第二十一章-矿井开采设计-煤矿开采学课件.ppt

第二十一章第二十一章 矿井开采设计矿井开采设计第一节第一节 矿井开采设计的依据矿井开采设计的依据第一节第一节矿井开采设计的依据矿井开采设计的依据一、设计任务书一、设计任务书设计任务书（计划任务书）设计任务书（计划任务书）生产管理部门向设计部门委托设计任务的文件。生产管理部门向设计部门委托设计任务的文件。规规定定拟拟建建项项目目的的任任务务和和设设计计内内容容、技技术术方方向向、设设计计阶阶段段、设设计计原则、计划按排以及配套工程的发展计划与要求原则、计划按排以及配套工程的发展计划与要求二、精查地质报告二、精查地质报告井井田田精精查查地地质质报报告告是是为为矿矿井井初初步步设设计计提提供供可可靠靠的的资资源源储储量量的的依依据据。保保证证井井田田境境界界和和矿矿井井井井型型不不致致因因地地质质资资料料不不准准而而发发生生重重大大变化，影响煤炭资源既定的工业用途。变化，影响煤炭资源既定的工业用途。包括：地质构造、储量、煤质及用途、水文地质包括：地质构造、储量、煤质及用途、水文地质三、国家总的建设方针、政策及有关规程和规范三、国家总的建设方针、政策及有关规程和规范煤炭工业矿井设计规范煤炭工业矿井设计规范煤矿安全规程等煤矿安全规程等四、经批准的上一阶段设计确定的原则四、经批准的上一阶段设计确定的原则主讲：林世豪第二节第二节 矿井开采设计的程序和内容矿井开采设计的程序和内容一、矿井设计程序一、矿井设计程序 根根据据批批准准后后的的矿矿区区建建设设可可行行性性研研究究报报告告进进行行矿矿区区总总体体设设计计；矿矿区区总总体体设设计计批批准准后后进进行行矿矿井井可可行行性性研研究究；矿矿井井可可行行性性研研究究报报告告批批准准后后进进行行矿矿井井初初步步设设计计；矿矿井井初初步步设设计计审审批批后后进进行行矿矿井施工图设计。井施工图设计。二、矿井设计内容二、矿井设计内容主讲：林世豪采矿工程专业毕业设计大纲（一般部分）采矿工程专业毕业设计大纲（一般部分）*煤矿煤矿#万吨万吨/a a新井（初步）设计新井（初步）设计第一章第一章 矿区概述及井田地质特征矿区概述及井田地质特征第一节第一节 矿区概述矿区概述第二节第二节 井田地质特征井田地质特征第三节第三节 煤层特征煤层特征第二章第二章 井田境界和储量井田境界和储量第一节第一节 井田境界井田境界第二节第二节 矿井工业储量矿井工业储量第三节第三节 矿井可采储量矿井可采储量主讲：林世豪第六章第六章 采煤方法采煤方法第一节第一节 采煤工艺方式采煤工艺方式第二节第二节 回采巷道布置回采巷道布置第七章第七章 井下运输井下运输第一节第一节 概述概述第二节第二节 采（盘）区或带区运输设备选择采（盘）区或带区运输设备选择第三节第三节 大巷运输设备选择大巷运输设备选择第八章第八章 矿井提升矿井提升第一节第一节 概述概述第二节第二节 主副井提升主副井提升主讲：林世豪毕业设计说明书毕业设计说明书1 1份份毕业设计大图毕业设计大图5 5张张第九章第九章 矿井通风及安全技术矿井通风及安全技术第一节第一节 矿井通风系统选择矿井通风系统选择第二节第二节 采（盘）区或带区及全矿所需风量采（盘）区或带区及全矿所需风量第三节第三节 全矿通风阻力的计算全矿通风阻力的计算第四节第四节 通风机选型通风机选型第五第五节节 防止特殊灾害的安全措施防止特殊灾害的安全措施第十章第十章 设计矿设计矿井基本技井基本技术经济术经济指指标标主讲：林世豪矿井初步设计提交下列文件：矿井初步设计提交下列文件：初步设计说明书；初步设计说明书；初步设计主要机电设备和器材目录；初步设计主要机电设备和器材目录；初步设计概算书；初步设计概算书；初步设计安全专篇；初步设计安全专篇；初步设计三材清册和附图。初步设计三材清册和附图。主讲：林世豪矿井开采设计步骤矿井开采设计步骤(3)(3)方案经济比较方案经济比较 考虑下列费用：考虑下列费用：基基本本建建设设费费：井井巷巷开开凿凿费费；建建筑筑物物及及结结构构物物的修建费及一些特殊的设备费等；的修建费及一些特殊的设备费等；生生产产经经营营费费：巷巷道道维维护护费费；运运输输提提升升费费；排排水费；通风费等：水费；通风费等：(4)(4)方案的多目标综合评价优选。