采矿工程毕业设计（论文）-古城矿2.4Mt新井设计【全套图纸】

中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 1 页 1 矿区概述及井田地质特征 1 矿区概述 1.1.11.1.1 矿井地理位置、地形特点和交通条件概述矿井地理位置、地形特点和交通条件概述 古城矿井位于兖州市之东，曲阜市以西，分属兖州、曲阜两市，坐标 为东经 11650121165400，北纬 35331235 3610。 矿井交通方便，京沪、新菏、兖石铁路在兖州交汇。307 国道贯通井田， 各村间均有简易公路相通。 井田范围内主要河流有泗水河和沂水河。 图一：古城矿位置交通图 1.1.21.1.2 矿区的气候条件矿区的气候条件 井田的气候温和，属温带季风区，海洋至大陆性气候，由于被鲁南山 北 (1) (2) (3) (8) (9) (7) (4) (6) (12) (5) (11) (10) (14) (13) 兖州市 峰 山 断 层 浦 津 铁 路 兖 新 铁 路 邹城市 渤海 济南 肥城 淄博 新汶 临沂 陶枣 徐州 连云港 石臼所港 烟台 青岛 兖州煤田 黄 海 黄 河 本矿井 其他生产矿井 (1)古城煤矿(2)东滩煤矿(3)鲍家店煤矿(4)南屯煤矿 (5)北宿煤矿(6)里彦煤矿(7)新集煤矿(8)田庄井田 (9)杨村煤矿(10)唐村煤矿(11)落陵煤矿(12)太平煤矿 (13)杨庄煤矿 曲阜区 到 站公 里 里 程 表 济南156 青岛649 徐州162 上海818 石臼所298 矿井交通位置图 (14)兴隆庄煤矿 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 2 页 区所隔，受海洋影响较小，气候变化显著，四季明显，夏季炎热，冬季寒 冷。根据曲阜、兖州两县气象站 1963 年至 1982 年的统计资料，年平均降 水 702.7mm，年最大降水量 1179.3mm（1964 年兖州） ；月最大降水量 405.5mm（1970 年 7 月曲阜）最大降水量 160mm（1972 年 7 月 6 日兖州） 雨量均集中在 79 月份，降水量占全年的 61%。年平均蒸发量 1719.5mm， 最大蒸发时间约为 49 月份，约占全年蒸发量的 80%。年平均相对湿度 67.7%，绝对湿度 12.7 毫巴，年平均气温 13.8 摄氏度，最高气温达 41 摄氏 度（1967 年 6 月 4 日曲阜） ，最低气温-19.3 摄氏度（1981 年 1 月 27 日曲阜） 。年平均风速 7.9m/s。极端最大风速 24m/s，最大风速的风向多为偏北风 （1963 年 3 月 15 日兖州） 。风相随季节变化，一般春季为南风，夏季东南 风，冬季东北风。雷暴雨一般出现在 310 月份。11 月份到次年 3 月份为冻 结期，最大冻土厚度 45cm（1958 年 1 月 25 日26 日兖州） ，降雪期从 12 月份开始至次年三月份结束，最大厚度 19cm（1955 年 12 月 3 日） 。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1.1.31.1.3 矿区的水文情况矿区的水文情况 （1）含水层 井田内主要含水层有 6 层，自上而下分别为： 1、第四系砂砾松散孔隙含水层组： 该层厚度 107.9254.5m，平均为 180.05m，其厚度变化从东北向西南 逐渐变薄。 2、山西组 3 号煤顶板砂岩裂隙水含水层 该层厚度 0.9236.69m，平均 17.46m，属于上煤组顶板直接充水含水 层，煤在开采过程中，预计顶板冒落以后，导水裂隙带高度可达下石盒子 组底部砂岩。 3、太原群第三层石灰岩岩溶裂隙含水层 该层厚度 1.78.15m，平均 4.86m，层位稳定，全区发育。三灰含水层 以静储量为主，易于流干。本层上距 3 号煤 5.3620.82m，上距 3 号煤 39.865.65m。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 3 页 4、太原群第十层下石灰岩岩溶裂隙含水层 本层位于 16 号煤直接顶板外，在 17 号煤冒落带之内。是下煤组开采 时的顶板直接充水含水层，富水性弱，单位涌水量 0.0000687L/S.m，属重 碳酸钠型水。 5、本溪群第十四层石灰岩岩溶裂隙含水层 该层厚度 0.413.1m，平均 4.95m。岩溶不发育，富水性弱。本层上距 17 号煤底板 10.14m48.04m，属于下煤组开采时底板直接充水含水层。 6、中奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层 奥陶系石灰岩是煤系的基底，是开采下煤组的间接充水含水层，从揭 露奥陶系石灰岩岩性看，裂隙较发育，岩溶不够发育。 富水性在水平垂直方向上表现出极不均匀性，井田内在假整合面 15m 以下富水性强，平面分布上主要富水区段为西部和北部奥灰埋藏较浅地段 以及东部构造复杂区，一般单位涌水平均在 1L/S.m 以上。 （2）隔水层 井田内各含水层间隔水层较多，主要有以下三层： 1、第四系底界隔水层 井田北部为煤系地层露头部位，但在此区段第四系底部有一层厚度 2.9312.4m 较稳定的粘土类地层与下伏地层相隔可起到隔水作用。 2、下二迭系山西组以下隔水层组 井田内二迭系地层由北向南逐渐增厚，其岩性主要为泥岩、砂质泥岩、 粘土泥岩、夹有细粗粒砂岩，此段隔水层组可以防止上部裂隙水下渗补 给其它含水层。 