采矿工程毕业设计（论文）-陈四楼煤矿1.5Mta新井设计【全套图纸】.pdf

中国矿业大学2012届本科生毕业设计第1页1矿区概述及井田地质特征全套图纸，加全套图纸，加1538937061矿区概述1.1.1矿区地理位置矿区地理位置永城矿区陈四楼井田位于河南省永城市境内，为城厢、陈集、顺和乡所辖。井田中心南距永城老县城8km；地理坐标：东经1162220，北纬300035。矿区北靠陇海铁路，东临京沪铁路，青（龙山)阜（阳）铁路从矿区东南约20km处穿过，西有京九铁路商阜段。永城老县城距商丘车站95km，至徐州车站97km，宿州车站74km，其间均有柏油公路相连。区内主要村镇之间亦有简易公路相通，交通运输堪称方便。详见矿区交通位置图1-1。1.1.2自然地理概况自然地理概况井田位于黄淮冲积平原东部，地势低洼平坦，自西北向东南微微倾斜，地面标高+32.49m+36.50m，一般在+32m至+35m之间，相对高差3m左右。地表广为巨厚的新生界松散冲积物所覆盖。区内地表水系不甚发育，最大的河流沱河在井田南部2km处流过。井田内用于灌溉的沟渠纵横交错。沱河属淮河水系，发源于商丘市东北之响河，向东南流入安徽省的新汴河，全长120km，其流量受大气降水控制，年平均流量12m3s，有记载的最大流量384m3s（1963年）。本区属半湿润、半干旱的大陆性气候，冬春干早，夏秋多雨，四季分明。据永城县气象站资料：气温：19741984年观测，月平均最高气温26.89（7月份），最低-0.32，年平均卫14.3。日最高气温41(1959年7月30日)，最低-19(1957年2月中国矿业大学2012届本科生毕业设计第2页21日)。降雨量：最大降雨量1022.5mm（1977年），最小为630.4mm，年平均813.6mm；日最大降雨量207mm(1957年7月I4日)，一次最大降雨量为443.4mm(1965年7月5日18日)。蒸发量：历年最大蒸发量1985.7mm（1978年），最小1603.2mm，(1975年)，平均1745.4mm。相对湿度平均68%73.16%。冬春季多西北风，夏季多东北风偶有东南风，最大风速183ms(1982年4月21日)。每年12月至翌年3月为降雪和冰冻期，最大冻土深度19cm。据中国地震烈度表载，本区属六度地震区.河南省地震局受永城煤炭工业图图1-1陈四楼矿井交通位置图陈四楼矿井交通位置图1-1图浦陇MK003海上线南至置位田井楼海州邳京山东江苏集杨邑夏州徐城永青阜田煤县宿善百山龙青津集离符苓芦埠蚌线淮阜田煤谢潘京北寨河夹局务矿北淮迁宿湖马骆线港运连黄海海上县明崇通南肥合淮湖家水局务矿南淮长线溪裕陵铜城宣湖芜河州常锡无京南江镇江州扬运杭安淮应宝市江清交通位置图中国矿业大学2012届本科生毕业设计第3页中国矿业大学2012届本科生毕业设计第4页联合公司委托，提出“永城县地震基本烈度鉴定意见书”（84）豫震烈字第002号文)，该文在分析了地质构造及本区地震史之后，认为.“本区不可能发生六级左右地震，主要是受邻区强震影响，其地震基本烈度六度是最适宜的。”又提出“鉴于永城煤炭储量丰富，现已投入建井，将来发展远景可观，据此建议，对特别重要的工程和建筑物，可提高1度设防。”煤炭部基建司对陈四楼矿井方案设计审查意见明确：“建筑物地震烈度均按6度设防，但对六大要害系统按7度的构造措施设计。”1.1.3矿区开发历史及生产建设规划矿区开发历史及生产建设规划矿区现有生产矿井葛店煤矿、新庄煤矿、车集煤矿等8处。另外，矿区已经逐步形成了煤矿产业链，除部分大件煤矿机械外，基本可以满足煤矿建设需要。1.1.4矿井建设的外部条件矿井建设的外部条件矿井工业场地至矿区集配站的铁路专用线正线里程15.86km。新、老两条永砀公路，分别自工业场地两侧经过，将矿井工业场地与铁路干线和土产材料产地连通，交通条件较好。矿井永久电源由永城220kV变电站供给。地方集资兴建的永城110kV变电站，可作为本矿井建井期的施工电源。为确保施工安全，另一回电源可取自新庄矿井。矿区热电站应尽快建设。经初步勘探证实，上第三系孔隙承压水，无论其水量和水质均可满足本矿井永久水源的要求。矿区北部的芒山生产白灰、石子、料石等土产材料。水泥、钢材木材等建材亦可通过公路运至本矿。矿井建设的外部条件比较优越、可靠。1.2地质特征1.2.1地层地层永城煤田为华北型沉积，地层分区属华北区、鲁西分区、徐州小区的范畴。本井田无基岩出露，全都被新生界冲积层所覆盖，缺失上奥陶统至下石炭统、三迭系至第三系古新统两段。钻探揭露的基岩地层上至石千峰组（平顶山砂岩)，下至中奥陶统马家沟灰岩，厚度约1100m。自下而上叙述如下:1、中奥陶统马家沟组(O2m)，由白云质灰岩、灰岩组成，井田内揭露厚度3045.20m。