石台矿180万ta新井设计

摘 要本设计包括三部分：一般部分，翻译部分和专题部分。一般部分是石台矿 180 万吨新井设计。全篇共分为十个部分：矿井概述及井田地质特征、井田境界和储量、矿井工作制度、设计生产能力及服务年限、井田开拓、准备方式采区巷道布置、采煤方法、井下运输、矿井提升与运输、矿井通风与安全和矿井主要经济技术指标。石台矿位于安徽省淮北市石台镇境内，西南距淮北市约 15km。区内铁路运输有矿用铁路经符夹线至符离集，可通往华东各工业城市，公路可直通徐州、宿县、阜阳等地，交通甚为方便。另外井田北有连霍高速公路，交通较方便。南邻张庄矿，西接岱河矿和朔里矿，东以张庄向斜轴与井田相连，北以 16 号勘探线为界，南北长 7.5 公里，东西宽 4.5 公里，面积约 22 平方公里。3 煤层为可采煤层，厚度为 7m，平均倾角为 170。井田内工业储量为 21502.67 万吨，可采储量为 15092.238万吨。矿井正常涌水量 329m3/h，属于低瓦斯矿井。煤尘有爆炸危险性，并且煤层有自燃发火倾向。石台煤矿设计年生产能力为 180 万 t/a，服务年限为 62.98a。矿井工作制度为“三八”制。矿井的采煤方法为走向长壁综合机械化一次采全高法开采。矿井为三水平采区开拓。一水平标高为-300m，采用立井开拓，主立井主要用于提升煤炭，副立井主要用于提升人员、矸石、和材料等。二水平设置在-550m，采用暗斜井延伸。三水平设置在-800m，采用暗斜井延伸。矿井采用一矿一面的高效作业方式，另外设一备用面。工作面长度为 165m。水平运输大巷采用 3t 底卸式矿车运输煤炭及架线式电机车牵引 1.5t 固定箱式矿车运输矸石和材料等。矿井通风方式为抽出通风方式，风井布置方式为混合式。专题部分主要对煤炭建设井巷工程费用进行线性分析，分析变化规律，以简化设计中费用查找的程序。翻译部分是关于一篇关于煤矿开采中的软岩工程，题目为：“Optimization of soft rock engineering with particular reference to coal mining”关键词：井田 ；主井 ；副井 ；通风 ABSTRACTThis design includes three part:General part, translation part with special subject part.The general part is a mine of shitai mineral 1,800,000t new well in design.The whole article is divided into ten parts totally:The colliery says all and coalfield quality characteristic, coalfied state with keep deal, colliery work system, the ability of produce in design,and time limit to service,colliery expands and prepare the way takes the working area tunnel arranges and adopt coal method, the transport under ground, colliery promotes with transport, colliery well ventilated and safety with main economic technique index sign in shaft.Shitai Mine in Huaibei City of Anhui Province Shitai Town, southwest from Huaibei city about 15 km. Regional rail transport of mine rail lines to meet folder fuliji, leading to the eastern industrial city of Xuzhou highways through, Su County, Fuyang, and so on, the traffic is convenient. Another mine north is even Howard highway, traffic is more convenientZhangzhuang Mine south by the west, Daihe mining and ore Shuoli East to Zhangzhuang syncline connected with the mine, north on the 16th line for the exploration sector, from north to south 7.5 km, 4.5 km in width, with an area of about 22 square kilometers. 