采矿工程毕业设计（论文）-铁康七矿2.4Mta新井初步设计（全套图纸） .pdf

1 前言 中国是世界最大产煤国，煤炭在中国经济社会发展中占有极重要的地位。煤炭是工业 的粮食，我国一次能量消费中，煤炭占 75%以上。煤炭被人们誉为黑色的金子，它是人类 世界使用的主要能源之一。但随着人类的大力开采，储量也在逐渐减少，因此有效的开采， 合理的开采，综合利用煤炭资源就显得尤为重要，这就需要提高煤炭采出率，更科学的布 置煤矿的开拓系统，建设高产、高效、安全的现代化矿井。毕业设计是毕业生把大学所学 专业理论知识和实践相结合的重要环节，使所学知识一体化，是我们踏入工作岗位的过度 环节，设计过程中的所学知识很可能被直接带到马上的工作岗位上，所以显得尤为重要。 本设计是铁康七矿 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，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环节进行了详细的叙述，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。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 亢宇：铁康七矿 2.40mt 新井设计 2 3 1 矿区概述及井田特征 1.1 矿区概述 铁康七矿井田位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗（简称“伊旗” ）之东南， 属布尔台乡管辖。铁康七矿井田约为一正方形，东西长约 4km，南北宽 4km。其面积为 16km2。铁康七矿设计生产能力为 2.4mt/a。金烽寸草塔矿和万利寸草塔矿分别位于铁康七 矿井田的东北和东部边缘。矿区交通目前以公路、铁路为主，从石圪台煤矿经布尔台乡到 伊旗阿镇长 34km 的一级公路穿过井田。井田东有包神铁路，全长 177km。该铁路沿乌兰 木伦河东岸在井田东侧通过。 井田外公路由伊旗阿镇向北经东胜到包头 150km 与包京公路 相接；向南经新街到陕西榆林 170km；向西经鄂托克旗到乌海市 409km；向东经准格尔旗 到内蒙古首府呼和浩特市 370km，交通条件较为便利。如图 1- 1 1.2 井田地质构造特征 1.2.1 井田的地层层位关系 本井田地表第四系（q） 、第三系（n2）及上侏罗下白垩志丹群伊金霍洛组（j3- kizh1） 大面积分布。侏罗系中统（j2）仅在本井田东北部、东南部零星出露。侏罗系中下统延安 组（j1- 2y） 、三迭系上统延长组（t3y）只在钻孔所见。现将地层由老到新叙述如下： 三迭系延长组（t3y） 该地层为煤系地层基底，区内无出露。孔内所见岩性一般为灰绿色粗中粒砂岩，夹 泥岩、粉砂岩及薄煤线。砂岩成分以石英为主，长石次之，含较多云母及少量暗色矿物， 粘土质胶结，层理不明显，分选性较好。该组钻孔揭露最大厚度 20m，未见该系地层底部， 该系地层厚度不详。 侏罗系中下统延安组（j1- 2y） 该组为含煤地层，井田内未出露。据钻孔揭露资料，岩性主要由一套浅灰、灰白色各 粒级的砂岩，灰色、深灰色砂质泥岩、泥岩和煤层组成，发育有水平纹理及波状层理，含 2、3、4、5、6煤组。据钻孔资料统计，延安组厚度为161.64m249.83m，平均206.32m。 与下伏地层三迭系延长组（t3y）呈平行不整合接触。 亢宇：铁康七矿 2.40mt 新井设计 4 图 1- 1 交通位置图 侏罗系中统（j2） 该统仅在本区东北部、东南部零星出露。根据岩性可划分两个组，上部为安定组，下 部为直罗组。 a. 直罗组（j2z） ：该组地层与下伏地层延安组呈假整合接触。其岩性上部、中部为灰 绿色、兰绿色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩。具交错层理和波状层理。底部为灰白色砂岩、粉 砂岩。砂岩成分以石英为主，含云母，具均匀层理及交错层理。该组地层厚度为 41.86 90.90，平均 68.18。 b. 安定组（j2a） ：该组与下伏地层呈连续沉积。其岩性主要由紫红色、黄褐色泥岩， 粉沙岩和中细粒砂岩组成，含有铁质结核和泥岩团块，平行层理和交错层理发育。该组地 层厚度一般为 0152.85，平均 60.21。 5 上侏罗下白垩统志丹群伊金霍洛组（j3klzh1） 该地层在本井田大面积出露，与下伏地层呈不整合接触。其岩性下部为紫红色、灰黄 色砾岩、砂岩、砾石，成分复杂，泥质胶结，较疏松、孔隙大，分选差，磨圆中等，砾径 变化较大，一般 518 ，最大可达 30 以上；上部为紫色、粉红色中细粒砂岩、粉砂 岩及砂质泥岩，局部区段含砾石泥质胶结，较疏松，具明显的斜层理。 本区厚度变化较大，一般为 0289.28 m，平均 82.73m。 第三系上新统（n2） 该地层不整合于志丹群之上，区内地表零星出露，钻孔中少见。