煤质分析

各煤组煤质指标一览表
指标
煤组
Mad(%)
水份
Ad(%)
灰份
Vdaf(%)
挥发份
St,d(%)
全硫
1煤组
5.25～23.05
18.66～36.72
46.66～47.47
1.69～3.76
2煤组
7.75～24.03
20.15～24.87
42.88～45.84
1.79～2.44
3煤组
8.39～23.55
10.27～32.11
43.01～48.44
1.79～3.98
4煤组
9.08～28.24
15.64～45.27
45.23～48.51
1.65～2.93
5煤组
12.77～30.7
14.55～28.44
43.9～44.02
1.59～2.13
注:上述指标除挥发份为精煤,其余皆为原煤值。
各煤组之煤质指标见上表。
从表中可看出原煤水份在垂向方面从上至下由低变高;原煤灰分无明显的变化规律;挥发份(精煤)则顶端含量相对较高,中、下部相对较低。原煤的全硫也具有上部含量相对较高的特点。而原煤的真干基高位发热量为13.7～21.16mJ/kg,精煤为21.69～26.25mJ/kg,(折算后为3272～5159千卡/kg),均属低发热量煤种。归入褐煤二号(HM2)。
煤的工业利用方向:
由于煤种是低变质褐煤,无粘结性、低腐植酸、低发热量,煤的工业利用仅可作民用及动力燃料。
最近张北中都矿业开发有限公司为开发张北县的褐煤资源,拟利用褐煤碳化程度低内在化学活跃性高的特点,将其作为化工原料,经取样化验分析,该褐煤中含有褐煤腊,进而在萃取褐煤腊的基础上发展转化成汽油、柴油、化肥等化工产业,而在萃取处理过程中褐煤的热值仍可用作发电和其它燃料市场,进而带动起张北县各行业经济迅速发展,早日摆脱贫困境地,为此张北中都矿业开发有限公司能够说是为当地经济发展起到做到一项培育龙头的,带动一片的好事。开发王牛滩褐煤矿就是为上述工业提供原材料。
5、井田勘探程度及资料/储量
(1)勘探程度:前已介绍张北县两面井乡王牛滩井田由河北煤田地质局第四地质队提交详查地质报告, 4月第四地质队受张北中都矿业开发有限公司委托对该报告进行煤炭资源储量进行核实,因此按勘探程度而言仍是详查阶段。对于以此报告编制矿井开发可行性研究是适宜的。由于原详查报告之储量经河北省矿产储量委员会的批准,因此资源储量是有据的。
(2)资源/储量
根据 4月河北煤田第四地质队提供张北县两面井乡王牛滩井田储量核实地质报告之储量,全井田共获B+C+D级储量4992.77万t,其中B级1798.58万t、C级1452.42万t、D级1741.77万t,B+C级3251.00万t。
储量汇总表
级别
煤层
B
121b
C
122b
D
122b
C+D
122b
B+C
122b
B+C+D
1
370.17
366.74
440.25
806.99
736.91
1177.16
2
643.81
337.71
399.46
737.17
981.52
1380.98
3
415.43
425.10
497.00
922.10
840.53
1337.53
4
369.17
322.87
405.06
727.93
692.04
1097.10
合计
1798.58
1452.42
1741.77
3194.19
3251.00
4992.77

(四)建设条件综合评价
经过河北省煤田第四地质队的钻探勘查和对资料的核实整理,河北省张北县两面井乡王牛滩井田煤炭资源赋存状况及主要范围已基本查清,过去很长的一段时间之因此被冷落未能开发主要是煤种是低发热量低变质程度褐煤难以适应当前工农业市场需要所致。现在则站在另外一个角度 ,换一种思维方式,以此种类的褐煤用来提取褐煤腊,进而转化为汽油、柴油等化工产品,以达到物尽其用的目的,因此方能在20年后予以开发利用,也是中国在经济建设和四个现代化建设过程中对加强西部开发,全国支援农村改变面貌,支援”老少边穷”地区尽快脱贫政策的宣传实践的成果。对此我们给予高度评价,力争将王牛滩矿井以好、快、省的建设,为张北县的工农业发展,为早日帮助当地人民摆脱贫困贡献一份力量。
本项目的地质条件是简单的、资源条件是可靠的、外部建设条件是具备的,虽有困难但在当地政府的领导下,定能在张北县绘出一幅改变面貌的兰图。

