采矿工程毕业设计（论文）-赵庄二矿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 目前，在我国一次能量消费结构中，煤炭占 75%以上。煤炭不仅是我国的基本燃料， 又是重要的工业原料，电力、钢铁、石油加工、水泥、化学原料五大行业都离不开煤炭， 因此，煤炭工业的发展直接关系到国计民生。为使我国能源战略持续稳定的发展，必须稳 步高效地发展煤炭工业。 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 本次设计是赵庄二矿新井设计，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，能够体现出高产、高效、安全特点的现代化矿井。 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工艺等各个环 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及毕 业设计要求，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。 任志成：赵庄二矿 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 赵庄二矿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 112 44 54.4 112 50 51.9 ，北纬 35 51 02 .435 55 1.7 。根据中华人民共和国国土资源部 2011 年 3 月核发的第 c1000002009051120015391 号采矿许可证，井田批准开采山西组 3 号煤层，批准井田面积 15.4549km2，生产规模为 2.40 mt/a。井田范围由以下 13 个坐标点依次连线圈定。 井田东西长 4.26km，南北宽 3.71km，面积 15.45km2。 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 1.1.2 矿区地形、地貌及交通运输 赵庄矿位于本井田北侧， 为山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司下属大型矿井， 现 开采 3 号煤层，矿井生产能力 240 万 t/a。现开采范围在井田北部，据 2008 年矿井瓦斯等 级鉴定结果，ch4 相对涌出量为 6.59m3/t，co2相对涌出量为 1.38 m3/t，属低瓦斯矿井， 该矿现采区相距本井田较远，其开采情况对本矿生产无影响。 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 任志成：赵庄二矿 2.40mt/a 新井设计 4 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。 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 300m，最低点为东部丹河河床，标高- 500m，最大相对高 差 800m。 1.1.3 气候条件及地震情况 本区属大陆性气候。据晋城市气象站观测资料：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 0.300.43m。 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。 1.2 井田及其附近的地质特征 1.2.1 井田地质构造 赵庄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） 。 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 0.0042m3/s（1998 年 6 月 30 日）1.4088 m3/s（1998 年 7 月 22 日） 。釜山河由西向北流经井田中部，属季 节性河流，水量很小，向东南汇入釜山水库。井田内其它沟谷平时一般无水，只有雨季时 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 才有洪水排泄。 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 0.18 km2，库容量 60 万 m 3。库区内最大蓄水深度 10 余 m，库 区最高水位标高 915 m，该水库常年存水。 1.3 煤层质量及煤层特征 1.3.1 煤质及物理性质 井田内主要含煤地层为石炭系上统太原组与二叠系下统山西组。 1） 山西组（p1s） 地层厚度 43.23- 65.17m，平均 53.62m。一般含煤 2- 3 层，由上而下编号的煤层为 1、 2、3 号。煤层总厚度平均 6.76m，含煤系数 12.61%。其中可采煤层总厚度平均 6.41m， 可采含煤系数 11.95%。 2） 太原组(c3t) 地层厚度 81.88- 109.41m，平均 97.95m。含煤 6- 13 层，一般 8- 10 层。本组自上而下 编号的煤层有 3 号、4 号 5 号、6 号、7 号、8 号、9 号、10 号、11 号、13 号、14 号、15 号和 16 号。煤层总厚度平均 13m，含煤系数 8.20%。可采煤层总厚度平均 12m，可采含 煤系数 5.51%。其中全区主要可采的 3 号、8 号、15 号煤层位于本组下部一段。其余煤层 （如 9、14、16 号）虽见有零星可采点，但难以构成具有工业价值的可采区段。 煤的物理性质：容重 1.4t/m3，灰份（ag）21.31%，水分 11%，挥发份（vr）41.89%， 发热量 22mj/kg,硫含量 1.95%。 1.3.2 井田内煤层及埋藏条件 煤层走向主体为东西走向，整体矩形，井田中央倾向为南北方向，倾角在 1416 之间，平均为 14左右，可采煤层间距见表 1- 1。 任志成：赵庄二矿 2.40mt/a 新井设计 6 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 3 煤层 5.0 35 全区发育 8 煤层 4 全区发育 50 15 煤层 6 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 1.3.4 顶底板岩性 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 1.03 10.80m，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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 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。 