【導(dǎo)讀】摘要：本設(shè)計(jì)的井田面積約為平方千米，設(shè)計(jì)開采煤層為二1煤；井田內(nèi)煤層賦存比較穩(wěn)定，煤層傾角7°－15°，平均傾角為11°,煤層平均厚。度為厚，整體地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單。該設(shè)計(jì)礦井為屬高瓦斯礦井，涌水量較。大，煤層不易自燃，具有爆炸性。平上山式開采，階段內(nèi)采用采區(qū)式劃分，區(qū)段內(nèi)設(shè)計(jì)采用綜采放頂煤回采工藝，走向長(zhǎng)壁采煤法，用全部跨落法處理采空區(qū)。礦井采用抽出式通風(fēng)，通風(fēng)系統(tǒng)為兩翼對(duì)角式，副井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)大巷回風(fēng)；安全技術(shù)措施和環(huán)境保護(hù)提出要求，完成整個(gè)礦井的初步設(shè)計(jì)。礦一面高產(chǎn)高效礦井從而達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　

【正文】 工程專業(yè) 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 初步設(shè)定該礦井設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為 ，根據(jù)公式： T=Z／ A178。 K 式中： T—— 礦井服務(wù)年限，年； Z—— 礦井可采儲(chǔ)量，萬噸； A—— 礦井生產(chǎn)能力，萬噸 /年； K—— 儲(chǔ)量備用系數(shù)， K=～ ，此處取 。 由此驗(yàn)算服務(wù)年限如下： aKA ZT ????? 40a 符合要求 4 井田開拓 概述 開拓方式選擇 該井田為全隱蔽式煤田，煤系地層被巨厚的新生界松散沉積層所覆蓋，煤層埋藏深，新生界松散沉積層含水豐富，故采用立井開拓方式。立井開拓的適層傾角、厚度、瓦斯、水文等自然條件的限制。 應(yīng)性很強(qiáng)，一般不受煤 為了避免采用箕斗井通風(fēng)時(shí)封閉井塔困難和減少穿越表土層，初期決定開鑿一個(gè)風(fēng)井。并采取中央邊界式通風(fēng)，風(fēng)井位于北部邊界處，這樣由于 邊界留有邊界煤柱，風(fēng)井就不需要留設(shè)保護(hù)煤柱，減少了煤柱的損失。同時(shí)為了減少煤柱損失和保護(hù)大巷維護(hù)條件，把運(yùn)輸大巷設(shè)在煤層底板下 30m處， 根據(jù)該礦井井田走向、傾向長(zhǎng)度及設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，本井田可以劃分兩個(gè)水平或三個(gè)水平，初期采用立井開拓具體方案見第二節(jié)。 同時(shí)由于太原組 L7灰?guī)r距主采煤層二 1層底板較近（平均 ） ，水壓河南理工大學(xué)采礦工程專業(yè) 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 較高，二 1 煤層底板 太原 組灰?guī)r含水層、寒武系灰?guī)r含水層 富水區(qū) ，有可能構(gòu)成對(duì)二 1 煤層開采的突水威脅，因此后期掘進(jìn)暗斜井時(shí)也不適宜采用暗立井。雖然把井筒落底于煤層底板從技術(shù)上可行，但是從安 全性和可靠性角度來講，井筒落底于煤層頂板更合適。故決定把主、副井筒開掘與煤層頂板，后期主副井延伸時(shí)采用斜井延伸，具體方案見第二節(jié)。 影響立井開拓的主要因素分析 影響設(shè)計(jì)礦井開拓方式的主要因素包括精查地質(zhì)報(bào)告、所確定的煤層自然產(chǎn)狀、構(gòu)造要素、頂?shù)装鍡l件、沖積層結(jié)構(gòu)、地形以及水文地質(zhì)條件等。其中以煤層賦存深淺和沖積層的水文地質(zhì)條件對(duì)開拓方式的影響最大。 井田開拓 開拓方案的提出及技術(shù)比較 根據(jù)前述各項(xiàng)決定，本井田在技術(shù)上可行的開拓方案有下列 兩 種： ⑴ 立井一水平加暗斜井二水 平延伸， 見圖 4－ 1 圖 4－ 1 立井一水平加暗斜井二水平延伸開拓方式 ⑵ 立井一水平加暗斜井 二、 三水平，見圖 4－ 2 河南理工大學(xué)采礦工程專業(yè) 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 4－ 2 立井一、二水平加暗斜井三水平開拓方式 首先，根據(jù)以上開拓方案簡(jiǎn)圖可以看出，兩方案從技術(shù)上均可行。