19-第十九章-矿井开采设计

1、采矿学电子教案,中国矿业大学 矿业工程学院 主讲：万志军教授,第十九章 矿井开采设计,第一节 矿井开采设计的程序和内容 第二节 矿井开采设计方法 第三节 新建矿井开拓设计方案比较示例,2,02:00,矿井开采设计分为两部分： （一）确定全矿或某一开采部分的开拓部署、井巷 布置 、生产系统等主要技术要求 （二）根据已批准的初步设计或方案设计完成单项工程施工图设计,3,02:00,第一节 矿井开采设计的程序和内容,一、矿井建设程序 二、矿井建设设计内容 三、生产矿井开采设计,4,02:00,矿井建设程序可分为预可行性研究可行性研究初步设计施工设计和工程实施等阶段。 预可行性研究：矿井建设项目经济意

2、义的初步评价，根据批准的井田详查或勘探地质报告 可行性研究：矿井开发建设经济意义的详细评价，根据批准的井田勘探地质报告,一、矿井建设程序,5,02:00,初步设计：选择和确定拟建矿井重大技术决策初步方案和设备及主要技术经济指标，根据已批准可行性研究报告，井田勘探地质报告，国家建设方针、政策、规程和规范，计划任务书 施工设计：为矿井施工提供施工图纸、预算和有关说明书，包括施工组织设计和施工图设计，矿井初步设计审批后进行 工程实施,6,02:00,1、矿井预可行性研究主要内容（项目建议书） 1）建议项目提出的必要性和依据 2）拟建规模和建设地点的初步设想 3）资源情况、建设条件、协作关系和引进技术

3、设备的国别、厂商的初步分析 4）投资估算和资金筹措设想，利用外资时要说明利用外资的可能性及偿还贷款能力的测算情况 5）项目的进度安排 6）经济效益和社会效益的初步分析,二、矿井建设设计内容,7,02:00,2、矿井可行性研究的主要内容 1）总体说明 概述 矿井建设综合评价 存在的主要问题及建议 2）井田概况及建设条件 井田概况 矿井建设外部条件 矿井建设资源条件 市场供应情况,8,02:00,3）井田开拓与开采 井田境界及可采储量 矿井设计生产能力及服务年限 井田开拓 井筒、井底车场及大巷运输 井下开采 通风与安全,9,02:00,4）矿井主要设备 提升设备 通风设备 排水设备 压风设备 5）

4、地面设施 主井地面工艺布置 副井地面工艺布置 地面运输 工业场地总平面布置,10,02:00, 供电 供水及供热 工业、行政、公共建设 居住区 环境保护与综合利用 重大改迁、保护工程,11,02:00,6）建井工期 建井工期：施工准备，主要工程施工方法方案比较 比选与确定：井巷主要连锁工程确定，三类工程综合进度表，建井工期估算，产量递增安排及达产时间,12,02:00,7）技术经济分析与评估 企业组织、劳动定员及劳动生产率 投资估算和资金筹措 生产成本估算 产品销售 财务评价 国民经济评价 不稳定性分析 技术经济评价,13,02:00,8）附图,14,02:00,3、矿井初步设计主要内容 1）

5、总体说明 初步设计编制依据，编制情况 设计指导思想 矿井（井田）特点、设计确定的主要技术原则及主要技术经济指标 存在的主要问题及建议,15,02:00,2）井田概况及地质特征 概述井田自然地理、交通、电源、水源、区域经济和建设材料 概述井田地质构造、地层、煤层与煤质情况，水文地质、开采技术条件以及其他有益矿产的开采与利用评价。重点对地质报告进行全面分析研究，应对勘探程度，开采技术条件与资源可靠性等作出评价并提出补充勘探意见。,16,02:00,3）井田开拓 按矿井初步设计要求，应包括下列内容： 井田境界与资源/储量的确定 矿井设计年生产能力与服务年限的确定 选择井田开拓方式，包括井筒位置、数目

