资源描述
- I - 摘 要 本设计矿井为双鸭山矿业集团东荣四矿 1.8Mt/a 新井设计，共有 3 层可采 煤层，平均总厚度 14m。煤层工业牌号为气煤，设计井田的可采储量为 166.56Mt，服务年限为 66.1a。 本矿井设计采用双立井方案开拓，划分两个水平，一个工作面达产。采用 集中大巷布置，大巷采用 10t 架线式电机车牵引 3t 底卸式矿车运输，采煤方 法为走向长壁采煤法，采煤工艺为综合机械化采煤工艺，采空区处理方法为全 部垮落法。 主井采用多绳摩擦箕斗提升，副井采用刚性组合罐道罐笼提升。 关键词 水平 工作面 采区 集中大巷 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 - II - Abstract The mine of this design is to construct 1.8 million tons per year new mine for the forth Dongrong coal mine of Shuangyashan Mine Administration mine. This mine has three arailable designed coal seam, and its average thickness is 14 meters. The coal seam industry card number is gas coal, this designed field of minable capacity is 166.56 million tons, and length of service of the mine is 66.1 years. This mine-shaft is applied to double vertical shaft developmnt, which is divided two levels, a working face to produce. With gazhering main roadway, big alley adopt the wiring type generator vehicle of 10t pull the base of 3t drop-bottom mine car transportation, the method of coal mining is longwall coal mining method, the coal winning technology is full-mechanized, adopting empty area handles method as all falls . The main-mine adopt many rub the box promotes, the vice-mine adopts the rigid combination a cage promotes. Key Words Level working face district gazhering main roadway III 目 录 摘要I Abstract.II 绪论VII 第 1 章 井田概况及地质特征 .1 1.1 井田概况 1 1.1.1 交通位置 1 1.1.2 地势和河流 2 1.1.3 气象和地震 2 1.1.4 水源及电源 2 1.1.5 煤田开发历史及近况 2 1.2 地质特征 3 1.2.1 矿区范围内的地层情况 3 1.2.2 井田范围内和附近的主要地质构造 4 1.2.3 煤层赋存状况及可采煤层特征 5 1.2.4 岩石性质、厚度特征 5 1.2.5 井田内水文地质情况 6 1.2.6 沼气、煤尘及煤的自燃性 7 1.2.7 煤质、牌号及用途 7 1.3 勘探程度及可靠性 7 第 2 章 井田境界、储量、服务年限 .8 2.1 井田境界 8 2.1.1 井田周边情况 8 2.1.2 井田境界确定的依据 8 2.1.3 井田未来发展情况 8 2.2 井田储量 8 2.2.1 井田储量的计算 8 2.2.2 保安煤柱 9 2.2.3 储量计算方法 9 2.2.4 储量计算的评价 9 2.3 矿井工作制度 生产能力 服务年限10 2.3.1 矿井工作制度 10 IV 2.3.2 矿井生产能力的确定 10 2.3.3 矿井设计服务年限 12 第 3 章 井田开拓 .13 3.1 概述 13 3.1.1 井田内外及附近生产矿井开拓方式概述 13 3.1.2 影响本设计矿井开拓方式的因素及具体情况 13 3.2 矿井开拓方案的选择 13 3.2.1 井硐形式和井口位置 13 3.2.2 开采水平数目和标高 17 3.2.3 开拓巷道的布置 20 3.3 选定开拓方案的系统描述 21 3.3.1 井筒形式和数目 21 3.3.2 井筒位置及坐标 22 3.3.3 水平数目及高度 22 3.3.4 石门、大巷数目及布置 22 3.3.5 井底车场的形式选择 24 3.3.6 煤层群的联系 25 3.3.7 采区划分 26 3.4 井筒布置和施工 27 3.4.1 井筒穿过的岩层性质及井筒支护 27 3.4.2 井筒布置及装备 27 3.4.3 井筒延伸的初步意见 27 3.5 井底车场及硐室 29 3.5.1 井底车场形式的确定及论证 29 3.5.2 井底车场的布置 储车线路 行车线路布置长度 30 3.5.3 井底车场通过能力验算 32 3.5.4 井底车场主要硐室 33 3.6 开采顺序 34 3.6.1 沿井田走向的开采顺序 34 3.6.2 沿井田倾向的开采顺序 34 3.6.3 采区接续计划 35 3.6.4 “三量”控制情况 35 第 4 章 采区巷道布置 .38 V 4.1 采区概述 38 4.1.1 设计采区的位置、边界、范围、采区煤柱 38 4.1.2 