沈阳煤业集团苏家屯矿新井设计毕业论文.doc

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）沈阳煤业集团苏家屯矿新井设计毕业论文1 矿区概述及井田特征1.1 矿区概述1.1.1 交通位置井田位于辽宁南部，红阳煤田西部即苏家屯与辽阳灯塔市的接壤部位，其地理位置坐标为东经1231012317，北纬41254136，行政区划属沈阳市苏家屯红菱乡和辽阳灯塔市柳条寨管辖。井田内无铁路及主要公路通过，距长大铁路9km，北距沈阳站25km。南距辽阳站35km，沈大公路从井田东侧通过，距井田中心部位约6km，井田内各村镇均有公路相通，交通较便利。具体见图1-1-1苏家屯矿区交通位置图1.1.2 地形地貌位于辽河平原东部，浑河及沙河冲击扇的前源与河间地接壤地带，地势平坦，东北略高，西南稍低，及稍向西南倾斜，坡度约0.06%。标高为+26+20m。井田局部地区地面低洼，地下涌水出表面常出现一些沼泽地分布在井田西部。1.1.3 气象条件极端最低气温：-30.6C极端最高气温：38.3C年平均气温：7.7C最大冻结深度：1.26m结冻时期：每年11月至次年4月多年平均降雨量：686.3mm最大风速：2.8m/s常年主导风向：西南风1.1.4 矿区地震震级与勘探程度本区位于华北地区辽南地震十度带内，据最早地震记载始于1765年沈阳5.5级地震。至1975年2月4日海城7.3级地震止，共发生大于4.8级浅源地震十次，其特点：震中位置呈带状分步，强度大，频率高。根据设计要求，目前已经探明-1000m以上地质构造形迹展布和煤层赋存形态以及煤种分布规律。1.2 井田及其附近地质特征1.2.1地层层序及矿床特征红阳煤田沉积于上古界石炭二叠系，其中可采煤层4个，分别为3、7、12-1、12-2煤。地层层位关系见表1-2-1 地层层位关系表（由老至新）及图1-2-1 井田综合柱状图特征奥陶系中统马家沟组（02）岩层以深灰，灰褐色厚层石灰岩，白云质灰岩为主，总厚约400m。石炭系中统本溪组（C2）平行不整合覆盖于马家沟组之上，按岩性可分上下两段，总厚度150m，下段以紫色黏土质泥岩为主，夹灰绿色砂岩，粘土岩及黑色泥岩，底部为山西式铁矿及G层耐火黏土。下段由5-7层薄层灰岩和浅灰绿色砂岩，黑色粉砂岩互层组成。石炭系上统太原组（c3）岩性组合特征可分为：底部砂岩段，下部含煤段，中部砂岩段和上部黑色泥岩夹薄层灰岩段，本组厚85m。二迭系下统山西组(P1),该组亦为本区主要含煤地层之一，含煤七层（层号1-7）。其中三煤为局部可采，七煤为主要可采煤层，岩性主要由灰色，灰黑色中细粒砂岩，粉砂岩和泥岩互层，夹黏土岩及煤层组成，并夹一层海相泥岩，本组厚110m。二迭系下统石盒子组（P2）按岩性组合特征以中部B层黏土岩为界分上下两段，总厚230m。二迭系上统上石盒子组（P2）下部厚度50-80m，上部厚300-500m，该组总厚400左右。二迭系上统石千峰组（F22）以紫红色砂岩为主，具交错层理，岩层面含泥岩扁平砾，厚度大于98m。侏罗纪上统大明山组（J3）本组地层不整合超覆沉积在上古生界不同层未之上，可分三段，厚度小于1000m。第三系由黄褐色，灰绿色泥岩，砂岩，沙砾岩组成，胶结比较疏松。呈半成岩状态，偶夹薄层本质褐煤，分布于井田西部，厚度0-57m。第四系（Q）主要为冲积洪积相及河漫相，湖沼相堆积，由砂，沙砾，砾石夹少量黏土，亚黏土，亚砂土，及淤泥组成，总厚度115-119m。表1-2-2 苏家屯矿区煤层赋存结构特征描述表项目层别厚度(m)层间距(m)赋存情况顶底板岩性煤层结构特征稳定性可采性顶板底板3煤4.31452024稳定可采泥岩砂岩泥岩煤层结构简单7煤4.96稳定可采砂岩粉砂岩细砂岩煤层结构简单12-1煤4.72稳定可采泥岩细砂岩煤层结构简单12-2煤4.48稳定可采泥岩细砂岩煤层结构简单1.2.2 地质构造红阳煤田区域构造位于新华夏系第二巨型沉降带中，下辽河断陷带的东坡和东西向太子河坳陷带复合部位。本井田位于张良卜倾伏背斜南翼，林盛堡向斜西翼中段，区内北东向和北西向两组张性断裂同属于新华夏系低级别的共轭断裂，北东向早于北西向断裂。井田为一轴向北东35-40度，向南西倾伏，西翼宽缓东翼窄陡的不对称宽缓倾伏背斜。背斜轴倾角3-7度地层倾角一般为4-8度，地层走向受倾伏背斜控制，呈半环型，向西、西南、南、东南倾斜，形成宽缓的扇形分布。