采矿工程毕业设计（论文）-东荣二矿矿井初步设计说明书.doc

中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 毕业设计 ( 论文 ) 任务书 函授站(点) 专业年级 学生姓名 任务下达日期： 年 月 日 设计 (论文 )日期： 年 月 日至 年 月 日 设计 (论文 )题目： 设计 (论文 )专题题目： 设计(论文 )主要内容和要求： 指导教师签字： 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 毕业设计(论文)指导教师评阅书 指导教师评语(包含基础理论及基本技能的掌握；独立解决 实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主 要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩； 存在问题；是否同意答辩等）： 建议成建议成 绩：绩： 指导教师签字：指导教师签字： 年 月 日 中国矿业大学成人教育学院中国矿业大学成人教育学院 毕业设计毕业设计(论文论文)答辩及综合成绩答辩及综合成绩 函授站(点) 专业年级 学生姓名 说明书 页 图纸 张 其它材料 答 辩 情 况 回 答 问 题 提 出 问 题 正 确 基本 正确 有一 般性 错误 有原 则性 错误 没 有 回 答 答辩委员会评语及建议成绩： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 ii 中国矿业大学 毕毕 业业 设设 计计 (东荣二矿矿井初步设计说明书) 专业班级：专业班级：07级采矿工程 姓姓 名名： 指导教师指导教师： 二 o o 九年十二月 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 i 目 录 第一章 矿区概述及井田地质特征.1 第一节 矿区田概述 .1 一、交通位置.1 二、矿区内工农业及煤炭生产、建设情况.1 三、矿区气候条件.2 四、矿区水文情况.2 第二节 井田地质特征 .2 一、井田地质.2 二、地质构造.2 二、井田地质.3 第三节 煤层特征 .4 一、煤层特征.4 二、煤质.5 三、煤的自燃及爆炸发火情况.5 四、煤层顶、底板.6 第二章 井田境界和储量.7 第一节 井田境界 .7 第二节 井田储量 .7 一、储量计算基础和方法.7 二、储量计算结果：.7 三、储量分布情况：.7 第三节 矿井可采储量 .8 第三章 矿井工作制度、设计生产能 力及服务年限9 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 ii 第一节 矿井工作制度 .9 第二节 矿井设计生产能力 .9 第二节 矿井水平及服务年限 10 第四章 井田开拓11 第一节 井田开拓基本问题 11 一、开拓方式11 二、井口及工业场地位置的选择11 三、风井位置选择12 四、井筒个数及后期风井位置12 五、水平划分与标高13 六、大巷布置13 七、采区划分、采区储量及开采顺序14 第二节 矿井基本巷道 15 一、井筒用途、布置及装备15 （一）主井井筒.15 （二）副井井筒.15 （三）1 号风井井筒 .15 二、井壁结构15 （一）水文地质资料.15 第三节 井底车场及硐室 16 一、井底车场型式选择16 二、井底车场调车方式及通过能力17 第五章 准备方式.19 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 iii 第一节 采区划分 19 一、矿井达到设计产量时采区个数及位置19 二、采区巷道布置20 第二节 掘进巷道 .21 一、巷道断面及支护形式21 二、巷道掘进进度指标21 三、掘进工作面个数21 四、掘进工作面机械21 五、矸石率、掘进率的预计21 第六章 采煤方法.23 第一节 采煤方法 23 一、采煤方法23 二、工作面推进方向23 三、回采工作面长度23 四、工作面采高23 五、工作面年推进度23 六、回采工作面单产23 七、采区生产能力24 八、采区机械24 第七章 井下运输26 第一节 运输方式的选择 26 一、大巷煤炭运输方式的选择26 二、辅助运输方式26 第二节 运输机械选型 .27 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 iv 一、矿车27 二、运输机械选型设计依据27 三、列车组成校验28 四、电机车台数计算28 第八章 矿井提升29 第一节 概述 29 第二节 主副井提升 .29 一、设计依据29 二水平提升高度：831.37m30 二、选型计算30 三、副井提升机配电及控制30 四、辅助设备31 第九章 矿井通风及安全技术32 第一节 概述 32 第二节 矿井通风 32 一、通风方式和通风系统的选择32 二、风井数目、位置、服务范围及服务年限33 三、掘进通风及硐室通风33 四、矿井风量、负压及等积孔33 五、通风设施、防止漏风和降低阻力措施36 第三节 灾害预防及安全装备 36 一、瓦斯防治36 二、粉尘防治37 三、井下火灾预防措施37 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 v 四、井下水灾防治37 五、安全装备38 第十章 矿井技术经济指标39 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 1 第一章 矿区概述及井田地质特征 第一节 矿区井田概述 一、交通位置 东荣二矿位于黑龙江省集贤煤田东南端，行政区划属集贤 县腰屯乡、升昌乡和国营二九一农场管辖。 