其次，根據(jù)該礦井的實(shí)際情況， 從以上 兩 方案的簡(jiǎn)圖 可知：雖然 方案 Ⅱ 比方案 Ⅰ多開設(shè)立井井筒 、 階段石門 、 和立井井底車場(chǎng)， 但是與方案 Ⅰ 相較，方案 Ⅱ 相應(yīng) 減少 了井筒和石門的運(yùn)輸、提升、排水費(fèi)用 ，且建井初期投資相對(duì)較少； 所以兩方案要經(jīng)過經(jīng)濟(jì)比較才能夠確定其優(yōu)劣。 方案經(jīng) 濟(jì)比較 我們?cè)趯?duì)方案 Ⅰ 和方案 Ⅱ 兩個(gè)方案進(jìn)行比較時(shí)，可以只將兩個(gè)方案中有差別的基建工程量、基建費(fèi)用、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)用及費(fèi)用匯總表分別計(jì)算匯總于表 4－ 表 4－ 表 4－ 3 和表 4－ 4。通過費(fèi)用匯總表在經(jīng)濟(jì)上來比較兩方案的優(yōu)越。 表 4－ 1 基建工程量 時(shí)期 項(xiàng)目 方案Ⅰ 方案Ⅱ 早 期 主井井筒 /m +30 +30 副井井筒 /m +10 +10 井底車場(chǎng) /m 2579 2579 主石門 /m 220 220 大巷 /m 1350+1400 1350 后 期 主井井筒 /m 1070 1350 副井井筒 /m 1070 665+665 井底車場(chǎng) /m 2579 2579+2579 主石門 /m 320 320+320 運(yùn)輸大巷 /m 1800 2400+1800 河南理工大學(xué)采礦工程專業(yè) 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 表 4－ 2 基建費(fèi)用表 方案 項(xiàng)目 方案Ⅰ 方案Ⅱ 工程量/m 單價(jià) / 1m?元 費(fèi)用 /萬元 工程量 /m 單價(jià) / 1m?元 費(fèi)用 /萬元 早早期 主井井筒 5000 5000 副井井筒 5800 5800 井底車場(chǎng) 2579 3200 2579 3200 風(fēng)井 319 4600 319 4600 大巷 1350+1400 3900 1150 3900 小計(jì) 后晚期 主井井筒 1070 4700 665+665 4700 611 副井井筒 1070 4900 665+665 4900 637 井底車場(chǎng) 2579 4600 1499 2579+2579 4600 2898 河南理工大學(xué)采礦工程專業(yè) 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 運(yùn)輸大巷 1400 4100 738 1400 4100 1722 小計(jì) 5868萬元 共計(jì) 表 4－ 3 生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)用 項(xiàng)目 方案Ⅰ生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)用 /萬元 項(xiàng)目 方案Ⅱ生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)用 /萬元 提升 179。 179。 179。 ＝ 179。 1070179。 179。 ＝ 提升 179。 179。 179。 ＝ 179。 1300179。 179。 ＝ 排水 179。 365179。 24179。 179。179。 04＝ 排水 179。 365179。 24179。 179。（ +）179。 104＝ 合計(jì) 合計(jì) 表 4－ 4 費(fèi)用匯總表 方案 項(xiàng)目 方案Ⅰ 方案Ⅱ 費(fèi)用 /萬元 百分率 /％ 費(fèi)用 /萬元 百分率 /％ 基建工程費(fèi) 100 生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi) 100 總費(fèi)用 100 從前面表格中的計(jì)算可以看出，方案Ⅱ的總費(fèi)用要比方案Ⅰ的高出％，很明顯方案Ⅰ要比方案Ⅱ優(yōu)越的多，故決定采用方案Ⅰ。