采矿工程毕业设计.doc

中国矿业大学2010采矿工程毕业设计目 录摘要2第一章 矿区概述及井田地质特征31.1矿区概述31.2井田地质特征51.3煤层特征9第二章 井田境界和储量102.1井田境界102.2 矿井工业储量112.3 矿井可采储量12第三章 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限163.1矿井工作制度163.2 设计生产能力及服务年限16第四章 井田开拓184.1井田开拓的基本问题184.2矿井基本巷道30第五章 采区巷道布置375.1煤层的地质特征375.2采区巷道布置及生产系统385.3采区车场选型44第六章 采煤方法476.1采煤工艺方式476.2机械化程度476.3确定回采工作面长度、工作面推进方向和推进度486.4采煤工艺及设备486.5回采工作面吨煤成本626.6工作面劳动组织和作业循环图表636.7回采巷道布置65第七章 井下运输667.1概述667.2采区运输设备的选择677.3 大巷运输设备选择70第八章 矿井提升718.1矿井提升概述718.2主副井提升72第九章 矿井通风设计749.1选择矿井通风系统749.2矿井风量分配779.3 全矿井巷道通风阻力839.4选择矿井通风设备889.5井下灾害预防92第十章 矿井基本技术经济指标94参 考 文 献96致 谢97摘要本文首先村锚杆与围岩相互作用机理进行了研究，分析了锚杆群对围岩的加固效应，提出了挤压加固拱还具有良好的可缩性这一重要论点，并对单根锚杆锚固作用的影响因素及其影响规律、锚杆支护参数在围岩控制中所起的作用进行了分析。其次，对煤巷锚杆支护形式及合理支护参数做了深入细致的研究，从技术上安全可靠、经济上合理、施工方便三个方面进行考虑，总结出适合我国煤巷的合理支护技术，主要有：煤巷项板使用全长树脂锚固锚杆、高强度锚杆、高强度托板、W 钢带等技术；两帮采用杆体可拉伸锚杆加菱形金属网进行支护；通过以上技术措施在提高锚杆支护系统强度的同时，适当加大锚杆间排距及锚杆长度，以提高掘进速度，获得更佳的经济效益。关键词 煤巷锚杆 支护形式 支护参数 支护机理 锚固力 ABSTRACTFirst , the mechenism of rock bolting is studied in this paper . After analysing the reinforement effect of bolting , the auther puts forward the important judgement the reinforced arch of bolting is flexible . The factors and their behaviours which influence anchorage and the effects of bolt supporting parameters in strata control are analysed .Second , by the way of theorectical analysis . For improving rapidly this technology in China , technical methods are found : fully resin grouted bolts , high strength bolts , W steel bands and 50 on are adopted in roof of the gateway and intendible bolts combined with rhombic wire 一mesh are used so as to improve the intensity of support system ; at the same time the distance between two bolts and the length of bolt are made bigger in order to improve the drivage speed . Keywords rock bolting in gateways , support model , support paramerter , support mec henism , the anchorage of boIt 第一章 矿区概述及井田地质特征1.1矿区概述1.1.1交通位置新庄矿井位于河南省永城市苗桥乡境内，井田属黄淮冲击平原，区内地势平坦，地面标高+30m左右。