1.2.3 岩浆活动本区岩浆活动主要有两期。一期为燕山期，呈多次间歇，喷发之火山岩，构成本区上侏罗统大明山组地层中段覆盖在石炭二迭地层之上，一般对煤层煤质无影响，但在7勘探线1032号钻孔所见煤系地层环状断裂内被裹有大量煤系地层角砾的安山岩凝辉岩充填，局部对煤质也无影响。另一期为喜山期基性浅层侵入岩及挥绿岩，该挥绿岩以断层为通道，多沿煤层或较软弱地层呈岩床和岩脉分别侵入到煤系地层和煤层中，不同程度的破坏了煤层，在本区多个钻孔之见煤，分布范围在东北区，西区，和西南区和南区，尤其在井田处东北区辉绿岩对煤层的破坏极为严重。轻者为天然焦，重者被吞噬。1.2.4 水文地质井田内无大的河流，只有沙河从北向南流经井田东缘，河床高10-15米，水深1-2米雨季最大流量990/s,水量随着季节变化。向南流入太子河，井田内有一些农田水渠，地表水丰富，潜水面一般在2米左右，地下水源充足。1.3 煤质及煤层特征1.3.1 煤质本井田煤种分布的特点是由北向南变质程度逐渐曾高，井田内煤钟依次为焦煤，瘦煤，贫瘦煤，贫煤，无烟煤五种，焦煤、瘦煤、瘦煤可为鞍钢，本钢炼焦用煤，贫煤，无烟煤作为动力用煤。1.3.2 煤层特征井田内采煤层4个。各煤层都是隐伏煤层，在北部均有一条风氧化带，根据勘探情确定：本井田属于有瓦斯和煤尘爆炸危险的 矿井。局部区域瓦斯相对涌出量为25/t。经采样实验鉴定、，本煤层为有可能自燃发火煤层，自燃倾向等级为三级，本矿井恒温带深度为25m，温度为9.8，井田内全孔平均地温梯度为3.087/100m，煤系地层地温梯度为3.27/100m。本区地温属于基本正常情况下的热害区，-850m水平以下属于二级热害区，岩温大于37，-850m水平以上为一级热害区，岩温3137。1.3.3 地质勘探程度以及存在的问题1.3.3.1 地质勘探程度井田内主要褶曲，落差大于30m的断层已控制，可采煤层对比清楚，结果可靠。煤层厚度、结构已经查明。岩浆活动、沼气、煤尘、煤的自燃、地温、水文地质等情况基本查明，煤质分析及其煤种划分可靠，可以作为设计依据。1.3.3.2 存在的问题及要求a、 关于煤与瓦斯突出资料，缺少瓦斯压力，煤层透气性系数、突出性指标等资料b、 建议勘探部门对于封孔质量进行全面核实，凡在首采区第四系层段封闭不良钻孔，要启封重新封闭，以策安全。2 井田境界及储量2.1 井田境界2.1.1 井田的边界本井田以、断层作为南部境界，以煤层露头线为北部境界。以经线21520800作为东部境界，以-1000m标高作为西部境界。全区走向长约4km，倾向长3km，面积约12。2.1.2 边界煤柱的留设井田内留有工业广场保护煤柱、井田境界保护煤柱、断层煤柱。井田南部以断层为界留设30m保护煤柱，其余境界留设20m保护煤柱。另外，井田内断层两侧各留设30m保护煤柱。2.1.3 边界的合理性在本井田的划分中，充分的利用到自然条件，即利用断层划分井田，使断层的保护煤柱成为采区的边界，这样既降低了煤柱的损失，也减少了开采技术上的困难，同时本井田的划分使储量与生产相适应，矿井生产能力与煤层赋存条件、开采技术装备条件相适应，井田有合理的尺寸，阶段垂高满足设计规范的要求，走向长度大于倾斜长度，使矿井的开采有足够的储量和足够的服务年限，避免矿井生产接替紧张。这种划分方法合理地规划矿井开采范围，处理好与相邻矿井之间的关系，浅部和深部划归邻矿开采，避免了浅部和深部形成复杂的接茬关系，给开采造成困难。因此，从以上来看，本井田的划分是合理的，也就是说本井田设计的边界是合理的。2.2 井田储量2.2.1 储量计算原则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。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 井田的工业储量根据储量计算公式： （2-1）式中：矿井的工业储量 t 井田面积 M可采煤层总厚度 m 煤的容重 1.4t/ 所以，=2500004518.471.4/=2.8亿吨2.2.3 井田的地质损失，永久煤柱损失2.2.3.1断层损失井田内断层落差较大，因此断层的每一侧都留设30米的断层保护煤柱。经计算，断层煤柱损失为535.2万吨。2.2.3.2 境界煤柱损失井田南部境界以、断层作为自然境界，靠井田一侧留设30米煤柱，井田东、西、北部境界靠井田一侧留设20米煤柱，经计算，境界煤柱损失为745.3万吨。