河南理工大學(xué)礦井開(kāi)采課程設(shè)計(jì)

1、目錄第一章采區(qū)巷道布置 (3第一節(jié)采區(qū)儲(chǔ)量與服務(wù)年限 (31、采區(qū)生產(chǎn)能力。2、采區(qū)的設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量;3、采區(qū)的服務(wù)年限;4、驗(yàn)算采區(qū)采出率。第二節(jié)采區(qū)內(nèi)的再劃分 (61、采煤工作面長(zhǎng)度;2、采區(qū)內(nèi)的區(qū)段數(shù)目;3.工作面生產(chǎn)能力;4、采區(qū)內(nèi)采煤工作面數(shù)目及工作面接替順序。第三節(jié)確定采區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng) (81、采區(qū)所需開(kāi)拓巷道的完善2、方案技術(shù)分析與經(jīng)濟(jì)比較3、回采巷道布置方式分析4、通風(fēng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖5、上、下部車(chē)場(chǎng)選型。第二章采煤工藝設(shè)計(jì) (10第一節(jié)采煤工藝方式的確定 (101、采煤方法設(shè)計(jì)2、采煤機(jī)的選用3、采煤4、裝煤5、運(yùn)煤6、支護(hù)7.處理采空區(qū)第二節(jié)工作面合理長(zhǎng)度的驗(yàn)證 (131

2、、煤層地質(zhì)條件2、工作面生產(chǎn)能力3、運(yùn)輸設(shè)備及管理水平4、頂板管理及通風(fēng)能力5、工作面長(zhǎng)度確定第三節(jié)采煤工作面循環(huán)作業(yè)圖表的編制 (151.工作面布置圖、循環(huán)作業(yè)圖、勞動(dòng)組織表、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表2.工種及出勤人數(shù)六、圖紙?jiān)O(shè)計(jì) (191.采煤工作面層面布置圖(1:502.采區(qū)準(zhǔn)備巷道布置平面圖(1:2000和剖面圖前言一、目的1、初步應(yīng)用礦井開(kāi)采課程所學(xué)的知識(shí),通過(guò)課程設(shè)計(jì)加深對(duì)礦井開(kāi)采課程的理解。2、培養(yǎng)采礦工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的動(dòng)手能力,對(duì)編寫(xiě)采礦技術(shù)文件,包括編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及繪制設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行初步鍛煉。3、為畢業(yè)設(shè)計(jì)中編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及繪制畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙打基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)題目所設(shè)計(jì)第一采區(qū)的生產(chǎn)能力為6

3、0萬(wàn)噸。三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容井田境界:走向長(zhǎng)度為30593422m,傾向長(zhǎng)度為1094m。采區(qū)境界:走向長(zhǎng)度為11651317m,傾向長(zhǎng)度為1094m。15號(hào)煤層:煤層厚5.05-8.60m,平均6.01m。頂板為砂質(zhì)泥巖或細(xì)砂巖,底板以砂質(zhì)泥巖,地面標(biāo)高+1210m1480m;煤層埋藏穩(wěn)定。煤的容重=1.4t/m3。煤質(zhì)中硬偏軟,堅(jiān)固性系數(shù)f=0.31.0.礦井開(kāi)采技術(shù)條件:礦井正常涌水量Q正=300m3/h。礦井最大涌水量Q大=630m3/h。瓦斯相對(duì)涌出量q=20.5m3/d·t;煤塵無(wú)爆炸性,有自然發(fā)火傾向。煤為特低灰-高灰、中硫-中高硫貧煤、無(wú)煙煤。1、采區(qū)或帶區(qū)巷道布置設(shè)計(jì);