采区的地质和煤层情况 38 4.1.3 采区的生产能力、储量及服务年限 38 4.2 采区巷道布置 40 4.2.1 区段划分 40 4.2.2 采区上山布置 40 4.2.3 采区车场布置 41 4.2.4 采区煤仓形式、容量及支护 48 4.2.5 采区硐室简介 50 4.2.6 采区工作面接续 51 4.3 采区准备.51 4.3.1 采区巷道的准备顺序 51 4.3.2 采区主要巷道的断面示意图及支护方式 52 第 5 章 采煤工艺 .54 5.1 采煤方法的选择 54 5.2 回采工艺 55 5.1.1 选择和决定回采工作面的工艺过程及使用的机械设备 55 5.1.2 选择采面循环方式和劳动组织形式 56 第 6 章 井下运输和矿井提升 .58 6.1 矿井井下运输 58 6.1.1 运输方式和运输系统的确定 58 6.1.2 矿车的选型及数量 59 6.1.3 采区运输设备的选择 61 6.2 矿井提升系统 62 6.2.1 提升方式 62 6.2.2 矿井主提升设备的选择及计算 62 第 7 章 矿井通风与安全 .65 7.1 通风系统的确定 65 7.2 风量计算和风量分配 66 7.2.1 风量计算 66 7.2.2 风量分配 69 7.2.3 风量的调节方法与措施 69 VI 7.2.4 风速的验算 69 7.3 矿井通风阻力的计算 70 7.3.1 确定全矿最大通风阻力和最小通风阻力 70 7.3.2 矿井等积孔的计算 72 7.4 通风设备的选择 76 7.4.1 主扇的选择计算 76 7.4.2 电动机的选择 77 7.4.3 反风措施 77 7.5 矿井安全技术措施 77 第 8 章 矿井排水 .81 8.1 概述 81 8.2 矿井主要排水设备 81 8.2.1 排水方式和排水系统简介 81 8.2.2 主排水设备及管路的选择计算 82 第 9 章 矿井主要技术经济指标 .85 总结 .87 致谢 .88 参考文献 .89 附录 1 90 附录 2 97 VII 绪 论 在大学四年的时间里，我学习了很多的基础知识和专业知识，为了能很好 地把这些知识再梳理一次，进而达到系统地掌握这些知识，为日后深造和工作 所用，特借毕业设计这个机会做双鸭山矿业集团东荣四矿（17#、18#、28#） 1.8Mt 新井设计。在做设计之前，我去该矿进行了毕业实习，收集了该矿的有 关资料。 本设计是关于东荣四矿的新井设计，主要内容包括开拓方式、采煤工艺、 支护方式、设备选择和矿井的各大系统等。在做设计的过程中，应用到了煤矿 开采学、煤矿地质学、测量学、岩石力学、矿井通风与安全、CAD 绘图等诸多 方面的知识。由于煤炭工业矿井设计理论知识更新速度较慢，本设计是按以前 的设计流程模式进行的。 在科学技术突飞猛进的今天，采用新技术和新工艺成为了煤炭工业发展的 必由之路，本设计中对厚煤层的开采，采用了现在在技术上较为先进和成熟的 一次采全高的采煤方式。 在随着人们对环境保护的认识的加深，在矿井设计中，矿区环境保护和矿 区环境治理方面的考虑会越来越重要，为此，本设计在这方面也做了一定的考 虑。 我希望通过这次设计，能够对矿井的各大系统有一个更清楚的认识，进一 步巩固这四年来所学的知识，为三个月后上岗工作奠定一定的基础。 1 第 1 章 井田概况及地质特征 1.1 井田概况 1.1.1 交通位置 东荣四矿位于黑龙江省集贤煤田东南端，西南距福利屯 38km，经福利屯 到矿业集团所在地双鸭山市为 46km，经福利屯至富锦县公路穿过本设计 井田的中部，富前铁路在东荣矿区南部边缘外约 3km 处通过，交通比较方便， 详见图 1-1 交通位置图。 图 1-1 交通位置图 2 1.1.2 地势和河流 本井田位于三江平原的西南部，属高河漫滩，地势低平，地表标高 +85m+87m。井田东部有双山子，标高+174m；西依索利岗山，标高为 +227.9m；南邻完达山北麓；北面地势广阔平坦。 本设计井田内没有大的河流，只有二道河子等季节性河流从西、南两个方 向流入本区。雨季，二道河子最大流量为 5.9m3/s，近年来随着农业生产的发 展，在井田内修筑了一些排水渠道，致使湿地面积有所缩小。 1.1.3 气象和地震 本区属寒温带大陆性气候，夏季气温较高，冬季寒冷，年平均最高气温为 20.123.7；年平均最低气温为-17.4-23.9，最低气温达-35；年降 水量 325.7392.3mm；年蒸发量 1095.51430.6mm；年平均风速 4.14.7m/s，最大风速可达 24m/s，风向多偏西风；每年十月至次年五月为 冻结期，最大冻结深度 1.552.08m。 根据国家地震局有关资料，集贤及其邻区地震烈度在 6以下，过去无强 烈地震记载。 1.1.4 水源及电源 本设计矿区内第四系地层广泛分布，地下含水量较丰富，供水水源较充足。 双鸭山地区现有区域变电站两座及正在兴建的大型火力发电厂一座。在矿 区总体设计阶段，供电电源方案已达成协议，所以供电电源容易解决。 1.1.5 煤田开发历史及近况 双鸭山矿业集团距离本区约 46km，双鸭山矿业集团现有生产矿井 8 对， 本井田内没有生产、在建及停闭矿井，也没有小煤窑。但在井田外的西南方约 15km 处有正在生产的双鸭山矿业集团集贤煤矿，西南约 18km 处有集贤县升平 小煤矿。 集贤煤矿采用立井开拓，设计生产能力 0.6Mt/a，一水平标高为-150m， 目前正采 9#、15#和 16#三个煤层,共布置四个采区,矿井的正常涌水量 92.15m3/h，最大涌水量 140.16 m3/h，矿井瓦斯不大，属低瓦斯矿井。 3 1.2 地质特征 1.2.1 矿区范围内的地层情况 本设计井田的可采煤层均赋存在上侏罗系鸡西群城子河组，其上为鸡西群 穆棱组，在穆棱组上覆的是第三、第四纪地层。晚侏罗系地层不整和于元古 界古生界基底上，基底由元古界麻山群泥盆系青龙山组及侵入的花岗岩组成， 详见表 1-1 地层系统表。 