采矿工程毕业设计（论文）-釜山一矿2.40Mta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 本次设计是釜山一矿新井设计，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，能够体现出安全、高产、高效特点的现代化矿井。 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方法等各个环 节进行了详细的叙述，设计严格遵守煤炭工业矿井设计规范和煤矿安全规程, 对 每个方案都进行了技术和经济比较,并论述了本设计的合理性，完成了毕业设计要求的内 容。同时说明书图文并茂，使设计的内容更容易被理解和接受。在设计过程中，得到了指 导老师的详细指导和同学的悉心帮助，在此表示感谢。由于设计时间和本人能力有限，难 免有错误和疏漏之处，望老师给予批评指正。 李建南：釜山一矿 2.40mt/a 新井设计 2 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 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 9 . 5105112 4 . 5444112 oo ，北纬7 . 15535 4 . 021535 oo 。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。 1.1.2 矿区地形、地貌及交通运输 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 最高点位于西南部山顶，标高 1310.66m，最低点为东部丹河河床，标高 878.00m，最 大相对高差 432.66m， 表土层较厚， 平均 141 米左右。 井田东西长 4.55.0km， 南北宽 3.7km， 面积 17.3 km2。 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,见交通位置图 1- 1 。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 图 1- 1 交通位置图 fig.1- 1 traffic and location 1.1.3 气候条件及地震情况 本区属大陆性气候， 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 0.30 0.43m。 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 电源、水源及建筑材料来源 井田所需用电由晋城市发电厂直接供应 井田内地表水、浅层地下水不能满足工业用水耍求。扩建后，矿井正常涌水量可达 3927m3/d 以上，经简单处理后，一般可作为工业用水等。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 7.57.9， 矿化度为 6321545mg/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。 井田所需建筑材料在高平市购得。 李建南：釜山一矿 2.40mt/a 新井设计 4 1.2 井田及其附近的地质特征 1.2.1 井田地质构造 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） 。 井田位于晋获褶断带南部西侧，沁水盆地南缘，井田构造形态与区域构造密切相关。 根据井田地表基岩出露情况和钻孔、巷道揭露及三维地震勘探、地面物探资料，井田地层 总体为走向北北东，倾向北西西的单斜构造，地层倾角 oo 81，局部受构造应力影响，发 育有次一级的波状起伏，表现为宽缓的中小型背斜和向斜，并伴生有较多的中小型断层和 陷落柱。 井田内主要断层为李家河正断层：位于井田北部，西自下海则村北，向东延伸出井 田外，井田内延伸约 4.2km。走向东部为北东东向，西部为东西向，倾向北北西正北， 倾角 o 70 ，落差 150m。 井田内共发现 119 个陷落柱。其中井下巷道揭露 18 个，三维地震解释 114 个。井下 陷落柱规模均不大，一般导水和富水情况较差，仅个别陷落柱有少量渗水，其余均无渗水 现象。 本井田地层倾角比较平缓，褶曲幅度不大，虽断层、陷落柱比较发育，但断层大都为 落差 10m 以下的小型断层，仅个别断层落差可达到 2050m。综合评价，本井田地质构造 复杂程度应属简单类型。 1.2.2 井田水文地质特征 井田及附近主要地表河流为丹河和釜山河，丹河发源于井田以北丹朱岭西部后沟村 西北。从井田东部边界处由北向南流过，为沁河支流。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 。 据 长 平 村 西 临 时 测 流 断 面 观 测 ， 流 量 s /1.4088ms /m0042 . 0 33 。 另外，在井田中北部还分布一个较大的水库釜山水库。水库位于釜山村与四沟村 之间的大沟内，库区面积约 0.18km2，库容量 60 万 m3。库区内最大蓄水深度 10 余米，库 区最高水位标高 915m，该水库常年存水。 3 号煤层及上部 2 号煤层的直接充水含水层为顶板砂岩裂隙含水层，补给来源少，钻 孔单位涌水量为 0.00250.0227l/s.m，含水性弱。