4、2、采煤工藝設(shè)計(jì)及編制循環(huán)圖表。第一章采區(qū)巷道布置第一節(jié)區(qū)儲(chǔ)量與服務(wù)年限 P-上下兩端永久煤柱損失量,左右兩邊永久煤柱損失量,單位為萬(wàn)t ; Z k =(Z g -P ×C=(1520.06-105.11 ×0.75=1061.21萬(wàn)噸(3 采區(qū)服務(wù)年限K A Z k =/T (公式1-4式中:T-采區(qū)服務(wù)年限單位為a;A- 采區(qū)生產(chǎn)能力為60萬(wàn)t ;Z K - 設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為1061.21萬(wàn)t ;K-儲(chǔ)量備用系數(shù),取1.3;K A Z k =/T =1061.21/(60×1.3=13.6年采區(qū)服務(wù)年限取為14年。(4 驗(yàn)算采區(qū)采出率在所設(shè)計(jì)厚煤層中:p/Zg

5、-(Zg C = (公式1-5 式中:C-采區(qū)采出率,% ;Z g -煤層的工業(yè)儲(chǔ)量,單位為萬(wàn)t ;p-煤層的永久煤柱損失,單位為萬(wàn)t ;p/Zg -(Zg C =(1520.06-105.11/1520.06=93.08%>75%滿(mǎn)足要求。第二節(jié)采區(qū)內(nèi)的再劃為了對(duì)各煤層選擇合理的采煤方法,必須詳細(xì)研究煤層的賦存條件和地質(zhì)特征,結(jié)合具體地質(zhì)條件和技術(shù)條件,綜合考慮高產(chǎn)、高效、材料消耗少,成本低、便于管理等因素。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用行之有效的的先進(jìn)技術(shù),積極提高機(jī)械化水平。結(jié)合本設(shè)計(jì)采區(qū)的實(shí)際情況,采用合理的采煤方法。一采區(qū)平均厚度5.22m,煤層傾角在8°左右。礦井正常涌水量Q正=

6、300m3/h。瓦斯相對(duì)涌出量q=20.5m3/d·t;同時(shí)煤層有易自燃發(fā)火傾向,煤塵無(wú)爆炸性。頂板為砂質(zhì)泥巖或細(xì)砂巖,底板以砂質(zhì)泥巖,煤層頂板易垮落,底板中等穩(wěn)定。地面標(biāo)高+1210m1480m;煤層埋藏穩(wěn)定。根據(jù)井田煤層賦存的地質(zhì)條件,結(jié)合目前我國(guó)各種采煤方法的發(fā)展和使用情況,以及機(jī)械化水平的的提高,選擇礦井的采煤方法為走向長(zhǎng)壁,采煤工藝為綜合機(jī)械化放頂煤采煤。1、采煤方法的選擇采煤方法的選擇應(yīng)該結(jié)合具體地質(zhì)條件和技術(shù)條件,綜合考慮高產(chǎn)、高效、材料消耗少,成本低、便于管理等因素。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用行之有效的的先進(jìn)技術(shù),積極提高機(jī)械化水平。結(jié)合本設(shè)計(jì)采區(qū)的實(shí)際情況,采用合理的采煤方法

7、。在所設(shè)計(jì)的采區(qū)中考慮到煤層屬于緩斜厚煤層,煤層頂?shù)装鍨樯百|(zhì)泥巖或細(xì)砂巖,在采煤施工中支護(hù)技術(shù)要求高,支護(hù)困難;煤質(zhì)為中硬偏軟,煤塵無(wú)爆炸性,有自然發(fā)火傾向,煤為特低灰-高灰、中硫-中高硫貧煤、無(wú)煙煤等特點(diǎn),礦井正常涌水,煤層瓦斯涌出量等特點(diǎn)。本采區(qū)在采煤施工中,將煤層分為兩層,頂分層采煤工作面的頂板采用單體液壓支柱進(jìn)行支護(hù),其采煤采用綜合機(jī)械化采煤工藝,但是要增加為下部分層鋪設(shè)假頂?shù)墓ぷ?以確保下分層,尤其是低分層的開(kāi)采有足夠的采高。2、確定采煤工藝的參數(shù)根據(jù)現(xiàn)有采煤工藝特點(diǎn)及綜采設(shè)備的使用效果,確定采區(qū)工作面長(zhǎng)度為200m,分為10個(gè)區(qū)段。在采區(qū)布置采區(qū)下部車(chē)場(chǎng),軌道上山和運(yùn)輸上山通過(guò)區(qū)段

