采矿工程毕业设计（论文）-陈四楼矿1.5 Mta新井设计2【全套图纸】 .pdf

中 国 矿 业 大 学 本科生毕业设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 姓 名： 学 号： 学 院： 矿业工程学院矿业工程学院 专 业： 采矿工程采矿工程 设计题目： 陈四楼矿陈四楼矿 1.5 mt/a 新井设计新井设计 专 题： 高应力大变形巷道卸压机理及技术现状高应力大变形巷道卸压机理及技术现状 指导教师： 职 称： 副教授副教授 2011 年 6 月 徐州 中国矿业大学毕业设计任务书 学院 矿业工程学院 专业年级 采矿工程 07 级 学生姓名 任 务 下 达 日 期 ：任 务 下 达 日 期 ： 年年 月月 日日 毕业设计日期：毕业设计日期： 年年 月月 日至日至 年年 月月 日日 毕业设计题目：毕业设计题目： 陈四楼矿陈四楼矿 1.5 mt/a1.5 mt/a 新井设计新井设计 毕业设计专题题目：毕业设计专题题目：高应力大变形巷道卸压机理及技术现状高应力大变形巷道卸压机理及技术现状 毕业设计主要内容和要求：毕业设计主要内容和要求： 根据采矿工程专业毕业设计大纲，本毕业设计分为一般部分、专题部分 和翻译部分，具体包括： 1、陈四楼矿 1.5 mt/a 新井设计。 2、完成专题：高应力大变形巷道卸压机理及技术现状。 3、翻译一篇 3000 字以上的专业英语文章。主要内容为波兰硬煤开采研 究的发展趋势，英文题目为：directions of changes of hard coal output technologies in poland。 院长签字： 指导教师签字： 中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书 指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内 容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评 价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等） ： 成 绩： 指导教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书 评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解 决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度； 总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等） ： 成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日 中国矿业大学毕业论文答辩及综合成绩 答 辩 情 况 提 出 问 题 回 答 问 题 正 确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没有 回答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 学院领导小组综合评定成绩： 学院领导小组负责人： 年 月 日 目 录 摘 要 . 1 abstract 1 1 矿区概述及井田地质特征 . 3 1.1 矿区概述 3 1.1.1 矿区地理位置 3 1.1.2 自然地理概况 3 1.1.3 矿区开发历史及生产建设规划 5 1.1.4 矿井建设的外部条件 5 1.2 井田地质特征 5 1.2.1 地层 5 1.2.2 地质构造 6 1.2.3 水文地质 6 1.3 煤层特征 8 1.3.1 煤层 8 1.3.2 煤质 . 8 1.3.3 开采技术条件 . 8 1.3.4 勘探程度及存在问题 9 2 井田境界和储量 . 12 2.1 井田境界 12 2.2 矿井工业资源储量 12 2.2.1 构造类型 12 2.2.2 煤层稳定类型 12 2.2.3 矿井工业储量 14 2.3 矿井可采储量 . 15 2.3.1 井田边界保护煤柱 15 2.3.2 工业广场煤柱 16 2.3.3 井筒保护煤柱 16 2.3.4 断层保护煤柱 16 2.3.5 大巷保护煤柱 17 2.3.6 矿井设计可采储量 17 3. 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 19 3.1 矿井工作制度 19 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 . 19 3.2.1 确定依据 19 3.2.2 矿井设计生产能力 19 3.2.3 矿井服务年限 19 3.3 井型校核 . 20 4 井田开拓 . 21 4.1 井田开拓的基本问题 21 4.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标 21 4.1.2 工业场地的位置 23 4.1.3 开采水平的确定及带（采）区划分 23 4.2 矿井基本巷道 . 29 4.2.1 井筒 29 4.2.2 井底车场及硐室 32 4.2.3 主要开拓巷道 34 5 准备方式带区巷道布置 . 40 5.1 煤层地质特征 . 