6、与用途，水平的划分，主要运输大巷与总回风巷的布置，采区划分与配采安排。 井筒井底车场及硐室布置,17,02:00,4）大巷运输及设备 运输方式的选择 主要运输设备选型 辅助运输设备选型 5）采区布置及装备 采煤方法 采区布置 采煤工作面布置 巷道掘进,18,02:00,6）通风和安全 概述邻近矿井及本井田瓦斯、煤尘、自燃、煤和瓦斯突出、突水及地温等情况 矿井通风：通风方式和通风系统选择及其依据，矿井风量计算及依据，矿井风压和等积孔计算；附矿井通风系统图 灾害预防及安全装备：预防瓦斯及突出的措施、预防井下火灾的措施、预防矿井冲击地压的措施等,19,02:00,7）提升、通风、排水和压缩空气设备选

7、型与计算 8）地面生产系统，包括煤质及其用途、煤的加工、生产系统和辅助设备等 9）地面运输，包括概况、铁路专用线、场外公路和其他运输 10）总平面布置及防洪排涝 11）电气，包括供电电源、电力负荷、送变电、地面供配电、井下供配电、监控与计算机管理和矿井通信等,20,02:00,12）地面建筑和构筑物 13）给水与排水 14）采暖、通风及供热，包括采暖与通风、井筒防冻、锅炉房设备、室外热力网等 15）职业安全卫生 16）环境保护 17）建筑防火 18）节能，阐述建筑、供电、机电设备、供热、给排水及环境保护等节能设计和节能措施 19）建井工期和产量递增计划 20）技术经济分析,21,02:00,初

8、步设计和安全专篇同时报批，安全专篇规定的安全设施必须和主体工程同时设计、同时施工、同时投入生产和使用。 安全专篇的主要内容一般有前言、矿井概况及安全条件、矿井通风、粉尘灾害防治、瓦斯灾害防治、矿井防灭火、矿井防治水、井下其他灾害防治、矿井集中安全监测监控、矿井安全检测及其他装备、矿山救护队、劳动定员和概算、附图等。,4.安全专篇,22,02:00,附：采矿工程专业毕业设计大纲（一般部分）,* * *煤矿 # # Mt/a新井设计 第一章 矿区概述及井田地质特征 第一节 矿区概述 第二节 井田地质特征 第三节 煤层特征 第二章 井田境界和储量 第一节 井田境界 第二节 矿井工业储量 第三节 矿井

9、可采储量,23,02:00,第三章 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限 第一节 矿井工作制度 第二节 矿井设计生产能力及服务年限 第四章 井田开拓 第一节 井田开拓的基本问题 第二节 矿井基本巷道 第五章 准备方式 采（盘）区或带区巷道布置 第一节 煤层的地质特征 第二节 采（盘）区或带区巷道布置及生产系统 第三节 采（盘）区或带区车场选型设计,24,02:00,第六章 采煤方法 第一节 采煤工艺方式 第二节 回采巷道布置 第七章 井下运输 第一节 概述 第二节 采（盘）区或带区运输设备选择 第三节 大巷运输设备选择 第八章 矿井提升 第一节 概述 第二节 主副井提升,25,02:00,第九

10、章 矿井通风及安全技术 第一节 矿井通风系统选择 第二节 采（盘）区或带区及全矿所需风量 第三节 全矿通风阻力的计算 第四节 通风机选型 第五节 防止特殊灾害的安全措施 第十章 设计矿井基本技术经济指标 毕业设计说明书1份 毕业设计大图5张（CAD）,26,02:00,按设计开采范围的不同，可分为：,矿井改扩建设计的程序、内容、和深度与新建矿井的矿井设计基本相同。,三、生产矿井开采设计,27,02:00,矿井新水平开拓延深设计采用两阶段设计：首先进行开拓延深方案设计，相当于新建矿井的初步设计；然后根据批准的方案设计进行各单项工程的施工图设计。 采区、盘区、带区通常也采用两阶段设计：先确定采区、

