斌郎煤矿年产60万吨矿井初步设计 附件B开题报告.docx

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斌郎煤矿年产60万吨矿井初步设计附件B开题报告

附件B：

毕业设计（论文）开题报告

1课题的目的及意义

煤炭是工业的粮食。

在我国的一次能源消费机构中，煤炭占75％以上。

煤炭工业发展的快慢，将直接影响直接关系国计民生。

煤炭不仅是我国的主要能源，而且是重要的工业原料，从煤中可以提取二百多种产品，这些产品都是我国社会主义经济建设和人民生活所必须的，而且钢材的冶炼也需要消耗大量煤炭资源，钢材又是基建的基础，工业发展的脊梁，另一方面人民的生活对煤炭的依赖也非常大，比如我国北方取暖需要消耗大量煤炭资源。

因此，为使我国实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，必须加快煤炭工业的现代化步伐。

目前，我国煤炭产量占世界总产量的42%左右，煤炭在一次能源生产结构中仍占76%以上，而且未来煤炭的需求仍呈现急剧上升的趋势，虽然将来的发展新能源的比重将逐步上升，但在可预见的若干年内，煤炭仍然占据中国能源消耗的主要地位。

据（武承厚）测算，到2020年，我国能源每年仍将需求约50亿吨标准煤，其中原煤大约需要45.3亿吨，这相当于目前全球消耗的煤炭总量。

国内煤炭资源不足，必须从国际市场加以补充。

中国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一。

据不完全统计，我国煤炭资源总量为5.6万亿吨，其中已探明储量为1万亿吨，占世界总储量的11%（石油占2.4%，天然气占1.2%），我国煤炭资源相对丰富，品种齐全，分布广泛。

根据国土资源部《二○○六年全国矿产资源储量通报》，截至2006年底全国煤炭保有储量为：

资源储量11597.79亿吨，资源量8262.99亿吨，基础储量3334.8亿吨，储量1825.39亿吨。

全国32个省（区、市）中除上海市外，都有煤炭资源，但区域分布不均衡。

总体特征是北多南少，西多东少，山西和西北地区最富集。

根据煤层的赋存情况和开采技术条件，煤矿可采用地下（矿井）开采和露天开采。

露天开采适用于煤层厚度大、埋藏较浅的条件。

其产量比重，目前，在我国仅占有国有煤矿总产量的7％～8％。

矿井开采能适应各种不同的地质条件，在我国广泛采用。

根据本次毕业设计所要求设计矿井地下开采的重要特点是地下作业、生产环节多、工序复杂。

因此，要以开采为中心，建立地面及地下生产系统，搞好掘进、运输、提升、通风、排水、动力供应，搞好生产技术及组织管理。

从中国煤炭矿藏赋存条件来看，适合大型露天开采条件的矿藏毕竟不多，绝大多数煤炭矿藏的埋藏深度较深、煤层分布复杂，这就要求在煤炭开发时必须按照不同的地质情况，采用不同的开采方式、设计不同的最佳开采规模。

只有这样，才能真正做到充分利用自然资源、提高煤炭的生产效率。

因此一个矿井从建井、施工到回采的合理、有效、经济、安全开采设计方案是有着巨大的现实意义

由于我国幅员辽阔、地形复杂，煤层的赋存条件多种多样，煤矿开采条件也千差万别：

同时，由于我国是一个发展中国家，原有工业基础比较薄弱，从而决定了我国煤矿的建设方式、采煤方法和管理体制具有多层次性、多类型的特点。

结合我国具体条件，在今后相当长的时期内，普通机械化采煤，爆破采煤的产量仍然会占一定比重。

近十年来，生产技术也有较大发展，生产技术指标明显改善。

普通机械化工作面的装备已经发展到第三代，即装备了无链牵引双滚筒采煤机、大功率双速封闭式刮板运输机、单体液压支柱；炮采工作面也向“三新”发展，即采用防炮崩单体液压支柱、大功率刮板输送机和毫秒爆破新技术。

