---矿井设计的阶段和程序

1、根据批准后的矿区建设可行性研究报告进行矿区总体设计；2、矿区总体设计批准后进行矿井可行性研究（资源开发利用方案，审批后作为领取采矿许可证的依据），审批通过后，作为项目立项和进行矿井初步设计的依据；3、矿井可行性研究报告批准后进行矿井初步设计及矿井初步设计安全专篇，设计审批后，作为矿井建设的指导性文件和生产过程中安全保障依据；4、矿井初步设计审批后进行矿井施工图设计（是在矿井初步设计的基础上，以初步设计为依据，对井上下的单位工程进行设计，是指导矿井施工的依据） 。

---矿井设计依据

一、设计任务书

    设计任务书（计划任务书）：是生产管理部门向设计部门委托设计任务的文件。书中规定拟建项目的任务和设计内容、技术方向、设计阶段、设计原则、计划按排以及配套工程的发展计划与要求。

二、精查地质报告

    地质构造、储量、煤质及用途、水文地质等。

三、国家总的建设方针、政策及有关规程和规范

    《煤炭工业矿井设计规范》、《煤矿安全规程》等。

四、经批准的上一阶段设计确定的原则

除此之外，还有已签订的与建设项目有关的外部协议、文件等，设计时也应遵循。

---可行性研究的含义

对于一个拟建项目，在上马之前，要在技术可靠性方面、经济合理性方面进行全面论证。通过深入细致的调查研究和多方案的分析计算比较，对项目建成后可能取得的技术经济效果进行预测，从而提出这个项目的建设是可行还是不可行以及如何建设的意见，为投资决策提供科学可靠的依据。这个调查过程称为可行性研究。

---可行性研究的作用：1、作为工程项目建设决策的依据；2、作为向银行申请贷款的依据；3、作为各有关部门互签合同、协议的依据；4、作为进行矿井初步设计的依据；5、作为申请营业执照和申请建设的依据。

三、矿井可行性研究报告的内容 ：

----矿井可行性研究报告内容

1、总论；2、矿井建设条件；3、市场预测；4、建设规模与服务年限；5、井田开拓与开采；6、矿井主要设备；7、地面设施；8、节能与节水；9、环境保护与水土保持；10、劳动安全卫生；11、组织机构及人力资源配备；12、项目实施计划；13、投资估算与资金筹措；14、财务评价；15、国民经济评价（可选）；16、风险分析及防范对策；17、社会评价；18、项目招标；19、研究结论与建议。

----技术经济评价方法：包括静态法和动态法两种方法。比较：动态法与静态法相比较，主要是考虑了资金的时间价值。即在经济活动过程中，根据占用资金时间的长短，从利息方面考虑资金的价值。资金的时间价值就是货币随着时间过程的延长而产生的增值。

---矿井可行性研究主要评价指标：a）企业内部收益率：系指投资项目在建设和生产服务年限内，各年净现金流量现值累计等于零时的贴现率。即：  净现金流量=销售收入—经营成本—各项税金+回收固定资产余值+回收流动资金—投资。 b）投资回收期：收回项目全部投资的时间。c）劳动生产率：劳动生产率=产量/消耗的人时数。该指标值反映了企业在单位时间内活劳动创造的产品数量，没有反映出产品生产的全部劳动消耗（物化劳动）。d）单位产品投资（吨煤投资）：反映单位产品的资金占用量，投资利用情况以及技术装备程度的指标。 吨煤投资=总投资/设计年产量   元/t；

---不确定分析包括两个方面：即盈亏分析和敏感性分析。

    a）盈亏分析：通常根据项目正常生产年份的产品产量、生产成本（总固定成本和单位产品可变成本），产品价格等数据确定项目的产量盈亏平衡点，分析预测产品产量对项目盈亏的影响。

    固定成本：与产量增减没有直接关系而相对稳定的费用，如设备折旧费、管理人员的工资，即使不生产也发生的费用。

可变成本：随产量增减而成正比例增减的费用，如材料费、生产过程中的动力费、计件工资等，即只要生产就发生的费用。

b）敏感性分析：分析研究某矿井已定方案的盈余或亏损的概率，即矿井投产后获得利润的可靠度，或者说在经营效果方面是否有风险，这种研究就成为敏感性分析。

-----初步设计的依据1、采矿许可证；2、经过批准的可行性研究报告；3、经过批准的环境影响评价报告； 4、设计任务书；5、经过批准的精查地质报告； 6、国家的有关方针和政策。

