《煤矿矿井设计》课后复习考试试题
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。
1.2.1 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
1 总说明;2 矿区概况及建设条件;3 矿区开发;4 煤的用途及洗选加工;5 电厂;6 化工、铁路、港口、航运、建材等综合开发项目;7 矿区配套工程;8 矿区地面布置及地面设施;9 矿区环境保护及综合利用;10 技术经济评价;11 附图。
1.3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
1.3.2.2 井田划分方法
(1)按自然境界划分井田
①按地质因素划分。②按煤层赋存形态划分。③按煤层组与储量分布情况划分。④按煤种、煤质分布规律划分。⑤按地形地物界线划分。
(2)按人为境界划分井田
①按水平标高(煤层底板等高线)划分。②按地质钻孔连线划分。③按经纬线划分。
④按勘探线划分。
1.3.5.2 矿区建设顺序的基本原则
矿区建设顺序一般应遵循下列主要原则：
(1)先浅后深
当煤田沿倾斜方向划分为数个井田时，应先建设浅部矿井，后建设深部矿井，再建设较深和深部的矿井。
(2)先小后大
当矿区内有不同矿井设计生产能力的矿井时，一般应先建设小型、中型矿井，后建设大型或特大型矿井。
(3)先易后难
从施工方面看，先建设外部好、施工条件简单的矿井。从生产方面看，先建设地质构造简单、煤层由下而上稳定、开采技术条件简单的矿井，后建设外部开发条件差、施工施工条件复杂、地质条件复杂的矿井。
(4)先平硐、再斜井、后立井
如果一个矿区有平硐、斜井和立井时，应先建设施工条件简单、投资少、建设快的平硐或斜井，后建设立井。
(5)先改扩建，再新建
在矿区总体设计中，如果有生产矿井改扩建，则应先安排改扩建矿井，后安排新建矿井。
(6)先急需后一般
在不同煤质、不同煤种的矿井之间安排建设顺序时，应先建设国家急需的煤质、煤种所在的矿井，后建一般煤质、煤种所在的矿井。
(7)同时建设的矿井不能太多
矿区同时建设矿井的数量主要是根据国民经济对煤炭需求的大小，地质勘探程度、资金筹措情况，器材供应条件、施工队伍的数量以及外部协作条件等因素择优确定。
2.1 矿井设计程序
矿井设计一般程序为：项目建议书→可行性研究→初步设计(包括安全专篇)→施工图设计。
2.2矿井初步设计中编制的主要内容如下;
(1)总说明。包括初步设计编制依据，编制情况;设计指导思想;矿井(井田)特点、设计确定的主要技术原则及主要技术经济指标;存在的主要问题和建议。
(2)井田概况及地质特征。包括井田自然地理、交通、电源、水源、区域经济和建设材料的概述;井田地质构造、地层、煤层与煤质情况，水文地质、开采技术条件以及其他有益矿产的开采与利用评价的概述。
(3)井田开拓。包括井田境界与资源(储量)的确定;矿井设计年生产能力与服务年限的确定;井田开拓方式，井简位置、数目与用途的选择;主要运输大巷与总回风大巷的布置，采区划分与配采安排;井筒井底车场及硐室布置。
(4)大巷运输及设备。包括煤炭及辅助运输方式的比较和确定：主要运输设备选型，机车类型和数量及相配套附属设备的型号和数量，输送机型导、长度、带宽、运输速度、运输能力、输送机功率。辅助运输设备选型的类型、型号和数量。
(5)采区布置及装备。包括根据地质构造、煤层稳定性和开采条件分析比较选择采煤方法，选择工作面采煤、装煤、运煤方式和设备选型，确定工作面顶板管理方式，选择计算支架设备;初期采区数具，位置选择，移交采区巷道布置，采区特征和采区煤炭、矸石和辅助运输方式及设备选型;移交时采煤工作面布置、数量、工作面的长度;移交生产和达到设计能力时掘进工作面的数量、组数，掘进机械设备配备，巷道断面和支护方式，移交时井巷总工程量。