根据煤层的赋存情况和开采技术条件，煤矿可采用地下（矿井）开采和露天开采。

露天开采适用于煤层厚度大、埋藏较浅的条件。

其产量比重，目前，在我国仅占有国有煤矿总产量的7％～8％。

矿井开采能适应各种不同的地质条件，在我国广泛采用。

根据本次毕业设计所要求设计矿井地线开采的重要特点是地下作业、生产环节多、工序复杂。

因此，要以开采为中心，建立地面及地下生产系统，搞好掘进、运输、提升、通风、排水、动力供应，搞好生产技术及组织管理。

矿井的设计是一个完整的、系统性的工作，需要各专业方向的技术人员共同合作，以达到矿井安全、高效、经济的生产。

它由运煤系统、通风系统、排水系统、运料排矸系统等主要生产系统组成。

在矿山开采过程中，工作面随煤炭的采出而不断推进，煤层地质的复杂性和受勘探技术限制对煤层的未知性，增加了煤炭生产的作业难度和安全隐患。

合理的矿井巷道布置、先进的采煤工艺及设备创新都在苛刻的地下环境下因需要而产生，发展，并逐步成熟，得到推广。

毕业设计是我们走上工作岗位前所进行的一次综合的工程技术人员的基本技能训练。

我国现阶段还是以煤炭为主要能源，煤炭开采与利用的好坏将会直接影响到国家经济的发展。

所以通过毕业设计，我们对煤矿会有一个更深刻更全面的认识，同时也为我们更好地从事煤矿行业打下坚实的基础。

毕业设计更是采矿工程本科教学最后学期整体要求的综合性课程，要求我们在认真掌握本科三年中学习的公共基础理论课程、专业必修课程，并顺利完成课程实验、课程设计、认识实习、专业实习及毕业实习的基础上进行的。

目的使我们巩固所学知识，加深记忆理解，形成理论化、系统化，将零碎的知识点整合全局化，拓宽专业知识面，增加实地经验，同时锻炼我们的准确识图和精确制图的能力，懂得如何阅读使用专业文献和国家相关手册规范。

通过实地矿井的设计，学会理论联系实际，培养科学严谨和实事求是的敬业学习精神。

2课题的任务、重点研究内容、实现途径

2.1课题题目及条件

斌郎煤矿年产60万吨矿井初步设计。

通过对设计矿井相邻矿井的实习，初步了解矿井地质情况，结合所学知识完成设计任务。

最终达到对前面所学理论知识系统化，巩固和扩大所学知识，并进一步提高识图和制图能力，灵活的使用工具书，培养出我们准确、综合地运用所学知识去解决矿井设计中的具体问题的能力。

