矿井开采设计CAD(1-6章)汇编

矿井开采设计CAD主讲人：李建忠

2/5/20231《矿井开采设计CAD》是采矿工程专业的主要专业课程之一，通过本课程的教学使学生较全面地了解掌握矿井设计的基本理论与程序，矿井轨道线路及车场设计，CAD技术在矿井设计中的应用情况及矿井设计CAD方法。矿井开采设计基本理论….…….…12学时矿井轨道线路设计计算…………..20学时应用CAD软件绘制采矿图纸的基本方法…….…16学时上机实践操作绘制采矿专业相关图件……..……16学时课程安排2/5/20232第一章设计程序与设计依据2/5/20233主要内容

第一节煤炭工业基本建设程序第二节设计阶段与程序、依据2/5/20234煤炭工业基本建设需要国家根据总体情况统筹安排。1、根据批准后的矿区建设可行性研究报告进行矿区总体设计，矿区总体设计批准后进行矿井设计。2、按照市场、资金和资源等情况，报送计划申请；经计委批复下文可委托具有地质勘探资质的单位进行地质报告的编制，经国土部门组织专家评审通过后，可委托具有设计资质的单位进行地质报告和矿井可行性研究报告（资源开发利用方案）的编制，经国土部门组织专家评审通过，下发采矿许可证；1.1煤炭工业基本建设程序

第一节煤炭工业基本建设程序

2/5/202353、委托具有评价资质的单位进行矿井预评价报告的编制，经煤炭管理部门组织专家评审通过后，委托具有设计资质的单位进行矿井初步设计报告的编制，经煤炭管理部门组织专家评审通过后，下发煤矿生产许可证；4、委托具有设计资质的单位进行矿井初步设计安全专篇报告的编制，经煤炭监察部门组织专家评审通过后，下发煤矿安全许可证；1.1煤炭工业基本建设程序

第一节煤炭工业基本建设程序

2/5/20236第一节煤炭工业基本建设程序

5、委托具有设计资质的单位进行矿井施工图设计、矿井土地复垦专篇设计、矿井环保专篇设计等专项设计，经管理部门组织专家评审通过后，由建设管理部门批准煤矿建设开工报告，通过招标的方式组织施工队伍进行矿井建设施工。通过工程监理的方式保证施工质量和工程进度。6、建设竣工后，委托具有评价资质的单位进行矿井竣工验收评价报告的编制，经煤炭管理部门组织专家评审通过后，由主管部门进行联合验收。验收合格进行正常生产。归纳起来，煤炭工业基本建设的主要步骤有三个：煤田地质勘探、矿井设计、建设施工。1.1煤炭工业基本建设程序

2/5/20237矿井地质报告矿井可行性研究资源开发利用方案矿井初步设计矿井安全预评价矿井初步设计安全专篇矿井施工图设计专篇专项设计（消防、复垦、环保）煤矿建设开工报告煤矿建设施工单项工程质量验收安全大验收2/5/20238从上述矿井建设程序可以看出，矿井设计是分阶段进行的。一个矿井的设计大致要经历如下四个阶段和程序：1、根据批准后的矿区建设可行性研究报告进行矿区总体设计；2、矿区总体设计批准后进行矿井可行性研究（资源开发利用方案，审批后作为领取采矿许可证的依据），审批通过后，作为项目立项和进行矿井初步设计的依据；2.1矿井设计阶段与程序第二节设计阶段与程序、依据

2/5/202393、矿井可行性研究报告批准后进行矿井初步设计及矿井初步设计安全专篇，设计审批后，作为矿井建设的指导性文件和生产过程中安全保障依据；

4、矿井初步设计审批后进行矿井施工图设计（是在矿井初步设计的基础上，以初步设计为依据，对井上下的单位工程进行设计，是指导矿井施工的依据）。2.1矿井设计阶段与程序第二节设计阶段与程序、依据

2/5/202310第二节设计阶段与程序、依据

一、设计任务书设计任务书（计划任务书）：是生产管理部门向设计部门委托设计任务的文件。书中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要求。二、精查地质报告地质构造、储量、煤质及用途、水文地质等。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》、《煤矿安全规程》等。四、经批准的上一阶段设计确定的原则除此之外，还有已签订的与建设项目有关的外部协议、文件等，设计时也应遵循。2.2矿井设计依据2/5/202311第二章

矿区总体设计2/5/202312第一节矿区总体设计的目的与要求第二节矿区总体设计的内容主要内容2/5/202313第一节矿区总体设计的目的与要求一、我国煤炭工业战略布局总的原则要从我国煤炭资源分布特点出发，根据国家的需要，全面规划、统筹兼顾、合理布局、择优开发、合理利用煤炭资源，追求最佳经济效果。二、矿区总体设计的步骤及程序

1、新建矿区应具有经过批准的详查地质报告，还必须有1—2个井田的精查地质报告。

2、编制矿区建设可行性研究报告，和环境影响评价报告。

3、两个报告经上级主管部门审查批准后，作为编制矿区总体设计任务书的依据。

4、矿区总体设计应根据已批准的矿区总体设计任务书，矿区建设可行性研究报告和环境影响评价报告书进行编制。2/5/202314三、矿区总体设计的作用

矿区总体规划设计是确定矿区内各矿井、工厂、生活设施等单项工程的安排，以及与矿区开发有关的各项原则和方案。合理开发整个矿区的资源，确定与矿区开发有关的各项原则方案，作为编制矿区建设计划和编制矿井单项设计的依据。第一节矿区总体设计的目的与要求2/5/202315四、矿区总体设计要解决的主要问题

1、合理划分井田，选择开拓方式，确定矿井井型和矿区总体规模（宏观的、粗线条的）；

2、确定煤炭的用途与用户，合理选择煤炭加工工艺，合理确定伴生矿物的综合开采与利用；

3、合理安排各矿井和各单项工程的建设顺序；

4、合理安排矿区的运输、供电、供水、通讯、机修、污水处理、固体废物处理等设施；

5、合理确定矿区的行政、医疗卫生、文化教育、商业和居住区的规划；

6、编制矿区的基建工程量，劳动定员和投资估算，并论述矿区开发的技术、经济、社会效益的合理性。第一节矿区总体设计的目的与要求2/5/202316一、矿区总体设计的内容

