采矿工程毕业设计（论文）-长平三矿1.80Mta新井设计（全套图纸）.pdf

辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 前言前言 煤炭是我国的主体能源，在一次能源结构中占 70%左右。在未来相当长时期内，煤炭 作为主体能源的地位不会改变。煤炭工业是关系国家经济命脉和能源安全的重要基础产 业。 煤炭工业发展“十二五”规划提出， “十二五”主要目标是到 2015 年生产能力 41 亿吨/年，形成 10 个亿吨级、10 个 5000 万吨级大型煤炭企业，煤炭产量占全国的 60%以 上。同时要推进煤矿企业兼并重组，发展大型企业集团；有序建设大型煤炭基地，保障煤 炭稳定供应；建设大型现代化煤矿，提升小煤矿办矿水平。中国煤炭工业将继续保持旺盛 的发展趋势，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。为适应国民 经济发展的需要，煤炭工业的产量是保证，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 毕业设计是学生锻炼自己动手操作和理论相结合的重要环节，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。 本次设计是长平三矿新井设计，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，能够体现出安全、高产、高效特点的现代化矿井。 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1和煤矿安全规程2， 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 杜坦：长平三矿 1.80Mt/a 新矿井设计 2 指正。 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 1.1.1 矿区地理位置 长平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11244 54.41125051.9，北纬 35512 .4 35551.7。 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 长平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，总的地势是东南高西 北低， 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。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。 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 建筑抗震煤炭工业矿井设计规范 （GB500112010） ， 本区属 6 度区， 基本地震加速度值 0.05g。 1.1.4 电源、水源及建筑材料来源 该矿区的电力由位于高平市区的发电厂供给； 生产所用的水主要取自附近的釜山水库； 建筑材料主要从周边的小镇、高平市或者晋城市购得。 1.2 井田及其附近的地质特征 1.2.1 井田地质构造 据调查，长平井田内没有其他小煤矿开采，但在井田周边则分布有五个生产煤矿，分 别为北部赵庄煤矿、东部望云煤矿和东南部伯方煤矿、高良煤矿及王报煤矿，相邻关系详 见图 1- 2。 杜坦：长平三矿 1.80Mt/a 新矿井设计 4 1) 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#煤层，矿井生产能力 600 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。 2) 望云煤矿：位于本井田东侧 2km 处，为晋城兰花集团下属企业。该矿于 1960 年投 产，采用斜井开拓，开采 2#、3#煤层，矿井生产能力 45 万 t/a，采煤方法为走向长壁式， 该矿以色头大断层为界，与本井田间隔 2km，其开采情况对本矿生产无影响。 3) 伯方煤矿：位于本井田东南侧，为晋城兰花集团下属企业。该矿采用斜井开拓，开 采 2#、3#煤层。矿井生产能力 45 万 t/a，采煤方法为走向长壁式，现开采范围在其井田南 部，对本矿生产目前无影响。 4) 王报煤矿：位于本井田东南侧，属村办企业，1999 年投产，开采 3#煤层，矿井生 产能力 9 万 t/a，该矿边界与本井田相距约 1km，其开采对本矿生产影响不大。 5) 高良煤矿：位于本井田东南侧，为高平二轻局开办煤矿。1985 年建矿，2006 年投 产，开采 3#煤层，矿井生产能力 60 万 t/a。该矿边界与本井田相距约 300m。一般情况， 其开采不会对本矿生产造成大的影响。 如上所述， 本井田周边煤矿大都与本矿有一定间距， 而北侧赵庄矿现采区在井田北部， 目前相邻煤矿尚未对本矿生产造成不利影响。但为了安全起见，该矿今后在边界处开采时 仍需对相邻煤矿开采情况进行认真调查了解，以防发生透水等突发事故。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 图.1- 2 周围矿井位置图 Fig. 1- 2 adjecent mining 1.2.2 井田水文地质特征 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 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 杜坦：长平三矿 1.80Mt/a 新矿井设计 6 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。 1.3 煤层质量及煤层特征 1.3.1 煤质及物理性质 本井田 1#、3#煤层主要为无烟煤，东北角零星分布为贫煤，煤类较单一。1#煤为山西 组，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；3#煤为太原组，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。 物理性质：水分(Mad)：原煤 0.36%- 3.55%，平均为 1.24%；浮煤 0.29%- 2.75%，平均 1.05%。 