扎赉诺尔矿务局铁北矿井井田毕业设计.doc

目 录1 矿区概况及井田地质特征11.1矿区概述11.1.1交通位置11.1.2地形、地貌11.1.3河流11.1.4气象与地震21.1.5矿区经济概况21.1.6水源及电源21.1.7环境状况21.1.8矿区总体规划及开发现状21.1.9现有煤炭运销和经济效益情况31.1.10其它地面建筑情况31.2 井田地质特征31.2.1 井田地质构造31.2.2 水文地质31.3 煤层及煤质51.3.1 煤层51.3.2 煤层顶、底板61.3.3 煤质71.3.4 瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃72 井田境界和储量82.1 井田境界及可采储量82.1.1 井田境界82.1.2 可采储量82.1.3 工业储量计算82.1.4 工作制度、设计生产能力及服务年限112.2井田开拓122.2.1井田开拓的基本问题122.2.2 矿井基本巷道183 采煤方法及带区巷道布置293.1 煤层的地质特征293.1.1煤层顶、底板特征293.1.2煤层的瓦斯、水文地质特征303.2 带区巷道布置及生产系统313.2.1 带区巷道布置313.2.2 带区生产系统323.2.3 带区内巷道掘进方法343.2.4 带区生产能力和采出率353.3采煤方法363.3.1 采煤工艺方式363.3.2采煤工艺方式363.3.3工作面参数的确定393.3.4回采工作面破煤、装煤方式393.3.5 回采工作面运煤方式、主要采煤机械选型413.3.6 工作面支护方式及采空区处理433.3.7 端头支护及超前支护方式453.3.8 采煤工艺453.3.9劳动组织和循环作业图表463.3.10回采工作面吨煤成本483.3.11回采巷道布置50 4 矿井通风514.1矿井通风系统选择514.2采区通风524.2.1采煤工作面通风类型的确定524.2.2通风构筑物544.3掘进通风544.3.1 局部通风方法和布置方式544.3.2掘进工作面需风量554.4矿井所需风量564.4.1 矿井所需总风量564.4.2风量分配584.5矿井通分阻力594.5.1矿井最大阻力路线604.5.2 总风阻和等积孔计算654.6 矿井主要通风机选型664.6.1自然风压664.6.2主要通风机分压、风量674.6.3电动机选型704.7 矿井主要通风机选型704.7.1矿井反风措施及装置704.8概算矿井通风费用714.9安全灾害的预防措施724.9.1预防瓦斯和煤尘爆炸的措施724.9.2预防井下火灾的措施754.9.3防水措施764.9.4预防井下水灾的措施775.矿井安全技术措施795.1 矿井安全技术概括795.1.1矿井瓦斯涌出概况795.2 矿井火灾795.2.1 煤矿自然发火概括795.2.2矿井自燃发火分析795.2.3预防性灌浆防灭火825.3 事故预防及处理计划的编制89参考文献91专题部分92铁北矿矿井采空区火灾防治概述921矿井自然发火分析922矿井自然发火防治技术措施942.1防止煤炭自燃的开采技术措施942.2 合理的通风系统952.3 预防性灌浆952.4 阻化剂防火962.5 氮气防灭火技术962.6 均压通风技术962.7 新注砂防灭火技术972.8 井下安全管理措施972.9 其他技术措施973 火灾监测技术973.1 火灾信息探测方法和火灾探测器973.2 火灾报警与联动控制系统：983.3 束管监测系统：983.4 计算机在防灭火中的应用994 防灭火材料994.1 灌浆防灭火材料994.2 三相泡沫防灭火994.3 新型凝胶防火1004.4 注凝胶、注浆、注水防灭火的比较1005 应用现状分析101英文原文102中文译文111致 谢1161 矿区概况及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1交通位置扎赉诺尔矿务局铁北矿井，位于扎赉诺尔煤田的西北部。