【正文】 式，并且采用一正一副兩個(gè)井筒，邊界開鑿風(fēng)井，作為回風(fēng)使用兼作安全出口。 由于本井田位于平原地帶，地勢(shì)平坦，可采煤層埋深大，且傾角不大，在井田各部分的埋深不同，差別比較大，又考慮到本礦井為 大 型礦井，為適應(yīng) 相應(yīng)的提升能力， 和 機(jī)械化程度 ,早投產(chǎn)的要求 , 顯然，采用平硐開拓不現(xiàn)實(shí)，所以，所有方案均采用立井開拓。 （ 1）提出方案：根據(jù)以上分析，現(xiàn)提出以下四種在技術(shù)上可 行的開拓方案，分述如下： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 方案 1：立井延伸三個(gè)水平開拓方案。主井布置在井田中央，主井副井首先打到 150 水平，通過(guò)石門找到煤層，布置第一水平大巷。主副井延伸至 300 水平，通過(guò)石門找到煤層，布置第二水平大巷。主副井延伸至 500 水平，通過(guò)石門找到煤層，布置第三水平大巷。 方案 2：立井 三 水平加暗斜井開拓方案。加主井布置在井田中央。主井副井首先打到 100 水平，通過(guò)石門找到煤層，布置第一水平大巷。通過(guò)暗斜井找到煤層，布置第二水平大巷。 從二水平暗井延伸找到第三水平大巷。 方案 3：立井 延伸 加暗 斜井三水平開拓方案。主井布置在井田中央。主井副井首先打到 100 水平，通過(guò)石門找到煤層，布置第一水平大巷。主副井延伸至300 水平，布置第二水平大巷。通過(guò)暗斜井找到 450 水平煤層，布置第 三 水平大巷。 開拓方案的比較 （ 1） 開拓方案技術(shù)比較 立井開拓時(shí)，井筒位置的幾個(gè)布置方案剖面圖可見圖 。 三個(gè)方案相同的不需參與比較的項(xiàng)目，包括礦井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力、水平劃分。通風(fēng)方式，采區(qū)劃分，主、副井井筒斷面及裝備，風(fēng)井井筒及斷面，總回風(fēng)道的布置。各方案優(yōu)缺點(diǎn)見表 。 技術(shù)綜合分析： 方案一有效避免了首 采區(qū)下山采區(qū)的形成，使開采較為容易。但是石門開掘過(guò)多，工程量較大。 方案二減少水平數(shù)量，提 升環(huán)節(jié)減少，主要問(wèn)題在于對(duì)于形成了采區(qū)下山，不利于通風(fēng)和排水。放棄方案二。 方案三和方案三基本相同，只是在水平延伸有區(qū)別，方案三是利用暗斜井延河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 伸，方案一是采用立井延伸，在技術(shù)上都合理。 表 三 種開拓方案技術(shù)比較表 優(yōu)缺點(diǎn) 方案 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) 方案一 避免了首采區(qū)下山采區(qū)的形成，使開采較為容易。減少了通風(fēng)、排水、掘進(jìn)、運(yùn)輸?shù)确矫娴膯?wèn)題。 水平較多，開鑿井底車場(chǎng)工程量大。 第三水 平的石門較長(zhǎng)，工程量大，運(yùn)輸線路較長(zhǎng)。 提升環(huán)節(jié)多。 方案二 兩個(gè)水平進(jìn)行開拓，相對(duì)運(yùn)輸環(huán)節(jié)要簡(jiǎn)單，井底車場(chǎng)工程量大大減少。 井下運(yùn)輸距離要短的多。 450 水平要暗斜井開拓，輔助提升設(shè)備較復(fù)雜維護(hù)較為困難。 開采 450 水平時(shí)，煤炭、材料都要經(jīng)過(guò)暗斜井，提升環(huán)節(jié)多。 這種開拓方式形成兩個(gè)下山采區(qū)，對(duì)于掘進(jìn)、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等帶來(lái)較大困難。 方案三 較方案一基本相同，只是井筒延伸改稱暗斜井延伸，開拓工程量小。 斜井開掘要比立井簡(jiǎn)單得多，且投資小得多。 避免了下山采區(qū)的 形成，使開采較為容易。 1 暗斜井輔助提升運(yùn)輸較復(fù)雜困難。 從技術(shù)上，只有方案一和方案三是可行的，水平服務(wù)年限等也均符合要求（年產(chǎn) 180 萬(wàn) t的礦井第一水平服務(wù)年限應(yīng)大于 25年，兩種方案都已經(jīng)達(dá)到 26年，滿足要求）。兩者區(qū)別在于對(duì)于第三水平延伸方式不同，分別是主副井井筒延伸采用石門揭露煤層和采用暗斜井配合石門開拓。