采矿工程毕业设计（论文）-永煤集团城郊矿1.5Mta新井设计【全套图纸】 .pdf

中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 1 页 摘摘 要要 本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。 一般部分为永煤集团城郊矿 150 万 t/a 1.5mt/a 新井设计。全篇共分为 十个部分： 1.矿井概况及井田地质特征； 2.井田境界和储量； 3.矿井生产能力、 服务年限及工作制度； 4.井田开拓； 5.准备方式采区巷道布置； 6.采煤方法； 7.井下运输；8.矿井提升；9.矿井通风与安全技术；10.矿井基本技术经济指 标。 陶一矿位于河南省永城市境内。井田走向长约 5.6km，倾向约 4.0km， 井田面积约 16.6km 2。 井田内可采煤层为 2#煤， 其赋存稳定， 厚度平均 8.5m， 倾角平均 7，为近水平缓倾斜煤层。井田内工业储量为 19902 万 t，可 采储量为 13109 万 t。矿井平均涌水量为 200 m 3/h，相对瓦斯涌出量为 0.5m 3/t，属低瓦斯矿井；煤尘无爆炸性危险，无自燃发火倾向。 城郊矿年设计生产能力为 150 万 t/a， 服务年限为 62 年， 工作制度为 “三 八”制。矿井采用立井两水平开拓方式。第一水平采用上山开采，标高为 450m，第二水平采用上下山开采，标高为-600m。矿井采用走向长壁综合机 械化放顶煤采煤法，采 2.5m，放 6.0m。 矿井布置一个综采工作面， 工作面长 200m。 煤炭通过胶带输送机和电机 车运输。 矿井通风方式为两翼对角式。 专题部分：专题题目为：浅析“三下”开采技术。 翻译部分：将一篇关于煤矿利用矿物质的吸附作用净化矿井污水的论文翻译 成中文。英文题目是“use of mineral coal for sorption sewage treatment” 。 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 2 页 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 3 页 abstract this design contains three parts: the general，the special subject and the translation. the general part is a new 1.5mt/a design of chengjiao mine in yongcheng mining company. the whole article is divided into ten parts: 1.an outline of the mine field geology; 2.boundary and the reserves of mine; 3.the designed productive capacity, service life and working system of mine; 4.development engineering of coalfield; 5.the layout of panels; 6. the explorer method used in coal mining; 7. transportation of the underground; 8.the lifting of the mine; 9. the ventilation and the safety operation of the mine; 10.the basic economic and technical norms. the chengjiao mine field lies in yongcheng. the boundary of the mine field runs 5.6km. the total plane area of the mine is about 16.6km2. there is only one exploring layer- number two. its average thickness of the seam is 8.5m and it is stable and flatly inclined. its dip angle is 7 degree on average. the industry reserves of the mine field are 199.02 million tons and the useable reserves are 131.09 million tons. the average inflow rate in juji mine is 200m3/h. it is a lower gassy mine. the coal dust doesnt have explosion hazard as well as the self-combustion tendency. the productive capacity of tao one mine is 1.5 million tons per year 1.5mt/a，and the service life is 62 years. the work system is 3-shift with an 8-hour workday. therere two working levels in the mine. the first development level is located at the -450m and will be caved along the raises; the second is at the level of -600m and will be caved combining the raises and dips. the comprehensive mechanized