目 录
1 矿（井）田地质概况
1) 矿区地质概况；
2) 矿（煤）层的层数、厚度、倾角及其变化情况；
3) 矿（煤）层地质构造及煤质；
4) 矿井地层矿（煤）层围岩；
5) 水文地质与地面条件。
编写本章内容要求做到：
1) 实事求是，客观真实；
2) 简明精确；
3) 全面详尽；
4) 对本章内容，不仅应熟悉，对重点内容还应熟记。
1.1 矿（井）田位置及交通
附交通位置图（插图）。
描述矿区，主要是井田内地形、地貌、高山河流及有否重要建筑物和名胜古迹、城镇村庄等分布情况，以及对开采的影响。对开采的影响应重点考虑：
1) 是否会影响工业场地和井口位置的选择；
2) 是否需要留设保护煤柱。
气象主要描述矿区气候性质及气温变化，雨季时间，年平均及最大降雨量，年蒸发量，最大冻结深度，平均积雪厚度，风向，风速等。
水文主要描述矿区河流、湖泊、沼泽的分布及范围，河流的流量、流速、水深及最高洪水位等。
1) 矿区开发情况
矿区开始开发时间，目前生产矿井分布情况及开发规模，老窑分布情况等。
2) 矿区经济情况
工农业生产情况，包括主要工农业产品的品种、生产规模及在当地经济发展中的地位和对资源开发的依赖和影响。
3) 矿井建设和生产所需主要材料的来源。
4) 水源、电源及劳动力来源。
5) 矿藏市场供需情况。
1.2 矿（井）田地层及地质构造
按照由老到新的沉积顺序分别叙述矿区或井田内地层，简述地质年代、地层层序及岩石特征，沉积厚度、含水层及其位置；重点叙述煤系地层。叙述内容包括：地层年代、岩性及特征、地层厚度；对煤系地层还应说明含煤层数，各煤层厚度及煤层间距离等；对可采煤层，应描述夹矸情况、夹矸岩性、厚度及位置等，并详细地描述顶底板岩层特征，包括节理发育程度以及主要力学指标等。
详细描述影响本井田划分及开采的主要构造。
1) 断裂构造
按顺序描述各断层情况，包括断层编号或名称、性质、断层面倾向、倾角、断层延展方向和长度、落差和水平断距等。
2) 褶皱构造
按顺序描述各褶曲情况，包括褶曲编号或名称、性质、褶曲轴线面延展方向和长度、倾角以及两翼地层的倾向、倾角等。
3) 陷落柱
按顺序描述各陷落柱情况，包括陷落柱编号或名称、范围、涉及的地层范围、煤层陷落深度及对煤质的影响等。
4) 岩浆岩侵入
描述岩浆岩侵入范围及对煤质、开采的影响。
矿田地层可参考表1-1，断层特征填入表1-2。
表1-1 矿井地层一览表
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地质年代 |
岩层总厚度（m） |
岩层组成及特征 |
含煤层数及厚度 |
备注 |
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代 |
纪 |
统 |
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表1-2 断层特征表
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序号 |
名称 |
性质 |
断层面走向 |
断层面倾向 |
倾角 |
落差（m） |
水平断距（m） |
影响范围 |
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1 |
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2 |
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3 |
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1.3 矿体赋存特征及开采技术条件
1) 煤层
详细描述各煤层特征，主要是可采煤层，描述内容包括：煤层厚度及变化情况，煤层结构及夹矸情况，煤层露头及风氧化带情况，煤层顶底板情况，煤层受各种构造影响情况等。
附：可采煤层特征表（参考表1-3）。
表1-3 可采煤层特征表
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煤组 |
煤层 |
煤层厚度（m） |
煤层间距（m） |
煤层结构 |
顶底板岩性 |
稳定性 |
倾角（度） |
容重（t/m3） |
备注 |
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最小 |
最大 |
平均 |
最小 |
最大 |
平均 |
夹矸层数 |
夹矸总厚（ｍ） |
顶板 |
底板 |
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2) 煤质
分煤层描述各可采煤层的煤质，包括水分、灰分、挥发分、发热量、硫分、磷分等，描述煤的工业分类和用途等。
1) 煤层自燃发火
陈述煤层自燃发火的试验检测情况，有无自燃发火倾向，描述煤层自燃发火的倾向性和自燃发火期，列举临近矿井的自燃发火情况。
2) 瓦斯
陈述瓦斯试验检测和鉴定情况，列举临近矿井瓦斯灾害情况和矿井瓦斯等级，描述瓦斯涌出量（包括相对涌出量和绝对涌出量）、瓦斯涌出形式及确定的矿井瓦斯等级。
3) 煤尘
陈述煤尘爆炸性鉴定情况，列举临近矿井煤尘灾害情况和煤尘爆炸性，描述煤尘爆炸指数和爆炸性。
4) 地热
描述地层温度及变化梯度，说明地热可能对开采产生的影响。
分别对地下含水层、隔水层及老窑积水等进行描述。
1) 含水层
逐层对各含水层进行描述，包括含水层名称、位置、岩性组成及厚度、分布范围及发育情况、渗透系数及涌水量，与地表水的关系等。
2) 隔水层
逐层描述各隔水层情况，包括隔水层名称、位置、岩性组成及厚度、发育情况及隔水效果等。
3) 老窑积水对矿井生产影响
描述临近矿井采空区及井田内老窑积水情况及可能对开采产生的影响。
4) 断层对矿井涌水影响
描述断层对地下水的影响（主要是其导水性）及对开采中矿井涌水的影响。
总之，矿井开采设计中要说明矿井里含水层、隔水层分布发育情况及其变化规律，渗透系数、涌水量，地表水的影响范围，临近矿井、部分小窑涌水及积水情况，断层的导水性，矿井正常、最大涌水量，水文地质对矿井开采的影响。最后，陈述矿井涌水量的计算情况，列举临近矿井的涌水量和水害情况，给出矿井正常涌水量和最大涌水量。
2 井田开拓
井田开拓即矿井开采的总体部署。井田开拓设计是矿井开采设计的主要和关键部分。本章设计所确定的方案和参数是后续设计的依据，因此本章设计的合理与否关乎整个设计的成败。对本章设计要求如下：
