采矿工程毕业设计（论文）-红四矿90万ta矿井初步设计（全套图纸）.doc

第一章 矿区概述及井田地质特征11 矿区概述1.1.1 矿区的地理位置及行政隶属关系 全套图纸加153893706红四井田位于红墩子勘查区，属宁夏回族自治区银川市兴庆区管辖。地理坐标介于东经1063333.961063853.24和北纬382704.77383022.05之间。北以第13勘探线为界，与红三井田相邻，南部以批准的坐标连线为界与红二井田相邻，东部以宁夏与内蒙古省界为界。井田西南外侧有（北）京（西）藏和银（川）青（岛）高速公路，并在临河镇有出站口；陶（乐）横（城）公路从井田西侧经过；包（头）兰（州）铁路银川站位于井田西侧约45km处；银川河东国际机场位于井田南侧15km左右。另乡镇与村落间的简易公路、大路与主要公路相连，交通较为便利。1.1.2 地形、地貌本井田地处毛乌素沙漠西南缘，属侵蚀性丘陵地貌，地形高低起伏，局部平缓地段有沙丘分布，地面海拔一般+1105+1280m左右，总体地势为东高、西低，北高南低。地表水系不发育，常年地表径流有井田西侧的黄河及井田南部的兵沟。1.1.3 气候地震等情况井田属中温带半干旱大陆性季风气候，冬季严寒，夏季酷热，昼夜温差悬殊，该地区年最高气温36.0，最低气温-212；年降水量最大1273mm，且多集中在7、8、9月份；年蒸发量最大2722mm；风季多集中在春秋两季，最大风力8级，一般45级，风向多为北风及西北风，且春季有沙尘暴发生；无霜期短，约在5月中旬至9月底；最大冻土深度121cm。根据现行建筑抗震设计规范中附录A的有关规定，本矿井所在地抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.20g。1.1.4供水、电源根据红墩子矿区总体规划，在靠近矿区的临河工业园区规划建一座供水厂，水源取自黄河，处理后专供矿区各煤矿生活、生产用水。根据红四井田煤炭资源勘探报告，本矿井正常涌水量697.71m3/h，经处理达标后可用作矿井生产用水。红四矿井位于银川市东部。根据地质报告提供的资料：西北侧有月牙湖330kV变电所，该变电所装备2台160MVA主变压器。另外本矿井南部有黑山110kV变电所，该变电所装备2台40 MVA主变压器。根据红墩子矿区总体规划矿区将在红四煤矿工业场地附近建设兵沟110/35kV变电所1座，主变容量为363MVA，其2回电源以45.0km的110kV架空线路引自徐家庄330/110/35kV变电所，再从电力公司另一规划项目330kV变电所引1回110kV电源，总共3回110kV电源进线。1.2 井田地质特征1.2.1地层红四井田为全隐蔽含煤区，钻探所及地层自上而下依次有新生界的第四系和古近系渐新统清水营组与古生界的二叠系上统孙家沟组、石盒子组、二叠系下统山西组、石炭二叠系太原组和石炭系上统土坡组。1.2.2构造本井田位于宁夏回族自治区红墩子矿区红墩子背斜东翼，总体构造形态为一走向近南北，向东倾的单斜构造，全井田受双井梁断层切割形成东、西两大地段，其中西部块段为简单的单斜构造，地层倾角818，一般在15左右；本设计设计西部块段。1.2.3煤系及煤层构造1) 煤系本井田含煤地层为石炭二叠系太原组及二叠系山西组，含煤地层总厚8.51m，共含3层煤，从上往下依次为5-2、8、9-1煤，本井田煤层属中厚煤层，结构简单，煤层属稳定性。2) 煤层A 5-2煤位于山西组下部，煤层厚度0.307.67m，平均2.53m；可采厚度0.737.26m，平均2.53m；煤层结构简单，顶板多为粗砂岩，底板以粉砂岩及泥岩为主；煤层对比可靠，下距8煤平均31.10m，属全部可采的稳定中厚煤层B 8煤位于太原组中部，可采煤层厚度0.244.30m，平均3.59m，煤层结构较简单，；顶板多为粉砂岩及泥岩，底板以粉砂岩及泥岩为主；煤层对比可靠，下距9-1煤平均19.25m，属全部可采的稳定中厚煤层。C 9-1煤位于太原组下部，煤层厚度0.693.57m，平均2.39m；煤层结构简单，顶板多为石灰岩及粉砂岩，底板以粉砂岩及泥岩为主；煤层对比可靠，可采煤层主要特征如表1-1。表1-1 可采煤层主要特征表煤层可采厚度（m）最小最大平均下距煤层（m）最小最大平均顶板岩性底板岩性结构复杂程度可采性稳定性5-20.737.262.5319.3436.7331.10粗砂岩粉砂岩及泥岩为主简单全区可采稳定80.703.481.74粉砂岩及泥岩粉砂岩及泥岩为主简单全区可采稳定3.0823.5519.259-10.703.572.39石灰岩及粉砂岩粉砂岩及泥岩为主简单全区可采稳定1.2.4 水文地质1)地表水井田内地表水系不发育，主要为由南向北流经井田西侧的黄河，平水期年流量315亿m3。区内长年地表水还有青土沟、兵沟等，水量很小，由泉、潜水迳流补给，均自东向西汇入黄河；井田南部的兵沟由东南向西北迳流，在兵沟汉墓群附近注入黄河，水流主要受大气降水及古近系泉水补给，流量为218507m3/d，最大流量一般集中在7、8、9月份。