采矿学毕业设计井田开拓

4 井田开拓4.1 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。井田开拓具体有下列几个问题需要确定：（1）确定井筒的形式、数目和配合，合理选择井筒及工业广场的位置；（2）合理确定开采水平的数目和位置；（3）布置大巷及井底车场；（4）确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；（5）进行矿井开拓延深、深部开拓和技术改造；（6）合理确定矿井通风、运输及供电系统。开拓问题解决的好坏，关系到整个矿井生产的长远利益，关系到矿井的基建工程量、初期投资和建设速度，从而影响矿井经济效益。因此，在确定开拓方式是要遵循以下原则：（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）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的状态。（5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，应为采用新技术、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，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。4.1.1 确定井筒形式、数目、位置（1）井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井，各井筒形式优缺点比较及适用条件见表 4-1-1。表 4-1-1 各井筒形式优缺点比较及适用条件井筒形式 优点 缺点 适用条件平硐环节和设备少、系统简单、费用低工业设施简单井巷工程量少，省去排水设备，大大减少了排水费用施工条件好，掘进速度快，加快建井工期煤炭损失少。受地形影响特别大 有足够储量的山岭地带斜井与立井相比：井筒施工工艺、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、井底车场简单、延伸方便主提升胶带化有相当大提升能力，能满足特大型矿井的提升需要斜井井筒可作为安全出口。与立井相比：井筒长，辅助提升能力小，提升深度有限通风线路长、阻力大、管线长度大斜井井筒通过富含水层，流沙层施工复杂。井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质条件简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。立井不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地质等自然条件限制井筒短，提升速度快，对辅助提升特别有利当表土层为富含水层的冲积层或流沙层时，井筒容易施工井筒通风断面大，能满足高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井需风量的要求，风阻小，对深井开拓极为有利。井筒施工技术复杂，设备多，要求有较高的技术水平井筒装备复杂，掘进速度慢，基建投资大。对不利于平硐和斜井的地形地质条件都可考虑立井。本矿井埋深浅，煤层倾角小，平均 0.5，为近水平煤层，主采煤层 2-2#和 3-1#煤层埋深分别为-100m 和-250m，表土层厚大约 30m，适合用斜井开凿。 （2）井筒数目的确定本矿井煤层埋藏浅，表土层不含流沙层，地质条件好，瓦斯浓度低，涌水量 20m3/h，地压小，根据本矿井条件，设计矿井的主要布置如下：工业场地内布置主斜井、副斜井，在矿井西井田边界处布置西回风立井。主斜井主要承担矿井的煤炭提升及回风；副斜井主要担负人员、设备及材料等辅助提升和进风，西回风井作为矿井后期采煤通风的回风井，贯穿两个可采煤层。（3）井筒位置的确定本设计在选择井口位置时主要依据以下原则：工业场地应尽量靠近地质构造简单、块段完整且储量丰富的块段，以利于首采盘区位置选择和首采工作面布置，并尽量减少初期工程量，减少投资，缩短建井工期；工业场地尽量避开村庄、道路、沟渠等；井筒、井底车场尽量避开断层、陷落柱等构造带；井底车场巷道特别是主要硐室的岩性要好；场地尽量少压煤，特别是少压开采条件较好的煤；井位的确定兼顾分区划分的合理性；工业场地尽量布置在开阔地带，并尽量靠近已有的公路及铁路，尽量减少铁路、公路、供电线路的长度，以降低工程造价；井田两翼储量基本平衡。基于上述原则，结合本矿井实际地质资料，本设计将主斜井井口定于矿井北边界断层处。该处表土层厚度约 30m，地面平坦。该方案的主要优点如下：1）工业场地所在处地面平坦，可降低投资、缩短建井工期;2）工业场地处煤层赋存条件较好;3）有利于减少矿井的保护煤柱压煤量；4）矿井采用盘区式开采，该工业场地的有利于减少三角煤，增加矿井的回采率。