煤礦開采學(xué)課程設(shè)計

1、河南工程學(xué)院課程設(shè)計*礦*采區(qū)120萬噸/年生產(chǎn)能力設(shè)計學(xué)生姓名： 王雋龍 學(xué) 院： 安全工程學(xué)院 專業(yè)班級： 安全工程1342班 專業(yè)課程： 煤礦開采學(xué) 指導(dǎo)教師： 2016年 1 月 10 日 煤礦開采學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書題目 *礦*采（帶）區(qū)*萬噸/年生產(chǎn)能力設(shè)計 專業(yè) 安全工程 班級 安全工程1342班 一、設(shè)計題目*礦*采（帶）區(qū)*萬噸/年生產(chǎn)能力設(shè)計。二、設(shè)計時間2015年12月28 日 2016年1月10日。 三、完成的任務(wù) 按任務(wù)分配分組進行。要完成的任務(wù)如下：（1）設(shè)計內(nèi)容：采（帶）區(qū)巷道布置、采煤工藝設(shè)計、設(shè)計圖紙。（2）提交課程設(shè)計報告。四、成果要求文字格式要求主標(biāo)題：三號字

2、、居中、宋體、加黒，段后為自動。正文：全文宋體、小四號字、段前段后0、行間距1.5，首行縮進2個字符（包括各級標(biāo)題）。編碼：采用中式“一、二、三、（一）（二）（三）123（1）（2）（3）”編碼形式，不得采用自動生成格式。其中“一、（一）”做為標(biāo)題，加黒，單獨成行。“1（1）”可以做標(biāo)題，也可以不做標(biāo)題，如果做標(biāo)題，需單獨成行，做還是不做標(biāo)題，均不需要加黒。圖表：圖表文字及說明等均采用五號宋體。表格要有表頭（表頭包括表號、表名），表頭在表的上面并居中加黑。圖要有圖號、圖名，在圖的下面并居中，不需加黒。公式：采用公式編輯器編寫，要規(guī)范，必要時要編號，編號要寫在公式的尾部。裝訂：A4紙打印，加封面

3、，左側(cè)裝訂。圖紙要求（需要制圖的情況）本設(shè)計繪制兩張大圖(二號圖紙) 1、采（帶）區(qū)巷道布置平面圖和(1：2000)、剖面圖(1：2000) 2、采煤工藝布置平面圖（1：200）設(shè)計圖紙四周各留20mm的邊框線，右下角留出標(biāo)題欄。 凡設(shè)計圖中已有內(nèi)容，說明書中都可以不畫。 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日目錄前言6（一）設(shè)計題目的一般條件6（二） 設(shè)計題目的煤層傾角條件6第一章 采區(qū)概況及地形特征7一、采區(qū)概況7二、地質(zhì)特征7第二章 采區(qū)巷道布置8第一節(jié) 采區(qū)儲量與服務(wù)年限8第二節(jié) 采區(qū)內(nèi)的再劃分10一、確定工作面長度及采區(qū)區(qū)段數(shù)目10二、確定工作面生產(chǎn)能力11三、確定工作面數(shù)目11第三節(jié) 確定采區(qū)

4、內(nèi)準備巷道布置和生產(chǎn)系統(tǒng)12一、完善開拓巷道12二、確定巷道布置系統(tǒng)及采區(qū)布置方案分析比較12三、確定工作面回采巷道布置方式15四、工作面推進位置的確定15五、確定通風(fēng)布置系統(tǒng)15六、采區(qū)車場選型16第三章 采煤工藝設(shè)計17第一節(jié) 采煤工藝方式的確定17一、選取煤層為對象，進行采煤工藝設(shè)計。17二、綜采工作面的設(shè)備選用國產(chǎn)設(shè)備。17三、采煤與裝煤17四、運煤19第二節(jié) 工作面合理長度確定22一、煤層地質(zhì)條件22二、工作面生產(chǎn)能力22三、運輸設(shè)備22四、頂板管理及通風(fēng)能力22五、經(jīng)濟合理的工作面長度22第三節(jié) 采煤工作面循環(huán)作業(yè)圖表的編制22一、工作面布置層面圖(見圖紙)、循環(huán)作業(yè)圖表23二、勞

