《煤礦開采學》課程設計實例

1、武漢理工大學網(wǎng)絡教育學院采礦工程專業(yè)哪哈溝煤礦開采設計課程名稱：煤礦開采設計姓 名：賀一明學 號： 200801111234班 級：采礦工程指導教師：孫 強2011 年 4 月緒論 2第一章采區(qū)巷道布置 4第一節(jié)采區(qū)儲量與服務年限 4第二節(jié)采區(qū)內(nèi)的再劃分 6第三節(jié) 確定采區(qū)內(nèi)準備巷道及布置系統(tǒng) 8第四節(jié)采區(qū)中部甩車場 11第二章采煤工藝設計11第一節(jié)采煤工藝方式的確定 11第二節(jié) 工作面合理長度的確定 15第三節(jié) 米煤工作面循環(huán)作業(yè)圖表的編制 16小結 181緒論一、課程設計的性質(zhì)、目的和任務（一）課程設計的性質(zhì)煤礦開采是安全工程專業(yè)學生必修的一門專業(yè)理論課程。安全工程課程設計是在 高年級學生

2、學完煤礦開采課程后的一次集中式的綜合設計，是一次重要的實踐性教學 環(huán)節(jié)。（二）設計的目的和任務1. 初步應用煤礦開采課程所學的知識，通過課程設計，加深對煤礦開采學課程的 理解。2. 培養(yǎng)安全工程專業(yè)學生動手能力，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、課程設計的主要內(nèi)容（一）設計題目的一般條件（下例為假想礦井）某礦第一開采水平上山某采（帶）區(qū)自下而上開采K1、K2、K3煤層，煤層厚度、層間 距及頂?shù)装鍘r性見綜合柱狀圖。該采（帶）區(qū)走向長度3000m傾斜長度1100m采（帶）區(qū) 內(nèi)煤層埋藏平穩(wěn)，地質(zhì)構造簡

3、單，無斷層，K1煤層屬簡單結構煤層，硬度系數(shù)f=2，K2和K3煤層屬中硬煤層，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。設 計礦井的地面標高為+30米，煤層露頭為-30米。第一開采水平為該采（帶）區(qū)服務的一條 運輸大巷布置在K3煤層底板下方25米處的穩(wěn)定巖層中，為滿足該采（帶）區(qū)生產(chǎn)系統(tǒng)所 需的其余開拓巷道可根據(jù)采煤方法不同由設計者自行決定。（二）設計題目的煤層傾角條件1.煤層平均傾角為122.煤層平均傾角為25°采區(qū)綜合柱狀圖柱狀厚度（m巖性描述20.3灰色泥質(zhì)頁巖，砂頁巖互層10.40泥質(zhì)細砂巖，碳質(zhì)頁巖互層0.20碳質(zhì)頁巖，松軟5.20灰色砂質(zhì)泥巖，細砂巖互層，堅硬

4、8.20灰色細砂巖，中硬，穩(wěn)定1.50K3煤層，煤質(zhì)中硬，丫 =1.30t/m 30000000003.20灰白色粗砂巖，堅硬，抗壓強度 6080MPa0 0 0 0 024.68灰色中、細砂巖互層3第一章 米區(qū)巷道布置第一節(jié)采區(qū)儲量與服務年限一、采區(qū)的生產(chǎn)能力定為120萬t/a ,煤層平均傾角為8°。(一)計算采區(qū)的工業(yè)儲量、設計可采儲量1. 采區(qū)的工業(yè)儲量Zc H L Mc式中：Zc 采區(qū)工業(yè)儲量，萬t ；h 采區(qū)傾斜長度，1100mL 采區(qū)走向長度，3000mM煤的厚度，M=1.5m煤的容重，1.30t/m 3;Z=1100X 3000X 1.50 X 1.3=943.8 萬

5、t2. 設計可米儲量Zk (Zc P) C式中：Zk 設計可采儲量，萬t ;Zc 工業(yè)儲量，萬t ；P永久煤柱損失量，萬t ;C 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F3 =3000 X 30X 2+(1100-30 X 2) X (20 X 2+60) X 1.50 X 1.3=55.38 萬 tZ k Z k1 Zk23.采區(qū)服務年限Zk3 2029.01 940.99 690.063660.06 萬 tT Zk AK式中：T 采區(qū)服務年限，a;A 采區(qū)生產(chǎn)能力，120萬t ;Zk

