采矿带区设计

1、序 论一、设计目的 1、初步应用煤矿开采学课程所学的知识，通过课程设计加深对煤矿开采学课程的理解。2、培养采矿工程专业学生的动手能力，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、设计题目采区概况本带区为某矿第二水平第四采区。其中二采区已采，六采区未采。上部标高-150m，下部标高-300m。其走向长度为2020m，倾斜长度为1080，面积为2181600。煤层均为中厚煤层，煤层埋藏稳定，构造简单，煤质中硬，自然发火期为6-12个月。大巷位置：运输大巷和回风大巷都布置在煤层底板岩石中，标高分别为-320m和-3

2、30m。运输方式：大巷运煤采用1.5t固定式矿车，10t架线电机车牵引。瓦斯等级：相对瓦斯运出量5，属于低瓦斯矿。具体煤层情况如表1所示：表1序号煤层（m）顶，底板岩性层间距倾角稳定性最大最小一般顶板底板最大最小一般42.21.82粉砂岩粉砂岩3428306-8°稳定52.72.32.5粉砂岩粉砂岩6-8°稳定三、课程设计内容1、采（带）区巷道布置设计；2、采（带）区中部甩车场线路设计或下部平车场线路设计。图1 设计煤层综合柱状图第一部分 带区巷道布置第一节 带区储量与服务年限1、带区生产能力选定为120万t/a。2、带区计算的工业储量、设计可采储量分别为：（1） 带区工业

3、储量 式中：Zg 带区工业储量，万t；H 带区倾斜长度，1080m；L 带区走向长度，2020m； 煤的容重，取1.35； 煤层煤的厚度，为2.0m； 煤层煤的厚度，为2.5m；(2) 带区可采储量:式中：Zk带区可采储量，万tZg带区工业储量，万tP带区煤柱损失量，万tC带区回采率，厚煤层不低于0.75，中厚煤层不低于0.80，薄煤层不低于0.85 【1】3、矿井服务年限计算: 式中：T带区的服务年限，年aZk带区的可采储量，万tK带区储量备用系数，取K=1.35A带区设计生产能力，万t/a4、验算带区采出率带区采出率=带区实际出煤量/带区工业储量×100（1）煤层带区采出率=56

4、9.538/589.032×10096.7（2）煤层带区采出率=711.9225/736.29×10096.7采区采出率：厚煤层不低于0.75，中厚煤层不低于0.80，薄煤层不低于0.85 【1】 第二节 带区内的再划分1、确定采煤工作面长度该煤层组左右两边界各留10m的边界煤柱，下部留30m护巷煤柱，则其煤层倾向长度为：1080-30=1050m，走向长度为2020-20=2000m。又因为各煤层埋藏稳定,地质构造简单，无断层,煤层附存条件较好，瓦斯涌出量低,涌水量也小,自然发火倾向较弱,且现代采矿工作面长度有加长趋势，故采煤工艺选取较先进的综合机械化采煤方法。一般而言，

5、考虑到设备选型及技术方面的因素,综采工作面长度为180250m，巷道宽度为4m5m,设计本带区开掘巷道宽度为4.5m，带区生产能力为120万t/a，一个厚煤层或中厚煤层的一个工作面便可以满足生产要求，将整个带区划分为10个分带，并采用沿空留巷方式，采用混凝土砌块支护护巷工作面长度为： 式中：S除去永久保护煤柱煤层走向长度n分带数目2、确定带区内的工作面数目回采工作面沿走向布置，沿倾向推进，采用下行后退式倾斜长壁采煤法开采。工作面数目：式中：L 煤层走向长度(m)；S0 带区沿走向所有煤柱宽度之和(m)；l 工作面长度(m)；l0 回采巷道宽度，取4.5m；则: 3. 确定工作面生产能力式中：A

6、0工作面生产能力，万t/a；L采煤工作面长度m；V0工作面推进度m；M采高m；C0采煤工作面采出率；（1）带区195×0.8×8×330×2.0×1.35×0.95×10-4=105.64万t/a<120万t/a（2）带区195×0.8×6×330×2.5×1.35×0.95×10-4=113.76万t/a<120万t/a4、确定带区内工作面数及工作面接替顺序生产能力为120万t/a.目前开采准备系统的发展方向是高产高效生产集中化，采用提高工作

7、面单产，以一个工作面产量保证带区产量，因此可确定带区内为一个工作面生产。考虑到采动应力集中的因素，且下一带区未采，则每个煤层带区间采用依次开采,且10个分带工作面接替顺序如下: 表2-1 煤层工作面接替顺序工作面编号12404124141242412434124441245412464124741248412494开采次序12345678910对于煤层工作面接替顺序：124041249141242412434124441245412464124741248412494表2-2 煤层工作面接替顺序工作面编号1240512415124251243512445124551246512475