井田距福利屯 32km，经福利屯到双鸭山市 40km。哈（尔 滨）同（江市）公路在井田中部通过，交通便利。见图 111。 井田位于三江平原的西南部，煤系地层均被第四系松散层 覆盖，地形平坦，地面标高一般为66 米68 米。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 2 图 1-1-1 龙煤集团 双鸭山 分公司交通示意图（比例尺：1/20 万） 二、矿区内工农业及煤炭生产、建设情况 本区以农业经济为主，主要农作物有小麦、大豆、玉米等， 工业基础比较薄弱。但是，已有 80 多年历史的双鸭山矿区距 本区较近，可以借助老区力量建设新区。 双鸭山矿业集团现有 8 对生产矿井，生产总能力为 900 万 吨/年。其中，本井田所属的东荣矿区共划分为四个井田，总 体设计规模 5.1mt/a。 三、矿区气候条件 本区属寒温带大陆性气候，冬季严寒，夏季温热。年平均 最高气温为 20.123.7 度，年平均最低气温为17.423.0 度， 极端最低气温35 度。年降水量 325.7 毫米692.3 毫米，年 蒸发量 1095.5 毫米1430.6 毫米，年平均相对湿度 61 70。年平均风速为 4.1 米/秒4.7 米/秒，最大风束可达 24 米/秒，风向多偏西风。每年十月至翌年五月为冻结期，最大 冻结深度为 1.55 米2.08 米。 四、矿区水文情况 松花江在井田北部约 38km 处流过，20 年一遇最高洪水 位67.3 米，百年一遇洪水位为67.51 米，枯水期水位为 55.02 米。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 3 井田内无较大河流，只有二道河子及一些农田排水沟渠。 第二节 井田地质特征 一、井田地质 （一）地层 东荣矿区位于集贤煤田的东南部，为一全隐蔽区。区内地 层系统简单，发育有下元古界麻山群、古生界泥盆系中统、中 生界侏罗系上统、新生界第三系上新统和第四系。 井田内地层有下元古界麻山群、古生界泥盆系、中生界侏 罗系、新生界第三系和第四系。 （二）构造 本区位于新华夏系第二隆起带北端的三江盆地西部。由于 受东西向压应力的作用及新华夏构造体系的改造，使盆地形成 了一系列的轴向北北东的富锦、绥滨新安、佳木斯等隆拗相 间排列的隆起带与拗陷带，同时产生了不同序次和不同方向的 断裂构造。 东荣二矿位于绥滨集贤拗陷带东荣向斜的东翼。井田内 构造特征以 f9 断层为界，北部为轴向北东 30 度75 度的八 队向斜构造；南部为地层走向呈北西 10 度，倾角 15 度25 度的单斜构造，并有次一级缓波状褶曲。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 4 二、地质构造 1.断裂构造 由于本井田处于区域性三种构造应力场的复合部位，应力 集中。断裂较发育，按其展布方向可划归四组：一组为北北西 至南北向；一组为北东向；一组为北西向；另一组断层为东西 向断层。上述四组断层中，前两组断层为主干断层，后两组断 层多为伴生断层。 全井田共查出断层 49 条。其中正断层 24 条，逆断层 25 条。 落差大于 100 米的断层 12 条；落差 50 米100 米断层 12 条； 落差 30 米50 米的断层 8 条；落差小于 30 米的断层 17 条。 2.褶皱 井田内主要褶曲为八队向斜，该构造与井田之北的二九一 背斜并列存在。另外，受 f3 断层影响，在 f9 断层以南的单斜 构造内，f3 断层两侧有一波状起伏的褶曲，但比较平缓，对 煤层影响不大。 3.岩浆岩 本井田内岩浆岩以侵入为主，大多呈岩脉及岩床侵入于晚 侏罗纪煤系地层中。为燕山期产物，以中性石英闪长岩、基性 辉绿岩、玄武岩为主。岩浆岩主要分布在 f9 断层与精查 17 线 之间，成岩床侵入 14 号煤层中，使煤层局部变质。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 5 二、井田地质 （一）含水层 1.第四系含水层：该地层在全井田内广泛分布，直接覆盖 于第三系或煤系地层之上（天窗处） 。由各粒级的砂、砾砂和 砾石等组成，厚度为 120 米180 米。且由南往北逐渐增厚。 根据第四系地层的含水情况，又分为上部含水层和下部含水层。 （1）上部含水层在井田内普遍发育，厚度 100 米110 米，该含水层的上段以中、粗砂及砾砂等组成，含水性和透水 性好，单位涌水量 3.8331l/s.m，渗透系数 10.134m/d。下段以 细砂和中砂为主，粗、砾砂次之。单位涌水量 0.544l/s.m 0.5931l/s.m，渗透系数 1.273m/d1.569m/d。均为孔隙承压水。 （2）下部含水层以细砂、砾砂组成，厚度 20 米40 米， 含泥质较多。单位涌水量 0.107l/s.m0.554l/s.m，渗透系数 0.522m/d2.839m/d。该层局部与上部含水层有水力联系，在 天窗处与风化隙含水带之间有水力联系，并为风化裂隙含水带 的补给来源，但很微弱。 2.煤系裂隙含水带：根据裂隙发育程度、埋藏深度、含水 性透水性等因素，可分为风化裂隙含水带、亚风化裂隙含水带 和弱裂隙含水带。 （1）风化裂隙含水带是直接充水含水层，岩性为粉砂岩、 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 6 砂岩和中砂岩。