煤矿设计说明书方案书.doc

华北科技学院毕业设计一般部分
1 矿区概述及井田地质特征
1.1 矿区概述
小鱼沟井田位于唐山地区玉国县城西南十二公里小鱼沟镇，东南距唐山市72公里。全井田噗第四系冲积层复盖，地形平坦，地势由北往南逐渐低下， 地表标高介于+1.00至+6.00米之间，地形坡度为2/1000矿井走向长5公里，倾斜长度3.5公里，面积15.7平方公里。
小鱼沟煤矿生产能力为180万吨，采用竖井、阶段石门、集中大巷的开拓方式。第一生产水平为-6000m，第二生产水平为-800m。
主井净径φ6.5m，一对16吨箕斗作为提升之用，并布置动力、信号电缆、排水管
路；副井净径φ8.0m，为人员、矸石、材料和设备的提升井，并作为全矿井的进风井。
图1.1.1 小鱼沟交通位置图
井田内地势平坦，地形呈东北高、西南低，标高介于+1.00m～+6.00m之间，地形坡度为千分之二。
区内无河流，井田北部在一较大积水洼地，后湖，呈现沼泽状态，井田南部亦甚低洼，通称仓洼 ，1959年最高洪水位+3.3米。小鱼沟镇北至后湖定府一还地势较高未被淹没。近几年来，在党的领导下人民政府大兴水利，加强排涝，消除水患，成为盛产粮食区。
本区属半大陆性气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥年平均温度为10.8℃，最高气温为37.6℃，最低气温为-22.6℃。雨季为七、八、九三月，年平均将雨量为645mm，结冰期由11月至3月，土壤冻土深度为0.5～0.7米。最多风向为东风，冬季多偏北风，最大风速为25米/秒。
本区在燕山南麓冀东平原，村庄稠密、农业发达，主要作物有玉米、小麦、花生、棉花等，井田范围内多沙质土壤，农业生产较突出的问题是缺肥，地多人少、劳力不足。将来矿井排出的矿井水可用于灌溉，支援农业生产。
1.2 井田地质特征
1.2.1 井田大中型构造特征
小鱼沟井田位于蓟玉煤田东北部，为了盆状向斜构造。有北东向和北西向两组断裂带，并以前者为主。煤层露头与第四系冲积层接触。边缘产状较陡，（一般在30以上，内部10~20），盆地最深圳特区的中心位于井田地东南部。（仓补19附近）。
区内共发现大小断层5条，其中断距大于30米者有3条，以F1断层斜切井田中央粘距15~50米，延伸长度2500米，对井田影响到大，其余断层断距较小，延展长度也较短，对井田开拓也较有影响。主要断层见附表一。
表1．2．1 小鱼沟井田主要断层表

序号
名称
性质
断面走向
断层面倾向
倾角/(0)
落差/m
水平断距/m
其他
1
F1
正断层

17.40
50
30
对11.12煤层有一定影响
2
F2
正断层

23.50
50
25
对11.12煤层有一定影响——
3
F3
逆断层

12.30
20
28
对11.12煤层有一定影响
4
F4
正断层

10.80
10
15
对11.12煤层有一定影响

1.2.2 矿井地质构造复杂程度
小鱼沟井田大中型断层不多且很少相互切割交叉，地层产状变化不大，大中型构造复杂程度属于Ⅱ类。
井田内的个别煤层，尤其是九煤层顶底板断层发育，断层造成煤质灰分上升，严重制约了矿井的高产、高效。单一煤层的这一特点可能与当时的沉积环境以及煤层顶底板岩性有关。
1.2.3 煤系地层
小鱼沟井田煤系地层属于石炭系上统和二叠系下统，基底底层为中奥陶统
马家沟组石灰岩，煤系地层总厚度约为600米，含煤8层，煤层总厚度达9.6米，含煤系数为3.96%，地层特征与开平煤田其他井田基本相同。
表1.2.2矿井地层一览表
地质年代（地层单位）
岩层总厚度/m
岩层组成及特征
含煤层数及厚度/m
备注
代纪世
第四系松散沉积物
0-20m
主要由粘土层、沙岩、砾石层及少量卵石层所组成。

石炭系
石炭系中统（C2））--唐山组
46.08—61.77m/52m
岩石颜色较浅，多为浅灰~灰色，并夹有少量紫色，以粘土岩、粉沙岩为主。

沉积有极不稳定的煤线，如煤18、煤19、煤20。
石炭系上统（C3）
开平组（C31）
50.16—131.48m/88m
颜色比唐山组森颜色深，多呈灰~深灰色，以粉沙岩为主，粘土岩显著减少，层理比以前明显复杂。。

