采矿工程毕业设计（论文）-釜山四矿3.00Mta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 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 本次设计是釜山四矿 3.0mt/a 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 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 2 容。 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。 1 矿区概况及井田地质特征 1.1 矿区概况 1.1.1 矿区地理位置及行政隶属关系 釜山四矿位于高平市西北 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 。 1.1.2 矿区交通条件 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 1.1.3 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 0.00415m 3/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 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 4 1.1.4 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 0.300.43m。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。 1.1.5 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。 1.1.6 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 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 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，与焦作泉域分界。 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 1 号 2 号 3 号煤层。1 号煤层为黑色，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，夹镜煤条带。细中条带状结构， 层状构造。属半亮光亮型煤。2 号煤层为黑色，玻璃金刚光泽，断口参差状贝壳状， 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 6 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。 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。 1.3.2 煤层埋藏条件及产状 煤层走向主体为东西走向， 最小倾角 7.6 度， 最大倾角 21 度， 可采煤层间距见表 1-1。 煤层 厚度 煤层间距 1 煤层 3.5 15 2 煤层 8.0 20 3 煤层 5.5 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 1.3.3 煤层综合柱状图 图 1- 2 综合柱状图 fig.1- 2 synthesis histogram 1.3.4 顶底板岩性 煤层直接底板：由灰黑色泥岩和灰白色粉、细砂岩所组成，结构致密、细腻、无裂隙， 厚度一般在 1020m 之间，平均 15m 左右，按其坚固程度属于软质岩石。 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。 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 8 1.3.5 煤的含瓦斯性、自燃性 1）瓦斯及其赋存规律 本矿井属于低瓦斯矿井，相对涌出量为 6.15 m 3/t，瓦斯含量随埋藏深度增加而增大 的变化规律，而局部瓦斯含量异常变化时受小构造影响所致。 2）煤的爆炸 1、2、3 号煤层均无煤尘爆炸危险性。 3）煤的自燃倾向性 从上可知，井田内 1、2、3、号煤层均属不易自燃煤层。 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田的边界 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 4.88km，倾斜宽 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 3.31km，面积 16.17 km 2。 2.1.2 边界煤柱的留设 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： 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。 2.2 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) 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 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 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 10 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 （2-1） 式中：z矿井工业储量，t s井田面积，k m 2 m可采煤层总厚度，m r煤的容重，1.4t/m 3 所以，z=16.17(3.5+8+5.5)1.4=384.85 mt 其中：1 煤储量：16.173.51.4=79.23mt 2 煤储量：16.1781.4=181.11mt 3 煤储量：16.175.51.4=124.51 mt 2.2.3 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） 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，浅部防水煤柱等。 