方案的多目标综合评价优选。(5)(5)对对方方案案作作出出详详细细的的文文字字说说明明，并并绘绘出出设设计计图图纸纸主讲：林世豪方案比较法方案比较法 对不同的方案进行技术经济分析和对比，从中选对不同的方案进行技术经济分析和对比，从中选出相对最优越的方案。出相对最优越的方案。1 1方案比较的内容方案比较的内容应比较的主要项目和内容应比较的主要项目和内容(1)(1)工程量工程量井井巷巷工工程程量量(井井巷巷长长度度或或掘掘进进体体积积，硐硐室室掘掘进进体体积积)；地地面面建建筑筑工工程程量量(厂厂房房及及其其他他建建筑筑物物的的建建筑筑面面积积和和结构物，轨道、管路、线路长度结构物，轨道、管路、线路长度)；机机电电设设备备的的安安装装工工程程量量(设设备备台台数数或或成成套套设设备备套套数数、管路和线路的长度管路和线路的长度)；其他工程量其他工程量(占用的农田面积、平整土地石方数量占用的农田面积、平整土地石方数量)。主讲：林世豪2 2方案比较注意事项方案比较注意事项(1)(1)不要遗漏方案不要遗漏方案；(2)(2)只考虑重要项目的费用只考虑重要项目的费用重重要要项项目目：井井巷巷工工程程费费、地地面面建建设设费费、煤煤的的运运输输提提升升费费、井巷维护费；井巷维护费；(3)(3)相同费用项目可以不比较相同费用项目可以不比较；对影响不大、差别很对影响不大、差别很小的费用项目也可不比较小的费用项目也可不比较。低瓦斯矿井的通风费、涌水量小的矿井的排水费低瓦斯矿井的通风费、涌水量小的矿井的排水费方案是专门研究通风或排水问题，则必须进行比较方案是专门研究通风或排水问题，则必须进行比较。例例：两两方方案案的的井井底底车车场场及及地地面面设设施施相相同同，井井型型相相同同时时，可可看看作作是是相相同同的的项项目目不不予予比比较较；如如两两方方案案井井型型不不同同，则则分分摊摊于于吨吨煤煤生生产产能能力力的的投投资资不不同同，不不能能认认为为是是相相同同的的项项目，须全面的计算和比较。目，须全面的计算和比较。主讲：林世豪(9)(9)两两个个方方案案费费用用差差额额不不超超过过1010时时，即即认认为为此此两方案两方案在经济上是等价的。在经济上是等价的。(10)(10)最最终终评评价价时时，正正确确估估计计各各项项影影响响因因素素在在所所研究方案中的重要程度，选取最优方案。研究方案中的重要程度，选取最优方案。主讲：林世豪第三节第三节 矿井开拓设计方案比较示例矿井开拓设计方案比较示例一、井田概况一、井田概况某矿地面为平原地带某矿地面为平原地带井田范围内地表标高为井田范围内地表标高为+80+809090m m，表表土土及及风风化化带带厚厚度度(垂垂高高)约约50506060m m，有有流流砂砂层层，井井田田中部较薄，井田境界处较厚。中部较薄，井田境界处较厚。煤层煤层+30+30m m-420m-420m底板等高线为界，底板等高线为界，主讲：林世豪煤煤层层成成层层平平稳稳，地地质质构构造造简简单单，无无大大断断层层，煤煤质质中中硬硬，属属优优质质瘦瘦贫贫煤煤，煤煤尘尘无无爆爆炸炸性性危危险险，无无自自燃燃倾倾向向；平平均容重为均容重为1 13232t tm m3 3。本本矿矿瓦瓦斯斯含含量量大大，涌涌水水量量较较大大，矿矿井井正正常常涌涌水水量量为为380380m m3 3h h表表253253煤层地质条件煤层地质条件煤煤层层层厚层厚m m间距间距m m顶板顶板底板底板m m1 1m m2 2m m3 3m m4 41.81.81.91.91.61.62.02.0151520201515直直接接顶顶为为厚厚8 8m m的的页页岩岩，老老顶顶为为厚厚4 4m m的砂岩的砂岩页岩、砂页岩、砂岩互层页岩、砂页岩、砂岩互层页岩、砂页岩、砂岩互层页岩、砂页岩、砂岩互层页岩、砂页岩、砂岩互层页岩、砂页岩、砂岩互层直直接接底底厚厚1010m m页岩页岩下下为为4040m m厚厚层层砂岩砂岩mm7.37.3主讲：林世豪 