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说明书
0前言
煤炭工业是国民经济的重要组成部分。
当前世界3大问题能源，人口，环境。
其中能源是其中之一。
而煤炭又是其重要组成部分。
在以后相当长的时间里，煤炭占能源消费的70﹪左右。
为适应国民经济发展的需要，煤炭工业的产量是保证，因此，老矿要改建、扩建，新矿区要开发，建设新型矿井设计任务将十分繁重。
进一步提高煤炭的利用率。
设计应该结合我国具体情况，吸取和运用国内外的先进经验，使设计做到切合实际，技术先进，经济合理，安全实用，符合新时期总任务的要求。
矿井设计方案及重要的技术决定，应该符合《煤炭工业技术政策》和《煤炭工业设计规范》的要求，严格执行《煤矿安全规程》的各项规定。
注意经济效益。
此外，设计中还要注意环境保护，合理使用土地，不占或少占良田，尽量不造成村庄迁移。
要积极慎重的采用国内外的新技术、新工艺、新结构、新材料。
设计中还要特别重视矿工的身心健康等方面的问题。
近年来国家陆续颁布了《环境保护法》《水源保护法》《森林法》等新的法令，在设计中要遵照执行，总之，设计中要牢固树立政策观念、安全思想、经济观点和法制观念。
一部完好的矿井设计，必须达到如下要求；
1）计中的全部决定必须符合符合实际情况，依照各种采矿书籍的要求；
2）矿井投产后，应该发挥现代的科学技术，保障人身安全为主，再次要提高煤炭的利用效率；
3）理利用国家资源，使煤炭损失量达到最低限度；
4）力争建设时间短，出煤快。
5）安全第一。
一定要保障工人的人身安全。
1矿区概述及井田特征
1.1矿区概述
1.1.1交通位置
大平二矿﹝150吨/年﹞位于沈阳市康平县境内，隶属于铁法煤业（集团）有限公司。
三台子煤田处于北东走向的八虎山和调兵山两个背斜之间，小康煤矿位于该煤田的西南侧。
井田区域内交通便利，交通主要靠公路，203国道贯穿于煤田中部，北距康平县城12公里，南距法库县城17公里，调兵山31公里，与周边县、乡之间也均有县级柏油公路相通，另有连接国铁的矿区铁路直通矿山。
附图
1-1地理交通图
1.1.2地形地貌
三台子煤田处于北东走向的八虎山和调兵山两个背斜之间。
在中生代晚侏罗纪中期，该煤田普遍下降形成了湖泊相和泥炭沼泽相沉积——沙海组煤系。
在白垩纪末，该区一直处于侵蚀基准面以上。
直到第四纪还仍在接受剥蚀堆积，从而构成了现代的剥蚀堆积地貌类型，形成了井田内平缓的剥蚀堆积丘陵地形。
在西北部三官营子一带，地形起伏教大，最大标高为+118m，最低标高为+79.4m，高差38.6m，一般标高+80~+96m，仅在井田西南部出现了局部冲积较低洼平原，一般标高在+88m左右。
1.1.3气象及地震情况
本地区就地理位置来看，气候多风少雨，春干冬寒，属大陆性气候，一般春、秋、冬三季多风。
春、秋季多西南风，冬季多西北风，风力大至7~9级，瞬时达10级，小至2~3级。
降雨期主要集中在春、秋两季，年降雨平均日数78天，年最大降雨量801.4mm（1959年），月最大降雨量307.9mm（1995年），日最大降雨量128.5mm（1959年），冻土层最大厚度1.45m，在0.8m深地温8.3℃。
本区地震历年来未超过二级，烈度为VI度。
1.1.4电源、水源及建筑材料来源
该矿区的电力由位于调兵山市区的铁煤集团发电厂供给；生产所用的水主要取自井田旁边的三台子水库；建筑材料主要从康平县和调兵山市购得。
1.1.5其他
矿区内的企业和贸易中心很少，但基本上能够满足矿区居民生活的需要。
该区内的居民主要靠在矿里上班或种植农作物为生；本矿区内有通向铁煤集团其他煤矿的火车编组站，属内部铁路，在铁岭市与国铁相通。
1.2井田及其附近的地质特征
1.2.1井田的地层层位关系
