毕业设计-张双楼矿1.8 Mta的矿井设计.doc

河北理工大学 毕业设计摘要 I 摘摘 要要 本设计为张双楼矿张双楼矿 1.8 Mt/a 的矿井设计的矿井设计。井田走向（东西）长平均约 8.23km，倾 向（南北）长平均约 3.88km，井田水平面积为 31.93km2。主采煤层一层，即 7 号煤层， 平均倾角 8.9，厚约 5.0m。井田工业储量为 226.69 Mt，可采储量 172.53Mt，矿井服务 年限为 73.7a。 矿井正常涌水量为 320m3/h，最大涌水量为 340 m3/h；矿井绝对瓦斯涌出量为 1.84 m3/min，属低瓦斯矿井；煤层有自燃发火倾向，发火期 36 个月，煤尘具有爆炸危险 性。 开拓方案为立井两水平开采，暗斜井延深至-700m 水平。大巷采用胶带输送机运 煤，辅助运输采用 1.5 t 固定箱式矿车。 设计首采区采用采区准备方式，采用一次采全高采煤法，全部跨落法处理采空区。 矿井采用中央并列式通风。通风容易时期矿井总需风量 4608 m3/min，矿井通风总 阻力 2096 Pa，风阻 0.35 Ns2/m8，等积孔 2.03m2，矿井通风容易。矿井通风困难时期 矿井总风量 4608 m3/min，矿井通风总阻力 2746 Pa，风阻 0.46 Ns2/m8，等积孔 1.77m2，矿井通风中等困难。 关键词：立井；上下山开采；大采高；中央并列式 河北理工大学 毕业设计摘要 II ABSTRACT The general design is about a 1.8 Mt/a underground mine design of Zhangshuanglou coal mine. Its about 8.23km on the strike and 3.88 km on the dip,with the 31.93km2total horizontal area. The minable coal seam of this mine is only 7 with an average thickness of 5.0 m and an average dip of 8.9. The proved reserves of this coal mine are 226.69 Mt and the minable reserves are 172.53 Mt, with a mine life of 73.7a. The geological condition of the mine is relatively simple. The normal mine inflow is 320m3/h and the maximum mine inflow is 340m3/h. It is bituminous coal 44 with low mine gas emission rate and coal spontaneous combustion tendency, and its a coal seam liable to explosion. The available project is vertical shaft development with two mining levels and the extension of inclined shaft go to -700m. Main roadway makes use of belt conveyor to transport coal resource, and mine car to be assistant transport. Designed first mining district makes use of the method of preparation in mining area, which uses fully-mechanized coal mining technology, and fully caving method to deal with goaf. The way of mine ventilation is centralized juxtapose ventilation.At the easy time of mine ventilation, the total air quantity is 4608 m3 per minute, the total mine ventilation resistance is 2096 Pa, the coefficient of resistance is 0.355 Ns2/m8, equivalent orifice is 2.03 m2. At the difficult time of mine ventilation, the total air quantity is about 4608 m3 per minute, the total mine ventilation resistance is 2746 Pa, the coefficient of resistance is 0.465 Ns2/m8, equivalent orifice is 1.77 m2. Keywords：shaft; up-dip and down-dip minging; large mining height; centralized juxtapose ventilation. 