安全工程毕业设计（论文）-新驿煤矿180万吨新井通风安全设计（含全套CAD图纸）

中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页 全套全套 CAD 图纸，联系图纸，联系 153893706 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 矿区交通位置矿区交通位置 新驿矿井位于山东省西南部的兖州市境内，东南距兖州市19km,西北距汶上县城 20km。 区内交通方便。兖(州)新(乡)铁路从井田南侧穿过，西到荷泽与京九铁路相连，至 新乡与京广铁路相接，东至兖州与京沪线和兖(州)石(臼所)铁路连通。兖州汶上公路自 井田东北穿过，井田内乡村级公路四通八达。详见交通位置图(图1-1-1)及地理位置图(图 1-1-2)。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页 图1-1-1 交通位置图 1.1.2 矿区地形、地貌矿区地形、地貌 井田内地势平坦，地面标高在43.35m52.78m之间，地势北高南低，地形坡度 1.2。区内村庄稠密，农业发达，主要农作物为小麦、玉米和棉花。 1.1.3 矿区气象及地震情况矿区气象及地震情况 本区为温带半湿润季风区，属海洋与大陆间过渡性气候，四季分明。年平均气温 13.6，月平均最高气温34.3，日最高气温41.6；月平均最低气温-9.5，日最低气温 -19.4，年平均降雨量659.39mm，年最大降雨量1186mm，日最大降雨量177.1mm；降雨 多集中在7、8月份，春季雨量少；年平均蒸发量1765.60mm。春、夏季多东及东南风，冬 季多北及西北风，平均风速2.3m/s，最大风力8级。历年最大积雪厚度0.15m，最大冻土 厚度0.31m。 本矿井工业场地地震烈度，按山东省建委鲁建设发1997243号文山东省各县（市、 区）地震烈度表为7度。 1.1.4 矿区开发及工农业生产概况矿区开发及工农业生产概况 本井田位于兖州市西北约19km，南部为兖州矿区，西南部有近年建成投产的葛亭煤 矿(60万t/a)，运河煤矿(150万t/a)、唐阳煤矿(60万t/a)。临沂矿务局建成投产的古城煤矿(90 万t/a)位于兖州城区的东北。上述矿井在建设、生产、管理等方面积累了丰富的经验，为 本井田的开发建设奠定了坚实的基础。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页 本矿井所在的宁阳汶上煤田为冲积平原，土地肥沃，农作物主要以小麦、玉米为主。 井田内有32个村庄，村庄压煤对矿井开采有一定影响。 矿井建设所需主要建筑材料，除钢材、木材及部分水泥需外地采购外，其余的砖、 瓦、沙石等建筑材料，均可由当地供应。 1.1.5 电源条件电源条件 位于本井田北部的新驿镇附近有新驿35kv变电所，在井田南部颜店镇附近拟建颜店 110kV变电所。 1.1.6 矿区水文情况矿区水文情况 井田内地下水系可以作为矿井供水水源，可供矿井选择水源有第四系冲积层砂层水 和奥灰水，供水水源可靠。 结合邻近生产矿井取水情况，井田内的第四系砂层含水丰富，水质较好，初步确定 第四系上组砂砾层水作为该矿井的供水水源。 井田内地表水系为河流，主要是洸府河，其次是杨家湾和黄狼沟。由于第四纪中组 粘土类隔水层发育良好，因此，各基岩含水层与地表水、大气降水无直接水力联系。 本矿井工业广场紧靠兖州市新驿镇，该处地势北高南低，原地形标高48.6m左右，历 史上曾受过洪水内涝威胁，57年、60年、63年雨量较大，1964年该区遭受历史上最大的 暴雨袭击，黄浪沟普遍漫益。经过实地调查，当时地面上水0.30.5m，此值与水利局计 载的数据相符，据此推算最高水位49.1m。1964年洪水按1703年以来第三位洪水考虑，水 利部门推算其重现期已接近百年一遇。设计将49.1m作为矿井井口及要害建筑防洪设计标 高。 矿井井口及主要建筑物室内地坪标高为49.80m，其他建筑物及场地一般均在49.10m 以上，以确保矿井安全。 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田井田地质构造地质构造 井田内地势平坦，地面标高在43.35m52.78m 之间，表土层厚 187m，地势北高南 低，地形坡度 1.2。 本井田总体为一向斜构造，即半坡店向斜，以长沟支五断层为界，北半部3上煤层最 大埋深750m，地层倾角1015左右；南半部3上煤层最大埋深为300m，地层倾角 510，但勘探程度不高，前期不可开采。 本井田内主要有北东向、北西向和近南北向三组正断层，该区自南向北分别被长沟 断层及其支断层、郓城支断层等几条北东向北倾断层切割成阶梯状断块。 1、褶曲 井田内次一级褶曲不发育，全区以半坡店向斜为主，向斜轴由南北转北东，延展长 约10km。 2、断层 区内断裂构造在北部比较发育，共解释断层53条，孤立断点9个 3、岩浆岩 在本井田西部有一中性岩浆岩侵入体，侵入层位以顺3煤层侵入为主，因而对3煤层 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页 影响较大，使3上煤层被吞蚀或变成天然焦，降低了煤的经济价值。 