11、盘区、或带区的主要技术方案，根据方案设计编制区内各项单项工程的施工图设计。 采煤工作面的设计在已经开拓和准备的采区、盘区、或带区内进行。,28,02:00,第二节 矿井开采设计方法,一、矿井开采设计的步骤 二、矿井开采设计方法,29,02:00,1、提出技术上可行的方案 根据井田地质条件和采矿技术条件，提出若干在技术上可行的方案。 2、对方案进行技术比较和筛选 对可行方案进行详细的技术分析和粗略经济比较，否定技术经济上比较容易鉴别不合理的方案； 将剩余2-3个方案取长补短，完善；如能明显判定出最好方案，就确定为采用的方案； 若不能明显判定各方案在技术经济上的优劣，则对2-3个方案进行详细经济比

12、较。,一、矿井开采设计的步骤,30,02:00,3、对方案进行经济比较 基本建设费：井巷开凿费；建筑物及结构物的修建费及一些特殊的设备费等。 生产经营费：巷道维护费；运输提升费；排水费；通风费等。 4、对方案进行多目标综合评价优选 5、对方案作出详细的文字说明，并绘出设计图纸,31,02:00,二、矿井开采设计方法,32,02:00,（一）方案比较法 对不同的方案进行技术经济分析和对比，从中选出相对最优方案。 1方案比较的内容 1）工程量 井巷工程量（井巷长度或掘进体积，硐室掘进体积） 地面建筑工程量（厂房及其他建筑物的建筑面积和结构物，轨道、管路、线路长度） 机电设备的安装工程量（设备台数或

13、成套设备套数、管路和线路的长度） 其他工程量（占用的农田面积、平整土地石方数量）,33,02:00,2）基本建设投资 分别按价值单位计算井巷和地面建筑、机电设备安装及其他工程的费用。特别注意初期投资。 3）基本建设工期 4）机电设备及主要材料需用量 5）生产经营费用 巷道维护费、运输费、提升费，通风费和排水费等。 6）其他 矿井生产能力，煤炭采出率，巷道掘进率，生产过程机械化程度等。,34,02:00,2. 方案比较的注意事项 提出技术上可行的方案，并进行技术分析是方案比较的重要步骤和基础，必须认真全面地分析各种条件和因素，不要遗漏方案；对方案中应当列入的对比项目，要进行反复核对，以免遗漏。

14、进行经济计算时，只考虑重要项目费用，因为各种费用的重要程度是相对的，例如，费用是几千万元，则几万元的数字比较意义就不大，可不列入比较。,35,02:00, 相同费用项目可以不比较；对影响不大、差别很小的费用项目也可不进行比较。 生产经营费用，一般是按一个水平或全矿服务期间的消耗总值计算。 在进行大的方案比较之前，可先把一些相同类型的局部方案进行比较，求出合理的局部方案后，再进行整体的方案比较。 在进行经济比较时，应将基本建设费用与生产经营费用分别列出。,36,02:00, 要分别计算出各矿井的建设期限，并作为方案比较的参数之一。 各方案的差别以百分比表示，将总费用最小的方案定位100%，其他各

15、方案的费用与其相比。 由于原始资料不可能十分精确，如费用单价、煤层储量和煤层赋存条件等，所以计算出的费用是有误差的，误差一般估计为10%以下。 在进行最终评价时，一定要正确估计各项影响因素在所研究方案中的重要程度，以便根据给定的目标，选取最优方案。,37,02:00,（二）确定各类参数的常用方法,38,02:00,1、统计分析法 根据现有生产矿井实际情况，进行调查统计，分析某些技术参数之间的关系、某些参数的合理平均值或可取值范围。 2、标准定额法 以规范、规程和规定的形式对设计中某些技术条件或参数作出具体规定，据此规定条件确定某设计方案中的其他有关参数。 3、数学分析法 以吨煤费用最低为准则，

16、列出吨煤费用与欲求参数间函数关系，采用求极值原理求解参数有利值。,39,02:00,（三）矿井开采设计方案的多目标综合评价优选 多目标综合评价决策方法的实质是，将计量单位不同的评价指标转换成无量纲的值，转换后的无量纲指标可以按方案进行运算，以求得综合的数量指标，据此评价方案的优劣。 具体操作步骤为： 建立比较完善的评价指标体系，选择要评价的参数； 对要评价的参数进行量化和正规化； 合理确定各评价指标的权重； 求各方案的综合评价值，选出最优方案。,40,02:00,（四）矿井设计方案的经济评价,41,02:00,1、总算法 把各方案在比较中计算的基本建设投资和生产费用相加，作为总费用，以其多少来

