石臺礦180萬ta新井設計

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摘 要本設計包括三部分：一般部分，翻譯部分和專題部分。一般部分是石臺礦 180 萬噸新井設計。全篇共分為十個部分：礦井概述及井田地質(zhì)特征、井田境界和儲量、礦井工作制度、設計生產(chǎn)能力及服務年限、井田開拓、準備方式－采區(qū)巷道布置、采煤方法、井下運輸、礦井提升與運輸、礦井通風與安全和礦井主要經(jīng)濟技術(shù)指標。石臺礦位于安徽省淮北市石臺鎮(zhèn)境內(nèi)，西南距淮北市約 15km。區(qū)內(nèi)鐵路運輸有礦用鐵路經(jīng)符夾線至符離集，可通往華東各工業(yè)城市，公路可直通徐州、宿縣、阜陽等地，交通甚為方便。另外井田北有連霍高速公路，交通較方便。南鄰張莊礦，西接岱河礦和朔里礦，東以張莊向斜軸與井田相連，北以 16 號勘探線為界，南北長 7.5 公里，東西寬 4.5 公里，面積約 22 平方公里。3 煤層為可采煤層，厚度為 7m，平均傾角為 170。井田內(nèi)工業(yè)儲量為 21502.67 萬噸，可采儲量為 15092.238萬噸。礦井正常涌水量 329m3/h，屬于低瓦斯礦井。煤塵有爆炸危險性，并且煤層有自燃發(fā)火傾向。石臺煤礦設計年生產(chǎn)能力為 180 萬 t/a，服務年限為 62.98a。礦井工作制度為“三八”制。礦井的采煤方法為走向長壁綜合機械化一次采全高法開采。礦井為三水平采區(qū)開拓。一水平標高為-300m，采用立井開拓，主立井主要用于提升煤炭，副立井主要用于提升人員、矸石、和材料等。二水平設置在-550m，采用暗斜井延伸。三水平設置在-800m，采用暗斜井延伸。礦井采用一礦一面的高效作業(yè)方式，另外設一備用面。工作面長度為 165m。水平運輸大巷采用 3t 底卸式礦車運輸煤炭及架線式電機車牽引 1.5t 固定箱式礦車運輸矸石和材料等。礦井通風方式為抽出通風方式，風井布置方式為混合式。專題部分主要對煤炭建設井巷工程費用進行線性分析，分析變化規(guī)律，以簡化設計中費用查找的程序。翻譯部分是關于一篇關于煤礦開采中的軟巖工程，題目為：“Optimization of soft rock engineering with particular reference to coal mining”關鍵詞：井田 ；主井 ；副井 ；通風 ABSTRACTThis design includes three part:General part, translation part with special subject part.The general part is a mine of shitai mineral 1,800,000t new well in design.The whole article is divided into ten parts totally:The colliery says all and coalfield quality characteristic, coalfied state with keep deal, colliery work system, the ability of produce in design,and time limit to service,colliery expands and prepare the way － takes the working area tunnel arranges and adopt coal method, the transport under ground, colliery promotes with transport, colliery well ventilated and safety with main economic technique index sign in shaft.Shitai Mine in Huaibei City of Anhui Province Shitai Town, southwest from Huaibei city about 15 km. Regional rail transport of mine rail lines to meet folder fuliji, leading to the eastern industrial city of Xuzhou highways through, Su County, Fuyang, and so on, the traffic is convenient. Another mine north is even Howard highway, traffic is more convenientZhangzhuang Mine south by the west, Daihe mining and ore Shuoli East to Zhangzhuang syncline connected with the mine, north on the 16th line for the exploration sector, from north to south 7.5 km, 4.5 km in width, with an area of about 22 square kilometers. 3 seam of coal seam thickness 7m, with an average inclination of 170. The industry deal inside the farmland keeps deal as 21502.267 thousand ten can adopt to keep deal as 15092.23 thousand ton.The colliery is normal to flow out the water measures 329 m3/ h, after technique handles belong to the low gas mineral well.Coal contain Bang risk, and the coal seam has the tendency from spontaneous.The design produces ability for haizi mine is 1,800,000 t/ a, service time limit is 62.98 a.The mineral well work system is a “3- 8“ system.The colliery adopts coal method is the alignment long the wall synthesizes to mechanize to adopt once the all and high method mines.Mineral well is three levels adopts the area expand.The first level elevation is -300m, the adoption shaft expand, the main shaft used for promoting the coal primarily, the auxiliary shaft used for promoting the personnel,spoil primarily, with material etcTht second level establishes at -550 m, adopt the slope extension. Tht third level establishes at -800 m, adopt the slope extension.The colliery adopts one mine one efficiently working-face method, establish moreover a back up.The length of working-face is 165 m.The big lane in conveyance in level adopts3t bottom unload type mineral car conveyance coal and frame thread engineering cars lead 1.5t type mineral car conveyance spoil with material etcThe ventilated way under shaft is for drawing out the well ventilated way, the breeze well arranges way as composite type.Some of the key topics of coal shaft construction project costs for linear analysis, changes in the law, to simplify the design process cost you.Translation is part of a coal mining on the soft rock,.The topic is “Optimization of soft rock engineering with particular reference to coal mining” .Keywords：coalfield ; main shaft ; auxiliary shaft ; ventilation目 錄一般設計部分1 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征…………………………………………………11.1 礦區(qū)概述………………………………………………………………11.2 井田地質(zhì)特征……………………………………………………………21.3 煤層特征………………………………………………………………32 井田境界和儲量……………………………………………………………62.1 井田境界…………………………………………………………………62.2 礦井工業(yè)儲量……………………………………………………………72.3 礦井可采儲量……………………………………………………………83 礦井工作制度及設計生產(chǎn)能力、服務年限………………………………113.1 礦井工作制度……………………………………………………………113.2 礦井設計能力及服務年限………………………………………………114 井田開拓……………………………………………………………………144.1 井田開拓的基本問題……………………………………………………144.2 礦井基本巷道…………………………………………………………255 準備方式——采區(qū)巷道布置……………………………………………… 325.1 煤層的地質(zhì)特征…………………………………………………………325.2 采區(qū)巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)……………………………………………325.3 采區(qū)車場選型設計……………………………………………………366 采煤方法……………………………………………………………………396.1 采煤工藝方式……………………………………………………………396.2 回采巷道布置…………………………………………………………537 井下運輸……………………………………………………………………567.1 概述………………………………………………………………………567.2 采區(qū)運輸設備選擇…………………………………………………577.3 大巷運輸設備選擇………………………………………………608 礦井提升……………………………………………………………………648.1 礦井概述…………………………………………………………………648.2 主副井提升………………………………………………………………649 礦井通風與安全………………………………………………………689.1 礦井概況…………………………………………………………………689.2 礦井通風系統(tǒng)和通風方式………………………………………………699.3 礦井風量的計算………………………………………………………749.4 礦井風阻的計算………………………………………………………829.5 選擇礦井通風設備……………………………………………………879.6 礦井災害的防治措施…………………………………………………9210 設計礦井基本技術(shù)經(jīng)濟指標……………………………………………94專題部分《煤炭建設井巷工程概算定額》中平硐及平巷掘進相關參數(shù)與基價關系回歸分析 ………………………………………………………………………96翻譯部分英文原文…………………………………………………………………152中文譯文…………………………………………………………………162主要參考文獻…………………………………………………………………169致謝……………………………………………………………………………171一般部分1 礦區(qū)概述及井田地質(zhì)特征1.1 礦區(qū)概述1.1.1 交通位置石臺礦位于淮北市東北 15 公里，閘河煤田中部偏東，坐落在蕭縣境內(nèi)。