采矿工程毕业设计（论文）-哈拉沟二矿5.0Mta新井设计（全套图纸）

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 本次设计是哈拉沟二矿新井设计，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，请老师批评指正。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 2 1 矿区概况及井田地质特征矿区概况及井田地质特征 1.1 矿区概况矿区概况 1.1.1 矿区地理位置矿区地理位置 哈拉沟煤矿位于陕西省神木县大柳塔镇境内，井田位于陕西省神木县大柳塔镇北约 5km 处的乌兰木伦河东岸。井田南接大柳塔井田；东以七概沟及蒙、陕两省（区）界为界； 北邻石圪台井田；西以乌兰木伦河为界。矿井地理位置：东经 11009311101716，北 纬：391730392440。 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、地貌及交通运输矿区地形、地貌及交通运输 境内地势总体上总体西北部高，中部低，地形起伏较大，最高点在讨素傲包，海拨 +1343.6m，最低点在哈拉沟与乌兰木伦河交汇处，海拨+1184.1m，相对高差 159.5m。井田 地表大部为风沙堆积区，井田西界乌兰木伦河河谷平坦宽阔，为河流侵蚀堆积地貌。矿井 交通便利，大石公路南与省道陈杨公路衔接，北与包府公路相连；包神铁路从井田西缘南 北通过，作为运煤专线的神朔铁路延长铁路大（大柳塔瓷窑湾）瓷线已于 2004 年 11 月 底建成通车，为矿井煤炭外运创造了更加便利的条件。 1.1.3 气候条件及地震情况气候条件及地震情况 区内属中温带大陆性干旱、半干旱季风气候。天气多变，春季多风沙，夏季较炎热， 秋季多暴雨，冬季漫长严寒，气温- 16.8（121 月份）36.7（78 月份） ，平均8。 7 月份为雨季，10 月中旬降雪，翌年 2 月解冻，无霜期 150180 天。最大冻土深度 1.71m （1977年2月） 。 年降水量194.7531.6mm， 年蒸发量2297.42833mm,干燥度11.805.33， 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 4 年潮湿系数 0.0850.19，因此本区具干旱半干旱的温带大陆性高原气候特征。井田内及 附近地表主要河流有乌兰木伦河冬季至初夏多风沙，最大风速可达 18.7m/s，风向 NW。 本区地壳活动相对较弱，基本地震烈度为 6 度区。据记载公元 1621 年、1448 年，曾 在府谷、榆林、横山发生过 5 级地震，此后再未发生过 4 级以上地震，小震也很少。邻省 虽发生过较大地震，但对本区影响甚微。 1.1.4 电源、水源电源、水源 本地区地下水地表水均较丰富，其中地表水主要来源于乌兰木伦河。以及矿井周边的 水库供水。 矿井供电系统基本情况， 哈拉沟煤矿地面设 35KV 变电所三座， 分别为主井广场 35KV 变电站、风井广场 35KV 箱变。矿井两回电源线路分别自大柳塔 110KV 变电站和前石畔 110KV 变电站引入主井广场 35KV 变电站，再由主井广场 35KV 变电站电源母线引出两回线 路至风井广场 35KV 箱变。 1.2 井田及其附近的地质特征井田及其附近的地质特征 1.2.1 井田地质构造井田地质构造 本井田地层有老到新依次有三叠系永坪组（T3Y） ；侏罗系中、下统延安组（J1- 2Y） ； 侏罗系中统直罗组（J2Z） ；第三系上新统三趾马红土（N2）及第四系（Q） 。地层在总体呈 倾向 SW，有一些宽缓的起伏。在井田南部有一条由大柳塔井田伸入的小规模断层（F6） ， 该断层走向 NWWSEE，断面倾向 SW，断距小于 18m，在第 57 勘探线间趋于尖灭， 在趋于尖灭的前方，很可能是挠曲构造或小断裂带。 （此断层不在本次设计所划分的井田 境界中，故不用考虑）具体参见表图 1- 2- 1 综合地层柱状图 。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 图 1-2 综合地层柱状图 图 1-2 synthetical stratum histogram 1.2.2 井田水文地质特征 本井田地层在总体呈倾向 SW、倾角 1左右的单斜构造上，有一些宽缓的起伏。在 井田南部有一条由大柳塔井田伸入的小规模断层（F6） ，该断层走向 NWWSEE，断面倾 向 SW，断距小于 18m，在第 57 勘探线间趋于尖灭，在趋于尖灭的前方，很可能是挠曲 构造或小断裂带。故本井田属于简单构造类型，且煤层厚度变化较小，有利有机械设备的 应用。主要地质构造特征见表 1- 2- 1. 