采矿工程毕业设计（论文）-晓明三矿1.50Mta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。 本设计是晓明三矿新井设计，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。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 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 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 2 较，基本完成了毕业设计要求的内容。 1 井田概况及地质特征井田概况及地质特征 1.1 井田概况井田概况 1.1.1 井田边界四邻及面积 井田北部以 i 号勘探线北 300m 的一号向斜轴为界与大明二矿相邻; 东部与 小青一矿井田相邻;南部及西南部以大隆矿风井保护煤柱为界与大隆井田相邻； 西部以煤层可采边界线为界。 东西走向长 3.9km，南北倾斜宽 4km，面积 16.76km 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 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 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 m3。 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 525m。 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 井田地质构造 晓明井田北部以向斜轴为界; 东部以 f319 断层为界与小青矿井田相邻;南部及 西南部以 f322 断层为界；西部以煤层可采边界线为界。本井田地质构造以断裂 为主，褶曲为辅。断层均属高角度正断层，倾角 5575 左右，落差最大 40m。 截止 2003 年末， 全井田共发现两个大的断层。 一条落差为 40m， 一条落差为 26m。 1.2.2 井田水文地质特征 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。 （1） 、第四系含水层由残积层、坡积层、洪积层和冲积层组成。 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 4 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 0.3 10m 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0.558 1.872m3/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。 2、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 0.0002685 0.0127m/d，影响半径 39.5105m。 3、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。 白垩系、侏罗系与第四系含水层有水力联系，但联系程度较差。大气降水, 地面水和潜水是主要的补给来源。 由抽水试验可知单位涌水量均小于 0.121m3/h， 年平均最大涌水量 50.25m 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。各煤层以区域变质因 素为主，随煤层赋存深度增加变质程度相对增高。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 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。 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 1300c 1500c，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。 1.3.2 井田内煤层及埋藏条件 煤层走向主体为西至东走向，整体四边形，井田中央倾向为北至南方向，煤 层平均倾角为 9。可采煤层间距见表 1- 1。 表 1- 1 煤层间距见表 table 1- 1 seam pitch table 煤层 厚度 煤层间距 发育情况 4 煤层 7.2 25 全区发育 6- 1 煤层 3.5 全区发育 1.3.3 煤层综合柱状图煤层综合柱状图 煤岩名称柱状图厚度(m) 细砂岩 粗砂岩 砂质泥岩 6-1煤 页岩 5 6 2.5 3.5 砾岩 4.3 泥岩 3.5 粗砂岩 4.5 粗砂岩 13 4煤 7.2 图 2- 1 综合柱状图 fig.2- 1 synthesis histogram 1.3.4 顶底板岩性 4 煤层顶底板：主要岩性有粗砂岩、细砂岩、泥岩、砾岩等所组成，结构致密、细腻、 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 6 无裂隙，厚度一般在 1020m 之间，平均 18m 左右，其属于稳定煤层。6- 1 煤层顶底板：伪 顶为砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩，厚度 0.13.0m，一般为 2.5m。直接顶为细砂岩、粗砂岩， 厚度 0.39.2m，一般为 4.50m。老顶为细砂岩、粗砂岩及砂砾岩，厚度 1.3234.00m，一 般为 13.0m。底板为中砂岩、细砂岩和粉砂岩。直接顶板为类偏高，老顶为类。 1.3.5 瓦斯赋存状况及煤的自燃性 1994 年至 2003 年瓦斯相对涌出量平均为 9.72m3/t，绝对涌出量为 16.28m3/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较好，在开采时瓦斯涌出量小。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。 井田内煤的火焰长度在 10260mm 间，岩粉量为 1050%，煤尘爆炸性弱。3 和 4- 1 层煤尘实验结果为：火焰长度 400mm，岩粉量 55%，爆炸性强，故井田 内有煤尘爆炸的可能，煤尘爆炸指数为 48.98%。 