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在建的永城县140kV变电站，是地方集资兴建的，经夏邑、虞城到商丘，主要供地方用电。

　　矿区永久电源商丘220kV变电站供给。

地形与河流

　　城郊井田位于淮河冲积平原的东部，地势平坦，海拔标高在+21~+24m之间，相对高差2~3m，微向东南倾斜。

区内新生界松散沉积物广泛分布，厚度一般为220m左右。

工业广场标高+。

　　城郊井田内地表水系不发育，仅有淮河支流的沱河从本区北—中部自西向东流过，沱河源于商丘北侧响河，雨季流量剧增，旱季干涸无水，属季节性河流。

实测最高洪水位标高+，，年平均水位标高+，最大流量384m3/s，年平均流量一般为1~2m3/s。

其上游永城市段常年关闸蓄水，致使下游断流无水。

　　夏季多东南风，冬季多西北风，平均风速/s，最大风速20m/s。

降雪期和冰冻期为11月至翌年3月。

冻土深度一般10cm左右，最大19cm。

气象

　　本区地处中纬34o附近，属半干旱、半湿润季风型气候，蒸发量大于降雨量，干湿差大，四季分明。

年平均气温℃，日最高气温℃，日最低气温为-℃。

年平均降水量㎜，年最大降水量㎜，年最小降水量㎜。

大气降水量多集中在7~8月份，可占全年降水量的50%以上，年蒸发量㎜。

自然地震

　　按照《中国地震烈度区划图》的使用规定，永城地区受地震影响不大，地震烈度小于6度。

经河南省地质局建议，对于特别重要的工程和建筑物，可提高一度设防。

　　井田地质特征

　　井田地形及煤系地层概述

　　本井田位于淮河冲积平原北部，地面自然标高在+31～+34m之间。

地形微向东南倾斜，地势平坦。

　　精查地质报告基本查明了井田的煤层赋存情况、构造情况、煤质以及水文地质条件。

　　本井田属华北上古生界聚煤区，为新生界沉积物所掩盖。

据钻孔揭露下伏地层老至新有：

中下奥陶统、中上石炭统及二叠系。

　　1）中下奥陶统

　　本地层主要灰色厚层状石灰岩、砾状石灰岩、豹皮状石灰岩以及白云质灰岩所组成。

灰岩主要特征是质纯而致密，具多组极为发育的裂隙，被方解石岩脉充填。

在井田内只有少数钻孔揭露本地层，揭露最大厚度为。

　　2）石炭系a．中石炭统本溪组：

本组地层下部主要为灰色铝土质泥岩，厚度一般为6m。

上部主要为深灰色～灰色铝土质泥岩，灰色砂质泥岩以及一层不稳定的石灰岩，厚度6～20m，一般厚14m。

　　b．上石炭统太原组：

本组为一套典型的海陆交互沉积岩系。

主要12～15层薄～中厚石灰岩、泥岩、砂质泥岩、铝土质泥岩、砂岩以及4～5层薄煤线交互沉积而成，厚度130～147m，一般137m。

　　3）二叠系a．下二叠统山西组：

本组主要砂岩、砂质泥岩，泥岩以及1～3层煤所组成。

厚度82～120m，平均厚度96m。

　　b．下二叠统下石盒子组：

本组主要深灰色～灰色泥岩、铝土质泥岩、砂质泥岩、砂岩及4～6层煤组成，厚度45～95m，平均厚度84m。

　　c．上二叠统上石盒子组：

本组地层厚约729m，主要灰色砂质泥岩、铝土质泥岩、砂岩以及6～9层薄煤线交互而成。

　　d．上二叠统石千峰组：

本组地层主要平顶山砂岩段，泥灰岩性和石膏钙核段组成，欢度为706m。

井田内仅有少数几个钻孔揭露，此地层为不连续地层。

　　4）上第三系：

本地层属河湖相沉积

　　a．中新统：

本组厚度30～145m，平均厚度101m。

主要米黄～褐黄

　　色中细砂岩、粉砂、粘土质砂及砂质粘土组成。

　　b．上新统：

本统厚37～88m，平均厚70m。

主要砂质粘土夹褐黄细砂、粉砂及粘土质砂组成。

　　5）第四系

　　a．更新统：

本组厚度22～48m，平均厚度33m。