3 seam of coal seam thickness 7m, with an average inclination of 170. The industry deal inside the farmland keeps deal as 21502.267 thousand ten can adopt to keep deal as 15092.23 thousand ton.The colliery is normal to flow out the water measures 329 m3/ h, after technique handles belong to the low gas mineral well.Coal contain Bang risk, and the coal seam has the tendency from spontaneous.The design produces ability for haizi mine is 1,800,000 t/ a, service time limit is 62.98 a.The mineral well work system is a “3- 8“ system.The colliery adopts coal method is the alignment long the wall synthesizes to mechanize to adopt once the all and high method mines.Mineral well is three levels adopts the area expand.The first level elevation is -300m, the adoption shaft expand, the main shaft used for promoting the coal primarily, the auxiliary shaft used for promoting the personnel,spoil primarily, with material etcTht second level establishes at -550 m, adopt the slope extension. Tht third level establishes at -800 m, adopt the slope extension.The colliery adopts one mine one efficiently working-face method, establish moreover a back up.The length of working-face is 165 m.The big lane in conveyance in level adopts3t bottom unload type mineral car conveyance coal and frame thread engineering cars lead 1.5t type mineral car conveyance spoil with material etcThe ventilated way under shaft is for drawing out the well ventilated way, the breeze well arranges way as composite type.Some of the key topics of coal shaft construction project costs for linear analysis, changes in the law, to simplify the design process cost you.Translation is part of a coal mining on the soft rock,.The topic is “Optimization of soft rock engineering with particular reference to coal mining” .Keywords：coalfield ; main shaft ; auxiliary shaft ; ventilation目 录一般设计部分1 矿区概述及井田地质特征11.1 矿区概述11.2 井田地质特征21.3 煤层特征32 井田境界和储量62.1 井田境界62.2 矿井工业储量72.3 矿井可采储量83 矿井工作制度及设计生产能力、服务年限113.1 矿井工作制度113.2 矿井设计能力及服务年限114 井田开拓144.1 井田开拓的基本问题144.2 矿井基本巷道255 准备方式采区巷道布置 325.1 煤层的地质特征325.2 采区巷道布置及生产系统325.3 采区车场选型设计366 采煤方法396.1 采煤工艺方式396.2 回采巷道布置537 井下运输567.1 概述567.2 采区运输设备选择577.3 大巷运输设备选择608 矿井提升648.1 矿井概述648.2 主副井提升649 矿井通风与安全689.1 矿井概况689.2 矿井通风系统和通风方式699.3 矿井风量的计算749.4 矿井风阻的计算829.5 选择矿井通风设备879.6 矿井灾害的防治措施9210 设计矿井基本技术经济指标94专题部分煤炭建设井巷工程概算定额中平硐及平巷掘进相关参数与基价关系回归分析 96翻译部分英文原文152中文译文162主要参考文献169致谢171一般部分1 矿区概述及井田地质特征1.1 矿区概述1.1.1 交通位置石台矿位于淮北市东北 15 公里，闸河煤田中部偏东，坐落在萧县境内。井田属淮北市杜集区石台镇、朔里镇和萧县永固镇管辖，南邻张庄矿，西接岱河矿和房庄矿，东以张庄向斜轴与永固井田相连。交通位置见图 1-1。图 1-1 石台矿交通位置图区内铁路运输有矿用铁路经符夹线至符离集，可通往华东各工业城市，公路可直通徐州、宿县、阜阳等地，交通甚为方便。