4.1.2 井田划分根据该井田的地质勘探资料，以及结合煤层的构造、煤层倾角、矿井的井田面积、整体分布情况，以及考虑到工业场地的位置，将井田沿断层划分为两个块段，从断层向西划分为一个盘区，采用下山式盘区开采，大巷向东跨过断层布置为一个盘区开采，整体上划分为两大盘区开采。4.1.3 主要开拓巷道该井田内共有可采煤层两层，为 2-2#煤层和 3-1#煤层，煤层赋存稳定，煤质较硬，平均倾角为 0.5，为近水平煤层，且煤层厚度变化稳定。考虑矿井采用两层煤分层布置两水平开采，2 -2#煤层为首开采煤层，服务年限为 36a，矿井平均埋深为 100m，地压小，故运输大巷和轨道运输大巷均布置在煤层中，大巷间距 40m。考虑到后期开采的回风问题，在井田西边界处布置一西回风立井，改善矿井通风问题。综上述，该矿井布置共一条胶带大巷、一条运输回风大巷。4.1.4 开拓方案比较（1）提出方案根据上述条件，结合矿井的实际情况，提出以下四种技术经济可行的开拓方案，具体如下所示：方案一：斜井双水平煤巷开拓。井田东、西两翼均采用盘区式布置，分为两个盘区开采，运输大巷、轨道大巷皆为煤层大巷，布置于 2-2#煤层中；前期通风采用中央并列式通风，后期开采时采用中央分列式通风，回风井布置于井田西部边界，如图 4-1-1 所示；图 4-1-1 斜井双水平煤巷开拓方案二：立井双水平煤巷开拓。矿井采用立井开拓，井田巷道布置，盘区布置方式均类似于方案一，如图 4-1-2 所示；+120m+1260m+130m+180m+140m+10m+106m+102m图 4-1-2 立井双水平煤巷开拓方案三：斜井单水平岩巷开拓。矿井采用斜井单水平开拓，水平布置于 3-1#煤层下方岩石中，运输大巷、轨道大巷均为岩石大巷；通风前期采用中央并列式，后期采用中央分列式，在井田西翼布置回风立井，贯穿 2-2#和 3-1#煤层，如图 4-1-3 所示；图 4-1-3 斜井单水平岩巷开拓方案四：斜井双水平岩巷开拓。矿井采用斜井两水平岩巷开拓，运输大巷、轨道大巷均布置于煤层底板岩层中，通风前期采用中央并列式，后期采用中央分列式，如图 4-1-4 所示。图 4-1-4 斜井双水平岩巷开拓（2）粗略经济比较以上四种方案中，方案一和方案二的差别主要在于井筒的布置方式，方案一采用斜井开拓，方案二采用立井开拓，经济差别主要在于井筒的的基建费用以及提升费用等；方案三和方案四的差别主要在于水平数目、联络巷道的工程量以及运输排水费用，各方案的经济费用如下列各表所示。+120m6+130m8+140m+106m2+120m+1260m+130m+180m+140m+10m+106m+102m+120m6+130m8+140m+106m2表 4-1-2 方案 1 斜井两水平开拓（煤巷）费用计算表项目 数量（10m） 基价（元） 费用（万元） 小计 （万元）表土段 10.88 47657.00 51.85 主斜井开凿 基岩段 79.82 55086.00 439.70 491.55 表土段 8.01 44201.00 35.40 副斜井开凿 基岩段 58.73 44298.00 260.15 295.55 井底车场 岩巷 200.00 28113.00 562.26 562.26 煤巷 744.60 9620.00 716.31 大巷开凿岩巷 90.00 28113.00 253.02 969.32 基建费用（万元）小计（万元） 2318.68 系数 煤量（万 t） 提升长度 （km） 基价（万元）斜井提升1.20 12372.00 0.91 0.42 5655.59 涌水量（m3/h） 时间（h）服务年限（a）基价（万元）排水20.00 8760.00 58.91 0.28 288.99 系数 煤量（万 t） 平均运距 （km） 基价（万元）大巷运输1.20 12372.00 2.95 0.35 15328.91 生产费用（万元）小计（万元） 21273.48 总计 费用（万元） 23592.16 表 4-1-3 方案 2 立井两水平开拓（煤巷）费用计算表项目 数量（10m ） 基价（元） 费用（万元） 小计（万元）表土段 3.00 132934.00 39.88 主井开凿基岩段 22.00 79907.00 175.80 215.68 表土段 3.00 180237.00 54.07 副井开凿基岩段 22.00 118700.00 261.14 315.21 井底车场 岩巷 200.00 28113.00 562.26 562.26 煤巷 744.60 9620.00 716.31 大巷开凿岩巷 90.00 28113.00 253.02 969.32 基建费用（万元）小计（万元） 2062.47 系数 煤量（万 t） 提升长度 （km） 基价（万元）立井提升1.20 12372.00 0.25 1.80 6680.88 涌水量（m3/h） 时间（h）服务年限（a）基价（万元）排水20.00 8760.00 58.91 0.28 288.99 系数 煤量（万 t） 平均运距 （km） 基价（万元）大巷运输1.20 