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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。
一般部分為陳四樓煤礦1.8Mt/a新井設計。陳四樓煤礦位于河南省永城市，井田南北長約12km，東西寬約6km，勘探面積約72km2。此井田中只有3煤層厚4.18m，2煤層厚2.95m，這兩層煤從厚度和賦存條件是可采煤層。井田工業(yè)儲量為30396萬t ，礦井可采儲量20467萬t，礦井服務年限為87.4年。井田開拓采用立井單水平開拓，設置輔助水平。采煤方法采用一次采全高綜合機械化采煤，工作面布置為帶區(qū)式布置。大巷布置為軌道大巷進風兼輔助運輸，皮帶大巷運煤兼回風。礦井通風方式為中央并列式，采煤工作面采用U型通風方式，掘進工作面采用局部通風機通風。
礦井總進風量為3782.16m3/min，通風阻力容易時期為820.8Pa，困難時期為1168Pa。礦井巷道等積孔容易時期為2.62m2，困難時期為2.18 m2。通過計算決定選用2K60No.24軸流式通風機，其能滿足礦井對風量的要求。
綜上所述，陳四樓礦通風系統(tǒng)簡單，合理，穩(wěn)定，滿足通風要求，抗災能力強。
專題部分題目是綜合防塵技術在陳四樓的應用，探討了煤層注水以及在水中添加活性劑和使用磁化水改善煤層注水效果，采煤機外噴霧系統(tǒng)，頂板支架噴霧系統(tǒng)，進、回風順槽的防塵措施，掘進面的防塵措施以及各種噴嘴的選擇和安裝等內(nèi)容。通過研究，為陳四樓礦的防塵工作和防止瓦斯突出提出了理論依據(jù)，極大的增強了煤塵事故預防的準確和可靠性。
翻譯部分主要內(nèi)容為礦井通風空氣的流動特點。
英文題目為：Characteristics of coal mine ventilation air flows
關鍵詞：陳四樓礦井; 新井通風設計; 綜合防塵; 空氣流動特點
ABSTRACT
This design consists of three parts: The general part, the special part and the translation part.
The productive capacity is 1.8 million tons per year. The Chensilou minefield lies in the special area of Yong Cheng city, Henan province. Total area of the mine is 72 km2. The boundary of the minefield runs 12 km on north south and 6 km on west east on average. There are two main seams—the third layer with thickness of 4.18 meters and the second one with thickness of 2.95 meters. According to the thickness and deposit, the two coal layers are able seams.
The industrial storage of the mine field is 30396 million ton, the reserves exploitable in the whole mine field is 20467 million ton，and it’s service life is 87 years, with only one working faces is used in the mine. One standards development are used in the Mine shaft pioneering,with subinclined shaft extension.The Coal mining use a high-wide integrated mechanized mining,with face layout of the belt-type layout.The track roadway with the airflow into are mainly used to transported the coal while the belt roadway are used to the auxiliary transport with the return of airflow.The method of whole mine ventilation is central juxtapose ventilation system.The ventilation of the dead-end working places is the application of the auxiliary ventilation by the auxiliary fans.
The total amount of wind required is 3490 m3/min, and the ventilation resistance 386.7 Pa at easy period while difficult period of 602.7 Pa. The equivalent orifice is 3.26 m2 when easily period whlie difficult period is 2.62m2.So I choose the 2K60No.24 with the axial-flow as the main fan which can meet the need of the whole airflow of the requirement.
In summary, the Chensilou mine ventilation system is simple, reasonable, stable and meet the ventilation requirements of fighting ability.
The special part is the integrated dust of the application in Chensilou mine .The content is to discusse coal injection, add active agent in the water and use water to improve coal injection magnetic effect, the shearer with spray system. the spray the roof stent system,the measures of in and out wind Gate, the excavation of the dust and various measures of the nozzle selection and installation. Through research, for the Chensilou mine dust and gas outburst to prevent a theoretical basis, greatly enhanced the accuracy coal dust accident prevention and reliability.
