采矿优化设计

课程设计说明书设计题目：采矿优化设计

助学院校: 河南理工大学自考助学专业: 采矿工程姓名: 自考助学学号: 成绩: 指导教师签名: 河南理工大学成人高等教育20年月日引言在我国国民经济的发展中，煤是一种必不可少的资源，是我国工业企业生产的血脉。在当今社会发展的新形式下,矿井开采技术的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺,建立具有中国特色的采煤工艺理论。我国采煤方法已趋成熟，放顶煤采煤的应用在不断扩展，应用水平和理论研究的深度和广度都在不断提高。但是，煤作为一种不可再生资源，近年来，其总量在不断减少，严重制约了我国工业企业的发展，给社会经济的发展也造成了一定的影响。这就不断凸显出在进行煤矿开采中采用新技术和新方法的重要性。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1采区地质概况 4\o"CurrentDocument"1.1采区概况 41.1.1交通位置 4\o"CurrentDocument"1.1.2矿井情况 4\o"CurrentDocument"1.2地质特征及水文地质条件 5\o"CurrentDocument"1.2.1煤层顶底板情况 5\o"CurrentDocument"1.2.2采区地质构造 5\o"CurrentDocument"1.2.3煤质、瓦斯、煤尘 5\o"CurrentDocument"1.2.4采区水文地质特征 5\o"CurrentDocument"2采区储量与生产能力 7\o"CurrentDocument"2.1采区储量 .7\o"CurrentDocument"2.2采区生产能力及服务年限 7\o"CurrentDocument"2.2.1采区生产能力 72.2.2月服务年限 .7\o"CurrentDocument"3采区巷道布置 8\o"CurrentDocument"3.1采区布置 8\o"CurrentDocument"3.1.1采区的形式 8\o"CurrentDocument"3.2采区上山的数目和位置 9\o"CurrentDocument"3.2.1采区上山位置 9\o"CurrentDocument"3.2.2采区上山的数目 93.2.3采区上山的布置方式 10\o"CurrentDocument"3.2.4采煤工作面的长度及推进长度 10\o"CurrentDocument"3.2.5区段平巷的布置 103.2.6采区车场 11\o"CurrentDocument"4采区巷道布置方案的技术比较 12\o"CurrentDocument"4.1方案比较法的实质和步骤 124.1.1提出方案 12\o"CurrentDocument"4.1.2采区巷道布置方案经济比较 12\o"CurrentDocument"4.1.3煤质、瓦斯、煤尘 13\o"CurrentDocument"4.1.4采区水文地质特征 134.2采区巷道掘进费、维护费的计算 17\o"CurrentDocument"4.2.1巷道掘进费 17\o"CurrentDocument"4.2.2巷道维护费 18\o"CurrentDocument"5总结与体会 20\o"CurrentDocument"参考文献 211采区地质概况1.1采区概况1・1・1交通位置能源煤矿，行政区划隶属于XX县XX镇管辖。矿区位于XX县城南东方向，公路里程56千米处（简易公路），地理坐标：东经104°25，00〃一104°26，00〃，北纬25°32，15—25°33，15〃，面积2.39平方千米。省级公路从大河西部通过，大河镇至矿区有简易公路相通，里程约26千米，富源至曲靖65千米（二级路面），贵成线支线经过富源县城，交通尚属方便。1.1.2矿井情况该矿井位于XX矿一水平右翼，东以矿井边界为界，西与六采区相临，东翼1950等高线为界，西翼1700m等高线为界，走向平均长度1200m，采区平均倾斜长800m，采区面积为0.45Km2。