毕业论文-阜矿集团海州西井1.50Mta新井设计.doc

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）前言采矿工程是一门针对矿井开采开设的一个专业，这门专业所学的知识包括了煤炭生产的各个环节。从井田的开拓到出煤，对于采矿工程专业的学生来说应该具备选择准备方式，采煤方法，以及矿井生产的设备的能力，在毕业设计过程当中，涉及到了矿井生产的每个环节，所以，学生应该认真对待，掌握采矿的原理及方法，为我国的矿业做贡献。毕业实习的目的就是深化和掌握大学四年所学的东西，并通过设计的方式来检验学生所学知识的掌握程度。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。本设计是阜矿集团海州西井1.50Mt/a新井设计。本井田采用立井多水平上山及上下山混合式开拓，采用走向长壁采煤法，通过各种技术经济比较才能在设计中做出决策，学生在设计中必须建立起矿井生产的整体观念，对开拓、准备、回采进行统筹安排，充分发挥各生产系统的作用。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，设计严格遵守设计规范，对每个方案都做出合理性的论述，并在很多处进行了技术和经济比较，基本完成了毕业设计要求的全部内容。但由于时间和个人水平有限，在设计的过程中难免有一些错误发生，请老师批评指正。1 矿区概述及井田特征1.1 矿区概述1.1.1 井田位置及范围阜矿集团海州西井位于辽宁省阜新煤田中部，北以-200m标高与原平安矿相邻，南至带岩墙，西部及西北部以边界煤柱与王营矿相邻，东以边界煤柱与海州立井相邻，东南部至各煤层最低可采边界厚度点连线。矿井走向长约4.5km，倾斜长约2.7km，矿井总面积11.4km2。 1.1.2 自然地理井田内地貌原为老年期缓丘陵地带，1953年以来，地表大部分陆续被海州露天矿排土场所覆盖，形成人工的矸石山。排土场高度达100m左右。最高海拔为+275.2m。最低位+154.1m，一般为+170至+200m左右。1.1.3 矿区气候条件阜矿集团海州西井所在地阜新地区气象主要受西伯利亚蒙古气流控制，属于大陆性气候。其特点是，温差变化显著（夏季昼夜温差1022），全年降雨量小，蒸发量大，平均年降雨量约400500mm，蒸发量约800mm。降雨最多集中在七、八、九月份，最大824.7mm/a，最小310.7mm/a。历年最大蒸发量2445.3mm/a，最小1340.6mm/a。冬春两季为风季，春季多为西南风，冬季多为西北风。历年平均风速为1.03.7m/s，最大风速为2.3m/s。历年无霜期最大223天，最小175天，历年最大冻土深度为1.4m。矿区北部有细河，河床宽120200m，平时河水深约0.5m左右，属季节性河流，河床接近煤层底板。南部有西瓦房河，河床宽度不大，平时干涸无水，雨季激增，此外无其他河流经过。阜新矿区地震带受赤峰开原构造带控制，唐山地震以后，该矿区地震活动强烈，但根据历年统计，该矿区未发生过破坏程度较大的地震。1.1.4 交通概况阜矿集团海州西井矿区位于阜新市区西南，距阜新市中心10km，交通非常便利。矿内铁路线与国铁新义线相连接，距阜新火车站3.5km，矿区交通位置见图1-1。图1-1 交通位置图Fig.1-1 Traffic and location1.1.5 矿区的勘探程度和开发现状本区于1956年开始勘探，1958年5月第一阶段勘探工作完毕，勘探线距为500750，施工钻孔41个。1963年进行补充勘探工作，期间共施工钻孔41个，对水文地质情况基本查清，于1970年恢复建井至1979年建成投产。在建井及生产过程中，至1998年12月又完成补充勘探钻孔38个，控制网距平均达到190m。本设计的九组煤共三个分层，分为9-1,9-2,9-3分层，总的工业储量2.07亿吨作为本次设计的主要资料依据。1.2 井田及其附近的地质特征1.2.1 井田地层本区地层层序由老到新依次为：(1) 侏罗系上统沙海组：本组地层地表没有出露，顶部1030m层段主要岩性为暗灰色、灰黑色薄层状粉砂岩、泥岩、胶结致密层理发育，其中含有较多的辩锶类动物化石为其特征。阜新组：主要岩性为灰色粉砂岩，细砂岩，与灰白色中粗粒砂岩，砾砂岩，其中含有孙家湾、太下两个煤层群。岩石结构为中厚层状或凸井状。上部的孙家湾煤层群中的灰黑色泥岩中有比较多的小型的软体动物化石，为本层位的主要标志，在太下煤层群的粉砂岩、泥岩中含有多量的植物化石为其主要特征，变化趋势是北厚南薄，西厚东薄。(2) 白垩系下统孙家湾组地层为区内含煤地层的盖层。地表露头所见岩性：主要为赤红色、暗红色的粉砂岩、泥岩夹黄绿色砾及中粗粒砂岩，多为厚层状及块状，无明显层理，性疏松，地层厚度为400500m，变化趋势是南厚北薄，东厚西薄。