双鸭山矿业集团东荣五矿的1.5Mta新井设计

摘要 本设计为矿井黑龙江省双鸭山矿业集团东荣五矿的新井设计，设计生产能力1.5Mt/a，服务年限77.6a。井田平均走向长4km，平均倾斜长3km，煤层平均倾角5，属近水平煤层。设计的可采煤层共有3层，平均厚度4.47m。 由于井田倾斜长度较大，且为近水平煤层，以及煤层地质条件等因素影响，决定本井田内采用倾斜长壁采煤法和走向长壁采煤法开采，14＃煤层工作面为放顶煤，单工作面达产；15＃、17＃煤层工作面为综合机械化采煤，双工作面达产。设计中采用双立井开拓、单水平划分、集中大巷布置的开拓方式。大巷采用10吨电机车牵引3吨底卸式矿车运输。 采用“四六”工作制，14＃煤层工作面长150m,截深0.6m,日进6刀。 关键词：立井开拓、走向长壁采煤法、放顶煤、集中大巷  Abstract This design is a new mine planning for Dongrong wu Coal Mine Shuangyashan Mining Administration of Heilongjiang Province. Mine planning capacity is 1.5Mt/a. Its service is 77.6a. The average toward length of the field is 4km,and average skewed length is 3km.The average inclination of the coal bed is 5,which is a nearly level coal bed. There are 3 can exploit coal bed in this field, which average thickness is 4.47m. As the field is more toward greater length and coal bed is nearly level. And geological condtions Etc. causes impact, decision this field use longer wall coalmining and pit tubs transport one long wall mining on the strike coal mining. 14＃coal bed adopts put top coal and one located production; 15＃、17＃coal bed adopting coal craft as to synthesize the mechanic nation adopt the coal craft and two located production. This mine shaft is applied to double in dined shaft development method and divided one level .The big lane in concentration in adoption arranges, big alley adopt the wiring type generator vehicle of 10t pull the base of 3t unload type mine vehicle transportation, Adapt “four-six” work situation, 14＃coal bed work face is 150 meters length of circle is 0.6 meters, and times is 6 one day. Keyword：vertical shaft development longwall coal mining method Put top coal gathering main roadway 目录 摘要 I Abstract II 目录 III 绪论 1 第1章 井田概况及矿井地质特征 2 1.1 井田概况 2 1.1.1井田位置及范围 2 1.1.2交通位置 2 1.1.3地形与河流 2 1.1.4气象 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 5 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 6 1.2.5井田内的水文地质情况 6 1.2.6沼气、煤尘及煤的自燃性 6 1.2.7煤质、牌号及用途 7 第2章 井田境界、储量及服务年限 8 2.1 井田境界 8 2.1.1井田境界确定的依据 8 2.1.2井田周边情况 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 8 2.2.3储量计算的评价 10 2.3 矿井工作制度、生产能力及服务年限 10 2.3.1矿井工作制度 10 2.3.2矿井生产能力及服务年限 10 第3章 井田开拓 12 3.1 概述 12 3.1.1井田内外及附近生产矿井开拓方式概述 12 3.1.2影响本设计矿井开拓方式的因素及具体情况 12 3.2 矿井开拓方案选择 13 3.2.1井筒形式和井口位置 13 3.2.2开采水平的数目和标高 17 3.2.3开拓巷道的布置 18 3.3 选定开拓方案的系统描述 21 3.3.1井筒形式、数目及位置 21 3.3.2石门、大巷的数目及布置 21 3.3.3井底车场形式的选择 