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摘 要
本設計包括三個部分：一般部分、專題部分和翻譯部分。
一般部分為陳四樓1.5 Mt/a新井設計。陳四樓煤礦位于河南省永城市西北郊區(qū)，交通較為便利。井田傾向（東西）長約3.80 km，走向（南北）長約5 km，井田總面積為19.00 km2。主采煤層為2號煤層，平均傾角為9.73°，煤層平均厚度為7.43 m。井田地質條件較為簡單。
井田工業(yè)儲量為206.49 Mt，礦井可采儲量125.13 Mt 。該礦井服務年限為64.17 a，涌水量不大，礦井正常涌水量為894 m3/h，最大涌水量為1200 m3/h。礦井瓦斯涌出量較低，為低瓦斯礦井。
井田為立井兩水平開拓；長壁放頂煤采煤法；礦井通風方式為中央并列式。
礦井年工作日為330d，工作制度為“三八”制。
一般部分共包括10章：1.礦區(qū)概述及井田地質特征；2.井田境界和儲量；3.礦井工作制度及設計生產(chǎn)能力、服務年限；4.井田開拓；5.準備方式-盤區(qū)巷道布置；6.采煤方法；7.井下運輸；8.礦井提升；9.礦井通風與安全技術；10.礦井基本技術經(jīng)濟指標。
專題部分的題目為淺析采煤工作面斷層處災害機理及防治，主要針對斷層處災害機理，提出了部分防治措施。
翻譯部分主要內容長壁開采老空區(qū)上部地表殘余變形的機理與控制，英文題目為：Mechanism andcontrol of ground residual deformation over longwall goaf。
ABSTRACT
This design includes of three parts: the general part, special subject part and translated part.
The general part is a new design of Chensilou mine. Chensilou mine lines in north-west of Yongcheng in Henan province. The traffic of road and railway is convenience to the mine. The width of the minefield is 3.80 km ,the width is about 5.00 km，well farmland total area is 19.00km2.The two is the main coal seam, and its average dip angle is 9.73 degree. The thickness of the mine is about 7.43 m in all. The proved reserves of the minefield are 206.49 Mt. The recoverable reserves are 125.13 Mt. The designed productive capacity is 1.5 Mt percent year, and the service life of the mine is 64.17 years. The normal flow of the mine is 894 m3 percent hour and the max flow of the mine is 1200 m3 percent hour. The mineral well gas gushes the deal lower, for low gas mineral well.
The well farmland is two levels in vertical shaft development;the cole mine is the longwall mining;the centralized ventilation.
The working system “three-eight” is used in the Chensilou mine. It produced 330 d/a.
This design includes ten chapters: 1.An outline of the mine field geology; 2.Boundary and the reserves of mine; 3.The service life and working system of mine; 4.development engineering of coalfield; 5.The layout of panels; 6. The method used in coal mining; 7. Transportation of the underground; 8.The lifting of the mine; 9. The ventilation and the safety operation of the mine; 10.The basic economic and technical norms.
Special subject parts of topics is Analysis the disaster mechanism and prevention briefly when the coal face come at the fault place. Mainly aims at the disaster mechanism in the fault place, proposing the part prevention measure.