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。 15 号煤层直接顶板为厚层石灰岩，属坚硬岩层，煤层直接底板为泥岩、砂质泥岩， 有时为铝质泥岩、粉砂岩。 1.3.5 瓦斯赋存状况及煤的自燃性 据山西省煤炭工业局晋煤瓦发2011464 号文件批复，长平矿开采 3 号煤层，2010 年 度矿井瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定结果为瓦斯绝对涌出量为 13.73 m3/min，相对涌出 量为 6.15 m3/t，二氧化碳绝对涌出量为 6.25 m3/min，相对涌出量为 2.80 m3/t。长平矿井 属于低瓦斯矿井。该矿 2009、2010 年矿井瓦斯涌出量见表 1- 2。 表 1-2 矿井瓦斯等级鉴定结果表 tab.1- 2 mine gas level identification results table 年度 绝对涌出量（m3/min） 相对涌出量（m3/t） 矿井瓦斯等级 ch4 co2 ch4 co2 2009 19.40 16.69 6.11 5.26 低瓦斯 2010 13.73 6.25 6.15 2.80 低瓦斯 根据本矿2008年在井下回风大巷及1308探巷采取3号煤层煤样进行煤的自燃趋势试 验。其吸氧量为 1.2679- 1.3008cm3/g，自燃等级为类，按煤矿安全规程属不易自燃 煤层。 根据 2009 年补勘钻孔采样作煤的自燃趋势试验，3 号煤层吸氧量为 1.16cm3/g，自然 等级为类，属不易自然煤层。8 号煤层吸氧量为 0.73- 1.41 cm3/g，自然等级均为类， 属不易自然煤层。 从上可知，井田内 3、8 号煤层均属不易自燃煤层。 任志成：赵庄二矿 2.40mt/a 新井设计 8 1.3.6 地质勘探程度 赵庄二矿为国有大型企业，技术管理工作比较规范。该矿自上次 2002 年编制生产矿 井地质报告以来，又进行了井田扩大和多次补充勘查，取得了大量的勘查成果，同时通过 井下开采， 也积累了一定的巷道揭露资料， 因此本次工作主要是对这些成果和资料进行详 细搜集整理和分析研究，在此基础上，按照报告编制提纲要求，对扩大后井田内地层，构 造发育情况，可采煤层赋存情况及其主要煤质特征，井田水文地质条件和顶底板、瓦斯、 煤尘、自燃等开采技术条件进行充分论述，并估算批采煤层资源/储量，同时按照报告要 求，编绘一些主要技术图件，如井田地形地质图、综合柱状图、煤层底板等高线及资源/ 储量估算图，最后完成本次报告编制工作。本次未布置新的勘查工程。 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 2 井田境界及储量 2.1 井田境界井田境界 2.1.1 井田的边界 本井田境界浅部煤层露头为界，深部以- 500m 煤层底板等高线为界，东部至第 27 勘 探线，西部至第 32 勘探线。其走向长 4.0- 4.5km，倾斜长 3.5- 4.0km，面积 15.4549km2。 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 20 m； 2) 阶段煤柱斜长 60 m，若在两阶段留设，则上下阶段各留 30m； 3) 断层煤柱每侧各为 30 m； 4) 采区边界煤柱留 20 m。 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。 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。井田走向长度大于倾斜长度，有三层煤，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。 2.2 井田储量 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 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； 任志成：赵庄二矿 2.40mt/a 新井设计 10 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 矿井工业储量 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。 根据储量计算公式： cos/smrzg= （2- 1） 式中：z矿井工业储量，t s井田面积，km2 m可采煤层总厚度，m r煤的容重，1.4t/m3 煤层平均倾角，13 所以，z=15.45(5+4+6)1.4/cos14=324.45 mt 其中：3 号煤储量：15.4551.4=108.15mt 8 号煤储量：15.4541.4=86.52mt 15 号煤储量：15.454.51.4=129.78mt 2.2.3 矿井可采储量 1pzgzs= （2- 2） 式中：z矿井工业储量 zs矿井设计储量 p1永久煤柱损失 p2临时煤柱损失 c采区平均回采率,由煤炭工业矿井设计规范第 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%。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 全矿采区回采率按照下式计算： k= 321 332211 mmm kmkmkm + + （2- 3） 本井田 3 号煤和 15 号煤均为厚煤层， 8 号煤是中厚煤层， 因此全矿采区回采率取 0.76。 井田永久煤柱损失 p1包括井田境界煤柱、断层防护煤柱，浅部防水煤柱等。 p1=15948.620151.4+350060151.4+400040151.4=14.47mt 临时煤柱损失 p2 主要包括工业广场压煤、 阶段间煤柱等。 p2=（950+1150）1050/2151.4+300020151.4=24.41mt zk=（zp1p2)c=（324.4514.4724.41）0.75= 165.51mt 即该井田的可采储量为 214.18mt。 