采矿工程毕业设计（论文）-西沟四矿5.00Mta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 煤炭是工业的粮食，我国一次能量消费中，煤炭占 75%以上。煤炭不仅是我 国的基本燃料，而且是重要的工业原料，从煤中可以提取二百多种产品，这些产 品都是我国社会主义经济建设和人民生活所必须的。煤炭是不可再生的宝贵资 源，我国人均资源仅为世界人均资源的一半，所以合理、科学的开采煤炭资源尤 为重要。 通过此次毕业设计大致掌握矿井初步设计的方法、步骤和内容。学习贯彻党 和国家的有关方针、政策、学习国家有关的煤矿方面法律法规；将所学的理论知 识掌握，并能系统的综合的应用和巩固所学理论；培养实事求是、吃苦耐劳的科 学态度和工作作风，为将来的工作打下基础，提高编写技术文件和运算的能力， 提高运用计算机辅助设计的能力，运用并巩固采矿 cad 等软件的运用全面发展 多方面能力；提高采矿英语的运用能力，为参考外文文献打下基础。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本次设计是西沟四矿新井设计，地质资料都是在实习矿上搜集的，在指导教 师的指导下，并合理运用平时及课堂上所学的知识，查找有关资料和文献，力求 设计出一个方案合理、技术决策正确，能够体现出高产、高效、安全特点的现代 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工艺 等各个环节进行了详细的叙述，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。对每个方案都做出合理性的论述，有的部分进行了技术和经济比 较，基本完成了毕业设计要求的内容。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。 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 2 1 矿区概况 1.1 矿区概述 1.1.1 矿区地理位置及行政隶属关系 西沟井田位于高平市西北 17km 处，行政区划隶属高平市寺庄镇管辖。井田 地理坐标范围为东经 112 44 54.4 112 50 51.9 ，北纬 35 51 02 .435 55 1.7 。井田东南距高平市 17km，太（原） 焦（作）铁路和 207 国道从井田东侧通过，长(治)晋(城)二级公路和长(治) 晋(城)高速公路从井田东侧约 20 km 处通过。井田北距太焦铁路赵庄车站 3.3km，南距西阳车站 4.7km，该矿工业广场与附近干线公路和铁路间均有柏油 公路连接，由井田经铁路、公路向北可达长治、太原，向南可通晋城、焦作，然 后通往全国各地，交通运输便利。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 图1- 1 交通位置图 figure 1- 1 map of traffic location 1.1.2 矿区地形地貌 本井田位于太行山南段西缘，沁水煤田之东缘，地貌形态属于丹河流域侵蚀 中低山区，井田东部为开阔的丹河河床，中西部为中低山和黄土梁、峁，总的地 势为西高东低，地形最高点标高 1130，最低点标高 960，最大相对高差 170。 丹河为井田及附近主要河流，在井田东部边界处由北向南流过，属黄河流域 沁河水系丹河支流。丹河河水流量受季节性影响较大，旱季水量较小，雨季水量 增大。其观测流量 0.00415m3/s(1998 年 6 月 30 日)1.4088m3/s(1998 年 7 月 22 日)，历史最高洪水位为 821.30m。另外，井田内还发育有三条较大沟谷，由 东向西依次为冯家村沟，釜山村沟和海则沟。其中，东部冯家沟村由西北向东南 穿越井田东部，平时干涸无水，仅雨季有短暂洪水排泄，向东排入丹河。中部釜 山村沟由西北向东南穿越井田中部，属季节性河流，平时有微小流水，雨季汇集 洪水后水量猛增，向东南流出井田汇入丹河。东河道中段釜山村西建有一处水库 釜山水库，水库常年储水，为井田最大地表水体。井田西部海则沟由东北向西 南穿越井田西北部，向西南汇入沁河，属季节性河流，平时有细小流水，雨季汇 集洪水后水量增大 1.1.3 矿区气候条件及地震情况 本区属大陆性气候。据晋城市气象站观测资料：年平均气温为 10.88，最 高气温为 38.6，最低气温为-22.8；年降水量为 292.01008.8mm， 69 月份降水量占全年的 70%；年平均蒸发量为 1009.6mm，干旱指数为 1.58,属半湿 润区；该区夏季多东南风，冬季多西北风，最大风速十级。一般为 34 级；全 年无霜期 180d 左右，每年 11 月至次年 3 月为结冰期，冻土深度一般为 0.30 0.43m。据历史记载，高平市先后曾发生过大小地震 42 次，其中 45 级具有破 坏性地震 8 次。据中华人民共和国建筑抗震设计规范 （gb500112010） ， 本 区属 6 度区，基本地震加速度值 0.05g。 1.1.4 水源供应情况 奥陶系中统石灰岩岩溶水为区域范围内重要的供水来源， 但石灰岩含水层存 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 4 在富水差异性。经取样分析，ph 值为 7.5-7.9，矿化度为 632-1545mg/l，水质 变化较大。