《煤矿开采学》课程设计实例

1、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 米煤工作面循环作业图表的编制 16小结 181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

2、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

3、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122.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

4、8.20灰色细砂岩，中硬，稳定1.50K3煤层，煤质中硬，丫 =1.30t/m 30000000003.20灰白色粗砂岩，坚硬，抗压强度 6080MPa0 0 0 0 024.68灰色中、细砂岩互层3第一章 米区巷道布置第一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Zc H L Mc式中：Zc 采区工业储量，万t ；h 采区倾斜长度，1100mL 采区走向长度，3000mM煤的厚度，M=1.5m煤的容重，1.30t/m 3;Z=1100X 3000X 1.50 X 1.3=943.8 万

5、t2. 设计可米储量Zk (Zc P) C式中：Zk 设计可采储量，万t ;Zc 工业储量，万t ；P永久煤柱损失量，万t ;C 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F3 =3000 X 30X 2+(1100-30 X 2) X (20 X 2+60) X 1.50 X 1.3=55.38 万 tZ k Z k1 Zk23.采区服务年限Zk3 2029.01 940.99 690.063660.06 万 tT Zk AK式中：T 采区服务年限，a;A 采区生产能力，120万t ;Zk

6、 设计可采储量，万t ；K 储量备用系数，取1.4。13Z04 21"9aTZkAK取T=22年4. 验算米区回米率C (ZcP)/ Zc式中：C采区回采率，% ；乙一一煤层的工业储量，万t ;P煤层的永久煤柱损失，万t ;对于 K3煤层：C3 (Zc3 PJ/ZC3 (943.8 81.224)/943.8 91.39% 80%则K1、K2、K3均满足米区回米要求第二节 采区或带区内的再划分5、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

7、，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4m-4.5m,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：L1 H 2 q P (n 1) L2 2 n/n式中： L1 工作面长度， m；L2 区段平巷宽度， m；H 采区倾向长度， m；q采区上下边界预留煤柱宽度，mP 护巷煤柱宽度， m；n 区段数目，个；L, =1100-2 X 25-5 X (n-1)452 n/n (1

8、80,250)则 3.96<n<5.39，取 n=5，则 L1=195m二、确定工作面生产能力Qr = A/(T X 1.1)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/ (TX1.1 ) =120/(330 X1.1) = 3305.79t三、确定工作面数目L Lo 2式中 N 工作面数目，个；h采区倾向长度，ms边界煤柱宽度，ml工作面长度，mLo 区段回采巷道宽度，m带入数值得，N 1100 3° 25.1195 4.5 2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

9、产的方向发展， 新建大型化矿井均朝 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米方式。工作面接替顺序图对于K3煤层:3101停31023103采31043105线3106310760m310831093110K3煤层工作面接替顺序：3101 3102 3103 3104 3105 3106 3107 3108 3109 3110注：箭头表示回采工作面的接替顺序。7第二节确定米区内准备巷道布置和生产系统、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

10、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 K3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，Ki煤层直接顶为碳质页岩，薄且易跨落，K2、K3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

11、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：掘进费用表维护费用表维护费用表万案一万案一工程名称单价费用单价费用万案工程量工程量（万元）（万元）10上山（m）401100 X

12、 2 X 22232.32401100X 22116.16901100X 22261.36联络巷（m）8020X 4X 2216.908020 X 4X 2216.90合计249.22394.42费用汇总表总费用万案万案一万案一掘进（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

13、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一采区主石门一采区下部车厂一轨道上山一中部甩车场一区段 运输平巷一采煤工作面一区段回风平巷一回风石门一阶段回风大巷。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

14、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K!煤层为对象，进行采煤工艺设计。由于 K!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11、综采工作面的设

15、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L AL1 h1 h2式中：L 日推进度，m/天；A 工作面设计生产能力，t/天；l1 工作面长度，mh1米煤机割煤咼度，mh2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/ m3;将数据带入可得：2.42 m3305.791952.3 4.6 0.80.93 1.3准的工作制度选择滚筒截深600mm日进6刀,采用“四六工作制”，即三采-（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:(b )A-AA-AA-AA

16、-A12A ME（a）（b）斜切并穆盲输注机對SEftJKJ （d）刑正常Sffl1 综来面淤課藥蝶机:刮板输巻机（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 0.6 X 2=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

17、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DSB-90适用条件倾缓斜工作面电机功率2 X 90kw13出厂长度200米电机电压1140V运输能力250 吨 /h总质里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YSB-160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总质里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

18、式支撑掩护式外形尺寸4470 X 1430 X 1600mm放煤形式低位放煤支护强度0.802 0.829Mpa运煤方式双输送机运输适应煤层倾角w 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九所（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

19、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=500mm>200mm 满足要求； 2=2.0-1.6=400mm>200mm 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：2P=kx hiXpX 10-

20、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;工作面采高，m15P 岩石密度,kg/m 3;将各参数值代入则有：P=6 X 2.3 X 2.5 X 10-2=0.36Mpa由于0.345Mpa v 0.5 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：N 1=4.5X2/1.5=6 架即需要 6 架端头支架。工作面所需支架数量为：N 2=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

21、） 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。、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,寸采用全部垮落发处理采空区,技术经济一、工作面布置层面图（见图纸）、循环作业图表问可题。另夕卜'，五、经济合理的2率，现在煤矿都向KK）管理，可以加快工作面的推进综采面作业循环图、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11114174转载机司机111