8、煤層的中部,采用綜采工藝進(jìn)行回采。將每一區(qū)段分為采高為2.54.3m的煤層,從而進(jìn)行緩斜分層走向長(zhǎng)壁下行垮落采煤法進(jìn)行開(kāi)采。3、采煤工作面的生產(chǎn)能力/(A 0a t K m L l =(公式2-1式中:A 0-回采工作面年生產(chǎn)能力,單位為t ;L-工作面推進(jìn)度,單位為m/a ;l-工作面長(zhǎng)度,單位為m ;m-煤層厚度,單位為m ;-煤的容重,單位為t/m 3;K-工作面回采率,取0.93.本采區(qū)采用綜合機(jī)械化采煤工藝,工作制為三八制,二班半采煤半班準(zhǔn)備,雙向割煤往返一次割兩刀,截深為5.3m ,一年工作330天,工作面長(zhǎng)度為200m ,工作面的回采率取0.93,所以采煤機(jī)推進(jìn)度594000m

9、31060330L 0=,年掘進(jìn)度L=(L 0×0.93/10=55242m所以:采煤機(jī)實(shí)際年生產(chǎn)能力:A 0=×L×m××K=55242×5.3×210×1.4×0.93=80.05萬(wàn)t/a 4、確定采區(qū)工作面接替順序生產(chǎn)能力為60萬(wàn)t/a ,目前開(kāi)采準(zhǔn)備系統(tǒng)的發(fā)展方向是高產(chǎn)高效生產(chǎn)集中化,采用提高工作面單產(chǎn),以一個(gè)工作面產(chǎn)量保證采區(qū)產(chǎn)量,所以定為采區(qū)內(nèi)一個(gè)工作面生產(chǎn)。在采區(qū)進(jìn)行施工生產(chǎn)時(shí),采用上山施工的方式,先第一區(qū)段的煤層,然后由上向下依次進(jìn)行施工作業(yè)。以第一區(qū)段為例進(jìn)行施工作業(yè)方式及施工順序進(jìn)行說(shuō)

10、明。沿第一區(qū)段進(jìn)行劃分采高為2.54.3m 的煤層,運(yùn)輸上山和軌道上山位于第一區(qū)段中部。在上水平布置區(qū)段回風(fēng)大巷,下水平布置區(qū)段運(yùn)輸大巷。利用緩斜煤層下行垮落法進(jìn)行施工作業(yè),并為下部煤巷的作業(yè)鋪設(shè)人工假頂。隨著采煤工作面的推進(jìn),有計(jì)劃地進(jìn)行采空區(qū)的支護(hù)與放頂,采下的煤沿平行于采煤作業(yè)面的方向運(yùn)出采場(chǎng)。 第三節(jié)確定采區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)1、完善開(kāi)拓巷道為了減少煤柱損失提高采出率,利于滅災(zāi)并提高經(jīng)濟(jì)效益,根據(jù)所給地質(zhì)條件及采礦工程設(shè)計(jì)規(guī)劃,在第一開(kāi)采水平中,在開(kāi)采煤層的兩端分別布置區(qū)段回風(fēng)大巷和運(yùn)輸大巷,隨著工作面的推進(jìn)有計(jì)劃的處理采空區(qū)。2、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

