采矿工程毕业设计（论文）-晓明一矿3.0Mta新井设计（全套图纸） .pdf

辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 前言前言 煤作为工业的动力燃料的化工产业原材料，在中国能源供给结构中处于重要战略地 位，在能源消费结构中也处于主导地位，它推动了人类工业文明的发展。但煤炭是不可再 生的宝贵资源，我国虽为万亿吨以上储量富煤大国，但人均资源远低于世界人均资源。因 此，要合理开采、综合利用煤炭资源，提高煤炭资源的采出率，提高经济效益。 采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。现代采煤工艺的发展方向 是高产、高效、高安全性和高可靠性，基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合，研 究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤设备和生产监控系统，改进和完善 采煤工艺。在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有 中国特色的采煤工艺理论。 本设计是晓明一矿 3.0mt/a 新井设计在所收集地质材料的前提下，由指导教师给予 指导，本设计力求追赶先进的采矿理论，讲究开拓创新，并运用在课堂上所学知识，以及 各参考书中的规定和事例进行的。力求设计出一个高产、高效、安全的现代化矿井。本设 计说明书从矿井的开拓、开采、运输、通风、提升及工作面的采煤方法等各个环节进行了 详细的叙述，并在很多处进行了技术和经济比较，完成了毕业设计要求的全部内容。同时 说明书中要求图文并茂，使设计的内容更容易被理解、接受。设计严格遵守设计规范 和煤矿安全规程 ，毕业设计要求的全部内容。但由于时间和个人能力有限，书中会有 不妥之处，请老师批评指正。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 付鑫：晓明一矿 3.0mt/a 新井设计 2 1 矿区概述及井田特征矿区概述及井田特征 1.1 矿区概述矿区概述 1.1.1 矿区地理位置矿区地理位置 晓明井田北部以 i 号勘探线北 300m 的一号向斜轴为界与大明矿相邻;南部以煤层可采 边界线为界与小青矿井田相邻;西部及西北部以 f406、f321 断层为界与大隆井田相邻；东 部以煤层可采边界线为界。 1.1.2 矿区地形、地貌及交通运输矿区地形、地貌及交通运输 本井田内地势较为平坦，高差变化不大，北部地势稍高，南部较低，地表绝大多数为 农田，西靠调兵山，其它为平原。 东西走向长 4.03km，南北倾斜宽 4.14km，面积 16.52km。 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。 1.1.3 气候条件及地震情况气候条件及地震情况 晓明一矿位于松辽平原东侧，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，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。降雨量详见附表 1- 2。年平均气温 7c 左右，最高达 33.3c，最低温度为零 下 32.1c； 本区结冻期 56 个月即 11 月至次年 4 月， 冻土层深度 1.5m。 表土层厚度 5 25m。 本区地震烈度，根据辽震烈字（83）4 号文，定为六度。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 1.1.4 电源、水源及建筑材料来源电源、水源及建筑材料来源 晓明矿高压变电所引自隆明、隆明双回路供电，一次电压 60kv，高压变电所设 有 10000kva 变压器两台，二次电压为 6kv，入井电缆为2#、8#、22#，电缆型号分别为 jvv33- 185、jvv33- 185、jvv40- 185；工业广场地面供电设有三个变电所，变压器型号分 别为 sj- 560、sj- 750、sj- 800。另外，沙井、瓦斯泵站分别设有 sj- 180、ksj- 320 变压器一 台。由本矿北部五眼水源井，通过 2 趟218mm 管路至本矿水仓，供井下施工和地面生 活用水。建筑材料主要周边的小镇或者铁法市购得。 1.2 井田及其附近的地质特征井田及其附近的地质特征 1.2.1 井田的地层层位关系井田的地层层位关系 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 沉积有晚侏罗系、白垩系、第四系地层。现由老至新分述如下： 一）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。 二）晚侏罗系 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，即晚侏罗系之前，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系后期煤系地层沉积。晚侏 罗系地层厚达 1000m 以上，平均 1200m。 三)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。