矿井开采设计实例讲义

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1、,矿井开采设计实例 本节课要点： 1.矿井开采设计的依据、程序和内容 2.矿井开采设计方法 3.矿井开拓设计方案比较示例,学习目的与要求： 通过学习，要求学生了解矿井开采设计的程序与内容，矿井开采设计方法及评价准则，掌握方案比较法的内容、步骤与注意事项，具有应用方案比较法进行矿井开采设计的能力。,一、矿井开采设计包括：编制计划任务书（设计任务书）、编制设计文件、建设施工、竣工验收和交付生产。 二、矿井开采设计分两部分按两个阶段进行： 1.开采方案设计：确定全矿或某一部分的开拓部署、井巷布置、生产系统等主要技术原则； 2.井巷施工设计：根据已批准的初步设计或方案设计而进行单位工程施工图设计。 三

2、、矿井开采设计分为：提交项目建议书、可行性研究、初步设计、施工图设计四个部分进行。,矿井设计的依据 (1)设计任务书 (2)精查地质报告 (3)国家总的建设方针、政策及现行有关标准和规范的要求 (4)经批准的上阶段设计确定原则,第一节 矿井开采设计的程序和内容,设计任务书又称计划任务书,是生产管理部门向设计部门委托设计任务的文件。其中明确规定了拟建项目的任务和设计内容、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。 井田地质勘探报告是为矿井初步设计提供可靠的资源储量的依据。保证井田境界和矿井井型不致因地质资料不准确而发生重大变化,影响煤炭资源既定的工业用途。对地质条件特别

3、复杂的小型煤矿及地方小煤矿,可以详查最终地质勘探报告作为资源储量的依据。,为使煤炭工业基本建设健康发展,必须遵循国家正式颁发的与建设项目有关的方针政策,规程规范、规章制度和技术方向等；或国家对建设项目明确规定的有关文件,如指定采用某种设备或标准 (通用、定型)设计等,井可作为设计依据。经过批准的上一阶段设计中所确定的原则和技术标准，可作为下一阶段设计的依据。例如,井田划分、井型、开拓方式、机械设备造型、产品加工：工艺等。除个别情况下,由于当时条件的限制或某种原因所致,允许初步设计做局部修改以外,矿井初步设计所确定的设计原则,在做施工图设计时,般不允许做较大修改。 除上述设计依据外，已签订的与建

4、设项目有关的外部协议、文件等,设计时也应考虑遵循。,矿井开采设计的程序和内容 1、提交矿井项目建议书 2、矿井建设可行性研究：是对矿井建设的必要性、注意技术原则方案和技术经济合理性的全面论证和综合评价。 3、矿井初步设计：是指导矿井建设的技术经济文件，经批准后是安排矿井建设计划和组织实施的依据。 4、施工图设计：是矿井建设、巷道施工的依据。 三、矿井设计工作的原则 1、提高设计水平，保证设计质量 2、保证合理的设计周期 3、加强设计审批工作,矿井开采设计方法矿井设计包括井田开拓、采区准备和采煤方法，以及巷道掘进、矿井提升、运输、通风、排水、动力供应等各个生产系统。其中以井田的开采设计为中心。矿

5、井开采设计主要应解决井田开采的技术方案和确定各项开采参数，如确定井田开拓方式、新水平开拓延深方案、采准巷道布置及生产系统，选择采煤方法，确定阶段垂高、采区走向长度、采煤工作面长度等。使所选用的方案及参数在技术上是优越的，经济上是合理的，安全上是可靠的。,技术上的优越是指所选用的方案生产系统简单、可靠、安全,采用了适合于该矿具体条件的先进技术，有利于采用新技术新工艺，有利于实现生产过程的机械化、综合机械化及自动化，有利于生产的集中化,有利于提高资源采出率，有利于加强生产技术管理,有利于安全生产。 经济上合理是指所选用的方案吨煤生产能力的基本建设投资少和矿井吨煤生产费用低；特别是初期建设投资少，劳

6、动生产效率高，矿井建设时间短，投资效果好，投资回收期短，矿井经济效益高。 安全可靠：矿井有良好的生产环境，生产系统可靠性高。,方案比较法 1、方案比较的步骤和内容 （1）熟悉基础资料，提出设计方案；进行技术论证。 （2）可选方案进行经济比较。 （3）根据经济比较结果，综合择优确定矿井开拓主导方案。 （4）对主导方案分支中各局部方案进一步优化， (5) 编写方案的设计说明书，绘出设计方案相关图纸。,方案比较法应注意问题： 1.方案比较法是综合决策的过程。要考虑技术优越，经济合理还要考虑符合国家政策。 2.方案比较法是重点比较的过程。费用相同或相近的项目可不参与比较。 3.方案比较法要注意个方案的

