采矿工程毕业设计（论文）-锦界一矿5.00Mta新井设计（全套图纸） .pdf

辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 前言前言 煤炭是工业的粮食，我国一次能量消费中，煤炭占 75%以上。煤炭不仅是我国的基本 燃料，而且是重要的工业原料，从煤中可以提取二百多种产品，这些产品都是我国社会主 义经济建设和人民生活所必须的。煤炭是不可再生的宝贵资源，我国人均资源仅为世界人 均资源的一半，所以合理、科学的开采煤炭资源尤为重要。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 通过此次毕业设计大致掌握矿井初步设计的方法、步骤和内容。学习贯彻党和国家的 有关方针、政策、学习国家有关的煤矿方面法律法规；将所学的理论知识掌握，并能系统 的综合的应用和巩固所学理论；培养实事求是、吃苦耐劳的科学态度和工作作风，为将来 的工作打下基础，提高编写技术文件和运算的能力，提高运用计算机辅助设计的能力，运 用并巩固采矿 cad 等软件的运用全面发展多方面能力；提高采矿英语的运用能力，为参 考外文文献打下基础。 本次设计是锦界一矿新井设计，地质资料都是在实习矿上搜集的，在指导教师的指导 下，并合理运用平时及课堂上所学的知识，查找有关资料和文献，力求设计出一个方案合 理、技术决策正确，能够体现出高产、高效、安全特点的现代化矿井。 本设计说明书从矿井的开拓、开采、运输、通风、提升及工作面的采煤工艺等各个环 节进行了详细的叙述，设计严格遵守设计规范和煤矿安全规程 ，毕业设计要求的 全部内容。但由于时间和个人能力有限，书中会有不妥之处，请老师批评指正。对每个方 案都做出合理性的论述，有的部分进行了技术和经济比较，基本完成了毕业设计要求的内 容。但由于时间和个人能力有限，书中会有不妥之处，请老师批评指正。 张洪岩：锦界一矿 5.00mt/a 新矿井设计 2 1 矿区概况及井田地质特征 1.1 矿区概况 1.1.1 矿区地理位置 锦界井田位于榆神矿区东北部，二期规划区西部，地处陕西省榆林市神木县瑶镇乡和麻 家塔乡境内，行政区划隶属陕西省榆林市神木县瑶镇乡管辖。地理坐标位于东经 11006041102426，北纬384632385314之间。井田北与神东矿 区相接，东与凉水井井田毗邻，西与榆神矿区一期规划区隔河相望，南与锦界小煤矿开采 区为邻。 1.1.2 矿区地形、地貌及交通运输 锦界井田位于陕北黄土高原北端、毛乌素沙漠东南缘。在新构造运动和外应力的共同 作用下，形成本区现有的地貌景观。按地貌单元的成因，将本区地貌划分为风沙地貌、黄 土地貌和沟谷地貌三类。 1. 风沙地貌：约占井田面积的 9/10，风力作用是风沙地貌的主要成因，组成物质是 第四系黄色沙质黄土、亚粘土、粉沙、细沙及中粗沙。风沙地貌分为风沙滩地和风成沙丘 地貌。风沙滩地较为平坦，粒度较细，常为农业耕作区，部分地段四周被沙丘所包围，地 表水不能外泄。沙丘形态各异，大小不等，高度几米至十几米。风沙地貌以半固定和固定 沙为主，植被覆盖较好，地势平坦开阔。 2. 黄土地貌：仅分布于黄土庙和马场梁一带。梁顶平缓，常被薄层片沙覆盖，冲沟 陡深，一般 1535m，地形高差较大，植被稀疏，为较典型的黄土冲蚀地貌。 3. 沟谷地貌：青草界沟为地表水侵蚀堆积形成的冲积地貌。上游窄，下游宽，谷坡 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 呈斜坡形，两侧不对称，谷底平坦，河床较窄，河水蜿蜒流淌其中。两岸的河漫滩和阶地， 土地较为肥沃，是区内主要的农业耕作区。 4地形：受青草界沟影响，本井田地形总的呈北高南低、东高西低的特征。最高处 位于琉璃壕东侧，高程为+1313.00m，最低处位于沙母河附近，标高约+1110m，最大高差 203m。风沙区地形较为平坦，北部标高一般为+1240+1260m，南部一般为+1200m 左右。 井田地处陕西“米”字型公路网内，s204 省道（二级）和 西（安）包（头）铁路并 行从井田东南边界附近通过，210 国道从矿区西侧通过。西（安）包（头）铁路北与（北） 京包（头）线相接，东与神（木）朔（州）线、大（同）秦（皇岛）线相接，南与西（安） （安）康线、陇海线及即将建成通车的西（安）宁（南京）铁路相连，可达我国华北、华 东、华中、华南及沿海地区。总之，井田交通便利。 锦界井田至附近主要城市里程如下： 锦界神木 30km 锦界榆林 83km 锦界包头 340km 锦界西安 753km 1.1.3 气候条件及地震情况 本区地处西北内陆，受极地大陆冷气团影响时间较长，受海洋暖气团影响时间较短， 为典型的温带半干旱大陆性气候。气候特点是：冬季寒冷，夏季炎热，春季多风，秋季凉 爽，冷热多变，温差悬殊，干旱少雨，蒸发量大，全年无霜期短，10 月初即上冻，次年 4 月初解冻。 