1) 应对第一章中资料进行认真分析，所提方案应切合实际；
2) 应全面了解和掌握《煤矿安全规程》、《煤炭工业矿井设计规范》及有关技术政策对相关内容的规定，所提方案应符合规定；
3) 对重大方案应提出全部可行方案，并对所提方案进行全面分析比较，给出最优方案；
4) 应给出所确定方案的主要参数，并对其进行认真核对，确保无误。
2.1 矿（井）田境界及储量
1) 井田四周自然境界描述及与邻近矿井的关系。
2) “采矿许可证”规定的井田境界。在“采矿许可证”上，井田的平面范围一般用拐点坐标表示，开采深度用高程表示，有些也明确指定开采煤层。拐点坐标以表2-1格式列出。
3) 井田走向长度、倾斜宽度、井田面积。
表2-1 井田拐点坐标一览表
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点号 |
纬距（X） |
经距（Y） |
点号 |
纬距（X） |
经距（Y） |
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1 |
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4 |
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2 |
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5 |
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3 |
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6 |
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在设计中，一般应以实习矿井的实际井田境界为准。在特殊情况及地质资料允许的条件下，可以改变原井田境界，但要在指导教师指导下进行，不得擅自改变井田境界。
1) 《煤炭工业矿井设计规范》关于矿井资源/储量的相关规定:
《煤炭工业矿井设计规范》第2.1.1条（强制性条文）规定：“矿井预可行性研究应根据批准的井田详查或勘探地质报告进行，可行性研究和初步设计应根据批准的井田勘探地质报告进行，且必须经认真分析研究后，对勘探程度、资源可靠性、开采条件及经济意义等作出评价。”
《煤炭工业矿井设计规范》第2.1.2条规定：矿井预可行性研究、可行性研究和初步设计，应分别根据井田详查和勘探地质报告提供的“推断的”、“控制的”、“探明的”资源量，按国家现行标准《固体矿产资源/储量分类》GB/T17766及《煤、泥炭地质勘查规范》DZ/T0215划分矿井资源/储量类型，计算“矿井地质资源量”、“矿井工业资源/储量”、“矿井设计资源/储量”和“矿井设计可采储量”。
划分矿井资源/储量类型及计算矿井资源/储量的具体规定见《煤炭工业矿井设计规范》中附录A、附录B和附录C。
根据附录C规定，在矿井可行性研究和初步设计中，资源/储量类型及计算如下：
①矿井地质资源量
矿井地质资源量为勘探地质报告提供的查明煤炭资源的全部，包括331、332、333。
②矿井工业资源/储量
矿井工业资源/储量按下式计算：
Zg=111b+122b+2M11+2M22+333k （2-1）
式中k——可信度系数，取0.7～0.9。
③矿井设计资源/储量
矿井设计资源/储量等于矿井工业资源/储量减去设计计算的断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建（构）筑物煤柱等永久煤柱损失量后的资源/储量。
④矿井设计可采储量。矿井设计可采储量等于矿井设计资源/储量减去工业场地和主要井巷煤柱的煤量后乘以采区回采率。
2) 矿井资源/储量的计算
①矿井地质资源量计算。矿井地质资源量可由地质报告中直接获取，也可根据煤层底板等高线及储量计算图通过计算得到。
②依据煤层底板等高线图计算矿井地质资源量的方法是：在煤层底板等高线图上，按煤层特征，以达到相应控制程度的勘探线、煤层底板等高线或主要构造线为边界将煤层划分为若干块段，按块段确定资源量类型和计算资源量，然后按资源量类别分别统计，符合要求的各类资源量的总和即为矿井地质资源量。
每个块段的资源量按下式计算：
Qi＝SiMiγi/cosαi （2-2）
式中 Qi——第i个块段的资源量，Mt；
Si——块段水平投影面积，m2；
Mi——块段内煤层的平均真厚度，m；
γi——块段内煤层的容重，t/m3。
αi——煤层倾角，采用块段内的平均倾角，（ °）。
计算煤层厚度时，应扣除夹矸厚度。储量计算结果以万吨为单位，不留小数。
在设计说明书中，不列计算方法和过程，只需将计算和统计结果以表2-2格式列出。
表2-2 矿井地质资源量汇总表
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序
号 |
煤层
编号 |
地质资源量（Mt） |
备注 |
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111b |
121b |
122b |
2M11 |
2M21 |
… |
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1 |
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2 |
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3 |
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合计 |
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③矿井工业资源/储量计算
矿井工业资源/储量依据表2-2,数据按（2-1）式计算。
④矿井设计资源/储量计算
在煤层底板等高线图上分别绘出各断层煤柱、防水煤柱、井田境界煤柱、地面建（构）筑物煤柱等永久煤柱，逐个计算和按储量类别统计永久煤柱量。
矿井设计资源/储量按下式计算：
Zsj=Zg-Py （2-3）
式中 Zsj——矿井设计资源/储量，Mt；
Py——永久煤柱量，Mt。
⑤矿井可采储量计算
在井田开拓平面图上绘出工业场地和主要井巷煤柱，计算和按储量类别统计主要井巷和工业场地煤柱量。