22 3.3.4煤层群的联系 23 3.3.5采区的划分 23 3.4 井筒布置和施工 25 3.4.1井筒穿过的岩层性质及井筒支护 25 3.4.2井筒布置及装备 25 3.4.3井筒延伸的初步意见 26 3.5 井底车场及硐室 27 3.5.1井底车场形式确定及论证 27 3.5.2井底井场的布置、存车线路、行车线路长度 27 3.5.3 调度图表 30 3.5.4井底车场通过能力的验算 32 3.5.5井底车场主要硐室 32 3.6 开采顺序 33 3.6.1沿煤层走向的开采顺序 33 3.6.2沿煤层倾斜方向的开采顺序 33 3.6.3采区接续计划 33 第4章 采区巷道布置及采区生产系统 35 4.1 采区概述 35 4.1.1设计采区的位置、边界、范围、采区煤柱 35 4.1.2采区地质和煤层情况 35 4.1.3煤层自燃倾向性、及煤尘的爆炸指数 35 4.1.4采区的生产能力、储量及服务年限 35 4.2 采区巷道布置 36 4.2.1区段划分 36 4.2.2采区上山的布置 37 4.2.3采区车场布置 37 4.2.4采区煤仓形式、容量及支护 41 4.2.5硐室简介 42 4.2.6采区工作面接续 43 4.3 采区准备 45 4.3.1采区巷道的准备顺序 45 4.3.2采区主要巷道的断面及支护方式 45 第5章 采煤工艺 48 5.1 采煤方法的选择 48 5.1.1采煤方法选择的制约因素 48 5.1.2采煤方法的选择 48 5.2 回采工艺 48 5.2.1选择回采工作面的工艺及机械设备 48 5.2.2.设备选型 50 5.2.3 选择采面循环方式和劳动组织形式 53 第6章 井下运输和矿井提升 56 6.1 矿井井下运输 56 6.1.1运输方式和运输系统的确定 56 6.1.2矿车的选型及数量 56 6.1.3采区运输设备的选择 59 6.2 矿井提升系统 61 6.2.1矿井主提升系统的选择与计算 61 第7章 矿井通风与安全 66 7.1 矿井通风系统的确定 66 7.1.1概述 66 7.1.2 矿井通风系统的确定 66 7.1.3主扇工作方式的确定 67 7.2 风量计算与风量分配 67 7.2.1矿井风量计算原则 67 7.2.2风量计算 68 7.2.3风量分配 70 7.2.4风量调节的方法与措施 71 7.2.5风速的验算 73 7.3 矿井通风阻力的计算 74 7.3.1确定全矿最大通风阻力和最小通风阻力 74 7.3.2矿井等积孔的计算 77 7.4 通风设备的选择 78 7.4.1主扇的选择计算 78 7.4.2电动机的选择 81 7.4.3反风措施 82 7.5 矿井安全技术措施 83 7.5.1预防瓦斯及煤尘爆炸 83 7.5.2火灾与水患的预防 85 7.5.3其他事故的预防 86 第8章 矿井排水 87 8.1概述 87 8.1.1矿井水来源及涌水量 87 8.1.2对排水设备的要求 87 8.2矿井主要排水设备 88 8.2.1排水方式与排水系统简介 88 8.2.2主排水设备及管路的选择计算 88 第9章 技术经济指标 92 结论 94 致谢 95 参考文献 96 附录 1 97 附录 2 101 VI 绪论 通过大学四年的学习，我对专业知识进行了系统的学习，为了能更好的巩固和运用这些知识，并使其系统化、条理化。我做了东荣五矿1.5Mt/a的新井设计。本设计主要是关于新矿井的建设，其中包括开拓方式的选择、采区巷道的布置、采煤工艺、矿井的提升和井下的运输、支护方式、设备选型、矿井通风、排水。在设计的过程中，对矿井的通风、排水、矿井的提升与井下运输等章节作了比较详细的论述。在以安全生产为前提，以提高矿井效益为目标，在现有的技术装备水平下尽量采用国内外最先进的生产设备及采煤工艺以求达到高产高效的目标。针对设计井田范围内煤层厚的特点，对14＃煤层采用了最先进的综采放顶煤采煤工艺，在此为了达到预期的高产高效的目的选用了目前国内外最先进的综采放顶煤支架及与其相配套的采煤设备。因此，在选型设计上已基本达到了高产高效的目的，另外，为了安全生产，在瓦斯的防治等安全方面都提出了相应的措施。 设计中主要是通过绘制矿井的各种图纸及文字说明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和计算，以便使设计更加合理，更符合实际要求。在设计时，需要根据矿井的地质情况、煤层的赋存情况进行综合分析，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，使我所学的知识系统化、条理化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。 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 东荣五矿位于黑龙江省双鸭山市友谊县境内，地理坐标为北纬4626′00″～4627′00″，东经13140′00″～13141′00″，行政区划隶属于双鸭山市宝山区。东侧有条高速公路作为边界，南侧有一东西走向的断层，西侧有数条断层，并有居民区，以此作为井田的边界，井田范围北侧以西峪村煤矿为其边界，南北长4.0km ，东西宽3.0km，面积：12.0km2。 1.1.2交通位置 设计矿井东南部与宝清县交界，在双鸭山煤田东北缘七星河矿区内，西距双鸭山市65km，南距七星矿15km。交通十分便利，最近的车站为兴隆站，铁路经由双鸭山和福利屯至佳木斯可通往全国各地，公路可通往宝清、福利和双鸭山。