鸡西矿业集团小恒山煤矿1.8Mta新井设计

摘 要本设计为鸡西矿业集团小恒山煤矿1.8Mt/a的新井设计，共有4层设计可采煤层，分别为3#上、3#下、18#和34#。煤层倾角11，地质构造简单。井田平均走向长4400m，平均倾斜长4500m，煤层总厚度为6.5m。设计井田的工业储量为184.80Mt，可采储量为136.08Mt。服务年限为54a。本设计矿井采用双立井的开拓，划分两个水平开采。两个水平均为上、下山后退式开采，采用带区式准备，采煤工艺为综合机械化采煤。矿井共划分8个带区，其中达产带区为2个，达产工作面2个。本设计带区为西一带区，大巷装车式下部车场，大巷运输采用两台10t架线式电机车牵引3t底卸式矿车。采用“四六”式工作制，年工作日为330d，工作面长为210m，每刀进度为0.6m，每日割九刀。提升设备为主井采用箕斗提升，副井采用罐笼提升。每日净提升时间为16h。由于井田倾斜长度较大，且为缓倾斜煤层，以及煤层地质条件等因素影响，决定本井田内全部采用倾斜长壁采煤法开采。由于本人能力有限，缺乏一定的现场经验。因此，本设计中难免会出现一些问题，请各位专家老师不吝指正。关键词 可采储量 采煤工艺 矿井设计 AbstractThis design for the Jixi mining industry group small Mt.Hengshan coal mine 1.8Mt/a new well design, altogether has 4 designsto be possible to pick the coal bed, respectively is on 3#、under 3#、18# and 34#. The coal bed inclination angle 11, the geologicstructure is simple. The well field equally moves towards long 4400m,medium bank long 4500m, coal bed total thickness is 6.5m, belongs to the coal bed. The design well field commercial production is184.80Mt, the recover ableresourcesis 136.08Mt. The service life is 54a. This design mine pit uses the double vertical shaft the developmentway, delimits divides two levels mining. Two water averages for on,descend a mountainmining.Uses the belt area type preparation,backlash type mining, the mining coal craft for synthesismechanization mining coal. The mine pit altogether divides 8 beltsareas, in which reaches produces the belt area is 2, reaches producesworking surface 2. This design belt area for the west area area, thebig lane installs lower part the car type the cart yard, the big lanetransportation uses two row 10t electric locomotive to tow the 3t mine car. The year working day is 330d, the use four, sixthe type work system, the work face length is 210m, each knifeprogress is 0.6m, shears 9 knives every day The lift technique primarily well uses the promotion,the vice- well uses the cage promotion. Only promotes the time is 16hevery day. Because the well field inclines the length to be bigger, also for the coal bed, as well as factor influence and so on coal bedgeology condition, decided in this well field completely uses inclinesthe long wall to pick