因此可作为矿井建设永久性水源地的重要选择对象。该矿目前已打了 四眼奥灰水源井，现矿区生活用水即取自深层奥灰水。 1.1.5 矿区内有关的主要企业单位 据调查， 井田内没有其他小煤矿开采， 但在井田周边则分布有五个生产煤矿， 分别为北部赵庄煤矿、东部望云煤矿和东南部伯方煤矿、高良煤矿及王报煤矿。 （1） 赵庄矿：位于本井田北侧，矿井生产能力 600 万 t/a。 （2） 望云煤矿：位于本井田东侧 2km 处，矿井生产能力 45 万 t/a。 （3） 伯方煤矿：位于本井田东南侧。矿井生产能力 45 万 t/a。 （4） 王报煤矿：位于本井田东南侧，矿井生产能力 9 万 t/a，该矿边界与 本井田相距约 1km。 （5） 高良煤矿：位于本井田东南侧，矿井生产能力 60 万 t/a。该矿边界 与本井田相距约 300m。 1.2 井田及其附近的地质特征 1.2.1 井田的地层层位关系 井田位于沁水煤田南段东部，区域地层自下而上为：太古界、元古界、古生 界（寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系） 、中生界（三叠系） 、新生界（第三系、 第四系） 。井田内主要出露地层为二叠系上统上石盒子组，二叠系上统石千峰组 及三叠系下统刘家沟组。 1.2.2 井田内的地质构造及变动 井田内有两条落差为 10 米的断层，沿南北方向。 1.2.3 水文地质 井田处于沁水盆地中段东部，属高平晋城盆地三姑泉域水文地质单元。该 泉域北起金泉山、色头一带，以丹河与浊漳河南源地表分水岭为界，与辛安泉域 相邻；西北以丹河与沁河地表分水岭为界，西南以晋获断裂带白马寺断层为界， 与延河泉域毗邻； 南界以近东西向弧形褶断带地堑构造为界，自大箕-三姑泉-南石瓮一线为 界；东至太行山麓隔水层隆起地带，从柳树口-夺火-黄金窑-马圈一带，与焦作 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 泉域分界(见图 5-1-1)。 区域东部地势高竣，出露一套碳酸盐岩地层，呈南北向长条状分布，含岩溶 裂隙水。向西地势逐渐降低。区域中部和西部地区属高平-晋城盆地，多被切割 成黄土丘陵和低山，海拔 800-1100m。其间堆积厚度不等的松散沉积物，含有若 干孔隙含水层。中西部有大量古生界碎屑岩地层出露，含一系列裂隙含水层，一 般富水性较弱。盆地范围内奥陶、寒武系石灰岩地层自东向西、自南向北埋藏逐 渐加大，富水性相对减弱。 丹河为井田及附近主要河流， 从井田东部边界处由北向南流过， 属沁河支流， 黄河水系。 丹河河水流量受季节性影响较大， 旱季时水量较小， 雨季时水量增大。 井田及附近还有一些中、小型水库，如釜山水库、赵庄水库、王村水库、米山水 库等。 1.3 煤层质量及煤层特征 1.3.1 可采煤层及其物理性质 本井田内主要可采煤层有山西组 2 号 3 号煤层及太原组 8 号 15 号煤层。2 号煤层为黑色，玻璃金刚光泽，断口参差状贝壳状，内生裂隙不太发育。以 亮煤为主，暗煤次之，少量镜煤。条带状结构，层状构造，属半亮光亮型煤。 3 号煤层为黑色、条痕为黑色，参差状及贝壳状断口，玻璃金刚光泽， 内生裂隙较发育。以亮煤为主、暗煤次之，夹镜煤条带。细中条带状结构，层 状构造。属半亮光亮型煤。8 号煤层为黑色，条痕亦是黑色，断口参差状贝 壳状，玻璃金刚光泽，以亮煤为主，暗煤次之，夹镜煤条带，条带状结构，层 状构造，属半亮光亮型煤。15 号煤层为黑色、条痕黑色，参差状-及贝壳状断 口，玻璃-金刚光泽。以亮煤为主、暗煤次之，夹镜煤条带，细条带状结构，见 黄铁矿结核及散晶。属半亮-光亮型煤。局部可见半暗煤。水分（mad） ：原煤 0.36%-3.55%，平均为 1.24%；浮煤 0.29%-2.75%，平均 1.05%。灰分（ad） ： 原 煤9.86%-28.91%， 平均为15.00%； 浮煤4.14%-10.85%， 平均7.70%。 挥发分 （vdaf） ： 原煤 9.38%-12.43%， 平均 10.71%； 浮煤 7.20%-10.01%， 平均 8.68%。 硫分(st d)： 原煤0.23%-0.57%， 平均0.38%， 浮煤0.29%-0.75%， 平均0.41%。 发热量 （qgr,v,d） ： 原煤 21.8632.48mj/kg，平均 30.00mj/kg，浮煤 28.4134.33mj/kg，平均 32.73mj/kg。容重 1.40t/m3 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 6 1.3.2 煤层埋藏条件及产状 煤层走向主体为东西走向，倾角在 1113之间，平均为 12左右，可 采煤层间距见下表，所有煤层均为全区发育。煤层综合柱状图见下图 1-2： table 1- 1 seam pitch table 煤层 厚度 煤层间距 发育情况 2 煤层 5 20 全区发育 3 煤层 5 全区发育 35 8 煤层 2.5 全区发育 50 15 煤层 2.5 全区发育 表 1-1 煤层间距见表 table 1-1 seam pitch table 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 煤层柱状图 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田境界 本井田境界：北部以+900m 煤层底板等高线为界，西部+100m 煤层底板等高 线为界， 东西为人为划分边界。 