3 矿井开拓方案设计案例3.1 矿井开拓设计方案比较示例一3.1.1 矿井基本资料3.1.1.1 井田概况某矿位于丘陵地带，井田范围内地形起伏较大，仅井田南部靠近井田边界处地势较为平坦，可作为工业广场选址。

地面标高+1460m~+1850m，井田南部境界外有汭水河流过，如图3-1所示。

井田走向长度4.00~8.50km，倾斜长度1.40~4.40km，面积约为25km2。

3.1.1.2 井田内可采煤层井田内煤层结构复杂，厚度变化大，主采5煤厚度0.02~83.00m，平均厚度33m，仅在西部局部不可采。

次开采3煤厚度0~4.50m平均厚度1.58m，在东南部分布不均匀不连续、不稳定，灰分高，不适宜开采；西北部具有一定的开发价值，可采储量17.2Mt。

主要开采5煤的煤层赋存特点简述如下：（1）东区块段煤层条件好，平均厚度35.50m，倾角6~9°，面积9.70km2，可采储量317.20Mt。

（2）北区块段煤层条件好，平均厚度18.80m，倾角10~25°，面积5.10km2，可采储量84.10Mt。

（3）南区临近汭水河，煤层平均厚度32.00m，倾角5~11°，面积5.50km2，可采储量130Mt。

（4）西区块段煤层结构复杂，煤层厚度变化大且有分叉现象，此区煤层位于西部向斜轴两翼，煤层倾角变化大。

面积约3.40km2，可采储量25Mt。

全矿井地质储量916Mt，其中5煤888Mt，3煤28Mt。

本矿井属低瓦斯，煤尘有爆炸危险，矿井水文地质条件简单，正常涌水量110m3/h，最大涌水量135m3/h；煤质属低灰、低磷、低硫、中发热量的长焰煤，是良好的动力和化工煤种。

井田内煤层赋存深，覆盖层厚度在500m以上，表土含水丰富。

第三系甘肃群下部的砂岩结构松软含水丰富，井筒施工困难。

根据该矿自然条件，考虑技术经济合理性，对开采设计方案的主要原则问题确定如下：该矿煤层赋存稳定，储量丰富，地质构造及水文地质条件相对比较简单，除了东部的向斜和中部的背斜外，井田内无大断层，具有采用机械化采煤的条件；煤层瓦斯含量低，煤质好，具有较好的铁路外运条件，有加大开发强度的必要。

根据井田可采储量，遵照矿井设计规范规定，将井型定为4.00Mt/a，经济上较为合理。

考虑1.4的储量备用系数，矿井的服务年限为99a。

3.1.2 矿井开拓方案设计3.1.2.1 井筒的形式和井口位置5煤底板等高线约为+600m~+1000m，覆盖层厚，表土含水丰富，第三系甘肃群砂岩层强度低，富含水，厚度达120m左右。

排除使用斜井开拓方式，选用立井开拓方式。

关于井口和地面工业广场位置问题，由于井田东、北、西及中部地形起伏落差大，不便于布置工业广场及解决地面运输，而在井田南部沿水河一带地势较为平坦，且便于与现有的准铁路接轨，取水方便；东南块段煤层条件又好，是理想的首采区，把井筒和工业广场的位置设于井田南部较为适宜。

井口和工业广场位置合适的地点有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四处场地可供选择。

相比之下，场地Ⅲ偏离储量中心远，压煤量大，建工业广场还须搬迁一个小村庄，故最后选定Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ三个场地作为比较方案的井口和工业广场位置。

考虑到井田面积为长大，井型又大。

因此结合井下的开采部署，前期可采用中央并列式通风，矿井生产后期，在适当地点开凿分区进风井和回风井，采用分区式通风，有利于解决后期通风线路过、通风费用过高的问题。

图3-1 井田及工业广场位置图Ⅰ－庞家磨场地；Ⅱ－何家庄场地；Ⅲ－曹家园场地；Ⅳ－任家磨场地3.1.2.2 开采水平数目和标高的位置井田内主采5煤的含量约占井田全部含量的96%，是开采水平服务的主要对象。

