【文章內容簡介】 21）式中 T—礦井設計服務年限，a Z—礦井可采儲量，萬t A—礦井設計生產能力，萬t/a K—儲量備用系數，對于本礦井T = 108 /（106）= a同理可計算出第一水平的服務年限為 36a。設計規(guī)范規(guī)定：240萬t/a大型礦井的服務年限不小于60a，開采傾角0～25186。煤層的礦井，第一水平服務年限不小于30a。經校核儲量條件滿足設計生產能力的要求。4) 校核安全條件 m3/min， m3/min，礦井瓦斯等級為低瓦斯礦井。7煤層、8煤層自燃傾向性為自燃。煤與瓦斯突出及沖擊地壓危險性小。涌水量很大。根據以上條件，本礦采用中央邊界式通風，工作面采用U型通風。在副井中鋪設四趟排水管道可滿足排水的要求。煤自燃的預防，可在開拓、回采工藝、巷道布置、監(jiān)測等方面來采取措施。綜上所述，本礦井的設計生產能力為240萬噸/年。4 井田開拓 井田開拓的基本問題 確定井筒的形式、數目、配置1) 井筒形式選擇的一般標準煤層賦存和地形等條件具有平硐開拓條件時，應首先考慮采用平硐開拓。當平硐以上煤層垂高或斜長過大時，多開地面出口有利時，可采用階梯平硐開拓。 對于煤層賦存較淺，表土層不厚，水文地質條件簡單的緩傾斜、傾斜煤層，應盡量采用斜井開拓。各種提升方式的斜井井筒傾角一般規(guī)定如下： 串車提升 ≤25176。 箕斗提升 2535176。 輸送機 ≤16176。對于有條件的礦井，在急需煤炭地區(qū)，其淺部可采用片盤斜井開拓，提前出煤，由小到大，然后集中斜井開拓。片盤斜井可一個片盤生產，一個片盤準備。 采用立井開拓的一般條件為：⑴ 煤層賦存較深或沖積層較厚時；⑵ 水文地質條件復雜，井筒需要特殊施工時；⑶ 多水平開拓的急傾斜煤層；⑷ 其他井筒形式無法開拓的條件。根據井田特點，結合地面布置，采用單一的開拓方式不能滿足通風、安全生產、提升、運輸時或單一開拓不合理時，可采用平硐—立井、平硐—斜井、斜井—立井等綜合開拓方式。第一水平采用立井開拓的大中型礦井，其延深方式可采用延深井筒方法開拓深部水平，或采用膠帶輸送機暗斜井和至延深副井的開拓方式。當條件受限制時，主副井不能直接延深時，也可采用暗立井延深開拓方式。大型礦井采用立井多水平開拓，而第二水平采用暗斜井延深時，暗斜井井筒個數、主副暗斜井的提升能力，以及通風安全等條件均應作詳細計算，避免出現(xiàn)暗斜井能力不足，要特別注意副井提升能力的校核。采用立井多水平開拓時，為避免出現(xiàn)多段提升，增加生產環(huán)節(jié)，不宜多次采用暗斜井延深，避免增加設備占用量，增加投資費用。2) 本礦井的井筒形式由于礦井煤層埋藏較深，沖積層厚度中等，斜長較大，所以，本礦井采用立井多水平開拓方式。3) 井筒數目采用斜井或立井開拓時，新建礦井一般要開鑿一對井筒，滿足提升和輔助運輸的需要并滿足礦井通風和施工的需要。風井的個數是根據通風系統(tǒng)要求以及安全生產的需要合理確定的。若采用主井通風，用箕斗或膠帶輸送機井筒做風井時，應符合《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定。 呂家坨礦為新建礦井，且瓦斯涌出量低，綜合考慮后確定布置 1 個主井、1 個副井、1 個風井。 確定工業(yè)廣場及井口位置1) 工業(yè)廣場及井口位置確定的原則⑴ 對初期開采有利，即儲量必須可靠，井巷工程量省，建井工期較短。