第四章 井田开拓.docx
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第四章井田开拓
4井田开拓
4.1井田开拓的方案
本井田开拓方式的选择，主要考虑到以下几个因素：
1）本井田煤层埋藏较深，煤层可采线在-250m，最深处到-1000m表土层厚度大，平均厚度为199m。
2）表土层有四个含水层，其中第四含水层直接覆盖在煤层露头上。
3）距10煤底板220m处为一奥陶系承压含水层含水层，含水量极大，直接影响着井筒的位置。
4）本矿地表地势平坦，且多为农田，无大的地表水系和水体，平均标高为+27m。
4.1.1井筒形式的确定
由于本矿表土层较厚，水文地质条件比较复杂，井筒需要才用特殊法施工，故第一水平只能用立井开拓。
根据矿井提升的需要与本矿的地质条件及《煤矿安全规程》的规定，在本井田的中上部设立主副井筒各一个。
主井用来提升煤炭，副井用来运送人员、材料、矸石及通风等。
本矿井的瓦斯含量比较大，但经过地面及井下瓦斯抽排之后，能够达到低瓦斯矿井的水平。
井田的走向长度比较长，平均为5.7km，故采用对角式通风，在矿井的-200—-250m防水煤柱之间打两眼立井风井，担负整个矿井的回风任务。
4.1.2井筒位置的确定
1）井筒位置的确定原则
（1）有利于第一水平的开采，并兼顾其他水平，有利于井底车场和主要运输大巷的布置，石门的工程量要尽量少；
（2）有利于首采采区布置在井筒附近的富煤阶段，首采区要尽量少迁村或不迁村；
（3）井田两翼的储量基本平衡；
（4）井筒不宜穿过厚表土层、厚含水层、断层破坏带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层；
（5）工业广场应充分利用地形，有良好的工程地质条件，且避开高山、低洼和采空区，不受崖崩滑坡和洪水的威胁；
（6）工业场地宜少占耕地，少压煤；
（7）水源、电源较进，矿井铁路专用线短，道路布置合理。
2）井筒位置的确定
本矿井在10煤层底板下部220m处有一奥陶系承压含水层，压力及水量都很大，设计时须使井筒、井底车场与承压含水层之间有一定厚度的保护层，在确定井筒延伸方式时应综合考虑，不能使井筒穿过该含水层。
因此，为避开奥陶系承压含水层的影响，
矿井开拓方式的不同，将会对应不同的井筒位置。
风井井口位置的选择应在满足通风条件的前提下，与提升井筒的贯通位置最短，并利用各种煤柱以减少保护煤柱的损失。
本矿井的防水煤柱为-200—-250m，且采用对角式通风，故将风筒布置在防水煤柱内，从而减少了煤柱的损失。
4.1.3开采水平的确定
本矿井煤层露头标高-200m，煤层埋藏最深处达-1000m，垂直高度达800m，因此必须采用对水平开采。
根据《煤炭工业设计规范》规定，缓倾斜、倾斜煤层的阶段垂高为150—200m，针对于本矿井的实际条件，决定煤层的阶段垂高为250m左右。
对于本矿井开采水平的确定，可考虑划分为两个水平或三个水平。
选用两个水平时，由于奥灰水的影响，需用暗斜井延伸第二水平；或者井筒位置打在井田的下部。
选用三个水平时，可以考虑立井延伸二、三水平，但井筒必须打在煤层较深处；或者立井延伸第一水平、暗斜井延伸第三水平。
4.1.4运输大巷和井底车场的布置
1）运输大巷的布置
由于本井田煤层埋藏比较深，冲击地压比较大，设计可采煤层的厚度为8m，且运输大巷为上下两个阶段服务为便于维护和使用，使大巷不受煤层开采的影响，所以将大巷布置在煤层底版下方30m处的砂岩中。
其优点是巷道维护条件好，维护费用底，巷道施工条件够按要求保持一定方向和坡度；在开采上下阶段时可跨大巷开采，不留设保护煤柱，减少煤柱损失，同时便于设置煤仓。
2）井底车场的布置
由于井底车场一般要为整个矿井服务，服务年限长，故要布置在较坚硬的岩层中。
本矿井布置位置可以选择在煤层顶板或煤层底板中。
煤层顶板为中硬的砂泥岩地板为坚硬的砂岩，后者相对于前者维护费用较低，但基建费用比较高，且井底车场的位置要与矿井的开拓方式相适用，需要进行技术与经济比较，以选择最优方案。
4.1.5矿井开拓延伸方案及阶段划分
1）矿井开拓延伸方案
本矿井开拓延伸可以考虑以下两种方案：
立井延伸；暗斜井延伸。
采用立井延伸时，可以充分利用原有的各种设备和设施，提升系统单一，转运环节少，经营费用底，管理较方便。
但采用这种方法延伸时，受奥陶系含水层的限制，致使井筒同时担任生产和延伸任务，施工与生产相互干扰，立井接井时技术难度较大，矿井将短期停产，延伸两个井筒施工组织复杂，为延伸井筒需要掘进一些临时工程，延伸后提升高度增加，能力下降，可能需要更换提升设备。
采用暗斜井延伸时，原有井筒的位置、水平的划分，上山或上下山开采的确定都不受奥陶系承压含水层的影响。
系统比较简单且生产能力大，可充分利用原有井筒能力，同时生产和延伸相互干扰较小。
