鸡西矿业集团城子河矿0.9Mta新井设计版本9

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，煤层工业牌号为肥气煤。设计井田的可采储量72.57Mt，服务年限为57.60a。本设计矿井采用双立井开拓方式，划分两个开采水平。采用集中大巷布置，大巷采用10t架线式电机车牵引3.0t底卸式矿车运输，采煤方法为倾向长壁采煤法，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：开采水平 立井开拓 集中大巷 AbstractThis design is to build a new 0.9 million tons shaft for Xu zhou Pangzhang Mining Administration ,having four minable coal seams,and its average thickness is 1.9 meters.Coal seam types are mainly fat coal and gas coal.The recoverable reserves of this design is 72.57 million tons,and it can mine for 57.60 years.This mine shaft is applied to double indined shaft development method,divided into two levels,and one working face can reaches to capacity.This design lay out of gathering main roadway , adopting 10 ton storage battery electrical engineering cars lead 3 ton drop-bottom mine cars transport. The coal mining method is inclined longwall with full mechanized mining. The main well adoption many rope rub the box promotes, the vice- well adopts the rigid combination a cage promotes.Well ventilated way that mineral well as the central being juxtaposed the draw out type.Key words:mining level vertical shaft development gathering main roadway目 录摘 要IAbstractII目 录III绪论VII第1章 井田概况及地质特征11.1 井田概况11.1.1 交通位置11.1.2地形地势11.1.3 气象和地震11.1.4 水源及电源21.2 地质特征21.2.1 矿区范围内的地层情况21.2.2 井田范围内和附近的主要地质构造21.2.3 煤层赋存状况及可采煤层特征31.2.4 岩石性质厚度特征31.2.5 水文地质情况31.2.6 沼气煤尘及煤的自燃性61.2.7 煤质牌号及用途61.3 勘探程度及可靠性6第2章 井田境界储量服务年限82.1 井田境界82.1.1 井田周边情况82.1.2 井田境界确定的依据82.1.3 井田未来发展情况82.2 井田储量82.2.1 井田储量的计算82.2.2 保安煤柱92.2.3 储量计算方法102.2.4 储量计算的评价102.3 矿井工作制度生产能力服务年限112.3.1 矿井工作制度112.3.2 矿井生产能力的确定112.3.3 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 影响本矿井开拓方式的因素及其具体情况133.1.3 确定井田开拓方式的原则133.2 矿井开拓方案的选择143.2.1 井硐形式和井口位置143.2.2 开采水平数目和标高203.2.3 开拓巷道的布置213.3 选定开拓方案的系统描述223.3.1井硐形式和数目223.3.3 水平数目及高度233.3.4大巷数目及布置233.3.5 井底车场形式的选择263.3.6 煤层群的联系273.3.7 带区划分283.4 井筒布置及施工293.4.1 井筒穿过的岩层性质及井硐维护293.4.2 井筒布置及装备303.4.3 井筒延深的初步意见303.5 井底车场及硐室323.5.1 井底车场形式的确定及论证323.5.2 井底车场的布置323.5.3 井底车场通过能力验算353.5.4 井底车场主要硐室363.6 开采顺序363.6.1 沿煤层走向的开采顺序363.6.2 沿煤层倾斜方向的开采顺序363.6.3 带区接续计划373.6.4 “三量”的控制37第4章 带区巷道布置与带区生产系统394.1 带区概况394.1.1 带区位置边界及范围394.1.2 带区地质和煤质情况394.1.3 带区生产能力储量及服务年限394.2 带区巷道布置404.2.1 带区划分404.2.2带区斜巷布置404.2.3带区下部车场布置414.2.4 带区煤仓形式、容量及支护444.2.5 带区硐室简介464.2.6 带区工作面接续464.3 带区准备474.3.1 带区巷道的准备顺序474.3.2 带区巷道的断面图及支护方式47第5章 采煤方法495.1 采煤方法的选择495.2 回采工艺495.2.1选择和决定回采工作面的工艺过程495.2.2选择采煤工作面循环方式和劳动组织形式51第6章 井下运输和矿井提升536.1 矿井井下运输536.1.1运输方式和运输系统的确定536.1.2 矿车的选型与数量536.1.3 带区运输设备的选择556.2 矿井提升系统566.2.1 提升方式566.2.2 矿井主提升设备的选择56第7章 矿井通风与安全587.1 通风系统的确定587.1.1 概 述587.2 风量计算和风量分配597.2.1 矿井风量计算的规定597.2.2采掘工作面及硐室所需风量的计算597.2.3矿井总供风量627.2.4风量分配627.2.5风量的调节方法与措施627.2.6风速验算637.3 矿井通风阻力的计算647.3.1确定全矿井最大通风阻力和最小通风阻力647.3.2矿井等积孔的计算657.4 通风设备的选择667.4.1 主扇的选择计算667.4.2 电动机的选择677.4.3 反风措施677.5 矿井安全技术措施677.5.