采礦學(xué)課程設(shè)計(jì)

1、采礦工程系煤礦開采學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課程名稱：煤礦開采學(xué)姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：指導(dǎo)教師：TOC o 1-5 h z序論2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第一章采區(qū)巷道布置4第一節(jié).采區(qū)儲(chǔ)量與服務(wù)年限4第二節(jié)采區(qū)內(nèi)的再劃分5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)第四節(jié).采區(qū)中部甩車場(chǎng)線路設(shè)計(jì)11 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第二章.采煤工藝設(shè)計(jì)18第一節(jié).采煤工藝方式的確定18第二節(jié).工作面合理長(zhǎng)度的確定22第三節(jié).采煤工作面循環(huán)作業(yè)圖表的編制23小結(jié)25參考文獻(xiàn)26一、目的1、初步應(yīng)用采礦

2、學(xué)課程所學(xué)的知識(shí)，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)采礦學(xué)課程的理解。2、培養(yǎng)采礦工程專業(yè)學(xué)生的動(dòng)手能力，對(duì)編寫采礦技術(shù)文件，包括編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書及繪制設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行初步鍛煉。3、為畢業(yè)設(shè)計(jì)中編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書及繪制畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙打基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)題目1、設(shè)計(jì)題目的一般條件本采區(qū)南以F4斷層為界，北以相鄰采區(qū)煤柱為界，上部標(biāo)高-50m以上為風(fēng)化帶煤柱，下部邊界為水平煤柱。采區(qū)走向長(zhǎng)度2100m,傾斜平均長(zhǎng)度960m，傾角平均為12。采區(qū)共有兩層煤，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，為單斜構(gòu)造，無(wú)斷層和褶曲。采區(qū)內(nèi)無(wú)大的含水層和地下水，開采條件較好。運(yùn)輸和回風(fēng)石門標(biāo)高分別是-250m和-50m。采區(qū)生產(chǎn)能力自定。煤層特征本采區(qū)內(nèi)賦存

3、4，5號(hào)兩層煤，4號(hào)煤層和5號(hào)煤層均為中厚煤層。煤層埋藏穩(wěn)定，構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤質(zhì)中硬，自然發(fā)火期為3-12個(gè)月。煤巖爆炸指數(shù)為34-70。煤層瓦斯含量小，采區(qū)所屬礦井為低瓦斯礦井。煤層特征表序號(hào)煤厚（m）頂?shù)装鍘r性層間距（m）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LJU巖粉砂LJU巖24182012穩(wěn)定52.72.32.5粉砂LJU巖粉砂LJU巖12穩(wěn)定三、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容1、采區(qū)或帶區(qū)巷道布置設(shè)計(jì)；2、采區(qū)中部甩車場(chǎng)線路設(shè)計(jì)或帶區(qū)下部平車場(chǎng)(繞道線路和裝車站線路)線路設(shè)計(jì)；3、采煤工藝設(shè)計(jì)及編制循環(huán)圖表四、進(jìn)行方式學(xué)生按設(shè)計(jì)大綱要求，任選設(shè)計(jì)題目條件中的煤層傾角條件1或煤層傾角條

4、件2，綜合應(yīng)用采礦學(xué)所學(xué)知識(shí)，每個(gè)人獨(dú)立完成一份課程設(shè)計(jì)。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1、采區(qū)生產(chǎn)能力選定根據(jù)要求采區(qū)上部煤柱為10m下部煤柱留10m，故剩余傾斜長(zhǎng)度為：960-20=940mN=940/220+4*2=4.1取分4個(gè)區(qū)段采煤工藝選取綜合機(jī)械化采煤，工作面長(zhǎng)度取220m。采區(qū)生產(chǎn)能力A=LVMrC取第四層先生產(chǎn)000A=220*1200*2*1.3*0.95=65.265萬(wàn)噸/a02、采區(qū)的工業(yè)儲(chǔ)量、設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量采區(qū)的工業(yè)儲(chǔ)量Zg=HXLX(m4+m5)Xy(公式1-1)式中：Zg米區(qū)工業(yè)儲(chǔ)量，萬(wàn)t；H采區(qū)傾斜長(zhǎng)度，960m；L米區(qū)走向長(zhǎng)度，2100m；y煤的容重，