西距永城市约24km，西北距商丘市120 km，至京沪、陇海两铁路枢纽徐州站92 km，东距符夹线濉溪站15 km，93年新庄矿井与刘桥一矿铁路专用线已接通，矿区交通十分便利。矿井交通位置详见图1-1。图11矿井交通位置1.1.2矿区经济概况本区工业基础薄弱，以农业生产为主，人口稠密，人均耕地较少，劳动力富裕。土产建材砖、瓦、石子、料石均可就地供应，钢材、木材、水泥等物资可经公路及铁路直接运至矿井工业广场。新庄矿井有两路电源，一路引自淮北电厂渠沟110kv变电所，另一路为永城电厂。1.1.3矿区气候条件本区为干燥大陆性气候。据永城气象站资料，夏季多东南风，冬季多西北风，最大风速16m/s；年平均气温14。C,最高41。C,最低零下19.3。C；降雨量多集中在6-8月，最大年降水量1518.6mm,最小537.7 mm；降雪期为12月至翌年的3月；11月至翌年的4月为冻土期，最大冻土厚19cm。1.1.4矿区水文情况 井田西约6km有沱河向东注入安徽省新汴河。井田中南部有王引河，最大排洪量12.278m/s，最高水位+30.63m，属人工渠道，水位随季节变化，冬季有干枯现象。工厂附近一带历史最高洪水位+31.69m。目前工业广场内有两眼水井，供水量为15m3/h，供水量偏低，以后考虑对井下水处理，作为工业及生活用水。1.2井田地质特征1.2.1井田的地形一、地质勘探程度通过74年精察勘探、83年补勘工作及-700m以上实际开采，查明了可采煤层的层数、层位、产状、厚度、结构、可采范围、煤质及其它开采条件等，基本满足设计要求。 二、井田煤系地层概述永城煤田的区域地层属华北地层区，鲁西分区，滁洲小区。上奥陶至下石炭统、三叠系至古新统缺失。井田地层基本与区域地层相一致，根据钻孔揭露地层由老至新依次为：中奥陶统（O2）、中、上.石炭统（C2、C3）、二迭系(P)和新生界第三四系。现将含煤地层自下而上简述如下：1. 太原组 (C3)：厚度134149m，平均138m， 岩性主由灰岩、泥岩组成，其次为砂质泥岩。含煤610层（编号一1一10），均为不可采煤层。顶部灰岩稳定，厚2m 左右，为K3标志层，是二叠与石炭系之分界层。底部灰岩厚1317m，为K2标志层。2.山西组(P1s)：厚度110m，由泥岩、砂质泥岩及细致粗粒砂岩组成。含煤23层（编号二1二3），其中二2煤层稳定可采，为新庄矿井主采煤层，二1及二3煤层不稳定不可采。3.下石盒子组(P1xs)：厚度73113m，平均108m。由砂岩、砂质泥岩及泥岩组成，含煤7层（编号三1三7），三3与三5煤层局部可采。底部为鲡状铝质泥岩，为K4标志层。4.上石盒子组(P2ss)：厚度大于400m 。底部为K5砂岩标志层与下石盒子组分界。上部以K6长石石英砂岩标志层较稳定。四、五、六组煤位于该地层，但均无经济值。详细地层结构见柱状图11地层柱状图111.2.2 井田地质构造本区属秦岭纬向构造之东延伸部分，与新华夏系反接复合。整个井田为简单的单斜构造，有次一级的舒缓状起伏。井田内勘探及开采揭露共发现落差10m以上断层4条。详见主要断层特征表1-1。表1-1井田内主要断层特征表断层名称性质走向倾向倾角(度)落差(m)王庄断层正北北东北西西70180250F1正北西北东7020F2逆北北西西西南6835谷小桥断层逆北东南东 80701.2.3井田水文地质特征一、地下含水层情况1、奥陶系灰岩含水层上距二2煤层底版180m左右，富水性强，但具不均一性，单位涌水量0.1123.15 L/s.m，对矿井开采影响不大。2、太原群灰岩裂隙溶洞含水组含灰层810层，厚度变化大，单层厚度薄者12. 3m ,厚者13.4117. 85m，厚度累计平均64m ,顶部第一层灰岩（K3）厚度2m左右，上距二2煤底5068m，平均58m，裂隙与岩溶现象不甚发育，富水程度具不均一性，单位涌水量0.013 L/s.m3、二迭系砂岩含水组（1）山西组砂岩裂隙孔隙含水组13层，总厚度227m，裂隙与孔隙均不发育，富水性差，单位涌水量为0.048L/s.m，水位标高+27.28m。（2）下石盒子组砂岩裂隙孔隙含水组一般含砂岩56层，总厚度227m，裂隙与孔隙均不发育，富水性差，单位涌水量为0.048L/s.m，水位标高+27.28m。（3）上石盒子组砂岩裂隙孔隙含水组含砂岩46层，厚50 m左右，其中以K5、K6二层砂岩厚度较大，一般为14m左右，含水中等，据付井检孔抽水资料，K5、K6砂岩，单位涌水量分别为0.121L/s.m和0.672L/s.m。