地理坐标：东经117。45，30： 46，40：；北纬49。26，1527，30：。行政区局内蒙古自治区呼伦贝尔盟满洲里市扎赉诺尔区。西距满洲里市29KM，东距海拉尔市160KM，至哈尔滨市908KM。滨州铁路横贯井田南侧。矿区内设有专用铁路与滨洲线连接。至各旗（县）均有公路相通，交通方便。图1-1交通位置图1.1.2地形、地貌该区位于大兴安岭西坡之内蒙古高原，但区内地形平坦，一般标高在+544.30m544.60m之间。东西面环山，多为1530。左右的缓坡状丘陵。南北方向为平坦草原。1.1.3河流煤田内水体颇多，木得那亚旧河床在煤层露头以外仅200500m。井田南、西侧并流经井田之上的人工河（达赉湖浅水渠、即木得那亚河改道工程），南通达赉湖，北入海拉尔河，流经中苏边界，最后注入黑龙江。海拉尔河床平坦，汛期河水有时出槽，有时使工人河逆向流动。1.1.4气象与地震该区属大陆性气候，冬寒夏热，温差变化大，最低气温-42.7。C。最高气温37.4。C。结冰期长达7个月，冻结深度一般为2.53m。积雪厚度一般在512。雨量多集中在六、七、八月份，年最大降雨量371.4。一般为250330，年蒸发量12001500，为降雨量的4.5倍。全年最大频率风向为西南风，一般风速为25m/s，最大为、20m/s，风力一般为23级，最大为8级。根据中国科学院出版刊物报导，本区为无震区。过去十多年只凭感觉发生过5次地震。1979年2月6日地震部门报导，在达赉湖地区发生过5.3级地震，震中在达赉湖西岸。最近呼盟地区地震局图件表明，本区为6度震区。1.1.5矿区经济概况该区以煤炭工业为主，无其他重要工业。矿区内除蔬菜种植外，多为草原畜牧业。矿区职工待业子弟较多，劳动力来源比较充裕。矿务局有砖瓦厂一处，年生产能力1000万块，基本满足矿区发展需要。另外扎赉诺尔矿区有煤矸石砖瓦厂一处，也可以为矿区所用。矿区周围多为火成岩无石场。1.1.6水源及电源矿区无论地表水，地下水均比较丰富，建设水源比较方便。矿区已建成达赉湖水源日产量13000吨供全矿区工、农业用水。主要电源为灵泉二电厂，发电机组能力为25000KW，基本满足矿区及呼盟地区用电电量。产品销售，主要为富拉尔基二电厂，灵泉二电厂，少量为地区所用。1.1.7环境状况本矿区位于呼伦贝尔大草原，地表呈丘陵构造，地形简单，地貌单元属冲击平原。境内水资源丰富，湖沼星罗棋布，地表水对污染物的稀释能力较强，环境容量很大。矿区原有自然景观为辽阔草原，植被在中国植被区划分中属于温带草原大兴安岭森林草原地带。由于人类活动及自然灾害的影响，草原植被已遭到破坏，局部出现了沙化迹象。矿区土壤以黑土为主，有机质氮、磷含量均较高，养分条件较好。矿区草甸土存在着不同程度的盐渍化现象。在已消失的湖泡区及蝶形低洼地，盐渍化较重，地表层有明显的灰白色的盐碱斑。1.1.8矿区总体规划及开发现状根据国际、国内经济的发展趋势和我国煤炭行业发展现状，国家制定了稳定东部煤炭生产规模，巩固自给能力；加大中部煤炭开发强度，增加对东部的补给能力；适度加快西部煤炭资源开发，满足本地需要并开始形成对东部的补给能力的煤炭行业开发总体布局。根据这一总体布局，国家选择了13个煤炭资源条件好的区域，作为国家大型煤炭基地，蒙东地区就是其中之一。根据国家13个大型煤炭基地规划，扎赉诺尔矿区属蒙东(含东北)大型煤炭基地规划区，规划铁北矿井建设规模4.008.00Mt/a。井田内无矿井及小煤窑，相邻矿井有：西部为灵泉矿和灵北矿，北部为灵东矿，东部为规划的铁南立井，南部为铁北外围普查找煤区。灵泉矿生产能力为1.8Mt/a，灵东矿生产能力为5.0Mt/a，灵北矿生产能力为0.66Mt/a，灵北矿由于井田内可采煤量减少产量开始萎缩。