5、動組織表23三、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)表24參考文獻25教師評價：26 前言 (一)設(shè)計題目的一般條件某礦第一開采水平上山階段某采區(qū)內(nèi)為兩層煤自上而下順序為Kl、K2煤層，煤層厚度、層間距及頂?shù)装鍘r性見綜合柱狀圖。該采區(qū)走向長度2000m，傾斜長度1000m，采區(qū)內(nèi)各煤層埋藏平穩(wěn)，地質(zhì)構(gòu)造簡單，無斷層，煤層均屬簡單結(jié)構(gòu)煤層，硬度系數(shù)f=2，各煤層瓦斯涌出量較低，自然發(fā)火傾向較弱，涌水量也較小。設(shè)計礦井的地面標(biāo)高為+30m，煤層露頭為-30m。第一開采水平為該采（帶）區(qū)服務(wù)的一條運輸大巷布置在煤層底板下方25m處的穩(wěn)定巖層中。(二)設(shè)計題目的煤層傾角條件 兩層煤，K1 煤層厚度6.2m，K2煤層厚度為2.

6、2m，煤層傾角平均20°設(shè)計采（帶）區(qū)綜合柱狀圖柱狀 厚度(m) 巖性描述 ¾¾¾¾¾¾ 8.60 灰色泥質(zhì)頁巖，砂頁巖互層 - 8.40 泥質(zhì)細砂巖，碳質(zhì)頁巖互層 - 0.20 碳質(zhì)頁巖，松軟  6.2 K1煤層，=1.30tm3 ¾¾¾¾¾¾¾4.20 灰色砂質(zhì)泥巖，細砂巖互層，堅硬 - 7.80 灰色砂質(zhì)泥巖 - 4.60 薄層泥質(zhì)細砂巖，穩(wěn)定 .。 3.20 灰色細砂巖，中硬、穩(wěn)定  2.20 K3煤層，煤質(zhì)中硬,=1.30tm

7、3 。3.20 灰白色粗砂巖、堅硬、抗壓強度6080MPa 。 24.68 灰色中、細砂巖互層 第一章 采區(qū)概況及地形特征一、采區(qū)概況某礦第一開采水平上山階段某采區(qū)內(nèi)為兩層煤自上而下順序為Kl、K2煤層，煤層厚度、層間距及頂?shù)装鍘r性見綜合柱狀圖。該采區(qū)走向長度2000m，傾斜長度1000m，采區(qū)內(nèi)各煤層埋藏平穩(wěn)，地質(zhì)構(gòu)造簡單，無斷層，煤層均屬簡單結(jié)構(gòu)煤層，硬度系數(shù)f=2，各煤層瓦斯涌出量較低，自然發(fā)火傾向較弱，涌水量也較小。設(shè)計礦井的地面標(biāo)高為+30m，煤層露頭為-30m。第一開采水平為該采（帶）區(qū)服務(wù)的一條運輸大巷布置在煤層底板下方25m處的穩(wěn)定巖層中。二、地質(zhì)特征表1-1 設(shè)計采（帶）區(qū)綜

8、合柱狀圖兩層煤，K1 煤層厚度6.2m，K2煤層厚度為2.2m，煤層傾角平均20°柱狀 厚度(m) 巖性描述 ¾¾¾¾¾¾ 8.60 灰色泥質(zhì)頁巖，砂頁巖互層 - 8.40 泥質(zhì)細砂巖，碳質(zhì)頁巖互層 - 0.20 碳質(zhì)頁巖，松軟  6.2 K1煤層，=1.30tm3 ¾¾¾¾¾¾¾4.20 灰色砂質(zhì)泥巖，細砂巖互層，堅硬 - 7.80 灰色砂質(zhì)泥巖 - 4.60 薄層泥質(zhì)細砂巖，穩(wěn)定 .。 3.20 灰色細砂巖，中硬、穩(wěn)定  2.20