矿井正常涌水量 216.95 立米/小时，最 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 小涌水量 160 立方米/小时，最大涌水量 502 立方米/小时。另外井田内发现有较多断层和 陷落柱构造。在大型断裂构造及较大陷落柱等部位可能沟通不同含水层的水力联系，从而 造成部分地段特别是带压地段水文地质条件的复杂化。 因此综合分析，本矿井开采 2、3 号煤层水文地质类型属中等类型。 1.3 煤层质量及煤层特征 1.3.1 煤质及物理性质 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。有机组分以 镜质组为主，其次为惰质组，未见壳质组。无机组分：以粘土类为主，其次为硫化铁类， 硫酸盐类及氧化硅等。有机组中镜质组含量为 86.5%，惰质组为 13.5%。无机组分中粘土 矿物类为 10.7%，硫化铁类，硫酸盐类和氧化硅均为 0.7%。 2 号煤主要煤质指标： 水分（mad） ：原煤 0.26%1.95%，平均为 0.92%；浮煤 0.30%2.20%，平均 1.01%。 灰分（ad） ：原煤 8.26%32.46%，平均为 18.74%；浮煤 4.82%9.35%，平均 7.74%。 挥发分 （vdaf） ： 原煤 9.16%15.93%， 平均 11.72%； 浮煤 7.83%12.04%， 平均 9.42%。 硫分(std)：原煤 0.28%0.69%，平均 0.41%，浮煤 0.35%0.63%，平均 0.43%。 发热量 （qgr,v,d） ： 原煤 20.4730.01mj/kg， 平均 28.85mj/kg， 浮煤 32.5834.25mj/kg， 平均 33.38mj/kg。 3 号煤层为黑色、条痕为黑色，参差状贝壳状断口，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。有机组分以镜质组为主，其次为惰质组，壳质组未见。无机组分以粘土类为主， 其次为硫酸盐类，硫化铁类及氧化硅等。 3 号煤主要煤质指标： 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 21.8632.48mj/kg， 平均 30.00mj/kg， 浮煤 28.4134.33mj/kg， 平均 32.73mj/kg。 李建南：釜山一矿 2.40mt/a 新井设计 6 2、3 号煤层灰分、硫分均低，除作动力用煤，还可作气化用煤、化工用煤、高炉喷吹、 电石炉等多种用途。 1.3.2 井田内煤层及埋藏条件 井田地层总体为走向北北东，倾向北西西的单斜构造，整体多边形，井田中央倾向为 东西方向，倾角在 oo 81之间，平均为 o 4 左右，可采煤层间距见表 1- 1。 表 1- 1 煤层间距表 tab. 1- 1 seam pitch table 煤层 厚度/m 煤层间距/m 发育情况 2 号煤层 5.0 20 全区发育 3 号煤层 5.5 全区发育 1.3.3 煤层综合柱状图 图 1- 2 综合柱状图 fig.1- 2 synthesis histogram 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 1.3.4 顶底板岩性 1）顶底板岩石特征 2、3 号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。 煤层的上覆岩层，从直接顶到老顶为软弱坚硬型，再往上为软弱坚硬型相间复合 结构，这种软硬相间的结构虽然能阻止煤层开采时顶板裂隙的发展，但由于软弱岩石在水 的作用下易发生变化，从而降低顶板的稳定性。 2、3 号煤层的直接底板以泥岩、砂质泥岩为主，局部为粉砂岩或细砂岩。 2）顶底板岩石力学性质 2 号煤层顶板：为砂质泥岩时，自然抗压强度为 16.683.2mpa，抗拉强度为 0.6 1.0mpa，平均 0.9mpa,为软弱岩石- 半坚硬岩石。为中细砂岩时，自然抗压强度为 73.7 78.9mpa，平均 76.1mpa，抗拉强度为 4.67.3mpa，平均 6.2mpa,为坚硬岩石。为粉砂岩 时， 自然抗压强度为 22.241.6mpa， 平均 30.9mpa， 抗拉强度为 2.03.0mpa， 平均 2.6mpa， 为半坚硬岩石。 为泥岩时， 自然抗压强度为 4.04.5mpa， 平均 4.3mpa， 抗拉强度为 0.19 0.21mpa，平均 0.2mpa，为软弱岩石。 2 号煤层底板：为砂质泥岩时，自然抗压强度为 4.484.4mpa，平均 37.5mpa，抗拉 强度为 0.22.0mpa，平均 1.0mpa，为软岩石- 半坚硬岩石。为中细砂岩时，自然抗压强度 为 65.872.9mpa，平均 68.5mpa，抗拉强度为 4.45.1mpa，平均 4.8mpa，为坚硬岩石。 为泥岩时，自然抗压强度为 28.030.8mpa，平均 28.7mpa，抗拉强度为 0.91.4mpa，平 均 1.1mpa，为软岩石。为粉砂岩时，自然抗压强度为 23.040.8mpa，平均 33.3mpa。抗 拉强度为 0.60.7mpa，平均 0.7mpa，半坚硬岩石。 3 号煤层顶板：为细砂岩时，自然抗压强度为 76.0116.0mpa，为坚硬岩石。为砂质 泥岩时，自然抗压强度为 20.0122.0mpa，平均 53.6mpa，抗拉强度为 1.17.3mpa，平 均 2.7mpa，为半坚硬岩石。