3 层煤的燃点在 453616之间， 平均值为 554， 氧化性和还原性的燃点差 在 3363之间，平均 47。4- 1 层煤的燃点在 462642之间，平均 579， 燃点差为 15。井田内煤的燃点比其他煤田煤的燃点均高，且燃点差值也不高， 故本区煤是较易燃的，自然发火期一般为 611 个月，最短 180 天。 1.3.6 地质勘探程度 本井田精查阶段勘探类型定为二类二型。 在以后的生产补勘中一方面在原有 勘探线上加密钻孔，一方面在线距较大勘探线之间加密一条勘探线，现共有 9 条 勘探线，井田内钻孔密度平均达 7.95 孔/平方公里。由于本井田构造类别为二类， 煤层型别为二型较稳定，因此，仍将勘探类型定为二类二型。各级别孔线距为： a 级 375500（m） b 级 7501000（m） 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 c 级 15002000（m） 本次报告钻孔质量评级是按 1983 年 3 月原煤炭部编制的质量标准的煤田 地质勘探质量评级标准进行的。 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田的边界 北部以井田边界转点座标为界的人为边界，东部、南部分别以井田边界断层 为界，西部为技术可采边界。其平均走向长 3.9 km，平均倾斜长 4 km，面积 16.76km2。 2.1.2 边界煤柱的留设 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 25 米。 根据参考矿井设计规范和矿井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。 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。井田走向长度小于倾斜长度，有二层煤，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。 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 8 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 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： smrzg= （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=16.76 km2(7.2+3.5)1.35/cos92.5 亿 t 其中，zg1=16.76 km27.21.35/cos91.7 亿 t zg2=16.76 km23.51.35/cos90.8 亿 t 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 2.2.3 矿井的设计储量矿井的设计储量 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=15.8km3010.71.35/cos9=693 万 t 断层留设永久煤柱： p1=3.5km2010.71.35/cos9=154 万 t 所以矿井的设计储量为: zs=zg- (p+p1)=2.5- (0.07+0.015)=2.415 亿 t 2.2.4 矿井的设计可采储量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： zk =（zs- p）*c （2- 2） 式中： zk矿井可采储量 zs矿井设计储量 p非永久保护煤柱损失 c采区平均回采率由设计规范第 2.1.3 条，矿井采区回采率，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%。全矿采区回采率按 照下式计算： k=(m1k1+m2k2)/(m1+m2) （2- 3） 本井田 1 层煤为中厚煤层，2 层煤为厚煤层,因此全矿采区回采率计算： k=(7.2*75%+3.5*80%)/(7.2+3.5)=76.6% 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=15115 公顷，依据井田形状选择 300500m 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： 42463810.71.35/cos9=620.8 万 t 2#煤层工业广场保护煤柱梯形损失： 46373810.71.35/cos9=678 万 t 工业广场保护煤柱损失量： p=620.8+678=1298.8 万 t zk =（zs- p）*c 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 10 =(2.415 亿 t- 1298.8 万 t) *76.6% =1.75 亿 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 25000 850 24150 1298.8 17500 2.2.5 工业广场面积的确定工业广场面积的确定 由设计规范规定：工业场地占地面积：45- 90 万吨/年，1.21.3 公顷/10 万 t；120- 180 万吨/年，0.91.0 公顷/10 万 t；240- 300 万吨/年，0.70.8 公顷/10 万 t，400- 600 万吨/年， 0.45- 0.6 公顷/10 万 t。本矿井设计年产 150 万吨，所以工业广场面积为 s=1.015=15 公顷， 选择边长为 500m300m 的长方形。 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 1.5mt/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达到 2 层，保有可采储量为 175mt，按照 1.5mt/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，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，可采煤层为中厚煤层和厚 煤层，适合高产高效工作面开采。