2、石炭系(C23)，假整合于中奥陶统之上；中统本溪组（C2b)，由铝质泥岩及山西式铁矿组成，厚度222m，平均8.78m；上统太原组（C3t），由911层薄至中厚层状灰岩和泥岩、砂质泥岩及粉、砂岩组成，间夹不可采煤层35层，厚度93164m，平均133m；中国矿业大学2012届本科生毕业设计第5页3、二迭系(P)，揭露厚度961.2m，下统齐全，上统K6标志层以上多被剥蚀；下石盒子组（P1x），厚度48.63112.27m，平均74.92m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩及三煤组组成，以K5砂岩标志层底界与上石盒子分界；山西组（P1S），厚度89.94131.78m，平均106.43m，由泥岩、砂质泥岩、砂岩及煤层组成。二2煤层赋存于中部，下以K3灰岩标志层顶界与石炭系分界，上以K4鲕状铝质泥岩底界与下石盒子组分界；上石盒子组（P2s），钻孔穿见厚度728.98m，共分四段，每段底部都以一层稳定的砂岩标志层相分界（K5K9），其基岩组成也是以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及砂岩为主，不含具有工业价值的煤层。4、新生界（R2）井田内覆盖层中，仅有上第三系和第四系，缺失下第三系。厚度300430m，平均348.73m。由粘土、亚粘土、亚砂土及中、细、粉砂交互成层。上第三系为河湖相沉积，直接覆盖于古生界之上。详见井田地层划分表1-1。1.2.2地质构造地质构造新华夏体系及东西向构造构成永城煤田的骨架，本煤田有永城背斜及北部的孔庄芒山背斜组成。陈四楼井田位于永城隐伏背斜之西冀，大致呈单斜构造，总体走向NNW，倾向SWW。受多期构造运动的影响，褶曲、断裂均较发育。地层倾角在露头处局部较大，向深部逐渐变小，一般为310，局部1015。1、褶曲井田内褶曲比较发育，近东西向的自南向北有八里庙向斜、吕庄向斜等。2、断裂井田内断裂构造均为正断层，据葛店煤矿井下及芒山地表所见，推定断层面倾角均为70。发现并已被控制的断层4条，以NNE向断裂为主，近东西向断裂也较发育。断层情况详见表1-2。3、岩浆活动据侧定，井田内岩浆岩活动大致有两个期次：基性岩为华力西运动晚期产物；酸性岩为燕山运动早晚期产物。基性岩主要为辉绿岩，一般在三煤组中顺煤层侵入三4、三22、三5煤层中，呈岩脉或岩席产出；酸性岩主要为闪长岩类及花岗岩类，呈岩墙及岩席产出。受岩浆岩侵入影响地段，使煤层结构复杂，或变为天然焦，降低了煤层的经济价值。中国矿业大学2012届本科生毕业设计第6页表表1-1井田地层划分表井田地层划分表地层系统厚度（m）最小-最大界系统组段符号标志层代号平均新生界第四系|第三系R2300-430348.73古生界二叠系上二叠统石千峰组P2Sh1K9残厚51上石盒子组四P2S4K8172三P2S3K7200二P2S2K6233P2S1K581.65-150.68124.08下二叠统下石盒子组P1xK448.53-112.2774.92山西组P1s89.94-131.78106.43石炭系上统太原组CatK3K2123.09-201.86151.54中统本溪组CabK12.0-22.08.78奥陶系中统马家沟组Ozm揭穿40表表1-2断层特征及控制情况断层特征及控制情况断层延展方向倾角（）长度（m）落差（m）可靠度编号性质F1正东西701841.4129AF2正东西70627.0010AF3正东西701464.8523AF4-a正东西58-681322.8617-107BF4-b正东西60-691283.476-12B中国矿业大学2012届本科生毕业设计第7页界系统组新生界(KZ)(N)下二二叠古生K4石岩石名称及岩性简述124.0874.9230.0060.00为细中砂，黄色或黄褐色，质纯，松散，分选性好，并含有砾石。层间夹有杂色粘土，亚粘土及少量砂土，局部可见薄层钙质砂岩，灰白色，坚硬。上部为杂色粘土，亚粘土和粉细砂、中砂交替出现。粘性土和砂层在不同段均有分布，厚度变化较大。粘性土质较纯，粘塑性好、细腻、光滑半坚硬、由灰色、灰色砂岩，砂质泥岩，紫斑泥岩组成。上部主要为中、粗粒砂岩上部主要为深灰色、灰色泥岩、砂质泥岩，次为细粒砂岩。中部含煤较稳定。三5煤局部可采，三21、三6、三7煤为不可采煤层。三2煤与三4煤性较差，岩石致密。坚硬。未见动植物化石。灰绿色细粒砂岩。粉沙岩及砂质泥岩、紫斑泥岩显著减少。富含植物化石。铝质泥岩，局部夹砂岩或砂质泥岩，呈灰浅灰绿色常见有紫红色斑块。为褐色、黄褐色、灰绿色亚粘土及亚砂土交替出现层间偶见少量粉砂和中中粗粒砂岩，间夹薄层细粒砂岩，砂岩中石英含量占90以上，硅质胶结，分选底部为薄层棕褐色或棕黄色砂或砂砾。顶部为耕植土，中上部为粉砂，多为黄色、黄褐色，松散，含泥质。部分塑性交好，有锰染现象，含有钙质结合、直径23厘米上部多为黄色、灰褐色细中砂和少量粉砂。松散、含泥质，分选性较差。更统新全新统新上(Q1-3)30.0090.00150.00地层单位地层厚度分层厚度综合柱状(1:500)最小最大平均煤层名称标志层名称(Q4)60.00第四(Q)系260.00110.0088.73348.73系三第上统上二叠统(P2)组峰千(P2sh)25.00K9上373.73497.81下石盒子组572.73四3K51.0525.037.920.641.381.420.793.0422.639.50三1三22三4三5三6本层为K9标志层，井田内仅有一个钻孔穿见，且揭露不全。