第六章矿井开采设计

第六章矿井开采设计第一节矿井开采设计的依据、程序和内容第二节矿井开采设计方法第三节矿井开拓设计示例矿井开采设计要求：

新矿井建设之前——矿井开采设计矿井投产后——改扩建和水平延深设计阶段：

（1）编制设计任务书；（2）编制设计文件；（3）建设施工；（4）竣工验收和交付生产。内容：（1）主要技术原则：开拓部署、井巷布置、生产系统（2）单位工程施工图设计程序：项目建议书→

可行性研究→初步设计(包括安全专篇)

→施工图设计

第一节矿井开采设计的依据、程序和内容一、矿井开采设计的依据

（1）国家方针、政策及法规。

（2）设计任务书。

（3）煤炭资源及地质资料。（4）经批准的上阶段设计所确定的原则和技术标准。

二、矿井开采设计的程序和内容1.设计程序：项目建议书→可行性研究→初步设计(包括安全专篇)→施工图设计2.设计内容：（1）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）矿井初步设计安全专篇

矿井项目建议书编制依据：批准的矿区综合开发规划主要内容：

（1）拟建矿井提出的必要性和依据；

（2）建设规模和建设地点、投资估算和资金筹措的初步设想；

（3）项目的进度安排；

（4）资源情况、建设条件、协作关系和引进技术设备的国别、厂商的初步分析；

（5）经济效益和社会效益的初步分析等。

矿井建设可行性研究编制依据：已批准的矿区总体规划和的项目建议书基础资料：已批准的矿井精查地质报告主要内容：

（1）报告说明；（2）预测市场对煤炭的需求情况；（3）分析煤炭资源条件和原始地质资料,确定矿井生产能力；（4）确定先进可靠和符合我国技术政策及能源政策的开拓方案；（5）选择矿井合理的工艺流程和主要设备；（6）确定合理的矿井工业场地总平面布置及环境保护方案、占地面积、居住区规划等；（7）协调各方面关系；（8）对建设项目的经济效果进行总评价；（9）附图。矿井初步设计编制依据：已批准的精查地质报告和煤层赋存条件用途：指导施工图设计,作为控制工程投资、设备选型订货、矿井验收和生产考核的依据。主要内容：

（1）总说明；（2）井田概况及地质特征；（3）井田开拓；（4）大巷运输及设备；（5）采区布置及装备；（6）通风和安全；（7）提升、通风、排水和压缩空气设备的方案比选,设备型号、功率等；（8）地面生产系统；（9）地面运输；（10）总平面布置及防洪排涝；（11）电气；（12）地面建构物；（13）给水与排水；（14）采暖、通风及供热；（15）采暖、通风及供热；（16）环境保护；（17）建筑防火；（18）节能；（19）建井工期；（20）技术经济；（21）设计内容的附图、主要机电设备和器材目录、“三材”消耗以及设计概算书。矿井初步设计安全专篇编制依据：初步设计阶段报批时间：与初步设计同时报批主要内容：

（1）前言；（2）矿井概况及安全条件；（3）矿井通风；（4）粉尘灾害防治；（5）瓦斯灾害防治；（6）矿井防灭火；（7）矿井防治水；（8）井下其他灾害防治；（9）矿井集中安全监测监控；（10）矿井安全检测及其他装备、矿山救护队；（11）劳动定员和概算；（12）附图。施工图设计编制依据：已批准的初步设计用途：施工单位进行施工的依据主要内容（新建矿井）：