本次毕业设计（论文）的主要内容与要求如下。

1、设计题目：

斌郎煤矿年产60万吨矿井初步设计。

二、已知条件

1、矿井设计生产能力：

60万吨/年。

2、矿田位置：

斌郎煤矿位于四川达州市南10km处，属达县斌郎乡、亭子乡、江阳乡管辖，其井口、工业广场、生活区均在斌郎乡。

3、井田范围：

根据任务书及矿井实际资料本开发利用方案的矿井境界为：

北界：

以16号勘探线与小河嘴井田相接；

南界：

27号勘探线与金刚煤矿为界；

下界：

开采下界以+0m标高为界；

上界：

以中山背斜外连煤层轴部为界。

设计开采煤层：

内外连煤层。

开采标高：

±0～+400米。

南北长7km，东西宽1.8km（以控制深部煤层±0m标高为限），面积

。

4、地层

本井田为一隐伏背斜构造的井田。

含煤地层由钻孔揭露，地层由老至新依次为：

①三叠系上统须家河组（T3xj）

②侏罗系下统珍珠冲组（Jlzh）

③侏罗系中下统自流井组（J1-2z）

④侏罗系中统新田沟组（J2x）

⑤沙溪庙组（J2s）。

斌郎煤矿区域构造位于新华夏系四川沉降带川东褶皱带的中山背斜北段，东、西两侧分别有景市向斜、达县向斜。

两向斜之外为峨层山背斜、铁山背斜褶皱构造，彼此大致平行，呈北东、南西向展布，区内褶皱多具有背斜紧密、向斜宽缓的特点。

因此初步确定井田采用斜井开拓方式。

5、煤层名称、厚度

井田内含煤地层属三叠系第七段，含煤2～4层，一般2层，其中全区可采2层，即内连和外连煤层。

外连煤层厚度1.0͠1.6米，平均1.3m，属厚度较稳定的中厚煤层，倾角矿井东翼

～20°，平均15°，矿井西翼20°～40°，平均30°，内连煤层厚度1.4～1.8米，平均厚度1.6米，设计煤层为内连煤层和外连煤层，层间距6m。

6、回采工艺设计煤层：

为内连煤层。

2.2重点研究内容

根据斌郎矿井60万t/a的产能要求，完成矿井的初步设计工作，设计的重点内容有：

井田开拓系统的确定与设计，采矿方法的选择与采区巷道布置设计，通风系统的设计。

具体如下：

1）矿山年产量校核，阶段高度及主要运输水平的确定；

2）开拓方案的选择，主要开拓巷道和辅助开拓巷道的尺寸和位置的确定，基建工程及进度计划的编制；

3）确定采矿方法方案、采准、切割和回采工艺，计算矿石成本；

4）矿井提升运输设备选择，计算提升成本；

5）矿井通风与安全；

6）矿井机电设备选型；

7）矿井经济技术指标等设计内容。

2.3实现途径

（1）按照毕业设计指导书的要求明确设计的内容、性质、要求，以及达到设计的目的。

（2）熟悉和掌握设计任务书中内容和要求；同时熟悉矿山矿床地质条件和现有开采技术水平等资料，比如：

井田的地质地形条件，交通情况，与邻井的关系等。

（3）根据矿山的内部及外部条件，依设计任务的内容和目标，结合已学过的采煤学、井巷工程等知识，按照设计程序一步一步地完成指导书中要求的各章节的设计内容。

（4）在设计过程中，采用“方案比较法”，对提出的可行方案进行技术和经济分析，从中选取（3～5）个较优方案。

（5）对选出的较优方案进行详细的技术和经济与比较，明确各方案在技术上和经济上的差异，全面衡量个方案的利弊。

然后从各方案中选出最优的方案，作为最终设计方案。

（6）最后按设计任务的要求，对方案做出详细文字描述与说明，并绘出方案的图纸。

3井田开拓

3.1开拓方案的提出

井田开拓是指在井田范围内，为了采煤，从地面向地下开拓一系列巷道进入煤体，建立矿井提升、运输、通风、排水和动力供应等生产系统。

井口位置的选择对开拓方式有重要影响。

井筒位置的选择因遵循对井下开采有利；井筒开掘和使用安全可靠；地面工业广场布置合理；对外联系方便；不留或少留井筒及地面工业广场保护煤柱等原则。

通过以上分析，设计中采用明斜井加暗斜井多水平上山开拓综合开拓；采用中央并列式通风形式，这样可以减小工程量，并且通风效果也好；井田两翼布置两个采区以两个工作面同时开采保证矿井年产量；开采顺序采用采区前进，区内后退式；走向长壁式开采，回采工艺采用综合机械化采煤。

井田东翼中部适合设置井筒的位置，地势平坦，交通方便，尤其是距离斌郎乡公路较近且与铁路间的距离也不远。

故初步选择在此处建矿井主斜井。

斌郎煤矿的煤层赋存条件剖面图如图1。

从图中可以看出处于中山背斜中部，地表高程在+750m左右，煤层埋深300m左右；东翼地表高程+700m左右，煤层埋深400m左右；西翼地表高程+750m左右，煤层埋深300m左右。

煤层被中山背斜分为两翼，东翼煤层倾角为10°~20°，平均倾角15°；西翼煤层倾角20°~40°，平均倾角30°

插图3-1内外连煤层剖面简图

根据上述斌郎煤矿的地形地质条件及煤层的赋存条件的初步分析，及临近矿井的开采现状，特提出如下4套可行的开拓方案：

方案Ⅰ——主斜井副立井开拓

立井不受表土、煤层、井田尺寸、地质构造和水文地质条件限制，适应性强；在相同采深条件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利；井筒通风断面大，通风阻力小，可以满足高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井的通风需求。