井田屬淮北市杜集區(qū)石臺鎮(zhèn)、朔里鎮(zhèn)和蕭縣永固鎮(zhèn)管轄，南鄰張莊礦，西接岱河礦和房莊礦，東以張莊向斜軸與永固井田相連。交通位置見圖 1-1。圖 1-1 石臺礦交通位置圖區(qū)內(nèi)鐵路運輸有礦用鐵路經(jīng)符夾線至符離集，可通往華東各工業(yè)城市，公路可直通徐州、宿縣、阜陽等地，交通甚為方便。另外井田北有連霍高速公路，交通較方便。南鄰張莊礦，西接岱河礦和朔里礦，東以張莊向斜軸與井田相連，北以 16 號勘探線為界，南北長 7.5 公里，東西寬 4.5 公里，面積約 22 平方公里。1.1.2 礦區(qū)氣候條件本區(qū)屬季風濕暖帶，為半濕潤半干燥的大陸性氣候。年最大降雨量 1518.6mm，年平均降雨量 861mm，最大月降雨量 792.8mm，最大日降雨量 207mm。年平均氣溫 14.4℃，日最低氣溫-23.4℃，日最高氣溫 41.5℃，年蒸發(fā)量1809.9mm。夏季多東南風，冬季多西北風，平均風速 3.4m/s，最大風速 20 m/s。éì?eêD?á￡Y??ó3?ò???à3?eμêá????′±êD¤????a′óí×ˉ?T?Yoé??ˉì??????×ˉê?ìì?òíí??￠?°?2?·????-o±石 臺 鎮(zhèn)降雪期和冰凍期為 11 月至翌年 3 月。凍土深度一般 10cm 左右，最大 19cm。井田內(nèi)地表水系不發(fā)育1.1.3 礦區(qū)供電本礦現(xiàn)有兩趟 LGJ－70.35KV 電源線，一趟引自馬莊區(qū)域變電所，供電距離 14KM。經(jīng)驗算，正常情況下兩趟線路同時供電，當 cosφ＝0.85 時，馬莊區(qū)變――石臺礦，14KM 線路壓降為 2.28%，馬莊變區(qū)――朔里礦――－石臺礦， 14＋4.5KM 線路壓煤為4.23%。當一趟線路故障，另一趟負擔全礦負荷時；馬莊區(qū)變――石臺線路壓降為 4.56%，均在許可范圍內(nèi)。1.2 井田地質(zhì)特征1.2.1 井田地形及煤系地層概述1. 礦井涌水量淺水平歷年涌水量為 145.8 噸／時。深部正常涌水量為 329.2 噸／時，最大涌水量為 378.6 噸／時。2. 井田水文地質(zhì)類型礦井充水的主要巖層為 3 和 6 煤層的頂板砂巖裂隙水，淺部較深部發(fā)育，且富水性強。礦井涌水量與地表水無水力聯(lián)系，斷層導水性弱。本礦井水文地質(zhì)條件屬于以裂隙巖層充水為主的簡單類型。查明礦井充水因素，認為開采 3 煤層主要受其頂板裂隙含水層的 威脅為主，但富水性微弱，影響不大，而與地表水、灰?guī)r水無直接水力聯(lián)系的規(guī)律。根據(jù)生產(chǎn)水平礦井涌水量較小，且上與地表水，下與灰?guī)r水無水力聯(lián)系，斷裂導水性弱、頂板裂隙充水微弱等特征，將礦井劃為水文地質(zhì)條件簡單類型。本區(qū)煤系地層為石炭二迭系，全被厚 50 米左右的第四系沖積層所覆蓋。石臺礦位于閘河盆地復式向斜中部，朔里背斜以東，本區(qū)以寬緩褶曲為主，次一級褶曲教發(fā)育，石層傾角 8 度至 22 度，平均 16 度，斷裂構(gòu)造以北此東向正斷層為主。二水平斷距大于 20 米的有五條。區(qū)內(nèi)巖漿巖分布較廣，巖性種類較多。其中以輝綠巖為主，次為花崗斑巖和閃長嶺巖，主要以巖床和透鏡狀由東向西，由北向南侵到 3 煤層中，上部侵入面積約 14 平方公里，占 3 煤層總面積的 64%，對煤層厚度，煤質(zhì)及礦井生產(chǎn)影響較大。根據(jù)地質(zhì)報告，南以 8 號斷層，西以 H 下 3 斷層。北至 16 線，東到張莊向斜軸。延伸水平標高從負 250――負 450 米，勘探線控制到負 500 米。南北長 7.5 公里，東西寬 5 公里，面積 22 平方公里。井田構(gòu)造以寬緩褶曲為主并伴有稀疏斷裂的構(gòu)造形態(tài)。褶曲以北北東向為主，其主體褶曲構(gòu)造有張莊向斜和朔里背斜，次一級褶曲構(gòu)造有宗臺、丁莊背斜及童臺、黃莊向斜等組成。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要以與曲軸向平行的北北東向正斷層為主。其次與褶曲軸向垂直的近東西向斷層，上述斷裂構(gòu)造雖條數(shù)不多，因斷距大，破碎帶寬，延伸長，對開拓布局和開采有一定影響。查明巖漿侵入范圍及其對煤層的破壞和影響。巖漿以輝綠巖為主，次為花崗斑巖和閃長玢巖，主要以巖床和透鏡狀侵入到煤層中，對煤層、煤質(zhì)及開采影響較大（北翼尤為突出）。地質(zhì)報告初步闡明了巖漿巖侵入的分布規(guī)律，及其與褶曲、斷裂構(gòu)造的關系。表 1-1 褶曲構(gòu)造表名稱 位置 走向 盆底深 兩翼產(chǎn)狀張莊向斜 井田中部 N8-26 度 E 6 煤層-1000m西 10-26 度東 30-80 度宗臺背斜 井田中偏北 近 SN 10-15 度董臺向斜 井田中偏北 N20 度 W 6 煤層-400m20 度丁莊背斜 井田西部 N20 度 W 15 度黃莊向斜 井田中偏南 近 EW 6 煤層-600m10 度朔里背斜 井田外西北部 N25 度 E 10 度1.3 井田煤層特征1.3.1 煤層埋藏條件及圍巖性質(zhì)1. 區(qū)內(nèi)煤系地層總厚度 136 米，含煤 14 層，平均煤層總厚度 11.35 米，含煤系數(shù) 1%。井田內(nèi) 3 煤層為主要可采煤層，5，6 煤層為局部可采的薄煤層。2.煤層分布：3 煤層，為主要煤層，僅局部因巖漿侵入不可采。5 煤層，主要分布在井田西南、西北及東北北部三塊可采區(qū)。6 煤層，61 煤層分布在井田南部 1－5 線間，62 煤層分布在北部 11－14 線間。表 1-2 煤層特征表3. 煤質(zhì)本區(qū)煤質(zhì)的變質(zhì)作用以接觸變質(zhì)為主，由于巖漿的侵入作用，煤層的變質(zhì)程度明顯增強，煤種較多。