第十五章矿井开采设计

1、第十五章第十五章 矿井开采设计矿井开采设计第一节第一节 矿井开采设计的依据矿井开采设计的依据 、程序和内容、程序和内容一、矿井设计的依据一、矿井设计的依据（一）设计任务书（一）设计任务书（计划任务书）（计划任务书）生产管理部门向设计部门委托设计任务的文件。生产管理部门向设计部门委托设计任务的文件。规定拟建项目的任务和设计内容、技术方向、设计阶规定拟建项目的任务和设计内容、技术方向、设计阶段、设计原则、计划按排以及配套工程的发展计划与段、设计原则、计划按排以及配套工程的发展计划与要求要求（二）、精查地质报告（二）、精查地质报告地质构造、储量、煤质及用途水文地质地质构造、储量、煤质及用途水文地质（

2、三）、国家总的建设方针、政策及有关规程和规范（三）、国家总的建设方针、政策及有关规程和规范煤炭工业矿井设计规范煤炭工业矿井设计规范煤矿安全规程煤矿安全规程（四）、经批准的上一阶段设计确定的原则（四）、经批准的上一阶段设计确定的原则 二、二、 矿井开采设计的程序和内容矿井开采设计的程序和内容（一）、矿井设计程序（一）、矿井设计程序根据批准后的矿区建设可行性研究报告进行根据批准后的矿区建设可行性研究报告进行矿矿区区总体设计；总体设计；矿区总体设计批准后进行矿区总体设计批准后进行矿井可行性研究；矿井可行性研究；矿井可行性研究报告批准后进行矿井可行性研究报告批准后进行矿井初步设计；矿井初步设计；矿井初

3、步设计审批后进行矿井初步设计审批后进行矿井施工图设计。矿井施工图设计。二、二、 矿井开采设计的程序和内容矿井开采设计的程序和内容（二）内容（二）内容1、提交矿井项目建议书2、矿井建设可行性研究3、矿井初步设计4、施工图设计 三矿井开采设计的原则三矿井开采设计的原则矿井开采设计主要解决井田开采的技术方案和矿井开采设计主要解决井田开采的技术方案和确定各项开采参数确定各项开采参数如确定井田开拓方式、新水平开拓延深方案、如确定井田开拓方式、新水平开拓延深方案、采准巷道布置及生产系统，选择采煤方法，确采准巷道布置及生产系统，选择采煤方法，确定阶段垂高、采区走向长度、采煤工作面长度定阶段垂高、采区走向长度

4、、采煤工作面长度以及各个系统的机电装备等。以及各个系统的机电装备等。矿井开采设计的原则矿井开采设计的原则 选用的方案及参数在技术上是先进的选用的方案及参数在技术上是先进的采用了适合于该矿具体条件的先进技术，有利采用了适合于该矿具体条件的先进技术，有利于于采用新技术、新工艺采用新技术、新工艺实现生产过程的机械化及自动化实现生产过程的机械化及自动化生产的集中化生产的集中化提高资源采出率提高资源采出率加强生产技术管理，有利于安全生产加强生产技术管理，有利于安全生产矿井开采设计的原则矿井开采设计的原则 经济上是合理的经济上是合理的选用的方案吨煤生产能力的基建投资少，特别选用的方案吨煤生产能力的基建投资

5、少，特别是初期投资少是初期投资少劳动生产率高，吨煤生产费用低，矿井建设时劳动生产率高，吨煤生产费用低，矿井建设时间短，投资效果好，投资回收期短，利润高。间短，投资效果好，投资回收期短，利润高。 安全上是可靠的安全上是可靠的第二节矿井开采设计方法第二节矿井开采设计方法一、方案比较法一、方案比较法(1)(1)提出可行方案提出可行方案根据井田的地质条件和采矿技术条件，提出若根据井田的地质条件和采矿技术条件，提出若干在技术上可行的方案。干在技术上可行的方案。(2)(2)方案技术比较方案技术比较对可行方案进行详细的技术分析和粗略的经济对可行方案进行详细的技术分析和粗略的经济比较，否定技术经济上比较容易鉴

