煤矿开采学课程设计—段程山.doc

煤矿开采学课程设计—段程山

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2

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《煤矿开采学》 课程设计说明书

(准备方式：采区布置 煤层倾角:17°生产能力：150万t /a）

班级： 08采矿-3班
姓名： 段程山
学号： 120080201151
指导老师： 王文
完成时间：2011年12月16日

目 录
序 论········································3
第一章．采区巷道布置·······························5
第一节． 采区储量与服务年限···························5
第二节．采区内的再划分·····························6
第三节．确定采区内准备巷道布置及生产系统····················8
第四节．采区中部甩车场线路设计·························9
第二章．采煤工艺设计·······························10
第一节． 采煤工艺方式的确定···························10
第二节．工作面合理长度的确定··························15
第三节．采煤工作面循环作业图表的编制······················16小 结········································18
参考文献········································19

序 论

一、设计目的
1.通过课程设计，使学生进一步消化和理解《煤矿开采学》所讲授的基本理论知识,对现代化矿井的采煤方法、准备方式等的内涵有一个基本了解。
2.通过课程设计,培养学生动手能力，对编写采矿技术文件，包括编写设计说明书及绘制设计图纸进行初步锻炼。
3.为毕业设计中编写毕业设计说明书及绘制毕业设计图纸打基础。
二、设计题目
1、设计题目的一般条件
本采区东以F4断层为界,西以相邻采区煤柱为界，上部—50m以上为风化带煤柱，下部边界为水平煤柱。
采区走向平均长度2130m,倾斜平均长度为1020m，倾角平均为17°。采区内共有两层煤,区内地质构造简单,为单斜构造，无断层和褶曲。采区内无大的含水层和地下水，开采条件较好。
运输大巷和回风大巷标高分别为—350和—50m,且位于距离4—1号煤层30m的岩层中。采取生产能力自定。
2、煤层特征
本采区内赋存的2号和4-1号煤层,煤层均为厚煤层.煤层埋藏稳定，构造简单，煤质中硬，自燃发火期为3-12个月。煤层爆炸指数为34-70%。煤层瓦斯含量小，采区所属矿井属于低瓦斯矿井.
三、课程设计内容
1、一个采区（盘区）或带区巷道布置设计;
2、一个采煤工作面的采煤工艺设计及编制循环图表；
3、采区中部车场线路设计
四、进行方式
1、学生按设计大纲要求,按设计指导小组下达的设计任务书所给定的煤层赋存条件等，综合应用《煤矿开采学》所学的基本知识，进行采区（盘区)或带区巷道布置及采煤方法等设计。每位学生必须独立完成规定的课程设计全部内容。
2、为完成设计任务,使每位学生在各方面都得到锻炼和提高，设计中提倡设计者之间相互讨论、借鉴和参考，但严格禁止相互抄袭。疑难问题可与指导教师共同研究解决，但最终决策必须由学生自己独立进行。
3、本课程设计要对设计方案进行技术分析与经济比较比较。
序 号
地层岩性
柱状图
厚度(m）
岩 性 描 述
①
粉砂岩
╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱╱
10
粉砂:黄色,湿至很湿稍密，级配不均,冲击成因.矿物成分主要为长石及石英质.平均厚10米.
②
2

4.2
三煤为全区发育可采煤层，是矿井的主采煤层平均厚4.0米。
③
粉砂

19
粉砂：黄色，湿至很湿稍密，级配不均，冲击成因。矿物成分主要为长石及石英质。平均厚7米。
④
中粗砂
··············

11
中粗砂：黄色,很湿至饱和，中密,级配不均，冲击成因。物质成分主要为长石及石英质颗粒.平均厚8米.
⑤
4—1

4.0
五煤为全区发育可采煤层，是矿井的主采煤层平均厚4。0米。
⑥
砂页岩
————-----———---——--—---—--——--———-——--—-———-—
10
砂页岩:黄绿色，砂页岩互层状分布。散体结构，层状构造，泥质胶结。结构大部分破坏，风化裂隙发育，裂隙中有大量松散充填物，岩体被切割成碎块状。该层厚度大于10米.
设计采（带)区综合柱状图

