采矿工程毕业设计（论文）-伯方一矿1.20Mta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 中国是世界最大产煤国，煤炭在中国经济社会发展中占有极重要的地位。煤炭是工业 的粮食，我国一次能量消费中，煤炭占 75%以上。煤炭发展的快慢，将直接关系到国计民 生。作为带矿专业的一名学生，我很荣幸能够为祖国煤炭事业尽一份力。毕业设计是毕业 生把大学所学专业理论知识和实践相结合的重要环节，使所学知识一体化，是我们踏入工 作岗位的过度环节，设计过程中的所学知识很可能被直接带到马上的工作岗位上，所以显 得尤为重要。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 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。 该说明书为伯方一矿 1.20mt/a 井田初步设计说明书，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，力求设计出 一个高产、高效、安全的现代化矿井。 本设计说明书从矿井的开拓、开带、运输、通风、提升及工作面的带煤方法等各个环 节进行了详细的叙述，并进行了技术和经济比较。论述了本设计的合理性，完成了毕业设 计要求的内容。同时说明书图文并茂，使设计的内容更容易被理解和接受。在设计过程中， 得到了指导老师的详细指导和同学的悉心帮助，在此表示感谢。由于设计时间和本人能力 有限，难免有错误和疏漏之处，望老师给予批评指正。 徐达：伯方一矿 1.20mt/a 新矿井设计 2 1 矿区概述及井田特征 1.1 矿区概述 1.1.1 矿区的地理位置及行政隶属关系 伯方一矿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 。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，交通运输便利 (详见交通位置图)。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 图 1- 1 伯方一矿矿交通位置图 fig 1- 1 xigou five mine traffic and location 矿井走向长 4.169 公里，倾斜长 3.070 公里。伯方一矿设计生产能力为 1.20mt/a。 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 矿区水文、气象、地震 1.丹河为井田及附近主要河流，在井田东部边界处由北向南流过，属黄河流域沁河水 徐达：伯方一矿 1.20mt/a 新矿井设计 4 系丹河支流。丹河河水流量受季节性影响较大，旱季水量较小，雨季水量增大。其观测流 量 0.00415m3/s(1998 年 6 月 30 日)1.4088m3/s(1998 年 7 月 22 日)，历史最高洪水位为 890.30m。 另外， 井田内还发育有三条较大沟谷， 由东向西依次为冯家村沟， 釜山村沟和海则沟。 其中，东部冯家沟村由西北向东南穿越井田东部，平时干涸无水，仅雨季有短暂洪水排泄， 向东排入丹河。中部釜山村沟由西北向东南穿越井田中部，属季节性河流，平时有微小流 水，雨季汇集洪水后水量猛增，向东南流出井田汇入丹河。东河道中段釜山村西建有一处 水库釜山水库，水库常年储水，为井田最大地表水体。井田西部海则沟由东北向西南穿 越井田西北部，向西南汇入沁河，属季节性河流，平时有细小流水，雨季汇集洪水后水量 增大。 2. 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。表土层厚度为 140m。 3. 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 井田的地层层位关系 1. 井田地层 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。第四系分布于山梁和沟谷。结合钻孔 资料由老至新分述如下： （1） 、奥陶系(o) .中统上马家沟组(o2s ) 本井田所施工的 2 个奥灰水文孔，揭露本组厚度 214.33- 264.71m。主要由深灰色巨厚 层状石灰岩组成。 .中统峰峰组(o2f ) 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 为煤系地层基底，厚 141.68- 160.33m，平均 151.00m。与下伏地层上马家沟组为整合 接触。上部为灰色-灰白色巨厚层状隐晶质石灰岩、局部裂隙发育，具方解石脉，间夹有 白云岩及角砾状灰岩局部为泥质石灰岩。中部为灰色角砾状石灰岩，泥灰岩和石灰岩，灰 色白云岩和泥质白云岩，局部溶洞发育，裂隙内充填有方解石脉。下部灰色石灰岩，浅灰 色中厚层状白云岩，含泥石灰岩，局部溶洞发育。 （2） 、石炭系(c) . 中统本溪组(c2b) 与下伏峰峰组呈平行不整合接触。