33采矿学课程设计说明书 33

PAGEPAGE26《采矿学》课程设计说明书课程名称：采矿学姓名:王骁学号：1104020432班级：1104班指导教师：吴学明目录序论··································3第一章．采区概况·······························4第一节．采区范围及储量·····················4第二节．采区地质及煤层······················5第二章．采区巷道布置·······························18第一节．采煤方法···························18第二节．采区巷道布置··························22第三节．采区车场·························23第三章.采煤工艺及工作面生产组织管理··················25第一节．工作面采煤主要工序····················18第二节．工作面顶板管理······················22第三节．工作面劳动组织······················23序论一、目的1、初步应用《采矿学》课程所学的知识，通过课程设计，加深对《采矿学课程的理解,巩固所学的专业知识。2、培养采矿工程专业学生解决实际问题的初步能力，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、任务1、采矿工程专业课程设计的重点是矿井的采区部分,因此也称作“采取设计”。其主要任务包括采区巷道系统，采煤方法和采煤工艺，采煤工作面生产组织管理。2、设计所需的原始资料室生产实习时从矿山所收集的采区设计基础资料。设计时不应受现场已有的设计和生产系统的限制，而应以技术先进、经济合理、安全可靠为原则。三、课程设计内容1、采区巷道布置设计；2、采区上、中、下部车场任选一个进行轨道线路设计并说明车场形式、主要参数的选择；3、采煤工艺设计及编制循环图表第一章采区概况第一节采区范围及储量1、采区名称子午矿西四采区(一层煤即:1#煤其厚度为5m,)。2、井上下位置及与相邻采区的关系子午矿西四采区位于西安科技大学高新学院旁，左侧为煤田边界，右侧与子午矿的西二采区和主要大巷相连以及与子午矿东一和东三采区相隔。子午矿沿着东西方向，其长度为3500米，倾向沿着南北方向。倾向水平+150到+300为界限。4、沿走向和倾斜方向采区走向N50°E,走向长度3500m，倾斜平均长度1550m,倾角平均为13°。5、储量、产量及服务年限eq\o\ac(○,1)、采区生产能力选定根据要求采区上部煤柱为10m下部煤柱留10m，故剩余倾斜长度为：890-20=870mN=870/200=4.35取分4个区段采煤工艺选取综合机械化采煤，工作面长度取200m。采区生产能力A0=LV0MrC0取第四层先生产A0=200*1000*2*1.35*0.95≈60万吨/a2、采区的设计可采储量(1)采区的可采储量Zg=H×L×(M1+M2)×γ式中：Zg采区工业储量，万t；H采区倾斜长度,1550m；L采区走向长度，3500m；γ煤的容重，1.35t/m3；M1K1煤层煤的厚度，为5米；Zg=1550*3500*1.35*5=3544万吨(2)采区服务年限T=Zk/(A×K)式中：T采区服务年限，a;A采区生产能力，万t；ZK设计可采储量，万t；K储量备用系数，取1.3。T=3544/60*1.3=45年第二节采区地质及煤层1、煤层概况在子午矿西四采区内有一层煤层，是沿东西走向的煤层，长度大约2000米，倾向角为13度。