3、17 号煤至奥灰隔水层组 井田内 17 号煤至奥灰顶面正常地段间距为 32.75m61.65m，该段岩性 主要为粘土泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩及三层石灰岩，该层可以起到一定 的隔水作用。未来矿井深部开采 17 号煤时，由于十四灰，奥灰都具有强大 高水头压力，隔水层厚度难以承受，会给开采 17 号煤带来威胁。因此，应 对十四灰、奥灰进行疏干降压。 （三）断层的导水性 从井田钻孔揭露，抽水资料及简单水文观测资料上看，井田断层富水 性和导水性弱。 （四）水文地质类型 勘探查明，2 上、3 层煤的水文地质类型为二类一型，即以裂隙含水层 为主，水文地质条件简单的矿床；16 上煤、17 煤为三类第一亚类一型，即 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 4 页 以岩溶含水层为主的顶板进水，水文地质条件简单的矿床，当底鼓突水时， 可以转化为水文地质条件中等复杂的底板进水岩溶充水矿床。 1.2 井田地质特征 1.2.11.2.1 地形地貌、地质构造地形地貌、地质构造 井田内地势平坦，为一冲积平原。海拔标高为+48.77+61.82 米，一 般高程在 + 50.00m 左右，地势东高西低。 本井田位于兖州市向斜的东北隅，由于受滋阳、峄山两边界断层的影 响，除保留了向斜构造形态外，其断裂构造发育，且地层倾角变陡为其特 征。本井田范围内地层走向：南东南北北东，为一向南东东敞开的簸 箕形单斜构造，地层倾角浅部陡，深部缓，浅部 1835，平均倾角 23；深部 815，平均 10。构造以断层为主，主要断层的展布方 向以北西方向为主，井田内共有落差大于 10 米的断层 25 条，矿井建设和 生产过程中新发现落差 310 米的断层 43 条，并发现一定数量的小断层， 断层发育程度为a；井田内褶曲不发育，基本不影响采区或工作面的布置， 定为b；岩浆岩仅在井田西北部 35 号孔有所见，属小型侵入体的边缘 部分，对井田内煤层无影响，定为c。 1.2.21.2.2 地质构造地质构造 一、地层 本区为全掩盖区，经勘探查明的地层层序由下而上简述如下： （1）奥陶系中统马家沟组（O2） 厚度 640660m，岩性主要为灰岩，与下伏地层整合接触。 （2）石炭系中统本溪群（C2） 厚度为 16.0547.55m，平均厚度 27.21m。 本群地层假整合于中奥陶系马家沟灰岩之上，底部一层褐红色含铁很 高的铁铝质泥岩。 本群地层为一套滨海相铝质沉积，由泥岩、粘土岩、粉砂岩、铝土岩、 石灰岩及薄煤层组成。石灰岩为十四灰、十三灰、十二灰，位于太原群中 部和顶部。 （3）石炭系上统太原群（C3） 厚度 143.3193.5m，平均厚度 173.37m。 本群地层由砂岩、泥岩、粘土岩、石灰岩及油页岩和煤组成，其中石 灰岩 11 层，自上而下依次编号为二灰、三灰、四灰、五灰、六灰、七灰、 八灰、九灰、十上灰、十下灰、十一灰。 本群含煤 19 层，其中可采或局部可采 5 层，即 6、10 下、15 上、16 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 5 页 上、17 等煤层。 （4）二迭系下统山西组（P11） 该组是本区最主要含煤地层，厚度 56.797.8m，平均厚度 76.12m。岩 层主要由灰色至灰黑色细砂岩、中砂岩、粉砂岩、夹砂质泥岩、泥岩和含 砾砂岩组成。 本组含煤 24 层，可采煤层为 2 上和 3 煤两层。 （5）二迭系石盒子组（P） 为一套陆相碎屑岩，厚度东北薄，西南厚，一般厚度为 280320m， 与下伏地层山西组为整合接触。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 6 页 (m) 层 厚 名 称 煤 岩 1：200 柱 状 (m) 累 厚 岩 性 描 述 中砂岩 8.4046.65 5.8538.25 8.4532.4 1.7923.95 灰白色，微带绿色，成分以石英为主， 长石次之，含云母星点黑色矿物较多， 硅泥质胶结，隐显斜水平层例。 8.75 4.40 6.60 2.83 紫红色，成分以石英为主，含云母星 点，无层理。 砂质泥岩 11.0 13.83 22.163煤 砂质泥岩 灰黑色，致密,厚层状，中夹菱铁矿结 核和少量黄铁矿散晶，有少量植物化 石，有滑面。 灰色，泥质胶结，有明显的黑色泥质 量条带,具波状层理。 灰黑色，致密、性脆，块状构造，含 菱铁矿结核，偶见黄铁矿散晶，具纵 向裂隙。 黑色烟煤，半亮型为主，夹有镜煤条 带，煤层结构呈条带状，夹有矸石薄 层。 粉砂岩 黑灰色，块状构造，性脆，含植物化 石，呈滑面。 以白色为主，少带灰白色，含暗色矿 物，钙质胶结。 细砂岩 中砂岩 砂质泥岩 4.40 图二：地层综合柱状图 （6）侏罗系上统蒙阻组（J3） 分布于 18 勘探线以西及西南部，为砖红色、灰绿色的陆相碎屑岩沉积， 厚度变化大，最薄为 75.9m，最厚 564.9m。 （7）下第三系（E） 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 7 页 分布于 14 勘探线以东，为断陷盆地沉积，为砂岩、粘土岩、泥岩，与 下伏地层呈不整合接触。厚度变化大，为 0680.2m。 （8）第四系（Q） 主要由亚粘土、亚砂土及砂层组成，厚度 107.9254.5m，一般 170180m，由东北向西南逐渐变薄。 2）构造 本区位于兖州向斜的东北隅，由于受滋阳、峄山两边界断层的影响， 除保留了向斜构造形态外，其断裂构造发育，且地层倾角变陡为其特征。 地层倾向南东-南东东，西南部由于受滋阳断层的牵引，地层走向由北 东转为南东，因而本区的单独形态为一个轴向近东西的向斜，但东端由于 被峄山断层切割，所以整个井田的构造形态呈一向南东敞开的簸箕形，地 层倾角北翼陡，南翼缓，边缘陡，深部缓。北部边缘地层倾角 1529， F14 断层以东倾角变缓约为 10左右，F14 断层以西，地层倾角一般 10 左右。 地层走向为 F14 断层以东，地层走向北 4050东，F14 断层以西 由近南北走向转为北 30西。 构造以断层为主。地层沿走向显有波状起伏，由于受断层的拖引，局 部有小的短轴背斜和向斜出现。井田内共有断层 35 条。 3）岩浆岩 仅在井田西北部 35 号孔有所见，为基性辉绿岩和辉绿玢岩，呈脉状 沿 F5 断层带侵入太原群地层中，最大厚度 10.22m，最小厚度 0.22m。从岩 浆岩的产状和围岩情况看，属小型侵入体的边缘部分，对井田内煤层无影 响。 1.3 煤层特征 本井田含煤地层为华北型石炭、二叠系含煤建造。主要含煤地层为太 原组和山西组。本井田内可采及局部可采煤层 7 层，分别为 2 上、 3、6、10 下、15 上、16 上、17 煤。2 上煤，煤厚 01.01 米，平均厚 0.61 米，为部分可采的不稳定煤层；3 煤为本井田最重要的可采煤层，容重 1.35t/m3，煤厚 5.3311.45 米，平均厚 8.49 米，为全区可采的稳定煤层； 其它 5 层煤由于硫分大于 3%，其储量已划为暂不能利用储量。本井田煤层 以 3 煤为主，煤层稳定性为d。 1.3.11.3.1 煤层特征煤层特征 本井田含煤地层为华北型石炭、二叠系含煤建造。主要含煤地层为太 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 8 页 原群和山西组。含煤地层平均总厚为 249m，共含煤 2426 层，煤层平均 总厚度 19.82m。含煤系数为 7.9%。其中可有可采煤层 7 层，厚为 12.95m，主要可采煤层分述如下： （1） 2 上煤：位于山西组中上部。距山西组顶界 1539m，平均 25m，煤厚 0-1.07m，平均 0.61m，厚度变化较大。可采点多分布在 3 线以 南及 13 线至 16 线之间；未发现有夹石，直接顶板常为厚 35m 的泥岩或 砂质泥岩；老顶为灰白色中粒砂岩；底板多为厚 46m 的砂质泥岩，有时 相变为粘土岩和细砂岩，下距 3 煤 32m。属结构简单部分可采不稳定煤层。 （2）3 煤：是本区最重要的可采煤层。位于山西组的下部，距山西组 底界 10m 左右，距三灰 50m 左右；厚度 5.3311.45m，平均 8.49m，层位 稳定，厚度变化不大，全区可采。结构简单，有 7 个钻孔发现有夹石，厚 0.031.25m。直接顶板为深灰色，厚 3m 左右的砂质泥岩，有少数孔伪顶 为泥岩。老顶是灰白色含黑色矿物较多的中粒砂岩，底板为 57m 的且有 清楚波状层理及生物扰动构造的细砂岩，常相变为灰黑色的砂质泥岩，有 时为泥岩。 （3）6 煤：位于太原群上部。属薄煤层：厚 0-1.15m，平均 0.72m。可 采点主要分布在 F19 断层西南，F19 与 F21 断层间之南部，厚度变化大， 除 30-1 孔和 13-2 孔发现有 0.25 和 0.06m 厚的泥岩夹矸外，其余各孔无夹 矸。顶底板多为深灰色的砂质泥岩，9 线至 14 线间顶板多为中、细砂岩， 底板往往相变为细砂岩和粉砂岩。6 煤上距 3 煤 40m 左右；下距三灰 10m 左右，为结构简单，部分可采的较稳定煤层。 （4）10 下煤：位于太原群中部，上距五灰和三灰各为 16m 及 34m 左 右，煤厚 01.1m，平均 0.67m。属薄煤层，煤厚变化较大，可采点主要分 布在 15 勘探线至 F5 断层之间，全区仅仅 5 个孔发现有夹石，夹石厚度均 在 0.050.15m，顶板多为深灰色的细砂岩或中砂岩，有时逆变成砂质泥岩， 厚度约 3.5m。10 下煤属结构简单，部分可采的较稳定煤层。 （5）15 上煤：薄煤层，位于太原群中下部，煤厚 01.46m，平均 0.76m。可采点主要分布在 9 线至 14 线间-800 水平以浅和 4 线以南，26 线 以南深部多数钻孔未达层位或受构造破坏而断失，因而煤层控制程度较差。 全区 9 点发现含有泥岩或砂质泥岩夹石一层，厚 0.040.5m。煤层顶板为 一薄层泥灰岩（九灰） ，厚 01.82m，往往为砂质泥岩所代替，底板为比较 厚的灰色细、中砂岩。厚 10m 左右，含炭屑和植物化石，下距十一灰岩 28m 左右。为简单结构，局部可采的不稳定煤层。 （见表一） 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 9 页 （6）16 上煤：位于太原九下部，薄煤层。煤厚 01.61m，平均 0.8m，厚度变化较小，全区大部分可采。不可采点主要分布在 15 线以东、 26 线以南，-1000m 以深的钻孔多未达层位，控制程度较差。含夹石 12 层，厚 0.10.2m，直接顶板为十下灰岩，上距 3 煤 160m 左右，底板多为 厚 2m 左右的灰黑色铝土质的泥岩，局部变成深灰色彩的砂质泥岩。