《煤礦礦井設計》課后復習考試試題
現行基本建設前期工作程序包括：項目建議書、可行性研究報告、初步設計、開工報告和竣工驗收等工作環節。
1.2.1 礦區總體設計的依據
(1)礦區總體規劃設計委托書。由于礦區總體規劃屬政府行為，由各省(區、市)、計劃單列市計委和計劃單列企業企業集團或有關政府部門委托。
(2)礦區資源普查地質報告和必要的詳查地質報告以及審批文件。
(3)礦區環境影響評價大綱及審批文件。
(4)各省(區、市)國民經濟和社會發展五年計劃及遠景目標綱要。
(5)煤炭行業及相關電力、化工、交通、建材等行業的五年計劃及遠景規劃。
1.2.2 礦區總體設計的內容
1 總說明;2 礦區概況及建設條件;3 礦區開發;4 煤的用途及洗選加工;5 電廠;6 化工、鐵路、港口、航運、建材等綜合開發項目;7 礦區配套工程;8 礦區地面布置及地面設施;9 礦區環境保護及綜合利用;10 技術經濟評價;11 附圖。
1.3礦區開發設計一般應遵循下列原則：
(1)貫徹執行國家發展煤炭工業的方針政策和發展戰略，有關法規、規程和規范的規定。
(2)結合具體條件充分考慮國民經濟和區域經濟發展需要(國內外市場需要);擇優開發合理利用煤炭資源，對國家稀缺煤種實行保護性開采。
(3)為礦區的合理開發創造良好的建設條件，保證礦區規劃布局的合理性和穩定性，礦區建設、城鄉規劃和保護同步發展。
(4)礦區的井田劃分，要統籌全局處理好相鄰礦區和相鄰礦井間的(境界)關系，如礦井與露天礦、生產礦與新建井、淺部井與深部井，對國有重點煤礦與地方礦井應統一規劃合理布局。
(5)綜合分析借鑒國內外礦區開發經驗與發展趨勢，采用科學技術，不斷提高礦區現代化水平。
(6)發揮資源優勢和地理優勢，擇優開發資源豐富、開采條件優越、交通方便和缺煤地區，有露天礦開采條件的應當優選開采露天礦。
(7)要以經濟效益為中心，以相對較少投資，較短時間，實現少投入，多產出，取得礦區建設的最大經濟效益。
(8)對礦區有工業價值的其他有益礦物，應規劃開發和利用，提高經濟效果。
(9)適應經濟發展和科學技術進步，適當為礦區擴建與發展留有余地。
(10)貫徹安全生產方針，努力改善勞動條件
1.3.2.2 井田劃分方法
(1)按自然境界劃分井田
?、侔吹刭|因素劃分。②按煤層賦存形態劃分。③按煤層組與儲量分布情況劃分。④按煤種、煤質分布規律劃分。⑤按地形地物界線劃分。
(2)按人為境界劃分井田
?、侔此綐烁?煤層底板等高線)劃分。②按地質鉆孔連線劃分。③按經緯線劃分。
?、馨纯碧骄€劃分。
1.3.5.2 礦區建設順序的基本原則
礦區建設順序一般應遵循下列主要原則：
(1)先淺后深
當煤田沿傾斜方向劃分為數個井田時，應先建設淺部礦井，后建設深部礦井，再建設較深和深部的礦井。
(2)先小后大
當礦區內有不同礦井設計生產能力的礦井時，一般應先建設小型、中型礦井，后建設大型或特大型礦井。
(3)先易后難
從施工方面看，先建設外部好、施工條件簡單的礦井。從生產方面看，先建設地質構造簡單、煤層由下而上穩定、開采技術條件簡單的礦井，后建設外部開發條件差、施工施工條件復雜、地質條件復雜的礦井。
(4)先平硐、再斜井、后立井
如果一個礦區有平硐、斜井和立井時，應先建設施工條件簡單、投資少、建設快的平硐或斜井，后建設立井。
(5)先改擴建，再新建
在礦區總體設計中，如果有生產礦井改擴建，則應先安排改擴建礦井，后安排新建礦井。
(6)先急需后一般
在不同煤質、不同煤種的礦井之間安排建設順序時，應先建設國家急需的煤質、煤種所在的礦井，后建一般煤質、煤種所在的礦井。
(7)同時建設的礦井不能太多
礦區同時建設礦井的數量主要是根據國民經濟對煤炭需求的大小，地質勘探程度、資金籌措情況，器材供應條件、施工隊伍的數量以及外部協作條件等因素擇優確定。
2.1 礦井設計程序
礦井設計一般程序為：項目建議書→可行性研究→初步設計(包括安全專篇)→施工圖設計。
2.2礦井初步設計中編制的主要內容如下;