4、新生界沙砾石孔隙含水层组下部为粘土、粉细砂和泥质钙胶结的砂卵石含水层，一般埋藏在90m 以下，钻孔单位涌水量为0.00798L/s.m中部以褐色粉细砂和黄色细砂、细中砂为主，埋深2090m/d；含水砂层24层，厚度7.0632.8m，平均18.33m含水丰富，钻空单位涌水量为0.640.72L/s.m渗透系数为3.614.9m/d；上部主要为埋藏在20m以内粉西砂，含砂12层，平均厚度10m左右，单位涌水量为1.566.7L/s.m。 上石盒子组含水层主要由K12等砂岩组成。本组一般裂隙不发育，其单位涌水量为0.0480.23L/s.m，水位标高+1050.92+1083.27m，属弱中等富水性含水层。石千峰组在沟谷中有出露，含风化裂隙水，流量均小于1L/s，属弱富水性的含水层。刘家沟组仅分布于大照村以西的南部边界地带，沟谷中有出露，含风化裂隙水，为弱含水层。5、第四系砂砾石层孔隙含水层更新统含水层主要由砂砾石层组成，为孔隙含水。根据水井抽水试验，涌水量可达826.0m3/d，为较丰富含水层。全新统砂砾石层，主要分布于白马河及较大支流河谷中，接受大气降水或河水补给。单位涌水量为0.088L/s.m，水位标高+1059.16m，属弱富水性的含水层。二、含水层的补给、径流、排泄条件大气降水是井田内地下水的主要补给来源。地下水类型主要为承压水，潜水分布很有限。承压水补给条件除奥灰水较好外，其余都不好。本矿井无大的突水危险，根据目前实际生产情况看，矿井涌水主要来自顶板砂岩渗水，涌水来源是以静储量为主。三、矿井涌水量永城矿务局根据实际探测情况，预计一、二水平正常涌水量为522 m3/h，最大涌水量为793 m3/h。1.3煤层特征1.3.1 煤层本井田内煤系地层总厚平均为760m，含煤4层。其中可采煤层为山西组二2煤、平均厚度为6.8米，倾角约14度。全区可采。（1） 二2煤层为本井田主采煤层，厚度5.607.50m，平均6.80 m，井田内绝大多数见煤点厚度均在6.8m左右，无夹矸，结构简单，赋存稳定。二2煤层下距太原群顶部K3灰岩标志层平均59 m，顶板为泥岩、砂质泥岩或砂岩，底部为砂质泥岩。（2）三2煤层煤层厚度01.2m，；平均0.80m，一般厚度在0.5 0.8m之间，有夹矸，结构复杂，煤层不稳定。三2煤层下距K4标志层平均34 m，下距K2煤层平均98 m，上距三3、三5煤层分别为8 m和26 m。三2煤层顶板为砂岩，底部为砂质泥岩。（3）三3煤层局部可采煤层，厚度变化幅度较大，0 1.7m，平均1.01m，仅在1勘探线中段出现可采地段，属不稳定煤层，结构简单。三3煤层下距三2煤层8 m左右，上距三5煤层为18 m。（4）三5煤层本井田-380m水平局部可采，厚度019 m，平均1.11m ，属不稳定煤层，普遍含夹矸一层，结构比较简单。上距K5标志层38 m，下距三2煤层26m。顶板为泥岩或砂质泥岩，底部为泥岩。1.3.2 煤质本井田4层煤均为低硫、低磷、中灰、高发热量的无烟煤，可用于化工、建材、发电、冶金等行业及民用燃料。1.3.3煤尘及煤的自燃性根据各煤层煤尘爆炸性试验结果表明，二2煤与三组煤均有爆炸危险。根据实验室试验，煤层不具有自燃性。第二章 井田境界和储量2.1井田境界2.1.1井田范围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、要充分利用自然条件划分，在可能的条件下，应尽量利用地形、地物、地质构造、水文地质以及煤层特征等自然条件，以减少煤柱损失，提高资源采出率，充分保护地面设施；2、要有与矿区开发强度相适应的井田范围，要保证井田范围与矿井生产能力相适应，有足够的储量和服务年限及合理的尺寸；3、照顾全局，处理好与临矿的关系；4、直线原则，井田的划分应尽量采用直线或折线，有利于矿井的设计和生产管理工作的开展。根据原设计批准边界、永城矿务局新庄矿井与安徽省皖北矿务局开采技术边界协议，井田境界如下：北至煤层露头，西部以王庄断层为界，南部及东部以下列七个坐标点的连线与刘桥二矿为界：A0点： X=375300 Y=3946000A1点： X=376300 Y=3946000B2点： X=377300 Y=3946400C点： X=382800 Y=3946000D点： X=383800 Y=3946500E点： X=384800 Y=3947500F点： X=384800 Y=3948500 2.1.2 开采界限 就目前开采条件，只开采二2煤。2.1.3 井田尺寸井田南北倾斜宽2.12.9km，平均约2.5km,东西走向长9km，面积约22.5km2。