The translation part is characteristics of coal mine ventilation air flows
Key words: Chensilou mine; The design of ventilation system; Comprehensive and dust control technology ；Characteristics of coal mine ventilation air flows
目 錄
1. 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征 1
1.1 礦區(qū)概述 1
1.1.1. 交通位置 1
1.1.2. 自然地理概況 1
1.1.3. 礦井建設的外部條件 2
1.2. 井田地質(zhì) 3
1.2.1. 地形 3
1.2.2. 井田勘探程度 3
1.2.3. 井田的水文地質(zhì)特征 4
1.2.4. 地溫 6
1.3. 煤層 7
1.3.1. 煤層埋藏條件 7
1.3.2. 煤層圍巖性質(zhì) 7
1.3.3. 煤質(zhì) 7
1.3.4. 瓦斯、煤塵、煤的自燃性 8
2. 井田開拓 9
2.1. 井田境界及可采儲量 9
2.1.1. 井田境界 9
2.1.2. 井田儲量 9
2.1.3. 礦井設計生產(chǎn)能力及服務年限 11
2.2. 井田開拓 12
2.2.1. 井田開拓的基本問題 12
2.3. 礦區(qū)基本巷道 20
2.3.1. 大巷運輸設備選擇 26
2.3.2. 礦井提升 29
3. 采煤方法及采區(qū)巷道布置 30
3.1. 煤層地質(zhì)情況 30
3.1.1. 煤層的埋藏條件 30
3.1.2. 帶區(qū)煤層特征 30
3.1.3. 地質(zhì)構造 30
3.1.4. 頂?shù)装逄匦?30
3.1.5. 水文地質(zhì) 30
3.1.6. 地表情況 31
3.2. 帶區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng) 31
3.2.1. 帶區(qū)的位置與劃分 31
3.2.2. 采區(qū)巷道布置及其主要峒室 31
3.2.3. 帶區(qū)車場及主要硐室的布置 31
3.2.4. 生產(chǎn)系統(tǒng) 32
3.2.5. 帶區(qū)內(nèi)同采工作面數(shù)的確定 32
3.2.6. 煤層和工作面的開采順序和接替順序 32
3.2.7. 確定帶區(qū)各種巷道的尺寸、支護方式及通風方式 33
3.2.8. 確定帶區(qū)生產(chǎn)能力和采出率 35
3.3. 采煤方法 36
3.3.1. 采煤工藝方式 37
3.3.2. 回采巷道布置 42
4. 礦井通風 44
4.1. 礦井通風系統(tǒng)選擇 44
4.1.1. 確定礦井主要通風機通風方法 44
4.1.2. 確定礦井通風方式 45
4.2. 采區(qū)通風 47
4.2.1. 采區(qū)和回采面通風方式 47
4.2.2. 通風構筑物 49
4.2.3. 采煤工作面實際需要風量 49
4.2.4. 備用面需風量的計算 51
4.3. 掘進通風及峒室通風 51
4.3.1. 掘進工作面的需風量 51
4.3.2. 掘進通風方法的選擇 52
4.3.3. 掘進工作面設備選擇 53
1）風筒的擇 53
4.3.4. 峒室所需風量 54
4.4. 礦井所需風量 55
4.4.1. 礦井總風量計算 55
4.4.2. 礦井風量分配 55
4.5. 礦井通風阻力 56
4.5.1. 通風容易時期和困難時期的確定 57
4.5.2. 礦井通風容易和困難時期的阻力計算 60
4.5.3. 礦井通風總風阻 60
4.5.4. 礦井通風等積孔 60
4.5.5. 礦井通風系統(tǒng)的分析與評價 61
4.6. 礦井主要通風機選型 61
4.6.1. 礦井自然風壓的計算 61
4.6.2. 通風機的選擇 62
4.6.3. 電動機的選擇 65
4.7. 礦井反風措施及裝置 66
4.7.1. 礦井反風的目的和意義 66
4.7.2. 礦井反風設施的布置 66
4.7.3. 對礦井通風設備的要求 66
4.7.4. 礦井通風配套裝置 67
4.8. 概算礦井通風費用 68
5. 礦井安全技術措施 70
5.1. 礦井安全技術概況 70
5.1.1. 煤質(zhì)概況 70
5.2. 自然災害概述 70
5.2.1. 礦井自然發(fā)火概況 70
5.2.2. 礦井瓦斯、 71
5.2.3. 礦塵 72
5.3. 事故預防及處理計劃的編制 74
5.4. 煤層注水防治瓦斯與粉塵 75
5.4.1. 煤層注水技術原理 75
5.4.2. 水在煤層中的滲透及影響滲透的因素 76
5.5. 煤層注水方式 77
5.5.1. 煤層注水壓力 78
5.5.2. 單孔注水量和注水流量 79
5.5.3. 單孔注水時間 79
5.5.4. 采注間隔時間 79
5.5.5. 采注銜接 80
5.5.6. 鉆孔 80
5.5.7. 鉆孔參數(shù) 80
5.5.8. 封孔 82
5.5.9. 注水 84
專題部分 85
1. 前言 85
2. 塵源簡析 86
2.1. 綜采工作面塵源分析 86
2.2. 掘進工作面塵源分析 86
2.3. 防塵工作的重點 87
2.4. 防治煤礦粉塵應遵循以下基本原則： 87
2.5. 防塵工作的指導方針 87
3. 綜放面的綜合防塵 88
3.1. 2101綜采面概況 88
3.1.1. 表面活性劑和接觸角 89
3.1.2. 煤樣吸濕速度試驗 91
3.1.3. 結 論 92
3.2. 磁化水加強注水效果 92
3.2.1. 磁化水的理化特性 92
3.2.2. 磁場對巖石水飽和度的影響 93
3.2.3. 磁場對水的粘度系數(shù)的影響 93
3.2.4. 磁場對水結構的影響 93
3.2.5. 磁化水強化煤層滲透機理 93
3.2.6. 磁化水對煤表面的潤濕作用 94
3.2.7. 結 論 95
3.3. 采煤機外噴霧系統(tǒng) 95
3.3.1. 噴嘴布置 96
3.3.2. 噴嘴選型 97
3.3.3. 噴嘴安裝 97
3.3.4. 裝置運行 97
3.4. 頂板支架降塵 97
3.4.1. 移架時自動噴霧降塵裝置 98