据神木气象站观测资料： 多年平均气温：8.4（5790 年） 极端最高气温：38.9（66 年 6 月 21 日） 极端最低气温：-28.4（58 年 1 月 16 日） 多年平均降水量：435.7mm（5791 年） 日最大降水量：136.3mm（59 年 7 月 21 日） 张洪岩：锦界一矿 5.00mt/a 新矿井设计 4 枯水年降水量：108.6mm（65 年） 丰水年降水量：819.1mm（67 年） 多年平均蒸发量：1774.1mm（7890 年） 多年平均相对湿度：56%（5790 年） 多年平均绝对湿度：7.6 毫巴（6190 年） 多年平均风速：2.2m/s（5789 年） 极端最大风速：25 m/s（70 年 7 月 18 日） 年最多风向：nw 多年最大冻土深度：146cm（68 年 2 月） 多年平均气压：910 毫巴（789 年） 全年降水量分配很不均匀，多以暴雨形式集中在 79 月份，约占全年总量的 68%。各 年间降水量变化也很大。 本区属无震害区，区域稳定性好，地震烈度为度。 1.1.4 电源、水源及建筑材料来源 神木锦界电厂（6600mw）紧邻本矿井，矿井主供电源可直接从电厂接取。西北电网 330kv 供电线路已送至榆林和神木，榆林至神木、榆林至店塔镇的两条 110kv 供电线路已 经建成投运，从榆林镇北台变电站出线的矿区 110kv 供电专线已送至锦界，并已在锦界建 成二座 110/35kv 变电站，矿井备用电源可从锦界 110/35kv 变电站接取。 本区主要水系为秃尾河及其支沟沟泉水，由于本矿井系神木锦界电厂煤电一体化项目 的配套矿井，矿井供水水源直接从电厂供水系统接取，统一从瑶镇水源取水，瑶镇水库已 于 2001 年开工建设。 本区主要建筑材料需从外地运入，砖、瓦、砂、石等建材可就地生产。区内有多处小 规模的机砖厂，可提供矿井建设所需的机砖与水泥制品，但当地砂、石多数质量不高，建 设中应严把质量关。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 1.2 井田及其附近的地质特征 1.2.1 井田地质构造 井田内地质构造简单，地层平坦，总体趋势为一个倾角小于 1，缓缓向北西倾斜的 单斜构造。无褶皱和岩浆活动，锦界井田位于榆神矿区东北部，地层区划属华北地层区鄂 尔多斯盆地分区。地表绝大部分被第四系沉积物覆盖，仅在青草界小沟脑、j405 孔及呼家 圪堵一带基岩零星出露。据地质填图及钻孔揭露，井田地层由老至新依次为：三叠系上统 永坪组(t3y)，侏罗系中统延安组(j2y)、直罗组(j2z)，第三系上新统保德组（n2b），第四系 中更新统离石组（q2l），上更新统萨拉乌苏组（q3s）、全新统风积沙(q4 eol)及冲积层（q 4 al）。 。 1.2.2 井田水文地质特征 本区地形较为平坦，地表高程+1110.00m(沙母河)+1313.00 m (白家庙梁)，最大高 差 203m。北部标高一般为+1240+1260m，先期地段南部+1200m 左右。 井田大部被第四系风积沙覆盖，为典型的风成沙丘及风沙滩地地貌,以半固定沙及固 定沙为主,植被覆盖较好,地势平坦开阔,有利于降水入渗补给地下水。东南部为黄土冲蚀 地貌,梁顶较平缓，沟谷受水力冲蚀较深，一般 1535m。基岩仅在小沟沟脑、j405 和 j605 钻孔一带零星出露。 本区属于黄河一级支流秃尾河流域， 西临秃尾河。 井田内地表水系主要包括青草界沟、 河则沟和小型水库。 青草界沟流为长年性流水， 据长观资料， 年平均日流量为 21417.70m 3/d； 河则沟流量为 9832.32m 3/d，由井田西南部排入秃尾河。长胜彩当水库库容约 25000m3。 1.3 煤层质量及煤层特征 1.3.1 煤质及物理性质 井田内各煤层均属低变质阶段的长焰煤和不粘煤。煤岩成分以暗煤、亮煤为主。宏观 煤岩类型：3 -1、4-2和 4-3煤层以半亮煤为主,次为半暗煤,4-4、5-2 上、5-2和 5-3煤层以半暗煤 为主，其次为半亮煤。 煤的物理性质： 井田内各主要煤层均具有特低灰低灰、 特低硫低硫、 低特低磷 、 中高发热量、富油、高挥发分产率等化学特性,可广泛用于动力、气化、液化等用途。煤 质资料如下： 张洪岩：锦界一矿 5.00mt/a 新矿井设计 6 水分（mad） ：各煤层原煤分析基水分（mad）为 3.389.80%，综合平均值为 5.87 6.98%，以 4 -3、4-4煤较高，3-1、4-2煤较低。煤的全水分（mt）为 9.9011.20%，属中高全 水分煤。 灰分（ad） ：各煤层灰分综合平均值为 6.288.19%，其中 3 -1 煤层为低灰特低灰分 煤，4 -4煤层为低灰低中灰分煤，其余各煤层均以低灰分煤为主。 挥发分（vdaf） ：各煤层原煤挥发分综合平均值为 34.5038.36%，属中高挥发分煤。 其中 3 -1、4-2煤层挥发分以大于 37%为主，4-3、4-4、5-2 上、5-2煤层以挥发分小于 37%占优， 5 -3煤层以挥发分小于 37%及大于 37%各占一半。 硫分(st,d)：各煤层原煤硫分为 0.150.86%，综合平均值为 0.280.38%，属硫分 变化小的特低硫分煤。剖面上以 4 -3、4-4煤层硫分最低，向上、向下硫分有增高的趋势，平 面上全区变化稳定。 发热量（qnet，ar） ：各煤层收到基低位发热量（qnet，ar）综合平均值在 25.36 26.44mj/kg 之间，属高热值煤。 煤灰熔融性：井田内主采的 3 -1、4-2、5-2煤层均以较低软化温度灰煤为主，其次为低软 化温度灰煤。 