第一章 采区巷道布置
第一节 采区储量与服务年限
1、设计生产能力150万t/年。
2、采区工业储量、设计可采储计算
(1）采区工业储量
Zg=H×L×(m1+m2)× γ (公式1-1）
式中： Zg-——— 采区工业储量，万t；
H——-- 采区倾斜长度，1020m；
L——-- 采区走向长度，2130m；
γ—--— 煤的容重 ,1。30t/m3；
m1--—- 2煤层煤的厚度,为4.2米；
m2---— 4-1煤层煤的厚度，为4米；
Zg1=1020×2130×4。2×1。3=1186.24万t
Zg2=1020×2130×4.0×1。3=1129。75万t
15m
15m
15m
65m
15m
图1-1 采区留煤柱示意图

Zg=1020×2130×（4。2+4.0）×1。3=2316。00万t
（2）设计可采储量
ZK=（Zg-p)×C （公式1—2）
式中：ZK—--— 设计可采储量， 万t；
Zg-——— 工业储量,万t；
p———- 永久煤柱损失量，万t；
C—-—— 采区采出率，厚煤层可取75%，中厚煤层取80%,薄煤层85%.
P1=15×2×2130×4。2×1。3+15×2×（1020—15×2）×4。2×1.3+65×（1020-15×2） ×1.3×4。2=84.24万t
P2=15×2×2130×4.0×1。3+15×2×（1020-15×2）×4。0×1。3+65×(1020-15×2） ×1。3×4。0=82.13万t
Z2=（ Zg1—p1）×C=(1186.24—84。24)×0.75=826。50万t
Z4—1=( Zg2-p2)×C=(1129。75-82.13）×0。75=785.72万t
ZK= Z2+Z4—1 =826。50+785.72=1612。22万t
（3)采区服务年限
T= ZK/(A×K) (公式1-3)
式中: T-—-—采区服务年限，a;
A----生产能力，150万t；
ZK-———设计可采储量；
K--——储量备用系数，取1。3.
T= ZK/（A×K) =1612.22 /（150×1。3）=8.27a
取T=8年。
（4）验算采区采出率
采区采出率
C=（Zg—P)/Zg （公式1—4)
式中： C--—-—采区采出率，%
Zg ———- 采区的工业储量,万t
P --—- 采区的煤柱损失量，万t
2煤层：C1=(Zg1－P1）／Zg1=(1186。24-84.24)／1186.24=92。9% > 75％
4—1煤层：C2=（Zg2－P2）／Zg2=（1129.75—82.13）／1129.75=92.7% 〉 75%
（符合国家对采区采出率的要求。）
则2 、4—1均满足采区回采要求。
第二节 采区内的再划分
1、确定工作面长度
由已知条件知：该煤层左右边界各有15m的边界煤柱,上部留15m煤柱，下部留15m护巷煤柱，故其煤层倾向共有：1020—30=990m的长度，走向长度2130—30=2100m。地质构造简单，煤层附存条件较好，瓦斯涌出量小。且现代工作面长度有加长趋势，且采煤工艺选取的是较先进的综采.又知，一般而言，考虑到设备选型及技术方面的因素综采工作面长度为180～250m,巷道宽度为4m～4。5m,本采区选取4。5m，且采区生产能力为150万t/a，一个中厚煤层的一个工作面便可以满足生产要求，采用沿空掘巷方式,巷道间留较小煤柱,取4米，如图1—2：
图1-2 采区工作面划分示意图