厚度 60120 米，单位涌水量一般为 0.018l/s.m0.315l/s.m。天窗部位风化裂隙含水带富水性强， 单位涌水量最大为 1.141l/s.m。 （2）亚风化裂隙含水带位于风化裂隙含水带之下，厚度 约 100 米，裂隙不发育，含水性小。单位涌水量 0.0028l/s.m 0.0398l/s.m，渗透系数 0.004m/d0.0291m/d。 （3）弱风化裂隙含水带位于亚风化裂隙含水带之下，裂 隙不发育，仅局部受构造影响的裂隙含水，但很微弱。 （二）断层带的富水性和导水性 本井田内落差较大的断层多为压扭性断裂，其导水性及富 水性均很微弱。落差较小的断裂多为张性断裂，但断层两侧裂 隙发育，富水性较强，导水性良好。因此，在开采过程中应加 强防水。 （三）隔水层 井田内主要有第四系上部隔水层、下部隔水层及第三系隔 水层。 第四系上部隔水层一般为 8 米10 米；下部隔水层为 8 米16 米，埋深 100 米130 米，两隔水层均为亚粘土和粘土 层，具有良好的隔水性能。第三系隔水层为泥岩和粉砂岩，属 泥质半胶结岩层，埋藏深度 120 米290 米，厚度 0 米120 米，从东往西逐渐增厚。在 1417 勘探线间出现局部缺失， 形成“天窗” 。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 7 （四）天窗 本井田的“天窗”分布于 1417 勘探线间的煤层浅部，南 三采区和南四采区的上部。16 勘控线的 491 孔、485 孔、493 孔；15 线的 483 孔、砂抽 1 孔均已控制。由于“天窗”的存 在，第四系地层与煤系地层之间将构成水力联系。因此，在 “天窗”下部开采时要留足防水煤柱并加强探水和防水措施。 （五）井田水文地质类型 本井田的含煤层地层主要由各种粒级的砂岩组成。直接充 水含水层以裂隙含水为主，煤层位于当地侵蚀基准面以下。上 覆有巨厚的第三系和第四系地层。第三系地层隔水性能良好， 地表水体与煤系裂隙含水带有水力联系，补给较好，但第四系 下部含水层的含水性及透水性较弱。综上所述，根据直接充水 含水层的富水性和补给条件，以及单位涌水量的大小来划分， 本井田的水文地质类型属以中等条件为主的裂隙充水矿床。 （六）预计矿井涌水量 根据地质报告提供的涌水量数据，设计预计矿井一水平开 采期间正常涌水量为 371 立方米/小时，最大涌水量为 450 立 方米/小时。 第三节 煤层特征 一、煤层特征 本井田具有经济价值的可采煤层均集中于侏罗系鸡西群城 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 8 子河组，该组地层总厚度为 930 米，共含煤 50 余层，煤层平 均总厚度 36.29 米，其中大部分为不可采煤层，可采及局部可 采的煤层共 18 个煤层。平均总厚度为 23.96 米，各煤层倾角 一般在 18 度25 度，只有八队向斜北翼煤层倾角达 40 度左 右。 井田内各可采煤层，按其在纵向剖面的分布规律及组合特 征，可分为上、中、下三个煤层群。其中上层群只有 5 号煤层， 它与中层群的 9 号煤层间距达 142 米150 米；中层群含有 9、12、13、14、16、17、18、20 上、20、23、24、25 和 26 号十三个可采煤层，煤层总厚度为 16.60 米。本煤层群的特点 是煤层多、集中、间距小而厚度大，一般间距为 20 米50 米； 下层群含有 291b、293、30 上和 30 号四个可采煤层，煤 层总厚度 6.53 米。由于本煤层群在形成时受古地理的控制， 故在井田内均为局部可采。 各煤层特征详见表 1-2-2。 从表 1-2-2 中可以看出，本井田内煤层厚度大，且发育较 好的主要可采煤层有 16、17、18、24 号四个煤层。现分述如 下： 16 号煤层全井田发育，上距 14 号煤层约 35m，深部变小。 可采厚度为 0.7m2.77m，平均厚度 1.57m，该煤层稳定，由 南向北，由东向西增厚到 1.6m2.25m。为单一煤层，顶部和 底部局部出现 12 层夹石，厚度为 0.05m0.10m。煤层顶板 为粉砂岩及含炭粉砂岩。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 9 17 号煤层是井田内储量最大，发育最好的煤层。距 16 号 煤层 0.04m25m，间距变化沿走向稳定。第 34 走向线处为 20m25m，向东西分别变小。可采厚度一般为 2.5m4m，向东 增厚，八队向斜处的西部变薄为 1m 左右。煤层基本属单一结 构。f9断层以南，煤层下部有一层夹石，厚 0.1m；f9 断层以 北，煤层有 12 层夹石，厚 0.15m0.47m，夹石为粉砂岩或炭 质泥岩。煤层顶板为细砂岩，底板为粉砂岩。 18 号煤层基本上全井田发育，仅在 1416 线之间的浅部， 22 线以北的西部及向斜顶端等小范围不可采。上距 17 号煤层 约 15m40m。煤层的可采厚度为 0.7m2.38m，较稳定。结构 属复煤层，有 12 层夹石，厚 0.1m0.25m，为粉砂岩及炭 质泥岩，中分层发育较好。煤层顶板为粉砂岩，底板为粉砂岩 及细砂岩。 24 号煤层基本全井田发育，只在 1719 线浅部露头局部 变薄不可采。可采范围内厚度稳定，结构简单，煤层厚度一般 为 1.21.5m，八队向斜处略有增厚。该层距 23 号煤层 10m25m。煤层顶板为粉砂岩、细砂岩、中砂岩；底板为粉砂 岩和细砂岩。 二、煤质 本井田煤质属中低灰分、特低低磷、特低硫、高发热量、 弱粘结中等粘结性、易选至中等可选的低变质煤。