1.3.2 井田内煤层及埋藏条件井田内煤层及埋藏条件 煤层走向主体为西南至东北走向，由南北走向分别逐渐偏为南西和北西方向，整体四 边形，井田中央倾向为北方向，倾角小于 1，可采煤层间距见表 1- 1。 表 1- 1 煤层间距见表 table 1- 1 seam pitch table 煤层 厚度 煤层间距 发育情况 3 煤层 5 10 全区发育 4 煤层 5 全区发育 20 5 煤层 15 全区发育 0 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 1.3.3 煤层综合柱状图 图 1- 2 综合柱状图 fig.1- 2 synthesis histogram 1.3.4 顶底板岩性 井田内各主要可采煤层直接顶板由粉砂岩、泥岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩组成，平均 饱和抗压强度 41.6mpa，软化系数 0.4，rqd 值平均 76，岩石质量好，岩体较完整，属 中硬类易软化岩石。直接顶分类属类中等稳定顶板。 各主要可采煤层基本顶以中粒砂岩和细粒砂岩为主，次为粗粒砂岩，平均饱和抗压强 度为 40.9mpa,软化系数 0.52，rqd 值 77，岩石质量好，岩体较完整，是井田内稳定性 较好的岩组，属中硬类易软化岩石。基本顶分级属级，基本顶压力显现不明显明 显。 张洪岩：锦界一矿 5.00mt/a 新矿井设计 8 1.3.5 瓦斯赋存状况及煤的自燃性 本井田各煤层瓦斯含量很低，属 co2-n2带。除 4 4和 53煤层有部分点属很易自燃易 自燃煤层，3 -1 煤层个别点属易自燃煤层外，4 2、43、52 上、52 煤层属不易自燃不自燃 煤层。 1.3.6 地质勘探程度 本井田位于榆神矿区东北部，在原大保当区普查的基础上,又进行了全井田的详查勘 探及精查勘探。精查勘探面积 30km 2。 就全井田而言，现有地质资料对井田内主要可采煤层的勘探网度和储量级别划分比较 合理，重点查明先期开采地段的勘探工程布局合理，查明了井田可采煤层的层数，在构造 形态、煤层变化、煤层露头、煤质、储量分级等控制方面均可满足编制矿井初步设计的要 求，但尚有下述几个方面需今后予以关注，以满足矿井生产的需要。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田的边界 锦界井田位于榆神矿区东北部，二期规划区西部，地处陕西省榆林市神木县瑶镇乡和 麻家塔乡境内，行政区划隶属陕西省榆林市神木县瑶镇乡管辖。地理坐标位于东经 110 06041102426，北纬 384632385314之间。井田北与神东矿区 相接，东与凉水井井田毗邻，西与榆神矿区一期规划区隔河相望，南与锦界小煤矿开采区 为邻。井田东西宽 5.5km，南北长 3.8km，面积 20.9km 2。 2.1.2 边界煤柱的留设 按煤矿安全规程规定，边界矿柱的留法及尺寸： 1) 井田边界煤柱留 30 米； 2) 阶段煤柱斜长 60 米，若在两阶段留设，则上下阶段各留 30 米； 3) 断层煤柱每侧各为 30 米； 4) 采区边界煤柱留 15 米。 根据参考矿井设计规范1和矿井安全规程2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。 在井田范围内，储量、煤层赋存及开采条件均与矿井生产能力相适应。田内有足够的 储量和合理的服务年限。井田走向长度大于倾斜长度，有四层煤，可保证矿井各个开采水 平有足够的服务年限。阶段高度及阶段斜长适当，矿井通风、井下运输较容易。 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) 储量计算的最大垂深与勘探深度一致。对于大、中型矿井，一般不超过 1000 米； 3) 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； 4) 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； 5) 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； 张洪岩：锦界一矿 5.00mt/a 新矿井设计 10 6) 煤层倾角不大于 15 度时，可用煤层的伪厚度和水平投影面积计算储量； 7) 煤层中所夹的大于 0.05 米厚的高灰煤（夹矸）不参与储量的计算； 8) 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 工业储量：是查明矿产资源的一部分。它能满足现行采矿和生产所需的指标要求（包 括品位、质量、厚度、开采技术条件等） ，是经详查、勘探所获控制的、探明的并通过可 行性研究、预可行性研究认为属于经济的、边际经济的部分，用未扣除设计、采矿损失的 数量表述。 