河北理工大学 毕业设计目录 III 目录 1 矿区概述及井田地质特征.1 1.1 矿区概述.1 1.2 井田地质特征.2 1.3 煤层特征.4 2 井田境界和储量.7 2.1 井田境界.7 2.2 矿井工业储量 7 2.3 矿井可采储量.8 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限.14 3.1 矿井工作制度.14 3.2 矿井设计生产能力及服务年限.14 4 井田开拓.16 4.1 井田开拓的基本问题.16 4.2 矿井基本巷道 24 5 准备方式采区巷道布置.34 5.1 煤层地质特征.34 5.2 采区巷道布置及生产系统.34 5.3 采区车场选型设计.38 6 采煤方法.41 6.1 采煤工艺方式.41 6.2 回采巷道布置.49 7 井下运输.52 7.1 概述.52 7.2 采区运输设备选择.53 7.3 大巷运输设备选择.55 8 矿井提升.57 8.1 概述.57 8.2 主副井提升.57 9 矿井通风及安全.62 河北理工大学 毕业设计目录 IV 9.1 矿井通风系统选择.62 9.2 采区及全矿所需风量 64 9.3 矿井通风总阻力计算.68 9.4 选择矿井通风设备.76 9.5 防止特殊灾害的安全措施.80 10 矿井基本技术经济指.82 参考文献.84 谢 辞.85 河北理工大学 毕业设计说明书 1 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 交通地理位置交通地理位置 张双楼煤矿位于徐州市西北，距徐州市约 79km，在江苏沛县安国镇境内，东距大 屯煤电公司 6.5km，南距沛县城 16.5km，东有沛屯铁路和陇海线相连，矿区的徐沛公 路北上山东，南达上海，交通甚为便利。 矿区（居民点）现状由张双楼、陈庄、高庄、梅庙、梅海子、油坊口、袁庄七个 自然村组成，居住总人口 3461 人，910 户。交通位置如图 1-1。 1.1.2 地形地貌和水文情况地形地貌和水文情况 本井田地表属黄泛冲积平原，地面平坦，地面标高+35+39m，地势西高东低，地 表水系不发育，区内东缘微山湖，有徐沛河，南有丰沛河经京杭大运河注入微山湖。 1.1.3 矿区经济状况矿区经济状况 矿区工业发展迅速，已形成铸造、酿酒、缫丝、纺织、塑编、木材加工、机械制 造等八大工业体系，工业产品 100 余种。张双楼工业园区，形成了板皮加工、塑料编 成武 单县 金乡 山山 虞城 艾邑 砀山 萧县 徐州 邳县 大运河 枣庄 滕州 皇台 丰县 大屯 沛 县 微 山 湖 邵 阳 湖 张张双双楼楼矿矿 东东省省 河河 南南 省省 安安 徽徽 省省 江江 苏苏 省省 铁 路 湖 泊 公 路 省 界 河 流 城(县)市徐州 张双楼矿井交通位置图 图图 1-1 张双楼矿井交通位置图张双楼矿井交通位置图 河北理工大学 毕业设计说明书 2 织、铸造加工、机械制造四大主导产业。矿区农副产品资源丰富，有优质小麦、 “无公 害水稻” 、 “高蛋白玉米”等粮食作物 7.4 万亩，芸豆 5000 亩，黄皮洋葱 1000 亩、脱毒 土豆 1000 亩、东北毛茄 1000 亩、越冬甘兰 1000 亩、大沙河无籽西瓜 14000 亩、优质 红富干苹果 4000 亩、桑园 5000 亩。有年出栏 300 万羽的肉鸭养殖基地、年出栏 150 万羽的合同鸡养殖基地、有大型的波尔山羊养殖基地。 1.1.4 矿区电力供应矿区电力供应 矿井 110kV 主电源引自沛县 220kV 变电站，备用电源引自大屯 110kV 变电站，由 110kV 线路送至距矿井 110kV 变电站。 1.1.5 矿区的气候条件矿区的气候条件 本区属南温带黄淮区，气象具有长江流域的过渡性质，接近北方气候特点，冬季 寒冷干燥，夏季炎热多雨，春季有干旱及寒潮、霜冻等自然灾害，但四季分明，气候 温和。 降水量：年平均降水量 811.7mm，最大年降水量 1178.9mm，最小年降水量 550mm，降水多集中于 7、8、9 月份，占全年降水量的 5070%，1、2、3 月份为枯水 季节。 蒸发量：年平均蒸发量 1873.5mm，年最小蒸发量 1273.9mm。 气 温：年平均气温 13.8 ，最高气温 40.7 ，最低气温-21.3 。 1.1.6 地震地震 自公元 462 年以来，根据不完全统计，本区共记载有感地震 30 余次，其中影响较 大的有 1968 年 7 月 25 日山东莒县郯城 8.5 级地震，1937 年 8 月 1 日山东菏泽 7 级地 震等。 本区属于华北地震区，据郯庐断裂 100 余公里，该断裂为一长期活动的断裂带， 亦为强地震带，郯城至新沂一带具有发生强地震的地质构造背景。 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田的地形，井田的勘探程度井田的地形，井田的勘探程度 本区位于华北陆台之东南部，在大地构造上处于鲁西穹折带（鲁西台凸）的西侧， 河北理工大学 毕业设计说明书 3 与徐蚌凹折带（徐州台凹）相邻。区内地形平坦，出露地层极少，仅在局部地区有前 震旦系、寒武系、奥陶系等地层零星出露。 区域地层在前震旦纪的结晶基底上沉积了震旦系、寒武系、奥陶系、石炭二迭系、 侏罗白垩系及新生代地层。 