煤矿设计图样本毕业设计.docx
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煤矿设计图样本毕业设计
煤矿设计图样本毕业设计
1.矿区概述及井田特征
1.1矿区概述
1.1.1地理位置
五龙煤矿位于阜新市西南10公里处，阜新煤田的中部，井田东为海州立井和海州露天矿，西至F2断层，南至煤层最低可采边界线，北至－100米标高线。
其行政区域属于阜新市所辖。
1.1.2交通状况
五龙煤矿东北距阜新火车站3.5km，有矿区专用线与新义铁路线连接，西北5km处有锦阜公路通过，交通比较便利，
1.1.3自然地理
1）矿区地形、地貌
五龙矿地表呈丘陵构造，地面标高为+173.5m。
总的趋势是东高西低，南高北低。
井田内无较大地表水系，对本井影响较小。
2）矿区的气候、雨期及降雨量
本区属大陆干旱气候，蒸发量大，降水量小，夏季短而干燥，冬季漫长。
年平均气温-3.3℃，最低气温-46.7℃，最高气温+36.5℃。
月平均降雨量为60.8mm，最小降雨量为37.3mm，最大降雨量为178.5mm。
月平均蒸发量99.1mm，一月份最小为4.3mm，五月份最大为258.3mm。
3）矿区的风速、风向及冻结期、冻结深度
年平均风速2.9m/S，最大风速为23m/S。
夏季多东北风，冬季多为西北风。
降雪期为每年12月份至次年2月中旬。
冻结期为每年11月中旬至次年3月末，冻结深度在3m以下，并有岛状永久冻土层存在。
1.2矿井地质概况
五龙矿区内构造比较简单，经钻探、物探证实，共有九条断裂。
这些断裂分别属于近乎走向的北东东（F1、F2、F4、F5、F6、F9）组和斜交走向的北西西（F3、F7、F8）组，其力学性质皆属于张扭性。
煤系地层共含煤21层，煤层总厚43.03m。
可采及局部可采煤17层，其中全区发育稳定可采煤层有25#、27#、30#、36#层，全区发育较稳定煤层有28#层下、29#层。
煤层走向北40o～80o东，向西北倾斜，倾角变化较大，浅部16o～22o，深部0o～3o，呈单斜构造，煤层深部被F2断层所切割。
第四系地层为弱含水层，主要含水层是煤系风化带风化裂隙含水层；次要含水层为风化带下承压含水层，该地层中厚层泥岩为良好隔水层。
风化带含水层在全区发育，含水层厚度为28.8～44m，平均35.76m。
本区风化带垂深15m、斜长为50m，煤系风化带含水层与风化带下承压含水层有较密切的水力联系。
区内无地表水，且第四系含水层不发育，地表与地下水联系不大。
根据水文地质资料和近年来矿井的涌水情况分析，矿井生产时正常涌水量为208m3/h，最大333m3/h。
1.3煤层赋存条件
开采煤层群有三个可采煤层，赋存情况见下表：
表1—3煤层特征一览表
Tab.1-3TableofCoalbedfeatureslist
煤层号
煤层厚度（m）
发育情况
煤层间距（m）
1
5．6
全区发育
17
30
2
4．8
全区发育
3
4．2
全区发育
图1-1综合柱状图
Fig.1-2synthesiscolumnarfigure
2井田境界及储量
2.1井田境界
东北侧以21堪探线为界，西南侧以30号堪探线为界，东部和西部均以+250等高线为界。
井田走向近似东西方向，平均走向长约4.3km，倾斜方向近似南北，平均宽度约3.9km，井田面积约16.6km2。
2.2井田储量
2.2.1井田的工业储量
矿井的工业储量：
勘探地质报告中提供的能利用储量中的A、B、C三级储量。
工业储量的计算：
则该井田的工业储量ZG=M×S×R
=14.6×16600000×1.4
=3.39亿吨
式中：