工业储量工业储量ZgZgZg=9000Zg=9000 17401740（1.8+1.9+1.6+2.01.8+1.9+1.6+2.0）1.321.32=15089.976=15089.976万万t t 可采可采储储量量Zk=(Zg-P)CZk=(Zg-P)CP-P-永久煤柱永久煤柱损损失，工广，境界煤柱；失，工广，境界煤柱；C-C-采采区区采采出出率率，中中厚厚煤煤层层，煤煤炭炭工工业业矿矿井井设设计计规规范范要要求求C C为为8080永久煤柱永久煤柱损损失失约约占工占工业储业储量的量的5 5。P=Zg 5%P=Zg 5%=15089.976*5%=15089.976*5%=7.544988=7.544988万万t tZk=(Zg-P)CZk=(Zg-P)C=(15089.976-7.544988)80%=(15089.976-7.544988)80%=11468=114684 4万万t t主讲：林世豪 生产能力和服务年限生产能力和服务年限T T取取6060年，求年，求A AT=Zk/T=Zk/（1 14A4A），），A=136.5A=136.5万万t/at/a根根据据煤煤层层赋赋存存情情况况和和矿矿井井可可采采储储量量，遵遵照照煤煤炭炭工工业业矿矿井井设设计计规规范范规规定定，将将矿矿井井生生产产能能力力A A确确定定为为120120万万t ta a，储储量量备备用用系系数数按按1 14 4计计算算，可可得得矿井服务年限为矿井服务年限为T=11468T=114684/4/（1 14 4 120120）=68=6826 a.26 a.K K：地地质损质损失增大；采出率降低；失增大；采出率降低；矿矿井增井增产产主讲：林世豪 备用储量计算备用储量计算算法算法1 1120120万万t ta a 686826a=819126a=81912 2万万t t11468114684 4万万t-8191t-81912 2万万t=3277t=32772 2万万t t算法算法2 2T=11468T=114684/4/（1 14 4）0.40.4=3276.7=3276.7万万t t估估计计约约有有5050为为采采出出率率过过低低和和受受未未预预知知小小地地质质破破坏坏影影响所损失的储量。响所损失的储量。3276.73276.7万万t t 5050=1638.3=1638.3万万t t 全井田实际采出储量全井田实际采出储量11468114684-1638.34-1638.3万万t=t=983098301 1万万t t主讲：林世豪二、开拓方案技术比较二、开拓方案技术比较 井筒形式井筒形式地形平坦，无平硐条件地形平坦，无平硐条件表上较厚且有流砂层立井开拓表上较厚且有流砂层立井开拓(主井设箕斗主井设箕斗)井筒位置井筒位置按按流流砂砂层层较较薄薄、井井下下生生产产费费用用较较低低的的原原则则，井井筒筒位于井田走向中部流砂层较薄处。位于井田走向中部流砂层较薄处。井筒数目井筒数目为避免采用箕斗井回风时封闭井塔等困难为避免采用箕斗井回风时封闭井塔等困难减减少少穿穿越越流流砂砂层层开开凿凿风风井井的的数数目目，决决定定采采用用中中央央边界式通风边界式通风主立井、副立井，风井主立井、副立井，风井主讲：林世豪开采水平的设置开采水平的设置 要不要上下山开采要不要上下山开采井井田田瓦瓦斯斯和和涌涌水水均均较较大大，下下山山开开采采在在技技术术上上的的困困难难较较多多，故故决决定定阶阶段段内内均均采采用用上上山山开开采采，井井田内不能单水平上下山开采的开拓。田内不能单水平上下山开采的开拓。采区划分采区划分阶阶段段内内采采用用采采区区准准备备方方式式，每每个个阶阶段段沿沿走走向向划划分分为为6 6个走向个走向长长15001500m m的采区。的采区。在在井井田田每每翼翼布布置置一一个个生生产产采采区区，采采用用采采区区前前进进式开采式开采顺顺序。序。