采矿工程毕业设计（论文）-回村四矿4.00Mta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 本次设计是回村四矿新井设计，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 尹晓灿：回村四矿 4.0mt/a 新矿井设计 2 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。 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 回村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。 尹晓灿：回村四矿 4.0mt/a 新矿井设计 4 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 0.300.43m。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。 1.1.4 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 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 号煤层及太原组 8 号。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，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。 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(std)： 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 尹晓灿：回村四矿 4.0mt/a 新矿井设计 6 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， 倾角在 17之间， 平均为 4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： 煤层号 平均厚度 煤层间距 1 3.5 15 2 10 80 3 5.5 15 8 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 图 1- 2 综合柱状图 1.3.3 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。 1.3.4 瓦斯赋存状况及煤的自燃性 本矿井瓦斯含量较低，由瓦斯分析结果可知，本井田属氮气甲烷带矿井，仅在井田 中部有一部分甲烷带，可采边界附近有一部分氮气带。相对瓦斯涌出量 6.15 m3/t，属低瓦 斯矿井。 2 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。 1.3.5 地质勘探程度 在勘探初期针对该区特点，首先，原则上对全井田采用先线后面，全面控制，点线配 合，重点解剖，然后循序渐进，逐步提高勘探程度，储量级别等，通过四次勘探，补充并 借鉴邻区地质资料，比拟本井田上述地质因素特征，视其地质构造复杂程度为中等，煤层 较稳定且偏简单，勘探类型属于二类二型偏简单。 尹晓灿：回村四矿 4.0mt/a 新矿井设计 8 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田的边界 回村四矿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 。井田走向平均长 4 公里，倾斜平均长 4 公里，面积约为 15.01 平方公里。井田内共有 4 层煤，均是全区发育，煤层分别是：1 层煤、2 层煤、3 层煤、8 层煤。 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； 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 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 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 m2 m可采煤层总厚度，m r煤的容重，1.4t/m3 所以，z=15.01(3.5+10+5.5+5.5)1.4=514.84 mt 其中：1 煤储量：15.013.51.4=73.55mt 2 煤储量：15.01101.4=210.14mt 3 煤储量：15.015.51.4=115.58mt 8 煤储量：15.015.51.4=115.58mt 2.2.3 矿井可采储量 zs=（zp1p2)c 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 尹晓灿：回村四矿 4.0mt/a 新矿井设计 10 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= 4321 44332211 mmmm kmkmkmkm + + 本井田 4 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=46453024.51.4+40003024.51.4+40003024.51.4+37253024.51.4+610302 4.51.42+1603024.51.42=14.13mt 临时煤柱损失 p2主要包括工业广场压煤。 p2=（1356.5+1374）510.5/224.51.4=11.95 mt zs=（zp1p2)c=（514.8414.1311.95）0.75=488.76mt 即该井田的可采储量为 488.76mt 2.2.4 工业广场面积的确定 本矿井设计年产 400 万吨，所以工业广场面积为 s=4000.1=40 公顷，选择边长为 500m800m 的长方形。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 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 4.00mt/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 4 层，保有 可采储量为 488.76 mt，按照 4.00mt/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、 尹晓灿：回村四矿 4.0mt/a 新矿井设计 12 高效矿井。矿井的生产能力为 4.00mt/a 是可行的、合理的。 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11。 