主要有粉～细砂、粘土，局部为粘土。

　　b．全新统：

本组厚度14～32m，平均厚度21m。

上部为黄色粘土质砂为主，下部为土黄～褐黄粉细砂。

构造特征

　　城郊井田位于北北东向的永城隐伏背斜的西翼中段，北北东向断层构造居主导地位，其次是近东西向构造，局部发育有北西向构造。

总体构造特征是以宽缓褶皱为主，伴随一定数量的断裂构造，且多集中在表现明显的背、向斜两侧，见图1-2《城郊井田构造纲要图》。

　　整个井田以近北北东向断层构造居主导地位，其次是近东西向构造，局部发育有北西向构造。

总体构造特征是以宽缓褶皱为主，伴随一定数量的断裂构造。

晚古生代中基性岩浆岩活动比较强烈，并对煤层有一定的破坏作用。

　　NF2F12洪F4岗柏背洪岗庄斜向屈庄窑柏窑四里禅背堂向斜斜F3小F2F7莫庄F4F21小莫庄向斜F28斜F20四里禅堂F30屈曹楼断陷曹楼陈F6四楼向斜陈四楼正断层二2背斜轴F9向斜轴F3二2煤层露头井田边界F16F14永城马城郊向斜岗F5马岗蒋阁向蒋阁二2F1F17背斜图1-2城郊井田构造纲要图

　　水文地质

　　1）含水层、隔水层及其特征

　　井田内主要有9个含水层组，4个隔水层组。

其中，新生界4个含水层组，1个隔水层组；

二叠系石盒子组1个含水层组，1个隔水层组；

二叠系山西组1个含水层组，1个隔水层段；

石炭系太原群2个含水层组，1个隔水层段；

奥陶系中下统1个含水层组。

　　a．第四系全新统松散孔隙潜水含水层：

此层厚21m左右，砂岩较发育，单位涌水量～×

10-3/，渗透系数～/d，水位受大气降水影响，属强含水层。

　　b．第四系全新统松散孔隙承压水含水层：

此层厚33m左右，中砂层厚21m，单位涌水量×

10-3/，属中等含水层。

　　c．上第三系上部松散孔隙承压水含水层：

此层厚70m左右，单位涌水量～×

10-3/，渗透系数为～/d，属中等含水层。

　　d．新生界底部隔水层：

此层厚31m左右，其中粘土层厚25m，可塑性好，分布广泛且稳定，为一良好隔水层。

在16线以北变薄，起不到隔水作用。

　　e．下石盒子组三煤组顶板砂岩裂隙承压水含水组：

此组厚45m左右，含水层为中、细砂岩，单位涌水量～×

10-3/，渗透系数为～/d，属弱等含水层。

　　f．山西组二2煤层顶板砂岩裂隙承压水含水组：

此组厚52m左右，含水层为中、细砂岩，单位涌水量～×

　　g．石盒子与山西组间隔水层：

下石盒子组三煤组顶板砂岩含水层山西组二2煤层顶板砂岩含水层之间有厚38m的泥岩、砂质泥岩、铝土岩，且分布稳定，起到了良好的隔水作用。

　　h．山西组与太原群间隔水段：

二2煤层底板太原组之间有50m左右的细、粉砂岩和泥岩，岩石致密，为良好的隔水层。

　　i．太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水含水组：

此组厚32m左右。

全井田发育稳定，岩溶裂隙最为发育，单位涌水量～×

10-3/，渗透系数为～/d，水量相对丰富，但不急条件不良，属中等含水层。

　　j．太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水含水组：

此组厚24m左右。

单位涌水量～×

10-3/，渗透系数为～/d，水量大，属中等含水层。

　　两个直径10m，高25m的圆筒煤仓，总容量约4000t。

两个煤仓底下设给煤硐室装载胶带机巷和装载硐室定量仓。

这种装载系统灵活可靠，能够确保大型矿井稳定高产的需要。

　　b．副井系统硐室

　　副井系统硐室中央水泵房、水仓、清理水仓硐室、中央变电所、调度及等候室组成，为节省管材，电缆及方便管理，同时考虑到锚索的安装，故把中央变电所和中央水泵房布置在附近，并设有防爆密闭门。

