第六章礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)

第六章礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)第一節(jié)礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)的依據(jù)、程序和內(nèi)容第二節(jié)礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)方法第三節(jié)礦井開(kāi)拓設(shè)計(jì)示例礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)要求：

新礦井建設(shè)之前——礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)礦井投產(chǎn)后——改擴(kuò)建和水平延深設(shè)計(jì)階段：

（1）編制設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)；（2）編制設(shè)計(jì)文件；（3）建設(shè)施工；（4）竣工驗(yàn)收和交付生產(chǎn)。內(nèi)容：（1）主要技術(shù)原則：開(kāi)拓部署、井巷布置、生產(chǎn)系統(tǒng)（2）單位工程施工圖設(shè)計(jì)程序：項(xiàng)目建議書(shū)→

可行性研究→初步設(shè)計(jì)(包括安全專篇)

→施工圖設(shè)計(jì)

第一節(jié)礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)的依據(jù)、程序和內(nèi)容一、礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)的依據(jù)

（1）國(guó)家方針、政策及法規(guī)。

（2）設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)。

（3）煤炭資源及地質(zhì)資料。（4）經(jīng)批準(zhǔn)的上階段設(shè)計(jì)所確定的原則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

二、礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)的程序和內(nèi)容1.設(shè)計(jì)程序：項(xiàng)目建議書(shū)→可行性研究→初步設(shè)計(jì)(包括安全專篇)→施工圖設(shè)計(jì)2.設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）礦井項(xiàng)目建議書(shū)（2）礦井建設(shè)可行性研究

（3）礦井初步設(shè)計(jì)

（4）礦井初步設(shè)計(jì)安全專篇

礦井項(xiàng)目建議書(shū)編制依據(jù)：批準(zhǔn)的礦區(qū)綜合開(kāi)發(fā)規(guī)劃主要內(nèi)容：

（1）擬建礦井提出的必要性和依據(jù)；

（2）建設(shè)規(guī)模和建設(shè)地點(diǎn)、投資估算和資金籌措的初步設(shè)想；

（3）項(xiàng)目的進(jìn)度安排；

（4）資源情況、建設(shè)條件、協(xié)作關(guān)系和引進(jìn)技術(shù)設(shè)備的國(guó)別、廠商的初步分析；

（5）經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的初步分析等。

礦井建設(shè)可行性研究編制依據(jù)：已批準(zhǔn)的礦區(qū)總體規(guī)劃和的項(xiàng)目建議書(shū)基礎(chǔ)資料：已批準(zhǔn)的礦井精查地質(zhì)報(bào)告主要內(nèi)容：

（1）報(bào)告說(shuō)明；（2）預(yù)測(cè)市場(chǎng)對(duì)煤炭的需求情況；（3）分析煤炭資源條件和原始地質(zhì)資料,確定礦井生產(chǎn)能力；（4）確定先進(jìn)可靠和符合我國(guó)技術(shù)政策及能源政策的開(kāi)拓方案；（5）選擇礦井合理的工藝流程和主要設(shè)備；（6）確定合理的礦井工業(yè)場(chǎng)地總平面布置及環(huán)境保護(hù)方案、占地面積、居住區(qū)規(guī)劃等；（7）協(xié)調(diào)各方面關(guān)系；（8）對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行總評(píng)價(jià)；（9）附圖。礦井初步設(shè)計(jì)編制依據(jù)：已批準(zhǔn)的精查地質(zhì)報(bào)告和煤層賦存條件用途：指導(dǎo)施工圖設(shè)計(jì),作為控制工程投資、設(shè)備選型訂貨、礦井驗(yàn)收和生產(chǎn)考核的依據(jù)。主要內(nèi)容：