(3) 第四系冲积洪积层：主要为冲积砂砾石层。在井田东部，南部还有海州露天矿的排土场，其矸石层厚度约为060m。(4) 含煤地层 该井田含煤地层属于侏罗系上统阜新组，与海州露天矿，高德矿，平安矿及在建的王营子立井同属一含煤地层，地层厚度约为600800m。根据煤层结构组合特征，自上而下分为：太下煤层群、孙家湾煤层群。1.2.2 含煤系及地层特征阜矿集团海州西井有三个可采煤层，即太下一层、太下二层和太下三层，本设计的九组煤分三个分层，走向中部厚，沿走向往两侧逐渐变薄，但从钻孔看，变化不大，整个九组煤厚度均匀。从全矿井看，煤层角度东部较小，西部边界偏大。深部角度小，浅部角度大。1）表土层及风化层的深度海州西井井田内地势平坦，为第四系冲积层所覆盖，冲积层较厚，井田浅部以风积细粉砂岩为主，颗粒细而均匀，表土层厚度平均在150米，且有流沙。2）煤层总数及可采层数本区煤层岩性变化不大，煤层结构相对简单，有少量夹矸，共含九个煤组。本设计的九组煤全区发育，9-1，9-2，9-3均为可采煤层。1.2.3 水文地质本矿水文地质简单，主要含水层如下。(1) 第四系洪积、冲积亚粘土夹沙、砾石含水层该层在本区内普遍发育，厚度一般在3.518m。泉流水量在0.40.5 。(2) 基岩孔、裂隙含水层白垩系中统孙家湾组砂砾岩孔隙含水层，分布在本区的西南侧，厚约0450m，为一套粉砂岩、砾岩间夹泥岩。水文地质类型属简单型。本矿井水害主要是受浅部已采区积水的影响。由于多年的采矿活动，煤岩层形成裂隙，地表水（大气降水）沿裂隙渗入井下，形成井下水的主要来源。全矿预测涌水量：最大时预计：419.6 m3/t正常时预计：256.3 m3/t1.3 煤质及煤层特征1.3.1 井田内煤层及埋藏条件煤层走向主体为西北-东南走向，整体呈平行四边形，井田西北侧煤层呈向斜构造，东南侧煤层赋存比较稳定，全区发育，倾角在1316之间，平均为14左右，可采煤层间距见表1-3。表1-3 煤层间距见表Table 1-3 seam pitch table煤层平均厚度（米)煤层间距(米)9-14.218.09-25.022.09-33.4煤层赋存状态九煤组共分9-1、9-2、9-3分层，9-1全区发育，最大可采厚度4.8米，平均4.2米，9-2最大可采厚度6.0米，平均5.0米，以上两分层从走向看浅部厚，往深部逐渐变薄，9-3最大可采厚度4.5米，平均3.4米，东部厚，往西变薄，但从钻孔看变化不大。见煤层柱状图，如图1-2。图1-2 综合柱状图Figure 1-2 Synthesis column map本区煤层中夹石在井田中部最薄，往南北两翼逐渐变厚，沿倾向方向变化小，沿走向方向向南北变化稍大，本组地层一般厚度72.60m，以粉砂岩为主，粘土岩含量减少，各种岩石所占的百分比为：粘土岩10.1，粉砂岩类占52.6，砂岩类占31.4，石灰岩占2.9。岩相组合上为浅海相薄层泥质碳酸盐岩和泻湖海湾相粉砂岩及砂岩沉积物的交替沉积。煤的容重见表1-4。表1-4 煤的容重Table 1-4 bulk density of coal容重最小最大平均t/m31.351.441.40本组内赋存三层石灰岩，由下而上命名为K4、K5、K6，其中K5石灰岩为深灰色泥质生物碎屑岩，时而接近钙质粘土岩。特点是含灰白色的动物介壳，富集成层，与深灰色泥质灰岩交替成细带状，形成明显的水平层理和水平波状层理，极易区别于其它石灰岩。厚度薄但比较稳定，一般为0.11.3m，平均0.55m。本组比较突出的特点是出现了含煤沉积，是典型的海陆交互相沉积序列。井田内各煤层的伪顶多为薄层泥岩，直接顶一般为粘土岩或粉砂岩，底板多为粉砂岩次之。区内虽然岩性变化大，但有一定规律，即由东往西，由下向上岩性逐渐由细变粗，北部和中部较稳定，各类砂岩层理不甚发育，破碎易风化，具有较强的膨胀性，遇水后即软化，断裂带附近层间滑动发育，其内的巷道围岩不稳定，易冒落变形，位于煤层间的巷道有不同程度的移动和破坏。1.3.2 煤的含瓦斯性、自燃性、爆炸性本井田煤层瓦斯含量均很低，属低瓦斯矿井，据化验资料，瓦斯绝对涌出量为：1.275.56m3/min，平均2.34 m3/min，相对涌出量为：0.393.38m3/t，平均1.45 m3/min。煤尘爆炸指数为：平均为38.42；本区由于煤燃点低，易自燃发火，煤尘试验结果为火焰长度40mm，岩粉量55%，具有爆炸性。自燃发火期为3-6个月。1.3.3 井田的勘探程度及进一步勘探要求目前，勘探程度已达到精查，确定了高级储量为50%以上，但为了满足以后生产要求，应提高一水平的勘探程度，使高级储量达到70%以上。2 井田境界及储量2.1 井田境界2.1.1 井田境界本井田境界为上界-100标高，深部到-750标高，西北部以号勘探线为界，东南部以F1断层和F11断层为界，其走向长4.5千米，倾斜长2.7千米，面积11.4平方千米。