厚 2.20- 20.18m，平均厚 14.27m。主要由浅灰色含 铝泥岩、铝质泥岩、深灰色泥岩组成，中、下部夹石英砂岩，偶见薄煤层及石灰岩。砂岩 多呈不等粒结构且含细砾，碎屑以石英为主，次为泥岩屑、硅质岩屑。底部常具一薄层铁 质泥岩或铁质粉砂岩，含黄铁矿结核或透镜体，即“山西式”铁矿。该组属泻湖潮坪沉 积。 . 上统太原组(c3t) k1砂岩底至 k7砂岩底，与下伏地层呈整合接触。为井田内主要含煤地层，厚 81.88- 109.41m，平均 97.67m。由深灰灰黑色砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、煤层及石 灰岩组成。为典型的海陆交互相沉积。 （3） 、二叠系(p) . 下统山西组(p1s) k7砂岩底至 k8砂岩底，与下伏地层呈整合接触。厚 43.23- 65.17m，平均 53.62m。由 灰-深灰色中-细粒砂岩、粉砂岩和灰黑色泥岩及煤层组成。 . 下统下石盒子组(p1x) k8砂岩底至 k10砂岩底，与下伏山西组呈整合接触。厚 44.70- 96.38m，平均 66.99m。 由灰绿色、灰色泥岩、砂质泥岩；间夹黄绿色、浅灰色砂岩组成。顶部为灰白色铝质泥岩， 以高岭石为主，含大量菱铁质鲕粒及黄铁矿团块，俗称“桃花泥岩” ，是 k10砂岩良好的辅 助标志。底部 k8砂岩以细粒砂岩为主，成份石英为主、长石次之、含云母，菱铁质显示交 错层理。 本组系上三角洲平原曲流河湖泊相沉积。 . 上统上石盒子组(p2s) k10砂岩底至 k14砂岩底，与下伏地层呈整合接触。一般厚 500m 左右，由黄绿色、灰 绿色、灰白色砂岩，黄色、黄绿色、紫红色等杂色泥岩、粉砂岩组成。根据岩性特征可将 徐达：伯方一矿 1.20mt/a 新矿井设计 6 本组分为三段。区内仅出露上段顶部地层。 下段(p2s 1)：k 10砂岩底至 k12砂岩底，厚 149.85- 219.25m，平均 190.02m。主要由灰绿 色、灰色、黄绿色、局部夹紫红色斑块的泥岩与灰绿色、灰白色砂岩互层组成。泥岩成份 主要为水云母及高岭石，局部泥岩中含菱铁质鲕粒。中上部夹铁质砂岩及锰铁质结核。砂 岩成份主要为石英、长石、钙化岩屑，次为硅质及粘土岩屑等，含少量绿泥石及重矿物。 底部 k10砂岩为浅灰色、灰白色中细粒砂岩，局部为粉砂岩，交错层理发育。该地层中扩区 中见出露。 中段(p2s 2)：k 12砂岩底至 k13砂岩底，厚 73.80- 151.20m，平均 93.20m。由黄色、灰黄 色、局部夹紫红色的泥岩及粉砂岩互层，夹巨厚层状的黄绿色、灰白色砂岩组成。底部 k12 砂岩为灰白色、灰绿色含砾中粗粒砂岩、大型交错层理发育。该地层中扩区中见出露。 上段(p2s 3)：k 13砂岩底至 k14砂岩底，厚 184.54- 235.50m，平均 210.93m。由灰黄色、 黄色、紫红色泥岩、砂质泥岩、粉砂岩,浅灰色、灰黄色砂岩组成。顶部泥岩中夹 2-3 层 褐黄色、灰白色、紫红色相间的彩带状燧石薄层。底部 k13砂岩为灰白色含砾中粗粒砂岩， 交错层理发育。本组系半干旱湖泊曲流河沉积。该地层扩区中见出露。 .上统石千峰组(p2sh) 以 k14砂岩与下伏地层呈整合接触，厚约 200 余米，广泛出露于本区西北部。由灰黄 色、黄绿色砂岩，紫红色、棕红色泥岩组成。上部泥岩中含大量似层状灰岩或钙质结核。 根据岩性特征将本组分为上、下两段。 下段(p2sh 1)：井田内仅有 2 孔揭露，厚度 103.92- 112.73m，平均 108.33m。由黄绿色 中粗粒砂岩夹紫红色泥岩组成，泥岩中含钙质结核，井田西部大面积出露。主要由黄色、 灰黄色中粗粒砂岩夹紫红色泥岩组成。底部 k14砂岩为灰白、黄绿色含砾中粗粒砂岩，大型 板状交错层理发育，含石英、燧石细砾，地貌上常形成陡崖。本段系曲流河体系沉积。 上段(p2sh 2)：厚度约 100m 左右，分布于本井田西部边缘。由紫红色、棕红色泥岩、 砂质泥岩夹黄绿色砂岩组成，泥岩中常含钙质结核及似层状淡水灰岩。底部以一层厚层状 色泽鲜艳的红色泥岩与下伏下段地层分界。系干旱湖泊体系沉积。 （4） 、三叠系下统刘家沟组(t1l) 井田内出露厚度约 70m，分布于本井田的西北角。主要岩性为砖红色，棕红色细中 粒砂岩、粉砂岩，并夹有薄层紫红色泥岩。底部以一层厚层状长石石英砂岩与下伏石千峰 组地层分界，与下伏地层呈整合接触。本组系辫状河沉积。 （5） 、第四系(q) 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 .中更新统(q2) 厚 0- 15m，平均约 5m。与下伏地层呈角度不整合接触。区内广为分布。主要由黄灰 色、浅红色砂质粘土、粘土组成。常含钙质结核，有时夹砾石。 .上更新统(q3) 厚 3- 61m，平均约 31m。区内分布广泛。主要岩性为浅黄色、褐黄色砂质粘土，含砂 粘土夹钙质结核，孔隙发育。 .全新统(q4) 厚 0- 20m，平均约 8m。主要分布于丹河、苏里河、田良河河谷一带。