Z——矿井的工业储量，t
M——煤层的厚度之和，m
S——井田面积，m²
r——煤的容重，r=1.4t/m³
其中1煤储量：
5.6×16600000×1.4=1.30亿吨
2煤储量：
4.8×16600000×1.4=1.12亿吨
3煤储量：
4.2×16600000×1.4=0.97亿吨
2.2.2矿井的永久煤柱损失
总计永久煤柱损失：
井田南部、北部、西部和东部各留设30米边界保护煤柱：
Zy=30×16209×14.6×1.4=993.94万吨
2.2.3矿井的可采储量
矿井的设计可采储量：
是指矿井的设计储量减去工业广场保护煤柱、矿井井下主要巷道及上下山保护煤柱量后乘以采区回采率的储量。
1）矿井工业广场保护煤柱损失：
1号煤广场保护煤柱梯形损失：
Z1=（922.4+925.7）×927×5.6÷2×1.4=671.6吨
2号煤工业广场保护煤柱梯形损失：
Z2=（943.65+946.7）×947÷2×4.8×1.4=601.5万吨
3号煤工业广场保护煤柱梯形损失：
Z3=（957+959.6）×960÷2×4.2×1.4=541万吨
工业广场保护煤柱损失量：
Zg=Z1+Z2+Z3=671.6+601.5+541=1814.1万吨
2）井田内阶段保护煤柱损失的计算
本井田分两个阶段进行开采，留设阶段煤柱斜长为60米，故
Zj=3345×60×14.6×1.4=407.4万吨
3）井田的设计可采储量：
式中：
Z——矿井可采储量
Zc——矿井工业储量
P——保护工业广场、井筒、井田境界等留置的永久煤柱损失量。
C——采区采出率。
中厚煤层不低于0.8，厚煤层不低于0.75。
P=Zy+Zg+Zj=993.94+1814.1+407.4=3201.04
所以，井田的设计可采储量：
Z=（3.39-0.32）×0.75=2.29亿吨
3矿井的年产量、服务年限及一般工作制度
3.1矿井设计生产能力和服务年限
3.1.1矿井的产量
一般情况下，对储量丰富、埋藏浅、构造简单、开采技术条件好的煤田，特别是冲击层厚、井筒深的煤田，宜建设大型骨干矿井；对储量分散、埋藏较浅、煤层较薄、地质条件较复杂的煤田，应建设中、小型矿井。
一般的说，井型大，则生产集中、机械化程度高，劳动生产率高，生产成本降低。
但是随着井型的扩大，矿井的基本建设投资也将增大。
如果井田的储量相同，则井型越大，每采出一吨煤所分摊的基建投资也愈大。
由于有一部分吨煤费用随着井型的增大而增大，而另一部分吨煤费用则随之减少。
并且当矿井生产能力过小时，家大矿井生产能力能够降低吨煤总费用；相反，当矿井生产能力过大时，缩小矿井生产能力也能收到改善矿井经济效益的效果。
因此，综合起来看，在经济上存在着吨煤费用最低的矿井合理生产能力的取值范围。
根据设计任务书的要求，该矿设计年产量为1.5Mt/a。
其合理原因为：
1、储量丰富
煤炭储量是决定矿井生产能力的主要因素之一。
本井田内可采的煤层达到3层，保有工业储量为3.39亿吨，按照1.5Mt/a的生产能力，能够满足矿井服务年限的要求，而且投入少、效率高、成本低、效益好。
2、开采技术条件好
本井田煤层赋存稳定，煤层倾角小，结构简单，水文地质条件及地质构造简单，瓦斯含量井田内局部较高，按高瓦斯矿井设计，煤层结构单一，适宜综合机械化开采，可采煤层均为中厚煤层，适合高产高效工作面开采。
3、建井及外运条件
本井田内良好的煤层赋存条件为提高建井速度、缩短建井工期提供了良好的地质条件。
井田有专用铁路与国有铁路接通。
区内公路交通比较便利。
4、具有先进的开采经验
近年来，“高产高效”工艺在煤矿成产中有了很大发展，而且该工艺投入少、效率高、成本低、效益好、生产集中简单、开采技术基本趋于成熟。