根据储量计算公式： z=smr （2- 1） 式中：z矿井工业储量，t s井田面积，k m2 m可采煤层总厚度，m r煤的容重，1.4t/m3 所以，z=20.9(5+5+15)1.4=731.5mt 其中：3 煤储量：20.951.4=146.3mt 4 煤储量：20.951.4=146.3mt 5 煤储量：20.9151.4=438.9mt 2.2.3 矿井可采储量 zs= （zp1p2)c （2- 2） 式中：z矿井工业储量 zs矿井可采储量 p1永久煤柱损失 p2临时煤柱损失 c采区平均回采率,由设计规范第 2.1.3 条，矿井采区回采率，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%。全矿采区回 采率按照下式计算： k= 321 332211 mmm kmkmkm + + （2- 3） 本井田 3 层煤均为厚煤层，因此全矿采区回采率取 0.75。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 井田永久煤柱损失 p1包括井田境界煤柱、断层防护煤柱，浅部防水煤柱等。 p1=5500302251.4+3515302251.4+3000302251.4=25.23mt 临时煤柱损失 p2主要包括工业广场压煤、 阶段间煤柱等。 p2=(610+645)1060/2251.4+300060251.4=25.4mt zs=（zp1p2)c=（731.525.2325.4）0.75=510.7mt 即该井田的可采储量为 510.7mt 2.2.4 工业广场面积的确定 由设计规范规定工业场地占地面积：本矿井设计年产 500 万吨，所以工业广场面积为 s=50 公顷，选择边长为 1000m500m 的长方形。 表 2- 1 工业广场占地面积 张洪岩：锦界一矿 5.00mt/a 新矿井设计 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 矿井的年产量合理性 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 5.00mt/a 是非常合理和可行的，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达到 3 层，保有 可采储量为 510.7mt，按照 5.00mt/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 本井田煤层赋存较稳定，煤层埋藏较浅，倾角变化不大，由于井田面积大，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。本井田离唐山市较近，有矿区专用铁路与国铁相通，井田内各村镇均也有公路相通， 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 5.00mt/a 是可行的、合理的。 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（论文） 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11。 根据矿井设计规范的规定，在计算矿井服务年限时，储量备用系数宜采用 1.3 1.5，本矿井取用 1.4。 由矿井的服务年限计算公式： p=zak (3- 1) 式中：z矿井的设计可采储量； a矿井的年产量； k矿井储量备用系数，一般取 1.4 p=z(ak) =510.7/(5.01.4)=73 年 由设计规范第 2.2.5 条知，矿井设计生产能力为 500 万吨/年的大型矿井，设计服 务年限不应低于 70 年。本矿井的服务年限为 73 年，符合设计规范规定。 3.2 矿井的一般工作制度 本矿井的年工作日按每年 330 天计算，每昼夜矿井提升时间为 20 小时。根据有关规 定，结合本矿区煤层条件、储量状况及完成产量的需要，同时考虑法定假日，设备检修和 涌水等的影响，做出相应的工作制度，即矿井的井下采煤等工作为昼夜分为三班，二班出 煤，一班检修同时出煤，每班工作 8 小时，即“三八制”工作制14。 张洪岩：锦界一矿 5.00mt/a 新矿井设计 14 4 井田开拓 在一定的井田地质、开采技术条件下，矿井开拓巷道可有多种布置方式，开拓巷道的 布置方式称为开拓方式。合理的开拓方式应根据矿井设计生产能力，地形地貌特征，地质 条件，煤层赋存条件，开采技术条件，装备条件，地面外部条件等因素综合考虑4。 4.1 井筒形式的确定 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、竖井和混合式。 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，可就是这 一点，本井田不能满足要求，本井田地势比较平缓，高低地的最大高差也不过十几米，很 显然，利用平硐开拓对于本井田来说是没有可行性的。 斜井：利用斜井开拓要求煤层埋藏较浅、地质条件简单，表土层不厚的井田。斜井开 拓的优点为井筒施工简单，掘进速度快，费用低；斜井用胶带输送机提升煤炭时，提升能 力大，有利于矿井延伸施工和新旧水平的接替等。本井田表土层不厚，斜井施工比较简单， 用斜井开拓工程量小，维护和运输等费用也会大幅度的减小，以上因素决定了本井田使用 斜井开拓是可行的。 本井田的煤层赋存深度+1110 到+1170m，表土层较薄，井筒需用特殊方法施工。