矿井可采储量按下式计算：
Zkc=（Zsj-Pjg ）K （2-4）
式中 Zkc——矿井可采储量，Mt；
K——采区回采率；
Pjg——设计主要井巷和工业场地煤柱量，Mt。
计算煤柱量时，留设煤柱的参数可由《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》查取。
3) 矿井可采储量汇总
矿井可采储量按表2-3格式汇总。
表2-3 矿井可采储量汇总表 单位：Mt
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水平编号 |
煤层编号 |
地质资源量 |
工业资源/储量
|
永久煤柱损失 |
设计资源/储量 |
工业场地和
主要井巷煤柱 |
开采损失 |
可
采
储
量 |
|
防水煤柱 |
井田境界 |
断层煤柱 |
建筑物 |
合计 |
主要井巷 |
工业场地 |
合
计 |
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Ⅰ |
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合计 |
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Ⅱ |
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合计 |
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合计 |
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《煤炭工业矿井设计规范》第2.2.3条规定：“矿井设计生产能力宜按年工作日330d计算，每天净提升时间宜为16h。”
一般矿井地面工作人员采用“三八”工作制，井下工作人员采用“四六”工作制。也可借鉴所实习矿井的工作制度。
矿井服务年限是指矿井正常生产的时间，以a计。
为了使矿井建设工程和设备投资以及因该矿井而建立的工业和服务设施的建设投资等发挥最大的效能，矿井服务年限和矿井生产能力应相匹配，《煤炭工业矿井设计规范》第2.2.5条对矿井设计服务年限作了明确规定，其中关于新建矿井及其第一开采水平设计服务年限的规定见表2-4。
在煤矿，过去由于受我国“小企业、大社会”的办煤矿的指导思想的影响，一个煤矿的建设工程量大，涉及的问题多，因此对矿井服务年限的规定和执行非常严格；但在目前，在普遍接受了发达国家先进的管理方法和服务理念后，煤矿建设不再需要考虑煤炭生产以外的诸如教育、商业服务、居民生活等其它问题，使矿井建设更加简单、灵活，影响矿井服务年限的因素大大减少，因此对矿井服务年限的规定和执行也宽松了许多，矿井服务年限有大幅度缩短的趋势。
表2-4 矿井设计生产能力及服务年限
|
矿井设计生产能力（Mt/a） |
矿井设计服务年限（a） |
第一开采水平设计服务年限（a） |
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煤层倾角＜25° |
煤层倾角25°～45° |
煤层倾角＞45° |
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大型 |
3.0及以上 |
60～70 |
30～35 |
- |
- |
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1.2～2.4 |
50～60 |
25～30 |
20～25 |
15～20 |
|
中型 |
0.45～0.9 |
40～50 |
20～25 |
15～20 |
10～15 |
（2-5
） 式中 A——矿井设计生产能力，Mt/a；
ZK——矿井可采储量，Mt；
T——矿井设计服务年限，a；
K——储量备用系数。
《煤炭工业矿井设计规范》第2.2.6
条规定：“计算矿井及第一水平设计服务年限时，储量备用系数宜采用1.3～1.5”。
确定矿井设计生产能力是矿井设计的一项主要任务，是进行矿井各系统和环节设计的前提和基础。矿井生产能力受多种因素影响，在确定时应综合考虑这些因素的影响。
1) 影响矿井生产能力的主要因素
①矿井储量：指矿井可采储量。
②矿床赋存条件：指影响矿床开采的工业特征。
③开采技术条件：指可以采用的采矿技术和生产装备。
④经济条件：指可用作矿井建设和生产经营的资金。
⑤技术与管理人才条件：主要指从事技术和管理工作人员及工人的素质和能力。
2) 矿井生产能力的确定
①根据矿井储量，按照矿井生产能力与服务年限的匹配关系进行确定。选一组矿井生产能力，分别按照（2-5）式计算对应的矿井服务年限，取服务年限与矿井生产能力刚好符合表2-4规定的矿井生产能力暂定为矿井生产能力，这一能力是按储量计算的最大生产能力。
②综合考虑矿床赋存条件、矿井可利用的技术、经济及人才条件等，确定每个采煤工作面的采煤工艺、采煤装备、采煤参数、工作面的生产能力及矿井同时生产的工作面的数目，按照（2-6）式计算矿井可以实现的产量，将计算结果与表2-4的标准井型比较，小于它的最大的标准井型即为矿井可实现的最大井型。
（2-6
）
式中
——
矿井可实现的产量，Mt/a
；
——
第i个工作面的计划产量，Mt/a。
比较以上两个能力，取较小的一个值作为矿井设计生产能力。
1) 工业场地位置选择
结合《煤炭工业矿井设计规范》第3.2.1条规定，工业场地和提升井口位置的选择原则如下：
①工业场地应该有足够面积，能够满足布置地面生产和生活设施的要求；
②地面比较平整，挖填方量小，场地布置简单；
③与外界联系（铁路、公路、水、电、通讯等）方便、顺畅；
④尽量靠近矿体赋存的浅部，不压或少压资源；
⑤有利于第一水平开采、兼顾其他水平，有利于井地车场和主要运输大巷布置、减少工程量；
⑥有利于首采区布置在井筒附近的开采条件好、资源/储量丰富的块断，且不迁村或少迁村；
⑦井田两翼资源/储量基本平衡，便于井下开采；
⑧尽量不占良田，少占农田；
⑨井筒位置应尽量避开厚表土层、厚含水层、断层破碎带、煤与瓦斯突出煤层或软弱岩层，不应穿过采空区；
⑩工业场地应具有稳定的工程地质条件，避开法定保护的文物古迹、风景区、内涝低洼区和采空区，不受岩崩、滑坡、泥石流和洪水等灾害威胁；