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施677.5.2 预防井下火灾687.5.3 预防水灾措施687.5.4 其它事故预防687.5.5 避灾路线及自救68第8章 矿井排水708.1 概 述708.1.1 矿井水的来源及性质708.1.2 涌水量708.1.3 对排水设备的要求708.2 矿井主要排水设备708.2.1 排水方式与排水系统简介718.2.2 主排水设备及管路的选择计算718.2.3 井底水仓排水设备的选择73第9章技术经济指标74总结76致 谢77参 考 文 献78附 录 一79附 录 二85绪论大学四年的学习和实践里，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，借毕业设计这个机会我做了黑龙江省鸡西市城子河矿的新井设计，而且我在毕业实习中也收集到了很多城子河二矿的资料。本设计主要是关于新矿井的建设，采用的是倾向长壁采煤法。其中包括开拓方式、采煤工艺、支护方式、设备选型以及矿井的各个系统。本设计包括通风安全方面、采煤工艺方面、岩石力学方面以及CAD制图方面的知识。图纸主要反映地质构造和开采的情况，文字部分采用大量数据和方案比较来说明本设计的合理性及实用性。通过本次设计使我认识到了许多的问题，知道了自己掌握知识方面的不足，还有许多专业知识没有完全的理解和贯通，在今后的工作和学习中还许努力。由于时间和本人水平有限，本设计中还存在许多不足和错误，请老师和读者指正。我希望通过本次设计，巩固以往的知识以及学到更多的专业知识，并且能够更好的运用他们，从而为以后了工作打下坚实的基础79 第1章 井田概况及地质特征1.1 井田概况1.1.1 交通位置城子河矿其地理座标为东经130o3340，北纬45o2040 ,位于鸡西车站北约5公里。矿内有运煤专用铁路与铁林线鸡西车站相接，距离为7.5公里，往东至正阳煤矿6.5公里。有公路通往鸡西、勃利、哈达、四海店等地，交通方便。图1-1 交通位置图1.1.2地形地势 井田地形呈丘陵起伏。区内河流工共三条即城子河、正阳河、白石河。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。而且这几条小河是本矿区良好的天然排泄渠道，雨季集水缓慢，排泄迅速，故很少酿成灾害。对本井田深部开拓影响亦不大。1.1.3 气象和地震矿区属于大陆性气候，最高气温38oC,最低温度零下35oC,结冻期由11月初至次年4月末。风向多西北风，最大风速22m/s。本矿区无地震记录。1.1.4 水源及电源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。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鸡西煤盆地的古构造轮廓受近于南北向压应力的影响，大体上可分为二组：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冲断裂称平麻断裂，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汗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，使东西向褶皱和北东、北西断裂进一步发展，形成了煤田的今日构造形态。 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，又前者派生的次级构造占明显优势，本区主要断层为F1，F2，二个主要断层，详见表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1F1正断层南向北30-50整个井田2F2正断层南向北30-50整个井田1.2.3 煤层赋存状况及可采煤层特征 本井田开采之煤层主要位于侏罗系鸡西群城子河含煤组，本组共有厚薄煤层4组，本井田具有经济价值的可采煤层均集中在鸡西群城子河组，该组地层厚度850m，可采的煤层有3A#、3B#、4#、29#四个煤层，平均厚度1.9m，各煤层倾角在912。本井田储量较好，煤层均是全井田发育的可采煤层，可采厚度从1.8 2.1m，煤层顶板为中沙岩，细砂岩，底板为粉沙岩及含炭质粉沙岩。详见表1-3，图1-2。1.2.4 岩石性质厚度特征有关岩石性质及厚度特征详见表1-4所示。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102kg/cm3抗拉强度102 kg/cm3变形模量102kg/c3弹性模量kg/cm3中砂岩2.02.65252200.50.40.58110砾岩2.32.65151150.21.50.8828泥岩2.7 2.851.65.212.830.62.027510灰岩2.22.75205200.52.018510页岩2.02.416301100.21.013.528石英2.652.70.120.515351.03.06 206201.2.5 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，向东便薄，涌水量为0. 250.75L/sm，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0.767.25L/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、安山岩、及变质岩组成，对煤系裂隙水带补给量甚微，而且对矿床水无影响。