Translation part of main contentses is Mechanism andcontrol of ground residual deformation over longwall goaf.English topic is: Mechanism andcontrol of ground residual deformation over longwall goaf.
.
目 錄
一般部分
1 礦區(qū)概述及井田地質特征 …………………………………………………6
1.1 礦區(qū)概述…………………………………………………………………………6
1.2 井田地質特征 …………………………………………………………………8
1.3 煤層特征 ……………………………………………………………………12
2 井田境界和儲量……………………………………………………………16
2.1 井田境界…………………………………………………………………16
2.2 礦井工業(yè)儲量……………………………………………………………16
2.3 礦井可采儲量……………………………………………………………18
3 礦井工作制度及設計生產(chǎn)能力、服務年限………………………………24
3.1 礦井工作制度……………………………………………………………24
3.2 礦井設計能力及服務年限………………………………………………24
3.3井型校核…………………………………………………………………25
4 井田開拓……………………………………………………………………27
4.1 井田開拓的基本問題……………………………………………………27
4.2礦井基本巷道…………………………………………………………36
5 準備方式-帶區(qū)巷道布置…………………………………………………45
5.1 煤層的地質特征…………………………………………………………45
5.2 帶區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)……………………………………………46
5.3 帶區(qū)車場選型設計……………………………………………………52
6 采煤方法……………………………………………………………………53
6.1 采煤工藝方式……………………………………………………………53
6.2 回采巷道布置…………………………………………………………64
7 井下運輸……………………………………………………………………70
7.1 概述………………………………………………………………………70
7.2 帶區(qū)運輸設備選擇……………………………………………………………71
7.3 大巷運輸設備選擇……………………………………………………………74
8 礦井提升……………………………………………………………………77
8.1 礦井提升概述……………………………………………………………77
8.2 主副井提升………………………………………………………………77
9 礦井通風與安全………………………………………………………81
9.1 礦井地質、開拓、開采概況……………………………………………81
9.2 礦井通風系統(tǒng)的確定……………………………………………………82
9.3 礦井風量計算………………………………………………………86
9.4 礦井阻力計算………………………………………………………93
9.5 選擇礦井通風設備……………………………………………………98
9.6 安全技術措施……………………………………………………102
10 礦井基本技術經(jīng)濟指標…………………………………………………104
參考文獻………………………………………………………………………106
專題部分
淺析采煤工作面斷層處災害機理及防治………………………………108
參考文獻………………………………………………………………………127
翻譯部分
英文原文…………………………………………………………………129
中文譯文…………………………………………………………………136
致謝……………………………………………………………………………141
一
般
部
分
1 礦區(qū)概述及井田地質特征
1 礦區(qū)概述
1.1.1礦區(qū)地理位置
永城礦區(qū)陳四樓井田位于河南省永城市境內，為城廂、陳集、順和鄉(xiāng)所轄。井田中心南距永城老縣城8 km；地理坐標：東經(jīng)116o22′20"，北緯30o00′35"。
礦區(qū)北靠隴海鐵路，東臨京滬鐵路，青（龍山) 阜（陽）鐵路從礦區(qū)東南約20 km處穿過，西有京九鐵路商阜段。永城老縣城距商丘車站95 km，至徐州車站97 km，宿州車站74 km，其間均有柏油公路相連。區(qū)內主要村鎮(zhèn)之間亦有簡易公路相通，交通運輸堪稱方便。詳見礦區(qū)交通位置圖1-1。
1.1.2自然地理概況
井田位于黃淮沖積平原東部，地勢低洼平坦，自西北向東南微微傾斜，地面標高+32.49 m ~+36.50 m，一般在+32 m至+35 m之間，相對高差3 m左右。地表廣為巨厚的新生界松散沖積物所覆蓋。
區(qū)內地表水系不甚發(fā)育，最大的河流—沱河在井田南部2 km處流過。井田內用于灌溉的溝渠縱橫交錯。沱河屬淮河水系，發(fā)源于商丘市東北之響河，向東南流入安徽省的新汴河，全長120 km，其流量受大氣降水控制，年平均流量1~2 m3/s，有記載的最大流量384 m3/s（1963年）。
本區(qū)屬半濕潤、半干旱的大陸性氣候，冬春干早，夏秋多雨，四季分明。據(jù)永城縣氣象站資料：
氣溫：1974~1984年觀測，月平均最高氣溫26.89 ℃（7月份），最低-0.32 ℃，年平均衛(wèi)14.3 ℃。日最高氣溫41 ℃(1959年7月30日)，最低-19 ℃(1957年2月21日)。