(1)總說明。包括初步設計編制依據，編制情況;設計指導思想;礦井(井田)特點、設計確定的主要技術原則及主要技術經濟指標;存在的主要問題和建議。
(2)井田概況及地質特征。包括井田自然地理、交通、電源、水源、區域經濟和建設材料的概述;井田地質構造、地層、煤層與煤質情況，水文地質、開采技術條件以及其他有益礦產的開采與利用評價的概述。
(3)井田開拓。包括井田境界與資源(儲量)的確定;礦井設計年生產能力與服務年限的確定;井田開拓方式，井簡位置、數目與用途的選擇;主要運輸大巷與總回風大巷的布置，采區劃分與配采安排;井筒井底車場及硐室布置。
(4)大巷運輸及設備。包括煤炭及輔助運輸方式的比較和確定：主要運輸設備選型，機車類型和數量及相配套附屬設備的型號和數量，輸送機型導、長度、帶寬、運輸速度、運輸能力、輸送機功率。輔助運輸設備選型的類型、型號和數量。
(5)采區布置及裝備。包括根據地質構造、煤層穩定性和開采條件分析比較選擇采煤方法，選擇工作面采煤、裝煤、運煤方式和設備選型，確定工作面頂板管理方式，選擇計算支架設備;初期采區數具，位置選擇，移交采區巷道布置，采區特征和采區煤炭、矸石和輔助運輸方式及設備選型;移交時采煤工作面布置、數量、工作面的長度;移交生產和達到設計能力時掘進工作面的數量、組數，掘進機械設備配備，巷道斷面和支護方式，移交時井巷總工程量。
(6)通風和安全。包括概述鄰近礦井及本井田瓦斯、煤塵、自燃、煤和沼氣突出、突水及地溫等情況;礦井通風方式相通風系統選擇及其依據，礦井風量計算及依據，礦井風壓和等積孔計算;礦井通風系統圖;災害預防及安全裝備。
(7)提升、通風、排水和壓縮空氣設備的方案比選，設備型號、功率等。
(8)地面生產系統。包括闡述煤質及其用途;煤的加工工藝流程;主、副井生產系統及矸石處理系統;其他輔助設施。
(9)地面運輸。包括地在現在鐵路、鐵路軌距、場外公路及其他運輸方式的闡述。
(10)總平面布置及防洪排澇。包括工業場地四臨概況;工廣的平面布置情況;場內的豎向設計及運輸系統;管線綜合布置及防洪排澇措施等。
(11)電氣。包括供電電源、電力負荷、關變電方案、地面及井下供配電、礦井監控及礦井通信概況。
(12)地面建構物。包括高計的原始資料和建筑材料;工業建構物、生產管理和生活福利區及居住區的建構物布置。
(13)給水與排水。包括給水、排水、室內給排水、消防及灑水系統等。
(14)采暖、通風及供熱。包括采暖的范圍及方式;各建筑物的通風方式和設備造型;井筒防凍措施;鍋爐房設備選型;室外熱力管網布置等。
(15)職業安全衛生。包括概述生產過程中主要產生的危害;地面建筑及設施危害因素分析及主要防范措施;井下職業危害因素分析及防范措施。
(16)環境保護。包括自然環境及環境質量現狀，資源開采可能引起的生態變化，主要污染源及污染物的種類、名稱、數量及濃度等;各種污物的防治措施;地面塌陷治理措施;環境保護機構圾專項投資等。
(17)建筑防火。包括防火設計依據概述;總平面布置防火采取的措施及消防設施的配備;建筑結構防火措施;地面消防給排水及滅火設施;電氣防火措施等。
(18)節能。包括建筑、供電、機電設備、供熱、給排水及環保等節能設計和節能措施概述等。
(19)建井工期。包括建井施工工期的編排及產量遞增計劃的計劃和安排。
(20)技術經濟。包括生產組織、勞動定員及勞動生產率、建設資金的籌措;原煤生產成本估算與分析;經濟的評價與分析;礦井主要技術經濟指標等。
2.4.1 礦井開采設計的原則
(1)提高設計水平，保證設計質量
(2)要保證合理的設計周期
(3)加強設計審批工作
技術上的先進 ：是指所選用的方案采用了適合該礦具體條件的先進技術，有利于采用新技術新工藝，有利于實現生產過程的機械化及自動化，用于生產的集中化，有利于提高資源采出率，有利于加強生產技術管理，有利于安全生產。
經濟上合理 ：是指所選用的方案噸煤生產能力的基建投資少，特別是初期投資少，勞動生產率高，噸煤生產費用低，礦井建設時間短，投資效果好，投資回收期短，利潤高。