另外井田北有连霍高速公路，交通较方便。南邻张庄矿，西接岱河矿和朔里矿，东以张庄向斜轴与井田相连，北以 16 号勘探线为界，南北长 7.5 公里，东西宽 4.5 公里，面积约 22 平方公里。1.1.2 矿区气候条件本区属季风湿暖带，为半湿润半干燥的大陆性气候。年最大降雨量 1518.6mm，年平均降雨量 861mm，最大月降雨量 792.8mm，最大日降雨量 207mm。年平均气温 14.4，日最低气温-23.4，日最高气温 41.5，年蒸发量1809.9mm。夏季多东南风，冬季多西北风，平均风速 3.4m/s，最大风速 20 m/s。-石 台 镇降雪期和冰冻期为 11 月至翌年 3 月。冻土深度一般 10cm 左右，最大 19cm。井田内地表水系不发育1.1.3 矿区供电本矿现有两趟 LGJ70.35KV 电源线，一趟引自马庄区域变电所，供电距离 14KM。经验算，正常情况下两趟线路同时供电，当 cos0.85 时，马庄区变石台矿，14KM 线路压降为 2.28%，马庄变区朔里矿石台矿， 144.5KM 线路压煤为4.23%。当一趟线路故障，另一趟负担全矿负荷时；马庄区变石台线路压降为 4.56%，均在许可范围内。1.2 井田地质特征1.2.1 井田地形及煤系地层概述1. 矿井涌水量浅水平历年涌水量为 145.8 吨时。深部正常涌水量为 329.2 吨时，最大涌水量为 378.6 吨时。2. 井田水文地质类型矿井充水的主要岩层为 3 和 6 煤层的顶板砂岩裂隙水，浅部较深部发育，且富水性强。矿井涌水量与地表水无水力联系，断层导水性弱。本矿井水文地质条件属于以裂隙岩层充水为主的简单类型。查明矿井充水因素，认为开采 3 煤层主要受其顶板裂隙含水层的 威胁为主，但富水性微弱，影响不大，而与地表水、灰岩水无直接水力联系的规律。根据生产水平矿井涌水量较小，且上与地表水，下与灰岩水无水力联系，断裂导水性弱、顶板裂隙充水微弱等特征，将矿井划为水文地质条件简单类型。本区煤系地层为石炭二迭系，全被厚 50 米左右的第四系冲积层所覆盖。石台矿位于闸河盆地复式向斜中部，朔里背斜以东，本区以宽缓褶曲为主，次一级褶曲教发育，石层倾角 8 度至 22 度，平均 16 度，断裂构造以北此东向正断层为主。二水平断距大于 20 米的有五条。区内岩浆岩分布较广，岩性种类较多。其中以辉绿岩为主，次为花岗斑岩和闪长岭岩，主要以岩床和透镜状由东向西，由北向南侵到 3 煤层中，上部侵入面积约 14 平方公里，占 3 煤层总面积的 64%，对煤层厚度，煤质及矿井生产影响较大。根据地质报告，南以 8 号断层，西以 H 下 3 断层。北至 16 线，东到张庄向斜轴。延伸水平标高从负 250负 450 米，勘探线控制到负 500 米。南北长 7.5 公里，东西宽 5 公里，面积 22 平方公里。井田构造以宽缓褶曲为主并伴有稀疏断裂的构造形态。褶曲以北北东向为主，其主体褶曲构造有张庄向斜和朔里背斜，次一级褶曲构造有宗台、丁庄背斜及童台、黄庄向斜等组成。区内断裂构造主要以与曲轴向平行的北北东向正断层为主。其次与褶曲轴向垂直的近东西向断层，上述断裂构造虽条数不多，因断距大，破碎带宽，延伸长，对开拓布局和开采有一定影响。查明岩浆侵入范围及其对煤层的破坏和影响。岩浆以辉绿岩为主，次为花岗斑岩和闪长玢岩，主要以岩床和透镜状侵入到煤层中，对煤层、煤质及开采影响较大（北翼尤为突出）。地质报告初步阐明了岩浆岩侵入的分布规律，及其与褶曲、断裂构造的关系。表 1-1 褶曲构造表名称 位置 走向 盆底深 两翼产状张庄向斜 井田中部 N8-26 度 E 6 煤层-1000m西 10-26 度东 30-80 度宗台背斜 井田中偏北 近 SN 10-15 度董台向斜 井田中偏北 N20 度 W 6 煤层-400m20 度丁庄背斜 井田西部 N20 度 W 15 度黄庄向斜 井田中偏南 近 EW 6 煤层-600m10 度朔里背斜 井田外西北部 N25 度 E 10 度1.3 井田煤层特征1.3.1 煤层埋藏条件及围岩性质1. 区内煤系地层总厚度 136 米，含煤 14 层，平均煤层总厚度 11.35 米，含煤系数 1%。井田内 3 煤层为主要可采煤层，5，6 煤层为局部可采的薄煤层。2.煤层分布：3 煤层，为主要煤层，仅局部因岩浆侵入不可采。5 煤层，主要分布在井田西南、西北及东北北部三块可采区。6 煤层，61 煤层分布在井田南部 15 线间，62 煤层分布在北部 1114 线间。表 1-2 煤层特征表3. 煤质本区煤质的变质作用以接触变质为主，由于岩浆的侵入作用，煤层的变质程度明显增强，煤种较多。二水平内 3 煤层以焦煤为主，占 62.3%，焦煤到贫煤次之，占煤厚 M最大-最小煤层名称穿层点数见煤点数可采点数平均可采点平均煤层结构稳定程度顶底板岩性备注1 50 12 4 0.74-1.090.650.97 简单 极不 泥岩 零星可采2 193 100 11 0.13-1.070.511.17 较复杂不稳定粉砂-泥岩 零星可采3 194 192 182 0.10-7.7255 较简单较稳定泥岩-粉砂岩主要可采4 194 32 6 0.15-3.270.601.55 简单 不稳定泥岩 零星可采5 186 64 22 0.16-2.430.691.24 复杂 不稳定粉砂-砂岩 局部可采61 111 47 16 0.24-2.380.71.17 复杂 不稳定粉砂-砂岩 局部可采62 110 42 13 0.21-2.080.641.04 复杂 不稳定泥岩-粉砂岩局部可采7 32 7 0 0.31-0.660.420 复杂 极不 砂岩 不可采26.5%，无烟煤占 6.4%，天然焦占 4.8%.3 煤层属低硫、低磷、中灰中等可选煤层，2、5、6 等煤层属低硫中灰煤层4. 