设置水平时应以5煤为主兼顾3煤开采。

该井田煤层倾角一般为6°~15°，倾斜长度在1400~4400m之间。

从矿井的实际出发，考虑到合理的采区上、下山长度和上、下山煤量的比例，全矿设置一个水平开采全井田。

井田的东南部斜长较长，可根据开采部署增设辅助水平进行开采。

为此，针对水平标高的确定，现提出三个可行方案：方案甲：水平垂高定为+940m。

首采区上、下山长度分别为1700m和1580m，能满足现有提升、运输和辅助运输设备的要求。

全井田上山和下山储量分别为258Mt和278Mt，上下山储量比例适宜，但副井井底和井底车场连接处围岩处围岩条件差，断面大时施工困难，施工难度大。

方案乙：水平垂高定为+930m。

首采区上、下山长度分别为1560m和1720m。

全井田上山和下山储量分别为282Mt和255Mt，上、下山长度和上、下山储量皆宜，但副井井底和井底车场连接处围岩处围岩条件好，也有利于车场和主要硐室布置。

方案丙：水平垂高定为+915m。

上、下山长度和上、下山储量都能满足生产和设备的要求，但井底围岩条件差，不利于车场和主要硐室的布置。

结合比较，确定使用方案乙+930m水平较为合适。

3.1.2.3 开采水平的巷道布置根据井田内煤层的赋存状况，水平大巷在西北部基本沿煤层走向布置，东南部大背斜水平大巷穿越背斜布置；井型大，生产集中，运输大采用带式输送机运输，轨道大巷采用电机车运输。

根据以上考虑，拟定出三个矿井开拓方案。

3.1.2.4 开拓方案概述（1）方案一井口及工业广场选择在场地，立井单水平开拓开发全矿井。

主、副井口标高+1480m，主、副井落底后下设+930m水平环形车场；+930水平轨道大巷按3‰流水坡度掘进，胶带大巷沿5煤底板掘进，回风大巷沿5煤中部布置，大巷与井底车场之间采用轨道石门、井风石门与上仓胶带巷连接。

矿井初期采用中央并列式通风系统、抽出式通风方式，矿井后期采用分区式通风系统，即在井田北部再凿一对进回风井；全井田共划分类13个采区，其中5煤10个，3煤3个，矿井移交的首采区为东一、西一两个采区。

井田开拓方案平、剖面图，见图3-2、图3-3和图3-4所示。

图3-2 井田开拓方案一平面图1－主立井；2－副立井；3－回风立井；4－+930 m水平东部轨道大巷；5－东部带式输送机大巷；6－东部回风大巷；7－+930 m水平西部轨道大巷；8－西部带式输送机大巷；9－后期进、回风立井图3-3 井田开拓方案Ⅰ－Ⅰ剖面图1－主立井；2－副立井；3－回风立井；4－井底煤仓；5－上仓带式输送机巷；6－分区煤仓；7－+930 m水平西部轨道大巷；8－+930m水平西部回风大巷；9－东部回风大巷（2）方案二井田及工业广场选择在井田外的场地，也为立井单水平开拓。

主、副井口标高+1150m，井底设+930m水平环行井底车场。

在井田中部背斜的西翼，基本沿煤层走向设+930m水平轨道大巷，沿5煤底板布置胶带大巷，沿5煤中部布置回风大巷。

大巷的东侧，布置两条穿过背斜的东西向轨道石门，分别服务于北二、北四两采区，大巷与井底车场间采用轨道石门、进风石门和胶带石联系。

矿井生产初期采用中央并列式通风，后期采用中央边界式通风，即在井田的东、北部各开凿一个回风井回风。

全井田共划分15个采区。

其中5煤11个，3煤4个，北一、北三为首采区。

矿井开拓方案见图3-5。

图3-4 井田开拓方案一Ⅱ－Ⅱ剖面图1－回风立井；2－东部回风大巷；3－上仓带式输送机巷；4－+930 m水平东部轨道大巷；5－东部带式输送机大巷；6－分区煤仓；7－+930 m水平西部轨道大巷；8－西部回风大巷；9－西部带区输送机大巷；10－东部带式输送机大巷；11－＋930m水平东部轨道大巷；12－东二采区上山（3）方案三井口及工业广场选择在场地，采用立井开拓。