7、可比性。条件，范围和单价与各指标要一致性。 4.方案比较法应从实际出发具体问题具体分析。 由于资料准确性差，10%以内可认为相等。,其他设计方法 1、统计分析法 2、标准定额法 3、数学分析法 4、经济数学规划法,1、统计分析法统计分析法就是根据现有生产矿井的实际情况，针对需要解决的问题进行调查统计，借以数学分析方法，分析某些技术参数之间的关系，某些参数的合理平均值或可取值范围。 2、标准定额法标准定额法是以规范、规程和规定的形式对开采设计中的某些技术条件或参数值做出具体规定，而后据此规定条件确定某设计方案内其他有关参数。,3、数学分析法数学分析法通常是以吨煤费用最低为准则,列出吨煤费用与所求

8、参数之间的函数关系，采用微分法求极值的原理求解开采设计方案中某些参数的有利值,这种方法称为微分求极值法，也称为数学分析法。适用于设计项目为定黾参数,初始数据为确定型，变量数日较少的情况。 4、经济数学规划法应用了经济数学中线性规划的理论，借助于电子计算机进行矿井开采设计，选择最优方案的一种方法。,第三节 矿井开拓设计方案比较示例,1、井田概况 2、开拓方案技术比较 3、经济比较 4、综合比较,1.设计基本条件 2.提出的设计方案 3.技术分析论证 4.经济比较主要内容 5.综合确定设计方案 6.进行巷道施工设计,井口及工业广场位置 的方案比较,井田开拓方式的方案比较,开拓方案二平面图,各方案工

9、程量投资比例表,各方案工程量投资比例表（接上表）,各方案投产20年内生产经营费比较,各方案投产20年内生产经营费比较表,2.采区方案设计实例 第一节 采区设计的依据、程序和步骤 一、采区设计的依据 1、已批准的地质报告 1）矿井开采设计 3）采区地质说明书； 3）附图。,采区设计通常分两个阶段： （1）方案设计：确定采区主要技术特征的采区方案设计。 （2）施工设计：根据批准的方案而进行的采区单位工程巷道施工图设计。 2、采区设计的步骤进行采区设计要认真学习有关煤矿生产、建设的政策法规，收集有关地质和开采技术资料，掌握上级管理部门对采区设计的具体规定。依据矿井开采设计方案进行设计。,主要步骤：

10、（1）明确设计任务，掌握设计依据。 （2）深入现场，调查研究。（3）研究方案，编制设计。 （4）审批方案设计。 （5）进行施工图设计。,采区设计的内容 一、采区设计说明书 （1）采区基本概况：采区位置、境界、开采范围及与邻近采区的关系；可采煤层埋藏的最大垂深，有无小煤窑和采空区积水；与邻近采区有无压茬关系等。 （2）采区煤层及围岩：煤层的走向、倾斜、倾角及其变化规律、煤层厚度、层数、层间距离、夹矸层厚度及其分布，顶底板的岩石性质及其厚度等赋存情况及煤质，采区主要地质构造对采区设计影响情况。 （3）储量及生产能力：确定采区生产能力，计算采区储量（工业储量、可采储量）和高级储量所占的比例，计算采区

11、服务年限并确定采区同时生产的工作面数目。 （4）采区巷道布置方案设计：确定采区准备巷道布置方式。,（5）采煤方法设计：选择采区主要采煤方法和选择进行采掘工作面的开采机械装备选择设计。 （6）采区机电设计：进行采区所需机电设备的选型计算，确定所需设备型号及数量，采区信号、通讯与照明等。 （7）采区通风设计：进行采煤工作面、掘进工作面通风设计计算，计算采区总需风量的并进行风量分配计算。 （8）采区其他系统：煤体洒水、掘进供水、压气、充填和灌浆等管道的选择及其布置。 （9）安全技术及组织措施。 （10）计算采区巷道掘进工程量。 （11）编制采区设计的主要技术经济指标。,二、采区设计图纸 采区设计所需