二水平內(nèi) 3 煤層以焦煤為主，占 62.3%，焦煤到貧煤次之，占煤厚 M最大-最小煤層名稱穿層點數(shù)見煤點數(shù)可采點數(shù)平均可采點平均煤層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定程度頂?shù)装鍘r性備注1 50 12 4 0.74-1.090.650.97 簡單 極不 泥巖 零星可采2 193 100 11 0.13-1.070.511.17 較復雜不穩(wěn)定粉砂-泥巖 零星可采3 194 192 182 0.10-7.7255 較簡單較穩(wěn)定泥巖-粉砂巖主要可采4 194 32 6 0.15-3.270.601.55 簡單 不穩(wěn)定泥巖 零星可采5 186 64 22 0.16-2.430.691.24 復雜 不穩(wěn)定粉砂-砂巖 局部可采61 111 47 16 0.24-2.380.71.17 復雜 不穩(wěn)定粉砂-砂巖 局部可采62 110 42 13 0.21-2.080.641.04 復雜 不穩(wěn)定泥巖-粉砂巖局部可采7 32 7 0 0.31-0.660.420 復雜 極不 砂巖 不可采26.5%，無煙煤占 6.4%，天然焦占 4.8%.3 煤層屬低硫、低磷、中灰中等可選煤層，2、5、6 等煤層屬低硫中灰煤層4. 瓦斯、煤塵及自燃一水平屬于低瓦斯礦井。一水平瓦斯相對涌出量為 6.04m3/噸、日，瓦斯梯度為47.3.二水平瓦斯相對涌出量為 10.25m3/噸、日，屬于高級瓦斯礦井。通過煤塵爆炸性測定及煤層爆炸指數(shù)計算，2、5、6 等煤層均屬于有爆炸危險的煤層。通過煤層燃點測定，煤層具有自然發(fā)火傾向。5. 該井田主采煤層為 3 號煤層。共 192 個見煤鉆孔，182 個點達到可采厚度，應屬于較穩(wěn)定煤層類型。5、6 煤層均局部可采，且可采邊界不規(guī)則、應屬不穩(wěn)定煤層。查明區(qū)內(nèi)含煤地層的含煤性和各主要可采煤層的賦存特征。根據(jù)主可采煤層（3 煤層）在井田內(nèi)有 194 個鉆孔穿過其層位，其中見煤點 192 個（僅有 2 個鉆孔因過斷層未見煤），認為該煤層的控制程度較好。本區(qū)主要可采煤層的煤層對比基本可靠。查明本區(qū)因受區(qū)域變質(zhì)及巖漿巖侵入接觸變質(zhì)影響，使從中變質(zhì)的肥、焦煤帶向高變質(zhì)的貧煤、無煙煤甚至天然焦發(fā)展的煤質(zhì)變化規(guī)律，并提出了巖漿巖對各煤層的影響大小、煤變質(zhì)程度及其煤種的分布情況。2 井田境界和儲量2.1 井田境界2.1.1 井田境界確立原則在煤田劃分為井田時，要保證井田有合理的尺寸和境界，使煤田各部分都能得到合理的開發(fā)，煤田劃分為井田的原則：1. 井田范圍內(nèi)的儲量、煤層賦存情況及開采條件要與礦井生產(chǎn)能力相適應。2. 保證井田有合理尺寸。3. 充分利用自然條件進行劃分，如地質(zhì)構(gòu)造（斷層、褶曲）等。4. 合理規(guī)劃礦井開采范圍，處理好相鄰礦井的關系。2.1.2 井田境界確立根據(jù)井田境界確立原則及地質(zhì)報告提供的資料，本井田境界確定如下：東部邊界：以張莊向斜軸為界南部邊界：南鄰張莊礦，以井田境界為界西部邊界：接岱河礦和朔里礦，以井田境界為界北部邊界：以 16 號勘探線為界南北長約 7.45 公里，東西寬約 4.5 公里，面積約 22 平方公里。井田賦存狀況示意圖如圖 2-1所示。圖 2-1 井田賦存狀況示意圖32.4-198c732-49.732.-6784032.-574132-01.7432.-795618032.-96814.4-232.4-503978.-23567932.6-1047.4-0362.5798-32.8-197432.6-1879.405 32.-0571.7-5632.7-105.642-83.-1532.5-17432.4-159086 .-4732.5-70648132.5-9081.-7635432.5-19832.-186950.??43-2.19.8-3760.7-032.8-74590.6-4.1.3-6297832.7-1958432.-1981??.70561-.6-45.32-.42.1-584396.-32.5-1760.9-306582.18-3.6-254732.4-1832.5-071469 32.4-571032.8-1904.-5239.8-167343.-451289603.2-085632.5-4132.6-014583-25.0714683.28-19403.5-26793-48.279632.6-8047.-95213-19.58243.4-57193.7-4.-65109823-107.3.08-17493.2-146953.-28509463.18-42563.8-5479 3.4-16702.-863.24-09651.-2953642.91-48532.7-4683.591-.0732.9-64 13-0.29732.-40156.8-3.15-8029735.9-7842136.4-58279135.6-4178235.6-923.5-092436.04-781.-40732.1.3 開采邊界擴大的可能性根據(jù)地質(zhì)資料與石臺礦相臨邊界分別為斷層保護煤柱、煤層露頭及其他礦井，所以本井田開采上限和下限均無擴大的可能。2.1.4 井田尺寸井田的走向最大長度為 7.45km，最小長度為 3.3 km，平均長度為 5.375 km。井田的傾斜方向最大長度為 4.34km，最小長度為 1.41 km，平均寬度為 2.875 km。井田的水平面積經(jīng)計算為 21.91 km2。煤層的傾角最大為 60 °，最小為 5 °，平均為 17 °，井田平均水平寬度為 2.75 km。2.2 礦井工業(yè)儲量工業(yè)儲量是指在井田范圍內(nèi)，經(jīng)過地質(zhì)勘探厚度與質(zhì)量均合乎開采要求，目前可供利用的列入平衡表內(nèi)的儲量，即 A＋B＋C 級儲量。2.2.1 井田勘探類型精查地質(zhì)報告查明了本井田的煤層賦存情況、構(gòu)造形態(tài)、煤質(zhì)及水文地質(zhì)條件，井田勘探類型為中等，達到進行設計的要求。2.2.2 井田實際面積井田的水平投影面積經(jīng)計算為 21.91 km 2，平均傾角為 17°，故井田實際面積為：S=21.91/cos17°=22.92 km22.2.3 工業(yè)儲量井田范圍內(nèi)的煤炭儲量是礦井設計的基本依據(jù)，煤炭工業(yè)儲量由煤層面積、厚度及容重相乘所得，礦井的工業(yè)儲量計算為：Q =S×M×γ (2-1)=22.92×106×7.0×1.4=2.24616×108 t式中: S —— 表示 3 煤層的實際面積，m 2；M —— 表示煤層厚度，m 2； γ —— 表示煤的容重，取 1.4 t/m .32.3 礦井可采儲量2.3.1 儲量損失類型1. 