该系按颜色可分两段： a、灰绿色砂砾岩段 本段以灰绿色、灰白色砂岩、细砾岩为主。砾石主要成份为花岗岩、花岗片麻岩、石英 岩，砾径一般为 1530mm，圆度不佳，分选较差，多为泥质胶结。本段厚度 15531m， 一般 106m。平行不整合于侏罗系地层之上。 b、紫色砂砾岩层 付鑫：晓明一矿 3.0mt/a 新井设计 4 本层以紫色砂砾岩、细砾岩、砾岩为主。砾石成份同上述，砾径一般为 530mm，最 大 300mm，分选不好，磨圆度较差，呈次棱角状。本段厚 24253m，一般 135m。 四)、第四系 本井田第四系以洪积层为主，其次为冲积层，厚度 422m，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。 1.2.2 井田地质构造井田地质构造 晓明井田北部以向斜轴为界; 东部以 f76、 f319 断层为界;南部及西南部以 f406、 f311 断层、大隆矿风井保护煤柱为界；西部以煤层可采边界线为界。本井田地质构造以断裂为 主，褶曲为辅。断层均属高角度正断层，倾角 5575 左右，落差最大 77m。井田主要有 许多小的背斜，向斜。截止 2003 年末，全井田共发现两个大的断层。一条落差为 77m， 一条落差为 26m，小于 5m 的断层频繁出现。 1.2.3 井田水文地质特征井田水文地质特征 铁法煤田的地形、地貌特征是煤田东西边缘由火成岩及变质岩构成的低山，其地势较 高。南北两面相邻辽河流域，中间地区是第四系的洪积和冲积平原。 a、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 0.310m 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 28m，为孔隙潜水层。在 79、203 孔做抽水试验得知涌水量 0.5581.872m3/h，渗 透系数 0.32.386m/d，影响半径 915m。 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 16m35m 之间。该层地下水位深 25m，是孔隙潜水层。根据大明一 井和 79 号钻孔抽水试验得知，涌水量 1.334.25m3/h，渗透系数 2.629m/d，影响半径 23.16250m。 b、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 411m。在 203、79、217 孔 做抽水试验得知，涌水量 0.04250.71m3/h，渗透系数 0.00026850.0127m/d，影响半径 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 39.5105m。 c、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 148408m 之间。在大明、三家 子、 海丰屯的 203、217 等孔做抽水试验得知涌水量 0.039614.76m3/h,渗透系数 0.00081 0.64m/d,影响半径 57108m,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。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 50.25m 3/h，小于 180m3/h，因此本矿的水文地质类型为第一类，即水文地质简单矿井。 1.3 煤层质量及煤层特征煤层质量及煤层特征 1.3.1 煤质及物理性质煤质及物理性质 本井田煤层以低变质弱粘结的长焰煤为主，气煤次之。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。 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。 微观特征：一般挥发份 3545，平均 40。灰分一般 17.9535.01，平均 24.33。粘结性一般在 23 之间，属弱粘结或不粘结煤。灰熔点 1300c1500c，属高 灰熔点煤。含硫量 0.420.61之间，平均 0.43，含磷量一般在 0.01以下，属低硫 磷煤。发热量 qn，平均为 23.25mj/kg，or平均 31.35 mj/kg。 1.3.2 井田内煤层及埋藏条件井田内煤层及埋藏条件 煤层走向主体为东北至西南走向，由南北走向分别逐渐偏为南西和北西方向，整体四 边形，井田中央倾向为西北方向，倾角在 812之间，平均为 10左右，可采煤层间距见 表 1- 1。 