矿井优化与设计课程设计说明.doc

河南理工大学自考助学 采矿优化设计 课程设计说明书 设计题目: 采矿优化设计 助学院校: 河南理工大学 自考助学专业: 采矿工程 姓 名: 自考助学学号: 成 绩: 指导教师签名: 河河南南理理工工大大学学成成人人高高等等教教育育 - 1 - 目目 录录 目目 录录 - - 1 1 - - 前前 言言 - - 3 3 - - 第第 1 1 章章 矿井概述及井田地质特征矿井概述及井田地质特征 - - 4 4 - - 1.1 矿区概述 .- 4 - 1.1.1 地理位置与交通 .- 4 - 1.1.2 地形地貌 .- 4 - 1.1.3 主要河流 .- 5 - 1.2 井田地质特征 .- 5 - 1.2.1 井田地形及勘探程度 .- 5 - 1.2.2 井田煤系地层概述及地质综合柱状 .- 5 - 1.2.3 褶皱构造及断裂构造 .- 6 - 1.2.4 岩浆入侵及其对煤层的影响 .- 6 - 1.2.5 井田的水文地质特征 .- 6 - 1.3 煤层特征 .- 7 - 1.3.1 煤层埋藏条件 .- 7 - 1.3.2 煤的特征 .- 8 - 1.3.3 其它开采技术条件 .- 9 - 第第 2 2 章章 井田境界和储量井田境界和储量 - - 1111 - - 2.1 井田境界 - 11 - 2.1.1 井田边界 - 11 - 2.1.2 井田边界扩大的可能性 - 11 - 2.1.3 井田划分结果- 11 - 2.2 矿井工业储量 - 12 - 2.2.1 井田勘探类型、钻孔及勘探分布 - 12 - 2.2.2 计算标高的划分 - 12 - 2.2.3 储量计算基础- 12 - 2.2.4 工业储量计算- 13 - - 2 - 2.3 井田可采储量- 13 - 2.3.1 永久煤柱煤量- 13 - 2.3.2 矿井可采储量计算- 15 - 第第 3 3 章章 矿井工作制度和设计生产能力矿井工作制度和设计生产能力 - - 1616 - - 3.1 矿井工作制度- 16 - 3.2 矿井设计生产能力及服务年限- 16 - 第第 4 4 章章 井田开拓井田开拓 - - 1818 - - 4.1 井田开拓的基本问题- 18 - 4.1.1 确定井筒的形式、数目、配置- 18 - 4.1.2 确定工业广场及井口位置- 19 - 4.24.2 井田开拓设计方案比较井田开拓设计方案比较- 20 - 4.2.1 可行开拓方案- 20 - 4.2.2 开拓方案技术比较- 20 - 4.2.3 开拓方案经济比较- 22 - 4.2.4 确定开拓方案- 23 - 4.3 矿井基本巷道- 24 - 4.3.1 井筒- 24 - 4.3.2 井底车场及硐室- 26 - 4.3.3 主要开拓巷道 - 28 - 第第 5 5 章章 矿井延伸方案矿井延伸方案 - - 3131 - - 5.1 直接延深 .- 31 - 5.2 暗井延深 .- 31 - 5.3 延深与暗井延深 .- 31 - 5.4 新开一个井筒延深一个井筒 .- 31 - 第第 6 6 章章 矿井基本技术经济指标矿井基本技术经济指标 - - 3232 - - 参考文献参考文献 - - 3333 - - 致致 谢谢 - - 3434 - - - 3 - 前前 言言 课程设计是我们学生综合运用所学知识的一个重要实践过程，也是体现一个大学 生对所学知识的归纳总结和运用能力，是一次对我们的综合素质及能力的培养。通过 课程设计可以锻炼和提高我们分析问题、解决问题的能力，培养和锻炼我们调查研究、 查阅和运用科技资料从事科学研究的能力。 采矿工程课程设计是我们采矿专业学生对所学课程的基础理论知识和专业理论知 识进行一次系统地总结，并结合实际条件加以综合运用，以巩固和扩大所学的知识， 巩固和发展我们的运算和绘图的工程技能，培养和提高我们分析和解决实际问题的能 力和素质，丰富我们的生产实际知识。在课程设计中，通过对某一理论或生产实际问 题的深入分析研究，培养、锻炼和提高我们的科技论文写作能力和科研能力。 本次设计是综合实际矿山条件，并在知道老师的帮助下适当降低难度的一次工程 设计。通过此次设计，使我们对矿山工作有了进一步的了解和掌握。以为我们将来投 身中国矿山事业注入了生机和活力。 由于本人现有的所学知识有限，所以在本设计中难免出现错误和不足，希望各位 老师和同学们给予批评指正。 - 4 - 第第 1 1 章章 矿井概述及井田地质特征矿井概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 地理位置与交通 城郊井田位于河南省永城市境内，覆盖城关乡、城厢乡的全部及侯岭、双桥、十 八里、将口乡的一部分。南北长约 5.4km，东西宽约 3.5km，勘探面积约 17km2，生产 能力为 1.5mt/a。矿井北临陈四楼井田，南接新桥井田，地理坐标为：东经 11617301162521，北纬 335352340035。 井田内地势平坦、交通方便。永城市西北至陇海铁路商丘东站约 95km，夏邑东站 62km；东北至京沪铁路徐州车站约 100km，东南至宿州车站约 75km，距京九铁路的亳 州车站 55km，且均有柏油公路相通。乡村之间公路相通（见图 1-1-1） 。 