12372.00 2.95 0.35 15328.91 生产费用（万元）小计（万元） 22298.78 总计 费用（万元） 24361.25 表 4-1-4 方案 3 斜井单水平开拓（岩巷）费用计算表项目 数量（10m） 基价（元） 费用（万元） 小计（万元）表土段 10.88 47657.00 51.85 主井开凿基岩段 79.82 55086.00 439.70 491.55 表土段 8.01 44201.00 35.41 副井开凿基岩段 58.73 44298.00 260.16 295.57 井底车场 岩巷 110.00 28113.00 309.24 309.24 煤巷 100.00 9620.00 96.20 大巷开凿岩巷 749.80 28113.00 2107.91 2204.11 基建费用（万元）小计（万元） 3300.47 系数 煤量（万 t） 提升长度 （km） 基价（万元）斜井提升1.20 12372.00 0.91 0.42 5674.29 涌水量（m3/h） 时间（h）服务年限（a）基价（万元）排水20.00 8760.00 58.91 0.28 288.99 系数 煤量（万 t） 平均运距 （km） 基价（万元）大巷运输1.20 12372.00 3.10 0.35 16108.34 生产费用（万元）小计（万元） 22071.63 总计 费用（万元） 25372.10 如上述各表所示，经过粗略的经济比较，方案一比方案二在经济上更可行，因此决定采用斜井开拓，排除方案二。方案三和方案四进行粗略经济比较，方案四较方案三经济，故排除方案三，采用岩巷两水平开拓，在对方案一和方案四进行详细经济比较。（3）详细经济比较方案三和方案四的详细经济比较如下表所示：表 4-1-5 方案 4 斜井两水平开拓（岩巷）费用计算表项目 数量（10m） 基价（元） 费用（万元） 小计（万 元）表土段 10.88 47657.00 51.85 主斜井开凿 基岩段 79.82 55086.00 439.70 491.55 表土段 8.01 44201.00 35.41 副斜井开凿 基岩段 58.73 44298.00 260.16 295.57 井底车场 岩巷 220.00 28113.00 618.49 618.49 煤巷 200.00 9620.00 192.40 大巷开凿岩巷 1359.60 28113.00 3822.24 4014.64 基建费用（万元）小计（万元） 5420.24 系数 煤量（万 t） 提升长度 （km） 基价（万元）1.20 7659.00 0.36 0.42 斜井提升1.20 4713.00 0.91 0.42 3551.22 涌水量（m3/h） 时间（h）服务年限（a）基价（万元）排水20.00 8760.00 58.91 0.28 288.99 系数 煤量（万 t） 平均运距 （km） 基价（万元）大巷运输1.20 12372.00 2.95 0.35 15328.91 生产费用（万元）小计（万元） 19169.12 总计 费用（万元） 24589.36 表 4-1-6 方案 1 斜井两水平开拓（煤巷）费用计算表项目 数量（10m） 基价（元） 费用（万元） 小计 （万元）表土段 10.88 47657.00 51.85 主斜井开凿基岩段 79.82 55086.00 439.70 491.55 表土段 8.01 44201.00 35.40 副斜井开凿基岩段 58.73 44298.00 260.15 295.55 井底车场 岩巷 200.00 28113.00 562.26 562.26 煤巷 744.60 9620.00 716.31 大巷开凿岩巷 90.00 28113.00 253.02 969.32 基建费用（万元）小计（万元） 2318.68 系数 煤量（万 t） 提升长度 （km） 基价（万元）斜井提升1.20 12372.00 0.91 0.42 5655.59 涌水量（m3/h） 时间（h）服务年限（ a）基价（万元）排水20.00 8760.00 58.91 0.28 288.99 系数 煤量（万 t） 平均运距 （km） 基价（万元）大巷运输1.20 12372.00 2.95 0.35 15328.91 系数 大巷总长度 大巷数量 基价（万元）大巷维护1.20 871.00 2.00 0.20 418.08 生产费用（万元）小计（万元） 22109.64 总计 费用（万元） 24428.32 表 4-1-7 方案 4 斜井两水平开拓（岩巷）费用计算表项目 数量（10m） 基价（元） 费用（万元） 小计 （万元）表土段 10.88 47657.00 51.85 主斜井开凿 基岩段 79.82 55086.00 439.70 491.55 表土段 8.01 44201.00 35.41 副斜井开凿 基岩段 58.73 44298.00 260.16 295.57 井底车场 岩巷 220.00 28113.00 618