表 1- 1 煤层间距见表 table 1- 1 seam pitch table 煤层 厚度 煤层间距 发育情况 4 煤层 5 25 全区发育 6- 1 煤层 6 全区发育 付鑫：晓明一矿 3.0mt/a 新井设计 6 35 7 煤层 6 全区发育 1.3.3 煤层综合柱状图煤层综合柱状图 柱 状 1:1000 层 厚 (m) 煤 层 编 号 岩 石 名 称 10.51 5 3.70 6 35 6 7煤 细 砂 岩 、 泥 岩 粉 砂 岩 煤 粗 砂 岩 煤 泥 岩 、 粉 砂 岩 6-1 4 25 图 1- 1 综合柱状图 table 1- 1 synthesis histogram 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 项目 密度 视密度 含水率% 孔隙率% 抗压强度 kg/cm2 普氏系数 最小值 1.51 1.25 38.07 36.15 61.5 1.64 最大值 1.62 1.45 53.0 46.36 232 3.55 表 1- 2 煤的物理力学性质指 table 1- 2 of the physical and mechanical properties of coal 名称 项目 比重 容重 含水率% 孔隙率% 抗压强度 kg/cm2 普氏系数 粉砂岩 最小值 2.59 1.89 10.55 29.65 6.4 0.48 最大值 2.62 2.07 21.74 36.27 62.25 1.65 细砂岩 最小值 2.62 2.00 13.57 31.45 5.65 0.42 最大值 2.64 2.05 17.02 33.5 8.3 0.56 中砂岩 最小值 2.57 1.84 6.06 28 4 0.37 最大值 2.63 2.08 11.17 33.85 24.15 0.98 表 1- 3 煤岩特征 table 1- 3 coal rock characteristics 从岩石的物理力学性质指标中可以看出，该井田岩石物理力学性质的特点是容重小， 1.842.07kg/cm3； 含水量高， 一般于 10%17%之间； 孔隙率高， 一般于 30%35%之间； 抗压强度低，462.25kg/cm2。砂岩泥质胶结差，稳定性差，遇水软化；尤其是浅部中砂 岩强度更低，饱和时，呈松散状或为流砂。随着埋藏深度的增加，岩石的胶结稍有增强， 在强度上有增加的趋势。 1.3.4 顶底板岩性顶底板岩性 本煤田可采煤层共 3 层，其中包括 4 煤（5m） 、6- 1 煤（6 m） 、7 煤（6m） 。煤层间距 由上至下分别为 25m 和 35m。 a.4 煤：4 煤发育简单，相当稳定，除个别点外，不含夹石层，顶板为泥岩、粉砂岩。 b. 6- 1 煤：6- 1 煤可采煤层厚度变化不大，比较稳定，无夹石层，顶板为粗砂岩、细砂 岩，底板为粉砂岩。 c.7 煤：7 煤大部分稳定，仅局部底煤变为矸石。顶板为粉砂岩、细砂岩，底板为细砂 岩、泥岩。 付鑫：晓明一矿 3.0mt/a 新井设计 8 1.3.5 瓦斯赋存状况及煤的自燃性瓦斯赋存状况及煤的自燃性 1994 年至 2003 年瓦斯相对涌出量平均为 2.18m3/t，绝对涌出量为 15.20m3/min，属低 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。 我矿煤层透气性系数较好， 在开采时瓦斯涌出量小。首采层瓦斯主要来源于邻近层，而非首采层瓦斯主要来源于本煤 层和采空区。根据生产实践观察，首采层中采场瓦斯的 60%75来源于邻近层，而非首 采层中本层瓦斯约占 60%70。 井田内煤的火焰长度在 10260mm 间，岩粉量为 1050%，煤尘爆炸性弱。煤尘实验 结果为：火焰长度 400mm，岩粉量 55%，爆炸性强，故井田内有煤尘爆炸的可能，煤尘爆 炸指数为 48.98%。 3 层煤的燃点在 453616之间， 平均值为 554， 氧化性和还原性的燃点差在 3363 之间，平均 47。4- 1 层煤的燃点在 462642之间，平均 579，燃点差为 15。井田 内煤的燃点比其他煤田煤的燃点均高，且燃点差值也不高，故本区煤是较易燃的，自然发 火期一般为 611 个月，最短 180 天。 瓦 斯 煤 层 自 然 煤 尘 爆 炸 全矿井 采 区最 大相对 量 m3/t 鉴 定 等 级 发火期 月 指 数 % 4049 绝对量 m3/min 相对量 m3/t 是否 突出 5.45 2.18 否 2.18 低级 611 表 1- 4 煤的自燃鉴定表 table 1- 4 coal spontaneous combustion appraisal table 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 2 井田境界及储量井田境界及储量 2.1 井田境界井田境界 2.1.1 井田的边界井田的边界 本井田境界浅部煤层露头为界，深部以- 600m 煤层底板等高线为界，东部至第一勘探 线，西部至第四勘探线。其平均走向长 4.0 公里，平均倾斜长 4.3 公里，面积 16.52 公里 2。 2.1.2 边界煤柱的留设边界煤柱的留设 按煤矿安全规程规定，边界矿柱的留法及尺寸： 1) 井田边界煤柱留 30 米； 2) 阶段煤柱斜长 60 米，若在两阶段留设，则上下阶段各留 30 米； 3) 断层煤柱每侧各为 30 米； 4) 带区边界煤柱留 20 米。 根据参考矿井设计规范和矿井安全规程的相关数据要求和规定，本井田所留 的各种保护煤柱均合理，符合规定。 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。田内有足够的 储量和合理的服务年限。井田走向长度与倾斜长度差距不大，有三层煤，可保证矿井各个 开采水平有足够的服务年限。阶段高度及阶段斜长适当，矿井通风、井下运输较容易。 2.2 井田的储量井田的储量 2.2.1 井田储量的计算原则井田储量的计算原则 1) 按照地下实际埋藏煤炭储量计算，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 1000m。 