統計分析法：就是根據現有生產礦井的實際情況，針對需解決的問題調查統計，借以分析某些技術參數之間的關系，某些參數的合理平均值或可取范圍。
標準定額法：是以規范、規程和規定的形式對開采設計中的某些技術條件或參數作出具體規定，而后據此規定條件確定某設計方案內其他有關參數。
數學分析法：通常是以噸煤費用最低為準則，列出噸煤費用與欲求參數之間的函數關系，采用微分求極值的方法求解開采設計方案中某些參數的有利值，這種方法稱為微分求極值法，也稱為數學分析法。
2.5在進行工程設計時，根據已知條件列出在技術上可行的若干個方案，然后進行具體的術分析和經濟比較，從中選出相對最優的一種方案，這種設計方法稱為方案比較法。
2.5.2 方案比較法步驟
方案比較法的使用步驟一般為：
(1)首先明確設計的內容、性質、要求，以及設計要達到的目標等。
(2)熟悉和掌握設計任務書或設計中所要解決的總體或局部課題的內部及外部條件，對礦井設計來說主要是礦床的地質地形條件、交通情況，與相鄰礦井的關系，與其他企業的關系等。
(3)根據內部及外部條件、設計任務的內容和目標，提出可行的方案。
(4)對提出的可行方案時進行技術和經濟分析，從中選取2 ~ 3個較優方案。
(5)對選出的較優方案進行詳細的技術和經濟計算與比較，全面研究技術和經濟的合理性，明確各方案在技術上和經濟上的差異，全面衡量各方案的利弊。在技術上可行的數個方案中，經濟指標是決定取舍的主要依據。從各方案中選出相對最優的方案作為設計方案。
(6)按設計任務的要求，對方案做出詳細的文字說明(包括各項參數)，并繪制出必需的圖紙。
返本期是指在不計利息的條件下，兩方案間的投資差額用生產經營每年所節省的經營費用(年運行成本)去補償，清償所需的時間。
2.5.6 礦井開拓方案技術比較主要內容
(1)確定礦井的可靠性和穩定性
結合井田劃分、煤層賦存特征，分析保證礦井設計生產能力的可靠性和穩定性，初期能否迅速地出煤和達到設計能力;達產后是否能保持長期穩定的生產和增產;兩翼能否均衡生產，厚薄煤層及各煤種的搭配;水平是否有足夠的服務年限等。
(2)有利于安全生產
在開拓方案中應充分考慮到防水、防火、防瓦斯煤塵爆炸和突出。高溫熱害處理。開拓系統要與通風系統統一考慮，保證生產安全可靠。
(3)礦井水文地質條件
詳細研究井巷穿過地層的地質水文條件，特別注意含地下水的厚表土、石灰巖或其他富含水巖層、喀斯特溶洞、老空區、膨脹軟巖或松散巖層及大的斷裂構造。
(4)初期采區及回采工作面的位置
分析煤層條件，合理選擇初期采區及回采工作面的位置，以保證迅速達產、高產高效。開拓方式和井口位置要與初期采區統籌考慮，以達到工期短、投資少、達產快、效益好。
(5)集中生產
開拓方案要在礦井使用先進技術的基礎上，實行集中生產達到高效。
(6)井口位置
有條件時井口應選在地形平坦便于工業場地布置的地帶，并距首采區最近。要綜合考慮防洪、排澇，同時要避開滑坡、巖崩、雪崩、泥石流等自然災害，工程地質要有利于防震、抗震，盡量避開砂土液化地帶。
(7)開拓布置要考慮初期不遷或少遷村莊，盡量不占或少占良田
(8)少壓煤，不壓煤或少壓開采條件好的煤是開拓方案技術分析的重要內容。此外也要保證國家規定的重要建筑物和構筑物以及江河湖海下安全開采的可能性與經濟性
(9)滿足建礦地區環境保證的要求
(10)要符合礦區總體設計(供電、供水、運輸、居住區、輔助企業等)要求及其他外部條件的影響。
2.5.6.2 技術比較時的注意事項
(1)生產高度集中化
國內外礦井的發展趨勢是向集中化方向發展，并且已經出現了若干一井一面高度集中的大型現代化礦井。對每個礦井都需要根據它的客觀條件進行具體地分析，確定合理的集中化生產。要從工作面、采區、水平和礦井生產能力等四個方面進行集中化的研究。例如，只要地質條件允許，綜采采區單翼推進長度應向2 000 m以上發展。
(2)開采系統合理化
