鸡西矿业集团小恒山煤矿0.9Mta新井设计

摘 要本人今年毕业设计的矿井为鸡西市矿业集团小恒山矿的新井设计，设计井田可采储量73.08Mt，设计生产能力为0.9Mt/a，服务年限58a。井田平均走向长3600m，平均倾斜长4254m，井田内有4层可采煤层。分别是4#、5# 、6#A和6#B，煤层平均总厚度4.06米。平均倾角11，属缓倾斜煤层。地质构造简单，煤质是焦煤。本矿井采用双立井开拓，井田共划分为2个开采水平，每个水平都采用倾斜长壁采煤法。工作面运输采用刮板输送机刮煤，带式输送机运煤，大巷运输采用3t底卸式矿车运输。提升方式为立井箕斗提升，每天提升时间16h,四、六工作制提煤。工作面全部为普通机械化采煤。由于本人能力和时间有限，所以在设计中必然存在许多不足之处，敬请各位专家和老师批评指正，本人诚恳接受并予以改正，并将在以后的学习和工作中更加努力，为采矿这一行业多做贡献。 关键词 可采储量 开采水平 机械化采煤 倾斜长壁AbstractMyself this year the graduation project mine pit is jixi City mining industry group small Mt. Hengshan ore new well design, Design well field recoverable resources 73.08Mt, Design productivity is 0.9Mt/a, service life 58a.The well field moves towards long 3600m equally, medium bank long 4254m, in the well field has 4 to be possible to mine coal the level. Respectively is 4#、5# 、6#Awith 6#B, coal bed average total thickness 4.06 meters. The average inclination angle 11, is the easy gradient coal bed.The geologic structure is simple, the anthrax is the coking coal.This mine pit uses the double vertical shaft development, well field altogether division is 2 mining levels, each level all uses inclines the long wall mining coal law. The working surface transportation uses the scraper conveyer to blow the coal, the belt type transports the opportunity coal, the big lane transportation uses the 3t bottom-dump mine car transportation.The promotion way for the vertical shaft ore basket promotion, promotes time 16h every day, four, six working systems raise the coal.Working surface completely for ordinary mechanized mining coal.Because myself ability and the time are limited, therefore has many deficiencies inevitably in the design, asks respectfully fellow experts and teacher criticizes points out mistakes, myself accept sincerely and correct, and in later study and the work, for will mine even more diligently this profession to make the contribution.key word May Mining Reserves Mining Stage Machinery mining Coal Incline Long Mining绪论通过大学四年对采矿专业基础知识与专业课的学习，我掌握了部分知识，为了能更好的巩固和运用这些知识，借毕业设计这个机会我做了黑龙江省鸡西市矿业集团小恒山矿的新井设计。其中包括开拓方式、采煤工艺、支护方式、设备选型和矿井的各个系统的设计。通风安全方面、岩石力学方面以及CAD制图方面的知识在这里也用到很多。本设计采用了一种创新模式，这是一个新的方案，主要是针对小倾角煤层群的开采方法，本方法采用反倾斜的巷道布置，因此，可以节省很多开采费用，也更利于矿井的生产和管理。