采矿毕业设计指导书初稿

采矿工程专业毕业设计指导书（以矿井水平延深为例）山东科技大学2007.3- 1 -目录1 矿井概述21.1 矿区概况1.2 井田地质及煤层特征1.3 井田开拓方式1.4 矿井延深的必要性2 开采范围与生产能力72.1 开采范围及储量2.2 生产能力与服务年限3 开拓准备113.1 水平延深方案的选择3.2 井筒及井底车场3.3 水平接续时的技术措施4 采区设计254.1 采区地质特征4.2 采区生产能力及服务年限4.3 采煤方法及采区参数4.4 采区巷道布置4.5 采区车场及硐室4.6 采煤工作面配备和生产能力验算4.7 采掘工作5 矿井生产系统及主要机械设备335.1 矿井通风5.2 矿井运输提升5.3 矿井排水5.4 矿井压气6 矿井供电386.1 矿井供电系统6.2 供电设备选型6.3 照明与通讯7 安全技术措施397.1 预防瓦斯和煤尘爆炸7.2 防止水患7.3 预防火灾7.4 其它事故的预防8 劳动定员及主要技术经济指标428.1 劳动定员及劳动生产率8.2 矿井主要技术经济指标- 2 -1 矿井概述本章是矿山开采设计的基础内容，正确编写本章的内容，将为以后各章的设计打下一个良好的基础。编写本章内容，学生应收集并熟悉实习矿井的地质资料，主要参考所在矿井的井田精查地质报告 ，掌握以下内容：(1) 矿区地质概况；(2) 矿(煤 )层的层数、厚度、倾角及其变化情况；(3) 矿(煤 )层地质构造及煤质；(4) 矿井地层矿(煤)层围岩；(5) 水文地质与地面条件；(6) 矿井储量及境界。1.1 矿区概况1.1.1 交通位置说明矿区、矿井所在的行政区域及隶属关系；地理位置以及铁路、公路或航运的交通情况；附近大城市和主要车站的距离。插图：交通位置图。1.1.2 地形地貌 地形、地貌、高山及有否重要建筑物和名胜古迹，开采矿藏时是否需要加以保护。1.1.3 气象及水文情况矿区气候性质及气温变化，雨季时间，年平均及最大降雨量，年蒸发量，最大冻结深度，平均积雪厚度，风向，风速。矿区河流、湖泊、沼泽的分布及范围，河流的流量、流速、水深及最高洪水位。1.1.4 矿区概况矿区开发情况，经济情况，工农业生产情况，建筑及矿用材料来源情况，供水、供电及人力资源，矿藏销售情况。1.2 井田地质及煤层特征1.2.1 井田境界1. 说明确定井田境界的依据、走向长度、倾斜宽度、井田面积。与相邻矿井及小窑的关系。2. 在毕业设计中，一般以实习矿井的实际井田境界为准，但要论证其合理性。在特殊情况及地质资料允许的条件下，可以改变原井田境界，但要征得指导教师的同意，严禁私自改变井田境界。3. 改变井田境界时，应根据矿(煤) 田划分为井田的原则及有关设计规范并参考矿井地质资料，进行技术经济分析，得出合理的结论。1.2.2 矿(井)田地层及地质构造编写本节内容时，应尽量用图表说明问题，必要时配以文字说明，文字说明应力求简明扼要。矿田地层可参考表 1-1。- 3 -表 1-1 矿井地层一览表地质年代代 纪 统 岩层总厚度(m) 岩层组成及特征 含煤层数及厚度 备注简述地质年代、地层层序及岩石特征，沉积厚度、含水层及其位置；井田地质构造、断层及褶皱发育情况及其分布规律；陷落柱、剥蚀带等其它地质构造。断层特征填入表 1-2。表 1-2 断层特征表序号 名称 性质断层面走向断层面倾向 倾角落差（m）水平断距（m） 影响范围123附：综合地质柱状图。1.2.3 煤层及煤质含煤层数，煤层厚度，层间距，顶底板岩性及其变化规律，煤层硬度和节理发育情况，煤层结构，夹矸的岩性、厚度及分布规律，煤层露头及风氧化带，煤质情况。附可采煤层特征表(表 1-3)。表 1-3 可采煤层特征表煤层厚度(m) 煤层间距(m) 煤层结构 顶底板岩 性煤组煤层 最小最大平均最小最大平均夹矸层数夹矸总厚()顶板底板稳定性倾角(度) 容重(t/m3)备注- 4 -1.2.4 水文地质含水层、隔水层分布发育情况及其变化规律，渗透系数、涌水量，地表水的影响范围，临近矿井、部分小窑涌水及积水情况，断层的导水性，矿井正常、最大涌水量，水文地质对矿井开采的影响。1.2.5 瓦斯赋存状况及其涌出量，煤尘爆炸危险性，煤的自燃性，地温情况1.3 井田开拓方式1.3.1 井田开拓方式1.3.2 阶段划分与上(下)山开采，开采水平的数目和位置1.3.3 井筒形式、数目、位置，井筒断面和装备(附井筒断面图)1.3.4 井底车场形式(附井底车场图)1.3.5 井田开采程序，回采方法，主要生产系统1.3.6 说明书中附井田开拓平面、剖面图1.4 矿井延深的必要性1.4.1 矿井延深的必要性1.4.2 延深水平地质资料的可靠程度及补充勘探的要求1. 依据构造形态、断层和褶曲的发育情况以及受岩浆沿影响程度，井田(勘探区) 的构造复杂程度划分为四类。第一类 简单构造：含煤地层沿走向、倾向的产状变化不大，断层稀少，没有或很少受岩浆沿的影响，主要包括：(1)产状接近水平，很少有缓波状起伏。(2)缓倾斜至倾斜的简单单斜、向斜或背斜。(3)为数不多和方向单一的宽缓褶皱。第二类 中等构造：含煤地层沿走向、倾向的产状有一定变化，断层较发育，有时局部受岩浆沿的一定影响，主要包括：(1)产状平缓，沿走向和倾向发育宽缓褶皱，或伴有一定数量的断层。