图 1-1-1 城郊矿交通位置图 1.1.2 地形地貌 城郊井田位于淮河冲积平原的东部 ，地势平坦，海拔标高在+31+35m 之间，相 对高差 23m，微向东南倾斜。区内新生界松散沉积物广泛分布，厚度一般为 220m 左 - 5 - 右。工业广场标高+35m。 1.1.3 主要河流 城郊井田内地表水系不发育，仅有淮河支流的沱河从本区最北部自西向东流过， 沱河源于商丘北侧响河，雨季流量剧增，旱季干涸无水，属季节性河流。实测最高洪 水位标高+34.79m， （1963 年 8 月 9 日） ，年平均水位标高+30.39m，最大流量 384m3/s（1963 年 8 月 9 日） ，年平均流量一般为 12m3/s。其上游永城市段常年关闸 蓄水，致使下游断流无水。 本区地处中纬 34 附近，属半干旱、半湿润季风型气候，蒸发量大于降雨量，干 湿差大，四季分明。年平均气温 14.3 ，日最高气温 41.5，日最低气温为-23.4。 年平均降水量 962.9，年最大降水量 1518.6，年最小降水量 556.2mm。大气降水量 多集中在 78 月份，可占全年降水量的 50%以上，年蒸发量 1808.9mm。永城地区受地 震影响不大，地震烈度小于 6 度。 1.2 井田地质特征 1.2.1 井田地形及勘探程度 本井田位于北北东向的永城隐伏背斜的一部分，总体为一向西偏南的单斜构造， 倾角平缓，一般为 4.3 9.7。井田内大部分区段发育有宽缓褶曲，局部地层走向 和倾向有波状起伏现象。本井田累计完成钻孔 335 个，进尺 191546.11 米，其中本队 施工钻孔 305 个，外单位施工钻孔 30 个，精查钻孔 119 个，综合验收评级结果甲级 87 个，占 73.1%，乙级 28 个，占 23.5%，丙级 4 个，占 3.4% 。全井田共穿煤层 729 层次， 见煤点质量评级结果，甲级 249 个，占 34.2%，乙级 479 个，占 65.7%，丙级 1 个，占 0.1% 。打薄打丢的煤层均经测井补救合格。本井田的勘探类型为二类（偏简单）二型。 依据规范规定的工业指标及同设计部门的水平划分方案，选择块段法计算储量。 1.2.2 井田煤系地层概述及地质综合柱状 本井田含煤地层自下而上依次为上石炭统太原组，下二叠统山西组，下石盒子组 及上二叠统上石盒子组，如图 1-2。 - 6 - 1.2.3 褶皱构造及断裂构造 井田内褶皱构造均属褶幅不大的隆起和凹陷。主要有：蒋阁向斜（短轴向斜） 、 马岗背斜（短轴背斜） 、城郊向斜，其位于永城县城东关及城厢乡之东，马岗背斜之西 总体走向近南北，两翼倾角 10左右，呈构造盆地状。此外还有 f14、f5 两个断层， f14 断层位于井田边界，控制长度约 4.3km，走向北东 80左右，倾向北倾角 70， 为一北盘下降的正断层，中断落差较大约 65m。f5 断层位于井田东部，控制长度约 5km，北端延出井田外趋于消失，走向北北东 15左右，倾向南东东，倾角 80，为 一东盘下降的正断层。总之，北北东向断层构造居主导地位，其次是近东西向构造， 局部发育有北西向构造。总体构造特征是以宽缓褶皱为主，伴随一定数量的断裂构造， 且多集中在表现明显的背、向斜两侧。北部由于受小褶曲的影响，呈波状起伏，走向 变化较大。地层产状总趋势向南西西方向倾斜，地层倾角一般在 4.39.7,个别地段 （东南部蒋阁向斜一带）达 2030。褶皱和断裂构造呈北北东向和近东西展布。 1.2.4 岩浆入侵及其对煤层的影响 本井田的岩浆岩与邻区相比，虽然种类不多，平均分布范围不大，但在岩体所及 范围内的煤层煤质都有一定影响。当岩浆岩进入煤系地层时，常会沿着较松软的煤层 侵入，使煤层遭受不同程度的影响，对于本井田的主要可采煤层二2煤层影响不大，煤 层基本上都可采。晚古生代中基性岩浆岩活动比较强烈，并对煤层有一定的破坏作用。 1.2.5 井田的水文地质特征 新生界松散层划分为四个含水层组及四个隔水层组，由于新生界底部砂层少，富 水性又弱，与基岩之间有平均厚 44.29m 的粘土隔水层，对矿床一般无充水影响。煤层 顶板砂岩裂隙水是矿床主要直接充水的水源，但由于井田内砂岩富水性很弱，渗透性 差，径流滞缓，补给源不足，故对将来的矿床开采一般不会造成太大的威胁。 太原组上段灰岩是开采二2煤层的间接充水含水层，二2煤底板下距 k3（l11灰岩， 平均厚 1.64m）平均距离 50m，距 l8灰岩（平均厚 10.49m）平均距离 80m，l8上距 l11 一般平均在 30m 左右，其间又有泥岩，砂质泥岩相隔，基本无水力联系，因此，如不 受断裂构造影响，正常情况下不会造成突水。井田断层富水性微弱，具有一定的隔水 - 7 - 性能，一般情况下不会发生大导水威胁。 综上所述，本井田是一个与外部水力联系微弱，补给不足的较完整的独立水文地 质单元，开采煤层远离地表水体，无流水影响，间接充水岩层“灰岩”虽然单位涌水 量较大，局部在断层处有与煤层对接的可能性，如留好煤柱，远离断层，一般是不会 突水的，本矿井水文地质，工程地质条件属中等类型。 矿井正常涌水量 1180m3/h，考虑上段灰岩突水，最大涌水量为 1917m3/h，目前矿 井涌水量为 1100m3/h。 