为粉砂岩时，自然抗压强度为 21.964.0mpa，平均 45.4mpa， 抗拉强度为 0.91.5mpa， 平均 1.2mpa。 为半坚硬岩石。 为泥岩时， 自然抗压强度为 19.9 75.2mpa，平均 45.7mpa,抗拉强度为 0.60.7mpa，平均 0.7mpa，为软- 半坚硬岩石。 3 号煤层底板： 为粉砂岩时， 自然抗压强度为 21.181.6mpa， 抗拉强度为 1.03.6mpa， 平均 2.0mpa，为半坚硬- 坚硬岩石。为砂质泥岩时，自然抗压强度为 24.070.4mpa，平均 李建南：釜山一矿 2.40mt/a 新井设计 8 45.8mpa，抗拉强度为 1.22.5mpa，平均 2.0mpa,为半坚硬岩石。为细砂岩时，自然抗压 强度为 53.771.5mpa，平均 60.8mpa，抗拉强度为 6.06.5mpa，平均 6.1mpa，为坚硬岩 石。为泥岩时，自然抗压强度为 24.888.4mpa，平均 45.9mpa，为软- 半坚硬岩石。 1.3.5 瓦斯赋存状况及煤的自燃性、含水性 釜山一矿矿开采 2、3 号煤层，瓦斯绝对涌出量为 13.73m3/min，二氧化碳绝对涌出量 为 6.25 m3/min，相对涌出量为 2.80 m3/t，属于低瓦斯矿井。 煤层不易自然,含水性小。 1.3.6 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。 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田的边界 矿区地理坐标为：东经 9 . 5105112 4 . 5444112 oo ，北纬7 . 15535 4 . 021535 oo 。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。 井田倾向长约 4.55.0 公里，走向长约3.7 公里，井田面积约17.3 平方公里，呈多边形。 2.1.2 边界煤柱的留设 按煤矿安全规程及相关规定，釜山一矿各煤柱尺寸如下： 1) 井田边界煤柱 30m； 2) 断层煤柱 20m； 3) 陷落柱四周煤柱 15m； 4) 分带间煤柱 3m； 5)带区间煤柱 20m； 6)主副井间距 30m； 7)大巷间煤柱 30m； 8)停产线距离 20m； 9)工业广场维护带 20m。 根据参考煤炭工业矿井设计规范1和煤矿安全规程2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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 2.1.3 边界的合理性论述 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。井田有两层煤， 可保证矿井有足够的储量和合理的服务年，根据煤炭工业矿井设计规范的规定，带区 开采顺序应遵守先近后远，逐步向边界扩展的原则，并应符合下列规定： 1)首采带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，带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，单独布置带区。 3)开采多种煤类的煤层，应合理搭配开采。 考虑到本井田特殊情况，即右翼井田不规则，且西南部存在天然断层，结合自身生产 能力和技术设备，矿井井田靠近工业广场的左右翼个划分为一个带区，矿井首个带区定在 井田左翼靠近工业广场的西部区域，该带区储量丰富，有利于运输，井田左翼工业广场南 部和北部以及井田右翼南部和北部各化为一个带区。 参考煤炭工业矿井设计规范1和煤矿安全规程2的相关要求，本井田的边界 划分符合规定，比较合理。 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 矿井地质资源/储量 为较精确求得井田内矿井的地质资源/储量，根据煤层底板等高线煤层产状变化规律， 李建南：釜山一矿 2.40mt/a 新井设计 10 可将井田划分为 a、b、c、d、e、f 六个块段，分别计算每个块段内的地质资源/储量， 然后累加计算总量，即为矿井的地质资源/储量。 矿井地质资源/储量计算公式： i i iz cos/ rz = = f a ms （2- 1） 式中： z z矿井地质/资源储量，mt； i s 井田块段面积，m2； m 煤层厚度（由于地质资料有限，煤层厚度取均值） ，m； r煤的容重（取 1.4） ， t/m3； i 块段平均倾角。 其中：a 块段地质储量 2668419.7710.51.4/cos o 0 . 4=39.32mt； b 块段地质储量 2771739.6810.51.4/cos o 0 . 8=41.14mt； c 块段地质储量 4624354.187510.51.4/cos o 0 . 3=68.07mt； d 块段地质储量 2530820.02510.51.4/cos o 5 . 2=37.24mt； e 块段地质储量 2446804.38510.51.4/cos o 0 . 3=36.02mt； f 块段地质储量 2267347.802510.51.4/cos o 0 . 4=33.41mt； 所以，矿井地质/资源储量为 zz=39.32+41.14+68.07+37.24+36.02+33.41=255.2mt。 2.2.3 矿井工业资源/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。