表 1- 1 主要地质构造特征表 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 6 Table 1- 1 the main characteristics of geological structure of table 序号 名称 性质 断 层 面 走 向 倾角（） 落差 水 平 距 离 （m） 位 置 及 范 围 1 断层 F6 正层 NWWSE E 1- 2 15 18 井田南部 1.3 煤层质量及煤层特征煤层质量及煤层特征 1.3.1 煤质及物理性质煤质及物理性质 该矿区煤质工业牌号为长焰煤，黑色、沥青光泽、条带状结构、块状构造、贝壳状断 口或平坦状断口，摩氏硬度约为 3，质脆，以亮煤为主，暗煤次之，在亮煤条带中常见两 组垂直层面的内生裂隙，一组发育，一组次之，裂隙面平坦。在裂隙中常常有方解石及黄 铁矿薄膜充填，煤层与顶底板一般为整合接触。 煤的物理性质：容重 1.33 克/立方厘米，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、煤质及埋藏条件井田内煤层、煤质及埋藏条件 井田内含煤地层为侏罗系中下统延安组。 含 5 个煤组 11 层煤， 其中有对比意义的可采 煤层 8 层，自上而下依次为 1- 2上、1- 2、2- 2、3- 1、4- 2、4- 3、4- 4和 5- 2煤层。其中 2- 2、3- 1、 4- 2、5- 2煤层全井田稳定分布，厚度大，储量丰富，为主采煤层。 井田内煤俗称长焰煤，赋存于延安组第四段顶部，煤层层位稳定，普遍发育，除个 别见煤点为薄-中厚煤层外，其余均为厚煤层。煤厚变化大致在井田中部向 NW、SE 两向 均略呈减薄趋势。井田大部煤厚大于 5m。该煤层结构简单，一般不含夹矸，个别含 12 层，厚度 0.120.33m，岩性为粉砂岩或泥岩，以厚煤层为主，控制可靠，总体属稳定煤 层。 表 1- 2 煤层间距见表 Table 1- 2 seam pitch table 煤层 厚度（m） 煤层间距（m） 发育情况 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 2 -2煤层 5.5 10 全区发育 3 -1煤层 6.5 10 全区发育 4 -2煤层 7 10 全区发育 5 -2煤层 7 10 全区发育 1.3.3 煤层综合柱状图煤层综合柱状图 图 1- 3 综合柱状图 Fig.1- 3 synthesis histogram 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 8 1.3.4 顶底板岩性顶底板岩性 2- 2煤层顶板直接顶分布约占采区 70%，厚度 215.76m，一般 28m；老顶局部分布； 伪顶零星分布。伪顶岩性为炭质泥岩、泥岩，直接顶岩性为粉砂岩及泥岩，老顶为厚度较 大的砂岩。底板主要由粉砂岩、泥岩组成，据其力学性质属中硬至坚硬底板（ 类） ， 一般不会产生底鼓现象。 2- 2煤层底板局部赋存膨润土。 煤层厚度变化不大， 平均厚度 5.5m， 煤层倾角近水平，为 1- 2，属于近水平煤层。 表 1-3 顶底板岩性见表 Table 1- 3 top and bottom slate of table 顶、底板名称 岩石类别 厚度（m） 岩 性 特 征 顶板 老 顶 中粒砂岩 0.3512.99 灰白色，泥质胶结，中厚层状构造，波状及 交错层理。 直接顶 粉、 细粒砂岩 2.9511.66 灰色，致密坚硬，泥质胶结，波状层理，含 少量孔隙水，粉砂岩中含黄铁矿结核。 底板 直接底 粉砂岩 4.6524.24 深灰色灰色，泥质胶结，波状层理，夹细 砂岩薄层，含少量植物碎片化石。 1.3.5 瓦斯赋存状况及煤的自燃性瓦斯赋存状况及煤的自燃性 矿井绝对瓦斯涌出量为2.02m/分钟，相对瓦斯涌出量为0.33m/t，属于低瓦斯矿井。 哈拉沟煤矿煤层煤尘具有爆炸性。煤层自燃倾向等级属易自然，发火期一般为23个月； 有发生瓦斯、煤尘、自燃事故的危险性。 煤为黑色，褐黑色条痕，半暗型，沥青光泽，阶梯状或参差状断口，条带状结构，层 状构造，含黄铁矿结核薄膜及方解石细脉条带。 煤层为低灰、特低磷、低硫、高热值煤；煤层粘结指数、罗加指数、胶质层厚度（Y） 均为0；煤层焦油产率综合平均值为89.4，均属富油煤；抗碎强度高，可磨指数小，中等 热稳定性。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 1.3.6 地质勘探程度地质勘探程度 根据陕西省煤田地质局一八五队 1993 年 6 月编制的陕西陕北侏罗纪煤田神木北部 矿区前石畔井田勘探（精查）地质报告 ，井田内可采煤层为 1- 2上、1- 2、2- 2、3- 1、4- 2、4- 3、 4- 4、5- 2共八层，原地质储量 85327 万 t。原瓷窑湾煤矿、前石畔煤矿、哈拉沟煤矿、前石 畔预留区整合后经本次核实，截止 2009 年 12 月 31 日，在哈拉沟煤矿（整合区）内，保 有资源储量 78534.6 万 t，其中探明的（可研）经济基础储量（111b）13682.8 万 t；控制的 经济基础储量（122b ）56310.8 万 t；推断的内蕴经济资源量（333）8541 万 t。1- 2、2- 2、 3- 1 、5- 2煤以焰煤 41 号为主，部分为不粘煤 31 号，4- 2、4- 3、4- 4煤为不粘煤 31 号。 哈拉沟井田补充地质报告是原提交的精查地质报告的基础上经补充勘探后提交的。