双叉子沟、红沟、干沟沟为季节性水沟，其次为坡地、坳谷、洼地的洪流、面流及规模很小的湖塘。地表水常有一定的汇水面积，是潜水迳流、汇集与排泄的通道和场所。鉴于煤系上覆巨厚的古近系粘土隔水层，正常情况下，地表水对矿井开采影响较小。2)含水层（1）第四系孔隙含水层组该含水层以冲洪积的粉土、粉砂为主，厚度约在10m左右，富水性受汇水面积与含水层的厚度和分布面积控制，一般水位埋深115m，富水性很弱，单位涌水量0.040.06L/sm，矿化度0.51.5g/L。正常情况下，该含水层组对矿井开采影响较小。（2） 古近系底部及基岩风化带孔隙裂隙含水层组该含水层由古近系细砂、中砂、粗砂及底部半胶结砂岩砾岩和基岩风化带的不同粒级的砂岩组成。古近系细砂、中砂、粗砂、砂砾岩厚度1.2541.65m，孔隙接触式胶结。砂砾岩分选差，砾径35cm，最大15cm，磨圆度差，泥质钙质半胶结，孔隙发育。含水层累计厚度288.50386.34m。富水性中等。该含水层在煤层露头地区超覆于煤层之上，属间接充水含水层，对矿井开采有一定影响。（3）二叠系孙家沟组、石盒子组裂隙含水层组该含水层由粗粒、中粒、细粒砂岩构成，分选磨圆中等，颗粒支撑，泥、钙质胶结，裂隙欠发育，全区较广泛分布，厚度在40360m左右，含多个子含水层，含水层厚度变化大，单位涌水量0.024150.0578L/sm，该含水层富水性弱，具承压性，属间接充水含水层，若水动力条件发生变化，也可能对矿床开采带来一定影响。（4） 山西组裂隙含水层组该含水层组全区广泛分布，由山西组陆相碎屑岩系的粗粒、中粒、细粒砂岩构成，分选磨圆中等，颗粒支撑，泥钙质胶结，裂隙发育不均匀，钻孔揭露厚度25.6235.94m，含39个子含水层，具承压性。，单位涌水量0.02250.0238L/sm，该含水层为直接充水含水层，对矿床开采有直接影响。（5） 太原组裂隙含水层组该含水层组全区广泛分布，由太原组的海陆交互相的粗粒、中粒、细粒砂岩和石灰岩构成，分选磨圆中等，颗粒支撑，泥钙质胶结，裂隙发育不均匀。钻孔揭露厚度37.6142.32m，含39个子含水层，具承压性。单位涌水量0.00980.0135L/sm，该含水层为直接充水含水层，对矿床开采有直接影响。（6） 奥陶系裂隙含水层该含水层组全区广泛分布，厚度约900m左右。上部岩性为细砂岩、粉砂岩、泥岩及泥质石灰岩，钙质胶结，节理发育；下部岩性为石灰岩，厚层状，致密，可见灰色缓波状泥质条带，裂隙及节理发育不均，含水层富水性差异很大。该含水层埋藏深，与太原组隔有约400m土坡组泥岩、粉砂岩。据红一井田抽水资料：奥陶系克里摩里组单位涌水量0.027L/sm，属间接充水含水层，与含煤地层之间有巨厚层的土坡组隔水层，一般情况下，对井田开采影响不大，但在裂隙发育地段不排除有沟通的可能性。3)隔水层（1）古近系粘土隔水层该隔水层由古近系上部厚层浅红、棕红色粘土、含石膏脉的亚粘土组成，广泛分布，沉积厚度大，一般在80190m，最厚达300m以上，致密，具可塑性，为一良好的隔水层，可阻隔第四系孔隙水、地表水及大气降水对含的补给。（2）二叠系上部隔水层该隔水层在全区广泛分布，位于基岩风氧化带之下，由泥岩、粉砂岩组成。在自然状态下，稳定性、隔水性良好。厚度变化较大，一般20100m，是含与含之间的隔水层。（3）二叠系石盒子组底部及山西组顶部隔水层该隔水层由二叠系石盒子组底部及山西组顶部的泥岩、粉砂岩组成，分布广泛，一般20m左右，在自然状态下，其稳定性、隔水性良好，可阻隔、含间的水力联系。（4）石炭系太原组底部及土坡组顶部隔水层该隔水层由石炭系太原组底部及土坡组顶部的煤层及泥岩、粉砂岩和灰岩组成，分布较广泛，厚度较大，在自然状态下，其隔水性良好，可阻隔含与土坡组含水系统间的水力联系。4) 断层含、导水性本井田断层以正断层为主。断层的含、导水性在不同位置变化较大，尤其是与富水性强的含水层沟通时，对矿井生产安全会影响较大，今后开采过程中应做好断层的探放水工作，以确保安全生产。5) 矿井涌水量根据井田煤炭资源勘探报告，矿井正常涌水量150m3/h；最大涌水量为300m3/h。矿井水文地质类型：按照井田煤炭资源勘探报告，本矿井水文地质类型为中等。按照煤矿防治水规定，本矿井水文地质类型为复杂型。本报告水文地质类型按照复杂型设计。 1.2.5 其它开采条件1) 瓦斯根据红墩子矿区红四井田煤炭勘探地质报告，本井田内各可采煤层瓦斯含量较低，最高瓦斯含量为1.57ml/g，虽然本矿井瓦斯含量低，但相邻的红三矿井田煤炭勘探地质报告提供的资料，可采煤层瓦斯突出多项指标超限，因此，本次暂按煤与瓦斯突出矿井设计。 2) 煤尘本井田可采煤层的煤尘爆炸性测试结果表明：火焰长度为40400mm，抑制煤尘爆炸最低岩粉用量为7095%，煤尘爆炸性指数为2354，因此，可采煤层均有煤尘爆炸危险。