黑龙江省宝清煤矿3.0Mta新井设计

摘 要本设计为黑龙江省宝清煤矿3.0Mt/a新井设计，设计井田的可采储量270Mt，服务年限64.4a。共有3层可采煤层，平均厚度5.3米，煤层工业牌号为气煤。本矿井设计采用双斜井方案开拓，单水平开采，一个工作面达产。采用集中大巷布置，大巷采用10吨蓄电池电机车牵引5吨底卸式矿车运输，采煤方法为单一走向长壁放顶煤采煤法，采煤工艺为综合机械化采煤工艺关键词：斜井开拓、集中大巷、长壁放顶煤采煤法AbstractThis design is a new mine planning with Bao qing Coal mine in Hei long jiang Province，mine planning capacity is 3.0Mt/a，designing the well farmland can adopt to keep the 270Mt,Service is 64.4a。This field there are 3 can exploit coal bed, the average thickness of coal bed is 5.3m，coal seam industry card number is gass mine。This mineral well design adoption a inclined shaft development，dividing the line one level, a work reaches to produce。The big lane in concentration with gathing main roadway,the big lane adopts 10 ton storage battery electrical engineering cars lead 5 ton bottom unload type mineral cars transport, adopting coal method as to tilt to one side the long wall mining with sublevel caving, adopting coal craft as to synthesize the mechanization adopt the coal craft。Keywords：Inclined shaft development、Gathing main roadway、 Long wall mining with sublevel caving目录摘要IAbstractII绪论1第1章 井田概况及地质特征21.1井田概况21.1.1交通位置21.1.2地形 地势21.1.3气象 地震31.1.4水源及电源31.2 地质特征31.2.1矿区内的地层情况31.2.2地质构造51.2.3煤层赋存状况及可采煤层特征61.2.4岩石性质 厚度特征81.2.5井田水文地质情况81.2.6沼气 煤尘及煤的自燃性91.3 勘探程度及可靠性9第2章 井田境界 储量 服务年限112.1 井田境界112.1.1井田周边状况112.1.2井田境界确定的依据112.1.3井田未来发展状况112.2 井田储量112.2.1井田储量的计算112.2.2保安煤柱112.2.3储量计算方法122.2.4储量计算评价132.3 矿井工作制度 生产能力及服务年限132.3.1工作制度132.3.2生产能力132.3.3矿井设计服务年限13第3章 井田开拓153.1 概述153.1.1井田内外及附近生产矿井开拓方式概述153.1.2影响本设计矿井开拓方式的因素及具体情况153.2 矿井开拓方案选择153.2.1井筒形式153.2.2开采水平数目和标高183.2.3开拓巷道布置193.3 选定开拓方案的系统描述213.3.1井筒形式和数目213.3.2井筒位置及坐标213.3.3水平数目及高度213.3.4石门、大巷数目和布置213.3.5井底车场形式选择223.3.6煤层群的联系233.4 井筒布置和施工243.4.1井筒穿过的岩层性质及井筒支护243.4.2井筒布置及装备243.4.3井筒延深的初步意见253.5 井底车场及硐室263.5.1井底车场形式确定及论证263.5.2井底井场的布置、存车线路、行车线路布置长度263.5.3井底车场通过能力验算273.5.4井底车场主要硐室303.6 开采顺序313.6.1沿煤层走向的开采顺序313.6.2沿煤层倾斜方向的开采顺序313.6.3盘区接续计划31第4章 盘区巷道布置及盘区生产系统334.1 盘区概述334.1.1设计盘区的位置、边界、范围、盘区煤柱334.1.2盘区的地质和煤层情况334.1.3盘区的生产能力、储量及服务年限334.2 盘区巷道布置344.2.1区段划分344.2.2盘区上山布置344.2.3盘区车场布置354.2.4盘区煤仓形式、容量及支护374.2.5盘区硐室简介394.2.6盘区工作面接续394.3.1盘区巷道的准备顺序404.3.2盘区主要巷道断面示意图及支护方式40第5章 采煤方法425.1 采煤方法的选择425.2 回采工艺425.2.1选择和决定回采工作面的工艺过程及使用的机械设备425.2.2选择采面循环方式和劳动组织形式44第6章 井下运输和矿井提升476.1 