采矿学毕业设计井田开拓.docx

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采矿学毕业设计井田开拓

4井田开拓

4.1井田开拓的基本问题

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。

这些用于开拓的井下巷道的形式、数量、位置及其相互联系和配合称为开拓方式。

合理的开拓方式需要对技术可行的几种开拓方式进行技术经济比较才能确定。

井田开拓具体有下列几个问题需要确定：

（1）确定井筒的形式、数目和配合，合理选择井筒及工业广场的位置；

（2）合理确定开采水平的数目和位置；

（3）布置大巷及井底车场；

（4）确定矿井开采程序，做好开采水平的接替；

（5）进行矿井开拓延深、深部开拓和技术改造；

（6）合理确定矿井通风、运输及供电系统。

开拓问题解决的好坏，关系到整个矿井生产的长远利益，关系到矿井的基建工程量、初期投资和建设速度，从而影响矿井经济效益。

因此，在确定开拓方式是要遵循以下原则：

（1）贯彻执行国家有关煤炭工业的技术政策，为早出煤、出好煤、高产高效创造条件。

在保证生产可靠和安全的条件下减少开拓工程量；尤其是初期建设工程量，节约基建投资，加快矿井建设。

（2）合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，做到合理集中生产。

（3）合理开发国家资源，减少煤炭损失。

（4）要建立完善的通风、运输、供电系统、创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道经常保持良好的状态。

（5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，应为采用新技术、新工艺、发展采煤机械化、综合机械化、自动化创造条件。

（6）根据用户需要，应照顾到不同媒质、煤种的煤层分别开采，以及其它有益矿物的综合开采。

4.1.1确定井筒形式、数目、位置

（1）井筒形式的确定

井筒形式有三种：

平硐、斜井、立井，各井筒形式优缺点比较及适用条件见表4-1-1。

表4-1-1各井筒形式优缺点比较及适用条件

井筒形式

优点

缺点

适用条件

平硐

①环节和设备少、系统简单、费用低②工业设施简单③井巷工程量少，省去排水设备，大大减少了排水费用④施工条件好，掘进速度快，加快建井工期⑤煤炭损失少。

受地形影响特别大

有足够储量的山岭地带

斜井

与立井相比：

①井筒施工工艺、设备与工序比较简单，掘进速度快，井筒施工单价低，初期投资少②地面工业建筑、井筒装备、井底车场简单、延伸方便③主提升胶带化有相当大提升能力，能满足特大型矿井的提升需要④斜井井筒可作为安全出口。

与立井相比：

①井筒长，辅助提升能力小，提升深度有限②通风线路长、阻力大、管线长度大③斜井井筒通过富含水层，流沙层施工复杂。

井田内煤层埋藏不深，表土层不厚，水文地质条件简单，井筒不需要特殊法施工的缓斜和倾斜煤层。

立井

①不受煤层倾角、厚度、深度、瓦斯和水文地质等自然条件限制②井筒短，提升速度快，对辅助提升特别有利③当表土层为富含水层的冲积层或流沙层时，井筒容易施工④井筒通风断面大，能满足高瓦斯、煤与瓦斯突出的矿井需风量的要求，风阻小，对深井开拓极为有利。

