采礦帶區(qū)設計

1、序 論一、設計目的 1、初步應用煤礦開采學課程所學的知識，通過課程設計加深對煤礦開采學課程的理解。2、培養(yǎng)采礦工程專業(yè)學生的動手能力，對編寫采礦技術文件，包括編寫設計說明書及繪制設計圖紙進行初步鍛煉。3、為畢業(yè)設計中編寫畢業(yè)設計說明書及繪制畢業(yè)設計圖紙打基礎。二、設計題目采區(qū)概況本帶區(qū)為某礦第二水平第四采區(qū)。其中二采區(qū)已采，六采區(qū)未采。上部標高-150m，下部標高-300m。其走向長度為2020m，傾斜長度為1080，面積為2181600。煤層均為中厚煤層，煤層埋藏穩(wěn)定，構造簡單，煤質中硬，自然發(fā)火期為6-12個月。大巷位置：運輸大巷和回風大巷都布置在煤層底板巖石中，標高分別為-320m和-3

2、30m。運輸方式：大巷運煤采用1.5t固定式礦車，10t架線電機車牽引。瓦斯等級：相對瓦斯運出量5，屬于低瓦斯礦。具體煤層情況如表1所示：表1序號煤層（m）頂，底板巖性層間距傾角穩(wěn)定性最大最小一般頂板底板最大最小一般42.21.82粉砂巖粉砂巖3428306-8°穩(wěn)定52.72.32.5粉砂巖粉砂巖6-8°穩(wěn)定三、課程設計內容1、采（帶）區(qū)巷道布置設計；2、采（帶）區(qū)中部甩車場線路設計或下部平車場線路設計。圖1 設計煤層綜合柱狀圖第一部分 帶區(qū)巷道布置第一節(jié) 帶區(qū)儲量與服務年限1、帶區(qū)生產能力選定為120萬t/a。2、帶區(qū)計算的工業(yè)儲量、設計可采儲量分別為：（1） 帶區(qū)工業(yè)

3、儲量 式中：Zg 帶區(qū)工業(yè)儲量，萬t；H 帶區(qū)傾斜長度，1080m；L 帶區(qū)走向長度，2020m； 煤的容重，取1.35； 煤層煤的厚度，為2.0m； 煤層煤的厚度，為2.5m；(2) 帶區(qū)可采儲量:式中：Zk帶區(qū)可采儲量，萬tZg帶區(qū)工業(yè)儲量，萬tP帶區(qū)煤柱損失量，萬tC帶區(qū)回采率，厚煤層不低于0.75，中厚煤層不低于0.80，薄煤層不低于0.85 【1】3、礦井服務年限計算: 式中：T帶區(qū)的服務年限，年aZk帶區(qū)的可采儲量，萬tK帶區(qū)儲量備用系數(shù)，取K=1.35A帶區(qū)設計生產能力，萬t/a4、驗算帶區(qū)采出率帶區(qū)采出率=帶區(qū)實際出煤量/帶區(qū)工業(yè)儲量×100（1）煤層帶區(qū)采出率=56

4、9.538/589.032×10096.7（2）煤層帶區(qū)采出率=711.9225/736.29×10096.7采區(qū)采出率：厚煤層不低于0.75，中厚煤層不低于0.80，薄煤層不低于0.85 【1】 第二節(jié) 帶區(qū)內的再劃分1、確定采煤工作面長度該煤層組左右兩邊界各留10m的邊界煤柱，下部留30m護巷煤柱，則其煤層傾向長度為：1080-30=1050m，走向長度為2020-20=2000m。又因為各煤層埋藏穩(wěn)定,地質構造簡單，無斷層,煤層附存條件較好，瓦斯涌出量低,涌水量也小,自然發(fā)火傾向較弱,且現(xiàn)代采礦工作面長度有加長趨勢，故采煤工藝選取較先進的綜合機械化采煤方法。一般而言，

5、考慮到設備選型及技術方面的因素,綜采工作面長度為180250m，巷道寬度為4m5m,設計本帶區(qū)開掘巷道寬度為4.5m，帶區(qū)生產能力為120萬t/a，一個厚煤層或中厚煤層的一個工作面便可以滿足生產要求，將整個帶區(qū)劃分為10個分帶，并采用沿空留巷方式，采用混凝土砌塊支護護巷工作面長度為： 式中：S除去永久保護煤柱煤層走向長度n分帶數(shù)目2、確定帶區(qū)內的工作面數(shù)目回采工作面沿走向布置，沿傾向推進，采用下行后退式傾斜長壁采煤法開采。工作面數(shù)目：式中：L 煤層走向長度(m)；S0 帶區(qū)沿走向所有煤柱寬度之和(m)；l 工作面長度(m)；l0 回采巷道寬度，取4.5m；則: 3. 確定工作面生產能力式中：A

