黑龍江省雙鴨山市東榮三礦的1.5Mta新井設計

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1摘要本礦井設計為黑龍江省雙鴨山市東榮三礦的新井設計，設計生產能力1.5Mt/a，服務年限 78.6a。井田平均走向長 4km，平均傾斜長 3km，煤層平均傾角 5°，屬近水平煤層。共有 3層可采煤層，平均厚度 13.42m。由于井田傾斜長度較大，且為近水平煤層，以及煤層地質條件等因素影響，決定本井田內全部采用傾斜長壁采煤法開采，工作面為綜合機械化采煤。本設計中礦井開拓方式采用雙立井方案，單水平開采，一個工作面達產。關鍵詞：礦井設計、長壁采煤法、礦井開拓2AbstractThis design is a new mine planning with Dongrongsan Coal Mine in Heilongjiang Province. Mine planning capacity is 1.5Mt/a. Service is 78.6a. Well the average toward length of the field is 4km,and average skewed length is3km.The average inclination of the coal bed is 5°,that is a nearly level coal bed. This field there are 2 can exploit coal bed, the average thickness of coal bed is 4.44m.As field more toward greater length, and coal bed is nearly level. And geological conditions Etc. causes impact, decision this field use more long wall coal mining, located all use integrated mechanized coal mining. This development method is inclined portal , one production level, and one located production.Keyword：Mine planning、Long wall coal mining、Mine development3目錄摘要 .IAbstractII緒論 .1第一章 井田概況及地質特征 2第一節(jié) 井田概況 21.1交通位置 .21.2地形 地勢 31.3氣象 地震 31.4水源及電源 .3第二節(jié) 地質特征 32.1礦區(qū)內的地層情況 .32.2地質構造 .62.4巖石性質 厚度特征 .102.5井田水文地質情況 102.6沼氣 煤塵及煤的自燃性 .12第三節(jié) 勘探程度及可靠性 .12第二章 井田境界 儲量 服務年限 .14第一節(jié) 井田境界 .141.1井田周邊狀況 141.2井田境界確定的依據 141.3井田未來發(fā)展狀況 14第二節(jié) 井田儲量 .142.1井田儲量的計算 142.3儲量計算方法 152.4儲量計算評價 16第三節(jié) 礦井工作制度 生產能力及服務年限 163.1工作制度 163.2生產能力 163.2礦井 17第三章 井田開拓 .18第一節(jié) 概述 .1841.1井田內外及附近生產礦井開拓方式概 181.2影響本設計礦井開拓方式的因素及具體情況 18第二節(jié) 礦井開拓方案選擇 .192.1井筒形式和井口位置 192.2開采水平數目和標高 212.3開拓巷道布置 21第三節(jié) 選定開拓方案的系統描述 .313.1井筒形式和數目 313.3水平數目及高度 323.4石門大巷數目和布置 333.5井底車場形式選 343.6煤層群的聯系 35第四節(jié) 井筒布置和施工 .384.1井筒穿過的巖層性質及井筒支護 384.2井筒布置及裝備 384.3井筒延伸的初步意見 40第五節(jié) 井底車場及硐室 .405.1井底車場形式確定及論證 405.2井底井場的布置、存車線路、行車線路布置長度 415.3井底車場通過能力驗算 43第六節(jié) 開采順序 .476.1沿井田走向的開采順序 476.2沿煤層傾斜方向的開采順序 476.3采區(qū)接續(xù)計劃 48第四章 帶區(qū)巷道布置及帶區(qū)生產系統 .50第一節(jié) 帶區(qū)概述 .501.1設計帶區(qū)的位置、邊界、范圍、帶區(qū)煤柱 501.2帶區(qū)的地質和煤層情況 501.3帶區(qū)的生產能力、儲量及服務年限 50第二節(jié) 帶區(qū)巷道布置 .512.1區(qū)段劃分 512.2采區(qū)斜巷布置 522.3采區(qū)車場布置 5252.4采區(qū)煤倉形式、容量及支護 