2.2.3.3 广场煤柱损失由设计规范规定：大型矿井工业场地占地为0.81.1公顷/10万吨，所以本矿井的工业场地面积为：S=240.83=20公顷，依据井田形状选择500 m400m的长方形。经过计算，工业场地煤柱损失为1824.6万吨。本矿井采用立井开拓，井筒保护煤柱在工业场地压煤范围之内，边界风井在井田之外，故没有井筒压煤损失。2.2.3.4 全矿采区回采率 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=0.75 （2-2）四、矿井的可采储量矿井可采储量=（工业储量永久煤柱损失量）采区回采率=（A+B+CP）k （2-3）矿井可采储量见表2-2-1 单位：万吨项目工业储量永久煤柱损失量开采损失总损失量可采储量断层广场边界总计储量28481535.21824.5745.331050.75944919032比例1002631133673 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度3.1 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，设计认为矿井的生产能力确定为240万吨/年不仅是可行的，也是合理的，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，保有工业储量为44874.29万吨，按照240万吨/年的生产能力，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，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，瓦斯含量低，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。区内公路交通便利，有沈大、长大铁路通过。4、具有先进的开采经验近年来，“高产高效”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高产高效矿井。矿井的生产能力为240万吨是可行的、合理的。 3.2 矿井的服务年限可以用下列公式计算： （3-1）式中：T矿井的服务年限 单位：年A矿井年产量 万吨K储量备用系数 1.31.4本矿井地质构造简单，因此k取1.3矿井设计服务年限：T=63由设计规范第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60年。本矿井的服务年限为63年，符合设计规范规定。3.3 矿井的一般工作制度根据设计规范第2.2.3条，矿井的年工作天数为300天，每天竟提升时间为14h。我国新建矿井移交生产时的标准达到设计年产量的60，建井工作结束正式进行生产。从开始生产到达到设计生产能力的时间，称为产量递增时期（），本矿井的设计生产能力为240万吨/年，产量递增期为一年，达产以后为正常生产期（），本矿井报废以前有一段时间产量逐渐下降直到最后结束的这段时间，称为减产期（）。矿井的总生产时间 T=+=1+63+3=67a4 井田开拓4.1 井筒形式及井筒位置的选择4.1.1 井田地质、地形对选择井筒形式的影响本矿井地处辽河平原，系古生界石炭二迭纪煤层，埋藏较深，煤层露头隐伏，倾角68，煤系地层上部覆盖有厚约300800m的中生界地层，再上为厚约110190m第四系强含水层，导水性很强。根据设计规范第3.1.4条，煤层埋藏较深，表土层较厚，水文地质条件复杂及主可采煤层赋存比较稳定，储量比较丰富等特点，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：由于煤层的走向长度较大，井型大、地温高，因此矿井的通风方式选择中央边界式。井筒有主井、副井、风井三个。4.2.2 位置4.2.2.1 对井田开采有利的井筒位置a、倾斜方向的位置从保护井筒和工业场地煤柱损失看，愈靠近浅部，煤柱的尺寸愈小；愈靠近深部，煤柱的损失越大。因此，井筒沿倾斜方向应位于井田中上部。B、走向的位置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，以此形成两翼储量比较均衡的双翼井田。