精品毕业论文晓明矿水平18mta开采方案设计

目 录前言11 矿区概述及井田地质特征21.1 矿区概述21.2 井田地质特征31.3 煤层特征72 井田境界和储量102.1 井田境界102.2 井田的储量113 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限153.1 矿井的年产量及服务年限153.2 矿井的服务年限154 井田开拓174.1 井筒形式及位置的确定174.2 开拓方案与经济比较184.3 井筒断面及其参数234.4 井底车场及硐室254.5 主要开拓巷道294.6 开拓系统综述30专题设计：晓明矿一水平通风系统分析31引言321 矿井概况332 通风系统改造及主扇更换的必要性343 通风参数测定354 通风系统网路解算及现状评价414.1 矿井通风网路解算414.2 矿井现阶段通风系统评价445 通风系统改造485.1 改造方案的提出485.2 方案比较486 中央风井主要通风机选型516.1 通风困难时期的生产布置状况516.2 困难时期的配风方案516.3 当前中央风井系统总风阻516.4 改造后中央风井系统总阻力解算526.5 关于改造施工的几点建议55结论57致谢58参考文献59附录A61 附录B77前 言毕业设计，是我们学生自己运用专业知识初步解决专业领域问题、锻炼自己的动手能力和独立思考能力的过程，也是综合应用所学的各门专业课程知识的过程。在设计过程中，能够将所学的课程融会在一起，灵活运用，使学生的专业素养得到提高，动手解决实际问题的能力增强，有利于提高学生的综合素质，更加有助于我们尽早熟悉以后自己要从事的工作。本设计分为两部分，包括常规设计和专题设计。常规设计为晓明矿1.8Mt新井设计的开拓部分，开拓部分就晓明矿煤层赋存条件进行了矿井开拓初步设计，设计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。设计说明书对矿井的开拓各个环节进行了详细的叙述，并对开拓方式进行了详细的技术和经济比较，论述了本设计的合理性。专题设计为“晓明矿一水平矿井通风系统分析”，专题设计是结合指导老师的研究项目进行的。通风分析的目的是通过对现有通风系统的分析，找出目前通风系统的问题，提出合理化建议及解决方案，使矿井在保证安全生产的条件下，增加产量，达到较好的经济效益。在所收集材料的前提下，由指导教师给予指导，并在老师的安排下去现场向工程技术人员请教和学习，得到了晓明矿领导和工程技术人员的大力支持。在进行设计过程中，自己系统地运用和巩固了所学的知识，使自己得到了锻炼，顺利完成了毕业设计要求的全部内容。由于水平有限，设计中有谬误之处难免，请老师提出指正。631 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 交通位置铁法煤田位于辽宁省铁岭市铁岭县和沈阳市法库县之间，晓明井田在调兵山市境内，位于铁法煤田的中西部。地理坐标为：东经12334141233819，北纬422643 422933。井田北部以I号勘探线北300m的一号向斜轴为界与大明一矿相邻; 东部以F8断层为界与小青矿井田相邻;南部以F6断层及大隆矿风井保护煤柱为界与大隆井田相邻；西南部以F322断层为界与施荒地井田相邻；西翼人为划定边界。井田东西走向长5.0km，南北倾斜宽3.6km，面积16.25km2。铁法矿区交通非常便利，矿区东部有火车编组站大青站。大青东至铁岭20km与京哈线相接。西经调兵山、法库直至康平县东关屯，北至大明，南至王千采石场及晓南矿。公路纵横，四通八达。在矿区中部，铁岭法库康平公路横穿，北有调兵山公路至大明，从晓明井田工业广场往西南有沥青路2.5km和铁岭法库康平公路相通，见图1-1。图1-1 晓明矿交通位置图Fig.1-1 traffic position graph for XiaoMing mine1.1.2 自然地理本井田内地势较为平坦，高差变化不大，西部地势稍高，东部较低，平均标高+81.5m。地表绝大多数为农田，西靠调兵山，其它为平原。一条起源于法库县红土砬子分水岭北侧的季节性小河-新开河，从晓明井田中心穿流而过，河长11km，汇水面积28.5km2。夏季水量偏大，每遇暴雨积水猛涨，1951年出现大洪水，最高洪水位+79.5m；1970年秋季第二次洪水泛滥泄入晓明井田工业广场南岸200m处，水位标高+78.3m。井田西北4.5km有泡子沿中型水库一座，最大容量4910万m3。