礦井井巷設計相關知識
羅成澤採掘副總工程師
一級安全評價師
註冊安全工程師
採礦高階工程師
2023年7月
礦井井巷設計相關知識
講課的目的：井巷設計是採掘生產的基礎，通過井巷形成通風系統、機運系統、排水系統、採煤工作面等等，具備安全生產條件後，才能進行原煤生產。所以各條井巷用途是不一樣的，或者不完全一樣，那我們就必須掌握和了解井巷設計相關知識，以便各專業技術人員為井巷設計提供可靠引數，使井巷設計達到最優化，並得到合理和充分利用。
一、北礦設計概況
（一）北礦最初設計
北礦最初由重慶煤炭科學研究設計院設計為45萬噸/年井型（與南礦同步），採煤方法為高檔普採；後建設時通過改造裝備、提高機械化程度為綜合機械化採煤，投產後於2023年通過生產能力核定，年生產能力為90萬噸。
礦井含煤地層為二疊系上統宣威組，為一套陸相、海陸交替相的含煤、鐵構造。根據地層岩性、古生物特徵和沉積特徵，以9號煤之底界分為上、下兩段，下段以陸相的河、湖相沉積為主，不含可採煤層；上段為含煤段，屬濱海平原的含煤沉積，含煤7～9層，可採4層，從上向下依次為2、3、7、8號煤層。2號煤層區域性可採，3號煤層全區穩定可採，7號煤層屬不穩定煤層、含硫高，與8號煤層聯合（合層時）開採，8號為主要可採煤層，全區可採。
按45萬噸/年井型設計時，為平硐開拓（後期為平硐暗斜井），採區走向一般為1000公尺左右，共劃分為二個水平、13個採區開採。礦井通風方式為分列式。
2023年開始建礦，2023年投產。
（二）北礦現有設計
根據大地工程開發****2023年編制《四川省川南煤業有限責任公司魯班山北礦＋150m水平延深工程初步設計》，增加了運煤斜井和後期輔助進風井，對礦井水平和採區重新進行了劃分。
1、開拓方式、井筒數目和水平、採區劃分
礦井採用平硐和斜井混合開拓；通風方式：前期為分列通風，後期為對角式通風；通風方法為抽出式。
前期有主平硐、運煤斜井、排矸斜井和回風斜井；後期增設1個輔助進風井。
共劃分為兩個水平，即一水平為＋450m，開採＋450m以上煤層；二水平為＋150m，開採±0至＋450m煤層。（實際是一水平為＋450m，開採＋150m以上煤層；二水平為＋150m，開採±0至＋150m煤層）
共劃分為九個採區，即一水平共計六個採區，分別為
一、二、三上山採區和
四、五、六下山採區；二水平共計三個採區，即
七、八、九下山採區。
2、採區劃分原則
（1）根據煤層賦存情況及構造（斷層）分布範圍，統籌考慮，合理劃分，力求使全井田均能夠合理開採。
（2）盡量將採區劃分為雙翼採區，保證採區有足夠的儲量和合理的服務年限。
（3）採區走向長度本著有利於機械化開採的原則，並結合礦區生產實踐經驗進行考慮。
（4）採區劃分還要有利於治理煤與瓦斯突出，縮短採區投產時間。
（5）煤層特性（自燃發火性）。
一、二、三採區走向約1000公尺；
四、五、
七、八雙翼採區走向為2000-3000公尺；
六、九單翼採區走向1000公尺左右。
3、採區上山布置
根據設計要求和安全規定，採區至少布置軌道上（下）山、回風上（下）山、人行上（下）山、運煤上（下）山共4條上（下）山。上（下）山布置位置選擇主要是根據煤層賦存條件和頂底板岩性確定：
一、二、三採區布置在在距離8號煤層25～30m的底板砂岩中，由於砂岩較薄，受礦壓和跨巷開採動壓影響，巷道變形、破壞嚴重，維修工程量大，甚至多次維修，費用高；四採區布置在距離8號煤層100～120m的底板峨眉山組玄武岩中，有利於巷道維護。將瓦斯抽採巷布置在距離8號煤層15～20m的底板岩層中，有利於瓦斯防治。
4、區段劃分及採煤工作面布置
根據採區斜長、開採技術條件（採煤工藝、工作面斜長120-150公尺、區段煤柱20-25公尺）劃分：一採區5個區段、二採區7個區段、三採區至少8個區段、四採區5個區段。
根據區段劃分確定了工作面機巷、風巷的標高，再按標高倒推確定軌道石門、運煤石門和回風石門布置方式、標高和開口位置。一般情況採用平石門，只有當煤層賦存條件變化較大時，需調整工作面長度時，或煤層傾角較小時（緩傾斜煤層），或聯合布置的煤層層間距較大時，採用斜石門。
根據石門揭煤情況，設計採煤工作面即機巷、風巷和切眼位置。
二、巷道設計
巷道設計是在採礦知識基礎上主要利用立體幾何和三角函式知識進行設計，當然會cad製圖。