(6)通风和安全。包括概述邻近矿井及本井田瓦斯、煤尘、自燃、煤和沼气突出、突水及地温等情况;矿井通风方式相通风系统选择及其依据，矿井风量计算及依据，矿井风压和等积孔计算;矿井通风系统图;灾害预防及安全装备。
(7)提升、通风、排水和压缩空气设备的方案比选，设备型号、功率等。
(8)地面生产系统。包括阐述煤质及其用途;煤的加工工艺流程;主、副井生产系统及矸石处理系统;其他辅助设施。
(9)地面运输。包括地在现在铁路、铁路轨距、场外公路及其他运输方式的阐述。
(10)总平面布置及防洪排涝。包括工业场地四临概况;工广的平面布置情况;场内的竖向设计及运输系统;管线综合布置及防洪排涝措施等。
(11)电气。包括供电电源、电力负荷、关变电方案、地面及井下供配电、矿井监控及矿井通信概况。
(12)地面建构物。包括高计的原始资料和建筑材料;工业建构物、生产管理和生活福利区及居住区的建构物布置。
(13)给水与排水。包括给水、排水、室内给排水、消防及洒水系统等。
(14)采暖、通风及供热。包括采暖的范围及方式;各建筑物的通风方式和设备造型;井筒防冻措施;锅炉房设备选型;室外热力管网布置等。
(15)职业安全卫生。包括概述生产过程中主要产生的危害;地面建筑及设施危害因素分析及主要防范措施;井下职业危害因素分析及防范措施。
(16)环境保护。包括自然环境及环境质量现状，资源开采可能引起的生态变化，主要污染源及污染物的种类、名称、数量及浓度等;各种污物的防治措施;地面塌陷治理措施;环境保护机构圾专项投资等。
(17)建筑防火。包括防火设计依据概述;总平面布置防火采取的措施及消防设施的配备;建筑结构防火措施;地面消防给排水及灭火设施;电气防火措施等。
(18)节能。包括建筑、供电、机电设备、供热、给排水及环保等节能设计和节能措施概述等。
(19)建井工期。包括建井施工工期的编排及产量递增计划的计划和安排。
(20)技术经济。包括生产组织、劳动定员及劳动生产率、建设资金的筹措;原煤生产成本估算与分析;经济的评价与分析;矿井主要技术经济指标等。
2.4.1 矿井开采设计的原则
(1)提高设计水平，保证设计质量
(2)要保证合理的设计周期
(3)加强设计审批工作
技术上的先进 ：是指所选用的方案采用了适合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及自动化，用于生产的集中化，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建投资少，特别是初期投资少，劳动生产率高，吨煤生产费用低，矿井建设时间短，投资效果好，投资回收期短，利润高。
统计分析法：就是根据现有生产矿井的实际情况，针对需解决的问题调查统计，借以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范围。
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作出具体规定，而后据此规定条件确定某设计方案内其他有关参数。
数学分析法：通常是以吨煤费用最低为准则，列出吨煤费用与欲求参数之间的函数关系，采用微分求极值的方法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。
2.5在进行工程设计时，根据已知条件列出在技术上可行的若干个方案，然后进行具体的术分析和经济比较，从中选出相对最优的一种方案，这种设计方法称为方案比较法。
