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1、巴彦高勒矿井初步设计 第三章 井田开拓第三章 井田开拓第一节 开拓方式及井口位置一、井田开拓方式本井田主采煤层3-1煤的赋存深度为608693m，若采用斜井开拓，主、副斜井提升长度达到1600m左右，已到国内提升设备的极限。根据地质报告，井田内第四系厚度为74154m（第四系厚度见图3-1-1），且含水丰富，浅部全新统含6m左右的流砂层，斜井施工极为困难，工期也较长。另外，根据临近矿井的施工经验，本矿井筒施工需采用全深冻结，采用斜井开拓明显不可行，因此设计推荐采用立井开拓方式。二、井口位置与工业场地选择（一）影响井口及工业场地位置选择的主要因素1、地形、地貌井田属高原半沙漠地貌特征，为毛乌素沙
2、漠的东北边缘地带。地形总体趋势是北高南低、西高东低，最大地形标高差为30.7m；一般地形海拔标高在12851265m之间，一般地形标高差为20m左右。井田地势相对平坦，对井田位置选择影响不大，由于井下煤层的倾向与地面正好相反，因此为了尽量缩短井筒长度，应将井口位置选在东南部边界附近。2、外部条件根据呼吉尔特矿区总体规划，矿区铁路从北到南沿梅林庙与门克庆之间的井田边界布置，到沙拉吉达井田后90转向西，沿其北部边界布置。为巴彦高勒矿井、沙拉吉达矿井及母杜柴登矿井预留大牛地接轨站。本矿井位于呼吉尔特矿区最南部，铁路专用线只能沿沙拉吉达及母杜柴登之间的井田边界布置，再进入本井田。因此井口位置可选在井田
3、东部或北部边界附近，井田位置越靠近井田东北角，则铁路线越短。中煤国际工程集团武汉设计研究院 3-273、第四系厚度分布根据地质报告，井田内第四系分为更新统的萨拉乌素组(Q3S)和全新统的风积沙（Q4eol），总厚度为74154m。全新统厚度一般小于10m，含6m左右的流砂层。更新统的萨拉乌素组岩性为黄、灰绿、灰黄色粉细砂，夹含钙质结核的黄土状砂粘土和粘砂土，为含水层，富水性强。因此井筒需采用冻结法施工，井口位置应尽量选在第四系厚度较薄的区域。另外，根据临近矿井的实际施工经验，本矿井筒施工需采用全深冻结，因此，井口位置应尺量选在井田东部边界附近，降低井筒深度，减少投资。4、井田构造及煤层开采技术
4、条件井田为一简单的单斜构造，倾角一般为13，倾向西北，井田内断层不发育，亦无岩浆岩侵入，地质构造简单。煤层顶底板岩石主要为砂质泥岩、粉砂岩，次为中细粒砂岩，岩石的抗压强度较低，平均为51.2MPa，抗剪与抗拉强度较低，砂质泥岩类吸水状态抗压强度明显降低，多数岩石遇水后软化变形，个别砂质泥岩遇水崩解破坏，岩石的软化系数绝大部分小于0.75。根据神东开采经验，这种煤层底板浸水易泥化，液压支架移动相当困难，因此工作面尽量仰斜布置，工作面积水流入采空区，不影响工作面生产。为了实现仰采，大巷与井筒应尽量布置在井田东部边界附近。（二）井口位置及井田开拓方案根据以上主要影响因素分析，设计提出了以下二个井口位
5、置及三个井田开拓方案，各方案工业场地位置详见图3-1-2，方案I和方案II位于同一工业场地。方案I：东部井位横向开采方案该方案井口及工业场地选在井田东部边界附近，4号拐点偏南，WJ16钻孔附近，主立井、副立井和回风立井位于同一工业场地。主立井：井口坐标为X=4290885.164，Y=36621532.760，Z=+1273.000，井筒方位角=11，井筒落底标高+594m，垂深679m，井筒直径8.2m，净断面52.8m2，装备两对40t箕斗。将箕斗装载硐室、装载皮带巷、给煤机硐室布置在3-1煤层中，井底设3个直径8m，每个有效容量1550t的煤仓，3个煤仓上口设配煤刮板输送机。副立井：井口