mining. Because myself ability is limited, lacks the certain sceneexperience.Therefore, in this design unavoidably can have some problems, asksfellow experts teacher to point out mistakes. Key word recoverable resources mining coal craft mine pit design 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 气象及地震情况21.1.4 水文地质情况21.1.5 煤田开发史21.1.6 工农业及原料供应状况21.1.7 水源及电源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61.2.3 煤层赋存状况及可采煤层特征61.2.4 岩石性质 厚度特征71.2.5 井田内水文地质特征71.2.6 沼气 煤尘 煤的自燃性71.2.7 煤质 牌号及用途81.3勘探程度及可靠性8第2章 井田境界 储量 服务年限92.1 井田境界92.1.1 井田周边情况92.1.2 井田境界确定的依据92.1.3 井田未来发展情况92.2 井田储量92.2.1 井田储量的计算92.2.2 保安煤柱102.2.3 储量计算方法102.2.4 储量计算的评价112.3 矿井工作制度 生产能力及服务年限112.3.1 矿井工作制度112.3.2 矿井生产能力及服务年限122.3.3 矿井服务年限12第3章 井田开拓133.1 概述133.1.1 井田内外及附近生产矿井开拓方式概述133.1.2 影响本设计矿井开拓方式的因素及具体情况133.2 矿井开拓方案的选择133.2.1 井筒形式和井口位置133.2.2 开采水平数目和标高183.2.3 开拓巷道的布置193.3 选定开拓方案的系统描述203.3.1 井筒形式和数目203.3.2 井筒位置及坐标203.3.3 水平数目及高度213.3.4 石门 大巷(运输大巷、回风大巷)数目及布置213.3.5 井底车场的形式选择223.3.6 煤层群的联系243.3.7 带区划分253.4 井筒布置及施工263.4.1 井筒穿过的岩层性质及井筒维护263.4.2 井筒布置及装备263.4.3 井筒延伸的初步意见283.5 井底车场及硐室293.5.1 井底车场形式的确定及论证293.5.2 井底车场的布置、存储线路、行车线路布置长度293.5.3 通过能力计算313.5.4 井底车场主要硐室343.6 开采顺序343.6.1 沿煤层走向的开采顺序353.6.2 沿煤层倾斜方向的开采顺序353.6.3 带区接续计划35第4章 带区巷道布置与带区生产系统374.1 带区概况374.1.1 设计带区的位置边界范围带区煤柱374.1.2 带区的地质和煤层情况374.1.3 带区的生产能力 储量 服务年限374.2 带区巷道布置374.2.1 分带划分374.2.2 带区斜巷布置384.2.3 带区车场布置394.2.4 带区煤仓形式 容量及支护424.2.5 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44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 设备选型475.2.3 工作面循环方式和劳动组织形式48第6章 井下运输和矿井提升526.1 矿井井下运输526.1.1 运输方式和运输系统的确定526.1.2 矿车的选型及数量526.1.3 带区运输设备的选择556.2 矿井提升系统55第7章 矿井通风与安全577.1 矿井通风系统的确定577.1.1 概述577.1.2 矿井通风系统的确定577.1.3 主扇工作方式的确定587.2 风量计算与风量分配587.2.1 矿井风量计算的规定587.2.2 风量计算587.2.3 风量分配617.2.4 风速的验算617.2.5 风量的调节方法与措施627.3 矿井通风阻力计算627.3.1 确定全矿最大通风阻力和最小通风阻力627.3.2 矿井等积孔计算637.4 通风设备的选择657.4.1 主扇的选择计算657.4.2 电动机的选择667.4.3 反风措施667.5 矿井安全生产措施667.5.1 预防瓦斯及煤尘爆炸667.5.2 火灾与水患的预防677.5.3 其他事故的预防677.5.4 避灾路线及自救68第8章 矿井排水698.1 概述698.1.1 矿井水来源及涌水量698.1.2 对排水设备的要求698.2 矿井主要排水设备708.2.1 排水方式与排水系统简介708.2.2 主排水设备及管路的选择计算70第九章 矿井主要技术经济指标73总结75致 谢 辞76参考文献：77附录 178附录 280附录 38264绪论通过四年对采矿工程专业的学习，我掌握了很多专业知识，通过对矿井的开拓方式、采煤系统、支护方式、通风方式的学习，对整个矿井的生产系统有了更加深刻的认识。