煤矿矿井设计.pdf

I 中国矿业大学“十一中国矿业大学“十一五”规划教材五”规划教材 煤矿矿井设计 汪理全 郑西贵 范中启 屠世浩 徐金海 主编 中国矿业大学应用技术学院 二OO 六年八月 II 应用型本科教材编写委员会 主 任朱开永 副主任范中启 冯平安 编 委沈通生 汪理全 柳昌庆 邸志亁 武 增 梁士杰 曾蒲君 李志聃 欧泽深 徐金海 史丽萍 杨胜强 王启广 李壮福 张双全 陈增强 王东权 主 编汪理全 郑西贵 范中启 屠世浩 徐金海 III 前 言 本书是一部中国矿业大学 “十一五” 规划教材， 同时也是中国矿业大学应用技术学院 “应 用型”采矿类系列教材之一。在编写过程中，根据本课程在采矿工程专业中的地位和性质， 注意加强了基本理论、 基本方法和基本技能方面的内容， 注意阐述煤矿设计方法的政策观念、 经济观点和安全观点。本书在结构上以设计原理和设计方法为主体，力求在阐明原理的基础 上，密切结合矿井的主要技术问题，论述设计方法的基本内容，全书各章节均有详实具体的 实例。 为照顾部分仍使用原煤炭设计标准的工程技术人员， 本书个别实例仍采用了原有设计， 在新做设计过程中，只需按照新规定对其型号、尺寸等参数进行选择即可。 全书共分12章。第1章矿区总体规划设计，本章从矿区总体设计的程序、依据、内容及 设计原则对矿区总体规划设计进行叙述；第2 章矿井设计，本章对矿井设计的程序、依据、 内容等进行的阐述，尤其突出了矿井初步设计中安全专篇的设计论述，本章另一重点为针对 矿井开采设计中方案比较法的讲解，本章也涉及到矿井的采掘关系和矿井开拓设计方案比较 内容方面的知识；第3 章矿井开拓方案设计实例，结合一具体实例对矿井开拓方案设计的实 际运用进行了举例说明；第4 章采动治理设计，本章主要为矿井开采过程中各种保护煤柱留 设的原则及方法，并对相应的煤柱留设方法进行了示例说明，并包括煤柱的回收工作及回收 时的开采管理工作；第5 章井底车场设计，本章通过分析轨道线路设计基础，对矿井井底车 场的设计要求进行了论述，并提供了具体的设计实例；第6 章准备方式设计，本章以采区式 准备方式为例分析了常用各种准备方式的优缺点及适用条件； 第7章采区巷道布置方案示例， 本章为采区式准备方式的具体应用，第8 章采区车场设计，本章结合实例对采区的上部、中 部、下部车场的形式、要求及适用条件进行了分析；第9 章采区硐室设计，本章内容主要包 括采区煤仓、变电所、绞车房及水泵房的设计；第10章采煤方法设计，本章通过对回采巷道 的布置形式和采煤工艺的设计的分析， 得出了确定选择合适采煤方法的途径； 第11章掘进工 作面作业规程编制， 第12章采煤工作面作业规程编制， 这两章包括常用的掘进和采煤工作面 的规程的编程依据、内容，并配有作业规程的编制样本。 本书是供采矿工程专业本科学生的使用，同时也可做为采矿工程技术人员的参考书。 限于编者的水平，由于时间仓促，书中一定存在某些缺点和错误，恳请读者提出批评指 正。 编 者 2006年8月 II 目 录 1 矿区总体规划设计..........................................................................................................1 1.1 矿区总体设计程序......................................................................................................................1 1.2 矿区总体设计的依据与内容....................................................................................................2 1.3 矿区总体设计原则......................................................................................................................5 2 矿井设计.........................................................................................................................14 2.1 矿井设计程序及依据................................................................................................................14 2.2 矿井初步设计内容....................................................................................................................16 2.3 矿井初步设计安全专篇内容..................................................................................................17 2.4 矿井开采设计原则与步骤.......................................................................................................19 2.5 方案比较法.................................................................................................................................21 2.5 矿井采掘关系.............................................................................................................................29 2.7 矿井开拓设计方案比较内容..................................................................................................35 3 矿井开拓方案设计实例...............................................................................................39 3.1 