（1）總說(shuō)明；（2）井田概況及地質(zhì)特征；（3）井田開(kāi)拓；（4）大巷運(yùn)輸及設(shè)備；（5）采區(qū)布置及裝備；（6）通風(fēng)和安全；（7）提升、通風(fēng)、排水和壓縮空氣設(shè)備的方案比選,設(shè)備型號(hào)、功率等；（8）地面生產(chǎn)系統(tǒng)；（9）地面運(yùn)輸；（10）總平面布置及防洪排澇；（11）電氣；（12）地面建構(gòu)物；（13）給水與排水；（14）采暖、通風(fēng)及供熱；（15）采暖、通風(fēng)及供熱；（16）環(huán)境保護(hù)；（17）建筑防火；（18）節(jié)能；（19）建井工期；（20）技術(shù)經(jīng)濟(jì)；（21）設(shè)計(jì)內(nèi)容的附圖、主要機(jī)電設(shè)備和器材目錄、“三材”消耗以及設(shè)計(jì)概算書(shū)。礦井初步設(shè)計(jì)安全專篇編制依據(jù)：初步設(shè)計(jì)階段報(bào)批時(shí)間：與初步設(shè)計(jì)同時(shí)報(bào)批主要內(nèi)容：

（1）前言；（2）礦井概況及安全條件；（3）礦井通風(fēng)；（4）粉塵災(zāi)害防治；（5）瓦斯災(zāi)害防治；（6）礦井防滅火；（7）礦井防治水；（8）井下其他災(zāi)害防治；（9）礦井集中安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控；（10）礦井安全檢測(cè)及其他裝備、礦山救護(hù)隊(duì)；（11）勞動(dòng)定員和概算；（12）附圖。施工圖設(shè)計(jì)編制依據(jù)：已批準(zhǔn)的初步設(shè)計(jì)用途：施工單位進(jìn)行施工的依據(jù)主要內(nèi)容（新建礦井）：

（1）井巷工程施工圖（2）地面建筑工程和機(jī)電設(shè)備施工圖（3）安裝工程施工圖

三、礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)工作的原則1.提高設(shè)計(jì)水平,保證設(shè)計(jì)質(zhì)量；2.保證合理的設(shè)計(jì)周期；3.加強(qiáng)設(shè)計(jì)審批工作；

第二節(jié)礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)方法礦井開(kāi)采設(shè)計(jì)內(nèi)容：

（1）井田開(kāi)拓（核心）（2）采區(qū)準(zhǔn)備（3）采煤方法（4）巷道掘進(jìn)（5）礦井提升、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、動(dòng)力供應(yīng)等各生產(chǎn)系統(tǒng)

礦井設(shè)計(jì)方案確定方法：

1.方案比較法

2.統(tǒng)計(jì)分析法3.技術(shù)標(biāo)定法（或稱標(biāo)準(zhǔn)定額法）4.數(shù)學(xué)分析法

5.經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)規(guī)劃法等選用的設(shè)計(jì)方案應(yīng)滿足：技術(shù)上先進(jìn),經(jīng)濟(jì)上合理,安全上可靠。

一、方案比較法

1.方案比較法的步驟：（1）熟悉基礎(chǔ)資料；（2）提出若干技術(shù)上可行、安全上可靠的方案；（3）進(jìn)行技術(shù)分析比較；（4）進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較；（5）確定合理的礦井開(kāi)拓方案

技術(shù)分析比較（1）礦井的可靠性和穩(wěn)定性；（2）有利于安全生產(chǎn)；（3）礦井水文地質(zhì)條件；（4）初期采區(qū)及回采工作面的位置；（5）集中生產(chǎn)；（6）井口位置；（7）要考慮初期不遷或少遷村莊,盡量不占或少占良田；（8）少壓煤、不壓煤或少壓開(kāi)采條件好的煤；（9）滿足建礦地區(qū)環(huán)境保護(hù)的要求；（10）要符合礦區(qū)總體設(shè)計(jì)要求及其他外部條件的要求。經(jīng)濟(jì)比較（1）工程量：井巷工程量、地面建筑工程量、機(jī)電設(shè)備安裝工程量（2）基本建設(shè)投資：井巷工程量投資、地面建筑和構(gòu)筑物投資、機(jī)電設(shè)備安裝工程量投資、其他工程量投資（3）基本建設(shè)工期（4）機(jī)電設(shè)備及主要材料用量（5）生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)用：巷道維護(hù)費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用、提升費(fèi)用、通風(fēng)費(fèi)用和排水費(fèi)用等合理礦井開(kāi)拓方案的確定主要最優(yōu)性準(zhǔn)則：（1）噸煤投資和噸煤成本