2.2.4 工业广场面积的确定 由煤炭工业矿井设计规范规定 2：大型矿井工业场地占地为 0.81.1 公顷/10 万 t， 本矿井设计年产 2.40 mt/a，所以本矿井的工业广场面积为 s=2.41.0/0.1=24 公顷，选择边 长为 400m600m 的长方形。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。 任志成：赵庄二矿 2.40mt/a 新井设计 12 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 2.40 mt/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达到 3 层， 保有 可采储量为 214.18mt，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，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，可采煤层均为厚及中厚煤层，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。 本井田离高平市较近， 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， “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高产、 高效矿井。矿井的生产能力为 2.40mt/a 是可行的、合理的。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 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 11。 根据煤炭工业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 1.4。 由矿井的服务年限计算公式： akzp = (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，一般取 1.4 p=z(ak) =214.18/(2.41.4)= 63.7 年 由煤炭工业矿井设计规范第 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 63.7 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 18h。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，即矿井的井下采煤等工作为昼夜分为三班，两班出煤， 一班检修，每班工作 8h，即“三八制”工作制14。 任志成：赵庄二矿 2.40mt/a 新井设计 14 4 井田开拓 在一定的井田地质、开采技术条件下，矿井开拓巷道可有多种布置方式，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，开采技术条件，装备条件，地面外部条件等因素综合考虑4。 4.1 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：平硐、斜井、立井和混合式。 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。 平硐： 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有足够储量的山岭 地带，本井田不能满足要求，本井田地势比较平缓，高低地的最大高差也不过十几米，很 显然，利用平硐开拓对于本井田来说是没有可行性的。 斜井：利用斜井开拓要求煤层埋藏较浅、倾角较大的，地质条件简单，表土层不厚的 井田。斜井开拓的优点为井筒施工简单，掘进速度快，费用低；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。但本井田表土层较厚，斜 井施工比较困难，煤层斜长太大，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。 本井田的煤层赋存深度 300 m 到- 500m，表土层较厚，井筒需用特殊方法施工。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。 依上，本设计采用立井开拓方式。 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。 4.2 确定井筒的位置及数目 4.2.1 井筒数目 本矿年产量 2.40mt，属大型矿井，在开拓时，决定采用三个井井筒：主井、副井和 风井，形成中央边界式通风。主井采用箕斗提升，副井采用罐笼伸降人员、提矸、运料、 入风。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，有助于本矿的正常有序发展。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 4.2.2 井筒位置 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+20m 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)： 任志成：赵庄二矿 2.40mt/a 新井设计 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 fig.4- 1 shaft location 表 4- 1 方案对比表 fig.4- 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 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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 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。 