瓦斯、煤尘及自燃一水平属于低瓦斯矿井。一水平瓦斯相对涌出量为 6.04m3/吨、日，瓦斯梯度为47.3.二水平瓦斯相对涌出量为 10.25m3/吨、日，属于高级瓦斯矿井。通过煤尘爆炸性测定及煤层爆炸指数计算，2、5、6 等煤层均属于有爆炸危险的煤层。通过煤层燃点测定，煤层具有自然发火倾向。5. 该井田主采煤层为 3 号煤层。共 192 个见煤钻孔，182 个点达到可采厚度，应属于较稳定煤层类型。5、6 煤层均局部可采，且可采边界不规则、应属不稳定煤层。查明区内含煤地层的含煤性和各主要可采煤层的赋存特征。根据主可采煤层（3 煤层）在井田内有 194 个钻孔穿过其层位，其中见煤点 192 个（仅有 2 个钻孔因过断层未见煤），认为该煤层的控制程度较好。本区主要可采煤层的煤层对比基本可靠。查明本区因受区域变质及岩浆岩侵入接触变质影响，使从中变质的肥、焦煤带向高变质的贫煤、无烟煤甚至天然焦发展的煤质变化规律，并提出了岩浆岩对各煤层的影响大小、煤变质程度及其煤种的分布情况。2 井田境界和储量2.1 井田境界2.1.1 井田境界确立原则在煤田划分为井田时，要保证井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的开发，煤田划分为井田的原则：1. 井田范围内的储量、煤层赋存情况及开采条件要与矿井生产能力相适应。2. 保证井田有合理尺寸。3. 充分利用自然条件进行划分，如地质构造（断层、褶曲）等。4. 合理规划矿井开采范围，处理好相邻矿井的关系。2.1.2 井田境界确立根据井田境界确立原则及地质报告提供的资料，本井田境界确定如下：东部边界：以张庄向斜轴为界南部边界：南邻张庄矿，以井田境界为界西部边界：接岱河矿和朔里矿，以井田境界为界北部边界：以 16 号勘探线为界南北长约 7.45 公里，东西宽约 4.5 公里，面积约 22 平方公里。井田赋存状况示意图如图 2-1所示。图 2-1 井田赋存状况示意图32.4-198c732-49.732.-6784032.-574132-01.7432.-795618032.-96814.4-232.4-503978.-23567932.6-1047.4-0362.5798-32.8-197432.6-1879.405 32.-0571.7-5632.7-105.642-83.-1532.5-17432.4-159086 .-4732.5-70648132.5-9081.-7635432.5-19832.-186950.43-2.19.8-3760.7-032.8-74590.6-4.1.3-6297832.7-1958432.-198.70561-.6-45.32-.42.1-584396.-32.5-1760.9-306582.18-3.6-254732.4-1832.5-071469 32.4-571032.8-1904.-5239.8-167343.-451289603.2-085632.5-4132.6-014583-25.0714683.28-19403.5-26793-48.279632.6-8047.-95213-19.58243.4-57193.7-4.-65109823-107.3.08-17493.2-146953.-28509463.18-42563.8-5479 3.4-16702.-863.24-09651.-2953642.91-48532.7-4683.591-.0732.9-64 13-0.29732.-40156.8-3.15-8029735.9-7842136.4-58279135.6-4178235.6-923.5-092436.04-781.-40732.1.3 开采边界扩大的可能性根据地质资料与石台矿相临边界分别为断层保护煤柱、煤层露头及其他矿井，所以本井田开采上限和下限均无扩大的可能。2.1.4 井田尺寸井田的走向最大长度为 7.45km，最小长度为 3.3 km，平均长度为 5.375 km。井田的倾斜方向最大长度为 4.34km，最小长度为 1.41 km，平均宽度为 2.875 km。井田的水平面积经计算为 21.91 km2。煤层的倾角最大为 60 ，最小为 5 ，平均为 17 ，井田平均水平宽度为 2.75 km。2.2 矿井工业储量工业储量是指在井田范围内，经过地质勘探厚度与质量均合乎开采要求，目前可供利用的列入平衡表内的储量，即 ABC 级储量。2.2.1 井田勘探类型精查地质报告查明了本井田的煤层赋存情况、构造形态、煤质及水文地质条件，井田勘探类型为中等，达到进行设计的要求。2.2.2 井田实际面积井田的水平投影面积经计算为 21.91 km 2，平均倾角为 17，故井田实际面积为：S=21.91/cos17=22.92 km22.2.3 工业储量井田范围内的煤炭储量是矿井设计的基本依据，煤炭工业储量由煤层面积、厚度及容重相乘所得，矿井的工业储量计算为：Q =SM (2-1)=22.921067.01.4=2.24616108 t式中: S 表示 3 煤层的实际面积，m 2；M 表示煤层厚度，m 2； 表示煤的容重，取 1.4 t/m .32.3 矿井可采储量2.3.1 储量损失类型1. 工业广场保护煤柱；2. 井田边界煤柱损失；3. 采煤方法所产生煤柱损失和断层煤柱损失；4. 建筑物、河流、铁路等压煤损失；5. 其它各种损失。2.3.2 各种煤柱损失计算矿井永久煤柱损失包括：工业广场保护煤柱、井田边界煤柱、断层保护煤柱及井筒保护煤柱。