鸡西矿业集团城子河煤矿0.9Mta新井设计

摘 要 本设计矿井为鸡西矿业集团城子河煤矿0.9Mt/a新井设计，共有4层可采煤层，煤层平均厚度为1.9m，煤层工业牌号为1/3焦煤。设计井田的可采储量80.84M t，服务年限为66.54年。 本设计矿井采用双立井开拓方式，划分两个开采水平。采用联合布置集中开采，大巷采用10吨架线式电机车牵引3.0t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开采，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。 矿井的通风方式为中央并列抽出式。 关键词 开拓方式 联合布置 走向长壁 全部跨落  Abstract The mine of this design is a new mine belonged to JiXi mining industry group Chengzihe coal mine ,which has four layers of recoverable coal bed , the average thickness of the coal bed is 1.9 meter ,and the industrial brand is 1/3 coke.The recoverable storage capacity of the designed mine is 80.84M t ,and the service age limit is 66.54 years. The designed mine adopts method of opening of double upright well,and devides two recovery level . The mine adopts join layout to central exploit, and the big tunnel use 10 ton electrical engineering car to lead a bottom unload type mineral car transports, and the method of opening is strike longwall working ,and the coal cutting technology is comprehensive mechanical exploitation,and the disposal methods of the goaf is all falls method. The main mine uses many rope rub box to promote, and the vice mine use the rigid combination cage to promote . The ventilating method of the mine is the central being juxtaposed the draw out type. key words method of opening join layout trike longwall all falls 69 绪论 大学四年的系统学习和实践即将结束，在这四年里我掌握了很多专业知识，为了能更好的巩固和运用这些知识，本次毕业设计我选做了黑龙江省鸡西矿业集团城子河煤矿的新井设计。在本次设计中，主要对矿井的开拓方式、井筒位置、车场的布置、采煤工艺、支护方式、设备选型、通风安全、岩石力学、排水、运输、提升进行了细致的分析和计算。本设计采用单一走向长壁的采煤方法,四层煤集中开采。将大巷及石门长度缩小到最短,从而减少了工程量,降低了费用。为了使本次设计更加准确合理，文中内容采用了大量的计算,进行了方案比较。 通过这次毕业设计,我学到了更深入的专业知识,考虑问题更加全面，对细节的分析和判断有了一定的提高,由于本人能力有限,在设计中难免出现错误,请各位指导教师给予指正。这也能使我及时纠正错误,为以后的工作打下良好基础。 目录 摘 要 I 关键词 I Abstract II 绪论 I 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地形地势 2 1.1.3气象和地震情况 2 1.1.4井田区及邻区生产建设及规划情况 2 1.1.5矿区经济状况 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 3 1.2.3 煤层赋存状况及可采煤层特征 4 1.2.4 岩石性质、厚度特征 6 1.2.5 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 8 第2章 井田境界、储量、服务年限 9 2.1 井田境界 9 2.1.1井田周边情况 9 2.1.2 井田境界确定的依据 9 2.1.3 井田未来发展情况 9 2.2 井田储量 9 2.2.1 井田储量的计算 9 2.2.2 保安煤柱 10 2.2.3 储量计算方法 10 2.2.4 储量计算的评价 11 2.3 矿井工作制度、生产能力、服务年限 11 2.3.1 矿井工作制度 11 2.3.2 矿井生产能力的确定 11 2.3.3 矿井服务年限 