由于本井田煤层赋存稳定，地质构造简单，无大的地质构造，勘探程度高，所 以本矿井的矿井工业资源/储量可认为与矿井地质资源/储量相等，即 ： t 2 . 255 zg mzz= （2- 2） 2.2.4 矿井设计资源/储量 从矿井工业资源/储量中减去永久煤柱储量，即为矿井设计资源/储量。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 矿井设计资源/储量： 1gs zp= （2- 3） 式中： zs矿井设计资源储量； zg矿井工业资源/储量； 1 p 永久煤柱损失(井田境界煤柱， 断层保护煤柱， 公路、 河流保护煤柱等)。 其中： 井田境界煤柱损失=17057.653010.51.4/ o 4cos=7540792.64t； 断层损失=5909.802010.51.4/ o 4cos=1741723.95t； 即 p1=7540792.64t+1741723.95=9282516.59t。 所以， s z =255.2- 9.28=245.92mt 2.2.5 矿井设计可采/储量 从矿井设计资源/储量中减去工业场地、井筒、井下主要巷道等保护煤柱储量，再减去 开采损失，即为矿井设计可采储量。 矿井设计可采储量： cp )(z 2sk = （2- 4） 式中：zk设计可采储量； p2暂时煤柱损失，包括工业场地、井筒、井下主要巷道等保护煤柱损失； c 带区平均回采率,由煤炭工业矿井设计规范第 2.1.3 条，矿井带区回 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%。全矿带区回采率按照下式计算： k= 21 2211 mm kmkm + + （2- 5） 本井田 2 层煤均为厚煤层，因此全矿带区回采率取 0.75。 工业广场煤柱损失=1363818.4110.51.4/cos o 4 =20097086.12t； 大巷间煤柱损失=t19.3978694cos/4 . 1 5 . 10120225= o （大巷煤柱与工业广场煤柱共 用部分不重复计算） ； 李建南：釜山一矿 2.40mt/a 新井设计 12 即：p2=20097086.12+397869.19=20494955.31t。 所以矿井设计可采储量： cps)(zk 2 =(245.92- 20.49) 0.75=169.07mt。 2.2.6 工业广场面积的确定 工业场地占地面积按煤炭工业矿井设计规范规定设计，见表 2- 1。 表 2- 1 工业场地占地面积指标表 tab.2- 1 table of industrial site covers area index 井 型/ - 1 at m 占地面积/ 1 )1 . 0(ha mt 2.4 及以上 1.0 1.2- 1.8 1.2 0.45- 0.9 1.5 0.09- 0.3 1.8 本矿井设计年产 2.40mt，所以工业广场面积为 s=241.0=24 公顷，选择边长为 600m400m 的长方形。上山移动角： o 72 ；下山移动角： o 72 ；表土层移动角： o 45 。维护 带宽度：20m。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 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 2.40mt/a 是比较合理和可行的，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 2 层，保有 可采储量为 169.07mt，按照 2.40mt/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。本井田离晋城市较近，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， 李建南：釜山一矿 2.40mt/a 新井设计 14 交通较便利。 4) 具有先进的开采经验 近年来，“安全高产高效”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安全、 高产、高效矿井。矿井的生产能力为 2.40mt/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3。 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 1.3。 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，取 1.3。 所以，p=z/(ak) =169.07 /(2.41.3)=54.19a。 由设计规范第 2.2.5 条知，矿井设计生产能力为 120240 万吨/年的大型矿井，设 计服务年限不应低于 50 年。本矿井的服务年限为 54.19a，符合设计规范规定。 3.2 矿井的一般工作制度 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。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。矿井每昼夜分四班，三班出煤，一班检修，每班工作 6 小时，即“四六制”工作制。