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1 1 矿区概述及井田地质特征 1.1 矿区概述 1.1.1 矿区位置矿区位置及交通及交通 王庄煤矿位于山西省长治市郊区故县，地处潞安矿区的东南部，距市中心 30 公里。 整个矿区跨越了长治市郊区和屯留县两个行政区。其地理坐标为： 东经 11258251130321 北纬 361404 362435 矿区东面为长治钢铁公司。王庄煤矿与长治钢铁公司两大企业组成本区一片规模较大 的煤铁工业区，与之配套的各种服务行业也比较发达。 矿井对外有交通有太（原）焦（作）铁路、邯（郸）长（治）铁路，太焦铁路从矿井 东部由北向南通过，邯长铁路在长治北站与太焦铁路相接。同时王庄矿铁路专用线至长治 北站 14 公里，与太焦铁路及邯长铁路相接，可通往全国各地。长治到各周边主要城市铁 路距离见表 1-1 表表 1 1- -1 1到周边主要城市铁路距离到周边主要城市铁路距离 名称起至站距离/km 太（原）焦（作）线长治太原280 太（原）焦（作）线长治新乡217 邯（郸）长（治）线长治邯郸220 区内公路发达，太（原）洛（阳）国道（即 208 国道、207 国道）由北向南穿越井田， 东距王庄矿工业广场约 6 公里；更有邯（郸）长（治）国道（即 309 国道）横贯矿区。除 上述三条主要干线公路外，区内各村镇均有公路相通。因此本区交通运输条件十分便利。 北距太原市 230 公里，南到焦作市 220 公里，东距邯郸市 183 公里。井田交通位置图 见图 1-1。 1.1.2 地形与地貌地形与地貌 本区位于山西省东南部，地处上党盆地西北部，东倚太行山，西屏太岳山，南部与晋 城相接，北部与晋中平原交界。区内地势大致为北部较高，南部较低，最高处位于王1 与王2 钻孔之间的寒山煤矿附近，海拔标高为 1024.7m，最低处位于矿区东部边界一带， 海拔标高为 898m，最大相对高差为 127m 左右。 王庄矿属高原内部断陷堆积盆地。 区内地势起伏不平， 均被较厚的第四系黄土所覆盖， 侵蚀切割作用强烈，植被覆盖少，形成典型的梁、垣、峁等黄土高原地貌。盆地北部黄土 冲沟发育，局部有基岩出露，南部为山前斜坡地带。 2 图图 1 1- -1 1长治市长治市交通位置图交通位置图 1.1.3 水文情况水文情况 王庄井田河流较少， 水系为浊漳河支流， 在矿区中部有一条故县小河和一条积石小河， 流经井田塌陷区，属季节性河流，只有雨季才有流水。绛河流经王庄井田南部，在王庄扩 区，除绛河以外，仅有少量干沟发育，绛河于崔邵村附近进入王庄扩区，自西向东流入王 庄井田东南部的漳泽水库，该水库的库容约为 1.995109m3，现蓄水量为 1.4109m3。 属海河流域的浊漳河从长治盆地南部流过，区域地貌为浊漳河河谷一、二级阶地，为 第四系更新统晚期的沉积物，含有丰富的孔隙水，二级阶地底部有黑灰色亚粘土，有层理， 部分地区有薄层透镜状沙层，土质比较松软，形成一些较大范围的含水层，二级阶地又为 山前洪积、坡积地带，山前裂隙水及孔隙水都经二级阶地排泄，补给一级阶地和河槽。 1.1.4 气象及地震情况气象及地震情况 井田地处黄土高原，其东部为太行山，海拔在 2800m 以上，阻隔海洋性季风吹入。因 此，暖温带半干旱大陆性气候极为典型。 （1）气温 气温一般较低，以年温差与日温差大为其特点，年平均气温 7.89.7 ，19 年平均气 公路 铁路 长治市交通位置图 离石 乡宁 侯马 临汾 大同 朔州 沂州 太原市 榆次 阳泉 长治 焦作 运城 4 1.2 井田地质特征 1.2.1 地层地层 王庄矿位于太行山中段西侧，长治盆地西部。本区地层出露甚少，大多为黄士所覆盖， 局部零星出露中奥陶系地层及二迭系地层，冲沟发育。经钻孔揭露地层有奥陶系（O1+2） 、 石炭系（C2+3） 、二叠系（P） 、第三（N）和第四系（Q） ，见图 1-2，由老至新概述如下： （1）奥陶系（O） 奥陶系中统峰峰上段组（O2f） ，层厚度 1.17331m。岩性为灰色石灰岩和白灰色铝质 泥岩，致密性脆，上部为泥岩或砂质泥岩，局部含粉砂岩，裂隙发育。 图图 1 1- -2 2 综合地质柱状图综合地质柱状图（上半部分上半部分） 5 图图 1 1- -2 2 综合地质柱状图综合地质柱状图（下半部分下半部分） 8 足的补给，补给量大。加之该区段东南部 3 号煤层上覆基岩较薄，预计导水裂隙带能达到 第四纪冲积层内，对煤层开采有很大影响，水文地质条件相对复杂。 15 号煤层因受奥灰水突水威胁，水文地质条件属复杂类型。 15 号煤层直接顶板为 K2 灰岩裂隙岩溶水层，随着煤层回采冒落从而成为直接充水含 水层。该含水层单位涌水量为 0.012L/sm，含水性较弱。对 15 煤层具有底板突水威胁的 是奥灰强含水层。它不仅富水性强，水压高，而且其间距一般只有 20m 左右，在南北边界 因断裂构造以及陷落柱的影响，局部地段可能成为 15 号煤层直接充水的含水层。 漳泽水库的扩建将体本井田三分之一的面积处于水库淹没区。由于水库蓄水，回水的 影响，将使本区各含水层，特别是松散层的水文地质条件发生变化，从而使矿井水文地质 条件变得复杂。 1.3 煤层特征 1.3.1 可采煤层可采煤层 本矿井可采及局部可采煤层有 6 层（3 号，8-2 号，9 号，15-1 号，15-2 号，15-3 号） ， 煤层总厚度 12.2m。其煤层特征见表 1-1。 （1）3 煤层 为主要开采煤层，位于下石盒子组下部。煤层走向近南北，倾向西，倾角 26，属 近水平煤层。煤层结构较简单，含夹矸 05 层，总厚 01.18m，夹石成份多为炭质泥岩 或泥岩。煤层厚 5.037.10m，平均 6.02m，属厚煤层。