《煤矿开采学》课程设计实例.doc

武汉理工大学网络教育学院采矿工程专业哪哈沟煤矿开采设计 课程名称：煤矿开采设计 姓 名：贺一明 学 号：200801111234 班 级：采矿工程 指导教师：孙 强2011年4月目 录绪 论 2第一章 采区巷道布置 4 第一节 采区储量与服务年限 4 第二节 采区内的再划分 6 第三节 确定采区内准备巷道及布置系统 8 第四节 采区中部甩车场 11第二章 采煤工艺设计 11第一节 采煤工艺方式的确定 11第二节 工作面合理长度的确定 15第三节 采煤工作面循环作业图表的编制 16小 结18绪论一、课程设计的性质、目的和任务（一）课程设计的性质 煤矿开采是安全工程专业学生必修的一门专业理论课程。安全工程课程设计是在高年级学生学完煤矿开采课程后的一次集中式的综合设计，是一次重要的实践性教学环节。（二）设计的目的和任务1.初步应用煤矿开采课程所学的知识，通过课程设计，加深对煤矿开采学课程的理解。2.培养安全工程专业学生动手能力，对编写采矿技术文件，包括编写设计说明书及绘制设计图纸进行初步锻炼。3.为毕业设计中编写毕业设计说明书及绘制毕业设计图纸打基础。二、课程设计的主要内容（一）设计题目的一般条件（下例为假想矿井） 某矿第一开采水平上山某采(带)区自下而上开采K1、K2、K3煤层，煤层厚度、层间距及顶底板岩性见综合柱状图。该采(带)区走向长度3000m，倾斜长度1100m，采(带)区内煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，K1煤层属简单结构煤层，硬度系数 f=2，K2和K3煤层属中硬煤层，各煤层瓦斯涌出量较低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小。设计矿井的地面标高为+30米，煤层露头为-30米。第一开采水平为该采(带)区服务的一条运输大巷布置在K3煤层底板下方25米处的稳定岩层中，为满足该采（带）区生产系统所需的其余开拓巷道可根据采煤方法不同由设计者自行决定。（二）设计题目的煤层倾角条件1.煤层平均倾角为12。2.煤层平均倾角为25。采区综合柱状图柱状厚度（m）岩性描述_20.3灰色泥质页岩，砂页岩互层10.40泥质细砂岩，碳质页岩互层0.20碳质页岩，松软_5.20灰色砂质泥岩，细砂岩互层，坚硬.8.20灰色细砂岩，中硬，稳定1.50K3煤层，煤质中硬，=1.30t/m。3.20灰白色粗砂岩，坚硬，抗压强度6080MPa。24.68灰色中、细砂岩互层第一章 采区巷道布置第1节 采区储量与服务年限一、采区的生产能力定为120万t/a，煤层平均倾角为8。（一）计算采区的工业储量、设计可采储量1.采区的工业储量 式中： 采区工业储量，万t； 采区倾斜长度，1100m； 采区走向长度，3000m； 煤的厚度，M=1.5m 煤的容重，1.30t/m；Z=110030001.501.3=943.8万t2.设计可采储量 式中： 设计可采储量, 万t； 工业储量，万t； 永久煤柱损失量，万t； 采区采出率，厚煤层可取75%，中厚煤层取80%，薄煤层85%。分别取左右边界煤柱各20m，上部防水煤柱与下部护巷煤柱各30m，中部留60m停采线煤柱，则=3000302+(1100-302)(202+60)1.501.3=55.38万t万t 3.采区服务年限 式中： 采区服务年限，a; 采区生产能力，120万t； 设计可采储量，万t； 储量备用系数，取1.4。 a 取T=22年 4.验算采区回采率 式中： 采区回采率，% ； 煤层的工业储量，万t ； 煤层的永久煤柱损失，万t； 对于煤层: 则、均满足采区回采要求。第二节 采区或带区内的再划分一、确定工作面长度及采区区段数目煤层左右边界各有20m的边界煤柱，上部留30m防水煤柱，下部留30m护巷煤柱。