1.3 煤层特征 1.3.1 煤层埋藏条件 本井田的主要含煤地层有下二叠统山西组（p1s） ，煤层总厚度平均 10.21m，总的 含煤系数为 5.93%。下二叠统山西组（p1s）含二煤组，由 13 个分层组成，分层编号 从下至上分别为二1、二2、二3，煤层平均总厚度为 8.84m，含煤系数为 3.8%。下石盒 子组（p1x）含三煤组，由 47 个分层组成，分层编号从下至上分别为三1、三21、三 22、三 3、三4、三5、 、三6及三7。煤层总厚度为 6.27m，含煤系数为 9.0%。井田内 二2、三1、三 22、 、三 4煤层为可采煤层， （详见表 1-3-1，图 1-3-1） 。煤层埋深大于 235m 时，煤层基本正常，但局部较深的部位有风化现象，参考邻区陈四楼井田所确定 的风化带深度为 21m，故认为本井田风化带的深度为 20m 合适。 表 1-3-1 煤层情况一览表 煤 组 号 煤 层 编号 煤分 层 数 煤厚 最小最大 平 均 (m) 间距 最小 最大 平 均 (m) 夹 矸 层 数 可 采 情 况 含 煤系 数 煤层稳定性 二3 1 0.20.40 0.30 0 不可采不稳定 二 煤 组 二212 .7. 68 1.405.10 2.91 01全区可采 3.8% 稳定 - 8 - 二112 0.20.55 0.40 23.040.08 30.47 01不可采不稳定 二2 6.327.68 7 0.40 0.250.55 山 西 组 迭 系 生 二古 界系统 地 层 系 统 地层及标 志层名称 柱 状 煤层及标志层 厚度m间距m 地层厚度 m 太 石 炭 原 组系界 城郊煤矿综合柱状图 1：1000 700.74 615.60- 315.20-615.30 515.04 220.40 50.82- 0.20.40 二1 二3 1.405.10 23.0140.08 2.90 30.47 0.30 图 1-3-1 城郊煤矿综合柱状图 1.3.2 煤的特征 - 9 - 二2煤层属低灰分，特低硫，特低磷，高发热量，易选的优质无烟煤。首先可作为 化工用煤，包括气化用煤及发生炉煤气用煤和化肥用煤，其次作为动力用煤及民用燃 料等。 表 1-3-2 可采煤层煤质特征表 原 煤精 煤煤层 编号 煤 质 牌 号 ad(%)st.d(%) qnet.ad (mj/kg) ag(%)vr(%)cc(%)hr(%) wy 8.6435. 67 14.41 (178) 0.141. 05 0.498 (8) 20.732. 4 28.5 (155) 2.501 1.53 6.23 (147) 5.629.8 6 7.80 (145) 91.0395 .29 92.76 (98) 3.244.2 0 3.78 (101) 二2 tr 13.3215 .01 14.35 (4) 0.101. 00 0.49 (8) 29.630. 4 29.9 (4) 3.978 .96 6.58 (4) 10.0310 .72 10.41 (5) 90.5291 .70 91.23 (3) 3.944.1 9 4.05 (3) 注： 最小值最大值/算术平均值（样品个数） 1.3.3 其它开采技术条件 （1）煤层顶底板 三煤组煤层直接顶板，底板主要为薄层状泥岩，砂质泥岩，局部为粉砂岩，抗压 强度一般小于 600kg/cm2（局部大于 600kg/cm2） ，稳定性差，管理有一定困难。 二2煤层直接顶，底板多为细中粒砂岩，厚层状泥岩（厚度一般大于 5m） ，局部为 砂质泥岩或落层状泥岩，抗压强度一般大于 600kg/cm2 ，岩石的完整性，稳定性较好， 顶板易于管理，底板一般不易发生底鼓。 （2）瓦斯、煤尘等 井田中各煤层沼气含量一般小于 0.5cm3/g，属低沼气矿井。各煤层均无煤尘爆炸 危险。各煤层均属不自燃发火煤层。煤的硬度系数为 f = 0.92 。 - 10 - （3）地温 井田内地温仅随深度的增加而增加。井田的平均地浊梯度为 2.670c/100m，从地温 梯度看，浅部地温梯度较高，深部地温梯度较低。 从二 2 煤层地温等值线图上看出，等温线与煤层底板等高线基本平行，二 2 煤层- 500m 以浅的地温一般低于 26。 - 11 - 第第 2 2 章章 井田境界和储量井田境界和储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田边界 井田划分的原则有： （1）要充分利用自然条件划分井田； （2）要有与矿区开发强度相适应的矿井数目和井田范围； （3）照顾全局； （4）为矿井发展留有余地； （5）直（折）线原则； （6）安全经济效果好； 根据以上的划分原则，再结合城郊矿的实际情况，将其边界做如下划分：北西以正 断层 f14 为边界； 南东以正断层 f5 为边界； 北东以煤层露头和永城集团人为划分的 井田边界线-280m 等高线为界；南以永城集团人为划分的-580m 等高线井田边界线作为 边界； 2.1.2 井田边界扩大的可能性 由于本井田边界一部分以自然条件为划分依据，另一部分以永城集团根据矿井的发 展战略而划分的。在以两个正断层划分的边界处，f14 断层落差达 17-107m，f5 断层落 差达 42-135 m，并且这两处的煤层不很稳定，由此可见，这两处的边界均无扩大的可 能性。