采矿工程毕业设计（论文）-釜山五矿2.40Mta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 煤炭工业的粮食， 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的第三富煤大国，但人均资源仅为世界人均资源的一半。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。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 辽宁工程技术大学的采矿工程就是一门针对矿物资源开发、开采、利用以及其原理、 设计等诸多方面开设的一个专业，这门专业所学的知识包括了煤炭生产的各个环节。而毕 业设计是学生锻炼自己动手操作和理论相结合的重要环节，学生通过设计能够全面系统的 运用和巩固所学的知识，掌握矿井设计的方法、步骤及内容，培养自己的实事求是、理论 联系实际的工作作风和严禁的工作态度，培养自己的科学研究能力，提高了编写技术文件 和运算的能力，同时也提高了计算机应用能力及其他方面的能力。 本设计是釜山五矿 2.4mt/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。 王冠雄：釜山五矿 2.4mt/a 新井设计 2 由于个人能力有限及其他原因，本设计中可能存在诸多不妥之处,请老师提出指正。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 1 井田概况及地质特征 1.1 井田概况 1.1.1 井田境界 釜山五矿位于高平市西北 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 。走向长 4.37km，倾斜长 3.69km。面积 16.12km2。 1.1.2 交通位置 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。 1.1.3 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 最高点位于西南部山顶， 标高 1066m， 最低点为东部， 标高 962.00m， 最大相对高差 104m。 1.1.4 河流分布 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。 1.1.5 气候情况 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 0.300.43m。 王冠雄：釜山五矿 2.4mt/a 新井设计 4 1.2 井田及其附近的地质特征 1.2.1 井田内的地质构造及变动 山西省东南部位于中朝准地台内二级构造单元山西中隆起区的中部和南部。晋东南 区受燕山期构造运动控制，主要构造形迹有： （1）太行山复式背斜隆起带 位于太行山的中段和南段，核部由太古界赞皇群和震旦系地层组成，两翼由古生界地 层组成。复背斜的主轴线自阳邑上八里沁阳北部济源北部，由南北向转为东西向， 形成向南东向突出的弧形。 （2）武（乡）阳（城）凹褶带 该带呈北北东南南西方向斜贯沁水盆地，总体为一复式向斜，出露地层主要是二、 三叠系。其主要构造形迹是一系裂褶皱，局部见压性断裂，它们的延伸方向大致为北 25 东。该带褶皱虽普遍发育，但规模不大，一般 10- 20km，极为开阔平缓。 （3）晋（城）获（鹿）褶断带 北自河北省获鹿，向南经左权县清城、拐儿镇、桐峪、石梁、潞城、长治市东侧、高 平，延伸至晋城市以南，长 250km 以上，宽 20- 25km。总体走向为北 2325东。由断 裂和与之平行的褶皱组成。在北地区出露地层主要为中奥陶统，主要构造形迹有长治大断 裂、老顶山背斜、韩店- 高平间褶断群、伊侯山背斜、晋城白马寺断层带等。 1.2.2 煤层结构 釜山五矿井田内共有两层可采煤层，煤层编号从上往下分别为 1#和 3#煤层。煤层特 性见表 1- 2： 表 1-2 煤层特征表 table 1-2 coal seam character 煤层 编号 煤层 厚度 分煤 层数 容重 /t/m3 夹矸 厚度 煤层稳 定程度 煤层倾角/ 平均 层间距 /平均m 1# 7 0 1.4 0 稳定 4 15 3# 5.5 0 1.4 0 稳定 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 1.2.3 水文地质 （一）区域水文地质特征 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，与焦作泉域分。 