（一）煤層底板等高線
煤層底板等高線圖是設計最基本的資料，它表明煤層賦存情況：走向、傾角、厚度（含地質鑽孔圖）。
煤層底板等高線：指採用水平面切割煤層，與煤層底板的交線，該水平面標高就是底板等高線的標高。等高線越精確，設計就越準確。
每層煤均有底板等高線，同一標高各煤層底板等高線位置不同，上層煤底板等高線在下層煤的外側。在同一煤層底板等高線，相鄰底板等高線間距越大，表示煤層傾角越小；反之越大。
煤層底板等高線圖（工程平面圖）的等高線是其在水平面上的投影，一般標註主採煤層底板等高線。若要標註兩層或兩層以上（最多3層）煤層底板等高線，要採用不同顏色區分。
採掘工程平面圖所量取的距離均是平距，不是斜長，斜長=平距/cosα（該處傾角α可以通過該區附近兩條等高線計算）。底板等高線的標高不直接與平距、斜長發生關係，可通過三角函式關係計算。比如通過一條巷道標高計算另一巷道標高（或通過一條巷道標高計算巷道另一點標高）：
垂高=平距*tgα,已知巷道標高加/減垂高就是另一巷道標高；另一方法將相鄰等高線進行等分原理。
穿層巷道標高確定：比如設計在煤層底板20公尺巷道，與煤層同一標高往底板方向平移距離=20/sinα。
（二）巷道設計原則
1、明確巷道的用途；
2、根據安全規定確定安全間距；
3、滿足管、線、纜安裝的要求；
4、滿足運輸的要求；
5、滿足通風的要求；
6、滿足行人的要求等。
（三）安全相關規定
1、主要運輸巷和主要風巷的淨高，自軌面起不得低於2公尺。
2、採區內的上（下）山和平巷的淨高不得低於2公尺。
3、運輸巷兩側（包括管、線、纜）與運輸裝置最突出部分之間的距離應符合：
（1）運輸巷的一側，從巷道道碴面起1.6公尺的高度內，必須留有寬1.0公尺以上的行人路，管道吊掛高度不得低於1.
8公尺；巷道另一側的寬度不得小於0.5公尺。巷道內安設輸送機時，輸送機與巷幫支護的距離不得小於0.
5公尺；輸送機機頭和機尾處與巷幫支護的距離應滿足裝置檢查和維修的需要，並不得小於0.7公尺。巷道內移動變電站或平板車上綜採裝置的最突出部分與巷幫支護的距離不得小於0.
3公尺。（2）當現有運輸巷道行人路的寬度不滿足上述要求時，必須在巷道一側設定躲避硐室，躲避硐室間距不超過40公尺。躲避硐室寬1.2公尺、深度0.7公尺、高度1.8公尺。
（3）在人車停車地點的巷道上下人側，從巷道道碴面起1.6公尺的高度內，必須留有寬1.0公尺以上的行人路，管道吊掛高度不得低於1.8公尺。
4、在雙軌運輸巷中，2列列車最突出部分之間的距離，對開時不得小於0.2公尺，採區裝載點不得小於0.7公尺，礦車摘掛鉤地點不得小於1公尺。
（四）北礦採區主要巷道設計用途
1、軌道上（下）山、各車場及軌道石門：主要滿足材料及裝置運輸、排矸（無運矸上（下）山時）、進風，包括滿足41支架、採面移變等大型裝置運輸；
2、回風上（下）山及回風石門：主要滿足採區、區段回風要求；
3、運煤上（下）山及運煤石門：主要滿足煤炭運輸的皮帶安裝及行人、排水要求；
4、人行上（下）山：主要滿足行人、吊掛人車安裝、進風、供壓風供水及排水管安裝要求；
5、軌道運輸石門：即機軌合一，主要滿足軌道運輸、皮帶運輸和行人要求。
6、41支架綜採工作面機巷、風巷：
（1）機巷：滿足皮帶運輸機、破碎機安裝和進風、行人要求；
（2）風巷：滿足綜採支架運輸（進架、出架）和回風要求。
7、北礦大型裝置運輸和安裝尺寸
（1）41支架：高大於2.2m，寬大於1.5m；
（2）32支架：高大於2.0m，寬大於1.5m；
（3）破碎機：高大於2.5m（含破碎機上置放開關），寬大於2.2m；
（4）採面移變：高大於1.6m，寬大於1.5m；
（5）1.0m皮帶運輸機：皮帶機頭長大於15m，寬大於4.2m；皮帶架寬大於1.4m；
（6）0.8m皮帶運輸機：皮帶機頭長大於10m，寬大於3.0m；皮帶架寬大於1.2m。
8、巷道傾角
平巷一般小於5‰；皮帶運輸巷：下運煤小於16°，上運煤小於16°；主提公升小於23°，輔助提公升小於25°；無提公升、運輸、不經常行人的小於30°。
9、水溝、梯步
一般巷道均要設水溝，只是斷面不一樣，煤巷（臨時）和巖巷（永久）不一樣。
只要行人的斜坡均應設梯步。
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