40 5.1.1 带区位置 40 5.1.2 带区煤层特征 40 5.1.3 煤层顶底板岩石构造情况 40 5.1.4 水文地质 41 5.1.5 地质构造 41 5.1.6 地表情况 41 5.2 带区巷道布置及生产系统 41 5.2.1 带区准备方式的确定 41 5.2.2 带区巷道布置 42 5.2.3 带区生产系统 43 5.2.4 带区内巷道掘进方法 44 5.2.5 带区生产能力及采出率 45 5.3 带区车场选型设计 . 46 5.3.1 带区车场的形式 46 5.3.3 带区主要硐室布置 47 6 采煤方法 . 48 6.1 采煤工艺方式 . 48 6.1.1 带区煤层特征及地质条件 48 6.1.2 采煤工艺方式选择 . 48 6.1.3 回采工作面参数 49 6.1.4 回采工艺及工作面设备选型 49 6.1.5 采煤工作面支护方式 53 6.1.6 端头支护及超前支护方式 55 6.1.7 各工艺过程注意事项 56 6.1.8 回采工作面正规循环作业 57 6.2 回采巷道布置 . 59 6.2.1 回采巷道布置方式 59 6.2.2 回采巷道参数 59 7 井下运输 . 62 7.1 概述 . 62 7.1.1 井下运输设计的原始条件与数据 62 7.1.2 运输距离和货载量 62 7.1.3 井下运输系统 62 7.2 带区运输设备选型 . 63 7.2.1 设备选型原则 63 7.2.2 带区运输设备的选型及能力验算 63 7.3 大巷运输设备选型 . 65 7.3.1 运煤设备 65 7.3.2 辅助运输设备选择 66 8 矿井提升 . 68 8.1 矿井提升概述 . 68 8.2 主副井提升 . 68 8.2.1 主井提升 68 8.2.2 副井提升 70 9 矿井通风及安全 . 72 9.1 矿井通风系统选择 . 72 9.1.1 矿井概述 72 9.1.2 矿井通风系统的确定 72 9.1.3 带区通风系统的确定 74 9.1.4 矿井通风容易与困难时期的确定 75 9.2 带区及全矿所需风量 . 79 9.2.1 采煤工作面实际需风量 79 9.2.2 掘进工作面实际需风量 80 9.2.3 硐室需风量 81 9.2.4 其它巷道需风量 82 9.2.5 矿井所需总风量 82 9.2.6 风量分配及风速验算 82 9.3 矿井通风阻力计算 . 83 9.3.1 矿井通风阻力计算原则 83 9.3.2 矿井最大阻力路线 83 9.3.3 计算矿井摩擦阻力和总阻力： 84 9.3.4 矿井通风总阻力 85 9.4 矿井通风设备选型 . 86 9.4.1 主要通风机选型 86 9.4.2 电动机选型 88 9.4.3 主要通风机附属装置 89 9.5 防治特殊灾害的安全措施 . 89 9.5.1 预防瓦斯灾害的措施 89 9.5.2 预防煤尘灾害的措施 90 9.5.3 预防井下火灾的措施 91 9.5.4 预防井下水灾的措施 91 10 设计矿井基本技术经济指标 . 92 参考文献 . 94 高应力大变形巷道卸压机理及技术现状 . 96 1.卸压支护现状 96 1.1 卸压支护原理 96 1.2 卸压与支护关系分析 96 2.深井高应力巷道卸压法防治底臌技术分析 98 2.1 数值模型的建立 99 2.2 巷道围岩变形分析 99 2.2.2 采用卸压措施后巷道的变形及应力分布 . 100 3.薄煤层作为保护层开采的卸压机理 103 3.1 保护层的卸压机理 . 103 3.3 技术分析 . 106 4.软岩大变形巷道卸压与可控大变形支架支护技术现状 106 4.1 矿井概况 . 106 4.2 大变形软岩巷道破坏特征 . 106 4.3 大变形软岩巷道支护难点分析 . 107 4.4 巷道卸压与可控大变形支架支护技术 . 108 4.5 小 结 . 109 5、软岩巷道爆破卸压技术分析 . 109 5.1 软岩巷道爆破卸压的作用特征 . 110 5.2 影响爆破卸压效果因素分析 . 113 5.3 爆破卸压效果测试系统 . 114 5.4 巷道收敛变形观测点 . 114 5.5 小结 . 114 6 总结 115 参考文献: 115 外文资料原文 . 118 directions of changes of hard coal output technologies in poland . 118 a b s t r a c t ： . 118 中文译文： . 128 波兰硬煤开采技术研究的发展趋势 . 128 致 谢 . 136 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 1 页 摘 要 本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。 一般部分为陈四楼 1.5 mt/a 新井设计。陈四楼煤矿位于河南省永城市西北郊区，交通 较为便利。 井田倾向 （东西） 长约 3.80 km， 走向 （南北） 长约 5.08 km， 井田总面积为 19.00 km2。主采煤层为 2 号煤层，平均倾角为 9.73，煤层平均厚度为 5.50 m。井田地质条件较 为简单。 井田工业储量为 151.23 mt，矿井可采储量 100.79 mt 。该矿井服务年限为 51.71 a， 涌水量不大，矿井正常涌水量为 600 m3/h，最大涌水量为 650 m3/h。矿井瓦斯涌出量较低， 为低瓦斯矿井。 井田为立井加暗斜井延深两水平开拓；长壁放顶煤采煤法；矿井通风方式为中央并列 式。 矿井年工作日为 330d，工作制度为“三八”制：两班生产、一班准备。 一般部分共包括 10 章：1.矿区概述及井田地质特征；2.井田境界和储量；3.矿井工作 制度设计、生产能力及服务年限；4.