longwall caving method on the strike is used in tao one mine. there is only one working face in the mine. it is comprehensive mechanized coal face. the length of the face is 200m, and the designed productive capacity of the face is 1.5 million tons per year. coal is transported by belt conveyer and 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 4 页 the diagonal ventilation system is used in chengjiao mine. the title of special subject is “analysis of the three under mining technology”. the translation part is to translate an article on mine use of adsorption of mineral mine sewage purification into the chinese. and the title is “ use of mineral coal for sorption sewage treatment “. 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 5 页 目目 录录 一般部分一般部分 1 矿区概述及井田特征矿区概述及井田特征 8 1.1 矿区概述 8 1.2 井田地质特征 9 1.3 煤层 . 11 2 井田境界和储量井田境界和储量 . 13 2.1 井田境界 . 13 2.2 矿井工业储量 . 14 2.3 矿井可采储量 . 15 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 . 19 3.1 矿井工作制度 . 19 3.2 矿井设计生产能力及服务年限 . 19 4 井田开拓井田开拓 . 23 4.1 井田开拓的基本问题 . 23 4.2 井筒及井下巷道 . 33 5 准备方式采区巷道布置准备方式采区巷道布置 . 43 5.1 煤层地质特征 43 5.2 采区巷道布置及生产系统 44 5.3 采区车场及主要硐室 49 6 采煤方法采煤方法 53 6.1 采煤工艺方式 53 6.2 回采巷道布置 72 7 井下运输井下运输 . 79 7.1 概述 79 7.2 采区运输设备的选择 80 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 6 页 7.3 大巷运输设备选择 81 8 矿井提升矿井提升 . 84 8.1 概述 . 84 8.2 主副井提升 . 84 9 矿井通风矿井通风 90 9.1 矿井通风系统设计 90 9.2 矿井风量计算及风量分配 99 9.3 计算矿井的通风阻力 . 105 9.5 防止特殊灾害的安全措施 . 116 10 设计矿井基本技术经济指标设计矿井基本技术经济指标 119 参考文献参考文献 120 专题部分专题部分 浅析“三下”开采技术浅析“三下”开采技术 122 一 “三下”采煤技术的介绍 . 122 二 “三下”采煤优化决策系统的探讨 136 三 “三下”采煤经济评价方法的比较与改进 140 四 “三下”采煤与矿区可持续发展 143 五 结束语 147 参考文献参考文献 148 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 7 页 一一 般 部 分 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 8 页 1 矿区概述及井田特征矿区概述及井田特征 1.1 矿区概述矿区概述 1.1.1 地理位置与交通地理位置与交通 城郊煤矿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、 蒋口乡的一部分， 交通便利。 走向长约 5.6km， 倾向长约 4.0km， 井田面积 16.6km2。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 11） 。 图 11 城郊矿交通位置图 城郊矿 勘探区 公 路 铁 路 图 例 宿县 淮北市 涡阳 茴村 薛湖 徐州市 商丘市 砀山 芒山 亳州 夏邑 永城市 顺和 33 00 20 40 34 00 20 40 11700 11600 1170011600 33 00 20 40 34 00 20 40 省 南 河 江 苏 省 省 徽 安 山 东 省 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 9 页 1.1.2 地形地貌地形地貌 城郊井田位于淮河冲积平原的东部 ，地势平坦，海拔标高为+30m，向东南 倾斜。区内新生界松散沉积物广泛分布，厚度一般为 100m 左右。工业广场 标高+30.0m。 1.1.3 主要河流主要河流 城郊井田内地表水系不发育，仅有淮河支流的沱河从本区北中部自西向东 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+29.79m， （1963 年 8 月 9 日） ，年平均水位标高 +26.39m， 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。 河流对开采不构成影响。 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 556.2 。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 1808.9 。