主井落底在煤層附近，副井落底在二 1煤層頂板，距二 1煤層約 50m，主井采用水平上裝載方式。 確定方案 綜上比較可知方案Ⅱ的總費(fèi)用超 過了方案Ⅰ的 ％，故決定采用方案Ⅰ。即采用立井多水平上山式開拓方式：第一水平位于 550m，采取上山開采；第二水平位于 950m，采取上山開采。整個(gè)礦井劃分為兩個(gè)大的階段，第一階段的階段垂高為 350m。 河南理工大學(xué)采礦工程專業(yè) 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 井筒特征 在礦井開拓方式確定以后，還應(yīng)對(duì)礦井主要井筒（包括主井、副井、風(fēng)井）的橫斷面布置形式、井筒裝備、井筒斷面尺寸、井筒支護(hù)材料等特征進(jìn)行說明。 井筒用途、布置及裝備 根據(jù)礦井開拓布置，礦井初期布置主井、副井和風(fēng)井三個(gè)井筒。 主井：凈直徑 ，裝備一對(duì) 9t 多 繩標(biāo)準(zhǔn)箕斗，金屬罐道梁、鋼罐道，擔(dān)負(fù)全礦井的煤炭提升任務(wù)，見圖 41。 副井：凈直徑 ，裝備一對(duì)雙層單車 ()多繩罐籠 (一寬一窄 )，鋼罐道、設(shè)梯子間。井筒內(nèi)敷設(shè)排水、壓風(fēng)、灑水等管路及動(dòng)力電纜及通訊信號(hào)電纜等。擔(dān)負(fù)全礦井的升降人員、提矸下料等輔助提升任務(wù)，并兼作礦井的安全出口，見圖 42。 回風(fēng)井：凈直徑 ，擔(dān)負(fù)全礦井的回風(fēng)。裝備梯子間，兼作礦井的安全出口，見圖 43。 各井筒特征見井筒特征表 45 序號(hào) 名 稱 單位 主井 副井 回風(fēng)井 1 井口 坐標(biāo) 緯距 X m + + + 徑距 Y m + + + 2 井口標(biāo)高 m + + + 3 提升方位角 度 180 90 260 4 井筒深度 m 5 井筒 直徑 凈 m 掘進(jìn) 凍結(jié)段 m 基巖段 m 6 井筒 斷面 凈 m2 掘進(jìn) 凍結(jié)段 m2 .4 基巖段 m2 7 砌壁 厚度 凍結(jié)段 m 河南理工大學(xué)采礦工程專業(yè) 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 材料 凍結(jié)段 鋼筋砼 鋼筋砼 鋼筋砼 基巖段 素砼 素砼 素砼 8 表土層厚度 m 9 凍結(jié)深度 m 10 井筒裝備 一對(duì) 9t多繩箕的，鋼罐道 一對(duì)雙層單車()多繩罐籠(一寬一窄 ) 玻璃鋼梯子間 井筒施工方法 井田內(nèi)新生界地層厚度大，預(yù)計(jì)井筒穿過新生界地層厚度約 450m，且沖積層富水性強(qiáng)，穩(wěn)定性差，需采用特殊方法施工。根據(jù)國內(nèi)特殊鑿井施工經(jīng)驗(yàn)，采用凍結(jié)法和鉆井法施工均是可行的，二者投資相差不大，鉆井法施工，安全可靠，地面預(yù)制井壁質(zhì)量高，但鉆井泥漿處理不便，施工速度提高較慢，目前提升井筒采用凍結(jié)法施工的居 多?；鶐r段施工初步確定采用普通法，過含水層時(shí)，可考慮采用工作面預(yù)注漿等施工方法。 主、副井井筒內(nèi)由于裝有提升設(shè)備，井筒安全間隙必須保證，對(duì)井筒偏斜要求高，而鉆井法施工的井筒成井均有偏斜，所以國內(nèi)提升井筒多采用凍結(jié)法施工，考慮到本區(qū)煤層埋藏深、表土覆蓋層厚度大，表土下基巖尚有 230 多米，本次設(shè)計(jì)主、副井井筒表土段暫按凍結(jié)法施工考慮。 中央風(fēng)井穿過表土層厚度 ，基巖厚度 ，井筒深度 ，根據(jù)目前特殊鑿井施工現(xiàn)狀，采用鉆井法或凍結(jié)法施工在技術(shù)上均可行，經(jīng)比較凍結(jié)法施工工期較鉆井法 短約 7 個(gè)月，但準(zhǔn)備工期較鉆井法長(zhǎng)約 5 個(gè)月 。總工期鉆井法略長(zhǎng)，但從造價(jià)分析，目前鉆井井筒造價(jià)略低。綜合考慮到主、副、風(fēng)井在同一廣場(chǎng)內(nèi)，風(fēng)井與主、副井可以避開積極凍結(jié)時(shí)間，而鉆機(jī)設(shè)備及施工隊(duì)伍少，故中央風(fēng)井亦暫確定凍結(jié)法施工。 