3.5. 進、回風順槽防塵 101
3.5.1. 轉載點噴霧降塵 101
3.5.2. 帶式輸送機自動噴霧降塵 102
3.5.3. 噴嘴選型 102
3.5.4. 進、回風順槽風流凈化水幕 103
3.6. 掘進工作面防塵技術 104
3.6.1. 機掘工作面主要降塵技術 104
3.6.2. 機掘工作面主要防塵技術 104
3.7. 防爆及隔爆措施 105
3.7.1. 預防煤塵爆炸 105
3.7.2. 隔絕瓦斯煤塵爆炸措施 105
3.8. 個體防護 107
3.9. 加大煤塵管理力度 108
4. 結語 108
參考文獻： 112
英文翻譯原文 114
中文翻譯 121
致 謝 127
第 131 頁
1. 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征
1.1 礦區(qū)概述
1.1.1. 交通位置
永城礦區(qū)陳四樓井田位于河南省永城市境內(nèi)，為陳集、城廂、順和縣所轄。井田中心南據(jù)永城縣城8KM。地理坐標：東徑116°15′00″～116°26′15″，北緯33°56′30″～34°07′30″。
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20Km處穿過，西有擬建中的京九鐵路商阜段。永城縣城距商丘車站95KM，徐州車站97KM;宿州車站74KM，期間均有柏油公路相連，區(qū)內(nèi)主要村鎮(zhèn)之間亦有簡易公路相通，交通運輸堪稱方便。
見交通運輸圖1.1
1.1.2. 自然地理概況
井田位于黃淮海沖積平原東部，地勢低洼平坦，自西北向東南微微傾斜，地面標高32.49——36.50m，一般為32m至35m之間，相對高差3m左右。地表廣為巨厚的新生沖積物所覆蓋。
區(qū)內(nèi)地表水系不甚發(fā)育，最大的河流沱河在井田南部2KM處跳過，井田內(nèi)用于灌溉的溝渠縱橫交錯。沱河系淮河水系，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120KM，其流量受大氣降水控制，年平均流量1——2m3/s,有記載的最大流量384m3/s(1963年)
本區(qū)屬半濕潤、半干旱的大陸性氣候，冬春干旱，夏秋多雨，四季分明。據(jù)永城氣象站資料：
氣溫：1974—1984年觀測，月平均最高氣溫26.89℃（7月份），最低氣溫零下0.32℃，年平均14.3℃。日最高氣溫41℃（1965年7月30日），最低零下19℃（1957年2月21日）。
降雨量：最大降雨量1022.5mm(1977年)，最小為630.4mm，年平均813.4mm；日最大降雨量207mm（1965年7月15日—18日）。
蒸發(fā)量：歷年最大蒸發(fā)量1985。7mm（1978年），最小1603.2mm（1975年），年平均1745.4mm。
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183m/s（1982年4月12日）。
每年12月至翌年3月份為降雪和冰凍期，最大凍土深度19cm.
據(jù)《中國地震烈度表》載，本區(qū)為六度地震區(qū)。河南省地震局受永城煤炭工業(yè)聯(lián)合公司委托，提出“永城縣地震基本烈度鑒定書”，該文在分析了地質(zhì)構造及本區(qū)地震史以后，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適宜的”。又提出“鑒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，對特別重要的工程建筑物，可提高一度設防”。煤炭部基建司對陳四樓礦井方案設計審查意見明確：“建筑物均按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15.86KM，將與礦井同步建設。新、老兩條永碭公路，分別自工業(yè)廣場兩側經(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，由擬建中的永城220KV變電站供給。由地方集資興建的永城縣11KV變電站，可作為本礦井建井時期的施工電源。為確保施工安全，另一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，無論水質(zhì)和水量均可滿足本礦井永久水源的需求。
礦區(qū)北部的芒山，生產(chǎn)白灰、石子、料石等土產(chǎn)材料。由國家統(tǒng)一分配的水泥、鋼材、木材等亦可通過公路運至本礦。
礦井建設的外部條件比較落實、可靠。
圖1.1陳四樓礦交通運輸圖
1.2. 井田地質(zhì)
1.2.1. 地形
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，全部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，厚度約為1100m。
1.2.2. 井田勘探程度
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—芒山背料組成。
陳四樓井田位于永城隱伏背料之西冀，總體走向NNW，傾向8WW。而井田內(nèi)部走向變化較大，幾經(jīng)折轉，大體呈一“弓”字形。
由于受多期構造運動的影響，褶曲，斷裂及巖漿巖均較發(fā)育。
地層傾角在露頭處局部較大，02—03線及65線以北多在20°—30°，中部8°—10°;向深部逐漸變小，一般為4°—8°，局部8°—10°。
1、褶曲
井田內(nèi)褶曲比較發(fā)育，65線以北尤甚。分為近南北向及近東西向兩組。
近南北向褶曲有陳四樓向斜，小趙營背、高六灣向斜、李古同背斜及周莊向斜等。其中陳四樓向斜位于井田的南端，后四個褶曲位于井田北端，為一連續(xù)而有規(guī)律的褶曲構造。
近東西向的自南向北有八里廟向斜、胡莊背斜、小陳莊向斜及漢陳向斜等。其中漢陳向斜南北兩翼分別受F13及F18斷層所切割，視其全貌為一地塹式向斜構造。
2、斷裂
據(jù)側定，井田內(nèi)巖漿巖活動大致有兩個井田內(nèi)斷裂構造均為正斷層，影響開采的共有兩條，其他均為小斷層.