五、七、八章重点

1.矿井设计的评价标准：（1）劳动生产率；（2）经济指标；（3）工程量指标；（4）生产集中化程度和开采强度；（5）时间因素；（6）安全性；（7）可靠性。

2.最优化准则：目前，作为主要准则用于编制经济、数学模型进行矿井开采优化设计的，基本有折算费用法、投资回收期法、劳动生产率、吨煤投资和吨煤成本、利润和多目标决策等。

3.矿井设计的评价方法：（1）折算费用法：通过计算折算费用来进行比较，以其数值最小者作为最优方案，据此来确定方案的取舍；（2）投资回收期法：指在设计方案中，用节约的经费来回收追加的年限，以此来作为评价方案技术经济效果的方法，称为投资回收期法；（3）劳动生产率：劳动者在单位时间内所生产的产品数量；（4）吨煤投资和吨煤成本：<1>吨煤投资：就是矿井建设投资总额除以生产能力所得的商；<2>吨煤成本：就是矿井生产总成本除以矿井产量所得的商；（5）多目标决策评价：是将计量单位不同的评价指标换算成无量纲的值，换算后的无量纲值指标可以按方案进行加、减、乘、除运算。以求得综合的数量指标，据此评价方案的优劣。

4.常用费用参数：（1）井巷掘进费用：井巷掘进所耗费的费用；（2）井巷维护费：井巷维护费是井巷开掘出来后，为了维持巷道能够正常使用而不至于受地压作用破坏所发生的费用；（3）井下运输费：井下运输煤炭、矸石、材料、设备、人员等所发生的费用；（4）矿井提升费：花费在提升煤炭、物料、矸石、人员等方面的费用；（5）矿井排水费及通风费：即花费在矿井通风和排水方面的费用；（6）机械设备的折旧费用：吨煤折旧费用的大小主要决定于年产量，产量越大，吨煤折旧费用就越小；而如果产量一定时，设备价格越低，则吨煤折旧费用越小。   

5.设计方案方案的确定方法：方案比较法、统计分析法、技术标定法、数学分析法、经济—数学规划法、计算机辅助设计法。

6.方案比较法：（1）实质：是针对要解决的问题，根据给定的自然条件和技术条件，拟定数个可行的方案，然后计算各个方案相应的技术经济指标，通过这些方案的技术经济指标分析和对比，选择技术上先进、安全上可靠、经济上合理的最优方案。（2）内容：<1>工程量；<2>基本建设工期；<3>基本建设投资；<4>机电设备及主要材料需要量;<5>生产经营费用；<6>其他，矿井生产能力、煤炭回收率、巷道掘进率、生产机械化程度等。（3）步骤：<1>提出先进合理的方案；<2>方案技术比较；<3>方案经济比较；<4>综合技术、经济方面比较结果，多目标综合评价优选方案；<5>对方案作出详细的文字说明，并绘出设计图纸。（4）注意问题：<1>提出先进合理的方案；<2>经济比较时，应抓住重点；<3>正确选用经济比较时原始计算数据；<4>分别列出各比较方案的基本建设费和生产经营费，单独比较；<5>注意方案的比较项目；<6>从经济上（定量）评价各方案的优劣；<7>进行最终综合评价时，一定要正确估计各项影响因素所在研究方案中的重要程度，以便根据给定目标，选定最优方案。

7.统计分析法：在矿井设计中，就是根据现有生产矿井的实际情况，针对欲解决的问题进行调查统计，借以分析某些参数间的关系，得到某些参数的合理取值范围。

8.标准定额法：标准定额法是根据在一定技术条件下生产的安全性、经济的合理性或生产技术管理的需要，以规程、规范、规定的形式对矿井设计中的某些技术条件或参数做出具体规定，然后根据此规定条件来确定技术方案的其他参数值。