15 线 以东大部可采，煤层本身层位稳定，厚度变化近于稳定，为结构较复杂的 较稳定煤层。 煤层顶板类 别 顶板冒落性能岩性岩块试验单向抗压强度 （104Pa） 3II 中等冒落砂质泥岩 细砂岩、泥 岩 4811.8-9476.6 16 上 III-IV 难冒落、极难冒 落 石灰岩 9623.6-15356.6 砂岩 9555.0-11652.217III 中等冒落 石灰岩 2126.6-5546.8 表一：可采煤层顶板特征表 （7）17 煤：位于太原群下部，上距十下灰 14m 左右，层位稳定，全 区大部分可采。煤层厚 0.281.3m，平均 0.9m，14 线以东由于构造复杂， 煤层常被断薄，26 线以南及-1000m 以深钻孔多未达层位，控制较差。含夹 石 12 层，厚 0.050.19m。顶板十一灰为薄层灰岩，一般厚 1m 左右，不 稳定，常相变为粉砂岩或泥岩。底板为浅灰色具鲕状结构的泥岩。17 煤属 结构较复杂、大部分可采的较稳定稳定煤层。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 10 页 2 井田境界和储量 2.1 井田境界 2.1.12.1.1 井田境界确定井田境界确定 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有： 1、要充分利用自然条件划分，在可能的条件下，应尽量利用地形、地 物、地质构造、水文地质以及煤层特征等自然条件，以减少煤柱损失，提 高资源采出率，充分保护地面设施； 2、要有与矿区开发强度相适应的井田范围，要保证井田范围与矿井生 产能力相适应，有足够的储量和服务年限及合理的尺寸； 3、照顾全局，处理好与临矿的关系； 4、直线原则，井田的划分应尽量采用直线或折线，有利于矿井的设计 和生产管理工作的开展。 根据以上划分原则，以及考虑到古城煤矿煤田内地质构造等原因，本 井田在能满足生产开发强度的前提条件下，不但要考虑了自然条件原因， 而且要考虑到矿区的整体规划，故将古城煤矿的井田范围：西以京沪铁路 东侧煤柱线及兖州市煤柱线，即 Z1Z8、Z12Z17 各点连成为界，东至 F33 断层，北以 F18 断层及 D1D5 各点连成与单家村煤矿为界，南以第 31 勘探线及-1200 米煤层地板等高线为界，井田面积约 15.75km2。储量计 算范围为井田境界内各可采煤层。 2.2 矿井工业储量 2.2.12.2.1 井田钻孔及勘探分布情况及勘探类型井田钻孔及勘探分布情况及勘探类型 钻孔及勘探分布情况：全区经过普查、详查、精查勘探及使用综合勘 探的精查补充勘探后，成勘探线 7 条，平均间隔 500m；全区可利用钻孔 14 个，其中达到可采厚度钻孔 9 个，达不到可采厚度钻孔 4 个。根据勘探情 况，矿区的地质条件以基本清楚。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 11 页 2.2.22.2.2 煤层最小可采厚度煤层最小可采厚度 本井田内煤层赋存条件良好，煤层较厚且煤层倾角平均在 10 度左右， 属缓倾斜煤层，平均厚度 8.75m，瓦斯涌出量较小，煤尘无爆炸性。 2.2.32.2.3 工业储量的计算工业储量的计算 工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探厚度与质量均合乎开采要 求，目前可供利用的列入平衡表内的储量，即 111b+121b+2M11+2M22+333K (K=0.70.9)储量。 据统计，井田边界内完整的网格网数目为 53 个，不完整的有 12 个， 由于井田的地势较为平缓，可视为一个平面，故完整的网格数目经计算为 63 个。 （网格面积为 500m500m） 地质总储量=190Mt cos ms Z 10cos 35 . 1 75 . 8 63500500 井田边界周长 C=16455km；井田边界的煤柱留设为 50m；断层留设的煤 柱为 30m；工业广场的煤柱留设 20m 通过计算井田边界的煤柱损失为 9.8Mt；断层的煤柱损失为 3.6Mt；工 业广场的煤柱损失为 2.9Mt； P1=9.8+3.6=13.4Mt P1为边界及断层的煤柱损失 矿井工业资源储量 Zg=111b+121b+2M11+2M22+333K=170Mt (K 取 0.9) 2.3 矿井可采储量 2.3.12.3.1 计算可采储量时，必须要考虑以下储量损失计算可采储量时，必须要考虑以下储量损失 1、工业广场保安煤柱； 2、井田境界煤柱损失； 3、采煤方法所产生煤柱损失和断层煤柱损失； 4、其它各种损失； 通过以上原则计算得知设计资源储量 Zs=Zg-P1=15.5Mt 设计可采储量 Zk=(Zs-P2) C =120Mt （2-1） C采出率；取 0.75 P2井筒、工业广场及大巷的煤柱损失 2.3.22.3.2 各种煤柱损失计算各种煤柱损失计算 1、本矿井开采时，由于村庄稀疏且规模较小，开采初期时无影响，在 后期开采时宜采用搬迁解决；井田内无铁路河流影响；并且井田内没有较 大的断层和构造，因此煤柱损失只需考虑工业广场保安煤柱损失及井田边 界煤柱损失。 