主、副井标高+1510m，车场水平标高+1030m，设置环行井底车场。

全矿采用+1030m水平和+930m辅助水平开采。

在井田中部背斜轴部附近，设南北向+1030水平轨道大巷，沿5煤底板设胶带大巷，沿5煤中部设回风大巷。

在井田中部设置+930m辅助水平，主运输利用北四采区的集中胶带下山连接+930m和+1030m水平，辅助运输以暗斜井联接。

矿井初期采用中央并列式通风，后期在井田北部凿一对进回风井，使用分区工通风系统。

全矿井共划分为15个采区，5煤11个，3煤4个。

开拓方案见图3-6。

图3-5 井田开拓方案二平面图1－主立井；2－副立井；3－回风立井；4－+930 m水平东部轨道大巷；5－+930 m水平井风石门；6－+930 m水平带式输送机石门；7－+930 m水平轨道大巷；8－+930 m水平带式输送机大巷；9－后期进、回风立井3.1.3 开拓方案比较3.1.3.1 开拓方案技术比较（1）压煤方面方案一和方案三工业广场煤柱约23Mt，压煤量大；方案二工业广场不压煤，有利于提高资源回收率。

（2）建井工期方案一、方案三井巷贯通距离短，建井工期短，投产快。

（3）均衡生产方案一首采区煤层条件好，能迅速达产，两翼同时生产保证生产稳产和高产；方案三后期为单翼生产，产量不均衡；方案二首采区煤层条件差，对达产不利。

（4）运输方面方案一运输环节少，反向运输量小。

方案二与方案三上下山反向运输量大。

方案二运输环节多。

（5）基建投资方案一较方案二、方案三基建投资省。

（6）外部条件方案一、方案三铁路进线短，方案二供水线路短。

图3-6 井田开拓方案三平面图1－副立井；2－主立井；3－回风立井；4－回风大巷；5－+1 030 m水平轨道大巷；6－带式输送机大巷；7－+930 m水平材料暗斜井；8－集中带式输送机下山；9－+930 m水平轨道大巷；10－北部带式输送机大巷；11－后期进、回风立井3.1.3.2 开拓方案经济比较三个方案各有利弊，需进行经济比较才能确定优劣。

方案经济费用比较主要有基本建设费用和生产经营费用。

其中，基本建设费用有井巷开凿费，建筑物及结构物修建费和一些特殊的设备等；生产经营费用包括巷道维护费、提升费、运输费、排水费、通风费等。

三个方案投资费用比较，见表3-1、表3-2。

通过以上技术经济比较，可以看出，方案一在基本建设费用、生产经营费用上都是有利的，故确定采用方案一。

本章是用方案比较法解决矿井开采设计的一个简化了的示例。

对于一个具体的矿井，其客观条件是很复杂的，因此在研究开采设计方案时，应全面深入地研究各个方案的具体内容，进行详细而正确的计算，以使所研究的问题取得正确的解决。

表3-1 各方案工程量投资比较表项目方案一方案二方案三数量投资/万元数量投资/万元数量投资/万元井巷工程主井/m5501897.54701621.54851673.25副井/m582239050020505202132风井/m520130060015004801200井底车场/万元220022002200主要运输及回风道/m23001748640048648002128采区准备巷道/m28001568410022964992352井筒装备/万元800905870合计/万无11903.515436.512555.25工业场地运输工程占地面积/km2157501470016800土石方工程量/m3110000441200004813000052防洪排涝工程/万元180245260铁路专用线总投资/万元390051004500场外公路总投资/万元120230160供电通信线路投资/万元176189205供水管路投资/万元400300450主、副井提升设备投资/万元246023402270基建投资合计/万元19933.524588.521252.25表3-2 各方案投产20年内生产经营费比较表项目方案一方案二方案三矿井提升费721.89769.94661.95矿井带式输送机运营费311.33631.52450.44矿井辅助运输费124.48167.10158.18矿井主排水费121.33128.99108.59平面辅助排水费20.5730.1745.24矿井通风费127.89167.74131.91巷道维护费371.14501.23423.45合计1797.602396.741979.80吨煤生产运营费／元•t-1 4.50 5.99 4.953.2 矿井开拓设计方案比较示例二3.2.1 井田概况某矿位于平原地带，井田范围内地表标高为+80～+90m，表土及风化带厚度（垂高）约50～60m，表土中夹有厚度不一的流砂层，井田中部流砂层较薄，靠井田境界处较厚。