6、别是不合理比较，否定技术经济上比较容易鉴别是不合理的方案；将剩余的的方案；将剩余的2 23 3个方案取长补短，完善；个方案取长补短，完善；如果能明显地判定出最好方案，就确定为采用如果能明显地判定出最好方案，就确定为采用的方案；的方案；若不能明显判定各方案在技术经济上的优劣，若不能明显判定各方案在技术经济上的优劣，则对则对2 2 3 3个方案进行详细的经济比较个方案进行详细的经济比较矿井开采设计步骤矿井开采设计步骤(3)(3)方案经济比较方案经济比较考虑下列费用：考虑下列费用：基本建设费：井巷开凿费；建筑物及结构物基本建设费：井巷开凿费；建筑物及结构物的修建费及一些特殊的设备费等；的修建费及一些

7、特殊的设备费等；生产经营费：巷道维护费；运输提升费；排生产经营费：巷道维护费；运输提升费；排水费；通风费等：水费；通风费等：(4)(4)方案的多目标综合评价优选。方案的多目标综合评价优选。(5)(5)对方案作出详细的文字说明，并绘出设计对方案作出详细的文字说明，并绘出设计图纸图纸方案比较法方案比较法对不同的方案进行技术经济分析和对比，从中选出相对不同的方案进行技术经济分析和对比，从中选出相对最优越的方案。对最优越的方案。1 1方案比较的内容方案比较的内容应比较的主要项目和内容应比较的主要项目和内容(1)(1)工程量工程量井巷工程量井巷工程量( (井巷长度或掘进体积，硐室掘进体积井巷长度或掘进体

8、积，硐室掘进体积) )；地面建筑工程量地面建筑工程量( (厂房及其他建筑物的建筑面积和厂房及其他建筑物的建筑面积和结构物，轨道、管路、线路长度结构物，轨道、管路、线路长度) )；机电设备的安装工程量机电设备的安装工程量( (设备台数或成套设备套数、设备台数或成套设备套数、管路和线路的长度管路和线路的长度) )；其他工程量其他工程量( (占用的农田面积、平整土地石方数量占用的农田面积、平整土地石方数量) )。方案比较法方案比较法(2)(2)基本建设投资基本建设投资分别按价值单位计算井巷和地面建筑、机电设备安装分别按价值单位计算井巷和地面建筑、机电设备安装及其他工程的费用。及其他工程的费用。特别注

9、意初期投资。特别注意初期投资。(3)(3)基本建设工期基本建设工期(4)(4)机电设备及主要材料需用量机电设备及主要材料需用量(5)(5)生产经营费用生产经营费用巷道维护费、运输费、提升费，通风费和排水费等巷道维护费、运输费、提升费，通风费和排水费等(6)(6)其他其他矿井生产能力，煤炭采出率，巷道掘进率，生产过程矿井生产能力，煤炭采出率，巷道掘进率，生产过程机械化程度等。机械化程度等。2 2方案比较注意事项方案比较注意事项(1)(1)不要遗漏方案不要遗漏方案；(2)(2)只考虑重要项目的费用只考虑重要项目的费用重要项目：井巷工程费、地面建设费、煤的运输提升费、重要项目：井巷工程费、地面建设费

10、、煤的运输提升费、井巷维护费；井巷维护费；(3)(3)相同费用项目可以不比较相同费用项目可以不比较；对影响不大、差别很对影响不大、差别很小的费用项目也可不比较小的费用项目也可不比较。低瓦斯矿井的通风费、涌水量小的矿井的排水费低瓦斯矿井的通风费、涌水量小的矿井的排水费方案是专门研究通风或排水问题，则必须进行比较方案是专门研究通风或排水问题，则必须进行比较。例：两方案的井底车场及地面设施相同，井型相同时，例：两方案的井底车场及地面设施相同，井型相同时，可看作是相同的项目不予比较；如两方案井型不同，则可看作是相同的项目不予比较；如两方案井型不同，则分摊于吨煤生产能力的投资不同，不能认为是相同的项分摊