2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，排水将以疏干煤系风化裂隙带的储水量为主，开采初期，矿井涌水量增大，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338m/h，正常涌水量289m/h。3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。表1-3 可采煤层特征表序号煤层名称煤层厚度（m）层间距（m）倾角（度）围岩煤的牌号硬度（f）容重（t/煤层构造及稳定性最大最小顶板底板平均13A石英砂岩石英砂岩-气煤F31.4单一煤层较稳定23B35.5中砂岩粉砂岩及细砂岩-气煤F31.4单一煤层较稳定3448中砂岩粉沙岩及细砂岩-气煤F31.4单一煤层稳定42927中砂岩粉砂岩-气煤F31.4单一煤层稳定图1-2 煤层综合柱状图1.2.6 沼气煤尘及煤的自燃性 本井田瓦斯取样的控制浓度在340.5933.2m，在737.5m以上，甲烷成分为0.8536.75，在800.4933.2m深为28.1845.26，平均为34.3137.05，二氧化硫一般为6.448.95，瓦斯成分及含量均很低，由于地质报告没有明确提出矿井的瓦斯等级所以，本设计只能根据上述数据进行分析，同时参考集贤矿井的煤尘瓦斯情况，初步确定本矿井瓦斯等级为低沼气矿井，并有煤尘爆炸危险和自然发火倾向。瓦斯绝对涌出量为1.2 m3/min。 本矿井的-200m水平的平均地温为10.8，-450m水平为17.8，-650m水平为23.6。1.2.7 煤质牌号及用途本矿井煤属低硫、低磷，中低灰分的焦煤和1/3焦煤，其中1/3焦煤占25.76%，发热量一般在6500-7500大卡/kg。1有害成分磷：各煤层原煤磷的平均含量为0.003 0.061属特低-低磷煤。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。灰分：本井田煤的灰分含量（Ag）为10.9624.45，多属中低灰煤层，其中几个主要可采煤层均为低灰煤层。2发热量 各煤层煤的平均发热量（QfD）为6500-7500大卡/kg。3元素分析 各煤层碳（Cr）的平均含量为80.78 81.76,（Hr）的平均含量为5.42-5.86,（Or）的平均含量为10.56-12.12.38 ，说明煤的元素组成稳定，属低变质煤。4工业用途评述煤层属中低灰份，灰份多为内在灰份，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。一般作为配煤炼焦使用。1.3 勘探程度及可靠性本矿所在地区，从1965年就开始进行地质勘探工作，先后经过普查，详查一区精查等阶段。采用了钻探，探井和地震相互配合的综合勘探手段。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相对资料和测井成果。存在问题:1瓦斯取样虽然不少，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，如F1、F2断层控制程度不够，有一定摆动，对井筒位置的选择有一定影响。 第2章 井田境界储量服务年限2.1 井田境界2.1.1 井田周边情况井田境界：北部以+200标高线为界，南（深部）以-650米标高为界，东、西以划分的自然边界为井田界。煤层平均倾角为11，平均容重1.4T/m3. 井田走向长度：2285m，倾向长度： 4165m，勘探面积：9.52km22.1.2 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井田要有合理的走向长度，以利于机械化程度的不断提高；4要适于选择井筒位置，合理安排地面生产系统和各建筑物；2.1.3 井田未来发展情况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 井田储量的计算参加储量计算的煤层有3A#、3B#、4#、29#共四层煤。根据煤炭资源地质勘探规范规定，工业指标确定为倾角小于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。由于本矿井的4个煤层厚度均大于0.70m，灰分均小于40%，所以4层煤全布参于储量计算。（一）矿井初步设计应计算以下储量：1.矿井地质储量：勘探（精查）报告提供的储量，包括“能利用储量”和“暂不能利用储量”；2.矿井工业储量：勘探（精查）地质报告提供的“能利用储量”中的A、B、C三级储量，A、B、C三级储量的计算方法，应符合国家现行标准煤炭资源地质勘探规范的规定；3.矿井设计储量：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性煤柱损失量后的储量；4.矿井设计可采储量：矿井设计储量减去工业场地的保护煤柱，矿井井下主要巷道及上、下山保护煤柱煤量后乘以回采率。（二）矿井工业储量是指井田精查地质报告提供的平衡表内A+B+C级储量，它是矿井设计的依据。井田工业储量应按储量块段法进行计算。块段储量=块段面积块段平均厚度容重/cos为煤层平均倾角计算得工业储量Zc=41652285(1.402.0+1.401.8+1.401.8+1.402.0)/cos110 =103.9 Mt（三）矿井可采储量的计算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,厚煤层不低于0.75；中厚煤层不低于0.8；薄煤层不低于0.85；地方小煤矿不低于0.7。 计算得：Z=（103.9-13.19）0.8=72.57Mt详见表2-1可采煤层储量总表。2.2.2 保安煤柱参照保护煤柱的设计原则如下：(1)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，洋感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50 m保安煤柱；2.