552.5采區(qū)硐室簡介 572.6采區(qū)工作面接續(xù) 57第三節(jié) 采區(qū)準備 .583.1采區(qū)巷道的準備順序 583.2采區(qū)主要巷道的斷面示意圖及支護方式 58第五章 采煤方法 .60第一節(jié) 采煤方法的選擇 .601.1采煤方法選擇的制約因素 601.2采煤方法的選 60第二節(jié) 回采工藝 .602.1選擇和決定回采工作面的工藝過程及使用的機械設備 602.2選擇采面循環(huán)方式和勞動組織形式 62第六章 井下運輸和礦井提升 .64第一節(jié) 礦井井下運輸 .641.1運輸方式和運輸系統的確定 641.2礦車的選型及數量 651.3帶區(qū)運輸設備的選擇 66第二節(jié) 礦井提升系統 .672.1礦井主提升系統的選擇與計算 67第七章 礦井通風與安全 .68第一節(jié) 礦井通風系統的確定 .681.1概述 681.2主扇工作方式的確定 68第二節(jié) 風量計算與風量分配 .692.1風量計算 692.2風量分配 722.3風量調節(jié)方法與措施 742.4風速的驗算 74第三節(jié) 礦井通風阻力的計算 .753.1確定全礦最大通風阻力和最小通風阻力 753.2礦井等積孔的計算 78第四節(jié) 通風設備的選擇 .7964.1主扇的選擇計算 7974.2電動機的選擇 .804.3反風措施 80第五節(jié) 礦井安全技術措施 .805.1預防瓦斯及煤塵爆炸 805.2火災與水患的預防 815.3其他事故的預防 81第八章 礦井排水 .83第一節(jié) 概述 .831.1礦井水來源及涌水量 831.2對排水設備的要求 83第二節(jié) 礦井主要排水設備 .842.1排水方式與排水系統簡介 842.2主排水設備及管路的選擇計算 84第九章 帶區(qū)供電 .88第一節(jié) 礦井供電系統概述 .881.1電力用戶的分級和電壓等級 881.2地面變電所 881.3井下供電系統 881.采區(qū)供電 89第二節(jié)采區(qū)電器設備的型號及數目 89第三節(jié) 變壓器容量選擇 .90第四節(jié) 電纜選擇計算 .90第十章 技術經濟指標 .93總結 95致謝 96參考文獻 97附錄 1 98附錄 2 .1037緒論通過大學四年的學習，我掌握了很多專業(yè)知識，為了能更好的鞏固和運用這些知識，我做新安礦的新井設計，而且我在畢業(yè)實習中也收集到了很多新安礦的資料。本設計主要是關于新礦井的建設，其中包括開拓方式、采煤工藝、支護方式、設備選型以及礦井的各個系統。本設計包括通風安全方面、采煤工藝方面、巖石力學方面以及 CAD制圖方面的知識。采礦方面的知識更新很慢，本設計采用了一種創(chuàng)新模式，這是一個新的方案，主要是針對小煤層群的開采方法，本方法采用反傾向的巷道布置，不需要布置上下山，因此，可以節(jié)省很多開采費用，也更利于礦井的生產和管理。本設計主要是通過繪制礦井的各種圖紙來，來進行礦井的優(yōu)化設計，這其中文字部分包括大量的方案比較，以便是設計更加合理。在設計時，需要對礦井的地質情況、煤層的受力等情況進行分析，這樣才能使建成的礦井更加與實際相符。我 希 望 通 過 做 本 次 畢 業(yè) 設 計 ， 我 能 夠 學 到 更 多 的 采 礦 專 業(yè) 知 識 ， 鞏固 我 所 學 過 的 各 種 知 識 ， 并 且 能 夠 很 好 的 運 用 他 們 ， 從 而 也 為 我 以 后的 工 作 打 下 良 好 的 基 礎 。8第一章 井田概況及礦井地質特征第一節(jié) 井田概況1.1、井田位置及范圍東榮三礦位于黑龍江省雙鴨山市友誼縣（三師十八團八營）境內，地理坐標為北緯 46°26′00″～46°27′00″，東經 131°40′00″～131°41′00″，坐標系統采用 1954年北京坐標系統。行政區(qū)劃隸屬于黑龍江省雙鴨山市寶山區(qū)。井田范圍東以 F1和 F7斷層為界，西以 3勘探線為界，北以煤層露頭為界，南抵南部斷層，東西長 4.5km ，南北寬 4.3km，面積：15.4km2。1.1.2、交通位置本礦東南部與寶清縣交界，在雙鴨山煤田東北緣七星河礦區(qū)內，西距雙鴨山市 65km，南距雙鴨山七星礦 15km。交通方便，向北 9公里有福前鐵路，最近車站為興隆站，鐵路經由雙鴨山和福利屯至佳木斯可通往全國各地，公路可通往寶清、福利和雙鴨山。具體地理交通情況見圖 1-1。1.1.3、地形與河流區(qū)內地勢平坦，海撥標高 86.76～150.27m，有人工河流三條，自北向南流，與該區(qū)東側七星河匯合，流入繞力河注入烏蘇里江。1.1.4、氣象本區(qū)屬大陸性氣候，溫差較大，最低溫度達-39℃，一般-20～30℃，每年11月至 4月為結凍期，凍土帶深度達 20米左右，夏季最高溫度零上 38℃，雨季集中在 7、8、9 月份，平均降雨量約 452～737mm?？