表1.1 主要斷層表
斷層編號
F1
F2
長度
6.6KM
2.6 KM
走向
N39°W
N35°W
傾向
S
S
落差
160m
89m
類型
正
正
可靠性
可靠
可靠
傾角
60°~70°
56°
3、巖漿活動
井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)巖漿活動。
期次：基性巖偏老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 22、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，侵入二2煤層中。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. 井田的水文地質(zhì)特征
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(nèi)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，平均總厚86.34m，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，q=0.004~7.0t/s·m ，K=0.6~23m/d。含水砂層之間及其與基巖之間有厚度比較穩(wěn)定的枯土層，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，以靜儲量為主，易于疏干。q=0.1213t/s·m ，K=0.568—3.91m/d，水質(zhì)類型為SO4-Nα型。
（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)，次為砂巖?；?guī)r以L2L3L4L7L8L9L10七層比較穩(wěn)定，巖溶裂隙比較發(fā)育，但多被泥質(zhì)或鈣質(zhì)充填。補給方式為遠方側向滲透凈除。q=0.000685—2.068t/s·m ，K=0.00492—7.473m/d。水質(zhì)類型SO4— Nα，礦化度>2q/ L。
（4）奧陶系巖溶裂隙含水組：區(qū)域范圍內(nèi)，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。q=0.000685—15.7t/s·m ，K=0.002—7.473m/d。水質(zhì)類型SO4—CαNα，礦化度2.206—4.43 q/ L。
2、井田水文地質(zhì)條件
本井田水文地質(zhì)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0.01t/s·m，本應為簡單類型，但F18以北存在太原組灰?guī)r補給；
（2）上覆新生界含水層與基巖界面之間有厚度大于3 0m的粘土層阻隔，正常地段對煤系地層無充水作用；
（3）下覆太原組灰?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50m 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(nèi)斷層富水性及導水性弱q<0.001t/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。
表1.2 各煤層情況表
煤層名稱
煤層厚度
最小~~最大
平均
煤質(zhì)
煤種牌號
原煤灰分
Ad(%)
揮發(fā)分
vdaf(%)
原煤全硫
St，d(%)
發(fā)熱量
QGr，daf(mj/kg)
三4
0-2.19
1.6
20.96
10.97
0.59
33.93
貧、無煙、天然焦
21.09
8.44
0.54
33.60
31.39
6.33
0.43
30.65
三2
0-2.90
1.5
23.97
15.80
0.56
35.41
瘦、貧、無煙、天然焦
20.88
1.10
0.72
33.75
21.21
8.52
0.59
33.59
31.39
7.85
0.78
28.85
三1
0-5.78
1.3
25.04
14.80
0.48
35.73
瘦、貧、無煙、天然焦
21.39
11.22
0.66
33.94
21.21
8.48
0.58
34.43
25.96
6.55
0.84
29.40
二2
3.90-4.50
4.0
15.90
10.27
0.48
34.37
貧、無煙、天然焦
13.79
8.13
0.51
34.67
23.98
7.12
0.67
32.46
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F11斷層使二2煤與對盤太原組灰?guī)r相接，可視大弱補給邊界。
采用“集水廊道”法計算，礦井預計正常涌水量894m3/h
（其中：K5砂巖328 m3/h.，三煤組291 m3/h，二煤組275m3/h；最大涌水盤1627m3/h。）
1.2.4. 地溫
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)；三22煤層僅在0312孔至-650m以深出現(xiàn)小范圍的一級熱害區(qū)。
井田內(nèi)其余地段地溫均屬正常。
1.3. 煤層
1.3.1. 煤層埋藏條件
井田內(nèi)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13.85m。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181m，煤層總厚10.42m，含煤系數(shù)58%。其中山西組的二2煤層為主要可采煤層，下石盒子組中可采和大部可采的煤層有三1、三22、三4三層。其特征見表1.2。
二2煤層為一穩(wěn)定~較穩(wěn)定、結構簡單（偶含泥巖夾殲一層)的中厚煤層。除井田西部受巖漿巖侵入的影響變質(zhì)為天然焦或不可采外，全區(qū)穩(wěn)定可采。
三1煤層，層位穩(wěn)定，平均厚度衛(wèi)1.30m，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。
三22煤層，較穩(wěn)定，平均厚度1.5m，受巖槳巖破壞范周約占十分之一，從南向北由單層結構漸變?yōu)殡p層至三層結構。