取区段平巷的宽度为4。5m,留5m小煤墙，则采煤工作面长度为：
L1=(b—2×q—（（2×L2+p） ×n-p））/n (公式1—5）
式中:L1--工作面长度,m；
L2--区段平巷宽度,m；
b——采区倾向长度,m；
q——采区上下边界预留煤柱宽度,m；
P——护巷煤柱宽度，m；
n——区段数目，个；
L1=（1020—2×15-（（2×4.5+4） ×5)—4)/5=184。2m
2、工作面生产能力
Qr = A/（T×1.1) (公式1-6）
式中：
A———-采区生产能力,150万t/a ；
Qr ————工作面生产能力,t /天；
T----每a正常工作日，300天。
故: Qr = A/（T×1。1） =150/(300×1。1） =4545.5t
目前，煤炭企业生产系统向高产高效集中化生产的方向发展，新建大型化矿井均朝“一矿一井一面"的设计思想改革，采用提高工作面单产，用一个工作面的产量来保证整个矿井的设计生产能力，故为适应现阶段煤炭行业的知道规范，本采区设计一个采煤工作面。其工作面接替顺序如下表：
对于2煤层:
1101
停
采
线
65m
1102
1103
1104
1105
1106
1107
1108
1109
1110

2煤层工作面接替顺序：
1101→1102→1103→1104→1105→1106→1107→1108→1109→1110
对于4-1煤层：
2101
停
采
线
65m
2102
2103
2104
2105
2106
2107
2108
2109
2110
4-1煤层工作面接替顺序:
2101→2102→2103→2104→2105→2106→2107→2108→2109→2110
注:箭头表示回采工作面的接替顺序。

第三节 确定采区内准备巷道布置及生产系统
1、根据所选题目条件，完善开拓巷道
为了减少煤柱损失提高采出率，利于灭灾并提高经济效益，根据所给地质条件及采矿工程设计规划，在2煤层中上部边界开掘一条阶段回风大巷。第一开采水平为该采区服务的一条运输大巷，布置在4-1煤层底板下方30m处的稳定岩层中。
2、确定巷道布置系统及采区布置方案分析比较
确定采区巷道布置系统， 采区内有两层煤,采用联合布置，每一层都布置5个工作面,根据相关情况初步制定以下三个方案进行比较(由于2，4—1煤层相同，就去以4-1煤层说明。）.
方案一：双岩石上山
将两条上山都布置在4—1煤层底板岩石中，其中运输上山布置在距离底板15m处，轨道上山布置在运输上山上方5m，即距离4—1煤层10m处。如图1—3：
图1-3 方案一示意图

方案二：双煤层上山
将两条上山都布置在4-1煤层中。如图1—4：
图1-4 方案二示意图

方案三：一岩一煤上山
将两条上山分别布置在4—1煤层的底板和煤层中，运输上山布置在距离4-1底板5m处，轨道上山布置在4-1煤层中。如图1—5:
图1-5 方案三示意图