4.3 井筒参数及断面图 各井筒参数见表 4- 2，各井筒断面见图 4- 2；4- 3；4- 4： 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 38.5 635 7.0 两对 12t 箕斗 副井 进风、 行 人、 运料 50.3 600 8.0 一对双层四车（1.5t）罐笼，一 个双层两车（5t） 风井 回风、 兼 做安全 出口 38.5 250 7.0 任志成：赵庄二矿 2.40mt/a 新井设计 18 图 4- 2 主井断面 fig 4- 2 main shaft sections 图 4- 3 副井断面图 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 4.4 开采水平的设计 4.4.1 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500300 m， 垂高为800 m， 倾角平均为14,斜长为3221.1m， 依设计规范阶段斜长一般为3001500 m，缓倾斜煤层阶段垂高位200350 m，可将井田 划分为二个阶段二个开采水平，50m水平和500m水平，均为上山开采，阶段垂高分 别为350m和450m，这样均符合设计规范要求。 第一阶段斜为1429.9 m，依设计规范综采工作面长度不小于150 m，则划分区段数为 35个，符合规范要求，本设计采用二个阶段二个开采水平的依据是：水平服务年限满足 任志成：赵庄二矿 2.40mt/a 新井设计 20 规范要求，2.40mt/a，倾角小于25矿井一水平服务年限不小于25年。本矿井也可以采用 两个水平三个阶段，一水平上山开采，二水平上下山开采。但是考虑到上山开采的优点和 下山开采掘进、 通风、 排水等一系列问题相对突出， 并且第二阶段储量丰富， 服务年限长， 保证安全连续生产， 再加上现在新型提升设备能够满足要求， 所以采用二个阶段两个开采 水平而不采用三个阶段两个开采水平。 由于本井田煤层属缓倾斜煤层， 故采用采区式划分 阶段。 4.4.2 第一水平储量及水平服务年限 ak 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 = 95.24/(2.41.4)=29.5 年25 年，满足设计规范要求，故水平划分是合理的。 4.4.3 设计水平大巷布置 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 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 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 图 4- 6 全煤集中大巷布置方式 fig.4- 6 coal- wide focus on roadway layout 任志成：赵庄二矿 2.40mt/a 新井设计 22 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 矿井岩石掘进量大，煤层间距大时，石 门掘进量大，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 表 4- 4 建井工程量 table 4- 4 the volume of construction works well 项目(m) 方案 1 方案 2 初期 大巷 上山 石门 其他 500 1288 720 0 500 1288 0 0 项目 方案 1 方案 2 后期 大巷 上山 石门 其他 2500 6440 0 150 500 0 0 0 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 表 4- 5 基建费用比较表 table 4- 5 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 500 1288 720 50 1000 1000 2000 2000 50 128.8 144 100 500 1288 0 0 3000 3000 0 0 150 386.4 0 0 小计 422.8 536.4 后 期 大巷 上山 石门 其他 2500 6440 0 150 1000 1000 2000 2000 250 644 0 300 500 0 0 0 3000 0 0 0 150 0 0 0 小计 1194 150 共计 1616.8 686.4 表 4- 6 生产经营费 table 4- 6 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 40 年 大巷 上山 石门 其他 1000 1288 720 50 100 100 100 50 400 515.2 288 100 1000 2576 0 0 20 20 0 0 80 206 0 0 小计 1303.2 286 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 任志成：赵庄二矿 2.40mt/a 新井设计 24 表 4- 7 费用汇总 table 4- 7 cost summary 项目 方案一 方案二 费用（万元） 百分率% 费用（万元） 百分率% 初期建井费 422.8 100% 536.4 194.5% 基建工程费用 1616.8 120% 686.4 100% 生产经营费 1303.2 262.1% 286 100% 总费用 3342.8 160.4% 1508.8 100% 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。 本矿井可采煤层有三层，即 3；8；15；胶带运输大巷布置在50 水平上，轨道大巷 也布置在50 水平上，两个大巷水平相距 30 m。回风大巷布置在 300m。 运输大巷承担运煤任务，在运输大巷内布置带式输送机,运输大巷断面见图 4- 7；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，轨道大巷断面见图 4- 8。回风大巷断面见 4- 9。因为大巷的服 务年限都比较长，所以都采用锚喷支护。 图 4- 7 运输大巷断面图 figure 4- 7 transportation roadway sections 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 图 4- 8 轨道大巷断面图 figure 4- 8 orbit roadway sections 图 4- 9 回风大巷断面图 figure 4- 9 air return roadway sections 任志成：赵庄二矿 2.40mt/a 新井设计 26 4.5 采区划分及开采顺序 4.5.1 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 6001500 m，双翼采区 的走向长度可达 10002000 m，根据设计矿井特点：煤层赋存稳定、倾角小、充分利用 大的地质构造作为采区边界，减少煤炭损失。