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4.4井底车场形式的选择及硐室概况33

4.4.1井底车场的形式33

4.4.2井底车场线路布置33

4.4.3主井煤仓及装载硐室33

前言

在当今科技经济发展的新形势下，煤炭开采技术的研究必须面向国内国外两个市场、面向经济建设主战场，立足于煤炭开采技术的前沿，立足于中国煤炭发展战略所必要的技术储备，立足于煤炭工业中长期发展战略所必须的关键技术的攻关，立足于煤炭工业工程实际问题的解决，重点从事中长期研究开发和技术储备，跟踪产业科技前沿，开发有自主知识产权的以煤矿开采技术及配套装备为主导的核心技术，占领技术制高点。

采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。

采煤工艺的发展将带动煤炭开采各环节的变革，现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性，基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合，研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤设备和生产监控系统，改进和完善采煤工艺。

在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有中国特色的采煤工艺理论。

我国长壁采煤方法已趋成熟，放顶煤采煤的应用在不断扩展，应用水平和理论研究的深度和广度都在不断提高，急倾斜、不稳定、地质构造复杂等难采煤层采煤方法和工艺的研究有很大空间，主要方向是改善作业条件，提高单产和机械化水平。

　　开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术。

以提高工作面单产和生产集中化为核心，以提高效率和经济效益为目标，研究开发各种条件下的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺，简单、高效、可靠的生产系统和开采布置，生产过程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术，发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化，进一步改进工艺和装备，提高应用水平和扩大应用范围，提高采煤机械化的程度和水平。

缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采。

应进一步加强完善支架结构及强度，加强支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究，提高支架的可靠性，缩小其与中厚煤层（采高3m左右）高产高效指标的差距。

各种综采高产高效综采设备保障系统。

要实现高产高效，就要提高开机率，对“支架—围岩”系统、采运设备进行监控。

今后研究的重点是：

通过电液控制阀组操纵支架和改善“支架—围岩”系统控制，进一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自动采集系统；

乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断；

采煤机在线与离线相结合的“油—磨屑”监测和温度、电信号的监测；

带式输送机、刮板输送机全面状态监控。

优化巷道布置，减少矸石排放，改进、完善现有采煤方法和开采布置，以实现开采效益最大化为目标，研究开发煤矿地质条件开采巷道布置及工艺技术评价体系专家系统，实现开采方法、开采布置与煤层地质条件的最优匹配。

　　推广实行全煤巷布置单一煤层开采，矸石基本不运出地面，生产系统大大简化，分别实现无轨胶轮、单轨吊辅助运输一条龙，从井口直达工作面，同时实现了综采与综掘同步发展，生产效率大幅提高的经验的同时，重点开发高产高效矿井开拓部署与巷道布置系统的优化，简化巷道布置，优化采区及工作面参数，研究单一煤层集中开拓，集中准备、集中回采的关键技术，大幅度降低岩巷掘进率，多开煤巷，减少出矸率；

研究矸石在井下直接处理、作为充填材料的技术，既是减少污染的一项有力措施，又简化了生产系统，有利于高产高效集中化开采。

1矿区概述及井田特征

1.1矿区概述

1.1.1地理位置

舒兰矿业集团七矿位于吉林省舒兰市境内，地理坐标为：

东经125度57分，北纬42度43分45秒。

1.1.2地形地貌

舒兰矿区位于舒兰市境内，西起吉林市龙潭区大口钦镇，东至平安镇，全长57公里，宽3公里，面积171平方公里。

处于长白山向松辽平原的过度地带，地势由东南向西北倾斜，属温带大陆性气候，平均海拔210－350米。

集团公司本部设在舒兰市吉舒经济技术开发区内，南距闻名世界的雾凇名城-吉林市57公里，北距国际著名的冰城-哈尔滨市153公里，吉哈（龙舒）铁路和五桦一级公路横贯矿区，交通十分方便。