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。 1.2.4 矿井涌水量 根据地质报告及生产矿井的实践，全矿平均含水系数 k=0.818m3/t，kpmax=1.893。 q 矿=24000000.818330=5949m3/d qmax 矿=24000001.893330 =13767m3/d 预计本矿井自然涌水量为 5949m3/d，最大涌水量按 13767m3/d 设计。 1.3 煤层质量及煤层特征 1.3.1 煤层质量特征 （一）煤的物理性质及宏观煤岩类型 1 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 王冠雄：釜山五矿 2.4mt/a 新井设计 6 光亮型煤。 （二）显微煤岩特征 1 号煤层：有机组分以镜质组为主，其次为惰质组，未见壳质组。无机组分：以 粘土类为主，其次为硫化铁类，硫酸盐类及氧化硅等。有机组中镜质组含量为 86.5%，惰 质组为 13.5%。无机组分中粘土矿物类为 10.7%，硫化铁类，硫酸盐类和氧化硅均为 0.7%。 3 号煤层：有机组分以镜质组为主，其次为惰质组，壳质组未见。无机组分以粘 土类为主，其次为硫酸盐类，硫化铁类及氧化硅等。 1.3.2 顶底板及围岩性质 煤岩名称 柱状图厚度 泥岩、砂质泥岩、粉 砂岩中、细粒砂岩、 1# 23m 7m 15m 23m 泥岩、砂质泥岩、粉 砂岩、细粒砂岩、 3# 粉砂岩、砂质泥岩、 粉砂岩、细粒砂岩、 5.5m 图 1-1 煤层柱状图 fig. 1-1 coal column chart （1） 顶底板岩性特征 1、3 号煤层直接项板大多为泥岩、砂质泥岩，局部为粉砂岩或中、细粒砂岩，厚度 1.0310.80m，厚度变化较大。老顶为中细粒砂岩，厚度 2.6013.00m，厚度变化大，不 规则裂隙发育，见有方解石脉充填现象。 煤层的上覆岩层，从直接顶到老顶为软弱坚硬型，再往上为软弱坚硬型相间复合 结构，这种软硬相间的结构虽然能阻止煤层开采时顶板裂隙的发展，但由于软弱岩石在水 的作用下易发生变化，从而降低顶板的稳定性。 1、3 号煤层的直接底板以泥岩、砂质泥岩为主，局部为粉砂岩或细砂岩。 1 号煤层底板：为砂质泥岩时，自然抗压强度为 4.4- 84.4mpa，平均 37.5mpa，抗拉强 度为 0.2- 2.0mpa，平均 1.0mpa，为软岩石- 半坚硬岩石。为中细砂岩时，自然抗压强度为 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 65.8- 72.9mpa，平均 68.5mpa，抗拉强度为 4.4- 5.1mpa，平均 4.8mpa，为坚硬岩石。为泥 岩时， 自然抗压强度为 28.0- 30.8mpa， 平均 28.7mpa， 抗拉强度为 0.9- 1.4mpa， 平均 1.1mpa， 为软岩石。为粉砂岩时，自然抗压强度为 23.0- 40.8mpa，平均 33.3mpa。抗拉强度为 0.6- 0.7mpa，平均 0.7mpa，半坚硬岩石。 3 号煤层底板：为粉砂岩时，自然抗压强度为 21.1- 81.6mpa，平均 45.6mpa，抗拉强 度为 1.0- 3.6mpa，平均 2.0mpa，为半坚硬- 坚硬岩石。为砂质泥岩时，自然抗压强度为 24.0- 70.4mpa，平均 45.8mpa，抗拉强度为 1.2- 2.5mpa，平均 2.0mpa,为半坚硬岩石。为细 砂岩时，自然抗压强度为 53.7- 71.5mpa，平均 60.8mpa，抗拉强度为 6.0- 6.5mpa，平均 6.1mpa，为坚硬岩石。为泥岩时，自然抗压强度为 24.8- 88.4mpa，平均 45.9mpa，为软- 半坚硬岩石。 1.4 瓦斯、煤尘和煤的自燃 （1）煤层瓦斯成分 釜山五矿绝对 ch4 涌出量为 13.73m3/min。相对 ch4 含量为 6.15m3/t。二氧化碳绝对 涌出量为 6.25 m3/min，相对涌出量为 2.80 m3/t。本矿属于低瓦斯矿井。 （2）煤尘 2004 年和 2009 年补充勘探施工在深部 2902、2602、2805 号孔和长补 16- 长补 20、 长补 36- 长补 42、长补 56、长补 58- 长补 61 号孔采样对 1、3 号煤层采样作煤尘爆炸性试 验，根据试验结果，除其中长补 20 号孔 3 号煤层为：火焰长度 3mm，扑灭火焰岩粉量为 10%，煤尘有爆炸性外，其余钻孔各煤层火焰长度均为 0mm，所试验 1、3、煤层均无煤尘 爆炸危险性。 （3）煤的自燃 根据本矿采取 3 号煤层煤样进行煤的自燃趋势试验。其吸氧量为 1.2679- 1.3008cm3/g， 自燃等级为类，按煤矿安全规程属不易自燃煤层。 