采矿工程毕业设计（论文）-晓明一矿1.80Mta新井设计（全套图纸） .pdf

前言 煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能 源之一。但煤炭是不可再生的宝贵资源，我国虽为万亿吨以上储量的第三富煤大国，但人 均资源仅为世界人均资源的一半。因此，要合理开采、综合利用煤炭资源，提高煤炭资源 的采出率，提高经济效益。 辽宁工程技术大学的采矿工程就是一门针对矿物资源开发、开采、利用以及其原理、 设计等诸多方面开设的一个专业，这门专业所学的知识包括了煤炭生产的各个环节。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 本设计是晓明一矿新井设计， 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积累的知识，查找有关资料和文献，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、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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 容。 1 井田概况及地质特征 1.1 井田概况 1.1.1 井田边界四邻及面积 晓明井田北部以 i 号勘探线北 300m 的一号向斜轴为界与大明一矿相邻; 东部以 f111 断层为界与小青矿井田相邻;南部以 f122 断层、 大隆矿风井保护煤柱为界与大隆井田相邻； 西部以断层 f133 为界。东西走向长 3.9km，南北倾斜宽 4.12km，面积 15.57km 2。 1.1.2 交通位置 铁法矿区交通非常便利，矿区东部有火车编组站大青站。大青东至铁岭 20km 与京 哈线相接。西经调兵山、法库直至康平县东关屯，北至大明，南至王千采石场及晓南矿。 公路纵横，四通八达。在矿区中部，铁岭法库康平公路横穿，北有调兵山公路至大明， 从晓明井田工业广场往西南有沥青路 2.5km 和铁岭法库康平公路相通。 1.1.3 地形地貌 本井田内地势较为平坦，高差变化不大，西部地势稍高，东部较低，平均标高+81.5m。 地表绝大多数为农田，西靠调兵山，其它为平原。 1.1.4 河流、水库及水渠分布 一条起源于法库县红土砬子分水岭北侧的季节性小河-新开河，从晓明井田中心穿流 而过，河长 11km，汇水面积 28.5km2。夏季水量偏大，每遇暴雨积水猛涨。1951 年出现大 洪水，最高洪水位+79.5m；1970 年秋季第二次洪水泛滥泄入晓明井田工业广场南岸 200m 白宝慧：晓明一矿 1.80mt/a 新矿井设计 2 处，水位标高+78.3m。1986、1987、1996 年晓明矿分别对工业广场附近河道护坡进行重新 砌筑，两侧均用水泥、毛石砌成，墙高 3.0m，宽 0.80m，长约 1km，河道宽 23m，有效地 控制了洪水泛滥。井田西北 4.5km 有泡子沿中型水库一座，最大容量 4910 万 m 3。 1.1.5 气象及地震情况 该区位于松辽平原东侧，属大陆性气候，多风少雨。春、冬两季多西北风，夏、秋两 季多西南风， 风大时达 78 级。 降雨一般集中在 7、 8、 9 月份， 年降雨量最大达 1009.1mm。 降雨量详见附表 1-2。年平均气温 7c 左右，最高达 33.3c，最低温度为零下 32.1c； 本区结冻期 56 个月即 11 月至次年 4 月，冻土层深度 1.5m。表土层厚度 550m。 本区地震烈度，根据辽震烈字（83）4 号文，定为六度。 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 晓明井田位于铁法煤田的中西部，煤系地层基底为前震旦系花岗片麻岩、片岩，其上 沉积有晚侏罗系、白垩系、第四系地层现由老至新分述如下： （一）前震旦系 出露于井田西部边缘的调兵山、太平山一带，由花岗片麻岩和片岩类组成，花岗片麻 岩为肉红色，具片麻构造，黑云母片麻岩主要成分为石英、长石、黑云母、石英多呈粗粒 状出现，并多为眼球状构造。片岩主要为灰绿色，淡黄褐色，由黑云母、绢云母、绿泥石、 石英等矿物组成。该变质岩系片理和“x”型节理极为发育，沿节理有火成岩侵入。 （二）晚侏罗系 前震旦系地层形成之后，本区长期处于剥蚀状态，使整个古生界和部分中生界地层缺 失，直到燕山运动中期，即晚侏罗系之前，地壳活动频繁，新华夏系切割纬向构造体系， 形成断陷沉积盆地，并伴有岩浆活动，使本区下降接受晚侏罗系后期煤系地层沉积。