1.2.2 井田水文地质井田水文地质 含水层含水层 井田内含水层自上而下依次为第四系砂、砾层，山西组 3上煤层顶、底板砂岩，太原 组三灰、十下灰及中奥陶统石灰岩，其中 3上煤层顶、底板砂岩、太原组十下灰分别为开 采上组煤与下组煤的直接充水含水层，奥灰为开采下组煤的底鼓充水含水层。 1、第四系砂砾层孔隙含水层 井田内第四系分为上、中、下三组，其中上、下两组为含水段，中组为相对隔水段。 (1)上组(Q上) 由棕黄色、褐色砂、粘土质砂及粘土、砂质粘土相间沉积而成。厚 95.20105.50m， 一般厚 100m 左右。砂层松散，透水性较好，含较稳定的砂层 78 层，砂层厚 31.062.00m。单位涌水量 0.77461.5210l/s.m，属强富水孔隙含水层，为工农业生产及 生活用水主要水源。 (2)下组(Q下) 由灰绿色灰白色中、细砂夹粘土组成，厚 39.7059.00m，一般厚 50m 左右，含砂 24 层。初期采区范围内，第四系底部基本上是砂层，砂层厚 1.3126.20m。除南部汶 11-2 孔单位涌水量为 0.003313l/sm，富水性弱外,其余两孔单位涌水量为 0.32900.3936l/sm，富水性中等。该组覆盖于各基岩含水层露头之上，是各基岩含水 层的补给水源。 2、山西组 3上煤层顶、底板砂岩裂隙含水层 包括3上煤层顶板和底板砂岩。3上(3上1)煤层顶板砂岩以灰白色中、细砂岩为主，局部 为粗砂岩，厚3.0032.93m，平均11.65m。3上(3上2)煤层底板砂岩多为灰白色细砂岩，裂 隙局部发育，局部为中、粗砂岩，厚3.6058.88m，平均30.05m。单位涌水量 0.0033060.044l/sm，富水性弱，为开采3 煤层的直接充水含水层。 3、太原组石灰岩岩溶裂隙含水层 (1)三灰 厚 3.407.10m，平均 4.76m，浅部裂隙发育，见溶蚀现象，局部岩芯破碎。普、精 查阶段穿过三灰钻孔 24 个，漏水孔 6 个，漏水孔率 25%， ，均分布于浅部。据普、精查 阶段 3 次抽水试验，含水层埋深较大的两孔(汶 7-1、汶 2-1)，钻孔单位涌水量 0.01080.0688 l/sm，富水性弱，矿化度 0.44610.549 g/l，水质属 HCO3-Na 型水。含 水层埋深较浅的汶 135 孔，钻孔单位涌水量 0.1933 l/sm，富水性中等，矿化度 0.498 g/l，水质属 HCO3-Cl-NaCa 型水，说明三灰富水性很不均一，浅部富水性中等，深部富 水性较弱。 三灰上距 3上 2煤层 70.4390.85m，平均 80.75m，下距 15上煤层 54.8772.50m，平 均 63.63m，正常情况下与煤层开采无关。 (2)十下灰 厚 4.907.80m，平均 5.58m。普、精查阶段共有 8 孔揭露，未发现漏水孔。十下灰为 16 煤层直接顶板，是开采 16 煤层的直接充水含水层。其下距奥灰 59.1061.55m，平均 60.33m，在断层落差较大处，可与奥灰形成对口接触，易接受奥灰水的补给。 4、奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页 井田煤系地层赋存范围内揭露奥灰钻孔 2 个，揭露厚度达 50m，且 17 煤至奥灰间距 正常。汶 7-1 抽水试验，奥灰埋深大于-600m，水位标高 29.18m，单位涌水量 0.02738 l/sm，富水性弱。但济宁三号井田精查阶段，曾施工 60 个揭露奥灰孔，证明随着埋藏 深度的不同，奥灰富水性具有明显的垂向变化规律。 本井田东、南、西三面，奥灰均为覆盖型，直接接受第四系下组水的补给，从区域规 律分析，覆盖区奥灰岩溶裂隙较发育，地下水动态稳定，富水性强。井田南部为兖西水 源地，属奥灰级富水区(11400 1390(15) 13201400 1400(17) 11201400 1200(7) 11201400 1220(9) 11401400 1270(8) 粘结指数 GR.I 6386 73(15) 5087 74(19) 8098 89(6) 7298 88(9) 7599 89(8) 胶质层厚度 Y(mm) 11.013.5 12.0(15) 9.613.5 11.8(19) 14.024.0 18.5(6) 11.524.0 17.8(9) 10.525.0 17.5(8) 煤 类 QM45(12) QM44( 3 ) QM45(17) QM44( 1 ) QM34( 1 ) QM45(6)QM45(9)QM45(8) 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 12 页 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 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。 根据新驿井田勘探精查地质报告，其自然范围为： 井田东、西部边界以 17 煤层露头为界 南部以长沟断层为界 北以新嘉驿断层和郓城支断层为界 2.1.2 开采界开采界限限 本井田范围内，可采、局部可采煤层共 5 层，分别为 3上 1、3上 2、15上、16、17 层。 15 上煤层为高硫分，16、17 煤层平均为中高硫，且 15上、16、17 煤层 50以上为 高硫分。