伯方煤矿120万吨新井设计-基于3DSMax和VR-Platform的采矿虚拟现实矿井系统开发-长壁工作面无支护水力开采研.doc

中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第IV页目 录一般部分11 矿区概况及井田地质特征21.1矿区概述21.1.1交通位置21.1.2地形地貌21.1.4气象地震21.1.5矿区电源及建筑材料41.2井田地质特征41.2.1井田地形概况及勘探程度41.2.2井田地层构成41.2.3井田地质构造71.2.4井田水文地质71.3煤层特征81.3.1煤层埋藏条件81.3.2煤质91.3.3瓦斯、煤尘及自燃性101.3.4其他有益矿产102 井田境界和储量112.1井田境界112.1.1井田范围及尺寸112.1.2开采界限112.2矿井储量计算112.2.1储量计算依据112.2.2地质储量计算122.2.3工业储量计算132.3矿井可采储量132.3.1矿井保护煤柱留设原则132.3.2矿井保护煤柱计算142.3.3矿井可采储量的计算143 矿井工作制度、设计服务年限及生产能力153.1矿井工作制度153.2矿井生产能力及服务年限153.2.1矿井生产能力设计原则153.2.2矿井设计生产能力及服务年限153.2.3第一水平服务年限校核164 井田开拓174.1井田开拓的基本问题174.1.1井筒形式的确定174.1.2井筒位置的确定184.1.3工业广场的位置204.1.4开采水平的确定204.1.5大巷与煤层间的关系204.1.6采带区接替顺序204.1.7开拓方案技术经济比较204.1.8开拓方案综合比较254.2矿井主要巷道254.2.1井筒254.2.2井底车场及硐室294.2.3主要开拓巷道315 准备方式带区巷道布置345.1煤层地质特征345.1.1带区位置345.1.2带区煤层特征345.1.3煤层顶底板情况345.1.4水文地质355.1.5地质构造355.1.6地表情况355.2带区巷道布置及生产系统355.2.1确定带区巷道布置及生产系统的原则355.2.2带区巷道布置365.2.3带区生产系统365.2.4带区巷道掘进方法385.2.5带区生产能力及采出率385.3带区车场选型396 采煤方法416.1采煤工艺方式416.1.1带区煤层特征及地质条件416.1.2确定采煤工艺方式426.1.3回采工作面参数436.1.4放顶煤参数446.1.5工作面采出率计算456.1.6综采放顶煤工作面的设备选型及配套456.1.7采煤机工作方式506.1.8放顶煤工艺流程516.1.9工作面端头支护与超前支护536.1.10劳动与循环组织536.1.11工作面吨煤成本556.1.12综合机械化采煤过程中应注意事项576.2回采巷道布置586.2.1回采巷道布置方式586.2.2回采巷道参数587 井下运输617.1概述617.1.1矿井设计生产能力及工作制度617.1.2煤层及煤质617.1.3运输距离和辅助运输设计617.1.4矿井运输系统617.2带区运输设备选型627.2.1设备选型原则627.2.2带区运输设备选型及能力校核627.3大巷运输设备选型647.3.1运输大巷设备选型647.3.2辅助运输大巷设备选型647.3.3运输设备能力验算668 矿井提升678.1矿井概况678.2主斜井提升678.2.1主斜井提升678.2.2检修道设备688.3副斜井运输699 