为浅灰色紫斑泥岩十分发育，以紫红色为主。不含或偶含植物化石碎片。下部为灰本段主要特征是薄中厚层状石英砂岩明显增多，并且颗粒较粗。七层，自下而上编号为三1三7煤层，其中三1、三22、三4煤工业煤层，层位底部K4标志层，层位稳定，但厚度变化较大，以鲕状铝质泥岩为主，次为陈四楼井田综合地质柱状图(P2S)石盒子组(P1X)(N2)(N1)统新中25地段含有砂砾。下部为黄褐色为主的杂色粘土、亚粘土和少量亚砂土、土质一般细腻，粘底部为褐黄色粉细纱、质纯松散，局部含泥质。砂质间夹有杂色粘土、亚粘土，含钙质结核。中部为粘土、亚粘土与细中砂交替出现。粘性土多为杂色，土质细腻、质教纯，有锰染现象，含钙质结核，直径13cm。砂性土松散，分选性差。砂。粘性土质纯，细腻、光滑、坚硬、呈块状，断口具腊脂光泽，粘塑性强含钙质、铝质、有锰染现象，可见少量锰豆，其下部分地段，可见少量灰绿色粘土，含较多钙质结核和铝质，较坚硬有锰染现象。底部多为粉细纱层。地段厚薄变化较大。中下部多为褐色，灰绿色粘土和少量亚粘土，局部见少量碎石。次生碳盐灰绿色粘土、亚粘土和少量亚粘土，局部见少量碎石。次生碳酸盐在不同地含铝质、钙质和钙质结核，底部多为亚粘土，局部为砂层呈柱状，有溶蚀现象，溶洞被泥质半充填。井田北部粘性土，含石膏晶体与基岩接触处有小砾石，直径在0.30.7厘米、呈次棱角状或次园状与下伏地层呈不整合接触。本段相当于豫西之平顶山砂岩段。与下伏地层呈整合接触。四1K5标志层层位稳定，井田内呈东薄西厚。浅灰色，细中粒砂岩，局部为粉砂岩，以石英为主，次为长石。胶结物以硅质为主，次为粘土质、钙质，含菱铁矿。具斜层理，层面含炭质。含泥质包裹体。分选中等，磨圆度中等，呈次菱状，次圆状。与下伏地层呈整合接触。1.190.002.420.002.660.002.030.10间夹一层中细粒砂岩，厚度不稳定，可作为区分二者的辅助标志。本组中上部砂岩较为发育，层数较多，但均不稳定，一般为中细粒砂岩交错层理发育碎硝成分以石英为主长石.菱铁矿次之重矿物主要有错石.磷灰石、电气石、榍石等。另外还有少量海绿石、鲕绿泥石等矿物。鲕状铝质泥岩以含粗大鲕粒、球粒为特征，其成份为菱铁质、粘土矿物含量80以上，经X衍射鉴定粘土矿物主要是高岭石，次为石英，蒙脱石、水云本段含丰富的植物化石、主要有楔羊齿、栉羊齿、带羊齿及根座化石等。与下伏地层呈整合接触。母等。(m)(m)厚度(m)及)厚度(m)及最小最大平均)0.451.190.00中国矿业大学2012届本科生毕业设计第8页图图1-2地质综合柱状图地质综合柱状图界统(P1)系(P)(PZ)(C)(C2)(C3)K2石系炭上统中统K3二30.290.600.00149.178.7845.20106.43叠由浅灰色白云质灰岩，夹灰深灰色石灰岩，豹皮状灰岩组成。井田上段：为砂岩，砂质泥岩及泥岩组成。下段：夹一中厚层状铝质泥岩，中上镜鉴定名为生物碎削灰岩（肉眼能辨认者主要为海百合茎、珊瑚、腕足类等本组产丰富的动物化石，主要为蜓科，有孔虫、腕足类及少量珊瑚，另外内仅有部分钻孔穿见其顶部岩层，其中6605孔穿见45.20m.具紫红色斑块，底部含赤铁矿团块或条带(即山西式铁矿层位)。山组西组原太马(O)(O2)统系奥中陶下828.33837.11882.31679.16二27.438.17.0二12二110.640.352.0022.008.78K10.854.981.9514.1010.596.20由泥岩，砂质泥岩，砂岩及煤层组成，含煤四层(二煤组)，其中二2煤层层位稳定，为区内主要可采煤层，二11煤层偶而可采。K3标志层(L11)该层灰岩厚度不大、但区内稳定，以含丰富的生物碎削为特砂岩多发育在L4、L5、L10灰岩的上、下部，以细粒砂岩为主，一般为长石砂岩，胶结物均为粘土质和钙质。本组地层普遍含黄铁矿结核，并含34层薄层菱铁矿，但层位不稳定。本组为K1标志层，为灰浅灰绿色铝质泥岩，局部夹一层灰岩、中下部(P1S)(C3t)组溪本(C2b)家沟组(O2m)本组以二2煤为界可分成上、下两段。部为23层含铝质泥岩，有时含薄层菱铁矿，中下部发育有厚层中粗粒长石、石英砂岩，以岩榍含量高为特征，成分复杂，胶结物为泥岩，松散、俗称“豆腐渣”沙岩（相当于豫西的香炭砂岩层位），亦可作为辅助标志层。下段：主要由灰色泥岩、黑色泥岩夹黑色砂质泥岩、炭质泥岩及厚煤层二3煤位于本段中部。该段下部为黑色泥岩。（二1、二2煤）组成。二1煤层层位较稳定。二2煤层不稳定、局部位炭质泥岩所代替。本段沙岩发育、中上部几乎全由一厚层中细粒条带装沙岩组成（与豫西大占砂岩层位相当）多为泥质胶结，成份以石英为主，含泥质包体，由泥质条带组成的缓波状层理、脉状层理十分发育层面含炭质及白云母片，统称条带状砂岩。该砂岩区内稳定，容易辨认，可作为辅助标志层。此砂岩以下至K3灰岩为一厚层黑色泥岩，含黄铁矿晶粒和菱铁矿薄层，局部见有动物化石碎片。本段含丰富的植物化石、主要有楔羊齿、栉羊齿、带羊齿、齿叶及科达等。与下伏地层呈整合接触。碎片），是区内良好的标志层之一。本组一般含石灰岩11层，自上而下编号为L1L11。