摘要
本设计开滦钱家营矿1.8Mt/a新井设计。
开滦钱家营矿位于河北省唐山市东北部，交通便利。井田走向（东西）长约8km，倾向（南北）长约3.5km，井田总面积为27.57km2。主采煤层为7号煤、9号煤，平均倾角为12°，煤层平均总厚为5.6m。井田地质条件较为简单。井田工业储量为21335.87万t，矿井可采储量14001.7万t。矿井服务年限为59.8a，涌水量不大，矿井正常涌水量为220m3/h，最大涌水量为570m3/h。矿井瓦斯涌出量较低，为低瓦斯矿井。
井田划分为三水平，第一水平标高为-850m，第二水平标高为-1125m，第三水平标高为-1350m，双立井开拓，主井装备箕斗，副井装备罐笼。暗斜井延伸到二、三水平。大巷采用3t底卸式矿车运煤，辅助运输采用1.5t厢式矿车运输。矿井通风方式为两翼对角式通风。
矿井年工作日为330d，工作制度为“三八”制。
设计内容共包括10章：1.矿区概述及井田地质特征；2.井田境界和储量；3.矿井工作制度、设计生产能力及服务年限；4.井田开拓；5.准备方式-采区巷道布置；6.采煤方法；7.井下运输；8.矿井提升；9.矿井通风；10.矿井基本技术经济指标。
关键词：新井设计；井田开拓；采煤方法；安全高效
目录
1矿区概述及井田地质特征 (1)
1.1矿区概述 (1)
1.1.1井田位置、范围地形特点和交通位置 (1)
1.1.2工业生产和原料及电力供应 (1)
1.1.3矿区气候条件 (1)
1.1.4矿区水文情况 (1)
1.2井田地质特征 (2)
1.2.1煤系地层概述、勘探程度 (2)
1.2.2井田地质构造和地质变动 (4)
1.2.3井田水文地质特征 (5)
1.2.4地温 (6)
1.3煤层特征 (7)
1.3.1煤层埋藏条件 (7)
1.3.2煤层群特征 (7)
1.3.3煤层的围岩性质 (8)
1.3.4煤的特征 (9)
2井田境界和储量 (12)
2.1井田境界 (12)
2.1.1井田境界 (12)
2.1.2井田范围 (12)
2.2矿井工业资源储量 (12)
2.2.1钻探工程量 (12)
2.2.2工业储量计算 (12)
2.3矿井可采储量 (14)
2.3.1煤柱留设 (17)
2.3.2可采储量计算 (18)
3矿井工作制度及设计生产能力、服务年限 (18)
3.1矿井工作制度 (18)
3.1.1矿井年工作日数的确定 (18)
3.1.2矿井工制度的确定 (18)
3.1.3矿井昼夜净提升小时数的确定 (18)
3.2矿井设计能力及服务年限 (18)
3.2.1确定依据 (18)
3.2.2矿井生产能力的确定 (18)
3.2.3矿井及第一水平服务年限的核算 (18)
4井田开拓 (20)
4.1井田开拓的基本问题 (20)
4.1.1井硐的形式及数目的确定 (21)
4.1.2井筒位置的确定 (22)
4.1.3工业场地位置、形式和面积 (22)
4.1.4开采水平的确定 (22)
4.1.5运输大巷和井底车场的布置 (22)
4.1.6矿井开拓延伸及阶段划分 (22)
4.1.7开拓方案比较 (23)
4.2矿井基本巷道 (33)
4.2.1井筒 (33)
4.2.2井底车场 (34)
4.3主要开拓巷道 (35)
4.3.1主要开拓巷道 (35)
4.3.2巷道的支护方式 (36)
5准备方式--采区巷道布置 (42)
5.1煤层的地质特征 (42)
5.1.1煤层埋藏条件 (42)
5.1.2煤质与地质情况 (42)
5.2采区巷道布置及生产系统 (43)
5.2.1采区数目及位置 (43)