矿井通风与安全709.1矿井概况709.1.1矿井地质条件709.1.2开拓准备方式709.1.3开采方法709.1.4井下硐室719.1.5工作制和人数719.2矿井通风系统的确定719.2.1矿井通风系统的基本要求719.2.2矿井通风方式选择719.2.3矿井通风方法选择739.2.4带区通风系统要求749.2.5带区通风方式确定749.3矿井风量分配759.3.1回采工作面需风量759.3.2备用工作面需风量769.3.3掘进工作面需风量769.3.4井下硐室需风量789.3.5其他巷道需风量789.3.6矿井总风量789.3.7风量分配799.4全矿井巷通风阻力809.4.1矿井通风总阻力计算原则809.4.2通风容易时期和通风困难时期最大阻力路线的确定809.4.3计算全矿通风阻力849.5矿井通风设备选型859.5.1矿井通风机选型859.5.2电动机选型889.5.3对矿井通风设备要求889.5.4反风、风硐的基本要求889.6安全灾害的预防措施899.6.1预防瓦斯和煤尘爆炸的措施899.6.2预防井下火灾的措施899.6.3防水措施89参考文献91专题部分92基于 3DS Max和VR-Platform 的采矿虚拟现实矿井系统开发93翻译部分114英文原文 Hydraulic Sluiced Longwall Mining without Supports115中文译文 长壁工作面无支护水力开采研究122致 谢128 中国矿业大学2012届本科生毕业设计 第73页一般部分1 矿区概况及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1交通位置伯方井田位于山西省高平市城区西北约7km处的寺庄镇伯方村西，地理坐标为北纬35°485235°5252，东经112°4746112°5636，为沁水煤田高平矿区王报井田的一部分。太（原）焦（作）铁路由矿井井田东部通过，该铁路向南与京广、焦柳及陇海线相接，并可转运至连云港港口和石舀所港口，向北至榆次与同蒲铁路相连。公路运输向北至长治、太原，南至晋城、焦作、洛阳、郑州，西至候马。矿井距207国道1.5km，并有专用铁路线9.87km，专用铁路从高平车站接轨，直通矿井工业场地，交通十分方便（见图1-1）。1.1.2地形地貌井田位于太行山中南段西侧，西侧的王龙山，为沁水与丹沟的分水岭，北部的丹珠岭大保头山为浊漳河南源与丹河的分水线，井田内地形为西北高、东南低的低山丘陵，最高在井田中部，标高为 1130m，最低在柏枝庄村东南部，标高为881.35m，最大相对高差为248.65m。在标高950m以上多为基岩出露，沟谷发育，沟谷呈树枝状展布，在标高950m以下，则为黄土丘陵区，黄土覆盖较厚，悬崖陡壁发育，大部分开垦为梯田，河床两岸为黄土和近代冲积层。一般可划分为三个阶地，级阶地高出河床12m，级阶地高出河床58m，级阶地高出河床1525m。1.1.3河流水系本区主要河流为丹河，纵贯井田东部边侧。较大的支流有高良河及杜寨河，高良河延入井田北部，杜寨河延入井田西南部，总的流向自西北流向东南与地形坡度基本一致。丹河常年有水，最高洪水位高出河床约33.5m，至南部高平高庙山断层带，全部漏失于奥陶系石灰岩中。杜寨河流量不大，至南部许家沟全部漏失于奥陶系石灰岩中。成为间歇性河流。井田以北有釜山水库，库容量为295万立方米。在井田西北枣河村有一干水库，库容量为25万立方米，井田西部的沟南村有一干水库，库容量为15万立方米。1.1.4气象地震本区属大陆性气候，平均年降水量为557mm，最大为640.7mm，最小为446.7mm，雨季集中在7、8、9三个月；平均年蒸发量最大为2089.2mm，最小为640.7mm，平均为1364.5mm，蒸发量是降水量的2.5倍左右。历年最高日气温为36，七月份平均为23.7，最低日气温为19.2，一月份平均为-56.4，全年平均气温为9.8，春冬多西北风，夏秋多东南风和南风，风力一般为34级，最大6级，每年10月中旬至翌年4月中旬为霜冻期，历时150180天，最大冻土深度0.48m。根据山西省地震基本烈度区划图说明书本区地震烈度为6度，区内没有发生过大于5级地震，仅在屯留一带发生过4.3级地震。图1.1 矿区交通位置图1.1.5矿区电源及建筑材料矿区距离北庄和马村最近，电源一回可引自北庄110kV变电站35kV母线。线路为LGJ95和LGJ70架空线，13公里；另一回35kV电源可引自马村110kV变电站35kV母线，线路为LGJ120架空线，19公里。建筑所需材料，当地市场可满足供应，除黄砂需由火车从外地调运外，其它材料均可在本地区购到，且材料价格合适，能够满足矿井建设的需要。