采矿工程毕业设计（论文）-釜山二矿2.40Mta新矿井设计（全套图纸） .pdf

辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 前言前言 煤炭是工业的粮食，我国一次能量消费中，煤炭占 75%以上。煤炭不仅是我国的基本 燃料，而且是重要的工业原料，从煤中可以提取二百多种产品，这些产品都是我国社会主 义经济建设和人民生活所必须的。煤炭是不可再生的宝贵资源，我国人均资源仅为世界人 均资源的一半，所以合理、科学的开采煤炭资源尤为重要。 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 本次设计是釜山二矿新井设计，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，设计严格遵守矿井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。 李兴国：釜山二矿 2.40mt/新矿井设计 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 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，交通便利（详见交通位置图） 。 图 1- 1 交通位置图 fig.1- 1 traffic and location 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 1.1.2 矿区地形地貌 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 1310.66m，最低点为东部丹河河床，标高 878.00m，最大相 对高差 432.66m。 1.1.3 气象 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。 1.1.4 地震 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 本井田位于沁水煤田南部晋城矿区东北部，井田内主要出露地层为二叠系上统上石盒 子组，二叠系上统石千峰组及三叠系下统刘家沟组。井田位于晋获褶断带南部西侧，沁水 盆地南缘，井田构造形态与区域构造密切相关。根据井田地表基岩出露情况和钻孔、巷道 揭露及三维地震勘探、地面物探资料，井田地层总体为走向北北东，倾向北西西的单斜构 造，地层倾角 5- 12，局部受构造应力影响，发育有次一级的波状起伏，表现为宽缓的 中小型背斜和向斜， 井田内有一个西沟村北正断层。 本井田地质构造复杂程度属简单类型。 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 李兴国：釜山二矿 2.40mt/新矿井设计 4 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 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 0.18km2，库容量 60 万 m3。库区内最大蓄水深度 10 余米，库区 最高水位标高 915m，该水库常年存水。 1.3 煤层质量及煤层特征 1.3.1 煤质及宏观煤岩类型 该矿区煤的物理性质：黑色，玻璃光泽，性脆，煤体呈黑色，阶梯状断口，条状带结 构，内生裂隙发育，夹有镜煤，玻璃光泽，容重 1.4 克/立方厘米。 煤的化学性质：水分（mad） ：原煤 0.26%- 1.95%，平均为 0.92%；浮煤 0.30%- 2.20%， 平均 1.01%。 灰分（ad） ：原煤 8.26%- 32.46%，平均为 18.74%；浮煤 4.82%- 9.35%，平均 7.74%。 挥发分（vdaf） ：原煤 9.16%- 15.93%，平均 11.72%；浮煤 7.83%- 12.04%，平均 9.42%。 硫分(std)：原煤 0.28%- 0.69%，平均 0.41%，浮煤 0.35%- 0.63%，平均 0.43%。 发热量 （qgr,v,d） ： 原煤 20.4730.01mj/kg， 平均 28.85mj/kg， 浮煤 32.5834.25mj/kg， 平均 33.38mj/kg。 