9.数学分析法：它是以某一技术方案为前提，不同的技术方案其费用项目及其编列的函数方程也不同，它是用数学中的函数求极值的方法求解开采设计方案中的某些参数的最优值。

10.经济数学规划法—优化设计法：矿井设计根据拟定的方案，按照设计要求（如吨煤费用最低、劳动生产率最高等）来确定目标函数，构成函数方程；将设计方案的某些具体技术参数用数学形式表达出来，这些参数与目标函数相关，并必须满足一定技术条件和“定额”规定，他们构成了对上述目标函数的约束（称为束缚条件或约束条件）。把目标函数与约束条件联立在一起，就构成了矿井设计的经济数学规划模型。

11.计算机辅助设计法：就是利用计算机系统来辅助人们完成设计各阶段的工作。

12.甩车场分类：（1）按起坡类型：单道起坡、双道起坡；（2）按回转方式：一次回转、二次回转。

13.单道起坡特点：（1）斜面线路一次回转方式：提升牵引角小，钢绳磨损小；工程量小，交叉点巷道不易维护；空、重车倒车时间长，推车劳动强度大；运量小。（2）斜面线路二次回转方式：交叉点短，工程量小，易于维护；提升牵引角大，不利于操车，调车时间长，推车劳动量大。

14.双道起坡：（1）斜面线路一次回转方式:<1>特点：提升牵引角小，钢绳磨损小，操车方便，生产安全可靠；提升能力大，交叉点长，对开凿维护不利。<2>使用条件：提升量大的车场，尤其适用于石门甩车场。（2）斜面线路二次回转方式：<1>特点：提升能力大；交叉点短，便于维护；空间大，便于操车，提升牵引角大，操车技术要求高。<2>使用条件：适用于提升量大的车场，绕道或平巷更有利。

15.高、低道线路： 为了减轻工人推车的劳动强度，常把储车线路设计成矿车能自动滚行的坡度。由于储车线两股线路上的矿车运行方向相反，造成两股线路有一定的高差，高、低道线路在起坡点附近的高差达到最大值。

16.平车场分类：（1）上部车场：顺向车场、逆向车场；（2）下部车场。

17.车场的基本线路构成：根据采区巷道布置和围岩性质，采区上部车场可采用甩车场、平车场。而采区中部车场均为甩车场。还有采区下部车场的布置。

18.下部车场：（1）装车站：<1>大巷装车式装车线路 :  采区生产出的煤炭，集中到采区煤仓后，煤仓与大巷相连，列车在大行内装车，而轨道上山与大巷采用绕道线路和下部平车场线路相连。<2>辅助车场：绕道线路和下部车场。

19.石门装车式采区下部车场：1）尽头式：一个装车点；2）尽头式：两个装车点；下部平车场绕道线路方式一环形绕道；4）下部平车场绕道线路方式二—折返绕道。

20.绕道装车式车场：1）单向绕道；2）双向绕道特点：能力大，少用；3）环形绕道特点：能力大，底卸式采用优。

一、卡轨车

2、结构特点：除了一般行走的垂直车轮外，还在车架两侧下部装有为防止车轮脱轨的水平滑轮。水平滑轮卡在槽钢轨道的槽内或普通轻轨的轨腰处。

3、优点：卡轨车安全可靠，弯道半径小，对巷道起伏适应性强，巷道交叉点工程量小，机械化程度高，机械硐室小，不受巷道支护条件的影响，不增加巷道支架负载，载重量大（为单轨吊的三倍），钢丝绳牵引时爬坡能力强（可达450）。

4、缺点：对巷道的底鼓量有一定的要求，车体检修和维护工作量大。

5、适用：复杂巷道断面内的物料和人员运送，以及生产能力大的采区。

二、齿轨机车

1、结构特点：在普通的钢轨中间加装一根顺长的牙条作为齿轨，在机车上增加1-2套驱动齿轮（及制动装置），在上下坡道时籍齿轮于机车内的驱动机构带动传动齿轮啮合而运行（增加牵引力或制动力）。

2、适用：行驶在起伏不平的巷道内，最大坡度可达140。（大于30时设置齿轨）

3、优点：在近水平煤层矿井可以实现一条龙直达运输。

4、缺点：对轨道要求高，机车自重大，造价较一般机车高一倍多，用于采区运输时，要求巷道弯曲半径较大（大于10m）。

三、无轨胶轮——自行矿车

特点及优点：不需轨道，转载环节少，可一机多用能力大，机动性强，安全可靠，初期投资低，可直接在较硬的巷道底板上运行（比压大于15N/cm2）。重载爬坡可达12?，空载可达30?。效率高，运输费用低。采区内一般不设车场和有关硐室。