三4煤層為一較穩(wěn)定~不搖定煤層。在可采范圍內(nèi)平均厚度約為1.6m，單層與雙層結構的穿見層次基本相等，受巖漿巖影響的范圍約占三分之一，煤層變質(zhì)為天然焦，而且結構變得復雜。
1.3.2. 煤層圍巖性質(zhì)
二2煤層頂板以中細砂巖及砂質(zhì)泥巖為主，其中中砂巖約占55%,砂質(zhì)泥巖約占45％，井田中部17～31線多為砂質(zhì)泥巖，兩端以砂巖為主，局部頂板為巖漿巖。其抗壓強度為：砂質(zhì)泥巖389～544kg/cm3，砂巖306～1264kg/cm3。底板多為泥巖和粉砂巖。其抗壓強度為：砂質(zhì)泥巖236～864kg/cm3，砂巖733～1393kg/cm3。
三22煤層頂板以泥巖及細砂巖為主，其中泥巖約占60％，砂巖、巖漿巖約占40％。井田中部17～30線多為砂巖及少量巖漿巖，井田兩側以泥巖為為主，其抗壓強度為：泥巖246kg/cm3，砂巖943kg/cm3。底板以泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉、細砂巖為主，其抗壓強度為：泥巖246kg/cm3，砂巖300～545kg/cm3。
1.3.3. 煤質(zhì)
各煤層均為高編制階段的年青無煙煤。
二2煤層低灰份，特低硫、磷，高發(fā)熱量；理論分選比重1.7時，可選性為易選至極易選 ；化學特性好；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(zhì)的共同點是，中至高灰分（三1煤為富灰），特低硫、磷，高熔點，中至高發(fā)熱量；理論分選比重1.7時，可選性中等；化學特性一般不佳；熱穩(wěn)定性差—中等；強結渣，不易磨，可作動力、民用及發(fā)電用煤。
1.3.4. 瓦斯、煤塵、煤的自燃性
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(nèi)瓦斯含量普遍較低，一般小于1cm3/g ；由于構造和巖槳巖的熱力作用，僅個別點有富集現(xiàn)象（二2煤層6707孔6.56 cm3/g ，6919孔3.49 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-800m以深。 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。二2煤層相對瓦斯涌出量為2.0 m3/t·d
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)；三2煤層僅在0312孔至-650m以深出現(xiàn)小范圍的一級熱害區(qū)。井田內(nèi)其余地段地溫均屬正常。
2. 井田開拓
2.1. 井田境界及可采儲量
2.1.1. 井田境界
“永城礦區(qū)總體設計”及井田精查地質(zhì)勘探所確定的井田境界為：東起二2煤層露頭線，西至F2及F9斷層；北起F11斷層，南到F6斷層與城郊井田為鄰。井田南北走向長12km ， 東西寬平均6km，井田面積約73km2。
煤炭部“關于河南省永城礦區(qū)總體設計預審意見”，將陳四樓井田北部邊界由F11向北推至F8斷層，增加儲量4778萬t，目的在于加大礦井服務年限。但該地段勘探程度低，D級儲量占46%以上，尚不能作為礦井設計的依據(jù)。因此，設計暫將其列為本井田的后備儲量。
2.1.2. 井田儲量
1、地質(zhì)儲量：
儲量計算邊界為已劃定的井田范圍。平衡表內(nèi)計算儲量的煤層最低可采厚度為0.8m。厚煤最高灰分為40﹪。三5煤層為一僅個別點達臨界可采厚度的不穩(wěn)定煤層，計入表外儲量。
全國礦產(chǎn)儲量委員會審查批準的各級儲量如下：
全井田
A＋B十C 級 30396萬t
其中A十B級 13053萬t
A十B/A十B十C 43﹪
另有D級(三5煤層) 1277萬t
天然焦 4151萬t
礦井高級儲量的比例未達到《地質(zhì)勘探規(guī)范》中應大于50%的要求，其主要原因是由于測井工作不符合規(guī)定，審查中較多的見煤點側井資料降級所致。已無可挽回。鑒于本區(qū)物性條件良好，煤、巖物性差異明顯，而且鉆孔密度大，鉆孔質(zhì)量較高，可以認為儲量是可靠的。
2、可采儲量
（1）不能利用儲量
三22及三4煤層，在F18斷層以北，僅零星塊段可采，留設了防水煤柱之后，已無開采價值；三4煤層在65勘探線以北的淺部，受巖漿巖侵入破壞嚴重，大部地段為不可采區(qū)或天然焦區(qū)，難以構成正規(guī)的回采工作面。
以上兩項計C級儲量897萬噸，作為不能利用儲量，不計入可采儲量之內(nèi)。
（2）各類永久煤柱及留設原則
邊界保護煤柱按下式計算
(2.1)
式中：Z——邊界煤柱損失量；
L——井田邊界長度；
b——保護煤柱寬度；
M——煤層厚度；
γ——煤的容重。
根據(jù)經(jīng)驗井田邊界保護煤柱留50m，斷層保護煤柱的留設按落差大于50m時，斷層兩側各留40m，落差小于50m時，兩側各留30m。本礦井井田內(nèi)的幾條大斷層的落差均大于50m，因此在兩側各留40m 的保護煤柱。
正斷層上盤，按斯列薩廖夫公式計算的安全隔水層厚度，作為開采點與含水層之間的最小距離，在剖面圖上確定其防水煤柱尺寸；正斷層下盤考慮到斷層的擺動及破碎帶的寬度，其煤柱寬度以30m計。
井田境界煤柱寬度取40m。
沖積層防水煤柱的留設，是根據(jù)其基巖巖性、基巖面上隔水層的厚度，分別采用議計規(guī)范2-75條給出的公式，計算防水煤巖柱的留設高度。計算結果與用相鄰礦區(qū)劉橋礦井生產(chǎn)實踐經(jīng)驗公式計算結果基本相符。
工業(yè)場地及風井場地保安煤柱的巖移角量參數(shù)，經(jīng)對有關礦區(qū)調(diào)查、科研部門征求意見并參考臨近礦井實測資料，確定為：Φ=41°；ｒ=70°β=67°δ=71.5°。
井田內(nèi)大小村莊密布，而且潛水位較高，為充分開發(fā)煤炭資源，本議計確定不留設村莊煤柱，采用長壁冒落法進行遷村采煤。
表2.1 各類永久煤柱損失
煤層
工業(yè)場地煤柱
基巖防水煤柱
斷層煤柱
井田境界煤柱
合計
二2
660.1
585
723
14
2182.1
三1
25
69
185
11
390
三22
81.7
192
434
12
831.7
三4
0
211
188
12
511
總計
1266.8
1057
1630
49
3914.8
（3）可采儲量
在礦井開采過程中，實際能夠采出的煤只是工業(yè)儲量的一部分，能夠采出的這部分儲量稱為可采儲量?？刹蓛α靠捎孟率接嬎悖?