晚侏 罗系地层厚达 1000m 以上，平均 1200m，按岩性分为六段自下而上为： a、底部砾岩段 自基底到下部砂泥岩层底板，该段厚 350550m，平均厚度 450m。底部为紫色，顶部 为灰色，灰白色砂砾岩、砾岩、夹薄层砂岩，砾石主要为花岗片麻岩、片岩，园度不佳， 呈棱角状和次棱角状，分选较差。砾径 51000 毫米，一般为 3050 毫米，胶结物为泥 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 质及钙质，不整合于前震旦系地层之上。 b、下部砂泥岩段 本段由灰、灰白、深灰色的砂岩、砂质泥岩、泥岩互层组成。夹薄层炭质泥岩、砂质 泥岩。泥岩中富含植物化石。本层厚约 150m。 c、下含煤段 本段由灰、灰白、灰黑色砂岩、砂质泥岩、泥岩组成，夹薄炭质泥岩和煤层，含煤十 层，分别为 11、12、13、14、15-1、15-2、16-1、16-2、17-1、17-2 煤层，其中局部可 采六层（12、13、14、15-1、16-1、17-1 煤层） 。砂岩成份以石英、长石和云母为主，颗 粒呈次棱角状，分选一般。粉砂岩、细砂岩多斜层理和波状层理。粉砂岩、泥岩中富含植 物化石。本组厚 140219m，一般 162m。 d、中部砂泥岩段 由灰、灰白和深灰色的细砂岩、粉砂岩和泥岩组成，不含煤层。砂岩多为斜层理和波 状层理。本段中含页岩标志层，平均厚 35m，自十一层煤顶板至十层煤底板为本段区间， 本段厚 3258m，一般 44m。 e、上含煤段 本段的岩石组成基本同于下煤段，不同之处是本段的含煤系数较高，含煤 10 层，分 别为 1、2、3、4-1、4-2、5、7-1、8、9、10 层煤，都不同程度的可采，其中 4-1、7 层 煤厚度大，分布广，为本矿主采煤层。本段厚度 15096m，一般为 131m。 f、上部砂泥岩段 本段由砂岩、泥岩、砂质泥岩组成，局部夹薄层砂砾岩及薄层煤。本段下部普遍存在 泥岩标志层，厚约 6.5m，上部粒度变粗并逐渐变为灰绿色。本段自 1 层煤顶板至白垩系， 厚度 9124m，一般为 62m。 (三)白垩系 白垩系在本井田较为发育，井田西部沉积较薄，向东变厚。该系按颜色可分两段： a、灰绿色砂砾岩段 本段以灰绿色、灰白色砂岩、细砾岩为主。砾石主要成份为花岗岩、花岗片麻岩、石 英岩，砾径一般为 1530mm，圆度不佳，分选较差，多为泥质胶结。本段厚度 15531m， 一般 106m。平行不整合于侏罗系地层之上。 b、紫色砂砾岩层 本层以紫色砂砾岩、细砾岩、砾岩为主。砾石成份同上述，砾径一般为 530mm，最 白宝慧：晓明一矿 1.80mt/a 新矿井设计 4 大 300mm，分选不好，磨圆度较差，呈次棱角状。本段厚 24253m，一般 135m。 (四)第四系 本井田第四系以洪积层为主，其次为冲积层，厚度 422m，平均 14m。洪积层在井田 南部以砂质粘土为主，北部以砂质粘土、砂土、砂及粗砂砾为主。冲积层以粘土、砂质粘 土、砂土及砂为主。 1.2.2 井田内的地质构造及变动 本井田位于晓明一号向斜的(朴屯向斜)南翼。 本井田地质构造以断裂为主， 褶曲次之。 断层均属高角度正断层，倾角 5575 左右，落差最大 80m。井田主要大的褶皱为晓明一 号向斜，截止 2003 年末，全井田共发现落差大于 5m 的断层 42 条。其中落差 30m 以上的 断层 17 条；1030m 的断层有 20 条； 5m10m 的断层 5 条；小于 5m 的断层频繁出现。 1.2.3 煤层结构 晓明 1 矿井田内共有两层可采煤层，煤层编号从上往下分别为 1#和 2#，煤层特性见 表： 表 1-1 主要可采煤层特征表 table 1-1 main characteristics of coal 煤层 编号 煤层 厚度 分煤 层数 容重 t/m 3 夹矸 厚度 煤层稳 定程度 煤层倾 平均 层间距 平均 m 1# 5 0 1.35 0 稳定 12 30 2# 9.8 0 1.35 0 稳定 1.2.4 水文地质 （一）区域水文地质特征 铁法煤田的地形、地貌特征是煤田东西边缘由火成岩及变质岩构成的低山，其地势较 高。南北两面相邻辽河流域，中间地区是第四系的洪积和冲积平原。 a、低山丘陵地形：煤田西部的柏家沟、调兵山，南部的王千总堡，东部边缘的镇西 堡、 大台子等地是火成岩及变质岩受构造剥蚀作用生成的低山地形。 低山山脉呈南北走向， 海拔 110337m。低山顶部多呈浑圆状，山坡较陡，受剥蚀较强，上覆一层 0.130m 厚的 残积物。平原之上，局部有丘陵，丘陵分布在大江屯、调兵山、晓明等地，多为隆起的白 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 垩系地层构成。