双鸭山矿业集团东荣五矿的2.4Mta新井设计

摘 要本矿井设计为黑龙江省双鸭山市东荣五矿的新井设计，设计生产能力2.4Mt/a，服务年限54a。井田平均走向长4km，平均倾斜长3km，煤层平均倾角5，属近水平煤层。共有3层可采煤层，煤层总厚度8.81m。由于井田倾斜长度较大，且为近水平煤层，以及煤层地质条件等因素影响，决定本井田内全部采用倾斜长壁采煤法和走向长壁采煤法开采，3煤层工作面为综合机械化采煤，单工作面达产；4、5煤层工作面为综合机械化采煤，双工作面达产。设计中采用双立井开拓、单水平划分、集中大巷布置的开拓方式。大巷采用10吨电机车牵引3吨底卸式矿车运输。关键词：矿井设计、倾斜长壁采煤法、矿井开拓AbstractThis design is a new mine planning with Dongrongwu Coal Mine in Heilongjiang Province. Mine planning capacity is 2.4Mt/a. Service is 54a. Well the average toward length of the field is 4km,and average skewed length is 3km.The average inclination of the coal bed is 5,that is a nearly level coal bed. This field there are 2 can exploit coal bed, the average thickness of coal bed is 8.81m.As field more toward greater length and coal bed is nearly level. And geological conditions Etc. causes impact, decision this field use more long wall coal mining, located all use integrated mechanized and pit tubs transport one long wall mining on the strike coal mining. 3coal bed This development method is inclined portal , 4# coal and 5# coal located production. Big alley adopt the wiring type generator vehicle of 10t pull the base of 3t unload type mine vehicle transportation,Keyword：Mine planning、Long wall coal mining、Mine development66目 录摘 要IAbstractII目 录1绪 论1第1章 井田概况及地质特征11.1 井田概况11.1.1井田位置及范围11.1.2交通位置11.1.3地形与河流11.1.4气象11.2 地质特征21.2.1矿区范围内的地层情况21.2.2井田范围内和附近的主要地质构造41.2.3煤层赋存状况及可采煤层特征41.2.4岩石性质、厚度特征51.2.5井田内的水文地质情况61.2.6沼气、煤尘及煤的自燃性61.2.7煤质、牌号及用途6第2章 井田境界、储量、服务年限82.1 井田境界82.1.1 井田境界确定的依据82.1.2 井田周边情况82.2 井田储量82.2.1 井田储量的计算82.2.2 保安煤柱92.2.3 储量计算方法92.2.4 储量计算的评价102.3 矿井工作制度、生产能力、服务年限102.3.1 矿井工作制度102.3.2 矿井生产能力的确定102.3.3 矿井服务年限11第3章 井田开拓123.1 概述123.1.1 井田内外及附近生产矿井开拓方式概述123.1.2 影响本设计矿井开拓方式的原因及其具体情况123.1.3 确定井田开拓方式的原则123.2 矿井开拓方案的选择133.2.1 井硐形式和井口位置133.2.2 开采水平数目和标高173.2.3 开拓巷道的布置193.3 选定开拓方案的系统描述203.3.1井硐形式和数目203.3.2 井硐位置及坐标203.3.3 水平数目及高度213.3.4 石门、大巷(运输大巷、回风大巷)数目及布置213.3.5 井底车场形式的选择233.3.6 煤层群的联系243.3.7 采区划分243.4 井筒布置及施工253.4.1 井硐穿过的岩层性质及井硐维护253.4.2 井硐布置及装备263.4.3 井筒延伸的初步意见283.5 井底车场及硐室283.5.1 井底车场形式的确定及论证283.5.2 井底车场的布置、存储线路、行车线路布置长度293.5.3 井底车场通过能力验算313.5.4 井底车场主要硐室343.6 开采顺序343.6.1 沿煤层走向的开采顺序353.6.2 沿煤层垂直方向的开采顺序353.6.3 