工業(yè)廣場保護煤柱；2. 井田邊界煤柱損失；3. 采煤方法所產(chǎn)生煤柱損失和斷層煤柱損失；4. 建筑物、河流、鐵路等壓煤損失；5. 其它各種損失。2.3.2 各種煤柱損失計算礦井永久煤柱損失包括：工業(yè)廣場保護煤柱、井田邊界煤柱、斷層保護煤柱及井筒保護煤柱。1. 工業(yè)廣場保護煤柱 Pg本礦井設計年生產(chǎn)能力為 1.8Mt/a，為大型礦井。按《煤礦設計工業(yè)規(guī)范》 ，占地面積指標應在（0.7~0.8 ）公頃/10 萬噸之間，取 0.8。工業(yè)廣場占地面積為 18×0.8＝14.4×104m2。設計工業(yè)廣場的尺寸為 360×400m2 的長方形，實際面積為： 14.4×104m2。工業(yè)廣場處在井田走向中央，傾向中央偏于煤層中上部，工業(yè)廣場所處煤層的平均傾角為 20°，該處表土層厚度為 50m。主井、副井、地面建筑物均在工業(yè)廣場內(nèi)。工業(yè)廣場按大型礦井Ⅱ級保護，留圍護帶寬度為 15m。本礦的地質(zhì)條件及沖積層和基巖層移動角見表 2-1：表 2-1 礦井地質(zhì)條件及沖積層和基巖層移動角廣場中心煤層深度煤 層 傾 角α煤層厚度沖積層厚度沖積層移動角Φ走向移動角δ下山移動角γ上山移動角βm ° m m ° ° ° °-300 17 7 50 35 73 55 75由此根據(jù)上述已知條件，畫出如圖 2-2 所示的工業(yè)廣場保安煤柱的尺寸示意圖：圖 2-2 工業(yè)廣場保護煤柱示意圖由圖得出保護煤柱的尺寸為S=梯形面積 =1/2×(上寬×下寬) ×高=1/2×(570＋740) ×700=458500 m2 則工業(yè)廣場壓煤為：Pg ＝ S×M×r/cosα (2-2)＝458500×7×1.4/ cos20°＝478.01 萬 t2．井田邊界煤柱 Pb井田邊界煤柱留 30m，則井田邊界煤柱損失為：322.1 ×50×30×7×1.4/cos17=495.279 萬 t。3. 斷層保護煤柱 Pd井田中部斷層落差較大，故斷層兩側(cè)各留 50m 保護煤柱，則斷層報護煤柱損失為：[（60.5+63.5）×50×50+59.5×50×15] ×7×1.4/cos17=363.523 萬 t左翼斷層的保護煤柱已歸入邊界煤柱中不重復計算。4. 工業(yè)廣場與斷層重合煤柱 Pc工業(yè)廣場與中央斷層有一定的重合面積，大小為 7.425 萬㎡，則重合煤量為72.765 萬 t。5. 井筒保護煤柱 Pj本礦井的主副井保護煤柱在工業(yè)廣場保護煤柱范圍內(nèi)，中央風井與南風井均在井田范圍以外，無須留保護煤柱，僅西部風井布置在井田內(nèi)需留保護煤柱,井筒直徑 5m，維護帶寬度為 20m，實際保護面積為 53066㎡，則井筒保護煤柱為： 52.0 萬 t由上可知本礦井的永久煤柱損失 P 為：P= Pg+ Pb +Pd -Pc +Pj =478.01+495.279+363.523-72.765+52.0=1316.047（萬 t）2.3.2 礦井可采儲量礦井可采儲量是礦井設計的可以采出的儲量，可按下式計算：Zk = （ Zg-P） ×C （2-3）式中： Zk——礦井可采儲量，萬 t；P——保護工業(yè)場地、井筒、井田境界、河流、湖泊、建筑物、大斷層等留設的永久保護煤柱損失量，萬 t；C——采區(qū)采出率，厚煤層不小于 0.75；中厚煤層不小于 0.8；薄煤層不小于0.85；地方小煤礦不小于 0.7。則礦井設計可采儲量：Zk =（22481.2-1316.047）×0.75=15873.865（萬 t）2.3.3 分水平煤量計算本礦井劃分為三個水平，各水平煤炭儲量如下表表 2-2 水平儲量表水平 實際面積（k㎡） 工業(yè)儲量（萬t）可采儲量（萬t）一水平 9.33 9143.89 6337.515二水平 8.42 8254.05 5812.151三水平 4.19 4104.73 2942.572合計 21.94 21502.67 15092.2383 礦井工作制度、設計生產(chǎn)能力及服務年限3.1 礦井工作制度按照《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》的規(guī)定，參考《關于煤礦設計規(guī)范中若干條文修改決定的說明》 ，確定本礦井設計生產(chǎn)能力按年工作日 330d，凈提升時間為 16h 計算。采用“三八制”作業(yè)（兩班半生產(chǎn)半班準備檢修）每天兩班半出煤。3.2 礦井設計能力及服務年限3.2.1 礦井設計生產(chǎn)能力確定依據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》第 2.2.1 條規(guī)定：礦井設計生產(chǎn)能力應根據(jù)資源條件、開采條件、技術(shù)裝備、經(jīng)濟效益及國家對煤炭的需求等因素，經(jīng)多方案比較或系統(tǒng)優(yōu)化后確定。礦區(qū)規(guī)?？梢罁?jù)以下條件確定：1. 資源情況：煤田地質(zhì)條件簡單，儲量豐富，應加大礦區(qū)規(guī)模，建設大型礦井。煤田地質(zhì)條件復雜，儲量有限，則不能將礦區(qū)規(guī)模定得太大；2. 開發(fā)條件：包括礦區(qū)所處地理位置（是否靠近老礦區(qū)及大城市） ，交通（鐵路、公路、水運） ，用戶，供電，供水，建筑材料及勞動力來源等。條件好者，應加大開發(fā)強度和礦區(qū)規(guī)模;否則應縮小規(guī)模；3. 國家需求：對國家煤炭需求量（包括煤中煤質(zhì)、產(chǎn)量等）的預測是確定礦區(qū)規(guī)模的一個重要依據(jù)；4. 投資效果：投資少、工期短、生產(chǎn)成本低、效率高、投資回收期短的應加大礦區(qū)規(guī)模，反之則縮小規(guī)模。本井田儲量豐富，主采煤層賦存穩(wěn)定，井田內(nèi)部有較大斷層, 煤層厚度大部分比較穩(wěn)定，屬厚煤層(7.0m)，為緩傾斜煤層（平均傾角 17°） 。礦井總的工業(yè)儲量為22481.2 萬 t，可采儲量為 15873.865 萬 t,比較合適布置大型礦井，故本設計初步確定礦井的設計生產(chǎn)能力為 1.8Mt。