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 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。本井田离铁岭市较近，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，交通较便利。 4) 具有先进的开采经验 近年来，综合机械化采煤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 1.5mt/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 1.5。 由矿井的服务年限计算公式： p=zkak (3- 1) 式中：zk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，该矿井取 1.4 p=zk(ak) =175*(1.51.4)=83 年 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 83 年，符合设计规 范规定。 3.2 矿井的一般工作制度 本矿井的年工作日按每年 330 天计算，每昼夜矿井提升时间为 16 小时。根 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 12 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，即矿井的井下采煤等工 作为昼夜分为三班，每班工作 8 小时，即“三八制”工作制。 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 1.5mt/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。 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 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 4km。 煤层倾角平均为 9，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- 25 到- 525m， 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 1.5mt/a，采用立井开拓，主井使用一对箕斗提升，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 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 14 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)： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 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 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 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 16 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 26.8 685 6.0 一对 16 吨箕斗 副井 进风、 行 人、 运料 30.2 650 7.2 一对 3t 矿车双层罐笼 风井 回风、 兼 做安全 出口 26.8 300 6.0 各井筒断面见图 4- 2；4- 3；4- 4： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 图 4- 2 主井断面 fig 4- 1 main shaft sections 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 18 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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 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。 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- 25- 525米，垂高为535米，煤层倾角变化不大，倾 角平均为9，斜长为4000米，依设计规范阶段斜长一般为10001500米，采用带 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 20 区准备方式可适当加长。 4.3.2 开拓方案及基础数据 （1）提出方案 经过分析，提出了一下四种在技术上可行的开拓方案，分析如下： 方案一：立井三水平开拓 主、副井井筒均为立井，布置在井田走向中央，倾斜方向中央偏上，设置三 个水平，大巷布置在煤层底板岩层中，沿底板掘进，见图4- 5. 图4- 5 立井三水平开拓 figure 4- 5 shaft three level to developed 方案二：立井四水平开拓 主、副井井筒均为立井，布置在井田走向中央，倾斜方向中央偏上，设置四 个水平，大巷布置在煤层底板岩层中，沿底板掘进，见图4- 6. 图4- 6 立井四水平开拓 figure 4- 6 shaft four level to developed 方案三：立井二水平加暗斜井开拓 主、副井井筒均为立井，布置在井田走向中央，倾斜方向中央偏上，设置二 个水平加暗斜井，大巷布置在煤层底板岩层中，沿底板掘进，见图4- 7 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 图4- 7 立井二水平加暗斜井开拓 figure 4- 7 shaft two level and dark inclined to developed 方案四：立井单水平加暗斜井开拓 主、副井井筒均为立井，布置在井田走向中央，倾斜方向中央偏上，设置一 个水平加暗斜井，大巷布置在煤层底板岩层中，沿底板掘进，见图4- 8 图4- 8 立井一水平加暗斜井开拓 figure 4- 8 shaft one level and dark inclined to developed 在进行开拓方案比较时，需要从井巷道定额 2007中查出各部分基本价格。 