铁法小青矿180万t年新井设计

摘要 本设计是辽宁铁法小青矿(180 Mt/a）新井设计，小青井田的地质条件很好，煤层赋存简单，倾角很小，属于近水平煤层。因此，在我国现有的煤炭开发能力前提下，结合小青矿煤层的赋存条件，该井田采用立井单水平集中的开拓方式，倾斜长壁采煤法，同时在个别块段采用走向长壁采煤法。 现代矿井的设计方向是，在保证安全的前提下，系统越简单越好。在该设计中，采用集中大巷，斜巷代替主要石门的布置方式；综采工作面内装备大功率电牵引采煤机、电液控制的大吨位液压支架及大运量输送机等机电一体化高新技术；立井采用箕斗提升，副井采用罐笼提升，辅助运输采用单轨吊，能实现全矿井的连续运输。 本矿井的生产系统非常简单，生产高度集中，用人少，效率高，更安全，该矿井能在一矿一井一面的条件下达到生产能力，符合当前世界煤炭工业发展的趋势。 关键字：倾斜长壁；机电一体化；一矿一井一面 ABSTRACT This design is the new mine design of Tiefa Xiao Qing mine LIAONING(180Mt/a), the field geological condition of Xiao Qing is very well, the exist condition of coalseam bearing is simple,its inclination angle is very small, belongs to the near horizontal colaseam. Therefore, under our country′s existing coal development bearing sequence, this mine field selects the development method which in the one lever central layout and slop longwall mining method, simultaneously uses in the individual section moves towards the strike longwall mining method. The design direction of morden mine is, under the premise of guarantee security, the system is simpler. In this design, uses the concentrating roadway lane, 10slanting lanes replace the main crosscut arangment way; The mining face fully mechanized wquio the hign efficiency electricity hauling coal mining machine, the great toonage hydraulic pressure support of electic-hydraulic control and the great transportation on amount coneyer ahd so on the new electic-mechaical intergrated technology; the vertical shage uses the skip hoisting, the auxiliary shafe usesthe cage hoisting, assists transportation use the monorail, realize continuous transportation of the entire mine. The production system of mine is very simple, the production is high degree of concentration, use a few of person, high efficiency, more safety, this ore can issue the productivity in the condition of one mine one face, and one producing shaft conforms to the development tendency of current world coal industry, Keywords: inclined longwall; electric-mechanical integratal technology; one face and one producing shaft in one mine 目 录 0前言…………………………………………………………………………… 1 1 矿区概述及井田特征………………………………………………………… 1 1.1 矿区概述…………………………………………………………………… 1 1.2 井田及其附近的地质特征………………………………………………… 2 1.2.1 地层……………………………………………………………………… 2 1.2.2 构造……………………………………………………………………… 3 1.2.3 地质变动………………………………………………………………… 4 1.3 矿层质量及矿层特征……………………………………………………… 4 1.3.1 煤层……………………………………………………………………… 