应该尽量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采的不利局面。i. 井筒设在井田中央，可以使沿井田走向的运输工作量小，而井筒偏于一侧的相应井下运输工作量较前者大。ii. 井筒设在井田中央时，两翼分配产量比较均衡，各水平两翼开采结束的时间比较接近。iii. 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。4.2.2.2 对掘进和维护有利的井筒位置为使井筒的掘进和使用安全可靠，减少掘进的困难及方便维护，应该使井筒穿过的岩层及表土层有较好的水文、围岩和地质条件。4.2.2.3 便于布置工业场地的井筒位置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。综上所述，主、副井位置选择见开拓图。井筒断面图见图4-1-1、4-1-2、4-1-34.3 根据以上选择的井筒，列井筒特征表4-1-1井筒名称井筒用途断面尺寸（）长度（m）直径（m）标高（m）井筒位置的坐标XYZ主井运煤 32.29236.523-900副井进风、行人38.59237.023-900风井回风13.67234.523-700主井断面图副井断面图风井断面图4.2 开采水平的设计4.2.1 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，称为“开采水平”，简称水平。水平高度是指该水平开采范围的垂高。若一个水平只开采上山阶段，阶段的垂高就是水平的垂高；若一个水平开采上下山各一个阶段，水平垂高就是这两个阶段的总垂高。本设计矿井垂直方向上开采范围是-700-1000m煤层，垂高为300m，煤层倾角49，属于缓倾斜煤层。根据设计规范第3.3.1条，缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高为150250m。本矿井采用立井单水平两阶段开拓，开采水平确定在-900m标高，阶段高度分别是200m和100m。现根据以下因素分析确定阶段高度的合理性a、开采水平的储量和服务年限根据设计规范第2.2.5条，开采缓倾斜、倾斜煤层的大型矿井，第一水平的服务年限一般应在30年以上。本井田若采用两个水平开拓，则导致阶段垂高过小，再加上工业场地的压煤损失，一水平远达不到30年的服务年限，从而导致矿井的延伸工作频繁，吨煤成本增加。当一个水平开采两个阶段时，可以用下式计算阶段垂高 （4-1）式中：H阶段垂高，单位： 米；T水平服务年限， 年；A矿井设计年产量，吨；K储量备用系数，取1.4；A阶段内煤层平均倾角，度；M阶段内煤层累计厚度，米；r煤的容重， 1.4 t/；C采区回采率，0.70.85；2一个水平上、下山开采时的阶段数b、矿井生产技术上的合理性由于设计矿井的煤层倾角小，可考虑条件适宜的块段采用倾斜长壁采煤法布置工作面。根据设计规范第3.3.4条，采用倾斜长壁布置，上山部分倾斜长度宜为1.01.5，下山部分倾斜长度宜为0.71.2，用-900m水平开拓符合上述规定。4.2.3 设计水平的巷道布置4.2.3.1 运输大巷的布置方式运输大巷的布置方式有三种：中央贯穿石门分层运输大巷；集中运输大巷采区石门；中央贯穿石门分组运输大巷现将三种大巷布置方式的示意图，分列如下：大巷布置方式示意图根据设计矿井的煤层间距、赋存情况，现提出两种大巷布置方式并对其做技术经济比较：方案分层大巷布置；方案集中大巷布置。首先对两方案进行技术比较如下：表4-2-1 方案技术比较表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，建井期长从技术比较来看，两个方案都是可行的，现对其进行经济比较，具体见表4-2-2，4-2-3表4-2-2 基建费用比较表项目方案方案差额斜巷长度13003600-2300单价，元/10米54605460总费用7098001965600-1255800表4-2-3 巷道维护费用表比较项目方案方案差额岩巷单价，元/米2020岩巷长度13003600-46000煤巷单价，元/米100100煤巷长度146009800480000虽然两方案在技术上都是可行的，但从上面的经济比较结果看，方案比方案节省821800元的经济投入，因此，本设计采用方案。