并且第一水平兩種開拓相同，只要比較第二水平方式的工程量即可。 （ 2） 開拓方案經(jīng)濟(jì)比較 方案一和方案 三 有差別的工程量在于第二水平的基建費(fèi)和工程量，計(jì)算匯總結(jié)論： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 表 三 水平基建費(fèi)及工程量 長(zhǎng)度 （ m） 斷面 （ m2） 工程量 （ m3） 單價(jià) （元 /10m） 費(fèi)用 （元） 方案一 主井延伸 150 74547 副井延伸 150 74547 石門 1727 31552 總計(jì) 方案 三 主暗斜井 35772 副暗斜井 35772 總計(jì) 經(jīng)以上比較項(xiàng)目中可得，方案 三 比方案一工程量少 ，投資省 元。可見方案 三 優(yōu)于方案一。 由以上比較可看出，方案 三 比方案一的綜合費(fèi)用低， （ 選擇方案 三 為最優(yōu)方案 ）兩方案中井底車場(chǎng)的形式和建設(shè)費(fèi)用雖稍有差別，但相對(duì)較小，故也未予以比較，本次設(shè)計(jì)即采用方案三。 水平高度的確定 開采水平的確定是開拓的關(guān)鍵，它直接影響礦井的基本建設(shè)投資及生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)用，使井 田開拓的重要參數(shù)。 開采水平的高度根據(jù)煤層的賦存條件、生產(chǎn)技術(shù)水平及水平接替等因素綜合考慮確定。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行分析論證： （ 1） 是否有合理的階段斜長(zhǎng)； （ 2） 階段內(nèi)是否有合理的區(qū)段數(shù)目； （ 3） 要保證開采水平有合理的服務(wù)年限和足夠的儲(chǔ)量； （ 4） 要使水平高度在經(jīng)濟(jì)上合理。 根據(jù)水平服務(wù)年限 根據(jù)煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，為使每個(gè)開采水平有足夠的儲(chǔ)量保證服務(wù)年限，可按下式計(jì)算必須的階段高度。 式中： H —— 階段垂高 ； AT KSinHL m C? ??? ?河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 A —— 礦井年產(chǎn)量 ； T —— 水平服務(wù)年限 ； α —— 階段內(nèi)煤層平均傾角 ； K —— 儲(chǔ)量備用系數(shù) ； S —— 井田走向長(zhǎng)度 ； M —— 階段內(nèi)煤層累計(jì)厚度 ； γ —— 煤的容重，可取 ； C —— 采區(qū)回采率。 本井田參數(shù)如下：礦井設(shè)計(jì)年產(chǎn)量 A取 180 萬(wàn) t，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范定水平服務(wù)年限 T 取 27a，儲(chǔ)量備用系數(shù) K 取 ，階段內(nèi)煤層平均傾角 α 取 11176。 ， S 取6000m， M 取 ， γ 取 ， C 取 ； 計(jì)算得，階段垂高 H 為要求大于 ，第一階段 H取 210m，符合要求。 按照規(guī)程規(guī)定，水平高度應(yīng)當(dāng)滿足下表，符合要求。 根據(jù)煤層賦存條件及地質(zhì)構(gòu)造 煤層傾角不同對(duì)階段高度影響較大。采區(qū)上、下山長(zhǎng)度根據(jù)《煤炭工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，采用采區(qū)準(zhǔn)備時(shí)采區(qū)上山長(zhǎng)度一般不超過(guò) 1000m，采區(qū)下山不宜超過(guò) 700m。用采區(qū)石門溜煤眼開采時(shí)，采區(qū)斜長(zhǎng)可按具體條件確定。 保證開采水平有合理的服務(wù)年限和足夠的儲(chǔ)量 由于本礦井采用兩個(gè)水平開拓，分別是 100、 300、 500 水平。 第一水平可采面積為 ，真面積 176。 =。 可采煤量為 ： 2煤 ： 179。179。 5== 萬(wàn) t 4煤 ： 179。 6179。 == 萬(wàn) t 第一水平總可采煤量： 179。80% +179。 75%= 萬(wàn) t。 除去斷層保護(hù)煤柱量 ： = 萬(wàn) t。 