煤种主要 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 10 以气煤为主，长焰煤次之，14 号煤层局部变为无烟煤和天然 焦，煤种在垂向上无明显变化，可作为动力用煤和炼焦配煤。 三、煤的自燃及爆炸发火情况 根据采样测试资料及集贤煤矿实际资料，本井田各煤层均 有煤尘爆危险及自然发火倾向。 四、煤层顶、底板 井田内各煤层顶、底板均以粉砂岩、细砂岩和粉细砂岩互 层为主，部分为中、粗砂岩。单向抗压强度范围为 58.8mpa 153.5mpa。煤层露头部位的顶、底板抗压强度值有所降低。根 据集贤煤矿的顶板测定资料，预计本矿井各煤层顶板类别均在 一级 ii 类以上。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 11 第二章 井田境界和储量 第一节 井田境界 东部边界：以各煤露头为界。 南部边界：以 f2 断层为界。 西部边界：以 16 层煤层900m 等高线垂直投影为界。 北部边界：以 f48、f10、f4 及其延长线为界。 井田走向长 6.5km，倾斜宽 4.0km，面积 26.16km2。 第二节 井田储量 一、储量计算基础和方法 1.储量计算基础 （1）最低可采厚度：气煤为 0.70m，长焰煤和弱粘结煤 0.80m。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 12 （2）煤层灰分：小于 40%。 （3）煤层容重：采用各层煤的算术平均值。 （4）计算最低标高：900m。 2.储量计算方法： （1）风化带：以第三系下基础垂深 30m 划定。 （2）可采边界：用内插法圈定。 （3）断层煤柱：落差大于 50m 的断层每侧留 50m 煤柱，落 差小于 50m 的断层每侧留 30m 煤柱。 （4）天窗煤柱：天窗范围内150m 水平以上的煤层不计 算储量。 二、储量计算结果： 全井田共有 a+b+c 级储量 290.424mt，其中 a 级储量 66.185mt，b 级储量 50.874mt，a+b 级储量 117.059mt，占 a+b+c 级储量的 40.3%，-500m 以上全井田共用 a+b+c 级储量 82.447mt，占-500m 以上 a+b+c 级储量的 47.3%。 三、储量分布情况： 全井田储量主要分布在-500m 以上，共有 a+b+c 级储量 174.207mt，占故井总储量的 60%。井田内主要可采煤层 a+b+c 级储量 181.361mt，占全井田总储量的 62.4%。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 13 第三节 矿井可采储量 1.永久煤柱 （1）防水煤柱 本井田第四系含水层与煤系地层之间，绝大部分含有第三 系隔水层。但 1417 勘探线煤层江部第三系地层缺失，形成 “天窗” 。根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与 压煤开采规程规定，计算出本矿井“天窗”部位最大防水煤 柱高度为 72.0m。其最低标高为-241.0m，高于各煤风氧化带 高度（垂高 30m） 。因此，将风氧化带下限作为安全煤岩柱留 设的基础，考虑到风氧化带的底界面变化较大，为便于巷道布 置及回采，将开采上限与防火煤柱综合考虑，确定本井田的开 采上限为-250m。该标高以上工业储量为 2.619mt。 （2）断层煤柱 设计对落差大于 50m 的断层两侧各按 50m 留设煤柱，落差 小于 50m 的断层两侧各按 30m 留设煤柱，但对 f2 断层，由于 落差大（210m400m） ，破碎带宽，又是井田境界，设计暂按 100m 留设煤柱。经计算，全井田设断层煤柱的工业储量合计 为 41.822mt，其中-500m 以上为 27.44mt。 （3）工业场地煤柱 本设计根据建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设及 压煤开采规程留设工业场地煤柱。其岩石移动角取值如下： 第四系塌陷角取 45 度，第 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 14 三系塌陷角的取值，设计按其岩层胶结状况及松散程度，暂取 55 度。 （4）1 号风井场地煤柱 1 号风井场地煤柱留设方法同工业场地煤柱留设方法一致。 经计算，压煤总量为 0.522mt。所压煤量全部为-500m 以上储 量。 （5） “二九一”农场煤柱 根据国家计委19861858 号文件批准， “二九一”农场 按不搬迁考虑。本设计以文件批准的“二九一”农场规划范围 进行留设煤柱。其煤柱留设方法与工业场地煤柱相同。经计算， 压煤总量为 27.232mt，其中-500m 以上 20.202mt。 2.设计利用储量 全井田的工业储量减去各种煤柱，即为本井田的设计利用 储量。经计算，其总量为 200.032mt，占全井田工业储量的 68.9%，其中-500m 以上设计利用储量为 107.675mt，占本水平 工业储量的 61.8%。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 15 第三章 矿井工作制度、生产能力及服务年限 第一节 矿井工作制度 本矿井设计年工作日为 300d 每日三班作业，其中两班半 生产，半班准备。每班工作 8h，每天净提升时间 14h。 第二节 矿井设计生产能力 为充分论证其合理性，本设计就 1.8mt/a 和 1.4mt/a 二种 生产能力方案分析如下： (一)煤层开采条件及构造条件 1.