确 定煤田类型，基本查明了区内的构造形态，可采煤层的赋存和发育情况、储量、煤质、煤 的牌号和开采技术条件，煤层对比基本清楚，可作为矿井的初步设计依据。但也存在问题： 1、 2 -2煤的薄（无）煤带边界控制不足，尤其是 2-2煤首采区亦为作加密控制， 将给生产带来不便。 2、 老窑边界缺乏工程控制，推定的边界线可靠程度差。 3、 周边前期小煤矿较多，对最后的测定准确度造成一定影响。 4、 井田地址地形图用的事早期的侧图， 地貌地物部分地段变化较大， 难以满足 施工设计需要，需要进行补充修测。 5、 钻孔封闭质量由于未进行透孔检查， 质量难以作出定论， 生产期间应加强注 意。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 10 2 井田境界及储量井田境界及储量 2.1 井田境界井田境界 2.1.1 井田的边界井田的边界 井田境界南以哈拉沟、35-47-226 号孔连线为界，接大柳塔井田扩大区；北以过 18 号 孔沿 NE60方向引线为界，邻石圪台井田；东以七概沟及陕蒙两省（区）界，瞰新庙预留 区； 西以乌兰木伦河为界， 望补连塔、 马家塔、 上湾矿。 东西长 4.910.7km， 南北宽 6.9 10km，面积 72.4km。而本设计所作井田面积为 18.24 km 2.1.2 边界煤柱的留设边界煤柱的留设 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1和矿井安全规程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，有四层煤，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 井田的储量井田的储量 2.2.1 井田储量的计算原则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； 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 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： Z=SMr （2- 1） 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=18.24(5.5+6.5+7.0+7.0)1.4=663.936Mt 其中：2 -2、煤储量 18.245.51.4=140.448Mt 3 -1煤储量：18.246.51.4=165.984Mt 4 -2煤储量：18.247.01.4=178.752Mt 5 -2煤储量：18.247.01.4=178.752Mt 2.2.3 矿井可采储量矿井可采储量 Zs= （ZP1P2)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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 12 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= 4321 44332211 mmmm kmkmkmkm + + （2- 3） 本井田 4 层煤均为厚煤层，因此全矿采区回采率取 0.75。 井田永久煤柱损失 P1包括井田境界煤柱等。 P1=374030261.4+480030261.4+450030261.4+192130261.4+184130261.4= 18.35Mt 临时煤柱损失 P2主要包括工业广场压煤等。 P2=（1093+1099)640/2261.4=25.53Mt Zs=（ZP1P2)C=（663.9418.3525.53）0.75=465.045Mt 即该井田的可采储量为 447.94Mt 2.2.4 工业广场面积的确定工业广场面积的确定 本矿井设计年产 500 万吨，所以工业广场面积为 S=1.050=50 公顷，选择边长为 500m1000m 的长方形。 表2- 1 工业广场选型依据表 Table 2- 1 selection of the industrial table 井型/Mta- 1 占地面积/ha（0.1）- 1 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） 13 3 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度矿井的年产量、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 5.0Mt/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 4 层，保有 可采储量为 465.045 Mt，按照 5.0Mt/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，倾角变化小，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。