采矿工程毕业设计（论文）-晓明5矿1.80Mta新矿井设计（全套图纸） .pdf

目录 前言 . 1 1 矿区概况及井田地质特征 . 2 1.1 矿区概况 2 1.1.1 矿区地理位置 . 2 1.1.2 矿区地形、地貌及交通运输 . 2 1.1.3 气候条件及地震情况 . 2 1.1.4 电源、水源及建筑材料来源 . 3 1.2 井田及其附近的地质特征 3 1.2.1 井田地质构造 . 3 1.2.2 井田水文地质特征 . 3 1.3 煤层质量及煤层特征 4 1.3.1 煤质及物理性质 . 4 1.3.2 井田内煤层及埋藏条件 . 4 1.3.3 煤层综合柱状图 . 5 1.3.4 顶底板岩性 . 5 1.3.5 瓦斯赋存状况及煤的自燃性 . 6 2 井田境界及储量 . 7 2.1 井田境界 7 2.1.1 井田的边界 . 7 2.1.2 边界煤柱的留设 . 7 2.2 井田的储量 7 2.2.1 井田储量的计算原则 . 7 2.2.2 矿井工业储量 . 8 2.2.3 矿井设计可采储量 . 8 2.2.4 工业广场面积的确定 . 9 3 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度 . 10 3.1 矿井的年产量及服务年限 10 3.1.1 矿井的年产量合理性 . 10 3.1.2 矿井的服务年限 . 10 3.2 矿井的一般工作制度 11 4 井田开拓 . 12 4.1 井筒形式的确定 12 4.2 确定井筒的位置及数目 12 4.2.1 井筒数目 . 12 4.2.2 井筒位置 . 12 4.3 井筒参数及断面图 15 4.4 开采水平的设计 18 4.4.1 水平高度的确定 . 18 4.4.2 第一水平储量及水平服务年限 . 19 4.4.3 开拓方案及基础数据 . 21 4.5 采区、带区、盘区划分及开采顺序 26 4.5.1 采区、带区、盘区形式及尺寸的确定 . 26 4.5.2 开采顺序 . 27 4.6 开采水平井底车场形式的选择 27 4.6.1 井底车场形式 . 27 4.6.2 车场硐室 . 28 4.7 开拓系统综述 29 4.7.1 开拓方式 . 29 4.7.2 运输系统 . 29 4.7.3 通风系统 . 29 4.7.4 排水系统 . 29 4.7.5 井筒生产时井巷开凿位置及工程量 . 29 5 采准巷道布置 . 31 5.1 设计带区的地质概况及煤层特征 31 5.1.1 带区概况 . 31 5.1.2 煤层地质特征 . 31 5.1.3 采区生产能力及服务年限 . 31 5.2 带区形式、带区主要参数的确定 32 5.2.1 带区形式 . 32 5.2.2 带区平巷数目、位置及用途 . 32 5.2.3 分带的划分 . 32 5.3 带区硐室 32 5.3.1 带区煤仓 . 32 5.3.2 中央变电所和中央水泵房 . 33 5.3.3 火药库 . 33 5.4 采准系统、通风系统、运输系统 34 5.4.1 采准系统 . 34 5.4.2 通风系统 . 34 5.4.3 运输系统 . 34 5.5 带区开采顺序 34 5.6 带区巷道断面 35 6 采煤方法 . 36 6.1 采煤方法的选择 36 6.1.1 选择的要求 . 36 6.1.2 采煤方法 . 36 6.2 开采技术条件 36 6.3 工作面长度的确定 37 6.3.1 按通风能力确定工作面长度 . 37 6.3.2 根据采煤机能力确定工作面长度 . 38 6.3.3 按刮板输送机能力校验工作面长度 . 38 6.4 采煤机械选择和回采工艺确定 39 6.4.1 采煤机械的选择 . 39 6.4.2 回采工艺方式的确定 . 41 6.4.3 工作面布置 44 6.5 循环方式选择及循环图表的编制 44 6.5.1 确定循环方式 . 44 6.5.2 循环图表的编制 . 45 6.5.2 劳动组织表 . 45 6.5.3 机电设备表 . 47 6.5.4 技术经济指标表 48 7 建井工期及开采计划 . 49 7.1 建井工期及施工组织 49 7.1.1 建井工程量 . 49 7.1.2 建井工期排队 . 51 7.2 开采顺序 52 7.2.1 开采顺序确定原则 . 52 8 矿井通风 . 54 8. 矿井通风系统的选择 54 8.2 通风方式和通风方法的选择 54 8.2.1 通风方式的选择 . 54 8.2.2 通风方法的选择 . 55 8.3 总风量的计算及风流分配 56 8.3.1 矿井总进风量 . 56 8.3.2 回采工作面所需风量的计算 . 57 8.3.3 掘进工作面所需风量 58 8.3.4 硐室所需风量的qd 的计算 59 8.3.5 其他巷道所需风量 . 59 8.3.6 风量的分配 . 60 8.4 计算矿井通风总阻力 61 8.4.1 计算原则： . 61 8.4.2 计算方法 . 62 8.4.3 计算等积孔 . 