碧絽^(qū)所在友誼縣，是黑龍江省主要農產品基地之一，該縣在 2004年約有人口 20萬余人，耕地面積 18萬 7千余畝，縣辦工業(yè)較發(fā)達，有煤、鐵、拖拉機配件、農機制造、制酒、面粉、大米等大中型工廠數拾處。井區(qū)西南約20km處是原始森林，木材蓄積量較大。9圖 1-1雙鴨山礦業(yè)集團交通示意圖10第二節(jié) 地質特征2.1、礦區(qū)范圍內的地層情況從老至新有元古界麻山群，中生界下白堊統，以及新生界第三、第四系。分別表述如下：1、元古界麻山群：主要分布在煤田外圍，由拓榴石片巖，石英黑云母片巖及花崗片麻巖等 組成的變質巖系，厚度不清。2、下白堊統雞西群城子河組：城子河組為主要含 煤地層，不整合覆于麻山群及古生代花崗巖之上，為陸相沉積，以灰白色砂巖與粉砂巖組成夾濘灰?guī)r層 10余層。含煤 59余層，其中可采者 17層，集中分布于城子河組中段，總厚度 878m。3、穆棱組：由深灰色、淺灰綠色及灰色的粉砂巖、泥巖組成，夾灰白色粉砂巖及薄層濘灰質巖石。含煤性差，僅 2～4 層薄煤，均不可采。與下覆的城子河組地層為整合接觸?？偤穸?558m。4、下白堊統樺山群：見于向陽南部，由一套陸相碎屑巖類及中性火山碎屑巖類組成。厚度達 400m。5、第三系：見于向陽區(qū)南部及新安區(qū)東南部，以淺綠色細、中、粗粒泥質膠結的砂巖為主，夾黃綠色粉砂巖，呈半膠結狀。下部礫巖層與城子河組地層不整合接觸，其上被第四系所覆蓋。厚度 280m。6、第四系：分布近代河床及低洼濕地，主要由腐植土、砂、礫、亞粘土及玄武巖等組成。厚度 80米。詳見煤系地層綜合柱狀圖 1-2：2.2、井田范圍內和附近的主要地質構造構造：該區(qū)為雙鴨山煤田東端，由德發(fā)向斜，保安背斜及向陽向斜組成一不對稱煤盆地，而新安向斜則為雙鴨山煤田北部興隆凸地，東側由于斷裂而保存下來的煤盆地，地層走向受基盤控制，多為 NE及 NNE向、傾向為 S，一般傾角 12～20°，主要斷層構造見表 1-1。巖漿巖：該區(qū)分布著不同時代及不同類型的侵入巖類和噴出巖類，據現有資料，侵入巖可分為元古界侵入巖類，燕山期侵入巖類，噴出巖類有燕山期噴出巖及喜山期噴發(fā)巖以及新構造期噴發(fā)巖。圖 1-2 煤系地層綜合柱狀圖11界 系 群 組 段 厚度（m） 分布范圍 巖性特征 接觸關系第四系15～65 全區(qū)發(fā)育由河漫灘，沖積層，洪積層以及坡積層等組成。多為砂質粘土、粘土、砂層、砂礫等組成，頂部為腐植土。新生界第三系0～280第 8線東側普遍發(fā)育本系由淺綠，綠色泥質粉砂巖及淺灰色、分選甚差，磨圓度不好的細砂巖組成。膠結不良成半膠結，粒度由上而下變粗。穆棱組5、6 線南側發(fā)育本組主要由粉砂巖、泥巖組成，次為細砂巖夾少量中砂巖，全組巖石顏色較其下部的城子和組偏淺，上中部基本不含煤，本組被早白堊紀輝綠巖侵入。上 0～270中 220～374中生界下白堊統雞西群城子和組下 0～230全區(qū)發(fā)育本組由灰白色砂巖，灰淺灰色砂巖和粉砂巖與細砂巖互層組成夾有薄層凝灰?guī)r，粒度由上而下由細變粗。為便于對比，劃分為上中下三段，主要煤層集中于中段，本組被早白堊紀巖漿分二期侵入。元古界麻山群分布本區(qū)外圍構造盆地基地主要由黑云母片花崗麻巖，石英片巖，石英巖，綠泥石片巖，片巖等組成。被前古生界粗粒、斑狀黑云母花崗巖侵入。不整合不整合整合不整合表 1-1 主要斷裂構造表12順序 名稱 性質 斷層面 走向 斷層面 傾向 傾角 落差（m） 水平斷距(m)1 F1 正 NW SW 75o 7.0 5～82 F2 正 NE SE 75o 3.5 4～63 F3 正 NW SW 75o 0～1.7 0～64 F7 正 NW SW 75o 1.7～5.9 0～75 F8 正 SE NE 75o 0～2.3 0～52.3、煤層賦存狀況及可采煤層特征本井田開采的煤層主要位于侏羅系雞西群城子河含煤組，本組共有厚薄煤層 3組，為了清楚起見，現將各煤層厚度、結構、容重和頂底板情況分層以文字敘述如下(附煤層特征表 1-2)：表 1－2 可采煤層特征表煤層厚度（m）圍巖最大～最小序號煤層名稱 平均層間距（m）傾角（o） 頂板 底板煤的牌號硬度（?）容重（t/m 3）煤層構造及穩(wěn)定性7.9 12.9114上8.865°中砂巖粉砂巖氣煤弱粘結煤長焰煤2．5 1．36不穩(wěn)定1.9 2.92 152.3650．8 5°中粗砂巖細砂巖氣煤弱粘結煤無煙煤貧煤長焰煤2．5 1．45較穩(wěn)定1.8 2.73 172.226．2 5°細砂巖粉砂巖細砂巖氣煤弱粘結煤長焰煤2．5 1．36較穩(wěn)定(1)14號煤層：煤厚 7.9～12.9m，一般平均厚度為 8.86m，為單煤層，頂13板巖性以中砂巖為主，其次為粉砂巖。(2)15號煤層：煤厚 1.9～2.9m，一般厚度 2.36m，為單煤層，頂板為中粗粒砂巖，偽頂為粉砂巖。(3)17號煤層：煤層厚度 1.8～2.7m，一般厚度 2.2m，頂板為粉砂巖，偽頂是含炭粉砂巖。