本设计主要是通过绘制矿井的各种图纸来进行矿井的优化设计，这其中文字部分包括大量的方案比较，以便使设计更加合理。在设计时，需要对矿井的地质情况、煤层的受力等情况进行分析，这样才能使建成的矿井更加与实际相符。我希望通过做本次毕业设计，我能够学到更多的采矿专业知识，巩固我所学过的各种知识，并且能够很好的运用他们，从而也为我以后的工作打下良好的基础。目 录摘要IAbstractII绪论III第1章 井田概况及矿井地质特征11.1 井田概况11.1.1 井田位置及范围11.1.2 交通位置11.1.3 地形与河流、湖泊、水库、沟塘11.1.4 气象情况11.1.5 煤田开发史21.1.6 附近工矿农业概况及原材料供应情况21.1.7 水电的供给情况21.2 地质特征31.2.1 矿区范围内的地层情况31.2.2 井田范围内和附近的主要地质构造41.2.3 煤层赋存状况及主要地质构造41.2.4 岩石性质、厚度特征51.2.5 井田内的水文地质情况61.2.6 沼气、煤尘及煤的自燃性61.2.7 煤质、牌号及用途6第2章 井田境界 储量 服务年限82.1 井田境界82.1.1 井田周边状况82.1.2 井田境界确定的依据82.1.3 井田的未来发展情况82.2 井田储量82.2.1 井田储量的计算82.2.2 保安煤柱92.2.3 储量计算方法92.2.4 储量计算的评价102.3 矿井工作制度 生产能力 服务年限102.3.1 矿井工作制度102.3.2 矿井生产能力的确定102.3.3 矿井服务年限11第3章 井田开拓123.1 概述123.1.1 井田内外及附近生产矿井开拓方式概述123.1.2 影响本设计矿井开拓方式的原因及其具体情况123.2 矿井开拓方案的选择123.2.1 井筒形式和井口位置123.2.2 开采水平数目和标高143.2.3 开拓巷道的布置153.3 选定开拓方案的系统描述223.3.1 井筒形式和数目223.3.2 井筒位置及坐标223.3.3 水平数目及高度233.3.4 石门、大巷数目及布置233.3.5 井底车场的形式选择253.3.6 煤层群的联系263.3.7 带区划分273.4 井筒布置及施工283.4.1 井筒穿过的岩层性质及井筒维护283.4.2 井筒布置及装备283.4.3 井筒延伸的初步意见313.5 井底车场及硐室313.5.1 井底车场形式的确定及论证313.5.2井底车场的布置、存储线路、行车线路布置长度323.5.3 通过能力计算333.5.4 井底车场主要硐室353.6 开采顺序363.6.1 沿煤层走向的开采顺序363.6.2 沿煤层倾斜方向的开采顺序363.6.3 带区接续计划37第4章 带区巷道布置与带区生产系统394.1带区概况394.1.1 设计带区的位置、边界、范围、带区煤柱394.1.2 带区地质和煤质情况394.1.3 带区生产能力、储量及服务年限394.2 带区巷道布置394.2.1 区段划分394.2.2 带区斜巷布置404.2.3 带区车场布置414.2.4 带区煤仓形式，容量及支护414.2.5 带区硐室简介434.2.6 带区工作面的接续434.3 带区准备444.3.1 带区巷道的准备顺序444.3.2 带区主要巷道的断面及支护方式45第5章采煤方法475.1 采煤方法的选择475.2 回采工艺475.2.1 选择和决定回采工作面的工艺过程及使用的机械设备475.2.2 选择采面循环方式和劳动组织形式49第6章 井下运输和矿井提升516.1 矿井井下运输516.1.1 运输方式和运输系统的确定516.1.2 矿车的选型及数量516.1.3 带区运输设备的选择526.2 矿井提升系统536.2.1 矿井主提升设备的选择及计算53第7章 矿井通风与安全557.1 矿井通风系统的确定557.1.1 概述：557.1.2 矿井通风系统的确定557.1.3 主扇工作方式的确定567.2 风量计算与风量分配567.2.1 矿井风量计算的规定567.2.2 风量计算567.2.3 风量分配597.2.4 风速的验算597.2.5 风量的调节方法与措施607.3 矿井通风阻力计算617.3.1 确定全矿最大通风阻力和最小通风阻力617.3.2 矿井等积孔计算627.4 矿井设备的选择627.4.1 主扇的选择计算627.4.2 电动机的选择637.4.3 反风措施647.5 矿井安全技术措施64第8章 矿井排水668.1 概述668.1.1 矿井水来源及涌水量668.1.2 对排水设备的要求668.2 矿井主要排水设备678.2.1 排水方式与排水系统简介678.2.2 主排水设备及管路的选择计算68第9章 技术经济指标70参考文献72结论73致 谢74附录1：中文资料论文75附录2：外文翻译7973第1章 井田概况及矿井地质特征1.1 井田概况1.1.1 井田位置及范围小恒山煤矿位于黑龙江省鸡西市小恒山区境内，西起F1断层，东至F5断层与鸡西西区区相邻，北以6#B号煤层露头为界，南以4#号煤层600米标高垂直投影到地面线为界，东西长3600m ,南北宽4254m，全区面积15.31km2 。地理坐标为：东经13042201305131，北纬451842452216。1.1.2 交通位置煤矿附近有公路和铁路，离鸡西火车站非常近，交通运输十分便利。（见图11）。