1.2井田地质特征1.2.1井田地形概况及勘探程度伯方井田为原高平矿区王报井田的一部分，位于王报井田中部的高级储量区，19571959年华北煤田地质局152勘探队在王报井田进行了精查勘探，施工钻孔71个，钻探进尺为11695.67m，提交了王报南精查地质报告，王报北精查地质报告经1962年复审为不合格。1964年3月以山西省煤炭工业管理局地质勘探局119勘探队为主，114、148勘探队为辅，对王报井田重新进行精查勘探，历经7个月，施工43个钻孔，钻探进尺9736.88m，其中水文孔2个，水文钻探进尺560.76m。于1964年11月提交山西省沁水煤田高平矿区王报井田地质勘探最终报告，经复审评价为优。王报井田精查勘探采用钻探测井为主，地面物探为辅的综合勘探方法，采用1000×750m的基本工程密度控制A级储量，中南部复杂地段加密工程进行必要的控制。井田内基本上为一单斜构造，走向北东，倾向北西，倾角一般小于8度，南、北构造复杂程度有别，北部褶曲少而断层多，南部断层少而褶曲多，主要可采3号煤层，全区稳定可采，将勘探类型定为一类一型较合理。精查勘探查明了井田的构造形态和复杂程度，主要褶皱得到了控制；控制了主要断层的位置和落差；查明了可采煤层的层数、层位、厚度结构和可采煤层的可采范围；详细了解了陷落柱对煤层的影响；查明了可采煤层的煤质特征及其变化情况，确定了各煤层的煤类为单一的无烟煤；查明直接充水含水层和间接充水含水层的岩性、厚度、埋藏条件、水位、水质、富水性，查明了隔水层的厚度、岩性组合，查明了直、间接充水含水层、地表水的水力联系以及地下水的补给、迳流和排泄条件，基本查明了对矿井充水影响的断层的水文地质特征；详细了解了可采煤层的顶、底板的工程地质特征。储量计算利用工程质量可靠，各级储量圈定合理。1.2.2井田地层构成根据地表出露和钻孔揭露情况，井田内发育的地层有奥陶系中统峰峰组，石炭系中统本溪组、上统太原组，二迭系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组，第四系中、上更新统、全新统，现将地层由老至新叙述如下：一、奥陶系中统峰峰组（O2f）地表未出露，据部分钻孔资料，岩性为兰灰色，致密厚层状石灰岩，顶部为浅黄色的泥灰岩。二、石炭系（C）（1）中统本溪组（C2b）主要为浅灰色铝土质泥岩，局部沉积有薄煤层及黄铁矿，平均厚度为13.40m。（2）上统太原组（C3t）底部以K1砂岩与本溪组分界，为井田主要含煤地层之一。厚度65.1194.15m，平均厚度79.95m。主要岩性为深灰色、黑色的泥岩、砂岩，灰、灰黑色的石灰岩和煤层。三、二叠系（P）（1）下统山西组（P1s）井田主要含煤地层之一，底部以K7砂岩与太原组分界，厚度50.3860.53m，平均55.29m。主要岩性为灰黑色的泥岩、砂岩、煤层。（2）下统下石盒子组（P1x）底以K9砂岩与山西组分界，顶以桃花色铝质泥岩与上石盒子组分界，该组厚70.3094.47m，平均厚87.54m。下段岩性主要为浅黄灰、灰黑色泥岩、粉砂岩，夹数层黄绿色中细砂岩，上段主要岩性为黄绿色的中粗及巨粒长石石英砂岩、厚层状和杏黄色的粉砂岩、泥岩、桃花色铝质泥岩。（3）上统上石盒子组（P2s）底部以一层黄绿色中细粒砂岩（K10）与下石盒子组分界，顶部多被剥蚀，最大残留厚度500m左右。从岩性、颜色可将该组分为三段：下段为杏黄色、紫色粉砂岩，泥岩夹数层透镜状石英长石砂岩。中段是红、黄、紫色的泥岩和几层不稳定的灰白色的砂岩。上段为葡萄紫色泥岩和巨厚黄绿色、灰白色中、粗粒石英长石砂岩互层。四、第四系（Q）（1）中、上更新统（Q2+Q3）为浅红色亚粘土和淡黄色亚砂土、粉砂土，分布于低山丘陵之上的广大地区，厚度055.00m，与下伏地层不整合接触。（2）全新统（Q4）为近代冲积层，分布于井田大小沟谷中，在河漫滩为砂、淤泥和砾石，在中低山傍多为坡积、残积物，厚度05.00m左右。 图1-2 地质综合柱状图1.2.3井田地质构造高平矿区处于太行山背斜中南段西翼，沁水盆地东南边缘，呈走向北东，倾向北西的单斜构造，地层倾角一般为28°。