其走向长 5.1 千米， 倾斜长 4.1 千米， 面积 20.91 平方千米。 工业广场保护煤柱留设：在确定地面保护面积后，用移动角圈定煤柱范围， 工业场地地面受保护面积应包括保护对象及宽度为 20m 的围护带， 地面受保护对 象包括绞车房、井口房或通风机房、风道等。按煤矿安全规程规定，边界矿 柱的留法及尺寸： 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 8 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) 采区边界煤柱留 20 米。 根据参考煤炭工业矿井设计规范和煤矿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。 2.1.2 论述所定边界的合理性 在本井田的划分中，充分的利用到现有条件，既降低了煤柱的损失，也减少 了开采技术上的困难，使工作面的部署较为简易。同时，本井田的划分使储量与 生产相适应，矿井生产能力与煤层赋存条件、开采技术装备条件相适应。井田有 合理的尺寸，阶段尺寸满足煤炭工业矿井设计规范的要求，走向长度划分合 理，使矿井的开采有足够的储量和足够的服务年限，避免矿井生产接替紧张。 这种划分方法合理地规划矿井开采范围，阶段高度及阶段斜长适当，矿井通 风、井下运输较容易。 因此，综上来看，本井田的划分是合理的，也就是说本井田设计的边界是合 理的。 2.2 井田的储量 2.2.1 井田储量的计算原则 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) 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； 3) 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； 4) 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； 5) 煤层倾角不大于 15 度时，可用煤层的伪厚度和水平投影面积计算储量； 6) 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； 7) 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 根据储量计算公式： （2-1） 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 zc =smr 式中： zc矿井的地质储量，t； m可采煤层总厚度，m； s 井田面积，m； r 煤的容重，r =1.40t/m。 所以，zc =20.91106（5.0+5.0+2.5+2.5）1.40/cos12=448.07mt 由于设计时不考虑平衡表外储量和远景储量， 因此矿井工业储量就等于地质 储量，即：zg = zc =448.07 mt 各煤层的工业储量见表 2- 1。 表 2- 1 煤层工业储量表 tab.2-1 industrial coal reserves 2.2.3 矿井煤柱损失 1) 断层煤柱损失 断层的两侧各留 30m 的保护煤柱，断层保护煤柱的面积为 413424m, 故断层保护煤柱损失为：413424151.4=8681841 吨。 2) 井田境界煤柱损失 井田境界东部，西部，南部和北部分别留设 30m 的边界煤柱，井田境界保护 煤柱所占面积为 1105405 m，经计算， 故井田境界保护煤柱损失为：1105405151.40=2321.35 万吨。 3) 工业广场煤柱损失 由煤炭工业矿井设计规范规定：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 矿井为 50mt/a，取 0.6，则本矿井的工业场地面积为：s=500.6=30 公顷，依 序号 煤层号 煤厚/m 倾角/度 面积/平方千米 工业储量/mt 1 2 5.0 1113 20.91 149.36 2 3 5.0 1113 20.91 149.36 3 8 2.5 1113 20.91 74.68 4 15 2.5 1113 20.91 74.68 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 10 据井田形状选择 500600m 的矩形。用移动角圈定煤柱范围，工业场地地面受保 护面积应包括保护对象及宽度 20m 的围护带。 再用垂直断面法确定工业广场保护 煤柱的范围。计算结果如下： 2 号煤层煤柱损失为：15847785.01.40=1109.3 万吨 3 号煤层煤柱损失为：15847785.01.40=1109.3 万吨 8 号煤层煤柱损失为：15847782.51.40=554.7 万吨 15 号煤层煤柱损失为：15847782.51.40=554.7 万吨 故工业广场保护煤柱损失共为 1109.3+1109.3+554.7+554.7=3328 万吨。 4) 井筒保护煤柱损失 主副井保护煤柱：由于主副井设在工业广场内，因此，保护煤柱包含在工业 广场保护煤柱内，无须另外计算。 风井保护煤柱 因风井设在井田边界，故井筒保护煤柱损失不再计算 5) 阶段间保护煤柱损失 井田划分为三个阶段，有两个阶段煤柱。