本井田有矿区专用铁路神铁，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 5.0Mt/a 是可行的、合理的。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 14 3.1.2 矿井的服务年限矿井的服务年限 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： P=ZAK (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) =465.045/(5.01.4)=66 年 由设计规范第 2.2.5 条知，矿井设计生产能力为 300500 万吨/年的大型矿井，设 计服务年限不应低于 60 年。本矿井的服务年限为 66 年，符合设计规范规定。 3.2 矿井的一般工作制度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 18 小时。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，两个生 产班，一班检修班，每班工作 8 小时，即“三八制”工作制14。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 4 井田开拓井田开拓 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。 该井田现有的生产矿井采用的是斜井多水平分层布置开拓。主斜井井口标高+1290m， 第一水平大巷标高+1190m， 主斜井开掘至5- 2煤层， 斜长934m， 矿井主运输系统装备XHKJ/3 1120/1600 型胶带机，带宽为 1600mm，带速为 4.5m/s，功率为 31120kw，设计运输能 力为 3500t/h，采用砌碹半圆拱断面。主要运输煤炭。副井采用拓方式为斜井开拓方式，副 斜井担负辅助运输，实现了地面至工作面地点无轨胶轮车运输。辅助运输的主要任务为： 运送人员、材料及设备。 主斜井井口标高 1290，坡度 10，斜段长约,934m，直接到达 5- 2煤层。 副斜井井口标高 1290，坡度 10，斜段长约 1044m，直接到达 5- 2煤层底板岩石。 4.1 井筒形式的确定井筒形式的确定 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、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。 平硐是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 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。 斜井是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。 本井田埋藏浅，倾角小符合斜井开拓。其次，由于井下开拓大巷长度将较长，单一的斜井 通风不如立井通风方便，同时建设维护也不如立井方便，所以不采用主斜井承担所有通风 任务。最后，考虑到地形的因素，以及副井运输能力等因素，结合原矿井设计的优势，综 合所以考虑采用斜井的综合开拓方式。其中主井选择斜井，副井选择斜井，风井选择立井。 依上，本设计采用斜井开拓方式。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 16 4.2 确定井筒的位置及数目确定井筒的位置及数目 4.2.1 井筒数目井筒数目 本矿年产量 5.0Mt，属大型矿井，在开拓时，决定采用三个井井筒：主斜井、副斜井 和风井，形成中央并列式通风。主井采用胶带输送机提升，副井采用无轨胶轮车运送人员、 矸石、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。 4.2.2 井筒位置井筒位置 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+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。 井筒沿井田倾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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 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。 