采区可开采煤层为K9一层煤，K9平均厚度2m，煤层的倾角平均为170,—层煤均为主焦煤，煤的密度均为1.4t/m3。能源煤矿矿区属低一中山区，地势西部、北部、东部高，中部、南部低，地形切割剧烈。区内最高点为北东区无名山梁，海拔标高+2181.72米，最低点为南部小溪沟，海拔标高为+1823米，最大相对高差358.72米。1・2地质特征及水文地质条件1・2・1煤层顶底板情况K9煤层伪顶为粘土岩及砂质泥岩。粘土岩厚0.05〜0.2m,鲮片状，松软易土脱落；砂质泥岩厚0.2m~0.4m,灰黑色、厚状、质硬。直接顶为厚0.05m~0.15m等间距互层的层状、似层状菱铁粉砂岩、泥质粉砂岩，厚度为6m~10m，基本顶为中等稳定顶板。伪底为厚0.1m~0.3m的碎屑状粉砂质粘土岩，水侵呈粘糊状，易膨胀。直接底为透境状、藕节状菱铁质粉砂岩包裹于泥质粉砂岩中。厚度为4m~5m。1・2・2采区地质构造采区内为向斜构造，向斜两翼为单斜构造。单斜产状：左翼213°NEZ17°右翼1°SEZ17。在开采时可沿向斜轴布置上山巷道。采区边界有一正断层，对采区影响较小，可作为采区边界。1・2・3煤质、瓦斯、煤尘K9煤层以半暗型为主，夹较多镜煤条带，煤层致密、坚硬、不易破碎、块煤多、灰分（A）：26%〜30%，属中灰分煤，煤的密度均为1.45t/m3；煤层肉眼观察，煤呈半暗至半亮煤，夹矸之上以半亮煤为主，夹矸之下为半暗煤。属低硫煤，磷含量0.14%〜0.36%,属低磷煤。煤质属焦煤（JM），号码为25（JM25）；属中高灰、特低硫、低磷煤。动力用煤。采区绝对瓦斯涌出量为1.2m3/min（掘进）及2.6m3/min（采煤），采区正常涌水量为6.2ms/h，煤层无自然发火现象，煤尘有爆炸性，煤质中硬，煤层顶底板条件稳定。1・2・4采区水文地质特征1.2.4.1水文气象本区地势陡峻，沟谷发育，有利于地下水和地表水排泄。地表无大的水体，仅有几条沟溪汇成落水洞小河，自西向东流入贵州乐民境内。在本矿区内流量较小，又处于煤层露头带，对井下开采无大的影响。两条沟溪均未在采区内，不影响开采。主要出露的地层，煤系上部第四系（Q）属孔隙含水层，且分布较广，飞仙关组（Tlf）、卡以头组（T1k）属弱裂隙含水层；煤系地层长兴组（P2C）属隔水层，龙潭组（P21）属弱裂隙含水层；构造破碎带导水性较强。地下水量受大气降水控制，雨季明显增加，干季减少；矿层顶板以泥岩为主，属隔水层，水文地质条件简单。但由于本区浅部小窑较多，开采历史较长，存有大量老窑水，开采过程中须严加防范。地质报告未提供矿井涌水量，参照邻近矿井，正常涌水量30m3/h，最大涌水量50ms/h。本区气候属亚热带高原型气候，气候温和，据富源县气象站资料，最高气温34.9°C最低气温一11°C,年平均气温15°C；日最大降雨量87.5mm，全年降雨量741.6-1213.5mm，全年蒸发量2312.1mm。主导风方向为西南风。1.2.4.2矿井及小窑生产情况区内煤矿开采从1958年开始，多为当地农民自采、自用，销往区外。一般开采规模不大，多数硐口已垮，据调查，多为平硐开采，少数斜坑开采，坑道坡度0—25°，采深18.00—50.00米，最深可达百米，分布标高1900米，硐内有不同程度的积水，顶板泥岩及泥质粉砂岩，风化层遇水易垮塌。2采区储量与生产能力2.1采区储量计算采区内的工业储量及可采储量，确定设计损失量（附储量计算表1）。煤层名称工业储量/万t煤的损失量/万t采出率/%可采储量/万t厚度损失其他损失名称数量名称数量K9126边界煤柱10.3上山区段间煤柱11.32.03882.61042・2采区生产能力及服务年限2・2・1采区生产能力该采区生产能力30万t/a。确定采区生产能力根据1、地质因素2、采煤、掘进、运输的机械化程度和通风、供电能力3、采区储量4、采区产量的稳定性。结合该采区煤层的赋存情况；采区上、下边界标高，采区走向、倾斜长度；煤系产状，煤层厚度；相邻采区情况，地面情况及其开采的关系。可采煤层顶底板的岩性、厚度、稳定性、物理机械性质。