由于井田东南部以断层为界，故东南边界即为断层煤柱，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20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。2.1.2 论述所定边界的合理性本井田以断层为边界，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。井田走向长度大于倾斜长度，有三层煤，可保证矿井各个开采水平有足够的服务年限。阶段高度及阶段斜长适当，矿井通风、井下运输较容易。根据煤炭工业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。3)开采多种煤类的煤层，应合理搭配开采。综上所述，矿井首采区定在第一水平靠近工业广场的东部，采区储量丰富，有利与运输。西部划分为另一个采区，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 矿井工业储量本井田的工业储量的计算：1）工业储量井田的精查勘探面积为S=11.4。根据储量计算公式3：= （2-1）式中： 矿井的工业储量，t可采煤层总厚度，mS井田面积，m2r煤的容重，取1.4 t/ m3煤层的平均倾角，取工业储量为: Zg =20725.22784万t=2.07亿t。2）井田永久煤柱井田永久煤柱损失包括铁路、井田境界、断层防护煤柱，和浅部矿井水下开采防水煤柱。本矿井多断层，井田边界也多以断层为界。浅部以最低可采边界为界，由于煤层浅部距地表较近，表土层含水较多，故井田上部边界留60米的防水煤柱。深部以-750等高线为界，东南部以F1、F11断层为界，两个断层的落差均大于100米，并且做为矿井边界，两侧各留30米安全煤柱。井田内的断层F6、F22断层两侧也各留30米安全煤柱。P1=4450.160+（713.8+ 882.4）202+（2787.3+ 3820.1+ 2752.4）30 12.61.4=（267006+63848+280794）12.61.4=1078.947万t设计储量Zs= Zg P1 式中 Zs井田设计储量 Zg井田工业储量 P1永久煤柱损失Zs= Zg P1=20725.2281078.947=19646.281万t3）设计可采储量Z=（ZsP2） 式中 Z设计可采储量Zs井田设计储量 P2煤柱损失采区平均回采率煤柱损失P2主要包括工业广场压煤、阶段间煤柱（5060米）、主要上山煤柱。工业广场压煤Y：9-1煤层压煤量：=3138515.449-2煤层压煤量：=3857505.889-3煤层压煤量：=2728008.38Y=3138515.44+3857505.88+2728008.38 =9724049.7=972.4万t阶段煤柱：60（4415.59+4263.71）12.61.4=981.62万t主要上山煤柱：1040236012.61.4=660.44万tP2=972.4+981.62+660.44=2614.46万t=0.7635设计可采储量：Z=（ZsP2）=（19646.28-2614.46）0.7635=17031.820.7635=13003.66万t3 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1.50Mt/a是合理和可行的，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三层，保有工业储量为2.07亿吨，按照1.50Mt/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，虽然煤层埋藏较深，断层较多，但经过块划分，使每块结构变的简单。又由于井田面积大，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，可采煤层均以厚煤层为主，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，交通十分方便，铁路：一条通往用煤大户陡河电厂的专用线，并与吕陡线在我井田上方交汇；另一条经马家沟矿业公司与老京山线的开平站相联。公路：北距10Km与京沈高速公路、102国道相联，南距7Km经开平与205国道、津秦高速公路相联，形成了比较完整的交通网，四通八达。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1.50Mt/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。根据煤炭工业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1.31.5，本矿井取用1.4。