采区接续计划353.6.4 “三量控制”情况35第4章 带区巷道布置与采区生产系统384.1 采区概况384.1.1 带区位置、边界及范围384.1.2 带区地质和煤质情况384.1.3 带区生产能力、储量及服务年限384.2 带区巷道布置384.2.1 区段划分384.2.2带区斜巷布置394.2.3带区煤仓形式，容量及支护394.2.4带区硐室简介414.2.5 带区工作面的接续414.3 采区准备434.3.1 采区巷道的准备顺序434.3.2 采区巷道的断面示意图及支护方式43第5章 采煤方法445.1 采煤方法的选择445.2 回采工艺445.2.1 选择和决定回采工作面的工艺过程及使用的机械设备445.2.2 选择采煤工作面循环方式和劳动组织形式45第6章 井下运输和矿井提升486.1 矿井井下运输486.1.1 运输方式和运输系统的确定486.1.2 矿车的选型与数量486.1.3 采区运输设备的选择496.2 矿井提升系统49矿井提升设备选择及计算49第7章 矿井通风与安全527.1 通风系统的确定527.1.1 概述527.1.2 矿井通风系统的确定527.1.3 主扇工作方式的确定537.2 风量计算和风量分配537.2.1 矿井风量计算的规定537.2.2 风量计算547.2.3 风量分配557.2.4 风速的验算557.2.5 风量的调节方法与措施567.3 矿井通风阻力的计算577.3.1确定全矿井最大通风阻力和最小通风阻力577.3.2 矿井等积孔的计算587.4 通风设备的选择587.4.1 主扇的选择计算587.4.2 电动机的选择597.5 矿井安全技术措施607.5.1 预防瓦斯和煤尘爆炸的措施607.5.2 火灾与水患的预防607.5.3 其他事故的预防617.5.4 避灾路线及自救61第8章 矿井排水628.1 概 述628.1.1 矿井水来源及涌水量628.1.2 对排水设备的要求628.2 矿井主要排水设备638.2.1 排水方式与排水系统简介638.2.2 主排水设备及管路的选择计算64第9章 矿井主要技术经济指标66参考文献68总 结69致 谢70附录 I71综采工作面深孔爆破强制放顶的实践71附录II76Zong pick face deeply hole demolition force to put the practice of top76绪 论通过大学四年的学习，我掌握了很多专业知识，为了能更好的巩固和运用这些知识，我做东荣五矿的新井设计，而且我在毕业实习中也收集到了很多东荣五矿的资料。本设计主要是关于新矿井的建设，其中包括开拓方式、采煤工艺、支护方式、设备选型以及矿井的各个系统。本设计包括通风安全方面、采煤工艺方面、岩石力学方面以及CAD制图方面的知识。采矿方面的知识更新很慢，本设计采用了一种创新模式，这是一个新的方案，主要是针对小煤层群的开采方法，本方法采用反倾向的巷道布置，因此，可以节省很多开采费用，也更利于矿井的生产和管理。本设计主要是通过绘制矿井的各种图纸，来进行矿井的优化设计，这其中文字部分包括大量的方案比较，以便使设计更加合理准确。在设计时，需要对矿井的地质情况、煤层的受力等情况进行分析，这样才能使建成的矿井更加与实际相符。我希望通过做本次毕业设计，我能够学到更多的采矿专业知识，巩固我所学过的各种知识，并且能够很好的运用他们，从而也为即将参加工作打下良好的基础。第1章 井田概况及地质特征1.1 井田概况1.1.1井田位置及范围东荣五矿位于黑龙江省双鸭山市友谊县（三师十八团八营）境内，地理坐标为北纬462600462700，东经13140001314100，坐标系统采用1954年北京坐标系统。行政区划隶属于黑龙江省双鸭山市宝山区。井田范围东以F1和F7断层为界，西以3勘探线为界，北以煤层露头为界，南抵南部断层，东西长4.5km ，南北宽4.3km，面积：15.4km2。1.1.2交通位置本矿东南部与宝清县交界，在双鸭山煤田东北缘七星河矿区内，西距双鸭山市65km，南距双鸭山七星矿15km。交通方便，向北9公里有福前铁路，最近车站为兴隆站，铁路经由双鸭山和福利屯至佳木斯可通往全国各地，公路可通往宝清、福利和双鸭山。具体地理交通情况见图1-1。1.1.3地形与河流区内地势平坦，海拔标高86.76150.27m，有人工河流三条，自北向南流，与该区东侧七星河汇合，流入绕力河注入乌苏里江。1.1.4气象本区属大陆性气候，温差较大，最低温度达-39，一般-2030，每年11月至4月为结冻期，冻土带深度达20米左右，夏季最高温度零上38，雨季集中在7、8、9月份，平均降雨量约452737mm。勘探区所在友谊县，是黑龙江省主要农产品基地之一，该县在2004年约有人口20万余人，耕地面积18万7千余亩，县办工业较发达，有煤、铁、拖拉机配件、农机制造、制酒、面粉、大米等大中型工厂数拾处。井区西南约20km处是原始森林，木材蓄积量较大。图1-1 双鸭山矿业集团交通示意图1.2 地质特征1.2.1矿区范围内的地层情况从老至新有元古界麻山群，中生界下白垩统，以及新生界第三、第四系。