3.2.2 井型校核下面按礦井的實際煤層開采能力，各輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能力，儲量條件及安全條件因素對井型進行校核：1. 煤層開采能力校核礦井的開采能力取決于回采工作面和采區(qū)的生產(chǎn)能力，根據(jù)本設計第四章（礦井開拓）與第六章（采煤方法）的設計可知，布置單個綜采放頂煤工作面的年生產(chǎn)能力為：Q=330×n×L×M×B×γ×C (3-1)式中： 330——年工作日，取 330 d；n——日進刀數(shù)，7；L——工作面的長度， 165m；M——煤層厚度，7.0m；B——采煤機的截深，0.6m；γ——煤的容重， 1.4t/m3；C——工作面的采出率，83﹪ ；Q——工作面的生產(chǎn)能力，萬 t/a。Q=330×7×165×7.0×0.6×1.4×83﹪= 186.02 （萬 t/a）掘進出煤按生產(chǎn)的 5%估算，則礦井的年生產(chǎn)能力為：186.02×1.05=195.321 萬 t/a因此單工作面生產(chǎn)，日進 7 刀完全可以達到 180 萬 t/a 的設計生產(chǎn)能力。2. 輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)的能力校核本礦井為大型礦井，開拓方式為立井開拓，主井提升容器為一對 16t 底卸式提升箕斗，副井提升容器為雙層罐籠，運煤能力和大型設備的下放可以達到設計井型的要求。大巷生產(chǎn)運輸采用 14t 架線式電機車牽引 3t 底卸式礦車，大巷輔助運輸采用 14t架線式電機車牽引 1.5t 固定車廂式礦車，軌距均為 600mm。工作面生產(chǎn)的原煤一律用膠帶輸送機運到采區(qū)煤倉，運輸能力也很大，自動化程度較高。同時本礦井井底車場調(diào)車方便，通過能力大，滿足矸石，材料和人員的調(diào)動要求。所以各輔助生產(chǎn)環(huán)節(jié)完全可以達到設計生產(chǎn)能力的要求并有較大的儲備能力。3. 儲量條件校核礦井的設計生產(chǎn)能力應與礦井的工業(yè)儲量相適應，以保證有足夠的服務年限，我國礦井及第一水平設計服務年限應符合表 3-1 規(guī)定。表 3-1 我國各類井型的礦井和第一水平設計服務年限第一開采水平服務年限（a）礦井設計生產(chǎn)能力（萬 t/a）礦井設計服務年限（a）煤層傾角45°600 及以上 70 35 — —300～500 60 30 — —120～240 50 25 20 1545～90 40 20 15 159～30 各省自定 — — —礦井服務年限的計算：T = (3-2)KAZ?式中： T —— 礦井設計服務年限，年 ；Z —— 礦井可采儲量， 15873.865 萬 t；A —— 礦井設計生產(chǎn)能力，180 萬 t /a；K —— 儲量備用系數(shù)，取 1.4；T=15873.865/(180×1.4)= 62.99a 50 a；因此，本礦井的開采年限符合規(guī)范的要求。本設計中第一水平可采儲量為 6337.515 萬 t，第一水平服務年限的計算公式為：T = =25.15a KAZ?式中： T —— 第一水平服務年限， aA —— 礦井設計生產(chǎn)能力，180 萬 t /a；K —— 儲量備用系數(shù)，取 1.4；T =6337.515/(180×1.4) =25.15a25 a本礦井及第一水平的設計服務年限符合規(guī)范的要求。4 安全條件校核本礦井具有煤塵爆炸性，瓦斯含量低，屬于低瓦斯礦井。水文地質(zhì)條件中等，在副井中鋪設兩趟水管路可以滿足排水要求。礦井采用混合式通風，有專門的回風井，可以滿足要求。井田內(nèi)有大斷層 FJ2，對于開拓有一定的影響，留設有保護煤柱。向斜、背斜，對于生產(chǎn)影響較小，不會影響采煤工作，所以各項安全條件均可以得到保證，不影響礦井的設計生產(chǎn)能力。4 井田開拓井田開拓是在總體設計已經(jīng)劃定的井田范圍內(nèi)，根據(jù)精查地址報告和其它補充資料，具體體現(xiàn)在總體設計合理原則，將主要巷道由地表進入煤層，為開采水平服務所進行的井巷布置和開掘工程。合理的確定井田開拓方式是礦井設計的一個重要環(huán)節(jié)，因為開拓方式一經(jīng)確定，并按設計施工后，就難以再改變，如果確定的開拓方式不合理，不僅影響基本建設費用和建井速度，更重要的是在整個服務年限期間會使礦井的正常生產(chǎn)和技術(shù)經(jīng)濟指標受到影響。因此，確定礦井開拓方式時必須慎重考慮礦井開拓設計，包括確定主、副井和風井的井筒形式、深度、數(shù)量、位置、階段高度、大巷位置、采（帶）區(qū)劃分以及開采順序與通風運輸系統(tǒng)。4.1 井田開拓的基本問題井田開拓是指在井田范圍內(nèi)，為了采煤，從地面向地下開拓一系列巷道進入媒體，建立礦井提升、運輸、通風、排水和動力供應等生產(chǎn)系統(tǒng)。這些用于開拓的井下巷道的形式、數(shù)量、位置及其相互聯(lián)系和配合稱為開拓方式。合理的開拓方式，需要對技術(shù)可行的幾種開拓方式進行技術(shù)經(jīng)濟比較，才能確定。井田開拓主要研究如何布置開拓巷道等問題，具體有下列幾個問題需認真研究。1. 確定井筒的形式、數(shù)目和配置，合理選擇井筒及工業(yè)場地的位置；2. 合理確定開采水平的數(shù)目和位置；3. 布置大巷及井底車場；4. 確定礦井開采程序，做好開采水平的接替；5. 進行礦井開拓延深、深部開拓及技術(shù)改造；6. 合理確定礦井通風、運輸及供電系統(tǒng)。確定開拓問題，需根據(jù)國家政策，綜合考慮地質(zhì)、開采技術(shù)等諸多條件，經(jīng)全面比較后才能確定合理的方案。在解決開拓問題時，應遵循下列原則：1. 貫徹執(zhí)行國家有關煤炭工業(yè)的技術(shù)政策，為早出煤、出好煤高產(chǎn)高效創(chuàng)造條件。在保證生產(chǎn)可靠和安全的條件下減少開拓工程量；尤其是初期建設工程量，節(jié)約基建投資，加快礦井建設。2. 合理集中開拓部署，簡化生產(chǎn)系統(tǒng)，避免生產(chǎn)分散，做到合理集中生產(chǎn)。3. 合理開發(fā)國家資源，減少煤炭損失。4. 必須貫徹執(zhí)行煤礦安全生產(chǎn)的有關規(guī)定。要建立完善的通風、運輸、供電系統(tǒng)，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)條件，減少巷道維護量，使主要巷道經(jīng)常保持良好狀態(tài)。