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 影响本矿井开拓方式的因素及其具体情况 13 3.1.3 确定井田开拓方式的原则 14 3.2 矿井开拓方案的选择 14 3.2.1 井筒形式和井口位置 14 3.2.2 开采水平数目和标高 20 3.2.3 开拓巷道的布置 21 3.3 选定开拓方案的系统描述 24 3.3.1井筒形式和数目 24 3.3.2 井筒位置及坐标 24 3.3.3 水平数目及高度 24 3.3.4大巷数目及布置 24 3.3.5 井底车场形式的选择 27 3.3.6 煤层群的联系 29 3.3.7 采区划分 29 3.4 井筒布置及施工 30 3.4.1 井筒穿过的岩层性质及井硐维护 30 3.4.2 井筒布置及装备 30 3.4.3 井筒延伸的初步意见 33 3.5 井底车场及硐室 33 3.5.1 井底车场形式的确定及论证 33 3.5.2 井底车场的布置 34 3.5.3 井底车场通过能力验算 38 3.5.4 井底车场主要硐室 38 3.6 开采顺序 39 3.6.1 沿煤层走向的开采顺序 39 3.6.2 沿煤层倾斜方向的开采顺序 40 3.6.3 采区接续计划 40 第4章 采区巷道布置与采区生产系统 41 4.1 采区概况 41 4.1.1 采区位置、边界及范围 41 4.1.2 采区地质和煤质情况 41 4.1.3 采区生产能力、储量及服务年限 42 4.2 采区巷道布置 42 4.2.1 区段划分 42 4.2.2 采区上山布置 43 4.2.3 采区车场布置 45 4.2.4 采区煤仓形式、容量及支护 52 4.2.5 采区硐室简介 54 4.2.6 采区工作面接续 55 4.3 采区准备 55 4.3.1 采区巷道的准备顺序 55 4.3.2 采区巷道的断面图及支护方式 56 第5章 采煤方法 59 5.1 采煤方法的选择 59 5.2 回采工艺 59 5.2.1回采工艺及机械设备 59 5.2.2选择采煤工作面循环方式和劳动组织形式 61 第6章 井下运输和矿井提升 64 6.1 矿井井下运输 64 6.1.1运输方式和运输系统的确定 64 6.1.2 矿车的选型与数量 65 6.1.3 采区运输设备的选择 66 6.2 矿井提升系统 67 6.2.1 提升方式 67 6.2.2 矿井主提升设备的选择 68 第7章 矿井通风与安全 70 7.1 通风系统的确定 70 7.1.1 概 述 70 7.1.2 矿井通风系统的确定 70 7.1.3 主扇工作方式的确定 71 7.2 风量计算和风量分配 71 7.2.1 矿井风量计算的规定 71 7.2.2采掘工作面及硐室所需风量的计算 72 7.2.3矿井总供风量 75 7.2.4风量分配 75 7.2.5风量的调节方法与措施 76 7.2.6风速验算 76 7.3 矿井通风阻力的计算 78 7.3.1确定全矿井最大通风阻力和最小通风阻力 78 7.3.2矿井等积孔的计算 80 7.4 通风设备的选择 80 7.4.1 主扇的选择计算 80 7.4.2 电动机的选择 81 7.4.3 反风措施 81 7.5 矿井安全技术措施 81 7.5.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施 82 7.5.2 预防井下火灾 82 7.5.3 预防水灾措施 82 7.5.4 其它事故预防 82 7.5.5 避灾路线及自救 83 第8章 矿井排水 85 8.1 概 述 85 8.1.1 矿井水的来源及性质 85 8.1.2 涌水量 85 8.1.3 对排水设备的要求 85 8.2 矿井主要排水设备 86 8.2.1 排水方式与排水系统简介 86 8.2.2 主排水设备及管路的选择计算 87 8.2.3 井底水窝排水设备的选择 89 第9章 技术经济指标 90 致谢 92 参考文献 93 附表1 94 附录一 译文 96 附录二 外文原文 99 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 城子河煤矿位于鸡西市鸡西火车站东北约5公里。其地理坐标为东经北纬。矿内有运煤专用铁路与国铁林密线鸡西车站相连，距离为7.5公里，往东至正阳煤矿6.5公里。此外有通往鸡西、勃利、哈达、四海店等地的各条公路干线与之相贯通，交通十分便利。 如图1-1 图1-1 交通位置图 1.1.2地形地势 整个井田地形呈丘陵起伏状。矿山地形属老年期地貌，北部是基底古老变质岩露出的山脊，地面标高+200米，中部为含煤地带的缓坡丘陵，地面标高在+50—+100之间，区内有四条河流：穆陵河、城子河、正阳河、白石河。其中穆陵河最大，流量最大2200m3/s，最小0.5m3/s，但是该河在本井田深部流过，对本井田影响不大，此外城子河、正阳河，白石河均在井田内流过，是季节性小河，冬季干涸。对深部开采无大影响。 1.1.3气象和地震情况 该地区属于大陆性气候，最高气温380c，最低气温-330c。年降水量在325.76～922.3mm,年蒸发量在1095.5～1430.6mm，年平均风速4.14～7m/s，风向多为西北风，最大25m/s。结冻期由11月初至次年4月，结冻深度一般在2.0米左右。依据国家地震局资料最大地震在3.4～3.6级。 