采矿工程毕业设计（论文）-晓明5矿3.0Mta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 当前世界 3 大问题：能源、人口、环境，能源是其中之一，而煤炭又是其重要的组成 部分。我国是世界上最大产煤国，煤炭在我国国民经济发展中占有极为重要的地位。煤炭 是工业的粮食，在我国，煤炭能源占能源总量的 70%以上。“十二五”规划中希望到 2015 年，中国煤炭年生产能力达到 41 亿吨，期间，中国将继续建设大型煤炭企业集团、大型 煤炭基地、大型现代化煤矿，煤炭生产以大中型煤矿为主，继续压缩小煤矿产量，保障煤 炭稳定供应。今后一个较长时期内，中国煤炭工业的发展前景都将非常广阔。因此，老矿 要改建、扩建，新矿区要开发，建设新型矿井设计任务将十分重要。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 毕业设计培养了学生综合运用所学知识和分析问题、解决问题的能力，是教学计划的 有机组成部分，是专业知识与实践相结合的重要环节。学生通过设计能够全面系统的运用 和巩固所学的知识，掌握矿井设计的方法、步骤及内容，培养自己的实事求是、理论联系 实际的工作作风和严谨的工作态度，培养自己的科学研究能力，提高了编写技术文件和运 算的能力， 同时也提高了计算机应用能力及其他方面的能力。 在设计中按照基本建设程序， 当具备必要的设计条件时，首先应对建设项目进行可行性研究，从井田开拓方式、回采工 艺、工作面布置、机械设备选型等进行多方案比较，并优选出合理的方案。 本设计是晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计。地质资料是学生在毕业实习中收集的，从而锻 炼了学生收集资料的能力。在所收集地质材料的前提下，由指导教师给予指导，并合理运 用平时及课堂上积累的知识，查找有关资料，做到布局合理，生产集中，系统完善，环节 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 2 畅通，贯彻“安全第一，预防为主”的安全生产方针，力求设计出一个高产、高效、安全 的现代化矿井。 本设计从矿井的开拓，运输，通风，工作面的采煤方法，各个环节经济比较和技术比 较，以及矿上人员的分配和管理都进行了详细的介绍，说明书图文并茂，使设计的内容更 加清晰、直观，基本完成了毕业设计要求的全部内容。 由于设计时间和本人能力有限，设计和说明书中难免有不妥之处，敬请老师给予批评 指正。 1 矿区概述及井田特征 1.1 矿区交通位置及自然地理 1.1.1 交通位置 铁法煤田位于辽宁省调兵山市境内，晓明井田位于铁法煤田的中西部。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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 图1- 1 地理位置图 figure 1- 1 map of traffic location 1.1.2 自然地理 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+150m。 地表绝大多数为农田，西靠调兵山，其它为平原。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。 、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。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 5075m。本区地震烈度，根据辽震烈字（83）4 号文，定为六度。 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 4 1.2 井田范围 晓明矿所处的地理坐标位于：东经 1233414.71233819.6，北纬 42 2643.5 422933。 晓明井田北部与大明一矿相邻， 东部以 f319 断层为界与小青矿井田相邻;南部及西南 部以大隆矿风井保护煤柱及 f322 断层为界与大隆井田相邻；西部以煤层可采边界线为界。 东西平均走向长 5km，南北平均倾向宽 3.4km，平均倾角 14，面积 17.526km2。 1.3 地层及主要地质构造 1.3.1 地层 晓明井田位于铁法煤田的中西部，煤系地层基底为前震旦系花岗片麻岩、片岩，其上 沉积有晚侏罗系、白垩系、第四系地层。现由老至新分述如下： （一）前震旦系 出露于井田西部边缘的调兵山、太平山一带，由花岗片麻岩和片岩类组成，花岗片麻 岩为肉红色，具片麻构造，黑云母片麻岩主要成分为石英、长石、黑云母、石英多呈粗粒 状出现，并多为眼球状构造。片岩主要为灰绿色，淡黄褐色，由黑云母、绢云母、绿泥石、 石英等矿物组成。该变质岩系片理和“x”型节理极为发育，沿节理有火成岩侵入。 （二）晚侏罗系 前震旦系地层形成之后，本区长期处于剥蚀状态，使整个古生界和部分中生界地层缺 失，直到燕山运动中期，即晚侏罗系之前，地壳活动频繁，新华夏系切割纬向构造体系， 形成断陷沉积盆地，并伴有岩浆活动，使本区下降接受晚侏罗系后期煤系地层沉积。