本科生畢業設計（論文）題目：孫家壕煤礦3.0Mt/a新井設計房柱式開采已采煤層的露天開采可行性研究摘要一般部分主要針對孫家壕煤礦進行了井型為3.0Mt/a的新井設計。朱集礦井位于內蒙古自治區準格爾旗境內，井田走向長約7.0km，傾向長約3.5km，面積約18.9km2。主采煤層為6#煤層，平均傾角2~7.25°，平均角度3.87,平均厚度17.25m。井田工業儲量為414.422Mt，可采儲量315.16Mt，礦井服務年限為75.03a。礦井正常涌水量為70m3/h，最大涌水量為120m3/h；煤層瓦斯涌出量低，屬低瓦斯煤層。煤層自燃傾向等級為三類不易自燃；煤塵均具有爆炸危險。根據井田地質條件，設計采用雙斜井單水平開拓方式，井田采用盤區和帶區式布置方式，共劃分為三個采區，一個帶區。設置軌道大巷、膠帶機大巷和回風大巷，分別布置在6#煤層底板和頂板中。礦井通風方式采用中央并列式通風。針對東三盤區采用了盤區準備方式，共劃分12個回采工作面。大巷采用膠帶輸送機運煤，輔助運輸采用無軌腳輪車。主井采用傾角為22°的膠帶輸送機，副井采用單鉤串車提升材料和人員。專題部分題目為《房柱式開采已采煤層的露天開采可行性研究》，就目前國內外的煤柱回收的情況研究情況進行了整理論述，主要針對內蒙古早起房柱式開采遺留煤柱的回收技術進行了論述和研究。翻譯部分題目為《3Dnumericalmodelingoflongwallminingwithtop-coalcaving》，主要利用三維技術模擬長壁式放頂煤技術。關鍵詞：孫家壕煤礦；雙斜井；盤區布置；中央并列式；綜采；放頂煤；煤柱回收ABSTRACTThegeneraldesignisabouta3.0Mt/anewundergroundminedesignofSunJiahaocoalmine.SunJiahaocoalmineislocatedinZhungeerqi,innerMongolia.It’sabout7.0kmonthestrikeand3.5kmonthedip,withthe18.9km2totalhorizontalarea.Theminablecoalseamis6#withanaveragethicknessof17.25mandanaveragedipof3.87°.Theprovedreservesofthiscoalmineare414.422Mtandtheminablereservesare315.16Mt,withaminelifeof75.03a.Thenormalmineinflowis70m3/handthemaximummineinflowis120m3/h.SunJiahaocoalminedividedintothreeworkingareasandonebandts,andtrackroadway,beltconveyorroadwayandreturnairwayareallmineroadways,arrangedinthefloormineof6#coalseam.ThedesignappliesstrippreparationagainstthefirstbandofEastOnewhichdividedinto12stirpstotally,andconductedcoalconveyance,ventilation,gangueconveyanceandelectricitydesigning.Thedesignconductedcoalminingtechnologydesignagainstthe6304face.Mainroadwaymakesuseofthe22°beltconveyortotransportcoalresource,andcartobeassistanttransport.ThemainshaftusesThemonographicstudyentitled"Open-cutminingtorecovercoalpillarbyRoomandpillarmining",Thetitleofthetranslatedacademicpaperis"3Dnumericalmodelingoflongwallminingwithtop-coalcaving".Keywords:SunJiahaocoalmine;Doubleslopeshaft;Panellayout;Centralparallel;Mechanizedmining;top-coalcaving;recovercoalpillar

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1礦區概述及井田地質特征 頁1礦區概述及井田地質特征1.1礦區概述1.1.1交通位置孫家壕煤礦位于內蒙古自治區準格爾旗境內，行政區劃隸屬準格爾旗窯溝鄉管轄。具體位置在準格爾煤田牛連溝詳查區的第3～第8勘探線之間和準格爾煤田牛連溝煤礦接續井勘探范圍內。地理坐標為：東經111°18′43″～111°20′38″北緯39°53′40″～39°56′49″。孫家壕煤礦位于準格爾旗窯溝鄉境內，礦區中心南距薛家灣市約15km，距唐公塔集裝站22km，北通過103省道距呼和浩特市125km。西通過109國道距鄂爾多斯市160km，東距豐準鐵路5km。礦區交通條件便利，煤炭外運也非常方便。交通位置見圖1-1圖1-1交通位置圖1.1.2地形地貌及水系孫家壕煤礦位于準格爾煤田北部。全區被廣厚的黃土和風積沙大面積復蓋，因受水流等自然營力作用，嚴重的水土流失造成的樹枝狀沖溝十分發育，形成溝壑縱橫，溝深壁陡的復雜地形，呈典型的黃土高原地貌。礦區內較大的溝谷有位于礦區中部的哈拉七太溝、北側的楊沙白溝及腦包溝、東溝。具有向源侵蝕特征，其分支呈樹枝狀，多為“V”字形溝谷，下游為“U”字形溝谷。礦區內地形西高東低，最高點位于礦區北部后寨，海拔標高1299.56m，最低點位于礦區東側牛連溝，海拔標高1157.30m，比高142.26m。黃河流經本區東緣，距離本礦井東部邊界約5km，水位標高：最低：984.52m(1979年7月20日)，最高:990.33m(1981年9月26日)；河水流量:最小:55.2礦區及周邊一帶沖溝,平時干涸無水,只在雨季形成水流,但因年降水量少且集中降水,溝底坡度大而迅速排出區外,匯入黃河。1.1.3氣象與地震本區屬大陸性干旱氣候，冬季嚴寒而漫長，夏季炎熱而短暫，寒暑變化劇烈，晝夜溫差大，最低氣溫-29℃，最高氣溫39.4℃，每年十月進入結冰期可延至第二年四月，最大凍土深度為1.50m。冬春兩季多西北風，一般風速10～15m/s，最大風速18m/s。年降水量為238～732mm，大氣降水多集中在7、8、9三個月，占全年總降水量的60～70%。年蒸發量1792～2115mm。依據“中國地震裂度區劃圖”劃分，地震動峰值加速度為0.10（g），對照地震裂度7度，屬弱震區。據調查，本區歷史上從未發生過較大的破壞性地震。1.1.4礦井供電電源孫家壕煤礦已和薛家灣供電局簽定雙回路供電協議，孫家壕煤礦建設完成后由薛家灣供電局所屬的納林溝110KV變電站和唐公塔110KV變電站分別以35KV電壓等級供給孫家壕煤礦不少于15000KVA的電量，兩座變電站分別距離本礦井7.5km。1.2井田地質特征 1.2.1井田地質概況孫家壕煤礦位于準格爾煤田北部。全區被廣厚的黃土和風積沙大面積復蓋，因受水流等自然營力作用，嚴重的水土流失造成的樹枝狀沖溝十分發育，形成溝壑縱橫，溝深壁陡的復雜地形，呈典型的黃土高原地貌。