根据 2009 年补勘钻孔采样作煤的自燃趋势试验，1 号煤层吸氧量为 1.16cm3/g，自然 等级为类，属不易自然煤层。3 号煤层吸氧量为 0.73- 1.41 cm3/g，自然等级均为类，属 不易自然煤层。 从上可知，井田内 1、3 号煤层均属不易自燃煤层。 王冠雄：釜山五矿 2.4mt/a 新井设计 8 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田境界 井田位于本井田位于太行山南段西缘，沁水煤田之东缘，平均走向 4.37km，倾斜宽 3.69km，面积 16.12km2。 2.1.2 边界煤柱留设 井田南北长约 3.6km，东西宽约 4.37km，井田面积约为 16.12km2。井田内含有一条 大断层根据规定留设 30m 断层保护煤柱， 井田边界依据相关规定和安全考虑分别留设 20m 的边界煤柱。 工业广场保护煤柱留设：应在确定地面保护面积后，用移动角圈定煤柱范围，工业广 场地面受保护面积应包括保护对象及宽度 20m 的围护带。 2.1.3 临近井田的开发情况以及与本矿的关系 釜山五矿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，为山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司下属大型 矿井，现开采 3 号煤层，矿井生产能力 600 万 t/a。现开采范围在井田北部，据 2008 年矿 井瓦斯等级鉴定结果，ch4 相对涌出量为 6.59m3/t，co2 相对涌出量为 1.38 m3/t，属低瓦 斯矿井，该矿现采区相距本井田较远，其开采情况对本矿生产无影响。 （2） 望云煤矿：位于本井田东侧 2km 处，为晋城兰花集团下属企业。该矿于 1960 年投产，采用斜井开拓，开采 2、3 号煤层，矿井生产能力 45 万 t/a，采煤方法为走向长壁 式，该矿西部以色头大断层为界，与本井田间隔 2km，其开采情况对本矿生产无影响。 （3） 伯方煤矿：位于本井田东南侧，为晋城兰花集团下属企业。 该矿采用斜井开拓，开采 2、3 号煤层。矿井生产能力 45 万 t/a，采煤方法为走向长壁 式，现开采范围在其井田南部，对本矿生产目前无影响。 （4） 王报煤矿：位于本井田东南侧，属村办企业，1999 年投产，开采 3 号煤层，矿 井生产能力 9 万 t/a，该矿边界与本井田相距约 1km，其开采对本矿生产影响不大。 （5） 高良煤矿：位于本井田东南侧，为高平二轻局开办煤矿。1985 年建矿，2006 年投产，开采 3 号煤层，矿井生产能力 60 万 t/a。该矿边界与本井田相距约 300m。一般情 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 况，其开采不会对本矿生产造成大的影响。 如上所述， 本井田周边煤矿大都与本矿有一定间距， 而北侧赵庄矿现采区在井田北部， 目前相邻煤矿尚未对本矿生产造成不利影响。但为了安全起见，该矿今后在边界处开采时 仍需对相邻煤矿开采情况进行认真调查了解，以防发生透水等突发事故。 2.1.4 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，条带尺寸满 足设计规范的要求，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。阶段高度及阶段斜长适当，矿井通风、井下运输较容易。这 种划分方法合理地规划矿井开采范围，处理好与相邻矿井之间的关系，避免了浅部和深部 形成复杂的接茬关系给开采造成困难。 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 20 米； 2)断层煤柱每侧各为 30 米； 3)采区边界煤柱留 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。 2.2 井田的储量 2.2.1 井田储量的计算原则 【7】 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。 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%。 王冠雄：釜山五矿 2.4mt/a 新井设计 10 2.2.2 井田的工业储量 矿井的工业储量是进行矿井设计的资源依据,一般即列入平衡表内的储量，也即勘探 地质报告中提供的能利用储量中的 a、b、c 三级储量。 