采礦學(xué)課程設(shè)計

1、采礦工程系煤礦開采學(xué)課程設(shè)計說明書課程名稱：煤礦開采學(xué)姓名：學(xué)號：班級：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)準備巷道布置及生產(chǎn)系統(tǒng)第四節(jié).采區(qū)中部甩車場線路設(shè)計11 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第二章.采煤工藝設(shè)計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26一、目的1、初步應(yīng)用采礦

2、學(xué)課程所學(xué)的知識，通過課程設(shè)計，加深對采礦學(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、設(shè)計題目1、設(shè)計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)走向長度2100m,傾斜平均長度960m，傾角平均為12。采區(qū)共有兩層煤，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡單，為單斜構(gòu)造，無斷層和褶曲。采區(qū)內(nèi)無大的含水層和地下水，開采條件較好。運輸和回風(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號兩層煤，4號煤層和5號煤層均為中厚煤層。煤層埋藏穩(wěn)定，構(gòu)造簡單，煤質(zhì)中硬，自然發(fā)火期為3-12個月。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)計內(nèi)容1、采區(qū)或帶區(qū)巷道布置設(shè)計；2、采區(qū)中部甩車場線路設(shè)計或帶區(qū)下部平車場(繞道線路和裝車站線路)線路設(shè)計；3、采煤工藝設(shè)計及編制循環(huán)圖表四、進行方式學(xué)生按設(shè)計大綱要求，任選設(shè)計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，每個人獨立完成一份課程設(shè)計。第一章采區(qū)巷道布置第一節(jié)區(qū)儲量與服務(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，故剩余傾斜長度為：960-20=940mN=940/220+4*2=4.1取分4個區(qū)段采煤工藝選取綜合機械化采煤，工作面長度取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=65.265萬噸/a02、采區(qū)的工業(yè)儲量、設(shè)計可采儲量采區(qū)的工業(yè)儲量Zg=HXLX(m4+m5)Xy(公式1-1)式中：Zg米區(qū)工業(yè)儲量，萬t；H采區(qū)傾斜長度，960m；L米區(qū)走向長度，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)=1179.3萬噸采區(qū)設(shè)計可采儲量(公式1-2)Zk=(ZgP)XC式中：Zk米區(qū)設(shè)計可米儲量，萬t；Zg米區(qū)工業(yè)儲量，萬t；P米區(qū)煤柱損失量，萬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=81.7萬噸ZK=(1179.3-81.7)*0.8=878萬噸米區(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t；ZK設(shè)計可采儲量，萬t；K儲量備用系數(shù)，取1.3。T=878/65*1.3=10.3a取11年驗算米區(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)儲量，萬tP采區(qū)的煤柱損失量，萬tC=(1179.3-81

7、.7)/1179.7=0.930.8(符合國家對米區(qū)米出率的要求。)第二節(jié)米區(qū)內(nèi)的再劃分1、確定工作面長度以確定工作面長度為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t/a,且工作面生產(chǎn)能力為1969.7t/d。目前開采準備系統(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煤層最終達到高產(chǎn)高效。工作面接替順序如下表所示：1401140214031404140514061407140815011502150315041505150615071508(說明：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)濟效益，根據(jù)所給地質(zhì)條件及采礦工程設(shè)計規(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(軌道上山與運輸上山)，即雙煤上山，4如下圖所示兩種方案在經(jīng)濟上比較工程量表：序號工程名稱單位數(shù)量工程量計算式1軌道上山巷道寬4m1.5=自巷道底板算起的

10、墻高2掘進=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)費用表：工程名稱數(shù)量工程量煤絎單價巖巷單價煤巷費用M-r卄.i=H=rm巖巷費用掘進=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?萬案一萬案一544.44601100%110.8%

12、（說明：由于其它各項費用基本相同，所以不進行比較。）可得出雙煤上山的費用是一煤一巖上山的1.10倍，在費用上多出10%，即一煤一巖上山在經(jīng)濟上比較占優(yōu)勢。（2）兩種方案在技術(shù)上比較采區(qū)方案技術(shù)比較表方案項目第一方案一煤一巖上山方案第二萬案雙煤上山方案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、巷道維護一條煤層上山，維護工程量較大，費用較高維護工程量大，維護費用咼7、工程期巖石上山掘進速度慢，工程期較長雙煤上山掘進快，投產(chǎn)快當(dāng)采用雙煤上山布置時，由于最下部的K4煤層為維護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，維護相對容易，且上山掘進速度快，可實現(xiàn)早投產(chǎn)。如果采用一煤一巖上山布置，雖運輸上山為巖巷，較容易維護，但其掘進速度慢，不利于早投產(chǎn)，且工作量大。而且兩個方案的總費用相差不大。綜合經(jīng)濟和技術(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的保護煤柱。3、確定工作面回采巷道布置方式及工作面推進終點位置根據(jù)煤層儲存條件可知，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。工作面走向推進長度為993m左右，采用單巷布置，且一個工作面就可以達到設(shè)計生產(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)，工作面布置及推進到的位置應(yīng)以達到采區(qū)設(shè)計產(chǎn)量為準該采區(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，進行推進。由于采區(qū)上山布置在K4煤層中，在離上山20m處停采，留20m煤柱保護采區(qū)上山，兩條上山中間留20m的保護煤柱。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生產(chǎn)時的通風(fēng)系統(tǒng)圖采區(qū)內(nèi)上下區(qū)段工作面交替期間同時生產(chǎn)時的通風(fēng)系統(tǒng)圖如下圖所示6、采區(qū)上、下部車場選型采區(qū)上部車場選用單向甩