5.2.2采区走向长度的确定 (43)
5.2.3确定区段和区段数目 (43)
5.2.4煤柱尺寸的确定 (44)
5.2.5采区上山布置 (44)
5.2.6区段平巷的布置 (44)
5.2.7采区内工作面的接替顺序 (44)
5.2.8采区生产系统 (45)
5.2.9采区巷道的掘进方法 (45)
5.2.10采区生产能力 (45)
5.2.11采区采出率 (46)
5.3采区车场选型 (47)
5.3.1采区上部车场选型 (47)
5.3.2采区中部车场选型 (47)
5.3.3采区下部车场选型 (48)
5.3.4采区主要硐室 (49)
6采煤方法 (50)
6.1采煤工艺方式 (50)
6.1.1采煤工艺的确定 (50)
6.1.2机械化程度 (50)
6.1.3确定回采工作面长度、工作面推进方向和推进度 (51)
6.1.4采煤工艺及设备 (52)
6.1.5端头支架及超前支护方式 (55)
6.1.6采煤工艺 (56)
6.1.7各工艺过程安全注意事项 (59)
6.1.8回采工作面吨煤成本 (60)
6.1.9工作面劳动组织和作业循环图表 (62)
6.2回采巷道布置 (63)
6.2.1回采巷道布置方式 (63)
6.2.2回采巷道参数 (63)
7井下运输 (66)
7.1概述 (66)
7.1.1井下运输系统 (66)
7.2采区运输设备选择 (66)
7.2.1采区运煤设备的选择 (66)
7.2.2采区运输设备选型及能力验算 (67)
7.2.3采区辅助运输设备的选择 (68)
7.3大巷运输设备选择 (70)
8矿井提升 (73)
8.1概述 (73)
8.2主副井提升 (73)
9矿井通风 (75)
9.1矿井通风系统选择 (75)
9.1.1矿井概况 (75)
9.1.2选择矿井通风系统原则 (75)
9.1.3通风方法的确定 (76)
9.1.4确定矿井的通风方式 (77)
9.1.5采区通风 (81)
9.1.6工作面通风系统 (82)
9.2防止特殊灾害时期的安全措施 (84)
10矿井基本技术经济指标 (87)
参考文献 (89)
致谢 (90)
1矿区概述及井田地质特征
1.1矿井概况
1.1.1井田位置、范围、地形特点和交通位置
钱家营矿业分公司位于河北省唐山市丰南区钱家营镇，地理坐标为北纬39°33′、东经118°28′。
矿区交通便利。矿区内有铁路与京山线古冶车站和林西矿业有限公司接轨；水路运输东有秦皇岛港，西有天津新港，南有唐山港和正在建设中的曹妃甸港；水、陆交通发达，煤炭外销十分方便。公路干线通过井田，公路交通十分方便，属京、津、唐三角区，距北京、天津均为100km。如图1.1所示。
矿区地表为第四纪冲积平原，本地区地势平坦，井田范围内全被第四系冲积层所覆盖，地势低平，东北高，而西南低，标高介于+7～+26m之间，地形坡度1/1000。东部于新古河道两侧有高度1～3m呈北东—南西向排列的小型沙丘。地形总趋势北高南低，沙河由井田东部自东北流向西南。沙河属季节性河流，旱季有时断流，雨季流量较大。
钱家营矿业分公司位于华北平原，属于平原地区，地势平坦，没有高山及丘陵。井田范围内有北阳庄、林子里、小屯、钱家营等村庄，井田西南有工人家属居住区，距工业广场约3千米。
1.1.2工农业生产和原料及电力供应
本井田在开平向斜东南翼的西南段，东北与范各庄矿业公司相邻，北和吕家坨矿业公司接壤。矿区内工业以煤炭为主，农业主要种植小麦、玉米、棉花，间杂有果园、菜园和苗圃等。本矿区为国内大型煤炭工业基地，长期以来形成了可靠的材料供应来源，为矿井的建设提供了便利条件。