其岩性下部为桔黄色、 棕红色砂砾岩、砂岩，砾石成分复杂，磨圆度为次棱状，分选不好，呈半胶结状、松散。 上部为棕红色砂质粘土层，含钙质结核。本统地层厚度不定，区内一般小于 10。 第四系（q） 该地层广泛分布，不整合于各基岩地层之上。厚度一般都小于 30。可分为： a. 风积黄土（q3） ：土黄色，柱状节理局部发育，含粉砂，钙质结核。 b. 冲洪积物（q4al+pl） ：主要分布在沟谷内，成分多为砾石及各种粒度的砂和泥质充填 物组成。 c. 风积砂（q4eol） ：主要分布在本区东北部，成分为褐黄色细粒砂、亚砂土、厚度不 一。 此外，区内还零星分布有残积、坡积等松散沉积物。 本区地层的划分是在沿用前人地质工作成果的基础上，应用标志层法、岩性组合法、 物性物征法进行综合对比的，具体划分对比的依据是： a. 延长组（t3y）与延安组（ji- 2y）的分界：延长组顶部一般为灰绿色中粗粒砂岩、粉 砂岩及泥岩；延安组底部为一层灰、灰白色中粗粒石英砂岩，依据其颜色差异二者极易区 分。 b. 延安组（j1- 2y）与直罗组（j2z）的分界：延安组顶部一般为深灰色粉砂岩、砂质泥 岩及泥岩，直罗组底部为一层灰白色砂岩。电性曲线延安组呈一套正、倒枞树形与互层组 合形态（夹块状砂体形态） ，直罗组呈低幅值小锯齿状形态（部分钻孔有块状） 。故据其岩 性及物性曲线差异可基本划出两组界线。 c. 直罗组（jl- 2y）与安定组（j2a）的界线：直罗组顶部为灰绿色的砂岩、粉砂岩及泥 岩。安定组底部为紫褐色、黄褐色的中细粒砂岩。从颜色和粒度来看，直罗组以灰绿色为 主，粒度较粗。安定组以紫红色为主。粒度较细。根据上述特点基本能够正确划分两组界 亢宇：铁康七矿 2.40mt 新井设计 6 线。 d. 安定组（j2a）与志丹群伊金霍洛组（j3- klzh1）的分界：伊金霍洛组上部为紫红色砂 岩，砂质泥岩。上新统底部为桔黄色、棕红色砂砾岩，且呈胶结状态、松散。故二者在地 表较易区分，钻孔中取芯困难难以划分。 e. 志丹群伊金霍洛组（j3- klzh1）与第三系上新统（n2）的分界：伊金霍洛组上部为紫 红色砂岩，砂质泥岩。上新统底部为桔黄色、棕红色砂砾岩，且呈半胶结状态、松散。故 二者在地表较易区分，钻孔取芯困难，难以划分。 第三系与第四系的分界根据其各自岩性特点地面容易区分，钻孔中无法划分。 鉴于以上各种对比依据，综合运用，反复分析对比，本区地层的划分对比是基本可靠 的。 1.3 煤质及煤层特征 1.3.1 煤层质量特征 （1）物理性质和煤岩特征 井田内煤呈黑色，条痕为褐黑色，弱沥青强沥青光泽，阶梯状断口，内生裂隙较发 育，常为黄铁矿及方解石薄膜充填，煤层中见黄铁矿结核。条带状结构，层状构造。宏观 煤岩组分以暗煤、亮煤为主，见丝炭，属半暗型、暗淡煤。井田内煤的变质程度低，镜煤 最大反射率 （rmax） 在 0.30.6%之间， 变质阶段为烟煤阶段。 煤的真密度测试值在 1.40 1.58 之间，视密度测试值在 1.221.45 之间。 （2）煤质特征 水分（mad） ：各煤层原煤水分变化一般在 6.518.39%，水分在 510%者所占比例 很大。各煤层水分自上而下有降低的趋势，说明自上而下各煤层的煤化程度相对增高，孔 隙不发育。洗煤水分低于原煤。 灰分（ad） ：原煤灰分上下煤层高于中间煤层。主要可采煤层 1- 1 灰分最低，平均值 为 6.79%；2- 2 中煤层灰分最高，平均值为 9.88%；其它煤层平均值在 7.179.57%，洗煤 灰分一般在 3.294.12%。 顶底板夹矸灰分：煤层顶底板灰分一般在 75.8993.35%，夹矸灰分一般小于顶底灰 分。 挥发分（vdaf） ：煤层原煤挥发分一般在 3037%之间。洗煤挥发分一般在 3237% 7 之间，6- 2 下煤层挥发分最低，在 32.28%左右，1- 1 煤层挥发分最高，一般在 36.33%左右， 其中它煤层均在 33.0436.03%。 碳酸盐二氧化碳（co2ad） ：煤中含量一般在 0.63%以下，对煤的挥发分的影响可忽略 不计。 硫（s） ：主要煤层硫含量主要集中在 1.0%以下。2- 2 中。洗煤全硫在 0.5%以下。 煤中硫成分以硫化铁为主， 硫酸盐 （sp.d） 一般在 00.6%， 有机硫一般在 0.190.29%， 煤中硫铁矿多以结核状分布在煤中，少量呈薄膜状充填在裂隙中，较易洗选。 磷（pd） ：煤层磷含量较小，且变化不大。 发热量： 煤层发热量较高。 主要可采煤层 1- 1 煤层发热量最高， 低位干基发热量 （pnet.d） 在 29.07mj/kg 左右；2- 2 中煤层发热量最低，低位干基发热量（ pnet.d）在 27.68mj/kg 左 右。一般洗煤的发热量均高于原煤。 灰成分、灰熔融性：煤灰成分二氧化硅（sio2）含量最高，在 38.0755.04%；其次为 三氧化二铝（al2os） ，含量为 13.9120.77%；氧化钙（cao）含量在 6.9017.68%，三氧 化二铁（fe2o3）含量在 6.3013.66%。 