3）煤的自燃本井田各可采煤层煤的吸氧量为0.490.62cm3/g（干煤），属容易自燃自燃煤层。1.2.6煤质、煤类及煤的用途本井田可采煤层主要属低水、中灰、高挥发分、低中高硫、低磷、特低低氯、低中氟、中高热值、较难磨中等可磨、中粘结性和较难选的气煤。原煤洗选后可作炼焦配煤、气化原料或燃料等。1.2.7 井田的勘探程度及进一步勘探要求本井田地质勘查工作自1953年开始至2010年勘探结束，在28.9km2范围内共施工各类钻孔71个（含9个水文孔），钻探工程总量69794.97m。并对50个钻孔实施测井工作；同时采测煤芯煤样、煤岩煤样、瓦斯煤样、自燃煤样、煤尘爆炸样、简易可选性样、矸石泥化试验样、岩石物理力学试验样和水样等532件，完成抽水试验9次；还进行地质填图工作，完成三维地震线束28束，获得物理点12062个，满覆盖面积14.50 km2。上述勘查工作，查明了井田的地层层序和含煤岩系的总体构造形态；控制了井田边界构造，详细查明了先期开采地段内落差等于和大于30m的断层，详细查明了初期采区内落差大于等于10m的断层；详细查明了可采煤层的层数、层位、厚度，控制了先期开采地段内各可采煤层的可采范围；详细查明了可采煤层的煤质特征和工艺性能，并划分了煤类；查明了井田的水文地质条件，分析了矿床的充水因素，预算了矿井涌水量；对主要可采煤层顶（底）板工程地质特征、煤层瓦斯、煤尘爆炸、煤的自燃和地温等其它开采技术条件也作了不同程度的研究和评价；基本查明了其他有益矿产的赋存情况；估算了可采煤层的资源量。总体来看，本井田采用钻探、地球物理测井、地震和地质填图等手段进行综合勘查是正确的，确定井田构造为中等、煤层属较稳定是合适的。第 2 章 井田境界及储量2.1 井田境界2.1.1 井田周边情况红墩子矿区属隐伏煤田，红四井田内无小煤窑开采。红墩子矿区红四井田呈南北走向条带状展布，北以第13勘探线为界，与红三井田相邻，南部以批准的坐标连线为界与红二井田相邻，东部以宁夏与内蒙古省界为界，南北长约5.4km，东西宽约2.3km，面积约为12.6km2。煤层平均倾角为15，平均容重1.4t/m3。2.1.2 井田境界确定的依据首先，以地理地形，地质条件作为划分井田境界的依据。其次，要适于选择井筒位置，安排地面生产系统和各建筑物。再次，划分的井田范围要为矿井发展留有空间。最后，井田要有合理的走向长度，以利于机械化程度的不断提高。2.1.3 井田境界，北以第13勘探线为界，与红三井田相邻，南部以批准的坐标连线为界与红二井田相邻，东部以宁夏与内蒙古省界为界。井田走向长度：5.4km；倾向长度： 2.3km；勘探面积： 12.6km2。2.1.4 井田未来发展情况该井田煤层赋存稳定，储量大，随着开采深度的增加，煤层赋存条件好，采用新技术，产量会有较大的提高幅度，随着技术的进步和勘探水平全面的提高，井田范围内探明储量会越来越精确，可能在更深部发现可采煤层。2.2 井田储量2.2.1 井田储量的计算1. 矿井设计的依据矿井工业储量是指井田精查地质报告提供的平衡表内A+B+C级储量，它是矿井设计依据。2. 矿井初步设计应计算以下储量矿井地质储量：勘探（精查）报告提供的储量，包括“能利用储量”和“暂不能利用储量”；矿井工业储量：勘探（精查）地质报告提供的“能利用储量”中的A、B、C三级储量，A、B、C三级储量的计算方法，应符合国家现行标准煤炭资源地质勘探规范的规定；矿井设计储量：矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱，防水煤柱，井田境界煤柱和已有的地面建筑物，构筑物需要留设的保护煤柱等永久性煤柱损失量后的储量；矿井设计可采储量：矿井设计储量减去工业场地的保护煤柱，矿井井下主要巷道及上、下山保护煤柱煤量后乘以带区回采率。2.2.2 保安煤柱1.保护煤柱的留设方法工业场地及主要井巷保护煤柱留设：工业场地保护煤柱留设，在确定地面受保护面积后，用岩石移动角圈定煤柱范围。移动角数值应采用本矿区实测数据或与本矿区条件类似的矿区的实测数据选取。工业场地地面受保护面积应包括受保护对象及围护带，围护带宽度为15m。不包括在工业场地范围内的立井，圈定其保护煤柱时，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。圈定立井保护煤柱时，应根据井筒深度、岩性、用途、煤层赋存条件及地形特点等因素。斜井受保护对象应包括绞车房、斜井井筒及井底车场。井口围护带宽度应为10m。斜井或巷道上方的煤层是否留设保护煤柱，应根据巷道距地表的垂深，巷道所在的围岩性质，巷道与煤层的法线距离等因素确定。斜井或巷道下方煤层，应从巷道保护煤柱边界起，用岩层移动角圈定保护煤柱。断层带及井田境界煤柱的留设：断层带及井田境界煤柱可按照煤炭工业矿井设计规范的要求留设3050m的煤柱宽度来计算。