4 1.3.2 煤质……………………………………………………………………… 4 2 井田境界及储量……………………………………………………………… 6 2.1 井田境界…………………………………………………………………… 6 2.1.1 井田境界………………………………………………………………… 6 2.1.2 邻近井田的开发情况以及与本矿的影响……………………………… 6 2.1.3 论述所定边界的合理性………………………………………………… 6 2.2 井田储量…………………………………………………………………… 7 2.2.1 井田的工业储量………………………………………………………… 7 2.2.2 地质损失………………………………………………………………… 7 2.2.3 永久煤柱损失…………………………………………………………… 7 3 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度………………………………… 9 3.1 矿井年产量及服务年限…………………………………………………… 9 3.1.1 矿井的年产量…………………………………………………………… 9 3.1.2 矿井的服务年限………………………………………………………… 9 3.1.3 矿井增产和减产期，产量增加的可能性……………………………… 9 3.2 矿井工作制度……………………………………………………………… 9 4 井田开拓…………………………………………………………………… 10 4.1 井筒形式及井筒位置的确定………………………………………… 11 4.1.1 确定开拓方式的主要依据…………………………………………… 11 4.1.2 开拓方式的确定原则………………………………………………… 11 4.1.3 井筒形式的选择……………………………………………………… 11 4.1.4 井筒数目的确定……………………………………………………… 16 4.2 开采水平的设计………………………………………………………… 16 4.2.1 水平划分的原则……………………………………………………… 16 4.2.2 设计水平储量及服务年限…………………………………………… 17 4.2.3 设计水平的巷道布置………………………………………………… 17 4.3 带区划分及开采顺序…………………………………………………… 19 4.3.1 采区形式及尺寸的确定……………………………………………… 19 4.3.2 采区划分的合理性…………………………………………………… 21 4.3.3 开采顺序……………………………………………………………… 22 4.4 开采水平、回风水平及井底车场…………………………………… 22 4.4.1 回风水平……………………………………………………………… 22 4.4.2 井底车场形式、线路布置及通过能力……………………………… 22 4.4.3 硐室位置、规格尺寸及支护方式…………………………………… 24 4.5 开拓系统综述…………………………………………………………… 24 4.5.1 开拓系统……………………………………………………………… 24 4.5.2 通风系统……………………………………………………………… 24 4.5.3 运煤系统……………………………………………………………… 24 4.5.4 运料系统……………………………………………………………… 25 4.5.5 排矸线路……………………………………………………………… 25 4.5.6 排水线路……………………………………………………………… 25 4.5.7 灭火系统……………………………………………………………… 25 4.5.8 瓦斯抽放系统………………………………………………………… 25 4.5.9 移交生产时井巷开凿位置…………………………………………… 25 4.5.10 移交生产时三量及可采期………………………………………… 25 5 采准巷道布置……………………………………………………………… 26 5.1 设计带区的地质概况及矿层特征……………………………………… 26 5.1.1 设计带区煤层赋存条件及地质构造………………………………… 26 5.1.2 生产能力及服务年限………………………………………………… 26 5.2 采区形式………………………………………………………………… 28 5.2.1 带区形式的确定……………………………………………………… 28 5.2.2 带区巷道的数目、位置及用途……………………………………… 28 5.3 带区的划分及层间联系……………………………………………… 28 5.3.1 带区的划分…………………………………………………………… 28 5.3.2 带区巷道的布置……………………………………………………… 29 5.3.3 煤层间的联系………………………………………………………… 32 5.4 带区车场及硐室………………………………………………………… 32 5.4.1 带区车场……………………………………………………………… 32 5.4.2 带区硐室……………………………………………………………… 32 5.5 采准系统及生产系统…………………………………………………… 33 5.5.1 采准系统……………………………………………………………… 33 5.5.2 通风系统……………………………………………………………… 33 