2.4、巖石性質、厚度特征詳見巖石物理力學性質指標表 1-3：表 1-3 輝綠巖巖床統計表床號 巖性 厚度（m） 面積（km2） 相應層位1 輝綠巖 1.4～19.95 10.20 8號煤層2 輝綠巖 1.0～10.25 14.5 10號煤層3 輝綠巖 0.7～14.25 3.20 12號煤層2.5、井田內的水文地質情況本區(qū)地形西部高,東部平緩,七星河階地絕對標高為 90～100m,河漫灘絕對標高為 85～90m,下白堊統煤系被很厚的第四系沖擊層所復蓋.七星河從區(qū)外東南部流過,河床蛇曲,據楊家圍子河流觀測站資料,最大流量達 569m3/s,冬季流量很小,幾乎斷流。七星河最高洪水位淹沒范圍為七星河以東，洪水位標高為45～52m。2.6、沼氣、煤塵及煤的自燃性1、瓦斯：新安煤礦屬于低瓦斯礦井，在地質條件簡單，開采深度淺，-350米水平以上，瓦斯涌出量非常小。隨著深度增加，瓦斯涌出量逐漸增加，不同煤層瓦斯含量也有不同。根據勘探資料 10號煤層瓦斯含量較高，其它各煤層含量較小。主要可采煤層 CH4平均含量為 0.15m3/t，可燃質、CO 2各煤層平均含量為 0.5m3/t，可燃質各主要可采煤層瓦斯自然成分以 N2為主，CO 2次之，CH 4最少，本礦瓦斯相對涌出量為 0.547m3/t，屬于低瓦斯礦井。2、煤塵：根據煤塵爆炸性試驗指標，煤塵爆炸指數 45-53%之間，該礦開采的煤層屬于易發(fā)生爆炸危險的煤層。3、煤的自燃：根據鄰近礦井資料該礦井 12煤有自燃發(fā)火的傾向，煤層的14自然發(fā)火期為 3～6 個月，礦井總體為Ⅱ級自然發(fā)火礦井。4、地溫特征：本區(qū)恒溫深度 16～26 米，溫度 6℃,從地溫測量成果計算分析，本區(qū)平均地溫梯度為 2.7℃/100m,平均地熱增溫率為 38.2m/1℃，地溫梯度小于 3℃。本區(qū)基本屬于地溫正常區(qū)。但隨著開采深度的增加，地溫將有所升高。給生產安全帶來負面影響。5、地壓特征：根據地壓觀測資料，煤巖層在斷層附近特別破碎，特別是在大斷層附近表現的尤為明顯。隨著開采深度的增加，地壓增大。2.7、煤質、牌號及用途根據中國煤炭的分類方案，本區(qū)以長焰煤為主，無煙煤、貧煤、弱粘結煤、氣煤 1號等次之。各層煤的牌號分布與煤的原始質料及其轉變、聚積環(huán)境及后期變質因素有關。8 上、10 號煤層為無煙煤、貧煤及弱粘結煤，除 12號煤層深部有少量氣煤 1號外，其余各層均為長焰煤。根據大量煤樣的工業(yè)分析，結焦性試驗，7 勘探線以東揮發(fā)分大于 35%，膠質層 3～5m/m，7 線以西揮發(fā)分小于 15%，膠質層為零。根據上述主要煤質指標，7 線東側長焰煤可作動力煤，7 線西側無煙煤亦可作動力煤。而其它煤種可作動力煤或民用煤。1．灰份：12 層煤基本一致，其它層勘探灰份偏低。2．揮發(fā)份：多數相差 1％左右，個別層相差 2％。3．發(fā)熱量：發(fā)熱量相應較高。15第二章 井田境界、儲量及服務年限第一節(jié) 井田境界1.1、井田境界確定的依據1.以地理地形、地質條件作為劃分井田境界的依據；2.要適于選擇井筒位置，合理安排地面生產系統和各建筑物；3.劃分的井田范圍要為礦井發(fā)展留有空間；4.井田要有合理的走向長度，以利于機械化程度的不斷提高。1.2、井田周邊情況本礦北側以西峪村煤礦為其邊界，東側有公路作為該井田的邊界，南側為一東西走向的斷層，西側有數條斷層，并且有居民區(qū)，以此作為該井田的邊界。西距雙鴨山市 65km，南距雙鴨山七星礦 15km。交通方便，向北 9公里有福前鐵路，最近車站為興隆站，鐵路經由雙鴨山和福利屯至佳木斯可通往全國各地，公路可通往寶清、福利和雙鴨山。第二節(jié) 井田儲量2.1、井田儲量的計算設計井田范圍內計算的煤層為 14#、15#、17#三層，各煤層儲量計算邊界與井田境界基本一致。礦井儲量是指礦井內所埋藏的具有工業(yè)價值的煤炭數量。它不僅包含著煤在地下埋藏的數量，而且還表示煤炭的質量，反映井田的勘探程度及開采技術條件。礦井儲量可分為礦井地質儲量、礦井工業(yè)儲量和礦井可采儲量。礦井工業(yè)儲量是指平衡表內 A+B+C級儲量的總和。礦井設計儲量是礦井工業(yè)儲量減去設計計算的斷層煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱和已有的地面建筑物、構筑物需要留設的保護煤柱等永久煤柱損失量后的儲量。礦井可采儲量是指礦井設計儲量減去工業(yè)場地保護煤柱、礦井井下主要巷道及上下山保護煤柱后乘以采區(qū)回采率的儲量。162.2、保安煤柱按照保護煤柱的設計原則：《煤礦安全規(guī)程》 ，留設保安煤柱如下：1.邊界斷層留設 30m～50m 保安煤柱；2.井田內部斷層留設 30m保安煤柱；3.河流兩側各留設 15m寬圍護帶；4.地面建筑物留設 20m寬圍護帶；5．煤層大巷兩側煤柱各寬 50～100m。按以上方法計算得：工業(yè)廣場煤柱損失：161.65 萬噸；斷層、地面、邊界保安煤柱損失：457.09 萬噸；開采損失量：1822.9 萬噸。