1.3.2 井田内煤层及埋藏条件 煤层走向主体为西南至东北走向，倾角在 14之间，平均为 3左右，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 1 煤层 2 15 全区发育 2 煤层 5.5 全区发育 20 3 煤层 5.5 全区发育 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 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 1 号煤其顶板主要是泥岩、粉砂岩；底板为泥岩、砂质泥岩。2 号煤顶板主要是泥岩、 砂质泥岩；底板为黑色泥岩、砂质泥岩、深灰色粉砂岩。3 号煤顶板为黑色泥岩、砂质泥 岩深、灰色粉砂岩；底板为泥岩、砂质泥岩。 1.3.5 瓦斯赋存状况及煤的自燃性 瓦斯绝对涌出量为 13.73m/min， 相对涌出量为 6.15 m/t， 二氧化碳绝对涌出量为 6.25 m/min，相对涌出量为 2.80 m/t。釜山二矿属于低瓦斯矿井。 1.3.6 地质勘探程度 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。 李兴国：釜山二矿 2.40mt/新矿井设计 6 2 井田境界及储量 2.1 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 260 煤层底板等高线为界，其走向长 3.7 公里， 倾斜长 4- 4.9 公里，面积 15.2 平方公里。 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 15 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。井田倾斜长度大于走向长度，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%。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 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： z=smr （2- 1） （注：对于煤层倾角不大于 15 度时，可用煤层的伪厚度和水平投影面积计算储量。 ） 式中：z矿井工业储量，t s井田面积，k m2 m可采煤层总厚度，m r煤的容重，1.4t/m3 所以，z=15.2(2+5.5+5.5)1.4=276.64 mt 其中：1 煤储量：15.221.4=42.56mt 2 煤储量：15.25.51.4=117.04mt 3 煤储量：15.25.51.4=117.04mt 2.2.3 矿井可采储量 zs=（z- p1- p2）c (2- 2) 式中：z矿井工业储量 zs矿井可采储量 p1永久煤柱损失 p2临时煤柱损失 c采区平均回采率 注：由矿井设计规范第 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%。全矿采区回采率按照下式 计算： 321 332211 mmm kmkmkm k + + = （2- 3） 本井田 3 层煤 1 号煤为中厚煤层，2,3 号煤为厚煤层，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=494030131.4+368530131.4+414030131.4+395030131.4+28003013 李兴国：釜山二矿 2.40mt/新矿井设计 8 1.4+280030131.4=9.10mt+3.06mt=12.16mt 临时煤柱损失 p2 主要包括工业广场压煤。 p2=11191019131.4+1241019131.4=23.05mt zs=（zp1p2)c=（276.6412.1623.05）0.75=183.49mt 即该井田的可采储量为 183.49mt 2.2.4 工业广场面积的确定 表 2- 2 工业场地占地面积指标表 fig2- 2 industrial site covers an area of index table 井 型/ 1- at m 占地面积/ 1 1 . 0ha mt 2.4 及以上 1.0 1.2- 1.8 1.2 0.45- 0.9 1.5 0.09- 0.3 1.8 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 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 2.4mt/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 3 层，保有 可采储量为 183.49 mt，按照 2.4mt/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，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，各种新工艺和新科技在煤矿成产中有了很大发展，形成了一大批“高产、高 效”矿井，使矿井投入少、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 2.4mt/a 是可行的、合理的。 