①井筒施工技术复杂，设备多，要求有较高的技术水平②井筒装备复杂，掘进速度慢，基建投资大。

对不利于平硐和斜井的地形地质条件都可考虑立井。

本矿井埋深浅，煤层倾角小，平均0.5°，为近水平煤层，主采煤层2-2#和3-1#煤层埋深分别为-100m和-250m，表土层厚大约30m，适合用斜井开凿。

（2）井筒数目的确定

本矿井煤层埋藏浅，表土层不含流沙层，地质条件好，瓦斯浓度低，涌水量20m3/h，地压小，根据本矿井条件，设计矿井的主要布置如下：

工业场地内布置主斜井、副斜井，在矿井西井田边界处布置西回风立井。

主斜井主要承担矿井的煤炭提升及回风；副斜井主要担负人员、设备及材料等辅助提升和进风，西回风井作为矿井后期采煤通风的回风井，贯穿两个可采煤层。

（3）井筒位置的确定

本设计在选择井口位置时主要依据以下原则：

①工业场地应尽量靠近地质构造简单、块段完整且储量丰富的块段，以利于首采盘区位置选择和首采工作面布置，并尽量减少初期工程量，减少投资，缩短建井工期；

②工业场地尽量避开村庄、道路、沟渠等；

③井筒、井底车场尽量避开断层、陷落柱等构造带；

④井底车场巷道特别是主要硐室的岩性要好；

⑤场地尽量少压煤，特别是少压开采条件较好的煤；

⑥井位的确定兼顾分区划分的合理性；

⑦工业场地尽量布置在开阔地带，并尽量靠近已有的公路及铁路，尽量减少铁路、公路、供电线路的长度，以降低工程造价；

⑧井田两翼储量基本平衡。

基于上述原则，结合本矿井实际地质资料，本设计将主斜井井口定于矿井北边界断层处。

该处表土层厚度约30m，地面平坦。

该方案的主要优点如下：

1）工业场地所在处地面平坦，可降低投资、缩短建井工期;

2）工业场地处煤层赋存条件较好;

3）有利于减少矿井的保护煤柱压煤量；

4）矿井采用盘区式开采，该工业场地的有利于减少三角煤，增加矿井的回采率。

4.1.2井田划分

根据该井田的地质勘探资料，以及结合煤层的构造、煤层倾角、矿井的井田面积、整体分布情况，以及考虑到工业场地的位置，将井田沿断层划分为两个块段，从断层向西划分为一个盘区，采用下山式盘区开采，大巷向东跨过断层布置为一个盘区开采，整体上划分为两大盘区开采。

4.1.3主要开拓巷道

该井田内共有可采煤层两层，为2-2#煤层和3-1#煤层，煤层赋存稳定，煤质较硬，平均倾角为0.5°，为近水平煤层，且煤层厚度变化稳定。

考虑矿井采用两层煤分层布置两水平开采，2-2#煤层为首开采煤层，服务年限为36a，矿井平均埋深为100m，地压小，故运输大巷和轨道运输大巷均布置在煤层中，大巷间距40m。

考虑到后期开采的回风问题，在井田西边界处布置一西回风立井，改善矿井通风问题。

综上述，该矿井布置共一条胶带大巷、一条运输回风大巷。

4.1.4开拓方案比较

（1）提出方案

根据上述条件，结合矿井的实际情况，提出以下四种技术经济可行的开拓方案，具体如下所示：

方案一：

斜井双水平煤巷开拓。

井田东、西两翼均采用盘区式布置，分为两个盘区开采，运输大巷、轨道大巷皆为煤层大巷，布置于2-2#煤层中；前期通风采用中央并列式通风，后期开采时采用中央分列式通风，回风井布置于井田西部边界，如图4-1-1所示；

图4-1-1斜井双水平煤巷开拓

方案二：

立井双水平煤巷开拓。

矿井采用立井开拓，井田巷道布置，盘区布置方式均类似于方案一，如图4-1-2所示；

图4-1-2立井双水平煤巷开拓

方案三：

斜井单水平岩巷开拓。

矿井采用斜井单水平开拓，水平布置于3-1#煤层下方岩石中，运输大巷、轨道大巷均为岩石大巷；通风前期采用中央并列式，后期采用中央分列式，在井田西翼布置回风立井，贯穿2-2#和3-1#煤层，如图4-1-3所示；

图4-1-3斜井单水平岩巷开拓

方案四：

斜井双水平岩巷开拓。

矿井采用斜井两水平岩巷开拓，运输大巷、轨道大巷均布置于煤层底板岩层中，通风前期采用中央并列式，后期采用中央分列式，如图4-1-4所示。

图4-1-4斜井双水平岩巷开拓

（2）粗略经济比较

以上四种方案中，方案一和方案二的差别主要在于井筒的布置方式，方案一采用斜井开拓，方案二采用立井开拓，经济差别主要在于井筒的的基建费用以及提升费用等；方案三和方案四的差别主要在于水平数目、联络巷道的工程量以及运输排水费用，各方案的经济费用如下列各表所示。