国务院国函19985 号文关于国务院关于酸雨控制区和二氧化硫污染控制区有 关问题的批复中指出，禁止新建煤层含硫量大于 3的矿井。因此，本初步设计对 15上、 16、17 煤层暂不计算设计储量。下组煤勘探程度普遍较低，而且距奥灰距离近，水文地 质条件复杂，在进一步搞清其水文情况，并待今后脱硫技术解决之后，应考虑下组煤的 开采问题。 矿井设计只针对 3上 1、3上 2煤层，煤层埋深大部分在在-250m-650m 之间。 开采上限：3上 1、3上 2煤层以上无可采煤层。 下部边界：3上 1、3上 2煤层以下无可采煤层。 2.1.3 井田井田尺寸尺寸 井田的走向最大长度为 6.212 km，最小长度为 4.220 km，平均长度为 5.216 km。 井田倾斜方向的最大长度为 5.092 km，最小长度为 3.019 km，平均长度为 4.056 km。 煤层的倾角最大为 16，最小为 8，平均为 12。 井田的水平面积按下式计算： 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 13 页 S=HL （2.1） 式中： S井田的水平面积，km2； H井田的平均水平宽度，km； L井田的平均走向长度，km。 井田的水平面积为： S=4.0565.216 =21.16 (km2) 新驿煤矿于 2008 年办理了新的采矿许可证，把原来的北部扩大区纳入证内开采范围。 所以开采上限和下部边界有扩大的可能性。 井田赋存状况示意图如图 2-1。 图 2-1 井田赋存状况图 2.2 矿井储量 2.2.1 储量储量计算基础计算基础 本次煤炭资源储量核实沿用原精查报告的工业指标。 1、工业储量计算 参加储量计算的煤层为 3上 1、3上(3上 2)煤层。 （1）计算范围 3上 1、3上(3上 2)煤层：东起煤层露头及 F15 断层，西至煤层露头及探矿权登记边界， 南起长沟断层及探矿权登记边界，北至探矿权登记边界，煤层面积 22.80km2。 （2）工业指标 本区煤层为气煤，属炼焦配煤，煤层倾角一般在 15以下， 煤、泥炭地质勘查规范 (DZ/T 0215-2002)，煤层的最低可采厚度为 0.70m，原煤灰份不大于 40。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 14 页 （3）计算方法 井田内绝大部分块段煤层倾角15，采用地质块段法和煤层伪厚及水平面积直接 在煤层底板等高线图上计算煤层储量。 煤层块段平均厚度，采用块段内和邻近控制点的见煤点煤厚，以算术平均法求得。 夹石处理：夹石厚度0.5m 者予以剔除；0.5m 者计算在煤厚之内。夹石厚度最 低可采厚度时，若上、下煤分层厚度夹石厚度，则上、下煤分层合并计算储量；若煤 分层小于夹石厚度则煤分层予以剔除。 （4）煤层风氧化带 根据本区煤质化验和岩芯观察资料，并参照邻区资料，统一划定自基岩顶向下垂深 20m 为煤层风氧化带深度，有钻孔揭露资料者以实际资料为准。风氧化带不计算储量。 （5）断层煤柱 按断层落差大小，两侧各留一定水平宽度的安全煤柱。落差100m 的断层两侧各留 100m；落差50100m 的断层两侧各留 50m；根据水文地质条件，上组煤断层两侧储 量列为能利用储量。 （6）煤的视密度 区内各可采煤层煤质较稳定，各煤层的平均视密度值详见表 2.1。 表2.1 可采煤层视密度一览表 视 密 度 煤层名称 两极值平均值(点) 备 注 3上11.341.421.39(7) 3上(3上2)1.351.421.39(12) 2.2.2 井田地质勘探井田地质勘探 新驿井田于 1958 年发现，其勘探阶段划分为： 19581996 年为找煤阶段； 19992000 年为普查阶段；20002001 年为精查阶段。在勘探过程中采用地震、钻探、 测井等各种勘探手段，取得了较好的效果。 1、钻探 1958 年原华东煤田地质 123 队在本区找煤曾施工 6 个孔，工程量 1817.02m，1960 年 122 队施工 13 个孔，工程量 5029.17m，1966 年华东二队施工汶 37、汶 53 号孔，工程 量 988.15m，1977 年山东煤田地质局第二勘探队施工 5 个孔，工程量 1730.61m，1996 年 该局第三勘探队施工汶 102 号孔，工程量 496.68m。各时期共施工钻孔 27 个，工程量 10061.63m。有 11 个孔进行了测井，实测 4167.70m。2001 年山东煤炭地质局在普查基础 上又施工精查钻孔 19 个，工程量 10000m。 2、物探 山东煤田地质局物测队于 1996 年在本区施工概查地震测线 6 条，测线长度 39.42km，物理点 1248 个。1999 年在本区施工普查地震测线 23 条，测线长度 80.78km， 物理点 4296 个。2001 年山东煤炭地质工程勘察研究院在原首采区首采面进行了二维地震 勘探和三维地震勘探，二维地震测线长 214.15km，物理点 11749 个，三维地震勘探面积 2.7km2，物理点 3091 个。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 15 页 2.2.3 工业储量计算工业储量计算 矿井工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探，煤层厚度与质量均合乎开采要求， 地质构造比较清楚，目前可供利用的可列入平衡表内的储量。