62 8.5 通风设备的选择 64 8.5.1 矿井主要扇风机选型计算 . 64 8.5.2 选择电动机 . 66 8.5.3 总耗电量 66 8.6 灾害防治综述 67 8.6.1 井底火灾及煤层自然发火的防治措施 . 67 8.6.2 预防煤尘爆炸措施 . 67 8.6.3 预防瓦斯爆炸的措施 . 67 9 矿井运输与提升 . 69 9.1 概述 69 9.2 带区运输设备的选择 69 9.2.1 设备选型原则： 69 9.2.2 带区运输设备选型及能力验算 69 9.2.3 工作面刮板输送机的选择 . 70 9.2.4 斜巷转载机和皮带机选择 . 70 9.3 主要巷道运输设备的选择 71 9.4 提升 71 9.4.1 设计依据 . 71 9.4.2 提升系统的合理性 . 71 9.4.3 主井提升设备的选择 . 72 10 矿井排水 . 73 10.1 矿井涌水 73 10.1.1 概述 . 73 10.1.2 矿山技术条件 . 73 10.2 排水设备的选型计算 73 10.2.1 水泵 . 73 10.3 水泵房的设计 . 75 10.3.1 水泵房支护方式和起重设备 . 75 10.3.2 水泵房的位置 . 75 10.3.3 水泵房规格尺寸的计算 . 75 10.4 水仓设计 76 10.4.1 水仓的位置及作用 . 76 10.4.2 水仓容量计算 . 76 11 技术经济指标 . 78 11.1 全矿人员编制 78 11.1.1 井下工人定员 . 78 11.1.3 管理人员 . 78 11.1.4 全矿人员 . 78 11.2 劳动生产率 78 11.2.1 采煤工效 . 79 11.2.2 井下工效 . 79 11.2.3 生产工效 . 79 11.2.4 全员工效 . 79 11.3 成本 79 11.4 全矿主要技术经济指标 81 12 结论 83 致 谢 . 84 参考文献 . 85 附录 a . 86 附录 b 91 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 前言前言 煤炭工业是国民经济的重要组成部分。当前世界 3 大问题能源，人口，环境。其中能 源是其中之一。而煤炭又是其重要组成部分。在以后相当长的时间里，煤炭占能源消费的 70左右。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繁重。进一步提高煤炭的利用率。 设计应该结合我国具体情况，吸取和运用国内外的先进经验，使设计做到切合实际， 技术先进，经济合理，安全实用，符合新时期总任务的要求。矿井设计方案及重要的技术 决定，应该符合煤炭工业技术政策和煤炭工业设计规范的要求，严格执行煤矿 安全规程的各项规定。注意经济效益。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 此外，设计中还要注意环境保护，合理使用土地，不占或少占良田，尽量不造成村庄 迁移。要积极慎重的采用国内外的新技术、新工艺、新结构、新材料。设计中还要特别重 视矿工的身心健康等方面的问题。 近年来国家陆续颁布了 环境保护法 水源保护法 森 林法等新的法令，在设计中要遵照执行，总之，设计中要牢固树立政策观念、安全思想、 经济观点和法制观念。 一部完好的矿井设计，必须达到如下要求； 1)计中的全部决定必须符合符合实际情况，依照各种采矿书籍的要求； 2)矿井投产后，应该发挥现代的科学技术，保障人身安全为主，再次要提高煤炭的利用效 率； 3)理利用国家资源，使煤炭损失量达到最低限度； 4)力争建设时间短，出煤快。 朱龙：晓明 5 矿 1.80mt/a 新矿井设计 2 5)安全第一。一定要保障工人的人身安全。 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 铁法煤田位于辽宁省调兵山市境内，晓明井田位于铁法煤田的中西部。东经 123 3414.71233819.6北纬 422643.5 422933。 井田北部以向斜为 界与大明一矿相邻; 东部,南部,西部以煤层可采边界线为界。 1.1.2 矿区地形、地貌及交通运输 晓明 5 矿地势较为平坦，高差变化不大，平均标高+210m，表土层较薄，平均厚度 50m 左右。地表绝大多数为荒地，西靠调兵山，其它为平原。井田内无河流和大的沟谷， 在井田的西部和北部有两条大的断层。该矿区平均走向长 3.9km，平均倾向长约 3.3 km。 面积 13.22k 。铁法矿区交通非常便利，矿区东部有火车编组站大青站。大青东至铁岭 20km 与京哈线相接。西经调兵山、法库直至康平县东关屯，北至大明，南至王千采石场 及晓南矿。公路纵横，四通八达。在矿区中部，铁岭法库康平公路横穿，北有调兵山 公路至大明，从晓明井田工业广场往西南有沥青路 2.5km 和铁岭法库康平公路相通。 