井田开拓；5.准备方式- 带区巷道布置；6.采煤方法； 7.井下运输；8.矿井提升；9.矿井通风及安全；10.设计矿井基本技术经济指标。 专题部分题目是高应力大变形巷道卸压机理及技术现状。主要是对当前国内煤矿中高 应力和巷道大变形地质条件下，卸压机理的综述以及技术现状的分析。 翻译部分主要内容为波兰硬煤开采研究的发展趋势， 英文题目为： directions of changes of hard coal output technologies in poland。 关键词：立井；两水平开采；放顶煤；双巷掘进；中央并列式 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 1 页 abstract this design includes of three parts: the general part, special subject part and translated part. the general part is a new design of chensilou mine. chensilou mine lines in north- west of yongcheng in henan province. the traffic of road and railway is convenience to the mine. the width of the minefield is 3.80 km ,the width is about 5.08 km，well farmland total area is 19.00km2.the two is the main coal seam, and its average dip angle is 9 degree. the thickness of the mine is about 5.50 m in all. the proved reserves of the minefield are 151.23 mt. the recoverable reserves are 100.79 mt. the designed productive capacity is 1.5 mt percent year, and the service life of the mine is 51.7 years. the normal flow of the mine is 600 m3 percent hour and the max flow of the mine is 650 m3 percent hour. the mineral well gas gushes the deal lower, for low gas mineral well. the well farmland is two levels in vertical shaft development;the cole mine is the longwall mining;the centralized ventilation. the working system “three- eight” is used in the chensilou mine. it produced 330 d/a. this design includes ten chapters: 1.an outline of the mine field geology; 2.boundary and the reserves of mine; 3.the service life and working system of mine; 4.development engineering of coalfield; 5.the layout of panels; 6. the method used in coal mining; 7. transportation of the underground; 8.the lifting of the mine; 9. the ventilation and the safety operation of the mine; 10.the basic economic and technical norms. special subject parts of topics is “the discharging pressure mechanism and technical situation of roadways with the high stress and large deformation”. mainly aims at the discharging pressure mechanism and technical situation of roadways with the high stress and large deformation in the domestic coal mine in the current situation. translation part of main contents is about “directions of changes of hard coal output technologies in poland”. keywords：shaft; two level mining; top coal caving; double thunnel drivage; centralized juxtapose ventilation. . 