煤田井田境界设计及储量计算.docx
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煤田井田境界设计及储量计算
煤田井田境界设计及储量计算
井田境界及储量计算
2.1井田境界
本井田北以唐垄第一断层为界，南以唐垄第三断层为界浅部以唐一垄井田+50水平为界，深部以三都平野大断层为界。
走向长度约4266.85米，倾斜长约2123.92米，井田面积约9264748.93平方米。
2.2储量计算
2.2.1计算储量的煤层最小可采厚度，最高灰分
按煤炭部颁《煤炭资源地质勘探规范》缺煤地区储量计算标准规定执行。
当煤层倾角0°～25°时，其炼焦煤最低可采厚度为0.70米，非炼焦煤为0.80米，故本次确定井田的二煤层煤的发热量为5776大卡/公斤，可用配焦煤，最低可采厚度为0.80米，灰分为31.88%,小于40%；四煤层煤的发热量值为7140大卡/公，可用作炼焦用煤，的最低可采厚度为0.70米，煤质灰分17.12%，小于40%。
2.2.2井田内地质储量、工业储量
1、可采煤层基本情况见表2-1
表2-1可采煤层基本情况
煤层名称
均厚（m）
倾角（°）
平均
斜长
间距
结构
稳定性
B1
3.10
13
2124
80
不复杂
较稳定
B2
6.2
13
2124
不复杂
较稳定
2、储量计算
①可采边界的确定方法：
当煤层点的质量达到可采时，采用插入法求出厚度最底可采边界，然后连接各点，确定边界。
②块段法：
块段划分是按照生产的需要，结合补勘工程量控制的程度，煤层底板等高线，可采边界及其构造特征等进行划分的。
③有夹矸的煤层的计算方法，按照《煤炭资源勘探规范》有关规定执行。
煤层平均厚度采用大块段内煤点的算术平均值。
④各块段用求积仪测量3次，求其算术平均值即假面积除以倾角的余玄函数并运用下面公式
式中：
Q1=S*M*D
M-煤层真厚度；S-真面积；D-煤的容重；Q-储量。
⑤以煤层立面投影图为计算图，按地质条件，沿等高线、勘探线及煤柱线以及计算辅助线等，结合生产水平线，将煤层划分为若干块段借助计算机进行煤层储量计算分别计算，然后把各个分储量相加。
储量单位：
万吨，四舍五入，保留二为小数。
此法适用于煤层厚度稳定，产状变化较大的情况。
按照煤层底板等高线划分块段，再将两相邻等高线间的块段根据等高线的变化灵活分为若干小块，原则是各小块的煤层倾角大致相同，首先求出两相邻阶段底板等高线所夹小块的水平投影面积（B）及倾角（α），然后根据以下公式求出真面积。
S1=Ssecα
式中：
S1—煤层真面积，
；
S—水平投影面积，
；
α—煤层倾角,（°）；
再将各个小块的相加便得到煤层的真面积S1。
根据煤层厚度及容重，由以下公式可计算出矿井的工业储量：
Zg=S1×D×γ
式中：
Zg—矿井工业储量，万t;
S1—煤层真面积，
；
D—煤层厚度，m；
γ—煤的容重，t/
。
此法的优点是能够真实反映煤层的自然形态，可以较为精确的算出不同水平的储量。
2.2.3矿井地质储量计算
其中：
S=9264748.93（
）
S1=S×secα=9264748.93×1.0264=9509338.30（
）
煤层平均厚度为：
2煤3.10
4煤6.2
；
煤层平均容重为：
2煤1.44T/m3,4煤1.48T/m3；；
储量为：
2煤：
Q2=S1×3.10×1.44=4244.97（万吨）；
4煤：
Q4=S1×6.2×1.48=8725.77万吨）；
总计：
4244.9+8725.77=12970.74（万吨）；
矿井地质储量汇总见下表2-2：
表2-2矿井地质储量汇总表单位：
万吨
煤层
A
B
C
A+B+C
（A+B）/
（A+B+C）
D
A+B+C+D
2煤
4244.97
0
4244.97
4煤
8725.77
8725.77
总计
12970.74
0
12970.74
2.2.4可采储量计算方法