李兴国：釜山二矿 2.40mt/新矿井设计 10 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 1.3 1.5，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 akzp/= )4 . 14 . 2/(49.183=p 由 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 54.6 年，符合矿井设计规范规定。 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。矿井的井下 采煤等工作为昼夜分为四班，三班出煤，一班检修，每班工作 6 小时，即“四六制”工作制。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 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。 4.1 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 2.4mt/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；同时，斜井井筒断面小， 通风阻力大。 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 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。 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。 李兴国：釜山二矿 2.40mt/新矿井设计 12 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 本矿井煤层赋存深度+260+500m，表土层较厚，井筒需用特殊方法施工。该井田走 向长约 3700m，倾斜长约 40004900m。煤层倾角 14，平均为 3。根据本矿的地形地 质条件，立井井筒能够通过复杂地质条件，如流沙层等的地段，机械化程度高；圆形断面 井筒维护费用低，有效断面大，通风条件好；井筒敷设的管线短，人员，材料升降速度快。 本矿井高差不大，不利于采用平硐或斜井开拓，所以混合式就更不能采用。因此，本设计 采用立井开拓。 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 2.0mt/a， 采用立井开拓， 主井使用两对箕斗提升， 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 选择井筒位置是矿井开拓布置的核心。考虑井筒的位置要统筹井田全局，兼顾前期和 后期，地下和地面等各个方面因素。大型矿井的开采范围较大，服务年限长，应本着“重 前顾后”和“重下顾上”的原则，把重点放在前期和地下资源开采的合理性而后效率上。 选择井筒的位置同选择初期采区位置密切结合，尽可能使矿井井筒靠近初采区，以便减少 初期开拓工程量，节省投资和缩短建井工期，早投产，快达产，随着井型的增加，机械化 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 程度的提高，井口位置选择侧重于初期工程量少的趋势。 本设计井田采用立井井筒,选择井筒位置主要考虑以下几个方面的因素： 1）井筒位置的确定应首先考虑有利于第一水平的开采,并兼顾下水平的开采,以减少第 一水平的工程量,加快建井速度,并保证第一水平有足够的服务年限。 2）有利于首采区布置在井筒附近的富煤块段，首采煤区要少迁移或不迁移村庄。 3）井筒位置要尽可能在井田储量中心或尽可能地靠近井田储量中心。 4）为了使井筒的开掘和使用安全可靠,减少其掘进的困难,以及便于维护，应使井筒通 过的岩层及表土层具有较好的围岩条件,便于大容积硐室的掘进及维护。 