1.1.9现有煤炭运销和经济效益情况扎煤公司现有3座矿井和1座露天矿，2004年核定能力为5.43Mt/a，2005年签订煤炭销售合同约7.00Mt，2005年核定能力为6.86Mt/a。截至2004年12月底，扎煤公司资产已达16.0亿元，净资产9.3亿元，销售收入4.3亿元。公司成立以来累计生产煤炭近300Mt，上缴税费10多亿元。矿区现有煤炭产量已供不应求,经济运行情况良好，财务状况良好。1.1.10其它地面建筑情况扎赉诺尔矿区是具有百年开发历史的老矿区，矿区行业门类齐全，建筑材料如水泥、预制构件、砖瓦等均能生产，部分建筑材料需就近外购,满足矿井建设的需要。1.2 井田地质特征1.2.1 井田地质构造本井田位于扎赉诺尔含煤盆地中部，为一宽缓不对称向斜构造，其轴向主要呈北20°东方向，北端向东偏转轴向2530°，两翼地层倾角均较平缓，西翼略陡，一般35°，浅部有时可达7°，东翼略为平缓，一般23，浅部有时可达5°。本井构造另一特点是含煤地层不同层段沉积中心沿盆地轴向作有规律的侧向迁移。煤层群沉积中心在新开河以东-走向剖面一带；煤层群沉积中心在新开河以西-走向剖面附近。地层倾角由上至下由大变小，煤层群倾角为37°，煤层群倾角为25°。井田内断裂构造不发育，仅在东部边界附近2728线、30线上见有一小型缓坡状平卧断层，区内长度约2km，该断层由90118、90109、90120、90110钻孔控制，富水性、导水性较差，断层较可靠。井田内未见岩浆岩活动。1.2.2 水文地质井田位于扎赉诺尔煤田地貌单元的中部低洼平坦地带，地下水流向受盆地地质构造、海拉尔河丰枯水位影响，呈北东南西与煤层走向基本一致，顺层而流，丰水期向呼伦湖方向排泄，枯水期向额尔古纳河方向排泄。井田水文地质特征与一般煤田的水文地质特征不同，主要特点是煤层含水。煤层含水层是主要直接充水含水层和强导水层，煤层含水层是裂隙含水，煤层顶、底板岩层含水层是以裂隙含水层为主的弱含水层，甚至是隔水层，第四系砂砾含水层也是主要含水层和强导水层。第四系中粘土、亚粘土及砂层中的厚层淤泥可视为隔水层：分布于新开河西与原木得那亚河东岸，于第四系地质剖面3、4、5、剖面，厚410m，于第四系第2地质剖面Q27孔见有4m厚的淤泥，但呈不连续状。粘土、亚粘土分布面积约占井田面积三分之一，但井田大部分面积仍为粉、细砂裸露区，大气降水可直接渗入补给，砂砾层中地下水仍起着连通作用。（1）含水层井田内含水层按时代划分为第四系、伊敏组和大磨拐河组三个大含水煤岩组，按空间由上而下划分为第四系砂砾含水层和煤层及其顶、底板粗、中砂岩含水层共5个含水层。（2）第四系砂砾含水层广泛分布于煤系地层之上，岩性为砂砾、粗砂，以砂砾为主，呈灰灰绿色，分选差，砾石呈浑圆次圆状，砾石直径一般520mm，最大达40mm。厚度2.5013.30m，平均8.30m，一般在8.0010.00m左右，经抽水试验其水文地质参数q为5.476.14L/s·m，K为59.6470.86m/，T为733.42744.18/d，S为1.30×10-36.56×10-3，a为1.13×10-55.72×10-5/d。其补给源为大气降水和春汛期冰雪融化地面积水之垂直渗透和丰水期新开河侧向补给，枯水期则侧向补给新开河。在砂砾含水层之上全区普遍发育一层灰色、分选均匀的粉、细砂，厚度为1.5011.30m，一般在4.006.00m，发育比较稳定。水位埋深1.08m，经邻区抽水实验其水文地质参数q为0.91L/sm，K为12.06m/d，T为159.07/d，S为0.11，a为1450.74/d。水温04，水化学类型为HCO3CLNa Mg水，地下水类型为承压水。煤层顶板粗砂岩含水层全区普遍发育，粗砂岩为泥质胶结，厚19.5430.30m，水位埋深0.60m21.79m，经邻区抽水试验其水文地质参数q为0.340.36L/sm，K为1.541.88m/d,T为24.1436.64/d，S为3.48×10-33.57×10-4，a为1.036.94×104。