进入本矿区中央变电站的电源线共计四趟，其中2趟电网是钱家营变电站35KV输电线，接矿中央变电站馈送至一水平，另外2趟是开滦林西电厂35KV输电线，经过中央变电站馈送至一水平。
1.1.3矿区气候条件
矿区为大陆性季风气候，春季东风和西风交替出现，气候干燥少雨；夏、秋两季东南和南风常由海面带来潮湿空气，使矿区多雨；冬季因受西伯利亚蒙古一带冷气压影响多西北风，气候寒冷干燥。矿区内由11月至翌年3月为冻结期，冻结深度为1.0至1.5m，最高气温在零上27°至37°，最低气温在-29°至-34°，全年气温平均为零上2.0°，年降水量为370mm至631mm，全年主导风向多为西北、东南，风力3至4级。
1.1.4矿区水文情况
井田内有沙河、老牛河。沙河发源于迁安城西好树屯，汇集清凉山东麓一带山地之水向南流去，过巍峰山—凤凰山间的山谷，进入开平煤田。蜿蜒于唐家庄矿业有限公司，流经吕家坨矿业公司与范各庄矿业之间，回折而向西南，穿过钱家营、宋家营、小集镇，而泄入苇泊洼地内。
井田范围内有沙河自井田北部流向西南，流向与地层走向大致一致，河面开阔，水力坡度较小，仅为1%～2%。冬春河水近于干涸，只排泄矿井水。夏秋流量显着增大，汛期有时泛滥，流量随上游北部山区降雨量而变化。最高水位为1.9m。
工业用水和生活用水主要取自第四系冲积层水和矿井井下分流的清水，基本上形成了一套集中供水系统，矿区水资源比较丰富，可满足工业用水和生活用水的需要。
1.2井田地址特征
1.2.1煤系地层概述、勘探程度
钱家营井田煤系地层的时代属于石炭系上统和二迭系下统，基底地层为中奥陶统马家沟组石灰岩，煤系地层总厚度约为500米，含煤十几层，煤层总厚达19.79米，含煤系数3.96%，地层特征与开平煤田其它井田基本相同。
开平煤田位于燕山南麓，在大地构造上位于中朝地台燕山沉降带的东南侧。燕山南麓煤田在地质力学体系上处于天山～阴山纬向构造带、新华夏系构造带和祁吕～贺兰山山字形的三个巨型构造体系的交汇部位。开平煤田受新华夏构造体系的影响，以一系列ＮＮＥ向的褶曲及逆断层组成，北部受纬向构造的影响逐渐向南弯转成走向近东西向。煤系地层由石炭系中统唐山组，上统开平组、赵各庄组及下二叠系大苗庄组、唐家庄组等组成。岩性以砂岩、泥岩为主，基底地层为中奥陶系马家沟组石灰岩，分布于煤田周边地带，与煤系地层呈不整合接触。煤田向南倾伏，其南部界限可能跨过宝坻～奔城大断层伸入另一个二级构造单元－－华北断陷。见燕山南麓构造纲要图1.2所示。
图1.1 交通位置图
钱家营井田位于开平煤田东南翼的西南段，煤系地层的时代属于石炭系上统和二迭系下统。基盘地层为中奥陶统马家沟组石灰岩。煤系地层总厚度约为500米。地层特征与开平煤田其它井田基本相同，现由老至新，从煤系的基盘～奥陶系中统描述如下：
1、奥陶系中统马家沟组(O 2)：
本组为岩性单调、质纯的碳酸盐相沉积。以厚层状，灰褐～淡玖瑰色豹皮状灰岩为主，夹白云岩和薄层状白云质灰岩。后者多赋存在本组地层的上部。井田内共四个钻孔揭露了该层，最厚达95.53米。根据岩芯观察其顶部大约40米以浅部分属古风化壳，最顶部约20米风化程度甚强，常具黄褐色斑状杂色，向下逐渐减弱。裂隙及小溶洞发育，含水性强。在裂隙中见有浅灰杂色铝土岩充填，系属石炭系中统G 层铝土岩沿裂隙填入的堆积物。本组厚度约300米。
2、石炭系(C)：
分上、中两统，下统缺失。下界为奥陶系中统马家沟组石灰岩顶面，两者呈假整合接触。上界为煤11顶板一含海相动物化石之细粉砂岩顶面。与上复的二迭系呈整合接触。总厚一般约200米。
(1)石炭系中统一唐山组(C 2)：