该区位于松辽平原东侧，属大陆性气候，多风少雨。春、冬两季多西北风，夏、秋两季多西南风，大时达78级。降雨一般集中在7、8、9月份，年降雨量最大达1009.1mm。年平均气温7C左右，最高达33.3C，最低温度为零下321C；本区结冻期56个月，即11月次年4月，冻土层深度1.5m。表土层厚度525m。本区地震烈度定为六度。1.2 井田地质特征1.2.1区域地层铁法煤田生成于中生代中晚侏罗纪，为陆相沉积，隐蔽式煤田，断陷型聚煤盆地。煤层基底为前震旦系变质岩系，其上沉积了中、上侏晚系、白垩系和第四系地层。煤系地层除在西部边缘有局部出露外，几乎全部被第四系所覆盖。煤田南北长27.5km，东西宽17.4km，面积为513.5km2，原始累计探明储量为22.59亿t。1.2.2 井田地层 晓明井田位于铁法煤田的中西部，煤系地层基底为前震旦系花岗片麻岩、片岩，其上沉积有上侏罗系、白垩系、第四系地层（见图1-2）。现由老至新分述如下：1）前震旦系出露于井田西部边缘的调兵山、太平山一带，由花岗片麻岩和片岩类组成，花岗片麻岩为肉红色，具片麻构造，黑云母片麻岩主要成分为石英、长石、黑云母、石英多呈粗粒状出现，并多为眼球状构造。片岩主要为灰绿色，淡黄褐色，由黑云母、绢云母、绿泥石、石英等矿物组成。该变质岩系片理和“X”型节理极为发育，沿节理有火成岩侵入。2）上侏罗系前震旦系地层形成之后，本区长期处于剥蚀状态，使整个古生界和部分中生界地层缺失，直到燕山运动中期，即晚侏罗世之前，地壳活动频繁，新华夏系切割纬向构造体系，形成断陷沉积盆地，并伴有岩浆活动，使本区下降接受晚侏罗世后期煤系地层沉积。上侏罗系地层最厚处1300m以上，平均990多m，按岩性分为六层自下而上为：(1) 底部砾岩段自基底到下部砂泥岩层底板，该段厚350-550m，平均厚度450m。底部为紫色，顶部为灰色，灰白色砂砾岩、砾岩、夹薄层砂岩，砾石主要为花岗片麻岩、片岩，圆度不佳，呈棱角状和次棱角状，分选较差。砾径5-1000毫米，一般为30-50毫米，胶结物为泥质及钙质，不整合于前震旦系地层之上。图1-2 地层综合柱状图Fig.1-2 synthesis column map(2) 下部砂泥岩段本段由灰、灰白、深灰色的砂岩，砂质泥岩、泥岩互层组成。夹薄层炭质泥岩，砂质泥岩，泥岩中富含植物化石。本层厚约150m。(3) 下煤段本段由灰、灰白、灰黑色砂岩、砂质泥岩、泥岩组成，夹薄炭质泥岩和煤层，含煤四层（11-20层），其中局部可采六层（12、13、14、15-1、16-1、17层）。砂岩成份以石英、长石和云母为主，颗粒呈次角状，分选一般。粉砂岩细砂岩多斜层理和波状层理。粉砂岩、泥岩中富含植物化石。本组厚140-219m，一般162m。(4) 中部砂泥岩段由灰、灰白和深灰色的细砂岩、粉砂岩和泥岩组成，不含煤层。砂岩多为斜层理和波状层理。本段中含页岩标志层，平均厚3-5m，自十一层煤顶板至十层煤底板为本段区间，本段厚32-58m，一般44m。(5)上煤段本段的岩石组成基本同于下煤组，不同之处是本段的含煤系数较高，含煤10层（1-10层），除6#煤层外，都不同程度的可采（1、2、3、4-1、4-2、5、7-2、8、9、10），其中4-1、7-2两层煤厚度大、分布广，全区发育，为本矿主采煤层。本段厚度150-96m，一般为131m。(6) 上部砂泥岩段本段由砂岩、泥岩、砂质泥岩组成，局部夹薄层砂砾岩及薄层煤。本段下部普遍存在泥岩标志层，厚约6.5m，上部粒度变粗并逐渐变为灰绿色。本段自1层煤顶板至白垩系底板，9-124m，一般62m。3）下白垩系白垩系在本井田较为发育，井田西部沉积较薄，向东变厚。该系按颜色可分两层：1、灰绿色砂砾岩层本层以灰绿色、灰白色砂岩、细砾岩为主，砾石主要为花岗岩、花岗片麻岩、石英岩、粒径一般为15-30mm，圆度不佳分选较差，多为泥质胶结，厚度155-31m，一般106m，平行不整合于侏罗系地层之上。2、紫色砂砾岩层本层以紫色砂砾岩、细砾岩、砾岩为主，砾石成份同上述，粒径一般为5-30mm，最大300mm，分选不好，磨圆度较差，呈次棱角状。本层厚242-53m，一般135m。 4）、第四系本井田第四系以洪积层为主，其次为冲积层，厚度4-22m，平均14m。洪积层在井田南部以砂质粘土为主，北部以砂质粘土、砂土、砂及粗砂砾为主。冲积层以粘土、砂质粘土、砂土及砂为主。1.2.3 井田构造1.2.3.1断层、褶曲本井田位于晓明一号向斜的(朴屯向斜)南翼和晓明一号背斜中部，井田地质构造以断裂为主，褶曲次之。断层均属高角度正断层，倾角55-75左右，落差最大80m。