具体地理交通情况见图1-1： 1.1.3地形与河流 区内地势海拔较高，海拔标高在703～1500m左右；共有三条人工河流，自北向南流，与该区东侧的七星河汇合，经绕力河最后汇入乌苏里江。 1.1.4气象 本区属大陆性气候，温差大，一般-20～30℃，最低温度达-39℃，每年的结冻期较长，冻土带深度高达20米左右，夏季最高温度在零上38℃，降雨集中在7、8、9月份，平均降雨量约452～737mm。 图1-1 双鸭山矿业集团交通示意图 1.2 地质特征 1.2.1矿区范围内的地层情况 从老到新依次有元古界麻山群、中生界下白垩统、以及新生界第三、第四系。现分别表述如下： 1.元古界麻山群：主要分布在煤田以外，由拓榴石片岩、花岗片麻岩、石英、黑云母片岩、粉砂岩等组成的变质岩系，厚度不详。 2.下白垩统鸡西群城子河组：城子河组为主要的含煤地层，不整合覆于麻山群及古生代花岗岩之上，以灰白色砂岩与粉砂岩组成夹泞灰岩层10余层。 3.穆棱组：由深灰色、浅灰绿色及灰色的粉砂岩、细砂岩、泥岩等组成，夹灰白色粉砂岩及薄层泞灰质岩石。含煤性差，且均不可采。与下覆的城子河组地层为整合接触。总厚度高达558m。 4.第三系：在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，中间夹有黄绿色粉砂岩。厚度达280m左右。 5.第四系：分布在近代河床及低洼湿地，由腐植土、砂、砾及玄武岩等组成。厚度在80m左右。 其中第四系的煤系地层综合柱状图见图1-2： 图1-2 地层综合柱状图 1.2.2井田范围内和附近的主要地质构造 构造：设计井田范围内地质构造简单，没有大的断裂构造。该区为双鸭山煤田东端，由德发向斜，保安背斜及向阳向斜组成不对称的煤盆地，而新安向斜则为双鸭山煤田北部兴隆凸地，东侧由于断裂而保存下来的煤盆地，地层走向受基盘控制，以下主要列出落差较大的若干断层，落差很小的不予考虑。主要断层见表1-1： 表1-1 主要断层表 顺序 名称 性质 断层面 走向 断层面 倾向 倾角 落差 （m） 水平断 距(m) 1 F1 正 EW SN 75o 8.9 5～8 2 F2 正 SN WE 40o 2.1 4～6 3 F3 正 SN SW 42o 0～2.5 0～6 4 F7 正 NW SW 60o 0～2.3 0～7 5 F8 正 SN WE 60o 0～1.7 0～5 6 F12 正 EW SN 65o 0～3.0 0～5 1.2.3煤层赋存状况及可采煤层特征 设计井田开采的煤层主要位于第四系鸡西群城子河含煤组，本组共有中厚、厚煤层3层，为了清楚起见，现将各煤层厚度、结构、容重和顶底板情况分层以文字叙述如下(附煤层特征表)1-2： 表1-2 可采煤层特征表 (1) 14＃煤层：煤层厚度为7.9～12.9m，一般平均厚度为8.86m，顶 底板岩性以中砂岩为主，其次为粉砂岩、泥岩。 (2) 15＃煤层：煤层厚度1.9～2.9m，一般平均厚度为2.36m，为单煤层，顶板为细砂岩、中粗粒砂岩，伪顶为砂质泥岩。 (3) 17＃煤层：煤层厚度1.8～2.7m，一般厚度2.2m，顶板为细砂岩、中粗砂岩及含炭粉砂岩。 1.2.4岩石性质、厚度特征 详见岩石物理力学性质指标表1-3： 表1-3 中砂岩岩床统计表 床号 岩性 厚度（m） 面积（km2） 相应层位 1 中砂岩 1.4～19.95 11.20 14＃煤层 2 中砂岩 15.5～23.2 15.4 15＃煤层 3 中砂岩 0.7～14.3 4.20 17＃煤层 1.2.5井田内的水文地质情况 本区地形西部高，东部比较平缓，七星河阶地绝对标高为90～100m,七星河从区外东南部流过，河床呈蛇曲状，观测站资料表明,该河的最大流量达569m3/s，冬季流量很小，几乎断流。七星河最高洪水位淹没范围为七星河以东，在井田范围以外，洪水位标高为45～52m。对井田范围内的开采情况没有影响。 1.2.6沼气、煤尘及煤的自燃性 1.瓦斯：东荣五矿属于低瓦斯矿井，在地质条件简单，开采深度浅，+100m水平以上，瓦斯涌出量较小。随着深度增加，瓦斯涌出量逐渐增加，不同煤层瓦斯含量也有不同，主要可采煤层CH4平均含量为7m3/t，可燃质、CO2各煤层平均含量为0.15m3/t，可燃质在各主要可采煤层的自然成分以N2为主，本矿瓦斯工作面绝对涌出量为8m3/min。掘进面瓦斯绝对涌出量为4.8m3/min，其它巷道的瓦斯绝对涌出量为2.28m3/min属于低瓦斯矿井。 2.煤尘：根据煤尘爆炸性试验指标，该矿开采的煤层均无爆炸性。 3.煤的自燃：根据邻近矿井资料表明，该矿井15＃煤层有自燃发火的倾向，14、17＃煤层均无自燃发火的倾向。 4.地温特征：本区恒温深度在16～26m的范围内，温度为6℃,从地温测量结果计算分析得知，本区平均地温梯度为2.7℃/100m，平均地热增温率为38.2m/1℃，设计井田的范围基本属于地温正常区。但随着开采深度的增加，地温将有所升高。 1.2.7煤质、牌号及用途 根据中国煤炭的分类方案，本区以无烟煤为主，其容重为1.4g/cm3,其硬度为2.3。该煤种主要为民用燃料和化工染料及冶金用煤，主要可采煤层的煤质特征见表1-4： 表1-4 煤质特征表 第2章 井田境界、储量及服务年限 2.1 井田境界 2.1.1井田境界确定的依据 1.主要以地理地形、大的断裂构造等作为划分井田境界的依据； 2.井田要有合理的走向长度，以利于机械化程度的不断提高； 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； 2.1.2井田周边情况 本矿北侧以西峪村煤矿为其边界，东侧有公路作为该井田的边界，南侧为一东西走向的断层，西侧有数条断层，并且有居民区，以此作为该井田的边界。