以细砂、粉砂、 砂土及砾石组成，为一套近代河床冲积和山前洪积物。 2. 含煤地层 井田内主要含煤地层为石炭系上统太原组。 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 号。煤层总厚度平均 7.5m，含煤系数 30.16%。其中可采煤层总厚度平均 7.5m，可采含煤 系数 100%。 3. 可采煤层 本井田内主要可采煤层有山西组 1、2 号煤层。现分述如下： （1） 1 号煤层 位于山西组中上部， 上距 k4砂岩 10.74- 28.32m， 平均 17.25m， 下距 2 号煤层 7.1- 15.3m， 平均 10m，煤层厚度 2.3- 2.7m，平均 2.5m，含 0- 2 层夹矸，结构简单。煤层变异系数 43， 可采系数为 1。为稳定的可采煤层，全区可采。其顶板主要是泥岩、砂质泥岩、粉砂岩， 局部为细中粒砂岩。底板为泥岩、砂质泥岩，局部为炭质泥岩或粉砂岩，个别点为细、中 粒砂岩。 （2） 2 号煤层 位于山西组中上部，上距 1 号煤层 7.1- 15.3m，平均 10m，下距 k7砂岩 5.63- 11.81m， 平均 8.97m， 煤层厚度 3.2- 6.3m， 平均 5.0m， 含 0- 2 层夹矸， 结构简单。 煤层变异系数 40， 可采系数为 1。为稳定的可采煤层，全区可采。其顶板主要是泥岩、砂质泥岩、粉砂岩， 局部为细中粒砂岩。底板为泥岩、砂质泥岩，局部为炭质泥岩或粉砂岩，个别点为细、中 粒砂岩。 徐达：伯方一矿 1.20mt/a 新矿井设计 8 1.2.2 地质构造 1. 断层 西沟村北正断层（f3）位于井田西部，为地表出露断层，该断层东自西沟村北，向西 延伸至井田边界处。延伸长度约 2.9km。走向呈东西向，倾向向南，倾角 75，落差 10m。 1.3 煤质及煤层特征 1.3.1 煤的物理性质 1 号煤层为黑色，玻璃金刚光泽，断口参差状贝壳状，内生裂隙不太发育。以 亮煤为主，暗煤次之，少量镜煤。条带状结构，层状构造，属半亮光亮型煤。 2 号煤层为黑色、条痕为黑色，参差状及贝壳状断口，玻璃金刚光泽，内生 裂隙较发育。以亮煤为主、暗煤次之，夹镜煤条带。细中条带状结构，层状构造。属半 亮光亮型煤。 1.3.2 井田内煤层及埋藏条件 煤层走向主体为南北走向，整体呈弧形，倾角在 36之间，平均为 4左右，可采煤 层间距见下表，所有煤层均为全区发育。煤层间距见表 1- 1，煤层综合柱状图见图 1- 2： 表 1- 1 煤层间距 table 1- 1seam pitch table 煤层号 平均厚度(米) 煤层间距(米) 1层煤 2.5 10 2层煤 5 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 图 1- 2 煤层综合柱状图 fig.1- 2 coal integrated histogram 1.3.3 煤的含瓦斯性、自燃性 1）瓦斯及其赋存规律 本矿井属于低瓦斯矿井，相对涌出量为 6.15 m3/t，瓦斯含量随埋藏深度增加而增大的 变化规律，而局部瓦斯含量异常变化时受小构造影响所致。 2）煤的爆炸 1、2 号煤层均无煤尘爆炸危险性。 3）煤的自燃倾向性 从上可知，井田内 1、2 号煤层均属不易自燃煤层。 1.4 水文地质 1.4.1 水文地质特征 井田处于沁水盆地中段东部，属高平晋城盆地三姑泉域水文地质单元。该泉域北起 金泉山、色头一带，以丹河与浊漳河南源地表分水岭为界，与辛安泉域相邻；西北以丹河 与沁河地表分水岭为界，西南以晋获断裂带白马寺断层为界，与延河泉域毗邻； 南界以近东西向弧形褶断带地堑构造为界，自大箕-三姑泉-南石瓮一线为界；东至太 行山麓隔水层隆起地带，从柳树口-夺火-黄金窑-马圈一带，与焦作泉域分界。 徐达：伯方一矿 1.20mt/a 新矿井设计 10 区域东部地势高竣，出露一套碳酸盐岩地层，呈南北向长条状分布，含岩溶裂隙水。 向西地势逐渐降低。区域中部和西部地区属高平-晋城盆地，多被切割成黄土丘陵和低山， 海拔 800-1100m。其间堆积厚度不等的松散沉积物，含有若干孔隙含水层。中西部有大量 古生界碎屑岩地层出露，含一系列裂隙含水层，一般富水性较弱。盆地范围内奥陶、寒武 系石灰岩地层自东向西、自南向北埋藏逐渐加大，富水性相对减弱。 丹河为井田及附近主要河流，从井田东部边界处由北向南流过，属沁河支流，黄河水 系。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。井田及附近还 有一些中、小型水库，如釜山水库、赵庄水库、王村水库、米山水库等。 1.4.2 含水层 （1）. 中奥陶统石灰岩岩溶裂隙含水层 井田内隐伏于煤系地层之下，未见出露。埋藏深度 390- 617m 左右，由石灰岩、泥质 灰岩及白云岩等组成，为井田内主要含水层。岩溶裂隙不发育，仅局部发育有少量溶隙、 溶孔等。 从水文孔和水源井奥灰水位资料分析，井田内奥灰水水位标高为 600- 680m。该含水 层为一富水性不均匀的弱强富水性的岩溶裂隙含水层。