井田主要大的褶皱为晓明一号向斜、晓明一号背斜及几条小的背向斜。断层展布主要呈现为北北西向、北西西向、北北东、北东东和北西向5组。大多断层产生于白垩地层沉积之后，属燕山运动产物。1.2.3.2岩浆活动本井田火成岩主要分布在井田中部和南部，按产状可分为喷出和侵入两种：1）喷出玄武岩 分布于白垩系地层之中，局部产于第四系之下，呈层状与沉积碎屑岩互层，围岩未见变质，一般厚度为30m左右。2）侵入辉绿岩 分布于井田南部上、下煤组间及白垩系地层中，呈岩床状态产出，灰绿色。1.2.4 水文地质本井田西靠调兵山和大江屯丘陵，北部和南部为山前洪积平原，地势平缓，自西向东微倾，平均地表标高+81.5m。西起法库县红土砬子的季节性河流-新开河在井田中间流过，北邻工业广场主副井200m，东部为冲积平原。主要有以下三个含水层：1）第四系含水层由残积层、坡积层、洪积层和冲积层组成。残积层、坡积层：分布在低山丘陵顶部，分水岭和山坡地段，层厚在0.3-10m之间，本层含水极弱，对井田无害。洪积层：分布在山前平原地带，由黄色的砂土、砂砾和砂质粘土等构成，该层地下水位深2-8m，为孔隙潜水层。冲积层：冲积层分布在辽河两岸及故道一带，由砂质粘土、粉砂、细砂、中粗砂、砂砾等组成。层厚在16m-35m之间，该层地下水位深2-5m，是孔隙潜水层。2）白垩系砂砾含水层分布在整个铁法煤田，并被第四系地层所覆盖。岩性以紫色、灰绿色的砾岩、砂砾岩为主。地下水沿裂隙和层面流动，属承压裂隙水，其水位深4-11m。3）侏罗系砂砾岩含水层该层伏于白垩系地层之下,以砂岩为主,含水层厚度在148m至408m之间。透水性微弱。白垩系、侏罗系与第四系含水层有水力联系，但联系程度较差。大气降水,地面水和潜水是主要的补给来源。本井田侏罗系砂砾岩层为主要含水层，由抽水试验可知单位涌水量均小于0.121m3/h，年平均最大涌水量50.25m3/h。1.3 煤层特征1.3.1 可采煤层本井田自上而下共有煤层20层，其中1-10层居上含煤段，11-20层居于下含煤段。可采的煤层有1、2、3、4-1、4-2、5、7-2、8-3、9、10、12、13、14、15、16、17共计16层累计可采煤厚26.86m，见表1-1。表1-1可采煤层分布及赋存特征表Tab.1-1 distribution and occurrence feature of the mineable layersstorage characteristics(3)occurrence features(4)storage feature(1) preservative feature(3) existing property(1) bearing feature(0) accumulational characteristic(1) possession characteristic(0) features of reserves(0) host characteristics(1) deposit character(0) occurrence character(3) occurence characteristics(3)煤层分布面积/KM2占井田面积/表内储量/万t占 表 内 量/%煤 层 分 布 及 特 征4-27.5445.75451.80分布于井田的东北部，不稳定、在井田西南部与4-1层，结构简单4-116.1499.3214299.157.20分布于井田的东北部，不稳定、在井田西南部与4-1层合并，结构简单51.136.8634.51.38分布于南一、南二、北一采区较稳定、结构简单，在南四采区与4-1层4-2层合并为一层。7-28.0598.857366.229.46井田内均可采，煤层稳定，向井田西部分叉变薄，结构较复杂，井田西部边缘分为两 层，煤质光亮，节理发育，多贝壳状断口。8-36.9942.4232.251.29分布于井田中刘稳定、结构较简单，局部地段煤层下半段较复杂，顶板多为细砂和中砂岩。93.1519.1122.750.91分布于南二、南四采区，比较稳定，结构简单煤质光亮，多见壳状断口。124.8529.2353.252.13分布于井田的中部偏南较稳定、结构简单，光泽暗淡含丝岩，顶板为细砂岩，粉砂岩。132.2713.77301.20分布于井田的西南部，不稳定、结构复杂，属半光亮型煤，断口平坦顶板 粉细砂岩。143.6121.9150.52.02分布于井田中部偏南，结构复杂，常呈分层下分层一般不可采，属半光亮型煤，含丝炭。