采矿工程毕业设计（论文）-王庄矿3.0Mta新井设计.doc

中国矿业大学（北京）2009级本科生毕业设计1 井田概述及井田地质特征1.1井田地理位置及交通情况1.1.1井田地理位置王庄煤矿位于山西省长治市郊区故县，距市中心30公里，其地理坐标为：东经11258251130321，北纬361404362435。北距太原市230公里，南到焦作市220公里，东距邯郸市183公里。地处潞安矿区的东南部，跨长治市郊区和屯留县两个行政区，矿区东面为长治钢铁公司。1.1.2交通情况：矿井对外有交通有太（原）焦（作）铁路、邯（郸）长（治）铁路，可通往全国各地。太焦铁路从矿井东部由北向南通过，邯长铁路在长治北站与太焦铁路相接。同时王庄矿井有铁路专用线14km达长治北站与太焦铁路相接。长治北站至太原265 km、至焦作169 km，至邯郸220 km，区内公路发达，除太（原）洛（阳）（208国道、207国道）和邯（郸）长（治）（309国道）三条主要干线公路外，区内各村镇均有公路相通，交通非常方便。矿井交通位置见图1-1。图1-1 矿井交通位置图1.1.3地形王庄矿地处上党盆地西北部，属高原内部断陷堆积盆地。盆地北部黄土冲沟发育，局部有基岩出露，南部为山前斜坡地带，区内地势起伏不平，均被较厚的第四系黄土所覆盖，井田北部较高，南部较低，最大标高1024.7m，位于王1与王2钻孔之间的寒山煤矿附近；最小标高898m，位于扩区东部边界一带，最大相对高差为127m左右。1.1.4地震据长治市地震局介绍，晋东南地区除1890年武乡县曾发生过55级（烈度7度）地震外，尚未发生过级以上地震。而级以下的小震比较频繁。近年来，潞城微子镇，长治县司马，漳泽水库等长治地震活动区发生的3.5级地震达十次以上。在此应该提及的是，由于临近地区发生的大地震波及本区，同样具有破坏性。如1303年洪洞及临汾8级地震，1614年平遥6级地震，1737年新乡5.5级地震等使本区均遭受了不同程度的震灾。据建筑抗震设计规范（GB50011-2001），本区地震设防烈度为度。1.1.5煤质牌号及用途52采区3号煤层主要为低中灰、特低硫、高热值、高熔灰分贫煤、瘦煤。1.2井田境界、尺寸和开采面积井田境界、尺寸和开采面积。井田走向长约18.0km,倾斜宽约4.8km,面积约78.4km2。王庄矿井田边界如下：东部：上部沿中村、上葛家庄及西沟村以拐点17、18、27的连线与石圪节井田分界，下部以拐点1、2、10为界。西部：北以经线409400与常村井田分界，南以拐点11、12、13、14点连线为界。南部：以二岗山北断层为界。北部：以纬线4031500与漳村矿分界。井田东西走向长约18.0km,南北倾斜宽约4.8km,面积约78.4km2。1.3煤田生成期，井田内主要含煤地层与含煤系数：煤田生成期为二迭系下统山西组（P1S）和石炭系上统太原组（C3t）。山西组含煤地层厚度为64.4100.8m,平均厚度为82.5m。含煤13层。其中3号、4号煤层为全区稳定可采煤层，其余各煤层均为不可采煤层。太原组含煤地层厚度为96.0121.8m，平均厚度为111.9m。含煤312层。其中，15-1、15-3号煤层为较稳定全区可采煤层，9、10、13、15-2号煤层较为稳定，不稳定局部可采煤层，其余各煤层均为不可采煤层。表1-1 煤层参数煤 层煤 质煤厚6.187.44m水份0.67-1.64%,平均1.11%含夹石0.120.75m13层个别为5层灰份10.84-16.85%,平均14.63%挥发份13.99-16.99%,平均15.66%顶板014.0m/5.4m泥岩、砂岩、局部为粉砂岩或细砂岩硫份0.20-0.41%,平均0.29%磷份0.012-0.046%,平均0.042%发热量28.84-32.19% mj/kg老顶0.612.3m/6.5石英砂岩、局部为细砂岩或粉砂岩灰熔点（ST）1390C粘结指数（GR.1）胶质层厚度05.5mm.底版05.4m/2.1泥岩或砂质泥岩，局部为砂岩炭(Cdaf)89.9692.84%,平均91.63%氢(Hdaf)3.81-4.27%,平均4.08%老底1.111.1m/5.0石英长石砂岩氮(Ndaf)1.20-7.71%,平均1.44%氧(Odaf)0.30-5.26%,平均2.54%1.4井田主要地质条件和水文地质条件属海河流域的浊漳河从长治盆地南部流过，区域地貌为浊漳河河谷一、二级阶地，为第四系更新统晚期的沉积物，含有丰富的孔隙水，二级阶地底部有黑灰色亚粘土，有层理，部分地区有薄层透镜状沙层，土质比较松软，形成一些较大范围的含水层，二级阶地又为山前洪积、坡积地带，山前裂隙水及孔隙水都经二级阶地排泄，补给一级阶地和河槽。