采矿工程毕业设计（论文）-西沟三矿1.80Mta新井设计（全套图纸） .pdf

目录 前言 . 1 1 矿区概况 . 3 1.1 矿区概述 . 3 1.1.1 矿区地理位置及行政隶属关系 . 3 1.1.2 矿区地形地貌 . 3 1.1.3 矿区气候条件及地震情况 . 4 1.1.4 水源供应情况 . 4 1.1.5 矿区内有关的主要企业单位 . 4 1.2 井田及其附近的地质特征 . 5 1.2.1 井田的地层层位关系 . 5 1.2.2 井田内的地质构造及变动 . 5 1.2.3 水文地质 . 5 1.3 煤层质量及煤层特征 . 5 1.3.1 可采煤层及其物理性质 . 5 1.3.2 煤层埋藏条件及产状 . 6 2 井田境界及储量 . 8 2.1 井田境界 . 8 2.1.1 井田边界 . 8 2.1.2 论述所定边界的合理性 . 8 2.2 井田的储量 . 8 2.2.1 井田储量的计算原则 . 8 2.2.2 矿井工业储量 . 9 2.2.3 矿井煤柱损失 . 9 2.2.4 矿井设计储量 . 10 2.2.5 矿井设计可采储量 . 11 3 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度 . 12 3.1 矿井的年产量及服务年限 . 12 3.1.1 矿井的年产量 . 12 3.1.2 矿井的服务年限 . 12 3.1.3 矿井产量变化的可能性 . 13 3.2 矿井的一般工作制度 . 13 4 井田开拓 . 15 4.1 井筒形式,位置及数目和设备的确定 15 4.1.1 井筒形式和位置的确定 . 15 4.1.2 井筒数目及设备的确定 . 16 4.2 开采水平的设计 . 19 4.2.1 水平划分的原则 . 19 4.2.2 设计水平储量及服务年限 . 20 4.2.3 设计水平的巷道布置 . 20 4.3 采区划分及开采顺序 . 22 4.3.1 采区形式及尺寸的确定 . 22 4.3.2 开采顺序 . 23 4.4 开采水平井底车场形式的选择 . 24 4.4.1 井底车场选择的依据 . 24 4.4.2 井底车场硐室 . 24 4.5 开拓系统综述 . 27 4.5.1 开拓系统 . 27 4.5.2 通风系统 . 28 4.5.3 运输系统 . 28 4.5.4 排水线路 . 28 4.5.5 移交生产时井巷的开凿位置、初期工程量 . 28 5 采准巷道布置 . 30 5.1 设计采区的地质概况 . 30 5.1.1 采区概况 . 30 5.1.2 采区储量、生产能力及服务年限 . 30 5.2 采区形式、采区上（下）山的数目、位置及用途 . 31 5.2.1 采区形式 . 31 5.2.2 采区上山数目、位置及用途 . 31 5.3 采区区段特征 . 32 5.3.1 区段的划分 . 32 5.3.2 区段平巷的布置方式5 32 5.3.3 层间的联系方式 . 33 5.4 采区车场及硐室 . 33 5.4.1 采区车场 . 33 5.4.2 采区硐室 . 34 5.5 采区生产系统 . 35 5.5.1 采准系统 . 35 5.5.2 运输系统 . 35 5.5.3 通风系统 . 35 5.6 采区开采顺序 . 35 5.7 采区巷道断面尺寸、支护方式、采区准备工程量 . 36 5.7.1 确定依据 . 36 5.7.2 主要巷道断面尺寸、支护方式及工程量 . 36 5.8 采区巷道掘进率、采区回采率 . 36 5.8.1 采区巷道掘进率 . 36 5.8.2 采区回采率 . 37 6 采煤方法 . 38 6.1 采煤方法的选择 . 38 6.1.1 选择采煤方法的依据 . 38 6.1.2 选择采煤方法的原则 . 38 6.1.3 选择采煤方法的影响因素 . 39 6.1.4 采煤方法的确定 . 39 6.2 设计煤层的地质特征 . 39 6.3 工作面长度的确定10 . 39 6.3.1 按通风能力校核 . 39 6.3.2 按采煤机能力校核 . 40 6.3.3 按刮板输送机能力校核 . 40 6.4 采煤机械的选择及回采工艺方式的确定 . 41 6.4.1 采煤机械的选择7 41 6.4.2 配套设备选型 . 43 6.4.3 回采工艺的确定 . 45 6.5 循环方式的选择及循环图表的编制 . 47 6.5.1 循环方式的确定9 47 6.5.2 劳动组织表 . 48 6.5.3 机电设备表 . 51 6.5.4 主要技术经济指标表 . 52 7 建井工期及回采计划 . 53 7.1 建井工期及施工组织 . 53 7.1.1 施工队伍的人力配备 . 53 7.1.2 井巷施工的机械化程度及施工程序 . 53 7.2 开采计划 . 54 7.2.1 开采顺序及配产的原则 . 54 7.2.2 开采计划 . 55 8 矿井通风 . 56 8.1 概述 . 56 8.2 矿井通风系统的选择 . 56 8.3 矿井通风方式的选择11 . 56 8.4 矿井通风方法的选择11 . 60 8.5 总风量的计算及分配 . 61 8.5.1 回采工作面所需风量计算 . 61 8.5.2 掘进工作面所需风量的计算 . 63 8.5.3 硐室所需风量的计算 . 64 8.5.4 其他巷道所需风量的计算 . 65 8.5.5 矿井总风量的计算 . 