当地表平坦时，工业场地选择以方便井下生产为主，通常选在井田走向的储量中心、倾向的浅部；当地表为山地时，工业场地由于受地形限制选择余地小，通常可能有几个可供选择的区域，此时需从地面和井下生产两个方面进行综合分析比较。
2) 井筒位置确定
提升井筒位置一般在工业场地内，当工业场地确定后，井筒位置的范围已经确定，所谓确定井筒位置指确定井口坐标。而风井、灌浆井、充填井等则不一定在工业场地内，所以在确定具体井口位置前先要考虑井口的场地问题。
①提升井筒位置确定时应考虑：
A 有利于地面生产系统和工业场地的布置；
B 有利于井下井底车场的布置和与大巷的联接。
②风井位置选择时应考虑：
A 满足通风要求和有利于矿井通风；
B 地面有利于井筒施工和风机安装，风机供电和管理便利；
C 风井工程量小。
③灌浆井和充填井位置选择时应考虑：
A 便于地面制浆或充填材料运输；
B 靠近井下灌浆或充填区。
④工业场地及井筒位置表示
A 工业场地位置、工业场地外的各种井筒的井口场地位置应该用地名或自定义名称加以描述。对多个同类井筒还需对井筒场地进行编号或命名，并对其位置分别加以描述；
1) 平硐、斜井、立井的选择
①若具备以下条件，应选择平硐：
A 地面工业场地标高以上有矿体赋存，且其储量满足在该标高设置开采水平的要求；
B 地面工业场地距离矿体的水平距离合适，平硐掘进工程量合适。
说明：平硐用于开采赋存于山体中的矿床，矿体距工业场地的距离由工业场地的位置决定。有时为满足条件a，就会使矿体距工业场地的距离增大，当这个距离大到一定值时平硐开拓将不再有优势。
②若有以下条件或要求，应优先考虑斜井：
A 矿体赋存较浅；
B 松散层较薄且无流沙层和特殊地质构造；
C 井田范围较小，矿井生产能力较小；
D 矿体倾角适宜于沿矿体布置井筒；
E 安装胶带运输设备担负大型矿井的主提升任务。
③若有以下条件或要求，应优先考虑立井：
A 矿体赋存较深；
B 井筒要穿过较厚的松散层、流沙层或特殊地质构造带；
C 矿体倾角较大或较小，不适宜于沿矿体布置斜井；
D 安装罐笼担负大型矿井的辅助提升任务；
E 高瓦斯矿井的通风要求。
以上只是考虑了一些特殊条件和要求，在实际中有时并没有这样的特殊条件和要求，在这种情况下选择时需从井筒工程量，施工技术，建井费用和时间，井筒设备购置、安装、使用、维修等费用，排水、通风、动力输送等损耗及管缆敷设费用等方面进行技术经济综合分析比较，有时还需考虑一个地区的使用习惯。
3) 井筒提升（运输）方式的选择和提升（运输）设备的布置
①平硐
平硐的运输方式主要有轨道运输和胶带运输两种。轨道运输可担负矿井全部运输任务，因此一般只装备一个运输平硐；而胶带运输只能担负矿井主运输任务，通常还需考虑辅助运输问题。平硐中运输设备的布置与大巷相同。
②斜井
斜井的倾角与用途、提升方式、提升设备及布置的关系见表2-5。
考虑斜井用途、提升方式、提升设备时应注意以下问题：
A 胶带和箕斗只能做主提升，因此通常用于能力比较大的矿井，但也有用于小型矿井的。
B 串车和无极绳既可专门用于主提升，又可专门用于辅助提升，也可用于主、辅混合提升。串车较无极绳提升能力大。因此无极绳提升只有在一些小型矿井采用。串车做主提升和混合提升也多用在一些中、小型矿井，而做辅助提升可用于开采较浅的大型矿井。
C 箕斗、串车提升单钩较双钩能力小得多，矿井生产能力大时用双钩，小时用单钩。
D 大巷为胶带运输时斜井采用胶带运输、大巷为矿车运输时斜井采用串车运输，可减少装、卸载环节和硐室。
表2-5 斜井倾角与用途、提升方式、提升设备及布置的关系
|
用途 |
提升方式 |
提升设备 |
设备布置 |
斜井倾角（°） |
|
煤矿 |
金属矿 |
|
运输
|
轨道
|
箕斗 |
单钩 |
25～35 |
＞30～40 |
|
双钩 |
|
串车 |
单钩 |
≯25 |
＜25～30 |
|
双钩 |
|
无极绳绞车 |
单轨 |
≯10 |
|
|
双轨 |
|
胶带 |
胶带输送机 |
无检修道 |
一般≯17 |
≯15 |
|
有检修道 |
|
行人 |
|
|
≯30 |
≯30 |
|
通风 |
|
|
|
|
③立井
立井用途、提升设备及布置与适用井型见表2-6。
考虑立井用途、提升设备及布置时应注意以下问题：
A 箕斗只能用做主提升，根据开采深度选择不同规格的箕斗和布置方式可适宜于各种井型。
B 升降人员必须用罐笼，罐笼根据井型和用途选择不同的规格和布置方式。
表2-6 立井用途、提升设备及布置与适用井型
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用途 |
提升设备 |
设备布置 |
适用井型 |
|
主提升 |
箕斗 |
单钩 |
小型矿井 |
|
双钩 |
大、中型矿井 |
|
辅助提升 |
罐笼 |
单钩 |
小型矿井 |
|
双钩 |
大、中型矿井 |
|
升降人员 |
罐笼 |
单钩 |
中、小型矿井 |
|
双钩 |
大、中型矿井 |
|
|
|
1) 确定井筒数目时应注意的问题：
①《煤矿安全规程》第十八条规定，每个生产矿井必须至少有2个能行人的通达地面的安全出口，各个出口间的距离不得小于30m。
②《煤炭工业矿井设计规范》第3.1.7条对井筒数量及兼用功能作了规定，其中强制性条文规定：“高瓦斯、有煤与瓦斯突出危险的矿井必须设专用回风井。”
③通常一个矿井布置一个主井（担负矿石提升任务，兼通风和安全出口），一个副井（担负辅助提升任务，兼通风和安全出口）共2个井筒。当提升井兼作风井时，应遵守《煤矿安全规程》第一百一十条：“箕斗提升井或装有带式输送机的井筒兼作风井使用时，应遵守下列规定：
A 箕斗提升井兼作回风井时，井上下装、卸载装置和井塔（架）必须有完善的封闭措施，其漏风率不得超过15%，并应有可靠的防尘措施。装有带式输送机的井筒兼作回风井时，井筒中的风速不得超过6m/s，且必须装设甲烷断电仪。
B 箕斗井或装有带式输送机的井筒兼作进风井时，箕斗提升井筒中的风速不得超过6m/s、装有带式输送机的井筒中的风速不得超过4m/s，并应有可靠的防尘措施，井筒中必须装设自动报警灭火装置和敷设消防管路。
④对于大型矿井或当井田范围比较大时，可能布置数对主、副井，或者一个主井、数个副井，或者数个专门用于通风的风井。
⑤当煤层埋藏浅，采用分区式通风时，可布置数个回风井。
⑥对于高瓦斯矿井，为了满足通风要求，可布置数对进、回风井。
根据井筒用途和其中装备进行井筒断面设计，绘制井筒断面图（说明书中插图）。
确定井筒倾角和方位角，计算井筒长度，在开拓图中标注井筒参数，并将确定和计算的井筒参数填入表2-7中。
表2-7 井筒特征表