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 2 页 一 般 部 分 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 3 页 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 矿区地理位置矿区地理位置 永城矿区陈四楼井田位于河南省永城市境内，为城厢、陈集、顺和乡所辖。井田中心 南距永城老县城 8 km；地理坐标：东经 1162220“，北纬 300035“。 矿区北靠陇海铁路，东临京沪铁路，青（龙山) 阜（阳）铁路从矿区东南约 20 km 处 穿过，西有京九铁路商阜段。永城老县城距商丘车站 95 km，至徐州车站 97 km，宿州车 站 74 km，其间均有柏油公路相连。区内主要村镇之间亦有简易公路相通，交通运输堪称 方便。详见矿区交通位置图 1- 1。 1.1.2 自然地理概况自然地理概况 井田位于黄淮冲积平原东部， 地势低洼平坦， 自西北向东南微微倾斜， 地面标高+32.49 m +36.50 m，一般在+32 m 至+35 m 之间，相对高差 3 m 左右。地表广为巨厚的新生界松 散冲积物所覆盖。 区内地表水系不甚发育，最大的河流沱河在井田南部 2 km 处流过。井田内用于灌 溉的沟渠纵横交错。沱河属淮河水系，发源于商丘市东北之响河，向东南流入安徽省的新 汴河， 全长 120 km， 其流量受大气降水控制， 年平均流量 12 m3/s， 有记载的最大流量 384 m3/s（1963 年） 。 本区属半湿润、半干旱的大陆性气候，冬春干早，夏秋多雨，四季分明。据永城县气 象站资料： 气温：19741984 年观测，月平均最高气温 26.89 （7 月份） ，最低- 0.32 ，年平 均卫 14.3 。日最高气温 41 (1959 年 7 月 30 日)，最低- 19 (1957 年 2 月 21 日)。 降雨量：最大降雨量 1022.5 mm（1977 年） ，最小为 630.4 mm，年平均 813.6 mm；日 最大降雨量 207 mm(1957 年 7 月 i4 日)， 一次最大降雨量为 443.4 mm ( 1965 年 7 月 5 日18 日)。 蒸发量：历年最大蒸发量 1985.7 mm（1978 年） ，最小 1603.2 mm，(1975 年)，平均 1745.4 mm。 相对湿度平均 68%73.16%。 冬春季多西北风，夏季多东北风偶有东南风，最大风速 183 m/s(1982 年 4 月 21 日)。 每年 12 月至翌年 3 月为降雪和冰冻期，最大冻土深度 19 cm。 据中国地震烈度表载，本区属六度地震区.河南省地震局受永城煤炭工业 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 4 页 （ （84）豫震烈字第 002 号文)，该文在分析了地质构造及本区地震史之后，认为.“本区不 可能发生六级左右地震，主要是受邻区强震影响，其地震基本烈度六度是最适宜的。”又提 图图 1-1 陈四楼矿井交通位置图陈四楼矿井交通位置图 1 - 1 图 浦 陇 m k 0 0 3 海 上 阳 阜 线 南 至 置 位 田 井 楼 四 陈 城 永 州 郑 海 州 邳 京 河 南 山 东 江 苏 集 杨 邑 夏 丘 商 段 阜商线 九京 川 潢 线 阜 漯 州 徐 城 永 段 青 阜 田 煤 县 宿 善 百 山 龙 青 津 集 离 符 苓 芦 埠 蚌 线 淮 阜 田 煤 谢 潘 京 北 寨 河 夹局 务 矿 北 淮 迁 宿 湖 马 骆 线 港 运 连 黄 海海 上 县 明 崇 通 南 肥 合 淮 湖 家 水 局 务 矿 南 淮 长 线 溪 裕 陵 铜 城 宣 湖 芜 河 州 常 锡 无 京 南 江 镇 江 州 扬 运 杭 安 淮 应 宝 市 江 清 交 通 位 置 图 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 5 页 出“鉴于永城煤炭储量丰富，现已投入建井，将来发展远景可观，据此建议，对特别重要的 工程和建筑物， 可提高 1 度设防。 ”煤炭部基建司对陈四楼矿井方案设计审查意见明确： “建 筑物地震烈度均按 6 度设防，但对六大要害系统按 7 度的构造措施设计。” 1.1.3 矿区开发历史及生产建设规划矿区开发历史及生产建设规划 矿区现有生产矿井葛店煤矿、新庄煤矿、车集煤矿等 8 处。另外，矿区已经逐步形成 了煤矿产业链，除部分大件煤矿机械外，基本可以满足煤矿建设需要。 1.1.4 矿井建设的外部条件矿井建设的外部条件 矿井工业场地至矿区集配站的铁路专用线正线里程 15.86 km。新、老两条永砀公路， 分别自工业场地两侧经过，将矿井工业场地与铁路干线和土产材料产地连通，交通条件较 好。 矿井永久电源由永城 220 kv 变电站供给。地方集资兴建的永城 110 kv 变电站，可作 为本矿井建井期的施工电源。为确保施工安全，另一回电源可取自新庄矿井。矿区热电站 应尽快建设。 经初步勘探证实，上第三系孔隙承压水，无论其水量和水质均可满足本矿井永久水源 的要求。 矿区北部的芒山生产白灰、石子、料石等土产材料。水泥、钢材木材等建材亦可通过 公路运至本矿。 矿井建设的外部条件比较优越、可靠。 1.2 井田地质特征 1.2.1 地层地层 永城煤田为华北型沉积，地层分区属华北区、鲁西分区、徐州小区的范畴。