（1）井巷工程施工图（2）地面建筑工程和机电设备施工图（3）安装工程施工图

三、矿井开采设计工作的原则1.提高设计水平,保证设计质量；2.保证合理的设计周期；3.加强设计审批工作；

第二节矿井开采设计方法矿井开采设计内容：

（1）井田开拓（核心）（2）采区准备（3）采煤方法（4）巷道掘进（5）矿井提升、运输、通风、排水、动力供应等各生产系统

矿井设计方案确定方法：

1.方案比较法

2.统计分析法3.技术标定法（或称标准定额法）4.数学分析法

5.经济数学规划法等选用的设计方案应满足：技术上先进,经济上合理,安全上可靠。

一、方案比较法

1.方案比较法的步骤：（1）熟悉基础资料；（2）提出若干技术上可行、安全上可靠的方案；（3）进行技术分析比较；（4）进行经济比较；（5）确定合理的矿井开拓方案

技术分析比较（1）矿井的可靠性和稳定性；（2）有利于安全生产；（3）矿井水文地质条件；（4）初期采区及回采工作面的位置；（5）集中生产；（6）井口位置；（7）要考虑初期不迁或少迁村庄,尽量不占或少占良田；（8）少压煤、不压煤或少压开采条件好的煤；（9）满足建矿地区环境保护的要求；（10）要符合矿区总体设计要求及其他外部条件的要求。经济比较（1）工程量：井巷工程量、地面建筑工程量、机电设备安装工程量（2）基本建设投资：井巷工程量投资、地面建筑和构筑物投资、机电设备安装工程量投资、其他工程量投资（3）基本建设工期（4）机电设备及主要材料用量（5）生产经营费用：巷道维护费用、运输费用、提升费用、通风费用和排水费用等合理矿井开拓方案的确定主要最优性准则：（1）吨煤投资和吨煤成本

吨煤成本：矿井生产总成本除以矿井产量的商值。

吨煤投资：矿井建设总投资额除以矿井生产能力的商值。（2）劳动生产率：采煤工作面日产量与采煤工作面昼夜出勤人数的比值。（3）折算费用法：折算费用=基本建设投资费×投资效果系数+生产经营费用

（4）投资回收期法（5）利润和多目标决策方案优化注意事项：

（1）不要遗漏可行的方案，反复核对对比项目,以免遗漏。（2）经济计算时,只考虑重要项目费用。（3）相同、影响不大、差别很小的费用项目可不比较。（4）各项费用单价的选取必须比较可靠。（5）大的方案比较之前，先对一些相同类型的局部方案进行比较，求出合理的局部方案后,再进行整体的方案比较。（6）进行经济比较时,应将基本建设费用与生产经营费用分别列出。（7）分析计算出各方案的矿井建设期限,作为方案比较的因素之一。（8）各方案的差别以百分比来表示，总费用最小的方案定为100%。（9）两个方案差额不超过10%时,即认为此两方案在经济上是等价的；但差额的绝对值很大时,应以差额作为对比的标准。（10）正确估计各项影响因素在所研究方案中的重要程度,以便根据给定的目标,选取最优方案。二、其他设计方法1.统计分析法应用数理统计原理,对生产矿井中的某一实际问题进行调查统计,找出相关参数之间的关系取得参数的合理平均值或取值范围的一种方法。2.标准定额法以规范、规程和规定的形式对开采设计中的某些技术条件或参数做出具体规定,而后据此规定条件确定某设计方案内其他有关参数。

二、其他设计方法3.数学分析法以吨煤费用最低为准则,列出吨煤费用与欲求参数之间的函数关系,采用微分求极值的方法求解开采设计方案中某些参数的有利值。4.标准定额法应用了经济数学中线性规划的理论,借助于电子计算机进行矿井开采设计,选择最优方案的一种新的方法。

第三节矿井开拓设计示例一、井田基本资料1.井田概况

地形：位于丘陵地带,地形起伏较大,仅井田南部靠近井田边界处地势较为平坦，可作为工业广场选址。水文情况：井田南部境界外有北汭水河流过。地面标高：+1460~+1850m走向长度：4.00~8.50km倾斜长度：1.40~4.40km面积：约25km2。

井田概况Ⅰ———庞家磨场地;Ⅱ———何家庄场地;Ⅲ———曹家园场地;Ⅳ———任家磨场地2.井田内可采煤层

5#煤层：主采煤层，厚0.02~83.00m,平均厚33m,仅西部局部不可采。

5#煤层分四个区段：

东区块段可采储量：317.20Mt；北区块段可采储量：84.10Mt；南区块段可采储量：130Mt；西区块段可采储量：25Mt。

3#煤层：厚0~4.50m,平均厚1.58m；东南部分布不均匀不连续、不稳定,灰分高,不适宜开采；西北部具有一定的开发价值,可采储量17.2Mt。

3.其他情况

（1）矿井地质储量：916Mt,其中5#煤888Mt,3#煤28Mt；（2）低瓦斯矿井，煤尘有爆炸危险；（3）矿井水文地质条件简单，正常涌水量110m3/h，最大涌水量135m3/h;（4）井田内煤层赋存深,覆盖层厚度在500m以上,表土含水丰富；（5）古近系甘肃群下部砂岩结构松软、含水丰富,井筒施工困难；（6）除了东部的向斜和中部的背斜外,井田内无大断层,具有采用机械化采煤的条件。（7）具有较好的铁路外运条件,有加大开发强度的必要。（8）井型定为4.00Mt/a,矿井的服务年限为99a。