65 8.5.6 风量分配 . 65 8.6 矿井总风压及等积孔的计算 . 66 8.6.1 计算原则 . 66 8.6.2 计算方法 . 70 8.6.3 计算等积孔 . 71 8.7 通风设备的选择6 71 8.7.1 矿井主要扇风机的选型计算 . 71 8.7.2 电动机的选型计算 . 73 8.7.3 总耗电量 . 73 8.8 灾害防治综述12 . 74 8.8.1 井底火灾及煤层自然发火的防治措施 . 75 8.8.2 预防煤尘爆炸措施 . 75 8.8.3 预防瓦斯爆炸措施 . 75 8.8.4 避灾路线 . 75 9 矿井运输与提升 . 76 9.1 概述 . 76 9.2 采区运输设备的选择6 76 9.2.1 运输平巷中运输设备的选择 . 76 9.2.2 回风平巷中运输设备的选择 . 77 9.2.3 工作面刮板输送机的选择 . 77 9.2.4 运输平巷转载机的选择 . 78 9.2.5 采区上山中运输设备的选择 . 78 9.3 主要巷道运输设备的选择 . 79 9.4 提升 . 79 9.4.1 主井提升设备的选择 . 79 9.4.2 副井提升设备的选择 . 80 10 排水 . 81 10.1 矿井用水 . 81 10.2 排水设备的计算与选择 . 81 10.3 水泵房的设计 . 82 10.3.1 水泵房支护方式和起重设备 . 82 10.3.2 水泵房的位置 . 82 10.3.3 水泵房规格尺寸的计算 . 83 10.4 水仓设计 . 83 11 技术经济指标 . 85 11.1 全矿人员编制 . 85 11.1.1 井下工人定员 . 85 11.1.2 井上工人定员 . 85 11.1.3 管理人员 . 85 11.1.4 全矿人员 . 85 11.2 劳动生产率 . 86 11.2.1 采煤工效 . 86 11.2.2 井下工效 . 86 11.2.3 生产工人效率 . 86 11.2.4 全员效率 . 86 11.3 成本 . 86 11.4 全矿主要技术经济指标 . 89 12 结论 . 91 致谢 . 92 参考文献 . 93 附录 a . 94 附录 b 98 辽宁工程技术大学毕业设计 1 前言 煤炭是我国的主体能源，在一次能源结构中占 70%左右。在未来相当长时期内，煤炭 作为主体能源的地位不会改变。煤炭工业是关系国家经济命脉和能源安全的重要基础产 业。 煤炭工业发展“十二五”规划提出， “十二五”主要目标是到 2015 年生产能力 41 亿吨/年，形成 10 个亿吨级、10 个 5000 万吨级大型煤炭企业，煤炭产量占全国的 60%以 上。同时要推进煤矿企业兼并重组，发展大型企业集团；有序建设大型煤炭基地，保障煤 炭稳定供应；建设大型现代化煤矿，提升小煤矿办矿水平。中国煤炭工业将继续保持旺盛 的发展趋势，今后一个较长时期内，中国煤炭工业的发展前景都将非常广阔。为适应国民 经济发展的需要，煤炭工业的产量是保证，因此，老矿要改建、扩建，新矿区要开发，建 设新型矿井设计任务将十分重要。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 毕业设计是大学期间考核的最后环节，也是学生锻炼自己动手实践和理论相结合的重 要环节。通过设计能够全面系统的运用和巩固所学的知识，掌握矿井设计，开采等方法、 步骤及内容，培养自己的实事求是、理论联系实际的工作作风和严谨的工作态度，提高了 编写技术文件和运算的能力，同时也提高了计算机应用能力及其他方面的能力。 本设计是西沟三矿 1.80mt/a 新井设计。地质资料是开学初在山西晋城长平矿的毕业实 习中收集的。在所收集地质材料的前提下，由指导教师给予指导，并合理运用平时及课堂 上积累的知识，查阅相关资料，做到布局合理，生产集中，系统完善，环节畅通；贯彻“安 全第一，预防为主”的安全生产方针，力求设计出一个高产、高效、安全的现代化矿井。 通过对地质资料的深入研究，根据煤层的赋存条件和我国现在所能达到的煤炭开采技术， 初步确定采用走向长壁采煤法。 本设计说明书从矿井的开拓、开采、运输、通风、提升及排水等各个环节进行了详细 的叙述，设计严格遵守设计规范，基本完成了毕业设计要求的全部内容。但由于个人能力， 西沟三矿 1.80mt/a 新井设计 2 经验和时间有限，说明书中不免有不妥之处，还请老师批评指正。 辽宁工程技术大学毕业设计 3 1 矿区概况 1.1 矿区概述 1.1.1 矿区地理位置及行政隶属关系 西沟井田位于高平市西北 17km 处，行政区划隶属高平市寺庄镇管辖。井田地理坐标 范围为东经112 44 54.4 112 50 51.9 ，北纬 35 51 02 .435 55 1.7 。井田东南距高平市 17km，太（原）焦（作）铁路和 207 国道从井田东侧通过，长(治)晋(城)二级公路和 长(治)晋(城)高速公路从井田东侧约 20 km 处通过。井田北距太焦铁路赵庄车站 3.3km，南距西阳车站 4.7km，该矿工业广场与附近干线公路和铁路间均有柏油公路连接， 由井田经铁路、公路向北可达长治、太原，向南可通晋城、焦作，然后通往全国各地，交 通运输便利。 