5、1.30t/m3；M4K1煤層煤的厚度，為2米；M5K3煤層煤的厚度，為2.50米；Zg=960*2100*1.3*(2+2.5)=1179.3萬(wàn)噸采區(qū)設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量(公式1-2)Zk=(ZgP)XC式中：Zk米區(qū)設(shè)計(jì)可米儲(chǔ)量，萬(wàn)t；Zg米區(qū)工業(yè)儲(chǔ)量，萬(wàn)t；P米區(qū)煤柱損失量，萬(wàn)t；C米區(qū)米出率，厚煤層可取75%，中厚煤層取80%，薄煤層85%(說(shuō)明：米區(qū)煤柱包括區(qū)段煤柱、米區(qū)上下邊界煤柱、米區(qū)兩側(cè)邊界煤柱及維護(hù)上山煤柱。由于K4、K5煤層都為中厚煤層，因此C值取0.8)PK4=2*20*3*940*1.3+15*2*940*1.3+2*30*940*1.3+2055*10*2*2*1.3=36.

6、3萬(wàn)噸PK5=2.5*20*3*940*1.3+15*2.5*940*1.3+2055*10*2*2.5*1.3+2.5*30*940*1.3=45.4P=PK4+PK5=36.3+45.4=81.7萬(wàn)噸ZK=(1179.3-81.7)*0.8=878萬(wàn)噸米區(qū)服務(wù)年限T=Zk/(AXK)(公式1-3)式中：T-采區(qū)服務(wù)年限，a;A米區(qū)生產(chǎn)能力，萬(wàn)t；ZK設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量，萬(wàn)t；K儲(chǔ)量備用系數(shù)，取1.3。T=878/65*1.3=10.3a取11年驗(yàn)算米區(qū)米出率米區(qū)米出率C=(Zg-P)/Zg(公式1-4)式中：C米區(qū)米出率，%Zg采區(qū)的工業(yè)儲(chǔ)量，萬(wàn)tP采區(qū)的煤柱損失量，萬(wàn)tC=(1179.3-81

7、.7)/1179.7=0.930.8(符合國(guó)家對(duì)米區(qū)米出率的要求。)第二節(jié)米區(qū)內(nèi)的再劃分1、確定工作面長(zhǎng)度以確定工作面長(zhǎng)度為220m2、確定采區(qū)內(nèi)區(qū)段數(shù)確定采區(qū)內(nèi)區(qū)段數(shù)為4段3、工作面生產(chǎn)能力工作面日生產(chǎn)能力：Qr=A/(TX1.1)(公式16)式中：Qr工作面生產(chǎn)能力，t/dA采區(qū)生產(chǎn)能力，t/aT每年正常工作日，300dQr=A/(TX1.1)=650000/(300X1.1)=1969.7t/d4、確定采區(qū)內(nèi)同采工作面數(shù)及工作面接替順序生產(chǎn)能力為65萬(wàn)t/a,且工作面生產(chǎn)能力為1969.7t/d。目前開采準(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)

8、產(chǎn)量，所以定為采區(qū)內(nèi)一個(gè)工作面生產(chǎn)。工作面布置(雙翼布置)圖如下圖所示：K4煤層K5煤層1401140215011502140314043303150414051406330515061407140815071508工作面接替順序：左右交替，左邊開采，右邊準(zhǔn)備；采區(qū)內(nèi)自上而下開采，先采完上區(qū)段，后開采下區(qū)段；煤層間自上而下開采，先采K4煤層后采K5煤層最終達(dá)到高產(chǎn)高效。工作面接替順序如下表所示：1401140214031404140514061407140815011502150315041505150615071508(說(shuō)明：以上箭頭指向表示工作面接替順序。)第三節(jié)確定采區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道布置及生

9、產(chǎn)系統(tǒng)1、根據(jù)所選題目條件，完善開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，-50標(biāo)高開掘一條階段回風(fēng)大巷。第一開采水平為該采區(qū)服務(wù)的一條運(yùn)輸大巷，布置在-250標(biāo)高處2、確定巷道布置系統(tǒng)及采區(qū)布置方案分析比較按采區(qū)上山數(shù)目、位置的不同提出兩個(gè)方案：方案一：在K煤層中開掘一條軌道上山，在距K煤層1Om處的底板巖層中44開掘一條運(yùn)輸上山，即一煤一巖上山，如下圖所示方案二：在K煤層中開掘兩條上山(軌道上山與運(yùn)輸上山)，即雙煤上山，4如下圖所示兩種方案在經(jīng)濟(jì)上比較工程量表：序號(hào)工程名稱單位數(shù)量工程量計(jì)算式1軌道上山巷道寬4m1.5=自巷道底板算起的