因为该矿地质构造简单，煤层附存条件较好，瓦斯涌出量小，另外现代工作面长度有加长趋势，且采煤工艺选取的是较先进的综采。结合我国实际情况以及考虑到设备选型及技术方面的因素，综采工作面长度一般为180250m，巷道宽度为4m4.5m,本采区选取4.5m，且采区生产能力为120万t/a，一个中厚煤层的一个工作面便可以满足生产要求。采用沿空掘巷方式,巷道间留较小煤柱，取5米。采煤工作面长度为： 式中：工作面长度，m；区段平巷宽度，m；采区倾向长度，m； 采区上下边界预留煤柱宽度，m； 护巷煤柱宽度，m； 区段数目，个； =1100-225-5(n-1)-4.52n/n(180,250) 则3.96n5.39，取n=5，则=195m。二、确定工作面生产能力 Qr = A/(T1.1)式中A采区生产能力，120万t/a ； Qr工作面生产能力，t /天； T每年正常工作日，330天。故： Qr = A/（T1.1） =120/(3301.1) = 3305.79t三、确定工作面数目 式中 工作面数目，个；采区倾向长度，m；边界煤柱宽度，m；工作面长度，m；区段回采巷道宽度，m；带入数值得，取5，所以工作面数目为5个。目前，煤炭企业生产系统向高产高效集中化生产的方向发展，新建大型化矿井均朝“一矿一井一面”的设计思想改革，提高工作面单产，用一个工作面的产量来保证整个矿井的设计生产能力。为适应现阶段煤炭行业的知道规范，本采区设计一个采煤工作面。其工作面接替顺序为左右两翼跳采方式。工作面接替顺序图对于K3煤层：3101停采线60m310231033104310531063107310831093110K3煤层工作面接替顺序：3101310231033104310531063107310831093110注：箭头表示回采工作面的接替顺序。第三节 确定采区内准备巷道布置和生产系统一、完善开拓巷道为了缩短采区准备时间并提高经济效益，根据所给地质条件，在第一开采水平中，把为该采区服务的运输大巷和回风大巷均布置在煤层底板下方25m的稳定岩层中。二、确定巷道布置系统及采区布置方案分析比较 首先确定回采巷道布置方式，由于地质构造简单，无断层,煤层赋存条件好，涌水量较小，瓦斯涌出量较小，无自然发火倾向,煤层直接顶为碳质页岩，薄且易跨落，、煤层直接顶较厚且稳定。同时为减少煤柱损失，提高采出率，降低巷道维护费用等，采用沿空掘巷的方式。因此采用工作面布置图（见下文）所示工作面接替顺序，就能弥补沿空掘巷时工作面接替复杂的缺点。根据相关情况初步制定以下两个采区上山布置方案进行比较： 方案一：两条岩石上山 将两条上山都布置在K3煤层底板岩石中，轨道上山布置在距离底板10m处，运输上山布置在距离底板15m处，两上山分别联结两翼的区段，平巷不交叉。其布置特点为，岩石工程量大，掘进费用高，联络石门长。但维护条件好，维护费用低，有利于通风，运输能力大。 方案二：一岩一煤上山 将两条上山分别布置在K3煤层的底板和煤层中，运输上山布置在距离K3底板10m处，轨道上山布置在K3煤层中。特点：节省了一条岩石上山，相对减少了岩石工程量。但轨道上山不易维护，维护费用高，需要保护煤柱。 技术经济比较： 掘进费用表工程名称方案方案一方案二单价(元)工程量费用(万元)单价(元)工程量费用(万元)上山(m)157811002416.61578128411001100208.3169.49联络巷(m)115220411.06115220411.06合计427.66388.85 维护费用表工程名称方案方案一方案二单价(元)工程量费用(万元)单价(元)工程量费用(万元)上山(m)401100222232.324090110022110022116.16261.36联络巷(m)802042216.90802042216.90合计249.22394.42维护费用表工程名称方案方案一方案二单价(元)工程量费用(万元)单价(元)工程量费用(万元)上山(m)401100222232.324090110022110022116.16261.36联络巷(m)802042216.90802042216.90合计249.22394.42费用汇总表 总费用方案方案一方案二掘进(万元)427.66388.85维护(万元)249.22394.42井巷辅助费(万元)50.252.97合计(万元)727.13786.24两者费用相差不大，经济上认为两者相同。