三台子煤田位于松辽盆地南缘的东侧，属于中生代晚侏罗纪山间盆地，形态比较完整，煤田东西长8.5公里，南北宽8公里，面积68平方公里。
周围为老地层而煤田内地势较平缓，除少部分地段有白垩纪出露外，其他部分为第四系所掩盖，基本上属于全隐蔽型煤田。
前震旦纪变质岩系构成煤田之基底，侏罗系含煤地层直接不整合于老地层之上，侏罗系之上为白垩系，再其上为第四系。
1.2.2井田内的地质构造及变动
小康井田位于三台子向斜的西南部，占据向斜的大部分，煤层走向大体呈北西方向，岩层倾斜平缓，一般在7°~9°之间。
井田内构造以断裂为主，由于受断裂构造影响，使得井田内褶曲构造反映不太明显，但尚能看出向斜的存在。
褶曲：
三台子煤田整体为一向斜构造，由于后期构造的影响，致使向斜的东西两翼不对称，向斜轴由于岩层倾角平缓和断裂的破坏而不突出，但是看出向斜轴总的规律是由北向南逐渐加深，其轴向为N35°W，向斜轴倾伏角为6°，轴部最深可达到830m。
断裂：
由于本井田岩层倾角平缓，褶曲现象不明显，煤岩层对比可靠，井田内钻孔共见25个短点，组成断层21条和6个独立短点
井田内无陷落柱和火成岩侵入。
1.2.3煤层结构
大平井田内共有两个可采煤层，煤层编号从上往下依次为1#、2#。
附：
1-1各主要可采煤层特征表
1-1主要可采煤层特征表
煤层号
煤层总厚
可采厚
可采煤层分布
煤层走向
煤层倾向
煤层倾角
小～大
一般
小～大
一般
1
0.58~6.06
9.36
0.73~5.16
8.50
全井田
北部SN;
南部NW
北部EW;
南部NE
7~9度
间距
15m
2
0.15~10.12
3.36
0.70~9.01
3.01
略小于1层,分布在井田中部
北部SN;
南部NW
北部EW;
南部NE
7~9度
图1-1
1.2.4水文地质
1.2.4.1地表水系
本地区内无较大河流，只在井田中部有一人工水库，于1942年~1943年建成，坝高7m，坝长4120m，坝顶宽5m，坝底宽40m，坝坡度1：
2.5，坝顶高程86.40m，坝底高程79.4m。
集水面积143平方公里，历年平均径流量1430万立方米，径流深度0.1m，多年平均降雨量550mm，蒸发量1700mm。
其水库水除地表径流外，主要来源之一是一条小河——李家河，它发源于法库老灵山和康平西官边台子两地，径流于井田南部注入水库，集水面积59.9平方公里，河长19公里，河宽一般10~20m，比降4.79%，枯季无水，雨季水量偏大，最大洪水流量50~60平方米/秒（1958年8月），属于季节性小河。
水库水的另一来源是经人工渠间接引辽河入库及直接引康平县城西的西泡子水。
渠长15公里，渠宽10米，最大排水量20立方米/秒左右。
1-2水库特性列入下表：
一般与极值
库容
水位标高
水深
水库面积
最大
5600万立方米
83.98米
5.58米
17平方公里
最小
600万立方米
80.2米
0.8米
7平方工里
一般
2523万立方米
82米
2.6米
13.6平方公里
1.2.4.2含水层
本井田内直接充水含水层主要由侏罗系粗砂岩及沙砾岩微弱的裂隙孔隙承压含水层所组成，虽然粗砂岩疏软（类似豆腐渣）多裂隙，但单位涌水量均小于0.0043kg/s.m以下，而且断层富水性弱，并且煤层顶部有较厚的油页岩、泥岩。
含水层间有良好隔水性能的泥岩、粉砂岩层，导水性差，破碎带厚度小，并为泥质物充填紧密，与地表水以及各含水层间无水力联系，可谓闭合断层，对矿床充水无甚影响，故将该井田划分为水文地质条件简单的二类一型矿床。
井田内共划分为三个含水层：
①侏罗系直接充水承压含水层；②白垩系砂岩及砂砾岩承压含水层；③第四纪砂岩及砂砾岩承压含水层。
1.2.4.3隔水层
本井田内有两个隔水层：
①第四纪粘土及亚粘土隔水层；②侏罗系煤层顶底板泥页岩隔水层。
