采矿工程毕业设计（论文）-吕沟煤矿0.9Mta新井设计.pdf

中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 1 页 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 2 页 1 矿井概况与地质特征矿井概况与地质特征 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1.1 矿井概述矿井概述 1.1.1 地理位置与交通地理位置与交通 吕沟煤矿位于河南省禹州煤田三峰山米托寺矿区，地理坐标为东经11319 411132249，北纬340544340716。 吕沟煤矿北东距禹州市10km、 东距许昌市50km。 矿区北有许昌神后地方窄轨铁路至 许昌市与京广铁路相接，北有许昌洛阳的豫31公路，往东至许昌市与107国道和京珠高 速公路相连。区内沥青公路与周围各县市相通，简易公路四通八达，交通较为便利。矿井 交通位置如图1-1所示。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 3 页 图图 1- 1- 1 吕沟煤矿交通位置图吕沟煤矿交通位置图 1.1.2 地形地貌及水文情况地形地貌及水文情况 矿区属于以构造剥蚀类型为主之低山丘陵区，地势西高东低。煤系顶部之“平顶山砂 岩” ，因耐剥蚀力较强，在区内形成沿地层走向延展之单面山地形，自东而西构成三峰山、 玉皇山、凤翅山、大刘山、牛颈山、云盖山。标高 300704m，地形比高东部约 110m，西 部达 380m，煤系地层因松软易风化，形成低凹丘陵地形，标高一般为 200300m，西部较 高，约 400500m。 区内冲沟较多，无长年有水河流。区外西部仅有一条常年性有水河流兰河，虽流量 不大， 但雨季流量倍增。 据1964年3月到1965年2月对该河的观测， 流量0.5273.288m 3/s， 1957 年 7 月涧渡村附近最高洪水位+142.96m。 1.1.3 气候条件气候条件 据许昌气象站 19531964 年的气象观测，全年气温以六、七月间为最高，达 41.3， 一月份最低， 达17.4， 年平均温度为14.5。 历年降雨量最高为1132mm， 最低为414mm， 平均为 781.9mm。每年六八月间为降雨量最多时期。历年最大风速 24m/s，风向北北东。 每年从 11 月至次年 2 月份为降雪时期，最大积雪深度 0.38m。土壤冻结期限自 11 月至次 年 3 月初，最大冻结深度 18cm。 1.1.4 其它条件其它条件 地震烈度: 据河南省地震局资料，核查区属六度地震烈度区。经济状况：该区经济繁 荣，工业以煤炭、建材、陶瓷、农产品加工为主，农业以小麦、玉米、烟叶为主。电力充 沛，农村剩余劳动力丰富，可满足矿井开发的各种需要。 1.2 井田地质特征井田地质特征 1.2.1 地层地层 区域地层： 禹州煤田区域地层划分属华北地层区嵩箕小区， 区域上主要发育地层为震 旦系上统马鞍山组、寒武系、石炭系上统、二叠系和第四系，其中石炭二叠系为主要含 煤地层。 井田地层：本矿区为第四系地层半覆盖区，基岩零星出露。根据钻孔揭露，主要发育 地层由老至新为： 寒武系上统崮山组 （3g） 、 长山组 （3ch） 、 石炭系上统本溪组 （c3b） 、 太原组（c3t） ，二叠系下统山西组（p1sh） 、下石盒子组（p1x） ，二叠系上统上石盒子组 （p2s） 、石千峰组（p2sh） ，三叠系刘家沟组（t1l）和第四系（q） ，其中山西组和下石盒 子组、上石盒子组为本区主要含煤地层。现分述如下： （1）寒武系上统 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 4 页 1）崮山组（3g） ：上部为灰色泥质条带显晶质白云岩，鲕状白云岩，下部为显 晶质白云岩，区域揭露厚度 73.0m。 2）长山组（3ch） ：上部为浅灰色显晶质白云岩，夹泥质、钙质白云岩及砂质泥 岩；下部为显晶质白云岩，区域揭露厚度 66.0m，与下伏崮山组呈整合接触。 （2）石炭系上统 1）本溪组（c3b） ：为灰、深灰、紫色铝土质岩，具豆状、鲕状结构；底部厚层状构造， 致密坚硬，含星点状、结核状黄铁矿层。一般 815m，平均厚度 10.60m 左右，与下伏寒 武系上统长山组呈假整合接触。 2）上统太原组(c3t)：为一套海陆交互相沉积，含多层石灰岩和煤层，根据其岩性组 合特征可分为下部灰岩段、中部砂泥岩段和上部灰岩段，平均厚 67.20m，与下伏本溪组呈 整合接触。 （3）二叠系（p） 1） 下统山西组(p1sh)： 自 l11石灰岩顶至砂锅窑砂岩顶， 厚 60.083.0m， 平均 71.50m， 与下伏太原组呈整合接触。由浅灰深灰色砂质泥岩、细中粒砂岩、粉砂岩和煤层组成。 2）下统下石盒子组(p1x)：自砂锅窑砂岩底至田家沟砂岩（st）底，厚 215325m，平 均 329.20m，与下伏山西组呈整合接触。根据其岩性组合特征分为三、四、五、六煤段。 3)上统上石盒子组（p2s） ：自田家沟砂岩（st）底平顶山砂岩底（sp） ，厚 218323m， 平均 241.40m，与下伏下石盒子组呈整合接触。根据其岩性组合特征分为七、八、九煤段。 （4）新生界（kz） 本区新生界地层主要为第四系，主要为含钙质结核砂质粘土和坡积砾石。厚度 20 50m。与下伏地层呈角度不整合接触。 