礦區內較大的溝谷有位于礦區中部的哈拉七太溝、北側的楊沙白溝及腦包溝、東溝。具有向源侵蝕特征，其分支呈樹枝狀，多為“V”字形溝谷，下游為“U”字形溝谷。礦區內地形西高東低，最高點位于礦區北部后寨，海拔標高1299.56m，最低點位于礦區東側牛連溝，海拔標高1157.30m，比高142.26m。1.2.2地層準格爾煤田出露地層較全，屬華北地層區--伊克昭盟～陜甘寧分區～準格爾、臨縣小區。區域地層見表1-1。表1-1準格爾煤田區域地層表地層單位厚度(米)巖性描述界系統組新生界第四系全新統Q40～25為沖洪積層和風積層。不整合于一切老地層之上。更新統馬蘭組(Q3m)0～100淺黃色粉砂質黃土，具垂直節理，含鈣質結核，不整合于一切老地層之上。第三系上新統N20～50淺紅色含砂粘土，含鈣質結核，底部為淺灰黃色礫巖夾砂巖透鏡體，不整合于一切老地層之上。中生界侏羅系上侏羅志丹群(J3-K1Zh)392上部為棕紅色含礫中、粗粒砂巖，夾砂質泥巖，局部夾疏松礫巖，下部為淺紅色礫巖，發育大型交錯層理，與下伏地層呈不整合接觸。白堊系下白堊統三疊系下統和尚溝組(T1h)>165棕紅色、磚紅色中細粒砂巖及粉砂巖，夾棕紅色砂質泥巖，與下伏地層整合接觸。劉家溝組(T1L)257～385淺灰、淺灰綠色細粒砂巖，夾棕紅色砂質泥巖，含礫中粗粒砂巖，交錯層理，與下伏地層整合接觸。古生界二疊系上統石千峰組(Pzs)>170上部棕紅色砂質泥巖，灰綠色砂巖，下部灰綠色砂巖，夾淺紅色泥巖，底部為灰白色含礫粗砂巖。與下伏地層整合接觸。上石盒子組(P2s)>290紫紅色砂質泥巖為主，夾灰綠色、灰白色中粗粒砂巖，含鐵質結核。與下伏地層整合接觸。下統下石盒子組(P1x)120黃綠色、黃褐色、紫紅色砂質泥巖，夾灰白色、灰綠色砂巖，局部底部夾薄煤線，與下伏地層整合接觸。山西組(P1s)38～95灰白色砂巖、灰黑色砂質泥巖、泥巖及煤層組成，本組含煤五層，局部可采，含豐富植物化石。與下伏地層整合接觸。石炭系上統太原組(C2t)12～95灰白色砂巖，灰色、灰黑色砂質泥巖、泥巖、煤層組成，南部夾1~2層泥質灰巖，全組含煤五層，其中6號煤全區可采，較穩定。富含植物和動物化石。與下伏地層整合接觸。本溪組(C2b)7～35灰白、灰、灰黑色砂巖、泥巖、灰巖及含鋁泥巖組成，底部富含黃鐵礦結核。與下伏地層平行不整合接觸。奧陶系中下統01+2120～230上部為淺灰色泥質灰巖，厚層狀石灰巖夾薄層狀灰巖，下部為白云質灰巖及厚層狀白云巖。與下伏地層平行不整合接觸。1.2.3褶皺及斷層準格爾煤田位于華北地臺鄂爾多斯臺向斜東緣，山西斷隆之西緣，總體構造為一走向近南北，傾向西，傾角10°以下，具有波狀起伏的單斜構造。主要構造為：褶皺①窯溝背斜：北起小魚溝經窯溝向西南至五犋牛窯子一帶。軸向北23°東，延伸約10km。西翼較陡，傾角6～10°，東翼緩，傾角3～5°，起伏幅度不大。②西黃家梁背科：北起田家石板經西黃家梁至劉家疙旦。軸向北30°東～北50°東，延伸約12km，向南西傾伏，向北東抬起，兩翼不對稱；北西翼窄、陡，傾角一般25°，南、東翼寬緩，傾角＜10°，軸部幅度100～150m。③焦家疙卜向斜：軸向北45°東，延伸約10km。軸部及兩翼寬緩，傾角5°左右，起伏幅度不大。④老趙山梁背斜：位于煤田南部老趙山梁一帶。軸向近東西，延伸約10km。向西傾伏，南翼較陡，傾角20～30°，軸部及北翼較緩，傾角＜10°。⑤雙棗子向斜：位于老趙山梁背斜以南。軸向近東西，延伸10余km。北翼較陡，傾角20～30°左右，南翼寬緩，傾角＜10°。⑥田家石畔背斜：位于煤田西南部。軸向北50°西，延伸約5km。為一西南翼陡、東北翼緩的不對稱背斜。斷層稍溝正斷層：位于煤田東部邊緣焦稍溝處。走向北35°東，傾向東南，傾角70°，斷距20～80m。延伸約2km。②石疙咀正斷層：位于煤田西部黑岱溝的南部邊界處。走向北30～45°東，傾向南東，傾角60°，斷距15～50m。延伸約10km。③田家石畔正斷層：位于煤田西南部邊緣。走向北50°西，傾向南西，傾角一般為70°，斷距自東南向西北增大，最大150m。延伸約8km。準格爾煤田構造綱要圖見圖1-2。圖1-2準格爾煤田構造綱要圖1.2.4水文地質特征1、概況：準格爾煤田屬鄂爾多斯黃土高原的一部分，大部分地區黃土覆蓋。地表植被稀少，覆蓋率極低。年降水量少且集中，大部分以地表逕流形式排泄于黃河，年蒸發量大。受后期流水沖蝕作用的影響，形成樹枝狀沖溝，地表溝谷縱橫，溝深壁陡，形成復雜的地形地貌特征。含煤地層屬石炭系上統太原組及二疊系下統山西組，其巖、煤層相間發育，并程度不同的發育著節理裂隙。區內巖層傾角一般5～10°左右，局部有波狀起伏。地下水主要補給來源以大氣降水為主，但由于泥巖、高嶺石泥巖、砂質泥巖等隔水層的存在，大氣降水滲入補給量甚少。煤系地層及上部地層單位涌水量＜0.1L/s·m。因此，本區水文地質條件屬以裂隙充水為主的水文地質條件簡單型礦床。2、含、隔水層簡述⑴第四系風積沙（Q4eol）：區內零星分布，一般在背風坡及地形低洼處分布，呈沙梁、沙壟及新月型的沙丘出現，為透水而不含水層。⑵第四系沖洪積層（Qel+pl）：零星分布，厚度不均，以淤泥、中—粗砂及砂礫為主，因受厚度及分布面積所限制，含水不豐富。⑶第四系黃土層（Q3meol）：廣泛分布于全區，厚度較大，一般在1.37～124.00m左右，在地表未見有泉水出露，隔水性能較好。⑷第三系紅土層（N2）：零星分布，厚度0～32.39m，巖性為棕紅、紅色粘土～亞粘土，與下伏基巖呈不整合接觸，在地表見與基巖接觸面有少數泉水出露，流量在0.014～0.155L/s,地表水為其主要補給來源,本層為一良好隔水層。⑸山西組:全區分布,為煤系地層，局部與6號煤層呈沖刷接觸。含裂隙～孔隙水，地表泉水流量在0.01～0.014L/s。經203隊在區內南部邊緣的157號孔抽水試驗結果證實，含水極其微弱，地下水位埋深在94.25～112.74m，水位標高在1075.07～1093.56m，水柱高度27.89～30.41m,單位涌水量0.0004～0.00052L/s.m，滲透系數0.00292～0.00530m/d，礦化度為0.25g/L，水質為HCO～Ca2+·Mg2+型水。⑹太原組：全區分布，為主要含煤地層，地層出露地表時，未見有泉水出露，鉆孔常見有漏水現象。在有柱狀陷落附近裂隙較發育，含少量裂隙水，鉆孔內大部分無水位或水位在百米以下，漏水嚴重未能做抽水試驗，水位標高在975.23～1079.88m,水質為HCO·SO～Ca2+·Mg2+型水。⑺本溪組:出露于本區東南部,巖性以灰、灰黑色粘土巖、砂質粘土巖、鋁質粘土巖等組成。全層一般不含水，底部有一層粘土巖全區發育，為一良好的隔水層。本區該組厚度5.00～33.00m,平均13.20m。是本區煤系地層與奧陶系巖溶水之間較好的隔水層。⑻奧陶系：出露于勘探區小魚溝及窯溝溝口，巖性以淺黃色、深灰色石灰巖、白云巖為主，地表巖溶不發育，裂隙及小溶洞被鈣質及砂質充填，故地表水不易補給地下。詳終區水文地質類型的確定:本區屬大氣降水補給，補給來源較貧乏，原報告據鉆孔抽水試驗成果，單位涌水量均小于0.001L/s.m，地下水位多在百米以下,原報告認為有泥巖、粘土巖等為隔水層，各弱含水層間一般無水力聯系。構造簡單，巖層較平緩，煤層均位于黃河水位之上，本區與黃河無水力聯系。地層含水微弱,以裂隙巖層充水為主，不需要疏干的水文地質條件簡單類型即第二類第一型。