第四纪粘土及亚粘土隔水层主要由黄色或黄褐色粘土及亚粘土所组成，结构密实，具有可塑性，在水库底部的南北两侧厚约6m左右，中部较厚约8m左右，据土工实验成果表明在2.66m以上均起隔水作用。
侏罗系煤层顶底板泥页岩隔水层主要由黑色泥岩及黑褐色油页岩组成，结构细腻，直接赋存于煤层之上，厚约31m左右，为一良好的隔水层。
1.2.4.4矿井涌水量
矿井正常涌水量10.2立方米/小时，最大涌水量52.6立方米/小时。
1.2.4.5邻近生产矿井充水情况
邻井三台子煤矿从1978年10月开始正式投产，在建井初期主井斜长77~153m时见白垩纪紫红色砂岩及砂砾岩，破碎松散，涌水量4~5立方米/小时，而向深部含水性逐渐减弱，到目前为止历年的平均排水量为0.069立方米/小时，可见该矿井基本不含水，其涌水特点是粗砂岩和砂砾岩的微裂隙孔隙滴水，而泥粉细砂岩复合岩层既不含水同时也起到了隔水的作用。
综上，该邻近煤矿属于极弱充水含水层矿井。
1.3煤层质量及煤层特征
1.3.1煤质及物理性质
该矿区煤质工业牌号为长焰煤，黑色、沥青光泽、条带状结构、块状构造、贝壳状断口或平坦状断口，摩氏硬度约为3，质脆，以亮煤为主，暗煤次之，在亮煤条带中常见两组垂直层面的内生裂隙，一组发育，一组次之，裂隙面平坦。
在裂隙中常常有方解石及黄铁矿薄膜充填，煤层与顶底板一般为整合接触。
煤的物理性质：
容重1.33克/立方厘米，灰份（Ag）21.31%，水分11%，挥发份（Vr）41.89%，发热量22MJ/Kg,硫含量1.95%。
1.3.2顶底板岩性
煤层直接顶板：
主要由黑褐色油页岩组成，结构致密、细腻、无裂隙，厚度一般在10~30m之间，平均20m左右，按其坚固程度属于软质岩石。
煤层直接底板：
由灰黑色泥岩和灰白色粉、细砂岩所组成。
结构较细致、质软，其厚度变化西南厚约5~6m，东北厚约10m以上，一般5~10m左右，按其坚固程度属于软质岩石。
1.3.3瓦斯赋存状况及煤的自燃性
本矿井瓦斯含量较低，由瓦斯分析结果可知，本井田属氮气~沼气带矿井，仅在井田中部有一部分沼气带，可采边界附近有一部分氮气带。
绝对瓦斯涌出量4.8立方米/分，属低瓦斯矿井。
井田内煤的火焰长度在10~260mm间，岩粉量为10~50%，煤尘爆炸性弱。
370号孔煤尘实验结果为：
火焰长度400mm，岩粉量55%，爆炸性强，故井田内有煤尘爆炸的可能，煤尘爆炸指数为48.98%。
一层煤的燃点在273~304℃之间，平均值为285℃，氧化性和还原性的燃点差在33~63℃之间，平均47℃。
二层煤的燃点在273~288℃之间，平均279℃，燃点差为35℃。
井田内煤的燃点比其他煤田煤的燃点均低，且燃点差值也高，故本区煤是易燃的，自然发火期一般为1~3个月，最短20天，不利于煤炭的长期存放。
邻井康平三台子煤矿1974年11月建井，78年10月投产，81年、82年实测瓦斯资料如下：
1-3瓦斯表
年度
鉴定地点
绝对量（立方米/分）
相对量（立方米/吨、日）
鉴定当日产量（吨）
瓦斯等级
CH4
CO2
CH4
CO2
1981年7月
总排风
1.08
1.10
5.33
5.46
8149.9
低级
1982年7月
副井总排
1.36
1.38
5.90
5.99
9629.0
低级
1.3.4地质勘探程度
在勘探初期针对该区特点，首先，原则上对全井田采用先线后面，全面控制，点线配合，重点解剖，然后循序渐进，逐步提高勘探程度，储量级别等，通过四次勘探，补充并借鉴邻区地质资料，比拟本井田上述地质因素特征，视其地质构造复杂程度为中等，煤层较稳定且偏简单，勘探类型属于二类二型偏简单
2井田境界及储量
2．1井田境界
大平二煤矿井田南北长4千米，东西宽4.5千米，面积18平方千米。