S=梯形面积=(上宽下宽)高/2 (2-2) 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 12 页 =(1169+1353)1195/2 =150.69（万 m2） 则工业广场的煤柱量为： 工业煤柱量=梯形面积总煤厚容重 (2-3) 工广保护煤柱=150.6910.61.35=2156.37(万 t） +50 -250 -536 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 13 页 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 根据煤炭工业设计规范规定矿井年工作日定为 330d。矿井日净提升时间确定 为 14h。 由于本矿井采用了联合集中布置，且主要开拓巷道布置在岩石中，为了减少提升 人员时间，增加副井的提矸时间；以及采区走向较长导致个人上下班时间较长，并且 生产设备先进，为降低工人劳动强度，设计认为采用”三八”工作制，其中两班采煤， 一班准备，每班工作 8h 较为合理。 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 3.2.13.2.1 矿井设计生产能力的确定矿井设计生产能力的确定 本矿井的生产能力主要考虑了以下几点： 1、生产强度与地质条件的符合，本矿井地质构造简单，储量丰富，煤层赋存稳定， 煤层属于厚煤层； 2、矿井生产能力与工业储量符合煤炭工业设计规范要求； 3、根据煤炭市场需求情况，本矿井的煤质属于政府调节煤种； 鉴于以上因素，并且考虑到资源利用和矿井的长远发展，故将本矿井的年设计生 产能力确定为 2.4Mt/a。 3.2.23.2.2 水平的服务年限水平的服务年限 根据矿井实际的地层和煤层特征，本矿井主采 3#煤，赋存稳定。该水 平采用立井单水平开拓，水平标高为-540 矿井服务年限的计算公式： （3-1） KA k Z T 式中 ： T为水平服务年限，a; Zk矿井可采储量，120Mt； 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 14 页 A矿井设计年生产能力，2.4Mt； K矿井备用系数，取 1.3。 T=65a 3 . 14 . 2 120 由上式计算得出矿井服务年限的服务年限为 65 a。 4 井田开拓 4.1 井田开拓的基本问题 4.1.14.1.1 工业广场及井筒的位置，形状及面积确定工业广场及井筒的位置，形状及面积确定 1、工业场地的选择主要考虑以下因素： （1）尽量位于储量中心，使井下有合理的布局避免单翼开采，节省运 输及通风费用； （2）占地尽量要少，减少压煤，且交通方便； （3）工业场地的标高要高于矿区历年最高洪水位； （4）主副井筒布置在地质条件较好的区域，确保井筒及井底车场的围 岩稳定。 （5）综合考虑矿井的前期及后期生产，在保证总体工程量小的前提条 件下，尽量减少初期投资。所以把井硐放在倾向长度的中央。 2、根据以上原则，结合本矿实际情况，工业广场布置在储量中心偏上， 主要是考虑减少上山开采和地形的影响；充分利用无煤区减少压煤；另外 此处地面标高高于历年的最高洪水位； -340 m 水平车场及井筒均避免通过 断层或构造，围岩稳定。因此此处是最佳位置。 3、根据煤炭设计规范要求，本矿井工业广场占地面积应在 19.825 公顷之间，本设计工业广场取 22.5 公顷，长、宽分别为 500m、450m。 4.1.24.1.2 井筒形式，数目，位置及坐标确定井筒形式，数目，位置及坐标确定 1、 井筒形式的选择：根据本矿井的实际情况：表土层平均厚 120m； 区内地势平坦；煤层埋深较小，浅部埋深 100m。虽然煤层埋深不大，但表 土层不稳定，不适用斜井与平峒开拓，确定本矿井采用立井开拓。 2、井筒数目：本矿井采用主井提煤，副井运料。由于矿井走向长度和 倾向长度相差不大，而且矿井开采深度不大，故采用中央分列式通风。 3、为方便管理将主井与副井均布置在工业广场内，风井布置在煤层浅 部。 4、设计井筒位置坐标见下表： 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 15 页 坐标XY 主井2280.5531586.1272 副井2286.0876571.6119 风井2275.4134601.386 表 4 井筒坐标 4.1.34.1.3 阶段参数确定阶段参数确定 井田主采煤层为 3 号煤层，矿井大致分为 3 个带区，三带区位于井田 上部，期间有断层，所以定为后期考虑，前期为一二带区，前期煤层倾角 变化较小，为 10，缓倾斜煤层，为实现高产高效，要求巷道布置系统力 求简单，掘进工程量要少，结合实际生产中带区布置与采区布置各自的优 缺点及适用条件，分析比较可知本矿井采用带区式开采优势明显，故设计 为带区式开采。 3 号煤层平均厚度为 8.75m，赋存稳定，煤层厚度变化不大，煤质硬度 不大。故矿井开拓大巷布置在岩层中，留大煤柱护巷，大巷间距 30m。由 于矿井属低瓦斯矿井，为满足回风需要，单独建设回风立井。一条运输大 巷，一条轨道大巷及一条回风大巷，共三条大巷。为便于在巷道交叉时架 设风桥等构筑物，运输大巷距煤层底板一定距离掘进。大巷基本保持与煤 层同方向布置，局部半煤岩及岩巷，巷道坡度不随煤层而起伏，一般保持 千分之三，胶带大巷上仓段局部 10。 4.1.44.1.4 确定开拓方案确定开拓方案 方案一：立井单水平开拓 主、副井筒均为立井，布置在井田中央，只设一个水平。主要石门及 井底车场沿煤层底板掘进至-300，大巷布置在岩层中并沿底板掘进，局部 半岩及岩巷。