3、地下水的補給、逕流與排泄區內地下水的補給、逕流、排泄條件受多種自然因素的影響，下面分別敘述地下水的補、逕、排條件：（1）地下水補給條件區內直接充水含水巖組除接受側向補給外，其補給源主要來源于大氣降水。大氣降水通過含水巖組的零星露頭或黃土覆蓋的隱狀露頭垂直下滲補給。但由于降水集中（7、8、9三個月降水占年降水量的75%左右），氣候干燥，年蒸發量大于年降水量數倍，地形坡降大、植被稀少、又無良好匯水地形，加之補給范圍有限，以致使大氣降水的絕大部分以地表逕流的形式排泄區外。含水巖組接受的補給量非常有限。區內無常年流水河流及大的地表水體。（2）地下水逕流條件本區東部及北東部地形較高，且有基巖出露，露頭接受部分大氣降水的入滲補給后，由高處向低處的溝谷，洼地流動匯集。其總的流向是由北東及東，向南西及西運動，其水位標高由北東向南西依次為1070.01—983.96—916.83m，由于受煤系地層的起伏或透水性的差異等因素的影響，個別地段流向略有變化。（3）地下水排泄條件地下水接受補給后，沿空隙運動，邊運動邊在有利部位（如溝谷、洼地）以泉的形式排泄于地表，匯集于溝谷中，除沿途蒸發消耗和被利用外，剩于部分則從河谷出口處排泄區外，注入黃河。（二）礦區水文地質條件5、礦井充水因素分析本區水文地質條件簡單。從鄰區調查的生產窯（大部分開采6號煤層），絕大部分無需排水或有少量淋水現象。原牛連溝煤礦排水量約800m3/d，水均來源煤層頂板，從未發生過底板突水現象，現將礦區礦井充水條件分述如下：（1）氣候、地貌及地形本區屬大陸性干旱氣候，降水量少且集中，蒸發量比降水量大數倍。受流水等營力的作用，地表被切割的支離破碎，溝谷縱橫交錯，地表坡降大，植被稀少，無良好的匯水地形。大氣降水為本區地下水的補給來源，但由于降水較為集中，大多數以表流形式匯集于溝谷中排泄區外，致使有限的大氣降水補給地下水量甚微。（2）地表水與地下水礦區范圍內無常年流水及地表水位，只有季節性的溪流，黃河流經礦區東部外緣。區內6號煤層頂板直接充水含水巖組的補給來源主要是大氣降水。在礦區東部煤層風化，在風化帶內巖、煤層裂隙、孔隙均較發育，易于接受大氣降水的補給，成為礦井直接充水水源，在礦區外緣東部小魚溝兩側，基巖出露，裂隙比較發育，易于接受大氣降水和季節性溪流水的補給，成為礦井間接充水水源。（3）構造、巖層與地下水窯溝向斜位于礦區東部，受其影響，礦區地層產生緩波狀起伏并伴有次生裂隙。地下水接受補給后，向著裂隙連通性較好的地段和低洼處匯聚，形成地下水富集區。原牛連溝煤礦四次突水部位均為6號煤層頂板，突水點分布與緩波狀起伏帶走向一至，為NE向，且集中在彎曲的上部。說明巖層受窯溝向斜的影響，原有的巖石強度降低。加之礦山開采（炮采）的作用，給礦井突水提供了外部的條件。孫家壕煤礦屬于準格爾煤田補給逕流區的東緣。根據區內鉆孔簡易水文地質觀測，抽水試驗資料，地面物探資料以及收集鄰區水文地質資料綜合分析認為：區內地下水以潛水和承壓水的形式賦存。下面對區內主要含（隔）水層分述如下：1、含水巖（組）層（1）志丹群（J3—Klzh）：礦區北部發育，鉆孔見最大厚度62.78m，巖性為紫紅色礫巖，砂礫巖，粉砂巖及砂質泥巖。區內各沖溝有出露，并見有泉水出露，一般流量在0.01—0.1l/s之間。水化學類型為HCO3—Mg·Ca型水。志丹群地層孔隙、裂隙較發育，但其含水性卻呈現極不均一性，如礦區北部腦包溝及楊白沙溝出露志丹群巖層均有泉水出露，而礦區西部僅東溝出露志丹群巖層有泉水露頭點，其它沖溝志丹群出露巖層未見泉水露頭點，志丹群地層屬非煤系地層，與下伏地層呈角度不整合接觸，其地下水賦存形式為潛水。（2）山西組含水巖組（Pls）：全區發育，未見露頭，厚度30.64—98.00m，平均69.36m。本組底部砂巖較發育，砂巖以泥質孔隙式膠結為主，分選性差，部分鉆孔該層砂巖膠結疏松，俗稱“豆腐渣”狀砂巖。在區內南部巖性較粗，為砂礫巖及粗砂巖，中—西北部為粉、粗砂巖。含水巖組厚度在20—40m之間，并有向南向東逐漸變薄的趨勢，據本區兩個鉆孔抽水試驗結果，S1號孔地下水位埋深150.23m，水位標高1070.01m，水柱高度27.77m，單位涌水量q=0.000912l/s·m，滲透系數K=0.00276m/d，礦化度為0.349g/l，水化學類型為HCO3—Mg·Ca2+型，S2號孔地下水位埋深106.85m，水位標高1067m，水柱高度11.15m，單位涌水量q=0.0015l/s·m，滲透系數K=0.00547m，礦化度為0.273g/l，水化學類型為HCO3—Mg·Ca。2、隔水層（1）第三系紅土層（N2）：在區內西部零星分布，賦存厚度0—11.55m，巖性主要為紅色粘土及亞粘土，局部為粉砂質粘土，此層隔水性能良好。（2）下石盒子組（Plx）在含水巖組頂部發育有厚度為10—15m的泥巖，砂質泥巖，其層位較穩定，是區內良好的隔水層。3、構造、地下水、地表水特征本區構造簡單，無大的斷層，僅有陽坡折帶從本區東部由南西北東方向通過。在礦井中實地觀察，局部地段發現有小的斷層存在，斷距1—2m，其部位分布在橈折帶上部。另外，經地面物探工作證實，礦區中部有小的斷層存在。經本區兩個鉆孔抽水試驗證實，地下水補給來源貧乏，6號煤層頂板直接充水含水巖組，含水微弱，單位涌水量q<0.01L/s·m。黃河是流經本區東緣唯一的地表水體，在小魚溝溝口賈窯圪旦測黃河水位，標高968.53m。本區局部地段6號煤層低于黃河水位，但距黃河較遠，又無大的斷裂與其溝通，綜上分析，黃河水對礦床充水無影響，而是排泄礦區水的天然場所。4、水文地質類型及其復雜程度區內6號煤層頂板直接充水含水巖組為復雜的含水結構體，巖性由粒度不同的砂巖及砂質泥巖組成，并程度不同的發育著各種裂隙，但很不均勻，含水巖組上部有隔水層的存在，使大氣降水補給量甚微，由于地下水補給來源較貧乏，而使直接充水含水巖組富水性較弱，僅含少量孔隙，裂隙水，據本區兩個鉆孔抽水試驗資料證實，單位涌水量q<0.01l/s·m。綜上,本區屬于以裂隙巖層為主的水文地質條件簡單類型,即二類一型。1.3煤層特征1.3.1煤層石炭系上統太原組（C2t）是本區主要含煤地層，二疊系下統山西組（P1s）是本區的次要含煤地層，含有3、5、6上、6、8、9上、9、10號煤層。其中6號煤層厚度巨大，結構復雜，在礦區的東界由于受窯溝背斜軸部的影響，煤層風化。太原組含煤可分上下兩組，6上、6、8號煤層為上煤組，9上、9、10號煤層為下煤組。太原組煤層平均厚度33.03m，可采煤層平均厚度25.89m,太原組地層平均厚度69.36m，含煤系數47.62%,可采含煤系數37%。本井田內共含可采煤層4層，即6、8、9上、9號煤層，零星可采煤層1層,即10號煤層,其中：6、9號煤層為全區主要可采煤層。8、9上煤層為次要可采煤層，10號煤層為不可采煤層。自上而下分別為：6號煤層位于太原組上部。埋藏深度56.01m～394.28m，平均201.88m。賦煤標高890～1130m。本次利用的24個鉆孔全部見該煤層，其中有22個鉆孔達到可采厚度，2個鉆孔（魚48、444號鉆孔）所見該煤層全部風化。煤層頂板巖性為炭質泥巖、砂質泥巖、砂巖等。底板以砂質泥巖、泥巖為主，其次為粘土巖、砂巖等。煤層厚度5.82～29.77m，平均19.72m，利用厚度1.09～26.91m，平均16.06m。含夾矸3～21層，平均12層。與8號煤層間距為3.70～23.10m,平均11.49m。為全區可采的較穩定煤層。8號煤層位于太原組上部。埋藏深度82.20m～370.12m，平均227.10m。