上下阶段各留 30 米，故阶段间的 保护煤柱损失共为： 60（5100+5100）151.40=1285.20 万吨。 6) 全矿采区回采率 由矿井设计规范第 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。2 号煤厚 度为 5 米，3 号煤厚度为 5 米，8 号煤厚度为 2.5 米，15 号煤厚为 2.5 米，2 号和 3 号煤属厚煤层，c 取 75%。8 号和 15 号煤属中厚煤层，c 取 80%。 2.2.4 矿井设计储量 矿井设计储量=工业储量永久煤柱损失量，即 zs= zg-p1 （2-2） 式中 zs矿井设计储量，万吨； zg矿井工业储量，万吨； p1永久煤柱损失量，万吨(包括断层、防水、井田境界、地面建筑物 及因法律、社会、环境保护等影响因素影响不得开采的煤柱煤量)。 此矿井永久煤柱有断层和井田境界保护煤柱，故： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 zs=44807-（868.2+2321.35）=41617.45 万吨 2.2.5 矿井设计可采储量 矿井设计可采储量=（矿井设计储量-可回收利用保护煤柱损失量）采区回 采率，即： z=（zs-p2）c （2-3） 式中：z矿井设计可采储量，万吨； p2可回收利用保护煤柱损失量，万吨（包括工业广场、井筒、井 下主要巷道等保护煤柱煤量） ； c采区回采率，c=0.75 此矿井可回收利用的保护煤柱煤量有工业广场煤柱、 风井井筒保护煤柱和阶 段间保护煤柱煤量，故： z=41617.45- 【 （1285.20+1109.3+1109.3）75%+(1285.20+554.7+554.7) 80%】=37469.92 万吨 3 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度 3.1 矿井的年产量及服务年限 3.1.1 矿井的年产量 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 5.00mt/a 是合理和可行的，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为 4 层，保有工业储量为 448.07 mt，按照 5.00mt/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，结构简单，水文地质条件及地质构造简 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 12 单，煤层结构单一，适宜综合机械化开采，可采煤层为厚煤层及中厚煤层，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。本井田离高平市较近，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。 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 5.00mt/a 是可行的、合理的，并且符 合煤矿安全规程和设计规范的相关要求。 3.1.2 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 1.31.5，本矿井取用 1.4。 由矿井的服务年限计算公式：p=z/ak （3-1） 式中： p 矿井服务年限，年； z矿井的设计可采储量，万吨； a矿井的年产量，500 万吨/a； k矿井储量备用系数，取 1.4 p =zak =599.63/(5001.4) =85.7 年 根据有关规定和查阅相关资料，年产 500 万吨的大型矿井的服务年限应为 50 年以上， 本矿井 85.7 年的服务年限达到标准， 符合 煤炭工业矿井设计规范 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 要求。 3.1.3 矿井产量变化的可能性 建井后产量出现变化，其可能性为： 1) 地质条件勘探存在一定的误差，有可能出现新的断层。 2) 由于国民经济发展对煤炭的需求变化，导致矿井产量增减。 3) 矿井的各个生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，迅速突破设计能 力，提高了工作面生产能力。 4) 工作面的回采率提高，导致在相同的条件下，矿井服务年限增加。 5) 采区地质构造简单，储量可靠，因此投产后有可靠的储量及较好的开采 条件。 3.2 矿井的一般工作制度 结合本矿井煤层条件、储量情况、以及达成产量所需要的时间；同时考虑设 备检修以及工人工作时间等实际的因素，在满足煤矿安全规程的条件之下， 本矿井工作制度安排如下： 矿井的年工作日数为 330 天,矿井实施“四六”工作制,即每昼夜三个 采煤工作班和一个检修班。采煤班内进行“落、装、运、支、移、放”工序工作。 出煤班为三个班，两个班工作六个小时。 每昼夜净提升时数为 16 小时。 采用这种方法既增加了出煤时间，又保证了设备的维修，从而可以大幅 度提高工作面单产和保证设备的正常运转，减轻了工人的体力劳动，提高了工作 效率。 