噸煤成本：礦井生產(chǎn)總成本除以礦井產(chǎn)量的商值。

噸煤投資：礦井建設(shè)總投資額除以礦井生產(chǎn)能力的商值。（2）勞動(dòng)生產(chǎn)率：采煤工作面日產(chǎn)量與采煤工作面晝夜出勤人數(shù)的比值。（3）折算費(fèi)用法：折算費(fèi)用=基本建設(shè)投資費(fèi)×投資效果系數(shù)+生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)用

（4）投資回收期法（5）利潤(rùn)和多目標(biāo)決策方案優(yōu)化注意事項(xiàng)：

（1）不要遺漏可行的方案，反復(fù)核對(duì)對(duì)比項(xiàng)目,以免遺漏。（2）經(jīng)濟(jì)計(jì)算時(shí),只考慮重要項(xiàng)目費(fèi)用。（3）相同、影響不大、差別很小的費(fèi)用項(xiàng)目可不比較。（4）各項(xiàng)費(fèi)用單價(jià)的選取必須比較可靠。（5）大的方案比較之前，先對(duì)一些相同類型的局部方案進(jìn)行比較，求出合理的局部方案后,再進(jìn)行整體的方案比較。（6）進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較時(shí),應(yīng)將基本建設(shè)費(fèi)用與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)費(fèi)用分別列出。（7）分析計(jì)算出各方案的礦井建設(shè)期限,作為方案比較的因素之一。（8）各方案的差別以百分比來(lái)表示，總費(fèi)用最小的方案定為100%。（9）兩個(gè)方案差額不超過(guò)10%時(shí),即認(rèn)為此兩方案在經(jīng)濟(jì)上是等價(jià)的；但差額的絕對(duì)值很大時(shí),應(yīng)以差額作為對(duì)比的標(biāo)準(zhǔn)。（10）正確估計(jì)各項(xiàng)影響因素在所研究方案中的重要程度,以便根據(jù)給定的目標(biāo),選取最優(yōu)方案。二、其他設(shè)計(jì)方法1.統(tǒng)計(jì)分析法應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)原理,對(duì)生產(chǎn)礦井中的某一實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì),找出相關(guān)參數(shù)之間的關(guān)系取得參數(shù)的合理平均值或取值范圍的一種方法。2.標(biāo)準(zhǔn)定額法以規(guī)范、規(guī)程和規(guī)定的形式對(duì)開(kāi)采設(shè)計(jì)中的某些技術(shù)條件或參數(shù)做出具體規(guī)定,而后據(jù)此規(guī)定條件確定某設(shè)計(jì)方案內(nèi)其他有關(guān)參數(shù)。

二、其他設(shè)計(jì)方法3.數(shù)學(xué)分析法以噸煤費(fèi)用最低為準(zhǔn)則,列出噸煤費(fèi)用與欲求參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系,采用微分求極值的方法求解開(kāi)采設(shè)計(jì)方案中某些參數(shù)的有利值。4.標(biāo)準(zhǔn)定額法應(yīng)用了經(jīng)濟(jì)數(shù)學(xué)中線性規(guī)劃的理論,借助于電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行礦井開(kāi)采設(shè)計(jì),選擇最優(yōu)方案的一種新的方法。

第三節(jié)礦井開(kāi)拓設(shè)計(jì)示例一、井田基本資料1.井田概況

地形：位于丘陵地帶,地形起伏較大,僅井田南部靠近井田邊界處地勢(shì)較為平坦，可作為工業(yè)廣場(chǎng)選址。水文情況：井田南部境界外有北汭水河流過(guò)。地面標(biāo)高：+1460~+1850m走向長(zhǎng)度：4.00~8.50km傾斜長(zhǎng)度：1.40~4.40km面積：約25km2。