煤层底板岩性、厚度、稳定性、抗压入特性等。煤质、瓦斯、煤尘。煤层自然发火及采区水文地质特征。设计工作面接替均衡情况。综合采区服务年限。可确定该采区的生产能力为30万t/a。2・2・2服务年限根据公式T=Zk/AKT—采区服务年限 Zk—采区煤层可采储量 A—采区设计生产能力K一储量备用系数（1.3—1.5）代入储量计算表1中的部分参数；储量备用系数取1.4可求出T=2.5a3采区巷道布置3.1采区布置3・1・1采区的形式采区的基本形式有单翼采区、双翼采区和跨多上山采区准备。依据该采区的位置、范围、煤层的赋存情况；采区上、下边界标高，采区走向、倾斜长度；煤系产状，煤层厚度；相邻采区情况，地面情况及其开采的关系。采区内所有探明的褶曲构造的性质、特征、轴线位置及变化规律，对开采的影响。区含水层的特征及充水条件；地面水系，老塌陷区积水，采空区对本采区的影响。综合考虑后用双翼采区的准备方式其特点是：采区上山布置在采区走向的中央，采区上山的两翼分别布置采煤工作面进行开采。与单翼采区相比较，双翼采区相对减少了采区上山、车场、硐室等巷道的掘进工程量，减少了采区运输等设备数量，采区生产能力大，生产比较集中，是目前运用最广泛的一种准备方式。3・2采区上山的数目和位置3・2・1采区上山位置采区上山是采区的主要巷道，应以有利于采区生产和维护作为确定其位置的主要依据，同时考虑其经济效益。上山根据层位可分为：岩层上山和煤层上山两种基本形式。依据双翼准备方式的选择及K9煤层伪顶为粘土岩及砂质泥岩。粘土岩厚0.05〜0.2m，鲮片状，松软易土脱落；砂质泥岩厚0.2m~0.4m，灰黑色、厚状、质硬。直接顶为厚0.05m~0.15m等间距互层的层状、似层状菱铁粉砂岩、泥质粉砂岩，厚度为6m~10m，基本顶为中等稳定顶板。伪底为厚0.1m~0.3m的碎屑状粉砂质粘土岩，水侵呈粘糊状，易膨胀。直接底为透境状、藕节状菱铁质粉砂岩包裹于泥质粉砂岩中。厚度为4m~5m。服务年限T=5.6a采区的位置、范围、煤层的赋存情况；采区上、下边界标高，采区走向、倾斜长度；煤系产状，煤层厚度。综合考虑后设计用煤层上山。其特点有：初期工程量小、投资少、巷道易于掘进、掘进速度快、在掘进过程中可以生产出一定量的煤；还能补充地质资料，进一步了解煤层赋存情况；但巷道维护费用较高。在后序的经济比较中可看出其优势。3・2・2采区上山的数目采区上山的数目至少为两条，一条为运煤上山，一条为轨道上山，同时兼做通风和行人。依据采区的设计生产能力30万t/a，运输能力采区的采煤工艺，运输设备，排水设备，供电设备。综合考虑后用一条运煤上山、一条轨道上山。轨道上山用于运料、进风、排矸。运煤上山用于运煤、回风、兼做行人。运煤上山铺设刮板输送机，轨道上山用串车绞车提升。两条上山倾角与煤层倾角一致为17°，两条上山间用平巷连接。3・2・：采区上山的布置方式采区上山的布置方式可以是两岩、两煤或一岩一煤等。但在特殊情况下，也可布置三条上山，此时可以是三岩上山或一煤两岩等布置方式。上山之间一般应有一定的层位高差，一般运输上山布置在上层位，轨道上山布置在下层位，这样有利于巷道的排水及与采区区段巷道的衔接。根据1、采区上山位置2、采区上山的数目。综合考虑该采区的上山布置方式为两煤上山。两煤上山的特点有：初期工程量小、投资少、巷道易于掘进、掘进速度快、在掘进过程中可以生产出一定量的煤；还能补充地质资料，进一步了解煤层赋存情况。但巷道在煤层中维护费用较高，两煤上山无层位高差这样就不利于巷道的排水及与采区区段巷道的衔接。3.2.4采煤工作面的长度及推进长度第一工作面长88m，第二工作面长108m，第三工作面长120m，第四工作面长112m，第五工作面长108m，第六工作面长112m，第七工作面长88m，第八工作面长98m，第九工作面长108m，第十工作面长88m，第十一工作面长102m，第十二工作面长102m，第十三工作面长136m，推进长度分别为200m、270m、534m、570m、400m、330m、256m、110m、230m、330m、430m、490m、170m。