1.1.3 地形与河流、湖泊、水库、沟塘 本区属低山台地，河谷型地形，北侧和东侧是由古老的麻山群变质岩系组成的老年期地貌，声势陡峭，东部声势平坦，是穆棱河及其支流的冲积平原。西部是由第三纪玄武岩的方形台地，地面最大高差在250米左右。本人设计的新矿井附近没有河流经过。也没有湖泊、水库和沟塘。1.1.4 气象情况区内从11月至翌年4月为冻结期，冻结深度为1.52.0m，最高气温在+3731，最底气温在2934，全年平均气温在0.5。属大陆性季风气候，处于亚温带，年降水量为370mm630mm，平均降雨量500mm，风向多为西北风和东南风，风力35级。1.1.5 煤田开发史本矿井是新井设计，无开发史。1.1.6 附近工矿农业概况及原材料供应情况矿业开发主要对煤炭的开采利用。农产品主要是水稻和蔬菜的栽种，供给给本区人食用，既实惠又健康。原材料的供应也很方便，无论是公路还是铁路，都十分便利。1.1.7 水电的供给情况水源来自地下水的开采，能够满足生产与生活需要。电源为双回路供电，主要来自鸡西供电局和鸡东县供电局。图11 交通位置图1.2 地质特征1.2.1 矿区范围内的地层情况从老至新有元古界麻山群，中生界下白垩统，以及新生界第三、第四系。分别表述如下：1、元古界麻山群：主要分布在煤田外围，由拓榴石片岩，石英黑云母片岩及花岗片麻岩等 组成的变质岩系，厚度不清。2、下白垩统鸡西群城子河组：城子河组为主要含煤地层，不整合覆于麻山群及古生代花岗岩之上，为陆相沉积，以灰白色砂岩与粉砂岩组成夹泞灰岩层10余层。总厚度878m。3、穆棱组：由 深灰色、浅灰绿色及灰色的粉砂岩、泥岩组成，夹灰白色粉砂岩及薄层泞灰质岩石。与下覆的城子河组地层为整合接触。总厚度558m。4、下白垩统桦山群：见于向阳南部，由一套陆相碎屑岩类及中性火山碎屑岩类组成。厚度达400m。5、第三系：见于向阳区南部及新安区东南部，以浅绿色细、中、粗粒泥质胶结的砂岩为主，夹黄绿色粉砂岩，呈半胶结状。下部砾岩层与城子河组地层不整合接触，其上被第四系所覆盖。厚度280m。6、第四系：分布近代河床及低洼湿地，主要由腐植土、砂、砾、亚粘土及玄武岩等组成。厚度80m。表11 地层层序表界系统群组接触关系地层厚度m新生界第四系全新统Q4冲积层Q4不整和整和假整和整和假整和不整和不整和1-20第三系上新统N2玄武岩0-40中生界侏罗纪上统J3鸡西群穆棱组J3m6城子河组J3ch660-740滴道组J3a0-130元古界麻山群Ptms 变质岩系15001.2.2 井田范围内和附近的主要地质构造鸡西煤盆地的古构造轮廓受近于南北向压应力的影响，大体上可分为二组：一是位于盆地中央的平阳麻山古背斜，在古背斜轴部发育一条逆冲断裂称平麻断裂，将鸡西煤盆地的基底分成了中间凸起，走向近东西的南北两个凹陷盆地。二是走向近北东或北西方向的剪切断裂。侏罗纪晚期，含煤地层形成。沉积前的古构造以及后来的燕山运动都对含煤地层起了一定的控制作用。在煤田形成之后，南北向压力进一步加强，使东西向褶皱和北东、北西断裂进一步发展，形成了煤田的今日构造形态。1.2.3 煤层赋存状况及主要地质构造小恒山井田范围内的主要地质构造为断层，其中断层有5条。主要断裂构造如表12：序号断层编号性质产状落差（m）可靠性走向倾向倾角1F1正NWSW75o020可靠2F2正NWSW75o025可靠3F3正NWSW20 o020可靠4F4正NSNW70o024可靠5F5正NWNW70 o020可靠表12 主要断裂构造表图12 煤系地层综合柱状图1.2.4 岩石性质、厚度特征表13 岩石的主要物理力学性质指标表岩石 类型颗粒密度（g/cm3)块体密度（g/cm3)空隙率n(%)吸水率（%）软化系数KR细砂岩2.56-2.782.29-2.501.5-7.50.5-7.50.52-0.86中砂岩2.60-2.752.20-2.711.6-28.00.2-9.00.65-0.97粗砂岩2.70-2.802.10-2.701.0-10.00.5-3.00.44-0.541.2.5 井田内的水文地质情况本区地形西部高,东部平缓,根据附近煤矿可知历年洪水位标高为8895m。1.2.6 沼气、煤尘及煤的自燃性1.瓦斯：设计新矿井属于低瓦斯矿井， 主要可采煤层（CH4平均含量为8.24m3/t，可燃质、CO2各煤层平均含量为7.86m3/t，可燃质各主要可采煤层瓦斯自然成分以N2为主，CO2次之，CH4最少，本矿瓦斯相对涌出量为7.66m3/t，属于低瓦斯矿井。2.煤尘：根据煤尘爆炸性试验指标，煤尘爆炸指数在45-53%之间，该矿开采的煤层属于易爆炸危险的煤层。3.煤的自燃情况：根据对临近矿井的考查，煤层有自燃发火的倾向，煤层的自燃发火期为3-6个月，秋冬季要防火。1.2.7 煤质、牌号及用途本矿区内的煤层是由高等植物所形成的腐植煤，肉眼观察：呈黑色，油脂光泽，玻璃光泽，断口为眼球状及贝壳状，断口常参差不齐，条带状结构，肉眼煤岩类型为半亮煤半暗煤型。煤中碳的含量自4#煤层向下逐渐降低，平均含量由80.25%降到73.86%。有机硫的平均含量在0.20.5%之间。原煤发热量在54447088大卡之间。原煤灰分除6#B号煤层低于25%外，其余各层在2535%之间。稀有分散元素，锗的平均含量在1.02.44克、吨，无经济价值。