1.2.2 井田地质构造井田地质构造 吕沟煤矿区总体构造形态为走向东西、倾向南的单斜构造，局部有小的波状起伏，地 层倾角 1020，一般 15左右。本矿区构造复杂程度为简单。 该矿区发育的主要断层为七西大巷正断层 （f1） ， 延展长度约 3.0km， 断层走向北东向， 倾向北西，倾角 60左右，错断七4、六2煤层，最大落差 19m，区内延展长度 2.2km。 1.2.3 水文地质水文地质 地表水特征：区内冲沟较多，无长年有水河流。区外西部的兰河，虽流量不大，但雨 季流量倍增。据观测：流量一般为 0.5273.288m 3/s、涧渡河附近最高洪水位+142.96m。 雨季河水常通过冒落裂隙或小煤窑进入矿坑，造成矿井涌水量增大。 地下水的补、迳、排：本区西部为寒武奥陶系组成的灰岩出露、东部为颖河冲洪积 平原，山前有剥蚀堆积形成的垄岗，地形坡度较大，有利于地表水迳流。深层地下水在西 部基岩露头区得到补给后沿地层倾向由西向东运移， 大部分在地形深切或断层阻隔处以泉 的形式排出地表，少部分沿地层倾向继续向东运移，在条件适宜时排给其他含水层；浅层 地下水主要直接接收大气降水和地表水补给， 其流向受地形影响明显。 本区位于地下水的 补给迳流区。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 5 页 含隔水层： （一）含水层（组）（一）含水层（组） 1、寒武-奥陶系灰岩岩溶承压含水层 奥陶系主要为灰色厚层状白云质灰岩，中、下部夹板状泥灰岩和钙质泥岩，分布不连 续；寒武系主要由灰白色白云质灰岩组成。地表可见蜂窝状溶洞或溶沟、溶槽；岩芯中裂 隙发育但多被方解石脉充填。其富水性主要受构造控制。地表泉水出露较多、水量较大， 但受季节影响明显。钻孔抽水试验，单位涌水量 0.002640.478l/sm、渗透系数小于 0.006080.408m/d。水质以 hco3ca mg 型为主。据区域资料，为含水丰富而不均一的 强富水承压含水层。经本矿生产实际证实，对六2、七4、二1煤层开采无影响。 2、太原组灰岩岩溶裂隙承压含水组 由 11 层灰岩组成（l1l11） ，其中 l1l4、l7l9灰岩厚度大、层位稳定，l5、l6、l10、 l11灰岩局部厚度较大、但不稳定。呈长条状出露于地表，面积较小，垂直节理发育，在 标高+300m 左右偶见直径 0.21.1m 溶洞，泉水甚少，且流量一般小于 1l/s；岩芯中偶见 未被方解石脉充填的小溶洞和裂隙，循环液最大漏失量 7.8m 3/h，钻孔抽水试验，单位涌 水量 0.00007320.0162l/sm、 渗透系数 0.0004310.197m/d。 水质多为 hco3ca mg 或 hco3na ca 型，属含水性弱且不均一的弱富水承压含水层。经本矿生产实际证实， 对六2、七4、二1煤层开采无影响。 3、砂岩裂隙承压含水组 系指二叠系地层中的中粒以上砂岩含水层。各含水层多沿大刘山、云盖山北坡出露。 因出露标高较高，除大气降水补给外无常年性水流（体）补给，地下水沿地层倾向移动。 据原详查报告 16 次抽水试验，单位涌水量最大 0.0745l/sm、渗透系数最大 1.094m/d， 水位不易恢复、流量不易稳定，表现为高水头、小水量特征。因含水层补给源较高，在单 面山南坡当钻孔揭露平顶山砂岩、八5煤层顶板砂岩时常发生涌水，涌水钻孔水位一般高 出孔口 513m、个别达 42m。根据其含富水性及对煤层的影响等，自下而上可划分为： 1）大占砂岩含水层 位于山西组下部，由灰灰白色中厚层状中粒砂岩组成，层位稳定，厚 3.65 44.54m、一般 3.721.4m。裂隙不甚发育。钻孔抽水试验，单位涌水量 0.00978 0.017l/sm、渗透系数 0.04080.0637m/d。水质以 hco3ca na mg 型为主。属弱富 水含水层。 2）香炭砂岩含水层 位于山西组中部，由灰色厚层状中、粗粒砂岩组成，层位稳定，厚 029.28m、一般 1.815.5m。裂隙不甚发育，含富水性与大占砂岩含水层相似。 3）砂锅窑砂岩含水层 位于下石盒子组底部，由浅灰灰白色厚层状中、粗粒、局部巨粒砂岩组成，底部常 见砾状砂岩，层位稳定，厚 2.5035.60m、一般 2.515.7m。裂隙不甚发育，含富水性 与大占砂岩含水层相似。 4）夹干煤顶板砂岩含水层 位于下石盒子组下部，由灰白色中厚层状中、粗粒砂岩组成，层位稳定，厚 1.90 13.56m、一般 4.511.0m。裂隙不甚发育，含富水性较弱。钻孔抽水试验，单位涌水量 0.0166l/sm、渗透系数 0.187m/d。水质为 hco3ca na mg 型。属弱富水含水层。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 6 页 5）四、五煤组分界砂岩含水层 位于下石盒子组中部，由灰白色厚巨厚层状中、粗粒砂岩组成，层位稳定，厚 0 8.24m、一般 3.16.7m。裂隙不甚发育，含富水性与夹干煤顶板砂岩含水层相似。 6）红砂炭砂岩含水层 位于下石盒子组中部， 由灰白色中厚层状中粒砂岩组成， 层位稳定， 厚 026.72m、 一般 2.113.5m。裂隙不甚发育，含富水性与夹干煤顶板砂岩含水层相似。 7）六煤组分界砂岩含水层 位于下石盒子组上中部，由灰白色厚中厚层状粗、中粒、局部巨粒砂岩组成，层位 稳定，厚 024.40m、一般 3.312.2m。裂隙不甚发育，含富水性与夹干煤顶板砂岩含水 层相似。 据矿井调查，以上各含水层一般对六2、七4、二1煤层开采无影响。 8）六2煤层顶板砂岩含水层 位于下石盒子组上中部。