表 1-1 地层系统表 界系统（群）组厚度（m） 全新统1020 全新统温泉河组2040 上更新统顾乡屯组1040 中更新统4080 第 四 系 下中新统白山土组1550 新 生 界 第三系上新统富锦组121 穆棱组7570 城子河组887 中生界 侏罗系 上统（鸡西群） 东荣组250 古生界中统青龙山组不清 元古界麻山群不清 第四系地层在井田内广泛分布，主要由砾砂和粗砂等组成，中间夹有不连 续的亚粘土，在砂层上，覆有粘土及厚度 810m 的黑腐植土。区内四纪地层 厚度为东西薄，中间厚，南部薄，北部厚。 第三系地层，除在井田极少数块段缺失，形成“天窗”外，其余各处广泛 存在。该地层由粉砂岩、泥岩等组成。岩石胶结松散，以灰绿色为主，厚度变 化不大。 上侏罗系上统鸡西群城子河组，为井田的主要含煤地层，该层主要由灰白 色长石、砂岩、灰色粉砂岩及泥岩、凝灰色砂岩和砂质泥岩等组成，含煤地层 特征详见图 1-2 煤层综合柱状图。 4 层号 煤层号 柱状 深灰色、层理不明显 黑色、具有玻璃光泽 黑灰色、坚硬 灰白色、石英粒粉、坚硬、层理不明显 黑灰色、石英为主、坚硬 灰色、石英沙砾、硅质胶结、坚硬 灰白色、快状、粒度分选不均匀 灰白色、粒度不均匀 黑灰色、半亮型煤、玻璃光泽 灰色、水平层理 灰白色、快状、粒度分选不均匀 浅灰色、层理不明显 灰色、水平层理、致密坚硬 灰白色、粒度不均匀 灰色、水平层理 厚度 岩石名称 28 18 174.8 4.7 4.5 粗砂岩 粉砂岩 中粗砂岩 煤 粗砂岩 中砂岩 粉砂岩 煤 粉砂岩 中砂岩 粉细互层 粉砂岩 中砂岩 粉砂岩 粉砂岩 粉砂岩 粗砂岩 粉细互层 煤 粉砂岩 深灰色、颗粒分选差、坚硬、层理不明显 黑灰色、半亮型、沥青光泽 灰色、石英砂岩硅质胶结 灰白色、以石英颗粒为主坚硬、水平层理 浅灰色、石英颗粒、层状构造、泥质胶结 岩石描述 图 1-2 煤层综合柱状图 1.2.2 井田范围内和附近的主要地质构造 本井田位于三江盆地的西部，是中生代以来的一个断陷凹陷地。区域 构造属新华夏系第三隆起带，北段由一些一级隆起带和凹陷带共同组成。 本井田的区域构造主要受华夏系和北西向构造应力场的共同控制。由前者 派生的次级构造占明显优势，在本井田范围内主要有以下几条断层，其特征详 见表 1-2 断层发育及落差表。 5 表 1-2 断层发育及落差表 产 状 序 号 编 号 倾向倾角 性 质 落 差 （m） 可靠性 备 注 1F9北东向 4060 逆40130可靠 2F32北西向 3040 逆50100可靠 3F70南东向 2030 逆2030可靠 4F84北西向 1040 逆2035可靠 5F85北西向 2050 正3060可靠 1.2.3 煤层赋存状况及可采煤层特征 本井田具有经济价值的可采煤层均集中于鸡西群城子河组，该组地层厚度 为 887m。煤层平均总厚达 14m，可采煤层有 17#、18#和 28#煤层，其倾角在 15左右。 可采煤层特征分述如下： 17#煤层：全区发育且稳定，为本区主要可采煤层，煤层结构简单，厚度 较大，煤质稳定，本煤层内没有夹矸，煤层厚度 4.55.0m，平均厚度 4.8m， 视密度为 1.3t/m3，顶板为中粗砂岩，平均厚度 9.8m，底板为粗砂岩，平均厚 度 6.5m，下距 18#煤层约 30m。 18#煤层：全区发育且稳定，为本区主要可采煤层，煤层结构较简单，煤 质稳定，本煤层在极少数块段内有夹矸，其厚度不超过 0.1m，煤层厚度 4.54.9m，平均厚度 4.7m，视密度为 1.3t/m3，顶板为粉砂岩，平均厚度 7.8m，底板粉砂岩，平均厚度 20m，下距 28#煤层约 125m。 28#煤层：全区发育且稳定，为本区主要可采煤层，煤层结构较简单，煤 质变化不大，部分数块段内有夹矸，其厚度不超过 0.1m，煤层厚度 4.24.7m，平均厚度 4.5m，视密度为 1.3t/m3，顶板为粉细互层，平均厚度 5.4m，底板粉砂岩，平均厚度 10.2m。 1.2.4 岩石性质、厚度特征 本区内岩性较细，主要由粉砂岩、细纱岩、粉细互层及煤层等组成。 煤层和岩层的物理性质差异比较明显，各岩层的密度差别较大，用物理射 6 线探测各种岩性反映明显，岩石硬度多数为中等硬度的砂岩类。本矿井所有岩 石特征情况详见表 1-3 岩石主要物理力学性质指标表。 表 1-3 岩石主要物理力学性质指标表 名 称 视密度 kg/cm3 孔隙度 % 抗压强度 102kg/cm3 抗拉强度 102kg/cm3 变形模量 102kg/cm3 弹性模量 kg/cm3 砂岩2.02.65252200.50.40.58110 砾岩2.32.65151150.21.50.8828 泥岩2.7 2.851.65.212.830.62.027510 灰岩2.22.75205200.52.018510 页岩2.02.416301100.21.013.528 石英2.652.70.120.515351.03.06 20620 1.2.5 井田内水文地质情况 第四系孔隙含水层：在全矿井广泛发育，除山坡地区较薄外，其余均很厚， 发育的规律为：由南向北逐渐增厚。水的主要补给来源是大气降水和山区地下 水，涌水量为 0.7057L/（sm） 。 第三系孔隙含水层：在井田内广泛存在，其厚度发育规律为由东南向西北 逐渐增厚，向东变薄。其涌水量为 0.0010.83L/（sm） 。 煤系裂隙含水带：本含水层是直接充水含水层。它与第三系有一定水力联 系，但很微弱。 基底岩层裂隙水：分布于低山和丘陵地带，由花岗岩，安山岩及变质岩等 组成，对煤系裂隙含水带补给量很微弱，而且对矿床充水无影响。 井田内的主要隔水层有第四系顶部粘土、亚粘土，中部粘土，亚粘土和第 三系泥岩和砂岩层。 开采初期，矿井涌水量最大，随着开采的不断进行，水的静储量逐渐消耗。 矿井的涌水量将会逐渐减少，进而趋于相对稳定。 