矿井基本资料.............................................................................................................................39 3.2 矿井开拓方案设计....................................................................................................................40 3.3 开拓方案比较.............................................................................................................................43 4 采动治理设计.................................................................................................................47 4.1 保护煤柱留设原则及方法.......................................................................................................47 4.2 保护煤柱设计示例....................................................................................................................54 4.3 煤柱回收设计.............................................................................................................................68 4.4 煤柱留设与压煤开采工作管理..............................................................................................70 5 井底车场设计.................................................................................................................72 5.1 窄轨线路.....................................................................................................................................72 5.2 井底车场设计依据及要求.......................................................................................................79 5.3 井底车场的类型及形式选择..................................................................................................81 5.4 井底车场的平面布置与坡度设计..........................................................................................83 5.5 井底车场的通过能力................................................................................................................91 5.6 井底车场的硐室设计................................................................................................................92 5.7 井底车场设计示例..................................................................................................................113 6 准备方式设计...............................................................................................................122 III 6.1 准备方式类型...........................................................................................................................122 6.2 采区设计的依据及内容.........................................................................................................123 6.3 准备巷道布置方案分析.........................................................................................................127 6.4 采区主要参数...........................................................................................................................131 7 采区巷道布置方案示例.............................................................................................134 7.1 采区概况...................................................................................................................................134 7.2 采区巷道布置方案设计.........................................................................................................135 