6、坐标为X=4290755.987， Y=36621498.994， Z=+1273.000，井筒方位角=281，井筒落底3-1煤，落底标高为+660m，井口到井底车场垂深613m，井筒直径9.0m，净断面63.6m2。装备一对一宽一窄罐笼和玻璃钢梯子间，宽罐2.917.85m，窄罐1.45.0m，液压支架和无轨胶轮车可直接下井。回风立井：井口坐标为X=4290605.771，Y=36621625.814，Z=+1272.000，井筒方位角=101，井筒落底3-1煤，落底标高为+660m，垂深612m，井筒直径6.5m，净断面33.2m2。装备玻璃钢梯子间。井下主运输采用带式输送机，辅助运输采用
7、无轨胶轮车。首采煤层选择3-1煤，首采区域3-1煤选在3-1煤与上部2-1煤和2-2中煤无压茬关系的井田东北角。分三个水平开拓全井田，第一水平设在主采煤层3-1煤层中，开采2-1、2-2中和3-1煤，第二水平设在4-1煤层中，开采4-1层煤，第三水平设在5-1煤层中，开采4-2上、4-2中、5-1和5-2四层煤。水平延深方式采用暗斜井。水平大巷设在各水平主采煤层中，每个水平布置3组大巷，第1组大巷东部大巷北段沿矿区铁路保护煤柱布置，南段沿井田边界布置，开采井田东部区域；第2组大巷中部大巷布置在井田中部，大致沿2-1煤和2-2中煤北部最低可采线以南北向布置，贯穿井田南北，开采井田西部区域。第3组
8、大巷东西向大巷仅设运输和辅助运输大巷，为中部大巷的运输服务。水平内其它煤层均为局部可采煤层，可根据其可采区域分布范围，通过附近的水平大巷施工斜巷及辅助大巷开采。井田平面上以中部、东西向大巷为界，分为3个大盘区，中部大巷以西为三盘区，东西向大巷以北为一盘区，以南为二盘区。结合垂直方向的水平划分，全井田共分为9个盘区，编号分别为11盘区、12盘区、13盘区、21盘区、22盘区、23盘区、31盘区、32盘区、33盘区。编号的第1位数为水平号，第2位为盘区号。首采盘区为11盘区，首采3-1煤，11盘区内3-1煤层以上的2-1煤和2-2中煤均不可采，与3-1煤不存在压茬关系，可以直接开采3-1煤，布置1
9、个以国产设备为主的长壁式厚煤层一次采全高综采工作面保证矿井的设计生产能力。工作面长度为300m，推进方向长度为41005500m，工作面从西向东推进，仰斜开采。矿井通风方式为中央并列式通风，主、副立井进风、回风立井回风。后期在中部大巷中部增加一回风立井。开拓方式方案I平面图详见图3-1-3。方案II：东部井位纵向开采方案该方案井口及工业场地同方案I，即工业场地位于井田东部边界附近，4号拐点偏南，WJ16钻孔附近，主立井、副立井和回风立井位于同一工业场地。主立井：井口坐标为X=4290885.164，Y=36621532.760，Z=+1273.000，井筒方位角=11，井筒落底标高+660m，
10、垂深613m，井筒直径8.2m，净断面52.8m2，装备一对40t箕斗，备用一对。井底设2个直径10m，每个有效容量2600t的煤仓，2个煤仓上口设配煤刮板输送机。箕斗装载硐室位于+660m，水平上装载。副立井：井口坐标为X=4290755.987， Y=36621498.994， Z=+1273.000，井筒方位角=281，井筒落底3-1煤，落底标高为+660m，井口到井底车场垂深613m，井筒直径9.0m，净断面63.6m2。装备一对一宽一窄罐笼和玻璃钢梯子间及一对交通罐，宽罐2.917.85m，窄罐1.45.0m，液压支架和无轨胶轮车可直接下井。回风立井：井口坐标为X=4290605.7
