采矿工程毕业设计（论文）-永煤集团城郊煤矿300万ta新井设计.doc

中国矿业大学2007届本科生毕业设计 摘 要本设计包括三个部分：一般部分、专题部分和翻译部分。一般部分为永煤集团城郊煤矿300万t/a新井设计。全篇共分为十个部分：矿井概况及井田地质特征、井田境界及储量、矿井工作制度、设计生产能力、井田开拓、矿井基本巷道、采煤方法、采区巷道布置、井下运输、矿井提升、矿井通风与安全和矿井主要经济技术指标。城郊矿位于河南省永城市境内。井田南北走向平均长10.2km，东西平均宽8.05km，面积约50km2。 井田内可采煤层为二2、三2煤，其赋存稳定，厚度平均为2.98 m和2.95 m，倾角平均6.18，为缓倾斜煤层。井田内工业储量为4.1975亿t，可采储量为3.1186亿t。矿井平均涌水量为180250 m3/d，井田中各煤层沼气含量一般小于0.5cm3/g，属低沼气矿井。各煤层均无煤尘爆炸危险。各煤层均属不自燃发火煤层；地温2930。城郊煤矿年设计生产能力为300万t/a，服务年限为75.95年。采用立井开拓，暗立井延深的开拓方式。工作制度为“四六”制。第一水平标高为580m，第二水平标高为-750m。矿井采用倾斜长壁综合机械化采煤法，一次采全高。矿井布置一个综采工作面，面长240m。煤炭通过胶带输送机运输。矿井初期通风方式为中央并列式。专题部分：专题题目为“留小煤柱沿空掘巷技术及其可行性分析”。主要分析了沿空掘巷留小煤柱的现状，作用，存在问题及解决办法，并从受力等方面对其进行了分析。翻译部分：翻译了一篇岩石力学与采矿科技国外杂志上的论文，题目为“用有限差分方法预测由水平和倾斜煤层开采引起的沉陷问题” 。关键词：立井；带区；无轨运输；中央并列式ABSTRACTThis design contains three parts: the general，the special subject and the translation.The general part is a new design of Chengjiao Mine in Yongcheng coal & electricity combine. The whole article is divided into ten parts: the outline of the mine, the mine field geology, the boundary and reserves, the designed productive capacity, the service life and working area, the coal transportation, the mine lifting, the ventilation and safety, and the main economical and technological index of the mine.The Chengjiao Mine field lies in Yongcheng in Henan province. The boundary of the mine field runs 10.2km from north to south and 8.05km from west to east on average. The total plane area of the mine is about 50km2. There is only one exploring layer-number two. Its average thickness of the seam is 2.98m and its stable and flatly inclined. Its dip angle is 6.18 degree on average. The industry reserves of the mine field are 419.75 million tons and the useable reserves are 311.86 million tons. The average inflow rate in Chengjiao mine is 180250 m3/h. It is a lower gassy mine. The coal dust doesnt have explosion hazard as well as the self-combustion tendency. The productive capacity of Chengjiao Mine is 3.0 million tons per year，and the service life is 75.95 years. The work system is 4-shift with a 6-hour workday. Therere two working levels in the mine. The first development level is located at the -580m, and the second