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 15时，可用煤层的伪厚度和水平投影面积计算储量。 付鑫：晓明一矿 3.0mt/a 新井设计 10 7) 煤层中所夹的大于 0.05m 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 矿井工业储量矿井工业储量 工业储量：是查明矿产资源的一部分。它能满足现行采矿和生产所需的指标要求（包 括品位、质量、厚度、开采技术条件等） ，是经详查、勘探所获控制的、探明的并通过可 行性研究、预可行性研究认为属于经济的、边际经济的部分，用未扣除设计、采矿损失的 数量表述。 根据储量计算公式： z=smr/cos （2- 1） 式中：z矿井工业储量，t s井田面积，k m2 m可采煤层总厚度，m r煤的容重，1.35t/m3 煤层倾角， 所以，z=16.52(5.0+6.0+6.0)1.35/cos10=384.99mt 其中：4 煤储量：16.525.01.35/cos10=111.51mt 6- 1 煤储量：16.526.01.35/cos10=133.81mt 7 煤储量：16.526.01.35/cos10=133.81mt 2.2.3 矿井可采储量矿井可采储量 zs=（zp1p2)c （2- 2） 式中：z矿井工业储量 zs矿井可采储量 p1永久煤柱损失 p2临时煤柱损失 c采区平均回采率,由设计规范第 2.1.3 条，矿井采区回采率，应该符合下列 规定：厚煤层不应小于 75%；中厚煤层不应小于 80%；薄煤层不应小于 85%。全矿采区回 采率按照下式计算： k= 321 332211 mmm kmkmkm + + （2- 3） 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 本井田 3 层煤均为厚煤层，因此全矿采区回采率取 0.75。 井田永久煤柱损失 p1包括井田境界煤柱、断层防护煤柱等。 p1=16km30171.35/cos10+6km20171.35/cos10=11.18mt+2.79 mt=13.97 mt 临时煤柱损失 p2主要包括工业广场压煤、 阶段间煤柱等。 p2=67200551.35+69533461.35+72866061.35/cos10=16.31 mt zs=（zp1p2)c=（384.9913.9716.31）0.75=266.03mt 即该井田的可采储量为 266.03mt。 2.2.4 工业广场面积的确定工业广场面积的确定 由 设计规范 规定： 工业场地占地面积： 45- 90 万吨/年， 1.21.3 公顷/10 万 t； 120- 180 万吨/年，0.91.0 公顷/10 万 t；240- 300 万吨/年，0.70.8 公顷/10 万 t，400- 600 万吨/年， 0.45- 0.6 公顷/10 万 t。本矿井设计年产 300 万吨，所以工业广场面积为 s=1.030=30 公顷， 选择边长为 500m600m 的长方形。 付鑫：晓明一矿 3.0mt/a 新井设计 12 3 矿井设计生产能力及服务年限及一般工作制度矿井设计生产能力及服务年限及一般工作制度 3.1 矿井矿井年年产量及服务产量及服务年限年限 3.1.1 矿井矿井年年产量产量 矿井的设计年生产能力宜按工作日 330 天算，每天净提升时间为 18 小时，根据设计， 工作面长约为 200m，采煤机滚筒采用 800mm，一个工作面生产，一天进刀 10 刀，煤的容 重为 1.35t/m3 。所以矿井的年生产能力为： 3300.8102000.9351.351.05=348.02 万 t 满足矿井的设计生产能力每年 300 万 t。 矿井年产量是煤矿生产建设的重要指标，在一定程度上综合反映了矿井生产技术面 貌，是矿井开拓的一个主要参数，也是选择井田开拓方式的重要依据之一。 矿井的年产量确定的合理与否， 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 3.0mt/a 是非常合理和可行的，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。本井田内可采的煤层达到 3 层，保有 可采储量为 266.03mt，按照 3.0mt/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 本井田煤层赋存较稳定，煤层埋藏较浅，倾角变化不大，由于井田面积大，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，可采煤层均为厚煤层，适合 高产高效工作面开采。 3) 建井及外运条件 本井田内有良好的煤层赋存条件，为提高建井速度、缩短建井工期提供了良好的地质 条件。本井田离沈阳市较近，有矿区专用铁路与国铁相通，井田内各村镇均也有公路相通， 交通较便利。 4) 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 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 3.0mt/a 是合理可行的。 