賦煤標高880～1125m。本次利用的24個鉆孔中有18個鉆孔見該煤層，其中15個鉆孔達到可采厚度，可采面積8.97km2，占礦區總面積88%。頂板巖性為炭質泥巖、砂質泥巖、砂巖等。底板以砂質泥巖、泥巖為主，其次為粘土巖、砂巖等。煤層厚度1.17～6.50m，平均2.79m，利用厚度1.20～2.94m，平均1.93m。含夾矸0～4層，平均2層。與9上號煤層間距為1.00～24.21m,平均8.11m。為全區大部可采的較穩定煤層。9上煤層位于太原組上部。埋藏深度93.54m～334.15m，平均209.47m。賦煤標高875～1110m。本次利用24鉆孔中有18個鉆孔見該煤層，其中有18個鉆孔達到可采厚度，可采面積9.96km2，占礦區總面積97%。頂板巖性為炭質泥巖、砂質泥巖、砂巖等。底板以砂質泥巖、泥巖為主，其次為粘土巖、砂巖等。本煤層全區發育并較穩定。煤層厚度1.51～9.10m，平均4.40m，利用厚度1.51～6.05m，平均3.06m。含夾矸0～8層，平均4層。為全區可采的較穩定煤層。9號煤層位于太原組上部。埋藏深度91.74m～425.21m，平均231.38m。賦煤標高870～1102m。本次利用24鉆孔中有20個鉆孔見該煤層，其中有20鉆孔達到可采厚度。頂板巖性為炭質泥巖、砂質泥巖、砂巖等。底板以砂質泥巖、泥巖為主，其次為粘土巖、砂巖等。本煤層全區發育并較穩定。煤層厚度2.04～10.69m，平均4.43m，利用厚度1.00～9.51m，平均3.24m。含夾矸0～7層，平均4層。為全區可采的較穩定煤層。孫家壕煤礦可采煤層發育特征見表1-2。表1-2孫家壕煤礦可采煤層發育特征一覽表煤層號總厚度（m）可采厚度（m）層間距（m）可采程度穩定程度備注最小～最大平均最小～最大平均最小～最大平均65.28-29.7719.72(22)1.09-26.9116.06(22)全區可采較穩定可采面積占礦區的100%3.70-23.1011.49(18)81.17-6.502.79(18)1.20-2.941.93(18)大部可采較穩定可采面積占礦區的88%1.00-24.218.11(11)9上1.51-9.104.40(18)1.51-6.053.06(18)全區可采較穩定可采面積占礦區的97%0.58-24.215.24(18)92.04-10.694.43(20)1.00-9.513.24(20)全區可采較穩定可采面積占礦區的100%1.00-2.011.331.3.2煤質1、煤的物理性質和煤巖類型6號煤層是本區主要可采煤層，其上段結構復雜，瀝青光澤，條痕棕黑色，內生裂隙不發育，參差狀及階梯狀斷口，細條帶狀結構，塊狀構造，煤巖成份以暗煤為主，夾少量的絲炭和亮煤，為半暗型煤。6號煤層的下段結構較上段簡單，物理性質與上段相似，煤巖成份以亮煤為主，夾有鏡煤條帶和絲炭線理，為半亮型煤。9號煤層條痕棕黑色,風化后為褐色～黑褐色。瀝青光澤,階梯狀斷口,內生裂隙不發育。煤巖成分以暗煤為主，宏觀煤巖類型為半暗型～暗淡型煤。2、視密度、真密度原報告根據實測資料，做出“視密度與灰份”及“真密度與灰份”相關曲線，然后根據各煤層的平均灰份在曲線上查出各煤層的平均視密度和真密度，各煤層視密度、真密度見表1-3。表1-3各煤層視密度、真密度一覽表煤層號視密度（噸/m3）真密度（噸/m3）61.431.6081.561.769上1.571.7891.461.643、煤的化學性質礦區內各可采煤層的主要化學性質見表1-4。表1-4孫家壕煤礦可采煤層主要煤質指標一覽表層號浮選情況工業分析%St·d（%）Qb,d（MJ/kg）Qb,dafd（MJ/kg）MadAdVdaf6原煤2.70-20.266.50（20）19.70-29.5821.28（20）34.61-47.5137.69（15）0.64-1.271.00(6)21.14-26.3324.27（13）30.49-32.1230.99（13）浮煤4.09-20.467.03（14）5.70-14.406.92（14）36.48-47.5138.88（14）0.67-0.950.82(4)30.00-30.2530.13（2）32.10-32.2032.15（2）8原煤2.26-5.584.42(13)21.79-37.7324.42(13)35.37-52.0938.87(10)0.37-1.540.90(3)19.79-24.1221.90(2）27.45-31.0130.14(8）浮煤3.92-8.315.42(11)3.11-9.447.11(10)31.14-40.1036.59(10)0.51-1.080.84(4)29.34-30.4329.88(2）32.26-32.9532.60（2）9上原煤2.01-7.654.06（8）30.25-38.8533.90（7）29.31-39.7037.13（5）0.70-1.461.10(4)17.49-21.3119.61（4）28.61-29.9029.33(4)浮煤3.64-9.215.78（5）8.25-10.479.32（5）38.11-41.8139.66（5）0.62-0.930.79(4)29.70-29.7129.39（2）32.30-32.3932.34（2）9原煤2.30-7.225.00（13）8.72-32.5724.12（13）25.29-38.9835.49（10）1.28-4.152.56（3）21.60-29.9424.67（9）30.36-33.2531.38（2）浮煤3.82-7.695.25（9）1.28-8.616.48（10）37.41-40.7437.85（10）0.49-0.830.65（3）29.99-30.1530.07（2）32.21-32.2432.22（2）（1）工業分析①水分（Mad）各煤層原煤水分在2.01～20.46%之間，6號煤層2.70～20.26%,平均6.50%;8號煤層2.26～5.58%,平均2.94%;9上煤層2.01～7.65%,平均4.06%;9號煤層2.30～7.22%,平均5.00%。②灰分（Ad）各煤層原煤灰份在8.72～38.85%之間，6號煤層19.70～29.58%,平均21.28%,屬低中灰煤～中灰分煤;8號煤層21.79～37.73%,平均24.42%,屬中灰分煤～中高灰煤;9上煤層30.25～38.85%,平均33.90%,屬中高灰煤;9號煤層8.72～32.57%,平均24.12%,屬低灰分煤～中高灰煤。③揮發分（Vdaf）原煤揮發分在25.29～52.09%之間；洗煤揮發分31.14～47.51%之間。6、8號煤層個別點洗煤揮發分小于37%，其它煤層均大于37％。（2）元素分析煤中主要元素為碳、氫、氮、氧,洗煤碳（Cdaf）含量在79.43～80.15%之間，氫含量（Hdaf）在5.35～5.57%之間，氮含量在（Ndaf）1.29～1.38％之間，氧含量（Odaf）13.17～14.06%之間,各煤層元素含量見表1-5。