11、采巷道布置方式,由于地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單,同時(shí)為減少煤柱損失,提高采出率,隨著頂分層的垮落,保留上水平的區(qū)段運(yùn)輸平巷,作為下分層的區(qū)段回風(fēng)巷。方案一:兩條巖石上山在地板高度1280m的煤層,布置兩條巖石上山,一條為運(yùn)輸上山,另一條為軌道上山,兩上山層位有一定差距,使其分別聯(lián)結(jié)兩翼的區(qū)段;平巷不交叉;石門(mén)聯(lián)系各煤層。通風(fēng)路線:新風(fēng)從階段運(yùn)輸大巷采區(qū)主石門(mén)采區(qū)下部車(chē)場(chǎng)軌道上山中部甩車(chē)場(chǎng)區(qū)段軌道集中平巷區(qū)段聯(lián)絡(luò)巷道區(qū)段運(yùn)輸平巷工作面區(qū)段回風(fēng)平巷回風(fēng)石門(mén)階段回風(fēng)大巷。該方案的特點(diǎn)是:巖石工程量大,掘進(jìn)費(fèi)用高,聯(lián)絡(luò)石門(mén)長(zhǎng),但維護(hù)條件好,維護(hù)費(fèi)用低,有利于通風(fēng),運(yùn)輸能力大。方案二:一煤一巖上山在地板高度1280m

12、的煤層,15m處巖石中布置一條巖石運(yùn)輸上山,在地板高度1 280m的煤層煤層中布置另一條軌道上山,石門(mén)聯(lián)系各煤層。通風(fēng)路線:新風(fēng)從階段運(yùn)輸大巷采區(qū)主石門(mén)采區(qū)下部車(chē)場(chǎng)軌道上山中部甩車(chē)場(chǎng)區(qū)段軌道集中平巷區(qū)段聯(lián)絡(luò)巷道區(qū)段運(yùn)輸平巷工作面區(qū)段回風(fēng)平巷回風(fēng)石門(mén)階段回風(fēng)大巷。該方案的特點(diǎn)是:節(jié)省了一條巖石上山,相對(duì)減少了巖石工程量,但軌道上山不易維護(hù),維護(hù)費(fèi)用高,需要保護(hù)煤柱。方案一:巖石工程量達(dá),掘進(jìn)費(fèi)用高,聯(lián)絡(luò)石門(mén)長(zhǎng),但維護(hù)條件好,維護(hù)費(fèi)用低,有利于通風(fēng),運(yùn)輸能力大方案二:節(jié)省了一條巖石上山,相對(duì)減少了巖石工程量,但軌道上山不易維護(hù),維護(hù)費(fèi)用高,需要保護(hù)煤柱。通過(guò)方案一、方案二的比較,根據(jù)生產(chǎn)的需要,采

13、用方案一。在此基礎(chǔ)上,可以在滿(mǎn)足生產(chǎn)、安全和施工基礎(chǔ)上,提高巷道利用率從而減小巷道的掘進(jìn)工作量,取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。3、確定工作面回采巷道布置方式及工作面推進(jìn)終點(diǎn)位置回采巷道布置方式.:單巷沿空掘巷掘進(jìn)方式。分析:已知采區(qū)內(nèi)各煤層埋藏平穩(wěn),地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單,無(wú)斷層,同時(shí),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(jī)械化作業(yè),可以充分發(fā)揮棕采高產(chǎn)高效的優(yōu)勢(shì)。同時(shí),為減小煤柱損失,提高采出率。綜合考慮各種因素,采用沿空掘巷掘進(jìn)方式。這種方式掘出的巷道正處在應(yīng)力降低區(qū),即好維護(hù)又提高了采出率,有取代沿空留巷的趨勢(shì)。說(shuō)明:在采區(qū)巷道布置平面圖內(nèi),工作面布置和推進(jìn)的位置應(yīng)以達(dá)到采區(qū)