并不是所有的地面建筑物、河流等均须留置保护煤柱，设计时应结合所设计矿井的具体情况和“三下”采煤理论进行分析。2.本井田边界煤柱留设及断层井筒周边煤柱的留设断层带煤柱留设为40m；井田边界煤柱留设为30m；井筒周边煤柱留设为15m。2.2.3 储量计算的方法计算标注以储量管理规程为依据，公式如下：块段储量=块段面积COS(平均倾角)平均厚度容重；矿井设计储量= 工业储量永久煤柱；块段可采储量=（工业储量永久煤柱）设计回采率；回采率要求：厚煤层不小于75%，中厚煤层不小于80%，薄煤层不小于85%；以上计算方法得：井田块段划分示意图见图2-2-1。井田走向长5.4km，倾向长2.3km，共有3个可采煤层，平均煤厚为2.53+1.74+2.39=6.66m，煤的容重为1.4t/m3。煤层平均倾角15。则井田的工业储量=5.42.36.661.4/cos15=119.89Mt1.地质损失：本井田内无断层煤柱损失。2.永久煤柱损失井田边界长度为15.4km田边界保护煤柱损失=15.4306.661.4=4.31Mt3.工业广场压煤损失：工业场地压煤为一矩形区域，面积1183716m3，所以其损失为：11837166.661.4=11.04Mt4.为保护矿井主要大巷，需留设大巷保护煤柱，其损失为:825416.661.4=3.89Mt5.采区之间保护煤柱量106006.661.4=0.16Mt综上，该矿永久煤柱损失量为4.31+110.4+3.89+0.16=19.76Mt井田的可采储量计算公式: 式中： 矿井可采储量矿井工业储量保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留置的永久煤柱 采区采出率，厚煤层不低于0.75；中厚煤层不低于0.8； 薄煤层不低于0.85；地方小煤矿不低于0.7，取0.8。则： =（119.89-19.76）0.8=80.1Mt即该井田的可采储量为80.1t。根据储量诸图、通过等高线块段法计算本井田工业储量为119.89Mt，可采储量为80.1Mt。2.2.4储量计算评价根据矿井服务年限中，能有效利用井巷、地面建筑和机电设备，充分发挥投资的作用。对于矿区均衡生产，大型矿井服务年限长的些会长期稳定地提供煤炭，也能充分地发挥其能力。红四新煤矿的煤层对比可靠，煤层厚度比较稳定，倾角较缓，煤层地板起伏不大，构造控制基本可靠，无火成岩，水文地质条件中等，储量计算可靠。2.3 矿井工作制度、生产能力及服务年限2.3.1工作制度根据设计规范规定：1.矿井年工作日按330天计算；2.矿井每昼夜三班工作，其中两班进行采、掘工作，一班进行检修；3.每日净提升时间16h小时。科学的安排矿井工作制度，能更有效的提高生产，减轻工人工作压力，为安全生产提供基本的保障措施。2.3.2生产能力井田煤炭储量丰富（工业储量为119.89Mt，可采储量为80.1Mt），地质构造及水文地质简单，煤层赋存平缓平均15，煤质优良，具有建设中型矿井的条件。根据地质报告的资料描述，煤层储量丰富，地质构造比较简单，开采条件好，满足集中生产条件，且煤层生产能力大以及煤层赋存深等因素，初步决定采用大型矿井设计。并初步确定三个方案：方案一：建0.9Mt/a的矿井。方案二：建1.2Mt/a的矿井。方案三：建1.5Mt/a的矿井。2.3.3矿井设计服务年限1.根据设计规范，矿井的设计生产能力应为：大型矿井：1.20、1.50、1.80、2.40、3.00、4.00及以上（Mt/a）；中型矿井: 0.45、0.60、0.90（Mt/a）；小型矿井：0.09、0.15、0.21、0.30（Mt/a）；除上述井型以外，不应出现介于两种设计生产能力的中间井型。矿井设计服务年限公式： 式中：矿井设计可采储量，万t； 生产能力， 万t/a； 矿井储量备用系数，K1.31.5；根据本设计矿井实际情况，K值取1.3。方案一：=80.1（0.91.3）=68.46a方案二：=80.1（1.21.3）=51.35a方案三：=80.1（1.51.3）=41.07a分析：根据煤矿安全规程、采矿设计手册中，关于大型矿井设计服务年限不小于40a的规定，确定68.46a为比较合理的服务年限，所以本矿井的生产能力定为0.9Mt/a。第 3 章 井田开拓3.1 概 述3.1.1 井田内外及附近生产矿井开拓方式概述红四新煤矿矿区煤层赋存稳定，无大断层，矿区附近各个矿井井型不同，开拓方式以立井居多。3.1.2 影响本设计矿井开拓方式的因素及具体情况井田开拓方式选择的主要因素包括：井田地质和水文地质条件；煤层赋存和开采技术条件；地形地貌和地面外部条件；技术装备和工艺系统条件；施工技术和设备条件；总体设计和矿井生产能力要求等。井田位于低缓丘陵地带，地处毛乌素沙漠西南边缘，属侵蚀性丘陵地貌，海拔高度+1105+1280m，总体呈东高西低、南高北低。