为了能够更好的巩固和运用这些知识，现对鸡西小恒山1.8Mt/a矿井进行新井的初步设计。本设计包括小恒山的井田境界、储量、服务年限、井田开拓、带区巷道布置、带区生产系统、采煤方法、井下运输、矿井提升、矿井通风与安全、矿井排水等。通过做本次设计，我希望能够学到更多的采矿专业知识，来填补以前的空白，并综合运用这些知识来完成本次设计，同时也为我以后的工作打下良好的基础。在本次设计中，我对煤矿还缺乏一些空间概念，希望答辩的各位老师耐心教导。第1章 井田概况及地质特征1.1 井田概况1.1.1 交通位置小恒山煤矿位于黑龙江省鸡西市境内，地理坐标为东经13042201305131，北纬451842452216。行政区隶属于黑龙江省鸡西市。国有铁路林密线，国家级公路方虎横穿本区而过，矿内有专门的铁路专线与鸡西市火车站相连，区内公路，乡路四通八达，交通十分便利。见图（1-1）。1.1.2 地形地势小恒山属低山台地，地势平坦。 1.1.3 气象及地震情况小恒山属大陆性气候每年11月至翌年4月为冻结期，冻结深度为1.52.0m，夏季最高气温在零上3137，冬季最底气温在-29-34。雨季集中在7、8、9月份，平均年降雨量500mm。1.1.4 水文地质情况鸡西市有穆棱河，滴道河和暖泉河，但都离本设计矿井较远，无大影响不用考虑。1.1.5 煤田开发史小恒山煤矿为新设计矿井，无开发史。1.1.6 工农业及原料供应状况小恒山井田周围有农田和国有林地分布，可为矿区提供一部分农产品及生产资料。矿井建设及生产所需设备可由附近省市厂家提供。1.1.7 水源及电源小恒山矿区水源来自开采地下水，能够满足生产与生活需要。生产与生活用电均来自鸡西市供电局和鸡东县供电局，可实现双回路供电。图1-1 交通位置图1.2 地质特征1.2.1 矿区范围内的地层情况小恒山矿区位于鸡西盆地北部条带东端，区内地层总体向南倾斜，煤层倾角均在11度，整个井田为单斜构造，地质构造简单，局部有断层。基底是元古界麻山群，含煤地层为中生界上侏罗统鸡西群，包括滴道组，城子河组和穆棱组，勘探区地层层序表如表（11）：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1500鸡西盆地的古构造轮廓受近来南北向压应力的影响，大体上可分为两组：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，使北东、北西断裂进一步发展，形成了煤田的今日构造形态。 (煤系地层综合柱状图1-2)：图1-2 煤系地层综合柱状图1.2.2 井田范围内和附近的主要地质构造构造：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，铅垂断距在25m左右。如表（12）表1-2 主要断裂构造表顺序名称性质断层面走向断层面倾向倾角落差（m）可靠性1F1正NEN67o60120可靠2F2逆NES56o020可靠3F3逆NWSW70o020可靠4F7逆NWNE73o025可靠5F8正NESE70o060可靠1.2.3 煤层赋存状况及可采煤层特征本井田开采的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层，分别为3#上、3#下、18#、34#，全部可采，可采总厚度为6.5m。见煤层特征表(1-3)：表13 可采煤层特征表层次煤厚（m）层平均间距（m）稳定性顶板底板最小最大平均3上1.751.851.818稳定中粗砂岩中砂岩3下1.61.81.7稳定中砂岩中砂岩138181.41.61.5较稳定中细砂岩灰页岩44341.51.51.5较稳定灰页岩灰页岩1.2.4 岩石性质 厚度特征表1-4岩石主要物理力学性质指标表名称容重kg/cm3孔隙度抗压强度102 kg/cm3抗拉强度102 kg/cm3变形模量102 kg/cm3弹性模量kg/cm3砂岩2.02.65252200.50.40.58110砾岩2.32.65151150.21.50.8828泥灰岩2.72.81.65.212.830.62.027510灰岩2.22.75205200.52.018510页岩2.02.416301100.21.013.528石英长石2.62.70.120.515351.03.06206201.2.5 井田内水文地质特征1.地温特征：小恒山恒温深度1626米，温度6，从地温测量结果计算分析，小恒山平均地温梯度为2.7 /100m，平均地热增温率为38.2m/1，地温梯度小于3。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。2.矿井涌水量：矿井正常涌水量为120m3/h，最大涌水量为480m3/h，属于低涌水量矿井，历年洪水水位为100m。1.2.6 沼气 煤尘 煤的自燃性1.瓦斯：根据现有资料和临近生产矿井的调查，本矿区内含瓦斯，瓦斯相对涌出量为1 m3/t，绝对涌出量为5.05 m3/min，属于低瓦斯矿井。