is at the level of -750m. The comprehensive mechanized longwall caving method along the dip is used in Chengjiao Mine.There is only one working face in the mine. It is comprehensive mechanized coal face. The length of the face is 240m, and the designed productive capacity of the face is 3.0 million tons per year. Coal is transported by belt conveyer and the diagonal ventilation system is used in Chengjiao.The title of special subject is “Feasibility analysis on roadways driving along next gob with narrow pillar”. It mainly talks about current situation, effect, issue and solution in roadways driving along next gob with narrow pillar, and analyse it from stress meanwhile. The translation part is an article from international journal of Rock Mechanics and Mining Science, titled “FDM predictive methodology for subsidence due to flat and inclined coal seam mining”.Keywords：shaft ; strip district; trackless transport; centralized juxtapose ventilation目 录一般部分1矿区概述及井田地质特征11.1矿区概述11.1.1矿区地理位置与交通11.1.2地形地貌11.1.3主要河流21.2 井田地质特征21.2.1井田地质构造21.2.2煤层特征21.2.3煤质41.2.4水文地质特征51.2.5其它开采地质条件52 井田境界与储量62.1井田境界62.2矿井工业储量计算62.2.1储量计算依据62.2.2矿井工业储量62.3矿井可采储量72.3.1安全煤柱留设原则72.3.2矿井永久保护煤柱损失量82.3.3矿井可采储量103 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限113.1矿井工作制度113.2矿井设计生产能力及服务年限113.2.1矿井设计生产能力及服务年限确定依据113.2.2矿设计生产能力113.2.3矿井服务年限113.2.4井型校核124 井田开拓144.1井田开拓的基本问题144.1.1确定井筒形式、数目、位置及坐标144.1.2工业场地的位置164.1.3开采水平的确定164.1.4运输大巷和井底车场的布置164.1.5矿井开拓延伸方案及阶段划分164.1.6方案比较174.2 矿井基本巷道234.2.1井筒234.2.2井底车场及硐室264.2.3主要开拓巷道285 带区巷道布置325.1煤层地质特征325.1.1采区位置及范围325.1.2采区煤层特征325.1.3地质构造325.1.4顶底板特性325.1.5水文地质335.1.6地表情况335.2带区巷道布置及生产系统335.2.1带区准备方式的确定335.2.2生产系统345.2.3带区内巷道掘进345.2.4带区生产能力及采出率355.3带区车场及主要硐室375.3.1带区下部车场设计375.3.2带区主要硐室376 采煤方法386.1采煤工艺方式386.1.1带区煤层特征及地质条件386.1.2确定采煤工艺方式386.1.3回采工作面长度的确定386.1.4回采工作面的推进方向和推进度396.1.5综采工作面的设备配套396.1.6回采工作面破煤、装煤方式396.1.7回采工作面支护方式426.1.8端头支护及超前支护方式446.1.9各工艺过程注意事项456.1.8回采工作面正规循环作业466.2回采巷道布置496.2.1回采巷道布置方式496.2.2回采巷道参数497 井下运输517.1概述517.1.1井下运输的原始条件和数据517.1.2井下运输系统517.2煤炭运输方式和设备选择517.3辅助运输方式和设备选择537.3.1选择无轨胶轮车537.3.2设备选择558 矿井提升588.1矿井提升概述588.2主副井提升588.2.1主井提升588.2.2副井提升619 