综合其他因素，选择双岩巷上山采区联合布置方式，巷道布置情况见采区巷道平面图、剖面图。三、确定工作面回采巷道布置方式 由于采区内煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，各煤层瓦斯涌出量较低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小。结合综放面特点，故采用双沿空掘巷掘进方式。但由于巷道断面较大，要求采用强度较高的支护材料。四、工作面推进位置的确定 在采区巷道布置中，工作面布置及推进到的位置应以达到采区设计产量安全为准，工作面应推进到距上山20m停采线位置处，即为避开采掘超前影响而留设的护巷煤柱处。五、确定通风布置系统 采区通风路线: 新风从阶段运输大巷采区主石门采区下部车厂轨道上山中部甩车场区段运输平巷采煤工作面区段回风平巷回风石门阶段回风大巷。六、采区上部和下部车场选型(1)考虑到采用采区上部平车场有车辆运行顺当、调车方便等优点，确定采用上部平车场。(2)由于采区生产能力大，故下部车场可选择大巷装车式下部车场，装车站采用折返式调车。辅助提升下部车厂采用底板绕道式。第四节 采区中部甩车场线路设计一、大巷（双轨），采区轨道上山（单轨），区段石门（单轨），均为 600 mm 轨距。二、轨道上山作辅助提升时，一次提升一吨矿车3个。三、采区中部车场采用石门甩车形式，甩车场斜面线路布置方式采用斜面线路一次回转方式，双道起坡。第二章 采煤工艺设计第一节 采煤工艺方式的确定一、选取煤层为对象，进行采煤工艺设计。由于煤层厚度为6.9米，属于厚煤层，硬度系数f=2，结构简单，无断层，瓦斯涌出量较低，涌水量也较少，故可用综合机械化采煤工艺，进行综采放顶煤开采。二、综采工作面的设备选用国产设备。三、采煤与装煤（一）确定落煤方式 采用综合机械化放顶煤开采，双滚筒采煤机直接落煤装煤。（二）确定截深 式中： 日推进度，m/天； 工作面设计生产能力，t/天 ； 工作面长度，m； 采煤机割煤高度，m； 放煤高度，m； 顶煤放出率,取0.8； 工作面采出率,对于厚煤层取0.93； 煤得容重,t/; 将数据带入可得:m 选择滚筒截深600mm,日进6刀,采用“四六工作制”，即三采一准的工作制度。(三)确定进刀方式 为提高煤炭采出率，选取端部割三角煤斜切进刀方式，如图所示：(四)采放比：割煤高度为2.3，则采放比为 2.3：（6.9-2.3）=1：2。(五)确定放顶步距 为使放出范围内得顶煤能充分破碎松散，提高采出率，降低含矸率，此工作面放顶步距选用“两采一放”，即割两刀放一次顶煤。据采矿工程设计手册，一般情况下，当采用小截深(0.50.6m)时，割两刀放一次顶煤，放煤步距为2倍的采煤机截深，则放顶步距0.62=1.2m。(六)确定放煤方式 选用单轮，间隔，多口放煤。实践证明，这种方式丢煤少，混矸少，又易于实高产高效，是一种较好的放煤方式。四、运煤(一)工作面采用可弯曲刮板输送机运煤，运输平巷采用转载机和胶带运输机运煤。