2.煤尘：根据煤尘爆炸性试验指标，煤尘爆炸指数小于3%，该矿开采的煤层属于没有爆炸危险的煤层。3.煤的自燃性：根据对邻近矿井的实际调查，该井田范围内的煤没有自燃倾向，但在秋冬季也应注意防火。4.地压特征：根据地压观测资料，煤岩层在断层附近比较破碎，特别是在大断层附近表现的尤为明显。总体比较稳定。1.2.7 煤质 牌号及用途小恒山矿井煤属低硫、低磷，中低灰分的焦煤和1/3焦煤。煤质多为亮煤、半亮煤及半暗煤，水平层状构造，结构致密，垂直节理发育，玻璃光泽，距状断口，镜下多见凝胶化基质，木质镜煤、丝炭，镜下可见无机物。比重在1.351.48g/cm3之间。 煤的变质程度随着深度的增加而提高。煤层属中低灰份，系二氧化硅、氧化铁等，氧化镁、氧化钙较少，故灰熔点可达1250以上。一般作为配煤炼焦、冶金使用。1.3勘探程度及可靠性小恒山矿井田范围内勘探网度在400500500500米，勘探已经达到精查程度，勘探钻探甲、乙级孔率为88.4%，煤层甲、乙级点率为87.8%，物探甲、乙级孔率和煤层层点率均为100%。经过综合评定，本区勘探类型为二类二型中等。第2章 井田境界 储量 服务年限2.1 井田境界2.1.1 井田周边情况小恒山矿区井田东以F5断层为界，西以F1断层为界，北以煤层露头为界，南抵-700标高，东西长4.4km ，南北宽4.5km，面积：15.4km2。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.划分的井田范围要为矿井发展留有空间； 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.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 井田未来发展情况该井田随着技术的进步和勘探水平全面的提高，井田范围内的探明储量会越来越精确，可能在更深部发展可采煤层。2.2 井田储量2.2.1 井田储量的计算矿井储量是指矿井内所埋藏的具有工业价值的煤炭数量。它不仅包含着煤在地下埋藏的数量，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为3#上、3#下，18#、34#四层，各煤层储量计算边界与井田境界基本一致。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、矿井井下主要巷道保护煤柱后乘以带区回采率的储量。2.2.2 保安煤柱按照保护煤柱的设计原则：1.在一般情况下，保护煤柱应根据围护面积边界和移动角值进行圈定。2.地面受保护面积包括受保护对象及周围的保护带。3.当受保护边界与煤层走向斜交时，应该根据基岩移动角求得垂直于围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.各煤层的露头处留设保安煤柱50m；2.边界断层留设保安煤柱30m50m；3.井田内部断层留设保安煤柱20m；4.地面建筑物留设围护带宽度20m；5.煤层大巷两侧留设保安煤柱50100m。按以上方法计算得：总损失量：16.8Mt。损失率：9.1%。2.2.3 储量计算方法1.工业储量计算：计算公式：式中Q 块段储量；S 块段平面积；煤层平均倾角；M 块段平均厚度；煤的容重。 经计算得=200000000.9846.51.4=184.8Mt。2.可采储量计算 计算公式如下：Z=（Zc-P）C式中：Z可采储量 ，Mt； Zc工业储量 ，Mt； P永久煤柱损失 ，Mt； C带区回采率。 Z=（184.8-16.8）0.81=136.08Mt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136.08Mt。2.2.4 储量计算的评价本设计井田的各类储量计算严格按照有关规定执行。由于技术水平所限，储量计算所得到的各种储量与实际可能有一定的误差。各类储量见表（2-1）： 表2-1 矿井工业储汇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（Mt）13上5118165.2381%376923下4832439.3781%35593184265387.7081%31404344265387.7081%3140总计184801680136082.3 矿井工作制度 生产能力及服务年限2.3.1 矿井工作制度根据煤炭工业矿井设计规范规定：1.矿井年工作日按330d计算；2.矿井每昼夜四班工作，其中三班进行采、掘工作，一班进行检修；3.每日净提升时间16h。2.3.2 矿井生产能力及服务年限一.根据煤炭工业矿井设计规范，矿井的设计生产能力应为：大型矿井：1.2、1.5、1.8、2.4、3.0、4.0及以上（Mt/a）；中型矿井: 0.45、0.6、0.9（Mt/a）；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的中间井型。二.