见图2-1井田赋存状况示意图：图2-1井田赋存状况示意图2.2 矿井工业储量2.2.1储量计算基础井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据。根据地质勘探情况，可知本井田地质条件简单，且只有二2煤可采，所以不需分块段计算煤炭工业储量，其计算公式一般为：Q=SMD 式中 Q为井田工业储量，万t； S面积，m2； M煤层厚度，m； D煤的容重，t/m3。 2.2.2 井田地质勘探二2煤-510m水平以下，勘探程度偏底，只有7个钻孔控制，特别是二2煤层-700m水平以下仅有一个钻孔，地质储量只是D级。目前矿方正在对-650m水平以下进行补钻或地震勘探，可提高勘探程度。2.2.3 工业储量计算（式2-2） Q=SMD式中：Q储量，亿t；S水平面积，22.5km2；M储量计算厚度，6.8m;D容重，1.43t/m3。Q=22.5*6.8*1.43=2.19亿t2.3 矿井可采储量2.3.1安全煤柱留设原则（一）永久煤柱留设为了保证矿井生产安全，一定应邀留足永久安全煤柱。矿井可采储量=（矿井工业储量-永久煤柱损失）矿井回收率。计算矿井可采储量时，必须要考虑以下损失：1）工业广场保护煤柱；2）井田境界煤柱损失；3）采煤方法所产生的煤柱损失和断层煤柱损失；4）建筑物、河流、铁路等压煤损失；5）其他损失。本井田中永久煤柱损失主要有：工业广场保护煤柱、井田境界煤柱和边界断层保护煤柱等。根据新庄煤矿周围矿井实际经验并且依据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程之相关条款规定，部分煤柱的留设方法如下，具体可参见表2-1表2-1煤柱留设方法名 称留 设 方 法工业广场根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱与压煤开采规程第72条：工业广场维护带宽度为15m井田边界边界煤柱20m断 层断层煤柱每侧20m大 巷大巷煤柱每侧30m留设方法：1、断层煤柱 断层煤柱每侧留20米。2、边界煤柱根据本矿与刘河二矿开采边界协议书规定。井田东、南部边界煤柱为20m。3、工业广场煤柱根据煤炭工业设计规范，工业场地占地指标如表2-2。表2-2工业场地占地指标井 型大型井ha/10万t中型井ha/10万t小型井ha/10万t占地指标0.801.101.301.802.002.50注： 1) 占地指标中包括围墙内铁路站线的占地面积； 2) 井型小的取大值，井型大的取小值； 3) 在山区，占地指标可适当增加；4) 附近矿井有选煤厂时，增加的数值为同类矿井占地面积的3040%； 5) 占地指标单位中的10万t指矿井的年产量。工业场地的布置应结合地形、地物、工程地质条件及工艺要求，做到有利生产，方便生活，节约用电。本矿井设计年产量为180万t/a，根据规定，选取工业广场的面积为：S=180/101.2=21.6公顷 根据上述计算，选取工业广场的形状为的长方形,确定其尺寸为540400m2,煤层的平均倾角为14，工业广场的中心处埋藏深度为480m，该处表土层厚度为180m。主井、副井、地面建筑物均在工业广场内。工业广场按级保护留 围护带宽度为15m。本矿的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表2-3： 表2-3冲积层和基岩层移动角中心深度煤层倾角煤层厚度冲积层厚度MMm-450146818045757575由此根据上述已知条件，用作图法求出工业广场保护煤柱量，工业广场保护煤柱留设见图2-2。画出如图2-2所示的工业广场保安煤柱的尺寸，并由图量出保安煤柱的尺寸为：s=梯形面积=(上宽下宽)高/2 =(856+926)750/2 =34.81万m2 则工业广场的煤柱量为：工广保护煤柱量=34.816.81.43=338.49（万吨）图2-2 工业广场保护煤柱2、井田边界和断层煤柱的留设北部边界煤柱=9200.56206.81.43=178.93（万吨）西部王庄断层保护煤柱量=3337206.81.43= 64.90(万吨)南部谷小桥断层保护煤柱量=7230206.81.43=140.60 (万吨)东部人为边界留设煤柱量=2646206.81.43=51.46 (万吨)F1断层保护煤柱量=855206.81.432 = 33.26(万吨)F2断层保护煤柱量=705206.81.432= 27.42(万吨)总煤柱损失量=338.49+178.93+64.90+140.60+51.46+33.26+27.42 =835.06 (万t)2.3.2矿井可采储量设计储量为矿井工业储量减去各种煤柱后的储量。