158.1049.15522.08分布于井田的中部、东部、煤层较稳定，多为薄煤层、结构复杂，常分两个分层，下分层一般不可采，上分层中含铝土质泥岩，属半光亮型煤161.8711.3513.250.53分布于井田南部和北部向斜轴附近，结构较简单，不稳定，有时分为上、下两个分层。本井田煤层沉积中心位于井田南部偏西侧，呈南北带状分布，由南向北煤层逐渐变薄，各个煤层的沉积中心略有差异。从可采边界的形态看多数弯弯曲曲，呈朵状，指状，一部分呈岛状分布。主采层为4-1，7-2煤层，煤层赋存稳定,全区发育，煤层结构简单，其中4-1层厚度为5.97.2m，平均厚度6.6m；7-2层厚度为3.23.7m，平均厚度3.4m。煤层倾角2o20o，平均倾角4o。1.3.2 瓦斯、煤尘、自燃发火1.3.2.1瓦斯在精查补充勘探阶段，从41、72、12、13、15等煤层中，采取瓦斯解吸煤样120个，通过化验和计算，相对涌出量平均为14.45m3/t，绝对涌出量为46.15m3/min，属高瓦斯矿井。瓦斯以游离和吸附形态存在于煤层及围岩的孔隙中，瓦斯梯度为11.1m/m3/T，瓦斯风化带下限深度在-90-120m之间。本矿7煤层实测瓦斯含量为11m3/t，煤层透气性系数极低，瓦斯圈闭条件较好，开采时瓦斯涌出量较大，尤其冒落、裂隙带发育至近距煤层群时，其涌出量更大。1.3.2.2煤尘爆炸性与自燃发火煤尘爆炸性指数平均为59.01，具爆炸危险性（见表1-2）。煤尘主要来源回采落煤，打眼放炮，煤炭装运等生产环节，煤尘生成量30100mg/m3。煤的自燃倾向性较强，煤的自然发火期为36个月，最短43天，所以应采取必要的防自燃措施。表1-2 煤尘爆炸性鉴定表Tab.1-2 coal dust explosibility identification table采样地点工 业 分 析 /%爆炸试验鉴定结果水分/Wf灰分/Ag挥发分火焰长度抑制煤尘爆炸最低岩粉量 / %/Vf/Vr/毫mS4W2-79.6331.9234.859.535020爆炸S4S2-414.3212.2542.9558.4920045爆炸1.3.3 煤质本井田煤层以低变质弱粘结的长焰煤为主，气煤次之。13#煤层以上各层均为长焰煤，14#煤层以下有一部分为气煤。各煤层以区域变质因素为主，随煤层赋存深度增加变质程度相对增高。煤的容重为1.311.58，平均为1.33。1）宏观特征：深黑色、沥青光泽、平坦及贝壳状断口，内生节理发育；2）微观特征：一般挥发份35-45，平均40；3）灰分：一般17.9535.01，平均24.33；4）粘结性：一般在2-3之间，属弱粘结或不粘结煤；5）灰熔点：1300oC-1500oC，属高灰熔点煤；6）含硫量：在0.42-0.61之间，平均0.43；7）含磷量：一般在0.01以下，属低硫磷煤；8）发热量Qn：平均为23.25MJ/kg，Or平均31.35 MJ/kg；9）煤的可选性：本井田内煤的可选性为中等，可选精煤回收率为良等；10）煤的用途：主要做动力用煤，民用次之，气煤可做炼焦配煤。 2 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1 井田境界井田北部以I号勘探线北300m的一号向斜轴为界与大明一矿相邻; 东东部以F8断层为界与小青矿井田相邻;南部以F6断层及大隆矿风井保护煤柱为界与大隆井田相邻；西南部以F322断层为界与施荒地井田相邻；西翼为人为划定边界。井田东西走向长5.0km，南北倾斜宽3.6km，面积16.25km2。井田煤柱的留设尺寸：1)井田边界煤柱留30m；2)断层煤柱每侧各为20m；3)工业广场保护煤柱按作图法得出。2.1.2 邻近井田的开发情况及与本矿的影响本井田南部大隆井田，1966年建井，1972年投产，现生产能力1.8Mt/a，主采4 # 、5 #、7 #、8 #、9 # 煤层，以F406、F311、F403、F308断层为界。东邻小青井田，以F319、F76、F14断层为界。北与大明一矿相邻，以原向斜轴为界，现生产能力为0.9Mt/a，主采4 #、12 #、15 #、16 #、17 # 西部为可采边界。西南邻施荒地井田，尚未开采，以F322断层为界，界线清楚，无灾害影响。2.1.3论述所定边界的合理性本井田部分以断层为边界，充分利用自然条件。在井田范围内，储量、煤层赋存及开采条件均与矿井生产能力相适应。井田内有足够的储量和合理的服务年限。井田走向长度大于倾斜长度，有两层主采煤层，可保证矿井各个开采水平有足够的服务年限。