三、市场预测
张北县虽有褐煤资源,也曾有过小窑建井开采,但都因产品属低热值的褐煤并无销路而致矿井停产,今张北中都矿业开发有限公司拟将褐煤进行”煤化电”转化的综合开发利用,在建设王牛滩煤矿后,褐煤产品的市场供需情况则完全取决于”煤化电”诸多企业的生产能力,因为当地工农业和民用煤基本上不使用此煤种,因此地销量是很少的。中都公司应就”煤化电”转化的第一步萃腊工程应与煤矿建设相辅相成的建设起来,待取得第一步成功后,再继续扩展其它化工产品项目。因为都在起步阶段,无市场竞争问题,反而有市场风险,关键是取决于萃取褐煤腊工程的进展快慢及煤化工企业生产能力。
矿井建设后能够保证正常生产即可达到预期的生产能力,我们希望煤化工一期萃腊工程与煤矿建设同期投产,以使张北县依托资源开发迈出坚定的第一步。

四、建设规模与服务年限
(一)井田境界与资源/储量
本报告前之有关章节已介绍井田面积及各拐点坐标位置在此不重复列出。
由于本井田是单独的块段,周围无其它的矿井,做为一个独立的矿区和井田自成体系,在详查地质报告和 储量核实地质报告中对井田之资源/储量进行储量核实工作,核实后的储量汇总表见P12。
建设矿井为保护井筒及地面主要建构筑物需设工业场地保安煤柱,保安煤柱留设依据地面建设保护规程有关规定执行,表土层移动角为45º,岩层移动角为73º,工业场地受护面积130×180m,计算各煤组煤柱损失量为:
1煤组:11.85万t
2煤组:12.39万t
3煤组:16.0万t
4煤组:13.31万t
合计:53.55万t
矿井工业储量为3251.0万t,扣除工业场地煤柱损失后设计储量为3251—53.55=3197.45万t。采区回采率为75%,则矿井可采储量为2398.1万t。
(二)矿井设计生产能力与服务年限
根据矿井煤层赋存条件及业主的意见,本矿井确定为60万t/a的井型。
工作制度:年工作日330天
每天三班作业净提升时间16小时
矿井储量备用系数取1.4
矿井服务年限为3704.42/1.4×60=44.1年
中型矿井服务年限应在40年以上,符合规范要求,井型按60万t/a设计是合理的。
矿井日产量为1820t。

五、井田开拓与开采
(一)井田开拓
1、井口位置及井田开拓方式
根据井田地层构造,煤层赋存状况,地面地形地物本矿井的开拓方式归结为立井开拓和斜井开拓两种方式。
井位的选择可有四种方案分别是:
方Ⅰ:立井开拓,井位在14—4孔东北250m处;以一对立井开拓。主井装备箕斗提煤,副井装备普通一吨矿车罐笼担负提矸,上下材料人员并做为进风井筒。
方Ⅱ:立井开拓,井位在补2孔东北50m处,以一对立井开拓、主、副井装备与方Ⅰ相同。
方Ⅲ:斜井开拓,井位在补2孔西北300m处,以一对α=23º斜井开拓,主斜井用大倾角胶带机运煤井筒一侧设轨道用以作材料矸石副提并兼做检修道,副斜井安设架空人车上下人员兼做回风井。
方Ⅳ:斜井开拓,井位在补1孔东南150m处,以一对α=23º斜井开拓,但主斜井改用串车提煤、材料、矸石兼做进风井;副斜井仍架设猴车运送人员兼回风。
各方案的主要优缺点及方案技术经济比较。
本井田煤层埋藏浅,呈近水平状态,倾角小于5º,第四系表土层厚度10～20m,在76—1孔与14—6孔间、补5孔东可能有流砂透镜体存在。井位选择应予以避让。立井开拓与斜井开拓单从井筒的长度看两者约为1∶2.5,斜井、立井井筒单位造价却相差不多,其原因是斜井在软岩地层支护需要砌底拱,且受力抗压却不如立井,虽然斜井开拓能够使用胶带机实现全矿生产运输的胶带机化,但井巷工程总造价却比立井开拓造价高,这是优选立井开拓的一个理由;斜井开拓在经过第四系地层时如遇含水较大地层必须采取冻结方式经过,亦将增加单位造价和延长建井时间也是不利因素。这也是优选立井开拓第二个理由。在矿井生产管理方面,立井与斜井各有其成熟的经验和习惯,河北省则多立井开拓与开采,不象某些地区不顾地层和煤层条件定选用斜井方案。从所提出的四个井位和开拓方案技术经济比选看,以方Ⅰ为优,故设计推荐第1方案为优选方案,其技术经济比较表见附表。
方Ⅰ、方Ⅲ开拓方案平面图及剖面图。