4.3 井筒参数及断面图井筒参数及断面图 表 4- 1 井筒特征表 Fig4- 1 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 主斜井 运煤、 进 风 17.3 934 5.0 胶带输送机 副斜井 进风、 行 人、 运料 18.5 1044 5.4 无轨胶轮车 风井 回风、 兼 做安全 出口 23.75 155 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） 18 图 4- 1 主井断面 Fig 4- 1 main shaft sections 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 图 4- 2 副井断面图10 Fig.4- 2 Auxiliary shaft crosssection fig 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 20 图 4- 3 风井断面图 Fig.4- 3 Air shaft crosssection fig 4.4 开采水平的设计开采水平的设计 4.4.1 水平高度的确定水平高度的确定 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 （1）开采水平大巷的布置 本设计矿井内有四层煤，运输大巷采用煤层大巷布置。即井筒开掘至 2- 2煤层后，在 2- 2煤层中即掘进主运输大巷、辅运输大巷和回风大巷，开掘运顺、回顺双巷掘进布置工作 面，回采。延伸副斜井到 5- 2煤层底板岩石距 5- 2煤层底板 15m 开掘水仓，泵房，变电所。 4.4.2 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 AK Z T = （4- 1） 其中：T 矿井服务年限，年 Z 第一水平储量，Mt A 矿井设计年产量，Mt K - 储量备用系数 K=1.4 T =116.26/（5.01.4）=16.6a 4.4.3 设计设计水水平大巷布平大巷布置置 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。 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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 22 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- 4 分煤层大巷布置方式 Fig.4- 4 sub- seam roadway layout 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 图 4- 5 全煤集中大巷布置方式 Fig.4- 5 coal- wide focus on roadway layout 表 4- 2 方案技术比较表 Table 4- 2 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 矿井投产前要掘进主石门、集中巷、采 区石门，然后才能进行上部煤层的准备 和回采，煤层间距大时， 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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 24 表 4- 3 建井工程量 Table 4- 3 The volume of construction works well 项目(m) 方案 1 方案 2 初期 大巷 石门 溜煤眼 其他 11400 150 0 0 11400 380 65 65 项目 方案 1 方案 2 后期 大巷 石门 溜煤眼 其他 34200 450 0 0 0 10876 715 715 表 4- 4 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 石门 溜煤眼 其他 11400 150 0 0 1000 1000 2000 2000 1140 15 0 0 11400 380 65 65 3000 2000 2000 2000 3420 76 13 13 小计 1155 3522 后 期 大巷 石门 溜煤眼 其他 34200 450 0 0 1000 1000 2000 2000 3420 45 0 0 0 10876 715 715 0 2000 2000 2000 0 2175.2 143 143 小计 3465 2461.2 共计 4620 5983.2 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 表 4- 5 生产经营费 Table 4- 5 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 石门 溜煤眼 其他 11400 600 0 0 100 100 100 50 114 6 0 0 11400 10876 715 715 20 20 20 20 22.8 9.88 1.43 1.43 小计 120 35.54 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 表 4- 6 费用汇总 Table 4- 6 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 1155 100% 3522 194.5% 基建工程费用 4620 120% 5983.2 100% 生产经营费 120 262.1% 35.54 100% 总费用 4740 160.4% 6018.74 100% 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。