形成较稳定的煤层（煤14）及不稳定煤线（煤15、煤16、煤17 等）
赵各庄组（C32）
41.44—89.41m/55m
颜色多浅灰~深灰色，以粉沙岩为主但而厚层状中粒沙岩增多，植物化石以翅羊齿类最多。
可采煤层：煤11、煤12
不可采煤层：煤12下

二迭系
二迭系上统（P2）
古冶组（P21）
最大厚度300m
本组属陆相沉积，河床相粗碎屑砂质岩居多，其次为粉沙岩。

二迭系下统（P1）
大苗庄组（P11）
71.41—140.37m/107m
本组地层为一套以过度相粉沙岩、粘土岩和粗碎屑岩交替之沉积物。岩石以粉沙岩为主，植物化石种类繁杂。
不可采煤层：煤5、煤6、煤7、煤8、煤9、煤10
唐家庄组（P12）
131.51—232.64m/170m
本组地层全属陆相沉积，河流开始活跃。其中粉沙岩居多，植物化石最少。
不可采煤层：煤4
奥陶系中统马家沟组（O2）

岩性为浅灰-灰白色石灰岩，质纯性脆，时夹薄层状灰质粘土岩及白云质石灰岩或豹皮状石灰岩。顶部有古风化壳迹象，含黄铁矿结核，裂隙溶洞发育，有时被铝土质充填。

1.2.4 矿井水文地质
矿区年降水量在350mm～800mm之间，由于冲积层的存在，阻隔了大气降水与矿坑涌水之间的联系，矿井用水量基本不受季节的影响。
矿区地表水系主要包括后湖。矿井采动塌陷坑积水量随开采面积的扩大而增加。所有地表水均直接补给潜水层。
矿井直接充水含水层包括：第三含水层（煤12底至煤4顶砂岩裂隙含水层）、第四含水层（煤5 至煤12顶砂岩裂隙含水层）、第五含水层（煤5顶板砂岩裂隙含水层）。
矿井间接含水层包括第一含水层、第二含水层、第六含水层、第七含水层。
表1.2.3 矿井水文地质一览表
含水层编号
含水层名称
含水层富存情况
单位流水量
渗透系数
水质类型
1
第一含水层
含水丰富
2.146升/秒*米
182.714米/昼夜
重碳酸钙镁型
2
第二含水层
含水性弱
0.0455升/秒*米
0.261米/昼夜
硫酸钙镁型
3
第三含水层
含水性中等，局部较强
0.0197~0.0566升/秒*米
0.150~10.707米/昼夜
重碳酸钠型
4
第四含水层
含水性弱
0.016~0.0584升/秒*米
0.154~1.742米/昼夜
重碳酸钠型
5
第五含水层
含水性中等，局部较强
0.0603~0.228升/秒*米
4.526米/昼夜
重碳酸钠型
6
第六含水层
含水性弱
0.04~0.0196升/秒*米
0.0248~0.211米/昼夜
重碳酸钠型
本区初期涌水量为18.77m3/分。矿井生产期间涌水量为28m3/分
1.3 煤层特征
1.3.1 可采煤层情况
井田内可采和局部可采煤层共八层，即煤5、煤61/2、煤7、煤8、煤9、煤11、煤12-1、煤12-2。其中主要可采煤层为煤11、煤12，煤9绝大部分不可采。
1.3.2 煤的物理性质
小鱼沟井田各煤层均属腐殖质煤，通过肉眼鉴定颜色一般为黑色，条痕褐灰色；呈眼球装断口；呈条带状、粒状及片状结构，少数为粉状。煤岩组分以亮煤为主，镜煤及丝炭少见，煤岩一般类型一般为光亮型，次为半暗型。
1.3.3 煤种及煤质变化
井田以肥煤为主气煤次之，焦煤甚少。
井田煤种分布特征具有明显的分带规律。由浅部至深部，煤的变质程度逐渐增高，其排列依次为气煤、肥煤至焦煤。条带大致呈北50°～60°东向延展，其中以肥煤条带最宽、延展最长、所占面积最大，为井田的主要煤种。气肥、肥气煤及气煤分布于井田的南及西南边缘浅部。
井田内煤的物理性质、煤质及煤岩等特征沿走向及倾向变化均不大，但井田西部局部因受火成岩的影响，煤层变成天然焦。
1.3.4 各煤层顶底板特性
（1）煤11 伪顶为粘土岩，偶有炭质粘土岩，平均厚度0.3m；直接顶中部
和西部为粉砂岩，东部为中细砂岩，-850m以深为中砂岩，厚度为3.5m；底板为粘土岩和粉砂岩，少数为细砂岩，厚度1.50m。顶底板一般较完整坚固性好。
（2）煤12 伪顶为粘土岩或粉砂岩，厚度0.2m；直接顶以粉砂岩为主，局部为细砂岩，厚约4.0m；底板以粉砂岩为主，局部为粘土岩，与8煤合区地段为炭质粘土岩，厚约2.5m，东部河流有古河流冲刷，顶底板较坚固。
井田可采煤层顶底板综合评定为Ⅰ级。
1.4 其他开采技术条件
1.4.1 瓦斯
矿井瓦斯等级为2级，无煤尘煤炸危险。
1.4.2 煤的自然发火情况
各煤层均没有自然发火倾向

