淮北石臺礦120萬噸新井設計-煤礦設計說明書規(guī)范化系統(tǒng)的研制采礦工程專業(yè)畢業(yè)論文畢業(yè)設計

本科生畢業(yè)設 第133頁 1 礦區(qū)概述及井田地質特征 1.1 礦區(qū)概述 1.1.1 交通位置 石臺礦位于淮北市東北15公里，閘河煤田中部偏東，坐落在蕭縣境內。 圖1-1 石臺礦交通位置圖 井田屬淮北市杜集區(qū)石臺鎮(zhèn)、朔里鎮(zhèn)和蕭縣永固鎮(zhèn)管轄，南鄰張莊礦，西接岱河礦和房莊礦，東以張莊向斜軸與永固井田相連。 區(qū)內鐵路運輸有礦用鐵路經(jīng)符夾線至符離集，可通往華東各工業(yè)城市，公路可直通徐州、宿縣、阜陽等地，交通甚為方便。另外井田北有連霍高速公路，交通較方便。南鄰張莊礦，西接岱河礦和朔里礦，東以張莊向斜軸與井田相連，北以16號勘探線為界，南北長7.5公里，東西寬5公里，面積約22平方公里。 1.1.2 礦區(qū)氣候條件 本區(qū)屬季風濕暖帶，為半濕潤半干燥的大陸性氣候。年最大降雨量1518.6mm，年平均降雨量861mm，最大月降雨量792.8mm，最大日降雨量207mm。年平均氣溫14.4℃，日最低氣溫-23.4℃，日最高氣溫-41.5℃，年蒸發(fā)量1809.9mm。 夏季多東南風，冬季多西北風，平均風速3.4m/s，最大風速20 m/s。 降雪期和冰凍期為11月至翌年3月。凍土深度一般10cm左右，最大19cm。 井田內地表水系不發(fā)育。 1.1.5 礦區(qū)供電 本礦現(xiàn)有兩趟LGJ－70.35KV電源線，一趟引自馬莊區(qū)域變電所，供電距離14KM。經(jīng)驗算，正常情況下兩趟線路同時供電，當cosφ＝0.85時，馬莊區(qū)變――石臺礦，14KM線路壓降為2.28%，馬莊變區(qū)――朔里礦――－石臺礦，14＋4.5KM線路壓煤為4.23%。當一趟線路故障，另一趟負擔全礦負荷時；馬莊區(qū)變――石臺線路壓降為4.56%，均在許可范圍內。 1.2 井田地質特征 1.2.1 井田地形及煤系地層概述 （2）礦井涌水量 淺水平歷年涌水量為145.8噸／時。深部正常涌水量為329.2噸／時，最大涌水量為378.6噸／時。 （3）井田水文地質類型 礦井充水的主要巖層為3和6煤層的頂板砂巖裂隙水，淺部較深部發(fā)育，且富水性強。礦井涌水量與地表水無水力聯(lián)系，斷層導水性弱。本礦井水文地質條件屬于以裂隙巖層充水為主的簡單類型。 查明礦井充水因素，認為開采3煤層主要受其頂板裂隙含水層的 威脅為主，但富水性微弱，影響不大，而與地表水、灰?guī)r水無直接水力聯(lián)系的規(guī)律。根據(jù)生產水平礦井涌水量較小，且上與地表水，下與灰?guī)r水無水力聯(lián)系，斷裂導水性弱、頂板裂隙充水微弱等特征，將礦井劃為水文地質條件簡單類型。 本區(qū)煤系地層為石炭二迭系，全被厚50米左右的第四系沖積層所覆蓋。 石臺礦位于閘河盆地復式向斜中部，朔里背斜以東，本區(qū)以寬緩褶曲為主，次一級褶曲教發(fā)育，石層傾角8度至22度，平均17度，斷裂構造以北此東向正斷層為主。二水平斷距大于20米的有五條。 區(qū)內巖漿巖分布較廣，巖性種類較多。其中以輝綠巖為主，次為花崗斑巖和閃長嶺巖，主要以巖床和透鏡狀由東向西，由北向南侵到3煤層中，上部侵入面積約14平方公里，占3煤層總面積的64%，對煤層厚度，煤質及礦井生產影響較大。 根據(jù)地質報告，南以8號斷層，西以H下3斷層。北至16線，東到張莊向斜軸。延伸水平標高從負250――負450米，勘探線控制到負500米。南北長7.5公里，東西寬5公里，面積22平方公里。井田構造以寬緩褶曲為主并伴有稀疏斷裂的構造形態(tài)。褶曲以北北東向為主，其主體褶曲構造有張莊向斜和朔里背斜，次一級褶曲構造有宗臺、丁莊背斜及童臺、黃莊向斜等組成。區(qū)內斷裂構造主要以與曲軸向平行的北北東向正斷層為主。其次與褶曲軸向垂直的近東西向斷層，上述斷裂構造雖條數(shù)不多，因斷距大，破碎帶寬，延伸長，對開拓布局和開采有一定影響。 查明巖漿侵入范圍及其對煤層的破壞和影響。巖漿以輝綠巖為主，次為花崗斑巖和閃長玢巖，主要以巖床和透鏡狀侵入到煤層中，對煤層、煤質及開采影響較大（北翼尤為突出）。地質報告初步闡明了巖漿巖侵入的分布規(guī)律，及其與褶曲、斷裂構造的關系。 1.3 井田煤層特征 1.3.1 煤層埋藏條件及圍巖性質 區(qū)內煤系地層總厚度136米，含煤14層，平均煤層總厚度11.35米，含煤系數(shù)1%。 井田內3煤層為主要可采煤層，5，6煤層2為局部可采的 薄煤層。 3－6煤層分布 3煤層，為主要煤層，僅局部因巖漿侵入不可采。 5 煤層，主要分布在井田西南、西北及東北北部三塊可采區(qū)。 6煤層， 61煤層分布在井田南部1－5線間，62煤層分布在北部11－14線間。 煤質，本區(qū)煤質的變質作用以接觸變質為主，由于巖漿的侵入作用，煤層的變質程度明顯增強，煤種較多。二水平內3 煤層以焦煤為主，占62.3%，焦煤到貧煤次之，占26.5%，無煙煤占6.4%，天然焦占4.8%. 3 煤層屬低硫、低磷、中灰中等可選煤層，2、5、6等煤層屬低硫中灰煤層。 （3）瓦斯、煤塵及自燃 一水平屬于低瓦斯礦井。一水平瓦斯相對涌出量為6.042m3/噸、日，瓦斯梯度為47.3.二水平瓦斯相對涌出量為10.25m3/噸、日，屬于高級瓦斯礦井。 通過煤塵爆炸性測定及煤層爆炸指數(shù)計算，2、5、6等煤層均屬于有爆炸危險的煤層。 通過煤層燃點測定，煤層具有自然發(fā)火傾向。 該井田主采煤層為3號煤層。