在人为划分的边界处，由于受相邻矿区的制约和社会上各方面的因素的影响， 再加上本矿区集团总部的总体规划，这些边界处暂无扩大的可能性。 2.1.3 井田划分结果 根据埋深、井田构造情况以及上述各项要求，本矿井井田境界确定如下： 井田的走向最大长度为 5.5km，最小长度为 3.8km，平均长度为 4.65km。 井田的倾斜长度最大为 3.3km，最小长度为 2.8km，平均长度为 3.1km。 煤层的倾角最大为 8，最小为 4，平均为 6。 - 12 - 井田的水平面积为 17.6 km 2.2 矿井工业储量 2.2.1 井田勘探类型、钻孔及勘探分布 本井田的勘探类型当属中等偏简单构造，稳定到较稳定的煤层。考虑习惯用法并参 考相邻井田（勘探区）的经验，采用较为稳妥的作法以二类二型的基本线距进行勘探。 经过计算穿过本煤层的钻孔密度为 2.70 个/k，使用合理。 根据本井田的地质报告，井田的勘探类型为二类二型,简单稳定划分各级储量的基 本网度为： a 级 一般 500500（米） b 级 一般 10001000（米） c 级一般 20002000（米） a、b 级储量，允许跨越已经查明的单个断层，跨越时，断层两侧各留 50 米划分为 c 级储量。 a、b 级储量不与风氧化带下界，插入的可采边界相接触，经查明煤层的平均厚度为 7 米。 2.2.2 计算标高的划分 根据煤炭工业设计规范第 2-6 条，矿井的设计生产能力一般以一个生产水平来 保证。矿井设计生产能力在 120-180 万 t/a 的矿井，矿井第一水平设计服务年限一般 不少于 30a。 再结合本矿井的垂高和煤层厚度，按不同的标高计算的工业储量为： 风氧化带下界-280m-440m，工业储量为 8257.5 万 t； -440m-480m，工业储量为 3076.5 万 t； -480m-580m，工业储量为 5644.5 万 t； 2.2.3 储量计算基础 1)根据井田地质报告提供的煤层储量计算图计算。 2)依据煤、泥炭地质勘查煤炭资源量估算指标中无烟煤为：煤层最低可采厚 - 13 - 度为 0.8m，最高灰分为 40%。最高硫分为 3%，最低发热量为 22.1mj/kg。 3)储量计算厚度：加石厚度不大于 0.05m 时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层 的加石总厚度不超过每分层厚度的 50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度。 4)井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀， 采用分段块段的算术平均法。 5)煤层体积质量：7 号煤层的体积质量为 1.49t/m，8 号煤的体积质量为 1.55 t/m。 2.2.4 工业储量计算 井田储量的计算公式： （2-1）z=smiri/cos 式中 煤层倾角,（） i煤容重, t/m3 mi煤层的总厚度, m s井田面积, 所以 z=1.7610791.49/cos6+1.7610781.55/cos6 =4.57108吨 2.3 井田可采储量 2.3.1 永久煤柱煤量 要计算井田可采储量，首先要确定各种永久煤柱损失。永久煤柱一般是指保护工 业广场和井筒的工业广场煤柱，井田境界和大断层两侧的井田境界煤柱和断层煤柱， 以及保护地面建筑物、河流、铁路等而留设的保护煤柱等。 1) 工业广场保护煤柱 受保护面积边界是由受保护建筑物和主要井筒的边界向外加上一部分备用量即维 护带确定的。受保护建筑物边界一般不是直接以被保护建筑物的外边界为准，而是取 平行于煤层走向或倾斜方向的与受保护建筑物外缘相连的直线所围成的面积，作为受 保护建筑物的边界。 地面建筑物和主要井筒的保护煤柱是从受保护的边界起，按基岩移动角 、 和 - 14 - 及表土层移动角 所做的保护平面与煤层的交线来确定。煤层群开采时，应采用重 复采动条件下的移动角值。 基岩移动角和表土层移动角如图 2-3-1 所示。 图 2-3-1 岩层移动角示意图 安全煤柱的留设与计算一般用垂直断面法求得。 煤柱的留设的计算方法与步骤如下： a 确定受保护面积 如图所示，在开拓平面图上通过建筑物四个角分别做平行与煤层走向和倾斜的四 条直线，得矩形 abcd。在矩形的外缘加上 20m 宽的维护带，得受保护面积 abcd。 -断面-断面 建筑物的长轴方向 煤层 围护带 图 2-3-2 用垂直断面法确定建筑物下安全煤柱 b 确定受保护煤柱 通过受保护面积中心作一沿煤层倾斜剖面 1 在这个剖面上，由维护带的边缘点 m1，n1起在表土层以 =45 划两条保护线，即 m1m2，n121n2。然后在基岩中在下山和上 山方向按上山移动角 =75 和下山移动角 =70 作保护线，与煤层相交得 n和 k，则通过 n和 k的走向线分别为保护煤柱的上部和下部边界。以同样的方法在 平行煤层走向的剖面 2，按走向移动角 =75 作保护线，得沿走向的煤柱边界 ab 和 cd，将 nk和 ab，cd均绘制在平面图上，即得保护煤柱边界 abcd。煤柱是一个梯形。 - 15 - c 煤柱煤量计算 工业场地煤柱煤量=梯形面积*煤层平均厚度*煤层平均密度 工业广场面积的取值，依据设计井型大小按（表 2-3-1）所列数值的规定选取。 表 2-3-1 工业广场占地指标表 井型（万吨/年）指标（公顷/10 万吨） 4006000.450.6 2403000.70.8 1201800.91.0 45901.21.3 注：指标中小井取大值，大井取小值 本矿井井型为 400 万吨/年，工业广场占地面积为： 400100.5100002.0105 m2 设计工业广场形状为长方形，长为 500 m, 宽为 400m。矿井的表土层厚度为 80 米， 煤层平均倾角 6，=75，则 =70，=6，冲击层移动角 45，围护带宽度 为 20m。 得 s底=1/2（801.2+865.5）989.6=82.47104 m2 所以 7 煤层工业场地煤柱量82.4710491.4911.0106t 8 煤层工业场地煤柱量82.4710481.5510.0106t 总工业场地煤柱损失量21.0106t。 2.3.2 矿井可采储量计算 矿井可采储量的计算公式为： （2-2） （-） 式中 z矿井可采储量 zc矿井工业储量 p各种永久煤柱煤量损失之和 - 16 - c采区回采率，厚煤层不低于 0.75，中厚煤层不低于 0.80，薄煤层不低于 0.85 所以 设计矿井可采储量为 3.2108 t。 第第 3 3 章章 矿井工作制度和设计生产能力矿井工作制度和设计生产能力 3.1 矿井工作制度 矿井设计生产能力按工作日 330 d 计算。每天 4 班作业，每天净提升时间为 16 h。因此，设计时按矿井年工作日 330 d，每天 4 班作业，每天提升能力为 16 小时设计。 随着社会进步和劳动制度改革，目前综采多采用四六制，每班工作六小时，三班 出煤一班检修，以缩短煤矿工人的辅助劳动时间，以减轻工人的劳动强度。所以本矿 井计划采用“四六”工作制度。 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 对于储量丰富，地质构造简单，煤层生产能力大，开采技术条件好的矿区宜建设 大型矿井。 当煤层赋存深，表土层厚，冲积层含水丰富，井筒需要特殊施工时，为扩大开采 范围降低吨煤成本，建设大型矿井较为合理。 对煤层生产能力大，地形地貌复杂的矿区，工业广场不易选择和布置，为避免过 多的地面工程，井型应当定大一些， 储量不丰富，煤层生产能力不大，或为薄煤层，或地质构造复杂，或有煤与瓦斯 突出危险，宜建中小矿井。 由于本矿井煤层赋存较深，表土层较厚，且储量丰富，没有煤与瓦斯突出危险。 因此，可以设计为大型矿井。 综合考虑各方面因素，初步确定本矿井的设计生产能力为 400 万吨/年。 1) 校核矿井煤层的开采能力是否满足设计生产能力的要求 矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力，本矿井计划用一个采区的 一个高产、高效工作面保证全矿井的产量。主采煤层厚度 9.0m，工作面长度 200 m， - 17 - 采煤机截深 0.6m，每天进 9 刀，一年 330 d ,工作面回采率 90% ，则 综采面的生产 能力是 430.2 万吨 由于掘进出煤约占矿井产量的 10%，等于 40 万吨。430.3+40=470.3400 万吨每年。 故能够满足矿井设计生产能力的要求。 2) 校核各种辅助生产环节的能力 根据后面矿井运输提升部分的设计可知，矿井的各种辅助运输能力都能满足矿井 生产能力的要求。 3) 校核储量条件 矿井的设计生产能力应与矿井储量相适应，以保证矿井有合理的服务年限。新建 矿井及水平服务年限见表 3-1。 表 3-2-1 矿井及水平服务年限表 第一水平设计服务年限/a 矿井设计生产 能力（mt/a） 矿井设计服务 年限（a） 煤层倾角 025 煤层倾角 2545 煤层倾角 4590 6.0 及以上 7035 3.05.0 6030 1.22.4 50252015 0.450.9 40201515 矿井服务年限可用下式计算： （3-1）/ 式中 t矿井设计服务年限，61.54a z矿井可采储量，万 t a矿井设计生产能力，万 t/a k储量备用系数，这里取 1.3 设计规范规定：400 万 t/a 大型矿井的服务年限不小于 60a，开采倾角 025 煤 层的矿井，第一水平服务年限不小于 30a，经校核储量条件满足设计生产能力的要求。 4) 校核安全条件 - 18 - 全矿井瓦斯绝对涌出量为 10.214 m3/min，相对涌出量为 1.790m3/t，二氧化碳绝 对涌出量为 22.349 m3/min，相对涌出量为 3.918m3/t，矿井瓦斯等级为低瓦斯矿井。 7 煤层、8 煤层自燃倾向性为自燃。煤与瓦斯突出及冲击地压危险性小。涌水量很大。 根据以上条件，本矿采用中央并列式通风，工作面采用 u 型通风。在副井中铺设四趟 排水管道可满足排水的要求。煤自燃的预防，可在开拓、回采工艺、巷道布置、监测 等方面来采取措施。 综上所述，本矿井的设计生产能力为 400 万吨/年。 第第 4 4 章章 井田开拓井田开拓 4.1 井田开拓的基本问题 4.1.1 确定井筒的形式、数目、配置 1) 井筒形式选择的一般标准 煤层赋存和地形等条件具有平硐开拓条件时，应首先考虑采用平硐开拓。