8、1248512495开采次序12345678910煤层工作面接替顺序：124051249151242512435124451245512465124751248512495第三节  确定带区内准备巷道布置及生产系统1、完善开拓巷道为了缩短带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，把为该带区服务的运输大巷和回风大巷均布置在煤层底板下方的稳定岩层中。2、确定带区巷道布置系统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,直接顶较厚且易跨落 。同时为减少煤柱损失，提高采出率，降低巷道掘进费用，采用沿空留巷

9、的方式。3、带区布置方案分析比较确定带区巷道布置系统，带区内有两层煤，每一层都布置10个工作面，根据相关情况初步制定以下两个方案进行比较：方案一：分带单独布置每一个分带分别开斜巷进入上部煤层，每一个分带都布置一个煤仓直通运输大巷。通风系统为：新风从运输大巷进风行人斜巷分带运输斜巷采煤工作面分带回风斜巷带区运料斜巷回风大巷。该方案的特点是，每个分带都布置了煤仓，所以管理较复杂，煤仓和联络斜巷工程量大，但有利于通风和工作面的接替。方案二：带区联合布置将带区分成10个分带。运输大巷通过进风行人斜巷进入上部煤层，整个带区布置一个煤仓直通运输大巷。通风系统为：新风从运输大巷进风行人斜巷分带运输斜巷采煤工

10、作面分带回风斜巷带区运料斜巷回风大巷。该方案简化了运输系统，仅布置了一个煤仓和一对联络巷，减少了煤仓和联络斜巷的施工量，使运煤、运料集中处理，符合集中化生产理念，但出现了因带区内通风线路长短不同而造成通风协调困难的问题，同时还增加煤巷的维护量，增大了煤柱损失。图2 分带单独布置图3 分带联合布置技术经济比较：巷道硐室掘进费用表3-1方案方案一方案二工程名称单价（元）工程量（m）费用（万元）工程量（m）费用（万元）回风运料斜巷（m）1578152×12=1824287.82进风行人斜巷（m）157894×12=1128177.998494×2=18829.6664煤

11、仓元/m31443.14×22×30×12=4521.665.11103.14×22×30×2=753.60.8518集中平巷（元/m）8314×(2580-10×2)=10240850.944合计530.9294891.4622巷道硐室掘维护费用表3-2 方案方案一方案二工程名称单价（元）工程量（m）费用（万元）工程量（m）费用（万元）回风运料斜巷（m）40 元/a.m152×12×16.02=29220.48116.8819152×16.02×2=4870.0819.48

12、032进风行人斜巷（m）40 元/a.m94×12×16.02=18070.5672.2822494×16.02×2=3011.7612.04704小计189.1641431.52736煤仓元/m330 元/a.m25×16.02×12=480614.41825×16.02×1=400.51.2015集中平巷（m）160 元/a.m2560×16.02×4=164044.82624.7168合计203.582142657.44566生产经营费用表3-3方案方案一方案二工程名称单价（元）工程量（m

13、）费用（万元）工程量（m）费用（万元）斜巷（m）1164 元/m94×12=1128131.299294×2=18821.8832煤仓（m）951 元/m30×12=36034.23630×2=605.706合计165.562227.5892费用汇总表表3-4矿井费用名称方案一方案二掘进（万元）530.9294891.4622维护（万元）203.582142657.44566生产（万元）165.562227.5892总计（万元）900.073743576.49706方案一特点：系统简单，通风容易，但生产调度管理复杂，煤仓太多，维护困难，装煤点多，管理复杂

14、。方案二特点：采用集中化生产，从根本上克服了方案一的缺点。虽然方案二维护费用高，但从技术和管理等方面的综合分析，方案二更优越一些。综上所述，选择带区联合布置方式，巷道布置情况见巷道布置图、带区巷道剖面图，以煤层为例 。4、确定工作面回采巷道布置方式及工作面推进终点位置回采巷道布置方式:采用单巷沿空留巷掘进方式。分析：已知带区内各煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，同时，各煤层瓦斯涌出量较低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小。因此有利于综合机械化作业，可以充分发挥综采高产高效的优势。同时，为减小煤柱损失，提高采出率。综合考虑各种因素。说明：在带区巷道布置平面图内，工作面布置和推进的位置以达到带区设

15、计产量及安全为准。工作面推进到距煤层下部边界30m处的位置，即为避开采掘超前影响所留设的30m护巷煤柱处。5、确定通风布置系统各煤层通风系统为：新风从运输大巷进风行人斜巷分带运输斜巷（带区运煤巷）采煤工作面分带回风斜巷带区煤层运料平巷联络巷带区运料斜巷回风大巷。第四节   带区车场线路设计该带区开采近距离煤层群，倾角为8°。铺设600mm轨距的线路，轨型为15Kg/m，采用1t矿车单钩提升，每钩提升3个矿车，要求甩车场存车线设双轨道，斜面线路布置采用二次回转方式。第二部分 采煤工艺设计第一节 采煤工艺方式的确定1、选第一煤层，即煤层为对象设置采煤工艺。由于煤层厚度

