采矿工程毕业设计（论文）-小康三矿1.8Mta新井设计【全套图纸】 .doc

中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 1 页 摘 要 本说明书为小康三矿 1.8mt/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 高产、高效、安全的现代化矿井。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。 关键词：立井开拓； 采煤方法； 矿井通风； 经济指标 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 2 页 abstract the manual is well-off three mines 1.8mt / a new well design specification, in the context of geological data collected by the instructor to give guidance and rational use of knowledge accumulated in peacetime and classroom, find relevant information and strive to design a high- yield, efficient and safe modern mine. through in-depth study of the geological data according to the coal seam occurrence conditions and china is now attainable level of coal mining technology, initially identified using the shaft development. the design specification from the mine development, mining, transport, ventilation, and enhance all aspects of the mining methods such as face were described in detail and the technical and economic comparison discusses the rationality of the design completed graduation all content design requirements. meanwhile specification requirements illustrations, designed to make content easier to understand and accept. in the design process, has been helping the majority of the teachers guidance and students, to express my gratitude. due to limited time and my ability to design, it is inevitable that mistakes and omissions, hope the teacher to give criticism. keywords: shaft explore; mining methods; mine ventilation; economic indicators 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 3 页 目 录 一般部分一般部分 1 矿区概述及井田特征矿区概述及井田特征.1 1.1 概述.1 1.1.1 井田位置及范围.1 1.1.2 自然地理.1 1.1.3 交通概况.1 1.2 井田地质特征.2 1.2.1 地层.2 1.2.2 含煤概况.4 1.2.3 水文地质.4 1.3 煤层及煤质特征.4 1.3.1 井田内煤层.4 1.3.2 煤质.5 1.3.3 煤层的含瓦斯性、自燃性、爆炸性.5 2 井田境界及储量井田境界及储量.6 2.1 井田境界.6 2.1.1 井田范围.6 2.1.2 边界煤柱留设.6 2.1.3 工业广场保护煤柱留设.6 2.1.4 边界的合理性.6 2.2 井田的储量.7 2.2.1 井田储量的计算原则.7 2.2.2 矿井工业储量.7 2.2.3 矿井煤柱损失.8 2.2.4 矿井的设计储量.8 2.2.5 矿井的设计可采储量.9 3 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度矿井的年产量、服务年限及一般工作制度.10 3.1 矿井工作制度.10 3.2 矿井的年产量及服务年限.10 3.2.1 矿井的年产量.10 3.2.2 矿井的服务年限.10 3.1.3 矿井产量变化的可能性.11 4 井田开拓井田开拓.12 4.1 开采水平的设计.12 4.1.1 开采水平的划分.12 4.1.2 设计水平储量及服务年限.13 4.1.3 设计水平的巷道布置.13 4.1.4 大巷的位置、数目、用途和规格.13 4.1.5 方案比较13 4.2 井筒形式、位置和数目的确定.18 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 4 页 4.2.1 井筒形式的确定.18 4.2.2 井筒位置及数目的确定.19 4.2.3 井底车场.22 5 带区巷道布置带区巷道布置.26 5.1 设计带区的地质概况及煤层特征.26 5.1.1 带区概况.26 5.1.2 煤层特征.26 5.2 带区划分及开采顺序.26 5.2.1 