矿井设计生产能力方案比较小恒山矿井已查明的工业储量为184.80Mt，估算井田内工业广场煤柱，边界煤柱等永久煤柱损失量占工业储量的9.1%，各可采煤层均为中厚煤层，按煤炭工业矿井设计规范要求，确定本矿的设计采出率为81%，由此计算确定本井田的可采储量为136.08Mt。根据地质报告资料的描述，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1.50Mt/a，1.80Mt/a和2.40Mt/a三个方案，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：1.5Mt/a T=Z /（Ak）=136.08/（1.51.4）=65a；方案B：1.8Mt/a T=Z /（Ak）=136.08/（1.81.4）=54a；方案C：2.4Mt/a T=Z /（Ak）=136.08/（2.41.4）=41a。参照煤炭工业矿井设计规范规定，方案B较为合理，即：矿井生产能力为1.8 Mt/a；矿井服务年限为T=54a。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，一水平标高在-150，小恒山井田东部F断层与二道河子矿相邻，井田南北两侧及井田内无矿井。二道河子矿采用双立井开拓。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.煤层赋存和开采技术条件；3.地形地貌和地面外部条件；4.施工技术和设备条件； 5.技术装备和工艺系统条件；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.地表因素本井田属低山台地，地表平均标高+150m。2.煤层赋存情况整个井田的煤层上部标高在+150m，下部标高在-700m，东部以F5断层为界，西部以F1断层为界。整个矿区共有四层可采煤层，即3上、3下、18、34四层全区发育。煤层走向长度为4.4km，倾向长度4.5km。本井田煤层系缓倾斜中厚煤层，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：小恒山井田的煤层赋存深度在+150m-700m，所以不具备平硐开拓条件，平硐开拓方式否定。依据小恒山矿井田的实际地形、地质及赋存等因素，提出三种开拓方按：方案I 双立井开拓；方案II 双斜井开拓；方案III 主斜井副立井开拓。以上三种井筒开拓方案技术比较如下：(1)双立井开拓（如图3-1）图3-1双立井开拓优点：井筒为圆形断面结构合理，维护费用低，有效断面大，通风条件好，管线短，人员升降速度快； 立井的井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利；机械化程度高，易于自动控制。缺点：立井开拓的缺点与斜井开拓优点相反。适用条件：煤层赋存深度2001000m，含水砂层厚度20400m，立井开拓的适应性很强，一般不受煤层倾角，厚度，瓦斯，水文等自然条件限制。技术上也比较可靠。技术评价：根据本矿井田的地表，地质构造，煤层赋存等因素，适合采用双立井开拓，故此方案在技术上可行。(2)双斜井开拓（如图3-2）斜井与立井相比有如下优点：井筒装备和地面建筑物少，不用大型提升设备，钢材消耗量小； 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后者投资少；带式输送机提升，增产潜力大，改扩建比较方便，容易实现多水平生产，并能减少井下石门长度。图3-2双斜井开拓缺点：由于斜井较长，沿井筒敷设管路，电缆所需的管线长度较大；围岩不稳固时，斜井井筒维护费用高，采用绞车提升时，提升速度慢，能力小，钢丝绳磨损严重，动力消耗大，提升费用高，当井田斜长较大时，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；自然条件相同时，斜井要比立井长得多；斜井井筒断面小，通风风路较长，通风阻力大，可能满足不了瓦斯涌出量大的大型矿井的通风要求，不得不另开专用进风或回风的立井并兼做辅助提升；当表土为富含水的冲积层或流砂层时,斜井井筒掘进技术复杂,有时难以通过。适用条件 ：煤层赋存较浅，垂深在200m以内，煤层赋存深度为0500m，含水砂层厚度小于20m40m，表土层不厚，水文地质情况简单的煤层。井筒不需要特殊方法施工的缓倾斜及倾斜煤层。技术评价：小恒山矿一水平设在-100m水平标高。井田赋存深度为150m-700m。在技术上是可行的。(3)主斜井副立井开拓（如图3-3）优点：兼有斜井和立井的优点，主井采用斜井开拓，井筒施工简单，掘进速度快，费用低。副井采用立井开拓，井筒容易维护，有效断面大，有利于通风，提升速度快。缺点：如果井口相近，则井底相距较远，井底车场布置，井下的联系就不太方便，如井底相近，则井口相距较远，地面工业建筑物就比较分散，生产调度及联系不方便，占地面积大，相应地也增加了煤柱损失。图3-3主斜井副立井开拓适用条件：介于双立井与双斜井之间。