3.1.2 矿井的服务年限矿井的服务年限 矿井服务年限应与矿井的生产能力相适应，它两个之间的关系实质上就是矿井生产能 力和矿井储量的关系。在圈定的井田范围内，矿井储量一定，井型越大，服务年限越短， 井型越小，服务年限越长。当矿井生产能力和服务年限为某数值时，可使吨煤的总费用最 低，相近于这个数值范围，则是合理的矿井的生产能力和服务年限。 根据矿井设计规范的规定，在计算矿井服务年限时，储量备用系数宜采用 1.3 1.5，本矿井取用 1.3。 由矿井的服务年限计算公式： p=zak (3- 1) 式中：z矿井的设计可采储量； a矿井的年产量； k矿井储量备用系数，一般取 1.3 p=z(ak) =266.03/(3.01.3)=68.21 年 由设计规范第 2.2.5 条知，矿井设计生产能力为 300500 万吨/年的大型矿井，设 计服务年限不应低于 60 年。本矿井的服务年限为 68 年，符合设计规范规定。 3.2 矿井的矿井的一般一般工工作制度作制度 本矿井的年工作日按每年 330 天计算，每昼夜矿井提升时间为 18 小时。根据有关规 定，结合本矿区煤层条件、储量状况及完成产量的需要，同时考虑法定假日，设备检修和 涌水等的影响，做出相应的工作制度，即矿井的井下采煤等工作为昼夜分为四班，三班出 煤，一班检修，每班工作 6 小时，即“四六制”工作制。 付鑫：晓明一矿 3.0mt/a 新井设计 14 4 井田开拓井田开拓 在一定的井田地质、开采技术条件下，矿井开拓巷道可有多种布置方式，开拓巷道的 布置方式称为开拓方式。合理的开拓方式应根据矿井设计生产能力、地形地貌特征、地质 条件、煤层赋存条件、地面外部条件等因素综合考虑。 4.1 井井筒筒形形式式及井及井筒筒位置的确定位置的确定 4.1.1 确定确定开拓方式开拓方式的的主要依主要依 1）根据已批准的设计文件。 2）根据煤层赋存条件： 在诸条件中,其中以煤层赋存深浅和冲击层的水文地质条件对开拓方式影响最大,一般 煤层赋存深度不超过 200m,冲击层厚不大于 20m 时,水文地质条件简单,多数采用斜井开拓。 当煤层赋存深度达 200m 以上,用斜井或立井开拓要看具体分析,当深度大于 500m 或冲击层 较厚,含水丰富时,绝大多数采用立井开拓。 3）根据技术装备: 确定矿井的开拓方式，必须充分考虑各个主要工艺系统的机械化装备水平。 4）根据井型大小和投资多少: 本矿井的设计生产能力为 3.0mt/a。 斜井开拓初期投资少， 但井身长， 维护费用较高； 另外，对生产能力大的矿井，斜井开拓的辅助提升工作量很大。 5）根据经济效果,初期投资少、见效快、收益大。 4.1.2 开拓方式开拓方式的确定原则的确定原则 1）贯彻执行有关煤炭工业的技术政策,为多出煤、早出煤、出好煤、投资少、 成 本 低、效益高创造条件。 2）合理集中开拓部署,简化生产系统,避免生产分散,为集中生产创造条件。 3）合理开发国家资源,减少煤炭损失。 4）必须贯彻执行有关煤矿安全生产的有关规定,要建立完善的通风系统,创造良好的生 产条件,减少巷道维护量,使主要巷道保持良好状态。 5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况,尽量采用新技术、新工艺, 发展采煤 机械化、综合机械化、自动化。 6）根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其他有益矿物的 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 综合开采。 4.1.3 井筒形式的选择井筒形式的选择 矿井开拓，就其井筒形式来说，一般有以下几种形式：平硐、斜井、立井和混合式。 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方式。 平硐：一般就是适合于煤层埋藏较浅，而且要有适合于开掘平硐的山岭和丘陵，本井 田地势比较平缓，高低地的最大高差也不过十几米，很显然，利用平硐开拓对于本井田来 说是没有可行性的。 斜井：利用斜井开拓要求煤层埋藏不深、无流沙层、水文地质条件简单、开采缓倾斜 和中倾斜煤层、表土层不厚的井田。斜井开拓的优点为井筒施工简单，掘进速度快，费用 低；斜井用胶带输送机提升煤炭时，提升能力大，有利于矿井延伸施工和新旧水平的接替 等。但本井田地质条件较复杂，煤层倾角变化较大，埋藏较深，斜井施工比较困难，如果 用斜井开拓工程量大，维护和运输等费用也会大幅度的增加，以上因素决定了本井田使用 斜井开拓也是不可行的。 本井田的煤层赋存深度 25m 到- 600m，井筒需用特殊方法施工。根据设计规范第 3.1.4 条，煤层埋藏较深，水文地质条件复杂、井筒需要特殊施工，宜采用立井开拓方式。 依上，本设计采用立井开拓方式。 混合式：对于本矿井来说。由于平硐和斜井都是不可行的，所以混合式也就不予考虑。 4.1.4 井筒数目的确定井筒数目的确定 本矿年产量 3.0mt，属大型矿井，在开拓时，决定采用三个井井筒：主井、副井和风 井，形成中央并列式通风。主井采用箕斗提升，副井采用罐笼伸降人员、提矸、运料、入 风。这样确定的井筒数目可以满足矿井提煤、运料、通风的要求，保证矿井生产安全、高 产、高效，有助于本矿的正常有序发展。 