永城地区受地震影响不大，地震烈度小于 6 度。 1.2 井田地质特征井田地质特征 1.2.1 地质构造地质构造 城郊井田位于北北东向的永城隐伏背斜的西翼中段，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。 （1）褶皱构造 井田内褶皱构造除柏窑背斜与蒋阁向斜比较紧密外，其余均属褶幅不大 的隆起和凹陷。主要有：四里禅向斜、柏窑背斜。 （2）断裂构造 井田地层走向为北北东向，中部、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 0 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 10 页 6,褶皱和断裂构造呈北北东向和近东西展布。 本井田精查勘探时在 16.6km2范围内大小组合断层 3 条，其中较大的断 层有 1 条，井田东北部即以一大断层为界。 总之，整个井田以近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。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。 1.2.2 水文地质条件水文地质条件 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煤层的间接充水含水层， 二煤底板下距 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。 本井田断层富水性微弱，具有一定的隔水性能，一般情况下不会发生导水威 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”单位涌水量不大，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 200m3/h，考虑上段灰岩突水，最大涌水量为 360m3/h。 1.2.3 地温地温 井田内地温仅随深度的增加而增加。井田的平均地温梯度为 2.67 /100m，从地温梯度看，浅部地温梯度较高，深部地温梯度较低。 从二煤组煤层、三煤组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，二煤组煤层-300m 以浅的地温一般低于 30c，- 500m 以深的地温 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 11 页 除井田东南部小面积低温区外，一般为一级高温区。 1.3 煤层煤层 1.3.1 煤煤层埋藏层埋藏条件条件 煤层走向为东西走向，北高南低，平均倾角为 7，其中上部及下部煤 层更加平缓，倾角一般为 5，中部煤层倾角较大，有 8左右。 本井田的主要含煤地层有下二叠统山西组（p1s）及下石盒子组（p1 x） ，煤层 总厚度平均 8.5m。下二叠统山西组（p1s）含二煤组，由 1 个分层组成，为 2 号煤，煤层平均总厚度为 8.5m，井田内二煤层为可采煤层，并且煤层稳定。 煤层特征表如表 1： 表 1 煤层特征表 指标 参数 备注 煤层厚度平均/（m） 8.5 煤层倾角（最大最小/平均）/（） 312/7 煤层硬度 f(普氏系数) 0.91 煤层层理（发育程度） 发育 自然发火期/d 无 绝对瓦斯涌出量/(cm3/g) 0.5 煤尘爆炸指数/（%） 无煤尘爆炸危险性 地温/（） 3133 1.3.2 煤质煤质 二煤层属低灰分，特低硫，特低磷，高发热量，易选的优质无烟煤。 可采煤层中贫煤数量较少，除它的发热量量稍高于无烟煤外，其它煤质特征 与无烟煤相似。煤层煤为无烟煤，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。 1.3.3 煤煤层顶底板层顶底板 二煤煤层直接顶板， 底板主要为薄层状泥岩， 砂质泥岩， 局部为粉砂岩， 抗压强度一般大于 600kg/ cm2（极小部分小于 600kg/ cm2） ，稳定性好，管理 难度小。煤层顶底板情况如表 2： 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 12 页 表 2 煤层顶底板状况 煤 层 顶 底 板 情 况 顶底板名 称 岩石名称 厚度（m） 岩性特征 老顶 细粒砂岩 1.6521.84 11.745 浅灰色,多泥质胶结,遇水膨胀变 软。 直接顶 砂质泥岩 2.9511.3 6.45 灰黑色,含植物化石碎片。 直接底 砂质泥岩 0.53.7 2.1 浅黑色,表面含黄铁矿；具不明显 的斜层理。 老底 中细粒砂 岩 20 浅灰色， 条带状结构,斜层理发育, 层面含炭质,坚硬。 1.3.4 瓦斯、煤尘等瓦斯、煤尘等 井田中各煤层瓦斯含量一般小于 0.5cm3/g，属低瓦斯矿井。各煤层均无 煤尘爆炸危险。各煤层均属不自燃发火煤层。 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 13 页 2 井田境界和储量井田境界和储量 2.1 井田境界井田境界 2.1.1 井田井田范围范围 在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部 分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则有： （1）井田范围内的储量，煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力 相适应； （2）保证井田有合理尺寸； （3）充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等； （4）合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。 根据以上原则，矿东北以 f5 断层为界，f5 断层上部与煤层露头相连，煤层 露头为环状，西部以及南部为人为边界，按矿区内统一划分的井田边界。 