采矿工程(井工)毕业设计说明书.doc

I 目录 前言.1 1 矿区概述及井田特征.2 1.1 概述 2 1.1.1 井田位置及范围2 1.1.2 自然地理.2 1.1.3 交通概况.2 1.2 井田及其附近的地质特征 3 1.2.1 地层.3 1.2.2 含煤概况.6 1.2.3 水文地质.6 1.3 煤质及煤层特征 8 1.3.1 井田内煤层及埋藏条件.8 1.3.2 煤层的含瓦斯性、自燃性、爆炸性9 2 井田境界及储量.11 2.1 井田境界 11 2.1.1 井田范围.11 2.1.2 边界煤柱留设.11 2.1.3 工业广场保护煤柱留设.11 2.1.4 边界的合理性.11 II 2.2 井田的储量 12 2.2.1 井田储量的计算原则.12 2.2.2 矿井工业储量.12 2.2.3 矿井煤柱损失.13 2.2.4 矿井的设计储量.14 2.2.5 矿井的设计可采储量.14 3 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度.15 3.1 矿井的年产量及服务年限 15 3.1.1 矿井的年产量15 3.1.2 矿井的服务年限.15 3.1.3 矿井的增产期和减产期，产量增加的可能性 16 3.2 矿井的一般工作制度 16 4 井田开拓.17 4.1 井筒形式、位置和数目的确定.17 4.1.1 井筒形式的确定17 4.1.2 井筒位置及数目的确定.18 4.2 开采水平的设计 22 4.2.1 水平划分的原则.22 4.2.2 设计水平储量及服务年限.25 4.2.3 设计水平的巷道布置.25 4.2.4 大巷的位置、数目、用途和规格26 III 4.3 采区划分及开采顺序 28 4.3.1 采区形式及尺寸的确定.28 4.3.2 开采顺序.28 4.4 开采水平井底车场形式的选择 29 4.4.1 开采水平井底车场选择的依据.29 4.4.2 井底车场主要硐室.29 4.5 开拓系统综述 32 4.5.1 系统概况.32 4.5.2 移交生产时井巷的开凿位置、初期工程量 33 5 带区巷道布置.35 5.1 设计带区的地质概况及煤层特征 35 5.1.1 带区概况.35 5.1.2 煤层特征.35 5.1.3 带区范围及工业储量.35 5.1.4 带区生产能力及服务年限.35 5.2 带区形式、位置及用途 36 5.2.1 带区形式.36 5.2.2 带区巷道数目、位置及用途 36 5.3 带区分带的划分、分带斜巷的布置方式、层间或分层间的联系方式 36 5.3.1 带区分带的划分.36 5.3.2 分带斜巷的布置方式.37 5.3.3 层间或分层间的联系方式.38 IV 5.4 带区车场及硐室 38 5.4.1 车场形式.38 5.4.2 带区硐室.38 5.5 带区生产系统 41 5.5.1 采准系统.41 5.5.2 运输系统.41 5.5.3 通风系统.41 5.6 带区开采顺序 41 5.7 带区巷道断面尺寸、支护方式、采区准备工程量 41 5.7.1 确定依据.41 5.8 带区的巷道掘进率、带区回采率 42 5.8.1 巷道掘进率.42 5.8.2 带区回采率.43 6 采煤方法.44 6.1 采煤方法的选择.44 6.1.1 选择的依据和要求44 6.1.2 采煤方法.44 6.2 煤层地质特征 45 6.3 工作面长度的确定 46 6.3.1 按通风能力条件校验.46 6.3.2 采煤机能力对工作面长度的影响.47 6.3.3 按刮板输送机能力校验.47 V 6.4 采煤机械的选择和回采工艺的确定 48 6.4.1 综采机组的选择.48 6.4.2 配套设备选型.50 6.4.3 回采工艺方式.52 6.4.4 工作面布置55 6.5 循环方式的选择及循环图表的编制 57 6.5.1 循环方式的选择.57 6.5.2 循环图表的编制.58 7 建井工期及开采计划.61 7.1 建井工期及施工组织 61 7.1.1 建井工期.61 7.1.2 工程排队及施工组织排队.61 7.2 开采计划 63 7.2.1 开采顺序及配产原则.63 7.2.2 开采计划.64 8 矿井通风.66 8.1 概述 66 8.2 矿井通风系统的选择 66 8.2.1 通风方式的选择.66 8.2.2 通风方法的选择.67 8.3 总风量的计算及风流分配 68 VI 8.3.1 矿井总进风量.68 8.3.2 回采工作面所需风量的计算.69 8.3.3 掘进工作面所需风量.70 8.3.4 独立硐室所需风量的计算.71 8.3.5 其它巷道所需风量.72 8.3.6 矿井总风量的计算72 8.3.7 风量的分配.72 8.4 矿井总风压及等积孔的计算 73 8.4.1 计算原则.73 8.4.2 计算方法.76 8.4.3 计算等积孔.76 8.5 通风设备的选择 77 8.5.1 矿井主要扇风机选型计算.77 8.5.2 电动机选型计算.79 8.5.3 总耗电量.79 8.6 灾害防治综述 80 8.6.1 井底火灾及煤层自然发火的防治措施81 8.6.2 预防煤尘爆炸措施.81 8.6.3 预防瓦斯爆炸的措施.81 8.6.4 避灾路线.81 9 矿井运输与提升.82 9.1 概述 82 VII 9.2 带区运输设备的选择 82 9.2.1 设备选型原则.82 9.2.2 带区运输平巷皮带的选择.83 9.2.3 