安全工程毕业设计（论文）-尚庄煤业150万ta新井通风系统设计（含全套CAD图纸）

本科生毕业设计 第 1 页 第一章 矿区概述及井田地质特征 全套设计，联系全套设计，联系 153893706153893706 1.1 矿区概况 1.1.1 井田位置、范围、地形特点和交通位置井田位置、范围、地形特点和交通位置 尚庄矿业公司位于江西省丰城市境内，东距丰城 8 千米，北距梅林 3km。地理坐标为东经 11824，北纬 3940。 交通情况：矿内有铁路与上张支线在梅林车站相接与浙赣线相连,可达 全国各地,公路与 105 国道及昌樟高速公路相连,水路在石上码头沿赣江上可 达樟树、赣州等地,下至南昌、九江等地,交通十分便利。 矿区地表为第四纪冲积平原，地面标高介于+31+38m 之间。地形总 趋势北高南低。 尚庄煤业交通位置图尚庄煤业交通位置图 本科生毕业设计 第 2 页 1.1.2 工农业生产和原料及电力供应工农业生产和原料及电力供应 矿区内工业以煤炭为主，农业主要种植水稻、花生、油菜，间杂有果 园、菜园和等。 本矿井建设期间，所需要建设材料，除钢材、木材和部分水泥、石材 需由国家计划供应外，其它砖、砂等土产材料，均由当地供应，满足建设 需要。 矿区已建有 110kv 区域变电所，可向本矿井供电的两回 35kv 输电线路。 1.1.3 矿区气候条件矿区气候条件 本区属亚热带季风气候。根据丰城市气象局 19602000 年气象资料， 历年平均气温 17.9，最高气温 39.3，最低气温-6.3。历年平均降水量 为 1624.9mm，年最大降水量为 1736.3mm. 区内冬季多北风，夏季多南风。 最大风速 6m/s。冰冻期为十一月至次年二月，最大冻土深度 0.12m。 1.1.4 矿区水文情况矿区水文情况 矿区采用自备水源井供水，现在正使用的井眼有六个，其中工业广场 二个，居民区二个，办公大楼后二个。这些井形成两套供水系统，一是居 民区至矿区的集中管路供水系统，包括居民区及工业广场的水井，最大供 水能力 800m3/h，供矿生产和小楼生活区及居民区、后岗村生活用水。二是 办公大楼后独立供水系统，最大供水能力 100m3/h，供小区内居民生活用水。 1.2 井田地质特征 1.2.1 煤系地层概述、勘探程度煤系地层概述、勘探程度 矿区煤系地层属于典型的华北区石炭二叠纪含煤岩系，根据两个钻孔 实际控制，煤系地层厚度分别为 480.35m 和 486.26m，按分组段厚度累计， 煤系地层厚度为 489m。由此可见，沉积补偿作用明显，煤系地层厚度变化 不大。 煤系基底为奥陶系中统尚一矿组灰岩，本矿钻孔揭露最大厚度为 160m，邻区资料证实，该组厚度 400m 左右，与煤系地层呈假整合接触。 矿井浅部奥灰岩溶发育，深部逐渐减弱。其风化形成的 G 层铁铝质粘土岩 构成煤系第一个标志层。 煤系地层之上为的尚二组和洼里组，从少数取芯钻孔揭露情况看，尚 二组以杂色粉、细砂岩和浅灰灰绿色粗砂岩为主，向上部紫色粉细砂 岩逐渐增多。洼里组则以浅紫、暗紫和紫红色泥岩中、粗砂岩为主，偶 见浅灰色砂岩层。洼里组以河床相底砾岩底面作为与尚二组的分界面。 矿区地表被第四系冲积层所覆盖，盖层厚度由东北向西南逐渐增厚， 本科生毕业设计 第 3 页 与基岩呈角度不整合接触。 1.2.2 井田地质构造和地质变动井田地质构造和地质变动 尚庄矿井田位于丰城向斜东南翼中段，其主体构造是尚庄矿背斜。丰 城向斜是一赋煤向斜构造，煤系地层为石炭二迭系。向斜轴的总体方向约 NE40，向斜的两翼不对称：西北翼岩层倾角陡，甚至局部倒转，并伴随出 现了一组与向斜轴大致平行的断层和短轴褶皱构造。东南翼岩层倾角相对 平缓，向斜边缘出现两组短轴边幕状褶皱，轴向与开平向斜轴直交或斜交， 并沿倾伏方向逐渐消失。东南翼断层的发育程度相对西北翼较低，且断层 常分布在轴部附近，方向常斜交地层走向或平行褶曲的轴向，正断层为主， 逆断层较少，落差一般小于 30m。 尚庄矿井田以褶皱构造为主。尚庄矿背斜为矿井的主体构造，约占井 田面积的 70%，其中深部还发育有次一级的褶曲构造。 1.2.3 井田水文地质特征井田水文地质特征 根据丰城矿务局统一的含水层划分标准，将区内的地层划分为七个含 水层。其中，、含水层对矿井涌水量影响较大，为直接充水含水 层，其它为间接充水含水层。各含水层抽放水试验资料，其主要特征如下： (1).直接充水含水层组 1)第含水层组（7 煤层至 8 煤层砂岩含水层组） 本含水层组位于 7 煤层以下 4m，层厚约 60m，岩性以中砂岩为主，岩 石裂隙发育，单位涌水量 0.0030.627L/s.m，渗透系数 0.014.704m/d， 矿化度 0.3120.547g/L，上部水质为重碳酸钠钙型，下部为重碳酸 硫酸钙钠型。开拓巷道多设计在此层位，每遇裂隙均有滴水或淋水出 现，给施工带来困难。 2)第含水层组（5 煤层顶板含水层组） 本含水层组位于 5 煤层以上 3m，厚约 30m，岩性以中细砂岩为主，单 位涌水量 0.010.286L/s.m，渗透系数 0.11518.063m/d，矿化度 0.5050.297g/L，水质为重碳酸钙镁型。 