(2.2)
式中 ——井田可采儲量，萬t;
Zb——不可利用儲量，萬t
——永久煤住損失，萬t,永久煤柱損失系指礦井開采期間不允許進行回采的煤柱損失，它包括保護工業(yè)廣場、井筒、建筑物、鐵路、超高壓輸電線，以及為了礦井安全生產(chǎn)而留設的井田境界、斷層、河流、湖泊等隔離煤柱。)，經(jīng)過勘探，測得數(shù)據(jù)為3914.8萬t。
——采區(qū)回采率，國家規(guī)定采區(qū)回采率一般不應小于：厚煤層75%，中厚煤層80%，薄煤層85%。
礦井可采儲量=（工業(yè)儲量-各類永久煤柱-不可利用儲量）×采區(qū)回采率.
即：（30396-3914.8-897）×80﹪=20467.4萬t
2.1.3. 礦井設計生產(chǎn)能力及服務年限
1 礦井工作制度
按照《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》中規(guī)定，礦井設計生產(chǎn)能力宜按工作日330天計算，每天凈提升時間宜為16小時。參考《關于煤礦設計規(guī)范中若干條文修改的說明》，本礦井作業(yè)采取“四六”工作制，每日三班生產(chǎn)、出煤，一班檢修，每日提升時間為16小時。
2 礦井服務年限
礦井生產(chǎn)礦井服務年限、年產(chǎn)量和儲量之間的關系可用下式表示
(2.3)
式中 ——礦井設計服務年限，a；
——礦井設計生產(chǎn)量，t/a；
——儲量備用系數(shù)，1.2~1.4。（此系數(shù)是為了避免井田局部地質(zhì)變化，造成儲量減小，致使礦井服務年限縮短設置的。地質(zhì)構造簡單的井田區(qū)小值，反之取大值。）
代入式中 T＝Zk /(A×k)
＝20467.4/(180×1.3)
＝87.4年
報據(jù)國家計委對“礦區(qū)總體說計”的批復意見，本礦井生產(chǎn)能力為180萬t/a。設計經(jīng)論證認為該井型是合理的。其主要依據(jù)如下：
1、礦井地處我國“華東謀炭調(diào)入?yún)^(qū)帶”，煤種又屬于“應優(yōu)先開發(fā)的無煙煤”。根據(jù)近期煤炭工業(yè)布局原則和開發(fā)方針，應加大其開發(fā)強度。
2、井田工業(yè)儲量約3 0396萬t，可采儲量20467.4萬t，礦井服務年限約87.4年。符合《設計規(guī)范若干條文修改》中關于服務年跟的規(guī)定。
3、井田內(nèi)地質(zhì)構、水文地質(zhì)及開采技術條件都比較簡單，加上高度的采、掘、運機械化裝備和系統(tǒng)簡單的開拓部署，為提高生產(chǎn)集中化程度提供了有利條件。
4、主要可采煤層二2煤賦存穩(wěn)定，傾角平緩、煤層厚度一般為2—3m ，煤層生產(chǎn)能力3—4t /m2。根據(jù)統(tǒng)計資料，屬理想的高產(chǎn)煤層條件，可以充分發(fā)揮綜采的威力。.工作面生產(chǎn)能力可達160~18 0萬t/a。.
5、初期開采二2煤層時，一個綜采工作面可保證設計生產(chǎn)能力。每1500m作為一個回采單元，工作面回旋余地較大。
6、經(jīng)對工作面開采年進度計劃及采區(qū)接替安排驗證，礦井具有較長的穩(wěn)產(chǎn)時間。
7、在表土層厚，埋藏又較深的條件下，加大開發(fā)強度無疑會收到較好的經(jīng)濟效益。綜合上述分析，本礦井年生產(chǎn)能力確定為180萬t/a。無論就可能和需要，技術和經(jīng)濟等方面看都是優(yōu)越的。
2.2. 井田開拓
2.2.1. 井田開拓的基本問題
井田開拓是指在井田范圍內(nèi)，為了采煤，從地面向地下開拓一系列巷道進入媒體，建立礦井提升、運輸、通風、排水和動力供應等生產(chǎn)系統(tǒng)。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，需要對技術可行的幾種開拓方式進行技術經(jīng)濟比較，才能確定。
井田開拓主要研究如何布置開拓巷道等問題，具體有下列幾個問題需認真研究。
1. 確定井筒的形式、數(shù)目和配置，合理選擇井筒及工業(yè)場地的位置；
2. 合理確定開采水平的數(shù)目和位置；
3. 布置大巷及井底車場；
4 .確定礦井開采程序，做好開采水平的接替；
5. 進行礦井開拓延深、深部開拓及技術改造；
6 .合理確定礦井通風、運輸及供電系統(tǒng)。
確定開拓問題，需根據(jù)國家政策，綜合考慮地質(zhì)、開采技術等諸多條件，經(jīng)全面比較后才能確定合理的方案。在解決開拓問題時，應遵循下列原則：
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. 必須貫徹執(zhí)行煤礦安全生產(chǎn)的有關規(guī)定。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)常保持良好狀態(tài)。
5.要適應當前國家的技術水平和設備供應情況，并為采用新技術、新工藝、發(fā)展采煤機械化、綜掘機械化、自動化創(chuàng)造條件。
6.根據(jù)用戶需要，應照顧到不同煤質(zhì)、煤種的煤層分別開采，以及其它有益礦物的綜合開采。
本井田開拓主要考慮以下幾個因素：
（1） 煤層賦存穩(wěn)定，傾角為5°到17°，平均為9°，新生界地層厚度為300～430m，平均為348.73m，煤層厚度平均為4m.