其中厚度稳定的有三层（L2、L8、L11)较稳定的有四层（L3、L6、L7、L9）不稳定的有四层（L1、L4、L5、L10)且L4、L5常有分叉尖灭合并现象。L8灰岩，为本组上部的厚层灰岩，其厚度仅次于L2灰岩，且区内稳定，可作区内的辅助标志层。本组含煤（57层），均不可采，一般以灰岩作为顶板。有少量植物化石。与下伏地层为整合接触。L2灰岩为K2标志层。是本组下部的厚度灰岩，区内普遍发育，厚度稳定。以含较多的燧石结核和蜓科化石为其主要特征，是区内良好的标志层之一。本组化石仅在个别钻孔见有保存不完好的始史斯塔夫蜓、伏芝加尔小泽蜓有孔虫等。与下伏地层呈假整合接触。0.700.040.700.00中国矿业大学2012届本科生毕业设计第9页1.2.3水文地质水文地质1、含水层及隔水层特征自上而下分为四个含水组：1）新生界孔隙含水组：区内松散地层沉积为冲积及湖积，其厚度受古地形影响而东薄西厚、南薄北厚。含水砂层一般为112层，平均厚86.34m。浅部以大气降水垂直渗入为主，中部及深部以水平侧向渗透为主。属孔隙承压水，不易疏干，q=0.0047.0lsm，K=0.623md。含水砂层之间及其与基岩之间有厚度比较稳定的粘土层，形成天然的隔水屏障，局部地段与基岩处有透镜状砂层，即所谓“天窗”，对浅部开采会具有一定影响。2）二迭系砂岩裂隙，孔隙含水组：主要由上、下石盒子组及山西组砂岩裂隙孔隙承压水组成，其补给方式以水平侧向渗透补给为主，渗透能力差，富水性弱，迳流滞缓，静储量为主，易于疏干。q=0.1213lsm，K=0.5683.91md，水质类型为SO4-Na。3）石炭系灰岩岩溶裂隙含水组：主要含水岩层为石灰岩(11层)。灰岩以L2、L3、L4、L7、L8、L9、L10七层比较稳定，岩溶裂隙比较发育，但多被泥质或钙质充填。补给方式为远方侧向渗透。q=0.0006852.068lsm，K=0.004927.473md。水质类型SO4CaNa，矿化度2gl。4）奥陶系岩溶裂隙含水组：区域范围内，在安徽省闸河煤田东西两侧出露，本煤田仅在芒山有局部出露。岩溶发育，富水性强。补给方式以远方水平渗透为主。q=0.00068515.7lsm，K=0.0027.473md。水质类型SO4CaNa，矿化度2.2064.43gl。2、井田水文地质条件本井田水文地质类型为中等简单，其主要依据是：1）直接充水含水层，三煤层和二煤层顶板砂岩含水性弱，单位涌水量一般小于0.01lsm，为简单类型；2）上复新生界含水层与基岩界面之间有厚度大于30m的粘土层阻隔，正常地段对煤系地层无充水作用；3）下伏太原组灰岩含水层与二2煤层之间有砂岩和泥岩组成的隔水层，厚度在50m以上，正常地段二2煤层的开采不存在底板突水的威胁；4）井田内断层富水性及导水性弱，q0.95，0.6035%65%Km75%Km50a既本矿井的开采服务年限符合规范的要求。注：确定井型是要考虑备用系数的原因是因为矿井每个生产环节有一定的储备能力，矿井达产后，产量迅速提高，局部地质条件变化，使储量减少，有的矿井由于技术原因使采出率降低，从而减少储量，为保证有合适的服务年限，确定井型时，必须考虑备用系数。第一水平服务年限校核由本设计第四章井田开拓可知，矿井是单水平上下山开采，水平在-540m，水平服务年限即为全矿井服务年限，为59.37a年。即本设计第一水平的服务年限符合矿井设计规范的的要求。参看表3-1。表表3-1我国各类井型的新建矿井和第一水平设计服务年限我国各类井型的新建矿井和第一水平设计服务年限矿井设计生产能力（Mta）矿井设计服务年限（a）第一水平设计服务年限煤层倾角456及以上70353-560301.2-2.4502520150.45-0.940201510中国矿业大学2012届本科生毕业设计第25页3.3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有二2煤层可采，总煤厚7.43m，为厚煤层，赋存稳定，厚度稍有变化。煤层倾角平均9.73，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。2）辅助生产环节的能力校核矿井设计为大型矿井，开拓方式为立井两水平开拓。煤炭大巷采用胶带输送机运煤，工作面生产的原煤经斜巷胶带输送机到大巷胶带输送机运到井底煤仓，运输能力大，自动化程度高，机动灵活；大巷辅助运输采用矿车运输，运输能力大，调度方便灵活。3）通风安全条件的校核本矿井为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量低，煤尘爆炸性低，矿井投产前后期均采用中央并列式通风。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。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，见表3-1。中国矿业大学2012届本科生毕业设计第26页4井田开拓4.1井田开拓的基本问题井田开拓是指在一个某井田范围内，为矿井和开采水平服务所进行的巷道布置及开掘工程。