孔莊煤礦礦井開拓方式對比分析案例1.1地理位置及交通孔莊煤礦位于江蘇省沛縣蕭何路東段，地處大屯礦區(qū)的東部。孔莊礦區(qū)交通方便，有徐（州）沛（屯）鐵路專用線，在沙塘與隴海鐵路線接軌，全長82.87km，有礦區(qū)支線到達(dá)孔莊煤礦。區(qū)內(nèi)公路四通八達(dá)，徐州—濟(jì)寧省級公路縱貫礦區(qū)南北，礦區(qū)內(nèi)連通中心區(qū)和各礦的公路、鐵路暢通無阻。京杭大運(yùn)河從礦區(qū)東部通過，可供100t級機(jī)船常年航行，交通較為便利（見礦區(qū)交通位置示意圖1-1）。圖1-1礦區(qū)交通示意圖Figure1-1trafficdiagramofminingarea1.2井田、拐點(diǎn)坐標(biāo)及面積井田范圍：井田西起F3斷層及徐沛鐵路，東至劉仙莊斷層位置，南以21號煤露頭，北到7號煤-1300m水平垂直投影,東西長13km，南北寬3.4km，面積44.134km2?？浊f煤礦井田范圍依據(jù)中華人民共和國國土資源部頒發(fā)的采礦許可證(證號：C1000002011021120107091)，礦區(qū)范圍由24個(gè)拐點(diǎn)坐標(biāo)所圈定（各拐點(diǎn)坐標(biāo)見表1-1）。1.3井田地質(zhì)概況1.3.1地層表1-1孔莊煤礦礦區(qū)范圍拐點(diǎn)坐標(biāo)Table1-1inflectionpointcoordinateswithintheminingareaofKongzhuangCoalMine拐點(diǎn)號X坐標(biāo)Y坐標(biāo)拐點(diǎn)號X坐標(biāo)Y坐標(biāo)483850414.21394898562039490396.20503848454.2139491626.21513848454.2139491626.21523848094.2139492836.22533848259.2239493011.22543848454.2339494151.23553849439.2539496626.24563850124.2739498086.24573849684.2839499196.25583850744.3039501086.2658013850629.3139502131.27孔13850954.3139502216.26孔23854154.3439502946.24徐13854734.3339500786.2213855241.3339500553.22663853554.2939497656.21653852574.2739496196.21643852044.2639494996.20633852224.2639494596.20623851794.2539493736.20613851594.2439492676.19603851804.2439492296.19593851554.2339491596.18本區(qū)為全掩蓋式煤田，屬華北型石炭二疊系含煤地層，井田內(nèi)鉆探、采掘揭露地層由老到新依次為寒武系的張夏組、崮山組、長山組、鳳山組，奧陶系三山子組、賈汪組、肖縣組、馬家溝組、閣莊組和八陡組，石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系山西組、下石盒子組、上石盒子組，上侏羅～下白堊統(tǒng)和第四系地層。基巖地層分別由灰?guī)r、砂巖、砂質(zhì)泥巖和泥巖組合沉積，第四系地層巖性由粘土、砂質(zhì)粘土、混粒土及砂層組成。孔莊煤礦地層柱狀圖如圖1-2所示：1.3.2地質(zhì)構(gòu)造孔莊井田位于大屯礦區(qū)最東部，本區(qū)為全掩蓋式煤田，為華北型石炭二迭系含煤建造，屬于山東地臺“魯西穹折”的豐沛背斜之北翼，靠近背斜軸部，構(gòu)造形態(tài)為一傾向北西的單斜構(gòu)造，伴有小型緩波狀起伏。地層走向N50°～90°E，陸地部分地層走向一般在60°左右，湖下擴(kuò)區(qū)部分的地層走向變化較大，主要原因是受井田內(nèi)大斷層的影響，傾向北西，地層傾角11°～32°，平均21°，在斷層附近的產(chǎn)狀稍有變化，沿走向在井田的西部傾角較大，向東部傾角逐漸變緩，沿傾向上變化無明顯規(guī)律可循。本區(qū)受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，構(gòu)造以斷裂為主，斷層較發(fā)育，且多為張扭性正斷層為主，褶曲不發(fā)育或局部微弱發(fā)育。構(gòu)造受先期北東向應(yīng)力影響，后期背斜形成后又受張應(yīng)力影響，即“先扭后張”。