共192個見煤鉆孔，182個點達到可采厚度，應屬于較穩(wěn)定煤層類型。5、6煤層均局部可采，且可采邊界不規(guī)則、應屬不穩(wěn)定煤層。 查明區(qū)內含煤地層的含煤性和各主要可采煤層的賦存特征。根據(jù)主可采煤層（3層）在井田內有194個鉆孔穿過其層位，其中見煤點192個（僅有2個鉆孔因過斷層未見煤），認為該煤層的控制程度較好。本區(qū)主要可采煤層的煤層對比基本可靠。 查明本區(qū)因受區(qū)域變質及巖漿巖侵入接觸變質影響，使從中變質的肥、焦煤帶向高變質的貧煤、無煙煤甚至天然焦發(fā)展的煤質變化規(guī)律，并提出了巖漿巖對各煤層的影響大小、煤變質程度及其煤種的分布情況。 2 井田境界與儲量 2.1 井田境界 2.1.1 井田境界劃分的原則 在煤田劃分為井田時，要保證各井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的開發(fā)。煤田范圍劃分為井田的原則有： （1）井田的儲量，煤層賦存情況及開采條件要與礦井生產能力相適應； （2）保證井田有合理尺寸； （3）充分利用自然條件進行劃分，如地質構造（斷層）等； （4）合理規(guī)劃礦井開采范圍，處理好相鄰礦井間的關系。 2.1.2 井田境界 根據(jù)地質報告，南以8號斷層，西以H下3斷層。北至16線，東到張莊向斜軸。延伸水平標高從負250――負450米，勘探線控制到負500米。南北長7.5公里，東西寬5公里，面積22平方公里。 2.2 礦井工業(yè)儲量 工業(yè)儲量是指在井田范圍內，經(jīng)過地質勘探厚度與質量均合乎開采要求，目前可供利用的列入平衡表內的儲量，即A＋B＋C級儲量。 井田范圍內的煤炭儲量是礦井設計的基本依據(jù)，煤炭工業(yè)儲量由煤層面積、厚度及容重相乘所得，其計算公式一般為： Q=100SMγ/cosα (2-1) 式中： Q——為井田工業(yè)儲量，萬t； S——井田面積，km2； M——煤層平均厚度，5.5m； γ——煤的容重，t/m3，1.4t/m3 α——煤層平均傾角，17； 則：Zc=100225.51.4/cos17=16199.81萬t。 2.2.1 井田勘探類型 精查地質報告查明了本井田的煤層賦存情況、構造形態(tài)、煤質及水文地質條件。井田勘探類型為中等。 2.2.2 礦井工業(yè)儲量的計算及儲量等級的圈定 2.3 礦井可采儲量 2.3.1 計算可采儲量時，必須要考慮以下儲量損失 （1）工業(yè)廣場保護煤柱； （2）井田邊界煤柱損失； （3）采煤方法所產生煤柱損失和斷層煤柱損失； （4）建筑物、河流、鐵路等壓煤損失； （5）其它各種損失。 2.3.2 各種煤柱損失計算 （1）工業(yè)廣場保護煤柱 本礦井設計年生產能力為1.2Mt/a，按《煤礦設計工業(yè)規(guī)范》，占地面積指標應在（0.7~0.8）公頃/10萬噸之間小井取大值，故取0.8。占地面積為120.8＝9.8104m2。故設計工業(yè)廣場的尺寸為300350m2的長方形，面積為：10.5104m2，尺寸為300350m2的長方形。 工業(yè)廣場位置處的煤層的平均傾角為17，工業(yè)廣場的中心處在井田走向中央，傾向中央偏于煤層中上部，其坐標為：該處表土層厚度為50m。主井、副井、地面建筑物均在工業(yè)廣場內。工業(yè)廣場按大型礦井Ⅱ級保護，留圍護帶寬度為15m。 本礦的地質條件及沖積層和基巖層移動角見表2-1： 表2-1 礦井地質條件及沖積層和基巖層移動角 廣場中心煤層深度 煤 層 傾 角α 煤層 厚度 沖積層厚度 沖積層移動角Φ 走向移動角 δ 下山移動角 γ 上山移動角 β m M m -330 17 5.5 50 35 73 55 75 由此根據(jù)上述已知條件，畫出如圖2-1所示的工業(yè)廣場保安煤柱的尺寸，并由圖得出保護煤柱的尺寸為： 工業(yè)廣場保護煤柱示意圖 S=梯形面積=1/2(上寬下寬) 高 =1/2(624.5＋773.01) 794.25 =554999.37m2 (則工業(yè)廣場壓煤為：Q1＝SMr/cosα (2-1) ＝554999.375.51.4/ cos17 ＝446.875萬t （2）井田邊界煤柱損失 邊界煤柱根據(jù)實際情況留設40米，共(123+88+70)50405.5cos17o1.4=454.696.萬t （3）斷層煤柱 由于斷層落差40-90米，落差較大，兩側各留煤柱50米，共(27+26+10) 501005.5cos17o1.4=253.538萬t 2.3.3 井田的可采儲量 井田的可采儲量Z按下式計算： Z=(Q－P) C (2-5) 式中：Q——礦井工業(yè)儲量， P——各種永久煤柱的儲量之和， P=446.875+454.696+253.538=1155.109萬t C——采區(qū)回采率，厚煤層不低于0.75；中厚煤層不低于0.80。薄煤層不低于0.85；設計開采的3煤層屬厚煤層，采區(qū)回采率取為0.75。 則計算可采儲量為： Z=(Q－P) C=（16199.81－1155.109）0.75=11283.526萬t 由此可得本礦井的可采儲量為11283.526萬t。 在備用儲量中，估計約為50%為回采率過底和受未知地質破壞影響所損失的儲量。井田實際采出儲量用下式計算： Z實際=Z－Z（K－1）50%/K (2-6) 式中：Z實際 ——井田實際采出煤量，萬t； Z——礦井的可采儲量，10257.51萬t； K——礦井儲量備用系數(shù)，取1.3； 由2—3式，得 Z實際=11283.526－11283.526（1.3－1）50%/1.3 =9981.58萬t 即本設計礦井實際采出煤量為9981.58萬t。 