10、墻高2掘進(jìn)=960m100m3117.50411750.412.24*960=11750.43半圓拱斷面積12.24S=4*(0.39*4+1.5)=12.244樹脂藥卷錨桿架設(shè)20*2000mm100根146.88(12.24*960/0.8)/1005樹脂錨桿制作20*2000mm100根149.81(12.24*960/0.8)*1.02/1006噴射混凝土墻100m34.322*1.5*0.15*960/1007噴射混凝土100m39.3821.57(4+0.15)*0.15*960/100拱8鋼筋網(wǎng)制作鋪設(shè)t56.92(1.57*4+2*1.5)*960*6.39/1000(6.39

11、KG/m2)費(fèi)用表：工程名稱數(shù)量工程量煤絎單價(jià)巖巷單價(jià)煤巷費(fèi)用M-r卄.i=H=rm巖巷費(fèi)用掘進(jìn)=960m117.50411750.450061239958.82145.68半圓拱斷面積12.24樹脂藥卷錨桿架設(shè)20*2000mm146.882869286942.1442.14樹脂錨桿制作20*2000mm149.814230423063.3663.36噴射混凝土墻4.32611716117126,4226.42噴射混凝土拱9.382704467044667.0367.03鋼筋網(wǎng)制作鋪設(shè)56.922540254014.4514.45比較、，J?萬(wàn)案一萬(wàn)案一544.44601100%110.8%

12、（說(shuō)明：由于其它各項(xiàng)費(fèi)用基本相同，所以不進(jìn)行比較。）可得出雙煤上山的費(fèi)用是一煤一巖上山的1.10倍，在費(fèi)用上多出10%，即一煤一巖上山在經(jīng)濟(jì)上比較占優(yōu)勢(shì)。（2）兩種方案在技術(shù)上比較采區(qū)方案技術(shù)比較表方案項(xiàng)目第一方案一煤一巖上山方案第二萬(wàn)案雙煤上山方案1、掘講工程量工程量大比第二力案多掘石門工稈量小2、工程難度困難較容易3、通風(fēng)距離較長(zhǎng)每區(qū)段增加了通風(fēng)距離短4、管理環(huán)節(jié)多少5、巷道維護(hù)一條煤層上山，維護(hù)工程量較大，費(fèi)用較高維護(hù)工程量大，維護(hù)費(fèi)用咼7、工程期巖石上山掘進(jìn)速度慢，工程期較長(zhǎng)雙煤上山掘進(jìn)快，投產(chǎn)快當(dāng)采用雙煤上山布置時(shí)，由于最下部的K4煤層為維護(hù)條件較好的中厚煤層，煤質(zhì)中硬，且頂部為穩(wěn)定

13、的灰色粉砂巖，所以上山布置在K4煤層中，維護(hù)相對(duì)容易，且上山掘進(jìn)速度快，可實(shí)現(xiàn)早投產(chǎn)。如果采用一煤一巖上山布置，雖運(yùn)輸上山為巖巷，較容易維護(hù)，但其掘進(jìn)速度慢，不利于早投產(chǎn)，且工作量大。而且兩個(gè)方案的總費(fèi)用相差不大。綜合經(jīng)濟(jì)和技術(shù)比較，最終決定將采區(qū)上山布置在K4煤層中，即采用雙煤上山，兩條上山間距為20m,上山兩側(cè)各留20m的保護(hù)煤柱。3、確定工作面回采巷道布置方式及工作面推進(jìn)終點(diǎn)位置根據(jù)煤層儲(chǔ)存條件可知，K4煤層厚2m,K5煤層厚2.5m，都為中厚煤層，瓦斯含量較低，自然發(fā)火傾向較弱，涌水量也較小，易于維護(hù)。工作面走向推進(jìn)長(zhǎng)度為993m左右，采用單巷布置，且一個(gè)工作面就可以達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的

