《煤礦開采學(xué)》課程設(shè)計實例.doc

武漢理工大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院采礦工程專業(yè)哪哈溝煤礦開采設(shè)計 課程名稱：煤礦開采設(shè)計 姓 名：賀一明 學(xué) 號：200801111234 班 級：采礦工程 指導(dǎo)教師：孫 強2011年4月目 錄緒 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(wù)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(shè)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) 采煤工作面循環(huán)作業(yè)圖表的編制 16小 結(jié)18緒論一、課程設(shè)計的性質(zhì)、目的和任務(wù)（一）課程設(shè)計的性質(zhì) 煤礦開采是安全工程專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)理論課程。安全工程課程設(shè)計是在高年級學(xué)生學(xué)完煤礦開采課程后的一次集中式的綜合設(shè)計，是一次重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。（二）設(shè)計的目的和任務(wù)1.初步應(yīng)用煤礦開采課程所學(xué)的知識，通過課程設(shè)計，加深對煤礦開采學(xué)課程的理解。2.培養(yǎng)安全工程專業(yè)學(xué)生動手能力，對編寫采礦技術(shù)文件，包括編寫設(shè)計說明書及繪制設(shè)計圖紙進行初步鍛煉。3.為畢業(yè)設(shè)計中編寫畢業(yè)設(shè)計說明書及繪制畢業(yè)設(shè)計圖紙打基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計的主要內(nèi)容（一）設(shè)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(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(shè)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(wù)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(shè)計者自行決定。（二）設(shè)計題目的煤層傾角條件1.煤層平均傾角為12。2.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.8.20灰色細砂巖，中硬，穩(wěn)定1.50K3煤層，煤質(zhì)中硬，=1.30t/m。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)巷道布置第1節(jié) 采區(qū)儲量與服務(wù)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(shè)計可采儲量1.采區(qū)的工業(yè)儲量 式中： 采區(qū)工業(yè)儲量，萬t； 采區(qū)傾斜長度，1100m； 采區(qū)走向長度，3000m； 煤的厚度，M=1.5m 煤的容重，1.30t/m；Z=110030001.501.3=943.8萬t2.設(shè)計可采儲量 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=3000302+(1100-302)(202+60)1.501.3=55.38萬t萬t 3.采區(qū)服務(wù)年限 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=22年 4.驗算采區(qū)回采率 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: 則、均滿足采區(qū)回采要求。第二節(jié) 采區(qū)或帶區(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，且采煤工藝選取的是較先進的綜采。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： 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； =1100-225-5(n-1)-4.52n/n(180,250) 則3.96n5.39，取n=5，則=195m。二、確定工作面生產(chǎn)能力 Qr = A/(T1.1)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/（T1.1） =120/(3301.1) = 3305.79t三、確定工作面數(shù)目 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K3煤層：3101停采線60m310231033104310531063107310831093110K3煤層工作面接替順序：3101310231033104310531063107310831093110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)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(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(shù)經(jīng)濟比較： 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)157811002416.61578128411001100208.3169.49聯(lián)絡(luò)巷(m)115220411.06115220411.06合計427.66388.85 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)401100222232.324090110022110022116.16261.36聯(lián)絡(luò)巷(m)802042216.90802042216.90合計249.22394.42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)401100222232.324090110022110022116.16261.36聯(lián)絡(luò)巷(m)802042216.90802042216.90合計249.22394.42費用匯總表 總費用方案方案一方案二掘進(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(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)的護巷煤柱處。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。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(shè)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(zhuǎn)方式，雙道起坡。第二章 采煤工藝設(shè)計第一節(jié) 采煤工藝方式的確定一、選取煤層為對象，進行采煤工藝設(shè)計。由于煤層厚度為6.9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 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:m 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：(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(shè)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0.62=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。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 290kw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液壓支架參數(shù)型號ZFS4400/16/28中心距1500mm型式支撐掩護式外形尺寸447014301600mm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=kh110-2 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=62.32.510-2 =0.36Mpa由于 0.345Mpa0.5 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： N1=4.52/1.5=6 架即需要6架端頭支架。工作面所需支架數(shù)量為： N2=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)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。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(fēng)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，采用全部垮落發(fā)處理采空區(qū)，如長距離頂板不垮落，可采用人工強制放頂?shù)姆椒ㄌ幚眄敯鍐栴}。另外，工作面的瓦斯涌出量較低，通風(fēng)問題能夠解決。五、經(jīng)濟合理的工作面長度 工作面的合理長度與地質(zhì)因素和技術(shù)因素的關(guān)系十分密切，直接影響工作面的生產(chǎn)效率，現(xiàn)在煤礦都向 “一礦一井一面”的高產(chǎn)高效集中化方向發(fā)展，一個工作面就可滿足采區(qū)，甚至是一個礦井的設(shè)計生產(chǎn)能力需要。合理的工作面長度不僅生產(chǎn)成本低，而且易管理，可以加快工作面的推進速度，減少巷道的維護時間，降低回采成本，以達到最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟效益。第三節(jié) 采煤工作面循環(huán)作業(yè)圖表的編制一、工作面布置層面圖(見圖紙)、循環(huán)作業(yè)圖表二、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111144轉(zhuǎn)載機司機111145膠帶機