2.3、儲量計算的評價本設計礦井的各類儲量計算嚴格按照有關規(guī)定執(zhí)行。各類儲量見表 2-1表 2-2 礦井工業(yè)儲量匯總表水平煤層號工業(yè)儲量A+B+C(萬 t)工業(yè)場地井田境界斷層其他損失合計開采損失可采儲量（萬 t）14 14942 598 702 104.6 89.7 1494.2 2690 1075815 3710 148.4 174.37 25.97 22.26 371 667.8 267112 3980 159.2 187.06 27.86 23.88 398 716.4 2865.5合計 22632 905.3 1063.4 158.4 135.9 2263.2 4555.2 16294.517第三節(jié) 礦井工作制度、生產能力及服務年限3.1、礦井工作制度根據《設計規(guī)范》規(guī)定：（1）礦井年工作日按 300天計算；（2）礦井每晝夜四班工作，其中三班進行采、掘工作，一班進行檢修；（3）每日凈提升時間 14小時。3.2、礦井生產能力及服務年限一. 根據《設計規(guī)范》 ，礦井的設計生產能力應為：大型礦井：1.2、1.5、1.8、2.4、3.0、4.0 及以上（Mt/a） ；中型礦井:0.45、0.6、0.9（Mt/a） ；小型礦井：0.09、0.15、0.21、0.3（Mt/a） ；除上述井型以外，不應出現介于兩種設計生產能力的中間井型。二. 礦井設計生產能力方案比較本礦井已查明的工業(yè)儲量為 22632Mt,，估算本井田內工業(yè)廣場煤柱，境界煤柱等永久煤柱損失量占工業(yè)儲量的 10%，各可采層均為厚煤層，按礦井設計規(guī)范要求確定本礦的采區(qū)采出率為 80%，由此計算確定本井田的可采儲量為16294.5Mt。根據地質報告的資料描述，煤層儲量適中，地質構造比較簡單，煤層生產能力大以及煤層賦存深等因素，初步決定采用中型礦井設計。并初步確定三個方案，即礦井生產能力為 1.20Mt/a，1.50Mt/a 和 1.80Mt/a三個方案，分析論證如下：按照公式P=Z/AK式中，P---為礦井設計服務年限，a；Z---井田的可采儲量,Mt；A---為礦井生產能力,Mt/a；K---為礦井儲量備用系數，一般取 1.4；計算得：P1=96a ； P2=77.6a； P3=54a；18經與《規(guī)程》和采礦設計手冊相核對，并考慮第二、三煤層的產量確定77.6a為比較合理的服務年限，即本礦井的生產能力為 150Mt/a。第三章 井田開拓第一節(jié) 概述1.1井田內外及附近生產礦井開拓方式概述本設計井田，煤層的賦存深度大約在離地表 500米左右，煤層傾角較小，并在井田范圍內油含水豐富的沖擊層，礦區(qū)地面標高在＋11500 至＋703m 之間屬于丘陵區(qū)，地區(qū)起伏不大，礦區(qū)煤層賦存穩(wěn)定，斷層少落差不大，大的斷層都作為礦區(qū)的邊界，礦區(qū)附近各個礦井井型不同，開拓方式以立井開拓、斜立井聯合開拓居多，平硐開拓少見。1.2影響本設計礦井開拓方式的因素及具體情況井田開拓方式的選擇應全面考慮各種因素，主要因素包括：(1)井田地質和水文地質條件（特別是表土層情況） ；(2)煤層賦存和開采技術條件；(3)地形地貌和地面外部條件；(4)技術裝備和工藝系統條件；(5)施工技術和設備條件；(6)總體設計和礦井生產能力要求等。對以上各種因素要綜合研究，通過系統優(yōu)化和多方案技術經濟比較后確定。影響本設計井田開拓方式的具體因素如下：1．地表因素本井田屬于緩坡丘陵地形，地勢起伏較平。2．煤層賦存情況整個井田的煤層上部標高在 300m，下部標高在 100m，北部及西部以斷層為界。整個礦區(qū)共有 3層可采煤層，即 14、15、17 號，全區(qū)發(fā)育。煤層走向長度為 4.0km，傾向 3.0km。本井田煤層系近水平中厚煤層，平均傾角在5.0°左右。19第二節(jié) 礦井開拓方案選擇2.1井筒形式和井口位置井口附近要有一定范圍用以布置工業(yè)場地，其中包括主輔井生產系統建筑物與結構物礦井工業(yè)場地占地指標。選擇井井筒位置應當充分利用地形，以地面生產條件系統布置要求，平坦地形最適合礦井建設，不僅平場工程量較小，大型建筑物基礎處理也比較簡單。一、 地面條件：1、工業(yè)場地占地面積井口附近要有一定的范圍用以布置工業(yè)場地，其中包括主副井生產系統建筑物與結構物，根據《煤炭工業(yè)設計規(guī)范》礦井工業(yè)場地的占地面積指標，該礦井占地約有 12～14.4 公頃，由于礦井占地較多，矸石和煤泥水對生態(tài)有一定的影響，故應選擇荒山坡地結合地形布置生產系統，以減少土石工程，認真貫徹不占良田，少占農田，不拆或少拆村莊的方針。2、地形與工程地質條件選擇井筒的位置應當充分利用地形，從地面生產系統布置要求，平坦地形最適合礦井建設，這樣不僅平場工程量少，大型建筑物基礎比較簡單，井口附近不能過分低洼，不僅要避免洪水災害，還要避開滑坡、巖崩、流沙河泥石流危險區(qū)。