1. 工业广场保护煤柱 Pg本矿井设计年生产能力为 1.8Mt/a，为大型矿井。按煤矿设计工业规范 ，占地面积指标应在（0.70.8 ）公顷/10 万吨之间，取 0.8。工业广场占地面积为 180.814.4104m2。设计工业广场的尺寸为 360400m2 的长方形，实际面积为： 14.4104m2。工业广场处在井田走向中央，倾向中央偏于煤层中上部，工业广场所处煤层的平均倾角为 20，该处表土层厚度为 50m。主井、副井、地面建筑物均在工业广场内。工业广场按大型矿井级保护，留围护带宽度为 15m。本矿的地质条件及冲积层和基岩层移动角见表 2-1：表 2-1 矿井地质条件及冲积层和基岩层移动角广场中心煤层深度煤 层 倾 角煤层厚度冲积层厚度冲积层移动角走向移动角下山移动角上山移动角m m m -300 17 7 50 35 73 55 75由此根据上述已知条件，画出如图 2-2 所示的工业广场保安煤柱的尺寸示意图：图 2-2 工业广场保护煤柱示意图由图得出保护煤柱的尺寸为S=梯形面积 =1/2(上宽下宽) 高=1/2(570740) 700=458500 m2 则工业广场压煤为：Pg SMr/cos (2-2)45850071.4/ cos20478.01 万 t2井田边界煤柱 Pb井田边界煤柱留 30m，则井田边界煤柱损失为：322.1 503071.4/cos17=495.279 万 t。3. 断层保护煤柱 Pd井田中部断层落差较大，故断层两侧各留 50m 保护煤柱，则断层报护煤柱损失为：（60.5+63.5）5050+59.55015 71.4/cos17=363.523 万 t左翼断层的保护煤柱已归入边界煤柱中不重复计算。4. 工业广场与断层重合煤柱 Pc工业广场与中央断层有一定的重合面积，大小为 7.425 万，则重合煤量为72.765 万 t。5. 井筒保护煤柱 Pj本矿井的主副井保护煤柱在工业广场保护煤柱范围内，中央风井与南风井均在井田范围以外，无须留保护煤柱，仅西部风井布置在井田内需留保护煤柱,井筒直径 5m，维护带宽度为 20m，实际保护面积为 53066，则井筒保护煤柱为： 52.0 万 t由上可知本矿井的永久煤柱损失 P 为：P= Pg+ Pb +Pd -Pc +Pj =478.01+495.279+363.523-72.765+52.0=1316.047（万 t）2.3.2 矿井可采储量矿井可采储量是矿井设计的可以采出的储量，可按下式计算：Zk = （ Zg-P） C （2-3）式中： Zk矿井可采储量，万 t；P保护工业场地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大断层等留设的永久保护煤柱损失量，万 t；C采区采出率，厚煤层不小于 0.75；中厚煤层不小于 0.8；薄煤层不小于0.85；地方小煤矿不小于 0.7。则矿井设计可采储量：Zk =（22481.2-1316.047）0.75=15873.865（万 t）2.3.3 分水平煤量计算本矿井划分为三个水平，各水平煤炭储量如下表表 2-2 水平储量表水平 实际面积（k） 工业储量（万t）可采储量（万t）一水平 9.33 9143.89 6337.515二水平 8.42 8254.05 5812.151三水平 4.19 4104.73 2942.572合计 21.94 21502.67 15092.2383 矿井工作制度、设计生产能力及服务年限3.1 矿井工作制度按照煤炭工业矿井设计规范的规定，参考关于煤矿设计规范中若干条文修改决定的说明 ，确定本矿井设计生产能力按年工作日 330d，净提升时间为 16h 计算。采用“三八制”作业（两班半生产半班准备检修）每天两班半出煤。3.2 矿井设计能力及服务年限3.2.1 矿井设计生产能力确定依据煤炭工业矿井设计规范第 2.2.1 条规定：矿井设计生产能力应根据资源条件、开采条件、技术装备、经济效益及国家对煤炭的需求等因素，经多方案比较或系统优化后确定。矿区规模可依据以下条件确定：1. 资源情况：煤田地质条件简单，储量丰富，应加大矿区规模，建设大型矿井。煤田地质条件复杂，储量有限，则不能将矿区规模定得太大；2. 开发条件：包括矿区所处地理位置（是否靠近老矿区及大城市） ，交通（铁路、公路、水运） ，用户，供电，供水，建筑材料及劳动力来源等。条件好者，应加大开发强度和矿区规模;否则应缩小规模；3. 国家需求：对国家煤炭需求量（包括煤中煤质、产量等）的预测是确定矿区规模的一个重要依据；4. 投资效果：投资少、工期短、生产成本低、效率高、投资回收期短的应加大矿区规模，反之则缩小规模。本井田储量丰富，主采煤层赋存稳定，井田内部有较大断层, 煤层厚度大部分比较稳定，属厚煤层(7.0m)，为缓倾斜煤层（平均倾角 17） 。矿井总的工业储量为22481.2 万 t，可采储量为 15873.865 万 t,比较合适布置大型矿井，故本设计初步确定矿井的设计生产能力为 1.8Mt。3.2.2 井型校核下面按矿井的实际煤层开采能力，各辅助生产环节的能力，储量条件及安全条件因素对井型进行校核：1. 煤层开采能力校核矿井的开采能力取决于回采工作面和采区的生产能力，根据本设计第四章（矿井开拓）与第六章（采煤方法）的设计可知，布置单个综采放顶煤工作面的年生产能力为：Q=330nLMBC (3-1)式中： 330年工作日，取 330 d；n日进刀数，7；L工作面的长度， 165m；M煤层厚度，7.0m；B采煤机的截深，0.6m；煤的容重， 1.4t/m3；C工作面的采出率，83 ；Q工作面的生产能力，万 t/a。