晚侏 罗系地层厚达 1000m 以上，平均 1200m 按岩性分为六段自下而上为： 1）底部砾岩段 自基底到下部砂泥岩层底板，该段厚 350550m，平均厚度 450m。底部为紫色，顶 部为灰色，灰白色砂砾岩、砾岩、夹薄层砂岩，砾石主要为花岗片麻岩、片岩，园度不佳， 呈棱角状和次棱角状，分选较差。砾径 51000 毫米，一般为 3050 毫米，胶结物为泥 质及钙质，不整合于前震旦系地层之上。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 2）下部砂泥岩段 本段由灰、灰白、深灰色的砂岩、砂质泥岩、泥岩互层组成。夹薄层炭质泥岩、砂质 泥岩。泥岩中富含植物化石。本层厚约 150m。 3、下含煤段 本段由灰、灰白、灰黑色砂岩、砂质泥岩、泥岩组成，夹薄炭质泥岩和煤层，含煤两 层，分别为 6、9 煤层。砂岩成份以石英、长石和云母为主，颗粒呈次棱角状，分选一般。 粉砂岩、细砂岩多斜层理和波状层理。粉砂岩、泥岩中富含植物化石。本组厚 140219m， 一般 162m。 4、中部砂泥岩段 由灰、灰白和深灰色的细砂岩、粉砂岩和泥岩组成，不含煤层。砂岩多为斜层理和波 状层理，本段厚 3258m，一般 44m。 5、上含煤段本段的岩石组成基本同于下煤段，4 号煤层为本矿主采煤层。本段厚度 15096m，一般为 131m。 6、上部砂泥岩段 本段由砂岩、泥岩、砂质泥岩组成，局部夹薄层砂砾岩及薄层煤。本段下部普遍存在 泥岩标志层，厚约 6.5m，上部粒度变粗并逐渐变为灰绿色。本段厚度 9124m，一般为 62m。 (三)白垩系 白垩系在本井田较为发育，井田西部沉积较薄，向东变厚。该系按颜色可分两段： 1、灰绿色砂砾岩段 本段以灰绿色、灰白色砂岩、细砾岩为主。砾石主要成份为花岗岩、花岗片麻岩、石英 岩，砾径一般为 1530mm，圆度不佳，分选较差，多为泥质胶结。本段厚度 15531m， 一般 106m。平行不整合于侏罗系地层之上。 2、紫色砂砾岩层 本层以紫色砂砾岩、细砾岩、砾岩为主。砾石成份同上述，砾径一般为 530mm，最 大 300mm，分选不好，磨圆度较差，呈次棱角状。本段厚 24253m，一般 135m。 (四)、第四系 本井田第四系以洪积层为主，其次为冲积层，厚度 422m，平均 14m。洪积层在井 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 6 田南部以砂质粘土为主，北部以砂质粘土、砂土、砂及粗砂砾为主。冲积层以粘土、砂质 粘土、砂土及砂为主。 1.3.2 主要地质构造 该井田沿着倾向有一条落差 75m 的大断层，井田中部存在大的向斜构造贯穿整个井田。 1.4 矿井瓦斯煤尘 从历年瓦斯涌出量测定结果上看，1994 年至 2003 年瓦斯相对涌出量平均为 3.5m3/t， 绝对涌出量为 10m3/min，属低瓦斯矿井。本矿煤尘主要来源于采、掘工作面及煤炭装运等 生产环节，属相对较大煤尘矿井。煤的自然发火期为 68 个月。 1.5 水文地质概况 本井田位于铁法煤田中西部， 西靠调兵山和大江屯丘陵， 北部和南部为山前洪积平原， 地势平缓，自西向东微倾，平均地表标高+150 西起法库县红土砬子的季节性河流新开河在 井田中间流过，北邻工业广场距主井、副井 200m，东部为冲积平原。 第四系含水层由残积层、坡积层、洪积层和冲积层组成。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 0.310m 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 0.5581.872m3/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 2 5m，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。白垩系砂砾含水层地下水沿裂隙和层面流动， 属承压裂隙水，其水位深 411m。侏罗系砂砾岩含水层透水性微弱。 矿井充水因素 1）井筒水：主井、副井、中央风井、边界风井的井筒水占矿井总涌水量的 60%以上， 多以淋水、滴水、渗水等形式出现在井筒中，水的补给来源是第四系含水层的孔隙水和玄 武岩裂隙水。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 2) 巷道、回采工作面围岩水 煤系地层的细砂岩、粗砂岩、砂砾岩层虽本身含水较弱，确是矿井充水的主要因素。 围岩含水的排泄形式是巷道潮湿、顶板滴水、淋水和渗水，至使巷道低洼地带积水。 3) 生产造成的裂隙通道 本矿井开采方式为走向长壁式和倾斜长壁式顶板全部冒落的方法开采。在隔水层薄的 情况下，井下回采造成顶板冒落，而沟通上部含水地层。 矿井涌水量预计 晓明矿采取的防治水措施有： 地面防治水 ： 1）每年 4 月初，建立矿防汛指挥系统，制定防排水计划和防汛安全措施，储备一定 数量的抢险物资和排水设备，设专人负责管理，检查地面各排水通道，如有阻碍，立即清 除。 2）南 200m 的新开河河道，建筑河道，均为水泥、毛石砌成。每年对河道进行清理维 修，确保排水通畅。 井下防治水：井下设水文观测站，观测站设在井下总水仓门口，用以观测整个矿井涌 水量，每月 23 次，观测方法是浮标法和三角堰法。 1.6 煤层 4 号煤层：平均可采厚度 5.0m，顶底板岩性以粉砂岩、细砂岩、泥岩为主。