主讲：林世豪表表254254阶段主要参数阶段主要参数阶阶段段数数目目阶阶段段斜斜长长/m m水水平平垂垂高高/m m水水 平平 实实际际出出煤煤/万万t t服务年限服务年限a a区区段段数数目目/个个区区段段斜斜长长/m m区区 段段 采采出出煤煤量量/万万t t水平水平采区采区2 28708702252254915.054915.0534.1334.1311.38+111.38+15 51741746 6 163.8163.84 47407401911914180.624180.6229299 97+17+14 41851856 6 174.1174.19 93 35005001291292824.742824.7419.6119.616.54+16.54+13 31671676 6 156.9156.93 35005001291292824.742824.7419.6119.616.54+16.54+13 31671676 6 156.9156.93 3水水平平采采出出煤煤量量计计算算中中把把储储量量备备用用系系数数1 14 4所所指指的的备备用用储储量量，一一半半划划为为地地质质损损失失，另另一一半半则则划划为为增增产产储储量量；该该增增产产储储量量合合并并计计入入水水平平实实际际采采出出煤煤量量中中。采采区区服服务务年年限限按按设设计计平平均均服服务务年年限限加加上上一年产量递增、递减期计算一年产量递增、递减期计算主讲：林世豪水平垂高水平垂高H=H=阶段斜长阶段斜长 sinsin870870 sin15=225.17msin15=225.17m740740 sin15=191msin15=191m500500 sin15=129msin15=129m水平实际出煤水平实际出煤/万万t t两个阶段两个阶段：983098301 1万万t/2=4915.05t/2=4915.05万万t t三个阶段三个阶段:第一阶段斜长第一阶段斜长740740m m第一阶段实际出煤第一阶段实际出煤(9830(98301 1万万t/1740m)t/1740m)740m=4180.62740m=4180.62万万t t第二阶段斜长第二阶段斜长500500m m第二阶段实际出煤第二阶段实际出煤(9830(98301 1万万t/1740m)t/1740m)500m=2824500m=28247474万万t t第三阶段斜长第三阶段斜长500500m m第三阶段实际出煤第三阶段实际出煤(9830(98301 1万万t/1740m)t/1740m)500m=2824500m=28247474万万t t主讲：林世豪 采区服务年限采区服务年限两个采区保证产量，即两个采区同采两个采区保证产量，即两个采区同采每个采区服务时间；每个采区服务时间；方案一方案一一水平一水平34.1334.13a/3=11.38a+1 aa/3=11.38a+1 a二水平二水平34.1334.13a/3=11.38a+1 aa/3=11.38a+1 a方案二方案二一水平一水平2929a/3=9a/3=97+1 a7+1 a二水平二水平19196161a/3=6.54+1 aa/3=6.54+1 a三水平三水平19196161a/3=6.54+1 aa/3=6.54+1 a主讲：林世豪 区段数目及区段斜长区段数目及区段斜长方案一方案一一水平一水平5 5个区段个区段870870m/5=174m/5=174二水平二水平5 5个区段个区段870870m/5=174mm/5=174m方案二方案二一水平一水平4 4个区段个区段740740m/4=185mm/4=185m二水平二水平3 3个区段个区段500500m/3=167mm/3=167m三水平三水平3 3个区段个区段500500m/3=167mm/3=167m主讲：林世豪 大巷布置方案大巷布置方案集中大巷布置集中大巷布置各煤层间距较小各煤层间距较小岩岩石石大大巷巷为为减减少少煤煤柱柱损损失失和和保保证证大大巷巷维维护护条条件件岩岩石石大大巷巷位位置置底底板板下下垂垂距距为为3030m m的的厚厚层层砂砂岩岩内内上阶段运输大巷留作下阶段回风大巷上阶段运输大巷留作下阶段回风大巷集中岩石上山联合准备，中央采区上山位于底集中岩石上山联合准备，中央采区上山位于底板下垂距为大于板下垂距为大于3030m m的砂岩中，并在采后加以的砂岩中，并在采后加以维护，留作下阶段的总回风通道及安全出口。