设计井田南北走向长度约4 km，东西走向长度约为3 km。西距双鸭山市65km，南距双鸭山七星矿15km。交通方便，向北9km有福前铁路，最近车站为兴隆站，铁路经由双鸭山和福利至佳木斯可通往全国各地，公路可通往宝清、福利和双鸭山。 2.2 井田储量 2.2.1井田储量的计算 井田范围内开采的煤层为14＃、15＃、17＃三层，各煤层储量计算边界与井田境界基本一致。参加计算的煤层最小厚度为1.8m，最大厚度为12.9m,最高灰分为21.69﹪，最低灰分为8.58﹪(原煤)量。 矿井工业储量是指在当前的技术经济条件下，依照国家的能源政策能够合理开采利用的储量。矿井可采储量是指矿井工业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。经初步计算，井田范围内共有工业储量226.32Mt。 2.2.2保安煤柱 《煤矿安全规程》，留设保安煤柱如下： 1.井田边界的断层处留设30m～50m保安煤柱； 2.井田内部较大的断层处留设30m保安煤柱； 3.地面建筑物按其等级留设15～20m宽的围护带； 4.煤层大巷两侧煤柱各留50～100m宽的保安煤柱。 按以上方法计算得： 工业广场煤柱损失：1.62Mt； 断层、采区、边界保安煤柱损失：4.57 Mt； 开采损失量：18.2 Mt。 工业广场保安煤柱的留设如图2-1： 图2-1 安全煤柱的留设图 其参数见表2-1： 表2-1安全煤柱的留设参数表 煤层 倾角 煤层 厚度 井筒中心通过煤层的距离 δ γ β 5 13.42m 590m 45 77 77 73 2.2.3储量计算的评价 设计矿井的各类储量计算见表2-2： 表2-2 矿井工业储量汇总表 水 平 煤层号 工业 储量A+B+C (Mt) 开采 损失 可采 储量 (Mt) 工业 场地 井田 境界 断层 其他损失 合计 14 149.4 5.98 7.02 1.046 0.897 14.942 26.90 107.58 15 37.10 1.484 1.7437 0.259 0.223 3.71 6.678 26.71 17 39.80 1.592 1.8706 0.279 0.239 3.98 7.164 28.655 合计 226.32 9.053 10.634 1.584 1.359 22.632 45.552 162.945 2.3 矿井工作制度、生产能力及服务年限 2.3.1矿井工作制度 根据《设计规范》的规定： (1)矿井的年工作日按330d计算； (2)每天的净提升时间按16h计算； (3)矿井采用“四六”制，其中三班进行采、掘工作，一班进行检修； 2.3.2矿井生产能力及服务年限 1.根据《设计规范》的规定，矿井的设计生产能力分为以下三种： ①大型矿井：1.2、1.5、1.8、2.4、3.0、4.0及以上（Mt/a）； ②中型矿井: 0.45、0.6、0.9（Mt/a）； ③小型矿井：0.09、0.15、0.21、0.3（Mt/a）； 除上述井型以外，不应出现介于两种设计生产能力中间的井型。 2.矿井设计生产能力方案比较 本矿井已查明的工业储量为226.32Mt,，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10%，各可采层为中厚、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162.945Mt。 根据地质报告的资料描述，煤层储量适中，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，即矿井生产能力为1.20Mt/a，1.50Mt/a和1.80Mt/a三个方案，分析论证如下： 按照公式 P=Z/AK (2-1) 式中 P——为矿井设计服务年限，a； Z——井田的可采储量,Mt； A——为矿井生产能力,Mt/a； K——为矿井储量备用系数，一般取1.4； 计算得： P1=96a ； P2=77.6a； P3=64a； 经与《规程》和采矿设计手册相核对，并考虑15＃、17＃煤层的生产能力确定77.6a为比较合理的服务年限，即本矿井的设计生产能力为1.50Mt/a。 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 矿井开拓设计是在总体设计已经划定的井田范围内，根据精查地质报告和其它补充资料，具体体现总体设计的合理原则，认真分析研究主要井巷如何深入地下或山体，以便接近或进入煤层的预定位置，为采区开采打开通道，其中包括确定主副井、风井的井筒形式、深度、数量、位置、阶段高度、大巷布置、采区划分、开采顺序与通风、运输系统。 设计井田，煤层的赋存深度大约在离地表500m左右，煤层倾角较小，并在井田范围内有含水丰富的冲击层，矿区地面标高在＋1500至＋703m之间，地区起伏较大，矿区煤层赋存稳定，断层少落差不大，大的断层都作为矿区的边界，矿区附近各个矿井井型不同，开拓方式主要以立井开拓为主。考虑通风、施工等条件，初步选用双立井开拓。 3.1.2影响本设计矿井开拓方式的因素及具体情况 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)煤层赋存情况和开采技术条件； (3)技术装备和工艺系统条件； (4)地形地貌和地面外部条件； (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 本井田属于缓坡高山地形，海拔最高的地区在本井田范围之外，其井田范围内地势起伏比较平缓。 