矿井开采设计讲稿双鸭研究生班.docx

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矿井开采设计讲稿双鸭研究生班

课程：

矿井开采设计理论与评价方法

教师：

路占元

注：

带★者是扩展内容。

绪论

矿井开采设计——对井田开拓、采煤方法中出现的各种参数的决策过程称为矿井开采设计。

★对采矿专业的认识，树立正确的专业观念。

一、设计是工程的灵魂，效益的关键。

★统计资料表明：

设计影响造价和效益的60%，

立项、施工、生产管理影响40%。

★谁不重视设计谁吃亏。

体制问题。

二、煤炭工业一直是国民经济的重要组成部分。

在相当长的时期内，煤炭仍将占一次能源的70%左右。

三、矿井设计工作要做到以下几点要求：

切合实际，技术先进，经济合理，安全适用，符合新时期的总任务的要求。

四、具体要求：

a）设计中的全部决定必须符合国家的政策的技术方针政策，同时要求有科学的论证论据。

b）矿井建设投产后，应在技术上优越，生产上安全，经济上投资少，而生产成本低，效率要高。

c）合理利用国家的资源，降低煤炭损失量。

d）力争建设时间短，出煤快。

五、设计所要遵守的规定

《煤炭工业技术政策》、《设计规范》、《安全规程》，还有环保、水源、土地、森林、劳动卫生、★防火规定。

★另：

《采矿设计手册》

六、设计工作要考虑的相关事项

与实践相结合，如斜仓变立仓，其它课程，阅读已有设计。

第一章矿井设计依据及程序

第一节煤炭工业基础建设与矿井设计

一、矿井设计的依据

（一）设计任务书

明确规定了拟建项目的设计内容，技术方向，设计阶段，设计原则，计划安排以及配套工程的发展计划与要求。

（二）地质资料

要求具有高度准确性和完整性

1、煤田普查报告

内容：

对工作区有无开发价值作出评价，对远景规划和下一阶段的勘探工作提出必要的资料。

2、矿区详查地质报告

内容：

为矿区总体设计提供地质资料，对影响开发的水文地质条件和其它条件作出评价。

3、井田精查地质报告

内容：

为矿井初步设计提供地质资料，要满足五点要求（略）。

（三）国家总的建设方针、政策及有关规定、规范。

（四）经过批准的上阶段确定的设计原则。

第二节矿井设计程序

一．矿井设计程序，就是矿井设计工作分阶段开展工作的顺序。

二．矿井设计阶段：

1）长远规划；

2）可行性研究；

3）矿区总体设计；

4）矿井初步设计；

5）施工图纸设计；

三．矿井设计的程序为：

据批准后的矿区建设可行性研究报告搞矿区总体设计，矿区总体设计批复后搞矿井可行性研究，矿井可行性报告批准后搞矿井初步设计，矿井初步设计审批后搞矿井施工图纸设计。

即：

矿区可行性研究（招投标）——矿区总体设计——矿井可研（招投标）——矿井初设（计划任务书）——施工图

第二章矿区总体设计

第一节矿区总体设计的编制原则

一．编制矿区总体设计的必要性

矿区总体设计是对矿区的总体安排，由于建设矿区是一较综合而复杂的工程，因此它是必不可少的环节。

二．矿区总体设计要解决的问题

1、合理划分井田，正确选择开拓方式和开采工艺，确定井型和矿区规模。

2、合理选择加工工艺，安排伴生资源的综合开采与利用。

3、合理安排工程建设顺序。

4、统一安排矿区地方运输、供电、供水、机修、通讯等系统与设施。

5、合理确定矿区行政、文教、等区规划，安排“三废”处理方法。

6、编制建设工程量，劳动和投资额估算，论述其技术经济性。

三．矿区总体设计编制原则

（1）须认真贯彻党和国家的方针、政策。

（2）贯彻提高经济效益的方针，对新、老矿区进行合理开发。

（3）处理好生产工作各环节工序。

（4）合理采用开拓和开采方式。

第二节矿区总体设计内容

一．矿区总体设计内容：

1、前言

2、矿区地理位置、矿区基本情况及交通情况概略（附交通位置图）。

3、矿区开发。

4、煤的洗选与加工。

5、矿区总平面布置及防洪排涝。

6、矿区辅助、附属企业及设施。

7、行政、文教、医疗设施及居民区。

8、矿区排水、供电系统。

9、经济估算。

二．矿区的总体设计的作用（4点略）

三．编制矿区总体设计时应注意的几个问题。

1、合理确定矿井的井型与服务年限。

2、正确进行矿区地面的总体设置。

3、必须查明矿区水源。

4、全面安排各项建设项目。

第三章矿井可行性研究

第一节可行性研究概述

一．可行性研究的含义：

可行性研究——对于一个建设项目在技术上是否可靠，在经济上是否合理，进行深入细致的调查研究，通过分析计算和多方案比较，对该建设项目建成后可能取得的技术经济效果进行预测，从而提出这个建设方案是否值得建设和如何建设的意见，为投资决策提供科学可靠的根据。

这个调查研究的全过程谓之可行性研究。

二．项目可行性研究工作。

三．国内项目可行性研究工作。

第二节矿井可行性研究报告的内容

一．矿井可行性研究报告深度应满足的要求（P14略）

二．矿井可行性研究报告的内容：

1、市场需煤量的预测。

2、对煤炭资源条件的研究。

3、矿井生产能力。

4、井田开拓与开采。

5、矿井工业广场的设计。

6、搞好综合平衡。

7、经济分析。

三．矿井可行性研究报告的主要章节附图（略）[共11张]