海拔 80110m，顶部平坦，上覆残积物、坡积层。 b、洪积、冲积平原：该平原分布于南北辽河附近地区王家街、小青堆子、万家房、 大青堆子、蔡牛堡子、大榆树堡子等地带，面积 560km2,海拔 65100m。 （二）井田水文地质特征 a、第四系含水层由残积层、坡积层、洪积层和冲积层组成。 残积层、坡积层：分布在低山丘陵顶部，分水岭和山坡地段，层厚在 0.310m 之间， 本层含水极弱，对井田无害。 洪积层：分布在山前平原地带，由黄色的砂土、砂砾和砂质粘土等构成，该层地下水 位深 28m，为孔隙潜水层。在 79、203 孔做抽水试验得知涌水量 0.5581.872m3/h，渗 透系数 0.32.386m/d，影响半径 915m。 冲积层：冲积层分布在辽河两岸及故道一带，由砂质粘土、粉砂、细砂、中粗砂、砂 砾等组成。层厚在 16m35m 之间。该层地下水位深 25m，是孔隙潜水层。根据大明一井 和 79 号钻孔抽水试验得知，涌水量 1.334.25m3/h，渗透系数 2.629m/d，影响半径 23.16250m。 b、白垩系砂砾含水层 分布在整个铁法煤田，并被第四系地层所覆盖。岩性以紫色、灰绿色的砾岩、砂砾岩 为主。地下水沿裂隙和层面流动，属承压裂隙水，其水位深 411m。在 203、79、217 孔 做抽水试验得知，涌水量 0.04250.71m3/h，渗透系数 0.00026850.0127m/d，影响半 径 39.5105m。 c、侏罗系砂砾岩含水层 该层伏于白垩系地层之下,以砂岩为主,含水层厚度在 148408m 之间。在大明、三家 子、海丰屯的 203、217 等孔做抽水试验得知涌水量 0.039614.76m3/h,渗透系数 0.000810.64m/d,影响半径 57108m,透水性微弱。根据煤炭部颁发的矿井水文地质规 程 ， 本井田侏罗系砂砾岩层为主要含水层， 最涌水量均小于 45.1m3/h， 最大涌水量 135.34m 3/h，小于 180m3/h，因此本矿的水文地质类型为第一类，即水文地质简单矿井。 1.3 煤层质量及煤层特征 1.3.1 煤质及物理性质 本井田煤层以低变质弱粘结的长焰煤为主，气煤次之。 煤层质量宏观特征：深黑色、沥青光泽、平坦及贝壳状断口，内生节理发育。 白宝慧：晓明一矿 1.80mt/a 新矿井设计 6 微观特征：一般挥发份 3545，平均 40。灰分一般 17.9535.01，平均 24.33。粘结性一般在 23 之间，属弱粘结或不粘结煤。灰熔点 1300c1500c，属 高灰熔点煤。含硫量 0.420.61之间，平均 0.43，含磷量一般在 0.01以下，属 低硫磷煤。 发热量 qn，平均为 23.25mj/kg，or 平均 31.35 mj/kg。 煤的用途：主要做动力用煤，民用次之，气煤可做炼焦配煤。 煤的可选性：本井田内煤的可选性为中等，可选精煤回收率为良等。 1.3.2 井田内煤层及埋藏条件 井田主体走向东西方向，整体为四边形，倾向为西北方向。煤层倾角在 1018 度之间， 可采煤层间距见 1-1 。 表 1-2 煤层间距见表 table 1- 2 seam pitch table 煤层 厚度 煤层间距 发育情况 1#煤层 5 30 全区发育 2#煤层 9.8 全区发育 1.3.3 煤层综合柱状图 图 1-1 煤层柱状图 fig. 1- 1coal column chart 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 煤岩名称 柱状图厚度 砂岩 粉砂岩 1# 2# 30m 5m 20m 9.8m 1.3.4 煤层顶底板岩性 煤层直接底板：由粉砂岩所组成，结构致密、细腻、无裂隙，厚度一般在 2040m 之 间，平均 20m 左右，按其坚固程度属于硬质岩石。 煤层直接顶板：主要由砂岩岩组成，结构较细致、质软，其厚度变化约为 2030m 左 右，按其坚固程度属于软质岩石。 1.3.5 瓦斯赋存状况及煤的自燃性 从历年瓦斯涌出量测定结果上看， 1994 年至 2003 年瓦斯相对涌出量平均为 2.30m 3/t， 绝对涌出量为 10.05m 3/min，属低瓦斯矿井。瓦斯以游离和吸附形态存在于煤层及围岩的 孔隙中。我矿煤层透气性系数极低，瓦斯圈闭条件较好，但在开采时瓦斯涌出量较大，尤 其冒落、裂隙带发育至近距煤层群时，其涌出量更大。我矿在开采首采层时瓦斯涌出量大， 而开采非首采层（如 2 煤层）时瓦斯涌出量小。首采层瓦斯主要来源于邻近层，而非首采 层瓦斯主要来源于本煤层和采空区。