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序号 |
井筒名称 |
井口坐标（m） |
标高（m） |
方位角
（°） |
井筒倾角（°） |
井筒长度（m） |
井筒
用途 |
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井口 |
井底 |
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X |
Y |
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1 |
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2 |
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3 |
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4 |
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1) 井田内划分形式选择见表2-8、2-9。
表2-8 缓倾斜及以上矿体的划分
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矿种 |
第一级划分 |
第二级划分 |
第三级划分 |
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单元名称 |
范 围 |
划分
方法 |
单元名称 |
范 围 |
单元名称 |
范 围 |
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煤 矿 |
阶段 |
走向长与井田一致，倾向人为划分。 |
分区式 |
采区 |
倾向长与阶段一致，走向人为划分 |
区段 |
走向长与采区一致，倾向人为划分。 |
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分带式 |
带区 |
倾向长与阶段一致，走向人为划分 |
条带 |
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分段式 |
分段 |
走向长与井田一致，倾向人为划分 |
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表2-9 水平（近水平）矿体的划分
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矿种 |
第一级划分 |
第二级划分 |
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单元名称 |
范 围 |
单元名称 |
范 围 |
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煤 矿 |
盘区 |
走向与倾向长均为人为划分 |
区段 |
走向长与盘区一致，倾向人为划分 |
|
条带 |
倾向长与盘区一致，走向人为划分 |
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带区 |
走向长与井田一致，倾向人为划分 |
条带 |
倾向长与阶段一致，走向人为划分 |
2) 确定井田划分方式时应考虑以下因素：
①井田范围；
②矿体倾角；
③采矿方法。
3) 确定采区走向长度时应考虑以下因素：
①采煤方法，主要是采煤工艺；
②工作面生产能力和年推进度；
③矿井瓦斯和煤层自然发火条件，以及自然发火防治措施；
④井田走向长度。
合理的采区走向长度应该是在考虑上述因素的基础上，在经济、技术、安全和资源回收率等方面都能取得好的效果的一个长度，确定时应该进行全面分析、计算、比较。但实际上这种分析、计算、比较十分复杂，一般不采用。设计中采区走向长度一般按照经验选取。
《煤炭工业矿井设计规范》第3.4.5条规定：缓倾斜煤层综采采区，当采用走向长壁开采时采区一翼长度，或采用倾斜长壁开采时其采区倾斜宽度，均不宜小于回采工作面连续推进1a的长度；
普采时，其采区一翼长度不宜小于0.6km。按盘区划分开采的煤层，当开采技术条件简单、不受断层限制、综合机械化采掘装备标准较高时，其盘区沿采煤工作面推进方向的长度不宜小于3.0km。
目前，综采工作面年推进度一般在2000～3000m，最大已经超过6000m。高瓦斯或煤层自然发火严重的矿井，从通风和防、灭火等考虑，采区走向长度应适当减小。在一个井田内划分的各采区走向长度应该基本一致，即一般采区走向长应是井田走向长的等分值。
采区划分情况要在开拓图上明确表示出来，并应对所有采区进行统一编号，采区参数和特征应按表2-10格式列出。
表2-10 采区特征及参数
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采区
编号 |
单、双
翼 |
走向长度（m） |
倾斜长度
（m） |
开采煤层数 |
可采储量（Mt） |
生产能力（Mt/a） |
服务年限（a） |
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1) 下山开采应用条件
①当煤层倾角小（近水平以下）且矿井涌水量比较小时，下山的掘进施工、下山的运输等都不是十分困难，在这种情况下一般都会采用下山开采。
②平硐开拓时，如果平硐以上的矿体的垂高（斜长）比较小，储量少，仅开采这一个上山阶段水平服务年限短，不能满足有关规定和水平接续的要求时，布置一个下山阶段采用下山开采，以扩大平硐所在水平的服务范围，增加水平储量和服务年限。
③矿井的开拓延深（井筒延深和新水平建设）的难度和投资，随开采深度增加而加大，一般当矿井开采深度达到一定值时，开拓延深速度将不能满足水平接续要求，并且建设一个新水平的建设费用将会大幅度提高。在这种情况下，一个水平开采一个上山阶段和一个下山阶段既可成倍增加水平储量，又大大减少了水平数量、矿井开拓延深次数及水平建设工程量和费用。这时采用下山开采是解决矿井开拓延深问题，提高矿井效益的有效途径。
④下山开采应用的煤层倾角一般在16°以下，但在一些特殊条件下，应用于更大的煤层倾角时也会产生很好的效益。
2) 设辅助水平和中间水平的条件
①辅助水平一般用于如下条件：