根据工业储量计算公式： smrzg= （2- 1） 式中： zg 矿井的工业储量，t m 可采煤层总厚度，m s 井田面积，m r 煤的容重，r=1.4t/m 故 zg=16121539(7+5.5)1.4/cos428282 万 t 其中，zg1=1612153971.4/cos415838 万 t zg3=161215395.51.4/cos412444 万 t 表 2-1 煤层工业储量表 tab.2-1 industrial coal reserves 2.2.3 矿井的设计储量 矿井的设计储量是指矿井的工业储量减去井田境界、断层保护煤柱等永久煤柱量。 井田境界留设保护煤柱： 井田境界预留 20m 的边界煤柱，以避免邻矿开采对本矿造 成影响，有利于本矿的安全生产。 井田境界留设保护煤柱： 井田境界留设 20m 的边界煤柱，总长为 16562m； ，井田境界保护煤柱所占面积为 331240m， 故境界保护煤柱损失为：33124012.51.4=580 万吨。 断层留设永久煤柱： 断层的两侧各留 30m 的保护煤柱， 故此断层保护煤柱损失为：300030212.51.4=315 万吨。 煤层号 煤厚/m 倾角/平均 面积/m 工业储量/万 t 1# 7 4 16121539 15838 3# 5.5 4 16121539 12444 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 所以矿井的设计储量为: zs=zg- (p+p1)=28282- 580- 315=27387 万吨 2.2.4 矿井的设计可采储量 矿井的设计可采储量是指矿井设计储量减去工业广场保护煤柱、主要巷道保护煤柱量 后乘以采区回采率。即： cpzsz=)( （2- 2） 式中： z矿井可采储量 zs矿井设计储量 p非永久保护煤柱损失 c采区采出率， 厚煤层不低于 0.75； 中厚煤层不低于 0.8； 薄煤层不低于 0.85； 根据规定， 2.4mt/a 的矿井工业场地占地为 1 公顷/10 万 t， 所以本矿井的工业场地面积 为：s=241=24 公顷，依据井田形状选择 600400 长方形。本矿井采用立井开拓，井筒 保护煤柱在工业场地压煤范围之内，故没有井筒压煤损失。 1) 矿井工业广场保护煤柱损失的计算: 1#煤层工业广场保护煤柱梯形损失： 150290071.4=14728420 吨=1473 万吨 3#煤层工业广场保护煤柱梯形损失： 15384135.51.4=11845777 吨=1185 万吨 工业广场保护煤柱损失量： p=1472.8+1184.6=2658 万吨。 2) 矿井设计可采储量的计算： z =（zs- p）c =（27387- 2658）0.75= 18547 万吨 表 2-2 可采储量计算表 table 2-2 calculation of recoverable reserves table 项 目 工 业 储 量 永久煤柱 损失量 设 计 储 量 工业场地 保护煤柱 设计可采 储 量 储量(万吨) 28282 895 27387 2658 18547 王冠雄：釜山五矿 2.4mt/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 3.1 矿井年产量及服务年限 3.1.1 矿井年产量 （1）矿井的年产量： 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 16 小时，根据设计， 工作面长约为 180m，采煤机滚筒截深采用 800mm，一个工作面生产，一天进刀 6 刀，煤 的容重为 1.4t/m3 。 所以矿井的生产能力为： 3300.8618070.851.4（1+5%）=249.4 万吨 满足矿井的设计生产能力每年 240 万 t。 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、达产和收到 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 2.4mt/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。本井田内可采的煤层有 2 层，保有工 业储量为 2.8 亿吨， 按照 2.4mt/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 矿井交通方便， 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。 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、 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 高效矿井。