矿井初步设计
矿井初步设计
第一章 井田开拓
第一节 井田开拓方式的确定
一．确定井田开拓方式的的原则
矿井的基础建设工程经费，初期建设投资费用以及建设工程的速度还有针对矿井生产的长远性利益直接影响着矿井的井田开拓方式中的每一项技术参数。因此，我们在设计开拓问题的时候需要遵守以下几条原则：
①保证矿井正常并且安全生产的前提下，应该尽量减少井田开拓的工程量，最重要的是减少初期建设的工程施工量。这样有利于节省基础投资并且可以加速矿井的建设；
②关于井田开拓方面的部署需要集中化，还要做到简化矿井的生产系统，同时做到集中化生产；
③为了减少煤炭的损失，我们对资源的时候应该做到合理化开发；
④为了使井巷使用起来更精良并且更利于维护，需要建立完善的矿井生产系统；
⑤保证在符合我国煤炭行业技术水平和设备性能的前提下，尽量使用新型的技术，工艺为发展采煤的机械化，自动化创造有利的条件
二．井田开拓方案的提出
（一）井田基本情况
1. 本井田自身的地质构造非常简单，仅仅是陷落柱较为发育，既没有岩浆岩的侵入又没有断层可以称为单斜构造。因此，在地质构造这方面对于矿井的开拓产生的影响很小；
2.本井田设计的可开采煤层为9号和15号煤层，两层煤的埋深约为50m ~220m。由于井田中央部位的地形比较平缓，所以把工业广场布置在这里。同时，该位置的表土层很薄，约为5m左右，煤的埋深也较浅。这里的煤层顶地板的岩性良好，并且没有像流砂层、软岩这样的不良好的地层。在这方面对于建设井筒时影响也不大。
3.设计可采的9号、15号煤层的平均厚度分别是3.50m和5.70m，煤层倾角3~5°，煤尘具备爆炸性但不容易发生自燃。这两层煤赋存很稳定，矿井的涌水量很小，并且在开采的时候不会受到奥陶水的影响。也属于低瓦斯矿井。
（二）开拓方案的提出
方案一：
1.井筒的形式、数目及矿井通风方式
由于工业广场设置在了井田的中央部位，该处的平均埋藏深度约为110m左右，所以本矿井采用斜井开拓的方式，即将主副斜井设置在工业广场内，并且选用回风立井设置在井田中央。主斜井担负着矿井所开采出的原煤的运输任务，并且作为进风井为矿井通风；副斜井作为辅助运输的主要通道，为矿井的生产运料，排矸，运动人员出入，同时也作为进风井来通风；回风立井作为整座矿井的回风出口。设计时，主副斜井的倾斜角度分别为17°和21°。
表4-1-2 方案一井筒特征表
井 筒 名 称 主斜井 副斜井 回风立井
井口
坐标
(m) 坐标纬距X 4209570.68 4209984.
35 4209466.9
坐标经距Y 19703479.67 19703495.77 19703919.75
标高(m) 井口 952.00 955.00 958.00
井底 765.00 794.00 798.00
井筒倾角（°） 17 21 90
提升方位角（°） 360 360 0
井筒长（深）度(m) 187 161 160
井筒用途 煤炭提升、进风安全出口 辅助提升、进风、行人、安全出口 回风、安全出口
2.阶段垂高及开采水平的规划、位置与数量，以及各开采水平的服务
本井田层采用双水平开采，一水平标高为794m，服务年限为25.07a，二水平标高为716m，一水平的开采服务年限为矿井的服务年限40.83a
⒊开采水平的布置
三条大巷都是煤巷，沿着井田的东西走向，布置在井田中央靠南地区，回风立井布置在井田中央靠东北地区，具体详见井田开拓图。
4. 盘区划分及开采程序
开采划分
考虑煤层的赋存条件以及煤柱留设等的影响，将井田划分为四个盘区，9、15号煤划分盘区相同，即一，二，三，四，四个盘区。
开采顺序
盘区间的开采按一、二、三、四盘区顺序开采。开采顺序为后退式。其中，一、二、四盘区按倾向开采，三盘区按走向开采。
方案二：
1.井筒的、形式、数目及矿井通风方式
将工业场地设置在井田中部，由于工业广场处平均埋深110多米，故可以采用斜井开拓，在选定的工业广场内开凿主立井、副立井。在井田的中部开凿回风立井。
表4-1-2 方案二井筒特征表
井 筒 名 称 主斜井 副斜井 回风立井
井口
坐标
(m) 坐标纬距X 4209967.98 4209950.02 4209522.38
坐标经距Y 19703511.6 19703525.26 19702989.76
标高(m) 井口 952.00 955.00 958.00
井底 766 780.00 804.00
井筒倾角（°） 17 21 90
提升方位角（°） 360 360 0
井筒长（深）度(m) 186 175 154
井筒用途 煤炭提升、进风安全出口 辅助提升、进风、行人、安全出口 回风、安全出口
2.阶段垂高及开采水平的规划、位置与数量，以及各开采水平的服务