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 4 井田开拓 井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体，建 立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。4这些用于开拓的井下巷道形式、 数量、位置及其相互联系和配合即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，开采技术装备条件， 地面外部条件等因素综合考虑。 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需要认真研究： 1）确定井筒的形式，数目及其配合。合理选择井筒及工业广场的位置。 2）合理地确定开采水平数目和位置（标高） 。 3）布置大巷和井底车场。 4）确定矿井开采程序，做好水平的接替。 5）进行矿井开拓延深，深部开拓及技术改造。 6) 合理确定矿井通风、运输及供电系统。 4.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标 4.1.1 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：立井、斜井、平硐、综合、多 井筒分区域。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：平硐开拓受地形及埋藏条件的限制，一般适合于煤层埋藏较浅，而且要有适合 于开掘平硐的地形条件。但由于本井田煤层埋深在 700 米左右，煤层埋深大，地势比较平 缓，高低地的高差不大，本井田不能满足要求，所以利用平硐开拓对于本井田来说是不合 理的。 斜井：利用斜井开拓要求煤层埋藏较浅、表土层不厚、无流沙层，水文地质条件简单、 李建南：釜山一矿 2.40mt/a 新井设计 16 倾角不大的薄及中厚煤层的矿井，与立井开拓相比，斜井开拓井筒施工工艺、施工设备与 工序比较简单，掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少；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，煤 层埋藏深，采用斜井施工比较困难，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。 立井：立井开拓适应性较强，不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯等自然条件的影响， 适用于开采煤层较深的矿井，在采深相同的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力 大，主要缺点是立井井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高技术水平，井筒装备复 杂，掘进速度慢，基本建设投资大。但由于本井田主要特点就是煤层埋藏深，表土层厚， 采用其他开拓方式不合理，根据煤炭工业矿井设计规范第 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。 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。 多井筒分区域开拓：多井筒分区域开拓是大型矿井井田划分为若干个具有独立通风系 统的开采区域，并共用主井的井田开拓方式。适用于井田面积大、通风线路和井下运输与 距离长、辅助提升任务重的矿井。此开拓方式需掘井筒数量多，而且煤层赋存深，井筒掘 进量大，所以从经济上讲是不合理的。 综上，本井田采用立井开拓方式。 4.1.2 确定井筒的数目及位置 1）井筒数目 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 2.40mt/a，属大型矿井，采用立井开拓，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 兼入风，副井采用罐笼升降人员、提矸、运料、入风。风井内设螺悬梯子间，与副井一起 作为安全出口。 这样确定的井筒数目可以满足矿井提煤、运料、通风的要求，保证矿井生产安全、高 产、高效，有助于本矿的正常有序发展。 2）井筒位置 选择井筒位置是矿井开拓的最重要一步，井筒位置决定了井底车场的形式，大巷的布 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 置，其他主要巷道的选择。考虑井筒的位置要统筹井田全局，大型矿井的开采范围较大， 服务年限长，应本着“重前顾后”和“重下顾上”的原则，把重点放在前期和地下资源开采的 合理性而后效率上。 主要考虑因素如下： a 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。 b 有利于首采带区布置在井筒附近的富煤块段，首采煤区要少迁移或不迁移村庄。 c 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。 d 距水源，电源较近，与矿井铁路专用线路易连通，道路布置合理。 e 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。 f 尽量使工程量少、投资小，便于井下带区划分，同时有利于通风、行人安全。 g 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。 