该煤层可采性指数 Km1，煤层 厚度变异系数10.59%，故该煤层属稳定煤层。煤层顶板以泥岩、砂质泥岩为主，偶有 细粒砂岩；底板以泥岩为主，偶夹砂质泥岩。 （2）9 煤层 位于太原组中部，在矿区编号为 8-2 号煤层。煤层结构复杂，以多层薄煤层为主，并 含多层泥岩夹矸。煤层厚度 0.062.05m，平均 0.68m。该煤层的可采性指数 Km=0.32，煤 层厚度变异系数=48.85%，局部可采。由于主要指标 Km， 1 2 30T 、 ，满足煤炭工业矿井设计规范给出了井型和服务年限的 对应要求。 水平储量及服务年限见表 3-2 表表 3 3- -2 2水平储量及服务年限水平储量及服务年限 名称储量(万吨）服务年限（年） 第一水平2410055.6 第二水平1302032.8 3.2.4 井型校核井型校核 按矿井的实际煤层开采能力，辅助生产能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校 核： 1）煤层开采能力 井田内 3#煤层为主采煤层，煤厚 6.02m，为厚煤层，赋存稳定，厚度基本无变化。煤 层倾角 210，平均 5，地质条件简单，根据现代化矿井“一矿一井一面”的发展模式， 可以布置一个综采放顶煤工作面。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 21 2）生产环节的能力校核 设计的矿井为大型矿井，开拓方式为立井两水平开拓。主井采用箕斗运输煤炭，工作 面生产的原煤经顺槽胶带输送机运达运输大巷，再由运输大巷胶带输送机运达井底，井底 设置煤仓，经箕斗运输至地面，运输能力大，自动化程度高；副井采用罐笼运输人员和材 料。运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。大巷辅助运输及顺槽辅助运输 采用矿车，调度方便灵活。 3）通风安全条件的校核 本矿井属于低瓦斯矿井。煤尘具有一定爆炸性危险。水文地质条件简单，涌水量较小 （平均 367m3/h） 。矿井采用分区对角式通风，辅助运输大巷进风，煤炭运输大巷回风，工 作面采用后退式 U 型通风， 通过第九章的通风设计知可以满足通风需要。 井田内断层较少， 只有一个较大的断层，对于开拓有一定的影响，但是，对于影响生产的小断层较少。所以， 各项安全条件均可得到保证，不会影响矿井的年生产能力。 4）矿井的设计生产能力与服务年限相适应，才能获得好的技术经济效益。 煤炭工业 矿井设计规范给出了井型和服务年限的对应要求。矿井可采储量 37120 万 t，矿井服务 年限 88.4a，其中第一水平服务年限 55.6a，符合煤炭工业矿井设计规范的要求。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 22 4 井田开拓 4.1 井田开拓的基本问题 井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列井道进入煤体，建 立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用于开拓的井下巷道的形式、 数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式需要对技术可行的几种开 拓方式进行技术经济比较，才能确定。 本矿井开拓方式的确定，主要考虑到以下因素： 1）主采煤层为缓倾斜煤层（平均倾角 5） ； 2）表层土较薄，平均为 90m，风化不太严重； 3）地势较为平坦，地面标高平均+1080m 左右，煤层埋藏较浅，距地面垂深在 200 500m 之间，平均为 365m 左右； 4）本矿井为低瓦斯矿井； 5）矿井年设计生产能力为 300 万 t/a，为大型矿井。 确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较 后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则： 1）贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造条件。 在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量； 尤其是初期建设工程量， 节约基建投资， 加快矿井建设； 2）合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产； 3）合理开发国家资源，减少煤炭损失； 4）必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电系统， 创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态； 5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术、新工艺、发展采 煤机械化、综掘机械化、自动化创造条件； 6）根据用户需要，应照顾到不同煤质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的 综合开采。 4.1.1 确定井筒形式确定井筒形式、数目数目、位置及坐标位置及坐标 1）井筒形式的确定 井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井最 复杂。 （1）平硐开拓受地形及埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、 丘陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分储量大致能满足同类井型水 平服务年限要求。 （2）斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速 度快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立 井简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有 相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一 旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。缺点是：斜井井筒长，提升深度有限，辅助 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 23 提升能力小；通风路线长、阻力大、管线长度大；斜井井筒通过富含水层、流沙层施工技 术复杂。 （3）立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深 相同的的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒断 面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，且阻力小，对深井开拓极为 有利；当表土层为富含水层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产 状均特别复杂的井田，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工技术 复杂，需用设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，基本建设投资 大。 表表 4 4- -1 1 井筒形式比较井筒形式比较 井筒形式优点缺点适用条件 平硐 1 运输环节和设备少、系统简单、费用低。 2 工业设施简单。 3 井巷工程量少，省去排水设备，大大减少了排水 费用。 4 施工条件好，掘进速度快，加快建井工期。 5 煤炭损失少。 受地形影响特别大 有足够储量的 山岭地带 斜井 与立井相比： 1 井筒施工工艺、设备与工序比较简单，掘进速度 快，井筒施工单价低，初期投资少。 2 地面工业建筑、井筒装备、井底车场简单、延伸 方便。 3 主提升胶带化有相当大提升能力。 能满足特大型 矿井的提升需要。 4 斜井井筒可作为安全出口。 与立井相比： 1 井筒长， 辅助提升 能力小，提升深 度有限。 2 通风线路长、 阻力 大、管线长度大。 3 斜井井筒通过富 含水层，流沙层施 工复杂。 井田内煤层埋 藏不深，表土 层不厚，水文 地 质 条 件 简 单，井筒不需 要特殊法施工 的缓斜和倾斜 煤层。 立井 1 不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地质等 自然条件限制。 2 井筒短，提升速度快，对辅助提升特别有利。 3 当表土层为富含水层的冲积层或流沙层时， 井筒 容易施工。 4 井筒通风断面大，能满足高瓦斯、煤与瓦斯突出 的矿井需风量的要求。 1 井筒施工技术复 杂，设备多，要 求有较高的技术 水平。 2 井筒装备复杂， 掘 进速度慢，基建 投资大。 对不利于平硐 和斜井的地形 地质条件都可 考虑立井。 综上所述，王庄煤矿 3#煤层平均埋深 365m，且井田面积较大，因此适合本矿的开拓 方式只有立井开拓。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 24 4.1.2 主主、副井井筒位置的选择副井井筒位置的选择 根据下文开拓方案及其比较可知本矿井采用立井两水平开拓，主、副井井筒位置的选 择见下： 1）井筒沿井田走向方向的有利位置 本井田形状比较对称，储量分布比较均匀，在井田中上部存在一条落差比较大横穿井 田的南丰断层， 将井田天然地分为南北两翼， 故井筒的有利位置应在井田走向的储量中央， 以形成两翼储量比较均匀的双翼井田，可以使井田走向的井下运输工作量最小，通风网路 较短，通风阻力较小。 2）井筒沿井田倾斜方向的有利位置 立井开拓时，考虑到南丰断层横穿井田，初期应先采断层上盘的储量，所以井筒应沿 倾向偏下部布置，立井井筒位于井田倾斜方向的中部略靠下部。 3）尽量不压煤或少压煤合理布置井筒 确定井筒位置，要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱。为了减少工业广场所压煤 柱，使铁路煤柱和工业广场保护煤柱有一部分重合会减少保护煤柱的面积。所以工业广场 可布置在铁路附近，并且可以保证在井田走向的中央。 4）地质及水文地质条件对井筒布置的影响 要保证井筒、井底车场及硐室位于稳定的围岩中，应使井筒尽量不穿过或少穿过流沙 层、较大的含水层、较厚冲积层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层、较软煤层及高应力区。 5）井口位置应便于布置工业场地 井口附近要布置主、副生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统间互 相联接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地面平坦，高差不能太大，专用线短， 工程量小及有良好的技术条件。 