(2)简单的单斜、向斜或背斜，伴有较多断层，或局部有小规模的褶曲或倒转。(3)急倾斜或倒转的单斜、向斜或背斜；或为形态简单的褶皱，伴有稀少断层。第三类 复杂构造：含煤地层沿走向、或为形态简单的褶皱，断层发育，有时受岩浆沿的严重影响，主要包括：(1)受几组断层严重破坏的断块构造。- 5 -(2)在单斜、向斜或背斜的基础上，有一组褶曲和断层均很发育。(3)紧密褶皱，伴有一定数量的断层。第四类 极复杂构造：含煤地层的产状变化极大，断层极发育，有时受岩浆沿的严重破坏，主要包括：(1)紧密褶皱，断层密集。(2)形态复杂特殊的褶皱，断层发育。(3)断层发育，受岩浆沿的严重破坏。2. 依煤层厚度、结构及其变化和可采情况，煤层稳定程度划分为四型。第一型 稳定煤层：煤层厚度变化很小，变化规律明显，结构简单或较简单，全区可采或基本全区可采。第二型 较稳定煤层：煤层厚度有一定变化，但规律性较明显，结构简单至复杂，全区可采或大部分可采，可采范围内厚度变化不大。第三型 不稳定煤层：煤层厚度变化较大，无明显规律，结构复杂至复杂，主要包括：(1)煤层厚度变化很大，有突然增厚、变薄现象，全区可采或大部分可采。(2)煤层呈串珠状、耦节状，一般连续，局部可采，可采边界线不规则。(3)难以进行分层对比，但可进行层组对比的复杂煤层。第四型 极不稳定煤层：煤层厚度变化极大，呈透镜状、鸡窝状，一般不连续，很难找出规律，可采块段分布零星，或无法进行分层对比，且层组对比也有困难的复杂煤层。3. 各种勘探工程的基本线距要求(1)不同的构造和煤层类型相应的钻探工程基本线距，参见表 1-4 和表 1-5。表 1-4 构造类别钻探工程基本线距可满足各级储量对构造控制要求的基本线距 (m)构造复杂程度 第一类 简单 7501000 15002000 30004000第二类 中等 375500 7501000 16002000第三类 复杂 250370 250500表 1-5 煤层型别钻探工程基本线距表可能满足各级储量对煤层控制要求的基本线距(m)煤层稳定程度 第一型 稳定 7501000 15002000 30004000第二型 较稳定 375500 7501000500 1000第三型 不稳定250 500 1000*只适宜于第三型中的第一种情况。(2)地面物探基本测线的线距，在同类构造中一般为钻探工程基本线距的/2。(3)地质填图的实测地质剖面以及槽探等山地工程的间距，按地质填图规程的规定。(4)对极复杂构造、极不稳定煤层者，只适宜边采边探，线距不作具体规定。1.4.3 设计的主要依据、设计特点1.4.4 其它需要说明的问题- 6 -2 开采范围与生产能力在做本章之前，要先阅读煤矿开采学和煤炭工业设计规范中的有关内容和相关条款的规定，并结合前面的矿井可采储量和后面的矿井开拓和采矿方法内容综合考虑。2.1 开采范围及储量2.1.1 延深水平的境界、尺寸和面积2.1.2 延深水平的地质储量，可采储量及开采损失1. 矿井储量是指矿井可采矿(煤) 层的全部储量。2. 根据矿井内不同块段煤层地质情况被查明的程度，把储量原标准 A、B、C 、D 四级(A、B 级称高级储量，C、D 级称低级储量)换算成新标准，列表表示 (参见采矿工程设计手册 P903)。3. 设计该部分内容时，学生应熟悉矿井储量的分类。4. 井田精查地质报告所提供的储量是矿井地质储量，一般多系平衡表内储量，但也有可能包括平衡表外储量，在设计时应予注意。5. 矿井工业储量是是矿井设计的依据，在设计前要进行概略核对，然后按煤层、按储量级别编制“井田工业储量汇总表”矿井工业储量的计算方法较多，应尽可能的采用等高线法。等高线法是在煤层底板等高线图上，按煤层厚度或倾角大致稳定的范围内，沿煤层底板等高线划分为若干块段，分别计算各块段的储量。煤层总储量即为单个块段储量之和。QS iMi i/cos i式中 Q煤炭工业储量 Mt；Si块段水平投影面积 m2；Mi块段内煤层的平均真厚度 m； i块段内煤层的容重 t/m3。 i煤层倾角，采用块段内的平均倾角 其中 i( n)/n，式中 、 、 、 n为该块段中各见煤点的煤层真厚度，m，n参加计算的见煤点数(块段中的钻孔数)计算煤层厚度时，应扣除夹矸厚度。储量计算结果以万吨为单位，不留小数。6. 矿井可采储量是指矿井总储量中可采出的那部分储量，即Z( QP)C式中：Z矿井可采储量，Mt；Q矿井工业储量，Mt；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损失量，Mt；C采区回采率，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。地面永久煤柱，可参考煤炭工业设计文件汇编所介绍的内容绘制或采用实习矿井实际效果。如缺少保护范围，工业场地可参考相同井型、相同开拓方式和地形大致相似的矿井工业场地范围，按适当比例，绘制工业场地煤柱图，附说明书内，其它地面永久煤柱损失可采用实习矿井的已有成果。断层带及井田境界煤柱可按实习矿井所留的煤柱尺寸或取 3050 米煤柱宽度来计算。开采及其它损失可按煤层厚度分别选取，薄煤层矿井取 20左右，中厚煤层矿井取 25，厚煤层矿井取3035。 “其它损失”一般指的是地面铁路、河流等的保护煤柱。应当指出，并非所有的地面建筑物、河流等均需留置保护煤柱，设计时应结合实习矿井的具体情况和“三下”采煤理论进行分析。7. 根据求出的各种储量损失，按煤层和设计的水平标高计算可采储量，并编制矿井可采储量汇总表(表 1-2)。- 7 -8. 矿井可采储量汇总表(表 2-1)，只有当井田开拓、采(盘) 区巷道布置及采煤方法确定之后才能精确的计算出来。各水平的可采储量要待第四章开拓方案比较后，根据确定的水平标高，才能计算出水平可采储量。在进行开拓方案比较时，对各方案的水平可采储量，可大致按等高线法进行估算，其估算数值不列入本章可采储量汇总表内。表 2-1 矿井可采储量汇总表损失(Mt)水 平 别 煤层别工 业 储 量A+B+C(Mt) 工业场地 井田境界 断层 开采损失 其它损失 合计可采储量(Mt) 备注合计合计合计9. 矿井高级储量比例储量的 A、B、C 级是根据勘探程度的高低划分的，根据煤炭资源地质勘探规范 ，对各类井型的高级储量占的比例，如下表(表 2-2)。表 2-2 矿井高级储量比例表简单 中等 复杂高级储量比例 大型 中型 大型 中型 小型 中型 小型井田内级占总储量的比例() 40 35 35 30 20 25 15第一水平内级占本水平储量的比例() 70 60 60 50 30 40不作具体规定第一水平内级占本水平储量的比例() 40 30 30 20不作具体规定 不要求2.2 生产能力与服务年限2.2.1 矿井工作制度1.矿井工作日按年 330 天计算。2. 矿井每昼夜三班工作，采用“三八”制，综采工作面可采用“四六”制，也可借鉴所实习矿井的工作制度。3. 每日净提升时间为 16h。2.2.2矿井生产能力地 质 及 开 采 条 件井 型- 8 -矿井生产能力是指矿井设计的年产量，一般按年产矿石量计算。对于煤矿是指年产原煤量。矿井生产能力是一个定值，而不是变量，矿井生产能力和矿井实际产量不同，矿井实际产量是指矿井每年实际生产的矿石量，可能高于生产能力，也可能低于生产能力，一般每年产量不同。矿井生产能力是矿井各系统和环节的综合能力，是全面反映矿井面貌的一个重要的综合指标。因此为了方便矿井设计、建设和生产管理，矿井生产能力采用系列化的、通用的标准值。煤矿与金属矿井生产能力见表 2-3。表 2-3 矿井生产能力煤 矿 黑色金属矿 有色金属矿矿 井 服 务 年 限 (a)矿山规模矿 井 生 产 能 力(104t/a) 缺 煤 地 区非 缺 煤地 区矿 井 生 产 能力 (104t/a)矿 井 服务 年 限(a)矿 井 生 产 能力 (104t/a)矿 井 服务 年 限(a)300、400、400 50 60大型120、150、180、240、 40 50100 30 100 30中型 45、60、90 30 40 30100 20 20100 20小型 9、15、21、30 20 3030 10-15 20 10-152.2.3矿井服务年限矿井服务年限是指矿井正常生产的时间，以年计。为了使矿井建设工程和设备投资以及因该矿井而建立的工业和服务设施的建设投资等发挥最大的效能，矿井服务年限和矿井生产能力应相匹配，设计规范规定的匹配关系见表 2-3。在煤矿，过去由于受我国“小企业、大社会”的办煤矿的指导思想的影响，一个煤矿的建设工程量大，涉及的问题多，因此对矿井服务年限的规定和执行非常严格；但在目前，在普遍接受了发达国家先进的管理方法和服务理念后，煤矿建设不再需要考虑煤炭生产以外的诸如教育、商业服务、居民生活等其它事情，使矿井建设更加简单、灵活，影响矿井服务年限的因素大大减少，因此对矿井服务年限的规定和执行也宽松了许多，矿井服务年限有大幅度缩短的趋势。其它矿山也存在类似情况。2.2.4 矿井储量、生产能力和服务年限的关系 KTZAk式中：A矿井生产能力，t/a；ZK矿床可采储量，t；T矿井服务年限，a；K储量备用系数，一般取 1.4。2.2.5 矿井生产能力的确定确定矿井生产能力是矿井设计的一项主要任务，是进行矿井各系统和环节设计的前提和基础。矿井生产能力受多种因素影响，在确定时应综合考虑这些因素的影响。(1)影响矿井生产能力的主要因素 矿井储量：指矿井可采储量。 矿床赋存条件：指影响矿床开采的工业特征。 开采技术条件：指可以采用的采矿技术和生产装备。 经济条件：指可用作矿井建设和生产经营的资金。 技术与管理人才条件：主要指从事技术和管理工作人员及工人的素质和能力。- 9 -(2)矿井生产能力的确定 根据矿井储量，按照矿井生产能力与服务年限的匹配关系进行确定。确定时可给出一组矿井生产能力，分别按照(2-1)式或(2-2)式计算对应的矿井服务年限，取服务年限与矿井生产能力刚好符合表 2-1规定的矿井生产能力暂定为矿井生产能力，这一能力是按储量计算的最大生产能力。 综合考虑矿床赋存条件、矿井可利用的技术、经济及人才条件等，确定每个回采工作面的回采工艺、采矿参数、工作面的生产能力及矿井同时生产的各种工作面的数目，计算矿井可以实现的产量，将该计算结果与表2.1.9中的标准值比较，小于它的最大的标准值即为矿井可实现的最大生产能力。 