其层煤平均厚度为5米，最厚的是5.5米，最薄为4.5米。煤层平均间距为20米，最大间距25米，最小间距是15米。2、煤层特征本采区内赋存1号煤一层煤，1号煤层为中厚煤层。煤层埋藏稳定，构造简单，左侧有断层无褶曲,煤质中硬属于无烟煤，自然发火期倾向较弱，煤岩有爆炸危险。煤层瓦斯含量小，采区所属矿井为低瓦斯矿井,涌水量也较低。3、采区煤层柱状图表1-1柱状厚度（m）岩性描述————————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5.0K1煤层，γ=1.35t/m³4.20灰色砂质泥岩，细砂岩互层，坚硬————.7.80灰色砂质泥岩煤层特征表序号煤层名称倾角（度）容量（t/）煤层生产率（t/）厚度（m）围岩性质煤层间距（m）备注最大最小平均顶板底板最大最小平均11号煤131.356.755.54.55.02515204,、顶定板性质在子午矿西四采区内底板岩石中硬容比大约为16.1-32Mpa之间，容许刚度k大约为1.27-2.76Mpa，容许单轴抗压强度Rd大约为22.84-41.79Mpa之间煤层，顶板属于中等稳定底板。5、低瓦斯与煤尘矿井瓦斯等级是以相对瓦斯涌出量的大小来划分的。低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10立方米/吨且矿井绝对瓦斯涌出量或等于40立方米/分。因此，子午矿西四采区为低瓦斯矿井。6、自然发火与老窑破坏子午矿西四采区一般情况下不会发生自燃发火，除非人为情况。子午矿西四采区是初建新矿井，周边地区无违章开采，无老窑破坏。第二章采区巷道布置第一节采煤方法综合分析该采区内煤层的赋存条件,煤层及围岩特征，煤层的地质构造和煤层的含水、含瓦斯情况及煤的自然发火性并结合当前采煤技术的发展可得：由1号煤厚度为5.0m，属于中硬煤层，故可用综合机械化采煤分层开采。目前煤矿地下开采技术发展趋势看，综采是采煤工艺的重要发展方向。它具有高产、高效、安全低、能耗以及劳动条件好，劳动强度小的优点。综采适用于煤层地质条件好，结构少，上综采后能快获得高产、高效。如表2-1某些地质特殊，但上综采任然有把握取得较好的经济效益。如表2-2.表2-1序号使用条件井型/万t·煤层厚度/m煤层倾角/(°)地质构造老顶（级别）直接顶（类型）1中厚煤层>1201.3~3.5<25简单稳定1,2,32厚煤层开采>120>5<15简单稳定3,4,3厚煤层一次采全高>1203.5~0.4<15简单稳定1,2,34经济型综采>60>.0>25简单稳定1,2,3表2-2序号使用条件井型/万t·煤层厚度/m煤层倾角/(°)地质构造老顶（级别）直接顶（类型）1厚煤层一次采全高>1204.5~5.0<15简单ⅠⅡⅢ1,2,32坚硬难帽顶板>120中厚煤层<15简单ⅢⅣ3,4,3薄煤层>60>1.1~1.3<15简单ⅠⅡⅢ1,2,34急斜特厚煤层放顶板>45315>45简单ⅠⅡⅢ1,2,3所以，出于以上的优点，采用综采的采煤工艺比较合理。第二节采区巷道布置1、回采工作面长度的确定影响工作面长度的因素有煤层赋存条件、机械装备及技术特征、巷道布置。该采区的煤层特征如煤层柱状图所示，其煤层赋存条件好，地质条件简单，故选用较长的采煤工作面，一般综采面的长度范围为150～200m，本设计选择工作面的长度为200m。2、煤柱尺寸的确定及区段斜长和区段数目采区内的煤柱主要是采区边界煤柱、区段煤柱、水平大巷保护煤柱。采区煤柱包括区段煤柱10m、采区上下边界煤柱10m、采区右侧边界煤柱30m。开始布置工作面，进行推进。由于采区上山布置在K1煤层中，在离上山20m处停采，留20m煤柱保护采区上山。