h 倾斜方向：从保护井筒和工业场地煤柱损失看，愈靠近浅部，煤柱的尺寸愈小；愈 靠近深部，煤柱的损失越大。因此，井筒位于井田倾向中上部。 i 走向方向：井筒沿井田走向的位置应设在井田中央，可以使沿井田走向的运输工作 量小，而井筒偏于一侧的相应井下运输工作量比较大。当井田储量不均匀分布时，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。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。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。 4.1.3 井筒参数及断面图 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。 主井、副井井筒断面见图 4- 1、4- 2 及其特征参数见表 4- 1、4- 2，风井井筒断面见图 4- 3 及其特征参数见表 4- 3。 李建南：釜山一矿 2.40mt/a 新井设计 18 图 4- 1 主井断面 fig 4- 1 main shaft sections 表 4- 1 井筒特征表 tab.4- 1 shaft features table 井筒名称 井筒用途 断面尺寸 长度 直径 提升容器 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 主井 运煤 、进风 38.48 2 m 812 7.0 两对 16 吨多绳箕斗 图 4- 2 副井断面图 fig.4- 2 auxiliary shaft crosssection fig 表 4- 2 井筒特征表 tab.4- 2 shaft features table 李建南：釜山一矿 2.40mt/a 新井设计 20 井筒名称 井筒用途 断面尺 寸/ 2 m 长度/m 直径/m 提升容器 副井 进风、行 人、运料 50.26 752 8.0 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 图 4- 3 风井断面图 fig.4- 3 air shaft crosssection fig 表 4- 3 井筒特征表 tab.4- 3 shaft features table 井筒名称 井筒用途 断面尺寸/ 2 m 长度/m 直径/m 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 风井 回风、 兼做安全出口 38.48 636 7.0 4.2 开采水平的设计 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4。 4.2.1 开采水平的划分 矿井井田斜长的大小、开采层数的多少和煤层倾角的陡缓，井田内划分为一个或者几 个水平。开采水平的划分与井田内阶段的划分密切联系，对于近水平煤层的矿井，井田内 各煤层的斜长都比较长，但是其垂高并不大，所以就不划分为阶段，而是划分为带区或者 盘区。如开采煤层不多、上下可采煤层的间距不大，可以采用单水开拓。如开采煤层数目 较多，山下可采煤层的间距较大，就要划分没则，各煤组分别设置开采水平，实行多水平 开拓。 另外， 煤炭工业设计规范规定 2.40mt 的矿井的第一水平服务年限不得小于 30 年。 4.2.2 水平划分的依据 1）开采水平的划分一般是根据井田倾斜长度、煤层的倾角等来划分的,合理的开采水 平要保证开采水平有合理的服务年限,足够的储量以及取得较好的经济效果。 2）根据煤层赋存条件及地质构造 煤层的倾角不同对阶段高度的影响较大， 对于近水平煤层， 阶段高度已经无实际意义， 应按水平两侧盘区上下山长度或条带的推进长度来确定水平的范围，并要保证水平的服务 年限；当近水平煤层的间距较大时，可以根据赋存深度不不同，分组设置开采水平，有时 也利用地质构造划分阶段，如向斜轴向、走向大断层或其它构造变化等。 3）根据生产成本 阶段高度增大，全矿井的水平数目减少，水平储量增加，分配到吨煤的折旧费用相应 李建南：釜山一矿 2.40mt/a 新井设计 22 减少，但阶段长度会使一部分经营费用相应增加，其中随着阶段增大而减少的费用有：井 底车场及硐室、运输大巷、回风大巷及带区车场掘进费、设备购置及安装费用等;增加的费 用有：沿上山的运输费、通风费、提升费、倾斜巷道维护费等，此外，还延长时间和增加 初期投资。 4.2.3 水平高度的确定 釜山一矿年产量 2.400mt，井田走向长 3.6km，倾斜长度 4.55.0km，两层可采煤层总 厚度 10.5m，其中 2 号煤层厚 5.0m，3 号煤层厚 5.5m，间距为 20m，煤层倾角平均 4。属 于近水平煤层，所以不划分为阶段，直接划分为带区。带区以断层和人为边界为界，根据 井田条件和设计规范相关规定，本井田划分 1 个水平，水平标高设为+363m。 4.2.4 设计水平储量及服务年限 本井田设计水平为+363m 水平,即整个矿井由这一个水平开采。 水平储量即为矿井设计 可采储量 169.07mt，水平服务年限即为矿井矿井服务年限 54.19 年。 4.2.5 设计水平大巷位置 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。 根据本井田煤层赋存条件，主要运输大巷和轨道大巷布置方式可选择分层布置和集中布 置两种方式，下面对两方案进行技术比较,见表 4- 4。 