矿井通风、井下运输较容易。根据矿井设计规范的规定，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，一般得分采分运。综上所述，矿井首采区定在靠近工业广场的南部，采区储量较丰富，上山开采，有利于煤炭运输。工业广场正北部划分为一个采区，有利于矿井的均衡生产、运输较为集中和减少巷道的开拓费用。所以井田划分是合理的。2.2 井田的储量2.2.1 井田储量计算原则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1000米。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15o时，可用煤层的伪厚度和水平投影面积粗略计算储量。7)煤层中所夹的大于0.05米厚的高灰煤（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 保护煤柱储量及地质储量本设计中计算可采储量应考虑的储量损失为工业广场保护煤柱、井田边界安全煤柱及其它边界煤柱、断层保护煤柱、采煤方法所产生的巷道煤柱、采煤运输系统损失煤柱等。2.2.2.1保护煤柱的储量计算1）工业广场保护煤柱：根据煤炭工业设计规范补充规定，矿井（包括洗煤厂）的占地标准定为0.81.1公顷/10万t，本矿设计井型为1.8Mt/a,取1公顷/10万t，因此，本设计工业广场面积为18公顷，设计采用长为450m，宽为400m。工业广场长边平行于煤层走向，冲积层移动角=45，基岩上山移动角=75，基岩下山移动角=75-0.872（煤层倾角=4），基岩走向移动角=75，地表围护带宽度为15m。综合以上数据，计算工业广场煤柱如下：S=1/2(a+b)h=1/2(560+630)770=458150m2 （2-1） 工业广场长边布置与煤层等高线平行，故所压煤为一矩形状，用垂直剖面计算7号煤层的面积，见图2-1。得4-1煤层压煤为：Pg4=SHT=4581501.336.6=402.16万t （2-2）同理，计算7-2煤层的压煤量得：Pg7=222.89万t所以，工业广场压煤量为：Pg=402.164+222.889=625.05万t （2-3）2)边界煤柱：根据煤炭工业设计规范规定，由井田边界的地质情况，在有水害危险的地方留设边界防水安全煤柱，井田边界防水安全煤柱为50m，在没有水害危险的地方留设30m的边界煤柱。本矿井边界无任何水害，井田边界安全煤柱为30m，边界安全煤柱分布如下：东翼： 4150m；西翼：1250m；南翼：2165m；北翼：4175m。四层煤边界煤柱：Pbj4=(4150+1250+2165+4175)306.61.33309.16万t （2-4）七层煤边界煤柱：Pbj7=(4150+1250+2165+4175)303.41.33159.27万t （2-5）边界煤柱总量：PbjPbj4+ Pbj7468.43万t （2-6）图2-1 井田工业广场煤柱计算图Fig.2-1 calculating chart for the industrial square coal safety pillars3）断层保护煤柱：根据采矿工程设计手册，为保护矿井的安全生产，断层两侧一般各留设20m的保护煤柱。本设计矿井井田范围内共有断层八条，断层分布范围较广，延伸很长。各断层延伸长度见表2-1。表2-1 井田断层延伸长度表断层号F1F2F3F4F5F6F7F8长度/m1225950140013352230262533752350其中，断层F6有2400m范围为井田边界，只需留设单侧30m煤柱。4-1煤的断层煤柱储量为：Pd4=（1549040+2400300）6.61.33=438.58万t （2-7）同理，7-2煤层这部分储量为：Pd7=250.72万t，故Pd= Pd4+ Pd7=689.30万t （2-8）在本设计中，参加储量计算均为可采煤层，7-2煤层的采区回收率不低于80%，4-1号煤层的采区回收率不低于75%，容重为1.33t/m3。储量计算方法见公式2-9。 （2-9）式中：Z地质储量，万t；Si块段水平投影面积，m2；Mi块段内钻孔见煤厚度的均值，m；块段内煤层的平均倾角，；块段内煤的容重，本设计取=1.33t/m3经计算得4-1、7-2煤层的地质储量分别为：Z416.251066.61.33/cos4o14299.1万t （2-10）Z716.251063.41.33/cos4o7366.2万t （2-11）ZdZ4Z721665.3万t2.2.3 工业储量与可采储量2.2.3.1工业储量矿井工业储量计算公式为： Zg=Z4+Z7PbjPd （2-12）带入数据得： Zg= 20507.57万t2.2.3.2可采储量可采储量计算公式见2-13。