本科采矿工程毕业设计指导书.docx
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本科采矿工程毕业设计指导书
毕业设计指导书
采矿教研室
山东科技大学
第一章矿区概述及井田特征
第一节矿区概述
矿区的地理位置（附地理位置图）及行政隶属关系。
矿区地形地貌，矿区内有关的主要企业单位。
电源、水源及建筑材料的来源。
矿区内贸易中心、火车站及其他主要场地的位置。
矿区的气候特点；气温、风向、风速，雨期及降雨量，冻结期及冻结深度等，综述矿区的开发条件。
第二节井田及其附近的地质特征
井田的地层层位关系、地质构造、含煤系及地层特征以井田地层柱状图说明，煤田的成因及生成年代、煤层的总数及可采层数，表土层及风化带的深度。
井田中的地质变动，最主要的破坏及其形式——断层、褶曲、火成岩侵入等，区域变质及侵入等，区域变质及侵入变质的程度，它们的分布及位置。
水文情况：
井田范围内的河流，流量及洪水位，流沙层，含水层的厚度及分布，含水系数及渗透系数，溶洞水的静储量及水力联系，断层的透水性质及水力联系。
第三节煤层及煤质特征
井田的煤层及其埋藏条件：
走向、倾向、倾角，可采层的厚度及层间距。
各煤层的性质，顶底板岩石的性质。
煤层的瓦斯性，自燃及煤尘爆炸性，含水性。
煤的牌号，工业分析及工业用途。
第四节井田的勘探程度及对对勘探的要求。
矿井概况及井田地质特征是矿井设计基础资料。
编写本章说明书时，应在生产实习过程中广泛收集、弄清资料的基础上，扣紧指导教师下达的设计题目，按课程设计大纲的要求进行。
本章应附图附表：
1、交通位置图（说明书插图，比例1∶500,000）；
2、井田综合柱状图（说明书插图）：
该图可据“矿井综合柱状图”进行简化后编制，但简化后的“综合柱状图”地质年代、地层单位要连续，对开采有重要影响的地层不能省略，如煤层的顶板、底板、含水层等；
3、煤层特征表；
4、主要地质构造特征表；
第二章矿井境界及储量
第一节井田境界
井田境界应根据地质构造、储量、水文、煤层赋存情况、开采技术条件、开拓方式及地貌、地物等因素，进行技术分析后确定。
一般以下列情况为界：
1、以大断层、褶曲和煤层露头、老窑采空区为界；
2、以山谷、河流、铁路、较大的城镇或建筑物的保护煤柱为界；
3、以相邻矿井井田境界煤柱为界；
4、人为划分井田时：
煤层倾角较小，特别是近水平煤层时，用一垂直面来划分井田境界；在倾斜或急倾斜煤层中，沿煤层倾斜方向，常以主采煤层底板等高线为准的水平面划分井田。
说明书中应明确说明确定的井田范围、井田走向、倾向的最大、最小及平均尺寸，井田的面积（km2）。
并把确定的井田范围标注在主采煤层（或指导教师指定的煤层）的底板等高线图和剖面图上。
第三节井田储量
一、矿井工业储量
矿井工业储量是勘探（精查）地质报告提供的“能利用储量”中的A、B、C三级储量之和，其中高级储量A、B级之和所占比例应符合表2-1的规定。
如不符合规定，必须提出补充勘探要求（可在第一章“井田勘探程度”一节述之）。
待地质部门所提供的补充勘探报告中高级储量比例满足时方能进行设计，以确保投资的可靠性。
二、矿井设计储量
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性煤柱损失量后的储量；
三、矿井设计可采储量
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、下山保护煤柱煤量后乘以采区回采率的储量。
上述各种煤柱计算可参照《矿山测量》、《采矿学》的有关章节内容，用图解法求得，并附入设计说明书中。
第三章矿井年产量及服务年限
“技术政策”第14条规定：