3)第含水层组（3 煤层顶板含水层组） 本含水层组位于 3 煤层以上 6m，厚约 190m，岩性以中砂岩为主，其 主要成分有石英、长石，次为岩屑、燧石等，裂隙发育，单位涌水量 0.2761.728L/s.m，渗透系数 0.911.37m/d，矿化度 0.2210.456g/L，水 质为重碳酸硫酸钠钙型。5 煤层回采后一般不易疏干。2001 年，382 工作面回采过程中，最大涌水量 1.58m3/min，到 2002 年初，该工作面涌水 本科生毕业设计 第 4 页 量稳定在 0.80m3/min。 矿井间接充水含水层组 1)第含水层组 本含水层组为奥陶系中统马家沟组，岩性为灰灰白色厚层状灰岩， 含水层平均厚度 420m，浅部岩溶、裂隙极发育。单位涌水量最大 72L/s.m，渗透系数最大 167.73m/d，富水性极强，矿化度 0.1660.347g/L，水质为重碳酸钙镁型。 2)第含水层组 本含水层组位于奥陶系灰岩以上 65m，灰岩厚 1.466.14m，单位涌水 量为 0.025L/s.m，渗透系数 2.59m/d，富水性中等，水质为重碳酸硫酸 钙镁型。 3)第含水层组 本含水层组位于 A 层以上，厚约 130m，岩性以砂岩为主，局部含砾， 富水性中等。 4)第含水层组 本含水层组由卵石、粗砂、中砂、细砂组成，卵石粒径 2050mm，磨 圆度中等。此含水层平均厚度 34m，单位涌水量 0.1033.68L/s.m，渗透系 数 0.7510.66m/d，富水性中等，上部水质为重碳酸氯钙镁型，下部 为重碳酸钙镁型。 1.2.4 地温地温 据详查勘探资料，本区地温梯度为 0.94/100m，横温带在 50100m 左右，地温变化范围在 11.5017.00之间，属地温正常区。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层埋藏条件煤层埋藏条件 矿井浅部以 7 煤层露头为界，深部至 3 煤层-800m 底板等高线。平均 走向长 6.5km，倾斜长 4.67km，面积 29.7km2。井田西部-1000m-1200m 为尚庄镇街区走向长 9.5km，倾斜 0.8km，面积 7.6km2。 1.3.2 煤层群特征煤层群特征 尚庄煤业井田主要开采煤层有 2 层，其中 6、7 煤层为本矿井设计的可 采煤层，其余煤层无开采价值。各煤层的厚度、层间距及其变化规律见表 1-1 主要开采煤层煤厚、层间距变化特征一览表主要开采煤层煤厚、层间距变化特征一览表 表表 1-1 煤层煤 层 厚 度（m）煤 层 间 距（m） 本科生毕业设计 第 5 页 最小最大最小最大 平均 变 化 规 律 平均 变 化 规 律 0.062.11 3 0.69 局部可采，可采范 围内平均煤厚 1.28 13.6663.72 0.14.0130.68 井田东北、西南以及工业广 场间距偏大，其余区域在 20-35m 之间 5 2.83 仅西北部煤厚在 1m 以下，个别点 煤厚偏大0.1515.14 0.254.934.52 井田中部间距最大，往西间 距变小，往东北两煤层合区 6 3.4 煤厚变化不大，井 田深部个别钻孔不 可采 2.6418.36 0.264.539.56 间距变化不大，仅局部间距 较小，规律性不强 7 1.85 煤厚变化较大，井 田深部有 2 个不可 采点 3.0724.6 间距变化大，井田中部间距 小，往四周逐渐增大缓慢 1.3.3 煤层的围岩性质煤层的围岩性质 (1).3 煤层为局部可采煤层，有三块不可采区域，分布于井田的西北、 西南和中东部，其中西北、西南两块不可采区域都分布于井田的深部，面 积较小，中东部不可采区域位于矿井浅部，面积最大，约占井田面积的 1/4；在可采区，大部分区域为薄煤层，在井田北部、西部及南部有三块中 厚煤层分布区，厚度一般在 1.02.3 米之间。此外，在井田中央有一约 16.8 万 m2火成岩床侵入区，残余煤厚仅 0.20.3m，局部吞蚀全部煤层。 (2) 5 煤层基本为局部可采煤层，在背斜浅部及深部煤层厚度较大，一 般在 2.0m 以上；在主、副井以南与尚二矿相邻区域一般在 1.0m 以下，个 别地点不可采；其它区域煤层厚度一般变化在 1.32.0m 之间。 (3)6 煤层为全区可采煤层，煤厚一般变化在 2.03.0m 之间，在此区域， 煤层顶板多为中砂岩或粗砂岩，分析可能受冲刷作用的影响，使煤层厚度 变薄。 (4).7 煤层基本为全区可采煤层，在井田南部与尚二井田相邻区域，煤 厚多在 1.3m 以下，个别地点不可采；井田的东北部煤层较厚，大多在 4.5m 以上，个别地点可达 5m；其余区域煤层厚度一般变化在 1.52.0m 之间。 煤层肉眼鉴别特征和结构特征一览表煤层肉眼鉴别特征和结构特征一览表 表表 1-2 煤 层 结 构 煤层 肉眼鉴别特征 类 型 夹石 层数 夹石 厚度 夹石 岩性 对回采的影 响 变化情况 本科生毕业设计 第 6 页 3 煤 层 深黑色，强玻璃光泽； 以亮煤为主，条带状或 透镜状构造，质软性脆。 复 杂 0-2 0.2 0.6 软泥岩 或细粉 砂岩 随煤采出， 使原煤灰份 增高，夹石 较厚时，增 加回采的难 度。 一般含一层夹石， 而且多为松软的泥 岩，夹石厚时多为 粉砂岩 5 煤 层 。深黑色，具光亮的玻 璃光泽；以亮煤为主， 次为镜煤和暗煤，条带 状构造，硬度中等。 