6、0工作面生產能力，萬t/a；L采煤工作面長度m；V0工作面推進度m；M采高m；C0采煤工作面采出率；（1）帶區(qū)195×0.8×8×330×2.0×1.35×0.95×10-4=105.64萬t/a<120萬t/a（2）帶區(qū)195×0.8×6×330×2.5×1.35×0.95×10-4=113.76萬t/a<120萬t/a4、確定帶區(qū)內工作面數(shù)及工作面接替順序生產能力為120萬t/a.目前開采準備系統(tǒng)的發(fā)展方向是高產高效生產集中化，采用提高工作

7、面單產，以一個工作面產量保證帶區(qū)產量，因此可確定帶區(qū)內為一個工作面生產?？紤]到采動應力集中的因素，且下一帶區(qū)未采，則每個煤層帶區(qū)間采用依次開采,且10個分帶工作面接替順序如下: 表2-1 煤層工作面接替順序工作面編號12404124141242412434124441245412464124741248412494開采次序12345678910對于煤層工作面接替順序：124041249141242412434124441245412464124741248412494表2-2 煤層工作面接替順序工作面編號1240512415124251243512445124551246512475

8、1248512495開采次序12345678910煤層工作面接替順序：124051249151242512435124451245512465124751248512495第三節(jié)  確定帶區(qū)內準備巷道布置及生產系統(tǒng)1、完善開拓巷道為了縮短帶區(qū)準備時間并提高經濟效益，根據(jù)所給地質條件，在第一開采水平中，把為該帶區(qū)服務的運輸大巷和回風大巷均布置在煤層底板下方的穩(wěn)定巖層中。2、確定帶區(qū)巷道布置系統(tǒng)首先確定回采巷道布置方式，由于地質構造簡單，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,直接頂較厚且易跨落 。同時為減少煤柱損失，提高采出率，降低巷道掘進費用，采用沿空留巷

9、的方式。3、帶區(qū)布置方案分析比較確定帶區(qū)巷道布置系統(tǒng)，帶區(qū)內有兩層煤，每一層都布置10個工作面，根據(jù)相關情況初步制定以下兩個方案進行比較：方案一：分帶單獨布置每一個分帶分別開斜巷進入上部煤層，每一個分帶都布置一個煤倉直通運輸大巷。通風系統(tǒng)為：新風從運輸大巷進風行人斜巷分帶運輸斜巷采煤工作面分帶回風斜巷帶區(qū)運料斜巷回風大巷。該方案的特點是，每個分帶都布置了煤倉，所以管理較復雜，煤倉和聯(lián)絡斜巷工程量大，但有利于通風和工作面的接替。方案二：帶區(qū)聯(lián)合布置將帶區(qū)分成10個分帶。運輸大巷通過進風行人斜巷進入上部煤層，整個帶區(qū)布置一個煤倉直通運輸大巷。通風系統(tǒng)為：新風從運輸大巷進風行人斜巷分帶運輸斜巷采煤工

10、作面分帶回風斜巷帶區(qū)運料斜巷回風大巷。該方案簡化了運輸系統(tǒng)，僅布置了一個煤倉和一對聯(lián)絡巷，減少了煤倉和聯(lián)絡斜巷的施工量，使運煤、運料集中處理，符合集中化生產理念，但出現(xiàn)了因帶區(qū)內通風線路長短不同而造成通風協(xié)調困難的問題，同時還增加煤巷的維護量，增大了煤柱損失。圖2 分帶單獨布置圖3 分帶聯(lián)合布置技術經濟比較：巷道硐室掘進費用表3-1方案方案一方案二工程名稱單價（元）工程量（m）費用（萬元）工程量（m）費用（萬元）回風運料斜巷（m）1578152×12=1824287.82進風行人斜巷（m）157894×12=1128177.998494×2=18829.6664煤