降雨量：最大降雨量1022.5 mm（1977年），最小為630.4 mm，年平均813.6 mm；日最大降雨量207 mm(1957年7月I4日)，一次最大降雨量為443.4 mm ( 1965年7月5日~18日)。
蒸發(fā)量：歷年最大蒸發(fā)量1985.7 mm（1978年），最小1603.2 mm，(1975年)，平均1745.4 mm。
相對濕度平均68%~73.16%。
冬春季多西北風，夏季多東北風偶有東南風，最大風速183 m/s(1982年4月21日)。
每年12月至翌年3月為降雪和冰凍期，最大凍土深度19 cm。
據(jù)《中國地震烈度表》載，本區(qū)屬六度地震區(qū).河南省地震局受永城煤炭工業(yè)
圖1-1 陳四樓礦井交通位置圖
聯(lián)合公司委托，提出“永城縣地震基本烈度鑒定意見書” （（84）豫震烈字第002號文)，該文在分析了地質構造及本區(qū)地震史之后，認為.“本區(qū)不可能發(fā)生六級左右地震，主要是受鄰區(qū)強震影響，其地震基本烈度六度是最適宜的?！庇痔岢觥拌b于永城煤炭儲量豐富，現(xiàn)已投入建井，將來發(fā)展遠景可觀，據(jù)此建議，對特別重要的工程和建筑物，可提高1度設防?！泵禾坎炕ㄋ緦﹃愃臉堑V井方案設計審查意見明確：“建筑物地震烈度均按6度設防，但對六大要害系統(tǒng)按7度的構造措施設計?！?
1.1.3礦區(qū)開發(fā)歷史及生產(chǎn)建設規(guī)劃
礦區(qū)現(xiàn)有生產(chǎn)礦井葛店煤礦、新莊煤礦、車集煤礦等8處。另外，礦區(qū)已經(jīng)逐步形成了煤礦產(chǎn)業(yè)鏈，除部分大件煤礦機械外，基本可以滿足煤礦建設需要。
1.1.4礦井建設的外部條件
礦井工業(yè)場地至礦區(qū)集配站的鐵路專用線正線里程15.86 km。新、老兩條永碭公路，分別自工業(yè)場地兩側經(jīng)過，將礦井工業(yè)場地與鐵路干線和土產(chǎn)材料產(chǎn)地連通，交通條件較好。
礦井永久電源由永城220 kV變電站供給。地方集資興建的永城110 kV變電站，可作為本礦井建井期的施工電源。為確保施工安全，另一回電源可取自新莊礦井。礦區(qū)熱電站應盡快建設。
經(jīng)初步勘探證實，上第三系孔隙承壓水，無論其水量和水質均可滿足本礦井永久水源的要求。
礦區(qū)北部的芒山生產(chǎn)白灰、石子、料石等土產(chǎn)材料。水泥、鋼材木材等建材亦可通過公路運至本礦。
礦井建設的外部條件比較優(yōu)越、可靠。
1.2 地質特征
1.2.1地層
永城煤田為華北型沉積，地層分區(qū)屬華北區(qū)、魯西分區(qū)、徐州小區(qū)的范疇。本井田無基巖出露，全都被新生界沖積層所覆蓋，缺失上奧陶統(tǒng)至下石炭統(tǒng)、三迭系至第三系古新統(tǒng)兩段。鉆探揭露的基巖地層上至石千峰組（平頂山砂巖)，下至中奧陶統(tǒng)馬家溝灰?guī)r，厚度約1100 m。自下而上敘述如下:
1、中奧陶統(tǒng)馬家溝組(O2m)，由白云質灰?guī)r、灰?guī)r組成，井田內揭露厚度30~45.20 m。
2、石炭系(C2~3)，假整合于中奧陶統(tǒng)之上；中統(tǒng)本溪組（C2b)，由鋁質泥巖及山西式鐵礦組成，厚度2~22 m，平均8.78 m；上統(tǒng)太原組（C3t），由9~11層薄至中厚層狀灰?guī)r和泥巖、砂質泥巖及粉、砂巖組成，間夾不可采煤層3~5層，厚度93~164 m，平均133 m；
3、二迭系(P)，揭露厚度961.2 m，下統(tǒng)齊全，上統(tǒng)K6標志層以上多被剝蝕；下石盒子組（P1x），厚度48.63~112.27 m，平均74.92 m，由泥巖、砂質泥巖、砂巖及三煤組組成，以K5砂巖標志層底界與上石盒子分界；
山西組（P1S），厚度89.94~131.78 m，平均106.43 m，由泥巖、砂質泥巖、砂巖及煤層組成。二2煤層賦存于中部，下以K3灰?guī)r標志層頂界與石炭系分界，上以K4鮞狀鋁質泥巖底界與下石盒子組分界；
上石盒子組（P2s），鉆孔穿見厚度728.98 m，共分四段，每段底部都以一層穩(wěn)定的砂巖標志層相分界（K5~K9），其基巖組成也是以泥巖、砂質泥巖、粉砂巖及砂巖為主，不含具有工業(yè)價值的煤層。
4、新生界（R2）
井田內覆蓋層中，僅有上第三系和第四系，缺失下第三系。厚度300~430 m，平均348.73 m。由粘土、亞粘土、亞砂土及中、細、粉砂交互成層。上第三系為河湖相沉積，直接覆蓋于古生界之上。
詳見井田地層劃分表1-1。（后附礦井綜合柱狀圖）
1.2.2地質構造
新華夏體系及東西向構造構成永城煤田的骨架，本煤田有永城背斜及北部的孔莊—芒山背斜組成。
陳四樓井田位于永城隱伏背斜之西冀，大致呈單斜構造，總體走向NNW，傾向SWW。受多期構造運動的影響，褶曲、斷裂均較發(fā)育。
地層傾角在露頭處局部較大，向深部逐漸變小，一般為3o~10o，局部10o~15o。
1、褶曲
井田內褶曲比較發(fā)育，近東西向的自南向北有八里廟向斜、呂莊向斜等。
2、斷裂
井田內斷裂構造均為正斷層，據(jù)葛店煤礦井下及芒山地表所見，推定斷層面傾角均為70o。發(fā)現(xiàn)并已被控制的斷層 4條，以NNE向斷裂為主，近東西向斷裂也較發(fā)育。斷層情況詳見表1-2。
3、巖漿活動
據(jù)側定，井田內巖漿巖活動大致有兩個期次：基性巖為華力西運動晚期產(chǎn)物；酸性巖為燕山運動早~晚期產(chǎn)物?；詭r主要為輝綠巖，一般在三煤組中順煤層侵入三4、三、三5煤層中，呈巖脈或巖席產(chǎn)出；酸性巖主要為閃長巖類及花崗巖類，呈巖墻及巖席產(chǎn)出。受巖漿巖侵入影響地段，使煤層結構復雜，或變?yōu)樘烊唤?，降低了煤層的?jīng)濟價值。