由于辅助运输采用电机车运输，如图 4.1 方案二：主斜井、副立井单水平开拓 斜井提升运输能力大，立井辅助运输能力大，为此提出主井采用斜井 开拓，副井采用立井开拓，大巷布置在岩层中，沿底板掘进，局部半煤岩 及岩巷，如图 4.2 方案三：斜井单水平开拓（井筒位于井田中央） 主、副井井筒均为斜井开拓，布置与井田中央，大巷布置在岩层中， 沿底板掘进，局部半岩及岩巷。如图 4.3 方案四：立井两水平开拓（井筒位于井田中央） 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 16 页 水平标高-300，二水平采用立井延伸，标高-540。如图 4.4 方案一：立井单水平开拓 方案二：主斜井、副立井单水平开拓 方案三：斜井单水平开拓（井筒位于井田中央） -100 -140 -220 -180 -340 -380 -300 -260 -420 -460 -540 -500-500 -540 -460 -420 -260 -300 -380 -340 -180 -220 -140 -100 -100 -140 -220 -180 -340 -380 -300 -260 -420 -460 -540 -500-500 -540 -460 -420 -260 -300 -380 -340 -180 -220 -140 -100 -100 -140 -220 -180 -340 -380 -300 -260 -420 -460 -540 -500-500 -540 -460 -420 -260 -300 -380 -340 -180 -220 -140 -100 -100 -140 -220 -180 -340 -380 -300 -260 -420 -460 -540 -500-500 -540 -460 -420 -260 -300 -380 -340 -180 -220 -140 -100 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 17 页 方案四：立井两水平开拓（井筒位于井田中央） 各种开拓方式的适应条件各种开拓方式的适应条件 井筒形 式 立井开拓 斜井开 拓 平硐开 拓 主副斜井开 拓 煤层 条件 埋藏深、表土 厚为缓倾斜煤层。 倾角小于 25表土层 薄无流沙层 倾角较 小，地形复 杂。 井田范 围较大。 优点 井身短，通过 井筒的各种管线 长度小，提升速 度 快机械化程度高， 对辅助提升有利， 人员提升快，井 筒断面大，通风 阻力小，生产经 营费用低，有利 于井筒维护，实 用性强，技术可 靠，不受煤尘瓦 斯水文等限制。 开拓部署 能适应、产 量大，生产 集中的要求， 主斜井不受 长度限制的 要求，井筒 装备及井底 车场地面设 施简单，施 工简单，掘 进快，初期 投资少，延 伸方便安全 出口好。 最简单的 开拓方式技 术经济最有 利，主运环 节设备少， 地面工业广 场简单，水 可自流，无 水仓施工条 件好，掘进 速度快。 主斜井胶带 运输生产能 力大，井筒 不受长度限 制。 缺点 井筒施工复杂， 装备复杂，基建 投资大，井筒延 伸困难 井身长， 通过井筒各 种管线长， 生产经营费 用高，维护 难，掉转提 升能力小， 对地质条件 适应性差。 对井田构 造和自然条 件有一定限 制。 综合立井 和斜井两者 缺点。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 18 页 适用 条件 生产能力大，煤 层埋藏深，表土 厚或水文情况复 杂，开采煤层不 受条件限制，不 适合斜井，平硐， 综合方式时均可 采用立井开拓。 地质构造简 单，井田走 向短。 山岭，丘 陵，沟谷地 区，煤层埋 于山中，在 山麓 开平硐开拓。 矿井生产 能力大。 2技术比较 以上所提出四个方案大巷及水平数目均相同，区别在于井筒形式和井 筒位置不同，及部分基建、生产费不同。 方案一、三主井井筒形式不同。方案一主井为立井，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，主要缺点是井筒施 工技术复杂，备用设备多，要求有较高的技术水平，掘进速度慢，基建投 资大；方案三主井为斜井，斜井的运输提升能力比立井大，有相当大的提 升能力，可满足特大型矿井主提升的需要，斜井井筒也可作为安全出口， 井下一旦发生事故，人员也可从主斜井迅速撤离，但斜井开拓的工业广场 比立井的工业广场大，带来的煤炭损失非常大。井田内 3#煤层厚度大、倾 角小、赋存稳定，涌水量小，立井的优点突出，选用大箕斗提升能力大很 适合 240Mt 的特大型矿井的需要。经过以上技术分析、比较，在结合粗略 估算费用结果（表 4.1） ，在方案一、三中选择方案一：双立单水平开拓。 方案二、四主要区别在副井筒形式不同，以及设计的井筒位置。方案 二井筒位于井田中央的储量中心，井下运输距离短，运输费用相对较低， 但主斜井的提升能力大，副井罐笼提升也很大。方案四井筒位于井田边界， 由于井田利用部分井田边界煤柱，减少部分压煤，但井田中央煤层距地表 距离大，井筒长，基建费用多，经过以上技术分析、比较，再结合粗略估 算费用结果在方案二、四中选择方案二：主斜副井单水平开拓。 3经济比较 第一、二、三、四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，分别计算汇总与下列表中：表 4.1、表 4.2、表 4.3、表 4.4、表 4.5 和表 4.6。