可采储量为设计储量减去暂不能开采的各种煤柱后在乘以采区回采率的储量。二2 煤平均煤厚为6.8m，属中厚煤层，采区回采率为80%， 井田的可采储量Z按下式计算：Z=(Zc-P)C （式2-3）式中：Zc矿井工业储量，2.19108t；P各种永久煤柱的储量之和，0.0835108t；C 采区回采率，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；本矿取0.80。则Z=(2.19108-0.0835108 )0.8 =1.68亿吨第三章 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1矿井工作制度按煤炭工业矿井设计规范规定，矿井设计年工作日为330d，每天三班作业(其中两班生产，一班准备)，每天净提升时间为16h。3.2 设计生产能力及服务年限3.2.1 确定依据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的太大。2、开发条件：包括矿区所处的地理位置、交通条件、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 全矿井现有可采储量1.68亿t。考虑到新庄井开采技术条件简单，特别是二2煤层，厚度适宜，赋存稳定工作面单产高，且矿区位于我国经济发达地区之一华东缺煤地区，煤种为较紧缺的优质贫煤，市场紧销，售价高且稳步上升，在目前市场经济条件下，为进一步降低成本，提高效益，有必要且有条件加大开发强度，增大生产能力，为此，从矿井资源条件、煤层开采技术条件和煤的加工利用以及煤炭外运条件和可研批复等方面综合考虑，矿井年设计生产能力确定为初期1.8Mt。3.2.3 矿井服务年限矿井及水平服务年限均按下式计算：（3-1）T=Z/AK 式中：T服务年限，a;Z设计可采储量，Mt；A生产能力，Mt/a；K储量备用系数，取1.4。则矿井服务年限为：T=6760对于第一水平，其水平垂高为-450m，可采储量为Z=8978万t故T=8978/(180*1.4)=36.7a30a由计算可知，矿井服务年限和一水平服务年限完全符合有关规定。3.2.4 井型校核按矿井实际煤层开采能力、辅助生产能力、储备条件及安全条件因素对井型进行校核。1、 煤层开采能力井田煤系地层总厚760米，含煤4层。可采一层。井田结构简单，煤层厚度稳定，标志层明显。下面，按矿井的实际煤层开采能力、辅助生产环节的能力、安全条件及储量条件等因素对井型加以校核：1) 校核矿井的生产能力矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力，根据本设计第四章矿井开拓与第六章采煤方法的设计可知，本矿井设计一个工作面回采能够满足矿井的生产能力要求。2) 校核各种辅助生产环节的能力本设计矿井为大型矿井，开拓方式为立井开拓。主井用钢丝绳胶带运输机运煤，运煤能力很大。辅助运输用副斜井提升，矿车运输。区段运输平巷采用钢丝绳胶带运输机运煤、区段回风平巷铺设单轨，运输能力完全满足要求。各辅助生产环节都能满足要求，不会影响生产能力。3) 校核储量条件矿井的设计生产能力应与矿井的储量相适应，以保证有足够的服务年限。根据煤炭部的有关规定，180万t/a的矿井服务年限必须在60年以上，第一水平服务年限必须在30年以上，为了较核矿井及水平的服务年限，可用下式进行计算。T=Z/(AK) （3-2）式中T矿井的设计服务年限，a； Z矿井或水平的可采储量，1.6834亿t； A矿井生产能力，180万ta； K矿井储量备用系数，取1.4。故矿井的设计服务年限为：T=1.6834*108/(180*104*1.4)=67a60a 对于第一水平，其水平垂高为400m，可采储量为Z=8978万t故T=8978/(180*1.4)=36.7a30a由计算可知，矿井服务年限和一水平服务年限完全符合有关规定。4) 校核安全条件依临近矿井开采情况，可知本矿井为低瓦斯矿井，为低二氧化碳矿井，并且无煤和瓦斯突出现象。矿井采用两翼对角通风方式，经第九章矿井通风设计表明：通风满足要求。本井田内大断层已查明，对采煤影响不大。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。