《煤礦開采學(xué)》課程設(shè)計(jì)實(shí)例

1、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(jì)課程名稱：煤礦開采設(shè)計(jì)姓 名：賀一明學(xué) 號： 200801111234班 級：采礦工程指導(dǎo)教師：孫 強(qiáng)2011 年 4 月緒論 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(zhǔn)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(jì)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) 米煤工作面循環(huán)作業(yè)圖表的編制 16小結(jié) 181緒論一、課程設(shè)計(jì)的性質(zhì)、目的和任務(wù)（一）課程設(shè)計(jì)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(jì)是在 高年級學(xué)生

2、學(xué)完煤礦開采課程后的一次集中式的綜合設(shè)計(jì)，是一次重要的實(shí)踐性教學(xué) 環(huán)節(jié)。（二）設(shè)計(jì)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(jì)，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(jì)說明書及繪制設(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)說明書及繪制畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙打基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（一）設(shè)計(jì)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

3、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(jì)礦井的地面標(biāo)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(yùn)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(jì)者自行決定。（二）設(shè)計(jì)題目的煤層傾角條件1.煤層平均傾角為122.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(xì)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(xì)砂巖互層，堅(jiān)硬

4、8.20灰色細(xì)砂巖，中硬，穩(wěn)定1.50K3煤層，煤質(zhì)中硬，丫 =1.30t/m 30000000003.20灰白色粗砂巖，堅(jiān)硬，抗壓強(qiáng)度 6080MPa0 0 0 0 024.68灰色中、細(xì)砂巖互層3第一章 米區(qū)巷道布置第一節(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(jì)算采區(qū)的工業(yè)儲量、設(shè)計(jì)可采儲量1. 采區(qū)的工業(yè)儲量Zc H L Mc式中：Zc 采區(qū)工業(yè)儲量，萬t ；h 采區(qū)傾斜長度，1100mL 采區(qū)走向長度，3000mM煤的厚度，M=1.5m煤的容重，1.30t/m 3;Z=1100X 3000X 1.50 X 1.3=943.8 萬

5、t2. 設(shè)計(jì)可米儲量Zk (Zc P) C式中：Zk 設(shè)計(jì)可采儲量，萬t ;Zc 工業(yè)儲量，萬t ；P永久煤柱損失量，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%分別取左右邊界煤柱各20m上部防水煤柱與下部護(hù)巷煤柱各 30m中部留60m停采線煤柱，則F3 =3000 X 30X 2+(1100-30 X 2) X (20 X 2+60) X 1.50 X 1.3=55.38 萬 tZ k Z k1 Zk23.采區(qū)服務(wù)年限Zk3 2029.01 940.99 690.063660.06 萬 tT Zk AK式中：T 采區(qū)服務(wù)年限，a;A 采區(qū)生產(chǎn)能力，120萬t ;Zk

6、 設(shè)計(jì)可采儲量，萬t ；K 儲量備用系數(shù)，取1.4。13Z04 21"9aTZkAK取T=22年4. 驗(yàn)算米區(qū)回米率C (ZcP)/ Zc式中：C采區(qū)回采率，% ；乙一一煤層的工業(yè)儲量，萬t ;P煤層的永久煤柱損失，萬t ;對于 K3煤層：C3 (Zc3 PJ/ZC3 (943.8 81.224)/943.8 91.39% 80%則K1、K2、K3均滿足米區(qū)回米要求第二節(jié) 采區(qū)或帶區(qū)內(nèi)的再劃分5、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(hù)巷煤柱。因?yàn)樵摰V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

7、，且采煤工藝選取的是較先進(jìn)的綜采。結(jié)合我國實(shí)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4m-4.5m,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：L1 H 2 q P (n 1) L2 2 n/n式中： L1 工作面長度， m；L2 區(qū)段平巷寬度， m；H 采區(qū)傾向長度， m；q采區(qū)上下邊界預(yù)留煤柱寬度，mP 護(hù)巷煤柱寬度， m；n 區(qū)段數(shù)目，個；L, =1100-2 X 25-5 X (n-1)452 n/n (1

8、80,250)則 3.96<n<5.39，取 n=5，則 L1=195m二、確定工作面生產(chǎn)能力Qr = A/(T X 1.1)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/ (TX1.1 ) =120/(330 X1.1) = 3305.79t三、確定工作面數(shù)目L Lo 2式中 N 工作面數(shù)目，個；h采區(qū)傾向長度，ms邊界煤柱寬度，ml工作面長度，mLo 區(qū)段回采巷道寬度，m帶入數(shù)值得，N 1100 3° 25.1195 4.5 2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