在区域构造上位于两个不同的构造单元联结处（鲁西穹折带与徐蚌凹折带之间） ， 油脂半暗淡光泽、性脆易碎 1：500 古 生 界 二 迭 系 下 统 10.32 10.66 11.58 0.13 8.57 4.55 5.00 4.19 24.69 0.5 7.31 8.25 4.91 12.36 泥岩 砂泥岩 细泥岩 砂泥岩 煤 细泥岩 砂泥岩 煤 砂泥岩 细泥岩 煤 砂泥岩 细泥岩 砂泥岩 6号煤 7号煤 9号煤 岩性简述岩石名称 标志 层及 煤层 编号 柱状图层厚 组统系界 地层单位 山 西 组 (m) 灰至灰黑色、遇水变软 灰黑色、块状、泥质胶结 图图 1-2 综合地质柱状图综合地质柱状图 河北理工大学 毕业设计说明书 4 前者以一系列接近经向和纬向的断裂为主，间有宽缓的短轴褶皱，后者以一系列北东 向的紧密向斜、背斜相间而成。 本区的岩浆岩活动自老至新大致分为三期：即吕梁期花岗岩、燕山期中基性岩侵 入以及喜马拉雅期的玄武岩流，在煤系中以燕山期侵入体为主。综合地质柱状图如图 1-2。 1.2.2 井田的地质构造、最主要的地质变动井田的地质构造、最主要的地质变动 井田内地层走向、倾向、倾角，褶曲、断层的总体发育规律等方面如下：区内呈 单斜构造，局部发育有次级背向斜，地层倾角变化不大，大致有一条正断层，局部遭 受岩浆侵入的影响，属中等。 本区地层属华北型，煤系地层为石炭、二迭系，均为第四系或侏罗-白垩系所覆盖。 区内揭露的地层有奥陶系下统肖县组（未揭穿） 、马家沟组，奥陶系中统阁庄组、八陡 组，石炭系中统本溪组，石炭系上统太原组，二迭系下统山西组和下石盒子组，二迭 系上统上石盒子组，侏罗-白垩系，第四系。 构造：张双楼井田是一个完整的地质构造单元，为一倾向 NW，走向略有变化的 单斜构造，地层倾角一般在 712。 张双楼井田隶属于丰沛煤田，地质构造特征受区域构造运动所控制，丰沛煤田构 造特征（模式）是在特定环境中，由不同时期、不同方向张力的相继作用，造成他们 即继承又转化，即断陷又隆升的伸展构造格局。F1 正断层，走向近 EW 向，倾向 NS，倾角 4560，落差 4060m，延展 9800m，西部落差较大 60m，而东部落差较小 40m，被 F1 断层切割，控制可靠。 1.2.3 井田的水文地质特征井田的水文地质特征 张双楼地区基岩含水层，包括煤系地层含水层和奥陶系灰岩水层均有隐伏露头， 即为第四系地层直接覆盖。虽然各含水层是来自大气降水入渗，且第四系第一段砂岩 层含水量较大，但第四系下部有一层厚达 14.4m 的粘土隔水层段，底砾层多为砂泥质 充填，含水性小，故其顶部可视为弱水边界。 矿井的历年涌水量的变化范围为 20340m3/h，水文地质属于简单型，全井田最大 涌水量为 340m3/h，正常涌水量为 320m3/h。 河北理工大学 毕业设计说明书 5 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层埋藏条件煤层埋藏条件 走向：东西走向。倾向：北偏西。倾角及其变化：712。煤层的露头深度：- 211m。风化带深度：-218m。 1.3.2 煤层群的层数煤层群的层数 本区主要含煤地层为石炭二迭系，其中：石炭系太原组（C3t） 、二迭系山西组 （P11） ，总厚度 272m，含煤 16 层，平均累计厚度 9.30m，含煤系数 3.40%。含主要可 采煤层 1 层，平均总厚度 5.0m。 1.3.3 煤层的围岩性质煤层的围岩性质 7 煤顶板多为泥岩、砂泥岩，底板多为灰色粉砂岩。煤层顶底板具体情况见表 1- 1。 表表 1-1 煤层顶底板情况一览表煤层顶底板情况一览表 顶底板 名称 岩石 名称 厚度(m)特性描述 基本顶细砂岩8.57浅灰浅灰白色，有厚脉栉羊齿化石。 直接顶砂泥岩4.55灰色，含长椭圆形楔叶化石。 直接底砂泥岩4.19深灰色，含少量动物化石及黄铁矿，偶夹钙质透镜体。 基本底细砂岩24.69灰白色，致密坚硬，以石英长石为主，钙质胶结，斜层理为主。 1.3.4 煤的特征煤的特征 本区 7 煤呈油脂半暗淡光泽，鳞片状及厚薄不等的条带状结构，硬度 IIIII，内 生裂隙发育，性脆易碎，为光亮半暗型煤。7 煤容重测定值 1.311.55，煤矿采用 1.42。煤质稳定，各主要指标变化很小，为中变质程度的气肥煤。可作为电力、船舶、 锅炉用煤及其它工业用煤，并且可作为良好的炼焦配煤。煤层具体特征见表 1-2、1- 3。 表表 1-2 煤层特征表煤层特征表 煤 层 厚 度4.85.2 m，加权平均厚度为 5.0 m，为厚煤层 煤 层 倾 角712，平均 8.9，为缓倾斜煤层 煤层硬度系数f2.3 表表 1-3 主要煤质指标分级一览表主要煤质指标分级一览表 河北理工大学 毕业设计说明书 6 原煤灰分 煤层精煤挥发份 Ad熔融性 原煤含硫原煤发热量粘结性数码 738.15中灰高难溶特低中高中等44 瓦斯：区内先后共采集了 10 个瓦斯钻孔，瓦斯含量测定成果见表 1-4 和表 1-5。 全矿井相对瓦斯涌出量 0.77m3/(td)，绝对瓦斯涌出量 1.84m3/min，按照煤矿安 全规程规定，日产一吨煤瓦斯涌出量在 10m3以下的矿井为低瓦斯矿井，本矿为低瓦 斯矿井。 煤尘：本区综采，机掘的最大最小煤尘浓度和平均浓度为 337.8mg/m3、136.8mg/m3、189.4mg/m3，煤尘爆炸性指数在 43%左右，均属于有煤尘 爆炸危险性煤层。 表表 1-4 可采煤层钻孔瓦斯含量测定成果统计表可采煤层钻孔瓦斯含量测定成果统计表 煤层CH4(m3/g)C02(m3/g)N2(m3/g)C2H6(m3/g)备注 70.1 0.1691.74 0.507(7) 0.01 表表 1-5 可采煤层钻孔瓦斯自然成分统计表可采煤层钻孔瓦斯自然成分统计表 煤层CH4(%)C02(%)N2(%)C2H6(%)备注 7 2.941.74 4.11(2) 10.650.45 26.21(8) 44.2889.35 72.75(8) 0.05 煤的自燃倾向：区内共采取 5 个煤层自燃倾向试验样本，煤层自燃倾向试验成果 见表 1-6。 