缺点：对巷道条件要求较高，特别是巷道断面尺寸要求大。

适用：开采近水平煤层时的工作面搬家运输，以及与连续采煤机配合使用。

分类：柴油机或蓄电池作动力。

一、井底车场：

是连接井筒和运输大巷或主石门的一组巷道和硐室的总称，是井下运输和井筒提升之间的运转枢纽。

1、设计依据：

1）矿井设计生产能力及工作制度；

2）矿井的开拓方式；

3）井筒形式及布置；

4）运输大巷的运输方式及设备类型；

5）各种硐室的用途及有关资料；

6）井上、下生产系统；

7）井底车场所处位置的水文地质情况等

2、设计要求：

1）井底车场的通过能力应大于设计生产能力的30%；

2）设计应考虑到矿井增产的可能及使用大重型设备的可能；

3）尽可能提高井底车场内机械化、自动化调度水平，以提高井底车场的通过能力；

4）应考虑主、副井筒施工时的贯通；

5）大型、特大型矿井或高瓦斯矿井尽量减少交岔点的数量；

6）应考虑到施工和维护的方便，并尽可能使线路布置紧凑，减少工程量。

井底车场的轨道线路基本结构组成为：主井空车、重车储车线路，副井进车、出车储车线路，回车线路和调车线路等组成。

井底车场硐室主要有：

一、主井系统硐室

   主要有：推车机及翻车机硐室（自卸矿车卸载站硐室） ，井底煤仓及箕斗装载硐室，清理井底洒煤硐室及水窝泵房等。

二、副井系统硐室

   主要有：副井井筒与井底车场连接处（马头门），主排水泵房（中央水泵房），水仓及清理水仓硐室，主变电所（中央变电所）及等候室等。

三、其它硐室

   主要有：调度室，医疗室，架线电机车库及修理间，蓄电池电机车库及充电硐室，防火门硐室，防水门硐室，井下火药库，消防材料库，人车站，永久避难硐室等。

1、煤仓的布置形式 

    煤仓的布置形式有：垂直式、倾斜式、混合式三种形式。其常用的断面形状有：圆形、拱形和椭圆形，其它形状的断面采用较少。

确定采区煤仓容量的计算方法有：

1）按循环产量计算（采煤机连续作业割一刀煤的产量）       

2）按采区高峰生产持续时间计算   

3）大巷用电机车运输时按列车来车间隔时间来计算

六章重点

1.矿井轨道： 是由铺在巷道底板上的道床、轨枕、钢轨和联结件等组成。

2.矿井轨道通过轨型来反映，以每米长度的重量（kg/m）表示。

3.道岔结构：尖轨、辙岔、转辙器、道岔曲轨、护轮轨、基本轨。

4.道岔参数：辙叉角α，外形尺寸a和 b。

5.单开道岔 — ZDK、对称道岔 — ZDC、渡线道岔 — ZDX；Z代表窄轨道岔

6.ZDK615 / 4 / 12 、ZDC622 / 3 / 9  ZDX922 / 5 / 20##

 第一段数：6、9 —分别表600mm、900mm轨距；15、22、22 —分别表示轨型；

 第二段数字：（4、3、5）为辙叉号码（M）；

 第三段数字：ZDK 和ZDC名称尾数表示道岔曲轨的曲线半径，单位为：m；

             ZDX —尾数有四位数— 前两位数：表示曲线半径，m；

                                  后两位数：表示轨中心距，dm。

7.道岔未注明均为右向道岔。

8.道岔的选择要求：1）与基本轨的轨距相一致；2）与基本轨的轨型相一致，可选择高一级，不能低一级；3）与行驶车辆的类别相适应；4）与车辆的行驶速度相适应；5）道岔要和线路要求相符：要注意道岔左向、右向和线路一致性；合理选用单开和对称道岔；渡线道岔要和轨中心距一致。