4.1.5 井筒位置的确定井筒位置的确定 地面在选择井筒位置时，应贯彻农业为基础的方针，充分利用荒山、坡地、劣地，尽 可能不占良田，不妨碍农田水利建设，避免拆迁村庄及河流改造。主要是根据以下一些原 则： 1) 在煤层走向方向尽量位于井田的中央，即要求其两翼的长度和储量大致相等。这主 要是考虑到矿井的煤炭运输问题。当井筒位于井田内的煤炭储量中心时，全矿的运输 费用达到最低。 付鑫：晓明一矿 3.0mt/a 新井设计 16 2) 在倾斜方向上也要尽量位于中心，同时兼顾各水平井底车场的布置形式及位置。 3) 井筒位置的确定， 要顾及井口标高及地面工业广场的布置， 由于考虑到最高洪水位， 所以要求井筒的位置确定的井口标高在+300 米以上。另外，地面工业场地的布置也基本上 决定井筒的位置，一般要求工业广场尽量布置集中，达到不占良田、少占农田的原则，还 要求整个工业场地要布置在地势比较平缓的地带，使得场地内的建筑不受大的影响。 4) 井筒尽量不穿断层、破碎带，井底车场围岩较好，要有较好的工程地质条件和水文 地质条件。 5) 要便于矿井供电、给水和运输，并使附近有便于建设居住区、排矸设施的地点。 6) 尽量使工程量少、投资小，便于井下采区划分，同时有利于通风、行人安全。 7) 选择井筒位置应该力求减少石门长度，井筒尽可能靠近运输大巷，使运输功最小。 井筒沿井田走向有利的位置应在井田的中央，当井田储量呈不均匀分布时，应在储量 分布的中央，以此形成两翼储量比较均衡的双翼井田，两翼产量分配、风量分配比较均衡， 各水平两翼开采结束的时间比较接近。应尽量避免井筒偏于一侧，一翼过早采完，然后产 量集中于另一翼，将使运输、通风过分集中，采煤掘进互相干扰，甚至影响全矿生产，造 成单翼开采的不利局面。 根据本矿的煤层赋存条件及地质条件，并参照井田境界的走向范围，综合考虑井筒应选在 井田走向中央的位置，位于倾向中部。 倾向方向井筒布置方案分析(图 4- 1)： cba 1 2 1 2 2 1 1井筒2工业广场 333 3石门 4 4煤层 图 4- 1 井筒位置 fig4- 1 shaft location 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 表 4- 1 方案对比表 fig4- 1 program comparison table 方案 对比 方案 a 方案 b 方案 c 优点 初期（第一水平）工程量 及建井工期最短。 工业广场压煤最少 石门长度较短，沿石门工 程量最少煤层斜长适中， 有利采区布置 煤系基底有含水特大的岩 层不允许井筒穿过时，可用 有利于深部及向下扩展 缺点 总石门工程量较大 布置下水平巷道石门很长 而增大了运输量.工程量 布置下水平巷道石门有部 分工程量 工业广场压煤增大 初期工程量较大 工业广场压煤最大 石门长度及沿石门运输长 度较大 方案比较：煤层的厚度大，为减少工业场地煤柱损失及适当减少工程量，可考虑使井 筒设在倾斜中部靠上的适当位置并应使保护煤柱不占初期投产部分。对开采厚煤层时损失 是严重问题，井筒应靠近煤层浅部。本矿井属于大型矿井的开采范围较大，服务年限长， a 方案工业广场压煤最少，初期投产快，但总石门长度大，增加了工程量和运输距离。c 方案压煤最大，初期工程量也大对新建矿井不太合理。b 方案兼顾第二水平的开采，减少 石门总工程量，减少煤柱损失， 以上因素综合考虑，认为方案 b 比较合理。 付鑫：晓明一矿 3.0mt/a 新井设计 18 4.1.6 井筒参数及断面图井筒参数及断面图 表 4- 2 井筒特征表 fig4- 2 shaft features table 井筒名 称 井筒用 途 断面尺 寸（） 长度 （m） 直径 （m） 提升容器 主井 运煤 33.16 463 6.5 两套 16 吨箕斗 副井 进风、 行 人、 运料 38.46 460 7 一对 3t 矿车双层罐笼 风井 回风、 兼 做安全 出口 23.7 366 5.5 各井筒参数和断面见表 4- 3；4- 4；4- 5；图 4- 1；4- 2；4- 3： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 图 4-1 主井断面特征图 fig4-1 characteristics of the main shaft section parameter table 表 4-3 主井断面图及断面特征 tab 4- 3 main shaft section and its characte 井筒直径 用 途 井筒长度 倾 角 提升容量 6.5m 提 煤 463m 90 16t 箕斗 付鑫：晓明一矿 3.0mt/a 新井设计 20 图 4- 2 副井断面特征图 fig4- 2 shaft section features map 表 4-4 副井断面图及断面特征 tab 4- 4 auxiliary shaft section and its character 井筒直径 用 途 井筒长度 倾 角 提升容量 7m 进风运料 460m 90 双层罐笼 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 图 4-3 风井断面特征图 fig4-3 ventilation shaft section features map 表 4-5 风井断面及断面特征 tab 4- 5 ventilation shaft section and its character 井筒直径 用 途 井筒长度 倾 角 井筒支护 5.5m 回风 366m 90 砌宣 付鑫：晓明一矿 3.0mt/a 新井设计 22 4.2 开采水平的设计开采水平的设计 4.2.1 开开采水采水平平的的划分划分 矿井井田斜长的大小、开采层数的多少和煤层倾角的陡缓，井田内划分为一个或者几 个水平。