11、倉元/m31443.14×22×30×12=4521.665.11103.14×22×30×2=753.60.8518集中平巷（元/m）8314×(2580-10×2)=10240850.944合計530.9294891.4622巷道硐室掘維護費用表3-2 方案方案一方案二工程名稱單價（元）工程量（m）費用（萬元）工程量（m）費用（萬元）回風運料斜巷（m）40 元/a.m152×12×16.02=29220.48116.8819152×16.02×2=4870.0819.48

12、032進風行人斜巷（m）40 元/a.m94×12×16.02=18070.5672.2822494×16.02×2=3011.7612.04704小計189.1641431.52736煤倉元/m330 元/a.m25×16.02×12=480614.41825×16.02×1=400.51.2015集中平巷（m）160 元/a.m2560×16.02×4=164044.82624.7168合計203.582142657.44566生產經營費用表3-3方案方案一方案二工程名稱單價（元）工程量（m

13、）費用（萬元）工程量（m）費用（萬元）斜巷（m）1164 元/m94×12=1128131.299294×2=18821.8832煤倉（m）951 元/m30×12=36034.23630×2=605.706合計165.562227.5892費用匯總表表3-4礦井費用名稱方案一方案二掘進（萬元）530.9294891.4622維護（萬元）203.582142657.44566生產（萬元）165.562227.5892總計（萬元）900.073743576.49706方案一特點：系統(tǒng)簡單，通風容易，但生產調度管理復雜，煤倉太多，維護困難，裝煤點多，管理復雜

14、。方案二特點：采用集中化生產，從根本上克服了方案一的缺點。雖然方案二維護費用高，但從技術和管理等方面的綜合分析，方案二更優(yōu)越一些。綜上所述，選擇帶區(qū)聯(lián)合布置方式，巷道布置情況見巷道布置圖、帶區(qū)巷道剖面圖，以煤層為例 。4、確定工作面回采巷道布置方式及工作面推進終點位置回采巷道布置方式:采用單巷沿空留巷掘進方式。分析：已知帶區(qū)內各煤層埋藏平穩(wěn)，地質構造簡單，無斷層，同時，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。因此有利于綜合機械化作業(yè)，可以充分發(fā)揮綜采高產高效的優(yōu)勢。同時，為減小煤柱損失，提高采出率。綜合考慮各種因素。說明：在帶區(qū)巷道布置平面圖內，工作面布置和推進的位置以達到帶區(qū)設

15、計產量及安全為準。工作面推進到距煤層下部邊界30m處的位置，即為避開采掘超前影響所留設的30m護巷煤柱處。5、確定通風布置系統(tǒng)各煤層通風系統(tǒng)為：新風從運輸大巷進風行人斜巷分帶運輸斜巷（帶區(qū)運煤巷）采煤工作面分帶回風斜巷帶區(qū)煤層運料平巷聯(lián)絡巷帶區(qū)運料斜巷回風大巷。第四節(jié)   帶區(qū)車場線路設計該帶區(qū)開采近距離煤層群，傾角為8°。鋪設600mm軌距的線路，軌型為15Kg/m，采用1t礦車單鉤提升，每鉤提升3個礦車，要求甩車場存車線設雙軌道，斜面線路布置采用二次回轉方式。第二部分 采煤工藝設計第一節(jié) 采煤工藝方式的確定1、選第一煤層，即煤層為對象設置采煤工藝。由于煤層厚度

16、為2.0m，屬于中厚煤層，結構簡單，無斷層，故可用綜合機械化采煤工藝，一次采全高。2、綜采工作面的設備選用國產綜采設備。3、采煤與裝煤（1）落煤方式與采煤機的選擇采用綜合機械化采煤，雙滾筒采煤機直接落煤和裝煤。依據(jù)帶區(qū)的設計生產能力確定工作面每天的推進度為：=1200000/（330×195×2.0×1.35×0.95）=6.27m/d式中：V采煤工作面每天的推進度，m/dQr采煤工作面生產能力，t/aL 采煤工作面的長度，mM 采煤工作面采高（煤層取2.0） 煤的容重，1.35t/m3C 工作面的采出率（k4煤層為中厚煤層，因此C取0.95）選擇采煤機

17、的截深為800mm，每天正規(guī)循環(huán)推進八刀，每天循環(huán)共推進6.40m，可滿足每天至少推進6.27m的要求。表4-1 采煤機參數(shù)采煤機型號4MG200機身長度m8.90采高m1.43.5m滾筒直徑1.6截深mm800牽引速度m/min06.0m/min牽引力KN250KN截割功率kw2800牽引形式液壓，齒輪，銷軌總質量t21t冷卻形式水冷噴霧形式內外噴霧表4-2 刮板輸送機參數(shù)刮板機型號SGZ-764/500機頭尺寸(長*寬*高)m21790*830*280運輸能力T/h1000鏈速m/s1.25鋪設長度m200電機功率KW2*250電壓V1140刮板機形式準雙邊鏈表4-3 液壓支架參數(shù)型號高度