1、前言：阐述矿区总体设计的依据和指导思想，全面论证矿区开发在技术上、经济上、社会效益上及其综合效益上的合理性和对国民经济发展的意义。

2、矿区基本情况和建设条件介绍：矿区地形、地貌，水文、气象；交通运输及矿区工农业情况，地质地层、煤层赋存条件、煤质及用途，水文地质条件，勘探程度，其他伴生矿物及综合利用等。

3、矿区井田划分及开拓方式（粗线条）、矿区建设规模。

4、矿区附属企业：洗煤厂、机修厂、总材料库、化工厂、火药库、水泥厂、煤矸石综合利用厂、矿山救护等等。

5、其他：文化教育、医疗卫生、商业布局、其他福利设施等。

6、技术经济评价：总投资、投资构成、建设顺序、建设期、技术经济分析和评价、社会评价等。第二节矿区总体设计的内容2/5/202317二、编制矿区总体设计时应注意的几个问题：

1、合理的划分井田范围（即矿井的储量、设计能力与服务年限），并为矿井的发展留有余地。

2、正确合理的进行矿区地面总体布置，不要距离城市太近。

3、查明矿区水源。

4、要全面合理的安排各项配套工程项目的建设，做到全面协调、可持续发展。第二节矿区总体设计的内容2/5/202318第三章

矿井可行性研究2/5/202319对于一个拟建项目，在上马之前，要在技术可靠性方面、经济合理性方面进行全面论证。通过深入细致的调查研究和多方案的分析计算比较，对项目建成后可能取得的技术经济效果进行预测，从而提出这个项目的建设是可行还是不可行以及如何建设的意见，为投资决策提供科学可靠的依据。这个调查过程称为可行性研究。

一、可行性研究的含义2/5/202320

1、作为工程项目建设决策的依据；

2、作为向银行申请贷款的依据；

3、作为各有关部门互签合同、协议的依据；

4、作为进行矿井初步设计的依据；

5、作为申请营业执照和申请建设的依据。二、可行性研究的作用2/5/202321矿井可行性研究报告包括19章内容，分别是：1、总论；2、矿井建设条件；3、市场预测；4、建设规模与服务年限；5、井田开拓与开采；6、矿井主要设备；7、地面设施；8、节能与节水；9、环境保护与水土保持；三、矿井可行性研究报告的内容2/5/20232210、劳动安全卫生与校方；11、组织机构及人力资源配备；12、项目实施计划；13、投资估算与资金筹措；14、财务评价；15、国民经济评价（可选）；16、风险分析及防范对策；17、社会评价；18、项目招标；19、研究结论与建议。

三、矿井可行性研究报告的内容2/5/202323第四章

矿井初步设计2/5/202324第一节矿井初步设计前的准备工作第二节矿井初步设计的内容主要内容2/5/202325一、基础工作

1、深入现场勘查地形地貌；了解矿井的地面交通情况；了解电源情况。

2、仔细研究精查地质报告，核查地质资料。熟悉煤层赋存情况，地层特征，水文地质情况，地质构造分布，水、火、瓦斯、煤尘等情况。

3、调查了解相邻矿井的开采情况，必要时提出地质补勘要求。第一节矿井初步设计前的准备工作

2/5/202326二、初设的依据

1、采矿许可证；

2、经过批准的可行性研究报告；

3、经过批准的环境影响评价报告；

4、设计任务书；

5、经过批准的精查地质报告；

6、国家的有关方针和政策、规程规范。第一节矿井初步设计前的准备工作

2/5/202327一、初步设计的内容（共15章）

1、矿井概况。

2、矿井资源/储量，设计生产能力和服务年限。

3、井田开拓。

4、井筒、井底车场及硐室。

5、井下开采

a）

采区布置；

b）采煤方法及工艺；

c）巷道掘进与掘进机械化。

第二节矿井初步设计的内容

2/5/202328

6、井下运输

a）井下煤炭运输；

b）井下辅助运输；

c）井下辅助运输车辆配备数量。

7、通风与安全

a）矿井通风；

b）瓦斯、煤尘、火灾、水灾、顶板等灾害的防治；

c）安全检测监控。

8、提升、通风、排水和压缩空气设备

a）提升设备；

b）通风设备；

c）排水设备；

d）压缩空气设备。第二节矿井初步设计的内容

2/5/2023299、地面生产系统

a）主生产系统布置；

b）辅助生产系统布置。10、总平面布置及地面运输

a）工业场地总平面布置；

b）工业场地防洪、排涝和竖向布置；

c）场内运输；

d）地面运输。11、供配电系统设计

a）电源；

b）负荷；

c）地面供配电设计；

d）井下供配电；

e）照明设计；

f）防雷电保护设计。第二节矿井初步设计的内容

2/5/20233012、矿井智能化系统设计

a）安全、生产监控及自动化系统；

b）计算机管理系统；

c）通信系统；

d）信号系统。13、地面建筑、给排水与供热通风

a）主要工业建筑物与构筑物；

b）建筑面积指标（符合规范规定要求）；

c）水源；

d）给排水设计；

e）井下消防洒水设计；

f）供热通风设计；

g）锅炉房、井筒防冻设计。第二节矿井初步设计的内容

2/5/202331

14、环境保护设计

a）污染防治；

b）生态保护；

c）环境机构设置及专项资金。

15、技术经济指标

a）劳动定员及劳动生产率；

b）投资估算及概算；

c）经济评价；

d）技术经济评价。一部完整的矿井初步设计，除编制上述15个章节的设计说明书外，还要编制《矿井初步设计概算书》和《矿井初步设计设备清册》。第二节矿井初步设计的内容

2/5/202332二、本科生毕业设计的主要内容第一章井田概述和井田地质特征第二章井田境界与储量第三章矿井工作制度及生产能力第四章井田开拓第五章矿井基本巷道及建井计划第六章采煤方法第七章井下运输第八章矿井提升第九章矿井通风与安全第十章经济部分毕业设计包括设计说明书和七张图纸。设计说明书要求采用计算机Word软件排版打印，字数一般为70—100页；图纸要求采用计算机CAD软件绘制完成，按照要求比例打印绘制。第二节矿井初步设计的内容