Q=33071657.00.61.483= 186.02 （万 t/a）掘进出煤按生产的 5%估算，则矿井的年生产能力为：186.021.05=195.321 万 t/a因此单工作面生产，日进 7 刀完全可以达到 180 万 t/a 的设计生产能力。2. 辅助生产环节的能力校核本矿井为大型矿井，开拓方式为立井开拓，主井提升容器为一对 16t 底卸式提升箕斗，副井提升容器为双层罐笼，运煤能力和大型设备的下放可以达到设计井型的要求。大巷生产运输采用 14t 架线式电机车牵引 3t 底卸式矿车，大巷辅助运输采用 14t架线式电机车牵引 1.5t 固定车厢式矿车，轨距均为 600mm。工作面生产的原煤一律用胶带输送机运到采区煤仓，运输能力也很大，自动化程度较高。同时本矿井井底车场调车方便，通过能力大，满足矸石，材料和人员的调动要求。所以各辅助生产环节完全可以达到设计生产能力的要求并有较大的储备能力。3. 储量条件校核矿井的设计生产能力应与矿井的工业储量相适应，以保证有足够的服务年限，我国矿井及第一水平设计服务年限应符合表 3-1 规定。表 3-1 我国各类井型的矿井和第一水平设计服务年限第一开采水平服务年限（a）矿井设计生产能力（万 t/a）矿井设计服务年限（a）煤层倾角45600 及以上 70 35 300500 60 30 120240 50 25 20 154590 40 20 15 15930 各省自定 矿井服务年限的计算：T = (3-2)KAZ式中： T 矿井设计服务年限，年 ；Z 矿井可采储量， 15873.865 万 t；A 矿井设计生产能力，180 万 t /a；K 储量备用系数，取 1.4；T=15873.865/(1801.4)= 62.99a 50 a；因此，本矿井的开采年限符合规范的要求。本设计中第一水平可采储量为 6337.515 万 t，第一水平服务年限的计算公式为：T = =25.15a KAZ式中： T 第一水平服务年限， aA 矿井设计生产能力，180 万 t /a；K 储量备用系数，取 1.4；T =6337.515/(1801.4) =25.15a25 a本矿井及第一水平的设计服务年限符合规范的要求。4 安全条件校核本矿井具有煤尘爆炸性，瓦斯含量低，属于低瓦斯矿井。水文地质条件中等，在副井中铺设两趟水管路可以满足排水要求。矿井采用混合式通风，有专门的回风井，可以满足要求。井田内有大断层 FJ2，对于开拓有一定的影响，留设有保护煤柱。向斜、背斜，对于生产影响较小，不会影响采煤工作，所以各项安全条件均可以得到保证，不影响矿井的设计生产能力。4 井田开拓井田开拓是在总体设计已经划定的井田范围内，根据精查地址报告和其它补充资料，具体体现在总体设计合理原则，将主要巷道由地表进入煤层，为开采水平服务所进行的井巷布置和开掘工程。合理的确定井田开拓方式是矿井设计的一个重要环节，因为开拓方式一经确定，并按设计施工后，就难以再改变，如果确定的开拓方式不合理，不仅影响基本建设费用和建井速度，更重要的是在整个服务年限期间会使矿井的正常生产和技术经济指标受到影响。因此，确定矿井开拓方式时必须慎重考虑矿井开拓设计，包括确定主、副井和风井的井筒形式、深度、数量、位置、阶段高度、大巷位置、采（带）区划分以及开采顺序与通风运输系统。4.1 井田开拓的基本问题井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入媒体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。合理的开拓方式，需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较，才能确定。井田开拓主要研究如何布置开拓巷道等问题，具体有下列几个问题需认真研究。1. 确定井筒的形式、数目和配置，合理选择井筒及工业场地的位置；2. 合理确定开采水平的数目和位置；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。确定开拓问题，需根据国家政策，综合考虑地质、开采技术等诸多条件，经全面比较后才能确定合理的方案。在解决开拓问题时，应遵循下列原则：1. 贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤高产高效创造条件。在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。2. 合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。3. 合理开发国家资源，减少煤炭损失。4. 必须贯彻执行煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风、运输、供电系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好状态。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、综掘机械化、自动化创造条件。6. 根据用户需要，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。4.1.1 影响井田开拓的主要因素本矿井开拓需要考虑以下几个问题：1. 井田中部有一条南北走向的大断层，倾角 75o，落差达 40-90m，将会对矿井开拓布置产生重要影响。2. 