东部较平坦，多沙丘，呈链状分布，且大部被植物固定，有少量随季风流动的垄状及新月状沙丘；西部地形高低起伏不定，为典型的红土冲沟地貌，沟壑发育，地形支离破碎。井田内煤层埋藏深度为+65050m，煤层倾角15左右。其中5-2、8、9-1三层间距基本都在2030m左右，这三层煤的间距均小于50m ，这可联合开采。井田划分阶段时，阶段要有合理的斜长，以利于运输、通风、巷道维护等。上山采用输送机时，辅助提升一般采用一段单钩串车提升，绞车滚筒直径一般不大于1.6m，根据绞车的缠绳量、阶段斜长一般不超过800m。对煤层赋存条件好、生产能力较大的采用滚筒直径2.0m的绞车，有效提升距离可达900余米至1000米。根据以上分析，阶段垂高一般可按下列范围确定：缓斜、倾斜阶段垂高为150250m，急斜煤层100150m，倾角16及以下煤层、瓦斯含量低、涌水量小时，采用上、下山开采相结合的方式。阶段内采区划分一般应考虑沿走向有无大的地质构造变化，如断层、无煤带、倾角变化较大等，若有可利用这些地质变化带作为采区边界。在没有地质条件限制时，采区划分应综合考虑技术经济的合理性，确定最优方案。在毕业设计中，如果不能专题论述时，采区走向长度可参照下列数值确定：综采工作面单翼布置时，走向长度一般不小于1500m，双翼布置时一般不小于3000m；普采双翼采区，其走向长度一般为15002000m；炮采工作面，双翼采区走向长度一般为10001500m。对于顶底板松软巷道难以维护，地质构造复杂或自燃发火期短的煤层，以及装备水平低的的小型矿井，采区走向长度适当缩短。具体划分时，应该使矿井初期开采的采区，尽量布置在井筒附近，应优先考虑布置中央采区的可能性。采用胶带输送机斜井开拓时，初期中央采区上山可利用主、副斜井，以减少井巷工程量；采区一般宜双翼布置。当受地质构造限制，或在安全上有特殊要求时，也可布置单翼采区。综采工作面采区单翼布置有利于跨上山或跨石门连续开采，以减少工作面搬家次数。采区要有合理的区段数目，以保证采区正常生产和工作面接替。在我国目前技术条件下，缓斜煤层可按35个区段选取，倾斜和急斜煤层不少于23个区段。煤层倾角小于15，采用倾斜长壁时，条带斜长上山部分一般为10001500m，下山部分一般为8001000m。煤层倾角在58以下的近水平煤层，宜采用盘区开采。如果煤层层数不多，间距较近，可以用一个开采水平开采所有煤层，盘区上山的长度一般不超过1500m，盘区下山的长度不超过1000m.如果煤层数目多，上下煤层间距又较大，此时开采水平的位置决定着盘区的倾斜尺寸。地质构造（主要为断层）、顶板条件、地形及水文地质条件，矿井生产能力，煤层赋存情况及储量等对矿井开拓方式有较大影响。有三次岩浆侵入活动，其中对煤层、煤质影响较大的是第三纪辉绿岩。单一煤层较少，夹石以含炭泥岩、泥岩、粉砂岩为主。主要可采煤层都是12个自然分层组成；西部及南部较复杂。属于高沼气矿井，有煤尘爆炸的危险。煤层倾角1020之间，平均为15。宜选用立井开拓，便于井筒延伸。根据井田条件和设计规范有关规定，本井田划分为2个水平，阶段内采用采区式进行准备。3.1.3 确定井田开拓方式的原则合理集中开拓布置，简化生产系统，避免生产分散为集中生产创造条件。贯彻执行有关煤炭工业的技术政策，为尽早见煤、提高煤质量、减少投资、降低成本、高效率创造条件。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，尤其是初期工程建设，减少基建工程量，加快矿井建设。合理开发国家资源，减少煤炭损失。必须惯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，创造良好的条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常性保持良好状态。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，自动化创造条件。3.2 矿井开拓方案的选择3.2.1 井硐形式和井口位置1.井筒形式方案比较开拓方式的选择应全面考虑各种因素，煤层赋存和开采技术条件、井田地质和水文地质条件、地形地貌和地面外部条件、总体设计和矿井生产能力要求等；技术装备和工艺系统条件；施工技术和设备条件。开拓方式按照井筒的倾角不同（水平、倾斜、垂直）分为平硐开拓、斜井开拓、立井开拓和综合开拓方式（平、斜、立井中的任何两种形式相结合进行开拓）四种方式。开拓方式依据井筒与煤层位置的不同又有许多类型。立井开拓：适应性很强，可用于各种地质条件，同时在技术上也成熟可靠。一般在表土层厚、煤层赋存深时，应采用立井开拓。斜井开拓：对于表土层较薄、煤层赋存较浅、水文地质条件简单的煤田，一般都可以采用斜井开拓。斜井开拓在各种倾角煤层开拓中都得到了广泛的应用。对上述因素要多方面综合考虑，通过系统优化设计和多方案技术经济比较确定。