7.3 采区设计方案比较..................................................................................................................135 8 采区车场设计...............................................................................................................139 8.1 采区车场设计依据与要求.....................................................................................................139 8.2 采区上部车场线路设计.........................................................................................................140 8.3 采区中部车场线路设计.........................................................................................................144 8.4 采区下部车场线路设计.........................................................................................................162 9 采区硐室设计...............................................................................................................183 9.1 采区煤仓设计...........................................................................................................................183 9.2 采区变电所设计......................................................................................................................187 9.3 采区绞车房设计......................................................................................................................188 9.4 采区水泵房设计......................................................................................................................190 10 采煤方法设计............................................................................................................193 10.1 回采巷道布置.........................................................................................................................193 10.2 采煤工艺设计.........................................................................................................................195 10.3 采煤方法的选择....................................................................................................................208 11 掘进工作面作业规程编制.......................................................................................211 11.1 编制概要.................................................................................................................................211 11.2 规程编制.................................................................................................................................212 11.3 掘进工作面作业规程样本...................................................................................................224 12 采煤工作面作业规程编制.......................................................................................241 12.1 编制概要.................................................................................................................................241 12.2 规程编制.................................................................................................................................242 12.3 采煤工作面作业规程样本...................................................................................................254 1 1 矿区总体规划设计矿区总体规划设计 1.1 矿区总体设计程序矿区总体设计程序 1980 年代至 20 世纪末，新矿区建设的设计程序为项目建议书、可行性研究、设计任 务书、矿区总体设计。 