矿井井下运输476.1.1运输方式和运输系统的确定476.1.2矿车的选型及数量476.1.3盘区运输设备的选择486.2 矿井提升系统496.2.1矿井提升系统的选择与计算49第7章 矿井通风与安全507.1 矿井通风系统的确定507.1.1概述507.1.2矿井通风系统的确定507.1.3主扇工作方式的确定507.2 风量计算与风量分配517.2.1风量计算517.2.2风量分配547.2.3风量调节方法与措施557.2.4风速的验算567.3 矿井通风阻力的计算577.3.1确定全矿最大通风阻力和最小通风阻力577.3.2矿井等积孔计算597.4 通风设备的选择607.4.1主扇的选择计算607.4.2电动机的选择617.4.3反风措施617.5 矿井安全技术措施617.5.1预防瓦斯及煤尘爆炸617.5.2火灾与水患的预防627.5.3其它事故的预防62第8章 矿井排水648.1 概述648.1.1矿井水来源及涌水量648.1.2对排水设备的要求648.2 矿井主要排水设备658.2.1排水方式与排水系统简介658.2.2主排水设备及管路的选择计算65第9章 技术经济指标69总结70致谢71参考文献72附录173附录277- VI -绪论随着世界经济的高速发展，能源储备在各个国家战略储备中的地位日异显著。我国作为一个能源消耗大国，煤炭不仅仅作为一种满足国民经济发展所需要的能源，更是一种战略储备能源，这就要求采矿工程技术人员在煤炭开采方面因地适宜的采用世界上先进的采矿技术，同时要求煤炭企业管理者不断更新理念，淘汰落后的管理模式，为加快国民经济的发展提供更多优质的煤炭能源。采矿工程的发展需要引进大量的技术人才，作为采矿工程专业的一名学生，我深深的感到肩头责任的重大。煤炭行业需要我们，我们更需要到煤炭行业去发光发热。直此毕业设计之际，我做了宝清煤矿（4-1#、4-2#、5#）3.0Mt/a的新井设计。通过本次毕业设计，自己不但开阔了视野，丰富了所学专业知识，而且加深了对本专业的认识和理解，让自己有足够的信心和勇气坦然面对即将到来的实际工作。第1章 井田概况及地质特征1.1井田概况1.1.1交通位置宝清煤矿位于宝清地质精查勘探区范围内，该勘探区位于黑龙江省双鸭山市宝清县境内，地理坐标为：东经 1311513127；北纬 46054618，本矿西北部与友谊县友谊农场接壤，西距双矿集团新安煤矿65公里，铁路经由双鸭山至佳木斯可通往全国各地，公路可通往新安、兴隆等地，具体地理交通情况见图1-1：图1-1 宝清矿交通位置图1.1.2地形 地势宝清煤矿地势起伏较大，地势较为平坦。最高点标高在西南角，标高为+100m，最低点在东南角，标高为-40m，相对高差140m，平均标高在-50m。区内五一沟将全区地形划分成南北两部分，北侧沿井田边界为一条长梁，南侧为掌状台梁，两侧地势均呈缓坡状，向五一沟谷底倾斜。1.1.3气象 地震本区气候寒冷干燥，风沙大，属典型大陆性气候。日温差一般在1825，最高气温可达38，最低气温在西部山区达-46。降水期集中于六、七、八三个月，占年降雨量67%75%，年平均降雨量462mm，最大日降雨量为72mm。年蒸发量在2028mm2516mm之间，冻土深度在1.23m左右，平均每年出现八级以上大风达25d,风沙日290d，且多集中于东春两季，风向以西北风为主，最大可达25m/s。本区曾有过地震记录，抗震设防裂度7度左右。1.1.4水源及电源宝清矿区水源来自开采地下水，矿井水源基本有保障。本矿电源引自宝清35kv站，能满足矿井生产的用电需求。1.2 地质特征1.2.1矿区内的地层情况井田内的地层有中石炭统本溪组（C2b）、上石炭统宝清组（C3t）、中奥陶统马家沟组(O2m)、二叠系（p），根据地层顺序分述如下：1、中石炭统本溪组（C2b）井田内钻孔揭露不全，揭露最大厚度为34.90m，据邻区资料本组厚在2148m，主要由灰色、灰白色、灰黑色砂岩、砂质泥岩泥岩和铝土岩组成，地层中常夹13层薄层石灰岩，其中最下一层比较稳定，厚度最大可达3m，常含腕足类动物化石。2、上石炭统宝清组（C3t）厚7298m,平均78.5m,以灰白色砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成，底部常发育泥灰岩一层，主要煤层赋存本组顶部及底部，按煤及岩性特征可分为上、中、下三段：下段地层由k2砂岩至5号煤层顶部，厚度2746m，平均35m，由煤层、砂岩、砂质泥岩组成，煤层是本段地层的主体，底部发育泥灰岩一层。中段由5号煤层顶部至4-2号煤层底部，厚度1627m，平均22m，主要由灰白色中粒砂岩，浅灰色粉砂岩及灰黑色泥岩和煤组成。中部常发育12层中粒砂岩，有时相变为细砂岩或粉砂岩。上段由4-2号煤层底部至k3砂岩，厚1923,平均21m,由煤层、砂岩、粉砂岩组成。3、中奥陶统马家沟组(O2m)本组为含煤地层的沉积基底，在井田内揭露不全。据邻区资料本组厚约为180m,主要为灰、深灰色石灰岩、白云岩及白云质灰岩夹薄层黄绿色泥岩组成。 4、二叠系发育下统东山组（p1s）、下统石盒子组（p1x）、上统石盒子组（p2s）。现分述如下：（1）下统东山组（p1s）井田内厚8293m,平均87m,主要由灰色、灰白色砂岩、灰褐色泥岩、砂质泥岩组成。中、下部常含薄煤13层，一般不可采。底界砂岩(k3)为灰白色粗中粒砂岩。