其缺点是增加了提升运输环节和设备，通风系统较复杂。
2）阶段划分
本矿井的开拓方式可采用两水平或三水平。
开采两水平时，一水平上下山开采，二水平也上下山开采；采用三水平开采时，一水平上下山开采，二、三水平均上山开采。
其主要参数如表4—1。
划分阶段数目
阶段斜长
水平垂高/m
水平实际出煤量/万t
服务年限/a
区段数目/个
区段斜长/m
备注
水平
采区
2
1653
1446
400
350
5142.4
5142.4
34.3
34.3
7
7
225
196
3
1653
826
620
400
200
150
5142.4
2938.5
2203.88
34.3
20.17
14.13
7
4
3
225
196
196
表4—1阶段主要参数
4.1.6方案比较
1）方案说明
根据前述各项决定，本井田在技术上可行的开拓方案有下列四种。
如图4—1所示
（a）
（b）
（c）
（d）
图4—1技术上可行的四种开拓方案
（1）立井两水平，暗斜井延伸第二水平，一水平上下山开采，二水平也上下山开采；
（2）立井两水平，立井延伸第二水平，一水平上下山开采，二水平上下山开采；
（3）立井三水平，双立井延伸二、三水平，一水平上下山开采，二、三水平均上山开采
（4）立井三水平，双立井延伸第二水平，双斜井延伸第三水平，第一水平采用上下山开采，第二、三水平采用上山开采；
2）开拓方案技术比较
对以上叙述的四种方案所需费用粗略估算如表4—2示。
表4-2各方案粗略估算费用表
方案
项目
方案1
基建费用
/万元
主暗斜井开凿
副暗斜井开凿
上下斜井车场
1446*1050/10000=151.83
1446*1150/10000=166.29
（300+500）*900/10000=72
小计
390.12
生产经营费用
/万元
立井提升
暗斜井提升
排水（立，斜）
1.2*5142.4*0.527*0.85=2764.25
1.2*5142.4*1.446*0.48=4283.08
200*24*34.3*365*（0.127+0.063）/10000=1141.78
小计
8189.11
总计
费用/万元
8579.23
百分率
100%
方案
项目
方案2
基建费用
/万元
立井开凿
石门开凿
井底车场
2*350*3000/10000=210
1400*800/10000=112
1000*900/10000=90
小计
412
生产经营费用
/万元
立井提升
暗斜井提升
立井排水
1.2*5142.4*0.877*0.85=4600.1
1.2*5142.4*1.400*0.381=3291.54
200*24*34.3*365*0.152/10000=913.42
小计
8805.06
总计
费用/万元
9217.06
百分率
107.43%
方案
项目
方案3
基建费用
/万元
立井开凿
石门开凿
井底车场
2*150*3000/10000=90
600*800/10000=48
1000*900/10000=90
小计
228
生产经营费用
/万元
立井提升
石门运输
立井排水
1.2*2203.88*0.150*0.85=337.2
1.2*2203.88*0.6*0.381=604.57
200*24*365*14.13*0.152/10000=376.29
小计
1318.06
总计
费用/万元
1546.06
百分率
100.00%
方案
项目
方案4
基建费用
/万元
主暗斜井开凿
副暗斜井开凿
上下斜井车场
620*1050/10000=65.1
620*1150/10000=71.3
（300+500）*900/10000=72
小计
208.4
生产经营费用
/万元
暗斜井提升
排水（立，斜井）
1.2*2203.88*0.62*0.48=787.05
200*24*365*14.13*（0.053+0.14）/10000=677.79
小计
1464.84
总计
费用/万元
1673.24
百分率
108%
方案1与方案2的区别在于第二水平是用暗斜井延伸还是用立井延伸。
两个方案生产系统都比较简单可靠。
两方案相比，方案1需要多开斜井井筒（2*1446m）和暗斜井的上下部车场；并相应增加了暗斜井的提升及排水费用。
第二方案需多开立井井筒（2*350）阶段石门（1400m）和立井井底车场，并相应的增加了井筒和石门的运输，以及提升、排水费用。
粗略估算表明：
两方案费用相差不大，考虑到方案1的初期工程量少，初期投资少，而且无石门；而方案2的初期工程量太大，石门较长，不利于早日投产。
所以决定用方案1。
方案3、4的区别在于三水平是用立井还是用暗斜井延伸。