矿井的生产能力为 2.4mt/a 是可行的、合理的。 3.1.2 矿井的服务年限 3 本矿井的年产量是 2.4mt,根据煤炭工业矿井设计规范规定：矿井设计生产能力为 2.4mt/a,其服务年限不得小于 50 年。 由矿井的服务年限计算公式: )/(kazt= (2- 3) 式中： t矿井的服务年限：a。 z矿井设计可采储量：万 t。 a矿井的生产能力：万 t/a。 k储量备用系数:矿井设计一般取 1.4，地质条件复杂的矿井及矿区总体设计 可取 1.5，地方小煤矿可取 1.3。 k=1.4 t=18547/（2401.4）=55.2（年） 所以本矿井的设计服务年限符合规定。 3.1.3 矿井的增产期和减产期，产量增加的可能性 建井后产量出现增大，其可能性为： 1）矿井的各个生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，由于技术装备和管理水平 的提高，能够突破设计能力，从而引起矿井年产量的增加。 2）工作面的回采率提高，导致在相同的条件下，产量也会增加。 3）煤层的局部变化以及开采技术的发展,落煤损失,煤柱损失的减少，都有可能是矿井 产量增加。 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。 出煤班为两个班，两个班每班工作八个小时。 每昼夜净提升时数为 18 小时。 王冠雄：釜山五矿 2.4mt/a 新井设计 14 4 井田开拓 井田开拓方式应根据矿井设计生产能力、地形地貌条件、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，通过方案比较或是系统优化后确定。 4.1 井筒形式及井筒位置的确定 4.1.1 确定开拓方式的主要依据 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 2.4mt/a。立井开拓适应性强，不受煤层倾角、厚度、深度、 瓦斯及水文等地质条件的限制。主要缺点是施工复杂，成井速度慢，基建投资大。 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 综合开采。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 4.1.3 井筒形式的选择 本矿井煤层赋存深度+260+500m，表土层较厚，井筒需用特殊方法施工。该井田走 向长约 4370m，倾斜长约 3690m。煤层倾角 18，平均为 4。根据本矿的地形地质条件， 立井井筒能够通过复杂地质条件，如流沙层等的地段，机械化程度高；圆形断面井筒维护 费用低，有效断面大，通风条件好；井筒敷设的管线短，人员，材料升降速度快。本矿井 高差不大、埋藏深，不利于采用平硐或斜井开拓，所以混合式就更不能采用。因此，本设 计采用立井开拓。 4.1.4 井筒数目的确定 根据矿井生产的需要，考虑到矿井的生产安全、矿井的生产能力、矿井生产的经济效 果等各方面因素， 煤矿安全规程规定，生产矿井必须至少有两个能行人的通到地面的 安全出口。 本设计矿井年设计生产能力为 2.4mt/a， 采用立井开拓， 主井使用两对箕斗提升， 副井使用一对罐笼提升，风井内设螺悬梯子间，与副井一起作为安全出口，故开采水平时， 井筒数目有三个，它们是主井、副井、中央风井。 这样确定的井筒数目可以满足矿井提煤、运料、通风的要求，保证矿井生产高产、高 效、安全，有利于本矿的正常有序发展。 4.1.5 井筒位置的确定 选择井筒位置是矿井开拓布置的核心。考虑井筒的位置要统筹井田全局，兼顾前期和 后期，地下和地面等各个方面因素。大型矿井的开采范围较大，服务年限长，应本着“重 前顾后”和“重下顾上”的原则，把重点放在前期和地下资源开采的合理性而后效率上。 选择井筒的位置同选择初期采区位置密切结合，尽可能使矿井井筒靠近初采区，以便减少 初期开拓工程量，节省投资和缩短建井工期，早投产，快达产，随着井型的增加，机械化 程度的提高，井口位置选择侧重于初期工程量少的趋势。 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）有利于首采区布置在井筒附近的富煤块段。 2）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。 3）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，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。 