矿井开采技术的设计要点和流程介绍

(1)矿井开采技术设计的依据

①法律与法规。矿井开采设计依据的法律、法规、技术规范主要有:国家安全生产法律、法规,煤炭产业政策,煤炭工业技术政策,煤炭工业矿井设计规范、煤矿安全规程,煤矿安全监察条例、生产安全事故应急管理条例、煤矿防治水细则、防治煤与瓦斯突出细则以及煤炭行业技术标准与技术规范等。它们是进行矿井设计的基本依据,是保障资源合理利用、保持煤炭工业健康发展的重要基础。

②设计任务书。设计任务书是进行矿井设计的指导性文件,是煤矿企业向设计部门委托设计任务的文件,是确定基本建设项目和编制设计文件的主要依据。一般包括:资源利用,“三废处理”和抗震要求,电源、水源、材料供应以及地面运输条件和协作条件,建设地点和土地征用估算,建设投资和基建工期,劳动定员与劳动生产率,要求达到的技术水平和经济效益等。

改、扩建项目设计任务书还应包括原有和现有的地质资料情况,可利用的井上、井下工程设施,现有生产潜力如何发挥等。

③煤炭资源。煤田地质勘查工作分为预查阶段、普查阶段、详查阶段和勘探阶段,各阶段勘查工程结束后提交相应的地质勘查报告书。井田勘探地质报告为矿井初步设计提供可靠的资源储量依据。井田勘探地质工作是在矿区总体设计和详查的基础上进行的,其成果应满足井筒、主要巷道位置的选择和初期采区划分的需要,并保证井型、井田境界和煤的工业用途,不致因地质资料而发生重大变化。

④经批准的上一阶段设计所确定的原则和技术标准是下一阶段设计的依据。设计一对矿井之前,先要对矿井所在的矿区进行矿区总体规划,总体规划设计所确定的原则是单个矿井设计的依据;矿井初步设计所确定的原则是单项施工图设计的依据。

(2)矿井开采技术设计的程序和内容

1)提交矿井项目建议书

矿井项目建议书是根据批准的矿区综合开发规划编制的,对矿井项目建设的有关重大问题提出初步分析。项目建议书主要内容有:拟建矿井的必要性和依据;建设规模和地点、投资估算和资金筹措的初步设想;项目的进度安排;资源情况、建设条件、经济效益和社会效益的初步分析等。

2)矿井建设可行性研究

矿井可行性研究是对矿井建设的必要性、主要技术原则方案和技术经济合理性的全面论证和综合评价,是矿井立项的依据。矿井可行性研究报告应在批准的矿区总体规划和矿井项目建议书的指导下进行编制。编制的基础资料是经批准的矿井精查地质报告。可行性研究对建设项目的主要方面进行深入细致的研究,其主要内容包括:预测市场对煤炭的需求情况;分析煤炭资源条件和原始地质资料,确定矿井生产能力;择优选取先进可靠和符合我国技术政策及产业政策的开拓方案;选择矿井合理的工艺流程和主要设备;确定合理的矿井工业场地总平面布置及环境保护方案、占地面积、居住区规划等;协调各方面关系;对建设项目的经济效果进行总评价等。矿井可行性研究是一项内容广泛、严肃而又科学的工作,应从技术上全方面考虑,以便为矿井初步设计提供可靠依据。

3)矿井初步设计

矿井可行性研究之后,依据已批准的精查地质报告和煤层赋存条件进行矿井初步设计。矿井初步设计是指导矿井建设的技术经济文件,经批准后是安排矿井建设计划、组织实施和投产验收的依据。初步设计应指导施工图设计,作为控制工程投资、设备选型订货及矿井验收和生产考核的依据。矿井初步设计的质量和技术水平,决定了矿井的建设工程量、建设工期、基建投资和技术经济效果,对矿井生产经营有长远的影响。矿井初步设计应阐明和确定主要问题有:

①说明矿井的隶属关系、地理位置、交通、地形地貌、河流湖泊、沼泽及其他地面水体的分布及范围、气象及地震、水文、工农业、建筑材料概况,现有水源、电源、地面建筑等情况;井田地质构造、煤层煤质情况;瓦斯、煤尘、煤层自燃情况;水文地质情况;开采技术条件以及其他有益矿产的开采与利用评价。重点对地质报告进行全面分析研究,应对勘探程度、存在的主要问题、开采技术条件与资源可靠性等做出评价并提出进一步的补充勘探意见。

②说明井田境界及其划分依据,井田内各可采煤层的地质储量,计算矿井及各水平的可采储量,安全煤柱的留设及其计算方法;说明设计的工作制度,矿井设计年生产能力与服务年限的确定。

③选择井田开拓方式,工业场地及井筒位置、数目、断面与用途,水平的划分及水平标高的确定,包括防水煤柱的计算、回采上限的确定、回风水平的确定、第一水平标高的确定。确定主要巷道的布置方式、井底车场的类型及硐室布置。验算井底车场的通过能力。确定开采顺序、采区划分及配采计划。井田开拓方案关系到地面与井下整体布局,对建设工程量、基建工期、生产技术面貌和经济效益有重大作用,应提出多个方案进行技术经济比较,阐明推荐开拓方案的主要内容和推荐理由。