综上所述，由于矿井优越的条件及外部运输条件，有利于把本矿井建设成为一个高产高效矿井。
矿井的生产能力为150万吨是可行的、合理的。
3.1.2服务年限
矿井保有工业储量3.39亿吨，设计可采储量2.29亿吨，按1.5Mt/a的生产能力，考虑1.4的矿井储量备用系数，则
T=Z/AK（3-1）
其中T——矿井服务年限（年）
Z——井田设计可采储量（万吨）
A——矿井设计年产量（万吨）
K——矿井储量备用系数K=1.4
故T=22900/（240·1.4）=71年
3.1.3矿井增产和减产期，产量增加的可能性
建井后，产量会出现增长，其可能性为：
（1）因在设计中考虑90%的工作面正规循环率，投产后由于技术管理水平的提高，突破90%的循环率，故全矿产量会增大。
（2）矿井各个生产环节有一定的储备能力，矿井投产后，迅速突破设计能力，提高了年产量。
（3）工作面的回采率提高，导致在相同的条件下，产量也会提高。
（4）带区地质构造简单，储量可靠，因此投产后有可靠的储量及较好的开采条件。
3.2矿井的工作制度
根据《煤炭工业设计规范》，矿井设计工作日330天，采用“四六”工作制，即每天四班，其中三班采煤一班准备，采煤班工作6h，准备班工作6h，每天净提升16h。
关于本矿井设计生产能力的确定，本矿井设计产量150万吨。
采用储量备用系数为1.4，矿井平均服务年限71年。
4井田开拓
井田开拓方式应根据矿井设计生产能力、地形地貌条件、煤层赋存条件、开采技术条件、装备条件、地面外部条件等因素，通过方案比较或是系统优化后确定。
4.1井筒形式及井筒位置的确定
4.1.1确定开拓方式的主要依据
1）根据已批准的设计文件。
2）根据煤层赋存条件：
在诸条件中，其中以煤层赋存深浅和冲击层的水文地质条件对开拓方式影响最大，一般煤层赋存深度不超过200m，冲击层厚不大于20m时，水文地质条件简单，多数采用斜井开拓。
当煤层赋存深度达200m以上，用斜井或立井开拓要看具体分析，当深度大于500m或冲击层较厚，含水丰富时，绝大多数采用立井开拓。
3）根据技术装备。
确定矿井开拓方式，必须充分考虑各个主要工艺系统的机械化装备水平。
4）根据井型大小和投资多少。
5）根据经济效果，初期投资、见效快、收益大。
4.1.2开拓方式的确定原则
1）贯彻执行有关煤炭工业的技术政策[2]，为多出煤、早出煤、出好煤、投资少、成本低、效益高创造条件。
2）合理集中开拓部署，简化生产系统，避免生产分散，为集中生产创造条件。
3）合理开发国家资源，减少煤炭损失。
4）必须贯彻执行有关煤矿安全生产的有关规定，要建立完善的通风系统，创造良好的生产条件，减少巷道维护量，使主要巷道保持良好状态。
5）要适应当前国家的技术水平和设备供应情况，尽量采用新技术、新工艺,发展采煤机械化、综合机械化、自动化。
4.1.3井筒形式的选择
1）井筒形式的选择
根据井筒不同形式，可分为平硐、立井、斜井和混合式。
依岭东矿煤层埋藏的特点，即本井田地势平坦，全区海拔在+680米，煤层倾角为0°，陆相沉积，全隐蔽煤田，不具备平硐开拓条件。
本井田内表土层不厚，井筒不需要特殊施工法，可以采用斜井开拓，由于煤层赋存在+200～+250米之间，打斜井井筒较长，也可以考虑采用立井开拓，立井开拓的适应性强，斜井开拓的适应性差，斜井开拓和立井开拓互有利弊，究竟采用哪种开拓方式还需要进行一下比较。
斜井与主井相比：
井筒掘进技术和施工设备比较简单，掘进速度快，地面工业建筑、井筒装备、井底车场及硐室都比立井简单。
一般无须大型提升设备，同类型的斜井提升系统绞车也较立井采用的绞车型号小，因而初期投资少，建井工期短。