6、 設計可采儲量，萬t ；K 儲量備用系數(shù)，取1.4。13Z04 21"9aTZkAK取T=22年4. 驗算米區(qū)回米率C (ZcP)/ Zc式中：C采區(qū)回采率，% ；乙一一煤層的工業(yè)儲量，萬t ;P煤層的永久煤柱損失，萬t ;對于 K3煤層：C3 (Zc3 PJ/ZC3 (943.8 81.224)/943.8 91.39% 80%則K1、K2、K3均滿足米區(qū)回米要求第二節(jié) 采區(qū)或帶區(qū)內(nèi)的再劃分5、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

7、，且采煤工藝選取的是較先進的綜采。結合我國實際情況以及考慮到設備選型及技術方 面的因素，綜采工作面長度一般為 180250m巷道寬度為4m-4.5m,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：L1 H 2 q P (n 1) L2 2 n/n式中： L1 工作面長度， m；L2 區(qū)段平巷寬度， m；H 采區(qū)傾向長度， m；q采區(qū)上下邊界預留煤柱寬度，mP 護巷煤柱寬度， m；n 區(qū)段數(shù)目，個；L, =1100-2 X 25-5 X (n-1)452 n/n (1

8、80,250)則 3.96<n<5.39，取 n=5，則 L1=195m二、確定工作面生產(chǎn)能力Qr = A/(T X 1.1)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/ (TX1.1 ) =120/(330 X1.1) = 3305.79t三、確定工作面數(shù)目L Lo 2式中 N 工作面數(shù)目，個；h采區(qū)傾向長度，ms邊界煤柱寬度，ml工作面長度，mLo 區(qū)段回采巷道寬度，m帶入數(shù)值得，N 1100 3° 25.1195 4.5 2取5,所以工作面數(shù)目為5個。目前，煤炭企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)向高產(chǎn)高效集中化生

9、產(chǎn)的方向發(fā)展， 新建大型化礦井均朝 礦一井一面”的設計思想改革，提高工作面單產(chǎn)，用一個工作面的產(chǎn)量來保證整個礦井的 設計生產(chǎn)能力。為適應現(xiàn)階段煤炭行業(yè)的知道規(guī)范，本采區(qū)設計一個采煤工作面。其工作 面接替順序為左右兩翼跳米方式。工作面接替順序圖對于K3煤層:3101停31023103采31043105線3106310760m310831093110K3煤層工作面接替順序：3101 3102 3103 3104 3105 3106 3107 3108 3109 3110注：箭頭表示回采工作面的接替順序。7第二節(jié)確定米區(qū)內(nèi)準備巷道布置和生產(chǎn)系統(tǒng)、完善開拓巷道為了縮短采區(qū)準備時間并提高經(jīng)濟效益，根據(jù)所

10、給地質(zhì)條件，在第一開采水平中，把 為該采區(qū)服務的運輸大巷和回風大巷均布置在 K3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，Ki煤層直接頂為碳質(zhì)頁巖，薄且易跨落，K2、K3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雜的缺點。根據(jù)相關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

11、K3煤層底板巖石中，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)絡石門長。但維護條件好，維護費用低，有利于通風，運輸 能力大。方案二：一巖一煤上山將兩條上山分別布置在 K3煤層的底板和煤層中，運輸上山布置在距離K3底板10m處, 軌道上山布置在K3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。技術經(jīng)濟比較：掘進費用表維護費用表維護費用表萬案一萬案一工程名稱單價費用單價費用萬案工程量工程量（萬元）（萬元）10上山（m）401100 X

12、 2 X 22232.32401100X 22116.16901100X 22261.36聯(lián)絡巷（m）8020X 4X 2216.908020 X 4X 2216.90合計249.22394.42費用匯總表總費用萬案萬案一萬案一掘進（萬元）427.66388.85維護（萬元）249.22394.42井巷輔助費（萬元）50.252.97合計（萬元）727.13786.24兩者費用相差不大，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)構造簡單，無斷層，各煤層瓦斯涌出量較低，自然

13、發(fā) 火傾向較弱，涌水量也較小。結合綜放面特點，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以達到采區(qū)設計產(chǎn)量安全為準，工 作面應推進到距上山20m停采線位置處，即為避開采掘超前影響而留設的護巷煤柱處五、確定通風布置系統(tǒng)采區(qū)通風路線：新風從階段運輸大巷一采區(qū)主石門一采區(qū)下部車廠一軌道上山一中部甩車場一區(qū)段 運輸平巷一采煤工作面一區(qū)段回風平巷一回風石門一階段回風大巷。六、采區(qū)上部和下部車場選型（1）考慮到采用采區(qū)上部平車場有車輛運行順當、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