双岩上山维护费用少且无需留煤柱。综合考虑以上因素，可采用在4-1煤层下10m处集中布置两条岩石上山，。即：选中双岩上山方式布置生产系统。
3、确定工作面回采巷道布置方式及工作面推进终点位置
根据煤层储存条件可知，2煤层厚4。2m，4-1煤层厚4。0m，都为厚煤层，瓦斯含量较低，涌水量也较小，易于维护。采用单巷布置，且一个工作面就可以达到设计生产能力的要求。综合考虑,回采巷道布置方式采用单巷沿空掘巷.
4、在采区巷道布置平面内，工作面布置及推进到的位置应以达到采区设计产量为准
该采区采用双翼开采，在采区两侧各留15m煤柱,开始布置工作面，进行推进.在采区巷道布置中，工作面布置及推进到的位置应以达到采区设计产量安全为准，工作面应推进到距上山20m处停采线位置处，即为避开采掘影响对上山的影响而留设的20m护巷煤柱处。
5、采区内上、下区段工作面交替期间同时生产时的通风系统图
采区内上下区段工作面交替期间同时生产时的通风系统图如下图所示
6、采区上、下部车场选型
采区上部车场选用单向甩车场；采区下部车场选用大巷装车顶板绕道式下部车场。
采区中部车场
该采区开采近距离煤层群，轨道上山布置在煤层中，倾角为 17°,向区段石门甩车。轨道上山和石门内均铺设600mm轨距的线路，轨形为15kg/m，采用1t矿车单钩提升，每钩提升3个矿车，要求甩车场存车线设双轨高低道。斜面线路布置采用一次回转方式.
第二章 采煤工艺设计
第一节 采煤工艺方式的确定
1、选第二个煤层，即4—1煤层，进行采煤工艺设计，布置采煤工作面
由于4-1煤层厚4.2m，煤质中硬，因此采用综合机械化采煤,一次采全高。
工作面回采工艺流程为:采煤机向上割煤、移架→采煤机向下装煤→推移刮板输送机→斜切进刀→推移刮板输送机。
2、综采工作面的设备选用国产设备。
由于设备资料来源的原因,选用国产综采设备。
各设备技术参数
（1)采煤机MG500/1330-WD（西安煤机厂）
采高
2.3～4.5m
适应倾角
≤30°
截深
1000mm
滚筒直径
2。0m
牵引方式
交流变频调速无链双驱动电牵引
牵引力
927～550kN
牵引速度
0~10。35~17。18m／min
滚筒中心距
8180mm
机面高度
1615mm
（2）液压支架 BY3600-25/50
型式
掩护式
支撑高度
2.5~5m
外形尺寸
6.02×1.43m
煤层厚度
3～4.8m
初撑力
3092KN
工作阻力
3600kN
支架中心距
1500mm
支护强度
0。61～0。73Mpa
适应煤层倾角
＜25°
泵站工作压力
31。5Mpa
（3）工作面刮板输送机 SGZ－764／500（张家口煤机厂）
出厂长度
200m
运输能力
1100t／h
链速
1。21m
中部槽规格
1500×764×222mm
刮板链型式
中双链
与采煤机配套牵引方式
无链
（4）刮板转载机 SZB－830／180（张家口煤机厂）
出厂长度
37.8m
运输能力
1200t／a
中部槽规格
1500×830×222mm
刮板间距
516mm
速度
1。46m／s
(5)破碎机 PCM132（张家口煤机厂）
破碎能力
1200t／h
（6)胶带输送机 SSJ1000／M(西北煤机厂）
输送长度
2000m
输送量
800 t／h
带速
2.5 m／s
（7）高压开关柜 KBZ－450／1140Y
3、采煤与装煤
(1)确定采煤工艺、截深及日进刀数
采用综合机械化采煤，采煤机落煤和装煤。依据选取的设计生产能力确定工作面每天的推进度为：
(公式2—1)
式中：V——采煤工作面每天的推进度,m／d
Qr--采煤工作面日生产能力， t／d
L--采煤工作面的长度，m
M--采煤工作面的采高(取4-1煤层厚度4.0m）
γ—-煤的容重，t/m3
C——工作面的采出率（由于4-1煤层为厚煤层，因此C值取0.95)
则：v=4545.5/（184。2×4.0×1。3×0.95）=5m/d
因选用的采煤机截深为1000mm，若每日推进五刀，共推进1.0×5=5m,可满足每天至少推进5m的要求.
(2)确定进刀方式
为了合理利用工作时间，提高工作效率,采用割三角煤工作面端部斜切进刀方式，并采用及时支护。进刀深度1。0m。采煤机进刀示意图如图所示,进刀过程如下：
a、当采煤机割至工作面端头时,其后的输送机槽已移近煤壁,采煤机机身处沿留有一段下部煤（如图a所示)；
b、调换滚位置，前滚筒降下、后滚筒升起、并沿输送机弯曲段返向割入煤壁，直至输送机直线段为止。然后将输送机移直(如图b所示)；
c、再调换两个滚筒上、下位置，重新返回割煤至输送机机头处(如图c所示）；
d、将三角煤割掉，煤壁割直后,再次调换上、下滚筒，返程正常割煤(如图d所示)