煤X光片显微特征：凝胶化组分占优势，以镜煤基质体居多，其次为丝炭组中有丝炭，镜煤丝炭，丝炭化基质体，半丝炭化其质体。矿物杂质有滚圆度较好的石英颗粒及粘土，碳酸盐、偶尔见到黄铁矿。本矿井的原煤主要工业用途以冶金用煤为主，火电厂作动力用煤次之。1.3 勘探程度及可靠性自一九五八年至一九六九年经历了普查、精查阶段。一九八一年十月，鸡西市矿业集团地质队提交了小恒山矿东深部精查补充勘探地质报告。小恒山矿范围内共施工了398个钻孔，总工程量为210381.86m，平均每平方公里为10.69个钻孔，采用可采煤层点1221个、其中甲级306个、已级点168个、丙级点227个未评级520个，甲、已级点率为38.82 。由于钻探质量较低，影响了精查地质报告和深部补充勘探地质报告的质量，对煤层灰分的确定。对储量的预测有着很大的影响。第2章 井田境界 储量 服务年限2.1 井田境界2.1.1 井田周边状况根据上述原则,结合小恒山矿区井田的实际情况,小恒山井田境界确定为：东经 13042201305131，北纬451842452216西起F1断层，东至F5断层与鸡西西区相邻，北以6#号煤层露头为界，南以4#号煤层600米标高垂直投影到地面线为界。2.1.2 井田境界确定的依据1.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.以地理地形、地质条件作为划分井田境界的依据；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.划分的井田范围要为矿井发展留有空间；2.1.3 井田的未来发展情况随着技术的革新和采矿人才水平的提高，将井田的开采率，也可能在更深部发展可采煤层。2.2 井田储量2.2.1 井田储量的计算设计井田范围内计算的煤层4#、5#、6#A和6#B。共4层，各煤层的面积基本相同。矿井储量是指矿井内所埋藏的数量，具有工业价值的煤炭数量。它不仅包含着煤矿在地下埋藏的数量，而且还表示煤炭的质量，反映井田的勘探程度及开采技术条件。矿井储量可分为矿井地质储量、矿井工业储量和矿井可采储量。 矿井工业储量是指平衡表内A+B+C级储量的总和。矿井设计储量是矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱和已有的地面建筑物、构筑物需要留设的保护煤柱等永久煤柱损失量后的储量。矿井可采储量是指矿井设计储量减去工业场地保护煤柱、矿井井下主要巷道及上下山保护煤柱后乘以采区回采率的储量。2.2.2 保安煤柱参照保护煤柱的设计原则如下：1.地面受护面积包括受护对象及周围的受护带2.在一般情况下，保护煤柱应根据受护面积边界和移动角值进行圈定。3.当受护边界与煤层走向斜交时，应该根据基岩移动角求得垂直与受护边界方向的上山方向移动角和下山方向移动角，然后再确定保护煤柱。4.立井保护煤柱应按其深度，用途，煤层赋存条件和地形特点留设，立井深度大于或等于400米的以边界角圈定，小于400米的移动角圈定。为了安全生产，本设计矿井依据煤炭工业矿井设计规范，留设保安煤柱如下：1.边界断层留设30m保安煤柱；2.地面建筑物留设30m保安煤柱；3.井田内部断层留设30m保安煤柱；4.河流两侧各留设30m保安煤柱；5.煤层大巷两侧煤柱各宽30m保安煤柱； 按以上方法计算得：工业广场煤柱损失1.7828 Mt； 断层、地面、边界和巷道保安煤柱损失：8.3672 Mt；总损失量：10.15Mt。2.2.3 储量计算方法1.工业储量计算计算公式如下：块段储量=块段面积平均倾角正割视密度块段平均厚度根据储量诸图，四层煤厚度为4.06米。4#为1.4米，5#为0.9米，6#A为0.9米，6#B为0.86米。通过等高线块段法计算本井田工业储量为101.5Mt。 2.可采储量计算计算公式如下：Zk=(Z-P)C 式中：Zk可采储量，Mt Z工业储量，MtP永久煤柱损失，MtC采区回采率得Zk =7308万吨表21 可采煤层储量表序号煤层号工业储量Mt损失量Mt设计采出率可采储量Mt14#3250.00325.0080%2340.0025#2250.00225.0080%1620.0036#A2250.00225.0080%1620.0046#B2400.00240.0080%1728.00总计10150.001015.0080%7308.00回采要求：厚煤层不应小于75%,中厚煤层不应小于80%，薄煤层不应小于85%。经各煤层可采储量计算，汇总计算出本井田可采储量为73.08Mt。2.2.4 储量计算的评价 本设计井田的各类储量计算严格执照有关规定执行。由于技术水平所限，储量计算设计所得到的各种储量与实际可能有一定的误差。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 该设计矿井年工作日确定为330天，矿井每日净提升16小时，采用四六工作制制度。2.3.2 矿井生产能力的确定矿井生产能力的大小主要根据井田储量、煤层赋存状况、地质条件等情况来确定，还应该考虑到当前及今后市场的需煤量以及技术因素。根据该井田的实际情况，初步拟定了三种矿井年生产能力方案，具体如下：方案A：0.6Mt/a方案B：0.9Mt/a方案C：1.2Mt/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。