王庄井田河流较少，水系为浊漳河支流，在矿区中部有一条故县小河和一条积石小河，流经井田塌陷区，属季节性河流，只有雨季才有流水。绛河流经王庄井田南部，在王庄扩区，除绛河以外，仅有少量干沟发育，绛河于崔邵村附近进入王庄扩区，自西向东流入王庄井田东南部的漳泽水库，该水库的库容约为1.995109m3，现蓄水量为1.4109m3。1.5采区位置五二采区位于+630水平的北翼，井田的北部边界，是+630水平的最后一个生产盘区，原采区范围东抵13采区放水巷及411480经线与13盘区相邻，西至409400经线与常村井田相邻，北至4031540纬线与漳村井田接壤。南以（4029000（纬），409400（经）与（4029000，409000）两点连接为界；西以（4029000，409000）与（4031553，409000）两点连接为界；北以（4031553，409000）与（4035551，409400）两点连接为界；南北长平均2552米，东西宽400米，面积为1.276平方公里。52采区地面有靠近采区南部边界的石室村、寺底村、采区北部边界的落土沟村和东部边界的南村，西部还有石室煤矿井筒，无其他村庄和大型建筑、构筑，也无铁路和重要公路干线通过。1.6煤层构造本采区属沁水煤田，地处太行山背斜西，区内构造均为一些低级序次构造，主要受新华夏系第一级构造所控制，地层走向近南北，倾向西，产状沿走向，倾向均有一定变化，地层倾角210，从整体看，本区为一单斜构造，局部发育有岩溶陷落柱及古河床冲刷带，构造类别定为类。区内探明断层有8个，见表1-2：表1-2 煤层构造编号构造性质产状（褶曲轴面）实见位置及控制情况走向倾向倾角落差常村断层正断层N62EES7015m王-128，王-129钻孔控制，52北轨北2前134m处F152正断层N70EWN7018mF155正断层922610.5mF161正断层332242758m52皮水18点前88mF164正断层90180701.6mF165正断层86176751.50mF166正断层900753.00mF167正断层80350652.50m图1-2 综合地质柱状图1.7煤层及顶板性质本采区开采3、4号煤层，为二迭系下统山西组上石炭系地层，可采及局部可采煤层共有6层，山西组含煤13层，煤层厚度为6.187.44m，平均厚度6.82m，含矸14层，局部为5层，总厚0.46m，含煤系数0.98%。煤层结构为0.32（0.10）0.35（0.14）4.46（0.18）0.67（0.04）0.56，煤层利用计算厚度为6.36m。煤层倾角2.311.3，平均倾角5，倾向西，走向北、北西。1.沼气矿井绝对涌出量最大4.8195m3/min，相对涌出量2.4559m3/t，CO2矿井绝对涌出量最大9.625 m3/min，相对涌出量4.9045 m3/t。2.煤尘爆炸指数19.73%，有爆炸危险性。3.3#煤层着火降低温T10，没有发生自然现象。4.52采区属地温正常区，井下常温16C左右。5.采场地压最大52t/m2。1.7.1顶底板情况煤层伪顶为炭质泥岩，黑色，质松软，厚度00.30m，平均厚度0.15m，由东向西逐渐变厚。直接顶为泥岩、砂质泥岩，黑色、坚硬，呈块状构造，厚度014.93m，平均厚度5.40m，为类中等冒落的复合顶板，易垮落。直接底板为泥岩、砂质泥岩，黑色或深灰色，厚度05.44mm，平均厚度2.09mm。老顶为中砂岩，灰白色，厚层状，坚硬，厚度0.612.33mm，平均厚度6.52m，为二级中等稳定顶板，有周期来压，但不明显。老底为细砂岩，浅灰色，坚硬，对开采没有影响。从整个采区范围来看，直接顶板、直接底板的南、北部为泥岩，中部局部相变为砂质泥岩、细纱岩，且厚度从西向东有变厚的趋势。1.8采区沼气、煤层情况3#煤层的物理性质：煤岩类型半暗半亮，实体煤重1.35吨/米3，松散煤容重0.9654吨/米3，静止角5131，摩擦角2330，50硬度f =23。3#煤层的化学性质：低磷、低硫、中等灰分，有粘结性，属贫瘦煤，其工业指标如表1-3。表1-3 3#煤层工业指标煤层MAVFcSPQY工业牌号3#1.2416.0016.1569.10.200.0871805沼气矿井绝对涌出量最大4.8195m3/min，相对涌出量2.4559m3/t，CO2矿井绝对涌出量最大9.625 m3/min，相对涌出量4.9045 m3/t。1.9水文地质区内地表为低山、丘陵，黄土冲沟发育，无任何水系。含水层层位及充水性性质见综合柱状图，本区发育有12层含水层，各含水层厚度较稳定，除潜水含水层和风化带含水层有水力联系外，其余各含水层基本无水力联系，各含水层之间隔水层均发育，厚度也较稳定。3#煤层开采破坏顶板后，其导水裂隙带高度为7080m，3#煤层顶板距7号含水层5.4m，距8号含水层64m，故影响3#煤层开采的充水因素为7、8号含水层的水。