分别表述如下：1.元古界麻山群：主要分布在煤田外围，由拓榴石片岩，石英黑云母片岩及花岗片麻岩等 组成的变质岩系，厚度不清。2.下白垩统鸡西群城子河组：城子河组为主要含 煤地层，不整合覆于麻山群及古生代花岗岩之上，为陆相沉积，以灰白色砂岩与粉砂岩组成夹泞灰岩层10余层。含煤59余层，其中可采者17层，集中分布于城子河组中段，总厚度878m。3.穆棱组：由深灰色、浅灰绿色及灰色的粉砂岩、泥岩组成，夹灰白色粉砂岩及薄层泞灰质岩石。含煤性差，仅24层薄煤，均不可采。与下覆的城子河组地层为整合接触。总厚度558m。4.下白垩统桦山群：见于向阳南部，由一套陆相碎屑岩类及中性火山碎屑岩类组成。厚度达400m。5.第三系：见于向阳区南部及新安区东南部，以浅绿色细、中、粗粒泥质胶结的砂岩为主，夹黄绿色粉砂岩，呈半胶结状。下部砾岩层与城子河组地层不整合接触，其上被第四系所覆盖。厚度280m。6.第四系：分布近代河床及低洼湿地，主要由腐植土、砂、砾、亚粘土及玄武岩等组成。厚度80米。详见煤系地层综合柱状图：图1-21.2.2井田范围内和附近的主要地质构造构造：该区为双鸭山煤田东端，由德发向斜，保安背斜及向阳向斜组成一不对称煤盆地，而新安向斜则为双鸭山煤田北部兴隆凸地，东侧由于断裂而保存下来的煤盆地，地层走向受基盘控制，多为NE及NNE向、倾向为S，一般倾角75左右，主要断层见表1-3：表1-3顺序名称性质断层面走向断层面倾向倾角落差（m）水平断距(m)1F1正NWSW75o3.0582F2正NESE75o3.5463F3正NWSW75o01.7064F7正NWSW75o1.75.9075F8正SENE75o02.3051.2.3煤层赋存状况及可采煤层特征东荣五矿井田开采的煤层主要位于侏罗系含煤组，本组共有中厚、厚煤层3层，为了清楚起见，现将各煤层厚度、结构、容重和顶底板情况分层以文字叙述如表1-4： 表1-4可采煤层特征表煤层厚度(m)间距(m)结构稳定性可采性顶底板岩性最小最大平均最小最大平均顶板底板34.855.305.0014.4830.7820.2029.6350.8540.95简单较稳定全区可采中砂岩砂质泥岩泥岩砂质泥岩41.772.432.06简单稳定全区可采泥岩砂质泥岩细砂岩砂质泥岩51.671.851.75简单稳定全区可采泥岩砂质泥岩细砂岩砂质泥岩3号煤层：位于双鸭山组中部，顶板岩性一般为砂质泥岩或中砂岩，底板可采煤层特征表1-4(1)3号煤层：煤层厚度为4.855.30m，一般平均厚度为5.00m，为单煤层，顶底板岩性以中砂岩为主，其次为砂质泥岩。(2)4号煤层：煤层厚度1.772.43m，一般平均厚度为2.06m，为单煤层，顶板为泥岩，伪顶为砂质泥岩。(3)5号煤层：煤层厚度1.671.85m，一般厚度1.75m，顶板为砂质泥岩、泥岩。1.2.4岩石性质、厚度特征详见表1-5：辉绿岩岩床统计表 1-5床号岩性厚度（m）面积（km2）相应层位1辉绿岩1.419.9510.203号煤层2辉绿岩1.010.2514.54号煤层3辉绿岩0.714.253.205号煤层1.2.5井田内的水文地质情况本区地形西部高,东部平缓,七星河阶地绝对标高为90100m,河漫滩绝对标高为8590m,下白垩统煤系被很厚的第四系冲击层所覆盖.七星河从区外东南部流过,河床蛇曲,据杨家围子河流观测站资料,最大流量达569m3/s,冬季流量很小,几乎断流。七星河最高洪水位淹没范围为七星河以东，洪水位标高为4552m。1.2.6沼气、煤尘及煤的自燃性1.瓦斯：东荣五矿属于低瓦斯矿井，在地质条件简单，开采深度浅，+100米水平以上，瓦斯涌出量较小。随着深度增加，瓦斯涌出量逐渐增加，不同煤层瓦斯含量也有不同，主要可采煤层CH4平均含量为7m3/t，可燃质、CO2各煤层平均含量为0.15m3/t，可燃质在各主要可采煤层的自然成分以N2为主，CO2次之。本矿瓦斯绝对涌出量为8m3/min.掘进面瓦斯绝对涌出量为4.8m3/min，其它巷道的瓦斯绝对涌出量为2.28m3/min属于低瓦斯矿井。2.煤尘：根据煤尘爆炸性试验指标，该矿开采的煤层均无爆炸性。3.煤的自燃：根据邻近矿井资料表明，该矿井15号煤层有自燃发火的倾向，14、17号煤层均无自燃发火的倾向。4.地温特征：本区恒温深度1626米，温度6,从地温测量成果计算分析，本区平均地温梯度为2.7/100m,平均地热增温率为38.2m/1，地温梯度小于3。本区基本属于地温正常区。但随着开采深度的增加，地温将有所升高。给生产安全带来负面影响。5.地压特征：根据地压观测资料，煤岩层在断层附近比较破碎，随着开采深度的增加，地压增大。1.2.7煤质、牌号及用途根据中国煤炭的分类方案，本区以无烟煤为主，其容重为1.4g/m3,其硬度为3.6。该煤种主要为民用燃料和化工染料及冶金用煤。主要可采煤层的煤质特征见表1-6： 表1-6主要可采煤层煤质特征表煤层煤水分灰分挥发分全硫发热量煤种3、4、5原煤0.762.771.779.4827.1516.136.3811.368.930.380.450.4234.9035.6635.31无烟煤精煤0.762.731.725.519.926.795.7510.425.27第2章 井田境界、储量、服务年限2.1 井田境界2.1.1 井田境界确定的依据1.