由矿井的服务年限计算公式：P=Z/AK (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 =13003.66/1501.4=62年根据有关规定和查阅相关资料，年产120240万吨的大型矿井的服务年限应为50年以上，本矿井62年的服务年限达到标准，符合要求。3.2 矿井的一般工作制度根据有关规定，结合本区煤层条件、储量状况及完成产量的需要，同时达到法定假日，设备检修和涌水等的影响，做出相应的工作制度。本矿井的年工作日按每年330天计算，每昼夜提升时间为16小时。矿井每昼夜分为四班，三班采煤，一班检修，每班工作6小时，即“四六制”工作制。4 井田开拓在一定的井田地质、开采技术条件下，矿井开拓巷道可有多种布置方式，开拓巷道的布置方式称为开拓方式。合理的开拓方式应根据矿井设计生产能力，地形地貌特征，地质条件，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，在技术可行的多种方式中进行技术经济比较后，才能确定。4.1 井筒形式及位置的确定4.1.1 井筒形式的确定及井口位置井筒位置与井筒形式、用途是密切联系的,确定井筒位置是井田开拓的一个重要问题,合理的井筒位置应对井下开采有利,井筒的开掘和使用安全可靠,且地面工业广场的布置合理,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：）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。）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。）井筒位置的确定应首先考虑有利于第一水平的开采,并兼顾下水平的开采,以减少第一水平的工程量,加快建井速度,并保证第一水平有足够的服务年限。）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。一、井筒形式的确定在一定的井田地质条件、开采技术条件下，矿井开拓巷道有多种布置方式，开拓巷道的布置方式通称为开拓方式。合理的开拓方式，一般应在技术可行的多种开拓方式中进行技术经济分析比较后，才能确定。开拓方式按照井筒的倾角不同（水平、倾斜、垂直）分为平硐开拓、斜井开拓、立井开拓和综合开拓方式（平、斜、立井中的任何二或三种形式相结合进行开拓）等四种方式。开拓方式依据井筒 （或平硐）与煤层位置的不同又有若干分类。平硐开拓：在侵蚀基准面以上的山岭或丘陵地区的煤层，由地面开凿通向煤层的平硐，可利用平硐开拓煤田的全部或一部分。斜井开拓：对于表土层较薄、煤层赋存较浅、水文地质条件简单的煤田，一般都可以采用斜井开拓。斜井开拓在各种倾角煤层开拓中都得到了广泛的应用。立井开拓：适应性很强，可用于各种地质条件，同时在技术上也成熟可靠。一般在表土层厚、煤层赋存深时，应采用立井开拓。根据本井田地质情况，地面标高+50米，煤层赋存较浅，在-100-750米，地势平坦，为第四系冲积层所覆盖，冲积层较厚，平均在150米左右，含水层较多，且有流沙，除断层外无其它地质构造，井筒穿过该区域很困难，因此，无斜井或平峒开拓的可能。鉴于以上条件和立井开拓的特点，最后确定主副井筒和风井井筒形式均为立井，开拓方式为立井多水平上山及上下山混合式开拓。二、井筒位置的确定1）沿井田走向方向的位置本井田储量分布均匀，几何形状接近平行四边形，储量中央与几何中央大致在一个位置，所以将井筒位置定在井田的中央。这样布置的优点是：处于储量中央，两翼生产分配均衡，使井田走向方向吨煤运输费用最低。缺点是：两翼采区走向长度不均衡，对工作面区段运输平巷设备选型不利。2）沿井田倾斜方向的位置井筒在煤层倾斜方向上的位置由三个方案：方案一：井筒位于井田浅部，第一水平车场布置在煤层底部，第二水平立井延伸。方案二：井筒位于井田中部，第一水平车场布置在煤层上部，石门穿过顶板与大巷相连，第二水平立井延伸。方案三：井筒位于井田深部。图4-1 方案示意图Figure 4-1 programme diagram图4-2 II方案示意图Figure 4-2 II programme diagram图4-3 方案示意图Figure 4-3 programme diagram经过简单的技术比较后认为：井筒位于井田浅部，煤柱尺寸最小，压煤最少，但石门最长；井筒位于井田深部，煤柱尺寸最大，压煤量最大，且初期工程量大，石门也较长，但对于开采井田深部煤层及井通延伸有利；井筒位于井田中部时，煤柱尺寸稍大，但石门长度较短，且沿石门的运输工程量也小；本井田煤层均为中厚煤层，井田走向长度不大，从有利井下运输和保证第一水平合理的服务年限出发，应该将井筒布置在井田中部或上部位置，由此可将方案三去掉，下面对方案一和方案二进行经济比较：表4-1 