1.1.3 气候条件及地震情况 晓明 5 矿位于松辽平原东侧，属大陆性气候，多风少雨。春、冬两季多西北风，夏、 秋两季多西南风，风大时达 78 级。降雨一般集中在 7、8、9 月份，年降雨量最大达 1009.1mm。降雨量详见附表 1- 2。年平均气温 7c 左右，最高达 33.3c，最低温度为零 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 下 32.1c； 本区结冻期 56 个月即 11 月至次年 4 月， 冻土层深度 1.5m。 表土层厚度 5 30m。本区地震烈度，根据辽震烈字（83）4 号文，定为六度。 1.1.4 电源、水源及建筑材料来源 晓明矿高压变电所引自隆明、隆明双回路供电，一次电压 60kv，高压变电所设 有 10000kva 变压器两台，二次电压为 6kv，入井电缆为 2#、8#、22#，电缆型号分别为 jvv33- 185、jvv33- 185、jvv40- 185；工业广场地面供电设有三个变电所，变压器型号分 别为 sj- 560、sj- 750、sj- 800。另外，沙井、瓦斯泵站分别设有 sj- 180、ksj- 320 变压器一 台。由本矿北部五眼水源井，通过 2 趟218mm 管路至本矿水仓，供井下施工和地面生活 用水。建筑材料主要周边的小镇或者铁法市购得。 1.2 井田及其附近的地质特征 1.2.1 井田地质构造 晓明井田北部以向斜为界与大明一矿相邻; 东部,南部,西部以煤层可采边界线为界。 本 井田地质构造以断裂为主，褶曲为辅。断层均属高角度正断层，倾角 5575 左右，落差 最大 77m。井田主要有许多小的背斜，向斜。截止 2003 年末，全井田共发现两个大的断 层。一条落差为 77m，一条落差为 26m，小于 5m 的断层频繁出现。 1.2.2 井田水文地质特征 铁法煤田的地形、地貌特征是煤田东西边缘由火成岩及变质岩构成的低山，其地势较 高。南北两面相邻辽河流域，中间地区是第四系的洪积和冲积平原。 1、第四系含水层由残积层、坡积层、洪积层和冲积层组成。 残积层、坡积层：分布在低山丘陵顶部，分水岭和山坡地段，层厚在 0.310m 之间， 本层含水极弱，对井田无害。 洪积层：分布在山前平原地带，由黄色的砂土、砂砾和砂质粘土等构成，该层地下水 位深 28m，为孔隙潜水层。在 79、203 孔做抽水试验得知涌水量 0.5581.872m3/h，渗 透系数 0.32.386m/d，影响半径 915m。 冲积层：冲积层分布在辽河两岸及故道一带，由砂质粘土、粉砂、细砂、中粗砂、砂 砾等组成。层厚在 16m35m 之间。该层地下水位深 25m，是孔隙潜水层。根据大明一 朱龙：晓明 5 矿 1.80mt/a 新矿井设计 4 井和 79 号钻孔抽水试验得知，涌水量 1.334.25m3/h，渗透系数 2.629m/d，影响半径 23.16250m。 2、白垩系砂砾含水层 分布在整个铁法煤田，并被第四系地层所覆盖。岩性以紫色、灰绿色的砾岩、砂砾岩 为主。地下水沿裂隙和层面流动，属承压裂隙水，其水位深 411m。在 203、79、217 孔 做抽水试验得知，涌水量 0.04250.71m3/h，渗透系数 0.00026850.0127m/d，影响半径 39.5105m。 3、侏罗系砂砾岩含水层 该层伏于白垩系地层之下,以砂岩为主,含水层厚度在 148408m 之间。在大明、三家 子、 海丰屯的 203、217 等孔做抽水试验得知涌水量 0.039614.76m3/h,渗透系数 0.00081 0.64m/d,影响半径 57108m,透水性微弱。 白垩系、侏罗系与第四系含水层有水力联系，但联系程度较差。大气降水,地面水和潜 水是主要的补给来源。由抽水试验可知单位涌水量均小于 0.121m3/h，年平均最大涌水量 50.25m 3/h，小于 180m3/h，因此本矿的水文地质类型为第一类，即水文地质简单矿井。 1.3 煤层质量及煤层特征 1.3.1 煤质及物理性质 本井田煤层以低变质弱粘结的长焰煤为主，气煤次之。各煤层以区域变质因素为主， 随煤层赋存深度增加变质程度相对增高。 宏观特征：深黑色、沥青光泽、平坦及贝壳状断口，内生节理发育。 微观特征：一般挥发份 3545，平均 40。灰分一般 17.9535.01，平均 24.33。粘结性一般在 23 之间，属弱粘结或不粘结煤。灰熔点 1300c1500c，属高 灰熔点煤。含硫量 0.420.61之间，平均 0.43，含磷量一般在 0.01以下，属低硫 磷煤。发热量 qn，平均为 23.25mj/kg，or平均 31.35 mj/kg。 1.3.2 井田内煤层及埋藏条件 煤层走向主体为西至东走向，整体四边形，井田中央倾向为北方向，以走向断层 f1 为界，煤层平均倾角约为 11。可采煤层间距见表 1- 1。