（2）下石盒子组（p1x）厚约88m,主要为灰黄色砂岩、灰色、灰黄色粉砂岩及泥岩组成。顶部发育一层鲕状铝土泥岩，底界砂岩(k5)为灰白色粗粒砂岩，含砾石，不稳定，与下伏地层整合接触。（3）上统石盒子组（p2s）本组上部多被剥蚀，钻孔揭露的赋存地层最大厚度为46m,岩性主要为灰黄色砂岩、灰绿色夹紫色粉砂岩、泥岩等组成。底界砂岩(k6)为黄绿色含砾粗砂岩，与下伏地层整合接触。图1-2 煤层综合柱状图1.2.2地质构造本区地层产状主要受褶曲控制,总的地层走向为北东,倾角平缓，走向变化较大，再加褶曲影响，所以宝清矿区属于构造复杂区。现对区内构造叙述如下:1、褶曲(1)五一沟北背斜:位于井田东南部，下黑水沟南与下窑子两向斜之间，井田内延长约0.9km。背斜南北西北两翼在五一沟两侧均有上石盒子组地层出露。背斜两翼地层倾角一般25。(2)下黑水沟南向斜:位于井田中部,下黑水沟背斜南侧。本区内延伸长约2.3km,走向约为北东60,与下黑水沟背斜近似平行。两褶曲轴线相隔0.40.6km。(3)下黑水沟背斜:位于井田西北部下黑水沟南侧,背斜区延伸约1.2km,走向为北东,两翼倾角平缓,一般为13左右。(4)下窑子向斜:位于井田东南部，为宝清矿区南部一个主要区域向斜构造之一，区内延伸约0.5km，该向斜向西逐渐变小尖灭。走向北东70 ，两翼倾角近8 左右。2、断层(1)F8逆断层位于井田南部边缘，断层走向北东，倾向北西，倾角70，落差约1017m，向上至下石盒子组地层逐渐消失。(2)F2逆断层位于井田东南部，根据矿井地质资料，走向北东80，倾向北西，倾角40，落差1215m。(3) F1正断层位于井田南部边缘，断层走向为北东60，倾向南东，倾角75 。本区内延长约1.2Km，断层落差15240m，为井田南部临近边界的主要断裂构造。表1-1断层构造表序号编号性质走向倾向落差倾角可靠性1F1正北东南东1524075可靠2F2逆北东北西121580较可靠3F8逆北东北西101770较可靠1.2.3煤层赋存状况及可采煤层特征1、可采煤层:本区内主要开采煤层位于上石炭统宝清含煤组，本组共有特厚、中厚煤层3组，可采煤层为4-1、4-2、5号煤层，详见可采煤层特征表1-1。现将各可采煤层分述如下：1、4-1号煤层赋存与上石炭统宝清组顶部，通常K3中砂岩为其直接顶板，煤厚度9.2 m至18.80m，平均11.84m，结构简单，为全区稳定可采煤层。底板多为砂质泥岩石。变异系数为0.20，不含夹矸层。2、4-2号煤层位于宝清组中部，上距4-1号煤层平均间距3.02m左右，煤层厚度1.70m至2.20m，平均1.83m，在矿区内属稳定可采煤层。其顶板为粉砂岩、泥岩，底板为砂质泥岩、细砂岩。变异系数为0.34，不含夹矸层。3、5号煤层由K2砂岩至4-1号煤层底部，上距4-1号煤层平均3.41m，煤层厚度2.0至2.4m，平均2.24m左右，在矿区内属较稳定可采煤层，其顶板为砂质泥岩、细砂岩，底板为泥岩、砂质泥岩。变异系数为0.54，不含夹矸层。表1-2 可采煤层特征表2、煤质、牌号及用途4-1号煤层为富灰、特低硫、高磷煤，经过洗选后成为特低磷煤，牌号为QM，可作为炼焦、动力、民用及化工用煤。4-2号煤层为富灰、特低硫煤，经过洗选后成为特低磷煤，牌号为QM，可作为炼焦、动力、民用及化工用煤。5号煤层为中灰、中硫、低磷煤，牌号为QM，可作为炼焦、动力、民用及化工用煤。1.2.4岩石性质 厚度特征矿区内部岩石类型较简单，主要组成为铝土岩、粉砂岩、泥岩，详见表1-3 表13岩石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铝土岩2.24-2.702.16-2.501.9-4.31.6-7.20.49-0.64粉砂岩2.38-2.752.20-2.711.3-8.70.2-9.40.51-0.73泥岩2.32-2.812.21-2.671.44-9.70.2-3.60.53-0.741.2.5井田水文地质情况1、含水层本矿区与充水有关的有二叠系下石盒子组（P1X）、上石盒子组（P2s）、奥陶系上马家沟组（O2s）、下马家沟组（O2x）及亮山组（O11）岩溶含水层组、东山组（P1s）的裂隙水含水层组。矿床主要充水含水层分述如下：(1)下石盒子组裂隙水主要含水层位为底部的含砾粗砂岩和砂岩带，基岩风化壳裂隙发育，裂隙水的补给主要来自大气降水的入渗，局部地段受河谷潜水补给，七里河改道后其富水性可能减弱，但在雨季其富水性将有所增强，基岩风化壳富水程度达到中等以上程度的都处于河谷区域构造比较发育的浅埋藏区。(2)上石盒子组裂隙水该组含水层离煤层较近，且靠近较大背斜轴部地段较富水，从而成为宝清组上段煤层开采的主要充水含水层，富水性达到中等程度，而在埋藏较深的下黑水沟南向斜轴部富水性为弱至极弱程度。(3)奥陶系灰岩地板岩融水主要含水层位是上马家沟组（O2s）、下马家沟组（O2x）和亮山组（O11），其中下马家沟组（O2x）岩层较薄，富水不均匀，富水带不稳定,局部对宝清组煤层开采有地板突水影响的是上马家沟组（O2s）和亮山组（O11）。 (4)东山组裂隙水含水层主要位于下段的砂岩带，底部粗砂岩局部变为细砂岩，是太原组上段煤层开采的主要顶板充水含水层。本层富水性不均匀，为极弱至中等程度。本层达到中等富水程度的部位位于埋藏较浅的向斜轴附近。