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，要技术上可行，经济上合理，生产上安全高效。井田开拓的内容包括：井筒形式、数目、位置，开采水平划分，大巷布置，准备方式等。开拓问题解决的好坏，关系到整个矿井生产的长远利益，关系到矿井的基建工程量、初期投资和建设速度，从而影响矿井经济效益。因此，在确定开拓方式是要遵循以下原则: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、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的状态。5、要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，应为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综合机械化、自动化创造条件。6、根据用户需要，应照顾到不同媒质、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、数目、位置及坐标确定井筒形式、数目、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。具体见表4-1。本矿井煤层倾角小，平均9.73，为缓斜煤层；表土层厚约300m，无流沙层；水文地质情况中等简单，涌水量较大；井筒需要特殊施工冻结法建井，因此需采用立井开拓。2.井筒位置的确定井筒位置选择要有利于减少初期井巷工程量，缩短建井工期，减少占地面积，降低运输费用，节省投资；要有利于矿井的迅速达产和正常接替。因此，井筒位置的确定原则：1）沿井田走向的有利位置中国矿业大学2012届本科生毕业设计第27页表表4-1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。当井田形状比较规则而且储量分布均匀时，井筒的有利位置应在井田走向中央；当井田储量呈不均匀分布时，应布置在储量的中央，以形成两翼储量比较均匀的双翼井田，可使沿井田走向的井下运输工作量最小，通风网路较短，通风阻力小。中国矿业大学2012届本科生毕业设计第28页2）井筒沿井田倾斜方向的有利位置井筒位于井田浅部时，总石门工程量大，但第一水平及投资较少，建井工期短；井筒位于井田中部时，石门较短，沿石门的运输工程量较小；井筒位于井田的下部时，石门长度和沿石门的运输工作量大，如果煤系基底有含水量大的岩层不允许井筒穿过时，它可以延伸井筒到深部，对开采井田深部及向下扩展有利。从井筒和工业场地保护煤柱损失看，井筒愈靠近浅部，煤柱尺寸愈小，愈近深部，煤柱尺寸愈大。因此，一般井筒位于井田倾向方向中偏上的位置。3）有利于矿井初期开采的井筒位置尽可能的使井筒位置靠近浅部初期开采块段，以减少初期井下开拓巷道的工程量，节省投资和缩短建井工期。4）地质及水文条件对井筒布置影响要保证井筒，井底车场和硐室位于稳定的围岩中，应尽量使井筒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，煤与瓦斯突出的煤层，较软的煤层及高应力区。5）井口位置应便于布置工业广场井口附近要布置主，副井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连接，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，尽量避免穿过村镇居民区，文物古迹保护区，陷落区或采空区，洪水浸入区，尽量避免桥涵工程，尤其是大型桥涵隧道工程。6）井口应满足防洪设计标准附近有河流或水库时要考虑避免一旦决堤的威胁及防洪措施。由于本井田倾角平缓，厚度变化小，且距离东部国道近。故把井筒置于井田中央，即工业场地之中。3.井筒数目为了满足井下煤炭的提升，需设置一主井，辅助提升及进风设置一副井。因为用主井回风存在主井漏风严重的问题，所以不安排主井进回风；井田面积较小，表土层厚度大，不宜用边界式通风，因此设置中央回风井，用于前后期回风。共计三个井筒。4.井筒位置的确定井筒位置的确定原则：有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门工程量少。（1）有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区少迁村或不迁村。（2）井田两翼储量基本平衡。（3）井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层。（4）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、低洼中国矿业大学2012届本科生毕业设计第29页和采空区，不受崖崩滑坡和洪水威胁。工业广场宜少占耕地，少压煤。（5）距水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。