（1）立井开拓立井的优点：立井的井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利。机械化程度高，易于自动控制。井筒为圆形断面结构合理，维护费用低，有效断面大通风条件好，管线短，人员升降速度快。适用条件：煤层赋存深度2001000m，含水砂层厚度20400m，立井开拓的适应性很强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件限制。技术上也比较可靠。当地质条件不利于平硐或斜井开拓时均采用立井开拓方式。实际情况分析：根据本井田的地表情况，地质构造，煤层赋存等实际情况，本井田煤层赋存最深50m标高，平均煤层倾角15，倾角较小， 立井的井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利。缩短建井工期，满足采用双立井开拓，故此方案在技术上可行。（2）斜井开拓斜井的优点：井筒装备和地面建筑物少，不用大型提升设备。井筒掘进技术和施工设备比较简单，掘进速度快，地面工业建筑，井筒装备，井底车场及硐室都比立井投资少。胶带输送机提升增产潜力大，改扩建比较方便，容易实现多水平生产，并能减少井下石门长度。缺点：在自然条件相同时，由于倾角较小，斜井要比立井长得多。围岩不稳固时，斜井井筒维护费用高，采用绞车提升时，提升速度低，能力小，动力消耗大，提升费用高，当井田斜长较大时，采用多段绞车提升，转载环节多，系统复杂，更要多占用设备和人力。由于斜井较长，沿井筒敷设管路，电缆所需的管线长度较大。斜井通风风路较长，对瓦斯涌出量大的大型矿井，斜井井筒断面小，通风阻力过大，可能满足不了通风的要求，不得不另开专用进风或回风的立井并兼做辅助提升。当表土为富含水的冲积层或流砂层时，斜井井筒掘进技术复杂，有时难以通过。适用条件：煤层赋存较浅，垂深在200m以内，煤层赋存深度为0500m，含水砂层厚度小于2040m，表土层不厚，水文地质情况简单的煤层。井筒不需要特殊方法施工的缓倾斜及倾斜煤层。（一）预提开拓方案根据本矿井的实际情况，现提出四个可行的矿井开拓方案进行比较，先通过技术比较，从中确定二个技术上相当优越的方案，然后对这二个方案进行详尽的经济比较，并综合考虑各种因素，从而确定一个技术上可行、经济上合理的最佳方案。根据本矿井的实际情况，现提出四个可行的矿井开拓方案进行比较，先通过技术比较，从中确定二个技术上相当优越的方案，然后对这二个方案进行详尽的经济比较，并综合考虑各种因素，从而确定一个技术上可行、经济上合理的最佳方案。根据本矿井的实际情况，提出以下四个开拓方案：方案I：立井多水平开拓方案II：主立井，副斜井多水平开拓方案III：斜井多水平开拓 方案IV：立井开拓、斜井延伸 （二）技术比较以上提出的四个方案大巷布置基本相同，都是岩巷布置，开采水平均为2个水平开采。区别在于井筒形式与延伸方式、井筒位置不同，以及部分基建、生产费用不同。方案I和方案II开采水平数目相同，方案I为立井开拓、立井延伸，方案为斜井开拓、斜井延伸，在技术上均可行，但本矿井三层开采煤层均为缓倾斜煤层，平均倾角21，垂高小，需要单水平开采。综合考虑方案I比方案更合理。根据煤矿工业矿井设计规范和本矿井的实际情况，四个方案在技术上都可以采用。方案II主立井、副斜井一水平开拓，方案IV主斜井、副主井单水平开拓，井筒相距过远，且两个井筒均压煤，造成部分煤层的损失，在技术可行，但在部分基建、生产费用上就高于方案I和方案III，所以不予以重点考虑。各方案的优缺点见表3-2(见下页)。 表3-2 各方案优缺点方案优点缺点方案I立井多水平开拓1 主、副井均为立井，立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，2 在采深相同的条件下，立井井筒短，相应的管缆敷设长度短，提升速度快，提升能力达，对辅助提升特别有利；3井筒断面大，能下放外形尺寸较大的材料与设备；4 井筒支护条件好，且易于维护；5井筒通风断面大，通风阻力小，允许通过的风量大，有利于矿井通风6 在深矿井开拓中，立井的优点最为明显。1 立井井筒掘进技术和施工设备较复杂，掘进速度慢，开凿费用高，基建投资大；2 立井延伸比较困难，对生产能力干扰大方案II主立井、副斜井多水平开拓1系统简单，基建工程量和投资少，建设工期短，见效快2 加大辅助提升能力 可以扩大矿井生产能力。1 工业广场和斜井井筒大量压煤；2 地面工业广场布置分散；3 斜井井筒较长，增加了掘进量；4 井筒长，通风阻力较大通风困难，斜井维护费用高；5 要留多的保安煤柱，煤柱损失量大。6 适合于开采赋存不深的近水平的小型矿井方案III斜井多水平开拓1 井筒掘进技术和施工设备比较简单，掘进速度快；2 地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比较简单，一般无需大型提升设备，3 同类井行的斜井提绞车也较立井需用的绞车型号小，因而初期投资较少，建井期较短；4 立井开拓时较短；因而掘进石门的工程量和岩石门的运输工作量较少，延深斜井井筒的施工较方便,对生产的干扰少。