根据 设计规范第 3.1.4 条，煤层埋藏较浅，表土层较薄，水文地质条件简单、井筒需要特 殊施工，宜采用斜井开拓方式。 依上，本设计采用斜井开拓方式。 4.2 确定井筒的位置及数目 4.2.1 井筒数目 本矿年产量 5.00mt，属大型矿井，在开拓时，决定采用三个井井筒：主斜井、副斜井 和风井，形成中央并列式通风。主斜井采用胶带输送机提升，副斜井采用无轨胶轮车运送 人员、提矸、运料、入风。这样确定的井筒数目可以满足矿井提煤、运料、通风的要求， 保证矿井生产高产、高效、安全，有助于本矿的正常有序发展。 4.2.2 井筒位置 地面在选择井筒位置时，应贯彻农业为基础的方针，充分利用荒山、坡地、劣地，尽 可能不占良田，不妨碍农田水利建设，避免拆迁村庄及河流改造。主要是根据以下一些原 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 则： 1) 在煤层走向方向尽量位于井田的中央，即要求其两翼的长度和储量大致相等。这主 要是考虑到矿井的煤炭运输问题。当井筒位于井田内的煤炭储量中心时，全矿的运输费用 达到最低。 2) 在倾斜方向上也要尽量位于中心，同时兼顾各水平井底车场的布置形式及位置。 3) 井筒位置的确定， 要顾及井口标高及地面工业广场的布置， 由于考虑到最高洪水位， 所以要求井筒的位置确定的井口标高在+1300 米以上。另外，地面工业场地的布置也基本 上决定井筒的位置，一般要求工业广场尽量布置集中，达到不占良田、少占农田的原则， 还要求整个工业场地要布置在地势比较平缓的地带，使得场地内的建筑不受大的影响。 4) 井筒尽量不穿断层、破碎带，井底车场围岩较好，要有较好的工程地质条件和水文 地质条件。 5) 要便于矿井供电、给水和运输，并使附近有便于建设居住区、排矸设施的地点。 6) 尽量使工程量少、投资小，便于井下采区划分，同时有利于通风、行人安全。 7) 选择井筒位置应该力求减少石门长度，井筒尽可能靠近运输大巷，使运输功最小。 井筒沿井田走向有利的位置应在井田的中央，当井田储量呈不均匀分布时，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，两翼产量分配、风量分配比较均衡， 各水平两翼开采结束的时间比较接近。应尽量避免井筒偏于一侧，一翼过早采完，然后产 量集中于另一翼，将使运输、通风过分集中，采煤掘进互相干扰，甚至影响全矿生产，造 成单翼开采的不利局面。所以，综合考虑，工业广场选择布置在井田中间。 4.3 井筒参数及断面图 各井筒断面见图 4- 1；4- 2；4- 3： 张洪岩：锦界一矿 5.00mt/a 新矿井设计 16 图 4-1 主井断面 fig 4- 1 main shaft sections 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 图 4-2 副井断面图10 fig.4- 2 auxiliary shaft crosssection fig 张洪岩：锦界一矿 5.00mt/a 新矿井设计 18 图 4-3 风井断面图 fig.4- 3 air shaft crosssection fig 4.4 开采水平的设计 4.4.1 水平高度的确定 通常将设有井底车场、阶段运输大巷并且担负全阶段运输任务的水平，称“开采水平”， 简称水平。根据煤层赋存条件，一个井田可以用一个水平开采，或者用几个水平开采3。 开采水平的划分是与井田内阶段的划分密切联系的，而井田内划分阶段的多少主要取 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 决于井田的斜长和阶段尺寸的大小。阶段尺寸大小以阶段垂高或斜长表示。阶段是按标高 划分的，阶段上下边界的标高确定后，阶段垂高，即其上下边界的标高差就可得出。阶段 斜长则因煤层倾角的大小不同而变化。该矿井内煤层走向。倾向变化均很小。煤层地板标 高基本在+1110+1170 之间，地面标高基本在+1300 左右，且倾角较缓。 开采水平标高：+1170m 4.4.2 设计水平大巷布置 运输大巷的布置方式有三种：运输大巷可以单煤层布置（又称分煤层运输大巷） ；分 煤组布置（又称分组集中大巷） ；全煤组集合布置（称集中运输大巷） 。 方案一：分煤层大巷布置 优点：若采用分煤层大巷布置，开设一组主要石门，各煤层中都布置大巷，各煤层单 独布置采区，均为煤层巷道，有利于掘进，矿井达产快，符合不出矸石或少出矸石的煤炭 工业发展趋势，环保效益好，开采巷道相对简单。 缺点：每层煤都开掘大巷，开拓工程量大，巷道的维护费用较高，不利于矿井的安全， 运输通风系统复杂。轨道、管线、设备多，辅助人员多，巷道维护工程量大，维护困难， 采区接替频繁，对正常生产有一定影响；每层煤都需要留保护煤柱，煤炭损失量大；在有 自然发火危险的煤层中，护巷煤柱压裂透风，容易引起自然发火。 方案二：集中大巷布置 在煤层群最下部的底板岩石中，开掘阶段集中运输大巷为所有采区服务。在集中运输 大巷内，每隔一定距离开掘采区石门，将各个煤层联系起来。 