国家计委规定，从1991 年12 月4 日起将现行国内投资基础上设计任务书和利用外资项 目的可行性研究报告统称可行性研究报告，取消设计任务书。 2001 年5 月9日国家发展计划委员会以特急计基础［2001］782 号文国家计委关于进 一步加强煤炭基本建设大中型项目管理有关问题的通知 “各省、自治区、直辖市及计划单列市计委，神华集团公司 按照中央和国务院有关文件精神，全国煤炭工业管理体制和机构改革工作已基本完成。 为了适应新的管理体制要求，进一步理顺、规范和加强煤炭基本建设大中型项目管理，促进 煤炭工业健康发展，根据国家投融资体制改革的要求和国家关于严格执行建设程序，确保建 设前期工作质量等有关规定，现就加强煤炭工作基本建设大中型项目管理的有关问题通知如 下 （1）按照中华人民共和国矿产资源法 、 中华人民共和国煤炭法等有关法律和行政 法规的规定，煤炭资源开发应当根据国民经济和社会发展计划编制矿区综合开发规划（矿区 总体规划） 。 经批准的矿区总体规划， 是矿区开发的指导性文件， 投资者必须在总体规划指导 下依法从事资源开发和生产经营活动。 （2）矿区总体规划属政府行为。规划的编制工作，请你们会同有关部门共同研究安排。 总体规划应在矿区资源进行普查和必要的详查基础上进行，其主要内容包括矿区开发 的目的、必要性、指导思想和原则；矿区资源状况、井田划分及建设规模，开发顺序初步设 想；水源、电源、交通运输及材料供应等外部建设条件；矿区综合开发思路及配套项目情况； 矿区公用工程建设；环境保护等。 （3）矿区总体规划审批程序是大中型矿区（矿区规模 2.00 Mt／a 及以上）由矿区所 在省（区、市）计委报国家计委，由国家计委有关部门审批；总规模在2.00 Mt／a以下的矿 区总体规划，由省级计委会同有关部门审批。 （4）除新矿区要编制矿区总体规划外，目前正在生产、建设的煤炭矿区，如对原规划进 行适当调整和修改，也要结合矿区实际情况，编制矿区总体规划，并按上述程序报批。 （5） 煤矿建设项目应当符合煤炭矿区综合开发规划 （矿区总体规划） 和煤炭产业政策的 要求，并严格执行建设程序，按照国家现行规定履行报批手续。 现行基本建设前期工作程序包括项目建议书、可行性研究报告、初步设计、开工报告 和竣工验收等工作环节。只有在完成上一环节后方可转入下一环节。除国家特别批准外，各 地方、部门和企业不得简化项目建设程序。根据上述规定，考虑到煤炭行业的具体情况，煤 炭项目的审批程序按下列规定执行。 ①在矿区总体规划批准后，方可进入单项工程阶段。单项工程必须编报项目建议书和可 2 行性报告。 ②大中型（建设总规模0.60 Mt／a以上）煤矿和选煤厂项目建议书和可行性研究报告， 根据项目单位隶属关系，分别由各省（区、市） 、计划单列市计委和计划单列企事业集团初审 后报国家计委，由国家计委直接审批或报请国务院审批。 ③矿区综合开发项目（煤的加工、转化和综合利用等） ，按照国家现行限额规定执行，限 额以上项目由国家计委直接审批或报请国务院审批。 ④对不能独立经营的非生产性配套工程，要纳入生产主体项目，今后原则上不再单列非 生产性配套工程。 ⑤大中型（或限额以上）项目的初步设计概算、开工报告由各省（区、市） 、计划单列市 计委和计划单列企业集团初审后报国家计委核定审批，项目的竣工验收由国家计委（或委托 地方计委）组织。 （6） 在国家投资体制改革方案出台之前， 煤炭矿区综合开发规划和基本建设项目暂时按 上述规定程序执行。任何部门、地方和企业，不得越权擅自审批，或以“化整为零”等方式 申报上级主管审批。 ” 随着国家改革开放和体制改革，矿区设计程序、审批程序可能有新的规定，设计应按国 家新的规定程序进行。 1.2 矿区总体设计的依据与内容矿区总体设计的依据与内容 1.2.1 矿区总体设计的依据矿区总体设计的依据 （1）矿区总体规划设计委托书。由于矿区总体规划属政府行为，由各省（区、市） 、计 划单列市计委和计划单列企业企业集团或有关政府部门委托。 （2）矿区资源普查地质报告和必要的详查地质报告以及审批文件。 （3）矿区环境影响评价大纲及审批文件。 （4）各省（区、市）国民经济和社会发展五年计划及远景目标纲要。 （5）煤炭行业及相关电力、化工、交通、建材等行业的五年计划及远景规划。 1.2.2 矿区总体设计的内容矿区总体设计的内容 1.2.2.1 总说明总说明 （1）矿区位置、编制依据、基础资料。 （2）矿区综合开发规划的指导思想和主要原则。 （3）矿区综合开发的必要性、合理性和优势。 （4）矿区综合开发规划确定的技术面貌及主要技术经济指标。 （5）存在的主要问题和建议。 1.2.2.2 矿区概况及建设条件矿区概况及建设条件 （1）矿区地理位置、地形地貌、气象、地震参数及区域经济简况。 （2）矿区建设外部条件。阐明交通、电源、通讯、水源及建设材料等情况。 （3）矿区建设资源条件。阐明矿区地质特征，资源（储量）及分析，矿区资源评价，勘 查程序和勘查存在问题及对下步勘查建议。 3 （4）对矿区内伴生有益矿物的赋存情况及开采的经济价值做出评价。 1.2.2.3 矿区开发矿区开发 （1）概述矿区内或邻近矿区现有生产、建设矿井（露天）的情况，老窑分布情况。 （2）确定矿区开发的指导思想，总体框架和主要原则。 （3）对矿区井田划分进行技术经济分析论证并确定最佳方案。 （4）对各井田的开发方式（井工或露天） 、设计生产能力、井口位置、开拓水平和初期 采区位置等进行技术经济分析和论证，并推荐主导方案。 （5）确定矿区的建设规模，论证可行性和合理性。 （6）提出矿区开发建设计划，各矿井（露天）开发顺序，开工时间，达到矿区规模的时 间，均衡生产时间和矿区服务年限。 1.2.2.4 煤的用途及洗选加工煤的用途及洗选加工 （1）阐明矿区各矿井各煤层的煤质、煤类、可选性，并作出评价。 （2） 初步确定煤的用途和用户。 根据煤类和煤质确定各矿井煤是作为动力煤、 炼焦煤还 是气化或液化用煤等。分析矿区煤进行国际市场、国内市场的前景和竞争能力，阐明本省、 本地区煤炭供需情况并进行供需预测。 （3） 根据煤的用途和用户， 提出矿区各矿井煤的产品方案和加工方式， 经多方案技术经 济分析比较，推荐主导方案，经分析比较初步确定煤的加工方法、选煤厂的类型等。 1.2.2.5 电厂电厂 （1） 根据矿区所在省和地区的电力五年计划和远景规划， 概述本省本地区电力生产、 建 设、 供给和消费现状， 电厂建设和电网建设的规划情况， 分析论述在本矿区建电厂的必要性、 合理性和优势。 （2） 根据煤的用途和产品加工方案， 确定矿区电厂的类型和电厂规模， 初步选择各电厂 锅炉的类型和发电机组的能力。 （3）选择电厂的厂址，电厂燃料的运输方式。 （4） 根据电厂的规模确定电厂的补给用水量， 对矿区水源进行分析比较， 初步确定电厂 水源。 （5） 根据各电厂所消耗的燃料种类和燃料量， 计算各电厂灰渣量， 并初步确定灰渣的处 理方式，灰渣应尽量考虑综合利用。 （6）根据矿区所在省（区）的电网规划和本地区电力盈余情况，初步确定矿区电厂与电 网的接入系统。 1.2.2.6 化工、铁路、港口、航运、建材等综合开发项目化工、铁路、港口、航运、建材等综合开发项目 （1）根据矿区所在省（区）有关行业的规划，概述有关行业、生产、建设供给和消费现 状，分析预测矿区所建综合开发项目在国内外市场竞争中的前景，论证其开发建设的必要性 和合理性。 （2）初步确定所建综合开发项目的规模、厂址选择及初步的建设计划。 （3） 简述所建综合项目的生产工艺， 产品和副产品数量， 需要引进技术和设备等关键问 题。 1.2.2.7 矿区配套工程矿区配套工程 4 （1）矿区运输。铁路运量、流向，铁路接轨方案和专用线走径方案，经技术经济比较推 荐主导方案，矿区铁路总长度。矿区公路的现状，矿区电力负荷估算，矿区公路等级和长度。 （2）矿区供电。矿区附近电力系统现状，矿区电力负荷估算，提出矿区电源及供电系统 方案，经技术经济比较推荐主导方案。 （3）矿区通信网络。矿区公用通信现状，提出矿区通信网络方案经比选推荐主导方案。 （4）矿区给排水及供热。矿区水源情况，经分析论证初步选择矿区水源，估算矿区用水 量。矿区排水方式及排水量。矿区各矿井、选煤厂、辅助及附属企业供热方式及热负荷。 1.2.2.8 矿区地面布置及地面设施矿区地面布置及地面设施 （1） 简述矿区各矿井、 电厂等综合开发项目的井口位置及厂址选择， 提出矿区指挥中心、 附属企业和居住区的位置方案，经比选推荐主导方案。 （2） 概述矿区防洪排涝现状， 提出矿区防洪工程措施和建议， 初步确定各矿井的井田标 高。 （3）矿区辅助、附属企业及设施。根据地面改革，调查研究，充分发挥老矿区潜力，不 搞重复建设，面向市场，实事求是地初步确定矿区各辅助、附属企业项目及建设规模。 （4）矿区指挥中心和居住区。根据改革、精简、高效原则，初步确定矿区指挥机构和人 员，矿区不再设文教、卫生等机构和设施。居住区根据住房改革的精神，只列建筑指标，占 地面积等，不列投资。 1.2.2.9 矿区环境保护及综合利用矿区环境保护及综合利用 （1） 矿区环境保护。 概述矿区环境现状， 采用的环境保护标准， 阐述矿区主要污染源 （污 水、烟尘、固体废弃物、噪声等）及其防治措施，初步确定矿区环境管理机构和专项投资。 （2） 村庄搬迁和小城镇规划。 矿区开采时对地面村庄的影响， 结合小城镇建设提出村庄 搬迁规划，提出塌陷区综合治理的途径。 （3） 综合利用。 对伴生有益矿物开采和利用提出综合开采， 对煤炭加工产生的副产品 （煤 泥、矸石、电厂灰渣等）提出综合利用途径，对煤炭深加工和洁净煤技术提出利用方向。 1.2.2.10 技术经济评价技术经济评价 （1）初步确定设计规模时职工人数和劳动生产率。 （2）估算矿区基价投资和逐年投资，估算矿区的总投资。 （3）按矿井及选煤厂、电厂、煤化工、铁路、港口、建材等项目分别估算生产成本、产 品销售收入及利润，并作出初步的财务评价。 （4）对矿区作出综合财务评价并用宏观经济效益分析。 （5）矿区主要技术经济指标。 1.2.2.11 附图附图 附图包括矿区交通位置图、矿区地质地形图、地层综合柱状图、各主要煤层底板等高线 及储量计算图、矿区井田划分方案图、井田开拓方式图、矿区地面布置图等。 5 1.3 矿区总体设计原则矿区总体设计原则 1.3.1 矿区总体设计原则矿区总体设计原则 矿区开发设计是对矿区井田划分，井田开发方式，矿井设计生产能力、开拓方式与井口 位置，矿区建设规模、均衡生产年限及矿区建设顺序和环境保护等进行的全面技术经济研究 和综合评价。它是矿区总体设计的主要组成部分，也是进行矿区运输、供电、辅助企业与附 属设施、矿区总平面布置等设计的主要依据，对矿区生产经营和经济效益均有重大作用和深 远影响。 矿区开发设计一般应遵循下列原则 （1） 贯彻执行国家发展煤炭工业的方针政策和发展战略， 有关法规、 规程和规范的规定。 （2）结合具体条件充分考虑国民经济和区域经济发展需要（国内外市场需要） ；择优开 发合理利用煤炭资源，对国家稀缺煤种实行保护性开采。 （3） 为矿区的合理开发创造良好的建设条件， 保证矿区规划布局的合理性和稳定性， 矿 区建设、城乡规划和保护同步发展。 （4）矿区的井田划分，要统筹全局处理好相邻矿区和相邻矿井间的（境界）关系，如矿 井与露天矿、生产矿与新建井、浅部井与深部井，对国有重点煤矿与地方矿井应统一规划合 理布局。 （5） 综合分析借鉴国内外矿区开发经验与发展趋势， 采用科学技术， 不断提高矿区现代 化水平。 （6）发挥资源优势和地理优势，择优开发资源丰富、开采条件优越、交通方便和缺煤地 区，有露天矿开采条件的应当优选开采露天矿。 （7）要以经济效益为中心，以相对较少投资，较短时间，实现少投入，多产出，取得矿 区建设的最大经济效益。 （8）对矿区有工业价值的其他有益矿物，应规划开发和利用，提高经济效果。 （9）适应经济发展和科学技术进步，适当为矿区扩建与发展留有余地。 （10）贯彻安全生产方针，努力改善劳动条件。 1.3.2 井田划分井田划分 1.3.2.1 影响因素影响因素 划分井田时考虑的主要因素有 （1）实事求是，矿区地质条件是划分井田的基础条件。 （2）选择合适的矿区开发强度。 （3）统一规划，正确处理深浅部各矿井的相邻关系。 （4）选择合适的井口位置与工业场地。 （5）为矿井的改扩建留有后备区。 （6）统筹全局，全面规划，谋求综合经济效益最优化。 1.3.2.2 井田划分方法井田划分方法 划分井田时，一般按自然境界和人为境界进行划分。 6 （1）按自然境界划分井田 ①按地质因素划分。利用煤田地质构造作为划分井田的自然境界，是设计中最常用的井 田划分方法，即利用大断层、褶曲轴线、岩浆岩侵入带、古河床冲刷带等地质构造划分井田。 图1－1所示为济宁北矿区利用自然境界划分井田方案。 327国道 京杭运河 济宁断层 嘉祥支二断层 史庄断层 八里铺西断层 济宁市 孙氏店断层 孙氏店支二断层 庄头断层 6 1 2 3 5 4 图1- 1 济（宁）北矿区井田划分 1－许厂矿；2－岱庄矿；3－唐口矿；4－葛亭矿；5－运河矿；6－何岗矿 ②按煤层赋存形态划分。为了有利矿井生产管理、巷道布置和减少采煤方法的多样性， 一般常将产状不同的煤层区域分别划分为不同井田。 ③按煤层组与储量分布情况划分。根据煤层组（煤层）与储量分布情况划分井田，在煤 层生产能力高、储量多且集中的区域多划分建设大型、特大型矿井，在煤层生产能力低、储 量少而分散的区域，一般多划分建设中小型矿井。 ④按煤种、煤质分布规律划分。在煤种、煤质变化比较大的矿区，为了保证煤种、煤质 和减少同一矿井煤种的种别，减少因分采分运与加工而造成的生产系统与设施的复杂性，可 利用煤种、煤质的分界线作为井田划分的境界。 ⑤按地形地物界线划分。当地面有河流、铁路、城镇等需要留