图1-1 交通位置图 figure 1- 1 map of traffic location 1.1.2 矿区地形地貌 本井田位于太行山南段西缘， 沁水煤田之东缘， 地貌形态属于丹河流域侵蚀中低山区， 井田东部为开阔的丹河河床，中西部为中低山和黄土梁、峁，总的地势为西高东低，地形 最高点标高 979.11m，最低点标高 808.22m，最大相对高差 170.89m。 丹河为井田及附近主要河流，在井田东部边界处由北向南流过，属黄河流域沁河水系 丹河支流。丹河河水流量受季节性影响较大，旱季水量较小，雨季水量增大。其观测流量 西沟三矿 1.80mt/a 新井设计 4 0.00415m3/s(1998 年 6 月 30 日)1.4088m3/s(1998 年 7 月 22 日)，历史最高洪水位为 821.30m。另外，井田内还发育有三条较大沟谷，由东向西依次为冯家村沟，釜山村沟和 海则沟。其中，东部冯家沟村由西北向东南穿越井田东部，平时干涸无水，仅雨季有短暂 洪水排泄，向东排入丹河。中部釜山村沟由西北向东南穿越井田中部，属季节性河流，平 时有微小流水，雨季汇集洪水后水量猛增，向东南流出井田汇入丹河。东河道中段釜山村 西建有一处水库釜山水库，水库常年储水，为井田最大地表水体。井田西部海则沟由东 北向西南穿越井田西北部，向西南汇入沁河，属季节性河流，平时有细小流水，雨季汇集 洪水后水量增大。 1.1.3 矿区气候条件及地震情况 本区属大陆性气候。据晋城市气象站观测资料：年平均气温为 10.88，最高气温为 38.6，最低气温为- 22.8；年降水量为 292.01008.8mm， 69 月份降水量占全年的 70%；年平均蒸发量为 1009.6mm，干旱指数为 1.58,属半湿润区；该区夏季多东南风，冬 季多西北风，最大风速十级。一般为 34 级；全年无霜期 180d 左右，每年 11 月至次年 3 月为结冰期，冻土深度一般为 0.300.43m。据历史记载，高平市先后曾发生过大小地震 42 次，其中 45 级具有破坏性地震 8 次。据中华人民共和国建筑抗震设计规范 （gb500112010） ， 本区属 6 度区，基本地震加速度值 0.05g。 1.1.4 水源供应情况 奥陶系中统石灰岩岩溶水为区域范围内重要的供水来源，但石灰岩含水层存在富水差 异性。经取样分析，ph 值为 7.5- 7.9，矿化度为 632- 1545mg/l，水质变化较大。因此可作 为矿井建设永久性水源地的重要选择对象。该矿目前已打了四眼奥灰水源井，现矿区生活 用水即取自深层奥灰水。 1.1.5 矿区内有关的主要企业单位 据调查，井田内没有其他小煤矿开采，但在井田周边则分布有五个生产煤矿，分别为 北部赵庄煤矿、东部望云煤矿和东南部伯方煤矿、高良煤矿及王报煤矿。 1） 赵庄矿：位于本井田北侧，矿井生产能力 600 万 t/a。 2） 望云煤矿：位于本井田东侧 2km 处，矿井生产能力 45 万 t/a。 3） 伯方煤矿：位于本井田东南侧。矿井生产能力 45 万 t/a。 4） 王报煤矿：位于本井田东南侧，矿井生产能力 9 万 t/a，该矿边界与本井田相距约 1km。 辽宁工程技术大学毕业设计 5 5） 高良煤矿：位于本井田东南侧，矿井生产能力 60 万 t/a。该矿边界与本井田相距 约 300m。 1.2 井田及其附近的地质特征 1.2.1 井田的地层层位关系 井田位于沁水煤田南段东部，区域地层自下而上为：太古界、元古界、古生界（寒武 系、奥陶系、石炭系、二叠系） 、中生界（三叠系） 、新生界（第三系、第四系） 。井田内 主要出露地层为二叠系上统上石盒子组，二叠系上统石千峰组及三叠系下统刘家沟组。 1.2.2 井田内的地质构造及变动 井田内有一条落差为 10m 的断层，沿东西方向；并自井田东西边界有一条对称的褶 曲构造。 1.2.3 水文地质 井田处于沁水盆地中段东部， 属高平晋城盆地三姑泉域水文地质单元。 该泉域北起 金泉山、色头一带，以丹河与浊漳河南源地表分水岭为界，与辛安泉域相邻；西北以丹河 与沁河地表分水岭为界，西南以晋获断裂带白马寺断层为界，与延河泉域毗邻； 南界以近东西向弧形褶断带地堑构造为界， 自大箕-三姑泉-南石瓮一线为界； 东至太 行山麓隔水层隆起地带，从柳树口-夺火-黄金窑-马圈一带，与焦作泉域分界。 区域东部地势高竣，出露一套碳酸盐岩地层，呈南北向长条状分布，含岩溶裂隙水。 向西地势逐渐降低。区域中部和西部地区属高平-晋城盆地，多被切割成黄土丘陵和低山， 海拔 800- 1100m。其间堆积厚度不等的松散沉积物，含有若干孔隙含水层。中西部有大量 古生界碎屑岩地层出露，含一系列裂隙含水层，一般富水性较弱。盆地范围内奥陶、寒武 系石灰岩地层自东向西、自南向北埋藏逐渐加大，富水性相对减弱。 丹河为井田及附近主要河流，从井田东部边界处由北向南流过，属沁河支流，黄河水 系。丹河河水流量受季节性影响较大，旱季时水量较小，雨季时水量增大。井田及附近还 有一些中、小型水库，如釜山水库、赵庄水库、王村水库、米山水库等。 1.3 煤层质量及煤层特征 1.3.1 可采煤层及其物理性质 本井田内主要可采煤层有山西组 3 号煤层及太原组 15 号煤层。3 号煤层为黑色、条 痕为黑色，参差状及贝壳状断口，玻璃金刚光泽，内生裂隙较发育。以亮煤为主、暗 西沟三矿 1.80mt/a 新井设计 6 煤次之，夹镜煤条带。细中条带状结构，层状构造。属半亮光亮型煤。15 号煤层为黑 色、条痕黑色，参差状-及贝壳状断口，玻璃-金刚光泽。