“矿井设计能力按年工作日300d，每天提升14h”计算。
每天三班作业，综采工作面可采用每日四班作业，每班工作六小时。
按矿井设计生产能力（年产量）主要有以下三类井型：
井型 设计生产能力（Mt/a）
大型 1.2 1.5 1.8 2.4 3.0 4.0 6.0
中型 0.45 0.60 0.90
小型 0.09 0.15 0.21 0.30
附上述类型外，不应出现介于两种生产能力的中间井型。
毕业设计一般为新建井，矿井服务年限可按下式计算：
式中：
T——矿井设计服务年限，a；
ZK——矿井可采储量，Mt；
A——矿井设计年产量，Mt/a；
K——储量备用系数，K=1.3～1.5。
表3-1矿井井型和服务年限
井型
矿井设计生产能力（Mt/a）
新矿井服务年限（a）
改扩建后矿井服务年限（a）
大型
3.0～5.0
1.2～2.4
70
60
50
40
中型
0.45～0.90
50
30
小型
0.30及以下
由各省煤炭厅（局）自定
同左
计算出的T值必须符合表3-1中规定的服务年限，如小于规定服务年限，则必须调整矿井设计生产能力。
第四章 井田开拓
第一节 概述
编写前应明确编制本节的目的和内容：
1、矿区内生产矿井的开拓方式概述及评价：
通过在毕业实习期间对矿区各现有生产矿井的地质特征和开拓方式的了解，分析阐明现有矿井所采用的开拓及准备方式的正确性，从而扩大设计者的思路，为设计者正确确定井田开拓方式提供生产实践依据。
2、影响设计矿井开拓的主要因素分析：
在了解井田地质特征的基础上，进一步分析认识影响设计矿井开拓方式的主要因素，为正确确定开拓方式打下基础。
第二节 井田开拓方式
井田开拓方式是矿井设计的核心。
它是以第一、第二章为基础，以后续的四、五、六章为依辅，内容涉及面宽，可变因素多，政策法律性强，设计时必须注意：
1、树立全局观点：
在考虑井田开拓问题的同时，要考虑矿井其它生产环节与之相适应，如矿井提升、运输、通风、支护方式、排水等。
2、在矿井设计的诸多矛盾中，设计时要抓主要矛盾。
为了使主要矛盾得到解决，对次要矛盾或矛盾方面可预先分析确定。
确定井田开拓方式时，对以下几方面内容可先进行初算：
（1）为了正确确定井筒位置、长度、倾角，必须先确定井底车场的型式和有关线路尺寸；
（2）为确定井筒、大巷、井底车场等主要开拓巷道断面，必须初步确定提升、运输设备的类型、型号和规格尺寸；
（3）为确定矿井通风方式、风井位置及验算各主要巷道的风速，须根据矿井瓦斯等级和其它条件，初步确定全矿及采区所需风量。
一、对井田开拓中若干问题分析
1、井田内划分及开采水平数目及位置
根据煤层赋存特征、井田内划分一般根据以下原则：
（1）井田划分阶段时，阶段要有合理的斜长，以利于运输、通风、巷道维护等。
阶段垂高一般可按下列范围确定：
缓斜、倾斜阶段垂高为150～250m，急斜煤层100～150m，倾角16°及以下煤层、瓦斯含量低、涌水量小时，应采用上、下山开采相结合的方式。
采区内要有合理的区段数目，以保证采区正常生产和工作面接替。
在我国目前技术条件下，缓斜煤层可按3～5个选取，倾斜和急斜煤层不少于2～3个。
（2）煤层倾角小于12°，采用倾斜长壁时，条带斜长上山部分一般为1000～1500m，下山部分一般为700～1000m。
也可参考实习矿井实际采用的尺寸。
（3）煤层倾角在8°～10°以下的近水平煤层，宜采用盘区开采。
如果煤层层数不多，间距较近，可以用一个开采水平开采所有煤层，盘区上山的长度一般不超过1500m，盘区下山的长度不宜超过1000m。
如果煤层数目多，上下煤层间距又较大，此时开采水平的位置决定着盘区的倾斜尺寸。
开采水平的数目、位置，应根据煤层赋存条件、阶段的划分、生产技术水平和水平接替等因素综合考虑。