4、运煤
（1)支架选型
采用液压支架支护,选择工作面支架的型号为：BY3600-25/50,为掩护式支架。
(2）移架方式
由于4—1煤层上方有11m的中粗砂，再上面是19m的粉砂，所以选用依次顺序移架方式。
依次顺序移架方式：采煤机割煤后依次顺序逐架前移.这种方式操作简单，容易保证支护质量。
(3)支护方式
由于4-1煤层煤质中硬，为防止片帮和冒顶，所以选用及时支护方式，选用BY3600—25/50掩护式支架.
（4）工作面支架需要量
工作面支架的需要量
（公式2—2)
式中：μ-—工作面支架数目（取整数）
L——工作面长度，m
e——架中心间距（BY3600—25/50型支架e值取1。5m)
μ=184/e=122.7 取μ=123
（5)端头支架
由于巷道宽度为4.5m,选用宽度为2。1m型号为PDZ的端头支架两台架,即两端共有4架。
(6)超前支护方式和距离
超前支护方式采用单体支柱和金属铰接顶梁支护。由于压力峰值点距煤壁前方10m左右，所以超前支护距离选20m。
(7)校核支架高度与强度
在实际使用中，通常所选用的支架的最大结构高度比最大采煤高度大200mm左右,即：
Hmax=Mmax＋0。2,m
△1=5—4。2≥0.2m，满足要求；
强度校验:
P=(6～8）×9.8×S×γ×M×cosα （公式2-3）
式中：S——支架支护的顶板面积，m2
γ-—顶板岩石密度,t／m3
M-—采高,m
α——煤层倾角，°
P=6×9.8×6.02×1.43×1.3×4。0×cos17°=2517KN〈3090KN
经校核，支架高度与强度均符合要求。
5、处理采空区
采用全部垮落法。

第二节 工作面合理长度的验证
1．从煤层地质条件考虑
该采区内三个煤层的地质条件较好,无断层,煤层倾角为17°，煤层厚度适中，顶底板较稳定，瓦斯涌出量较低，自然发火3~12个月,涌水量也较小，所以布置185米的工作面比较合适。
2．从工作面生产能力考虑
工作面的设计生产能力为150万吨/年。正规循环每天进五刀，采煤机滚筒截深为1000mm，所以4-1煤层的工作面实际年生产能力为：
330×1。0×5×4.0×185×1。3×0。95=150。79（万吨）
能够满足设计生产能力的要求，一个工作面生产就能够满足设计生产能力的要求，并且考虑到其他各个方面对生产的影响,工作面的长度确定的合理。
3．从运输设备及管理水平角度考虑
采区生产选用的设备均为国内先进的的生产设备，工作面选用的200米刮板输送机能够利用国内先进的技术，能够与时俱进的跟上技术的发展。
由于现在提倡管理人员的知识化、年轻化,所以工作面长度为200米左右在管理上是毫无问题的.
4．从顶板管理及通风能力考虑
该采区的顶板稳定，工作面可以适当的加长,综采工作面的长度一般在180～250m，所以选择的工作面的长度为185米较合适。另外,工作面的瓦斯涌出量较低，通风问题能够解决。
5．从巷道布置角度考虑
由于采区倾斜方向长为1020米,除去煤柱宽30米，剩余925米，把每个工作面长度定为185米，990/185=5，为5个区段。
6。 经济合理的工作面
工作面的长度与地质因素及技术因素的关系十分的密切 ，直接影响生产效率,所以根据条件，以高产量、高效率为原则选择合理的工作面长度。合理的工作面以生产成本低,经济效益高为目标。尽量加快工作面的推进速度，减少巷道的维护时间，降低回采总成本，使设备、资源得到最高利用。

第三节 采煤工作面循环作业图表的编制
1、工作面布置图（设计图纸中）、循环作业图（设计图纸中）、劳动组织表(表2-1）、技术经济指标表(表2-2）
2、工种及出勤人数的安排，如下表(表2—1)所示:
工作面劳动组织表（表2-1）
序号
工种
早班
中班
夜班
合计
1
班长
2
2
2
6
2
采煤机司机
3
3
2
8
3
输送机司机
1
1
1
3
4
转载机司机
1
1
1
3
5
皮带机司机
1
1
1
3
6
移架工
3
3
1
7
7
推溜工
2
2
2
6
8
超前维护工
6
6
3
15
9
跟班电工
2
2
1
5
10
运料工

