第四章井田开拓.docx
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第四章井田开拓
第四章井田开拓
第一节井田开拓方式的确定
一、确定开拓方式的主要原则
1、有完善的采、掘、运输、提升、通风、排水等生产环节。
2、生产系统尽可能简单、实用，生产工艺先进、合理。
3、井下巷道尽可能沿煤层布置，掘进速度快，费用低，并能进一步探明煤层的赋存情况。
4、近期与长远相结合，既要考虑眼前利益，又要兼顾长远规划。
二、确定开拓方式的基本内容
1、确定井筒的形式、数目及其配置，合理选择井筒及工业场地的位置
2、合理地确定开采水平数目和位置
3、布置大巷及井底车场
4、确定矿井开采程序，作好开采水平的接替
5、进行矿井开拓延深，深部开拓及技术改造
三、开拓方案的确定
霍州矿物局李家昴煤矿位于吕梁山脉东麓，地势高低起伏，森林多覆盖于山峰之顶及山的阴坡。
总观全区中部低东西两侧高.煤矿位于洪洞县与蒲县的交界处，行政区划上跨山西省洪洞县左木乡、山头乡和蒲县乔家湾乡。
纵观全井田地势，工业广场选择较容易，根据实地勘查，考虑地形条件结合煤层赋存情况及交通运输情况，工业广场可选择于井田平面投影的中央和中央靠右的部位,靠近公路附近，本井田交通十分便利。
工业广场选择于公路附近，工业广场地面开阔，有足够的场地布置主、副井地面生产系统；目前已具备较好的供电条件，地面运输条件良好，供水距离较近，征地费用较便宜。
根据上述技术分析，工业广场选择于内各有优缺点，尚需结合井下开拓部署进一步经济比较来确定。
工业广场位于ck5和ck7号钻孔公路附近，该处煤层埋深约180m和182m左右，可供选择的井筒形式有斜井、立井。
方案一:
采用主、副斜井及集中回风斜井开拓方式。
主斜井的井口坐标为：
X=4029327，Y=37534351，Z=1195.作为主提升井，采用料石砌碹支护方式。
主井筒内铺设胶带输送机，担负全矿井的煤炭提升任务，井筒方位角为72°，主井井筒倾角为18°，兼作进风井，同时布置所需综合管线，如皮带检修道和人行道等，并且主井内铺设台阶并安装扶手作为矿井的安全出口。
副斜井的井口坐标为X=4029289，Y=37534130,Z=1194，作为运送材料、提升矸石之用和运送人员之用，井筒方位角为72°，井筒倾角为18°，采用料石砌碹支护方式，井筒内铺设轨道，担负全矿井的矸石、材料、人员这样布置一是矿通风能力不受限制，在副井和中央水泵房之间还有管子道与之相连，预防井被淹而用于维修及其排水管路的修设。
此处矿井通风系统为中央分列式。
方案二:
采用双立井开拓及集中回风斜井的开拓方式，主立井的井口坐标为：
X=4029522,Y=37533740,Z=1208作为主提升井，采用锚喷支护方式。
主立井内设置多绳摩擦提煤箕斗，担负全矿井的煤炭提升任务，其井筒的方位角为90°，主井井筒的角度为90°，并兼作整个矿井的进风井。
副井的井口坐标为：
X=4029475,Y=37533550,Z=1224,其作为材料的输送、矸石提升和人员输送之用，并且副井中安设有管线和其他附属的装备，也作进风井之用，在副井和中央水泵房之间用管子道相连，风井为专用回风井，矿井的通风系统采用中央分列式。
3、开采水平的划分
本矿井开采的11号煤层平均厚度为3.75m,，煤种均为中灰，低硫，低磷，高热值的焦煤。
由于本矿为近水平煤层，其煤层的倾角为2到7度,布置在一个水平开采。
皮带大巷、回风大巷和轨道大巷布置于11号煤层里沿地板布置，，即单一水平布置。
4、运输大巷、轨道大巷及回风大巷位置的确定