当平硐 以上煤层垂高或斜长过大时，多开地面出口有利时，可采用阶梯平硐开拓。 对于煤层赋存较浅，表土层不厚，水文地质条件简单的缓倾斜、倾斜煤层，应尽 量采用斜井开拓。各种提升方式的斜井井筒倾角一般规定如下： 串车提升 25 箕斗提升 25-35 输送机 16 对于有条件的矿井，在急需煤炭地区，其浅部可采用片盘斜井开拓，提前出煤， 由小到大，然后集中斜井开拓。片盘斜井可一个片盘生产，一个片盘准备。 采用立井开拓的一般条件为： a 煤层赋存较深或冲积层较厚时； b 水文地质条件复杂，井筒需要特殊施工时； c 多水平开拓的急倾斜煤层； d 其他井筒形式无法开拓的条件。 根据井田特点，结合地面布置，采用单一的开拓方式不能满足通风、安全生产、 提升、运输时或单一开拓不合理时，可采用平硐立井、平硐斜井、斜井立井等 - 19 - 综合开拓方式。 第一水平采用立井开拓的大中型矿井，其延深方式可采用延深井筒方法开拓深部 水平，或采用胶带输送机暗斜井和至延深副井的开拓方式。当条件受限制时，主副井 不能直接延深时，也可采用暗立井延深开拓方式。 大型矿井采用立井多水平开拓，而第二水平采用暗斜井延深时，暗斜井井筒个数、 主副暗斜井的提升能力，以及通风安全等条件均应作详细计算，避免出现暗斜井能力 不足，要特别注意副井提升能力的校核。 采用立井多水平开拓时，为避免出现多段提升，增加生产环节，不宜多次采用暗 斜井延深，避免增加设备占用量，增加投资费用。 2) 本矿井的井筒形式 由于矿井煤层埋藏较深，冲积层厚度中等，斜长较大，所以，本矿井采用立井单 水平开拓方式。 3) 井筒数目 采用斜井或立井开拓时，新建矿井一般要开凿一对井筒，满足提升和辅助运输的 需要并满足矿井通风和施工的需要。风井的个数是根据通风系统要求以及安全生产的 需要合理确定的。若采用主井通风，用箕斗或胶带输送机井筒做风井时，应符合煤 矿安全规程的规定。 综合考虑后确定布置 1 个主井、1 个副井、1 个风井。 4.1.2 确定工业广场及井口位置 1) 工业广场及井口位置确定的原则 a 对初期开采有利，即储量必须可靠，井巷工程量省，建井工期较短。 b 应使井田两翼储量大致平衡，即井筒应位于储量中心，利于井下运输、 通风和开采系统布置，减少生产经营费用。 c 尽量不占良田、少占农田。充分利用地形地貌布置工业广场，以便使地面生产系 统合理，便于与外界沟通，使运输方便。 d 井筒应尽量避免穿过流沙层、较大含水层、较厚的冲积层、有煤和瓦斯突出的煤 层以及较大面积的采空区和大断层，以减少施工困难，并尽量少压煤。 e 工业广场和井筒应有良好的工程地质条件，不受洪水、岩崩、泥石流、滑坡及 森林火灾的威胁。 - 20 - f 用斜井开拓时，应考虑井筒层位的合理选择，考虑其经济技术的合理性。 城郊矿工业广场和主副井井口布置在井田走向的中央，对于本矿井井田走向中央 也大致是井田储量中央。 2) 风井位置的确定 风井位置应根据通风系统合理选择。 a 采用中央边界式通风系统时，主、副井筒设在井田储量中央，风井设在井田上部 边界中央。 b 采用中央并列式通风系统时，进、回风井并列在工业广场内。一般可利用其一井 筒进风，另一井筒回风，主副井筒相距 3050m。大型矿井相距可达 60100m，并在 井田上部边界附近设安全出口，如果矿井水文地质条件简单，无突水危险时，且主副 井筒均能上下人员，也可以单独设置安全出口。 采用对角式通风系统时，风井设在井田两翼上部边界。 采用分区式通风系统时，回风井设在各采区的上部边界。 根据城郊矿的生产实际：产量为 400 万吨/年，该矿井瓦斯涌出量低，本矿井开采 前期采用中央并列式通风。 4.24.2 井田开拓设计方案比较井田开拓设计方案比较 4.2.1 可行开拓方案 根据前述各项决定，本井田在技术上可行的开拓方案有下列三种，如表 4-2-1 所 示。 4.2.2 开拓方案技术比较 以上所提的四个方案初期的井筒布置形式和数目均相同。区别在于第二水平的延 深方式不同及部分基建、生产费用不同。 方案一为单水平开拓，上下山开采。水平标高为-530m，采用仰俯斜开采，开采可 保证生稀罕合理及中华，稳定生产，节省总井巷工程量，但俯斜开采时通风、排水方 面比较困难，在深部开采时延深测井筒长度较大。 方案二为暗斜井延深主副井，暗斜井延深的特点是延深与生产互不干扰，暗斜井 的 - 21 - 表 4-2-1 城郊矿开拓方案比较 项目方案描述 方案一 双立井单水平，仰 俯斜开采 一对立井单水平开拓，水平标高-530m，采用上下山开采。井底车场为卧式车 场，立井井口设在井田中央，井口标高为+21m。主要运输大巷沿煤层走向布置。 方案二 双立井两水平，暗 斜井延深 一对立井两水平开拓，一水平标高-530m，二水平标高为-680m，两水平之间通 过暗斜井延深。井底车场为卧式车场，立井井口设在井田中央，井口标高为 +21m。主要运输大巷沿煤层走向布置。 方案三 双立井两水平，直 接延深 一对立井两水平开拓，一水平标高为-530m，二水平标高为-680m，两水平之间 通过立井直接延深。井底车场为卧式车场，立井井口设在井田中央，井口标高 为+21m。主要运输大巷沿煤层走向布置。 