2/5/202333第五章

矿井设计方案确定2/5/202334第一节矿井设计参数及评价准则第二节主要费用参数的确定第三节矿井设计方案的确定方法第四节矿井开拓设计方案比较示例主要内容2/5/202335第一节矿井设计参数及评价准则一、我国煤炭工业战略布局总的原则要从我国煤炭资源分布特点出发，根据国家的需要，全面规划、统筹兼顾、合理布局、择优开发、合理利用煤炭资源，追求最佳经济效果。二、矿井设计的特点从矿井初步设计的内容可以看出，矿井设计是综合性设计。其中最主要的是矿井开拓方案的确定，开拓方案确定了，其他系统均是按照开拓方案的总体布置提出各系统的子方案，经技术经济比较后确定。因此，开拓方案的选择和确定是一个统揽全局的最重要的问题，也是采矿工程师要解决主要的问题之一。2/5/202336第一节矿井设计参数及评价准则三、矿井设计的标准设计选用的方案在技术上是先进的、安全上是可靠的、经济上是合理的。

技术上先进的标志是：所选用的方案生产环节简单、可靠，技术、工艺先进，有利于实现机械化和自动化，有利于降低工人劳动强度，资源回收率高，便于管理。

安全上可靠的标志是：危险源控制程度高，安全装备齐全，可靠度高；安全设施完善，系统运行可靠；安全措施到位，执行可靠。

经济上合理的标志是：基本建设投资少，吨煤费用低，劳动生产率高，建设时间快，投资回收期短，投资效果好，利润高。2/5/202337第一节矿井设计参数及评价准则四、矿井设计的参数根据矿井设计参数的性质，矿井设计参数分为两类：定性和定量参数。

定性参数：是无法用数量表示的参数，如开拓方案。

定量参数：可以用数量表示的参数，如井田尺寸、工作面长度。

矿井设计实质上就是确定矿井各类参数。2/5/202338第一节矿井设计参数及评价准则五、矿井设计的评价标准矿井设计的评价方法及标准很多，常用的评价标准可分为以下几个方面：

1、劳动生产率；

2、经济指标；

3、工程量指标；

4、生产集中化程度和开采强度；

5、时间因素；

6、安全性；

7、可靠性。2/5/202339第一节矿井设计参数及评价准则六、矿井设计的评价准则（最优化准则）

矿井开采设计的最优化准则是衡量矿井某项决策在技术、经济和社会等方面的合理性尺度。矿井建设方案所包括的技术经济指标是多方面的。在建设时期有投资指标、在生产时期有年经营费用指标、劳动生产率指标、原材料消耗指标等。评价矿井开采设计的最优化准则一般有：生产费用、吨煤成本、基建投资、初期投资、折算费用、劳动生产率、矿井生产能力等多个因素。2/5/202340第一节矿井设计参数及评价准则六、矿井设计的评价准则（最优化准则）目前常用的基本准则（作为主要准则用于编制经济数学模型进行矿井开采优化设计）:(1)折算费用法；(2)投资回收期法；(3)劳动生产率；(4)吨煤投资和吨煤成本；(5)利润和多目标决策。2/5/202341第一节矿井设计参数及评价准则七、矿井设计的评价方法1、折算费用法定义：是对参与比较的各个方案的基本建设投资和生产经营费用（或成本）这两项性质不同的费用，利用投资效果系数这一折算比率，将基本建设投资折算成和生产经营费用类似的费用，然后与生产经营费用相加，折算出一个称为“折算费用”的数值，以其数值最小者作为最优方案，据此来确定方案的取舍。特点：这种方法最终求出一项指标进行对比，经济比较简单，因此，经济——数学模型的目标函数采用这一指标方法；但这种方法考虑的指标比较少，在设计方案的优选阶段可以采用。2/5/202342第一节矿井设计参数及评价准则七、矿井设计的评价方法1、折算费用法计算公式如下，折算费用表示为：

S=C+E0K式中：C—全部或计算项目的年度生产经营费用总和（或吨煤成本费用）S—年折算费用（或吨煤年折算费用），一般以年为计算周期；K—全部或计算项目的基本建设投资费用总和（或吨煤投资费用）；E0—标准投资效果系数，一般为0.1-0.12，将基本建设投资折算成和生产经营费用类似的费用。2/5/202343第一节矿井设计参数及评价准则2、投资回收期法定义：又称“投资返本年限法”。是计算项目投产后在正常生产经营条件下的收益额和计提的折旧额、无形资产摊销额用来收回项目总投资所需的时间，以此来作为评价方案技术经济效果的方法，称为投资回收期法。在设计方案中，用节约的经费来回收追加的年限。特点：它的计算不涉及投资项的生产总成本，产品的利润和价格、税金等因素，对于方案比较特别是局部比较很适宜。注意：习惯上在比较时，为简化工作量，对于计算基建、生产经营费用时，相同的部分不予计算。在两个方案规模不同时，应全部计算。2/5/202344第一节矿井设计参数及评价准则2、投资回收期法计算公式如下：T=ΔK/ΔC=(K1-K2)/(C2-C1)式中：K1、K2—分别为第一与第二方案的投资总额（或吨煤投资）；C1、C2—分别为第一与第二方案的年成本总额（或吨煤成本）；ΔK—两方案的投资差额；ΔC—两方案的年成本差额；

T—投资回收期，a。

E=1/T=(C2-C1)/(K1-K2)（投资效果系数）E1>E0，或T<T0，则第一方案有利。E0、T0分别为部门标准的投资效果系数、投资回收期，一般分别为0.1，10a。2/5/202345第一节矿井设计参数及评价准则3、劳动生产率定义：劳动者在单位时间内所生产的产品数量。计算公式如下：