11、71，Y=36621625.814，Z=+1272.000，井筒方位角=101，井筒落底3-1煤，落底标高为+660m，垂深612m，井筒直径7.0m，净断面38.5m2。装备玻璃钢梯子间。井下主运输采用带式输送机，辅助运输采用无轨胶轮车。首采煤层选择3-1煤，首采区域3-1煤选在3-1煤与上部2-1煤和2-2中煤无压茬关系的井田东北部。水平划分同方案I，分三个水平开拓全井田，第一水平设在主采煤层3-1煤层中，开采2-1、2-2中和3-1煤，第二水平设在4-1煤层中，开采4-1层煤，第三水平设在5-1煤层中，开采4-2上、4-2中、5-1和5-2四层煤。水平延深方式采用暗斜井。井下布置两组主要
12、大巷，一组东西向大巷横贯井田东西，开采井田北部及南部区域，另一组北部大巷沿工业广场煤柱向正北方向布置，开采井筒东北部区域。井田平面上分为5个区，东西大巷以北为2个盘区，大巷以南为2个盘区，北部大巷以东区域为1个区域，全井田共分为15个盘区，编号分别为：一水平11、12、13、14、15盘区，二水平21、22、23、24、23盘区，三水平31、32、33、34、35盘区。首采区域为11盘区，工作面长度为300m，推进方向长度约为4300m，工作面从北向南推进，仰斜开采。其它煤层的开拓思路同方案I。开拓方式方案II平面图详见图3-1-4、3-1-5。方案III：北部井位方案该方案为矿区总体规划方案
13、，井口位置选在井田北部边界的中部，WJ05钻孔附近。井筒布置、水平划分同方案I，每个水平仅沿井田中部南北向布置1组大巷开拓全井田。工作面东西向布置，西翼仰斜开采，东翼俯斜开采。井田平面上分为2个大盘区，大巷以东为一盘区，大巷以西为二盘区，结合垂直方向的水平划分，全井田共分为6个盘区，盘区编号同方案II。首采区域为11盘区北部的3-1煤，布置1个以国产设备为主的长壁式厚煤层一次采全高综采工作面。工作面长度300m，推进方向长度20406050m。其它煤层的开拓思路同方案I。开拓方式方案III平面图见图3-1-6。三个方案的优缺点分析如下：方案I：优点：1、工业场地标高低，井筒深度小，初期投资省；
14、2、工作面均为仰斜推进，有利于回采；3、各水平主采煤层有3组大巷，有利于水平内其它局部可采煤层的开拓布置；4、首采区域3-1煤与2-1煤不存在压茬关系，有利于工作面的接替与稳产。缺点：1、水平大巷多，后期开拓工程量大，煤炭运输转载系统较复杂；2、井底车场标高较高，排水系统较复杂。方案II：优点：1、工业场地标高低，井筒深度小，初期投资省；2、各水平主采煤层只布置2组大巷，系统简单，后期开拓工程量省；3、首采区域3-1煤与2-1煤不存在压茬关系，有利于工作面的接替与稳产。缺点：1、井田东北部5盘区为俯斜开采，对回采不利。井田东南部开采三角煤较多；2、各水平主采煤层只布置2组大巷，不利于水平内其它
15、局部可采煤层的开拓布置；3、井底车场标高较高，排水系统较复杂。方案III：优点：1、各水平主采煤层只布置1组大巷，系统简单，后期开拓工程量省；2、对于3-1煤等全区可采煤层，工作面布置容易，均能形成正规工作面，没有难以开采的区域，三角煤最少，资源回收率高；3、井底车场标高较低，排水系统简单。缺点：1、井田东翼全部为俯斜开采，采空区的水都涌入工作面难以排出，底板浸水后泥化严重，支架移动困难，影响工作面生产。2、各水平主采煤层只布置1组大巷，不利于水平内其它局部可采煤层的开拓布置。3、井筒较深，初期投资较高。从以上优缺点分析可知，方案III的每条井筒比方案I深61m，顺槽比方案I长2398m，由于