nigiA1式中： 矿井可实现的产量；A第 i个工作面的计划产量，t。gi 比较以上两个能力，一般取较小的一个值作为矿井生产能力。- 10 -3 开拓延深3.1 水平延深方案的选择3.1.1 井田内划分及开采顺序1. 设计任务确定井田划分方式：常用的井田划分方式见表 3-1 和表 3-2。确定划分单元参数，包括：阶段斜长(垂高) 、采区走向长度，盘区的长和宽等。确定划分单元之间的开采顺序。表 3-1 缓倾斜及以上矿体的划分第一级划分 第二级划分 第三级划分矿种 单元名称 范 围 划 分 方 法单元名称 范 围单元名称 范 围分 区 式 采区 倾向长与阶段一致，走向人为划分。 区段 走向长与采区一致，倾向人为划分。条 带 式 条带 倾向长与阶段一致，走向人为划分。煤 矿 阶段走 向 长 与 井 田一 致 ， 倾 向 人为 划 分 。分 段 式 分段 走向长与井田一致，倾向人为划分。金 属 矿阶段走 向 长 与 井 田(或 矿 体 )一 致 ，倾 向 人 为 划 分 。矿块 倾向与阶段一致，走向人为划分。表 3-2 水平(近水平)矿体的划分第一级划分 第二级划分矿种 单元名称 范 围单元名称 范 围区段 走向长与盘区一致，倾向人为划分。盘区 走向与倾向长均为人为划分。条带 倾向长与盘区一致，走向人为划分。煤 矿阶段 走向长与井田一致，倾向人为划分。 条带 倾向长与阶段一致，走向人为划分。金 属 矿 盘区长度与井田(矿体)走向长一致，宽度人为划分。 采区 倾向长与盘区一致，走向人为划分。2. 确定井田划分方式时应考虑以下因素：井田范围。矿体倾角。采矿方法。3. 确定阶段斜长(垂高)时应考虑如下因素：在煤矿，采用分区式划分时，阶段垂高(斜长)等于采区垂高(斜长)。影响采区垂高(斜长)的自然因素主要是煤层倾角。在急倾斜煤层条件下，溜煤上山眼过大会造成块煤率降低，溜煤眼高度一般不宜超过 70100m，另外阶段垂高过大还会使辅助运输更加困难；在缓倾斜煤层条件下，若采用串车进行采区辅助运输，辅助运输长度会受绞车的限制：小绞车提升长度小，但安装使用方便，大绞车提升长度大，但设备购置费用高，安装技术要求高，装拆十分不便。表 3-3给出了单筒绞车的容绳量，可供确定阶段斜长时参考。采用分带式划分时，阶段斜长主要- 11 -取决于工作面推进方向的长度，而工作面推进方向长度由采煤方法决定。表 3-3 单筒绞车滚筒容绳量钢丝绳直径(mm)滚筒直径(m) 15 16 17 18.5 20.5 21.5 22.5 24.5 261.6 821 771 729 670 605 575 530 503 4731.2 515560 4205600.8 480500 400大滚筒绞车 1.8m，2.0m双滚筒中间接力在金属矿，阶段垂高(斜长)等于矿块的垂高(斜长) ，矿块垂高( 斜长)由采矿方法决定。上山阶段垂高(斜长)应该略大于下山阶段垂高(斜长)。确定阶段斜长时，还应考虑满足水平服务年限的要求。阶段垂高的经验值见表 3-4。表 3-4 阶段垂高的经验值矿井 矿田倾角 阶段高度(m)缓倾斜、倾斜煤层 150250煤矿急倾斜煤层 100150缓倾斜矿体 一般2025金属矿 倾斜、急倾斜矿体 4060，有的已增大到 100120(4)确定采区走向长度时应考虑以下因素：采煤方法，主要是采煤工艺。工作面生产能力和年推进度。矿井瓦斯和煤层自然发火条件，以及自然发火防治措施。井田走向长度。一般采用综合机械化采矿工艺时，工作面生产能力和年推进度大，采区走向长度可取大些，目前已经有达到 3 000m，甚至 4 000m 长的采区。高瓦斯或煤层自然发火严重的矿井，从通风和防、灭火等考虑，采区走向长不宜过大。一个井田内划分的各采区走向长度应该基本一致。合理的采区走向长度应该是在经济、技术、安全和资源回收率等方面都能取得好的效果的一个长度，确定时应该进行全面分析、计算、比较。但实际上这种分析、计算、比较十分复杂，一般不采用。采区走向长度一般按照经验选取。煤矿采区走向长度的经验值一般为 8001 500m。盘区的长和宽可参照采区选取。采区划分情况要在开拓图上明确表示出来，并应对所有采区进行统一编号，采区参数和特征应按表 3-5 格式列表表示。表 3-5 采区特征及参数一览采区编号单、双面别走向长(m)倾斜长(m)开采煤层数可采储量(Mt)生产能力(Mt/a)服务年限(a)- 12 -(5)确定划分单元间开采顺序的原则阶段间多采用下行式，采区间多采用前进式。3.1.2 开采水平的划分及水平标高确定1. 设计任务确定是否采用下山开采。确定是否需要设辅助水平、中间水平。确定开采水平服务范围及水平数目。确定水平标高。2. 下山开采应用条件当煤层倾角小(近水平以下)且矿井涌水量比较小时，下山的掘进施工、下山的运输等都不是十分困难，在这种情况下一般都会采用下山开采。平硐开拓时，如果平硐以上的矿体的垂高(斜长)比较小，储量少，仅开采这一个上山阶段水平服务年限短，不能满足有关规定和水平接续的要求时，布置一个下山阶段采用下山开采，以扩大平硐所在水平的服务范围，增加水平储量和服务年限。矿井的开拓延深(井筒延深和新水平建设)的难度和投资，随开采深度增加而加大，一般当矿井开采深度达到一定值时，开拓延深速度将不能满足水平接续要求，并且建设一个新水平的建设费用将会大幅度提高。