P=Q1/Ntt/工式中：P—矿井回采工作面生产工人劳动生产率，t/工；

Q1—采煤工作面日产量，t；

Nt—采煤工作面昼夜出勤人数。

这指标直接反映出矿井采煤工作面效率的高低。2/5/202346第一节矿井设计参数及评价准则4、吨煤投资和吨煤成本1）吨煤投资：就是矿井建设投资总额除以生产能力所得的商。它取决于煤层的开采条件、采煤机械化程度、劳动组织形式和生产管理水平等因素，它是衡量矿井技术水平的综合指标，是设计矿井的约束条件。2）吨煤成本：就是矿井生产总成本除以矿井产量所得的商。它反映了产品生产活动的最终结果，是一项综合性指标。无论是生产矿井，还是新建矿井都必须计算和比较这个项目。它是矿井开采经济最优性的重要指标之一。2/5/202347第一节矿井设计参数及评价准则5、多目标决策评价多目标：（1）吨煤投资越低越好（2）投产后创造价值越高越好。实质：将计量单位不同的评价指标转化为无量纲的值，转化后的无量纲指标可以进行加、减、乘、除运算，从而求得综合的数量指标。该方法综合反映了矿井技术、经济等因素，应用越来越广泛。

这种方法的应用越来越重要，但应选好指标定好权重，做好综合分析评价。2/5/202348

在矿井开采设计中，常用的费用参数有：井巷掘进费、井巷维护费、井下运输费、矿井提升费、矿井通风费、矿井排水费、机械设备的折旧费用等。在计算投资时，还应计算土建、设备安装和其它费用等。费用项目组成及内容：一、煤炭建筑安装工程费用

煤炭建筑安装工程费用由直接费、间接费、利润、税金组成，其组成见下页图。第二节主要费用参数的确定2/5/202349

1、人工费直接工程费2、材料费（含井巷工程辅助费）3、施工机械使用费

1、环境保护

2、文明施工

3、安全施工

4、临时设施费直接费5、夜间施工

6、二次搬运组织措施费7、冬雨季施工

8、检验试验费

9、生产工具用具使用费

10、特殊工种培训费措施费11、工程定位、点交、清理费

12、其他组织措施费

1、大型机械设备进出场及安拆费

2、混凝土（砼）模板及支架技术措施费3、脚手架

4、凿井措施费

5、其他技术措施费第二节主要费用参数的确定2/5/202350

1、工程排污费养老保险

2、工程定额测定费医疗保险规费3、社会保险费——————失业保险

4、住房公积金工伤保险

5、危险作业意外伤害保险生育保险

1、管理人员工资间接费2、办公费

3、差旅交通费

4、固定资产使用费

5、工具用具使用费企业管理费6、劳动保险费

7、工会经费

8、职工教育经费

9、财产保险费

10、财务费

11、税金

12、其他费用利润和税金第二节主要费用参数的确定2/5/202351一）直接费

由直接工程费和措施费组成。1、直接工程费：指施工过程中耗费的构成工程实体的各项费用以及有助于工程实体形成的井巷工程辅助费、特殊凿井工程费用。包括人工费、材料费、施工机械使用费。2、措施费：指为完成工程项目，发生于该工程施工前和施工过程中非工程实体项目的费用，由技术措施费和组织措施费组成。二）间接费

由规费、企业管理费组成。1、规费：指政府和有关权力部门规定必须交纳的费用。2、企业管理费指建筑安装企业组织施工生产和经营管理所需费用。第二节主要费用参数的确定2/5/202352三）利润指施工企业完成所承包工程获得的利润。四）税金

指国家税法规定的应列入建筑安装工程造价内的营业税、城市维护建设税和教育附加费等。

第二节主要费用参数的确定2/5/202353由上述内容可知，煤炭建设安装工程的费用由：直接费、间接费、利润和税金四项组成，即：

单位工程费用K=直接费+间接费+利润+税金也即：K=直接工程费k1+措施费k2+规费+企业管理费k3+利润k4+税金k5

式中：k1直接从《煤炭工程概算定额》中查取计算；k2、k3、k4、k5则按照国家规定由直接工程费k1的百分比来计取；规费按国家规定计取。井巷工程掘进总费用：井巷工程掘进总费用=单位工程费用K*掘进工程量L第二节主要费用参数的确定2/5/202354二、井巷维护费

井巷维护费是井巷开掘出来后，为了维持巷道能够正常使用而不至于受地压作用破坏所发生的费用。包括维修井巷的工人工资、材料消耗、维修机械费用、设备折旧费用等。维护费的单位为：元/m.a。设某巷道的维护长度为L米，维护时间为t年，为维护该巷道在t年内所花费的维护费用为Cw元，则维护该巷道的单价为W：

W=Cw/L*t.（元/m.a）L*t——称为井巷维护工程量，为维护长度与维护时间的乘积。第二节主要费用参数的确定2/5/202355三、井下运输费即井下运输煤炭、矸石、材料、设备、人员等所发生的费用。主要是井下煤炭运输费用。包括运输工人的工资、运输设备的动力消耗、运输设备和设施的折旧与维修以及为运输服务的其他费用。

井下运输费按不同的运输环节、运输方式及设备分别计算。

若该运输环节的平均运距为L（km），年运输量为Q（t），则运费单价Y为：

Y=Cy/L*Q(元/t.km)或：Cy=Y*L*Q（元）

L*Q——运输工程量

第二节主要费用参数的确定2/5/202356三、井下运输费运输费用单价随所采用的运输方式和设备的不同而变化，新设计的矿井运输方式有轨道运输（主要作为辅助运输方式）、胶带输送机运输（作为煤炭运输的主要方式）和无轨胶轮车运输（作为大型矿井辅助运输的方式），在计算井下运输费用时，应根据设计确定的运输方式，分别计算运输费用。在进行方案比较时，尤其要注意不同的井下运输方案，其费用相差很大。第二节主要费用参数的确定2/5/202357四、矿井提升费

矿井提升费是花费在提升煤炭、物料、矸石、人员等方面的费用。包括服务于提升系统的人员工资、动力消耗、设备折旧及维修以及发生在该环节的其他费用。提升费应按不同的提升方式和提升设备分别来计算，其计算原理与计算井下运输费用相类似。提升费单价Td为：Td=T1/H+T2式中：H为提升深度，T1与深度相关的费用，T2与深度无关的费用。在T1、T2均为定值的条件下，则Td的大小仅与H关。