3、煤的運向為了減少運輸費用，在確定井筒位置時，要考慮主要運輸所在的位置，有條件的應盡量使提升井筒或運輸平硐靠近主要運向一側。二、 井下條件：1、按最小運輸功確定井筒的位置通常把運量和運距的乘積叫做運輸功，以噸公里表示，在同一井田內，大巷運輸費高低與所消耗的運輸功近似成正比。井田儲量一定時，沿井田走向大巷運輸功的變化可因井筒位置的不同而成倍的增加，當井田形狀規(guī)則，儲量分布均勻時，最小運輸功的位置在井田的中心，井筒設于此處，不僅運輸費用低，巷道維護、盤區(qū)準備及通風費用也相應降低。2、根據地質條件：井筒位置應選擇在以丘陵坡地為主的寬緩地帶，該處沖擊層薄，地下補20給范圍有限，工程地質條件較好。土地畝產較低，如果井筒位于沖擊平原，應該根據鉆孔資料尋找基巖隆起區(qū)，可利用故地形和掩埋著的沖擊層。3、煤柱量：為減少煤柱量，在選擇井筒位置時，如果不能設在井田之外，應結合其他條件盡量使井筒設在煤層淺部，即可少壓煤，也便于后期回收，淺部沒有條件時，井筒應選擇在無煤區(qū)、薄煤區(qū)、高灰份區(qū)、變質區(qū)，但是又不能給井筒的施工帶來困難。依據本井田的儲量分布圖，及剖面圖．考慮水平劃分及主要巷道布置，確定井口的位置在整個井田的儲量中心，坐標為：主井坐標：經度 94200，緯度 97535副井坐標：經度 94140，緯度 97535根據地形地貌、煤層賦存條件及確定的工業(yè)場地位置，本著合理開發(fā)全井田，集中生產運輸環(huán)節(jié)簡單、初期井巷工程量少、投資省、出煤早、達產快、安全、高效的原則，設計提出了三個開拓方案：方案一：雙立井開拓方案二：雙斜井開拓方案三：主立副斜開拓以上三種井筒開拓方案比較如下：(一)適用條件比較：斜井:煤層賦存較淺，垂深在 200m以內，煤層賦存深度為 0－500m，含水砂層厚度小于 20－40m，表土層不厚，水文地質情況簡單的煤層．井筒不需要特殊方法施工的緩傾斜及傾斜煤層．立井:煤層賦存深度 200－1000m，含水砂層厚度 20－400m,立井開拓的適應性很強，一般不受煤層傾角，厚度，瓦斯，水文等自然條件限制．技術上也比較可靠．當地質條件不利于平硐或斜井開拓時均采用立井開拓方式。(二)斜井與立井相比斜井:優(yōu)點：井筒掘進技術和施工設備比較簡單，掘進速度快，地面工業(yè)建筑，井筒裝備，井底車場及硐室都投資少；井筒裝備和地面建筑物少，不用大型提升設備，鋼材消耗量??；膠帶輸送機提升增產潛力大，改擴建比較方便，容易實現多水平生產，并能減少井下石門長度。缺點：在自然條件相同時，斜井要比立井長；圍巖不穩(wěn)固時，斜井井筒維21護費用高，當井田斜長較大時，采用多段絞車提升，轉載環(huán)節(jié)多，系統復雜;由于斜井較長，沿井筒敷設管路，電纜所需的管線長度較大。立井:優(yōu)點：立井的井筒短，提升速度快，提升能力大，對輔助提升特別有利，機械化程度高，易于自動控制，井筒為圓形斷面機結構合理，維護費用低，有效斷面大通風條件好，管線短，人員升降速度快；缺點：與斜井優(yōu)點相對。技術比較表： 方案名稱優(yōu)點 缺點1雙 立 井1、 適應性較強2、 井筒短，提升速度快3、 通風斷面大，能滿足大風量的要求。4、 技術上比較可靠1、 初期投資大，建井期較長。2、 需要大型提升設備3、 多水平開拓時，立井石門長度大，掘進石門的工程量大2雙斜 井1、 掘進速度快，初期投資叫雙立井少。2、 井筒設備簡單1、 井筒過長，增加煤柱的損失。2、 通風路線長，通風阻力大，滿足不了通風的要求。3、 3、井筒過長，地質條件如果復雜，不利于維護。依據開拓方案技術比較表可初步選定兩種較合理的開拓方案。方案一：雙立井開拓方案二：雙斜井開拓經濟比較22方案 雙立井 雙斜井 內容 工 程 量 單 價 費用 工程量 單價 費用單 位 名稱長度單位金額 單位小計單位長度 單位金額 單位小計 單位基 巖 段主 井 掘進500 米 3195.8 元 162.98萬元1850 米 850.3 元 157.3萬元基 巖 段副 井 掘進500 米 3991 元 199.55萬元1814 米 921.5 元 167.2萬元基 巖 段主 井 輔助510 米 4278 元 218.2萬元1850 米 1477.4 元 273.3萬元基 巖 段副 井 輔助500 米 4521 元 226.1萬元1814 米 1182 元 267.9萬元表 土 層副 井 輔助50 米 2343.5 元 11.7萬元181 米 1477 元 21.4萬元主 井 提升105 Wtkm0.725 元／tkm76 萬元144 Wtkm0.245 元 ／tkm 35.28萬元副 井 提升105 Wtkm0.725 元／tkm76 萬元120 Wtkm0.305 元 ／tkm36.55 萬元合計 萬元3.2.2開采水平數目和標高根據煤層的賦存條件和傾斜長度，一個井田可以單水平開采，亦可以多水平開采（從上往下逐水平開采） 。