带区形式及尺寸的确定.26 5.2.2 生产系统26 5.2.3 确定带区各种巷道的掘进方法。.26 5.2.4 带区生产能力及服务年限.27 5.2.5 带区回采率.27 5.3.1 带区分带的划分.27 5.3.2 分带斜巷的布置方式.28 6 采煤方法采煤方法.30 6.1 采煤工艺方式.30 6.1.1 煤层地质特征.30 6.1.2 采煤方法.30 6.1.3 工作面长度的确定.30 6.2 采煤方法及回采工艺.30 6.2.1 配套设备选型.31 6.2.2 工作面回采工艺34 6.3 回采巷道布置.37 7 井下运输井下运输.37 7.1 概述.38 7.1.1 运煤系统38 7.1.2 运料系统38 7.1.3 行人系统38 7.2 带区运输设备选型.38 7.2.1 工作面运煤设备的选型38 7.2.2 运输设备的能力验算40 7.2.3 带区辅助运输设备的选型与设计40 7.3 大巷运输设备选型.41 8 矿井提升矿井提升.42 8.1 概述.43 8.2 主副井提升选型.43 8.2.1 主井提升43 8.2.2 副井设备选型43 9 矿井通风及安全技术矿井通风及安全技术.44 9.1 概述.45 9.2 矿井通风系统的选择.45 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 5 页 9.2.1 工作面通风方式45 9.3 总风量的计算及风流分配.46 9.3.1 矿井总进风量.46 9.3.2 回采工作面所需风量.46 9.3.3 掘进工作面所需风量.47 9.3.4 独立硐室所需风量.48 9.3.5 其它巷道所需风量.48 9.3.6 矿井总风量.49 9.3.7 风量的分配.49 9.4 矿井总风压及等积孔的计算.49 9.4.1 矿井通风阻力.49 9.4.3 计算等积孔.51 9.5 通风设备的选择.51 9.5.1 矿井主要扇风机选型计算.52 9.5.2 电动机选型计算.53 9.6 灾害防治综述.54 9.6.1 井底火灾及煤层自然发火的防治措施.54 9.6.2 预防煤尘爆炸措施.54 9.6.3 预防瓦斯爆炸的措施.54 9.6.4 避灾路线.55 10 设计矿井基本技术经济指标设计矿井基本技术经济指标.56 结论结论.57 参考文献参考文献.58 专题部分专题部分 浅析软岩巷道支护技术研究浅析软岩巷道支护技术研究.59 1 绪论绪论.60 1.1 问题的提出.60 1.2 国内外研究历史及现状.60 1.2.1 国外研究现状.60 1.2.2 国内研究现状.61 1.3 软岩性质及其工程分类.62 1.3.1 软岩性质.62 1.3.2 软岩工程分类.62 1.4 软岩巷道支护理论.64 1.5 课题的研究内容和路线.65 1.5.1 本文主要研究内容.65 1.5.2 本文的主要研究思路.66 2 软岩巷道变形破坏机理研究软岩巷道变形破坏机理研究.67 2.1 软岩巷道变形破坏特征.67 2.2 巷道围岩变形破坏形态：.68 2.3 围岩变形破坏机理分析.69 2.3.1 客观因素.69 2.3.2 主观因素.70 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 6 页 2.4 本章小结.71 3 锚注支护结构弹塑性分析锚注支护结构弹塑性分析.72 3.1 分析计算模型.72 3.2 锚注支护结构弹塑性力学分析.74 3.2.1 基本假设：.74 3.2.2 锚注支护前围岩弹性区、塑性区、破碎区分布.75 3.2.2.2 应变软化区的应力和位移76 3.2.2.3 残余变形区的应力和位移78 3.2.2.4 应变软化区和残余变形区的半径79 3.2.3 锚注体弹性区、塑性区和残余变形区分布.80 3.2.3.1 锚注体弹性区的应力和位移80 3.2.3.2 锚注体应变软化区的应力和位移81 3.2.3.3 锚注体残余变形区的应力和位移83 3.2.3.4 锚注体应变软化区和残余变形区的半径84 3.3 软岩巷道锚注支护参数分析.84 3.3.1 锚注支护前围岩应力区的应力、位移、范围与初支护力的关系.84 3.3.2 锚注体应力范围与锚注参数的关系。.85 3.3.3 锚注体的变形状态.86 3.4 锚注支护结构设计方法和步骤.87 3.6 本章小结.87 4 主要结论主要结论.88 参考文献参考文献.91 英文原文.93 中文译文.98 致致 谢谢.103 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 7 页 1 矿区概述及井田特征 1.1 概述 1.1.1 井田位置及范围井田位置及范围 康平煤田位于辽宁省沈阳市康平县境内，小康煤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 423754424142。东西长 3.055.48km，南北宽 1.633.89km，井田面积约为 19.81km2。 1.1.2 自然地理自然地理 本区位于辽河平原西侧，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+177.30m。 本区内无较大河流，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，最小月降水量为 0；该区年平均蒸发量 为 1922.3mm，最大月蒸发量为 405.6mm；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 交通概况交通概况 本矿交通非常便利，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 国道从矿井西南部 通过。见图 1-1 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 8 页 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 交通位置图 1.2 井田地质特征 1.2.1 地层地层 康平煤田属于中生代晚期下白垩系山间盆地，地形比较完整。