矿井通风及安全639.1矿井通风系统选择639.1.1矿井概况639.1.2矿井通风系统的基本要求639.1.3矿井通风方式的确定649.1.4主要通风机工作方式选择659.1.5带区通风系统的要求669.1.6工作面通风方式的选择679.1.7回采工作面进回风巷道的布置679.1.8通风构筑物689.2矿井风量计算689.2.1采煤工作面实际需要风量699.2.2备用面需风量的计算709.2.3掘进工作面需风量709.2.3硐室需风量739.2.4其它巷道所需风量739.2.5矿井总风量计算739.3矿井风量分配749.3.1配风的原则和方法749.3.2配风的依据749.3.3风量分配759.4矿井通风总阻力计算769.4.1矿井通风总阻力计算原则769.4.2确定矿井通风容易和困难时期769.4.3矿井最大阻力路线769.4.4矿井通风阻力计算779.4.5矿井通风总阻力829.4.6矿井总风阻和总等积孔839.5矿井通风设备选型849.5.1矿井通风设备的要求849.5.2主要通风机的选择859.5.3电动机选型889.6防止特殊灾害的安全措施899.6.1瓦斯管理措施899.6.2煤尘的防治899.6.3预防井下火灾的措施899.6.4防水措施8910 设计矿井基本技术经济指标91参 考 文 献93专题部分留小煤柱沿空掘巷技术及可行性分析95翻译部分英文原文112中文译文121致 谢128一般部分中国矿业大学2007届本科生毕业设计 第 132 页 1矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1矿区地理位置与交通城郊井田位于河南省永城市境内，覆盖城关乡、城厢乡的全部及侯岭、双桥、十八里、将口乡的一部分。南北长约10.2km，东西宽约8.05km，勘探面积约50km2。矿井北临陈四楼井田，南接新桥井田，地理坐标为：东经11617301162521，北纬335352340035。井田内地势平坦、交通方便。永城市西北至陇海铁路商丘东站约95km，夏邑东站62km；东北至京沪铁路徐州车站约100km，东南至宿州车站约75km，距京九铁路的亳州车站55km，且均有柏油公路相通。乡村之间公路相通（见图1）。图1 城郊矿交通位置图1.1.2地形地貌城郊井田位于淮河冲积平原的东部 ，地势平坦，海拔标高在+31+34m之间，相对高差23m，微向东南倾斜。区内新生界松散沉积物广泛分布，厚度一般为220m左右。工业广场标高+35m。1.1.3主要河流城郊井田内地表水系不发育，仅有淮河支流的沱河从本区北中部自西向东流过，沱河源于商丘北侧响河，雨季流量剧增，旱季干涸无水，属季节性河流。实测最高洪水位标高+34.79m，（1963年8月9日），年平均水位标高+30.39m，最大流量384m3/s（1963年8月9日），年平均流量一般为12m3/s。其上游永城市段常年关闸蓄水，致使下游断流无水。本区地处中纬34附近，属半干旱、半湿润季风型气候，蒸发量大于降雨量，干湿差大，四季分明。年平均气温14.3 ，日最高气温41.5，日最低气温为-23.4。年平均降水量962.9mm，年最大降水量1518.6mm，年最小降水量556.2mm。大气降水量多集中在78月份，可占全年降水量的50%以上，年蒸发量1808.9。永城地区受地震影响不大，地震烈度小于6度。1.2 井田地质特征1.2.1井田地质构造城郊井田位于北北东向的永城隐伏背斜的西翼中段，北北东向断层构造居主导地位，其次是近东西向构造，局部发育有北西向构造。总体构造特征是以宽缓褶皱为主，伴随一定数量的断裂构造，且多集中在表现明显的背、向斜两侧。井田内褶皱构造除柏窑背斜与蒋阁向斜比较紧密外，其余均属褶幅不大的隆起和凹陷。1.2.2煤层特征本井田的主要含煤地层有下二叠统山西组（P1s）及下石盒子组（P1 x），两组煤系地层总厚度平均172.17m，煤层总厚度平均10.21m，总的含煤系数为5.93%。下二叠统山西组（P1s）含二煤组，由13个分层组成，分层编号从下至上分别为二1、二2、二3，煤层平均总厚度为3.94m，含煤系数为3.8%。下石盒子组（P1x）含三煤组，由47个分层组成，分层编号从下至上分别为三1、三2、三3、三4、三5、三6及三7。煤层总厚度为6.27m，含煤系数为9.0%。井田内二2、三2煤层为可采煤层，详见煤层情况一览表。表1-1 煤层情况一览表煤组号煤层编号煤分层数煤厚最小最大平 均(m)间距最小最大平 均(m)夹矸层数可 采情 况含 煤系 数煤层稳定性三煤组三710.200.500.380不可采9.0%不稳定0.6221.024.10三610.121.200.530不可采不稳定0.4314.293.75三5120.201.170.5701偶见可采点不稳定0.9014.406.57三4130.053.550.4502不可采较稳定0.409.354.10三310.20.950.30不可采不稳定0.5215.214.32三210.403.202.9801可采较稳定（31线以南稳定）25.3032.4228.86三1210.200540.340不可采不稳定40.3652.2946.33三11120.32.030.3501不可采较稳定偏不稳定二煤组二310.20.400.301.408.224.810不可采3.8%不稳定二2120.327.682.9501全区可采稳定23.0140.0830.47二1120.250.550.4001不可采不稳定1.2.3煤质二2煤层属低灰分，特低硫，特低磷，高发热量，易选的优质无烟煤。