矿井可采储量Zk是矿井设计可以采出的储量，其计算方法为将工业储量中的因采区采出率（厚煤层不低于75%，中厚煤层不低于80%，薄煤层不低于85%，本矿井的煤层为中厚煤层、厚煤层）的影响和保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留置的永久煤柱损失量（一般为工业储量的10%），能采出的煤炭量即得矿井的可采储量。
矿井的可采储量公式为：
Zk=Q×（1-P）×C
式中：
P—各种永久煤柱损失率，这里取10%；
C—采区回采率，中厚煤层不低于0.80，厚煤层取0.75；
所以：
Zk2=4244.97×0.86×0.8=2920.54（万吨）；
Zk4=8725.77×0.86×0.75=5628.12（万吨）；
总计：
Zk=2920.54+5628.12=8548.66（万吨）。
表2-3矿井可采储量汇总表
单位：
万吨
煤层
工业储量
永久煤柱损失（冲击层防水、断层、工业广场、风井广场）
开采损失
可采储量
备注
2煤
4244.97
594.30
730.13
2920.54
其他各煤层均为不可采煤层
4煤
8725.77
1221.61
1876.04
5628.12
总计
12970.74
1815.19
2606.17
8548.66
2.3各种煤柱的尺寸和计算方法
2.3.1安全煤柱的计算规则
1、地面建筑物和主要井巷安全煤柱的界线由岩层移动面和煤层相交的线决定。
沿受护地面建筑物和主要井巷的边线留出围护带，由围护带起按β，γ及δ诸角的值作出岩层移动面。
2、如按γ角所作的岩层移动面与煤层相交的线低于安全深度时，则安全煤柱的下部境界线为在安全深度所作的水平面与煤层相交的线。
3、为保护主要倾斜巷道（斜井，下山等），如开有主要倾斜巷道的煤层，到下部各层间的垂直安全距离N均小于安全深度Hδ时，其下部各层均留安全煤柱。
4、立井井筒和工业场地上的建筑物，应按下列规定留安全煤柱：
①、如井筒深度及工业场地下煤层的蕴藏深度均小于安全深度，则不论煤层为缓倾斜，倾斜及急倾斜煤层，立井井筒和工业场地上的建筑物只留一个总的安全煤柱。
②、如井筒深度及地面建筑物下煤层的蕴藏深度大于采掘安全深度时，此时则不分缓倾斜，倾斜及急倾斜煤层，均应留设井筒安全煤柱。
而对工业场地上井筒附近的建筑物，按其使用意义在安全深度水平以下可不留安全煤柱。
5、在地形比较简单，无滑坡和陡壁的地区，当缓倾斜和倾斜的薄及中厚煤层，单层采深与采厚的比值大于40；厚煤层分层采深与采厚的比值大于60时，对工业企业铁路线路可不留煤柱，采用长壁陷落采煤法进行开采。
当薄及中厚煤层单层采深与采厚的比值大于60；厚煤层分层采深与采厚的比值大于80时，对路网III级铁路线路可不留煤柱，采用长壁陷落采煤法进行开采。
6、受护地面建筑物的边界线，系围着该建筑物所作的长方形，长方形的诸边分别与煤层走向相平行和垂直。
7、当受护建筑物或建筑群与煤层走向相斜交（铁路，河流及其他等），则其边界线也与煤层走向相斜交。
2.3.2煤柱损失计算
采区煤柱包括大巷，上山和区段巷道的保护煤柱，采区边界煤柱及采区内较大断层的煤柱。
采区煤柱尺寸与煤柱上的矿山压力大小和煤体本身的强度有关。
煤体本身强度愈大，采区煤柱的尺寸就愈小，反之，采区煤柱尺寸愈小。
关于煤柱的留设的请参阅下表2-4：
表2-4煤柱宽度表
位置名称
中厚煤层煤柱宽度（m）
厚煤层煤柱宽度（m）
巷道一侧
两巷之间
巷道一侧
两巷之间
水平大巷
20~30
—
25~50
—
主要回风巷
20
—
20~30
—
采区上山
20
20~25
30~40
20~25
区段巷道
—
8~25
—
15~20
采区边界
—
10
—
10
断层境界
30m（断层不含承压水）
两井田之间
40m（两边各留20m）
断层
落差大，含水断层一侧留30~50m；落差大，断层一侧留10~15m；采区内落差小的断层通常不留煤柱。