④确定矿井提升及大巷运输的方式,选择矿井提升、运输、通风、排水、压气设备,并计算相应能力。

⑤根据地质构造、煤层的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、支护方式和设备选型,确定工作面顶板管理方式,确定采区巷道布置、矿井移交生产和达到设计能力时的采区布置、移交采煤工作面布置、工作面主要技术参数的确定、移交时的掘进工作面数目、巷道断面和支护方式、掘进机械设备、移交时井巷工程量、辅助运输方式及设备选型。

⑥根据井田瓦斯、煤尘、煤层自然发火倾向性、煤与瓦斯突出危险性、突水等情况确定通风方式和通风系统、计算风量、风压及通风等积孔,降温措施及设备选型,防治井下灾害的措施及安全装备。井下安全监控系统和设备选型。

⑦阐明各可采煤层的煤质、用途和用户类型。根据煤质和用户的要求,提出选矸及筛分方案,确定煤的加工工艺流程、主副井生产系统和矸石系统,矿井机电设备修理车间、坑木场、煤样室等主要设备的选型、地点和面积。

⑧概述地面现有的铁路、公路和其他交通运输情况,线路主要技术条件,运输能力及发展规划,设计矿井装车站运输线路、标准轨道铁路和专用线,铁路的经营方式,简述场外公路和其他运输方式。(www.xing528.com)

⑨确定矿井工业广场总平面布置,说明平面布置、竖向布置及场内运输、排水;管线综合布置;说明风井位置的选择及平面布置;工业场地的防洪排涝措施。

⑩确定矿井供电电源、电力负荷,计算吨煤耗电量,确定井上、下配电系统和设备的选型;地面照明供电系统与控制,矿井通信系统和通信设备选型;井下环境监测系统、生产监测系统和计算机网络管理系统。

[11]说明地面建筑物和构筑物设计的气象、工程地质、地震、建筑材料等施工材料;确定地面工业建筑物、行政和居民生活建筑物与位置,计算这些建筑物的面积。

[12]确定全矿给水、排水、采暖、通风、供热、消防系统及设施,井下洒水除尘、井筒防冻以及地面生产系统的防尘。

[13]概述建设地区的环境状况、分析矿井主要污染源和污染物及可能引起的生态变化,设计采用的环境保护标准。对锅炉、煤场引起的大气污染、矿井排水和居住区生活用水的水污染、压风机房和通风机房的噪声污染、煤矸石垃圾等固体废弃物以及地表塌陷对生态环境的破坏提出防治控制措施。根据环境保护方案估算环境保护费用。设置环境保护管理机构和监测机构。

[14]计算矿井建设工程量,施工顺序、速度和工期。土建工程及施工顺序,说明并计算。机电安装工程及其工程量,施工方法和顺序,三类工程综合排队和总工期。

[15]采用先进的矿井管理模式设置矿井管理运行机制,编制矿井劳动定员、估算原煤成本、技术经济分析以及总概算,编制矿井主要技术经济指标,预测产品市场及销售价格。

矿井初步设计除了完成上述设计内容并编写设计说明书外,还要提供相应设计内容的附图、主要机电设备和器材目录、三材消耗清册以及矿井开采设计概算书,并完成安全专篇。

矿井设计是一项原则性和技术性强的工作,既要符合安全生产法律法规、技术规范,又要适应矿情。设计单位和人员应精心设计,力求选出技术先进、经济合理最优方案,设计审批程序也要严格按国家有关规定进行,避免由于任意修改设计或不按设计施工,而造成经济损失或影响建设速度。

4)施工图设计

施工图设计是在矿井初步设计的基础上,依据已批准的初步设计文件进行。施工图设计的内容,应根据初步设计内容确定。新建矿井一般包括井巷工程、地面建筑工程和机电设备安装工程等方面的施工图。批准后的设计施工图是施工单位进行施工的依据。为此,设计部门要结合现场实际,加强与施工单位商洽,使设计成果便于施工,利于生产,做到经济合理。

(3)矿井开采设计工作的原则

1)提高设计水平、保证设计质量

设计单位要坚决贯彻国家安全生产法律法规以及《煤矿安全规程》、煤炭工业矿井设计规范的规定,认真分析研究地质资料,努力提高设计质量,使设计的矿井技术先进,缩短建设工期和节省投资,生产时能取得最大的技术经济效果。

在设计过程中要解决好三个重要问题:①设计人员业务素质问题;②设计人员对设计相关资料的掌握程度;③设计人员对国家安全生产法律法规、设计规范、技术标准的熟悉程度。

2)保证合理的设计周期

合理的设计周期是提高设计质量的重要保证,各个设计阶段都需要有一定的时间予以满足。如果设计周期过于紧迫,往往会使设计考虑不周,造成设计返工,甚至给矿井生产带来隐患,不能保证正常的安全生产,损失会更大。我国过去实行的边勘探、边设计、边施工的“三边”政策实施付出了沉痛代价,值得认真反思。

3)加强设计审批工作

设计审批是对设计文件进行全面的审查,以便决定是否批准这部设计作为建设的依据。设计审批是确定建设项目的最后一个步骤,必须做到对国家负责、对业主负责、对自己负责的“三个负责”,设计实行终身负责制。

设计审批是一项严肃的工作,要认真贯彻国家的有关规定。设计文件一经批准,就具有法律性,业主按批准的设计安排投资。所以,任何单位和个人不经原审批单位同意,都无权更改批准设计。涉及一般设计的修改,必须经原设计单位同意由原设计单位进行,才能保证基本建设顺利进行。避免由于任意修改设计,或不按设计施工,而造成经济损失或影响建设速度。