复 杂 0-4 0.1 0.8 含炭泥 岩或粉 砂岩 随煤一起采 出，增加原 煤灰份。 一般含两层夹石， 相对来说东部不稳 定，西部稳定且厚 度大。 6 煤 层 深黑色，玻璃光泽；以 暗煤为主，底部有 1m 左右的亮煤，条带状或 层状构造，硬度较大 简 单 无 不含夹石，但在二 采四中区域常含一 层 0.05m 的炭质泥 岩 7 煤 层 黑色，具十分光亮的玻 璃光泽，以亮煤和镜煤 为主，条带状、透镜状 及层状构造，硬度中等 复 杂 无。 不含夹石，而且较 为稳定，仅局部为 一层，且间距较近 1.3.4 煤的特征煤的特征 (1).煤质概况 根据井田开采范围内煤层煤样的化验结果和中深部钻孔的煤芯分析资 料，尚庄煤矿 5、6、7 煤层均属肥煤和焦煤类，在井田浅部，煤层多属肥 煤类，在井田深部多属焦煤类。在背斜轴部岩浆岩床和东翼岩浆岩墙附近， 煤的挥发份降低，粘结性变差，煤质多属焦煤类，局部变为瘦煤或无烟煤。 (2).原煤分析 1)开采煤层主要煤质指标的等级 3 煤层：高灰（2540） 、低硫（1.52.5） 、中磷（0.010.1） 。 5 煤层：高灰（2540） 、特低硫（0.5） 、中磷（0.010.1） 。 6 煤层：高灰（2540） 、特低硫（0.5） 、中磷（0.010.1） 。 7 煤层：中灰（1525） 、低硫（1.52.5） 、中磷（0.010.1） 。 2)开采煤层灰分成分及煤灰熔融性 5、6、7、煤层的 SiO2的含量在 42%左右，3 煤层略高，为 54%， 本科生毕业设计 第 7 页 3、5、6、7 煤层的 Al2O3的含量在 35.8%左右， 3、5、6 煤层的 Fe2O3的 含量都在 5%以下，7 煤层的 Fe2O3的含量较高；各煤层 CaO 的含量均在 5%以 下。各煤层煤灰均属难融熔灰 3)微量元素 煤层中含有锗、钒、钛、等微量元素，但均达不到可采品位。 4)元素分析 各煤层 Cr 的含量均在 81%87%之间，Hr 的含量均在 5%左右，Nr 在 1.1%1.8%之间。 5)工业分析 各煤层的精煤灰分均在 2.4%12.6%之间，一般不超过 10%。 6)结焦性分析 各煤层胶质层厚度变化在 16mm42mm，粘结指数变化在 68104； 奥亚膨胀序数 6.59；焦渣特征 47。 (3).全矿井瓦斯相对涌出量为 11m3/t，二氧化碳相对涌出量为 12.36m3/t，属高瓦斯矿井。各煤层中瓦斯涌出量最大的煤层为 5 煤层，瓦 斯涌出不均衡，一般在断层附近涌出量较大。 (4).煤层爆炸指数。 尚庄矿业公司各煤层煤尘爆炸指数表尚庄矿业公司各煤层煤尘爆炸指数表 表表 1-3 煤层 水分 灰分 挥发分 固定碳 爆炸指数 爆炸危险性备注 32.6426.6126.8143.9445.60有强爆 52.3325.9125.3146.4535.27有强爆 63.3021.8826.7648.0635.76有强爆 72.4623.4024.9149.2333.60有强爆 (5).煤层自燃倾向性： 根据鉴定结果，尚庄矿 5 煤层属于易燃煤层，6 、7 煤层属于较易燃煤 层，其它煤层无资料。 本科生毕业设计 第 8 页 本科生毕业设计 第 9 页 第二章 井田开拓 2.1 井田境界及可采储量 2.1.1 井田境界井田境界 (1).井田边界 在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各 部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则为： 1)井田范围内的储量，要与煤层赋存情况、开采条件和矿井生产能力相 适应； 2)保证井田有合理尺寸； 3)充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等； 4)合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。 尚庄矿业公司北接丰龙矿业公司，南、东分别与尚二和八一矿业公司 相邻，其边界坐标见表 2-1。 尚庄矿与邻矿井田技术边界坐标一览表尚庄矿与邻矿井田技术边界坐标一览表 表表 2-1 尚庄、丰龙井田技术边界尚庄、尚二井田技术边界尚庄、八一井田技术边界 点号/批文号点号/批文号点号/批文号 1 393045 91916 1 392345 94749 1 389350 87160 2 394010 91470 2 391990 94620 2 388310 90125 3 394175 91070 3 392018 94422 3 387613 91860 4 394223 91183 4 391924 94422 4 388000 91712 5 394309 91380 5 391696 93452 6 394372 91509 6 391097 93143 7 394401 91602 7 390537 92605 8 394408 91264 8 390254 92217 9 394524 90658 9 389800 92590 本科生毕业设计 第 10 页 尚庄、丰龙井田技术边界尚庄、尚二井田技术边界尚庄、八一井田技术边界 点号/批文号点号/批文号点号/批文号 10 394672 90204 10 388912 92384 11 394979 89506 11 388010 92071 12 396125 87795 井田走向长度 8.4 公里，倾斜长度 3. 