14、設(shè)計(jì)產(chǎn)量及安全為準(zhǔn)。工作面推進(jìn)到距回風(fēng)大巷30米處的位置,即為避開(kāi)采掘超前影響所留設(shè)的30m護(hù)巷。第二章采煤工藝設(shè)計(jì)第一節(jié)采煤工藝方式的確定1、選一采區(qū)煤層為對(duì)象設(shè)置采煤工藝。由于煤層厚度為5.22m,屬于厚煤層,煤質(zhì)中硬偏軟,堅(jiān)固性系數(shù)f=0.31.0,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,無(wú)斷層,可采用走向長(zhǎng)壁放頂煤采煤法,綜合機(jī)械化采煤,一次采全厚放頂煤開(kāi)采,沿煤層底板布置機(jī)采工作面,一次采出煤層的全部厚度。根據(jù)實(shí)際情況和設(shè)備檢修能力,組織兩班采煤,一班準(zhǔn)備的三班作業(yè)制。雙向割煤往返一次割兩刀,截深為600mm,一年工作330天,工作面長(zhǎng)度為170m,工作面的回采率取0.93。割五刀放一次頂煤,放煤步距為1.2m。

15、采煤機(jī)割煤高度為1.8m,放煤高度平均為3.4m,采放比為1:1.89。放頂步距:割兩刀放一次頂煤,放頂步距0.6×2=1.2m。據(jù)采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè),一般情況下,當(dāng)采用小截深(0.50.6m時(shí),割兩刀放一次頂煤,放煤步距為2倍的采煤機(jī)截深。工作面回采工藝流程為:采煤機(jī)向上割煤、移架采煤機(jī)向下裝煤推移刮板輸送機(jī)斜切進(jìn)刀推移刮板輸送機(jī)放頂煤支架放煤放頂煤支架前移。2、綜采工作面的設(shè)備選用國(guó)產(chǎn)設(shè)備。3、采煤。工作面長(zhǎng)度為170m,煤層傾角平均為8°,頂?shù)装宥急容^穩(wěn)定。傾向長(zhǎng)度為2011m,煤厚為5.22m,采用走向長(zhǎng)壁放頂煤采煤法,綜合機(jī)械化采煤,一次采全厚放頂煤開(kāi)采,全部垮落法

16、管理頂板。(1落煤方式與采煤機(jī)的選擇采用綜合機(jī)械化采煤,雙滾筒采煤機(jī)直接落煤和裝煤。根據(jù)工作面的位置,選擇采煤機(jī)滾筒的旋轉(zhuǎn)方向,依據(jù)采區(qū)的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力確定工作面每天的推進(jìn)度為:選擇采煤機(jī)的滾筒截深為600mm,每天正規(guī)循環(huán)推進(jìn)十刀,每個(gè)循環(huán)0.6m,可滿(mǎn)足每天至少推進(jìn)3.65m的要求。根據(jù)煤層的實(shí)際情況,經(jīng)查采礦設(shè)計(jì)手冊(cè),選用合適采煤機(jī)。(2進(jìn)刀方式:為了合理利用工作時(shí)間,提高效率,采用往返兩刀割煤方式。采煤機(jī)自工作面下切口開(kāi)始上行割頂煤,放頂煤支架臨時(shí)支護(hù)頂板。放頂煤支架滯后采煤 A-上行割煤、推移刮板輸送機(jī);B -下行重復(fù)上行工序;割三角煤進(jìn)刀方式示意圖4、運(yùn)煤(1工作面采用可彎曲刮板輸送

17、機(jī)運(yùn)煤,運(yùn)輸平巷采用轉(zhuǎn)載機(jī)和膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤。 工作面可彎曲刮板輸送機(jī)型號(hào): SGZ-730/260;(2以設(shè)備選用配套原則為基礎(chǔ)并結(jié)合采煤工作面采煤能力具體情況,工作面采用YFS3000-19/28型放頂煤支架。BA(3移架方式:由于采用及時(shí)支護(hù)方式,而且工作面每天推進(jìn)6刀,故選擇順序移架方式進(jìn)行移架。順序移架方式移架速度快,能滿(mǎn)足采煤機(jī)快速牽引的需要,適用于頂板比較穩(wěn)定的高產(chǎn)工作面。 5、支護(hù)端頭支架:由于巷道寬4.5m ,而架寬為1.5m ,因此選3架,左右兩端共需6架。從采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)選用如下設(shè)備:端頭支架型號(hào):PDZ (掩護(hù)式校核支架的強(qiáng)度和高度 校核高度經(jīng)查采礦設(shè)計(jì)手冊(cè)得到:在實(shí)際使用