1.2.3水文地質
表1-1 井田地層劃分表
地 層 系 統(tǒng)
厚度（m）
最小-最大
界
系
統(tǒng)
組
段
符 號
標志層代號
平 均
新
生
界
第四系
|
第三系
R2
300-430
348.73
古
生
界
二
疊
系
上
二
疊
統(tǒng)
石千峰組
—
P2Sh1
K9
殘厚51
上
石
盒
子
組
四
P2S4
K8
172
三
P2S3
K7
200
二
P2S2
K6
233
—
P2S1
K5
81.65-150.68
124.08
下
二
疊
統(tǒng)
下
石
盒
子
組
P1x
K4
48.53-112.27
74.92
山
西
組
P1s
89.94-131.78
106.43
石
炭
系
上
統(tǒng)
太
原
組
Cat
K3 K2
123.09-201.86
151.54
中
統(tǒng)
本
溪
組
Cab
K1
2.0-22.0
8.78
奧陶系
中統(tǒng)
馬家溝組
Ozm
揭穿40
表1-2 斷層特征及控制情況
斷 層
延展
方向
傾 角
（°）
長 度
（m）
落 差
（m）
可靠度
編 號
性 質
F1
正
東西
53
1900.50
33
A
F2
正
東西
70
800.14
10
A
F3a
正
東西
59
566.80
0-27
A
F3b
正
東西
59
950.53
27
B
F4
正
東西
58-68
2004.46
17-107
B
1、含水層及隔水層特征
自上而下分為四個含水組：
1）新生界孔隙含水組：區(qū)內松散地層沉積為沖積及湖積，其厚度受古地形影響而東薄西厚、南薄北厚。含水砂層一般為1~12層，平均厚86.34 m。淺部以大氣降水垂直滲入為主，中部及深部以水平側向滲透為主。屬孔隙承壓水，不易疏干，q=0.004~7.0 /s·m，K=0.6~23 m/d。含水砂層之間及其與基巖之間有厚度比較穩(wěn)定的粘土層，形成天然的隔水屏障，局部地段與基巖處有透鏡狀砂層，即所謂“天窗”，對淺部開采會具有一定影響。
2）二迭系砂巖裂隙，孔隙含水組：主要由上、下石盒子組及山西組砂巖裂隙孔隙承壓水組成，其補給方式以水平側向滲透補給為主，滲透能力差，富水性弱，逕流滯緩，靜儲量為主，易于疏干。q=0.1213 /s·m，K=0.568~3.91 m/d，水質類型為SO4-Na。
3）石炭系灰?guī)r巖溶裂隙含水組：主要含水巖層為石灰?guī)r(11層)?；?guī)r以L2、L3、L4、L7、L8、L9、L10七層比較穩(wěn)定，巖溶裂隙比較發(fā)育，但多被泥質或鈣質充填。補給方式為遠方側向滲透。q=0.000685~2.068 /s·m，K=0.00492~7.473 m/d。水質類型SO4~CaNa，礦化度>2 g /l。
4）奧陶系巖溶裂隙含水組：區(qū)域范圍內，在安徽省閘河煤田東西兩側出露，本煤田僅在芒山有局部出露。巖溶發(fā)育，富水性強。補給方式以遠方水平滲透為主。=0.000685~15.7 /s·m，0.002~7.473 m/d。水質類型SO4~CaNa，礦化度2.206~4.43 g/l。
2、井田水文地質條件
本井田水文地質類型為中等—簡單，其主要依據(jù)是：
1）直接充水含水層，三煤層和二煤層頂板砂巖含水性弱，單位涌水量一般小于0.01 /s·m，為簡單類型；
2）上復新生界含水層與基巖界面之間有厚度大于30 m的粘土層阻隔，正常地段對煤系地層無充水作用；
3）下伏太原組灰?guī)r含水層與二2煤層之間有砂巖和泥巖組成的隔水層，厚度在50 m以上，正常地段二2煤層的開采不存在底板突水的威脅；
4）井田內斷層富水性及導水性弱，q<0.001 /s·m；
5）主采煤層頂?shù)装鍘r層穩(wěn)定；
6）礦床遠離地表水體。
3、礦井預計涌水量
井田南部和西部均以斷層構成阻水邊界，東部煤層露頭與粘土隔水層相接，只有北界F1斷層使二2煤與對盤太原組灰?guī)r相接，可視為弱補給邊界。
通過采用“集水廊道”法計算，礦井預計正常涌水量894 m3/h（其中：K5砂巖328 m3/h，三煤組291 m3/h，二煤組275 m3/h）；最大涌水量1200 m3/h。
1.3 煤層特征
1.3.1煤層
井田內含煤地層自下而上為石炭系上統(tǒng)太原組、二迭系下統(tǒng)山西組，下石盒子組及二迭系上統(tǒng)上石盒子組。共含煤17~20層。煤層總厚15.85 m。其中有經(jīng)濟價值的為下二迭統(tǒng)的山西組及下石盒子組。該兩含煤地層總厚度平均186 m，煤層總厚12.42 m，含煤系數(shù)58%。其中山西組的二2煤層為主要可采煤層，下石盒子組中局部可采的煤層有三1 、三、三4三層。
二2煤層為一穩(wěn)定~較穩(wěn)定、結構簡單(偶含泥巖夾矸一層)的厚煤層。全區(qū)穩(wěn)定可采。
三1煤層，層位穩(wěn)定，平均厚度1.30 m，其可采范圍集中在08線以南。04線以南以單層結構為主，以北漸變?yōu)殡p層結構，未受巖漿巖破壞。
各煤層特征見表1-3。
1.3.2 煤質
各煤層均為高變質階段的無煙煤。
二2煤層低灰分，特低硫，高發(fā)熱量；理論分選比重1.7時，可選性為易至極易選；化學活性好；抗碎強度及熱穩(wěn)定性中等，可作動力及民用煤，亦可用于氣化。
三煤組各煤層煤質的共同點是：中至富灰分(三1煤為富灰)，特低硫，高熔點；中至高發(fā)熱量；理論分選比重1.7時，可選性中等；化學活性一般不佳；熱穩(wěn)定性差~中等；強結碴，不易磨?？勺鲃恿?、發(fā)電及民用煤。
各煤層煤質主要特征見表1-4。
1.3.3 開采技術條件
1、煤層頂?shù)装?
二2煤層頂板以砂巖為主，完整性和穩(wěn)定性較好，頂板較易管理，底板一般不會發(fā)生“底鼓”；三煤組各可采煤層由于層間距小，砂巖厚度薄且穩(wěn)定性較差。
