煤矿开采学课程设计

1、河南工程学院课程设计*矿*采区120万吨/年生产能力设计学生姓名： 王隽龙 学 院： 安全工程学院 专业班级： 安全工程1342班 专业课程： 煤矿开采学 指导教师： 2016年 1 月 10 日 煤矿开采学课程设计任务书题目 *矿*采（带）区*万吨/年生产能力设计 专业 安全工程 班级 安全工程1342班 一、设计题目*矿*采（带）区*万吨/年生产能力设计。二、设计时间2015年12月28 日 2016年1月10日。 三、完成的任务 按任务分配分组进行。要完成的任务如下：（1）设计内容：采（带）区巷道布置、采煤工艺设计、设计图纸。（2）提交课程设计报告。四、成果要求文字格式要求主标题：三号字

2、、居中、宋体、加黒，段后为自动。正文：全文宋体、小四号字、段前段后0、行间距1.5，首行缩进2个字符（包括各级标题）。编码：采用中式“一、二、三、（一）（二）（三）123（1）（2）（3）”编码形式，不得采用自动生成格式。其中“一、（一）”做为标题，加黒，单独成行。“1（1）”可以做标题，也可以不做标题，如果做标题，需单独成行，做还是不做标题，均不需要加黒。图表：图表文字及说明等均采用五号宋体。表格要有表头（表头包括表号、表名），表头在表的上面并居中加黑。图要有图号、图名，在图的下面并居中，不需加黒。公式：采用公式编辑器编写，要规范，必要时要编号，编号要写在公式的尾部。装订：A4纸打印，加封面

3、，左侧装订。图纸要求（需要制图的情况）本设计绘制两张大图(二号图纸) 1、采（带）区巷道布置平面图和(1：2000)、剖面图(1：2000) 2、采煤工艺布置平面图（1：200）设计图纸四周各留20mm的边框线，右下角留出标题栏。 凡设计图中已有内容，说明书中都可以不画。 指导教师签名： 年 月 日目录前言6（一）设计题目的一般条件6（二） 设计题目的煤层倾角条件6第一章 采区概况及地形特征7一、采区概况7二、地质特征7第二章 采区巷道布置8第一节 采区储量与服务年限8第二节 采区内的再划分10一、确定工作面长度及采区区段数目10二、确定工作面生产能力11三、确定工作面数目11第三节 确定采区

4、内准备巷道布置和生产系统12一、完善开拓巷道12二、确定巷道布置系统及采区布置方案分析比较12三、确定工作面回采巷道布置方式15四、工作面推进位置的确定15五、确定通风布置系统15六、采区车场选型16第三章 采煤工艺设计17第一节 采煤工艺方式的确定17一、选取煤层为对象，进行采煤工艺设计。17二、综采工作面的设备选用国产设备。17三、采煤与装煤17四、运煤19第二节 工作面合理长度确定22一、煤层地质条件22二、工作面生产能力22三、运输设备22四、顶板管理及通风能力22五、经济合理的工作面长度22第三节 采煤工作面循环作业图表的编制22一、工作面布置层面图(见图纸)、循环作业图表23二、劳

5、动组织表23三、技术经济指标表24参考文献25教师评价：26 前言 (一)设计题目的一般条件某矿第一开采水平上山阶段某采区内为两层煤自上而下顺序为Kl、K2煤层，煤层厚度、层间距及顶底板岩性见综合柱状图。该采区走向长度2000m，倾斜长度1000m，采区内各煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，煤层均属简单结构煤层，硬度系数f=2，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+30m，煤层露头为-30m。第一开采水平为该采（带）区服务的一条运输大巷布置在煤层底板下方25m处的稳定岩层中。(二)设计题目的煤层倾角条件 两层煤，K1 煤层厚度6.2m，K2煤层厚度为2.

6、2m，煤层倾角平均20°设计采（带）区综合柱状图柱状 厚度(m) 岩性描述 ¾¾¾¾¾¾ 8.60 灰色泥质页岩，砂页岩互层 - 8.40 泥质细砂岩，碳质页岩互层 - 0.20 碳质页岩，松软  6.2 K1煤层，=1.30tm3 ¾¾¾¾¾¾¾4.20 灰色砂质泥岩，细砂岩互层，坚硬 - 7.80 灰色砂质泥岩 - 4.60 薄层泥质细砂岩，稳定 .。 3.20 灰色细砂岩，中硬、稳定  2.20 K3煤层，煤质中硬,=1.30tm