带区轨道平巷巷运输设备的选择.83 9.2.4 分带运输斜巷转载机和皮带机选择.84 9.2.5 分带运料斜巷中运输设备的选择.84 9.2.6 工作面刮板输送机的选择.84 9.3 主要巷道运输设备的选择 85 9.4 提升 86 9.4.1 提升系统的合理确定.86 9.4.2 主井提升设备的选择.86 9.4.3 副井提升设备的选择.87 10 矿井排水.88 10.1 矿井涌水 88 10.1.1 概述.88 10.1.2 矿山技术条件.88 10.2 排水设备的计算与选择 89 10.3 水泵房的设计 90 10.3.1 水泵房支护方式和起重设备.90 10.3.2 水泵房的位置.90 10.3.3 水泵房规格尺寸的计算.90 10.4 水仓设计 91 VIII 11 技术经济指标.93 11.1 全矿人员编制 93 11.1.1 井下工人定员.93 11.1.2 井上工人定员.93 11.1.3 管理人员.93 11.1.4 全矿人员.93 11.2 劳动生产率 94 11.2.1 采煤工效.94 11.2.2 井下工效.94 11.2.3 生产工效.94 11.2.4 全员工效.94 11.3 成本 94 11.4 全矿主要技术经济指标 96 结论.98 致谢.99 参考文献.100 附录 A.101 附录 B .108 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 前言 煤炭行业是国民经济的支柱产业，煤炭产业发展的快慢，将直接关系到国计民生。 作为采矿专业的一名学生，我很荣幸能够为祖国煤炭事业尽一份力。 毕业设计是学生把所学知识和理论相结合的重要环节，学生通过设计能够全面系统 的运用和巩固所学的知识，掌握矿井设计的方法、步骤及内容，培养自己的实事求是、 理论联系实际的工作作风和严谨的工作态度，培养自己的科学研究能力，提高编写技术 文件和运算的能力，同时也提高了计算机应用能力及其他方面的能力。 整个毕业设计的地质资料是在学生毕业实习中得到的，锻炼了学生收集资料的能力， 同时指导教师又对每个学生的题目做了修改，使每个学生都有自己的设计题目，锻炼了 学生独立学习、独立解决问题的能力。 该说明书为*矿 2.40Mt/a 新井设计说明书，在所收集地质资料的前提下，由指导 教师给予指导，并合理运用平时及课堂上积累的知识，查找有关资料，力求设计出一个 安全高效的现代化矿井。通过对地质资料的深入研究，根据煤层的赋存条件和我国现在 所能达到的煤炭开采技术水平，初步确定采用立井开拓。 本设计说明书从矿井的开拓、开采、运输、通风、提升及工作面的采煤方法等各个 环节进行了详细的叙述，并在很多处进行了技术和经济比较。论述了本设计的合理性， 完成了毕业设计要求的全部内容。同时说明书中要求图文并茂，使设计的内容更容易被 理解、接受。在设计过程中，得到了广大老师的指导和同学的帮助，在此表示感谢。由 于设计时间和本人能力有限，难免有错误和疏漏之处，望老师给予批评指正。 姓名：*矿 2.40Mt/a 新井设计 2 1 矿区概述及井田特征 1.1 概述 1.1.1 井田位置及范围 康平煤田位于辽宁省沈阳市康平县境内，*矿位于康平煤田的东北部，隶属康平 县东关镇。地理坐标为东径 12320381232555，北纬 42375442 4142。矿井东北、西南宽约 3.813km，西北、东南长约 5.664km，矿井总面积 18.9855km2。 1.1.2 自然地理 本矿井位于辽河平原西侧，地势稍有起伏，无高山，一般为平缓低山丘陵及第四纪 洪冲积平原，地表绝大多数为农田，一般标高为+80+120m。地势最高处位于煤田西南后 部的旧门山，其标高为 130.30m。 矿井内无较大河流，只是在矿井外的西南有一条小河，为李家河，未流经本矿井。 而在矿井的中部、北部和南部有许多人工渠和季节性冲沟；主要有一道河、二道河等。 在矿井的西南大平煤矿境内有三台子水库，集水面积为 140km2，水库最大面积 14 km2， 储水量 4900 万 m3，标高+83.5m；水库一般面积 8 km2，储水量 1500 万 m3，标高 +81.0m。水库水的主要来源，除季节性冲沟汇集外，主要靠南部李家河和康平西泡子水 库溢洪通过人工渠道注入。排水主要靠人工渠进行调节，调节水量 500 万 m3。 本区位于辽河平原西侧，属于大陆性气候，一般多风少雨，春干冬寒，一般春、秋、 冬三季多风，冬季多西北风，春季多西南风。风力最大至 79 级，瞬时达 10 级，小至 23 级，无风季节少见。降雨一般集中在 7、8、9 月份，年最大降雨量达 801.4mm，年平 均降雨量为 544.4mm，最大月降雨量为 346.1mm（1984 年 8 月） ，最小月降水量为 0（见 表 1-6） ；该区年平均蒸发量为 1922.3mm，最大月蒸发量为 405.6mm（1974 年 5 月） ；最 高气温 33.3，最低气温-32.6，冬季冻层最大深度 1.45m。 地震烈级度为度（1989 年辽宁省地震局资料） ，本区的地震动峰值加速度为 0.05g。 1.1.3 交通概况 *矿矿区交通非常便利。*矿距调兵山 35km，距康平县城 15km。矿区铁路经 法库、调兵山至大青编组站，大青编组站东至铁岭 20km 与京哈线相接。公路有 203 国道 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 从矿井西南部通过。