表 4- 4 技术方案比较表 tab.4- 4 technical scheme 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 独布置带区，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， 可同时进行多个煤层的准备和回采， 开采强度 大； 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 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。 矿井投产前要掘进斜联络巷， 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。 基于以上比较，由于釜山一矿煤层间距较近，层间距小于 50 米，考虑到采动影响,不 考虑分层或分组大巷布置，本设计矿井大巷使用期限较长，为便于维护,减少煤炭损失,故 采用集中大巷布置，为便于维护，将运输大巷布置到 3 号煤层底板岩层中，大巷距煤层底 板间距一般 1530 米 ，本设计取 30m，轨道大巷比运输大巷低 5m，大巷的具体位置见 开拓系统平、剖面图。另外，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。 回风巷的位置可以有多种布置方式， 但各有优缺点， 下面对这几种方案做具体的比较。 方案一：两层煤当中各布置一条回风巷 优点：两煤层中都布置回风大巷，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，巷道的维护费用高，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。 方案二：两层煤共用一条回风大巷 两层煤共用一条回风大巷又可分为三种情况，即回风大巷布置在 3 号煤底板岩层中， 回风大巷布置在 2 号煤顶板岩层中，回风大巷布置在 2 号煤和 3 号煤中间。三种情况巷道 掘进量基本相同，但回风大巷布置在 2 号煤顶板岩层中会减少风井掘进费用。所以选取回 风大巷布置在 2 号煤顶板岩层中方案与方案一进行比较。 回风大巷布置在 2 号煤顶板岩层中，与两煤层用斜巷连接。 优点：这种布置方式非常有效的减少了因留设煤柱而造成的损失，提高了采出率，维 护费用低，通风安全性可靠，不会对正常的生产造成太大的影响。 缺点：由于是岩巷掘进，所以掘进速度慢，掘进费用高，各煤层用斜巷与回风大巷连 李建南：釜山一矿 2.40mt/a 新井设计 24 接也增加了掘进工程量。 图 4- 4 回风大巷分层布置 fig.4- 4 return air roadway hierarchical arrangement 图 4- 5 回风大巷集中布置 fig.4- 5 return air roadway centralized layout 现对其进行经济比较，具体见表 4- 5。 表 4- 5 方案费用比较表 tab. 4- 5project 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 掘 进 费 用 风巷 757 1000 75.4 274 3000 82.2 斜联络巷 0 1000 0 117 3000 35.1 石门 40 1000 4 20 3000 6 风井深差 +55 5000 27.5 +0 5000 0 小计 106.9 123.3 项 目 工程量/m 单价元/m 费用/万元 工程量/m 单价元/m 费用/万元 维 护 费 风巷 378.5 100 3.785 274 20 0.548 斜联络巷 0 100 0 117 20 0.234 石门 40 100 0.4 20 20 0.04 风井 +55 60 0.33 +0 80 0 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 用 使用期小计 244.67 54.44 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， 本设计采用方案二较为合理。 4.2.6 大巷的数目和用途及规格 根据运输和通风条件，本矿井共布置三条大巷：运输大巷（皮带大巷） 、轨道大巷、 回风大巷，巷道断面特征规格见图4- 6、图4- 7和图4- 8。 1）皮带大巷：将带区采出的煤运至井底煤仓，完成运输任务。集中布置在 3 号煤层 底板岩石中，这样生产比较集中，有利于提高井下运输效率。 2）轨道大巷：承担整个水平进风、运料、排水、排矸等任务。集中布置在 3 号煤层 底板岩层中。 （为便于处理两条大巷在空间上的交叉关系，并便于胶带输送机大巷泄水， 胶带输送机大巷可略高于轨道大巷，错距一般为 35m。 ） 3）回风大巷：承担回风任务和安全出口通道。 李建南：釜山一矿 2.40mt/a 新井设计 26 图 4- 6 运输大巷断面图 fig.4- 6 transportation roadway section map 表 4- 6 运输大巷断面及特征 tab. 4- 6transport tunnel cross section and its character 围岩 类别 断面/ 掘进尺寸/mm 喷射 厚度 /mm 锚杆/mm 净 掘 宽 高 间距 锚深 规格l 岩 16.81 18.11 5240 4020 300 600 2500