12、图纸包括：地质柱状图、采区井上下对照图、煤层底板等高线土、储量计算及剖面图等。 采区设计图纸主要包括： （1）采区巷道布置平面及剖面图 （比例：11000或12000）； （2）采区采掘机械配备平面图 （比例：11000或12000）； （3）采区工作面布置图（比例：150或1200）； （4）采区通风系统（最大、最小负压）示意图； （5）瓦斯抽放系统图（低瓦斯矿井不要）；,（6）采区管线布置图（包括防尘、洒水、灌浆管路布置等）； （7）采区轨道运输系统图（比例：11000或12000）； （8）采区供电系统图（比例：11000或12000）； （9）采区避灾路线图； （10）采区车场图（比例

13、：1200或1500）； （11）采区巷道断面图（比例：150或120） （12）采区轨道交岔点图（比例：150或1100）； （13）采区硐室布置图（比例：1200）。,第三节 采区参数的确定 一、采区尺寸 （一）影响采区尺寸的因素 1、地质条件 （1）地质构造。 （2）煤层及围岩稳定程度。 （3）自然发火。 （4）再生顶板形成时间。 （5）煤层倾角。 2、生产技术条件 （1）区段平巷的运输设计。（2）设备搬迁。（3）采区供电。 3、经济因素,（二）采区尺寸数值采区尺寸包括采区走向长度和倾斜长度。使用单体液压支柱的普采工作面采区，其走向长度一般为15002000m。综采采区宜用单面布置，其走

14、向长度一般不小于1000m；当双面布置时，一般不小于2000m。,二、采煤工作面长度 （一）影响工作面长度的因素 1、煤层赋存条件。 煤层厚度；煤层倾角；围岩性质；地质构造。 2、机械装备及技术管理水平 采煤机、输送机、顶板控制、工作面通风。 3、巷道布置 （二）采煤工作面长度综采：150200m；普采：120150m；炮采：80150m；对拉工作面：200300m；急斜煤层采用伪斜柔性掩护支架采煤法的工作面：3060m。,三、采区煤柱尺寸 1、采区上（下）山间的煤柱宽度（沿走向）：薄及中厚煤层为20m；厚煤层为2025m。 2、上下区段平巷之间的煤柱宽度：薄及中厚煤层约为815m；厚煤层约为

15、30m。 3、运输大巷一侧煤柱宽度：薄及中厚煤层约为2030m；厚煤层约为2550m。 4、回风大巷一侧煤柱宽度：薄及中厚煤层约为20m；厚煤层约为2030m。 5、采区边界两个采区之间的煤柱宽度为10m。 6、断层一侧煤柱宽度根据断层落差及含水等具体情况而定：落差大且含水时留3050m，落差较大时留1015m；采区内落差小的断层通常不留煤柱。,四、采区生产能力 是采区内同时生产的采煤工作面出煤量的总和。 （一）采区生产能力的影响因素 1、地质因素； 2、采煤、掘进、运输的机械化程度和通风、供电能力； 3、采区储量； 4、采区产量的稳定性。 （二）确定采区生产能力的方法,式中：AB采区生产能力

16、，万t/a； A0i第i个采煤工作面产量，万t/a； n同时生产的采煤工作面个数； k1采区掘进出煤系数，取1.1； k2工作面之间出煤影响系数， n=2时取0.95，n=3时取0.9。,1、一个采煤工作面产量,式中：L采煤工作面长度，m； v0工作面推进度，m/a； m煤层厚度或采高，m； 煤的体积密度，t/m3； C0采煤工作面采出率。,2、采区内同时生产的工作面数目 （1）采区运输能力,An设备生产能力，t/h； 0运输设备正常工作系数，取0.70.9； K产量不均衡系数，取1.21.3； T日出煤时间，h。,v巷道内允许的最大风速，m/s； S巷道净断面积，m2； C生产1t煤需要的风

17、量，m3/（mint） C1风量备用系数。,（2）采区通风能力,采区准备方式的发展方向准备方式的多样化，采（盘、带）区的大型化，采区布置的单层化和全煤巷化。 一、准备方式多样化国有重点煤矿中，主要采用采区式、盘区式和带区式准备，其产量比重分别占65%、20%和15%，分段式准备仅在个别矿井中采用。 20世纪80年代以前，除近水平煤层外，均采用采区式准备；20世纪80年代以来，我国在倾角12以下煤层，推广发展倾斜长壁开采的带区式准备。采区式准备的主要发展方向：扩大采区尺寸及生产能力，增大采煤工作面连续推进长度；普采采区发展多种形式的联合布置，减少矿井同采采区数、生产集中化；综采采区及单产较高的变更采区内，在区段、采区范围内发展单层化布置，减少岩石巷道及大巷联络巷，简化生产系统。,