低温干馏：煤层焦油产率为 7.1%8.9%，属富油煤。中间煤层的焦油产率高于上下煤 层。 粘结性：煤的粘结指数为零，焦渣类型为 2，故区内煤无粘结性。 可选性：根据中国煤炭可选性评定标准，区内煤可选性等级采用“分选比重土0.1 含 量法”进行评定。当理论精煤灰分为 3.57%时，各样品的“含量”为 0.0716。 1.3.2 井田内煤层及埋藏条件 煤层走向主体为东西走向，整体较平坦，倾角在 01之间，平均为 0.6左右，可采 煤层间距见下表，所有煤层均为全区发育。铁康七矿矿井田内共有两层可采煤层，煤层编 号从上往下分别为 1- 1#、2- 2#煤层。 煤层编号 煤层厚度 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- 1# 5.2 1.4 0 稳定 0.6 33 2- 2# 8.2 1.4 0 稳定 煤层综合柱状图见下图： 亢宇：铁康七矿 2.40mt 新井设计 8 1.4 水文地质特征 1.4.1 矿井补给水源和含水层 （1）地表水系 井田内水系有乌兰木伦河及其支流西乌兰木伦河、呼和乌素沟。乌兰木伦河是区内常 年性地表迳流，其水量受大气降水影响，夏秋季大、冬春季小。据黄河水利委员会所设王 道恒塔水文站历年观测结果，该河最大洪流量为 9760m3/s（1976 年 8 月 2 日） ，平水期流 量一般为 3.13m3/s（1986 年 9 月 7 日） 。该河水自北向南流经陕西省汇入窟野河后注入黄 河。西乌兰木伦河和呼和乌素沟亦基本为常年溪流，流量随季节而变化，雨季较大，冬季 锐减。 （2）大气降水 年降雨量多集中在7、 8、 9三个月， 年降雨量为194.7531.6， 平均为 357.3 （1975 1988 年） ；年蒸发量 2297.42833.7 ，平均为 2457.4 ，为降雨量的 511 倍。 （3）含水层类型特征 井田主要充水含水层的储水空间以孔隙为主，裂隙次之，即为裂隙孔隙充水的矿床。主 9 要煤层虽位于当地侵蚀基准面以下，但地表水不发育且与煤层的水力联系不大，构不成矿 床的主要充水因素。主要充水含水层的富水性弱，地下水补给条件差。第四系覆盖面积虽 然较大，但厚度小，水量小，与煤层的间距大。煤层上部隔水层的隔水条件较好，水文地 质边界简单，可视为无限补给边界。根据以上评价，初步将勘查区水文地质类型划分为第 二一类第一型裂隙孔隙充水之水文地质条件简单的矿床。 （4）井田充水因素分析 勘查区主要煤层均在侏罗系中下统延安组（j1- 2y）即第、含水岩段之中，其中高水头、 小水量的承压水是矿床的直接充水来源。主要煤层上部及下部的第二、四隔水层的隔水条 件较好，侏罗系中统（j2）以上之潜水，承压水与三叠系（t3y）承压水只能通过弱透水 层越流、隔水层的局部透水天窗、个别封闭质量较差的钻孔通道，未来井巷等各种渠道向 未来矿井充水，是矿床的间接充水水源。未来采煤所形成冒裂带向矿井充水。大气降水、 地表水与煤层虽没有直接水力联系，但可通过潜水含水层间接地对矿井充水，也是矿床的 间接充水水源。 亢宇：铁康七矿 2.40mt 新井设计 10 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田境界 其地理座标为：东经 10952141100505，北纬 392610393200。铁康七矿 井田为一多边形，东西长约 4km，南北宽 4km，其面积为 16km2。金烽寸草塔矿和万利寸 草塔矿分别位于铁康七矿井田的东北和东部边缘。井田位于鄂尔多斯高原之东部。 2.1.2 边界矿柱留设 铁康七矿井田内地形比较完整，依据相关规定和安全考虑，边界矿柱的留法及尺寸： 1)井田边界煤柱留 20 米； 2)采区边界煤柱留 20 米； 3）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 业场地地面受保护面积应包括保护对象及宽度 20m 的围护带。在工业场地内的井筒，圈定 保护煤柱时，地面受保护对象应包括绞车房、井口房或通风机房、风道等，围护带宽度为 20m。 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。 2.1.3 边界的合理性 本井田以潜伏露头线和勘探线为边界，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 田走向长度小于倾斜长度，有两层煤，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。 11 3)开采多种煤类的煤层，应合理搭配开采。 综上所述，矿井首采区定在靠近工业广场的东部，采区储量丰富，有利于运输的集中 和减少巷道的开拓费用所以井田划分是合理的。 