由于11号煤层属于不易自燃煤层且煤尘不具有爆炸性,故采用三条大巷布置形式,大巷采用集中煤层大巷布置。
轨道大巷,位于回风大巷和轨道大巷两条大巷之间。
三条大巷在空间上错开一定的距离约20m。
5、矿井通风系统分析
本矿井煤层赋存大，而大巷开拓距离较长，为了在初期出煤够成通风系统及为后期开拓做准备，因此，可考虑初期在井田储量中央附近开掘回风井，后期在两翼处分别开掘回风井，这样布置，矿井通风费用省，容易施工。
6、井田开拓方案
根据开拓方式布置原则、工业场地位置的选择和煤层赋存条件，设计提出了两个开拓方案进行比选，方案分述如下：
方案一:
采用主、副斜井及集中回风立井开拓方式。
主斜井的井口坐标为：
X=4116703，Y=19506524，Z=1290.3作为主提升井，采用料石砌碹支护方式。
主井筒内铺设胶带输送机，担负全矿井的煤炭提升任务，井筒方位角为90°，主井井筒倾角为21°，兼作进风井，同时布置所需综合管线，如皮带检修道和人行道等，并且主井内铺设台阶并安装扶手作为矿井的安全出口。
副斜井的井口坐标为X=4116735，Y=19506524,Z=1290.8，作为运送材料、提升矸石之用和运送人员之用，井筒方位角为90°，井筒倾角为23°，采用料石砌碹支护方式，井筒内铺设轨道，担负全矿井的矸石、材料、人员这样布置一是矿通风能力不受限制，在副井和中央水泵房之间还有管子道与之相连，预防井被淹而用于维修及其排水管路的修设。
此处矿井通风系统为中央分裂式。
这样布置一是矿通风能力不受限制，其次，这样布置对于管理水平不高的地方矿来生产干扰小，易于管理。
方案二:
采用双立井开拓及集中回风立井的开拓方式，主立井的井口坐标为：
X=4116526,Y=19505827,Z=1389作为主提升井，采用锚喷支护方式。
主立井内设置多绳摩擦提煤箕斗，担负全矿井的煤炭提升任务，其井筒的方位角为90°，主井井筒的角度为90°，并兼作整个矿井的进风井。
副井的井口坐标为：
X=4116526,Y=19505736,Z=1369,其作为材料的输送、矸石提升和人员输送之用，并且副井中安设有管线和其他附属的装备，也作进风井之用，在副井和中央水泵房之间用管子道相连，风井为专用回风井，矿井的通风系统采用中央分裂式。
三、开拓方案的比选
首先：
方案一的双斜井来说其优点有：
斜井和立井相比，井筒的掘进技术和施工设备比较简单、掘进速度快、地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简单（副斜井少了空重车线的绕道而主斜井和大巷连接的地方直接通过煤仓和皮带连接即可，而立井需要清理撒煤谢巷和箕斗装载硐室），一般无需大型提升设备，同类井型的斜井提升绞车也较立井需用的绞车型号小，因而初期投资较少，建井期也较短，斜井的石门总长度较用立井时也为短，延深斜井井筒的施工比较方便，对生产的干扰少。
具体有：
①从工业广场的选择来看，此处靠左80m处有一条“人”字型公路，所以说有相当便利的运输条件。
②考虑本矿的用电负荷大小、地理分布和矿井周围电源情况以及矿井今后发展，确定在该矿工业广场电力负荷中心附近新建一座暖泉35kV变电站，该变电站两回电源分别为矿主电源为引自武家庄110kV变电站的35kV线路，供电距离7km，选用架空导线为LGJ-70；矿备用电源为引自张家庄35kV变电站的35kV线路，供电距离8km，选用架空导线为LGJ-70；供电电源可靠，供电质量有保证。
所以地面的双回路供电条件也具备。
③地面的水源供应可以在旁边村庄的中央水泵房引取。
④工业广场选在此处地势比较平坦，也没有占用村庄等地，所以工广的征地费用低。