（2）礦區(qū)地勢平坦，地面標高變化于+32m～+35m之間，其多為農(nóng)田，沒有大的地表水系和水體。
由于本井田上覆第四系沖積層比較厚，平均為348.73m左右，且煤層埋藏較深，故采用豎井開拓方式。
1 井筒形式確定
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。
平硐開拓受地形跡埋藏條件限制，只有在地形條件合適，煤層賦存較高的山嶺、丘陵或溝谷地區(qū)，且便于布置工業(yè)場地和引進鐵路，上山部分儲量大致能滿足同類井型水平服務年限要求。
斜井開拓與立井開拓相比：井筒施工工藝、施工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；地面工業(yè)建筑、井筒裝備、井底車場及硐室都比立井簡單，井筒延伸施工方便，對生產(chǎn)干擾少，不易受底板含水層的威脅；主提升膠帶化有相當大的提升能力，可滿足特大型礦井主提升的需要；斜井井筒可作為安全出口，井下一旦發(fā)生透水事故等，人員可迅速從井筒撤離。缺點是：斜井井筒長輔助提升能力少，提升深度有限；通風路線長、阻力大、管線長度大；斜井井筒通過富含水層、流沙層施工技術復雜。
立井開拓不受煤層傾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然條件的限制，在采深相同的的條件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，對輔助提升特別有利，井筒斷面大，可滿足高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井需風量的要求，且阻力小，對深井開拓極為有利；當表土層為富含水層或流沙層時，立井井筒比斜井容易施工；對地質(zhì)構造和煤層產(chǎn)狀均特別復雜的井田，能兼顧深部和淺部不同產(chǎn)狀的煤層。主要缺點是立井井筒施工技術復雜，需用設備多，要求有較高的技術水平，井筒裝備復雜，掘進速度慢，基本建設投資大。
由于本地區(qū)的地勢條件所限制，故不能用平硐開拓。
根據(jù)陳四樓礦井的自然地理條件，技術經(jīng)濟條件等因素，綜合考慮其實際情況：
Ⅰ地勢地勢低洼平坦，地面標高+32～+35m，平均33.73 m，煤層埋藏較穩(wěn)定，距地面垂深在-300～-800m之間；
Ⅱ礦井年設計生產(chǎn)能力為180萬t/a，為大型礦井。
綜上所述，本礦可以采用立井開拓。
2、井口位置
對本井田井口及工業(yè)場地位置的選擇，著重考慮了如下主要因素：
1、在井田中部，二2煤層深部被巖漿巖吞蝕，胡莊背料又使煤層露頭向西凹進，使井田成為中部狹窄，兩翼開闊的近似“啞鈴”形狀。
2、新生界地層厚度300~430m，平均厚348.73m，其厚度受古地形影響而東薄西厚，南薄北后。
3、井田內(nèi)水文地質(zhì)條件屬中等到簡單類型。二2煤層下距L8灰?guī)r平均78 m，在正常地段不存在底板突水的威脅。
4、低沼氣礦井；煤層自燃；煤塵無爆炸至弱爆炸性，開采技術條件較簡單。
5、地面村莊比較稠密。
6、三組煤與二組煤之間采用“上行”開采程序。
設計曾提出了六個井口位置方案(見插圖2-1)。在多方案比選的墓礎上，篩選出了以下兩個方案進行了全面技術經(jīng)濟比較：
第一方案：井口位于0707孔東南約100m處，鐵路.站場方位近南北，井底車場座落在下石盒子組三4煤層頂扳，-450m水平主要運輸石門及回風石門通達二2煤層后，設置中央采區(qū)，南翼為傾料長壁布置。由于受新生界地層約束，主井裝載水平設在井底車場水平以下。主、副井穿過新生界地層厚度分別為385m、388m。
第二方案：井口位于6504孔西南約3 00m處，鐵路站場方位近東西向。井底車場座落在二2煤層及頂?shù)装鍘r層中。副井調(diào)車線向兩冀延展即為-450m水平運輸大巷。主井底抬高至井底車場水平。主副井筒穿過新生界地層厚度分別為362m、368m。
第一方案利用二2煤層被巖漿巖吞蝕區(qū)作為工業(yè)場地保安煤柱，試圖減少工業(yè)場地壓煤量，并可設置中央采區(qū)；第二方案以運輸大巷作為井底車場調(diào)車線，意在節(jié)省初期井巷工程量，縮短建井工期。
上述兩個方案的建井條件、井巷工程量及投資、地面工程及投資、建井工期、工業(yè)場地壓煤量及井下生產(chǎn)經(jīng)營費用等項比較結果見表2.2 。