4.2.3.2 大巷的位置本矿井可采煤层有四层，即3、7、12-1、12-2煤。胶带运输大巷布置在3煤中的-800水平，轨道大巷也是沿煤层布置，两巷道间距45米，回风大巷设在-650米。4.2.3.3 大巷的用途及规格a、运输大巷承担运煤任务，在运输大巷内布置带式输送机；轨道大巷承担运料、通风、行人的任务，用单轨吊将材料运到工作面，从而实现了从大巷到采区、工作面辅助运输的连续性。B、大巷的规格：因为大巷的服务年限都比较长，所以都采用锚喷支护，具体规格及其支护参数详见大巷断面图4-2-3、4-2-4、4-2-54.3 采区划分及开采顺序4.3.1 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，我国矿井实际的采区倾斜长度多为6001000m，双翼采区的走向长度可达10002000m，根据设计矿井特点：煤层赋存稳定、倾角小、井田内没有大的断层。因此划分采区是着重考虑技术经济因素，共划分为5个采区。详细情况见表4-3-1 采区划分明细表 以及矿井开拓平面图表4-3-1 采区划分明细表项目走向长度（m）倾斜长度（m）煤层厚度（m）采区边界南一采区 210020004.31南部 、断层北部 7600纬线西部 21518800经线东部 21520800经线南二采区2000100018504.31南部 断层北部 6800纬线西部 -1000m标高东部 21518800经线北一采区200020004.31南部 煤层露头北部 7600纬线西部 21518800东部 21520800北二采区2000100018504.31南部 6800纬线北部 断层西部 -1000m标高东部 21518800北三采区13006004.31南部 断层北部 煤层露头西部 断层与露头交汇处东部 215188004.3.2 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。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。采区：由井田中部采区向井田两翼开采，即采区前进式；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采区两翼向采区上山推进，即工作面后退式4.4 开采水平与回风水平井底车场形式的选择4.4.1 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、通讯、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：a、车场的通过能力要比矿井的生产能力有30以上的富余系数，有增产的可能性；b、调车简单，管理方便，弯道急交叉点少；c、操作安全，符合有关规定，规范要求；d、井巷工程量小，建设投资省，便于维护，生产成本低；e、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，本矿井选择卧式环行井底车场，具体线路见矿井开拓平面图4.4.2 车场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。4.4.2.1主井煤仓及装载硐室：根据设计规范规定，矿井的煤仓容量为 （4-1）式中：井底煤仓容量；矿井日产量0.150.25备用系数，大型矿井取小值则井底煤仓容量=0.158000=1200t煤仓选择为立式煤仓，结构见图4.4.2.2 中央变电所及中央水泵房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，具体布置见开拓图4.4.2.3 火药库根据设计规范规定，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60米，距离硐室不小于100米，结合井底车场的实际位置，采用容量2400公斤的壁槽式标准火药库，火药库独立通风，回风直接引入总回风大巷。4.5 开拓系统综述4.5.1 开拓方式本设计矿井采用“立井单水平、主斜巷分煤层大巷、走向与倾斜长壁相结合”的开拓方式。采用立井开拓，共3个井筒，主箕斗立井、副罐笼立井、边界风井，采用中央边界式通风方式。矿井开采水平在-900m标高位置，矿井正常生产时，一个采区一个综采工作面保证年产量。