本井田最大的涌水量为 140.16m3/h，正常涌水量为 92.15 m3/h。 7 1.2.6 沼气、煤尘及煤的自燃性 由于地质报告没有明确提出本矿井的瓦斯等级，故本设计只能根据集贤矿 井的煤尘及瓦斯情况来推算，初步确定本矿井初期的瓦斯等级为低瓦斯矿井， 相对涌出量为 1.92 m3/t，并且本矿井的煤有煤尘爆炸危险和自燃发火倾向。 1.2.7 煤质、牌号及用途 本矿井煤的挥发份一般大于 40%，属于低变质煤，粘结性较低，煤种主要 是气煤，长焰煤次之。煤中磷，硫的含量很低，部分煤可作优良的配焦和化工 精煤，副产品可供动力和民用。 1.3 勘探程度及可靠性 本矿所在地区，从 1965 年就开始进行地质勘探工作，先后经过普查，详 查和精查等阶段。采用了钻探，探井和地震相互配合的综合勘探手段。精查地 质报告提供的资料比较齐全。精查阶段，查明了主要断层和构造及煤层厚度， 结构和分布范围，比较可靠地提供了煤层层位的相对资料和测井成果。 8 第 2 章 井田境界、储量、服务年限 2.1 井田境界 2.1.1 井田周边情况 本设计井田北部以-150m 标高垂直投影为界，南（深部）以-800m 标高垂 直投影为界，西与东荣三矿相邻，按矿区总体设计确定的 F85断层为界，东以 F32断层为界。 2.1.2 井田境界确定的依据 1.以地理地形、地质条件作为划分井田境界的依据； 2.保证井田有合理的尺寸,为矿井发展留有空间； 3.要适于选择井筒位置，合理安排地面生产系统和各建筑物； 4.井田要有合理的走向长度，以利于机械化程度的不断提高。 2.1.3 井田未来发展情况 本井田西与东荣三矿相邻，随着技术的进步和勘探水平的全面提高，井田 范围内的探明储量会越来越精确，可能在更深部发现可采煤层。或把以前不可 采煤层变为可采煤层加以开发，从而更合理开发矿产资源。 2.2 井田储量 2.2.1 井田储量的计算 1.矿井工业储量 它是指井田精查地质报告提供的平衡表内 A+B+C,它是矿井设计的依据。 井田工业储量应按储量块段法进行计算。 块段储量=块段面积块段平均厚度视密度cos； 为煤层平均倾角。 计算得: Mt。95.24415cos143 . 125000052 c Z 2.矿井可采储量的计算 矿井设计可采储量：矿井设计储量减去工业场地的保护煤柱，矿井井下主 要巷道及上、下山保护煤柱煤量后乘以采区回采率。 9 其计算公式如下： CPZZ c )( 式中 可采储量，Mt；Z 工业储量，Mt； c Z 永久煤柱损失，Mt；P 采区回采率,厚煤层不低于 0.75；中厚煤层不低于 0.80；C 薄煤层不低于 0.85；地方小煤矿不低于 0.70。 计算得：Mt。56.16680 . 0 )74.3694.244(Z 详见表 2-1 可采煤层储量总表。 2.2.2 保安煤柱 1.工业场地及主要井巷保护煤柱留设 工业场地保护煤柱留设，应在确定地面受保护面积后，用移动角圈定煤柱 范围。移动角数值应采用本矿区实测数据或与本矿区条件类似的矿区的实测数 据选取。据有关数据，本设计矿井表土层移动角取 45，岩层移动角取 75， 围护带宽为 20m。 圈定立井保护煤柱时，应根据井筒深度、岩性、用途、煤层赋存条件及地 形特点等因素，按国家现行标准建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与 压煤开采规程的有关规定执行。 2.断层带及井田边界煤柱的留设 断层带及井田境界煤柱可根据实习矿井所留设煤柱尺寸选取，断层带留设 40m 的煤柱，井田境界留设 30m 的煤柱。 2.2.3 储量计算方法 本设计对矿井、一水平和各煤层储量均采用块段法来计算。 2.2.4 储量计算的评价 本设计井田的各类储量计算均严格执照提供的地质报告，以现行标准的有 关规定为依据进行的。由于技术水平所限，没有现场工作经验，设计所得到的 各种储量与实际可能有一定的误差。 10 表 2-1 矿井可采储量汇总表 （单位：万 t) 煤炭损失量 水 平 煤层号 工业储量 A+B+C 工业 场地 井田 境界 断层 开 采 损 失 合 计 损 失 可 采 储 量 173432.00120264130.8583.441098.242333.76 183360.50117.50258.5128.08571.281075.362285.14 283217.50112.50247.5122.63546.971029.602187.90 合计 10010.00350770381.511701.693203.26806.8 174966.16182.4360202.52844.661589.173376.99 184862.70178.6352.5198.31826.661556.073306.63 284655.77171337.5189.87791.481489.853165.92 合计 14484.635321050590.72462.394635.099849.54 总计 24494.638821820972.214164.087838.2816656.34 2.3 矿井工作制度 生产能力 服务年限 2.3.1 矿井工作制度 根据煤炭工业矿井设计规范的有关规定，本设计矿井采用的工作制度 为：矿井年工作日 330d；矿井每昼夜三班工作，其中两班进行采、掘工作， 一班进行检修；每日净提升时间 16h。 2.3.2 矿井生产能力的确定 1.煤炭工业矿井设计规范的有关规定 矿井的设计生产能力应为： 大型矿井：120、150、180、240、300、400 及以上（万 t/a） ； 中型矿井：45、60、90（万 t/a） ； 小型矿井：9、15、21、30（万 t/a） 。 除上述井型以外，不应出现介于两种设计生产能力的中间井型。 2.