2.2 井田储量 2.2.1 储量计算原则14 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 15 度时，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 0.05 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 矿井工业储量 井田的精查勘探面积为 s=16000000 2 m 根据储量计算公式：cos/smrzg= 式中： zg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 =1.4 t/m 煤层倾角，度 所以，zg =16000000（5.2+8.2)1.4cos0.6=3 亿吨 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： zc= zg= 3 亿吨 2.2.3 矿井煤柱损失 1)断层煤柱损失 亢宇：铁康七矿 2.40mt 新井设计 12 该井天内不存在断层，所以没有断层没住损失。 2)井田境界煤柱损失 井田境界留设 20 米煤柱，总长约为 16000 米。境界保护煤柱损失约为 600.3 万吨 3)工业广场煤柱损失 由矿井设计规范规定：矿井工业场地占地为 0.81.1 公顷/10 万吨，大型矿井取 小值，小型矿井取大值。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 15m 的围护带。再用几何作图的方法确定工业广场保护煤柱的范围。由工业广场 保护煤柱图可知： 1#1 号煤层煤柱损失为：5306405.21.4=246.9 万吨 2#2 号煤层煤柱损失为：5506708.21.4=423 万吨 4）井下主要巷道保护煤柱损失约为 313.5 万吨 5)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。由于本矿井的两层煤全是厚 煤层，因此全矿采区回采率任不应小于 75%，即 c=75%。 2.2.4 矿井的设计储量 矿井设计储量=工业储量永久煤柱损失量，即： zs=zc- -p1 （2- 2） 式中：zs矿井的设计储量，万吨 zc矿井的工业储量，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) 此矿井永久煤柱只有井田境界保护煤柱，故： zs=30016600.3=29415.7 万吨 2.2.5 矿井的设计可采储量 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： cpzz sk =)( 2 （2- 3） 式中：zk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 13 道等保护煤柱煤量） c采区回采率，c=0.75 此矿井可回收利用保护煤柱煤量有工业广场和阶段间保护煤柱煤量，故： zk=（29415.7669.9313.5）0.75=21323.7 万吨 亢宇：铁康七矿 2.40mt 新井设计 14 3 矿井的年产量、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 矿井的年产量 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， 设计矿井的生产能力确定为 2.4mt/a，合理可行，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 2 层，保有 工业储量为 3 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，煤层埋藏适中，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。 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。本井田内交通十分便利，矿区交通目前以公路、铁路为主，从石圪台煤矿经布尔台乡 到伊旗阿镇长 34km 的一级公路穿过井田。井田东有包神铁路，全长 177km。该铁路沿乌 兰木伦河东岸在井田东侧通过。 井田外公路由伊旗阿镇向北经东胜到包头 150km 与包京公 路相接；向南经新街到陕西榆林 170km；向西经鄂托克旗到乌海市 409km；向东经准格尔 旗到内蒙古首府呼和浩特市 370km，交通条件较为便利。综上所述，由于矿井优越的条件 及外部运输条件，矿井的生产能力为 240 万吨是可行的、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 服务年限 矿井保有工业储量 3 亿吨，设计可采储量 21323 万吨，按 2.4mt/a 的生产能力，考虑 1.4 的储量备用系数，则 15 )/(kazp k = （3- 1） 式中： k 矿井备用系数，取 1.4 a 矿井生产能力，2.4mt/a zk矿井可采储量，万吨 p 矿井服务年限，年 代入数据得 p=21323/（2401.4）=63.4 年 因为服务年限大于 50 年，所以符合设计规范要求。 