周围为古老地层，而 煤田内地势较平缓，除少部分白垩系出露外，其它均为第四系所掩盖，基本上属于隐蔽 型煤田。前震旦系变质岩构成煤田之基底，白垩系含煤地层直接不整合于老地层之上， 顶部为新生界的第四系。 本井田位于康平煤田东北部，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,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 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： 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 9 页 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，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，分布面积不大，距上部煤层 200m，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： 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，最薄 10m，分布于北部边缘。 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） 。 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。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 10页 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 为黄色粗砂，底部含砾，厚度 1.55m。 1.2.2 含煤含煤概况概况 本区煤层赋存于前震旦系白垩系含煤岩系，本矿井是单一煤层，全矿井发育。 1.2.3 水文地质水文地质 矿井含水层亦可分为三大类，与区域含水岩组基本相一致，分别为： 第四系洪积含水层 白垩系砂岩、砂砾岩承压含水层 白垩系底部砂岩、砂砾岩承压含水层 矿井白垩系油页岩为隔水层，该层赋存于煤层顶部，为煤层直接顶，全矿井普遍发 育，厚度一般为 1050m，由北向南逐渐增厚，为一不透水层，在不受构造影响的情况下， 均能起隔水作用。 矿井正常涌水量为 40.26m3/h，最大矿井涌水量为 54.76m3/h。单位涌水量均小于 0.1l/s.m，最大矿井涌水量小于 180m3/h，采掘工程一般不受水害影响，防治水工程简单。 为此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 煤层及煤质特征 1.3.1 井田内煤层井田内煤层 煤层走向主体为东西走向，整体呈弧形，井田东侧煤层呈背斜构造，西侧煤层赋存 比较稳定，全区发育，倾角为 8左右，可采煤层间距见表 1-1。 表 1-1 煤层特征表 煤层平均厚度/m煤层间距/m 1#830 煤层赋存状态见煤层柱状图，如图 1-2。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 11页 地层 平均 厚度（m） 柱状 岩性 描述 油 页 岩 段 8 含煤段 20 砂 岩 段 30 砂 砾 岩 段 150 油页岩段，以 黑色油页岩为 主，夹杂黑色 泥岩和泥页岩。 砂岩段，灰、 灰白色砂岩 为主，夹深 灰色泥岩灰 白色砂砾岩。 砂砾岩层，灰 白色砂岩、砂 砾岩为主，夹 黑灰色泥岩,在 泥岩中有炭质 碎片。 图 1-2 综合柱状图 1.3.2 煤质煤质 本井田内可采煤层均为长焰煤，成煤的原生物质为高等陆生植物。原煤水份 （mad%）：一般为 812%，平均为 10%，属中水份煤；原煤灰份(ad%)：一般为 1825%， 平均为 22%；原煤发热量(qb,mj/kg)：一般为 20.9122.99mj/kg，平均为 22.38mj/kg； 硫和磷(st,d%.p,d%)：硫一般为 1.52.5%，平均为 2%；磷一般为 0.010.06%，平均为 0.038%，属中硫低磷煤；含油率（t1）：一般为 79%，平均为 8.27%，属富油煤层。视 密度：一般为 1.301.40g/cm3，平均为 1.35g/cm3。由于煤层灰分较高，故不能做炼焦配 煤，只能做动力用煤、发电用煤和炼油用煤。 1.3.3 煤层的含瓦斯性、自燃性、爆炸性煤层的含瓦斯性、自燃性、爆炸性 矿井内煤层瓦斯化学成分 ch4:6070%，co2:35%，n2:2530%,按瓦斯带的划分属于 氮气沼气带。 矿井相对瓦斯涌出量为 0.96m3/t，矿井绝对瓦斯涌出量为 5.46m3/min，属于低瓦斯矿 井。煤的自燃倾向性较强，自燃发火期为 13 个月，最短 21 天。本矿井各煤层多数为粉 粒状煤，开采时易产生大量的煤尘，煤尘爆炸指数为 41.75，煤层煤尘有爆炸性。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 12页 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田范围井田范围 本井田西北以勘探线为界，与康平三台子煤矿相邻；西南以断层为界与大平煤矿相 邻，但断层不在本井田内；北、东、南均为人为垂直划分边界。井田内赋存有两个可采 煤层。 2.1.2 边界煤柱留设边界煤柱留设 矿井东西长 3.055.48km，南北宽 1.633.89km，井田面积约为 19.81km2。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。