见附图 1-1 四平市 清源 北四家子 二牛所口 老城 清河 大青 兴隆台 法哈牛 黑山 半拉门 依牛堡子 登仕堡子 五台子 叶茂台 后新秋 哈尔套 阿尔乡 苏家屯 抚顺 沈阳市 0 125 0 124 0 42 0 43 0 125 124 0 0 123 0 123 0 42 0 43 交通位置图 西丰 东辽 昌图 吉林省 新民市 彰武 抚顺市 新城子区 铁岭市 开源市 法库 调兵山市 康平煤田 康平 科尔沁左后旗 内 蒙 古 自 治 区 图 1-1 *矿交通位置图 Figure 1-1 Tiekang mine Map of traffic location 1.2 井田及其附近的地质特征 1.2.1 地层 *矿位于康平煤田东北部，其地层层序和含煤地层生成年代与区域地层完全一致， 以前震旦系地层为基底，其上依次沉积了中生界之早白垩系、及新生界之第四系，现由 老到新分述如下： （1）前震旦系（AnZ） 出露在后门山、土井山、郝官屯及五棵树一带，煤田内没有出露。但在大平煤矿勘 探中，在大平煤矿的西部有许多钻孔终孔打到前震旦系，其岩系组成以绿色片岩、花岗 片麻岩为主，并有花岗岩及闪长岩侵入。 （2）白垩系下统（K1） 含煤地层无论是岩性特征或生物群组合，从区域对比上看可以与三台子组相当。在 姓名：*矿 2.40Mt/a 新井设计 4 煤田的东部地段该组地层沉积厚度较大，向西逐渐变薄，一般厚度为 437m。根据岩性、 接触关系和生物化石特征，可将白垩系由下而上划分为三个组，孙家湾组、三台子组和 建昌组地层，建昌组直接覆盖于前震旦系地层之上，为不整合接触。而三台子组则平行 不整合于建昌组之上。 1）建昌组（K1jc） 由以下三层组成： 火山碎屑岩：以火山集块岩为主，夹薄层安山岩，岩块有小气孔，其中有燧石填 充。厚度大于 30m。 砂砾岩层：以灰白色砂岩，砂砾岩为主，夹灰黑色泥岩，在泥岩，砂岩中夹有炭 质碎片。厚度大于 150m。 红色砂砾岩层：以赭色，灰绿色砾岩为主，夹砂岩及粉砂岩，中下部为灰绿色、 赭色砾岩，砾石成份以片麻岩为主，火山岩、石英岩次之。本层厚度西部 50300m，东 部大于 300m。 2）三台子组（K1st） 该组地层顶底界面清楚，岩性分异明显且标准，与下覆建昌 组呈假整合接触，按其岩性和化石组合自下而上分为： 底部砾岩段（K1st1） 在煤田东部的大房申、老边一带出露。在大平煤矿的西部也有许多钻孔见到此层， 其岩性以紫色、灰绿色砾岩为主，并夹有薄层砂岩。砾岩以泥质胶结为主，主要成分为 绿色片岩，花岗质片麻岩为主，同时也混有少量石英岩及火山砾岩。厚度 50300m，东 部大于 300m。 砂岩段（K1st 2） 在矿井东部有出露，以灰、灰白色砂岩为主，夹深灰色泥岩、灰白色砂砾岩，在西 部夹炭质页岩及薄煤层，仅 13 号钻孔见到可采煤层，但分布面积不大，距上部煤层 200 多 m，故无济经济价值。厚度 30230m。 含煤段（K1st3） 主要以煤层为主、间夹炭质页岩、灰黑色泥岩、油页岩、灰白色粉砂岩组成，可采 煤层集中于上部，向东、北方向分叉变薄，厚度 125m。厚度变化是：西薄东厚，东北 部最厚。 油页岩段（K1st4） 以黑褐色油页岩为主，夹黑色泥岩和泥灰岩、菱铁矿透镜体。赋存规律： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 油页岩与泥岩易于识别，到矿井边缘二者不易识别，厚度矿井内东厚西薄，南厚北 薄。最大厚度 4050m，分布于 324 号孔一带，最薄 10m，分布于北部边缘。详见油页 岩厚度等厚线图（图 2-1） 。 泥岩段（K1st5） 由于泥岩段下部富含动物化石，而上部则不含，所以又将此层分为动物化石层 （K1st5-1） 、泥岩层（K1st5-2） 。 a 动物化石层（K1st5-1） 本层以黑色泥岩及深灰色粉砂岩为主，含有大量动物化石。一般有以下种属： Crpridea sp. （女星虫，未定种） Darwinaded sp. （达尔文虫） Cypridea aff praqnata （女星虫） Cypredeafpp （神密女星虫亲近种） Lycapteraypyes sp. （狼星虫，未定种） Turfanaqrapta sp. （吐鲁番周佳饰叶肢介，未定种） Ballaamya sp. （环棱螺） Sphaereum spp. （球 蚬） 动物化石层在矿井内沉积稳定。分布于全区是一个良好的标志层。从动物化石面貌 上段与阜新三台子组层位相当。 b 泥岩层（K1st5-2） 上部灰绿色泥岩，夹粉砂岩、细砂岩，在煤田边缘为砂砾岩。本层泥岩具球状，极 松软，易风化，遇水后有膨胀现象。该层顶部含有黄铁矿晶体；矿井中部缺失此段。厚 度变化：南部厚度 3045m，北部 510m，就矿井东西两部分看，其特点是：中间厚， 两侧薄，厚者厚度 2530m，薄者厚度 05m。 3)孙家湾组（K1s） 与下覆三台子组呈平行不整合接触，全区均有分布。 上部主要为赭色粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩及砾岩等，下部以灰色粉砂岩、 细砂岩为主，夹泥岩、粗砂岩及薄层砂砾岩，底部普遍有一层较厚的砂砾岩。厚度 150750m。 （3）第四系（Q） 上部为黑色腐植土，厚度 0.20.5m。中部为灰黄色亚粘土，厚度为 217m。