1 斜井井筒要比立井长得多，通风阻力较大；2 斜井维护费用高，提升速度慢，提升能力小，提升费用高。方案IV主井开拓、斜井延伸开拓1 可以充分发挥主辅提升能力、系统简单、通过风量大、技术经济效果好。1 工业广场和斜井井筒大量压煤；2 地面工业广场布置分散；3 斜井井筒较长，增加了掘进量；4 井筒长，通风阻力较大通风困难，斜井维护费用高；5 要留多的保安煤柱，煤柱损失量大。6适合于大型矿井的开拓方式。（三）经济比较经过技术比较后，现在只对方案I和方案III进行经济比较。在对两种方案进行经济比较时，两个方案相同或基本相同的部分不参与比较，如三种方案的回风井及回风大巷设计都一样，故不参与比较；两种方案设计的井底车场的巷道布置及基建费用基本相同，故不参与比较；两种方案的井筒及水平运输大巷均布置在岩层中，维护费用不大，故不参与比较。下面对两种方案要分别对井巷工程量、基建费和生产经营费进行详细的经济比较，以便确定最优方案。主要基价 图3-3项目井筒断面大 小支护形式岩性支护厚度等额编号基价/10m注备主立井表土段直径5m钢筋混凝土砌壁表土6000061103821冻结法施工主立井基岩段直径5m混凝土砌壁中硬岩400038764681副立井表土段直径6m钢筋混凝土砌壁表土6000069124151冻结法施工副立井基岩段直径6m混凝土砌壁中硬岩400040183999石门S12混凝土砌碹中硬岩250242930204 参照平硐主斜井表土段S14粗料石砌碹表土415434232077主斜井基岩段S14混凝土砌碹中硬岩 250386338679副斜井表土段S18粗料石砌碹表土415439342295副斜井基岩段S18混凝土砌碹中硬岩300391150802 方案一 图3-4项目数量/10m基价/元费用/万元费用/万元基建费用主井开凿表土段6.610382168.52611.84基岩段84.064681543.32副井开凿表土段6.412415179.45785.04基岩段84.083999705.59一水平石门岩巷47.830204144.37322.27二水平石门岩巷58.930204177.90小计1719.15生产费用立井提升系数煤量/万吨提升高度/km基价/元费用/万元第一水平1.228390.7891.64300.74第二水平1.237851.0791.67841.30排水涌水量/m时间/h服务年限/年基价/元费用/万元1008760520.412142.04石门运输系数煤量/万吨运距/km基价/元费用/万元第一水平1.228390.5000.4681.36第二水平1.237850.570.41035.57小计15681.45合计17400.6 方案二图 3-5项目数量/10m基价/元费用/元费用/万元基建费用主井开凿表土段6.6103821685218.6860.84基岩段73.7646814766989.斜井段81.6386793156206.副井开凿表土段6.6124151819396.61027.785基岩段44.2839993712755.斜井段113.1508025745706.一水平石门岩巷55.7302041981382.168.23小计2056.85生产费用立井提升系数煤量/万吨提升高度/km基价/元费用/万元第一水平1.228390.8131.64431.56斜井提升1.237852.1740.424147.20排水涌水量/m时间/h服务年限/年基价/元费用/万元1008760520.41822.08石门运输系数煤量/万吨运距/km基价/元费用/万元第一水平1.228390.6560.5001117.34小计11518.18合计13575.03方案三 图3-6项目数量/10m基价/元费用/元费用/万元基建费用主井开凿表土段0.813207725.98576.76基岩段142.438679550.78副井开凿表土段0.814229534.25757.67基岩段142.450802723.42小计1334.43生产费用斜井提升系数煤量/万吨提升长度/km基价/元费用/万元第一水平1.228391.029 0.421472.35第二水平1.237851.4240.422716.47排水涌水量/m时间/h服务年限/年基价/元费用/万元1008760520.41822.08小计6010.9合计7345.43方案四 图3-7项目数量/10m基价/元费用/万元费用/万元基建费用主井开凿表土段8.410382187.20766.31立井基岩段99.864681645.51斜井基岩段104.032077333.6副井开凿表土段7.84229532.99537.96基岩段99.450802504.97一水平石门岩巷53.8330204162.58162.58小计1446.85生产费用暗斜井提升系数煤量/万吨提升高度/km基价/元费用/万元第一水平1.228390.740.421008.41第二水平1.237851.040.421983.94排水涌水量/m时间/h服务年限/年基价/元费用/万元1008760520.41822.08石门运输系数煤量/万吨运距/km基价/元费用/万元第一水平1.228390.7600.4871.50小计5685.93合计7321.65因而综合经济技术因素，认为方案比方案优越。