本井田层采用双水平开采，一水平标高为794m，服务年限为25.07a，二水平标高为716m，二水平的开采服务年限为矿井的服务年限40.83a
⒊开采水平的布置
三条大巷都是煤巷，沿着井田的南北走向，布置在井田中央地区，回风立井布置在井田中央地区，具体详见井田开拓图。
4. 盘区划分及开采程序
开采划分
考虑煤层的赋存条件以及煤柱留设等的影响，将井田划分为三个盘区，9、15号煤划分盘区相同，即一，二，三，三个盘区。
开采顺序
盘区间的开采按一、二、三盘区顺序开采。开采顺序为后退式。三个盘区均按走向开采
三．井田开拓方案的比较及确定
以上两个开拓方案各有利弊，其技术经济比较详见表4-1-1、4-1-2。
（一）技术比较
开拓方案技术比较见表4-1
-1如下。
表4-1-1 开拓方案技术比较表
优点 缺点
方案一 1.适应性强，对于大倾角煤层，开采性好
2.行人，通风，运料比较方便
3.装载点较少，不用建很多煤仓 1.大巷距离长，投资大
2.运输系统较复杂
3.使用设备多
4.工作面推进距离长
方案二 1.巷道布置简单，掘进和维护起来不仅节省资金而且方便，投入生产快
2.运输简单，设备少，费用低
3.工作面易保持等长，使综采采煤更容易机械化
4.通风简单，构筑物少
5.对某些地质条件适应性强
6.技术更易发挥，经济适宜 1.，长距离倾斜巷道使掘进，辅助运输和行人比较困难
2.煤仓和材料车场的数目多，大巷装载点多
3.分带斜巷内会发生下行通风
4.井田南部较陡峭需要布置集中水仓
（二）经济比较
表4-1-2 开拓方案经济比较表
项目 方案一 方案二
基
建
费
工程量
/m 单价
/（元/m） 费用
/万元 工程量
/m 单价
/（元/m） 费用
/万元
主井
井筒 640 20000 1280 637 30000 1911
副井
井筒 450 20000 900 489 30000 1467
风井
井筒 160 30000 480 154 30000 462
运输
大巷 4126 8000 3301 3675 8000 2940
轨道
大巷 4145 8000 3316 3789 8000 3032
回风
大巷 4105 8000 3284 3556 8000 2845
小计 - - 12561 - - 12657
（三） 开拓方案的确定
从前述经济比较结果看，方案二比方案一经济总费用高出了0.7％不超过10%，并且方案一在技术上有诸多优点，所以，最终井田开拓选用方案一。
第二节 达产时工作面的配备
一．工作面的配备
（一） 矿井移交生产及达到生产能力时，工作面的位置，长度及掘进工作面个数和采掘比。
矿井移交生产时，在9号煤层一盘区北翼布置一个综采工作面，配备一个顺槽综掘工作面，一个大巷综掘工作面。综采工作面位于大巷南部煤柱线处，工作面长180m。采掘比为 1：2。
（二）回采工作面能力计算
（1）工作面年推进度的计算
式中：日循环进度——选用的采煤机截深为1.0m，日进6刀煤，取6.0m；
设计年工作日——取330d；
正规循环率——取0.9。
因此，年推进度（v）= 6.0×330×0.9 = 1782m/a
（2）回采工作面生产能力的计算
Am = L?v?M?ρ?Cm
式中：L——采煤工作面长度，m；
v——工作面年推进度，m；
M——煤层采高，m；
ρ——煤的体积质量，t/m3 ；
Cm——工作面采出率，取0.93。
由以上公式，可求得回采工作面的生产能力为
Am = 180×1782×3.50×1.40×0.93=1.414Mt/a
（3） 盘区生产能力的计算
Ac=k?Am
式中：k——盘区掘进出煤系数，一般取1.1。
由以上公式，可求得盘区的生产能力为
Ac = 1.1×1.414=1.56Mt/a > 1
.50Mt/a
因此将工作面长度选为180米移交生产时达到矿井设计生产能力，满足1.50Mt/a的要求。
二．井筒的特征
最终选用的开拓方案的井筒特征见表4-2-1
表4-2-1 井筒特征表
序号 井筒特征 井筒名称
主斜井 副斜井 回风立井
1 井口坐标（m） 纬距（X） 4209570.68 4209984.35 4209466.9
经距（Y） 19703479.67 19703495.77 19703919.75
2 井口标高 (m) 952.00 955.00 958.00
3 方位角 (°) 360 360 -
4 井筒倾角 (°) 17 21 90
5 落底水平标高(m) 765.00 794.00 798.00
6 井筒垂深（m） 187 161 160
6 井筒斜长(m) 640 450 -
三．井田开拓平面图与剖面图
最终选用的井田开拓方案的平面图与剖面图分别见图4-3-1、图4-3-2。
图4-3-1
图4-3-2
第二章 矿井基本巷道及建井计划
第一节 井筒、石门与大巷
一．井筒的特征