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，低洼地和采空 区，不受崖崩滑坡和洪水威胁。 6）尽可能使井筒煤柱少压煤,地面工业广场要布置合理,少占良田。 7）距水源，电源较近，与矿井铁路专用线路易连通，道路布置合理。 对井田开采有利的井筒位置，确定依据： a）倾斜方向的位置 从保护井筒和工业场地煤柱损失看，愈靠近浅部，煤柱的尺寸愈小；愈靠近深部，煤 柱的损失越大。因此，井筒位于井田倾向中上部。 b）走向的位置 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。应该尽量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采 的不利局面。井筒设在井田中央，可以使沿井田走向的运输工作量小，而井筒偏于一侧的 相应井下运输工作量比前者要大。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。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。 根据本矿的煤层赋存条件及地质条件，并参照井田境界的走向范围，可将井筒的走向 位置初步确定在 524500 和 525000 之间。 综合考虑井筒应选在井田走向中央的位置，位于倾向中上部。 该设计采用三个井筒的井田开拓方式：主井、副井、边界风井，通风方式为中央并列 式通风。 主井、副井井筒见图 41，42。 风井井筒及其断面特征见图 43。 李兴国：釜山二矿 2.40mt/新矿井设计 14 主井、副井、风井具体位置参见开拓系统平、剖面图。 表 4- 1 井筒断面特征表 tab.4- 1 ell cashing crosssection characteristics sheet 井筒名称 井筒用途 井筒长度 （m） 断面尺寸 直 径（m） 净断面积 （m2） 主 井 提升煤炭、进风 645 7.0 38.47 副 井 运料、运矸、行人，进风 650 8.0 50.24 风 井 回风兼安全出口 540 7.0 38.74 图 4-1 主井断面图 fig 4- 1 main shaft section 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 表 4- 2 主井断面特征表 table 4- 2 characteristics of the main shaft section of the table 井筒直径 用 途 井筒长度 倾 角 提升容量 7.8m 提 煤 645 90 两对 12t 箕斗 图 4-2 副井断面图 fig 4- 2 auxiliary shaft section 表 4- 3 副井断面特征表 table 4- 3 characteristics of the table shaft section 井筒直径 用 途 井筒长度 倾 角 提升容量 8m 进风运料 650m 90 双层罐笼 李兴国：釜山二矿 2.40mt/新矿井设计 16 图 4- 3 风井断面图 fig4- 3 ventilation shaft section 表 4- 4 风井断面特征表 table 4- 4 characteristics of air shaft section of the table 井筒直径 用 途 井筒长度 倾 角 提升容量 井筒支护 7m 回风 540m 90 无 混凝土 4.2 开采水平的设计 4.2.1 水平划分的原则 煤炭工业设计规范规定，为使每个开采水平有足够的储量保证服务年限，可按下 式进行计算： rcmsakah=/sin （4- 1） 式中： h阶段垂高，m； t水平服务年限，a； k储量备用系数，此井田设计选定 1.4； a阶段内的煤层倾角，； a矿井年产量，t； 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 s煤层走向长度，m； m阶段内累计长度，m； c采区回采率； r煤的容重，t/m； 另外， 煤炭工业设计规范规定 2.4mt/a 的矿井的第一水平服务年限不得小于 25 年， 缓倾煤层的阶段垂高为 150250 米。上山开采阶段垂高不得超过 250 米，下山开采不得 超过 150 米。 4.2.2 水平划分的依据 1）开采水平的划分一般是根据井田倾斜长、煤层的倾角等来划分的,合理的开采水平 要保证开采水平有合理的服务年限,足够的储量以及取得较好的经济效果。 