2.3.3 矿井服务年限 矿井服务年限计算公式如下：T=Z /（Ak） 式中：Z矿井设计可采储量，Mt；A矿井生产能力，Mt/a；k矿井储量备用系数，k=1.31.5。 根据本矿井实际情况，取k=1.4。依据以上拟定的矿井生产能力，服务年限的确定现提出三种方案，具体如下：方案A：0.6Mt/a T=Z /（Ak）=73.08Mt/（0.6Mt/a1.4）=87a；方案B：0.9Mt/a T=Z /（Ak）=73.08Mt/（0.9Mt/a1.4）=58a；方案C：1.2Mt/a T=Z /（Ak）=73.08Mt/（1.2Mt/a1.4）=43.5 a；根据煤炭工业矿井设计规范矿井投产后服务年限不应过长，可由服务年限确定。矿井及第一开采水平设计服务年限。见表22。表22 矿井及第一开采水平设计服务年限矿井设计生产能力 （Mt/a）矿井设计服务年限 （a）第一开采水平设计服务年限 （a）煤层倾角453.0及以上7030351.22.4603025200.450.950202015从表中可以看出，方案A和方案C不符合煤炭工业矿井设计规范的规定，而方案B较为合理，即：矿井生产能力为0.9 Mt/a；矿井服务年限为T=58a。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 附近有新矿采用立井开拓，两水平开采。3.1.2 影响本设计矿井开拓方式的原因及其具体情况 井田开拓方式的选择应全面考虑各种因素，主要因素包括：1.井田地质和水文地质条件（特别是表土层情况）；2.地形地貌和地面外部条件；3.煤层赋存和开采技术条件；4.技术装备和工艺系统条件；5.施工技术和设备条件；6.总体设计和矿井生产能力要求等。对以上各种因素要综合研究，通过系统优化和多方案技术经济比较后确定。影响本设计井田开拓方式的具体因素如下：1.地表因素本井田属于平原地形，地表平均标高+220m。2.煤层赋存情况整个井田的煤层上部标高在+200 m，下部标高在600m，东部以F5断层为界,西部以F1断层为界，北以6#号煤层露头为界，南以4#号煤层-600米标高垂直投影到地面线为界。整个矿区共有四层可采煤层，即4#、5#、6#A、6#B，全区发育。煤层走向长度为3600米，倾向4254米。本井田煤层系缓倾斜中煤层，平均倾角在11左右。3.2 矿井开拓方案的选择3.2.1 井筒形式和井口位置1.井筒形式选择立井井筒开拓。由于立井井筒的适应性很强，具有通过复杂地质地段的能力强，提升能力大，机械化程度高，易于自动控制，维护费用低，有效断面大，通风条件好，管线短，物料和人员升降速度快等优点。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：（1）井下条件：在井田走向的储量中央或靠近中央位置，使井田两翼可采储基本平衡；井筒应尽量避开或少穿地质及水文复杂的地层或地段；勘探程度及初期工程量。（2）地面条件：井口及工业场地位置必须符合环境保护的要求；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；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，井筒沿走向的有利位置应在井田的中央。当井田储量呈不均匀分布时，应在储量分布的中央，在此开成两翼储量比较均衡的双翼井田，应尽量避免井筒偏于一侧，造成单翼开采的不利局面。已确定井口位于井田走向方向的中部，但倾斜方向还不能确定，于是提出三种沿井田倾斜方向的井筒位置方案：方案一：井筒位于井田浅部方案二：井筒位于井田中部方案三：井筒位于井田深部（3）经过简单的技术比较后认为：井筒位于井田浅部，煤柱尺寸最小，压煤最少，但石门最长井筒位于井田中部时，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；井筒位于井田深部，煤柱尺寸最大，压煤量最大，且初期工程量大，石门也较长，但对于开采井田深部煤层及井通延伸有利；本井田煤层均为缓倾斜中厚煤层，井田走向长度不大，但倾斜长度较大，从有利井下运输和保证初水平合理的服务年限出发，也应该将井筒布置在井田中部或稍靠上方的位置，由此可初步确定本设计井田的井筒位置在井田的中部稍靠上方。3.2.2 开采水平数目和标高煤层赋存为倾斜状态时，一般由浅部向深部开采，以达到工程量少、建设速度快、投资省、成本低的效果。根据煤层的赋存条件和倾斜长度，一个井田可以单水平开采，亦可以多水平开采（从上往下逐水平开采）。每个开采水平设井底车场和运输大巷，供该水平各采区煤的外运、辅助运输和通风用。煤矿科技迅猛发展，在高度机械化的基础上实现高度集中化是主要的发展方向，高产高效矿井要求集中在一个水平，12个工作面生产。这就要求加大工作面、采区和水平的走向及倾斜尺寸。本设计井田水平标高的确定主要考虑了以下几个因素：合理的水平服务年限；1.煤层赋存条件及地质构造；2.生产成本；3.水平接替4.井底车场及其主要硐室的位置应尽量处于较好的岩层内。根据上述因素，本设计井田设计提出水平划分方案如下：方案一：井田划分两个开采水平；一水平运输标高60m，二水平标高为400 m。