水化学类型为HCO3CLNaMg水，地下水类型为承压水。矿井涌水量（1）充水因素经对勘探获得资料及邻近生产矿井水文资料综合分析，区内地形平坦，地表径流差，大气降水及春汛期冰雪融化，易于积聚，区内地表水系发育，新开河纵贯全区，地下水与大气降水、地表水关系密切。第四系地层广泛覆盖于煤系地层之上，大气降水和地表水通过垂直渗透于第四系砂层，煤田西侧地形较高，分布面积广，煤系地层倾角平缓，煤层及各含水层露头接受大气降水和地表水的垂直、顺层补给和顺层排泄。井田内抽水钻孔和长期观测孔未曾封闭，将会导致各含水层的水进入巷道，增大矿井涌水量。从矿井水文地质资料分析和井田区抽水试验资料分析，随降深增加和时间的增长，单位涌水量减小。随开采面积的增加，增大或减小关系不明显。（2）矿井涌水量根据井田水文地质条件、充水因素及邻近生产矿井的水文资料，经扎煤公司采用比拟法预计，一水平矿井正常涌水量为500m³/h，最大涌水量为900m³/h；二水平矿井正常涌水量为230m³/h，最大涌水量为300m³/h。1.3 煤层及煤质1.3.1 煤层井田内有、共2个煤层群，属于本井开采的是煤层。根据地质报告批复，煤层群水文地质条件复杂，如果开采1和2煤，冒落带高度将波及到第四系含水砂层，存在突水可能；其他煤层属不可采煤层。1煤：全区发育，是本井主要可采煤层。煤层变化规律是沿走向一般北翼厚、南翼薄，沿倾向西翼厚、东翼薄，两翼由浅至深煤层厚度增大。在2728线以北煤层结构较简单、煤层稳定，多为单层或一层夹矸；接近2728线时个别点夹矸23层；以南结构复杂、急剧分岔变薄，分岔最大间距达32.39m，一般夹矸35层，局部8层，属较稳定不稳定。夹矸岩性为泥岩、粉砂岩、中、粗粒砂岩。2煤：2煤全区发育，是本井最主要可采煤层，煤层变化规律是北翼厚、南翼薄，沿倾向西翼厚、东翼薄，两翼向盆地中心由薄逐渐增厚，在向斜轴以西分岔前煤层最厚。在31线以北沿走向由南至北厚度一般20.0026.00m，厚度变化较小，仅西北边缘略薄，一般在18.0019.00m；在31线以南因分岔厚度变薄，一般14.00m左右，南部边缘9026孔煤厚仅10.92m。煤层结构简单，夹矸01层，局部23层，夹矸多位于煤层顶部或下部，厚度一般小于0.50m，夹矸为泥岩或炭质泥岩。 图1-2铁北矿综合柱状图 1.3.2 煤层顶、底板经对井田内可采煤层顶板30m，底板30m的岩性进行采样分析，岩性由泥岩、粉砂岩及粗中砂岩组成，以粗、中砂岩为多，泥质胶结，粗、中砂岩松散、抗压强度低。泥岩、粉砂岩、细砂岩有随深度增加，抗压强度增高的规律。而粗、中砂岩的抗压强度没有明显变化。一般规律是煤层的抗压强度普遍较高，岩石抗压强度较低，岩石随粒度变粗而抗压强度变低。1.3.3 煤质（1）煤类及其分布规律煤是本井主要可采煤层，以褐煤为主，长焰煤次之。（2）本区煤呈黑褐色，条痕褐色，弱沥青光泽，断口多呈平坦状、贝壳状及参差状，性脆易碎，易风化，可见龟裂现象。见有不发育的内生裂隙。煤的结构常以条带状为主，线理状、透镜状次之。煤的构造多为水平层理；煤的硬度系数为2.5，长焰煤视密度为1.251.33g/cm³，平均为1.29g/cm³。真密度为1.471.62g/cm³，平均为1.53g/cm³。褐煤视密度为1.281.37g/cm³，平均为1.31g/cm³。真密度为1.541.63g/cm³，平均为1.58g/cm³。（3）褐煤的化学性质煤的水分（Mad）：一般在6.90%12.29%之间，平均为10.17%。煤的灰分（Ad）：一般在6.38%24.04%之间，平均为14.23%。1煤为中灰煤。挥发分（Vdaf）：一般在39.71%45.01%之间，平均为42.52%。全硫（St,d）：一般在0.24%0.61%之间，平均为0.39%。属特低硫煤。磷分(Pd):一般在0.004%0.026%之间,平均为0.013%。1煤属中磷煤。粘结指数（GRI）：均为0。