建井工程量表Table 4-1 scale construction works well时期工程项目单位方案方案初期主井米450450副井米405405运输石门米0395轨道石门米0375井底车场米820910后期主井米200200副井米200200运输石门米714261轨道石门米734281井底车场米910910表4-2 建井费用表Table 4-2 wells built for table时期工程项目方 案方 案工程量米单价元/米费用万元工程量米单价元/米费用万元初期主井4505440244.84755440244.8副井4055400218.74055400218.7运输石门011500395115045.4轨道石门011500375115043.1井底车场9101150104.79101150104.7小计568.2656.7后期主井2005440108.82005440108.8副井2005400108.82005400108.8运输石门714115082.1261115030轨道石门734115084.4281115032.3井底车场9101150104.79101150104.7总计1057.01041.3表4-3 生产经营费用表Table 4-3 production and operation costs Table时期工程项目方 案方 案工程量米单价元/米/年费用万元工程量米单价元/米费用万元初期主井4502025.604502025.60副井4052023.174052023.17运输石门02003952021.33轨道石门02003752020.25井底车场9102049.149102049.14后期主井20020142002014副井20020142002014运输石门7142049.982612018.27轨道石门7342051.382812019.67井底车场9102063.79102063.7总计290.97269.13注：第一水平服务年限大约27年，第二水平服务年限大约34年。表4-4 两方案比较总表Table 4-4 Comparison of the two tables工程项目方案方案费用(万元)%费用(万元)%初期建井费用568.2100656.7116基建工程费1057.01021041.3100生产经营费用290.97108269.13100合计1347.971031310.43100本经济比较只通过比较基建费用和维护费用，可以得出方案二优于方案一，而且方案二的总石门长度短，运输费用也较低。由以上分析看出，方案二为最优方案，即井筒位置在井田的中部偏上方，第一水平车场布置在煤层上部，石门穿过顶板与大巷相连，第二水平立井延伸。本井田边界不规则，所以储量中心只能近似确定，经近似计算及综合考虑以上各因素,最后确定井筒的具体位置，把井筒布置在这个位置，使两侧储量近似平衡，通风运输费用都比较低。地表范围的标高为+23.85-+38.9m，均高于最高洪水位(+19.5m)，因此，井筒位置不受洪水的威胁。4.1.2 井筒数目及设备的确定本设计中井筒数目定为两个，主井采用箕斗提升，副井采用罐笼升降人员、提矸、运料、入风，由于采用对角方式通风，矿井生产能力大，所需风量也大，故设有边界风井。井筒特征见表4-5及井筒断面见图。表4-5 井筒断面特征表Table 4-5 ell cashing crosssection mark sheet主 井副 井风 井用 途提 煤提矸、运料、运人、入风回风兼安全出口净 断 面23.75m234.46m228.30m2掘进断面33.17m250.24m238.46m2坐 标X402922402865404067Y770617705677806Z+2525+32主井净直径5.5米，提升容器为JDSY16/1504型16t箕斗一对，采用Jkm44（）型多绳磨擦轮提升机，配JRZ170/4916型绕线式异步电动机两台，每台1000KW。最大提升速度为7.38m/s，该提升设备担负本矿全部煤炭提升。图4-4主井断面图Figure 4-4 cross-cut of main shaft副井净直径7.0米，提升容器为一吨双层四车多绳罐笼一对（一宽一窄），采用Jkm3.254（）型多磨擦轮提升机，配JRZ50012型绕线异步电动机两台，每台500KW，最大提升速度8.02m/s。副井每次提升或下放四辆重车时，另一侧必须配四辆空车，下放液压支架时其重量限制在10.5t以内（包括平板车重），另一侧必须配两辆重车。图4-5 副井断面图Figure 4-5 cross-cut of auxiliary shaft风井位于井田北部边界，净直径6.0米用于排风，同时做为安全出口。