4）工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山，低洼地和采空 区，不受崖崩滑坡和洪水威胁。 王冠雄：釜山五矿 2.4mt/a 新井设计 16 5）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。 6）距水源，电源较近，与矿井铁路专用线路易连通，道路布置合理。 对井田开采有利的井筒位置，确定依据： a）倾斜方向的位置 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 柱的损失越大。因此，井筒位于井田倾向中上部。 b）走向的位置 井筒沿井田走向的位置应在井田中央，当井田储量不均匀分布时，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。应该尽量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采 的不利局面。井筒设在井田中央，可以使沿井田走向的运输工作量小，而井筒偏于一侧的 相应井下运输工作量比前者要大。井筒设在井田中央时，两翼分配产量比较均衡，两翼开 采结束的时间比较接近。井筒设在井田中央时，两翼风量分配比较均衡，通风线路短，通 风阻力小。 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，可将井筒的走向 位置初步确定在 524500 和 524900 之间。 综合考虑井筒应选在井田走向中央的位置，位于倾向中上部。 该设计采用三个井筒的井田开拓方式：主井、副井、中央风井，通风方式为中央并列 式通风。 主井、副井井筒见图 41，42。 风井井筒及其断面特征见图 43。 主井、副井、风井具体位置参见开拓系统平、剖面图。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 表 4-1 井筒断面特征表 tab.4-1 ell cashing crosssection characteristics sheet 井筒名称 井筒用途 井筒长度 （m） 断面尺寸 直径（m） 净断面积 （m2） 主 井 提升煤炭、进风 710 6.0 28.27 副 井 运料、运矸、行人，进风 645 6.5 33.18 风 井 回风兼安全出口 625 5.5 23.76 图 4-1 主井断面图及断面特征 fig 4-1 main shaft section and its characte 表 4-2 主井参数 table 2-4 main shaft parameters 井筒直径 用 途 井筒长度 倾 角 提升容量 6.0m 提 煤 710m 90 两对 8t 箕 斗 王冠雄：釜山五矿 2.4mt/a 新井设计 18 图 4-2 副井断面图 fig 4-2 auxiliary shaft section 表 4-3 副井断面特征表 table 4-3 characteristics of the table shaft section 井筒直径 用 途 井筒长度 倾 角 提升容量 6.5m 进风运料 645m 90 双层 3t 罐笼 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 图 4-3 风井断面图 fig4-3 ventilation shaft section 表 4-4 风井断面特征表 table 4-4 characteristics of air shaft section of the table 井筒直径 用 途 井筒长度 倾 角 提升容量 井筒支护 5.5m 回风 625m 90 无 混凝土 4.2 开采水平的设计 4.2.1 水平划分的原则 2 煤炭工业设计规范规定，为使每个开采水平有足够的储量保证服务年限，可按下 式进行计算： rcmsakah=/sin （4- 1） 式中： h阶段垂高，m； t水平服务年限，a； k储量备用系数，此井田设计选定 1.4； a阶段内的煤层倾角，； a矿井年产量，t； 王冠雄：釜山五矿 2.4mt/a 新井设计 20 s煤层走向长度，m； m阶段内累计长度，m； c采区回采率； r煤的容重，t/m； 另外， 煤炭工业设计规范规定 2.4mt/a 的矿井的第一水平服务年限不得小于 25 年， 缓倾煤层的阶段垂高为 200350 米。 