表表 1-6 煤层自燃倾向试验成果表煤层自燃倾向试验成果表 煤层采样点数T1T2T3T(1-3)煤的自燃倾向系数 75 336370 346(5) 327343 332(5) 319339 327(5) 944 20(5) 不易自燃 井田内煤层的自燃发火期一般为 36 个月，为不易自燃煤层。 地温：井田内在地面进行了 10 个地质钻孔的测温工作，其中近似稳态测温孔 2 个， 其它均为简易测温孔。地温梯度及相同深度岩温对比见表 1-7。 表表 1-7 地温梯度及相同深度岩温对比表地温梯度及相同深度岩温对比表 深度 -300 m 地温 () -500 m 地温 () -800 m 地温 () -1000 m 地温 () 地温梯度( /100 m) 地温率 (m/) 变化范围21.823.524.025.727.429.129.631.32.252.8136.644.3 平均23.024.828.130.81.1239.8 河北理工大学 毕业设计说明书 7 2 井田境界和储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田范围井田范围 东部边界：东起 F1 大断层；西部边界：由第 1 勘探线控制；南部边界：由第 9 勘 探线控制；北部边界：北到-800m 水平 7 煤层底板等高线。 2.1.2 开采界限开采界限 井田内含煤地层为上石炭统太原群及下二叠统山西组，总厚 123.38m，含煤 4 层。 可采煤层 1 层，为 7 号煤层。矿井设计只针对 7 号煤层。 开采上限：7 号煤层以上无可采煤层。下部边界：7 号煤层以下无可采煤层。 2.1.3 井田尺寸井田尺寸 井田的走向最大长度为 8.234km，最小长度为 8.229km，平均长度为 8.231km。井 田倾斜方向的最大长度为 3.976km，最小长度为 3.782km，平均长度为 3.879km。煤层 的倾角最大为 12，最小为 7，平均为 8.9。井田的水平面积按下式计算： S=HL （2- 1） 式中： S井田的水平面积，m2； H井田的平均水平宽度，m； L井田的平均走向长度，m。 井田的水平面积为： S=8.2313.879=31.93 (km2) 井田赋存状况示意图如图 2-1。 2.2 矿井工业储量 2.2.1 井田地质勘探井田地质勘探 井田南部钻孔分布均匀，地质勘探类型为精查，北部的东半部分钻孔分布均匀， 为详细勘探区，西半部钻孔较少，为普查区。 河北理工大学 毕业设计说明书 8 井田内断层南部以及断层北部东大半部分属 111b-1 级储量，断层附近及露头附近 属 122b 级储量，其它区域为 111b-2 级储量。高级储量占94.15%，符合煤炭工业设计规 范要求。7 号煤层最小可采厚度为 4.8m，最大可采厚度为 5.2m，平均 5.0m。 2.2.2 工业储量计算工业储量计算 根据地质勘探情况，将矿体划分为 11 个块段，在各块段范围内，用算术平均法求 得每个块段的储量，煤层总储量即为各块段储量之和。块段划分如图 2-2。各块储量计 算见表 2-1。 2.3 矿井可采储量 2.3.1 安全煤柱留设原则安全煤柱留设原则 1工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村 庄不留设保护煤柱； 2各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定。用岩层移动角确定工业场地、村庄 煤柱。岩层移动角为 75，表土层移动角为 40； 3维护带宽度：风井场地 20m，其它 15m； 4断层煤柱宽度 50m，井田境界煤柱宽度为 20m； 表表 2-1 井田块段储量计算表井田块段储量计算表 块段标号等级倾角()平均厚度(m)容重(t/m3)面积(m2)储量(Mt) K18.555.01.424021256.428.5509 K210.015.01.423013260.321.3941 K37.805.01.422928132.020.7897 K47.525.01.423052104.021.6699 K510.015.01.425016389.435.6164 K6 111b-1 8.555.01.424399694.031.2378 K78.955.01.423473213.424.6598 K8 111b-2 8.245.01.424155325.429.5028 K99.415.01.42226080.11.6052 K107.765.01.42820901.85.8284 K11 122b 11.295.01.42821692.25.8340 总面积31928049.0 总储量226.6891 河北理工大学 毕业设计说明书 9 -800 -800 -750 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -350 -300 -250 -700 -650 -600 -550 -500 -500 -450 -400 -350 -300 -750 -700 -650 -600 -550 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -350 I -800 -350 -400 -450 -500 -550 -600 -650 -700 -750 -800 图图 2-1 井田赋存状况图井田赋存状况图 河北理工大学 毕业设计说明书 10 2.3.2 矿井永久保护煤柱损失量矿井永久保护煤柱损失量 1井田边界保护煤柱 井田边界保护煤柱留设 40m 宽，则井田边界保护煤柱损失量为 3.440Mt。 