每個開采水平設井底車場和運輸大巷，供該水平各帶區(qū)煤的外運、輔助運輸和通風用。23煤礦科技迅猛發(fā)展，在高度機械化的基礎上實現高度集中化是主要的發(fā)展方向，高產高效礦井要求集中在一個水平，1～2 個工作面生產。這就要求加大工作面、帶區(qū)和水平的走向及傾斜尺寸，要求有豐富的資源儲量。本設計井田水平標高的確定主要考慮了以下幾個因素：1、合理的水平服務年限；2、煤層賦存條件及地質構造；3、生產成本；4、水平接替井底車場及其主要硐室的位置應盡量處于較好的巖層內。根據上述因素，本設計井田設計提出水平劃分方案如下：方案一：井田劃分為一個開采水平；方案二：井田劃分為兩個開采水平。表 3—1水平儲量及服務年限表儲量（Mt） 服務年限（年）方案一 單水平 99.08 59.8一水平 45 26方案二二水平 54 34從該表可知，方案二中的一水平達不到合理的服務年限，且根據本井田地質條件限制，不利于多水平開采；而方案一有利于帶區(qū)的接續(xù)，且巷道利用率高，噸煤成本相對較低。故而采用方案一的水平劃分方法，即劃分一個開采水平。3.2.3開拓巷道布置階段或水平主要巷道是溝通帶區(qū)與井底車場的交通運輸干線，并進行通風排水及布置管線，當上一階段采完后，又可作為下階段開采水平的總回風道，其工作年限較長，如果用單一水平開拓，其工作年限與礦井服務年限相同。布置的核心問題是運輸大巷的布置，運輸大巷可有單煤層布置（稱分煤層運輸大巷）分煤組布置（稱分組集中運輸大巷）或全煤組集中布置（稱集中運輸大巷）主要根據煤層的數目和間距來定。采用分煤層或分組集中大巷時，各煤層大巷之間、各大巷與井底車場之間用石門聯系；用集中運輸大巷時，各煤層組之間用帶區(qū)石門聯系?，F依據礦井設計生產能力及技術可行角度，特提出以下二種大巷布置方24式：如圖所示：132一 一132方案一：分組集中運輸大巷方案二：集中運輸大巷詳見比較表：表 3—2開拓方案比較表特點 分組集中大巷布置 集中大巷布置25優(yōu)點1.總的巷道工程量較少2.生產比較集中3.帶區(qū)巷道分組聯合布置4.大巷容易維護，運輸條件好1. 大巷工程量少2. 生產區(qū)域比較集中，運輸條件好3. 帶區(qū)巷道集中聯合布置，開采程序比較靈活，開采強度大4. 大巷維護容易缺點1．石門長度較長2．掘進工程量大1. 總的石門長度大2. 初期工程量大，建井時間長3. 有反向運輸適應條件1.可采煤層數目多，間距大小不同2.帶區(qū)巷道為分組聯合布置，煤層分組間距大3.井底車場在煤層群上部或中間時，初期工程少，工期長1.煤層間距小2.井田走向長度大，服務年限長3.下部煤層底版有堅硬有巖層，帶區(qū)尺寸大，石門長度短本設計井田的可采煤層為 1、2 號煤層，傾角小。針對上述情況，由對比表可知，本井田適合于集中大巷布置，所以采用方案二。在一定的井田地質條件、開采技術條件下，礦井開拓巷道有多種布置方式，開拓巷道的布置方式通稱為開拓方式。合理的開拓方式，一般應在技術可行的多種開拓方式中進行技術經濟分析比較后，才能確定。詳見一下比較:（1）開拓方案方案一：總石門——分煤層大巷——帶區(qū)材料車場及帶區(qū)入風石門——分26帶運輸巷及運料巷——傾斜長壁回采工作面；32方案一平面圖方案二：3227方案二平面圖1、首層：分煤層大巷——帶區(qū)車場及帶區(qū)石門——分帶運輸巷及運料巷——傾斜長壁回采工作面；2、其它層：集中大巷——反斜集中斜巷——分煤層大巷——帶區(qū)材料車場及帶區(qū)入風石門——分帶運輸巷及運料巷——傾斜長壁回采工作面；方案三：集中大巷——帶區(qū)下部車場——反斜帶區(qū)斜巷及煤倉——分帶運輸巷及運料巷——傾斜長壁回采工作面。32方案三平面圖方案一的優(yōu)點如下：由于方案一用總石門貫穿所有煤層，總石門、分煤層大巷和帶區(qū)車場中可以選用同一種運輸設備，分煤層大巷與分帶巷道之間再沒有斜巷聯系，所以，方案一的運輸段數最少。方案一的缺點如下：1、每層煤都要掘進多條分煤層大巷，分煤層大巷總條數過多，井田開拓掘進總工程量大，給費用和成本帶來了過重的負擔；2、由于煤層傾角小，造成各水平總石門長度大，工程量大；3、由于巷道多，總工程量大，所以巷道維護量大，維護費用高；4、由于工程量大，又是單層開拓、扒皮式回采，所以采掘干擾嚴重；5、由于帶區(qū)材料車場和帶區(qū)入風石門（也擔負掘進運矸的任務）是從煤層底板穿向煤層，煤層傾角緩，要留大量的護巷煤柱；總石門和兩翼回風石門較長，壓煤量較多；所以煤炭采出率低。6、各煤層的分煤層運輸大巷和回風大巷處在下層煤下山階段的上方，回28風立井處在井田邊界附近，煤層之間幾乎不能實現同采，一般為扒皮式回采，給各煤層間的搭配開采造成極大的困難，礦井生產期內的產量、煤質、煤種等綜合指標不穩(wěn)定；7、由于井田境界是鉛垂劃分，一、二水平是水平劃分，造成上部煤層俯斜工作面可推進長度過長，下部煤層俯斜工作面可推進長度過短，使得每層煤的仰、俯斜回采工作面可推進長度不均勻，分帶接續(xù)不均衡，增加了分帶巷道運輸費用；8、當井田內存在傾向斷層時，分煤層回風大巷要頻繁找煤，大巷的彎道數量增加，影響運輸設備的運行速度且增加投資，所以，該方案對構造適應能力差；9、通風網路較長，通風費用較高；10、每層煤的護巷煤柱較大，在有自然發(fā)火危險的煤層中，護巷煤柱壓裂透風容易引起自然發(fā)火；另外，由于是分層開拓，最易助長短期行為，引發(fā)掏肥丟瘦、浪費資源的現象。