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 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 4 煤层 5.3 31 全区发育 6 煤层 4.7 全区发育 1.3.3 煤层综合柱状图煤层综合柱状图 煤 岩 名 称 柱 状 图 厚 度 (m) 细 砂 岩 粗 砂 岩 砂 质 泥 岩 6 煤 页 岩 5 6 3.5 4.7 砾 岩 4.3 泥 岩 3.5 4 煤 5.3 粗 砂 岩 7.5 粗 砂 岩 20 图 1- 1 综合柱状图 figure.1- 1 synthesis histogram 1.3.4 顶底板岩性 4 煤层顶底板：主要岩性有粗砂岩、细砂岩、泥岩、砾岩等所组成，结构致密、细腻、 无裂隙，厚度一般在 1020m 之间，平均 18m 左右，其属于稳定煤层。 6 煤层顶底板：伪顶为砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩，厚度 0.14.5m，一般为 3.5m。 直接顶为细砂岩、粗砂岩，厚度 0.311.2m，一般为 7.50m。老顶为细砂岩、粗砂岩及砂 砾岩，厚度 1.3234.00m，一般为 20.0m。底板为中砂岩、细砂岩和粉砂岩。直接顶板为 朱龙：晓明 5 矿 1.80mt/a 新矿井设计 6 类偏高，老顶为类。 1.3.5 瓦斯赋存状况及煤的自燃性 1994 年至 2003 年瓦斯相对涌出量平均为 3.83m3/t，绝对涌出量为 14.5m3/min，属低瓦 斯矿井。瓦斯以游离和吸附形态存在于煤层及围岩的孔隙中。我矿煤层透气性系数较好， 在开采时瓦斯涌出量小。首采层瓦斯主要来源于邻近层，而非首采层瓦斯主要来源于本煤 层和采空区。根据生产实践观察，首采层中采场瓦斯的 60%75来源于邻近层，而非首 采层中本层瓦斯约占 60%70。 井田内煤的火焰长度在 10260mm 间，岩粉量为 1050%，煤尘爆炸性弱。3 和 4- 1 层 煤尘实验结果为： 火焰长度 400mm， 岩粉量 55%， 爆炸性强， 故井田内有煤尘爆炸的可能， 煤尘爆炸指数为 48.98%。 3 层煤的燃点在 453616之间 554， ， 平均值为氧化性和还原性的燃点差在 3363 之间，平均 47。4- 1 层煤的燃点在 462642之间，平均 579，燃点差为 15。井田 内煤的燃点比其他煤田煤的燃点均高，且燃点差值也不高，故本区煤是较易燃的，自然发 火期一般为 611 个月，最短 180 天。 1.3.6 地质勘探程度 本井田精查阶段勘探类型定为二类二型。在以后的生产补勘中一方面在原有勘探线上 加密钻孔，一方面在线距较大勘探线之间加密一条勘探线，现共有 22 条勘探线，井田内 钻孔密度平均达 7.95 孔/平方公里。由于本井田构造类别为二类，煤层型别为二型较稳定， 因此，仍将勘探类型定为二类二型。各级别孔线距为： a 级 375500（m） b 级 7501000（m） c 级 15002000（m） 本次报告钻孔质量评级是按 1983 年 3 月原煤炭部编制的质量标准的 煤田地质勘探质 量评级标准进行的。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田的边界 北部以井田边界转点座标为界的人为边界，东部、南部分别以井田边界断层为界，西 部为技术可采边界， 深部以- 570m。 其平均走向长 3.9km， 平均倾向长约 3.3 km。 面积 13.47k 。 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 20 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 20 米； 4) 采区边界煤柱留 20 米。 根据参考矿井设计规范和矿井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。 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，有二层煤，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； 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； 朱龙：晓明 5 矿 1.80mt/a 新矿井设计 8 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=s*m*r/cos() （2- 1） 式中：z矿井工业储量，t s井田面积， km2 m可采煤层总厚度，m r煤的容重，1.35t/m3 煤块倾角 所以，矿井的工业储量 z= 13.47*（5.3+4.7）*1.35/cos()=185.25mt . 