各方案示意图见图 4-2-1a、b、c 所示。 a 方案一（双立井单水平开采） b 方案二（双立井两水平，暗斜井延深） c 方案三（双立井两水平，直接延深） - 22 - 图 4-2-1 技术可行的三种方案 位置不受原井筒限制，可选择在对开采下部煤层有利的位置上。缺点是增加了上 不车场的工程量及运输提升环节和设备。 方案三为直接延深主副井。直接延深可充分利用原设备、设施，投资少，提升单 一，转换环节少，车场工程量相对减少。缺点是延深与生产互相影响。同时提升高度 的增加，需要换原有的提升设备。矿井开拓延深的原则：充分利用原有设备、设施和 开拓巷道；尽量减少对现有生产水平的影响，并有利于下水平的延深；力求生产系统 简单；临时性辅助工程量要少，投资少，生产费用低。 方案一得工程量较小，水平标高-530，俯斜开采时运输、排水困难，相应地增加 了运输和排水费用。方案二需多开暗斜井和暗斜井的车场；并相应地增加了斜井的运 输和排水费用。第三方案需多开立井、阶段石门和立井井底车场，并相应地增加了井 筒和石门的运输、提升和排水费用。由技术比较可看出，在技术上三个方案都可行。 二、三两个方案均属技术上可行的方案，水平服务年限也均符合要求（大型矿井 第一水平服务年限应大于 30 年） 。两者相比，虽然方案二的总投资要比方案三高些， 但是其初期投资较少，因此两方案要通过经济比较才能够确定其优劣。 4.2.3 开拓方案经济比较 根据上述的比较，确定了适合本矿的开拓方案有两个，为了确定最终经济上合理 开拓方案，对两方案进行经济比较，见表 4-2-2 至 4-2-7。 表 4-3 基建工程量 方案二方案三 方案 项目 工程量 /m工程量 /m 主井井筒 600600 副井井筒 570570 风井井筒 540540 初期 井底车场 520520 主井井筒1400（暗斜井） 270 副井井筒1400（暗斜井） 270 风井井筒270（暗斜井） 270 井底车场 130910 后期 石 门 4000 - 23 - 从前面表格中的计算可以看出，方案三的总费用要比方案二的高出 10.1，很明 显方案二要比方案三优越的多。 方案一与方案二相比较，根据本井田地质条件限制，不利于多水平开采；而方案 一有利于带区的接续，且巷道利用率高，吨煤成本相对较低。故而采用方案一的水平 划分方法，即划分一个开采水平。 表 4-4 基建费 方案二方案三方案 项目工程量/m单价元/米费用/万元工程量/m单价元/米费用/万元 主井井筒 6709468.91823.86709468.91823.8 副井井筒 6519468.91823.86519468.91823.8 风井井筒 6409468.91615.56409468.91615.5 初期 井底车场 9107546.09686.79107546.09686.7 主井井筒 14003415112727011828.06236.6 副井井筒 14003415112727011828.06236.6 风井井筒 2709672.85967.32709672.85967.3 井底车场 9104526.34411.9 后期 石 门 1304526.3458.840003440.521376.2 总计 6229.96178.4 表 4-5 生产经营工程量 方案二方案三方案 项目工程量工程量 立井提升/万 tkm 二水平 1.268980.331.268980.02 石门运输/万 tkm 二水平 1.268984 排水/万立方米 二水平 6182436528.7 4 106182436528.7 4 10 表 4-6 生产经营费 方案二方案三方案 项目工程量 /万 tkm 单价 /元/（tkm） 费用 /万元 工程量 /万 tkm 单价 /元/（tkm） 费用 /万元 立井提升 2730.81.3463675.7165.54.867805.5 石门运输 33100.81.23440846 排水费 155370.5268172.462155372.25636605 总计 11848.16218256.5 - 24 - 4.2.4 确定开拓方案 综合上述各方案的技术比较和经济比较，确定采用方案一为本矿井的开拓方案， 即 表 4-7 综合比较 方案方案 方案 项目 费用（万元） 百分率（）费用（万元）百分率（） 基建工程费 6229.9100.846178.4100 生产经营费 11848.16210018256.5154.09 总费用 18078.110024434.9135.63 采用立井单水平开拓，水平标高-530m，采用仰俯斜开采。 4.3 矿井基本巷道 4.3.1 井筒 矿井共有三个井筒，分别为主立井、副立井、回风井。 1)主立井位于矿井工业场地内，担负矿井 4.0mt/a 的煤炭运输兼进风任务。井筒 内装备两对 12 吨底卸式箕斗，井筒直径为 6m，净断面积 28.27，基岩段及表土段毛 面积 38.48，井筒布置（见图 4-3-1） ，参数特征（见表 4-3-1） 。 2)副立井位于矿井工业场地内，担负矿井辅助运输兼进风任务。井筒内装备双层 单车 3t 普通罐笼，井筒直径为 6.5m，净断面积 33.18，基岩段及表土段毛面积 44.18，井筒布置（见图 4-3-2） ，参数特征（见表 4-3-2） 。 