第三节矿井可行性研究技术经济评价基本方法

一．技术经济评价法

（1）不考虑投资和经营费用的时间价值（利息）的静态方法。

（2）考虑投资和经营费用的时间价值（利息）的动态方法。

具体方法：

技术经济评价方法

静态方法

总算法

单位折算法

返本期法

投资效果系数法

财务平衡法

动态方法

年成本法

净现值法

贴现法

★货币的时间价值——在不同的时期，等额货币所具有的不同的价值。

★含义：

越早得利越好，因为钱实，越早挣到的钱越值钱。

几个概念的理解：

投资估算——不同于初设概算，与概算差值〈10-30%。

★外资贷款增值——由于通货膨胀，人民币贬值引起的贷款额度的增加。

★出口信贷——我国进口，西方出口，买了西方的东西，西方才给的一种贷款，利息比商业贷款低。

吨煤成本估算——分可变成本和不变成本，根据是否随产量的变化来划分，如吨煤运输费是不变成本，吨煤排水费是可变成本。

从投产到达产，吨煤成本由大到小（到正常）

固定资产----基建投资的90%。

固定资金帐面余额----固定资产—前期累计基本折旧费。

二、关于复利的几个公式（利用复利计算货币的价值），结合现金流量图。

★1、一次性偿付方式的未来值公式S=P（1+i）n

S——n期末的未来值

n——期数

i——每期利率

P——资金现值（★首期初值）

（1+i）n——一次偿付复利系数。

★含义：

首期初借钱P值，要求n期末一次还清本息，则所需还的钱数为S值；或者说，现在的P值相当于将来的S值。

★2、一次性偿付方式的现值公式P=S/（1+i）n

1/（1+i）n——一次偿付方式的折现（也叫贴现）系数。

★含义：

要想在n期末一次还清（或获得）S值，则在首期初要借取（或支付）P值；或者说，将来的S制相当于现在的P值。

★3、分期定额付款方式的未来值公式

定额系列复利系数：

★含义：

每期末支付（或获取）固定额度Pqf值，则n期末将获得（或偿付）s值；或者说，每期末支付（或获取）固定额度Pqf值，相当于n期末支付（或获取）S值。

★4、一次性获取方式的分期定额公式

资金存储系数：

★含义：

要想在将来一次性获取（或支出）S值，则每期末要存储（或收入）Pqf值；或者说，n期末一次性获取（或支出）S值，相当于每期末获取（或支出）Pqf值。

5、已知现值求分期额度的公式

资金还原系数：

★含义：

期初借得（或贷出）P值，要求n期内还清或收回，则每期末要偿还（或回收）Pqf值。

★6、分期付款的现值公式

定额系列现值系数：

★含义：

打算在n期内每期末支出（或收入）Pqf值，则现在要收入（或支出）P值；或者说，n期内每期末支出（或收入）Pqf值，相当于现在支出（或收入）P值。

三．矿井可行性研究经济评价及其主要评价指标

（一）企业经济评价和国民经济评价

（二）主要企业经济评价指标

采用企业内部收益率及投资回收期作为评价指标

内部收益率：

指投资项目在建设期（若干年）和生产服务期（25年）内各年净现金流量现值累计等于零时的贴现率。

净现金流量=销售收入—经营成本—工商税—回收固定资产余值+回收流动资金—投资

企业内部的收益率表达通式

其中CL——现金流入；

CO——现金流出；

（CL-CO）——第t年的净现金流量；

at——第t年的贴现系数（与i对应）;