根據(jù)國內(nèi)目前凍結(jié)法施工井筒現(xiàn)狀，結(jié)合本區(qū)具體情況井筒表土段擬采用雙層鋼筋砼塑料板夾層復(fù)合井壁。在以后階段設(shè)計(jì)中，根據(jù)技術(shù)發(fā)展和具體條件，進(jìn)一步確定井壁結(jié)構(gòu)形式。基巖段井壁采用素砼支護(hù)。 河南理工大學(xué)采礦工程專業(yè) 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 各立井?dāng)嗝嫘螤畹拇_定 、主井 本礦井設(shè)計(jì)主、副井在表土段均變二次掘進(jìn)斷面 ，主井 200m 以淺井壁厚， 200～ 350m 深井壁厚 ， 350m 以深井壁厚 ，副井 200m 以淺，井壁厚 ， 200～ 370m 之間井壁厚 ， 370m 以深井壁厚 。砼標(biāo)號(hào) C30～C70，深層表土段考慮內(nèi)外壁采用雙側(cè)配筋；風(fēng)井井壁結(jié)構(gòu)同主井。 主井井筒斷面布置如下： 145045021002100230013005000450 圖 41 主井?dāng)嗝娌贾脠D 、 副井 井筒直徑 ，用作全礦井升降人員、下材料、設(shè)備及作為輔助提升。亦作為全礦井新鮮風(fēng)流入口，井 筒裝備一對(duì)一噸雙對(duì) 雙 層 單車 ()多繩罐籠 (一寬一窄 )，并兼作排水。為防止斷繩事故，設(shè)有防墜器。支護(hù)材料：基巖段采用單層砼結(jié)構(gòu)，凍結(jié)段采用雙層砼結(jié)構(gòu)；井壁厚度：基巖段 500mm，凍結(jié)段 1000mm。井筒內(nèi)裝備有鋼絲繩罐道、梯子間、電纜線和水管管道等。 副井井筒斷面布置如下： 河南理工大學(xué)采礦工程專業(yè) 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 6000 圖 42 副井?dāng)嗝娌贾脠D 副井風(fēng)速校核： m axQVVMS?? 式中： V —— 通過井筒的風(fēng)速， m/s； Q —— 通過井筒的風(fēng)量， m3/s； S —— 井筒凈斷面積， m2； M —— 井筒的有效斷面系數(shù)，圓形井取 ； maxV —— 《安全規(guī)程》規(guī)定的允許最大風(fēng)速； 由此： 122 5 .3 9 8 m /s2 8 .3 0 .8V ? ? ?? 所以井筒選擇符合要求。 風(fēng)井 風(fēng)井主要用于回風(fēng)兼作礦井的安全出口。配備有梯子間及管路、電纜等。采用砼支 護(hù)，井壁厚度為 750mm。 河南理工大學(xué)采礦工程專業(yè) 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 風(fēng)井井筒斷面布置如下： 線路總平面布置設(shè)計(jì) 井筒相 對(duì) 位置的確定 ： 本礦井所在地地形平坦，井筒位置不受地面限制，主井中心坐標(biāo)為 （ +， +），副井中心坐標(biāo)為（ +， + ），兩井筒垂直于存車線方向的距離 H 為 ，平行于存車線方向的距離 L 為 （滿足《規(guī)程》中 不小于 30m 的規(guī)定）。 圖 44 主副井相對(duì)位置圖 設(shè)計(jì)依據(jù)： 河南理工大學(xué)采礦工程專業(yè) 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 ⑴ 設(shè)計(jì)礦井基本概況，見表 4－ 6 ⑵ 主副井的提升概況 提升設(shè)備： 主井： 9t 箕斗一對(duì)。 副井： 一 對(duì) 雙 層 單車 ()多繩罐籠 (一寬一窄 )。 表 4－ 6 設(shè)計(jì)礦井基本概況表 1 開拓方式 立井開拓 2 生產(chǎn)能力 3 年工作日 330d 4 日提升時(shí)間 16h 5 矸石系數(shù) 井底車場(chǎng)及硐室 井底車場(chǎng)型式 井底車場(chǎng)是連接礦井主要提升井筒和井下主要運(yùn)輸巷道的一組巷 道和硐室的總稱。它聯(lián)系著井筒提升和井下運(yùn)輸兩大生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為提煤、提矸、下料、