4.1.3 风井位置风井位置的选择的选择 本井田煤层赋存条件比较好， 属于缓倾斜煤层， 井田中的三条断层将井田分为三部分， 各部分受条件限制采用带区和采区式开采。根据井田走向较长、面积较大，因此只有一个 技术、经济上可行的通风方案：分区对角式通风。 故在设计中采用中央并列式通风，设计布置 3 个风井 考虑到主井副井可以满足矿井初期的通风要求，因此不必修建其他回风井。 4.1.4 工业广场的位置工业广场的位置、形状和面积的确定形状和面积的确定 工业场地的选择主要考虑以下因素： 1）尽量位于储量中心，使井下有合理的布局； 2）占地要少，尽量做到不搬迁村庄； 3）尽量布置在地质条件较好的区域，同时工业场地的标高要高于最高洪水位； 4）尽量减少工业广场的压煤损失。 根据以上原则和本矿井的实际情况，工业广场与主副井筒布置位置相同，其面积及保 护煤柱的大小详见第二章第三节内容，工业广场面积 30hm2，定为 600m500m 的矩形。 由于矿井表层土较薄，地势起伏不平，典型的黄士高原边缘低山丘陵地带，煤层埋较 浅。根据矿井提升的需要与本矿的地质条件及煤矿安全规程的规定，确定采用立井开 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 25 拓。设主立井和副立井各一个，主立井用来运输煤炭及回风，副立井用来运送人员、材料、 设备及通风等。本矿井瓦斯涌出量小，根据井田边界形状，矿井采用全区带区式开采，由 于井田面积大及煤层赋存情况，通过第九章的比较，采用中央并列式通风。 4.2 开拓方案及其比较 1）开拓方案 根据地质勘探资料，本井田只有 3#煤层为可采煤层，煤层主要分布在800m+600m 左右，埋深一般在 200500m 之间，倾角在 28之间，平均 5，为缓倾斜煤层。考虑到 技术和经济的合理性，本设计采用两水平或三水平开拓都能满足要求。 煤层平均厚度为 6.02m，且煤质较软，所以布置煤层大巷较困难，特别是以后的维护， 且需要较大的保护煤柱，所以采用岩巷布置。 本井田延深方案有两种：立井延深和暗斜井延深。这两种延深方案在经济和技术上都 可行，故都可以采用。 综上，提出以下四种在技术上可行的开拓方案： 方案一：立井两水平直接延深； 方案二：立井两水平加暗斜井延深； 方案三：立井三水平直接延深； 方案四：立井三水平加暗斜井延深。 2）方案比较 四种开拓方案的示意图如下图 4-1： II-II 面剖面图 （a）方案方案 1（立井两水平直接延深立井两水平直接延深） ；） ； II-II 面剖面图 （b）方案方案 2（立井两水平暗斜井延深立井两水平暗斜井延深） ；） ； 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 26 I-I 面剖面图 II-II 面剖面图 （c）方案方案 3（立井三水平直接延深立井三水平直接延深） ；） ； I-I 面剖面图 II-II 面剖面图 （d）方案方案 4（立井三水平暗斜井延深立井三水平暗斜井延深） ；） ； 图图 4 4- -1 1 技术上可行的四种开拓方案技术上可行的四种开拓方案 这四种方案在技术上都是可行的，所以要进行经济比较才能确定其可行性，下面先进 行粗略的经济比较，淘汰掉两个方案，然后进行详细的经济比较，确定最优方案。 方案 1 和方案 2 的区别在于是对于井田南翼的大部分地区采用暗斜井延深还是直接延 深立井。粗略的估算结果如表 4-2，方案 1 总费用比方案 2 高 1.42%。虽然方案 1 的提升、 排水等生产环节少，人员上下方便，在方案 2 中暗斜井穿层布置，还要留设保护煤柱，但 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 27 由于井田南翼的断层高差达 200 米以上，煤层位于+500 水平上方，如果采用直接延伸的方 式，在井田面积较大的情况下需要开掘极长的石门，考虑这方面原因，故而选择方案 2。 表表 4 4- -2 2方案方案 1 1 和方案和方案 2 2 粗略估算费用粗略估算费用 方案方案方案 1方案方案 2 基建费 （万 元） 立井 开凿 井底 车场 石门 开凿 25803000 10 -4=348.0 1000900 10 -4=90.0 2650800 10 -4=212.0 立井 开凿 主暗斜井开凿 副暗斜井开凿 上、下斜井车 场 2380300010 -4=228.0 1393105010 -4=146.27 1393115010 -4=160.20 （300+500）90010 -4=72.0 小计650小计606.47 生产费 （万 元） 立井 提升 石门 运输 立井 排水 1.2130200.58 0.85=7702.63 1.2130202.65 0.381=15774.77 3672436560 0.152510 -4=2941.65 暗斜井提升 立井提升 排水（斜、立 井） 1.2130202.3040.393=14147.09 1.2130200.381.393=8270.41 367243656010 -4 （0.063+0.127）=3665 小计26419.05小计26082.50 费用/万元27069.05费用/万元26688.97 合计 百分率101.42%百分率100% 方案 3 和方案 4 和上述两种方案的对于南翼大部分面积的处理方式相同，唯一的区别 在于南部断层的北翼大部分地区根据倾向的中线划分为两个水平， 对于+600 水平采用立井 直接延深还是采用暗斜井延深。粗略估计计算结果如表 4-3，方案 3 的总费用比方案 4 高 0.19%。从经济性的角度出发，应该决定采用方案 4。 