煤層名稱 水平號 工業(yè)儲量 萬噸 永久煤柱損失/萬噸 總計損失 可采儲量 工廣煤柱 斷層煤柱 邊界煤柱 3號煤 一 5971.5 140.3/330 56.35 198.07 358.79 4182.64/4040.33 二 6649.0 306.6/117.2 197.23 141.68 586.8 4525.16/4667.19 三 3549.3 0 0 112.75 112.75 2494.81 合計 16169.8 446.9 253.58 452.5 1152.98 11202.61 3 礦井工作制度、設計生產能力及服務年限 3.1 礦井工作制度 按照《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》的規(guī)定，參考《關于煤礦設計規(guī)范中若干條文修改決定的說明》，確定本礦井設計生產能力按年工作日330d計算。“三八制”作業(yè)，每天三班出煤，凈提升時間為16h。 3.2 礦井設計生產能力服務年限 3.2.1 礦井設計生產能力 本井田儲量豐富，設計開采煤層賦存穩(wěn)定，煤層厚度大部分比較穩(wěn)定，屬厚煤層(5m)，為緩傾斜煤層（傾角17）。礦井總的工業(yè)儲量為16199.81萬t，可采儲量為11362.043萬t。因地質構造相對簡單，同時煤田范圍較大，開采技術好的礦井應建設大型礦井，故本設計初步確定礦井的設計生產能力為1.2Mt。 3.2.2 井型校核 下面按礦井的實際煤層開采能力，各輔助生產環(huán)節(jié)的能力，儲量條件及安全條件因素對井型進行校核： （1）煤層開采能力 礦井的開采能力取決于回采工作面和采區(qū)的生產能力，根據(jù)本設計第四章（礦井開拓）與第六章（采煤方法）的設計可知，該礦由于煤層傾角17度，工作面不宜太長，暫定長度160m，布置兩個一次采全高綜采工作面完全可以達到本設計的產量。 （2）輔助生產環(huán)節(jié)的能力校核 本礦井為大型礦井，開拓方式為立井開拓，主井提升容器為兩對12t底卸式提升箕斗，運煤能力和大型設備的下放可以達到設計井型的要求。工作面生產的原煤一律用強力膠帶輸送機運到采區(qū)煤倉，運輸能力也很大，自動化程度較高。輔助運輸采用雙層罐籠，大巷輔助運輸采用600mm軌距的1.5t固定車廂式礦車，同時本礦井井底車場調車方便，通過能力大，滿足矸石，材料和人員的調動要求。所以各輔助生產環(huán)節(jié)完全可以達到設計生產能力的要求。 （3）通風安全條件的校核 本礦井無煤塵爆炸性，淺部瓦斯含量低，屬于低瓦斯礦井。水文地質條件中等，在副井中鋪設兩趟水管路可以滿足排水要求。礦井采用對角式通風，有專門的風井，可以滿足要求。井田中部有大斷層，對于開拓有一定的影響，留設有保護煤柱。 （4）儲量條件校核 礦井的設計生產能力應與礦井的工業(yè)儲量相適應，以保證有足夠的服務年限。 礦井服務年限的計算： T = (3-1) 式中：T——礦井設計服務年限，年； Z——礦井可采儲量，11283.526萬t； A——礦井設計生產能力，120萬t /a； K——儲量備用系數(shù)，取1.3； 由3—1式得：T=11283.526/(1201.3)= 72.33a； 因此，本礦井的開采年限符合規(guī)范的要求。 本設計中第一水平傾斜范圍為-17m～-280m，第一水平服務年限的計算公式為： T ==28.03a 式中: T——第一水平服務年限，a 本礦井的服務年限以及第一水平的服務年限的設計服務年限符合規(guī)定。 4 井田開拓 井田開拓是在總體設計已經(jīng)劃定的井田范圍內，根據(jù)精查地質報告和其它補充資料，具體體現(xiàn)在總體設計合理原則，將主要巷道由地表進入煤層，為開采水平服務所進行的井巷布置和開掘工程。其中包括確定主、副井和風井的井筒形式、深度、數(shù)量、位置、階段高度、大巷位置、采（帶）區(qū)劃分以及開采順序與通風運輸系統(tǒng)。 4.1 井田開拓的基本問題 4.1.1 影響井田開拓的主要因素 4.1.2 井筒形式、數(shù)目的確定 （1）井硐形式的確定 斜井與立井開拓的優(yōu)缺點比較 斜井開拓與立井開拓相比，井筒施工工藝、施工設備與工序比較簡單，掘進速度快，井筒施工單價低，初期投資少；地面工業(yè)建筑、井筒裝備、井筒裝備、井底車場及垌室都比立井簡單，井筒延深施工方便，對生產干擾少，不易受底板含水層的威脅；主提升膠帶化有相當大的提升能力，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。 與立井開拓相比，斜井開拓的缺點是：斜井井筒長，輔助提升能力小，提升深度有限；通風路線長、阻力大，管線長度長；斜井井筒通過富含水層、流砂層施工技術復雜。對井田內煤層埋藏不深，表土層不厚，水文地質情況簡單，井筒不需特殊法施工的緩斜和傾斜煤層，一般可采用斜井開拓。 根據(jù)自然地理條件、技術經(jīng)濟條件等因素，綜合考慮石臺煤礦的實際情況： 地勢平坦，地面標高平均+33m左右，煤層埋藏較深； 礦井年設計生產能力為1.2Mt/a，為大型礦井。 綜上所述，本礦采用立井開拓。 （2）主、副井井筒位置的選擇 ①井筒位置的確定原則 Ⅰ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輸大巷的布置，石門工程量少； Ⅱ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； 井田兩翼儲量基本平衡； Ⅲ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； Ⅳ工業(yè)廣場應充分利用地形，有良好的工程地質條件，且避開高山、低洼和采空區(qū)，不受崖崩滑坡和洪水威脅； Ⅴ工業(yè)廣場宜少占耕地，少壓煤； Ⅵ水源、電源較近，礦井鐵路專用線短，道路布置合理。 ②井筒沿井田走向方向的有利位置 本井田北部煤層賦存相對穩(wěn)定，南部傾角小，相對平緩，儲量分布不均勻，井筒的有利位置應在井田走向的儲量中央，以形成兩翼儲量比較均勻的雙翼井田，可以使井田走向的井下運輸工作量最小，通風網(wǎng)路較短，通風阻力小。 ③井筒沿井田傾斜方向的有利位置 立井開拓時，本井田中部偏左有大斷層，井筒布置在井田的中央靠上部位，位于斷層稍右側。 ④有利于礦井初期開采的井筒位置 礦井應盡快達產，使井筒布置在第一水平的位置最優(yōu)。 ⑤盡量不壓煤或少壓煤合理布置井筒 確定井筒位置，要充分考慮少留井筒和工業(yè)廣場保護煤柱。因為本井田內無主要鐵路，并不需留設保護煤柱。為了減少工業(yè)廣場所壓煤柱，將斷層煤柱和工業(yè)廣場煤柱合并考慮，并且保證在井田走向的中央。傾向的中央靠上部位。 ⑥地質及水文地質條件對井筒布置的影響 要保證井筒、井底車場及硐室位于穩(wěn)定的圍巖中，應使井筒盡量不穿過或少穿過流沙層、較大的含水層、較厚沖積層、斷層破碎帶、煤與瓦斯突出煤層、較軟煤層及高應力區(qū)。 本礦井礦井涌水量與地表水無水力聯(lián)系，斷層導水性弱。本礦井水文地質條件屬于以裂隙巖層充水為主的簡單類型。 ⑦井口位置應便于布置工業(yè)場地 井口附近要布置主、副生產系統(tǒng)的建筑物及引進鐵路專用線。為了便于地面系統(tǒng)間互相聯(lián)接，以及修筑鐵路專用線與國家鐵路接軌，要求地面平坦，高差不能太大，專用線短，工程量小及有良好的技術條件。 （3）風井位置的選擇 本井田煤層賦存條件比較好，屬于緩傾斜煤層，第一水平采用采區(qū)式開采，少部分傾角小的地方可采用帶區(qū)式開采。由于井田走向較長，7.5km，且南部井田不規(guī)則，考慮后期開采過程中可能因線路較長帶來通風困難問題，前期采用中央分列式通風，后期在南部開新風井，煤層埋藏較淺，淺部風井深度不超過100m，費用不高，方案可行。 故在設計中采用中央分列式通風，中央風井服務第一、二水平的中北部。南翼風井服務第一、二水平的南翼，南翼下一水平的通風通過一段回風平巷與南風井相連。 風井井口位置的選擇，應在滿足通風要求的前提下，與提升井筒的貫通距離最短，并利用各種煤柱以減少保護煤柱的損失。中央風井，南翼風井布置在井田邊界之外，不留煤柱。 4.1.3 工業(yè)廣場的位置、形狀和面積的確定 工業(yè)場地的選擇主要考慮以下因素： （1）盡量位于儲量中心，使井下有合理的布局； （2）占地要少，盡量做到不搬遷村莊； （3）盡量布置在地質條件較好的區(qū)域，同時工業(yè)場地的標高要高于最高洪水位； （4）盡量減少工業(yè)廣場的壓煤損失。 根據(jù)以上原則和本礦井的實際情況，工業(yè)廣場與主副井筒布置位置相同，其面積及保護煤柱的大小詳見第二章第三節(jié)內容，工業(yè)廣場面積10.5104m2，定為350m300m的矩形。 4.1.4 開采水平的確定 本礦井煤層露頭標高為-17m，煤層埋藏最深處達-850m，垂直高度達833m，因此必須采用多水平開采，根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》規(guī)定，緩傾斜、傾斜煤層的階段垂高為200～350m，根據(jù)本礦井的實際條件，結合階段斜長考慮，決定煤層的階段垂高選為250m左右。 4.1.5 井底車場和運輸大巷的布置 （1）運輸大巷的布置 由于運輸大巷要為上下水平的開采服務以及本煤層厚度為5.5m，為便于維護和使用，且不受煤層開采的影響，水平大巷布置在距煤層底板30m處的細砂巖中。煤層大巷的優(yōu)點是巷道掘進速度快，礦井投產早，而且掘進出煤量也很可觀；巖層大巷其優(yōu)點是巷道維護條件好，維護費用低，巷道施工能夠按要求保持一定方向和坡度；在開采上下水平時，可以跨大巷開采，不留保護煤柱，減少煤柱損失，便于設置煤倉。 （2）井底車場的布置 由于井底車場一般要為整個礦井服務，服務時間較長，故要布置在較堅硬的巖層中。本礦井布置位置可以選擇在煤層頂板或者煤層底板中。煤層頂板為中硬的砂泥巖，底板為堅硬的中細砂巖。后者相對于前者維護費用較低，但對于不同的開拓方案還需進行技術與經(jīng)濟比較，以選擇最優(yōu)方案。 4.1.6 礦井開拓延伸及深部開拓方案 本礦井開拓延伸可考慮以下二種方案：立井延伸；雙暗斜井延伸。 雙立井延伸：采用雙立井延伸時可充分利用原有的各種設備和設施，提升系統(tǒng)單一，轉運環(huán)節(jié)少，經(jīng)營費低，管理較方便。但采用這種方法延伸時，致使井筒需打在煤層較深處，增大井筒的保護煤柱量。同時，該方法使原有井筒同時擔任生產和延伸任務，施工與生產相互干擾，立井接井時技術難度大，礦井將短期停產；延伸兩個井筒施工組織復雜，為延伸井筒需要掘進一些臨時工程，延伸后提升長度增加，能力下降，可能需要更換提升設備。 暗斜井延伸：采用兩個暗斜井延伸時，原有井筒的位置，水平的劃分，上山或下山開采都不受太大影響。暗斜井立井內鋪設膠帶輸送機，系統(tǒng)較簡單且生產能力大，可充分利用原有井筒能力，同時生產和延伸相互干擾少。其缺點是增加了提升、運輸環(huán)節(jié)和設備，通風系統(tǒng)較復雜。 