这种布置方式的优点是：大巷布置在底板岩石中可以免去支撑压力对大巷的影响，大 大改善了巷道的维护条件；集中开拓各个煤层，采区生产能力大；大巷布置在岩层中，可 按开采技术要求直线掘进，便于采用大型运输设备；运输大巷工程量少、占用轨道、管线 少，各个煤层可以同时进行回采准备，开采强度大；煤层内可以不留设煤柱，煤炭损失少； 其缺点是：初期工程量大，建井工期长，采区石门多，总的石门长度大，岩石工程量 大。这种布置方式一般适用于井田范围大、煤层层数多、煤层间距不大的矿井中。建井施 工速度慢，投产慢，达产时间长，开拓费用高。 方案三：分组运输大巷布置 由于各煤层间距相差不多，而距离较远，分组布置远不如集中布置在技术和经济上可 张洪岩：锦界一矿 5.00mt/a 新矿井设计 20 行，所以不考虑用分组布置。 表 4-4 方案技术比较表 table 4- 4 technical comparison table 项目 方案分层布置 方案集中大巷 优点 各煤层中都布置大巷，各煤层单独 布置采区，煤层间只开一对主石门， 石门工程量不大，初期工程量少， 建井期短 开采水平只布置一对集中巷故总的大巷 开拓工程量小，大巷一般布置在煤组底 板岩层中容易维护，由于用采区石门贯 穿各煤层，可同时进行多个煤层的准备 和回采，开采强度大；煤层可不留煤柱 损失小 缺点 每层煤都布置大巷，总的开拓工程 量大，煤层巷道维护工作量大 费用 高，每条大巷都要留设保护煤柱， 煤炭损失量大 矿井投产前要掘进主石门、集中巷、采 区石门，然后才能进行上部煤层的准备 和回采，煤层间距大时， 初期工程量大， 建井期长 现对其进行经济比较，具体见下表：15 表 4-5 费用汇总 table 4- 5cost summary 项目 方案一 方案二 费用（万元） 百分率% 费用（万元） 百分率% 初期建井费 550 100% 1070 194.5% 基建工程费用 1900 120% 1550 100% 生产经营费 1100 100% 1740 158.2% 总费用 3550 100% 4360 122.8% 经过以上技术和经济上的比较的结果来看，方案一，维护费用总费用较低。因此，本 设计采用方案一较为合理。 运输大巷承担运煤任务，在运输大巷内布置带式输送机；轨道大巷承担运料、通风、 行人的任务，用无轨胶轮车将材料运到工作面，从而实现了从大巷到采区、工作面辅助运 输的连续性。因为大巷的服务年限都比较长，所以都采用锚喷支护。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 4.5 盘区划分及开采顺序 4.5.1 盘区形式及尺寸的确定 盘区是在阶段内划分的一个开采区域，它是矿井生产的基本单元。盘区尺寸主要受到 地质、技术、经济因素影响，根据设计矿井特点：煤层赋存稳定、倾角小、充分利用大的 地质构造作为盘区边界，减少煤炭损失。共划分为四个盘区。详细情况见表 4- 6，井田各 盘区技术特征表，以及矿井开拓平面图。 表 4- 6 盘区 走向长 度米 倾斜 长度 储量 mt 采煤方式 落煤 方式 准备方式 一盘区 2685 1525 130.5 走向长壁 综采 单翼采区 二盘区 2680 1830 150.5 走向长壁 综采 单翼采区 三盘区 2680 1655 134.5 走向长壁 综采 单翼采区 四盘区 2685 1750 140.5 走向长壁 综采 单翼采区 合计 10730 7195 556 4.5.2 开采顺序 矿井的开采工作，应当有计划、有步骤地按一定顺序进行，以便保证安全、均衡生产， 并且有利于提高技术经济指标。 合理的开采顺序应满足以下要求： 1) 保证开采水平、盘区、采煤工作面的生产正常接替，以保持矿井持续稳产、高产。 2) 符合煤炭采动影响关系，最大限度的开采出煤炭资源。 3) 合理集中生产， 充分发挥机械设备的能力， 提高矿井的劳动生产率， 简化巷道布置。 4) 尽量降低掘进率，减少井巷工程量及基建投资。 综合上述因素，将本矿的开采顺序划分如下： 整个井田的开采工作沿着倾斜方向由上向下依次进行，即阶段下行式开采。 盘区：由井田两翼向井田中部开采，即盘区后退式； 张洪岩：锦界一矿 5.00mt/a 新矿井设计 22 区段：沿着煤层倾斜方向自上而下开采，即区段下行式； 分层：自上而下逐层开采； 工作面：回采工作面推进方向是从盘区两翼向盘区大巷推进，即工作面后退式开采。 4.6 开拓系统综述 4.6.1 开拓方式 本设计矿井采用“斜井多水平、 分层运输大巷、走向长壁相结合”的开拓方式。采用斜 井开拓，共 3 个井筒，主运输斜井、副辅助运输斜井、中央风井，采用中央并列式通风方 式。矿井开采水平在+1170m 标高位置，矿井正常生产时，一个盘区一个综采工作面保证 年产量。 4.6.2 运输系统 运煤系统：工作面出煤区段运输顺曹分层运输大巷从主斜井提到地面； 排矸系统：掘进巷道时所出的矸石通过无轨胶轮车副斜井提至地面； 运料系统：副斜井分层辅运大巷区段辅运平巷使用地点。 4.6.3 通风系统 新鲜风流主、副斜井分层运输大巷区段运输顺曹、辅运顺曹工作面； 污风区段回风顺曹盘区回风大巷风井排出地面。 4.6.4 排水系统 井下的涌水经大巷流入井底水仓，由水泵房中的水泵，经排水管路排到地面，由地面 的排水沟流出井田边界外。