本井田位于高平矿区西部，即单斜下部，井田内褶皱和断层发育，南北构造特征各异。发育的褶皱如下：（1）乔家沟向斜：位于井田东南界处，轴向近南北，南部略偏西，东翼倾角36°，西翼倾角12°，向北倾伏于伯方煤矿井田内，在613、618、619号钻孔间形成盆状向斜，轴向延展长度3000m。（2）乔家沟鼻状背斜：位于井田东南界外的乔家沟煤矿至613号钻孔间，轴向平行于乔家沟向斜，轴部较平缓，向北倾伏，轴向延展长度1800m。（3）柳树底向斜：位于35号钻孔与柳树底村，32号与640号钻孔之间，轴向N60°E，向南至杜寨村转为N30°E，东翼倾角10°14°，西翼于639629号钻孔间产生轴向为SW向的附生背斜至吴庄一带转为轴向N36°E的单斜产状。该向斜轴向延展长度3000m，在本井田内延伸长度为1000m左右。（4）伯方东背斜：位于井田东界外伯方村东500m处，轴向N10°20°E，轴部出露中奥陶系石灰岩，西翼倾角4°6°，东翼被寺庄甲断层破坏，呈穹窿状。（5）申头村向斜：轴部位于申头村至高良村北，轴向N70°W，北翼地层走向近南北向，倾角6°10°，南翼为东西向，倾角912°。发育断层如下：（1）F2、F3、F4断层：F2、F3走向相互平行，为北55°70°东，由西向东相距200300m，倾向相反构成地堑，随后合并为F4断层。F4断层自后河村南由落差812m向东至624号孔落差增大至1315m，整个断层延长3500m，井田内1800m。1.2.4井田水文地质一、含水层高平矿区位于太行山背斜西麓南段，区域水文地质单元属沁水盆地，山地丘陵水文地质分区属郭壁泉的泾流区，区域内分布着中奥陶系、石炭系、二迭系及第四系地层，按地下水埋藏条件可分为孔隙水、裂隙水和裂隙岩溶水三类。本井田内地下水类型与区域水文完全一致，井田内主要含水层为：（1）奥陶系石灰岩含水层主要为奥陶系石灰岩裂隙溶洞水，在高平矿区东北部埋藏较深，至南部晋城矿区以东河谷以泉水形式出露。根据井田东北部3公里的望云井田，13号钻孔探测，水位标高为+694.68m。该含水层水量丰富，是良好的供水水源。（2）太原组K2、K3石灰岩含水组该含水组为石灰岩层间裂隙溶洞水，是15号煤层顶板，裂隙溶洞在浅部及断层裂隙处发育，深部很少。其中K2石灰岩富水性较强，厚度为5.429.76m，根据抽水试验，单位涌水量为0.00270.68L/s.m，渗透系数为0.2717.43m/d，水位标高713.77764.31m。（3）太原组K5、K6石灰岩含水组该含水以K5石灰岩富水性较好，厚度为3.199.57m，单位涌水量为0.010.705L/s.m，渗透系数为0.1548.20m/d，水位标高777.61832.54m。（4）山西组K8砂岩含水组K8砂岩为3号煤层顶板，平均厚度为10.39m，为层间裂隙水，单位涌水量为0.000510.0595L/s.m，渗透系数为0.00620.535m/d，水位标高为866.22891.32m。（5）下石盒子基底砂岩含水层主要为层间裂隙水，大部分位于河床侵蚀面以上，据608号孔抽水试验，水量为0.00074L/s.m，含水微弱，水位标高为979.68m。（6）风化裂隙水风化深度一般为2550m，砂岩含水层，石灰岩裂隙潜水，以大气降水和地表水为其补给来源，流量随地形变化很大，据43号、50号水文孔抽水试验，单位涌水量为0.5950.638L/s.m，渗透系数为0.5355.05m/d。（7）第四系孔隙潜水含水层主要为第四系砂、砂砾层孔隙水，分布于丹河、杜寨河河谷的冲积层，为当地居民和农业灌溉用水的主要水源。据伯方村一带水井简易抽水试验，单位涌水量为0.0941.55L/s.m，渗透系数为0.4574.60m/d。二、隔水层（1）本溪组隔水层位于15号煤层与奥陶系界面之间，为铝质泥岩、粘土岩隔水层，厚度变化大，裂隙不发育，隔水性能一般。（2）太原组隔水层太原组含水层之间均有稳定的隔水层，以泥岩、粉砂岩为主，裂隙不发育，隔水性能良好。