3)风井位于矿井工业场地内，布置在 8 号煤底板岩层中，井筒直径 6.5m，净断面 积 33.18，井筒布置（见图 4-3-3） ，参数特征（见表 4-3-3） 。 - 25 - 图 4-3-1 主井断面布置图 表 4-3-1 井 筒 特 征 井型 4.0mt/a 井筒直径 6.0m 井深 600 提升容器两对12t 底卸式箕斗 净断面积 28.7 基岩段毛断面 38.48 表土段毛断面 38.48 井筒支护 混凝土井壁厚400mm 充填混凝土 厚100mm 图 4-3-2 副井井筒断面布置图 表 4-3-2 井 筒 特 征 - 26 - 井型 4.0mt/a 井筒直径 6.5m 井深 580 提升容器双层单车3t 普通罐笼 净断面积 33.18 基岩段毛断面 44.18 表土段毛断面 44.18 井筒支护 混凝土井壁厚400mm 充填混凝 土厚100mm 图 4-3-3 风井井筒断面布置图 表 4-3-3 井 筒 特 征 井型 4.0mt 井筒直径 6.5m 井深 560m 净断面积 33.18 基岩段毛断面积 44.18 表土段毛断面积 63.62 4.3.2 井底车场及硐室 矿井为立井开拓，煤炭由主立井箕斗提升到地面；物料及人员由副立井罐笼送至 井底车场，在井底车场换装，由轨道矿车运到采区或其他所需位置；矸石由矿车运至 井底车场，由副立井罐笼提至地面。 1)井底车场形式及布置方式 - 27 - 本设计井底车场设在-580m 水平，车场位置无断层，围岩稳定，设计井型为 400 万 t/a，采用两水平立井直接延伸开拓。井底车场如图 4-3-4 所示。 运输大巷采用机车运行时，根据所选用的电机车类型、矿车规格、验算主、副井 空，垂车线长度是否符合设计规范要求。 设计规范规定：“主井空，垂车线长 度应各能容纳 1.52 列车” ；“副井进出车线的长度，大型矿井应各能容纳 11.5 列 车” 。 可用下列公式进行验算： = （4-1） 式中 l空重车线长度，m m列车数，应分别为 1.52.0，或 1.01.5 n每列车矿车数 l1辆矿车长度，m l2电机车长度，m l2电机车制动距离，一般为 1215m 由于采用皮带机运送煤炭到井底煤仓，所以不需要计算主井空重车线，只需计算 副井车线即可,副井空重车线长度： l副=1.5163.15 +5.0+12=92.6m - 28 - 2)硐室 井底车场硐室主要有：井底换装站、井底煤仓、主变电所、主排水泵房、消防材 料库、井底清理斜巷、水仓、调度室、等候室、机头硐室及各种联络巷道等。 a 井底煤仓 主井井底煤仓为一垂直圆断面煤仓，坐落于主立井底端煤仓直径为 8.0m 有效装载 高度为 24.8m，经计算煤仓容量为 1800t。胶带输送机的宽度为 1000mm，运输能力为 630t/h，主井提升能力为 520t/h，两者之差 110t/h，故主井井底煤仓的设置有利于主 井的运输能力的缓解，有利于生产，煤仓采用上装式布置，通过检修清理斜巷清理。 b 水仓布置及清理 水仓布置在井底车场的空车线的北侧，矿井正常涌水量为 100m/h，最大涌水量 130m/h，所需水仓的容量为： q0=1008=800（m） 根据水仓的布置要求，水仓的容量为： q=sl （4- 2） 式中 q水仓容量，m； s水仓有效面积，6.25； l水仓长度，m。 则：q=6.25320=2000m 由上面计算得知 qq0，故设计的水仓容量满足要求。 水仓由水仓清理机通过清理斜巷进入清理。 井底车场巷道及硐室除煤仓、装卸载硐室等采用现浇混凝土支护外，采用锚杆支 护，遇围岩破碎的地方加金属网支护。 4.3.3 主要开拓巷道 主要皮带机石门和轨道石门均布置在 7 号煤层顶板中并穿过两煤层到达所需位置， 辅助石门穿过煤层后有变坡上行到达辅运大巷，为 6。辅助运输大巷和皮带大巷均布 置在 7 号煤底板中，距离煤层 20m，巷道随煤层走向变化有一定角度，一般 2 5。 回风大巷布置在井田上部边界煤层底板中，通过石门与采区巷道相连，达到通风需要。 - 29 - 主石门、回风大巷和两主要大巷断面 (见图 4-3-5 至 4-3-8)，巷道特征参数（见表 4- 3-4 至 4-3-7） 4800 图 4-3-5 运输大巷断面图 表 4-3-4 巷 道 特 征 断面（m2） 掘进尺寸 （mm） 锚杆 围 岩 类 别 净掘宽高 喷射 厚度 mm 形式 外漏 长度 排列 方式 间排 距 锚深 规格 l 净周 长(m) 煤 14.216.248003900 100钢筋 沙浆 50 矩形 8001600 1900 16 14.4 图 4-3-6 轨道大巷及石门断面图 表 4-3-5 巷 道 特 征 掘进断面 16.6 m2 锚杆间距 800 mm 喷层厚度 100 mm 净断面 14.2 m2 锚深 1600 mm 巷道坡度 3 - 30 - 水沟 s 掘 0.36 m2 锚杆排距 800 mm 岩石硬度 f=46 水沟 s 净 0.20 m2 锚杆排数12 根 净周长 14.4 m 每米锚杆数15 根 4800 图 4-3-7 运输石门断面图 表 4-3-6 巷 道 特 征 断面（m2） 掘进尺寸 （mm） 锚杆 围岩 类别 净掘宽高 喷射 厚度 mm 形式