以地理地形、地质条件作为划分井田境界的依据；2.要适于选择井筒位置，合理安排地面生产系统和各建筑物；3.划分的井田范围要为矿井发展留有空间；4.井田要有合理的走向长度，以利于机械化程度的不断提高。2.1.2 井田周边情况东荣五矿北侧以西峪村煤矿为其边界，东侧有公路作为该井田的边界，南侧为一东西走向的断层，西侧有数条断层，并且有居民区，以此作为该井田的边界。设计井田南北走向长度约4 km，东西走向长度约为3 km。西距双鸭山市65km，南距双鸭山七星矿15km。交通方便，向北9公里有福前铁路，最近车站为兴隆站，铁路经由双鸭山和福利至佳木斯可通往全国各地，公路可通往宝清、福利和双鸭山。2.1.3 井田未来发展情况该设计井田东部以F6断层为界，西以井田边界为采掘范围，随着技术的进步和勘探水平的全面提高，井田范围内的储量会越来越精确，可能在更深部发现可采煤层。2.2 井田储量2.2.1 井田储量的计算设计井田范围内计算的煤层有3#、4#、5#三层，各煤层储量计算边界与井田境界基本一致。矿井储量是指矿井内所埋藏的数量，具有工业价值的煤炭数量。它不仅包含着煤矿在地下埋藏的数量，而且还表示煤炭的质量，反映井田的勘探程度及开采技术条件。矿井储量可分为矿井地质储量、矿井工业储量和矿井可采储量。 矿井工业储量是指平衡表内A+B+C级储量的总和。矿井设计储量是矿井工业储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱和已有的地面建筑物、构筑物需要留设的保护煤柱等永久煤柱损失量后的储量。矿井可采储量是指矿井设计储量减去工业场地保护煤柱、矿井井下主要巷道及上下山保护煤柱后乘以采区回采率的储量。2.2.2 保安煤柱参照保护煤柱的设计原则如下：(1)在一般情况下，保护煤柱应根据受护面积边界和移动角值进行圈定。(2)地面受护面积包括受护对象及周围的受护带(3)当受护边界与煤层走向斜交时，洋感根据基岩移动角求得垂直与受护边界方向的上山方向移动角和下山方向移动角，然后再确定保护煤柱。(4)斜井保护煤柱应按其深度，用途，煤层赋存条件和地形特点留设，立井深度大于或等于400米的以边界角圈定，小于400米的以移动角圈定。为了安全生产，本设计矿井依据煤矿安全规程，留设保安煤柱如下：1.各煤层在露头处留设25m保安煤柱；2.边界断层留设25m保安煤柱；3.井田内部断层留设25m保安煤柱；4.河流两侧各留设25m保安煤柱；5.地面建筑物留设50m保安煤柱。 按以上方法计算得：工业广场煤柱损失：11.8Mt； 断层、地面、边界保安煤柱损失：15.78Mt总损失量：27.58Mt；2.2.3 储量计算方法1.工业储量计算计算公式如下：块段储量=块段面积平均倾角余割块段平均厚度容重.根据原杏花立井初步设计储量诸图，通过等高线块段法计算本井田工业储量为302.68Mt，各煤层工业储量见表2-1可采煤层储量计算总表。2.可采储量计算 计算公式如下：ZK=（ZCP）C 式中： ZK可采储量；ZC工业储量；P永久煤柱损失；C矿井回采率。 表2-1 可采煤层储量总表 单位：Mt水 平煤层号工业储量A+B+C(wt)开采损失可采储量(wt)工业场地井田境界断层其他损失合计37355598702104.689.71494.22690317143030148.4174.3725.9722.26371667.8199152574159.2187.0627.8623.88398716.41460 合计 12959905.31063.4158.4135.92263.24555.26622回采要求：中厚煤层不应小于80%，薄煤层不应小于85%。经各煤层可采储量计算，汇总计算出本设计井田可采储量为220.08Mt。损失率：27.3%2.2.4 储量计算的评价 本设计井田的各类储量计算严格执照有关规定执行。由于技术水平所限，储量计算设计所得到的各种储量与实际可能有一定的误差。2.3 矿井工作制度、生产能力、服务年限2.3.1 矿井工作制度 东荣五矿设计矿井年工作日确定为330天，矿井每日净提升14小时，采用三八制工作制度。2.3.2 矿井生产能力的确定矿井生产能力的大小主要根据井田储量、煤层赋存状况、地质条件等情况来确定，还应该考虑到当前及今后市场的需煤量。根据该井田的实际情况，初步拟定了三种矿井年生产能力方案，具体如下： 方案A：1.8Mt/a方案B：2.4Mt/a方案C：3.0Mt/a上述三种方案，具体选择哪一种，还应该根据矿井服务年限来确定。2.3.3 矿井服务年限 矿井服务年限计算公式如下：T=Z /（Ak） 式中： Z矿井设计可采储量，Mt；A矿井生产能力，Mt/a；k矿井储量备用系数，k=1.31.5。 根据本矿井实际情况，取k=1.4。