根据上表，本设计为集中布置，巷道是打在煤层底板，所以水平大巷和采区上山和主要回风巷道不要留煤柱；由于煤层顶底板稳定，所以区段巷道留8m厚煤柱，采区边界为10m厚煤柱，断层留30m厚煤柱，井田边界留20m厚煤柱。
通过计算，最后得出煤柱损失为14%。
第三章矿井设计生产能力及服务年限
3.1矿井工作制度
本矿井的生产制度按设计规定为：
每年工作日数为330天，矿井每昼夜分三班工作。
采煤工作面为两班生产，另一班维修设备，通风、排水则须三班工作，每日为24小时生产。
每天净提升小时数为16小时。
表3-1矿井工作制度表
年工作日数（天）
班/日
净提升小时/日
330
3
16
3.2矿井生产能力及服务年限
3.2.1确定依据
矿井生产能力是度量矿井生产建设的重要指标，在一定程度上综合反映了矿井生产技术面貌，是井田开拓的一个主要参数，也是选择井田开拓方式的重要依据之一。
矿井生产能力是与井田划分紧密联系并且相互适应的。
是矿区总体设计应解决的重要原则问题。
矿井生产能力主要根据矿井地质条件、煤层赋存情况、储量、开采条件、设备供应及国家煤碳开采等因素确定。
对于具体矿井，应该根据国家需要，结合该矿地质和技术条件，开拓、准备和通风方式，以及机械化水平等因素，在保证生产安技术经济合理的的条件下，综合计算开采能力和各生产环节所能保证的能力，并根据矿井储量，验算矿井和水平服务年限是否能够达到规定的要求。
矿井的基本井型及类别:
大型矿井：
120、150、180、240、300、400（万吨/年）及以上。
中型矿井：
45、60、90（万吨/年）
小型矿井：
9、15、21、30（万吨/年）
小煤矿：
6～8、3～5、（万吨/年）以下。
这些类型中，除小煤矿以外，不应出现介于两种生产能力的中间类型。
对于江南缺煤省份或边远地区交通不便、储量少、地质构造复杂、开采条件困难的零星煤田，应从当地需要出发，有条件的应尽量建设一些小煤矿。
对于北方较大煤田，为了集中生产，应尽量关闭小煤窑，煤矿向大型、特大型矿井发展。
3.2.2矿井设计生产能力
1、矿井设计能力即按矿井开采条件所能保证的原煤生产能力，主要是同时正常生产的采区生产能力的总和。
在具体条件下，根据煤层赋存情况、顶底板岩石性质、所选用的回采工艺和设备、相应的回采工作面长度和推进度，可确定回采工作面的生产能力。
以此基础上，根据采区巷道布置类型、回采工作面接替等因素，并结合采区运输、通风条件，可确定采区内同时生产的回采工作面数目，从而确定采区生产能力。
为实现合理集中生产，减少初期工程量和基建费用，并能够早投产，一般以一个开采水平来保证矿井设计能力。
因此，矿井内同时生产的采区个数，实际上就是一个水平内同时生产的采区个数。
目前不同生产能力矿井的同采采区个数可参考下列数值，但有些综合化机械程度高的大型矿井只要一个工作便可达产，即“一矿、一井、一区、一面”。
矿井生产能力/万t·a-160以下90，120150，180240，300
同采采区个数/个1～222～33～4
3.2.3矿井服务年限
矿井生产能力应与其储量相适应，以保证有足够的矿井和水平服务年限，依据《煤炭工业矿井设计规范》矿井设计生产能力，宜以一个开采水平保证，且矿井及第一水平的设计服务年限，不应小于表3-4的规定。
在划定的井田范围内，当矿井生产能力A一定时，可计算出矿井的设计服务年限T
其计算公式为：
T=Zｋ/A×K
式中：
Zｋ—可采储量，万吨；
A—工作面生产能力；
K—煤矿储量备采系数,1.3～1.5；k取1.4；
第一水平的服务年限可依据上述公式：
T1=Zg/A×R
式中：
T1—第一水平的服务年限；
A、K同上。
表3-2我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限
矿井设计生产能力（Mt/a）
矿井设计服务年限（a）
第一开采水平设计服务年限（a）
煤层倾角
<25°