三2煤层以富灰分为主，特低硫，特低磷，中等发热量，中等难选的无烟煤。各可采煤层中贫煤数量较少，除它的发热量量稍高于无烟煤外，其它煤质特征与无烟煤相似。二2煤层为无烟煤，首先可作为化工用煤，包括气化用煤及发生炉煤气用煤和化肥用煤，其次作为动力用煤及民用燃料等。三2煤组各层煤可用于发电，水泥工业及民用。各主采煤层的煤质特征见下表：表1-2 各主采煤层的煤质特征下表煤层编号煤质牌号原 煤精 煤Ad(%)St.d(%)Qnet.ad(MJ/kg)Ag(%)Vr(%)Cc(%)Hr(%)三2WY13.6834.0420.10(83)0.231.470.62(57)18.130.627.5(76)2.4513.368.04(72)6.309.538.36(67)90.6393.6992.23(40)3.524.433.93(40)TR16.7926.3020.72(11)0.420.610.54(7)24.629.327.5(11)4.3611.887.89(11)9.9711.4410.55(11)90.4091.9591.14(9)3.814.494.16(9)二2WY8.6435.6714.41(178)0.141.050.498(8)20.732.428.5(155)2.5011.536.23(147)5.629.867.80(145)91.0395.2992.76(98)3.244.203.78(101)TR13.3215.0114.35(4)0.101.000.49(8)29.630.429.9(4)3.978.966.58(4)10.0310.7210.41(5)90.5291.7091.23(3)3.944.194.05(3)1.2.4水文地质特征新生界松散层划分为四个含水层组及四个隔水层组，由于新生界底部砂层少，富水性又弱，与基岩之间有平均厚44.29m的粘土隔水层，对矿床一般无充水影响。煤层顶板砂岩裂隙水是矿床主要直接充水的水源，但由于井田内砂岩富水性很弱，渗透性差，径流滞缓，补给源不足，故对将来的矿床开采一般不会造成太大的威胁。太原组上段灰岩是开采二2煤层的间接充水含水层，二2煤底板下距K3（L11灰岩，平均厚1.64m）平均距离50m，距L8灰岩（平均厚10.49m）平均距离80m，L8上距L11一般平均在30m左右，其间又有泥岩，砂质泥岩相隔，基本无水力联系，因此，如不受断裂构造影响，正常情况下不会造成突水。本井田断层富水性微弱，具有一定的隔水性能，一般情况下不会发生大导水威胁。综上所述，本井田是一个与外部水力联系微弱，补给不足的较完整的独立水文地质单元，开采煤层远离地表水体，无流水影响，间接充水岩层“灰岩”虽然单位涌水量较大，局部在断层处有与煤层对接的可能性，如留好煤柱，远离断层，一般是不会突水的，本矿井水文地质，工程地质条件属中等类型。矿井正常涌水量180250m3/d。1.2.5其它开采地质条件（1）煤层顶底板三2煤层直接顶板，底板主要为薄层状泥岩，砂质泥岩，局部为粉砂岩，抗压强度一般小于600kg/cm2（局部大于600kg/cm2），稳定性差，管理有一定困难。二2煤层直接顶，底板多为细中粒砂岩，厚层状泥岩（厚度一般大于5m），局部为砂质泥岩或落层状泥岩，抗压强度一般大于600kg/cm2 ，岩石的完整性，稳定性较好，顶板易于管理，底板一般不易发生底鼓。（2）瓦斯、煤尘等井田中各煤层沼气含量一般小于0.5cm3/g，属低沼气矿井。各煤层均无煤尘爆炸危险。各煤层均属不自燃发火煤层。（3）地温井田内地温仅随深度的增加而增加。井田的平均地温梯度为2.67/100m，从地温梯度看，浅部地温梯度较高，深部地温梯度较低。从二2煤、三2煤层地温等值线图上看出，等温线与煤层底板等高线基本平行，煤层-500m以浅的地温一般低于30，-600m以深的地温除井田东南部小面积低温区外，一般为一级高温区。2 井田境界与储量2.1井田境界矿井井田范围东部边界为人为划分，西部以F1 断层为界，南部以F2断层为界，北部以F5断层为界，北西角以煤层露头为界。井田走向长度约为7km ，南北长6.58.5km ，平均长约为8km。煤层最小倾角，最大倾角，平均倾角。2.2矿井工业储量计算2.2.1储量计算依据1.根据城郊煤矿井田地质勘探报告提供的煤层储量计算图计算；2.依据煤炭资源地质勘探规范关于化工、动力用煤的标准：计算能利用储量的煤层最低可采厚度为0.8m，原煤灰分不大于40%。计算暂不能利用储量的煤层厚度为0.70.8m；3.依据国务院过函（1998）5号文关于酸雨控制区及二氧化硫污染控制区有关问题的批复内容要求：禁止新建煤层含硫份大于3%的矿井。硫份大于3%的煤层储量列入平衡表外的储量；4.储量计算厚度：夹石厚度不大于0.05m时，与煤分层合并计算，复杂结构煤层的夹石总厚度不超过每分层厚度的50%时，以各煤分层总厚度作为储量计算厚度；5.