依据以上拟定的矿井生产能力，服务年限的确定现提出三种方案，具体如下：方案A：1.8Mt/a T=Z /（Ak）=220.08/（1.81.4）=72 a；方案B：2.4Mt/a T=Z /（Ak）=220.08/（2.41.4）=54 a方案C：3.0Mt/a T=Z /（Ak）=220.08/（3.01.4）=43.2a；参照煤矿工业设计规范规定，方案B较为合理，即：矿井生产能力为2.4 Mt/a；矿井服务年限为T=54 a。第3章 井田开拓3.1 概述3.1.1 井田内外及附近生产矿井开拓方式概述由于井田倾斜长度较大，且为近水平煤层，以及煤层地质条件等因素影响，东荣五矿采用双立井开拓方式。3.1.2 影响本设计矿井开拓方式的原因及其具体情况井田开拓方式的选择应全面考虑各种因素，主要因素包括：1 井田地质和水文地质条件（特别是表土层情况）；2 煤层赋存和开采技术条件；3 地形地貌和地面外部条件；4 技术装备和工艺系统条件；5 施工技术和设备条件；6 总体设计和矿井生产能力要求等。对以上各种因素要综合研究，通过系统优化和多方案技术经济比较后确定。影响本设计井田开拓方式的具体因素如下：（1）地表因素：本井田属于缓坡丘陵地形，井田北部及中部皆为山岗地带，岗沟起伏不平。（2）煤层赋存情况整个井田的煤层上部标高在300m，下部标高在100m，北部及西部以断层为界。整个矿区共有3层可采煤层，即3、4、5号，全区发育。煤层走向平均长度为4.0km，倾向3.0km。本井田煤层系近水平中厚、厚煤层，平均倾角在5.0左右3.1.3 确定井田开拓方式的原则（1）贯彻执行有关煤炭工业的技术政策,为多出煤、早出煤、出好煤、投资少、成本低、效率高创造条件要使生产系统完善、有效、可靠，在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量，尢其是初期建设工程量，节约基建工程量，加快矿井建设（2）合理集中开拓布置，简化生产系统，避免生产分散，为集中生产创造条件。（3）合理开发国家资源，减少煤炭损失。（4）必须惯彻执行有关煤矿安全生产的有关规定。要建立完善的通风系统，创造良好的条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常性保持良好状态。（5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，并为采用新技术，新工艺，发展采煤机械化，自动化创造条件。（6）根据用户需要，应将不同煤质，煤种的煤层分别开采3.2 矿井开拓方案的选择3.2.1 井硐形式和井口位置在一定的井田地质条件、开采技术条件下，矿井开拓巷道有多种布置方式，开拓巷道的布置方式通称为开拓方式。合理的开拓方式，一般应在技术可行的多种开拓方式中进行技术经济分析比较后，才能确定。开拓方式按照井筒的倾角不同（水平、倾斜、垂直）分为平硐开拓、斜井开拓、立井开拓和综合开拓方式（平、斜、立井中的任何二或三种形式相结合进行开拓）等四种方式。开拓方式依据井筒 （或平硐）与煤层位置的不同又有若干分类。平硐开拓：在侵蚀基准面以上的山岭或丘陵地区的煤层，由地面开凿通向煤层的平硐，可利用平硐开拓煤田的全部或一部分。斜井开拓：对于表土层较薄、煤层赋存较浅、水文地质条件简单的煤田，一般都可以采用斜井开拓。斜井开拓在各种倾角煤层开拓中都得到了广泛的应用。立井开拓：适应性很强，可用于各种地质条件，同时在技术上也成熟可靠。一般在表土层厚、煤层赋存深时，应采用立井开拓。1.井筒形式：平硐开拓是最简单的开拓方式，有很多突出优点。首先我们应该考虑平硐开拓方式是否可行。参照平硐开拓方式适用条件，结合本设计井田的地形地质及煤层赋存特征可知：平硐开拓方式的条件不具备。因此，平硐开拓方式对本设计井田不适用，排除采用平硐开拓方式。立井开拓和斜井开拓方式在技术上均可行，综合开拓虽然对工业广场布置和井底车场要求很高，但针对本井田的地质状况，综合开拓方式也可行，应该予以考虑。依据本井田的地质状况、煤层赋存情况及井型、服务年限等要求，对本井田开拓方式选择提出三种方案：方案一：双立井开拓方式方案二：双斜井开拓方式方案三：主立井副斜井开拓方式（1）技术比较方案一：双立井开拓方式优点：适应性强，技术成熟可靠； 井筒短，提升速度快，提升能力大；通风断面大，风阻小，满足大风量要求；便于井筒延伸对于开采深部赋存煤层有长处。缺点：初期投资大，建井期限稍长；需要大型的提升设备；多水平开拓，立井石门长度大，掘进工程量大，掘进费用高。方案二：双斜井开拓方式优点：掘进速度快，初期投资较双立井开拓较省；井筒设备较简单；建井期稍短些；缺点：井筒过长，煤柱损失严重；通风线路长，通风阻力大，费用增加；井筒过长，如果地质条件复杂，不易维护，安全性降低；辅助运输时间长。方案三：主立井副斜井开拓方式优点：掘进速度快； 可满足最大风量的通风要求； 有助于辅助运输。 缺点：井口相距较远，不利于工业广场的布置； 地面工业建筑分散，生产调度及联系不方便；地面工业建筑占地多，增加了煤柱损失。详见技术比较表3-1表3-1 技术比较表方案名称优 点缺 点双立井开拓1.适应性强，技术成熟可靠2.井筒短，提升速度快，提升能力大；3.通风断面大，风阻小，满足大风量要求4.