井田位于辛安泉域与三姑泉域地 下分水岭南侧，奥灰含水层富水性相对较弱。 （2）. 上石炭统太原组岩溶裂隙含水层 该含水层由 k2、 k3、 k4、 k5、 k6五层石灰岩组成， 单层厚 0.30- 9.24m， 平均总厚度为 17.51m。 一般岩溶裂隙不发育。说明各层石灰岩局部发育岩溶裂隙，其中以 k2、k3为主。该含水层 为一富水性弱的岩溶裂隙含水层。 （3）. 下二叠统山西组及 k8砂岩裂隙含水层 为碎屑岩裂隙含水层，井田内无出露，包括 k7、k8砂岩及 3 号煤层顶板砂岩裂隙含水 层，构成主采 3 号煤层的充水水源。岩性以中、细粒砂岩为主，局部砂岩裂隙发育。该含 水层属富水性弱的砂岩裂隙含水层。 （4） 二叠系上、下石盒子组砂岩裂隙含水层 井田内上、下石盒子组厚度 300- 400m，含多层中粗砂岩，其中 k10 、k12 、k13，厚度 大， 分布广， 具有一定含水性， 井田地表可见泉水出露， 但涌水量均不大， 一般 0.02- 0.08l/s 之间变化，厚弱富水含水层。 （5）. 基岩风化带裂隙含水层 该含水层的岩性因地而异，风化裂隙发育因岩性、构造及地形控制而不同，据井田内 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 水文孔抽水资料，其发育深度不超过 70m。该含水层一般富水性差异较大。该含水层属富 水性弱-中等的砂岩裂隙含水层。 （6）. 松散层孔隙含水层 该含水层主要由具孔隙的亚粘土、砂、砾石等组成，区内大面积出露。松散层厚度一 般小于 50m，一般 5- 20m。水位埋藏一般较浅，主要接受大气降水补给。该含水层渗透性 好，局部含水丰富。该含水层属富水性弱-中等的孔隙含水层。 1.4.3 隔水层 （1）. 石炭系上统太原组底部及中统本溪组隔水层 该层主要由具塑性的铝质泥岩、粘土质泥岩及砂质泥岩等组成，位于 15 号煤层底板 与峰峰组顶界之间，层厚 2.20- 20.18m，平均 14.27m。该层裂隙一般不发育，透水性差， 隔断其上覆与下伏含水层的水力联系，一般隔水性良好。 （2）. 二叠系砂岩含水层层间隔水层 主要由泥岩、砂质泥岩组成，单层厚度一般小于 20m。垂向分布呈平行复合结构，阻 隔上下各含水层层间的水力联系，起层间隔水作用。 徐达：伯方一矿 1.20mt/a 新矿井设计 12 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田范围 伯方一矿井田东南西北部分别以经纬网 3971700、38387300、3975480、38390325 为 界。井田走向平均长 4.169 公里，倾斜平均长 3.070 公里，面积约为 12.8 平方公里。井田 内共有 2 层煤，均是全区发育，煤层分别是：1 层煤、2 层煤。 2.1.2 边界矿柱留设 伯方一矿井田内地形比较完整，依据相关规定和安全考虑，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 20 米； 5）工业广场保护煤柱留设：应在确定地面保护面积后，用移动角圈定煤柱范围，工 业场地地面受保护面积应包括保护对象及宽度 20m 的围护带。在工业场地内的井筒，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，围护带宽度为 20m。 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。 2.1.3 边界的合理性 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，有两层煤，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。 根据矿井设计规范的规定，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 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 综上所述，矿井首采区定在靠近工业广场的东北部，东翼一区储量丰富，有利与运 输有利于运输的集中和减少巷道的开拓费用所以井田划分是合理的。 2.2 井田储量 2.2.1 储量计算原则 14 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)凡是分水平开带的井田，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 井田的精查勘探面积为 s=12799831 2 m 根据储量计算公式3： cos/smrzg= （2-1） 式中： zg矿井的地质储量，t m可采煤层总厚度，m s 井田面积，m r 煤的容重，r =1.4 t/m 煤层倾角，度 所以，zg =12799831（2.5+5）1.4/cos4= 13473 万吨 由于设计时不考虑平衡表外储量和远景储量， 因此矿井工业储量就等于地质储量， 即： zc= zg= 13473 万吨 各煤层的工业储量见表 2-1。 