2.5.2 方案比较法步骤
方案比较法的使用步骤一般为：
(1)首先明确设计的内容、性质、要求，以及设计要达到的目标等。
(2)熟悉和掌握设计任务书或设计中所要解决的总体或局部课题的内部及外部条件，对矿井设计来说主要是矿床的地质地形条件、交通情况，与相邻矿井的关系，与其他企业的关系等。
(3)根据内部及外部条件、设计任务的内容和目标，提出可行的方案。
(4)对提出的可行方案时进行技术和经济分析，从中选取2 ~ 3个较优方案。
(5)对选出的较优方案进行详细的技术和经济计算与比较，全面研究技术和经济的合理性，明确各方案在技术上和经济上的差异，全面衡量各方案的利弊。在技术上可行的数个方案中，经济指标是决定取舍的主要依据。从各方案中选出相对最优的方案作为设计方案。
(6)按设计任务的要求，对方案做出详细的文字说明(包括各项参数)，并绘制出必需的图纸。
返本期是指在不计利息的条件下，两方案间的投资差额用生产经营每年所节省的经营费用(年运行成本)去补偿，清偿所需的时间。
2.5.6 矿井开拓方案技术比较主要内容
(1)确定矿井的可靠性和稳定性
结合井田划分、煤层赋存特征，分析保证矿井设计生产能力的可靠性和稳定性，初期能否迅速地出煤和达到设计能力;达产后是否能保持长期稳定的生产和增产;两翼能否均衡生产，厚薄煤层及各煤种的搭配;水平是否有足够的服务年限等。
(2)有利于安全生产
在开拓方案中应充分考虑到防水、防火、防瓦斯煤尘爆炸和突出。高温热害处理。开拓系统要与通风系统统一考虑，保证生产安全可靠。
(3)矿井水文地质条件
详细研究井巷穿过地层的地质水文条件，特别注意含地下水的厚表土、石灰岩或其他富含水岩层、喀斯特溶洞、老空区、膨胀软岩或松散岩层及大的断裂构造。
(4)初期采区及回采工作面的位置
分析煤层条件，合理选择初期采区及回采工作面的位置，以保证迅速达产、高产高效。开拓方式和井口位置要与初期采区统筹考虑，以达到工期短、投资少、达产快、效益好。
(5)集中生产
开拓方案要在矿井使用先进技术的基础上，实行集中生产达到高效。
(6)井口位置
有条件时井口应选在地形平坦便于工业场地布置的地带，并距首采区最近。要综合考虑防洪、排涝，同时要避开滑坡、岩崩、雪崩、泥石流等自然灾害，工程地质要有利于防震、抗震，尽量避开砂土液化地带。
(7)开拓布置要考虑初期不迁或少迁村庄，尽量不占或少占良田
(8)少压煤，不压煤或少压开采条件好的煤是开拓方案技术分析的重要内容。此外也要保证国家规定的重要建筑物和构筑物以及江河湖海下安全开采的可能性与经济性
(9)满足建矿地区环境保证的要求
(10)要符合矿区总体设计(供电、供水、运输、居住区、辅助企业等)要求及其他外部条件的影响。
2.5.6.2 技术比较时的注意事项
(1)生产高度集中化
国内外矿井的发展趋势是向集中化方向发展，并且已经出现了若干一井一面高度集中的大型现代化矿井。对每个矿井都需要根据它的客观条件进行具体地分析，确定合理的集中化生产。要从工作面、采区、水平和矿井生产能力等四个方面进行集中化的研究。例如，只要地质条件允许，综采采区单翼推进长度应向2 000 m以上发展。
(2)开采系统合理化
通过方案比较，合理地选择开拓方式、井筒位置和个数、水平和大巷位置、采区和工作面布置。在集中化生产的基础上尽量简化开采系统。初期采区要选择条件好、容易实现高产的地段。初期达产的采区和工作面要布置在井口，以减少初期工程量并缩短建井工期。第一水平的采区按前进式或中央采区布置的原则，同时要兼顾后期开采系统的合理性。改革巷道布置，尽量多做煤巷、少做岩巷。
(3)采掘综合机械化