经过综合考虑多方面因素选用方案作为本矿井的开拓方案，即多水平立井开拓，主井用多绳箕斗提升，副井用单绳罐笼作为提升运输，所以综合以上技术经济比较，确定矿井开拓方式为多水平立井开拓的开拓方式（井筒位于井田走向中央）。 2.井口位置在选择开拓方式的同时，就要考虑井口的位置，井口位置的选择也是井田开拓的一项重要组成部分。根据本井田情况，应在井田走向方向的储量中央或靠近中央位置使井田两翼可采储量基本平衡，这样可使走向运输大巷的运输费用最低，同时在生产中能保持两翼均衡生产和带区的正常接续，而且巷道维护、通风等费用也相应降低。当因为地面、井下地质，水文等因素影响，需要偏离中央位置时，在条件允许下要少偏离，尽量避免井筒偏于一侧，形成单翼生产的不利局面，特别是第一水平两翼可采储量的平衡问题，要认真考虑。在开拓方式和井口位置选择的时候，一定要与初期移交达产带区的位置及其接续统一考虑。初期带区要选择在地质和水文条件好、煤层储量丰富、勘探程度高、地面无建筑物或少量易迁建筑物，便于迅速达产和增产的地区，同时尽量靠近井田中部。井筒应靠近初期移交、达产带区。井筒建设到底时，巷道掘出井筒场地保护煤柱后即可掘进准备带区和工作面，使基建工程量少和贯通连续工程短，达到投资少，建井工期短的好效果。在井田倾斜方向上，因为本设计采用两水平开拓，所以在考虑各水平石门工程量总和小的同时，应首先考虑第一水平的开采，然后兼顾其他水平。井筒与井底车场及主要运输大巷位置的选择统一考虑。如果，采用单水平开采时考虑工作面倾斜长合理的长度，井筒与运输大巷靠近，与井底车场形成一体，尽可能不搞石门。井筒应尽量避开或少穿地质及水文复杂的底层或地段。同时将井底车场置于地质和水文条件好的稳定岩层中，并注意不受底部含水层承压水威胁。尽量减少井筒及工业场地煤柱数量，特别是少压或不压前期开采条件好的煤层。有条件时可放在无煤带和煤层无开采价值的地带。（2）井筒应建在比较平坦的地方。在山区、丘陵地带要结合地面生产系统充分利用地形尽量减少建设工程量。井口应满足防洪设计标准。井口要避开地面滑坡、岩崩、泥石流、流砂等危险地区。井口及工业场地位置必须符合环境保护的要求。工业场地要尽量少占或不占良田。井口位置要与矿区总体规划的交通运输、供电、水源、居住区、辅助企业等布局相协调，使之有利于生产，方便生活。3.2.2 开采水平数目和标高1. 开采水平是运输大巷及井底车场所在的位置及所服务的开采范围。开采水平的划分是以水平垂高来表示的，水平垂高是指该水平开采范围的垂高。合理的水平垂高的要求：要具有合理的阶段斜长，合理的区段数目，要有利于带区的正常接替，保证开采水平有合理的服务年限及足够的储量，经济上有利的垂高。见表3-2。实际情况分析:根据以上各方面原因及本井田的实际情况，当选择一个水平，阶段时斜长过长，不利于开采和运输，选择三个水平斜长又过短，搬家频繁，浪费时间，所以选择两个水平，三个阶段最适合，现确定水平划分方案如下表3-3。表3-2 矿井的阶段高度（m）井型开采缓斜煤层的矿井开采倾斜煤层的矿井开采急倾斜煤层的矿井大、中型矿井2003502003501002502. 水平划分方案比较表3-3 水平划分方案比较表（m）方案方案一方案二方案三水平数目122水平标高350350，100400，100方案分析在+700-150之间斜长大，开采困难，难于运输斜长适合，利于接续，比较合理两水平之间斜长小，搬家频繁，不利开采比较结果选择方案二比较合理根据以上方案比较：本设计矿井采用；两个水平，一水平标高为+350m，二水平标高为+100m。矿井开拓方式为双立井开拓。水平划分见图3-1。图3-1 水平划分示意图3.2.3 开拓巷道的布置开拓巷道布置方式的选择：按照煤层的数目和间距，大巷的布置方式分为单煤层布置，分煤组集中布置和全煤组集中布置。采用分组集中运输大巷时，各煤层（组）间用采区石门联系。当煤层倾角太大时，层间联系也可用溜井或斜巷。集中运输大巷适用条件：适于煤层层数多，层间距不大的矿井，井田走向长度大，服务年限长，下部煤层底板有坚硬岩层，容易维护，煤质牌号相同，不要求分采分运，自然发火不严重，便于分区，分段处理事故，带区尺寸大，石门长度短。根据本设计实际地质情况，三层煤层数多，层间距不大，井田走