2）根据煤层赋存条件及地质构造 煤层的倾角不同对阶段高度的影响较大， 对于近水平煤层， 阶段高度已经无实际意义， 应按水平两侧盘区上下山长度或条带的推进长度来确定水平的范围，并要保证水平的服务 年限；当近水平煤层的间距较大时，可以根据赋存深度不不同，分组设置开采水平，有时 也利用地质构造划分阶段，如向斜轴向、走向大断层或其它构造变化等。 3）根据生产成本 阶段高度增大，全矿井的水平数目减少，水平储量增加，分配到吨煤的折旧费用相应 减少，但阶段长度会使一部分经营费用相应增加，其中随着阶段增大而减少的费用有：井 底车场及硐室、运输大巷、回风大巷及采区车场掘进费、设备购置及安装费用等;增加的费 用有：沿上山的运输费、通风费、提升费、倾斜巷道维护费等，此外，还延长时间和增加 初期投资。 4）根据水平的接替关系 在上一水平减产前，新水平即做好接替准备，因此一个水平从投产到减产的时间必须 大于新水平的准备时间。正常情况下，大型矿井的准备时间要在 1.52 年，井底车场及石 门、主要运输大巷亦需 1.52 年，延伸井筒需 1 年，合计 45 年。开拓延伸加上水平过 渡需要 79 年，所以每个矿井在确定水平高度时，必须使用开采时间大于开拓延伸加上 水平过渡所需时间。 4.2.3 水平高度的确定 本矿年产量 2.4mt/a，井田走向长度 3700m，倾斜长度 4000- 4900m，三层可采煤层总 李兴国：釜山二矿 2.40mt/新矿井设计 18 厚度 13m，其中 1#煤层厚 2m，2#煤层厚 5.5m，3#煤厚 5.5m，层间距分别为 15m、20m， 煤层倾角 14，平均 3。 4.2.4 设计水平储量及服务年限 本井田设计水平为+350 水平,即整个矿井由这一个水平开采,该水平首先布置巷道开采 上煤层，即 1#煤层。 4.2.5 大巷位置 本设计井田内三层煤间距为 35 米，考虑到采动影响,不考虑分层或分组大巷布置。同 时，本设计矿井大巷使用期限较长，为便于维护,减少煤炭损失,将大巷布置在煤层底板岩 石中,大巷的具体位置见开拓系统平、剖面图。岩石大巷与煤层大巷相比,优越性是比较明 显的。岩石大巷能适应地质构造的变化,便于保持一定的方位与坡度,可较长距离的直线布 置,便于煤炭运输,提高大巷通过能力。 同时岩巷受采动影响小,维护条件好,维护费用低,大巷 位于岩石中,减少了保安煤柱，故煤炭损失少,提高了回采率。另外岩石大巷布置比较灵活, 便于回采及煤仓的设置。 4.2.6 大巷的数目 本井田设计年产量大，选用机轨合一巷不容易满足要求，故选择开拓单独的胶带运输 巷。另外，其优点如下： 1）操作简单，比较容易实现自动化； 2）装卸载附属设备少，不需要调车场所，卸载均匀，可以减少调节仓容量； 3）电机功率小，多数情况下可以采用交流拖动，减少了大量设备； 4）在高沼气矿井下，胶带运输机电机防爆问题比较容易解决； 5）运输能力大，效率高，可实现连续运输，比起巷道坡度要求较低。 全矿必须有独立回风和行人运料大巷。矿井采用集中联合开采，所以也采用集中通风 和行人运料大巷的布置方式。综上，本矿井设轨道、胶带运输和回风三条大巷。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 4.2.7 大巷运输方式 本设计井田走向长,井田范围大,为适应现代化采煤的应用,及运输的效率,故大巷采用 皮带运输,可实现连续运输,运量大,效率高,易于实现自动化,由于地质构造比较简单,煤层倾 角平缓,采用条带准备,且该水平的服务年限长,设备利用是比较充分的,且巷道较直,没有较 大的巷道弯曲段。 4.2.8 大巷的用途及规格 (1)胶带大巷与轨道大巷用途及规格 胶带大巷和轨道大巷均采用集中布置，这样布置总的开拓工程量、占用的轨道管线均 较少。将这两条大巷布置在下层煤底板的岩层中，维护较易，维护的大巷长度短，总的开 拓巷道维护工作量较少、维护费用小、生产比较集中，有利于提高井下运输效率。 胶带大巷主要用于运煤，轨道大巷主要用于运料、运矸、进风、行人。 胶带大巷与轨道大巷断面及规格分别如图 4- 6 和 4- 7。 (2)回风大巷用途及规格 回风大巷主要用于回风。回风大巷断面及规格如图 4- 8。 