n——建设和生产服务年限的终了年份；

——自建设开始至n年的总和；

i——内部收益率。

用插值法计算内部收益率的最终值，其计算公式为：

式中i1——试算的低贴现率；

i2——试算的高贴现率；

|NPV|1——低贴现率的现值（正值）的绝对值；

|NPV|2——高贴现率的现值（负值）的绝对值；

动态投资回收期——在一定的贷款利息的前提下，累计净现值等于零的年份（含义：

还本付息）。

（三）不确定性分析

盈亏平衡点产量的计算公式：

式中O0——盈亏平衡点的产量；

f——年总固定成本；

P——单位产品价格；

ν——单位产品可变成本。

三．综合评价

第四章矿井初步设计

第一节矿井初步设计前的准备工作

准备工作

1、报告，核查设计依据

1）煤层赋存地质特征

2）水文地质资料的研究

3）影响开采技术条件的其它因素

2、核查上阶段设计所确定的内容

3、开展地形测量工程地质等项工作

1）地形测量

2）工程地质

3）其它方面的准备

第二节矿井初步设计内容

一．矿井设计的组成与深度要求

井初步设计的组成

初步设计说明书、初步设计主要机电设备和器材目录、初步设计概算书

初步设计三材清册和附图

内容深度需满足六点要求（略）

二．采矿专业主要设计内容

（一）开拓工程设计要点及设计原则

1、根据矿区总体设计确定井田，计算各个储量

2、确定工作制度，计算服务年限，检查是否符合规定

3、列举开拓方案技术经济比较情况并阐述其优越性

4、说明井筒数目，确定井筒断面和井筒装备的布置

5、确定井底车场的形式，计算井底车场通过能力。

（二）采区布置设计要点及设计原则

1、设计要点

1）移交采区数目与位置，回采工作与生产能力的计算；

2）采区尺寸巷道布置，联络巷的布置公式；

3）煤层分层、分组关系和开采顺序；

4）采区车场、装车站、煤仓以及硐室的设计；

5）采区煤层运输及辅助运输方式，采区通风与安全；

6）确定工作支架类型及顶板管理方式；

7）回采工作面年推进度，煤炭回采率及主要材料消耗指标。

2、采区布置设计原则

⑴矿井第一个采区应选择在位于井筒附近储量可靠的块段，在条件许可的情况下，可布置中央采区，以便利用斜井的提升设备就近出煤，即节省工程量，又加快了建设速度。

⑵采区巷道布置要合理集中，系统简单，尽可能少掘岩石集中巷，条件适宜时，可实行跨巷连续回采；

⑶提高矿井采掘机械化水平，有条件的矿井应积极推广综合机械化采煤，其次是采用高档普采、普采、水采与炮采。

⑷煤层倾角小于12°时，尽量推广使用倾斜长壁采煤法。

⑸倾角小于12°的煤层，条件适宜时可布置对拉工作面。

⑹使巷道掘进、煤炭运输、巷道维护等费用最省，具有良好的安全条件和较高的劳动主产率。

三、设计中的几个问题

1、项目负责人由采矿专业人员担任

2、年产量>１５０万吨的矿井，应考虑斜－立综合开拓方式的合理性。

优点：

主、副提升能力均大；建井工期短；主斜井投资低，副立井风路短，副立井辅助运输时间短，压煤少，主斜井断面小。

3、能力２４０万吨以上的矿井，走向长或瓦斯大，赋存浅，宜分区开拓