在多水平开采时，斜井的石门总长度比用立井井筒的施工比较方便，对生产的干少，我国研制和使用的新型强力胶带输送机，增加了斜井开拓的优越性，扩大了其应用范围。
与立井相比，斜井的缺点是：
在自然条件相同时，斜井比立井长得多，围岩不稳定时斜井井筒维护费用高；采用绞车提升时，提升速度较低，能力较小，钢丝绳磨损严重，动力消耗大，提升费用较高；当井田斜长较长时，采用多段绞车提升，转载环节多，系统复杂，更要多占用设备和人力；由于斜井较长，沿井筒敷设管路，电缆所需的管线长度较大，有条件时可采用钻孔下管路排水供电，但要为此留设保安煤柱，增加煤柱损失；对生产能力较大的斜井，辅助提升的工作量很大，甚至增开副斜井。
另外，斜井的通风线路较长，对瓦斯涌出量大的矿井，斜井井筒断面小，通风阻力过大，可能满足不了通风的要求，还得另开专用进风或回风的立井，兼作辅助提升，当表土富含水的冲击层时，斜井井筒掘进技术复杂，有时难以实现。
与斜井相比，立井开拓的适应性较强，一般不受煤层倾角、厚度、瓦斯、水文等自然条件的限制。
立井井筒短，提升速度快，提升能力大，对辅助提升特别有利，对井型特大的矿井，可采用大断面的立井井筒，装备两套提升设备；井筒断面很大，可满足大风量的要求，由于井筒短，通风阻力较小，对深井更为有利。
通过以上技术上的分析,再者井田开拓方式应根据地质条件、井型、设备、施工条件、煤层赋存条件等因素综合考虑,方可确定。
根据本设计井田属近水平煤层,煤层赋存较深,表土层较厚，水文地质条件简单等因素综合考虑，决定本设计井田的开拓方式采用立井开拓方式。
2）井筒位置的确定：
井筒位置与井筒形式，用途是密切联系的，确定井筒位置是井田开拓的一个重要问题，合理的井筒位置应对井下开采有利,，井筒的开掘和使用安全可靠，且地面工业广场的布置合理，本设计井田采用立井井筒，选择井筒位置主要考虑以下几个方面的因素：
a.尽可能使井筒煤柱少压煤，地面工业广场要布置合理，少占良田。
b.井筒位置要尽可能在井田储量中心或尽可能地靠近井田储量中心。
c.井筒位置的确定应首先考虑有利于第一水平的开采，并兼顾下水平的开采，以减少第一水平的工程量，加快建井速度，并保证第一水平有足够的服务年限。
d.为了使井筒的开掘和使用安全可靠，减少其掘进的困难，以及便于维护，应使井筒通过的岩层及表土层具有较好的围岩条件，便于大容积硐室的掘进及维护。
e.有利于首采区布置在井筒附近的富煤块段，首采区应少迁村或不迁村。
f.水源、电源较近，矿井设在铁路专用线短，道路布置合理。
本井田地面高差小，但井田边界不大规则，所以储量中心只能近似确定，经近似计算及综合考虑以上各因素，最后确定井筒的具体位置，见表4-1，把井筒布置在这个位置，使两侧储量近似平衡，通风运输费用都比较低。
表4-1井筒断面及位置
Tab.4-1Wellchamberparameterlist
井筒
名称
井筒
用途
净断面
积（m2）
井筒
长（m）
井口位置坐标
（经纬坐标）
主立井
提煤进风
33.17
581
56780，5474280
副立井
运料、运矸
进风、运人
50.24
523
56710，5474304
风井
回风兼作
安全出口
23.75
494
56658，5474117
主井、副井井筒及其装备技术特征见图4-1，图4-2。
风井井筒及其装备技术特征见图4-3；
主井、副井、风井井筒具体位置见开拓图平剖面图。
图4-1主井断面及其装备技术
Fig.4-1Mainwellsectionaldrawing
井筒特征：
井型150万吨
井筒直径6.5米
提升容器一对16吨多绳箕斗
罐道规格方型钢管200×200×8.0
矩形钢管200×140×8.