第一水平服務(wù)年限為 ： 井 型 緩傾斜、傾斜煤層 急傾斜煤層 大、中型礦井 200350 100250 KAZTs ?? 可河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 式 中 ： Ts水平內(nèi)的可采儲(chǔ)量； A 礦井年產(chǎn)量，萬(wàn) t； K 礦井備用 系數(shù)，取 。 代入數(shù)值，得 ： Ts= /180179。= 21a。 參照規(guī)程中的要求，階段儲(chǔ)量符合要求。 根據(jù)生產(chǎn)成本 合理的階段高度應(yīng)使噸煤成本低，勞動(dòng)生產(chǎn)率高。我國(guó)大多數(shù)礦井過(guò)去的階段高度偏小，水平儲(chǔ)量不足，造成接替緊張，增大了后期總工程量，使管理復(fù)雜化。 一般階段高度增大，全井水平數(shù)目減少，水平儲(chǔ)量增加，分?jǐn)偟矫繃嵜旱恼叟f費(fèi)減少。但階段斜長(zhǎng)過(guò)大又會(huì)使一部分生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)增加。 設(shè)計(jì)水平的巷道布置 首山一礦 可采煤層共兩層，并且煤層間距 35m， 適合聯(lián)合開采，布置分組集中大巷。開采順序采用下行式開采。 對(duì)大巷布置的一般要求 大巷的主要任務(wù)是擔(dān)負(fù)煤矸、物料和人員的運(yùn)輸，以及通風(fēng)，排水、敷設(shè)管線。對(duì)大巷的基本要求方便運(yùn)輸，利于掘進(jìn)和維護(hù)，能滿足礦井的通風(fēng)和安全的需要。根據(jù)礦井生產(chǎn)能力和地質(zhì)條件的不同，大巷可選不同的運(yùn)輸設(shè)備和運(yùn)輸方式，而不同的運(yùn)輸設(shè)備又對(duì)大巷提出了不同的要求。 （ 1）開采水平大巷的布置方式 開采水平布置的核心問(wèn)題是運(yùn)輸大巷的布置。運(yùn)輸大巷可有單煤層布置（稱分煤層運(yùn)輸大巷），分煤組布置（稱分組集中運(yùn)輸大巷），或全煤組集中布置 (稱集中運(yùn) 輸大巷 )，主要根據(jù)煤層的數(shù)目和間距來(lái)定。采用集中或分組集中的基本出發(fā)點(diǎn)都是為了合理集中生產(chǎn)。但根據(jù)煤層間距大小不同，集中的程度也不一樣，間距近可以全部集中，間距遠(yuǎn)則易分組集中。我國(guó)一些礦區(qū)的實(shí)際情況是層間距小于 50m的煤層一般采用集中布置。采用分組集中布置的分組間距一般大于 70m。本井田共有兩個(gè)可采煤層， 2＃和 4＃間距平均 35m。所以本井田采用集中巖石大巷布置。 （ 2）運(yùn)輸大巷布置的選則 確定運(yùn)輸大巷在各煤層中的具體位置是與選擇運(yùn)輸大巷的布置方式密切聯(lián)系的。為便于維護(hù)和使用，應(yīng)不受開采各煤層的采動(dòng)影響，一般 將運(yùn)輸大巷設(shè)在煤層的底板巖層中，有條件時(shí)，也可設(shè)在煤組底部煤質(zhì)堅(jiān)硬圍巖穩(wěn)固的薄及中厚河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 煤層中。 由于 申莊 礦下部煤層為 中 厚煤層， 具 備布置煤層大巷的條件，所以設(shè)計(jì)決定將大巷布置在煤層中，易于 掘進(jìn) 。 ① 煤層大巷 大巷設(shè)在煤層內(nèi)，掘進(jìn)施工容易，掘進(jìn)速度快，有利于采用綜掘，沿煤掘進(jìn)能進(jìn)一步探明煤層賦存情況。但是煤層大巷也有下列缺點(diǎn)： A 煤層大巷的巷道維護(hù)困難，維護(hù)費(fèi)用高。 B 當(dāng)煤層起伏，褶曲較多時(shí)，如大巷沿一定坡度沿煤層掘進(jìn)，則巷道彎曲轉(zhuǎn)折多，機(jī)車運(yùn)行速度受到限制，將減低運(yùn)輸能力。 C 為便于巷道維護(hù)，須在煤層大巷 上下兩側(cè)各留 4050m 的煤柱，煤柱回收困難，資源損失大。 D 當(dāng)煤層有自然發(fā)火危險(xiǎn)時(shí)，一旦發(fā)火就必須封閉大巷，導(dǎo)致礦井停產(chǎn)，而且因煤柱受采動(dòng)影響破壞，密閉效果不好，處理火災(zāi)更困難。 從世界各國(guó)技術(shù)發(fā)展來(lái)看，煤層大巷是發(fā)展趨勢(shì)。