⑤工业广场的选择面积有50000m2根据计算得出其压煤较少。
⑥井筒的掘进技术和施工设备比较简单、掘进速度快⑦地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室要简单。
副斜井少了空重车线的绕道而主斜井和大巷连接的地方直接通过煤仓和皮带连接即可，而立井需要清理撒煤谢巷和箕斗装载硐室）⑧初期投资较少，建井期短。
⑨延深斜井井筒的施工比较方便，对生产的干扰少。
⑩主斜井运输能力较大，集中下山较短，有利于深部井田开采。
缺点是：
在相同的条件下，斜井要比立井的掘进长度长得多，围岩不稳固时，斜井井筒的维护费用较高；当采用绞车提升时，提升速度较低、能力较小、钢丝磨损严重、动力消耗大、提升费较高，当井田斜长较大时，采用多段绞车提升，转载环节多、系统复杂，更要多占用设备和人力；由于斜井较长，沿井筒敷设管路、电缆所需的管线长度较大，有条件时可采用钻孔下管路排水供电。
另外，斜井的通风风路较长。
具体有：
①斜井的长度较立井较长。
②围岩不稳定，其维护费用较高。
③工业广场不在储量中心，生产经营费用高。
④采用胶带输送提升时，提升速度慢、能力小、动力消耗大、提升费用高。
⑤由于斜井长，敷设管路和电缆所需的管线长。
⑥斜井的通风风路较长，通风阻力大。
方案二：
双立井的优点：
立井的适应性很强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制。
立井的井筒短、提升速度快、提升能力大，对辅助提升特别有利；对井型特大的矿井、可采用大断面的立井井筒，装备两套提升设备；井筒的断面很大，可满足大风量的要求；由于井筒短，通风阻力较小，对深井更为有力。
具体有：
①从工业广场的选择来看，此处靠右30m处有一条“人”字型公路，所以说有相当便利的运输条件。
②此处的双回路供电已具备。
③地面的水源供应可以在旁边村庄的中央水泵房引取。
④工业广场选在此处地势比较平坦，也没有占用村庄等地，所以工广的征地费用低。
⑤工业广场的选择面积有50000m2根据计算得出其压煤较少。
⑥立井的适应性很强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制。
⑦立井的井筒短、提升速度快、提升能力大。
⑧井筒的断面很大，可满足大风量的要求。
⑨井筒短，通风阻力较小。
⑩工广处于井田的中央，且生产经营的费用低。
缺点是：
井筒的掘进技术和施工设备比较复杂、掘进速度比较慢、地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井复杂，且导致的岩石工程量较多。
其提升需用大型的提升设备，因而初期的投资较大，建井期较长；且其石门的总长度较用斜井开拓时要长。
延伸立井井筒的施工比较困难，对生产的干扰较大。
具体有：
①井筒的掘进技术和施工设备比较复杂、掘进速度比较慢。
②地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井复杂。
③初期投资大，建井期较长。
④井下岩石工程量较大。
⑤延伸立井井筒的施工比较困难，对生产的干扰较大。
两个开拓方案的技术比较见表4-3-1，经济比较见表4-3-2。
表4-3-1开拓方案技术比较表
主要优点
主要缺点
方案一
1.由于工业广场靠左80m处有“人”字型公路，所以交通十分便利。
2.本矿选用35kv的电压，取自赵家庄和武家庄的两个线路，所以满足双回路的用电。
3.由于工广靠近村庄，所以满足水源的供应。
4.工广位置比较平坦,没有村庄,所以征地费用底。
5.工广的面积小,所以压煤面积少.