9、產(chǎn)的方向發(fā)展， 新建大型化礦井均朝 礦一井一面”的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)一個采煤工作面。其工作 面接替順序?yàn)樽笥覂梢硖追绞健９ぷ髅娼犹骓樞驁D對于K3煤層:3101停31023103采31043105線3106310760m310831093110K3煤層工作面接替順序：3101 3102 3103 3104 3105 3106 3107 3108 3109 3110注：箭頭表示回采工作面的接替順序。7第二節(jié)確定米區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道布置和生產(chǎn)系統(tǒng)、完善開拓巷道為了縮短采區(qū)準(zhǔn)備時間并提高經(jīng)濟(jì)效益，根據(jù)所

10、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(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷均布置在 K3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，Ki煤層直接頂為碳質(zhì)頁巖，薄且易跨落，K2、K3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(hù)費(fèi)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(bǔ)沿 空掘巷時工作面接替復(fù)雜的缺點(diǎn)。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(jìn)行比較：方案一：兩條巖石上山將兩條上山都布置在

11、K3煤層底板巖石中，軌道上山布置在距離底板 10m處，運(yùn)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(diǎn)為，巖 石工程量大，掘進(jìn)費(fèi)用高，聯(lián)絡(luò)石門長。但維護(hù)條件好，維護(hù)費(fèi)用低，有利于通風(fēng)，運(yùn)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(yùn)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(diǎn)：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(hù)，維護(hù)費(fèi)用高，需要保護(hù)煤柱。技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較：掘進(jìn)費(fèi)用表維護(hù)費(fèi)用表維護(hù)費(fèi)用表萬案一萬案一工程名稱單價費(fèi)用單價費(fèi)用萬案工程量工程量（萬元）（萬元）10上山（m）401100 X

12、 2 X 22232.32401100X 22116.16901100X 22261.36聯(lián)絡(luò)巷（m）8020X 4X 2216.908020 X 4X 2216.90合計(jì)249.22394.42費(fèi)用匯總表總費(fèi)用萬案萬案一萬案一掘進(jìn)（萬元）427.66388.85維護(hù)（萬元）249.22394.42井巷輔助費(fèi)（萬元）50.252.97合計(jì)（萬元）727.13786.24兩者費(fèi)用相差不大，經(jīng)濟(jì)上認(rèn)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

13、發(fā) 火傾向較弱，涌水量也較小。結(jié)合綜放面特點(diǎn)，故采用雙沿空掘巷掘進(jìn)方式。但由于巷道 斷面較大，要求采用強(qiáng)度較高的支護(hù)材料。四、工作面推進(jìn)位置的確定在采區(qū)巷道布置中，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)量安全為準(zhǔn)，工 作面應(yīng)推進(jìn)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(hù)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(yùn)輸大巷一采區(qū)主石門一采區(qū)下部車廠一軌道上山一中部甩車場一區(qū)段 運(yùn)輸平巷一采煤工作面一區(qū)段回風(fēng)平巷一回風(fēng)石門一階段回風(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(yùn)行順當(dāng)、調(diào)車方便等優(yōu)點(diǎn)，確定采用上部平車場（2）由于采區(qū)生產(chǎn)能力大，故

14、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(jì)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(jì)第一節(jié)采煤工藝方式的確定一、選取K!煤層為對象，進(jìn)行采煤工藝設(shè)計(jì)。由于 K!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(jī)械化 采煤工藝，進(jìn)行綜采放頂煤開采11、綜采工作面的設(shè)

15、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(jī)械化放頂煤開采，雙滾筒采煤機(jī)直接落煤裝煤。（二）確定截深L AL1 h1 h2式中：L 日推進(jìn)度，m/天；A 工作面設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，t/天；l1 工作面長度，mh1米煤機(jī)割煤咼度，mh2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/ m3;將數(shù)據(jù)帶入可得：2.42 m3305.791952.3 4.6 0.80.93 1.3準(zhǔn)的工作制度選擇滾筒截深600mm日進(jìn)6刀,采用“四六工作制”，即三采-（三）確定進(jìn)刀方式為提高煤炭采出率，選取端部割三角煤斜切進(jìn)刀方式，如圖所示:(b )A-AA-AA-AA