技术评价：根据设计井田的地表状况，煤层赋存及工业广场的布置等实际情况，综合开拓不利于地面工业广场的布置，井底车场的布置比较困难，井下的联系和生产调度较为繁琐，故该方案在技术不合理，不适合小恒山煤矿的矿井设计。所以本井田不利于用综合开拓。根据上述井筒开拓方案的技术比较，确定双立井开拓与双斜井开拓方案在技术上可行。根据规定，对技术可行的方案还应进行经济比较。见表（3-1）表3-1经济比较方案费用表 方案项目方案I方案II基建费/万元立井开凿石门开凿井底车场22500.3=1503000.08=2410000.09=90斜井开凿石门开凿井底车场0.1112002=2642000.08=168000.09=72生产费/万元 立井提升石门运输1.20.50.50.85=0.2551.20.50.80.381=0.183斜井提升石门运输1.20.50.87=0.5221.20.50.3=0.18总计费用/万元264.5费用/万元352.7百分率100%百分率133%依据表上述各种方案比较，得知立井开拓最经济。结合小恒山矿井田的实际情况以及技术和经济比较，小恒山煤矿立井开拓最为合理，所以采用立井开拓。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，经综合比较后择优确定，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，使井田两翼可采储量基本平衡；井筒应尽量避开或少穿地质及水文复杂的地层或地段。(2)地面条件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；井口及工业场地位置必须符合环境保护的要求；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。在小恒山井田中，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，形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：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筒延伸有利；由于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，从有利于井下运输和保证初水平的服务年限合理出发，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，供该水平各带区煤的外运、辅助运输和通风。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、带区和水平的走向及倾斜尺寸，要求有丰富的储量。本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.水平接替；4.生产成本；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水平划分方案如下：方案一：井田划分两个开采水平，一水平标高-100m，上、下山开采，水平垂高400m；二水平标高为-450m，上、下山开采。方案二：井田划分三个开采水平，一水平标高-150m；二水平标高-450m；三水平标高-700m，各水平均实行上山开采，水平储量及服务年限见表（3-2）：表3-2水平划分比较表可采储量（万吨）服务年限（年）方案一一水平6403.826二水平7204.228方案二一水平4802.819二水平4802.819三水平4002.416从该表中可知，方案二的一水平服务年限达不到煤炭工业矿井设计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，且有利于带区的接续，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，水平标高分别为-100m和-450m，两水平均采用上下山开采。3.2.3 开拓巷道的布置开拓巷道是指为全矿井、一个水平或若干带区服务的巷道，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。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：至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，至井底车场开掘主要石门与分组集中大巷贯通，分组集中运输大巷通过带区石门与各带区联系。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，用带区石门联系各带区。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，如图（3-4）：图3-4 大巷布置图方案一：分组集中运输大巷方案二：集中运输大巷详细技术比较见表（3-3）：表3-3 大巷布置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. 