以亮煤为主、暗煤次之，夹镜煤 条带，细条带状结构，见黄铁矿结核及散晶。属半亮-光亮型煤。局部可见半暗煤。水分 （mad） ：原煤 0.36%- 3.55%，平均为 1.24%；浮煤 0.29%- 2.75%，平均 1.05%。灰分（ad） ： 原煤 9.86%- 28.91%，平均为 15.00%；浮煤 4.14%- 10.85%，平均 7.70%。挥发分（vdaf） ： 原煤 9.38%- 12.43%，平均 10.71%；浮煤 7.20%- 10.01%，平均 8.68%。硫分(std)：原煤 0.23%- 0.57%， 平均 0.38%， 浮煤 0.29%- 0.75%， 平均 0.41%。 发热量 （qgr,v,d） ： 原煤 21.86 32.48mj/kg，平均 30.00mj/kg，浮煤 28.4134.33mj/kg，平均 32.73mj/kg。容重 1.40t/m3. 1.3.2 煤层埋藏条件及产状 煤层走向主体为南北走向，整体呈矩形，倾角在 1317之间，平均为 15左右，可 采煤层间距见下表，所有煤层均为全区发育。煤层综合柱状图见下图131- 2： 表 1- 1 煤层间距见表 table 1- 1 seam pitch table 煤层号 平均厚度/ m 煤层间距/ m 3 5.0 35 15 4.0 辽宁工程技术大学毕业设计 7 煤 岩 名 称 柱 状 图 高 度 （ m） 粉 砂 岩 泥 质 砂 岩 3号 煤 粉 砂 岩 泥 质 砂 岩 泥 质 灰 岩 15号 煤 泥 岩 16 9 5 12 16 11 4 7 图 1-2 煤层柱状图 figure. 1- 2 coal column chart 西沟三矿 1.80mt/a 新井设计 8 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田边界 本井田境界：东部以+700m 煤层底板等高线为界，西部- 400m 煤层底板等高线为界， 南北为人为划分边界。其走向长 5.1km，倾斜长 4.1km，面积 20.91km2。 工业广场保护煤柱留设：在确定地面保护面积后，用移动角圈定煤柱范围，工业场地 地面受保护面积应包括保护对象及宽度为 20m 的围护带，地面受保护对象包括绞车房、井 口房或通风机房、风道等。按煤矿安全规程规定，边界矿柱的留法及尺寸1： 1) 井田边界煤柱留 30m； 2) 阶段煤柱斜长 60m，若在两阶段留设，则上下阶段各留 30m； 3) 断层煤柱每侧各为 30m； 4) 采区边界煤柱留 20m。 根据参考煤炭工业矿井设计规范和煤矿安全规程的相关数据要求和规定，本 井田所留的各种保护煤柱均合理，符合规定。 2.1.2 论述所定边界的合理性 在本井田的划分中，充分的利用到现有条件，既降低了煤柱的损失，也减少了开采技 术上的困难，使工作面的部署较为简易。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，阶段尺寸满足 煤炭工业矿井设计规范的要求，走向长度划分合理，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，阶段高度及阶段斜长适当，矿井通风、井下 运输较容易。 因此，综上来看，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 井田的储量 2.2.1 井田储量的计算原则 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) 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； 3) 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； 辽宁工程技术大学毕业设计 9 4) 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； 5) 煤层倾角不大于 15时，可用煤层的伪厚度和水平投影面积计算储量； 6) 煤层中所夹的大于 0.05m 厚的高灰煤（夹矸）不参与储量的计算； 7) 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 矿井工业储量 根据储量计算公式： zcsmr= (2- 1) 式中： zc矿井的地质储量，t； m可采煤层总厚度，m； s 井田面积，m； r 煤的容重，r =1.40t/m。 所以，zc =20.91106（5.0+4.0）1.40/cos15=272.76mt 由于设计时不考虑平衡表外储量和远景储量， 因此矿井工业储量就等于地质储量， 即： zg = zc =272.76 mt 各煤层的工业储量见表 2- 1。 表 2-1 煤层工业储量表 tab.2- 1 industrial coal reserves 2.2.3 矿井煤柱损失 1) 断层煤柱损失 断层的两侧各留 30m 的保护煤柱，断层保护煤柱的面积为 186350m, 故断层保护煤柱损失为：18635091.4=2348010 t。 