采礦課程設計

1、采礦學課程設計一、目的1、 初步應用采煤學課程所學的知識，通過課程設計加深對采煤學課程的理解。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。設計題目 某礦第一開采水平上山階段某采區(qū)自下而上開采k1、k2和k3煤層，煤層厚度、間距及頂?shù)装鎺r性見綜合柱狀圖。該采區(qū)走向長度3000m，傾斜長度1100m，采區(qū)內(nèi)各煤層埋藏平穩(wěn)，地質(zhì)構(gòu)造簡單，無斷層，煤層傾角為16度。k1煤層屬簡單結(jié)構(gòu)煤層，硬度系數(shù)f=2,k2和k3屬于中硬煤層,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。

2、設計礦井的地面標高為+30 m 煤層露頭為-30m.第一開采水平為該采區(qū)服務的一條運輸大巷布置在k3煤層下方25 m的穩(wěn)定巖層中,為滿足生產(chǎn)系統(tǒng)所需的其余開拓巷道可根據(jù)采煤方法的不同中由同學自行決定.附表1：設計采區(qū)綜合柱狀圖柱 狀厚度（m）巖 性 描 述 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6.90K1煤層，=1.30t/m34.20灰色砂質(zhì)泥巖，細砂巖互層，堅硬-7.80灰色砂質(zhì)泥巖3.0K2煤層,=1.30t/m3-4.60薄層泥質(zhì)細砂巖，穩(wěn)定3.20灰色細砂巖，中硬、穩(wěn)定2.2K3煤層，煤質(zhì)中硬，=1.30t/m3。3.50灰白色粗

3、砂巖、堅硬、抗壓強度6080Mps。24.68灰色中、細砂巖互層第一章 采區(qū)巷道布置 第一節(jié) 采區(qū)儲量與服務年限 1、采區(qū)的生產(chǎn)能力采區(qū)生產(chǎn)能力選定為120萬t/a 2、計算采區(qū)的工業(yè)儲量、設計可采儲量1.采區(qū)工業(yè)儲量由公式Zg=H*S*(m1+m3)*r (公式1-1) 式中 Zg- 采區(qū)工業(yè)儲量，萬t H- 采區(qū)傾斜長度，1100m S- 采區(qū)走向長度，3000m r- 煤的容重 ，1.30t/m3 mi- 第i層煤的厚度，6.9+3.0+2.2=12.1m Zg=1100*3000*12.1*1.3 =5190.9(萬t)2.設計可采儲量 設計可采儲量 Zk=（Zg-p）*C (公式1-

4、2) 式中：Zk- 設計可采儲量, 萬t Zg- 工業(yè)儲量 ，萬t p- 永久煤柱損失，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%。 說明：p可取其為工業(yè)儲量的10%來計算，即p=10%*Zg Zk=（5190.9-5190.9*10）*80=3737.448萬t3.采區(qū)服務年限 由 T= Zk/（A*k） (公式1-3) 式中： T 采區(qū)服務年限，a; A 采區(qū)生產(chǎn)能力，120萬t； Zk 設計可采儲量，3737.448萬t K 儲量備用系數(shù)，取1.4 T=3737.448 /(120*1.4) = 22.25 a4. 驗算采區(qū)采出率a. 對于k1中厚煤層： C

5、=(Zg1-p1)/Zg1 (公式1-4) C 采區(qū)采出率，% ； Zg1 k1煤層的工業(yè)儲量，萬t ；p1 k1煤層的永久煤柱損失，萬t ； 說明：采區(qū)上邊界保護煤柱取30m，下邊界保護煤柱取35m，停采煤柱取20m，區(qū)段煤柱15m. Zg1=3000*1100*6.9*1.3=2960.1萬t p1=3000*(30+35+4*15)*1.3*6.9+(1100-30-35-4*15)*(15+15+20+20+20+5+5)*1.3*6.9=423.8325萬tC=(Zg1-p1)/Zg1=（2960.1-423.8325）/2960.1=85%75% 滿足要求b. 對于K2中厚煤層：C