井田概況Ⅰ———龐家磨場(chǎng)地;Ⅱ———何家莊場(chǎng)地;Ⅲ———曹家園場(chǎng)地;Ⅳ———任家磨場(chǎng)地2.井田內(nèi)可采煤層

5#煤層：主采煤層，厚0.02~83.00m,平均厚33m,僅西部局部不可采。

5#煤層分四個(gè)區(qū)段：

東區(qū)塊段可采儲(chǔ)量：317.20Mt；北區(qū)塊段可采儲(chǔ)量：84.10Mt；南區(qū)塊段可采儲(chǔ)量：130Mt；西區(qū)塊段可采儲(chǔ)量：25Mt。

3#煤層：厚0~4.50m,平均厚1.58m；東南部分布不均勻不連續(xù)、不穩(wěn)定,灰分高,不適宜開(kāi)采；西北部具有一定的開(kāi)發(fā)價(jià)值,可采儲(chǔ)量17.2Mt。

3.其他情況

（1）礦井地質(zhì)儲(chǔ)量：916Mt,其中5#煤888Mt,3#煤28Mt；（2）低瓦斯礦井，煤塵有爆炸危險(xiǎn)；（3）礦井水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，正常涌水量110m3/h，最大涌水量135m3/h;（4）井田內(nèi)煤層賦存深,覆蓋層厚度在500m以上,表土含水豐富；（5）古近系甘肅群下部砂巖結(jié)構(gòu)松軟、含水豐富,井筒施工困難；（6）除了東部的向斜和中部的背斜外,井田內(nèi)無(wú)大斷層,具有采用機(jī)械化采煤的條件。（7）具有較好的鐵路外運(yùn)條件,有加大開(kāi)發(fā)強(qiáng)度的必要。（8）井型定為4.00Mt/a,礦井的服務(wù)年限為99a。

二、礦井開(kāi)拓方案設(shè)計(jì)1.井筒形式和井口位置（1）井筒形式：立井（2）井筒和工業(yè)廣場(chǎng)位置：井田南部（3）井口和工業(yè)廣場(chǎng)合適的地點(diǎn)：Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ（4）通風(fēng)方式：前期中央并列式通風(fēng)，后期分區(qū)式通風(fēng)。

2.開(kāi)采水平數(shù)目和標(biāo)高位置（1）方案甲水平垂高：+940m；首采區(qū)上山長(zhǎng)度：1700m，儲(chǔ)量為258Mt；首采區(qū)下山長(zhǎng)度：1580m，儲(chǔ)量為278Mt；優(yōu)點(diǎn)：上、下山儲(chǔ)量比例適宜；缺點(diǎn)：副井井底和井底車場(chǎng)連接處圍巖條件差,斷面大時(shí)施工困難,施工難度大。

（2）方案乙水平垂高：+930m；首采區(qū)上山長(zhǎng)度：1560m，儲(chǔ)量為282Mt；首采區(qū)下山長(zhǎng)度：1720m，儲(chǔ)量為255Mt；優(yōu)點(diǎn)：上、下山長(zhǎng)度和上、下山儲(chǔ)量皆宜；副井井底和井底車場(chǎng)連接處圍巖條件好,也有利于車場(chǎng)和主要硐室布置。

（3）方案丙水平垂高：+915m；優(yōu)點(diǎn)：上、下山長(zhǎng)度和上、下山儲(chǔ)量都能滿足生產(chǎn)和設(shè)備的要求。缺點(diǎn)：井底圍巖條件差,不利于車場(chǎng)和主要硐室的布置。

小結(jié)：通過(guò)比較,確定使用方案乙（+930m水平）較為合適。

3.開(kāi)采水平的巷道布置水平大巷在西北部基本沿煤層走向布置,在東南部穿越大背斜布置;井型大,生產(chǎn)集中,運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸,軌道大巷采用電機(jī)車運(yùn)輸。