1.1.4井田区及邻区生产建设及规划情况 本矿区东西长3.6km，南北宽3.25km，面积12.55km2，且规划用一对立井进行开发，生产能力为0.9Mt/a。 本井田没有生产，在建及停闭矿井，也没有小煤窑。在井田外6.5km处有正生产的鸡西矿业集团正阳煤矿，矿井正常涌水量100m3/h，最大涌水量386m3/h，矿井瓦斯涌出量6.4m3/t，属低瓦斯矿井。 1.1.5矿区经济状况 本区为农业区，周围覆盖大片农田。工业基础较薄弱，但是鸡西矿务局距本区较近，可借助老区力量建设新区，人力资源及材料供应条件都很良好，这将对本区的建设有很大的帮助。 鸡西地区现有区域变电站两座及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。 本区内第四系地层广泛分布，地下含水量极其丰富，水源充足。 1.2 地质特征 1.2.1 矿区范围内的地层情况 本井田的可采煤层均赋存在上侏罗系鸡西群城子河组，鸡西群穆棱组，在穆棱组上覆有巨厚的第三，第四地层晚侏罗系煤系地层不整合于元古界—古生界基底之上，基底由元生界麻山群泥盆系青龙山组及侵入的花岗岩组成。见表1-1 表1-1 地层系统表 界 系 统（群） 组 厚度（米） 新生界 第四系 全新统 10-20 全新统 温泉河组 20-40 上更新统 顾乡屯组 10-40 中更新统 40-80 下更新统 白土山组 15-50 第三系 上新统 富锦组 121 中生界 侏罗系 上统（鸡西群） 穆棱组 >570 城子河组 930 东荣组 250 古生界 中统 青龙山组 不清 元古界 麻山群 不清 第三系地层处均广泛分布，该地区由粉沙岩，泥岩组成，岩石胶结松散，以灰绿色为主，厚度变化不大。 第四系地层在井田内广泛分布，主要由砾砂和粗砂组成，中间夹有不连续的亚粘土，在砂层上，伏有粘土及层厚8～10m的黑腐殖土，区内四纪层厚度规律为东西薄，中间厚，南部厚，北部厚。 1.2.2 井田范围内和附近的主要地质构造 本井田的区域构造主要受新华夏系和北西向构造应力场的控制，由前者派生的次级构造占明显优势，本区主要断层为F1，一个主要断层，详见断层特征表1-2 表1-2 断层特征表 顺序 名称 性质 断层面走向 落差（m） 影响范围 1 F1 逆断层 北向东 40－130 整个井田 1.2.3 煤层赋存状况及可采煤层特征 本井田开采煤层主要位于侏罗系鸡西群城子河含煤组，本组共有煤层4个，该组地层厚度810m，可采的煤层有23#、8#、3B#、3A#四个煤层，平均厚度1.9m，各煤层倾角在14～17本井田储量较大，煤层均是全井田发育的可采煤层，可采厚度从1.40～ 2.2m，主要煤层稳定，为单一煤层，底部多为炭质泥岩，煤层顶板为粉砂岩，细砂岩，底板为粉砂岩及含炭质粉沙岩。祥见城子河煤矿煤层及顶底板岩性特征表1-3及煤层综合柱状图1-4 城子河煤矿煤层及顶底板岩性特征表1-3 煤层号 厚度/米 层间距 顶板岩性 底板岩性 可采程度 稳定程度 最大—最小 平均 最大—最小 平均 23# 1.6—2.2 1.9 砂页岩 砂岩 砂岩 全层可采 全层稳定 8# 1.4—1.8 1.6 25—24 24.5 砂岩 凝页岩 砂岩 凝灰岩 全层可采 全层稳定 3B# 1.6—2.0 1.8 30—28 29 砂岩 页岩 砂岩 灰岩 全层可采 全层稳定 3A# 1.4—2.2 1.8 34—30 32 砂页岩 砾岩 砂岩 泥岩 全层可采 全层稳定 图1-4 煤层综合柱状图 1.2.4 岩石性质、厚度特征 岩石的性质包括：岩石的物理性质和岩石的工程性质。有关岩石性质及厚度特征详见表1-5所示。 表1-5 岩石主要物理力学性质指标表 名称 容重kg/cm3 孔隙度% 抗压度 102kg/cm3 抗拉度102kg/cm3 变形模量 102kg/c3 弹性模量 kg/cm3 砂岩 2.0～2.6 5～25 2～20 0.5～0.4 0.5～8 1～10 砾岩 2.3～2.6 5～15 1～15 0.2～1.5 0.8～8 2～8 泥岩 2.7～ 2.85 1.6～5.2 12.83 0.6～2.0 2～7 5～10 灰岩 2.2～2.7 5～20 5～20 0.5～2.0 1～8 5～10 页岩 2.0～2.4 16～30 1～10 0.2～1.0 1～3.5 2～8 石英 2.65～2.7 0.12～0.5 15～35 1.0～3.0 6～20 6～20 1.2.5 水文地质情况 1)井田内各地段的水文地质特征各有不同，第四系孔隙含水层，全井田广泛发育，除山坡地区较薄外，其余均很厚，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0.705～7L/sm，第三系孔隙含水层在井田内广泛分布，其厚度发育规律为由东南向西北逐渐增厚，向东变薄，涌水量为0.001～0.83L/sm。煤系裂隙含水带：本含水带是直接充水含水层，它与第三系有水力联系，但很微弱。基底岩层裂隙水：分布与低山和丘陵地带，由花岗岩及变质岩组成，对煤系裂隙水带补给量微弱，而且对矿床水无影响。 2)井田内的主要隔水层有第四系顶部黏土，亚黏土，中部黏土，亚黏土层和第三系泥岩，砂岩层。 3)地面水及各含水层之间的关系 本井田煤系裂隙水补给条件不好，富水性较小，矿井在开采过程中，排水将以煤系风化裂隙带的储水量为主，开采初期，矿井涌水量较大，随着开采的不断进行，水的静储量逐渐消耗，矿井的涌水量会逐渐减小，并趋于相对稳定状态。