2 公里，井田倾向面积 26.4 平方公里，煤 层倾角 9-15，平均角度 12 图图 2-1 井田赋存状况示意图井田赋存状况示意图 (2).矿区范围及面积 尚庄矿 1978 年申报采矿登记。申报矿区面积为 46.9km2，其中井下开 采及波及范围面积 46.78km2，由 115 号点控制(见表 2-2)。 尚庄矿开采范围角点坐标一览表尚庄矿开采范围角点坐标一览表 表表 2-2 点号点号点号 本科生毕业设计 第 11 页 1392415947756389695861351139561588545 2391990946107390520851651239440091595 3392010936158391180847801339417791070 4391095931459392448846601439401091465 53902509221010393758847301539291591970 2.1.2 矿井工业储量矿井工业储量 (1).钻探工程量 19781988 年，共施工井上下各类钻孔 78 个，累计进尺 10246.54m。 其中地面勘探工程有 16、18、19、36、39、43、44 和 47 号共 8 个补充勘 探钻孔，工程量 7461.23 米。 （详见表 2-3） 尚庄矿尚庄矿 19781988 年钻探工程量表年钻探工程量表 表表 2-3 钻孔地质孔水文孔工程孔合计 类型地面补勘井下生产地面供水探放水孔注浆孔各类 数量(个)832462171 进尺()7461.232114.7126871467183810246.54 (2).工业储量计算 本矿只有 5和 7煤层具有开采价值。边界露头线为-150m，- 1000m-1200m 为远东开发区。 本次矿井储量计算是在精查地质报告提供的 1：10000 的煤层底板等高 线上计算的，储量计算可靠。 井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，根据（矿井设计指 南中矿大出版社 陈吉昌主编）计算矿井工业储量。 5煤层和 7煤层，采用块段法计算工业储量。 根据地质勘探情况，将矿体划分为 15 个块段（见图 2-2） ，在各块段范 围内，用算术平均法求得每个块段的储量，求得煤层总储量之和。5煤层 和 7煤层储量计算表见 2-4。 尚庄矿煤尚庄矿煤 7 储量计算表 储量计算表 表表 2-4 地质块 段号 块段投影面 积(m2) 平均倾角 () 块段实际面 积(m2) 平均厚 度(m) 煤层容重 (t/m3) 块段储量 (t) 14644931.719.74933698.43.11622788753 23752256.68.03789132.231.616937421 3987857.814.21018992.83.51.65314047.5 41637393.291657803.54.11.610127522 本科生毕业设计 第 12 页 52676793.36.72695203.84.21.616866585 62293066.711.92343429.44.51.615712694 73376784.283409969.83.51.617782993 82882967.816.23002173.03.41.615209008 92096305.328.72389915.64.41.615668287 102911065.172932926.74.21.618354255 113973450.87.74009604.64.51.626884399 123629321.114.63750425.441.622352535 132198134.89.62229354.63.31.610961737 142059309.118.12166517.63.91.612589634 151546882.414.91600704.43.41.68109168.5 总计40666519.941929851.8235659038 2.1.3 矿井可采储量矿井可采储量 （1）矿井工业储量 井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量是由煤层 面积、容重及厚度相乘所得，其公式一般为： ZgS M R cos (公式 2.1) 式中：Zg矿井的工业储量； S 井田的倾斜面积，26.4km2； M 煤层的厚度，3.2m； R 煤的容重，1.6t/m ； 3 煤层倾角，12。 则：Zg26.43.21.6cos12 132Mt (2).煤柱的留设 矿井可采储量=（矿井工业储量-永久煤柱损失）矿井回收率。 计算矿井可采储量时，必须要考虑以下损失：1)工业广场保护煤柱；2) 井田境界煤柱损失；3)采煤方法所产生的煤柱损失和断层煤柱损失；4)建筑 物、河流、铁路等压煤损失；5)其它损失。 本井田中永久煤柱损失主要有：工业广场保护煤柱、井田境界煤柱损 失、村庄保护煤柱和断层保护煤柱等。 