带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. 带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. 有反向运输适应条件1. 可采煤层数目多，间距大小不同2. 带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，工期长1. 煤层间距小2. 井田走向长度大，服务年限长3. 下部煤层底板有坚硬岩层，带区尺寸大，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四层，即3上、3下、18、34，其中3上与3下平均间距18m， 3下与18煤层平均间距138m， 18与34煤层平均间距44m。针对上述情况，由对比表可知，本井田适合于分组集中大巷布置，所以采用方案一。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。主井用以提升煤炭兼作回风井；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的理由是：1.地处井田储量中央：井筒距北部边界1.6公里，南部边界2.9公里，西部边界2.2公里，东部边界2.2公里；2.有较好的地形条件：井口处标高+150m，地面坡度不足1，平正土方量小；3.交通条件好：井口距公路1500m；4.有较好的居民点条件：杏花村距井口400m左右。确定井筒坐标为：(1)主井井口坐标为： XA=418210YA=5007050(2)副井井口坐标为： XB=418215YB=5006965主井井口标高为+151m，副井井口标高为+150m，拟定二水平为井筒最终水平。主井井深251m，副井井深250m，两井筒中心线间距为50m，主井井筒直径6.5m，副井井筒直径6.5m，均采用整体式混凝土井壁，井壁厚度450mm。3.3.3 水平数目及高度本井田采用多水平开拓，拟定第一水平为-100m，本井大部分带区的煤层浅部标高在+150，一水平垂高为250m，实行上、下山开采。第二水平拟定标高为-450m，实行上、下山开采。3.3.4 石门 大巷(运输大巷、回风大巷)数目及布置1.大巷数目：两条运输大巷、两条回风大巷。2.大巷布置：大巷布置形式主要有煤层大巷和岩石大巷两种，对于两种大巷布置方式分述如下：(1)煤层大巷：当没有瓦斯与煤的突出，无严重自燃发火；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，保证运输设备正常运行等情况下，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单独开拓的薄煤层或中厚煤层；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；煤质坚硬，围岩稳定，维护简单，费用不高的煤层； 煤层群（组）下部的薄及中厚煤层中开集中大巷的；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：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，而且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：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。综上所述，在本设计井田中，由于3下#与18#煤层间距大，所以可布置分组集中大巷。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（3-5）：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)井筒及数目；(2)矿井开拓方式；(3)矿井设计生产能力及工作制度；(4)矿井主要运输巷道的运输方式；(5)各种硐室有关的资料；(6)矿井瓦斯等级及通风方式；(7)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；图3-5 大巷断面图(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、副井之间施工时的贯通；(5)井底车场线路应该结构简单，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)调车简单，管理方便，弯道及交、岔点少；(2)保证矿井生产能力，有足够的富裕系数，有增产的可能性；(3)操作安全，符合有关规程、规范；(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)井巷工程量少，建设投资省，便于维护，生产成本低；(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，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立式环形车场，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分组集中准备，即3上、3下，煤层组成一个统一的采准系统； 18、34煤层组成一个统一的采准系统，准备巷道为两个煤层共用，大巷采用分组集中布置方式。