煤层开采条件 全井田共获得工业储量 290.424mt，高级储量占 40.3%井 田内煤层对比可靠，煤层层数、结构和可采范围已查明。 根据井田内煤层赋存情况，井田内 18 个可采煤层分为上、 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 16 中、下三个煤层群。主要可采层 16、17、18、24 号煤层均分 布在中部层群，平均厚度分别为 1.57m，2.85m，1.56m，和 1.16m。稳定性好，其工业储量占全国总量的 62.4%，是适合 综采的主力煤层。但剩余的 14 个煤层，其工业储量占全井田 总量的 47.6%，煤层比较薄弱，而且分散。 2.构造条件 本井田处于区域性三种构造应力场的复合部位，应力集中。 通过精查及首采区地震补勘工作，共查出断层 49 条。其中首 采区地震补勘查出断层 13 条。按此推断，本井田内还将大量 存在落差 30m 以下的断层。就现有勘探结果，井田内一水平只 有 5 个比较完整的块段。 从上述条件看，虽然在储量上满足 1.8mt/a 的生产能力。 但是本井田煤层生产能力在 2.18t/m3 以下，全井田近一半的 采区只有 12 个主力煤层发育。一水平只有 5 个比较完整的块 段，且构造较多。将会给综合机械化开采带来一定困难。另外， 开发强度过大无法保证矿井的均衡生产。 （二）矿井服务年限与井型关系 本矿井经济可采储量为 139.299mt ，一水平经济可采储 量为 71.85mt。储量备用系数按 1.4 计算，则矿井及一水平服 务年限按不同井型计算结果见表 2-2-1。表 2-2-1 中的结果表 明，矿井生产能力为 1.8mt/a 时，矿井及一水平服务年限偏短。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 17 通过上述分析，设计认为，矿井生产能力为 1.4mt/a 具有 服务年限适合，容易实现均衡、稳定生产，采区接续及机械化 装备灵活、管理方便等优点。因此，设计推荐矿井生产能力为 1.4mt/a。 第三节 矿井水平及服务年限 由于本矿井地质构造中等偏复杂，断层较多，开采损失量 较大。因此，储量备用系数取 1.4。 按生产能力为 1.4mt/a 进行计算，矿井及一水平服务年限 为： 矿井服务年限=矿井经济可采储量/（设计年生能力*备用系 数） =139.299/(1.4*1.4)=71.1(a) 一水平服务年限=一水平经济可采储量/（设计生产能力*备用 系数） =71.85/(1.4*1.4)=36.6(a) 矿井不同井型时的服务年限表 2-2-1 井型（mt/a）矿井服务年限（a）一水平服务年限（a) 1.471.136.6 1.855.328.5 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 18 第四章 井田开拓 第一节 井田开拓基本问题 一、开拓方式 本井田的特点是： （一）第三系地层与第四系冲积层较厚，第四系地层为 120m180m，第三系地层为 0m50m，为此，井筒需采用特殊方 法进行施工。 （二）井田内共有 18 层可采及局部可采煤层，煤层层数 多，分为上、中、下三个煤层组，各层组间距较大。 （三）地势平坦，井田面积较大。 （四）煤层赋存不规则，走向变化较大。 根据上述特点，设计确定本矿井采用立井，多水平， 集中大巷，分区石门开拓方式。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 19 二、井口及工业场地位置的选择 根据本井田的地形、地物、冲积层厚度、煤层赋存条件、 地质构造形态等特点，结合首采区位置及工业场地的压煤情况， 设计对井口位置选择分析如下： （一）井口位置选择的重要因素之一是初期投产采区的选 择。设计认为，将初期投产采区布置在地质构造简单，开发条 件好和储量丰富的区域内，是实现矿井合理开发，做到少投入、 多产出、早出煤、经济效益好的重要条件。 。根据本井田煤层 的赋存条件及被构造分割的情况，可做为初期投产采区的区域 为 f9 断层以南地区及 f9 以北的“二九一”向斜宽缓地区。另 外，经计算，本井田的经济可采储量中心位于 20 勘探线的 514 钻孔附近。-500m 水平以上经济可采储量中心位于全矿井 经济可采储量中心以东约 320m。由此可知，井田的经济可采 储量中心和可供布置初期投产采区的块段均在 33 勘探线的东 部，为井口位置选择在井田东部提供了首要依据。 （二）从构造条件看，整个井田东部，除八队向斜东部的 盆状区域地质构造比较复杂外，其它区域，构造相对简单，断 层控制较严密。 （三）井田东部露头以外及八队向斜北部为无煤区域，若 井口位置在上述两个区域选择，可少压煤或不压煤。 i 方案： 井口位置及工业场地设在 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 20 22、23 勘探线之间和 32、33 勘探线之间，距哈同公路 200m 左右的无煤带边缘。初期移交采区为中一上采区和南二上采区。 工业场地内设主、副两个井筒。风井设在 20 勘探线 513 钻孔 以南 20m 处。见图 231，图 232。 ii 方案： 井口位置及工业场地设在 20 勘探线 513 钻孔附近。初期 移交采区为中一上采区和南二上采区。工业场地内设主、副两 个井筒。风井设在 33 勘探线，哈同公路南侧 100m 左右。见图 233，图 234。 井口位置方案比较见表 231。 