综合以上因素，结合矿井实际情况，提出本矿井主副井及中央风井的坐标如下：主井井筒中心位置：X：3761528.51m，Y：39444391.91m。副井井筒中心位置：X：3761500.00m，Y：39443550.19m。中央风井筒中心位置：X：3761606.71m，Y：39444413.22m。4.1.2工业场地的位置工业场地的位置工业场地的具体位置及坐标见图2-2。工业场地的形状和面积：根据表2-3工业场地占地面积指标，确定地面工业场地的占地面积为12公顷，其形状为一矩形，长度方向和煤层的走向方向平行，宽度方向和煤层倾向方向平行；长轴400m，短轴300m；地面标高+40m。其大小确定的依据前面第二章已经详细的讲述，在此不作赘述。4.1.3开采水平的确定及带（采）区划分开采水平的确定及带（采）区划分1.开采水平划分依据及原则开采水平的划分将影响矿井建设时期的技术经济指标，影响建井初期工程量，影响基建投资。所以，开采水平的划分要合理。其所遵循的原则如下：1）具有合理的阶段斜长合理的阶段斜长要便于煤炭的运输，便于辅助提升，方便行人。同时还要考虑要有合理的区段数目。2）要有利于采区的正常接替为保证矿井均衡生产，一个采区开始减产，另一个新的采区应投入生产，必须提前准备好一个新采区。所以，一个采区的服务年限应大于一个采区的开拓准备时间。由此可见，阶段斜长越长，采区储量多，采区的服务年限就越长，越有利于采区的接替。3）经济上有利的水平垂高我国多年的生产建设实际表明，开采水平垂高过小，将造成严重的采掘失调。合理的加大开采水平垂高，可以增加水平储量和服务年限，有利于集中生产，提高开采水平的生产能力，减少开采水平和同时生产的水平数目。故在运输、通风、排水、巷道维护等技术条件能够达到的情况下，可以适当加大水平垂高，减少水平数目。井田主采煤层为二2煤层，三组煤层由于赋存条件复杂，作为储备资源，后期根据需要可采用延伸井筒方式开采二2煤层以下煤层。二2煤层倾角较平缓，为319，一般9.73，为缓斜煤层，故设计为单水平上下山开采。采区式和带区式开采中国矿业大学2012届本科生毕业设计第30页相结合。二2煤层生产能力：可采储量为115.77Mt，服务年限为59.37a。图图4-1开拓方案示意图开拓方案示意图4.1.4主主要要开开拓巷道拓巷道因大巷的服务年限较长，估不适宜将大巷布置在煤层中，应该选用岩石大巷。根据采矿工程设计手册（2005年版）岩石大巷以布置在距煤层底板1030m的岩性好的岩层中。二2煤层顶底板以砂岩为主，完整性和稳定性较好，估将大巷布置距煤层底板25m处。岩石大巷优点是巷道维护条件好，维护费用低，巷道施工能够按要求保持一定方向和坡度；便于设置煤仓；可不留（或少留）护巷煤柱，煤的损失少；安全条件好。在煤层底板中布置两条大巷，分别为轨道大巷和运输大巷，不布置专门回风大巷。4.1.5方案比较方案比较1提出方案根据以上分析，现提出以下四种在技术上可行的开拓方案，分述如下：方案一：立井单水平开拓，上下山开采（岩石大巷)主、副井及回风井筒均为立井，布置于井田中央，单水平上下山开拓。大巷布置在煤层底板岩层之中。如图4.1.1。优37645003764000376350037630003762500376200037615003761000376050037600003759500375900037645003764000376350037630003762500376200037615003761000376050037600003759500375900037585003758500394415003944200039442500394435003944400039444500394450003944550039443000N394415003944200039442500394435003944400039444500394450003944550039443000I-600-580-600-620-640-660-680-420-400-440-600-660-680-4003944560539445605-360-380-420-440-460-480-520-820-840-360-380-380-360-480-460-440-420-380中国矿业大学2012届本科生毕业设计第31页方案二：立井单水平开拓，上下山开采（煤层大巷)主、副井及回风井筒均为立井，布置于井田中央，单水平上下山开拓。大巷布置在煤层当中。如图4.1.2。方案三：立井两水平开拓，上山开采（岩石大巷)主、副井及回风井筒均为立井，布置于井田中央，立井延伸；两水平均采用上山开采，大巷布置在煤层底板岩层之中。如图4.1.3。方案四：立井两水平开拓，上山开采（煤层大巷)主、副井及回风井筒均为立井，布置于井田中央，立井延伸；两水平均采用上山开采，大巷布置在煤层当中。如图4.1.4。2技术比较由于井田内表土层厚，达到300m左右，四种开拓方案主副井及中央风井均采用立井。井筒位置、数量和轨道大巷、回风大巷长度以及采区和带区布置总体一致。区别在于-540m以下煤层开采方式不同而引起部分基建、生产经营费用不同。