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 14 4 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，开采技术条件，装备条件，地面外部条 件等因素，在技术可行的多种方式中进行技术经济比较后，才能确定。 4.1 井筒形式及位置的确定 4.1.1 井筒形式的确定及井口位置 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： ）尽可能使井筒煤柱少压煤,地面工业广场要布置合理,少占良田。 ）井筒位置要尽可能在井田储量中心或尽可能地靠近井田储量中心。 ）井筒位置的确定应首先考虑有利于第一水平的开采,并兼顾下水平的开 采,以减少第一水平的工程量,加快建井速度,并保证第一水平有足够的服务年 限。 ）为了使井筒的开掘和使用安全可靠,减少其掘进的困难,以及便于维护， 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 应使井筒通过的岩层及表土层具有较好的围岩条件,便于大容积硐室的掘进及维 护。 一、井筒形式的确定 在一定的井田地质条件、开采技术条件下，矿井开拓巷道有多种布置方式， 开拓巷道的布置方式通称为开拓方式。合理的开拓方式，一般应在技术可行的多 种开拓方式中进行技术经济分析比较后，才能确定。开拓方式按照井筒的倾角不 同 （水平、 倾斜、 垂直） 分为平硐开拓、 斜井开拓、 立井开拓和综合开拓方式 （平、 斜、立井中的任何二或三种形式相结合进行开拓）等四种方式。开拓方式依据井 筒 （或平硐）与煤层位置的不同又有若干分类。 平硐开拓：在侵蚀基准面以上的山岭或丘陵地区的煤层，由地面开凿通向 煤层的平硐，可利用平硐开拓煤田的全部或一部分。 斜井开拓：对于表土层较薄、煤层赋存较浅、水文地质条件简单的煤田， 一般都可以采用斜井开拓。斜井开拓在各种倾角煤层开拓中都得到了广泛的应 用。 立井开拓： 适应性很强， 可用于各种地质条件， 同时在技术上也成熟可靠。 一般在表土层厚、煤层赋存深时，应采用立井开拓。 根据本井田地质情况，地势平坦，冲击层较厚，因此无斜井或平峒开拓的 可能。鉴于以上条件和立井开拓的特点，最后确定主副井筒和风井井筒形式均为 立井，开拓方式为立井多水平上山及上下山混合式开拓。 二、井筒位置的确定 1）沿井田走向方向的位置 本井田储量分布均匀，几何形状接近矩形，储量中央与几何中央大致在一个 位置，所以将井筒位置定在井田的中央。 这样布置的优点是：处于储量中央，两翼生产分配均衡，使井田走向方向吨 煤运输费用最低。 缺点是：受井田内地质构造影响，两翼采区走向长度不均衡，对采区划分及 工作面布置不利。 2）沿井田倾斜方向的位置 由于煤层在倾斜方向的长度较长，超过 4000 米，因此，井筒的位置直接影 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 16 响到开采水平的划分及阶段的划分。井筒在煤层倾斜方向上的位置由三个方案： 方案一：井筒位于井田浅部，划分为两水平三阶段，第一水平车场布置在煤 层底部，开采第一阶段，第二水平立井延伸，上山开采其余两个阶段。 方案二：井筒位于井田中部，划分为两水平三阶段，第一水平车场布置在煤 层上部，石门穿过顶板与大巷相连，上山开采一个阶段，第二水平立井延伸，上 下山开采剩余两个个阶段。 方案三：井筒位于井田深部，第一水平上下山开采两个阶段，第二水平上山 开采第三阶段。 图 4-1 方案示意图 figure 4- 1 programme diagram 图 4-2 ii 方案示意图 figure 4- 2 ii programme diagram 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 图 4-3 方案示意图 figure 4- 3 programme diagram 经过简单的技术比较后认为： 井筒位于井田浅部，工业广场煤柱尺寸最小，压煤最少，有利于第一水平 开采； 井筒位于井田深部，工业广场煤柱尺寸最大，压煤量最大，且初期工程量 大，每个水平都需要打石门，石门较长，但对于开采井田深部煤层及井通延伸有 利； 井筒位于井田中部时，煤柱尺寸稍大，石门长度较短，但初期工程量大， 能兼顾两个水平开采。 从保护井筒和工业场地煤柱损失看，愈靠近浅部，煤柱的尺寸愈小；愈靠近 深部，煤柱的损失愈大。采区下行式开采顺序使得第一水平应布置在井田浅部， 因此，井筒沿倾斜方向位于井田中上。综合考虑，主副井筒位置选在井田走向中 央位置，位于倾向中上部，由此可将方案三去掉，下面对方案一和方案二进行经 济比较： 表4- 1 建井工程量表 table 4- 1 scale construction works well 时期 工程项目 单位 方案 方案 初期 主井 米 515 515 副井 米 500 500 运输石门 米 0 400 轨道石门 米 0 420 井底车场 米 920 1050 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 18 后期 主井 米 300 300 副井 米 285 285 运输石门 米 1300 800 轨道石门 米 1400 930 井底车场 米 850 1000 表4-2 建井费用表 table 4-2 wells built for table 时期 工程项目 方 案 方 案 工程量 米 单价 