井田内大 部可采。煤层结构较简单，局部复杂，煤层较稳定，煤质较好。 6 号煤层：平均可采厚度 4.9m，顶底板岩性以细砂岩、粉砂岩、泥岩为主。井田内大 部可采。煤层结构简单，局部复杂，煤层较稳定，煤质较好。 9 号煤层：平均可采厚度 5.1m，顶底板岩性以泥岩、炭质泥岩、粉砂岩为主，井田内 结构简单，井田内大部可采，可采区域煤层结构简单，局部复杂，煤层较稳定，煤质较好。 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 8 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 2.1.1 井田境界 晓明矿所处的平面直角座标和地理座标为： 东经：1233414.71233819.6 北纬：422643.5 422933 经距：4154695941552492 纬距： 47013554706623 晓明井田北部与大明一矿相邻， 东部以 f319 断层为界与小青矿井田相邻;南部及西 南部以大隆矿风井保护煤柱及 f322 断层为界与大隆井田相邻；西部以煤层可采边界线为 界。 东西平均走向长5km， 南北平均倾向长度3.4km， 煤层平均倾角为14， 面积17.526km2。 2.1.2 边界煤柱的留法及尺寸 1）井田边界矿柱留 30m，断层煤柱每侧各为 30m。 2）工业场地保护煤柱留设，应在确定地面保护面积后，用移动叫圈定煤柱范围，工 业场地地面受保护面积应包括保护对象及维护带，维护带宽度为 20m； 3）在工业场地内的立井，圈定保护煤柱时，地面受保护对象应包括绞车房，井口房 或通风机房、风道等，维护带宽度 20m； 4）采区边界煤柱：相邻两个采区各留 20 米的采区边界煤柱； 5）阶段煤柱：斜长 60 米，若在两阶段留设，则上下阶段各留 30 米； 6）区段煤柱：斜长 20 米； 7）断层煤柱：大断层留 30 米，较大断层留 10- 15 米。 2.1.3 论述所定边界的合理性 根据规范的规定，采区开采顺序必须遵守先近后远，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 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 10 煤柱边界线。 2) 开采煤层群时，采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，单独布置采区。 3) 开采多种煤类的煤层，应合理搭配开采，一般不得分采分运。本井田以断层为边界， 充分利用自然条件。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。综上所述，对晓明矿采用联合布置，符合规范规 定。 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) 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； 3) 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； 4) 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； 5) 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； 6) 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； 7) 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 () t 2 . 35490 35 . 1 175260001 . 59 . 40 . 5 万= += =rsmzz （2- 1） 式中：zz矿井的地质储量，万 t m煤层的厚度和，m s井田面积，m2 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 r煤的容重，1.35t/m3 2.2.3 矿井工业资源/储量 根据钻孔布置，在矿井地质资源中，60%是探明的，30%是控制的，10%是推断的。 根据煤层厚度和煤质，在探明的和控制的资源量中，70%的是经济的基础储量，30%是边 际经济的基础储量，则矿井工业资源/储量由下式计算。 t884.14905%70%60 2 . 35490 111 万= b z t942.7452%70%30 2 . 35490 122 万= b z t236.6388%30%60 2 . 35490 112 万= m z t118.3194%30%30 2 . 35490 222 万= m z 由于地质条件简单，k 取值 0.8。 t216.2839%10 2 . 35490 333 万=kkz t396.34780 333222112122111 万=+=kzzzzzz mmbbg 2.2.4 矿井的设计资源/储量 井田边界需留设 30m 宽的保护煤柱，本矿存在一个大的倾向断层，断层两侧需留 30m 宽的煤柱 ()t 5 . 111335 . 