方案一、二中，区别在于一方案中岩石大巷，这样就增加了岩石巷道的掘进，使后期基建费用加大；增加了设备的配备；维护费用；但其优点也是显而易见的：减少了大巷保护煤柱，运输系统干扰降低，各种运输畅通，由于是厚煤层开采，通风安全性提高，通风条件优化，可以适当减少煤巷的维护，提高了煤炭采出率。方案二中，岩石掘进量明显较少，而且设备少，环节简单；开拓准备时间短。但通风条件差；巷道维护费用增加。故两方案中暂取方案一。详见表4-2。方案三、四中，区别在于大巷的布置位置。方案三中大巷布置在岩层中，这样就导致岩石掘进量高，开拓费用增加，开拓准备时间增加，但其优点突出：维修费用低，可以定向取直，有利于辅助运输工具的使用，安全性高，保护煤柱少。有利于提高煤炭采出率。方案四中，轨道大巷布置在煤层中，掘进容易，速度快，费用低；开拓准备时间短。但后期的维护费用较高；保护煤柱损失大。经粗略估算，两方案中暂取方案三。详见表4-2。3经济比较方案一、三有差别的建井工程量、生产经营工程量、基建费、生产经营费和经济比较结果，分别汇总于表4-3表4-7中。在上述经济比较中需要说明以下几点：1）两种方案大巷布置数目及位置相同。2）主、副井布置在岩层中，维护费用较低，故未对比其维护费用的差别。3）本次费用估算基价在开拓方案主要经济数据及毕业设计制图标准（2008年版）中查得。4）由于勘探精确问题，两方案中各采（带）区均有遇大断层需搬家的问题，总费用相同，故未对此计算；5）主、辅运输大巷断面大小不同，大巷维护费用按平均维护费用估算；中国矿业大学2012届本科生毕业设计第32页图图4-2开拓方案示意图开拓方案示意图1-主井2-副井3-中央风井4-保护煤柱5-二水平运输石门6-煤层大巷(d)方案四立井两水平开拓，上山开采（煤层大巷)1-主井2-副井3-中央风井4-保护煤柱5-上下山6-岩层大巷(a)方案一立井单水平上下山（岩层大巷）1-主井2-副井3-中央风井4-保护煤柱5-上下山6-煤层大巷(b)方案二立井单水平上下山（煤层大巷）1-主井2-副井3-中央风井4-保护煤柱5-二水平运输石门6-岩石大巷(c)方案三立井两水平开拓，上山开采（岩石大巷)66中国矿业大学2012届本科生毕业设计第33页6）方案中相同部分未做比较分析，仅对不同之处进行了计算对比。表表4-3建井工程量建井工程量项目方案一方案三初期主井井筒m583+30583+30副井井筒m580+20580+20井底车场m1000.001000.00开拓大巷m1334213342后期主井井筒m0.00370副井井筒m0.00370井底车场m0.001000主石门m0.001599开拓大巷m2838256442表表4-2各方案粗略估算费用表各方案粗略估算费用表方案一方案二基建费岩石24299.141574.810-4=煤层24299.141299.910-4=大巷1354.06大巷1117.69维护费岩石21.24299.1459.372010-4=1225.14煤层21.24299.1459.373510-4=大巷大巷2328.36总计费用万元2579.20费用万元3446.05百分数(%)100.00百分数(%)133.61方案三方案四基建费岩石4299.141574.810-4=煤层4299.141299.910-4=大巷677.02大巷558.85维护费岩石1.24299.1459.372010-4=煤层1.24299.1459.373510-4=大巷612.58大巷1164.17总计费用万元1289.60费用万元1723.02百分数(%)100.00百分数(%)133.61表表4-4生产经营工程量生产经营工程量项目方案一方案三运输提升万tkm工程量工程量中国矿业大学2012届本科生毕业设计第34页表表4-5基建费用表基建费用表项目方案方案一方案三工程量单价费用工程量单价费用()(元)(万元)()(元)(万元)初期主井井筒6134827.60295.936134827.60295.93副井井筒6005708.90342.536005708.90342.53井底车场1000.001830.90183.091000.001830.90183.09轨道大巷13341830.90244.2413341830.90244.24运输大巷13341299.90173.4113341299.90173.41小计1239.201239.20后期主井井筒0.002085.500.003704029.60149.10副井井筒0.0022560.000.003705708.90211.23井底车场0.001830.900.001000.001830.90183.09主石门0.001830.900.0015991830.90292.76大巷及石门运输北一大巷及石门运输1.23359.101.888=1.23359.102.456=7611.599899.94北五大巷及石门运输1.21247.481.023=1.21247.482.857=1531.414276.86南二大巷及石门运输1.21912.030.578=1.21912.032.7201326.186240.87上下山运输北