⑵ 應使井田兩翼儲量大致平衡，即井筒應位于儲量中心，利于井下運輸、通風和開采系統(tǒng)布置，減少生產經營費用。 ⑶ 盡量不占良田、少占農田。充分利用地形地貌布置工業(yè)廣場，以便使地面生產系統(tǒng)合理，便于與外界溝通，使運輸方便。 ⑷ 井筒應盡量避免穿過流沙層、較大含水層、較厚的沖積層、有煤和瓦斯突出的煤層以及較大面積的采空區(qū)和大斷層，以減少施工困難，并盡量少壓煤。 ⑸ 工業(yè)廣場和井筒應有良好的工程地質條件，不受洪水、巖崩、泥石流、滑坡及森林火災的威脅。 ⑹ 用斜井開拓時，應考慮井筒層位的合理選擇，考慮其經濟技術的合理性。 呂家坨礦工業(yè)廣場和主副井井口布置在井田走向的中央，對于本礦井井田走向中央也大致是井田儲量中央。2) 風井位置的確定風井位置應根據通風系統(tǒng)合理選擇。⑴ 采用中央邊界式通風系統(tǒng)時，主、副井筒設在井田儲量中央，風井設在井田上部邊界中央。 ⑵ 采用中央并列式通風系統(tǒng)時，進、回風井并列在工業(yè)廣場內。一般可利用其一井筒進風，另一井筒回風，主副井筒相距30～50m。大型礦井相距可達60～100m，并在井田上部邊界附近設安全出口，如果礦井水文地質條件簡單，無突水危險時，且主副井筒均能上下人員，也可以單獨設置安全出口。 ⑶ 采用對角式通風系統(tǒng)時，風井設在井田兩翼上部邊界。 ⑷ 采用分區(qū)式通風系統(tǒng)時，回風井設在各采區(qū)的上部邊界。根據呂家坨礦的生產實際：產量為240萬噸/年，走向不太長。為保證井下生產時有足夠的風量，本礦井開采前期采用中央邊界式通風。 確定開采水平和階段高度開采水平的確定是礦井設計的關鍵，它直接關系到礦井的基本建設投資及生產經營費用，是礦井開拓的重要參數。開采水平的高度根據煤層賦存條件、生產技術水平及水平接替等因素綜合考慮決定。從以下方面進行分析論證：1) 是否有合理的階段斜長；2) 階段內是否有合理的區(qū)段數目；3) 要保證開采水平有合理的服務年限和足夠的儲量；4) 要使水平高度在經濟上合理。其中開采水平有合理的服務年限很重要，須符合規(guī)范規(guī)定。水平垂高可按下表選取。表41 礦井水平垂高表井 型緩傾斜、傾斜煤層急傾斜煤層大、中型礦井150～250100～150小型礦井80～12060～100采用上下山開拓時，水平垂高可大于250 m。 對于開采近水平煤層的礦井，用盤區(qū)上（下）山準備時，盤區(qū)上山長度一般不宜超過1500 m，盤區(qū)下山不宜超過1000 m。用盤區(qū)石門和溜煤眼開采時，盤區(qū)斜長可根據具體確定。采用傾斜長壁采煤法時，階段斜長可取1000～1500 m。 為擴大水平的開采范圍，對傾角在16176。以下的緩傾斜煤層，可采用上下山開拓。在井田深部受自然條件限制時，且儲量不多，深部境界不一致，設置開采水平有困難或不經濟時，可在最終水平以下設下山開采。在開采水平以上的上山煤層斜長過長，用一個階段開采技術上有困難，安全上又不可靠時，可考慮設置輔助水平。用多水平上下山開采的礦井，為解決下山采區(qū)排水、通風和輔助運輸等困難，也可考慮設置輔助水平。開采近水平煤層分煤層開拓，距開采水平較遠的煤層，其儲量不大，設置開采水平不經濟時，也可以設置輔助水平。根據以上標準，呂家坨礦計劃設三個主水平，三個水平都采用上、下山開拓。