元/米 费用 万元 工程量 米 单价 元/米 费用 万元 初期 主井 554 5440 310.4 554 5440 310.4 副井 485 5400 262 485 5400 262 运输石门 0 1150 0 400 1150 46 轨道石门 0 1150 0 420 1150 48.3 井底车场 920 1150 105.8 1050 1150 120.75 小计 572.4 666.7 后期 主井 300 5440 163.2 300 5440 163.2 副井 285 5400 162 285 5400 162 运输石门 1300 1150 161 800 1150 106.95 轨道石门 1400 1150 149.5 930 1150 109.25 井底车场 850 1150 97.8 1000 1150 115 总计 1305.9 1323.1 表4- 3 生产经营费用表 table 4- 3 production and operation costs table 时期 工程项目 方 案 方 案 工程量单价 费用 工程量 单价 费用 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 米 元/米/年 万元 米 元/米 万元 初期 主井 515 20 46.3 515 20 46.3 副井 500 20 39.8 500 20 39.8 运输石门 0 20 0 400 20 35 轨道石门 0 20 0 420 20 34.4 井底车场 920 20 51.2 1050 20 58.8 后期 主井 300 20 36.1 300 20 36.1 副井 285 20 30.6 285 20 30.6 运输石门 1300 20 110.3 800 20 80 轨道石门 1400 20 120.4 930 20 80.4 井底车场 850 20 79.1 1000 20 90.3 总计 513.7 531.7 表4- 4 两方案比较总表 table 4- 4 comparison of the two tables 工程项目 方案 方案 费用(万元) % 费用(万元) % 初期建井费用 810.4 100 919.65 113.5 基建工程费 1305.9 100 1323.1 100.9 生产经营费用 513.7 103.2 531.7 100 合计 2648 103.6 2774.45 100 本经济比较只通过比较基建费用和维护费用，可以得出方案一优于方案二， 而且方案一的井底车场在煤层下面，第一水平开采不打石门，有利于第一水平开 采， 工业广场更靠近煤层浅部， 压煤更少。 由以上分析看出， 方案一为最优方案， 即井筒位置在井田的中部偏上方，第二水平立井延伸。 4.1.2 井筒数目及设备的确定 本设计中井筒数目定为三个，主井采用箕斗提升，副井采用罐笼升降人员、 提矸、运料、入风，风井设在井田边界。 井筒参数： 表 4-5 井筒参数 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 20 tab.4- 5 well chamber parameter 井筒名称 用途 井筒长度/m 提升方法 断面尺寸 直径/m 净断面积/ 主井 提升煤炭 515 箕斗提 升 8.0 38.48 副井 进风、进人、 运料排矸 500 罐笼提 升 9.1 50.26 风井 回风兼作 安全出口 200 8.1 38.47 图 4- 4 主井断面图4 fig.4- 4 main shaft crosssection fig 表 4- 6 主井断面特征表 tab.4- 6 main shaft crosssection mark sheet 净断面/ 掘进断面/ 38.48 50.24 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 图 4- 5 副井断面图4 fig.4- 5 auxiliary shaft crosssection fig 表 4- 7 副井断面特征表 tab.4- 7 auxiliary shaft crosssection mark sheet 净断面/ 掘进断面/ 50.26 63.58 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 22 图 4- 6 风井断面图4 fig.4- 6 air shaft crosssection fig 表 4- 8 风井断面特征表 tab.4- 8 air shaft crosssection mark sheet 净断面/ 掘进断面/ 井筒直径/ 38.47 51.50 8100 4.2 开采水平的设计 4.2.1 水平划分的原则 确定原则： 1）根据煤炭工业矿井设计规范规定年产 5.00mt 的矿井第一水平的服务 年限不得少于 30 年。要保证正常接替与均衡生产，保证阶段内能有合理的区段 数目，保证开采水平有合理服务年限和足够储量，保证经济上有利。 2）根据煤层赋存条件及地质构造 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 煤层的倾角不同对阶段高度的影响较大，本井田的属于缓倾斜煤层，其平均 倾角为 12，煤层标高从+100m 标高到+900m 标高，划分为两个水平三个阶段。 