2断层保护煤柱 断层 F1 煤柱留设 50m 宽，则断层保护煤柱损失量为：4.003Mt。 3工业广场保护煤柱 本矿井设计生产能力为 1.80Mt/a，取工业广场的尺寸为 400m500m 的长方形。工 业广场所在位置煤层倾角为 8.9，其中心处埋藏深度为-450m，该处表土层厚度为 70m，主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按级保护留维护带， 宽度为 15 m。本矿井的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表 2-2。 表表 2-2 岩层移动角岩层移动角 广场中心深度(m) 煤层倾角 () 煤层厚度(m) 冲积层厚度 (m) ()()()() -4508.95.07040757568 n -300 -400 -500 -600 -220 -32 m mn q k qk a d c b a(q) q k q k d(k) b(q) c(k) +38 I I II II -550-500-450-600-650 I-III-II 图图 2-3 工业广场保护煤柱工业广场保护煤柱 河北理工大学 毕业设计说明书 11 -800 -800 -750 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -350 -300 -250 -700 -650 -600 -550 -500 -500 -450 -400 -350 -300 -750 -700 -650 -600 -550 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -750 -700 -650 -600 -550 -500 -450 -400 -350 I -800 -350 -400 -450 -500 -550 -600 -650 -700 -750 -800 k1 k2 k3 k4 k5 k6 k7 k8 k9 k10 k11 图图 2-2 井田块段划分图井田块段划分图 由此根据上述已知条件，画出如图 2-3 所示的工业广场保护煤柱的尺寸：由图可 河北理工大学 毕业设计说明书 12 得出保护煤柱的尺寸为： S=(上宽+下宽)高/(2cos8.9) (2-2) =(1051+984)868/(2cos8.9) =0.893953 (km2) 则工业广场的保护煤柱量为： Zi=SMR (2-3) 式中：Zi工业广场煤柱量，Mt； M煤层平均厚度，m； S工业广场压煤面，0.894 km2。 Zi8939535.01.42=6.3471 (Mt) 4井筒保护煤柱 主、副井井筒保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内故井筒保护煤柱损失量为 0。风 井布置在工业广场中心，煤柱损失为 0。 表表 2-3 保护煤柱损失量保护煤柱损失量 煤 柱 类 型储量(Mt) 井田边界保护煤柱3.440 断层保护煤柱4.0033 工业广场保护煤柱6.3471 井筒保护煤柱0 合 计13.7896 2.3.3 矿井可采储量矿井可采储量 矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算： Zk=(Zg-P)C （2- 4） 式中：Zk矿井可采储量，Mt； P保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断层等留设的 永久保护煤柱损失量，Mt； C采区采出率，厚煤层不小于 0.75；中厚煤层不小于 0.8；薄煤层不小于 0.85；地方小煤矿不小于 0.7。 Zk =(226.6891-18.0121)0.8=172.5278(Mt) 河北理工大学 毕业设计说明书 13 矿井储量汇总表见表 2-4。 表表 2-4 矿井储量汇总表矿井储量汇总表 工业储量（Mt） 煤层 111b-1111b-2122b 111b/（111b+122b ） 永久煤柱损 失(Mt) 设计开采损 失（Mt） 矿井设计储 量（Mt） 设计可采储 量（Mt） 7161.2054.8213.4394.15%13.7943.17215.66172.53 河北理工大学 毕业设计说明书 14 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 3.1 矿井工作制度 根据煤炭工业矿井设计规范规定，确定矿井设计年工作日为 330d，工作制度 采用“三八制” ，每天三班作业，二班生产，一班准备，每班工作 8h。矿井每昼夜净提 升时间为 16h。 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 3.2.1 矿井设计生产能力矿井设计生产能力 张双楼井田储量丰富，煤层赋存稳定，顶底板条件好，断层褶曲少，倾角小，厚 度变化不大，开采条件较简单，技术装备先进，经济效益好，煤质为优质气肥煤，交 通运输便利，市场需求量大，宜建大型矿井。 