4.2.2 水平划分的依据 1）开采水平的划分一般是根据井田倾斜长、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， 应按水平两侧带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）根据水平的接替关系 在上一水平减产前，新水平即做好接替准备，因此一个水平从投产到减产的时间必须 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在 1.52 年，井底车场及石 门、主要运输大巷亦需 1.52 年，延伸井筒需 1 年，合计 45 年。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，必须使用开采时间大于开拓延伸加上 水平过渡所需时间。 4.2.3 水平高度的确定 本矿年产量2.4mt/a， 井田走向长度4370， 倾斜长度3690m， 两层可采煤层总厚度12.5m， 其中 1#煤层厚 7m， 3#煤厚 5.5m，层间距为 15m，煤层倾角 18，平均 4。 4.2.4 设计水平储量及服务年限 本井田设计水平为+365 水平,即整个矿井由这一个水平开采,水平的工业储量为 28282 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 万吨，可采储量 18547 吨，此水平开采年限为 55.2 年。 4.2.5 大巷位置 本设计井田内两层煤间距为 15 米，考虑到采动影响,不考虑分层或分组大巷布置。同 时，本设计矿井大巷使用期限较长，为便于维护,减少煤炭损失,将大巷布置在煤层底板岩 石中,大巷的具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。 大巷到达煤层有两种方案， 根据煤层赋存条件，巷道可以采用水平大巷据煤层 15 米时，打向上斜巷直接到达煤 层后，布置煤层平巷到达首采区首采工作面。还可以采用沿煤层底板岩石布置岩石下山到 达首采带区首采工作面下面岩石后再打向上斜巷到达煤层平巷。 方案一：巷道可以采用水平大巷据煤层 15 米时，打向上斜巷直接到达煤层后，布置 煤层平巷到达首采区首采工作面。 首 采 带 区 首 采 工 作 面 图 4-4 方案比较图（图） fig4-4 scheme comparison chart (chart i) 王冠雄：釜山五矿 2.4mt/a 新井设计 22 方案二：方案二是在如图一的大巷和斜巷连接的位置开始打沿煤层的岩石下山到达首 采带区，到达首采面后再打向上斜巷到达煤层平巷。 首 采 带 区 首 采 工 作 面 图 4-5 方案比较图（图） fig4-5scheme comparison chart (chart ii) 总的来说，两个方案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。 方案二较方案一多掘岩石巷道。方案一较方案二多掘煤层巷道。经分析，方 案一比方案二多掘了 323 米煤层运输平巷，196 米煤层运料平巷，296 米煤层回风平巷。 方案二比方案一多掘了 323 米煤层岩石运输下山，196 米岩石轨道下山，296 米岩石回风 下山。 方案一费用如下 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 表 4-5 技术经济指标表（表） table 4-5technical and economic index table（table i） 项目 工程量（m） 掘进单价 (元/m) 维护单价 (元/m) 费用(万元) 运输石门 323 3000 20 975460 轨道石门 196 3000 20 591920 回风石门 286 3000 20 863720 合计 243110 方案二费用如下 表 4-6 技术经济指标表（表） table 4-6 technical and economic index table（table ii） 项目 工程量（m） 掘进单价 (元/m) 维护单价 (元/m) 费用(万元) 煤层运输平巷 323 1000 100 355300 煤层轨道平巷 196 1000 100 215600 煤层回风平巷 286 1000 100 314600 合计 885500 经过经济技术比较，发现方案一比方案二有较大的经济优势，而且煤巷施工速度快， 可以早出煤。所见选择方案一。 4.2.6 大巷的数目 本井田设计年产量大，选用机轨合一巷不容易满足要求，故选择开拓单独的胶带运输 巷。另外，其优点如下： 1）操作简单，比较容易实现自动化； 2）装卸载附属设备少，不需要调车场所，卸载均匀，可以减少调节仓容量； 3）电机功率小，多数情况下可以采用交流拖动，减少了大量设备； 4）在高瓦斯矿井下，胶带运输机电机防爆问题比较容易解决； 5）运输能力大，效率高，可实现连续运输，比起巷道坡度要求较低。 全矿必须有独立回风和行人运料大巷。