表1-5元素含量一覽表煤層號浮選情況元素含量（%）CdafHdafNdafOdaf6浮77.57-80.8879.43(8)4.91-5.845.39(8)1.32-1.451.38(8)12.45-15.6813.97(6)8浮78.82-81.3680.15(6)5.31-6.035.57(6)1.07-1.621.33(6)11.83-14.0913.17(5)9浮77.93-81.2079.32(5)5.08-5.605.35(5)1.25-1.331.29(5)12.39-15.6414.06(4)（3）有害元素①硫(St.d)6號煤層0.64～1.27%,平均1.00%,屬低硫份～低中硫煤;8號煤層0.37～1.54%,平均0.90%,屬特低硫～低中硫煤;9上號煤層0.70～1.46%,平均1.10%,屬低硫～低中硫煤;9號煤層1.26～4.15%,平均2.56%,屬中高硫份～高硫份煤。洗煤全硫各煤層均在0.65～0.84%左右，屬低硫份煤。②磷（P）各煤層磷含量在0.0092～0.0581%之間，以特低磷～低磷煤為主，個別點出現中磷煤，見表1-6。表1-6有害成份含量一覽表煤層號全硫（%）各硫（%）磷（%）St,d(浮)Sp,dSs,dSo,dPd60.67-0.950.82(4)0.0121-0.6560.0372(5)80.51-1.080.84(4)0.030.690.820.0030-0.31340.0092(5)9上0.62-0.930.79(4)0.040.610.5890.49-0.830.65(3)0.06-0.100.08(2)0.80-2.871.83(2)0.38-1.220.80(2)0.0020-0.10500.0581(5)1.3.3煤的工藝性能（1）發熱量（Qb,d）6號煤層原煤干燥基彈筒發熱量（Qb,d）在21.14～26.33MJ/kg之間，平均24.27MJ/kg,屬中高熱值煤～高熱值煤；8煤層原煤干燥基彈筒發熱量（Qb,d）19.79～24.12MJ/kg之間，平均21.90MJ/kg,屬中熱值煤～高熱值煤；9上號煤層原煤干燥基彈筒發熱量（Qb,d）17.49～21.31MJ/kg之間，平均19.61MJ/kg,屬中熱值煤～中高熱值煤;9號煤層原煤干燥基彈筒發熱量（Qb,d）21.60～29.94MJ/kg之間，平均24.67MJ/kg,屬中高熱值煤～特高熱值煤。浮煤干燥基彈筒發熱量（Qb,d）在29.07～30.43MJ/kg之間,均屬特高熱值煤。（2）氣化性能①熱穩定性試驗結果：6號煤層TS+6為4.22%，9號煤層TS+6為3.46%,均屬熱穩定性好的煤。②煤對二氧化碳反應性據鄰區小魚溝資料：當溫度達到900時，6、9號煤層的二氧化碳還原率（α）都已達到60%，當溫度達到950時，（α）均超過70%上述試驗結果，顯示煤對二氧化碳反應性好。見表1-7。表1-7煤對二氧化碳反應性試驗結果煤層號溫度8008509009501000105011006CO2%45.333.022.714.643.331.124.96.8α%37.149.962.774.380.284.286.839.052.159.871.981.284.787.29CO2%41.732.423.317.311.28.07.042.730.321.715.6α%40.650.661.970.279.785.186.839.653.164.072.980.585.487.2（3）煤類的確定煤類確定依據：依據中國煤炭分類國家標準（GB5751—86）：礦區煤層洗煤樣發分Vdaf36.59-39.66%，平均38.25%,膠質層厚度為0，透光率90%左右，以此確定該礦區煤類為長焰煤（CY41），部分為不粘煤（BN31）。5、煤的可選性鄰區小魚溝勘探時，在112號孔采6號煤層簡選樣二個，28號孔采6號層簡選樣一個，采9和9上煤層混合樣一個。采用±0.1含量法評定可選性。評定結果：6號煤層精煤回收率為中等，9上~9號煤層為低等，均屬極難選煤。可選性評定(見表1-8)。表1-8可選性評定表煤層號煤樣編號精煤灰份為10%精煤灰份為12%備注精煤回收率%級別±0.1含量%可選性等級精煤回收率%±0.1含量%9上和9號煤混層采樣6112-簡152.3良等37.4難選58.531.2628-6簡121.9低等46.9極難選30.548.028-6簡265.0良等32.6難選74.019.028-6全48.8中等42.3極難選57.334.09上~928-9簡30.0低等53.6極難選41.549.16、礦區內共（伴）生礦產綜合評價礦區內與煤伴生的微量元素鍺（Ge）、鎵（Ga）、釩（V）的含量均較低，一般達不到工業開采品位。礦區內與煤共生的硬質粘土巖、石灰巖及白云巖均達不到工業品位，無工業開采意義。7、煤的工業用途本區的主要可采煤層為低灰煤～中灰煤，低硫分煤～中硫分煤，低變質長焰煤。綜合以上各測試指標，該礦區的煤為良好的動力用煤。8綜合柱狀圖圖1-3地質綜合柱狀圖

2井田境界與儲量2.1井田境界孫家壕煤礦位于準格爾旗窯溝鄉境內，礦區中心南距薛家灣市約15km，距唐公塔集裝站22km，北通過103省道距呼和浩特市125km。井田走向長度為6.68-7.54km，平均走向長度為7km，井田水平寬度為2.46-3.52km，平均為3.5km，平均傾角為3.87度，水平面積為18.9km2。井田賦存狀況示意圖見圖2-圖2-1井田賦存狀況示意圖2.2礦井儲量計算2.2.1構造類型煤層內傾角為2°~7.68°，褶曲較發育，無巖漿活動本區內無斷層.地質構造簡單.2.2.2礦井工業儲量1、資源/儲量根據資源儲量核實報告，截止日期為2006年6號煤層最小可采厚度為14.11m,最大可采厚度為20.55m,平均17.25m.根據《煤炭工業設計規范》，求得以下各儲量類型的值：（1）礦井地質資源量1,礦井主采煤層為6號煤層，采用地質塊段法計算資源量。塊段劃分依據主要是煤層傾角及鉆孔所揭露的煤層厚度。各塊段內按算術平均法計算，具體劃分如圖2-1。各塊段儲量及總儲量見表2-2。圖2-2各塊段劃分圖表2-1塊段儲量及總儲量塊段標號傾角/（°）厚度/m容重/t·m3水平面積/m2儲量/Mtk-11.1517.451.436247087155.855k-27.2518.671.43373324295.556k-35.7218.181.435549250130.915K-42.1619.191.43339661683.095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；——煤層平均厚度，m；——煤層底面面積，m3；——煤容重，t/m3。將各參數代入（2-1）式中可得表2-2，所以地質儲量為：=ZZ6+ZZ9=465.421（Mt根據鉆孔布置，在礦井地質資源量中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推新的。根據煤層厚度和煤質，在探明和控制的資源量中，70%的是經濟的基礎儲量，30%的是邊際經濟的基礎儲量，則礦井工業儲量為：Z111b=465.421×60%×70%=148.935(Mt)Z122b=465.421×30%×70%=97.938(Mt)Z2M11=465.421×60%×30%=83.775(Mt)Z2M22=465.421×30%×30%=41.887(Mt)由于地質條件簡單，k取0.9。Z333k=465.421×10%×0.9=41.887(Mt)Zg=Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333k=414.422(Mt)2.2.3礦井可采儲量安全煤柱留設原則工業場地、井筒留設保護煤柱，對較大的村莊留設保護煤柱，對零星分布的村莊不留設保護煤柱；各類保護煤柱按垂直斷面法或垂線法確定。用巖層移動角確定工業場地、村莊煤柱。