下部 姓名：*矿 2.40Mt/a 新井设计 6 为黄色粗砂，底部含砾，厚度 1.55m。 1.2.2 含煤概况 *矿内两层煤层（即 1#煤层、2#煤层）是可采煤层，上部的煤层称之为 1#煤层， 下部的煤层称为 2#煤层。1#煤层顶板为粉砂岩夹薄层泥岩，厚度在 9m 左右，其余煤层顶 板为油页岩，矿井内普遍发育，厚度在 1050m 之间，是一个明显的标志层。因此煤层对 比相对比较容易简单，对比清楚。煤层赋存于-250-480m 的空间中。2#煤层可采厚度平 均为 3.5m，两煤层除边缘外薄厚均匀，可采厚度的变化梯度不大。 综上所述，煤层在矿井内是稳定的，变化是很小的，规律性很强的。附可采煤层赋 存状况一览表（表 1-1） 表 1-1 可采煤层赋存状态表 Tab.1-1 Coal seam occurrence state list 厚度层间距煤层结构 煤 层 号 最小最大 平均 最小最大 平均 岩 性 夹石层数 一般 夹石厚度 一般 顶 板 岩 性 底 板 岩 性 可 采 范 围 稳 定 程 度 1# 7.810.2 9 泥 岩 01 0 00.04 0.2 粉 砂 岩 粉 砂 岩 泥 岩 全 部 矿 井 可 采 稳 定 2# 2.84.2 3.5 2530 27 泥 岩 02 1 00.4 0 0.02 粉 砂 岩 油 页 岩 泥 岩 粉 砂 岩 全 部 矿 井 可 采 较 稳 定 1.2.3 水文地质 *矿位于辽河平原西侧，地势稍有起伏，无大高山，一般为平缓低山丘陵及第四 系洪冲积平原，一般海拔为+80+120m，在煤田西南后旧门山地势最高，其海拔为 +130.30m。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 全区地貌按成因可划分为三种类型，即构造剥蚀地形、剥蚀堆积地形和洪冲积堆积 地形。由于上述地貌类型，促成了区内无较大河流的水文特征，只是在矿井的西南有一 条小河（李家河） ，未流经矿井，而中部、北部和南部则有许多人工渠道（主要有一道河、 二道河）和季节性冲沟。在矿井的西南（即大平矿井）有三台子水库，积水面积为 140km2，积水量：900 万 m3，最高洪水位+83.5m，一般为+81.0m；水库水的主要来源， 除季节性冲沟汇集外，主要是南部李家河和康平西泡子水库的水通过人工渠道流注水库， 排水主要靠人工渠道进行调节。通过矿井西南部 123 号钻孔之风化带抽水试验来看，水 库对矿井充水不是主要因素。 该矿井划分三个含水层，现分述如下： （1）第四系洪积含水层 主要分布在东部低洼处，一般厚度为 4m，该层上部由 1.921m 黄色粘土所覆盖；下 部则有黄色及灰白色粉砂、细砂、砂砾所组成，成分以石英为主，下部含砾，最大砾径 为 3050mm，具棱角，分选性差。据水 10 号抽水资料：单位涌水量 0.0032 公升/秒.m， 渗透系数为 0.0965m/日。该层上覆之粘土，由西向东逐渐增厚。由于地形变缓，故水位 变化幅度变小（1.001.60m） ，其水质变化较大，总碱度值很高，一般为重碳酸钙钠型水。 （2）白垩系砂岩、砂砾岩承压含水层 白垩系分布全矿井，厚度在 50200m 之间，一般为 77m，由煤田中心向南逐渐增厚， 其岩芯大部份由泥质或钙质胶结的灰色或灰绿色的砂岩、砂砾岩组成，结构致密，透水 性很弱，但由于压力作用，在个别钻孔发现长期自涌水现象，最大 614 号孔，水头高出 地表 5.6m。 该层上覆 3070m 的风化壳，大部分由紫红色的砂岩、砂砾岩所组成，分选性差，粒 度不一，泥质或钙质胶结。由于风化作用，岩石松散，透水性较强，据抽水资料：渗透 系数由 0.16110.621m/日，其水质分析为：重碳酸钙钠型水，迳流条件良好，并在风化壳 中发现十个钻孔在 1560m 处漏水，最大达 6.00m3/h。 该层的渗透性向 F1、F2、F3号断层渐趋增强，渗透系数由 0 增至 0.6m/日，它是矿床 充水的来源之一，但不是矿床充水的主要因素。该层下部有 350400m 弱透水层和不透水 层所隔，在无断裂沟通时，对矿井影响不大。从目前钻孔所揭露断层分析，来看，均为 闭合断层，未发现断裂引起的漏水现象，故这种隐患可能性较小，但生产过程中应给予 高度重视。 姓名：*矿 2.40Mt/a 新井设计 8 （3）白垩系底部砂岩、砂砾岩承压含水层 该层赋存于煤层之下，大部分由钙质和泥质胶结的灰白色砂岩、砂砾岩所组成，结 构致密坚硬，渗透性很弱。据抽水资料：渗透系数为 0.00238m/日,据水质为重碳酸氯化钠 型水，说明该含水层水迳流条件很差, 又由于该层位于煤层底板 50180m 左右，且随煤 层的增厚而加深，所以，对矿井充水影响甚微，可不作考虑。 本区含水层主要补给来源为大气降水，而地表水的渗透补给对第四系和白垩系有影 响，但影响不大，人工渠和季节性积水，对处于粘土覆盖层较薄地段则渗透补给良好。 另外各含水层之间都存在微弱渗透补给，而含水层的排泄除垂直渗透外，第四系含水层 主要靠蒸发，只是枯水季节，则由冲沟和人工渠进行排泄。而深层水（白垩系含水层） 只在水位差变化大，迳流条件良好地段排泄则较好，其它地段排泄条件很差。 该矿井水文地质勘探类型，按直接充水含水层的空间特征而划分的。