p1=488330171.4+365730171.4+390930171.4+389530171.4+285 030171.42=13.70mt 临时煤柱损失 p2主要包括工业广场压煤。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 p2=（1281+1422）1249/2171.4=40.17mt zs=（zp1p2)c=（384.8513.7040.17）0.75=248.24mt 即该井田的可采储量为 248.24mt 2.2.4 工业广场面积的确定 本矿井设计年产 300 万吨，所以工业广场面积为 s=3001.00.1=30 公顷，选择边 长为 500m600m 的长方形。 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 12 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 矿井的年产量合理性 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 248.24mt，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。本井田离唐山市较近，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。 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 是可行的、合理的。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 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 1.3 1.5，本矿井取用 1.4。 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 1.4 p=z(ak) =248.24/(3.01.4)=60 年 由设计规范第 2.2.5 条知，矿井设计生产能力为 300 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 60 年，符合设计规范规定。 3.2 矿井的一般工作制度 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 16 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三班，两班出 煤，一班检修，每班工作 8 小时，即“三八制”工作制。 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 14 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，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 综合开带。 4.1 井筒形式、位置和数目的确定 4.1.1 井筒形式的确定 井筒是联系地面与井下的咽喉，是全矿的枢纽。井筒选择应综合考虑建井期限，基建 投资，矿井劳动生产率及煤的生产成本，并结合开拓的具体条件选择井筒。 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高地势，例如山地 或丘陵，也就是要在高于工业广场以上具有一定煤炭储量。根据本井田地质情况，地面标 高+1241 米，煤层赋存在+200+650 米之间，冲积层较厚，地势平缓。很显然，利用平硐 开拓对于本井田来说是没有可行性的。并且由于冲积层太厚，若采用斜井开拓，在技术与 经济上不合理，因此斜井开拓也不适用于本井田。故本设计矿井采用立井开拓。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 4.1.2 井筒位置及数目的确定 1) 井筒的数目 a 根据本矿区煤层的埋藏的具体条件，各井筒均采用立井。 b主、副井各一个，风井一个（见图4-1、4-2、4-3） 。 该设计采用三个井筒的井田开拓方式：主井、副井、风井，通风方式为中央并列式通 风。 2) 井筒的位置 选择井筒位置的原则： a 有利于第一开采水平的开采，并兼顾其它水平，有利于井底车场的布置和主要运输 大巷位置的选择，石门工程量小。 b有利于首采区不只在井筒附近的富煤块段，首采区少迁村或不迁村。 井田两翼储量基本平衡。 c 井筒不易穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或较弱岩层。 d 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， 不受滑坡和洪水威胁。 e工业广场宜少占农田少压煤 f 水源，电源较近，矿井设在铁路专用线路短，道路布置合理点。 便于布置工业场地的位置，主要是根据以下一些原则： a有足够的场地，便于布置矿井地面生产系统及其工业建筑物和构筑物。 b有较好的工程、水文地质条件，尽可能避开滑坡、崩岩、溶洞、流沙层等不良地段， 这样既便于施工，又可以防止自然灾害的侵袭。 c便于矿井供电、给水、运输，并使附近有便于建设居住区、排矸设施的地点。 d避免井筒和工业场地遭受水患、井筒位置要高于当地最高洪水位。 e充分利用地形、使地面生产系统，工业场地总平面布置及其地面运输合理，并尽可 能是平整场地的工程量少。 对井田开采有利的井筒位置，确定依据： 倾斜方向的位置： 从保护井筒和工业场地繁荣煤柱损失看，愈靠近浅部，煤柱的尺寸愈小；愈靠近深部， 煤柱的损失愈大。 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 16 走向的位置 a) 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，以次形成两翼储量比较均衡的双翼井田。应该避免井筒偏于一侧造成单翼开采的 不利局面。 