11、于吨煤生产能力的投资不同，不能认为是相同的项目，须全面的计算和比较。目，须全面的计算和比较。(4)(4)生产经营费用中生产经营费用中各项费用单价必须比较可靠各项费用单价必须比较可靠(5)(5)大方案比较前大方案比较前，相同类型的局部方案进行比较，相同类型的局部方案进行比较，求求出合理的局部方案后，再进行整体的方案比较。出合理的局部方案后，再进行整体的方案比较。(6)(6)基建费与生产经营费分别列出基建费与生产经营费分别列出。基本建设费是以投资或贷款的形式集中拨发的，要考基本建设费是以投资或贷款的形式集中拨发的，要考虑发挥投资效果；虑发挥投资效果；生产经营费用则是逐年列入成本付出的。生产经营费用

12、则是逐年列入成本付出的。(7)(7)要计算各方案的要计算各方案的矿井建设期限矿井建设期限(8)(8)各方案的差别以百分比表示，将各方案的差别以百分比表示，将总费用最小的方案总费用最小的方案定为定为100100，其他各方案的费用与其相比较。其他各方案的费用与其相比较。如果各方案在经济上相差不大，就要根据技术上的优如果各方案在经济上相差不大，就要根据技术上的优越性、初期投资的大小、施工的难易程度、建设期的越性、初期投资的大小、施工的难易程度、建设期的长短、材料设备供应条件等因素，综合考虑。长短、材料设备供应条件等因素，综合考虑。(9)(9)两个方案费用差额不超过两个方案费用差额不超过1010时，即

13、认为此时，即认为此两方案两方案在经济上是等价的。在经济上是等价的。原始资料不可能十分精确原始资料不可能十分精确( (例如费用单价、煤层例如费用单价、煤层储量和煤层赋存条件等储量和煤层赋存条件等) )，计算出的费用是有误，计算出的费用是有误差的，误差一般估计为差的，误差一般估计为1010以下。以下。有些项目的设计方案相差在有些项目的设计方案相差在1010以内，但差值以内，但差值的绝对额很大时，也不能忽略，此时应以差值的绝对额很大时，也不能忽略，此时应以差值额作为对比的标准。额作为对比的标准。(10)(10)最终评价时，正确估计各项影响因素在所最终评价时，正确估计各项影响因素在所研究方案中的重要程

14、度，选取最优方案。研究方案中的重要程度，选取最优方案。其他设计方法其他设计方法1、统计分析法2、标准定额法3、数学分析法4、经济数学规划法第三节第三节 矿井开拓设计方案比较示例矿井开拓设计方案比较示例一、井田概况一、井田概况某矿地面为平原地带某矿地面为平原地带井田范围内地表标高为井田范围内地表标高为+80+809090m m，表土及风化带厚度表土及风化带厚度( (垂高垂高) )约约505060m60m，有流砂层，井田，有流砂层，井田中部较薄，井田境界处较厚。中部较薄，井田境界处较厚。煤层煤层+30m+30m-420m-420m底板等高线为界，底板等高线为界，-200-300-420-400+3

15、0-10001740+80井田概况井田概况井田两侧人为划定境界，井田走向长井田两侧人为划定境界，井田走向长9km9km，倾斜长约，倾斜长约17401740m m。井田内共有井田内共有4 4个可采煤层，倾角均为个可采煤层，倾角均为1515左右。左右。各煤层的名称、厚度、间距及顶底板情况如表各煤层的名称、厚度、间距及顶底板情况如表25253 3900-200-420-400-300+30-1000-200-300-420-400+30-1000+801740煤层成层平稳，地质构造简单，无大断层，煤质中硬，煤层成层平稳，地质构造简单，无大断层，煤质中硬，属优质瘦贫煤，煤尘无爆炸性危险，无自燃倾向；平

16、属优质瘦贫煤，煤尘无爆炸性危险，无自燃倾向；平均容重为均容重为1 13232t tm m3 3。本矿瓦斯含量大，涌水量较大，矿井正常涌水量为本矿瓦斯含量大，涌水量较大，矿井正常涌水量为380380m m3 3h h表表25253 3煤层地质条件煤层地质条件煤煤层层层厚层厚m m间距间距m m顶板顶板底板底板m m1 1m m2 2m m3 3m m4 41.81.81.91.91.61.62.02.0151520201515直接顶为厚直接顶为厚8 8m m的页岩，老顶为厚的页岩，老顶为厚4 4m m的砂岩的砂岩页岩、砂页岩、砂岩互层页岩、砂页岩、砂岩互层页岩、砂页岩、砂岩互层页岩、砂页岩、砂岩