巖層移動角為72°，表土層移動角為45°；維護帶寬度：風井場地20m，村莊10m，其他15m；斷層陷落柱煤柱寬度10～30m，井田邊界煤柱寬度為20m；工業場地占地面積，根據《煤礦設計規范中若干條文件修改決定的說明》中第十五條，工業場地占地面積指標見表2-2。主要巷道間煤柱及巷道兩側煤柱均按40m寬留設。2.2.4工業廣場煤柱礦井井型設計為3.0Mt/a，因此由表2-2可以確定本設計礦井的工業廣場為30公頃。取工業廣場的尺寸為500m×600m的長方形。工業廣場所在位置煤層傾角為5°，其中心處埋藏深度為180m，該處表土層厚度為70m，主井、副井，地表建筑物均布置在工業廣場內。《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》第14條和第17條規定工業廣場屬于Ⅱ級保護，需要留設20m寬的圍護帶。本礦井的地質條件及沖積層和基巖移動角見表2-2。工業廣場煤柱見圖2-2.表2-2地質條件、沖積層及巖層移動角廣場中心深度/m煤層傾角/°煤層厚度/m沉積層厚度/m/°δ/°γ/°β/°270315.237545757575表2-3工業場地占地面積指標井型/（Mt/a）占地面積指標/（公頃/0.1Mt）2.4及以上1.01.2～5～9～0.31.8

圖2-2工業廣場保護媒柱井田邊界保護煤柱井田邊界保護煤柱留設20m寬。斷層與陷落柱保護煤柱本井田范圍內無斷層和陷落柱，故不需要斷層和陷落柱的保護媒柱。礦井設計儲量及設計可采儲量計算礦井設計資源儲量按式計算：（2-2）式中 ——礦井設計資源/儲量 ——斷層煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建筑煤柱等永久煤柱損失量之和。按礦井工業儲量的3%算。則：=414.422-414.422×3%=401.92（Mt）礦井設計可采儲量（2-3）式中 ——礦井設計可采儲量； ——工業場地和主要井巷煤柱損失量之和，按礦井設計資源/儲量的2%算； C——采區采出率，厚煤層不小于75%；中厚煤層不小于80%；薄煤層不小于85%。此處取0.85。則：Zk=(401.92-401.92×2%)×80%=315.16（Mt

3礦井工作制度、設計生產能力及服務年限3.1礦井工作制度根據《煤炭工業礦井設計規范》相關規定，確定礦井設計年工作日為330d，工作制度采用“四六制”，每天四班作業，三班生產，一班準備，每班工作6h。礦井每晝夜凈提升時間為16h。3.2礦井設計生產能力及服務年限確定依據《煤炭工業礦井設計規范》第2.2.1條規定：礦井設計生產能力應根據資源條件、開采條件、技術裝備、經濟效益及國家對煤炭的需求等因素，經多方案比較或系統優化后確定。礦區規模可依據以下條件確定：1）資源情況：煤田地質條件簡單，儲量豐富，應加大礦區規模，建設大型礦井。煤田地質條件復雜，儲量有限，則不能將礦區規模定得太大；2）開發條件：包括礦區所處地理位置（是否靠近老礦區及大城市），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，應加大開發強度和礦區規模;否則應縮小規模；3）國家需求：對國家煤炭需求量（包括煤質、產量等）的預測是確定礦區規模的一個重要依據；4）投資效果：投資少、工期短、生產成本低、效率高、投資回收期短的應加大礦區規模，反之則縮小規模。礦井設計生產能力開元井田儲量豐富，煤層賦存穩定，頂底板條件好，斷層褶曲少，傾角小，厚度變化不大，開采條件較簡單，根據目前的經濟技術條件確定開元礦井設計生產能力為3.0Mt/a。礦井服務年限礦井服務年限必須與井型相適應。礦井可采儲量Zk、設計生產能力A和礦井服務年限T三者之間的關系為：A=ZkTK=315.1660×1.4=3.75Mt/a（式中：T——礦井服務年限，a；Zk——礦井可采儲量，Mt；A——設計生產能力，Mt；K——礦井儲量備用系數，取1.4。則礦井服務年限為：T=ZkAK=315.163×1.4=75.03a（3T=75.03（a）大于60a，符合《煤炭工業礦井設計規范》要求。

4井田開拓4.1井田開拓的基本問題井田開拓是指在井田范圍內，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系統。這些用于開拓的井下巷道的形式、數量、位置及其相互聯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、數目和配置，合理選擇井筒及工業場地的位置；2、合理確定開采水平的數目和位置；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。確定開拓問題，需根據國家政策，綜合考慮地質、開采技術等諸多條件，經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貫徹執行國家有關煤炭工業的技術政策，為早出煤、出好煤高產高效創造條件。在保證生產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，節約基建投資，加快礦井建設。2合理集中開拓部署，簡化生產系統，避免生產分散，做到合理集中生產。3合理開發國家資源，減少煤炭損失。4必須貫徹執行煤礦安全生產的有關規定。要建立完善的通風、運輸、供電系統，創造良好的生產條件，減少巷道維護量，使主要巷道經常保持良好狀態。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、發展采煤機械化、綜掘機械化、自動化創造條件。6根據用戶需要，應照顧到不同煤質、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井筒形式的確定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。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，且便于布置工業場地和引進鐵路，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；對地質構造和煤層產狀均特別復雜的井田，能兼顧深部和淺部不同產狀的煤層。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。本井田各煤層均為向西南傾斜的單斜構造，傾角較小，煤層埋藏淺，具有采用斜井開拓，采用膠帶輸送機提升的條件，可建大型礦井。煤層開采條件較好，適合高產高效長壁工作面開采決定工作面產量的兩個重要因素為工作面開采技術（工作面裝備水平）條件和煤層賦存條件。煤層的賦存條件主要包括煤層的傾角、厚度、煤層結構、地質構造；煤層的開采技術條件主要包括煤層的頂底板巖性、瓦斯涌出量大小、水文地質條件等。本井田煤層賦存穩定，煤層傾角１°～5°,煤層結構簡單，地質構造簡單，井田內無大斷層。瓦斯含量低，煤層頂底板較穩定。4.1.2井筒位置的確定采（帶）區劃分井筒位置的確定原則：有利于第一水平的開采，并兼顧其他水平，有利于井底車場和主要運輸大巷的布置，石門工程量少；有利于首采區布置在井筒附近的富煤階段，首采區少遷村或不遷村；井田兩翼儲量基本平衡；井筒不宜穿過厚表土層、厚含水層、斷層破碎帶、煤與瓦斯突出煤層或軟弱巖層；工業廣場應充分利用地形，有良好的工程地質條件，且避開高山、低洼和采空區，不受崖崩滑坡和洪水威脅；工業廣場宜少占耕地，少壓煤；距水源、電源較近，礦井鐵路專用線短，道路布置合理。