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 5 采准巷道布置 5.1 设计盘区的地质概况及煤层特征 5.1.1 盘区概况 设计盘区为一盘区，该盘区位于井田东翼，西至井田第九勘探线，南部边界到工业广 场保护煤柱线，大巷布置在+1170 水平，盘区平均走向长 2680 米，倾斜长 1525 米，煤层 倾角平均小于 1。属于近水平煤层，盘区内地质构造简单，无断层，煤变质程度高，煤质 好。发火期短，煤层直接顶较厚并且软弱。 5.1.2 煤层地质特征 一盘区做为首采区，本井田各煤层瓦斯含量很低，属 co2-n2带。除 4 4和 53煤层有部 分点属很易自燃易自燃煤层，3 -1 煤层个别点属易自燃煤层外，4 2、43、52 上、52 煤层 属不易自燃不自燃煤层。 5.1.3 盘区生产能力及服务年限 盘区可采储量 e=26851525251.4 =14331 万 t 盘区边界煤柱损失量 ep=153525301.4+264025301.4+880240251.4= 1175.6 万 t 盘区可采储量 z=14331- 1175.6=13155.4 万 t 盘区生产能力的基础是采煤工作面生产能力，而采煤工作面的产量取决于煤层厚度，工作 面长度及推进度。 一个采煤工作面日产量 crmlla= 10 （5- 1） 式中：a0工作面单产，吨/日 l 工作面长度，米 l1日推进度，米 m采高，米 r 容重，1.4 c 工作面的回采率，93% 张洪岩：锦界一矿 5.00mt/a 新矿井设计 24 所以， 0 a =2898.61.40.935=16180t。 同时考虑 5%的掘进出煤，则盘区生产能力为： a=a03301.05=560.6 万 t/a 盘区服务年限：t=e/a （5- 2） 式中：e可采储量，万吨 a平均生产能力，万吨/年 则盘区服务年限为:t= 4 . 1500 4 . 13155 =18.8a 5.2 盘区形式、盘区主要参数的确定 5.2.1 盘区形式 按照煤层群开采的联系为分层准备，即各煤层都有三条独立大巷，煤层倾角平均为小 于 1，瓦斯量低、顶底板均无较大涌水，根据煤层赋存条件，本设计采用走向长壁采煤 法。 5.2.2 区段划分 根据矿井的地质条件和工作面的合理长度 289m，盘区采用走向长壁采煤法。盘区倾 向长 1525 米，其中留 5.4m 的区段平巷，区段间保护煤柱留 10 米宽，则本盘区可以划分 为 5 个区段。 5.2.3 通风系统 新鲜风流主、副斜井分层运输大巷区段运输顺曹、辅运顺曹工作面； 污风区段回风顺曹盘区回风大巷风井排出地面。 5.2.4 运输系统 运煤系统：工作面出煤区段运输顺曹分层运输大巷从主斜井提到地面； 排矸系统：掘进巷道时所出的矸石通过无轨胶轮车副斜井提至地面； 运料系统：副斜井分层辅运大巷区段辅运平巷使用地点。 5.3 盘区开采顺序 本设计盘区同一煤层采用区段顺序依次开采，工作面沿走向推进，盘区内共有三个煤 层，分别都是由远及近开采，由于顶底板岩性较好，受采动影响较小先采上层煤，再采 下层煤，工作面沿走向推进。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 5.4 盘区巷道断面 根据设计规范规定，综采工作面胶带输送机顺槽巷道净断面不宜小于 12 ，回风 顺槽净断面不宜小于 10 ，输送机上下山的净断面不宜小于 12 ，运料、通风、和行人 上山的净断面，不宜小于 10 。 盘区准备巷道工程量是指从区段石门起的所有巷道和硐室的工程量总和，具体见第七章。 张洪岩：锦界一矿 5.00mt/a 新矿井设计 26 6 采煤方法采煤方法 6.1 采煤方法的选择 6.1.1 选择的要求 1）煤炭资源损失少，采用正规采煤方法。 2）安全及劳动条件好。 3）便于生产管理。 4）材料消耗少。 5）尽可能采用机械化采煤，达到工作面高产高效。 6.1.2 采煤方法 本矿井的三层煤均属于近水平煤层，根据本盘区的形状特点，采用走向长壁采煤法。 7 表 6- 1 全井田各盘区采煤方法 table 6- 1 entire mining area of the mine mining method 盘区 采煤方法 落煤方式 顶板管理 一盘区 走向长壁采煤法 综采局部普采 全部垮落法 二盘区 走向长壁采煤法 综采局部普采 全部垮落法 三盘区 走向长壁采煤法 综采局部普采 全部垮落法 四盘区 走向长壁采煤法 综采局部普采 全部垮落法 6.2 开采技术条件 三层煤在井田内全区发育，煤层赋存稳定，是井田的主要可采煤层，煤层顶底板多为 砂页岩、泥岩或石灰岩，底板为粉砂岩、细砂岩。各煤层具线理状、条带状结构，层状构 造普遍发育。 瓦斯：开采煤层属于低瓦斯煤层。 煤尘：具有爆炸危险性。 煤的自燃：不易自然。 本井田内各煤层主要为褐煤和长焰煤，煤质黑色，条痕微带褐色，沥青光泽，具参差 状、贝壳状、阶梯状、眼球状断口。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 27 本井田内可采煤层均为褐煤，煤的工业分析，元素分析和其他煤质试验证实，原煤的 发热量较高，属于中灰煤，硫磷含量低，易筛分，是良好的发电和工业用煤。 