煤层倾角在南北两翼有较大差异，在断层右侧，倾角变化较小，煤层赋存相对稳定；断层左侧倾角变化较大，从 7o60o 均有出现，且在井田中部，煤层赋存状况及其复杂，开拓时均应予以考虑。3. 矿区地势平坦，地面标高+33m 左右，其多为农田，没有大的地表水系和水体。4.1.2 井筒形式、数目的确定1. 井硐形式的确定井筒形式有三种：平硐、斜井、立井。一般情况下，平硐最简单，斜井次之，立井最复杂。平硐开拓受地形迹埋藏条件限制，只有在地形条件合适，煤层赋存较高的山岭、丘陵或沟谷地区，且便于布置工业场地和引进铁路，上山部分储量大致能满足同类井型水平服务年限要求。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、井底车场及硐室都比立井简单，井筒延深施工方便，对生产干扰少，不易受底板含水层的威胁；主提升胶带化有相当大的提升能力，可满足特大型矿井主提升的需要；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。缺点是：斜井井筒长辅助提升能力少，提升深度有限；通风路线长、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。立井开拓不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然条件的限制，在采深相同的的条件下，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，且阻力小，对深井开拓极为有利；当表土层为富含水层或流沙层时，立井井筒比斜井容易施工；对地质构造和煤层产状均特别复杂的井田，能兼顾深部和浅部不同产状的煤层。主要缺点是立井井筒施工技术复杂，需用设备多，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。根据自然地理条件、技术经济条件等因素，综合考虑石台煤矿的实际情况：地势平坦，地面标高平均+33m 左右，煤层埋藏较深；矿井年设计生产能力为 1.8Mt/a，为大型矿井。综上所述，本矿采用立井开拓。2. 井筒的数目根据煤矿安全规程的规定：一个矿井必须有两个通向地面的出口，以满足安全和通风的需要。结合本矿井的实际，本矿井初期选用三个井筒，分别为：主提升立井、副提升立井、中央回风井。这样可以克服两个井筒在通风方面的缺点，可以缩短整个矿井的建设工期。后期在两翼各建一个回风井，避免后期回风线路过长，造成通风困难。3. 主、副井井筒位置的选择（1）井筒位置的确定原则.有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门工程量少；.有利于首采区布置在井筒附近的富煤阶段，以保证有良好的前期效益，首采区少迁村或不迁村，井田两翼储量基本平衡；.井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层；. 考虑有利于工业广场的布置，应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山、低洼和采空区，不受崖崩滑坡和洪水威胁；.井筒宜少占耕地，少压煤；.水源、电源较近，矿井铁路专用线短，道路布置合理。（2）井筒沿井田走向方向的有利位置本井田北部煤层赋存相对稳定，南部倾角小，相对平缓，储量分布不均匀，井筒的有利位置应在井田走向的储量中央，以形成两翼储量比较均匀的双翼井田，可以使井田走向的井下运输工作量最小，通风网路较短，通风阻力小。（3）井筒沿井田倾斜方向的有利位置 立井开拓时，本井田中部偏左有大断层，井筒布置在井田的中央靠上部位，位于断层稍右侧。（4）有利于矿井初期开采的井筒位置矿井应尽快达产，使井筒布置在第一水平的位置最优。（5）尽量不压煤或少压煤合理布置井筒确定井筒位置，要充分考虑少留井筒和工业广场保护煤柱。因为本井田内无主要铁路，并不需留设保护煤柱。为了减少工业广场所压煤柱，将断层煤柱和工业广场煤柱合并考虑，并且保证在井田走向的中央。倾向的中央靠上部位。（6）地质及水文地质条件对井筒布置的影响要保证井筒、井底车场及硐室位于稳定的围岩中，应使井筒尽量不穿过或少穿过流沙层、较大的含水层、较厚冲积层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层、较软煤层及高应力区。本矿井矿井涌水量与地表水无水力联系，断层导水性弱。本矿井水文地质条件属于以裂隙岩层充水为主的简单类型。（7）井口位置应便于布置工业场地井口附近要布置主、副生产系统的建筑物及引进铁路专用线。为了便于地面系统间互相联接，以及修筑铁路专用线与国家铁路接轨，要求地面平坦，高差不能太大，专用线短，工程量小及有良好的技术条件。4. 风井位置的选择本井田煤层赋存条件比较好，属于缓倾斜煤层，第一水平采用采区式开采，少部分倾角小的地方可采用带区式开采。由于井田走向较长，7.45km ，且南部井田不规则，考虑后期开采过程中可能因线路较长带来通风困难问题，前期采用中央分列式通风，后期在南部开新风井，煤层埋藏较浅，浅部风井深度不超过 100m，费用不高，方案可行。故在设计中采用中央分列式通风，中央风井服务第一、二水平的中北部。南翼风井服务第一、二水平的南翼，南翼下一水平的通风通过一段回风平巷与南风井相连。风井井口位置的选择，应在满足通风要求的前提下，与提升井筒的贯通距离最短，并利用各种煤柱以减少保护煤柱的损失。中央风井布置在井田边界之外，不留煤柱；另外将南翼风井布置在难以开采的三角煤区，且利用一部分边界煤柱，从而减少了煤柱损失。4.1.3 工业场地的位置工业场地的选择主要考虑以下因素：1. 