4.5.2 运输系统移交生产时，只有南一采区生产。运煤系统：工作面出煤区段运输顺槽运煤上山采区煤仓运输大巷皮带斜巷井底煤仓从主井提到地面排矸系统：掘进巷道时所出的矸石用单轨吊沿轨道斜巷运到井底车场，然后从副井提至地面运料系统：副井井底车场轨道斜巷轨道大巷轨道上山回风顺槽使用地点4.5.3 通风系统新鲜风流副井井底车场轨道斜巷轨道大巷轨道上山运输顺槽工作面污风回风顺槽轨道上山采区回风石门回风大巷风井排出地面4.5.4 排水系统本矿井运输大巷的坡度为4，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。4.5.5 井筒生产时井巷开凿位置及工程量4.5.5.1 移交生产时井巷开凿的位置在本矿井设计中，全矿的年产量由一个综采工作面保证，移交生产时，皮带斜巷与轨道斜巷掘进到顶煤层即停止掘进，煤层大巷掘进到首采区（南一采区）煤层上山处然后掘两条2025米的煤层上山。4.5.5.2 初期开拓工程量 初期移交工程量是指移交生产时掘进的各类巷道、硐室、井筒等为生产服务的设施总的掘进体积，初期移交开拓工程量具体见下表4-5-1名称长度（m）掘进断面（）掘进体积（）主井92337.434520.2副井92344.240796.6井底车场15152轨道斜巷40814.665981.28皮带斜巷40814.665981.28运输大巷51014.667476.6轨道大巷51014.667476.6回风大巷108014.6615832.8轨道上山201013.326733运输上山201014.829748回风顺槽108013.314364运输顺槽108014.815984开切眼190152850合计5 采准巷道布置5.1 设计采区的地质概况及煤层特征5.1.1 采区概况设计采区为南一采区，是井田南部的首采区，采区可采煤层为3煤，煤层倾角平均7，属于缓倾斜煤层，采区内地质构造简单，无断层，煤变质程度高，煤质好，瓦斯相对涌出量为25/t。发火期短，热害问题严重，为开采带来一定困难，煤层顶底板稳定。5.1.2 采区范围及工业储量采区范围及其尺寸具体见表4-3-1 采区划分明细表采区工业储量=2654.96万t采区边界煤柱损失量万t 采区可采储量万t5.1.3 采区生产能力及服务年限5.1.3.1采区生产能力A采区生产能力的基础是采煤工作面生产能力，而采煤工作面的产量取决于煤层厚度，工作面长度及推进度。一个采煤工作面日产量 （5-1）式中：工作面单产，吨/日L 工作面长度，米日推进度，米采高，米r 容重C 工作面的回采率，93%所以，=1904.311.40.937.2=7676.7同时考虑8%的掘进出煤，则采区生产能力为： A=3001.1=253 万吨/a5.1.3.2 采区服务年限T=E/A （5-2）式中：E可采储量，万吨 A平均生产能力，万吨/年则采区服务年限为：5.2 采区形式、采区主要参数的确定5.2.1 采区形式按照煤层群开采的联系为单层准备，即各煤层独立布置开拓巷道和准备巷道，煤层倾角平均为，瓦斯突出、顶底板均无较大涌水，根据煤层赋存条件，本设计采用走向长壁采煤法5.2.2 采区上（下）山数目、位置及用途设计采区采用一套上山，开掘在最上部的煤层中。至于采区上山的用途，运输上山作为采区的主运输，其内铺设皮带，运输采区工作面的出煤。轨道上山铺设轨道作为采区的辅助运输，运送矸石、设备、材料、兼作行人。5.3 采区区段的划分、区段平巷的布置方式、层间或分层间的联系方式5.3.1 区段划分根据矿井的地质条件和工作面的合理长度190m，采区采用走向长壁采煤法，采区倾向长2010m，加上8m的顺槽宽，则本采区可以划分为10个区段，具体计算如下：5.3.2 区段平巷的布置方式设计矿井拟订采用无煤柱护巷工艺中完全沿空掘巷方式布置区段平巷它的适用条件如下：1、顶板易冒落和易于胶结再生；2、采空区内无积水或积水很少；3、煤层倾角不大；结合设计矿井的实际条件，是比较适合采用完全沿空掘巷方式布置区段平巷的 它的优点如下：1、煤体边缘为低压区，有利于巷道维护；2、完全取消了上下区段之间的护巷煤柱；3、煤层边缘地带经过压松、卸压使瓦斯得到了自然释放，有利于掘进和生产的安全；4、沿煤层掘进有助于实现掘进机械化。5.4 采区车场及硐室5.4.1 车场形式无极绳运输车场形式分为平车场和甩车场两类。