便于井筒延伸5.对于开采深部赋存煤层有长处。1.初期投资大，建井期限稍长；2.需要大型的提升设备；3.多水平开拓，立井石门长度大，掘进工程量大，掘进费用高。双斜井开拓1.掘进速度快初期投资较双立井开拓省；2井筒设备较简单；3.建井期稍短些；1.井筒过长，煤柱损失严重；2.通风线路长，通风阻力大，费用增加；3.井筒过长，地质条件复杂时，不易维护，安全性降低；4.辅助运输时间长。主立副斜井1.掘进速度快；2.满足最大风量的通风要求；3.有助于辅助运输。1.井口相距较远，不利工业广场的布置；2.地面工业建筑分散，生产调度联系不方便；3.地面工业建筑占地多，增加了煤柱损失。依据开拓方案技术比较，可初步选定两种较合理开拓方案：方案一：双立井开拓方式方案二：双斜井开拓方式（2）经济比较方案一、方案二在技术均较合理，两者之间的区别在于井筒掘进费用以及他们的维护费用、提升费用，主石门掘进长度等等。两个方案的井底车场、水平运输大巷以及各种采区石门和采区上山（斜巷）的工程量基本相等。因此，只需要比较它们的不同之处，即建井工程量、生产经营费用、基建费用和维护费用等。详见开拓方案经济比较表3-3表3-3 经济比较表方案双 立 井 开 拓双 斜 井 开 拓内容工 程 量单价（元）费 用（元）工程量单 价（元）费 用（元） 单位名称数量单位数量数量数量单位数量数量基岩段主井掘进42.510m319581358215115.9710m95031102062.91基岩段副井掘进42.510m399101696175115.7010m99151147165.5基岩段主井辅助费42.510m427811818192.5115.9710m147741713340.78基岩段副井辅助费42.510m452141921595115.7010m147741709351.8表土层副井辅助费410m234359374013.710m11822161961.4主井提升费用42.510m0.85836.465115.910m0.39846.1282副井提升费用41.610m2.71112.736115.710m0.68178.7917箕斗2个243750487500 罐笼2个218750437500钢丝绳输送机20010m4955792800串车1210m525063000主井提升机1个101750010175001个9200092000副井提升机1个8762508762501个92375009237500总 计 9706816.701 16019307.31吨煤成本 13.94 23.65从经济比较表可知，该设计矿井选择方案一：采用双立井开拓方式。2.井口位置：井口位置的选择是井田开拓的重要组成部分。井口位置与开拓方式要相互协调，经综合比选后择优确定，特别是提、运煤炭的主井位置还要与地面生产系统、工业广场布置相匹配，需要综合考虑的主要因素和原则如下：井下条件：在井田走向储量中央或靠近中央位置，使井田两翼可采储量基本平衡；井筒应尽量避开或少穿地质及水文复杂的地层或地段；勘探程度及初期工程量。地面条件：井筒位置应选在比较平坦的地方，并且满足防洪设计标准；井口要避开地面滑坡、岩崩、雪崩、泥石流、流砂等危险地区；井口及工业场地位置必须符合环境保护的要求；工业场地不占或少占用良田；井口位置要与矿区总体规划的交通运输、供电、水源、居住区、辅助企业等的布局相协调，使之有利生产、方便生活。在本设计井田中，提出三种井筒位置方案：方案一：井筒位于井田浅部方案二：井筒位于井田中部方案三：井筒位于井田深部经过简单的技术比较后认为：井筒位于井田浅部，煤柱尺寸最小，压煤最少，但石门最长；井筒位于井田中部时，煤柱尺寸稍大，但石门长度较短，且沿石门的运输工程量也小；井筒位于井田深部，煤柱尺寸最大，压煤量最大，且初期工程量大，石门也较长，但对于开采井田深部煤层及井通延伸有利；本井田煤层均为缓倾斜中厚煤层，井田走向长度不大，但倾斜长度较大，从有利井下运输和保证初水平合理的服务年限出发，也应该将井筒布置在井田中部或稍靠上方的位置，由此可初步确定本设计井田的井筒位置在井田的中部稍靠上方。3.2.2 开采水平数目和标高煤层赋存为倾斜状态时，一般由浅部向深部开采，以达到工程量少、建设速度快、投资省、成本低的效果。根据煤层的赋存条件和倾斜长度，一个井田可以单水平开采，亦可以多水平开采（从上往下逐水平开采）。每个开采水平设井底车场和运输大巷，供该水平各采区煤的外运、辅助运输和通风用。煤矿科技迅猛发展，在高度机械化的基础上实现高度集中化是主要的发展方向，高产高效矿井要求集中在一个水平，12个工作面生产。这就要求加大工作面、采区和水平的走向及倾斜尺寸，要求有丰富的资源/储量和较长的服务年限。本设计井田水平标高的确定主要考虑了以下几个因素：1) 合理的水平服务年限；2) 煤层赋存条件及地质构造；3) 生产成本；4) 水平接替5) 井底车场及其主要硐室的位置应尽量处于较好的岩层内。根据上述因素，本设计井田设计提出水平划分方案如下：方案一：井田划分一个水平；一水平标高+680 m，水平垂高350 m。一水平仰俯斜开采。