东部、西部、 南部和北部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和煤矿安全规程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工业广场保护煤柱留设 根据参考煤炭工业设计规范1和煤矿安全规程2的相关数据要求和规定，产 量 1.8mt/a，1.2 公顷/10 万 t。本设计为 1.8mt/a。则工业广场占地面积为 s=1.81.2=24 公 顷=216000m2,则工业广场设计成长 540m ，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 20m 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。 工业广场保护煤柱用作图法确定，如图 2-1。 2.1.4 边界的合理性边界的合理性 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， 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1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1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，矿井首采带区定为工业广场西部的西一带区，该带区储量丰富，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。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 13页 图 2-1 工业广场保护煤柱留设示意图 2.2 井田的储量 2.2.1 井田储量的计算原则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 矿井工业储量矿井工业储量 井田的精查勘探面积为 s=19813587.5 m 根据储量计算公式3： （2-1） cos/smrzd 式中： zd矿井的地质储量，万 t m可采煤层总厚度，m s 井田面积，m r 煤的容重，r =1.35 t/m 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 14页 煤层倾角， 所以，zd =19813587.581.35/cos8 = 21608.97 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： zd= zg= 21608.97 万 t。 各煤层的工业储量见表 2-1。 表 2-1 煤层工业储量表 2.2.3 矿井煤柱损失矿井煤柱损失 1）断层煤柱损失 本井田中部有一条南北走向的正断层，但此断层正好布置在工业广场保护煤柱范围 内，所以不需要再另设保护煤柱。 2）井田境界煤柱损失 井田境界西部、东部、北部和南部分别留设 30m 的边界煤柱，总长为 16990m，井田 境界保护煤柱所占面积为 509700m，经计算， 故境界保护煤柱损失为：50970081.35=550.48 万 t。 3）工业广场煤柱损失 由矿井设计规范规定：1.8mt/a，1.2 公顷/10 万 t。本设计为 1.8mt/a，则工业广 场占地面积为 s=1.81.2=21.6 公顷=216000m2,则工业广场设计成长 540m ，宽 400m 的矩 形。依据井田形状选择 540400m 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 20m 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： 煤层煤柱损失为： 105.6081.35=1140.48 万 t 故工业广场保护煤柱损失共为: 1140.48 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 2.1.4 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。本矿井煤层是厚煤层，取 c=75%。 2.2.4 矿井的设计储量矿井的设计储量 矿井设计储量=工业储量永久煤柱损失量，即： zs=zgp1 （2-2） 式中：zs矿井的设计储量，万 t zg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井田境界保护煤柱，故： 煤厚/m倾角/面积/km2工业储量/万 t 841519.8121608.97 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 15页 zs= 21608.97-550.48=21058.49 万 t 2.2.5 矿井的设计可采储量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只有工业广场保护煤柱煤量，故： zk =(21058.49-1140.48)0.75=14938.51 万 t 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 16页 3 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度 3.1 矿井工作制度 由煤炭工业矿井设计规范第 223 条规定,矿井的年工作天数为 330 天，采煤实行 “三八制” ，两班半生产半班检修。每昼夜净提升小时数为 16 小时。 