边界断层留设30m 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30m保安煤柱。按以上方法计算得： 工业广场煤柱损失：3.05Mt； 断层保安煤柱损失：1.49Mt； 大巷保安煤柱损失：0.5 Mt； 边界保安煤柱损失：8.15 Mt； 总损失为：13.19 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103.9Mt，各煤层工业储量见表2-1可采煤层储量总表和表2-2分煤层分水平储量计算表。表2-1 可采煤层储量总表 单位：Mt煤层别工业储量ABCA+BA+B+C3A#468.66251640.41093.627343B#419.45651476.6984.424614#4195641475.8983.5246029#469.26261641.51100.72736总计1776.223806234.34162.5103902.可采储量计算 计算公式如下 ZK=（ZCP）C 式中 ZK 可采储量，MtZC 工业储量，MtP 永久煤柱损失，MtC 带区回采率。中厚煤层不应小于80%，薄煤层不应小于85%。ZK =（103.9-13.19）0.8=72.57Mt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72.57 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。表2-2 分煤层分水平储量计算表 单位:万t水平别煤层别工业储量A+B+C可采储量工业场地井田境界断层开采损失其他损失合计3A192445.8620437.2552.9613353.071335.293B1731.660.75200.436.0554.5612363.761162.5841729.584.52206.835.9559.8012398.671131.20292003.4113.87206.439.7565.8313438.851329.87合计7388.79305815149233.15501554.744958.943A962.5-10218.6322.436.5149.566913B865.8-100.21821.926146.12611.734866.7-103.418.922.646150.94608.429960.6-103.219.822.856.5152.35687.1合计3655.60408.875.3389.8425598.972598.14总计11044.393051223.8224.3323752153.677257.082.3 矿井工作制度生产能力服务年限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330天计算；（2每日净提升时间16h小时;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，国民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储量是指基础储量中经济可采部分；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） 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：1.2Mt/a T=Z /（Ak）=72.57/（1.21.4）=43.20a；方案B：0.9Mt/a T=Z /（Ak）=72.57/（0.91.4）=57.60a方案C：0.6Mt/a T=Z /（Ak）=72.57/（0.61.4）=86.39a；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0.9 Mt/a；矿井服务年限为T=57.60a。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井田位于鸡西市鸡西车站北约五公里，往东至正阳煤矿，矿内有运煤专用铁路与铁林线鸡西车站相接，交通便利，井田东、西两侧及井田内无矿井。本区为农业区，工业基础较薄弱。但是鸡西矿务局距本区较近，可以借助老区力量建设新区，人力来源及材料供应条件都是良好的。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)地形地貌和地面外部条件；(3)煤层赋存和开采技术条件；(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：煤层赋存情况整个井田的煤层上部标高在+200m，下部标高在-650m，整个矿区共有4层可采煤层，即3A#、3B#、4#、29#，全区发育。煤层走向长度为2.2km，倾向4.2km。本井田煤层系缓倾斜中厚煤层，平均倾角在11左右。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+267m。 3.1.3 确定井田开拓方式的原则(1)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。(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)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。 (4)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。 (5)合理开发国家资源，减少煤炭损失。(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 井硐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。