2) 井田境界煤柱损失 井田境界东部，西部，南部和北部分别留设 30m 的边界煤柱，井田境界保护煤柱所占 序号 煤层号 煤厚/m 倾角/ 面积/km2 工业储量/mt 1 3 5.0 1317 20.91 151.53 2 15 4.0 1317 20.91 121.23 西沟三矿 1.80mt/a 新井设计 10 面积为 561000 m，经计算， 故井田境界保护煤柱损失为：56100091.40=706.86 万 t。 3) 工业广场煤柱损失 由煤炭工业矿井设计规范规定2：井型为 1.21.8mt/a 的矿井工业场地占地面积 为 1.2 公顷/10 万 t。 本矿井为 1.8mt/a， 取 1.2， 则本矿井的工业场地面积为： s=181.2=21.6 公顷，依据井田形状选择 600360m 的矩形。用移动角圈定煤柱范围，工业场地地面受保 护面积应包括保护对象及宽度 20m 的围护带。 再用垂直断面法确定工业广场保护煤柱的范 围。计算结果如下： 3 号煤层煤柱损失为：12228505.01.40=856 万 t 15 号煤层煤柱损失为：12228504.01.40=684.80 万 t 故工业广场保护煤柱损失共为: 856+684.8=1540.8 万 t。 4) 井筒保护煤柱损失 主副井保护煤柱：由于主副井设在工业广场内，因此，保护煤柱包含在工业广场保护 煤柱内，无须另外计算。 风井保护煤柱: 因风井设在井田边界，故井筒保护煤柱损失不再计算 5) 阶段间保护煤柱损失 井田划分为三个阶段，故有两个阶段煤柱，阶段间保护煤柱斜长为 60m，上下阶段各 留 30m，故阶段间的保护煤柱损失共为： 60（5100+5100）91.40=771.12 万 t。 6) 全矿采区采出率 由煤炭工业矿井设计规范2第 2.1.3 条，矿井采区采出率，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%。3 号煤厚度为 5m， 15 号煤厚 4m，均属厚煤层，c 取 75%。 2.2.4 矿井设计储量 矿井设计储量=工业储量永久煤柱损失量，即： 1 zszgp= （2- 2） 式中 zs矿井设计储量，万 t； zg矿井工业储量，万 t； p1永久煤柱损失量，万吨(包括断层、防水、井田境界、地面建筑物及因 辽宁工程技术大学毕业设计 11 法律、社会、环境保护等影响因素影响不得开采的煤柱煤量)。 此矿井永久煤柱有断层和井田境界保护煤柱，故： zs=27276- （234.8+706.8）=26334.4 万 t 2.2.5 矿井设计可采储量 矿井设计可采储量=（矿井设计储量- 可回收利用保护煤柱损失量）采区采出率，即： () 2 zzspc= （2- 3） 式中：z矿井设计可采储量，万吨； p2可回收利用保护煤柱损失量，万吨（包括工业广场、井筒、井下主要巷 道等保护煤柱煤量） ； c采区采出率，c=0.75 此矿井可回收利用的保护煤柱煤量有工业广场煤柱、风井井筒保护煤柱和阶段间保护 煤柱煤量，故： z=(26334.4- 1540.8- 771.12) 0.75=18016.86 万 t 西沟三矿 1.80mt/a 新井设计 12 3 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度 3.1 矿井的年产量及服务年限 3.1.1 矿井的年产量 矿井年产量是煤矿生产建设的重要指标，在一定程度上综合反映了矿井生产技术面 貌，是矿井开拓的一个主要参数，也是选择井田开拓方式的重要依据之一。 矿井的年产量确定的合理与否， 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 1.80mt/a 是合理和可行的，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为 2 层，保有工 业储量为 272.76 mt，按照 1.80mt/a 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，井田面积大，倾角小，结构简单，水文地质条件及地质构造简 单，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 本井田内有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。本井田离高平市较近，交通较便利。 4)具有先进的开采经验 近年来，“高产高效”工艺在煤矿成产中有了很大发展，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 1.80mt/a 是可行的、合理的，并且符合煤矿安全规程和 煤炭工业矿井设计规范的相关要求。 3.1.2 矿井的服务年限 矿井服务年限应与矿井的生产能力相适应，它两个之间的关系实质上就是矿井生产能 辽宁工程技术大学毕业设计 13 力和矿井储量的关系。在圈定的井田范围内，矿井储量一定，井型越大，服务年限越短， 井型越小，服务年限越长。当矿井生产能力和服务年限为某数值时，可使吨煤的总费用最 低，相近于这个数值范围，则是合理的矿井的生产能力和服务年限。 根据煤炭工业矿井设计规范 2的规定，在计算矿井服务年限时，储量备用系数宜 采用 1.31.5，本矿井取用 1.4。 