2、矿井涌水量地质报告对矿井涌水量未做详细调查，暂推测矿井正常涌水量为70m3/h,最大涌水量为100m3/h，必要时有关部门需进一步做这方面的工作。3、充水因素井田中西部靠近下黑水沟向斜部位，东山组的汇水补给条件较好，局部富水性可达到中等程度。井田西北部分靠近913钻孔部分，上石盒子组的含水性局部达到中等程度，将会影响矿井涌水量，但其影响范围较小。井田西北部靠近芦子沟背斜，煤层埋藏较浅，老窑开采情况不清，应注意老窑水的防范，井田其余区段顶板充水含水层富水程度较弱。1.2.6沼气 煤尘及煤的自燃性 1、 瓦斯根据宝清煤字200242好文，本矿瓦斯相对涌出量为1.91m3/t，二氧化碳相对涌处量为1.71m3/t，为低瓦斯矿井。2、 煤尘及煤的自燃根据地质报告及“双鸭山市煤炭局2002年度矿井瓦斯等级和二氧化碳鉴定结果的报告”，该矿可采煤层有爆炸危险。本矿没有4-1、4-2、5号煤层自然发火鉴定资料，参照刘家口矿资料，所采煤层属自燃煤层，发火期为18个月。因此，在开采过程中要加强管理，做好防止尘煤尘和煤炭的自燃工作。1.3 勘探程度及可靠性1、对地质勘探程度的评价表1-4 煤层点质量统计表煤层号钻探测井采用甲乙丙计甲乙丙计甲乙丙计4-140322597342616765050351354-22436157515281457354220925533118102452412817546151362、存在问题1、地质报告中对4-1、4-2、5号煤层的涌水量未作具体测试分析，建议补充测试。2、地质报告中对矿井瓦斯涌出量、煤尘爆炸指数、煤层自燃性未作详细的测试分析，建议补测。3、煤层底板标高控制程度较差。第2章 井田境界 储量 服务年限2.1 井田境界2.1.1井田周边状况本矿北部以自然断层为界，东部为二铺煤矿，西部为人为划分境界。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、要适于选择井筒位置，安排地面生产系统和各建筑物。3、以地理地形，地质条件作为划分井田境界的依据。4、划分的井田范围要为矿井发展留有空间。2.1.3井田未来发展状况由于本井田内部煤层厚度变化不均，再加上断层的影响，投产时的产量可能经过一定的时间才能达到矿井设计生产能力，但随着开采深度的增加，在采用先进的技术之后，产量会有较大幅度的提高。2.2 井田储量2.2.1井田储量的计算宝清矿区范围内参与计算的煤层有4-1、4-2、5号，各煤层储量计算边界与井田境界基本一致。根据煤炭资源地质勘探规范规定，工业指标确定倾角小于25煤层，能利用储量选用厚度0.70m,灰分40%；暂不能利用储量厚度为0.600.70m,灰分在40%-50%之间。倾角在25-45，能利用储量厚度选用0.60m,暂不能利用储量选用0.500.60m。2.2.2保安煤柱 矿井保安煤柱包括工业场地以及主要井巷保护煤柱、断层带以及井田边界煤柱。本设计矿井的保安煤柱留设如下：1、工业场地及主要井巷保护煤柱留设按照现行建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程规定：斜井受保护对象应包括斜井井筒、绞车房井底车场，井口围护宽度应为10m。当斜井大巷、上下山位于煤层中时，其保护煤柱宽度，可按本矿区区经验确定或根据实测资料用分析法确定。斜井或巷道上方的煤层是否留设保护煤柱，应根据巷道距地表的垂深，巷道所在的围岩性质，巷道与煤层的法线距离等因素确定。斜井或巷道下方煤层，应从巷道保护煤柱边界起，用岩层移动角圈定保护煤柱。2、断层带以及井田边界煤柱的留设断层带及井田境界煤柱可留设煤柱尺寸获取3050m煤柱宽度计算。结合本井田的实际情况，对本井田井筒周边煤柱、边界煤柱、断层煤柱的留设如下：井田边界煤柱留设为30m；断层带煤柱留设为30m；井筒煤柱留设20m。主、副井筒均位于工业场地内，主、副井筒深度833m，工业场地东西长660m，南北宽度为500m， 按以上计算方法得：工业广场煤柱损失：1066万t； 井田境界、断层保安煤柱损失：3144.5万t；损失总量：4210.5万t； 损失率为：10.5%2.2.3储量计算方法矿井储量计算包括矿井工业储量计算、矿井可采储量计算。1、工业储量计算计算公式如下：块段储量=块段面积cos(平均倾角)平均厚度容重根据宝清斜井初步设计储量诸图，通过等高线块段法计算出本井田工业储量为401Mt，可采储量270Mt。2、可采储量计算计算公式如下：ZK=（ZCP）C 式中： ZK可采储量；ZC工业储量；P永久煤柱损失；回采率要求：厚煤层不小于75%，中厚煤层不小于80%，薄煤层不小于85%。表2-1 矿井可采储量汇总表 单位Mt煤层号工业储量工业广场及井筒断层井田境界其它损失开采损失可采储量4-1298.127.947.378.925.5672.11196.224-246.071.221.141.380.868.2933.18556.401.501.401.701.0510.1540.6总计400.5910.669.9112.07.4790.552702.2.4储量计算评价宝清矿区所开采煤层4-1、4-2、5号煤层属于近水平近距离煤层群，煤层赋存较可靠。但由于本矿区主要受褶曲构造影响，煤层底板起伏变化较大，储量计算所得到的数据与实际可能存在着一定的误差。