若只用一个水平的开拓方式，则下山太长，不易生产。因此，本井田适合采用三 个阶段两个水平的开拓方式，即双水平上山及上下山开拓方式。 3）根据水平接替关系 在上一水平减产前，新水平即作好准备，因此一个水平从投产到减产为止的 时间，必须大于新水平的准备时间。正常情况下，大型矿井的准备时间要 1.5 2 年，井底车场、石门及主要运输大巷亦需要 1.52 年，延伸井筒需要 1 年， 合计需要 45 年的时间。开拓延伸加上水平过渡需要 79 年，所以每个矿井在 确定水平高度时，必须使开采时间大于开拓延伸加上水平过渡所需要的时间。 本井田属于缓倾斜煤层，平均倾角为 12 度，由于煤层垂高较大，故需采用 多水平开拓。 根据煤炭工业矿井设计规范 ：当煤层倾角大于 12 度时，宜采用走向长壁 采煤法。本矿井煤层倾角平均为 12 度，故采用走向长壁采煤法。 综上所述， 本矿井采用多水平开拓， 两个水平三个阶段， 第一水平设在 650， 第二水平设在 350。第一阶段斜长为 1530 米，根据规定不超过 2000 米，符合规 定。 4.2.2 设计水平储量及服务年限 本井田设计水平为 650 水平，该水平的设计可采储量为 15502.73 万吨，设 计水平的服务年限为 31 年。 4.2.3 设计水平的巷道布置 1) 大巷的位置 采用分组集中大巷布置，将第一煤组的大巷布置在 15 煤层的底板岩层中， 设置回风大巷和风井。 大巷距煤层底板间距一般 1530 米 ，本设计取 30 米。 具体情况见开拓平剖面图。 本设计井田范围大，为适应现代化采煤的应用，及运输的效率，故运煤采用 皮带运输，可实现连续运输，运量大，效率高，易于实现自动化。 2) 大巷的数目和用途 根据运输和通风条件，本矿井共布置两条大巷：运输大巷（皮带大巷）和轨 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 24 道大巷。 a 皮带大巷：将采区采出的煤运至井底煤仓，完成运输任务。 b 轨道大巷：承担整个水平进风、运料、排水、排矸等任务。 3) 大巷的规格 因为大巷的服务年限都较长，所以都采用锚喷支护。各大巷具体断面如下： 图 4-7 运输大巷断面图 fig.4- 7 transport the big lane sectional drawing 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 图 4-8 轨道大巷断面图 fig.4- 8 track transport the big lane sectional drawing 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 26 图 4-9 回风巷道断面图 4.3 采区划分及开采顺序 4.3.1 采区形式及尺寸的确定 1) 采区划分原则 a 根据设计规范要求，采区宜双面布置。当受地质条件限制时，或在安 全上有特殊要求可单面布置。 b 对于综合机械化开采，采区单面布置时（单翼采区） ，走向长度一般不小 于 1000m；双面布置时，走向长度不小于 2000m。 c 尽量利用特定条件和自然地质构造划分采区。如落差大的断层、向背斜、 地堑、地垒等。 因此将井田共划分 8 个采区，其中第一阶段两个上山采区，西一采区和东一 采区，西一为单翼采区，东一为双翼采区。第二阶段三个上山采区，西二采区和 东二采区和南一，均为单翼开采。第三阶段三个下山采区：西三采区和东三采区 以及南二区，均为单翼开采。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 表 4-10 采区划分表 tab4- 10 mining area division 采区 走向长度 米 倾 斜 长 度 工 业 储 量 万吨 采煤方式 落煤方 式 准备方式 西1 1200 1658 4178.16 走向长壁 综采 单翼上山采区 西2 1151 1250 3021.4 走向长壁 综采 单翼上山采区 西3 1100 1389 3237.7 走向长壁 综采 单翼下山采区 东1 3693 1542 11959.67 走向长壁 综采 双翼上山采区 东2 1925 1290 5218 走向长壁 综采 单翼上山采区 东3 2150 1403 6334.8 走向长壁 综采 单翼下山采区 南1 1785 627 2352.75 走向长壁 综采 单翼上山采区 南2 1870 1296 5089.3 走向长壁 综采 单翼下山采区 2) 首采区的确定 矿井达到设计生产能力时的初期采区位置（即首采区） ，应符合下列规定： a 和井田内其他采区相比， 煤层赋存条件好， 地质构造和开采技术条件简单， 地质勘察程度高； b 资源可靠、设计可采储量丰富，采区生产能力大，服务年限长； c 首采区应位于工业场地保护煤柱线附近，工程量省、贯通距离短。 经过分析， 符合上述规定的最佳采区为东一采区， 即将东一采区作为首采区。 4.3.2 开采顺序 合理的开采顺序可保证开采水平、采区、回采工作正常接替，保证矿井持续 稳定高产，最大限度的开采煤炭资源，减少巷道的掘进率及维护工程量，合理集 中生产，充分发挥设备能力，提高技术经济效益，便于防止灾害，保证生产安全 可靠。 本设计井田煤层以分组形式赋存，对同一采区的两个煤层，先采上层，再采 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 28 下层，这样，上层对下层没有什么影响或是影响较小，对下层的巷道维护及回采 工作都比较有利。 