矿井工业储量一般即 A+B+C 级储量。 Zg=SMr/cos (2-1) 式中： Zg工业储量，t； S井田面积, m2； M 各煤层平均厚度， m； r 煤的平均容重，本设计取 1.38t/m3； 煤层平均倾角，12； 故工业储量为：Zg =211560968.91.38/cos12 =184146.89184147 万吨 根据以上储量计算依据及计算方法，全区共获得工业储量 184147kt。 根据地质勘探情况，将矿体划分为 8 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 2.2。 表 2-2 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(kt) K1 10.38.91.384210559.542165.51 K215.08.91.381709365.411091.64 K312.68.91.383816292.530058.35 K47.48.91.381601469.410155.24 K511.88.91.383075587.321573.75 K6 111b 9.08.91.382022096.212351.85 K714.98.91.382202183.336340.59 K8 122b 11.98.91.382518542.420409.96 总面积21.156096 总储量184146.89 111b 块段储量：Zg1=K1+K2+K3+K4+K5+K6 =127396.34 (kt) 122b 块段储量：Zg2=K7+K8 = 56750.55 (kt) Zg= Zg1+ Zg2=184146.89 (kt) 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 16 页 图 2-2 井田块段划分图 2.2.42.2.4 设计储量设计储量 矿井工业储量减去防水煤柱、断层煤柱、村庄煤柱、高硫分煤后，即为矿井设计储 量。 1 第四系防水煤柱 根据各煤层实际赋存情况及建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采 规程 、 水文地质规程 ，3上 1、3上 2煤层的防水煤柱计算数据为从煤层露头向下垂深 4050m，各煤层露头处根据煤层开采厚度分别留设。 2 断层煤柱 按断层落差大小，两侧各留一定宽度的安全煤柱: 落差 H100m 的断层两侧各留 100m； 落差 50mH100m 的断层两侧各留 50m； 落差 30mH50m 的断层两侧各留 30m； 3 高硫分煤 15 上煤层为高硫分，16、17 煤层平均为中高硫，且 15上、16、17 煤层 50以上为 高硫分。国务院国函19985 号文关于国务院关于酸雨控制区和二氧化硫污染控制区有 关问题的批复中指出，禁止新建煤层含硫量大于 3的矿井。因此，本初步设计对 15上、 16、17 煤层暂不计算设计储量。下组煤勘探程度普遍较低，而且距奥灰距离近，水文地 质条件复杂，在进一步搞清其水文情况，并待今后脱硫技术解决之后，应考虑下组煤的 开采问题。 根据上述情况，得：矿井设计储量=矿井工业储量（防水煤柱断层煤柱村庄煤 柱高硫分煤）经计算，矿井设计储量 174121kt。详见表 2-3。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 17 页 表 2.3 矿井设计储量计算表 单位：kt 煤柱及高硫分煤 煤层工业储量 防水煤柱断层煤柱村庄煤柱高硫分煤小计 设计储 量 3上 18102510532471352477501 3上 210312218554353620896914 合计184147290868249732174415 从全区、首采区、接续采区的储量及其高级储量所占比例来看，基本达到了精查勘 探要求，可以满足中型矿井设计、建设需要。高级储量符合煤炭工业设计规范的要求。 2 2. .2 2. .5 5 矿矿井井可可采采储储量量 2.2.5.1 储量储量 1、全区共获得设计储量 174415kt。 2、矿井可采储量=矿井设计储量（扣除工业场地煤柱大巷煤柱开采损失） 3、开采损失 3上 1、3上 2煤层开采范围内，基本上均为中厚煤层，其开采损失取 20。 经计算，矿井可采储量为 126148Kt。详见表 2.4。 表 2.4 矿井可采储量计算表 单位：kt 煤柱及开采损失 煤层设计储量 工广煤柱大巷煤柱开采损失小计 可采 储量 3上 1783544785909153492123857116 3上 29576760891601195342702969032 合计1744151087425103488348267126148 2.2.5.2 工业场地保护煤柱工业场地保护煤柱 参照邻近矿区开采后地表塌陷观测资料，结合本井田的地质情况，第四系地层移动 角取 45，煤系地层取 75，以此来圈定工业广场保护煤柱。 1、工业广场保护煤柱计算： 本矿设计井型 A1.8Mt/a，按照煤矿设计规范表 2.5 矿井工业场地占地指标规定， 每 10 万吨受护面积为 1.2 公顷。