b) 井筒设在井田中央时，可以使沿井田走向运输工作量小，而井田偏于一侧的相应 井下运输工作量比前者要大。 c) 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。 d) 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。 综合考虑，主副井筒位置选在井田几何中央位置。 风井井口位置的选择: 风井井口位置的选择，应在满足通风要求的前提下，与提升井筒的贯通距离较短，并 应利用各种煤柱。 综合考虑，风井也选在井田几何中央的位置。 图 4- 1 主井断面图 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 fig.4- 1 main shaft crosssection fig 表 4- 1 主井特征参数 tab.4- 1main characteristic parameters 井型 3.0mt/a 提升容器 两对 16t 箕斗 井筒直径 7.5m 井深 609.5m 净断面积 44.18 井筒支护 钢筋现浇混凝土 表土段 800950 基岩段 550 基岩段毛断面积 58.09 表土段毛段面积 67.9370.88 图 4- 2 副井断面图 fig.4- 2 auxiliary shaft crosssection fig 表 4- 2 副井特征参数 tab.4- 2 auxiliary parameter 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 18 井型 3.0mt/a 提升容器 一套 5t 双层单车罐笼带平衡锤 一套一大罐笼 5t 双层单车 一个小罐笼 井筒直径 8.0m 井深 552.5m 净断面积 50.26 井筒支护 钢筋现浇混凝土 表土段 1200 基岩段 550 基岩段毛断面积 66.47 表土段毛段面积 76.9786.59 图 4- 3 风井断面图 fig.4- 3air shaft crosssection fig 表 4- 3 风井特征参数 tab.4- 3 ventilating characteristic parameters 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 井型 3.0mt/a 井筒直径 6.6m 井深 675.3m 净断面积 34.21 基岩段毛断面积 49.02 表土段毛段面积 62.2165.04 4.2 开采水平的设计 4.2.1 水平划分的确定 本井田煤层底板标高在+200+650米，垂高为450米。本井田采用三立井，单水平， 大巷集中布置，并且采用分层开采。水平高度确定在415标高所在的水平。 4.2.2 设计水平的巷道布置 由于本井田煤层间距较近，层间距50米，故采用集中大巷布置，分煤层开采。岩石 运输大巷布置在360水平岩层中，延伸到3号煤层处。岩石轨道大巷在距井底车场230米处 起坡，倾角24度，穿过两层煤到达1号煤层。 4.2.3 大巷的位置、数目、用途和规格 1)大巷的位置 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。 本矿井的可采煤层有三层，岩石运输大巷布置在煤层底板 360 水平处，轨道大巷布置 在煤层底板 355 水平处，运输大巷直接延伸 180 米处起坡，以倾角 45 度的行人斜巷与煤 层运输平巷相连。轨道大巷在距井底车场 230 米处起坡，倾角 24 度，穿过两层煤到达 1 号煤层，轨道斜巷布置在穿煤层当中，斜巷上部与煤层轨道平巷用石门相连。岩石回风大 巷通过岩石回风斜巷与煤层运输平巷相连。 2)大巷的数目和用途 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 20 根据运输和通风条件，本矿井共布置三条大巷：运输大巷、轨道大巷、回风大巷。 a 运输大巷：将西翼一区采出的煤运至井底煤仓，完成运输任务。 b 轨道大巷：承担整个矿井进风、运料、排水、排矸、行人等任务。 c 回风大巷：承担整个矿井的回风任务。 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。 巷道断面特征见图 4-4、 4-5、 4-6。 图 4-4 运输大巷断面图 fig.4-4 transport the big lane sectional drawing 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 图 4-5 轨道大巷断面图 fig.4-5 track transport the big lane sectional drawing 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 22 图 4-6 岩石回风大巷 fig 4-6 rock return air 轨道大巷运输方式采用单轨吊运输，运输大巷采用胶带输送机运输。对大巷运输方式 选择的依据是： 1）由于设计生产能力较大，采用此种运输方式能满足要求。 2）较矿车运输费用低，井底车场布置简单，设备投资少。 3）对大巷坡度没大限制，可沿着与煤层底板30米距离掘运输大巷，要求将大巷取直。 4）采用三条大巷能解决煤、矸、物、人同与副井时运输问题，运输设备配套。 5）大巷有效断面大，行人通风非常有利。 4.3 采区划分及开采顺序 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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 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车场和硐室的掘进量； 减少煤柱损失；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 8左右，可以采用盘区式准备 和带区式准备，但与盘区式准备相比，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， 可将井田划分为五个带区， 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 4-4 带区情况表 tab. 4-4 belt area situation tables 带区编号 带区面积/km 2 可采储量/万 t 生产能力/万 t 服务年限/a w1 2.5 4463.0 300 10.6 w2 1.9 3392.0 300 8.1 e3 3.1 5534.0 300 13.2 s4 4.0 7140.0 300 17.0 e5 1.5 2678.0 300 6.4 以上计算所得结果均为平均值。 