1 1530218192310024900万=+= p z （2- 2） 矿井的设计资源/储量：t986.31579 s 万= pg zzz 式中：zs矿井设计资源/储量； zp断层煤柱、井田境界煤柱等永久煤柱损失量； zg矿井工业资源/储量。 2.2.5 矿井的设计可采储量 矿井的设计可采储量是指矿井的设计储量减去工业广场保护煤柱、矿井井下主要巷道 及上下山保护煤柱量后乘以盘区回采率的储量。 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 12 矿井设计可采储量的计算： 1) 矿井工业广场保护煤柱损失的计算 根据设计规程规定，矿井的工业场地面积为 0.81.1 公顷/10 万 t，本矿设计生产能力 300 万 t/年，取 0.8，所以本矿井的工业场地面积为 24 公顷，即 240000m2。 工业场地压煤量计算如下 第一层煤压煤量 z1 压煤面积 s1=(880.4+950.2) 742.4/2=679518.72m2 所以 z1=m1s1r=458.67（万 t） 第二层煤压煤量 z2 压煤面积 s2=（896+972）751.1/2=701527.4m2 所以 z2=m2s2r=435.65（万 t） 第二层煤压煤量 z3 煤面积 s3=（917+1002）763.9/2=732962.05m2 所以 z3=m3s3r=435.38（万 t） 综上，工业场地压煤量 z 总= z1+ z2 +z3=1329.7（万 t） 2）井田内大巷保护煤柱损失量 由于运输大巷有一部分处在工业广场保护煤柱的下面，不需要重复计算，所以井田内 的大巷保护煤柱采用估算：t3001535 . 1 602700万= dh z 矿井设计可采储量： ()t897.24027zdh万 总 =czzz sk （2- 3） 式中：zk矿井设计可采储量 c采区采出率，厚煤层不小于 75%；中厚煤层不小于 80%;薄煤层不小于 85%。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 3 矿井的生产能力、服务年限及一般工作制度 3.1 矿井生产力及服务年限 3.1.1 说明矿井的生产能力 矿井生产能力确定的合理与否， 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 3mt/a 不仅是可行的，也是合理的，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，工业 储量为 299.5mt，按照 3mt/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 本井田煤层赋存稳定，井田面积大，煤层埋藏不深，倾角不太大，结构简单，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，可采煤层为三个厚煤层， 适合高产高效工作面开采。 3) 建井及外运条件 铁法矿区位于我国东北老工业基地腹地辽北地区，以陆路、海港、空港为主体的现代 交通格局已经形成。调兵山市中心距沈哈高速公路 35km，省级公路沈环线、新梨线纵横 贯穿市区，到沈阳桃仙机场只有 110km 的距离，距大连港 450km，营口港 300km。铁煤集 团矿区铁路直达矿井并在大青站与国铁接轨， 可通往全国各地。 晓明矿位于调兵山市东部， 距调兵山市中心 3km。 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 3mt/a 是可行的、合理的。 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 14 3.1.2 矿井的年产量和服务年限 本矿井的年产量是 3mt/a，根据煤炭工业矿井设计规范规定：矿井设计生产能力 为 3mt/a，其服务年限不得小于 60 年。 ka z t = ( 3- 1) 式中： t矿井的服务年限，年。 zk矿井设计可采储量，mt。 a矿井的生产能力，mt/a。 k储量备用系数，取 1.3。 3 . 13 3 . 240 =t =62（年） 所以本矿井的设计服务年限符合规定。 3.1.3 矿井产量变化的可能性 建井后产量出现变化，其可能性为： 1) 地质条件勘探存在一定的误差，有可能出现新的断层。 2) 由于国民经济发展对煤炭的需求变化，导致矿井产量增减。 3) 工作面的回采率提高，导致在相同的条件下，矿井服务年限增加。 4) 采区地质构造简单，储量可靠，因此投产后有可靠的储量及较好的开采条件。 3.2 矿井的一般工作制度 矿井的年工作日数为 300 天，矿井实施“三八”工作制，即每昼夜分三个班，两班采煤， 一班检修，每班工作 8 小时。每昼夜净提升时数为 16 小时。. 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 4 井田开拓 4.1 井筒形式及井筒位置的确定 4.1.1 井筒形式的确定 井筒形式一般有以下几种形式：立井、斜井、平硐和混合式。井筒选择应综合考虑建 井期限，基建投资，矿井劳动生产率及煤的生产成本，并结合开拓的具体条件选择井筒。 下面就几种形式进行技术分析，然后确定采用形式。 