2.3 矿井工作制度 生产能力及服务年限2.3.1工作制度矿井设计年工作日为330d，每天三班作业，两班生产，一班准备，每天净提升时间为16h。2.3.2生产能力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。本设计矿井煤炭储量丰富，地质构造及水文地质简单，煤层赋存平缓（最大倾角7.8），煤质优良，具有建设大型矿井的条件。2.3.3矿井设计服务年限矿井设计服务年限公式： P（）式中：矿井设计可采储量，Mt 生产能力， Mta K矿井储量备用系数，K.31.5根据该井田的实际情况，初步拟定了三种矿井生产能力方案，具体如下方案一：建1.80Mt/a的矿井。方案二：建2.40Mt/a的矿井。方案三：建3.00Mt/a的矿井。计算得：方案一：P107年方案二：P80.5年方案三：P64.4年参照煤矿工业设计规范规定，方案三较为合理，即：矿井生产能力为3.0Mt/a；矿井服务年限为64.4a。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东西两侧是二铺煤矿和灵东矿，北侧为新建矿，南侧为自然断层，断层少落差较大，可作为井田边界。二铺煤矿、灵东煤矿采用立井开拓方式，新建煤矿采用斜井开拓。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主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有以下几个问题需要认真研究，分述如下：1、确定井筒的形式、数目及其配置，合理选择井筒及工业场地的位置；2、合理确定开采水平数目和位置；3、布置大巷及井底车场；4、确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；5、进行矿井开拓延深、深部开拓及技术改造；6、合理确定矿井通风、运输及供电系统。3.2 矿井开拓方案选择3.2.1井筒形式井筒（硐）是井下与地面出入的咽喉，是安全生产的枢纽。井筒（硐）形式及位置的选择，对于建井期限、基本建设投资、矿井劳动生产率以及吨煤成本都有重要影响，因此必须正确选择。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三种方案：方案一：双斜井开拓方案二：双立井开拓方案三：主斜井副立井开拓 详见井筒开拓方案示意图3-1现将三种井筒开拓方案做如下比较：立井:优点：立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯以及水文等自然条件的限制。在采深相同的条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，井筒通风断面大，可满足高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井需风量的要求，并且阻力小，对深井开拓更为有利；当表土层为富含水的冲击层或流砂层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产状特别复杂的井田，能兼顾井田浅部和深部不同产状的的煤层。缺点：井筒施工技术复杂，需要设备多，要求有较高的技术水平，井筒装备复杂，掘进速度慢，基本建设投资大。当井田的地形抵制条件不利于平硐或斜井开拓时都可考虑采用立井开拓。对于煤层赋存较深或者冲击层厚、水文地质条件复杂或多水平开采急倾斜煤层的矿井，一般都应采用立井开拓。斜井:斜井开拓与立井开拓相比：井筒施工工艺、施工设备与工序比较简单，掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少；地面工业建筑、井筒装备、井底车场以及硐室都比立井简单，井筒延伸施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的影响；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型矿井建设主提升的需要；斜井井筒可作为安全出口，井下一旦发生透水事故等，人员可迅速从井筒撤离。缺点：斜井井筒长，辅助提升能力少，提升深度有限；通风线路长、阻力大，管线长度大；斜井井筒通过、富含水层、流沙层施工技术复杂。对井田煤层埋藏教浅，表土层不厚，水文地质条件简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层，一般可用斜井开拓。方案一方案二方案三图3-1开拓方案比较图综合以上因素分析，鉴于本设计矿井煤层赋存较浅（煤层底板等高线最高点为-200m,最低点为-340m）、煤层倾角小（最大倾角7.8）、水文地质条件简单、瓦斯瓦斯涌出量小、矿井生产能力大，兼于对斜井和立井的优缺点及适用条件的综合考虑，可初步选定方案一、方案三在技术上较合理，两者之间的区别在于井筒掘进费用、维护费用、提升费用等。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、基建费用等。