透光率（PM）：一般在23%45%之间，平均为33%。发热量（Qb,ad）：一般在19.65MJ/Kg23.96MJ/Kg之间，平均为21.72MJ/Kg。恒湿无灰基高位发热量（QGW-A.GN）：一般在21.49MJ/Kg22.60MJ/Kg之间，平均为22.12MJ/Kg。（4）长焰煤的化学性质煤的水分（Mad）：一般在5.20%9.06%之间，平均为7.19%。煤的灰分（Ad）：一般在9.18%22.40%之间，平均为14.20%。31+2、3煤为低灰煤。挥发分（Vdaf）：一般在40.94%45.71%之间，平均为41.91%。全硫（St,d）：一般在0.14%0.47%之间，平均为0.32%。属特低硫煤。磷分（Pd）：一般在0.007%0.065%之间，平均为0.02%。属低磷煤。粘结指数（GRI）：最小为0，最大为3，一般多为0。透光率（PM）：一般在54%68%之间，平均为62%。发热量（Qb,ad）：一般在23.19MJ/Kg24.96MJ/Kg之间，平均为24.32MJ/Kg。恒湿无灰基高位发热量（QGW-A.GN）：一般在23.38MJ/Kg26.15MJ/Kg之间，平均为24.63MJ/Kg。1.3.4 瓦斯、煤尘爆炸及煤的自燃（1）瓦斯与本矿井邻近生产井均为低瓦斯矿井。本井勘探阶段采集了6个孔13个瓦斯测试结果，根据井筒检查钻瓦斯鉴定资料，L3孔煤瓦斯含量总计为0.53ml/g。因此，本井按低瓦斯矿井设计。（2）煤尘根据褐煤层、长焰煤层的煤尘爆炸测试结果，均有爆炸性。与本井邻近生产矿井爆炸指数为42.9%，具有爆炸危险性。因此，本井煤尘有爆炸危险性。（3）煤的自燃煤属容易自燃煤层，根据井田内着火点的测试结果，煤层小于305°C。故本井煤属容易自燃，自燃发火期为16个月。（4）地温本井无地温危害。2 井田境界和储量2.1 井田境界及可采储量2.1.1 井田境界表2-1 井田境界拐点坐标表拐点号国家坐标(3°)国家坐标(6°)经 距（Y）纬 距（X）经 距(Y)纬 距(X)139553802.0005470823.00020553802.0005470823.000239555145.0005477995.00020555145.0005477995.000339555556.0005478600.00020555556.0005478600.000A39556800.0005477535.00020556800.0005477535.000B39556918.0005477621.00020556918.0005477621.000439558900.0005475950.00020558900.0005475950.000539557177.0005469762.00020557177.0005469762.0002.1.2 可采储量本区地质构造简单，厚煤层大部分属于稳定型，局部为较稳定型，因此，基本勘探类型为一类一型是合理的。本井地质勘探基本勘探网度为1000×1000m；煤质勘探网度为5001000×5001000m；水文地质中第四系网度为1500×1500m主线加密一倍。根据本区构造和煤层特点，勘探网度比较合理。2.1.3 工业储量计算（1）经济可采储量范围根据国土部国土资储备字200613号“关于内蒙古自治区满洲里市扎赉诺尔煤田铁北煤矿资源储量核实报告矿产资源储量评审备案证明”，批准的铁北矿井资源储量为1231.59Mt，由I煤组和煤组组成。其中331级储量为913.30Mt，332级储量为518.29Mt。I煤组埋藏浅，风化裂隙发育，煤层厚度一般23m，顶底板岩层松软，顶底板难于管理，且I煤组上部无完整的隔水层。如果开采煤层群，冒落带和裂隙带高度将波及到第四系含水砂层，存在突水可能，鉴于煤层群水文地质条件复杂，地质报告批复提出煤层群暂不开采，储量划为暂不能利用储量。