17、评价方案优劣。 2、单位折算费用法 以额定还本期内吨煤投资与单位生产费用之和作为经济评价指标，单位折算费用低的的作为最佳方案。 3、折现法 考虑不同时间投资和费用的价值，分年度折算到矿井建设的起始年份或投产年份，再对各方案进行比较。,42,02:00,第三节 矿井开拓设计方案比较示例,一、井田概况 二、开拓方案技术比较 三、开拓方案详细经济比较,43,02:00,1、概况 某矿地面为平原地带， 井田范围内地表标高+80 + 90m， 表土及风化带厚度（垂高）5060m，有流砂层，井田中部较薄，井田境界处较厚。,一、井田概况,44,02:00,煤层以+30m-420m底板等高线为界。 井田走向长

18、9km，倾斜长约1740m。 井田内共有4个可采煤层，倾角均为15左右。 各煤层名称、厚度、间距及顶底板情况如表19-7。,9000,45,02:00,表19-7 煤层地质条件 1.6,煤层成层平稳，地质构造简单，无大断层，煤质中硬，属优质瘦贫煤，煤尘无爆炸性危险，无自燃倾向；平均容重为1.32tm3。 本矿瓦斯含量大，涌水量较大，矿井正常涌水量为380m3h。,46,02:00,煤炭资源/储量分类,47,02:00,2、储量计算 1）矿井地质资源量Zz Zz=90001740（1.94+1.9+1.6+2.0）1.3210-6 =153.793728Mt 2）矿井工业资源/储量：探明60%，

19、控制30%，推断10%；探明和控制中，经济的基础储量70%，边际经济的基础储量30% Z111b=153.79372860%70%=64.59337Mt Z122b=153.79372830%70%=32.29668Mt Z2M11=153.79372860%30%=27.68287Mt Z2M22=153.79372830%30%=13.84144Mt,9000,48,02:00,由于地质条件简单，k取0.8以上； Z333k=153.79372810%k=12.39038Mt Zg=Z111b+Z122b+Z2M11+Z2M22+Z333k=150.80474Mt 3）矿井设计资源/储量：

20、按式（14-2）计算，P1按3%估算 Zs=150.80474-150.804743%=146.28060Mt 4）矿井设计可采储量：按式（14-3）计算，P2按2%估算 Zk=（Zs-P2）C=（146.28060 - 146.280602%） 80% =114.684Mt,49,02:00,3、生产能力和服务年限 T 取60年，求A T=Zk/（1.4A），A=1.365Mt/a 根据煤层赋存情况和矿井可采储量，遵照煤炭工业矿井设计规范规定，将矿井生产能力A确定为1.20Mt/a，储量备用系数按1.4计算，可得矿井服务年限为 T=114.684/（1.41.20）=68.26 a,50,0

21、2:00,备用储量计算 算法1 1.20Mt/a68.26a=81.912Mt 114.684Mt-81.912Mt=32.772Mt 算法2 T=（114.684/1.4）0.4=32.767Mt 备用储量分类 估计约有50为采出率过低和受未预知小地质破坏影响所损失的储量。 32.767Mt50=16.383Mt 全井田实际采出储量 114.684-16.383Mt=98.301Mt,51,02:00,1.井筒布置 1）井筒形式 地形平坦，无平硐条件 表土较厚且有流砂层立井开拓（主井设箕斗） 2）井筒位置 按流砂层较薄、井下生产费用较低的原则，井筒位于井田走向中部流砂层较薄处。 3）井筒数目