第四章 井田开拓4.1井田开拓的基本问题4.1.1井筒形式及数目的确定新庄煤矿地表地势平坦，表土层厚度为180m，表土内含有四个含水层和三个隔水层，煤层倾角平均14，采深从-150m到-750m，可见本井田的内容摘要 为了确定合理的井田开拓方式和达到设计产量时的采区和工作面配备，本章将要根据地质和地形条件，提出多个井田开拓方案进行技术和经济比较，以求出一最优方案，确定井筒形式、位置、开采水平，井底车场等内容。本井田开拓方式的选择，主要考虑到以下几个因素：1）本井田煤层埋藏较深，煤层露头线在-150m，最深处接近-750m。2）表土层厚度大，平均厚度为180m。井筒的主要形式有平峒、斜井、立井，这三种形式各有特点和使用条件。平峒开拓是最经济和最简单的一种开拓方式，系统简单、施工容易、建井期短，基建投资和生产成本低，井下不需井底车场，地面不需安装提升设备，减少了矿建、土建的工程量，但是平峒开拓要受地层及煤层埋藏条件的限制，在地形为山岭、丘陵的矿区采用广泛。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。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。斜井开拓适用于煤层赋存较浅，表土层不厚，水文地质条件简单的缓倾斜或倾斜煤层。而立井开拓适应性强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制，能通过复杂的地质条件，提升能力大，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，管线路短，人员、材料提升快。开拓不适合采用平峒开拓和斜井开拓，所以采用立井开拓。本矿井采用一对立井开拓：主立井采用箕斗提煤；副立井采用罐笼提升矸石，升降人员、设备、材料，且兼作进风井。副井安装梯子间，作为一个安全出口。考虑到新庄井田范围较大，矿井通风方式经过比较后确定为两翼对角式通风（具体比较情况见第九章），在井田西翼和东翼各掘一个风井，即西风井和东风井，每个风井均安装梯子间，作为回风井并兼作安全出口。4.1.2井筒位置的确定井筒是井下与地面出入的咽喉，是全矿井的枢纽。井筒位置的选择对于建井期限、基本建设投资、矿井劳动生产率以及吨煤生产成本都有重要影响，因此，井筒位置一定要合理选择。选择井筒位置时要考虑以下主要原则：1、有利于井下合理开采（1）井筒沿井田走向的有利位置当井田形状比较规则而储量分布均匀时，井筒沿井田走向的有利位置应在井田的中央；当井田储量分布不均匀时，井筒应布置在井田储量的中央，以形成两翼储量比较均衡的双翼井田，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。（2）井筒沿煤层倾向的有利位置在倾向上井筒宜布置在中偏上的位置，同时考虑到减少煤损，尽量让工业广场保护煤柱圈住一些影响生产的地质构造和断层。2、有利于矿井初期开采选择井筒位置要与选择初期开采区密切结合起来，尽可能使井筒靠近浅部初期开采块段，以减少初期井下开拓巷道工程量，节省投资和缩短建井期。3、尽量不压煤或少压煤确定井筒位置，要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱，做到不压煤或少压煤。为了保证矿井投产后的可靠性，在确定井筒位置时，要使地面工业场地尽量不压首采区煤层。4、有利于掘进与维护（1）为使井筒的开掘和使用安全可靠，减少其掘进的困难及便于维护，应使井筒通过的岩层及表土层具有较好的水文、围岩和地质条件。（2）为加快掘进的速度，减少掘进费用，井筒应尽可能不通过或少通过流沙层、较厚的冲积层及较大的含水层。（3）为便于井筒的掘进和维护，井筒不应设在受地质破坏比较剧烈的地带及受采动影响的地区。（4）井筒位置还应使井底车场有较好的围岩条件，便于大容积硐室的掘进和维护。5、便于布置地面工业场地井口附近要布置主、副生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统之间互相联接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地面平坦，高差不能太大，专用线短，工程量小及有良好的技术条件，应尽量避免穿过村镇居民区、文物古迹保护区、陷落区或采空冒落区、洪水侵入区；要尽量少占农田、果园经济作物区，尽量避免桥涵工程，尤其是大型桥涵隧道工程。为考虑长期运输的行车安全和管理，要尽量避免与公路或其他农用道路相交，力求使接轨点位于编组站配线一侧。