方案二：井田划分两个开采水平，一水平标高+720 m，二水平标高+640 m。各水平均实行俯斜开采。水平储量及服务年限如表3-4：表3-4 方案比较表形式储量（Mt）阶段垂高标高服务年限（年）方案一单水平1296026068054方案二一水平7355.286072031二水平5604.7216064023从该表中可知，方案二的一水平服务年限达不到规范要求的服务年限，水平储量严重不足，而方案一的水平服务年限能够满足一水平服务年限不小于30年的基本要求，储量充足，且有利于采区的接续，巷道利用率高，吨煤成本相对较低。故而采用方案一的水平划分方法，即划分两个开采水平，一水平标高分别为+680 m和+620 m，一水平垂高为350 m，二水平垂高为300 m。一二水平技术分界线为24度倾角，一水平采用仰俯斜开采，二水平采用仰俯斜开采。3.2.3 开拓巷道的布置回采煤量可采期=期未回采煤量当年平均月计划回采煤量；开拓煤量可采期=15年>3-5年年满足要求；准备煤量可采期=3.5年>1年年满足要求；回采煤量可采期=14.5月>4-6月满足要求。在一般情况下，矿井三量符合上述规定即能达到平衡，并有一定的合理储备，但其为概括性指标，三量可能符合要求但不一定满足接续要求，所以三量只可作采掘关系的参考指标。 第4章 带区巷道布置与采区生产系统4.1 采区概况4.1.1 带区位置、边界及范围 本设计带区为东一带区，位于井田中部。西部以正F3断层为界，东部以正F4断层为采区边界。浅部以750标高为界，深部以590标高为界。走向长4km左右，倾斜长3km左右。采区煤柱包括采区范围内的边界煤柱、断层煤柱、隔水煤柱等。按其作用和性质可分为护巷煤柱和隔离煤柱两大类。本采区采用倾斜长壁联合开采，采区煤柱留设如下：各煤层在采区边界留设20-25m煤柱，井田境界处留设25m保护煤柱；4.1.2 带区地质和煤质情况东荣五矿位于黑龙江省双鸭山市友谊县（三师十八团八营）境内，煤层倾角为45，属近水平煤层，。采区内无断层，开采煤层主要位于侏罗系鸡西群城子河含煤组，即3#、4#、5#。各煤层特征详见井田可采煤层特征表1-4。4.1.3 带区生产能力、储量及服务年限带区煤层全部可采，根据几何法求得工业储量为17.67 Mt,可采储量为15.12Mt，本采区设计生产能力为2.4Mt/a，则本采区服务年限Tn=Z /（Ak）经计算得服务年限为9.0a。4.2 带区巷道布置4.2.1 区段划分由于采用倾斜长壁开采故不存在区段划分和上下山布置，将本采区划分为5个条带，3层煤联合开采。采用对角式通风。 工作面长度的确定：该采区设计产量为2.4Mt/a，一个工作面达产，即工作面日产量为8000t/d。确定工作面长度的公式如下：A0=LlMrc 式中： A0-工作面年生产能力，吨；L-工作面年推进度，m；l-工作面长度，m；M-煤层厚度，m；r-煤的容重，吨/ m3；c-回采率，取0.930.97；即： L180m上式计算得到的L值，还应通过下述公式确定的工作面L来校核，若LL则L合理。L=（60VBCM）（QbSnP）式中：V工作面内允许的最大风速，取4m/sB工作面最小控顶距，mC风速收缩系数0.9-0.95M工作面采高，mQb昼夜产煤一吨所需风量，m3/tSn循环进度P煤层生产率昼夜循环数L190.5 m，可见L180mL190.5 m，工作面长度合理。 4.2.2带区斜巷布置采用二条斜巷,运输斜巷,轨道斜巷,考虑到本设计矿井为高瓦斯,煤层倾角12度左右,布置在煤层中，更有利于带区生产的接续。4.2.3带区煤仓形式，容量及支护1带区选用的是垂直式煤仓，主要优缺点是仓体受力性能好，较少发生填塞现象，但受条件限制。2煤仓容量(1)按采煤机连续作业割一刀的容量计算QQ oLmbrCoKt式中:Q采区煤仓容量Q o防空仓漏风留煤量 吨 一般取510吨L工作面长度，米m采高，米b进刀深度，米r煤的容重Co工作面的回采率 Kt同时生产工作面系数综采时取1，普采时取1+0.25nn采区内同时生产的工作面数目Q10+1802.20.81.400.951431吨(2)按运输大巷列车间隔时间内采区高峰期产量计算。Q Q oQ htiad吨式中：Q h采区高峰期生产能力，t/h（一般为平均产量1.52.0倍）ti列车进入采区装车站的间隔时间，一般取高限2030分钟ad不均衡系数，机采区1.151.2，炮采取1.5故Q104000/181.60.51.2223.3吨(3)按采区高峰生产延续时间计算(QhQt时)Q Q o（Q hQ t）thcad式中: Q t采区装车站通过能力，t/h（一般为平均产量的11.3倍）thc采区高峰生产延续时间，机采取1-1.5h炮采取1.5-2hQ 104000/182.04000/181.31.51.2290t取最大值Q 431吨一般采区煤仓容量可按下表取：表4-1 采区煤仓容量表带区生产能力Mt/a煤仓容量（t）0.3以下501000.30.451002000.450.602003000.601.003005001.00以上大于500所以本带区煤仓容量为500 t。3.