根据原煤炭部 制定的矿井水文地质规程矿井水文地质分类的条件：*矿范围内地表水排泄条件 良好，露头区被粘土类土层覆盖，属深部矿井；矿井内直接充水含水层主要由白垩系粗 砂岩及砂砾岩微弱的裂隙承压含水层所组成，虽然岩层疏软多裂隙，但单位涌水量很小， 而且断层水极弱，并且煤层顶部有较厚的油页岩、泥岩和含水层间有良好隔水性能的泥 岩、粉砂岩层，所以与地表水以及各含水层间无直接水力联系。矿井正常涌水量为 63.9 m3/h，最大涌水量小于 102.2m3/h，采掘工程一般不受水害影响，防治水工程简单。为此 *矿矿井水文地质类型为一类一型矿井，属于水文地质简单型矿井。 1.3 煤质及煤层特征 1.3.1 井田内煤层及埋藏条件 煤层走向主体为东西走向，整体呈弧形，井田东南部分煤层呈向斜构造，倾角为 7 左右，西北部分呈向斜，煤层赋存比较稳定，全区发育，倾角为 5左右，可采煤层间距 见表 1-2。 表 1-2 煤层间距表 Tab .1-2 Seam pitch table 煤层平均厚度/m煤层间距/m 1#9 27 2#3.5 煤层赋存状态见煤层柱状图，如图 1-2。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 图 1-2 综合柱状图 Fig. 1-2 Synthesis column map 1.3.2 煤层的含瓦斯性、自燃性、爆炸性 据六个钻孔瓦斯样（真空罐）的分析成果，矿井内煤层瓦斯化学成分 CH4:6070%，CO2:35%，N2:2530%（见表 1-3）按瓦斯带的划分属于氮气瓦斯带。 表 1-3 钻孔瓦斯组分含量表 Table 1-3 The gas composition in the borehole 煤的自然瓦斯成分（%） 孔号 采样深度 (m)CH4CO2N2 气体分析 含氧量（%） 30541.0164.005.2030.803.70 35461.4884.502.3046.103.20 41483.2250.603.3046.103.20 45451.1165.008.8026.203.80 66449.3464.904.6030.500.80 86599.4677.700.6021.701.60 平均497.6067.784.1328.082.72 根据*矿瓦斯观测点资料，矿井相对瓦斯涌出量 1.17 m3/t，绝对瓦斯涌出量 姓名：*矿 2.40Mt/a 新井设计 10 8.86m3/min；因而可以确定*矿属于低瓦斯矿井，是低瓦斯矿井。虽为低瓦斯矿井，但 由于*矿自燃发火期较短，个别地点瓦斯涌出异常，所以仍按高瓦斯矿井管理。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田范围 西北与康平三台子煤矿相邻；东北与大平煤矿相邻；东南以煤层可采边界线为界， 西南部以风氧化煤柱为界，井田内赋存有 1#和 2#两个可采煤层。 2.1.2 边界煤柱留设 矿井东北、西南宽约 3.813km，西北、东南长约 5.664km，矿井总面积 18.9855km2。 井田内地形比较完整，井田四周依据相关规定和安全考虑分别留设 30m 的边界煤柱。由 于井田中央偏西北有三个大断层，单另留设煤柱，井田边界即为井田境界保护煤柱。按 煤矿安全规程2规定，边界煤柱的留法及尺寸： 1）井田边界煤柱留 30m； 2）阶段煤柱斜长 60m，若在两阶段留设，则上下阶段各留 30m； 3）断层煤柱每侧各为 20m； 4）采区边界煤柱留 20m。 根据参考煤炭工业设计规范1和矿井安全规程2的相关数据要求和规定，本 井田所留的各种保护煤柱均合理，符合规定。 2.1.3 工业广场保护煤柱留设 根据参考煤炭工业设计规范1和矿井安全规程2的相关数据要求和规定，产 量 2.40Mt/a，工业广场面积 0.8 公顷/0.1Mt。本设计为 2.40Mt/a，故取 0.8。则工业广场占 地面积为 S=2.4*0.8=19.2 公顷=192000m2。则工业广场设计成长 480m ，宽 400m 的矩形。 在确定地面保护面积后，用移动角圈定煤柱范围，工业场地地面受保护面积应包括 保护对象及宽度 15m 的围护带。 在工业场地内的井筒，圈定保护煤柱时，地面受保护对象应包括绞车房、井口房或 通风机房、风道等，围护带宽度为 15m。 2.1.4 边界的合理性 在本井田的划分中，充分的利用到现有条件，既降低了煤柱的损失，也减少了开采 技术上的困难，使工作面的部署较为简易。同时，本井田的划分使储量与生产相适应， 姓名：*矿 2.40Mt/a 新井设计 12 矿井生产能力与煤层赋存条件、开采技术装备条件相适应。井田有合理的尺寸，条带尺 寸满足煤炭工业设计规范的要求，走向长度划分合理，使矿井的开采有足够的储量 和足够的服务年限，避免矿井生产接替紧张。 根据煤炭工业设计规范的规定，采区开采顺序必须遵守先近后远，逐步向边界 扩展的原则，并应符合下列规定： 1）首采采区应布置在构造简单，储量可靠，开采条件好的块段，并宜靠近工业广场 保护煤柱边界线。 2）开采煤层群时，采区宜集中或分组布置，有煤和瓦斯突出的危险煤层，突然涌水 威胁的煤层或煤层间距大的煤层，单独布置采区。 3）开采多种煤类的煤层，应合理搭配开采。 综上所述，矿井首采区定在靠近工业广场的东北部，采区储量丰富，有利于运输的 集中和减少巷道的开拓费用，所以井田划分是合理的。因此，综上来看，本井田的划分 是合理的，也就是说本井田设计的边界是合理的。 2.2 井田的储量 2.2.1 井田储量的计算原则 1）按照地下实际埋藏的煤炭储量计算，不考虑开采、选矿及加工时的损失； 2）储量计算的最大垂深与勘探深度一致。