根据尚庄矿业公司周围矿井实际经验和依据建筑物、水体、铁路及 主要井巷煤柱与压煤开采规程之相关条款规定，部分煤柱的留设方法如 下，见表 2-5。 本科生毕业设计 第 13 页 煤柱留设方法煤柱留设方法 表表 2-5 名 称留 设 方 法 工业广场 根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程第 72 条：工业广场维护带宽度为 15m 井田边界边界煤柱 20m 断 层断层煤柱每侧 20m 大 巷大巷煤柱每侧 30m 1)边界煤柱可按下列公式计算 （2-1） 式中： Z边界煤柱损失量； L边界长度； b边界宽度； M煤层厚度； R煤的容重。5煤层 1.6t/m3、7煤层 1.6t/m3 尚庄矿边界煤柱损失表尚庄矿边界煤柱损失表 表表 2-6 煤 层 3 煤层深部井田西部总和 5 煤层（万 t）58.449.362.125.152.2287.1 7 煤层（万 t）25.922.328.111.426.3114.1 合计401.2 2)工业广场煤柱留设 根据煤炭工业设计规范 ，工业场地占地指标如表 2-7。 工业场地占地指标工业场地占地指标 表表 2-7 井 型 大 型 井 公顷/10 万 t 中 型 井 公顷/10 万 t 小 型 井 公顷/10 万 t 占地指标0.801.101.301.802.002.50 注：占地指标中包括围墙内铁路站线的占地面积； 井型小的取大值，井型大的取小值； ZLbMR 边 界 本科生毕业设计 第 14 页 在山区，占地指标可适当增加； 附近矿井有选煤厂时，增加的数值为同类矿井占地面积的 3040%；占地指标单位中的 10 万 t 指矿井的年产量。 工业场地的布置应结合地形、地物、工程地质条件及工艺要求，做到 有利生产，方便生活，节约用电。根据上述规定，本井田工业广场地占地 面积 S 取值如下： S=（0.80+0.30）150/10=16.5 公顷=165000m 故本矿井工业场地的面积为 16.5 公顷，由于长方形便于布置地面建筑， 所以初步设定工业广场为长方形，即长方形长边为 500m，短边为 330m。 本矿井地质条件及冲击层和基岩移动角见表 2-8。 岩层移动角岩层移动角 表表 2-8 广场中心深度煤层倾角煤层厚度冲积层厚度 （M）（）（M）（M） （）（）（） （） -445123.210045757575 用作图法求出工业广场保护煤柱量，工业广场保护煤柱留设见图 2-3。 图图 2-3 垂线法计算工业广场保护煤柱边界示意图垂线法计算工业广场保护煤柱边界示意图 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， 并由图可得出保护煤柱的尺寸为： 由图可得： LAB908 LBC 1338 工业广场保护煤柱为： Q场 场 LABLCD 2.131.4090813383.21.6 62.2Mt 工业广场煤柱总计 62.2Mt 本科生毕业设计 第 15 页 可采储量计算表 表 2-3 煤 柱 损 失 (Mt) 煤层 工业储量 (Mt) 井田边界工业广场合计 可采储量 (Mt) 5#1322.426.28.62123.38 3）矿井可采储量计算 矿井可采储量（ZK）是矿井设计的可以开采出来的储量，即 ZK=（ Zg P ） C （公式 2.3） 式中： P保护工业场地、井筒、井田边界等永久保护煤柱损失量； C采区采出率，厚煤层不小于 0.75；中厚煤层不小于 0.80；薄煤层不小 于 0.85；地方小煤矿不小于 0.70。 结合本矿实际情况，煤层厚度 3.2 米，为了充分利用煤炭资源，矿井回收率取 85%。经计算矿井工业储量为 132Mt，全矿永久煤柱损失为 8.62Mt， 则： ZK=（ Zg P ） C （132-8.62） 0.85 104.87Mt (1).矿井工作制度 1)矿井年工作日数的确定 按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井设计生产能力按年工作日 300 天计算。所以，本矿井设计年工作日数为 300 天。 2)矿井工作制度的确定 矿井工作制度设计采用“三八”工作制，即二班采煤，一班准备，每 班净工作时间为 8 个小时。 3)矿井每昼夜净提升小时数的确定 按照煤炭工业矿井设计规范规定：矿井每昼夜净提升时间 16 小时。 这样充分考虑了矿井的富裕系数，防止矿井因提升能力不足而影响矿井的 增产或改扩建。因此本矿设计每昼夜净提升时间为 16 小时。 (2).矿井设计生产能力及服务年限 1)矿井生产能力的确定 由于尚庄矿井田范围大，煤炭储量丰富，地质构造较简单，煤层生产 能力大，开采技术条件好，初步确定矿井生产能力为 150 万 t/a。 2)矿井及第一水平服务年限的核算 本科生毕业设计 第 16 页 矿井服务年限的计算公式为： （2-/()KTZA K 5） 式中：T矿井的服务年限，a； Zk矿井的可采储量，万 t； K矿井储量备用系数，取 K=1.4； A矿井设计生产能力，万 t/a。 由第二章计算结果可知：矿井可采储量为 132.38Mt，则矿井服务年限 为 T=12338/1501.4 =58.75a 第一水平服务年限的计算公式为： （2-/()KTZA K 6） 式中：T1第一水平的服务年限，a； Zk1第一水平的可采储量，万 t； K矿井储量备用系数，取 K=1.4； A矿井设计生产能力，万 t/a。 