根據(jù)勘探及井下開拓資料，斷層斷面傾角都較大，北東向大斷層呈現(xiàn)北西升南東降的階梯狀塊段，次一級的北西向斷層切割北東向斷層，井田內(nèi)大構(gòu)造幾乎切割第四系以下的所有巖層。根據(jù)《煤礦地質(zhì)工作規(guī)定》井工煤礦地質(zhì)類型的劃分依據(jù)：孔莊煤礦礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等。圖1-2孔莊礦地層柱狀圖Figure1-2stratigraphichistogramofKongzhuangMine1.3.3煤層概況井田內(nèi)主要含煤地層有石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組及下石盒子組。太原組和山西組為主要含煤地層，山西組含煤4層，其中7、8煤層為主要可采煤層，太原組含煤13層，其中17煤層為局部可采的不穩(wěn)定煤層，21煤層為全區(qū)磕磣的較穩(wěn)定煤層。各可采煤層分述如下：（1）7號煤層：位于山西組中下部，是主要可采煤層之一。煤層厚度3.46-8.54m，平均厚度7.5m,夾矸一般為1-3層，少數(shù)為4-5層，夾矸巖性多為巖漿巖。（2）8號煤層：位于山西組底部，上距7號煤層4.17-40.18m，下距太原組頂界一般厚度為0.29-5.96m，平均厚度4m,往深部及東部夾矸較少，煤層結(jié)構(gòu)簡單。（3）17號煤層：位于太原組中部，上距8號煤層底板一般厚度為100m，厚0.19-1.30m，平均厚度為0.86m，厚度變化不大，總體形式為西薄東厚。（4）21號煤層：位于太原組下部，上距17號煤層底板一般厚度約為50m，厚0.18-1.86m，平均厚度為0.92m，煤層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，在巖漿巖石侵入?yún)^(qū)夾矸巖性多為巖漿巖，夾矸層數(shù)一般為2-3層。各可采煤層特征見表1-2。1.3.4煤層賦存狀況本井田勘探類型從整體來說為二類一型，構(gòu)造發(fā)育中等，主要可采煤層7、8號煤層，為穩(wěn)定性和較穩(wěn)定性煤層。煤層對比是在充分利用各工程點(diǎn)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合測井曲線反映的巖層物性特征及所含的動(dòng)植物化石種屬差異等方面進(jìn)行綜合對比的，井田內(nèi)各巖層物性特征明顯，標(biāo)志層多而穩(wěn)定，易于辨認(rèn)，煤層對比可靠。表1-2各主要可采煤層特征表Table1-2characteristicsofmainminablecoalseams煤層煤層兩極厚度平均厚度頂板巖性底板巖性夾矸兩極厚度層數(shù)夾矸巖性層間距區(qū)間間距73.46～8.547.5砂質(zhì)泥巖、泥巖、細(xì)砂巖砂質(zhì)泥巖、泥巖、細(xì)砂巖0.05～1.971～2泥巖砂質(zhì)泥巖炭質(zhì)泥巖巖漿巖P21xs～772.2180.29～4.962.89砂質(zhì)泥巖、泥巖、細(xì)砂巖砂泥巖、泥巖0.14～2.001～2泥巖、砂炭質(zhì)泥巖、巖漿巖7～816.12170.19～1.300.86泥巖、炭質(zhì)泥巖石灰?guī)r、泥巖0.10～0.641～2泥巖、巖漿巖8～17101.58210.18～1.680.92石灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖、泥巖、細(xì)砂巖0.14～0.941～2砂質(zhì)泥巖、泥巖巖漿巖、細(xì)砂巖17～2150.001.3.5煤質(zhì)從本井田的煤質(zhì)指標(biāo)來看，煤質(zhì)較穩(wěn)定，煤質(zhì)的揮發(fā)分產(chǎn)率和膠質(zhì)層厚度自上而下遞增。7、8號煤屬于高揮發(fā)分、中高～高發(fā)熱量、低灰、特低硫、富焦油、強(qiáng)粘結(jié)性、中等偏低變質(zhì)的煤，簡易可選為易選～極易選。17號煤層屬于高揮發(fā)分、高發(fā)熱量、中灰、中～富硫、特低磷、高焦油煤。21號煤層屬于高揮發(fā)分、高發(fā)熱量、低灰、富硫、特低磷、高焦油煤。1.3.6瓦斯2018年9月礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果為低瓦斯礦井。全礦井相對瓦斯涌出量0.2367m3/t、相對二氧化碳涌出量1.3168m3/t；礦井絕對瓦斯涌出量0.9313m3/min，絕對二氧化碳涌出量5.1801m3/min。