表表 4 4- -3 3 方案方案 3 3 和方案和方案 4 4 粗略估算费用粗略估算费用 方案方案方案 3方案方案 4 基建费 （万 元） 立井 开凿 井底 25803000 10 -4=348.0 立井 开凿2380300010 -4=228.0 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 28 车场 石门 开凿 100090010 -4=90.0 （2650+2300）800 10 -4=396.0 主暗斜井开凿 副暗斜井开凿 石门开凿 上、下斜井车 场 （1393+2302）105010 -4=387.75 （1393+2302）115010 -4=429.93 （300+500）90010 -4=72.0 小计834小计1117.68 生产费 （万 元） 立井 提升 石门 运输 立井 排水 1.2130200.58 0.85=7702.63 1.2130202.65 0.381=15774.77 3672436560 0.152510 -4=2941.65 暗斜井提升 石门运输 立井提升 排水（斜、立 井） 1.2130202.3040.393=14147.09 1.2130200.381.393=8270.41 367243656010 -4 （0.063+0.127）=3665 小计26419.05小计26082.50 费用/万 元 27253.05费用/万元27200.18 合计 百分率100.19%百分率100% 对 2，4 方案有差别的建井工程量，基建费，生产经营费和经济比较结果如表 4-4、表 4-7，并汇总于表 4-8。 表表 4 4- -4 4 开拓方案开拓方案 2 2 和和 4 4 的建井工程量的建井工程量 期间项目方案方案 2方案方案 4 前期 主井井筒/m 副井井筒/m 井底车场/m 主石门/m 运输大巷/m 380 380 1000 0 3000 380 380 1000 2300 3000 后期 主井井筒/m 副井井筒/m 井底车场/m 主石门/m 运输大巷/m 115 115 1000 2300 27000 150 150 21000 210 42000 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 29 表表 4 4- -5 5 开拓方案开拓方案 2 2 和和 4 4 的生产经营工程量的生产经营工程量 项目方案方案 2项目方案方案 4 运输提升 /万 tkm 工程量 运输提升 /万 tkm 工程量 大巷及石门运 输 一水平 二水平 立井提升 一水平 二水平 1.2130202.25=68296.5 1.2130203.05=89349.75 1.2130200.33=11600.82 1.2130200.48=16873.92 大巷及石门运 输 一水平 二水平 三水平 立井提升 一水平 二水平 三水平 1.2130202.52=50993.71 1.2130202.25=45530.1 1.2130202.85=57671.46 1.2130200.33=6677.75 1.2130200.405=8195.42 1.2130200.48=9713.09 排水/万 m3 一水平 二水平 367243656010 -4=19289.52 367243656010 -4=19289.52 排水/万 m3 一水平 二水平 三水平 3672436540 10 -4=12859.68 3672436540 10 -4=12859.68 3672436540 10 -4=12859.68 维护采区上山/ 万 ma 1.2262230412.38 10 -4=82.15 维护采区上山 /万 ma 1.226115210.7 10 -4=17.75 1.2262230.47.54 10 -4=5 表表 4 4- -6 6 开拓方案开拓方案 2 2 和和 4 4 的基建费的基建费 方案方案 2方案方案 4 项目 工程量/m单价/元m-1费用/万元工程量/m单价/元m-1费用/万元 主井 井筒 3853000115.53503000105前期 副井 井筒 37030001113353000100.5 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 30 井底 车场 100090090100090090 主石门080002300800184 运输 大巷 30008002403000800240 小计556.5719.5 主井 井筒 115300034.515030004.5 副井 井筒 115300034.515030004.5 井底 车场 1000900902000900180 主石门230080018421080016.8 后期 运输 大巷 270008002160420008003360 小计10181632 共计1574.52351.5 表表 4 4- -7 7 开拓方案开拓方案 2 2 和和 4 4 的生产经营费用的生产经营费用 方案方案 2方案方案 4 项目 工程量/m 单价/ 元m-1 费用/万 元 工程量/m 单价/ 元m-1 费用/万 元 大巷及石 门 一水平 二水平 三水平 68296.5 89349.75 0.392 0.381 26772.23 34042.25 50993.71 45530.1 57671.46 0.385 0.392 0.381 19632.58 17847.8 21972.83 小计60814.4859453.21 立井 一水平 二水平 三水平 11600.82 16873.92 1.32 0.85 15313.08 14342.83 6677.75 8195.42 9713.09 