16、-A12A ME（a）（b）斜切并穆盲輸注機(jī)對SEftJKJ （d）刑正常Sffl1 綜來面淤課藥蝶機(jī):刮板輸巻機(jī)（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(jì)手冊，一般情況下，當(dāng) 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(jī)截深，則放頂 步距 0.6 X 2=1.2m。（六）確定放煤方式選用單輪，間隔，多口放煤。實(shí)踐證明，這種方式丟煤少，混矸少，又易于實(shí)高產(chǎn)高 效，是一種較好的

17、放煤方式。四、運(yùn)煤（一）工作面采用可彎曲刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，運(yùn)輸平巷采用轉(zhuǎn)載機(jī)和膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤。刮板輸送機(jī)參數(shù)刮板輸送機(jī)型號SGB-630/150C電動機(jī)型號DSB-90適用條件傾緩斜工作面電機(jī)功率2 X 90kw13出廠長度200米電機(jī)電壓1140V運(yùn)輸能力250 噸 /h總質(zhì)里117.31 噸刮板鏈形式雙邊鏈制造廠鄭煤機(jī)裝載機(jī)參數(shù)轉(zhuǎn)載機(jī)型號SZZ1200電動機(jī)型號YSB-160適用條件中厚煤層電機(jī)功率300kw出廠長度50電機(jī)電壓1200V運(yùn)輸能力1200 噸 /h總質(zhì)里27噸刮板鏈形式中雙鏈制造廠鄭煤機(jī)（二）工作面采用液壓支架支護(hù)液壓支架參數(shù)型號ZFS4400/16/28中心距1500mm型

18、式支撐掩護(hù)式外形尺寸4470 X 1430 X 1600mm放煤形式低位放煤支護(hù)強(qiáng)度0.802 0.829Mpa運(yùn)煤方式雙輸送機(jī)運(yùn)輸適應(yīng)煤層傾角w 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(jì)單位北京開采研九所（三）支護(hù)方式由于煤層f=2，頂煤厚度較小，選用及時支護(hù)。（四）移架方式因?yàn)榇瞬蓞^(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(hù)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(hù)端頭。（六）確定超前支護(hù)方式和距離由

19、于采用綜采開采，支撐壓力分布范圍為 2030米，峰值點(diǎn)距煤壁前方5-15m,所以 超前支護(hù)的距離為20米。選用單體支柱和金屬鉸接頂梁支護(hù)。 鉸接頂梁的長度為1000mm（七）支架高度與強(qiáng)度校核高度校核：在實(shí)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=500mm>200mm 滿足要求； 2=2.0-1.6=400mm>200mm 滿足要求；故所選支架高度滿足工作要求。強(qiáng)度校核：強(qiáng)度校核公式如下：2P=kx hiXpX 10-

20、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;工作面采高，m15P 巖石密度,kg/m 3;將各參數(shù)值代入則有：P=6 X 2.3 X 2.5 X 10-2=0.36Mpa由于0.345Mpa v 0.5 Mpa（支護(hù)強(qiáng)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：N 1=4.5X2/1.5=6 架即需要 6 架端頭支架。工作面所需支架數(shù)量為：N 2=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

21、） 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(dāng)取長一些， 約 200m。、工作面生產(chǎn)能力工作面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120萬t/年，正規(guī)循環(huán)采用每天進(jìn)6刀，兩采一放 每刀進(jìn)600mm個工作面就可滿足采區(qū)設(shè)計(jì)生產(chǎn)力要求三、運(yùn)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(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，工作面選用200m的刮板輸送機(jī)能滿足工作面的運(yùn)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(hù)，可有效控制頂板冒落等不安全因素,寸采用全部垮落發(fā)處理采空區(qū),技術(shù)經(jīng)濟(jì)一、工作面布置層面圖（見圖紙）、循環(huán)作業(yè)圖表問可題。另夕卜'，五、經(jīng)濟(jì)合理的2率，現(xiàn)在煤礦都向KK）管理，可以加快工作面的推進(jìn)綜采面作業(yè)循環(huán)圖、勞動組織表序 號工種夜班早班中班檢修班合計(jì)1班長222282采煤機(jī)司機(jī)222393輸送機(jī)司機(jī)11114174轉(zhuǎn)載機(jī)司機(jī)111