根据生产实践观察，首采层中采场瓦斯的 60%75 来源于邻近层，而非首采层中本层瓦斯约占 60%70。 瓦斯含量和涌出量受火成岩侵入、褶曲、埋深因素影响较大，受断层因素影响较小， 断层多数为开放性断层。 本矿煤尘主要来源于采、掘工作面及煤炭装运等生产环节。煤尘涌出量较少无煤尘爆 炸危险。本矿煤层属一类易燃煤层，煤的自然发火期为 36 个月，最短 43 天。 1.3.6 地质勘探程度 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 白宝慧：晓明一矿 1.80mt/a 新矿井设计 8 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。 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田境界 晓明一矿煤田在西部断层断层 f133 与东部断层 f111 之间，北部人为垂直划分边界南 部以 f122 划分边界。经纬度在 4154800，41551500 和 4702000,4706500 之间。 2.1.2 边界煤柱留设 煤层东西走向约为 3.9km，西南倾向约为 4.12km，井田面积约为 15.57km 2。 井田内含有一断层留设 30m 断层煤柱。井田四周依据相关规定和安全考虑分别留设 30m 的 边界煤柱。 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，工业广场地面受保护 面积应包括保护对象及宽度 20m 的围护带。 2.1.3 临近井田的开发情况以及与本矿的关系 本井田南部、西南部为大隆井田，1966 年建井，1972 年投产，现生产能力 180 万吨/ 年，主采 4 # 、5 #、7 #、8 #、9 # 煤层，以 f406、f311、f403、f308 断层，大隆矿 风井保护煤柱及 f322 断层为界。东邻小青井田，以 f319、f76、f14断层为界。北与大 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 明一矿相邻，以原向斜轴为界，现生产能力为 90 万吨/年，主采 4 #、12 #、15 #、16 #、 17 # 煤层。西部为可采边界。 2.1.4 论述所定边界的合理性 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。 根据参考矿井设计规范 2和矿井安全规程1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。 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。田内有足够的 储量和合理的服务年限。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。所以，这种划分是合理的。 2.2 井田的储量 2.2.1 井田储量的计算原则 7 1) 按照地下实际埋藏煤炭储量计算，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 1000m。 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 0.05m 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 井田的工业储量 矿井的工业储量是进行矿井设计的资源依据,一般即列入平衡表内的储量，也即勘探 地质报告中提供的能利用储量中的 a、b、c 三级储量。 根据工业储量计算公式 1： 白宝慧：晓明一矿 1.80mt/a 新矿井设计 10 zg=msr (2-1) 式中： zg 矿井的工业储量，t m 可采煤层总厚度，m s 井田面积，m r 煤的容重，r=1.35t/m 故 zg=15.57 km2(5+9.8)1.35/cos123.2 亿 t 其中，zg1=15.57 km251.35/cos121.08 亿 t zg2=15.57 km29.81.35/cos122.12 亿 t 2.2.3 矿井的设计储量 矿井的设计储量是指矿井的工业储量减去井田境界、断层保护煤柱等永久煤柱量。 井田境界留设保护煤柱： p=14.5km3014.81.35/cos12=896 万 t 断层留设永久煤柱： p1=1.56km30214.81.35/cos12=192.2 万 t 所以矿井的设计储量为: zs=zg- (p+p1)=3.2- (0.09+0.02)=3.09 亿 t 2.2.4 矿井的设计可采储量 矿井的设计可采储量是指矿井设计储量减去工业广场保护煤柱、主要巷道保护煤柱 量后乘以采区回采率。