序号
煤层名称
煤层厚度/m
层间距/m
倾角/(º)
硬度
容量
稳定性
最小
最大
平均
1
11煤
3.2
4.8
4.2
17.3
13.5
0.4-0.9
1.4
稳定
2
12煤
2.9
4.9
4.5
13.5
0.4-0.7
1.4
较稳定

表1.3.1 可采煤层特征表

图1.3.2 煤层综合柱状图

2 井田境界及储量
2.1 井田境界
根据埋深及井田构造情况，本矿井井田境界确定如下：
井田深部以各煤层的-750m底板等高线为界；
浅部各煤层露头为界；
西部以断层F2为界；
东部以煤层露头为界。
根据以上确定的井田境界，井田走向长5千米，倾向宽3.2~3.8千米，平均为3.5千米，面积为15.76平方千米。
2.2 井田工业储量的计算
2.2.1 井田地质储量为
（15.76×107×9.79×1.35）/cos16°
=2.27×108 吨
2.2.2 工业储量的确定
本井田内考虑到煤6、煤8、煤9绝大部分不可采，目前情况下，暂定煤11、煤12为可采煤层，而这几层煤的总厚度为4.20＋4.5＝8.7 m。
所以工业储量为
1．576×107×8.7×1.4／cos16°
＝1.97×108 吨

2.3 井田可采储量
2.3.1 永久煤柱煤量
要计算井田可采储量，首先要确定各种永久煤柱损失。永久煤柱一般是指保护工业广场和井筒的工业广场煤柱，井田境界和大断层两侧的井田境界煤柱和断层煤柱，以及保护地面建筑物、河流、铁路等而留设的保护煤柱等。
煤层群开采时，应采用重复采动条件下的移动角值。
受保护面积边界是由受保护建筑物和主要井筒的边界向外加上一部分备用量即维护带确定的。受保护建筑物边界一般不是直接以被保护建筑物的外边界为准，而是取平行于煤层走向或倾斜方向的与受保护建筑物外缘相连的直线所围成的面积，作为受保护建筑物的边界。
工业广场面积的取值，依据设计井型大小按《煤矿设计规范》中《煤矿工业广场占地指标》所列数值的规定选取。
表2.3.1《工业广场占地指标表》
井型（万吨/年）
指标（公顷/10万吨）
400～600
0.45～0.6
240～300
0.7～0.8
120～180
0.9～1.0
45～90
1.2～1.3
（指标中中小井取大值，大井取小值）
本矿井井型为180万吨/年，工业广场占地面积为：
180÷10×0.9×10000＝1.62×105 m2
设计工业广场形状为长方形
长为405 m, 宽为400 m。
围护带宽度为：20 m
地面标高+5 m；表土层厚20 m；第一水平-450 m。
工业广场三视图如下：
图2.3.1 工业广场煤柱损失示意图