本井田最大涌水量386m/h，正常涌水量314m/h。 1.2.6 沼气、煤尘及煤的自燃性 1.瓦斯: 经预测,城子河煤矿相对瓦斯涌出量为9.4m3/t，在654.5m以上，甲烷成分为0.85～15.75％;在654.5～800m为15.18～20.26％，平均为8.3～17.72％，二氧化硫一般为6.44～8.95％，瓦斯含量较低，属低瓦斯矿井。 2.煤尘: 根据煤尘爆炸性实验指标,城子河煤矿煤尘爆炸指数在33-47%之间,所以该矿开采煤层属于易发爆炸危险煤层。 3.煤的自燃: 井田范围内无自燃倾向。 1.2.7 煤质、牌号及用途 本矿井煤的挥发分一般小于40％，属低变质煤，各煤层Y值平均为5～9m/m，粘结性较低，煤种主要为1/3焦煤，长焰煤次之，煤种在垂向上无明显变化。 1.有害成分 灰分：本井田煤的灰分含量（Ag）为10.96～24.45％，多属中低灰煤层，其中几个主要可采煤层均为低灰煤层。 硫：各煤层硫的含量很低，原煤全硫（SgQ）为0.1～0.41％，属特低硫煤。 磷：各煤层原煤磷的平均含量为0.003～0.061％，属特低-低磷煤。 2.发热量 各煤层煤的平均发热量（QfD）为3063～6849大卡/kg。 3.元素分析 各煤层碳（Cr）的平均含量为80.84～ 82.66％，（Hr）的平均含量为5.32-5.86％，（Or）的平均含量为10.61-12.62％ ，说明煤的元素组成稳定，属低变质煤。 4.工业用途评述 本井田原煤按现行煤炭应用分类法属于Ⅰ～Ⅱ气煤，由于本区气煤低灰低磷，低硫，具有一定的胶质层厚度，所以，本矿井原煤经洗选加工后可做为优良的配焦和化工精练，副产品可供动力或民用。 1.3 勘探程度及可靠性 勘探是为矿井设计提供依据的重要过程，本矿井所在地区从1965年就开始进行地质勘探工作，先后经过普查，详查，精查阶段，采用了钻探，测井和地震，相互结合的综合勘探手段，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对比资料和测井成果。 东煤公司1984年6月对本区精查地质报告的批复认为，基本达到《煤炭资源地质勘探规范》的标准。 存在问题： 1)瓦斯取样虽然较少，但是，未作矿井瓦斯涌出量的祥述，也未指出矿井的瓦斯等级。 2)对于落差小于30m的断层，未作评价，控制不够，给设计带来一定困难。 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 本矿井东部以正阳矿相临，以断层为界.西部以煤层终止线为界，深部以 (3A)-800标高为技术境界.煤层倾角平均为160,平均容重1.40t/m全区走向长3.6公里，倾向长3.25公里，井田面积12.55平方公里。 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、要适于选择井筒位置，合理安排地面生产系统和各建筑物； 3、划分的井田范围要为矿井发展留有空间； 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 本井田煤层赋存条件好，初期产量就能达到设计生产能力，随着技术的进步和勘探水平的全面提高，井田范围内的储量会越来越精确，可能在更深部发现可采煤层。 2.2 井田储量 2.2.1 井田储量的计算 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。设计井田范围内计算的煤层有23#、8#、3B#、3A#四层，各煤层储量计算边界与井田境界基本一致。 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 依据保护煤柱的设计原则如下： (1)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。 (2)地面受护面积包括受护对象及周围的受护带 (3)当受护边界与煤层走向斜交时，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400m的以边界角圈定，小于400m的以移动角圈定。 为了安全生产，本设计矿井依据《煤矿安全规程》，留设保安煤柱如下： ①各煤层在露头处留设20 m保安煤柱； ②边界断层留设20m 保安煤柱； ③井田内部断层留设20m保安煤柱； ④河流两侧各留设20m保安煤柱； ⑤地面建筑物留设50m保安煤柱。 按以上方法计算得： 工业广场煤柱损失：3.21Mt； 断层保安煤柱损失：2.99Mt； 大巷保安煤柱损失：3.55 Mt； 边界保安煤柱损失：3.49 Mt； 总损失为：13.24 Mt； 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=块段面积平均倾角余割块段平均厚度容重. 根据原城子河煤矿立井初步设计储量诸图，通过等高线块段法计算本井田工业储量为113.3Mt，各煤层工业储量见表2-1可采煤层储量计算总表。 