由灰色中厚层状粗、中粒砂岩组成，层位稳定，厚 0 17.72m、一般 1.014.2m。裂隙不甚发育，含富水性较弱。钻孔抽水试验，单位涌水量 0.0005170.0745l/sm、渗透系数 0.00861.094m/d。水质为 hco3na 型。属弱富水 含水层。据调查，在裂隙发育处，常造成六2煤层顶板淋水，但水量小、持续时间短，对 六2煤层开采有一定影响。 9）田家沟砂岩含水层 位于上石盒子组底部。 由灰色厚层状中、 粗粒、 底部砾状砂岩组成， 层位稳定， 厚 0 16.21m、一般 3.612.3m。裂隙不甚发育，含富水性较弱。钻孔抽水试验，单位涌水量 0.0005170.0745l/sm、渗透系数 0.00861.094m/d。属弱富水含水层。据调查，一 般对六2煤层开采无影响。 10）七4煤层（原采矿证六4煤层）顶板砂岩含水层 位于上石盒子组下部。 由浅灰色中厚层状中粒砂岩组成， 层位稳定， 厚 012.62m、 一般 1.56.4m。裂隙不甚发育，含富水性较弱。钻孔抽水试验，单位涌水量 0.000346 0.0157l/sm、渗透系数 0.001820.125m/d。水质为 hco3ca na 或 hco3na ca 型。 属富水性弱的裂隙承压含水层。据调查，在裂隙发育处，可造成七4煤层顶板淋水，但水 量小、持续时间短，对七4煤层开采偶有影响。 11）七、八煤组分界砂岩含水层 位于上石盒子组下部。由灰深灰色层状中、粗粒砂岩组成，层位不稳定，厚 0 12.32m、一般 1.07.3m。裂隙不甚发育，含富水性与七4煤层顶板砂岩含水层相似。 12）八5煤层顶板砂岩含水层 位于上石盒子组中部。 由中粒、 甚至粗粒或砾状砂岩组成， 层位不稳定， 厚 09.19m、 一般 1.95.1m。在贺庙、大风口附近有出露。裂隙不甚发育，且无常年性水流（体）补 给，钻探遇此层时常发生涌水，但含富水性较弱。钻孔抽水试验，单位涌水量 0.00394 0.0141l/sm、渗透系数 0.05220.0683m/d。水质为 hco3na 型。属弱富水含水层。对 七4煤层开无影响。 13）大风口砂岩含水层 位于上石盒子组中部。由中粒砂岩组成，层位不太稳定，厚 010.97m、一般 1.1 7.4m。在大风口、陈庄、小刘山附近有出露，风化后成黄褐色。裂隙不甚发育，且无常年 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 7 页 性水流（体）补给，含富水性与八5煤层顶板砂岩含水层相似。对七4煤层开无影响。 14）平顶山砂岩含水层 位于上石盒子组上部。由灰白色厚层状巨中粒、甚至砾状砂岩组成。裂隙发育，含 富水性较强，钻探遇此层时常发生涌水，涌水量 0.203.2l/sm。钻孔抽水试验，单位 涌水量 0.0632.053l/sm、渗透系数 0.0541.890m/d。水质为 hco3ca na 型。属 富水性中等偏强含水层。 据矿井调查，12）14）含水层对七4煤层开无影响。 4、新生界松散岩类孔隙潜水含水层 新生界松散层广布于山间谷地和山前缓坡陇岗， 富含孔隙潜水。 以 hco3 so4ca mg 型水质为主。 洪、坡积层多沿山间河谷分布，上部为砂质粘土夹砾石、下部为 57m 的砾石层。多 下降泉出露，流量 0.036.36l/sm，受大气降水和基岩裂隙水补给，流量随季节变化 明显。钻孔抽水试验，单位涌水量 0.1190.215l/sm。 坡、残积层分布于山前缓坡陇岗地带，以红色砂质粘土为主。民井抽水试验，单位涌 水量45 600 及以上 70 35 300500 60 30 120240 50 25 20 15 4590 40 20 15 15 930 各省自定 ka z t k = 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 25 页 的原煤经分带斜巷里的胶带输送机运到带区或采区煤仓， 由大巷内的胶带输送机运至井底 煤仓，再经主井箕斗提升机提升至地面，运输连续，运输能力大，自动化程度高。副井运 输采用罐笼提升、下放物料，能满足大型设备的运输。井下辅助运输采用矿车运输，运输 能力能满足矿井要求，技术成熟，系统稳定性高。 （3）通风安全条件的校核 矿井瓦斯涌出量小，属于低瓦斯矿井，矿井煤尘爆炸危险性不大，但是煤层有自然 倾向性，自燃发火期为 612 个月，因自燃发火期很长，所以不需要采取特殊防范措施。 考虑到本井田走向和倾向平均都不大于 5km，范围较小，因此矿井采用中央并列式通风， 在井田中央的工业广场设置一个中央风井，可以满足通风要求。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 26 页 4 井田开拓井田开拓 4.1 井田开拓的基本问题井田开拓的基本问题 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。这些用于开拓的井下巷道的形 式、位置、数目及相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式，需要对技术可行的几 种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。 井田开拓主要研究如何布置开拓巷道问题，具体有下列几个问题需要认真研究。 