17、互层页岩、砂页岩、砂岩互层页岩、砂页岩、砂岩互层直接底厚直接底厚1010m m页岩页岩下为下为4040m m厚层厚层砂岩砂岩mm7.37.3 工业储量工业储量ZgZgZgZg=9000=9000 1740017400 （1.8+1.9+1.6+2.01.8+1.9+1.6+2.0） 1.321.32=15089.976=15089.976万万t t 可采储量可采储量Zk=(ZgZk=(Zg-P)C-P)CP-P-永久煤柱损失，工广，境界煤柱；永久煤柱损失，工广，境界煤柱；C-C-采区采出率，中厚煤层，煤炭工业矿井设计规范要采区采出率，中厚煤层，煤炭工业矿井设计规范要求求C C为为8080永久煤

18、柱损失约占工业储量的永久煤柱损失约占工业储量的5 5。P=ZgP=Zg 5% 5%=15089.976 =15089.976 * * 5% 5%=7.544988=7.544988万万t tZk=(ZgZk=(Zg-P)C-P)C=(15089.976-7.544988)80%=(15089.976-7.544988)80%=11468=114684 4万万t t 生产能力和服务年限生产能力和服务年限T T取取6060年，求年，求A AT=Zk/T=Zk/（1 14A4A），），A=136.5A=136.5万万t/at/a根据煤层赋存情况和矿井可采储量，遵照煤炭根据煤层赋存情况和矿井可采储量，

19、遵照煤炭工业矿井设计规范规定，将矿井生产能力工业矿井设计规范规定，将矿井生产能力A A确定确定为为120120万万t ta a，储量备用系数按，储量备用系数按1 14 4计算，可得计算，可得矿井服务年限为矿井服务年限为T=11468T=114684/4/（1 14 4 120120）=68=6826 a.26 a.K K：地质损失增大；采出率降低；矿井增产：地质损失增大；采出率降低；矿井增产 备用储量计算备用储量计算算法算法1 1120120万万t ta a 686826a=819126a=81912 2万万t t11468114684 4万万t-8191t-81912 2万万t=3277t=

20、32772 2万万t t算法算法2 2T=11468T=114684/4/（1 14 4） 0.40.4=3276.7=3276.7万万t t估计约有估计约有5050为采出率过低和受未预知小地质破坏影为采出率过低和受未预知小地质破坏影响所损失的储量。响所损失的储量。3276.73276.7万万t t 5050=1638.3=1638.3万万t t 全井田实际采出储量全井田实际采出储量11468114684-1638.34-1638.3万万t=t=983098301 1万万t t二、开拓方案技术比较二、开拓方案技术比较 井筒形式井筒形式地形平坦，无平硐条件地形平坦，无平硐条件表上较厚且有流砂层立

21、井开拓表上较厚且有流砂层立井开拓( (主井设箕斗主井设箕斗) ) 井筒位置井筒位置按流砂层较薄、井下生产费用较低的原则，井筒按流砂层较薄、井下生产费用较低的原则，井筒位于井田走向中部流砂层较薄处。位于井田走向中部流砂层较薄处。 井筒数目井筒数目为避免采用箕斗井回风时封闭井塔等困难为避免采用箕斗井回风时封闭井塔等困难减少穿越流砂层开凿风井的数目，决定采用中央减少穿越流砂层开凿风井的数目，决定采用中央边界式通风边界式通风主立井、副立井，风井主立井、副立井，风井 阶段划分和开采水平的设置阶段划分和开采水平的设置阶段划分阶段划分本井田可划分为本井田可划分为2 2 3 3个阶段个阶段两个阶段：阶段斜长两