a.确定受保护面积。如图所示，在开拓平面图上通过建筑物四个角分别做平行与煤层走向和倾斜的四 条直线，得矩形abcd。在矩形的外缘加上15m宽的维护带，得受保护面积aˊbˊcˊdˊ。
b.确定受保护煤柱。通过受保护面积中心作一沿煤层倾斜剖面1在这个剖面上，由维护带的边缘点m1，n1起在表土层以o=45度划两条保护线，即m1m2，n1n2。然后在基岩中于下山和上山方向按上山移动角γ=75º和下山移动角β=64.6º作保护线，与煤层相交得nˊ和kˊ，则通过nˊ和kˊ的走向线分别为保护煤柱的上部和下部边界。以同样的方法在平行煤层走向的剖面2，按其走向移动角δ=75º作保护线，求得沿走向的煤柱边界AˊBˊ和CˊDˊ，将nˊkˊ和AˊBˊ，CˊDˊ均绘制在平面图上，即得保护煤柱边界ABCD。煤柱是一个梯形。
c.煤柱煤量计算
工业场地煤柱煤量=梯形面积*煤层平均厚度*煤层平均密度
本矿井的表土层厚度为20米，煤层平均倾角18º,δ=γ=75º，则
β=75-0.8ɑ=63º，冲击层移动角Φ＝45 º。
见煤标高c=30m,冲击层厚20m,地面标高5m
经计算工业广场煤柱梯形高为：1060 m。
梯形上底为：900 m；下底为：1020m。
所以工业广场煤柱损失面积为：
S＝1/2×（900＋1020）×1060＝1.1×106 m2
则损失煤量为：
1.1×106 ×8.7×1.4÷cos18°＝1.4×107 吨。
由于损失量较大，对于矿井开采不利，在矿井生产末其应对该部分煤柱进行回收，因此在计算中，工业广场煤柱损失按工业储量的5%计算
则工业广场保护煤柱损失量为
0.05×19697.4×104t=9848700=9.8487×106t
2.3.2 矿井边界煤柱煤量
设计矿井边界每侧留有20m宽度，由底板等高线看出，本井田边界周长为：16000m
所以可算出各煤层的煤柱量为：
7#煤层：16000×20×1.4×4.2=1.84×106t
9#煤层：16000×20×1.4×4.5=2.01×106t
故总共边界煤柱煤量为：3.85×105t
2.3.3 断层保护煤柱
本井田无大的断层，只有一些小断层，所有断层长度总为5000m，断层每侧留设保护煤柱30m，
断层保护煤柱煤量＝断层长度×煤柱宽度×煤层厚度×煤的平均密度
对本矿井，
9#煤层：5000×30×4.2×1.4＝8.61×105t
12#煤层：5000×30×4.5×1.4＝9.45×105t
故断层总保护煤柱煤量＝1.806×106t
2.3.4 矿井可采储量计算
矿井可采储量的计算公式为：
Z＝（Zc－P）C
式中 Z——矿井可采储量
Zc——矿井工业储量
P——各种永久煤柱煤量损失之和
C——采区回采率，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。
Z＝（19697.4×104t－9.8487*106－3.85×105t－1.806×106t）×80%
＝157．19×106t
所以设计矿井可采储量为157．19×106t

3 矿井工作制度和设计生产能力
矿井工作制度和设计生产能力是其他设计的依据，如采煤、通风、运输、提升设计等，因此，确定矿井工作制度和设计生产能力非常关键。
3.1 矿井工作制度
《设计规范》规定：“矿井设计生产能力按工作日330 d 计算。每天3班作业，每天净提升时间为16 h。”因此，设计时按矿井年工作日330 d，每天4班作业，每天提升能力为16小时设计。
本矿井也采用“四六”工作制度。
3.2 矿井设计生产能力及服务年限
对于储量丰富，地质构造简单，煤层生产能力大，开采技术条件好的矿区宜建设大型矿井。
当煤层赋存深，表土层厚，冲积层含水丰富，井筒需要特殊施工时，为扩大开采范围降低吨煤成本，建设大型矿井较为合理。
对煤层生产能力大，地形地貌复杂的矿区，工业广场不易选择和布置，为避免过多的地面工程，井型应当定大一些，
储量不丰富，煤层生产能力不大，或为薄煤层，或地质构造复杂，或有煤与瓦斯突出危险，宜建中小矿井。
由于本矿井煤层赋存较深，表土层较厚，且储量丰富，没有煤与瓦斯突出危险，因此，要见大矿井。
初步确定本矿井的设计生产能力为180吨/年。
3.2.1 校核矿井煤层的开采能力是否满足设计生产能力的要求
矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力，本矿井计划用一个采区的一个高产、高效工作面保证全矿井的产量。
主采煤层厚度4.2 m，工作面长度200 m，采煤机截深0.6 m，每天进9刀，一年330 d ,工作面回采率95% ，则综采面的生产能力为：
200×4.2×0.6×9×330×1.4×95%
＝199.1万吨
能够满足矿井设计生产能力的要求。
3.2.2 校核各种辅助生产环节的能力
根据后面矿井运输提升部分的设计，矿井的各种辅助运输能力都能满足矿井生产能力的要求。
3.2.3 校核储量条件
矿井的设计生产能力应与矿井储量相适应，以保证矿井有合理的服务年限。新建矿井及水平服务年限见下表：
表3.2.1 矿井及水平服务年限表
矿井设计生产能力（Mt/a）
矿井设计服务年限（a）
第一水平设计服务年限/a
煤层倾角0°～25°
煤层倾角25°～45°
煤层倾角45°～90°
6.0及以上
80
40