由于井田西部邊界距侯月鐵路很近，故為便于地面運輸及工業廣場布置，主井井筒位置布置方案也可以選擇在井田西部邊界附近。經后面方案比較確定主、副井筒位置在井田中央。4.1.3工業場地的位置工業場地的位置選擇在主、副井井口附近，即井田中央。工業場地的形狀和面積：根據表2.1工業場地占地面積指標，確定地面工業場地的占地面積為30公頃，形狀為矩形，長邊垂直于井田走向，長為600m,寬為300m。圖4-1工業廣場布置示意圖4.1.4開采水平的確定井田主采煤層為6號煤層。設計中針對6號煤層。6號煤層傾角平緩，為2°～11°，平均5°，為近水平煤層，故設計為單水平開采。水平標高+950m，主要開采方式為帶區式開采盤區式開采。6號煤層平均厚度為17.25m，賦存穩定，底板起伏不是很大，為近水平煤層，煤層厚度變化不大，煤質硬度中等。礦井軌道大巷、運輸大巷布置均布置在煤層中，大巷間距40m。由于礦井瓦斯涌出量大，為滿足回風需要，在煤層中再布置一條回風大巷。軌道大巷，運輸大巷和回風大巷，共三條煤層大巷。為便于在巷道交叉時架設風橋等構筑物，軌道大巷、運輸大巷沿底板掘進，回風大巷沿煤層頂板掘進。大巷位于井田中央，沿等高線方向布置，局部半煤巖及巖巷，運輸大巷巷道坡度隨煤層而起伏，軌道大巷巷道水平掘進坡度為千分之三到千分之五，便于排水，主運輸大巷上倉段局部7°。4.1.5礦井開拓方案比較1提出方案根據以上分析，現提出以下四種在技術上可行的開拓方案，分述如下：方案一：立井單水平開拓（煤層巷道）井田開拓方式采用立井綜合單水平開拓，共設三條井筒，即主井、副井和回風立井。主、副井和回風井井口位于同一場地。井底車場位于水平標高為+950m。井田開拓設置一個開采主水平和一個輔助開采水平，采用煤層巷道，水平標高為+1060m。井田劃分為四個采區,大巷布置采用三巷制，即設置運輸大巷、輔運大巷和回風大巷，運輸大巷沿6煤中部布置，輔運大巷沿6煤底板布置，回風大巷沿6煤頂板布置。如圖4-2。圖4-2方案一立井單水平（煤層巷道）方案二：立井單水平開拓（巖層巷道）井田開拓方式采用立井綜合單水平開拓，共設三條井筒，即主井、副井和回風立井。主、副井和回風井井口位于同一場地。井底車場位于水平標高為+920m。井田開拓設置一個開采主水平和一個輔助開采水平，采用巖層巷道，水平標高為+1060m。井田劃分為四個采區,大巷布置采用三巷制，即設置運輸大巷、輔運大巷和回風大巷，運輸大巷。如圖4-3。圖4-3方案二立井單水平開拓(巖層巷道)方案三：主副斜井單水平開拓（煤層巷道）主、副井井筒均為斜井開拓，布置于井田中央，回風井井筒為立井，布置于距離主井700m的地方。井底車場水平標高為+950m，井田開拓設置一個開采主水平和一個輔助開采水平，輔助水平標高為+1060m.井田劃分為四個采區,大巷布置采用三巷制，即設置運輸大巷、輔運大巷和回風大巷，運輸大巷沿6煤地板布置，輔運大巷沿6煤底板布置，回風大巷沿6煤頂板布置。如圖4-4。圖4-4方案三斜井單水平開拓方案四：主斜井副立井單水平開拓（煤層巷道）主井井筒斜井開拓，副井和風井井筒為立井開拓，布置于距離主井700m的地方。井底車場水平標高為+950m，井田開拓設置一個開采主水平和一個輔助開采水平，輔助水平標高為+1060m.井田劃分為四個采區,大巷布置采用三巷制，即設置運輸大巷、輔運大巷和回風大巷，運輸大巷沿6煤地板布置，輔運大巷沿6煤底板布置，回風大巷沿6煤頂板布置。如圖4.5。圖4-5方案四主斜井副立井單水平開拓（煤層巷道）2技術比較以上所提四個方案大巷布置及水平數目均相同，區別在于井筒形式和井筒位置不同，及部分基建、生產費用不同。方案一、二的主、副井井筒形式相同。方案一、二的主、副井兩水平均為立井，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。方案一上山巷道采用煤層上山，巷道布置在煤層中，掘進施工容易，掘進速度快，有利于采用綜掘，沿煤掘進能進一步探明煤層賦存情況。煤層巷道在掘進時期就可以出煤，提高了經濟效益。方案二采用巖層上山巷道。巖石巷道能適應地質構造的變化，便于保持一定的方向和坡度，可在較長距離內直線布置，彎曲轉折少，利于提高列車的運行速度和大巷的通過能力。巷道維護條件好，維護費用低，并可少留或不留煤柱，對于預防火災及安全生產也是有利的。其主要問題是巖石掘進工程了較大、要求的掘進設備多、掘進速度慢，掘進出的矸石多需要地面堆放，對保護環境不利。近年煤礦巷道支護技術的提高，巷道錨桿支護技術的廣泛應用，大大降低了巷道維護費用。在方案一和方案二中選擇方案一：立井單水平上下山開拓（煤層上山）。方案三、四主、副井井筒形式也不同。方案三主、副井井筒為斜井，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，井下一旦發生透水事故等，人員可迅速從井筒撤離。方案三：主井為斜井、副井為立井。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；對地質構造和煤層產狀均特別復雜的井田，能兼顧深部和淺部不同產狀的煤層。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。方案三和方案四相比，方案四要更加優越。3經濟比較方案有差別的建井工程量、生產經營工程量、基建費、生產經營費和經濟比較結果，分別計算匯總于下列表中：見表4-2、表4-3、表4-4、表4-5、表4-6表4-7表4-8和表4-9。在上述經濟比較中需要說明以下幾點：1.兩方案大巷布置數目，但是位置不相同，一條巖層運輸大巷，一條軌道大巷；一條回風大巷。2主、輔運輸大巷斷面大小不同，大巷維護費用按平均維護費用估算。表4-2方案一粗略經濟比較方案一：立井單水平開拓（煤層上山）項目數量（10m）基價（元）費用（萬元）費用（萬元）基建費用（萬元）主井開鑿表土段5.1314588974.84279.566基巖段20.5499672204.726副井開鑿表土段5.1317690290.75341.702基巖段20952井底車場煤巷12024226290.71290.71煤層大巷煤巷900200901808.101808.10小計2720.08生產費用（萬元）立井提升系數煤量（萬t）提升高度（km）基價（元/t.km)16337.891.2315160.271.6排水涌水量（m3)時間（h）服務年限（年）基價（元/t.km)2208.40120876075.030.28大巷運輸系數煤量（萬t）平均運距（km）基價（元/t.km)28061.851.2315162.120.35小計46608.14合費用（萬元）49328.22表4-3方案二粗略經濟比較方案二：立井單水平開拓（巖石大巷）項目數量（10m）基價（元）費用（萬元）費用（萬元）基建費用（萬元）主井開鑿表土段5.1314588974.84309.47基巖段23.5499672234.63副井開鑿表土段5.1317690290.75379.07基巖段2331井底車場巖巷9041874376.87376.87煤層大巷煤巷700232261625.821406.30巖石大巷巖巷20040874817.48611.31小計3083.01生產費用（萬元）立井提升系數煤量（萬t）提升高度（km）單價（元/t.km)18153.221.2315160.31.6排水涌水量（m3)時間