2.煤层赋存情况 整个井田的煤层上部标高在300m，下部标高在100m，北部及西部以断层为界。整个矿区共有3层可采煤层，煤层平均走向长度为4.0km，倾向3.0km。本井田煤层系近水平中厚、厚煤层，平均倾角在5.0左右。 3.2 矿井开拓方案选择 3.2.1井筒形式和井口位置 井口附近要有一定范围用以布置工业场地，其中包括主副井生产系统建筑物与结构物矿井工业场地占地指标。选择井井筒位置应当充分利用地形，以地面生产条件系统布置要求，平坦地形最适合矿井建设，不仅平场工程量较小，大型建筑物基础处理也比较简单。 地面条件： 1.工业场地占地面积： 井口附近要有一定的范围用以布置工业场地，其中包括主副井生产系统建筑物与结构物，根据《煤炭工业设计规范》矿井工业场地的占地面积指标，该矿井占地约有12～14.4公顷，由于矿井占地较多，矸石和煤泥水对生态有一定的影响，故应选择荒山坡地结合地形布置生产系统，以减少土石工程，认真贯彻不占良田，少占农田，不拆或少拆村庄的方针。 2.地形与工程地质条件： 选择井筒的位置应当充分利用地形，从地面生产系统布置要求，平坦地形最适合矿井建设，这样不仅平场工程量少，大型建筑物基础比较简单，井口附近不能过分低洼，不仅要避免洪水灾害，还要避开滑坡、岩崩、流沙河、泥石流等危险区。 3.煤的运向： 为了减少运输费用，在确定井筒位置时，要考虑主要运输所在的位置，有条件的应尽量使提升井筒或运输平硐靠近主要运向的一侧。 井下条件： 1.按最小运输功确定井筒的位置： 通常把运量和运距的乘积叫做运输功，以吨公里表示，在同一井田内，大巷运输费用的高低与所消耗的运输功近似成正比。 井田储量一定时，沿井田走向大巷运输功的变化可因井筒位置的不同而成倍的增加，当井田形状规则，储量分布均匀时，最小运输功的位置在井田的中心，井筒设于此处，不仅运输费用低，巷道维护、采区准备及通风费用也相应降低。 2.根据地质条件： 井筒位置应选择在以丘陵坡地为主的宽缓地带，该处冲击层薄，地下补给范围有限，工程地质条件较好。土地亩产较低，如果井筒位于冲击平原，应该根据钻孔资料寻找基岩隆起区，可利用古地形和掩埋着的冲击层。 3.煤柱量： 为减少煤柱量，在选择井筒位置时，如果不能设在井田之外，应结合其他条件尽量使井筒设在煤层浅部，尽可能少压煤，也便于后期回收，浅部没有条件时，井筒应选择在无煤区、薄煤区、高灰分区、变质区，但是又不能给井筒的施工带来困难。 依据本井田的储量分布图及剖面图。考虑水平划分及主要巷道布置，确定井口的位置在整个井田的储量中心，坐标为： 主井坐标： 纬度93237.5，经度95594 副井坐标： 纬度92560.5，经度95218.5 根据地形地貌、煤层赋存条件及确定的工业场地位置，本着合理开发全井田，最大限度的利用资源、集中生产运输环节简单、初期井巷工程量少、投资省、出煤早、达产快、安全、高效的原则，设计提出了三个开拓方案： 方案一：双立井开拓 方案二：双斜井开拓 方案三：主立副斜井开拓 以上三种井筒开拓方案比较如下： (一)适用条件比较： 斜井:主要适用于煤层赋存较浅，垂深在200m以内，煤层赋存深度为0－500m，含水砂层厚度小于20－40m，表土层不厚，水文地质情况简单的煤层；井筒不需要特殊施工方法的缓倾斜及倾斜煤层。 立井:适用于煤层赋存深度在200－1000m，含水砂层厚度20－400m,并且立井开拓的适应性很强，一般不受煤层倾角，厚度，瓦斯，水文等自然条件的限制；技术上也比较可靠，当地质条件不利于平硐或斜井开拓时均采用立井开拓方式。 (二)斜井与立井的技术比较： 综上所述，对以上几种开拓方案进行相应的技术比较，以便从中选出较为合理的方案，具体比较见表3-1： 表3-1 技术比较表 方案 名称 优点 缺点 1 双立井 1.适应性强 2.井筒短，提升速度快 3.通风断面大，满足风量的要求 4.技术上比较可靠 1.初期投资大，建井期长。 2.需要大型提升设备 3.多水平开拓时，立井石门长度较大，工程量较大 2 双斜井 1.掘进速度快，初期投资与双立井相比较少 2.井筒设备简单 1.井筒过长，增加煤柱的损失且不利于井筒的维护 2.通风路线较长，通风阻力大，满足不了通风的要求 3 主立 副斜 1.掘进速度快 2.可满足最大风量的通风要求 3.有利于辅助提升 1.井口相距太远，不利于工业场地的布置 2.地面建筑分散 3.占地较多，煤柱损失较多 依据开拓方案技术比较表可初步选定两种较为合理的开拓方案。 方案一：双立井开拓 方案二：双斜井开拓 上述两种开拓方案在技术上是可行的，为从上述两种开拓方案中选出比较合理的方案，以下对两种开拓方案进行相应的经济比较，以便从中选出符合要求的开拓方案。详细经济比较表3-2： 经过上述的技术经济比较可知，对于本设计矿井而言，选用双立井开拓在技术和经济上都比较有利。 3.2.2开采水平的数目和标高 根据设计矿井的煤层赋存条件和倾斜长度，井田可以单水平开采，也可以多水平开采。每个水平设井底车场和运输大巷，为该水平的运输、通风等环节服务。 现代科技的高速发展，以及采煤机械化程度的提高务必要求矿井高产高效。高产高效矿井要求集中在一个水平，单采区、单工作面生产。这就要求加大工作面、采区和水平的走向及倾斜尺寸，要求有丰富的资源储量。 设计井田水平标高的确定主要考虑了以下几个因素： 1.煤层赋存条件及地质构造； 2.合理的水平服务年限； 3.生产成本； 4.巷道的掘进量； 5.生产采区、工作面的数目尽量减少，对井下运输减少不必要的麻烦，实现高产高效的目标。 