【正文】 500400600 圖222 工業(yè)廣場保護(hù)煤柱示意圖 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 第 27 頁 3 礦井工作制度、設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 礦井工作制度 根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，確定礦井設(shè)計年工作日為 330 d，工作制度采用 ―四六 制 ‖，每天四班作業(yè)，三 班生產(chǎn)，一班準(zhǔn)備，每班工作 6 h。礦井每晝夜凈提升時間為 16 h。 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力及服務(wù)年限 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力確定依據(jù) 《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》第 條規(guī)定：礦井設(shè)計生產(chǎn)能力應(yīng)根據(jù)資源條件、開采條件、技術(shù)裝備、經(jīng)濟(jì)效益及國家對煤炭的需求等因素，經(jīng)多方案比較或系統(tǒng)優(yōu)化后確定，礦區(qū)規(guī)模 可依據(jù)以下條件確定： （ 1）資源 情況：煤田地質(zhì)條件簡單，儲量豐富，應(yīng)加大礦區(qū)規(guī)模，建設(shè)大型礦井； （ 2）開發(fā)條件：包括礦區(qū)所處地理位置（是否靠近老礦區(qū)及大城市），交通（鐵路、公路、水運(yùn)），用戶，供電，供水，建筑材料及勞動力來源等。條件好者，應(yīng)加大開發(fā)強(qiáng)度和礦區(qū)規(guī)模；否則應(yīng)縮小規(guī)模； （ 3）國家需求：對國家煤炭需求量（包括煤中煤質(zhì)、產(chǎn)量等）的預(yù)測是確定礦區(qū)規(guī)模的一個重要依據(jù)； （ 4）投資效果：投資少、工期短、生產(chǎn)成本低、效率高、投資回收期短的應(yīng)加大礦區(qū)規(guī)模，反之則縮小規(guī)模。 礦井設(shè)計生產(chǎn)能力 渦 北井田儲量豐富，煤層賦存較穩(wěn)定，地質(zhì)條件為中等簡單，煤層為厚度變化不大的緩傾斜煤層，煤質(zhì)為國內(nèi)稀缺的優(yōu)質(zhì)焦煤，交通運(yùn)輸便利，市場需求量大，宜建大型礦井。 確定渦北礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為 Mt/a。 礦井服務(wù)年限 礦井服務(wù)年限必須與井型相適應(yīng)。根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》要求，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力在 ~ Mt/a范圍之內(nèi)，礦井設(shè)計服務(wù)年限應(yīng)大于 50 a，煤層傾角小于 25176。第一開采水平服務(wù)年限應(yīng)大于 25 a。礦井可采儲量 Zk、設(shè)計生產(chǎn)能力 A 礦井服務(wù)年限 T 三者之間的關(guān)系為： T=Zk / （ AK ） （ 31） 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 第 28 頁 式中： T——礦井服務(wù)年限， a； Zk——礦井設(shè)計可采儲量， Mt； A——礦井設(shè)計生產(chǎn)能力， Mt/a； K——礦井儲量備用系數(shù)，取 。 則礦井服務(wù)年限為： T = （ ） = （ a） 大于 50 a 符合《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》要求。 第一水平礦井保護(hù)煤柱損失量見表 321。第一水平可采儲量為 Mt，所以第一水平服務(wù)年限 T1 為： T1 = （ ） = （ a） 大于 25 a 符合《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》要求。 