Zk=（Zg-P）C （2-13）式中：Zk可采储量，万t；Zg矿井工业储量，万t；P保护煤柱所损失的储量，万t；C采区回采率，4-1煤层取75%，7-2号煤层取80%对于4-1煤层：P=Pg4+Pbj4+Pd4=1149.90万t （2-14） 同理，7-2煤层：P=Pg7+Pbj7+Pd7=632.88 万t （2-15）经计算得，Zk=16595.1万t，将井田储量汇总，按水平将煤层工业储量和可采储量计算结果汇编成表，见表2-2。表2-2 井田储量计算表Tab.2-2 reserve calculation list煤层工业储量/万t永久煤柱损失/万t采区回采率可采储量 /万t工业广场边界断层4-114299.1402.16309.16438.5875%9861.97-27366.2222.89159.27250.7280%6733.2合计21665.3625.05468.43689.3016595.13 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1 矿井的年产量及服务年限3.1.1 矿井的年产量的合理性矿井的年产量（生产能力）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不仅是可行的，也是合理的，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。本井田内可采的主采煤层达到2层，保有可采储量为16595.1万t。根据其储量和煤炭工业设计规范的相关规定，设计矿井的井型为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稳定，井田面积大，煤层埋藏较深，倾角小，结构简单，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，可采煤层均为厚及中厚煤层，适合高产高效工作面开采。3)具有先进的开采经验近年来，“高产高效”工艺在煤矿成产中有了很大发展，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。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。3.1.2 矿井工作制度按照“设计规范”的规定，参考关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明，确定本矿井设计生产能力按年工作日330d计算，每天四班作业，三班采煤，一班检修，同时实行随机检修的工作制度，矿井每天净提升时间为16h。3.2 矿井的服务年限根据设计，首采工作面长220m，滚筒截深600mm，一个工作面生产，一天割6刀，煤的比重为1.33t/m3，放顶煤开采，工作面的采出率取85%。所以矿井的生产能力为：A2200.666.61.3385%330=195万t （3-1）满足矿井的设计生产能力1.8Mt/a。 根据煤炭设计规范的规定，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1.4。 由矿井的服务年限计算公式： P=Zk/AK （3-2） 式中： Zk矿井设计可采储量； A矿井的年产量； K矿井储量备用系数，一般取1.31.5； P= Zk/AK =165951801.4 =66根据煤炭工业矿井设计规范关于矿井设计服务年限应符合下列规定，新建矿井及其第一水平的设计服务年限不宜小于表3-1内各年限值。表3-1新建矿井设计服务年限表Tab.3-1 sevice life for new mine 矿井设计生产能力/Mta-1矿井设计服务年限/a第一开采水平设计服务年限/a煤层倾角25煤层倾角2545煤层倾角456.0及以上70353.05.060301.22.4502520150.450.940201515本矿井服务年限为66年按要求大于其规定值，所以服务年限合理。因全矿采用立井单水平上下山集中大巷开拓，所以水平服务年限即为矿井服务年限，对照上表水平服务年限也很合理。