综合机械化采煤工艺

摘要本设计为鹤岗峻德煤矿教学初步设计（6#、9#、12#、15#、19#）3.0Mt/a，峻德煤矿井田地质构造比较简单，煤层倾角14o～19o，平均倾角14o，煤种以焦煤为主，井田内共有5层可采煤层，煤层总厚19.5m，井田面积16.44km2，可采储量235.2Mt，矿井设计服务年限66a[18]。峻德煤矿采用双斜井、两水平、集中大巷、上山式开拓方式，主井采用胶带运输机提升，副井采用双钩串车提升。主运输采用20t架线式电机车牵引5t底卸式矿车运输。一水平设2个采区，设计采区布置三条煤层上山，设计采区生产能力3.0Mt/a。设计工作面采用走向长壁后退式综合机械化采煤工艺，“四六”工作制[18]。峻德煤矿属低瓦斯矿井，矿井通风方式为两翼对角式，矿井通风方法为抽出式[18]。关键词：斜井开拓；上山；综合机械化采煤工艺

AbstractThisdesignisthepreliminaryteachingdesignofHegangJundeCoalMine,3.0mt/a.ThegeologicalstructureofJundecoalmineisrelativelysimple,thecoalseamdipangleis14o～19o,theaveragedipangleis14°,andthecoalismainlycokingcoal.Therearefiveminablecoalseamsintheminefield,thetotalthicknessofthecoalseamis19.5m,theareaoftheminefieldis16.44km2,theminablereserveis235.2mt,andthedesignservicelifeofthemineis66A[18].JundeCoalMineadoptsthedevelopmentmodeofdoubleinclinedshaft,twolevel,centralizedmainlaneanduphill.Themainshaftisliftedbybeltconveyor,andtheauxiliaryshaftisliftedbydoublehookseriescar.Themaintransportationadopts20tstringingtypeelectriclocomotivetopull5Tbottomdumptypeorecarfortransportation.Twominingareasaresetatthefirstlevel,threecoalseamsaresetupinthedesignminingarea,andtheproductioncapacityofthedesignminingareais3.0mt/a.Thedesignworkingfaceadoptsthecomprehensivemechanizedcoalminingtechnologyofstrikelongwallretreattype,"foursix"workingsystem[18].JundeCoalMineisalowgasmine,theventilationmodeofthemineistwowingdiagonaltype,andtheventilationmethodofthemineisexhausttype[18].Keywords:Inclinedshaftdevelopment;uphill;comprehensivemechanizedcoalminingtechnologyLXIX第1章井田概况及矿井建设条件1.1井田概况1.1.1交通位置峻德煤矿地处黑龙江省鹤岗市南部，为鹤岗煤田最南部的一个井田。其地理坐标为：东经130°14′40″北纬47°11′50″。井田的北部边界与兴安煤矿相邻。其界限为：西端经线113260以为界，东端第十九层-350m煤层底板等高线为界。南端以断层F6为界，北端以断层F11为界。全区走向长6.52km，宽2.63km,面积16.44km2[1]。具体位置见图1-1.图1-1交通位置图1.1.2地形地貌鹤岗峻德煤矿井田的地势西高东洼，其中洼地面积大约占三分之二左右[2]。1.1.3地面水系地面水系仅有鹤立河，位置从井田上方经过，之后通过人工改造，会改向东部流出。最高洪水位238m。最大流最为180m3/s。地下水原始流向与地表河流流向一致。水力坡度2‰左右。1.1.4气象特征峻德矿区属于中温带大陆性气候。年平均降雨量为600㎜左右，雨季主要集中于六、七、八三个月。一年中气温最高达到＋36˚C,最低到－29˚C。多风季节主要集中在春天与夏天。最大风速为29m/s。1.1.5地震情况峻德矿在史料中无地震发生过。1.1.6地区经济概况矿区内经济主要以农业生产为主，工业相对落后，没有大型工厂与企业。农民以种农田为主，种植以小麦玉米为主。近年来，随着国家的扶持与资源倾向，农民收入大幅增加，若矿区建设良好，会进一步加速经济发展，总体来说，地区经济发展稳定良好。1.1.7矿区开发简史峻德煤田为新近开发，无开发历史。1.1.8地面建(构)筑物及设施地面平坦，峻德井田范围内为农田和林地，该地区没有村庄等需要拆迁或者留设保护煤柱的建筑，也无国家级需要保护的旅游区、自然资源、国有铁路、高速公路和高压线路，该地区没有对开采有任何影响的因素。矿井建设所需的碎石、水泥、混凝土等前期建矿需要的建材均可当地解决[1]。1.2矿井外部建设条件及评价1.2.1运输条件铁路交通方便，井田内设有峻德火车站，距离鹤岗火车站仅有15千米。鹤大公路从其上方穿过，可以到达多数黑龙江重要城市，公路交通也极为方便，为发展提供良好条件。1.2.2电源条件峻德矿电力由峻德周边变电所所提供，由峻甲、峻乙、峻丙、峻丁四线提供主要电力。1.2.3水源条件由于峻德煤矿的周边地形为丘陵区，地势较低，所以周边地下水的储量较大。本地区经过水文地质勘探，对水文地质条件已经掌握清楚。对此地下大储水量，提出一下三点措施：1.将鹤立河改道，直到对矿区不造成影响。2.东北西三面均有地表排水沟流入鹤立河。3.地表有一定数量的疏干井，深降强排。1.2.4其它建设条件井田周边基本没有大型建筑物，古迹或人口密集区域，对井下开采的影响很小。对于建设所需要的材料可以从周边地区购得，推动整体经济发展。1.3矿井资源条件1.3.1地层煤层走向大致成南北走向，区域地层特征见表1-1。表1-1地层特征表界系统组厚度（M）岩性中生界第四系下统东山组2～55表层为腐植土，其下由灰白色砾岩、粗砂岩、细砂岩及黄色粘土组成第三系大于450山灰绿色、半胶结的粗砂岩、中砂岩、细砂岩组成白垩系大于230为绿、紫色安山质集块岩或角砾岩组成侏罗系上侏罗系石头庙子组120～500分上、下两部分，上部：主要以灰白色砂岩及黑色粉砂岩，泥岩组成。夹薄层凝灰抟岩。下部：以砾岩为主与砂岩、粉砂岩、泥岩互层组成。石头河子组1000上部：以灰白色中砂岩为主，夹含砾粗砂岩、细砂岩及黑色粉砂岩、页岩、煤。中部：岩性较细，以灰白色中、细砂岩和灰黑色粉砂岩、泥岩为主，夹少量粗砂岩。下部：岩性较粗。以灰白色砾岩，中粗砂岩为主，夹灰黑色粉砂岩、泥岩、炭页岩，凝灰质岩石等组成。可含采煤层五层。前古生界不详由花岗岩、花岗片麻岩、石英石、角闪片岩等组成1.3.2构造1、井田地质构造特征含煤地层产状平缓，倾角一般14°～16°，总体走向近南北，本区构造复杂程度简单。2、褶曲井田内未发现大的褶曲构造。3、断层峻德矿区共发育有3条断层，落差较小，故本区断层不影响采区的合理划分和采煤工作面的连续推进。