直接复于奥陶系灰岩之上。上界为唐山石灰岩(K 3)顶面。一般约60米。
本统地层以紫、绿灰色的粘土岩和浅灰色粉砂岩为主，仅上部可见细砂岩。
本统下部厚约26米为滨海环境的湖泊相碎屑岩沉积。向上逐渐过渡到海相薄层碳酸盐和过渡相的交替沉积。形成一个逐渐递进的相序。本统标志性岩层自下而上有G 层铝土岩和三个薄层灰岩。
(2)石炭系上统(C 3)：
分上下两组。下组称开平组，上组称赵各庄组。上组是重要的含煤地层。本统一般厚约135米。
3、二迭系下统(P 1)：
下界以煤11顶板之粉砂岩顶面，与赵各庄组呈整合接触。上界A 层铝土质粘土岩顶面，部分地区有冲刷面。本统地层一般厚约300米，分上下两组。下组称大苗庄组；上组称唐家庄组。其大苗庄组是主要含煤地层。 (1)大苗庄组(11P )：
上界为煤5顶板的中、细粒砂岩底面。此间为一古河床的冲刷面，常使煤5遭受剥蚀的迹象。如林88孔煤5厚度为0米，钱34厚0.11米。本组厚约70米。本组地层为过渡相粘土岩和陆相碎屑岩的交替沉积。大陆冲积相己开始出现。含煤六层，即煤9、煤8、
煤7、煤216、煤6和煤5。其中煤7和煤9厚度较大，为层位稳定的主要可采煤层。标志
层：煤6顶板粉砂岩：深灰一黑灰色。致密，质地均一。具海百合茎及腕足类化石。含黄铁矿散晶及褐灰色泥质或菱铁质结核。层位稳定。
（2）唐家庄组（21p ）：
下界为煤5顶部的中、细砂岩底面，与下伏大苗庄组呈冲刷接触，上界为A 层铝土质粘土岩顶面。一般厚度220米左右。井田内局部受剥蚀。
本组地层属陆相堆积，河流活动极为活跃，除了在河流期交替的短暂时期有一些滞水盆地湖相的粉砂质和泥质沉积物外，很少见有典型湖泊相的沉积物。岩性以粗碎屑砂质岩类占绝对优势。由于地壳逐渐趋向隆起，河流活跃，迁徙频繁，已不利于煤层堆积。本组
地层大致可分三段。每一岩段由河床相粗碎屑物起到滞水盆地（湖）细碎屑物止，反映了三次河流活动的大周期。
4、二迭系上统（P
2
）：
分上下两组。下组称古冶组，上组称洼里组。本统厚度大于722米。
（1）古冶组（
1
2 p）：
下界为A层铝土岩顶面，呈冲刷接触。上界为淡黄色底砾岩底面。亦是冲刷接触。一般厚约430米。本组属纯陆相沉积。岩性以灰白、紫灰色中粗粒砂岩为主，间夹紫色粉砂岩和粘土岩。砂岩成份单一。泥～硅质或硅质胶结。粉砂岩或粘土岩多呈团块状构造。有时含褐铁矿结核。本组中部含一层铁质粘土岩（A0层），是全区主要标志层之一。该层下约40～50米处粗砂岩中有同心环状层理（称李泽岗格同心环）。再下是厚层的硅质中、粗砂岩。分选性甚好。质地坚硬，俗称“磨石砂岩”。厚度一般在10米以上。本组下部的粉砂岩中，常含羊齿及苛达树等化石。
（2）洼里组(
2
2 P)：
下界为底砾岩底面，上界不清，厚度大于500米。井田内钱12孔所见287米。与古冶组呈冲刷接触。本组地层岩性主要为紫色、紫红色粉砂岩间夹细砂岩，有时夹中砂岩和粘土岩。组成细带状构造。底部为暗紫色或灰绿杂色砾岩，有时相变为中～粗砂岩。以石英为主，次为燧石、紫色岩屑。分选不良。泥～硅质胶结。本组属陆相沉积。显示由河床相粗碎屑物～湖滨波浪带或浅湖相细碎屑沉积特征。
5、新生界复盖层（第三、第四）：
本界地层不整合于各时代地层之上。厚度由北部钱47孔的82米往西南逐渐增厚，至钱84孔达800米，平均每公里厚度递增42米。等厚线大致呈东西方向伸展。
井田西南部大致以钱73～钱88～钱98诸孔联线为界，此线以南，复盖层厚度均超过600米，经部分取芯鉴定，下部似有第三系沉积物，其岩性为灰绿～黄绿色半固结状的砂岩，粉砂岩和粘土岩。曾送样于省公司化验室鉴定，岩样为细砂岩故未发现孢粉，无法确定其时代，暂划入新生界复盖层。本界地层由各种粒级的砂、卵石，砾石及粘土和亚粘土组成。