（h）服務年限（年）基價（元/t.km)2208.40120876075.030.28大巷運輸系數煤量（萬t）平均運距（km）基價（元/t.km)32070.681.2315162.120.4小計52432.30合計費用（萬元）55515.31表4-4方案三粗略經濟較方案三：斜井單水平開拓（煤層巷道）項目數量（10m）基價（元）費用（萬元）費用（萬元）基建費用（萬元）主井開鑿表土段18.74397482.23270.02基巖段53.734970187.79副井開鑿表土段18.75058194.59265.77基巖段41.840952171.18井底車場煤巷12024226290.71290.71煤層大巷煤巷900200901808.11808.1小計2634.60生產費用（萬元）斜井提升系數煤量（萬t）提升高度（km）單價（元/t.km)11436.531.2315160.720.42排水涌水（m3)時間（h）服務年限（年）基價（元/t.km)2532.89120876075.030.32大巷運輸系數煤量（萬t）平均運距（km）基價（元/t.km)28061.851.2315162.120.35小計42022.26合計費用（萬元）44656.86表4-5方案四粗略經濟較方案四：主斜井副立井單水平開拓（煤層上山）項目數量（10m）基價（元）費用（萬元）費用（萬元）基建費用（萬元）主斜井開鑿表土段18.74397482.23270.02基巖段53.734970187.79副井開鑿表土段5.1317690290.75341.70基巖段20952井底車場煤巷12024226290.71290.71煤層大巷煤巷900232262090.342090.34小計2992.77生產費用（萬元）斜井提升系數煤量（萬t）提升高度（km）單價（元/t.km)11436.531.2315160.720.42排水涌水量（m3)時間（h）服務年限（年）基價（元/t.km)2208.40120876075.030.28大巷運輸系數煤量（萬t）平均運距（km）基價（元/t.km)28061.851.2315162.120.35小計41706.78合計費用（萬元）44699.55表4-6方案比較匯總方案方案一方案二方案三方案四名稱立井單水平開拓（煤層巷道）立井單水平開拓（巖層巷道）斜井單水平開拓（煤層巷道）主斜井副立井單水平開拓（煤層巷道）基建費用（萬元）2720.083083.012634.602992.77生產費用（萬元）46608.1452432.3042022.2641706.78合計（萬元）49328.2255515.3144656.8644696.55百分比1110.46118.90100103.6通過粗略經濟比較可以看出。方案一和方案二中，煤層巷道的成本要比巖石巷道的成本低，雖然方案二后期維護低，但是前期投入較大，所以方案一和方案二中選擇方案一。方案三和方案四中，方案四的費用要比方案三的費用低，但是如果采用主斜井副立井的開拓方式，主井在工業廣場內，副井在工業廣場外，需要重新為副井留設保護煤柱，增大了保護媒柱的壓煤量，方案三和方案四的經濟比較百分比相差小于3%，可以視為經濟上無差別,所以方案三和方案四中選擇方案三。表4-7方案一詳細比較方案一立井單水平開拓（煤層巷道）項目數量（10m）基價（元）費用（萬元）費用（萬元）基建費用（萬元）主井開鑿表土段5.1314588974.84279.57基巖段20.5499672204.73副井開鑿表土段5.1317690290.75341.70基巖段2095井底車場煤巷12024226290.71290.71煤層大巷煤巷900200901808.101808.10小計2720.08生產費用（萬元）立井提升系數煤量（萬t）提升高度（km）單價（元/t.km)16337.891.2315160.271.6排水涌水量（m3)時間（h）服務年限（年）基價（元/t.km)2208.40120876075.030.28大巷運輸系數煤量（萬t）平均運距（km）單價（元/t.km)28061.851.2315162.120.35大巷維護系數大巷長度大巷數量單價（元/t.km)86.831.29000326.8小計46694.98合計49415.05表4-8方案三詳細比較方案三斜井單水平開拓（煤層巷道）項目數量（10m）基價（元）費用（萬元）費用（萬元）基建費用（萬元）主井開鑿表土段18.74397482.23270.02基巖段53.734970187.79副井開鑿表土段18.75058194.59265.77基巖段41.840952171.18井底車場煤巷12024226290.71290.71煤層大巷煤巷900200901808.101808.1小計2634.60生產費用（萬元）斜井提升系數煤量（萬t）提升高度（km）單價（元/t.km)11436.531.2315160.720.42排水涌水量（m3)時間（h）服務年限（年）單價（元/t.km)2523.89120876075.030.32大巷運輸系數煤量（萬t）平均運距（km）單價（元/t.km)28061.851.2315162.120.35大巷維護系數大巷長度大巷數量單價（元/t.km)86.831.29000326.8小計42109.9合計44743.69表4-9詳細比較方案匯總開拓方案費用匯總表方案方案一方案三名稱立井單水平開拓（煤層巷道）斜井單水平開拓（煤層巷道）項目費用（萬元）百分比（%）費用（萬元）百分比（%）基建費用2720.08103.242634.6100生產費用45594.98108.2842109.09100總費用49415.05109.4444743.69100在上述經濟比較中需要說明以下幾點：1.兩方案大巷布置數目及位置相同，運輸大巷布置到煤層底板巖石中，輔助運輸大巷和回風大巷均布置在煤層中；2.井筒大巷的輔助運輸費用均按占運輸費用的20%進行估算；3.主、副井及風井布置在巖層中，維護費用較低，故未對比其維護費用的差別；由對比結果可知，方案一和方案三的總費用相差大于3%，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。綜合以上技術經濟比較，確定礦井開拓方式為：斜井單水平開拓（煤層大巷）。4.2礦井基本巷道4.2.1井筒由前章確定的開拓方案可知主副井均為斜井，在井田中央設置中央風井。一般來說，立井井筒橫斷面形狀有圓形、矩形兩種。圓形斷面的立井服務年限長，承壓性能好，通風阻力小，維護費用少及便于施工的特點。因此，風井采用圓形斷面。而主副斜井則采用半圓拱形斷面。1、主斜井位于礦井工業場地，擔負全礦井3.0Mt/a的煤炭運輸兼進風，并作為安全出口。井口標高+1220.45m，井底標高為+950.65m，井筒傾角為22°，斜長700m。井筒斷面為直墻半圓拱形，井筒凈寬5000mm，凈斷面積17.3㎡。表土段采用混凝土砌碹，支護厚度400mm，掘進斷面22.8㎡；進入穩定基巖后采用錨桿噴射混凝土支護，錨桿類型為樹脂錨桿，錨深2000mm，間排距700×700mm，噴射混凝土厚度100mm，掘進斷面19.2㎡。為方便撒煤清理，巷道底板鋪設厚150mm混凝土。井筒內裝備有帶寬1400mm阻燃型鋼繩芯膠帶輸送機，并敷設有通訊、照明電纜和消防灑水管。為方便檢修，在井筒一側設行人臺階，在行人臺階和膠帶機之間鋪設軌道檢修。主斜井井筒斷面見圖4.5。圖4-5主井斷面圖2、副斜井副井井筒采用斜井