方案二初期投资大，但费用比方案一多的多。因此，本设计采用方案 一较为合理。 本矿井可采煤层有四层，分层大巷布置是可以用的，采用全煤层巷道，通过经济和技 术比较，煤层大巷有其自身的优点；岩巷也有它特有的煤巷不能代替的长处。 设计开采 2- 2号煤层，煤层倾角较小，为近水平煤层，煤层厚度大且均匀，虽然巷道服 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 26 务年限较长，但是考虑到煤层赋存条件以及顶底板岩石性质和矿井建井周期和投资最优 化， 所以将主运输大巷和辅助运输大巷布置在煤层中， 回风巷道直接布置在 2- 2煤煤层之中。 运输大巷承担运煤任务，在运输大巷内布置带式输送机；辅运大巷承担运料、通风、 行人的任务，用无轨胶轮车将材料运到工作面，从而实现了从井口到大巷，再到采区到作 面无转载辅助运输的连续性。因为大巷的服务年限都比较长，所以都采用锚喷支护。 图 4- 6 运输大巷断面图 Figure 4- 6 Transportation Roadway sections 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 图 4- 7 辅运大巷断面图 Figure 4- 7 Auxiliary transport roadway sections 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 28 图 4- 8 回风大巷断面图 Figure 4- 8 air return roadway sections 4.5 盘区划分及开采顺序盘区划分及开采顺序 4.5.1 盘区形式及尺寸的确定盘区形式及尺寸的确定 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。盘区尺寸主要受到 地质、技术、经济因素影响，根据设计矿井特点：煤层赋存稳定、倾角小、充分利用大的 地质构造作为带区边界，减少煤炭损失。每个煤层分两个盘区。详细情况见表 4- 7，井田 各采区技术特征表，以及矿井开拓平面图。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 29 表4- 7 井田各盘区技术特征表 Table 4- 7 Mine technical characteristics of the mining area Table 4.5.2 开采顺序开采顺序 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、盘区、采煤工作面的生产正常接替，以保持矿井持续稳产、高产。 盘区 走向长度 （米） 倾斜长度 （米） 储量 Mt 采煤方式 落煤方式 准备方式 2- 2煤层一盘 区 4800 1900 47.80 走向长壁 综采 双翼盘区 2- 2煤层二盘 区 4800 1900 47.80 走向长壁 综采 双翼盘区 3- 1煤层一盘 区 4800 1900 56.49 走向长壁 综采 双翼盘区 3- 1煤层二盘 区 4800 1900 56.49 走向长壁 综采 双翼盘区 4- 2煤层一盘 区 4800 1900 60.84 走向长壁 综采 双翼盘区 4- 2煤层二盘 区 4800 1900 60.84 走向长壁 综采 双翼盘区 5- 2煤层一盘 区 4800 1900 60.84 走向长壁 综采 双翼盘区 5- 2煤层二盘 区 4800 1900 60.84 走向长壁 综采 双翼盘区 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 30 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。 盘区：由井田中部采区向井田两翼开采，即盘区前进式； 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盘区两翼向大巷推进，即工作面后退式开采。 4.6 开采水平井底车场形式的选择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形式 井底车场是连接矿井主要提升井和井下主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称。它联 系着井筒提升和井下运输两大生产环节，担负提煤、提矸石、下物料、通风、排水、供电 和升降人员等各项工作任务。它是井下运输的总枢纽。 