对于大、中型矿井，一般不超过 1000m； 3）精查阶段的煤炭储量计算范围，应与所划定的井田边界范围相一致； 4）凡是分水平开采的井田，在计算储量时，也应该分水平计算储量； 5）由于某种技术条件的限制不能采出的煤炭，如在铁路、大河流、重要建筑物等两 侧的保安煤柱，要分别计算储量； 6）煤层倾角不大于 15时，可用煤层的伪厚度和水平投影面积计算储量； 7）煤层中所夹的大于 0.05m 厚的高灰煤（夹矸）不参与储量的计算； 8）参与储量计算的各煤层原煤干燥时的灰分不大于 40%。 2.2.2 矿井工业储量 井田的精查勘探面积为 S=18.9755km2； 根据储量计算公式3： （2-1） cos/SMrzg 式中： 矿井的地质储量，t g z 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 M可采煤层总厚度，m 井田面积，mS 煤的容重，r =1.32 t/m r 煤层平均倾角， 所以，Zg =18975502.1（9+3.5）1.32/cos8 = 31617.3 万 t 由于设计时不考虑平衡表外储量和远景储量，因此矿井工业储量就等于地质储量， 即： Zc= Zg= 31617.3 万 t。 各煤层的工业储量见表 2-1。 表 2-1 煤层工业储量表 Tab.2-1 Industrial coal reserves 2.2.3 矿井煤柱损失 1）断层煤柱损失 断层的两侧各留 20m 的保护煤柱，三个断层煤柱的面积为 109921+60664+43077=213662m， 故此断层保护煤柱损失为：213662（9+3.5）1.32=352.8 万 t。 2）井田境界煤柱损失 井田境界北部、东部、西部和南部分别留设 30m 的边界煤柱，井田总周长为 18042.6m，总面积为 18975502.1m2，井田煤柱总面积 18437796.3m2，井田境界保护煤柱 所占面积为 537705.7m，经计算， 故境界保护煤柱损失为：537705.7（9+3.5）1.32=887.2 万 t。 3）工业广场煤柱损失 由矿井设计规范规定：2.40 Mt/a 矿井工业场地占地为 0.7-0.8 公顷/0.1Mt。本矿 井为 2.40Mt/a，取 0.8，则本矿井的工业场地面积为：S=2.40/0.10.8=19.2 公顷，依据井 田形状选择 400480m 的长方形。用移动角圈定煤柱范围，工业场地地面受保护面积应 包括保护对象及宽度 15m 的围护带。再用几何作图的方法确定工业广场保护煤柱的范围。 由工业广场保护煤柱图可知： 序号煤层号煤厚/m倾角/面积/km2工业储量/万 t 1 1# 9 317 18.9855 22764.5 2 2# 3.5 31718.98558852.8 姓名：*矿 2.40Mt/a 新井设计 14 1#煤层煤柱损失为： 597452.691.32 t=709.8 万 t 2#煤层煤柱损失为： 664539.53.51.32 t=307.0 万 t 故工业广场保护煤柱损失共为: 709.8+307.0=1016.8 万 t。 4）阶段间保护煤柱损失 本矿井为单水平开采，无阶段保护煤柱损失。 5）全矿采区（带区）回采率 由矿井设计规范第 213 条，矿井采区回采率，应该符合下列规定：厚煤层不应 小于 75；中厚煤层不应小于 80；薄煤层不应小于 85。本矿井 1#和 2#煤层均是厚 煤层，取 C=75%。 2.2.4 矿井的设计储量 矿井设计储量=工业储量永久煤柱损失量，即： Zs=ZcP1 （2- 2） 式中：Zs矿井的设计储量，万 t Zc矿井的工业储量，万 t P1永久煤柱损失量，万 t（包括断层、防水、井田境界、地面建筑物及因法律、 社会、环境保护等影响因素影响不得开采的煤柱煤量） 此矿井永久煤柱只有断层和井田境界保护煤柱，故： Zs= 31617.3-（352.8+887.2）=30377.3 万 t 2.2.5 矿井的设计可采储量 矿井设计可采储量=（矿井设计储量-可回收利用保护煤柱损失量）采区回采率，即： （2-3） CPZZ Sk )( 2 式中：Zk矿井设计可采储量，万 t P2可回收利用保护煤柱损失量，万 t（包括工业广场、井筒、井下主要巷道等 保护煤柱煤量） C采区回采率， （厚煤层 C=0.75） 此矿井可回收利用保护煤柱煤量有工业广场和阶段间保护煤柱煤量，故： Zk =30377.3-（709.8+307.0） 0.75=22020.4 万 t 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 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 矿井的年产量 矿井年产量是煤矿生产建设的重要指标，在一定程度上综合反映了矿井生产技术面 貌，是矿井开拓的一个主要参数，也是选择井田开拓方式的重要依据之一。 矿井的年产量确定的合理与否，对保证矿井能否迅速投产、达产和产生效益至关重 要。而矿井生产能力与井田地质构造、水文地质条件、煤炭储量及质量、煤层赋存条件、 建井条件、采掘机械化装备水平及市场销售量等许多因素有关。经分析比较，设计认为 矿井的生产能力确定为 2.40Mt/a 是合理和可行的，理由如下： 1）储量丰富 煤炭储量是决定矿井生产能力的主要因素之一。