2、瓦斯
井田內瓦斯含量普遍較低，一般小于1 cm3/g；瓦斯風化帶分布很廣很深，除個別富集點之外，都屬瓦斯風化帶，直至-800 m以深。雖然瓦斯煤樣的取樣手段比較落后（集氣式），瓦斯含量的準確性較差，但瓦斯成分和分帶是可靠的。一般認為，瓦斯風化帶界面處的相對瓦斯涌出量為2 m3/t·d左右。
將本礦井定為低沼氣礦井管理是有充分依據(jù)的。
3、煤塵無爆炸性到具弱爆炸性。
4、各煤層均無自然發(fā)火傾向。
5、地溫：二2煤層在-650 m以深，除63至65線范圍地溫低于31 ℃，其余均高于31 ℃，屬一級熱害區(qū)；三煤層僅在0312孔至-650 m以深出現(xiàn)小范圍的一級熱害區(qū)。
井田內其余地段地溫均屬正常。
1.3.4勘探程度及存在問題
本井田自1957年普查找煤開始，至1986年4月提交精查地質報告，歷時30年，并于1993年3月提交了《河南省永夏礦區(qū)陳四樓礦井首采區(qū)地震補充勘探報告》。共施工鉆孔88個，成14條勘探線。統(tǒng)一為東西方向。平均每平方公里近3.9個鉆孔，鉆探工程量47380.9 m。
全國儲委煤炭專業(yè)委員會于1 986年5月24日至2 7日對該報告進行了審查，地質11隊根據(jù)審查意見，對報告進行了修改補充，于7月22日送交煤委復查。1986年8月27日獲正式批準。
該井田地質勘探工作基本符合《煤炭資源地質勘探規(guī)范》的規(guī)定，勘探手段的確定基本合理，報告對井田地質構、地層、煤層、煤質、水文地質及開采技術條件等方面的研究，基本上達到了精查勘探的要求。
正式批準后的“陳四樓井田精查地質報告”可作為礦井設計和建設的依據(jù)。報告存在如下不足之處:
(1) 經(jīng)高分辨率地震儀解釋，F(xiàn)2斷層以東，0306~0408孔連線附近有一條落差35~48 m的“入”字形斷層（F3、F4）未作鉆探驗證。
(2) 上石盒子組底部K5砂巖與三4煤層的間距僅為27 m，應為三4煤層的直接充水含水層，勘探中未作抽水試驗。
(3)測井使用的人工放射性儀器未作線性標定，儀器常處于超線性范圍工作，影響到對煤層及夾殲厚度解釋的準確性，審查中有較多見煤點測井資料降級。
(4)1980年前鉆孔封孔質量不好，1980年后封孔質量有所改進，但也難作出評價。
設計建議:
（1）對于先期開采地段的地質遺留問題補充部分勘探工作 (見第二章第三節(jié))，列為基本建設投資。
（2）地震解釋斷層F3、F4，應在生產(chǎn)勘探中證實
（3）對封孔質量問題，生產(chǎn)建設中應引起注意，及時采取有效措施，以預防因封孔質量不好而造成水害。
表1-3 各煤層特征表
表1-4 主采煤層煤質特征表
2 井田境界和儲量
2.1 井田境界
陳四摟井田總體走向NNW，傾向SWW。東至二2 露頭線；西至“環(huán)狀斷裂”；北達F38斷層和巖漿侵入所造成的天然焦邊界；南靠城郊煤田邊界。井田南北走向最大5.64 km，最小1.03 km，平均5.00 km；東西寬最大3.96 km，最小1.16 km，平均3.80 km；井田面積約19.00 km2。該井田北部如經(jīng)勘探論證可以開采，則其北部邊界可以擴展；西部可根據(jù)市場的需要開發(fā)天然焦，開闊邊界。井田賦存情況如示意圖2-1。
2.2 礦井工業(yè)儲量
2.2.1構造類型
煤層內傾角為3°~15°，褶曲與斷層均較發(fā)育，無巖漿活動，為中等構造地區(qū)，屬于第二類。
2.2.2煤層穩(wěn)定類型
工作區(qū)內煤系地層共含煤17~20層。煤層總厚20.85 m。具有對比意義的為5層，其中二2、三組煤層為可采煤層，主要可采煤層為二2煤層，為本次勘查的主要工作對象，該煤層全區(qū)發(fā)育，厚度變化較小，為7.00～8.10 m，平均為7.43 m。層位穩(wěn)定，煤厚變化相對較小，變化規(guī)律明顯，鉆孔見煤點數(shù)Km>0.95，γ<25%，
表2-1 煤層穩(wěn)定類型的主、輔指標
煤層
類型
穩(wěn)定煤層
較穩(wěn)定煤層
不穩(wěn)定煤層
極不穩(wěn)定煤層
主要
指標
輔助
指標
主要
指標
輔助
指標
主要
指標
輔助
指標
主要
指標
輔助
指標
薄煤層
Km
≥0.95
γ
≤25%
0.95≥Km
≥0.80
<25%
γ
≤35%
0.8>
Km
>0.60
35%<
γ
<55%
Km
<0.60
γ>55%
中厚和厚煤層
γ
≤25%
Km
≥0.95
25%<
γ
≤40%
0.95>
Km
≥0.80
40%<
γ
<65%
0.8>
Km
≥0.65
γ
>65%
Km
<0.65
特厚
煤層
γ
≤30%
Km
≥0.95
30%<
γ
<50%
0.95>
Km
≥0.85
50%<
γ
<75%
0.85>
Km
≥0.70
γ
>75%
Km
<0.70
圖2-1 井田賦存狀況示意圖
圖2-2 地質儲量圖
故將其確定為穩(wěn)定煤層，即第一型，其它煤層的穩(wěn)定類型據(jù)其發(fā)育程度確定為不穩(wěn)定型。故工作區(qū)的勘查類型確定為二類一型。評定煤層穩(wěn)定類型的主、輔指標見表2-1：
2.2.3礦井工業(yè)儲量
井田內含煤地層自下而上為石炭系上統(tǒng)太原組、二迭系下統(tǒng)山西組，下石盒子組及二迭系上統(tǒng)上石盒子組。其 中 二2、三組煤層為可采煤層，主要可采煤層為二2煤層，其它為不可采煤層。
二2煤層為一穩(wěn)定~較穩(wěn)定，結構簡單(偶含泥巖夾矸一層)的厚煤層。全區(qū)穩(wěn)定可采。該煤層全區(qū)發(fā)育，厚度變化較小，為7.00～8.10 m，平均7.43 m。層位穩(wěn)定，煤厚變化相對較小，一般不含夾矸，結構簡單，基本全區(qū)可采，屬于較穩(wěn)定煤層,儲量豐富，其容重為1.46 t/m3。