凡是有条件的煤层都应推广综合机械化开采技术，这是生产集中化高效的主要技术保证。在煤巷掘进中积极推广综机掘进，有条件的也可采边连续采煤机掘进。
(4)煤流运输连续化
尽量采用带式输送机运煤，使煤炭运输从工作面到地面或井底实现连续的带式输送机运煤，以保证工作面、采区和矿井的高产高效。
(5)辅助运输单一化
选择合理的辅助运输方式，创造矿井人员、材料、设备等从井底到工作地点的单一化运输条件，尽量减少转换环节，提高运输效率。
(6)提升系统自动化
选择先进的提升及电控设备，实现主、副井提升系统的自动化或半自动化、以保证矿井高效、安全可靠生产。
(7)辅助生产机械化
各辅助生产环节，如井口操车设备、机修厂、设备材料库的装卸等各种辅助工作全部实现机械化，以消除笨重体力劳动，提高工效。
(8)地面布置合理化
生产、生活合理分区，矿井地面工业场地，根据功能、流程合理布局，尽量减少场地占地面积。同时，工业场地的位置、形式也要考虑有利于开拓和初期采区布置。
(9)监测监控管理网络化
建立井下安全监控系统、生产过程监控系统、矿井科学管理系统，使各项管理工作和安全监测集中化、现代化、科学化。
(10)安全环保文明化
认真贯彻安全规程，采取各种综合措施，防治各种煤矿灾害。高度重视环境保护，按国家规定设置相应的工程和设施，并尽可能地绿化、美化工业场地环境，消除或减少污染。
2.6.2.2 编制配采计划的原则
(1)不同厚度煤层的配采是针对同时采薄煤层和厚煤层的矿井，为了防止吃肥丢瘦造成后期生产被动、产量下降，所采取的薄厚煤层之间产量按一定比例关系搭配开采，一般情况下应与其储量所占的比重大体相同。
(2)不同煤类或不同煤质的煤层配采，对于同时开采动力煤利炼焦煤的矿井，一般按其储量所占的比重，或者按地面洗煤厂的设计能力确定两者的产量比重，进行分采分运。
(3)对于上、下组煤层或同一组内的上、下煤层，分别布置采区同时开采的矿井，应使上部煤层的开采强度不低于下部煤层的开采强度，并且避免在其开采范围内的相互采动影响。
(4)厚煤层分层开采时，上分层与下部各分层的配采，要在保证上分层超前开采的基础上，按煤层分层数目和各分层采高之和，计算上分层产量所占的比重，在配采中应不低于这一比重。
(5)矿井生产中两翼之间的配采，其产量比例应与储量分布的比例大体一致。
(6)具有煤与瓦斯突出、需要先开采保护层的矿井，瓦斯涌出量大、需要预先进行瓦斯抽放的矿井。不仅保护层与被保护层要按一定比例进行开采，而且要考虑到超前掘进开拓巷道，准备巷道对配采比率的影响。
(7)当矿井有综采、普采、炮采几种工艺方式并存时，其产量比重的安排应力求互相适应的可采煤层储量比重一致，使矿井的产量、人员、设备和技术经济指标比较稳定。
(8)保持采区产量相对稳定，除了递增递减期外，采区产量要保持在设计生产能力水平上，波动幅度不宜大，且稳定时间以不少于整个采区服务年限的四分之三为宜。
采区服务年限过短，将会增加采区的搬家次数，直接影响采区的正常接替并增加吨煤成本。根据目前我国一些矿区的生产经验和矿井设计，采区生产能力与采区服务年限的关系，见表2-2。
开拓煤量是指井田范围内已掘进的开拓巷道所圈定尚未采出的可采储量。
准备煤量，是指采区上山及车场(为对煤层群联合准备采区，包括区段集中平巷及其必要的联络巷)等准备巷道所圈定的可采煤量。
回采煤量是准备煤量范围内，已有采煤巷道及工作面(开切眼)所圈定的可采储量，也就是采煤工作面和已准备接替的各工作面尚保有的可采储量。当采煤工作面受开采顺序限制、暂时不能采煤时(如上部工作面停采)不能计入回采煤量。
2.6.4.4 三量可采期的计算
生产矿井或投产矿井的三量可采期按下式计算：
其余符号与上式相同。
5.2 井底车场设计依据及要求