煤层倾角
25°～45°
煤层倾角>45°
6.0及以上
70
35
—
—
3.0～5.0
60
30
—
—
1.2～2.4
50
25
20
15
0.45～0.9
40
20
15
15
根据矿井井田斜长（垂高）的大小、开采煤层的多少和煤层倾角的陡缓，本井田内可设一个、两个或三个开采水平。
开采水平的划分与井田内阶段的划分密切相联系，而井田内划分阶段多少主要取决于井田斜长和阶段尺寸大小以及地质和水文条件。
阶段倾斜方向尺寸大小以阶段垂高或斜长表示。
前面说过，阶段是按标高划分的，阶段上下边界的标高一经确定，阶段垂高即为定值。
然而阶段斜长却因煤层倾角的不同而变化同一个井田的两翼，甚至相邻的两个采区，因倾角不同而阶段斜长不等是很普遍的。
开采水平的尺寸以水平垂高表示。
水平垂高是指该水平开采范围的垂高。
若一个开采水平只开采一个上山阶段，阶段的垂高就是水平的垂高，通常所说的水平高度，如不附加说明，即指阶段高度。
若一个水平开采上下山各一个阶段，水平垂高就应是这两个阶段的总垂高。
在极少数情况下，一个开采水平开采两个上山阶段，水平垂高就应包括两个上山阶段的垂高。
对开采近水平煤层的矿井，井田内各煤层的斜长可能很长，但其垂高并不大，也不划分为阶段，而是划分为盘区或带区。
如开采煤层不多、上下可采煤层的间距不大，可以采用单水平开拓。
如开采煤层数目较多，上下可采煤层的间距较大，就要划分煤组，各煤组分别设置开采水平，实行多水平开拓。
在这种情形下，水平垂高与煤层的斜长没有直接关系，这一点与阶段划分开采水平是不同的。
根据本井田的煤层走向和倾向以及水文地质条件，整个井田为缓倾斜煤层，煤层平均倾角为19o，整个井田的倾斜长度不是很大，约1400米，但是井田的垂高较大，依据《煤炭工业矿井设计规范》当矿井划分为阶段开采时，缓倾斜、倾斜煤层阶段垂高200～350m为宜。
故将本井田的阶段分为两个阶段为宜，一阶段为–100～-400、二阶段为-400～-600。
表3-1-3为水平划分的阶段参数：
表3-3水平划分的阶段参数
方案
划分阶段数目/个
阶段斜长/m
阶段垂高/m
两个水平
2
1160
971
300
200
根据上述计算方法和水平的划分，在不同水平划分情况下矿井服务年限，各水平的储量为
水平
煤层
可采储量（万吨）
一
Ｂ1
1780.29
Ｂ2
3434.39
合计
5214.68
二
Ｂ1
1138.22
Ｂ2
2195.76
合计
3333.98
服务年限请参阅表3-4
表3-4服务年限比较表
方案
井型
服务年限
备注
第一水平
第二水平
合计
K=1.4
90
42
28
70
120
31
20
51
150
25
17
42
根据设计规范，当分两个水平开采时，设计生产能力为90万t/a时，矿井服务年限要大于40年，第一水平设计服务年限虽然大于20年，且下水平的服务年限也满足要求，矿井生产能力为90万t/a符合设计要求。
但是服务年限70年太长。
当设计能力为120万t/a时，第一水平的服务年限要大于25年，总服务年限大于50年，所以矿井生产能力为120万t/a符合《煤炭工业设计规范》要求。
当设计能力为150万t/a时，第一水平的服务年限要大于25年，总服务年限大于50年，所以矿井生产能力为150万t/a不符合《煤炭工业设计规范》要求。
所以，选定矿井设计生产能力应为120万t/a，为合理井型，该矿井的服务年限为51年。
矿井设计生产能力应取120万t/a，所以本矿为特中型矿井。
按年工作日为330天，可知本矿的日生产能力为：
Ä=A/330=3636.36t
所确定的结果是符合《煤炭工业设计规范》的要求。
第四章井田开拓
4.1井田开拓的基本问题
井田开拓是指在本井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。
这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。