由矿井的服务年限计算公式： tz ak= （3- 1） 式中： t矿井服务年限，年； z矿井的设计可采储量，万吨； a矿井的年产量，180 万吨/a； k矿井储量备用系数，取 1.4 t =zak=180.16/1.81.4=71.5 年 根据有关规定和查阅相关资料，年产 180 万 t 的大型矿井的服务年限应为 50 年以上， 本矿井 71.5 年的服务年限达到标准，符合煤炭工业矿井设计规范要求。 3.1.3 矿井产量变化的可能性 建井后产量出现变化，其可能性为： 1) 地质条件勘探存在一定的误差，有可能出现新的断层。 2) 由于国民经济发展对煤炭的需求变化，导致矿井产量增减。 3) 矿井的各个生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，迅速突破设计能力，提高 了工作面生产能力。 4) 工作面的回采率提高，导致在相同的条件下，矿井服务年限增加。 5) 采区地质构造简单，储量可靠，因此投产后有可靠的储量及较好的开采条件。 3.2 矿井的一般工作制度 结合本矿井煤层条件、储量情况、以及达成产量所需要的时间；同时考虑设备检修以 及工人工作时间等实际的因素，在满足煤矿安全规程的条件之下，本矿井工作制度安 排如下： 矿井的年工作日数为 330d,矿井实施“三八”工作制,即每昼夜两个采煤工作班和一个 检修班。采煤班内进行“落、装、运、支、移、放”工序工作。 出煤班为两个班，两个班每班工作 8 h。每昼夜净提升时数为 16 h。采用这种方法既 西沟三矿 1.80mt/a 新井设计 14 增加了出煤时间，又保证了设备的维修，从而可以大幅度提高工作面单产和保证设备的正 常运转，减轻了工人的体力劳动，提高了工作效率。 辽宁工程技术大学毕业设计 15 4 井田开拓 4.1 井筒形式,位置及数目和设备的确定 4.1.1 井筒形式和位置的确定 1）井筒的形式 井筒是联系地面与井下的咽喉，是全矿的枢纽。井筒选择应综合考虑建井期限，基建 投资，矿井劳动生产率及煤的生产成本，并结合开拓的具体条件选择井筒。 矿井开拓，就其井筒形式来说，一般有以下几种形式：平硐、斜井、立井和混合式。 下面就几种形式进行技术分析，然后进行确定采用哪种开拓方式。 平硐：一般就是适合于煤层埋藏较浅，而且要有适合于开掘平硐的高地势，例如山地 或丘陵，也就是要在高于工业广场以上具有一定煤炭储量。根据本井田地质情况，地面标 高+930m，煤层赋存在- 400+700m 之间，冲积层较厚，地势平缓。很显然，利用平硐开 拓对于本井田来说是没有可行性的。并且由于冲积层太厚，煤层倾向长度较大，若采用斜 井开拓，在技术与经济上不合理，因此斜井开拓也不适用于本井田。故本设计矿井采用立 井开拓。 2) 井筒的位置 选择井筒位置的原则： a 有利于第一开采水平的开采，并兼顾其它水平，有利于井底车场的布置和主要运输 大巷位置的选择，石门工程量小。 b 有利于首采采区不只在井筒附近的富煤块段，首采采区少迁村或不迁村。 c 井筒不易穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或较弱岩层。 d 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，低洼地和采空区， 不受滑坡和洪水威胁。 e 工业广场宜少占农田少压煤 f 水源，电源较近，矿井设在铁路专用线路短，道路布置合理点。 对井田开采有利的井筒位置，确定依据： 走向的位置： a 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。应该避免井筒偏于一侧造成单翼开采的不 利局面。 西沟三矿 1.80mt/a 新井设计 16 b 井筒设在井田中央时，可以使沿井田走向运输工作量小，而井田偏于一侧的相应井 下运输工作量比前者要大。 c 井筒设在井田中央时，两翼分配产量比较均衡，两翼开采结束的时间比较接近。 d 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。 倾斜方向的位置： 从保护井筒和工业场地繁荣煤柱损失看，愈靠近浅部，煤柱的尺寸愈小；愈靠近深部， 煤柱的损失愈大。因此，井筒沿倾斜方向位于井田中上。 综合考虑，主副井筒位置选在井田走向中央位置，位于倾向中上部，而风井位于井田 上部上山延伸的方向，使得回风石门和通风线路最短。 4.1.2 井筒数目及设备的确定 本设计中井筒数目定为三个，主井采用箕斗提升，副井采用罐笼升降人员、提矸、运 料、入风，风井设在井田边界3。 井筒参数： 表 4- 1 井筒参数 tab.4- 1 well chamber parameter 井筒名称 用途 井筒长度/m 提升方法 断面尺寸 直径/m 净断面积/m2 主井 提升煤炭 732 箕斗提升 6.0 28.3 副井 进风、进人、 运料排矸 682 罐笼提升 6.0 28.3 风井 回风兼作 安全出口 240 4.5 15.9 辽宁工程技术大学毕业设计 17 图 4- 1 主井断面图4 fig.4- 1 main shaft crosssection fig 表 4- 2 主井断面特征表 tab.4- 2 main shaft crosssection mark sheet 净断面/m2 掘进断面/m2 砌壁厚/mm 混凝土消耗量 m3/m 28.26 