第一水平標高為－760m，第二水平標高為－1100m。第一水平垂高為：310m，第二水平垂高為：340 m。 開采水平布置及井底車場的選型開采水平布置的原則：1) 開采煤層群時，應根據煤層數目、煤層間距條件，選擇采用分煤層運輸大巷主要石門的布置方式，或集中運輸大巷采區(qū)石門的布置方式，或者采用分組集中打巷主要石門的布置方式。某些礦區(qū)的經驗表明：煤層間距小于50 m時，一般可采用集中運輸大巷的布置方式；而采用分組集中大巷的布置方式時，分層間距一般應大于70 m。2) 有些煤層的層間距雖然較大，但煤層受斷層切割，或者賦存狀態(tài)不穩(wěn)定，只有局部可采，儲量較少，不宜單獨布置運輸大巷，可根據具體情況，與其他相鄰煤層化為一組。對于瓦斯涌出量很大的有些煤層，為了滿足技術上和安全上的要求，也可以分別劃分為煤組。對有突然涌水危險的煤層也可考慮單獨劃組。 3) 運輸大巷一般布置在底板巖層中，但在下列條件下，也可考慮布置在煤層中： ⑴ 距其他煤層很遠，儲量有限的單個薄及中厚煤層； ⑵ 煤組（或煤系）底部有距離很近的富含溶洞水或含水層，不宜布置底巖石運輸大巷，而在煤層中有堅硬頂板、有布置大巷條件的薄及中厚煤層； ⑶ 井田走向較短，運輸大巷服務年限不長，而煤層厚度又不大、大巷維護不困難時； ⑷ 煤組（或煤系）底部有煤質堅硬、圍巖穩(wěn)固、無自然發(fā)火危險的薄及中厚煤層，經技術經濟比較有利時； ⑸ 煤層賦存不穩(wěn)定、地質構造復雜的中、小礦井，尤其是地方小礦井或生產勘探性礦井。4) 大巷若布置在煤層中，需在上下幫兩側各留30～40 m 保護煤柱。5) 巖石運輸大巷應布置在堅硬、穩(wěn)定、厚度較大的巖層中，應考慮大巷距上部煤層的發(fā)現(xiàn)距離。根據我國經驗，這一法線距離一般為20～30 m。對急傾斜煤層，一般應布置在底板移動線之外，并留出10～20 m 的安全巖柱。6) 大巷的方向與煤層走向大體一致。為便于機車行使，大巷應盡量取直，不宜彎曲折轉過多。但要注意，不要因取直巷道造成大巷維護不利和開采困難。7) 近水平煤層的大巷應與井田內煤層的主要延展方向一致，便于在其兩側布置盤區(qū)。采用分煤層（組）布置大巷時，上下煤層（組）的大巷方向應一致，平面位置宜重疊，便于留設安全煤柱，并便于上下煤層配采。8) 礦井通風系統(tǒng)要求設置總回風道時，總回風道的布置原則，同上述運輸大巷基本相同。礦井第一水平的總回風道應盡可能保持標高一致。當井田上部邊界標高不一致時總回風道可按不同標高分段設置，但分段不宜過多。當井田上部沖積層厚、含水豐富，留有防水煤柱時，總回風道應布置在防水煤柱內。呂家坨礦井兩可采煤層的間距較小，地質條件較簡單，故設計采用集中大巷布置。 采區(qū)劃分及其布置采區(qū)劃分應遵循以下原則：1) 采區(qū)宜雙翼布置，當受地質條件限制時，或在安全上有特殊要求時，可以單翼布置。采區(qū)走向長度的確定應以技術上可行、經濟上合理為原則。2) 開采煤層群時，宜集中或分組布置采區(qū)。煤層群分組時，應根據具體的礦山地質和開采技術條件，綜合考慮技術經濟上的合理性。在礦山地質條件方面，應將層間距較近的煤層化為一組，但要適當注意個煤層的傾角、厚度、頂底板巖性的一致性以及地質構造方面的情況，以利于開采。根據我國經驗，當煤層間距小于20～30m時，適合采用聯(lián)合布置采區(qū)；煤層數多、可采總厚度大時，采用聯(lián)合布置更為有利。