22、 为避免采用箕斗井回风时封闭井塔等困难，减少穿越流砂层开凿风井的数目，采用中央边界式通风,二、开拓方案技术比较,52,02:00,2.阶段划分 本井田可划分为2-3个阶段 两个阶段： 阶段斜长=1740m/2=870m 三个阶段: 第一阶段斜长740m 第二阶段斜长500m 第三阶段斜长500m,53,02:00,3.开采水平的设置 1）要不要上下山开采 井田瓦斯和涌水均较大，下山开采在技术上困难较多，故决定阶段内均采用上山开采，井田内不能单水平上下山开采的开拓。 2）采区划分 阶段内采用采区准备方式，每个阶段沿走向划分为6个走向长1500m的采区。 在井田每翼布置一个生产采区，采用采区前进式

23、开采顺序。,54,02:00,4.阶段和开采水平参数 1）水平垂高 水平垂高H=阶段斜长sin 870sin15=225.17m 740sin15=191.0m 500sin15=129.0m,55,02:00,2）水平出煤量 两个阶段：98.301Mt/2=49.1505Mt 三个阶段: 第一阶段斜长740m 实际出煤：(98.301Mt/1740m)740m=41.8062Mt 第二阶段斜长500m 实际出煤：(98.301Mt/1740m)500m=28.2474Mt 第三阶段斜长500m 实际出煤：(98.301Mt/1740m)500m=28.2474Mt,56,02:00,3）水平

24、服务年限 方案一 一水平：68.26/2=34.13a 二水平：68.26/2=34.13a 方案二 一水平：（68.26/1740m）740m=29.0a 二水平：（68.26/1740m） 500m=19.61a 三水平：（68.26/1740m） 500m=19.61a,57,02:00,4）采区服务年限 两个采区保证产量，即两个采区同采 每个采区服务时间： 方案一 一水平：34.13a/3+1 =11.38a+1 a 二水平：34.13a/3+1 =11.38a+1 a 方案二 一水平：29.0a/3+1 =9.7+1 a 二水平：19.61a/3+1 =6.54+1 a 三水平：19

25、.61a/3+1 =6.54+1 a,58,02:00,5）区段数目及区段斜长 方案一 一水平5个区段 870m/5=174m 二水平5个区段 870m/5=174m 方案二 一水平4个区段 740m/4=185m 二水平3个区段 500m/3=167m 三水平3个区段 500m/3=167m,59,02:00,6）设计区段采出煤量 设计区段采出煤量=采区设计采出煤量/采区内区段数 方案一 一水平六个采区，每采区5个区段 49.1505Mt/6/5=1.6384Mt 二水平六个采区，每采区5个区段 49.1505Mt/6/5=1.6384Mt 方案二 一水平六个采区，每采区4个区段 41.80

26、62Mt/6/4=1.7419Mt 二水平六个采区，每采区3个区段 28.2474Mt/6/3=1.569319Mt,60,02:00,阶段主要参数,61,02:00,5.大巷布置方案 集中大巷布置各煤层间距较小 岩石大巷为减少煤柱损失和保证大巷维护条件 岩石大巷位置底板下垂距为30m的厚层砂岩内 上阶段运输大巷留作下阶段回风大巷 6.上山布置 集中岩石上山联合准备 中央采区上山：底板下垂距约30m的砂岩中，并在采后加以维护，留作下阶段的总回风通道及安全出口； 其他采区上山：距m4煤层底板约20m砂岩中，采后报废,62,02:00,7.开拓延深方案,方案一 立井两水平直接延深,方案二 立井两水

27、平暗斜井延深,63,02:00,表19-9 方案1和方案2粗略估算费用表,64,02:00,方案一和方案二的区别：第二水平是用暗斜井延深还是直接延深立井。 方案一需多开立井井筒（2225m）、阶段石门800m和立井井底车场，并相应地增加了井筒和石门的运输、提升、排水费用。 方案二则多开暗斜井井筒（倾角15，2870m）和暗斜井的上、下部车场；并相应地增加了斜井的提升和排水费用。 两方案费用相差不大。但考虑到方案一的提升、排水工作的环节少，人员上下较方便，方案二中未计入暗斜井上、下部车场的石门运输费用，且方案一在通风方面优于方案二，所以决定选用方案一。,65,02:00,方案三 立井三水平直接延深,方案四 立井三水平暗斜井延深,66,02:00,表19-10 方案3和方案4粗略估算费用表,67,02:00,方案三和方案