36.30 400 8.10 西沟三矿 1.80mt/a 新井设计 18 图 4- 2 副井断面图4 fig.4- 2 auxiliary shaft crosssection fig 表 4- 3 副井断面特征表 tab.4- 3 auxiliary shaft crosssection mark sheet 净断面/m2 掘进断面/m2 砌壁厚/mm 混凝土消耗量 m3/m 28.26 36.30 400 8.10 辽宁工程技术大学毕业设计 19 图 4- 3 风井断面图4 fig.4- 3air shaft crosssection fig 表 4- 4 风井断面特征表 tab.4- 4 air shaft crosssection mark sheet 净断面/m2 掘进断面/m2 井筒直径/mm 砌旋厚度/mm 15.90 21.23 4500 350 4.2 开采水平的设计 4.2.1 水平划分的原则 确定原则： 1）根据煤炭工业矿井设计规范规定年产 1.80mt 的矿井第一水平的服务年限不得 少于 25 年。要保证正常接替与均衡生产，保证阶段内能有合理的区段数目，保证开采水 平有合理服务年限和足够储量，保证经济上有利。 2）根据煤层赋存条件及地质构造 煤层的倾角不同对阶段高度的影响较大，本井田的属于缓倾斜煤层，其平均倾角为 15，煤层标高从- 400m 标高到+700m 标高，划分为两个水平三个阶段。若只用一个水平的 西沟三矿 1.80mt/a 新井设计 20 开拓方式，则下山太长，不易生产。因此，本井田适合采用三个阶段两个水平的开拓方式， 即双水平上山及上下山开拓方式。 3）根据水平接替关系 在上一水平减产前，新水平即作好准备，因此一个水平从投产到减产为止的时间，必 须大于新水平的准备时间。正常情况下，大型矿井的准备时间要 1.52 年，井底车场、石 门及主要运输大巷亦需要 1.52 年，延伸井筒需要 1 年，合计需要 45 年的时间。开拓 延伸加上水平过渡需要 79 年，所以每个矿井在确定水平高度时，必须使开采时间大于 开拓延伸加上水平过渡所需要的时间。 本井田属于缓倾斜煤层，平均倾角为 15，煤层垂高为 1100m，由于垂高较大，故需 采用多水平开拓。 根据煤炭工业矿井设计规范 ：当煤层倾角大于 12时，宜采用走向长壁采煤法。本 矿井煤层倾角平均为 15，故采用走向长壁采煤法。 综上所述，本矿井采用多水平开拓，两个水平三个阶段，第一水平设在+270，第二水 平设在- 150。 4.2.2 设计水平储量及服务年限 本井田设计水平为+270 水平，即第一阶段，该水平的设计可采储量为 8101.3 万 t，设 计水平的服务年限为 23 年。 表 4- 5 水平储量及服务年限 tab.4- 5 horizontal reserves and service life 水平序号 可采储量/万 t 服务年限/a 第一水平 5796 23 第二水平 12222.1 48.5 4.2.3 设计水平的巷道布置 1) 大巷的位置 本井田上层煤与下层煤的间距为35m，故采用分组集中大巷布置，将第一煤组的大巷 布置在15煤层的底板岩层中，由于设计中通风方式为两翼对角式，所以不设置回风大巷。 大巷距煤层底板间距35m。具体情况见开拓平剖面图。 本设计井田范围大，为适应现代化采煤的应用，及运输的效率，故运煤采用皮带运输， 可实现连续运输，运量大，效率高，易于实现自动化。 辽宁工程技术大学毕业设计 21 2) 大巷的数目和用途 根据运输和通风条件，本矿井共布置两条大巷：运输大巷（皮带大巷）和轨道大巷。 a 皮带大巷：将采区采出的煤运至井底煤仓，完成运输任务。 b 轨道大巷：承担整个水平进风、运料、排水、排矸等任务。 3) 大巷的规格 因为大巷的服务年限都较长，所以都采用锚喷支护。各大巷具体断面如下 3： 图 4- 4 运输大巷断面图 fig.4- 4 transport the big lane sectional drawing 西沟三矿 1.80mt/a 新井设计 22 图 4- 5 轨道大巷断面图 fig.4- 5 track transport the big lane sectional drawing 4.3 采区划分及开采顺序 4.3.1 采区形式及尺寸的确定 1) 采区划分原则 2 a 根据煤炭工业矿井设计规范要求，采区宜双面布置。当受地质条件限制时，或 在安全上有特殊要求可单面布置。 b 对于综合机械化开采，采区单面布置时（单翼采区） ，走向长度一般不小于 1000m； 双面布置时，走向长度不小于 2000m。 c 尽量利用特定条件和自然地质构造划分采区。如落差大的断层、向背斜、地堑、地 垒等。 因此将井田共划分六个采区，其中第一阶段两个上山采区，南一采区和北一采区，均 为双翼采区。第二阶段两个上山采区，南二采区和北二采区，均为双翼开采。第三阶段两 辽宁工程技术大学毕业设计 23 个下山采区：南三采区和北三采区，均为双翼开采。 