表 4- 5 巷道断面特征 table 4- 5roadway characteristics 围 岩分 类 断面/m2 掘进尺寸 喷 射 厚 度 /mm 净周 长 锚 杆/mm 净 掘 进 宽/mm 高/mm /m 直 径 间 距 锚 深 3 26.6 28.9 5240 4020 120 23.5 22 800 2300 李兴国：釜山二矿 2.40mt/新矿井设计 20 120 1501400 1000 390 500 3900 4020 5000 5240 600 电缆 r2500 2100 400 100 图 4- 4 运输大巷断面图 figure 4- 4 main haulage roadway section 表 4- 6 每米巷道工程量及材料消耗量表 table 4- 6 volume per meter of roadway engineering and materials consumption table 围 岩 分 类 掘进体积（m3） 混凝土 锚杆 金属网 管道 支 架 巷道 基础 （m3） （根） （m2） （m） 架数 型钢 3 28.9 0.8 0.9 13 9.9 2 1.67 36u 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 1500 500 120 3800 3920 400 280 100 1250 1700 2050 4800 1400 400 500 390 r2400 200 图 45 轨道大巷断面图 figure 4- 5chart track roadway section 表 4- 7 轨道大巷断面特征 table 4- 7 characteristics of track roadway section 围 岩分 类 断面/m2 掘进尺寸 喷 射 厚 度 /mm 净周 长 锚 杆/mm 净 掘 进 宽/mm 高/mm /m 直 径 间 距 锚 深 3 24.8 28 5040 4120 100 21.23 22 800 2300 李兴国：釜山二矿 2.40mt/新矿井设计 22 r2500 5000 5240 120 1500 4000 4120 100 图 4- 6 回风大巷断面 fig 4- 6return airway section 表 4- 8 回风大巷断面特征 table 4- 8 return airway characteristics 围 岩分 类 断面/m2 掘进尺寸 喷 射 厚 度 /mm 净周 长 锚 杆/mm 净 掘 进 宽/mm 高/mm /m 直 径 间 距 锚 深 3 17.4 21.9 5500 4600 100 16.7 22 800 2300 4.3 带区划分及开采顺序 4.3.1 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、经济等因素影响。加大采区走向长度可以相对减少采区上山、车场和硐室的 掘进量；减少上山煤柱和区间煤柱损失；减少采煤工作面搬迁次数；增加采区储量和服务 年限；有利于采区和矿井的合理集中生产。一般来说，单翼采区走向长度一般不小于 1000 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 米，双翼采区一般不少与 2000 米。 本着尽量利用特殊条件和自然地质构造划分采区的原则，考虑到设计范围内仅有一个 断层影响，但是在设计首采范围内没有地质构造的限制，便于条带的划分。因此以边界保 护煤柱为采区的边界，减少了煤柱的损失，提高了采区的回采率。 根据煤层的赋存条件，该井田为近水平煤层，倾角 3左右，可以采用盘区式准备和带 区式准备，但与盘区式准备相比，带区式准备有下列优点： 1)巷道布置简单，巷道掘进和维护费用低、投产快。 2)运输系统简单，占用设备少，运输费用低。 3)倾斜长壁工作面的回采巷道可以沿煤层掘进，可以保护固定方式，故可以使工作面 保持长，对于综合机械化采煤非常有利。 4)通风线路短，风流方向转折变化少，系统简单。 5)对某些地质条件的适应性强，如断层、顶板淋水、采空区注浆防水、瓦斯含量高等。 根据矿井的实际情况， 可将井田划分为六个带区， 各带区均是以断层或人为划定边界。 下表列出了带区的划分： 表 4- 9 带区情况表 tab. 4- 9belt area situation tables 带区编号 带区面积/km2 可采储量/万 t 生产能力/万 t 服务年限/a s1 2.53 3314.43 240 9.9 n2 1.94 2517.88 240 7.5 s3 3.67 4810.83 240 14 n4 2.76 3617.03 240 10.8 s5 1.66 21654799 240 6.5 n6 1.66 21654799 240 6.5 以上计算所得结果均为平均值。 4.3.2 采区划分的合理性 参照国家目前开采技术条件， 可知以上各参数的选取是合理的， 适合于近水平厚煤层、 回采工艺为综放的情况。 