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： t= zsak (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 t= zs(ak) =488.76/(4.001.4)=87.3 年 由设计规范第 2.2.5 条知，矿井设计生产能力为 400 万吨/年的大型矿井，设计服 务年限不应低于 70 年。本矿井的服务年限为 87 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14。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 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、竖井和混合式。 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高地势，可就是这 一点，本井田不能满足要求，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较浅、倾角较大的，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。但本井田表土层特别厚， 斜井施工比较困难，煤层倾角不大，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。 尹晓灿：回村四矿 4.0mt/a 新矿井设计 14 本井田的煤层赋存深度 350 到 630m，表土层较厚，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，表土层较厚，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。 4.2 确定井筒的位置及数目 4.2.1 井筒数目 本矿年产量 4.00mt，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 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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 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。 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。 4.2.3 井筒参数及断面图 尹晓灿：回村四矿 4.0mt/a 新矿井设计 16 图 4- 1 主井断面 fig 4- 1 main shaft sections 表 4- 1 主井特征参数 tab.4- 1main characteristic parameters 井型 4.0mt/a 提升容器 两对 16t 多绳箕斗 井筒直径 7.0m 井深 840m 净断面积 38.488 井筒支护 基岩段井壁厚 400 表土段井壁厚 900 基岩段毛断面积 50.26 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 表土段毛段面积 62.21 充填混凝土厚 50 图 4- 2 副井断面图10 fig.4- 2 auxiliary shaft crosssection fig 表 4- 2 副井特征参数 tab.4- 2 auxiliary parameter 井型 4.0mt/a 提升容器 一对 1.5t 矿车双层四车罐笼 一个宽型双层四车罐笼带平衡锤 井筒直径 8.0m 井深 810m 净断面积 50.26 井筒支护 基岩段井壁厚 500 尹晓灿：回村四矿 4.0mt/a 新矿井设计 18 基岩段毛断面积 65.04 表土段井壁厚 1000 充填混凝土厚 50 表土段毛段面积 80.12 图 4- 3 风井断面图 fig.4- 3 air shaft crosssection fig 表 4- 3 风井特征参数 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 tab.4- 3 ventilating characteristic parameters 井型 4.0mt/a 井筒直径 6.0m 井深 710m 净断面积 28.27 基岩段毛断面积 37.39 表土段毛段面积 46.56 4.3 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 尹晓灿：回村四矿 4.0mt/a 新矿井设计 20 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- 4 分煤层大巷布置方式 fig.4- 4sub- seam roadway layout 图 4- 5 全煤集中大巷布置方式 fig.4- 5 coal- wide focus on roadway layout 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 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： 表 4- 4 建井工程量 table 4- 4 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 2000 1800 600 50 2000 1800 600 0 项目 方案 1 方案 2 后期 大巷 顺槽 石门 其他 6000 5400 0 150 0 0 2400 0 表 4- 5 基建费用比较表 table 4- 5 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 尹晓灿：回村四矿 4.0mt/a 新矿井设计 22 初 期 大巷 顺槽 石门 其他 2000 1800 600 50 1000 1000 2000 2000 200 180 120 100 200 1800 600 0 3000 3000 2000 0 600 540 120 0 小计 600 1260 后 期 大巷 顺槽 石门 其他 6000 5400 0 150 1000 1000 2000 2000 600 540 0 300 0 0 2400 0 0 0 2000 0 0 0 480 0 小计 1440 480 共计 2040 1740 表 4- 6 生产经营费 table 4- 6 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 87 年 大巷 顺槽 石门 其他 2000 1800 600 50 100 100 100 50 1740 1566 522 100 2000 1800 2400 0 20 20 20 0 348 313 418 0 小计 3928 1079 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 表 4- 7 费用汇总 table 4- 7 cost summary 项目 方案一 方案二 费用（万元） 百分率% 费用（万元） 百分率% 初期建井费 600 100% 1260 194.5% 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 基建工程费用 1140 120% 480 100% 生产经营费 3928 262.1% 1079 100% 总费用 5668 160.4% 2819 100% 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。 