9、K3煤層，煤質(zhì)中硬,=1.30tm3 。3.20 灰白色粗砂巖、堅硬、抗壓強度6080MPa 。 24.68 灰色中、細砂巖互層 第二章 采區(qū)巷道布置第一節(jié) 采區(qū)儲量與服務(wù)年限1、 采區(qū)生產(chǎn)能力選定為120萬t/a。2、 采區(qū)的工業(yè)儲量、設(shè)計可采儲量。(1)采區(qū)的工業(yè)儲量 （2-1） 式中： 采區(qū)工業(yè)儲量，萬t； 采區(qū)傾斜長度，1000m； 采區(qū)走向長度，2000m； 煤的厚度，M1=6.2m，M2=2.20m； 煤的容重，1.30t/m³；=1000×2000×6.2×1.3=1612萬t=1000×2000×2.2×1.

10、3=572萬t=+=1612萬t+572萬t=2184萬t(2)設(shè)計可采儲量 （2-2） 式中： 設(shè)計可采儲量, 萬t； 工業(yè)儲量，萬t； 永久煤柱損失量，萬t； 采區(qū)采出率，厚煤層可取75%，中厚煤層取80%，薄煤層85%。分別取左右邊界煤柱各20m，上部防水煤柱與下部護巷煤柱各30m，中部留60m停采線煤柱，則=2000×30×2+(1000-30×2)×(20×2+60)×6.2×1.3=172.484萬t=2000×30×2+(1000-30×2)×(20×2+60)

11、×2.20×1.3=61.204萬t萬t萬t萬t(3)采區(qū)服務(wù)年限 （2-3）式中： 采區(qū)服務(wù)年限，a； 采區(qū)生產(chǎn)能力，120萬t； 設(shè)計可采儲量，萬t； 儲量備用系數(shù)，取1.4。a取T=9年(4)驗算采區(qū)回采率 （2-4）式中： 采區(qū)回采率，% ； 煤層的工業(yè)儲量，萬t ； 煤層的永久煤柱損失，萬t； 對于煤層:對于煤層:則、均滿足采區(qū)回采要求。第二節(jié) 采區(qū)內(nèi)的再劃分一、確定工作面長度及采區(qū)區(qū)段數(shù)目煤層左右邊界各有20m的邊界煤柱，上部留30m防水煤柱，下部留30m護巷煤柱。因為該礦地質(zhì)構(gòu)造簡單，煤層附存條件較好，瓦斯涌出量小，另外現(xiàn)代工作面長度有加長趨勢，采煤工藝K1煤

12、層選取的是較先進的綜放K2選擇綜采。結(jié)合我國實際情況以及考慮到設(shè)備選型及技術(shù)方面的因素，綜采工作面長度一般為180250m，巷道寬度為4m4.5m,本采區(qū)選取4.5m，且采區(qū)生產(chǎn)能力為120萬t/a，一個中厚煤層的一個工作面便可以滿足生產(chǎn)要求。采用沿空掘巷方式,巷道間留較小煤柱，取5米。采煤工作面長度為： （2-5） 式中： 工作面長度，m；區(qū)段平巷寬度，m；采區(qū)傾向長度，m； 采區(qū)上下邊界預(yù)留煤柱寬度，m； 護巷煤柱寬度，m； 區(qū)段數(shù)目，個； =1000-2×25-5×(n-1)-4.52n/n(180,250)則3.5<n<4.87，取n=4，則=225m。

13、二、確定工作面生產(chǎn)能力 Qr = A/(T×1.1) （2-6）式中 A采區(qū)生產(chǎn)能力，120萬t/a ； Qr工作面生產(chǎn)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、確定工作面數(shù)目 （2-7）式中 工作面數(shù)目，個；采區(qū)傾向長度，m；邊界煤柱寬度，m；工作面長度，m；區(qū)段回采巷道寬度，m；帶入數(shù)值得，取4，所以工作面數(shù)目為4個。目前，煤炭企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)向高產(chǎn)高效集中化生產(chǎn)的方向發(fā)展，新建大型化礦井均朝“一礦一井一面”的設(shè)計思想改革，提高工作面單產(chǎn)，用一個工作面的產(chǎn)量來保證整個礦井