（一）用途与装备
表5-1-1 井筒主要装备和用途
井筒 装备 用途
主斜井 带宽800mm 胶带输送机；
JCJ1.2-22 型架空乘人器；动力电缆；洒水管；通讯信号电缆等。
煤炭提升；人员升降；进风井；安全出口。
副斜井 轨距600mm、30kg/m双轨线路；JK－2.5/30E型单滚筒；行人台阶；扶手；排水管路；压风管路；洒水管路等。 全矿井的辅助提升；矿井进风井；安全出口。
回风立井 梯子间 全矿井的回风；矿井的另一安全出口。
（二）断面与支护
表5-1-2 井筒断面与支护
井筒 施工详细数据 掘进断面积 井筒数据 断面形状 支护方式
净高/m 净宽/m 净断面/m2 表土段/m2 基岩段/m2 斜长/m 坡度/° 表土段
基岩段
主斜井 3.75 4.50 14.70 20.95 15.84 640 17 半圆拱 钢筋混泥土砌碹支护，壁厚500mm 锚网喷支护，喷厚100mm
副斜井 3.75 4.50 14.70 20.95 15.84 450 21 半圆拱 钢筋混泥土砌碹支护，壁厚500mm 锚网喷支护，喷厚100mm
回风立井 净直径为5m 19.63 29.22 22.06 垂深160m 90 圆形 钢筋混泥土砌碹支护，壁厚500mm 锚网喷支护，喷厚150mm
（三）施工方法
由于各井筒施工时所穿过的岩层的岩性良好并且没有不良底层，各井筒表土段以及基岩段均采用普通凿井施工法
二．大巷的特征
表5-1-3 大巷的特征表
大巷 施工详细数据 掘进断面积/m2 断面形状 支护方式 装备与用途
净宽/m 净高/m 净断面/m2
运输大巷 4.20 3.55 13.8 15.5 半圆形 锚网喷支护方式，喷厚100mm 普通带式输送机；检修轨道。运输原煤；作为工作面的进风巷道。
轨道大巷 4.20 3.55 13.8 15.5 半圆形 锚网喷支护方式，喷厚100mm 运矸石轨道；运材料和设备轨道。辅助运输；作为工作面的进风巷道。
回风大巷 4.20 3.55 13.8 15.5 半圆形 锚网喷支护
方式，喷厚100mm 作为工作面的回风巷道。
三．主副斜井各硐室
（一）副斜井
副斜井的井底车场布置在9号煤层底板的岩层中，标高为794m。
（二）主斜井
主斜井在9号煤层底板处设立井底煤仓，标高为729m。煤仓的容量可按下式计算：
Qmc=(0.15～0.25)Amc
式中，Qmc——井底煤仓的有效容量，t；
Amc——矿井设计日产量，本矿井为4167t；
0.15～0.25——系数，大矿井取小值，本矿井取0.15。
由以上公式，可求得井底煤仓的有效容量为：
Qmc=0.15×4167=625.05t
本矿井没有对煤炭产品进行特殊要求，因此井底煤仓采用Φ5m 的圆形直立式煤仓，砌碹支护，垂深30m，有效容量为650t。煤仓上口在9号煤层运输大巷中，下口位于9号煤层下部30米岩层中。井底煤仓下处设有清理撒煤斜巷。
第二节 井底车场
一．井底车场的形式
本矿采用斜井开拓，设计生产能力为150万t，属于缓斜煤层。所以选用1t固定式矿车，轨道的距离600mm，轨型为30kg/m，用连续牵引车牵引，主要用于辅助运输，运煤采用皮带输送机。井底车场通过石门与大巷直接相连。由于主运输采用了胶带输送机运煤系统，使车场形式大为简化，通过能力较大。
井底车场线路有存车线和行车线。存车线为存放空、重车辆的线路，它由主井重车线、主井空车线、副井重车线、副井空车线及材料车线组成，由于本矿井主运输采用胶带运输，故没有主井重车线、主井空车线。
井底车场布置在9号15号煤层中间，平车场负责材料运输和行人。巷道采用半圆拱形断面，锚喷支护，净宽4.2m，支护厚度150mm；主水泵房及变电所采用半圆拱断面，混凝土现浇支护，支护厚度350mm；井底水仓及管子道采用半圆拱断面，混凝土现浇支护，支护厚度250mm，井底车场的平面布置如图5.2.1
图5.2.1
二．井底车场硐室
主要硐室有中央变电所、中央水泵房、水仓、管子道等，具体如下：
1.水仓
矿井主要水仓应当有主仓和副仓，保证其中一个可以正常使用。新建矿井正常涌水量在1000m3/h以下时，主要水仓应当能容纳8h的正常涌水量。该矿井正常涌水量为42m3/h，所以设计水仓的最小容量为336m3。主、副水仓平行布置，设计水仓的宽度为2.5m，净断面为5m2，总长度100m，有效容积500m3，其中，主水仓300m3，副水仓200m3。水仓采用人工清理方式。
2.中央变电所与中央水泵房
表5-2-1 中央变电所与中央水泵房
硐室 断面 长度/m 支护方式 断面形状 作用
净宽/m 净高/m 净断面积/m2
中央水泵房 4.0 3.0 12.00 25 锚网喷支护 半圆拱 抽排全矿井的水
中央变电所 4.0 3.0 12.00 35 锚网喷支护 半圆拱 与水泵房连