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 19 页 表 4.1 各方案粗略估算费用表 方案一 立井单水平开拓（中央）方案二 主斜副井单水平开拓 主 井 开 凿 35222787.5802.12 主井开 凿 11259804.64 1103.02 副 井 开 凿 35224077.7823.46 副井开 凿 35224077.7823.46 风 井 34220162.3689.56风井34220162.3689.56 基建费用/万元 小 计 2315.142616.04 大 巷 运 输 1.244630.088471.2928 大巷运 输 1.24463 0.088 471.2928 生产费用/万元 小 计 471.2928小计 471.2928 费 用 2786.4328费用3087.3328 合计 百 分 率 100%百分率 100.6% 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 20 页 表 4.2 各方案粗略估算费用表 方案三 双斜井单水平开拓（井 田中央） 方案四 立井两水平开拓 主 井 开 凿 11259804.641103.2主井开凿5409804.645294505 副 井 开 凿 9849804.64964.78副井开凿5409804.645294505 风 井 34220126.3689.56井底车场34220126.3689.56 小 计 2757.56小计1748.461 大 巷 运 输 1.244630.088 471.292 8 大巷运输 1.24463 0.088 471.2928 基建费用/万元 小 计 471.2928小计471.2928 费 用 3228.8528费用2219.7538 合计 百 分 率 100%百分率 100.12% 通过以上粗略比较可以看出方案一和方案二在经济上优势明显，方案 三和方案四费用比方案一和方案二高出许多。所以此处把方案三和方案四 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 21 页 排除，所以以下为方案一和方案二做详尽的比较。 表 4.3 建井工程量 方案一 双立单水平开拓 方案二 主斜副立单水平开拓 副井井筒352副井井筒352 井底车场300井底车场300 初期 主井井筒352主井井筒1125 风井342风井342 主井井筒0主井井筒0 副井井筒0副井井筒0 风井684风井684 后期 大巷7000大巷7000 表 4.4 基建费用表 方案一双立单水平开拓方案二主斜副井单水平开拓 工程 量 单价费用工程量单价费用方案 m元/m万元m元/m万元 主井 井筒 35222787.5802.1211259804.641103.02 副井 井筒 35224077.7823.4635224077.7823.43 初 期 风井34220126.3688.3234220126.3688.32 小计2313.92614.77 运输 大巷 81000.088712.881000.088712.8 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 22 页 合计3026.73327.57 表 4.5 生产经营费 方案一 双立单水平开拓方案二 主斜副井单水平开拓 项目工程量 万 t/km 单价 元/t.km 费用 万元 工程量 万 t/km 单价 元/t.km 费用 万元 大巷运 输 17238.320.0881516.9817238.320.0881516.98 提升16842.120.7512631.5920077.440.5210440.25 合计14148.4811957.23 大巷维 护费 82.97201659.482.97201659.4 排水费5634.430.125704.35634.430.1251.0435734.94 合计16512.1816351.57 表 4.6 费用汇总表 方案一方案二 方案 项目 费用（万元） 百分率 %费用（万元）百分率 % 初期建井费 3170.5 100% 3471.4 109.5% 基建工程费3026.7100%3327.57109.9% 生产经营费16512.18100%16351.5799.0% 总费用22709.38100%23150.54101.9% 4.1.5 综合比较综合比较 从以上经济技术比较来看：方案 2 虽然比方案 1 的生产系统简单一些， 初期建井费也比方案 1 便宜，因此可认为方案 1、2 在经济方面不相上下， 但方案 1 在技术方面要明显占有优势。综合平定所以最终的选择是方案 1： 既立井单平开拓。 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 23 页 4.2 矿井基本巷道 4.2.1 井筒的选择井筒的选择 （1）井筒断面布置形式 根据第四章井田开拓可知，本矿井的井筒采用立井开拓即主，副 井及风井均为立井，由于半圆拱形断面的井筒有利于采用混凝土，石料和 锚喷等永久支护，同时半圆拱形断面具有承受地压性能好，通风阻力小， 服务年限长维护费用少以及便于施工等优点，所以本矿井井筒形式均采用 圆形断面。 （2）提升容器的选择 主井提升容器的选择是由井筒用处、井筒深度、矿井设计年产量和提 升机类型决定的。