根據(jù)《煤炭工業(yè)設計規(guī)范》，求得以下各儲量類型的值：
1、 礦井地質資源量
礦井地質資源量可由以下等式計算：
（2-1）
式中：——礦井地質資源量，Mt；
——二2煤層平均厚度，m；
——二2煤層底面面積，m3；
——二2煤容重，t/m3。
已知=7.43 m，=19316108.39 m 2，=1.46 t/m3，將其代入（2-1）式中可得：
=
=208.57（Mt）
其中包括探明的資源量（60%），控制的資源量（30%），推斷的資源量（10%），地質塊段劃分如圖2-2。
2礦井工業(yè)儲量
礦井工業(yè)儲量可用下式計算：
（2-2）
式中：——礦井工業(yè)儲量，Mt；
——探明的資源量，Mt；
——控制的資源量，Mt；
——推斷的資源量，Mt；
——可信度系數(shù)，取0.7～0.9。地質構造簡單、煤層賦存穩(wěn)定的礦井，值取0.9；地質構造復雜、煤層賦存不穩(wěn)定的礦井，取0.7。該式取0.9。
因此：
= （Mt）
2.3 礦井可采儲量
由于陳四樓井田地質構造簡單，地面無大的水域和河流，且基層上覆表土層厚，含水砂層之間及其與基巖之間有厚度比較穩(wěn)定的粘土層，形成天然的隔水屏障，滲透能力差，富水性弱，逕流滯緩；下伏太原組灰?guī)r含水層與二2煤層之間有砂巖和泥巖組成的隔水層，厚度在50 m以上，正常地段二2煤層的開采不存在底板突水的威脅；地面村莊密布，為充分開發(fā)煤炭資源，本設計不留設村莊煤柱及防水煤柱，采用長壁冒落法進行遷村采煤。因此該井田永久煤柱只留井田邊界保護煤柱和斷層保護煤柱。本設計對井田內厚度7.43 m的二2煤層進行開采設計，因此，井田內的各種永久煤柱損失按二2煤層進行計算。
2.3.1井田邊界保護煤柱
根據(jù)陳四樓井田實際情況，其井田邊界保護煤柱寬度取30 m，其中井田東部為煤層風化帶，近乎無水，故不留邊界保護煤柱，則用下式計算井田邊界保護煤柱損失。
（2-3）
式中：——井田邊界煤柱寬度，m；
——井田邊界煤柱長度，m；
——煤層厚度，m；
——煤層容重，t/m3；
—— 井田邊界保護煤柱損失，Mt。
已知=30 m，=9706.12 m，=1.46 t/m3，=7.43 m，因此代入（2-3），可得：
=309706.127.431.46×0.000001
=3.16（Mt）
2.3.2工業(yè)廣場煤柱
根據(jù)《煤炭工業(yè)設計規(guī)范》有關條文，不同井型與其對應的工業(yè)廣場面積見表2-2。結合本設計井型（1.5 Mt/a），應該是17公頃，即0.17 km2，但是考慮到近些年來建筑技術的提高，建筑物不斷向空間發(fā)展，所以，工業(yè)廣場的面積都有縮小的趨勢。本設計取0.70的系數(shù)，則工業(yè)廣場的面積約為0.12 km2。設計長軸定為400 m，短軸定為300 m。采用垂直剖面法計算工業(yè)廣場的壓煤損失，圍護帶的寬度取20 m。垂直剖面圖如圖2-1所示。
表2-2 工業(yè)場地占地面積表
井 型 /萬t·a-1
占地面積/公頃（10萬t）-1
≥240
1.0
120～180
1.2
45～90
1.5
9～30
1.8
表2-3 陳四樓井田地質條件及巖層移動角
煤層厚度/m
煤層傾角α/°
圍護帶寬度/m
表土層移動角/°
7.43
9.73
15
41
走向移動角δ/°
上山移動角γ/°
下山移動角β/°
—
71.5
70
67
—
由此可得工業(yè)廣場保護煤柱面積：
（2-4）
式中 ——工業(yè)廣場保護煤柱平面面積，m 2；
——梯形面的高，m；
——煤柱上邊長度，m；
——煤柱下邊長度，m。
已知=1553.51 m，=1364.03 m，=1536.73 m，代入公式（2-4）可得：
=0.51553.51（1364.03+1536.73）
=2253179.83（m 2）
所以煤層底板面積及煤柱損失量：
=2220778.74 m 2 ；=24.10 Mt。
2.3.3井筒保護煤柱
井筒布置在工業(yè)廣場中央，包括在工業(yè)廣場保護煤柱中，不再累計。
2.3.4斷層保護煤柱
井田現(xiàn)已查明四條斷層，即F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4。其中F1，F(xiàn)2可靠且可控制，故其兩側各留30 m保護煤柱，則其煤柱損失可由下式求得：
（2-5）
式中：——F1，F(xiàn)2煤柱損失，Mt；
——F1，F(xiàn)2長度，m；
——二2煤層厚度，m；
——煤層容重，t/m3。
已知 m， m， t/m3， m，代入（2-5）可得：
=3.26（Mt）
同理，F(xiàn)3，F(xiàn)4斷層煤柱損失：
（2-6）
式中：——F3，F(xiàn)4煤柱損失，Mt；
——F3，F(xiàn)4長度，m；
——二2煤層厚度，m；
——煤層容重，t/m3。
已知=1490.19 m，=2000.24 m，=1.46 t/m3，=7.43 m，代入（2-6）可得：
=
=4.54（Mt）
2.3.5大巷保護煤柱
本設計共有兩條煤層大巷，即軌道運輸大巷和膠帶運輸大巷，前者布置在煤層底板巖層中；考慮后者布置在厚煤層中，受采動影響較大，故煤柱留設寬度為60 m，沿大巷走向。基于以上公式（2-5），可以得到煤柱損失量為4.59 Mt。
總上，可匯總永久保護煤柱損失量如表2-4：
表2-4 永久保護煤柱損失量
煤柱類型
儲量/Mt
井田邊界保護煤柱
3.16
斷層保護煤柱
7.80
大巷保護煤柱
4.59
工業(yè)廣場保護煤柱
24.10
合計
39.65
2.3.6礦井設計可采儲量
礦井可采儲量是礦井設計的可以采出的儲量，可按下式計算：
（2-7）
式中：——礦井可采儲量，Mt；