表4-1-2方案1斜井两水平开拓（煤巷）费用计算表

项目

数量（10m）

基价（元）

费用（万元）

小计（万元）

基建费用（万元）

主斜井开凿

表土段

10.88

47657.00

51.85

491.55

基岩段

79.82

55086.00

439.70

副斜井开凿

表土段

8.01

44201.00

35.40

295.55

基岩段

58.73

44298.00

260.15

井底车场

岩巷

200.00

28113.00

562.26

562.26

大巷开凿

煤巷

744.60

9620.00

716.31

969.32

岩巷

90.00

28113.00

253.02

小计（万元）

2318.68

生产费用（万元）

斜井提升

系数

煤量（万t）

提升长度（km）

基价（万元）

5655.59

1.20

12372.00

0.91

0.42

排水

涌水量（m3/h）

时间（h）

服务年限（a）

基价（万元）

288.99

20.00

8760.00

58.91

0.28

大巷运输

系数

煤量（万t）

平均运距（km）

基价（万元）

15328.91

1.20

12372.00

2.95

0.35

小计（万元）

21273.48

总计

费用（万元）

23592.16

表4-1-3方案2立井两水平开拓（煤巷）费用计算表

项目

数量（10m）

基价（元）

费用（万元）

小计（万元）

基建费用（万元）

主井开凿

表土段

3.00

132934.00

39.88

215.68

基岩段

22.00

79907.00

175.80

副井开凿

表土段

3.00

180237.00

54.07

315.21

基岩段

22.00

118700.00

261.14

井底车场

岩巷

200.00

28113.00

562.26

562.26

大巷开凿

煤巷

744.60

9620.00

716.31

969.32

岩巷

90.00

28113.00

253.02

小计（万元）

2062.47

生产费用（万元）

立井提升

系数

煤量（万t）

提升长度（km）

基价（万元）

6680.88

1.20

12372.00

0.25

1.80

排水

涌水量（m3/h）

时间（h）

服务年限（a）

基价（万元）

288.99

20.00

8760.00

58.91

0.28

大巷运输

系数

煤量（万t）

平均运距（km）

基价（万元）

15328.91

1.20

12372.00

2.95

0.35

小计（万元）

22298.78

总计

费用（万元）

24361.25

表4-1-4方案3斜井单水平开拓（岩巷）费用计算表

项目

数量（10m）

基价（元）

费用（万元）

小计（万元）

基建费用（万元）

主井开凿

表土段

10.88

47657.00

51.85

491.55

基岩段

79.82

55086.00

439.70

副井开凿

表土段

8.01

44201.00

35.41

295.57

基岩段

58.73

44298.00

260.16

井底车场

岩巷

110.00

28113.00

309.24

309.24

大巷开凿

煤巷

100.00

9620.00

96.20

2204.11

岩巷

749.80

28113.00

2107.91

小计（万元）

3300.47

生产费用（万元）

斜井提升

系数

煤量（万t）

提升长度（km）

基价（万元）

5674.29

1.20

12372.00

0.91

0.42

排水

涌水量（m3/h）

时间（h）

服务年限（a）

基价（万元）

288.99

20.00

8760.00

58.91

0.28

大巷运输

系数

煤量（万t）

平均运距（km）

基价（万元）

16108.34

1.20

12372.00

3.10

0.35

小计（万元）

22071.63

总计

费用（万元）

25372.10

表4-1-5方案4斜井两水平开拓（岩巷）费用计算表

项目

数量（10m）

基价（元）

费用（万元）

小计（万元）

基建费用（万元）

主斜井开凿

表土段

10.88

47657.00

51.85

491.55

基岩段

79.82

55086.00

439.70

副斜井开凿

表土段

8.01

44201.00

35.41

295.57

基岩段

58.73

44298.00

260.16

井底车场

岩巷

220.00

28113.00

618.49

618.49

大巷开凿

煤巷

200.00

9620.00

192.40

4014.64

岩巷

1359.60

28113.00

3822.24

小计（万元）

5420.24

生产费用（万元）

斜井提升

系数

煤量（万t）

提升长度（km）

基价（万元）

3551.22

1.20

7659.00

0.36

0.42

1.20

4713.00

0.91

0.42

排水

涌水量（m3/h）

时间（h）

服务年限（a）

基价（万元）

288.99

20.00