7、3 。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 采区概况及地形特征一、采区概况某矿第一开采水平上山阶段某采区内为两层煤自上而下顺序为Kl、K2煤层，煤层厚度、层间距及顶底板岩性见综合柱状图。该采区走向长度2000m，倾斜长度1000m，采区内各煤层埋藏平稳，地质构造简单，无断层，煤层均属简单结构煤层，硬度系数f=2，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+30m，煤层露头为-30m。第一开采水平为该采（带）区服务的一条运输大巷布置在煤层底板下方25m处的稳定岩层中。二、地质特征表1-1 设计采（带）区综

8、合柱状图两层煤，K1 煤层厚度6.2m，K2煤层厚度为2.2m，煤层倾角平均20°柱状 厚度(m) 岩性描述 ¾¾¾¾¾¾ 8.60 灰色泥质页岩，砂页岩互层 - 8.40 泥质细砂岩，碳质页岩互层 - 0.20 碳质页岩，松软  6.2 K1煤层，=1.30tm3 ¾¾¾¾¾¾¾4.20 灰色砂质泥岩，细砂岩互层，坚硬 - 7.80 灰色砂质泥岩 - 4.60 薄层泥质细砂岩，稳定 .。 3.20 灰色细砂岩，中硬、稳定  2.20

9、K3煤层，煤质中硬,=1.30tm3 。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 第二章 采区巷道布置第一节 采区储量与服务年限1、 采区生产能力选定为120万t/a。2、 采区的工业储量、设计可采储量。(1)采区的工业储量 （2-1） 式中： 采区工业储量，万t； 采区倾斜长度，1000m； 采区走向长度，2000m； 煤的厚度，M1=6.2m，M2=2.20m； 煤的容重，1.30t/m³；=1000×2000×6.2×1.3=1612万t=1000×2000×2.2×1.

10、3=572万t=+=1612万t+572万t=2184万t(2)设计可采储量 （2-2） 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=2000×30×2+(1000-30×2)×(20×2+60)×6.2×1.3=172.484万t=2000×30×2+(1000-30×2)×(20×2+60)

11、×2.20×1.3=61.204万t万t万t万t(3)采区服务年限 （2-3）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=9年(4)验算采区回采率 （2-4）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:对于煤层:则、均满足采区回采要求。第二节 采区内的再划分一、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，采煤工艺K1煤

12、层选取的是较先进的综放K2选择综采。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： （2-5） 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； =1000-2×25-5×(n-1)-4.52n/n(180,250)则3.5<n<4.87，取n=4，则=225m。

13、二、确定工作面生产能力 Qr = A/(T×1.1) （2-6）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/（T×1.1） =120/(330×1.1) = 3305.79t三、确定工作面数目 （2-7）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4，所以工作面数目为4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

14、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K1煤层：1101停采线60m1102110311041105110611071108K1煤层工作面接替顺序：11011102110311041105110611071108对于K2煤层：2101停采线60m2102210321042105210621072108K2煤层工作面接替顺序：21012102210321042105210621072108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

15、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K2煤层底板岩

16、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K2煤层的底板和煤层中，运输上山布置在距离K2底板10m处，轨道上山布置在K2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： 表2-1 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)15781000&

17、#215;2315.61578128410001000286.2联络巷(m)115220×49.216115220×49.216合计  324.816295.416 表2-2 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)401000×2×2217640901000×221000×22286联络巷(m)8020×4×2214.088020×4×2214.08合计  190.083

18、00.08表2-3费用汇总表 总费用方案方案一方案二掘进(万元)324.816295.41维护(万元)190.08300.08合计(万元)514.896595.49两者费用相差不大，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

19、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。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。柱处。六、采区车场选型(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。(3)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。第三章 采煤工艺设计第一节 采煤工艺方式的确定一、选取煤

20、层为对象，进行采煤工艺设计。由于煤层厚度为6.2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 （3-1）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: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

21、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：(4) 采放比：割煤高度为2.3，则采放比为 2.3：（6.2-2.3）=23：39。(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0.6×2=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，是一种较好的放煤方式。四、运煤(一)工作面

22、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。表3-1 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 2×90kw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 郑煤机表3-2 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表3-3 液压支架参数型号ZFS4400/16/28中心距1500mm

23、型式支撑掩护式外形尺寸4470×1430×1600mm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

24、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=k×h1

25、5;×10-2 （3-2）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=6×2.3×2.5×10-2=0.36Mpa由于 0.36Mpa0.5 Mpa(支护强度)，因此支架选型满足工作要求。(8) 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=4.5×2/1.5=6 架即需要6架端头支架。工作面所需支架数量为： N2=222.25/1.5=148 架则一个工作面共需要液压支

26、架的数量为： N=N1+N2=6+130=154 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225m。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