6.井筒的掘进技术和施工设备比较简单、掘进速度快
7.地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室要简单。
8.初期投资少，建井期短。
9.延深斜井井筒的施工比较方便，对生产的干扰小。
10.主斜井运输能力较大，集中下山较短，有利于深部井田开采。
1.斜井的长度较立井较长。
2.围岩不稳定时，其维护费用高。
3.工业广场不在储量中心，生产经营费用高。
4.采用胶带运输提升时，提升速度慢、能力小、、动力消耗大、提升费用高。
5.由于斜井长，敷设管路和电缆所需的管线长。
6.斜井的通风风路较长，通风阻力大。
7.总掘进工程量大。
方案二
1.由于工业广场靠右30m处有“人”字型公路，所以交通非常的便利
2.满足双回路供电的要求比较便利。
3.工广靠近村庄，满足水源要求。
4.工广位置比较平坦,没有村庄,所以征地费用底。
5.工广面积小，所以压煤面积少。
6.立井的适应性很强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制。
7.立井的井筒短，提升速度快，且提升能力大。
8.井筒的断面很大时，可满足大风量的要求。
9.井筒短，通风阻力较小。
10.工广处于井田的中央，且生产经营的费用低。
11.由于立井井筒短，敷设管路和电缆所需的管线也短。
12.总掘进工程量少。
1.井筒的掘进技术和施工设备比较复杂、掘进速度比较慢。
2.地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井复杂。
3.初期投资大，建井期长。
4.井下岩石工程量较大。
5.延伸立井井筒的施工比较困难，对生产的干扰较大。
开拓方案经济比较见下图
表4-3-2开拓方案经济比较表
序号
项目
单位
方案一
方案二
1
主井掘进工程量
m
701
180
2
副井掘进工程量
m
481
181
3
风井掘进工程量
m
480
182
4
井筒掘进费
万元
420.6
360
5
井底车场掘进工程量
煤巷
m
0
0
岩巷
m
0
0
6
井底车场掘进费
万元
0
0
7
大巷掘进工程量
煤巷
m
19288
19288
岩巷
m
0
0
8
大巷掘进费
万元
15951.1
15951.1
9
上、下山掘进工程量
煤巷
m
0
0
岩巷
m
0
0
10
上、下山掘进费用
万元
0
0
11
总的掘进费
万元
16371.7
16311.1
12
103.9%
100%
101.3%
100%
13
其中初期掘进费
万元
420.6
360
14
百分率
%
通过以上经济比较可以看出,方案一和方案二总的掘进费和总费用相差不多。
但从技术上比较而言，方案一的煤炭外运方便,减少了修筑外运公路投资；设计主、副斜井长度短，建井工期短，掘进工程量少，运输方便，运输能力大；井下主要巷道掘进工程量少,掘进费用低；工作面推进长度大，搬家次数少；回风为上行风,通风阻力小；初期工程量少,投产快；总的掘进工程量少,掘进费用低等优点，故推荐方案一。
第二节达到设计生产能力时工作面的配备
一、矿井设计移交生产标准
根据《煤炭工业设计规范》规定，矿井设计移交生产标准为60万t以上的矿井：
（1）井上，下各生产系统基本建成，并能进行安全生产。
（2）“三量”达到标准。
（3）回采工作面长度一般不小于设计回采工作面长度的50%
（4）工业广场内的行政，公共建筑及其设施全部建成。
（5）居民区及其设施基本建成。
根据这些规定，设计本井田在井田11号煤一采区内首先投产，由于11号煤层厚度较大,进入正常生产后完全可以达到产量。
根据采区工作面生产条件和生产能力，考虑到各采煤设备之间的配套关系，矿井主要采煤设备选型如下：
采煤机：
选用MG450/1040-WD型双滚筒采煤机，采高2.3～4.5m，截深0.95m，功率450kW。
可弯曲刮板输送机：
选用SGB-630/150C150KW型，功率150kW。
转载机：
选用SZD-630/150P型，功率150kW。
顺槽可伸缩胶带输送机：
选用SSD800/80型，功率80kW。
破碎机：