（3）山西组隔水层由山西组的粉砂岩、泥岩、煤层组成多层隔水层，层位稳定，厚度大，为良好的隔水层。三、矿井充水条件及各含水层的水力关系本井田地层由东向西倾斜，丹河及其支流自西北流向东南，横切煤系上覆地层，且东北部和局部地段断层横贯河床，给矿床充水带来复杂因素，但井田内地形为西北高东南低，河谷切割很多，坡度较大，成为良好的天然排水网，又因煤系及其上覆地层有良好的隔水层，特别是第四系底部沉积有广泛的红土层，挡住了地面河水及其上部含水层的下渗，使水文地质条件趋于简单，给矿井开采带来有利条件。由于煤系其上覆地层为石灰岩、砂岩、泥岩互层，各含水层均有其独立的水文地质特征，在正常情况下，不会发生水力联系，且含水层埋藏愈深，隔水层愈厚，富水性愈弱，给矿井开采疏干创造了极为有利的条件。1.3煤层特征1.3.1煤层埋藏条件本井田内主要含煤地层为二迭系下统山西组和石炭系上统太原组，含煤地层总厚平均为135.24m，共含煤15层，其中可采煤层4层，煤层总厚度为14.42m，可采煤层总厚度为11.27m，含煤系数为8.33%，下石盒子仅含12层不稳定的煤线。山西组含煤地层平均厚度为55.29m，含煤4层，编号为 1、 2、 2下、3号，煤层总厚为7.7m，其中2号、3号煤为可采煤层，可采煤层厚度7.41m，含煤系数为13.40%。太原组含煤地层平均厚度为79.95m，含煤11层，编号为5、7、8、9上、9、10、11、12、13、15、15下，煤层总厚为6.22m，其中9号、15号煤为可采煤层，可采煤层厚度为3.86m，含煤系数为4.3%。2号煤层：位于山西组上部，厚度为01.02m，平均厚度0.68m，结构简单，局部可采。2号煤层与3号煤层间距为1830m，平均22.84m。煤层顶板大多为粉砂岩，底板为泥岩或粉砂岩。煤层可采性指数（km）为0.44m，煤层厚度变异系数（r）为27%，属极不稳定煤层。3号煤层：位于山西组中部，距9号煤层4852m，一般49.25m左右，煤层厚度5.287.60m，平均厚度为5.5m，煤层结构简单，偶含夹矸13层，顶板岩性大多为厚层灰黑色粉砂岩及泥岩，底板为灰黑色粉砂岩或泥岩。煤层可采性指数（km）为1，厚度变异系数（r）为24.7%，属稳定煤层。9号煤层：位于太原组中部，距15号煤层3240m，平均33.46m，煤层厚度为01.16m，平均0.85m，煤层结构简单，偶含一层夹矸，顶板岩性为泥岩，局部为粉砂岩，底板为深灰、黑色泥灰岩。煤层可采性系数（km）为0.83，厚度变异系数为27%，属极不稳定煤层。15号煤层：位于太原组底部，煤层厚度为2.56.18m，平均厚度3.01m，结构较复杂，顶板岩性为厚层石灰岩，底板为灰白色粘土质泥岩。煤层可采性指数（km）为1，厚度变异系数为23%，属稳定煤层。各可采煤层特征详见表1-1。表1.1 可采煤层特征表含煤地层煤层编号厚度（m）最小最大平均厚度间距（m）最小最大平均结构稳定性可采性备注山西组200.120.68183023简单极不稳定局部可采35.287.606.73简单稳定全区可采偶含夹矸13层485249.25太原组901.160.85简单极不稳定局部可采偶含夹矸1层34033.46152.506.183.01简单稳定全区可采1.3.2煤质本井田各可采煤层均呈灰黑黑色，条痕色为黑褐色，金属半金属光泽，内生裂隙中等发育，参差状断口，具有均一状结构，夹亮煤条带，块状粒状构造，煤层层理不明显，煤的真密度1.451.50，视密度1.401.45，摩氏硬度1.52.5，质较软，污手。3号煤层底部煤质较软易碎，9、15号煤层含黄铁矿结核多。各可采煤层主要煤质指标见表1-2。