确定张双楼矿井设计生产能力为 1.8Mt/a。 3.2.2 矿井服务年限矿井服务年限 矿井服务年限必须与井型相适应。 矿井可采储量 Zk、设计生产能力 A 矿井服务年限 T 三者之间的关系为： T=Zk/(AK) （3- 1） 式中：T矿井服务年限，a； Zk矿井可采储量，Mt； A设计生产能力，Mt； K矿井储量备用系数，取 1.3。 则矿井服务年限为： T=172.53/(1.81.3)=73.7(a) 符合煤炭工业矿井设计规范要求。 第一水平矿井保护煤柱损失见表 2-3。第一水平工业储量为 101.0540Mt，所以第一 水平服务年限为： 1 T =(101.054-10.0027)0.8/(1.31.8)=31.3 (a) 1 T 河北理工大学 毕业设计说明书 15 符合煤炭工业矿井设计规范要求。 3.2.4 井型校核井型校核 按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因素对井型进 行校核： 1煤层开采能力 井田内 7 煤平均厚度 5.0m，为厚煤层，赋存稳定，厚度变化不大。根据现代化矿 井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个大采高工作面保产。 2辅助生产环节的能力校核 矿井设计为大型矿井，主立井采用箕斗运煤，副立井采用罐笼辅助运输，运煤能 力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤经平巷胶带输送机 到大巷胶带输送机运到井底煤仓，再经主立井提升至地面，运输能力大，自动化程度 高。副井运输采用罐笼提升、下放物料，能满足大型设备的下放与提升。大巷辅助运 输采用架线电机车运输，运输能力大，调度方便灵活。 3通风安全条件的校核 矿井煤尘具有爆炸危险性，瓦斯涌出量小，属低瓦斯矿井。矿井采用中央并列式 通风，可以满足通风需要。 4矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，保证有足够的服务年限， 满足煤炭工业矿井设计规范要求。 河北理工大学 毕业设计说明书 16 4 井田开拓 4.1 井田开拓的基本问题井田开拓的基本问题 井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体， 建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用于开拓的井下巷道 的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式，需要对技 术可行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。 确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面 比较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则： 1贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造条件。 在保证生产可靠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，做到合理集中生产。 3合理开发国家资源，减少煤炭损失。 4必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电系统， 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、综掘机械化、自动化创造条件。 4.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标确定井筒形式、数目、位置及坐标 井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立 井最复杂。 平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、 丘陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分储量大致能满足同类井 型水平服务年限要求。 斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度 快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比 立井简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶 带输送机有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安 河北理工大学 毕业设计说明书 17 全出口，井下一旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长、 辅助提升能力小，提升深度有限；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过 富含水层、流沙层施工技术复杂。 