關于在開采水平范圍內的采區(qū)布置問題，應考慮：礦井初期開采的采區(qū)，應盡量布置在井筒附近，貫徹先進后遠、采區(qū)前進式開采的原則，逐步向井田邊界擴展；應優(yōu)先考慮布置中央采區(qū)的可能性；主、副井和風井貫通距離應盡量縮短；對傾角小于16176。的煤層，采用上下山同時布置采區(qū)；初期開采的采區(qū)，應盡量布置在高級儲量區(qū)域內。在井田范圍內，采區(qū)的開采順序，一般采用前進式（即從井田中央開始，向井田兩翼邊界推進的方式）；如采用上下山開采時，上山階段可采用前進式，下山階段采用后退式。煤層組與組間的開采順序是：原則上采用下行式，即先采上組煤層，依次開采下組煤層。但在煤層間距遠，上下山煤層不受采動影響時，經論證可行時，也可先布置下組煤的開采。礦井開拓水平內同時生產的采區(qū)個數應符合“規(guī)范”規(guī)定，見表42。表42 各類礦井采區(qū)個數礦井設計生產能力（Mt/a）采區(qū)個數，3～5，2～3，21～2呂家坨礦每個階段劃分為兩個采區(qū)，采區(qū)采用集中布置；井田范圍內采用前進式開采順序；煤層群開采順序為下行式。同時生產的采區(qū)一個，一個采區(qū)保證全礦井的產量。 井田開拓設計方案比較 開拓方案技術比較由于本井田地勢平坦，表土層厚且有沖擊層，所以，確定采用立井開拓（主井設箕斗），按煤礦設計手冊上的規(guī)定，井筒布置在井田走向的中央。根據井田條件和設計規(guī)范有關規(guī)定，本井田可劃分為2個水平，4個階段。階段內采用采區(qū)式進行準備。在井田內每翼布置一個生產采區(qū)，并采用采區(qū)前進式開采順序。結合煤層的賦存條件，井田開拓可分成兩個水平開拓，第一、二水平均可采用立井開拓，第二個水平也可以采用暗斜井延伸。在井田實際情況的基礎上，采區(qū)劃分和大巷布置不變，提出技術上可行的四種方案，如圖421所示：方案Ⅰ：立井兩水平開拓立井直接延伸，上、下山開采。第一水平標高為760m，立井開拓；第二水平標高為1100m。方案Ⅱ：立井兩水平開拓暗斜井延伸，上、下山開采。工業(yè)廣場布置在井田中央也就是儲量中央，第一水平標高為760m，立井開拓；第二水平標高為1100m。方案Ⅲ：立井兩水平開拓加暗斜井延伸，上、下山開采。工業(yè)廣場布置在井田靠近煤層淺部邊界，第一水平標高為760m，立井開拓；第二水平標高為1100m。方案Ⅳ：立井兩水平開拓加暗斜井延伸，上、下山開采。工業(yè)廣場布置在井田中央，如圖所示，第一水平標高為760m，立井開拓；第二水平標高為1100m。 方案Ⅰ：立井兩水平開拓立井直接延伸 方案Ⅱ：立井兩水平開拓加暗斜井延伸 方案Ⅲ：立井兩水平開拓暗斜井延伸 方案Ⅳ：立井兩水平開拓加暗斜井延伸圖 41 各方案示意圖在井田實際情況的基礎上，首先進行方案的粗略經濟技術比較，根據技術條件，將方案1與方案方案3與方案4進行比較，排除其中兩個相對較劣的方案，然后對剩下的兩個方案進行精確的經濟技術比較，粗略方案經濟比較見下表。表43 方案一 立井兩水平開拓立井直接延伸　　　數量（10m）基價（元）費用（萬元）費用（萬元）基建費用（萬元）主井開鑿表土段5 基巖段 副井開鑿表土段5 基巖段95 井底車場巖巷240 一水平石門巖巷50 二水平石門巖巷80 小計　 生產費用（萬元）立井提升系數煤量（萬t）提升高度（km）基