5. 要適應當前國家的技術(shù)水平和設備供應情況，并為采用新技術(shù)、新工藝、發(fā)展采煤機械化、綜掘機械化、自動化創(chuàng)造條件。6. 根據(jù)用戶需要，應照顧到不同媒質(zhì)、煤種的煤層分別開采，以及其它有益礦物的綜合開采。4.1.1 影響井田開拓的主要因素本礦井開拓需要考慮以下幾個問題：1. 井田中部有一條南北走向的大斷層，傾角 75o，落差達 40-90m，將會對礦井開拓布置產(chǎn)生重要影響。2. 煤層傾角在南北兩翼有較大差異，在斷層右側(cè)，傾角變化較小，煤層賦存相對穩(wěn)定；斷層左側(cè)傾角變化較大，從 7o－60o 均有出現(xiàn)，且在井田中部，煤層賦存狀況及其復雜，開拓時均應予以考慮。3. 礦區(qū)地勢平坦，地面標高+33m 左右，其多為農(nóng)田，沒有大的地表水系和水體。4.1.2 井筒形式、數(shù)目的確定1. 井硐形式的確定井筒形式有三種：平硐、斜井、立井。一般情況下，平硐最簡單，斜井次之，立井最復雜。平硐開拓受地形跡埋藏條件限制，只有在地形條件合適，煤層賦存較高的山嶺、丘陵或溝谷地區(qū)，且便于布置工業(yè)場地和引進鐵路，上山部分儲量大致能滿足同類井型水平服務年限要求。斜井開拓與立井開拓相比：井筒施工工藝、施工設備與工序比較簡單，掘進速度快，井筒施工單價低，初期投資少；地面工業(yè)建筑、井筒裝備、井底車場及硐室都比立井簡單，井筒延深施工方便，對生產(chǎn)干擾少，不易受底板含水層的威脅；主提升膠帶化有相當大的提升能力，可滿足特大型礦井主提升的需要；斜井井筒可作為安全出口，井下一旦發(fā)生透水事故等，人員可迅速從井筒撤離。缺點是：斜井井筒長輔助提升能力少，提升深度有限；通風路線長、阻力大、管線長度大；斜井井筒通過富含水層、流沙層施工技術(shù)復雜。立井開拓不受煤層傾角、厚度、深度、瓦斯及水文等自然條件的限制，在采深相同的的條件下，立井井筒短，提升速度快，提升能力大，對輔助提升特別有利，井筒斷面大，可滿足高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井需風量的要求，且阻力小，對深井開拓極為有利；當表土層為富含水層或流沙層時，立井井筒比斜井容易施工；對地質(zhì)構(gòu)造和煤層產(chǎn)狀均特別復雜的井田，能兼顧深部和淺部不同產(chǎn)狀的煤層。主要缺點是立井井筒施工技術(shù)復雜，需用設備多，要求有較高的技術(shù)水平，井筒裝備復雜，掘進速度慢，基本建設投資大。根據(jù)自然地理條件、技術(shù)經(jīng)濟條件等因素，綜合考慮石臺煤礦的實際情況：地勢平坦，地面標高平均+33m 左右，煤層埋藏較深；礦井年設計生產(chǎn)能力為 1.8Mt/a，為大型礦井。綜上所述，本礦采用立井開拓。2. 井筒的數(shù)目根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的規(guī)定：一個礦井必須有兩個通向地面的出口，以滿足安全和通風的需要。結(jié)合本礦井的實際，本礦井初期選用三個井筒，分別為：主提升立井、副提升立井、中央回風井。這樣可以克服兩個井筒在通風方面的缺點，可以縮短整個礦井的建設工期。后期在兩翼各建一個回風井，避免后期回風線路過長，造成通風困難。3. 主、副井井筒位置的選擇（1）井筒位置的確定原則Ⅰ.有利于第一水平的開采，并兼顧其他水平，有利于井底車場和主要運輸大巷的布置，石門工程量少；Ⅱ.有利于首采區(qū)布置在井筒附近的富煤階段，以保證有良好的前期效益，首采區(qū)少遷村或不遷村，井田兩翼儲量基本平衡；Ⅲ.井筒不宜穿過厚表土層、厚含水層、斷層破碎帶、煤與瓦斯突出煤層或軟弱巖層；Ⅳ. 考慮有利于工業(yè)廣場的布置，應充分利用地形，有良好的工程地質(zhì)條件，且避開高山、低洼和采空區(qū)，不受崖崩滑坡和洪水威脅；Ⅴ.井筒宜少占耕地，少壓煤；Ⅵ.水源、電源較近，礦井鐵路專用線短，道路布置合理。（2）井筒沿井田走向方向的有利位置本井田北部煤層賦存相對穩(wěn)定，南部傾角小，相對平緩，儲量分布不均勻，井筒的有利位置應在井田走向的儲量中央，以形成兩翼儲量比較均勻的雙翼井田，可以使井田走向的井下運輸工作量最小，通風網(wǎng)路較短，通風阻力小。（3）井筒沿井田傾斜方向的有利位置 立井開拓時，本井田中部偏左有大斷層，井筒布置在井田的中央靠上部位，位于斷層稍右側(cè)。（4）有利于礦井初期開采的井筒位置礦井應盡快達產(chǎn)，使井筒布置在第一水平的位置最優(yōu)。（5）盡量不壓煤或少壓煤合理布置井筒確定井筒位置，要充分考慮少留井筒和工業(yè)廣場保護煤柱。因為本井田內(nèi)無主要鐵路，并不需留設保護煤柱。為了減少工業(yè)廣場所壓煤柱，將斷層煤柱和工業(yè)廣場煤柱合并考慮，并且保證在井田走向的中央。傾向的中央靠上部位。（6）地質(zhì)及水文地質(zhì)條件對井筒布置的影響要保證井筒、井底車場及硐室位于穩(wěn)定的圍巖中，應使井筒盡量不穿過或少穿過流沙層、較大的含水層、較厚沖積層、斷層破碎帶、煤與瓦斯突出煤層、較軟煤層及高應力區(qū)。本礦井礦井涌水量與地表水無水力聯(lián)系，斷層導水性弱。本礦井水文地質(zhì)條件屬于以裂隙巖層充水為主的簡單類型。（7）井口位置應便于布置工業(yè)場地井口附近要布置主、副生產(chǎn)系統(tǒng)的建筑物及引進鐵路專用線。為了便于地面系統(tǒng)間互相聯(lián)接，以及修筑鐵路專用線與國家鐵路接軌，要求地面平坦，高差不能太大，專用線短，工程量小及有良好的技術(shù)條件。4. 風井位置的選擇本井田煤層賦存條件比較好，屬于緩傾斜煤層，第一水平采用采區(qū)式開采，少部分傾角小的地方可采用帶區(qū)式開采。由于井田走向較長，7.45km ，且南部井田不規(guī)則，考慮后期開采過程中可能因線路較長帶來通風困難問題，前期采用中央分列式通風，后期在南部開新風井，煤層埋藏較淺，淺部風井深度不超過 100m，費用不高，方案可行。故在設計中采用中央分列式通風，中央風井服務第一、二水平的中北部。南翼風井服務第一、二水平的南翼，南翼下一水平的通風通過一段回風平巷與南風井相連。風井井口位置的選擇，應在滿足通風要求的前提下，與提升井筒的貫通距離最短，并利用各種煤柱以減少保護煤柱的損失。中央風井布置在井田邊界之外，不留煤柱；另外將南翼風井布置在難以開采的三角煤區(qū)，且利用一部分邊界煤柱，從而減少了煤柱損失。