本井田无 基岩出露，全都被新生界冲积层所覆盖，缺失上奥陶统至下石炭统、三迭系至第三系古新 统两段。钻探揭露的基岩地层上至石千峰组（平顶山砂岩)，下至中奥陶统马家沟灰岩，厚 度约 1100 m。自下而上叙述如下: 1、中奥陶统马家沟组(o2m)，由白云质灰岩、灰岩组成，井田内揭露厚度 3045.20 m。 2、石炭系(c23)，假整合于中奥陶统之上；中统本溪组（c2b)，由铝质泥岩及山西式 铁矿组成，厚度 222 m，平均 8.78 m；上统太原组（c3t） ，由 911 层薄至中厚层状灰岩 和泥岩、砂质泥岩及粉、砂岩组成，间夹不可采煤层 35 层，厚度 93164 m，平均 133 m； 3、二迭系(p)，揭露厚度 961.2 m，下统齐全，上统 k6标志层以上多被剥蚀；下石盒 子组（p1x） ，厚度 48.63112.27 m，平均 74.92 m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩及三煤组组成， 以 k5砂岩标志层底界与上石盒子分界； 山西组（p1s） ，厚度 89.94131.78 m，平均 106.43 m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤 层组成。二2煤层赋存于中部，下以 k3灰岩标志层顶界与石炭系分界，上以 k4鲕状铝质 泥岩底界与下石盒子组分界； 上石盒子组（p2s） ，钻孔穿见厚度 728.98 m，共分四段，每段底部都以一层稳定的砂 岩标志层相分界（k5k9） ，其基岩组成也是以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及砂岩为主，不含 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 6 页 具有工业价值的煤层。 4、新生界（r2） 井田内覆盖层中， 仅有上第三系和第四系， 缺失下第三系。 厚度 300430 m， 平均 348.73 m。由粘土、亚粘土、亚砂土及中、细、粉砂交互成层。上第三系为河湖相沉积，直接覆 盖于古生界之上。 详见井田地层划分表 1- 1。 （后附矿井综合柱状图） 1.2.2 地质构造地质构造 新华夏体系及东西向构造构成永城煤田的骨架，本煤田有永城背斜及北部的孔庄芒 山背斜组成。 陈四楼井田位于永城隐伏背斜之西冀， 大致呈单斜构造， 总体走向 nnw， 倾向 sww。 受多期构造运动的影响，褶曲、断裂均较发育。 地层倾角在露头处局部较大，向深部逐渐变小，一般为 310，局部 1015。 1、褶曲 井田内褶曲比较发育，近东西向的自南向北有八里庙向斜、吕庄向斜等。 2、断裂 井田内断裂构造均为正断层，据葛店煤矿井下及芒山地表所见，推定断层面倾角均为 70。发现并已被控制的断层 4 条，以 nne 向断裂为主，近东西向断裂也较发育。断层情 况详见表 1- 2。 3、岩浆活动 据侧定，井田内岩浆岩活动大致有两个期次：基性岩为华力西运动晚期产物；酸性岩 为燕山运动早晚期产物。基性岩主要为辉绿岩，一般在三煤组中顺煤层侵入三4、三 2 2 、 三5煤层中，呈岩脉或岩席产出；酸性岩主要为闪长岩类及花岗岩类，呈岩墙及岩席产出。 受岩浆岩侵入影响地段，使煤层结构复杂，或变为天然焦，降低了煤层的经济价值。 1.2.3 水文地质水文地质 表 1- 1 井田地层划分表 地 层 系 统 厚度（m） 最小- 最大 界 系 统 组 段 符 号 标志层代号 平 均 新 生 界 第四系 | 第三系 r2 300- 430 348.73 古 生 界 二 叠 系 上 二 叠 统 石千峰组 p2sh1 k9 残厚 51 上 石 盒 子 组 四 p2s4 k8 172 三 p2s3 k7 200 二 p2s2 k6 233 p2s1 k5 81.65- 150.68 124.08 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 7 页 下 二 叠 统 下 石 盒 子 组 p1x k4 48.53- 112.27 74.92 山 西 组 p1s 89.94- 131.78 106.43 石 炭 系 上 统 太 原 组 cat k3 k2 123.09- 201.86 151.54 中 统 本 溪 组 cab k1 2.0- 22.0 8.78 奥陶系 中统 马家沟组 ozm 揭穿 40 表 1- 2 断层特征及控制情况 断 层 延展 方向 倾 角 （） 长 度 （m） 落 差 （m） 可靠度 编 号 性 质 1 f 正 东西 53 1307.02 33 a 2 f 正 东西 65 2318.07 37 a 3 f 正 东西 60 3507.57 50 b 1、含水层及隔水层特征 自上而下分为四个含水组： 1）新生界孔隙含水组：区内松散地层沉积为冲积及湖积，其厚度受古地形影响而东 薄西厚、南薄北厚。含水砂层一般为 112 层，平均厚 86.34 m。浅部以大气降水垂直渗入 为主，中部及深部以水平侧向渗透为主。属孔隙承压水，不易疏干，q=0.0047.0 l/sm， k=0.623 m/d。含水砂层之间及其与基岩之间有厚度比较稳定的粘土层，形成天然的隔水 屏障，局部地段与基岩处有透镜状砂层，即所谓“天窗”，对浅部开采会具有一定影响。 2）二迭系砂岩裂隙，孔隙含水组：主要由上、下石盒子组及山西组砂岩裂隙孔隙承 压水组成，其补给方式以水平侧向渗透补给为主，渗透能力差，富水性弱，迳流滞缓，静 储量为主，易于疏干。q=0.1213 l/sm，k=0.5683.91 m/d，水质类型为 so4- na。 