14、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。第四節(jié) 采區(qū)中部甩車場線路設計一、大巷（雙軌），采區(qū)軌道上山（單軌），區(qū)段石門（單軌），均為600 mm軌距。二、 軌道上山作輔助提升時，一次提升一噸礦車3個。三、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方 式，雙道起坡。第二章采煤工藝設計第一節(jié)采煤工藝方式的確定一、選取K!煤層為對象，進行采煤工藝設計。由于 K!煤層厚度為6.9米，屬于厚煤層,硬度系數(shù)f=2，結構簡單，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11、綜采工作面的設

15、備選用國產(chǎn)設備 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L AL1 h1 h2式中：L 日推進度，m/天；A 工作面設計生產(chǎn)能力，t/天；l1 工作面長度，mh1米煤機割煤咼度，mh2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/ m3;將數(shù)據(jù)帶入可得：2.42 m3305.791952.3 4.6 0.80.93 1.3準的工作制度選擇滾筒截深600mm日進6刀,采用“四六工作制”，即三采-（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:(b )A-AA-AA-AA

16、-A12A ME（a）（b）斜切并穆盲輸注機對SEftJKJ （d）刑正常Sffl1 綜來面淤課藥蝶機:刮板輸巻機（四）采放比：割煤高度為2.3，則采放比為2.3 : （6.9-2.3 ） =1: 2（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)采礦工程設計手冊，一般情況下，當 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 X 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

17、放煤方式。四、運煤（一）工作面采用可彎曲刮板輸送機運煤，運輸平巷采用轉載機和膠帶運輸機運煤。刮板輸送機參數(shù)刮板輸送機型號SGB-630/150C電動機型號DSB-90適用條件傾緩斜工作面電機功率2 X 90kw13出廠長度200米電機電壓1140V運輸能力250 噸 /h總質(zhì)里117.31 噸刮板鏈形式雙邊鏈制造廠鄭煤機裝載機參數(shù)轉載機型號SZZ1200電動機型號YSB-160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)里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液壓支架參數(shù)型號ZFS4400/16/28中心距1500mm型

18、式支撐掩護式外形尺寸4470 X 1430 X 1600mm放煤形式低位放煤支護強度0.802 0.829Mpa運煤方式雙輸送機運輸適應煤層傾角w 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設計單位北京開采研九所（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）確定超前支護方式和距離由

19、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構高度比采高大 200mm最小高度比最小采高小200300mm已知所選用得支架ZFS4400/16/28的最大結構高度為2.8m,采高為2.3m，則有 1=2.8-2.3=500mm>200mm 滿足要求； 2=2.0-1.6=400mm>200mm 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：2P=kx hiXpX 10-

20、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)頂板結構穩(wěn)定，可取 k=6;工作面采高，m15P 巖石密度,kg/m 3;將各參數(shù)值代入則有：P=6 X 2.3 X 2.5 X 10-2=0.36Mpa由于0.345Mpa v 0.5 Mpa（支護強度），因此支架選型滿足工作要求。（ 八 ） 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：N 1=4.5X2/1.5=6 架即需要 6 架端頭支架。工作面所需支架數(shù)量為：N 2=195/1.5=130 架則一個工作面共需要液壓支架的數(shù)量為：N=N1+N2=6+130=136 架。（ 九

21、） 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)構造簡單，無斷層， K1 煤層屬簡單結構煤層，硬 度系數(shù)f=2 ; K2和K3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，故工作面可適當取長一些， 約 200m。、工作面生產(chǎn)能力工作面設計設計設計生產(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個工作面就可滿足采區(qū)設計生產(chǎn)力要求三、運輸設備采區(qū)工作面生產(chǎn)所選用的設備均為國內(nèi)先進的生產(chǎn)設備，工作面選用200m的刮板輸送機能滿足工作面的運輸要求。四、頂板管理及通風能力該采區(qū)頂板較穩(wěn)定，兩采一放，采用及時支護，可有效控制頂板冒落等不安全因素,寸采用全部垮落發(fā)處理采空區(qū),技術經(jīng)濟一、工作面布置層面圖（見圖紙）、循環(huán)作業(yè)圖表問可題。另夕卜'，五、經(jīng)濟合理的2率，現(xiàn)在煤礦都向KK）管理，可以加快工作面的推進綜采面作業(yè)循環(huán)圖、勞動組織表序 號工種夜班早班中班檢修班合計1班長222282采煤機司機222393輸送機司機11114174轉載機司機111