——保護工業(yè)場地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大斷層等留設的永久保護煤柱損失量，Mt；
——采區(qū)采出率，厚煤層不小于0.75，中厚煤層不小于0.8，薄煤層不小于0.85。
則礦井設計可采儲量為：
=128.57（Mt）
礦井儲量匯總見表2-5：
表2-5 礦井儲量匯總
煤
層
工業(yè)資源儲量/Mt
礦井資源
儲量
/Mt
永久煤柱
損失
/Mt
設計可采
儲量
/Mt
二2
125.14
62.57
18.77
208.57
39.64
125.13
圖2-4 工業(yè)廣場保護煤柱
3. 礦井工作制度、設計生產(chǎn)能力及服務年限
3.1 礦井工作制度
根據(jù)按照《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》中規(guī)定，確定本礦井設計生產(chǎn)能力按年工作日330 d計算，三八制作業(yè)（兩班生產(chǎn)，一班檢修），每日兩班出煤，凈提升時間為16 h。
3.2礦井設計生產(chǎn)能力及服務年限
3.2.1確定依據(jù)
《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》第2.2.1條規(guī)定：礦井設計生產(chǎn)能力應根據(jù)資源條件、開采條件、技術裝備、經(jīng)濟效益及國家對煤炭的需求等因素，經(jīng)多方案比較或系統(tǒng)優(yōu)化后確定。
礦區(qū)規(guī)?？梢罁?jù)以下條件確定：
1）資源情況：煤田地質條件簡單，儲量豐富，應加大礦區(qū)規(guī)模，建設大型礦井。煤田地質條件復雜，儲量有限，則不能將礦區(qū)規(guī)模定得太大；
2）開發(fā)條件：包括礦區(qū)所處地理位置（是否靠近老礦區(qū)及大城市），交通（鐵路、公路、水運），用戶，供電，供水，建筑材料及勞動力來源等。條件好者，應加大開發(fā)強度和礦區(qū)規(guī)模，否則應縮小規(guī)模；
3）國家需求：對國家煤炭需求量（包括煤中煤質、產(chǎn)量等）的預測是確定礦區(qū)規(guī)模的一個重要依據(jù)；
4）投資效果：投資少、工期短、生產(chǎn)成本低、效率高、投資回收期短的應加大礦區(qū)規(guī)模，反之則縮小規(guī)模。
3.2.2礦井設計生產(chǎn)能力
由地質資料可知：本井田儲量豐富、地質結構簡單、煤層穩(wěn)定、開采技術條件好，有足夠的條件建成大型礦井，結合本井田的工業(yè)儲量和可開采儲量最終選定礦井設計生產(chǎn)能力1.5 Mt/a。
3.2.3礦井服務年限
礦井服務年限必須與井型相適應。礦井設計生產(chǎn)能力通常指礦井設計的年生產(chǎn)能力，是煤礦生產(chǎn)建設的重要指標，是選擇井田開拓方式的重要依據(jù)之一。礦井可采儲、設計生產(chǎn)能力、礦井服務年限力三者之間的關系為：
（3-1）
式中：——礦井服務年限，a；
——礦井可采儲量，Mt；
——設計生產(chǎn)能力，Mt；
——礦井儲量備用系數(shù)，取1.3。
確定井型時需要考慮備用系數(shù)的原因是，礦井各生產(chǎn)環(huán)節(jié)有一定的儲備能力，礦井投產(chǎn)后，產(chǎn)量迅速提高；局部地質條件變化，使儲量減少；有的礦井由于技術原因，使采出率降低，從而減少了儲量。
則，礦井服務年限為：
=125.13/（1.5×1.3）
= 64.17（a）
服務年限符合要求。參看表3-1。
表3-1 我國各類井型的新建礦井和第一水平設計服務年限
礦井設計生產(chǎn)能力
（Mt/a）
礦井設計服務年限
（a）
第一水平設計服務年限
煤層傾角
<25°
25°～45°
>45°
6及以上
70
35
—
—
3-5
60
30
—
—
1.2-2.4
50
25
20
15
0.45-0.9
40
20
15
10
3.3井型校核
按礦井的實際煤層開采能力，輔助生產(chǎn)能力，儲量條件及安全條件因素對井型進行校核：
1）煤層開采能力
井田內有二2煤層可采，總煤厚7.43 m，為厚煤層，賦存穩(wěn)定，厚度稍有變化。煤層傾角平均9.73°，地質條件簡單，根據(jù)現(xiàn)代化礦井“一礦一井一面”的發(fā)展模式，可以布置一個綜采放頂煤工作面。
2）輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能力校核
礦井設計為大型礦井，開拓方式為立井兩水平開拓。煤炭大巷采用膠帶輸送機運煤，工作面生產(chǎn)的原煤經(jīng)斜巷膠帶輸送機到大巷膠帶輸送機運到井底煤倉，運輸能力大，自動化程度高，機動靈活；大巷輔助運輸采用礦車運輸，運輸能力大，調度方便靈活。
3）通風安全條件的校核
本礦井為低瓦斯礦井，瓦斯涌出量低，煤塵爆炸性低，礦井投產(chǎn)前后期均采用中央并列式通風。輔助運輸大巷進風，煤炭運輸大巷回風，工作面采用后退式U型通風，通過第九章的通風設計知可以滿足通風需要。
4）礦井的設計生產(chǎn)能力與服務年限相適應，才能獲得好的技術經(jīng)濟效益。《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》給出了井型和服務年限的對應要求，見表3-1。
4 井田開拓
4.1 井田開拓的基本問題
井田開拓是指在一個某井田范圍內，為礦井和開采水平服務所進行的巷道布置及開掘工程。這些用于開拓的井下巷道的形式、數(shù)量、位置及其相互聯(lián)系和配合稱為開拓方式。合理的開拓方式，要技術上可行，經(jīng)濟上合理，生產(chǎn)上安全高效。井田開拓的內容包括：井筒形式、數(shù)目、位置，開采水平劃分，大巷布置，準備方式等。