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： 矿井工作日为 330 天。 本矿井工作制度采用“三八”制，两班采煤，一班检修，日提升工作时间为 16 小时。 亢宇：铁康七矿 2.40mt 新井设计 16 4 井田开拓 井田开拓方式应该通过对矿井设计生产能力，地形地貌条件，井田地质条件，煤层赋 存条件，开采技术及装备设施等综合因素进行方案比较以及系统优化之后确定。因此，在 解决井田开拓问题时，应遵循以下原则： 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 低效率高创造条件。要使生产系统完善、有效、可靠，在保证生产可高和安全的条件下减 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，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，使主要巷道经常保持良好状态。 5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、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，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其他有益矿物的 综合开采。 4.1 井筒形式、位置和数目的确定 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。 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有足够储量的山岭 地带，本井田地处丘陵地带，煤层埋藏较浅，利用无轨胶轮车运料行人非常方便快捷。 斜井：利用斜井开拓要求煤层埋藏较浅、地质条件简单，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。本井田地质条件可以充分发挥斜井的优 势，采用斜井运煤回风非常适合。 立井：根据设计规范第 3.1.4 条，煤层埋藏较深，表土层较厚，水文地质条件复 杂、井筒需要特殊施工，本矿井地质条件不宜采用立井开拓方式。 依上，本设计采用斜井平硐混合开拓方式。 17 4.2 确定井筒的位置及数目 4.2.1 井筒数目 本矿年产量 2.40mt，属大型矿井，在开拓时，决定采用三个井筒：主斜井、副斜井和 副平硐，形成中央并列式通风。主斜井采用胶带输送机提升并进风，副斜井提矸、进风， 副平硐采用无轨胶轮车运人运料并回风。这样确定的井筒数目可以满足矿井提煤、运料、 通风的要求，保证矿井生产高产、高效、安全，有助于本矿的正常有序发展。 4.2.2 井筒位置 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。 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+20 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。所以，综合考虑，工业广场选择布置在井田中下部，从而使储 量合理分布。 亢宇：铁康七矿 2.40mt 新井设计 18 4.3 井筒参数及断面图 表 4- 1 井筒特征表 fig4- 1 shaft features table 井筒名 称 井筒用 途 断面尺 寸（） 长度 （m） 提升容器 主斜井 运煤、 进 风 27.1 1140 胶带输送机 副斜井 进风、 行 人、 提矸 31.53 1150 无轨胶轮车 副平硐 回风、 行 人、 运料 31.53 1805 无轨胶轮车 各井筒断面见图 4- 2；4- 3；4- 4； 19 图 4- 2 主斜井断面 fig 4- 2 main shaft sections 亢宇：铁康七矿 2.40mt 新井设计 20 图 4- 3 副斜井断面图 fig.4- 3 auxiliary shaft crosssection fig 21 图 4- 4 平硐断面图 fig.4- 4 auxiliary adit crosssection fig 4.4 开采水平的设计 4.4.1 水平高度的确定 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3。 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 斜长则因煤层倾角的大小不同而变化。该矿井内煤层走向。倾向变化均很小。