徐达：伯方一矿 1.20mt/a 新矿井设计 14 表 2- 1 煤层工业储量表 tab.2- 1 industrial coal reserves 2.2.3 矿井煤柱损失 1)断层煤柱损失 断层的两侧各留 30m 的保护煤柱，此断层的面积为 203894m, 故此断层保护煤柱损失为：2038947.51.4=214.1 万吨。 2)井田境界煤柱损失 井田境界留设 30m 的边界煤柱，周长为 14478.6m，井田境界保护煤柱所占面积为 434358m，经计算， 故境界保护煤柱损失为：4343587.51.4=456.1 万吨。 3)工业广场煤柱损失 由矿井设计规范规定：矿井工业场地占地为 0.81.1 公顷/10 万吨，大型矿井取 小值，小型矿井取大值。本矿井为 1.20mt/a，所以取 1.0，则本矿井的工业场地面积为： s=121.1=13.2 公顷，依据井田形状选择 380380m 的正方形。用移动角圈定煤柱范围，工 业场地地面受保护面积应包括保护对象及宽度 20m 的围护带。 再用几何作图的方法确定工 业广场保护煤柱的范围。由工业广场保护煤柱图可知： 故工业广场保护煤柱损失为:1389.8 万吨。 4）阶段间保护煤柱损失 阶段间保护煤柱斜长为 60m，第一阶段和第二阶段保护煤柱损失共为 152.5 万吨。 5)全矿各区回采率 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。由于本矿井的两层煤分别为 厚煤层和中厚煤层，因此矿进带区回采率任一号煤层不应小于 80二号煤层不应小于 75%，即 c1=80% ，c2=75%。 全矿采区回采率按照下式计算： k= 4321 44332211 mmmm kmkmkmkm + + （2- 3） 序号 煤层号 煤厚/m 倾角/度 面积/平方千米 工业储量/万吨 1 1 2.5 37 12.8 4490.8 2 2 5 37 12.8 8981.8 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 故全矿回采率为：c=76.6% 2.2.4 矿井的设计储量 矿井设计储量=工业储量永久煤柱损失量，即： 1 -zczs= （2-2） 式中： zs矿井的设计储量，万吨 zc矿井的工业储量，万吨 p1永久煤柱损失量，万吨(包括断层、防水、井田境界、地面建筑物及因法律、 社会、环境保护等影响因素影响不得开采的煤柱煤量) 此矿井永久煤柱只有断层和井田境界保护煤柱，故： zs=13473- （214.1456.1）=12802.8 万吨 2.2.5 矿井的设计可采储量 矿井设计可采储量= （矿井设计储量-可回收利用保护煤柱损失量） 采区回采率， 即： cpzz sk =)( 2 （2-3） 式中： zk矿井设计可采储量，万吨 p2可回收利用保护煤柱损失量，万吨（包括工业广场、井筒、井下主要巷道等保 护煤柱煤量） c采区回采率，c=0.766 此矿井可回收利用保护煤柱煤量有工业广场和阶段间保护煤柱煤量，故： zk=12802.8- (1389.8+152.5) 0.766=8625.54 万吨 徐达：伯方一矿 1.20mt/a 新矿井设计 16 3 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度 3.1 矿井年产量及服务年限 3.1.1 矿井的年产量 矿井的年产量（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， 设计矿井的生产能力确定为 1.20 mt/a，合理可行，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，保证 有工业储量为 1.34 亿吨，按照 1.20mt/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，煤层埋藏适中，倾角小，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，可采煤层为中厚煤层和厚煤层。 3)建井及外运条件 本井田内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。本井田内交通十分便利，伯方一矿井田大部位于山西省高平市境内。境内铁路公路交 织成网，交通发达，为煤炭资源的运输提供了便利条件。 综上所述，由于矿井优越的条件及外部运输条件，矿井的生产能力为 120 万吨是可行 的、合理的，并且符合煤矿安全规程和设计规范的相关要求。 3.1.2 服务年限 矿井保有工业储量 1.34 亿吨，设计可采储量 12802.8 万吨，按 1.20mt/a 的生产能力， 考虑 1.4 的储量备用系数，则 )/(kazp k = （3-1） 式中： k 矿井备用系数，取 1.4 a 矿井生产能力， 1.20mt/a zk矿井可采储量，万吨 p 矿井服务年限，年 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 代入数据得 p=12802.8/（1201.4）=76.2 年 因为服务年限大于 60 年，所以符合设计规范要求。 