胶带大巷运输距离短时有明显的优势。综上， 本矿井设轨道、胶带运输和回风三条大巷。 王冠雄：釜山五矿 2.4mt/a 新井设计 24 4.2.7 大巷运输方式 本设计井田走向长,井田范围大,为适应现代化采煤的应用,及运输的效率,故大巷采用 皮带运输,可实现连续运输,运量大,效率高,易于实现自动化,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。 4.2.8 大巷的用途及规格 （1）胶带大巷与轨道大巷用途及规格 胶带大巷和轨道大巷均采用集中布置，这样布置总的开拓工程量、占用的轨道管线均 较少。将这两条大巷布置在下层煤底板的岩层中，维护较易，维护的大巷长度短，总的开 拓巷道维护工作量较少、维护费用小、生产比较集中，有利于提高井下运输效率。 胶带大巷主要用于运煤，轨道大巷主要用于运料、运矸、进风、行人。 胶带大巷与轨道大巷断面及规格分别如图 4- 6 和 4- 7。 （2）回风大巷用途及规格 回风大巷主要用于回风。回风大巷断面及规格如图 4- 8。 5500 280 4600 1523 图 4-6 运输大巷断面图 figure 4-6 main haulage roadway section 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 表 4-7 运输大巷巷道断面特征 table 4-7main haulage roadway roadway characteristics 围 岩分 类 断面/m2 掘进尺寸 喷 射 厚 度 /mm 净周长 锚 杆/mm 净 掘 进 宽 /mm 高 /mm /m 直径 间距 锚 深 3 17.4 21.9 5500 4600 100 16.7 22 800 2300 5100 4200 图 47 轨道大巷断面图 figure 4-7 chart track roadway section 表 4-8 轨道大巷断面特征 table 4-8 characteristics of track roadway section 围岩 分类 断面/m2 掘进尺寸 喷 射 厚 度 /mm 净周 长 锚 杆/mm 净 掘 进 宽/mm 高/mm /m 直径 间距 锚 深 3 15.2 17.8 5100 4200 100 15.6 22 800 2300 王冠雄：釜山五矿 2.4mt/a 新井设计 26 图 4-8 回风大巷断面 fig 4-8 return airway section 表 4-9 回风大巷断面特征 table 4-9 return airway characteristics 围岩 分类 断面/m2 掘进尺寸 喷 射 厚 度 /mm 净周 长 锚 杆/mm 净 掘进 宽/mm 高/mm /m 直径 间距 锚 深 3 17.4 21.9 5500 4600 100 16.7 22 800 2300 4.3 带区划分及开采顺序 4.3.1 采区形式及尺寸的确定 采区是在阶段内划分的一个开采区域，它是矿井生产的基本单元。采区尺寸主要受到 地质、技术、经济等因素影响。加大采区走向长度可以相对减少采区上山、车场和硐室的 掘进量；减少上山煤柱和区间煤柱损失；减少采煤工作面搬迁次数；增加采区储量和服务 年限；有利于采区和矿井的合理集中生产。 本着尽量利用特殊条件和自然地质构造划分采区的原则，考虑到设计范围内仅有一个 断层影响，但是在设计首采范围内没有地质构造的限制，便于条带的划分。因此以边界保 护煤柱为采区的边界，减少了煤柱的损失，提高了采区的回采率。 根据煤层的赋存条件，该井田为近水平煤层，倾角 4左右，可以采用带区式准备和带 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 区式准备，但与带区式准备相比，带区式准备有下列优点： 1）巷道布置简单，巷道掘进和维护费用低、投产快。 2）运输系统简单，占用设备少，运输费用低。 3）倾斜长壁工作面的回采巷道可以沿煤层掘进，可以保护固定方式，故可以使工作 面保持长，对于综合机械化采煤非常有利。 4）通风线路短，风流方向转折变化少，系统简单。 5）对某些地质条件的适应性强，如断层、顶板淋水、采空区注浆防水、瓦斯含量高 等。 根据矿井的实际情况，可将井田划分为六个个带区，各带区均是以断层或人为划定边 界。下表列出了带区的划分： 表 4-10 带区情况表 tab. 4-10 belt area situation tables 带区编号 带区面积/km2 可采储 量/万 t 生产能力/ 万 t 服务年限/a w1 2.2 2846 240 8.5 w2 3.9 3671 240 10.9 w3 2.3 2587 240