矿井南部以4722000可采境界为界，北部以4726000可采境界为界，西部以41525000可采境界为界，东部以41529500可采境界为界浅部以-250煤层底板线为界，深部以-700煤层底板线为界，井田内赋存有1、2两个可采煤层，其煤层平均厚度为4.5m，5.5m。
各煤层其它赋存条件，井田地质条件等参见相应的煤层底板等高线及储量计算图、煤系地层综合柱状图和井田储量精查地质报告。
岩层倾斜平缓，一般在7~9度之间。
井田区域内有一个小煤矿——边家煤矿，其位于井田南部，1986年开井，矿井无充水情况，与本矿井没有贯通。
该矿隶属于法库县，与本矿有明确的矿井边界，并且两井田水文地质条件相同，两矿之间每年交换一次采掘工程平面图，以便掌握邻井的生产情况。
1矿井走向长4000m，倾斜长4500m，精查勘探面积约18平方公里，井田内地形比较完整，边界矿柱、井田边界各留30m煤柱（依规程）。
2工业广场保护煤柱留设，应在确定地面保护面积后，用移动角圈定煤柱范围，工业场地地面受保护面积应包括保护对象及围护带，围护带宽度15m。
3在工业场地内的立井，圈定保护煤柱时，地面受保护对象应包括绞车房，井口房或通风机房、风道等，围护带宽度15m。
2.2井田的工业储量
2.1.1储量计算原则
1按照地下实际埋藏的煤炭储量计算，不考虑开采、选矿及加工时的损失。
2储量计算的最大垂深与勘探深度一致。
对于大、中型矿井，一般不超过1000米。
3精查阶段的煤炭储量计算范围，应与所划定的井田边界范围相一致。
4凡是分水平开采的井田，在计算储量时，也应该分水平计算储量。
5由于某种技术条件的限制不能采出的煤炭，如在铁路、大河流、重要建筑物等两侧的保安煤柱，要分别计算储量。
6煤层倾角不大于15度时，可用煤层的伪厚度和水平投影面积计算储量。
7煤层中所夹的大于0.05米厚的高灰煤（夹矸）不参与储量的计算。
8参与储量计算的各煤层原煤干燥时的灰分不大于40%。
2.1.2井田工业储量
解:
Zg=S×M×r=4500×4000×10×1.33/cos8°=2.42亿吨（1-1）
式中：
Zg——矿井的工业储量，t
M——煤层的厚度之和，m
S——井田面积，m²
r——煤的容重，r=1.33t/m³
经计算各煤层的工业储量如下：
表2-1
2-1煤层工业储量表
序号
煤层
号
煤厚
（米）
倾角
（度）
面积
（平方千米）
工业储量
（万吨）
1
1#
4.5
7-9
18
10881.8
2
2#
5.5
7-9
18
13300.0
2.1.3工业广场保护煤柱
工业广场保护煤柱的留设根据《规范》的要求，工业广场占地面积为0.8-1.1公顷/10万吨，大型矿井取小值，中小型矿井取大值，工业广场围护带宽度为15米，本矿井年产量为150万吨/年的大型矿井，因此取0.8公顷/10万吨，则S=15×0.8=120公顷。
工业广场长度346米，各加15米后成长376米。
Qi=（926+1120）×1020×10×1.33×0.5/cos8°=1401万吨
2.1.4断层保护煤柱
本井田边界有几个极小的断层，又不含水，将其忽略。
2.1.5巷道保护煤柱损失量
Q煤=（4000×20×10×1.33×6+4000×20×10×1.33×12）/cos8°=1934.5万吨
2.1.6井田边界煤柱损失量
Q边=（4500×30×10×1.33+3940×30×10×1.33）/cos8°=340万吨
2.1.7永久矿柱损失量
Q永=340
2.1.8井田的可采储量
井田的设计储量Zc=Zg-Q永=24200-340=23860万吨
计算公式：
Z=（Zc—P）C
Z——矿井可采储量
Zc——矿井工业储量
P——保护工业广场、井田境界等留置的永久煤柱损失量。
C——采区采出率。
中厚煤层不低于0.8，厚煤层不低于0.75。
Z=（Zc—P）C（1-2）
=（23860-1934.5-1401-）×0.8