1.35 1.00 0.85 9014.96 8195.42 8256.13 小计29655.9125466.51 运提费合计90470.3984919.72 排水 工程量/万 m3单价/费用/万工程量/万 m3单价/费用/万 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 31 元m-3元元m-3元 费 一水平 二水平 三水平 19289.52 19289.52 0.0839 0.1525 1618.39 2941.65 12859.68 12859.68 12859.68 0.0732 0.1129 0.1525 941.33 1451.86 1961.1 小计4560.044354.29 合计95030.4389274.01 表表 4 4- -8 8 开拓方案开拓方案 2 2 和和 4 4 费用汇总费用汇总 方案方案 2方案方案 4 项目 费用/万元百分率/%费用/万元百分率/% 初期建井费 基建工程费 （前期+ 后期） 生产经营费 556.5 1574.5 95030.43 100 100 106.45 719.5 2351.5 89274.01 129.29 149.35 100 总费用97161.43105.2292345.01100 在上述经济比较中需说明的是： 两方案的各采区均布置两条采区上山，且这些上山的开掘单位近似相同，考虑到全 井田采区上山的总开掘长度相同，及两方案的采区上山总开掘费用近似相同，故未对比计 算；另外，采区上部、中部和下部车场的数目在两方案中虽略有差别，但基建费的差别较 小，故也未予计算。 立井、大巷、石门及采区上山的辅助运输费用均按运输费用的 20%估算。 井筒、井底车场、主石门、阶段大巷及总回风巷等均布置在坚硬的岩层中，维护费 用低于 5 元/ma，故未比较其维护费用的差别。 采区上部、中部和下部车场的维护费用均按采区上山维护费用的 20%估算。采区上 山的维护单位按受采动影响与未受采动影响的平均维护单位估算。 本示例生产经营费单位和基建费单位出自 20 世纪 90 年代初同一来源。 由对比结果可以看出，方案 2 和方案 4 的总费用近似相同，相差 5.22%。所以，还需 进一步作综合评价优选。 3）方案综合比较 从前述技术经济比较结果来看：虽然方案 2 的生产费用比方案 4 高 6.45%，但其基建 投资费用则明显低于方案 4，低 49.35%。由于基建费的计算误差一般比生产经营费的计算 误差小得多，所以可以认为方案 2 相对较优。从建井工期来看，虽然方案 2 初期需多掘主、 副井筒各 35m，但是可以少掘 210m 的主石门。因此，方案 2 的建井工期仍大致与方案 4 相同。从开采水平接续来看，方案 4 需延深两次，方案 2 仅需延深一次立井，对生产的影 响少于方案 3。 综上所述，可认为：方案 2 和方案 4 在技术和经济方面均不相上下，但方案 2 的基建 投资较少，开拓延深对生产的影响略少一些。所以决定采用方案 2，即矿井采用立井两水 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 32 平开拓暗斜井延伸；第一水平位于+700m，第二水平位于+500m。 4.3 矿井基本巷道 4.3.1 井筒井筒 矿井前期共有三个井筒，为主井、副井。计划在后期再建设两个回风井。 1）主井 位于井田中央工业场地之中，担负矿井 300 万 t/a 的煤炭提升任务。井筒中装备多绳 16t 侧卸式箕斗两套带平衡锤；井筒采用混凝土支护，直径 6.5m，净断面积 33.18m2，支护 厚度 450 mm，掘进断面 35.6m2；两侧刚性组合罐道；每天提升 16 小时。井筒断面布置如 图 4-2。 2）副井 位于井田中央工业场地之中，与主井东西相距约 80 m，担负全矿的材料、人员、矸石 的提升；兼做进风井。装备一对多绳 1 t 矿车双层四车窄罐笼和一个 1 t 矿车双层四车宽罐 笼带平衡锤；安装行人梯子，并有足够的安全间隙；分别有一躺输水、排水管路和两躺主 干动力电缆。井筒混凝土支护，直径 7.2m，净断面积 40.71m2，支护厚度 500mm（表土段 壁厚 1400 m） 。井筒断面布置如图 4-3。 3）南、北回风井 担负全矿后期的回风。井筒净直径为 4.5 m，净断面面积为 15.90 m2，表土层掘进断面 积为 37.39 m2，基岩段掘进断面积 21.24 m2，内设玻璃钢梯子间作为安全出口，井筒断面 布置如图 4-4。 4.3.2 开拓巷道开拓巷道 3#煤层平均厚度为 6.02m，底板起伏不大，为缓倾斜煤层，煤层厚度变化不大，且煤 质硬度较低。 故矿井胶带大巷和轨道大巷均布置在岩层中， 两条大巷均布置在煤层底板中， 距煤层 2030m，大巷水平间距 30m。为便于在巷道交叉时架设风桥等构筑物，大巷位于 井田中央，沿走向布置，坡度控制在 1%以内。设计运输石门和运输大巷为相同断面，辅 助运输石门和辅助运输大巷为相同断面。主、辅运输大巷均为锚喷支护半圆拱断面，局部 锚索组合梁支护，喷射厚度 120mm。运输大巷掘进宽度为 4440mm，高为 3820 mm，设计 掘进断面 14.8 m2；辅助大巷掘进宽度为 5240 mm，高为 4170 mm，设计掘进断面 18.9 m2。 辅助运输大巷和主运输大巷断面特征如图 4-5 和图 4-6。 4.3.3 井底车场及硐室井底车场及硐室 矿井为立井开拓，煤炭由运输大巷运至井底煤仓，后经箕斗提升运至地面；物料经副 井运至井底车场，经井底车场由电机车牵引运到采（带）区；生产中产出的矸石由矿车运 输至井底车场，经副井提升至地面。 