綜上比較可知，第二方案與第一方案相比，建井技術條件比較簡單，并具有井巷工程量少，初期投資省、建井工期短、出煤快，首采區(qū)生產(chǎn)條件好，有利于防洪排撈等顯著優(yōu)點。因此，設計推薦第二方案。
根據(jù)本礦實際條件及參考實習礦井，確定井口位置如下：
主井 x=3764976 y=39442603 z=+36.3m
副井 x=3764940 y=39442603 z=+36.3m
中央風井 x=3765042 y=39442783 z=+36.3m
表2.2 井口及工業(yè)場地位置方案比較表
項目
第一方案
第二方案
防洪排澇
原地面標高
34.3
34.7
P=1%的行洪水深
1.0
0.55
距鼻溝距離
800
1450
鼻溝破堤時
影響大
影響小
填方
35．0
28.0
工業(yè)場地布置
占地
259.5
259.5
場地尺寸
450400
650300
地面條件（EWSN）
廣場近似正方形，煤柱大，初期工程量大，去儲煤場皮帶位置不合理，且公路與鐵路平交，生產(chǎn)系統(tǒng)煤流方向與外運煤流方向相反
廣場長軸與煤層等高線大致垂直，煤柱小，初期井巷工程量小，選煤車間排矸公路轉彎較多
地面鐵路
正線長度（m）
16.60
15.86
大中橋(座)
5.0
4.0
填方（萬m3）
63.79
61.68
占地
1427.4
1386.13
線路維護條件
專用線通過井田范圍的長度45KM，增加了維修工程量
專用線不經(jīng)過井田內(nèi)，維修條件好。
2 井筒個數(shù)選擇
1、方案提出
考慮到井筒較深及井筒穿過新生界地層較厚等因素，本著“一井多用”的原則，在初期采用中央并列式通風系統(tǒng)的條件下，首先考慮了“一主一副兩個井筒.”的方案——第一方案。根據(jù)提升容器和梯子間布置的要求，并為通風留有一定的余地，主、副井井筒凈直徑均為7.0m。該方案的建井工期實際受主、副井交替安裝工期所限制。
如欲縮短建井工期，必須為主副井同時安裝創(chuàng)造條件，于是提出了將主井提升及回風的功能分為兩個較小的井筒來承擔，即在工業(yè)場地內(nèi)布置“一主、一副、一風三個井筒”的方案——第二方案?？紤]到主井可輔助進風，風井又系專門回風井，故確定副井井筒凈直徑6.5m，主、風井井筒凈直徑均為5.0m。
2、方案比較
兩方案的井巷工程量及投資比較見表2.3。
3、對方案的技術經(jīng)濟分析：
（1）兩方案均可滿足提升及安全出口的要求，并具有相同的通風富裕能力。
（2）“三個井筒”方案，由風井擔負建井初期的臨時提升任務，為主、副井同時安裝創(chuàng)造了條件。經(jīng)對兩方案的工期安排和比較，“三個井筒”方案可縮短建井工期10.8個月。
按本礦井建井條件計算，施工期內(nèi)的“工期費用”為6 5.57萬元/月(包括輔助車間服務費14.89萬元，管理費46.61萬元，工資4.07萬元)，“.三個井筒”方案可節(jié)省工期費用708.16萬元。
（3）據(jù)調(diào)查，利用主井回風時，漏風量.一般為15~20﹪。“.三個井筒“方案避免了主井回風通風阻力高，漏風大的缺點。按主井兼做回風時，漏風率10%計算，可節(jié)省通風費用10.1萬元/a.
（4）根據(jù)回采工作面開采年進度計劃安排，“三個井筒”方案，比“兩個井筒”方案早產(chǎn)原煤121.5萬噸。
從宏觀來看，礦井提前投產(chǎn)出煤，特別對我國煤炭調(diào)入?yún)^(qū)帶來說，將產(chǎn)生更加深遠的影響。
（5）對兩方案進行投入產(chǎn)出分析，其結果是：
兩個井筒 三個井筒
投資效益率（%） 7.5 7.7
返本期 17.6 16.5
（6）三個井筒方案便于風井井口密閉和設置防爆門，安全條件好。
（7）三個井筒方案使主井井筒裝備的防腐條件得以改善。
綜上分析比較可知，三個井筒方案在經(jīng)濟方面合理，生產(chǎn)安全條件可靠，利用風井施工縮短建井工期，對新開發(fā)區(qū)的第一對大型礦井來說更具有深遠意義。
為此，設計認為第二方案是優(yōu)越的，故采用三個井筒方案。
4 井筒數(shù)目和位置的確定
根據(jù)以上的一些基本原則，本礦井采用立井開拓在技術、經(jīng)濟、安全等方面綜合起來最合理。工業(yè)廣場位于井田儲量的中央，以形成兩翼儲量比較均勻的雙翼井田，可以使沿井田走向的井下運輸工作量最小，通風網(wǎng)