即： z =（zs- p）*c （2-2） 式中： z矿井可采储量 zs矿井设计储量 p非永久保护煤柱损失 c采区采出率， 厚煤层不低于 0.75；中厚煤层不低于 0.8；薄煤层不低于 0.85； 由设计规范规定 2：大型矿井工业场地占地为 0.81.1 公顷/10 万 t，所以 本矿井的工业场地面积为：s=18118 公顷，依据井田形状选择 300600m 长方形。本 矿井采用立井开拓，井筒保护煤柱在工业场地压煤范围之内，故没有井筒压煤损失。 矿井工业广场保护煤柱损失的计算: 1#煤层工业广场保护煤柱梯形损失： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 71001014.81.35/cos12=1462.4 万 t 2#煤层工业广场保护煤柱梯形损失： 73953514.81.35/cos12=1523.2 万 t 工业广场保护煤柱损失量： p=1462.4+1523.2=2985.6 万 t 表 2-1 可采储量计算表： table 2- 1 recoverable reserves calculation 项 目 工 业 储 量 永久煤柱 损失量 设 计 储 量 工业场地 保护煤柱 设计可采 储 量 储量/万吨 32000 1100 30900 2985.6 20935.8 3 矿井设计生产能力及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 1.8mt/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有 2 层，保有工 业储量为 3.2 亿吨，按照 1.8mt/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，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，适合高产高效工作面开采。 白宝慧：晓明一矿 1.80mt/a 新矿井设计 12 3)建井及外运条件 铁法矿区交通非常便利，矿区东部有火车编组站大青站。大青东至铁岭 20km 与京 哈线相接。西经调兵山、法库直至康平县东关屯，北至大明，南至王千采石场及晓南矿。 公路纵横，四通八达。 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 1.80mt/a 是可行的、合理的。 3.1.2 矿井的服务年限 本矿井的年产量是 1.8mt,根据煤炭工业矿井设计规范规定：矿井设计生产能力为 1.8mt/a,其服务年限不得小于 50 年。 由矿井的服务年限计算公式 6: t=z/(ak) 式中： t矿井的服务年限：a。 z矿井设计可采储量：万 t。 a矿井的生产能力：万 t/a。 k储量备用系数:矿井设计一般取 1.4， 地质条件复杂的矿井及矿区总体设计可取 1.5，地方小煤矿可取 1.3。 k=1.4 t=209/（1.81.4）=83（年） 所以本矿井的设计服务年限符合规定。 3.1.3 矿井的增产期和减产期，产量增加的可能性 建井后产量出现增大，其可能性为： （1）矿井的各个生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，由于引进先进设备等原因 的提高，迅速突破设计能力，可能引起矿井年产量的增加。 (2）工作面的回采率提高，导致在相同的条件下，产量也会增加。 (3）煤层的局部变化以及开采技术的发展,落煤损失,煤柱损失的减少，都有可能是矿井 产量增加。 3.2 矿井的一般工作制度 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： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 矿井的年工作日数为 330 天,矿井实施“三八”工作制,即每昼夜两个采煤工作班和一 个检修班。采煤班内进行“落、装、运、支、移”工序工作,设备检修,推移转载机、区段 运输平巷胶带输送机等工作；检修班内进行检修设备以及采煤工作。 出煤班为两个班，每班工作八个小时。 每昼夜净提升时数为 16 小时。 采用这种方法既增加了出煤时间，又保证了设备的维修，从而可以大幅度提高工作面单 产和保证设备的正常运转，提高了工作效率。 