1、正确的确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置； 2、正确的确定矿井的生产能力，合理确定开采水平的数目和位置； 3、正确地布置运输、回风大巷，井底车场及其它硐室； 4、正确划分阶段、盘区和采区，合理确定阶段高度和开采水平的数目； 5、正确确定矿井开采顺序及其配采关系，做好采区和开采水平的接替，以保证矿井 的均衡生产； 6、进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造； 7、合理确定矿井通风、运输及供电系统。 确定开拓问题，需要根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比 较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则： 1、贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造条件。 在保证生产可靠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、合理集中开拓布署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。 3、合理开发国家资源，减少煤炭损失。 4、必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电系统， 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、综掘机械化、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，以及其它有益矿物的 综合开采。 4.1.1 确确定井定井筒筒形形式式、数、数目目、位置及、位置及坐坐标标 （1）井筒形式的确定 井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井 最复杂。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 27 页 平硐开拓受地形埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、丘 陵或沟谷地区， 且便于布置工业场地和引进铁路， 上山部分储量大致能满足同类井型水平 服务年限要求。 斜井开拓与立井开拓相比：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；地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井 简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相 当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一旦 发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长，提升深度有限，辅助提 升能力小；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技术 复杂。 立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深相 同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断面 大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为有 利；当表土层为富含水层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产状 均特别复杂的井田， 能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。 主要缺点是立井井筒施工技术复 杂， 需用设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，基本建设投资大。 根据该矿井的地质条件，煤层埋藏较深，最浅的地方有 200m，最深的地方达到 600m 左右；煤层倾角较小，大部分倾角都在 13左右，属于缓倾斜煤层。矿井水文地质条件 简单，涌水量较小。井上地形较为平坦，无太大起伏，因而不适宜平硐开拓。由于煤层埋 藏较深，如果用斜井开拓不仅斜井过长，而且会造成运输距离和通风路线过长，经济上不 合理。经过比较，本设计采用立井开拓。 （2）井筒位置的确定 井筒是井下与地面出入的咽喉，是全矿井的枢纽。井筒位置的选择对于建井期限、基 本建设投资、矿井劳动生产率以及吨煤生产成本都有重要影响，因此，井筒位置一定要合 理选择。 井筒位置的确定原则： a.利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置， 石门工程量少； b.利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村或不迁村； c.井田两翼储量基本平衡； d.井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层； e.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、低洼和采空区， 不受崖崩滑坡和洪水威胁； f.工业广场宜少占耕地，少压煤； g.