张北县两面井乡王牛滩煤矿开拓方案比较
方案
井位
井深及第四系厚度
装备
井巷工程量
主要优缺点
井巷投资估算(万元)
单位造价
投资额
方Ⅰ
立井开拓
14—4孔东北250m处
井深117第四系厚:约20(至3煤组)
主井:箕斗
副井:单层
罐笼
井 筒 240m
车场及硐室580m
大巷及风巷119m
采区工程4516m
合计6526m
优:1.井位在井田之深部,向外开拓巷道均为抬头
2.井田之拓展方向在东北部,此井位能够兼顾
3.可利用已有之小立井回风
缺:1初期回采1煤组时需作斜巷联络
2.井筒施工时可能有局部含水较大的第四系地层
2.0万/m
0.8万/m
0.8万/m
0.4万/m
480.0
464.0
952.0
1806.4
合计3702.4
方Ⅱ
立井开拓
补2孔东北50m处
井深104第四系厚:约5m
(至3煤组)
主井:箕斗
副井:单层
罐笼
井 筒 210m
车场及硐室530m
大巷及风巷2310m
采区工程4610m
合计7660m
优:1.井位在补2孔东侧,补2孔可作地层之参数
2.第四系厚度较薄
3.亦可利用已有之小立井回风
缺:1初期回采1煤组时需作斜巷联络
2.井位偏于井田之西侧
2.0万/m
0.8万/m
0.8万/m
0.4万/m
420.0
424.0
1848.0
1844.0
合计4536.0
方Ⅲ
皮带斜井开拓
补2孔西北300m处
α=23º
井筒斜长260m
第四系厚约10m
(至3煤组)
主斜井:
胶带机
副斜井:
猴车

井 筒 595m
车场及硐室225m
大巷及风巷1840m
采区工程4610m
合计7270m
优:1.井筒斜长一次施工至3煤组,一次完成省去以后延深井筒之麻烦
2.自采面至煤炭运出地下,经各种类型运输可实现煤炭的连续运输
3.首先开采1煤位,井巷工程量最省
缺:1.斜井经过第四系地层时,遇水则施工困难,必须
冻结施工30～40m
2.斜井开拓在软岩地层中支护费用较高
1.5万/m
0.8万/m
0.8万/m
0.4万/m
892.5
180.0
1472.0
1844.0
合计4388.5
方Ⅳ
串车斜井开拓
补1孔东南150m处
α=23º
井筒斜长285m
第四系厚约10m
(至3煤组)
主斜井:
轨道串车
副斜井:
猴车

井 筒 645m
车场及硐室225m
大巷及风巷1980m
采区工程4610m
合计7460m
优:1.井位在井田之最南部,斜井轨道串车提升最简单
2.采用片竖斜井开拓,工程量最省
缺:1.斜井经过第四系地层,遇水则施工困难,必须冻结施工30～40m
2.斜井在软岩地层中支护困难费用高
1.5万/m
0.8万/m
0.8万/m
0.4万/m
967.5
180.0
1584.0
1844.0
合计4575.5