合理的开拓需要对技术可行的几种开拓方式进行经济比较才能确定。
井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需要认真研究：
（1）确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业广场的位置。
（2）合理确定开采水平的数目和位置。
（3）布置大巷及井底车场。
（4）确定矿井开采程序、做好开采水平的接替。
（5）进行矿井开拓延伸、深部开拓及技术改造。
（6）合理确定矿井通风、运输及供电系统。
确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较后才能确定合理的方案。
在解决开拓问题时，应遵循下列原则：
（1）贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤、高产高效创条件。
在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓量，尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。
（2）合理集中开拓部署，简化生产系统，避免产生分散，做到合理集中生产。
（3）合理开发国家资源，减少煤炭损失。
（4）必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。
要建立完善的通风、运输、供电系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，是主要巷道经常保持良好状态。
（5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术，新工艺、发展采煤机械化、综掘机械化，自动化创造条件。
（6）根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其他有益矿物的综合开采。
4.1.1井田内地质构造，水文条件对开采的影响
井田构造中等,为“北北东、南南西之单斜构造”，在南边缘出现北西向裙边褶皱,井田构造以断裂为主,主导断裂的是纵贯矿区的三都平野断层,伴随它的有抬轿垄断层，白石江断层。
它们都具压扭断裂性质，对煤层破坏较大，三都平野断层直接控制矿区含煤地层的分布，抬轿垄断层，白石江断层及其分支断层对煤层破坏性大，对井田深部煤层评价及煤炭开采有极为不利的影响，另一组断裂为倾向断裂，具有张扭断裂性质有唐垄一断层、唐垄三断层、唐垄五断层、唐垄六断层，它们虽然落差较小，但直接关系到矿井采区的划分。
杨梅垄层整合与出炭垄之上，以灰黑色粉砂岩和页岩为主，是煤田的主要含煤地层，二煤、四煤等两个煤层，其煤层的顶低板均为粉砂页岩二煤系简单煤层。
四煤煤为单一煤层、质纯，由镜煤组成，本层普遍存在，极为稳定
本井田水文地质条件较简单，目前矿井正常涌水量为205m3/h。
矿井涌水与大气降雨密切相关，随大气降雨的增大而增大，浅部老空区及断层水对矿井充水有一定的影响。
开采煤层属于底沼气煤层，瓦斯绝对涌出量为2.285m3/min,相对涌出量为4.3076
/t。
煤层易松散破碎，煤尘较大，根据煤尘爆炸性试验，煤层具有强爆炸危险，煤层不易自燃，但在2009年2月份井下唐洞八一井下煤层发生自燃，目前正在紧急控制当中。
综上分析，一井井田的开发条件相对比较好。
开采难度不大，这为开发创造了较好的自然条件。
4.1.2工业场地的位置选择
工业场地实际反映了井筒的位置，除了地势较高的山区采用平硐开拓以外，一般井口都在工业场地内。
工业场地是指矿井地面工业生产的场所，包括生产指挥机构在内。
在工业场地选择时，一般注意以下几个方面。
（一）工业场地尽量位于井田中央或沿走向煤炭运量的中心，以形成双翼井田，降低运输、通风、巷道维护费用，做到生产均衡，综合经济效益好；