维护，留作下阶段的总回风通道及安全出口。其他采区上山位于距其他采区上山位于距m4m4煤层底板约煤层底板约2020m m的砂岩的砂岩中，采后报废。中，采后报废。上山布置上山布置主讲：林世豪 技术上可行的开拓延深方案技术上可行的开拓延深方案方案一立井两水平直接延深方案一立井两水平直接延深方案二立井两水平暗斜井延深方案二立井两水平暗斜井延深主讲：林世豪方案一立井两水方案一立井两水平直接延深平直接延深方方案案二二立立井井两两水水平平暗暗斜斜井井延延深深方案一和方案二的区别：方案一和方案二的区别：第二水平是用暗斜井延深还是直接延深立井第二水平是用暗斜井延深还是直接延深立井方方案案一一需需多多开开立立井井井井筒筒(2(2 225225m)m)、阶阶段段石石门门800800m m和和立立井井井井底底车车场场，并并相相应应地地增加了井筒和石门的运输、提升、排水费用。增加了井筒和石门的运输、提升、排水费用。方方案案二二则则多多开开暗暗斜斜井井井井筒筒(倾倾角角1515，2 2 870870m)m)和和暗暗斜斜井井的的上上、下下部部车车场场；并并相相应地增加了斜井的提升和排水费用应地增加了斜井的提升和排水费用主讲：林世豪方案三立井三水平直接延深方案三立井三水平直接延深方案四立井三水平暗斜井延深方案四立井三水平暗斜井延深主讲：林世豪方案三立方案三立井三水平井三水平直接延深直接延深方案四立方案四立井三水平井三水平暗斜井延暗斜井延深深方案三和方案四的区别方案三和方案四的区别第三水平是用暗斜井延深还是直接延深立井。第三水平是用暗斜井延深还是直接延深立井。方方案案三三需需多多开开立立井井井井筒筒(2(2 130130m)m)、阶阶段段石石门门600600m m和和立立井井井井底底车车场，并相应地增加了井筒和石门的运输、提升、排水费用。场，并相应地增加了井筒和石门的运输、提升、排水费用。方方案案四四则则多多开开暗暗斜斜井井井井筒筒(500(500m+580m)m+580m)和和暗暗斜斜井井的的上上（300300m m）、下部车场（下部车场（500500m m）；）；并相应地增加了暗斜井的提升和排水费用并相应地增加了暗斜井的提升和排水费用主讲：林世豪三、开拓方案经济比较三、开拓方案经济比较项目项目方案方案1方案方案3初期初期主井井筒主井井筒m副井井简副井井简m井底车场井底车场m主石门主石门m运输大巷运输大巷m275+20275+5100001700240+20240+510002701700后期后期主井井简主井井简m副井井筒副井井筒m井底车场井底车场m主石门主石门m运输大巷运输大巷m22522510008006000+77002602602 10000+6000+6006000+26000+2 7700表表25-6 25-6 建井工程量建井工程量主讲：林世豪初初期期大大巷巷（750+100750+100）2=17002=1700）2=17002=1700后后 期期 大大 巷巷：一一 水水 平平（650+1500+750+100650+1500+750+100）2=60002=6000二水平二水平15001500 4+8504+850 2=77002=7700，三水平，三水平15001500 4+8504+850 2=77002=7700主讲：林世豪综合比较综合比较 方案一方案一 方案三方案三生产费用生产费用 略高略高基建费用基建费用 明显低明显低延深次数延深次数 1 1次次 两次两次基建费误差小于生产费误差基建费误差小于生产费误差开开拓拓方方案案的的综综合合评评价价可可以以采采用用矿矿井井生生产产能能力力、第第一一水水平平服服务务年年限限、初初期期基基建建投投资资、矿矿井井总总基基建建费费用用、建建井井工工期期、吨吨煤煤成成本本、煤煤炭炭采采出出率率、矿矿井井工工艺艺采采掘掘机机械械化化程度程度方方案案一一最最优优，生生产产系系统统可可靠靠，基基建建总总投投资资少少，选选方方案案一。一。主讲：林世豪