采区倾斜长度为890m，采区工作面长度定为200m，区段平巷采用单巷布置，在回采下区段时，留10m煤柱，采区区段数为4个。3、采区内同采工作面数及工作面接替顺序目前开采准备系统的发展方向是高产高效生产集中化，采用提高工作面单产，以一个工作面产量保证采区产量，所以定为采区内工作面双翼布置，一个工作面生产。工作面接替顺序：左右交替，左边开采，右边准备；采区内自上而下开采，先采完上区段，后开采下区段；煤层间自下而上开采，最终达到高产高效。4、根据所给定的条件，完善开拓巷道在采区煤层地质条件的基础上为了减少煤柱损失提高采出率，便于管理及防灾并提高经济效益，根据采矿工程设计规划，在+350标高开掘一条阶段回风大巷。第一开采水平为该采区服务的一条运输大巷,布置在+150标高处。5、确定巷道布置系统及采区布置方案分析比较本设计采用采区集中上山联合布置,按采区上山数目、位置的不同提出两个方案：方案一：在K2煤层中开掘一条轨道上山，在距K2煤层10m处的底板岩层中开掘一条运输上山，即一煤一岩上山，如下图所示方案二：两条岩石上山布置，两条上山均布置在k2以下的岩层中间隔20m，如下图所示（1）两种方案在经济上的比较工程量表:序号工程名称单位数量工程量计算式1轨道上山巷道宽4m1.5(自巷道底板算起的墙高)2掘进(1500m)100m³117.50411750.412.24*1500=108933半圆拱断面积12.24S=4*(0.39*4+1.5)=12.244树脂药卷锚杆架设Φ20*2000mm100根146（12.24*1500/0.8)/1005树脂锚杆制作Φ20*2000mm100根149.81（12.24*1500/0.8）*1.02/1006喷射混凝土墙100m³4.322*1.5*0.15*1500/1007喷射混凝土拱100m³9.3821.57（4+0.15）*0.15*1500/1008钢筋网制作铺设t56.92（1.57*4+2*1.5）*1500*6.39/1000（6.39KG/㎡）费用表：工程名称数量工程量煤巷单价岩巷单价煤巷费用岩巷费用掘进（890m）117.511750.450061239958.82145.68半圆拱断面积12.24树脂药卷锚杆架设Φ20*2000mm1462869286942.1442.14树脂锚杆制作Φ20*2000mm149.814230423063.3663.36喷射混凝土墙4.32611716117126.4226.42喷射混凝土拱9.382704467044667.0367.03钢筋网制作铺设56.922540254014.4514.45比较方案一方案二19347.227400.2100%141.6%注：由于其它各项费用基本相同，所以不进行比较。通过以上比较可得出双岩上山的费用是的1.4倍，在费用上多出40%，即一煤一岩上山在经济上比较占优势。（2）两种方案在技术上比较采区方案技术比较表方案\项目第一方案一煤一岩上山方案第二方案双岩上山方案1、掘进工程量工程量大比第二方案多掘石门工程量小2、工程难度困难较容易3、通风距离较长每区段增加了通风距离短4、管理环节多少5、巷道维护一条煤层上山，维护工程量较大，费用较高维护工程量小，维护费用低7、工程期岩石上山掘进速度慢，工程期较长双岩上山掘进较慢，投产快从如上的经济比较中，可以看出双岩上山所需的总费用要比一煤一岩上山所需的总费用要多，在经济上一煤一岩上山更加合理，但双岩上山维护费用少且无需留煤柱。因此结合技术比较综合考虑以上因素，可采用在K2煤层下10m处集中布置两条岩石上山间距为20m。即：选中双岩上山方式布置生产系统。