图4-6 风井断面图Figure 4-6 cross-cut of air shaft4.2 开采水平的设计4.2.1 水平高度的确定本井田煤层底板标高在-100-750米，垂高为650米，倾角平均为14斜长为2700米，依设计规范阶段斜长一般为3001500米，缓倾斜煤层垂高为200350米，可将井田划分为三个阶段两个开采水平，-350水平，为上山开采，阶段垂高为250米，平均斜长为1040米，-550水平，为上、下山开采，垂高均为200米，这样均符合设计规范要求。第一阶段斜长最大为1100米，最小990米，依设计规范综采工作面长度不小于150米，则划分区段数为35个，符合规范要求，150万吨/年，倾角小于25矿井一水平服务年限不小于25年，本设计第一水平服务年限满足规范要求。用二个阶段一个开采水平的依据是：阶段斜长符合机械化采煤要求，可布置综采工作面或高档普采工作面，水平巷道利用率高，能缓解采区接续紧张和井筒延伸频繁不足。尽管在下山开采时存在通风排水的困难，但由于三阶段储量低，采区服务年限短，故影响不大，而且第三阶段如果另设一个开采水平上山开采，井筒需向下延伸200多米，又增加了800多米的石门工程量，所以采用二、三两个阶段用一个开采水平而不采用两个阶段两个开采水平。由于本井田煤层属缓倾斜煤层，故采用采区式划分阶段。详见表4-6和表4-7。表4-6 阶段内划分情况表Table 4-6 phase of table水平阶段斜长阶段煤柱防水煤柱区段煤柱巷道宽工作面长区段斜长区段数-350水平1040米30米60米10米5米222米242米44.2.2 设计水平的巷道布置由于本井田煤层间距较近，见表1-3。层间距50米，故采用集中大巷布置，由于荆唐矿区岩性比较软，大巷服务年限较长，为便于维护，减少维护费用，将大巷布置到9-3煤层底板岩层中，又由于设计中通风方式为中央边界式，所以只采用两条大巷布置，大巷距煤层底板间距一般1030米，取30米。大巷支护方式掘进时期及时支护采用锚杆支护，后期采用混凝土砌碹，巷道断面特征见图4-7。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，运输石门布置在煤层底板-350水平处，直接通过采区下部车场与上山相连，运输上山与轨道上山分别布置在煤层底板岩石中，相距20米远，上山上端与回风大巷相连，回风大巷通过小石门与回风井连接，风井位于井田走向中央的上部边界。具体情况见开拓平面图。2)大巷的数目和用途根据运输和通风条件，本矿井供布置三条大巷：运输大巷（皮带大巷）、轨道大巷、回风大巷。a皮带大巷：将采区采出的煤运至井底煤仓，完成运输任务。b轨道大巷：承担整个水平进风、运料、排水、排矸等任务。c回风大巷：承担整个矿井回风的任务。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。各大巷具体断面如下：图4-7 运输大巷断面图Figure 4-7 Cross-cut of mine haulage roadway图4-8 轨道大巷断面图Figure 4-8 Cross-cut of mine railway transportation roadway图4-9 回风大巷断面图Figure 4-9 Cross-cut of mine returned air roadway大巷运输方式采用皮带运输，铁轨为18公斤/米。轨道大巷轨距600mm，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、采用两条大巷能解决煤、矸、物、人同时运输问题，与副井运输设备配套。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根据井田地质情况，煤层赋存较稳定，三个可采煤层均为中厚煤层为主，井田走向长度4.5公里，井田内四条大的断层构造，以上条件很适合布置综合机械化采煤。而设计规范规定综采工作面双翼采区走向长度应超过15002000米。因此将井田共划分六个采区，其中第一阶段两个上山采区，东一采区和西一采区，均为双翼采区。第二阶段两个上山采区，分别在工业广场保护煤柱两侧：东二采区和西二采区，均为单翼开采。第三阶段两个下山采区：东三采区和西三采区，其中东三采区为单翼开采，西三采区为双翼开采。各采区技术特征见表4-7。表4-7 井田各采区技术特征表Table 4-9 Mine technical characteristics of the mining area Table采区走向长度米倾斜长度工业储量万吨采煤方式落煤方式准备方式备注E1210010403617.6走向长壁综采双翼上山采区E217708102592.6走向长壁综采单翼上山采区E316708702635.8走向长壁 综采单翼下山采区W1230011004255.7走向长壁 综采双翼上山采区W218408402898.3走向长壁 综采单翼下山采区W323007603288.3走向长壁综采双翼下山采区局部普采4.3.2 开采顺序合理的开采顺序是考虑煤层在采动影响的前提下，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。