煤层倾角一般在11左右。由于带区斜巷要与带区下部车场相连，所以注定了带区下部车场要向集中运输大巷的下帮开掘，带区下部车场方位与集中运输大巷垂直，然后施工一个回头，与带区斜巷相连。上述带区下部车场、带区煤仓和带区运输斜巷的布置方式，是一种最佳组合，以最少的工程量实现了集中运输大巷与各煤层的联系并保障了各项功能的完善。带区运输入风斜巷与带区行人运料斜巷倾角基本相同、层位相同、各自的下部车场工程量相同，从而保证了每层煤仰、俯斜工作面采止线能顺畅地贴近。带区运输入风斜巷中的设备选用带式输送机，投资少，运营费用低。带区行人运料斜巷中的运输设备可选用绞车硐室在斜巷上部的单钩串车运输方式，也可采用齿轨车运输方式，实现带区行人运料斜巷辅助运输的连续化。带区运输入风斜巷和带区行人运料斜巷一般是平行交替布置，它们之间的间距是一个工作面的长度。带区运料回风斜巷与煤层群最下部煤层有一交点，自交点沿最下部煤层施工一回风联络巷与处在最下部煤层中的集中回风大巷相连，构成回风回路，这条回风联络巷始终担负回风的任务。同理带区运输入风斜巷在类似位置也有一回风联络巷，其功能是在带区运输入风斜巷仅担负掘进任务时为掘进工作面回风；当带区运输入风斜巷担负入风和运输任务时，回风联络巷中的风门关闭，分带运输巷的掘进工作面的回风与两个回采工作面串联。3.3.7 带区划分本设计井田走向长度较大，地质构造简单，欲从井田边界沿整个阶段前进开采，无论从时间、投资和实际开采技术条件上都要受到限制，势必按技术要求将井田沿走向划分为若干个带区，并按一定的顺序回采，每个带区有一套生产设施，以便独立进行生产与准备。本设计矿井采用倾斜长壁采煤法。因各煤层的倾角都小于12，且煤层赋存稳定，构造简单，厚度为1.8m左右，顶底板良好。采用倾斜长壁采煤法比走向采煤法多很多优势。采用倾斜长壁采煤法的矿井内的划分一般是条带式、带区式和盘区式。由于条带式和盘区式巷道布置方式的工程量大，所以采用带区巷道布置。 因为采用带区式巷道布置，所以采用带区划分，即能共用一个带区煤仓的所有煤层的所有工作面所组成的区域。据此将整个井田划分为八个带区，带区划分如图（3-6）：图3-6 带区划分示意图3.4 井筒布置及施工3.4.1 井筒穿过的岩层性质及井筒维护本设计井田采用双立井开拓方式，布置两个井筒，井筒穿过的岩石大部分为粉砂岩，有少部分的细砂岩和中砂岩。依据井筒特征及装备情况，参考地质及水文地质资料，对本设计矿井井筒支护形式提出两种可行方案：方案一：砌筑式（砂浆砌体）方案二：整体灌注式经比较，方案二与方案一相比，有如下优点：1.整体性好，强度较高；2.防水性能好；3.便于机械化，施工方便，劳动强度低。所以本设计井筒支护形式为：混凝土整体灌注式。3.4.2 井筒布置及装备井筒断面布置应综合考虑井筒围岩性质、运输方式、通风安全等因素，具体遵循原则如下：1.符合煤矿安全规程、煤炭工业矿井设计规范，对通风、运输、管线布置的要求，满足施工需要；2.当提升容器发生掉道或跑车事故，对井筒中各种管线或其他设备的破坏减小到最低程度；3.有利于井筒检修、维护、清扫和人员通行安全；4.合理使用断面空间，减少井筒工程量。主井为提升煤兼回风所用，其直径为6.5m，副井为提升矸石、运料和人员所用，其直径为6.5m。主副井都采用料石砌碹支护和混凝土锚喷，其中主井壁厚为450mm，副井壁厚为500mm，主、副井壁充填混凝土厚度为50mm。主井井筒：井筒直径6.5m，净断面面积33.2m2，掘进断面面积43m2井筒深度251m。井筒内装备一对16t刚性罐道立井多绳箕斗（JDG16/1504Y），采用18018010mm方型空心型钢罐道，端面布置采用树脂锚杆固定拖架。详见主井井筒断面图（3-7）。副井井筒：井筒直径6.5m，净断面面积33.2m2，掘进断面面积43m2。井筒深度250m，井筒装备两对1t固定式矿车600mm轨距，双层四车刚性立井多绳罐笼，担负矿井辅助提升任务，兼作进风井筒。采用18018010mm方型空心型钢罐道，端面采用树脂锚杆固定拖架。罐道导向层间距均按6.0m设计。井筒内设有钢-玻璃钢复合材料梯子间，作为矿井安全出口和井筒检修之用，并敷有排水管路三趟（一趟预备），井下消防洒水管路。另外，井筒还敷设有动力电缆、通讯讯号电缆。详见副井井筒断面图（3-8）。图3-7 主井断面图图3-8 副井断面图3.4.3 井筒延伸的初步意见为了保证带区正常接续和均衡生产，本矿井将延伸原主、副井，从-100水平延伸至-450水平。井筒延伸方案主要有以下两种：方案一：直接延伸原有主副井优点：可以充分利用原有设备和设施，转运环节少，经营费用