水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。 井筒沿井田走向方向的有利位置 本井田形状规则，储量分布均匀，井筒的有利位置应在井田走向的储量中央，以形成 两翼储量比较均匀的双翼井田，可以使井田走向的井下运输工作量最小，运输费用最小， 通风网路较短，通风阻力小。 井筒沿井田倾斜方向的有利位置 本井田中部有一条落差较小的断层（f1 断层） ，落差 019m，倾角为 60，为高角 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 28 页 位正断层。为了使井筒不受断层影响，又有利于井田内煤炭的开采，井筒布置在断层尽头 东南，接近-100m 煤层底板等高线处。 有利于矿井初期开采的井筒位置 设计应减少初期工程量，使矿井尽快达产，尽快获得经济效益，所以井筒布置在第一 水平的位置最优。 尽量不压煤或少压煤合理布置井筒 确定井筒位置， 要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱。 将井筒建设在工业场地内， 工业场地保护煤柱可以包含井筒保护煤柱， 因为本井田中央有一条大断层， 断层要留保护 煤柱，为了不给开采带来麻烦，应使工业场地尽量靠近断层，并且保证井筒在井田走向的 中央，倾向的储量中央靠上部。 有利于掘进与维护 （1）为使井筒的开掘和使用安全可靠，减少其掘进的困难及便于维护，应使井筒通 过的岩层及表土层具有较好的水文、围岩和地质条件。 （2）为加快掘进的速度，减少掘进费用，井筒应尽可能不通过或少通过流沙层、较 厚的冲积层及较大的含水层。 （3）为便于井筒的掘进和维护，井筒不应设在受地质破坏比较剧烈的地带及受采动 影响的地区。 （4）井筒位置还应使井底车场有较好的围岩条件，便于大容积硐室的掘进和维护。 本矿井水文地质条件简单， 涌水量也较小， 设计时将井底车场布置于六 2 下部的岩层 中。 口位置应便于布置工业场地 井口附近要布置主、 副生产系统的建筑物及引进铁路专用线。 为了便于地面系统之间 互相联接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地面平坦，高差不能太大，专用线 短，工程量小及有良好的技术条件，应尽量避免穿过村镇居民区、文物古迹保护区、陷落 区或采空冒落区、洪水侵入区；要尽量少占农田、果园经济作物区，尽量避免桥涵工程， 尤其是大型桥涵隧道工程。 为考虑长期运输的行车安全和管理， 要尽量避免与公路或其他 农用道路相交，力求使接轨点位于编组站配线一侧。 另外，井口标高应高于历年的最高洪水位；还要考虑风向的影响，防止污染。总之， 选择井筒位置要统筹井田全局，兼顾前期和后期、地下与地面等各方面因素。 根据上述原则， 结合本矿井的地质条件， 初步设计确定矿井井口及工业场地位置位于 井田倾向中央偏上、走向中央偏东，即位于 f1 断层尽头东南，-100m 煤层底板等高线处。 4.1.2 工业广场位置、形状的确定工业广场位置、形状的确定 一、工业场地的位置 工业场地，是指矿井地面工业生产的场所，包括生产指挥机构在内。工业场地位置的 选择一般要注意以下几个方面： 1、尽量使工业场地位于井田中部，两翼储量大致平衡，使井下运输、通风、开采更 为合理。 2、工业场地应尽量不压煤或少压煤，少占耕地。有利于工业场地布置成长方形，其 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 29 页 长边垂直于走向。工业场地保护煤柱应尽量利用防水煤柱或其他煤柱。 3、工业场地应充分利用地形，有良好的工程地质条件，应避免开高山、低洼和采空 区，不受岩崩、滑坡和洪水威胁。尽量避开深挖、高填工程。 4、矿井铁路专用线路布置合理，线路短，尽量避免或减少反响运输等。 二、工业广场形状和面积 根据生产工艺要求，工业场地需建的主要建(构)筑物有主副井井塔、副井井口房、装 车仓、转载点、胶带走廊、通风机房、锅炉房、矿车修理及铆焊车间、综合修理车间、地 下返煤地道、筛分车间、驱动站、井下水处理站、生活水处理站、生活蓄水池及泵房等， 根据井上下实际情况， 尽量减少工业广场压煤， 合理紧凑布局， 确定工业广场形状为矩形。 为减少压煤，工业场地的位置选择在主、副井口附近。 工业场地的形状和面积：根据工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面 积为 9.45 公顷。设计工业广场的尺寸为 250378m 的矩形，面积为 4 1045 . 9 m 2。 4.1.3 开采水平的确定及带区、采区的划分开采水平的确定及带区、采区的划分 开采水平划分的依据： （1）是否有合理的阶段斜长； （2）阶段内是否有合理的分带、区段数目； （3）要保证开采水平有合理的服务年限和足够的储量； （4）要使水平高度在经济上合理。 井田主采煤层为六2下煤层，七4和二1煤层近期暂不开采，后期根据需要可采用延伸 井筒方式开采。设计中只针对六2煤层。六2煤层倾角平缓，一般为 13，为缓倾斜煤层。 井田内煤层标高为+100m450m，落差为 500m。 规范规定，缓倾斜煤层阶段垂高宜 为 200350m。如果上山开采，一个水平服务一个阶段，水平垂高为 200350m；如果采 用上下山开采，一个水平服务两个阶段，水平垂高为 400700m。因此，本设计采用单水 平上下山开拓，采区式或带区式开采。 4.1.4 主要开拓巷道主要开拓巷道 由于瓦斯涌出量很小，煤层自燃发火期长，因此本设计在各水平只布置两条大巷。