根据煤炭工业矿井设计规范规定，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。由于双翼两个采区条件相近，大巷长度又大致相等，所以采区开采顺序可任选一个先采，本设计开采顺序为：先采距工业广场保护煤柱近、煤层倾角较小的东一采区，顺序是E1采区，W1采区，E2采区，E3采区，W2采区，W3采区。煤层间下行式，区段内后退式回采。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。根据煤炭工业矿井设计规范规定，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。当大巷采用带式输送机运煤，辅助运输采用有轨系统时，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，井底车场与大巷需用石门联系，从主副井井底车场到大巷均与石门联系，所以井底车场型式选为立式车场中的刀式车场，如图4-10。本矿井是多水平开采，水平设置于-350米和-550处，并布置井底车场及运输石门。1)矿井设计能力：150万吨年，每年的工作日为330天，每日净提升时间为16小时。2)立井开拓：井田两翼运输量大致相等。3)主井净直径5.5米，副井净直径7.0米风井净直径6.0米，井下主要运输大巷采用皮带运输机运输，其辅助运输采用一吨标准式固定矿车、平板车和材料车。4)岩巷布置，矸石量为产量的20，由副井提升。5)矿井为低瓦斯矿井，绝对涌出量为：1.275.56立方米分，平均2.34立方米分，相对涌出量为：0.393.38立方米吨，平均1.45立方米吨。6)选择井底车场的形式为环行卧式井底车场，由主要石门及其他巷道相连。年通过能力完全能够满足煤炭工业矿井设计规范要求的必须大于年产量的30的通过能力。根据具体条件，选择车场形式如图4-10。主井副井井底煤仓水仓5水泵房6中央变电所 7清煤斜巷图4-10 井底车场示意图Figure 4-10 Schematic figure of shaft bottom4.4.2 井底车场主要硐室根据煤炭工业矿井设计规范规定，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井下硐室不的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：mc=(0.150.25)Amc 式中：Qmc井底煤仓有效容量(t)Amc矿井日产量(t)0.150.25系数，大型矿井取大值，小型矿井取小值，本设计取0.25则井底煤仓容量为：Qmc=0.251500000/330=1137t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75米，煤仓及装载硐室均低于车场水平，清理井底撒煤工作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：图4-11 井底煤仓Figure 4-11 shaft coal pocket表4-8 煤仓断面特征表Table 4-8 coal pocket cross-section mark sheet生产能力（万吨年）容量（t）圆形断面（mm）净断面（m2）煤仓高度（m）支护方式1501200800050.2430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：图4-12 中央变电所和中央水泵房联合硐室Figure 4-12 Substation capacity and water pump house union booth3)火药库由于本矿井采用全部机械化采煤，所以相对用火药较少，选用储量较小的壁槽式火药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采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，在穿过煤层的一段巷道内，采用特殊施工，加固巷道的稳定性，防止煤壁自然，该材料库具有独立的通风系统，打一条通风孔与地面直接相连。火药库的具体结构见图：图4-13 火药库结构图Figure 4-13 Structure diagram of powder magazine序号巷道名称序号巷道名称贮存火药壁龛贮存雷管的壁龛雷管检查和选择室消防设备用具室发放火药硐室放炮员工具贮藏室电气壁