表 321 保護(hù)煤柱損失量 序號 煤 柱 類 型 儲量 /Mt 1 井田邊界保護(hù)煤柱 2 斷層保護(hù)煤柱 3 工業(yè)廣場保護(hù)煤柱 4 井筒保護(hù)煤柱 井型校核 按礦井的實際煤層開采能力，輔助生產(chǎn)能力，儲量條件及安全條件因素對井型進(jìn)行校核： （ 1）煤層開采能力 井田內(nèi) 8 煤平均厚度 m，為厚煤層，賦存穩(wěn)定 ，厚度變化不大。根據(jù)現(xiàn)代化礦井 ―一礦一井一面 ‖的發(fā)展模式，可以布置一個綜采放頂煤工作面保產(chǎn)。 （ 2）輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能力校核 礦井設(shè)計為大型礦井，主立井采用箕斗運(yùn)煤，副立井采用罐籠輔助運(yùn)輸，運(yùn)煤能力和大型設(shè)備的下放可以達(dá)到設(shè)計井型的要求。副井運(yùn)輸采用罐籠提升、下放物料，能滿足大型設(shè)備的下放與提升。大巷輔助運(yùn)輸采用架線電機(jī)車運(yùn)輸，運(yùn)輸能力大，調(diào)度方便靈活。 （ 3）礦井的設(shè)計生產(chǎn)能力與整個礦井的工業(yè)儲量相適應(yīng)，保證有足夠的服務(wù)年限，滿足《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》要求。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 第 29 頁 4 井 田 開 拓 礦井開拓的基 本問題 井田開拓的基本問題 井田開拓是指在井田范圍內(nèi)，為了采煤，從地面向地下開拓一系列巷道進(jìn)入煤體，建立礦井提升、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水和動力供應(yīng)等生產(chǎn)系統(tǒng)。這些用于開拓的井下巷道的形式、數(shù)量、位置及其相互聯(lián)系和配合稱為開拓方式。合理的開拓方式，需要對技術(shù)可行的幾種開拓方式進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，才能確定。 1）井田開拓主要研究如何布置開拓巷道等問題，具體有下列幾個問題需認(rèn)真研究。 （ 1） 確定井筒的形式、數(shù)目和配置，合理選擇井筒及工業(yè)場地的位置； （ 2） 合理確定開采水平的數(shù)目和位置； （ 3） 布置大巷及井底 車場； （ 4） 確定礦井開采程序，做好開采水平的接替； （ 5） 進(jìn)行礦井開拓延深、深部開拓及技術(shù)改造； （ 6） 合理確定礦井通風(fēng)、運(yùn)輸及供電系統(tǒng)。 2）確定開拓問題，需根據(jù)國家政策，綜合考慮地質(zhì)、開采技術(shù)等諸多條件，經(jīng)全面比較后才能確定合理的方案。在解決開拓問題時，應(yīng)遵循下列原則： （ 1） 貫徹執(zhí)行國家有關(guān)煤炭工業(yè)的技術(shù)政策，為早出煤、出好煤高產(chǎn)高效創(chuàng)造條件。在保證生產(chǎn)可靠和安全的條件下減少開拓工程量；尤其是初期建設(shè)工程量，節(jié)約基建投資，加快礦井建設(shè)。 （ 2） 合理集中開拓部署，簡化生產(chǎn)系統(tǒng)，避免生產(chǎn)分散，做到合理集 中生產(chǎn)。 （ 3） 合理開發(fā)國家資源，減少煤炭損失。 （ 4） 必須貫徹執(zhí)行煤礦安全生產(chǎn)的有關(guān)規(guī)定。要建立完善的通風(fēng)、運(yùn)輸、供電系統(tǒng)，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)條件，減少巷道維護(hù)量，使主要巷道經(jīng)常保持良好狀態(tài)。 （ 5） 要適應(yīng)當(dāng)前國家的技術(shù)水平和設(shè)備供應(yīng)情況，并為采用新技術(shù)、新工藝、發(fā)展采煤機(jī)械化、綜掘機(jī)械化、自動化創(chuàng)造條件。 確定井筒形式、數(shù)目、位置及坐標(biāo) 1） 井筒形式的確定 井筒形式有三種：平硐、斜井、立井。一般情況下，平硐最簡單，斜井次之，立井最復(fù)雜。 