表1-2主要断层特征表序号断层名称断层性质断层产状区内走向长度（m）控制程度备注走向倾向倾角（°）落差（m）1F3正EWN4015～2023～61较可靠2F6正EWN3718～2519～53较可靠3F9正SNE168～1131～79较可靠4F11正EWN3016～2511～33较可靠4、岩浆岩峻德煤矿范围内，无岩浆岩侵入。5、陷落柱由于矿区从未进行过开采，史料无地震发生，峻德煤矿范围内无陷落柱。1.3.3煤层1、含煤地层本井田开采之煤层主要位于侏罗统石头河子含煤组，本组共有中厚煤层5组。煤层综合柱状图见图1-2煤层特征该井田内共有5个可采煤层，编号为6#、9#、12#、15#、19#，全矿井发育，5层煤层平均倾角为14°，煤层倾角为，煤的视密度为1.4[18]。峻德矿区的可采煤层特征，见表1-3[18]。图1-2煤层综合柱状图表1-3可采煤层特征表煤层编号煤层全区厚度（m）煤层可采区厚度（m）煤层层间距（m）煤层结构顶底板岩性煤层稳定性煤层视密度最小~最大平均最小~最大平均最小~最大平均夹矸层数夹矸厚度（m）顶板底板6#3.4~4.54.03.4~4.54.018~242100凝灰砂岩凝灰砂岩稳定1.49#4.0~5.04.54.0~5.04.500砂岩页岩稳定1.439~484412#4.0~5.04.54.0~5.04.500砂岩砂岩稳定1.440~534615#2.8~~3.63.200砂岩砂岩稳定1.417~232019#2.8~~3.63.200凝灰砂岩凝灰砂岩稳定煤质经过检测，该地区煤质主要为半亮煤，在显微镜下进行镜检，镜下鉴定煤岩组成以凝胶物质为主，几乎见不到其他的矿物杂质。主要用途以原煤发往发电公司为主。煤质特征见表1-4。表1-4煤质特征表序号煤层名称水分Mad（%）灰分Ad（%）挥发分Vdaf(%)硫分St,d(%)磷分Pd(%)低位发热量Qnet.ar(MJ/kg)胶质层最大厚度Y（mm）16＃0.361532.52-34.760.230.0086200～750017.229＃0.362432.52-34.760.240.0136200～750017.2312＃0.362432.52-34.760.260.0146200～750017.2415＃0.362532.52-34.760.220.0076200～750017.2519＃0.361432.52-34.760.280.0066200～7500水文地质本区以大气降水补给为主,根据多年来矿井涌水量的观测资料可得，678月份的降水明显增多，因此,水源的主要补给来自于大气降水。含水系数K=Q/T（Q为涌水量,T为产量）。涌水量为：0.549×257000/30×24=196.0m3/h通过以上数据可知,年平均涌水量的1.5倍,即Qmax=294m3/h总之,峻德矿的年平均涌水量196m3/h,最大涌水量为294m3/h。有的断层会出现出水，但其水量有限,会被迅速疏干，不会造成很大的影响。因此,将该区水文地质类型定为简单。1.3.6其他开采技术条件1、矿井瓦斯[24]峻德煤矿为低瓦斯矿井，瓦斯含量为0.03m3/d～2.56m3/d。2、煤层自燃煤层自然发火期，平均为18个月。煤层自然倾向性分类：6、9、12号煤层为Ⅰ类，其余煤层均为Ⅲ类。本矿无瓦斯、煤尘等重大灾害发生。3、煤尘爆炸煤层存在爆炸性。爆炸试验中其火焰长为：6号层300～400㎜、9号层320～530㎜、12号层20～500㎜。4、矿井地温峻德煤矿无地热危害，井下第一水平开采地温均正常。但随着开采水平的延深越深，温度会逐渐升高。随着开采深度到达第二水平，开采煤矿具有一定的影响。5、煤层顶底板五层煤的顶底板皆状况良好，稳定性高。1.3.7矿井资源/储量估算峻德煤矿开采的范围内，平面图上的资源/储量是根据勘查报告和煤层柱状图得知，然后国家允许峻德煤矿开采的范围，以及各个可采煤层的走向和倾向。许可证的范围是属于峻德煤矿的开采范围，垂直的最高见煤的标高为+300m，最低允许开采的标高为-350m[18]。矿井范围内的地质资源量汇总表如下[18]，见表1-5[18]。表1-5[18]矿井地质资源量汇总表开采水平煤层杳明资源量（Mt）EQ\f(331,331+332+333)（%）EQ\f(331+332,331+332+333)（%）(331)(332)(333)小计Ⅰ6#28.948.673.0240.6370909#39.9811.945.9157.83709012#40.5411.45.9857.92709015#22.516.493.1632.16709019#22.856.843.232.897090合计154.8245.3421.27221.437090Ⅱ6#28.938.673.0140.6170909#39.9811.945.9057.82709012#40.5411.45.9757.91709015#22.516.493.1532.15709019#22.856.843.232.897090合计154.8145.3421.23221.387090总计309.6390.6844.7442.8170901.4井田勘查程度及开采条件评价1.4.1地质勘探程度88年以后施工的目的不同的9个孔。工程量是3390.7M。手钻孔5823.46M。这次首先对钻孔进行了研究分析，认为钻孔见煤点运用是可靠的，仅有少数孔个别煤层有改动。本次又增加了较多的断层。历次勘探的时间、单位、工程量，可采煤层点质量评述比较详细。1.4.2地质勘探评价上述勘查工作，对峻德矿极其周边做了整体的评价，勘探了其内部构造，查明了可采煤层的整体状况，探明其可采范围；对煤质，水文条件，瓦斯条件等都做出了详细的判断；探明了矿井地质资源储量，使得对矿井整体的情况有了清晰的把握，对于以后的安全防范，开采效率等做了前提准备，达到《煤、泥炭地质勘查规范》要求。可以作为现阶段设计依据。

第2章矿井资源/储量、设计生产能力及服务年限2.1井田境界及资源/储量2.1.1井田境界峻德矿井以经线113260为西端界限，东端以第十九层-350m煤层底板等高线为界。南端以断层F6为界，北端以断层F11为界。全区走向长6.25km，宽2.63km,面积16.44km²。详见表2-1井田范围拐点坐标表[18]。表2-1矿井境界拐点坐标表拐点坐标拐点坐标XYXY11241570125999005124426512259160212425001259855061243635126000303124257512598545712432401260006041226590125983098124291012600120开采上限+250m开采下限-350m2.1.2资源储量1、矿井地质资源量[18]国家赋予许可证权利内开采一定范围，该范围总共查明了5层煤层，这个地段查清楚的地质资源量为351.81Mt，其中探明的内蕴经济资源量(331)211.09Mt，占全矿井地质资源量的60%，控制的内蕴经济资源量(332)105.54Mt，占煤层资源量的30%，推断的内蕴经济资源量(333)35.18Mt，占煤层资源量的10%[18]。详见表1-6。2、矿井工业资源/储量[18]矿井工业资源/储量=lllb+122b+2M11+2M22+333k=185.99+92.99+79.72+39.85+44.7×0.8=340.31Mt矿井工业资源/储量为340.31Mt，即矿井地质资源量扣除333折减量，考虑到开采的矿井具有简单的地质构造、所有的煤层相对稳定，探明比较准确，故可信度系数k取0.8，矿井工业资源/储量[18]。计算见表2-2[18]。