一般应注意以下几点：
（1）要保证第一水平有足够的服务年限，其服务年限不应小于表4-1的规定。
表4-1第一开采水平设计服务年限
井型
Mt/a
第一开采水平设计服务年限（a）
缓斜煤层
倾斜煤层
急斜煤层
3.0～5.0
35
—
—
1.2～2.4
30
25
20
0.45～0.9
25
20
15
0.3
1.5
—
—
（2）在开采水平以上的上山斜长过大，用一个阶段开采技术上有困难、安全上不可靠，或由于地质构造和煤层产状变化而使井田局部区域用某一个开采水平开采有困难时，可考虑设计辅助水平；
（3）为解决下山采区排水、通风和辅助提升，对某些涌水量大或阶段斜长较长的下山采区，亦可考虑设置辅助水平。
要使设置的开采水平在经济上有利，一般可根据矿井具体条件，提出几个水平设置方案，进行技术、经济分析和比较，选择最佳方案。
但在毕业设计中，如果不作专题论证时，可以不进行水平设置的经济比较，而在综合考虑上述因素的基础上加以确定。
2、井硐形式、数目及其配置
应根据煤层赋存条件、地形、水文地质、冲积层组成和厚度、井型、设备供应、施工条件等因素来考虑。
（1）井硐型式的选择：
如煤层赋存于较高的山岭、丘陵和沟谷地区，上山部分煤的储量大致满足同类井型的水平服务年限要求时，应优先考虑采用平硐开拓。
对于赋存较浅、表土不厚、水文地质情况简单、井筒不需要特殊施工的缓斜和倾斜煤层，一般可采用斜井开拓方式。
采用不同提升方式的斜井，其井筒倾角一般规定如下：
串车提升时，井筒倾角不大于25°；箕斗提升时为25～30°。
但斜井垂高不超过300m，胶带输送机提升时，则不大于16°。
立井开拓的适用条件较广，当不受地形条件限制时，大多可以采用。
尤其是在埋藏较深、表土层厚、水文地质条件比较复杂、井筒需要特殊凿井法施工时，一般均采用立井开拓。
多水平开拓的急斜煤层，也常用立井开拓。
根据井田特点，结合地面布置，当采用单一井硐形式不能满足通风、安全、辅助提升等不同需要，或者在技术经济上不合理时，也可采用综合开拓方式。
（2）井筒数目：
采用斜井或立井开拓时，一般只开凿一对提升井筒（主、副井）。
在技术经济上合理时，也可开凿两个以上的提升井筒。
（3）井筒位置的选择：
应首先满足第一水平的开采、缩短贯通距离，减少井巷工程量。
在一般情况下，井筒位置应选择在井田中央或最小货载运点上，但遇下列情况，可视具体条件而定。
①井田附近有较大的村镇，应使广场煤柱与村镇煤柱合二为一，要避免首采区迁村；
②工业场地布置应尽量不压或少压煤，尤其不压好煤，以便为首采区创造较好的开采条件；
③应避免工业场地处于高山、洼地和受洪水威胁处；
④井筒和井底车场运输巷道尽量不穿过断层破碎带和少穿过松散岩层。
风井布置应根据选定的通风系统合理确定。
一般根据以下原则：
①采用中央并列式通风系统时，在设计中必须规定井田境界附近的安全出口，当矿井发生灾害，井田一翼走向长度不能保证人员安全撤出时，必须形成井田境界附近的安全出口；
②采用对角式通风系统时，风井设在井田两翼的上部边界；
③采用中央分列式通风系统时，主、副井设在井田中央，风井设在井田上部边界的中央；
④采用分区式通风系统时，回风井设在各采区的上部边界，条件适合时，也可利用各采区上山直透地面作为回风井。
3、运输大巷和总回风巷的布置及与煤层间的联系方式。
（1）运输大巷的布置与煤层间的联系
确定运输大巷的布置及其煤层联系时，一般应遵循下列原则：
①开采煤层群时，根据煤层数目、煤层间距，可以采用分层运输大巷主要石门的布置方式；集中运输大巷采区石门的布置方式或分组集中运输大巷主要石门的布置方式。
②有些煤层的层间距离较大，但煤层受断层切割，或者赋存状态不稳定，只有局部地段可采，是且储量较小，不宜单独布置运输大巷，可根据具体情况与其它邻近煤层划为一组布置大巷。