3.2 矿井的年产量及服务年限 3.2.1 矿井的年产量矿井的年产量 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 1.8mt/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共两层，工业 储量为 21608.97 万 t，按照 1.8mt/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，但经过块划分，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，可采煤层为厚煤层，适合高产高效工作面开采。而且近年来， “高产高效” 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。 3）建井及外运条件好 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。 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高 产、高效矿井。矿井的生产能力为 1.8mt/a 是可行的、合理的。 3.2.2 矿井的服务年限矿井的服务年限 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 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 1.3。 由矿井的服务年限计算公式： t=zk/ak （3-1） 式中： zk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，取 1.3 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 17页 t=zk/ak =14938.51/1801.3 =63.8464 年 根据有关规定和查阅相关资料，年产 180 万 t 的大型矿井的服务年限应为 50 年以上， 本矿井 64 年的服务年限达到标准，符合要求。 3.1.3 矿井产量变化的可能性矿井产量变化的可能性 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，工作面生产能力提高。 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。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 18页 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5： 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 开采水平的设计 4.1.1 开采水平的划分开采水平的划分 1）根据煤炭工业设计规范规定年产 1.8mt/a 的矿井第一水平的服务年限不得少 于 25 年。要保证正常接替与均衡生产，保证阶段内能有合理的区段数目，保证开采水平 有合理服务年限和足够储量，保证经济上有利。 2）根据煤层赋存条件及地质构造 煤层的倾角不同对阶段高度的影响较大，本井田的煤层倾角变化，其平均倾角为 8， 煤层标高从-600m 到-200m。根据煤炭工业设计规范规定缓倾斜煤层的阶段垂高为 200350m，故划分为两个阶段。 3）根据生产成本 阶段高度增大，全矿井水平数目减少，水平储量增加，分配到每吨煤的折旧费减少， 但阶段长度大会使一部分经营费相应增加，其中随着阶段增大而减少的费用有：井底车 场及硐室、运输大巷、回风大巷、石门及采区车场掘进费、设备购置及安装费用等；相 应增加的费用有：沿上山的运输费、通风费、提升费、倾斜巷道的维修费，此外还延长 生产时间、增加初期投资，因此要针对矿井的具体条件提出几个方案进行经济技术比较， 选择经济上合理的方案。 4）根据水平接替关系 在上一水平减产前，新水平即作好准备，因此一个水平从投产到减产为止的时间， 必须大于新水平的准备时间。正常情况下，大型矿井的准备时间要 1.52 年，井底车场、 石门及主要运输大巷亦需要 1.52 年，延伸井筒需要 1 年，合计需要 45 年的时间。开 拓延伸加上水平过渡需要 79 年，所以每个矿井在确定水平高度时，必须使开采时间大 于开拓延伸加上水平过渡所需要的时间。 根据煤炭工业矿井设计规范：当煤层倾角大于 12时，宜采用走向长壁采煤法。 本矿井煤层倾角平均为 8，局部煤层倾角为 15，但采取措施后也可以适用于倾斜长壁采 煤法，故本矿井采用倾斜长壁采煤法。 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 19页 5）划分水平 根据以上确定水平划分的原则及本井田的实际情况，以及煤层赋存的条件，本矿井 划分一个开采水平，两个阶段，采用单水平上下山开采，上山部分煤层平均倾角 10，下 山部分煤层平均倾角 6，更适合带区开采。 综上所述，本矿井采用单水平上下山开拓，一个水平两个阶段，单一水平设在- 475m，该水平以上为上山开采，该水平以下为下山开采。 4.1.2 设计水平储量及服务年限设计水平储量及服务年限 本井田设计水平为-475m 水平，即整个矿井由这一个水平开采,该水平首先布置巷道 开采上煤层。该水平工业储量即为矿井工业储量，该水平服务年限即为矿井服务年限。 4.1.3 设计水平的巷道布置设计水平的巷道布置 本井田采用集中大巷布置，为便于维护，将大巷布置到煤层底板岩层中，为减少煤 柱损失和保证大巷维护条件，故矿井开拓大巷布置在煤层底板下方砂岩层中，留保护煤 柱护巷，煤柱宽 30m，大巷间距 30m。一条运输大巷，一条轨道大巷及一条回风大巷， 共三条大巷。 大巷支护方式掘进时期及时支护采用锚杆支护，后期采用混凝土+金属网+“u”型钢联 合支护的方式进行支护。 4.1.4 大巷的位置、数目、用途和规格大巷的位置、数目、用途和规格 1）大巷的位置 选择大巷位置的原则：掘进量少，费用少，维护条件好，煤柱损失少，有利于通风 和 防火，运输方便。本矿井的可采煤层为两层，单水平运输大巷、轨道大巷布置在 2# 煤层底板岩层的-500m 水平处，距煤层底板 20m，两条大巷无上下错距。 