14、的設(shè)計生產(chǎn)能力。為適應(yīng)現(xiàn)階段煤炭行業(yè)的知道規(guī)范，本采區(qū)設(shè)計一個采煤工作面。其工作面接替順序為左右兩翼跳采方式。工作面接替順序圖對于K1煤層：1101停采線60m1102110311041105110611071108K1煤層工作面接替順序：11011102110311041105110611071108對于K2煤層：2101停采線60m2102210321042105210621072108K2煤層工作面接替順序：21012102210321042105210621072108注：箭頭表示回采工作面的接替順序。第三節(jié) 確定采區(qū)內(nèi)準備巷道布置和生產(chǎn)系統(tǒng)一、完善開拓巷道為了縮短采區(qū)準備時間并提高經(jīng)

15、濟效益，根據(jù)所給地質(zhì)條件，在第一開采水平中，把為該采區(qū)服務(wù)的運輸大巷和回風(fēng)大巷均布置在煤層底板下方25m的穩(wěn)定巖層中。二、確定巷道布置系統(tǒng)及采區(qū)布置方案分析比較 首先確定回采巷道布置方式，由于地質(zhì)構(gòu)造簡單，無斷層,煤層賦存條件好，涌水量較小，瓦斯涌出量較小，無自然發(fā)火傾向,煤層直接頂為碳質(zhì)頁巖，薄且易跨落，煤層直接頂較厚且穩(wěn)定。同時為減少煤柱損失，提高采出率，降低巷道維護費用等，采用沿空掘巷的方式。因此采用工作面布置圖（見下文）所示工作面接替順序，就能彌補沿空掘巷時工作面接替復(fù)雜的缺點。根據(jù)相關(guān)情況初步制定以下兩個采區(qū)上山布置方案進行比較：方案一：兩條巖石上山 將兩條上山都布置在K2煤層底板巖

16、石中，軌道上山布置在距離底板10m處，運輸上山布置在距離底板15m處，兩上山分別聯(lián)結(jié)兩翼的區(qū)段，平巷不交叉。其布置特點為，巖石工程量大，掘進費用高，聯(lián)絡(luò)石門長。但維護條件好，維護費用低，有利于通風(fēng)，運輸能力大。 方案二：一巖一煤上山將兩條上山分別布置在K2煤層的底板和煤層中，運輸上山布置在距離K2底板10m處，軌道上山布置在K2煤層中。特點：節(jié)省了一條巖石上山，相對減少了巖石工程量。但軌道上山不易維護，維護費用高，需要保護煤柱。技術(shù)經(jīng)濟比較： 表2-1 掘進費用表 工程名稱方案 方案一方案二單價(元)工程量費用(萬元)單價(元)工程量費用(萬元)上山(m)15781000&

17、#215;2315.61578128410001000286.2聯(lián)絡(luò)巷(m)115220×49.216115220×49.216合計  324.816295.416 表2-2 維護費用表 工程名稱方案 方案一方案二單價(元)工程量費用(萬元)單價(元)工程量費用(萬元)上山(m)401000×2×2217640901000×221000×22286聯(lián)絡(luò)巷(m)8020×4×2214.088020×4×2214.08合計  190.083