3.1.3 矿井的增产期和减产期，产量增加的可能性 建井后产量出现增大，其可能性为： 1) 因在设计中考虑 90%的面正规循环率，投产后，由于技术管理水平的提高，可突 破 90%的面正规循环率，故产量会增大； 2) 矿井的各个生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，迅速突破设计能力，提高 了年产量； 3) 工作面的回采率提高，导致在相同的条件下，产量也会增加； 4) 东翼一区地质构造简单，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 矿井的工作制度 结合本矿井煤层条件、储量情况、以及达成产量所需要的时间；同时考虑设备检修以 及工人工作时间等实际的因素，在满足煤矿安全规程的条件之下，本矿井工作制度安 排如下： 矿井工作日为 330 天。 本矿井工作制度采用“三八”制，二班采煤，一班检修，日提升工作时间为 16 小时。 徐达：伯方一矿 1.20mt/a 新矿井设计 18 4 井田开拓 井田开拓方式应该通过对矿井设计生产能力，地形地貌条件，井田地质条件，煤层赋 存条件，开采技术及装备设施等综合因素进行方案比较以及系统优化之后确定。因此，在 解决井田开拓问题时，应遵循以下原则： 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 低效率高创造条件。要使生产系统完善、有效、可靠，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，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、综合机械化、自动化创造条件。 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 综合开带。 4.1 井筒形式、位置和数目的确定 4.1.1 井筒形式的确定 井筒是联系地面与井下的咽喉，是全矿的枢纽。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。根据本设计矿 井的地质条件和本井田特点，对井筒形式提出三种方案： i 方案：双立井 主井箕斗 副井罐笼 ii 方案：双斜井 主井皮带 副井串车 iii 方案：主斜井副立井 主井皮带 副井罐笼 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 副井 主井 图 4- 1方案示意图 figure 4- 1 programme diagram 副井主井 图 4- 2 ii 方案示意图 figure 4- 2 ii programme diagram 副井主井 图 4- 3 方案示意图 figure 4- 3 programme diagram 徐达：伯方一矿 1.20mt/a 新矿井设计 20 表 4- 1 三种方案技术分析表 table 4- 1 three options technical analysis table i方案 ii方案 iii方案 方案 特征 主井箕斗运煤副 井罐笼提矸运料 运人兼入风 通风方式为边界 式 主井皮带运煤 副井串车人车提矸运料兼入风 通风方式为分区式 主井皮带运煤副 井罐笼提矸运料 运人兼入风通风 方式为边界式 主 要 优 缺 点 1、施工复杂，建 设慢，投资高， 需专业施工队伍 2、井筒装备及地 面建筑多，需大 型立井提升设备 3、井筒延伸复杂 4、提升、维护、 排水费用小，管 路、电缆铺设短 5、人员升降快 6、工业广场压煤 7、地面运输环节 少，管理集中 8、井筒有效断面 大，通风条件好 9、施工不受地质 条件限制 1、施工简便建井快，投资少，不 需专业施工队伍 2、井筒装备及地面建筑少 3、井筒提升方便，并能减少井下 石门长度 4、提升、维护、排水费用大，管 路电缆铺设长 5、人员升降慢 6、工业广场不压煤 7、地面运输环节少，管理集中 8、井筒有效断面小，通风条件差 9、施工受地质条件限制 1、主井同i 副井 ii 2、主井同i副井ii 3、主井同i付井ii 4、主井提升维护 费用大， 排水费用 高， 管路电缆铺设 长。 5、人员升降快。 6、 工业广场压煤。 7、地面运输环节 多，管理不集中。 8、井筒有效断面 大，通风条件好， 通风线路短。 9、施工受地质条 件限制。 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。 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，可就是这 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 一点，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。