经分析，设计同意地质报告批复，故将I煤组划为暂不开采煤层，储量列为非经济可采储量。需说明的是：I、煤组平均距离为209.93m，I煤组位于煤开采后的弯曲下沉带，I煤组破坏程度较小，存在回采可能，因此，建议在水文地质条件等影响因素满足回采要求的情况下，可考虑在回采煤后，再回采I煤组。综合分析，确定煤层为本井的可采煤层，储量列为经济可采储量。（2）煤炭资源量估算指标煤层最低可采厚度采用：褐煤1.50m，长焰煤0.80m，硫分<3%，灰分<40%。（3）矿井资源储量计算1、矿井地质资源量批准的铁北井地质资源储量为1331.59Mt，包括煤组的1、2、3煤层和煤层。煤组煤种均为褐煤，资源储量149.23Mt，其中1资源储量33.31Mt；2资源储量75.22Mt；3资源储量40.70Mt。煤组煤种有褐煤、长焰煤，资源储量1082.36Mt，其中褐煤资源储量927.00Mt，长焰煤资源储量155.36Mt。参与矿井工业资源储量计算的煤层为煤层，经计算，工业资源储量。本矿区属于缓倾斜煤层，对于缓倾斜煤层：ZG=S×M×D （2-1）公式中：ZG工业储量，Mt；S井田面积，k；M煤层厚度，m；D煤的容量，取1.4t/m³2、依据上述公式计算结果如下：1煤层工业储量：ZG1=27.80×15×1.4=583.8(Mt)2煤层工业储量：ZG2=27.80×12.81×1.4=498.56(Mt)矿井工业储量：ZG=ZG1+ZG2=583.8+498.56= 1082.36(Mt)矿井设计资源储量=矿井工业资源储量-永久煤柱损失。井田境界煤柱损失量计算边界煤柱损失量 (2-2)式中：边界煤柱损失量； 边界长度，为边界煤柱周长； 边界宽度，30m； 煤层厚度，12.81m； 煤的容重，1.40 t/m³。经计算边界煤柱损失量=207.12Mt经计算，矿井设计资源储量为=1082.36-207.12=875.24（Mt）矿井永久保护煤柱损失量(1)工业场地煤柱根据扎煤公司提供的资料，新生界第四系地层岩层移动角45°，侏罗系地层岩层移动角70°。 (2-3)式中：边界煤柱损失量，； 工业广场面积，； 煤层厚度，； 煤的容重，1.40。经计算工业场地煤柱量为39.01Mt。(2)主要大巷煤柱根据扎煤公司生产矿井实际情况及开拓部署，主要大巷煤柱留60m煤柱，煤柱量为31.46Mt。(3)道路等煤柱河道煤柱国铁滨州线、新开河镇和301国道均位于井田北部边界，彼此相连，煤柱统一考虑，在计算边境煤柱损失之内(4)带区境界煤柱带区境界线两侧各留20m煤柱，其煤柱量为3.77Mt。(5)开采损失号煤层属厚煤层，设计取带区回采率取0.75，带区回采损失217.97Mt。矿井可采储量井田的可采储量Zk按下式计算：Zk=(Zg-P) ×C (2-4)式中：Zg矿井工业储量，Mt; Zk矿井可采储量，Mt; P各种永久煤柱的储量之和，M t;P=207.12+39.01+129.12+3.77+31.46=410.48（M t) C 带区回采率，厚煤层不低于0.75；中厚煤层不低于0.80；薄煤层不低于0.85；本矿取0.75。Zk=（1082.36-410.48）×0.75=503.91(M t)由此可得本矿井可采储量为5.0391亿吨。2.1.4 工作制度、设计生产能力及服务年限1.工作制度矿井设计年工作日330d。每天四班作业，其中三班生产，一班准备及检修。每天净提升时间按16h。 矿井设计生产能力及服务年限确定依据根据可采储量、煤层开采技术条件、技术装备标准、经济效益及煤炭市场需求等影响因素，综合分析，设计提出了4.00Mt/a、7.00Mt/a和9.00Mt/a三个方案，推荐设计生产能力为4.00Mt/a，理由如下：(1)储量分析全井可采储量为503.91Mt，分别按4.00Mt/a、7.00Mt/a、9.00Mt/a井型计算，储量备用系数取1.3计算，服务年限分别为96.7a、62.9a及50.3a，只有4.00Mt/a规模能够满足煤炭工业矿井设计规范要求。