1.3.7煤塵爆炸性2018年經(jīng)中國礦業(yè)大學(xué)鑒定，礦井煤塵爆炸指數(shù)為28.89～34.98%，有煤塵爆炸性。1.3.8水文各含水層水文地質(zhì)參數(shù)的選用以及各含水層防治水的難易程度均以湖下為首選，經(jīng)過對影響含水層的富水特性、補(bǔ)給條件、單位涌水量以及礦井涌水量和防治水的難易程度等因素綜合評定，孔莊礦礦井的水文地質(zhì)條件為中等。2礦井開拓方式2.1礦井開拓的基本問題2.1.1井田開拓的內(nèi)容井田開拓具體有下列幾個(gè)問題需研究。1）明確井筒的數(shù)目、形式和相關(guān)設(shè)備，恰當(dāng)選擇井筒以及工業(yè)場地的地理位置；2）明確設(shè)置開采水平數(shù)目以及位置；3）布置大巷、相關(guān)硐室以及井底車場；4）明確礦井開采順序，設(shè)計(jì)好開采水平的接替；5）明確礦井運(yùn)輸、通風(fēng)、排水及供電系統(tǒng)；6）進(jìn)行礦井開拓延深、深部開拓及技術(shù)改造。2.1.2確定井田開拓方式的原則確定開拓問題，需根據(jù)國家政策，綜合考慮地質(zhì)、開采技術(shù)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(shí)，應(yīng)遵循下列原則：1）為更好地執(zhí)行國家有關(guān)煤炭行業(yè)的技術(shù)政策，為盡快投產(chǎn)、保證煤即高產(chǎn)量又高效率創(chuàng)造條件。在保證安全和生產(chǎn)合理的條件下，減少開拓的工程量；更為關(guān)鍵的是減少初期建設(shè)的工程量，節(jié)約基礎(chǔ)建設(shè)投資，加快礦井的建設(shè)。2）合理開發(fā)煤炭資源，減少煤炭損失。3）必須貫徹執(zhí)行煤礦安全生產(chǎn)的有關(guān)規(guī)章、規(guī)定。建立完備的運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、供電系統(tǒng)，營造優(yōu)良的生產(chǎn)環(huán)境及其他條件，減少巷道維護(hù)工程量，確保主要巷道維持良好的狀況。4）符合目前國家的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)備供應(yīng)狀況，為采用新技術(shù)及工藝、發(fā)展綜掘機(jī)械化、自動(dòng)化、采煤機(jī)械化創(chuàng)造條件。5）依據(jù)客戶需求，需考慮到不同媒的品質(zhì)、質(zhì)量及煤的品種，不同煤質(zhì)和煤種的煤層要分別開采。6）確保合理集中開拓布置，簡化、優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)，保證合理集中生產(chǎn)。2.2井田開拓方式1）井筒形式的確定井筒有三種形式：平硐、立井、斜井。具體比較見表3-1。表3-1井筒形式比較Table3-1.comparisonofwellboreform井筒形式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用條件平硐1.運(yùn)輸環(huán)節(jié)和設(shè)備少、系統(tǒng)簡單、能力大，費(fèi)用低，輔助運(yùn)輸也方便，自然坡度排水，通風(fēng)系統(tǒng)簡單；2.工業(yè)設(shè)施簡單，布置靈活，占地少，投資和成本低；2.井巷工程量少，減少排水費(fèi)用；4.施工條件好，掘進(jìn)速度快，加快建井工期；5.煤炭損失少。受地形和煤層埋藏條件的限制，要求平硐上方具有較多的煤炭資源。需有足夠儲量的山嶺地帶斜井1.井筒施工工藝、技術(shù)和設(shè)備簡單，掘進(jìn)速度快，建井期短，初期投資少；2.地面生產(chǎn)設(shè)施、井筒裝備、井底車場和硐室相對簡單、井筒延深施工方便，對現(xiàn)有水平的干擾少；2.安裝帶式輸送機(jī)的主斜井有相當(dāng)大提升能力，也便于多水平同時(shí)生產(chǎn)及運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。4.斜井井筒可作為安全出口，可以比較靈活的選擇井口的位置，使地面工業(yè)廣場不壓或少壓煤。1.井筒斜長較長，輔助絞車時(shí)提升能力小，提升高度度有限，提升費(fèi)用高；2.通風(fēng)線路長、阻力大、管線長度大；2.斜井井筒通過表土層過厚、富含水層、流沙層施工困難；井田內(nèi)煤層埋藏不深，表土層不厚，表土層不厚，無流沙層和富含水層，開采緩斜和傾斜煤層的礦井。