1）井底车场的形式和布置方式 井底车场是连接矿井主要提升井筒和井下主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称。它 联系着井筒提升和井下运输两大生产环节，为提煤、提矸石、下料、通风、排水、供电、 升降人员等各项工作服务，是井下运输的总枢纽。 根据煤炭工业设计规范4.2.1 要求: 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 33 井底车场布置形式应根据大巷运输方式，通过车场的货载量、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所处的围岩条件 等因素，经技术经济比较后确定，并符合下列规定： （1）大巷采用固定式矿车运输时，宜采用环形车场。 （2）当井底煤炭和辅助运输分别采用底卸式及固定式矿车运输时，宜采用折返与环 形相结合形式的车场，并应与采区装车站形式相协调。 （3）当大巷采用带式输送机运煤，辅助运输采用无轨系统时，宜采用折返式或折返 式与环形相结合形式的车场；若辅助运输采用有轨系统，则宜采用环形形式的车场。 （4）采用综合开拓方式的新建矿井或扩建矿井，井下采用多种运输方式运输时，应 结合具体条件，经方案比较后确定。 根据矿井开拓方式，主井、副井和大巷的相对位置关系，确定采用环形井底车场。该 车场利用主要运输巷道作为调车线和通过线，车场巷道工程量小，交叉点及弯道少。井底 车场布置如图 4-7。 2）空重车线长度 井底车场空、重车线调车线长度按 1.5 倍列车长度考虑，一列矿车为 20 个车厢，采用 1t 固定箱式矿车，型号为 MG1.1-6A，外形尺寸（长宽高） ：20008801150（mm） ，故 取调车线长度为 70 m。 3）调车方式 左翼矸石列车驶至 AB 间，机车摘钩，经道岔 B，通过调车线，过道岔 A，到达列车 尾部，顶推列车进入重车线。 右翼调车线停放一备用机车，用于材料和设备的运输。 4）硐室 井底车场硐室主要有：井底煤仓、中央变电所、主排水泵房、消防材料库及工具室、 井底清理斜巷、水仓、调度室、等候室、推车机硐室、医疗室、机头硐室，联络巷、箕斗 装载硐室等。 主井井底煤仓为垂直圆断面煤仓，坐落于主井胶带大巷侧下段，煤仓直径为 7.0m，有 效装煤高度为 30m，经计算煤仓容量为 1200t；胶带输送机运输能力为 1600t/h，工作面最 大生产能力为 798t/h。据设计经验和规范，可知容量符合要求；煤仓采用上装式布置，通 过检修清理斜巷清理。 水仓布置在井底车场副井的西侧，水仓开口在调车线的端部，矿井正常涌水量为 367m3/h，最大涌水量按正常用水量的 1.25 倍计算为 458.75m3/h，所需水仓的容量为： 3 0 458.75 83670Qm= = 根据水仓的布置要求，水仓的容量为: QSL= 式中:Q水仓容量，m3； S水仓有效断面积，10m2; L水仓长度，690.61 m。 则：Q =10690.61=6906.1m3 由上面计算得知： 0 QQ，故设计水仓容量满足要求。 水仓采用水仓清理机清理。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 34 井底车场车场巷道及硐室除煤仓、装卸载硐室等采用现浇混凝土支护外，采用锚喷支 护，遇围岩破碎的地方加金属网支护。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 35 270 1582900 158 6500 45050 1850 300 1850 15501550 1800 2400 155021501550 680 680 主井井筒断面布置图 1：50 图图 4 4- -2 2 主井井筒断面布置图主井井筒断面布置图 表表 4 4- -9 9 主井井筒特征表主井井筒特征表 井型3.0 Mt/a 井筒直径6.5 m 井深380 m 提升容器两套 16 t 箕斗带平衡锤 井断面积33.18 m2 基岩段毛段面积44.18 m2 表土段毛段面积44.18 m2 井筒支护 混凝土井壁厚 450 mm 充填混凝土 50 mm 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 36 270 2240 12007200500 190 7007006050 ： 1 副井井筒断面布置图 1704 5190 4750 10241024680 图图 4 4- -3 3 副井井筒断面布置图副井井筒断面布置图 表表 4 4- -9 9 副井井筒特征表副井井筒特征表 井型3.0 Mt/a 井筒直径7.2 m 井深380 m 提升容器 一对 1 t 矿车双层四车窄罐笼 一个 1 t 矿车双层四车宽罐笼 带平衡锤 井断面积40.17 m2 基岩段毛断面积66.47 m2 表土段毛断面积78.54 m2 井筒支护 混凝土井壁厚 500 mm 表土段井壁厚 10001400 mm 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 37 270 600 72072060 50 ： 1 南风井井筒断面布置图 350 600 200 400 65 400 331 ? 