22、个阶段：阶段斜长=1740=1740m/2=870mm/2=870m三个阶段三个阶段: :第一阶段斜长第一阶段斜长740740m m第二阶段斜长第二阶段斜长500500m m第三阶段斜长第三阶段斜长500500m m开采水平的设置开采水平的设置 要不要上下山开采要不要上下山开采井田瓦斯和涌水均较大，下山开采在技术上的井田瓦斯和涌水均较大，下山开采在技术上的困难较多，故决定阶段内均采用上山开采，井困难较多，故决定阶段内均采用上山开采，井田内不能单水平上下山开采的开拓。田内不能单水平上下山开采的开拓。 采区划分采区划分阶段内采用采区准备方式，每个阶段沿走向划阶段内采用采区准备方式，每个阶段沿走向划

23、分为分为6 6个走向长个走向长1500m1500m的采区。的采区。在井田每翼布置一个生产采区，采用采区前进在井田每翼布置一个生产采区，采用采区前进式开采顺序。式开采顺序。表表25254 4阶段主要参数阶段主要参数阶阶段段数数目目阶阶段段斜斜长长/ /m m水水平平垂垂高高/ /m m水 平 实水 平 实际出煤际出煤/ /万万t t服务年限服务年限a a区区段段数数目目 / /个个区区段段斜斜长长/ /m m区 段 采区 段 采出煤量出煤量/ /万万t t水平水平采区采区2 28708702252254915.054915.0534.1334.1311.38+111.38+15 51741746

24、 6 163.84163.847407401911914180.624180.6229299 97+17+14 41851856 6 174.19174.193 35005001291292824.742824.7419.6119.616.54+16.54+13 31671676 6 156.93156.935005001291292824.742824.7419.6119.616.54+16.54+13 31671676 6 156.93156.93水平采出煤量计算中把储量备用系数水平采出煤量计算中把储量备用系数1 14 4所指的备用储量，一半划为地质损失，另一半则划为所指的备用储量，一半划

25、为地质损失，另一半则划为增产储量；该增产储量合并计入水平实际采出煤量中。采区服务年限按设计平均服务年限加上增产储量；该增产储量合并计入水平实际采出煤量中。采区服务年限按设计平均服务年限加上一年产量递增、递减期计算一年产量递增、递减期计算水平垂高水平垂高H=H=阶段斜长阶段斜长 sinsin870870 sin15sin15=225.17m=225.17m740740 sin15sin15=191m=191m500500 sin15sin15=129m=129m水平实际出煤水平实际出煤/ /万万t t两个阶段两个阶段：983098301 1万万t/2=4915.05t/2=4915.05万万t

26、t三个阶段三个阶段: :第一阶段斜长第一阶段斜长740740m m第一阶段实际出煤第一阶段实际出煤(9830(98301 1万万t/1740m)t/1740m) 740m=4180.62740m=4180.62万万t t第二阶段斜长第二阶段斜长500500m m第二阶段实际出煤第二阶段实际出煤(9830(98301 1万万t/1740m)t/1740m) 500m=2824500m=28247474万万t t第三阶段斜长第三阶段斜长500500m m第三阶段实际出煤第三阶段实际出煤(9830(98301 1万万t/1740m)t/1740m) 500m=2824500m=28247474万万t

27、 t 水平服务年限水平服务年限方案一方案一一水平一水平686826/2=34.1326/2=34.13a a二水平二水平686826/2=34.1326/2=34.13a a方案二方案二一水平（一水平（686826/174026/1740m m） 740m=29a740m=29a二水平（二水平（686826/174026/1740m m） 500m=19 500m=1961a61a三水平（三水平（686826/174026/1740m m） 500m=19 500m=1961a61a 采区服务年限采区服务年限两个采区保证产量，即两个采区同采两个采区保证产量，即两个采区同采每个采区服务时间；每个

28、采区服务时间；方案一方案一一水平一水平34.1334.13a/3=11.38a+1 aa/3=11.38a+1 a二水平二水平34.1334.13a/3=11.38a+1 aa/3=11.38a+1 a方案二方案二一水平一水平2929a/3=9a/3=97+1 a7+1 a二水平二水平19196161a/3=6.54+1 aa/3=6.54+1 a三水平三水平19196161a/3=6.54+1 aa/3=6.54+1 a 区段数目及区段斜长区段数目及区段斜长方案一方案一一水平一水平5 5个区段个区段870870m/5=174m/5=174二水平二水平5 5个区段个区段870870m/5=17