根据上述因素，本设计井田设计提出水平划分方案如下：详细比较见表3-3： 方案一：一个开采水平； 方案二：两个开采水平； 表3-3 水平储量及服务年限表 形式 储量（Mt） 阶段 垂高 标高 服务年限（年） 方案一 单水平 162.945 260 160 77.6 方案二 一水平 59.04 60 240 24.6 二水平 111.3 160 140 53 从该表可知，方案二中的一水平达不到合理的服务年限，且根据设计井田地质条件，设计矿井不利于多水平开采；而方案一有利于采区的接续，且巷道利用率高，吨煤成本相对较低。故而采用方案一的水平划分方法，即划分一个开采水平，水平标高定在160m。 3.2.3开拓巷道的布置 开拓巷道是运输、通风的主要线路，该设计矿井采用单水平开拓，其服务年限与矿井服务年限相同，主要巷道在符合矿井开拓要求的前提下，尽量缩短大巷长度，避免过多的弯曲、转折，以减少开拓工程及维护的费用，方便运输。使运输功最小。为此应将其选在坚硬耐久，不易风化、无自燃发火的煤、岩层内。 1.开拓巷道布置方式的选择： 依据矿井设计生产能力及技术可行角度，特提出以下三种大巷布置方式，并对其进行技术经济比较，从中选出较优的方案。 方案一：分煤层大巷布置 方案二：分组集中运输大巷 方案三：集中运输大巷 详见开拓方案技术比较表3-4： 表3-4 技术比较表 特点 分组集中大巷布置 分煤层大巷布置 集中大巷布置 优点 1.总的巷道工程量较少，生产比较集中 2.大巷容易维护，运输条件好 1.初期投资少，建井速度快 2.初期工程量少，加以沿煤层掘进，施工技术及装备均较简单 1.大巷工程量少，生产区域比较集中 2.采区巷道集中联合布置，开采程序比较灵活，开采强度大，大巷维护容易 缺点 1.长度较长 2.掘进工程量大 1.总的开拓工程量大，相应的设备占用量多，生产采区分散管理不便 1.总的石门长度大 2.初期工程量大，建井时间长且有反向运输 适应 条件 1.可采煤层数目多，间距大小不同，煤层间距大 2.井底车场在煤层群上部或中间时，初期工程少，工期长 1.煤层数多，层间距大，石门长 2.井田走向长度短，服务年限不长 3.煤质牌号不同，要求分采分运 1.煤层间距小井田走向长度大，服务年限长 2.下部煤层底版有坚硬有岩层，采区尺寸大 3.自然发火严重，便于分区，分段处理事故 设计井田的可采煤层为14、15、17＃煤层，由地质资料可知，该三层煤的层间距较小，又因为三层煤的煤质及煤牌号相同，不需要分采分运，所以，根据煤层的赋存条件、煤层顶地板岩石的地质情况，排除分层布置的开拓方案。对另外两种巷道开拓方案详细比较选择较优的方案： 方案二：集中运输大巷布置 方案三：分煤层大巷布置 2.巷道开拓方案的技术评价 1)方案一 集中大巷及采区石门布置如图3-1： 集中大巷布置在17＃煤层底板岩石中，14、15＃煤层通过采区斜巷与大巷联系，因为集中大巷服务年限较长，且煤层有自燃发火的倾向，故该集中大巷布置在煤层底板，且围岩条件较好，该方案在技术评价上能满足矿井生产的要求。 图3-1 集中大巷及采区石门布置图 1——主井 2——副井 3——井底车场 4——主要石门 5——集中大巷 6——集中回风巷 2)方案二 分煤层大巷布置及石门布置如图3-2： 1——主要石门 2、3、5——分别为14、15、17＃煤层运输大巷 4、7、8——分别为14、15、17＃煤层采区上山 9、10、6——分别为14、15、17＃煤层回风大巷 即在14、15、17＃煤层底板各布置一条大巷，由于围岩条件较好，故在技术上是可行的。 图3-2 分煤层大巷布置及石门布置图 3.巷道布置的方案的经济评价： 综合上述的技术评价，上述两种方案在技术上可行，下面通过经济比较择优选用。见表3-5： 表3-5 经济比较表 方案 名称 项目 方案一 方案二 长度（m） 单价（元） 费用 （万元） 长度(m) 单价(元) 费用 （万元） 大巷 3000 527.4 158.22 9000 412.1 370.89 石门 900 527.4 47.47 448 527.4 23.63 总计 3900 ／ 205.69 94800 ／ 394.5 经过上述的技术经济比较决定该设计矿井开拓巷道采用集中运输大巷的布置方式。 3.3 选定开拓方案的系统描述 3.3.1井筒形式、数目及位置 井硐形式经过上节的技术经济比较后确定采用立井开拓，全矿共有主副井、五个风井，主副井的坐标位置分别为：（93237.5，95594）（92560.5， 95218.5）五个风井分别在各采区的上侧。井口标高大约为750m左右。 3.3.2石门、大巷的数目及布置 1.大巷数目：一条运输大巷。 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：在煤层顶底板比较稳定的情况下及煤层起伏和断层、褶皱较小时，可保证巷道较为平直，保证运输设备的正常运行；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，另外煤层大巷还有出煤早的特点。 (2)岩石大巷：维护条件好，费用低。大巷方向、坡度可根据运输等功能要求选定，受地质构造的影响较少，安全条件好，受煤和瓦斯突出以及自燃发火的影响较小；缺点主要是岩石工程量大，掘进速度慢，掘进费用高，建设工期长等缺点。 经过上节的技术经济比较，该设计矿井采用集中大巷布置。大巷断面见图3-3： 大巷设计参数见表3-6： 表3-6 大巷设计参数表 巷道 形式 支护 形式 断面 积(m2) 设计尺寸 净周 长(m) 锚喷厚度(mm) 顶高 底宽 半圆拱 锚喷 15.7 3900(mm) 4460(mm) 13.97 100 图3-3 大巷断面图 3.3.3井底车场形式的选择 1.