共划分为四个采区。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 （m） 倾斜 长度 （m） 储量 （mt） 采煤方式 落煤 方式 准备方式 一采区 1500 1430 45 走向长壁 综采 单翼采区 二采区 2500 1430 50.2 走向长壁 综采 双翼采区 三采区 1500 1771 55.8 走向长壁 综采 单翼采区 四采区 2500 1771 93 走向长壁 综采 双翼采区 合计 8000 6402 244.04 4.5.2 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： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 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：由井田中部采区向井田两翼开采，即采区前进式； 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：回采工作面推进方向是从采区两翼向采区上山推进，即工作面回退式回采。 4.6 开采水平井底车场形式的选择 4.6.1 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。 根据具体设计条件，本矿井选择卧式井底车场如图4- 10： 1主井 副井 井底煤仓 水仓 5 水泵房 6 中央变电所 7 清煤斜巷 8 火药库 图 4- 10 井底车场示意图 fig.4- 10 shaft station abridged general view crosssection distinction 任志成：赵庄二矿 2.40mt/a 新井设计 28 4.6.2 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。 根据煤炭工业矿井设计规范规定，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 =0.157273=1091t 煤仓选择为立式煤仓，结构见图 4- 11 图 4- 11 煤仓断面图 figure 4- 11 coal bunker sections 表 4- 9 煤仓断面特征表 tab.4- 9 coal pocket cross- section mark sheet 生产能力 （mta） 容量（t） 圆形断面 （mm） 净断面 （m2） 煤仓高度 （m） 支护方式 2.40 1246 7000 38.46 25 锚喷加混凝 土 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 29 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。 根据煤炭工业矿井设计规范规定，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 60 m，距离硐室不小于 100 m，结合井底车场的实际位置，采用容量 2400 kg 的壁槽式标准火药库，火药库在工业广 场打回风眼独立通风。 4.7 开拓系统综述 4.7.1 开拓方式 本设计矿井采用“立井多水平、 集中运输大巷、走向长壁相结合”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、边界风井，采用中央边界式通风方式。 矿井开采水平在50 m 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。 4.7.2 运输系统 运煤系统： 工作面出煤区段运输平巷区段运煤石门溜煤眼运输上山采区煤 仓运输大巷井底煤仓从主井提到地面； 排矸系统： 掘进巷道时所出的矸石通过轨道上山运到井底车场， 然后从副井提至地面； 运料系统： 副井井底车场轨道大巷轨道上山区段回风石门区段回风平巷 使用地点。 4.7.3 通风系统 新风：副井井底车场轨道上山区段运输石门区段运输平巷工作面； 污风：区段回风平巷区段回风石门回风大巷风井排出地面。 4.7.4 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。 任志成：赵庄二矿 2.40mt/a 新井设计 30 4.7.5 井筒生产时井巷开凿位置及工程量 在本矿井设计中，全矿的年产量由一个综采工作面保证，移交生产时，由运输大巷和 轨道大巷通过采区下部车场沿着煤层的倾斜方向向上掘两条岩石上山 （运输上山和轨道上 山） 。两条上山斜长为 2457m。 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- 10： 表 4- 10 开拓工程量 table 4- 10 opening works 名称 长度（m） 掘进断面（） 掘进体积（ 3 m） 主井 635 38.5 24447.5 副井 600 50.3 30180 井底车场 15152 运输大巷 1000 23.2 23200 轨道大巷 1000 23.2 23200 回风大巷 1110 17.3 19203 轨道上山 1228 14.8 18174 运输上山 1228 18.9 23209 回风平巷 1506 11.4 17168 运输平巷 1556 14.5 22562 开切眼 220 21 4620 合计 221115.5 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 31 5 采准巷道布置 5.1 设计采区的地质概况及煤层特征 5.1.1 采区概况 设计采区为一采区，该采区位于井田东翼，东至井田第二十七勘探线，西部边界到工 业广场保护煤柱线，大巷布置在- 50 水平，采区平均走向长 1500 m，倾斜长 1228 m，煤 层倾角平均 14。属于缓倾斜煤层，采区内地质构造简单，有一小部分断层，煤变质程度 高，煤质好，绝对涌出量为 10.5m3/min。发火期短，煤层直接顶较厚并且软弱。 5.1.2 煤层地质特征 一采区做