一水平、二水平都实行仰俯斜开采。方案二：井田划分三个开采水平，一水平标高60 m，二水平标高200 m，三水平标高400 m。一二水平实行俯斜开采，三水平实行仰俯斜开采。水平储量及服务年限如下：表31 水平储量及服务年限表可采储量（Mt）服务年限（a）方案一一水平26.4621二水平46.6237方案二一水平21.4217二水平16.3813三水平35.2828从该表中可知，方案二的一水平服务年限达不到规范要求的服务年限，水平储量严重不足，而方案一的水平服务年限能够满足一水平服务年限不小于20年的基本要求，储量充足，且有利于采区的接续，巷道利用率高，吨煤成本相对较低。故而采用方案一的水平划分方法，即划分两个开采水平，一、二水平标高分别为60 m和400 m，一、二水平都采用仰俯斜开采。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。1.运输大巷的布置：运输大巷服务于整个开采水平的煤炭和辅助运输（人员、矸石、材料、设备等）以及通风、排水和管线敷设，服务年限很长。煤层群开拓时，主要巷道布置方式一般可分为三类：（1）单层布置：自井底车场开掘主要石门后，分煤层设置水平运输大巷。（2）分组集中布置：在煤层群中，相近的煤层为一组设分组集中大巷，由分组集中运输大巷开采区石门与各采区联系。自井底车场开掘主要石门与个分组集中大巷贯通。（3）集中布置：在开采近距离煤层群时，只开掘一条水平集中运输大巷，用采区石门联系各采区。现依据矿井设计生产能力及技术可行角度，特提出以下二种大巷布置方式：方案一：分组集中大巷方案二：集中运输大巷详见比较表：表32 大巷比较表特点分组集中大巷布置集中大巷布置优点1. 总的巷道工程量较少2. 生产比较集中3. 大巷容易维护，运输条件好4. 采区巷道分组联合布置1. 大巷工程量少2. 大巷维护容易3. 生产区域比较集中，运输条件好4. 采区巷道集中联合布置，开采程序比较灵活，开采强度大缺点1石门长度较长2掘进工程量大1. 总的石门长度大2. 有反向运输3. 初期工程量大，建井时间长适应条件1. 可采煤层数目多，间距大小不同2. 井底车场在煤层群上部或中间时，初期工程少，工期大3. 采区巷道为分组联合布置，煤层分组间距大1. 煤层间距小2. 下部煤层底版有坚硬有岩层，采区尺寸大，石门长度短3. 井田走向长度大，服务年限长依据本井田的地质条件及煤层赋存状况：本井田共有可采煤层4层，即4#、5#、6#A、6#B、，其中4#与5#平均间距24m,5#与6#A煤层平均间距19m，6#A与6#B平均间距17m。针对上述情况，有对比表可知，本井田适合于集中大巷布置，所以采用方案二。在一定的井田地质条件、开采技术条件下，矿井开拓巷道有多种布置方式，开拓巷道的布置方式通称为开拓方式。合理的开拓方式必需技术可行。如果有多种开拓方式，必须在技术可行的前提下进行技术经济分析比较，之后才能确定。开拓方式按照井筒的倾角不同（倾斜、水平、垂直）分为斜井开拓、平硐开拓、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。开拓方式依据井筒 （或平硐）与煤层位置的不同又有若干分类。模式一：集中运输大巷总石门分带区下部车场带区斜巷及煤仓分带运输巷及运料巷倾斜长壁回采工作面；模式二：1.首层：分煤层大巷分层石门分带运输巷及运料巷倾斜长壁回采工作面；2.其它层：与首层模式一样； 3.模式三：集中集中大巷带区下部车场反斜带区斜巷及煤仓分带运输巷及运料巷倾斜长壁回采工作面。模式一的优点如下：由于模式一用总石门贯穿所有煤层，总石门、分煤层大巷和带区车场中可以选用同一种运输设备，分煤层大巷与分带巷道之间再没有斜巷联系，所以，模式一的运输段数最少。模式一的缺点如下：1.由于煤层倾角小，造成各水平总石门长度大，工程量大；2.每层煤都要掘进多条分煤层大巷，分煤层大巷总条数过多，井田开拓掘进总工程量大，给费用和成本带来了过重的负担；3.由于巷道多，总工程量大，所以巷道维护量大，维护费用高；4.由于工程量大，又是单层开拓、扒皮式回采，所以采掘干扰严重；5.由于带区材料车场和带区入风石门（也担负掘进运矸的任务）是从煤层底板穿向煤层，煤层倾角缓，要留大量的护巷煤柱；总石门和两翼回风石门较长，压煤量较多；所以煤炭采出率低。6.由于井田境界是铅垂划分，一、二水平是水平划分，造成上部煤层俯斜工作面可推进长度过长，下部煤层俯斜工作面可推进长度过短，使得每层煤的仰、俯斜回采工作面可推进长度不均匀，分带接续不均衡，增加了分带巷道运输费用；7.通风网路较长，通风费用较高；8.当井田内存在倾向断层时，分煤层回风大巷要频繁找煤，大巷的弯道数量增加，影响运输设备的运行速度且增加投资，所以，该模式对构造适应能力差；9.每层煤的护巷煤柱较大，在有自然发火危险的煤层中，护巷煤柱压裂透风容易引起自然发火；一般在井田走向短，煤层数目少，煤层间距大，采用集中布置有困难且经济上不合理时，才采用此种布置模式。模式二的优点如下：1.每层煤仰、俯斜回采工作面的推进长度相差较小，分带接续较均衡，分带巷道运输费较低；2.一水平井筒较短，建井工期较短，初期投资较低；3.分带运输巷和分带运料巷掘进通风较容易。模式三的缺点如下：1.