5.2.1 设计依据
(1)矿井设计生产能力及工作制度
(2)矿井开拓方式
(3)井筒及数目
(4)矿井主要运输巷道运输方式
(5)矿井瓦斯等级及通风方式
(6)矿井地面及井下生产系统的布置方式
(7)各种硐室的有关资料
(8)井底车场所处位置的地质条件、水文地质条件及矿井涌水情况。
5.2.2 设计要求
(1)井底车场富裕通过能力，应大于矿井设计生产能力的30%。
(2)井底车场设计时，应考虑增产的可能性。
(3)尽可能地提高井底车场的机械化水平，简化调车作业，提高井底车场通过能力。
(4)在开拓方案设计阶段，应考虑井底车场的合理形式，特别要注意井筒之间的合理布置避免井筒间距过小而使井筒和巷道难于维护、地面绞车房布置困难。
(5)应考虑主、副井之间施工时便于贯通。
(6)在初步设计时，井底车场需考虑线路纵断面闭合，以免施工图设计时坡度补偿困难。
(7)在确定井筒位置和水平标高时，要注意井底车场巷道和硐室所处的围岩情况及岩层的含水情况，井底车场巷道和硐室应选择在稳定坚硬的岩层中，应避开较大断层、强含水层、松软岩层和有煤与瓦斯突出煤层。。
(8)井底车场长度较大的直线巷道之间应保持一定的距离，避免相互之间的不利影响，深井中相连接的巷道必须具有不小于45°的交角。
(9)对于大型矿井或高瓦斯矿井在确定井底车场型式时，应尽量减少交岔点的数量和减小跨度。
(10)井底车场线路布置应结构简单，运行及操作系统安全可靠，管理使用方便理并注意节省工程量，便于施工和维护。
(11)井筒与大巷距离近、入井风量大的矿井，如果有条件应尽量与大巷结合在一起布置井底车场，以便缩短运距、减少调车时间、减少井巷工程。
(12)为了保护井底车场的巷道和硐室，在其所在处范围内应留有煤柱。
5.4.1.1 线路平面布置的基本要求
(1)井底车场线路主要由主井空、重车线，副井进、出车线和回车线组成。由于各井底车场的通过能力、列车编组和煤种数量不同，其各线路的数目和有效长度亦不相同。
(2)井底车场线路布置在满足通过能力和使用要求的前提下，结合主、副井系统各配套硐室的功能特点，协调布置与其相关的辅助线路，并应做到线路顺畅、紧凑合理。
(3)为保证运行安全，应尽量避免机车在曲线巷道顶车，各种推车机均需布置在直线段上。
(4)井底车场的工程量要小。根据生产发展，也可分期扩建，并注意缩短回车线。
(5)尽量减少道岔和交岔点。
(6)线路布置要有利于通风，线路上尽量不设风门，尤其是立井井底车场的副井空、重车线上应禁设风门。
(7)底纵卸式、底侧卸式矿车的井底车场设计时，要注意列车的装载与卸载方向的一致，即注意调头问题。
③井底车场线路平曲线半径应根据机车、车辆最大固定轴距和运行速度确定，并应遵守下列规定：
Ⅰ. 当运行速度小于或等于1.5 m/s时，不得小于通过车辆的最大固定轴距的7倍。
Ⅱ. 当运行速度大于1.5 m/s，小于或等于3.5 m/s时，不得小于通过车辆的最大固定轴距的10倍。
Ⅲ. 当运行速度大于3.5 m/s时，不得小于通过车辆的最大固定轴距的15倍。
Ⅳ. 当运行10 t及其以下机车时，600 mm轨距不宜小于15 m，900 mm轨距不宜小于20 m，运行14 t及其以上机车时，不宜小于25 m。
Ⅴ. 采用底卸式矿车时，3.0 t矿车不宜小于25 m;5.0 t矿车不宜小于30 m。
Ⅵ. 单辆矿车运输不频繁时，1.0 t、1.5 t矿车不应小于9 m;3.0 t矿车不应小于12 m。
5.4.3.1 固定式矿车的列车调车方式
(1)顶推调车(2)专用设备调车(3)顶推拉调车。(4)甩车调车
5.4.3.2 底纵(侧)卸式矿车的调车方式
底纵(侧)卸式矿车的调车方式多为折返式调车方式。