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。6.煤层容重：二煤、三煤均为优质无烟煤，其容重均为1.40t/m3。2.2.2矿井工业储量本矿井的主采煤层为三煤和二煤，其厚度分别为2.98m、2.95m。因此在计算工业储量时只针对这两层煤，对于其它不可采煤层不予以计算。本设计的储量计算是在精查地质报告提供的1：10000煤层底板等高线图基础上计算出来的，因此计算数据真实可靠。井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量是由煤层面积、容重及厚度相乘所得，其公式一般为： 式2-1 式中：Zg矿井的工业储量； S 井田的倾斜面积； M煤层的厚度； 煤的容重，本矿井为1.4 t/m3；估算可采储量（1）设计400万t/a矿井服务年限（2）设计300万t/a矿井服务年限取300万t/a。（注：第三章详细说明）2.3矿井可采储量2.3.1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。3.维护带宽度：风井场地20m，村庄10m，其他15m；4. 根据经验井田边界保护煤柱留50m，断层保护煤柱的留设按落差大于50m时，断层两侧各留40m，落差大于50m时，两侧各留30m。本矿井井田内的几条大断层的落差均大于50m，因此在两侧各留40m 的保护煤柱。5.工业场地占地面积，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见表2-1。表2-1 工业场地占地面积指标井 型（万t/a）占地面积指标（公顷/10万t）240及以上1.0120-1801.245-901.59-301.82.3.2矿井永久保护煤柱损失量1）边界保护煤柱按下式计算 式2-2式中：Z边界煤柱损失量； L井田边界长度； b保护煤柱宽度； M煤层厚度； 煤的容重。根据经验井田边界保护煤柱留50m，断层保护煤柱的留设按落差大于50m时，断层两侧各留40m，落差大于50m时，两侧各留30m。本矿井井田内的几条大断层的落差均大于50m，因此在两侧各留40m 的保护煤柱。井田边界保护煤柱：F3断层保护煤柱：F4断层保护煤柱：2）工业广场保护煤柱根据煤炭工业设计规范第5-22条规定：工业广场的面积为0.8-1.1平方公顷/10万吨。本矿工业广场面积取1平方公顷/10万吨，故工业广场面积为30公顷。本矿井设计生产能力为300万吨/年，所以取工业广场的尺寸为600m500m的长方形。煤层的平均倾角为6.2，工业广场的中心处在井田走向的中央，倾向中央偏于煤层中上部，其中心处埋藏深度为-580m，该处表土层厚度为220m，主井、副井，地表建筑物均布置在工业广场内。工业广场按级保护留维护带，宽度为15m。本矿井的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-1。表2-2 岩层移动角广场中心深度/m煤层倾角煤层厚度/m冲击层厚度/m5806.22.95+2.9822041707065.8由此根据上述以知条件，画出如图2-1所示的工业广场保护煤柱的尺寸：图2-1工业广场保护煤柱通过计算求得工业广场工业广场保护煤柱：井田保护煤柱永久损失量见表2-3。表2-3 保护煤柱损失量煤柱类型储量（万吨）井田边界保护煤柱1094.78F3断层保护煤柱310.38F4断层保护煤柱332.99工业广场保护煤柱12552.3.3矿井可采储量矿井可采储量可按下式计算： 式2-3式中：Zk矿井的可采储量，万t； Zg矿井的工业储量，万t； P保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物等留设的永久煤柱损失量，万t； C 采区采出率，厚煤层不低于0.75，中厚煤层不低于0.80，薄煤层不低于0.85，本矿井为中厚煤层，因此取0.80。井田保护煤柱永久损失量：矿井可采储量：3 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度按照煤炭工业矿井设计规范中规定，矿井设计生产能力宜按工作日330天计算，每天净提升时间宜为16小时。参考关于煤矿设计规范中若干条文修改的说明，本矿井作业采取“四六”工作制，每日三班生产、出煤，一班检修，每日提升时间为16小时。3.2矿井设计生产能力及服务年限3.2.1矿井设计生产能力及服务年限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、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经多方案比较或系统优化后确定。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（包括煤中煤质、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矿设计生产能力本矿井井田储量丰富，煤层赋存稳定，顶底板条件好，煤层属中厚煤层，厚度变化不大，煤层倾角小，平均倾角6.2，为近水平煤层，开采条件较简单，技术装备先进，经济效益好，媒质为优质无烟煤，交通运输便利，市场需求量大，宜建大型矿井。