18、00.08表2-3費用匯總表 總費用方案方案一方案二掘進(萬元)324.816295.41維護(萬元)190.08300.08合計(萬元)514.896595.49兩者費用相差不大，經(jīng)濟上認為兩者相同。綜合其他因素，選擇雙巖巷上山采區(qū)聯(lián)合布置方式，巷道布置情況見采區(qū)巷道平面圖、剖面圖。三、確定工作面回采巷道布置方式 由于采區(qū)內(nèi)煤層埋藏平穩(wěn)，地質(zhì)構(gòu)造簡單，無斷層，各煤層瓦斯涌出量較低，自然發(fā)火傾向較弱，涌水量也較小。結(jié)合綜放面特點，故采用雙沿空掘巷掘進方式。但由于巷道斷面較大，要求采用強度較高的支護材料。四、工作面推進位置的確定在采區(qū)巷道布置中，工作面布置及推進到的位置應(yīng)以達到采區(qū)設(shè)計產(chǎn)量安全為

19、準，工作面應(yīng)推進到距上山20m停采線位置處，即為避開采掘超前影響而留設(shè)的護巷煤柱。五、確定通風(fēng)布置系統(tǒng)采區(qū)通風(fēng)路線:新風(fēng)從階段運輸大巷采區(qū)主石門采區(qū)下部車廠軌道上山中部甩車場區(qū)段運輸平巷采煤工作面區(qū)段回風(fēng)平巷回風(fēng)石門階段回風(fēng)大巷。柱處。六、采區(qū)車場選型(1)考慮到采用采區(qū)上部平車場有車輛運行順當(dāng)、調(diào)車方便等優(yōu)點，確定采用上部平車場。(2)由于采區(qū)生產(chǎn)能力大，故下部車場可選擇大巷裝車式下部車場，裝車站采用折返式調(diào)車。輔助提升下部車廠采用底板繞道式。(3)采區(qū)中部車場采用石門甩車形式，甩車場斜面線路布置方式采用斜面線路一次回轉(zhuǎn)方式，雙道起坡。第三章 采煤工藝設(shè)計第一節(jié) 采煤工藝方式的確定一、選取煤

20、層為對象，進行采煤工藝設(shè)計。由于煤層厚度為6.2米，屬于厚煤層，硬度系數(shù)f=2，結(jié)構(gòu)簡單，無斷層，瓦斯涌出量較低，涌水量也較少，故可用綜合機械化采煤工藝，進行綜采放頂煤開采。二、綜采工作面的設(shè)備選用國產(chǎn)設(shè)備。三、采煤與裝煤(一)確定落煤方式 采用綜合機械化放頂煤開采，雙滾筒采煤機直接落煤裝煤。(二)確定截深 （3-1）式中： 日推進度，m/天； 工作面設(shè)計生產(chǎn)能力，t/天 ； 工作面長度，m； 采煤機割煤高度，m； 放煤高度，m； 頂煤放出率,取0.8； 工作面采出率,對于厚煤層取0.93； 煤得容重,t/;將數(shù)據(jù)帶入可得:選擇滾筒截深600mm,日進6刀,采用“四六工作制”，即三采一準的工作

21、制度。(三)確定進刀方式為提高煤炭采出率，選取端部割三角煤斜切進刀方式，如圖所示：(4) 采放比：割煤高度為2.3，則采放比為 2.3：（6.2-2.3）=23：39。(五)確定放頂步距： 為使放出范圍內(nèi)得頂煤能充分破碎松散，提高采出率，降低含矸率，此工作面放頂步距選用“兩采一放”，即割兩刀放一次頂煤。據(jù)采礦工程設(shè)計手冊，一般情況下，當(dāng)采用小截深(0.50.6m)時，割兩刀放一次頂煤，放煤步距為2倍的采煤機截深，則放頂步距0.6×2=1.2m。 (六)確定放煤方式 選用單輪，間隔，多口放煤。實踐證明，這種方式丟煤少，混矸少，又易于實高產(chǎn)高效，是一種較好的放煤方式。四、運煤(一)工作面