3.0～5.0
70
35

1.2～2.4
60
30
25
20
0.45～0.9
50
25
20
15

矿井服务年限可用下式计算：
T = Z/AK
式中 T——矿井设计服务年限，a；
Z——矿井可采储量，万t；
A——矿井设计生产能力，万t/a；
K——储量备用系数，这里取1.4。
对于本矿井
T =157．19×106 /（180×1.4）
=62.4 a
同理可计算出第一水平的服务年限为 26 a。
经校核储量条件满足设计生产能力的要求。
3.2.4 校核安全条件
本矿为低瓦斯矿井，通过后面的通风设计可算出通风能力能够满足矿井设计生产能力的要求。
矿井涌水量较大，可通过设置辅助水平和选择较大功率的水泵来解决。
经校核矿井的安全条件也满足矿井省级生产能力的要求。
综上所述，本矿井的设计生产能力为180万吨/年。
4 井田开拓
开拓设计是矿井设计的关键，它直接关系到矿井的布局，关系到矿井长远的技术经济效益，关系到安全生产。
4.1 井田开拓的基本问题
4.1.1 确定井筒的形式、数目、配置
（1）井筒形式的选择
① 选择的一般标准
煤层赋存和地形等条件具有平硐开拓条件时，应首先考虑采用平硐开拓。当平硐以上煤层垂高或斜长过大时，多开地面出口有利时，可采用阶梯平硐开拓。
对于煤层赋存较浅，表土层不厚，水文地质条件简单的缓倾斜、倾斜煤层，应尽量采用斜井开拓。各种提升方式的斜井井筒倾角一般规定如下：
串车提升 ≤25°
箕斗提升 25°～35°
输送机 ≤16°
对于有条件的矿井，在急需煤炭地区，其浅部可采用片盘斜井开拓，提前出煤，有小到大，然后集中斜井开拓。片盘斜井可一个片盘生产，一个片盘准备。
采用立井开拓的一般条件为：
I 煤层赋存较深或冲积层较厚时；
II水文地质条件复杂，井筒需要特殊施工时；
III多水平开拓的急倾斜煤层；
IV 其他井筒形式无法开拓的条件。
根据井田特点，结合地面布置，采用单一的开拓方式不能满足通风、安全生产、提升、运输时或单一开拓不合理时，可采用平硐—立井、平硐—斜井、斜井—立井等综合开拓方式。
第一水平采用立井开拓的大中型矿井，其延深方式可采用延深井筒方法开拓深部水平，或采用胶带输送机暗斜井和至延深副井的开拓方式。当条件受限制时，主副井不能直接延深时，也可采用暗立井延深开拓方式。
大型矿井采用立井多水平开拓，而第二水平采用暗斜井延深时，暗斜井井筒个数、主副暗斜井的提升能力，以及通风安全等条件均应作详细计算，避免出现暗斜井能力不足，要特别注意副井提升能力的校核。
采用立井多水平开拓时，为避免出现多段提升，增加生产环节，不宜多次采用暗斜井延深，避免增加设备占用量，增加投资费用。
② 本矿井的井筒形式
由于小鱼沟矿井煤层埋藏较深，且倾角较小，所以，本矿井采用立井多水平开拓方式。
（2） 井筒数目
采用斜井或立井开拓时，新建矿井一般要开凿一对井筒，满足提升和辅助运输的需要并满足矿井通风和施工的需要。风井的个数是根据通风系统要求以及安全生产的需要合理确定的。若采用主井通风，用箕斗或胶带输送机井筒做风井时，应符合《煤矿安全规程》的规定。
小鱼沟矿为新建矿井，且瓦斯涌出量低，所以设 1 个主井、1 个副井、2个风井。
4.1.2 确定工业广场及井口位置
（1）工业广场及井口位置确定的原则若下：
① 对初期开采有利，即储量必须可靠，井巷工程量省，建井工期较短。
② 应使井田两翼储量大致平衡，即井筒应位于储量中心，利于井下运输、
通风和开采系统布置，减少生产经营费用。
③ 尽量不占良田、少占农田。充分利用地形地貌布置工业广场，以便使地面生产系统合理，便于与外界沟通，使运输方便。
④ 井筒应尽量避免穿过流沙层、较大含水层、较厚的冲积层、有煤和瓦斯突出的煤层以及较大面积的采空区和大断层，以减少施工困难，并尽量少压煤。
⑤ 工业广场和井筒应有良好的工程地质条件，不受洪水、岩崩、泥石流、滑坡及森林火灾的威胁。
⑥ 用斜井开拓时，应考虑井筒层位的合理选择，考虑其经济技术的合理性。
小鱼沟工业广场和主副井井口布置在井田走向的中央，对于本矿井井田走向中央也大致是井田储量中央。
（2）风井位置的确定
风井位置应根据通风系统合理选择
① 采用中央边界式通风系统时，主、副井筒设在井田中央，风井设在井田上部边界中央。
② 采用中央并列式通风系统时，进、回风井并列在工业广场内。一般可利用副井进风，主井回风，也可以设单独回风井。
③ 采用对角式通风系统时，风井设在井田两翼上部边界。
④ 采用分区式通风系统时，回风井设在各采区的上部边界。
根据小鱼沟矿的生产实际：产量为180万吨/年。为保证井下生产时有足够的风量并考虑到尽快投产的需要，本矿井采用中央分列式通风。
4.1.3 确定开采水平和阶段高度
开采水平的确定是矿井设计的关键，它直接关系到矿井的基本建设投资及生产经营费用，是矿井开拓的重要参数。
开采水平的高度根据煤层赋存条件、生产技术水平及水平接替等因素综合考虑决定。从以下方面进行分析论证：
（1）是否有合理的阶段斜长；
（2）阶段内是否有合理的区段数目；
（3）要保证开采水平有合理的服务年限和足够的储量；
（4）要使水平高度在经济上合理。
其中开采水平有合理的服务年限很重要，必须符合规范规定。水平垂高可按下表选取：
表4.1.1 矿井水平垂高表 m
井 型
缓倾斜、倾斜煤层
急倾斜煤层
大、中型矿井
200～350
100～150
小型矿井
80～120
60～120