9.轨道线路：是由若干直线段和曲线段轨道连接而成的。常用中轴线的平面图和纵剖面图来表示。

10.轨距：单轨线路上两根轨道轨头内缘的距离St。

11.轮距：两车轮轮缘外侧工作边之间的距离Sw。 安全间隙 x=10mm左右。

12.线路中心距：双轨线路的中心线间距S

13.曲线轨道参数：曲线半径R、弯道转角δ、切线长T、弧长K

                、

14.曲线线路的外轨抬高和轨距加宽：车辆在弯道上运行时，为了减轻由于离心力的作用产生的对轨道向外挤压，以及增加磨损和运行阻力，在曲线处将外轨抬高一个值，即外轨抬高。

15.轨道线路的平面连接类型：1）道岔与道岔连接；2）曲线与直线连接；3）曲线与曲线连接；4）曲线与道岔连接。

16.竖曲线连接：线路由斜面过渡到平面时，为了避免线路以折线状突然拐到平面上，斜面线路与平面线路之间设置的呈曲线状线路称为竖曲线。

17.曲线连接基本参数：A点—竖曲线上端点；C点—竖曲线下端点。又称起坡点或称落平点；B点—斜面与平面的交点；角—斜面线路与平面线路的夹角。

    

    

    

18.最小竖曲线半径要求：1）保证矿车能够运送长材料；2）保证两个矿车以上运行。

19.坡度：所谓坡度就是线路纵断面上两点之间的高差与其水平距离比值的千分值。用符号i表示。

20.坡度分类：1）大巷采用电机车运输：线路设计成等阻坡度，坡度通常为3-5‰；2）平巷采用绞车串车或人力推车：原则上可以按等阻坡度设计，取3-5‰；3）自动滚行。

21.自行滚动：矿车在坡道上利用重力或惯性运行，这种运行称作自动滚行。

22.画图题：（一）单开道岔非平行线路连接

 

巷道转角： ；半径：R；道岔参数：a、b、（选定）；m、n—为连接点轮廓尺寸。

；

  （二）单开道岔平行线路连接

参数计算：

                     

L—DK平行线路联接点长度；

m—联接系统长度；

C—联接系统参数

第二篇：岩石力学(太原理工大学采矿0901班考试重点修订版)

岩石力学重点

太原理工大学采矿工程0901班

概念

1原岩应力：系指天然环境下地壳岩土体内某一点所固有的应力状态，通常称为地应力。

2岩石强度准则：是判断岩土工程的应力应变是否安全的准则、判据或条件。

3蠕变：即应力σ=const，随着时间t延长，应变ε增加的现象

4剪胀现象：1岩石在塑性段及峰后区的体积膨胀

2岩石顺齿状节理剪切时，体积膨胀的现象

5软化系数：1软化系数ηc=Rcw/Rcd。软化性指岩石吸水后性质変低的性质

2饱水岩样抗压强度与自然风干岩样抗压强度的比值

6侧应力系数：通常称λ=ν/（1-ν）为侧应力系数，一般情况λ=水平应力/垂直应力 7地压：围岩作用在支护体上的压力

8二次应力：受井巷开挖、矿产资源开采等工程影响，在影响范围内的原岩应力平衡状态被

破坏后的应力

9弹性后效：即加载（或卸载）后经一段时间应变，才增加（或减小）到一定数值的现象

10尺度效应：岩石试件的尺寸越大，则强度越低，反之越高的现象

简述题

1岩石地下工程中稳定的定义？力学本质是什么？（p103）

在地下工程（井巷）工作期限内，安全和所需最小断面得以保证，成为稳定.