选用LPS-1000型，功率150kW。
主要采、掘机械及配套设备详见表4—2—1。
表4—2—1回采工作面主要采煤机械配备表
序号
设备名称
型号
单位
数量
1
采煤机
MG450/1040WD
台
1
2
液压支架
ZZS5600-14/28
架
122
3
端头液压支架
PDZ
架
4
4
可弯曲刮板输送机
SGB-630/150150KW
台
1
5
转载机
SZD-630/150
台
1
6
破碎机
LPS-1000150KW
台
1
7
可伸缩胶带输送机
SSD800/2×4080kw
台
2
二、井田阶段的划分
将井田划分为了,1个阶段,阶段里面分为五个盘区。
采区内煤层倾角1-7度，为近水平煤层.满足《煤炭矿井工业规范》的规定，近水平煤层阶段垂高为<200m。
三、工作面配备及采区生产能力的确定
将阶段划分为了五个盘区。
五盘区整体角度变化不大，而且角度较小，所以采用上下山式开采。
设计计算时以第一采区计算。
护巷煤柱的宽度按《设计手册》8-15m留设，此处取15m，工作面的长度取160m。
推进长度为1415m。
采区工作面推进长度为1415m。
由于本设计采用四六制的工作制度，三采一准的工作方式。
每班进三刀，每刀进尺0.63m。
所以年工作日按330天计算。
采区生产能力：
一个采煤工作面年产量A0（万吨/年）可由下式计算：
A0=LV0MγC0Y
式中：
L——采煤工作面长度，m
V0——工作面推进进度，m/a；
M——煤层厚度或采高，m；
γ——煤的密度，t/m3；
C0——采煤工作面采出率，一般取0.93-0.97，薄煤层取高限，厚煤层取低限。
Y——正规循环系数。
一般取0.8
A0=160×1415×3.75×1.4×0.95×0.8=90.33万吨/年。
则：
采区生产能力为AB=K1K2∑A。
AB——采区生产能力。
K1——工作面产量不均衡系数。
两个时为0.95，一个时为0.9
K2——采区内掘进出煤系数，取1.1。
所以AB采煤工作面=0.9×1.1×90.33=94.39万吨/年。
本设计计划年生产能力为180万吨/年.所以需要设置俩个采煤工作面才能满足需求.
本设计首采第一盘区:
其走向长为2898m,倾向长为3082，此盘区倾角比较小。
此盘区可以划分为16个条带，则，每一条带长为3082/16=190.2m。
故工作面的长度取160m。
推进长度为1415m。
一盘曲的服务年限为19年。
第五章矿井基本巷道及建井计划
第一节井筒、石门与大巷
一.井筒数目及形式
矿井移交生产时共布置三个井筒，即主、副斜井和回风立井。
1、主斜井：
担负全矿井煤炭提升任务，兼作进风井和安全出口。
2、副斜井：
担负全矿井材料、设备、矸石及人员提升任务，兼作进风井和安全出口。
3、回风立井：
担负全矿井回风任务，兼作安全出口。
二.井筒布置及装备
1、主斜井：
井筒倾角21°，斜长848.3m,铺设800mm宽的胶带输送机,担负全矿煤炭提升任务。
设备选型采用大倾角输送机，其利用深槽式带式输送机，倾角变化范围为：
18°-28°输送能力为650t/h，带宽为800mm，功率为132-2×315kw，运距小于1500m。
2、副斜井：
井筒倾角18°，斜长481.9m,采用单钩串车提升，同时布置所需综合管线。
3、回风斜井井：
井筒倾角22°，斜长480.5m,，装普通梯子间。
第二节井底车场
一、井底车场形式
井底车场采用斜井折返式﹙梭式﹚环形车场，采用顶推调车方式。
车场巷道采用半圆拱断面，锚喷支护,黄泥灌浆。
二、井底车场硐室
在副斜井井底布置有水泵房、水仓、中央变电所等主要硐室。
井底车场巷道和主要硐室均采用半圆拱断面，锚喷支护。
：
第三节建井工作计划
一、矿井建设方式
矿井建设考虑采用一次设计，一次建成的方式，主要理由如下：
1、分期建设、分期投产方式生产与施工相互干扰，对生产组织不利。
2、有利于尽早向集团公司提供足量的煤炭。
二、施工方法
在矿建、土建、设备安装三类工程的施工中，应尽力提高机械化水平，三类工程的施工应充分利用时间和空间，采取平行交叉作业，加快建井速度，缩短建井工期。