但开拓工程量大，井筒施工技术复杂，需用设备多，开凿速度慢，施工周期长；立井压煤多，单次提升量少，提升耗能大。

图3-2主斜井副立井开拓剖面图

方案Ⅱ——斜井东西翼暗斜井开拓

主副斜井井口布置在+330m水平，延伸到+200m水平。

在+200m水平东西两翼沿煤层倾斜方向分别打两条斜井。

矿井自上而下分两个水平：

从+200m到+400m第一水平，在+400m开拓回风平硐，并且在该+400m水平井田中央沿轴部布置回风大巷；从±0m到+200m第二水平，两翼各布置一条运输大巷和井底车场；两个水平均采用上山开采。

图3-3斜井东西翼暗斜井开拓剖面图

方案Ⅲ——斜井西翼暗立井东翼暗斜井开拓

考虑到西翼煤层平均倾角为30°，打立井会大大减少开拓长度。

把方案二西翼布置的暗斜井改成暗立井，其余布置于方案二基本相同。

但同时暗立井开拓技术上会很困难，而且向第二水平延伸时会影响第一水平正常生产开拓工程量大，井筒施工技术复杂，需用设备多，开凿速度慢，施工周期长；立井压煤多，单次提升量少，提升耗能大。

图3-4斜井西翼暗立井东翼暗斜井开拓剖面图

方案Ⅳ——斜井开拓

主副斜井井口布置在+330m水平，一直延伸到-200m水平。

矿井自上而下分三个水平：

每个水平通过石门与主副斜井联系。

+200m到+400m为第一水平，在+400m掘进回风斜井，并且在该+400m水平井田中央沿轴部布置回风大巷；±0m到+200m第二水平，分别用石门联系斜井与煤层两翼，两翼各布置一条运输大巷和井底车场；两个水平均采用上山开采。

图3-5斜井开拓剖面图

经过定性分析可知：

方案Ⅰ——主斜井副立井开拓；

方案Ⅱ——斜井东西翼暗斜井开拓；

方案Ⅲ——斜井西翼暗立井东翼暗斜井开拓；

方案Ⅳ——斜井开拓；

1方案Ⅰ：

主斜井副立井开拓，主斜井直接到达第二水平，在煤层底板岩层中布置开拓巷道，优点是井筒长度短，运输线路段速度快，但由于立井施工困难，建井期长，第二水平延伸时对第一水平生产产生很大的安全隐患，井筒装备及井底车场复杂；而且第一和第二水平石门长度很长。

2方案Ⅱ：

斜井东西翼暗斜井开拓，采用中部暗斜井开拓，相比方案Ⅰ节省了巷道长度，而且可以少布置一条运输大巷和一个井底车场，井筒在井田中部，便于集中化布置及管理，布置也相对集中化，较快转入下水平生产；缺点是石门长度较长。

3方案Ⅲ：

斜井西翼暗立井东翼暗斜井开拓，采用西翼暗立井东翼暗斜井，西翼暗立井相比暗斜井井筒长度较短，通风断面大，通风线路短，通风容易，提升也比较快，东翼采用暗斜井，由于煤层为倾角较大，采用暗斜井长度也不会太长；缺点是东西两翼井筒布置比较分散，不便于集中化管理及集中运输，多布置一条运输大巷和一个井底车场，增加掘进费用。

4方案Ⅳ：

斜井开拓，东西两翼都采用斜井直接进入水平，再通过石门连接到水平运输大巷，相比方案Ⅲ中的东翼暗斜井，其井筒断面积大，便于提升，提升能力大，通风阻力小，通风容易，缺点是斜井施工困难，井筒长度过大，而且石门较长，基建费用高。

通过对以上四个方案的技术、经济概略比较后，发现方案Ⅰ由于斌郎井田的地形、地质构造、煤层赋存和工业广场的位置等因素，结合此次设计矿井的实际条件，可知如果采用方案Ⅰ——主斜井副立井开拓，工业广场位置需要建在地面比较平坦的位置，且需要掘进的石门过长，技术上困难，经济上不合理。

因此方案Ⅰ不可采用。

方案Ⅳ采区石门加起来有10000m以上，开拓费用达几千万元，耗资巨大，因此淘汰方案Ⅰ、方案Ⅳ，仅留下方案Ⅱ和方案Ⅲ，进入下一轮详细的经济比较，以便选择最优的开拓方案。