从表 231 中可以看出，上述三个方案的主要优缺点为： 上述两个方案的主要优缺点为： i 方案： 主要优点： 1.井口位置处于无煤带之上，工业场地不压煤，但风井场 地压煤 4.312mt。 2.距中心居住区较近，只有 5.7km。 主要缺点： 1.距矿井的经济可采储量中心 1678m，特别是南部区二水 平的运输距离长达 3.42km，给生产运营管理造成不便。 2.由于工业场地距哈同公路较近，地面排矸系统布置较困 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 21 难。 3.初期工程量比 ii 方案多 4529.7m。巷道布置属单翼生产 形式给矿井的运输、通风带来困难。而且，建井工期比 ii 方 案长 12 个月。 ii 方案： 主要优点： 1.距矿井的经济可采储量中心只有 30m，且紧邻二水平的 首采区，生产运营费用低。 2.距初期移交采区近，两翼开采，井巷工程量 23666.9m， 比 i 方案少 4438.9m。建井工期分别比 i 方案少 11 个月和 6 个月。故采用此方案。 主要缺点： 1.工业场地压煤量大，比 i 方案多压煤 18.197mt，但所压 块段属构造比较复杂区域。经济可采储量只有 6.42mt。 2.铁路比 i 方案多 2km，距中心居住区比 i 方案多 2.7km。 三、风井位置选择 根据所确定的工业场地位置及首采区位置，为减少井下贯 通距离，并结合地面公路布置，考虑尽可能少压一水平煤量， 确定初期 1 号风井井口位置在 33 勘探线，哈同公路南侧 100m 附近。其井口座标见表 241。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 22 四、井筒个数及后期风井位置 （一）初期井筒数目 根据矿井提升、通风和井下开拓布置的要求，确定矿井初 期建 3 个井筒。即主井、副井和 1 号风井。主井提煤兼南部区 回风；副井担负提矸、升降人员与设备、下放材料及进风任务。 1 号风井回风兼做安全出口。 （二）后期井筒个数与井位 根据煤层情况，初期回风井除不能满足八队向斜东部盆形 构造东翼地区的通风半径及安全出口距离外，其它区域均可满 足。因此设计确定矿井生产后期在 21 勘探线 30 号煤层露头以 外设置一回风井，做为盆形构造东翼地区的回风兼安全出口。 五、水平划分与标高 （一）回采上限及回风水平标高的确定 根据本设计第二节关于防水煤柱高度确定的结果，考虑到 各自然地质块段状况和采区布置条件，为便于井下巷道的布置 和生产管理，取统一标高作为矿井各煤层的回采上限标高，即 -250m 标高。但投产后，通过开采实践观测验证，各煤层的开 采上限可作适当调整。 （二）运输水平标高的确定 本井田煤层走向大致为南北方向，由东向西倾斜。煤层倾 角一般为 1525。回风水平及开采上限标高为-250m。井 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 23 田开采下部边界为-900m，从回风水平至井田下部边界垂高为 650m。矿井至少以二个水平开采。 根据本井田的煤层赋存条件及储量分布情况，确定采用: 回风水平标高为-250m，第一水平运输巷道标高为-500m， 第二水平运输巷道标高为-700m。一水平及二水平-700m 以上 各采区全部用上山开采，-700m900m 各采区用下山开采。 回风水平标高为-250m，第一水平运输巷道标高为-500m， 第二水平运输巷道标高为-800m。两个水平均实行上、下山开 采，一水平下山采至-600m，二水平下山采至-900m。 在一水平服务年限满足，-700m-900m 的煤炭用下山从- 700m 标高能够一次采出的基础上，该方案具有管理集中，通 风、排水易于解决等特点。因此，设计推荐该方案。 六、大巷布置 本井田煤层赋存为缓倾斜煤层，但煤层走向变化较大。 918 号煤层各层间距一般为 30m 以下，24 号煤层距 28 号煤层 平均为 76m，30 号层距 24 号层平均为 278m。并且 30上、30 号层仅在 f9断层以北，f4断层以东可采。考虑到全矿一水平 储量大部集中在 18 号煤层以上，为合理安排采区联络巷道， 节省工程量，减少生产期间运营费用，设计将一水平全部可采 煤层分为上、中、下三组开采。上组为 918 号各煤层（个别 快段将 924 号煤层全划为上层组） 。2026 号煤层为中层组， 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 24 29-1b30 号煤层为下层组。 鉴于上述煤层分组情况，根据所确定的井口位置及运输水 平标高，设计确定一水平主要运输大巷布置采用提出两个方案： 采用集中大巷分区石门开拓方式，大巷尽量沿 18 号煤层布 置。无法沿 18 号煤层布置的块段，沿 18 号煤层底板布置。 （二）回风巷道布置 根据确定的回风水平标高，考虑尽量减少巷道压煤，设计 确定在 f9断层以南地区，回风大巷主要沿 26 号煤层布置，f9 断层以北沿 30 号煤层底板布置。 七、采区划分、采区储量及开采顺序 （一）采区划分及采区储量 计算风量（m3/min） 回采工作面 产量 （mt/a）按人数计算 按 ch4 计 算 按温度计 算 设计风量 (m3/min） 中一上采区 14 层工 作面 0.29120221-242240-300540 中一上采区 16 层工 作面 0.67120221-242240-300900 南二上采区 16 层工 作面 0.48120221-242280-360900 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 25 根据本井田构造情况及煤层分组情况，设计确定一水平采 区划分主要以断层和褶曲构造作为采区分界，且尽可能考虑加 大采区走向长度。