7、8号含水层为砂岩裂隙含水层，富水性较弱，该两层的水沿破坏导水裂隙带全部或部分进入工作面，对生产有一定影响，但影响不大。另外，奥灰岩溶水威胁，奥灰水位标高一般为+660m，52采区西部3#煤层底板标高低于奥灰水水位，属承压开采，但由于3#煤层距奥灰水层岩较远，且有多层隔水层存在，故在开采3#煤层时，一般不易造成透水事故。从51、61两采区开采情况看，正常情况下没有突水的迹象和可能性，52采区在大断层或陷落柱附近，如通道良好，就可能造成空突水，因此，需进一步对奥灰岩溶水进一步调查勘探，并在以后采掘作业过程中引起足够的重视。52采区的水文地质情况参照表1-4。表1-4含水层特征表序号岩性渗透系数单位涌水量（升/秒米）补给关系1岩 溶2.473.153.11大气降水补给2裂水弱含水层0.260.0103风化带及潜水补给量较小3裂水弱含水泥0.0260.0183风化带及潜水补给补给量较小2 井田境界与储量2.1井田境界2.1.1井田境界在煤田划分为井田时，要保证各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的开发。煤田范围划分为井田的原则有：1. 井田范围内的储量，煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相适应；2. 保证井田有合理尺寸；3. 充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层）等；4. 合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井间的关系。2.1.2井田特征井田走向长度最大3265m，最小2820m，平均是3110m；倾斜长度最大是7050m，最小是6830m，平均6940m。井田水平宽度为3110m，井田水平面积21490100m 2，主采煤层是3号、4号煤，3号煤的平均厚度是8.7m，4号煤的平均厚度2.2m 。平均倾角是6-20。煤的容重是1.4t/m3。2.2地质储量的计算矿井储量是指矿井内所埋藏的数量，具有工业价值的煤炭数量。它不仅包含着煤矿在地下埋藏的数量，而且还表示煤炭的质量，反映井田的勘探程度及开采技术条件。矿井储量可分为矿井地质储量、矿井工业储量和矿井可采储量。矿井工业储量是指平衡表内A+B+C级储量的总和。矿井设计储量是矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱、井田境界煤柱、防水煤柱和已有的地面构筑物、建筑物需要留设的保护煤柱等永久煤柱损失量后的储量。矿井可采储量是指矿井设计储量减去矿井井下主要巷道及上下山保护煤柱、工业场地保护煤柱后乘以采区回采率的储量。2.2.1储量计算基础(1)根据王庄井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算。(2)煤层厚度的确定：计算煤层采用各煤分层的累计厚度作为储量计算厚度，个别点夹矸分层厚虽大干0.7m，但不予分层计算。所有厚度大于0.05m的夹矸均不计入储量计算厚度。此外，在煤层顶部，当夹矸分层厚大于其上煤分层厚；在煤层底部，当夹矸分层厚度大于其下煤分层厚度，并且煤分层厚度小于0.7m时，则该煤分层不参与储量计算。储量计算中凡煤层厚度不可靠者均不予采用。(3)井田内主要煤层稳定，厚度变化不大，煤层产状平缓，勘探工程分布比较均匀，采用地质块段的算术平均法。2.2.2井田地质勘探井田地质勘探类型为精查，属详细勘探。井田范围内钻孔分布：井田内北部边界附近、西北部边界附近及井田中部地区，钻孔布置相对较少；其他区域钻孔分布比较均匀，勘探详细。井田内高级储量A+B+C所占比列符合煤炭工业设计规范要求。由于本矿井属沉积稳定的近水平区，构造简单，煤层标志层明显稳定。煤层的主要质量指标和经济技术指标都符合工业要求，能满足当前生产故可将地质储量作为工业储量。煤层最小可采厚度为0.8m。11煤层最小可采厚度为0.37m，最大可采厚度为4.22 m，平均厚度为1.62m；12-2煤层最小可采厚度为1.27m，最大可采厚度为11.58 m，平均厚度为3.50m。本区含煤地层为石炭、二迭系，有3个含煤组：二迭系下统下石盒子组(P1x2)、山西组(P1s1)及石炭系上统太原组(C3t)。煤系地层平均总厚度486m，含煤20层，可采和局部可采仅7层。主采煤层3煤和4煤， 总厚度为10.9m。2.2.3工业储量的计算根据公式： Q=S*M*D 式2-1 式中：S井田面积 M可采煤层总厚度 D煤的容重，本设计取1.4 t/以井田范围内较大的断层为界，将井田分块来计算储量。