本井田内可采的煤层两层，工业储 量为 31617.3 万 t，按照 2.40Mt/a 的生产能力，能够满足矿井服务年限的要求，而且投入 少、效率高、成本低、效益好。 2）开采技术条件好 本井田煤层赋存较稳定，煤层埋藏较深，虽然倾角变化不大，经过块划分，使每块 结构变的简单。又由于井田面积大，水文地质条件及地质构造简单，煤层结构单一，适 宜综合机械化开采，可采煤层均为厚煤层，适合安全高效工作面开采。 3）建井及外运条件 本井田内有良好的煤层赋存条件，为提高建井速度、缩短建井工期提供了良好的地 质条件。本井田有矿区专用铁路与国铁相通，交通较便利。 4）具有先进的开采经验 近年来， “安全高效”工艺在煤矿生产中有了很大发展，而且该工艺投入少、效率高、 成本低、效益好、生产集中简单、开采技术基本趋于成熟。 综上所述，由于矿井优越的条件及外部运输条件，有利于把本矿井建设成为一个安 全高效矿井。矿井的生产能力为 2.40Mt/a 是可行的、合理的。 3.1.2 矿井的服务年限 矿井服务年限应与矿井的生产能力相适应，它两个之间的关系实质上就是矿井生产 能力和矿井储量的关系。在圈定的井田范围内，矿井储量一定，井型越大，服务年限越 姓名：*矿 2.40Mt/a 新井设计 16 短，井型越小，服务年限越长。当矿井生产能力和服务年限为某数值时，可使吨煤的总 费用最低，相近于这个数值范围，则是合理的矿井的生产能力和服务年限。 根据煤炭工业设计规范1的规定，在计算矿井服务年限时，储量备用系数宜采用 1.31.5，本矿井取用 1.4。 由矿井的服务年限计算公式： P=ZAK （3-1） 式中： Z矿井的设计可采储量； A矿井的年产量； K矿井储量备用系数，一般取 1.4 P=ZAK =22020.4/（2401.4） =65.5 年66 年 根据有关规定和查阅相关资料，年产 240 万 t 的大型矿井的服务年限应为 50 年以上， 本矿井 66 年的服务年限达到标准，符合要求。 3.1.3 矿井的增产期和减产期，产量增加的可能性 建井后产量出现变化，其可能性为： 1）地质条件勘探存在一定的误差，有可能出现新的断层。 2）由于国民经济发展对煤炭的需求变化，导致矿井产量增减。 3）矿井的各个生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，迅速突破设计能力，提高 了工作面生产能力。 4）工作面的回采率提高，导致在相同的条件下，矿井服务年限增加。 5）采区地质构造简单，储量可靠，因此投产后有可靠的储量及较好的开采条件。 3.2 矿井的一般工作制度 根据有关规定，结合本区煤层条件、储量状况及完成产量的需要，同时达到法定假 日，设备检修和涌水等的影响，做出相应的工作制度。本矿井的年工作日按每年 330 天 计算，日提升时间为 16 小时。矿井每昼夜分为三班，两班采煤，一班放一次煤，然后检 修，每班工作 8 小时，即“三八制”工作制。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 4 井田开拓 井田开拓方式应该通过对矿井设计生产能力，地形地貌条件，井田地质条件，煤层 赋存条件，开采技术及装备设施等综合因素进行方案比较以及系统优化之后确定。因此， 在解决井田开拓问题时，应遵循以下原则： 1）贯彻执行有关煤炭工业的技术政策，为多出煤、早出煤、出好煤、投资少、成本 低效率高创造条件。要使生产系统完善、有效、可靠，在保证生产可高和安全的条件下 减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。 2）合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，为集中生产创造条件。 3）合理开发国家资源，减少煤炭损失。 4）必须贯彻执行有关煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风系统，创造良好 的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态。 5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采 煤机械化、综合机械化、自动化创造条件。 6）根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其他有益矿物的 综合开采。 4.1 井筒形式、位置和数目的确定 4.1.1 井筒形式的确定 井筒是联系地面与井下的咽喉，是全矿的枢纽。井筒选择应综合考虑建井期限，基 建投资，矿井劳动生产率及煤的生产成本，并结合开拓的具体条件选择井筒。 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、立井和混合式。 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。 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，例如山 地或丘陵，也就是要有高于工业广场以上具有一定煤炭储量。本井田地势比较平缓，高 低地的最大高差也不过几十 m，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。 