3.2.3选定最佳开拓方案

方案Ⅱ相比方案Ⅲ，西翼采用斜井开拓，施工容易，建井期短，井筒装备及井底车场简单，可以采用带式输送机运输，可进行连续运输，缺点是斜井井筒长度比方案Ⅲ立井长，管线敷设困难，通风也相对困难，方案Ⅲ就大大的缩短了石门长度。

现对两开拓方案井筒做详细经济比较，由于几个方案中水平划分是一样的，所以各方案中的水平大巷的各项费用是一样的，同时采区的设备、采区上山的掘进维护及提升费用等也基本相同，回风大巷及回风平硐的开拓也基本相同，对开拓方式的选择没有直接的关系，因此不参与比较。

井巷工程的综合费用包括两部分，即直接费用和辅助费用。

如表3.1.

方案Ⅱ开拓方案经济概算表

表3.1

名称

掘进断面积（m2）

支护形式

支护厚度（mm）

岩性

工程量（m）

单价

（元/m）

费用

（万元）

1主斜井

14.64

喷射混凝土

120

中硬岩石

976.1

2446.4

275.6

2副斜井

14.64

喷射混凝土

120

中硬岩石

976.1

2446.4

275.6

3主暗斜井

14.64

喷射混凝土

120

中硬岩石

861.56×2

2998.4

516.66

4副暗斜井

14.64

喷射混凝土

120

中硬岩石

861.56×2

2028.4

516.66

5石门

14.64

喷射混凝土

100

中硬岩石

1722

2446.4

421.3

6井底车场

8.33

喷射混凝土

120

中硬岩石

800

2446.4

195．71

总价

2201.53

方案Ⅲ开拓方案经济概算表

表3.2

名称

掘进断面积（m2）

支护形式

支护厚度（mm）

岩性

工程量（m）

单价

（元/m）

费用

（万元）

1主斜井

14.64

喷射混凝土

120

中硬岩石

976.1

2446.4

275.6

2副斜井

14.64

喷射混凝土

120

中硬岩石

976.1

2446.4

275.6

3东翼翼主暗斜井

14.64

喷射混凝土

120

中硬岩石

861.56

2998.4

258.3

4东翼副暗斜井

14.64

喷射混凝土

120

中硬岩石

861.56

2028.4

174.75

5西翼主暗立井

19.63

喷射混凝土

120

中硬岩石

200.0

6796.8

135.93

6西翼副暗立井

12.56

喷射混凝土

120

中硬岩石

200.0

5276.4

105.52

7石门

14.64

喷射混凝土

100

中硬岩石

2132

2446.4

521.6

8井底车场

8.33

喷射混凝土

120

中硬岩石

800

2446.4

195．71

总价

1943.01

方案Ⅱ/方案Ⅳ=2201.53/1943.01=113.3%

方案Ⅰ相比方案Ⅲ,在经济上优势不是很大，同时，考虑方案Ⅱ技术上可行，安全上可靠，而且暗斜井布置相对简单方便，相对来讲第二水平延伸时方案Ⅱ更安全，对生产的影响更小，因此，最终确定方案Ⅱ——斜井东西翼暗斜井开拓为最优方案。

主要参考文献：

[1]采煤学，曹树刚、勾攀峰主编，煤炭工业出版社2012年出版；

[2]煤矿开采学，徐永圻主编，中国矿业大学出版社1993年版；

[3]煤炭工业矿井设计规范，中国计划出版社，2005年出版；

[4]煤矿安全规程，煤炭工业出版社，2010年出版；

[5]采矿工程设计手册，张荣立等主编，煤炭工业出版社2003年版。

4、进度计划安排

起止周次

工作内容

1周至4周

毕业实习、文献综述、外文翻译、开题报告

5周至6周

井田概况及地质特征、矿井生产规模

7周至8周

井田开拓及采区划分

9周至10周

采区巷道布置及采煤方法、井下运输和提升

11周至12周

矿井通风与安全、矿井排水和压气

13周至14周

整理设计说明书、绘出平面图

14周至15周

绘图并修改设计说明书、

15周至16周

答辩准备及毕业设计答辩

学生签名：

年月日

指导教师意见

指导教师签名：

年月日