但本井田表土层特别厚， 斜井施工比较困难，煤层倾角不大，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- 270 到- 850m，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。 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。 4.1.2 井筒位置及数目的确定 1) 井筒的数目 本矿年产量 1.20mt，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，形成中央并列式通风。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。 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、副井各一个，风井一个（见图 4- 4、4- 5、4- 6） 。 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，石门工程量小。 b 有利于首采带区不只在井筒附近的富煤块段，首采带区少迁村或不迁村。 井田两翼储量基本平衡。 c 井筒不易穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或较弱岩层。 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， 低洼地和带空区， 不受滑坡和洪水威胁。 e 工业广场宜少占农田少压煤 徐达：伯方一矿 1.20mt/a 新矿井设计 22 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。 便于布置工业场地的位置，主要是根据以下一些原则： a 有足够的场地，便于布置矿井地面生产系统及其工业建筑物和构筑物。 b 有较好的工程、水文地质条件，尽可能避开滑坡、崩岩、溶洞、流沙层等不良地段， 这样既便于施工，又可以防止自然灾害的侵袭。 c 便于矿井供电、给水、运输，并使附近有便于建设居住区、排矸设施的地点。 d 避免井筒和工业场地遭受水患、井筒位置要高于当地最高洪水位。 e 充分利用地形、使地面生产系统，工业场地总平面布置及其地面运输合理，并尽可 能是平整场地的工程量少。 对井田开采有利的井筒位置，确定依据： 倾斜方向的位置： 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。 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，以次形成两翼储量比较均衡的双翼井田。应该避免井筒偏于一侧造成单翼开带的 不利局面。 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。 综合考虑，主副井筒位置选在井田几何中央位置。 风井井口位置的选择: 风井井口位置的选择，应在满足通风要求的前提下，与提升井筒的贯通距离较短，并 应利用各种煤柱。 综合考虑，风井也选在井田几何中央的位置。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 图 4- 4 主井断面图 fig.4- 4 main shaft crosssection fig 表 4- 2 主井特征参数 tab.4- 2main characteristic parameters 井型 1.20mt/a 提升容器 一对 12 t 箕斗 井筒直径 5.5m 井深 935m 净断面积 23.76 井筒支护 基岩段井壁厚 350 表土段井壁厚 1000 充填混凝土厚 50 基岩段毛断面积 31.17 表土段毛段面积 45.36 徐达：伯方一矿 1.20mt/a 新矿井设计 24 图 4- 5 副井断面图 fig.4- 5 auxiliary shaft crosssection fig 表 4- 3 副井特征参数 tab.4- 3 auxiliary parameter 井型 1.20mt/a 提升容器 一对 3 t 双层单车罐笼 井筒直径 6.5m 井深 915m 净断面积 33.18 井筒支护 基岩段井壁厚 450 表土段井壁厚 1200 充填混凝土厚 50 基岩段毛断面积 44.18 表土段毛段面积 63.62 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 图 4- 6 风井断面图 fig.4- 6air shaft crosssection fig 表 4- 4 风井特征参数 tab.4- 4 ventilating characteristic parameters 井型 1.20mt/a 井筒直径 5.5m 井深 815m 净断面积 23.76 基岩段毛断面积 31.17 表土段毛段面积 31.17 徐达：伯方一矿 1.20mt/a 新矿井设计 26 4.2 开采水平的设计 4.2.1 水平划分的确定 本井田煤层底板标高在 340- 580 米，垂高为 240 米，倾角平均为 4.0。