表2-2矿井工业资源/储量表[18]开采水平煤层矿井地质资源量（Mt）探明的资源量（Mt）（331）控制的资源量（Mt）（332）推断的资源量（Mt）（333）矿井工业资源/储量（Mt）111b2M11小计2S11122b2M22小计2S22k值333kⅠ6#40.6317.727.3125.0308.533.6612.1900.83.4339.989#57.8324.2910.4134.7012.145.2017.3400.84.6256.6612#57.9224.3310.4334.76012.165.2117.3700.84.6356.7615#32.1612.865.7918.6506.752.899.6400.82.5730.8619#32.8913.815.9219.7306.912.969.8700.82.6332.23合计221.4393.0139.86132.87046.4919.9266.4100.817.88217.16Ⅱ6#40.6117.87.3125.0908.543.6712.2100.83.4339.989#57.8224.2810.4134.69012.145.2017.3400.84.6256.6612#57.9124.2310.4334.66012.165.2117.3700.84.6356.7615#32.1512.865.7918.6506.752.899.6400.82.5730.8619#32.8913.815.9219.7306.912.969.8700.82.6332.23合计221.3892.9839.86132.84046.519.9366.4300.817.88217.15全矿井总计351.81185.9979.72265.71092.9939.85132.8400.835.76340.313、矿井设计资源/储量[18]矿井设计资源/储量=矿井工业资源/储量-断层煤柱-防水煤柱-井田境界煤柱-地面建（构）筑物煤柱-其他煤柱[18]。经计算矿井永久煤柱损失量总计为49.84Mt，矿井设计资源/储量为290.47Mt[18]。矿井设计资源/储量计算见表2-3[18]。表2-3矿井设计资源/储量表[18]开采水平煤层矿井工业资源/储量（Mt）永久煤柱煤量（Mt）矿井设计资源/储量（Mt）断层防水井田境界地面建（构）筑物其他小计Ⅰ6#39.981.2803.61004.8935.099#56.661.1405.68006.8249.8412#56.761.2805.53006.8149.9515#30.860.7803.13003.9126.9519#32.230.6502.59003.2428.99合计217.165.13020.790025.92191.24Ⅱ6#39.981.2803.61004.8935.099#56.661.1505.68006.8349.8412#56.761.2805.53006.8149.9515#30.860.7803.13003.9126.9519#32.230.6402.59003.2328.99合计217.155.13020.790025.92191.24全矿井总计340.3110.26041.580051.84290.474、矿井设计可采储量4、矿井设计可采储量矿井设计可采储量=（矿井设计资源/储量-工业场地保护煤柱-井筒保护煤柱-主要巷道煤柱）×采区采出率[1]。采区采出率：按《煤炭工业矿井设计规范》GB50215-2015规定取值[1]。经计算，全矿井设计可采储量为235.2Mt，矿井设计可采储量计算见表2-4[18]。表2-4矿井设计可采储量表[18]开采水平煤层矿井设计资源/储量（Mt）保护煤柱煤量（Mt）采区采出率开采损失矿井设计可采储量（Mt）工业场地井筒主要巷道小计Ⅰ6#35.09001.121.1275%3.3623.899#49.84002.232.2375%5.2134.412#49.95002.32.375%4.8334.2715#26.95001.211.2175%3.0619.2219#28.99001.271.2775%4.3617.89合计191.24008.138.1375%20.82163.81Ⅱ6#35.09001.071.0775%3.2137.629#49.84001.631.6375%4.8851.2912#49.95001.111.1175%3.3354.9815#26.95001.071.0775%3.2227.4419#28.99001.61.675%4.7827.62合计191.24006.486.4875%19.42163.81全矿井总计290.470014.6114.6175%40.24235.25、安全煤柱[18]（1）根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》和《煤炭工业矿井设计规范》[1]。（2）井田境界煤柱宽度取30m[1]。（3）如果矿井有断层的问题，则需要在断层的左右两边留30m的煤柱，用来保护断层[1]。（4）防水煤柱留设[1]根据地质勘探局为刘河矿业提供的报告所知，在此处开采的全部范围内，没有发现地板有河流或湖泊，因此该矿井开采和掘进过程中，根本没有必要给河流或者湖泊留煤柱[1]。2.2生产能力及服务年限2.2.1矿井工作制度根据《煤炭工业矿井设计规范》规定[1]：1、矿井一年只工作330天，所以按330天计算年工作量[1]。2、井下（包括与井下关联的部分地面工种）采用“四六”制，每天4班作业，其中3班生产、1班检修[1]。3、每天提升机提升18个小时[1]。2.2.2矿井设计生产能力[18]矿井设计生产能力应根据查明资源/储量、地质构造、外部建设条件、矿区总体规划、目标市场需求、开采技术条件、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[18]。本设计根据矿井设计生产能力与地质构造等因素，结合国内外先进矿井生产管理方法和开采技术的创新发展，根据峻德煤矿的各种相对应地质、该地区的经济等因素的影响，同时结合现在大型矿井一般产量大、装备水平高、生产集中、效率高、成本低、服务年限长、增产潜力大，是我国煤炭工业的支柱和骨干[18]。最终对应一些前景好的矿井的经验，然后选出属于本矿井的最优方案，由于矿井的初步设计，适合教学运用，暂时不考虑矿区总体规划、目标市场需求、经济效益、外部建设条件等因素[18]。方案一：2.40Mt/a；方案二：3.00Mt/a；方案三：4.00Mt/a；1、资源/储量[18]资源量是决定矿井生产能力的基础，井田范围内地质资源储量351.81Mt，矿井设计可采储量235.2Mt[18]。矿井设计服务年限计算公式[18]式中T——矿井设计服务年限，a[18]；Zk——矿井设计可采储量，Mt[18]；A——矿井设计生产能力，Mt/a[18]；K——矿井储量备用系数，K=1.3~1.5[18]，根据本设计矿井情况，备用系数K=1.4[18]。方案一：T=Z/(A×K)=235.2/(2.4×1.4)=70a方案二：T=Z/(A×K)=235.2/(3.0×1.4)=56a方案三：T=Z/(A×K)=235.2/(4.0×1.4)=42a从保证矿区均衡生产来看，井型较大的矿井其服务年限也应略长些，这样才能保证最佳的经济效益，因本井田地质储量大，可采储量多，综合考虑后，其服务年限可以较长，约50-60a左右，选择方案二合理。最后可以确定矿井生产能力为3.0Mt/a，矿井服务年限为56a。2、地质构造、开采技术条件、煤层及采煤工作面生产能力[1]从开采煤层的顶板、底板的岩石性质为凝砂岩，凝砂岩的岩性还比较稳定、井田内是否存在大的断层以及等高线曲折不平的褶曲地质条件、煤矿是否有河流流过或者矿区范围内是否有湖泊、承压水等水文地质条件、机械设备的先进程度与开采技术条件、可采煤层及首采区的采煤工作面产出来的煤量多久可以达到设计的能力分析，根据开采原因、经济投资等因素的种种限制，这个矿井前期的的建设不能超过3.0Mt/a，防止一个工作面不能达产，需要多个工作面来支持，但是现在规定，大型矿井不能同时布置两个采煤工作面[18]。