采区有七个区段保护巷道煤柱长4720m,3・2・5区段平巷的布置区段平巷布置在煤层中，一般留有8_15m的煤柱宽度。采用沿空留巷一般适用于开采缓斜或倾斜、厚度小于2m顶板较好的煤层。在布置区段平巷时，第一区段的回风平巷一般应采用单巷布置方式，其它各区段的煤层平巷，可以采用单巷布置方式，也可采用双巷布置方式。根据煤层赋存情况及煤质、煤厚。该采区区段平巷之间留设10m的宽度。该采区用双巷布置方式。3・2・6采区车场根据煤层顶底板情况K9煤层伪顶为粘土岩及砂质泥岩。粘土岩厚0.05〜0.2m,鲮片状，松软易土脱落；砂质泥岩厚0.2m~0.4m，灰黑色、厚状、质硬。直接顶为厚0.05m~0.15m等间距互层的层状、似层状菱铁粉砂岩、泥质粉砂岩，厚度为6m~10m，基本顶为中等稳定顶板。伪底为厚0.1m~0.3m的碎屑状粉砂质粘土岩，水侵呈粘糊状，易膨胀。直接底为透境状、藕节状菱铁质粉砂岩包裹于泥质粉砂岩中。厚度为4m~5m。设计生产能力，施工工艺，生产设备该采区采用上部甩车场，中部平巷甩车场，下部大巷式装车场。4采区巷道布置方案的技术比较4.1方案比较法的实质和步骤4・1・1提出方案方案比较法的实质是对不同的采区巷道布置方案进行技术经济分析和对比，而后选择技术上优越和经济上合理的方案，作为最终的采区布置设计。所谓技术上优越，是指所选用的方案生产环节简单、安全、可靠；采用了适宜于该采区的先进技术；有利于实现采掘过程的机械化及自动化；有利于生产集中化；有利于提高采区采出率；有利于加强采区的生产管理水平等。衡量经济上合理的标准主要是：吨煤基建投资少、采区吨煤生产费用低、劳动生产率高，采区准备时间短等。方案比较法的步骤是：首先根据采区的地质条件和开采技术等条件，制定出几个(一般为2〜3个)在技术上可行的采区巷道布置方案，经过分析比较和充实修改，使之逐渐趋于完善。在此基础上，详细计算各方案的经济费用，进行经济比较，根据比较结果，综合权衡各方案的利弊，最后选用最优越的方案。4・1・2采区巷道布置方案经济比较进行经济比较时，主要考虑下列两项费用：基建投资费用。包括井巷建筑工程费用及设备购置安装工程费用两项，其中主要是巷道掘进费用。生产经营费用。方案比较中相同的经营费用一般不予计算。需要计算比较的项目主要有巷道维护费、采区运输费，在通风困难或涌水量特大的采区也应将通风费用或排水费用列入。参与比较的各方案费用计算表的格式。最后，应将各方案费用汇总成表。根据采区的、煤层顶底板情况K9煤层伪顶为粘土岩及砂质泥岩。粘土岩厚0.05〜0.2m,鲮片状，松软易土脱落；砂质泥岩厚0.2m~0.4m,灰黑色、厚状、质硬。直接顶为厚0.05m~0.15m等间距互层的层状、似层状菱铁粉砂岩、泥质粉砂岩，厚度为6m~10m，基本顶为中等稳定顶板。伪底为厚0.1m~0.3m的碎屑状粉砂质粘土岩，水侵呈粘糊状，易膨胀。直接底为透境状、藕节状菱铁质粉砂岩包裹于泥质粉砂岩中。厚度为4m~5m。米区地质构造采区内为向斜构造，向斜两翼为单斜构造。单斜产状：左翼213°NEZ17°右翼1°SEZ17。在开采时可沿向斜轴布置上山巷道。采区边界有一正断层，对采区影响较小，可作为采区边界。4.1・3煤质、瓦斯、煤尘K9煤层以半暗型为主，夹较多镜煤条带，煤层致密、坚硬、不易破碎、块煤多、灰分(A)：26%〜30%，属中灰分煤，煤的密度均为1.45t/m3；煤层肉眼观察，煤呈半暗至半亮煤，夹矸之上以半亮煤为主，夹矸之下为半暗煤。属低硫煤，磷含量0.14%〜0.36%,属低磷煤。煤质属焦煤(JM)，号码为25(JM25)；属中高灰、特低硫、低磷煤。动力用煤。采区绝对瓦斯涌出量为1.2m3/min(掘进)及2.6m3/min(采煤)，采区正常涌水量为6.2ms/h，煤层无自然发火现象，煤尘有爆炸性，煤质中硬，煤层顶底板条件稳定。4.1.4采区水文地质特征4.1.4.1水文气象本区地势陡峻，沟谷发育，有利于地下水和地表水排泄。地表无大的水体，仅有几条沟溪汇成落水洞小河，自西向东流入贵州乐民境内。