29、4mm/5=174m方案二方案二一水平一水平4 4个区段个区段740740m/4=185mm/4=185m二水平二水平3 3个区段个区段500500m/3=167mm/3=167m三水平三水平3 3个区段个区段500500m/3=167mm/3=167m 设计区段采出煤量设计区段采出煤量设计区段采出煤量设计区段采出煤量= =采区设计采出煤量采区设计采出煤量/ /采区内区段数采区内区段数方案一方案一一水平六个采区，每采区一水平六个采区，每采区5 5个区段个区段4915.054915.05万万t/6/5=163.84t/6/5=163.84万万t t二水平六个采区，每采区二水平六个采区，每采区5

30、5个区段个区段4915.054915.05万万t/6/5=163.84t/6/5=163.84万万t t方案二方案二一水平六个采区，每采区一水平六个采区，每采区4 4个区段个区段4180.624180.62万万t/6/4=174.19t/6/4=174.19万万t t二水平六个采区，每采区二水平六个采区，每采区3 3个区段个区段2824.742824.74万万t/6/3=156.9319t/6/3=156.9319万万t t 大巷布置方案大巷布置方案集中大巷布置集中大巷布置各煤层间距较小各煤层间距较小岩石大巷岩石大巷为减少煤柱损失和保证大巷维护条件为减少煤柱损失和保证大巷维护条件岩石大巷位置岩

31、石大巷位置底板下垂距为底板下垂距为30m30m的厚层砂岩内的厚层砂岩内上阶段运输大巷留作下阶段回风大巷上阶段运输大巷留作下阶段回风大巷集中岩石上山联合准备，中央采区上山位于底集中岩石上山联合准备，中央采区上山位于底板下垂距为大于板下垂距为大于3030m m的砂岩中，并在采后加以的砂岩中，并在采后加以维护，留作下阶段的总回风通道及安全出口。维护，留作下阶段的总回风通道及安全出口。其他采区上山位于距其他采区上山位于距m4m4煤层底板约煤层底板约2020m m的砂岩的砂岩中，采后报废。中，采后报废。 上山布置上山布置 技术上可行的开拓延深方案技术上可行的开拓延深方案方案一立井两水平直接延深方案一立井

32、两水平直接延深800m-420-195+30+80225m275m225m50m方案二立井两水平暗斜井延深方案二立井两水平暗斜井延深870m-420-195+30+80275m225m225m50m方案一立井两水方案一立井两水平直接延深平直接延深800m-420-195+30+80225m275m225m50m方案二立井两方案二立井两水平暗斜井延水平暗斜井延深深870m-420-195+30+80275m225m225m50m方案一和方案二的区别：方案一和方案二的区别：第二水平是用暗斜井延深还是直接延深立井第二水平是用暗斜井延深还是直接延深立井方案一需多开立井井筒方案一需多开立井井筒(2(2

33、225225m)m)、阶段石门阶段石门800800m m和立井井底车场，并相应地和立井井底车场，并相应地增加了井筒和石门的运输、提升、排水费用。增加了井筒和石门的运输、提升、排水费用。方案二则多开暗斜井井筒方案二则多开暗斜井井筒( (倾角倾角1515，2 2 870870m)m)和暗斜井的上、下部车场；并相和暗斜井的上、下部车场；并相应地增加了斜井的提升和排水费用应地增加了斜井的提升和排水费用方案三立井三水平直接延深方案三立井三水平直接延深240m-420600-290-160+80+30130m50m130m270240m-160-290-420+30+80370m58050m130m130m270500方案四立井三水平暗斜井延深方案四立井三水平暗斜井延深方案三立方案三立井三水平井三水平直接延深直接延深240m-420600-290-160+80+30130m50m130m270240m-160-290-420+30+80370m58050m130m130m270500方案四立方案四立井三水平井三水平暗斜井延暗斜井延深深方案三和方案四的区别方案三和方案四的区别第三水平是用暗斜井延深还是直接延