在这种情况下，一个水平开采一个上山阶段和一个下山阶段既可成倍增加水平储量，又大大减少了水平数量、矿井开拓延深次数及水平建设工程量和费用。这时采用下山开采是解决矿井开拓延深问题，提高矿井效益的有效途径。下山开采应用的煤层倾角一般在 16以下，但在一些特殊条件下，应用于更大的煤层倾角时也会产生很好的效益。从经济上，采用下山开采可以减少水平的数目，从而减少井巷工程量和建设费用，也对运输和提升费用会产生一定影响，但从技术上，下山开采不如上山开采，下山开采在技术上存在的问题随矿体倾角增大而突出。3.设辅助水平和中间水平的条件辅助水平一般用于如下条件：在煤矿，当采用平硐开拓时，平硐以上的矿体的垂高(斜长)比较大，可以划分为两个以上的阶段，设若干辅助水平，各辅助水平只担负本阶段的辅助运输任务，其煤炭通过各采区运输上山下放到平硐集中运出。在煤矿，在井田不规则，局部斜长较大需划分两个阶段，但从经济上设置两个开采水平不合理时，在下部阶段设一个开采水平，在上部阶段设一个辅助水平。中间水平一般用于如下条件：平硐开拓时，平硐以上的矿体的垂高(斜长)比较大，可以划分为两个以上的阶段，设若干中间水平，各中间水平的矿石通过溜井或集中运输上山下放到平硐集中运出。在用箕斗提升时，需要在井筒与大巷联接处设置用于转载的卸载硐室、矿仓和箕斗装载硐室等，并安装必要的设备。这些硐室的工程量大，硐室的施工和设备安装技术要求高。因此，在金属矿通常几个阶段(盘区)设一个开采水平，各阶段均设中间水平，各中间水平的矿石下放到开采水平后由箕斗提出。4. 确定水平服务范围及水平数目根据井田范围，及已确定的下山开采应用、辅助水平设置、中间水平设置等问题，确定一个水平开采的阶段数目，并按所确定的各阶段垂高(斜长) 计算出水平服务范围的垂高 (斜长)，再根据井田倾斜范围确定水平数目。5. 确定水平标高阶段划分是将矿体划分为若干个部分，阶段的界线是阶段矿柱的中线。而水平标高是指阶段大巷和井底车场所在位置的标高，大巷是为阶段开采服务的，大巷的位置由阶段的开采边界决定，因此确定水平标高时应根据大巷位置和阶段的开采边界确定。3.1.3 阶段运输大巷和回风大巷的布置 - 13 -1. 设计任务确定运输大巷和回风大巷位置。确定运输大巷和回风大巷的方向和坡度。确定运输大巷和回风大巷的断面。确定大巷的数目和布置方式。2. 煤矿阶段巷道的布置(1)阶段运输大巷的布置阶段运输大巷的位置：阶段运输大巷可布置在煤层中，也可布置在煤层底板岩石中。(a)煤层大巷。一般沿煤层底板或顶板布置，有时也会布置在煤层中间。优点是掘进可实现机械化，掘进速度快、费用低，便于探明煤层变化。缺点是巷道会因煤层走向变化而无法达到既平又直，有些煤层巷道维护困难，维护工程量大、费用高，对自然发火严重的煤层需采用砌碹、锚喷等支护方式，需要留煤柱保护。这种布置方式适用于中厚以下、赋存比较稳定、走向变化较小的煤层，且煤层及围岩条件应比较好，无自然发火的情况。煤层大巷随巷道掘进技术、支护技术、自然火灾防治技术的发展，应用越来越广泛，目前在一些现代化大型矿井，阶段大巷已全部布置在煤层中。采用煤层大巷是煤矿实现高产、高效的一条经验和重要途径。(b)岩石大巷。岩石大巷一般布置在距煤层底板垂直距离在 20m左右的比较稳定的岩层中。岩石大巷可根据其距煤层的距离采用留煤柱保护或不留煤柱保护，不留煤柱保护时大巷位置可按图 3-6所示确定。岩石大巷的优、缺点及适用条件正好与煤层大巷相反。1煤体上方应力分布；2采空区；3底板岩石中应力升高区；4阶段运输大巷图 3-6 阶段运输大巷位置这里需注意区分两对概念：一对是阶段隔离煤柱与阶段运输大巷保护煤柱，在不需要留阶段大巷保护煤柱时，所保留的阶段煤柱叫阶段隔离煤柱，而在留阶段大巷保护煤柱时，阶段大巷保护煤柱既是大巷保护煤柱，又是阶段隔离煤柱；另一对是阶段的划分边界和开采边界，阶段的开采边界是指工作面的实际开采边界，上下两个阶段的开采边界之间为阶段隔离煤柱或阶段大巷保护煤柱，阶段的划分边界应是阶段隔离煤柱的中线或阶段运输大巷所在位置。在进行阶段划分时应该重视阶段的开采边界。阶段运输大巷的坡度、方向和断面：阶段运输大巷的坡度、方向和断面主要取决于煤炭运输和通风要求。目前我国阶段运输大巷煤炭运输方式主要有两种：胶带输送机运输与轨道运输。(a)胶带输送机运输对大巷的要求：胶带输送机运输允许大巷轴线在纵向有一定起伏，但其在平面投影必须是一条直线，因此胶带大巷在开拓平面图上一定是一段直线巷道或由若干段直线组成的折线巷道。胶带大巷的坡度一般与轨道大巷相同(为水自流坡度)，在煤层有起伏时，一般应采用挑顶或卧底的方式保持巷道的平直，但有时为了沿煤层布置，也有将巷道布置成随煤层起伏的情况，巷道起伏会影响大巷的排水，有时为排水需在巷道内设小水泵，这在矿井涌水量比较小的矿井中是可行的，当矿井涌水量比较大时，将会影响矿井正常生产和安全。胶带大巷的断面主要取决于胶带的宽度及是否设检修轨道。一般大型胶带输送机均设检修轨道，设检修轨道的大巷胶带检修方便，但断面大。(b)轨道运输对大巷的要求：轨道运输分无极绳牵引和机车牵引两类。采用无极绳牵引时大巷坡度可达到 10，大巷轴线在纵向可起伏，但在平面投影必须是直线，这种牵引方式运输能力小，只有在一些小矿井使用，因此不再讨论。