A 在煤矿，当采用平硐开拓时，平硐以上的矿体的垂高（斜长）比较大，可以划分为两个以上的阶段，设若干辅助水平，各辅助水平只担负本阶段的辅助运输任务，其煤炭通过各采区运输上山下放到平硐集中运出。
B 在煤矿，在井田不规则，局部斜长较大需划分两个阶段，但从经济上设置两个开采水平不合理时，在下部阶段设一个开采水平，在上部阶段设一个辅助水平。
②中间水平一般用于如下条件：
A 平硐开拓时，平硐以上的矿体的垂高（斜长）比较大，可以划分为两个以上的阶段，设若干中间水平，各中间水平的矿石通过溜井或集中运输上山下放到平硐集中运出。
B 在用箕斗提升时，需要在井筒与大巷联接处设置用于转载的卸载硐室、矿仓和箕斗装载硐室等，并安装必要的设备。这些硐室的工程量大，硐室的施工和设备安装技术要求高。因此，在金属矿通常几个阶段（盘区）设一个开采水平，各阶段均设中间水平，各中间水平的矿石下放到开采水平后由箕斗提出。
3) 确定水平服务范围及水平数目
根据井田范围，及已确定的下山开采应用、辅助水平设置、中间水平设置等问题，确定一个水平开采的阶段数目，并按所确定的各阶段垂高（斜长）计算出水平服务范围的垂高（斜长），再根据井田倾斜范围确定水平数目。
4) 确定水平标高
阶段划分是将矿体划分为若干个部分，阶段的界线是阶段矿柱的中线。而水平标高是指阶段大巷和井底车场所在位置的标高（一般以井底某点标高表示），大巷是为阶段开采服务的，大巷的位置由阶段的开采边界决定，因此确定水平标高时应根据大巷位置和阶段的开采边界确定。
1) 阶段运输大巷的布置
①阶段运输大巷的形式
阶段运输大巷可布置在煤层中，也可布置在煤层底板岩石中。
A 煤层大巷
一般沿煤层底板或顶板布置，有时也会布置在煤层中间。优点是掘进可实现机械化，掘进速度快、费用低，便于探明煤层变化。缺点是巷道会因煤层走向变化而无法达到既平又直，有些煤层巷道维护困难，维护工程量大、费用高，对自然发火严重的煤层需采用砌碹、锚喷等支护方式，需要留煤柱保护。这种布置方式适用于中厚以下、赋存比较稳定、走向变化较小的煤层，且煤层及围岩条件应比较好，无自然发火的情况。煤层大巷随巷道掘进技术、支护技术、自然火灾防治技术的发展，应用越来越广泛，目前在一些现代化大型矿井，阶段大巷已全部布置在煤层中。采用煤层大巷是煤矿实现高产、高效的一条经验和重要途径。
B 岩层大巷
岩石大巷一般布置在距煤层底板垂直距离在20m左右的比较稳定的岩层中。岩石大巷可根据其距煤层的距离采用留煤柱保护或不留煤柱保护，不留煤柱保护时大巷位置可按图2-6所示确定。岩石大巷的优、缺点及适用条件正好与煤层大巷相反。
1—煤体上方应力分布；2—采空区；3—底板岩石中应力升高区；4—阶段运输大巷
图2-6 阶段运输大巷位置
这里需注意区分两对概念：一对是阶段隔离煤柱与阶段运输大巷保护煤柱，在不需要留阶段大巷保护煤柱时，所保留的阶段煤柱叫阶段隔离煤柱，而在留阶段大巷保护煤柱时，阶段大巷保护煤柱既是大巷保护煤柱，又是阶段隔离煤柱；另一对是阶段的划分边界和开采边界，阶段的开采边界是指工作面的实际开采边界，上下两个阶段的开采边界之间为阶段隔离煤柱或阶段大巷保护煤柱，阶段的划分边界应是阶段隔离煤柱的中线或阶段运输大巷所在位置。在进行阶段划分时应该重视阶段的开采边界。
②阶段运输大巷的坡度、方向和断面：阶段运输大巷的坡度、方向和断面主要取决于煤炭运输和通风要求。目前我国阶段运输大巷煤炭运输方式主要有两种：胶带输送机运输与轨道运输。
A 胶带输送机运输对大巷的要求
胶带输送机运输允许大巷轴线在纵向有一定起伏，但其在平面投影必须是一条直线，因此胶带大巷在开拓平面图上一定是一段直线巷道或由若干段直线组成的折线巷道。胶带大巷的坡度一般与轨道大巷相同（为水自流坡度），在煤层有起伏时，一般应采用挑顶或卧底的方式保持巷道的平直，但有时为了沿煤层布置，也有将巷道布置成随煤层起伏的情况，巷道起伏会影响大巷的排水，有时为排水需在巷道内设小水泵，这在矿井涌水量比较小的矿井中是可行的，当矿井涌水量比较大时，将会影响矿井正常生产和安全。胶带大巷的断面主要取决于胶带的宽度及是否设检修轨道。一般大型胶带输送机均设检修轨道，设检修轨道的大巷胶带检修方便，但断面大。
B 轨道运输对大巷的要求
轨道运输分无极绳牵引和机车牵引两类。采用无极绳牵引时大巷坡度可达到10°，大巷轴线在纵向可起伏，但在平面投影必须是直线，这种牵引方式运输能力小，只有在一些小矿井使用，因此不再讨论。机车牵引一般允许大巷在平面有弯曲，其曲率半径应符合列车运行要求，但在纵向不能有起伏。轨道大巷的坡度一般为3‰～4‰。当煤层有起伏时，可根据情况采用挑顶或卧底的方式保持巷道的平直，但在煤层有大的起伏和变向时，巷道一般需随煤层弯曲，巷道弯曲会增加巷道的长度，增加运输功和通风阻力。轨道大巷的断面主要取决于采用单轨运输或双轨运输，以及运输设备外形尺寸。煤矿井下都采用窄轨线路运输，其轨距有600mm和900mm两类，矿车有1t、1.5t、3t、5t四种，牵引设备有蓄电池电机车和架线式电机车两类，每类机车又根据其粘滞重量分为许多种。轨道大巷的断面应根据所选择的轨距，运输设备型号及单、双轨运输来设计。
C 通风对大巷的要求
运输大巷一般兼作进风巷道，从安全、大巷气候条件、通风能耗及效果等方面考虑，《煤矿安全规程2001》第一百零一条规定：架线电机车巷道的允许风速为1.0～8m/s，运输机巷的允许风速为0.25～6m/s。运输大巷的断面在满足运输要求后，还需按此通风要求进行验算。阶段运输大巷断面确定后应绘制断面图。
巷道（井筒）断面不要求设计，可从标准图册中直接选取。对选取的每一个断面根据标准图描绘一张断面图，所有断面参数和特征应按表2-11的格式列表表示。
表2-11 井巷断面特征及参数一览
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序号 |
井巷
名称 |
支护
方式 |
断面形状 |
断面积（m2） |
运输
方式 |
允许风速（m/s） |
标准
图号 |
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净 |
掘 |
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③阶段运输大巷的数目：阶段运输大巷的数目是指在一个开采水平上布置的分别担负一个煤层或一组煤层运输任务的大巷的个数，在开采单一煤层时一般为一个，但在开采煤层群时可能为1个、2个、3个或更多，一个水平上阶段运输大巷的数目取决于该水平开采的煤层的数目和煤层的层间距。对于一个煤层群，阶段运输大巷可根据煤层的层间距采用集中布置、分组集中布置、分层布置等三种不同的布置方式，阶段运输大巷的数目由其布置方式决定。