表1-2 可采煤层主要煤质指标类别水分(Mad)(%)灰分(Ad)(%)挥发分(Vdaf)(%)全硫(St.d)(%)发热量(MJ/kg)煤类煤层编号最小最大平均最小最大平均最小最大平均最小最大平均最小最大平均20.241.701.0913.0221.5716.978.8717.8710.970.300.850.4223.1331.1429.26无烟煤30.211.431.099.0325.9016.754.3219.0511.540.250.570.3525.5631.8330.60无烟煤90.581.471.1610.5930.4418.908.3212.9410.162.454.512.0823.9330.2629.60无烟煤150.241.350.778.4328.2716.417.7013.399.762.348.224.5828.4931.6029.43无烟煤1.3.3瓦斯、煤尘及自燃性据王报井田地质报告提供，勘探中于608、612、622、643号四个钻孔取3号、15号煤瓦斯样试验，从试验结果分析：“井田内各可采煤层瓦斯含量均低”。周边井田开采3号煤层经鉴定均为低瓦斯煤层。3号煤层煤尘爆炸性试验结果为火焰长度为0，属无爆炸危险性煤层。3号煤层煤样的自燃倾向性测试结果为吸氧量为1.0484cm3/g，煤层自燃发火等级为级，属不易自燃煤层。且周围矿井开采3号煤层没有自然发火记录。1.3.4其他有益矿产井田内除煤以外的有益矿产以铝土矿为主，尚有粘土矿、黄铁矿和石灰岩，分散元素和放射性矿物在煤和岩石中的含量极微。二叠系铝土矿，位于下石盒子组顶部，即K11出露于相枝庄、后河、越家山、伯方矿及柳树底一带，全层厚814m，地面呈鲜艳的紫约、灰黄色带，称桃花色铝质泥岩，肉眼鉴定其品位变化大，一般上部质量较佳，厚4.80m，中部则多以铁铝混合岩，表面风化后，有黑色的锰铁矿壳皮。石炭系铝土矿，位于本溪组底部，厚度和品位变化较大，厚311m，上部色灰白质纯，下部深灰色呈鲕状，有的地方被砂岩取代。另外15号煤层内伴生黄铁矿，3号煤层顶、底板中V2O5含量较高，达0.0390.051%，可考虑提取。2 井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田范围及尺寸井田地理坐标为北纬35°485235°5252，东经112°4746112°5636。根据山西省国土资源厅2004年11月为该矿换发的1400000421264号采矿许可证，北部与高良煤矿以F7、F8断层为天然界线，东、南、西以下列7个坐标点依次连线圈定：（1）X=532256，Y=3956904（2）X=531217，Y=3955408（3）X=531217，Y=3952744（4）X=535880，Y=3952744（5）X=535880，Y=3955205（6）X=535597，Y=3956110（7）X=535533，Y=3956904井田东西长度最大4.67km，最小3.50km，平均4.50km。井田南北长度最大3.97km，最小2.46km，平均3.60km。煤层倾角最大8o，最小2o，平均5o。井田面积为17.75km2。2.1.2开采界限本井田内主要含煤地层为二迭系下统山西组和石炭系上统太原组，含煤地层总厚平均为135.24m，共含煤15层，其中可采煤层4层。由于2号煤层平均厚度只有0.68m、2下号煤层平均厚度只有0.85m而且赋存极不稳定，15号煤层平均全硫4.58%属高硫煤，因此2号、2下号和15号煤层列为次边际经济（2S21、2S22）储量。井田主要开采3号煤层。2.2矿井储量计算2.2.1储量计算依据（1）煤炭地质资源地质勘探规范煤炭资源指标中无烟煤指标为：煤层最低可采厚度0.8m，最高灰分40%，最高硫分3%，最低发热量22.1MJ/kg。（2）储量厚度计算：夹矸厚度不大于0.05m时，与煤层合并计算；复杂结构煤层的夹矸厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤层的总厚度作为储量计算厚度。（3）本矿井设计对3号煤层进行开采设计。煤层情况：3号煤层平均厚度6.73m，密度1.45t/ m3。（4）井内主要煤层稳定厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探平均时可以采用地质块段的算术平均法。本次储量计算是在精查地质报告提供的1：5000煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠。地质块段法就是根据一定的地质勘探或开采特征，将矿体划分为若干块段，在圈定的块段法范围内可用算术平均法求得每个块段的储量。煤层总储量即为各块段储量之和，每个块段内至少应有一个以上的钻孔。块段划分如图2-1所示。图2-1 井田赋存情况示意图2.2.2地质储量计算根据煤炭工业设计规范，求得以下各储量类型的值：矿井地质储量计算公式见式2-1： （2-1）式中：矿井地质资源量，Mt；煤层平均厚度，m；煤层底面面积，m3；煤容重，t/ m3。将各参数代入式（2-1）中可得表2-1，所以地质储量为： =142.55（Mt）表2-1 3号煤层地质储量计算编号容重t/m2煤厚/m倾角/(°)面积/m2储量/Mt总储量/MtA1.455.502241768919.28142.55B1.455.505607057448.41C1.455.505350493427.95D1.455.503413592032.98E1.455.506168031713.402.2.3工业储量计算根据钻孔布置，在矿井地质资源量中，60%探明的，30%控制的，10%推断的。根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%的是经济的基础储量，30%的是边际经济的基础储量，则矿井工业资源/储量由式2-2计算。 Zg=Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333K （2-2）式中Zg工业储量，Mt；Z111b探明的资源量中经济的基础储量，Mt；Z122b 控制的资源量中经济的基础储量，Mt；Z2M11探明的资源量中边际经济的基础储量，Mt；Z2M22控制的资源量中边际经济的基础储量，Mt；Z333推断的资源量，Mt；k 可信度系数，取0.70.9。地质构造简单、煤层赋存稳定的矿井， 值取0.9；地质构造复杂、煤层赋存较稳定的矿井， 取0.7。该式取0.8。59.87（Mt）29.94（Mt）25.66（Mt）12.83（Mt）11.40（Mt）因此将各数代入式2-2得：139.70（Mt）2.3矿井可采储量2.3.1矿井保护煤柱留设原则（1）工业广场、井筒留设煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱。工业广场占地面积指标见表2-2。（2）各类保护煤柱按垂直剖面法或垂线法确定。岩层移动角参照周围矿区的观测记录，伯方井田岩层移动角取=72°,=70°，表土层移动角取=45°。其中，由第四章开拓巷道布置可知，为便于工作面布置，工业广场沿地理南北方向布置，即受护边界与煤层走向方向夹一锐角60°，根据采矿工程设计手册P331要求“当受护边界与煤层走向斜交时，应根据基岩移动角求得垂直于受护边界方向即伪倾斜方向的上山方向移动角和下山方向移动角。再确定保护煤柱。”查诺谟图得=72°,=70°。（3）维护带宽度：工业场地、风井场地20m，村庄10m，其他15m。（4）断层煤柱宽度30m，井田边界煤柱宽度20m。表2-2 工业广场占地面积指标井型/Mt·a-1占地面积指标/ha·(0.1Mt)-12.4及以上1.01.21.81.20.450.91.50.090.31.82.3.2矿井保护煤柱计算（1）井田边界保护煤柱：井田边界保护煤柱留设20m。则井田边界煤柱面积为495239m2，井田边界保护煤柱损失煤量为3.95Mt。（2）断层保护煤柱：断层保护煤柱留设30m。断层保护煤柱面积289829m2，断层保护煤柱损失煤量为2.31Mt。（3）工业广场保护煤柱：工业广场保护等级定为国家级，维护带宽度取20m；井型为1.2Mt·a-1，以1.2ha·(0.1Mt)-1标准工业广场面积为14.4ha（144000m2），工业广场为300m×500m的长方形，工业广场保护煤柱见图2-2，工业广场煤柱面积403208m2，工业广场煤损失煤量为3.22Mt。图2-2 工业广场保护煤柱示意图2.3.3矿井可采储量的计算根据生产矿井储量管理规程要求，可采储量计算公式见式2-2。 