8760.00

58.91

0.28

大巷运输

系数

煤量（万t）

平均运距（km）

基价（万元）

15328.91

1.20

12372.00

2.95

0.35

小计（万元）

19169.12

总计

费用（万元）

24589.36

如上述各表所示，经过粗略的经济比较，方案一比方案二在经济上更可行，因此决定采用斜井开拓，排除方案二。

方案三和方案四进行粗略经济比较，方案四较方案三经济，故排除方案三，采用岩巷两水平开拓，在对方案一和方案四进行详细经济比较。

（3）详细经济比较

方案三和方案四的详细经济比较如下表所示：

表4-1-6方案1斜井两水平开拓（煤巷）费用计算表

项目

数量（10m）

基价（元）

费用（万元）

小计（万元）

基建费用（万元）

主斜井开凿

表土段

10.88

47657.00

51.85

491.55

基岩段

79.82

55086.00

439.70

副斜井开凿

表土段

8.01

44201.00

35.40

295.55

基岩段

58.73

44298.00

260.15

井底车场

岩巷

200.00

28113.00

562.26

562.26

大巷开凿

煤巷

744.60

9620.00

716.31

969.32

岩巷

90.00

28113.00

253.02

小计（万元）

2318.68

生产费用（万元）

斜井提升

系数

煤量（万t）

提升长度（km）

基价（万元）

5655.59

1.20

12372.00

0.91

0.42

排水

涌水量（m3/h）

时间（h）

服务年限（a）

基价（万元）

288.99

20.00

8760.00

58.91

0.28

大巷运输

系数

煤量（万t）

平均运距（km）

基价（万元）

15328.91

1.20

12372.00

2.95

0.35

大巷维护

系数

大巷总长度

大巷数量

基价（万元）

418.08

1.20

871.00

2.00

0.20

小计（万元）

22109.64

总计

费用（万元）

24428.32

表4-1-7方案4斜井两水平开拓（岩巷）费用计算表

项目

数量（10m）

基价（元）

费用（万元）

小计（万元）

基建费用（万元）

主斜井开凿

表土段

10.88

47657.00

51.85

491.55

基岩段

79.82

55086.00

439.70

副斜井开凿

表土段

8.01

44201.00

35.41

295.57

基岩段

58.73

44298.00

260.16

井底车场

岩巷

220.00

28113.00

618.49

618.49

大巷开凿

煤巷

200.00

9620.00

192.40

4014.64

岩巷

1359.60

28113.00

3822.24

小计（万元）

5420.24

生产费用（万元）

斜井提升

系数

煤量（万t）

提升长度（km）

基价（万元）

3551.22

1.20

7659.00

0.36

0.42

1.20

4713.00

0.91

0.42

排水

涌水量（m3/h）

时间（h）

服务年限（a）

基价（万元）

288.99

20.00

8760.00

58.91

0.28

大巷运输

系数

煤量（万t）

平均运距（km）

基价（万元）

15328.91

1.20

12372.00

2.95

0.35

大巷维护

系数

大巷长度

数量

基价（万元）

836.16

1.20

871.00

2.00

0.40

小计（万元）

20005.28

总计

费用（万元）

25425.52

表4-1-8方案一和方案四详细经济比较表

方案

方案一

方案四

名称

斜井两水平煤巷开拓

斜井两水平岩巷开拓

项目

费用/万元

百分比/%

费用/万元

百分比/%

前、后期基建费用

2318.68

100.0

5420.24

230.0

生产经营费用

22109.64

110.5

20005.28

100.0

总费用

24428.32

100.0

25425.52

104.1

如表4-1-8所示，经详细经济比较，方案一虽在生产经营上费用较大，但是基建费用较少，投资快；方案四采用斜井岩巷开拓，前期基建时间长，费用高，经过上述详细经济比较最终确定矿井采用斜井双水平煤巷开拓。

4.2矿井基本巷道

4.2.1井筒

根据上述所确定的开拓方案知该矿井采用斜井两水平煤巷开拓，一水平标高+1255m，二水平标高+1105m，在井田中央设置主、副斜井，在井田西翼设置西翼回风立井。

斜井井筒断面可分为拱形、矩形两种，由于拱形断面具有承压性能好，服务年限长，通风阻力小的特点，因此，该矿井设计主、副斜井均采用拱形断面，西翼风井采用圆形断面。

1.主斜井

位于矿井工业场地，担负全矿井150万t/a的煤炭运输兼回风。

井筒内装备B=1200mm胶带输送机；装备斜井架空乘人器，负责矿井人员升降，设有一趟消防洒水管路和一趟压风管路，靠近机尾段铺设检修轨道。

井筒断面为半圆拱形，净断面面积为15.5m2,倾角16°，表土层段掘进断面面积为21.7m2,基岩掘进断面面积为17.1m2,井筒断面布置如图4-2-1、图4-2-2，具体参数见表4-2-1、表4-2-2。