初步确定本矿井的设计生产能力为3.0Mt/a。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、矿井服务年限T三者之间的关系为： 式3-1式中: T矿井服务年限，a；Zk矿井可采储量，万t；A设计生产能力, 万t；k矿井储量备用系数，取1.4；则，矿井服务年限为：符合煤炭工业矿井设计规范要求。 3.2.4井型校核按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：1）矿井生产能力校核井田内二煤厚2.95m，三煤厚2.98m，均为中厚煤层，赋存稳定，厚度变化不大，都为近水平煤层，开采条件简单。布置一个高产高效工作面，即可达产。2)辅助生产环节的能力校核本矿井设计为特大型矿井，开拓方式立井两水平暗立井延伸开拓，主井提升容器采用两对16t箕斗，副井提升容器为一套5t双层单车罐笼带平衡锤，运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。工作面生产的原煤经顺槽胶带输送机到大巷胶带输送机通过主要运输石门运到井底煤仓，再经主井箕斗提升至地面，运输能力能满足设计井型的需求。副井采用加宽容器提升、下放物料，能满足大型设备的下放与提升。大巷辅助运输采用无轨胶轮车运输，运输能力大，调度方便灵活。所以辅助生产环节完全能够满足设计生产能力的要求。3）通风安全条件的校核本矿井煤尘不具有爆炸性瓦斯含量低，属于低瓦斯矿井，水文地质条件较简单矿井通风采用中内边界式通风，有专门的风井回风，可以满足通风的要求。4）储量条件校核本矿井的设计生产能力与整个矿井的工业储量相适应，保证有足够的服务年限，满足煤炭工业矿井设计规范要求，见表3-1。表3-1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力（万t/a）矿井设计服务年限（a）第一开采水平服务年限（a）煤层倾角45600及以上8040300500703512024060302520459050252015930各省自定4 井田开拓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媒体，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、位置及其相互联系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，做好开采水平的接替；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、出好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，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。4.1.1确定井筒形式、数目、位置及坐标1.井筒形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井最复杂。平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。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、井底车场及硐室都比立井简单，井筒延伸施工方便，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。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、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技术复杂。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，在采深相同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为有利；当表土层为富含水层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产状均特别复杂的井田，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工技术复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，基本建设投资大。本矿井煤层倾角小，平均6.2，为近水平煤层；表土层较厚平均达到220米；水文地质情况比较简单，涌水量小，煤层最小埋深-350米，最大埋深-1100米，高差大，因此不宜采用斜井开拓，宜采有立井开拓。2.