另外，井口标高应高于历年的最高洪水位；还要考虑风向的影响，防止污染。总之，选择井筒位置要统筹井田全局，兼顾前期和后期、地下与地面等各方面因素。不仅要考虑有利于第一水平，还应兼顾其他水平，适当考虑井筒延伸的影响。通过以上分析，考虑到新庄矿实际情况：为了减少煤柱损失，缩短煤炭外运距离，减少运输费用，平衡井田西（前期）、东（后期）两翼的运输和通风系统，主副井布置在井田储量的中央，以形成两翼储量比较均衡的双翼井田。矿井通风方式为两翼对角式，在井田两翼各布置一个风井。为了使通风路线最短并减少初期建井工程量，西风井布置在井田西翼中部。东风井布置在井田东翼。具体位置见新庄煤矿开拓平面图。4.1.3工业广场位置、形状和面积的确定工业场地的选择主要考虑以下因素：1尽量位于井田储量中心，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。根据以上原则并结合本矿井的实际情况，工业广场与主副井筒位置相同，布置井田中央偏上。依据关于煤矿设计规范中若干条文修改的决定（试行）之规定：井型在120180万t/a及以上，占地面积标准为1.2公顷/10万t。由此确定工业广场占地面积为21.6公顷。工业广场形状为矩形，其尺寸为：长宽=540m400m=216000m2。4.1.4开采水平数目、位置和标高的确定新庄井田范围内煤层倾角1216，平均14，煤层倾角较大，全区范围内可采煤层为二2煤，因此决定采用立井两水平开拓。第一水平水平标高为450m。4.1.5开拓方案的确定根据第三章所核算矿井及第一水平服务年限，全矿井服务年限为67a ，第一水平服务年限为36a，满足矿井设计要求。第二水平可暂作为备用储量。本设计开拓方案主要考虑第一水平，第二水平暂不考虑.4.1.6开采水平的数目、位置和标高井田主采煤层为二2煤，煤层倾角约14 。煤层埋藏深度从-150m-750m，倾斜长度平均2500m，从矿井实际出发，考虑合理的水平储量和采区上、下山长度及储量，结合工业广场位置，现提出四个可行方案：方案一：立井、两个水平，主副井筒直接延伸至二水平，一二水平均采用上山开采。一水平450m，二水平700m。方案二：立井、一个水平，上下山开采。方案三：立井、两个水平，暗斜井延伸至第二水平，第一水平上山开采，第二水平上山开采。方案四：立井、两个水平，主副井筒直接延伸至二水平。第一水平上下山开采，第二水平上山开采。4.1.7运输大巷和井底车场的布置1）运输大巷的布置由于运输大巷是矿井运输的主干道且服务时间长，为便于使用和维护，使大巷尽量不受煤层开采的影响，兼顾井底车场的位置，将运输大巷布置在二2煤煤层底版下方20m处的砂岩中。其优点是便于大巷的维护，维护费用底，在开采需要时可跨大巷开采，减少煤柱损失，同时便于设置煤仓。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，同时考虑道缩短与大巷连接石门的距离，所以也布置在二煤底板下方。4.1.8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：（1）立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，由于本矿煤层埋藏较深，划分水平时垂深也较大，相应立井延伸费用也会较高，而且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，延伸后提升能力相对降底。（2）暗斜井延伸采用暗斜井延伸时，生产和延伸相互干扰较小，原有井筒的提升能力不降低，暗井的位置不受原井筒的限制。但增加了上部车场工程量及提升运输环节和设备。4.1.9方案比较（1）方案说明借鉴我国现有高产高效矿井及国外生产矿井的经验，结合本井田实际情况特提出以下4种开拓方案：方案一：立井、两个水平，主副井筒直接延伸至二水平，一二水平均采用上山开采。图4-1 开拓方案一第一水平阶段运输大巷布置在450m水平，第二水平阶段运输大巷布置在700m水平。一二水平分界线为-450m；-150m450m采用上山开采，-450m700m采用上山开采。采用两翼对角式通风。方案二：立井、一个水平，上下山开采。图4-2 开拓方案二第一水平阶段运输大巷布置在-450m水平， -150m450m采用上山开采，-450m700m采用下山开采。采用两翼对角式通风方案三：立井、两个水平，暗斜井延伸至第二水平，第一水平上山开采，第二水平上山开采。 图4-3 开拓方案三第一水平阶段大巷布置在-450m水平，第二水平阶段大巷布置在-700m水平。