4.4 开采水平井底车场形式的选择 4.4.1 井底车场选择的依据 井底车场是连接井筒和井下主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称， 是连接 井下运输和提升的枢纽，是矿井生产的咽喉。因此，井底车场设计是否合理，直 接影响着矿井的安全和生产。 根据煤炭工业矿井设计规范规定，井底车场布置形式应根据大巷运输方 式、 通过井底车场的货载运量、 井筒提升方式、 井筒与主要运输大巷的相互位置、 地面生产系统布置和井底车场巷道及主要硐室处围岩条件等因素， 经技术经济比 较确定。 由于本设计中的煤层赋存，主井提升方式为箕斗提升，大巷采用皮带运输， 又由开拓图看到，从主副井井底车场到大巷均由石门联系，而车场也宜布置在两 煤组之间， 以缩短车场与大巷之间的石门长度， 所以井底车场型式选为梭式车场。 如图 4-10。 1主井，2副井，3水仓，4中央变电所，5中央水泵房，6车场 绕道， 7联络巷道，8井底煤仓， 图 4- 9 井底车场示意图 fig.4- 9 shaft station abridged general view crosssection distinction 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 29 4.4.2 井底车场硐室 井底车场的主要硐室为主井煤仓及装载硐室，中央变电所，中央水泵房及火 药库。 （1）主井煤仓及装载硐室 根据规范规定：矿井的煤仓容量为 qmc =(0.150.25)amc （4-1） 式中： qmc井底煤仓有效容量， amc矿井日产量， 系数 0.150.25 大型矿井取小值，小型矿井取大值。本矿井为大型矿井， 所以取 0.15。 则井底煤仓容量为： qmc =0.1515151.5=2272.73 吨 煤仓结构如图 4-10。 图 4- 10 井底煤仓 fig.4- 10 shaft coal pocket 表 4- 11 煤仓断面特征表 tab.4- 11 coal pocket cross- section mark sheet 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 30 生产能力 （mta） 容量（t） 圆形断面 （mm） 净断面 （m2） 煤仓高度 （m） 支护方式 5.00 1200 8000 50.24 20 锚喷加混凝 土 （2）中央变电所和中央水泵房 中央变电所和中央水泵房联合布置， 便于使中央变电所向中央水泵房供电距 离最短，中央变电所和中央水泵房建成联合硐室，具体见图 4-11。 中央变电所和中央水泵房联合硐室 图 4- 11 中央变电所和水泵房 fig. 4- 11 nearby central committee electricity institute and water plant （3）火药库 由于本矿井采用全部机械化采煤，所以相对用火药较少，选用储量较小的壁 槽式火药库就可以满足井下正常工作的需要。根据设计规范 ，库房与巷道的 关系： 1）库房距井筒、井底车场、主要运输巷道、主要硐室的法线距离，硐室式 不得小于 100 m，壁槽式不小于 60 m； 2）库房距行人巷道的法线距离，硐室式不得小于 35m，壁槽式不小于 20 m； 3）库房与外部巷道之间，必须用 3 条互成直角的连通巷道相连, 必须有 2 个出口； 4）井下爆炸材料库的最大贮存量，不得超过该矿井 3 天的炸药需要量和 10 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 31 天的电雷管需要量； 5）火药库必须有单独的新鲜风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风道 或主要回风道。火药库的具体结构见图 4-12。 fig. 4- 12 wall groove powder library 表 4- 12 壁槽式火药库巷道名称 tab.4- 12 wall groove powder library tunnel name 序号 巷道名称 序号 巷道名称 1 雷管壁槽 2 炸药壁槽 3 库房巷道 4 电器壁龛 5 消防器材 6 放炮工具室 7 隔爆门 8 回风眼 4.5 开拓系统综述 4.5.1 开拓系统 矿井开拓系统为立井多水平水平分组集中大巷。本设计矿井共有三个掘进 队，主井和副井同时掘进，达到井底车场水平后，然后开掘第一开采水平井底车 场，各硐室，与此同时，另一个掘进队同时准备开掘风井，然后在最下一层煤底 板的岩层中开掘运输大巷、轨道大巷、采区下部车场，两头同时掘进运输上山、 张涛：西沟四矿 5.00mt/t 新井设计 32 轨道上山，尽快形成矿井通风回路。 4.5.2 通风系统 矿井的通风系统为中央边界式通风。 通风线路： 新风： 副井进风井底车场轨道大巷采区下部车场轨道上山区段轨 道石门区段运输平巷工作面 乏风：工作面区段回风平巷区段回风石门回风大巷风井。 4.5.3 运输系统 其中包括运煤、 运料、 排矸和设备以及人员的运送系统， 现在分别描述如下： 1) 运煤系统：工作面出煤区段运输平巷区段运输石门溜煤眼运输 上山采区煤仓运输大巷井底煤仓主井地面。 2) 运料系统：副井