其中：4 煤储量：98.18mt 6 煤储量：87.07mt 2.2.3 矿井设计可采储量 zk= （zgp1p2)c （2- 2） 式中：zg矿井工业储量 zk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= （2- 3） 本井田 2 层煤均为厚煤层，因此全矿采区回采率取 0.75。 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=4062135.679+2232698.901=6294834.58t 临时煤柱损失 p2主要包括工业广场压煤、 阶段间煤柱等。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 p2=4114266.52+3917913.121=8032179.641t zk=（zgp1p2)c=（185250000- 6294834.58- 8032179.641）0.75=126.93mt 即该井田的可采储量为 126.93mt 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： 45- 90 万吨/年， 1.21.3 公顷/10 万 t； 120- 180 万吨/年，0.91.0 公顷/10 万 t；240- 300 万吨/年，0.70.8 公顷/10 万 t，400- 600 万吨/年， 0.45- 0.6 公顷/10 万 t。本矿井设计年产 180 万吨，所以工业广场面积为 s=1.018=18 公顷， 选择边长为 450m400m 的长方形。 朱龙：晓明 5 矿 1.80mt/a 新矿井设计 10 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 1.8mt/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达到 2 层，保有 可采储量为 126.93mt，按照 1.8mt/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，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。本井田离铁岭市较近，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，综合机械化采煤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安全、 高产、高效矿井。矿井的生产能力为 1.8mt/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） 11 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=zkak (3- 1) 式中：zk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，该矿井取 1.4 p=zk(ak) =126.93/(1.81.4)=50.36 年 由设计规范第 2.2.5 条知，矿井设计生产能力为 120240 万吨/年的大型矿井，设 计服务年限不应低于 50 年。本矿井的服务年限为 50.36 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 16 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制度采用“三班生产，一 班生产加准备”的作业方式，即“四六”工作制。 朱龙：晓明 5 矿 1.80mt/a 新矿井设计 12 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、地面外部条件等因素综合考虑。 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、立井和综合式。 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山岭和丘陵，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不深、无流沙层、水文地质条件简单、开采缓倾斜 和中倾斜煤层、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。但本井田地质条件较复杂，煤层倾角变化较大，埋藏较深，斜井施工比较困难，如果 用斜井开拓工程量大，维护和运输等费用也会大幅度的增加，以上因素决定了本井田使用 斜井开拓也是不可行的。 本井田的煤层赋存深度+75 到- 552m，井筒需用特殊方法施工。根据设计规范第 3.1.4 条，煤层埋藏较深，水文地质条件复杂、井筒需要特殊施工，宜采用立井开拓方式。 