3）石炭系灰岩岩溶裂隙含水组：主要含水岩层为石灰岩(11 层)。灰岩以 l2、l3、l4、 l7、l8、l9、l10七层比较稳定，岩溶裂隙比较发育，但多被泥质或钙质充填。补给方式为 远方侧向渗透。q=0.0006852.068 l/sm，k=0.004927.473 m/d。水质类型 so4cana，矿 化度2 g /l。 4）奥陶系岩溶裂隙含水组：区域范围内，在安徽省闸河煤田东西两侧出露，本煤田 仅在芒山有局部出露。岩溶发育，富水性强。补给方式以远方水平渗透为主。 q=0.00068515.7 l/sm，k =0.0027.473 m/d。 水质类型 so4cana， 矿化度 2.2064.43 g/l。 2、井田水文地质条件 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 8 页 本井田水文地质类型为中等简单，其主要依据是： 1）直接充水含水层，三煤层和二煤层顶板砂岩含水性弱，单位涌水量一般小于 0.01 l/sm，为简单类型； 2）上复新生界含水层与基岩界面之间有厚度大于 30 m 的粘土层阻隔，正常地段对煤 系地层无充水作用； 3）下伏太原组灰岩含水层与二2煤层之间有砂岩和泥岩组成的隔水层，厚度在 50 m 以上，正常地段二2煤层的开采不存在底板突水的威胁； 4）井田内断层富水性及导水性弱，q0.95， (煤层厚度变化系数) km0.60 35%55% 表 1- 3 主采煤层煤质特征表 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 13 页 层 中厚 和厚 煤层 25% km 0.95 25% km0.80 40% km0.65 65% km km0.85 50% km0.70 75% km45 6 及以上 70 35 3-5 60 30 1.2-2.4 50 25 20 15 0.45-0.9 40 20 15 10 3.3 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进行校 核： 1）煤层开采能力 井田内有二2煤层可采，总煤厚 5.50 m，为厚煤层，赋存稳定，厚度稍有变化。煤层 倾角平均 9.73，地质条件简单，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一 个综采放顶煤工作面。 2）辅助生产环节的能力校核 矿井设计为大型矿井，开拓方式为立井两水平开拓。煤炭大巷采用胶带输送机运煤， 工作面生产的原煤经斜巷胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，运输能力大，自动 化程度高，机动灵活；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 本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量低，煤尘爆炸性低，矿井投产前后期均采用中央并 列式通风。辅助运输大巷进风，煤炭运输大巷回风，工作面采用后退式 u 型通风，通过第 九章的通风设计知可以满足通风需要。 4）矿井的设计生产能力与服务年限相适应，才能获得好的技术经济效益。 煤炭工业 矿井设计规范给出了井型和服务年限的对应要求，见表 3- 1。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 21 页 4 井田开拓 4.1 井田开拓的基本问题 井田开拓是指在一个某井田范围内，为矿井和开采水平服务所进行的巷道布置及开掘 工程。这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。 合理的开拓方式，要技术上可行，经济上合理，生产上安全高效。井田开拓的内容包括： 井筒形式、数目、位置，开采水平划分，大巷布置，准备方式等。 开拓问题解决的好坏，关系到整个矿井生产的长远利益，关系到矿井的基建工程量、 初期投资和建设速度，从而影响矿井经济效益。因此，在确定开拓方式是要遵循以下原则: 1、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。 2、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。 3、合理开发国家资源，减少煤炭损失。 4、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的状态。 5、要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，应为采用新技术、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，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的 综合开采。 4.1.1 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 井筒形式与开采水平数目、上下山开采和不同的大巷布置方式交叉组合，形成多种类 型的井田开拓方式，而井筒形式是井田开拓方式中最重要的标志。 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。具体见表 4- 1。 