每层煤都要掘进多条分煤层大巷，分煤层大巷总条数过多，井田开拓掘进总工程量大，给生产成本带来了过重的负担；2.由于工程量大，又是单层开拓、扒皮式回采，所以采掘干扰严重；3.由于巷道多，总工程量大，所以巷道维护量大，维护费用高；4.由于带区材料车场和带区入风石门（也担负掘进运矸的任务）是从煤层底板穿向煤层，煤层倾角缓，要留大量的护巷煤柱；集中斜巷和两翼回风斜巷较长，压煤量较多；所以煤炭采出率低。5.各煤层的分煤层运输大巷和回风大巷处在下层煤下山阶段的上方，回风立井处在井田边界附近，煤层之间几乎不能实现同采，一般为扒皮式回采，给各煤层间的搭配开采造成极大的困难，矿井生产期内的产量、煤质、煤种等综合指标不稳定；6.当井田内存在倾向断层时，分煤层回风大巷要频繁找煤，分煤层运输大巷的弯道数量增加，影响运输设备的运行速度且增加投资，所以，该模式对构造适应能力差；7.每层煤的护巷煤柱较大，在有自然发火危险的煤层中，护巷煤柱压裂透风容易引起自然发火；8.由于是分层开拓，容易助长短期行为，引发掏肥丢瘦，浪费资源的现象。与模式一类似，一般在井田走向短，煤层数目少，煤层间距大，采用集中布置有困难且经济上不合理时，才采用此种布置模式。在目前设计、制造和使用的回采工作面机械设备的条件下，以上几种井田开拓模式的适用条件是倾角12以下的煤层，但对现有机械设备采取一些相关措施，也可将适用条件扩大到倾角为17的煤层。模式三与其它模式相比优点如下：1.大巷工程量及与大巷有关的联络巷道相对于其它三种模式大大减少，无总石门，也无回风石门，总工程量最少，大大降低了费用和成本；2.由于总工程量较其它模式大为减少，所以巷道维护量大为减少，巷道维护费大大降低；3.由于煤层间的开采顺序是阶梯式，总工程量又少，所以采掘干扰轻微，回采面接续从容。井田每翼可安排13个带区阶梯式同采，增产潜力大，排产灵活，矿井服务年限内的均衡生产容易保证；4.带区斜巷与煤层的夹角较大，而且随着煤层的阶梯开采逐段报废，越来越短，所以压煤量为零；集中大巷处在煤层群的最下部煤层，无石门，护巷煤柱比其它模式大为减少；由于带区斜巷的空间特性，层组内煤层的开采顺序必须是自上而下的顺序式，煤层间接续工程量少，薄煤层可在低准备量低成本状态下被采出，因此最大限度地遏制了采肥丟瘦的现象的发生；所以煤炭采出率较其它模式大为提高；5.由于层组内煤层间的开采顺序是阶梯式，带区斜巷又不压煤，所以给层组内煤层的搭配开采创造了条件，有利于矿井生产期内综合指标的稳定；6.由于总工程量少，出矸量少；煤炭采出率高，延长了矿井的经济寿命，会减少单位历史阶段内的建井数量；效益高；成本低；安全状况好；从而使得该模式具有了环保型的特性，推广后，将有利于煤炭行业的可持续发展。7.以斜巷代替石门做为煤层间的联络巷道，使得每层煤仰、俯斜工作面可推进长度失衡的状况较其它模式大为改善，最大限度地缓解了工作面接续的紧张状况，降低了分带巷道的运输费用；8.当遇到走向断层时，集中大巷不必频繁转弯，带区斜巷向下延伸或向上调整带区斜巷的长度即可保证带区斜巷与所有煤层的联络，所以创新模式对地质构造的适应能力较强；9.排水费和通风费比其它模式低；10.护巷煤柱少，在有自然发火危险的煤层中，安全状况比其它模式好；11.由于带区斜巷是逆倾向穿层布置，所以巷道受力状态好，容易维护；创新模式与其它模式比缺点如下：1.由于一水平井筒较深，加之移交前要施工带区斜巷，所以初期工程量略大，工期略长；2.井筒提升费略高；详见技术比较表33表33 技术比较表序号对比项目评优准则模式一模式二模式三1移交工程量及投资少中优差2一水平总工程量及总投资少差差优3工期短中优差4巷道维护费少差差优5矿井出矸量少差差优6煤炭采出率高差差优7分带巷道长距离掘进通风易差优中8仰、俯斜工作面推进长度差值少差较优优9煤层间的搭配开采易差差优10对构造的适应能力强差差优11运输段数少优差中12分带巷道运输费少差较优优13带区斜巷运输费和井筒提升费少中优差14排水费少优差优15通风费少差优优依据开拓方案技术比较，可初步选定三种较合理开拓方案：模式一：双斜井开拓，如图31；模式二：主斜副立开拓，如图32；模式三：双立井开拓，如图33。图31 双斜井开拓图图32 主斜副立开拓图图33 双立井开拓图（2）经济比较方案一、方案二在技术均较合理，两者之间的区别在于井筒掘进费用以及他们的维护费用、提升费用，主石门掘进长度等等。两个方案的井底车场、水平运输大巷以及各种采区石门和采区上山（斜巷）的工程量基本相等。因此，只需要比较它们的不同之处，即建井工程量、生产经营费用、基建费用和维护费用等。详见开拓方案经济比较表34。表34 经济比较表项目名称方案一（万元）方案二（万元）方案三（万元）井筒主井3000115010-4=3453000115010-4=345600300010-4=180副井3000115010-4=345600300010-4=180600300010-4=180风井600300010-4=180600300010-4=180600300010-4=180石门开凿35080010-4=28125080010-4=100200080010-4=160总计898805700从经济比较表可知方案三投资少，所以该设计矿井选择方案三。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井田采用一对立井开拓，即主井、副井。