依上，本设计采用立井开拓方式。 综合式：对于本矿井来说。由于平硐和斜井都是不可行的，所以混合式也就不予考虑。 4.2 确定井筒的位置及数目 4.2.1 井筒数目 本矿年产量 1.8mt，属大型矿井，在开拓时，决定采用三个井井筒：主井、副井和风 井，形成中央并列式通风。主井采用箕斗提升，副井采用罐笼伸降人员、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，保证矿井生产安全、高 产、高效，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 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 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 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+100 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。 倾向方向井筒布置方案分析(图 4- 1)： 朱龙：晓明 5 矿 1.80mt/a 新矿井设计 14 cba 1 2 1 2 2 1 1井筒2工业广场 333 3石门 4 4煤层 图 4- 1 井筒位置 figure 4- 1 shaft location 表 4- 1 方案对比表 table 4- 1 program comparison table 方案 对比 方案 a 方案 b 方案 c 优点 初期（第一水平）工程量 及建井工期最短。 工业广场压煤最少 石门长度较短，沿石门工 程量最少煤层斜长适中， 有利采区布置 煤系基底有含水特大的岩 层不允许井筒穿过时，可用 有利于深部及向下扩展 缺点 总石门工程量较大 布置下水平巷道石门很长 而增大了运输量.工程量 布置下水平巷道石门有部 分工程量 工业广场压煤增大 初期工程量较大 工业广场压煤最大 石门长度及沿石门运输长 度较大 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 方案比较：煤层的厚度大，为减少工业场地煤柱损失及适当减少工程量，可考虑使井 筒设在倾斜中部靠上的适当位置并应使保护煤柱不占初期投产部分。对开采厚煤层时损失 是严重问题，井筒应靠近煤层浅部。本矿井属于大型矿井的开采范围较大，服务年限长， a 方案工业广场压煤最少，初期投产快，但总石门长度大，增加了工程量和运输距离。c 方案压煤最大，初期工程量也大对新建矿井不太合理。b 方案兼顾第二水平的开采，减少 石门总工程量，减少煤柱损失， 以上因素综合考虑，认为方案 b 比较合理。 4.3 井筒参数及断面图 表 4- 2 井筒特征表 table 4- 2 shaft features table 井筒名 称 井筒用 途 断面尺 寸（） 长度 （m） 直径 （m） 提升容器 主井 运煤 28.3 480 6.0 两套 12 吨箕斗 副井 进风、 行 人、 运料 38.46 480 7.0 一对 3t 矿车双层罐笼 风井 回风、 兼 做安全 出口 28.3 470 6.0 各井筒断面见图 4- 2；4- 3；4- 4： 朱龙：晓明 5 矿 1.80mt/a 新矿井设计 16 图 4- 2 主井断面图4 figure.4- 2main shaft crosssection fig 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 图 4- 3 副井断面图 figure.4- 3 auxiliary shaft crosssection fig 朱龙：晓明 5 矿 1.80mt/a 新矿井设计 18 图 4- 4 风井断面图 figure 4- 4 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。 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 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。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 本井田煤层底板标高在50- 550米，垂高为600米，煤层倾角变化不大，倾角平均为 11，斜长3380m。依设计规范阶段斜长一般为3001500米，采用带区准备方式可适当加 长。缓倾斜煤层阶段垂高位200350m，可将井田划分为二个阶段二个开采水平，- 280水 平和- 450水平，一水平为上山开采，二水平为上下山开采，阶段垂高分别为330米和270米， 这样均符合设计规范要求。 