4 井田开拓 井田开拓方式应根据矿井设计生产能力、地形地貌条件、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，通过方案比较或是系统优化后确定 1。 4.1 井筒形式及井筒位置的确定 4.1.1 确定开拓方式的主要依据 1）根据已批准的设计文件。 2）根据煤层赋存条件： 在诸条件中,其中以煤层赋存深浅和冲击层的水文地质条件对开拓方式影响最大,一般 煤层赋存深度不超过200m,冲击层厚不大于20m时,水文地质条件简单,多数采用斜井开拓。 当煤层赋存深度达 200m 以上,用斜井或立井开拓要看具体分析,当深度大于 500m 或冲击层 较厚,含水丰富时,绝大多数采用立井开拓。 3）根据技术装备: 确定矿井的开拓方式，必须充分考虑各个主要工艺系统的机械化装备水平。 4）根据井型大小和投资多少: 本矿井的设计生产能力为 1.8mt/a。斜井开拓初期投资少，但井身长，维护费用较 高；另外，对生产能力大的矿井，斜井开拓的辅助提升工作量很大。 5）根据经济效果,初期投资少、见效快、收益大。 白宝慧：晓明一矿 1.80mt/a 新矿井设计 14 4.1.2 开拓方式的确定原则 3 ： 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、效益高创造条件。 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,尽量采用新技术、新工艺, 发展采煤 机械化、综合机械化、自动化。 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。 4.1.3 井筒形式的选择 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。 本井田地势比较平缓，高低地的最大高差也不过十几米，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采用平硐，可就是这一点，本井田不能满足要求， 很显然，利用平硐开拓对于本井田来说是没有可行性的。同时本井田走向长约 3.9km，倾 向长约 4.12km。煤层倾角平均为 12，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。此外本井田的煤层 赋存深度+100 到-650m，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。 4.1.4 井筒数目的确定 根据矿井生产的需要，考虑到矿井的生产安全、矿井的生产能力、矿井生产的经济效 果等各方面因素， 煤矿安全规程规定，生产矿井必须至少有两个能行人的通到地面的 安全出口。本设计矿井年设计生产能力为 1.8mt/a，采用立井开拓，主井使用两对箕斗提 升，副井使用一对罐笼提升，风井内设螺悬梯子间，与副井一起作为安全出口，故开采水 平时，井筒数目有三个，它们是主井、副井、风井。 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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 效、安全，有利于本矿的正常有序发展。 4.1.5 井筒位置的确定 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。 倾向方向井筒布置方案分析(图 4-1)： 白宝慧：晓明一矿 1.80mt/a 新矿井设计 16 cba 1 2 1 2 2 1 1井筒2工业广场 333 3石门 4 4煤层 图 4-1 井筒位置 fig4- 1 shaft location 表 4-1 方案对比表 fig4- 1 program comparison table 方案 对比 方案 a 方案 b 方案 c 优点 初期（第一水平）工程量 及建井工期最短。 工业广场压煤最少 石门长度较短，沿石门工 程量最少煤层斜长适中， 有利采区布置 煤系基底有含水特大的岩 层不允许井筒穿过时，可用 有利于深部及向下扩展 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 缺点 总石门工程量较大 布置下水平巷道石门很长 而增大了运输量.工程量 布置下水平巷道石门有部 分工程量 工业广场压煤增大 初期工程量较大 工业广场压煤最大 石门长度及沿石门运输长 度较大 方案比较：煤层的厚度大，为减少工业场地煤柱损失及适当减少工程量，可考虑使井 筒设在倾斜中部靠上的适当位置并应使保护煤柱不占初期投产部分。对开采厚煤层时损失 是严重问题，井筒应靠近煤层浅部。