16、井筒需采用全深冻结，因此方案III的初期井巷投资最高，且首采11盘区均为俯采，工作面积水易使底板泥化，造成支架移动困难，对生产影响较大。因此，首先排除方案III。方案II与方案I相比，方案II初期工程量小，投资低，后期开拓系统简单。但工作面基本为沿走向开采，工作面积水不易排入采空区，对生产有一定影响。而方案I工作基本均为仰采，对生产最有利，但初期的井巷工程量较大，且后期运输系统比较复杂，转载环节多，因此，两方案均有优缺点，经综合技术经济比较，结合建设单位的意见，设计推荐方案II。第二节开拓部署一、井筒数目影响矿井初、后期井筒数目的主要因素有以下几个方面：1、井田地形地貌及外部建设条件；2、确定
17、的井田开拓方式及矿井要求提升能力；3、矿井盘区布置及通风要求等。根据确定的井田开拓方式，本矿井采用立井开拓，且井筒采用全深冻结法施工，井筒施工的造价高昂，因此，在满足矿井提升运输、通风安全等要求的基础上尽量减少井筒数目。经分析比较，矿井初期井筒数目采用必不可少的3个，即主立井、副立井和回风立井，位于同一工业场地。后期在中部大巷的中间位置增加一个回风立井，服务中部大巷以西区域。后期井筒数目为4个。二、煤层分组与水平划分1、煤层分组井田内含煤823层，层位相对稳定、可对比编号的煤层有10层。其中全区或大部可采煤层4层，即3-1、4-1、4-2中、5-1煤层； 局部可采煤层为4层，即2-1、2-2中
18、、4-2上、5-2上煤层，4-1下、4-2下煤层为可采区零星分布的不可采煤层。根据各可采煤层间距和资源储量分布情况将井田煤层分为三组。详见表3-2-1。从表中可以看出，井田内含量最丰富的是3-1煤、4-1煤和5-1煤，且基本全区可采，宜单独设水平开采，因此，以这三层煤为基础，将井田所有煤层分成三组，第一组包括2-1、2-2中和3-1共3层煤，第二组为4-1煤，第三组包括4-2上、4-2中、5-1、5-2上等共4层煤。4-2上煤也可并入第二组，但考虑到4-2上煤层与4-1煤层间距较大，且水平下开采的煤层不宜太多，因此将其并入第三组。可采煤层层间距及设计可采储量一览表表3-2-1 煤层分组煤层号煤
19、层平均间距(m)矿井设计可采储量煤组资源量占全井田的比例(%)可采储量(Mt)占全井田的比例(%)第一组21煤21.4733.025.19%55.68%22中煤48.68 7.65%37.7331煤272.5542.83%37.71第二组41煤106.5316.74%16.74%30.84第三组42上煤29.954.71%27.58%20.2542中煤45.677.18%20.4151煤86.3313.57%9.2152上煤13.562.13%2、水平划分根据煤层赋存条件、可采储量及其分布、煤层间距，设计考虑以三个水平开拓全井田，水平划分与煤层分组相同，第一水平开采第一煤组的三层煤，水平布置在
20、3-1煤层中，水平标高+660m。第二水平开采第二煤组，水平设在4-1煤，第三水平开采第三煤组，水平设在5-1煤层中。水平大巷均沿各水平主采煤层布置。三、大巷布置根据矿井的开拓布置、煤层分组、水平划分和井下主辅运输方式，本着初期工程省、系统简单、生产过程中运输费用少、能耗低的原则主要大巷分水平布置，每一水平布置2组大巷分别为中部大巷和北部大巷。第1组大巷中部大巷沿井田中部东西向布置，开采井田北部及南部区域；第2组大巷北部大巷沿工业广场煤柱边界向正北方向布置，开采井田东北部区域。主要大巷均布置在各水平的主采煤层中，一水平布置在3-1煤层中，二水平布置在4-1煤层内，三水平布置5-1中煤层中。各组