2.1.2 开采界限开采界限 本井田的主要含煤地层有下二叠统山西组（p1s）及下石盒子组（p1 x） ， 煤层总厚度平均 8.5m。下二叠统山西组（p1s）含二煤组，由 1 个分层组成， 为 2 号煤，煤层平均总厚度为 8.5m，井田内二煤层为可采煤层，开采范围为 井田范围内的 2，3 号煤层，作为后期储备资源开采。矿井设计只针对 2 号 煤层。 开采上限：2 号煤层以上无可采煤层。 下部边界：人为划分的下部井田边界。 2.1.3 井田井田尺寸尺寸 井田走向平均长约 5.6km，倾向平均长约 4.0km，本次储量计算是在精 查地质报告提供的 1：5000 煤层底板等高线图上计算的，储量计算可靠，井 田面积 16.6km2。如图 2-1 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 14 页 5868h=1750m 6069h=620m 58 68 h =1750m h=42133m 62 81 3758000 394410003944150039442000394425003944300039443500394440003944450039445000 3758500375900037595003760000376050037610003761500 3757500375700037565003756000 37560003756500375850037580003757500375700039446000394465003944700039447500 394475003944700039446500394460003944550039445000394445003944400039443500394430003761500376100037605003760000375950037590500 39442500394420003944150039441000 - 200 - 250 - 300 - 350 - 400 - 450 - 500 - 550 - 600 - 650 - 300 - 350 - 400 - 500 - 450 - 550 - 600 - 650 - 200 - 250 - 300 - 350 - 400 - 450 - 500 - 550 - 600 - 650 中国矿业大学矿业工程学院 采矿工程系 比 例 设 计 人 指导教师 评阅教师 完成日期 评阅日期 评阅日期 永煤城郊矿开拓平面图 永煤城郊矿开拓平面图 n 图 2-1 井田尺寸 2.2 矿井工业储量矿井工业储量 2.2.1 储量计储量计算算基基础础 1、根据城郊井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算； 2、依据煤炭资源地质勘探规范关于化工、动力用煤的标准：计算能利 用储量的煤层最低可采厚度为 0.8m， 原煤灰分不大于 40%。 计算暂不能利用 储量的煤层厚度为 0.70.8m； 3、依据国务院过函（1998）5 号文关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区 有关问题的批复内容要求：禁止新建煤层含硫份大于 3%的矿井。硫份大 于 3%的煤层储量列入平衡表外的储量； 4、储量计算厚度：夹石厚度不大于 0.05m 时，与煤分层合并计算，复杂结 构煤层的夹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； 5、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，采用地质块段的算术平均法。 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 15 页 6、煤层容重： 2 号煤层容重为 1.4t/ m3。 2.2.2 井田地质勘探井田地质勘探 井田地质勘探类型为精查，属详细勘探。 井田范围内钻孔分布，井田内北部边界附近和西部及东部边界附近，钻 孔布置较少；其它区域钻孔分布比较均匀，勘探详细。 井田内北部边界附近、西部边界附近以及东部边界附近属 b 级储量，断层附 近属 c 级储量，其它区域为 a 级储量。高级储量占 99.6%，符合煤炭工业设 计规范要求。 2 号煤层平均可采厚度 8.5m。 2.2.3 工业储量计算工业储量计算 井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，矿井主采煤层为 3 号煤 层以及 2 号煤采用算术平均法。即煤炭工业储量是由煤层面积、容重及厚度 相乘所得，其公式一般为： zg=smr （211） 其中：zg矿井的工业储量，t； s 井田的倾斜面积，km2； m煤层的厚度，m； r 煤的容重，t/m3，取 r=1.4 t/m3。 则：zg=16.610002/cos78.51.4 =19902 万 t =199.02mt 2.3 矿井可采储量矿井可采储量 2.3.1 安全煤柱留设原则安全煤柱留设原则 1、工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零 星分布的村庄不留设保护煤柱，本井田内地表没有村庄。 2、各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定。用岩层移动角确定工业 场地、村庄煤柱。岩层移动角为 70，表土层移动角为 45； 3、维护带宽度：风井场地 20m，其他 15m； 4、断层煤柱宽度 50m，井田境界煤柱宽度为 50m； 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 16 页 5、工业场地占地面积，根据煤矿设计规范中若干条文件修改决定的 说明中第十五条，工业场地占地面积指标见表 2-1。 