6、=(Zg2-p2)/Zg2 (公式1-5) C 采區(qū)采出率，% ； Zg2 k2煤層的工業(yè)儲量，萬t ； P2 k2煤層的永久煤柱損失，萬t ；說明： K2煤層與K1煤層相同。Zg2=3000*1100*3*1.3=1287萬tP2=3000*(30+35+4*15)*1.3*3+(1100-30-35-4*15)*(15+15+20+20+20+5+5)*1.3*3=184.275萬tC=(Zg3-p3)/Zg3=（1287-184.275）/1287=86% 80% 滿足要求c. 對于K3中厚煤層：C=(Zg2-p2)/Zg2 (公式1-5) C 采區(qū)采出率，% ； Zg3 k3煤層的工業(yè)

7、儲量，萬t ； P3 k3煤層的永久煤柱損失，萬t ；說明： K3煤層的保護上山煤柱一側(cè)取30米，其余與K1煤層相同。 Zg3=3000*1100*2.2*1.3=943.8萬tP3=3000*(30+35+4*15)*1.3*2.2+(1100-30-35-4*15)*(15+15+20+20+20+5+5)*1.3*2.2=141.57萬tC=(Zg3-p3)/Zg3=（943.8-141.57）/943.8=86.6% 80% 滿足要求第二節(jié) 采區(qū)內(nèi)的再劃分1. 確定工作面長 由已知條件知：該煤層傾向共有：1100m的長度。且采煤工藝選取的是較先進的綜采，一次采全高放頂煤法，由采煤學所學

8、知識得知，綜放工作面長度一般為160m以上，巷道寬度為4m5m,本題目選取5m，且采區(qū)生產(chǎn)能力為120萬t/a，一個中厚煤層的一個區(qū)段便可以滿足生產(chǎn)要求，最終選定5個區(qū)段，區(qū)段煤柱選為15m,故工作面長度為： L=（1100-30-35-4*15）/5-5*2=185(m)2. 確定工作面生產(chǎn)能力采區(qū)生產(chǎn)能力的基礎是采煤工作面的生產(chǎn)能力，采煤工作面的生產(chǎn)能力取決于煤層厚度、工作面長度和推進度。一個采煤工作面的生產(chǎn)能力可由下式計算： A0= L采*V0* m* C (公式1-5) 式中：A0 工作面生產(chǎn)能力，萬t/a ; L采 工作面長度；m， V0 工作面推進度.綜采面年推進度可達100020

9、00m，取1080m。煤容重，t/m3C工作面采出率，一般為0.930.97，對于中厚煤層取0.95 A0= L采*V0* m* C=185*1080*（3.0+2.2）*1.3*0.95=128.3萬t3確定采區(qū)內(nèi)工作面數(shù)目及接替順序由于采區(qū)生產(chǎn)能力為120萬t/a,且工作面生產(chǎn)能力為128.3萬t,對于K1煤層布置一個工作面便可滿足生產(chǎn)要求（由于所選采煤機截深為600mm，一天共進6刀，故工作面生產(chǎn)能力為：0.6*6*120*6.9*1.3*0.95*300=145萬t），而對于K2，K3煤層可采取兩個工作面同時回采，以滿足生產(chǎn)要求。其具體回采順序如：表1.1所示： 表1.1 回采順序表1

10、01021010110202102011030210301101041010310204102031030410303101061010510206102051030610305101081010710208102071030810307101101010910210102091031010309101121011110212102111031210311k1 煤層K2 煤層K3 煤層對于k1 煤層，其厚度為6.9m,布置一個綜放工作面便可以滿足生產(chǎn)要求。對于3.0m的K2煤層和2.2m的K3煤層采取兩個工作面同時生產(chǎn)，以滿足生產(chǎn)要求。K1煤層開采順序：10102101011010410103

11、1010610105101081010710110101091011210111K2煤層開采順序：（10201，10203）（10202，10204）（10205，10207）（10206，10208）（10209，10210）（10211，10212）K3煤層開采順序：（10301，10303）（10302，10304）（10305，10307）（10306，10308）（10309，10310）（10311，10312）說明：以上箭頭表示方向為工作面推進順序，括號內(nèi)為同采工作面。第三節(jié) 確定采區(qū)準備巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng) 1確定采區(qū)內(nèi)準備巷道布置 根據(jù)題目所選條件，完善采區(qū)所需的開拓巷道及準備