5.5.3 运输系统……………………………………………………………… 33 5.6 带区开采顺序…………………………………………………………… 33 5.7 带区巷道支护形式……………………………………………………… 33 5.8 带区的巷道掘进率、采区回采率…………………………………… 37 5.8.1 巷道掘进率…………………………………………………………… 37 5.8.2 带区回采率…………………………………………………………… 37 6 采煤方法…………………………………………………………………… 38 6.1 采矿方法的选择………………………………………………………… 38 6.2 设计煤层的赋存条件煤层结构及围岩情况…………………………… 38 6.3 工作面长度的确定……………………………………………………… 38 6.4 采煤机械的选择和回采工艺方式的确定……………………………… 40 6.4.1 采煤机械的选择……………………………………………………… 40 6.4.2 工作面液压支架的选择……………………………………………… 42 6.4.3 顺槽支护……………………………………………………………… 42 6.4.4 回采工艺……………………………………………………………… 43 6.5 循环方式的选择及循环图表的编制…………………………………… 45 6.5.1 循环方式的确定……………………………………………………… 45 7 建井工期及开采计划……………………………………………………… 48 7.1 建井工期及施工组织设计……………………………………………… 48 7.1.1 施工队伍的人员配备………………………………………………… 48 7.1.2 井巷施工的机械化程度及施工速度………………………………… 48 7.1.3 建井工程量…………………………………………………………… 48 7.2 开采计划………………………………………………………………… 49 7.2.1 开采顺序……………………………………………………………… 49 7.2.2 各带区的开采计划及设计带区的工作面接续计划………………… 49 7.2.3 建井工期及工程排队………………………………………………… 49 8 矿井通风…………………………………………………………………… 50 8.1 概述……………………………………………………………………… 50 8.2 矿井通风方式与通风系统的选择……………………………………… 50 8.2.1 通风方式的选择……………………………………………………… 51 8.2.2 通风方法的选择……………………………………………………… 51 8.3 矿井风量计算和分配…………………………………………………… 51 8.3.1 矿井通风量的计算…………………………………………………… 52 8.3.2 风量分配……………………………………………………………… 52 8.4 矿井总风压及等积孔的计算…………………………………………… 55 8.5 矿井通风设备的选择…………………………………………………… 56 8.5.1 矿井主要扇风机的选型计算………………………………………… 56 8.5.2 电动机选择…………………………………………………………… 56 8.5.3 对矿井主要通风设备的要求………………………………………… 57 8.5.4 总耗电量及吨煤耗电量……………………………………………… 57 8.6 灾害灾害防治综述……………………………………………………… 58 8.6.1 防治瓦斯……………………………………………………………… 58 8.6.2 防煤尘………………………………………………………………… 59 8.6.3 防火…………………………………………………………………… 59 8.6.4 防水…………………………………………………………………… 59 9 矿井运输与提升…………………………………………………………… 60 9.1 概况……………………………………………………………………… 60 9.2 带区运输设备选择……………………………………………………… 60 9.3 主要巷道运输设备选择………………………………………………… 60 9.4 提升……………………………………………………………………… 61 9.4.1 主井提升……………………………………………………………… 61 9.4.2 副井提升……………………………………………………………… 64 10 排水………………………………………………………………………… 67 10.1 涌水……………………………………………………………………… 67 10.2 排水设备选择…………………………………………………………… 67 10.2.1 选择水泵……………………………………………………………… 67 10.2.2 管路铺设……………………………………………………………… 68 10.3 水泵房的设计…………………………………………………………… 68 10.4 水仓设计………………………………………………………………… 69 11 技术经济指标……………………………………………………………… 70 11.1 全矿人员编制…………………………………………………………… 70 11.2 劳动生产率……………………………………………………………… 71 11.3 成本……………………………………………………………………… 71 11.4 全矿主要技术经济指标………………………………………………… 73 12 结论………………………………………………………………………… 77 致 谢………………………………………………………………………… 78 参考文献……………………………………………………………………… 79 附录A 译文…………………………………………………………………… 80 附录B 外文翻译……………………………………………………………… 84 前言 毕业设计（论文）是大学教学的最后一个环节，通过本次设计，培养了我综合运用所学的知识和技能进行分析问题解决问题的能力。