优点：

风路短，建井工期短，辅助运输距离短，大巷断面小，总掘进造价省。

新规范通风阻力<2940Pa

4、适当加大阶段垂高

5、尽可能少掘区段岩石集中巷（采区）

6、开采煤层群，一般宜上山联合布置。

第五章矿井设计的参数及评价准则

第一节矿井设计参数

了解和掌握矿井参数、矿井参数框图（P52）

第二节矿井设计的评价准则

一、劳动生产率

回采工效

t/工

O0：

回采工作面日产量Nf：

回采工作面昼夜出勤工数

全员效率

t/工

Od：

矿井日产量Nwd：

矿井日出勤工数Nmp：

矿井管理人数

二、经济指标

1、投资总额

2、吨煤投资额

3、吨煤成本

成本费的构成（直接生产费用、固定资产费、间接费）

4、盈利额

盈利额=销售收入—成本总额

单位盈利额=产品售价—产品单位成本

5、投资收益率

6、投资偿还比

三、工程量指标

按时间分为总工程量和初期工程量；按服务范围分为开拓工程量和准备工程量。

评价设计成果时，经常经单位工程量的指标表示，即所谓的掘进率，单位是m/kt或m3/kt

四、生产集中化程度和开采强度

生产能力，单位时间内的产量指标。

★开采强度应该是设计生产能力与储量之比。

生产集中化程度：

保证完成矿井产量任务所需同时生产的采区数目、工作面数目或平均日产千吨的回采工作面数目。

五、时间因素

工期：

包括建井期，产量递增、递减期，矿井服务年限等。

投资偿还期：

矿井从开始盈利累计达到投资总额的时间。

六、安全性

对各类自然灾害的预防、控制及灾害处理的设施、措施等；

三废处理，综合利用等。

七、可靠性

小结

1.矿井设计的评价准则包括七个方面：

1）劳动生产率

2）经济指标

3）工程量指标

4）生产集中化程度和开采强度

5）时间因素

6）安全性

7）可靠性

设计好坏的定性评价准则：

好的：

劳动生产率增加，投资总额减少，吨煤投资减少，吨煤成本减少，盈利额增加，净收益比增加（盈利额/投资总额），万吨掘进率减少，工期减少，安全程度提高，可靠性增加。

第三节矿井主要费用参数的计算方法

费用参数主要有：

井巷掘进费、井巷维护费、矿井提升费、井下运输费、矿井通风费、矿井排水费等。

（一）井巷掘进费Ct的计算方法

（1）Ct=（Cn+Ca）（1+Km）L

Cn：

井巷单位长度直接定额费用——查定额

Ca：

井巷单位长度辅助车间服务费——查定额

Km：

井巷单位长度施工管理费定额系数

★专门的施工队伍，总费用≈直接费×1.6

（2）影响掘进费用的因素

井巷单位长度掘进费用与掘进速度的关系

a——与井巷掘进长度有关的单位长度直接费用，元；

b——与井巷掘进时间有关的单位时间内其它费用，元；

vi——井巷掘进速度

井巷单位长度掘进费用与其断面的关系

巷道掘进时

立井掘进时

式中Ceu——井巷单位长度直接费用，元/m;

a——与断面无关的井巷单位长度直接费用，元/m;

b——与断面有关的井巷单位长度直接费用，元/m;