在集中大巷和分组集中大巷布置中，大巷与开采的各煤层之间采用采区石门联系；在分组集中布置和分层布置中，两条阶段大巷之间用阶段石门联系。
2) 阶段回风大巷的布置
阶段回风大巷也可以布置在煤层中或煤层底板岩石中，其位置的确定与影响因素与阶段运输大巷相同。
在多水平上山阶段开拓中，一般阶段回风大巷与阶段运输大巷分别布置在阶段的上、下部边界附近。第一水平的回风大巷通常沿煤层的浅部边界布置，是专门用于回风的一条阶段大巷（有时也作辅助运输大巷用）。第二水平及以下各水平均不再专门布置回风大巷，而是将上一水平的运输大巷作为下一水平的回风大巷用。
当一个水平开采上、下山两个阶段时，一般将回风大巷与运输大巷布置在一个水平（高差5m左右）上，若为多水平上下山阶段开拓时，一般每个水平上都需要布置一条回风大巷。
专门用于回风的回风大巷，从通风角度讲对坡度和方向没有专门要求。但从排水出发，应按一定的排水坡度布置，不应有大的起伏；从工作面布置讲，应按一定的方向布置，最好与运输大巷平行布置。兼作辅助运输的回风大巷，应按辅助运输的要求布置。回风大巷的断面应按允许风速进行验算，回风大巷的最高允许风速为8m/s。
回风大巷应按以下原则布置：
A 当煤层埋藏比较浅，冲积层不厚，采用采区风井时，可不设回风大巷；若两个采区设一个风井，可只设局部回风大巷。
B 若上部冲积层厚、含水丰富时，要在井田上部沿煤层侵蚀带留防水煤柱，这时可将阶段回风大巷布置在防水煤柱中。
C 若井田上部煤层受侵蚀深度不一，造成井田上部煤层边界标高相差较大时，回风大巷可按不同标高分段布置，并要在段间设置必要的辅助提升设备。
D
在开采近水平煤层群的高瓦斯矿井中，为避免污风下行，回风大巷可布置在最上一个煤层或其底板中，但应与运输大巷重叠，以减少保护煤柱损失。1) 确定井底车场形式
①选择井底车场形式的原则
A 井底车场的通过能力应大于矿井生产能力。
B 调车简单、安全、方便，弯道及交叉点少。
C 操作安全，符合规程、规范要求。
D 井巷工程量小，建设投资少、速度快、时间短，便于维护，生产成本低。
E 施工方便，有利于各井筒间、井底车场巷道与主要巷道间迅速贯通，从而缩短建井时间。
②影响井底车场选择的因素
A 矿井生产能力，车场用途和通过能力。矿井生产能力是井底车场选择的重要依据。各种井底车场的通过能力都是依据矿井生产能力计算的。单独布置的主井井底车场的通过能力应大于矿井生产能力，单独布置的副井井底车场的通过能力一般按矿井生产能力的百分比计算。对一般的主、副井井底车场合并布置的井底车场，其通过能力计算应考虑全部主、副运输任务。
B 井筒形式和提升方式，主、副井筒间距，井筒与大巷的位置关系等。
C 大巷运输方式及矿车类型。
D 地面布置及生产系统。地面工业场地比较平坦时，车场形式的选择一般取决于井下的条件；在丘陵地带及地形复杂地区，为减少土石方工程量，铁路站线的方向通常按地形等高线布置，地面井口出车方向及井口车场布置也要考虑地形的特点，因此要根据铁路站线与井筒相对位置、提升方位角，结合井下运输大巷方向，选择车场布置的形式。
E 不同矿种分运分提。当一个矿井开采两种以上矿石需要分运分提时，井底车场应分别设置不同矿种的卸载系统和存车线路。
一般，当矿井生产能力大，大巷采用底卸式矿车运输时，井底车场应选择底卸式矿车井底车场；当矿井生产能力大，大巷采用固定矿车运输时，井底车场应选择环行式车场。环行式车场根据井筒与大巷的位置关系和井底与大巷的距离从近到远可考虑采用卧式、斜式、立式、刀式中的一种；当矿井生产能力小时，井底车场应选择折返式车场。
斜井井底车场与立井井底车场不同，要注意区分。
③井底车场图要求
A 井底车场图为设计说明书中的插页图，应按比例绘制。
B 从标准图册上描绘的图必须完整，包含各种标注尺寸。
C 若无标准图，应自己绘制，绘制的车场图必须有各线路的长度和主要参数。
D 车场图中的主、副井之间的距离和位置关系应与开拓图完全一致，主、副井的坐标在给出一个后，另一个应按照车场图上的位置关系进行计算。
④根据矿井生产需要，给出在井底需设置的硐室及位置，并确定中央变电所、水泵房、水仓等主要硐室的参数。
中央变电所、水泵房、水仓布置的基本要求：
A 主排水泵房和主变电所应联合布置，以便使主变电所向主排水泵房的供电距离最短。主排水泵房和主变电所一般应布置在副井井筒与井底车场联接处附近。其位置应能保证当矿井突然发生水灾时，仍能继续供电，照常排水。为便于设备检修及运送，水泵房应靠近副井空车线一侧。水泵房与变电所之间用耐火材料砌筑隔墙，并设置铁板门。为防止井下突然涌水淹没矿井，变电所与水泵房的底板标高应高出井筒与井底车场联接处巷道轨面标高0.5m，水泵房及变电所通往井底车场的通道应设置密闭门。
B 水泵房经管子道与井筒相连接，管子道与井筒连接处要高出水泵房底板标高7m以上，管子道的倾角通常为25о～3lо，应保证水泵房与副井运输巷道之间有10m以上岩柱。管子道的断面大小应保证敷设排水管路后，还能通过水泵、电机等设备，以便矿井发生水灾时关闭水泵房的防水门后，仍可通过管子道增添排水设备，保证水泵房正常排水。水仓入口一般设在空车线车场标高最低点处。确定水仓入口时，应注意使水仓装满水。
C 水仓一般以两条独立的互不渗漏的巷道组成，一个为主仓，一个为副仓，间距一般为10～25m。水仓入口处应在井底车场最低段。
D 新建、改建矿井或生产矿井的新水平，正常涌水量在1000m3/h及其以下时，水仓的有效容量应能容纳8h正常涌水量；正常涌水量大于1000m3/h的矿井，水仓有效容量可按下式计算：
V=2(Q+3000) (2-7)
式中：V——主要水仓的有效容量，m3；
Q——矿井正常涌水量，m3/h。
但主要水仓的总有效容量不得小于4h的矿井正常涌水量。
E 水仓断面大小，应根据容量、围岩、布置条件和清仓设备的需要确定，并应使水仓顶板标高不高于水仓入口水沟底板和低于泵房地面1m以上。水仓高度一般不应小于2m，容量大的水仓，应适当加大断面，以缩短水仓长度。水仓支护方式采用混凝土支架时，其净断面应乘以1.2的有效利用系数。
水仓布置的其它要求可参阅《煤矿矿井采矿设计手册》。
硐室位置的确定可参阅《煤矿矿井采矿设计手册》。
有条件的同学，可进行井底车场线路设计。设计可参阅《矿井开采设计》、《采矿设计手册》中有关内容。