立井1.不受煤層表土、煤層埋深、地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)等自然條件的限制，適應(yīng)性強(qiáng)；2.在采深相同的條件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，對輔助提升有利；2.當(dāng)表土層為富含水層的沖積層或流沙層時(shí)，井筒容易施工；4.井筒通風(fēng)斷面大，能滿足高瓦斯、煤與瓦斯突出的礦井需風(fēng)量的要求。1.井筒施工技術(shù)復(fù)雜，需用設(shè)備多，施工周期長；2.井筒裝備復(fù)雜，掘進(jìn)速度慢，基建投資大。對不利于平硐和斜井的地形地質(zhì)條件都可用立井開拓。2）井筒數(shù)目的確定結(jié)合本設(shè)計(jì)礦井的實(shí)際生產(chǎn)狀況，根據(jù)地質(zhì)情況綜合分析采用立井開拓，分別為主井，副井和中央回風(fēng)井。其中主井副井各一個(gè)，由于本設(shè)計(jì)礦井相對瓦斯涌出量較小，屬于低瓦斯礦井，低溫較低，風(fēng)井的個(gè)數(shù)需要根據(jù)實(shí)際的礦井綜合情況，通風(fēng)需求，經(jīng)濟(jì)效益等因素綜合確定。其中主井主要負(fù)責(zé)輔助進(jìn)風(fēng)和煤的提升，副井負(fù)責(zé)主要的通風(fēng)、上下井人員、材料、設(shè)備和矸石和輔助提升任務(wù)，風(fēng)井將井內(nèi)的瓦斯煤塵等污風(fēng)排出井外。按照該方式進(jìn)行布置可以滿足礦井的正常生產(chǎn)。3）井筒位置的確定本礦井煤層傾角中等，西部煤層平均25°，東部煤層平均17°為緩傾斜煤層；表土層中含有粘土層，但隔水性能好，大氣降水，地表水等地面水系對礦井開采沒有太大影響；水文地質(zhì)情況比較簡單，涌水量??；但表土層較厚且煤層埋深較大，因此不宜采用斜井開拓。綜合各方面的因素考慮最終選擇了雙立井開拓，把主副井井筒設(shè)在井田中央靠近煤層的上部。2.3工業(yè)廣場的位置、形狀和面積根據(jù)表2-1工業(yè)場地占地面積指標(biāo)，確定地面工業(yè)場地的占地面積為15.5km2，形狀為矩形，長邊平行于井田走向，長為600m，寬為300m。2.4確定開采水平數(shù)目、位置和垂高1）開采水平及階段的劃分原則：（1）要有合理的階段斜長，指在采用合理的采區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)、采區(qū)設(shè)備的條件下所能達(dá)到的階段斜長。需要考慮煤的運(yùn)輸、輔助運(yùn)輸和行人等因素。（2）要有合理的區(qū)段數(shù)目。采區(qū)內(nèi)的區(qū)段數(shù)目間接的反映了采煤工作面之間、采區(qū)之間采掘接替的難易程度。為保證采區(qū)的煤炭生產(chǎn)量，選擇的區(qū)段數(shù)目應(yīng)使采煤工作面具有合理的長度。所以選用一個(gè)合理的區(qū)段斜長是很重要的。（3）要保證開采水平有足夠的儲量和合理的服務(wù)年限，這是水平劃分的最重要的部分，對于年設(shè)計(jì)產(chǎn)量2.4Mt的礦井來說，第一水平的服務(wù)年限應(yīng)不少于25年。（4）水平高度在經(jīng)濟(jì)上有利，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一的觀點(diǎn)來說，技術(shù)上合理的水平垂高能獲得較好的經(jīng)濟(jì)效果，可以通過經(jīng)濟(jì)的比較方法選擇有利的水平垂高。根據(jù)比較的結(jié)果綜合考慮相關(guān)因素，從而獲得合理的水平高度。2）水平及階段的劃分考慮到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的合理性，本井田單水平開采，階段內(nèi)準(zhǔn)備方式以采區(qū)為主。2.5開采順序根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，新建礦井采區(qū)開采順序必須遵循先近后遠(yuǎn)，逐步向井田邊界擴(kuò)展的前進(jìn)式開采。本設(shè)計(jì)開采順序?yàn)椋何饕徊?、東一采區(qū)、東二采區(qū)、東三采區(qū)、西二采區(qū)、東四采區(qū)、東五采區(qū)。2.6開拓方案確定1）提出方案立井可分為立井單水平開拓和立井多水平開拓兩大類，本井田煤層傾斜長度長，垂高范圍為-950m～-