1.1.3气象及地震情况

矿区地处丘陵地带，仅有2条季节性小河从矿区边缘流过，一条为半截河，发源于矿区东北侧仙人洞山间流经矿区北侧，经市区汇入东辽河，另一条为猛虎亮，发源地矿区北侧猛虎亮山，因而得名，该河流经泰信区，向西汇入东辽源。

受开采影响，井田地表下沉，局部形成积水区域，主要有三区大泡子，自建天泡子，一区猪腰泡子，六区水泡子，其水流均向西汇入东辽河，没有对应在采区上方，且开采深度的较大（垂度330米————770米）积水区尚威胁矿区生产。

矿区属于陆行气候，年平均温度5.4摄氏度到7.3摄氏度，七月到九月暑假平均温度在20摄氏度以上，最高可达35.1摄氏度，11月到翌年3月内冻结期平均温度在零下20摄氏度，最低可达零下31.2摄氏度，雪压30————MG每米，土壤，冻结深度1.5米————1.7米。

1.1.4电源、水源及建筑材料来源

全井井下主要水仓3处，总容量6530立方米，排水系统完善，具有抵抗水害事故的能力，满足输水降压要求，符合《煤矿安全规程》。

1.1.5其他

矿区内的企业和贸易中心很少，但基本上能够满足矿区居民生活的需要。

该区内的居民主要靠在矿里上班或种植农作物为生。

1.2井田及其附近的地质特征

1.2.1井田的地层层位关系

舒兰七矿井田位于舒兰煤田的中东部。

1.2.2井田内的地质构造及变动

舒兰七矿位于舒兰煤田向斜的西南部，占据向斜的大部分，煤层走向大体呈北西方向，岩层倾斜平缓，一般在6°

~8°

之间。

井田内构造以断裂为主，由于受断裂构造影响，使得井田内褶曲构造反映不太明显，但尚能看出向斜的存在。

褶曲：

舒兰煤田整体为一向斜构造，由于后期构造的影响，致使向斜的东西两翼不对称，向斜轴由于岩层倾角平缓和断裂的破坏而不突出，但是看出向斜轴总的规律是由北向南逐渐加深，其轴向为N35°

W，向斜轴倾伏角为5°

，轴部最深可达到560m。

断裂：

由于本井田岩层倾角平缓，褶曲现象不明显，煤岩层对比可靠，井田内钻孔共见25个短点和6个独立短点

井田内无陷落柱和火成岩侵入。

1.2.3煤层结构

一区内共有两个可采煤层，煤层编号从上往下依次为1#、2#。

附：

1）各主要可采煤层特征表

表1-2主要可采煤层特征表

煤层号

煤层总厚

可采厚

可采煤层分布

煤层走向

煤层倾向

煤层倾角

小～大

一般

1

2.9-3.1

3

全井田

北部SN;

南部NW

北部EW;

南部NE

6~8度

间距

20m

2

2.8-3.2

3.03

3.01

略小于1层,分布在井田中部

2）煤层综合柱状图

图1-2煤层综合柱状图

1.2.4水文地质

1）地表水系

本地区内无较大河流，只在井田中部有一人工水库，于1942年~1943年建成，坝高7m，坝长4120m，坝顶宽5m，坝底宽40m，坝坡度1：

2.5，坝顶高程86.40m，坝底高程79.4m。

集水面积143平方公里，历年平均径流量1430万立方米，径流深度0.1m，多年平均降雨量550mm，蒸发量1700mm。

其水库水除地表径流外，主要来源之一是一条小河——李家河，它发源于法库老灵山和康平西官边台子两地，径流于井田南部注入水库，集水面积59.9平方公里，河长19公里，河宽一般10~20m，比降4.79%，枯季无水，雨季水量偏大，最大洪水流量50~60平方米/秒（1958年8月），属于季节性小河。