合理使用人、材、物力，提高矿井建设的经济效益，地面生产系统应与矿井同步建设，同步投入使用。
三、矿井移交标准
矿井移交标准如下：
一个盘曲区2个工作面，全部掘进设备安装到位。
同时，地面生产及辅助设施也应同步完成。
四、施工进度指标确定
施工进度指标的确定以《煤炭工业矿井设计规范》为依据，同时参考了国内施工队伍的实际水平进行确定，井巷工程施工进度具体指标确定如下：
主、副斜井井筒表土段：
70m/月
主斜井井筒基岩段：
70m/月
副斜井井筒基岩段：
70m/月
煤岩锚喷巷道：
500m/月
煤岩锚杆巷道：
500m/月
岩巷：
70m/月
煤巷：
500m/月
硐室400m3／月
五、建井工期
矿井施工工期为13个月，井巷工程与地面设施同步施工，同步建成。
井巷工程施工进度详见施工进度表。
第六章采煤方法
第一节采煤方法的选择
一、采煤方法的选择
据地质报告，
石炭系上统太原组（C3t）
与下伏本溪组为整合接触，分布于井田的东部边缘，是一套海陆交互相沉积构造，为本井田主要含煤地层之一。
主要岩性由深灰色中细粗粒的石英砂岩，沙质泥岩、石灰岩、泥质灰岩、泥岩、粘土岩、灰质泥岩夹煤线和煤层等组成。
具有多次的海侵海退韵律。
本组厚度90.50-106.28m，平均98.00m.太原组中几个主要标志层由下而上分别为K1、K2、K3、K4、K5和K6,其中K1、K5为砂岩，K2、K3、K4、K6一般为石灰岩或泥质灰岩，局部相变纬纱岩或泥岩。
各标志层之中以K1和K2最为稳定。
本组沿走向略有北薄南厚的变化趋势，而在倾向上变化较小。
地层层序表
地层单位
填图单元
备注
系
统
组
名称
最小~最大/平均厚度（m）
代号
第
四
系
全新统
0~5.00
Q4
上更新统
0~8.00
Q3
中更新统
0~31.00/6.84
Q2
二
叠
系
上
统
上石
盒子
组
一段
42.00~220.50/180.00
P2s1
一段下部
标志层
0.80~10.94/5.55
K10
下
统
下石
盒子
组
64.95~115.10/95.00
P1x
P1x底部
标志层
1.10~8.54/5.09
K8
骆驼脖子砂
岩
山西
组
21.64~30.55/27.00
P1s
底部标志
层
0.50~6.17/2.34
K7
北岔沟砂岩
石
炭
系
上
统
太
原
组
二、三段
48.52~67.84/59.98
C3t2+3
二段下部
标志层
0~9.18/4.45
K2
一段
24.55~45.61/37.63
C3t1
一段下部标志层
0.40~5.17/2.45
K1
晋祠砂岩
中
统
本溪
组
17.92~30.65/22.00
C2b
奥陶
系
中
统
>100
O2
四、二叠系下统山西组（P1s）
在井田东部广泛出露，与下覆太原组呈整和接触，自K7砂岩之底至K8长石石英砂岩底面，为一套黄绿，灰白色的长石石英砂岩及灰、灰褐色砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩夹菱铁矿结核及煤层、煤线等交互出现的岩性组合，基本反映出湖沼相沉积建造。
为井田内主要含煤地层之一，赋存有1、2、3号煤层。
地层厚度21.64~30.55m，平均30.00m.在走向上呈出北厚南薄，而沿倾向则有着东厚西薄的变化规律。
1号煤层顶板泥岩及砂质泥岩中产三角织羊齿、截楔轮生楔叶等植物化石等。
煤层特征表
地层
单位
煤层号及标志
层编号
厚度（M）
最小~最大平均
间距（M）最小~最大
平均
煤层
结构
稳定性
可采
情况
顶板
岩性
底板
岩性
标志层
岩性
下石
盒子
组
K8
1.10-8.54
5.09
长石石英砂岩
0-13.80
4.50
山
西
组
1
0.79-2.59
1.89
简单
稳定
全井田
可采
泥岩、
砂质泥
岩
泥岩、
砂质泥
岩
0.52-12.00
2
3.5-5.6
4.2
简单
稳定
全井田可采
泥岩、
砂质泥
岩
泥岩、
砂质泥
岩
3
0-0.30
0.15
简单
不稳定
不可采
泥岩
砂质泥岩
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