16、为2.0m，属于中厚煤层，结构简单，无断层，故可用综合机械化采煤工艺，一次采全高。2、综采工作面的设备选用国产综采设备。3、采煤与装煤（1）落煤方式与采煤机的选择采用综合机械化采煤，双滚筒采煤机直接落煤和装煤。依据带区的设计生产能力确定工作面每天的推进度为：=1200000/（330×195×2.0×1.35×0.95）=6.27m/d式中：V采煤工作面每天的推进度，m/dQr采煤工作面生产能力，t/aL 采煤工作面的长度，mM 采煤工作面采高（煤层取2.0） 煤的容重，1.35t/m3C 工作面的采出率（k4煤层为中厚煤层，因此C取0.95）选择采煤机

17、的截深为800mm，每天正规循环推进八刀，每天循环共推进6.40m，可满足每天至少推进6.27m的要求。表4-1 采煤机参数采煤机型号4MG200机身长度m8.90采高m1.43.5m滚筒直径1.6截深mm800牵引速度m/min06.0m/min牵引力KN250KN截割功率kw2800牵引形式液压，齿轮，销轨总质量t21t冷却形式水冷喷雾形式内外喷雾表4-2 刮板输送机参数刮板机型号SGZ-764/500机头尺寸(长*宽*高)m21790*830*280运输能力T/h1000链速m/s1.25铺设长度m200电机功率KW2*250电压V1140刮板机形式准双边链表4-3 液压支架参数型号高度

18、m宽度m初撑力KN工作阻力KN支撑强度MPa适应角度ZY8600/17/351.5-3.51.65-1.85691786000.99-1.03<25°ZTC20000/20/402.0-4.0 1.4-1.6 9000 15000 1.92<25°表4-4 转载机参数型号装机功率输送能力设计长度SZZ-1000/5252*700kw1500t/h60m表4-5 破碎机参数型号功率破碎能力破碎粒度PCM-250250KW1500150-300mm型号功率带宽带速输送能力DSP-1200/125250KW1200mm2.5m/s2000t/h表4-6 胶带动输机参数

19、型号功率带宽带速输送能力DSP-1200/125250KW1200mm2.5m/s2000t/h表4-7 乳化液泵站参数乳化液泵型号工作压力功率乳化液箱泵站流量LRB-400/31.531.5MPa400KW一台400m3/min（2）进刀方式： 为了合理利用工作时间，提高效率。采用工作面端部斜切进刀，割三角煤，往返一次割两刀4、运煤与支护（1）工作面采用可弯曲刮板输送机运煤。（2）工作面采用掩护式液压支架支护（3）移架方式由于采用及时支护方式，而且工作面每天推进八刀，所以选择顺序移架方式。顺序式移架速度快，能满足采煤机快速牵引的需要，适用于顶板比较稳定的高产工作面。（4）支护方式：采高为2.

20、0米，为防止片帮和冒顶，选用及时支护。（5）工作面的支架需求量: 式中：N 工作面支架数；L 工作面长度，m；l0 顺槽宽度，m；n 端头支架数；S 端头支架宽度，m；S1支架中心距，m。 N =(195+9-6×1.594)/1.75=112架(6)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。(7）校核支架的强度和高度  校核高度  经查采矿设计手册得到：  在实际使用中，通常所选用的支架的最大结构高度比最大采高

21、大200mm左右。即： 。最小结构高度应比最小的采高小250350mm。即：已知选用：ZY8600 /1.7/3.5掩护式支架的最大结构高度为3.5m>（+0.2），满足要求。支架的最小结构高度为1.7m<(0.250.35)，满足要求。校核支架强度： 支护强度：式中：q支护强度，MPaK作用于支架上的顶板岩石厚度系数，取6M采高，m岩石密度，取 2.5×G取10 q=0.464 MPaq=0.525MPa<0.99 Mpa，所以满足要求  由Q=q×F×KN 式中：F为支架支护面积，F = 6×

22、1.5 = 9 m2          Q=0.525×9×103=4725 KN由P = Q / 式中：P支架的工作阻力，KN；   Q支架的有效工作阻力，KN；   支架的支撑效率，取80%；P=4725÷0.8=5906 KN < 支架工作阻力6000 KN，满足要求（8）工作面“三机”生产能力配套工作面生产能力取决于采煤机落煤能力，而刮板输送机、液压支架及转载机、可伸缩带式输送机等设备能力都要大于采煤机