3．副井断面
图4-2副井断面
Fig4-2Vice-wellsectionaldrawing
井筒特征：
井型150万吨井筒直径8.0米
提升容器一对1.5吨矿车
双层四车多绳罐笼
一个材料罐笼带平衡锤
罐道规格方型钢管180×180×8.0
矩形钢管180×100×8.8
图4-3风井断面及其装备技术
Fig.4-3Airshaftsectionaldrawing
井筒直径5.5m
砌壁厚度600mm
4.1.4井筒数目的确定
根据《煤矿安全规程》[2]的规定,生产矿井必须至少有两个能行人的通到地面的安全出口,本设计矿井年设计生产能力为150万吨,采用立井开拓,主井使用一对32吨异侧底卸式箕斗提升,副井使用一对双层四车（1.5吨）罐笼提升,风井内设螺旋梯子间,与副井一起作为安全出口,故开采水平时,井筒数目有三个,它们是主井、副井、风井。
4.2开采水平的设计
4.2.1水平划分的原则
1：
根据《煤炭工业设计规范》[3]规定年产150万吨的矿井第一水平的服务年限不得少于30年，缓倾斜煤层的阶段垂高为150～250m.
2：
根据煤层赋存条件及地质构造
煤层的倾角不同对阶段高度的影响较大，对于近水平煤层，阶段高度已经无实际意义，应按水平两侧盘区上下山长度或条带的推进长度来确定水平的范围，并要保证水平的服务年限；当近水平煤层的间距较大时，可以根据赋存深度不同，分组设置开采水平，有时也利用地质构造划分阶段，如向斜轴向、走向大断层或其它构造变化等。
3：
根据生产成本
阶段高度增大，全矿井水平数目减少，水平储量增加，分配到每吨煤的折旧费减少，但阶段长度大会使一部分经营费相应增加，其中随着阶段增大而减少的费用有：
井底车场及硐室、运输大巷、回风大巷、石门及采区车场掘进费、设备购置及安装费用等；相应增加的费用有：
沿上山的运输费、通风费、提升费、倾斜巷道的维修费，此外还延长生产时间、增加初期投资，因此要针对矿井的具体条件提出几个方案进行经济技术比较，选择经济上合理的方案。
4：
根据水平接替关系
在上一水平减产前，新水平即作好准备，因此一个水平从投产到减产为止的时间，必须大于新水平的准备时间。
正常情况下，大型矿井的准备时间要1.5～2年，井底车场、石门及主要运输大巷亦需要1.5～2年，延伸井筒需要1年，合计需要4～5年的时间。
开拓延伸加上水平过渡需要7～9年，所以每个矿井在确定水平高度时，必须使开采时间大于开拓延伸加上水平过渡所需要的时间。
根据本设计井田煤层倾角为0°,属近水平煤层,再加之井田地质构造简单,故可采用倾斜长壁采煤法,根据煤层间距,考虑到井底车场的布置对岩性的要求,煤仓的高度,以及煤层开采时的动压对大巷维护的影响,故本井田可划分为一个水平,即+160水平,用集中大巷布置。
4.2.2设计水平储量及服务年限
本井田设计水平为+160水平,即划分为一个水平,该水平的工业储量为3.39亿吨。
设计水平煤炭损失（注：
永久煤柱损失）P为0.18亿吨，设计水平的服务年限为71年。
4.2.3设计水平的巷道布置
1.大巷位置
本设计矿井大巷使用期限长,为便于维护,减少煤炭损失,以及考虑到采动的影响,将大巷布置在煤层底版岩石中,大巷的具体位置见开拓系统平、剖面图,岩石大巷与煤层大巷相比,优越性是比较明显的,岩石大巷能适应地质构造的变化,便于保持一定的方位与坡度,可较长距离的直线布置,便于煤炭运输,提高大巷通过能力,同时岩巷受采动影响小,维护条件好,维护费用低,大巷位于岩石中,减少了保安煤柱。
故煤炭损失少,提高了回采率,特别值得一提的是,本设计矿井岩石多为砂岩,硬度中等,掘进容易,维护方便,从经济上考虑也大为方便有利,而且对预防火灾及减少通风阻力,提高通风能力极其有利,另外岩石大巷布置比较灵活,便于回采及煤仓的设置。
2.大巷特征
选择合适的巷道断面及支护方式对大巷掘进及维护都十分重要,本设计井田范围内围岩多为砂岩,属中硬岩层,二类顶板,故可采用拱形断面,支护形式采用锚喷。
3.大巷运输方式