但考虑到本井采用斜井开拓方式，井下煤炭采用带式输送机运输，辅助运输方式为无 轨胶轮车运输。大巷与井筒直接相连，不设井底车场，无轨胶轮车从地面到采煤工作面实 现不转载连续运输，井下不设换装站，人员不换乘。该运输方式的优点是系统简单、速度 快、 工人劳动强度低。 只在 5- 2煤层底板岩石巷中设井底硐室， 包括布置井底的水仓， 泵房， 变电所等。 4.6.2、井底主要硐室巷道断面及硐室位置井底主要硐室巷道断面及硐室位置 巷道断面设计主要包括：巷道断面形状的选择、巷道支护方式及巷道断面尺寸确定等 内容。 、巷道断面形状选择 服务年限长，要求将井底车场巷道布置在稳定的岩层中，因此，一般巷道采用拱形断面。 、巷道支护方式 井底硐室巷道一般多采用喷射混凝土支护。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 31 、巷道断面尺寸的确定 巷道断面的尺寸要符合煤矿安全规程规定：巷道净断面，必须满足行人、运输、 通风、设备安装、检修和施工的需要。因此，巷道断面尺寸主要取决于巷道的用途；存放 或通过它的机械、器材或运输设备的数量与规格；人行道宽度与各种安全间隙以及通过巷 道的风量等。 、井底主要硐室 a、主井系统硐室 1） 、主井井底水泵房： 为了清理撤煤和防止转载设备被水淹没，必须及时排除井底积水。通过斜巷与副井联 通，将积水通过排水沟排至副井井底水仓。通常在清底设备之下或其附近，于井筒一侧开 一小泵房，安设两台水泵，一台工作，一台备用。 b、副井系统硐室 1） 、中央变电所： 中央变电所硐室是全矿井下电力总配电站，为了节约输入，输出电缆线，配电均衡， 安装维护方便和便于提供新鲜风流等目的，宜将变电所置于副井与井底连接的附近。 变电所必须采用不燃性材料支护，如选用混凝土或料石砌碹，条件许可也可采用不燃 性锚喷支护。 硐室必须设置易关闭的既防水又防火的密闭门，门内可设向外开的铁珊门，但不能妨 碍门的关闭。从硐室出口防火门起 5 米内的巷道应砌碹或用其它不然性材料支护。 硐室不应有滴水现象，电缆沟应设一定坡度，以便将积水随时排除室外。 中央变电所应根据规定，设置灭火器材，如配备灭火设备和充足的沙箱，为此在硐室 设计尺寸时，应留出相应的位置。 2） 、中央水泵房： 水泵房硐室是井下主要硐室之一，能否正常安全运行关系重大，故水泵房硐室位置的 选择应考虑以下因素： 管线敷设最短，不仅节约管线电缆，而且管道阻力和电压降最小。 一旦井下发生水患，人员，设备便于撤出，或便于下放排水设备，增加排水能力，迅 速排除事故，恢复生产。要求具有良好的通风条件 根据以上要求，硐室位置应选在尽可能靠近副井。 中央水泵房硐室必须采用不燃性材料支护，如砌料石或混凝土碹，在坚固的岩层中也 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 32 可是用锚喷支护，但不得有淋水。 出口通道处需设置向外开启的能防水防火的密闭门。从硐室出口密闭门起 5 米内的巷 道，应砌碹或采用其它不燃性材料支护。 水泵工作的总能力应满足 20 小时内排出矿井 24 小时的正常涌水量。 3） 、井底水仓： 井底水仓是按照矿井正常涌水量计算的， 煤矿安全规程规定，当矿井正常涌水量 在 1000 立方米/小时以下，主要水仓有效容积能容纳 8 小时的正常涌水量。同时主要水仓 的有效容积不得小于四小时的矿井正常涌水量。矿井主要水仓必须含有内水仓和外水仓， 当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用，特殊情况应设多条水仓。 本矿井水仓断面为半圆拱形，设内外两个水仓，用混凝土砌碹，考虑到支架间隙亦可 储水，水仓净断面应乘以 1.2 的系数。为使淤泥易于沉淀和清理，水仓向配水仓方向设立 反坡，其坡度常为 1- 2，在水仓最低点既清理斜巷底部附近应设积水窝，在清理水仓 时能将积水排出，以方便清理工作。 因为考虑到井口到井底的距离，对于无轨胶轮车来说，并不算很长，所以不另外单独 设置加油硐室。 各硐室的具体位置见平面布置图。 4.7 开拓系统综述开拓系统综述 4.7.1 开拓方式开拓方式 本设计矿井采用“斜井多水平、分层大巷、走向长壁相结合”的开拓方式。采用斜井开 拓，共 3 个井筒，主斜井采用胶带输送机运煤,副斜井采用无轨胶轮车运输,风井采用立井， 通风采用中央并列式通风方式。 4.7.2 运输系统运输系统 运煤系统：工作面出煤运输顺槽运输大巷主斜井从主斜井提到地面； 排矸系统： 掘进巷道时所出的矸石通过辅运大巷运到副斜井， 然后从副斜井提至地面； 运料系统：副斜井辅运大巷辅运顺槽使用地点。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 33 4.7.3 通风系统通风系统 新鲜风流主斜井主运大巷运输顺槽工作面； 新鲜风流副斜井辅运大巷辅运顺槽工作面 污风回风顺槽回风大巷总回风石门风井排出地面。6 4.7.4 排水系统排水系统 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。 4.7.5 井筒生产时井巷开凿位置及工程量井筒生产