表 4- 6 采区划分表 tab4- 6 mining area division 采区 走向长度 /m 倾斜长 度/m 工业储量 /万t 采煤方式 落煤方 式 准备方式 北1 2630 1388.6 3849.33 走向长壁 综采 双翼上山采区 北2 2930 1389 4334.56 走向长壁 综采 双翼上山采区 北3 2882.2 1125.85 4232.84 走向长壁 综采 双翼下山采区 南1 2279.4 1298.4 3480.75 走向长壁 综采 双翼上山采区 南2 1920.5 1389 3479.71 走向长壁 综采 双翼上山采区 南3 2013.9 1133.6 2977.92 走向长壁 综采 双翼下山采区 2) 首采区的确定 矿井达到设计生产能力时的初期采区位置（即首采区） ，应符合下列规定： a 和井田内其他采区相比，煤层赋存条件好，地质构造和开采技术条件简单，地质勘 察程度高； b 资源可靠、设计可采储量丰富，采区生产能力大，服务年限长； c 首采区应位于工业场地保护煤柱线附近，工程量省、贯通距离短。 经过分析，符合上述规定的最佳采区为北一采区，即将北一采区作为首采区。 4.3.2 开采顺序 合理的开采顺序可保证开采水平、采区、回采工作正常接替，保证矿井持续稳定高产， 最大限度的开采煤炭资源，减少巷道的掘进率及维护工程量，合理集中生产，充分发挥设 备能力，提高技术经济效益，便于防止灾害，保证生产安全可靠。 本设计井田煤层以分组形式赋存，对同一采区的两个煤层，先采上层，再采下层，这 样，上层对下层没有什么影响或是影响较小，对下层的巷道维护及回采工作都比较有利8。 西沟三矿 1.80mt/a 新井设计 24 4.4 开采水平井底车场形式的选择 4.4.1 井底车场选择的依据 井底车场是连接井筒和井下主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称，是连接井下运输 和提升的枢纽，是矿井生产的咽喉。因此，井底车场设计是否合理，直接影响着矿井的安 全和生产。 根据煤炭工业矿井设计规范规定，井底车场布置形式应根据大巷运输方式、通过 井底车场的货载运量、井筒提升方式、井筒与主要运输大巷的相互位置、地面生产系统布 置和井底车场巷道及主要硐室处围岩条件等因素，经技术经济比较确定。 由于本设计中的煤层赋存，主井提升方式为箕斗提升，大巷采用皮带运输，又由开拓 图看到，从主副井井底车场到大巷均由石门联系，而车场也宜布置在两煤组之间，以缩短 车场与大巷之间的石门长度，所以井底车场型式选为梭式车场。如图4-6 3。 1主井，2副井，3水仓，4中央变电所，5中央水泵房，6车场绕道， 7联络巷道，8井底煤仓， 图 4- 6 井底车场示意图 fig.4- 6 shaft station abridged general view crosssection distinction 4.4.2 井底车场硐室 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。 1）主井煤仓及装载硐室： 根据煤炭工业矿井设计规范规定：矿井的煤仓容量为 ()0.15 0.25qmcamc= （4- 1） 式中： qmc井底煤仓有效容量，t 辽宁工程技术大学毕业设计 25 amc矿井日产量，t 系数 0.150.25 大型矿井取大值，小型矿井取小值。本矿井为大型矿井，所以取 0.25。 则井底煤仓容量为： qmc =0.251800000/330=1363.64 t 煤仓结构如图 4- 7。 图 4- 7 井底煤仓 fig.4- 7 shaft coal pocket 表 4- 7 煤仓断面特征表 tab.4- 7 coal pocket cross- section mark sheet 生产能力 /mt.a- 1 容量/t 圆形断面 /mm 净断面/m2 煤仓高度/m 支护方式 1.80 1400 8000 50.24 30 锚喷加混凝 土 2）中央变电所和中央水泵房 中央变电所和中央水泵房联合布置，便于使中央变电所向中央水泵房供电距离最短， 中央变电所和中央水泵房建成联合硐室，具体见图 4- 8。 西沟三矿 1.80mt/a 新井设计 26 中央变电所和中央水泵房联合硐室 图 4- 8 中央变电所和水泵房 fig. 4- 8 nearby central committee electricity institute and water plant 3）火药库 由于本矿井采用全部机械化采煤，所以相对用火药较少，选用储量较小的壁槽式火药 库就可以满足井下正常工作的需要。 根据 煤炭工业矿井设计规范 ， 库房与巷道的关系 2： a 库房距井筒、井底车场、主要运输巷道、主要硐室的法线距离，硐室式不得小于 100 m，壁槽式不小于 60 m； b 库房距行人巷道的法线距离，硐室式不得小于 35m，壁槽式不小于 20 m； c 库房与外部巷道之间，必须用 3 条互成直角的连通巷道相连, 必须有 2 个出口； d 井下爆炸材料库的最大贮存量， 不得超过该矿井 3 天的炸药需要量和 10 天的电雷管 需要量； e 火药库必须有单独的新鲜风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风道或主要回风 道。火药库的具体结构见图 4- 9。 辽宁工程技术大学毕业设计 27 图 4- 9 壁槽式火药库 fig. 4- 9 wall groove powder library 表 4- 8 壁槽式火药库巷道名称 tab.4- 8 wall groove powder library t