矿井设计生产能力方案比较 11 本矿井已查明的工业储量为 244.95Mt，估算本井田内工业广场煤柱，境界 煤柱等永久煤柱损失量占工业储量的 15%，各可采层均为厚煤层，按矿井设计 规范要求确定本矿的采区采出率为 80%，由此计算确定本井田的可采储量为 166.56Mt。 根据地质报告的资料描述，煤层储量较丰富，地质构造比较简单，煤层生 产能力大以及煤层赋存深等因素，初步决定采用大型矿井设计。并初步确定三 个方案： 方案一：矿井设计生产能力 1.5Mt/a； 方案二：矿井设计生产能力 1.8Mt/a； 方案三：矿井设计生产能力 2.4Mt/a。 上述三种方案，具体选择哪一种，还应该根据矿井服务年限来确定。 按照公式 AK Z T 式中 矿井设计服务年限，a；T 井田的可采储量，Mt；Z 矿井生产能力，Mt/a；A 矿井储量备用系数，一般取 1.4。K 计算得：a；a；a。3.79 1 T1.66 2 T6.49 3 T 经与煤炭工业矿井设计规范和矿井设计手册相核对，确定 66.1a 为比 较合理的服务年限，其详见表 2-2 设计规范规定的各井型服务年限。即本矿井 的生产能力为 1.8Mt/a。 表 2-2 设计规范规定的各井型服务年限 井 型矿井设计生产能力/（万 t/a）矿井设计服务年限/a 特 大 600 300500 70 60 大型120，150，180，24050 中型45，60，9040 小型9，15，21，30各省自定 12 2.3.3 矿井设计服务年限 矿井服务年限计算公式如下： AK Z T 式中 矿井设计服务年限，a；T 井田的可采储量,Mt；Z 矿井生产能力,Mt/a；A 矿井储量备用系数，一般取 1.4。K 计算得 a。1.66 4.180.1 56.166 T 其中第一水平服务年限 27.0a，第二水平服务年限 39.1a。 13 第 3 章 井田开拓 3.1 概述 3.1.1 井田内外及附近生产矿井开拓方式概述 本设计矿井附近没有正在生产的矿井，而在其附近只有正在兴建的东荣三 矿，三矿设计采用双立井开拓；在距东荣四矿 18km 有正在生产的集贤煤矿， 也采用立井开拓。 3.1.2 影响本设计矿井开拓方式的因素及具体情况 1.井田位于三江平原的西南部，属高河漫滩，地势低平，地表标高 +85m+87m。井田东部有双山子，标高+174m；西依索利岗山，标高为 +227.9m；南邻完达山北麓；北面广阔平坦。井田内没有大的河流，只有一些 季节性河流。 2.井田南北宽约 3.5km，东西长约 5.0km，面积 17.5km2。可采煤层 3 层， 资源较为丰富。 3.煤层赋存稳定，倾角平均 15，且含水层较少，只有一个约 5m 的含水 砂层，瓦斯涌出量小，可以采用下山开采。 4.井田内煤层埋藏较深，从-150m 到-800m，不宜采用斜井和平峒开拓。 5.构造较简单，只有 F9，F32，F70，F84，F85五条断层。 6.顶底板为粉砂岩等硬质岩层，稳定性较好。 3.2 矿井开拓方案的选择 3.2.1 井硐形式和井口位置 开拓方式按照井筒的倾角不同（水平、倾斜、垂直）分为平硐开拓、斜井 开拓、立井开拓和综合开拓方式（平、斜、立井中的任何二或三种形式相结合 进行开拓）等四种方式。 1.井硐形式 平硐开拓是最简单的开拓方式，有很多突出优点。首先应该考虑平硐开拓 方式是否可行。参照平硐开拓方式适用条件，结合本设计井田的地形地质及煤 层赋存特征可知，平硐开拓方式的条件不具备。因此，平硐开拓方式对本设计 14 井田不适合，排除采用平硐开拓方式。立井开拓和斜井开拓方式在技术上均可 行，由于综合开拓对工业广场布置和井底车场要求很高，针对本井田的地质状 况，综合开拓方式不予以考虑。依据本井田的地质状况、煤层赋存情况及井型、 服务年限等要求，对本井田开拓方式选择提出两个方案： 方案一：双立井开拓方式； 方案二：双斜井开拓方式。 各方案详见图 2-1 双立井开拓方式示意图和图 2-2 双斜井开拓方式示意图。 -200 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -550 -600 -650 -700 -750 -800 -150 副井主井 -430 图 2-1 双立井开拓方式示意图 -200 -250 -300 -350 -400 -450 -500 -550 -600 -650 -700 -750 -800 -150 副井 主井 -430 图 2-2 双斜井开拓方式示意图 方案一：双立井开拓方式 15 优点：适应性强，技术成熟可靠； 井筒短，提升速度快，提升能力大； 便于井筒延伸； 通风断面大，风阻小，满足大风量要求； 对于开采深部赋存煤层有长处。 缺点：需要大型的提升设备； 初期投资大，建井期限稍长； 多水平开拓，立井石门长度大，掘进工程量大，掘进费用高。 技术评价：本设计矿井的地表、地质构造、煤层赋存等因素，适合用双立 井开拓。 方案二：双斜井开拓方式 优点：掘进速度快，初期投资较双立井开拓较省； 井筒设备较简单； 建井期稍短些。 缺点：井筒过长，煤柱损失严重； 通风线路长，通风阻力大，费用增加； 井筒过长，如果地质条件复杂，不易维护，安全性降低； 辅助运输时间长。 技术评价：本设计矿井煤层赋存为-150-800m，垂深达 650m，只有一个 5m 的含水砂层，根据有关规定可用斜井开拓，因而双斜井开 拓也行。 方案比较可知，双立井和双斜井在技术上都合适，这就需要进行经济比较， 详细见表 3-1 方案经济比较表。 通过经济比较可知，双立井在经济上比双斜井合适，因而本设计矿井采用 双立井开拓。 2.井口位置 井口位置的选择是井田开拓的重要组成部分。井口位置与开拓方式要相互 协调，经综合比选后择优确定，特别是提、运煤炭的主井位置还要与地面生产 系统、工业广场布置相匹配，需要综合考虑的主要因素和原则如下： 井下条件： 井口布置在井田走向的储量中央或靠近中央位置，使井田两翼可采储量 基本平衡； 在井田倾斜方面：采用单水平开采时考虑上、下山合理的长度，井筒与 16 上山下部运输大巷靠近，与井底车场形成一体，尽可能不搞石门。