下面从技术、经济因素的角度来分析以上各条带尺寸选择及划分的合理性： 1、技术因素 李兴国：釜山二矿 2.40mt/新矿井设计 24 带区生产时，巷道内铺设胶带运输机，根据我国目前运输机生产现状，胶带机其长度 在 10003000 米之间，考虑到带区实际斜长，可选用一台胶带输送机，这样可解决工作 面推进长度过长的问题，又解决了条带斜巷的运输问题。 随着通风技术的发展，现阶段独头掘进的距离可达 3000 多米，因此通风问题对带区 倾斜长度的大小没有限制。 带区变电所设在集中大巷附近， 考虑到带区斜长过大将使供电距离增大， 电压降升高， 势必影响到工作面机电设备的启动，因而结合实际情况，把变电所布置在带区中央，以解 决供电问题。 2、经济因素 目前，根据我国采煤机械化发展现状及采煤方法的使用情况，结合本设计矿井的地质 构造因素，带区倾斜长度的划分是比较合理的。不仅有利于工作面的持续推进，减少工作 面的搬家次数，也有利于工作面及带区的正常接替，而且开采时采用沿空掘巷，减少了煤 柱损失，增加了可采储量及服务年限，利于集中生产，从经济上考虑其优越性是明显的。 4.3.3 开采顺序 合理的开采顺序是在考虑煤层采动影响的前提下，有步骤、有计划的按照一定的顺序 进行，保证采区、工作面的正常接替，以保证安全、均衡、高效的生产，并且有利于提高 技术经济指标。合理的开采顺序可以保证开采水平、采区、回采工作面的正常接替，保证 矿井持续稳定生产，最大限度地采出煤炭资源，减少巷道掘进率及维护工程量；合理的集 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。 根据矿井设计规范规定，新建矿井采区开采顺序必须遵循先近后远，逐步向井田 边界扩展的前进式开采。多煤层开采时，一般先采上层，后采下层的下行式开采，还应厚、 薄煤层合理搭配开采；开采有煤与瓦斯突出煤层时，应按开采保护层、抽放瓦斯及单独开 采等技术措施要求，顺序开采。为保证均衡生产,一个采区开始减产,另一个采区即应投入 生产。为此，必须准备好一个新的采区。所以，一个采区的服务年限应大于一个采区的开 拓准备时间。 综合上述因素，将本矿的开采顺序划分如下： 1)沿煤层走向方向的开采顺序 条带内沿倾斜方向的推进方向可分为前进式与后退式两种。前进式是回采工作面向远 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 离大巷方向推进,运输斜巷及回风斜巷在回采工作面之后采空区中维护,这种工作面推进方 式有投产快、出煤早的优点,但巷道维护困难,漏风量大,因此这种方式只在顶板岩石坚硬,地 质变化很小,无自燃发火倾向的薄煤层中才考虑使用,本设计井田采用后退式回采,即回采工 作面由条带边界向大巷方向推进,以保证条带运输斜巷及回风斜巷具有良好的维护条件,避 免了严重漏风,更有利于预防煤层的自燃发火。 2)沿煤层垂直方向的开采顺序 本设计井田为近水平煤层,对于近水平煤层的开采,通常采用下行式开采顺序,这主要是 因为：先采上部煤层,后采下部煤层,使上层煤一般对下层煤的开采没有什么影响或者影响 很小,对下部煤层开采所布置的巷道维护及工作面的安全有利,因此,本井田内煤层群开采亦 基本上采用下行式开采顺序。 4.4 开采水平、回风水平及井底车场 4.4.1 开采水平和回风水平 由前面可知，全矿井是单水平开采，开采水平设置在+350m，在+350m 布置井底车场 及主要巷道。本设计采用中央并列式通风，回风水平布置在+460m。 4.4.2 井底车场形式、线路布置及通过能力 1、选择井底车场形式的原则： 1)井底车场应有富裕的通过能力,一般大于矿井设计生产能力的 30%。 2)设计井底车场时,应考虑到矿井在服务期间有增产的可能性。 3)尽可能地提高井底车场的机械化水平,尽量简化调车作业程序,减少调车时间,以达到 提高井底车场通过能力的目的。 4)在开拓方案设计阶段,应考虑井底车场的合理型式,特别要注意井筒之间的合理布置, 避免井筒间距过小,而使井筒和巷道难以维护,地面绞车房布置困难等。 5)应考虑主、副井筒之间施工的短路贯通。 6)在初步设计时,井底车场应考虑线路纵断面的闭合,以免施工设计时,坡度补偿困难。 7)在确定井筒位置时应注意井底车场所处的围岩情况及岩层的含水情况，一般应尽可 能地避开破碎带或强含水层。 李兴国：釜山二矿 2.40mt/新矿井设计 26 8)井底车场应紧凑,并注意减少开掘工程量,节约开掘费用。 9)对大型矿井或高沼气矿井,在确定井底车场形式时,应尽量减少交岔点的数量和减少 跨度,并考虑施工和维护方便。 2.决定井底车场形式选择的因素： 1)井田的开拓方式 2) 大巷运输方式及矿井生产能力 3)地面布置及生产系统 4)不同煤种需分运分提的矿井 本矿采用立井开拓， 年产量 2.4mt/a。 