机车牵引一般允许大巷在平面有弯曲，其曲率半径应符合列车运行要求，但在纵向不能有起伏。轨道大巷的坡度一般为 34。当煤层有起伏时，可根据情况采用挑顶或卧底的方式保持巷道的平直，但在煤层有大的起伏和变向时，巷道一般需随煤层弯曲，巷道弯曲会增加巷道的长度，增加运输功和通风阻力。轨道大巷的断面主要取决于采用单轨运输或双轨运输，以及运输设备外形尺寸。煤矿井下都采用窄轨线路运输，其轨距有 600mm和 900mm两类，矿车有 1t、1.5t、3t、5t 四种，牵引设备有蓄电池电机车和架线式电机车两类，每类机车又根据- 14 -其粘滞重量分为许多种。轨道大巷的断面应根据所选择的轨距，运输设备型号及单、双轨运输来设计。(c)通风对大巷的要求：运输大巷一般兼作进风巷道，从安全、大巷气候条件、通风能耗及效果等方面考虑，煤矿安全规程 2001第一百零一条规定：架线电机车巷道的允许风速为 1.08m/s，运输机巷的允许风速为0.256m/s。运输大巷的断面在满足运输要求后，还需按此通风要求进行验算。其它巷道也有风速要求，设计中也应进行风速验算。在此一并提醒重视。阶段运输大巷断面确定后应绘制断面图。巷道(井筒)断面不要求设计，可从标准图册中直接选取。对选取的每一个断面根据标准图描绘一张断面图，所有断面参数和特征应按表 3-6的格式列表表示。表 3-6 井巷断面特征及参数一览断面积(m 2)序号井巷名称支护方式 断面形状 净 掘运输方式允许风速(m/s)标准图号阶段运输大巷的数目：阶段运输大巷的数目是指在一个开采水平上布置的分别担负一个煤层或一组煤层运输任务的大巷的个数，在开采单一煤层时一般为一个，但在开采煤层群时可能为 1个、2 个、3 个或更多，一个水平上阶段运输大巷的数目取决于该水平开采的煤层的数目和煤层的层间距。对于一个煤层群，阶段运输大巷可根据煤层的层间距采用集中布置、分组集中布置、分层布置等三种不同的布置方式，阶段运输大巷的数目由其布置方式决定。在集中大巷和分组集中大巷布置中，大巷与开采的各煤层之间采用采区石门联系；在分组集中布置和分层布置中，两条阶段大巷之间用阶段石门联系。在给定的煤层条件下，是采用集中布置还是分层布置，主要要比较掘进一条运输大巷和掘进数条采区石门哪个工程量和费用更大，若采区石门的累计工程量和费用大于掘一条大巷的工程量和费用，则采用分层布置合理，否则采用集中布置合理。这里涉及到采区石门的长度和数目以及石门与大巷掘进的速度、费用等。因此又与采区的走向长，大巷是否布置在煤层中有关。可以这么说：随“综采”工作面推进长度的增加，采区走向长度加大，采区数目减少，集中布置的煤层层间距将会增加；随煤层巷道的掘进与支护技术的进一步提高，在有些条件下，采用分层布置可能会更有益。当然，运输大巷的布置方式还与许多因素有关，如矿井运输量和运输费用，煤柱损失量，巷道维护费用，生产管理等。需要进行全面分析比较。(2)阶段回风大巷的布置阶段回风大巷也可以布置在煤层中或煤层底板岩石中，其位置的确定与影响因素与阶段运输大巷相同。在多水平上山阶段开拓中，一般阶段回风大巷与阶段运输大巷分别布置在阶段的上、下部边界附近。第一水平的回风大巷通常沿煤层的浅部边界布置，是专门用于回风的一条阶段大巷(有时也作辅助运输大巷用)。第二水平及以下各水平均不再专门布置回风大巷，而是将上一水平的运输大巷作为下一水平的回风大巷用。当一个水平开采上、下山两个阶段时，一般将回风大巷与运输大巷布置在一个水平(高差 5m左右)上，若为多水平上下山阶段开拓时，一般每个水平上都需要布置一条回风大巷。专门用于回风的回风大巷，从通风角度讲对坡度和方向没有专门要求。但从排水出发，应按一定的排水坡度布置，不应有大的起伏；从工作面布置讲，应按一定的方向布置，最好与运输大巷平行布置。兼作辅助运输的回风大巷，应按辅助运输的要求布置。回风大巷的断面应按允许风速进行验算，回风大巷的最高允许风速为 8m/s。回风大巷应按以下原则布置：(a)当煤层埋藏比较浅，冲积层不厚，采用采区风井时，可不设回风大巷；若两个采区设一个风井，可只设局部回风大巷。(b)若上部冲积层厚、含水丰富时，要在井田上部沿煤层侵蚀带留防水煤柱，这时可将阶段回风大巷布置在防水煤柱中。- 15 -(c)若井田上部煤层受侵蚀深度不一，造成井田上部煤层边界标高相差较大时，回风大巷可按不同标高分段布置，并要在段间设置必要的辅助提升等设备。(d)在开采近水平煤层群的高瓦斯矿井中，为避免污风下行，回风大巷可布置在最上一个煤层或其底板中，但应与运输大巷重叠，以减少保护煤柱损失。3.1.4采区的划分3.1.5井田开采程序和顺序3.1.6方案比较、确定开拓系统1 设计任务(1)对开拓中的每个局部问题(如井筒形式、井筒装备、井筒位置、阶段划分、水平布置等)逐个考虑，提出可行方案，并经初步分析比较后确定出 1个最好的方案。若某个局部问题与其它问题相关联(如井筒位置和井筒形式)时，应将相关联的问题作为一个整体考虑。(2)若某个问题或一些相关联问题的若干方案无法通过简单分析比较确定时，通过技术经济综合分析比较后确定。(3)根据每一个局部问题或一些相关联问题的可行方案，进行合理组合形成 23 个相互有明显区别的完整的可行的整体开拓方案。