3、技术装备条件根据矿井整体的经济情况与合理的设备和技术的后盾支持，才能更好的因地制宜，充分发挥矿井的生产能力。因此，根据技术装备条件分析本矿井能达到的最大生产能力为3.0Mt/a。综上所述，本矿井的设计可采资源量比较丰富，地质构造复杂程度简单，可采煤层角度的影响、如果由于矿井的前期经济限制住了矿井的生产能力，则只能设计低生产能力为3.0Mt/a的矿井，如果前期采出来的煤炭可以赚到后期建设以及偿还银行贷款，达产之后，再进行设备的更新替代，有可能可以加大矿井每年的生产，力求更多的经济效益[18]。2.2.3矿井设计服务年限[18]矿井设计服务年限按下式计算[18]：按《煤炭工业矿井设计规范》要求并根据本矿井实际储量备用系数取1.4[1]。根据表2-4计算的可采储量和确定的矿井设计生产能力，计算的服务年限为[1]：T=235.2/（3.0×1.4）=56（a）[18]。同理，可计算一水平服务年限[18]。一水平服务年限T1=117.6/（3.0×1.4）=28（a）[18]。一水平服务年限符合《煤炭工业矿井设计规范》的要求，设计合理[1]。

第3章井田开拓3.1开拓方式及井口位置[18]3.1.1井硐形式和井口位置1、井硐形式方案比较井硐形式的选择应全面考虑各种因素，在对于矿井整体的环境有详细掌握的基础上进行选择，应该考虑的因素有：井田地质和水文地质条件；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；煤层赋存和开采技术条件；矿井设计生产能力要求；当地的交通及经济条件等。由于本井田煤层倾角为14°，由于煤层之间距离不是特别大，所以采用集中大巷开采，设两个水平，所以根据开拓基本原则，现提出如下三种方案：方案一：双立井开拓方案二：双斜井开拓方案三：主斜副立开拓井口位置方案比较井口位置选择的主要因素[18]（1）地面的形状及断层和褶曲等地质构造[18]（2）开采矿井的现在状态[18]。（3）煤层所处的围岩情况和设备的先进程度以及开采难易程度影响分析3、井田开拓主要技术原则[18]。（1）应该为尽可能多一些煤、尽早可以出煤、初期建井的投资费用少、吨煤成本低、采煤速率高创造条件[18]；（2）尽量设置简单的矿井开采系统，应集中、合理的管理矿井，实现集中生产，管理方便[18]；（3）减少保护煤柱的留设，提高采区的采出率和工作面的回采率；（4）要建立合理的通风系统，减少巷道的掘进量，通风系统简单，对巷道维护工程量降低；（5）缩短达产时间，尽最大程度早一些达到矿井的生产能力，安全生产；综上所述，本矿井的井口选择在中部比较合适。3.1.2水平划分与标高确定[18]1、水平划分该矿井倾向长度为2630m，走向长度6250m,煤层平均倾角14°。①参考新建设计服务年限表可知，开采特殊煤种，在第一水平，服务年限需要30年，整个矿井，从建井开始到关闭，服务年限要达到60年以上。因此在开采第一水平必须要满足规定的服务年限，尽量在第一水平有足够的服务年限，便于矿井的后期发展，因为开采煤矿，需要花费大量的资金，然而矿井开拓是初步设计的开始，因此开拓水平需要花费大量的人力、物力，但是特别是第一水平的划分，必须按《煤炭工业矿井设计规范》的有关规定进行设计[1]。②保持上、下山的合理斜长，应该力求开采每一个水平范围的井筒和巷道的掘进工程量和后期对其维护的费用尽可能降到最少，矿井对煤炭的提升、井下的矿井水的抽、排、放，正常生产费用和管理费用最低；③合理的划分水平，能够有利于采区之间的正常接替，有便于不断的生产出煤，不需要浪费不必要的成本；④为了采煤工作面可以正常的接替，合理的根据采区的斜长划分区段数目。阶段内采用采区式进行准备，采用采区后退式开采顺序。据此现提出两个方案：方案一：井田划分两个开采水平；一水平运输标高-50m，二水平运输标高为-350m。方案二：井田划分三个开采水平，一水平标高100m，二水平标高-150m，三水平标高-350m。水平划分与阶段划分表见表3-1、表3-2表3-1水平划分比较表方案水平序号阶段划分数目阶段斜长（m）水平垂高（m）水平标高（m）可采储量（Mt）服务年限（a）一11826300-50117.62821620600-350117.628二1162015010078.41821413400-15078.41831412600-35078.418表3-2阶段划分比较表阶段划分数目阶段斜长（m）水平垂高（m）水平可采储量（Mt）服务年限（a）区段数目（个）区段斜长（个）区段采出煤量/Mt水平采区282630062.342814+162202´3.840862060056.282814+152002´4.0410362030056.28289+152202´4.033041340031.17189+132002´3.846741360031.17189+132002´3.8467根据水平划分比较表可知：方案一中的第一阶段的水平位置在-50m的标高时，符合《煤矿工业矿井设计规范》有关规定.可见，如果把井田划分为两个水平的时候，满足条件，第一水平有大量的储量进行开采，不需要及时准备第二水平，因为井田的走向比较长，第一水平划分了两个采区，左右两翼布置工作面进行开采，方便采区的接替，减少了停产的时期，源源不断的出煤，以致于采煤工效较高。方案二与方案一做比较，方案二又增多了一个水平，显而易见，方案二比方案一多出一组井底车场与运输大巷，相应的增加了开拓工程量。虽然方案一阶段斜长比方案二长，但相差并不大。当采用方案二时矿井水平服务年限不符合均衡生产要求，由以上比较，方案一更合理，因此将峻德井田划分为以下两个水平进行开采，其第一水平的位置在-50m标高处，第二水平在-350m标高处，第一第二水平均采用上山开采。2、水平标高一水平运输标高-50m，二水平运输标高为-350m。各水平均用上山开采。3.1.3大巷布置1、大巷布置方式[18](1)分煤层大巷适用条件[18]1)可采煤层的数目不多，层间距比较大，而石门的工程量长；2)矿井的服务年限不长，具有较短的井田走向长度；3)煤层顶板具有井底车场[18]；4)煤层的特性不相同，需要进行分别开采和运输；5)开采的产煤量大、而且进风量大；(2)分组集中大巷适用条件[18]1)可采煤层的数目较多，部分几层煤层间距相差不大，部分煤层的间距相差很大，煤层间距相差大小不一；2)按煤层的特点可以进行分别运输，同时不同煤质的煤层可以配采，有更多的经济效益；3)因为分组集中大巷需要两条大巷，对两个煤种进行分别开采，它们具有独立的通风系统，多个水平可以在同一时间生产，各个大巷服务自己负责运输和通风系统，两个采区相互之间没有很大必要的联系，只是共用井筒，把煤运输到地面[18]。(3)集中运输大巷适用条件[18]1）适用于煤层层数较多，各煤层之间的间距相差不大的矿井[18]；2）矿井的服务年限长，井田走向长度大[18]；3）最下层的煤层的底板有稳定的坚硬岩层，生产期间容易得到很好的维护[18]；4）煤层的煤种、煤质相同，可以要求分采、分运；5）煤层的自燃发火期短，便于分区域、分区段进行事故处理；6）每个采区的尺寸面积过大，服务年限长，井巷维护量大，但是需要掘进的石门工程量长度短。本设计共含有5层可采煤层，编号从上到下依次为6＃、9＃、12＃、15＃、19＃煤层。其中6#和9#煤间距21m、9#和12#煤间距44m，12#和15#煤间距47m，15#和19#煤间距20m，共计为132m，煤层的硬度中等。方案一：大巷的布置方式为岩层集中大巷布置，大巷的层位位于19号煤层的底板岩层30m中，给井底煤仓留出富裕长度，由石门连接剩余煤层，进行上山开采[18]。方案二：岩层分组集中大巷布置，分别将6#、9#、12＃煤层和15#、19#煤层分为两个层组，需要布置两条岩层大巷，一条大巷位于12#煤层底板岩层30m中，一条大巷位于19#煤层底板岩层30m中[18]。