（二）不压煤或少压煤；
（三）有较好的地形和工程地质条；
（四）便于地面生产系统间相互连接以及修筑铁路专用线与国铁接轨，要求地面平坦，高差不能太大；
（五）尽量不占良田，少占农田，不拆或少拆村庄；
（六）工业广场的占地面积应不大于表4-1。
表4-1矿井工业广场占地指标
井型
大井型
中井型
小井型
占地指标（公顷/10万吨）
0.8～1.1
1.3～1.8
2.0～2.5
注：
如附设矿井选煤厂时，增加的数值为同类矿井占地面积的30～40%。
本矿井设计生产能力为120万吨每年，为大型矿井，取系数1.0所以工业广场占地面积为12公顷。
图4-1工业广场位置方案图
本矿井地表较平坦，表土层不厚，地面标高在+175～+400米不等，由地质地形图知从西北到东南逐渐增高，经综合考虑，井田内的工业场地的布置有3种可选方案：
井筒位置布置在井田中央接近储量中心沿井田倾斜方向的中下部；
方案见上图4-2
方案优缺点参阅表4-2
表4-2井口位置方案
名称
主要优点
主要缺点
方案
距离储量中心线近，井下运输功少；距离西南和东北的两条公路较近，地面运输方便
井下压煤稍小，距铁路比方案二距铁路远
可见方案技术上经济上都是可行。
4.2水平划分及布置
开采水平的划分与井田内阶段的划分密切相联系，而井田内划分阶段多少主要取决于井田斜长和阶段尺寸大小以及地质和水文条件。
阶段倾斜方向尺寸大小以阶段垂高或斜长表示。
前面说过，阶段是按标高划分的，阶段上下边界的标高一经确定，阶段垂高退职为定值。
然而阶段斜长却因煤层倾角的不同而变化同一个井田的现金翼，甚至相邻的现金个采区，因倾角不同而阶段斜长不等是很普遍的。
开采水平的尺寸以水平垂高表示。
水平垂高是指该水平开采范围的垂高。
若一个开采水平只开采一个上山阶段，阶段的垂高就是水平的垂高，通常所说的水平高度，如不附加说明，即指阶段高度。
若一个水平开采上下山各一个阶段，水平垂高就应是这两个阶段的总垂高。
在极少数情况下，一个开采水平开采两个上山阶段，水平垂高就应包括两个上山阶段的垂高。
对开采近水平煤层的矿井，井田内各煤层的斜长可能很长，但其垂高暗藏不大，也不划分为阶段，而是划分为盘区。
如开采煤层不多、上下可采煤层的间距不大，可以采用单水平开拓。
如开采煤层数目较多，上下可采煤层的间距较大，就要划分煤组，各煤组分别设置开采水平，实行多水平开拓。
在这种情形下，水平垂高与煤层的斜长没有直接关系，这一点与阶段划分开采水平是不同的。
根据《煤矿矿井采矿设计手册》，一般阶段垂高见表4-3。
表4-3阶段垂高
煤层
缓倾斜、倾斜煤层
急倾斜煤层
阶段高度（m）
200～350
100～250
但是，根据《急倾斜煤层开采》，在解放后，由于生产技术的提高，急倾斜煤层的阶段垂高在很多矿井设计中也有了很大的提高，有的达到200，230以及250米的垂高，甚至有矿井的垂高达到了270米，而且效果比较好。
《煤矿矿井采矿设计手册》规定，为使每个开采水平有足够的储量保证服务年限，可按下列公式计算必须的阶段高度。
H=
式中H—阶段垂高，m；
T—水平服务年限，a；
A—矿井年产量，t；
K—储量备用系数，可取1.4；
α—阶段内煤层平均倾角，度；
S—井田走向长度，m；
M—阶段内煤层累计厚度，m；
γ—煤的容重，t/m3，可取1.3～1.4；
C—采区回采率，取0.80。
带入数据计算第一水平的阶段垂高：
H=300m
本井田的煤层属缓倾斜煤层，《煤炭工业矿井设计规范》规定：
阶段垂高为200～350米，第一水平的设计服务年限不小于25年。
根据设计服务年限必须满足第一水平要求，将本井田划分为二个水平。
具体每个水平的阶段范围和服务年限如表4-4所示。
表4-4水平划分表
水平名称
阶段范
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