现代矿井的设计方向是，在保证安全的前提下，系统越简单越好。在设计中我通过认真的思考研究，结合所学的知识将采煤系统设计得很简单，同时得到了采矿工程系各位指导教师的大力帮助，在此深表感谢。 1 矿区概述及井田特征 1.1 矿区概述 1) 地理位置： 小青井田位于铁法煤田中部东侧，地处辽宁省调兵山市晓明镇，其地理平 面坐标为： 经距：551500 ～ 555500 纬距：698500 ～ 704000 2) 地形地貌： 该井田位于辽河平原东侧，是铁法煤田地势较低洼的地段之一，地势十分平坦，高差变化不大，大部分高差在3m之内，地表标高一般在+68m～+70 m之间。井田西北部地势稍高，标高一般在在+69 m～+70m，个别达到+76 m，向南部及东部均降低，标高多为+68 m～+69m。万家房、双树子村以北地势最洼，属于水库区，标高仅为+65 m～+67m。水库内普遍积水，渠道纵横，四周并筑有土堤，现今多垦为水田。 3) 水源： 本区内没有大河流，仅在井田南部有一条季节性小溪——跃进沟，北起沙后所，向南经晓明镇前街、田家、邓家窝棚留出井田，水量不大，仅在夏秋之季细水长流，而冬春两季水量剧减而近于断流。 4) 气候： 本区处于松辽平原东侧，属大陆性气候，一般多风少雨，春旱冬寒，春冬两季多西北风，夏秋两季多西南风，最大风力可达7～8级，一般2～3级，无风季节少见。雨季集中在7、8、9三个月内，最大年降水量为1658mm，平均降雨量为500～600mm；最高气温35.9℃，最低气温为-34.5℃，年平均气温为7℃左右，冻结期为4～5个月，冻结层厚度为1.4m左右。井田之上多为耕地，以种植植物、杂粮为主。 5) 地震： 本区有史以来尚无地震资料记载。 6) 交通： 本区交通十分便利，铁法铁路在井田中部通过，东至铁岭站与长大铁路接轨。以井田中心为起点，东距铁岭20km，西至法库20km。另外铁法康公路横贯本井田，矿区内设有专用铁路，以大青站为枢纽，可通往各大矿井，并且有公路与各大矿井相通。交通图见（图：1-1-1）。 图：1-1-1 交通图 Tab:1-1-1 traffic map 1.2 井田及其附近的地质特征 1.2.1 地层 本井田地层与区域铁法煤田基本一致，属于中生代陆相沉积，除元古代地层在煤田西侧以低山形式出露，其它地层几乎都被第四系沉积所覆盖前震旦系花岗片麻岩、结晶片岩等变质岩系构成铁法煤田的基底。晚侏罗系地层不整合于变质岩之上，白垩系地层几乎平 行不整合于侏罗系地层接触,第四系地层不整合于白垩系之上。 根据钻孔资料所见：有中生界侏罗系、白垩系及新生界第四系，现由下而上分如下：（一）中生界（M2） 1、侏罗系上统阜新组（J3f） 为井田内唯一含煤地层，本组分为四段： （1）底部沙砾岩段（J3f1） （2）下含煤段（J3f2） （3）中部砂岩、泥岩段（J3f3） （4）上含煤段（J3f4） 2：白垩系上统孙家湾组（K1S） （1）下部灰绿色砂岩段（K1S1） （2）上部紫色砂岩、砾岩段（K1S2） （二）新生界 第四系（Q）:下部以砂、砂砾岩为主，中夹砂层，底部较粗。 1.2.2 构造 1) 地域构造 铁法煤田在一级构造体系中所处的位置属于新华夏系第第二沉降带与天山——阴山纬向构造带的交接复合部位，二级构造位置位于新华夏第二沉降带中下辽河凹陷的北部。盆地的形成是由于天山——阴山纬向构造降起带受新华夏系构造的切割而形成的断陷构造盆地。 煤田的构造总的形式：为一东缓西陡的不对称向斜构造，其发展 的方向呈北北东向，盆地的形成和发展，始终受到新华夏构造的控制。在一定程度上也显示着纬向构造的残迹。煤田内部的构造形式以断层为主，并伴有广泛的岩浆活动，褶皱现象一般不明显，铁法煤田，火成岩比较发育，主要分布在煤田的东，西两侧，特别是西南部。 2) 井田构造 井田内地层构造以断层为主，褶皱现象不明显，南部有岩浆活动，煤系地层基本上呈宽缓的向斜构造，其轴部位于井田中部，走向大体上呈北北东向，两翼煤层倾角平缓，一般在5以下，唯井田的南部边缘地带因受火成岩活动和断层构造的影响倾角较大，达10～20，局部可达25左右。 1.2.3 地质变动 1) 岩浆活动 井田内断层均属正断层，共有落差大于10m的断层34条，其中井田边界8条，境界内26条；落差大于50m的10条；落差在20～50m的有21条；落差在10～20m的有3条。断层走向多数为近南北向，个别走向为北西向、北西西向。 2) 火成岩 本井田内火成岩以基性为主，按其产出形式可分为喷出式和侵入式两种。 1.3 矿层质量及煤质特征 1.3.1 煤层 铁法煤田晚侏罗系(J3)含煤组中共含有发育煤层10多个，埋藏较深，小青共有独立的可采煤层2层,即2层和4-1层,煤层特性见表：1-3-1； 表：1-3-1 煤层特征一览表 Tab: 1-3-1 coal bed characteristic 煤层 编号 煤层 厚度 分煤 层数 容重 (t/m3) 夹矸 厚度 煤层稳 定程度 煤层 倾角() 层间距 (平均) 2 3.5 0 1.35 0 中等 5 40m 4-1 4.0 0 1.35 0 中等 5 1.3.2煤质 a：煤的物理性质 煤呈黑色沥青状光泽，下含煤段局部有似玻璃光泽，具有不平坦状、贝壳状和眼球状断口，煤岩类型以半光亮型和半暗型为主光亮型比较少。 