立井建井速度快，投产早，适用性很强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯水文等自 然条件的限制，利于辅助运输，立井井筒短，通风阻力小，对深井更为有利。适用于煤层 埋藏较深、表土层较厚以及水文地质条件复杂的矿井。 斜井与立井相比，井筒掘进技术和施工设备比较简单，速度快、地面工业建筑、井筒 装备、井底车场及硐室都比立井简单因而投资较少，建井期较短，斜井适用于表土层不 厚、煤层埋藏较浅、倾角较大的倾斜煤层。 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高地势，例如山地或 丘陵，也就是要在高于工业广场以上具有一定煤炭储量。 综上所述，结合本井田地质情况，地面标高+150 米，煤层赋存在0- 500 米之间， 表土层 75 米，地势平缓，本矿井采用立井开拓。 4.1.2 井筒数目及位置的确定 1) 井筒的数目 a 根据本矿区煤层的埋藏的具体条件，各井筒均采用立井。 b 主、副井、风井各一个，井筒的断面形状及特征（见图 4- 1、4- 2、4- 3，表 4- 1、4- 2、 4- 3） 。 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 16 图4-1 主井井筒断面图 fig.4- 1 the section of the main shaft 表 4-1 主井井筒特征 tablet4- 1the diagram of the feature of main shaft 井型 井筒直径 300 万 t 6.5m 提升容器 两对 12t 长型箕斗 多绳摩擦轮提升机 井深 净断面积 基岩部分的断面积 表土部分的断面积 508m 33.18m2 44.1m2 44.1m2 井壁结构与井筒支护 形式 钢筋现浇混凝土支 护，表土段支护厚度 500mm，基岩段支护 厚度 350mm。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 图 4-2 副井井筒断面图 fig.4- 2 the section of auxiliary shaft 表 4-2 井筒特征 table4- 2 the diagram of the feature of auxiliary shaft 井型 井筒直径 300 万 t 7.5m 提升容器 一对 1.5t 固定箱式矿 车双层四车罐笼 井深 井筒净断面积 基岩部分的断面积 表土部分的断面积 480m 44.16m2 59.45m2 59.45m2 井壁结构与井筒支护 形式 钢筋现浇混凝土支 护，表土段支护厚度 550mm，基岩段支护 厚度 400mm。 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 18 图 4-3 风井井筒断面 fig.4- 3the section of air shaft 表 4-3 井筒特征 tablet4- 3the diagram of the feature of air shaft 井型 300万t 基岩段毛断面积 26.42m2 井筒直径 井深 井筒净断面积 4.5m 171m 15.9m2 表土段毛断面积 井壁结构与井筒支护 形式 26.42m2 混凝土砌碹厚度 350mm 充填混凝土厚 度 50mm 2) 井筒的位置 选择井筒位置的原则： a 有利于第一开采水平的开采，并兼顾其它水平，有利于井底车场的布置和主要运输 大巷位置的选择。 b 首采区少迁村或不迁村。 c 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较弱岩层。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 d 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，低洼地和采空区， 不受滑坡和洪水威胁。 e 工业广场宜少占农田少压煤 f 水源，电源较近，矿井设在铁路专用线路短，道路布置合理点。 对井田开采有利的井筒位置，确定依据如下。 沿走向的位置： a 井筒沿井田走向的位置应在井田中央，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。 b 井筒设在井田中央时，可以使沿井田走向运输工作量小，而井田偏于一侧的相应井 下运输工作量比前者要大。 c 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。 d 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。 沿倾向的位置： 从保护井筒和工业场地繁荣煤柱损失看，愈靠近浅部，煤柱的尺寸愈小；愈靠近深部， 煤柱的损失愈大。因此，井筒沿倾斜方向位于井田中上。 综合考虑，主副井筒位置选在井田走向中央位置，位于倾向中上部，而风井位于主井 的南北边界中央。 4.1.3 开拓延伸方案及比较 （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：主副立井直接延伸 见图4- 4。 图4- 4 主副立井直接延伸 figure 4- 5 a direct extension of main and sub vertical shaft 方案二：副井直接延伸、主井用暗斜井延伸 见图4- 5。 