采用多 表 3-1 方案经济比较表 方案双 立 井 开 拓双 斜 井 开 拓 内容工 程 量 单价（元） 费 用 （万元） 工程量 单 价 （元） 费 用 （万元） 单位 名称 数 量 单 位 数量数量数量 单 位 数 量 数量 表土层 主井掘进 35m800028120m200024 基岩段 主井掘进 511m9900505.891748m2640461.47 表土层 副井掘进 35m120004282.82m300024.85 基岩段 副井掘进 480m120005761136m3200363.52 表土层主 井辅助费 35m15005.25120m6007.2 基岩段主 井辅助费 511m4000204.41748m1500262.2 表土层副 井辅助费 35m2000782.82m120099.38 基岩段副 井辅助费 480m45002161136m2000227.2 生产费用 （万元） 主立井提升费用为： 1.216656.340.5460.85 =9276.25 主斜井提升费用为： 1.216656.341.8680.48 =17921.69 提升机费 用（万元） 600300 总 计 10143.7919691.51 17 水平开拓时，在考虑各水平石门工程量总和小的同时，应首先考虑第一水平的 开采，然后兼顾其他水平。井筒与井底车场及主要运输大巷位置的选择统一考 虑； 开拓方式和井口位置选择时，一定要与初期移交达产采区的位置及其接 续统一考虑。初期采区要选择在地质（特别是构造、煤层厚度及稳定性、顶底 板）和水文条件好、煤层储量丰富、勘探程度高、地面无建筑物或少量 易迁建筑物，便于迅速达产和增产的地段，同时尽量靠近井田中部。井筒应 靠近初期移交、达产采区。从井筒到井底巷道掘出井筒场地保护煤柱后即可 掘进准备采区和工作面，使基建工程量少和贯通连锁工程短，达到投资少，建 井工期短的好效果； 井筒应尽量避开或少穿地质及水文复杂的底层或地段。同时将井底车场 置于地质和水文条件好的稳定岩层中，并注意不受底部强含水层承压水威胁。 地面条件： 井筒位置应选在比较平坦的地方，并且满足防洪设计标准； 井口要避开地面滑坡、岩崩、雪崩、泥石流、流砂等危险地区； 井口及工业场地位置必须符合环境保护的要求； 工业场地不占或少占用良田； 井口位置要与矿区总体规划的交通运输、供电、水源、居住区、辅助企 业等的布局相协调，使之有利生产、方便生活。 在本设计井田中，提出三种井筒位置方案： 方案一：井筒位于井田浅部； 方案二：井筒位于井田中部稍靠上方； 方案三：井筒位于井田深部。 经过初步的技术比较后决定：确定井田的井筒位置在井田中部稍靠上方， 其优点是井筒位于井田中部稍靠上方时，煤柱尺寸稍大，但石门长度较短，且 沿石门的运输工程量也小。其井口中心坐标为： 主井：XA=5190208， YA=44457456； 副井：XB=5190190， YB=44457385。 3.2.2 开采水平数目和标高 1.开采水平划分的原则 开采水平必须要足够的服务年限，因为开拓一个水平需要大量的工程量， 18 耗费大量资金，没有足够的服务年限是不合理的。特别是第一水平，必须按 煤炭工业矿井设计规范的有关规定实施，其详见表 3-2 矿井的阶段垂高和 表 3-3 矿井和开采水平设计服务年限； 表 3-2 矿井的阶段高度（m） 煤层倾斜倾斜、缓倾斜煤层急倾斜煤层 阶段高度（m）200350100250 保证上、下山的合理斜长，水平划分直接影响到阶段斜长，合理的水平 划分，应使开采水平范围的井巷工程量和维护费最少，矿井提升、排水、生产 和管理费用最低； 要有利于采区的正常接替； 具有合理的区段数目。 表 3-3 矿井和开采水平服务年限 开采水平设计服务年限/a 井 型 矿井 设计生产能力 万 t/a 矿井设计 服务年限 a 开采 025 的煤层矿井 开采 2545 的煤层矿井 开采 4590 的煤层矿井 600 7030 特 大3005006030 大 120、150、180、2 40 5025 中45、60、904025 小9、15、21、30各省自定 2.根据实际情况提出的方案 方案一：两水平开采，上水平上山开采，下水平上、下开采； 水平标高：-430m，-710m； 阶段垂高：280m，280m； 一水平储量：68.07Mt；二水平储量：98.50Mt； 一水平服务年限：27.0a；二水平服务年限：39.1a。 19 方案二：三水平上山开采； 水平标高：-430m，-680m，-800m； 阶段垂高：280m，250m，120m； 一水平储量：68.07Mt，二水平储量：60.78Mt，三水平储量： 37.72Mt； 一水平服务年限：27.0a，二水平服务年限：24.1a，三水平 服务年限：15.0a。 方案三：三水平上山开采； 水平标高：-400m，-600m，-800m； 阶段垂高：250m，200m，100m； 一水平储量：60.78Mt，二水平储量：52.89Mt，三水平储量： 52.89Mt； 一水平服务年限：24.1a，二水平服务年限：21a，三水平服 务年限： 21a。 各方案的具体情况见图 3-3 水平划分方案一示意图，图 3-4 水平划分方案 二示意图，图 3-5 水平划分方案三示意图。 -430 -710 图 3-3 水平划分方案一示意图 -680 -800 -430 图 3-4 水平划分方案二示意图 20 -600 -800 -400 图 3-5 水平划分方案三示意图 3.