14、要求。綜合考慮，回采巷道布置方式采用單巷沿空掘巷。4、在采區(qū)巷道布置平面內(nèi)，工作面布置及推進(jìn)到的位置應(yīng)以達(dá)到采區(qū)設(shè)計(jì)產(chǎn)量為準(zhǔn)該采區(qū)采用雙翼開采，在采區(qū)兩側(cè)各留15m煤柱，因左側(cè)有大斷層故多留15m煤柱，開始布置工作面，進(jìn)行推進(jìn)。由于采區(qū)上山布置在K4煤層中，在離上山20m處停采，留20m煤柱保護(hù)采區(qū)上山，兩條上山中間留20m的保護(hù)煤柱。K1、K3煤層相距20m左右，由于相距較近，因此兩層煤所留煤柱相同，工作面布置及推進(jìn)到的位置也一樣。5、采區(qū)內(nèi)上、下區(qū)段工作面交替期間同時(shí)生產(chǎn)時(shí)的通風(fēng)系統(tǒng)圖采區(qū)內(nèi)上下區(qū)段工作面交替期間同時(shí)生產(chǎn)時(shí)的通風(fēng)系統(tǒng)圖如下圖所示6、采區(qū)上、下部車場(chǎng)選型采區(qū)上部車場(chǎng)選用單向甩

15、車場(chǎng)；采區(qū)下部車場(chǎng)選用大巷裝車頂板繞道式下部車場(chǎng)。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、選第一個(gè)煤層，即K4煤層，進(jìn)行采煤工藝設(shè)計(jì)，布置采煤工作面由于K4煤層厚2m,煤質(zhì)中硬，因此采用綜合機(jī)械化采煤，一次采全高。工作面回采工藝流程為：采煤機(jī)向上割煤、移架f采煤機(jī)向下裝煤f推移刮板輸送機(jī)f斜切進(jìn)刀f推移刮板輸送機(jī)。2、綜采工作面的設(shè)備選用國(guó)產(chǎn)設(shè)備。由于設(shè)備資料來(lái)源的原因，選用國(guó)產(chǎn)綜采設(shè)備。各設(shè)備技術(shù)參數(shù)采煤機(jī)MG300AW(雞西煤機(jī)廠)米咼1.53.0m適應(yīng)傾角35截深630mm滾筒直徑1.6m控頂距1500mm牽引方式交流變頻調(diào)速無(wú)鏈雙驅(qū)動(dòng)電牽引牽引力360kN牽引速度0-6m/min

16、滾筒中心距8934mm機(jī)面咼度1200mm液壓支架J4*457-1.64/3.5(重慶慶陽(yáng)機(jī)械廠)型式支撐掩護(hù)式支撐高度1643.5m寬度1.421.59m煤層厚度中厚煤層初撐力3721KN工作阻力4479kN支架中心距1500mm支護(hù)強(qiáng)度0.83Mpa適應(yīng)煤層傾角18泵站工作壓力30Mpa工作面刮板輸送機(jī)SGZ800/1050(張家口煤機(jī)廠)出廠長(zhǎng)度220m運(yùn)輸能力500t/h鏈速1.07m中部槽規(guī)格1500X764X222mm刮板鏈型式中雙鏈與米煤機(jī)配套牽引方式無(wú)鏈破碎機(jī)PEM1000*650(張家口煤機(jī)廠)破碎能力600t/h膠帶輸送機(jī)S-100/260(西北煤機(jī)廠)輸送長(zhǎng)度1000m輸

17、送量700t/h帶速2.5m/s(6)端頭(7)高450支架：PDZ壓開關(guān)柜1140YKBZ(8)轉(zhuǎn)載機(jī):SZB-730/75(張家口煤機(jī)廠)輸送長(zhǎng)度25m輸送量630t/h帶速2.5m/s（9）液壓泵站：XRBZB80/353、采煤與裝煤（1）確定采煤工公稱壓力35mpa藝、截深及日進(jìn)刀數(shù)采用綜合機(jī)械化采煤，采煤機(jī)落煤和裝煤。依據(jù)選取的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力確定工作面每天的推進(jìn)度為：V=QrLM和C（公式21）式中：V采煤工作面每天的推進(jìn)度，m/dQr采煤工作面日生產(chǎn)能力，t/dL采煤工作面的長(zhǎng)度，mM采煤工作面的采高（取K煤層厚度2m）4Y煤的容重，t/m3C工作面的采出率（由于K煤層為中厚煤層，因