提升总费用：T=Td*H*Q（元）H*Q——提升工程量第二节主要费用参数的确定2/5/202358五、矿井排水费及通风费

花费在矿井通风和排水方面的费用。包括为该系统服务的工人工资、设备折旧与维修费、动力消耗费用以及与此相关的管理等其他费用（如排水管路维修和更换、通风构筑物等）。通风、排水费用中动力费所占比重很大，约占系统总费用的85-90%以上，因此在方案比较时只计算动力费便可。第二节主要费用参数的确定2/5/2023591、矿井排水动力费

Cpd=Q*H*Tp*Dd/102ηb

元式中:Q—排水量，m3/h；

H—水泵工作总扬程，m。h—设井筒深度m，则总扬程为

H=1.1h，m；

Tp—年排水时间，h；

ηb—排水设备总效率；

Dd—电费单价，元/kW.h。

排水总费用：Cpd=Yp*H*Q（元）

H*Q——排水工程量；Yp——排水单价。第二节主要费用参数的确定2/5/2023602、矿井通风动力费

Ctd=365*24*Qf*hf*Dd/102ηs.元式中：Qf—矿井总风量，m3/s；

hf—矿井平均通风阻力，kPa；

ηs—扇风机总效率。第二节主要费用参数的确定2/5/202361六、机械设备的折旧费用（综采考虑此项费用）

机械设备的折旧费用Cd根据设备价格、折旧年限而定，公式为：

Cd=（Ce-Ves）.n/Td.元/年式中：Ce—折旧年限相同的设备的总价值，元；

Ves—设备的残值，元；

n—同类设备的台数，台；

Td—折旧年限，a。在一定的条件下，环节系统的设备动用量是基本稳定的，即Cd是个定值。吨煤折旧费用的大小主要决定于年产量，产量越大，吨煤折旧费用就越小；而如果产量一定时，设备价格越低，则吨煤折旧费用越小。

第二节主要费用参数的确定2/5/202362

通过对每个参与比较的方案上述六项费用的分别计算，经过对各方案各子系统详细的技术分析和经济比较，综合各个方案的优缺点，取长补短，最终得到技术先进、安全可靠、经济合理的最佳方案。第二节主要费用参数的确定2/5/202363在矿井设计中，由于受地质条件和生产技术条件的影响，解决问题的性质和影响范围有很大差异。因而研究和确定开采设计方案也有不同的方法。一、常用的设计方法方案比较法；统计分析法（个别问题用）；技术标定法（标准定额法）；数学分析法和经济—数学规划法。随着计算机技术的发展，又出现了计算机辅助设计法。第三节矿井设计方案的确定方法2/5/202364（一）方案比较法1、定义

在进行工程设计时，根据已知条件列出在技术上可行的若干个方案，然后进行具体的技术分析和经济比较，从中选出相对最优的一种方案，这种设计方法称为方案比较法。

2、方案比较内容

1）工程量井巷工程量（井巷长度或掘进体积、硐室掘进体积等）、地面建筑工程量、机电设备安装工程量（设备台数、管路和线路的长度）、其他工程量（占用农田面积、平整土地石方数）。

第三节矿井设计方案的确定方法2/5/2023652）基本建设工期3）基本建设投资井巷、地面建筑、设备安装等费用，注意初期投资。4）机电设备及主要材料需要量5）生产经营费用6）其他方面矿井生产能力、煤炭回收率、巷道掘进率、生产机械化程度等。第三节矿井设计方案的确定方法2/5/2023663、方案比较步骤

1）提出可行方案：根据井田的地质条件和采矿技术条件，提出若干在技术上可行的方案。

2）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2～3个方案取长补短，完善；如果能明显地判定出最好方案，就确定为采用的方案；若不能明显判定各方案在技术经济上的优劣，则对2～3个方案进行详细的经济比较。

3）方案经济比较：考虑基本建设费和生产经营费。

4）多目标综合评价优选方案。

5）编写方案说明，绘制设计图纸。

第三节矿井设计方案的确定方法2/5/202367第三节矿井设计方案的确定方法

（1）全面认真地研究各种条件及因素；不要遗漏方案；方案中应当对比的项目，要进行反复核对，以免遗漏。（2）经济计算时，只考虑重要项目的费用；项目费用的重要程度是相对的，几千万－几万。一般情况下，重要项目包括井巷工程费、地面建设费、煤炭运输提升费、井巷维护费。（3）相同项目费用可不比较；影响不大，差别很小的费用项目也可不比较。具体问题具体分析，如低瓦斯矿井的通风费及涌水量小的矿井的排水费可作为影响不大的项目不予计算。（4）生产经营费单价选取要可靠，尽可能使方案比较的数学与结果符合实际。否则单价不准确，比较结果也无意义。4、方案比较应注意的问题2/5/202368第三节矿井设计方案的确定方法（5）在进行大的方案比较前，可先比较一些相同类型的局部方案，求出合理的局部方案后，再比较整体方案。（6）经济比较时，将基本建设费与生产经营费分别列出。基本建设费用是以国家投资形式集中拨出的，要考虑发挥整体投资效果，确保国家增加利润和税收；生产经营费则是列入每年的成本而付出的。（7）列出各方案的矿井建设工期，作为方案比较的一个因素，缩短工期可早出煤炭，同时又可节约施工费。（8）总费用最小的方案定为100%，其他方案费用与其相比较，差别以百分比表示。若两方案的费用差额不超过10%，则认为经济上是等相的（因为原始资料不可能十分准确）。（9）各方案最终综合评价时，要正确认识各影响因素在方案中的重要性程度。经济评价是确定方案的主要标准，但不是唯一标准。2/5/202369（二）、统计分析法

定义：在矿井设计中，就是根据现有生产矿井的实际情况，针对欲解决的问题进行调查统计，借以分析某些参数间的关系，得到某些参数的合理取值范围。如：工作面长度、矿井生产能力与服务年限、巷道维护费用等都可用统计法来求得。特点：但采矿的问题是复杂的，要得到大量同类可比的资料是困难的。因此，在矿井设计中，大的项目一般不直接采用这种方法，只是作为一种辅助设计的方法。第三节矿井设计方案的确定方法2/5/202370（三）、标准定额法