井筒位置的确定1）井筒位置的确定原则：有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门工程量少；有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村或不迁村；井田两翼储量基本平衡；井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层；工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山、低洼和采空区，不受崖崩滑坡和洪水威胁；工业广场宜少占耕地，少压煤；距水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。2）井筒位置的确定由于受到F3断层的影响，为了有利于第一水平的开采，并兼顾其它水平，因此将井筒位置定在井田走向的中央，倾斜方向在靠近F3断层的位置，这样布置还可以利用F3断层的部分保护煤柱减少工业广场压煤量。4.1.2工业场地的位置工业场地的位置选择在主、副井井口附近，即井田走向中部，倾斜方向上靠近F3断层的位置。工业场地的形状和面积：根据表2-1工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为30公顷，形状为矩形，长边垂直于井田走向， 长为600m,宽为500m。4.1.3开采水平的确定本矿井煤层埋藏最浅部为-350m，煤层埋藏最深部为-1000m，垂直高度达650m，因此本矿井需要采用多水平开采。根据煤炭工业设计规范规定，缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高为150200m，若采用上下山开采可以适当延长阶段垂高，因此本矿井需要两个开采水平（上下山开采），或者三个开采水平。但是由于本矿井服务年限较短，年产量大，若采用三个水平开采第一水平的服务年限达不到煤炭工业设计规范的规定，划分成为两个水平比较合适，且第一水平采用上下山开采方式，保证第一水平的服务年限，并且由于煤层倾角小，所以有较好的利用上下山开采的条件。4.1.4运输大巷和井底车场的布置1）运输大巷的布置由于本井田煤层埋藏比较深，但煤层较薄，平均厚度不到3m，且煤层顶底板条件良好，故将大巷沿底板布置在煤层中。其优点是巷道掘进费用低，掘进速度快，巷道施工条件简单。2）井底车场的布置由于井底车场一般要为整个矿井服务，服务年限长，故要布置在较坚硬的岩层中。4.1.5矿井开拓延伸方案及阶段划分1）矿井开拓延伸方案本矿井开拓延伸可以考虑以下两种方案：立井延伸；暗斜井延伸。采用立井延伸时，可以充分利用原有的各种设备和设施，提升系统单一，转运环节少，经营费用底，管理较方便。但采用这种方法延伸时，受奥陶系含水层的限制，致使井筒同时担任生产和延伸任务，施工与生产相互干扰，立井接井时技术难度较大，矿井将短期停产，延伸两个井筒施工组织复杂，为延伸井筒需要掘进一些临时工程，延伸后提升高度增加，能力下降，可能需要更换提升设备。采用暗斜井延伸时，原有井筒的位置、水平的划分，上山或上下山开采的确定都不受奥陶系承压含水层的影响。系统比较简单且生产能力大，可充分利用原有井筒能力，同时生产和延伸相互干扰较小。其缺点是增加了提升运输环节和设备，通风系统较复杂。2）阶段划分本矿井设计采用两水平开采，共划分两个水平，第一水平标高-580m，第二水平标高-750m。4.1.6方案比较1）方案说明根据前述各项决定，本井田在技术上可行的开拓方案有下列四种。如图41所示。图4-1 方案比较2）开拓方案比较方案1：立井两水平暗立井延伸，第一水平-580m,第二水平-750m；方案2：立井两水平暗斜井延伸，第一水平-580m,第二水平-750m；方案3：立井三水平暗立井延伸，第一水平-550m,第二水平-750m,第三水平-900m；方案4：立井三水平暗斜井延伸，第一水平-550m,第二水平-750m,第三水平-900m。第二水平服务年限第二水平面积约为：20km2第二水平工业储量为：第二水平可采储量为：第二水平服务年限为：粗略比较方案1方案2基建费/万元立井开凿2170300010-4102.0主暗斜井开凿1440105010-4=151.2石门开凿129080010-4=103.2副暗斜井开凿1440115010-4=165.6井底车场掘进130090010-4=117.0井底车场掘进(400+650)90010-4=94.小计322.2411.3生产费/万元立井提升1.2187740.7850.85=15032.3暗斜井提升1.2187741.440.48=15572.0石门运输1.2187741.430.381=12274.4立井提升1.2187740.6151.02=14132.3立井排水2202436545.720.152510-4=1343.7排水(斜立井)2202436545.72(0.063+0.127)10-4=1674.1小计28650.431378.4总计28972.631789.7百分率100%109.7%方案3方案4基建费/万元立井开凿2150300010-490.0主暗斜井开凿1152105010-4=12