详见开拓方案经济比较表3-1表3-1开拓方案经济比较表方 案主斜井副立开拓双斜井开拓单位名称工程量米单价万元费用万元工程量米单 价万元费 用万元基岩段主井掘进4000.31204000.3120基岩段副井掘进3400.54183.64000.3120表土层副井掘进2002.344682701.54415.8表土层主井掘进2701.54415.82701.54415.8主井提升长度8000.645128000.64512副井提升长度4000.873488000.87424合计万元2047.42007.6由以上经济比较表可知，本设计矿井采用双斜井开拓方案比较合理。3.2.2开采水平数目和标高合理的开采水平垂高应以合理的阶段垂高为前期，并使开采水平有合理的服务年限，有利于矿井水平和盘区的接续，还要有较好的技术经济效果，并应注意满足以下要求：1、煤的运输 对与缓倾斜和倾斜煤层，上山用输送机运煤时，上山斜长一般不因运煤而受限制。尤其是新型胶带输送机研制成功，不仅为增大阶段斜长创造了条件，而且与其它运输设备相比，又降低了运输费，经济上有利于加大阶段垂高。2、辅助提升 随着新型辅助提升设备的和大型防爆绞车的研制成功，为加大阶段斜长创造了条件，解决了阶段斜长受上下山辅助运输装备能力制约的问题。3、行人条件 阶段斜长过大时行人不方便，要考虑机械升降人员，并为此增加辅助提升工程量。4、具有合理的区段数目 在主、副运输设备能满足上下山的前提下，阶段斜长应当是合理区段斜长的整数倍，并且有利于衔接的区段数目。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：井田划分为单水平，矿井可采储量ZK=270Mt，矿井服务年限P=64.4；方案二：井田划分两个开采水平,一水平可采储量ZK=108Mt，一水平服务年限P=26a； 二水平可采储量ZK=162Mt，二水平服务年限P=38.5a。从以上方案对比中可知,方案二中的的一水平服务年限及垂高均不符合规定；根据本井田的实际情况，方案一有利于盘区的接续，且巷道利用率高，吨煤成本相对较低。综合上述方案评价，选取方案一为最优方案3.2.3开拓巷道布置一般说来，为全矿井、一个水平或若干采区服务的巷道如井筒、主要石门、运输大巷和回风大巷、主要风井成为开拓巷道。开拓巷道的作用在于形成新的或扩展原有阶段或开采水平,为构成矿井完整的生产系统奠定基础.确定阶段运输大巷在煤组中的具体位置是与选择运输大巷的布置方式密切相联系的。由于运输大巷不仅要为上水平开采的各煤层服务,还将作为开采下水平各煤层的总回风道,其总的服务年限大十余年至数十年,为便于维护和使用,应不受开采煤层的采动影响,一般应将运输大巷设在煤组底板岩石中。依据本矿井设计生产能力及技术可行角度，特提出以下两种大巷布置方式，如图3-2所示 图3-2开拓方案比较图方案一：分组集中运输大巷方案二：集中运输大巷详见比较表：表32 开拓方案比较表特点分组集中大巷布置集中大巷布置优点总的巷道工程量较少；生产比较集中；盘区巷道分组联合布置；大巷容易维护，运输条件好大巷工程量少；生产区域比较集中，运输条件好；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石门长度较长2掘进工程量大总石门长度大；初期工程量大，建井时间长；有反向运输适应条件可采煤层数目多，间距大小不同；巷道、煤层分组间距大；井底车场在煤层群上部时，初期工程少煤层间距小；井田走向长度大，服务年限长；下部煤层底板有坚硬有岩层，盘区尺寸大，石门长度短本设计矿井的可采煤层为4-1、4-2、5号煤层， 4-1号煤层与4-2号煤层平均层间距3.02m，4-2号与5号煤层平均层间距3.41m，所采煤层属于近距离煤层群,适合于采用集中大巷布置，所以采用方案二。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斜井开拓,主斜井用来提升煤炭兼进风,副斜井用以提矸、升降人员、下放材料兼进风。3.3.2井筒位置及坐标井筒位置与井筒的形式、用途有着密切的联系,合理确定井筒的位置对于井下开拓部署、地面设施布局以及运输路线的布置有着决定性影响。根据本井田的实际情况，确定井筒井口坐标如下：主井坐标：经度19616775，纬度4365060副井坐标：经度19616840，纬度4364865风井坐标：经度19617470，纬度43675503.3.3水平数目及高度本设计矿井采用单水平开采，水平垂高140m。3.3.4石门、大巷数目和布置本设计矿井采用一条集中大巷布置形式，对于大巷的布置形式提出如下两种方案：（1）岩石大巷：优点:少留或不留煤柱，减少煤柱损失，便与于设置煤仓；维护条件好，费用低；巷道施工能按照要求保持一定方向和坡度。缺点:岩石工程量大，掘进速度慢，投资费用高，建设工期长。（2）煤层大巷：优点:容易施工,掘进速度快,掘进费用低,便与机械化作业,掘进中可以进一步探明煤层变化和地质构造。缺点:巷道受采动影响,维护困难,维护费用高,大巷两侧要留较多煤柱,煤炭损失大；采区发生火灾时,不易封闭。本设计矿井为特大型矿井，要求大巷服务年限长，运输能力大，因此采用岩石大巷道布置形式。详见如下断面图： 图3-3运输大巷断面图表3-3 大巷设计参数表巷道形式支护形式断面面积(m2)设计尺寸水沟形状喷浆厚度(cm)顶高底宽半圆拱锚喷15.74200(mm)4800(mm)矩形103.3.5井底车场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,是连接井下运输和井筒提升两个环节的枢纽。