一带区1.23359.100.808=3256.98北五采区1.21247.481.104=1652.66南二采区1.21912.030.821=1883.73上下山维护万a1.21681.698.3110-4=1.23258.3833.4310-4=1.6813.07排水万38942436559.3710-48942436559.3710-4=46495.2646495.26中国矿业大学2012届本科生毕业设计第35页轨道大巷28381830.90519.6156441299.90727.94运输大巷28381299.90368.9156441299.90727.94小计888.522292.06总计2127.723531.26表表4-6生产经营费生产经营费项目方案一方案三工程量单价费用工程量单价费用万tkm(万元万tkm)(万元)万tkm(万元万tkm)(万元)上下山运输北一带区0.001.300.003256.981.304234.07北五采区1652.661.302148.460.001.300.00南二采区0.001.300.001883.731.302448.85小计2148.466682.92大巷及石门运输北一带区7611.590.302283.489899.940.302969.98北五采区1531.410.30459.424276.860.301283.06南二采区1326180.30397.856240.870.301872.26小计3140.756125.30运提费合计5289.2112808.22上下山维护1.6820.0033.613.0720.00261.40排水万346495.260.6027897.1646495.260.6027897.16小计28003.7628169.96合计33219.9740966.78表表4-7费用汇总表费用汇总表由对比结果可知，方案一比方案三的总费用约少26%；综合以上技术经济比较，确定矿井开拓方式为：立井单水平上下山(岩石大巷)，选用方案一。项目方案方案一方案三费用万元百分率%费用万元百分率%基建工程费2127.72100.003531.26165.96生产经营费33219.97100.0040966.78123.32总费用35347.69100.0044498.04125.88中国矿业大学2012届本科生毕业设计第36页4.2矿井基本巷道4.2.1井筒井筒矿井共有三个井筒，分别为主井、副井、中央回风立井。1.主井位于井田中央工业场地之中，担负矿井1.5Mta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450mm，掘进断面35.6m2；两侧钢丝绳罐道；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60m，担负全矿的材料、人员、设矸石的提升；兼做进风井。装备一对多绳1t矿车双层四车窄罐笼和一个1t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1400m）。井筒断面布置如图4-3。3.中央回风井位于井田中央工业场地之中，与主井东西相距约80m，担负全矿前后期的回风。井筒净直径为4.5m，净断面面积为15.90m2，表土层掘进断面积为37.39m2，基岩段掘进断面积21.24m2，井深564m，内设玻璃钢梯子间作为安全出口，井筒断面布置如图4-4。4.2.2开拓巷道开拓巷道布置一条运输大巷，一条轨道大巷两巷均布置在煤层底板岩层中，大巷水平间距50m，垂直距10m，共两条大巷。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3以内。运输、轨道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3820mm，设计掘进断面14.8m2；轨道大巷掘进宽度为4440mm，高为3820mm，设计掘进断面14.8m2。运输大巷和轨道大巷断面特征如图4-5和图4-6。4.2.3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；少量矸石由矿车直接排运到非通行的巷道横贯中。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中国矿业大学2012届本科生毕业设计第37页总称。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: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，确定采用梭式井底车场。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70m。3.调车方式右翼驶来的矸石列车由机车牵引进入副井左翼储车线，机车顶推列车进入副井重车线；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