就我國(guó)目前情況而言，在某些條件適合的情況下，可考慮使用煤層大巷： A 煤層賦存不穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的小型礦井，尤其地方小煤礦或生產(chǎn)勘探井，煤層大巷對(duì)探明地質(zhì)情況、及早布置和準(zhǔn)備采區(qū)有重要意義； B 井田走向長(zhǎng)度不大或煤組中距其它煤層甚遠(yuǎn)的單個(gè)薄或中厚煤層，儲(chǔ)量有限，服務(wù)年限不長(zhǎng)。 C 煤系基底有近距離富含溶洞水的巖層，不宜布置底板巖層大巷，而該煤層又有較堅(jiān)硬的頂板，有設(shè)置大巷的條件。 D 煤組底部有煤質(zhì)堅(jiān)硬、圍巖穩(wěn)固、無(wú)自然發(fā)火危險(xiǎn)的薄或中厚煤層，也可在該煤層中布置運(yùn)輸大巷。 ② 巖層大巷 巖層大巷能適應(yīng)地質(zhì)構(gòu)造的變化，便于保持一定的坡度和方向?？稍谳^長(zhǎng)距離內(nèi)直線布置，彎曲轉(zhuǎn)折少，利于提高列車運(yùn)行速度和通過(guò)能力；巷道維護(hù)條件好，維護(hù)費(fèi)用底，并可少留或不留煤柱，對(duì)預(yù)防火災(zāi)及安全生產(chǎn)也是有利的；另外巖石大巷布置比較靈活，有利于設(shè)置采區(qū)煤倉(cāng)。巖石大巷的主要問(wèn)題是巖石掘進(jìn)工程量大，要求的掘進(jìn)設(shè)備 多，掘進(jìn)速度慢。 本井田第一水平主采 2和 4煤 , 4煤底板為堅(jiān)硬而穩(wěn)定的巖層，考慮到煤層的服務(wù)年限，并且煤層自燃發(fā)火期較短，故將 4大巷均布置在煤層底板巖層中。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 采區(qū)劃分 采區(qū)劃分應(yīng)遵循以下原則： （ 1） 采區(qū)宜雙面布置，當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造限制時(shí)，或在安全上有特殊要求時(shí)， 可 以單面布置。采區(qū)走向長(zhǎng)度的確定應(yīng)以技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上有利為原則。 （ 2） 開采煤層群時(shí)，以集中或分組布置采區(qū)。根據(jù)我國(guó)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)煤層間距小于 2030 時(shí)，適合采用聯(lián)合布置采區(qū)；煤層數(shù)目多，可采總厚度大時(shí)，采用聯(lián)合布置 更為有利。 采區(qū)的劃分 首山一礦 根據(jù)井田面積和各個(gè)水平面積共將井田分成八個(gè)采區(qū)。由于采區(qū)走向長(zhǎng)度受到通風(fēng)、運(yùn)輸、供電、煤的自燃發(fā)火性等因素的限制，不能太長(zhǎng)，所以本礦采區(qū)平均走向長(zhǎng)度為 2800m，采區(qū)一翼長(zhǎng)度定為 1400m。由于采區(qū)的傾斜長(zhǎng)度受到上山長(zhǎng)度、通風(fēng)線路等限制，盡量不超過(guò) 1000m，但由于如果上山長(zhǎng)度過(guò)短，第一水平未能滿足服務(wù)年限要求，所以采區(qū)的傾斜長(zhǎng)度初步定為平均 1100m，選用較大絞車進(jìn)行上山中的輔助提升。所以，第一水平共劃分為 2個(gè)采區(qū)，第二水平共劃分為 2個(gè)采區(qū)，第三水平共劃分成 2個(gè) 采區(qū)。并且由于兩個(gè)上下層煤工作面同采，能夠達(dá)產(chǎn) ，符合規(guī)程要求。 表 各類礦井同采采區(qū)個(gè)數(shù) 礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 /（ Mt/年） 采區(qū)個(gè)數(shù) ， 及以上 35 ， 23 ， 2 及以下 12 井底車場(chǎng) 確定井底車場(chǎng)的形式 井底車場(chǎng)是井筒附近聯(lián)結(jié)井筒和主要運(yùn)輸大巷的一組巷道和硐室的總稱，是聯(lián)結(jié)礦井提升和井下運(yùn)輸?shù)臉屑~，井下的煤炭和矸石通過(guò)井底車場(chǎng)運(yùn)到地面，地面的材料和設(shè)備通過(guò)井底車場(chǎng)運(yùn)到井下用料場(chǎng)所。井底車場(chǎng)設(shè)計(jì)是否正確， 要看其運(yùn)輸通過(guò)能力是否滿足礦井生產(chǎn)的需要、列車運(yùn)行是否安全、施工是否方便和車場(chǎng)繞道工程量是否節(jié)省等，井底車場(chǎng)線路平面布置必須滿足下列要求： （ 1）井底車場(chǎng)線