(4)对可行的整体的方案(开拓系统)进行技术经济综合分析比较，确定开拓方案。2 要求(1)提出方案要全面，应作到一个不落。(2)各局部问题的方案之间的组合应合理，整体方案应合理。(3)技术分析应抓关键因素。充分运用所学知识，说理要充分。(4)经济比较，主要比较下列费用： 基本建设费用是指按照设计规定的全部工程项目(包括井巷工程、土建工程、设备购置、安装工程及其它工程) 所需的费用。基本建设费用可按表 3-7 格式列出。表 3-7 基本建设费用表项目名称 特征 岩石硬度 (f) 计算单位 单价(元/m或元/m 3) 工程数量(m 或 m3) 费用( 万元)一、井巷工程1、主斜井2、副立井井巷工程合计二、主要设备1、主井胶带机2、副井提升机主要设备合计总计 生产经营费用- 16 -包括以下费用：a、回采工作面原煤成本b、井下运输费c、矿井提升费d、巷道维护费e、矿井通风费f、矿井排水费生产经营费可按表 3-8 格式列出。表 3-8 生产经营费用表项目名称 工程量单位 工程量 单价 费用( 万元)一、井巷维护费运输大巷回风大巷二、提升费三、运输费四、通风费五、排水费总计3 注意问题(1)经济比较的方法可根据具体情况选择动态法或静态法。具体方法可参阅矿井开采设计P66P70 内容。(2)主要费用参数的确定应符合当时实际情况，不得有大的偏差。参数可从矿山企业收集，也可从定额手册中查取。(3)比较时各方案相同的项目可以不列。3.1.7主要生产系统3.2 井筒及井底车场3.2.1井筒形式的确定1. 设计任务 根据条件，确定主井、副井分别采用立井、斜井、平硐、斜坡道中的一种。 确定主井、副井提升(运输 )方式及提升(运输) 设备的布置。 若为平硐开拓时，确定平硐的方位。2. 立井、斜井、平硐、斜坡道的选择 若具备以下条件，应选择平硐：a、地面工业场地标高以上有矿体赋存，且其储量满足在该标高设置开采水平的要求。b、地面工业场地距离矿体的水平距离合适，平硐掘进工程量合适。说明：平硐用于开采赋存于山体中的矿床，矿体距工业场地的距离由工业场地的位置决定。有时为满足条件a，就会使矿体距工业场地的距离增大，当这个距离大到一定值时平硐开拓将不再有优势。- 17 - 若有以下条件或要求，应优先考虑斜井：a、 矿体赋存较浅。b、 松散层较薄且无流沙层和特殊地质构造。c、 井田范围较小，矿井生产能力较小。d、 矿体倾角适宜于沿矿体布置井筒。e、 安装胶带运输设备担负大型矿井的主提升任务。 若有以下条件或要求，应优先考虑立井：a、 矿体赋存较深。b、 井筒要穿过较厚的松散层、流沙层或特殊地质构造带。c、 矿体倾角较大或较小，不适宜于沿矿体布置井筒。d、 安装罐笼担负大型矿井的辅助提升任务。e、 高瓦斯矿井的通风要求。 若有以下条件或要求，应选择斜坡道：a、 矿体赋存深度不超过 200m。b、 矿井有采用无轨运输设备运输的条件和要求。以上只是考虑了一些特殊条件和要求，在实际中有时并没有这样的特殊条件和要求，在这种情况下选择时需从井筒工程量，施工技术，建井费用和时间，井筒设备购置、安装、使用、维修等费用，排水、通风、动力输送等损耗及管缆敷设费用等方面进行技术经济综合分析比较，有时还需考虑一个地区的使用习惯。3. 井筒提升(运输)方式的选择和提升(运输) 设备的布置 平硐平硐的运输方式有轨道运输和胶带运输两种。轨道运输可担负矿井全部运输任务，因此一般只装备一个运输平硐；而胶带运输只能担负矿井主运输任务，通常还需考虑辅助运输问题。平硐中运输设备的布置与大巷相同。 斜井斜井的倾角与用途、提升方式、提升设备及布置的关系见表 3-9。表 3-9 斜井倾角与用途、提升方式、提升设备及布置的关系斜井倾角()用途 提升方式 提升设备 设备布置 煤矿 金属矿单钩箕斗 双钩 2535 3040单钩串车 双钩 25 2530单轨轨道无极绳绞车双轨 10无检修道运输胶带 胶带输送机 有检修道 17 15行人 30 30通风考虑斜井用途、提升方式、提升设备时应注意以下问题：a、 胶带和箕斗只能做主提升，因此通常用于能力比较大的矿井，但也有用于小型矿井的。b、 串车和无极绳既可专门用于主提升，又可专门用于辅助提升，也可用于主、辅混合提升。串车较无极绳提升能力大。因此无极绳提升只有在一些小型矿井采用。串车做主提升和混合提升也多用在一些中、小型矿井，而做辅助提升可用于开采较浅的大型矿井。c、 箕斗、串车提升单钩较双钩能力小得多，矿井生产能力大时用双钩，小时用单钩。d、 大巷为胶带运输时斜井采用胶带运输、大巷为矿车运输时斜井采用串车运输，可减少装、卸载环节和硐室。- 18 - 立井立井用途、提升设备及布置与适用井型见表 3-10。表 3-10 立井用途、提升设备及布置与适用井型用途 提升设备 设备布置 适用井型单钩 小型矿井主提升 箕斗 双钩 大、中型矿井单钩 小型矿井辅助提升 罐笼 双钩 大、中型矿井单钩 中、小型矿井升降人员 罐笼 双钩 大、中型矿井混合提升 罐笼 单钩 小型矿井双钩考虑立井用途、提升设备及布置时应注意以下问题：a、 箕斗只能用做主提升，根据开采深度选择不同规格的箕斗和布置方式可适宜于各种井型。b、 升降人员必须用罐笼，罐笼根据井型和用途选择不同的规格和布置方式。 