(2)开采技术条件本井煤层厚，赋存稳定，倾角平缓，一般35°，瓦斯含量低，构造简单；煤层富水性强、导水性较差，水文地质条件较简单；虽煤层顶底板为软岩，但煤层厚，一般1526m，煤层相对于岩层抗压强度较大；根据邻近生产矿井实践经验，将井底车场及硐室、主要巷道布置在煤层里，采用锚喷(加锚索加钢筋梁)支护能够满足要求。因此，本井开采技术条件均符合三种规模的要求。(3)矿井经济效益矿井生产高度集中化、大型化是煤矿生产发展的趋势。2003年兖州矿区6个特级高产高效矿井生产原煤39.12Mt，平均年产达到6.52Mt。神华集团主力生产矿井单井年产量已超过10.00Mt，取得了显著的经济效益，充分显示了特大型矿井的规模效益。因此，矿井规模越大，成本越低，经济效益越好。(4)煤炭市场需求扎煤公司2004年生产煤炭4.25Mt，2005年已签订煤炭销售合同约7.00Mt。根据规划，矿区将建设大型电厂和煤化工项目，矿区现有煤矿的煤炭产量已无法满足市场需求。因此，急需新建大型矿井，以满足煤炭市场需求。根据规划，电厂最终规模为4×600MW，每年需煤炭10.00Mt，考虑到扎煤公司现有的煤炭产量和外销煤量，本井设计规模不应小于4.00Mt/a。(5)符合蒙东大型煤炭基地规划及矿区总体规划要求根据蒙东大型煤炭基地规划，扎赉诺尔矿区到2012年最终规划规模10.00Mt/a，其中灵东矿井规划规模为4.008.00Mt/a；原国家计委以计交能1998302号文批准的扎赉诺尔矿区总体规划中，拟建铁北矿井规模为4.00Mt/a。同时内蒙古自治区发展和改革委员会编制的内蒙古煤炭工业发展规划，拟建铁北矿井规模为4.00Mt/a。(6)工作面单产综放工作面单产主要取决于顶煤的冒放率。本井初期开采的2煤厚3.6319.38m，平均14.43m，节理裂隙发育。根据扎煤公司生产实践，煤节理裂隙发育，顶板松软，采用综放开采，周期来压步距小，放煤均匀，无大块，不需采取特殊措施。应当指出，如果本地市场需求有较大增加时，可对矿井进行适当改扩建，以满足市场需求，提高矿井经济效益。2.矿井服务年限及水平服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。矿井可采储量Zk、设计生产能力A矿井服务年限T三者之间的关系为： （2-5）式中: T矿井服务年限，a； Zk矿井可采储量，Mt； A设计生产能力，Mt； K矿井储量备用系数，取 1.3则，矿井服务年限为： T =503/(4×1.3) = 96.7a其中一水平可采储量222.88Mt，二水平可采储量281.03Mt，储量备用系数取1.3。一水平服务年限42.9a，二水平服务年限53.8a，符合煤炭工业矿井设计规范要求。2.2井田开拓2.2.1井田开拓的基本问题井田开拓是指在井田范围内，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。合理的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较，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场地的位置；(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) 进行矿井开拓延深、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、出好煤高产高效创造条件。在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；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，避免生产分散，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，使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，以及其它有益矿物的综合开采。