为加快矿井建设,尽快出煤形成一定规模,中都矿业开发有限公司采取修复已有的小窑井筒,安装提升设备,早日生产出煤作为矿井建设的一期工程。这样就确定了工业场地的位置无需再做方案比较;第二期所建井位只能在上述场地附近,并使两期工程溶为一体,但一期建设工程均由中都矿业开发有限公司自行安排。这样王牛滩煤矿亦必须选定为立井开拓方案,井位在补3孔北175m附近。新建井称混合井,井筒内装备箕斗和罐笼各一个,井筒除承担提升煤炭、上下材料人员设备外并担负进风及安全出口。
原已有并经修复的井筒则担负回风和第二个矿井安全出口。
立井开拓与斜井开拓比选中,斜井开拓最大的缺点是斜井井筒与立井井筒长度比,在开拓水平相同的情况下为2.5∶1,因为斜井在α=23º时斜长2.5m井筒只相当立井井筒1.0m,特别是本地区地层软岩多,必须砌底拱更增加了斜井井筒的单位造价,以此而论,在本井田范围内,斜井开拓无优越性而言,故设计推荐立井开拓方式。
混合立井开拓平、剖面图见插图。
2、水平划分
本矿井是近水平煤层,水平标高只有选定在主要煤组——第3煤组位置处井下标高为1181m。按推荐的第一方案,箕斗煤仓为上提式,各煤组间以α=23º斜石门与主水平联系。
3、开拓巷道布置
本矿井1、2、3、4各煤组,第1煤组在最上部应最先开采,以解决压茬关系。
但井拓之井底车场在第3煤组,主要运输巷及回风巷亦在第3煤组;以α=23º斜巷(或斜石门)穿透到第1煤组。在第1煤组布置采面进行回采。
待1煤组采完后再转入第二煤组继续接替回采产量,由于煤层较厚,平均11.94m;应安排分层开采,可采用金属网假顶,分层厚度2m左右,按煤层厚度可分4～5个分层。待开采、管理经验成熟后方可实行轻型放顶煤一次采全高的开采方式。
开拓巷道断面见插图。
4、井筒
井田开拓方案选定为立井开拓。其混合井井筒为园形。考虑井筒经过软岩地层,故本矿井筒均采用钢筋混凝土井壁,壁厚300m/m。由于井筒全深不超过120m,且岩层松软宜采用短段掘砌法施工。
附:井筒平面图。
井筒特征表
序号
井筒特征
井筒名称
混合井
风井1
风井2
1
井筒座标
经距(Y)
27827
27798
27847
纬距(X)
4600282
4600318
4600201
2
提升方位角

3
井筒倾角
90º
90º
90º
4
井口标高m
+1301

5
第一水平标高m
+1181

6
井筒深度m
120

7
井筒直径m
D=4.5
D=2.4
D=2.0
8
断面m2
净
15.90
4.5
3.2
掘进
20.43
7.1
5.5
9
砌壁
厚度mm
300
300
370
材料
钢筋混凝土
混凝土
砖
10
井筒装备
罐笼、箕斗各一个

5、井底车场及硐室
副井井底车场采用梭式环形车场,副井重、空车场局部为双轨线路,井下变电所、水泵房在副井一侧,泵房管子道直通副井。
主井装载硐室在井底车场水平,主井煤仓为上提式,主井煤仓上口在第1煤组,煤仓有效垂高约14m,直径3.5m,容量为130t。
附:井底车场平面图
混合井纵剖面——(主井煤仓及装载硐室布置图)。
6、采区划分及开采顺序
本矿井分煤层开采,由于井田范围不大,故划分二个盘区。
矿井井底车场在第3煤组,以α=23º斜巷与第1煤组联系,且主井煤仓上口即为第1煤组,故1煤组之运输机巷可直接与主井煤仓相通。
根据矿井产量和第1煤组可采储量,第1煤组可服务6年。其后由2煤组接续开采。
(二)井下开采
首采煤层为第1煤组,采用长壁后退采煤方法,采面长度120m。
各小阶段斜煤巷贯通到1煤组后,沿1煤组上部做运输巷、回风巷(为保持巷道的稳定可留400～500mm护顶煤)。回采长度据煤层赋存情况与村庄安全煤柱范围而定(一般750～950m),采面开切眼贯通后,安装完采煤和运输机械进行回采作业。
1、采煤工艺与采煤机械配备
长壁式采煤法其采面长度选定为120m,采面上下两端各作运输巷和回风巷,轨道巷进新风,运输巷回风经顺风井排至地面。运输巷安装胶带运输机或刮板运输机,进风大巷铺设轨道担负运输材料任务。采面安装滚筒式采煤机和铺设刮板运输机,配用单体液压支柱支柱排距0.8～1.0m,柱距0.6～0.8m,支护顶板;保持采面工作的空间控顶排距为3～5排。待采面之采煤机切割落煤并装煤入刮板运输机后,人工清扫机道、攉煤装入运输机,推移运输机进行控顶支护作业,完成一个作业循环,如此要求每班完成二个循环。
采煤工作面产量计算:
120×720×2.5×1.39×0.93=27.92万t
采面年推进度为720m。
全矿由两个采煤工作面保产。
掘进煤量亦入煤流系统,按10%计算,则全矿产量为2×27.92+[(2×27.92)×10%]=61.7万t
2、巷道掘进、支护及井巷工程量
井下巷道开拓与掘进均在煤层或炭质泥岩层位中施工,无坚硬岩石巷道,为此在掘进机械和运输机械选型与采煤设备力求统一。掘进作业以打眼放炮为主,运输则全部纳入煤流系统。巷道支护可采用矿用工字钢或锚网支护。
附:采掘机械配备表

采掘机械配备表
(台为单位)
序号
设备名称
型号