本设计井田走向长,井田范围大,为适应现代化采煤的应用,及运输的效率,故大巷采用皮带运输,可实现连续运输,运量大,效率高,易于实现自动化,由于地质构造比较简单,煤层倾角平缓,采用条带准备,且该水平的服务年限长,设备利用是比较充分的,且巷道较直,没有较大的巷道弯曲段。
并且胶带输送机运煤具有较优越的特点；
1）操作简单，比较容易实现自动化。
2）装卸载附属设备少，不需要调车场，卸载均匀，可以减少调节仓容量。
3）电机功率小，多数情况下可以采用交流拖动，减少了大量的设备。
4）在高瓦斯矿井下，胶带输送机电机防爆问题比较容易解决。
5）运输能力大，效率高，可以实现连续运输，且巷道坡度要求较低。
4.大巷用途及规格
本井田岩石运料大巷主要用来运料、运矸、进风和行人；皮带大巷用来运煤；
回风大巷主要用来回风。
各大巷断面见图4-4、图4-5、图4-6；
图4-4皮带大巷断图
Fig4-5transporttunnelcross—section
图4-5轨道大巷断面图
Fig.4-7straptunnelcross—section
图4-6回风大巷图
Fig4-8airingtunnelcross—section
5.大巷布置方式：
据本设计矿井煤层赋存条件及技术要求，因该井田内三个煤层的间距共51.8m，三层煤用一个集中运输大巷，利用穿煤层斜巷与上煤层相连，所以大巷的布置方式为：
集中运输大巷，详见采区图。
4.3带区划分及开采顺序
4.3.1采区形式及尺寸的确定
根据煤层的赋存条件，该井田为近水平煤层，倾角在0°左右，可以采用盘区式准备和带区式准备，但与盘区式准备相比，带区式准备有下列优点：
1）巷道布置简单，巷道掘进和维护费用低、投产快。
2）运输系统简单，占用设备少，运输费用低。
3）倾斜长壁工作面的回采巷道可以沿煤层掘进，可以保护固定方式，故可以使工作面保持长，对于综合机械化采煤非常有利。
4）通风线路短，风流方向转折变化少，系统简单。
5）对某些地质条件的适应性强，如断层、顶板淋水、采空区注浆防水、瓦斯含量高等。
根据煤田情况，可将井田划分为六个带区。
（见表4-2）
表4-2带区划分表
Tab.4-2Pickstheareadivision
带区序号
采区面积/万m2
可采储量/万吨
生产能力/万吨
服务年限/年
西南区
277.6
5674
240
23.6
西区
200.1
4090
240
17
西北区
218.5
4467
240
18.6
东南区
286.4
5854
240
24.4
东区
245.9
5027
240
20.9
东北区
267.9
5476
240
22.8
以上计算所得结果均为平均值。
4.3.2采区划分的合理性
参照国家目前开采技术条件,可知以上各工作面的选取是合理的,适合于近水平中厚煤层、回采工艺为综采的情况。
下面从技术、经济因素的角度来分析以上各条带尺寸选择及划分的合理性：
1.技术因素
带区生产时,斜巷内铺设胶带运输机,根据我国目前运输机生产现状，胶带机其长度在500～1000米之间,考虑到带区实际斜长,可用两台胶带机搭接,这样可解决工作面推进长度过长的问题,即解决了条带斜巷的运输问题。
随着通风技术的发展,现阶段独头掘进的距离可达3000多米,因此通风问题对带区倾斜长度的大小没有限制。
带区变电所设在集中大巷附近,考虑到带区斜长过大将使供电距离增大，电压降升高,势必影响到工作面机电设备的启动,因而结合实际情况,把变电所布置在带区中央,以解决供电问题。
2.经济因素
目前,根据我国采煤机械化发展现状及采煤方法的使用情况,结合本设计矿井的地质构造因素,带区倾斜长度的划分是比较合理的。
不仅有利于工作面的持续推进,减少工作面的搬家次数,也有利于工作面及带区的正常接替,而且开采时采用沿空掘巷,减少了煤柱损失,增加了可采储量及服务年限,利于集中生产,从经济上考虑其优越性是明显的。
4.3.3开采顺序
在煤矿开采过程中,各煤层与各回采工作面
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