对各方案的评价 方案一：该方案的阶段垂高和服务年限都符合有关规定，煤层属缓倾斜矿 井，涌水量和瓦斯涌出量都较小，符合下山开采条件，较三水平 开采减少了一套开拓系统，工程量少了，能够节省部分资金； 方案二：该方案的阶段垂高基本符合有关规定，一水平服务年限符合有关 规定，但较方案一多了一套开拓系统，工程量多了，该方案在技 术上可行，在经济上不合理，因而该方案不可用； 方案三：该方案的阶段垂高符合有关规定，但一水平服务年限不符合有关 规定，该方案在技术上不可行，显然该方案不能用。 综合上述方案评价，选取方案一为最优方案，即全矿分两个水平开拓，一 水平标高-430m，阶段垂高 280m，二水平标高-710m，阶段垂高也为 280m，一 水平上山开采，二水平上、下山开采，一水平服务年限 27.0a，二水平服务年 限 39.1a。 3.2.3 开拓巷道的布置 开拓巷道是指为全矿井、一个水平或若干采区服务的巷道，如井筒、井底 车场、主要石门、运输大巷和回风大巷（或总回风道） 、主要风井等。本设计 在此处主要考虑运输大巷的布置。 1.开拓巷道布置方式的简介 根据煤层的数目和间距，大巷的布置方式分为单煤层布置（称分煤层运输 大巷） ，分煤组布置（称分组集中运输大巷）和全煤组集中布置（称集中运输 大巷） 。各种方式的适用条件如下： 分煤层运输大巷适用条件： 煤层数不多，层间距大，石门长； 井田走向长度短，服务年限不长； 21 井底车场或平硐在煤层顶板； 煤质牌号不同，要求分采，分运； 各煤层底板，均有坚硬岩层。 分组集中运输大巷适用条件： 煤层数多，层间距大小悬殊； 按煤层的特点根据运输、通风要求组合，经济上有利； 多水平生产，容易解决运输，通风的干扰。 集中运输大巷适用条件： 适合于煤层层数多，层间距不大的矿井； 井田走向长度大，服务年限长； 底部煤层底板有坚硬岩层，容易维护； 煤质牌号相同，不要求分采分运； 自燃发火严重，便于分区，分段处理事故。 2.根据实际情况提出的方案 本设计矿井可采煤层 3 层：17#、18#和 28#，17#和 18#相距 30m，18#和 28# 相距 125m，且煤层顶底板岩性较好，属中等以上硬度岩石，掘进巷道好维护， 据以上条件提出以下两个方案： 方案一：分组集中布置，在 18#和 28#煤层底板中分别布置大巷； 方案二：集中大巷布置，在 28#煤层底板中布置大巷。 3.各方案的评价 方案一：能缩短一定的建井工期，但其大巷加石门的工程量为 6700m，其 基建费为 1608 万元； 方案二：压煤量略少于方案一，建井工期要长一点，但其大巷加石门工程 量为 4600m，基建费为 1104 万元。 综上所述，从经济技术上全面考虑，本设计矿井采用集中大巷布置。 3.3 选定开拓方案的系统描述 3.3.1 井筒形式和数目 本设计矿井采用一对立井开拓，即主井和副井，另加一风井。 主井用以提升煤炭；副井用以提矸、升降人员、下放材料和设备、兼作进 风井；风井为全矿回风服务。 22 3.3.2 井筒位置及坐标 井筒位置就是确定井筒沿煤层走向和倾斜方向上的具体尺寸，并用直角坐 标和方位角予以表示。选择井筒位置的条件： 1.地面条件 工业场地占地面积； 地形与工程地质条件； 煤的运输方向； 生产建设与住宅位置。 2.井下条件 按运输量确定井筒位置； 根据地质条件确定井筒位置； 煤柱量； 勘探程度和初期工程量。 根据本矿井的实际情况，并考虑到上述的条件，本设矿井井筒位置如下： 主井：XA=5190208， YA=44457456； 副井：XB=5190190， YB=44457385。 主井井口标高为+87m，副井井口标高为+85m，拟定二水平为井筒最终水平。 主井井深 542m，副井井深 520m，两井筒中心线间距为 71m，主井井筒直径 6.5m，副井井筒直径 8m，均采用整体式混凝土井壁，主井壁厚度 450mm，副井 壁厚度 550mm。 3.3.3 水平数目及高度 本井田采用两水平开拓,拟定第一水平标高为-430m,阶段垂高为 280m,采 用上山开采。第二水平拟定标高为 -710m，阶段垂高也为 280m,采用上、下山 开采。 3.3.4 石门、大巷数目及布置 1.大巷数目：一条运输大巷、一条回风大巷。 2.大巷布置：大巷布置形式主要有煤层大巷、岩石大巷两种，至于选择哪 种大巷布置方式需要进行比较。 煤层大巷与岩石大巷相比较有下列缺点： 煤层大巷的巷道维护困难，维护费用高； 23 当煤层起伏褶曲较多时，巷道弯曲转折多，机车运行速度受到限制，运 输能力降低； 为了便于巷道维护，巷道维护留设保安煤柱增多，煤柱回收困难，资源 损失大； 煤层有自燃发火危险时，一旦发火就要封闭大巷，导致矿井停产，而且 因煤柱受影响破坏，封闭效果不好，处理火灾困难。 综上所述，由于本设计矿井煤层软，厚度大，煤层大巷与岩石大巷相比缺 点大于优点，岩层大巷的优越性还是主要的，在本设计井田中，在 28#煤层底 板可布置岩石集中大巷，本设计矿井中，大巷和石门服务年限较长，运输能力 要求大，所以大巷和石门的断面和支护设计在本设计中相同。其内部设施也相 同。巷道断面设计合理与否，直接影响煤矿生产的经济效果和生产的安全条件， 其基本原则是在满足安全与技术要求的条件下，力求提高断面利用率，缩小断 面，降低造价并有利于加快施工速度。本设计矿井大巷，石门断面的各项内容 见图 3-6 运输大巷断面示意图，图 3-7 石门断面示意图和表 3-4 大巷石门主要 参数表 。 1800 120012005001000 600600 320 4200 4500 500 500 150 1500 100 200 1800 3900 450 1000 2100 1600 图 3-6 运输大巷断面示意图 24 1800 120012005001000 600600 320 4200 4500 500 500 150 1500 100 200 1800 3900 450 1000 2100 1600 图 3-7 石门断面示意图 表 3-4 大巷石门主要参数表 断面积（m2）设计尺寸（m2） 巷道 形状 支 护 方 式 净掘顶高底宽 净周长 (m) 喷厚 (mm) 半圆形 锚 喷 14.4817.684.24.514.99300 3.3.5 井底车场的形式选择 井底车场是连接井筒和井下主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称，是连 接井下运输和提升两个环节的枢纽，是矿井生产的咽喉，因此井底车场设计是 否合理直接影响矿井的安全和生产。 