方案三：煤层分组集中大巷布置，分别将6#、9#、12＃煤层和15#、19#煤层分为两个层组，需要布置两条煤层大巷，一条大巷位于12#煤层中，一条大巷位于19#煤层中[18]。由于各煤层间间距太小，不适宜方案二、三即分组集中大巷布置方式。因此需要采用岩层集中运输大巷布置方式。2、大巷数目一水平设置一条集中运输大巷,设在最底层煤层地板中,标高为-200m，由石门连接大巷和煤层。3、大巷层位大巷的层位应该离最底下的煤层留有合适的位置，大巷的状态不应受到开采各个煤层的采动影响，这样有利于大巷的维护和使用；根据以往的矿井建设经验，大多数的运输大巷位置一般布置在最下层煤层的底板岩层中，如果条件允许的话，同样也可以在煤层组的底部围岩稳固、煤质坚硬的薄及中厚煤层中布置运输大巷。峻德煤矿的服务年限长，因此运输大巷应该布置在最下层煤层下方30m的底板坚硬岩石中，不会受到开采的影响，也不需要留设大巷保护煤柱或留少量的护巷煤柱，则煤的损失少；在维护运输大巷方面，维护性相对布置在煤层中的运输大巷更好，大巷更加稳定，维护的费用更低；布置在稳定岩层中，受地质构造的影响不大；安全条件好，几乎不存在受煤和瓦斯突出以及煤层自燃对运输大巷的影响；大巷布置形式主要有布置在煤层的运输大巷和布置在岩石中的运输大巷两种形式，矿井服务年限长，岩石大巷比煤层大巷有更大的优势，岩层运输大巷的优越性还是主要的，在本设计井田中，在最底层煤19#煤层底板30m岩层中布置岩石集中大巷[18]。3.1.4矿井开拓方案确定[18]根据以上三方面的比较提出三到四个矿井开拓方案，进行详细的技术经济比较，确定矿井开拓方案[18]。方案一：双立井开拓[18]；方案二：双斜井开拓[18]；方案三：主斜副立开拓[18]。方案比较示意图见图3-1，费用估计见表3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8方案一：双立井开拓方案二：双斜井开拓方案三；主斜井、副立井开拓图3-1开拓方案比较示意图[18]表3-3三种方案估算费用[18]单位：万元项目方案1方案2基建费立井开凿2×315×30000×10-4=1890主斜井开凿830×10500×10-4=871.5石门开凿100×800×10-4=8.0副井开凿830×10500×10-4=871.5井底车场1000×9000×10-4=900.0上、下斜井车场（300+500）×9000×10-4=720小计2798小计2463生产费立井提升1.2×79209×0.6×8.5=48470斜井提升1.2×7920×2.37×4=89997.1776石门运输1.2×7920×3.73×3.81=135064.2立井排水380×24×365×25×1.525×10-4=12691.05斜井排水380×24×365×25×1.9×10-4=15963.5932小计196225.6452小计105960.7708总计费用199023.6425费用108423.7708百分率190%百分率100%项目方案2方案3基建费主斜井开凿830×10500×10-4=871.5主斜井开凿830×10500×10-4=871.5副斜井开凿830×10500×10-4=871.5副立井开凿315×30000×10-4=945上、下斜井车场（300+500）×9000×10-4=720井底车场1000×9000×10-4=900小计2463小计2716.5生产费斜井提升1.2×7920×2.37×4=89997.1776斜井提升1.2×7920×2.37×4=89997.1776380×24×365×25×1.9×10-4=15963.5932斜井排水380×24×365×25×1.9×10-4=15963.5932立井排水380×24×365×25×1.525×10-4=12691.05小计105960.7708小计132688.2276总计费用108423.7708费用135404.7276百分比100%130%表3-4建井工程量[18]项目方案1方案2初期主井井筒/m副井井筒/m井底车场/m主石门/m运输大巷/m295+20295100004000830830100004000后期主井井筒/m副井井筒/m井底车场/m主石门/m运输大巷/m3003001000533.813000830830800533.813000表3-5生产经营工程量[18]项目方案1项目方案3运输提升/104t·km工程量运输提升/104t·km工程量采区上山运输一区段2×1.2×1066.22×4×0.174=1781.01一水平一区段1.2×1133.62×3×0.185=754.99二区段2×1.2×1066.22×3×0.174=1335.76二区段1.2×1133.62×2×0.185=503.33三区段2×1.2×1066.22×2×0.174=890.51三区段1.2×1133.62×1×0.185=251.66四区段2×1.2×1066.22×1×0.174=445.25二、三水平一区段2×1.2×1021.28×2×0.167=818.66——二区段2×1.2×1021.28×1×0.167=409.33大巷及石门运输一水平1.2×3554.06×3.0=12794.62一水平1.2×3022.99×3.0+1.2×4534.49×0.27=12351.94二水平1.2×3554.06×3.0+1.2×5331.09×0.8=17912.46二水平1.2×2042.56×3.0=7353.22——三水平1.2×2042.56×3.0+1.2×3063.84×0.6=9559.18立井提升一水平1.2×5331.09×0.275=1759.26一水平1.2×4534.49×0.24=1305.93二水平1.2×5331.09×0.5=3198.65二水平1.2×3063.84×0.37=1360.34——三水平1.2×3063.84×0.5=1838.3排水/104m3一水平380×24×365×29.6×10-4=9853.24一水平380×24×365×25.18×10-4=8381.91二水平380×24×365×29.6×10-4=9853.24二水平380×24×365×17.01×10-4=5662.29——三水平380×24×365×17.01×10-4=5662.29维护采区上山/104a·m1.2×2×3×3×870×10.87×10-4=20.43维护采区上山/104a·m1.2×3×3×740×9.39×10-4=7.511.2×2×3×3×500×6.67×10-4=7.2表3-6基建费[18]项目方案1方案2工程量（m）单价（元/m）费用（万元）工程量（m）单价（元/m）费用（万元）初期主井井筒副井井筒井底车场主石门运输大巷31529510002504000300003000090008000800094588590020032008308301000040001050010500900080008000871.5871.590003200小计61305843后期主井井筒副井井筒井底车场主石门运输大巷3003001000600130003000030000900080008000900900900480104008308302000300130001050010500900080008000871.5871.5180024010400小计1358014183共计1971020026表3-7生产经营费[18]项目方案1方案2工程量（104t·km）单价（元/(t·km)）费用（万元）工程量（104t·km）单价（元/(t·km)）