本矿井煤层倾角小，平均 9.73，为缓斜煤层；表土层厚约 100 m，无流沙层；水文地 质情况中等简单，涌水量较大；井筒需要特殊施工冻结法建井，因此需采用立井开拓。 2.井筒位置的确定 井筒位置选择要有利于减少初期井巷工程量，缩短建井工期，减少占地面积，降低运输费 用，节省投资；要有利于矿井的迅速达产和正常接替。因此，井筒位置的确定原则： 1） 沿井田走向的有利位置 表 4- 1 井筒形式比较 井筒形式 优点 缺点 适用条件 平硐 1 运输环节和设备少、系统简单、费用低。 2 工业设施简单。 3 井巷工程量少，省去排水设备，大大减少了排 受地形影响特 别大 有足够储量的 山岭地带 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 22 页 水费用。 4 施工条件好，掘进速度快，加快建井工期。 5 煤炭损失少。 斜井 与立井相比： 1 井筒施工工艺、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。 2 地面工业建筑、井筒装备、井底车场简 单、延伸方便。 3 主提升胶带化有相当大提升能力。能满 足特大型矿井的提升需要。 4 斜井井筒可作为安全出口。 与立井相比： 1 井筒长， 辅助提 升能力小，提升 深度有限。 2 通风线路长、 阻 力大、管线长度 大。 3 斜井井筒通过富 含水层，流沙层施 工复杂。 井田内煤层埋 藏不深，表土 层不厚，水文 地 质 条 件 简 单，井筒不需 要特殊法施工 的缓斜和倾斜 煤层。 立井 1 不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地 质等自然条件限制。 2 井筒短，提升速度快，对辅助提升特别有利。 3 当表土层为富含水层的冲积层或流沙层时， 井筒容易施工。 4 井筒通风断面大，能满足高瓦斯、煤与瓦斯 突出的矿井需风量的要求。 1 井筒施工技术复 杂，设备多，要求 有 较 高 的 技 术 水 平。 2 井筒装备复杂， 掘 进速度慢，基建投 资大。 对不利于平硐 和斜井的地形 地质条件都可 考虑立井。 当井田形状比较规则而且储量分布均匀时，井筒的有利位置应在井田走向中央；当井 田储量呈不均匀分布时，应布置在储量的中央，以形成两翼储量比较均匀的双翼井田，可 使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网路较短，通风阻力小。 2）井筒沿井田倾斜方向的有利位置 井筒位于井田浅部时，总石门工程量大，但第一水平及投资较少，建井工期短；井筒 位于井田中部时，石门较短，沿石门的运输工程量较小；井筒位于井田的下部时，石门长 度和沿石门的运输工作量大，如果煤系基底有含水量大的岩层不允许井筒穿过时，它可以 延伸井筒到深部，对开采井田深部及向下扩展有利。从井筒和工业场地保护煤柱损失看， 井筒愈靠近浅部，煤柱尺寸愈小，愈近深部，煤柱尺寸愈大。因此，一般井筒位于井田倾 向方向中偏上的位置。 3）有利于矿井初期开采的井筒位置 尽可能的使井筒位置靠近浅部初期开采块段，以减少初期井下开拓巷道的工程量，节 省投资和缩短建井工期。 4）地质及水文条件对井筒布置影响 要保证井筒，井底车场和硐室位于稳定的围岩中，应尽量使井筒不穿过或少穿过流沙 层，较大的含水层，较厚冲积层，断层破碎带，煤与瓦斯突出的煤层，较软的煤层及高应 力区。 5）井口位置应便于布置工业广场 井口附近要布置主，副井生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统间 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 23 页 互相连接，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，尽量避 免穿过村镇居民区，文物古迹保护区，陷落区或采空区，洪水浸入区，尽量避免桥涵工程， 尤其是大型桥涵隧道工程。 6）井口应满足防洪设计标准 附近有河流或水库时要考虑避免一旦决堤的威胁及防洪措施。 由于本井田倾角平缓，厚度变化小，且距离东部国道近。故把井筒置于井田中央，即 工业场地之中。 3.井筒数目 为了满足井下煤炭的提升，需设置一主井，辅助提升及进风设置一副井。因为用主井 回风存在主井漏风严重的问题，所以不安排主井进回风；井田面积较小，表土层厚度大， 不宜用边界式通风，因此设置中央回风井，用于前后期回风。共计三个井筒。 4.1.2 工业场地的位置工业场地的位置 工业场地的具体位置及坐标见图 2- 4。 工业场地的形状和面积：根据表 2- 2 工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占 地面积为 18 公顷，其形状为一矩形，长度方向和煤层的走向方向平行，宽度方向和煤层 倾向方向平行；长轴 450 m，短轴 400 m；地面标高+34 m。其大小确定的依据前面第二章 已经详细的讲述，在此不作赘述。 4.1.3 开采水平的确定及带（采）区划分开采水平的确定及带（采）区划分 1.开采水平划分依据及原则 开采水平的划分将影响矿井建设时期的技术经济指标，影响建井初期工程量，影响基 建投资。所以，开采水平的划分要合理。其所遵循的原则如下： 1）具有合理的阶段斜长 合理的阶段斜长要便于煤炭的运输，便于辅助提升，方便行人。同时还要考虑要有合 理的区段数目。 2）要有利于采区的正常接替 为保证矿井均衡生产，一个采区开始减产，另一个新的采区应投入生产，必须提前准 备好一个新采区。所以，一个采区的服务年限应大于一个采区的开拓准备时间。