定义：标准定额法是根据在一定技术条件下生产的安全性、经济的合理性或生产技术管理的需要，以规程、规范、规定的形式对矿井设计中的某些技术条件或参数做出具体规定，然后根据此规定条件来确定技术方案的其他参数值。如单体液压支柱工作面禁止采用放顶煤开采；高瓦斯或有煤层自燃发火危险的矿井，必须布置专用回风巷。不同厚度煤层的采区回采率，等等。特点：这种方法在矿井设计中用得比较广泛。具体地讲就是在设计中要按照《矿井设计规范》、《煤矿安全规程》及当前的技术政策来确定某些参数。如井型与服务年限，巷道内允许的风速等等。它不是一个单独的方法，但使用十分方便。第三节矿井设计方案的确定方法2/5/202371（四）、数学分析法

定义：数学分析法是运筹学里的一个内容。它是以某一技术方案为前提，不同的技术方案其费用项目及其编列的函数方程也不同，它是用数学中的函数求极值的方法求解开采设计方案中的某些参数的最优值。

特点：一般设定一个目标函数，如以吨煤费用为最低，列出与此相关的各参数之间的函数关系时，通过求极值的方法来确定各参数的取值。

第三节矿井设计方案的确定方法2/5/202372（五）、计算机辅助设计法——ComputerAidedDesign(CAD)

计算机辅助设计技术就是利用计算机系统来辅助人们完成设计各阶段的工作，包括资料整理分析、工程计算、结构模型分析、设计优化、经济分析、绘制图纸等。表现在两个方面应用：

1、施工图设计

2、人机交互式方案设计第三节矿井设计方案的确定方法2/5/202373二、矿井开拓设计方案比较内容矿井开拓方案应解决的问题:（1）确定合理的井硐形式、数目及位置；（2）确定合理的矿井生产能力；（3）合理选择工业广场的位置；（4）正确划分阶段、采区（条带），合理确定阶段高度和开采水平的数目；（5）合理布置大巷及井底车场；（6）合理确定矿井开采顺序及配采关系、采掘关系。第三节矿井设计方案的确定方法2/5/2023741、井田开拓方式不同的矿井开拓方案除开拓形式不同外，各方案的经济总量相差可能较大。2、井口位置及数量当开拓井筒形式不同时，井筒形式和位置的方案应结合在一起全面比较。形式相同的方案位置需单独比较。无论形式或位置比较时，都要包括井筒（平硐）数量的比较。3、开采水平开拓方案中开采水平的划分在不同方案比较的项目内容见表。第三节矿井设计方案的确定方法2/5/2023754、大巷布置（1）运输大巷布置方案比较内容开采煤层群可采用集中运输大巷、分组运输大巷或分煤层大巷等方式。大巷可布置在岩层中也可布置在煤层中，如果两种方均可行，应优先选择煤层大巷。（2）回风道布置方案比较内容总回风道布置方案的比较内容见表2-9。5、采区划分方案比较内容采区划分方案比较内容见表2-10。第三节矿井设计方案的确定方法2/5/202376项

目比

较

内

容矿井设计生产能力生产能力；服务年限、均衡生产年限、第一水平服务年限采区及工作面初期移交生产和达到设计采区数量、位置、探明的控制的储量、服务年采区接续、回采工作面数目、分布及其装备水平、长度、年进度；回采工作面总长度提

升

系

统主、副井井硐数量、长度及布置；提升容器及数量、能力通

风

系

统风井、总回风道数量及工程量；通风设备及构筑物压

风

系

统压风设备及构筑物供

电

系

统供电负荷；输变电线路及设备地

面

运

输铁路接轨点、线路选择及长度；公路线路选择及长度；桥涵设置地

面

建

筑行政生活建筑；居住区建筑及设施；通勤设备工业场地及占地工程地质条件、工业场地布置；供电、水、通讯、公路、排矸系统；环境保护措施、井口及工业场地占地；铁路、公路、居住区占地井

巷

工

程

量移交生产时井巷工程量；达到设计生产能力时总井巷工程量劳

动

定

员原煤生产人员、服务人员、其他人员、矿井总定员劳

动

生

产

率全员效率基建投资移交生产时投资；达到设计生产能力时总投资；吨煤投资建

设

工

期移交生产时连锁工程工期、总工期原

煤

成

本吨煤成本返

本

期基建投资返本期井田开拓方式方案比较内容

2/5/202377项

目比

较

内

容井筒特征及装备井筒位置、数目、深度、断面、支护形式及装备采区及工作面初期达产时的采区数量、位置、服务年限、采区接替、回采工作面数目、分布及其装备提

升

系

统提升容器类型及数量；装、卸载设备、提升设备及能力井底车场及硐室井底车场形式、调车方式及通过能力；主副井系统硐室运输大巷大巷断面及支护、布置方式及长度、煤柱通风及安全通风方式；风井数量及特征，总回风道布置、断面及长度；通风网路及风压施工技术条件冲积层厚度、岩性、涌水量；工业场地工程地质条件、稳定性及基岩含水性，井筒通过强含水层的措施；水、电输送条件；井筒延深方式煤

柱井筒及工业场地煤柱量占

地工业场地占地及居住区占地；铁路、公路占地工

程

量井筒、井底车场及硐室、运输大巷工程量；铁路、公路及工业场地土方工程量建

设

工

期施工准备工期、井巷辅助工程工期，总工期基建投资井巷工程投资；设备费、安装费；建筑及其他费用生产经营费井筒提升费、大巷运输费、排水费、通风费、地面运输费井筒形式方案比较内容