4.3.2 采区划分的合理性 参照国家目前开采技术条件， 可知以上各参数的选取是合理的， 适合于近水平厚煤层、 回采工艺为综放的情况。 下面从技术、经济因素的角度来分析以上各条带尺寸选择及划分的合理性： 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 24 1、技术因素 带区生产时，巷道内铺设胶带运输机，根据我国目前运输机生产现状，胶带机其长度 在 10003000 米之间，考虑到带区实际斜长，可选用一台胶带输送机，这样可解决工作 面推进长度过长的问题，又解决了条带斜巷的运输问题。 随着通风技术的发展，现阶段独头掘进的距离可达 3000 多米，因此通风问题对带区 倾斜长度的大小没有限制。 带区变电所设在集中大巷附近， 考虑到带区斜长过大将使供电距离增大， 电压降升高， 势必影响到工作面机电设备的启动，因而结合实际情况，把变电所布置在带区中央，以解 决供电问题。 2、经济因素 目前，根据我国采煤机械化发展现状及采煤方法的使用情况，结合本设计矿井的地质 构造因素，带区倾斜长度的划分是比较合理的。不仅有利于工作面的持续推进，减少工作 面的搬家次数，也有利于工作面及带区的正常接替，而且开采时采用沿空掘巷，减少了煤 柱损失，增加了可采储量及服务年限，利于集中生产，从经济上考虑其优越性是明显的。 4.3.3 开采顺序 合理的开采顺序是在考虑煤层采动影响的前提下，有步骤、有计划的按照一定的顺序 进行，保证采区、工作面的正常接替，以保证安全、均衡、高效的生产，并且有利于提高 技术经济指标。合理的开采顺序可以保证开采水平、采区、回采工作面的正常接替，保证 矿井持续稳定生产，最大限度地采出煤炭资源，减少巷道掘进率及维护工程量；合理的集 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。 根据矿井设计规范规定，新建矿井采区开采顺序必须遵循先近后远，逐步向井田 边界扩展的前进式开采。多煤层开采时，一般先采上层，后采下层的下行式开采，还应厚、 薄煤层合理搭配开采；开采有煤与瓦斯突出煤层时，应按开采保护层、抽放瓦斯及单独开 采等技术措施要求，顺序开采。为保证均衡生产,一个采区开始减产,另一个采区即应投入 生产。为此，必须准备好一个新的采区。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。 综合上述因素，将本矿的开采顺序划分如下： 沿煤层走向方向的开采顺序 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 条带内沿倾斜方向的推进方向可分为前进式与后退式两种。前进式是回采工作面向远 离大巷方向推进,运输斜巷及回风斜巷在回采工作面之后采空区中维护,这种工作面推进 方式有投产快、出煤早的优点,但巷道维护困难,漏风量大,因此这种方式只在顶板岩石坚 硬,地质变化很小,无自燃发火倾向的薄煤层中才考虑使用,本设计井田采用后退式回采, 即回采工由条带边界向大巷方向推进,以保证条带运输斜巷及回风斜巷具有良好的作面维 护条件,避免了严重漏风,更有利于预防煤层的自燃发火。 沿煤层垂直方向的开采顺序 本设计井田为近水平煤层,对于近水平煤层的开采,通常采用下行式开采顺序,这主要 是因为：先采上部煤层,后采下部煤层,使上层煤一般对下层煤的开采没有什么影响或者影 响很小,对下部煤层开采所布置的巷道维护及工作面的安全有利,因此,本井田内煤层群开 采亦基本上采用下行式开采顺序。 4.4 开采水平井底车场形式的选择 4.4.1 开采水平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。当大巷带用带式输送机运 煤，辅助运输采用有轨道时，宜采用环形车场。 由于本设计中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，井底 车场与大巷之间距离较短，所以井底车场型式选为环形式车场中的卧式车场。如图 4-7。 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 26 1主井2副井3风井4煤仓5运输大巷6轨道大巷 7回风大巷8中央变电 所9中央水泵房10主井清理撒煤斜巷11火药库12水仓13等候室 图 4- 7 井底示意图 fig.4- 7 shaft station abridged general view crosssection distinction 4.4.2 车场硐室 4.4.3 井底车场主要硐室 根据矿井设计规范规定，井下硐室应根据设备安装尺寸进行布置，并应便于操作、 检修和设备更换，符合防水、防火等安全要求。井下主要硐室位置的选择，应符合下列规 定： a 应选择在稳定坚硬岩层中，应避开断层、破碎带、含水岩层； b 井下硐室不布置在煤与瓦斯突出危险煤层中和冲击地压煤层中。 井底车场的主要硐室包括煤仓、箕斗装载硐室、中央变电所、中央水泵房及火药库。 1)井底煤仓及装载硐室 井底煤仓位置应根据大巷运输方式、装载硐室位置、围岩条件及装载胶带机巷与装载 硐室相互联系等因素比较确定。 井底煤仓宜选用圆形直仓，井底煤仓的有效容量按下式计算： mcmc aq)25 . 0 15 . 0 (= （4-1） 式中： qmc井底煤仓有效容量(t) 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 amc矿井日产量(t) 0.150.25系数，大型矿井取小值，小型矿井取大值，本设计取 0.15。 则井底煤仓容量为： qmc=0.153000000/330=1364t 箕斗装载硐室的位置，应根据主井提升方式，装载设备布置，便于设备安装、检修、 更换和行人安全等因素确定。主井井底掘至井底车场水平以下 40 米，煤仓及装载硐室均 于车场水平一样，清理井底洒煤在车场水平以下的主井井底清理通道进行。 