水库水的另一来源是经人工渠间接引辽河入库及直接引康平县城西的西泡子水。

渠长15公里，渠宽10米，最大排水量20立方米/秒左右。

水库特性列入下表：

表1-3水库特性列入下表

一般与极值

库容

水位标高

水深

水库面积

最大

5600万立方米

83.98米

5.58米

17平方公里

最小

600万立方米

80.2米

0.8米

7平方工里

2523万立方米

82米

2.6米

13.6平方公里

2）含水层

本井田内直接充水含水层主要由侏罗系粗砂岩及沙砾岩微弱的裂隙孔隙承压含水层所组成，虽然粗砂岩疏软（类似豆腐渣）多裂隙，但单位涌水量均小于0.0043kg/s.m以下，而且断层富水性弱，并且煤层顶部有较厚的油页岩、泥岩。

含水层间有良好隔水性能的泥岩、粉砂岩层，导水性差，破碎带厚度小，并为泥质物充填紧密，与地表水以及各含水层间无水力联系，可谓闭合断层，对矿床充水无甚影响，故将该井田划分为水文地质条件简单的二类一型矿床。

井田内共划分为三个含水层：

a侏罗系直接充水承压含水层；

b白垩系砂岩及砂砾岩承压含水层；

d第四纪砂岩及砂砾岩承压含水层。

隔水层

本井田内有两个隔水层：

a第四纪粘土及亚粘土隔水层；

b侏罗系煤层顶底板泥页岩隔水层。

第四纪粘土及亚粘土隔水层主要由黄色或黄褐色粘土及亚粘土所组成，结构密实，具有可塑性，在水库底部的南北两侧厚约4.5m左右，中部较厚约6m左右，据土工实验成果表明在2.66m以上均起隔水作用。

侏罗系煤层顶底板泥页岩隔水层主要由黑色泥岩及黑褐色油页岩组成，结构细腻，直接赋存于煤层之上，厚约31m左右，为一良好的隔水层。

3）矿井涌水量

矿井正常涌水量10.2立方米/小时，最大涌水量52.6立方米/小时。

4）邻近生产矿井充水情况

邻井丰广煤矿从1978年10月开始正式投产，在建井初期主井斜长77~153m时见白垩纪紫红色砂岩及砂砾岩，破碎松散，涌水量4~5立方米/小时，而向深部含水性逐渐减弱，到目前为止历年的平均排水量为0.069立方米/小时，可见该矿井基本不含水，其涌水特点是粗砂岩和砂砾岩的微裂隙孔隙滴水，而泥粉细砂岩复合岩层既不含水同时也起到了隔水的作用。