4.1.7 開采順序 本井田開采順序為先采第一水平，再采第二、三水平； 采區(qū)開采順序：采用采區(qū)前進式，即由井筒向井田邊界推進； 采區(qū)內回采順序：采用后退式，即由采區(qū)邊界向采區(qū)上山推進。 4.1.8 方案比較 根據(jù)以上分析，提出以下四種方案，如圖4-1所示 （1）三水平開采，立井井筒位于-280煤層處，頂板車場，主暗斜井、副立井延伸第二水平，水平標高-550，石門到達大巷，雙暗斜井延伸到三水平，水平標高-850。（以下各方案各水平標高與方案一相同） （2）三水平開采，立井井筒位于-280煤層處，主暗斜井、副立井延伸第二水平；主暗斜井、副立井延伸到第三水平 （3）三水平開采，井筒位置改變，一水平仍位于-280水平煤層處，車場位于底板巖石中；二、三水平雙暗斜井延伸。 （4）三水平開采，井筒位于-280水平煤層處，石門到達大巷；二水平暗副立井延伸，主暗斜井延伸，石門到達大巷；三水平雙暗斜井延伸。 （1）技術比較 方案一和二主要區(qū)別在于三水平用斜井還是立井延伸，方案三和四在三水平延伸方案相同的情況下，改變井筒位置，比較二水平立井延伸和斜井延伸的區(qū)別。 四個方案的粗略經(jīng)濟比較如下表： 　 　 方案一 　 方案二 基建費/萬元 主暗斜井井開鑿 1729.510501e-4=118.5975 副立井開鑿 30030001e-4=90 副暗斜井井開鑿 1729.511501e-4=198.89 主暗斜井開鑿 1729.510501e-4=118.5975 上下斜井車場 (300+500)9001e-4=72 石門開鑿 9008001e-4=72 　 井底車場 10009001e-4=90 　 　 小計 452.79 小計 433.5975 生產費/萬元 石門運輸 12268.010.160.381=139.346 立井提升 0.22268.010.570.85+1.22268.010.3131.1=1152.82 暗斜井提升 1.22268.011729.5/10000.48+2268.01923.48/10000.48=3264071 暗斜井提升 12268.010.481729.5/1000+12268.01923.48/10000.48=2888.15 立井提升 1.22268.010.3131.1+0.22268.010.270.85=1041.15 排水 329.22436530.3(0.305)/10000=2665.05 排水 329.22436530.3(0.103+0.305)/10000=2223.75 石門運輸 0.22268.030.3810.9+0.22268.010.60.381+12268.010.160.381=397.49 小計 6668.96 小計 7107.52 總計 費用/萬元 7121.75 　 7541.1175 百分率 100.00% 　 106% 　 　 方案三 方案四 基建費/萬元 主暗斜井井開鑿 923.481050/10000=96.9654 暗副立井開鑿 2703000/10000=81 副暗斜井井開鑿 923.481150/10000=106.2 石門開鑿 875800/10000=70 上下斜井車場 (300+500)900/10000=72 主暗斜井開鑿 923.481050/10000=96.9654 　 井底車場 1000900/10000=90 　 斜井車場 (300+500)800/10000=64 小計 275.1656 小計 409.9654 生產費/萬元 暗斜井提升 1.23753.33923.48/10000.48=1996.488 立井提升 1.23753.331.1313/1000+0.23753.33270/10000.85=1723.0 立井提升 1.23753.33270/10001.1=1550.7258 石門運輸 0.23753.338000.875=250.25 排水（斜、立） 329.224365(0.063+0.225)30.3/10000=2516.512 暗斜井提升 13753.330.480.875=1567.39 　 　 排水（斜、立） 329.32430.3(0.305)/10000=2665.05 小計 6063.726 小計 6205.7 總計 費用/萬元 6338.8916 　 6615.6654 百分率 100.00% 　 104% 余下的1、3方案均屬技術上可行，水平服務年限也都符合要求。兩者相比方案3的總投資要少一些，但是方案1的生產經(jīng)營費用可能要低一些。因此，兩方案還需要通過具體的經(jīng)濟比較，才能確定其優(yōu)劣。 2）開拓方案經(jīng)濟比較 第1、第3方案有差別的建井工程量、生產經(jīng)營工程量、基建費、生產經(jīng)營費和經(jīng)濟比較結果，分別計算匯總于下列表中： 　 建井工程量 　 項目 方案一 方案三 前期 主井井筒 313+20 333 313+20 333 副井井筒 313+5 318 313+5 318 井底車場 1000 1000 主石門 160 運輸大巷 1200 1050 后期 主井井筒 副井井筒 270 副斜井 1729.5 923.48 1729.5 主斜井 923.48 1729.5 923.48 1729.5 井底車場 1000 　 800 主石門 525 　 　 運輸大巷 10750 　 10525 　 　 基建費用表 　　 項目 　 方案一 方案三 　 　 工程量 單價 費用/萬元 工程量 單價 費用 初期 主井井筒 333 3000 99.9 333 3000 99.9 副井井筒 318 3000 95.4 318 3000 95.4 