费用（万元）运输提升费采区上山一区段998.98335.085074.825249.7465.081268.707二区段749.23556.524885.027749.2386.524885.028三区段499.49627.593791.141499.4927.593791.141一区段249.74518.321093.064249.7458.321903.062二区段623.96507.624754.614623.9657.624754.603三区段207.98838.351736.703207.9888.351736.713小计15654.0511847.84大巷及石门一水平23975.63.9293984.412770.83.9250061.5二水平22367.43.8185219.8130363.8149667.3小计264424149396立井一水平3239.958.527539.55325.9314.322901.5二水平3725.944.316021.531.0520964.3133.5240小计588430.5321960.7运提费合计852854.5471356.7排水费104m3元/m3104m3元/m3一水平164350.83913780.7164260.83913780.54二水平13578.741.12915443.813678.731.12915443.28小计902345902445.3采区上山维护费37.36211/104m·a350/元（m·a）-113075.737.36222/104m·a350/元（m·a）-113076.76合计902445.7517141.4表3-8费用汇总[18]项目方案1方案3费用/万元百分率%费用/万元百分率%基建工程费初期建井费6130104%5843100%后期建井费13580100%141183104%小计19710100%20026104%生产经营费902445.7175%517141.4100%总费用922155.7171%537167.4100%综上所述，结合本矿井实际地质条件及开采技术设备与开采方法与方式配合相应的经济比较，采用主井、副井均采用斜井方式开拓。3.2开拓部署[18]3.2.1井筒形式和数目[18]根据该矿区的地质条件以及煤层的赋存条件等诸多因素，结合经济比较[18]。峻德矿最终选择最佳方案为主井、副井均为斜井开拓方式，矿井通风方式为两翼式通风，需要掘进4条井筒，两条斜井以及两个采区各掘一条风井。即：主井、副井均为斜井，另外在每个采区掘两条回风井。3.3.2井筒位置及坐标[18]主副斜井设置在井田储量多的中央，理由；（1）井筒为斜井，无压煤。（1）有利于煤的集中运出。井筒坐标为：主井：XA=101700YA=112700副井：XA=101800YA=1127003.2.3水平划分及标高峻德矿井设计采用两个水平进行划分，一水平标高-50m，二水平标高-350m。3.2.4石门、大巷布置峻德矿矿井中，有三条石门和一条大巷.服务一水平大巷和石门的服务年限较长，运输能力要求大，所以必须要设置合理的的断面设计，断面过大，将增加额外的掘进费用，断面过小，对运输量和通风量将会带来影响。采用对角两翼式通风。图3-2运输大巷断面图表3-9运输大巷特征表巷道形状断面积（m2）设计掘进尺寸（mm）喷射厚度（mm）锚杆/mm净周长/m净掘底宽顶高形式排列方式间排距锚杆长直径半圆拱18.8519.3566004350250端头锚固正方形100020002215.383.2.5煤层开采顺序井田共分为两个采区，有五层可采煤层，分别为6#、9#、12#、15#、19#煤层，煤层平均倾角14°，采用下行式开采顺序[18]。3.2.6采区划分与接替[18]依据本矿井设计与地质条件，采区使用走向长壁采煤法。1、采区一般适合两翼开采布置，即一个工作面开采，一个工作面掘进，互不影响[18]；2、采区走向长度根据煤层地质条件，开采机械化水平，采区储量，生产能力与巷道维护等因素综合考虑[18]；3、为了使各翼储量能够均衡分配，还应考虑采区接续相互接替的关系[18]；4、为了减少大巷的工程量，采区布置时候，应该考虑缩短大巷的长度；5、围岩稳定的大巷，可以考虑采区的距离长一点；6、开采多煤层的井田，应该设计好的系统，尽可能管理系统集中，安全生产，集中管理，联合开采煤层。详见表3-10采区特征表和表3-11采区接续表：表3-10采区特征表序号采区名称可采储量(Mt)主采煤层煤层倾角（°）采区尺寸走向长度（m）倾斜长度（m）面积（k㎡）1东一786#、9#、12#、15#、19482西一396#、9#、12#、15#、19743东二786#、9#、12#、15#、19484西二396#、9#、12#、15#、1974表3-11采区接续表序号采区名称可采储量（Mt）生产能力（Mt/a）服务年限（a）接替顺序1020304050601东一783.018.5 2西一393.093东二783.018.54西二393.093.3井筒[18]3.3.1井筒断面及布置[18]1、井筒净断面（或净直径）选择的因素[18](1)为了满足工程施工需要，应该符合《煤矿安全规程》和《煤炭工业矿井设计规范》对井下运输煤炭，材料，通风线路、管路铺设等布置的要求[18]；(2)清扫浮煤以及保证人员通过的安全[18]；(3)尽可能提高井巷的利用率，减少井筒工程施工量[18]；2、井筒布置主井井筒：井筒直径3.2m，净断面面积9.2m2，掘进断面面积10.1m2，井筒深度350m。井筒内装备大倾角强力胶带输送机，主井断面和主要参数见图3-3。副井井筒：井筒直径5m，净断面面积18.8m2，掘进断面积19.6m2；井筒深度3500m，采用双钩串车提升，担负矿井辅助提升任务。副井断面和主要参数见图3-4。风井井筒：井筒倾角90°，净断面面积28.26m2，掘进断面积34.2m2，内设台阶，可做安全出口。详见图3-5。图3-3主井断面示意图图3-4副井断面示意图图3-5风井断面示意图表3-12井筒特征表序号井筒特征井筒名称主井副井风井1井筒坐标（m）经距（Y）112700112700112700纬距（X）1017001018001020002井口标高（m）-30-30-303井筒倾角（°）14°14°14°4提升方位角（°）70°70°05水平标高（m）第一水平-50-50250最终水平-350-3502506井筒深度或斜长（m）第一水平300300100水平以下深度3003000井筒全深6006001003.3.2井筒施工方法因为井田无表土层，煤层皆可直接露头，因此在施工时可以直接开挖；由于水对井筒施工会造成影响，所以主斜井施工前，要先行在井筒的周围修好排水沟，将水排至场地外，避免对井筒造成破坏。上层的岩土硬度不足，为了不出现脱落等现象发生，应该加快机械施工的速度，避免长时间的暴露，井筒的周围要加强支护，防止片帮滑落。井筒掘进的前2-4米应该用明槽采用掘砌施工方法，掘进的过程要用拱形金属支架随时支护，结束后用永久支护。随后进入基岩段施工，施工的主要方法采用爆破施工；施工工序包括钻眼装药爆破、排矸、井筒支护[4]。由于地面无表土，风井直接斜井开到地面，主要防止离地面2-4米处表土层的垮落。3.3.3井壁结构[18]1、主井井筒[18]表土段：混凝土砌碹，砌碹厚度400mm[5]。煤层段：料石砌碹，砌碹厚度500mm[5]。基岩段：锚喷支护，喷浆厚度100mm[5]。2、副井井筒[18]表土段：混凝土砌碹，砌碹厚度500mm[5]。煤层段：料石砌碹，砌碹厚度500mm[5]。基岩段：锚喷支护，喷浆厚度300mm[5]。3.3.4井筒延深的初步意见本井田经过合理的水平划分和经济比较，一水平采用双斜井开拓方式，到达一水平后综合技术和经济比较延深方式为暗斜井延深。