2/5/202378项

目比

较

内

容水

平

划

分水平标高；阶段垂高及斜长储量及服务年限水平上、下山储量及比例；水平上、下山服务年限、水平均衡生产年限及接替工

程

量井筒、井底车场及硐室工程量；运输大巷、石门、总回风道工程量（初期、后期）；采区准备巷道工程量基建投资井巷工程投资（初期、后期）建

设

工

期井巷连锁工程工期、总工期生产经营费井筒提升费、排水费；大巷（石门）运输费；井巷维护费开采水平划分方案比较内容

2/5/202379项

目比

较

内

容大

巷

位

置大巷所处层位岩性，有无动压影响大

巷

特

征断面、支护形式及数量，大巷运输方式、设备、煤柱工

程

量大巷工程量建

设

工

期井巷连锁工程工期、总工期基建投资大巷投资（初期、后期）生产经营费大巷维护费

运输大巷布置方案比较内容

2/5/202380项

目比

较

内

容布

置

方

式总回风道数量、位置、标高与防水煤柱的关系工

程量巷道断面、支护形式巷道长度、掘进体积施

工

工

期井巷工程工期基建投资巷道投资生产经营费巷道维护量、维护量其

他安全性

总回风道布置方案比较内容

2/5/202381项

目比

较

内

容采

区

特

征采区数量、各采区产量及服务年限；首采区位置、尺寸采

区

运

输采区上（下）山运输方式及装备煤

柱采区境界煤柱量工

程

量采区准备巷道、回采巷道工程量建

设

工

期采区贯通工期、总工期基建投资巷道投资生产经营费巷道维护费采区划分方案比较内容

2/5/202382第四节矿井开拓设计方案比较示例1一、井田概况某矿地面为平原地带，井田范围内地表标高为+80～90m，表土及风化带厚度(垂高)约50～60m，有流砂层，井田中部较薄，井田境界处较厚。煤层+30m～-420m底板等高线为界。井田两侧人为划定境界，井田走向长9km，倾斜长约1.74km。井田内共有4个可采煤层，倾角均为15°左右。各煤层的名称、厚度、间距及顶底板情况见下表。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；平均容重为1.32t／m3。本矿瓦斯含量大，涌水量较大，矿井正常涌水量为380m3／h。2/5/202383第四节矿井开拓设计方案比较示例1煤层地质条件表煤层层厚/m间距/m顶板底板m1m2m3m41.81.91.62.0152015直接顶为厚8m的页岩，老顶为厚4m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、砂岩互层直接底厚10m页岩下为40m厚层砂岩2/5/202384第四节矿井开拓设计方案比较示例12/5/202385第四节矿井开拓设计方案比较示例11、工业储量ZcZc=90001740（1.8+1.9+1.6+2.0)×1.32=15089.976万t=150.9Mt2、可采储量ZZ=(Zc–P)C=114.68Mt式中：P——工广、境界煤柱等永久煤柱损失，永久煤柱损失约占工业储量的5％；

C——采区采出率，80％。3、矿井服务年限P=Z/(AK)=68.3a式中：A——矿井生产能力，1.2Mt/a；

K——矿井储量备用系数，1.4。4、实际可采储量Zs

在备用储量中估计50%为采出率过低和受未预知的小地质破坏影响所损失的储量。Zs=Z-(Z-Z/1.4)×50%=98.3Mt2/5/202386二、开拓方案技术比较一）井筒1

井筒形式地形平坦，无平硐条件表土较厚且有流砂层立井开拓(主井设箕斗)1

井筒位置按流砂层较薄、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。1

井筒数目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，决定采用中央边界式通风。布置：主立井、副立井和回风风井。第四节矿井开拓设计方案比较示例12/5/202387二）阶段划分和开采水平的设置1

阶段划分本井田可划分为23个阶段1、两个阶段：阶段斜长=1740m/2=870m2、三个阶段:

第一阶段斜长740m

第二阶段斜长500m

第三阶段斜长500m第四节矿井开拓设计方案比较示例12/5/2023881

开采水平的设置1、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困难较多，故决定阶段内均采用上山开采，井田内不能采用单水平上下山开采的开拓。2、采区划分阶段内采用采区准备方式，每个阶段沿走向划分为6个走向长1500m的采区。在井田每翼布置一个生产采区，采用采区前进式开采顺序。第四节矿井开拓设计方案比较示例12/5/202389第四节矿井开拓设计方案比较示例1阶段数目阶段斜长/m水平垂高/m水平实际出煤/万t服务年限／a区段数目/个区段斜长/m区段采出煤量/万t水平采区28702254915.0534.1311.38+151746163.8437401914180.62299.7+141856174.195001292824.7419.616.54+131676156.935001292824.7419.616.54+131676156.93阶段主要参数水平采出煤量计算中把储量备用系数1.4所指的备用储量，一半划为地质损失，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一年产量递增、递减期计算。2/5/202390水平垂高H=阶段斜长sinα870sin15°=225.17m740sin15°=191m500sin15°=129m 水平实际采出煤/万t两个阶段：9830.1万t/2=4915.05万t三个阶段:第一阶段斜长740m第一阶段实际出煤(9830.1万t/1740m)740m=4180.62万t第二阶段斜长500m第二阶段实际出煤(9830.1万t/1740m)500m=2824.74万t第三阶段斜长500m第三阶段实际出煤(9830.1万t/1740m)500m=2824.74万t第四节矿井开拓设计方案比较示例12/5/202391三）水平服务年限方案一一水平68．26/2=34.13a二水平68．26/2=34.13a方案二一水平（68．26/1740m）740m=29a二水平（68．26/1740m）

500m=19．61a三水平（68．26/1740m）

500m=19．61a第四节矿井开拓设计方案比较示例12/5/202392四）采区服务年限两个采区保证产量，即两个采区同采每个采区服务时间；方案一一水平34.13a/3=11.38a+1a二水平34.13a/3=11.38a+1a方案二一水平29a/3=9．7+1a二水平19．61a/3=6.54+1a三水平19．61a/3=6.54+1a第四节矿井开拓设计方案比较示例12/5/202393五）区段数目及区段斜长方案一：一水平5个区段：870m/5=174二水平5个区段：870m/5=174m方案二：一水平4个区段：740m/4=185m二水平3个区段：500m/3=167m三水平3个区段：500m/3=167m第四节矿井开拓设计方案比较示例12/5/202394六）