由于平车场摘挂钩安全、操作方便，所以，无论上绳式和下绳式运输大都采用平车场形式，并在车场中设有自动滑行坡度调车，只在个别情况下，上绳式运输才考虑采用选取甩车场形式。所以本设计的采区上、中、下部车场形式实际也都为平车场形式，只是下部车场由于上山的落平问题设置了竖曲线和高低道。5.4.2 调车方式1上部车场：车场形式为平车场（与回风道在同一水平），由此。当无极绳上提矿车到车场后摘钩，由道岔顺向推入回风道内即可，而由回风道的来车，则由回风道推入平车场（上山的一段）在无极绳上摘钩。2中部车场：车场形式平车场（同小段联络巷在同一水平），所以上山来车到达平车场后摘钩，推入区段平巷（一小段），然后由区段联络巷内的小绞车提到工作面顺槽。由工作面来车，则经斜巷下放到区段短石门后，推入平车场（上山的一段），在无极绳上摘钩下放。3下部车场：由车场形式决定，从上山来看，通过竖曲线落平后摘钩，沿车场的高道自动滑行到下部车场存车线。由井底来车，则进入车场的底道，自动滑行到下部车场的低道存车线后，挂无极绳羊角钩由无极绳上提。5.4.3 采区硐室采区主要硐室有变电所、绞车房、煤仓。5.4.3.1 变电所：它是采区供电的枢纽，所以应设置在岩层稳定、无淋水、地压小及通风良好的地方，并要求位于采区用电负荷的中心。本设计将它设置在采区两条上山之间，并靠近轨道上山一侧，其基本层位与轨道上山在同一层位。沿倾斜大致在采区的中央。5.4.3.2 绞车房：主要是根据绞车的型号及规格、基础尺寸、绞车房的服务年限和所处的围岩性质等进行设计。其位置选择在围岩稳定、无淋水、地压小和易维护的地点，在满足施工、机械安装和提升运输要求的前提下，应尽量靠近上山变坡点，以减少巷道工程量。另外，它与临近的巷道间应有足够的煤柱或岩柱，一般情况下不小于10米，以利于绞车房的维护。5.4.3.3 煤仓：在采区煤仓的尺寸确定之前，首先对煤仓的容量进行确定：（1）按采区高峰生产延续时间计算煤仓容量Q （5-3） 式中： 采区高峰生产能力，吨/小时 装车站通过能力，吨/小时， 采区高峰生产延续时间， 不均衡系数，取1.01.2所以 Q =（4632.0-4631.0）1.51.15 =798.7吨（2）按循环产量计算煤仓容量QQ =Llhr （5-4） 式中： L工作面长度，米 l截深，米 h采高，米 r煤的容重，1.4吨/立方米所以Q =1900.64.311.4 =687.9吨由以上计算作为依据，选择煤仓容量为800吨。由经验 （5-5）R=2.963 h=21采区煤仓用混凝土收口，在煤仓上口设铁箅子，煤仓溜口与装车方向相同，闸门的形式为单扇闸门，开启方式为气动。5.5 采准系统、通风系统、运输系统5.5.1 采准系统 自煤层运输大巷开掘采区下部车场、采区煤仓，从下部车场向上，沿着煤层分别开掘轨道和运输上山，两条上山相距20米，到采区上部边界后，以上部车场与采区回风石门连通，形成通风系统，然后，为了准备出第一区段的采煤工作面，在上山附近第一区段的 下部掘中部车场，然后掘进第一区段的运输与回风平巷至于采区边界后在掘出开切眼，与此同时，还要开掘变电所，当开切眼准备完后，机械设备安装好后就可以进行生产了。5.5.2 通风系统新鲜风流副井井底车场轨道斜巷轨道大巷轨道上山运输顺槽工作面污风回风顺槽轨道上山采区回风石门回风大巷风井排出地面5.5.3 运输系统运煤系统：工作面出煤区段运输顺槽运煤上山采区煤仓运输大巷皮带斜巷井底煤仓从主井提到地面排矸系统：掘进巷道时所出的矸石用单轨吊沿轨道斜巷运到井底车场，然后从副井提至地面运料系统：副井井底车场轨道斜巷轨道大巷轨道上山回风顺槽使用地点5.6 采区开采顺序 本设计采区同一煤层采用区段顺序依次开采，工作面沿走向推进，为减少煤炭损失，在采某一区段时，先将综采设备不能采的煤采出（用炮采的方法）5.7 采区巷道断面 根据设计规范规定，综采工作面胶带输送机顺槽巷道净断面不宜小于12，回风顺槽净断面不宜小于10，输送机上下山的净断面不宜小于12，运料、通风、和行人上山的净断面，不宜小于10。采区准备巷道工程量是指从区段石门起的所有巷道和硐室的工程量总和。