1.设计依据 25 矿井设计生产能力及工作制度； 矿井开拓方式； 井筒及数目； 矿井主要运输巷道的运输方式； 矿井瓦斯等级及通风方式； 矿井地面及井下生产系统的布置方式； 各种硐室有关的资料。 2.立井井底车场的基本类型 环形式：立式、斜式、卧式； 折返式：梭式、尽头式。 3.设计要求 井底车场有足够的富裕通过能力，一般应大于矿井设计生产能力的 30%； 井底车场设计时，应该考虑到增产的可能性； 尽可能提高井底车场的机械化水平，简化调车作业，提高井底车场通过 能力； 应该考虑主、副井之间施工时便于贯通； 井底车场线路应该结构简单，运行及操作系统安全可靠，管理使用方便， 布局合理，注意节省工程量，便于施工和维护； 为了保护井底车场的巷道和硐室，在其所在范围内应该留设相应的保安 煤柱。 井底车场形式也取决于矿车的类型，当采用定向卸载的底纵卸式、底侧 卸式矿车时，其卸载站（即主井车线）可布置折返式，亦可布置环形式。但其 装车站的线路布置必须与其相对应。 综上所述，结合本设计矿井的有关设计参数，通过对各种形式井底车场的 适用条件及优缺点做简单比较后，初步拟定本设计井田井底车场形式为环形卧 式车场。 3.3.6 煤层群的联系 本设计矿井井田范围内共有三层可采煤层，即 17#，18#和 28#煤层，参见 可采煤层特征叙述以及巷道开拓方案示意图。17#和 18#煤层间距小，故可联合 开采，28#煤层离另两层较远，这一层单独开采。 26 3.3.7 采区划分 本设计井田走向长度较大，欲从井田边界沿整个阶段后退式开采，无论从 时间、投资和实际开采技术条件上都要受到限制，按技术要求可将井田沿煤层 走向划分为采区，并按一定的顺序回采，每个采区有一套生产设施，包括上下 山提升、运输设备，以便独立进行生产与准备。 将井田划分为若干采区时应该考虑如下原则： 采区走向长度根据煤层地质条件，开采机械化水平，采区储量，生产能 力与巷道维护等因素综合考虑； 初步设计一般负责划分第一水平全部采区，故需要沿井田走向全长统一 考虑，做到初后期统筹兼顾，不但要全井合理，更要有利于初期； 采区划分既要有意识地缩短大巷，又要充分注意人为境界处延的可能性； 对于煤层稳定，开采条件好，生产能力大的采区，走向长度要适当加大； 初期采区尺寸要适应目前输送机的实际长度及电压降的控制范围，后期 采区尺寸可逐步加大根据该设计井田的地质构造及煤层赋存等因素。 结合上述采区划分原则，本设计矿井第一水平划分为六个采区，分别为西 一上采区、西一下采区、东一上采区、东一下采区、东二上采区和东二上 采区，详见图 3-8 采区划分示意图。 西一下采区 西一上采区 东一下采区 东一上采区 东二下采区 东二上采区 图 3-8 采区划分示意图 27 3.4 井筒布置和施工 3.4.1 井筒穿过的岩层性质及井筒支护 本设计井田采用双立井开拓方式，布置两个井筒，井筒穿过的岩石大部分 为粉砂岩，有少部分的细砂岩和中砂岩，详见综合柱状图。依据井筒特征及装 备情况，参考地质及水文地质资料，对本设计矿井井硐支护形式采用整体灌注 式，其优点是：整体性好，强度较高；防水性能好；便于机械化，施工方便， 劳动强度低。主井井壁厚度均为 450mm，副井井壁厚度均为 550mm。 3.4.2 井筒布置及装备 井筒断面布置应综合考虑井筒围岩性质、运输方式、通风安全等因素，具 体遵循原则如下： 符合煤矿安全规程 煤炭工业矿井设计规范 ，对通风、运输、管线 布置的要求，满足施工需要； 有利于井筒检修、维护、清扫和人员通行安全； 当提升容器发生掉道或跑车事故，对井筒中各种管线或其他设备的破坏 减小到最低程度； 合理使用断面空间，减少井筒工程量。 根据本设计矿井生产能力、服务年限、提升方式等实际情况，本设计矿井 井筒按有关规定布置运输设施及辅助设施，采用的断面尺寸如下： 主井：井筒直径 6.5m，附有一对 16t 箕斗，钢丝绳罐道； 副井：井筒直径 8 m，附有一对 1.5t 矿车双层四车罐笼，并设有梯子间， 敷设电缆、排水管等，具体情况见图 3-9 主井断面图和图 3-10 副井断面图。 3.4.3 井筒延伸的初步意见 矿井开拓延伸应遵循如下原则及要求： 1.保持或扩大矿井生产能力； 2.充分利用现有井巷、设备及设施，减少临时辅助工程量，降低投资； 3.积极采用新技术、新工艺和设备； 4.加强生产管理、延伸的组织管理与技术管理，施工与生产紧密配合，协 调一致，尽量减少延伸时对生产的影响； 5.尽可能缩短新、旧水平的同时生产时间。 28 图 3-9 主井断面图 为了保证采区正常接续和均衡生产，本矿井需将主副井从-430m 水平延伸 至-710m 水平。井筒延伸方案主要有以下两种： 方案一：直接延伸原有主副井； 优点：可以充分利用原有设备和设施，提升系统简单，转运环节少，经营 费用低，管理方便； 缺点：原有井筒同时担负生产和延伸任务，施工和生产相互干扰，接井 技术难度大，矿井将短期停产；延伸两个井筒的施工组织复杂，延 伸后提升长度增加，提升能力下降； 方案二：暗井延伸（即利用暗斜井或暗立井开拓下一水平，原有主副井不 延伸） 优点：生产与延伸相互干扰小，暗斜井做主井，系统简单，提升能力大， 充分利用原有井筒提力； 缺点：增加了提升、运输环节和设备；通风系统复杂。 通过上述两种方案比较，并参照井筒延伸原则及本井田煤层赋存特征，初
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