4.開(kāi)拓方案概述（1）方案一：

井口及工業(yè)廣場(chǎng)位置：

Ⅰ

開(kāi)拓方式：立井單水平開(kāi)拓

主、副井口標(biāo)高：+1480m

井底車場(chǎng)：+930m水平環(huán)形車場(chǎng)

大巷布置：水平軌道大巷按3‰坡度掘進(jìn)，膠帶大巷沿5#

煤層底板掘進(jìn),回風(fēng)大巷沿5#煤層中部布置

大巷與井底車場(chǎng)連接方式：軌道石門、回風(fēng)石門通風(fēng)方式：初期中央并列式通風(fēng)（抽出式），后期分區(qū)式通風(fēng)。采區(qū)劃分：13個(gè)采區(qū),其中5#煤10個(gè),3#煤3個(gè)；首采區(qū)：東一和西一兩個(gè)采區(qū)

方案一平面圖1—主立井;2—副立井;3—回風(fēng)立井;4—+930m水平東部軌道大巷;5—東部帶式輸送機(jī)大巷;6—東部回風(fēng)大巷;7—+930m水平西部軌道大巷;8—西部帶式輸送機(jī)大巷;9—后期進(jìn)、回風(fēng)立井方案一Ⅰ-Ⅰ剖面圖1—主立井;2—副立井;3—回風(fēng)立井;4—井底煤倉(cāng);5—上倉(cāng)帶式輸送機(jī)大巷;6—分區(qū)煤倉(cāng);7—+930m水平西部軌道大巷方案一Ⅱ-Ⅱ剖面圖1—主立井;2—副立井;3—回風(fēng)立井;4—井底煤倉(cāng);5—上倉(cāng)帶式輸送機(jī)大巷;6—分區(qū)煤倉(cāng);7—+930m水平西部軌道大巷；8—西部回風(fēng)大巷；9—西部帶式輸送機(jī)大巷；10—東部帶式輸送機(jī)大巷；11—+930m水平東部軌道大巷；12—東二采區(qū)上山（2）方案二：

井口及工業(yè)廣場(chǎng)位置：

Ⅳ

開(kāi)拓方式：立井單水平開(kāi)拓

主、副井口標(biāo)高：+1150m

井底車場(chǎng)：+930m水平環(huán)行井底車場(chǎng)

大巷布置：沿煤層走向設(shè)+930m水平軌道大巷,沿5#煤層底板布置膠帶大巷,沿5#煤層中部布置回風(fēng)大巷

大巷與井底車場(chǎng)連接方式：軌道石門、進(jìn)風(fēng)石門和膠帶石門通風(fēng)方式：初期中央并列式通風(fēng)，后期中央邊界式通風(fēng)

采區(qū)劃分：15個(gè)采區(qū),其中5#煤11個(gè),3#煤4個(gè)；首采區(qū)：北一和北三采區(qū)

方案二1—主立井;2—副立井;3—回風(fēng)立井;4—+930m水平東部軌道大巷;5—+930m水平進(jìn)風(fēng)石門;6—+930m水平帶式輸送機(jī)石門;7—+930m水平軌道大巷;8—+930m水平帶式輸送機(jī)大巷;9—后期進(jìn)、回風(fēng)立井（3）方案三：

井口及工業(yè)廣場(chǎng)位置：

Ⅱ

開(kāi)拓方式：立井開(kāi)拓

主、副井口標(biāo)高：+1510m

井底車場(chǎng)：+1030m

環(huán)行井底車場(chǎng)輔助水平開(kāi)采：+1030m水平和+930m水平

大巷布置：南北向+1030m水平軌道大巷,沿5#煤層底板設(shè)膠帶大巷,沿5#煤層中部設(shè)回風(fēng)大巷。

輔助水平連接方式：利用北四采區(qū)的集中膠帶下山連接