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。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。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。综合开拓：适用于表土层厚、煤层赋存深、水文地质条件简单的煤田，且煤层深部倾角小。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。由于本井田地势平坦，表土较厚，若斜井开拓则倾向过长，不宜采用。所以确定采用立井开拓。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：双斜井开拓方式方案二：双立井开拓方式（井筒位于井田中部）方案三：双立井加暗斜井开拓方式井筒布置方案详见图。图3-1 方案1示意图图3-2 方案2示意图图3-3 方案3示意图(1)技术比较方案一：双斜井开拓方式优点：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，井度车场及硐室都比投资少； 井筒装备和地面建筑物少，不用大型提升高备，钢材消耗量小；胶带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；缺点：在自然条件相同时，斜井要比立井长得多；围岩不稳固时，斜井井筒维护费用高，采用绞车提升时，提升速度低，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；由于斜井较长，沿井筒敷设管路，电缆所需的管线长度较大；斜井通风风路较长，对瓦斯涌出量大的大型矿井，斜井井筒断面小，通风阻力过大，可能满足不了通风的要求，不得不另开专用进风或回风的立井并兼做辅助提升；适用条件 ：煤层赋存较浅，垂深在200米以内，煤层赋存深度为0500米，含水砂层厚度小于2040米，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：本井田一水平设在200m水平标高，根据煤层的赋存情况可采用双斜井开拓。城子河矿井田赋存深度为200m650m在技术上是可行的方案二：双立井开拓方式优点：适应性强，技术成熟可靠； 井筒短，提升速度快，提升能力大；通风断面大，风阻小，满足大风量要求；便于井筒延伸；对于开采深部赋存煤层有长处；缺点：初期投资大，建井期限稍长；需要大型的提升设备；多水平开拓，立井石门长度大，掘进工程量大，掘进费用高；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。技术评价：根据井田的地表情况，地质构造，煤层赋存等因素，采用双立井开拓方案可行城子河矿井田的地表，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。方案三：立井加暗斜井开拓方式优点：掘进速度快；可满足最大风量的通风要求；有助于辅助运输。缺点：井口相距较远，不利于工业广场的布置； 地面工业建筑分散，生产调度及联系不方便；地面工业建筑占地多，增加了煤柱损失；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，如用综合开拓不利于地面工业广场的布置，也不利于井底车场的布置，井下的联系和生产调度较为繁琐，故该方案在技术不合理，不适合本设计矿井所以本井田不利于用综合开拓。依据开拓方案技术比较，方案三不合理。初步选定两种较合理开拓方案：方案一：双斜井开拓方式方案二：双立井开拓方式(2)经济比较考虑到各煤层间距较小，一般都在40m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29煤层底板下垂距40m的 厚岩层内。方案1和方案2的区别在于方案1直接打斜井到一水平，再打石门到煤层；方案2打立井到一水平再打石门到煤层。两方案的 生产系统较简单可靠。两方案对比，第一方案开斜井井筒（倾角11度，32034），石门（645m）和斜井井底车场；而第2方案则打立井井筒（3517m），石门（325）和井底车场。粗略的估算。方案2工作的环节少，人员上下较方便，以及方案2在通风方面优于方案3，所以决定采用方案1。其具体的经济比较如下表3-1。从表可看出，方案2的费用低于方案1。因此，确定方案1为最优方案。所以采用双立井开拓。表3-1 方案经济比较表 项目费用方案1方案2基建费/万元斜井开凿320342431.4101483.6立井开凿35177293.4101131.2石门开凿645593.21034.8石门开凿325593.21019.3斜井车场800593.21047.5井底车场1000593.21059.3总计/万元小计1565.9小计1209.8 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；井筒应尽量避开或少穿地质及水文复杂的地层或地段，勘探程度及初期工程量。 (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、避开地面滑坡、岩崩、雪崩、泥石流、流砂等危险；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；井口位置要布局协调，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：井筒位于井田浅部方案二：井筒位于井田中部方案三：井筒位于井田深部图3-4 方案1示意图图3-5 方案2示意图图3-6 方案3示意图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；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；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、辅助运输和通风用。