本矿井水平为-380m，矿井设计年产量为 2.4Mt/a，主井 用提升煤炭兼下放大型设备，故提升容器选用箕斗，副井用作升降人员， 材料设备和提升矸石，故选用罐笼。提升容器的规格祥见后面第八章的有 关内容。 （3）井筒装备 立井井筒装备包括：罐道梁、罐道、梯子间、管路电缆间、过卷装置 以及井口和井底的金属支撑结构。其中罐道梁、罐道是井筒装备的主要组 成部分，它们是保证提升容器安全运行的导向设施，也是决定井筒设备安 装工期的主要工作。各装备的布置情况见井筒平面图 （4）影响井筒直径的因素 井筒静直径主要根据提升容器的大小和数量、井筒装备、井筒布置和 各个安全间隙来确定。确定静直径的井筒，如果用做通风时，还必须进行 通风速度校核，在满足煤矿安全规程有关规定的条件下才算合格。井 筒的掘进直径由井筒静直径与井筒永久支护厚度决定。井筒永久支护厚度 的设计，经常采用计算与经验类比相结合的方法确定。根据本矿井的设计 年生产能力，参考井筒断面图集 ，确定各井筒的断面尺寸如图 4-1，4- 2，4-3 所示。1、主井：由于本井田地处平原，虽然煤层埋藏不深、表土层 不是很厚，且表土层不稳定，不具备斜井与平峒的开拓条件，故而采用立 井开拓。主井采用圆形断面，井壁采用锚喷支护,井筒直径 6m，净断面 28.4m2；掘进断面在表土段面积 52.78m2,支护壁厚 1100mm；掘进断面在基 岩处面积为 38.465 m2，支护壁厚 500mm。主井采用一对 16t 箕斗提煤。其 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 24 页 断面图如图 4-2-1 所示。 78 60002400 1100 500 2200 850 17001700 1850 2550 12751275 图 4-2-1 主井断面图 表 4-2-1 主井井筒特征 井型 井筒 直径 井深 净断面 积 基岩段 毛断面 积 表土段 毛断面 积 提升容器 2.4Mt6.0m368m28.4m2 38.465 m2 52.78 m2 一对 16t 多绳 箕斗 罐道形式井筒混凝土支护厚度 组合钢罐道基岩段 500mm表土层段 1100mm 2、副井：井筒采用圆形断面,井壁采用锚喷支护,副井主要用来运输人 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 25 页 员、设备、材料以及提升矸石，兼做通风、排水、供电用。直径 7.2m，净 断面 40.69m2，掘进断面在表土段面积 69.36m2，支护壁厚 1100mm，基岩 段面积 52.78m2，支护壁厚 500mm。副井采用一套 6t 双层单车罐笼。副井 内设梯子间，作为安全出口。其断面图如图 4-2-2 所示。 700 400 800 800 28901800 250 250 500 1100 7200 160025401640 5270 5780 1750 102 图 4-2-2 副井断面图 表 4-2-2 井 筒 特 征 井型 井筒 直径 井深 净断面 积 基岩段 毛断面 积 表土段 毛断面 积 提升容器 2.4Mt7.2m353m40.69m252.78 m269.36 m2 1.5t 双层四车罐 笼 罐道形式井筒混凝土支护厚度 钢丝绳罐道基岩段 500mm表土层段 1100mm 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 26 页 3、 风井：风井井筒采用圆形断面，直径为 5m，净断面 19.625m2，掘 进断面在表土段为 40.69m2，基岩段为 28.26m2，采用锚喷支护。风井除了 矿井回风之用，其断面图如图 4-2-3 所示。 500 1100 5000 800 400 700 450 图 4-2-3 风井断面图 表 4-2-3 井筒特征 井型 井筒直 径 井深净断面积 基岩段毛断面 积 表土段毛断 面积 2.4Mt5m133m19.63m228.26 m240.69 m2 井筒混凝土支护厚度 基岩段 500mm表土层段 1100mm （5）确定井筒支护形式与风速校核 中国矿业大学 2008 届本科生毕业设计 第 27 页 主井、副井、风井均采用混凝图砌碹支护形式，至于井筒风速的验算 可参见第九章矿井通风与安全的有关内容可知：各井筒的风速均应低 于有关规定的最低风速，即井筒断面尺寸满足要求。 4.2.2 井底车场井底车场 （1）井底车场的形式和布置形式 井底车场形式及线路要满足以下要求： 车场的通过能力，必须满足矿井设计生产能力，并有 30%以上的富裕系 数，使矿井具有一定的增产潜力。 操作安全，符合有关规范、规程的要求； 车场井巷工程量小，建设投资省，便于维护，成产成本低。 调车工作简单，机车运行可靠，管理方便； 车场施工方便，各井筒间、车场巷道与主要运输巷道间能迅速贯通，缩 短矿井建设时间； 井底车场应开掘在易于维护的岩层内； 合理布置各种硐室，尽可能减少巷道的交叉点。 目前我国大型矿井多采用底卸式矿车和带式输送机井底车场，由于本设计 采用的运煤工具也是胶带输送机，所以采用带式输送机环形井底车场。 （2）井底车场硐室 1.主排水泵房及水仓 主排水泵房布置，共三台水泵，一台使用，一台备用，一台检修。水仓是 低于井底车场标高开凿的一组巷道，一般由两条断面相同的互相隔开的巷 道组成，一条清理一条正常工作，水仓的入口应布置在空车线车场标高最 低处。水仓内的最高水位低于水泵房底板标高 12m。 矿井正常涌水量为 85m3/h，最大涌水量 110 m3/