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 20 12 - 300m - 510m 图4- 5 副井直接延伸、主井用暗斜井延伸 figure 4- 6 the auxiliary shaft is a direct extension of the main shaft with the dark inclined shaft extension 方案三：主副井均用暗斜井延伸，见图 4- 6。 12 - 300m - 510m 图4- 6 主副井均用暗斜井延伸 figure 4- 7 the main and auxiliary shaft both with dark inclined shaft extension 2）技术比较 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。 3）经济比较 由于水平标高已经确定，第一水平系统基本一样故只需比较延伸的井筒和石门的基本费用 即可。三种方案的费用建表4- 4、4- 5、4- 6： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 表 4- 4 方案一估算费表 table 4- 4 of the program an estimated cost 表 4- 5 方案二估算费用表 table 4- 5 option ii estimated costs 方案二：副井直接延伸、主井用暗斜井延伸 基建费用 经营费用（万元） 项目 单价 （元） 长度（m） 费用（万 元） 提升费用（万 元） 石门运输费用 （万元） 排水费用（万 元） 主井延 1050 1000 105 1.213841 10.48 0 85.4624365 410.16 10- 4 副井延 3000 230 69 石门 800 1100 88 小计 263 7972.4 0 491.1 总计（万元） 8726.5 方案一：主副立井直接延伸 基建费用 经营费用（万元） 项目 单价 （元） 长度（m） 费 用 （ 万 元） 提升费用（万 元） 石门运输费用 （万元） 排水费用（万 元） 主井延 3000 240 72 1.213841 0.240.92 1.2 13841 1.070.4 85.46 24 365 41 0.152510- 4 副井延 3000 230 69 石门 800 21070 171.2 小计 312.2 3667.3 10663.1 468.1 总计 （万元） 15107.7 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 22 表 4- 6 方案三估算费用表 table 4- 6 option estimated costs 方案三：主副井均用暗斜井延伸 基建费用 经营费用（万元） 项目 单价（元） 长度（m） 费 用 （ 万 元） 提升费用（万 元） 石门运输费用 （万元） 排水费用（万 元） 主井延 1050 1000 105 1.213841 1.00.48 0 85.46 24 365410.08 10- 4 副井延 1050 1050 110.25 石门 800 100 8 小计 223.25 7972.4 0 245.6 总计 8441.25 由表中数据可知选择方案三最合理。 4.2 开采水平的设计 4.2.1 水平高度的确定 确定原则：保证正常接替与均衡生产，保证阶段内有合理的区段数目，保证开采水 平有合理的服务年限及足够的储量，保证经济上有利的水平高度。 煤层的倾角不同对阶段高度的影响较大， 煤炭工业设计规范规定：缓倾斜煤层的 阶段垂高为 200350m。本井田的属于缓倾斜煤层，其平均倾角为 1114，煤层标高从 0m 标高到- 500m 标高，因此，本井田划分为两个水平，即立井两水平上山开拓，大巷方式 为集中大巷。 4.2.2 设计水平储量及服务年限 本井田有两个水平，一水平的储量为 10186.72 万 t，服务年限 26 年。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 4.2.3 设计水平的巷道布置 1) 大巷的位置 由于本井田三层煤的间距较小，故采用集中大巷布置，由于设计中通风方式为中央分 列式。大巷距煤层底板30米。运输大巷、轨道大巷布置在- 300米，回风大巷布置在- 300米。 具体情况见开拓平剖面图。 本设计井田运煤采用皮带运输，可实现连续运输，运量大，效率高，易于实现自动化。 2) 大巷的数目和用途 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） 、轨道大巷和 回风大巷。 a 皮带大巷：将采区采出的煤运至井底煤仓，完成运输任务。 b 轨道大巷：承担整个水平进风、运料、排水、排矸等任务。 c 回风大巷：将矿井内的乏风排入大气中。 3) 大巷的规格 因为大巷的服务年限都较长，所以都采用锚喷支护。