水仓布置在井底车场最低处。

　　c．其它硐室

　　医疗硐室、机修硐室、消防车硐室、井下材料库、火药库、换装组装硐室、换矸硐室、乘人车场等。

　　车场峒室的布置见图4-5。

主要开拓巷道

　　根据本矿实际地质条件，煤层赋存平稳且瓦斯涌出量小，硬度适中，适合布置煤层大巷。

主要开拓巷道如运输大巷、主石门、轨道大巷均布置于煤层之中，为便于维护，并根据现场使用情况，决定其断面均采用半圆拱型。

　　各主要开拓巷道的断面尺寸，均按运输设备的外形尺寸以及《规程》第19条，第20条有关安全间隙的要求而确定其断面尺寸，并按通风要求验算其风速，验算结果见第九章。

巷道支护

　　根据本矿井的设计的地质条件和煤层埋藏特点，经过开拓方案的技术经济比较，将胶带输送机大巷和辅助运输大巷都布置在煤层中。

胶带输送机大巷采用胶带输送机运输，辅助运输采用架线式电机车牵引吨固定厢式矿车。

主要大巷均采取锚喷，其支护效果好，经济效益可观。

　　井筒中心线井筒中心线1:

50井筒特征井　　型井筒直径井　　深净断面积基岩段毛断面积表土段毛断面积240万提升容器两对22t箕斗多绳摩擦提升机混凝土砌碹厚450mm冻结段井壁厚1450～1550mm充填混凝土厚50mm井筒支护图4-2主井井筒断面图

　　井筒中心线井筒中心线1:

50井筒特征井　　型240万吨　　井筒直径　　井　　深677m　　提升容器　　一对固定箱式矿车双层四车罐笼；

一个带平衡锤的加宽双层四车罐笼井筒支护　　混凝土砌碹厚550mm充填混凝土厚50mm㎡净断面积　　基岩段毛断面积㎡表土段毛断面积㎡图4-3副井井筒断面图

50井筒特征井筒直径井　　深净断面积基岩段毛断面积表土段毛断面积图4-4中央风井井筒断面图

50井筒特征井筒直径井　　深净断面积基岩段毛断面积表土段毛断面积图4-5东风井井筒断面图

　　短边平行于F4断层保护煤柱线。

开采水平的确定

　　本矿井煤层露头标高为-460m，煤层埋藏最深处达-920m，垂直高度达460m，根据《煤炭工业矿井设计规范》规定，缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高为200～350m，根据本矿井的实际条件，结合阶段斜长考虑，决定煤层的阶段垂高选为200m左右。

本井田可划分两个和三个水平，但考虑三个水平生产系统过于复杂，如果两个水平都采用上下两个阶段可简化生产系统，因此采用两个水平开采。

于太原组灰岩水压较大，且水量丰富，需用暗斜井延深；

或者井筒位置打在煤层的靠下部位。

　　井底车场和运输大巷的布置

　　1）运输大巷的布置

　　于运输大巷要为上下水平的开采服务以及本煤层厚度为，为便于维护和使用，且不受煤层开采的影响，将第一水平大巷布置在煤层中，第二水平大巷布置在距煤层底板30m处的中细砂岩中。