粗略估算表明，方案四的总费用比方案3的高16%，超过了10%，而且未计入方案4的斜井上下部车场的石门运输费用，再考虑到方案3的提升排水等环节都比方案4更少，即生产系统更为简单可靠一些。
综合以上各因素，决定选用方案3。
余下的方案1、3在技术上可行。
两者需要进行详细的经济技术比较方能确定其友劣。
3）开拓方案经济比较
对方案1、3有差别的建井工程量、生产经营工程量、基建费、生产经营费和经济比较结果分别汇总。
见下表。
表4—3建井工程量
项目
方案1
方案3
初期
主井井筒/m
副井井筒/m
井底车场/m
运输大巷/m
主石门/m
527+20
527+5
1000
2200
0
527+20
527+5
1000
2200
1400
后期
主井井筒/m
副井井筒/m
井底车场/m
运输大巷/m
主石门/m
1446（斜井）
1446（斜井）
300+500（斜井）
3200
0
350+150
350+150
1000+1000
3200+4300
800
表4—4生产经营工程量
项目
方案1
项目
方案3
运输提升/万tkm
工程量
运输提升/万tkm
工程量
采区下山运输
二水平四区段
五区段
六区段
2*1.2*734.6*1*0.196=345.56
2*1.2*734.6*2*0.196=691.11
2*1.2*734.6*3*0.196=1036.67
采区上山运输
三水平一区段
二区段
三区段
2*1.2*734.6*3*0.196=1036.67
2*1.2*734.6*2*0.196=691.11
2*1.2*734.6*1*0.196=345.56
大巷及石门运输
二水平
立井提升
二水平
1.2*2203.88*3.2=8462.9
1.2*5142.4*0.527=3252.05
大巷及石门运输
一水平
三水平
立井提升
二水平
三水平
1.2*5142.4*2.20=13575.94
1.2*2203.88*（0.60+4.3）=12958.8
1.2*2938.5*0.877=3092.48
1.2*2203.88*1.027=2716.06
维护下山/万am
1.2*4*620*7.1/10000=21.1
维护上山/万am
1.2*4*620*7.1/10000=21.1
排水/万m3
二水平
200×24×365×34.3/10000=6009.36
排水/万m3
二水平
三水平
200*24*365*20.17/10000=3533.78
200*24*365*14.13/10000=2475.58
表4—5基建费用表
方案
项目
方案1
方案3
工程量/m
单价/元/m
费用/万元
工程量/m
单价/元/m
费用/万元
初
期
主井井筒
副井井筒
井底车场
主石门
运输大巷
547
532
1000
0
2200
3000
3000
900
800
164.1
159.6
90
176
547
532
1000
1400
2200
3000
3000
900
800
800
164.1
159.6
90
112
176
小计
589.7
701.7
后
期
主井井筒
副井井筒
井底车场
主石门
运输大巷
1446
1446
800
3200
1050
1150
900
800
151.83
166.29
72
477.6
500
500
2000
800
5700
3000
3000
900
800
800
192.15
200.45
162
62
821.6
小计
867.72
1440.2
共计
1457.42
2141.9
表4—6生产经营费用表
项目
方案1
工程量/m
单价／元．m-1
费用/万元
运输提升采区下山
二水平四区段
五区段
六区段
345.56
691.11
1036.7
1.22
1.15
1.04
421.58
794.77
1078.13
小计
2294.49
大巷及石门
二水平
8462.9
0.412
3486.7148
立井提升
二水平
3252.05
1.32
4292.706
暗斜井提升
8923.09
0.85
7584.6265
小计
11877.3325
维护下山/万am
21.1
40
844
排水费
二水平
6009.36
0.4682
2813.582352
合计
21316.1
项目
方案1
工程量/m
单价／元．m-1
费用/万元
运输提升采区上山
三水平一区段
二区段
三区段
1036.67
691.11
345.56
0.72
0.84
0.96
746.4024
580.5324
331.7376
小计
1658.672
大巷及石门
一水平
三水平
13575.94
12958.8
0.392
0.398
5321.76848
5157.6024
小计
10479.37088
立井提升
二水平
三水平
3092.48
2716.06
1.32
1.56