以常村断层为界将井田分为左右两块，即块左和块右 。再以F152断层为界将块左 分为块左上和块左下 。 块左上的平均倾角为18，面积为5.75平方千米，记其储量为Q1。块左下的平均倾角为6.5，面积为6.25平方千米，记其储量为Q2。块右的平均倾角为5.5，面积为8.25平方千米，记其储量为Q3。Q1=23*250000/0.951*(8.7+2.2)*1.4/106 =93.76MtQ2=25*250000/0.993*(8.7+2.2)*1.4/106 =99.06 MtQ3=33*250000/0.995*(8.7+2.2)*1.4/106 =130.14 Mt其中：COS5.5=0.995, COS6.5=0.993,COS18=0.951，矿井工业储量Q=322.96百万吨。工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探厚度与质量均合乎开采要求，目前可供利用的列入平衡表内的储量，即A+B+C级储量。2.3矿井可采储量的计算2.3.1安全煤柱为保护地面建筑物及工程设施的安全，本设计对井筒及工业广场、规划中的大断层留设安全煤柱。安全煤柱留设原则：(1)工业场地、井筒留设保护煤柱，对较大的村庄留设保护煤柱，对零星分布的村庄不留设保护煤柱。(2)各类保护煤柱按垂直断面法或垂线法确定。用岩层移动角确定工业场地、村庄煤柱。岩层移动角为70，表土层移动角为45。(3)维护带宽度：风井场地20m，村庄10m，其他15m。(4)断层煤柱宽度30m，井田边界煤柱宽度为20m。(5)工业场地占地面积，根据煤炭工程设计暂行规定中第二十条规定，工业场地占地面积指标见表2-1。表2-1 工业场地占地面积指标井型/Mt.a-1占地面积指标/ha.(0.1Mt)-1460.450.62.430.70.81.21.80.91.00.450.91.21.3注：指标中小井取大值，大井取小值。2.3.2煤柱损失(1)井田边界煤柱1.本井田走向长度：3.11km(平均值)；倾斜长度：6.94km(平均值)。2.井田边界保护煤柱留50m。3.井田边界周边长：19755m。4.煤柱损失： 1975525(8.7+2.2) 1.1.44=7751682t(2)工业场地保护煤柱1.查煤炭工业设计规范可知，矿井工业场地占地指标，应不小于表5-3的规定。本矿井设计生产能力为300万t/a，因此取占地指标为：1公顷/10万t S1=13000/10=30公顷式中： S1为工业场地面积2.工业场地煤柱损失3号煤层倾角平均8，王庄矿工业广场地面标高+37.5m，松散层厚度为87m，移动角=50，上覆岩层的边界角=70，下山移动角=64.4，上山移动角=70，工业广场围护带宽度为20m，根据垂直剖面法所作的工业广场保护煤柱的尺寸计算如图2-1所示。图2-1 工业广场保护煤柱计算计算得工业广场煤柱损失=1106.125万吨(3)断层煤柱1.本井田共有八个断层，其中常村断层保护煤柱煤柱损失为218.2万吨，F152 煤柱损失为69.2万吨，F161 煤柱损失为27.5万吨，其它断层煤柱损失为95.3万吨。 2.断层煤柱两侧留20-50m不等。全矿煤柱总损失=1870.94万吨矿井可采储量为： Zc=(Z-P)C 式2-2 式中：Zc矿井可采储量Z矿井工业储量P矿井永久保护煤柱总损失量C采区回采率，采区回采率厚煤层的不小于0.75，中厚煤层不小于0.8.Zc=(Z-P)C=(242.225-18.71)0.75+(80.835-3.7)*0.8=228.72Mt3 矿井工作制度及生产能力 3.1矿井工作制度按规程规定，设计去年工作日330天，每天净提升时间为16小时，按“四六”制工作制工作，每天三班生产，一班检修，每班工作六小时。3.2设计生产能力及服务年限3.2.1确定依据煤炭工业矿井设计规范第2.2.1条规定：矿井设计生产能力应根据资源条件、外部建设条件、回采对煤炭资源配置及市场需求、开采条件、技术装备、煤层及采煤工作面生产能力、经济效益等因素，经多方案比较后确定。矿区规模可依据以下条件确定：(1) 资源情况：煤田地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设大型矿井。煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿区规模定得太大。(2) 开发条件：包括矿区所处地理位置(是否靠近老矿区及大城市)、交通(铁路、公路、水运)、用户、供电、供水、建筑材料及劳动力来源等。条件好者，应加大开发强度和矿区规模；否则应缩小规模。(3) 国家需求：对国家煤炭需求量(包括煤种、煤质、产量等)的预测是确定矿区规模的一个重要依据。