18、此C值取0.95）3貝V：V=1969.7/220*2*1.3*0.95=3.62m/d因選用的采煤機(jī)截深為630mm，若每日推進(jìn)八刀，共推進(jìn)0.63X8=4.8m,可滿足每天至少推進(jìn)3.62m的要求。（2）確定進(jìn)刀方式為了合理利用工作時(shí)間，提高工作效率，采用割三角煤工作面端部斜切進(jìn)刀方式，并采用及時(shí)支護(hù)。進(jìn)刀深度063m。采煤機(jī)進(jìn)刀示意圖如圖所示，進(jìn)刀過(guò)程如下：a、當(dāng)采煤機(jī)割至工作面端頭時(shí)，其后的輸送機(jī)槽已移近煤壁，采煤機(jī)機(jī)身處沿留有一段下部煤（如圖a所示）；b、調(diào)換滾位置，前滾筒降下、后滾筒升起、并沿輸送機(jī)彎曲段返向割入煤壁，直至輸送機(jī)直線段為止。然后將輸送機(jī)移直（如圖b所示）；c、再調(diào)換

19、兩個(gè)滾筒上、下位置，重新返回割煤至輸送機(jī)機(jī)頭處（如圖c所示）；d、將三角煤割掉，煤壁割直后，再次調(diào)換上、下滾筒，返程正常割煤(如圖d所示)4、運(yùn)煤(1)支架選型采用液壓支架支護(hù)，選擇工作面支架的型號(hào)為：FJ4*457-1.64/3.5,為支撐掩護(hù)式支架。移架方式由于K4煤層上方有20m左右的粉砂巖，所以選用依次順序移架方式。依次順序移架方式:采煤機(jī)割煤后依次順序逐架前移。這種方式操作簡(jiǎn)單，容易保證支護(hù)質(zhì)量。支護(hù)方式由于K4煤層煤質(zhì)中硬，為防止片幫和冒頂，所以選用及時(shí)支護(hù)方式，選用町4*457-1.64/3.5支撐掩護(hù)式支架。工作面支架需要量工作面支架的需要量L卩=e(公式22)式中：口一一工作

20、面支架數(shù)目(取整數(shù))L工作面長(zhǎng)度，me架中心間距(FJ4*457-1.64/3.5型支架e值取1.5m)口二220/1.5取口=146端頭支架由于巷道寬度為4m，選用寬度為2m型號(hào)為PDZ的端頭支架兩臺(tái)架，即兩端共有4架。超前支護(hù)方式和距離超前支護(hù)方式采用單體支柱和金屬鉸接頂梁支護(hù)。由于壓力峰值點(diǎn)距煤壁前方10m左右，所以超前支護(hù)距離選25m。校核支架高度與強(qiáng)度在實(shí)際使用中，通常所選用的支架的最大結(jié)構(gòu)高度比最大采煤高度大200mm左右，即：Hmax=Mmax0.2，ml=3.5-2.70.2m，滿足要求；最小結(jié)構(gòu)高度應(yīng)比最小采煤高度小250350mm，即：Hmin二Mmin(0.250.35)

21、,m2=1.85-1.620.250.35m，滿足要求；強(qiáng)度校驗(yàn)：P=(68)X9.8XSXYXMXcosa(公式23)式中：S支架支護(hù)的頂板面積，m2Y頂板巖石密度，t/m3M采高，ma煤層傾角，P=8X9.8X5.678X1.42X1.3X2.5Xcos12=1675KN4000KN經(jīng)校核，支架高度與強(qiáng)度均符合要求。5、處理采空區(qū)采用全部垮落法。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)內(nèi)兩個(gè)煤層的地質(zhì)條件較好，無(wú)斷層，煤層傾角為12，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220米的工作面比較合適。2從工作面生產(chǎn)能力考慮工作面的設(shè)計(jì)生

22、產(chǎn)能力為65萬(wàn)噸/年。正規(guī)循環(huán)每天進(jìn)八刀，采煤機(jī)滾筒截深為630mm，所以K煤層的工作面實(shí)際年生產(chǎn)能力為：4300X0.63X8X2X220X1.3X0.95=82.1（萬(wàn)噸）能夠滿足設(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220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200米左右在管理上是毫無(wú)問題的。4從頂板管理及通風(fēng)能力考慮該采區(qū)的頂板穩(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180250m,所以選擇的工作面的長(zhǎng)度為220米較合適。另