12、巷道。還需兩條上山。2布置上山數(shù)目、位置及進行方案關于技術經(jīng)濟比較：方案一 一煤一巖上山布置，運輸上山布置在k3煤層底板下10 m處，軌道上山布置在煤層中。方案二 兩條煤層上山布置，兩條上山均布置在k3煤層中方案三 兩條巖石上山布置，兩條上山均布置在k3煤層底板下方10m處3.可行性方案選擇（1.）技術因素比較綜觀以上三種方案，由于雙煤上山服務年限較長，巷道維護困難，因此否決方案二。（2.）經(jīng)濟因素比較（2.1）運輸上山掘進費用：兩方案相同（2.2）軌道上山掘進費用：方案一：1100*1284*1.2=169.488萬元方案三：1100*1578*1.2=208.296萬元（2.3）上山聯(lián)絡巷

13、掘進費用：方案一：0方案三：1.2*4*1152*20=11.0592萬元（2.4）采區(qū)上部車場掘進費用：兩方案相同（2.5 ）采區(qū)絞車房掘進費用：兩方案相同（2.6）運輸上山維護費用：兩方案相同（2.7）軌道上山維護費用：方案一 1100*90*1.2*22.25=264.33萬元方案三 1100*40*1.2*22.25=117.48萬元（2.8）上山聯(lián)絡巷維護費用：方案一 0方案三 1.2*4*20*80*22.25=17.088萬元（2.9）運輸上山運輸費用：兩方案相同（2.10）軌道上山運輸費用：兩方案相同（2.11）井巷輔助費用：方案一：0方案二：1.2*20*4*23*951=2

14、09.9萬元各方案總計費用（相同工程項目除外）：方案一433.818萬元方案三 563.8232萬元 從如上的經(jīng)濟比較中，可以看出一煤一巖上山所需的總費用要比雙巖上山所需的總費用要少，因此在經(jīng)濟上更加合理，沿煤層掘進具有超前探煤作用。同時我國的煤巷支護技術也有了很大的提高，尤其是錨噴支護技術，完全可以滿足煤層上山的需要。綜合考慮以上因素，可采用在K3煤層中布置軌道上山，在K3煤層下方10m處布置運輸上山。即：選中一煤一巖上山方式布置生產(chǎn)系統(tǒng)。3 確定工作面回采巷道布置方式.K1煤層為厚煤層，單獨開采時，可滿足生產(chǎn)要求，故先開采K1煤層，K1煤層采完后，接著采K2，K3煤層?？紤]到K1煤層生產(chǎn)能

15、力較大，礦井年產(chǎn)120萬噸，且礦井瓦斯涌岀量較低，選用雙巷掘進。 4在采區(qū)巷道布置平面圖內(nèi)，工作面布置及推進的位置應以達到采區(qū)設計產(chǎn)量為準。由于k1，k2，k3煤層采取聯(lián)合布置的開采方式，且?guī)r體較穩(wěn)定，煤層上山易維護，故在k1煤層兩側(cè)各留15m邊界煤柱，在上山附近留20m的停采煤柱。煤層適合綜采一次采全高放頂煤。k2，k3煤層一次采全高。5K1煤層上、下區(qū)段交替期間同時生產(chǎn)的通風系統(tǒng)如圖1.1圖1.1 通風系統(tǒng)圖(見下頁)6采區(qū)上、中、下部車場選型采區(qū)上部車場選用單道順向平車場；采區(qū)下部車場選用大巷裝車頂板繞道式，由于煤層傾角為16。，而且頂?shù)装鍑鷰r穩(wěn)定，所以選用該形式的車場。 采區(qū)中部車場該

16、采區(qū)開采近距離煤層群，軌道上山布置在底板巖石中，傾角為16，向區(qū)段石門甩車。軌道上山和石門內(nèi)均鋪設600mm軌距的線路，軌形為15kg/m，采用1.5t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高低道。斜面線路布置采用二次回轉(zhuǎn)方式。 第二章 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k1煤層為對象設置采煤工藝。且k1煤層厚度為6.9m，屬于中硬煤層，故可用綜合機械化采煤一次采全高放頂煤工藝。2.選用國產(chǎn)設備經(jīng)查采礦設計手冊得知：根據(jù)煤層的實際情況，選用MG300-W采煤機，參數(shù)如下： 采高 2.03.7m 適應煤層硬度 f=13 煤層傾角 35 截深 630mm 滾