煤层底板标 高基本在+960+1010 之间，地面标高基本在+1150 左右，且倾角较缓。 亢宇：铁康七矿 2.40mt 新井设计 22 开采水平标高：+1150m 4.4.2 设计水平大巷布置 运输大巷的布置方式有三种：运输大巷可以单煤层布置（又称分煤层运输大巷） ；分 煤组布置（又称分组集中大巷） ；全煤组集合布置（称集中运输大巷） 。 方案一：分煤层大巷布置 优点：若采用分煤层大巷布置，开设一组主要石门，各煤层中都布置大巷，各煤层单 独布置采区，均为煤层巷道，有利于掘进，矿井达产快，符合不出矸石或少出矸石的煤炭 工业发展趋势，环保效益好，开采巷道相对简单。 缺点：每层煤都开掘大巷，开拓工程量大，巷道的维护费用较高，不利于矿井的安全， 运输通风系统复杂。轨道、管线、设备多，辅助人员多，巷道维护工程量大，维护困难， 采区接替频繁，对正常生产有一定影响；每层煤都需要留保护煤柱，煤炭损失量大；在有 自然发火危险的煤层中，护巷煤柱压裂透风，容易引起自然发火。 方案二：集中大巷布置 在煤层群最下部的底板岩石中，开掘阶段集中运输大巷为所有采区服务。在集中运输 大巷内，每隔一定距离开掘采区石门，将各个煤层联系起来。 这种布置方式的优点是：大巷布置在底板岩石中可以免去支撑压力对大巷的影响，大 大改善了巷道的维护条件；集中开拓各个煤层，采区生产能力大；大巷布置在岩层中，可 按开采技术要求直线掘进，便于采用大型运输设备；运输大巷工程量少、占用轨道、管线 少，各个煤层可以同时进行回采准备，开采强度大；煤层内可以不留设煤柱，煤炭损失少； 其缺点是：初期工程量大，建井工期长，采区石门多，总的石门长度大，岩石工程量 大。这种布置方式一般适用于井田范围大、煤层层数多、煤层间距不大的矿井中。建井施 工速度慢，投产慢，达产时间长，开拓费用高。 方案三：分组运输大巷布置 由于各煤层间距相差不多，而距离较远，分组布置远不如集中布置在技术和经济上可 行，所以不考虑用分组布置。 经过以上技术和经济上的比较的结果来看，方案二，维护费用总费用较低。因此，本 设计采用方案二较为合理。 运输大巷承担运煤任务，在运输大巷内布置带式输送机；轨道大巷承担运料、回风、 行人的任务，用无轨胶轮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 23 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。 4.5 采区划分及开采顺序 4.5.1 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、经济因素影响，我国矿井实际的采区倾斜长度多为 5001000m，双翼采区 的走向长度可达 10002000m，根据设计矿井特点：煤层赋存稳定、倾角小、充分利用大 的地质构造作为采区边界，减少煤炭损失。共划分为四个采区。详细情况见表 4- 8， 表 4- 8 井田各采区技术特征表，以及矿井开拓平面图 采区 走向长 度米 倾斜 长度 储量 mt 采煤方式 落煤 方式 准备方式 一盘区 2085 1851 69.6 走向长壁 综采 单翼采区 二盘区 2085 1683 63.3 走向长壁 综采 单翼采区 三盘区 1955 2122 74.5 走向长壁 综采 单翼采区 四盘区 1955 1927 67.4 走向长壁 综采 单翼采区 合计 8080 7583 274.8 4.5.2 开采顺序 矿井的开采工作，应当有计划、有步骤地按一定顺序进行，以便保证安全、均衡生产， 并且有利于提高技术经济指标。 合理的开采顺序应满足以下要求： 1) 保证开采水平、采区、采煤工作面的生产正常接替，以保持矿井持续稳产、高产。 2) 符合煤炭采动影响关系，最大限度的开采出煤炭资源。 3) 合理集中生产， 充分发挥机械设备的能力， 提高矿井的劳动生产率， 简化巷道布置。 4) 尽量降低掘进率，减少井巷工程量及基建投资。 综合上述因素，将本矿的开采顺序划分如下： 整个井田的开采工作沿着倾斜方向由下向上依次进行，即阶段上行式开采。 采区：由井田中部向井田两翼开采，即采区前进式； 分层：自上而下逐层开采； 亢宇：铁康七矿 2.40mt 新井设计 24 工作面：回采工作面推进方向是从采区一翼向采区上山推进，即工作面后退式开采。 4.6 开拓系统综述 4.6.1 开拓方式 本设计矿井采用“斜井单水平、 集中运输大巷、走向长壁相结合”的开拓方式。采用斜 井开拓，共 3 个井筒，主运输斜井、辅助运输斜井和辅助运输平硐，采用中央并列式通风 方式。矿井开采水平在+940m 标高位置，矿井正常生产时，一个采区一个综采工作面保证 年产量。 4.6.2 运输系统 运煤系统：工作面出煤区段运输顺槽运输大巷从主斜井提到地面； 排矸系统：掘进巷道时所出的矸石通过无轨胶轮车副斜井提至地面； 运料系统：平硐分层辅运大巷区段运输平巷使用地点。 