各方案计算费用时采用的基础数据如下： 矿井可采储量：80.81mt/a 矿井最大涌水量：50.25m/h 矿井服务年限：51.8 年 立井提升单价：1.6 元/t.km 斜井提升单价：0.42 元/t.km 排水单价：0.4 元/t.km 方案一第一水平可采煤量：41.31mt 方案一第二水平可采煤量：20.38mt 方案一第三水平可采煤量：20.33mt 方案一第一水平石门：0km 方案一第二水平石门：1.2057km 方案一第三水平石门：2.3389km 方案二第一水平可采煤量：41.31mt 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 22 方案二第二水平可采煤量：20.38mt 方案二第三水平可采煤量：0.97mt 方案二第四水平可采煤量：1.08mt 方案二第一水平石门：0km 方案二第二水平石门：1.2057km 方案二第三水平石门：1.7061km 方案二第四水平石门：2.3389km 方案三第一水平可采煤量：41.31mt 方案三第二水平可采煤量：20.38mt 方案三第三水平可采煤量：20.33mt 方案三第一水平石门：0km 方案三第二水平石门：1.2057km 方案三暗斜井斜长：1.0528km 方案四第一水平可采煤量：41.31mt 方案四第二水平可采煤量：40.71mt 方案四第一水平石门：0km 方案四暗斜井斜长：1.9455km (2) 粗略比较 各方案之间区别在于井筒的延伸方式的不同，采用立井井筒直接延深，优点是提 升能力大，矿井直接延深在条件允许时，增加的设备较少；但施工条件差，施工 速度慢，开拓维护费用高。采用斜井延深方式时，优点是施工速度快，费用低， 但需要暗斜井配套的设备、人 员，所以在进行粗略估算费用来权衡各个方案，见图4- 9,4- 10,4- 11,4- 12。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 图4- 9 方案一的粗略估算费用计算表 figure 4- 9 plan one rough estimate of the cost of computation 图4- 10 方案二的粗略估算费用计算表 figure 4- 10 plan two rough estimate of the cost of computation 图4- 11 方案三的粗略估算费用计算表 figure 4- 11 plan tree rough estimate of the cost of computation 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 24 图4- 12 方案四的粗略估算费用计算表 figure 4- 12 plan four rough estimate of the cost of computation 方案粗略估算费用汇总如图4- 13。 图4- 13 四个方案的粗略估算费用计算汇总 figure 4- 13 four plan rough estimate cost summary 进过以上技术分析、比较，再结合粗略估算费用结果，选择方案三、方案四的费 用较少，下面再对方案三、方案四作进一步详细比较。 (3) 经济比较 用 excel 编制的方案三、方案四的基建、生产费用计算表分别见图 4- 14、4- 15。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 图4- 14 方案三基建、生产费用计算表 figure 4- 14 plan three infrastructure production costs table 图4- 15 方案四基建、生产费用计算表 figure 4- 15 plan four infrastructure production costs table (4) 结论 用excel编制的方案三、方案四的基建、生产费用计算汇总表如图4- 16。 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 26 图4- 16 方案三、方案四费用汇总表 figure 4- 16 plan three and four cost summary table 由对比结果可知，方案三的费用明显高于方案四，综合经济、技术和安全方面 的考虑，选取最优方案为：立井单水平开拓。 4.3.3 第一水平储量及水平服务年限第一水平储量及水平服务年限 tk z t = 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=1.3 t =48.95/(1.51.3)=25.1 年25 年，满足设计规范要求，故水平划分是合理 的。 本矿井可采煤层有二层，即 4 煤层；6- 1 煤层；胶带运输大巷布置在- 275 水 平上。 运输大巷承担运煤任务，在运输大巷内布置带式输送机；轨道大巷承担运料、 通风、行人的任务，用绞车将材料运到工作面，从而实现了从大巷到采区、工作 面辅助运输的连续性。因为大巷的服务年限都比较长，所以都采用锚喷支护。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 围岩 类别 断面() 掘进尺寸 () 喷射 厚度 () 断 面 特 征 表 锚 杆() 型 式 外露 长度 排列 方式 间距 锚深 规格 lf 净周长(m)备注 净掘宽 高 煤12.814.24500365010080020002100 1613.8 图 4- 17 运输大巷断面图 figure 4- 17 transportation roadway sections 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 28 围岩 类别 断面() 掘进尺寸 () 喷射 厚度 () 断 面 特 征 表 锚 杆() 型 式 外露 长度 排列 方式 间距 锚深 规格 lf 净周长(m)备注 净掘宽 高 煤15.517.64800420010080020002100 1615.0 图 4- 18 轨道大巷断面图 figure 4- 18 orbit