灰分 （Ad） ： 原煤 9.86%- 28.91%， 平均为 15.00%； 浮煤 4.14%- 10.85%， 平均 7.70%。 挥发分（Vdaf） ：原煤 9.38%- 12.43%，平均 10.71%；浮煤 7.20%- 10.01%，平均 8.68%。硫 分(Std)： 原煤 0.23%- 0.57%， 平均 0.38%， 浮煤 0.29%- 0.75%， 平均 0.41%。 发热量 （Qgr,v,d） ： 原煤 21.8632.48MJ/kg，平均 30.00MJ/kg，浮煤 28.4134.33MJ/kg，平均 32.73MJ/kg。 容重 1.40t/m3。 1.3.2 井田内煤层及埋藏条件 煤层走向主体从东西方向逐渐变为东北西南方向，整体呈现出五边形的形状，井田中 央倾向为西南方向， 煤层倾角倾角在 17之间， 平均为 3.2左右， 可采煤层间距见表 1- 1。 表.1- 1 煤层间距见表 Tab .1- 1 seam pitch table 煤层 厚度(m) 煤层间距(m) 发育情况 1#煤层 3.0 35 全区发育 3#煤层 5.5 全区发育 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 1.3.3 煤层综合柱状图 煤岩名称柱状图高度（m） 砂岩 炭质泥岩 1号煤 细粒砂岩 泥岩 炭质泥岩 3号煤 粉砂岩 12 9 3 10 16 9 5.5 7 图.1- 3 综合柱状图 Fig.1- 3 synthesis histogram 1.3.4 顶底板岩性 煤层直接底板：1#煤的底板主要由细粒砂岩组成，结构较细致、质软，其厚度变化在 616m 之间，平均厚度 10m 左右，按其坚固程度属于软质岩石；3#煤的底板主要由粉砂岩 所组成，无裂隙、细腻、结构致密，厚度变化在 410m 之间，平均约 7m 左右，按其坚固 程度属于软质岩石。 煤层直接顶板：1#煤和 3#煤的直接顶板都是由炭质泥岩所组成，结构致密、细腻、无 裂隙，1#煤顶板的厚度在 615m 之间，平均 9m 左右，3#煤的顶板厚度在 410m 之间，平 均厚度 9m 左右，按其坚固程度属于软质岩石。 1.3.5 瓦斯赋存状况及煤的自燃性和煤尘爆炸性 2011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13.73m3/min， 相对涌出量为 3.87 m3/t，二氧化碳绝对涌出量为 6.25 m3/min，相对涌出量为 1.80 m3/t。因 杜坦：长平三矿 1.80Mt/a 新矿井设计 8 此该矿井属于低瓦斯矿井。 根据本矿 2011 年在井下回风大巷及 1308 探巷采取 1#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2012 年补勘钻孔采样作煤的自燃趋势试验，1#煤层吸氧量为1.16cm3/g，自然等级为 类，属不易自然煤层。3#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 1#、3#煤层均属不易自燃煤层。2010 年和 2011 年补充勘探施工在 深部 2902、2602、2805 号孔和长补 16-长补 20、长补 36-长补 42、长补 56、长补 58-长 补 61 号孔采样对 1#、3#煤层采样作煤尘爆炸性试验，根据试验结果，除其中长补 20 号孔 3#煤层为：火焰长度 3mm，扑灭火焰岩粉量为 10%，煤尘具有爆炸危险性。1#煤层没发现 煤尘爆炸危险性。 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。 2 井田境界及储量井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田的边界 本井田境界浅部以南部 580m 煤层底板等高线为界，深部以北部 340m 煤层底板等高 线为界，其走向长 3.44.9km，倾斜长 1.83.8km，井田面积约 17.1km2。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 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 30m； 2) 阶段煤柱斜长 60m，若在两阶段留设，则上下阶段各留 30m； 3) 断层煤柱每侧各为 20m； 4) 采区边界煤柱留 20m。 根据参考煤炭工业矿井设计规范和煤矿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。 2.2 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 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； 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。 cos/SMrZg= (2- 1) 式中：gZ 矿井工业储量，t S 井田面积，17.1k m2 M 可采煤层总厚度，8.5m r 煤的容重，1.4t/m3 杜坦：长平三矿 1.80Mt/a 新矿井设计 10 煤层平均倾角，3.2 由于煤层倾角较小，故公式可简化为：SMrZg= 所以，Zg=17.5(3.0+5.5)1.4 =208.25 Mt 其中：1#煤储量：17.53.01.4=73.50Mt 3#煤储量：17.55.51.4=134.75Mt 2.2.3 矿井设计储量 gZ =SZ-1P (2- 2) 式中：Zg 矿井工业储量 SZ 矿井设计储量 P1 永久煤柱损失 井田永久煤柱损失 P1包括井田境界煤柱、断层防护煤、浅部防水煤柱等。 P1=16599308.51.4+1249208.51.4=6.22Mt 因此矿井的设计储量 Zs=208.256.22=202.03 Mt 2.2.4 矿井可采储量 CPZZSk=)(2 (2- 3) 式中：Zk 矿井工业储量 SZ 矿井设计储量 2P 永久煤柱损失 C 采区采出率 临时煤柱损失 P2主要包括工业广场压煤、 大巷保护煤柱、上下山保护煤柱等。 采区平均采出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%。全矿 采区回采率按照下式计算： C= 21 2211 mm cmcm + + (2- 4) 本井田 1#煤层为中厚煤层，3#煤层为厚煤层，经过计算全矿采区回采率C=0.76。 