b：煤的化学性质 灰分(Ad)：各煤层灰分一般在15～25 %之间平均灰分为21.04% 属于中等灰分，上层煤灰分比较低，下层煤较高 。 水分(Mad)：各煤层的原煤水分也净煤水分含量相差不大，但净煤水分稍高于原煤水分，水分含量一般在6～8%，原煤的平均水分为6.65%，净煤的平均水分为6.79%。煤层水分有随着煤层埋藏的深度增加而减少的趋势。 挥发分(Rdaf)：原煤挥发分梢高于净煤挥发分，长焰煤挥发分含量变化不大，净煤的挥发分一般在37～40%之间，平均为37.3%。 发热量(Qbad)：原煤的发热量一般为23.00～25.09MJ/Kg，平均的发热量为23.73.MJ/Kg ；净煤的发热量为23.76～28.02MJL/Kg平均为27.96MJ/Kg。 粘结性： 各层煤的净煤坩埚焦渣粘节性一般为2～5级。 结焦性：各层的胶质层厚度大部分为零。 硫磷分（Sd pb）各煤层厚煤含硫量一般为0.3～0.7%平均为0.58%，原煤含磷量一般为0.003～0.10%，平均为0.008%。 碳（Cdaf）一般为79～82%，平均80.91%，碳含量随着煤层的埋藏深度的增加而有增加的趋势。 焦油含量（Tad）一般5.0～9.0%，平均为7.25% 。 灰熔点（St）一般为1300～1430 ℃,平均为1406 ℃ ,属于难熔。 煤的可造性 ：本矿的入选煤可选性属于易选型 。 c：煤质评价及工业用途 各煤层为长焰煤，一般灰分15～25%属于中等灰分，原煤的发热量5500～6000卡/克，属于低硫、低磷难熔煤，粘结性、结焦性较差，平均含油率为7.25%，精煤回收率良，中等可选. 综上所述煤的性质，结合工业用煤的特殊要求，本井田的煤可用也电力、机车、锅炉、化工等，是良好的动力和民用煤。 主要用户为：铁岭发电厂、清河发电厂、沈海发电厂、辽源水泥厂、大连钢铁公司、鞍山钢铁公司等。 2 井田境界及储量 2.1 井田境界 2.1.1 井田境界 小青井田为南北走向，北部以断层F83、F5为界，南部以北纬698500线和14号勘探线为界；西部以断层F76、F14、F19为界，东部以东经555500线为界。该井田走向长5.0km左右,倾斜宽4.0Km左右，井田面积为18.7Km2。该区地势十分平坦，东部稍高，西部低，地表标高一般在+68～+70m之间。整个井田呈单斜构造，井田北部及西部均以断层为界，故留30m的边界保护煤柱，井田南部及东部均留30m的边界保护煤柱。 2.1.2 邻近井田的开发情况以及与本矿的影响 本井田西部为大隆矿，西南部与晓南矿相邻，均以断层为界，现分述如下 ： 1) 大隆井田 大隆井田位于小青井田西侧，以断层F76、F14、F19为界，大隆矿井于1966年9月开始兴建，1972年12月开始投产，设计年产量为92万吨。后经改扩建井型为180万吨的现代化大型矿井，开采2、4-1两层煤。由于大隆井田与小青井田边界断层的控制程度不同，有待于在今后的生产中进一步确定。 2) 晓南井田 晓南井田位于小青西南部，以 F19 断层为界，晓南矿井1971年10月开始筹建，于1980年9月28日建成投产，矿井设计年产量为90万吨，后经技术改进，扩建成年产量为180万吨的大型现代化的矿井，进入90年代后，逐步实现了高产稳产，现开采煤层为2、 4-1两个煤层。 2.1.3 论述所定边界的合理性 1) 井田范围、储量、煤层赋存及开采条件要与矿井生产能力相适应 对一个生产能力较大的矿井，尤其是机械化程度较高的现代化大型矿井，应要求井田有足够的储量和合理的服务年限。矿井生产能力还要与煤层赋存条件、开采技术装备条件相适应，并要为矿井发展留有余地。 2) 保证井田有合理的尺寸 一般情况下，为便于合理安排井下生产，井田走向长度应大于倾斜长度。 3) 充分利用自然等条件划分井田 利用大断层作为井田边界，或在河流、国家铁路、城镇的下面进行开采存在问题较多或不够经济，须留设安全煤柱时，可以以此为井田边界。 4) 合理规划矿井开采范围并处理好临近矿井之间的关系 划分井田边界时，通常把煤层倾角不大、沿倾斜延展很宽的煤田分成浅部和深部两部分。一般先浅后深，先易后难，分别开发建井，以节约初期投资，同时也能避免浅、深部矿井形成复杂的压茬关系，给开采带来困难。 综上所述，在所定井田境界内煤层储量较大，地质条件好，开采条件也很好，北部和西部与邻近矿井均以大断层为界。因此，该井田境界的划分是合理的。 2.2 井田的储量 2.2.1 井田的工业储量 小青井田面积为18.7Km2,主采煤层为2、4-1两个煤层,各煤层的厚度分别为3.5m和4.0mm,煤层总厚7.5m. 井田的工业储量是进行矿井设计的资源依据,一般即列如平衡表内的储量. 2.2.2 地质损失 大明一矿井田内有一条走向断层F20，为正断层.为保护安全生产在断层两边各留20m煤柱. 2.2.3 永久煤柱损失 本井田永久煤柱损失主要有井田边界保护煤柱和工业广场压煤. 井田可采储量: 井田可采储量根据<<煤炭工业矿井设计规范>>规定其计算方法入下: 井田可采储量=工业储量-地质损失-永久煤柱损失 储量统计如下表：2-2-1； 表：2-2-1 储量统计表 Tab:2-2-1 Reserves statistics table 2煤层 4-1煤层 合计 工业储量 8900万吨 10200万吨 19100万吨 地质损失 26.1万吨 29.9万吨 56万吨 煤柱损失 399万吨 455万吨 854万吨 可采储量 8474.9万吨 9715.1万吨 18190万吨 根据地质资料知：井田内A级储量占矿井工业储量的60%,B级储量占矿井工业储量的30%,C 级储量占矿井工业储量的10%。 