表 21 工业场地占地面积指标 井 型（万 t/a） 占地面积指标（公顷/10 万 t） 240 及以上 1.0 120-180 1.2 45-90 1.5 9-30 1.8 以指标规定城郊矿工业场地计算为： 占地面积指标取：1.2 公顷/10 万 t 面积计算：150 万 t 1.2 公顷/10 万 t = 18 公顷 工业广场尺寸为 400m450m 2.3.2 矿井永久保护煤柱损失量矿井永久保护煤柱损失量 1、井田边界保护煤柱 井田边界保护煤柱留设50m宽， 则井田边界保护煤柱面积为68.99公顷， 则井田边界煤柱压煤量为： 68.998.51.4/cos70=827.2 万 t 2、断层保护煤柱 断层煤柱留设 50m 宽，则断层保护煤柱面积为 50.32 公顷，则断层煤柱 压煤量为： 50.328.51.4/cos70=603.30 万 t 3、工业广场保护煤柱 工业广场按级保护留围护带宽度 15m，工业广场面积由表 221 确 定，取 18 公顷。工业广场保护煤柱如图 2.3。面积为 82.8 公顷，则工业广场 保护煤柱压煤量为： 82.88.51.4/cos7 =992.7 万 t。 表 22 保护煤柱损失量 煤 柱 类 型 储 量（万 t） 井田边界保护煤柱 827.2 断层保护煤柱 603.3 工业广场保护煤柱 992.7 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 17 页 合 计 2423.2 表土层移动角表土层移动角4545 上山移动角上山移动角7070 下山移动角下山移动角6565 走向移动角走向移动角7373 煤层倾角煤层倾角7 7 +30 图 22 工业广场面积计算示意图 2.3.3 矿井矿井可可采储量采储量 矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算： zk = （zg-p）c （2.5） 式中： zk矿井可采储量，万 t； p保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断 层等留设的永久保护煤柱损失量，万 t； c采区采出率，厚煤层不小于 0.75；中厚煤层不小于 0.8；薄煤 层不小于 0.85；地方小煤矿不小于 0.7。 则，矿井设计可采储量：zk =（19902-2423.2）0.75 =13109（万 t） 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 18 页 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 19 页 3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 3.1 矿井工作制度矿井工作制度 根据 煤炭工业矿井设计规范 相关规定， 确定矿井设计年工作日为 330 天，工作制度采用“三八制”，每天三班作业，两班生产，一班准备，每班工 作 8 小时。 矿井每昼夜净提升时间为 16 小时。 3.2 矿井设计生产能力及服务年限矿井设计生产能力及服务年限 3.2.1 确定依据确定依据 煤炭工业矿井设计规范第 2.2.1 条规定：矿井设计生产能力应根据 资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经 多方案比较或系统优化后确定。 矿区规模可依据以下条件确定： 1、资源情况：煤田地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设 大型矿井。煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿区规模定得太大； 2、开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市） ，交 通（铁路、公路、水运） ，用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等。 条件好者，应加大开发强度和矿区规模;否则应缩小规模； 3、国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤中煤质、产量等）的预测是 确定矿区规模的一个重要依据； 4、投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短 的应加大矿区规模，反之则缩小规模。 3.2.2 矿井设计生产能力矿井设计生产能力 城郊井田储量丰富，煤层赋存稳定，顶底板条件好，断层褶曲少，倾角 小，厚度变化不大，开采条件较简单，技术装备先进，经济效益好，煤质为 优质无烟煤，交通运输便利，市场需求量大，宜建大型矿井。 确定城郊矿井设计生产能力为 150 万 t/a。矿井生产能力主要根据矿井地质 条件、煤层赋存情况、开采条件、设备供应及国家需煤等因素确定。 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 20 页 3.2.3 矿井服务年限矿井服务年限 矿井服务年限必须与井型相适应。 矿井可采储量 zk、设计生产能力 a 矿井服务年限 t 三者之间的关系为： （321） 式中: t矿井服务年限，a； zk矿井可采储量，万 t； a设计生产能力,万 t； k矿井储量备用系数，取 1.4； 则，矿井服务年限为： t =13109/(1501.4 )= 62.42a 符合煤炭工业矿井设计规范要求。 本设计中第一水平面积为：5.61k m2 第一水平可采储量为：5.618.51.4/cos70.75=5045.7 万吨 第一水平服务年限的计算公式为： t = ka z 式中：t 第一水平服务年限，a a 矿井设计生产能力，150 万 t /a； k 储量备用系数，取 1.4； t =5045.7/(1501.4) =24.02a 基本符合煤炭工业矿井设计规范要求。 3.2.4 井井型校核型校核 按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因素 对井型进行校核： 1、煤层开采能力 井田内 2 煤层平均 8.5m，为特厚煤层，赋存稳定，厚度变化不大。