最终划分为 11 个采区。其各采区储量及服 务年限见表 233。采区划分见图 237 本矿井达到设计 产量时移交两个采区，即中一上采区和南二采区。 （二）开采顺序 根据本矿井的煤层分组情况、煤层储量条件及开拓要求， 为获得可靠的生产能力并确保稳定生产。确定开采顺序为： 按地质划分的自然区域，开采顺序是先采井田中部区，后 采南翼及北翼东部区。 沿井田走向的开采顺序是：由近及远的前进式。 沿井田倾向及各煤层之间的开采顺序是：自上而下的下行 式。 （三）采区接续 在安排矿井一水平采区接续时，考虑以下几项原则： 1.厚、薄煤层适当配采，保证矿井的正常接续和均衡生产。 2.综采产量与高档普采产量比例要保持相对稳定。在均衡 生产期间，要形成综采产量为主，高档普采为辅的合理比例关 系。 3.尽量合理安排各风井的通风负担，充分发挥初期风井和 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 26 主井的通风功能。 4.条件较差、生产能力低、远距较长的采区，宜在中后期 开采。 根据上述原则确定的一水平采区接续见表 233 第二节 矿井基本巷道 矿井初期设主井、副井和 1 号风井三个立井井筒。 一、井筒用途、布置及装备 （一）主井井筒 根据开拓布置要求，主井井筒除提煤外还兼作回风井。设 计考虑提升容器布置和回风需要，确定主井井筒净直径为 5.5m，全深 650.5m。井筒内对称布置一对 16t 底卸式箕斗， 专供提煤用。井筒装备采用钢丝绳罐道。并敷设信号及通讯电 缆架一趟。 （二）副井井筒 副井井筒为矿井的进风井，供提升矸石、材料、设备及升 降人员之用，并兼作矿井的安全出口之一。根据提升容器布置 和进风需要，设计确定井筒净直径为 7.5m，全深 604.0m。井 筒内布置一套半提升容器，即初期布置一对 1t 矿车双层四车 多绳罐笼（一宽一窄） ，并给二水平生产时预留一个 1t 矿车双 层四车标准罐笼和平衡锤的位置。罐道梁采用树脂锚杆牛腿托 架固定。井筒内敷设排水管路二趟、压风管路、洒水管路和黄 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 27 泥灌浆管路各一趟。动力电缆及信号通讯电缆架各一趟。井筒 内还设有玻璃钢梯子间，层间距同罐道梁层间距均为 4m。 （三）1 号风井井筒 1 号风井井筒为回风井，并兼作矿井的安全出口之一。井 筒净直径为 4.5m，全深 325.0m，井筒内设有玻璃钢梯子间， 层间距为 4.0m。并敷设防火灌浆管路一趟。 二、井壁结构 （一）水文地质资料 主井、副井和 1 号风井各检查孔提供的水文地质资料见下 表 地质水文参数表 井筒名称 项目名称 主 井副 井1 号风井 第四系层厚 170.4170.36172.9 第三系层厚 59.7579.64112.1 小 计 230.15250285 基岩风化带厚度 303030 基岩破碎带厚度 40（地表下垂深 310350mm） 00 （二）施工方法选择 由于本矿井三个井筒均需穿过 230m285m 的第四系和第三 系地层。因此，必须采用特殊 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 28 凿井法施工。设计认为在东北地区，若采用钻井法凿井，在冬 季施工会因为气温过低而造成地面泥浆池结冰，从而阻止钻井 泥浆循环，无法施工。此外，钻井法还存在钻进偏斜度较难控 制等因素。鉴于上述原因，本矿井的三个井筒均选用冻结法施 工。 （三）冻结深度的确定 主井冻结深度为 372m，副井冻结深度为 302m，1 号风井冻 结深度为 325。 （四）井壁结构形式 1.冻结段 本矿井三个井筒的冻结段井壁结构均采用塑料夹层钢筋混 凝土复合井壁结构型式，经计算，主井井筒冻结段支护深度为 366m，井壁厚度为 950mm1050mm。副井井筒冻结段支护深度 为 296m，井壁厚度为 1100mm1350mm。1 号风井井筒冻结段支 护深度为 318m，井壁厚度为 950mm1100mm。 2.基岩 本矿井三个井筒的基岩段均采用普通法施工，井壁材料均 为素混凝土。 主井井筒基岩段支护段高为 366m650.5m，井壁厚度为 400mm，副井井筒基岩段支护段高为 296m604m，井壁厚度为 500mm。1 号风井基岩段支护段高为 318m325m，井壁厚度为 350mm。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 29 第三节 井底车场及硐室 本矿井采用立井、集中大巷、分区石门开拓方式。大巷煤 炭运输采用 3t 底卸式矿车，辅助运输采用 1t 固定式矿车。煤 列车由 17 辆 3t 底卸式矿车组成，矸石及煤矸混合列车由 30 辆 1t 固定式矿车组成。各种列车均由 10t 架线式电机车单机 牵引，井下矸石率为 20%，掘进煤按产量的 5%计。 一、井底车场型式选择 井底车场位于-500m 水平，26 号煤层底板，29-1b 号煤层顶板。 根据井下开拓布置和井底车场周围的地质构造，并考虑井筒与 大巷的相对位置及地面生产系统的布置，设计初步确定井底车 场 形式为卧式车场。 根据大巷运输方式，井底车场需设有 3t 底卸式矿车卸载站 和 1t 矿车翻车机硐室及其空重车线，从而使掘进煤及杂煤在 井下并入原煤系统，以减轻副井提升量。