P2=8193578.51.4+5360408.51.4+1500408.51.4=13.01Mt 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 CPZZSk=)(2=(202.0313.01）0.76=143.66Mt 即该井田的可采储量为 143.66Mt。 2.2.5 工业广场面积的确定 根据煤矿设计规范中若干条文件修改决定的说明中第十五条，工业场地占地面积 指标为下表。 表. 2- 1 工业场地占地指标 Tab .2- 1 Idustrial site covers an are of indicator 井型/Mt a- 1 占地面积指标/ha（0.1Mt）- 1 2.4 及以上 1.0 1.21.8 1.2 0.450.9 1.5 0.090.3 1.8 因此本矿的工业场地占地面积为 216000m2，因此选择长为 540 m，宽为 400 m 的长方 形场地比较合理。 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 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。 杜坦：长平三矿 1.80Mt/a 新矿井设计 12 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 1.80Mt/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有两层，保有可 采储量为 143.66Mt，按照 1.80Mt/a 的生产能力计算，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，平均倾角很小且变化不大，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，可采煤层分别为中厚和厚煤层，适合 高产高效的综合机械化开采。 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， “安全高效”工艺在煤矿生产中有了很大发展，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安全、 高产、高效矿井。所以矿井的生产能力为 1.80Mt/a 是可行的、合理的。 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： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 AKZTK/= (3- 1) 式中：Zk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 T =143.66/(1.81.4)=57.2 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 57.2 年，符合煤炭工业 矿井设计规范规定。 3.2 矿井的一般工作制度 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要求的条件之下，本矿井工作制度 安排如下： 矿井年工作日为 330 天，日提升时间为 16 小时。 本矿井工作制度采用“三八”制的工作制度，两班采煤，一班检修，每班工作 8 小时。 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、地面外部条件等因素综合考虑。 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、竖井和综合开拓。 杜坦：长平三矿 1.80Mt/a 新矿井设计 14 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利地形条件，例 如山地或丘陵，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几 十米，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、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。但本井田煤层埋藏较深，表土层较厚，不适合斜井开拓。 综合开拓：对于本矿井来说。由于平硐和斜井都是不可行的，所以综合开拓就不予考 虑了。 本井田的煤层赋存标高在 340m 至 580m 之间，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。 综上所述，本设计采用立井开拓方式。 4.2 确定井筒的位置及数目 4.2.1 井筒数目 本矿年产量 1.8Mt，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，风井在初期搭建临时提升设备用来提升回风大巷掘进时产生的矸石。这样确定的井筒 数目可以满足矿井提煤、运料、通风的要求，保证矿井生产安全、高产、高效，有助于本 矿的正常有序发展。 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， 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 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。 本井田形状比较规则，水文地质结构简单，储量分布也比较均匀，结合综上所述最终 决定把井筒布置在靠近井田中央的位置。 