3.4井底车场及硐室[18]3.4.1井底车场形式的确定及论证井底车场是连接井下材料和设备通过井筒、井底车场运送到各个工作面[18]。副井进行排矿井水、进行井下供风、输送一些支护的液压支架、支柱等机械设备、以及刮板输送机、采煤机、掘进机等一些采煤、掘进的动力设备及工作人员上下井等，同样必须通过井底车场。而井底车场的形式必须与运输和通风系统相匹配，能够更方便的进行运输，具有更简单的通风系统，井筒形式、提升方式、大巷运输方式的不同[18]。1）井底车场的通过能力，应满足矿井生产需要并且不小于30%的富裕通过能力，考虑矿井的发展前景和扩建增产的可能性[18]；2）调车容易，而且简单，尽量道路都是直的，提高辅助运输行驶的速度；3）充分考虑地上、地下相适应，减少运输的转载次数；井底车场形式的确定应该根据井田地质条件、井筒的提升、大巷运输方式、井型大小、生产系统等因素来选择，该矿井井底车场形式的选择依据如下[18]：1.该矿井设计生产能力为3.0Mt/a，一年之中工作三百三十天，实行四个班进行工作，每个班工作六个小时的工作制，主井每每天提升18小时，剩下的六个小时，一个工作班在上午6个小时对井下设备、瓦斯等一些安全隐患进行排查和检修；2.峻德矿的主井与副井均采用斜井的开拓方式，开采水平划分为-50和-350两个，且只采用一条大巷，即为集中大巷布置；3.峻德矿的瓦斯含量不多，基本不会有煤与瓦斯突出的危害出现，并且此地的水文地质条件被定义为简单，水量涌出情况不严重。综合以上所述，对于本设计的井底车场的选用，宜使用折返式梭式井底车场，经济上可做到合理，该车场主要运输大巷作主井空、重车线，调车线和回车线。工程量小，交叉线少，弯道少，可两翼进车，适用大型底卸式矿车可用于大型矿井。3.4.2井底车场主要硐室[18]1、主井系统硐室[18]主井设有5t底卸式矿车卸载站硐室，清理井底散煤室，井底煤仓及井底煤仓装载硐室等，主井井底散煤采用矿车处理，用绞车提升至地面。[18]2、副井系统硐室[18]副井系统硐室有副井井筒与井底车场连接处,主排水泵房水仓及清理水仓硐室,主变电所（中央变电所）及等候室等。主排水泵房和主变电所应联合布置,以便使主变电所向主排水泵房的供电距离最短；为防止突然涌水淹没矿井，变电所与水泵房的底板标高应高出井筒与井底车场联结处巷道轨面标高0.5m，水泵房及变电所通往井底车场的通道应设置闭门。[18]3、其它硐室[18]其它硐室有调度室、医疗室、架线电机车库及修理间、蓄电池电机车库及充电硐室、防火门硐室、防水门硐室、井下火药库、消防材料库、人车站等[18]。其位置应根据线路布置和各自要求确定[18]。井下调度室应设在列车出入井底车场的咽喉通路附近[18]。其他硐室还有消防材料库、人车站、工具库等，其位置应根据线路布置、各自功能和要求确定[18]。

第4章井下开采[18]4.1采区布置[18]4.1.1首采采区特征[18]1、首采采区数目和位置选择[18]根据本井田地质条件、煤层赋存条件和开采技术条件，借鉴邻近矿井的生产经验[18]，以东一采区为首采区，其生产能力务必可以达到设计生产能力的90%，剩下的10%的煤量需要掘进运输平巷和回风运输平巷出煤来补充，最终两种出煤量来达到矿井设计生产能力3.0Mt/a。由于现在一般都是一矿一井一面，而且东一采区的生产出煤刚好能够满足首采采区的开采设计能力。则峻德煤矿的首采采区为东一采区，具有如下优点：1）东一采区煤层没有断层，工作面具有满足单产的能力，地质条件好，煤层相对比较厚，其开采技术条件好；2）东一采区内勘探范围比较广，能够一目了然的清楚采区煤层的赋存范围，减少后期开采遇到不必要的麻烦；3）首采区的尺寸和走向相对适中，减少工作面搬家的次数以及工作面服务年限短，额外增加搬家费用。根据上边的说明，东一采区作为作为峻德煤矿首先开采的位置。2、首采采区资源/储量本设计首采采区为东一采区，位于井田东部。西部以正F3断层为界，东部以正F11断层为采区边界。浅部以250标高为界，深部以-350标高为界。走向长4100m，南北倾斜长2600m，采区面积为10km2[18]。东一采区煤柱包括采区范围内的巷道煤柱以及采区边界煤柱、断层煤柱、隔水煤柱等。整个采区的煤层发育比较好，平均厚度为4.0m，视密度为1.4t/m3，平均倾角在14°，灰分比较低而且主要是焦煤，整个采区内没有断层和褶曲等构造，煤层顶底板岩层均为为砂岩[18]。矿井初期移交的东一采区的尺寸[18]、可采储量及服务年限见表4-1[18]。表4-1采区尺寸、可采储量及服务年限表采区名称走向长度（m）倾斜宽度（m）开采面积（km2）可采储量（Mt）生产能力（Mt/a）服务年限（a）东一采区410013005.4878.63.0采区巷道布置[18]内容应包括[18]：1、煤层分组、分层关系和开采顺序；采区内共5层煤，由于其层间距较小，可一组开采，开采顺序为下行式开采，6＃、9＃、12＃、15＃、19＃依次开采。2、采区巷道布置本设计的整个矿井的瓦斯不大，一般在开采煤层的时候，都需要开挖三条采区上山。井田范围划分了4个采区，计算得出首采区能服务18.5年，上山间距30m。服务时间直到本采区采完就可以报废，有可能作为第二水平的回风巷道，若在岩石中掘三条上山，工程量太大，而且掘进速度还慢，从技术上考虑，不可取。若在煤里面掘进三条上山，而且煤层不发生自燃，只要日常做好维护，不仅可以节省部分掘进费用，而且可以快速的施工，但是上山稳定性不够好并且相应的上山维护费用将会很大，根据本矿的最底下三层煤的特性，比较硬，上山在煤层里面掘进的话，是半煤岩巷，这个维护还是较容易的。依据生产能力和服务年限，综合上述三种上山的优势考虑这个问题的情况[18]。3、采煤工作面布置峻德煤矿的煤层稳定，而且在技术上还比较好开采，6#煤层平均厚4.0m，9#煤层平均厚4.5m，12#煤层平均厚4.5m，15#煤层平均厚3.3m，19#煤层平均厚3.3m。可以建设综合机械化的矿井。因为东一采区需要双翼开采，在北一采区浅部可以布置1个综采工作面、在该工作面的左翼布置2个综掘工作面，提前为第二工作面做准备，这个采区服务年限达到，可以直接搬家到另一个工作面进行生产，缩短了停产的时间，从而达到最大的生产能力。4.1.3采区车场和硐室布置[18]1、采区车场[18]采区上、下山与区段平巷或阶段大巷连接处的一组巷道和硐室称之为采区车场，采区车场的主要作用是在采区内运输方式改变或过度的地方完成转载工作[17]。（1）上部车场本采区上部车场采用甩车场,运输、回风和轨道上山布置在19#煤层中，轨道上山用于矿井辅助提升使用，一次提升1.5t矿车4个。（2）中部车场三条上山布置在煤层中，倾角14°，向区段石门甩车；轨道上山和区段石门内均铺设900mm轨距的线路，轨型为15kg/m，采用1.5t矿车单钩提升，每钩提升4个矿车，要求甩车场存车线设双轨高低道；斜面线路布置采用一次回转方式[5]。（3）下部车场本采区下部车场采用石门装车式，运输上山通过采区煤仓与运输石门相连。主要硐室[18]采区的主要硐室为采区变电所、绞车房、采区煤仓等[18]。采区煤仓的形式[18]本设计采区的煤仓形式初步设置为垂直式煤仓断面，垂直式煤仓断面一般为圆形，其受力条件好，断面利用率高，不易形成死角和发生堵塞现象，便于维护，施工速度快[18]。而且断面比方形的煤仓的利用率高的多，施工不需要特殊施工，还相对比较方便，且倾斜煤仓还可以适当增加煤仓的长度和容量；便于与上下巷道连接，仓口结构比较简单，附加工程量小[18]。[18]依据《煤炭工业矿井设计规范》规定，采区煤仓容量一般为采区上山输送机0.5h左右的运量，但目前实际使用中煤仓容量一般为50t到500t[1]。取最大值：Q=500t煤仓容积：V=Q/1.38=500/1.38=362m3煤仓结构及支护方式上部收口：用混凝土进行堆砌，主要是为了保证煤仓上部口的稳定性和不会被煤块多次冲击，堵住口，不能进行溜煤[18]。