力学本质：

1开井巷后岩体最大最危险应力（位移）＜岩体强度（极限位移），则自稳

2开井巷后岩体最大最危险应力（位移）＞岩体强度（极限位移），不自稳

①地压支护最危险应力＜支护材料强度（极限位移）→人工稳定

②地压支护最危险应力＞支护材料强度（极限位移）→不稳定→改革支护→人工稳定

2计算原岩自垂应力的海姆假说和金尼克假说的内容?和各自的公式？p85

海姆假说：铅垂应力为上覆掩体的重量，历经漫长的地质年代后，由于材料的蠕变性及地下

水平方向的约束条件，导致水平应力最终与铅垂应力相均衡。

公式：σ1=σ2=σ3=ρgz=γz

金尼克假说：铅垂应力仍是自重应力σz=γz，而水平方向上，均质岩体相邻微元体相互受

到弹性约束，且机会均等，故由虎克定律应有εx=[σx-ν(σy+σz)]/E=0

εy=[σy-ν(σx+σz)]/E=0，得到自重力的水平分量为σx=σy=νγz/（1-ν）

3巷道维护的目的和原则？影响行稳定性的因素有哪些（对应的解决方案）？p195

井巷维护的目的首先在于保证井巷稳定性，但必须以经济合理为前提。

原则：应抓住围岩应力与围岩强度二者之间，以及支护应力与支护强度二者之间的相对关系。

首先应该力求降低围岩应力，增加围岩强度，以求达到第一种稳定，即靠围岩自身强度

保持稳定，这种稳定又称为一次稳定。否则，不得以求其次，再依靠支护达到第二种稳

定，又称为二次稳定。

因素：围岩岩性，井巷位置，所处深度，巷道轴线方位，断面形状尺寸，掘进破岩方法，掘

进时间，掘进方案，巷道布置与采动影响，以及支护类型与特性

4岩石地下工程中支护遵循的原理是什么？基本观点是什么？

原理：如果不受支护阻挡，在地下工程空间的周边的破裂岩体处于周边切向和空间轴向的双轴受力状态。通常轴向应力应该是中间主应力，若忽略它，周边的破裂岩体就相当于处于单轴受力状态。这时岩体要产生横向位移（对地下工程空间来将相当于径向位移），而支护抑制强加于它的这种横向位移，最后由岩体和支护体各自的力学特性共同决定了各自体内的应力和位移，在岩体和支护体接触面的法向则应该有相同的应力和位移。

围岩-支护共同作用原理的基本观点是：1 围岩是一种天然承载结构 2合理的支护方式应该是合理充分利用围岩的自承能力3在保证安全的前提下，充分利用自承能力4途径：是指护体和围岩在相互约束的状态下共同存在

5图示并说明蠕变三阶段是什么？和各自的特点？p37

1初始段或瞬态段（斜率渐减），2等速段或稳态段（斜率不变），3加速段或不稳定段（斜

率渐增）

6地下浅部的原岩应力的分布规律有哪些？p89

1)原岩应力一般是三轴压应力状态，且受地表地形地貌、山川河流和构造的影响，其分布往 往十分复杂2）三个主应力的大小一般互不相等。3）三个主应力的方向一般偏离铅垂或水 平方向不大，引起偏离的主要原因是构造、岩层倾角或局部不均值影响4）原岩应力中的铅 垂应力分量基本上等于由上覆岩体自重，即σz=σv=γz，它随深度呈线性增长5)原岩应力 的两个近水平应力分量分布十分复杂，因地而异，且随深度而变化；两个水平应力的平均值 与铅垂应力的比值λ的统计规律，可以概括为：即侧应力系数与深度成呈曲线变化，越近地 表平均水平应力相对高于铅垂应力；往下越相接近；一定深度之后变得小于铅垂应力 计算题

1抗拉强度的公式是什么？巴西法p25

St=2P/πD·t=0.636P/D·t

P-劈裂载荷 D、t-试件直径、厚度

2自重原岩应力铅垂方向计算和水平方向的计算（金尼克）p85

铅垂应力仍是自重应力σz=γz，自重力的水平分量为σx=σy=νγz/（1-ν）

3将岩石试件单轴压缩压应力达到120MPa时，即破坏，破坏面与最大主应力方向夹角60 度，根据摩尔库伦准则计算1岩石内摩擦角2正应力为零时的抗剪强度（就是求C）

α=45°+ψ；τ=C+fσ=C+σtanψ 增加公式Sc=2Ccosψ/（1 - sinψ）

填空题

1根据试件含水量的不同，岩石重容分为干容重，天然容重，饱和容重

2如果应力-应变关系不是直线 而是几何非线性，但应力-应变有着一一对应的关系，则这种

岩石材料称为完全弹性

3岩石抵抗外力破坏作用的能力，称为强度，常见的强度有单轴抗压强度、抗拉强度、抗剪 强度。

4摩尔强度理论认为，材料内某一点的破坏取决于该点的剪应力、正应力，与中间主应力关 5工程中把地压分为松弛地压、变形地压、膨胀地压和冲击地压。

6岩石的破坏表现为拉坏 、压坏、剪坏 形式