井底車場 1000 900 90 1000 900 90 主石門 160 800 12.8 運輸大巷 1500 800 120 1500 800 120 　 小計 418.1 405.3 后期 主井井筒 270 3000 81 0 副井井筒 0 0 副斜井 1729.5 1150 198.8925 2652.98 1150 305.0927 主斜井 2652.98 1050 278.5629 2652.98 1050 278.5629 井底車場 1000 900 90 800 900 72 主石門 600 800 48 0 運輸大巷 10750 800 860 10525 800 842 　 小計 　 　 1556.4554 1497.6556 共計 　 　 　 1974.5554 1902.9556 　 生產經(jīng)營工程量 項目 方案一 方案三 　 工程量 工程量 運輸提升 　 大巷及石門運輸 　 一水平 1.23363.66/2((23+11.5+2.5+14)50+(17+7+18.5)50)/1000=9435.066 1.23363.66/2((23+11.5+2.5+9.5)50+(21+7+18.5)50)/1000=9384.6114 二水平 1.23639.11/2((33+8+11)50+(27+10)50+10.550)/1000=10862.74 1.23639.11/2((33+8+11)50+(27+10)50+10.550)/1000=10862.74 三水平 1.22268.01/23150/1000=2109.249 1.22268.01/23150/1000=2109.2490 立井提升 一水平 1.23363.660.313=1263.391 1.23363.660.313=1263.391 二水平 0.3639.110.583+1.23639.110.313=1791.17 1.23639.110.313=1366.8497 三水平 0.22268.010.583+1.22268.010.313=1116.315 1.22268.010.313=851.86 斜井提升 一水平 0 0 二水平 13639.110.923=3358.899 3753.331.20.923=4157.188 三水平 1.22268.011.7295+12268.010.923=6800.401 1.22268.011.7295+1.22268.010.923=7219.0758 維護采區(qū)上山 1.226(923.2+1729.5+263/SIN(17)12.83)/10000=20.447 1.226(923.2+1729.5+263/SIN(17)12.83)/10000=20.447 排水 一水平 329.22436528.03/10000=6063.269 329.22436527.07/10000=7806.42 二水平 329.22436530.3/10000=8773.69 329.22436531.28/10000=9020.50 三水平 329.22436518.9/10000=5450.367 329.22436518.9/10000=5450.366 　 　 生產經(jīng)營費 　 項目 方案一 方案三 　 工程量 單價 費用/萬元 工程量 單價 費用/萬元 大巷及石門 　 　 　 　 　 　 一水平 9435.066 0.45 4245.7798 384.6114 0.45 4223.0751 二水平 10862.74 0.381 4138.7052 10862.743 0.381 4138.7052 三水平 2109.249 0.32 674.95978 2109.2493 0.32 674.95978 小計 9059.4448 9036.7401 立井提升 一水平 1263.391 1.1 1389.7298 1263.3907 1.1 1389.7298 二水平 1791.17 0.85 1522.4945 1366.8497 0.85 1161.8223 三水平 1116.315 0.8 893.05162 851.86456 0.8 681.49164 小計 3805.2758 3233.0437 斜井提升 一水平 0 0.48 0 0 0.48 0 二水平 358.899 0.36 1209.2035 4157.1883 0.36 1496.5878 三水平 800.401 0.3 2040.1204 7219.0758 0.3 2165.7227 小計 3249.3238 3662.3105 運提費用合計 16114.044 15932.094 維護采區(qū)上山 20.44725 35 715.65366 20.447247 35 715.65366 排水 一水平 8083.269 0.225 1818.7355 7806.4249 0.225 1756.4456 二水平 8737.89 0.27 2359.2302 9020.5014 0.27 2435.5354 三水平 5450.367 0.29 1580.6064 5450.3669 0.29 1580.6064 小計 　 5758.5722 5772.5874 合計 　 　 21872.617 　 　 21704.682 　 　 費用匯總表　 項目 方案一 方案三 　 費用/萬元 百分率 費用/萬元 百分率 初期建井費 418.1 103% 405.3 100% 基建工程費 1974.5554 104% 1902.9556 100% 生產經(jīng)營費 21872.617 101% 21704.682 100% 總費用 24265.272 101% 24012.937 100% 在上述經(jīng)濟比較中需說明以下幾點： ① 兩方案中，各采區(qū)的劃分與布置類似，故采區(qū)服務年限及各采區(qū)上山的總開掘長度一樣，兩方案上山開掘費及維護費未進行經(jīng)濟比較。 ② 在運輸費用中，方案1、3的區(qū)別僅在于方案1的第二水平與方案3的第二水平的延伸方式的不同，故僅對方案1的第二水平與方案3的第二水平作了比較。 ③ 立井、大巷、石門及采區(qū)上下山的輔助運輸費用均按占運輸費用的20%進行估算。 ④ 兩方案由于井筒位置不同，其井筒保護煤柱也不同。方案3井筒位置偏于煤層上部，因此方案1的煤柱損失將比方案3的多，在綜合比較中須考慮到這一點。 ⑤ 綜合比較及結果：雖然方案1的總費用與方案3的總費用相差不大，但考慮到方案3的井筒位于煤層的上部，工業(yè)廣場在一水平壓煤多于方案1，但壓煤總量少。此外，考慮到方案3斜井運輸，膠帶可直接通往主井井底煤倉，連續(xù)性好。且車場位于底板中，維護較好。三方案的初期投資少。故綜合比較，3方案優(yōu)于1方案。 礦井為三個水平，第一水平標高為-280m，第二水平標高為-550m，三水平標高為-850，三水平均為上山開采，第一水平上山部分為-280m以上， 1個階段，階段斜長約889.7m；第二水平上山部分為-550—-850m，1個階段，階段斜長約923.5m；三水平上山-550以上，1個階段，階段斜長約1729.5m。 4.2 礦井基本巷道 4.2.1 井筒 由前章確定的開拓方案可知第一水平主、副井都為立井，在井田邊界中央斷層煤柱外設置一個風井，在井田北翼-50煤層處設北風井。一般來說，立井井筒橫斷面形狀有圓形、矩形兩種，但圓形斷面的立井服務年限長，承壓性能好，通風阻力小，維護費用少及便于施工的特點，因此，主、副立井及南、北風井均采用圓形斷面。 （1）主井 位于礦井工業(yè)場地，擔負全礦井120萬t/a的煤炭運輸。井筒內裝備一對JDS12/1104型12 t箕斗，圓形斷面，凈直徑為4.50 m，凈斷面面積15.90 ㎡?；炷辆诤?50 ㎜，表土段井壁厚 750 ㎜充填混凝土厚50㎜。此外，還布置有檢修道、動力電纜、照明電纜、通訊信號電纜、人行臺階等設施。主井井筒斷面和井筒特征表見圖4—5。 （2）副井 副井井筒采用立井形式，圓形斷面，凈直徑為6.5 m，凈斷面面積為28.27㎡，井筒內裝備一對1.5噸礦車雙層四車加寬罐籠一對，井壁采用混凝土砌碹支護方式，混凝土井壁厚400㎜，井筒主要用于提料、運人、提升設備、矸石等。采用金屬罐道梁，行鋼組合罐道，端面布置，罐道梁采用通梁式布置方式。副井內除裝備罐籠外，還設有梯子間作為安全出口，并設有管子道、電纜道。副井井筒斷面和井筒特征表分別見 4—6。 （3）風井 風井井筒采用立井形式，圓形斷面，凈直徑為5.5 m，凈斷面面積為23.7，采用混凝土支護方式，井壁厚度為400 mm，備有安全出口。風井井筒斷面和井筒特征表分別見圖4—7。 圖4-5 主井井筒斷面 圖4-6 副井井筒斷面 圖4-7 風井斷面 （4）風速驗算 所選定的副井作為進風井，南、北風井作為出風井，其斷面的大小必須符合風速要求。 由第九章《礦井通風與安全》的風速驗算可知，所選的井筒符合風速要求。 圖4-8 井底車場 4.2.2 井底車場 從礦車在井底車場內的運行特點看，井底車場有兩大類，即環(huán)形式和折反式。本礦井設計年產量為120萬噸，在大巷運輸采用3噸底卸式礦車運煤。根據(jù)底卸式礦車的運行特點及要求，選用折反式井底車場，為里保證礦井生產及安全的需要，一般井底車場設有各種硐室。井底車場線路布置及調車方式見 圖4—8。 4.2.3 主要開拓巷道 主要開拓巷道如運輸大巷，主石門（同運輸大巷）均布置在底板砂巖中，為了能夠使水自動流動應該保持一定的坡度，一般為0.3%—0.5%。由于其服務時間長，為了便于維護，并根據(jù)現(xiàn)場使用情況，其斷面均采用半圓拱型，并采用錨噴支護。斷面圖見4-9。 各主要開拓巷道的斷面尺寸，均按運輸設備的外形尺寸以及《規(guī)程》中的有關安全間隙的要求而確定的，并按通風要求驗算風速，驗算結果見第九章。 圖4-9 大巷及石門斷面圖 總回風道位于首采區(qū)上端底班板砂巖中，其巷道斷面與運輸大巷相同。為了便于維修，大巷內也布置軌道，但不布置受電弓。巷道斷面見圖4-10。 圖4-10 總回風巷斷面 5 準備方式——采區(qū)巷道布置 5.1 煤層地質特征 5.1.1 采區(qū)位置及范圍 礦井首采采區(qū)位于井田南部第一水平上山部分，南部是人為劃定的邊界，并被工業(yè)廣場保護煤柱相隔。采區(qū)內無村莊、河流、湖泊以及鐵路等。 5.1.2 采區(qū)煤層特征 本采區(qū)所采煤層為10煤層，其煤層特征見表5—1： 表5—1 3煤層特征表 煤層名稱 煤厚 傾角 結構 穩(wěn)定性 容重 硬度 牌號 3 5.5m 14 單一 穩(wěn)定 1.40t/m3 中硬 焦煤 本采區(qū)內煤層傾角變化不大，瓦斯涌出量較低，主要涌出氣體為CH4和CO2，其中CH4相對含量為6.042m3/t，CO2為4.27m3/t，屬于低瓦斯礦井。煤沒有自燃發(fā)火傾向。 5.1.3 地質構造 該采區(qū)構造簡單，沒有大的構造影響生產，煤層走向起伏不明顯，傾角14度左右，無明顯的變緩、變陡趨勢。 5.1.4 頂?shù)装逄匦约八牡刭| （1）頂?shù)装鍡l件 偽頂：灰黑色泥巖或炭質泥巖，常與煤層分界不清，多缺失，極易冒落，平均厚0.05 m。 直接頂：以砂質泥巖、泥巖為主，深灰色，致密塊狀，硬度為f=3，易冒落，平均厚2.5 m。