对瓦斯量很大或有突然涌水危险的煤层，在技术和安全上必要时，可考虑分别划成煤组单独布置大巷；
③主要运输大巷一般应布置在煤组底板岩石中，但在下列情况下，也可考虑布置在煤层中；（a）距其它煤层很远，储量有限的单个薄及中厚煤层；（b）煤组或煤系底部有距离很近的强含水层和富水溶洞，特别是较大的承压水时应慎重；（c）井田走向长度短，运输大巷服务年限不长，而煤层厚度不大，大巷维护不困难时；（d）煤组或煤系底部有煤质坚硬，围岩稳定，无自然发火危险的薄及中厚煤层，经过技术经济比较比布置岩巷有利时。
④岩石运输大巷应布置在坚硬、稳定、厚度较大的岩层中，如砂岩、石灰岩和砂质页岩等。
避免在松软、吸水膨胀、易风化的岩层中布置。
运输大巷应距煤层有一定距离，以避开支承压力的不利影响，这个距离一般与煤层10～30m，对急斜煤层，为避免底板移动影响，一般应布置在底板移动范围以外10～20m的地方。
⑤在个别情况下，煤层底部岩层水文条件复杂，煤组内煤岩均较松软，维护困难，也可将运输大巷布置在煤层顶板岩层中，此时，必须根据开采后岩层垮落范围，留设护巷安全煤柱。
（2）总回风巷的布置及其与煤层的联系
当矿井通风系统要求设置总回风巷时，其布置原则同运输大巷基本相同。
当井田上部边界标高不一致时，总回风巷可按不同标高分段设置，但分段不宜过多。
当井田上部冲积层厚、含水丰富，留有防水煤柱时，总回风巷可以布置在防水煤柱内。
4、煤层群分组
为了合理开发煤炭，多煤层开采时，应首先考虑煤层群分组。
煤组一般根据以下原则划分：
（1）将层间距近的煤层划分为一组，但要注意各煤层的倾角、厚度、顶底板岩性的一致性，以及地质构造方面的情况，以利于开采；
（2）对不同煤种和煤质，根据国家需要和用户要求，可考虑分别划组，以便分采分运，保证煤质；
（3）对有突然涌水危险的煤层或层间距离大的单个煤层，可以考虑单独布置；
（4）对瓦斯涌出量很大，有煤及瓦斯突出危险的煤层，应划分为一组联合布置巷道，以便采取开采解放层的措施。
二、提出2～4个技术可行方案，并进行技术比较
在上述分析的基础上，提出2～4个技术可行方案，对所提出的方案，必须充分考虑其提升、运输、通风、排水等各主要生产系统以及所采用的设备。
绘制各方案开拓方式平、剖面示意图（插图），并对各方案的主要生产系统的内容进行简要说明。
技术比较主要包括下列几方面内容：
基建工程量、施工条件及施工技术、生产管理方面难易程度、煤炭损失量、施工期长短、大型设备及器材占用量等。
方案的技术比较应注意的是分析各方案对比的优缺点，而不是方案本身的优劣。
三、方案经济比较
对技术比较后所保留方案进行经济比较，即计算各方案不同项目的经济费用，包括基本建设费、生产经营费。
其计算结果分别按附表4-2、表4-3格式列入。
末了编制经济比较汇总表。
四、确定方案
对各方案的技术比较和经济计算结果，综合分析对比，择优确定采用的开拓方案。
在评定各方案优劣时，要全面考虑各种因素的影响，如果各方案经济上相差不大，就要根据技术上的优越性、初期投资的大小、施工难易程度、建井工期长短、材料设备供应条件等因素综合考虑，合理确定。
在进行矿井开拓方案经济比较时，应注意：
（1）拟定先进合理的技术方案是进行方案比较的基础。
因此，首先应深入细致地研究方案，使参加经济比较的方案在技术上是优越的、完整的、切实可行的。
要仔细分析各方案的不同之处，详细编制比较项目，反复核对，避免遗漏。
（2）需认真分析相同项目和不同项目，只比较不相同项目。
例如，两方案都采用相同的井底车场，当两方案井型相同时，井底车场可看作相同项目，不参加比较。
相反，如果两方案的井型不同，则分摊于吨煤生产能力的投资不同，就不能看作相同项目，而应进行全面计算，参加比较。