22、采用可彎曲刮板輸送機運煤，運輸平巷采用轉(zhuǎn)載機和膠帶運輸機運煤。表3-1 刮板輸送機參數(shù)刮板輸送機型號SGB-630/150C電動機型號DSB90適用條件傾緩斜工作面電機功率 2×90kw出廠長度 200米電機電壓 1140V運輸能力250噸/h總質(zhì)量 117.31噸刮板鏈形式雙邊鏈制造廠 鄭煤機表3-2 裝載機參數(shù)轉(zhuǎn)載機型號 SZZ1200電動機型號YSB160適用條件中厚煤層電機功率300kw出廠長度50電機電壓1200V運輸能力1200噸/h總質(zhì)量27噸刮板鏈形式 中雙鏈制造廠鄭煤機(二)工作面采用液壓支架支護表3-3 液壓支架參數(shù)型號ZFS4400/16/28中心距1500mm

23、型式支撐掩護式外形尺寸4470×1430×1600mm放煤形式低位放煤支護強度0.8020.829Mpa運煤方式雙輸送機運輸適應(yīng)煤層傾角25°高度1.6-2.8m供液泵壓31.4Mpa工作阻力4315 kN支架重量13.5t初撐力3922 kN設(shè)計單位北京開采研究所(三)支護方式 由于煤層f=2，頂煤厚度較小，選用及時支護。(四)移架方式 因為此采區(qū)頂板不穩(wěn)定，所以選用單架依次順序式的移架方式。這種方式容易保證移架和支護質(zhì)量，操作簡單，但是移架得速度慢，適用與頂板不穩(wěn)定的采煤工作面。(五)確定端頭支架根據(jù)工作面條件，選用工作面液壓支架支護端頭。(六)確定超前支護方

24、式和距離由于采用綜采開采，支撐壓力分布范圍為2030米，峰值點距煤壁前方 5-15m,所以超前支護的距離為20米。選用單體支柱和金屬鉸接頂梁支護。鉸接頂梁的長度為1000mm。(七)支架高度與強度校核高度校核： 在實際使用中，一般所選用的支架得最大結(jié)構(gòu)高度比采高大200mm，最小高度比最小采高小200300mm。 已知所選用得支架ZFS4400/16/28的最大結(jié)構(gòu)高度為2.8m，采高為2.3m，則有 1=2.8-2.3=500mm200mm，滿足要求； 2=2.0-1.6=400mm200mm，滿足要求；故所選支架高度滿足工作要求。強度校核：強度校核公式如下： P=k×h1

25、5;×10-2 （3-2）式中： P頂板對支架得作用力，pa； K頂板高度系數(shù)，一般取48，此采區(qū)頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可取k=6； h1工作面采高，m； 巖石密度, kg/m3；將各參數(shù)值代入則有：P=6×2.3×2.5×10-2=0.36Mpa由于 0.36Mpa0.5 Mpa(支護強度)，因此支架選型滿足工作要求。(8) 確定工作面支架的數(shù)量由于端頭支架中心距1.5m，巷道寬度4.5m，則所需端頭支架數(shù)量為： N1=4.5×2/1.5=6 架即需要6架端頭支架。工作面所需支架數(shù)量為： N2=222.25/1.5=148 架則一個工作面共需要液壓支

26、架的數(shù)量為： N=N1+N2=6+130=154 架。(九)采空區(qū)處理一般采用全部跨落法處理采空區(qū)。 第二節(jié) 工作面合理長度確定一、煤層地質(zhì)條件 該采區(qū)上山階段煤層埋藏穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造簡單，無斷層，K1煤層屬簡單結(jié)構(gòu)煤層，硬度系數(shù)f=2；K2煤層屬中硬煤層，個煤層瓦斯涌出量低，無自然發(fā)火傾向，涌水量小，一般綜采工作面取180250m，由于采區(qū)的地質(zhì)條件好，故工作面可適當(dāng)取長一些，約225m。二、工作面生產(chǎn)能力 工作面設(shè)計設(shè)計設(shè)計生產(chǎn)能力為120萬t/年，正規(guī)循環(huán)采用每天進6刀，兩采一放。每刀進600mm，一個工作面就可滿足采區(qū)設(shè)計生產(chǎn)力要求。三、運輸設(shè)備 采區(qū)工作面生產(chǎn)所選用的設(shè)備均為國內(nèi)先進的生產(chǎn)設(shè)備，工作面選