井底车场的选择原则： 井底车场是连接井下运输和井筒提升的枢纽，是矿井生产的咽喉，由于井筒形式、提升方式、大巷运输方式及大巷距井筒的水平距离等不同，井底车场的形式也不相同，按照矿车在井底车场内的运行特点，井底车场可分为环形式(立式、卧式、斜式)和折返式(梭式、尽头式)两大类，对其选择可依据具体情况而定。 1)井底车场的通过能力应比矿井的生产能力有30﹪以上的富裕系数，有增产的可能性； 2)井巷工程量少，建设投资省，便于维护，生产成本低； 3)调车简单，管理方便，弯道及交岔点少； 4)操作安全，符合有关规程，规范的要求； 5)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，可选择立井井底车场；施工方便，各井筒间，井底车场道与主要巷道之间能迅速贯通，缩短建设时间； 6)施工方便，各井筒间，井底车场道与主要巷道之间能够迅速贯通，减少建设时间，降低成本； 现结合本矿井的实际情况综合考虑： 1)设计矿井生产能力为1.5Mt／a，年工作日为330d，实行“四六”工作制，每日净提升时间为16h； 2)矿井采用双立井、单水平开采，集中大巷布置； 3)主要运输大巷采用3t底卸式矿车运输，每列车有23辆矿车组成(计算见列车的组成),由一台10t架线式电机车牵引，卸载时机车通过卸载站；辅助运输和煤矸混合列车采用1.0t固定式矿车，由25辆矿车组成，由一台10t架线式电机车牵引； 4)本设计矿井为低瓦斯高涌水量矿井； 5)本设计矿井采用分区式通风； 根据本设计矿井的实际情况，结合上述井底车场型式的选择因素，该设计矿井选用环形立式(刀式)井底车场。 3.3.4煤层群的联系 设计井田煤层群开采时的联系方式是联合准备，即14、15、17＃煤层组成一个统一的采准系统，准备巷道为三个煤层共用，大巷采用集中布置方式，由采区斜巷将三层煤连接。煤层倾角平均在5左右。 3.3.5采区的划分 本设计井田走向长度较大，地质构造简单，为了提高准备巷道的利用率且考虑采区的接续问题，将井田沿倾向划分为五个采区，并按一定的顺序回采，每个采区有一套生产设施，包括运输设备，以便独立进行生产与准备。 本设计矿井的北侧有西峪村煤矿及个别村庄，南侧亦有村庄，在其东侧有高速公路，西侧有数条断层作为井田边界，在井田内部亦有少许断层、村庄，考虑开采技术及能最大限度地开发利用资源，该井田大致划分五个采区，分别为南一、南二、东一、北一、北二、五个采区，划分简图3-4： 图3-4 采区划分示意图 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 井筒支护的要求： 1.井筒支护应结合设计矿井的地质条件、具体围岩条件综合考虑，但应优先考虑锚喷支护。对于锚喷厚度可视具体情况而定。 2.对不宜锚喷支护，但服务年限长，且不受动压影响的井筒，宜采用砌碹等联合支护。 3.对于底板松软、破碎或底鼓的井筒，宜采用锚杆、砌碹、注浆或底拱等支护形式进行复合支护。 4.穿过软岩或断层的井筒，宜采用锚喷，（或挂网锚喷）和混凝土（或钢筋混凝土）砌碹等联合支护或复合支护。 3.4.2井筒布置及装备 井筒断面布置应综合考虑井筒所在围岩的性质，提升方式，通风安全等因素。具体遵循原则如下： 1.有利于井筒检修、维护、清扫和人员的安全通行； 2.合理使用断面空间，减少井筒的工程量； 3.井筒的布置中要对敷设的管线加以考虑，防止对管线的损坏。 根据该设计矿井年产量、提升方式等实际情况，本设计矿井井筒按有关规定布置提升设施及辅助设施。 根据实际需要，设计矿井的井筒在不同的地段采用不同的支护方式，表土层及破碎带或有含水层采用砌碹支护,完好的岩石地段采用锚喷支护，其支护参数见下表3-7： 表3-7 井筒断面支护参数表 支护形式 砌壁厚度(mm) 充填厚度(mm) 罐道规格型号 罐道梁类型 砌碹 500 50 38 Ⅰ20b 球扁钢组合 支护形式 锚喷厚度(mm) 锚杆型号 锚杆形式 规格(mm) 锚喷支护 300 Z3537 树脂 35370 断面见图3-5：及图3-6： 图3-5 主井井筒断面图 图3-6 副井井筒断面图 3.4.3井筒延伸的初步意见 由于设计矿井采用单水平开采,所以不考虑井筒的延伸。 3.5 井底车场及硐室 3.5.1井底车场形式确定及论证 井底车场是连接井筒提升和井下运输的重要环节，井下的煤炭通过井底车场经井筒提升到地面，地面的材料和设备通过井筒、井底车场运到各个采区再转至工作面。排水、通风等生产环节也必须通过井底车场。而井底车场的形式，必须适应井下运输和井筒提升的要求，因此井底车场形式的确定与井筒形式、提升方式、大巷运输方式的形式有关。 井底车场形式必须满足下列要求： 1.车场的通过能力应比矿井的设计生产能力有30%以上的富余系数，有增产的可能性； 2.调车简单，井巷工程量少，建设投资省管理方便； 3.管理方便，管道及交叉点少，便于维护，生产成本低； 现综合考虑设计矿井的实际情况及其地质情况： 1.该矿井设计生产能力为1.5Mt/a，年工作日330d，实行“四六”工作制，每日净提升16h； 2.矿井采用双立井开拓方式，一个开采水平，集中大巷布置； 3.主要运输大巷采用3t底卸式矿车运输，每列车由23辆矿车组成，由一台10t架线式电机车牵引。卸载时，机车通过卸载站。辅助运输、掘进煤和矸石列车采用1t固定式矿车，由25辆1吨矿车组成，一台10t架线式电机车牵引； 4.本设计矿井属于低瓦斯、高涌水量矿井； 通过以上条件的分析，本设计采用刀式车场。 