1.确定井筒形式、数目、位置井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井最复杂。平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长辅助提升能力少，提升深度有限；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技术复杂。立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深相同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为有利；当表土层为富含水层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产状均特别复杂的井田，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，基本建设投资大。本井田煤层被第四系所覆盖，埋藏较深，特别是开采的主要对象煤埋藏深度400m左右，煤埋藏深度500m左右，第四系冲积层厚约23m，含水丰富。如采用斜立开拓，即主井为带式输送机斜井，主斜井斜长为(倾角16°)1560m，穿过第四系冲积层斜长110m，穿过I1煤层顶板粗砂岩含水层及I1I3煤层间中、粗砂岩含水层厚度190m，斜长689.0m，井筒工程量大，施工难度大。2.井筒位置的确定根据煤层赋存特点、铁路接轨及供电电源位置、初期带区位置等因素，设计考虑了三个井口位置方案。（1）煤层和水文条件对开拓的影响本井田地表高程在+545+550m之间，煤层赋存高程在+230+50m，埋藏深度为315490m，属近水平煤层。对矿井开拓影响较小。第四系厚度约1227m，第四系砂砾含水层位于其中，广泛分布于煤系地层之上，岩性为砂砾、粗砂，以砂砾为主，厚度一般在8.0010.00m左右。经抽水试验其水文地质参数q为5.476.14L/s·m，K为59.6470.86m/d，T为733.42744.18/d，S为1.30×10-36.56×10-3，a为1.13×10-55.72×10-5/d，属丰富含水层。在砂砾含水层之上有一层灰色、分选均匀的粉、细砂，全区普遍发育，厚度为1.5011.30m，一般在4.006.00m，发育比较稳定。水位埋深1.08m，经邻区抽水实验其水文地质参数q为0.91L/sm,K为12.06m/d,T为159.07/d，S为0.11,a为1450.74/d。水温04，水化学类型为HCO3CLNaMg水，地下水类型为承压水。1煤顶板粗砂岩含水层，1-3煤及煤层间粗、中砂岩含水层，煤层顶板粗砂岩含水层，煤及煤层间粗、中砂岩含水层均属中等含水层，其中：1煤3煤水文地质类型为一类三型，水文地质条件复杂；煤水文地质类型为一类二型，其水文地质条件中等。因此，在井筒施工经过第四系砂砾含水层段和其它含水层时，均受水害威胁。巷道掘进和工作面回采时受煤层间粗、中砂岩含水层影响。（2）开拓方式方案比较方案说明借鉴我国现有高产高效矿井及国外生产矿井的经验，结合本井田地形地貌、煤层赋存等情况特提出以下三种开拓方案：方案一 双立井单水平上、下山开拓；方案二 双斜井单水平上、下山开拓；方案三 主斜副立单水平上、下山开拓。表2-2 建井工程量工期项目(m)方案1(m)方案2(m)方案3(m)初 期主井355.2+2013071307副井346.5+51121346.5+5井底车场及硐室10008001000后期主井延伸89+20613613副井103.6+554