综上，该邻近煤矿属于极弱充水含水层矿井。

1.3煤层质量及煤层特征

1.3.1煤质及物理性质

该矿区煤质工业牌号为无烟煤，挥发分产率低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟。

黑色坚硬，有金属光泽。

以脂摩擦不致染污，断口成介壳状，燃烧时火焰短而少烟。

不结焦。

一般含碳量在90%以上，挥发物在10%以下。

无胶质层厚度。

热值约8000-8500千卡/公斤煤的物理性质：

容重1.33克/立方厘米，灰份（Ag）21.31%，水分11%，挥发份（Vr）41.89%，发热量22MJ/Kg,硫含量1.95%。

1.3.2顶底板岩性

煤层直接顶板：

主要由黑褐色油页岩组成，结构致密、细腻、无裂隙，厚度一般在10~30m之间，平均20m左右，按其坚固程度属于软质岩石。

煤层直接底板：

由灰黑色泥岩和灰白色粉、细砂岩所组成。

结构较细致、质软，其厚度变化西南厚约5~6m，东北厚约10m以上，一般5~10m左右，按其坚固程度属于软质岩石。

1.3.3瓦斯赋存状况及煤的自燃性

本矿井瓦斯含量较低，由瓦斯分析结果可知，本井田属氮气~沼气带矿井，仅在井田中部有一部分沼气带，可采边界附近有一部分氮气带。

绝对瓦斯涌出量4.8立方米/分，属低瓦斯矿井。

井田内煤的火焰长度在10~260mm间，岩粉量为10~50%，煤尘爆炸性弱。

370号孔煤尘实验结果为：

火焰长度400mm，岩粉量55%，爆炸性强，故井田内有煤尘爆炸的可能，煤尘爆炸指数为48.98%。

一层煤的燃点在273~304℃之间，平均值为285℃，氧化性和还原性的燃点差在33~63℃之间，平均47℃。

二层煤的燃点在273~288℃之间，平均279℃，燃点差为35℃。

井田内煤的燃点比其他煤田煤的燃点均低，且燃点差值也高，故本区煤是易燃的，自然发火期一般为1~3个月，最短20天，不利于煤炭的长期存放。

舒兰七矿1974年11月建井，78年10月投产，81年、82年实测瓦斯资料如下：

表1-4瓦斯资料表

年度

鉴定地点

绝对量（立方米/分）

相对量（立方米/吨、日）

鉴定当日产量（吨）

瓦斯等级

CH4

CO2

1981年7月

总排风

1.08

1.10

5.33

5.46

8149.9

低级

1982年7月

副井总排

1.36

1.38

5.90

5.99

9629.0

1.3.4地质勘探程度

在勘探初期针对该区特点，首先，原则上对全井田采用先线后面，全面控制，点线配合，重点解剖，然后循序渐进，逐步提高勘探程度，储量级别等，通过四次勘探，补充并借鉴邻区地质资料，比拟本井田上述地质因素特征，视其地质构造复杂程度为中等，煤层较稳定且偏简单，勘探类型属于二类二型偏简单。

2井田境界及储量

2.1井田境界

舒兰七矿井田南北长4公里，东西宽5公里，面积20万平方公里。

矿井南部以可采境界1254600为界，北部以可采境界1257100为界，西部以可采境界11004500为界，东部以可采境界11005400为界。

井田走向大体呈东西方向，岩层倾斜平缓，一般在6°

-8°

井田区域内有一个小煤矿——天合煤矿，其位于井田南部，1986年开井，矿井无充水情况，与本矿井没有贯通。

该矿隶属于法库县，与本矿有明确的矿井边界，并且两井田水文地质条件相同。

2.2井田储量

2.2.1井田的工业储量

已知：

井田走向长5000m，倾斜长4000m，共有两个可采煤层，同为3米，煤的容重为1.50g/m³

。

则该井田的工业储量ZG=5000×

4000×

（3+3）×

1.5

=273150000（t）

=18000（万t）

即该井田的工业储量为18000万t。

2.2.2永久煤柱损失

1）井田边界预留30m的边界煤柱，以避免邻矿开采对本矿造成影响，有利于本矿的安全生产。

边界煤柱压煤量Z边=2×

30×

5000×

1.5×

（3+3）+2×

（3+3）

≈378（万t）

2）工业场地是一个等同于上底长768m，下底长809.8m，高779.5m的梯形区域。

工业广场坐落着主井、副井、风井等重要生产设施，因此，工业广场下的煤柱不可以回采，称为工业广场保护煤柱。

工业广场保护煤柱的压煤量Z工＝（768+809）×

779.5/2×

6×

1.5=311.13（万t）

3）第一水平设三条大巷：

轨道大巷、运输大巷、回风大巷，这三条大巷每两条巷道之间留保护煤柱，回风大巷和运输大巷每边留20m的保护煤柱。

巷道长835m。

三条大巷的煤柱损失量：

Z巷1=835×

2×

80×

6×

=170.55（万t）

Z永=Z边+Z巷+Z巷2+Z+Z间

=120.24（万t）

2.2.3井田的可采储量

计算公式:

Zk=（ZG-P）·

C,（2-1）

式中：

Zk—矿井可采储量

ZG—矿井工业储量

P—保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留置的永久煤柱

量

P=Z地+Z永

=378+120.4+311.13=809.53（万t）

C—采区采出率，厚煤层不低于0.75；

中厚煤层不低于0.8；

薄煤层不低于0.85；

地方小煤矿不低于0.7

ZG=18000万t，P=809.53万t，C=0.8

则Zk=（ZG-P）·

C,（2-2）

=（18000-809.53）×

0.8

=17352.3（万t）

即该井田的可采储量为17352.3万t。

3矿井的年产量、服务年限及一般工作制度

3.1矿井的年产量及服务年限

3.1.1矿井年产量

本矿区储量丰富、地质构造简单、煤层生产能力大、开采技术条件好，适宜建设大型矿井。

另外，煤层赋存深、表土层很厚、冲积层含水丰富，建设大型矿井可减少开凿井筒数目，节约建井工程量，降低吨煤投资。

因此，将该矿井的年产量定为240万吨，属大型矿井。

3.1.2矿井服务年限

计算公式：

T=Zk/（A·

K）,（2-1）

T—矿井服务年限

Zk—矿井可采储量

A—矿井的年产量

K—矿井储量备用系数，矿井设计一般取1.4，地质条件复杂的

矿井及矿区总体设计可取1.5，地方小煤矿可取1.3

Zk=17352.3，A=150万t，K=1.4

则

（2-3）

T=Zk/（A·

K）=17352.3/（150）×

1.4≈82（年）

即本矿井的服务年限为82年。

3.2矿井的一般工作制度

1）矿井的年工作日数：

330天

2）每昼夜提升时数：

18小时

3）工作制：

采用“四六”工作制，三班采煤，一班准备。

采用这种方

法既增加了出煤时间，又保证了设备的维修，从而可以大

幅度提高工作面单产和保证设备的正常运转，减轻了工人

体力劳动，提高了工作效率。

4井田开拓

4.1井筒形式的确定

矿井开拓，就其井筒形式来说，一般有以下几种形式：

平硐、斜井、竖井和混合式。

下面就几种形式进行技术分析，然后进行确定采用哪种开拓方式方式。

平硐：

一般就是适合于煤层埋藏较浅，而且要有适合于开掘平硐的高地势，也就是要有高于工业广场以上的一定煤炭储量，这是主要的方面，可就是这一点，本井田不能满足要求，本井田地势比较平缓，高低地的最大高差也不过几十米，而且煤层埋藏较深，很显然，利用平硐开拓对于本井田来说是没有可行性的。

故舍掉。

但是，平硐开拓也有它的好处，首先，它减少了斜井、竖井开拓的提升费用，运输和排水等费用也大幅度降低，条件好的可将标准铁路直接延伸到井内。

本井田的地质条件无法满足这方面的要求，所以不能用平硐开拓。

斜井：

利用斜井开拓首先要求煤层埋藏较浅、倾角较大的倾斜煤层，且当地地表冲积层较厚，利用竖井开拓困难时，即便是煤层埋藏较深，不惜打较长的斜井井峒的条件下才可能使用，而本井田的条件却不尽如此，全部的可采煤层均赋存于-200米以下，最深达-720米。