4.4.2 第一水平储量及水平服务年限 ak z t = （4- 1） 其中：t 矿井服务年限，年 z 井田设计可采储量，mt a 矿井设计年产量，mt k - 储量备用系数 k=1.4 t =64/(1.81.4)=25.3 年25 年，满足设计规范要求，故水平划分是合理的。 本矿井可采煤层有二层，即 4 煤；6 煤；运输大巷采用双轨布置，布置在- 280 水平上。 回风大巷布置在- 270m。 运输大巷承担运煤任务，在运输大巷内布置带式输送机，同时承担运料、通风、行人 的任务，用绞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。 朱龙：晓明 5 矿 1.80mt/a 新矿井设计 20 围岩 类别 断面() 掘进尺寸 () 断 面 特 征 表 净周长(m)备注 净掘宽 高 岩14.317.249203960 型钢号 型钢节数 棚距 梁长 左腿长 右腿长型钢+垫板厚 25u3节1000 45103544354416014.8 图 4- 5 运输大巷断面图 figure 4- 5 transportation roadway sections 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 21 围岩 类别 断面() 掘进尺寸 () 喷射 厚度 () 断 面 特 征 表 锚 杆() 型 式 外露 长度 排列 方式 间距 锚深 规格 lf 净周长(m)备注 净掘宽 高 煤15.616.74800400010080020002100 1615.0 图 4- 6 回风大巷断面图 figure 4- 6 air return roadway sections 4.4.3 开拓方案及基础数据 （1）提出方案 经过分析，提出了一下三种在技术上可行的开拓方案，分析如下： 方案一：立井两水平开拓 主、副井井筒均为立井，布置在井田走向中央，倾斜方向偏上，设置两个水平，大巷 布置在煤层底板岩层中，沿底板掘进，见图4- 7. 朱龙：晓明 5 矿 1.80mt/a 新矿井设计 22 图4- 7 立井两水平开拓 figure 4- 7 shaft three level to developed 方案二：立井三水平开拓 主、副井井筒均为立井，布置在井田走向中央，倾斜方向中央偏上，设置三个水平， 大巷布置在煤层底板岩层中，沿底板掘进，见图4- 8. 图4- 8 立井三水平开拓 figure 4- 8 shaft four level to developed 方案三：立井二水平加暗斜井开拓 主、副井井筒均为立井，布置在井田走向中央，倾斜方向中央偏上，设置二个水平加 暗斜井，大巷布置在煤层底板岩层中，沿底板掘进，见图4- 7 图4- 9 立井二水平加暗斜井开拓 figure 4- 9 shaft two level and dark inclined to developed 在进行开拓方案比较时，需要从井巷道定额 2007中查出各部分基本价格。 各方案计算费用时采用的基础数据如下： 矿井可采储量：131.98mt/a 矿井最大涌水量：50.25m/h 矿井服务年限：52.37 年 立井提升单价：1.6 元/t.km 斜井提升单价：0.42 元/t.km 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 23 排水单价：0.4 元/t.km 方案一第一水平可采煤量：70mt 方案一第二水平可采煤量：62mt 方案一第一水平石门：0km 方案一第二水平石门：1.3km 方案二第一水平可采煤量：41.31mt 方案二第二水平可采煤量：40.4mt 方案二第三水平可采煤量：50.2mt 方案二第一水平石门：0.48km 方案二第二水平石门：0.71km 方案二第三水平石门：1.4km 方案三第一水平可采煤量：70mt 方案三第二水平可采煤量：62mt 方案三暗斜井斜长：1.2km (2) 粗略比较 各方案之间区别在于井筒的延伸方式的不同， 采用立井井筒直接延深， 优点是提升能力大， 矿井直接延深在条件允许时，增加的设备较少；但施工条件差，施工速度慢，开拓维护费 用高。采用斜井延深方式时，优点是施工速度快，费用低，但需要暗斜井配套的设备、人 员，所以在进行粗略估算费用来权衡各个方案，如表4- 3；4- 4；4- 5。 