井下的煤炭和矸石通过井底车场经井筒转运到地面,井上的材料和设备需要通过井底车场转运到井下各个工作地点。排水、通风、动力供应以及人员上下等也必须经过井底车场。所以它是矿井生产的咽喉，直接影响着矿井的安全和生产。斜井井底车场的基本类型，如表3-4表3-4 斜井井底车场基本类型类型结构特点适用条件环形式立式1.存车线和回车线与主要运输大巷垂直2.主副井距主要运输大巷较远，有足够年度的布置存车线单一水平的箕斗斜井或带式输送机斜井卧式1.存车线与主要运输线平行2.主、副井距主要运输大巷较近单一水平的箕斗斜井或带式输送机斜井折返式折返式主井空、重车线位于平行大巷的顶板巷道内适用于单一水平的箕斗斜井主井空、重车线位于大巷内多水平箕斗输送机斜井甩车场主井空、重车线位于井筒一侧多水平串车斜井根据本设计矿井井筒形式及集中大巷的布置，结合上述井底车场型式的选择因素，该设计矿井选用折返式井底车场。3.3.6煤层群的联系本设计井田共有三层可采煤层，即4-1、4-2、5号煤层，所采煤层属于近距离煤层群，三层煤组成一个统一的采准系统，准备巷道为三层煤共用，采用集中大巷布置方式。3.3.7盘区划分将本井田划分为七个盘区，划分的具体情况如图所示：图3-4盘区划分示意图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穿过岩层多为细砂岩及中砂岩，围岩基本稳定，胶结性好，无泥质冲击物，主副井筒均采用整体灌注式。副井支护：表土段采用混凝土砌碹，煤层段采用料石砌碹，混凝土井壁厚100mm；主井支护：表土段采用混凝土砌碹，煤层段采用料石砌碹，混凝土井壁厚100mm。3.4.2井筒布置及装备结合本设计矿井的地质条件、井型、提升方式、通风方式等因素综合考，设计井筒断面如下： 图3-5 主井井筒断面图 图3-6 副井井筒断面图3.4.3井筒延深的初步意见 由于采用单水平开采,不必考虑井筒的延深。3.5 井底车场及硐室3.5.1井底车场形式确定及论证根据本矿井的地质情况选择井底车场的具体形式：1、本设计矿井运输大巷采用5底卸式矿车运输，每列车由22辆矿车组成，由两台10t架线式电机车一前一后牵引。卸载时，机车通过卸载站。辅助运输、掘进煤采用1.5t固定式矿车，由22辆1.5吨矿车组成，一台10t架线式电机车牵引。2、本设计矿井属于低瓦斯、低涌水量矿井。3、该矿井设计生产能力为3.0Mt/a，年工作日330d，实行四六工作制，每日净提升16小时；4、设计矿井采用双斜井开拓方式，单水平开采，采用集中大巷布置。综合以上因素，本设计矿井车场选用折返式车场。3.5.2井底井场的布置、存车线路、行车线路布置长度井底车场线路多、设备多、设计施工复杂，工程量大。井底车场巷道按其用途可分为如下：1、储车线 容纳空重车辆的专用线路。根据我国煤矿多年的实践经验，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；中小型矿井的空井重车线长度各为1.01.5列车长。（2）副井空、重车线长度，大型矿井按1.0-1.5列车长；中小型矿井为0.51.0列车长。（3）材料车线长度，大型矿井应能容纳10个以上材料车，一般为15-20个材料车。2、调车线 调动空重车辆运行的线路。调车线长度通常为1.0列车长度与电机车长度之和。3、辅助线路 为通往水仓等各硐室的线路（1）主副井空、重车线长度确定L=mnLk+NLj+Lf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-每辆矿车带缓冲器的长度，m;N-机车数；Lj-每台机车的长数；Lf-附加长度，取10m；经过计算得：主井L=1225+24.5+10=129 m，副井L=1.5223+4.5+10=103.5 m。（2）材料车线有效长度LnL1式中：n容纳材料的车数，取20台L1材料车长度，取2.4mL202.448m井底车场线路图 如图3-7图3-7井底车场线路图3.5.3井底车场通过能力验算井底车场的通过能力与井底底车场形式、卸载方式、矿车载重量和调车方式有关。1、本设计矿井采用电机车牵引固定矿车运输，井型为3.0Mt/a,年工作日330d,则矿井日产原煤10000t，每日运出矸石量为100000.15=1500t，日产掘进煤为100000.06=600t，5t底卸式矿车日运煤量100000.94=9400t。每日需要5t底卸式矿车列车数为9400/（522）=85.5列。根据矿井矸石量与掘进煤的比例（15%/6%=5/2），确定1.5t煤矸石混合列车由13辆矸石与9辆煤车组成。每列矸石车与煤车的载重之比为2.713/1.59=5/2故符合要求，每日混合列车数为（1500+600）/（2.713+1.59）=43.2（列），每日进入井底车场的5t底卸式矿车数与1.5t混合列车数之比为77/38.8=4/2。因此在井底车场的每一调度循环内有4列5t底卸式矿车和1.5t煤矸混合列车进入井底车场。每一调度循环时间为22.5分，列车在井底车场平均运行时间为22.5/6=3.75 min，列车在井底车场平均运行时间为11.2 min，5t底卸式矿车在井底车场平均运行时间为7.6 min，1.5t混合列车在井底车场平均运行进间为18 min。