本矿井属于大型矿井的开采范围较大，服务年限长， a 方案工业广场压煤最少，初期投产快，但总石门长度大，增加了工程量和运输距离。c 方案压煤最大，初期工程量也大对新建矿井不太合理。b 方案兼顾第二水平的开采，减少 石门总工程量，减少煤柱损失， 以上因素综合考虑，认为方案 b 比较合理。 4.2 井筒参数及断面图 表 4-2 井筒特征表 fig4- 2 shaft features table 井筒名 称 井筒用途 断面尺寸（） 长度（m） 直径（m） 提升容器 主井 运煤 26.8 460 6.0 两套 16 吨箕斗 白宝慧：晓明一矿 1.80mt/a 新矿井设计 18 副井 进风、行人、运料 30.2 420 7.2 一对 3t 矿车双层罐 笼 风井 回风、兼做安全出 口 26.8 120 6.0 各井筒断面见图 4-2；4-3；4-4： 图 4-2 主井断面 fig 4- 1 main shaft sections 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 洒水管 压风管 信号通讯电缆 排水管 动力电 缆 图 4-3 副井断面图 10 fig.4- 3 auxiliary shaft crosssection fig 白宝慧：晓明一矿 1.80mt/a 新矿井设计 20 图 4-4 风井断面图 fig.4- 4 air shaft crosssection fig 4.3 开采水平的设计 4.3.1 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。 本井田煤层底板标高在-650100米，垂高为750米，倾角平均为12斜长为4100米， 依设计规范阶段斜长一般为3001500米，缓倾斜煤层阶段垂高为200350m，可将井田划 分为三个阶段二个开采水平，-200水平和-500水平，二水平服务两个阶段，一阶段与二阶 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 段为上山开采，三阶段为下山开采。阶段垂高分别为300米，300米，150米。这样均符合 设计规范要求，同时本井田也可以选择三个水平三个阶段布置。 第一阶段斜为1100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3 5个，符合规范要求，本设计采用三个阶段二个开采水平的依据是：水平服务年限满足规 范要求，180万吨/年，倾角小于25度矿井一水平服务年限不小于25年。本矿井也可以采用 3个水平三个阶段，上，山开采。但矿井倾向下端倾角11度，采用带区式布置优点突出并 且第二阶段储量丰富，服务年限长，保证安全连续生产，所以采用三个阶段两个开采水平 而不采用3个阶段3个开采水平。 由于本井田煤层属缓倾斜煤层，且第一阶段倾角在15度左右，故第一阶段采用采区式 划分阶段。 4.3.2 第一水平储量及服务年限 tk z t = （4-1） 其中：t 矿井服务年限，年 z 井田设计可采储量，mt a 矿井设计年产量，mt k - 储量备用系数 k=1.4 t=81.6/(1.81.4)=32.38 年25 年，满足设计规范要求，故水平划分是合理的。 4.3.3 设计水平大巷布置 3 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 白宝慧：晓明一矿 1.80mt/a 新矿井设计 22 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。 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 4-5 分煤层大巷布置方式 fig.4- 5 sub- seam roadway layout 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 图 4-6 全煤集中大巷布置方式 fig.4- 6 coal- wide focus on roadway layout 表 4-3 方案技术比较表 table 4-3 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： 15 白宝慧：晓明一矿 1.80mt/a 新矿井设计 24 表 4-4 基建费用比较表 table 4- 4 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 上山 石门 其他 2000 1920 340 50 1000 