平硐開拓受地形跡埋藏條件限制，只有在地形條件合適，煤層賦 存較高的山中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 第 30 頁 嶺、丘陵或溝谷地區(qū)，且便于布置工業(yè)場地和引進(jìn)鐵路，上山部分儲量大致能滿足同類井型水平服務(wù)年限要求。 斜井開拓與立井開拓相比：井筒施工工藝、施工設(shè)備與工序比較簡單，掘進(jìn)速度快，井筒施工單價低，初期投資少；地面工業(yè)建筑、井筒裝備、井底車場及硐室都比立井簡單，井筒延伸施工方便，對生產(chǎn)干擾少，不易受底板含水層的威脅；主提升膠帶輸送機(jī)有相當(dāng)大的提升能力，可滿足特大型礦井主提升的需要；斜井井筒可作為安全出口，井下一旦發(fā)生透水事故等，人員可迅速從井筒撤離。缺點(diǎn)是：斜井井筒長、輔助提升能力小，提升深度有限；通風(fēng)路 線長、阻力大、管線長度大；斜井井筒通過富含水層、流沙層施工技術(shù)復(fù)雜。 立井開拓不受煤層傾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然條件的限制，在采深相同的條件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，對輔助提升特別有利，井筒斷面大，可滿足高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井需風(fēng)量的要求，且阻力小，對深井開拓極為有利；當(dāng)表土層為富含水層或流沙層時，立井井筒比斜井容易施工；對地質(zhì)構(gòu)造和煤層產(chǎn)狀均特別復(fù)雜的井田，能兼顧深部和淺部不同產(chǎn)狀的煤層。主要缺點(diǎn)是立井井筒施工技術(shù)復(fù)雜，需用設(shè)備多，要求有較高的技術(shù)水平，井筒裝備復(fù)雜，掘進(jìn)速度慢 ，基本建設(shè)投資大。 本礦井煤層傾角中等，平均 16 176。，為緩傾斜煤層；水文地質(zhì)情況比較簡單，涌水量小；地勢平坦，表土層較厚，只能采用立井開拓。 2）主副井筒位置的確定 井筒位置的確定原則：有利于第一水平的開采，并兼顧其他水平，有利于井底車場和主要運(yùn)輸大巷的布置，石門工程量少。 （ 1） 有利于首采區(qū)布置在井筒附近的富煤階段，首采區(qū)少遷村或不遷村。 （ 2） 井田兩翼儲量基本平衡。 （ 3） 井筒不宜穿過厚表土層、厚含水層、斷層破碎帶、煤與瓦斯突出煤層或軟弱巖層。 （ 4） 工業(yè)廣場應(yīng)充分利用地形，有良好的工程地質(zhì)條件，且避開 高山、低洼和采空區(qū)，不受崖崩滑坡和洪水威脅。工業(yè)廣場宜少占耕地，少壓煤。 （ 5） 距水源、電源較近，礦井鐵路專用線短，道路布置合理。 綜合以上因素，結(jié)合礦井實際情況，提出本礦井主副井筒布置位置如下： 主井井筒中心位置：經(jīng)距 m，緯距 m。 副井井筒中心位置：經(jīng)距 m，緯距 m。 3） 風(fēng)井井口位置的選擇 應(yīng)在滿足通風(fēng)要求的前提下，與提升井筒的貫通距離最短，并利用各種煤柱以減少保護(hù)煤柱的損失。邊界風(fēng)井布置在井田邊界之外，減少了煤柱損失。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 第 31 頁 工業(yè)場地的位置 工業(yè)場地的位置選擇在主、副井井口附近，即井田中部。 工業(yè)場地的形狀和面積：根據(jù)工業(yè)場地占地面積規(guī)定， ~ 公頃 /10 萬噸，確定地面工業(yè)場地的占地面積為 12 公頃即 12104 km2，形狀為矩形，長邊垂直于井田走向，長為 400 m，寬為 300 m。 開采水平的確定 本礦井煤層露頭標(biāo)高為 380 m，煤層埋藏最深處達(dá) 1000 m，垂直高度達(dá) 630 m，根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，緩傾斜、傾斜煤層的階段垂高為 200 ~ 350 m，因此必須采用多水平 開采，由于本礦被 F1 走向大斷層劃分為東西兩部分，其中任何一部分均不能劃分為兩個階段，結(jié)合階段斜長考慮，決定本井田劃分為兩個水平或三個水平。 主要開拓巷道 1）運(yùn)輸大巷的布置 由于運(yùn)輸大巷服務(wù)年限較長，且煤層的頂?shù)装寰鶠槟鄮r，為便于維護(hù)和使用，且不受煤層開采的影響，將大巷布置在距煤層底板大約 30 m 處的細(xì)砂巖中。