21、水平大巷平面上是重叠布置的，通过主运输斜巷、暗平硐和回风斜巷联络各水平。3-1煤主运、辅运、回风大巷详见图3-2-1、2、3。图3-2-13-1煤胶带运输大巷图3-2-23-1煤辅助运输大巷图3-2-33-1煤回风大巷四、煤层开采顺序煤层的开采顺序原则上应从上到下，这样可以最大限度提高回采率，避免资源浪费，井田内最上面的三层煤从上到下为2-1煤、2-2中煤和3-1煤，2-1煤为局部可采煤层，可采区域为井田的南部和西部，可采厚度0.802.40m，平均1.36m。2-2中煤可采区域集中在井田的西南部，可采厚度0.805.70m，平均2.06m。3-1煤全区可采，可采厚度3.096.25m，平均5
22、.38m。根据2-1煤、2-2中煤层可采范围及厚度等值线图（图1-3-3、1-3-4），井田东北部2-2中煤不可采，2-1煤仅小局部可采，为零星可采块段，该区域2-1煤距3-1煤近80m，且为资源量有限的薄煤层，经设计分析属次边际经济资源量，设计不考虑开采。因此井田的东北部可直接开采3-1煤，不存在压茬关系，因此设计在11盘区3-1煤布置1个工作面，可以保证矿井达到4.0 Mt/a的生产能力。因此，首采煤层选择3-1煤，首采区域选择11盘区，接替盘区为15盘区。其它盘区存在压茬关系时，煤层开采顺序为从上到下，遂层开采。五、盘区划分及开采顺序（一）盘区划分井田为一简单的单斜构造，倾角一般为13，
23、井田内断层不发育，根据井田开拓方式，各水平以中部大巷和北部大巷为界，将每个水平分为5个盘区，中部大巷以北为2个盘区，以南2个盘区，北部大巷东部1个盘区。三个水平共15个盘区，分别为11、12、13、14、15，21、22、23、24、25，31、32、33、34、35。盘区编号的两位数第1位为水平号，第2位为水平盘区号，如12盘区：是第一水平的二盘区。工作面编号采用六位数，第1、2位为煤层号，第3、4位为盘区号，最后两位为盘区内的区段序号，如311101工作面为11盘区的3-1煤的第一个工作面。井田盘区划分详见图3-2-4。（二）开采顺序根据开拓布置，矿井的首采盘区为11盘区，盘区开采顺序遵循
24、立面上由上而下，平面上先采1盘区，依次采5、2、3、4盘区，由近及远、先采无压差关系煤层原则。盘区接替顺序见表3-2-2。盘区接替顺序表表3-2-2 第三节 井 筒一、井筒用途、布置、装备根据井田开拓布置、提升方式及通风系统要求，矿井移交生产时，共有3个井筒，即主立井、副立井和回风立井。1、主立井：担负全矿井的煤炭提升任务，且为矿井的辅助进风井。净直径8.2m，净断面56.7m2，装备两对40t箕斗（初期装备一套，另一套备用），敷设有通信信号电缆。2、副立井：主要担负矿井的矸石、材料、设备运输和上下人员等辅助运输任务，为矿井的主要进风井。井筒净直径9.0m，净断面63.6m2。装备一对一特大一
25、窄罐笼和玻璃钢梯子间及一交通罐，敷设有排水管、消防洒水管、动力及通信信号电缆等，并作为矿井安全出口。3、回风立井：主要担负矿井回风任务，为专用回风井，兼作安全出口，井筒直径7.0m，净断面38.5m2，装备玻璃钢梯子间，敷设有灌浆管及潜水泵排水管。井筒特征见表3-3-1。井筒断面布置见图3-3-1、2、3。井 筒 特 征 表表3-3-1 序号名称主立井副立井回风立井1 井口座标（m）X4290885.164 4290755.9874290605.771Y36621532.76036621498.99436621625.8142 井口标高（m）+1273.30+1273.00+1272.003