设计区段采出煤量设计区段采出煤量=采区设计采出煤量/采区内区段数方案一：一水平六个采区，每采区5个区段：4915.05万t/6/5=163.84万t二水平六个采区，每采区5个区段：4915.05万t/6/5=163.84万t方案二一水平六个采区，每采区4个区段：4180.62万t/6/4=174.19万t二水平六个采区，每采区3个区段：2824.74万t/6/3=156.9319万t第四节矿井开拓设计方案比较示例12/5/202395七）大巷布置方案集中大巷布置—各煤层间距较小岩石大巷—为减少煤柱损失和保证大巷维护条件岩石大巷位置——底板下垂距为30m的厚层砂岩内上阶段运输大巷留作下阶段回风大巷八）上山布置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30m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。其他采区上山位于距m4煤层底板约20m的砂岩中，采后报废。第四节矿井开拓设计方案比较示例12/5/202396九）技术上可行的开拓延深方案第四节矿井开拓设计方案比较示例1方案一立井两水平直接延深方案二立井两水平暗斜井延深2/5/202397第四节矿井开拓设计方案比较示例1方案三立井三水平直接延深方案四立井三水平暗斜井延深2/5/202398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。方案一需多开立井井筒(2225m)、阶段石门800m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。方案二则多开暗斜井井筒(倾角15°，2870m)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。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深立井。方案三需多开立井井筒(2130m)、阶段石门600m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。方案四则多开暗斜井井筒(500m+580m)和暗斜井的上（300m）、下部车场（500m）；并相应地增加了暗斜井的提升和排水费用。

不采用暗井延深，所以，只剩下第一和第三方案参加经济比较。第四节矿井开拓设计方案比较示例12/5/202399三、开拓方案经济比较各方案粗略估算费用表方案方案一方案二基建费/万元立井开凿石门开凿井底车场2×225×3000×10-4=135.0800×800×10-4=64.01000×900×10-4=90.0主暗斜井开凿副暗斜井开凿上、下斜井车场870×1050×10-4=91.35870×1150×10-4=100.05(300＋500)×900×10-4=72.00小计289.0小计263.4生产费/万元立井提升石门运输立井排水1.2×4915.05×0.5×0.85=2506.71.2×4915.05×0.80×0.38=1797.7380×24×365×34.13×0.1525×10-4=1732.6暗斜井提升立井提升排水(斜、立井)1.2×4915.05×0.87×0.48=2463.01.2×4915.05×0.275×1.02=1654.4380×24×365×34.13(0.063+0.127)×10-4=2158.6小计6037.0小计6276.0总计费用／万元6326.0费用(万元)6539.4百分率100％百分率103.37％粗略估算表明：两方案费用相差不大。考虑到方案一的提升、排水工作的环节少，人员上下较方便，在方案二中未计入暗斜井上、下部车场的石门运输费用，方案一在通风方面优于方案二，所以决定选用方案一。2/5/2023100各方案粗略估算费用表

方案四的总费用比方案三约高4％。两者相差不到10％，仍可视为近似相等。但方案四终究费用略高一些。再考虑到方案三的提升、排水等环节都比方案四更少，即生产系统更为简单可靠一些。所以决定采用方案三。余下的一、三两方案均属技术上可行，水平服务年限等也均符合要求(大型矿井第一水服务年限应大于25a，故第三方案确定其阶段斜长为740m)。两者相比，方案三的投资要比方案一低，其初期投资较少，生产经营费也可能略低。两方案需要通过经济比较，才能确定其优劣。方案方案三方案四基建费/万元立井开凿石门开凿井底车场2×130×3000×10-4=78.0600×800×10-4=48.01000×900×10-4=90.0主暗斜井开凿副暗斜井开凿上、下斜井车场580×1050×10-4=60.9500×1150×10-4=57.5(300＋500)×900×10-4=72.00小计216.0小计190.4生产费/万元立井提升石门运输立井排水1.2×2824.74×0.5×0.85=1440.61.2×2824.74×0.60×0.381=774.9380×24×365×19.61×0.1525×10-4=1015.3暗斜井提升立井提升排水(斜、立井)1.2×2824.74×0.58×0.48=943.71.2×2824.74×0.37×0.92=1185.0380×24×365×19.61(0.053+0.14)×10-4=1259.9小计3230.8小计3388.6总计费用/万元3446.8费用(万元)3579.0百分率100％百分率103.8％2/5/2023101生产经营工程量表项目方案1项目方案3运输提升／万t.km工程量运输提升/万t.km工程量采区上山运输一区段二区段三区段四区段2×1.2×983.04×4×0.174=1642.072×1.2×983.04×3×0.174=1231.552×1.2×983.04×2×0.174=821.042×1.2×983.04×l×0.174=410.52采区上山一水平一区段二区段三区段二、三水平一区段二区段1.2×1045.14×3×0.185=696.061.2×1045.14×2×0.185=464.041.2×1045.14×1×0.185=232.022×1.2×941.58×2×0.167=754.772×1.2×941.58×1×0.167=377.39大巷及石门运输一水平二水平立井提升一水平二水平1.2×4915.05×2.25=13270.641.2×4915.05×3.05=17989.081.2×4915.05×0.275=1621.911.2×4915.05×0.5=2949.03一水平二水平三水平立井提升一水平二水平三水平1.2×4180.62×2.52=12642.]91.2×2824.74×2.25=7626.801.2×282474×2.85=9660.611.2×4180.62×0.24=1204.021.2×2824.74×0.37=1254.181.2×2824.74×0.5=1694.84维护采区上山维护/万·a·m1.2×2×6×2×870×12.38×10-4=31.02维护采区上山维护/万·a·m1.2×6×2×740×10.7×10-4=11.401.2×2×6×2×500×7.54×10-4=10.86排水/万m3，一水平二水平380×24×365×34.13×10-4=11361.19380×24×365×34.13×10-4=11361.19排水/万m3一水平二水平三水平380×24×365×29×l0-4=9653.52380×24×365×19.61×10-4=6527.8380×24×365×19.61×10-4=6527.82/5/2023102基建费用表方案方案一方案三项目工程量单价/元.m-1费用/万元工程量单价/元·m-1费用/万元初期主井井筒副井井筒井底车场主石门运输大巷295280100017003000300090080088.584.090.0136.0260245100027017003000300090080080078.073.590.021.6136.0小计398.5399.1后期主井井简副井井简井底车场主石门运输大巷2252251000800137003000300090