3 矿井的年产量、服务年限及一般工作制度 3.1 矿井年产量及服务年限 3.1.1 矿井的年产量 矿井的设计年生产能力宜按工作日300天算，每天净提升时间为14小时，根据设计，工作面长220m，采煤机滚筒采用660mm，一个工作面生产，一天进9刀，煤的容重为1.35t/m3 。 所以矿井的生产能力为： 3002200.6693.51.350.93(1+10%)=189(万吨) 满足矿井的设计生产能力每年180万吨。 3.1.2 矿井的服务年限 本矿井的年产量是180万吨,根据《煤炭工业矿井设计规范》[3]规定：矿井设计生产能力为180万吨/年,其服务年限不得小于60年。 T=Z/(AK) 式中： T—矿井的服务年限：年。 Z—矿井设计可采储量：万吨。 A—矿井的生产能力：万吨/年。 K—储量备用系数：取1.4。 T=18190/(1801.4)=72(年) 所以本矿井的设计服务年限符合规定。 3.1.3 矿井增产和减产期，产量增加的可能性 1) 矿井的增产期为0.42年。 2) 产量增长的可能性： a.由于勘探程度的提高,储量级别的提高,可采面增加。 b.煤层的局部变化以及开采技术的发展,落煤损失,煤柱损失的减少。 c.矿井的各个生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，迅速突破设计能力，提高年产量。 d.采区地质构造简单、储量可靠，因此投产后与可靠的储量及较好的开采条件。 3.2 矿井的一般工作制度 矿井的年工作日按300天计算。矿井每昼夜分为四班，三班出煤，一班检修，每班工作六小时，即“四六制”工作制。每昼夜净提升时数为14小时。 4井田开拓 井田开拓方式应根据矿井设计生产能力、地形地貌条件、煤层赋存条件、开采技术条件、装备条件、地面外部条件等因素，通过方案比较或是系统优化后确定。 4.1井筒形式及井筒位置的确定 4.1.1 确定开拓方式的主要依据 1) 根据已批准的设计文件。 2) 根据煤层赋存条件： 在诸条件中,其中以煤层赋存深浅和冲击层的水文地质条件对开拓方式影响最大,一般煤层赋存深度不超过200m,冲击层厚不大于20m时,水文地质条件简单,多数采用斜井开拓。当煤层赋存深度达200m以上,用斜井或立井开拓要看具体分析,当深度大于500m或冲击层较厚,含水丰富时,绝大多数采用立井开拓。 3) 根据技术装备。 确定矿井开拓方式，必须充分考虑各个主要工艺系统的机械化装备水平。 4) 根据井型大小和投资多少。 5) 根据经济效果,初期投资、见效快、收益大。 4.1.2 开拓方式的确定原则 1) 贯彻执行有关煤炭工业的技术政策[2],为多出煤、早出煤、出好煤、投资少、 成 本低、效益高创造条件。 2) 合理集中开拓部署,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) 必须贯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,创造良好的生产条件,减少巷道维护量,使主要巷道保持良好状态。 5) 要适应当前国家的技术水平和设备供应情况,尽量采用新技术、新工艺,发展采煤机械化、综合机械化、自动化。 4.1.3 井筒形式的选择 1) 井筒形式的选择 根据井筒不同形式，可分为平硐、立井、斜井和混合式。 依小青矿煤层埋藏的特点，即本井田位于辽河平原东侧,地势平坦,全区海拔在+74米,煤层倾角为5,陆相沉积,全隐蔽煤田,不具备平硐开拓条件。本井田内表土层不厚,井筒不需要特殊施工法,可以采用斜井开拓,由于煤层赋存在-230～-570米之间,打斜井井筒较长,也可以考虑采用立井开拓,立井开拓的适应性强,斜井开拓的适应性差,斜井开拓和立井开拓互有利弊,究竟采用哪种开拓方式还需要进行一下比较。 斜井与主井相比：井筒掘进技术和施工设备比较简单,掘进速度快，地面工业 建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简单。一般无须大型提升设备，同类 型的斜井提升系统绞车也较立井采用的绞车型号小，因而初期投资少,建井工期 短。在多水平开采时，斜井的石门总长度比用立井井筒的施工比较方便，对生产 的干少，我国研制和使用的新型强力胶带输送机，增加了斜井开拓的优越性，扩 大了其应用范围。 与立井相比，斜井的缺点是：在自然条件相同时，斜井比立井长得多，围岩 不稳定时斜井井筒维护费用高；采用绞车提升时，提升速度较低，能力较小，钢丝绳磨损严重，动力消耗大，提升费用较高；当井田斜长较长时，采用多段绞车提升，转载环节多，系统复杂，更要多占用设备和人力；由于斜井较长，沿井筒敷设管路，电缆所需的管线长度较大，有条件时可采用钻孔下管路排水供电，但要为此留设保安煤柱，增加煤柱损失；对生产能力较大的斜井，辅助提升的工作量很大，甚至增开副斜井。另外，斜井的通风线路较长，对瓦斯涌出量大的矿井，斜井井筒断面小，通风阻力过大，可能满足不了通风的要求，还得另开专用进风或回风的立井，兼作辅助提升，当表土富含水的冲击层时，斜井井筒掘进技术复杂，有时难以实现。 与斜井相比，立井开拓的适应性较强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制。立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，对井型特大的矿井，可采用大断面的立井井筒，装备两套提升设备；井筒断面很大，可满足大风量的要求，由于井筒短，通风阻力较小，对深井更为有利。 