采用上下山开拓时，水平垂高可大于250 m。
对于开采进水平煤层的矿井，用盘区上（下）山准备时，盘区上山长度一般不宜超过1500 m，盘区下山不宜超过1000 m。用盘区石门和溜煤眼开采时，盘区斜长可根据具体确定。采用倾斜长臂采煤法时，阶段斜长可取1000～1500 m。
为扩大水平的开采范围，对倾角在16°以下的缓倾斜煤层，可采用上下山开拓。在井田深部受自然条件限制时，且储量不多，深部境界不一致，设置开采水平有困难或不经济时，可在最终水平以下设下山开采。
在开采水平以上的上山煤层斜长过长，用一个阶段开采技术上有困难，安全上又不可靠时，可考虑设置辅助水平。用多水平上下山开采的矿井，为解决下山采区排水、通风和辅助运输等困难，也可考虑设置辅助水平。开采近水平煤层分煤层开拓，距开采水平较远的煤层，其储量不大，设置开采水平不经济时，也可以设置辅助水平。
根据以上标准，小鱼沟设两个主水平，第一水平用上山开拓，第二水平用上下山开拓。第一水平标高为-600 m，第二水平标高为-800 m。第一水平垂高为：250 m，第二水平垂高为：200 m。三个阶段斜长分别为：1207 m, 880 m,400m。
4.1.4 开采水平布置及井底车场的选型
开采水平布置的原则：
（1）开采煤层群时，应根据煤层数目、煤层间距条件，选择采用分煤层运输大巷主要石门的布置方式，或集中运输大巷采区石门的布置方式，或者采用分组集中打巷主要石门的布置方式。某些矿区的经验表明：煤层间距小于50 m时，一般可采用集中运输大巷的的布置方式；而采用分组集中打巷的布置方式时，分层间距一般应大于70 m。
（2）有些煤层的层间距虽然较大，但煤层受断层切割，或者赋存状态不稳定，只有局部可采，储量较少，不宜单独布置运输大巷，可根据具体情况，与其他相邻煤层化为一组。对于瓦斯涌出量很大的有些煤层，为了满足技术上和安全上的要求，也可以分别划成煤组。对有突然涌水危险的煤层也可考虑单独划组。
（3）运输大巷一般布置在底板岩层中，但在下列条件下，也可考虑布置在煤层中：
① 距其他煤层很远，储量有限的单个薄及中厚煤层；
② 煤组（或煤系）底部有距离很近的富含溶洞水或含水层，不宜布置底岩石运输大巷，而在煤层中有坚硬顶板、有布置大巷条件的薄及中厚煤层；
③ 井田走向较短，运输大巷服务年限不长，而煤层厚度又不大、大巷维护不困难时；
④ 煤组（或煤系）底部有煤质坚硬、围岩稳固、无自然发火危险的薄及中厚煤层，经技术经济比较有利时；
⑤ 煤层赋存不稳定、地质构造复杂的中、小矿井，尤其是地方小矿井或生产勘探性矿井。
（4）大巷若布置在煤层中，需在上下帮两侧各留30～40 m 保护煤柱。