15、車場；采區(qū)下部車場選用大巷裝車頂板繞道式下部車場。第二章采煤工藝設(shè)計第一節(jié)采煤工藝方式的確定1、選第一個煤層，即K4煤層，進行采煤工藝設(shè)計，布置采煤工作面由于K4煤層厚2m,煤質(zhì)中硬，因此采用綜合機械化采煤，一次采全高。工作面回采工藝流程為：采煤機向上割煤、移架f采煤機向下裝煤f推移刮板輸送機f斜切進刀f推移刮板輸送機。2、綜采工作面的設(shè)備選用國產(chǎn)設(shè)備。由于設(shè)備資料來源的原因，選用國產(chǎn)綜采設(shè)備。各設(shè)備技術(shù)參數(shù)采煤機MG300AW(雞西煤機廠)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)速無鏈雙驅(qū)動電牽引牽引力360kN牽引速度0-6m/min

16、滾筒中心距8934mm機面咼度1200mm液壓支架J4*457-1.64/3.5(重慶慶陽機械廠)型式支撐掩護式支撐高度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支護強度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SGZ800/1050(張家口煤機廠)出廠長度220m運輸能力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配套牽引方式無鏈破碎機PEM1000*650(張家口煤機廠)破碎能力600t/h膠帶輸送機S-100/260(西北煤機廠)輸送長度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:SZB-730/75(張家口煤機廠)輸送長度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、截深及日進刀數(shù)采用綜合機械化采煤，采煤機落煤和裝煤。依據(jù)選取的設(shè)計生產(chǎn)能力確定工作面每天的推進度為：V=QrLM和C（公式21）式中：V采煤工作面每天的推進度，m/dQr采煤工作面日生產(chǎn)能力，t/dL采煤工作面的長度，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因選用的采煤機截深為630mm，若每日推進八刀，共推進0.63X8=4.8m,可滿足每天至少推進3.62m的要求。（2）確定進刀方式為了合理利用工作時間，提高工作效率，采用割三角煤工作面端部斜切進刀方式，并采用及時支護。進刀深度063m。采煤機進刀示意圖如圖所示，進刀過程如下：a、當(dāng)采煤機割至工作面端頭時，其后的輸送機槽已移近煤壁，采煤機機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、并沿輸送機彎曲段返向割入煤壁，直至輸送機直線段為止。然后將輸送機移直（如圖b所示）；c、再調(diào)換

19、兩個滾筒上、下位置，重新返回割煤至輸送機機頭處（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、運煤(1)支架選型采用液壓支架支護，選擇工作面支架的型號為：FJ4*457-1.64/3.5,為支撐掩護式支架。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:采煤機割煤后依次順序逐架前移。這種方式操作簡單，容易保證支護質(zhì)量。支護方式由于K4煤層煤質(zhì)中硬，為防止片幫和冒頂，所以選用及時支護方式，選用町4*457-1.64/3.5支撐掩護式支架。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型號為PDZ的端頭支架兩臺架，即兩端共有4架。超前支護方式和距離超前支護方式采用單體支柱和金屬鉸接頂梁支護。由于壓力峰值點距煤壁前方10m左右，所以超前支護距離選25m。校核支架高度與強度在實際使用中，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；強度校驗：P=(68)X9.8XSXYXMXcosa(公式23)式中：S支架支護的頂板面積，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)工作面合理長度的驗證1從煤層地質(zhì)條件考慮該采區(qū)內(nèi)兩個煤層的地質(zhì)條件較好，無斷層，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)計生

22、產(chǎn)能力為65萬噸/年。正規(guī)循環(huán)每天進八刀，采煤機滾筒截深為630mm，所以K煤層的工作面實際年生產(chǎn)能力為：4300X0.63X8X2X220X1.3X0.95=82.1（萬噸）能夠滿足設(shè)計生產(chǎn)能力的要求，一個工作面生產(chǎn)就能夠滿足設(shè)計生產(chǎn)能力的要求，并且考慮到其他各個方面對生產(chǎn)的影響，工作面的長度確定的合理。3從運輸設(shè)備及管理水平角度考慮采區(qū)生產(chǎn)選用的設(shè)備均為國內(nèi)先進的的生產(chǎn)設(shè)備，工作面選用的220米刮板輸送機能夠利用國內(nèi)先進的技術(shù)，能夠與時俱進的跟上技術(shù)的發(fā)展。由于現(xiàn)在提倡管理人員的知識化、年輕化，所以工作面長度為200米左右在管理上是毫無問題的。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，綜采工作面的長度一般在180250m,所以選擇的工作面的長度為220米較合適。另