4082.0736
4237.0536
小计
8319.1272
暗斜井提升
8923.09
0.85
7584.6265
小计
11877.3325
维护上山/万am
21.1
35
738.5
排水费
二水平
三水平
3533.78
2475.58
0.4682
0.5862
1654.515796
1451.184996
小计
3105.7
合计
24301.4
表4—7费用汇总表
方案
项目
方案1
方案3
费用/万元
百分比/%
费用/万元
百分比/%
初期建井费
589.7
100%
701.7
119.00%
基建工程费
1457.42
100%
2141.9
147.00%
生产经营费
21316.1
100%
24301.4
114.00%
总费用
22773.52
100%
26443.3
116%
在上述经济比较中需说明以下几点；
（1）两方案的第一水平均布置有两条采区上下山，且这些上下山的开掘费用近似相等，考虑到全井田中采区上下山的总开掘长度基本相等，即两方案的一水平采区上下山总开掘费用近似相等，故未参加比较；同时方案1的二水平上山与方案3的二水平上山也近似相等。
另外，采区上部、中部、下部车场在数目上略有差别，但基建费的差别很小，故也未参加比较；
（2）立井、大巷、石门及采区上山的辅助运输费用占运输费用的20%进行估算；
（3）井筒、井底车场及主回风石门等均布置在中硬或坚硬的岩层中，它们的维护费用底于5其元/年.米，故比较中未对维护费用进行比较。
但是由于煤层为砂泥岩，方案3的较多石门均布置在煤层顶板中，所以巷道维护费用将比方案2多；
综上所述，方案1是最优方案，即该设计选用立井开拓一水平，暗斜井延伸二水平的开拓方案。
煤层设计两个阶段开采，第一阶段为-250—-650m，阶段斜长1653m，阶段垂高为400m，采用上下山开采；第二阶段为-650—-1000m，阶段斜长1446m，阶段垂高为350m，采用上下山开采。
整个井田共分为4个采区，其中第一水平2个采区，一采区为双翼采区，二采区的上山部分是单翼采区，下山部分为双翼采区，分7个区段，区段斜长为232m，第二水平2个采区，两个为双翼采区，分7个区段，区段斜长为203m。
4.2矿井基本巷道
4.2.1井筒
有前述确定的开拓方案可知第一水平主、副井都为立井，并在井田两翼的中央的上边界防水煤柱内各设一个风井。
一般来说，立井井筒的横断面形状有圆形和矩形两种，但圆形断面的立井服务年限长，承压性能好，通风阻力小，维护费用低以及便于施工等优点，因此主、副井筒及风井均采用圆形断面。
（1）主井
主井井筒采用立井形式，圆形断面，净直径为6.5m，净断面面积33.18
，井筒内装备两套16吨的箕斗带平衡锤，井壁采用混凝土砌碹支护方式。
此外，还布置有检修道、动力电缆、照明电缆、通讯信号电缆、人行台阶等设施。
主井井筒断面和井筒特征表见图4—2。
（2）副井
副井井筒采用立井形式，圆形断面，净直径为7.2m，净断面面积为40.71
，井筒内装备一对1吨矿车双层四车窄罐笼，和一个1吨矿车双层四车宽罐笼带平衡锤，井壁采用混凝土砌碹支护方式，井筒主要用于提料、运人、提升设备、矸石等。
采用金属罐道梁，行钢组合罐道，端面布置，罐道梁采用通梁式布置方式。
副井内除装备罐笼外，还设有梯子间作为安全出口，并设有管子道、电缆道。
副井井筒断面和井筒特征表分别见4—3。
（3）风井
风井井筒采用立井形式，圆形断面，净直径为6.0m，净断面面积为28.27
，采用混凝土支护方式，井壁厚度为400mm，备有安全出口。
风井井筒断面和井筒特征表分别见图4—4。
（4）风速验算
所选定的副井作为进风井，风井作为回风井，其断面的大小必须符合风速要求。
由第九章《矿井通风与安全》的风速验算可知，所选择的井筒符合风速要求。
4.2.2井底车场
从矿车在井底车场内的运行特点看，井底车场有两大类，即环形式和折反式。
本矿井设计年产量为150万吨，在大巷运输采用3吨底卸式矿车运煤。
根据底卸式矿车的运行特点及要求，选用折反式井底车场，为里保证矿井生产及安全的需要，一般井底车场设有各种硐室。
井底车场线路布置及调车方式见图4—6。
4.2.3主要开拓巷道
主要开拓巷道如运输大巷（图4—5），主石门（同运输大巷）均布置在底板砂岩中。
由于其服务时间长，为了便于维护，并根据现场使用情况，其断面均采用半圆拱型，并采用锚喷支护。
各主要开拓巷道的断面尺寸，均按运输设备的外形尺寸以及《规程》中的有关安全间隙的要求而确定的，并按通风要求验算风速，验算结果见第九章。
图4—2主井井筒断面图
图4—3副井井筒断面图
图4—4风井断面图
图4—5大巷断面图
图4—6井底车场图
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