煤仓结构及支护方式煤仓结构包括:煤仓上部收口，仓身，下口漏斗及溜口闸门基础，溜口和闸门装置。上部收口：为保证煤仓上部收口安全与改善煤仓上口的受力状况，需以混凝土收口筑成圆台体。仓身：采用锚喷支护下口漏斗及溜口闸门基础；煤仓下口用混凝土砌筑圆台体收口，收口斗仓可作成曲面圆台体以解决起拱堵仓问题，为了大巷的安全，煤仓与大巷连接处加强支护，一般应在煤仓下口处四周铺设数根钢梁灌入混凝土使其与大巷支护联为一体。4.2.4带区硐室简介带区绞车房绞车房的位置应选择在坚硬稳定的岩层或煤层中，应避开较大的地质构造。必须设在进风风流中，如果硐室深度不超过6m，入口宽度不小于1。5m，而无瓦斯涌出时，可采用扩散通风，空气温度不超过30，风量应取13m3；必须用不燃材料支护，应备有灭火器材，硐室各种设备与墙壁之间，应留有0。5m以上的通道，各设备之间应留出0。8m以上通道；滚筒直径大于2m以上绞车房；电气设备应与操作室隔开。绞车房断面一般设计成半圆拱形，用全混凝土砌碹或混凝土扶料在墙砌筑，可发锚喷支护。由情况而定，也可用小绞车。带区变电所一般宜设在围岩稳定，地压小通风较好，无淋水的地点用用电负荷中心。硐室与电器设备应有0.5m的通道，相互之间应留0.8m以上通道温度不超过30，必须有足够的照明，机电硐室应设置瓦斯自动检测报警断电仪，并配备便携式个体检测设备。采区变电所形式有一字形、人形和形，一般采用一字形，断面一般为半圆形，用混凝土砌筑。本设计采区可用移动变电站，放在大巷中，便于移动。带区硐室除以上两个还应设有井下空气压缩硐室、机电硐室；压缩机房一般为半圆拱形用料石或混凝土砌筑，有条件可以锚喷。4.2.5 带区工作面的接续本设计采区为东一带区，三层煤联合开采，服务年限为9.0年，按规程将东一带区分为20个工作面，年产量为240万吨。具体情况见工作面接续表。表4-2 工作面接续表工作面开采顺序如下表所示： 表4-3 工作面开采顺序表4.3 采区准备4.3.1 采区巷道的准备顺序采准工作由运输大巷和回风大巷开掘下部车场,然后反斜开掘斜巷,穿到最上一层煤上方后，再沿煤层开掘运输运料斜巷，再开切眼贯通，形成回采工作面。4.3.2 采区巷道的断面示意图及支护方式图4-4采区巷道断面图第5章 采煤方法5.1 采煤方法的选择东荣五矿设计带区的煤层赋存状况良好，三层煤厚分别为5.00m、2.06m、1.75m，平均倾角为5，属于中厚煤层，就目前的技术水平，经过综合分析比较，采用倾斜长壁采煤方法最为适宜。采煤工艺选用目前最先进的综合机械化采煤工艺。5.2 回采工艺5.2.1 选择和决定回采工作面的工艺过程及使用的机械设备1本带区生产能力为2.4 Mt/a，日产量8000t，掘进出煤占6即480t，工作面出煤3760t，采用综合机械化采煤工艺，每天进5刀，截深是0.8米，日进尺6.0米，一个工作面达产，计算合理工作面长度180米。采用端头斜切进刀，双向割煤，往返一次割两刀，全部垮落法处理采空区。工作面回采工艺为：采煤机端头斜切进刀割煤移架推移刮板输送机采煤机在另一端头进刀。2设备选型由于煤层顶底板均为粗砂岩或泥岩，属于中等稳定顶板，老顶属于级，老顶来压明显。矿井为高瓦斯矿井，选架时要求通风良好，选用支撑掩护式支架，优点是支撑掩护式支架反撑力大，切顶性强，防护性能好，通风面大，稳定性好。在选取支架时，通常所选用支架的最大结构高度比最大采高大200左右，最小结构高度比最小采高小250350。煤层顶底板岩性为粉砂岩，判断为中等稳定顶板，老顶为级顶板，周期来压明显。1)支护强度验算： (5-1)式中 -顶板对支架的压强(8倍于工作面的采高)；-采高的倍数(支架上方顶板的岩石厚度)，取8-工作面采高，3.2m-顶煤与顶板岩石容重，最大取2.65tm3将有关数据代入得： tm3=0.68MPa0.80.86 MPa，即放顶煤支架能够满足支护强度的要求；另外0.68MPa0.75 MPa，即端头支架也能够满足支护强度的要求。采煤机的特征如表5-1：表5-1 采煤机特征表采煤机特征表采煤机型号MGTY400/900-3.3D牵引方式电牵引采高2.2m3.5m牵引力300500KN装机总功率900(2400+240+20)kw牵引速度0915m/min煤层倾角25牵引中心距5970mm有效截深600，800 mm截割部功2360 kw 适应煤层硬度4降尘方法内外喷雾滚筒转速32.7r/min最大卧底量250mm滚筒直径1.8m生产厂家石家庄煤机厂5.2.2 选择采煤工作面循环方式和劳动组织形式采用三八工作制，二班半生产，半班准备，采煤机日进5刀。1.工作面概况 设计采区位于矿井的西北部，所采煤层厚度分别为5.00m、2.06 m、1.75 m。倾角平均为5，煤的硬氏系数f=3-4，煤层伪顶为沙岩，厚1。33。0米，直接顶为粉砂岩，厚0。393。45米老顶为砂岩和砂砾岩，煤层地质构造简单，瓦斯相对涌出量大于10m3/t, 为高瓦斯矿井。煤层自然发火期大约在6个月。 工作面采用倾斜长壁俯斜式开采。工作面长度180米，工作面倾斜长度约为840米，工作面采高为5.0 m。2工作面主要设备 3.工作面劳动组织工