一 条运输大巷，与主井连接，负责运煤；一条轨道大巷，与副井相连，负责行人、进风和辅 助运输。 4.2 开拓方案开拓方案 影响矿井开拓方案的因素很多，主要是地质因素、技术因素和管理因素。矿井建设首 先要选择合理的开拓方案。 因为它直接关系到矿井的综合经济效益。 选择矿井开拓方案的 主要依据是地质因素和地理因素， 其中地质构造、 煤层赋存状况和地形条件又是极为关键 因素。但在特定的条件下，技术装备和管理水平也可能成为决策时的主要因素。为此，在 选择矿井开拓方案时需要综合考虑上述各种影响因素。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 30 页 4.2.1 提出方案提出方案 根据以上分析，现提出以下三种在技术上可行的开拓方案： 方案一：双立井单水平开拓（岩层大巷) 主、副井均为立井，布置于井田中央，大巷布置在岩层当中 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 +50 +100 风 井 副 井 立 主 井 立 +240 方案二：双斜井单水平开拓（岩层大巷) 主、副井均为斜井，布置于井田上部边界，大巷布置在岩层当中 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 +50 +100 风 井 副 井 斜 主 井 斜 +240 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 31 页 方案三：主斜井副立井单水平开拓（岩层大巷） 主井为斜井， 副井为立井， 主井布置于井田上部边界， 副井布置在井田中央， 大巷布置在岩层当中。 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -150 -100 -50 0 +50 +100 风 井 副 井 立 主 井 斜 +240 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 32 页 4.2.2 技术比较技术比较 方案 优点 缺点 方案一 1、井口位置接近于井田中心，井下为 双翼生产，易于保证矿井产量； 2、井底车场位于储量中心，井下运营 费用低； 3、对地质条件的适应性较强，提升能 力大，机械化程度高，易于自动控制； 4、井筒为圆形断面，结构合理，维护 费用低，有效断面大，通风条件好，人 员升降速度快； 5、工业广场布置在井口附近，只压一 个煤柱。 1、 立井井筒掘进技术和施工设 2、 备 较复杂，掘进速度慢，施工复杂，工 作条件差； 4、开凿费用较高，基建投资大； 提升费用高。 方案二 1、井下为双翼生产，易于保证矿井产 量； 2、主副井井口距离较近，便于集中布 置工业广场； 3、工业广场可以布置在井田边界，不 压或少压煤； 4、井底车场位于储量中心，井下运营 费用低； 5、斜井提升能力大，采用皮带提升， 能实现连续运提，提升费用低； 6、延伸井筒施工比较方便，对正常生 产的干扰小。 7、采用斜井施工，掘进及施工设备简 单，初期投资少 1、斜井井筒大量压煤，煤柱损失量 大； 2、斜井线路长，管道铺设工程量大， 费用高； 3、斜井的有效断面利用率低，井筒 较长，通风困难； 4、斜井井筒较长，增加了掘进量； 5、斜井维护费用高； 方案三 1、井下为双翼生产，易于保证矿井产 量，井底车场位于储量中心，井下运营 费用低； 2、辅助运输采用立井，运输速度快； 3、斜井采用皮带运输，提升能力大， 能实现连续运提； 4、延伸斜井井筒的施工比较方便，对 生产的干扰少； 5、地面工业广场可布置在井田边界， 少压煤 。 1、工业广场和斜井井筒大量压煤； 2、井口位置不易布置在井田中央， 立井井口和斜井井口不利于集中布 置，工业广场比较分散； 3、斜井线路长，管道铺设工程量大， 费用高； 4、井筒复杂，通风阻力大； 5、 斜井维护费用高； 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 33 页 4.2.3 经济比较经济比较 方案一方案一:双立井单水平开拓双立井单水平开拓 表表 4- 2- 1 项 目 长度 （m） 断面 （m2） /净直径 （m） 支护形式 支护厚度 (mm) 单价 (元) 工程费用 （万元） 基建 费用 (万 元） 主井 表土 段 30 5 钢筋混凝 土 qc1.2=4321.2=518.4t/h 区段运输平巷胶带运输机： qy=1200 t/h qc1.2=4321.2=518.4t/h 式中： qy运输设备的运送能力，t/h； qc设备小时工作能力，t/h； 1.2不均衡系数。 采区运输上山胶带输送机 qs=16000.97=1552 t/h qc1.02=440.64 t/h 式中： qs上山运输设备的运送能力，t/h； qc采区总的生产能力，t/h； 1.02掘进系数。 经过验算上表的设备的运输能力均能满足工作面的生产要求。 7.3 辅运方式的确定与设备选择辅运方式的确定与设备选择 7.3.1 采采区区上山上山设设备选择备选择 云盖山煤矿二矿矿井首采区为缓倾斜煤层，设计井下所有辅助运输巷道坡度都在 820之间，根据可靠的技术，采区辅助运输轨道上山采用绞车单钩串车提升，每次 提升 4 辆矿车。 