立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深相 同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒 断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开 拓极为有利；当表土层为富含水层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构 造和煤层产状均特别复杂的井田，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立 井井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速 度慢，基本建设投资大。 本矿井煤层倾角小，平均 8.9，为缓倾斜煤层；水文地质情况比较简单，涌水量 小；地势平坦，只能采用立井开拓。 4.1.2 工业场地的位置工业场地的位置 工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田中部。 工业场地的形状和面积：根据工业场地占地面积规定，0.61.1 公顷/10 万 t，确定 地面工业场地的占地面积为 20 公顷，形状为矩形，长边平行于井田走向，长为 500m，宽为 400m。 4.1.3 开采水平的确定及采采区划分开采水平的确定及采采区划分 本矿井煤层露头标高为-211m，煤层埋藏最深处达-800m，垂直高度达 589m，根据 煤炭工业矿井设计规范规定，缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高为 200350m，因此必 须采用多水平开采，由于本矿被井田中央走向大断层划分为南北两部分，其中任何一 部分均不能划分为两个阶段，结合阶段斜长考虑，决定本井田划分为两个水平，阶段 垂高在 200300m 之间变化。 井田主采煤层为 7 煤层，7 号煤层平缓，倾角为 712，平均为 8.9，为缓倾斜煤 层，一水平由于断层影响，并且煤层褶皱比较大，大巷布置困难，若采用带区开采需 设置辅助水平，生产系统复杂，因此选择采用采区准备方式。二水平经过经济比较后 再确定开采方式。 河北理工大学 毕业设计说明书 18 4.1.4 矿井开拓延伸及深部开拓方案矿井开拓延伸及深部开拓方案 本矿井开拓延伸可考虑以下二种方案：双立井延伸；双暗斜井延伸。 双立井延伸：采用双立井延伸时可充分利用原有的各种设备和设施，提升系统单 一，转运环节少，经营费低，管理较方便。但采用这种方法延伸时，原有井筒同时担 任生产和延伸任务，施工与生产相互干扰，立井接井时技术难度大，矿井将短期停产； 延伸两个井筒施工组织复杂，为延伸井筒需要掘进一些临时工程，延伸后提升长度增 加，能力下降，可能需要更换提升设备。 暗斜井延伸：采用两个暗斜井延伸时，暗斜井立井内铺设胶带输送机，系统较简 单且运输能力大，可充分利用原有井筒能力，同时生产和延伸相互干扰少。其缺点是 增加了提升、运输环节和设备，通风系统较复杂。 4.1.5 开采顺序开采顺序 本井田开采顺序为先开采第一水平，再开采第二水平； 采区内回采顺序：采用后退式，即由采区边界向采区上山推进。 4.1.6 方案比较方案比较 1提出方案 根据以上分析，现提出以下四种在技术上可行的开拓方案，分述如下： 方案一：立井两水平开采，暗斜井延伸至-700m 水平，岩石大巷，如图 4-1。 方案二：立井两水平开采，立井延伸至-700m 水平，岩石大巷，如图 4-1。 方案三：立井两水平开采，暗斜井延伸至-820m 水平，岩石大巷，如图 4-1。 方案四：立井两水平开采，立井延伸至-820m 水平，岩石大巷，如图 4-1。 所提四个方案水平数目均相同，区别在于井筒延伸形式和工作面布置以及由此及 起的部分基建、生产费用不同。 2经济比较 方案有差别的建井工程量、生产经营工程量、基建费、生产经营费和经济比较结 果，分别计算汇总于下列表中：见表 4-1、表 4-2、表 4-3、表 4-4、表 4-5 和表 4-6。 方案 1 与方案 2 的区别在于二水平延伸是暗斜井延伸还是立井延伸，两方案生产 系统都比较简单可靠，相同的立井开凿和井底车场开凿费用没有比较。比较结果是方 案 1 在经济上优势十分明显，并且方案 1 是暗斜井延伸，不干扰现行矿井的正常生产， 河北理工大学 毕业设计说明书 19 因此选择方案 1。 方案 3 与方案 4 的区别也仅在于二水平延伸是暗斜井延伸还是立井延伸，两方案 生产系统都比较简单可靠，相同的立井开凿和井底车场开凿费用没有比较。比较结果 是方案 3 在经济上优势十分明显，因此选择方案 3。 方案 1 和方案 3 比较，方案 1 和方案 3 的初期建井费用相同，但方案 3 的基建费 用和生产经营费用分别比方案 1 高出 11.4%和 6.3%，总费用也比方案 1 高出 6.8%，方 案 3 第二水平采用带区布置，生产系统简单，投产快。并且向下俯采，适合本井田的 大采高开采，但斜井运输和石门运输折返费用比较高，带区开采的优势不明显，经过 经济比较后，并且结合本矿的实际条件，选择方案 1。 在上述经济比较中需要说明以下几点： (1) 两方案中，第一水平的大巷布置及工作面划分完全一致，因此由此产生的基建 费用和生产经营费用相同，在所有四个方案中均不比较第一水平的各种费用，只比较 第二水平。 (2) 方案 1、3 的区别仅在于方案 1 通过暗斜井延伸至-700m 水平，第二水平采用 采区上下山开采，方案 3 通过暗斜井延伸至-820m 水平，第二水平采用带区开采。