18、m寬度m初撐力KN工作阻力KN支撐強度MPa適應角度ZY8600/17/351.5-3.51.65-1.85691786000.99-1.03<25°ZTC20000/20/402.0-4.0 1.4-1.6 9000 15000 1.92<25°表4-4 轉載機參數(shù)型號裝機功率輸送能力設計長度SZZ-1000/5252*700kw1500t/h60m表4-5 破碎機參數(shù)型號功率破碎能力破碎粒度PCM-250250KW1500150-300mm型號功率帶寬帶速輸送能力DSP-1200/125250KW1200mm2.5m/s2000t/h表4-6 膠帶動輸機參數(shù)

19、型號功率帶寬帶速輸送能力DSP-1200/125250KW1200mm2.5m/s2000t/h表4-7 乳化液泵站參數(shù)乳化液泵型號工作壓力功率乳化液箱泵站流量LRB-400/31.531.5MPa400KW一臺400m3/min（2）進刀方式： 為了合理利用工作時間，提高效率。采用工作面端部斜切進刀，割三角煤，往返一次割兩刀4、運煤與支護（1）工作面采用可彎曲刮板輸送機運煤。（2）工作面采用掩護式液壓支架支護（3）移架方式由于采用及時支護方式，而且工作面每天推進八刀，所以選擇順序移架方式。順序式移架速度快，能滿足采煤機快速牽引的需要，適用于頂板比較穩(wěn)定的高產工作面。（4）支護方式：采高為2.

20、0米，為防止片幫和冒頂，選用及時支護。（5）工作面的支架需求量: 式中：N 工作面支架數(shù)；L 工作面長度，m；l0 順槽寬度，m；n 端頭支架數(shù)；S 端頭支架寬度，m；S1支架中心距，m。 N =(195+9-6×1.594)/1.75=112架(6)超前支護方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。(7）校核支架的強度和高度  校核高度  經查采礦設計手冊得到：  在實際使用中，通常所選用的支架的最大結構高度比最大采高

21、大200mm左右。即： 。最小結構高度應比最小的采高小250350mm。即：已知選用：ZY8600 /1.7/3.5掩護式支架的最大結構高度為3.5m>（+0.2），滿足要求。支架的最小結構高度為1.7m<(0.250.35)，滿足要求。校核支架強度： 支護強度：式中：q支護強度，MPaK作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，取6M采高，m巖石密度，取 2.5×G取10 q=0.464 MPaq=0.525MPa<0.99 Mpa，所以滿足要求  由Q=q×F×KN 式中：F為支架支護面積，F(xiàn) = 6×

22、1.5 = 9 m2          Q=0.525×9×103=4725 KN由P = Q / 式中：P支架的工作阻力，KN；   Q支架的有效工作阻力，KN；   支架的支撐效率，取80%；P=4725÷0.8=5906 KN < 支架工作阻力6000 KN，滿足要求（8）工作面“三機”生產能力配套工作面生產能力取決于采煤機落煤能力，而刮板輸送機、液壓支架及轉載機、可伸縮帶式輸送機等設備能力都要大于采煤機

23、的生產能力，國外按大于20%設計。 采煤機實際生產能力的確定采煤機實際生產能力：式中：Qc采煤采煤機的實際生產能力，t/h；采煤機的實際牽引速度，一般綜采為m/minS采煤機的截深,0.8m；M工作面平均采高，2.0m；煤的實體容重，1.35kg/m3；K工作面采出率。0.95Qc60×3.5×0.8×2.0×1.35×0.95=430.92t/h輸送機的生產能力工作面輸送機的能力要大于采煤機的實際生產能力，即：輸送機的生產能力：Qs（1.11.15）QcQs工作面輸送機的能力，t/h。Qs1.15×430.92t/h=495.56t