方案一初期投资少， 但生产经营费用高。方案二虽然初期投资大，维护费用和总费用都比方案一少的多。因此， 本设计采用方案较为合理。 本矿井可采煤层有四层，即 1；2；3；8；胶带运输大巷布置在 560 水平上，轨道大巷 也布置在 555 水平上，回风大巷布置在 660m。 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、通风、 行人的任务，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。 4.3.1 大巷位置 本设计井田内四层煤间距为 15 米、80 米、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。 4.3.2 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）在高沼气矿井下，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。矿井采用集中联合开采，所以也采用集中通风 和行人运料大巷的布置方式。综上，本矿井设轨道、胶带运输和回风三条大巷。 尹晓灿：回村四矿 4.0mt/a 新矿井设计 24 4.3.3 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。 4.3.4 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 图 4- 6 运输大巷断面图 figure 4- 6 main haulage roadway section 尹晓灿：回村四矿 4.0mt/a 新矿井设计 26 图 47 轨道大巷断面图 figure 4- 7 chart track roadway section 图 4-8 回风大巷断面 fig 4- 8 return airway section 4.4 带区划分及开采顺序 4.4.1 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两个 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： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 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- 8 带区情况表 tab. 4- 8 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 s1 2.5 6475.1 400 15.3 s2 1.4 3601.5 400 8.6 s3 2.5 6475.1 400 15.3 s4 1.7 4373.3 400 10.6 s5 1.3 3344.3 400 8.0 s6 2.6 6688.5 400 15.9 以上计算所得结果均为平均值。 4.4.2 采区划分的合理性 参照国家目前开采技术条件 4，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： 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 尹晓灿：回村四矿 4.0mt/a 新矿井设计 28 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。 4.4.3 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： 1）沿煤层走向方向的开采顺序 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。 2）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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 29 4.5 开采水平、回风水平及井底车场 4.5.1 开采水平和回风水平 由前面可知，全矿井是单水平开采，开采水平设置在 560m，在 560m 布置井底车场及 主要巷道。由于本设计采用中央并列式，所以回风水平布置在 660m。 4.5.2 井底车场形式、线路布置及通过能力 1、选择井底车场形式的原则： 1）井底车场应有富裕的通过能力,一般大于矿井设计生产能力的 30%。 2）设计井底车场时,应考虑到矿井在服务期间有增产的可能性。 3）尽可能地提高井底车场的机械化水平,尽量简化调车作业程序,减少调车时间,以达 到提高井底车场通过能力的目的。 4）在开拓方案设计阶段,应考虑井底车场的合理型式,特别要注意井筒之间的合理布 置,避免井筒间距过小,而使井筒和巷道难以维护,地面绞车房布置困难等。 5）应考虑主、副井筒之间施工的短路贯通。 6）在初步设计时,井底车场应考虑线路纵断面的闭合,以免施工设计时,坡度补偿困 难。 7）在确定井筒位置时应注意井底车场所处的围岩情况及岩层的含水情况，一般应尽 可能地避开破碎带或强含水层。 8）井底车场应紧凑,并注意减少开掘工程量,节约开掘费用。 9）对大型矿井或高沼气矿井,在确定井底车场形式时,应尽量减少交岔点的数量和减 少跨度,并考虑施工和维护方便。 2.决定井底车场形式选择的因素： 1）井田的开拓方式 2) 大巷运输方式及矿井生产能力 3) 地面布置及生产系统 4) 不同煤种需分运分提的矿井 本矿采用立井开拓， 年产量 4.0mt/a。 运输大巷采用胶带运输， 轨道大巷采用矿车运输。 主井的提升设备采用箕斗，副井的提升设备采用罐笼。 根据本矿运输特点，决定采用立井卧式环行车场。这种车场调度工作简单，通过能力较大。 由于本矿采用胶带运输机代替矿车运输，煤炭经输送机直接进入煤仓，井底车场只担负辅 尹晓灿：回村四矿 4.0mt/a 新矿井设计 30 助运输任务，故车场形式和线路结构可简化。主井运煤采用“胶带上仓”方式，主井井底及 副井掘至井底车场水平以下，煤仓及装载硐室均在车场水平以下，通过清煤斜巷清理井底 洒煤。 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- 9 井底车场示意图 fig.4- 7 shaft station abridged general view crosssection distinction 4.5.3 井底车场主要