斜坡道略。4. 平硐的方位到达矿体的一段平硐是真正意义上的井筒，平硐方位是指该段巷道的方位。确定平硐方位时应考虑以下因素： 根据工业场地与矿体的空间关系，应使井筒尽可能短。 对非走向平硐在能形成矿井双翼开采时，应考虑两翼平衡生产的问题。 若矿井采用胶带运输，且在有条件时应尽可能使井筒与大巷沿一条线布置一致。即布置成走向平硐。3.2.2 井筒数目的确定1. 设计任务确定井田内需要布置的所有井筒的个数，包括主井、副井、风井、充填井、灌浆井等。2. 确定井筒数目时应注意问题：根据通风和安全要求，一个矿井至少要有 2 个井筒。通常一个矿井布置一个主井(担负矿石提升任务，兼通风和安全出口) ，一个副井(担负辅助提升任务，兼通风和安全出口)共 2 个井筒。当提升井兼作风井时，应遵守煤矿安全规程第一百一十条：“箕斗提升井或装有带式输送机的井筒兼作风井使用时，应遵守下列规定：(一 )箕斗提升井兼作回风井时，井上下装、卸载装置和井塔(架) 必须有完善的封闭措施，其漏风率不得超过 15%，并应有可靠的防尘措施。装有带式输送机的井筒兼作回风井时，井筒中的风速不得超过 6m/s，且必须装设甲烷断电仪。 (二)箕斗井或装有带式输送机的井筒兼作进风井时，箕斗提升井筒中的风速不得超过 6m/s、装有带式输送机的井筒中的风速不得超过 4m/s，并应有可靠的防尘措施，井筒中必须装设自动报警灭火装置和敷设消防管路。 ”对于大型矿井或当井田范围比较大时，可能布置数对主、副井，或者一个主井、数个副井，或者数个专门用于通风的风井。当煤层埋藏浅，采用分区式通风时，可布置数个回风井。对于高瓦斯矿井，为了满足通风要求，可布置数对进、回风井。为了便于灌浆或充填，有时需布置专门的灌浆井或充填井。3.2.3 井筒位置的确定1. 设计任务- 19 -确定工业场地位置，给出一个布置工业场地的范围。确定井筒位置，给出井口坐标。2. 工业场地的位置选择时应考虑：工业场地应该有足够面积，能够满足布置地面生产设施的要求。相对比较平整。与外界联系方便(铁路、公路、水、电等 )。尽量靠近矿体赋存的浅部，不压矿或少压矿。尽量不占良田，少占农田。井筒尽量避免穿过流沙层、厚冲积层、含水量较大的地层、有煤和瓦斯突出的煤层、较大的断层和采空区等。有良好的工程地质条件，不受岩崩、滑坡和洪水威胁。便于井下开采。当地表平坦时，工业场地选择以方便井下生产为主，通常选在井田走向的储量中心、倾向的浅部；当地表为山地时，工业场地由于受地形限制选择余地小，通常可能有几个可供选择的区域，此时需从地面和井下生产两个方面进行综合分析比较。3. 井筒位置确定主、副井筒位置一般在工业场地内，当工业场地确定后，井筒位置的范围已经确定，所谓确定井筒位置是确定其具体位置，即坐标。而风井、灌浆井、充填井等则不一定在工业场地内，所以在确定具体位置前首先也要考虑井口的场地问题。主、副井的位置确定时应考虑：a、有利于地面生产系统和工业场地的布置。b、有利于井下井底车场的布置和与大巷的联接。风井位置选择时应考虑：a、满足通风要求和有利于矿井通风。b、地面有利于井筒施工和风机房建设，风机供电和管理便利。c、风井工程量小。灌浆井和充填井位置选择时应考虑：a、便于地面制浆或充填材料运输。b、靠近井下灌浆或充填区。4. 工业场地及井筒位置表示分析比较后确定的工业场地、工业场地外的各种井筒的位置应该用地名或自定义名称加以描述。对多个同类井筒还需对井筒进行编号或命名并对其位置分别加以描述。井筒具体位置(坐标)应按表 3-11 给出。表 3-11 井筒特征表井口坐标(m)井筒名称X Y井口标高(m)方位角()井筒长度(m) 井筒用途3.2.4 井底车场形式选择及硐室布置(1)设计任务 确定采用环行式、折返式或底卸式矿车井底车场。 从井底车场图册中选择标准的车场图并加以描绘。 确定设置哪些硐室并给出水仓、水泵房、中央变电所等主要硐室的参数。- 20 -(2)确定井底车场形式 选择井底车场形式的原则a、井底车场的通过能力应大于矿井生产能力，并有 30%以上的富裕量。b、调车简单、安全、方便，弯道及交叉点少。c、操作安全，符合规程、规范要求。d、井巷工程量小，建设投资少、速度快、时间短，便于维护，生产成本低。e、施工方便，有利于各井筒间、井底车场巷道与主要巷道间迅速贯通，从而缩短建井时间。 影响井底车场选择的因素a、矿井生产能力，车场用途和通过能力。矿井生产能力是井底车场选择的重要依据。各种井底车场的通过能力都是依据矿井生产能力计算的。单独布置的主井井底车场的通过能力应大于矿井生产能力，单独布置的副井井底车场的通过能力一般按矿井生产能力的百分比计算。对一般的主、副井井底车场合并布置的井底车场，其通过能力计算应考虑全部主、副运输任务。b、井筒形式和提升方式，主、副井筒间距，井筒与大巷的位置关系等。c、大巷运输方式及矿车类型。d、地面布置及生产系统。地面工业场地比较平坦时，车场形式的选择一般取决于井下的条件；在丘陵地带及地形复杂地区，为减少土石方工程量，铁路站线的方向通常按地形等高线布置，地面井口出车方向及井口车场布置也要考虑地形的特点，因此要根据铁路站线与井筒相对位置、提升方位角，结合井下运输大巷方向，选择车场布置的形式