1） 联接器强度校核 矿车沿轨道向上提升时，串车产生的总阻力由矿车钩头承担，车钩强度为 60kn，则 总阻力与车钩强度应满足下式： )cos(sin)( 60000 2 aafgqq n kz + 式中：n提升矿车数，辆； 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 82 页 z q 矿车自重，kg/辆； k q 矿车载重，kg/辆； a上山倾角，度； 2 f 钢丝绳的摩擦阻力系数；因钢丝绳局部在托辊上移动，取 0.3； 5 )14cos3 . 014(sin8 . 9)1500900( 60000 = + n 根据计算，每次提升 4 辆矿车= + =m 所选钢丝绳符合要求。 3）绞车的选择 （1）滚筒计算直径 g d ： ddg）8060( 式中：d已选定的钢丝绳直径，mm； 20801560268060(dg=） mm （2）钢丝绳作用在滚筒上的力 最大静拉力 z f ： 8 . 9)cos(sin 2 +=aafplqf ktaz n 28.82178.9)14cos3.014(sin7.210507142=+= z f n 最大静张力差 c f ：对于单钩绞车 zc ff =。 （3）电动机功率计算： 式中：k系数，取 1.1； c f 张力差，n； max v初选的最大提升速度，m/s； h 提升设备效率，取 0.85； kw27.21 85 . 0 1000 228.82171 . 1 = = s n 根据以上计算，经比较选用 jky2/1.5b 型防爆液压提升绞车，其技术参数见表 7- 1- 2。 kw 1000 max h vkf n c s = 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 84 页 jky2/1.5b 型绞车主要技术参数表型绞车主要技术参数表 表表 7- 3- 1 项 目 技术参数 项 目 技术参数 滚 筒 个 数 1 钢丝绳 最大直径/mm 28.5 直径/mm 2000 破断拉力/n 459500 宽度/mm 1500 绳速 m/s 04 最大静张力/n 75000 电动机功率/kw 200 最大静张力差/n 75000 最大外形尺寸/mm 421032902320 7.3.2 大大巷巷运输运输方式方式的的选择选择 根据采区条件，大巷运输采用架线电机车牵引矿车运输。运煤时采用架线电机车牵引 3 吨底卸矿车进行运输， 运物料及其他相关材料设备时采用架线电机车牵引 1 吨矿车进行运 输。 采用此种运输方式时，大巷运输能力计算如下： (7.9) 式中：n 每列车矿车数 辆/列 g每辆车载煤量 t/辆 r通过大巷运输矸石、材料、设备人员等占原煤运量比重 t大巷中相邻两列车间隔时间 min/列 经过计算大巷运输能力满足生产要求。 7.3.3 运输运输设设备备的的选选型型 大巷平均坡度为 3，运输距离为 2.1km，使用 mdc3.3-6 型底卸式矿车， （自身质量 1.7 吨，载重 3 吨） ，采用 zk10-6/550 型架线式电机车。 7.3.4 确确定定车车组组中中的矿的矿车车数数 1）按粘着条件计算 (7.10) () () 年万/43.166 42 . 0115. 110 9 . 210 3301660 110 3301660 4 1 4 吨 trk gn a = + = +* = 261 040110003001050 24.0 713 10 1 11.0wzh 0 = - + = - + = aipgg p n j 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 85 页 式中：p机车质量 10t g矿车载重 3t g0 矿车质量 1.7t j 粘着系数 0.24 wzh重列车起动的阻力系数 0.0105 ip轨道的平均坡度 3 a列车起动的加速度 0.04m/s2 7.3.5 按牵引电机温升条件计算按牵引电机温升条件计算 查得机车的长时制牵引力，foh=4330n，长时制速度 16km/h,取 w2h=0.007，idx=0.002,a =1.15,=10 t=t2h+ tk = i= () - - + =p giwia f gg n dxh h 2 0 0 1000 1 () 1710 8 . 9002 . 0 07 . 0 68 . 0 15 . 1 1000 4330 7 . 13 1 = - -+ = 式中：w2h重列车运行的阻力系数 idx 等阻坡度 a 调车系数 列车往返一个循环的休止时间 min t列车往返一次的运行时间 min t 2htk重、空列车的运行时间 min 7.3.6 按按制动制动条件计条件计算算 24 . 0 40 16 03858 . 0 03858 . 0 22 =*= l v b 141 003 . 0 007 . 0 24 . 0 11 . 0 17 . 0 17 . 1 3 10 1 11 . 0 20 = - +-+ = - +-+ = ipwbgg p n h j 式中：b 列车制动时的减速度 21 16 1 . 2*80*2802 = oh v l 68. 0 1021 21 = + q+ = t t i 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 86 页 j列车制动时电机车粘着系数 l规程规定机车制动距离 确定列车组成 由以上计算看出，按制动条件求得的矿车数最少。根据采区实际条件及相关因素，最 后确定三吨底卸矿车组中的矿车数为 13 辆/列。 7.3.7 电机车台数计算电机车台数计算 班台次 t t z b = + = + =/ 5 . 