(4) 投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大矿区规模，反之则缩小规模。3.2.2矿井设计生产能力本矿井可采储量多，在可采煤层中，3、4号煤层为主要可采煤层，生产能力大，矿井地质构造简单，瓦斯涌出量少，因此确定井型为300万吨/年3.2.3矿井服务年限矿井服务年限必须与井型相适应。矿井可采储量ZK、设计生产能力A和矿井服务年限T三者之间的关系为： T=ZK/AK 式3-1 式中：T矿井服务年限，a； ZK矿井可采储量，Mt； A设计生产能力，Mt； K储量储量备用系数，取1.4。则矿井服务年限为:T=228.72/(31.3)=58.6 a3#煤层服务年限为:T3=95.564/(31.3)=25.2 a符合煤炭工业矿井设计规范要求。3.3井型校核通过对实际煤层开采能力、辅助生产能力、储量条件及安全条件等因素对井型加以校核：3.3.1煤层开采能力王庄矿井田 3#煤为层赋存稳定的厚煤层，4#煤为层赋存稳定的中厚煤层，倾角为6-20，地质结构简单，易于采用放顶煤开采。据实习矿井生产实际，可布置一个综采放顶煤工作面生产，煤层开采能力能满足矿井设计生产能力。3.3.2辅助生产系统能力校核本设计的矿井为大型矿井，开拓方式为双立井两水平开拓。主井采用2对20t箕斗，提升能力大，能满足提升方面的要求。大巷及工作面生产的原煤一律用胶带输送机运输，运输能力大，自动化程度较高。辅助运输采用双层罐笼，大巷辅助运输采用600mm轨距的1.5t固定车厢式矿车。本设计中井底车场采用立式车场。调车和通过能力均能满足要求，各辅助生产环节都能满足要求，不会影响生产能力。3.3.3安全条件校核本矿井瓦斯相对涌出量为3.74m3/t，属于低瓦斯矿井。煤尘无爆炸性危险。各可采煤层的自燃倾向均为二类，属有可能自燃发火的矿井。水文地质条件简单，涌水量不大（120 m3/h）。矿井采用中央并列式通风方式，经通风设计表明：通风满足要求。井田内小断层较少，只有一些较大的断层，对于开拓有一定的影响，但是，对于影响生产的小断层较少。所以，各项安全条件均可得到保证，不会影响矿井的年生产能力。3.3.4储量条件校核规范规定，矿井的设计生产能力应与矿井的储量相适应，以保证足够的服务年限。井田的可采储量为22872.74万t，第一水平服务年限为25.2年，可以满足矿井的设计生产能力。4 井田开拓井田开拓是在总体设计已经划定的井田范围内，根据精查地质报告和其它补充资料，具体体现在总体设计合理原则，将主要巷道由地表进入煤层，为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程。其中包括确定，主、副井和风井的井筒形式、深度、数量、位置、阶段高度、大巷位置、采（带）区划分以及开采顺序与通风运输系统。开拓设计是矿井设计的关键，它直接关系到矿井的布局，关系到矿井长远的技术经济效益，关系到安全生产。4.1井田开拓的基本问题井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相关练习和配合称为开拓方式。合理的开拓方式需要对技术可行的 几种开拓方式进行技术经济比较才能确定。井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需要认真研究：(1) 确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置。(2) 合理确定开采水平的数目和位置。(3) 布置大巷及井底车场。(4) 确定矿井开采程序，作好开采水平的接替。(5) 进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造。(6) 合理确定矿井通风、运输及供电系统。确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较后才能确定合理的方案，在解决开拓问题时，应遵循下列原则：(1) 贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出号煤、高产高效创造条件。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，做到合理集中生产。(3) 合理开发国家资源，减少煤炭损失。(4) 必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定，要建立完善的通风、运输、供电系统，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、综掘机械化、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采。