開拓問題解決的好壞，關系到整個礦井生產(chǎn)的長遠利益，關系到礦井的基建工程量、初期投資和建設速度，從而影響礦井經(jīng)濟效益。因此，在確定開拓方式是要遵循以下原則:
1、貫徹執(zhí)行國家有關煤炭工業(yè)的技術政策，為早出煤、出好煤、高產(chǎn)高效創(chuàng)造條件。在保證生產(chǎn)可靠和安全的條件下減少開拓工程量；尤其是初期建設工程量，節(jié)約基建投資，加快礦井建設。
2、合理集中開拓部署，簡化生產(chǎn)系統(tǒng)，避免生產(chǎn)分散，做到合理集中生產(chǎn)。
3、合理開發(fā)國家資源，減少煤炭損失。
4、要建立完善的通風、運輸、供電系統(tǒng)、創(chuàng)造良好的生產(chǎn)條件，減少巷道維護量，使主要巷道經(jīng)常保持良好的狀態(tài)。
5、要適應當前國家的技術水平和設備供應情況，應為采用新技術、新工藝、發(fā)展采煤機械化、綜合機械化、自動化創(chuàng)造條件。
6、根據(jù)用戶需要，應照顧到不同媒質、煤種的煤層分別開采，以及其它有益礦物的綜合開采。
4.1.1確定井筒形式、數(shù)目、位置及坐標
1.井筒形式的確定
井筒形式有三種：平硐、斜井、立井。一般情況下，平硐最簡單，斜井次之，立井最復雜。具體見表4-1。
本礦井煤層傾角小，平均9.73°，為緩斜煤層；表土層厚約300 m，無流沙層；水文地質情況中等—簡單，涌水量較大；井筒需要特殊施工—凍結法建井，因此需采用立井開拓。
2.井筒位置的確定
井筒位置選擇要有利于減少初期井巷工程量，縮短建井工期，減少占地面積，降低運輸費用，節(jié)省投資；要有利于礦井的迅速達產(chǎn)和正常接替。因此，井筒位置的確定原則：
1）沿井田走向的有利位置
表4-1 井筒形式比較
井筒形式
優(yōu)點
缺點
適用條件
平硐
1運輸環(huán)節(jié)和設備少、系統(tǒng)簡單、費用低。
2工業(yè)設施簡單。
3井巷工程量少，省去排水設備，大大減少了排水費用。
4施工條件好，掘進速度快，加快建井工期。
5煤炭損失少。
受地形影響特別大
有足夠儲量的山嶺地帶
斜井
與立井相比：
1井筒施工工藝、設備與工序比較簡單，掘進速度快，井筒施工單價低，初期投資少。
2地面工業(yè)建筑、井筒裝備、井底車場簡單、延伸方便。
3主提升膠帶化有相當大提升能力。能滿足特大型礦井的提升需要。
4斜井井筒可作為安全出口。
與立井相比：
1井筒長，輔助提升能力小，提升深度有限。
2通風線路長、阻力大、管線長度大。
3斜井井筒通過富含水層，流沙層施工復雜。
井田內煤層埋藏不深，表土層不厚，水文地質條件簡單，井筒不需要特殊法施工的緩斜和傾斜煤層。
立井
1不受煤層傾角、厚度、深度、瓦斯和水文地質等自然條件限制。
2井筒短，提升速度快，對輔助提升特別有利。
3當表土層為富含水層的沖積層或流沙層時，井筒容易施工。
4井筒通風斷面大，能滿足高瓦斯、煤與瓦斯突出的礦井需風量的要求。
1井筒施工技術復雜，設備多，要求有較高的技術水平。
2井筒裝備復雜，掘進速度慢，基建投資大。
對不利于平硐和斜井的地形地質條件都可考慮立井。
當井田形狀比較規(guī)則而且儲量分布均勻時，井筒的有利位置應在井田走向中央；當井田儲量呈不均勻分布時，應布置在儲量的中央，以形成兩翼儲量比較均勻的雙翼井田，可使沿井田走向的井下運輸工作量最小，通風網(wǎng)路較短，通風阻力小。
2）井筒沿井田傾斜方向的有利位置
井筒位于井田淺部時，總石門工程量大，但第一水平及投資較少，建井工期短；井筒位于井田中部時，石門較短，沿石門的運輸工程量較小；井筒位于井田的下部時，石門長度和沿石門的運輸工作量大，如果煤系基底有含水量大的巖層不允許井筒穿過時，它可以延伸井筒到深部，對開采井田深部及向下擴展有利。從井筒和工業(yè)場地保護煤柱損失看，井筒愈靠近淺部，煤柱尺寸愈小，愈近深部，煤柱尺寸愈大。因此，一般井筒位于井田傾向方向中偏上的位置。
3）有利于礦井初期開采的井筒位置
盡可能的使井筒位置靠近淺部初期開采塊段，以減少初期井下開拓巷道的工程量，節(jié)省投資和縮短建井工期。
4）地質及水文條件對井筒布置影響
要保證井筒，井底車場和硐室位于穩(wěn)定的圍巖中，應盡量使井筒不穿過或少穿過流沙層，較大的含水層，較厚沖積層，斷層破碎帶，煤與瓦斯突出的煤層，較軟的煤層及高應力區(qū)。
5）井口位置應便于布置工業(yè)廣場
井口附近要布置主，副井生產(chǎn)系統(tǒng)的建筑物及引進鐵路專用線。為了便于地面系統(tǒng)間互相連接，以及修筑鐵路專用線與國家鐵路接軌，要求地面平坦，高差不能太大，盡量避免穿過村鎮(zhèn)居民區(qū)，文物古跡保護區(qū)，陷落區(qū)或采空區(qū)，洪水浸入?yún)^(qū)，盡量避免橋涵工程，尤其是大型橋涵隧道工程。
6）井口應滿足防洪設計標準
附近有河流或水庫時要考慮避免一旦決堤的威脅及防洪措施。
由于本井田傾角平緩，厚度變化小，且距離東部國道近。故把井筒置于井田中央，即工業(yè)場地之中。
3.井筒數(shù)目
為了滿足井下煤炭的提升，需設置一主井，輔助提升及進風設置一副井。因為用主井回風存在主井漏風嚴重的問題，所以不安排主井進回風；井田面積較小，表土層厚度大，不宜用邊界式通風，因此設置中央回風井，用于前后期回風。共計三個井筒。
4.1.2工業(yè)場地的位置
工業(yè)場地的具體位置及坐標見圖2-4。
工業(yè)場地的形狀和面積：根據(jù)表2-2工業(yè)場地占地面積指標，確定地面工業(yè)場地的占地面積為12公頃，其形狀為一矩形，長度方向和煤層的走向方向平行，寬度方向和煤層傾向方向平行；長軸400 m，短軸300 m；地面標高+40 m。其大小確定的依據(jù)前面第二章已經(jīng)詳細的講述，在此不作贅述。
4.1.3開采水平的確定及帶（采）