4.6.3 通风系统 新鲜风流：主、副斜井分层辅运大巷区段运输平巷工作面； 污 风：区段回风平巷分层运输大巷平硐排出地面。 4.6.4 排水系统 井下的涌水经大巷流入井底水仓， 由水泵房中的水泵， 经副斜井的排水管路排到地面， 由地面的排水沟流出井田边界外。 25 5 采准巷道布置 5.1 设计采区的地质概况及煤层特征 5.1.1 采区概况 设计采区为一采区， 该采区位于井田东翼， 采区平均走向长 2020 米， 倾斜长 1896 米，煤层倾角平均 0.6。属于近水平煤层，采区内地质构造简单，无断层，煤变质程度不 高，煤质好，瓦斯绝对涌出量为 1.9m3/min。发火期短，煤层直接顶较薄。 5.1.2 煤层地质特征 一采区做为首采区，是上山开采，采区开采两层煤，煤层平均倾角为 0.6，属于近水 平煤层，采区内地质构造简单，无断层，煤质较好，水分含量 0.5615.54,瓦斯相对涌 出量为 0.08m3t，煤尘无爆炸性，危险自然发火期为 3- 6 个月，煤层顶底板较为稳定。 5.1.3 采区生产能力及服务年限 本区生产能力 2.40mt/a，设计采用一个综采工作面达产。 采煤工作面实行“三八”制，即每天两个班采煤，一个班检修，采煤班每班采 9 刀煤， 循环进度 0.6 米，正规循环率 85%。 1）盘区生产能力 a crmlia= （5-1） 式中：a工作面日产量，t/日； i工作面长度，300m； m 采高，按 5.2m 计算； l 工作面日推进度，6 刀/日0.6m/刀=3.6m； r 煤容重，r=1.4 t/ m； c 综放工作面回采率，c=0.93； a=3005.23.61.40.93=7312t/日 同时考虑 10%的掘进出煤则采区生产能力为： a= a1.1330=265.4 万 t/a 2）盘区服务年限： 亢宇：铁康七矿 2.40mt 新井设计 26 t=e/a （5-2） 式中： e盘区可采储量 t； a平均生产能力 t/a 则 t=6960/265.4=26 年； 符合煤炭设计规范中关于采区生产能力服务年限的规定。 5.2 盘区形式 5.2.1 盘区形式的确定 根据盘区内煤层赋存条件及大巷位置，本盘区可以选择倾斜长壁采煤法和走向长壁采 煤法， 但考虑走向长壁采煤法的工作面折返推进长度大， 而且倾斜长壁采煤法减少了10% 20%的巷道掘进量，巷道布置简单、通风线路短、风流方向转折变化少，同时，使巷道交 叉点和风桥等通风构造相应减少，对地质条件适应性强，技术经济效果好，故经比较本区 采用盘区式准备方式，倾斜长壁采煤方法。 5.2.2 盘区形式、主要大巷的数目、位置及用途 由本矿区水文地质及大巷布置形式，本矿区俩层煤巷道采用集中布置，在下层煤层石中掘 集中巷，在巷中铺设皮带，负责这俩层煤的运输。在每层煤中布置两条平巷，一条为带区 运煤平巷，负责运煤及进风，另一条为带区运料平巷，负责运料及回风。上下俩层煤由斜 巷连接，在一头设置转载机负责把煤运到下层煤运输大巷中。 5.3 盘区分带划分、盘区巷道布置 5.3.1 条带的划分 条带的划分要合理，确定条带的宽度及长度和条带的数目，条带长度等于回采工作面 的长度加上两顺槽的宽度（和护巷煤柱的宽度） ；合理的工作面长度不仅取决于矿井的产 量，而且要考虑其内部的生产技术条件，兼顾其它煤层，以便取得较高的采区产量和效率， 条带划分还应考虑以地质变化或地质构造作为条带边界，以免影响回采工作面的正常生 产。 煤炭工业矿井设计规范规定：综采工作面的长度不小于 160m，年推进度不小于 1000m，为了使一个工作面就达到设计产量，考虑到地质条件以及全矿的生产能力、管理 水平等因素，工作面定为 300m。该区一共划分为 5 个条带。 27 5.4 盘区车场及硐室 5.4.1 盘区车场 由于本设计矿井运煤时全部采用皮带运输，而运料运人采用无轨胶轮车，由辅助斜巷 直接进入工作面，斜巷倾角 7，需要进行一次转折，这种布置方式使用方便，运行可靠。 同时增加煤的回采率。 5.4.2 盘区硐室 1）盘区变电所 盘区变电所是盘区供电枢纽，合理确定盘区变电所的位置及尺寸是保证带区正常生 产，减少工程费用的重要措施。盘区变电所应布置在岩层稳定，且无淋水、矿压小、通风 良好的地方，并位于盘区的中心，盘区变电所要采用不可燃的材料支护。本设计盘区变电 所采用锚喷支护，底板采用混凝土铺底，硐室与巷道的联结处设置向外开的防火栅栏两用 门。 图 5- 1 带区变电所 pursue 5- 1 belt area coal substation 5.5 采区生产系统 5.5.1 采准系统 本盘区采用倾斜长壁的开采方法，是本矿井的首采区。因此，采准系统先掘至本盘区 运输大巷，然后掘进风行人斜巷，盘区运输平巷，运输斜巷.然后是盘区辅助运输顺槽，回 亢宇：铁康七矿 2.40mt 新井设计 28 风顺槽，接着是开切眼，最后形成开采系统。 