2）大巷的数目和用途 根据运输和通风条件，本矿井共布置两条大巷：运输大巷（皮带大巷） 、轨道大巷。 a 皮带大巷：将采区采出的煤运至井底煤仓，完成运输任务，并承担整个水平进风、 行人等任务。 b 轨道大巷：承担整个水平运料、排水、排矸等任务。 3）大巷的规格 因为大巷的服务年限都较长，而且底板岩性为软岩，所以都采用锚、网、喷、 “u”型 钢全断面支护的联合支护方式。 运输大巷运输方式采用皮带运输，轨道大巷轨距 600 mm，对大巷运输方式选择的依 据是： 由于设计生产能力较大，采用此种运输方式能满足要求。 较矿车运输费用低，井底车场布置简单，设备投资少。 对大巷坡度没大限制，可沿着与煤层底板 20m 距离掘运输大巷，要求将大巷取直。 采用两条大巷能解决煤、矸、物、人同时运输问题，与副井运输设备配套，并且 可以解决矿井的通风问题。 大巷有效断面大，行人通风非常有利。 4.1.5 方案比较方案比较 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 20页 1）提出方案 方案说明 根据前述各项，提出本井田开拓在技术上可行的四种方案。 （示意图见图 4.1） 方案一：立井二水平开拓（主、副井直接延深） 主、副井筒均为立井，布置于井田走向中央。一、二水平标高分别为-340m 和- 520m，大巷布置在煤层底板的岩层中（距煤层 20m） ，用石门或斜巷与煤层连接。各井筒 及巷道参数如下： 方案二：立井二水平开拓（二水平主井用暗斜井延深，副井直接延深） 一水平主、副井筒均为立井，布置于井田走向中央，二水平主井采用暗斜井，副井 为辅助立井。一、二水平标高分别为-340m 和-520m，大巷布置在煤层底板的岩层中（距 煤层 20m） ，用石门或斜巷与煤层连接。 方案三：立井二水平开拓（二水平双暗斜井延深） 一水平主、副井筒均为立井，布置于井田走向中央，二水平主、副井筒采用暗斜井。 一、二水平标高分别为-350m 和-500m，大巷布置在煤层底板的岩层中（距煤层 25m） ， 石门或斜巷与煤层连接。 方案四：立井一水平上下山开拓 井底车场布置在-475 水平，只布置一个水平，采用上下山开采。 图 4-1 开拓方案示意图 2）开拓方案经济比较 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 21页 对于以上四个方案的建井工程量、生产经营工程量、基建费和经济比较结果汇总。 见表 4-14-8. 表 4-1 方案一：立井二水平开拓（主、副井直接延深） 项目数量(10m)基价(元)费用(元)费用(元) 表土段151479652219475 主井开凿基岩段386468124578784677353 表土段151741152611725 副井开凿基岩段367990728766525488377 二水平石门岩巷1191281133348258333482583 井底车场岩巷1200281133373560033735600 基建费用(元) 小 计 77383913 系数煤量(t)提升高度(km)基价(元/t.km) 立井一水平提 升1.2866382040.4551.675687135 系数煤量(t)提升高度(km)基价(元/t.km) 立井二水平提 升1.2512432470.6191.660901574 涌水量(m3)时间(h)服务年限(年)基价(元/t.km) 排 水1808760470.2820750688 系数煤量(t)平均运距(km)基价(元/t.km) 石门运输1.2512432471.490.3531637581 生产费用(元) 小 计 188976978 合计 总费用(元) 266360891 表 4-2 方案二：立井二水平开拓（二水平主井用暗斜井延深，副井直接延深） 项目数量(10m)基价(元)费用(元)费用(元) 表土段151479652219475 主井开凿基岩段256468116170253836500 表土段151741152611725 副井开凿基岩段367990728766525488377 斜井开凿暗主斜井1143512905862447058624470 井底车场岩巷1200281133373560033735600 石 门岩巷1191281133348258333482583 基建费用(元) 小 计 135167530 系数煤量(t)提升高度(km)基价(元/t.km) 立井提升1.2866382040.4551.675687135 系数煤量(t)平均运距(km)基价(元/t.km) 生产费用(元) 暗斜井提升1.2512432471.1910.4230759476 中国矿业大学 2014 届本科生毕业设计（论文） 第 22页 涌水量(m3)时间(h)服务年限(年)基价(元/t.km) 排 水1808760470.2820750688 小 计 127197299 合计 总费用(万元) 262364829 表 4-3 方案三：立井二水平开拓（二水平双暗斜井延深） 项目数量(10m)基价(元)费用(万元)费用(万元) 表土段151479652219475 主井开凿基岩段256468116170253836500 表土段151741152611725 副井开凿基岩段367990728766525488377 主斜井11435129058624470 暗斜井开凿副斜井11435129058624470117248940 井底车场岩巷1200281133373560033735600 石 门岩巷1191281133348258333482583 基建费用(元) 小 计 193792000 系数煤量(t)提升高度(km)基价(元/t.km) 立井提升1.2866382040.4551.675687135 系数煤量(t)平均运距(km)基价(元/t.km) 暗斜井提升1.2512432471.1910.4230759476 涌水量(m3)时间(h)服务年限(年)基价(元/t.km) 排 水18087