井田范围内地势平坦，全被第四系冲积层所覆盖，地势低平。东北高、西南低，坡度1～3%。井田内的主要构造形态和煤层情况已基本清楚，矿井各个区域的勘探程度均属于精查，可以满足矿井开采的要求。
1.2.2井田地质构造和地质变动
钱家营井田位于开平向斜东南翼的南段，占据了从毕各庄向斜到刘唐保背斜约15公里长的地段。
井田东端为毕各庄向斜的西翼，向西依次为王各庄马鞍形构造、小张庄向斜、南阳庄背斜、高各庄向斜。向西逐渐过渡到井田中部的单斜区，此单斜构造向西南延展约10公里，又开始出现褶曲：邻近的称李新庄向斜，向西依次紧密排列着刘唐保背斜、深港向斜。
1、断层构造
主要断层情况如下：
钱家营井田为全掩盖型，钻探为勘探过程中的主要手段。勘探结果表明，本井田构造型式以宽缓的褶曲为主，以伴生的断层为辅。施工的基岩钻孔中揭露出只有一组以F0断层为主的大断层，该断层为高角度正断层。详见下表1-1。
2、褶区构造
本井田的褶曲部位分布在东北、西南两端，褶曲轴线都具有向东、向北凸出的弧形特征，而且都有向北撒开向南收敛的趋势，所以就构成了旋扭构造中的“帚状构造”型式。东北端的称“林子里帚状构造”西南端的称“刘唐保帚状构造”。它们都是由压性结构面（褶曲轴面）构成的，外旋层在东侧做逆时针扭动的旋扭构造。
1.2.3井田水文地质特征
钱家营矿业分公司与吕家坨矿业公司、范各庄矿业公司相连，同处于开平向斜的东南翼，冲积层较厚，在建井工程的施工中未发现岩溶陷落柱，现将地层中各含水层及其特征简述如下：
1、新生界第四系含水层:
新生界地层由东北部100m±10m至西边界过800m厚，有5个含水层组，主要为砂、卵砾石富含孔隙水，含水层间由粘土和亚粘土组成隔水层。底部砾、卵石含水层含水性较强，是煤系含水层的主要补给来源。从第四系冲积层与基岩接触关系图上分析第三隔水层以黄褐、棕黄色粘土及轻亚粘土为主，厚度为1～10米，局部尖灭，即第Ⅱ～Ⅱ’水文地质剖面附近无沉积，第三隔水层下赋存25～30m厚，ⅦD（第三承压）含水层，在小屯、学各庄、后赞公庄一线分布，与基岩直接接触，岩性为中、粗砂、砾砂和卵砾石所组成，含水性较强，q=0.117公升/秒2米，该含水层在钱矿东北部分布，面积约占10～15%左右。底部卵石层ⅦE含水层（第五含水层）占据整个钱营矿的50%、即基岩面上复盖的含水层主要为第五含水层，根据原一一六队和新绘制的水文地质剖面图，将第三隔水层之下又分为五个隔水亚层，即Ⅳ1.2.3.4.5层，详见第四系冲积层与基岩接触关系图。五个隔水亚层将第五含水层又分成五个亚含水层。首采所掘的巷道主要集中在Ⅳ1隔水层与ⅦE2含水层（第2分层）下分布。实践证明ⅦE含水层含水性是很强的，其单位涌水量q=1.016-1.385公斤/秒2米。岩性主要为细、中、粗砂和砂砾、卵砾石等组成，如果卵砾石中充填有粘土质时，含水性显着变弱。由于与基岩接触，厚度变化甚大，且基岩面由于钻孔所限，控制不严，采煤时要严格注意冲积层防水煤柱线。
2、古生界煤系地层含水层：
根据建井和邻近生产矿井实践，煤系地层可划分为五个含水层均为不同粒度的砂岩组成。相邻含水层间有粘土岩或煤层相隔，自上而下简述如下：
（1）A层至基岩风化带：距可采煤层较远，对回采无明显影响，但在建井过程中却不容忽视。
（2）煤5至A层间的含水层：为充水性较强的含水层，煤5至煤3段，如果砂岩层在裂隙或构造发育地段则含水性较强，否则含水性就明显减弱。
A层底板砂岩总厚24.0米左右，是一个较强的含水层，主要以裂隙水为主。