=16419.6万吨
井田开采损失量=（Zc-Qi-Q煤）×0.2
=（23860-1484-1934.5）×0.2=4104.9万吨
3矿井的年产量、服务年限及一般工作制度
3.1矿井年产量及服务年限
3.1.1矿井的产量
矿井的年产量（生产能力）确定的合理与否，对保证矿井能否迅速投产、达产和产生效益至关重要。
而矿井生产能力与井田地质构造、水文地质条件、煤炭储量及质量、煤层赋存条件、建井条件、采掘机械化装备水平及市场销售量等许多因素有关。
经分析比较，设计认为矿井的生产能力确定为150万吨/年不仅是可行的，也是合理的，理由如下：
3.1.1.1储量丰富
煤炭储量是决定矿井生产能力的主要因素之一。
本井田内可采的煤层达到2层，保有工业储量为2.42亿吨，按照150万吨/年的生产能力，能够满足矿井服务年限的要求，而且投入少、效率高、成本低、效益好。
3.1.1.2开采技术条件好
本井田煤层赋存稳定，煤层埋藏适中，倾角小，结构简单，水文地质条件及地质构造简单，瓦斯含量低，煤层结构单一，适宜综合机械化开采，可采煤层均为中厚煤层，适合高产高效工作面开采。
3.1.1.3建井及外运条件
本井田内良好的煤层赋存条件为提高建井速度、缩短建井工期提供了良好的地质条件。
井田区域内交通便利，交通主要靠公路,与周边县、乡之间也均有县级柏油公路相通，另有连接国铁的矿区铁路直通矿山。
3.1.1.4具有先进的开采经验
近年来，“高产高效”工艺在煤矿成产中有了很大发展，而且该工艺投入少、效率高、成本低、效益好、生产集中简单、开采技术基本趋于成熟。
综上所述，由于矿井优越的条件及外部运输条件，有利于把本矿井建设成为一个高产高效矿井。
矿井的生产能力为150万吨是可行的、合理的。
3.1.2服务年限
矿井保有工业储量2.42亿吨，可采储量16353.2万吨，按150万吨/年的生产能力，考虑1.4的储量备用系数，则
P=Z/（A×K）（2-1）
式中：
K——矿井备用系数，取1.4
A——矿井生产能力，取150万吨/年
Z——矿井可采储量
P——矿井服务年限
解
P=16419.6/（150×1.4）=78.1年
3.1.2.1产量增长的可能性
建井后，产量会出现增长，起可能性为：
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，故全矿产量会增大。
2矿井各个生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，可能突破设计能力，提高了年产量。
3工作面的回采率可能性提高，导致在相同的条件下，产量也会提高。
4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矿井的工作制度
矿井工作日为300天。
本矿井主要采掘设备均为引进，设备可靠性强，日常维修及维护工程量较少。
因此矿井工作制度采用“三八”制，二班采煤，一班检修，日提升工作时间为14小时。
4井田开拓
4.1.1井筒形式的确定
4.1.2井筒位置的确定
井筒位置的确定，主要是根据以下一些原则进行的。
1在煤层走向方向尽量位于井田的中央，即要求其两翼的长度大致相等。
这主要是考虑到矿井的煤炭运输问题。
2在倾斜方向上也要尽量位于中心，同时兼顾各水平井底车场的布置形式及位置。
本井田位于-250米—-700米之间，煤炭埋藏较浅，因此井筒在倾斜方向的位置，如果位于其中心，它的压煤量是比较大的，同时，井筒的掘进深度较深，工程造价也是比较高的，考虑以上因素，井筒在倾斜方向上不能位于其中心，应该在倾向中心的上方。
本井田采用单水平用上下山开采，水平布置在-500m。
3井筒位置的确定，要顾及井口标高及地面工业广场的布置，由于考虑到最高洪位，所以要求井筒的位置确定的井口标高在+85米以上。