開采過程中頂板壓力大，工作面支護困難。綜上所述，其頂板分類定為Ⅱ類。容重18 KN/m3，松散系數(shù)1.32。 老頂：灰白色砂巖，細～中粒，塊狀，泥、鈣質膠結，磨圓度中等，斜層理發(fā)育，裂隙較發(fā)育，常與第二層砂巖合并，不易冒落，厚度2.5～6.6m，平均4.5 m。容重20 KN/m3，松散系數(shù)1.22。 直接底：灰色泥巖或砂質泥巖，局部含砂量較高，含植物根化石和泥質結核，偶有底凸，易碎，抗壓性差，遇水易膨脹，底部為4煤，局部夾0.5～1.0m的灰白色細砂巖，厚0.07～4.0 m。 老底：灰色砂質泥巖或互層，呈互層時，一般為3m左右，為砂質泥巖時，厚度大，有時可達10m以上，局部夾煤屑或極薄炭質泥巖，該巖石與下部泥巖分界不明顯。 （2） 水文地質 在3煤頂板2-3 m和15 m的地方有兩個含水層，均為砂巖，富水性為弱～中等，局部富含水，平均涌水量為8.4 m3/min，最大涌水量為13.35 m3/min，涌水量較大。 5.2 采區(qū)巷道布置及生產系統(tǒng) 5.2.1 采區(qū)走向長度的確定 采區(qū)內地質條件簡單，煤層富存穩(wěn)定，煤層厚度為5.5 m，屬于中厚煤層。本礦采用機械化開采，機械化程度很高。采區(qū)劃分受到大斷層的影響，全礦劃分為7個采區(qū)，首采區(qū)走向長度為1300 m，傾斜長度1086m。 5.2.2 確定區(qū)段斜長和區(qū)段數(shù)目 區(qū)段斜長=采煤工作面長度+區(qū)段煤柱寬度+區(qū)段上下兩平巷寬度?？梢杂孟率в嬎恪? L=l+m+2B （5.1） 式中 L表示區(qū)段斜長 ；m l表示采煤工作面長度；m m表示區(qū)段煤柱寬度；m B代表區(qū)段平巷寬度；m。 單巷布置為B乘以2。 又有 D=nL （5.2） D為階段斜長；由于工業(yè)廣場的影響，能夠布置綜放面的采區(qū)斜長為950m。 n為區(qū)段數(shù)目；個 L為區(qū)段斜長；m 由上面兩式可得，n(l+m+2B)=D 由于煤層和頂?shù)装宥驾^軟，而且煤層較厚，區(qū)段煤柱留設9 m。區(qū)段巷道取3.3 m，n取5，得到工作面的長度l=175 m。區(qū)段斜長的為L=190 m。 安裝液壓支架時會存在安裝誤差，特地留下10 cm的距離作為安裝裕量。 5.2.3 煤柱尺寸的確定 采區(qū)內的煤柱主要有采區(qū)邊界煤柱、采取上山保護煤柱、區(qū)段煤柱以及水平大巷保護煤柱。 運輸大巷布置在距煤層底板的32 m的砂巖中，在采區(qū)的邊界留設30 m的煤柱以保護大巷。兩上山也布置在同一曾位的砂巖中，上山之間留設20 m的保護煤柱。由于采區(qū)走向長度較短，采用的是單翼開采，僅在上山的一側留設30m的保護煤柱。在礦井服務的后期，可以將兩上山之間和上山煤柱一同采出。由于煤層頂?shù)装寰^軟，決定采用單巷布置回采巷道，采下一區(qū)段時采用沿空掘巷的方法，留設9m 的煤柱，以利于維護巷道，通風和排水。 5.2.4 采區(qū)上山布置 由于石臺礦區(qū)煤層、頂?shù)装遢^軟，為了減少上山的維護費用，將上山布置在距煤層底板32 m 的砂巖中。砂巖厚15 m，運輸上山距煤層32 m，軌道上山距煤層30 m，兩上山的水平距離為20 m。采區(qū)上山布置如圖5-1，上山斷面見圖5-2。 圖5-1 采區(qū)上山布置圖 5.2.5 區(qū)段平巷的布置 該采區(qū)開采單一煤層，厚度為5.5m，采用單巷布置，巷道與相鄰工作面的距離為9m，區(qū)段平巷均采用矩形斷面，斷面圖見采區(qū)工作面層面布置圖。 5.2.6 采區(qū)內工作面的接替順序 為了能夠在采空區(qū)上覆巖層穩(wěn)定后再進行沿空掘巷，采區(qū)內工作面的接替順序為隔一個區(qū)段跳采接替，區(qū)段接替由上到下依次接替。 5.2.7 采區(qū)通風、運輸及其它系統(tǒng) （1）運煤系統(tǒng) 工作面→ 運輸平巷→ 溜煤眼→運輸上山→ 采區(qū)煤倉→運輸大巷→主井→地面。 （2）運料系統(tǒng) 副井→井底車場→ 運輸大巷→ 采區(qū)下部車場→軌道上山→ 采區(qū)上部（中部）車場→區(qū)段回風平巷→ 工作面 （3）回風系統(tǒng) 新鮮風流：副井→ 井底車場→ 運輸大巷→采區(qū)下部車場→ 軌道上山→采區(qū)中部車場→區(qū)段運輸平巷→→工作面 污風風流：工作面→區(qū)段回風平巷→運輸上山→回風小石門→風井→地面 （4）出矸系統(tǒng) 掘進工作面→回風運料平巷→采區(qū)中部車場→軌道上山→采區(qū)下部車場 →運輸大巷→井底車場→副井→ 地面。 （5）供電及排水系統(tǒng) 供電系統(tǒng)：地面變電所→副井→井下中央變電所→ 采區(qū)變電所→移動變電站→工作面。 排水系統(tǒng)：工作面（掘進頭）→區(qū)段運輸平巷→采區(qū)中部車場→軌道上山 →采區(qū)下部車場→運輸大巷→井底水倉→副井→地面。 如工作面內涌出的積水或區(qū)段平巷內的積水不能自流到中部車場時，應安設局部小水泵進行抽排。 5.2.8 采區(qū)內各種巷道的掘進方法 采區(qū)內巷道采用綜合機械化掘進，選用AM—50型掘進機、SEP—160A型轉載機、SGB—620/40（SDW—40T）型刮板運輸機。掘進時轉載機接刮板運輸機和可伸縮膠帶輸送機。掘進前進時，延長刮板運輸機，當延長到刮板運輸機長度時，拆除刮板運輸機中部槽，將其縮到20—25 m，并將可伸縮帶式輸送機延伸50—75 m，轉載機與刮板運輸機的搭接長度為