各大巷具体断面如下 图 4- 7 轨道大巷断面图 fig.4- 4 sectional drawing of track roadway 表 4- 7 巷道断面特征表 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 24 掘进断面 17.3m2 锚杆间距 800mm 喷层厚度 100mm 净断面 15.7m2 锚深 1600mm 巷道坡度 3 水沟s掘 0.36m2 锚杆排距 800mm 岩石硬度 f=4- 6 水沟s净 0.20m2 锚杆排数 12 根 净周长 15.1m 每米锚杆数 15 根 图 4- 8 皮带大巷断面图 fig.4- 5 cross- section drawing of belt roadway 表 4- 8 巷道断面特征图 table4- 5 the diagram of the feature of wells 围 岩 类 别 断面（m2） 掘进尺寸 （mm） 喷 射 厚 度 锚杆 净周长 （m） 净 掘 宽 高 形 式 外漏 长度 排列 方式 间 排 距 锚深 规格 l* 煤 16.7 17.3 4800 3900 100 钢 筋 砂 浆 50 矩形 800 1600 1900*16 15 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 图 4- 9 回风大巷断面图 fig4- 9sectional drawing of return wind tunnel 表 4- 9 巷道断面特征表 table4- 9 the diagram of the feature of wells 围 岩 类 别 断面（m2） 掘进尺寸 (mm) 喷射 厚度 /mm 锚杆 净周长 （m） 净 掘 宽 高 形 式 外 露 长 度 排 列 方 式 间 排 距 锚深 规格 l* 岩 石 15.7 17.3 4800 4000 100 树 脂 锚 杆 100 菱 形 800 2000 2100*16 15.1 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 26 4.3 采区划分及开采顺序 4.3.1 采区划分 1) 采区划分原则 a 根据设计规范要求，采区宜双面布置。当受地质条件限制时，或在安全上有特 殊要求可单面布置。 b 对于综合机械化开采，采区单面布置时（单翼采区） ，走向长度一般不小于 1000m； 双面布置时，走向长度不小于 2000m。 c 尽量利用特定条件和自然地质构造划分采区。如落差大的断层、向背斜、地堑、地 垒等。 准备方式的选择：带区适用于 12 以下；采区适用于倾斜煤层；盘曲 7 12 。 因此本矿区划分为 s1 采区，s2 采区，n1 采区 n2 采区，n 3 采区，n4 采区等六个采 区。 2) 首采区的确定 矿井达到设计生产能力时的初期采区位置（即首采区） ，应符合下列规定： a 和井田内其他采区相比，煤层赋存条件好，地质构造和开采技术条件简单，地质勘 察程度高； b 资源可靠、设计可采储量丰富，采区生产能力大，服务年限长； c 首采区应位于工业场地保护煤柱线附近，工程量省、贯通距离短。 经过分析，符合上述规定的最佳采区 s2 采区，即将 s2 采区作为首采区。 4.3.2 开采顺序 合理的开采顺序可保证开采水平、采区、回采工作正常接替，保证矿井持续稳定高产， 最大限度的开采煤炭资源，减少巷道的掘进率及维护工程量，合理集中生产，充分发挥设 备能力，提高技术经济效益，便于防止灾害，保证生产安全可靠。 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 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。 本设计井田煤层以煤层群形式赋存，对同一采区的三个煤层，先采上层，依次往下采， 这样，上部煤层对下部煤层没有什么影响或是影响较小，对下层的巷道维护及回采工作都 比较有利。沿煤层走向首先开采距工业广场最近的采区，由近及远一次开采。这样可以尽 早投入生产，收回成本。采区内沿煤层倾斜方向首先开采标高最高的区段，然后依次下行 开采。 先采 s2、s1 然后是 n1、n3 最后是 n2、n4。 4.4 井底车场形式的选择 4.4.1 井底车场选择的依据 井底车场是连接井筒和井下主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称，是连接井下运输 和提升的枢纽。因此，井底车场设计是否合理，直接影响着矿井的安全和生产。 根据矿井设计规范规定，井底车场布置形式应根据大巷运输方式、通过井底车场 的货载运量、井筒提升方式、井筒与主要运输大巷的相互位置、地面生产系统布置和井底 车场巷道及主要硐室处围岩条件等因素，经技术经济比较确定。 由于本设计中的煤层赋存，主井提升方式为箕斗提升，大巷采用皮带运输，车场形式 为折返式车场。如图4- 10所示 1 2 4 5 6 7 8 10 11 12 9 1主井，2副井，4中央变电所，5中央水泵房，6水仓，7井底煤仓，8翻车机硐室， 9火药库，10工具库，11等候室，12主井清理撒煤斜巷 图 4- 10 井底车场示意图 fig.4- 10 shaft station abridged general view crosssection distinction 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 28 4.4.2 井底车场硐室 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。 （1）主井煤仓及装载硐室 矿井煤仓的容量为： () mcmc aq25 . 0 15 . 0 = 式中： mc q井底煤仓容量； mc a矿井日产量； 0.150.25系数，大型矿井取小值，小型矿井取大值，本设计取 0.15。 则井底煤仓容量为： 图 4- 11 井底煤仓 fig.4- 11 shaft coal pocket 表 4- 11 煤仓断面特征表 tab.4- 11 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 3.0 1500 8000 50.24 22 锚喷加混凝 土 （2）中央变电所和中央水泵房 tqm 0= 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，便于使中央变电所向中央水泵房供电距离最短， 中央变电所和中央水泵房建成联合硐室，具体见图 4- 12。 中央变电所和中央水泵房联合硐室 图 4- 12 中央变电所和水泵房 fig.4- 12 substation and water pump room （3）火药库 由于本矿井采用全部机械化采煤，所以相对用火药较少，选用储量较小的壁槽式火药 库就可以满足井下正常工作的需要。根据设计规范 ，库房与巷道的关系： 1）库房距井筒、井底车场、主要运输巷道、主要硐室的法线距离，硐室式不得小于 100 m，壁槽式不小于 60 m； 2）库房距行人巷道的法线距离，硐室式不得小于 35m，壁槽式不小于 20 m； 3）库房与外部巷道之间，必须用 3 条互成直角的连通巷道相连, 必须有 2 个出口； 4）井下爆炸材料库的最大贮存量，不得超过该矿井 3 天的炸药需要量和 10 天的电雷 管需要量； 5）火药库必须有单独的新鲜风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风道或主要回 风道。火药库的具体结构见图 4- 13。 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 30 图 4- 13 火药库 fig.4- 13 power magazine diagram 表 4- 13 火药库巷道名称 tab.4- 13 power magazine diagram tunnel name 序号 巷道名称 序号 巷道名称 1 雷管壁槽 2 炸药壁槽 3 库房巷道 4 电器壁龛 5 消防器材 6 放炮工具室 7 隔爆门 8 回风眼 4.5 开拓系统综述 4.5.1 开拓系统 矿井开拓系统为立井两水平集中大巷。本设计矿井共有三个掘进队，主井和副井同时 掘进，达到井底车场水平后，然后开掘井底车场、各硐室，与此同时，另一个掘进队同时 准备开掘风井回风大巷，然后在最下一层煤底板的岩层中开掘运输大巷、轨道大巷、下部 材料车场，采区上山，尽快形成矿井通风回路。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 31 4.5.2 通风系统 矿井的通风系统为中央分列式通风。 通风线路： 新风：副井进风井底车场轨道大巷区段进风运料石门下区段回风平巷联络 巷工作面 乏风：工作面采区回风平巷第一区段回风石门回风大巷风井。 4.5.3 运输系统 其中包括运煤、运料、排矸和设备以及人员的运送系统，现在分别描述如下： 1) 运煤系统： 工作面出煤采区运输平巷区段运输石门区段溜煤眼运输上山 采区煤仓运煤大巷主井地面。 2) 运料系统： 副井下料井底车场轨道大巷采区下部车场轨道上山第一区段 回风石门回风平巷工作面。 3) 排矸系统： 掘进工作面掘进巷道轨道上山采区下部车场轨道大巷井底车 场副井。 4) 行人系统：副井井底车场轨道大巷行人斜巷轨道上山进风平巷工作 面。 4.5.4 排水线路 回采工作面采区运输斜巷联络巷下区段回风平巷轨道上山轨道大巷井 底车场水仓副井排水管路地面 4.5.5 移交生产时井巷的开凿位置、初期工程量 1) 矿井移交生产时的标准： a 井上、下各生产系统基本完成并能进行正常的安全的生产。 b “三个煤量”达到规定标准。 c 回采工作面长度一般不少于设计回采工作面长度的 50。 韩星：晓明 5 矿 3.0mt/a 新井设计 32 d 工业广场内的行政、公共设施基本完成。 e 居住区及其设施基本完成。 根据以上标准确定井巷的开凿位置。 有了以上的移交生产标准也就决定了矿井在移交生产时井巷的开凿位置。 2) 移交生产时井巷开凿的位置 在矿井设计中，全矿年产量由一个综采工作面保证达产，移交生产时，区段运输平巷、 区段轨道平巷、下区段轨道平巷已经掘进到开采位置，然后掘开切眼，即第一个工作面已 经布置完毕。 3) 初期工程量 初期移交工程量是指移交时掘进的各类巷道硐室、井筒等为生产服务的设施的总的掘 进体积，初期移交工程量见表： 表 4- 14 移交初期工程量表 tab. 4- 14 transfer engineering amount table 名称 长度/m 掘进断面面积/ m2 掘进体积/m3 主井 508 33.18 16855.44 副井 480 44.16 21196.8 风井 170 15.9 2