根据现代 化矿井“一矿一井一面”的发展模式，可以布置一个放顶煤工作面保产。 2、辅助生产环节的能力 zk ak t= 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 21 页 校核矿井设计为大型矿井，开拓方式为双立井单水平开拓，主立井采用箕斗 提升运煤，副立井采用轨道辅助运输，运煤能力和大型设备的下放可以达到 设计井型的要求。工作面生产的原煤经斜巷胶带输送机到大巷胶带输送机运 到井底煤仓，再经主立井箕斗提升至地面，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，能满足大型设备的下放与提升。大巷辅助 运输采用 900mm 轨距矿车运输，运输能力大，调度方便灵活。 3、通风安全条件的校核 本矿井煤尘无爆炸危险性，瓦斯涌出量为 0.5m3/t，属于低瓦斯矿井。水 文地质条件简单，涌水量较小（200 m3/h） 。瓦斯涌出量小，矿井采用中 央分列式通风，设一条专用回风大巷，首采区上部边界布置一个风井，可以 轻松满足通风需要。 4、矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，保证有足够的 服务年限，满足煤炭工业矿井设计规范要求，见表 31。 表 31 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限 矿井设计生 产能力（万 t/a） 矿井设计服 务年限（a） 第一开采水平服务年限（a） 煤层倾角 45 600 及以上 70 35 300500 60 30 120240 50 25 20 15 4590 40 20 15 15 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 22 页 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 23 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、 数量、 位置及其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等问题，具体有下列几个问题需认 真研究。 1、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、合理确定开采水平的数目和位置； 3、布置大巷及井底车场； 4、确定矿井开采程序，做好开采水平的接替； 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。 确定开拓问题， 需根据国家政策， 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、合理集中开拓部署，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、掘进机械化、自动化创造条件。 6、矿物的综合开采。 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 24 页 4.1.1 确定井筒形式、数目、位置及坐标确定井筒形式、数目、位置及坐标 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。 平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，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：斜井井筒长辅助提升能力少，提升深度有限；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。对于平原地区的城郊矿的来说，由于煤层埋藏深度大，不能建斜井。 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。 本矿井煤层倾角不大，平均 7，为近水平煤层；表土层厚，有流沙层； 水文地质情况中等；井筒需要特殊施工，根据自然地理条件、技术经济条件 等因素，综合考虑城郊矿的实际情况： （1）表层土较厚，淮河冲积形成，风化严重； （2） 地面标高平均+30m 左右， 煤层埋藏较深， 距地面垂深在 200650m 之间； （3）矿井年设计生产能力为 150 万 t/a，为大型矿井。 综上所述，矿井采用立井开拓较为合适。 根据矿井提升的需要与本矿的地质条件及煤矿安全规程的规定，在 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 25 页 本井田的中上部设立主副井筒各一个。主井用来提升煤炭，副井用来运送人 员、材料、矸石及通风等。本矿井的瓦斯含量不大，属于低瓦斯矿井，矿井 通风容易。利用中央边界式通风以保证矿井的正常通风。 2、井筒位置的确定 井筒位置的确定原则： （1）有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，石门的工程量要尽量少； （2）有利于首采采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区要尽量少迁村 或不迁村； （3）井田两翼的储量基本平衡； （4）井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破坏带、煤与瓦斯突出煤 层或软弱岩层； （5）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的威胁； （6）工业场地宜少占耕地，少压煤； （7）水源、电源较进，矿井铁路专用线短，道路布置合理。 综上，为便于地面、井下运输及工业广场布置，主井井筒位置布置方案 也可以选择在井田中央。 考虑以上井筒位置确定原则， 并结合矿井实际情况， 最终确定主、 副井筒位于井田的中央， 有利于减少矿井保护煤柱损失； 同时， 也便于各采区的运输。 