4500 图图 4 4- -4 4 风井井筒断面布置图风井井筒断面布置图 表表 4 4- -1010 风井井筒特征表风井井筒特征表 井型3.0 Mt/a 井筒直径4.5 m 井深380m 井断面积15.90 m2 基岩段毛段面积21.24 m2 表土段毛段面积37.39 m2 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 38 1400 3500 3620 2100 4200 4440 200 200 120 2401300 900 3401800 图图 4 4- -5 5 辅助运辅助运输大巷输大巷、石门断面布置图石门断面布置图 4200 4440 1503500120 3770 14002100 300 100 120 1100 380 710 108 1150 1300 图图 4 4- -6 6 主运输大巷主运输大巷、石门断面布置图石门断面布置图 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 39 23 2 1 5 3 4 6 7 8 9 10 12 13 15 16 17 18 19 11 20 21 1-主井 2-副井 3-辅助运输大巷4-胶带大巷 5-水仓 6-主排水泵房 7-管子道 8-中央变电 所 9-清仓绞车硐室 10-信号硐室 11-等候室 12-联络巷 13-通路 14-调度室 15-主井井底 清理洞室 16-副井重车线 17-副井空车线 18- 调车线 19-材料车线 20-医疗室 21-消防材料 室和工具库 22-煤仓 23-箕斗转载机硐室 24- 推车机硐室 22 14 ABCD 20 24 图图 4 4- -7 7 井底车场布置图井底车场布置图 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 40 5 准备方式带区巷道布置 5.1 煤层地质特征 为了有利于矿井早投产，资金早回笼，缓解前期建设资金的紧张状况，本设计选用东 一带区为首采区，设计如下： 5.1.1 带带区位置区位置 一带区位于井田东部，埋深为 290365m，带区南侧为东三带区，北侧为断层保护煤 柱，东侧为井田边界，西侧为西二带区。 5.1.2 带带区煤层特征区煤层特征 主采煤层为二叠系山西组地层中 3#煤层，为陆相湖泊型沉积，煤层赋存稳定，平均厚 6.02m。全煤含夹矸 5 层，其中上分层含夹矸 2 层，下分层含夹矸 3 层，总厚度 0.40 米。 煤层结构 0.22 (0.09) 0.26 (0.10) 3.84 (0.05) 0.39 (0.13) 0.65 (0.03) 0.22，可采指数 Km=1，变 异系数为 8.42%。区内 3#煤平均密度为 1.35t/m3。煤岩类型以亮煤为主，暗煤次之，夹镜 煤及丝炭条带。 3#煤为中灰、低硫、低磷、特高热值、较高软化温度灰、具粘性、极易磨、高热稳定 性中等易选的贫煤、贫瘦煤和瘦煤。其中贫煤可广泛用于电力、冶金、高炉喷吹、气化、 化工、 建材等行业； 贫瘦煤、 瘦煤可作炼焦配煤。 煤种和煤质一览表及煤层特征表见表 5-1， 煤的普式硬度见表 5-2。 表表 5 5- -1 1 煤的工业用途综合评价煤的工业用途综合评价 煤 层 指标 项目 Ad (%) St,d (%) Pd (%) Qgr,d (MJ/kg) ST () HGIS+6 可选 性 工业用途 数值14.630.290.04232.19141712071.9 3 分级中灰煤低硫煤 低磷分 煤 特高热 值煤 较高软 化温度 灰 极易 磨煤 高热 稳定 中等 可选 优质动力用 煤，炼焦配 煤等。 表表 5 5- -2 2 普氏硬度表普氏硬度表 5.1.3 煤层顶底板煤层顶底板 3#煤层顶底板的岩性特征见表 5-3。 名称煤层夹矸直接顶直接底 普氏硬度（f）13233838 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 41 5.1.4 水文地质水文地质 该带区的主要充水因素为 3 号煤层上部的 7、8、9 号砂岩含水层，分三个类型：3# 煤底部灰岩裂隙、溶洞式含水层； 3#煤顶部砂岩裂隙、孔隙式含水层； 第四系风化壳 孔隙式含水层。 表表 5 5- -3 3 围岩及其特征围岩及其特征 预计工作面回采至 3040 米时，老顶第一次垮落，顶板砂岩含水层水涌入工作面， 正常涌水量为 3040 米 3/小时，最大涌水量为 60 米3/小时。回采前应首先完善放水巷的 排水设施，并在风运两巷及工作面低凹处安装排水设施，及时排出积水，使其不影响生产。 5.1.5 地质构造地质构造 带区内地质构造简单，煤层整体呈东高西低的单斜构造，在此基础上发育了一系列宽 缓褶曲，造成煤层底板有小的波动，煤层倾角 38，平均 5，总体呈近水平。经初步勘 探无断层，具体有待开采过程中确认，煤层赋存情况较好。 5.1.6 煤层瓦斯煤层瓦斯 本煤层瓦斯绝对涌出量为 1.305.53m 3/min，相对涌出量为 0.220.95m3/t，瓦斯涌出 量较小。 5.1.7 煤尘和自燃煤尘和自燃 王庄煤矿煤类为焦煤，瘦煤和贫煤。煤的脆性较大，在机械化采煤程度高的今天，采 煤作业过程中容易形成大量的煤尘。有对 3#煤层的取样试验，反向火焰长度为 550mm， 一般为 10mm 左右；爆炸指数为 17.6321.45%，一般为 1819%，属于危险型矿井。3# 煤层的自燃倾向性等级鉴定结果表明属于不自燃发火煤层。 序 号 顶底板 名称 岩石名称厚度(m)岩石描述 1老顶细砂岩 1.628.77 5.20 灰白色，细粒、厚层块状，成份石英、长石 2直接顶泥岩 1.5113.43 7.47 黑色、致密、 含大量植物化石。 3煤层3#煤层 5.037.10 6.02 含夹矸 5 层，煤岩类型以亮煤为主，暗煤次之，夹镜 煤及丝炭条带 4直接底泥岩4.23黑色、致密、 含大量植物化石。 5老底中砂岩 2.2011.12 6.66 灰色，石英长石为主，钙质胶结。 中国矿业大学 2012 届本科生毕业设计 42 5.1.8 地表情况地表情况 带区对应地