由此可见， 阶段斜长越长，采区储量多，采区的服务年限就越长，越有利于采区的接替。 3）经济上有利的水平垂高 我国多年的生产建设实际表明，开采水平垂高过小，将造成严重的采掘失调。合理的 加大开采水平垂高，可以增加水平储量和服务年限，有利于集中生产，提高开采水平的生 产能力，减少开采水平和同时生产的水平数目。故在运输、通风、排水、巷道维护等技术 条件能够达到的情况下，可以适当加大水平垂高，减少水平数目。 井田主采煤层为二 2煤层，三组煤层由于赋存条件复杂，作为储备资源，后期根据需 要可采用延伸井筒方式开采二2煤层以下煤层。 二2煤层倾角较平缓， 为 315， 一般 9.73， 为缓斜煤层，故设计为两水平开采。一水平标高- 600 m，二水平- 850 m。采区式和带区式 开采相结合。二2煤层生产能力：可采储量为 100.79 mt，服务年限为 51.7 a。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 24 页 4.1.4 方案比较方案比较 1.提出方案 根据以上分析，现提出以下四种在技术上可行的开拓方案，分述如下： 方案一：立井加暗斜井开拓两水平开拓 主、副井及回风井筒均为立井，布置于井田中央，二水平通过暗斜井延深；一水平轨 道大巷和运输大巷均布置在煤层底板岩层之中，距离煤层底板 20m。如图 4- 1(a)。 方案二：立井直接延深两水平开拓 主、副井及回风井筒均为立井，布置于井田中央，二水平通过直接延深；一水平轨道 大巷和运输大巷均布置在煤层底板岩层之中，距离煤层底板 20m。如图 4- 1(b)。 方案三：立井单水平开拓（运输大巷布置在岩层中） 主、副井及回风井筒均为立井，布置于井田中央，立井延伸；均通过石门与上下水平 岩石大巷相连通，回风大巷布置在煤层当中，沿底板掘进；运输大巷布置在煤层底板岩层 之中。如图 4- 1(c)。 方案四：立井单水平开拓（运输大巷布置在煤层中） 主、副井及回风井筒均为立井，布置于井田中央，立井延伸；二水平通过石门与上下 水平煤层大巷相连通，回风大巷和辅助运输大巷布置在煤层中，沿底板掘进。如图 4- 1(d)。 2.技术比较 以上所提四个方案中，井筒位置、数量和轨道大巷、回风大巷长度以及一、二水平采 区和带区布置总体一致。区别在于二水平的开拓方式不同而引起部分基建、生产经营费用 不同。 方案一、二中，区别在于井筒延深方式，方案一为暗斜井延深，井筒较长，维护费用 大，方案二为直接延深，石门较长，影响采掘接替；但其优点为井筒维护费用少；井筒断 面大，能下方外形尺寸较大的材料和设备；井筒通风断面大，通风阻力小，利于矿井通风。 方案一中，开拓方案利于采掘接替，岩石工程量明显较少，经粗略估算，故两方案中 暂取方案一。详见表 4- 2。 方案三、四中，有所区别的是大巷的布置。方案三中大巷布置在岩层中，这样就导致 岩石掘进量高，开拓费用增加，开拓准备时间增加，但其优点突出： 维修费用低； 可以定向取直，有利于辅助运输工具的使用； 安全性高； 保护煤柱少。有利于提高煤炭采出率。 方案四中，大巷布置在煤层中，掘进容易，速度快，费用低；开拓准备时间短。但后 期的维护费用较高；保护煤柱损失大。经粗略估算，方案四比方案三高出 28.5 个百分点， 故两方案中暂取方案三。详见表 4- 2。 3.经济比较 方案一、三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，分别汇总于表 4- 3表 4- 7 中。 中国矿业大学 2011 届本科生毕业设计 第 25 页 图 4- 1 各种开拓方案剖面图 在上述经济比较中需要说明以下几点： 1.两方案大巷布置数目及位置相同； 1-主井 2-副井 3-中央风井 4-保护煤柱 5-煤层轨道大巷 (d ) 方案四 立井单水平上下山开拓（设置辅助水平，煤层大巷） 1-主井 2-副井 3-中央风井 4-保护煤柱 5-岩石轨道大巷 (c ) 方案三 立井单水平上下山开拓（设置辅助水平，岩石大巷） 1-主井 2-副井 3-中央风井 4-保护煤柱 5-上下山 ( b ) 方案二 立井直接延深两水平开拓 1-主井 2-副井 3-中央风井 4-保护煤柱 5-暗斜井 (a ) 方案一 立井加暗斜井延深两水平开拓 0 - 50 - 100 - 150 - 200 - 250 - 300 - 350 - 400 - 450 - 500 - 550 - 600 - 650 - 700 - 750 - 800 - 850 - 900 - 950 50 0 - 50 - 100 - 150 - 200 - 250 - 300 - 350 - 400 - 450 - 500 - 550 - 600 - 650 - 700 - 750 - 800 - 850 - 900 - 950 34 - 70 50 0 - 50 - 100 - 150 - 200 - 250 - 300 - 350 - 400 - 450 - 500 - 550 - 600 - 650 - 700 - 750 - 800 - 850 - 900 - 950 50 0 - 50 - 100 - 150 - 200 - 250 - 300 - 350 - 400 - 450 - 500 - 550 - 600 - 650 - 700 - 750 - 800 - 850 - 900 - 950 34 - 70 50 0 - 50 - 100 - 150 - 200 - 250 - 300 - 350 - 400 - 450 - 500 - 550 -