3.5.2井底井场的布置、存车线路、行车线路长度 井底车场线路布置的要求： 1.井底车场的线路主要由主副井空、重车线组成，由于井底车场的通过能力不同，其各线路的长度也不相同； 2.采用底卸式矿车运输的井底车场要求：列车的装载与卸载方向必须一致，即注意调头问题； 3.尽量降低井底车场的线路工程量，减少不必要的道岔和巷道交岔点； 4.线路布置要有利于通风；线路上尽量不设风门，尤其是主副井行车线路上应禁设风门； 5.为保证行车的安全，应尽量避免在曲线巷道顶车； 存车线长度的确定：确定存车线长度是井底车场设计中的重要问题，如果存车线长度不足，将会使井下运输和井筒提升彼此牵制，相互影响，导致矿井生产能力降低；相反，如果存车线太长，将会增加列车在车场内的调车时间，从而降低了车场通过能力，并增加了车场的工程量。根据煤矿的实践经验，各类存车线可以选用下列长度： 1.大型矿井的主井空、重车线长度各为1.5-2.0列车长； 2.材料车线长度，大型矿井应能容纳15个材料车； 3.调车线长度通常为1.0列车和电机车长度之和； 主副井空、重车线： L=mnLk+NLj (3-1) 式中 L——主井空、重车线，副井空、重车线有效长度，m； M——列车数目，列； N——每列车的矿车数，按列车组成计算确定； Lk——每辆矿车的长度，m； N——机车数； Lj——每台机车的长数； 经过计算得： 主井L=1.5(233.45+14.5)=126m 考虑到有一定的富裕，取130m 副井L=1.0(233.45+14.5)=84m 考虑到有一定的富裕，取90m 附井底车场线路图 如图3-7： 图3-7 井底车场线路图 1——主井重车线；2——主井空车线； 3——副井空车线； 4——调车线车线； 5——副井重车线； 设计采用24kg/m钢轨，600mm轨距。道岔型号见表3-8： 表3-8 道岔型号表 序号 道岔型号 名称 辙叉角 主要尺寸 质量 a b L 1 ZDK624-5-15 单开 112516″ 3258 4142 7400 1133 2 ZDX624-4-1213 渡线 1415 3496 3404 1392 1871 3 ZDC24-3-12 对称 185530″ 2064 2736 4800 793 3.5.3 调度图表 按运量和净重计算：矿井日产煤量约5000t，矸石量占15﹪，掘进煤占6﹪，约为5﹕2，日运量分别为750t和300t，3t底卸式列车日运量占94﹪，为4700t，由于每列车由23辆矿车组成，(详细计算及列车的组成计算)故需列车数68列；根据矿井矸石量与掘进煤量的比例(5﹕2)确定1t煤矸混合列车由12辆矸石车和13辆煤车组成，每列矸石车与煤车的载重之比为2.712﹕113=5﹕2，符合要求。每日需用1.0t煤矸混合列车数=23.1。所需煤列车的数目和煤矸混合列车的数目之比约为3﹕1。由调度图表3-8可知，每一调度的循环时间为：6.083+5.81=24.04min，列车进入车场的平均时间间隔为=6.01min。 67 3.5.4井底车场通过能力的验算 采用电机车运输时，井底车场通过能力按下式计算 N= (3-2) 式中 N——井底车场年通过能力 t； Q——每一次调度循环进入井底车场的所有列车的净载煤重 t； T——每一次调度循环时间 min； Ta——每年运输工作时间，等于矿井设计年工作日数与日生产时间的乘积 min； 井底车场通过能力应考虑留有一定的备用储备能力，一般应大于矿井设计生产能力的30%。 Ta=3301660=3.17105 T=24.04 min 2.89Mt／a 通过能力系数为=1.93满足设计的要求。 3.5.5井底车场主要硐室 原则：符合《煤矿安全规程》及《煤炭工业矿井设计规范》的规定；硐室布置一般随井底车场型式的不同而有所变化。 1.主井系统硐室有推车机及翻车机硐室、井底煤仓及箕斗装载硐室及水窝泵房等，这些硐室的布置主要取决于地质及水文地质条件。包括主排水系统的硐室、水仓、煤水提升硐室、主变电所、运输硐室、井下火药库及火药发放硐室、安全设施硐室、井下保健站等。 2.副井系统硐室有副井井筒与井底车场连接处(马头门)、主排水泵房(中央水泵房)、水仓及清理水仓硐室、主变电所(中央变电所)及等候室。主排水泵房和主变电所应联合布置，以便使主变电所向排水泵房的供电距离最短，为防止井下突然涌水淹没矿井，变电所与水泵房的底板应高出井筒与井底车场联结处巷道轨面标高0.5m，水泵房及变电所通往井底车场的通道应设置闭门。 3.其它硐室：其它硐室有调度式、医疗室、架线电机车及修理间、蓄电池室及车库及充电硐室、防火门硐室、井下火药库、消防材料库等，其位置应视具体情况而确定。 3.6 开采顺序 开采顺序是指矿井采掘工作有计划、有步骤地按一定顺序进行，做到采掘并举，掘进先行的原则，因此，合理的开采顺序应满足下列要求： 1.保证开采水平、采区、采煤工作面的生产正常接替，以保证矿井的持续稳产、高产； 2.符合煤层间的采动影响关系，最大限度地开采、利用煤炭资源； 3.合理集中生产，降低掘进率，简化巷道布置，提高矿井的劳动生产率； 3.6.1沿煤层走向的开采顺序 根据该设计矿井的煤层分布及采区划分的具体情况，井田一翼开采，另一翼掘进。在南一采区布置首采工作面，并在其上山的一侧布置掘进工作面，由远及近开采，这样有利于矿井的均衡生产和合理配采，有利于生产的连续性；有利于矿井通风、运输等主要生产系统的管理。但是考虑14＃煤层的厚度较大，采用沿空掘巷，这时对于其回采顺序有区段跳采和区段依次接替两种方式，设计中仅对区段依次回采列出了接续计划，如有必要在实际中可根据顶板获得稳定的实际情