4.1.3 工業(yè)場地的位置工業(yè)場地的選擇主要考慮以下因素：1. 工業(yè)廣場應盡量位于井田中央或走向煤炭運量的中心，以形成雙翼井田，降低運輸、通風、巷道維護費用，做到均衡生產(chǎn)，綜合經(jīng)濟效益好；2. 工業(yè)廣場應不壓煤或少壓煤；3. 工業(yè)廣場有較好的地形和工程地質(zhì)條件；4. 離水源、電源較進，礦井專用鐵路線短，道路布置合理。根據(jù)以上原則和本礦井的實際情況，工業(yè)廣場與主副井筒布置位置相同，其面積及保護煤柱的大小詳見第二章第三節(jié)內(nèi)容，工業(yè)廣場為長軸垂直走向的 360m×400m的矩形，面積 14.4×104m2。4.1.4 開采水平的確定本礦井煤層露頭標高為-17m，煤層埋藏最深處達 -900m，垂直高度達 833m，因此必須采用多水平開采，根據(jù)《煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范》規(guī)定，緩傾斜、傾斜煤層的階段垂高為 200～350m，根據(jù)本礦井的實際條件，結(jié)合階段斜長考慮，決定煤層的階段垂高選為 250m 左右。4.1.5 井底車場和運輸大巷的布置1. 運輸大巷的布置由于運輸大巷要為上下水平的開采服務以及本煤層厚度為 7m，為便于維護和使用，且不受煤層開采的影響，水平大巷采用半圓拱雙軌運輸大巷并布置在距煤層底板 30m處的細砂巖中， 。水平巖層大巷其優(yōu)點是巷道維護條件好，維護費用低，巷道施工能夠按要求保持一定方向和坡度；在開采上下水平時，可以跨大巷開采，不留保護煤柱，減少煤柱損失，便于設置煤倉。2. 井底車場的布置由于井底車場一般要為整個礦井服務，服務時間較長，故要布置在較堅硬的巖層中。本礦井布置位置可以選擇在煤層頂板或者煤層底板中。煤層頂板為中硬的砂泥巖，底板為堅硬的中細砂巖。后者相對于前者維護費用較低，且延深不須要穿煤層，有利于末期工業(yè)廣場保護煤柱的回收，因此將井底車場布置在煤層底板中。4.1.6 開采順序本井田開采順序為先采第一水平，再采第二、三水平；采區(qū)開采順序：采用采區(qū)前進式，即由井筒向井田邊界推進；采區(qū)內(nèi)回采順序：采用后退式，即由采區(qū)邊界向采區(qū)上山推進。4.1.7 礦井開拓延深及深部開拓方案本礦井開拓延深可考慮以下二種方案：立井延深；暗斜井延深。雙立井延深：采用雙立井延深時可充分利用原有的各種設備和設施，提升系統(tǒng)單一，轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)少，經(jīng)營費低，管理較方便。但采用這種方法延深時，致使井筒需打在煤層較深處，增大井筒的保護煤柱量。同時，該方法使原有井筒同時擔任生產(chǎn)和延深任務，施工與生產(chǎn)相互干擾，立井接井時技術(shù)難度大，礦井將短期停產(chǎn)；延深兩個井筒施工組織復雜，為延深井筒需要掘進一些臨時工程，延深后提升長度增加，能力下降，可能需要更換提升設備。暗斜井延深：采用兩個暗斜井延深時，原有井筒的位置，水平的劃分，上山或下山開采都不受太大影響。暗斜井立井內(nèi)鋪設膠帶輸送機，系統(tǒng)較簡單且生產(chǎn)能力大，可充分利用原有井筒能力，同時生產(chǎn)和延深相互干擾少。其缺點是增加了提升、運輸環(huán)節(jié)和設備，通風系統(tǒng)較復雜。4.1.8 方案比較1. 根據(jù)以上分析，提出以下四種技術(shù)上可行的方案，如圖 4-1 所示:（a）·?°?ò?￡o?t????÷μá￠??óé???±°D? èy·?°??t￡o???÷μá￠??óé???±°? èyD（b）（c） （d）圖 4-1 開拓方案（1）三水平開采，井底車場位于-300 煤層底版處， ，主暗立井、副暗斜井延深第二水平，水平標高-550，石門到達大巷，雙暗斜井延深到三水平，水平標高-800。見圖 4-1（a） 。 （以下各方案各水平標高與方案一相同）（2）三水平開采，井底車場位于-300 煤層底版處，主暗立井、副暗立井延深第二水平；主暗斜井、副立井延深到第三水平。見圖 4-1（b） 。（3）三水平開采，井底車場位于-300 煤層底版處，一水平仍位于-280 水平煤層處，·?°?èy￡o?t????÷μD±??óé???°? ·?°???￡o?t???÷á￠D±??óé???°μ? èy車場位于底板巖石中；二、三水平雙暗斜井延深。見圖 4-1（c） 。（4）三水平開采，井底車場位于-300 煤層底版處，二水平暗副斜井延深，主暗立井延深，石門到達主采煤層；三水平暗副斜井延深，主暗立井延深，石門到達主采煤層。見圖 4-1（d） 。2. 技術(shù)比較方案一和二主要區(qū)別在于二水平用副井采用斜井還是立井延深，方案三和四在三水平副井延深方案相同的情況下，改變主井延深方法，比較二、三水平立井延深和斜井延深的區(qū)別。對四個方案的進行粗略經(jīng)濟比較，方案一、二進行比較，方案三、四進行比較，如下表：表 4-1 各方案粗略估算費用表方案一 方案二副暗斜井開鑿 695×1150×10-4=79.925副立井開鑿 250×3000×10-4=75上下斜井車場（300+500 ）×900×10 -4=72井底車場開鑿 1000×900×10-4=90基建費/萬元小計 151.925 小計 165提升費1.2×（2942.5725×5812.1505）×0.583×0.85=5206.08提升費1.2×（2942.5725×5812.1505）×0.583×0.85=5206.08石門運輸費1.2×（2942.5725×5812.1505）×0.68×0.382=2728.95石門運輸費1.2×（2942.5725×5812.1505）×0.68×0.382=2728.95排水費329×24×365×（23.06+11.68）×（0.056+0.142）=1982.4169排水費329×24×365×（23.06+11.68）×0.1578=1579.9262生產(chǎn)費用/萬元小計 9917.4469 小計 9514.9562費用/萬元 10069.3719費用/萬元 9679.9562合計百分率 104.02% 100%方案三 方案四主暗斜井開鑿（695+920 ）×1050×10 -4=169.575主暗立井開鑿2×250×3000×10-4=150石門開鑿800×（680+1585）×10-4=181.2基建費/萬元小計 169.575 小計 331.2主斜井提升費1.2×5812.1505×0.48×0.695+12×2942