（3）进行经济比较时，应抓住重点，比较主要项目的费用。
对于影响不大，差别很少的项目可以不比。
至于哪些项目是主要的，哪些项目影响不大，应根据具体情况而定。
例如：
对于低沼气矿井的通风费用，可作为影响不大的费用，不必进行计算。
但如果比较的方案是专门研究通风问题，那就作为主要项目，必须进行计算，加以比较。
（4）应比较不同项目的整体，而不能仅比较它们的差值。
例如两方案的大巷运输距离不同，需比较两方案大巷运输的总运输工作量，而不能仅比较两方案大巷运输工作量的差值。
表4-2×××方案工程量计算表（说明书中附）
序号
工程项目名称
单位
每项工程量
项数
总工程量
备注
一
1
2
…
基本建设工程
初期
后期
二
）
1
2
…
生产经营费
提升运输
巷道维护
排水
注：
井底车场总容积可参考表4-6的扩大指标
表4-3×××方案费用计算表（说明书中附）
顺
序
工程项目
名称
单位
总工程量
单价
费用
（万元）
直接费
辅助费
管理费
合计
一
1
2
…
基本建设
费初期
………
初期小计
后期
………
后期小计
基建费合计
二
1
2
…
生产经营
费提升、
运输
………
井巷维护
生产经营
费合计
三
全部费用
合计
（5）正确选用各项原始计算数据。
例如，采用的运输单价应与所采用的运输设备适应，采用的巷道维护费用单价应与该方案巷道的维护条件相适应。
（6）应把基本建设费用和生产经营费用分别列出，把基本建设费用的初期投资和后期投资分别列出。
从经济上评定各方案的优劣时，不仅要看各方案总费用绝对值大小，而且也应分别对基建投资、初期投资、生产经营费进行对比，综合考虑其影响。
（7）参加比较的方案涉及范围较大时，为了简化计算，在进行大方案全面比较前，可先进行类型相同方案的局部问题的比较，得出该类型方案中较合理的方案，而后以此方案参加不同类型方案的比较。
井田的开拓方案选择，除采用上述方案比较法外，也可采用数学分析法、统计法、标准定额法及电子计算机模拟进行优化设计等。
第三节井筒特征
在矿井开拓方式确定后，还应对矿井主要井筒（包括主、副、风井）的横断面布置形式、井筒装备、井筒断面尺寸、井筒支护材料等特征进行说明。
下面以立井为主作说明，斜井、平硐基本同立井。
一、井筒断面尺寸
井筒断面尺寸，主要是根据提升容器的种类、数量及外形尺寸；井筒装备的类型、规格、最小允许间隙；井筒的用途、管路、电缆、梯子间的平面尺寸来确定。
毕业设计井筒断面，一般是根据本章第二节初步确定的提升机的类型及数量，结合井筒的其它用途，从标准设计断面图中或有关资料中选取。
我国目前常用的井筒断面布置形式、井筒内装备及其相应的井筒直径可参见《煤矿矿井采矿设计手册》上册表5-1-4。
二、井壁的支护材料及井壁厚度
井壁是井筒的重要组成部分，其主要作用是承受地压、防止围岩风化等。
合理地选择井筒支护形式，对节约原材料、防低成本、保证安全生产、加快建井速度具有重要意义。
目前我国的井筒支护方式主要有砼支护、料石支护、砼砌块支护和喷射砼支护等。
三、井筒深度
井筒深度除自井口至开采水平的井筒长度外，还需要加井窝的深度。
井窝深度：
箕斗井为清理井底撒煤，平台下再设≥4m井底水窝。
故一般井筒需开挖到井底车场水平以下30～40m。
若井底装载硐室设于开采水平以上时，井底可不设水窝，但要便于井筒淋水能自流入水仓；提升井的井窝深度必须附合《规程》397条的规定。
第四节井底车场
井底车场是井田开拓的重要内容之一。
它与井型、大巷位置、井筒及位置等有密切关系。
因此，在本章第二节中已对井底车场作了较详细的考虑，本节是对已确定的井底车场作设计计算。
进行井底车场设计时，需要明确下列问题：
1、大巷运输设备的型号及外型尺寸；