6、采区运输设备的选定(1)工作面刮板输送机SGZ800/1050出厂长度220m运输能力500t／h链速1.07m中部槽规格1500×764×222mm刮板链型式中双链与采煤机配套牵引方式无链(2)胶带输送机S-100/260输送长度1000m输送量700t／h带速2.5m／s7、运煤及运料系统在运输上山5和运输平巷9内铺设刮板输送机。其运煤路线为工作面运出的煤炭，经运输平巷9、运输上山5到采区煤仓12上口，通过采区煤仓在采区在运输石门装车外运。最下一个区段工作面出的煤，则由区段运输平巷至运运输上山铺设一台短刮板输送机，向上运至煤仓上口。运料采用600mm轨距的矿车及平板车。物料自下部车场3菁轨道上山到上部车场6，然后经回风平巷10送至采煤工作面。区段回风平巷8、8’和运输平巷9、9’所需的物料，自轨道上山4经中部车场7、7’送入。掘进巷道时所出的煤和矸石，利用矿车从各平巷运出，经轨道上山运至下部车场。8、通风系统采煤工工作面所需的新鲜分流，从采区运输石门1进入，经下部车场3、轨道上山4、中部车场7，分成两翼经平巷8、联络眼11、运输平巷9到达工作面。从工作面出来的污风，经回风平巷10，右翼直接进入采区回风石门，左翼则需车场绕道6进入采区回风石门。掘进工作面所需的新鲜分流，从轨道上山经中部车场7’分两翼送至平巷8’。在平巷内由局部通风机送往掘进工作面，污风流则从运输平巷9’，经运输上山，排入采区回风石门。采区绞车房和变电所需的新风是由轨道上山直接供给。采区绞车房的回风是经联络小巷处的调节风窗回入采区回风石门；变电所的回风是经输送机上山进入回风石门；煤仓不通风，煤仓上口上山刮板输送机硐室的新风，直接由石门1通过联络巷中的调节风窗供给。为使风流能按上述流线流通，在相应地点需设置风门。在子午矿西四采区内，有利于方法2的实施，此方案适用于单一薄及中厚煤层或煤层最下层位薄及中厚煤层的采区。第三节采区车场上部车场形式的选择采区上部顺向平车场主要的优点是车辆运行顺当，调车方便。缺点是巷道断面大，易出现跑车事故。逆向平车场的优点是使用安全，方便，效率高，劳动量小，操作安全，不会跑车，但调车时间长，通过能力小。上部甩车场使用安全，方便，可靠，效率高，劳动量小，可减少工程量。但绞车房通风不良，有下行风；另外，采区上部是软岩，风华带或采区时，则绞车房维护困难。双向甩车交叉点断面大，施工困难。顺向平车场与逆向平车场选择主要依据轨道上山绞车房及回风大巷相对位置与运输量来决定。货运量大，车场线路与总回风巷相将，车场变坡点与绞车房之间距离较小，宜采用顺向平车场。如果这一距离较大，另有采区回风石门与煤层阶段回风大巷相联系，可采用逆向平车场。对于煤层轨道上山，如果绞车房维护部困难，可以采用甩车场。当区段两翼标高不同时，可采用双向甩车场。一般逆向平车场也可以用小角度甩车场代替。对于西四区采区，根据实际情况选择逆向平车场。运输上山2-轨道上山3-逆回风道4-平车场5-区段回风平巷6-绞车房第三章采煤工艺及工作面生产组织管理第一节工作面采煤主要工序1、落煤机械本采区采用一次采全厚放顶煤采煤法，使用双滚筒采煤机割煤，放顶煤支架放煤，工作面端头割三角煤斜切进刀方式，双向割煤往返二次割三刀，截深0.8米。采煤机MG300交变频牵引双滚筒。（1）采煤机进刀方式为了合理利用工作时间，提高工作效率，采用割三角煤工作面端部斜切进刀方式，并采用及时支护。进刀深度0.63m。采煤机进刀示意图如图所示，进刀过程如下：a、当采煤机割至工作面端头时，其后的输送机槽已移近煤壁，采煤机机身处沿留有一段下部煤(如图a所示)；b、调换滚位置，前滚筒降下、后滚筒升起、并沿输送机弯曲段返向割入煤壁，直至输送机直线段为止。然后将输送机移直(如图b所示)；c、再调换两个滚筒上、下位置，重新返回割煤至输送机机头处(如图c所示)；d、将三角煤割掉，煤壁割直后，再次调换上、下滚筒，返程正常割煤(如图d所示)2、采煤机割煤方式采煤机往返一次割两刀，双向割煤，采高平均为2.0米。