对于选择的标准图，不要求进行车场通过能力计算，但必须熟悉车场通过能力的计算过程和方法；对于自行设计的车场，应进行车场通过能力的计算。
①计算并编制矿石列车、废石列车、矿石与废石混合列车等不同类型的列车在车场内的单独运行图表；
②根据不同类型列车的配比和两翼列车配比等编制井底车场的调度图表；
③依据调度图表所示的列车平均间隔时间，计算井底车场通过能力。
电机车在井底车场内的运行图表和调度图表的编制以井底车场线路平面布置为基础。
④设计方法和步骤
参阅《矿井开采设计》P398—P402。
⑤要求
绘制井底车场调度图表（插页图）。
选择井底车场各段巷道的断面（可选择标准断面，也可自行设计），所选断面应采用表2-12的格式列出。
表2-12 井底车场工程量表
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序号 |
巷道、硐室名称 |
断面形状 |
支护方式 |
断面积（m2） |
长度（m） |
容积（m3） |
备注 |
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净 |
掘 |
净 |
掘 |
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1 |
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2 |
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3 |
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4 |
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1) 设计任务
①对开拓中的每个局部问题（如井筒形式、井筒装备、井筒位置、阶段划分、水平布置等）逐个考虑，提出可行方案，并经初步分析比较后确定出1个最好的方案。
②若某个问题或一些相关联问题的若干方案无法通过简单分析比较确定时，通过技术经济综合分析比较后确定。
③根据每一个局部问题或一些相关联问题的可行方案，进行合理组合形成2～3个相互有明显区别的、完整的、可行的整体开拓方案。
④对可行的整体的方案（开拓系统方案）进行技术经济综合分析比较，确定开拓方案。
①提出方案要全面，应作到一个不落。
②各局部问题的方案之间的组合应合理，整体方案应合理。
③技术分析应抓关键因素。充分运用所学知识，说理要充分。
④经济比较，主要比较下列费用：
[1] 基本建设费用,主要包括以下费用：
A 井巷工程
B 土建工程
C 设备购置
D 安装工程
基本建设费用可按表2-13格式列出。
[2] 生产经营费用包括以下费用：
A 回采工作面原煤成本
B 井下运输费
C 矿井提升费
D 巷道维护费
E 矿井通风费
F 矿井排水费
生产经营费可按表2-14格式列出。
①经济比较的方法可根据具体情况选择动态法或静态法。
②主要费用参数的确定应符合当时实际情况，不得有大的偏差。参数可从矿山企业收集，也可从定额手册中查取。
③比较时各方案相同的项目可以不列。
表2-13 基本建设费用表
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项目名称 |
特征 |
岩石
硬度 |
计算
单位 |
单价
（元/m） |
工程数量（m或m3） |
费用
（万元） |
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一、井巷工程 |
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1、 主井 |
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2、 副井 |
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… |
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井巷工程合计 |
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二、主要设备 |
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1、主井胶带机 |
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2、副井提升机 |
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… |
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主要设备合计 |
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总计 |
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表2-14 生产经营费用表
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项目名称 |
工程量单位 |
工程量 |
单价 |
费用（万元） |
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一、井巷维护费 |
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运输大巷 |
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… |
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二、提升费 |
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三、运输费 |
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… |
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总计 |
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