4
4
11
安全质量员
1
1
1
3
12
跟班机修工
2
2
5
9
13
送饭工
1
1
1
3
合计

25
25
25
75

工作面(针对4-1煤层）主要经济技术指标（表2—2)
序号
项目
单位
数量
1
煤层厚度
m
4.0
2
煤层倾角
°
17
3
平均采高
m
4。0
4
采煤机
台
1
5
液压支架
架
123
6
端头支架
架
4
7
刮板输送机
部
1
8
破碎机
台
1
9
转载机
部
1
10
胶带输送机
部
2
11
循环进尺
m
1。0
12
日产量
t
4545。5
13
生产方式

两采一准
14
出勤人数
人
75
15
回采工效
t／工
55。10
16
截齿消耗
个／万t
20
17
乳化液消耗
Kg／万t
180
18
油脂消耗
Kg／万t
70
19
日循环数
个
5

六、设计图纸的内容
本设计绘制两张大图(零号图纸)
1、采煤工作面层面图（1：100)，剖面图（1：50或1：100），
应包括回采巷道剖面图（1:50）,最大与最小控顶距剖面图；
2、采区巷道布置平面图（1：2000）和剖面图(1：2000）。
设计图纸四周各留20mm边框线，右下角留出标题栏.
小 结
这次《采矿学》课程设计在王文老师的悉心指导下，经过两个星期的时间，我的设计内容全部完成了，经过这次课程设计，加深了我对《采矿学》的理解，同时也感觉自己学习到了很多东西。
这次设计任务，煤层地质构造条件理想，我的设计任务是煤层平均倾角 17°，生产能力150万t/年的组合，在设计过程中，我充分利用《采矿学》上所学知识,结合煤层构造实际情况，以安全第一和高产高效为原则,从技术上和经济上着手，设计出了一套在技术上可行，经济上优越的现代化大型矿井煤层群采区开采方案.
在这次设计过程中，我对工作面层面布置和采区回采巷道的布置有了更进一步的理解和认识，学到了很多知识。在零号图纸上绘制采煤方法图（1：100）和采区巷道布置平面图（1:2000）及其剖面图(1：2000）的过程中，许多细节问题的处理使自己得到了提高,同时也增强了动手能力，使自己得到了一次很大的锻炼。
在编制课程设计说明书和绘图的过程中,我把《采矿学》上所学到的知识又梳理了一遍，对采矿方面的许多专业知识比以前的认识更深了,同时也学到了许多其他矿业方面的相关知识，比如工作面的设备选型，三机配套,巷道断面设计等。在说明书上所附的各计算示意图和插图均用工程绘图软件AutoCAD绘制，在这个过程中，对使用AutoCAD绘制采矿工程图形有了新的认识，重新温习了许多绘图命令以及了解了最新的制图标准。如何利用先进技术绘制标准、合格的采矿工程图是我们采矿人必须关注并注意的问题，在以后的学习和工作中，我也会认真的学习。
通过这次课程设计，我经历了一个采区巷道和工作面设计到开采的全过程，这将是我以后学习和工作的财富,会对我以后的学习和工作有着很大的指导和帮助。
最后再次感谢指导我和帮助我完成此次课程设计的老师和同学！

参考文献
1、徐永圻，《煤矿开采学》 徐州：中国矿业大学,2009
2、李锋,刘志毅,《现代采掘机械》 北京：煤炭工业出版社,2007
3、采矿设计手册编委会，《采矿手册(第四卷）》,北京：冶金工业出版社，1990
4、张荣立、何国伟、李铎，《采矿工程设计手册》。北京：煤炭工业出版社,2003

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