24、/h < 1000t/h滿足要求。液壓支架移架速度液壓支架的移架速度要大于采煤機的實際牽引速度。液壓支架的移架時間包括泵站向支架的供液時間(取6s）和操作調整時間（取12s）。液壓支架移架速度： 式中：每次移架數(shù)目，一般為；每架支架的支護寬度，或架間距m；t每次移架時間，或每架移架時間min；Ve=1.75/0.3=5.8m/min>4m/min滿足要求轉載機和可伸縮膠帶輸送機的能力其能力應大于工作面正常生產能力。輸送的能力:Qz=(1.53.0)QQ= Qb/TQz轉載機和可伸縮膠帶輸送機的能力,t/h；Q工作面日正常生產能力,t/h；Qb工作面日產量，t/日；一個循環(huán)純割煤時間

25、，h。Q1000/2500t/hQb500×16=8000t工作面生產能力：式中L 工作面長度m；M 采高2.0m ；     B 循環(huán)進尺0.8m；    煤的容重,1.35；   C 工作面回采率95%；   N每日循環(huán)數(shù)8；   Qr=2.0×195×0.8×8×1.35×95%    =3201.12tQb &

26、gt;Qr,即滿足設計要求。6、處理采空區(qū) 采用全部跨落法處理采空區(qū)。第二節(jié)  工作面合理長度的驗證1、從煤層地質條件考慮該帶區(qū)內的兩層可采煤層的地質條件較好，無斷層，煤層傾角為8°，煤層厚度適中，頂?shù)装遢^穩(wěn)定，瓦斯涌出量較低，自然發(fā)火傾向較弱，涌水量也較小，所以布置195m的工作面比較合適。2、從工作面生產能力考慮工作面的設計生產能力為120萬t/a。正規(guī)循環(huán)每天進八刀，采煤機滾筒截深為800mm，所以煤層的工作面實際年生產能力為： 330×0.8×8×2.0×195×1.35×0.95=10

27、5.64萬t能夠滿足設計生產能力的要求，一個工作面生產就能夠滿足設計生產能力的要求，工作面的長度確定的合理。3、從運輸設備及管理水平角度考慮帶區(qū)生產選用的設備均為國內先進的的生產設備，工作面選用的200m刮板輸送機能夠利用國內先進的技術，能夠與時俱進的跟上技術的發(fā)展。4、從頂板管理及通風能力考慮該帶區(qū)的頂板較穩(wěn)定，工作面可以適當?shù)募娱L，綜采工作面的長度一般在，所以選擇的工作面的長度為195m較合適。另外，工作面的瓦斯涌出量較低，通風問題能夠解決。5、從巷道布置角度考慮由于帶區(qū)走向長為2020m，除去煤柱寬及巷道寬度，剩余1950.05m，把每個工作面長度定為195m，1950.05÷

28、195=10分帶，正好布置10個工作面，滿足生產要求。6、經濟合理的工作面工作面的長度與地質因素及技術因素的關系十分的密切，直接影響生產效率，所以根據(jù)條件，以高產量、高效率為原則選擇合理的工作面長度。合理的工作面以生產成本低，經濟效益高為目標。盡量加快工作面的推進速度，減少巷道的維護時間，降低回采總成本，使設備、資源得到最高利用。附表：1、勞動組織圖表序號工種一班（人）二班（人）三班（人）合計（人）1班長22262采煤機司機33393輸送機司機11134轉載機司機11135膠帶機司機11136移架工33177推溜工22158放煤工22159超前維護工6611310電氣維修工113511運料工5

29、512安全質量員111313機械修理工2248合計（人）252525752、技術經濟指標表序號項目單位數(shù)量1煤層厚度m2.02煤層傾角°8°3平均采高m2.04采煤機臺15液壓支架架1126端頭支架架67刮板輸送機臺18破碎機臺19轉載機臺110膠帶輸送機臺211循環(huán)進尺m0.80012日產量t3201.1213生產方式二班采煤一班準備14出勤人數(shù)人7515回采工效t/工42.716截齒消耗個/萬t2017乳化液消耗kg/萬t12018日循環(huán)數(shù)個83、機械設備表標號設備名稱型號主要參數(shù)1主要參數(shù)2生產廠家1采煤機4MG200采高< 2.0-4.0800mm截深無錫采煤機廠2可彎曲刮板輸送機SGZ-764/500運量1000t/h長度200m西北煤機廠2可彎曲刮板輸送機SGZ-630/150運量250t/h長度200m中煤張家口3支撐掩護式支架ZZS6000/21/38自重24.518t工作阻6000 KN鄭州煤機廠4端頭支架PDZ25t2448×1594鄭州煤機廠5轉載機SZZ764/1321100 t/h1500