2、主、副井空、重车线与大巷的相对位置；
3、矿井提升方式及提升容器在井筒中的布置；
4、矿井矸石量；
5、规范、规程中有关井底车场的规定。
井底车场设计计算的一般步骤是：
（1）选择确定井底车场形式；
（2）井底车场总平面布置、确定线路长度、线路联接计算等；
（3）计算井底车场通过能力；
（4）确定井底车场硐室位置和主要巷道断面；
（5）绘制井底车场总平面图。
一、选择确定井底车场形式
选择井底车场形式时，参考下列几点：
1、对于开采缓斜和倾斜煤层的立井和穿岩斜井，当井筒距运输大巷较近（如40～60m）可采用卧式环行车场或梭式车场；井筒距大巷较远时（如大于120m）可采用立式环形车场或尽头式车场；井筒距大巷适中，井筒出车方向与大巷斜交，且距离不太远时，可选用斜式环行车场；开采急斜煤层，可采用刀式环行车场或尽头式车场。
对多水平开拓的矿井，主、副井的相对位置、提升方位角、井下出车方向等是固定的，各水平的井底车场要适合这些共同要求；
2、井底车场的形式应与矿井井型相适应。
大、中型矿井可采用环行式或折返式车场。
年产1.2Mt以上的矿井可采用增设主井复线的环行式车场。
大巷用底卸式矿车运煤时，一般应采用折返式车场。
大巷用皮带运输机运输时，可采用环行或折返式车场，小型矿井，按距井筒的远近，可采用刀式环行车场、尽头式或梭式车场；
3、选择井底车场的形式还应考虑地面出车方向的限制，为此有时要求采用斜式环行车场；如果井下需风量较大，要求增加巷道断面，可采用立式环行车场或大断面的折返式车场。
根据设计矿井地质条件，井型大小、井筒和运输大巷的位置关系等，再参考上述原则，参考《标准井底车场图册》、《煤矿矿井采矿设计手册》等资料，绘制或选取井底车场草图，而后进行计算。
二、线路总平面布置设计（以立井为例）
整个井底车场平面线路布置是由以下各部分组成：
各道岔线路联接尺寸；主、副井空重存车线长度；主井卸载坑线路长度；副井马头门车线长度；调车线长度；材料车线长度；绕道回车线长度等。
（2）井筒位置不受地面限制，仅根据有关规程规定和需要确定。
两井筒垂直于存车线方向的距离H一般取35m，平行于存车线方向的距离L，根据各种存车线长度和井行联接计算后确定。
当
、
确定后，再据确定的提升方位角，在平面图上确定主、副井筒中心的坐标，在剖面图上确定两井筒高程Z。
毕业设计一般采用这种方法确定井筒位置。
2、井底车场各存在线长度确定
当运输大巷采用列车运行时，主、副井空重车线长度应符合《设计规范》第5.1.2条规定：
主井空、重车线长度应各能容纳1.5～2列车”、“副井进、出车线长度，大型矿井应各能容纳1～1.5列车。
在出车线应增设一段双轨道，作为材料和设备车的停放及编组之用，其长度对大型矿井应能容纳10个以上的材料车到一列车，对中、小型矿井应能容纳5～10材料车”。
其车线长度可按下列公式计算：
式中：
——储车线长度，m；
——列车数；
——每列矿车数，辆；
——一辆矿车长度，m；
——电机车长度，m；
——电机车制动距离，一般取12～15m。
3、计算副井马头门线路及主井卸载站线路长度。
此部分的计算过程和公式可参见《矿井开采设计》第十五章（孙宝铮等编，中国矿大出版社，1992年）。
4、根据上述所确定的车场型式、线路布置方式以及运行的车辆类型，选择轨型、弯道曲率半径及道岔，并计算车场各部分道岔及弯道的联接系统尺寸。
当采用7t机车或3t底卸式矿车时，井底车场应选用30kg/m及以上的轨型，4号或5号道岔，弯道曲率半径为15～20m；若采用一吨固定式矿车运输时，可采用22kg/m及以上轨型，4号或5号道岔，弯道曲率半径为12～15m。
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