开采水平的划分与井田内阶段的划分密切联系，对于近水平煤层的矿井，井田内 各煤层的斜长都比较长，但是其垂高并不大，所以就不划分为阶段，而是划分为带区或者 盘区。如开采煤层不多、上下可采煤层的间距不大，可以采用单水开拓。如开采煤层数目 较多，下山可采煤层的间距较大，各煤组分别设置开采水平，实行多水平开拓。 另外， 煤炭工业设计规范规定 3.0mt 的矿井的第一水平服务年限不得小于 30 年。 4.2.2 水水平划分平划分的的依据依据 1）开采水平的划分一般是根据井田倾斜长度、煤层的倾角等来划分的,合理的开采水 平要保证开采水平有合理的服务年限,足够的储量以及取得较好的经济效果。 2）根据煤层赋存条件及地质构造 煤层的倾角不同对阶段高度的影响较大， 对于近水平煤层， 阶段高度已经无实际意义， 应按水平两侧盘区上下山长度或条带的推进长度来确定水平的范围，并要保证水平的服务 年限；当近水平煤层的间距较大时，可以根据赋存深度不不同，分组设置开采水平，有时 也利用地质构造划分阶段，如向斜轴向、走向大断层或其它构造变化等。 3）根据生产成本 阶段高度增大，全矿井的水平数目减少，水平储量增加，分配到吨煤的折旧费用相应 减少，但阶段长度会使一部分经营费用相应增加，其中随着阶段增大而减少的费用有：井 底车场及硐室、运输大巷、回风大巷及采区车场掘进费、设备购置及安装费用等;增加的 费用有：沿上山的运输费、通风费、提升费、倾斜巷道维护费等，此外，还延长时间和增 加初期投资。 4.2.3 水水平高度和数目平高度和数目的确定的确定 通常将设有井底车场、阶段运输大巷并且担负全阶段运输任务的水平，称“开采水平”， 简称水平。根据煤层赋存条件，一个井田可以用一个水平开采，或者用几个水平开采。 开采水平的划分是与井田内阶段的划分密切联系的，而井田内划分阶段的多少主要取 决于井田的斜长和阶段尺寸的大小。阶段尺寸大小以阶段垂高或斜长表示。阶段是按标高 划分的，阶段上下边界的标高确定后，阶段垂高，即其上下边界的标高差就可得出。阶段 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 斜长则因煤层倾角的大小不同而变化。 本井田其平均走向长 4.03 公里，平均倾斜长 4.14 公里，三层可采煤层总厚度 17m，其 中 4#煤层厚 5m，6-1#煤层厚 6m，7#煤层厚 6m，煤层倾角 812，平均 10。 根据井田条件和设计规范有关规定，本井田可划分 12 个水平（即 23 个阶段） ； 阶段内采用带区式准备。故有三个方案可供选择，方案一是划分一个水平，第一阶段采用 俯斜开采，第二阶段采用仰斜开采。方案二是划分两个水平，第一水平负责第一阶段，采 用俯斜开采，开采完成后延伸井筒至第二水平，负责第二阶段和第三阶段，第二阶段采用 俯斜开采，第三阶段采用仰斜开采。方案三是划分二水平，第一水平负责第一阶段，开采 完成后暗斜井延伸至第二水平，负责开采第二阶段和第三阶段。具体比较如下： 方案一布置方式是立井一水平服务上下两个阶段；在第二阶段采用仰斜开采，其优点 是充分利用了原有开采水平的井巷和设施，节省了开拓工程量和基建投资，水平服务年限 长， 。但是第二阶段长度过大，顶板更容易出现裂隙和加剧破裂，煤层巷道长时间维护困 难，维护费用呈几何倍数增长，所以技术上经济上均不合理。 方案二布置方式是延伸立井达到二水平，二三阶段采用仰俯斜相结合开采；二三阶段 开采煤向中部运输，运输能力大，二阶段倾角较大时还可用自溜运输，减少运输费用，三 阶段仰斜开采时，井下涌水可直接流入井底水仓，排水系统比较简单。但是需要延伸立井， 在第二水平掘井底车场和石门才能见到煤，增加了掘进费用。 方案三布置方式是主、副井井筒均为立井，布置在井田走向中央，倾斜方向中央偏上， 设置二个水平加暗斜井，大巷布置在煤层底板岩层中，沿底板掘进，节省了开拓石门工程 量，可以延长水平服务年限。 方案一 图 4-4 付鑫：晓明一矿 3.0mt/a 新井设计 24 方案二 图 4-5 方案三 图 4-6 总的来说，方案二和方案三再在技术术上均可行，各有优缺点，需要通过经济比较，才能 确定其优劣。比较时，从井巷道定额 2007中查出各部分基本价格。 