井底车场通过能力按下式计算：N=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 min；代入相关数据计算：N=TaQ/1.15T=25.2Q/1.15T=25.2(4225+291.5)/(1.1522.5)=4.54Mt/a富裕系数为454/300=1.51，满足设计规范要求。2、井底车场调度表见下图：表3-5 井底车场调度表3、线路连接计算：(1)单开道岔非平行线路联接道岔选择ZDK930/5/20 =111836 a=4252 b=5848 =45 L=10100 =-=45-111836=334124TRtg(2)25000tg(334124/2)=16492 m=a+(b+T)=21557 M=bsin+Rcos=25669 H=M- Rcos=7992 n=41206 f=a+bcos-Rsin=5140 Kp=4932 (2)单开道岔平行线路联接道岔选择ZDK930/7/40 =80748 a=5165 b=8035 L=13200 S=2300 B=16197 m=16429 TRtg(2)=1764 n=-Rtgcos=m-T=14665 L=+T=23126 C=n-b=6630 Kp=3546 (3)渡线道岔线路连接 道岔选择ZDX930/6/3019=92744a=5160 b=6940 L=21720 T=1900 LO=14110 L=2a+ LO=21720 N=14286 C=N-=4030 3.5.4井底车场主要硐室 1、主井系统硐室主井设有5.0 t底卸式矿车卸载站硐室、翻车机硐室、井底煤仓及井底煤仓装载硐室、清理井底散煤硐室及水窝泵房等。主井井底散煤采用矿车处理，用绞车提升至车场水平。2、副井系统硐室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）及等候室等。主排水泵房和主变电所应联合布置，以便使主变电所向主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标高应高出井筒与井底车场联结处巷道轨面标高0.5米，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室、医疗室、架线电机车库及修理间、蓄电池电机车库及充电硐室、防火门硐室、防水门硐室、井下火药库、人车站等。3.6 开采顺序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具体情况，在运输大巷附近布置首采盘区,一翼布置采煤工作面，另一翼布置掘进工作面，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。3.6.2沿煤层倾斜方向的开采顺序开采煤层群时，可分为上行式和下行式开采。先采上煤层后采下煤层称下行式开采顺序。反之，则称为上行式开采顺序。除近水平煤层外，对于缓倾斜、倾斜和急倾斜煤层，根据其采动影响关系，一般只采用下行式开采顺序。本设计矿井采用下行式开采顺序。3.6.3盘区接续计划根据井田的地质条件，以自然断层为界，合理的盘区接续，应满足如下要求：1、开采水平、盘区的生产正常接续，保证持续的稳产、高产；2、符合煤层采动影响关系，最大限度采出煤炭资源；3、合理集中生产，充分发挥机械设备的能力，减少巷道维护费用；4、便于灾害防止，有利于巷道的维护。综合以上考虑将该矿井划分为7个盘区，盘区接续表如表3-6所示表3-6盘区接续表 表5-6 工作面主要技术经济指标表序号指标名称单位数量1工作面长度m1602工作面采高m3.03放顶煤高度m8.84截割深度m0.85日进度m/d4.86日产量t/d101847月进度m/月1208月产量t/月2546009回采工效率t/工100.810坑木消耗m 3/万t811截齿消耗个/万t4012乳化液消耗kg/万t27013油脂消耗kg/万t400表5-7工作面作业循环图表表5-8 工作面劳动组织表工种一班二班三班合计班长1113采煤机司机3339输送机司机44513电工2248拉架工2226放煤工44412端头维护工44816清理工55515皮带司机44513下料工6泵站工1113计工员1113合计313139101第6章 井下运输和矿井提升6.1 矿井井下运输6.1.1运输方式和运输系统的确定运煤系统：工作面采出的煤装入刮板输送机经溜煤眼溜入区段岩石集中平巷，在区段岩石集中平巷内通过带式输送机运至区段煤仓，经由电机车牵引至井底车场，通过主井皮带提升到地面。运料系统：工作面所需物料及设备经副井串车运至井底车场，由电机车牵引经集中运输大巷至盘区下部材料车场，经轨道上山运送至运料回风斜巷至采煤工作面。大巷运输：采用轨道运输，并且研制与底卸式矿车相匹配的双轨同步牵引机车、大功率电机车和防爆柴油机车。6.1.2矿车的选型及数量1、架线式电机车台数的确定工作电机车台数计算如下:N=1.5Q(11L+)/(2100P)式中: N工作电机车台数,台；1.5产量与运输不均衡系数；Q采煤班产量，t；L运输加权平均距离，Km；11运行时间与运距换算系数；2100每班工作时间与机车载重乘积；P机车粘着质量，t；装卸及调车时间，一般取2030min；故 N1.55092(112.1+25)/(210010)18检修及备用电机车台数：取工作电机车台数的25