4.1.1确定井筒形式、数目、位置、井筒形式矿井开拓方式按倾角的不同分为平硐、斜井及立井三种开拓方式。本井田为复背斜构造，表土冲击层较厚（140米），无流沙层，煤层埋藏浅倾角6-20度，整体上属于近水平煤层，局部属于缓倾斜煤层。由于受井田自然地质条件的限制，王庄矿区排除采用平硐开拓。采用斜井开拓的条件为：煤层赋存浅，表土层不厚，垂深在200米以内最大到500米，都要首先研究斜井开拓的可能性和合理性。对于表土层不厚，水文地质简单，井筒不需要特殊方法施工的缓倾斜及倾斜煤层，无论井型大小均可采用斜井开拓。对于表土层虽厚，地势高，属于干旱贫水去的，应充分注意斜井开拓的优越性。斜井开拓与立井开拓相比，井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井筒装备、井底车场及垌室都比立井简单，井筒延深施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。采用立井开拓的一般条件为：（1）煤层赋存较深或冲击层较厚。（2）水文条件复杂。井筒需要有特殊方法施工。立井开拓的适应性很强，一般不受煤层倾角的、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制。技术上比较可靠。与立井开拓相比，斜井开拓的缺点是：斜井井筒长，辅助提升能力少，提升深度有限；通风路线长、阻力大，管线长度长；斜井井筒通过富含水层、流砂层施工技术复杂。对井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质情况简单，井筒不需特殊法施工的缓斜和倾斜煤层，一般可采用斜井开拓。根据自然地理条件、技术经济条件等因素，综合考虑王庄煤矿的实际情况：1、表层土较厚，风化不太严重； 2、地势起伏不平，地面标高平均+37m左右，煤层埋藏较深，距地面垂深在120900m之间，平均为600m左右；3、矿井年设计生产能力为300Mt/a，为大型矿井。综上所述本井田采用斜井开拓在技术上不可行，因而采用立井开拓。4.1.2井筒位置的确定本井田形状比较规则而且储量分布均匀，井田的走向中央即储量中央，因此井筒的有利位置应布置在井田走向中央，以形成两翼储量比较均匀的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网络较短，通风阻力小。应尽量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采的不利局面。4.1.3确定工业广场的位置、形状、面积工业场地的选择主要考虑以下因素：1. 尽量位于储量中心，使井下有合理的布局；2. 占地要少，尽量做到不搬迁村庄；3. 尽量布置在地质条件较好的区域，同时工业场地的标高要高于最高洪水位；4. 尽量减少工业广场的压煤损失。根据以上原则和本矿井的实际情况，工业广场与主副井筒布置位置相同，其面积及保护煤柱的大小详见第二章第一节内容，工业广场面积300000m2，定为500m600m的矩形。4.1.4确定开采水平本井田可采煤层为3号煤，4号煤，两层煤之间相距70米，可以采用联合布置，下行开采，先采3煤，再采4煤，分两水平开采。4.2矿井开拓方案提出与比较4.2.1矿井开拓方案提出根据地质勘探资料，本井田只有3号和4号煤层为可采煤层，煤层埋深主要分布在-80米至-700米左右，倾角在620之间，平均8，为近水平煤层。考虑到技术和经济的合理性以及井田本身的地质状况，本设计采用两水平开拓能满足要求。3号煤层平均厚度在8.7m左右，4号煤层平均厚度2.2米，由于煤的硬度中硬，布置煤层大巷不易于维护，而采用双岩巷布置。本井田延深方案有两种：立井延深和暗斜井延深。这两种延深方案在经济和技术上都可行，故都可以采用。综上，提出以下四个方案：方案一：主、副立井两水平（二水平标高-550m）直接延深开拓方案二：主、副立井一二水平直接延深、二三水平暗斜井延深开拓方案三：主、副立井两水平（二水平标高-620m）直接延深开拓方案四：主、副立井两水平直接延深、二水平暗斜井延深开拓4.2.2矿井开拓方案比较四种开拓方案示意图方案一：主、副立井两水平（二水平标高-550m）直接延深开拓，见图4-1。图4-1 立井二水平开拓，立井延深（方案1）方案二：主、副立井一二水平直接延深、二三水平暗斜井延深开拓，见图4-2。图4-2 立井三水平开拓，暗斜井延深（方案2）方案三：主、副立井两水平（二水平标高-620m）直接延深开拓，见图4-3。图4-3 立井二水平开拓，立井延深（方案3） 方案四：主、副立井一水平直接延深，二水平暗斜井延深，见图4-4。 