14 1021 5 . 76060 1 q 班次 ng akk z p b /61 310 12131 . 135 . 1 21 = = * = 故台 z z n b 26 . 5 5 . 14 61 25 . 1 25 . 1 1 = 经过计算，大巷电机车台数为 6 台。 式中：k1运输不均匀系数 k2矸石系数 ap采区每班运煤量 n车组中矿车数 g矿车中货载质量 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 87 页 8 矿井提升矿井提升 矿井提升系统是沿井筒提升煤炭、矸石、升降人员的系统，它是矿山井下生产系统和 地面工业广场相连接的枢纽，是矿山运输的咽喉，因此，矿井提升在矿山生产的全过程中 占有极其重要的地位。 随着科学技术的发展和生产机械化与集中化，运输环节的安全可靠性尤为重要。如果 矿井的提升设备出现故障，必然会导致停产，轻则影响煤炭产量，重则危及人身安全。 此外，矿井提升设备是一大型的综合机械和电气设备。其成本和耗电量比较高，所以， 在新矿井的设计和老矿井的改扩建中，确定合理的提升系统时必须考虑各方面的因素，并 结合矿井的具体条件，保证提升设备在选型和运转两个方面都是合理的，即要求矿井的提 升设备要具有经济性。 8.1 概述概述 矿井设计生产能力为 0.9mt/a，矿井提升工作制度为“三八”制，主副井都为立井开 拓，主井井筒特征：直径 5 m，井深 460 m，支护方式为混凝土砌碹 。副井井筒特征：直 径 6.5 m，井深 445m，支护方式为混凝土砌碹 。矿井开拓方式为立井单水平上下山式开 拓。确定主副井提升方式：本矿主井、副井和风井均为立井，根据矿井原始条件和数据确 定提升方式。主井采用箕斗提升，副井采用罐笼提升。 8.2 主副井提升主副井提升 8.2.1 主主井井提提升升设设备选备选型型 1）设备选型 矿井设计生产能力为 0.9mt/a，属中型矿井，根据中型矿井的要求可知一般采用大容 量的箕斗提升； 主井箕斗：jds9/1104y 名义载煤量：9t； 有效容积：10m3 最大终端载荷：440kn 最大提升高度：1200m 箕斗自重：11.5t 提升机基本参数见表 8.1 所示。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 88 页 主井提升机基本参数主井提升机基本参数 表表 8- 2- 1 机器型号 jkm3.254- 主导轮直径 3.25m 导向轮直径 3m 钢丝绳最大静张力 450kn 钢丝绳最大静张力差 140kn 钢丝绳最大直径（有导向轮） 32.5 最大提升速度 12m/s 减速器 速比 7.35 10.5 11.5 扭矩 最大 390knm 额定 225knm 质量 23t 电动机功率 电动机转数 490 2050 r/min 1450 r/min 1300 r/min 590 1800 r/min 1600 r/min 750 2150 r/min 2000r/min 最大转速 750r/min 传动方式 单电机 最大不可折件质量 18.3t 机器总质量 64.4t 64.9t 65t 最大不可拆件外形尺寸（长宽高） 264537803780() 变位质量（不计入电机和导向轮） 12.06t 13.60t 14.08t 导向轮变位质量 3.06t 电控配套 直流电控、发电机电动机组、电机、扩大机励磁 2）运输能力验算 矿井设计日产量为 2973.35t， 设计净提升时间为 16h,平均每小时提升量为 185.84t。 根据每小时提升量除以名义载重量可得每小时的提升次数， 185.84/（92）=10.33 次/小时 取 11 次/小时 每次运行时间为：3600/11=327.28 秒/次 可得提升平均速度为：460/327.28=1.41 米/秒 根据以往经验可知本运输水平是满足安全需要的，也是符合本矿井安全运输需要的， 所以选取本箕斗提升是可以的。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 第 89 页 8.2.2 副井提升设备选型副井提升设备选型 为适应矸石、材料、设备与人员提升的不同要求，副立井采用罐笼容器，安装钢丝绳 罐道多绳摩擦式提升系统，并设防坠绳，以便于罐笼平稳运行和大型设备的升降。故选用 gdsy-1.5k4/909 型，主要性能特征见表 8-2-2 所示。 罐笼罐笼主要主要性能特征表性能特征表 表表 8- 2- 2 乘 人 数 70 人 自 重 17000kg 装载矿车数 4 辆 矿车型号 mgc1.7- 6 装载矿车名义容重 1t 绳 罐 道 3250mm 注：型号中主要参数 1.1k 系表示罐笼内装载 1t 矿车，其轨距为 600 。 1）钢丝绳选择 根据安全规程， 提升钢丝绳强度按最大静载荷并考虑一定安全系数计算。 采用等重尾 绳系统，合理的钢丝绳单位质量满足: mkg h m mm n m c a b z p /, 1011 )( 1 6 1 - + - s 式中： mp提升钢丝绳的单位质量，kg/m； n1提升钢丝绳的根数，设计取 6 根； m提升货载质量，以四辆满载矸石矿车计，8872kg； mz提升容器自重，17000kg； b钢丝绳抗拉强度，取 1700n/ 2 m ； ma安全系数，多绳升降人员为 9.2； hc钢丝绳最大悬垂长度，设计取 500m。 算得：mp1.21kg/m，初选 1.90kg/m 的钢丝绳，