运输大巷采用胶带运输， 轨道大巷采用矿车运输。 主井的提升设备采用箕斗，副井的提升设备采用罐笼。 根据本矿运输特点，决定采用立井卧式环行车场。这种车场调度工作简单，通过能力 较大。由于本矿采用胶带运输机代替矿车运输，煤炭经输送机直接进入煤仓，井底车场只 担负辅助运输任务，故车场形式和线路结构可简化。主井运煤采用“胶带上仓”方式，主 井井底及副井掘至井底车场水平以下，煤仓及装载硐室均在车场水平以下，通过清煤斜巷 清理井底洒煤。 4.4.3 硐室位置、规格尺寸及支护方式 井底车场硐室主要有井底煤仓及装卸载硐室、中央变电所、中央水泵房、火药库，具 体位置见井底车场平面图。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 图 4- 7 井底车场 fig.4- 7 mine shaft station 表 4- 10 井底车场巷道名 tab. 4- 10 the name of the road in shaft station 序 号 巷道名称 序 号 巷道名称 1 主 井 9 行人巷 2 副 井 10 行人斜巷 3 消防材料室 11 胶带输送机大巷 4 火药库 12 轨道大巷 5 回风立眼 13 电缆道 6 水仓 14 管子道 7 主井清理撒煤斜巷 15 煤仓 8 胶带机巷 1)井底煤仓及装载硐室 根据规程规定，矿井的煤仓容量为 amcqcm)25 . 0 15 . 0 (= （4-2） 式中：qcm 井底煤仓容量 amc 矿井设计日产量 0.150.25系数，大型矿井取小值，中型矿井取大值。本设计取 0.15。则井 李兴国：釜山二矿 2.40mt/新矿井设计 28 底煤仓的容量为： qcm=0.157490.6=1123.59 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 d/ 煤仓高度/m 支护方式 2.4 1350 8000 30 锚喷加混凝土 图 4- 8 井底煤仓图 fig 4- 8shaft coal pocket 2) 中央变电所和中央水泵房 中央变电所和中央水泵房联合布置，便于是中央变电所向中央水泵房供电距离短，中 央变电所和中央水泵房建成联合硐室。 3) 火药库 根据矿井设计规范规定：火药库据井筒、井底车场主要运输巷道及影响全矿井或 大部分采区通风的风门的直线距离不得小于 80 米，距行人巷道或地面和上下巷道直线距 离不得小于 30 米。结合井底车场的实际情况，采用容量为 3600 公斤的壁式标准火药库， 火药库独立通风，回风直接引入回风立眼。火药库的具体结构见下图： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 29 1 12 2 875 6 3 4 9 10 11 图 4- 9 火药库示意图 fig. 4- 9 powder mangazine diagram 表 4- 12 火药库硐室名称 tab.4- 12powder mangazine chamber name 序 号 巷道名称 序 号 巷道名称 1 运输大巷 7 电气壁槽 2 回风立眼 8 岩粉棚 3 炸药壁槽 9 回风挡墙 4 雷管壁槽 10 消防器材 5 放炮工具室 11 库房巷道 6 发炮室 12 防火门 4.4.4 井底车场工程量 井底车场的工程量是井底车场和个硐室的线路的掘进总体和，但是在井底车场中，由 于采用皮带运煤，很难分段计算。因此，根据经验公式得： v=10a+a/100 式中：v井底车场工程，m3 a年产量，t/a 李兴国：釜山二矿 2.40mt/新矿井设计 30 则：v=10 2400000+2400000/100=39492m3 4.5 开拓系统综述 4.5.1 系统概况 本井田采用立井开拓，单水平开采，对于井田内的煤层采取集中大巷的布置，现就开 拓系统内的各生产系统分别加以描述。 4.5.2 开拓系统中的井巷系统 由三个井筒（主、副、风井）下到矿井开采水平，主副井通过井底车场，胶带输送机 大巷，进风行人斜巷和各煤层带区运输平巷相连；风井通过主要回风大巷，回风斜巷和各 煤层的回风平巷相连接；副井通过井底车场，轨道大巷，运料斜巷和各煤层的运料平巷相 连接。 4.5.3 通风系统 本设计井田的通风系统采用中央并列式通风。 其通风线路为：主、副井入风井底车场胶带输送机大巷，轨道大巷进风行人斜 巷，材料斜巷带区运输平巷，带区运料平巷运输顺槽工作面回风顺槽带区回风 平巷回风斜巷回风大巷风井地面 4.5.4 运输系统 其中包括煤炭、矸石、材料、设备以及人员的运送系统，分别描述如下： 1)运煤系统： 工