第一水平煤层大巷的优点是巷道掘进速度快，矿井投产早，而且掘进出煤量也很可观；

第二水平岩层大巷其优点是巷道维护条件好，维护费用低，巷道施工能够按要求保持一定方向和坡度；

在开采上下水平时，可以跨大巷开采，不留保护煤柱，减少煤柱损失，便于设置煤仓。

　　2）井底车场的布置

　　于井底车场一般要为整个矿井服务，服务时间较长，故要布置在较坚硬的岩层中。

本矿井布置位置可以选择在煤层顶板或者煤层底板中。

煤层顶板为中硬的砂泥岩，底板为坚硬的中细砂岩。

后者相对于前者维护费用较低，但对于不同的开拓方案还需进行技术与经济比较，以选择最优方案。

矿井开拓延深及深部开拓方案

　　本矿井开拓延深可考虑以下二种方案：

双立井延深；

双暗斜井延深。

双立井延深：

采用双立井延深时可充分利用原有的各种设备和设施，提升系统单一，转运环节少，经营费低，管理较方便。

但采用这种方法延深时，受太灰水的限制，致使井筒需打在煤层较深处，增大井筒的保护煤柱量。

同时，该方法使原有井筒同时担任生产和延深任务，施工与生产相互干扰，立井接井时技术难度大，矿井将短期停产；

延深两个井筒施工组织复杂，为延深井筒需要掘进一些临时工程，延深后提升长度增加，能力下降，可能需要

　　更换提升设备。

　　暗斜井延深：

采用两个暗斜井延深时，原有井筒的位置，水平的划分，上山或下山开采的确定都不受太灰水的影响。

暗斜井主井内铺设胶带输送机，系统较简单且生产能力大，可充分利用原有井筒能力，同时生产和延深相互干扰少。

其缺点是增加了提升、运输环节和设备，通风系统较复杂。

开采顺序

　　本井田开采顺序为先采第一水平，再采第二水平上下山；

采区开采顺序：

采用采区前进式，即井筒向井田边界推进；

采区内回采顺序：

采用后退式，即采区边界向采区上山推进。

方案比较

　　1）提出方案

　　根据以上分析，提出以下四种方案，如图4-1所示

　　方案1：

两水平开采，立井井筒位于-660煤层处，双暗斜井延深第二水平，一、二水平均上下山开采，岩层大巷。

　　方案2：

两水平开采，立井井筒位于-660煤层处，双暗斜井延深第二水平，一、二水平均上下山开采，煤层大巷。

　　方案3：

两水平开采，井筒位于-800水平煤层处，石门到达大巷；

二水平立井延深，石门到达大巷，一、二水平均上下山开采，岩层大巷。

　　方案4：

二水平立井延深，石门到达大巷，一、二水平均上下山开采，煤层大巷。

　　2）技术比较方案1与方案2的区别在于大巷掘在岩层中还是煤层中，两方案生产系统都比较简单可靠，相同的石门开凿和石门运输费用没有比较；

将工业广场布置在井田上部中央，压煤少且井筒浅，容易施工。

　　方案3与方案4的区别也仅在于大巷掘在岩层中还是煤层中。

都要开一段石门；

井筒延深短，二水平提升运输、排水都比较容易。

　　-360-460-560-660-760-860

　　方案一：

立井井筒位于煤层-660水平，暗斜井延深二水平大巷布置在岩层中

　　方案二：

立井井筒位于煤层-660水平，暗斜井延深二水平大巷布置在煤层中

　　方案三：

立井井筒位于煤层-800水平，通过石门到一、二水平大巷布置在煤层中

　　-360-460-560-660-760-860方案四：

立井井筒位于煤层-800水平，通过石门到一、二水平大巷布置在岩层中

　　图4-1开拓方案

　　3）粗略经济比较

　　以上四种方案在技术上都各有优势，需要先进行粗略经济比较选出明显不经济者：

　　表4-1　　方案1和方案2的粗略比较方案项目立井开凿暗斜井基建费/万元延深井底车场大巷开凿小计立井提升暗斜井生产费/万元斜立井排水小计费用/万总计元百分率%　　

　　提升2×

692×

3000×

10=2×

×

1100×

10=1000×

900×

10=9010500×

10=×

=×

×

=24×

365×

（×

727+×

727）×

10=-4-4-4-4-4方案1立井开凿暗斜井延深井底车场大巷开凿小计立井提升暗斜井提升斜立井排水小计费用/万元百分率方案2-42×

=×

10=-4-4-4-4100%表4-2　　方案3和方案4的粗略比较方案项目立井开凿基建费/万石门开凿井底车场凿小计立井提生产费/万元升石门运输立井排水小计费用/总计万元百分率100%2×

872×

（+）×

1100×

10=1377×

=）×

10=-4-4-4-4-4方案3方案4立井开凿石门开凿井底车场大巷开凿小计立井提升运输立井排水小计费用/万元百分率2×

+×

）×

10=-4-4-4-4-4元大巷开×

石门%通过粗略经济比较，得出方案2、方案3均属技术上可行，水平服务年限也都符合要求并且整体投资较少。

方案2和方案3相比，方案2的总投资要少一些，但是方案3的生产经营费用可能要低一些。

因此，两方案还需要通过具体的经济比较，才能确定其优劣。

　　4）详细经济比较

　　第2、第3方案有差别的建井工程量、生产经营工程量、基建费、生产

　　经营费和经济比较结果，分别计算汇总于下列表中。

　　表4-3　　建井工程量项目主井井筒/m副井井筒/m初期井底车场/m主石门/m运输大巷/m主井井筒/m副井井筒/m主暗斜井/m后期副暗斜井/m运输大巷/m井底车场/m主石门/m方案2662+30662+1510001755250002236223610500+52501000304方案3842+30842+15100083952502322320010500+525010001260表4-4　　基建费用表