根据上述原则，按卸 载站与翻车机硐室的相对位置和调车方式不同，本设计提出三 个方案： i 方案： 3t 底卸式矿车卸载站与 1t 矿车翻车机硐室分别布置在两 条巷道内，在 1t 矿车翻车机硐室空、重车线以外设 1t 矿车空、 重车调车线。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 30 井底车场方案比较表 251 序 号 项 目单 位方案方案方案 巷道长度 m12791411.31224.1 1 工程量 （线路）掘进体积 m317778.119490.016806.9 2 调车时间调度循环时间 min18.623.224.9 通过能力 mt/a2.6392.1151.97 煤 富裕系数 1.761.411.31 通过能力 mt/a0.8010.4620.598 3 车场通过 能 力 矸 石富裕系数 2.672.141.99 4 交岔点数（线路部分）个 486 ii 方案： 3t 底卸式矿车卸载站布置同一方案，但在 1t 矿车翻车机 硐室空重车线两端分别设一个三角交岔点，供 1t 矿车调车用。 见图 252。 经比较认为：方案具有线路布置紧凑，工程量小，调车方便 和通过能力大等明显优点。故设计选用方案。 二、井底车场调车方式及通过能力 1.井底车场调车方式 煤列车：自东西翼采区来的 3t 煤列车由机车牵引驶入井底 车场，经 1）3）区段和卸载站后进入 4）5）区段的空车 线停车，用车场内调度机车在列车尾部挂钩，摘去列车头部的 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 31 原机车，换向运行经渡线道岔、空车回车线 7）8）区段后， 拉空列车返回到东西翼采区，原机车驶入调车线，作为下次列 车的调度机车。 自南翼采区来的 3t 煤列车由机车牵引驶入井底车场，经 6）7）区段进入 3）2）区段重车线停车，用车场内的调 度机车在列车尾部挂钩，摘去列车头部的原机车，换向运行， 牵引列车通过卸载站卸载后，返回到南翼采区，原机车驶入调 车线作为下次列车的调度机车。 混合列车：东西翼来的混合列车，其煤车挂在列车尾部， 南翼来的混合列车，其煤车挂在列车前部 由东西翼采区来的煤矸混合列车进入井底车场，在 8） 9）区段调 车线内停下，机车摘钩，单机运行至列车尾部，将 矸石车和煤车分别顶入副井重车线及翻车机重车线。然后单机 运行至副井空车线将空车或材料车拉出空车线，换向顶车至翻 车机空车线与该处空车挂钩编组，机车摘钩，单机运行至列车 尾部挂钩，拉空列车经 10）9）8）区段驶出井底车场， 返回到东西翼采区。 由南翼来的煤矸混合列车进入井底车场，经 6）11）区 段及 11）9）区段通过线进入 9）8）区段调车线停车，机 车换向将矸石车和煤车分别顶入副井重车线和翻车机重车线， 然后单机运行至副井空车线，拉空车或材料车出副井空车线后， 换向顶列车至翻车机空车线与 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 32 该处的空车挂钩编组，而后由机车牵引驶出井底车场，返回到 南翼采区。 第五章 准备方式 第一节 采区划分 一、矿井达到设计产量时采区个数及位置 根据已确定的井型、井口位置及井下开拓布置，在保证矿 井年产 1.4mt 的前提下，本设计对移交采区的位置和个数提出 下述二个方案： i 方案：移交中一上、南二上两个采区。 ii 方案：移交中一上一个采区。 经分析认为： 1.根据东荣一区精查地质报告提供的资料，本井田地质构 造类型属中等偏复杂，全矿井除中一上采区和南二上采区条件 较好外，其它采区均较差。另外，从煤层厚度上看，只有 16、17 号两个煤层较厚（1.53.8m） ，而 14、18、20、23、24、293、30上层煤层厚度均在 1.6m 以下， 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 33 对提高工作面单产不利。从目前国内创造百万吨工作面的煤层 条件和双鸭山矿务局现有生产情况看，本矿井只有 16、17 号 煤层的部分块段具有创造高产工作面的条件。因此，设计根据 前述工作面单产情况分析，本矿井达到设计产量时至少需保证 三个工作面同时生产（两综一高） 。此时，如将三个工作面同 时布置于一个采区内，则会造成工作面接续紧张，采区通风系 统复杂，生产管理困难等严重问题。但若矿井达产时移交中一 上和南二上两个采区，虽然工程量较 ii 方案大，但采区内工 作面个数少、系统简单，生产管理方便，采区及工作面接续均 为合理。 2.中一上采区虽然是该矿井条件最好的采区，采区可采储 量较大，可采煤层较多，但 14、18、20、24 号层平均煤厚只 有 1.21.4m，如果以中一上一个采区保证矿井设计生产能力， 则应以 16、17 号层作为主力开采煤层，加大 16、17 号层的开 采强度，待 16、17 号层开采接近结束时，下部薄煤层工作面 生产能力低，采区生产能力急剧下降，这势必造成采区长时间 减产。给矿井稳产造成困难。而南二上采区后期开采的 17、18 号煤层平均厚度分别为 3.6m 和 2.0m，工作面生产能力 大。如移交中一上和南二上两个采区，则能保证两采区正常的 厚薄搭配开采，有利于矿井长期稳产高产。 中国矿业大学采矿工程专业 2009 届毕业设计 34 3.从井下开拓布置和大巷运输方式看，井下大巷运输采 用 3t 底卸式矿车运输时，西翼中一上采区一侧运输系统的最 大运输能力经计算可达 1.6mt，因此，如果只由中一上采区保 证矿井设计生产能