通過方案比較，合理地選擇開拓方式、井筒位置和個數、水平和大巷位置、采區和工作面布置。在集中化生產的基礎上盡量簡化開采系統。初期采區要選擇條件好、容易實現高產的地段。初期達產的采區和工作面要布置在井口，以減少初期工程量并縮短建井工期。第一水平的采區按前進式或中央采區布置的原則，同時要兼顧后期開采系統的合理性。改革巷道布置，盡量多做煤巷、少做巖巷。
(3)采掘綜合機械化
凡是有條件的煤層都應推廣綜合機械化開采技術，這是生產集中化高效的主要技術保證。在煤巷掘進中積極推廣綜機掘進，有條件的也可采邊連續采煤機掘進。
(4)煤流運輸連續化
盡量采用帶式輸送機運煤，使煤炭運輸從工作面到地面或井底實現連續的帶式輸送機運煤，以保證工作面、采區和礦井的高產高效。
(5)輔助運輸單一化
選擇合理的輔助運輸方式，創造礦井人員、材料、設備等從井底到工作地點的單一化運輸條件，盡量減少轉換環節，提高運輸效率。
(6)提升系統自動化
選擇先進的提升及電控設備，實現主、副井提升系統的自動化或半自動化、以保證礦井高效、安全可靠生產。
(7)輔助生產機械化
各輔助生產環節，如井口操車設備、機修廠、設備材料庫的裝卸等各種輔助工作全部實現機械化，以消除笨重體力勞動，提高工效。
(8)地面布置合理化
生產、生活合理分區，礦井地面工業場地，根據功能、流程合理布局，盡量減少場地占地面積。同時，工業場地的位置、形式也要考慮有利于開拓和初期采區布置。
(9)監測監控管理網絡化
建立井下安全監控系統、生產過程監控系統、礦井科學管理系統，使各項管理工作和安全監測集中化、現代化、科學化。
(10)安全環保文明化
認真貫徹安全規程，采取各種綜合措施，防治各種煤礦災害。高度重視環境保護，按國家規定設置相應的工程和設施，并盡可能地綠化、美化工業場地環境，消除或減少污染。
2.6.2.2 編制配采計劃的原則
(1)不同厚度煤層的配采是針對同時采薄煤層和厚煤層的礦井，為了防止吃肥丟瘦造成后期生產被動、產量下降，所采取的薄厚煤層之間產量按一定比例關系搭配開采，一般情況下應與其儲量所占的比重大體相同。
(2)不同煤類或不同煤質的煤層配采，對于同時開采動力煤利煉焦煤的礦井，一般按其儲量所占的比重，或者按地面洗煤廠的設計能力確定兩者的產量比重，進行分采分運。
(3)對于上、下組煤層或同一組內的上、下煤層，分別布置采區同時開采的礦井，應使上部煤層的開采強度不低于下部煤層的開采強度，并且避免在其開采范圍內的相互采動影響。
(4)厚煤層分層開采時，上分層與下部各分層的配采，要在保證上分層超前開采的基礎上，按煤層分層數目和各分層采高之和，計算上分層產量所占的比重，在配采中應不低于這一比重。
(5)礦井生產中兩翼之間的配采，其產量比例應與儲量分布的比例大體一致。
(6)具有煤與瓦斯突出、需要先開采保護層的礦井，瓦斯涌出量大、需要預先進行瓦斯抽放的礦井。不僅保護層與被保護層要按一定比例進行開采，而且要考慮到超前掘進開拓巷道，準備巷道對配采比率的影響。
(7)當礦井有綜采、普采、炮采幾種工藝方式并存時，其產量比重的安排應力求互相適應的可采煤層儲量比重一致，使礦井的產量、人員、設備和技術經濟指標比較穩定。
(8)保持采區產量相對穩定，除了遞增遞減期外，采區產量要保持在設計生產能力水平上，波動幅度不宜大，且穩定時間以不少于整個采區服務年限的四分之三為宜。
采區服務年限過短，將會增加采區的搬家次數，直接影響采區的正常接替并增加噸煤成本。根據目前我國一些礦區的生產經驗和礦井設計，采區生產能力與采區服務年限的關系，見表2-2。
開拓煤量是指井田范圍內已掘進的開拓巷道所圈定尚未采出的可采儲量。
準備煤量，是指采區上山及車場(為對煤層群聯合準備采區，包括區段集中平巷及其必要的聯絡巷)等準備巷道所圈定的可采煤量。
回采煤量是準備煤量范圍內，已有采煤巷道及工作面(開切眼)所圈定的可采儲量，也就是采煤工作面和已準備接替的各工作面尚保有的可采儲量。當采煤工作面受開采順序限制、暫時不能采煤時(如上部工作面停采)不能計入回采煤量。