煤仓为立式，结构见图： 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 28 图 4- 8 煤仓断面图 figure 4- 8 coal bunker sections 表 4- 5 煤仓断面特征表 tab.4- 5coal pocket cross- section mark sheet 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 29 生产能力 （万吨 年） 容量（t） 圆形断面 （mm） 净断面 （ 2 m） 煤仓高度（m） 支护方式 300 2110 8000 50.24 30 锚喷加混凝土 2)中央变电所、中央水泵房和水仓 中央变电所和中央水泵房联合布置，以便使中央变电所向中央水泵房供电距离最短。 一般布置在副井井筒与井底车场连接处附近，当矿井突然发生火灾时，仍能继续供电、照 明和排水，为便于设备的检修及运输，水泵房应靠近副井空车线一侧。水泵房与变电所之 间用耐火材料砌筑隔墙，并设置铁板门为防止井下突然涌水淹没矿井。变电所与水泵房的 底板标高应高出井筒与井底车场连接处巷道轨面标高 0.5 米，水泵房及变电所通往井底车 场的通道应设置密闭门。水仓入口，一般设在空车线，井底车场标高最低处，确定水仓入 口时，应注意水仓装满水。 中央变电所和中央水泵房建成联合硐室，具体见图4- 9： 图 4- 9 中央变电所和中央水泵房联合硐室 fig.4- 9substation capacity and water pump house union booth 3)火药库 由于本矿井带用全部机械化带煤，所以相对用火药较少，选用储量较小的壁槽式火药 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 30 库就可以满足井下正常工作的需要。 库房与巷道的关系： a 库房距井筒、井底车场、主要运输巷道、主要硐室和影响全矿井大部分带区通风的 风门的直线距离应不小于 60 米； b 库房距经常行人的巷道的直线距离应不小于 20 米； c 库房距地面或上下巷道的直线距离不小于 15 米。 根据本设计井底车场的实际位置，采用容重 2400 公斤壁槽式标准爆破材料库，该材 料库具有独立的通风系统，打一条通风钻孔直接与回风大巷直接相连。火药库的具体结构 见图 4-12： 图 4- 10 壁槽式爆破材料库 fig.4- 10blast material storage 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 31 序号 巷道名称 序号 巷道名称 1 炸药壁龛 2 雷管壁龛 3 雷管选检室 3 消防用具室 5 发放硐室 6 放炮员工具室 7 电气壁龛 8 防火门 9 栅栏门 10 调节风门 11 挡墙 12 回风巷 13 运输大巷 4.4.4 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 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 32 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。 方案一和方案二技术上均可行，现对方案一和方案二进行详细的经济比较，确定其优 劣。 现将二种大巷布置方式的示意图，分列如下： 图 4- 11 分煤层大巷布置方式 fig.4- 11 sub- seam roadway layout 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 33 图 4- 12 全煤集中大巷布置方式 fig.4- 12coal- wide focus on roadway layout 表 4- 6 方案技术比较表 table 4- 6 technical comparison table 项目 方案分层布置 方案集中大巷 优点 各煤层中都布置大巷，各煤层单独 布置采区，煤层间只开一对主石门， 石门工程量不大，初期工程量少， 建井期短 开采水平只布置一对集中巷故总的大巷 开拓工程量小，大巷一般布置在煤组底 板岩层中容易维护，由于用采区石门贯 穿各煤层，可同时进行多个煤层的准备 和回采，开采强度大；煤层可不留煤柱 损失小 缺点 每层煤都布置大巷，总的开拓工程 量大，煤层巷道维护工作量大 费用 高，每条大巷都要留设保护煤柱， 煤炭损失量大 矿井投产前要掘进主石门、集中巷、采 区石门，然后才能进行上部煤层的准备 和回采，煤层间距大时， 初期工程量大， 建井期长 现对其进行经济比较，具体见下表： 王铖：釜山四矿 3.0mt/a 新矿井设计 34 表 4- 7 建井工程量 table 4- 7 the volume of construction works well 项目(m) 方案 1 方案 2 初期 大巷 顺槽 石门 其他 2900 3800 800 0 2900 3800 800 0 项目 方案 1 方案 2 后期 大巷 顺槽 石门 其他 5700 11400 0 1500 0 0 2000 0 表 4- 8 基建费用比较表 table 4- 8 early infrastructure cost comparison table 项目 方案一 方案二 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 顺槽 石门 其他 2900 3800 800 0 1000 1000 2000 2000 290 380 160 0 2900 3800 800 0 3000 3000 2000 0 870 1140 160 0 小计 830 2170 后 期 大巷 顺槽 石门 其他 5700 11400 0 1500 1000 1000 2000 2000 570 1140 0 300 0 0 2000 0 0 0 2000 0 0 0 400 0 小计 2010 400 共计 2840 2570 表 4- 9 生产经营费 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 35 table 4- 9 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 顺槽 石门 其他 2900 3800 800 150 100 100 100 50 1740