本井田采用双 立井，单水平，大巷集中布置，并且采用分层开采。水平高度确定在 400 标高所在的水平。 4.2.2 设计水平的巷道布置 由于本井田煤层间距较近，层间距50 米，故采用集中大巷布置，分煤层开采。岩石 运输大巷布置在 420 水平岩层中，延伸到 2 号煤层处，即东翼一区下部。岩石轨道大巷在 距井底车场 1035 米处起坡，倾角 8 度，穿过一层煤到达 1 号煤层。 4.2.3 大巷的位置、数目、用途和规格 1)大巷的位置 选择大巷位置的原则：掘进量少，费用少，维护条件好，煤柱损失少，有利于通风和 防火，运输方便。 本矿井的可采煤层有两层，岩石运输大巷和轨道大巷都布置在距煤层底板 40 米水平 处，运输大巷直接延伸 1340 米处起坡，以倾角 40 度的行人斜巷与煤层运输平巷相连。轨 道大巷在距井底车场 1035 米处起坡，倾角 8 度，穿过一层煤到达 1 号煤层，轨道斜巷布 置在穿煤层当中，斜巷上部与煤层轨道平巷用石门相连。岩石回风大巷通过岩石回风斜巷 与煤层运输平巷相连。 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、 回风大巷。 a 皮带大巷：将东翼一区采出的煤运至井底煤仓，完成运输任务。 b 轨道大巷：承担整个矿井进风、运料、排水、排矸、行人等任务。 c 回风大巷：承担整个矿井的回风任务。 3)大巷的规格 因为大巷的服务年限都较长， 所以都使用锚喷支护。 巷道断面特征见图 4-7、 4-8、 4-9。 ： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 图 4- 7 运输大巷断面图 fig.4- 7 transport the big lane sectional drawing 徐达：伯方一矿 1.20mt/a 新矿井设计 28 图 4- 8 轨道大巷断面图 fig.4- 8 track transport the big lane sectional drawing 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 29 图 4- 9 岩石回风大巷 fig 4- 9 rock return air 轨道大巷运输方式采用矿车运输， 铁轨轨距为 600mm。 运输大巷采用胶带输送机运输。 对大巷运输方式选择的依据是： 1）由于设计生产能力较大，采用此种运输方式能满足要求。 2）矿车运输费用低，井底车场布置简单，设备投资少。 3） 对大巷坡度没大限制， 可沿着与煤层底板 30 米距离掘运输大巷， 要求将大巷取直。 4）采用三条大巷能解决煤、矸、物、人同与副井时运输问题，运输设备配套。 5）大巷有效断面大，行人通风非常有利。 4.3 采区划分及开采顺序 4.3.1 采区形式及尺寸的确定 根据井田地质情况，煤层赋存较稳定，井田内一条大的断层构造可作为采区边界，本 徐达：伯方一矿 1.20mt/a 新矿井设计 30 设计为分层开采，所以本设计只设计第一层煤。煤层厚度为 2.5、5 米，井田走向长度 4.16 公里，以上条件适合布置综合机械化采煤。而设计规范规定综采工作面双翼采区走向长度 应超过 15002000 米。因此将井田共划分五个区，东翼一区、东翼二区、东翼三区、东翼 四区、西翼一区。 表 4- 5 井田各采区技术特征表 table 4- 5 mine technical characteristics of the mining area table 带区 走向长度 /米 倾斜长 度/米 工 业 储 量/万吨 采 煤 方 式 落煤 方式 顶板管理 备注 e1 1400 1424.5 2099.10 倾 向 长 壁 综采 完全垮落 e2 1400 1455 2144.07 倾 向 长 壁 综采 完全垮落 e3 1728 922 1676.97 走 向 长 壁 综采 完全垮落 e4 1550 1156 1885.98 走 向 长 壁 综采 完全垮落 w1 3010 936 2964.93 倾 向 长 壁 综采 完全垮落 局 部 普 采 或 炮 采 合计 10771.05 4.3.2 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，保证各区、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、各区、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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 31 生产。为此，必须准备好