2.6.4.4 三量可采期的計算
生產礦井或投產礦井的三量可采期按下式計算：
其余符號與上式相同。
5.2 井底車場設計依據及要求
5.2.1 設計依據
(1)礦井設計生產能力及工作制度
(2)礦井開拓方式
(3)井筒及數目
(4)礦井主要運輸巷道運輸方式
(5)礦井瓦斯等級及通風方式
(6)礦井地面及井下生產系統的布置方式
(7)各種硐室的有關資料
(8)井底車場所處位置的地質條件、水文地質條件及礦井涌水情況。
5.2.2 設計要求
(1)井底車場富裕通過能力，應大于礦井設計生產能力的30%。
(2)井底車場設計時，應考慮增產的可能性。
(3)盡可能地提高井底車場的機械化水平，簡化調車作業，提高井底車場通過能力。
(4)在開拓方案設計階段，應考慮井底車場的合理形式，特別要注意井筒之間的合理布置避免井筒間距過小而使井筒和巷道難于維護、地面絞車房布置困難。
(5)應考慮主、副井之間施工時便于貫通。
(6)在初步設計時，井底車場需考慮線路縱斷面閉合，以免施工圖設計時坡度補償困難。
(7)在確定井筒位置和水平標高時，要注意井底車場巷道和硐室所處的圍巖情況及巖層的含水情況，井底車場巷道和硐室應選擇在穩定堅硬的巖層中，應避開較大斷層、強含水層、松軟巖層和有煤與瓦斯突出煤層。。
(8)井底車場長度較大的直線巷道之間應保持一定的距離，避免相互之間的不利影響，深井中相連接的巷道必須具有不小于45°的交角。
(9)對于大型礦井或高瓦斯礦井在確定井底車場型式時，應盡量減少交岔點的數量和減小跨度。
(10)井底車場線路布置應結構簡單，運行及操作系統安全可靠，管理使用方便理并注意節省工程量，便于施工和維護。
(11)井筒與大巷距離近、入井風量大的礦井，如果有條件應盡量與大巷結合在一起布置井底車場，以便縮短運距、減少調車時間、減少井巷工程。
(12)為了保護井底車場的巷道和硐室，在其所在處范圍內應留有煤柱。
5.4.1.1 線路平面布置的基本要求
(1)井底車場線路主要由主井空、重車線，副井進、出車線和回車線組成。由于各井底車場的通過能力、列車編組和煤種數量不同，其各線路的數目和有效長度亦不相同。
(2)井底車場線路布置在滿足通過能力和使用要求的前提下，結合主、副井系統各配套硐室的功能特點，協調布置與其相關的輔助線路，并應做到線路順暢、緊湊合理。
(3)為保證運行安全，應盡量避免機車在曲線巷道頂車，各種推車機均需布置在直線段上。
(4)井底車場的工程量要小。根據生產發展，也可分期擴建，并注意縮短回車線。
(5)盡量減少道岔和交岔點。
(6)線路布置要有利于通風，線路上盡量不設風門，尤其是立井井底車場的副井空、重車線上應禁設風門。
(7)底縱卸式、底側卸式礦車的井底車場設計時，要注意列車的裝載與卸載方向的一致，即注意調頭問題。
?、劬总噲鼍€路平曲線半徑應根據機車、車輛最大固定軸距和運行速度確定，并應遵守下列規定：
?、? 當運行速度小于或等于1.5 m/s時，不得小于通過車輛的最大固定軸距的7倍。
?、? 當運行速度大于1.5 m/s，小于或等于3.5 m/s時，不得小于通過車輛的最大固定軸距的10倍。
?、? 當運行速度大于3.5 m/s時，不得小于通過車輛的最大固定軸距的15倍。
?、? 當運行10 t及其以下機車時，600 mm軌距不宜小于15 m，900 mm軌距不宜小于20 m，運行14 t及其以上機車時，不宜小于25 m。
?、? 采用底卸式礦車時，3.0 t礦車不宜小于25 m;5.0 t礦車不宜小于30 m。
?、? 單輛礦車運輸不頻繁時，1.0 t、1.5 t礦車不應小于9 m;3.0 t礦車不應小于12 m。
5.4.3.1 固定式礦車的列車調車方式
(1)頂推調車(2)專用設備調車(3)頂推拉調車。(4)甩車調車
5.4.3.2 底縱(側)卸式礦車的調車方式
底縱(側)卸式礦車的調車方式多為折返式調車方式。