主井用以提升煤炭，副井用以提矸、升降人员、下放材料和设备及兼作进风井。3.3.2 井筒位置及坐标井筒确定在（5006635，418185），（418250，5006640） 两点，理由是：1.有较好的地形条件：井口处标高+220m，地面坡度不足1，平正土方量小；2.地处煤层倾斜方向的便上部，位于煤层走向的中央。详见井田开拓方式平面图；3.交通条件好：靠近公路铁路和公路；确定井筒坐标为：主井井口坐标为：（5006635，41818），副井井口坐标为：（5006640，418250）。主井井口标高为+220 m，副井井口标高为+220m，拟定二水平为井筒最终水平。主井井深600 m，副井井深600 m，两井筒中心线间距为65m，主井井筒直径6.5 m，副井井筒直径6.5 m，均采用整体式混凝土井壁，井壁厚度450 mm。3.3.3 水平数目及高度本井田采用二水平开拓,拟定第一水平为60m,实行仰、俯斜开采.第二水平拟定标高为 400 m，实行仰、俯斜开采。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，对于各种大巷布置方式分述如下： （1）煤层大巷：当煤层顶底板较稳定，煤层较坚硬，易维护，煤层起伏和断层、褶皱小时，可保证巷道较为平直，保证运输设备运行；没有瓦斯与煤的突出，无严重自燃发火等情况下，应优先考虑采用煤层大巷。对于新建矿井，在煤层中布置巷道，在建设期间，还有早出煤，早投产，节省投资以及探明地质情况的优点。下列情况宜布置煤层大巷：煤层群中相距较远的单个薄煤层或中厚煤层，走向不大，资源/储量有限、服务年限短的；单独开拓的薄煤层或中厚煤层；煤层群（组）下部的薄及中厚煤层中开集中大巷的；煤质坚硬，围岩稳定，维护简单，费用不高的煤层；煤系底部有强含水层或富含水的岩溶时，不宜布置底板大巷的；煤层坚硬而顶板松软或膨胀，难以维护的。（2）岩石大巷优点很多，费用低，如维护条件好。大巷方向、坡度可根据运输等功能要求选定，而较少受地质构造的影响。可不留或少留护巷煤柱，安全条件好，煤的损失少，受煤和瓦斯突出以及自燃发火影响较小。缺点主要为岩石工程量大，掘进速度慢，投资费用高，建设工期长。在具体条件下是采用岩石大巷还是煤层大巷需要做全面细致的方案比较才能合理的确定。本设计井田对大巷布置提出两种方案：方案一：煤层大巷布置方案二：岩石大巷布置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；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；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；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，煤层大巷与岩石大巷相比缺点大于优点，岩层大巷的优越性是主要的。在本设计井田中，由于4#、5#、6#A、6#B煤层间距小，可布置岩石集中大巷。因此，运输大巷采用岩石大巷布置，回风大巷采用岩层大巷布置。大巷与石门服务年限较长，运输能力要求大，所以大巷和石门的断面和支护设计基本相同，断面尺寸详见断面图： 图34 大巷与石门断面图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（1）矿井瓦斯等级及通风方式；（2）矿井设计生产能力及工作制度；（3）矿井开拓方式；（4）井筒及数目；（5）矿井主要运输巷道的运输方式；（6）矿井地面及井下生产系统的布置方式；（7）各种硐室有关的资料；2.设计要求：（1）井底车场富裕通过能力，应大于矿井设计生产能力的30%；（2）应该考虑主、副井之间施工时便于贯通；（3）井底车场设计时，应该考虑到增产的可能性；（4）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；（5）井底车场线路不止应该结构简单，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；（6）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。3.立井井底车场的基本类型：（1）环形式：立式、斜式、卧式；（2）折返式：梭式、尽头式；4.井底车场形式选择：（1）保证矿井生产能力，有足够的富裕系数，有增产的可能性；（2）操作安全，符合有关规程、规范；（3）井巷工程量少，建设投资省，便于维护，生产成本低；（4）施工方便，各井筒间、井底车场与主要运输巷道间能迅速贯通，缩短建井工期；（5）调车简单，管理方便，弯道及交岔点少；（6）当大巷或石门与井筒的距离较大时，能够布置下存车线和调车线，可选择立式井底车场；（7）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刀式车场，采用两翼来车的形式。3.3.6 煤层群的联系本设计井田煤层群开采时的联系方式是联合准备，即4#、5#、6#A、6#B煤层组成一个统一的采煤系统，准备巷道为4个煤层共用，大巷采用集中布置方式。煤层倾角一般在11