具体见下表5-7-1表5-7-1采区巷道工程量序号巷道名称支护类型断面，长度，m体积，1运输大巷锚喷14.665107476.62轨道大巷锚喷14.665107476.63运输上山锚喷14.82010297484轨道上山锚喷13.32010265325运顺锚喷14.8162002397606回顺锚喷13.3162002154607煤仓砌璇21353.258采变电所砌璇20226.19开切眼液压支架152850427505.8 采区巷道掘进率，采区回采率 采区巷道掘进率= 采区回采率=区内开采损失主要包括；境界煤柱、护巷煤柱、工作面落煤损失即根据设计规范，对于厚煤层，采区回采率不低于0.75，由上述计算确定本采区的回采率是符合设计规范要求的。6 采煤方法6.1 采煤方法的选择6.1.1选择的依据1.矿井地质构造、煤层厚度、煤层倾角、层数、层间距、硬度和有无矸石等，以及顶底板岩性、瓦斯、煤尘、水文地质、自然发火等情况，煤层的开采关系以及地面井下开采关系等。2.国家关于煤炭生产的方针政策。3.采煤机械化程度、设备适应条件。4.邻矿或相似矿井的采煤实践经验。6.1.2选择的要求1.煤炭资源损失少，采用正规采煤方法。2.安全及劳动条件好。3.便于生产管理。4.材料消耗少。5.尽可能采用机械化采煤，达到工作面高产高效。6.1.3采煤方法 本矿井的重点设计煤层为3煤，由于煤层倾角小，属于缓倾斜煤层，采用走向、倾向长壁采煤方法都可以，但根据本采区的形状特点，采用走向长壁更有利。其余采区根据各自特点，也有部分采区采用倾斜长壁开采。6.2 概述重点设计层的煤层赋存条件，煤层结构及围岩条件6.2.1 主采层的赋存条件本矿井的首采层是3煤，发育好且赋存稳定，倾角小、煤层平均厚4.31米，容重为1.4t/，煤层容易自燃，瓦斯涌出量大，是煤与瓦斯突出煤层。6.2.2 围岩情况 煤层顶板多为砂岩、泥砂岩或细砂岩，部分为中砂岩、粗砂岩，煤层较稳定，顶底板岩性相类似。6.3 工作面长度的确定合理的工作面长度能为工作面高产高效提供有利的条件，从工作面内部条件来说，在一定范围内加长工作面长度能获得较高的产量，提高效率和效益，降低成本，但工作面长度增长，生产技术管理难度也会随之增大，因此，单产、效率、效益以及安全生产条件等都会下降，所以，根据设计规范的规定，综合机械化采煤工作面的长度不宜小于160米。本设计根据实际情况及设备能力决定工作面长度为190米。6.3.1 按通风能力确定工作面长度 （6-1）式中：L工作面允许最大长度 v 工作面允许最大风速，4m/s M工作面采高，4.31m 风流收缩系数，0.900.95 昼夜产一吨煤所需风量，0.86 p煤层生产率，5.612 S工作面最小控顶距，3.8m N循环进刀数，12 B采煤机截深，0.6m6.3.2 根据采煤机能力确定工作面长度采煤机的最大速度为7 （6-2）式中：Q 采煤机日生产能力 Q=186074.311.4=45617 K 开机率，即循环率 0.9 N 日进刀数，12刀 B 采煤机截深，0.6m M 采高，4.31m r 煤的容重 1.4t/m C 工作面回采率 0.93L通过上述检验，工作面长度定在190m是十分合理的。6.4 采煤机械选择和回采工艺确定6.4.1 综采机组的设备选择根据本设计矿井的实际条件：煤层厚度4.315m、倾角39、普氏系数1-3，选择综采成套设备为：TLS6型电牵引双滚筒采煤机、工作面刮板输送机选用DBT公司生产的PF4/1132型可弯曲的刮板输送机、综采工作面支架选择型号为DBT2.5/5.5以上各机械技术特征见下表：表6-4-1 支撑掩护式支架型号支撑高度支撑强度额定工作阻力中心距支架重量DBT2.5/5.525005500mm1.02-1.04Mpa8636kN1750mm27t表6-4-2 采煤机型号装机功率采高截深滚筒直径牵引速度电压生产能力TLS61810KW2.75.2m600mm2600mm015 m/min3300v4000t/h表6-4-3 刮板输送机型号装机功率输送能力设计长度供电电压链速PF4/11322*700kw2500t/h2003300v1.28m/s6.4.2 配套设备选型 工作面的配套设备主要有转载机、破碎机、可伸缩胶带输送机。具体技术特征见下表表6-4-4 转载机型号装机功率输送能力设计长度DF4/B32315kw2750t/h27.5m表6-4-5 破碎机型号功率破碎能力破碎粒度SBO916315kw3500t/h300mm表6-4-6 胶带输送机型号功率带宽带速输送能力BLT1400-3.53753375kw1400mm3.5m/s3000t/h表6-4-7 乳化液泵站乳化液泵型