这样一来，如果按照皮带斜井设计时，倾角不超过17度的话，此时斜井的井峒长度将是很大的。

我们知道，太长的斜井提升几乎是不可能的，而且工程量也是非常巨大的，跟着相关的维护和运输等费用也会大幅度的增加，以上种种因素决定了本井田使用斜井开拓也是不可行的。

竖井：

适用于开采煤层埋藏较深且地表附近冲积层不厚的情况，而且越是这种情况就越显示出竖井的优越性。

本井田的煤层埋藏较深，地表附近的冲积层又比较薄，它对井筒的开凿将不会造成影响。

而且立井开拓的一大好处就是，如果基岩赋存较稳定时，开凿以后，其维护费用几乎为零，本井田采用立井开拓时，对于煤炭的提升也较为

合适。

混合式：

对于本矿井来说。

由于利用平硐和斜井都是不可行的，所以混合式也就不予考虑。

4.1.1井筒位置及数目的确定

井筒位置的确定，主要是根据以下一些原则进行的。

1）在煤层走向方向尽量位于井田的中央，即要求其两翼的长度大致相等。

这主要是考虑到矿井的煤炭运输问题。

井筒设在井田中央（储量分配的中央），可使沿井田走向的井下运输的工作量最小，而井筒偏在一翼边界时的相应井下运输工作量要较前者为大。

井筒设在井田中央时，两翼产量分配、风量分配比较均衡，通风网路较短，通风阻力较小。

井筒偏于一翼时，一翼通风距离长、风压增大。

当产量集中于一翼时，风量成倍增加，风压按二次方关系增加。

如果要降低风压，就要增大巷道端面，增加掘进工程量。

井筒设在井田中央时，两翼分担产量比较均衡，各水平两翼开采结束的时间比较接近。

如井筒偏于一侧，一翼过早采完，然后产量集中于另一翼，将使运输、通风过分集中，采煤掘进互相干扰，甚至影响全矿生产。

所以当井筒位于井田内的煤炭储量中心时，全矿的运输费用达到最低，当井筒位于井田一翼而形成单翼开采时，矿井的运输费用将增加一倍。

这样，由于技术上的不合理而带来经济上的不合理，所以布置单翼开采的井田显然是不可行的。

2）倾向井筒布置方案分析（图4-1）：

图4-1倾向井筒布置方案分析图

表4-1倾向井筒布置方案分析表

方案

对比

方案A

方案B

方案C

优点

a初期（第一水平）工程量及建井工期最短。

b工业广场压煤最少

a石门长度较短

b沿石门工程量最少

煤层斜长适中，有利采区布置

a煤系基底有含水特大的岩层不允许井筒穿过时可采用

b有利于深部及向下扩展

缺点

a总石门工程量较大

b布置下水平巷道石门很长而增大了运输量.工程量

a布置下水平巷道石门有部分工程量

b工业广场压煤增大

a初期工程量较大

b工业广场压煤最大

c石门长度及沿石门运输长度较大

方案比较：

煤层的可采厚度大，为减少工业场地煤柱损失及适当减少工程量，可考虑使井筒设在倾斜中部靠上的适当位置并应使保护煤柱不占初期投产部分。

对开采厚煤层时损失是严重问题，井筒应靠近煤层浅部。

在倾斜方向上也要尽量位于中心，同时兼顾各水平井底车场的布置形式及位置。

本井田位于-140米—-560米之间，煤炭埋藏较深，因此井筒在倾斜方向的位置，如果位于其正中心或煤层深部，它的压煤量是比较大的，同时，井筒的掘进深度将达到560米，工程造价也是比较高的，考虑以上因素，井筒在倾斜方向上不能位于其正中心或深部。

另外，本设计采用两个水平开采，所以确定此处的井筒位置，第一水平在-380m，开采第二水平时考虑延伸井筒，以节省工程造价，同时减少井筒的维护费用，这样也就确定了井筒在倾斜方向上的位置。

井筒位置的确定，要顾及井口标高及地面工业广场的布置，由于考虑到最高洪水位，所以要求井筒的位置确定的井口标高在+45米以上。

另外，地面工业场地的布置也基本上决定井筒的位置，一般要求工业广场尽量布置集中，达到不占良田、少占农田的原则，还要求整个工业场地要布置在地势比较平缓的地带，使得场地内的建筑不受大的影响。

井筒尽量不穿断层、破碎带，井底车场围岩较好。

避免初期搬迁村庄。

尽量使工程量少、投资小，便于井下采区划分，同时有利于通风、行人安全。

本井田倾斜长度平均为4000米，目前世界上未曾出现上山部超过3000米的矿井。

由于以上技术原因，