二、矿井开拓方案设计1.井筒形式和井口位置（1）井筒形式：立井（2）井筒和工业广场位置：井田南部（3）井口和工业广场合适的地点：Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ（4）通风方式：前期中央并列式通风，后期分区式通风。

2.开采水平数目和标高位置（1）方案甲水平垂高：+940m；首采区上山长度：1700m，储量为258Mt；首采区下山长度：1580m，储量为278Mt；优点：上、下山储量比例适宜；缺点：副井井底和井底车场连接处围岩条件差,断面大时施工困难,施工难度大。

（2）方案乙水平垂高：+930m；首采区上山长度：1560m，储量为282Mt；首采区下山长度：1720m，储量为255Mt；优点：上、下山长度和上、下山储量皆宜；副井井底和井底车场连接处围岩条件好,也有利于车场和主要硐室布置。

（3）方案丙水平垂高：+915m；优点：上、下山长度和上、下山储量都能满足生产和设备的要求。缺点：井底围岩条件差,不利于车场和主要硐室的布置。

小结：通过比较,确定使用方案乙（+930m水平）较为合适。

3.开采水平的巷道布置水平大巷在西北部基本沿煤层走向布置,在东南部穿越大背斜布置;井型大,生产集中,运输采用带式输送机运输,轨道大巷采用电机车运输。

4.开拓方案概述（1）方案一：

井口及工业广场位置：

Ⅰ

开拓方式：立井单水平开拓

主、副井口标高：+1480m

井底车场：+930m水平环形车场

大巷布置：水平轨道大巷按3‰坡度掘进，胶带大巷沿5#

煤层底板掘进,回风大巷沿5#煤层中部布置

大巷与井底车场连接方式：轨道石门、回风石门通风方式：初期中央并列式通风（抽出式），后期分区式通风。采区划分：13个采区,其中5#煤10个,3#煤3个；首采区：东一和西一两个采区

方案一平面图1—主立井;2—副立井;3—回风立井;4—+930m水平东部轨道大巷;5—东部带式输送机大巷;6—东部回风大巷;7—+930m水平西部轨道大巷;8—西部带式输送机大巷;9—后期进、回风立井方案一Ⅰ-Ⅰ剖面图1—主立井;2—副立井;3—回风立井;4—井底煤仓;5—上仓带式输送机大巷;6—分区煤仓;7—+930m水平西部轨道大巷方案一Ⅱ-Ⅱ剖面图1—主立井;2—副立井;3—回风立井;4—井底煤仓;5—上仓带式输送机大巷;6—分区煤仓;7—+930m水平西部轨道大巷；8—西部回风大巷；9—西部带式输送机大巷；10—东部带式输送机大巷；11—+930m水平东部轨道大巷；12—东二采区上山（2）方案二：

井口及工业广场位置：

Ⅳ

开拓方式：立井单水平开拓

主、副井口标高：+1150m

井底车场：+930m水平环行井底车场

大巷布置：沿煤层走向设+930m水平轨道大巷,沿5#煤层底板布置胶带大巷,沿5#煤层中部布置回风大巷

大巷与井底车场连接方式：轨道石门、进风石门和胶带石门通风方式：初期中央并列式通风，后期中央边界式通风

采区划分：15个采区,其中5#煤11个,3#煤4个；首采区：北一和北三采区

方案二1—主立井;2—副立井;3—回风立井;4—+930m水平东部轨道大巷;5—+930m水平进风石门;6—+930m水平带式输送机石门;7—+930m水平轨道大巷;8—+930m水平带式输送机大巷;9—后期进、回风立井（3）方案三：

井口及工业广场位置：

Ⅱ

开拓方式：立井开拓

主、副井口标高：+1510m

井底车场：+1030m

环行井底车场辅助水平开采：+1030m水平和+930m水平

大巷布置：南北向+1030m水平轨道大巷,沿5#煤层底板设胶带大巷,沿5#煤层中部设回风大巷。

辅助水平连接方式：利用北四采区的集中胶带下山连接