6.3 工作面长度的确定 合理的工作面长度能为工作面高产高效提供有利的条件，从工作面内部条件来说，在 一定范围内加长工作面长度能获得较高的产量，提高效率和效益，降低成本，但工作面长 度增长，生产技术管理难度也会随之增大，因此，单产、效率、效益以及安全生产条件等 都会下降，根据实际情况及设备能力已经确定工作面长度为 289 米。现对工作面长度按通 风及运输条件进行校核。 6.3.1 按通风能力确定工作面长度 通风能力对工作面长度的影响取决于工作面瓦斯涌出量。在低瓦斯矿井，工作面长度不受 通风能力限制。因为本矿是低瓦斯矿井，所以不予考虑。 6.3.2 根据采煤机能力确定工作面长度 crbn kq l （6- 2） 式中：q 采煤机日生产能力 q=日采煤作业时间60vmaxmb q=166010.551.4=70560 吨 k 开机率，即循环率 0.7 n 日进刀数，10 刀 b 采煤机截深，0.86m m 采高，5m r 煤的容重 1.4t/m c 工作面回采率 0.93 lm2 .737 93. 04 . 1586. 010 7 . 070560 = 6.3.3 按刮板输送机能力校验工作面长度 lnn1q/（bncp） （6- 3） 式中：n 昼夜出煤班数，3 班； n1平均每班运煤时间，7 小时 张洪岩：锦界一矿 5.00mt/a 新矿井设计 28 q 输送机每 h 输送能力，1200t/h； b 截深，0.86 米； n 每天进刀数，10 刀； c 工作面回采率 0.93 p 煤层生产率 ，5.012t/m3 l351200/（0.86100.935.012）=411.5（m） 因此按刮板输送机能力校验工作面长度也是满足要求。 通过上述校验，可知工作面长度定在 289m 是可行的，故在本设计中，确定工作面长 度 l=289m。 6.4 采煤机械选择和回采工艺确定 根据本设计的实际情况：煤层平均厚度 5 米，倾角小于 1，煤质中硬。选用的设备为 ekfsl1000 型双滚筒采煤机、zygt10800/28/63 双柱掩护式液压支架。3 6.4.1 采煤机械的选择 表6-2 ekfsl1000型双滚筒采煤机主要技术特征表 采高范围（m） 2.7-5.5 过煤高度（mm） 1071 供电电压（v） 3300 总装机功率（kw） 2390 滚筒直径（mm） 2700 滚筒截深（mm） 865 生产能力（t/h） 5500 牵引速度（m/min） 033.4 适应工作面倾角（ o） 10 整机重量（t） 125 表6-3 zygt10800/28/63双柱掩护式液压支架主要技术特征表 工作阻力（kn） 10800 支撑高度（mm） 2800-6300 支架中心距（mm） 1750 移架步距（mm） 865 拉架力（t） 56.8 推溜力（t） 31.5 支护强度（mpa） 1051.25 泵站压力（mpa） 31.5 表6-4 刮板输送机主要技术特征表 型号 joy 链速（m/s） 1.59 输送量（t/h） 4200 电机功率（kw） 31000 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 29 电机电压等级（v） 1140 卸载方式 交叉侧卸 刮板链型式 中双链 圆环链规格（mm） 48152 中部槽： 长宽高（mm）生产厂家 joy公司 6.4.2 配套设备选型 工作面的配套设备主要有转载机、破碎机、可伸缩胶带输送机。具体技术特征见下表5 表 6-5 转载机 table 6-5reproduced machine 运输长度（m） 28.9 链速（m/s） 2.06 圆环链规格（mm） 38126 刮板间距（mm） 756 电机功率（kw） 500 电机转速（r/min） 1489 电压（v） 1140 减速器速比 19.58：1 上倾角度 6 生产厂家 joy公司 表 6-6 破碎机 table 6- 6crusher 破碎能力（t/h） 3500 电机转速（r/min） 1489 最大输出粒度（mm） 300 电机功率（kw） 400 入料粒度（mm） 1200 破碎锤头数（个） 8 外形尺寸：长宽高（mm） 495536551941 锤头总重（t） 27.26 电压（v） 3300 生产厂家 joy公司 表 6-7 乳化液泵站 table 6- 7 emulsion pumping station 乳化液泵型号 工作压力 功率 乳化液箱 泵站流量 s300 型3 37.5 a mp 30kw 一台 300m 3/min 张洪岩：锦界一矿 5.00mt/a 新矿井设计 30 6.4.3 回采工艺方式的确定 回采工艺是人们根据回采工作面煤层的赋存条件，运用某种技术装备进行的生产方 式，在回采工作面进行破煤、装煤、运煤、支架及处理采空区等各种工艺。 回采工艺选择的原则： a 尽可能使用机械采煤，达到工作面高产高效。 b 劳动安全条件好。 b 煤炭损失少，回采率高。 d 材料消耗少，成本低。 采煤机的工作方式： 1) 滚筒的位置 采用双滚筒采煤机，在运行过程中为了司机操作安全，煤尘少，装煤效果好，前滚筒 沿顶板割煤，后滚筒沿底板割煤，并有一定的卧底量，以增加采煤机对底板平整性及输送 机槽歪斜的适应能力，避免采煤机和输送机因底板鼓起或浮煤垫起而向采空区倾斜。12 2) 采煤机的割煤方式： 双向割煤，端头斜切进刀。 进刀过程如下： a 当采