5.5.2 通风系统 新风由地面副斜井运输大巷进风行人斜巷盘区辅助运输平巷工作面盘 区煤层回风平巷盘区回风石门回风大巷平硐地面 5.5.3 运输系统 1）运煤系统：工作面出煤运输顺槽盘区运煤平巷运输大巷主斜井地面 2）运料系统：地面平硐辅助运输大巷回风顺槽工作面 3）排矸系统：掘进工作面掘进巷道盘区回风石门回风大巷 副斜井地面 4）行人系统：平硐辅助运输大巷回风顺槽 工作面 5.5.4 排水系统 工作面排水系统：综采工作面排水能力不应小于350m 3/h，回风顺槽、胶运顺槽各铺设 一趟159排水管路。回风顺槽和胶运顺槽159排水管路的积水排入顺槽集中水仓，集中 水仓中转排入辅运219排水管路排至中央水仓，经主斜井的排水管路，到地面污水处理 厂。具体排水路线如下： 工作面排水线路：综采工作面-辅助运输顺槽-煤辅运大巷-煤中央水仓-主 斜井-地面污水处理厂 工作面出现较大涌水时，在电缆槽上面铺设102管，排到胶运（回风）顺槽的159 污水管。当工作面涌水量增加时，及时增加水泵和排水管路。 工作面排水能力核定：综采工作面辅运顺槽内工作面至移变列车段共设置 bqs15/30-4/b型号的水泵5台，每台流量为15m 3/h，4台使用，1台备用；工作面设置 bqs15/30-4/b型号的水泵6台，流量为15m 3/h，5台使用，1台备用，分别布置于运输机机头、 50#、100#、150#、运输机机尾，当工作面架前有积水时采用就近水泵进行抽排，没有积 水时将水泵及电缆收回相应存放地点。 工作面总排水能力为：q=5*15+6*15+17*15 =420 m 3/h 5.6 盘区开采顺序 对于一个采区来说，合理的开采顺序应该是在考虑采动影响的关系的前提下，保证采 29 区内回采工作面的正常接替，保证矿井持续稳产、高产，最大限度地采出煤炭资源，减少 巷道掘进和维护工程量，合理集中生产，充分发挥设备的能力，提高技术经济效益，便于 灾害防治，保证生产安全可靠。 本区长 2085，宽 1851m，共有俩层煤，厚度分别为 5.2m、8.2m。层间距为 33m，带 区巷道布置为集中布置。 本区俩层煤开采顺序为由上而下，即下行式，1- 1#、2- 2#煤层依次开采。 5.7 盘区巷道断面尺寸，支护方式，盘区准备工程量 5.7.1 盘区巷道断面尺寸及支护形式的确定依据： 1）巷道所处的位置及围岩的物理力学性质及地压作用的大小。 2）为满足盘区机械化采煤的需要，盘区内各巷道断面应满足各机械设备的要求。 3）巷道的支护形式及支护材料应满足巷道的服务年限。 4）盘区巷道断面还要满足通风和安全的需要。 根据以上所述及带区实际的自然条件，本设计带区进、回风煤层平巷均采用梯形 断面，工作面顺槽亦采用梯形断面。根据煤矿安全规程规定：综采工作面，其运输顺 槽的断面不小于 12m2，回风顺槽净断面不小于 10m2，运料、通风和行人上、下山的净断 面不宜小于 10m2，由于半圆拱形巷道断面受压能力大，维护费用低，故带区运料斜巷、行 人进风斜巷均采用拱形断面，锚喷支护，工作面回采巷道均选用支撑掩护式支架支护，带 区各种巷道的断面规格如图： 表 5- 3 部分盘区准备工程量表 tab. 5- 3 partial belt area prepartion project meter 巷道名称 支护类型 净断面 m2 掘断面 m2 长度 m 净体积 m3 掘体积 m3 盘区运煤平巷 锚喷 13.5 14.66 2469 33337 36202 盘区回风平巷 锚喷 13.5 14.66 2469 33337 36202 分带运输顺槽 工字钢梁 13.2 14.8 1903 25120 28164 分带回风顺槽 工字钢梁 12.6 14.3 1903 23978 27213 带区变电所 砌碹 8.69 10.53 13 113 137 开切眼 支撑掩护支架 18.9 22.3 220 4158 4906 亢宇：铁康七矿 2.40mt 新井设计 30 图 5- 3.运输顺槽巷道断面图 fig. 5- 3 transport trough tunnel section 图 5- 4 回风顺槽断面及特征 fig. 5- 4 returns to the wind to break the chart along the trough and charactic 31 5.8 盘区的巷道掘进率、采区回采率 5.8.1 盘区的巷道掘进率 盘区的巷道掘进率是生产矿井在一定时期内每生产万吨煤所需掘进的生产巷道总进 尺数和开拓总进尺数。用下式计算盘区巷道掘进率： zla/= （5-4） 式中：a盘区巷道掘进率，m/万 t； l掘进巷道总长度，m； z盘区可采储量，万 t。 表 5-4 巷道掘进表 table 5-4 tunnel heading list 岩 巷 煤 巷 巷道名称 进尺数 m 巷道名称 进尺数 m 进风行人斜巷 300 盘区运煤平巷 2005 盘区回风石门 300 回风顺槽 2005 辅运大巷 2760 开切眼 300 回风大巷 3070 辅平硐 2083 回风斜井 1670 则岩巷掘进率为：a1=l1/z=（310+300）