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)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-200 m，二水平标高为-450 m。一水平实行仰俯斜开采，二水平实行仰斜开采。方案二：井田划分三个开采水平，一水平标高-100 m，二水平标高-350 m，三水平标高-650 m。各水平均仰斜开采。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可采储量 （万t）服务年限（a）方案一一水平4628.6636.74二水平2566.2220.37方案二一水平2625.7320.84二水平2275.6418.06三水平2333.5.18.20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30a的基本要求，储量充足，且有利于带区的接续，巷道利用率高。故而采用方案一的水平划分方法，即划分两个开采水平，一水平标高分别为-200 m，一水平垂高为467m，二水平标高为-450 m，二水平垂高为717m。一水平实行仰、俯斜开采，二水平实行仰斜开采。图3-7 水平划分图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。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）间用带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煤层数不多，层间距大，石门长；井田走向长度短，服务年限不长；井底车场或平硐在煤层顶板；煤质牌号不同，要求分采，分运；产量，风量均大，需要疏解；各煤层底板均有坚硬岩层。(2)分组集中大巷适用条件煤层数多，层间距大小悬殊；按煤层的特点根据运输，通风要求组合，经济上有利；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适于煤层层数多，层间距不大的矿井；下部煤层底板有坚硬岩层，容易维护；煤质牌号相同，要求分采分运；自然发火严重，便于分区，分段处理事故；带区尺寸大，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3-8 方案1分组集中大巷布置 此方案分别布置大巷于3B#、29#煤层底板，多水平生产容易解决运输，通风的问题。图3-9方案2集中大巷布置 此方案只布置一条大巷于29#煤层底板，适于煤层层数多，层间距不大且这样易于巷道维护。两种技术方案的优缺点详见表3-3所示。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3A#、3B#、4#、29#，其中3A#与3B#平均间距35.5m,3B#与4#煤层平均间距48 m，4#与29#平均间距27 m。针对上述情况，方案2集中大巷布置，较为合理。方案1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2。3.3 选定开拓方案的系统描述3.3.1井硐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。表3-3 大巷布置方案技术比较表特 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下部煤层底版有坚硬有岩层，带区尺寸大，石门长度短 (1)井筒地处井田储量中央；井筒距北部边界1.6公里，南部边界2.5公里，西部边界1.08公里，东部边界1.66公里；(2)有较好的地形条件：井口处标高+267 m，地面坡度小；(3)交通条件好：靠近哈同公路。确定井筒坐标：主井井口坐标： XA=5023183， YA=424612；副井井口坐标： XB=5023266， YB=424671；主井井口标高为279 m，副井井口标高为254 m，拟定二水平为井筒最终水平。主井井深729 m，副井井深704 m，两井筒中心线间距为60 m，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二水平开拓,拟定第一水平标高为-200 m,实行仰、俯斜开采.第二水平拟定标高为 -450 m，实行仰斜开采。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：单独开拓的薄煤层或中厚煤层；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：煤层大巷的巷道维护困难，维护费用高；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；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；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。将集中回风大巷设在4#煤层中，使其高于集中运输大巷,设在煤层中，因服务年限接近一个水平的服务年限，所以维护较困难，维护费高，但施工速度快，贯通时间短，可为集中运输大巷定向掘进出境起到探巷的作用。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有关大巷及石门断面技术特征如下所示。图3-10石门断面图表3-4 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7.728.933150270010.54150图3-11大巷断面图表3-5 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13.1114.563650430013.711503.3.5 井底车