2、运输设备子午矿采用的是桥式转载机，桥式转载机实质上是一台结构特殊的重型刮板输送机，在工作面刮板输送机和区段平巷可伸缩胶带输送机之间起转载作用。因为它的机身有量拱状溜槽，能与可伸缩胶带输送机的尾部搭接一定长度，故称为桥式转载机。它长度不大，能随着采煤工作面的向前推进，用机械动力将它整体纵向前移，其机头部在可伸缩胶带输送机的机尾轨道上移动，由于它与胶带输送机有一定的搭接长度，不必经常缩短可伸缩胶带输送机。当采煤工作面向前推进，使二者搭接到极限位置时才缩短一次胶带输送机。采用桥式转载机不仅能加快采煤工作面的推进度，提高生产效率，还能使较难维护的胶带输送机远离工作条件较差的工作面，提高胶带输送机运转的可靠性。第二节工作面顶板管理1、支架选型及布置方式(1)支架选型采用液压支架支护，选择工作面支架的型号为：FJ4*457-1.64/3.5，为支撑掩护式支架。(2)移架方式由于一号煤层上方有20m左右的粉砂岩，所以选用依次顺序移架方式。依次顺序移架方式:采煤机割煤后依次顺序逐架前移。这种方式操作简单，容易保证支护质量。(3)支护方式由于1号煤层煤质中硬，为防止片帮和冒顶，所以选用及时支护方式，选用FJ4*457-1.64/3.5支撑掩护式支架。(4)工作面支架需要量工作面支架的需要量（公式2—2）式中：μ——工作面支架数目（取整数）L——工作面长度，me——架中心间距（FJ4*457-1.64/3.5型支架e值取1.5m）μ=200/1.5取μ=134(5)端头支架由于巷道宽度为4m，选用宽度为2m型号为PDZ的端头支架两台架，即两端共有4架。(6)超前支护方式和距离超前支护方式采用单体支柱和金属铰接顶梁支护。由于压力峰值点距煤壁前方10m左右，所以超前支护距离选25m。7)校核支架高度与强度在实际使用中，通常所选用的支架的最大结构高度比最大采煤高度大200mm左右，即：Hmax=Mmax＋0.2，m△1=3.5-2.5≥0.2m，满足要求；最小结构高度应比最小采煤高度小250～350mm，即：Hmin=Mmin－（0.25～0.35），m△2=1.64-1.5≤0.25～0.35m，满足要求；强度校验：P=(6～8)×9.8×S×γ×M×cosα（公式2—3）式中：S——支架支护的顶板面积，m2γ——顶板岩石密度，t／m3M——采高，mα——煤层倾角，°P=8×9.8×5.678×1.42×1.3×2.5×cos12=1675KN<4000KN经校核，支架高度与强度均符合要求。（7）布置方式工作面上下端头各配置一组从柱，对端头进行加强支护，由于煤层倾角为13°，为了安全生产，采工作面采取防止支架倾倒及发生倒架措施，可以采用排头锚固架、中间架的防倒千斤顶组成锚固站，中间架增设斜拉千斤顶，保证移架质量、移架数，防止相邻架脱离。3、采空区处理方式为了维护好工作空间保证生产正常进行和作业人员及设备的安全，除对采煤工作面进行支护外，还必须处理采空区。目前采用的采空区处理方法主要是全部垮落法，既随着工作面推进，放顶后使顶板垮落，充满采空区。根据顶板条件，在单体支柱工作面，一般分为有特种柱放顶与五特种柱放顶。无特种柱放顶是随着开采，对切顶线处的直架无专门措施，回撤支柱后，顶板垮落，有特种柱放顶是采空区有悬顶或者工作面有强烈周期来压现象时，需先切顶线处支设特殊支架，如丛柱，排柱，本垛，搭棚，切顶支柱等，然后回柱放顶。对于坚硬难冒顶板，虽可采用煤柱支撑法处理采空区，但由于留设煤柱给下层开采及本层开采多次搬家带来困难，以及资源采出率低等低等缺陷，因此，一般应来用垮落法专门处理顶板。第