刮板输送机参数刮板输送机型号SGB-630/150C电动机型号DSB90适用条件倾缓斜工作面电机功率 290kw出厂长度 200米电机电压 1140V运输能力250吨/h总质量 117.31吨刮板链形式双边链制造厂 郑煤机装载机参数转载机型号 SZZ1200电动机型号YSB160适用条件中厚煤层电机功率300kw出厂长度50电机电压1200V运输能力1200吨/h总质量27吨刮板链形式 中双链制造厂郑煤机(二)工作面采用液压支架支护液压支架参数型号ZFS4400/16/28中心距1500mm型式支撑掩护式外形尺寸447014301600mm放煤形式低位放煤支护强度0.8020.829Mpa运煤方式双输送机运输适应煤层倾角25高度1.6-2.8m供液泵压31.4Mpa工作阻力4315 kN支架重量13.5t初撑力3922 kN设计单位北京开采研究所（三）支护方式 由于煤层f=2，顶煤厚度较小，选用及时支护。（四）移架方式 因为此采区顶板不稳定，所以选用单架依次顺序式的移架方式。这种方式容易保证移架和支护质量，操作简单，但是移架得速度慢，适用与顶板不稳定的采煤工作面。（五）确定端头支架 根据工作面条件，选用工作面液压支架支护端头。（六）确定超前支护方式和距离 由于采用综采开采，支撑压力分布范围为2030米，峰值点距煤壁前方 5-15m,所以超前支护的距离为20米。选用单体支柱和金属铰接顶梁支护。铰接顶梁的长度为1000mm。（七）支架高度与强度校核 高度校核： 在实际使用中，一般所选用的支架得最大结构高度比采高大200mm，最小高度比最小采高小200300mm。 已知所选用得支架ZFS4400/16/28的最大结构高度为2.8m，采高为2.3m，则有 1=2.8-2.3=500mm200mm，满足要求； 2=2.0-1.6=400mm200mm，满足要求； 故所选支架高度满足工作要求。 强度校核： 强度校核公式如下： P=kh110-2 式中：P顶板对支架得作用力，pa； K顶板高度系数，一般取48，此采区顶板结构稳定，可取k=6； h1工作面采高，m； 岩石密度, kg/m3； 将各参数值代入则有： P=62.32.510-2 =0.36Mpa由于 0.345Mpa0.5 Mpa(支护强度)，因此支架选型满足工作要求。(八)确定工作面支架的数量 由于端头支架中心距1.5m，巷道宽度4.5m，则所需端头支架数量为： N1=4.52/1.5=6 架即需要6架端头支架。工作面所需支架数量为： N2=195/1.5=130 架则一个工作面共需要液压支架的数量为： N=N1+N2=6+130=136 架。(九)采空区处理 一般采用全部跨落法处理采空区。 第二节 工作面合理长度确定一、煤层地质条件 该采区上山阶段煤层埋藏稳定，地质构造简单，无断层，K1煤层属简单结构煤层，硬度系数f=2；K2和K3煤层属中硬煤层，个煤层瓦斯涌出量低，无自然发火倾向，涌水量小，一般综采工作面取180250m，由于采区的地质条件好，故工作面可适当取长一些，约200m。二、工作面生产能力 工作面设计设计设计生产能力为120万t/年，正规循环采用每天进6刀，两采一放。每刀进600mm，一个工作面就可满足采区设计生产力要求。三、运输设备 采区工作面生产所选用的设备均为国内先进的生产设备，工作面选用200m的刮板输送机能满足工作面的运输要求。四、顶板管理及通风能力该采区顶板较稳定，两采一放，采用及时支护，可有效控制顶板冒落等不安全因素，采用全部垮落发处理采空区，如长距离顶板不垮落，可采用人工强制放顶的方法处理顶板问题。另外，工作面的瓦斯涌出量较低，通风问题能够解决。五、经济合理的工作面长度 工作面的合理长度与地质因素和技术因素的关系十分密切，直接影响工作面的生产效率，现在煤矿都向 “一矿一井一面”的高产高效集中化方向发展，一个工作面就可满足采区，甚至是一个矿井的设计生产能力需要。合理的工作面长度不仅生产成本低，而且易管理，可以加快工作面的推进速度，减少巷道的维护时间，降低回采成本，以达到最优的技术经济效益。第三节 采煤工作面循环作业图表的编制一、工作面布置层面图(见图纸)、循环作业图表二、劳动组织表序 号工 种夜班早班中班检修班合 计1班长222282采煤机司机222393输送机司机111144转载机司机111145胶带机