因 方案 1 和方案 3 的井底车场、石门、运输轨道大巷均布置在坚硬的岩层中， ；至于方案 3 回风大巷，布置在煤层中，但仅承担回风作用，不用作辅助运输，维护费用低，也不 比较。 (3) 立井、大巷、石门及采区上下山的辅助运输费用均按占运输费用的 20%进行估 算。 综上所述：综合经济、技术和安全三方面的考虑，方案 1 是最优方案，即该设计宜 选用立井开拓一水平，暗斜井延伸开拓二水平的开采方案。 本矿采用立井两水平开采，暗斜井延伸至-700m 水平，大巷均为岩巷，且平行布 置。全矿第一水平和第二水平开采均采用采区准备方式，并且采区为两翼布置。大巷 布置和各采区分布位置见矿井开拓平面图。 图图 4-1 开拓方案图开拓方案图 方案1：立井两水平开采，暗斜井延伸至-700 m水平，岩石大巷 方案2：立井两水平开采，立井延伸至-700 m水平，岩石大巷 方案3：立井两水平开采，暗斜井延伸至-820 m水平，岩石大巷 方案4：立井两水平开采，立井延伸至-820 m水平，岩石大巷 -150 -250 -350 -450 -550 -650 -750 -850 -50 +38 -150 -250 -350 -450 -550 -650 -750 -850 -50 +38 -150 -250 -350 -450 -550 -650 -750 -850 -50 +38 -150 -250 -350 -450 -550 -650 -750 -850 -50 +38 -150 -250 -350 -450 -550 -650 -750 -850 -50 +38 -150 -250 -350 -450 -550 -650 -750 -850 -50 +38 -150 -250 -350 -450 -550 -650 -750 -850 -50 +38 -150 -250 -350 -450 -550 -650 -750 -850 -50 +38 -450 -700 -700 -450 -450 -820 -820 -450 河北理工大学 毕业设计说明书 20 表表 4-1 各方案粗略估算费用表各方案粗略估算费用表(单位：万元单位：万元) 方案一方案二 暗斜井 开凿 966105010-4 966115010-4 101.43 111.09 立井 开凿 2250300010-4150.00 石门283680010-4133.76石门2177880010-4284.48 井底车场80090010-472.00井底车场100090010-490.00 基 建 费 用 小计418.28小计524.48 立井 提升 1.215650.775 0.4880.85 7790.33 立井 提升 1.215650.775 0.7380.85 11281.28 暗斜 井提升 1.29059.6 0.9660.48 5040.91 暗斜 井提升 00 石门 运输 1.29059.6 0.8360.381 3462.75 石门 运输 1.29059.6 1.7780.381 7364.56 排水 3402436526.8 0.152510-4 1217.27排水 3402436526.8 0.152510-4 1217.27 生 产 费 用 小计17511.26小计19863.11 费用(万元)17929.54费用(万元)20387.59合 计百分率100.0%百分率113.7% 方案三方案四 暗斜 井开凿 1430105010-4 1430115010-4 150.15 164.45 立井 开凿 2370300010-4220.00 石门2121480010-4194.24石门2264380010-4422.88 斜井车场80090010-472.00立井车场100090010-490.00 基 建 费 用 小计580.84小计732.88 立井提升 1.215650.775 0.4880.85 7790.33 立井 提升 1.215650.775 0.8580.85 13696.93 暗斜井提升 1.29059.6 1.430.48 7462.21 斜井 提升 00 石门 运输 1.29059.6 1.2140.381 5028.45 石门 运输 1.29059.6 2.6430.381 9347.44 排水 3402436526.8 0.152510-4 1217.27排水 3402436526.8 0.152510-4 1217.27 生 产 费 用 小计21498.26小计24361.64 费用(万元)22079.10费用(万元)25194.52合 计百分率100.0%百分率114.1% 河北理工大学 毕业设计说明书 21 表表 4-2 建井工程量建井工程量 (单位：单位：m) 项目方案一方案三 主井井筒488+30488+30 副井井筒488+15488+15 井底车场10001000 初期 运输轨道大巷2163621636 斜井井筒296621430 井底车场800800 主石门283621214 回风大巷08067 运输轨道大巷2(1864+4093)2(1864+8150) 东部双翼采区上下山221630 西部双翼采区上下山220760 后期 采区车场2110100 表表 4-4 建井费用表建井费用表 方案一方案三 项目 工程量(m)单价(元/m)费用(万元) 工程量(m)单价(元/m)费用(万元) 主井井筒5183000155.