另外，地面工业场地的布置也基本上决定井筒的位置，一般要求工业广场尽量布置集中，达到不占良田、少占农田的原则，还要求整个工业场地要布置在地势比较平缓的地带，使得场地内的建筑不受大的影响。
4井筒尽量不穿断层、破碎带，井底车场围岩较好。
5避免初期搬迁村庄。
6尽量使工程量少、投资小，便于井下采区划分，同时有利于通风、行人安全。
由于以上原因，决定了井筒的位置，具体见下表4-1。
4-1井筒特征表
井筒名称
井筒用途
井筒长度
断面尺寸（m）
断面面积（m²）
主井
提升
650
6.5
33.2
副井
辅助提升、通风
630
4.5
15.9
风井
回风兼安全出口
400
4.5
159
本设计采用三个井筒对井田进行开拓：
主井、副井、风井，且三个井筒形成中央边界式通风。
主井断面图
副井断面图
风井断面图
4.2开采水平设计
4.2.1水平高度的确定
本井田的煤层属缓倾斜煤层，其倾角为7度—9度不等，其垂高为450米（从-250m标高—-700m标高），这就决定了煤层倾斜长度较大，约为3700米。
但如果采用多水平的话，必然回增加井筒的开拓深度，增加联系石门的长度，增加了工程量，增加费用。
所以采用单水平开采方法。
而在确定水平高度之前，首先对井田进行阶段的划分，其具体情况见下表：
4-2阶段表
名称
第一阶段
第二阶段
标高
-250m—-500m
-500m—-700m
垂高
250
200
备注
上山开采
下山开采
现在看看单水平和多水平方案的对比情况：
地表标高大约在85m左右，煤层倾角7度-9度。
井田内有2个可采煤层，煤厚分别为4.5m和5.5m。
煤田走向4000m，倾向4500m，垂高450m。
技术比较：
根据井田条件和设计规范有关规定，本井田可划分为1-2个水平（2-3个阶段），阶段内进行采区准备,见表4-2。
4-3方案比较表
阶段
垂高
水平位置
主井深度
石门长度
服务年限
2
250m
-500m
650m
250m
36
47
3
150m
-400m
700m
1950m
9年
150m
-550m
33年
150m
39年
第I种方案和第II种方案对比：
第一种方案优点是，上水平的开采年限满足规范的要求。
第二种方案第一阶段的服务年限太短，严重影响第一水平的服务年限，而且存在石门过长，严重浪费了财力，人力，物力。
因此从技术角度看第一种方案为优,表4-3。
两种方案的估算费用表
4-4费用表
基本费用/万元
方案1
方案2
立井开拓
2×650×3000÷10000=390
700×2×3000÷10000=420
石门开拓
250×800÷10000=20
1950×80÷10000=156
井底车场
1120×40÷10000=100
1200×900÷10000=108
小计
510
684
综合比较：
方案1和2各有优缺点。
但整体1优于2。
因为2方案的基本费用过高。
现在是一切从简，应该好好利用每一分钱才对。
虽说方案1存在下山过长的问题，但可以通过其他途径改过，利用现代技术解决问题。
因此选用方案1。
4.2.2大巷的布置
大巷的主要任务使担负煤矸、物料和人员的运输，以及通风、排水、敷设管线。
对大巷的基本要求是便于运输，利于掘进和维护，能满足矿井通风安全的需要。
根据矿井生产能力和地质条件的不同，大巷可选用不同的运输方式和设备，而不同的运输设备对大巷提出了不同的要求。
合理的大巷布置可以节约基建投资，加快矿井建设，有利于井下运输和巷道维护，为合理布置采区和井下生产创造良好的条件。
根据本矿生产能力、服务年限、煤层赋存情况及井田范围，决定在第一水平布置三条大巷：
胶带大巷、轨道大巷和回风
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