4 井田开拓4.1 井筒形式及位置的确定4.1.1 井筒形式的确定矿井开拓就井筒形式来说，一般有以下几种形式:平硐、立井、斜井和混合式下面就几种形式进行技术分析，然后进行确定采用哪种开拓方式。平硐开拓的优点是井下出煤不需要提升转载即可由平硐直接外运，因而运输环节和运输设备少、系统简单、费用低但一般就适用与煤层埋藏较浅，平硐适合在较高的山岭、丘陵或沟谷地区很显然，这种开拓方式不适合本矿井。斜井与立井相比，井筒掘进技术和施工设备比较简单，速度快、地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简单因而投资较少，建井期较短，斜井适用与煤层埋藏较浅，如果埋藏深度较大，按照皮带斜井设计时，倾角不超过17o的话，此时斜井的长度是非常大的，维护费用高。立井开拓的适用性很强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯水文等自然条件的限制，立井井筒短，通风阻力小，对深井更为有利。本井田煤层埋藏较深，可采煤层较多，矿井生产能力大。考虑到方便施工，有利于生产，及矿井高瓦斯的特点，采用立井开拓。本设计使用立井开拓方式，其主要优点有：1）立井布置有利于减少煤柱的损失；2）以立井做副井，利于辅助运输的随即性；3）晓明矿为高瓦斯矿井，立井开拓具有通风断面大，风阻小的优点；4）对于采深较大的矿井，立井提升距离小，吨煤提升成本较低；5）立井方案具有井巷长度短、占用设备少（只需一套提升设备）、运营维护费用低；6）避灾线路短，有利于井下工人的逃生。4.1.2 工业广场及井筒位置4.1.2.1工业广场及井筒位置确定原则井筒位置与井筒形式，用途是密切联系的，确定井筒位置是井田开拓的一个重要问题，合理的井筒位置应对井下开采有利，井筒的开掘和使用安全可靠，且地面工业广场的布置合理，本设计井田采用立井井筒，选择井筒位置主要考虑以下几个方面的因素：1）对初期开采有利，储量可靠，井巷工程量节省；建井工期较短；利于布置首采区和工作面等；2）应使井田两翼的储量大致平衡，利于井下运输和开拓开采系统的布置；3）尽量不占、少占良田，充分利用地形以方便地面生产系统，工业广场的布置应与地面运输系统相协调；4）井筒应尽量避免穿过流沙层、较大的含水层、较厚的冲击层、较大的断层，以及采空区和有煤与瓦斯突出的煤层，同时应尽量少压煤；5）有良好的工程地质条件，不受洪水、岩崩、滑坡的威胁；6）用斜井开拓时，应尽量考虑井筒在煤层中、底板岩层中或者穿岩布置等各种可能性，并考虑其经济合理性。4.1.2.2工业广场及井筒位置的确定本设计中，共设计有主、副、风三个井筒，工业广场位于井田走向的中央，见图4-1。图4-1 井筒位置分布图Fig.4-1 location of the shafts主井井筒装备12t箕斗一对；副井装备为一对3t双层罐笼。各井筒特征见表4-1。表4-1 井筒断面特征表Tab.4-1 cross-section characteristic of the shafts井筒类型井筒直径/m井筒净断面积/m2井筒支护井筒长度/m井筒装备主井5.523.76砌碹530一对12t箕斗副井6.533.18砌碹490一对3t双层罐笼风井628.27砌碹4604.2 开拓方案与经济比较本设计中井田煤层倾角变化不大，煤层沿走向为倾斜、缓倾斜变化，煤层等高线由-240m变化到-600m，兼用采区和带区布置。考虑到要满足水平的服务年限，及运输掘进等成本，矿井采用单水平上下山开拓，水平标高确定为-360m。本设计采用岩层大巷，大巷坡度取35；运输大巷的布置采用全煤组集中布置；运输大巷采用机轨合一设计，采用蓄电池式电机车运输和胶带运输。4.2.1 开拓方案的提出结合井田的实际情况，井田开拓采用立井开拓，可分单水平或两水平，提出技术上可行的四种方案如下：方案：单水平立井开拓，上下山开采。水平标高为-360m，见图4-2；图4-2 开拓方案 Fig.4-2 development scheme方案：单水平立井开拓，上山开采。水平标高为-600m，见图4-3；图4-3 开拓方案 Fig.4-3 development scheme 方案：两水平开拓暗斜井延深，上山开采。第一水平标高为-360m，立井开拓；第二水平标高为-600m，采用暗斜井延深，见图4-4；图4-4 开拓方案 Fig.4-4 development scheme 方案：两水平开拓立井延深，上山开采。第一水平标高为-360m，立井开拓；第二水平标高为-600m，采用立井延深，见图4-5。