通过以上技术上的分析,再者井田开拓方式应根据地质条件、井型、设备、施工条件、煤层赋存条件等因素综合考虑,方可确定。根据本设计井田属近水平煤层,煤层赋存较深,表土层较厚,水文地质条件简单等因素综合考虑,决定本设计井田的开拓方式采用立井开拓方式。 2) 井筒位置的确定： 井筒位置与井筒形式,用途是密切联系的,确定井筒位置是井田开拓的一个重要问题,合理的井筒位置应对井下开采有利,井筒的开掘和使用安全可靠,且地面工业广场的布置合理,本设计井田采用立井井筒,选择井筒位置主要考虑以下几个方面的因素： a. 尽可能使井筒煤柱少压煤,地面工业广场要布置合理,少占良田。 b.井筒位置要尽可能在井田储量中心或尽可能地靠近井田储量中心。 c. 井筒位置的确定应首先考虑有利于第一水平的开采,并兼顾下水平的开采,以减少第一水平的工程量,加快建井速度,并保证第一水平有足够的服务年限。 d. 为了使井筒的开掘和使用安全可靠,减少其掘进的困难,以及便于维护，应使井筒通过的岩层及表土层具有较好的围岩条件,便于大容积硐室的掘进及维护。 e.有利于首采区布置在井筒附近的富煤块段，首采区应少迁村或不迁村。 f. 水源、电源较近，矿井设在铁路专用线短，道路布置合理。 本井田地面高差小,但井田边界不大规则,所以储量中心只能近似确定,经近似计算及综合考虑以上各因素,最后确定井筒的具体位置,见表（4-1-1）,把井筒布置在这个位置,使两侧储量近似平衡,通风运输费用都比较低。 表：4-1-1 井筒断面及位置 Tab:4-1-1 Well chamber parameter list 井筒 名称 井筒 用途 净断面 (m2) 井筒长 度(m) 井口位置坐标 （经纬坐标） 主立井 提煤进风 33.17 535 553717，701030 副立井 运料、运矸 进风、运人 33.17 500 553772，701000 北风井 回风兼作 安全出口 23.75 487 553772，703687 南风井 回风兼作 安全出口 23.75 472 564000，698518 主井、副井井筒及其装备技术特征见图：4-1-1，图：4-1-2。 风井井筒及其装备技术特征见图：4-1-3。 主井、副井、风井井筒具体位置见开拓图平剖面图。 图：4-1-1 主井断面及其装备技术 Fig:4-1-1 Main well sectional drawing 井筒特征：井型 180万吨 井筒直径 6.5米 提升容器 一对32吨多绳箕斗 罐道规格 方型钢管2002008.0 矩形钢管 2001408.8 图：4-1-2 副井断面及其装备技术 Fig:4-1-2 Vice-well sectional drawing 井筒特征：井型180万吨 井筒直径6.5米 提升容器 一对1.5吨矿车， 双层四车多绳罐笼， 一个材料罐笼带平衡锤 罐道规格 方型钢管1801808.0 矩形钢管1801008.8 图：4-1-3 南、北风井断面及其装备技术 Fig:4-1-3 Air shaft sectional drawing 井筒直径 6.5m 砌壁厚度600mm 4.1.4 井筒数目的确定 根据《煤矿安全规程》[2]的规定,生产矿井必须至少有两个能行人的通到地面的安全出口,本设计矿井年设计生产能力为180万吨,采用立井开拓,主井使用一对32吨异侧底卸式箕斗提升,副井使用一对双层四车（1.5吨）罐笼提升,风井内设螺旋梯子间,与副井一起作为安全出口,故开采水平时,井筒数目有四个,它们是主井、副井、北风井、南风井。 4.2 开采水平的设计 4.2.1 水平划分的原则 1：根据《煤炭工业设计规范》规定年产180万吨的矿井第一水平的服务年限不得少于30年，缓倾斜煤层的阶段垂高为150～250m. 2：根据煤层赋存条件及地质构造 煤层的倾角不同对阶段高度的影响较大，对于近水平煤层，阶段高度已经无实际意义，应按水平两侧盘区上下山长度或条带的推进长度来确定水平的范围，并要保证水平的服务年限；当近水平煤层的间距较大时，可以根据赋存深度不同，分组设置开采水平，有时也利用地质构造划分阶段，如向斜轴向、走向大断层或其它构造变化等。 3：根据生产成本 阶段高度增大，全矿井水平数目减少，水平储量增加，分配到每吨煤的折旧费减少，但阶段长度大会使一部分经营费相应增加，其中随着阶段增大而减少的费用有：井底车场及硐室、运输大巷、回风大巷、石门及采区车场掘进费、设备购置及安装费用等；相应增加的费用有：沿上山的运输费、通风费、提升费、倾斜巷道的维修费，此外还延长生产时间、增加初期投资，因此要针对矿井的具体条件提出几个方案进行经济技术比较，选择经济上合理的方案。 4：根据水平接替关系 在上一水平减产前，新水平即作好准备，因此一个水平从投产到减产为止的时间，必须大于新水平的准备时间。正常情况下，大型矿井的准备时间要1.5～2年，井底车场、石门及主要运输大巷亦需要1.5～2年，延伸井筒需要1年，合计需要4～5年的时间。开拓延伸加上水平过渡需要7～9年，所以每个矿井在确定水平高度时，必须使开采时间大于开拓延伸加上水平过渡所需要的时间。 根据本设计井田煤层倾角为5,属近水平煤层,再加之井田地质构造简单,故可采用倾斜长壁采煤法,根据煤层间距,考虑到井底车场的布置对岩性的要求,煤仓的高度,以及煤层开采时的动压对大巷维护的影响,故本井田可划分为一个水平,即-410水平,用集中大巷布置。 4.2.2 设计水平储量及服务年限 本井田设计水平为-410水平,即划分为一个水平,该水平的工业储量为19100万吨。