图4-4 立井二水平开拓，暗斜井延深（方案4）这四种方案在技术上都是可行的，都参加粗略经济比较：表4-1各方案粗略估算费用表方案项目方 案 一方 案 二基建费/万元立井开凿250300010-4=30.0主暗斜井开凿935105010-4=98.18石门开凿82180010-4=65.68副暗斜井开凿935115010-4107.53井底车场100090010-4=90.0上、下井底车场（300500）90010-472.0小 计185.68小 计277.71生产费/万元立井提升1.2100200.5370.85=5488.35暗斜井提升1.2100200.9350.48=3896.37石门运输1.210020 0.3570.381=1635.3立井提升1.210020（0.487+0.85）0.9292=4977.33立井排水 120243652033.40.152510-4=535.43排水（斜、立井）1202436533.4（0.063+0.127）10-4=581.2小 计7658.78小 计9454.9总计费用/万元7844.46费用/万元9732.61百分率100%百分率124%方案项目方 案 三方 案 四基建费/万元立井开凿2180300010-4=147主暗斜井开凿1762105010-4=185井底车场 100090010-4=90.0副暗斜井开凿 1762115010-4=201.25 石门开凿175080010-4=140石门开凿（300+500）90010-4=72小 计377小 计458.25生产费/万元立井提升及石门运输1.296560.6170.85=6076.921.296561.750.381=8725.76暗斜井提升及立井提升1.296561.7620.48=9799.61.296560.3720.85=3363.85立井排水1202436517.350.152510-4=320.73暗斜井排水1202436517.350.1410-4=288.60小 计15123.41小 计13452.05总计费用/万元15500.41费用/万元13910.3百分率111.3%百分率100%方案一和方案二的区别仅在于第二水平和第三水平之间是用立井直接延伸开拓还是用暗斜井开拓。两方案的生产系统较简单可靠，两方案相比，第一方案需要多开立井和立井井底车场并且相应增加了排水和提升的费用。而第二方案则多开暗斜井（主暗斜井16，1050m，副暗斜井 20，1100m）和暗斜井的下部车场，并相应增加了斜井的提升和排水费用。粗略经济比较请看表4-1，表明两方案的费用百分率相差24%，所以选用方案一。方案三和方案四的区别在于一、二水平之间是用立井开拓还是用暗斜井开拓。从表4-1粗略的经济比较看，方案三要高出11.3%，所以决定选择方案四进行详细的经济比较。表4-2建井工程量项 目方 案 一方 案 四初期主井井筒407+20407+20副井井筒407+5407+5井底车场10001000运输大巷37503750轨道大巷37503750后期主井井筒180-副井井筒180-井底车场1000+300+5003（300+500）主石门1180-运输大巷1045012800轨道大巷1045012800主暗斜井-1050副暗斜井-1100表4-3基建工程费用方案项目方 案 一方 案 四工程量/m单价/元m-1费用/万元工程量/m单价/元m-1费用/万元初期主井井筒427444571869.31427444571869.31副井井筒427518192212.67427518192212.67井底车场10009748974.810009748974.8运输大巷3750147695538.383750147695538.38轨道大巷3750147695538.383750147695538.38小 计16133.5416133.54后期主井井27-副井井74-井底车场180097481754.64240097482339.52主石门 运输大巷1180+1045013032+147691537.78+15433.60+128000+147690+18904.32主暗斜井 - - -1050239472154.44副暗斜井 - -1100240272642.97小 计20459.0326041.54总计36592.5741789.09表4-4生产经营工程量项 目方 案 一项 目方 案 四运输提升/万tkm工 程 量运输提升/万tkm工 程 量一水平石门运输1.20.0510020=601.2一水平石门运输1.20.0510020=601.2-二水平暗斜井运输1.2128521.05=16193.52二水平石门运输1.2128521.18=10919.06 - 二水平立井提升1.2128520.587=9052.94二水平立井提升1.2128520.657=10132.52排水/万m3工 程 量排水/万m3工 程 量二 水 平1202436532.38510-4=3404.31二 水 平1202436532.38510-4=3404.31表4-5生产经营费用项目方 案 一方 案 四运输提升工程量/m单价/元m1费用/万元工程量/m单价/元m1费用/万元一水平石门运输601.20.381229.06601.20.381229.06二水平暗斜井运输- - 16193.520.487772.89二水平石门运输10919.060.3814160.19 - - 二水平立井提升9052.940.85769510132.520.858612.64小 计12084.2516614.59排 水工程量/m单价/元m1费用/万元工程量/m单价/元m1费用/万元二水平3404.310.153520.863404.310.153520.86总 计12605.1117135.455表4-6 费用汇总表 方案项目方案1方案4费用/万元百分率/%费用/万元百分率/%初期建井费用16133.5410016133.54100基础工程费用36592.5710041789.09114.20生产经营费用12605.1110017135.45135.94总费用65331.2210075058.08114.89由对比结果可以看出方案一比方案四的总费用要少14.89，综合经济、技术和安全三方面的考虑，选取最优方案一：立井两水平一、二水平直接延伸（二水平为-550m）作为本矿井的开拓方案。 5 矿井基本巷道及建井计划5.1矿井基本巷道 5.1.1主井井筒立井井筒断面形状有圆形和矩形，我国煤矿一般都采用采用圆形断面。因为圆形断面井筒有利于采用混凝土、料石和锚杆喷射混凝土等永久支护。同时，圆形断面井筒具有承受地压性能好、通风阻力小、服务年限长、维护费用少以及便于施工等特点。本矿井选用圆形断面井筒。矿井共有三个井筒，分别为主立井、副立井、回风立井。本设计矿井井筒穿过的岩层性质主要有砂粘土、卵砾石、粘土、石英砂岩、粉砂岩、细砂岩、泥岩、页岩、砂页岩、砂岩，根据井筒围岩性质，确定井筒支护方式：表土段采用混凝土砌碹；基岩段采用锚喷支护；煤层段采用料石。井筒布置应综合考虑井筒围岩性质、运输方式、通风安全等因素，具体遵循原则如下：(1) 符合煤矿安全规程、煤炭工业矿井设计规范对运输、通风、管线等布置的要求，满足施工需要；(2) 合理使用断面空间，减少井筒工程量(3) 有利于井筒检修、维护、清扫和人员通行安全；(4) 当提升容器发生掉道或跑车事故，对井筒中各种管线或其它设备的破坏应减少到最低程度。根据该设计矿井年产量、提升方式等实际情况，本设计矿井井筒按有关规定布置运输设施及辅助设施，具体说明如下：(1) 主立井位于矿井工业场地，担负全矿井3Mt/a的煤炭运输。井筒内装备两对20t多绳箕斗提升煤炭。井筒断面形状为圆形，直径7.8m，净断面积47.68m2，基岩段毛断面积62.21m2，表土段毛断面积80.12-93.31m2。混凝土砌碹厚500mm，冻结段井壁厚1100mm，充填混凝土厚50mm。井筒支护方式确定为：钢筋混凝土井壁。井筒断面布置如图5-1所示。(2) 副立井位于矿井工业场地，担负全矿井的材料、人员、设备提升兼进风任务。井筒内装备一套5t双层单车罐笼带平衡锤。一套一大罐笼5t双层单车，一个小罐笼。井筒断面形状为圆形，直径8.0m，净断面积50.26m2，基岩段毛断面积66.47m2，表土段毛断面积76.97-86.59m2。混凝土砌碹厚550mm，冻结段井壁厚1200mm，充填混凝土厚50mm。井筒断面布置如图5-2所示。图5-1 主井井筒断面布置图 1：80表5-1井筒特征井 型300万t提 升 容 器两对20t箕斗井 筒 直 径7.8m井 深617m净 断 面 积47.68 m2井 筒 支 护钢筋混凝土井壁基岩段毛断面积62.21 m2钢罐道表土段毛断面积80.12-93.31 m2 图5-2 副井井筒断面布置图 1：80表5-2井筒特征井 型300万t提 升 容 器一套5t双层单车罐笼井 筒 直 径 8.0m一大罐笼5t双层单车井 深 600m一个小罐笼净 断 面 积50.26井 筒 支 护钢筋混凝土及砌碹基岩段毛断面积66.47表土段毛断面积 76.97-86.59(3) 西翼风井位于矿井工业广场，担负整个矿井的回风，井筒直径6.5m，净断面积33.18 m2，基岩段毛断面积44.18m2，表土段毛断面积63.62m2。井深600m，内设玻璃钢梯子间作为安全出口，井筒断面布置如图5-3所示。图5-3 风