4.3 井筒参数及断面图 表.4- 1 井筒特征表 Tab .4- 1 Shaft features table 井筒名称 井筒用途 净断面尺寸/ 长度/m 直径/m 提升容器 主井 运煤、 安全出口 33.18 775 6.5 两套 25 吨箕斗 杜坦：长平三矿 1.80Mt/a 新矿井设计 16 副井 进风、 行人、 运 料、安全出口 33.18 738 6.5 一对 3t 矿车双层罐 笼 风井 回风、 安全出口 15.90 695 4.5 各井筒断面特征见下列各图表： 图.4- 1 主井断面图 Fig .4- 1 Main shaft crosssection fig 表.4- 2 主井断面特征表 Tab. 4- 2 Main shaft crosssection mark sheet 直径/m 井深/m 净断面积/m2 掘进断面积/ m2 砌壁厚度/mm 6.5 775 33.18 56.74 44.18 850 400 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 排水管 信号通信电缆 压风管 洒水管 动力电缆 图.4- 2 副井断面图 Fig .4- 2 Auxiliary shaft crosssection fig 表.4- 3 副井断面特征表 Tab .4- 3 Auxiliary shaft crosssection mark sheet 直径/m 井深/m 净断面积/m2 掘进断面积/ m2 砌壁厚度/mm 6.5 738 33.18 56.74 44.18 850 400 杜坦：长平三矿 1.80Mt/a 新矿井设计 18 图.4- 3 风井断面图 Fig .4- 3 Air shaft crosssection fig 表.4- 4 风井断面特征表 Tab. 4- 4 Air shaft crosssection mark sheet 直径/m 井深/m 净断面积/m2 掘进断面积/ m2 砌壁厚度/mm 4.5 695 15.90 28.27 21.24 700 350 4.4 开采水平的设计 4.4.1 水平个数、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。 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 本井田煤层底板标高在340m580m之间，垂高为240m，倾角平均为3.2，矿井整体 斜长为3800m， 走向为4900m。 依据 煤炭工业矿井设计规范 缓倾斜煤层阶段垂高位200m 350m。因此本矿采采用单水平开拓即符合要求。 水平布置在距煤层底板20m处，开采水平的标高为420m。 4.4.2 设计水平大巷布置 1) 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、轨道大巷和回风大巷。 a 运输大巷：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。 2) 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。各大巷断面特征见以下各图表： 图.4- 4 运输大巷断面图 Fig .4- 4 Transport the big lane sectional drawing 表.4- 5 运输大巷特征表 Tab. 4- 5 Transport the big lane sectional mark sheet 掘进断面积 （m2） 净断面积（m2） 巷道净高（mm） 巷道净宽（mm） 支护方式 23.9 16.2 4250 4500 锚喷支护 杜坦：长平三矿 1.80Mt/a 新矿井设计 20 图.4- 5 轨道大巷断面图 Fig. 4- 5 Track transport the big lane sectional drawing 表.4- 6 轨道大巷特征表 Tab .4- 6 Track transport the big lane sectional mark sheet 掘进断面积 （m2） 净断面积（m2） 巷道净高（mm） 巷道净宽（mm） 支护方式 23.9 16.2 4250 4500 锚喷支护 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 图. 4- 6回风大巷断面图 Fig.4- 6 Return air the big lane sectional drawing 表.4- 7 回风大巷特征表 Tab. 4- 7 Return air the big lane sectional mark sheet 掘进断面积 （m2） 净断面积（m2） 巷道净高（mm） 巷道净宽（mm） 支护方式 24.2 17.6 4300 4600 锚喷支护 3) 大巷的位置 由于本井田上层煤与下层煤的间距较小，故采用集中大巷布置，将运输大巷和轨道大 巷布置在3#煤的底板下面，大巷距煤层底板间距一般15m30m ，本设计取20m，因此两 大巷的标高为420m，回风巷的位置可以有多种布置方式，但各有优缺点，下面对这几种方 案做具体的比较。 方案一：两层煤当中各布置一条回风巷 优点：两煤层中都布置回风大巷，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，巷道的维护费用高，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 杜坦：长平三矿 1.80Mt/a 新矿井设计 22 裂透风，容易引起自然发火。 方案二：两层煤共用一条回风大巷 在两层煤之间的岩石中开掘一条回风大巷，与两煤层分别用斜巷连接。 优点：这种布置方式非常有效的减少了因留设煤柱而造成的损失，提高了采出率，维 护费用低，通风安全性可靠，不会对正常的生产造成太大的影响。 缺点：由于是岩巷掘进，所以掘进速度慢，掘进费用高，各煤层用斜巷与回风大巷连 接也增加了掘进工程量。 现对其进行经济比较，具体见下表： 表.4- 7 基建费用比较表 Tab. 4- 7 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 掘 进 费 用 大巷 联络巷 石门 5600 540 40 1000 1000 1000 560 54 4 2800 300 20 3000 3000 3000 840 90 6 小计 618 936 项目 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） 维 护 费 用 大巷 联络巷 石门 5600 540 40 100 100 100 952 91.8 6.8 2800 300 20 20 20 20 95.2 10.2 0.7 小计 1050.6 106.1. 共计 1668.6 1042.1 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， 本设计采用方案二较为合理。同时为了矿井水能够自流到井底车场，回风大巷设计 3的 坡度，最终确定回风大巷的标高为 455m。