设计水平煤炭损失（注：永久煤柱损失）P为910万吨，设计水平的服务年限为72年。 4.2.3 设计水平的巷道布置 （一）大巷位置 本设计矿井大巷使用期限长,为便于维护,减少煤炭损失,以及考虑到采动的影响,将大巷布置在煤层底版岩石中,大巷的具体位置见开拓系统平、剖面图,岩石大巷与煤层大巷相比,优越性是比较明显的,岩石大巷能适应地质构造的变化,便于保持一定的方位与坡度,可较长距离的直线布置,便于煤炭运输,提高大巷通过能力,同时岩巷受采动影响小,维护条件好,维护费用低,大巷位于岩石中,减少了保安煤柱。故煤炭损失少,提高了回采率,特别值得一提的是,本设计矿井岩石多为砂岩,硬度中等,掘进容易,维护方便,从经济上考虑也大为方便有利,而且对预防火灾及减少通风阻力,提高通风能力极其有利,另外岩石大巷布置比较灵活,便于回采及煤仓的设置。 （二）大巷特征 选择合适的巷道断面及支护方式对大巷掘进及维护都十分重要,本设计井田范围内围岩多为砂岩,属中硬岩层,二类顶板,故可采用拱形断面,支护形式采用锚喷。 （三）大巷运输方式 本设计井田走向长,井田范围大,为适应现代化采煤的应用,及运输的效率,故大巷采用皮带运输,可实现连续运输,运量大,效率高,易于实现自动化,由于地质构造比较简单,煤层倾角平缓,采用条带准备,且该水平的服务年限长,设备利用是比较充分的,且巷道较直,没有较大的巷道弯曲段。并且胶带输送机运煤具有较优越的特点； 1）操作简单，比较容易实现自动化。 2）装卸载附属设备少，不需要调车场，卸载均匀，可以减少调节仓容量。 3）电机功率小，多数情况下可以采用交流拖动，减少了大量的设备。 4）在高瓦斯矿井下，胶带输送机电机防爆问题比较容易解决。 5）运输能力大，效率高，可以实现连续运输，且巷道坡度要求较低。 （四）大巷用途及规格 本井田岩石运料大巷主要用来运料、运矸、进风和行人；皮带大巷用来运煤； 回风大巷主要用来回风。 各大巷断面见图4-2-1、图4-2-2、图4-2-3。; （五）大巷布置方式： 据本设计矿井煤层赋存条件及技术要求,因该井田内两个煤层的间距40m,两层煤用一个集中运输大巷,利用穿煤层斜巷与上煤层相连,所以大巷的布置方式为：集中运输大巷。见采区图。 4.3 带区划分及开采顺序 4.3.1 采区形式及尺寸的确定 本着尽量利用特殊条件和自然地质构造划分采区的原则[1]，考虑到设计范围内的断层大且走向发育，倾向上布置受到限制，因此充分利用断层划分采区，以断层、工业广场煤柱线为采区的边界。这样，采区边界为主和一部分煤柱，工业广场煤柱共用，既减少了煤柱损失，又避免了采空区内出现较大的断层给开采带来的困难。 根据煤层的赋存条件，该井田为近水平煤层，倾角在5左右，可以采用盘区式准备和带区式准备，但与盘区式准备相比，带区式准备有下列优点： 1) 巷道布置简单，巷道掘进和维护费用低、投产快。 2) 运输系统简单，占用设备少，运输费用低。 3) 倾斜长壁工作面的回采巷道可以沿煤层掘进，可以保护固定方式，故可以使工作面保持长，对于综合机械化采煤非常有利。 4) 通风线路短，风流方向转折变化少，系统简单。 5) 对某些地质条件的适应性强，如断层、顶板淋水、采空区注浆防水、瓦斯含量高等。 图4-2-1皮带大巷 Fig:4-2-1 Leather belt big lane 图4-2-2运输大巷 Fig:4-2-2 Transports the big lane 图4-2-3回风大巷 Fig:4-2-3 Returns to the wind big lane 根据断层的发育情况，可将井田划分为八个采区。(见表：4-3-1) 表：4-3-1 带区划分表 Tab:4-3-1 Picks the area division 采区序号 采区面积（万m2） 可采储量(万吨) 生产能力（万吨） 服务年限(年) N1 129.1 578 180 3.2 N2 191.1 821 180 4.5 E1 224.9 1166 180 6.4 E2 195.6 982 180 5.4 W1 241.9 1134 180 6.2 W2 214.3 1047 180 5.8 S1 280.2 1216 180 6.7 S2 253.8 1148 180 6.3 以上计算所得结果均为平均值。 4.3.2 采区划分的合理性 参照国家目前开采技术条件,可知以上各工作面的选取是合理的,适合于近水平中厚煤层、回采工艺为综采的情况。 下面从技术、经济因素的角度来分析以上各条带尺寸选择及划分的合理性： （一）技术因素 带区生产时,斜巷内铺设胶带运输机,根据我国目前运输机生产现状，胶带机其长度在500～1000米之间,考虑到带区实际斜长,可用两台胶带机搭接,这样可解决工作面推进长度过长的问题,即解决了条带斜巷的运输问题。 随着通风技术的发展,现阶段独头掘进的距离可达3000多米,因此通风问题对带区倾斜长度的大小没有限制。 带区变电所设在集中大巷附近,考虑到带区斜长过大将使供电距离增大，电压降升高,势必影响到工作面机电设备的启动,因而结合实际情况,把变电所布置在带区中央,以解决供电问题。 （二）经济因素 目前,根据我国采煤机械化发展现状及采煤方法的使用情况,结合本设计矿井的地质构造因素,带区倾斜长度的划分是比较合理的。不仅有利于工作面的持续推进,减少工作面的搬家次数,也有利于工作面及带区的正常接替,而且开采时采用沿空掘巷,减少了煤柱损失,增加了可采储量及服务年限,利于集中生产,从经济上考虑其优越性是明显的。 4.3.3 开采顺序 在煤矿开采过程中,各煤层与各回采工作面有计划按一定顺序组织开采，才能保证整个井田的均衡生产与正常接替,因此矿井开采顺序的确定对矿井开