图4-5 开拓方案 Fig.4-5 development scheme 4.2.2 方案经济比较在井田实际情况的基础上，首先进行方案的粗略经济技术比较，根据技术条件，将方案1与方案2、方案3与方案4进行比较，排除其中两个相对较劣的方案，然后对剩下的两个方案进行精确的经济技术比较。粗略方案经济比较见表4-2,4-3。表4-2 各方案经济粗略比较表Fig.4-2 brief comparison on economy 方案项目方案1方案2基建费/万元主井开凿副井开凿风井开凿石门开凿井底车场530300010-4=159490300010-4=147460300010-44=37.92100090010-4=90主井开凿副井开凿风井开凿石门开凿井底车场770300010-4=231740300010-4=222700300010-4=21014080010-4=11.2100090010-4=90小计571.92小计764.2生产费/万元立井提升石门运输上下山运输1.2165950.440.864=7570.51.2165950.4740.495=4672.41.2165952.60.31=16050.68立井提升石门运输上山运输1.2165950.680.864=11699.71.2165950.140.495=1380.11.2165952.60.30=15532.9小计28293.6小计28612.7总计费用/万元28865.5费用/万元29376.9百分率100%百分率101.77%方案3方案4基建费/万元主井开凿副井开凿风井开凿石门开凿井底车场暗斜井开凿530300010-4=159490300010-4=147460300010-44=37.92100090010-4=90400075010-4=300主井开凿副井开凿风井开凿石门开凿立井延伸井底车场530300010-4=159490300010-4=147460300010-4=138247480010-4=197.921050300010-4=315100090010-4=90小计871.92小计1046.92生产费/万元立井提升运输1.2165950.440.864=7570.51.2165952.40.495=23657.8立井提升运输1.2165950.680.924=12512.41.2165952.20.495=21686.3小计31228.332小计34198.7总计费用/万元32100.25费用/万元35245.6百分率100%百分率110.80%表4-3 建井工程量Tab.4-3 engineering quantity of shaft construction项目 方案方案1方案3 主井井筒/m 副井井筒/m初期 井底车场/m 主石门/m 运输大巷/m5304901000476470077074010002544700 主井井筒/m 副井井筒/m后期 井底车场/m 主石门/m 运输大巷/m 上、下山/m000032003800300300100047448002200方案1和方案2的区别仅在于是用立井单水平开拓时水平标高的选择；经比较两方案费用相差不大，但考虑到方案1的提升、排水工作的环节少，投产早，人员上下较方便，以及方案1在通风方面优于方案2，所以方案1与方案2比较中排除方案2。方案3和方案4的区别也仅在于两个水平开拓时是用立井延深还是暗斜井延深；经比较两方案费用相差大于10%，所以方案3与方案4比较中排除方案4。将剩下的方案1与方案3进行经济上的精确比较，详见表4-44-7。表4-4 基建费用表Tab.4-4 capital expenditure list方案项目方案1方案3工程量/m单价/元m-1费用/万元工程量/m单价/元m-1费用/万元前期主井井筒/m副井井筒/m井底车场/m主石门/m运输大巷/m53049010004764700300030009008008001591479038.0837677074010002544700300030009008008002312229020.32376小计810.08939.32后期主井井筒/m副井井筒/m井底车场/m主石门/m运输大巷/m上、下山/m0000320038003000300090080080060000002562283003001000474480022003000300090080080060090909037.92368132小计484807.92共计1294.081747.24表4-5 生产经营工程量Tab.4-5 engineering quantity of pro