在本矿区内流量较小，又处于煤层露头带，对井下开采无大的影响。两条沟溪均未在采区内，不影响开采。主要出露的地层，煤系上部第四系（Q）属孔隙含水层，且分布较广，飞仙关组（Tlf）、卡以头组（T1k）属弱裂隙含水层；煤系地层长兴组（P2C）属隔水层，龙潭组（P21）属弱裂隙含水层；构造破碎带导水性较强。地下水量受大气降水控制，雨季明显增加，干季减少；矿层顶板以泥岩为主，属隔水层，水文地质条件简单。但由于本区浅部小窑较多，开采历史较长，存有大量老窑水，开采过程中须严加防范。等内容对该采区提出的方案有：方案一、双煤巷上山；方案二、一煤一岩巷上山；方案三、两岩巷上山。对三个方案进行技术分析，从三个方案中排除一个剩下的两个方案进行经济比较选出最优比较如下表：表4—1表4—2表4-1采区方案技术比较表\万案项目\第一方案双煤巷上山第-二万一煤一岩巷上山第一方案两岩巷上山1.掘进工程量工程量小工程量比第一方案大，多掘石门工程量比第一、二方案大，多掘石门溜煤眼2.工程难度容易较容易施工困难；联络困难3.通风距离短较长长

4.管理环节少较少管理环节多5.巷道维护煤层上山，支架受采动影响大，维护工程量大维护工程量较大维护工程量少费用低6.支架回收可以回收复用可以回收70%可用无法回收7.工程期短较短长表4一2釆区方案经济比较表、、、 万案第一万案第-二万项目两岩巷上山双煤巷上山1.上山815X2815X2长度/m433.5394.4掘进单价/元・m-l706605642872费用

2.联络巷（1）石门长度/m单价/元・m-i单条上山费用/元总费用（2条） 70（2）溜煤眼45.53体积/m33187.1单价/元・m-i每区段费用/元15935.5总费用（三组）3.维护巷道长度/m815X2815X23.6221.2单价/元・（m•a）2.52.5维护时间/a14751.586390费用/元表4一3采区方案经济比较汇总表4・4・2采区巷道掘进费、维护费的计算、、、 万案项目第一万案双岩上山方案第-二方双煤上山方案1•初期投资/元(包括上山、石门、溜煤眼各一组，铺轨两组)722540.56428722.初期投资比较/%112%100%3•总费用/元(1)总投资(2)总费用(扣除可回收部分费用)737292729262总费用比较/%101%100%4.2・1巷道掘进费巷道掘进费可按下式计算：F=KL式中：F一巷道掘进费，元；K一巷道单位长度掘进费，元/m；L—巷道长度，m。K值可以从《井巷工程概算指标》和有关的参考资料中查取。4.2・2巷道维护费1、 巷道长度为定值巷道维护费可按下式计算：R=Ltr式中：R—巷道维护费，元；L—巷道长度，m。t一巷道维护年限，a；r一单位时间每米巷道的维护费，元/m・a。2、 巷道长度为变值巷道维护费可按下式计算：式中：R—巷道维护费，元；L—巷道长度，m。t一巷道维护年限，a；r一单位时间每米巷道的维护费，元/m・a。3、 巷道各段维护时间t不同巷道维护费可按下式计算:R—(L1tl+L2t2+L313+…+Lntn)r式中：R—巷道维护费，元；L—巷道长度，m。Ll、„Ln—巷道各段的长度，m；11、…tn—巷道各段的维护时间，a；r一单位时间每米巷道的维护费，元/m・a。表4—2采区方案经济比较表中数据是依据公式F=KLR=Ltr计算而来。5总结与体会这次课程设计是对我们知识能力进行综合性培养和锻炼，塑造我们理论联系实际，严肃认真的科学态度和和工作作风。通过这次设计，我从中学到了很多新的知识，更深入了解专业知识、绘图、计算应用等各种知识。在这段时间的课程设计中，我掌握了矿井设计的基本步骤，同时通过做课程设计也培养了我发现问题、分析问题和解决问题的真实能力。设计中时常遇到些自己解决不了的问题，通过询问老师以及查阅相关资料才能得到答案。本设计任务重，需要进行大量的计算和绘制CAD工程图，并且对一些内容需要进行反复的修改，锻炼了我们坚忍不拔的精神和耐力。经过这段时间的努力，我顺利完成了本设计。本次设计包括说明书部分和图纸部分，从开始构思到设计完成