　　方案2主井井筒副井井筒初期井底车场主石门运输大巷工程量/m692677100017552500022362236100030415750单价/元-1m3000300090023991312费用/万元　　工程量/m87285710008395250232232001000126015750方案3单价/元-1m3000300090023991312费用/万元　　小计/万元主井井筒副井井筒主暗斜井井筒主暗斜井井筒后期井底车场主石门运输大巷小计/万元共计/万元

　　1100110090023992399　　72030003000　　90023992399　　表4-5　　生产经营工程量项目运输提升/万t·

km一水平石门运输方案2工程量×

6960×

=2539×

=工程量727×

24×

10-4=项目运输提升/万t·

km一水平石门运输方案3工程量×

10-4=二水平暗斜井运输×

=二水平石门运输二水平立井提升排水/万m3二水平二水平石门运输二水平立井提升排水/万m3二水平表4-6　　生产经营费用项目运输提升一水平石门运输方案2－方案3－工程量/m单价/元·

m1费用/万元工程量/m单价/元·

m1费用/万元1789　　－　　－　　二水平暗斜井运输二水平石门运输二水平立井提升小计排水二水平总计2539　　工程量/m单价/元·

m1费用/万元　　表4-7　　费用汇总表方案项目初期建井费基建工程费生产经营费总费用方案2费用/万元　　百分率/%100%100%%%方案3费用/万元百分率/%720159%%100%100%

　　在上述经济比较中需说明以下几点：

　　①两方案中，各带区的划分与布置类似，故带区服务年限及各带区上山的总开掘长度一样，两方案上山开掘费及维护费未进行经济比较。

各车场也未进行比较。

　　②在运输费用中，方案2、3的区别仅在于方案2的第二水平与方案3的第二水平的运输方式的不同，故运输费用仅对方案2的第二水平与方案的第二水平作了比较。

　　③立井、大巷、石门及采区上下山的辅助运输费用均按占运输费用的20%进行估算。

　　④两方案于井筒位置不同，其井筒保护煤柱也不同。

方案3井筒位置偏于煤层下部，因此方案3的煤柱损失将比方案2的多，在综合比较中须考虑到这一点。

另外方案3中第一水平的石门煤柱损失也要在综合比较中考虑。

　　⑤综合比较及结果：

虽然方案2的总费用比方案3的总费用多了%，但考虑到方案3的井筒位于煤层的中下部，因此初期工程量较大，石门长度较长，不利于矿井的早期投产，特别是方案3的初期建井费比方案2净多出59%；

此外，考虑到方案3的煤柱损失较大，而且立井延深工艺较复杂，立井接井时矿井将短期停产。

故认为方案2较方案3优。

　　综上所述：

综合经济、技术和安全三方面的考虑，方案2是最优方案，即该设计宜选用立井开拓一水平-660，暗斜井延深二水平-800，大巷布置在煤层中，两水平上下山开采的开拓方案。

　　矿井为两个水平，第一水平标高为-660m，第二水平标高为-800m，两水平第一、二水平均为上下山开采，第一水平上山部分为-660m以上，1个阶段，阶段斜长约1750m；

下山部分为-600m—-760m，1个阶段，阶段斜长约1450m。

第二水平上山部分为-760—-800m，1个阶段，阶段斜长约1175m；

下山部分为-800m—-920m，1个阶段，阶段斜长约780m。

　　矿井基本巷道

　　井筒

　　根据矿井开拓布置，提升和通风等的要求，前期在工业广场内开掘主副及中央风井，后期开采两翼采区时，再分别布置两个风井。

一般来说，立井井筒的断面有圆形和矩形两种，但圆形断面的立井服务年限长，承压性能好，通风阻力小，维护费用低以及便于施工等优点，因此主副井筒及风井均采用圆形断面。

　　前章确定的开拓方案可知第一水平主、副井都为立井，在井田东翼上边界中央断层煤柱外设置一个风井，在井田东翼-660煤层处设东风井。

一般来说，立井井筒横断面形状有圆形、矩形两种，但圆形断面的立井服务年限长，承压性能好，通风阻力小，维护费用少及便于施工的特点，因此，主、副立井及东、西风井均采用圆形断面。

　　1）主井

　　主井井筒采用立井形式，