工业广场应尽量位于井田中央或走向煤炭运量的中心，以形成双翼井田，降低运输、通风、巷道维护费用，做到均衡生产，综合经济效益好；2. 工业广场应不压煤或少压煤；3. 工业广场有较好的地形和工程地质条件；4. 离水源、电源较进，矿井专用铁路线短，道路布置合理。根据以上原则和本矿井的实际情况，工业广场与主副井筒布置位置相同，其面积及保护煤柱的大小详见第二章第三节内容，工业广场为长轴垂直走向的 360m400m的矩形，面积 14.4104m2。4.1.4 开采水平的确定本矿井煤层露头标高为-17m，煤层埋藏最深处达 -900m，垂直高度达 833m，因此必须采用多水平开采，根据煤炭工业矿井设计规范规定，缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高为 200350m，根据本矿井的实际条件，结合阶段斜长考虑，决定煤层的阶段垂高选为 250m 左右。4.1.5 井底车场和运输大巷的布置1. 运输大巷的布置由于运输大巷要为上下水平的开采服务以及本煤层厚度为 7m，为便于维护和使用，且不受煤层开采的影响，水平大巷采用半圆拱双轨运输大巷并布置在距煤层底板 30m处的细砂岩中， 。水平岩层大巷其优点是巷道维护条件好，维护费用低，巷道施工能够按要求保持一定方向和坡度；在开采上下水平时，可以跨大巷开采，不留保护煤柱，减少煤柱损失，便于设置煤仓。2. 井底车场的布置由于井底车场一般要为整个矿井服务，服务时间较长，故要布置在较坚硬的岩层中。本矿井布置位置可以选择在煤层顶板或者煤层底板中。煤层顶板为中硬的砂泥岩，底板为坚硬的中细砂岩。后者相对于前者维护费用较低，且延深不须要穿煤层，有利于末期工业广场保护煤柱的回收，因此将井底车场布置在煤层底板中。4.1.6 开采顺序本井田开采顺序为先采第一水平，再采第二、三水平；采区开采顺序：采用采区前进式，即由井筒向井田边界推进；采区内回采顺序：采用后退式，即由采区边界向采区上山推进。4.1.7 矿井开拓延深及深部开拓方案本矿井开拓延深可考虑以下二种方案：立井延深；暗斜井延深。双立井延深：采用双立井延深时可充分利用原有的各种设备和设施，提升系统单一，转运环节少，经营费低，管理较方便。但采用这种方法延深时，致使井筒需打在煤层较深处，增大井筒的保护煤柱量。同时，该方法使原有井筒同时担任生产和延深任务，施工与生产相互干扰，立井接井时技术难度大，矿井将短期停产；延深两个井筒施工组织复杂，为延深井筒需要掘进一些临时工程，延深后提升长度增加，能力下降，可能需要更换提升设备。暗斜井延深：采用两个暗斜井延深时，原有井筒的位置，水平的划分，上山或下山开采都不受太大影响。暗斜井立井内铺设胶带输送机，系统较简单且生产能力大，可充分利用原有井筒能力，同时生产和延深相互干扰少。其缺点是增加了提升、运输环节和设备，通风系统较复杂。4.1.8 方案比较1. 根据以上分析，提出以下四种技术上可行的方案，如图 4-1 所示:（a） （b）（c） （d）图 4-1 开拓方案（1）三水平开采，井底车场位于-300 煤层底版处， ，主暗立井、副暗斜井延深第二水平，水平标高-550，石门到达大巷，双暗斜井延深到三水平，水平标高-800。见图 4-1（a） 。 （以下各方案各水平标高与方案一相同）（2）三水平开采，井底车场位于-300 煤层底版处，主暗立井、副暗立井延深第二水平；主暗斜井、副立井延深到第三水平。见图 4-1（b） 。（3）三水平开采，井底车场位于-300 煤层底版处，一水平仍位于-280 水平煤层处， 车场位于底板岩石中；二、三水平双暗斜井延深。见图 4-1（c） 。（4）三水平开采，井底车场位于-300 煤层底版处，二水平暗副斜井延深，主暗立井延深，石门到达主采煤层；三水平暗副斜井延深，主暗立井延深，石门到达主采煤层。见图 4-1（d） 。2. 技术比较方案一和二主要区别在于二水平用副井采用斜井还是立井延深，方案三和四在三水平副井延深方案相同的情况下，改变主井延深方法，比较二、三水平立井延深和斜井延深的区别。对四个方案的进行粗略经济比较，方案一、二进行比较，方案三、四进行比较，如下表：表 4-1 各方案粗略估算费用表方案一 方案二副暗斜井开凿 695115010-4=79.925副立井开凿 250300010-4=75上下斜井车场（300+500 ）90010 -4=72井底车场开凿 100090010-4=90基建费/万元小计 151.925 小计 165提升费1.2（2942.57255812.1505）0.5830.85=5206.08提升费1.2（2942.57255812.1505）0.5830.85=5206.08石门运输费1.2（2942.57255812.1505）0.680.382=2728.95石门运输费1.2（2942.57255812.1505）0.680.382=2728.95排水费32924365（23.06+11.68）（0.056+0.142）=1982.4169排水费32924365（23.06+11.68）0.1578=1579.9262生产费用/万元小计 9917.4469 小计 9514.9562费用/万元 10069.3719费用/万元 9679.9562合计百分率 104.02% 100%方案三 方案四主暗斜井开凿（695+920 ）105010 -4=169.575主暗立井开凿2250300010-4=150石门开凿800（680+1585）10-4=181.2基建费/万元小计 169.575 小计 331.2主斜井提升费1.25812.15050.480.695+122942