表2-1 可采煤层储量总表 单位：Mt 煤层别 面积/k 工业储量/Mt 永久煤柱 可采储量 占总储量的百分比 备注 23# 11.42 30.51 3.21 21.84 14.67% 永久煤柱包括工业广场、井筒、井田边界、断层、河流建筑等 8# 11.27 25.69 2.99 18.15 16.52% 3B# 11.35 29.90 3.55 21.09 16.82% 3A# 11.31 28.19 3.49 19.76 17.68% 总计 45.35 113.30 13.24 80.84 16.38% 2.可采储量计算 计算公式如下 ZK=（ZC－P）C （2-1） 式中 ZK— 可采储量； ZC— 工业储量； P— 永久煤柱损失； C— 采区回采率。 回采要求：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，汇总计算出本设计井田可采储量为80.84 Mt。 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 依据设最新《计规范该》规定：设计矿井年工作日确定为330d，矿井每日净提升16h。采用三八工作制制度，两班半生产，半班准备。 2.3.2 矿井生产能力的确定 1.矿井设计生产能力的确定原则 应根据地质条件，发展需要和国内外市场需求，技术装备和管理水平，充分考虑科学技术进步等因素，依据投资少，出煤快，经济效益好的原则合理确定。 2.确定矿井生产能力的重要因素 a.储量是指基础储量中经济可采部分； b.地质和开采条件技术装备和管理水平。 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。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：1.2Mt/a 方案B：0.9Mt/a 方案C：0.6Mt/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） （2-2） 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=1.3～1.5。 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:1.2Mt/a T=Z /（Ak）=8084.2/（1201.4）=48.12a 方案B:0.9Mt/a T=Z /（Ak）=8084.2/（901.4） =66.54a 方安C:0.6Mt/a T=Z /（Ak）=8084.2/（601.4） =96.24a 参照《煤矿工业设计规范》规定，方案B较为合理，即：矿井生产能力为90 Mt/a；矿井服务年限为T=66.54 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 鸡西矿务局距本区约12km，鸡西矿务局现有生产矿井12对，1984年末实际生产能力已达到650万吨，全局共有职工68237人 本井田内没有生产、在建及停闭矿井。但在井田外的西南方约6.5km处有正在生产的鸡西矿务局正阳煤矿。正阳煤矿采用立井开拓，设计生产能力90万t/a，一水平标高为－250m，目前正开采23号，8号和3A号三个煤层，共布置六个采区。 鸡西地区现有区域变电站两座及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。 本区内第四系地层广泛分布，地下含水量极其丰富，供水水源充足。 3.1.2 影响本矿井开拓方式的因素及其具体情况 井田开拓方式的选择应全面考虑各种因素，主要包括： (1)井田地质和水文地质条件； (2)煤层赋存和开采技术条件； (3)地形地貌和地面外部条件； (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。 通过对以上各种因素要综合研究，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： a.地表因素 本井田属于缓坡丘陵地形，井田北部及中部皆为平原。地表平均标高+87m。 b.煤层赋存情况 整个井田的煤层上部标高在+50m，下部标高在-800m，整个矿区共有4层可采煤层，即23#、8#、3B#、3A#，全区发育。煤层走向长度为3.6km，倾向3.25km。本井田煤层系缓倾斜中厚煤层，平均倾角在16左右。 3.1.3 确定井田开拓方式的原则 (1)贯彻执行有关煤炭工业的技术政策,为多出煤、早出煤、出好煤、投资少、成本低、效率高创造条件．要使生产系统完善、有效、可靠，在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量，尢其是初期建设工程量，节约基建工程量，加快矿井建设。 (2)合理集中开拓布置，简化生产系统，避免生产分散，为集中生产创造条件。 (3)合理开发国家资源，减少煤炭损失。 (4)必须惯彻执行有关煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风系统，创造良好的条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常性保持良好状态。 (5)要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术，新工艺，发展采煤机械化，自动化创造条件。 (6)根据用户需要，应将不同煤质，煤种的煤层分别开采。 