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 综上所述，胶带运输大巷布置在 420m 水平上，轨道大巷也布置在 420m 水平上，两 个大巷水平相距 30m。回风大巷布置在 455m 水平上，与轨道大巷的水平距离为 20m，垂 直距离为 25m。 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。根据本设计矿井特点：煤层赋存稳定、倾角小、地质构造简 单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 Tab. 4- 8 Mine technical characteristics of the mining area Table 采区 走向长度（m） 倾斜长度(m) 储量Mt） 采煤方式 落煤方式 准备方式 西南带区 2100 2200 43.2 倾向长壁 综采 带区 东南带区 1900 1700 34.3 走向长壁 综采 带区 西北盘区 1750 1780 37.0 走向长壁 综采 双翼盘区 东北带区 1800 1000 29.1 倾向长壁 综采 带区 合计 143.6 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： 整个井田的开采工作沿着倾斜方向由上向下依次进行。 杜坦：长平三矿 1.80Mt/a 新矿井设计 24 采区：对井田内的西南带区、东南带区、西北盘区、东北带区依次进行开采； 条带：为了工作面的接替，对带区内的条带进行跳采； 工作面：回采工作面推进方向是从带区一翼向大巷方向推进，即工作面后退式开采。 4.6 开采水平井底车场形式的选择 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： 1) 调车简单，管理方便，弯道急交叉点少； 2) 操作安全，符合有关规定，规范要求； 3) 井巷工程量小，建设投资省，便于维护，生产成本低； 4) 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- 7： 3 1 2 4 56 7 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 图. 4- 7 井底车场示意图 Fig.4- 7 Shaft station abridged general view crosssection distinction 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 4.6.2 车场主要硐室 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，本矿井为大型矿井，取 0.15。 则井底煤仓容量 mc Q =0.155617=842t 煤仓选择为立式煤仓，结构见图： 1 2 3 4 5 6 1 主井 2 运输大巷 3 井底煤仓 4 给煤硐室 5 胶带机巷 6 机头硐室 图.4- 8 煤仓断面图 Fig. 4- 8 coal bunker sections 杜坦：长平三矿 1.80Mt/a 新矿井设计 26 表.4- 10 煤仓断面特征表 Tab .4- 10 coal pocket cross- section mark sheet 生产能力 （Mta） 容量（t） 掘进断面积 （m2） 净断面积 （m2） 煤仓高度 （m） 支护方式 1.80 900 36.29 33.17 27 锚喷加混凝 土 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。具体布置见下图： 中央变电所和中央水泵房联合硐室 图.4- 9 中央变电所和水泵房 Fig. 4- 9 Nearby central committee electricity institute and water plant 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 60m，距离硐室不小于 100m， 结合井底车场的实际位置，采用容量 2400kg 的壁槽式标准火药库。火药库结构见下图： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 5 6 4 3 2 3 1 7 8 图 4- 10 壁槽式火药库 Fig 4- 10 Wall groove powder library 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 回风大巷 4.7 开拓系统综述 4.7.1 开拓方式 本设计矿井采用立井单水平的开拓方式，共 3 个井筒，主箕斗立井、副罐笼立井、风 井，采用中央并列式通风方式。矿井开采水平在 420m 标高位置，回风大巷布置在 455m 的标高位置，大巷坡度取 3 ，以利于矿井水自流。 4.7.2 运输系统 运煤系统：工作面出煤分带运输斜巷运输平巷带区煤仓运输大巷井底煤仓 从主井提到地面； 排矸系统：掘进运输及轨道大巷时所出的矸石运到井底车场，然后从副井提至地面； 掘进回风大巷产生的矸石通过在风井搭设临时提升设备提升到地面； 运料系统：副井井底车场轨道大巷材料车场运料平巷分带回风斜巷工作 面。 4.7.3 通风系统 新鲜风流通过副井、主井井底车场运输、轨道大巷行人、材料斜巷运煤、运 杜坦：长平三矿 1.80Mt/a 新矿井设计 28 料平巷分带运输斜巷工作面污风分带回风斜巷带区回风斜巷回风大巷风 井排出地面。 4.7.4 排水系统 回采工作面分带回风斜巷带区回风斜巷回风大巷排水立眼水仓副井排 水管路地面 4.7.5 移交生产时井巷的开凿位置、井巷工程量 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 回采工作面长度一般不少于设计回采工作面长度的 50%； c 工业广场内的行政、公共设施全部建成； d 居住区及其设施基本完成。 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，运煤平巷、运 料平巷已经掘进到开采位置，分别与分带运输斜巷和分带回风斜巷贯通，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