2.副斜井

位于矿井工业场地，担负全矿的材料和设备提升兼进风。

副斜井内铺设43kg/m双轨，900mm轨距，装备3.5m双滚筒绞车和一套慢速绞车。

井筒内设有两趟排水管路，并敷设动力电缆。

井筒断面形状为半圆拱形，倾角22°，净断面面积为17.8m2,表土层掘进断面面积为23.9m2,基岩掘进断面面积为19.9m2,井筒断面布置如图4-2-3、图4-2-4，具体参数见表4-2-3、表4-2-4。

3.西回风立井

位于矿井井田西翼，担负矿井西翼盘区的部分回风，井筒净直径为7m，净断面面积为38.5m2，表土层掘进断面积为52.8m2，基岩段掘进断面积49.0m2，井深225m，内设玻璃钢梯子间作为安全出口，井筒断面布置如图4-2-5。

根据通风风速验算，各井筒风速均符合《煤炭工业设计规范》和《煤矿安全规程的规定》规定。

表4-2-1主斜井表土段断面主要参数

井型

1.5Mt

井筒倾角

16°

净断面积

15.5m2

表土段断面积

21.7m2

支护厚度

600mm

表4-2-2主斜井基岩段断面主要参数

井型

1.5Mt

井筒倾角

16°

净断面积

15.5m2

基岩段断面积

17.1m2

支护厚度

100mm

表4-2-3副斜井表土段断面主要参数

井型

1.5Mt

井筒倾角

22°

净断面积

17.8m2

表土段断面积

23.9m2

支护厚度

600mm

表4-2-4副斜井基岩段断面主要参数

井型

1.5Mt

井筒倾角

22°

净断面积

17.8m2

基岩段断面积

19.9m2

支护厚度

100mm

图4-2-5西翼回风立井断面图

4.2.2井底车场及硐室

矿井为斜井开拓，煤炭由主斜井胶带输送机运至地面；物料经副斜井运至井底车场，在井底车场换装，由无轨胶轮车运送至各盘区。

1.井底车场的形式和布置方式

井底车场是连接矿井主要提升井筒和井下主要运输巷道的一组巷道和硐室的总称。

它联系着井筒提升和井下运输两大生产环节，为提煤、提矸石、下料、通风、排水、供电和升降人员等各项工作服务，是井下运输的总枢纽。

根据《煤炭工业设计规范》4.2.1要求:

井底车场布置形式应根据大巷运输方式，通过车场的货载量、井筒提升方式、井筒与主要运输大巷的相互位置，地面生产系统布置和井底车场巷道及主要硐室所处的围岩条件等因素，经技术经济比较确定，并符合下列规定：

①大巷采用固定式矿车运输时，宜采用环形车场。

②当井底煤炭和辅助运输分别采用底卸式及固定式矿车运输时，宜采用折返与环形相结合形式的车场，并应与采区装车站形式相协调。

③当大巷采用带式输送机运煤，辅助运输采用无轨系统时，宜采用折返式或折返式与环形相结合形式的车场；若辅助运输采用有轨系统，则宜采用环形形式的车场。

④采用综合开拓方式的新建矿井或扩建矿井，井下采用多种运输方式运输时，应结合具体条件，经方案比较后确定。

根据矿井开拓方式，斜井和大巷的相对位置关系，确定为立式环形井底车场，井下矸石、大巷材料及设备辅助运输采用无轨胶轮车辅助运输，工作面斜巷亦采用无轨胶轮车牵引，井底车场形式和布置方式如图4-2-6。

1-主井2-副井3-井底煤仓4-中央变电所5-水仓6-水泵房7-爆破材料库

8-机车绕道9-运输大巷10-轨道大巷

图4-2-6井底车场平面图

2.运输牵引方式

井下辅助运输采用柴油机无轨胶轮车运输，运送支架采用DZY-16型支架运输车，运料采用WCQ-3A型柴油机无轨胶轮车，在井底车场以及大巷设有加油维修站点，无轨胶轮车运输与斜井提升在井底车场达成交接。

3.调车方式

在井底车场内设有交接硐室，材料经矿车牵引运送至井底车场，而后在交接硐