本井田工业广场占地面积 S 取值如下： S = 1.2180/10 =18 公顷=0.216km2 则将工业广场定为长 480m，宽 450m。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 18 页 本矿井工业广场面积为 0.216 万平方米，加上 20m 的围护带。根据煤炭工业设计 规范规定：取工业广场的尺寸为 450*480 的长方形。二煤层平均倾角 12，松散层 厚度约为 32m，移动角 =45，上覆岩层的边界角 =70，下山移动角 = 70，上山 移动角 =70。 根据垂直剖面法所作的工业广场保护煤柱的尺寸计算如图 2-3 所示。 表 2.5 工业场地占地面积指标 井 型（万 t/a）占地面积指标（公顷/10 万 t） 240 及以上1.0 120-1801.2 45-901.5 9-301.8 如果按照设计要求，将工业广场放在井田的储量中心，则 0 50 -50 -100 -200 -150 -450 -500 -400 -350 -250 -300 0 50 -50 -100 -200 -150 -450 -500 -400 -350 -250 -300 ac bd ac bd A B C D mnef 图 2-3 工业广场保护煤柱 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：由图可得出 保护煤柱的尺寸为： S=(上宽+下宽)高/(2cos10.5) (2.2) =( 932 + 891)952/(2cos10.5) =0.882526 (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，0.883km2。 Zi8825268.91.38 =10.874(Mt) 结合实际，把工业广场布置在储量的中心，有利于井田的开拓和部署，压煤少，便 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 19 页 于集中管理。 2、开采损失 3上 1、3上 2煤层开采范围内，基本上均为中厚煤层，其开采损失取 20。经计算： 矿井可采储量为 126148kt。 2.3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 2.3.1 矿井工作制度矿井工作制度 根据煤炭工业矿井设计规范相关规定，矿井设计年工作日按 330d，工作制度采 用“三八制” ，每天三班作业，其中二班生产，一班检修，每班工作 8 个小时，矿井每昼 夜净提升时间为 16h。 2.3.2 矿井生产能力及服务年限矿井生产能力及服务年限 1、确定依据 煤炭工业矿井设计规范第 2.2.1 条规定：矿井设计生产能力应根据资源条件、开 采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经多方案比较或系统优化确 定。 矿区规模可依据以下条件确定: （1） 、资源情况：煤田地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设大型矿井。煤 田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿区规模定得太大； （2） 、开发条件：包括矿区所处地理位置，交通，用户，供电，供水，建筑材料及劳动 力来源等。条件好者，应加大开发强度和矿区规模，否则应缩小规模； （3） 、国家需求：对国家煤炭需求量的预测是确定矿区规模的一个重要依据； （4） 、投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大矿区 规模，反之则缩小规模。 2 矿井生产能力 本井田储量丰富，煤层赋存条件良好，水文条件简单，瓦斯含量低，但小构造较多， 给生产带来不利影响。根据地理位置、交通、用户、供电、供水、建筑材料及劳动力来 源等情况，经分析论证矿井设计生产能力为 1.8Mt/a。 3 矿井服务年限 矿井服务年限必须与井型相适应。 本井田被三条大的断层切割，构造比较复杂，从三维勘探区的地质资料分析，三维 勘探区以外区域的小断层将会增加，这些断层都会对开采造成一定的影响。根据本井田 地质构造较复杂、开采条件较差的实际情况，储量备用系数取 1.38。 根据矿井可采储量（126148Kt） ，按照煤炭工业现行的技术政策及设计规范规定，矿 井服务年限为： 矿井服务年限 储量备用系数矿井设计年产量 矿井可采储量 年51 38 . 1 180 126148 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 20 页 经计算，矿井的服务年限为 51 年，符合煤炭工业矿井设计规范要求。 4 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校核。 （1） 、煤层开采能力 井田内 3 号煤层平均 8.9 m，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，可以布置一个高产工作面。 （2） 、辅助生产环节的能力校核 本矿井为大型矿井，开拓方式为立井开拓，主井提升容器为一对 8 吨底卸式提升箕 斗，提升能力可以达到设计井型的要求，工作面生产原煤一律用胶带输送机运到采区煤 仓，运输能力很大，自动化程度很高，原煤外运不成问题。辅助运输采用罐笼，同时本 设计的井底车场调车方便，通过能力大，满足矸石、材料及人员的调动要求。所以辅助 生产环节完全能够满足设计生产能力的要求。大巷辅助运输采用矿车运输，运输能力大， 调度方便灵活。 （3） 、通风安全条件的校核 矿井有煤尘爆炸危险性，但瓦斯涌出量小，属低瓦斯矿井。矿区采用抽出式通风，设一 条回风大巷，可以满足通风要求。 （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，见表 2.6。 表2.6 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限 第一开采水平服务年限（a） 矿井设计生产 能力（万 t/a） 矿井设计服务 年限（a） 煤层倾角 45 600 及以上7035- 3005006030- 12024050252015 459040201515 2.4 井田开拓 2.4.1 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、位置及其相关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。 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需认真研究： 确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置； 合理确定开采水平的数目和位置； 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 21 页 布置大巷及井底车场； 确定矿井开采程序，做好开采水平的接替； 进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造； 合理确定矿井通风、运输及供电系统。 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： 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。 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。 合理开发国家资源，减少煤炭损失。 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。 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。 根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的 综合开采。 2.4.2 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 1、井筒形式的确定 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型水平服 务年限要求。 斜井开拓与立井开拓相比：井筒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较简单，井筒延伸 施工方便，生产干扰少，不易受底板含水煤层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能 力，可以满足特大型矿井提升需要；斜井井筒也可以作为安全出口，井下一旦发生事故， 人员可以从主斜井迅速撤离。 立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文地质等自然条件的限制。在采深相 同的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒通风 断面大，可以满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开 拓特别有利；当表土层为富含水的冲积层时，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能兼顾井田浅部和深部不同产状的煤层。 本矿井煤层倾角适中，平均 12；表土层较厚，无流沙层；水文地质情况较复杂； 井筒不需特殊施工，因此可采用立井开拓，经后面方案比较确定井筒形式为双立井单水 平开拓。