风井井口位置的选择应在满足通风条件的前提下，与提升井筒的贯通位 置最短，并利用各种煤柱以减少保护煤柱的损失。本矿井前期采用中央边界 风井回风， 故将风井布置在煤层露头的井田边界处， 从而减少了煤柱的损失。 综合以上因素，结合矿井实际情况，提出本矿井井筒布置位置如下： 表 41 井筒位置坐标 井筒名称 x y z 副井 39441520 3758945 30 主井 39441532 3758874 30 中央风井 39441500 3758043 30 东风井 39437360 3757150 30 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 26 页 4.1.2 工业场地的位置工业场地的位置 工业场地的选择主要考虑以下因素： （1）尽量位于储量中心，使井下有合理的布局； （2）占地要少，尽量做到不搬迁村庄； （3）尽量布置在地质条件较好的区域，同时工业场地的标高要高于最高 洪水位； （4）尽量减少工业广场的压煤损失。 根据以上原则和本矿井的实际情况，工业广场与主副井筒布置位置相 同，其面积及保护煤柱的大小详见第 2 章规定以及设计确定大小的内容，工 业广场面积 18 公顷，定为 400m450m 的长方形。 4.1.3 开采水平的确定及采带区划分开采水平的确定及采带区划分 井田主采煤层为 2 号煤层， 设计中只针对 2 号煤层。 2 号煤层倾角平缓， 为 312，一般 7， ，故设计为二水平开采。一水平标高-450m， ，二水平标 高-600m，采区式开采。2 号煤层生产能力：可采储量为 13109 万 t，服务年 限为 62.42a，一水平划分为三个采区，其中井田西部（以 f14 断层为界）为 双翼采区，首采区设在一水平中部，为双翼采区，井田东部为单翼采区。二 水平与一水平类似，但由于二水平较一水平走向长度大，所以东翼为双翼采 区。其延深方式既可以选择立井延深，也可以选择暗斜井延深；由于是特厚 煤层，大巷选择采用全岩巷布置。 4.1.4 主要开拓巷道主要开拓巷道 本井田开拓方式的选择，主要考虑到以下几个因素： 本井田煤层埋藏较深，煤层可采线在-200m，最深处到-650m，区内新生 界松散沉积物广泛分布，厚度一般为 100m 左右。煤层倾角不大，平均倾角 只有 7，为近水平煤层，并且下部煤层更加平缓。可采煤层为 2 号煤，平 均厚度 8.5m，本矿地表地势平坦，且多为农田，无大的地表水系和水体，平 均标高为+30m。 综上，2 号煤层底板起伏不大，平均倾角为 7，煤层厚度赋存稳定， 且煤厚较大，故矿井开拓大巷布置在岩石中。由于矿井瓦斯涌出量小，前期 回风只需要中央风井满足即可， 所以一水平布置两条大巷。 一条主运输大巷， 一条回风大巷兼做二水平回风用。二水平布置一条运输大巷。各大巷均布置 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 27 页 在煤层底板岩石中。 4.1.5 方案比较方案比较 1提出方案 根据以上分析，现提出以下四种在技术上可行的开拓方案，分述如下： 方案一：采用立井两水平上山开拓方式。第一水平上山开采，第二水平 上山开采；立井延伸至第二水平，两水平均采用岩石大巷。如图 41。 方案二：采用立井两水平上山与上下山混合开拓方式。第一水平上山开 采，第二水平上下山开采；立井延伸至第二水平；两水平均采用岩层大巷。 如图 42。 方案三：采用立井与暗斜井两水平混合开拓方式。第一水平上山开采， 第二水平上山开采；立井开采第一水平，暗斜井延伸至第二水平；两水平均 采用岩石大巷。如图 43。 方案四：采用立井与暗斜井两水平混合开拓方式。第一水平上山开采， 第二水平上下山开采；立井开采第一水平，暗斜井延伸至第二水平；两水平 均采用岩石大巷。如图 44。 2技术比较 所选用的四个方案第一水平均为上山开采，并且大巷和上山均布置在岩 层中。布置方式基本相同，经济差异很小，只对第二水平的各种情况做出比 较。 方案一与方案二的区别在于第二水平采取上山开采和上下山开采，两方 案的二水平均为立井延伸。两方案主要比较井筒的深度、上山巷道以及石门 等的掘进和主要的运输费用，两方案在技术上都是可取的。 方案三与方案四的区别也仅在第二水平采取上山开采和上下山开采。和 前者不同的是此两方案的二水平均为暗斜井延伸。所以暗斜井的长度，上山 巷道等的掘进和主要的运输费用为主要的比较内容。两方案在技术上都是可 取的。 各方案剖面简图如下： 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 28 页 30 - 450 - 650 图 41 立井两水开拓，均上山开采 30 - 450 - 600 图 42 立井两水平开拓，一水平上山，二水平山下山 30 - 450 - 650 图 43 立井加暗斜井两水平开拓，均为上山开采 中国矿业大学 2009 届本科毕业生毕业设计 第 29 页 30 - 450 - 600 图 44 立井加暗斜井两水平开拓，一水平上山，二水平山下山 以上所提四个方案井筒选型都是立井或者以立井为主体，水平标高均有 相同之处，大巷布置形似也几乎一样， ，区别在于井筒延伸深度和形式不同， 及部分基建、生产费用不同。 3、经济比较 （1）粗略比较（表 42） 表 42 各方案粗略比较 项目 方案 方案一 方案三 基建费/万元 立井开凿 22250.3=135 主 暗 斜 井延伸 1770 1050/10000=185.9 石门开凿 1750 0.08=140 副 暗 斜 井延伸 1770 1050/10000=185.9 井底车场 1000 0.09=90 上 下 斜 井 底 车 场 800 900/10000=72 小计 365 小计 444 生产费/万元 立井提升 1.2 4725 0.20.85=964 暗 斜 井 提升 1.247251.77 0.48=4817 石门运输 1.2 4725 1.7 0.38=3662.8 石 门 运 输 0 立井排水 20024365 34.1 0.15=89