23、的生产能力，国外按大于20%设计。 采煤机实际生产能力的确定采煤机实际生产能力：式中：Qc采煤采煤机的实际生产能力，t/h；采煤机的实际牵引速度，一般综采为m/minS采煤机的截深,0.8m；M工作面平均采高，2.0m；煤的实体容重，1.35kg/m3；K工作面采出率。0.95Qc60×3.5×0.8×2.0×1.35×0.95=430.92t/h输送机的生产能力工作面输送机的能力要大于采煤机的实际生产能力，即：输送机的生产能力：Qs（1.11.15）QcQs工作面输送机的能力，t/h。Qs1.15×430.92t/h=495.56t

24、/h < 1000t/h满足要求。液压支架移架速度液压支架的移架速度要大于采煤机的实际牵引速度。液压支架的移架时间包括泵站向支架的供液时间(取6s）和操作调整时间（取12s）。液压支架移架速度： 式中：每次移架数目，一般为；每架支架的支护宽度，或架间距m；t每次移架时间，或每架移架时间min；Ve=1.75/0.3=5.8m/min>4m/min满足要求转载机和可伸缩胶带输送机的能力其能力应大于工作面正常生产能力。输送的能力:Qz=(1.53.0)QQ= Qb/TQz转载机和可伸缩胶带输送机的能力,t/h；Q工作面日正常生产能力,t/h；Qb工作面日产量，t/日；一个循环纯割煤时间

25、，h。Q1000/2500t/hQb500×16=8000t工作面生产能力：式中L 工作面长度m；M 采高2.0m ；     B 循环进尺0.8m；    煤的容重,1.35；   C 工作面回采率95%；   N每日循环数8；   Qr=2.0×195×0.8×8×1.35×95%    =3201.12tQb &

26、gt;Qr,即满足设计要求。6、处理采空区 采用全部跨落法处理采空区。第二节  工作面合理长度的验证1、从煤层地质条件考虑该带区内的两层可采煤层的地质条件较好，无断层，煤层倾角为8°，煤层厚度适中，顶底板较稳定，瓦斯涌出量较低，自然发火倾向较弱，涌水量也较小，所以布置195m的工作面比较合适。2、从工作面生产能力考虑工作面的设计生产能力为120万t/a。正规循环每天进八刀，采煤机滚筒截深为800mm，所以煤层的工作面实际年生产能力为： 330×0.8×8×2.0×195×1.35×0.95=10

27、5.64万t能够满足设计生产能力的要求，一个工作面生产就能够满足设计生产能力的要求，工作面的长度确定的合理。3、从运输设备及管理水平角度考虑带区生产选用的设备均为国内先进的的生产设备，工作面选用的200m刮板输送机能够利用国内先进的技术，能够与时俱进的跟上技术的发展。4、从顶板管理及通风能力考虑该带区的顶板较稳定，工作面可以适当的加长，综采工作面的长度一般在，所以选择的工作面的长度为195m较合适。另外，工作面的瓦斯涌出量较低，通风问题能够解决。5、从巷道布置角度考虑由于带区走向长为2020m，除去煤柱宽及巷道宽度，剩余1950.05m，把每个工作面长度定为195m，1950.05÷

28、195=10分带，正好布置10个工作面，满足生产要求。6、经济合理的工作面工作面的长度与地质因素及技术因素的关系十分的密切，直接影响生产效率，所以根据条件，以高产量、高效率为原则选择合理的工作面长度。合理的工作面以生产成本低，经济效益高为目标。尽量加快工作面的推进速度，减少巷道的维护时间，降低回采总成本，使设备、资源得到最高利用。附表：1、劳动组织图表序号工种一班（人）二班（人）三班（人）合计（人）1班长22262采煤机司机33393输送机司机11134转载机司机11135胶带机司机11136移架工33177推溜工22158放煤工22159超前维护工6611310电气维修工113511运料工5

29、512安全质量员111313机械修理工2248合计（人）252525752、技术经济指标表序号项目单位数量1煤层厚度m2.02煤层倾角°8°3平均采高m2.04采煤机台15液压支架架1126端头支架架67刮板输送机台18破碎机台19转载机台110胶带输送机台211循环进尺m0.80012日产量t3201.1213生产方式二班采煤一班准备14出勤人数人7515回采工效t/工42.716截齿消耗个/万t2017乳化液消耗kg/万t12018日循环数个83、机械设备表标号设备名称型号主要参数1主要参数2生产厂家1采煤机4MG200采高< 2.0-4.0800mm截深无锡采煤机厂2可弯曲刮板输送机SGZ-764/500运量1000t/h长度200m西北煤机厂2可弯曲刮板输送机SGZ-630/150运量250t/h长度200m中煤张家口3支撑掩护式支架ZZS6000/21/38自重24.518t工作阻6000 KN郑州煤机厂4端头支架PDZ25t2448×1594郑州煤机厂5转载机SZZ764/1321100 t/h1500