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筒的条件 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-240m 以下，最深 达-480m。这样一来，如果按照皮带斜井设计时，倾角不超过 17的话，此时斜井的井筒 姓名：*矿 2.40Mt/a 新井设计 18 长度很长。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。 立井：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。 根据煤炭工业设计规范1规定：煤层埋藏较深、表土层较厚、水文地质条件复杂 及主要可采煤层赋存比较稳定，储量比较丰富等特点，本设计采用立井开拓。 4.1.2 井筒位置及数目的确定 1）井筒的数目 a 根据本矿区煤层的埋藏的具体条件，各井筒均采用立井。 b 主井、副井、风井各一个（见图 4-1、4-2、4-3） 。 c 井筒参数 该设计采用三个井筒的井田开拓方式：主井、副井、风井，通风方式为中央并列式 通风。 2）井筒的位置 选择井筒位置的原则： a 有利于第一开采水平的开采，并兼顾其它水平，有利于井底车场的布置和主要运输 大巷位置的选择，石门工程量小。 b 有利于首采采区不只在井筒附近的富煤块段，首采采区少迁村或不迁村。井田两翼 储量基本平衡。 c 井筒不易穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或较弱岩层。 d 工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山，低洼地和采空 区，不受滑坡和洪水威胁。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 表 4-1 井筒参数 Tab.4-1 Well chamber parameter 断面尺寸 井筒名称用途井筒长度/m提升方法 直径/m净断面积/ 主井提升煤炭495箕斗提升5.523.75 副井进风、进人、运料排矸445罐笼提升738.46 风井回风兼作安全出口405628.26 e 工业广场宜少占农田少压煤。 f 水源，电源较近，矿井设在铁路专用线路短，道路布置合理点。 便于布置工业场地的位置，主要是根据以下一些原则： a 有足够的场地，便于布置矿井地面生产系统及其工业建筑物和构筑物。 b 有较好的工程、水文地质条件，尽可能避开滑坡、崩岩、溶洞、流沙层等不良地 段，这样既便于施工，又可以防止自然灾害的侵袭。 c 便于矿井供电、给水、运输，并使附近有便于建设居住区、排矸设施的地点。 d 避免井筒和工业场地遭受水患、井筒位置要高于当地最高洪水位。 e 充分利用地形、使地面生产系统，工业场地总平面布置及其地面运输合理，并尽可 能是平整场地的工程量少。 对井田开采有利的井筒位置，确定依据： 倾斜方向的位置： 从保护井筒和工业场地煤柱损失看，愈靠近浅部，煤柱的损失愈小；愈靠近深部， 煤柱的损失愈大。因此，井筒沿倾斜方向位于井田顶部。 走向的位置： a 井筒沿井田走向的位置应在井田中央，当井田储量不均匀分布时，应在储量分布的 中央，以次形成两翼储量比较均衡的双翼井田。应该避免井筒偏于一侧造成单翼开采的 不利局面。 b 井筒设在井田中央时，可以使沿井田走向运输工作量小，而井田偏于一侧的相应井 下运输工作量比前者要大。 c 井筒设在井田中央时，两翼分配产量比较均衡，两翼开采结束的时间比较接近。 d 井筒设在井田中央时，两翼风量分配比较均衡，通风线路短，通风阻力小。 姓名：*矿 2.40Mt/a 新井设计 20 综合考虑，主副井筒位置选在井田储量中央位置，位于倾向上部。 风井井口位置的选择： 风井井口位置的选择，应在满足通风要求的前提下，与提升井筒的贯通距离较短， 并应利用各种煤柱。有条件时风井的井口也可以布置在煤层露头以后。 由于本矿井是低瓦斯矿井，在井田中央开设一个风井，考虑到*矿自燃发火期较 短，个别地点瓦斯涌出异常，按高瓦斯矿井管理，再加上软岩大断面巷道支护费用昂贵， 因此另掘回风大巷。 图4-1 主井断面图 Fig.4-1 Main shaft crosssection fig 主井净直径 5.5m，提升容器为 JDSY16/1504 型 16t 箕斗一对，采用 Jkm44（）型多绳磨擦轮提升机，配 JRZ170/4916 型绕线式异步电动机两台，每台 1000KW。最大提升速度为 7.38m/s，该提升设备担负本矿全部煤炭提升。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 洒水管 压风管 信号通讯电缆 排水管 动力电 缆 图 4-2 副井断面图 Fig.4-2 Auxiliary shaft crosssection fig 副井净直径 7.0m，提升容器为一吨双层四车多绳罐笼一对（一宽一窄） ，采用 Jk.254（）型多磨擦轮提升机，配 JRZ50012 型绕线异步电动机两台，每台 3 m 500KW，最大提升速度 8.02m/s。 副井每次提升或下放四辆重车时，另一侧必须配四辆空车，下放液压支架时其重量 限制在 10.5t 以内（包括平板车重） ，另一侧必须配两辆重车。 姓名：*矿 2.40Mt/a 新井设计