（5）岩石运输大巷应布置在坚硬、稳定、厚度较大的岩层中，应考虑大巷距上部煤层的法线距离。根据我国经验，这一法线距离一般为20～30 m。对急倾斜煤层，一般应布置在底板移动线之外，并留出10～20 m 的安全岩柱。
（6）大巷的方向与煤层走向大体一致。为便于机车行使，大巷应尽量取直，不宜弯曲折转过多。但要注意，不要因取直巷道造成大巷维护不利和开采困难。
（7）近水平煤层的大巷应与井田内煤层的主要延展方向一致，便于在其两侧布置盘区。采用分煤层（组）布置大巷时，上下煤层（组）的大巷方向应一致，平面位置宜重叠，便于留设安全煤柱，并便于上下煤层配采。
（8）矿井通风系统要求设置总回风道时，总回风道的布置原则，同上述运输大巷基本相同。矿井第一水平的总回风道应尽可能保持标高一致。当井田上部边界标高不一致时总回风道可按不同标高分段设置，但分段不宜过多。当井田上部冲积层厚、含水丰富，留有防水煤柱时，总回风道应布置在防水煤柱内。
小鱼沟矿井可采煤层两层的间距都比较小，地质条件较简单，所以，采用集中大巷布置。
4.1.5 采区划分及其布置
采区划分应遵循以下原则：
（1）采区宜双翼布置，当受地质条件限制时，或在安全上有特殊要求时，可以单翼布置。采区走向长度的确定应以技术上可行、经济上合理为原则。
（2）开采煤层群时，宜集中或分组布置采区。煤层群分组时，应根据具体的矿山地质和开采技术条件，综合考虑技术经济上的合理性。在矿山地质条件方面，应将层间距较近的煤层化为一组，但要适当注意个煤层的倾角、厚度、顶底板岩性的一致性以及地质构造方面的情况，以利于开采。
根据我国经验，当煤层间距小于20～30m时，适合采用联合布置采区；煤层数多、可采总厚度大时，采用联合布置更为有利。
关于在开采水平范围内的采区布置问题，应考虑：矿井初期开采的采区，应尽量布置在井筒附近，贯彻先进后远、采区前进式开采的原则，逐步向井田边界扩展；应优先考虑布置中央采区的可能性；主、副井和风井的贯通距离应尽量缩短；对倾角小于16°的煤层，采用上下山同时布置采区；初期开采的采区，应尽量布置在高级储量内。
在井田范围内，采区的开采顺序，一般采用前进式（即从井田中央开始，向井田两翼边界推进的方式）；；如采用上下山开采时，上山阶段可采用前进式，下山阶段采用后退式。
煤层组与组间的开采顺序是：原则上采用下行式，即先采上组煤层，依次开采下组煤层。但在煤层间距远，上下山煤层不受采动影响时，经论证可行时，也可先布置下组煤的开采。
小鱼沟煤矿每个阶段划分为4个采区，每个采区走向长度为2550 m；采区采用集中布置；井田范围内采用前进式开采顺序；煤层群开采顺序为下行式。同时生产的采区一个，一个采区保证全矿井的产量。