roadway section 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 29 围岩 类别 断面() 掘进尺寸 () 喷射 厚度 () 断 面 特 征 表 锚 杆() 型 式 外露 长度 排列 方式 间距 锚深 规格 lf 净周长(m)备注 净掘宽 高 煤15.616.74800400010080020002100 1615.0 图 4- 19 回风大巷断面图 figure 4- 19 air return roadway sections 4.4 采区、带区、盘区划分及开采顺序 4.4.1 采区、带区、盘区形式及尺寸的确定 采区、带区、盘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、带区、盘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 6001000m，双翼采区的走向长度可达 10002000m，带 区、盘区可长度可加大，根据设计矿井特点：煤层赋存稳定、倾角变化不大、充 分利用大的地质构造作为采区边界，减少煤炭损失。共划分为八个分带。详细情 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 30 况见表 4- 20，井田各采区技术特征表，以及矿井开拓平面图。 表4- 20 井田各采区技术特征表 table 4- 20 mine technical characteristics of the mining area table 采区、带 区、盘区 走向长 度米 倾斜 长度 储量 mt 采煤方式 落煤 方式 准备方式 e1带区 1945 943 47.95 倾斜长壁 综采 带区 e2带区 1849 1069 36.62 倾斜长壁 综采 带区 s1带区 1819 1756 46.01 倾斜长壁 综采 带区 s2带区 1832 1071 39.62 倾斜长壁 综采 带区 合计 10437 7116 170.2 4.4.2 开采顺序 矿井的开采工作，应当有计划、有步骤地按一定顺序进行，以便保证安全、 均衡生产，并且有利于提高技术经济指标。 合理的开采顺序应满足以下要求： 1) 保证开采水平、采区、采煤工作面的生产正常接替，以保持矿井持续稳 产、高产。 2) 符合煤炭采动影响关系，最大限度的开采出煤炭资源。 3) 合理集中生产，充分发挥机械设备的能力，提高矿井的劳动生产率，简 化巷道布置。 4) 尽量降低掘进率，减少井巷工程量及基建投资。 综合上述因素，将本矿的开采顺序划分如下： 整个井田的开采工作沿着倾斜方向由上向下依次进行，即阶段下行式开采。 采区：自井田边界向井筒方向依次开采各带区，即带区后退式开采顺序； 区段：沿着煤层倾斜方向自上而下开采，即区段下行式； 分层：自上而下逐层开采； 工作面：工作面从上部边界向大巷方向推进，即后退式回采顺序。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 31 4.5 开采水平井底车场形式的选择 4.5.1 井底车场形式 井底车场是连接井筒和大巷或者主要石门的一组巷道及井底附近各种硐室 的总称。井底车场担负井上下煤炭、矸石、材料、人员的转运，是联结井下运输 和矿井提升的枢纽，并为矿井的通风、排水、动力供应、调度服务，对保证矿井 的正常生产起着重要作用。 选择井底车场应该满足下列要求： a 调车简单，管理方便，弯道急交叉点少； b 操作安全，符合有关规定，规范要求； c 井巷工程量小，建设投资省，便于维护，生产成本低； d 施工方便，各个井筒间，井底车场巷道与主要巷道间能迅速贯通，缩短建 井时间。 4.5.2 车场硐室 井底车场的主要硐室为主井煤仓及装载硐室、中央变电所、中央水泵房及火 药库，其位置详见井底车场平面图。 根据设计规范规定，矿井的煤仓容量为 () mcmc aq25 . 0 15 . 0 = （4- 1） 式中： mc q 井底煤仓容量； mc a 矿井日产量 mc a 0.150.25 备用系数，大型矿井取小值 则井底煤仓容量 mc q =0.154117.13=617.57681t 煤仓选择为立式煤仓，结构见图： 佟胤凝：晓明 3 矿 1.50mt/a 新井设计 32 图 4- 22 煤仓断面图 figure 4- 22 coal bunker sections 中央变电所和中央水泵房联合布置，以便使前者向后者供电距离最短，中央 变电所和水泵房建成联合硐室，具体布置见开拓图。 根据设计规范规定，火药库距离井筒、井底车场、主要运输巷道以及影 响全矿井或大部分采区通风的风门的直线距离不得小于 30 米，距离硐室不小于 100 米，结合井底车场的实际位置，采用容量 2400 公斤的硐室式标准火药库， 火药库与工业广场回风井相通。 4.6 开拓系统综述 4.6.1 开拓方式 本设计矿井采用立井单水平集中大巷的开拓方式。采用立井开拓，共 3 个井 筒，主箕斗立井、副罐笼立井、中央风井，采用中央分列式通风方式。矿井开采 水平在- 275m 标高位置， 矿井正常生产时， 一个采区一个综采工作面保证年产量。 4.6.2 运输系统 运煤系统： 工作面出煤分带运煤斜巷带区运煤平巷带区煤仓运输大 巷井底煤仓从主井提到地面； 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 33 排矸系统：掘进巷道时所出的矸石通过带区运料平巷运到井底车场，然后从 副井提至地面； 运料系统：副井井底车场带区运料平巷分带运料斜巷使用地点。 4.6.3 通风系统 新鲜风流：副井井底车场带区运煤平巷分带运煤斜巷工作面； 污风： 分带运料斜巷带区运料平巷回风斜巷回风大巷回风石门风 井排出地面。 4.6.4 排水系统 本矿井运输大巷的坡度为 4，井下的涌水经大巷流入井底水仓，由水泵房 中的水泵，经副井的排水管路排到地面，由地面的排水沟流出井田边界外。 4.6.5 井筒生产时井巷开凿位置及工程量 初期开拓工程量：初期移交工程量是指移交生产时掘进的各类巷道、硐室、 井筒等为生产服务的设施总的掘进体积，初期移交开拓工程量具体见下表 4- 23： 表 4- 23 拓工程量 table 4- 23 opening works 名称 长度（m） 掘进断面（） 掘进体积（ 3 m） 主井 361 31.17 11252.37 副井 354 50.26 17792.04 井底车场 15152 运输大巷 174 14.2 2