Zk（ZgP）×C (2-3)式中：Zk矿井可采储量，Mt； Zg矿井工业储量，Mt；P保护工业广场、井田边界等永久煤柱损失量，Mt；C 采区采出率，对于厚煤层取0.75 。则矿井可采储量为：Zk（ZgP）×C （139.709.48）×0.7597.60Mt3 矿井工作制度、设计服务年限及生产能力3.1矿井工作制度按照煤炭工业矿井设计规范中规定，参考关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明，确定本矿井生产按年工作日330天计算，三八制作业（两班生产，一班检修），每日两班出煤，净提升时间16h。3.2矿井生产能力及服务年限3.2.1矿井生产能力设计原则影响矿井生产能力的主要因素有：矿井储量条件；矿井地质条件；采煤工艺与技术装备水平；矿山经济及社会因素。随着科技机械水平的进步，提高装备水平、提高工作面单产和单进水平、减少同采采区和工作面个数成为建设高产高效矿井的途径和方向。3.2.2矿井设计生产能力及服务年限1.矿井设计生产能力因为本井田设计丰富，主采煤层赋存条件简单，井田内部无较大断层，比较合适布置大型矿井，经校核后确定本矿井的设计生产能力为1.20Mt/a。2.井型校核下面通过对设计煤层开采能力、辅助生产能力、储量条件及安全条件等因素对井型加以校核。（1）矿井开采能力校核伯方煤矿3号煤层平均厚度5.5米，为厚煤层，煤层平均倾角为5度，地质构造简单，赋存较稳定，矿井瓦斯含量及涌水小，布置一个工作面即可满足矿井的设计能力。（2）生产及辅助环节的能力校核本矿井为大型矿井，由第四章可知开拓方式为主斜副立井岩石大巷开拓，主井采用胶带连续运输，工作面生产原煤一律用带式输送机运到采区煤仓，运输能力很大，自动化程度很高，提升能力可以达到设计井型的要求，原煤外运不成问题。辅助运输采用罐笼，同时本设计的井底车场调车方便，通过能力大，满足矸石、材料及人员的调动要求。所以辅助生产环节完全能够满足设计生产能力的要求。（3）通风安全条件的校核本矿井煤尘不具有爆炸性、瓦斯含量相对较低，属于低瓦斯矿井，水文地质条件较简单。矿井通风采用中央并列式通风，井田面积17.75km2 ，经第九章计算可知，矿井生产建一个风井即可满足整个矿井通风的要求。本井田内存在若干小断层，已经查到且不导水，不会影响采煤工作。所以各项安全条件均可以得到保证，不会影响矿井的设计生产能力。（4）储量条件校核伯方井田储量丰富，煤层赋存稳定，顶底板条件好，断层褶曲少，倾角小，厚度变化不大，开采条件较简单，经济效益好，煤质为无烟煤，交通运输便利，市场需求量大，宜采用先进装备，建设大型矿井。井田的设计生产能力应与矿井的可采储量相适应，以保证矿井有足够的服务年限。参照大型矿井服务年限的下限（大于50a）要求，T取60a，储量备用系数取1.4，则矿井设计生产能力A为： A =Zk/( T×K) （3-1）式中：T 矿井的服务年限，a； Zk矿井的可采储量，万t； A 矿井的设计生产能力，万t/a； K 矿井储量备用系数，取1.3。则： A=97.60/ ( 60×1.4)=1.16Mt/a根据煤层赋存情况和矿井设计可采储量，按煤炭工业矿井设计规范规定，将矿井设计生产能力A 确定为1.2Mt/a，再计算矿井服务年限：T=Zk/(A×K) （3-2）则： T=97.6/（1.2×1.4）=58.09 a3.2.3第一水平服务年限校核伯方井田煤层总垂高为300m，总斜长近4000m，煤层倾角小,可以采用单水平开拓，一水平服务年限即为矿井总的服务年限。煤炭工业矿井设计规范规定：年产1.20Mt/a的大型矿井，矿井服务年限应不小于50年，对于煤层倾角小于25º的矿井，第一水平设计服务年限应不小于25年。详见表3-1。表3-1 各类井型的新建矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力（Mt/a）矿井设计年限(a)第一水平设计服务年限煤层倾角<25°25°45°>45°6.0及以上