4.2 矿井开拓设计方案比较
4.2.1 井田概况
小鱼沟矿地处华北平原，井田范围内地面标高约为+5 m左右，表土层及风化带厚度（垂高）约20 m。表土层中央有一定厚度的流沙层。
本井田煤层下以-950 m地板等高线，上以各煤层露头为界，西部以F2断层为界。井田走向长5 km，倾向长为3.5 km，井田内主要可采煤层2层，倾角16°左右，各煤层情况如下表：
煤层别
层厚/m
间距/m
顶底版
煤11

煤12
4.20

4.50

17

各煤层顶底版为厚度不一的粉砂岩，伴随少量的炭质泥岩
∑M
8.7

表4.2.1 各煤层情况表
各煤层成层平稳，地质构造较复杂，分布有三个大的断层，煤质中硬；无煤尘爆炸性危险，煤层自然发火期较长；平均密度为1.4 t/m3 ，本矿为低瓦斯矿井，涌水量较大。
井田内已探明工业储量为1.97亿吨，减去井田内工业场地煤柱，境界煤柱等永久煤柱损失，采区回采率确定为80%，由此计算出本井田的可采储量为1.57×108 吨。
根据煤层赋存情况和井田可采储量，遵照矿井设计规范规定，将矿井生产能力确定为180Mt/a，储量备用系数按1.4计算，可得矿井的服务年限为62.4年。
4.2.2 开拓方案技术比较
由于本井田地势平坦，表土层厚且有流沙层，所以，确定采用立井开拓（主井设箕斗），按煤矿设计手册上的规定，井筒布置在井田走向的中央。
为避免采用箕斗井回风时封闭井筒困难，井田采用中央分列式通风方式。
根据井田条件和设计规范规定，本井田可划分为1～2个水平，2个阶段，阶段内采用采取区准备方式，每个阶段沿走向划分为4个走向长为2550 m的采区。
划分阶段个数/个
阶段斜长/m
水平垂高/m
水平实际出煤量/Mt
服务年限/a
区段数目/个
区段斜长/m
区段采出煤量/Mt
水平
采区
2
1207
880
2500
200
80.93
77.4
32.7
30.4
8.73+1
8.82+1
6
4
200
220
3.8×4
4.84×4
表4.2.2 水平及采区划分情况表

考虑到各煤层间距较小，宜采用集中大巷布置。为减少煤柱损失和保证大巷维护条件，大巷设于煤12煤层地板下垂距为30 m的厚层粉砂岩内。上阶段运输大巷留作下阶段回风大巷使用。采区采用岩石集中上山联合布置。
根据以上分析，列出技术上可行的几种方案：
方案一，立井两水平开上山上下山立井开拓；
方案二，立井两水平上下山上下山斜井开拓；
方案三，立井两水平上山上下山开拓。
方案一与方案二的区别在于第二水平的开拓是用立井，上山开拓还是斜井开拓，方案一：优点在于技术上简单，系统简单，生产环节较少，缺点：但要多开井筒和二水平井底车场及大巷；方案二：优点在于暗斜井离煤层较近，石门长度短，工程量小。
方案一与方案三的区别在于第二水平是开采水平不同。

图4.2.1 方案1 立井二水平上山上下山开拓 （立井延伸）

图4.2.1方案2 立井二水平上山上下山开拓（斜井延伸）

图4.2.1 方案3立井二水平开拓
4.2.3 经济比较
表4—2—3 方案粗略估计费用表

方案
项目
方案1
方案2
基建费
/万元
立井开凿

石门开凿

井底车场
2×200×3000×10-4=300

540×800×10-4=43.2

1000×900×10-4=90
主暗斜井
开凿

副暗斜井
开凿

上下斜井
车场
750×555×10-4=41.25

750×565×10-4=85.1

（400+600）×900×10-4=90.0
小计
433.2
小计
216.35
生产费
/万元
主井提升

石门运输

立井排水

1.2×4059×0.95×0.85=3933.17
1.2×4059×0.54×0.42=1104.69
380×24×365×26×0.1525×10-4=1346.1
暗斜井提升
立井提升

排水（斜、立）
1.2×4059×0.55×0.48=1285.89
1.2×4059×0.75×1.02=3726.17
380×24×365×26（0.063+0.127）×10-4
=1671.44
小计
6383.96
小计
6685.3
总计
/万元
费用/万元
6817.16
费用/万元
6901.65
百分率
100%
百分率
1