表4- 3 立井两水平开拓 table 4- 3 shaft two level to developed 方案一：立井两水平开拓 类型 数量 （10m） 基价（元） 费用 （万元） 费用（万元） 基建费 用（万 元） 主井开凿 表土段 5 178805 89.4025 493.5183 基岩段 60.5 66796 404.1158 副井开凿 表土段 5 251326 125.6630 715.8526 基岩段 60.5 97552 590.1896 井底车场 岩巷 100 41874 5418.7400 5418.7400 一水平石门 岩巷 0 43355 0 0 二水平石门 岩巷 130 43355 563.6150 563.6150 小计 7191.7259 生产费 用（万 元） 主井提升 系数 煤量（万 t） 提升高度 （km） 基价（元） 费用（万元） 第一水平 1.2 7000 0.425 1.6 5712 第二水平 1.2 6200 0.65 1.6 7737.6 排水 涌水量（m3） 时间（h） 服务年限（a） 基价（元） 费用（万元） 53 8760 52 0.4 965.7024 石门运输 系数 煤量（万 t） 平均运距 （km） 基价（元） 费用（万元） 第一水平 1.2 7000 0.75 0.4 2520 第二水平 1.2 6200 0.75 0.4 2232 小计 19167.3024 合计 26359.0283 朱龙：晓明 5 矿 1.80mt/a 新矿井设计 24 表4- 4 立井三水平开拓 table 4- 4 shaft three level to developed 方案二：立井三水平开拓 类型 数量 （10m） 基价（元） 费用 （万元） 费用（万元） 基建费 用（万 元） 主井开凿 表土段 5 178805 89.4025 556.9745 基岩段 70 66796 467.5720 副井开凿 表土段 5 251326 125.6630 808.527 基岩段 70 97552 682.8640 井底车场 岩巷 100 41874 418.7400 418.7400 一水平石门 岩巷 48 43355 208.1040 208.1040 二水平石门 岩巷 71 43355 307.8205 307.8205 三水平石门 岩巷 150 43355 650.3250 650.3250 小计 2950.491 生产费 用（万 元） 主井提升 系数 煤量（万 t） 提升高度 （km） 基价（元） 费用（万元） 第一水平 1.2 4131 0.4 1.6 3172.608 第二水平 1.2 4040 0.6 1.6 4654.08 第三水平 1.2 5020 0.8 1.6 7710.72 排水 涌水量（m3） 时间（h） 服务年限（a） 基价（元） 费用（万元） 53 8760 52 0.4 965.7024 石门运输 系数 煤量（万 t） 平均运距 （km） 基价（元） 费用（万元） 第一水平 1.2 4131 1.00 0.4 1982.88 第二水平 1.2 4040 1.00 0.4 1939.2 第三水平 1.2 5020 1.25 0.4 3012 小计 23437.1904 合计 26387.6814. 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 25 表4- 5 立井两水平加暗斜井开拓 table 4- 5 shaft two level and dark inclined to developed 方案三：立井两水平加暗斜井开拓 类型 数量 （10m） 基价（元） 费用 （万元） 费用（万元） 基建费 用（万 元） 主井开凿 表土段 5 178805 89.4025 423.3825 基岩段 50 66796 333.9800 副井开凿 表土段 5 251326 125.6630 611.423 基岩段 50 97552 487.7600 井底车场 岩巷 100 41874 418.7400 418.7400 一水平石门 岩巷 0 43355 0 0 二水平石门 岩巷 0 43355 0 0 小计 1453.5455 后期基 建费用 （万元） 主井开凿 斜井段 120 36826 441.9120 441.9120 副井开凿 斜井段 120 36826 441.9120 441.9120 小计 883.8240 生产费 用（万 元） 主井提升 系数 煤量（万 t） 提升高度 （km） 基价（元） 费用（万元） 第一水平 1.2 7000 0.425 1.6 5712 第二水平 1.2 6200 0.65 1.6 7737.6 暗斜井 1.2 6200 1.2 1.6 14284.8 排水 涌水量（m3） 时间（h） 服务年限（a） 基价（元） 费用（万元） 53 8760 52 0.4 965.7024 石门运输 系数 煤量（万 t） 平均运距 （km） 基价（元） 费用（万元） 第一水平 1.2 7000 0.75 0.4 2520 第二水平 1.2 6200 0.75 0.4 2232 小计 33452.1024 合计 35789.4719 (3) 结论 表4- 6 方案一、方案二、方案三费用汇总表 table 4- 6 plan one two and three cost summary table 开拓方案汇总 方案 方案一 方案二 方案三 名称 立井三水平开拓 立井四