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 22 页 表 2-6 各种井筒形式优缺点比较 井筒 形式 立井开拓斜井开拓平硐开拓主斜副立 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， 适应性强，技术可靠，不受 煤层瓦斯煤层等限制 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，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，主运输 环节少，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 主斜胶带 运输能力 大，井筒 不受长度限制 缺点 井筒施工复杂，装备复杂， 其建井投资大，井筒延伸困 难 井身长，通过井筒各种管 线长，生产经营费较高， 维护难，串车提升能力小， 对地质条件适应性差 对井田地质构造 和自然条件有一 定限制 综合立井 和斜井的 优缺点 适用 条件 生产能力大，煤层 埋藏深，表土厚或 水文条件复杂，开 采煤层不受条件限制，凡不 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较 短 山岭、丘陵、沟 谷地区煤层埋于 山中 矿井生产 能力大 由于本井田第四系地层较厚，厚度 162.40216.10m,平均 185.32m，富水性较强且含 流沙层，煤层埋藏较深，井筒需采用特殊法施工。因此采用立井开拓方式。 2、井筒位置的确定及数目 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： 有利于井下合理开采 井筒沿井田走向的有利位置 井筒沿井田走向的有利位置应在井田的中央或井田储量的中央，以形成两翼储量比 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 23 页 较均衡的双翼井田，有利运输和通风，避免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，要使地面工业场地尽量不压首采区 煤层。 有利于掘进与维护 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。 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。 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。 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。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，还应兼顾其他水平，适当考虑 井筒延伸的影响。 通过以上分析，考虑到实际情况：为了减少通风阻力，缩短通风路线长度，减少漏 风，平衡井田西、东两翼的运输和通风系统，主、副、风井沿走向布置在井田的中央， 以形成两翼储量比较均衡的双翼井田。通风方式为中央并列式(主、副井具体位置见开拓 平面图)。 2.4.3 开拓方案的确定开拓方案的确定 (1)方案的提出 由于本井田地形平坦，表土层较厚，所以采用立井开拓（主井设箕斗） ，并按井下运 输量最小的原则确定了井筒位于井田储量的中央。为适应带区开采特点，遵循回风路线 最短，风阻最小的原则，采用中央并列式通风，风井位置见矿井开拓平面图。 根据前述各项，提出本井田开拓在技术上可行的三种方案。 方案 A：双立井单水平上下山联合布置。如图 2-4 所示。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 24 页 图 2-4 双立井单水平开拓图 方案 B：双斜井一水平，一水平上下山联合布置。如图 2-5 所示。 图 2-5 双斜井单水平开拓图 方案 C：主斜副立一水平，一水平上下山联合布置。如图 2-6 所示。 图 2-6 主斜副立单水平开拓图 2.开拓方案经济比较 对于以上三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分别汇 总详见如表 2-7 所示。 表 2-7 各方案粗略估算费用表(单位：万元) 项 目 方案 A 立井单水平开拓方案 B 双斜井单水平开拓 主井开 凿 2660. 82834220.33 主斜井 开凿 6700.40112268.75 副井开 凿 2160. 90026194.45 副斜井 开凿 6700.40112268.75 井底车 场 12000.14819177.83 井底车 场 12000.14819177.828 基 建 费 用 / 万 元 小计 592.61 小计 715.32 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 25 页 立井提 升 1.2122390 .2660.92 3594.15 斜井提 升 1.2122390.67 0.22 2164.83 排水 11024365 580.178 10-4 994.82 排水 1102436558 0.17810-4 994.82 石门大 巷运输 1.2122392 .3290.088 3010.08 石门大 巷运输 1.2122394.618 0.088 5968.48 生 产 费 用 / 万 元 小计 7599.05 小计 9128.14 费用/ 万元 8191.66 费用/万 元 9843.32 合 计 百分率 100% 方案 C 主斜副立单水平开拓 主井开 凿 6900.40112276.77 副立井 开凿 2110. 