3.2 矿井开拓方案的选择 3.2.1 井筒形式和井口位置 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，一般应在技术可行的多种开拓方式中进行技术经济分析比较后，才能确定。 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。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。 ①平硐开拓：在侵蚀基准面以上的山岭或丘陵地区的煤层，由地面开凿通向煤层的平硐，可利用平硐开拓煤田的全部或一部分。 ②斜井开拓：对于表土层较薄、煤层赋存较浅、水文地质条件简单的煤田，一般都可以采用斜井开拓。斜井开拓在各种倾角煤层开拓中都得到了广泛的应用。 ③立井开拓：适应性很强，可用于各种地质条件，同时在技术上也成熟可靠。一般在表土层厚、煤层赋存深时，应采用立井开拓。 1.井筒形式 平硐开拓是最简单的开拓方式，有很多突出优点。首先我们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井田不适用，排除采用平硐开拓方式。立井和斜井开拓方式在技术上均可行，综合开拓也可行，应该予以考虑。 根据地形地貌、煤层赋存条件，本着合理开发全井田，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、的原则，对本井田开拓方式选择提出三种方案： ① 方案一：双立井两个水平开拓 ② 方案二：双斜井两个水平开拓 ③ 方案三：双立井加暗斜井开拓 井筒布置方案详见图3-1：图3-2：图3-3 图3-1 (方案1) 图3-2 （方案2） 图3-3 （方案3） (1)技术比较 方案一：双立井开拓 优点： ①适应性强，技术成熟可靠； ②井筒短，提升速度快，提升能力大； ③通风断面大，风阻小，满足大风量要求； ④便于井筒延伸 ⑤有利于开采深部赋存煤层。 缺点： ①初期投资大，建井期限稍长； ②需要大型的提升设备； ③多水平开拓，立井石门长度大，掘进工程量大，掘进费用高。 方案二：双斜井井开拓 优点： ①井筒掘进技术和施工设备比较简单； ②掘进速度快，地面工业建筑，井筒装备，井底车场及硐室投资少； ③提升设备简单； ④改扩建比较简单 缺点： ①井筒太长； ②围岩不稳固时井筒维护费用高； ③采用绞车提升时提升速度低、能力小、钢丝绳磨擦严重、动力消耗大，提升费用高。 ④斜井井筒断面小，风阻过大，通风风路很长。 方案三：立井加暗斜井开拓 优点： ①掘进速度快； ②可满足最大风量的通风要求； ③有助于辅助运输。 缺点： ①井口相距较远，不利于工业广场的布置； ②地面工业建筑分散，生产调度及联系不方便； ③地面工业建筑占地多，增加了煤柱损失。 依据开拓方案技术比较，方案二第一水平斜长过长，方案不合理。初步选定两种较合理开拓方案： 方案一：双立井开拓方式 方案三：双立井加暗斜井开拓方式 (2)经济比较 考虑到各煤层间距较小，一般都在30m左右，宜采用集中大巷布置。为减少煤柱损失和保证大巷维护条件，大巷设于3A＃煤层底板下垂距35m的厚岩层内。上阶段运输大巷做下阶段回风大巷使用。 方案1和方案3的区别仅在于第二水平式用暗斜井还是直接延伸立井。两方案的生产系统较简单可靠。两方案对比，第一方案多开立井井筒（2200），阶段石门（1050m）和立井井底车场；并相应增加了井筒和石门的 运输、提升、排水费用。而第3方案则多开暗斜井井筒（倾角16度，21000m）和暗斜井上、下部车场；并相应的增加了斜井的 提升和排水费用。粗略的估算，工作的环节少，人员上下较方便，在方案3中未计入暗斜井上、下部车场的石门运输费用，以及方案1在通风方面优于方案3，所以决定采用方案1。 表3-1 井筒开拓方案比较表 方案 项目 方案一 方案三 工程量 m 单价 元/m 费用 万元 工程量 m 单价 元/m 费用 万元 初期 主井井筒 350 3000 105 350 3000 105 副井井筒 350 3000 105 350 3000 105 井底车场 1000 900 105 1000 900 105 运输大巷 1200 800 96 1200 800 96 小计(万元) 411 411 后期 主井井筒 300 3000 90 800 1050 84 副井井筒 300 3000 90 800 1050 84 井底车场 1000 900 105 1000 900 105 主石门 1400 800 112 1700 800 136 运输大巷 1600 800 128 1600 800 128 小计(万元) 525 537 共计 936 948 从上表可看出，方案1的运输费用低于方案3。另外，从开采水平来看，方案1仅需延伸一次立井，对生产影响少于方案3（因方案3需延伸2次）。因此，确定方案1为最优方案。 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 ①井田走向储量中央或靠近中央位置，使井田两翼可采储量基本平衡； ②井筒应尽量避开或少穿地质及水文复杂的地层或地段； ③勘探程度及初期工程量。 (2)地面条件 ①井筒位置应选在比较平坦的地方，并且满足防洪设计标准； ②井口要避开地面滑坡、岩崩、雪崩、泥石流、流砂等危险地区； ③井口及工业场地位置必须符合环境保护的要求； ④工业场地不占或少占用良田； ⑤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：井筒位于井田浅部图3-4 方案二：井筒位于井田中部图3-5 方案三：井筒位于井田深部图3-6 图3-4 方案1 图3-5 方案2 图3-6 方案3 经过简单的技术比较后认为： ①井筒位于井田浅部，煤柱尺寸最小，压煤最少，但石门最长； ②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； ③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； ④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，一般又浅部向深部开采，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，1～2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，要求有丰富的资源/储量和较长的服务年限。水平上、下山开采方式是优越的，可保证生产合理集中化，稳定生产，节省总井巷工程量，经济效益好。因此使用上下山开采的意义很大。在条件适宜时，应该优先考虑使用上下山开采。 本设计井田水平标高的确定主要考虑了以下几个因素： (1)合理的水平服务年限； (2)煤层赋存条件及地质构造； (3)生产成本； (4)水平接替； (5)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如下两个水平标高划分方案： 方案一：井田划分两个开采水平；一水平标高-250 m，二水平标高为-550 m。一水平实行上山开采，二水平上下山开采。 方案二：井田划分三个开采水平，一水平标高-250 m，二水平标高-550 m，三水平标高-800 m。各水平均实行上山开采。 各方案水平储量及服务年限详见表3-2。 表3-2 水平储量及服务年限表 储量（万吨） 服务年限（年） 方案一 一水平 3675.46 26.54 二水平 4408.97 40 方案二 一水平 3750.51 26.51 二水平 2008.52 17.52 三水平 2400.45 21.71 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25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，两水平标高分别为-250 m和-550 m，一水平垂高为350 m，二水平垂高为650 m。一水平采用上山开采，二水平采用上下山开采。 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。 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）．采用集中运输大巷时，各煤层（组）间用采区石门联系．当煤层倾角太大时，层间联系也可用溜井或斜巷。 (1)分煤层大巷适用条件 ①煤层数不多，层间距大，石门长； ②井田走向长度短，服务年限不长； ③井底车场或平硐在煤层顶板； ④煤质牌号不同，要求分采，分运； ⑤产量，风量均大，需要疏解； ⑥各煤层底板．均有坚硬岩层。 (2)分组集中大巷适用条件 ①煤层数多，层间距大小悬殊； ②按煤层的特点根据运输，通风要求组合，经济上有利； ③多水平生产，容易解决运输，通风的干扰； (3)集中运输大巷适用条件 ①适于煤层层数多，层间距不大的矿井； ②井田走向长度大，服务年限长； ③下部煤层底板有坚硬岩层，容易维护； ④煤质牌号相同，要求分采分运； ⑤自然发火严重，便于分区，分段处理事故； ⑥采区尺寸大，石门长度短。 现依据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图3-7、图3-8： 图3-7 方案一：分组集中大巷布置 图3-8 方案二：集中大巷布置 两种技术方案的优缺点详见表3-3所示。 表3-3 大巷布置方案比较表 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.采区巷道分组联合布置 4.大巷容易维护，运输条件好 1.大巷工程量少 2.生产区域比较集中，运输条件好 3.采区巷道集中联合布置，开采程序比较灵活，开采强度大 4.大巷维护容易 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.初期工程量大，建井时间长 3.存在反向运输 适应条件 1.可采煤层数目多，间距大小不同 2.采区巷道为分组联合布置，煤层分组间距大 3.井底车场在煤层群上部或中间时，初期工程少，工期大 1.煤层间距小 2.井田走向长度大，服务年限长 3.下部煤层底版有坚硬有岩层，采区尺寸大，石门长度短 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23#、8#、3B#、3A#，其中四层煤间距较小平均间距25.7 m。 针对上述情况，方案二集中大巷布置，将四层煤分为一组集中布置，经济上较为合理。方案一采区大巷长度很大，工程量增加，费用高，经济上不合理。