表 4- 6 建井工程量 table 4- 6 the volume of construction works well 项目(m) 方案 2 方案 3 初期 大巷 平巷 石门 其他 3200 7000 1200 500 3200 7000 1200 500 项目 方案 2 方案 3 后期 大巷 平巷 石门 其他 1700 7000 1200 300 1700 7000 300 820 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 表 4- 7 基建费用比较表 table 4- 7 early infrastructure cost comparison table 项目 方案 2 方案 3 工程量 （m） 单价 元/m 费用 万元 工程量 （m） 单价 元/m 费用 万元 初 期 大巷 平巷 石门 其他 1700 7000 1200 500 1500 1000 1500 1300 255 700 180 65 1700 7000 1200 500 1500 1000 1500 1300 255 700 180 65 小计 1200 1200 后 期 大巷 平巷 石门 其他 1700 7000 2400 300 1500 1000 1500 1300 225 700 864 39 1700 7000 1500 820 1500 1000 1500 1300 225 700 225 106.6 小计 1828 1256.6 共计 3025 2456.6 表 4- 8 生产经营费 table 4- 8 production and operation costs 项目 方案一 方案二 工程量 （m） 单价 元/ （m*a） 费用 万元 工程量 （m） 单价 元/ （m*a） 费用 万元 服 务 60 年 大巷 平巷 石门 其他 设备 3400 140000 3600 800 100 100 100 100 34 1400 36 8 30 3400 140000 2700 1320 100 100 200 500 34 1400 54 66 800 小计 1508 2354 注：由于运输费用等其他费用差别不大，故没纳入详细的经济比较中。 付鑫：晓明一矿 3.0mt/a 新井设计 26 表 4- 9 费用汇总 table 4- 9 cost summary 项目 方案二 方案三 费用（万元） 费用（万元） 初期建井费 920 920 基建工程费用 3025 2456.6 生产经营费 1508 2354 总费用 5450 5730 经过以上技术和经济上的比较的结果来看， 这俩个方案各有优势。 方案三 基建工程费 用少，但生产经营费用高。方案二虽然基建工程费用高，但维护费用和总费用都比方案三 少的多。因此，本设计采用方案二较为合理。 4.2.4 第一水平储量及水平服务年限第一水平储量及水平服务年限 tk z t = （4- 1） 其中：t 矿井服务年限，年 z 井田设计可采储量，mt a 矿井设计年产量，mt k - 储量备用系数 k=1.3 t =70.4/(3.01.3)=30 年，满足设计规范要求，故水平划分是合理的。 本矿井可采煤层有三层，即 4； 6- 1；7；运输大巷布置在- 300 水平上，回风大巷布置 在- 250m。 本矿井运煤和运料两条轨道共同布置在运输大巷中，运输大巷承担运煤、运料、通风 的任务，用绞车将材料运到工作面，从而实现了从大巷到采区、工作面辅助运输的连续性。 因为大巷的服务年限都比较长，所以都采用锚喷支护。 4.2.5 设计水设计水平大巷平大巷位置位置 选择大巷位置的原则：掘进量少，费用少，维护条件好，煤柱损失少，有利于通风和 防火，运输方便。 本设计井田内三层煤间距不大， 所以采用集中大巷布置,将大巷布置在岩石中,大巷的具 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 体位置见开拓系统平、剖面图。岩石大巷与煤层大巷相比,优越性是比较明显的。岩石大巷 能适应地质构造的变化,便于保持一定的方位与坡度,可较长距离的直线布置,便于煤炭运输, 提高大巷通过能力。同时岩巷受采动影响小,维护条件好,维护费用低,大巷位于岩石中,减少 了保安煤柱，故煤炭损失少,提高了回采率。另外岩石大巷布置比较灵活,便于回采及煤仓 的设置。 4.2.6 大巷的数目和用途及规格大巷的数目和用途及规格 根据运输和通风条件，本矿采用机轨合一布置两条大巷：运输大巷，回风大巷，巷道 断面特征规格见图4- 7和图4- 8。 围岩 类别 断面() 掘进尺寸 () 断 面 特 征 表 净周长(m)备注 净掘宽 高 岩14.317.249203960 型钢号 型钢节数 棚距 梁长 左腿长 右腿长型钢+垫板厚 25u3节1000 45103544354416014.8 图 4-7 运输大巷断面及特征 tab. 47 transport tunnel cross section and its character 付鑫：晓明一矿 3.0mt/a 新井设计 28 围岩 类别 断面() 掘进尺寸 () 喷射 厚度 () 断 面 特 征 表 锚 杆() 型 式 外露 长度 排列 方式 间距 锚深 规格 lf 净周长(m)备注 净掘宽 高 煤15.616.74800400010080020002100 1615.0 图 4- 8 回风巷道断面图 figure 4- 8 back to the wind tunnel cross section map 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 29 4.2.7 大巷运输方式大巷运输方式 本设计井田倾向长,井田范围大,大巷采用 5t 底卸式矿车运输,可实现连续运输,运量 大,效率高由于地质构造比较简单,煤层倾角平缓,采用条带准备,且该水平的服务年限长, 设备利用是比较充分的,且巷道较直,没有较大的巷道弯曲段。 4.3 采区采区划分划分及及开开采采顺序顺序 4.3.1 采区形式及尺寸的确定采区形式及尺寸的确定 采区是在阶