根据矿井开拓布置，利用块段法计算出矿井第一水平可采储量为 11246.18 万 t（见图 2-2） ，所以第一水平的服务年限为： T1=11246.18/2401.4=33.5a 30a 经过矿井及第一水平服务年限的核算，二者均符合煤炭工业矿井设 计规范之规定，因此最终确定矿井的生产能力为 150 万 t/a。 2.2 井田开拓 2.2.1 井田开拓的基本问题井田开拓的基本问题 (1).井筒形式及数目的确定 一般情况下，井筒的形式有立井、斜井和平峒三种。斜井适用于井田 内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质情况简单，井筒不需要特殊法施 工的缓斜和倾斜煤层。平峒适用于地形条件合适，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，上山部分的储量大致 能满足同类井型水平服务年限要求。综合尚庄矿业公司的实际情况：1)表土 层较厚，且风化严重；2)地处平原，地势平坦，地面标高平均为+30m 左右， 煤层埋藏较深，距地面垂深在150m1150m 之间。因此，斜井及平峒 均不适用于本矿。 本科生毕业设计 第 17 页 由于立井开拓的适应性较强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文 等自然条件的限制；在采深相同的条件下，立井的井筒短，提升速度快， 提升能力大，对辅助提升特别有利；井筒的断面大，可满足高瓦斯矿井、 煤与瓦斯突出矿井需风量的的要求，且阻力小，对深井更为有利；当表土 层为富含水的冲积层或流沙层时，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，能兼顾井田浅部和深部不同产状的煤层。 因此，综合以上因素并结合该矿的实际情况，确定井筒的形式为立井。 本矿井采用一对立井开拓：主井采用箕斗提煤；副井采用罐笼提升矸 石，升降人员、设备、材料，且兼作进风井。风井安装梯子间，作为一个 安全出口。考虑到尚庄井田范围较大，矿井通风方式经过比较后确定为两 翼对角式通风（具体比较情况见第四章） ，在井田东西两翼边界各开掘一个 风井，风井安装梯子间，作为回风井并兼作安全出口。 (2).井筒位置的确定 井筒是井下与地面出入的咽喉，是全矿井的枢纽。井筒位置的选择对 于建井期限、基本建设投资、矿井劳动生产率以及吨煤生产成本都有重要 影响，因此，井筒位置一定要合理选择。 选择井筒位置时要考虑以下主要原则： 1)有利于井下合理开采 井筒沿井田走向的有利位置 当井田形状比较规则而储量分布均匀时，井筒沿井田走向的有利位置 应在井田的中央；当井田储量分布不均匀时，井筒应布置在井田储量的中 央，以形成两翼储量比较均衡的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工 作量最小，通风网络较短，通风阻力小。应尽量避免井筒偏于一侧，造成 单翼开采的不利局面。 井筒沿煤层倾向的有利位置 在倾向上井筒宜布置在中偏上的位置，同时考虑到减少煤损，尽量 让工业广场保护煤柱圈住一些影响生产的地质构造和断层。 有利于矿井初期开采 选择井筒位置要与选择初期开采区密切结合起来，尽可能使井筒靠近 浅部初期开采块段，以减少初期井下开拓巷道工程量，节省投资和缩短建 井期。 尽量不压煤或少压煤 确定井筒位置，要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱，做到不压 煤或少压煤。为了保证矿井投产后的可靠性，在确定井筒位置时，要使地 本科生毕业设计 第 18 页 面工业场地尽量不压首采区煤层。 有利于掘进与维护 a.为使井筒的开掘和使用安全可靠，减少其掘进的困难及便于维护，应 使井筒通过的岩层及表土层具有较好的水文、围岩和地质条件。 b.为加快掘进的速度，减少掘进费用，井筒应尽可能不通过或少通过流 沙层、较厚的冲积层及较大的含水层。 c.为便于井筒的掘进和维护，井筒不应设在受地质破坏比较剧烈的地带 及受采动影响的地区。 d.井筒位置还应使井底车场有较好的围岩条件，便于大容积硐室的掘进 和维护。 便于布置地面工业场地 井口附近要布置主、副生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便 于地面系统之间互相联接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地 面平坦，高差不能太大，专用线短，工程量小及有良好的技术条件，应尽 量避免穿过村镇居民区、文物古迹保护区、陷落区或采空冒落区、洪水侵 入区；要尽量少占农田、果园经济作物区，尽量避免桥涵工程，尤其是大 型桥涵隧道工程。为考虑长期运输的行车安全和管理，要尽量避免与公路 或其它农用道路相交，力求使接轨点位于编组站配线一侧。 另外，井口标高应高于历年的最高洪水位，还要考虑风向的影响，防 止污染。总之，选择井筒位置要统筹井田全局，兼顾前期和后期、地下与 地面等各方面因素。