-150m450m采用上山开采， -450m700m采用上山开采。采用两翼对角式通风。方案四：立井、两个水平，主副井筒直接延伸至二水平。第一水平上下山开采，第二水平上山开采。图4-4 开拓方案四第一水平阶段运输大巷布置在-450m水平，第二水平阶段运输大巷布置在-700m水平。-150m350m、-450m700m采用上山开采，-350m450m采用下山开采。采用两翼对角式通风。（2）开拓方案技术比较上述四个方案在技术上各有特点，现分析比较如下：（1）压煤方面 方案一至三工业广场压煤量最大，而方案四比其它三个方案，工业广场压煤量小。（2）建井工期方案四井筒深度小，所以建井工期较短。但后期开拓时石门距离长，工程量大。（3）均衡产量方案一、方案二、方案三及方案四首采区煤层条件好，能迅速达产，并能保证生产稳产和高产。（4）运输方面方案二及方案四都存在下山区段，反向运煤量较大，运输环节多，下山开采辅助运输会有一定困难。（5）基建投资方案四较其它三个方案基建投资省。（6）外部条件方案五铁路进线较其它四个方案稍长些。表4-1 水平主要参数水平水平斜长（m）垂高（m）水平实际出煤量（万t）服务年限（a）区段数目（个）区段斜长（m）区段采出煤量（万t）水平采区112843007325.5234.088.526180305.23212403007074.4832.928.236180294.77方案二较其它三个方案，下山开采长度大，而矿井涌水量较大，且煤层倾角为14度，走向距离较长，辅助运输存在一定困难。所以方案二不参与经济比较。其它三个方案各有利弊，需进行经济比较才能确定优劣。（3）开拓方案经济比较对方案一、方案三和方案四的建井工程量、生产经营工程量、基建费、生产经营费和经济汇总表。分别见表4-2、4-3、4-4、4-5、4-6。表4-2建井工程量项 目方 案 一方 案 三方案四初期主井井筒（m）500+20500+20400+20副井井筒（m）500550053805风井井筒（m）200200200回风斜巷（m）-井底车场（m）100010001000运输大巷（m）625062506250石门（m）-后期主井井筒（m）300-300副井井筒（m）300-300主暗斜井（m）-1240-副暗斜井（m）-1240-井底车场（m）1000-1000斜井车场（m）-800-主石门（m）1103-1103运输大巷（m）575057505750第99 页表4-3 基建费用表方案项目方 案 一方 案 三方 案 四工程量单价费用工程量单价费用工程量单价费用（m）（万元m-1）（万元）（m）（万元m-1）（万元）（m）（万元m-1）（万元）初期主井井筒（m）520.0000.677338.285500.0000.677338.285400.0000.677270.800副井井筒（m）505.0000.962485.972505.0000.962485.972385.0000.962370.370风井井筒（m）200.0000.45591.000200.0000.45591.0002000000.45591000回风斜巷（m）-井底车场（m）1000.0000.09090.0001000.0000.09090.0001000.0000.09090.000运输大巷（m）6250.0000.2461536.5006250.0000.2461536.5006250.0000.2461536.500石门（m）-小计2541.7572541.7572358.670后期主井井筒（m）300.0000.677202.971-300.0000.677202.971副井井筒（m）300.0000.962288696-300.0000.962288696主暗斜井（m）-1240.0000.478593.290-副暗斜井（m）-1240.0000.478593290-井底车场（m）1000.0000.09090.000-1000.0000.09090.000斜井车场（m）-800.0000.09072.000-主石门（m）1103.0000.246271162-1103.0000.246271162运输大巷（m）5750.0000.2461413.5805750.0000.2461413.5805750.0000.2461413.580小计2266.4092672.1602266.409共计48081665213.9174625079表4-4 生产经营工程量项目方案一方案三方案四运输提升/万t.k