1000 2000 2000 200 192 68 10 2000 1920 550 0 3000 3000 2000 0 600 576 110 0 小计 460 1286 后 期 大巷 上山 石门 其他 2000 1920 110 150 1000 1000 2000 2000 200 192 22 30 0 0 570 0 0 0 2000 0 0 0 114 0 小计 444 114 共计 904 1400 表 4-5 生产经营费 table 4- 5 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 33 年 大巷 上山 石门 其他 2000 1920 550 50 100 100 100 50 660 633 181 8 2000 1920 1120 0 20 20 20 0 132 127 74 0 小计 1482 333 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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 表 4-7 费用汇总 table 4- 7 cost summary 项目 方案一 方案二 费用（万元） 费用（万元） 初期建井费 508 1624 后期建井费 444 114 生产经营费 1482 333 总费用 2434 2017 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。 4.3.4 大巷的数目 本矿井可采煤层有两层煤，即 1#煤，2#煤；采用机轨合一的形式，既运输大巷中铺设 两条轨道，运输大巷布置在-200m。回风大巷布置在 80m。既采区布置两条大巷运输大巷和 回风大巷。 4.3.5 大巷运输方式 本设计井田年产比较大,且运输距离较长 ,故大巷采用固定式矿车运输。采用矿车运 输可以统一解决煤、矸、物料、人员的运输问题，能适应矿井两翼生产的不均衡、且能满 足井下不同煤种的煤层分采分运的要求，对巷道弯曲没有多大的限制，运煤过程中产生的 煤尘较少，对通风安全有利。另外，长距离运输没有困难，机动，且运费较低。故大巷采 用固定式矿车运输。 4.3.6 大巷的用途及规格 运输大巷承担运煤与运料以及通风行人的任务，在运输大巷内布置双轨道；从而实现 了从大巷到采区、工作面运输的连续性与方便性。因为大巷的服务年限都比较长，所以都 用锚喷支护。 白宝慧：晓明一矿 1.80mt/a 新矿井设计 26 4600 4400 r2200 680 1060 300 1300 1500 200 3700 图 4-7 运输大巷断面图 figure 4- 7 transportation roadway sections 图 4-8 回风大巷断面图 figure 4- 8air return roadway sections 4.4 采区划分及开采顺序 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、经济因素影响，我国矿井实际的采区倾斜长度多为 6001500m，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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 地质构造作为采区边界，减少煤炭损失。共划分为两个采区。详细情况见表 4-8，井田各 采区技术特征表，以及矿井开拓平面图 表4-8 井田各采区技术特征表 table 4- 8 mine technical characteristics of the mining area table 采区 走向长 度米 倾斜 长度 可采储量（mt） 采煤方式 落煤 方式 准备方式 一采区 2200 1100 49.20 长壁放顶煤 综采 双翼采区 二采区 1560 1070 32.43 长壁放顶煤 综采 单翼采区 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，适合于缓倾斜厚煤 层、回采工艺为综采放顶煤的情况。 下面从技术、经济因素的角度来分析以上各采区尺寸选择及划分的合理性： （1）技术因素 采区生产时，我国新建的一些开采缓倾斜煤层的大型矿井，采用新型运输设备开采时， 上山部分斜长一般为 1000-1500m，下山部分斜长一般为 700-1200m，考虑到采区实际 斜长，可选用一台胶带输送机，这样可解决了上山运输的问题。 随着通风技术的发展， 现阶段独头掘进的