不仅要考虑有利于第一水平，还应兼顾其它水平，适 当考虑井筒延伸的影响。 通过以上分析，考虑到尚庄矿实际情况：铁路穿过井田北部；井田东 北部有一大块风化带。为了减少煤柱损失，缩短煤炭外运距离，减少运输 费用，平衡井田东（前期） 、西（后期）两翼的运输和通风系统，主副井布 置在井田储量的中央，以形成两翼储量比较均衡的双翼井田。矿井通风方 式为两翼对角式，在井田东西两翼边界各布置一个风井。 (3).工业场地位置、形式和面积 1)布置要求 井田两翼储量基本平衡； 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、 低洼和采空区，不受崖崩滑坡和洪水威胁； 工业广场宜少占耕地，少压煤； 水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。 本科生毕业设计 第 19 页 2)工业场地位置 结合以上要求，根据井筒位置，工业场地的布置在井田走向的中央。 工业广场形式与面积见前一节相关内容。 (4).开采水平的确定 本矿井煤层露头标高-150m，煤层埋藏最深处达-1150m，垂直高度达 1000m。井田走向长度平均走向长 6.5km，倾斜长 4.67km，煤层倾角 12， 根据上下山斜长的要求，此井田开拓至少为二水平或三水平，延伸方式可 为立井延伸或暗斜井延伸。由于受第一水平至少要服务 30 年以上的限制， 第一水平采用上下山开采。 (5).运输大巷和井底车场的布置 1)运输大巷的布置 由于本井田煤层埋藏比较深，冲击地压比较大，设计主采 5 煤层厚度 3.22m，7 煤层 1.86m，运输大巷为上下两个阶段服务，为便于维护和使用， 使大巷不受煤层开采的影响，兼顾井底车场的位置，将大巷布置在 7 煤层 底板以下 20m 的灰色中粗砂岩深灰粉砂岩层内。其优点是便于大巷的维 护，维护费用低，巷道施工条件能够保持一定方向和坡度；在开采上下阶 段时可跨大巷开采，不留保护煤柱，减少煤柱损失，同时便于设置煤仓。 2)井底车场的布置 由于井底车场一般要为整个矿井服务，服务年限长，故要布置在较坚 硬的岩层中，且与大巷要相符，即布置在 7 煤层底板下方。 (6).矿井开拓延伸方案及阶段划分 本矿井开拓延伸方案可以考虑以下两个方案： 1)立井延伸 采用立井延伸时，可以充分利用原来的各种设备和设施，提升系统单 一，转运环节少，经营费用低，管理费用较方便。但采用这种方法延伸时， 井筒同时担任生产和延伸任务，施工与生产相互干扰，立井延伸时矿井将 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，延伸后提升高度增加，提升能力下降。 2)暗斜井延伸 采用暗斜井延伸时，原有井筒的位置、水平的划分，上山或上下山开 采同时生产和延伸相互干扰较小，其缺点是增加了提升运输环节和设备。 (7).方案比较 1)方案说明 借鉴我国现有高产高效矿井及国外生产矿井的经验，结合本井田实际 本科生毕业设计 第 20 页 情况特提出以下五种开拓方案： 主井 副井 风井 +33 -125 -425 -600 -800 -1000 水平分界 图2-4 方案一 立井一水平加暗斜井延伸 主井 副井 风井 +33 -125 -600 -800 -1000 水平分界 图2-5 方案二 立井一水平加暗斜井延伸 本科生毕业设计 第 21 页 主井 副井 风井 +33 -125 -600 -800 -1000 水平分界 图2-6 方案三 立井两水平 -425 主井 副井 风井 +33 -125 -425 -600 -800 -1000 水平分界 图2-8 方案五 立井三水平 主井 副井 风井 +33 -125 -800 -1000 水平分界 图2-7 方案四 立井两水平加暗斜井延伸 -425 -600 本科生毕业设计 第 22 页 立井一水平加暗斜井延伸，一水平上下山开采，二水平上下山开采， 一水平和二水平分界位于-600； 立井一水平加暗斜井延伸，一水平上下山开采，二水平上山开采， 一水平和二水平分界位于-800； 立井两水平，双立井延伸二水平，均采用上下山开采，两水平分界 位于-600； 立井两水平，双立井延伸二水平，暗斜井延伸三水平，一水平上下 山开采，二水平上山开采，三水平上山开采，一水平和二水平分界位于- 600； 立井三水平，立井延伸二、三水平，一水平上下山开采，二、三水 平均采用上山开采。 2)粗略分析 对于方案二，一水平上山开采倾斜长度需要 L=475/sin12=2285m， 考虑斜长太长，不参加经济比较； 对于方案五，立井需要 1047m，考虑目前国内立井最深也就刚突破 1000m，技术难度太大，不参加经济比较； 对于方案四，-800m-1000m 的斜长是 962m，且矿井用水量正常在 200m3/h，倾角在 12左右，下山完全可以开采，所以对于方案四也不做经 济比较。参加经济比较的是方案一和方案三。 3)开拓方案经济比较 对于方案一和方案三的建井工程量、生产经营工程量、基建费和经济 比较结果分别汇总，见表 2-92-13。 