17、筒直徑 2.0 m 牽引式 無鏈 牽引力 400KN 牽引速度 06 m/min 滾筒中心距 8390 mm 機身高度 1600 mm 臥底量335mm 該滾筒采煤機由雞西煤機廠制造。2. 采煤與裝煤落煤方式：采用雙滾筒采煤機直接落煤。進刀方式： 斜切進刀，雙向割煤。采放比：由經(jīng)驗可知，采放比在1：13之間為合理，故取采3m放3.9m。采放比為：1：1.3。截深：采煤機截深選為630mm。上下缺口長度：2025m。放煤步距：由于頂煤厚度較大，則放煤步距采用兩采一放。放煤方式：單輪、間隔、多口放煤。（實踐證明：該方式丟煤少，混矸少，又易于實現(xiàn)高產(chǎn)高效，故采用。）3. 運煤運煤選用SGZ764/5

18、00型可彎曲刮板輸送機。SGZ764/500型可彎曲刮板輸送機技術特征表：型號SGZ764/500型規(guī)格性能運輸能力t/h1100設備高度m200傳送速度m/s1.21刮板鏈型式雙鏈規(guī)格30*108t破斷負荷kn1107間距mm1080偶合器型號介質(zhì)減速器速比1：308L布置方式平布電動機型號KBYD680/250功率2*250*125電壓v11404、 支護與處理采空區(qū)k1煤層厚度6.9m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，因此為減少煤柱損失，采用綜放回采工藝。為提高煤的冒放性和采出率，減少煤層，并考慮到礦壓和煤層傾角較大時的支架穩(wěn)定性，放頂煤支架選擇低位雙輸送機ZFS400015/32L型，其技術特征如下表：

19、分類型號初撐力KN支護強度Mpa拉架力KN外型長m重量t放煤方式低位雙輸ZFS400015/32L36940.7286515.9插板式無脊背5、架中心距：1.5m6、移架方式有依次順序、分組交錯和成組整體順序式三種。且由于分組交錯式，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(chǎn)工作面。故選用分組交錯式。7支護方式 由于k1煤層f = 2，為防止片幫和冒頂，因此選用及時支護。8端頭支架 經(jīng)查采礦設計手冊得到：BY540-13.5/33.5端頭支架（掩護式），支架參數(shù)如下： 支撐高度 1.333.35 工作阻力 5400KN 初撐力 2922 KN 支護強度 0.66 Mpa

20、該支架由北京煤機廠制造。9超前支護方式和距離由于采用綜放開采，支撐壓力分布范圍大，峰值點距煤壁前方 5-15m,分布范圍10-30m，所以超前支護的距離為25m。 選用單體支柱和金屬鉸接頂梁支護。鉸接頂梁的長度為1200mm。 10計算工作面的支架需求量 N = L * E 式中： N 工作面支架數(shù)目，取整數(shù)； L 工作面長度，m； E 架中心距； N = 185/1.5 = 123（架） 端頭支架：由于巷道寬度為5m，而架寬為1.42 m，因此選3架，即，兩端共有6架。 11處理采空區(qū) 一般采用全部跨落法處理。 第二節(jié) 工作面合理長度的驗證1煤層地質(zhì)條件該采區(qū)內(nèi)的兩層可采煤層的地質(zhì)條件對于布

21、置高產(chǎn)高效工作面非常有利。煤層厚度適中，傾角不大且頂?shù)装宸€(wěn)定，無明顯影響生產(chǎn)的地質(zhì)構(gòu)造，瓦斯涌出量較低，自然發(fā)火傾向較弱，涌水量也較小，便于布置較長的工作面進行回采。2. 工作面生產(chǎn)能力 工作面的設計生產(chǎn)能力為：A0= L采*V0* m* C=128.3萬t。 K1煤層的實際生產(chǎn)能力為：A1=L*E*N*r*M=137.8萬t A1與 A0的差值在允許的范圍內(nèi)，可以達到生產(chǎn)要求，工作面的長度確定的合理。3. 運輸設備及管理水平采區(qū)生產(chǎn)選用的設備均為國內(nèi)先進的的生產(chǎn)設備，能滿足工作面的長度、產(chǎn)量和進度的要求，管理較高，有利于生產(chǎn)。4.頂板管理及通風能力該采區(qū)的頂板較穩(wěn)定，工作面可以適當?shù)募娱L，綜放工作面的長度一般在160以上，所以選擇的工作面的長度合適。另外，工作面長度與通風無直接的關系，但對于瓦斯涌處量較低的K1、K2、K3煤層，工作面的風速可以適當?shù)臏p小，通風能力可以降低一些。5.巷道布置由于K1