一般在井田走向短，煤層數目少，煤層間距大，采用集中布置有困難且經濟上不合理時，才采用此種布置方案。方案二的優(yōu)點如下：1、一水平井筒較短，建井工期較短，初期投資較低；2、每層煤仰、俯斜回采工作面的推進長度相差較小，分帶接續(xù)較均衡，分帶巷道運輸費較低；3、分帶運輸巷和分帶運料巷掘進通風較容易。方案二的缺點如下：1、由于巷道多，總工程量大，所以巷道維護量大，維護費用高；2、由于工程量大，又是單層開拓、扒皮式回采，所以采掘干擾嚴重；3、由于帶區(qū)材料車場和帶區(qū)入風石門（也擔負掘進運矸的任務）是從煤層底板穿向煤層，煤層傾角緩，要留大量的護巷煤柱；集中斜巷和兩翼回風斜巷較長，壓煤量較多；所以煤炭采出率低。4、各煤層的分煤層運輸大巷和回風大巷處在下層煤下山階段的上方，回風立井處在井田邊界附近，煤層之間幾乎不能實現同采，一般為扒皮式回采，給各煤層間的搭配開采造成極大的困難，礦井生產期內的產量、煤質、煤種等綜合指標不穩(wěn)定；5、當井田內存在傾向斷層時，分煤層回風大巷要頻繁找煤，分煤層運輸29大巷的彎道數量增加，影響運輸設備的運行速度且增加投資，所以，該方案對構造適應能力差；6、每層煤的護巷煤柱較大，在有自然發(fā)火危險的煤層中，護巷煤柱壓裂透風容易引起自然發(fā)火；7、由于是分層開拓，容易助長短期行為，引發(fā)掏肥丟瘦，浪費資源的現象。與方案一類似，一般在井田走向短，煤層數目少，煤層間距大，采用集中布置有困難且經濟上不合理時，才采用此種布置方案。在目前設計、制造和使用的回采工作面機械設備的條件下，以上幾種井田開拓方案的適用條件是傾角 12°以下的煤層，但對現有機械設備采取一些相關措施，也可將適用條件擴大到傾角為 17°的煤層。方案三優(yōu)點如下：1、大巷工程量及與大巷有關的聯絡巷道相對于其它三種方案大大減少，無總石門，也無回風石門，總工程量最少，大大降低了費用和成本；2、由于總工程量較其它方案大為減少，所以巷道維護量大為減少，巷道維護費大大降低；3、由于煤層間的開采順序是階梯式，總工程量又少，所以采掘干擾輕微，回采面接續(xù)從容。井田每翼可安排 1～3 個帶區(qū)階梯式同采，增產潛力大，排產靈活，礦井服務年限內的均衡生產容易保證；4、帶區(qū)斜巷與煤層的夾角較大，而且隨著煤層的階梯開采逐段報廢，越來越短，所以壓煤量為零；集中大巷處在煤層群的最下部煤層，無石門，護巷煤柱比其它方案大為減少；由于帶區(qū)斜巷的空間特性，層組內煤層的開采順序必須是自上而下的順序式，煤層間接續(xù)工程量少，薄煤層可在低準備量低成本狀態(tài)下被采出，因此最大限度地遏制了采肥丟瘦的現象的發(fā)生；所以煤炭采出率較其它方案大為提高；5、由于層組內煤層間的開采順序是階梯式，帶區(qū)斜巷又不壓煤，所以給層組內煤層的搭配開采創(chuàng)造了條件，有利于礦井生產期內綜合指標的穩(wěn)定；6、以斜巷代替石門做為煤層間的聯絡巷道，使得每層煤仰、俯斜工作面可推進長度失衡的狀況較其它方案大為改善，最大限度地緩解了工作面接續(xù)的緊張狀況，降低了分帶巷道的運輸費用；7、當遇到走向斷層時，集中大巷不必頻繁轉彎，帶區(qū)斜巷向下延伸或向上調整帶區(qū)斜巷的長度即可保證帶區(qū)斜巷與所有煤層的聯絡，所以創(chuàng)新方案對地質構造的適應能力較強；308、排水費和通風費比其它方案低；9、護巷煤柱少，在有自然發(fā)火危險的煤層中，安全狀況比其它方案好；10、由于帶區(qū)斜巷是逆傾向穿層布置，所以巷道受力狀態(tài)好，容易維護；11、由于總工程量少，出矸量少；煤炭采出率高，延長了礦井的經濟壽命，會減少單位歷史階段內的建井數量；效益高；成本低；安全狀況好；從而使得該方案具有了環(huán)保型的特性，推廣后，將有利于煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。方案三缺點如下：1、由于一水平井筒較深，加之移交前要施工帶區(qū)斜巷，所以初期工程量略大，工期略長；2、井筒提升費略高；表 3—3 技術比較表序號 對比項目 評優(yōu)準則 方案 一 方案 二 方案 三1 移交工程量及投資 少 中 優(yōu) 差2 一水平總工程量及總投資 少 差 差 優(yōu)3 工期 短 中 優(yōu) 差4 巷道維護費 少 差 差 優(yōu)5 礦井出矸量 少 差 差 優(yōu)6 煤炭采出率 高 差 差 優(yōu)7 分帶巷道長距離掘進通風 易 差 優(yōu) 中8 仰、俯斜工作面推進長度差值 少 差 較優(yōu) 優(yōu)