26、井筒方位角（度）112811015 井筒深度（m）613.3643.0612.06 井筒直径（m）净8.29.07.0掘进表土10.411.79.0基岩9.311.710.312.98.010.27 断面积（m2）净52.863.6 38.5掘进表土93.3 108.664.5基岩67.9107.583.3130.750.381.78 支护形式表土钢筋砼碹钢筋砼碹钢筋砼碹基岩钢筋砼碹钢筋砼碹钢筋砼碹9 支护厚度(mm)表土120013501000 基岩55017506501950500160010 井筒装备40t箕斗2对1宽1窄罐笼1交通罐、梯子间梯子间二、井壁结构及井筒施工方法井筒检查孔已施
27、工，根据所施工的井检孔资料，各岩层含水性为：第四系松散含水层（Q），单位涌水量Q=98.4m3/h；白垩系下统志丹群（K1zh），单位涌水量Q=68.3m3/h；侏罗系中统安定组（J2a），单位涌水量Q=10.38m3/h；侏罗系中统直罗组（J2z），单位涌水量Q=10.38m3/h； 根据井检孔资料及勘探地质报告，矿井表土层富水性强，地下水位较浅。井筒水文地质条件属中等偏复杂型，工程地质条件属中等类型。在井筒建设施工初期，可能遇到水量较大，松散层厚度大，易塌陷等不利因素。因此，设计根据附近矿井经验及类似条件的矿井情况，按全井筒冻结法施工，钢筋砼双层井壁支护。第四节 井底车场及硐室一、井底车场
28、形式本矿井煤炭采用带式输送机运输，辅助运输采用无轨胶轮车，副立井布置有一特大罐笼，无轨胶轮车可直接下井，在副井井筒与井底车场联接处的一侧设有铺固定轨的换装硐室，便于支架搬运车等大型设备下井后组装。井底车场形式为立式环形车场。见图3-4-1。本矿井下煤炭采用胶带输送机连续运输，主井装备2对40t箕斗提煤，主井底装载系统设置2个45m高，直径10.0m的煤仓及箕斗装载硐室等大型硐室，主井装载方式采用上装式。二、井底车场硐室1、井底煤仓（1）煤仓容量Qm=(0.150.25)Am式中：Qm井底煤仓有效容量，t；Am矿井设计日产量，设计按年产4.00Mt/a考虑，为12121t/d；0.150.25系
29、数，设计取0.25。Qm=0.2512121=3030。设计考虑井下皮带运量与井筒提升能力相差较大，为了提高井底煤仓的缓冲能力，井底煤仓容量设计考虑了1.5的系数，即容量为4545t。（2）煤仓形式井底煤仓型式采用圆形直立煤仓，煤仓净直径10.0m，高度45m，每个煤仓有效容量2600t，共设2个，总容量达5200t，煤仓上口设有配煤刮板输送机巷，2个煤仓可实现互通。2、井底清理撤煤硐室由于给煤机硐室、装载硐室布置井底车场水平上，主井底清理清理洒煤硐室与井底车场为同一水平，清理方便。3、水仓井下水仓设置2条，其中一条主水仓，一条副水仓，定期清理。水仓净断面积10.8m2，水仓长度约660m，有
30、效容积约5000m3，可满足矿井涌水量的要求。水仓采用机械自动清理。4、爆破材料库爆炸材料库位于3-1煤水平辅助运输大巷附近，形式采用壁槽式。爆炸材料库2条进风通道与3-1煤水平辅助运输大巷相连，1条专用回风道与3-1煤水平回风大巷相连。通道内设置阻波墙、抗冲击波活门和抗冲击波密闭门。5、其它硐室副井井底南侧设有主变电所、主排水泵房。北侧设有等候室、换装硐室等，此外，还布置有医疗室、消防材料库、避难硐室、无轨胶轮车加油、检修硐室等。三、井底车场巷道及硐室支护井底车场位于3-1煤层中，巷道采用锚网喷支护，大型硐室和需防渗水的硐室采用钢筋混凝土或混凝土砌碹支护。井底车场及硐室工程量表见表3-4-1。井底车场及硐室工程量表表3-4-1