故而采用方案二。 3.3 选定开拓方案的系统描述 3.3.1井筒形式和数目 本设计井田采用一对立井开拓，即主井、副井。另外还设有回风井。 主井用以提升煤炭，副井用以提矸、升降人员、下放材料和设备及兼作进风井，回风井专门用于回风。 3.3.2 井筒位置及坐标 (1)地处井田储量中央；井筒距北部边界1.2公里，南部边界2.4公里，西部边界1.7公里，东部边界1.55公里； (2)有较好的地形条件：井口处标高+67 m，地面坡度不足2，平正土方量小； (3)交通条件好：靠近哈同公路。 确定井筒坐标： ①主井井口坐标： XA=5192416， YA=44459258； ②副井井口坐标： XB=5192396， YB=44459297.7； 主井井口标高为+67 m，副井井口标高为+68 m，拟定二水平为井筒最终水平。主井井深517 m，副井井深517 m，两井筒中心线间距为86 m，提升方位角为25，主井井筒直径5.5 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 本井田采用多水平开拓,拟定第一水平标高为-250 m,实行上山开采.第二水平拟定标高为 -550 m，实行上山开采。第三水平拟订标高-800，实行暗斜井上山开采。 3.3.4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。 (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： ① 单独开拓的薄煤层或中厚煤层； ② 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； ③煤层群（组）下部的薄及中厚煤层中开集中大巷的； ③ 煤质坚硬，围岩稳定，维护简单，费用不高的煤层； ④ 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； ⑤ 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，如维护条件好，费用低。大巷方向、坡度可根据运输等功能要求选定，而较少受地质构造的影响。可不留或少留护巷煤柱，煤的损失少，安全条件好，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： ① 煤层大巷的巷道维护困难，维护费用高； ② 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； ③ 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； ④ 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，岩层大巷的优越性还是主要的。在本设计井田中，由于煤层间距较小，应布置岩石集中大巷。 有关大巷及石门断面技术特征详见图3-9，图3-10所示。 图3-9 石门断面图 表3-9 石门断面特征表 巷道形状 支护方式 断面积（m2） 设计尺寸（mm） 净周长(m) 喷厚 (mm) 净 掘 顶高 底宽 半圆形 锚喷 14.10 15.80 3367 4100 13.1 150 图3-10 大巷断面图 表3-10 大巷断面特征表 巷道形状 支护方式 断面积（m2） 设计尺寸（mm） 净周长(m) 喷厚 (mm) 净 掘 顶高 底宽 半圆形 锚喷 14.10 15.80 3367 4100 13.1 150 3.3.5 井底车场形式的选择 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)矿井设计生产能力及工作制度； (2)矿井开拓方式； (3)井筒及数目； (4)矿井主要运输巷道的运输方式； (5)矿井瓦斯等级及通风方式； (6)矿井地面及井下生产系统的布置方式； 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)井底车场设计时，应该考虑到增产的可能性； (3)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； (4)应该考虑主、副井之间施工时便于贯通； (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)调车简单，管理方便，弯道及交岔点少； (3)操作安全，符合有关规程、规范； (4)井巷工程量少，建设投资省，便于维护，生产成本低； (5)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； (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，根据井底车场所处的地质构造，井筒与大巷的相对位置及地面生产系统的布置，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刀式车场。 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，23＃与8#煤层相距约25.5m， 8＃与3B＃煤层相距约30m， 3B＃与3A＃煤层相