A——巷道的掘进断面积，m2；

d——井筒净直径，m。

（二）井巷维护费用

1费用构成：

维修材料费，工人工资，机械使用费，材料、矸石运输费。

注意：

没有辅助费和管理费。

设计时查生产经营费指标，单位：

元/（年×米）。

生产时按上述四项逐项计算。

2、井巷维护费用Cr的计算方法

L——井巷维护长度

t——井巷维护时间

Cru——维护费用单价，元/（单位长度×单位时间）。

①L、t、Cru均为定值时Cr=LtCru

②井巷长度L为变值（0～L）时（如顺槽掘进期间）

Cru——顺槽维护费指标，元/（年·米）

L——顺槽总长度

T——顺槽掘进总时间

③井巷长度L为定值,Cru亦趋于定值，但井巷长度L各段维护时间不同，各段长度亦不同，则

Cr=L1Crut1+L2Crut2+···+LnCrutn

特殊的，L中每小段长度相同，每小段维护时间成等差数列，则

④巷道长度为定值或非定值，每段维护时间不同，单价不同，则较复杂，要分段计算。

如：

前进式开采的下巷维护费为：

（三）井下营运费：

由工资费，动力费，设备与设施的折旧费、维修费，其它（比如车间管理费）组成。

1、井下运输费：

元／（吨·公里）——查指标

Ctu=CT/（T·L）

Ctu——运输费单价；

CT——年总运费，元；

T——年总运量，吨；

L——某运输环节的平均运距，公里。

★黑板画图。

架线和皮带的比较，两条曲线的曲率和斜度不一样，有交点，交点前皮带优，交点后，架线优。

运距越大，运量越少，交点越左移，即架线越优。

2、矿井提升费，元／（吨·米），——查指标，电费比重大。

Ceu=a/（O·H）+b/H+C

Ceu——提升费单价；

O——年提升量，万吨/年；

H——提升高度，米；

a、b、c——与O、H有关的系数。

3、矿井排水费:

元／年，——查指标，电费比重大。

方案比较时，可只计算电费Ce，

Ce=W·Hp·Twa·Ctu/102η

W——排水量，米3/小时；

Hp——水泵工作总扬程（可按井深加10％计算），米；

Twa——年排水总时间，小时；

Ctu——电费单价，元/（千瓦·小时）；

η——排水设备总效率。

4、矿井通风费:

元／年，——查指标，电费比重大。

Cc=V·Py·Ctu×365×24/（102η）

Cc——矿井通风电费，元／年；

V——矿井供风量，米3/小时；

Py——矿井平均风压（含风机），毫米水柱；

η——通风设备总效率。

（四）机械设备的折旧费用＝（设备原值—设备残值）／折旧年限，元／年。

普采面低，综采高。

回采面生产经营费，查指标获得。

（五）其他费用：

土地使用费、井筒检查孔费、设计费等。

★基本建设费和生产经营费的划分。

投产之后的井巷掘进费不应算基本建设费。

第六章方案比较法

第一节概述

一、方案比较法：

（万能的设计方法）——最优化设计方法

二、实质：

方案比较法——在进行工程设计时，根据已知条件列出在技术上可行的若干个方案，然后进行具体的技术分析和经济比较，从中选出相对最优越的一种方案。

这种设计方法就称为方案比较法。

★三、步骤：

1、明确设计的内容、性质、要求，以及要达到的目标。

大框定下来；

2、掌握设计的内、外部条件，如井田地质、地形条件、交通情况与邻井的关系，与企业的关系等。

3、提出若干个可行的方案（要画图），每个方案要完善，不能落（la）项。

这一步要凭经验、见识和创造力；

4、初选方案，留2～5个；

5、对留下的较优方案进行技术比较（优缺点）和经济比较（工程量和费用），综合分析，选出最优方案；

6、出说明书（各方案的文字和图纸）。

★注意事项和一般规律

1、每个方案都先进可行。

拟定的比较项目要齐全，避免遗漏；

2、重要的项目要进行比较；影响不大、差别不大的项目不比，重要的如：

井巷工程费、设备购置费、地面建设费、运输提升费、井巷维护费等等；不重要的如：

低瓦斯矿井的通风费、涌水量小的矿井的排水费等等，除非单比通风和排水。

特殊情况下，如两个方案的规模不同，则项目费用相同也按不同对待，因为占吨煤费用的比例不一样；

3、选用的数据要准，与条件相适应；

4、基本建设费和生产经营费要分别列表比较。

因为意义不同，贷款和非贷款对国民经济、银行和企业的影响不一样；

5、除了比较费用以外，工期长短、主要材料消耗量、大型设备的使用量、占地多少、资源回收率的高低、施工的难易程度等都可能成为比较的重点，因矿井不同而异；

6、参与比较的项目，费用相差在10%以内时，以技术比较决定优劣；在10％以上时，以经济比较为准决定取舍。

但是，有时差额的绝对值很大时，以差额值为对比的标准，额度因时、因地、因人而异；

7、除了上述技术比较和经济比较的标准外，当地点不同、时间不同、审查机关不同时，有时会出现其它的标准。

所以，在方案做最终的综合评价时，要摆好各影响因素的主次关系，综合考虑，合理选定。

第二节矿井设计方案的经济评价方法

一、不考虑时间价值的静态方法

1、总算法：

把方案的基建投资和生产费用相加作为方案的总费用。

根据总费用的多少来评价方案的优劣。

公式：

总费用C=P+CaOT

Ca——吨煤生产经营费

O——生产能力

T——服务年限

较低者为优

2、返本期法：

在不计利息条件下，将两方案的投资差额（即A案多于B案的投资额）用生产经营费的差额（即B案比A案多出的成本）去补偿，清偿投资的时间为返本期。

公式：

投资偿还时间Tir（a.b）=（Pa-Pb）/（Cb-Ca），若<10,则取a案。

Pa——a案投资；

Pb——b案投资；

Ca——a案成本；

Cb——b案成本。

★含义：

a案投资高，但经营费（或成本）低，看a案10年节省的成本能否抵偿两案投资差额，如果能，则取a案。

特殊的，如果项目（如采区）服务年限少于10年，则返本期以项目实际年限为判别标准。

3、单价折算费用法

Ct=Ca+0.1K

Ct——单位折算费用，元/t；

Ca——吨煤生产经营费，元/t；

K——吨煤投资，元/t。

较低者为优

例题：

1．已知某井田的设计能力O=300万t，设计服务年限T=80a，初选的三个较优方案的主要经济技术指标，如下表所示。

方案

总投资

（万元）

吨煤投资

（元/t）

年运行成本费

（万元）

吨煤生产成本

（元/t）

A

30000

100

4200

14

B

25000

83.3

4400

14.7

C

20000

66.7

4750

15.8

试用总算法、返本期法（Tro＝10）和单位折算费用法评价各方案的优劣。

1）用总算法比较

CA=PA+CaAOT=30000+14×300×80=366000（万元）

CB=377800（万元）

CC=399200（万元）

C方案的总算费用最低,用总算法时A方案最优。

2）用返本期法比较

Tir（A·B）=（PA—PB）/（CB—CA）=（30000-25000）/（4400-4200）=25＞Tro（10年）

超过额定指标，A方案被淘汰。

再比较B、C方案。

Tir（B·C）=（25000-20000）/（4750-4400）=14.3＞Tro

用返本期法，淘汰B方案，C方案最优。

3）用单位折算费用法比较

CTA=CA+0.1×kA=14+10=24

CTB=14.7+8.33=23

CTC=15.8+6.67=22.5

用单位折算费用法比较也是C方案最优。

结论：

选择C方案。

二、考虑时间价值的动态方法

1、年成本法

年平均成本

n——建井工期；

T——矿井服务年限；

i——企业应具有的最低收益率，★可按当时的平均贷款利息考虑；

Pj——第j年的投资额；

Cm——第m年的成本。

，见第五个公式。

Cap较低者优。

2、净现值法（累计净现值法）

净现值——年净收入折成的现值。

年净收入Via=Csa-Cpa=Csa-Cm-Csaio-Cmrfif-Pmia

Csa——年销售收入；

Cpa——年支出；

Cm——第m年运行成本；

io——销售费率；

rf——流动资金贷款比例；

if——流动资金贷款利率；

Pm——第m年的固定资产帐面余额；

ia——固定资产税率。

★（累计）净现值

P——固定资产；

Kas——固定资产残值系数

（累计）净现值大的方案为优。

第三节实例分析

采区反倾斜上山布置方式研究

黑龙江科技学院

路占元

一、项目特点

1、该项目属自选项目

2、该项目属采掘业采矿工程