18、中,通常所選用的支架的最大結(jié)構(gòu)高度比最大采高大200mm 左右,即:m 0.2M H max max +=;最小結(jié)構(gòu)高度應(yīng)比最小的采高小250350mm ,即:m 0.355 (0.2-M H min min =。校核強(qiáng)度 由610-=g M K q 式中:q -支護(hù)強(qiáng)度,Mpa ;K -作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù),取6; M -采高,m ;-巖石密度,取 2.5×103Kg/m 3; g -取10N/Kg 。0.54Mpa 10101033.06q -63=由KN 10Q 3=F q式中:F -為支架支護(hù)面積,=KN=由 / Q P =式中:P -支架的工作阻力,KN ;Q-支

19、架的有效工作阻力,KN;-支架的支撐效率,取80%P=4482/0.8=<支架工作阻力6000 KN,滿(mǎn)足要求。5602.5KN(5.處理采空區(qū):采空區(qū)全部垮落。第二節(jié)工作面合理長(zhǎng)度的驗(yàn)證1、從煤層地質(zhì)條件考慮該采區(qū)可采煤層的地質(zhì)條件較好,無(wú)斷層,煤層傾角為8°,煤層厚5.05-5.30m,平均5.22m。頂板為砂質(zhì)泥巖或細(xì)砂巖,底板以砂質(zhì)泥巖,地面標(biāo)高+1210m1480m;煤層埋藏穩(wěn)定。根據(jù)采煤工藝布置170m的工作面比較合適。2、從工作面生產(chǎn)能力考慮工作面的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為60萬(wàn)t/a。正規(guī)循環(huán)每天進(jìn)六刀,采煤機(jī)滾筒截深為600mm,所以煤層的工作面實(shí)際年生產(chǎn)能力為:A0=

20、×L×m××K=55242×5.3×170×1.4×0.93=64.80萬(wàn)t/a能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的要求,一個(gè)工作面生產(chǎn)就能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的要求,并且考慮到其他各個(gè)方面對(duì)生產(chǎn)的影響,工作面的長(zhǎng)度確定的合理。3.從運(yùn)輸設(shè)備及管理水平角度考慮采區(qū)生產(chǎn)選用的設(shè)備均為國(guó)內(nèi)先進(jìn)的的生產(chǎn)設(shè)備,工作面選用的160米刮板輸送機(jī)能夠利用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的技術(shù),能夠與時(shí)俱進(jìn)的跟上技術(shù)的發(fā)展。由于現(xiàn)在提倡管理人員的知識(shí)化、年輕化,所以工作面長(zhǎng)度為170米在管理上可以的。4.從頂板管理及通風(fēng)能力考慮該采區(qū)的頂板較穩(wěn)定,工作面可以適當(dāng)?shù)募娱L(zhǎng),綜采工作面的長(zhǎng)度一般在15025 0m,所以選擇的工作面的長(zhǎng)度為170m較合適。另外,工作面的瓦斯涌出量較低,通風(fēng)問(wèn)題能夠解決。5.從巷道布置角度考慮由于采區(qū)傾斜長(zhǎng)度為1094m,除去煤柱寬及巷道寬125m,剩余969m,把每個(gè)工作面長(zhǎng)度定為170米,n=969/170=5.7 取n=6即分為6工作面。6. 經(jīng)濟(jì)合理的工作面工作面的長(zhǎng)度與地質(zhì)因素及技術(shù)因素的關(guān)系十分的密切,直接影響生產(chǎn)效率,所以根據(jù)條件,以高產(chǎn)量、高效率為原則選擇合理的工作面長(zhǎng)度。合理的工作面以生產(chǎn)成本低,經(jīng)濟(jì)效益高為目標(biāo)。盡量加快工作面的推進(jìn)速度,減少巷