巖層大巷其優(yōu)點(diǎn)是巷道維護(hù)條件好，維護(hù)費(fèi)用低，巷道施工能夠按要求保持一定方向和坡度；便于設(shè)置煤倉。 2）井底車場的布置 由于井底車場一般要為整個礦井服務(wù)，服務(wù)時間較長，故要布置在較堅硬的巖 層中。本礦井布置位置選擇在煤層底板中。煤層底板為堅硬的細(xì)砂巖。維護(hù)費(fèi)用較低。 礦井開拓延伸 本礦井開拓延伸可考慮以下二種方案： 立井直接延伸；暗斜井延伸。 立井直接延伸：采用雙立井延伸時可充分利用原有的各種設(shè)備和設(shè)施，提升系統(tǒng)單一，轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)少，經(jīng)營費(fèi)低，管理較方便。但采用這種方法延伸時，原有井筒同時擔(dān)任生產(chǎn)和延伸任務(wù)，施工與生產(chǎn)相互干擾，立井接井時技術(shù)難度大，礦井將短期停產(chǎn)；延伸兩個井筒施工組織復(fù)雜，為延伸井筒需要掘進(jìn)一些臨時工程，延伸后提升長度增加，能力下降，可能需要更換提升設(shè)備。 暗斜井延伸 ：采用兩個暗斜井延伸時，暗斜井主 井內(nèi)鋪設(shè)膠帶輸送機(jī)，系統(tǒng)較簡單且運(yùn)輸能力大，可充分利用原有井筒能力，同時生產(chǎn)和延伸相互干擾少。其缺點(diǎn)是增加了提升、運(yùn)輸環(huán)節(jié)和設(shè)備，通風(fēng)系統(tǒng)較復(fù)雜。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 第 32 頁 方案比較 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： 方案一：立井兩水平開拓，暗斜井延伸 主、副井井筒均為立井，第一水平設(shè)在 700 m，第二水平采用暗斜井延伸至1000 m，大巷布置在煤層底板的巖層中，距離煤層底板 30 m 左右，均采用采區(qū)準(zhǔn)備方式上山開采，采用 中央邊界 式通風(fēng)，如圖 411。 方案二：立井兩水平開拓，立井直接延伸 主、副井井筒均為立井，第二水平延伸采用立井直接延伸，水平和大巷布置同于方案一采用 中央邊界 式通風(fēng)，如圖 411。 方案三：立井兩三水平開拓，暗斜井延伸 主、副井井筒均為立井開拓，第一水平布置同于方案一，第二水平布置在 860 m，三水平布置在 1000 m，二水平采用立井直接延伸，三水平采用暗斜井延伸。大巷布置及通風(fēng)方式同于方案一， 如圖 412。 方案四：立井三水平開拓，暗立井延伸 主、副井井筒均為立井開拓，第二水平采用立井直接延伸，三水平為減少石門工程 量采用暗立井延伸，水平及大巷布置同于方案三，采用 中央邊界 式通風(fēng)，如圖 412。 所提四個方案水平數(shù)目均相同，區(qū)別在于井筒延伸形式和工作面布置以及由此及起的部分基建、生產(chǎn)費(fèi)用不同。 2）開拓方案技術(shù)比較 方案一與方案二的區(qū)別在于二水平延伸是暗斜井延伸還是立井延伸，兩方案生產(chǎn)系統(tǒng)都比較簡單可靠，相同的立井開鑿和井底車場開鑿費(fèi)用沒有比較。由方案粗略經(jīng)濟(jì)比較（見表 411）可知， 比較結(jié)果是方案二的粗略估算費(fèi)用比方案一的費(fèi)用高 ％，方案一在經(jīng)濟(jì)上占優(yōu)，而且二水平采用暗斜井延伸，系統(tǒng)較簡單且運(yùn)輸能力大，可充分利 用原有井筒能力，同時不干擾現(xiàn)行礦井的正常生產(chǎn)，綜合考慮選擇方案一。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 第 33 頁 + 321 503 505 507 509 50+ 321 503 505 507 509 50Ⅰ Ⅰ主井副井①斜長 7 50m 平均傾角 20 176。 ②斜長 105 3m/ 107 2m 平均傾角 18176。 / 15176。方案二 立井兩水平立井直接延伸一水平 700m 二水平 1000m①②Ⅰ Ⅰ①斜長 7 50m 平均傾角 20 176。 ②斜長 105 3m/ 107 2m 平均傾角 18176。 / 15176。+ 321 503 505 507 509 50+ 321 503 50