90026189.90 井底车 场 12000.14819177.83 基 建 费 用 / 万 元 小计 644.50 斜井提 升 1.2122390 .690.22 2229.46 排水 11024365 580.178 10-4 994.82 石门大 巷运输 1.2122395 .6020.088 7240.23 生 产 费 用 / 万 元 小计 10464.51 费用/ 万元 11109.01 合 计 百分率 135% 表 2-8 建井工程量 (单位：m) 项目方案二双斜井单水平开拓方案一 立井单水平开拓 主斜井筒670266 副斜井筒670216 石 门2201145 初 期 运输大巷31131184 表 2-9 生产经营工程量 项目方案二 双斜井单水平开拓项目方案一 立井单水平开拓 运输 提升 万 工程量 运输提 升 万 t.km 工程量 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 26 页 t.km 顺槽 运输 1.2444.480.6636=12673.01 顺槽运 输 1.2444.480.6636=12673.01 斜井 提升 1.2122390.67=9840.156 立井提 升 1.2122390.266=3906.69 大巷及 石门运 输 1.2122393.333=48951.10 大巷及石 门运输 1.2122392.329=34205.55 大巷 维护 1.22311326.810-4=20.02 大巷维 护 1.22118426.810-4=7.61 石门 维护 1.2222026.810-4=1.41 石门维 护 1.22114526.810-4=7.36 排 水 110243655810-4=5588.88 排 水 110243655810-4=5588.88 表 2-10 基建费用表(单位：万元) 方案二双斜井单水平开拓方案一立井单水平开拓 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670 4011.2 268.75266 8283.4220.33 副井井筒670 4011.2 268.75216 9002.6194.45 井底车场1200 1481.9 177.831200 1481.9 177.83 运输大巷 31132023.4 629.88 11842023.4 239.57 初 期 石门2202023.444.5111452023.4231.67 小计1389.72869.40 后 期 大巷1385 2023.4 280.241026 2023.4 207.60 合计1669.961077.01 表 2-11 生产经营费(单位:万元) 方案二双斜井单水平开拓方案一立井单水平开拓 项目工程量 万 t/km 单价 元/tkm 费用 万元 工程量 万 t/km 单价 元/tkm 费用 万元 顺槽运输12673.010.661115.2212673.010.661115.22 提升9840.1560.22 2164.83 3906.69 0.92 3594.15 大巷及石门48951.10 0.0884307.7034205.550.088 3010.08 运 输 提 升 合计7587757719.45 大巷维护20022040048.99201798 石门维护1.412028.27.89201578 维 护 合计42863376 排水费 5588.880.178 994.8 5588.88 0.1781. 04 1034.61 合 计9011.159091.66 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 27 页 表 2-12 费用汇总表 方案二双斜井单水平开拓方案一立井单水平开拓 项目 费用（万元）百分率（%）费用（万元）百分率（%） 初期建 井费 1389.72159%869.40100% 后期建 井费 280.24134%207.60100% 基建 工程 费 合计1669.96155%1077.01100% 生产经营费9011.15101%9091.66100% 总费用10681.11105%10168.67100% 在上述经济比较中需说明以下几点： (1)方案 A、C 都是一水平，水平标高不相同，大巷位置不相同，大巷长度不相同， 方案 A 费用比方案 C 少的多。 (2)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； 由对比结果可知：方案二和方案一的总费用相差不大，但方案二运输费用和后期建 设费用较多，排除方案二。方案二和方案一只相差 5 个百分点，总费用基本上相同。对 比这两个方案可以得出，方案二主井和副井建设费用比较多，运输提升费用比较少，大 巷比较长，大巷基建费用比较多，运输费用也比较大。方案一采用中央并列式通风方式， 大巷比较短，生产面集中，设备容易管理，运输环节少，运输费用较少，但是立井提升 费用和排水比较多。 综合以上对比结果：选择方案 A 为最优方案。故本设计采用方案 A，双立井单水平中 央并列式通风开拓方案。 2.5 矿井基本巷道 主要开拓巷道如运输大巷，回风大巷由于其服务时间长，为了便于维护，其断面均 采用半圆拱型，锚喷支护。各主要开拓巷道的断面尺寸，均按运输设备的外形尺寸以及 规程中的有关安全间隙的要求而确定的，并按通风要求验算风速，验算结果见第四