仓身：用打锚杆和喷射混凝土的方法对仓身进行支护，维持仓身的稳定性[18]。(2)采区绞车房应该在稳定的岩层或煤层中布置绞车房，地质构造应该简单，不应该受到岩层移动的影响。因为绞车房里面需要人员工作和降低绞车发电机的温度，因此不应该把它安设在回风的风流中，但是本矿井的绞车房则放在了地表，因此，每个采区的绞车房均较好维护。（3）采区变电所采区变电所是采区的供电枢纽，采区变电所一般在围岩稳定的地方布置，要求受到地应力小，以防在开采过程中，被次要因素破坏，维护还比较困难。不能布置在有水的地方，防止电路短路，造成人身和设备的破坏，造成全矿井的损失严重。供电的时候，肯定会散发一些热量，温度会逐渐增加，因此需要布置在矿井通风良好的地段，防止乏风进入变电所，电路短路，造成瓦斯爆炸情况发生。采区变电所还应该有瓦斯—电闭锁和风—电闭锁。因此可以把采区变电所安设在岩石中。（4）井下空气压缩硐室空气压缩机和采区变电所的使用大同小异，也应该放在稳定、坚硬的岩层、不能有淋水、需要布置在矿井通风良好的巷道里面。硐室里面需要有工作人员进行作业，此处的温度应该低于30°C，尽量采用锚喷支护，采用不可燃材料支护[18]。4.2采煤方法及工艺4.2.1采煤方法与采煤工艺1、首采采区煤层开采条件[18]本设计采区的煤层赋存状况良好，采区除断层外无任何的地质情况，无岩浆岩侵入，煤层厚，煤层无夹矸，可采煤层的性质相对稳定，顶板、底板是凝砂岩，其比较稳定，从而此处的煤层开采时，开采技术相对比较好。走向长度4000m左右，瓦斯浓度不高。采煤方法选择[18]采煤方法确定的原则[18]：生产安全[18]要合理布置巷道，保证巷道维护状态良好，满足采掘接替要求，建立妥善的通风、运输、行人以及防火、防尘、防瓦斯积聚和处理各种灾害事故的系统和措施，正确确定和安排采煤工艺过程，认真编制采煤工作面作业规程，应当充分利用先进技术和提高科学管理水平，以保证井下生产安全，不断改善劳动条件[18]。经济合理[18]要做到采煤工作面单产高、劳动效率高、材料消耗少、煤炭质量好、成本低[18]。采出率高[18]煤炭是不可再生资源，减少煤炭损失，提高煤炭采出率，充分利用煤炭资源，是国家对煤矿企业的一项重要的技术政策[18]。以上原则要求是密切联系、互相制约的，应当综合考虑，力求得到充分满足[18]。通过对煤层地质情况的简单还是复杂、采煤机、刮板输送机等设备的供应状况、开采煤层技术条件等综合方式进行分析[18]，而且再对矿井的产量、煤的回采率、生产安全、吨煤成本等因素，以及参考其他的井生产和管理方法等多方面考虑，采用综采采煤机进行机械化回采工艺，采用的是沿着走向推进，沿着倾向进行割煤的采煤方法对刘河煤矿四层进行可采[18]。对顶板管理方法，为了节约填充采空区所消耗的费用，大多数矿井主要采用自然垮落法进行顶板处理。选取采煤机的时候，可以选择一次采全厚的采煤机，对采空区进行密闭，防止瓦斯涌入采煤工作面造成不必要的危害。3、采煤工艺选择本矿井主要开采的煤层为六号煤层、九号煤层、十二号煤层、十五号煤层、十九号煤层，它们的开采条件比较好，赋存条件均比较稳定，根据矿井的设计可采储量，可以认为该矿井的设计生产能力3Mt/a为宜，东一采区的首工作面确保矿井设计生产能力。第一水平开采的煤层，不受煤层压茬的影响。即在北一采区布置一个综采工作面，然后采用综采采煤工艺[18]。4.2.2主要采煤设备选型[18]1、设备选型的主要原则[18]综采设备选型遵循以下原则[18]：（1）根据煤层及顶底板条件，工作面选择配套的液压支架、采煤机和刮板输送机，能够提高综采工作面的优势[18]。（2）通过合理选型和合理配套，提高综采成套设备的可靠性[18]。（3）对于辅助运输，要求环节少，在直的巷道能够更快的运输[18]。长壁开采工作面的产量根据工作面长度的变化而改变，并不是工作面越长越好，而是在合理的工作面范围才能够达到所需要的效果[18]。2、主要采煤机械设备选型[18]设计采区所采煤层厚度分别为4.0m、5.7m、5.7m、3.3m、3.2m,倾角平均为14°，煤的视密度为1.40t/m3，硬度为2.0，设计生产能力3.0Mt/a，工作面长度220m，煤层直接顶为凝灰砂岩，老顶为砂岩、砂砾岩及泥质岩，煤层地质构造简单[18]。采煤机；①滚筒直径[18]根据我国的发展现状采煤机也在更新换代，它的性能会更加先进，可以自动控制滚筒的高低，设计选用双滚筒的采煤机，可以跟着煤层走向、煤的厚度变换上下改变滚筒的高低位置，而且双滚筒的采煤机还可以进行上下调节，可以适应不同煤层厚度，适用性比较强[41]。想要采出来全部的煤层，因此需要提前采购采煤机，如果购买一个采煤机可以满足全部煤层的开采，何乐而不为，因此双滚筒采煤机的滚筒直径应该满足适合该矿井全部的煤层开采，一般都应该在最厚的煤层和最薄的煤层之间，可以选择大于最大采煤厚度的一半，尽量不用花费额外的资金，根据经验值，一般可以按一个滚筒半径为采高的一半多一点。公式就是按D=（0.52～0.6）hmax选取，所采的煤层，当选择采煤高度最大的时候，应该系数取小值为0.52，采煤高度最小的时候，应该选择考虑系数取大值为0.60；目前采煤机的滚筒直径已经有一些标准，计算得出来的直径选择采煤机的滚筒，滚筒的直径务必大于计算出来的数，因此标准直径是滚筒直径的选取的唯一标准。D=0.52×4.50=2.34m根据计算，设计取2.5m。②截深截深的选择，受煤层厚度、倾角、顶板稳定性、截割阻抗、及液压支架的推移步距影响，中厚和厚煤层一般选取0.6m～1.0m[18]。设计选取截深为0.8m，采煤机技术特征见表4-3[18]。型号MG400/985-WD牵引速度m/min7.12采高m2.1~4.72牵引型式mm电牵引无链、销轨式截深mm800机面高度mm1505适应倾角≤35°最小卧底量mm326滚筒直径mmΦ2500灭尘方式内外喷雾滚筒转速r/min40装机功率kw400×2+2×45+75+20摇臂长度mm2109电压V1140摇臂摆动中心距mm6080机重T55牵引力kN620牵引速度m/min7.12（2）液压支架[18];液压支架结构参数的确定[18]表4-4液压支架特征表型号ZZ9200-24/50外形5000×1500×2200支撑高度2.4～5.0m支架中心距1500mm类型支撑掩护式移架步距800mm液压支架防滑措施：在刮板输送机进行连接，然后支架之间的底座箱上也装设防滑千斤顶，通过其一起的作用，而且进行移步的时候，可以一起协调的作用，从而达到防止煤层倾角太大，发生打滑，采煤机不能有足够的动力进行作业、防止倾角太大，液压支架躺倒和调整支架的高度的作用[5]。（3）刮板运输机[18]；选择刮板输送机要考虑以下内容：①刮板输送机与采煤机的运输能力应该配套，采煤机割煤的能力应该小于刮板输送机的运输能力，这样才有利于采煤机截割下的煤落到刮板输送机上面，然后被运送走，否则容易堆煤，因此，应该需要采煤机的能力要小于刮板输送机的运输能力，这样才可以源源不断的往井上提煤，要求刮板输送机的结构形式必须与采煤机结构相配套[5]。②要求刮板输送机的结构形式要与液压支架架型相匹配[5]。要求刮板输送机的溜槽长度要与液压支架的中心距相匹配[5]。刮板输送机溜槽与支架推移千斤顶连接装置的间距和结构匹配[5]。表4-5刮板输送机特征表[18]型号SGZ-800/1050圆环链规格38×137长度250m功率2×525kW输送量1800t/h电压1140V/3000V中部槽1500×900×320mm紧链方式液压马达/伸缩机尾紧链（4）转载机和破碎机[18]；根据采煤工作面，可以选择SZZ—800/200型号的转载机，选用PCM2000型号的破碎机[18]。分别见表4