建井工程量建井工程量 表表 2-9 项目方案一方案三 主井井筒（m）456+20456+20 副井井筒（m）456+5456+5 井底车场（m）10001000 运输大巷（m）26002600 初期 石门（m）-1460 主井井筒（m）-375 后期 副井井筒（m）-375 本科生毕业设计 第 23 页 主暗斜井（m）2650- 副暗斜井（m）2650- 井底车场（m）-1000 斜井车场（m）800- 主石门（m）- 运输大巷（m）79007900 基建费用表基建费用表 表表 2-10 方案一方案三方案 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 （m） 456+206765.7322.05456+206765.7322.05 副井井筒 （m） 456+59623.2443.63456+59623.2443.63 井底车场 （m） 1800300054018003000540 运输大巷 （m） 26002458.4639.1826002458.4639.18 石门（m）-14602458.4358.93 初 期 小计（m）1944.862303.79 主井井筒 （m） -3758795.3329.82 副井井筒 （m） -37510693.6401.01 主暗斜井 （m） 23502784.6654.38- 副暗斜井 （m） 23502784.6654.38- 井底车场 （m） 斜井车场 （m） 8003000240- 后 期 主石门（m）- 本科生毕业设计 第 24 页 运输大巷 （m） 79002458.41942.1479002458.41942.14 小计（m）3490.93212.97 共计5435.765516.76 生产经营工程量生产经营工程量 表表 2-11 项目方案一项目方案三 运输提升/ （万 tkm） 工程量 运输提升/ （万 tkm） 工程量 采区上山运 输 相同采区上山运输相同 大巷及石门 运输 一水平 二水平 1.211246.182.6= 35088.1 1.212529.67.9= 118780.6 大巷及石门运输 一水平 二水平 1.211246.182.6= 35088.1 1.212529.67.9= 118780.6 立井提升 一水平 二水平 1.211246.180.425= 5735.6 - 立井提升 一水平 二水平 1.211246.180.425= 5735.6 1.212529.60.8= 12028.5 斜井提升 二水平 1.212529.62.35= 35333.472 斜井提升 二水平 - 维护采区上 山费 相同维护采区上山费相同 排水/万 m3 一水平 二水平 2002436533.5/104= 5869.2 2002436537.3/104= 6534.96 排水/万 m3 一水平 二水平 2002436533.5/104= 5869.2 2002436537.3/104= 6534.96 本科生毕业设计 第 25 页 生产经营费用表生产经营费用表 表表 2-12 方案一方案三 项目工程量 （m） 单价 （元 /m） 费用 （万元） 项目工程量 （m） 单价 （元 /m） 费用 （万元） 采区上 山运输 同方案 三 采区上 山运输 同方案 一 大巷及石 门运输 一水平 二水平 35088.1 118780.6 041 038 14386.1 45136.6 大巷及石 门运输 一水平 二水平 35088.1 118780.6 041 038 14386.1 45136.6 立井提升 一水平 二水平 5735.6 - 122 - 6997.4 - 立井提升 一水平 二水平 5735.6 12028.5 122 1.30 6997.4 15637.1 斜井提升 二水平 35333.47 2 035212437.2斜井提升 二水平 - 维护采区 上山费 同方案 三 维护采区 上山费 同方案 一 排水/万 m3 一水平 二水平 5869.2 6534.96 00839 01325 492.4 865.9 排水/万 m3 一水平 二水平 5869.2 6534.96 00924 01013 492.4 865.9 总计80315.6总计83515.5 费用汇总表费用汇总表 表表 2-13 方案一方案三方案 项目费用/万元百分率%费用/万元百分率% 初期建井费1944.86100%2303.79119% 后期建井费3490.9109%3212.97100% 生产经营费80315.6100%83515.5104% 总费用85751.4100%89032.2104% 在上述经济比较中需要说明的以下几点： 两方案同是两个水平，而且水平标高相同，大巷位置相同，所以采 本科生毕业设计 第 26 页 区布置也相同，因而涉及区段生产经营费用没有比较。 两方案由于井筒位置不同，其井筒保护煤柱也不同。方案三的井筒 位置偏于煤层下部，因此方案三的煤柱损失比方案一多。 立井、大巷、石门及采区上山的辅助运输费用占运输费用的 20%进 行估算。 井筒、井底车场及主要回风石门等均布置在中硬或坚硬的岩层中， 它们的维护费用相对较低，故比较中未对其维护费用进行比较。 由对比结果可知：方案三的费用比方案一的费用多了点，费用近似 相同，但综合考虑到方案三的井筒位于煤层的中下部，煤柱损失比较大；